DE2337497B2 - Kuenstliches herz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein künstliches Herz mit zwei im wesentlichen identischen Herzhälften, von denen jede einen durch einen flexiblen Membransack in zwei gegeneinander abgedichtete Räume aufgeteilten Vorhof und eine durch einen flexiblen Membransack in zwei gegeneinander abgedichtete Räume aufgeteilte Herzkammer umfaßt, wobei der oberhalb des Membransacks liegende Raum des Vorhofs einen Anschlußstutzen zum Anschluß an das venöse Herzempfängersystem aufweist und über ein Rückschlagventil mit dem oberhalb des Membransacks liegenden Herzkammerraum in Verbindung steht, der einen mit einem Rückschlagventil versehenen Anschlußstutzen zum Anschluß an das artielle Herzempfängersystem aufweist, während die beiden unterhalb der Membransäcke liegenden und voneinander getrennten Räume des Vorhofes und der

Hi*zkammer jeweils für sich an einen Pumpenraum eines durch einen angetriebenen ferromagnetischen Kolben in zwei Pumpenräume aufgeteilten. Hydraulik-Flüssigkeit aufnehmenden PumpengeJ\äuses angeschlossen sind, wobei der Vorhof und die Herzkammer in einem gemeinsamen, auch das Pumpengehäuse aufnehmenden Herzgehäuse untergebracht sind.

Ein aus der DT-OS 22 02 953 bekanntes künstliches Herz dieser Art wird mittels eines Stirling-Motors angetrieben, ίιρΊ zwar unter Zwischenschaltung einer Kolbenpumpe. Das bei dem bekannten künstlichen Herz verwendete Amriebsaggregat setzt sich aus einer Vielzahl von beweglichen Einzelteilen, wie Regenerator des Stirling-Motors, mehreren Kolben mit Cleitführungen, Klinken und Rasten und Ventilen u. dgl. zusammen, so daß auf Grund der vielen möglichen Störquelle.i der Unsicherheitsfaktor während des Betriebe·, außerordentlich hoch ist.

Bei einem aus der US-PS 30 97 3b6 bekannten künstlichen Herz ist ein außen am Körper des Herzempfängers befestigter, batteriegespeister Motor mit Getriebe und eine durch eine künstliche Öffnung in das Körpennnere geführte Welle vorgesehen, die zum Antrieb eines Exzenternockens dient, der innerhalb des künstlichen Herzgehäuses zum Verschwenken einer Druckplatte dient, die auf einen elastischen Balg einwirkt, d«r in einen Vorhof und eine Herzkammer umerteilt ist. Der Vorhof ist mit ein*>m Anschlußstutz ._»n zum Anschluß an das venöse Herzempfängersystem und die Herzkammer mit einem Anschlußstutzen zum Anschluß an das arterielle Herzempfängersystem versehen. Durch Verschwenken der schwenkbar gelagerten Druckplatte mittels des Exzenternockens wird jeweils nur der die Herzkammer bildende Teil des flexiblen Balges mechanisch vergrößert und verkleinert, so daß ein Pumpeffekt im Bereich der Herzkammer auftritt. Abgesehen von der räumlichen Trennung zwischen dem eigentlichen Herzgehäuse und dem Antriebsaggregat ist bei dem bekannten künstlichen Herz auch das Antriebsübertragungssystem innerhalb des Herzgehäuses mittels des Exzenternockens und der schwenkbaren Druckplatte aufwendig und störanfällig.

Bei einem in der US-PS 35 68 214 beschriebenen künstlichen Herzen ist es bekannt, eine mit Blut verträgliche, ungiftige Hydraulik-Flüssigkeit und ein von einer Steuerelektronik aktivierbares, eine zyklische magnetische Polarisation erfahrendes Pumpsystem zu verwenden. Weiterhin ist es aus dieser Druckschrift bekannt, die Räume des Vorhofs und der Herzkammer jeweils oberhalb eines Membransacks anzuordnen. Das genannte Pumpsystem umfaßt eine elektromagnetische Pumpe, die mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit, wie beispielsweise Quecksilber, zusammenwirkt. Die Verwendung einer elektrisch leitenden Flüssigkeit in Form von Quecksilber stellt jedoch für den Fall einer Beschädigung des die elektrisch leitende Flüssigkeit aufnehmenden Behälters ein nicht tolerierbares Sicherheitsrisiko dar.

