DE19654990A1 - Implantat zur kontrollierten Ableitung von Gehirnflüssigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Implantat zur kontrollierten Ableitung von Gehirnflüssigkeit, insbesondere zur Therapie des Wasserkopfes, nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Unter einem Wasserkopf (lateinisch Hydrocephalus) versteht man die krankhaft er­ höhte Ansammlung von Gehirnflüssigkeit im Inneren des Schädels. Dabei ist das empfindliche Gleichgewicht von Gehirnflüssigkeitsproduktion und deren Aufnahme gestört, so daß die Gehirnflüssigkeit permanent, intermittierend oder gelegentlich unter krankhaft erhöhtem Druck steht.

Es ist bekannt, zur Therapie des Wasserkopfes ein Drainagesystem, das als "Shunt" bezeichnet wird, zu implantieren. Ziel ist die Normalisierung des Drucks durch Schaffung eines druckgesteuerten Abflusses. Der Shunt bildet dabei eine Einheit aus einem Katheter und einem Ventil. Das erste freie Ende des Katheters wird durch den Schädel und die harte Hirnhaut ins Innere des Gehirns geführt. Während der Katheter hierzu auf seinem ersten freien Ende aus einem versteiften Material be­ steht, geht der Katheter an dem oberen Rand des Schädels in einen Silikonschlauch über, der flexibel im Körper verlegt werden kann. Auf seinem Verlauf ist ein Ventil eingebracht, das einen druckgesteuerten Abfluß der Gehirnflüssigkeit bewirkt.

Die bisher verwendeten Ventile stellen eine Art Sicherheitsventil mit Rückflußsperre dar. So sind beispielsweise Ventile bekannt, bei denen eine Kugel durch eine Feder in einen Konus gedrückt wird. Liegt ein bestimmter Druck der Gehirnflüssigkeit am Eingang des Ventils an, so wird die Kugel entgegen der Federkraft aus dem Konus gedrückt, so daß Flüssigkeit durch das Ventil strömen kann. Bei bestimmten Ventilen ist zusätzlich eine mechanische Verstellmöglichkeit von außen vorgesehen, bei der der Öffnungsdruck, bei dem sich das Ventil zur Ableitung der Gehirnflüssigkeit öffnet, in groben Bereichen verstellbar ist. In umgekehrter Flußrichtung wird durch den Ven­ tilsitz der Kugel in dem Konus ein Rückfluß verhindert. Eine Verhinderung des Rück­ flusses ist schon deshalb notwendig, da bereits ein Tropfen Blut ein derart mecha­ nisch konstruiertes Ventil komplett verkleben und somit das Ventil funktionsunfähig machen könnte. Es ist deshalb auch bekannt, vor dem Ventil eine Erweiterung des Silikonschlauchs (Pumpkammer) und ein zusätzliches Rückschlagventil vorzusehen. Durch pumpenartiges Drücken auf die Erweiterung können dann eventuelle Verun­ reinigungen noch beseitigt werden.

Die Positionierung des Ventils im Körper ist im Prinzip beliebig. Es hat sich allerdings als vorteilhaft erwiesen, die Ventile unter der Haut hinter dem Ohr einzusetzen. Das von dem Ventil abgehende zweite freie Ende des Katheters wird von dort unter der Haut in den Bauchraum geführt, wo die überschüssige Hirnflüssigkeit vom Körper aufgenommen werden kann.

Seit nahezu 40 Jahren werden derartige Shunt-Systeme zur Therapie des Wasser­ kopfes implantiert. Dennoch arbeiten bekannte Shunt-Systeme nicht zuverlässig, sondern weisen im Alltagsbetrieb eine Überdrainage oder eine Unterdrainage auf.

Überdrainage bewirkt ein Leerlaufen des Gehirninneren, das spontane Entlastungs­ blutungen und Kopfschmerzen zur Folge hat. Zudem kann eine Überdrainage zu einem Zusammenfallen des Gehirninneren führen und damit Schädigungen des zentralen Nervensystems hervorrufen (Schlitzventrikelsyndrom). Eine Unterdrainage ist für den Patienten ebenfalls gefährlich, da durch den steigenden Druck Hirnsub­ stanz zerstört werden kann. Allerdings ist durch eine mäßige Unterdrainage auch eine Therapie möglich, da dann die natürlichen Vorgänge zur Absorption der Gehirn­ flüssigkeit wieder angeregt werden können.

Das Problem der Über- bzw. Unterdrainage wird zum einen durch die bestehenden Ventilkonstruktionen selber hervorgerufen. So weisen auch Ventile gleicher Baureihe eine Streuung des Öffnungsdruckes auf. Zum anderen ist aber auch der optimal ein­ zustellende Öffnungsdruck individuell von dem jeweiligen Patienten abhängig und kann vor der Implantation des Shunt-Systems nicht bestimmt werden. Ein weiteres Problem ist die Anpassung des hydraulischen Verhaltens des Implantats an unter­ schiedliche Körperpositionen. So sinkt beim Aufrichten des Körpers zwar der Druck im Gehirn, es wird aber durch die Höhendifferenz zwischen Eingang und Ausgang des zum Bauch führenden Katheters ein zusätzliches Druckgefälle geschaffen. Auch bei diesem Druckwert sollte das Ventil jedoch nur die gerade notwendige Flüssig­ keitsmenge abführen.

