DE2647384A1

DE2647384A1 - Kuenstliche herzkammer

Info

Publication number: DE2647384A1
Application number: DE19762647384
Authority: DE
Inventors: Felix Dr Unger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-11-27
Filing date: 1976-10-20
Publication date: 1977-06-08
Also published as: DE2647384B2; IT1067714B; ATA904475A; US4144595A; FR2336117B1; DE2647384C3; AT344309B; FR2336117A1; GB1508116A

Description

Künstliche Herzkammer

Die Erfindung "betrifft eine künstliche Herzkammer, bestehend aus einem formstaMlen Gehäuse mit Klappen für den Ein- und Austritt des Blutes und einer in dem Gehäuse angeordneten Membran, die durch ein die Membran einseitig beaufschlagendes Fluid in die eine Endlage bewegbar ist.

Eine solche Herzkammer ist bekannt, vgl. "!Ehe Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery" Vol.70, S. 248-255 (1975), Verfasser D. Olsen, F. TJnger, et.al. und "European Surgical Research", Vol. 8, S. 107-117 (1976), Verfasser: F. ünger, D. Olsen, et.al.. Diese bekannten künstlichen Herzkammern haben jedoch wesentliche lachteile. So hat sich gezeigt, daß Räume vorhanden sind, in denen keine Strömungen stattfinden, sodaß sich häufig Thromben bilden mit darauffolgender Thromboembolie. Ferner ist das Restvolumen, d.h. die Differenz zwischen Füll- und Auswurf volumen relativ groß, sodaß die Außenabmessungen nicht - wie erwünscht - klein gehalten werden können. Weiter wird die Membran bei ihrer Hin- und Herbewegung geknickt, sodaß die Gefahr eines Bruches besteht. Schließlich sind wegen der ungünstigen Anordnung der Herzklappen, die nicht über der Membrankuppel liegen, die Füllbedingungen schlecht, mit der Folge, daß für die Füllphase Vakuum erforderlich ist.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile der bekannten künstlichen Herzkammern, insbesondere die Gefahr der Thrombenbildung, zu vermeiden und eine Herzkammer mit minimalen Außenabmessungen zu schaffen.

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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Membran derart im Gehäuse angeordnet ist, daß keine Totwasserzonen entstehen können und daß ferner die während der Auswurfphase sich bildende Kuppel der Membran direkt unter die Klappen zu liegen kommt.

Durch die Vermeidung der Totwasserzonen kann das Blut nicht stagnieren, sodaß hierdurch die Thrombenbildung praktisch beseitigt wird. Dadurch, daß die Kuppel der Membran während der Auswurfphase direkt unter die Herzklappen zu liegen kommt, ist das Restvolumen gering, sodaß die Außenabmessungen verhältnismäßig klein gehalten werden können. Die Verringerung der Außenabmessungen wird weiter gemäß Anspruch dadurch begünstigt, daß die Herzkammer als Rotationsellipsoid ausgebildet ist. Totwasserzonen werden mit Sicherheit vermieden, wenn gemäß Anspruch 5 die Innenschicht des Oberteils des Gehäuses und die Membran einstückig aus demselben Kunststoffmaterial hergestellt sind und am Äquator des Rotationsellipsoids stufenlos ineinander übergehen. Die Maßnahme nach Anspruch 4 dient dazu, die Betriebszeit der Herzkammer zu vergrößern.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand von vier Zeichnungen erläutert. Es zeigen

Abb. 1a einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Herzkammer im mit Blut gefüllten Zustand (Enddiastole),

Abb. 1b die gleiche Herzkammer in der Auswurfphase (Systole), Abb. 2 den Aufbau der Herzkammer im Querschnitt, Abb. 5 die Anordnung der Ein- und Auslaßöffnungen,

Abb. 4 die Herzkammer im Querschnitt ähnlich der Abb. 1 mit einer Öffnung im Einbauzustand.

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Gemäß Abb. 1a -und 1b besteht die künstliche Herzkammer aus dem formstabilen Oberteil 5 und der formstabilen Herzbasis 3. Im Innern der Herzkammer schließt eine elastische Membran 4 an das Oberteil 5 an; sie ist auf cbr Außenseite von der Herzbasis 3 umgeben.

