DE2557475A1

DE2557475A1 - Pumpe fuer ein kuenstliches herz

Info

Publication number: DE2557475A1
Application number: DE19752557475
Authority: DE
Inventors: Christian Ing Grad Richter
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1975-12-19
Filing date: 1975-12-19
Publication date: 1977-06-23
Also published as: US4091471A

Description

Pumpe für ein künstliches Herz

Die Erfindung betrifft eine Pumpe für ein künstliches Herz, d.h. für eine Einrichtung, die zur Unterstützung oder als Ersatz für ein natürliches Herz in den Blutkreislauf eines Lebewesens einsetzbar ist. Derartige Einrichtungen sind beispielsweise beschrieben in "Advances in Biomedical Engineering and Medical Physics, Volume 3» CARDIAC ENGINEERING, INTERSCIENCE PUBLISHERS, a division of John Wiley A Sons, Inc., New York - London - Sydney -Toronto.

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An die Pumpe für ein künstliches Herz werden von den Fachchirurgen Anforderungen gestellt, die in ihrer Gesamtheit mit bisher bekannten Pumpen für künstliche Herzen nicht erfüllbar sind. Im wesentlichen besteht die Aufgabe, eine in einem möglichst großen Bereich ihrer äußeren Umhüllung flexible Pumpe flacher, abgerundeter Bauform zu schaffen, deren Anschlußleitungen losbar und/oder schwenkbar am Pumpengehäuse befestigt sind. Die Pumpe soll ferner stoßfrei fördern und im Betrieb durch Ausgleich der Massenkräfte möglichst erschütterungsfrei laufen. Diese Forderungen beziehen sich vornehmlich auf die Applikation und die Körperverträglichkeit der Pumpe als solche, während für weitere, nicht zur Erfindung gehörige Aggregate, z.B. für den Antrieb und die Steuerung der Pumpe oder die in den Blutkreislauf einzuschaltenden Ventile (künstliche Herzklappen) bereits eine Reihe von Lösungsvorschlägen bekannt sind, die den Anforderungen genügen.

Die aufgabengemäßen Anforderungen an die Pumpe für ein künstliches Herz mit einem im wesentlichen in Form eines flachen Rotationsellipsoids ausgebildeten Pumpengehäuse sind erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Pumpengehäuse im zentralen, polnahen Bereich aus starrem Material besteht und im äquatorialen Bereich aus flexiblem Material gefertigt ist und dort tangential gerichtete Anschlüsse für Ein- und Auslaßleitungen aufweist und ferner im zentralen Bereich mit einer mindestens im Bereich eines rechten Winkele drehbaren Anschlußplatte für Steuerleitungen und/oder Energieversorgungsleitungen versehen ist. Durch diese Bauform ist vornehmlich eine relativ leichte Handhabung der Pumpe beim Implantieren, Plazieren und Herstellen der erforderlichen Anschlüsse gegeben

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sowie eine gute Körperverträglichkeit der implantierten Pumpe.

Zum Ausgleich der Massenkräfte bewegter Körper und Flüssigkeiten und zur stoßfreien pulsierenden Förderung von Blut dienen Weiterbildungen der Erfindung, gemäß denen ein zwischen zwei gegenläufig angetriebenen Druckplatten befindlicher flacher, torusförmiger Balg aus elastischem Material das Pumpenvolumen einschließt, an den tangential gerichtete Ein- und Auslaßstutzen angeformt sind, die das Purapengehäuse im elastischen Bereich durchdringen und die an der Durchdringungssteile mit dem Pumpengehäuse dicht verbunden sind. Zum Abbau von Stoßkräften sind dabei die Druckplatten federnd, zweckmäßigerweise in radialer Richtung gefiedert ausgebildet. Dei Anwendung eines relativ dünnwandigen Torusbalges kann es dabei zweckmäßig sein, die sich durch die Fiederung ergebenden Federn so zu krümmen, daß sie den Balg an seinem Äquator umgreifen und dort fingerartig ineinandergreifen.