Bei einer aus der US-PS 30 48 165 bekannten Pumpe für ein künstliches Herz sind fünf Antriebsaggregate, die jeweils einen magnetisierbaren Kolben, eine den Kolben umgebende Erregerwicklung und eine mit einem Ritzel zusammenwirkende, an dem Kolben befestigte Zahnstange umfassen, sternförmig um ein Sonnenrad angeordnet. Bei Beaufschlagung der Erregerspulen mit Strom werden die einzelnen Kolben gegen die Kraft einer Rückstellfeder in Richtung auf den Mittelnunkt der sternförmigen Anordnung nach innen gezogen, wobei von den einzelnen Kolben Membranen, die das Pumpengehäuse abdichtend nach außen abschließen, nach innen gezogen werden, wodurch das Innenvolumen des Gehäuses verkleinert wird. Innerhalb des Pumpengehäuses sind zwei Membransäcke angeordnet, die bei dem Einwärtshub der Kolben durch eine innerhalb des Pumpengehäuse*. angeordnete Hydraulik-Flüssigkeit zusammengedrückt werden, wodurch eine weitere sich innerhalb der Membransäcke

ίο befindliche Hydraulik-Flüssigkeit aus den Membransäkken herausgefördert wird. Wenn die Erregerspulen stromlos gemacht werden, werden die Kolben von den Rückstellfedern wieder nach außen gezogen, wodurch auch die das Pumpengehäuse nach außen hin abschließenden Membranen nach außen bewegt werden, so daß sich das Innenvolumen innerhalb des Pumpengehäuses vergrößert und auf die beiden Membransäcke ein Saugeffekt ausgeübt wird, der die beiden Membransäkke expandiert, so daß die zweite Hydraulik-Flüssigkeit wieder in die Membransäcke eingesaugt wird. Die beiden Membransäcke können über Rückschlagventile aufnehmende Leitungen an ein künstliches Herz angeschlossen werden, wobei die mittels der beiden Membransäcke bewegte zweite Hydraulik-Flüssigkeit als Pumpflüssigkeit für den Betrieb des künstlichen Herzens dient.

Auch diese bekannte Pumpe für ein künstliches Herz setzt sich aus einer Vielzahl von beweglichen Einzelteilen, wie mehrere Kolben, Zahnstangen, Zahnritzel, Sonnenrad u.dgl., zusammen, so daß auf Grund der vielen möglichen Störquellen der Unsicherheitsfaktor während des Betriebes außerordentlich hoch ist. Ein weiterer Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß zwei Hydrauliksysteme mit der entsprechenden Vielzahl von Membranen bzw. Membransäcken benötigt werden, abgesehen davon, daß diese US-PS 30 48 855 keine näheren Angaben bezüglich der Gestaltung des künstlichen Herzens selbst enthält.

Eine Zusammenfassung der bisherigen Kunstherzforschiiiig und -entwicklung wurde vom kanadischen Department af Surgery und dem Surgical-Medical Research Institut der Universität Alberta in Edmonto, Kanada, herausgegeben und am 4. September 1971 im »Canadian Medical Association Journal« unter dem Titel »Experiences with a Sac-type Artificial Heart« veröffentlicht.

Dort werden folgende Forderungen an die Arbeitsweise eines Kunstherzens gestellt:
Das Kunstherz soll die Funktion des natürlichen Herzens möglichst getreu nachahmen und dabei zu hohe oder zu niedrige arterielle Drücke vermeiden, die zu Lungenödem, ungenügendem Venenblutrückfluß und Luftembolien führen können.

Ferner sollen folgende Punkte bei einer Kunstherzkonstruktion erfüllt sein:

1. zwei separate gleiche Herzhälften, die linke und die rechte Herzhälfte;

2. Pumpleistung 5 bis 10 Liter pro Minute je Herzhälfte;

3. Bereich des arteriellen Aortendruckes 120 bis 180 mm Hg; Bereich des arteriellen Pulmonaldrukkes 20 bis 80 mm Hg;

4. Abmessungen derart, daß ein einfaches chirurgisches Einsetzen möglich ist;

5. geringes Gewicht;

6. ein Minimum an Geräusch und Vibration;

7. Wärmeabgabe weniger als 25 Watt;

8. minimale Erythrocytenhämolyse;