Insgesamt hat der behandelnde Arzt nach der Implantation somit nur sehr einge­ schränkte Möglichkeiten der Diagnose und Therapie. Eine nicht optimale Anpassung des Ventils an den Patienten oder eine Fehlfunktion kann nur an symptomatischen Beschwerden, z. B. Kopfschmerzen, oder in einem fortgeschrittenen Zustand durch ein Computertomogramm erkannt werden. Selbst bei Ventilen mit mechanischer Verstellmöglichkeit des Öffnungsdrucks stehen dem Arzt somit nur sehr ungenaue Angeben zur Verfügung, wie er den neuen Öffnungsdruck einzustellen hat. Als letzte Therapiemöglichkeit bleibt in den meisten Fällen nur eine erneute Operation, die immer mit großen Belastungen und Risiken für den Patienten und hohen Kosten für die Allgemeinheit verbunden sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Implantat der gattungsge­ mäßen Art zu schaffen, das eine verbesserte Überwachung und/oder Verstellung des Ventils auch nach der Implantation ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Erfindungsgemäß ist eine Meßeinheit vorgesehen, an die ein Durchflußsensor ange­ schlossen ist, der die durch den Katheter durchströmte Flußmenge pro Zeiteinheit mißt, wobei die Meßeinheit zur Verstellung und/oder zur Überwachung des Ventils mit einer Stelleinheit und/oder mit einer außerhalb des Körpers befindlichen Kontrol­ leinheit zusammenwirkt. Die Erfindung schafft zusätzliche Überwachungsmöglich­ keiten des Ventils. Zwar ist nämlich die Messung des Flusses für die Überwachung des Implantats nicht zwingend erforderlich, da letztlich der Druck der Gehirnflüssig­ keit die entscheidende Überwachungsgröße ist. Allerdings hat man durch die Fluß­ messung doch eine zusätzliche Kontrollmöglichkeit der Funktion des Ventils.

Vorzugsweise besteht der Flußsensor aus einem definierten Strömungswiderstand und einem Drucksensor, wobei der Drucksensor den Druckabfall an dem Strö­ mungswiderstand mißt. Der durch den Drucksensor gemessene Differenzdruck ist dann eine Funktion des Flusses, so daß der Durchfluß durch den Katheter auf diese Weise bestimmbar ist. Eine andere bevorzugte Ausführungsform eines Durchfluß­ sensors kann darin bestehen, daß der Durchflußsensor aus einem Kompensations­ regler besteht, der den Differenzdruck zwischen dem Zufluß und dem Abfluß eines Meßrohres über eine in das Meßrohr eingebrachte Zahnradpumpe ausregelt. Dieses Kompensationsprinzip ist auch noch zur Messung kleinster Durchflußmengen geeig­ net.

Eine weitere Lösung der obengenannten Aufgabe, für die ebenfalls selbständiger Schutz beansprucht wird, besteht in den Merkmalen des Patentanspruchs 4. Erfin­ dungsgemäß ist eine Meßeinheit vorgesehen, an die ein Lagesensor angeschlossen ist, der die Lage des Körpers relativ zu dem Erdbeschleunigungsvektor mißt,
wobei die Meßeinheit zur Verstellung und/oder zur Überwachung des Ventils einer Stelleinheit und/oder mit einer außerhalb des Körpers befindlichen Kontrolleinheit zusammenwirkt. Als Maß für die Lage des Patienten kann beispielsweise der Diffe­ renzdruck zwischen dem ersten und dem zweiten freien Ende des Katheters dienen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Meßeinheit und die Stelleinheit in einer Telemetrieeinheit integriert sind, wobei zwischen der Tele­ metrieeinheit und einer außerhalb des Körpers befindlichen Kontrolleinheit eine Da­ tenübertragung und/oder eine Energieübertragung herstellbar ist. Durch die Teleme­ trieeinheit sind somit umfassende Kontroll- und/oder Verstellmöglichkeiten des Im­ plantats gegeben. So ist es in einem ersten Schritt möglich, in der Telemetrieeinheit eine Meßeinheit vorzusehen, an die mindestens ein Sensor zur Messung minde­ stens eines Zustandes des Implantats angeschlossen ist. So können zum Beispiel der Druck am ersten freien Ende des Katheters und der Fluß durch den Katheter gemessen und über die Telemetrieeinheit aus dem Körperinneren zu einer Kontrol­ leinheit übertragen werden. Alternativ oder zusätzlich können mit der Telemetrieein­ heit auch Stellwerte von der Kontrolleinheit zur Telemetrieeinheit übertragen werden, die dann an die angeschlossenen Aktoren weitergeleitet werden. Insbesondere ist es somit möglich, das Ventil als Stellventil auszuführen und somit den Fluß durch den Katheter von außen zu verändern. Weiterhin ist es möglich, daß in der Telemetrie­ einheit ein Regler vorgesehen ist, der das Stellventil selbständig in Abhängigkeit von den erfaßten Meßwerten und einem Sollwert verstellt. Der Sollwert kann wiederum über die Kontrolleinheit vorgegeben und verändert werden.

