DE19807599C1 - Segelklappe mit einem Spülstrom - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Segelklappe für künstliche Blutpumpen und Konduits, dadurch gekennzeichnet, daß im geöffneten Zustand des Segels ein Teil des Blutstroms durch einen Strahlteiler abgeteilt wird und so auf die Seite des Segels gelenkt wird, die dem Hauptstrom des Blutes abgewandt ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß alle Bereiche der Klappe in der Durchströmphase durch den Spülstrom durchströmt werden. Auf diese Weise werden Stagnationsgebiete vermieden und die Gefahr der Thrombenbildung verringert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klappe für den Einsatz in künstlichen Blutpumpen in der Anwendung in einem künstlichen Herzen oder einem Herzunterstützungssystem oder aber für den Einsatz in künstlichen Konduits, wie sie für eine Verbindung der linken Herzkammer mit der Aorta implantiert werden oder für den Einsatz zum Ersatz einer erkrankten natürlichen Herzklappe. Ein Segel aus einem flexiblem Material ist dabei das Element, das den Strömungsquerschnitt freigibt oder verschließt. Eine Klappe kann jedoch auch mehrere Segel besitzen, die jeweils nur einen Teilbereich des Strömungsquerschnitts freigeben oder verschließen.

Eine künstliche Segelklappe hat die Aufgabe, den Blutstrom in der einen Richtung freizugeben und in der umgekehrten Richtung zu verschließen. Dabei soll sie einen möglichst großen freien Querschnitt freigeben, wenn der Druck stromauf größer als stromab ist. In dieser Phase soll das Segel, das bewegliche Element der Segelklappe, dem Strömen des Blutes einen möglichst geringen Widerstand bieten. Kehrt sich durch die Aktion des Herzens dieses Druckverhältnis jedoch um, soll die Segelklappe diesen Querschnitt schnell verschließen, um eine Rückströmen des Blutes zu vermeiden. Die Werkstoffe, die für den Bau einer solchen Segelklappe zur Verfügung stehen, sind jedoch den natürlichen Stoffen, aus denen der Körper die blutführenden Elemente aufbaut, weit unterlegen. Die künstlichen Werkstoffe können die Bildung von Blutgerinnseln verursachen, die die Funktion der Segelklappe behindern können oder auch sich ablösen und Blutgefäße weiter stromab verschließen können. Diese Vorgänge werden neben den Werkstoffeigenschaften weiterhin wesentlich auch durch die Blutströmung durch die Klappe bestimmt. Besonders nachteilig sind Stagnationsgebiete, in denen das Blut sich nur wenig oder auch zirkulär bewegt. Solche Bereiche entstehen vor allem, wenn sich der Strömungsquerschnitt erweitert oder aber Ausnehmungen und Vertiefungen besitzt. Solche Ausnehmungen sind den natürlichen Vertiefungen in Klappennähe nachgebildet und befinden sich auf der dem Hauptstrom abgewandten Seite des Segels.

Es sind Segelklappen bekannt, bei denen versucht wird, Stagnationsgebiete durch strömungsgünstig gestaltete Erweiterungen im Bereich des Segels zu vermeiden (STURM, C., LI, W., WOODARD, J. C., HWANG, N. H.: Fluid mechanics of left ventricular assist system outflow housings. In: ASAIO Journal, Vol. 38, 1992, No. 3, M225-227.) An diesen Stellen sollen Wirbelsysteme entstehen, die die Erweiterungen auswaschen sollen.

Weiterhin sind Segelklappen bekannt, bei denen sich der Querschnitt im Bereich des Segels nur wenig ändert, damit der Raum im Bereich des Segels möglichst klein ist. Hierdurch wird jedoch die Beweglichkeit des Segels eingeschränkt, weil sich das Segel bei der Umkehr der Strömungsrichtung nicht von der umgebenden Wandung loslösen kann.

Weiterhin sind Segelklappen bekannt, bei denen der Querschnitt im Bereich des Segels möglichst groß ist. Hierdurch wird die Beweglichkeit des Segels nicht eingeschränkt, jedoch entsteht dabei ein besonders großer Raum, in den ausgedehnte Stagnationsgebiete auftreten.

Allen diesen Segelklappen ist also gemeinsam, daß ein Stagnationsgebiet auf der dem Hauptstrom abgewandten Seite des Segels unvermeidlich ist, weil sich an dieser Stelle der Strömungsquerschnitt erweitert. Die Folge ist, daß alle Segelklappen, die aus einem nicht optimal blutverträglichen Material gefertigt sind mit einer bestimmten Rate an thromboembolischen Komplikationen verbunden sind und den Patienten gefährden.