9. inertes Verhalten zu den im Körper enthaltenden chemischen Stoffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein betriebssicheres, lange haltbares künstliches Herz zu schaffen, das die vorstehenden Forderungen weitgehend erfüllt und gegenüber den bekannten oben beschriebenen künstlichen Herzen weniger raumaufwendig und störanfällig ist, indem die Zahl der mechanisch bewegten und unbewegten Elemente auf ein Minimum beschränkt ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs genannte Herz erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Vorhof und die Herzkammer durch eine vertikale, auf dem horizontalen Oberteil des Pumpengehäuses befestigte Scheidewand voneinander getrennt sind, daß die Membransäcke ringförmig an der Wand des Herzgehäuses und der Scheidewand befestigt sind, daß in dem oberen Teil der Scheidewand eine Öffnung für das zwischen den beiden oberhalb der Membransäcke liegenden Räumen des Vorhofes und der Herzkammer angebrachte Rückschlagventil vorgesehen ist, daß die Hydraulik-Flüssigkeit mit Blut verträglich und ungiftig ist und daß der Kolben zwischen zwei als Brückenmagneten ausgebildeten Dauermagneten, die sich mit den Flächen ihrer ungleichnamigen Pole mit Abstand gegenüberliegen, hin- und herbewegbar und von einer stationären Erregerwicklung umgeben ist, die durch eine in einem Raum unterhalb des Pumpengehäuses angeordnete Steuerelektronik aktivierbar ist und den Kolben zyklisch magnetisch polarisiert.

Der wesentliche Vorteil eines derartigen Herzens ist in seiner kompakten Bauweise und dem praktisch nur ein einziges bewegliches Teil, nämlich den ferromagnetischen Kolben, aufweisenden Antriebs- und Pumpenaggregats zu sehen, das in direkter Verbindung mit den Vorhefen und Hauptkammern steht so daß Verbindungsleitungen innerhalb des künstlichen Herzens praktisch fortfallen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird in abgewandelter Ausführungsform bei einem künstlichen Herzen mit zwei Herzhälften, von denen jede eine durch einen flexiblen Membransack in zwei gegeneinander abgedichtete Räume aufgeteilte Kammer umfaßt, mit durch Rückschlagventile verschließbaren Anschlußstutzen zum Anschluß der auf der einen Seite der Membransäcke liegenden beiden Räume an das venöse bzw. das arterielle System des Herzempfängers und mit einem Pumpengehäuse, dessen beide durch einen angetriebenen ferromagnetischen Kolben voneinander getrennte, Hydraulik-Flüssigkeit enthaltende Pumpenräume jeweils einzeln an die auf der anderen Seite der Membransäcke liegenden Räume der beiden Kammern angeschlossen sind, wobei die beiden Herzhälften zusammen mit dem Pumpengehäuse in einem gemeinsamen Herzgehäuse untergebracht sind, dadurch gelöst daß die beiden Herzhäiften durch eine vertikale, auf dem horizontalen Oberteil des Pumpengehäuses befestigte Scheidewand voneinander getrennt sind, daß die Membransäcke ringförmig an der Wand des Herzgehäuses und der Scheidewand befestigt sind, daß jede Kammer der beiden Herzhälften jeweils einen zweiten Anschiußstutzen zum Anschluß jeder der beiden Kammern zusätzlich an das venöse bzw. an das arterielle Herzempfängersystem aufweist daß die Hydraulik-Flüssigkeit mit Blut verträglich und ungiftig ist und daß der Kolben zwischen zwei als Brückenmagneten ausgebildeten Dauermagneten, die sich mit den Flächen ihrer ungleichnamigen Pole mi« Abstand gegenüberliegen, hin- und herbewegbar und von einer stationären Erregerwicklung umgeben ist, die durch eine in einem Raum unterhalb des Pumpengehäuses angeordnete Steuerelektronik aktivierbar ist und den Kolben zyklisch magnetisch polarisiert.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 3 bis 8 angegeben.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Vorderansicht der linken Herzhälfte bei der Füllung des linken Vorhofes (Atrium) und der Entleerung der linken Herzkammer (Ventrikel) in die Aorta.
F i g. 2 eine schematische Darstellung der Vorderansieht der linken Herzhälfte bei der Umfüllung des linken Vorhofes (Atrium) in die linke Herzkammer (Ventrikei).

F i g. 3 eine von oben gesehene schematische

Darstellung des gesamten, aus. linker und rechter Herzhälfte bestehenden Kunstherzen,

Fi g. 4 eine schematische Darstellung der Vorderansicht eines magnetischen Klappenventils und

F i g. 5 eine schematische Darstellung der Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform des künstlichen Herzens.

