DE2704353C2

DE2704353C2 - Herzklappenprothese

Info

Publication number: DE2704353C2
Application number: DE2704353A
Authority: DE
Inventors: Arne Lierbyen Woeien
Original assignee: MKV Corp
Current assignee: MKV Corp
Priority date: 1976-09-13
Filing date: 1977-02-02
Publication date: 1985-12-19
Also published as: AU2241077A; NL7701520A; DE2704353A1; BR7700905A; GB1533096A; FR2364022B1; NO141535B; JPS5652904Y2; CA1087802A; NO141535C; IT1081483B; FR2364022A1; SE424260B; NL180475C; NL180475B; NO770397L; AU499205B2; SE7701641L; JPS5340697U; US4021863A

Description

Die Erfindung betrifft eine Herzklappenprothese mit einer ringförmigen Klappenbasis, die eine krei&iörmige, durchgehende Öffnung begrenzt; zwei von der Innen-

wand der Klappenbasis nach innen in die Öffnung entlang einer Sehne hineinragenden, auieinanderzugcrichteten, einströmseitigen Gelenkteilen mit Anschlagflächen; einem von der Innenwand nach innen in Richtung auf die Mitte der öffnung vorstehenden S-förmig ausgebildeten Führungssteg, der diagonal stromaufwärts aus der Klappenbasis herausreicht wendet durch die Mitte der öffnung hindurchgeht sich dann diagonal stromabwärts von der Klappenbasis krümmt und in einem freien Endabschnitt ausläuft; einer in der Klappenbasis gelagerten, einen etwas kleineren Durchmesser als die öffnung aufweisenden, kreisförmigen Klappenscheibe, die mit einer durch die Mitte durchgehenden, einen etwas größeren Durchmesser als der Führungssteg aufweisenden Ausnehmung versehen ist, durch die der Führungssteg hindurchreicht; und einer Schulter, die von der innenwand der Klappenbasis nach innen steht und einen Anschlag für die Klappenscheibe in deren Schließstellung bildet
Bei bekannten Herzklappenpr^thesen dieser Art (US-PS 39 59 827) bilden die beiden einströmseitigen Gelenkteile zusammen mit zwei weiteren, unmittelbar benachbart angeordneten ausströmseitigen Gelenkteilen zwei Gelenkpaare. Der durchgehend einen gleichen kreisförmigen Querschnitt aufweisende Führungssteg

ist in dem durch die Mitte der öffnung der Klappenbasis hindurchreichenden Teil mit Bezug auf die Achse dar Klappenbasis geneigt. Die Gelenkteile und die Schulter sind so ausgerichtet, daß die Klappenscheibe in der Schließstellung schräg zu der Ebene der Klappenbasis

so steht Es zeigte sich, daß es im Bereich zwischen der Klappenscheibe und den einander benachbarten Gelenkteilen jedes Gelenkpaares verhältnismäßig leicht zur Blutgerinnung oder Klumpenbildung sowie zu Fibröse kommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herzklappenprothese so auszubilden, daß die Gefahr der Blutgerinnung und Fibröse ausgeschaltet oder mindestens verringert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß von einer dem Führungssteg gegenüberliegenden Stelle der Innenwand der Klappenbasis aus ein einzelnes ausströmseitiges Gelenkteil senkrecht zu der von den einströmseitigen Gelenkteilen bestimmten Sehne in die öffnung hineinragt; daß die der Ausströmseite zugekehrten Anschlagflächen der einströmseitigen Gelenkteile und die dem ausströmseitigen Gelenkteil diametral gegenüberliegende Schulter in einer zu der Ebene der Klappenbasis etwa parallelen ersten Ebene liegen; daß

die der Einströmseite zugekehrte Anschlagfläche des ausströmseitigen Gelenkteils in einer zu der Ebene der Klappenbasis etwa parallelen zweiten Ebene liegt, die von der ersten Ebene in Richtung der Achse der Klappenbasis in Abstand steht; daß ein durch die Ausnehmung hindurchreichender mittlerer Teil des Führungsstegs in Richtung der Achse der Klappenbasis verläuft und daß die KJappenscheibe in ihrer Schließstellung in der Ebene der Kjappenbasis liegt