Das erfindungsgemäße Implantat weist gegenüber herkömmlichen Implantaten eine Reihe von Vorteilen auf. So ist es möglich, das Verhalten des Implantats auch unter Alltagsbedingungen zu erfassen und in regelmäßigen Abständen zu kontrollieren. Falls Abweichungen in dem Systemverhalten festgestellt werden, können die Ventil­ eigenschaften in der gewünschten Weise verändert werden. Dies kann zum einen ebenfalls über die Telemetrieeinheit durch entsprechend vorgesehene Aktoren ge­ schehen, oder aber es sind entsprechende Verstellmöglichkeiten am Ventil vorgese­ hen, die durch mechanische Einwirkungen von außen auf das Ventil verändert wer­ den können. Falls ein entsprechend fein verstellbarer Aktor im Ventil vorhanden ist, könnte durch eine gezielte Therapie die Resorptionsfähigkeit des Patienten reakti­ viert werden. Dies ist durch eine leichte Unterdrainage möglich, die sich auf die pati­ entenspezifischen Bedürfnisse erfindungsgemäß einstellen läßt. So kann im Idealfall das Implantat im Laufe der Jahre überflüssig werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zwischen der Telemetrieeinheit und der Kontrol­ leinheit neben der Datenübertragung auch eine Energieübertragung möglich ist. Hierdurch kann ein Akkumulator aufgeladen werden, der parallel zu einer im Im­ plantat vorhandenen Batterie oder auch alleine zur Energieversorgung der im Im­ plantat vorhandenen elektrischen und elektronischen Bauteile dient.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Ventil in der Telemetrieeinheit inte­ griert. Insbesondere kann vorgesehen sein, daß das Ventil und die Telemetrieeinheit eine integrierte Einheit bilden, an die das erste freie Ende und das zweite freie Ende des Katheters anschließbar ist und die unter der Haut implantierbar ist. Als bevor­ zugte Stelle zur Implantation wird eine Stelle hinter dem Ohr oder unter dem Schlüs­ selbein gesehen.

An die Meßeinheit sind zweckmäßigerweise ein oder mehrere Drucksensoren ange­ schlossen, die den Druckabfall an ein oder mehreren Stellen des Katheters messen. So kann insbesondere ein Drucksensor vorgesehen sein, der den Druckabfall an dem Ventil, den Absolutdruck der Gehirnflüssigkeit oder den Differenzdruck zwi­ schen dem ersten und dem zweiten freien Ende des Katheters mißt. Hierbei werden vorzugsweise mikromechanische Flußsensoren verwendet, die auf einem Silizium­ chip integriert sind und somit in besonders kleiner Baugröße herstellbar sind.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß in die Meßeinheit ein Meßwertspeicher integriert ist, in dem vergangene Meßwerte abspei­ cherbar sind. Auf diese Weise können die Daten der an die Meßeinheit angeschlos­ senen Sensoren auch unter Alltagsbedingungen erfaßt werden und bei einer Routi­ neuntersuchung des behandelnden Arztes über die Telemetrieeinheit zu der Kon­ trolleinheit übertragen werden. In der Kontrolleinheit kann dann eine Auswertung der jeweiligen Meßdaten stattfinden, woraufhin dann weitere Therapieschritte festgelegt werden können. Auf diese Weise ist bereits eine Überwachung herkömmlicher pas­ siver Sicherheitsventile mit Rückflußsperre möglich.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Teleme­ trieeinheit eine Recheneinheit aufweist, die die von der Meßeinheit erfaßten Meß­ werte aufgrund vorgegebener Sollwerte auswertet. Beispielsweise kann der gemes­ sene Durchfluß durch das Implantat mit einem vorgegebenen typischen Durchfluß­ verhalten verglichen werden, wobei nur bei einer bestimmten Abweichung eine Ab­ speicherung der jeweiligen Daten erfolgt. Auf diese Weise kann bei großen anfallen­ den Datenmengen seitens der Meßeinheit eine Vorauswahl der relevanten Daten getroffen werden, um möglichst über einen langen Zeitraum Daten in den Meßwert­ speicher abspeichern zu können. Besonders vorteilhaft ist es, wenn in der Rechen­ einheit Testroutinen implantiert sind, die die Funktionsfähigkeit des Implantats über­ prüfen.