Das künstliche Herz ist aus zwei im wesentlichen identischen Herzhälften gebildet, von denen nachstehend die linke Herzhälfte beschrieben wird:

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, besteht das künstliche Herz aus einem Herzgehäuse 17, das mit zwei Anschlußstutzen 18a, 19a sowie den darin befindlichen Klappenventilen 18, 19 zur Verbindung mit der Pulmonalvene und der Aorta versehen ist. Bei Verwendung eines elastischen Kunststoffs zur Herstellung des Vorhofgehäuses oder der Verwendung der natürlichen Vorhöfe des Trägers entfällt das Klappenventil. Das Herzgehäuse besteht aus einem gewebe- und blutverträglichen Kunststoff oder einem ebensolchen Metall; wichtig ist daß das gewählte Material keine Immunreaktionen oder Antikörperbildung auslöst, die

eine Hämolyse zur Folge haben. Eine Umwachsung mit Bindegewebe ist dagegen für die Funktion des künstlichen Herzens ohne Nachteil.

Das Herzgehäuse wird durch eine vertikale Scheidewand 3, die sich auf dem horizontalen Oberteil eines Pumpengehäuses 8 abstützt in zwei Hohlräume unterteilt, von denen der linke Hohlraum 4 den linker Herzvorhof (Atrium) und der rechte Hohlraum 4a die linke Herzkammer (Ventrikel) bildet. Im oberen Tei enthält die Scheidewand 3 eine geräumige Öffnung durch die der Vorhof und die Herzkammer miteinandei in Verbindung stehen und die durch ein Atrioventnku larklappenvemil 2 (Mitralklappe) verschlossen werdei kann. In der Scheidewand3 ist ein freier Raum« ausgespart in dem z. B. ein Schrittmacher-Senso

untergebracht werden kann. Sowohl der Herzvorhof als auch die Herzkammer 4a enthalten jeweils eim flexible Membran (Membransack) 1. die an der Herzge häusewand 17 und der Scheidewand 3 ringförmig ii horizontaler Ebene befestigt ist Durch die Membrai werden der Vorhof und die Herzkammer dicht gege den darunter befindlichen Teil des Herzgehäuse abgeschlossen. Größe und Befestigung der Membrane sind so gewählt daß die Membranen bei de Ausbauchung nach oben nahezu die obere Wand at Herzgehäuses 17 und bei der Ausbauchung nach unte nahezu den horizontalen Oberteil des Pumpengehäi ses 8 erreichen. Die Membranen berühren jedoch ds Herygehäuse bzw. das Pumpengehäuse nicht weil ein

solche Berührung zur Thrombusbildung oder Hämolyse führen könnte.

Im unteren Teil des Herzgehäuses 17 ist ein Pumpengehäuse 8 angeordnet, das aus einem Material besteht, das eine magnetische Abschirmung der in dem S Pumpengehäuse befindlichen Bauteile gewährleistet. Als Material kommt z. B. mit Kunststoff überzogenes Stahlblech in Frage. In dem Pumpengehäuse 8 sind mit Abstand voneinander zwei Dauermagnete 13 in Form von Brückenmagneten untergebracht, die sich mit den «o Flächen der ungleichnamigen Pole gegenüberliegen, so daß ein ringförmiger, geschlossener Magnetfluß erzielt wird. Zwischen den Magneten 13 ist ein Pumpenkolben 11 aus ferromagnetischem Material vorgesehen, der sich mit Kugellagern 14 auf Gleitstäben 15 bewegen kann «5 und der am Oberteil und Boden des Pumpengehäuses 8 dichtend anliegt. Zwischen den Dauermagneten 13 ist eine Erregerwicklung 12 stationär so angeordnet, daß sie den Pumpenkolben 11 ringförmig umschließt. Die Erregerwicklung 12 ist durch Leiter (nicht eingezeichnet) mit einer Steuerelektronik (nicht eingezeichnet) verbunden, die in dem Raum 16 des Herzgehäuses untergebracht ist, der von dem Herzgehäuse 17 und dem Pumpengehäuse 8 begrenzt wird.