Für den Antrieb der Pumpe ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die drehbare Anschlußplatte einen Anschluß für eine ein Druckmedium führende Leitung aufweist, welches auf kommuzierende und mit elastischen Membranen abgeschlossene Druckkammern wirkt, wobei die Membrane über starre Druckstücke gegen die Kraft einer Rückstellfeder die federnden Druckplatten gegenläufig antreiben. Das Druckmedium kann dabei ein Gas oder eine Flüssigkeit, vorzugsweise körperverträglicher Art sein.

Zur Steuerung eines nicht zur Erfindung gehörigen Antriebsaggregates ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, in den vom torusförmigen OaIg umgebenden Raum einen elektromechanischen Weggeber anzuordnen und dessen

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Signalleitungen zu einer ein der Anschluüplatte angeordneten Steckverbindung zu führen. Auf diese Weise lassen sich mit geringem Aufwand sehr genaue, der Förderleistung der Pumpe in allen Betriebezuständen proportionale Signale erlangen, die einer Steuereinrichtung für den Pumpenantrieb zugeführt werden können.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigent

Fig. 1 - die Seitenansicht einer Pumpe für ein künstliches Herz, entlang der Linie H-II aufgeschnitten;

Fig. 2 - eine Draufsicht auf die Pumpe nach Fig. 1;

Fig. 3 ** die Seitenansicht einer anderen Pumpe für ein künstliches Herz, teilweise aufgebrochen darge s te111;

Fig. h - eine Draufsicht auf die Pumpe nach Fig. 3.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Pumpe 1 für ein künstliches Herz weist ein Pumpengehäuee 2 auf, das im zentralen, polnahen Bereich 3 aus starrem Material, d.h. aus körperverträglichem Metall oder Kunststoff besteht. Im äquatorialen Bereich k hingegen ist es ebenso wie die an späterer Stelle beschriebenen inneren Einrichtungen 11, 12 und 13 der Pumpe 2 aus flexiblem Material, wie z.B. Federstahl, hergestellt« Es weist in seinem äquatorialen Bereich h ebenfalls elastisch verforrabare, tangential gerichtete Anschlüsse 5 und 6 für nicht dargestellte und mit bekannten Ventilen (künstlichen Herzklappen) versehene Ein- und Auslaßleitungen auf. Das Pumpengehäuse 2 ist ferner im zentralen Bereich 3 «it

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einer mindestens im Bereich eines rechten Winkels drehbaren Anschlußplatte 7 mit einer Steckkupplung 8 für nicht dargestellte Steuerleitungen und einer lösbaren Kupplung 9 für eine ebenfalls nicht gezeigte Energieversorgungsleitung versehen_f die bei der gezeigten Pumpe eine, ein Druckmedium führende Leitung ist.

Das Pumpenvolumen 10 verkörpert ein flacher, torusförmiger DaIg 11 aus elastischem Material, der sich zwischen zwei gegenläufig angetriebenen Druckplatten 12 und I3 befindet. An diesem Balg 11 sind zwei gleichartige, tangential gerichtete Ein- und Auslaßstutzen angeformt, von denen die Zeichnung nur den Stutzen 14 zeigt. Diese Stutzen durchdringen das Pumpengehäuse 2 im äquatorialen elastischen Bereich k und sind an der Durchdringungsstelle 15 mit dem Pumpengehäuse 2 durch Klebung oder, wie dargestellt, mittels einer Klemmverbindung 16 und einer Überwurfmutter 17 dicht verbunden. Die Druckplatten 12 und 13 sind federnd ausgebildet, beispielsweise aus elastisch verformbarem Material, das in radialer Richtung gefiedert ist. Aufgrund der Flexibilität der gesamten Pumpe in ihrem äquatorialen Bereich, der flachen Bauform und der Drehbarkeit der Anschlußplatte 7 ist bei extern hergestelltem Energieversorgungsanschluß eine relativ leichte Implantierung und Plazierung der Pumpe im Körper eines Lebewesens gegeben.