Um den Durchfluß durch den Katheter seitens der Telemetrieeinheit zu steuern, kommen grundsätzlich drei Arten von Ventilen in Frage: Proportionalventile, Schalt­ ventile und Überströmventile mit Veränderung der Ventilcharakteristik. Bei Proportio­ nalventilen wird der Durchflußwiderstand kontinuierlich verstellt, beispielsweise durch einen Stempel, durch eine in einen Konus bewegbare Kugel oder durch Quetschung des Schlauches. Das Proportionalventil ist demnach aktiv, da es für die Arbeit gegen den Flüssigkeitsdruck Energie benötigt. Demgegenüber weisen Schaltventile nur einen geschlossenen Zustand und einen geöffneten Zustand auf, zwischen denen hin- und hergeschaltet wird. Das Taktverhältnis zwischen beiden Zuständen be­ stimmt den mittleren Durchfluß. Auch das Schaltventil ist demnach ein aktives Ventil, da gegen den Flüssigkeitsdruck beim Schalten Arbeit aufgewendet werden muß. Bei Überströmventilen mit Veränderung der Ventilcharakteristik handelt es sich dagegen um passive Ventile mit aktiver Verstellung des Öffnungsdrucks. Das Ventil selbst ist energielos, die Stellenergie kommt aus einem passiven Energiespeicher, beispiels­ weise einer vorgespannten Feder.

Als Antrieb für die verschiedenen Ventilausführungen eignet sich z. B. ein soge­ nannter Inchworm-Motor, der aus zwei piezoelektrischen Halteelementen besteht, die im Gegentakt einen piezoelektrischen Stab in Abhängigkeit von dessen Ausdeh­ nungsrichtung halten oder freigeben. Die Ausdehnung des piezoelektrischen Stabs oder die Haltefunktion der Halteelemente werden dabei durch Anlegen einer Span­ nung an die jeweiligen Piezoelemente erreicht. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß der Antrieb ein ausdehnbarer Balg ist, wobei das Volumen aufgrund eines Phasenübergangs des in dem Balg eingeschlossenen Mediums veränderbar ist. Der Phasenübergang kann beispielsweise durch Aufheizung hervorgerufen werden, so daß der Ventilsitz geschlossen oder geöffnet werden kann. Eine weitere Möglichkeit des Antriebs besteht darin, daß der Antrieb ein miniaturisierter Elektromotor mit ei­ nem selbsthemmenden Getriebe ist, wobei das selbsthemmende Getriebe die Rota­ tionsbewegung der Motorachse in eine Linearbewegung des Stempels umwandelt. Durch das selbsthemmende Getriebe braucht keine zusätzliche Energie für die Hal­ tekraft des Stempels aufgebracht werden, so daß ein derartiger Antrieb besonders energiesparend ist. Schließlich ist als Antrieb auch eine Tauchspule in einem per­ manenten Magnetfeld denkbar.

Besteht somit eine Verstellmöglichkeit des Ventils, eröffnen sich für den behandeln­ den Arzt völlig neue Therapiemöglichkeiten, da dieser nach Auswerten der von der Telemetrieeinheit übertragenen Meßdaten den Durchflußwiderstand des Ventils neu verstellen kann. Gegebenenfalls kann dies auch automatisch durch die Kontrollein­ heit erfolgen.

Zusätzlich oder alternativ zu der Möglichkeit der Verstellung des Ventils durch die Kontrolleinheit kann auch ein Regler vorgesehen sein, der in Abhängigkeit von min­ destens einer gemessenen Zustandsgröße des Ventils und einem vorgegebenen Sollwert eine Stellgröße für das Stellventil derart bestimmt, daß das Abflußverhalten der Gehirnflüssigkeit dem Sollwert entspricht. Ein derartiger Regler kann in der Kon­ trolleinheit oder aber auch in der Telemetrieeinheit integriert sein.

Falls der Regler in der Kontrolleinheit integriert ist, übernimmt dieser die Neueinstel­ lung des Ventils bei einem Routinebesuch des behandelnden Arztes. Ist aber der Regler in der Telemetrieeinheit integriert, kann die Telemetrieeinheit eine Verstellung des Ventils aufgrund der aufgenommenen Meßdaten kontinuierlich und selbständig vornehmen. In diesem Fall kann die notwendige Datenübertragung auf die Kontrol­ leinheit auf ein Minimum beschränkt werden, da der in der Telemetrieeinheit inte­ grierte Regler von sich aus eine optimale Funktion des Ventils gewährleistet. Den­ noch wird es zweckmäßig sein, bei Routineuntersuchungen die unter Alltagsbedin­ gungen aufgenommenen Meßdaten des Implantats zu dem Kontrollsystem zu über­ tragen und außerdem seitens des Kontrollsystems eventuell einen neuen Sollwert für den Regler vorzugeben.