Bei der Herzklappenprothese nach der Erfindung sind Gelenkpaare in Form von einander unmittelbar benachbarten Gelenkteilen, vermieden. Zwischen den einström- und ausströmseitigen Gelenkteilen bestehen verhältnismäßig große Abstände. Die Tendenz zur Ausbildung von Stagnationsbereichen wird dadurch beträchtlich vermindert Der Blutstrom kann die Klappen-Öffnung ungehinderter durchlaufen. Blutgerinnung und Fibröse wird auf diese Weise wirkungsvoll vorgebeugt Außerdem wird die Abnutzung der Klappenscheibe und der Gelenke herabgesetzt

Besondere Ausführungsarten der Schulter, des ausströmseitigen Gelenkteiles sowie des Führungssteges, die dazu beitragen, die Bildung von Stagnationszonen zu vermeiden, ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine Herzklappenprothese, wobei die Klappenscheibe der besseren Übersicht halber weggelassen ist

F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 der F i g. 1, wobei die Klappenscheibe gestrichelt in der Schließstellung und in der Offenstellung angedeutet ist

F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 der F i g. 1,

F i g. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 der F i g. 1 sowie

F i g. 5 und 5a eine Draufsicht und eine Seitenansicht der Klappenscheibe.

Mit Ausnahme der Klappenscheibe sind alle Teile der Herzklappenprothese aus Metall, beispielsweise rostfreiem Stahl oder Titan, gefertigt

Ein Klappengehäuse 10 weist eine ringförmige Klappenbasis 11 auf, welche die Abstützung für zwei damit einteilig verbundene einströmseitige Gelenkteile 12 bildet. Die eiüströmseitigen Gelenkteile 12 sind einander gleich, mit der Ausnahme, daß sie spiegelverkehrt ausgebildet sind. Sie liegen entlang einer Sehne an der Innenseite der Klappenbasis 11. Die Außenteile der KJappenbasis 11 sind so geformt, daß ein Rand 18 entsteht, der in bekannter Weise einen Nähring halten kann. Derartige Nähringe sind allgemein bekannt und brauchen daher vorliegend nicht näher erläutert zu werden.

Ein ausströmseitiges Gelenkteil 13 verläuft quer zu der Sehne der einsirömseitigen Gelenkteile 12 und radial in Richtung auf die Mitte der Klappenbasis 11. Des ausströmseitige Gelenkteil 13 wirkt mit einem Führungssteg 14 zusammen, um die KJappenscheibe 15 während des öffnens und Schließens der Klappe zu führen. Das ausströmseitige Gelenkteil 13 und der Führungssieg 14 sind miteinander ausgerichtet; sie verlaufen '•cchtwinklig sowohl zur Sehne der einströmseitigen Gelenkteile 12 als auch zu der Achse der von der Klappenbasis 11 gebildeten öffnung. Die Klappenscheibe 15 ist mit einer mittlren durchgehenden Ausnehmung 16 versehen. Die Klappenscheibe 15 ist, soweit dies die erforderliche Festigkei' luläßt, möglichst dünn ausgeführt, um ihre Masse minimal zu halten. Je dünner die Klannenscheibe 15 ist, desto weniger behindert sie auch den Blutstrom, wenn sie in der Offenstellung steht Die KJappenscheibe 15 kann zweckmäßig aus Pyrolite, einem gesinterten oder dichtgebrannten Kohlenstoff, bestehen. Ihre Außenkanten und die Innenränder der Ausnehmung 16 sind abgerundet Der Außendurchmesser der KJappenscheibe 15 ist etwas kleiner als der Öffnungsdurchmesser der ringförmigen Klappenbasis 11, so daß ein Hängenbleiben oder Verkeilen der KJappenscheibe 15 ausgeschlossen ist Der Durchmesser der

ίο Ausnehmung 16 ist aus den gleichen Gründen größer als der Durchmesser des dicksten Teils des Führungssteges 14.