Diese Segelklappen sind nach dem Modell der natürlichen Herzklappen entwickelt worden. Die natürlichen Herzklappen sind jedoch mit speziellen Zellen ausgekleidet, die eine Thrombenbildung verhindern. Diese Zellen stehen jedoch für künstliche Segelklappen und Blutpumpen nicht zur Verfügung, so daß hier die Geometrie der natürlichen Strömungkanäle wie zum Beispiel die Aortenwurzel nicht übernommen werden kann, oder, wenn dies aber doch geschieht, man mit der Bildung von Thromben rechnen muß. Dies wird durch die Erfahrung mit Segelklappen bestätigt, die in vielen Fällen zu Thromben in der Nähe des Segels auf der dem Hauptstrom abgewandten Seite des Segels führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erwähnten Nachteile der bisherigen Lösungen zu vermeiden und die Aufgabe auf technisch bessere Weise zu lösen.

Dies wird dadurch erreicht, daß die Strömung in gesamten Bereich des Segels so geführt wird, daß in allen Querschnitten des Strömungskanals während der Durchströmphase eine Geschwindigkeit größer Null erzeugt wird. Ein Strahlteiler teilt den Strahl durch die Segelklappe in einen Hauptstrom und einen Nebenstrom. Dieser Nebenstrom ist ein Spülstrom und wird in den Bereich des Segels geleitet, die dem Hauptstrom abgewandt ist. Auf diese Weise werden während Durchströmphase auch die Bereiche zwischen Segel und Wandung durchströmt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß Stagnationsgebiete im ganzen Bereich der Segelklappe vollkommen vermieden werden können.

Fig. 1 zeigt eine Ausbildung der Segelklappe in einem Längsschnitt und in einer Aufsicht. Der Blutstrom kommt aus dem Kanal 1 und verläßt die Klappe durch den Kanal 2. In diesem Fall ist es eine Klappe mit zwei Segeln 3, die sich gegenüberliegen. In Fig. 1 sind die Segeln verschlossen.

Fig. 2 zeigt die Klappe mit geöffneten Segeln. Teile des Hauptstroms, durch die Pfeile 4 gekennzeichnet, wird durch die Strahlteiler 5 abgetrennt und bilden den Spülstrom 6. Dieser Spülstrom 6 durchspült den Raum 7, der auf der einen Seite durch das Segel 3 und auf der anderen Seite durch die Wandung 8 gebildet wird. Dieser Raum 7 wird durch die Kante 9 begrenzt, an der das Segel an der Wand befestigt ist. Es ist diese Kante 9, die ohne den Spülstrom 6 besonders schlecht durchströmt wird. Hier würde sich ohne den Spülstrom 6 ein Stagnationsgebiet bilden und zur Bildung von Thromben in diesem Bereich führen. Der Spülstrom fließt dann seitlich ab, wie in der Fig. 2 unten mit den Pfeilen 10 gezeigt. Dann vereinigt sich der Spülstrom oberhalb der Kante 11 des Segels 3 wieder mit dem Haupstrom 4.

Fig. 3 zeigt wiederum die Klappe mit geöffneten Segeln. Bei dieser Ausführung der Klappe überbrückt der Strahlteiler 3 den ganzen Kanal 2. Dadurch kann erreicht werden, daß bei einem geringem Volumenstrom und einem nur teilweise geöffnetem Segel 12 trotzdem alle Räume zwischen Segel und Wandung durchströmt werden. Der Spülstrom wird aus dem Strahlzentrum abgeteilt und gleichmäßig auf die Räume verteilt.

Claims (6)

1. Segelklappe für den Einsatz bei künstlichen Blutpumpen und Konduits, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Strahlteiler, die während der Durchströmphase einen Teil des Blutstroms als Spülstrom so umlenken, daß die dem Hauptstrom abgewandte Seite des Segels oder der Segel ebenfalls umströmt wird.

2. Segelklappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein, zwei oder mehrere Segel, die Schließfunktion übernehmen und entsprechend jedes Segel auf der dem Hauptstrom abgewandten Seite durch den Spülstrom umströmt wird.

3. Segelklappe nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Segel aus einem blutverträglichen Biomaterial wie beispielsweise biochemisch behandeltes Perikard besteht oder bestehen.

4. Segelklappe nach Ansprüch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Segel aus einem blutverträglichen flexiblen künstlichem Material besteht oder bestehen.

5. Segelklappe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der oder die Strahlteiler über den ganzen Durchmesser des Strömungskanals erstrecken, so daß der Spülstrom auch bei unvolkommener Öffnung eines Segels in alle Bereiche zwischen Segel und Wandung gelangen kann.

6. Segelklappe nach einem der voranstehenden Ansprüch, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Strömungskanals stromab des oder der Strahlteiler konstant bleibt oder sich etwas verringert, so daß in diesem Bereich die Strömung beschleunigt wird und damit keine Strömungsablösungen auftreten.