Im unteren Bereich der Herzbasis 3 ist tangential zu dieser eine Eintrittsöffnung 19 für ein Fluid (z.B. Luft) unter Druck angeordnet. Beim Einströmen des Fluids in die Kammer 8 zwischen Herzbasis und Membran wird letztere nach oben bewegt und das in der Blutkammer 7 befindliche Blut durch die Auslaßöffnung 12, die mit der Einlaßöffnung 13 im oberen Bereich des Gehäuseoberteils 5 angeordnet ist, ausgestoßen. Dabei wölbt sich die Membran 4 kuppelartig durch, derart, daß die Membrankuppel direkt unter die Öffnungen 12, 13 zu liegen kommt. Das Füllen der Blutkammer erfolgt in der anschließenden Phase durch das Gewicht des Blutes, wobei die Fluidkammer 8 entweder mit der Außenluft oder mit einer Vakuumquelle in Verbindung gebracht wird.

Die künstliche Herzkammer ist als Rotationsellipsoid ausgebildet. Die Membran 4 und die Herzbasis 3 sind im Bereich des Äquators 10 des Rotationsellipsoids mit dem Gehäuseoberteil 5 verbunden. An der Übergangsstelle geht das Oberteil 5 stufenlos in die Membran 4 über. Auf diese Weise werden Totwasserzonen und damit die Möglichkeit der Thrombenbildung vermieden.

Die Herstellung der Herzkammer geht folgendermaßen vor sich. Von einem Metallkörper in Form eines Rotationsellipsoids wird ein Abguß aus einem Polymer (z.B. Silastic D RTV der Firma Dow Corning Michigan USA) hergestellt und in diese eine positive Hohlform aus einem schmelzbaren Polymer gegossen (z.B. Epolene der Firma Eastman H.Y. USA). Im Anschluß daran wird diese Form mehrfach in ein Polymer getaucht, bis eine ausrei-

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chende Schichtdicke sich gebildet hat (z.B. δ Schichten aus Avcothane der Firma Avco Everrett, Mass. USA). Die obere Hälfte des erhaltenen polymeren Rotationsellipsoids bildet die Innenfläche des G-ehäuseoberteils 5, die untere Hälfte die fertige Membran 4. Uun wird die ebenfalls aus einem polymeren Kunststoff hergestellte, mit einer wulstförmigen Verdickung 11 am Rande versehene Herzbasis 3 aufgesetzt, sodaß die wulstförmige Verdickung das Rotationsellipsoid im Bereich des Äquators 10 umfaßt. Die wulstförmige Verdickung kann durch einen auf die Herzbasis aufgesetzten Schlauch aus einem Material, das sich mit dem Material des Oberteils nicht verbindet, hergestellt sein (Silastic, Dow Corning).

Dann werden Klappenhalteringe für die Herzklappen auf die vorgesehenen Öffnungen gesetzt. Sodann wird wieder von dem Polymer, aus dem das Oberteil 5 und die Membran 4 bestehen, auf das Oberteil 5 aufgebracht, sodaß der Wulst 11 der Herzbasis 3 hinreichend überdeckt ist. Anschließend wird der ganze Körper mit einer Auflage 6 aus Gewebebandagen und Kunststoff verstärkt, sodaß er praktisch formstabil ist. Schließlich wird die schmelzbare Innenform in einem Wärmeschrank geschmolzen, wobei das geschmolzene Polymer durch die Klappenöffnungen ausfließen kann, Hun können die Klappen eingesetzt werden.

Das Kunststoffmaterial für das Oberteil 5 und die Membran 4 soll weichelastisch sein, die Herzbasis soll aus einem formstabilen Material bestehen. Beide Materialien können miteinander verklebbar sein. Beim Aufwölben der Membran 4 in der Auswurfphase knickt diese dadurch nicht an der Stelle 17 ab, sondern die hier eingeleitete Spannung verteilt sich in dem elastischen Kunststoff des Oberteils 5 bis zur Stelle 18. Dadurch wird die Bruchgefahr an der Stelle 17 weitgehend vermieden. Im mit Blut gefüllten Zustand wird die Membran nur durch Zugkräfte belastet.