Die Klappenbasis 11 öffnet sich nach beiden Seiten glockenförmig nach außen, wie es in F i g. 4 bei 17 angedeutet ist

Der Führungssteg 14 reicht vom Innenrand des Klappengehäuses 10 nach innen. An der Verbindungsstelle zwischen dem Führungssteg 14 und dem KJappengehäuse 10 bePndet sich eine Schulter 19, die als Anschlag für die Klappenscheibe 15 dient Auf ö'.t von der Schulter 19 abgewendeten Seite des KJappengehäuses 10 wird die Bewegung der Klappenscheibe 15 durch Anschlagflächen 21 der einströmseitigen Gelenkteile 12 begrenzt Die Schulter 19 und die Anschlagfläche 20 des ausströirr-eitigen Gelenkteils 13 haben in waagrechter Richtung einen gegenseitigen Abstand, der etwas größer als die Dicke der Klappenscheibe 15 ist Wenn sich daher die Klappenscheibe 15 in der Schließ- oder Ruhestellung befindet, liegt sie in einer in?, wesentlichen waagrechten Ebene entlang der Achse der Klappenbasis 11, wobei die Schulter 19 und die Anschlagfläche 20 des ausströmseitigen Gelenkteils 13 als Anschläge wirken.
Der Führungssteg 14 ist, wie aus F i g. 2 zu erkennen, im wesentlichen S-förmig ausgebildet. Er steht von der Innenwand der KJappenbasis 11 in einem erheblichen Winkel nach unten und macht dann, wenn er sich der Achse der Klappenbasis 11 nähert, eine S-förmige Krümmung, wobei er durch die Mitte der Klappenbasis 11 in Axialrichtung hindurchläuft Nach Durchqueren der Ausnehmung 16 der Klappenbasis 11 ist der Führungssteg 14 wieder abgewinkelt; er läuft in einem freien Endabschnitt 25 aus. An der Stelle, an der der Führungssteg 14 von der Innenwand der Klappenbasis 11 ausgeht, hat er einen im wesentlichen ovalen oder ellipsenförmigen Querschnitt, bis er die erste Krümmung des »S« durchläuft. An dieser Stelle wird der Führungssteg 14 allmählich dicker, bis er im mittleren Teil 24 rund ist und einen Durchmesser erreicht, der nur wenig kleiner als der Durchmesser der Ausnehmung 16 der Klappenscheibe 15 ist Dies wird durch allmähliche Erweiterung des Führungsstegs 14 nach außen erreicht Der Ffihnr.igssteg 14 läuft in axialer Richtung durch die Ausnehmung der Klappenbasis 11 und verjüngt sich dann wieder allmählich tuf einen kleineren Que/schnitt, dc.r kreisförmig, oval oder ellipsenförmig sein kann. Dabei wird der freie Endabschnitt der S-Kurve gebildet. Es kann sich dabei um einen geradlinigen Abschnitt handeln, der sich über eine kurze Entfernung erstreckt, bis das Ende des Führungssteges erreicht ist Der freie Endabschnitt verhindert, daß sich die Klappenscheibe 15 löst. Auf Grund des verringerten Querschnittes gestattet der freie Endabschnitt außerdem eine Bewegung der Klappenscheibe 15 in einer von der Klappenbasis 11 nach außen wegführenden Richtung, um den Blutstrom durch die Mittelöffnung der Klappenbasis möglichst wenig zu behindern.
Das ausströmseitige Gelenkteil 13 weist die waag-