Eine einfache Realisierungsform des Reglers könnte beispielsweise darin bestehen, daß der Regler ein PI-Regler ist, der die Regeldifferenz zwischen einem vorgegebe­ nen Druck-Sollwert und einem gemessenen Druck der Gehirnflüssigkeit in eine Stell­ größe für den Antrieb des Stellventils umwandelt. Selbstverständlich sind aber auch alle anderen Arten von geeigneten Reglertypen denkbar.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Teleme­ trieeinheit und die Kontrolleinheit einen Schwingkreis mit jeweils einer Induktivität aufweisen, wobei bei einer Übertragung von Meßwerten der Schwingkreis seitens der Telemetrieeinheit und bei einer Übertragung von Stellwerten der Schwingkreis seitens der Kontrolleinheit verstimmbar ist und daß die Datenübertragung berüh­ rungslos durch induktive Kopplung der Induktivitäten erfolgt. Auf diese Weise ist eine bidirektionale Datenübertragung ohne großen Energiebedarf seitens der Telemetrie­ einheit möglich. Statt den Informationsgehalt der übertragenen Frequenz auszuwer­ ten, kann man auch deren Energiegehalt zur Aufladung eines Akkumulators oder eines Kondensators nutzen, die ihrerseits zur Energieversorgung der Telemetrieein­ heit dienen. Auf diese Weise kann die Größe und das Gewicht der Telemetrieeinheit weiter reduziert werden, da eine regelmäßig Aufladung eines in der Telemetrieein­ heit vorgesehenen Energiespeichers bei den ohnehin notwendigen Kontrolluntersu­ chungen möglich ist.

Die Kontrolleinheit ist zweckmäßigerweise an ein Computersystem angeschlossen, das die übertragenen Meßwerte auswertet und das die zu übertragenden Stellwerte berechnet. Beispielsweise kann die Kontrolleinheit aus einem handlichen Tastkopf bestehen, der zur Datenübertragung in die Nähe der implantierten Telemetrieeinheit geführt wird. In dem Tastkopf sind dabei nur die zur Datenübertragung notwendigen Elemente enthalten, während in dem Computersystem die eigentliche Auswertung stattfindet.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der an die Telemetrieeinheit ange­ schlossenen Komponenten,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Telemetrieeinheit,

Fig. 3 ein elektrisches Prinzipschaltbild für die Datenübertragung von der Telemetrieeinheit zur Kontrolleinheit,

Fig. 4 ein elektrisches Prinzipschaltbild für die Datenübertragung von der Kontrolleinheit zur Telemetrieeinheit,

Fig. 5 eine schematische Darstellung des gesamten Implantats,

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Aktors und eines Stellventils,

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Proportionalventils,

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Schaltventils,

Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Durchflußsensors und

Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Durchflußsensors mit einem Kompensationsregler.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der an die Telemetrieeinheit angeschlos­ senen Komponenten. Die Telemetrieeinheit 1 ist an einer geeigneten Stelle des Kör­ pers unter der Haut des Patienten implantiert, wobei ein Tastkopf 2 zu der Oberflä­ che der Haut ausgerichtet ist. Ein Katheter 3 ist durch die Schädeldecke 4 mit sei­ nem ersten freien Ende 5 in das Innere des Gehirns geführt und ist unter der Haut des Patienten derart verlegt, daß das zweite freie Ende 6 in dem Bauchraum des Patienten endet. Auf dem Verlauf des Katheters 3 ist ein Ventil 7 eingebracht, des­ sen Durchflußwiderstand mit einem Antrieb 8 veränderbar ist. Das Ventil 7 ist vor­ zugsweise in der Nähe der Telemetrieeinheit implantiert oder bildet mit dieser eine integrierte Einheit.

An die Telemetrieeinheit 1 sind drei Sensoren 9, 10, 11 angeschlossen, die ver­ schiedene Zustände der in dem Katheter 3 fließenden Gehirnflüssigkeit erfassen. Mit den Sensoren 9 und 11 ist der Druck im Bauchraum bzw. in dem Inneren des Ge­ hirns meßbar, wohingegen mit dem Sensor 10 die Durchflußgeschwindigkeit in dem Katheter 3 meßbar ist. Umgekehrt ist auch der Antrieb 8 mit der Telemetrieeinheit elektrisch verbunden.