Bei Verwendung eines relativ dünnwandigen, torusförmigen Balges 11, der nur einer geringen Formänderungsarbeit bedarf, sind zweckmäßigerweise die Druckplatten 12 und so auszubilden, daß sie in der Zeichnung nicht dargestellte Federn aufweisen, die den Balg 11 an seinem Äquator umgreifen und dort fingerartig ineinandergreifen.

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Zum gegenläufigen Antrieb der Druckplatten 12 und 13 weist die drehbare Anschlußplatte 7 einen als lösbare Kupplung ausgebildeten Anschluß 9 für eine, ein Druckmedium, beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit körperverträglicher Art, führende Leitung auf. Das Druckmedium wirkt dabei auf Druckkammern 18 und 19» die über Druckausgleichsleitungen 20 miteinander verbunden sind und die mittels elastischer Membranen 21 und 22 abgeschlossen sind. Besagte Membranen 21 und 22 wirken über starre Druckstücke 23 und 2h gegen die Kraft einer Rückstellfeder 25 auf die elastischen Druckplatten 12 und 13· Die beschriebenen Merkmale und Maßnahmen bewirken dabei einen erschütterungsarmen Lauf der Pumpe und den Abbau von sprunghaften Druckänderungen bei einer pulsierend abgegebenen Pumpenleistung.

Zur exakten Steuerung der Pumpe und zur Anpassung an wechselnde Pumpenleistungen ist ein elektromechanischer Weggeber 26 bekannter Bauart, beispielsweise ein induktiver Weggober, vorgesehen, der in dem vom torusförmigen Balg 11 umgebenen Kaum 27 angeordnet ist und dessen Signalleitungon (nicht dargestellt) zu einer, an der Anschlußplatte 7 angeordneten Steckverbindung 8 führen. Die Steuereinrichtung selbst ist nicht Bestandteil der Pumpe und Gegenstand vorliegender Erfindung. Sie wurde deshalb in der Zeichnung nicht dargestellt.

In den Figuren 3 und k ist eine Pumpe 30 für ein künstliches Herz gezeigt, die vornehmlich für den Betrieb mit einem Druckgas ausgelegt ist, während die Pumpe 1 nach Fig. 1 und 2 sowohl mittels eines gasförmigen als auch mittels eines flüssigen Druckmediums betreibbar ist. Bis auf die nachfolgend beschriebenen alternativen Bauformen gelten ergänzend die Figuren 1 und 2 und die dazu gehörige Beschreibung.

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Das Pumpengehäuse 32 der Pumpe 30 weist eine Fläche 3I im elastischen, äquatorialen Bereich 3^ auf, die kalottenförmig entsprechend der Wölbung eines Zwerchfelles gekrümmt ist, wodurch die Pumpe insbesondere bei entsprechender konvexer Krümmung der gegenüberliegenden Seite gut an die vorgegebene Form eines Organismus angepaßt ist. Boi weitgehender Übereinstimmung hinsichtlich Bauart und Formgebung der im polnahen Bereich (3, Fig.1 und 2 bzw. 33 in den Fig. 3 und 4) ist die Pumpe 1 bzw. mit relativ niedrigem Änderungsaufwand unterschiedlichen Anforderungen an ihre Form und Abmessung anzupassen.

Durch die Wahl eines Druckgases als Antriebsmittel ist es möglich, mit Hilfe von Druckausgleichsleitungen 36 einen Raum 35 mit Druck zu beaufschlagen, der zwischen dem torusförmigon Balg 37 und dem elastischen Teil des PumpengeMuses 32 liegt. Durch dieses Luftpolster werden sowohl umliegende Organe als auch die Pumpe selbst bei Bewegungen des Trägers vor starker Beanspruchung geschützt. Im Gegensatz zur lecksicheren Ausführung nach den Fig. 1 und 2 benötigt das Antriebssystem bei dieser Ausführungsform nur relativ einfache Dichtungen. Zur Erhöhung der Elastizität der Pumpe und zur Verminderung des Gewichts bewegter Massen ist der torusförmige Balg 37 der Pumpe gegenüber dem erstbeschriebenen Beispiel relativ dünnwandig ausgelegt. Der torusförmige Balg 37 wird dabei von verlängerten Federn kO und 41, der Druckplatten 38 und 39 im äquatorialen Bereich umgriffen, wobei bei vollem Pumpenhub die Federn kO und 41 fingerartig ineinandergreifen.