rechte Anschlagfläche 20 auf und hat im übrigen einen ovalen oder ellipsenförmigen Querschnitt, wobei die größere Achse der Ellipse in Richtung des Blutstroms liegt Das ausströmseitige Gelenkteil 13 reicht eine erhebliche Strecke in die öffnung der Klappenbasis 11 s hinein. Die zentral gerichtete Innenseite 23 des ausströmseitigen Gelenkteils 13 ist mit einem sich allmählich ändernden Radius abgerundet, um eine Gelenkstelle für die Klappenscheibe 15 zu bilden, wenn diese in die Offenstellung übergeht Der am weitesten innen liegende Rand der Innenseite 23 des ausströmseitigen Gelenkteils 13 ist so geformt, daß er einen Winkel von ungefähr 70 bis 75° zu der Achse der Klappenbasis 11 bildet Diese abgewinkelte Fläche bestimmt zusammen mit den einströmseitigen Gelenkteilen 12 den Maximalwinkel, is den die Klappenscheibe 15 in der Offenstellung annimmt

Die cnüäiig einer Schrie in den !nnenraum der Klappenbasis U hineinstehenden, mit der Klappenbasis 11 einteilig verbundenen einströmseitigen Gelenkteile 12 sind mit abgerundeten Kanten 22 versehen, die während des Einströmens oder des Schließens der Klappenscheibe 15 als Gelenkstelle für die Klappenscheibe wirken.

In der Schließstellung liegt die Ebene der Klappenscheibe 15 parallel zur Ebene der Klappenbasis 11. In dieser Stellung ruht die Klappenscheibe 15 auf den beiden einströmseitigen Gelenkte ilen 12 und auf der Schulter 19 des Führungsstegs 14. Wenn der von dem Blut auf die Einströmseite der Klappenscheibe 15 ausgeübte Druck den auf die Ausströmseite ausgeübten Druck übertrifft beginnt die Klappenscheibe 15 sich zu öffnen. Zunächst wird sie um eine sehr kurze Strecke stromabwärts gedrückt bis sie sich an das ausströmseitige Gelenkteil 13 fest anlegt Danach schwenkt die Klappenscheibe 15 um das abgerundete Ende der Unterseite 23 des ausströmseitigen Gelenkteils 13, während sie von dem mittleren Teil 24 des Führungsstegs 14 geführt wird, der sich allmählich zu dem S-förmigen freien Endabschnitt 25 des Führungsstegs 14 verjüngt Hervorzuheben ist daß die einzige Gelenkstelle von der zentral gerichteten Innenseite 23 des ausströmseitigen Gelenkteils 13 gebildet wird, die in Verbindung mit dem Führungssteg 14 eine Bewegung der Klappenscheibe 15 in der in den Figuren veranschaulichten Weise erlaubt Dabei führt die Klappenscheibe 15 zunächst eine reine Schwenkbewegung aus; später wird die Klappenscheibe

15 auch auf Grund der Verjüngung des Führungssteges 14 in einer Richtung verlagert die stromabwärts von der Klappenbasis 11 nach außen wegführt In F i g. 2 ist die Klappensch^ibe 15 auch in der voll geöffneten Stellung, jedoch bei abgesenkter Klappenscheibe 15 veranschaulicht Nimmt man an, daß der Blutstrom nach außen gerichtet ist, bewegt sich die Klappenscheibe 15 von der Klappenbasis 11 um eine Strecke weg, die gleich der Differenz zwischen dem Durchmesser der Ausnehmung

16 und dem Durchmesser des freien Endabschnitts 25 ist In der schließlich eingenommenen maximalen Öffnungsstellung steht die Klappenscheibe 15 in einem Winkel von ungefähr 70 bis 75° mit Bezug auf die waagrechte Lage in Schließstellung. Die einströmseitigen Gelenkteile 12 wirken bei Erreichen des Maximalwinkels von 70 bis 75° als Anschlag für die Schwenkbewegung der Klappenscheibe 15.