In der Nähe des Tastkopfes 2 kann im Bedarfsfall von außen auf die Haut des Pati­ enten ein zweiter Tastkopf 12 aufgesetzt werden, der mit einer nicht näher darge­ stellten Kontrolleinheit verbunden ist. Die Kontrolleinheit kann dabei beispielsweise aus einem Computersystem bestehen.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der Telemetrieeinheit. Die Telemetrieeinheit besteht aus einer Meßeinheit 20, einem Regler 21, einer Speicher- und Recheneinheit 22, einer Stelleinheit 23 und einer Kommunikationseinheit 24. An die Meßeinheit 20 sind gemäß Fig. 1 die Sensoren 9, 10, 11 angeschlossen. In der Meßeinheit 20 findet dabei eine Aufbereitung und eine AD-Wandlung der Sensorsignale statt. Die digita­ len Meßwerte der Sensoren werden sodann sowohl an den Regler 21 als auch an die Speicher- und Recheneinheit 22 weitergeleitet. Der Regler 21 setzt die Meßwerte der Meßeinheit 20 aufgrund des entsprechenden Regelalgorithmus und in Abhän­ gigkeit von dem vorgegebenen Sollwert in einen Stellwert um, der der Stelleinheit 23 zugeführt wird. Die Stelleinheit 23 wandelt den jeweiligen von dem Regler 21 gelie­ ferten Stellwert mittels eines DA-Wandlers in einen analogen Wert um und bereitet diesen entsprechend auf, so daß der analoge Stellwert an den Aktor 8 weitergeleitet werden kann. Aufgrund des Aktors 8 findet gemäß Fig. 1 eine Veränderung des Durchflußwiderstandes des Ventils 7 statt, so daß sich wiederum die Meßgrößen der Sensoren 9, 10, 11 verändern und somit der Regelkreis geschlossen ist. Die Spei­ cher- und Recheneinheit 22 erfaßt zusätzlich die digitalen Meßwerte und die digita­ len Stellwerte und speichert diese in regelmäßigen Abständen ab. Zusätzlich führt eine interne Recheneinheit eine Überwachung der erfaßten Werte durch und verän­ dert gegebenenfalls die Parameter des Regelalgorithmus. Eine derartige Adaption der Regelparameter kann auch auf die Fälle beschränkt werden, in denen eine Da­ tenübertragung mit der externen Kontrolleinheit stattfindet. Für diesen Fall kann die Recheneinheit also in die Kontrolleinheit ausgelagert werden.

Um eine Datenübertragung zwischen der Telemetrieeinheit und einer externen Kon­ trolleinheit durchzuführen, wird gemäß Fig. 1 der Tastkopf 12 der Kontrolleinheit in die Nähe des Tastkopfes 2 der Telemetrieeinheit gesetzt. Um die in der Speicher- und Recheneinheit 22 gespeicherten Werte zu der Kontrolleinheit zu übertragen, werden die Werte von der Kommunikationseinheit 24 aus der Speicher- und Re­ cheneinheit 22 ausgelesen, für eine Datenübertragung und dem Tastkopf 2 zuge­ führt. Eine nähere Beschreibung der Datenübertragung findet sich dabei in Fig. 3. In umgekehrter Weise wird auch eine Datenübertragung zwischen der Kontrolleinheit und der Telemetrieeinheit hergestellt, eine entsprechende Beschreibung findet sich in Fig. 4.

Fig. 3 zeigt ein elektrisches Prinzipschaltbild für die Datenübertragung von der Tele­ metrieeinheit zu der Kontrolleinheit. Die Übertragungsrichtung ist durch den Pfeil A angedeutet. Die in der Kommunikationseinheit 24 gewandelten Werte werden dem Tastkopf 2 und dort einem Spannungs-Frequenzwandler 30 zugeführt, der einen Schalttransistor 31 taktet, wodurch die Resonanzfrequenz des durch C und L1 gebil­ deten Schwingkreises entsprechend der Taktfrequenz verändert wird. In dem Tastkopf 12 wird hierdurch die Resonanzfrequenz des durch C und L2 gebildeten Schwingkreises verstimmt, wobei die Sendeenergie durch den in dem Tastkopf 12 befindlichen Oszillator 34 geliefert wird. Über den Widerstand R wird die derart mo­ dulierte Resonanzfrequenz über den Frequenz-Spannungswandler in Form einer analogen Spannung der Kontrolleinheit 33 zugeführt.

Fig. 4 zeigt ein elektrisches Prinzipschaltbild für die Datenübertragung von der Kon­ trolleinheit zu der Telemetrieeinheit. Die Übertragungsrichtung ist durch den Pfeil B angedeutet. In diesem Fall wird die Frequenz des Oszillators 34 entsprechend den zu übertragenden Werten der Kontrolleinheit 33 verändert. Die Datenübertragung erfolgt ansonsten analog gemäß Fig. 3.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung des gesamten Implantats. Auf der oberen Seite des Schädels ist in die Schädeldecke ein Loch 50 eingebracht, in die das erste freie Ende 5 des Katheters 3 eingeführt ist. Der Katheter 3 ist unterhalb der Kopfhaut verlegt und endet mit seinem zweiten freien Ende in dem Bauchraum. Die Teleme­ trieeinheit und das Ventil bilden eine integrierte Einheit 51, die wie in Fig. 5 abgebil­ det hinter dem Ohr des Patienten oder vorzugsweise auch unter dem Schlüsselbein implantiert werden kann. Vor der integrierten Einheit 51 ist eine Erweiterung 52 in dem Silikonschlauch vorgesehen, die zur Beseitigung eventueller Verstopfungen oder Verklebungen pumpenartig gedrückt werden kann.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Aktors 8 und eines passiven Ventils 7. Der Aktor 8 besteht aus einem miniaturisierten Elektromotor 60, der über die An­ schlüsse 61 an- und ausschaltbar ist. Die Antriebswelle des Elektromotors 60 ist mit einer Wellenkupplung 62 mit einer Spindelwelle 63 verbunden. Die Spindelwelle 63 weist ein Gewinde 64 auf, auf dem eine Spindelmutter 65 läuft. Die Spindelmutter 65 ist mit einem Hebelarm 66 gelenkig verbunden, der in die Ventilkammer 72 eines Ventils 7 hineinragt und an dem Gehäuse 73 drehbar gelagert ist.