Die Zentren der Öffnungen 12, 13 für den Blutein- und den Blutaustritt sind auf dem Meridian des Rotationsellipsoids angeord-

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net, der sich als Schnittlinie der Symmetrieebene 2 mit dem Rotationsellipsoid ergibt. Hierdurch wird "bewirkt, daß die sich in der Symmetrieebene bildende Kuppel 9 der Membran unter die Öffnungen 12, 13 zu liegen kommt.

Bei der versuchsweise benutzten künstlichen Herzkammer haben sich folgende Abmessungen als brauchbar erwiesen. Das Rotationsellipsoid hat außen eine Länge von 8,6 cm und eine Dicke von 6,2 cm. Mit den Klappenhalteringen ist die Gesamthöhe 7,5 cm. Die Klappenzentren haben einen Abstand von 4 cm. Das Füllvolumen beträgt 220 ecm, das maximale Auswurfvolumen 178 ecm und das maximale 3?ördervolumen 15,8 l/min. Bei einem Pumpdruck von 0,3 atü, einer Frequenz von 90 Schlägen/min und einem arteriellen Druck von 100 mm Hg und 0 mm Hg Vorhofdruck beträgt das Herzminutenvolumen (cardiac output) 9»4 l/min. Wird der Yorhofdruck auf 20 mm Hg gesteigert, steigt das Herzminutenvolumen auf 13,6 l/min an. Die nachfolgende labelle zeigt weitere Messergebnisse bei verschiedenen Vorhof- und arteriellen Drucken. Die Werte wurden bei einem Pumpdruck von 0,3 atü, einem Vakuum von 5 mm Hg, einer Schlagfrequenz von 90/min erhalten. Dabei betrug die systolische Austreibungsdauer 200 ms.

Die erfindungsgemäße Herzkammer kann sowohl als Herzersatz als auch zur assistierten Zirkulation und zwar sowohl paracorporal (extern) als auch implantiert (intern) verwendet werden. Bei der Implantation als Herzersatz kommt der rechte Ventrikel vor dem linken zu liegen. Dabei ist dfe Symmetrieebene 2 um 9° gegen die Vertikale 16 geneigt (Abb. 4).

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TABELLE 1 Herzminutenvolumen (l/min) bei verschiedenen Vorhof- und

arteriellen Drucken

Vorhofdruek mm Hg	70	0	I 5	10	15	20
Arterieller Druck mm Hg	100	10,1	11,2	12,0	12,6	13,8
	130	9,4	10,8	11,4	12,2	13,6
8,3	9,6	10,6	11,8	12,8

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Claims

Patentansprüche

1. Künstliche Herzkammer, bestehend aus einem formstabilen Gehäuse mit Klappen für den Ein- und Austritt des Blutes und einer in dem Gehäuse angeordneten Membran, die durch ein die Membran einseitig beaufschlagendes Fluid in die eine Endlage bewegbar ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Membran (4) derartig in dem Gehäuse (3, 5) angeordnet ist, daß keine Totwasserzonen entstehen können und daß ferner die während der Auswurfphase sich bildende Kuppel (9) der Membran direkt unter die Öffnungen (12, 13) zu liegen kommt.

2. Künstliche Herzkammer nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Innenform des formstabilen Gehäuses (3, 5) annähernd ein Rotationsellipsoid ist.

3. Künstliche Herzkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Innenschicht des Oberteils (5) des Gehäuses und die Membran (4) einstückig aus demselben Kunststoff material hergestellt sind und am Äquator (10) des Rotationsellipsoids stufenlos ineinander übergehen.

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4. Künstliche Herzkammer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Herzbasis (3) am Äquator (10) des Rotationsellipsoids mit dem Gehäuseoberteil (5) verbunden ist und an der Verbindungsstelle mit dem Gehäuse (5) eine wulstförmige Verdickung (11) aufweist, die von dem Kunststoff des Oberteils (5) überdeckt ist, und daß der für das Oberteil (5) benutzte Kunststoff weichelastisch ist und daß die Kunststoffe für das Gehäuse (5) und die wulstförmige Verdickung (11) nicht miteinander verkleben,

5. Künstliche Herzkammer nach einem der .Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet,

daß das Gehäuse (3, 5) mittels Gewebeeinlagen versteift ist.

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