Die Schwenkachse, um welche die Klappenscheibe 15 ausgehend von der Schließstellung verschwenkt wird, liegt auf dem ausströmseitigen Gelenkteil 13 in einem Abstand von der Innenwand der Klappenbasis 11, der ungefähr gleich ¹Z₄ des Öffnungsdurchmessers der Klappenbasis 11 ist. Auf Grund dieser Lage der Schwenkachse wirkt der weit überwiegende Teil des auf die Einströmseite der Klappenscheibe 15 ausgeübten Drucks in der Öffnungsrichtung, während der restliche Druck die Klappenscheibe 15 geschlossen zu halten sucht. Die Klappenscheibe 15 geht daher fast augenblicklich in die Offenstellung über.

Während des Schwenkens in die Offenstellung führt die Klappenscheibe 15 drei zusätzliche Bewegungen aus. Zum einen bewegt sich die Klappenscheibe 15 in Richtung auf die Mittelachse der öffnung der Klappenbasis 11. Zum anderen kann sich die Klappenscheibe 15 stromabwärts um einen kleinen Betrag verlagern, der durch die Ausbildung des freien Endes 25 des Führungsstegs 14 bestimmt wird. Schließlich kann sich die Klappenscheibe 15 in jedem Stadium um die eigene Mittelachse drehen.

In der vollständig offenen Lage nimmt die Klappenscheibe 15 einen solchen Winkel ein, daß dem Biütstrorri ein minimaler Widerstand entgegengesetzt wird, während gleichzeitig ein rasches Ansprechen der Klappenscheibe 15 für einen Übergang in die Schließstellung sichergestellt ist

Zu einem Schließen der Klappenscheibe 15 kommt es, wenn der Druck auf der Ausströmseite größer als der Druck auf der Einströmseite ist In diesem Fall beginnt das Blut, durch die Herzklappenprothese hindurch zurückzuströmen; es bringt die Klappenscheibe 15 in die Schließstellung. Die Klappenscheibe 15 wird zunächst um eine kleine Strecke zurück in die öffnung der Klappenbasis 11 gebracht wobei diese Strecke durch das Ende 25 des Führungsstegs 14 vorgegeben wird. Die Bewegung der Klappenscheibe 15 wird ferner dadurch begrenzt daß der Außenrand der Klappenscheibe 15 sich gegen Teile der Innenwand der ringförmigen Klappenbasis 11 und die beiden einströmseitigen Gelenkteile 12 anlegt Die Kläppenscheibc i5 beginnt dann ihre Schwenkbewegung um die einströmseitigen Gelenkteile 12, wobei der Bewegungsablauf durch den Führungssteg 14 bestimmt wird, der durch die Ausnehmung 16 hindurchragt Wenn die Klappenscheibe 15 ungefähr 20° von der Schließstellung entfernt ist bewirkt der verdickte mittlere Teil 24 des Führungsstegs 14, daß die Klappenscheibe 15 den Kontakt mit den Seiten der ringförmigen Klappenbasis 11 verliert Während des restlichen Teils des Obergangs in die Schließstellung schwenkt die Klappenscheibe 15 um die gekrümmte Oberseite der einströmseitigen Gelenkteile IZ die unmittelbar in die öffnung der Klappenbasis 11 hineinragen.

Dadurch, daß nur ein einziges ausströmseitiges Gelenkteil 13 vorgesehen ist, wird die Möglichkeit der Ausbildung von Blutstagnationsbereichen wesentlich herabgesetzt Während der gesamten Bewegung der Klappenscheibe 15 kann sich diese an keiner Stelle verkeilen. Die damit verbundenen Probleme, wie Stagnation und lokalisierte Abnutzung von Teilen der Klappenscheibe 15, sind ausgeräumt Da der Widerstand gegen eine Drehbewegung der Klappenscheibe 15 minimiert ist, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit für eine über die Klappenscheibe 15 verteilte Abnutzung statt einer lokalisierten Abnutzung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Herzklappenprothese mit einer ringförmigen Klappenbasis, die eine kreisförmige, durchgehende öffnung begrenzt; zwei von der Innenwand der Klappenbasis nach innen in die Öffnung entlang einer Sehne hineinragenden, aufeinanderzugerichteten, einströmseitigen Gelenkteilen mit Anschlagflächen; einem von der Innenwand nach innen in Richtung auf die Mitte der Öffnung vorstehenden S-för-