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Beide Ausführungsformen der Pumpe 1 bzw. 30 sind sowohl füi· den Dauereinsatz in einem künstlichen Herz als auch ΓίΙτ den zeitlich begrenzten Einsatz zur Unterstützung eines kranken Herzes im No benschlulJbe trieb (lJy-Pass) geeignet. Die Diagramme für den Druck und den btrömungavorl-iuf wahrend eines Arbeitsspieles zeigen gute übereinttimmung mit den entsprechenden Diagrammen eines natürlichen Herzet.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1./ Pumpe für ein künstliches Herz mit einem im wesentlichen in Form eines flachen Rotationsellipsoides ausgebildeten Pumpengehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse (2) im zentralen, polnahen Bereich (3) aus starrem Material besteht und im äquatorialen Bereich (4) aus flexiblem Material gefertigt ist und dort tangential gerichtete Anschlüsse (5 und 6) für Ein- und Auslaßleitungen aufweist und ferner im zentralen Bereich (3) mit einer mindestens im Bereich eines rechten Winkels drehbaren Anechlußplatte (7) mit Anschlüssen (8 und 9) für Steuerleitungen und/oder Energieversorgungsleitungen versehen ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein zwischen zwei gegenläufig angetriebenen Druckplatten (12 und I3) befindlicher flacher, torusförmiger Balg (11) aus elastischem Material das Pumpenvolumen (1O) einschließt, an den tangential gerichtete Ein- und Auelaßstutzen (i4) angeformt sind, die das Pumpengehäuse (2) im elastischen Bereich (k) durchdringen und die an der Durchdringungsstelle (15) mit dem Pumpengehäuse (2) dicht verbunden sind.

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3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Druckj>la tten (12 und 13) federnd ausgebildet sind.

k. Pumpe nach Anspruch 31 dadurch gekennzeichnet , daß die Druckplatten (l2 und I3) in radialer und/oder tangentialer Richtung gefiedert sind.

5. Pumpe nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn der Druckplatten (12 und 13) den torusförmigen Balg an seinem Äquator umgreifen und dort fingerartig ineinandergreifen.

6. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichne t , daß die drehbare Anschlußplatte (7) einen Anschluß (9) für eine ein Druckmedium führende Leitung aufweist, das auf kommunizierende und mit elastischen Membranen abgeschlossene Druckkammern (18 und iy) wirkt, wobei die Membrane (21 und 22) gegen die Kraft einer Rückstellfeder (25) über starre Druckstücko (23 und 2k) die federnden Druckplatten (12 und I3) gegenläufig antreiben.

7. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichne t , daß in dem vom torusfürmigen Balg umgebenen Raum (27) ein elektromechanischer Weggeber (26) angeordnet ist, dessen Signalleitungen zu einer an der Anschlußpiatte angeordneten Steckverbindung (o) führen.

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ti. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichne t , daß in ihrem elastischen, äquatorialen Bereich (3^) mindestens eine Fläche (31 ) ihres Gehäuses (32) kalottenförmig und entsprechend der Wölbung eines Zwerchfelles gekrümmt ist.

9. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß sie mit einem Druckgas betrieben ist, mit dem ferner der zwischen dom elastischen Gehäuseteil (32) und dem torusförmigen Balg (37) liegende Kaum {'J5) über Druckausgleichsleitungen (36) druckbeaufschlaft ist.

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