Das Ventil besitzt einen Zufluß 68, der in einen Konus 69 mündet. Der Konus 69 ist durch eine Kugel 70 verschließbar, wobei die Anpreßkraft durch die Feder 71 aufge­ bracht wird. Die Feder 71 ist mit dem in die Ventilkammer 72 hineinragenden Hebel­ arm 66 verbunden, so daß durch Verstellung des Hebelarms die Anpreßkraft auf die Kugel 70 veränderbar ist.

Zur Verstellung der Ventilcharakteristik wird eine Spannung an die Anschlüsse 61 angelegt. In Abhängigkeit von der Drehrichtung der Spindelwelle 63 kann dabei der Öffnungsdruck des Ventils 7 vergrößert oder verringert werden. Bewegt sich demnach die Spindelmutter 65 in die mit A gekennzeichnete Richtung, so vergrößert sich der Öffnungsdruck, bewegt sich dagegen die Spindelmutter 65 in die mit B gekennzeich­ nete Richtung, so verringert sich der Öffnungsdruck des Ventils 7.

Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Proportionalventils. Das Proportio­ nalventil besteht aus einem miniaturisierten Gleichstrommotor 80, dessen Welle eine Gewindespindel 81 antreibt. Auf der Gewindespindel 81 läuft ein Gewindering 82 mit einem Stempel 83, dessen Ende in einen Ventilsitz 84 hineinragt. Der Ventilsitz 84 ist umgeben von einem Ventilgehäuse 85 mit einem Zufluß 86 und einem Abfluß 87, so daß der Durchflußwiderstand zwischen dem Zufluß 86 und dem Abfluß 87 durch Verstellung des Ventilsitzes 84 veränderbar ist.

Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Schaltventils. Das Schaltventil be­ steht aus einem Ventilgehäuse 90, in dessen Inneren eine Membran 91 zwischen zwei Zuständen hin- und herpendelt. Im ersten Zustand ist durch die Membran 91 der Zufluß 92 verschlossen, während im zweiten Zustand der Zufluß 92 geöffnet ist, so daß Flüssigkeit durch das Ventilgehäuse 90 zum Ausfluß 93 strömen kann. Auf der Membran 91 befindet sich eine umpolbare Spule 94. Dazu zentriert sind an den angrenzenden Seitenwänden des Ventilgehäuse jeweils gegensinnig gepolte Per­ manentmagneten befestigt. Hierdurch kann durch Anlegen einer Spannung an die umpolbare Spule der Schaltzustand der Membran 91 verändert werden.

Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung eines Durchflußsensors. Der Durchfluß­ sensor besteht aus einem Meßrohr 100, in das ein Durchflußwiderstand 101 einge­ bracht ist. Vor und hinter dem Durchflußwiderstand wird Flüssigkeit durch die Leitun­ gen 103 und 104 zu einem Drucksensor 102 geführt, so daß der Druckabfall über den Strömungswiderstand 101 gemessen wird. Der von dem Drucksensor 102 ge­ messene Differenzdruck ist dabei eine Funktion des Flusses. Als Drucksensoren kommen handelsübliche Drucksensoren in Frage, wobei sich aufgrund der Miniaturi­ sierung insbesondere mikromechanische Drucksensoren eigenen.

Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung eines Durchflußsensors mit einem Kom­ pensationsregler. Der Durchflußsensor weist eine Zahnradpumpe mit Zahnrädern 110 und 111 auf, die über ein Getriebe 112 von einem Elektromotor 113 angetrieben werden. Die Zahnräder 110 und 111 sind derart in ein Meßrohr 114 eingebracht, daß diese bei Anlegen eines Stellsignals 121 die in dem Meßrohr 114 befindliche Flüs­ sigkeit in Richtung des Pfeiles 122 beschleunigen.

Der Differenzdruck der in dem Meßrohr fließenden Flüssigkeit wird zwischen den Stellen 115 und 116 durch den Drucksensor 117 gemessen. Das Ausgangssignal 118 des Drucksensors wird zusammen mit einem Sollwert 119 einem Regler 120 zugeführt. Vorzugsweise ist der Sollwert 119 identisch Null, so daß der Regler 120 über die Zahnradpumpe den durch den Drucksensor 117 gemessenen Differenz­ druck ausregelt. Die Stellgröße 121 ist in diesem Fall direkt proportional zum Durch­ fluß durch das Meßrohr.