Jf mig ausgebildeten Führungssteg, der diagonal

stromaufwärts aus der Klappenbasis herausreicht wendet, durch die Mitte der öffnung hindurchgeht, sich dann diagonal stromabwärts von der Klappenbasis krümmt und in einem freien Endabschnitt ausläuft; einer in der Klappenbasis gelagerten, einen etwas kleineren Durchmesser als die öffnung aufweisenden,, kreisförmigen Klappenscheibe, die mit einer durch die Mitte durchgehenden, einen etwas größeren Durchmesser als der Führungssteg aufweisenden Ausnehmung versehen ist, durch die der Führungssteg hindurchreicht, und einer Schulter, die von der Innenwand der Klappenbasis nach innen steht und sinen Anschlag für die Klappenscheibe in deren Schließstellung bildet dadurch gekennzeichnet, daß von einer dem Führungssteg (14) gegenüberliegenden Stelle der Innenwand der Klappenbasis (U) aus ein einzelnes ausströmseitiges Gelenkteil (13) senkrecht zu der von den einströmseitigen Gelenkteilen (12) bestimmten Sehne in die öffnung hineinragt; daß die der Ausströmseite zugekehrten Anschlagflächen (21) der einströmseitigen Gelenkteile (12) und die dem tusströmseitigen Gelenktes! (13) diametral gegenüberliegende Schulter (19) in einer zu der Ebene der Klappenbasis (11) etwa parallelen ersten Ebene liegen; daß die der Einströmseite zugekehrte Anschlagfläche (20) des ausströmseitigen Gelenkteils (13) in einer zu der Ebene der Klappenbasis (11) etwa parallelen zweiten Ebene liegt, die von der ersten Ebene in Richtung der Achse der Klappenbasis (11) in Abstand steht; daß ein durch die Ausnehmung (16) hindurchreichender mittlerer Teil (24) des Führungsstegs (14) in Richtung der Achse der Klappenbasis (11) verläuft und daß die Klappenscheibe (15) in ihrer Schließstellung in der Ebene der Klappenbasis liegt.

2. Herzklappenprothese nach Anspruch 1, daduvch gekennzeichnet, daß die Schulter (19) von der Verbindung zwischen dem Führungssteg (14) und der Innenwand der Klappenbasis (11) gebildet ist.

3. Herzklappenprothese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den einströmseitigen Gelenkteilen (12) zugewendete zentral gerichtete Innenseite (23) des ausströmseitigen Geienkteils (13) abgerundet ist und ihre Oberfläche um ungefähr 70 bis 75° mit Bezug auf die Ebene der Klappenbasis (11) geneigt ist.

4. Herzklappenprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in Axialrichtung durch die öffnung der Klappenbasis (11) hindurchreichende mittlere Teil (24) des Führungssteges (14) einen kreisförmigen Querschnitt und eine größere Querschnittsfläche als die übrigen Teile des Führungssteges aufweist und sich allmählich in Richtung auf die Teile mit kleinerer Querschnittsfläche verjüngt.

5. Herzklappenprothese nach einem der vorher-

gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dall das ausströmseitige Gelenkteil (13) einen ellipsenförmigen Querschnitt aufweist und die große Achse der Ellipse in der Richtung der Achse der Klappen basis (11) liegt.

6. Herzklappenprothese nach Anspruch 4 oder 5. dadurch gekennzeichnet daß der zwischen der In-' nenwand der Klappenbasis (11) und denr mittleren Teil (24) des Führungssteges (14) befindliche Ί eil des Führungssteges (14) ellipsenförmigen Querschnitt aufweist und die große Achse der Ellipse in der Richtung der Achse der Klappenbasis liegt