Um ein mögliches Anschlagen des Pumpenkolbens 11 an die Magneten 13 sicher zu verhindern, wird die Bewegung des Pumpenkolbens 11 durch eine rechtzeitige magnetische Umpolung des Pumpenkolbens 11 im Kraftfeld der Dauermagnete abgebremst und ohne Anschlag in die entgegengesetzte Richtung umgekehrt; y> zusätzlich wird der Pumpenkolben durch Stoßdämpferfedern 10 begrenzt, die an den Magneten 13 angebracht sind und die Gleitstäbe 15 umgeben.

Die Dauermagnete 13 bestehen z. B. aus einer Cobalt-Seltene-Erdmetall-Legierung. beispielsweise einer Cobalt-Samarium-Legierung. Diese Legierungen enthalten als Hauptbestandteil intermetallische Verbindungen vom Typ RC05, worin R ein seltenes Erdmetall ist

Das Pumpengehäuse 8 und der Raum zwischen der oberen Trennwand des Raumes 16 und den Membranen 1 ist mit einer Hydraulik-Flüssigkeit gefüllt die in den F i g. 1 und 2 durch Punkte angedeutet ist Diese Hydraulik-Flüssigkeit soll mit Blut verträglich und auch allgemein ungiftig sein, damit im Fall eines Risses der Membranen keine akute Lebensgefahr eintritt

Die rechte Herzhälfte ist mit der linken Herzhälfte grundsätzlich identisch und braucht daher nicht näher beschrieben zu werden. Der bei der linken Herzhälfte zum Anschluß der Pulmonalvene dienende Stutzen wird bei der rechten Herzhälfte mit der größeren oberen und unteren Hohlvene, der dem Aortenstutzen entsprechende Stutzen mit der Pulmonalarterie verbunden.

F i g. 3 zeigt den Aufbau des gesamten Kunstherzens von oben. Eine aus den zwei Gehäusen 17 zu einem Stück fest verbundene Trennwand 17a (Septum) scheidet beide Herzhälften.

Das künstliche Herz arbeitet wie folgt: Wenn der Stromkreis der Erregerwicklung 12 geschlossen wird, bewirkt das Magnetfeld der Erregerwicklung 12 eine *> magnetische Polarisierung des beweglichen ferromagnetischen Pumpenkofbens 11. Dies hat zur Folge, daß der Pumpenkolben Jl von dem Dauermagneten 13 angezogen wird, dessen Pole zu den Polen des magnetischen Pumpenkolbens 11 ungleichartig sind. ⁶S Wird beispielsweise der Pumpenkolben 11 so polarisiert, daß in F i g. 1 sein Nordpol sich am oberen Ende befindet, so wird der Pumpenkolben 11 von dem rechten Dauermagneten 13, dessen Südpol sich am oberen Ende befindet, angezogen und von dem gegenüberliegenden Dauermagneten 13, dessen Nordpol sich am oberen Ende befindet, abgestoßen. Um die Magnetisierung des Pumpenkolbens 11 und damit den Pumpvorgang zu bewirken, braucht die Erregerwicklung 12 nur von einem kurzen Stromstoß durchflossen zu werden, wobei die elektrische Spannung verhältnismäßig gering sein kann. Wird der Stromfluß in der Erregerwicklung 12 umgekehrt, so wird der Pumpenkolben magnetisch umgepolt; aus einem Nordpol wird ein Südpol und umgekehrt. Infolgedessen wird nun der Pumpenkolben 11 von dem Dauermagneten 13, der ihn bisher anzog, abgestoßen und von dem gegenüberliegenden Dauermagneten 13 angezogen, so daß sich daraus ein Pumpvorgang ergibt.