Claims (20)

1. Implantat zur kontrollierten Ableitung von Gehirnflüssigkeit, insbesondere zur Therapie des Wasserkopfes,
mit einem unter der Haut verlegten Katheter, dessen erstes freies Ende zu ei­ ner Stelle im Gehirn geführt ist, von wo überschüssige Gehirnflüssigkeit ableit­ bar ist, und dessen zweites freies Ende zu einer Stelle im Körper geführt ist, von wo die überschüssige Gehirnflüssigkeit vom Körper aufnehmbar ist, und
mit einem Ventil, das in dem Katheter auf dessen Verlauf eingebracht ist,
gekennzeichnet durch, eine Meßeinheit, an die ein Durchflußsensor angeschlossen ist, der die durch den Katheter durchströmte Flußmenge pro Zeiteinheit mißt,
wobei die Meßeinheit zur Verstellung und/oder zur Überwachung des Ventils mit einer Stelleinheit und/oder mit einer außerhalb des Körpers befindlichen Kontrolleinheit zusammenwirkt.

2. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußsensor aus einem definierten Strömungswiderstand und einem Drucksensor besteht, wobei der Drucksensor den Druckabfall an dem Strömungswiderstand mißt.

3. Implantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußsensor aus einem Kompensationsregler besteht, der den Differenzdruck zwischen dem Zufluß und dem Abfluß eines Meßrohres über eine in das Meßrohr einge­ brachte Zahnradpumpe ausregelt.

4. Implantat nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, gekennzeichnet durch eine Meßeinheit, an die ein Lagesensor angeschlossen ist, der die Lage des Körpers relativ zu dem Erdbeschleunigungsvektor mißt, wobei die Meßeinheit zur Verstellung und/oder zur Überwachung des Ventils mit einer Stelleinheit und/oder mit einer außerhalb des Körpers befindlichen Kontrolleinheit zusammenwirkt.

5. Implantat nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit und die Stelleinheit in einer Telemetrieeinheit integriert sind, wobei zwischen der Telemetrieeinheit und einer außerhalb des Körpers befindlichen Kontrolleinheit eine Datenübertragung und/oder eine Energieübertragung her­ stellbar ist.

6. Implantat nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil in die Telemetrieeinheit integriert ist.

7. Implantat nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß an die Meßeinheit ein Drucksensor angeschlossen ist, der den Druckabfall an dem Ventil mißt.

8. Implantat nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß an die Meßeinheit ein Drucksensor angeschlossen ist, der den Absolutdruck im Gehirn mißt.

9. Implantat nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß an die Meßeinheit ein Drucksensor angeschlossen ist, der den Differenzdruck zwi­ schen dem ersten und dem zweiten freien Ende des Katheters mißt.

10. Implantat nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Telemetrieeinheit eine Recheneinheit aufweist, die die von der Meßeinheit er­ faßten Meßwerte aufgrund vorgegebener Sollwerte auswertet.

11. Implantat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rechenein­ heit Testroutinen implantiert sind, die die Funktionsfähigkeit des Implantats überprüfen.

12. Implantat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in die Meßeinheit ein Meßwertspeicher integriert ist, in dem vergangene Meßwerte abspeicherbar sind.

13. Implantat nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein durch die Stelleinheit elektrisch ansteuerbares Ventil ist.

14. Implantat nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regler vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von mindestens einer gemessenen Zustandsgröße des Ventils und einem vorgegebenen Sollwert eine Stellgröße für das Stellventil derart bestimmt, daß das Abflußverhalten der Gehirnflüssig­ keit dem Sollwert entspricht.

15. Implantat nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler in der Kontrolleinheit integriert ist.

16. Implantat nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler in der Telemetrieeinheit integriert ist.

17. Implantat nach einem der Ansprüche 14-16, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessene Zustandsgröße der Druck der Gehirnflüssigkeit vor dem Ventil ist und daß der Regler ein PI-Regler ist.

18. Implantat nach einem der Ansprüche 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß die Telemetrieeinheit und die Kontrolleinheit einen Schwingkreis mit jeweils einer Induktivität aufweisen, wobei bei einer Übertragung von Meßwerten der Schwingkreis seitens der Telemetrieeinheit und bei einer Übertragung von Stellwerten der Schwingkreis seitens der Kontrolleinheit verstimmbar ist und daß die Datenübertragung berührungslos durch induktive Kopplung der Indukti­ vitäten erfolgt.

19. Implantat nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiegehalt der von der Kontrolleinheit zur Telemetrieeinheit übertragenen Frequenz einen Akkumulator und/oder einen Kondensator zur Energieversorgung der Teleme­ trieeinheit auflädt.

20. Implantat nach einem der Ansprüche 1-19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinheit an ein Computersystem angeschlossen ist, das die übertrage­ nen Meßwerte auswertet und das die zu übertragenden Stellwerte berechnet.