Bei jeder Pumpbewegung des Kolbens 11 wird durch die Hydraulik-Flüssigkeit auf eine der Membranen 1 ein positiver und auf die andere Membran ein negativer Druck ausgeübt. Bewegt sich beispielsweise, wie in F i g. 1 dargestellt, der Pumpenkolben 11 von links nach rechts, so wird die Hydraulik-Flüssigkeit unter die Membran der Herzkammer 4a gedrückt, die dadurch nach oben ausgebaucht wird und das in der Herzkammer befindliche Blut in die Aorta drückt. Zugleich entsteht an der Membran des Herzvorhofs 4 ein Unterdruck, durch den die Membran in ihre untere Lage gezogen wird und Blut aus der Pulmonalvene in den Herzvorhof fließen kann. Das Atrioventrikulatorklappenventil 2 in der Scheidewand 3 ist durch den auf ihm lastenden Druck geschlossen, so daß kein Blut aus dem sich füllenden Herzvorhof in die Herzkammer oder aus der sich entleerenden Herzkammer in den Vorhof strömen kann. Dieser Vorgang entspricht der Systole beim natürlichen Herzen. Bewegt sich der Pumpenkolben 11 dagegen von rechts nach links, so wird, wie in F i g. 2 dargestellt, die Membran des Herzvorhofs 4 durch die Hydraulik-Flüssigkeit unter Druck gesetzt und ausgebaucht, so daß das Blut im Vorhof das Atrioventrikularklappenventil 2 in der Scheidewand 3 öffnet und durch die öffnung in der Scheidewand in die Herzkammer 4a strömt (Diastole). Ein erhöhter Rückfluß des Vorhofbluts in die Pulmonaivene wird durch das nur bedingt benötigte Klappenventil 18 im Pulmonalanschlußstutzen verhindert. Ein Weiterfließen des Blutes aus der Herzkammer 4a in die Aorta wird durch das im Aortenanschlußstutzen befindliche Aortenklappenventil 19 (Semilunarklappe) verhindert, das erst öffnet wenn der Druck in der Herzkammer 4a einen bestimmten Wert überschreitet, der beim Füllvorgang der Herzkammer nicht erreicht wird. Das Aortenklappenventil 19 wird zunächst durch den auf ihm lastenden arteriellen Druck geschlossen gehalten; daneben ist noch eine magnetische Sicherung eingebaut, die im folgenden beschrieben wird

Fig.3 zeigt in einer Ansicht von oben die zwei separaten Herzpumpen beim gegenläufigen Pumpvorgang. Die Magnetpumpe der linken Herzhälfte ist mit der Magnetpumpe der rechten Herzhälfte elektrisch so in Serie geschaltet daß immer ein gegenläufiger Pumpvorgang gewährleistet ist und damit eventuell auftretende Drehmomente und andere Kräfte gegenseitig aufgehoben werden.

Fig.4 zeigt ein die natürlichen Herzklappen ersetzendes KlappenrückschlagventiL Zwei Ventilklappen 23 aus einem blutverträghchen Material sind auf Drehbolzen 22 so angebracht, daß sie sich nur in eine Richtung drehen können. Dies wird dadurch erreicht daß ein

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Anschlagmagnet 20 mit einer Stoßdämpferfeder 25 eine Weiterdrehung entgegen der Fließrichtung des zu pumpenden Mediums verhindert. Erhöht sich der Druck in Fließrichtung auf eine durch die magnetische Anziehungskraft des in den Ventilklappen 23 jeweils fest eingebauten Klappenmagneten 26 bestimmte Höhe, so öffnen sich die Ventilklappen 23 bis zu einer Weite, die durch einen weiteren Anschlag 21 begrenzt wird. Wenn der Druck in Fließrichtung abnimmt oder seine Richtung sch umkehrt, tritt durch die magnetische Abstoßung zwischen Klappenmagnet 26 und dem gleichpoligen Anschlagmagneten 21 sowie ebenfalls durch die magnetische Anziehungskraft zwischen Klappenmagnet 26 und Anschlagmagnet 20 ein sofortiges Schließen der Ventilklappen 23 ein.

Um ein Eindringen des zu pumpenden Mediums in das Ventilgehäuse 27 zu verhindern, werden die Ventilklappen 23 und die anliegende Gehäusewand 27 äußerlich mit einer elastischen Kunststoffhaut 24 überzogen.

F i g. 5 zeigt eine weitere Ausbildung des im Prinzip gleichen künstlichen Herzens, bei der eine einzige Magnetpumpe das komplette Herz, also beide Herzhälften versorgt. Jede Herzhälfte besteht im Gegensatz zum vorher beschriebenen Herzen nur aus einer einzigen Kammer, die abwechselnd Herzvorhof und Herzkammer ist. Diese Konstruktion bietet wichtige Vorteile, wie geringeres Gewicht, geringeres Volumen, geringerer Energieverbrauch, hat allerdings auch einen Nachteil. Im Gegensatz zur vorher beschriebenen Kunstherzkonstruktion, die die Pumpweise des natürlichen Herrens nachahmt, indem sie gleichzeitig Blut in den großen und kleinen Kreislauf pumpt fördert diese Kunstherzkonstruktion das Blut abwechselnd einmal in den großen das nächste Mal in den kleinen Kreislauf.

Eine weitere Möglichkeit für den Einsatz des künstlichen Herzens gemäß der Erfindung besieht darin, dem Empfänger des Herzens die Vorhöfe des natürlichen Herzens, wie bei Herztransplantationen üblich, zu belassen und lediglich die Herzkammern durch die Pumpvorrichtung mit den Membranen zu ersetzen, in diesem Fall könnten die im Sinusknoten des rechten Vorhofs erzeugten Reize der elektronischen Steuerungsvorrichtung des künstlichen Herzteils zugeleitet und zur zusätzlichen Regulierung des Pumpvorgangs herangezogen werden.

Für den Antrieb des künstlichen Herzens stehen folgende Möglichkeiten zur Verfügung:

Von einer außerhalb des Herzempfängers befindli-S chen Induktionsspule wird ein den Körper des Trägers durchdringendes magnetisches Wechselfeld erzeugt, das in der teilweise an der Oberfläche des Kunstherzens befindlichen Induktionsspule 7 einen elektrischen Strom induziert. Dieser elektrische Strom wird in dem für die

ίο Antriebs- und Steuerungsvorrichtung vorgesehenen Raum 16, z. B. durch eine Gleichrichterdiodenschaltung, gleichgerichtet und in die Speicherzellen 9 für elektrische Ladung geleitet Weiterhin kann in dem freien Raum 6 der Scheidewand 3 ein Schrittmacher-Sensor untergebracht werden, dessen Meßwerte an die Elektronik im Raum 16 weitergeleitet werden, die die Herzfrequenz und das Herzschlagvolumen regelt. In dieser Ausführung sind Antrieb und Regelung des künstlichen Herzens von dem regelmäßigen Nachladen der Speicherzellen abhängig. Die Speicherzellen 9 sowie die Induktionsspule 7 können natürlich auch andererorts im Körper des Trägers mit Verbindung zum Raum 16 eingepflanzt werden. Falls jedoch eine andere Energiequelle, z. B. eine mit dem Isotop Plutonium-238 betriebene Energiequelle, gewählt wird, entfallen die Speicherzellen und die Induktionsspule.

Das Kunstherz ist so verläßlich konstruiert, daß eine schnelle Abnutzung oder gar eine Betriebsunterbrechung fast unmöglich sind. Selbst bei einem Riß einer der Membranen würde ein allmählicher Ersatz der bl'Jtvertragüchen hydraulischen Flüssigkeit durch Blut eintreten, was aber den Träger nicht in eine akut bedrohliche Lage bringen würde. Das in den Pumpraum eingedrungene Blut würde zwar durch den Pumpvorgang mit der Zeit langsam geschädigt doch bliebe mehr als genug Zeit für einen chirurgischen Eingriff und eine Instandsetzung oder Auswechslung der Membran.

Um einen etwaigen Membrananriß leichter diagnostizieren zu können, läßt sich der jeweiligen Hydraulik-Flüssigkeit ein Erkennungsfarbstoff beimengen, wie etwa grün für die eine und blau für die andere Herzhälfte. Der psychologische Schrecken eines Kunstherzversagens wäre mit dieser Konstruktion genommen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Künstliches Herz mit zwei im wesentlichen identischen Herzhälften, von denen jede einen flexible« Membransack in zwei gegeneinander abgedichtete Räume aufgeteilten Vorhof und eine durch einen flexiblen Membransack in zwei gegeneinander abgedichtete Räume aufgeteilte Herzkammer umfaßt, wobei der oberhalb des Membransakkes liegende Raum des Vorhofs einen Anschlußstutzen zum Anschluß an das venöse Herzempfängcrsystem aufweist und^ über ein Rückschlagventil mit dem oberhalb des Membransacks liegenden Herzkammerraum in Verbindung steht, der einen mit einem Rückschlagventil versehenen Anschlußstutzen zum Anschluß an das arterielle Herzempfängersystem aufweist, während d>e beiden unterhalb der Membransäcke liegenden und voneinander getrennten Räume des Vorhofes und der Her/kammer jeweils für sich an einen Pumpenraum eines durch einen angetriebenen ferromagnetischen Kolben in zwei Pumpenräume aufgeteilten. Hydraulik-Flüssigkeit aufnehmenden Pumpengehäuses angeschlossen sind, wobei der Vorhof und die Herzkammer in einem gemeinsamen, auch das Pumpengehäuse aufnehmenden Herzgehäuse untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorhof (4) und die Herzkammer (4a) durch eine vertikale, auf dem horizontalen Oberteil des Pumpengehäuses (8) befestigte Scheidewand (3) voneinander getrennt sind, daß die Membransäcke (I) ringförmig an der Wand des Herzgehäuses (I7) und der Scheidewand (3) befestigt sind, daß in dem oberen Teil der Scheidewand (3) eine öffnung fur das zwischen den beiden oberhalb der Membransäcke (I) liegenden Räumen des Vorhafes (4) und der Herzkammer (4.·^ angebrachte Rückschlagventil (2) vorgesehen ist, daß die Hydraulik-Flüssigkeit mit Blut verträglich und ungiftig ist und daß der Kolben (II) zwischen zwei als Brückenmagneten ausgebildeten Dauermagneten (13). die sich mit den Flächen ihrer ungleichnamigen Pole mit Abstand gegenüberliegen, hin- und herbewegbar und von einer stationären Erregerwicklung (12) umgeben ist, die durch eine in einem Raum (16) unterhalb des Pumpengghäuses (8) angeordnete Steuerelektronik aktivierbar ist und den Kolben (11) zyklisch magnetisch polarisiert.

2. Künstliches Herz mit zwei Herzhälften, von denen jede eine durch einen flexiblen Membransack in zwei gegeneinander abgedichtete Räume aufgeteilte Kammer umfaßt, mit durch Rückschlagventile verschließbaren Anschlußstutzen zum Anschluß der auf der einen Seite der Membransäcke liegenden beiden Räume an das venöse bzw. das artielle System des Herzempfängers und mit einem Pumpengehäuse, dessen beide durch einen angetriebenen ferromagnetischen Kolben voneinander getrennte, Hydraulik-Flüssigkeit enthaltende Pumpenräume jeweils einzeln an die auf der anderen Seite der Membransäcke liegenden Räume der beiden Kammern angeschlossen sind, wobei die beiden Herzhälften zusammen mit dem Pumpengehäuse in einem gemeinsamen Herzgehäuse untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Herzhälften durch eine vertikale, auf dem horizontalen Oberteil des Pumpengehäuses befestigte Scheidewand voneinander getrennt sind, daß die Membransäcke ringförmig an der Wand des Herzgehäuses und der Scheidewand befestigt sind, daß jede Kammer der beiden Herzhälften jeweils einen zweiten Anschlußstutzen zum Anschluß jeder der beiden Kammern (sowohl) zusätzlich an das venöse (als auch) bzw. an das arterielle Herzempfängersystem aufweist, daß die Hydraulik-Flüssigkeit mit Blut verträglich und ungiftig ist und daß der Kolben zwischen zwei als Brückenmagneten ausgebildeten

ίο Dauermagneten, die sich mit den Flächen ihrer ungleichnamigen Pole mit Abstand gegenüber, hin- und herbewegbar und von einer stationären Erregerwicklung umgeben ist. die durch eine in einem Raum unterhalb des Pumpengehäuses angeordnete Steuerelektronik aktivierbar ist und den Kolben zyklisch magnetisch polarisiert.

3. Künstliches Herz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnete (13) aus einer Kobalt-Seltene-Erdmetall-Legierung bestehen.

4. Künstliches Herz nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnete (\i) aus einer Kobalt-Samarium-Legierung bestehen.

5. Künstliches Herz nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagventile in den Anschlußstuizen (18.). 19aj als Klappenventile (18,19) ausgebildet sind.

6. Künstliches Herz nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß jedes Klappenventil (18.19) aus zwei Ventilklappen (23) besteht, die drehbar auf Zapfen (22) befestigt und an ihren außerhalb des Flüssigkeitsstroms befindlichen Enden mit jeweils einem Dauermagneten (26) versehen sind und deren Drehbewegung einerseits durch einen gegenpoligen Anschlagmagneten (20) und andererseits durch einen gleichpoligen Anschlagmagneten (21) begrenzt wird, die in einem gegen den Flüssigkeitsstrom abgedichteten Gehäuse (27) angeordnet sind.

7. Künstliches Herz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Scheidewund (3) ein Raum (6) zur Unterbringung eines Schrittmacher-Sensors vorgesehen ist.

8. Künstliches Herz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenwand des Herzgehäuses (17) eine Induktionsspule (7) angebracht ist. die über eine Gleichrichtereinrichtung im Raum (16) mit Speicherzellen (9) für elektrische Ladung im Herzgehäuse (17) in Verbindung steht.