DE2819089A1 - Ventilprothese, insbesondere herzklappe - Google Patents
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Description
Patentanwalt
MICHAEL KORN
Dipl. Ing.
National Research Development N 11 P 19 Corp. 27. April I978
P.O. Box 6
London SW IE 6SL
Ventilprothese, insbesondere Herzklappe
Die Erfindung betrifft eine Ventilprothese und wurde insbesondere im Hinblick auf eine Verwendung als
Mitral-Klappe entwickelt. Es hat sich aber gezeigt,
daß die erfindungsgemäße Ventilprothese keinesfalls auf diese Verwendung beschränkt ist, sondern sich
auch in vielen anderen Fällen einsetzen läßt, wenn es um das Steuern von Blut geht, wie z.B. in Herz-Lungen-Maschinen
und/oder Dialysegeräten.
Bekannte Ventilprothesen insbesondere als Ersatz für Herzklappen haben nur geringe äußere Ähnlichkeiten
mit den natürlichen Herzklappen, die zu ersetzen waren. Bekannte Ventile für diesen Einsatzzweck
haben meist ein kugelförmiges oder scheibenförmiges Element, welches frei zwischen einem ringförmigen
Ventil^sitzji und davon abstehenden Gliedern beweglich
ist, wodurch ein Käfig entsteht, in welchem das eigentliche Ventilelement sich frei bewegen kann. Diese
"Käfige" haben sich aber als ungünstig erwiesen, weil sie Thrombosen und dergl. fördern.
D-4000 Düsseldorf 1 · Bahnstraße 62 · Telefon 0211/356338
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■ J? -
Die Erfindung schafft hingegen eine Ventilprothese, die recht genau die natürliche Mitral-Klappe in ihrer Funktion
simuliert. Zum Stand der Technik: "Fluid Mechanics of a Model Mitral Valve and Left Ventricle" von B. J. Bellhouse,
in "Cardiovascular Research", Band 6, Nr. 2, Seiten 199-21o, Ausgabe März 1972.
Das erfindungsgemäße Ventil ist im Anspruch 1 beschrieben.
Ein besonderer Vorteil einer solchen Klappe bzw. eines solchen Ventils ist darin zu sehen, daß die mechanische
Belastung der eigentlichen Klappe, die durch die unterschiedlichen
Strömungsmitteldrücke auf beiden Seiten wirken, im geschlossenen Zustand nicht auf das "Scharnier"
wirken.
In einer besonders zweckmäßigen Gestaltung als Mitralklappe hat das ringartige Glied, die eigentliche Klappe
und das starre flächige Blech oder dergl. jeweils die Gestalt eines D. Der natürliche Ventilsitz bei der
Mitral-Klappe hat eine ähnliche Gestalt; die gewählte Gestalt des erfindungsgemäßen Ventils macht es besonders
geeignet zum Einsatz in der linken Ventrikel. Da der D-förmige Ventilsitz einen geraden Abschnitt hat,
kann man ein sehr langes Scharnier zwischen der Klappe und dem Sitz vorsehen und so eine gute Befestigung der
Klappe erreichen, obwohl das Scharnier selbst flexibel ist.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der freie Rand des starren Bleches gewellt gestaltet, wobei
sich flexibles Material über die Wellentäler und Wellenberge dieser Gestaltung hinweg erstreckt. Auf diese
Weise erhält man eine flexible Dichtlippe, die von dem
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starren Blech vorsteht, was die Zuverlässigkeit des eigentlichen Abdichtens gegenüber einer starren Dichtlippe
erhöht. Zweckmäßig ist die ganze Klappe mit einer Schicht aus flexiblem und blutverträglichem
Werkstoff bedeckt, um so sowohl die Dichtlippe als auch das eigentliche Scharnier zu bilden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung als Mitral-Klappe
ist das starre Blech schwach kulottenförmig gestaltet, sodaß dessen gegenüber liegenden Oberflächen
konvex bzw. konkav sind, wobei die konvexe Fläche dem Sitz zuweist und die konkave Fläche vom
Sitz weg. Wenn man eine solche Prothese anstelle der großen Klappe des natürlichen Mitral-"Ventiles" einsetzt,
bewirkt diese kulottenförmige Gestaltung der Klappe Fließbilder des Blutes, die den normalen und
natürlichen Verhältnissen weitgehend entsprechen; siehe hierzu die oben genannte Literaturstelle.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der ringförmige Ventilsitz mehrteilig aufgebaut und weist
zunächst ein inneres flexibles Rohrelement auf, welches durch ein dünnes steifes Bauelement, z.B. einen Draht
in der gewünschten D-förmigen Ringgestalt gehalten wird. Der ganze Sitz ist zweckmäßig mit einem Gewebe oder
Gewirk umgeben. Das Rohr und das Gewebe bzw. Gewirk gestatten ein schnelles und sicheres Einnähen des
Sitzes anstelle des natürlichen Ventilsitzes.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung an Ausführungsbeispielen erläutert. In der
Zeichnung zeigen:
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-/■ : : ■■■■■■■
Pig. 1 in Draufsicht ein Ventil nach der Er-".."-. findung;
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie I-I in Fig.
Fig. 3 und"-4. stark schematisiert das Ventil nach den
Figuren 1 und 2 im eingebauten Zustand offen bzw. geschlossen; und ■
Fig. 5 in Teilquerschnitt ähnlich Fig. 2 eine
- . andere Ausgestaltung einiger Teile.
Das Ventil ist im ganzen/mit Io bezeichnet und besteht
aus einem ringförmigen Sitz 11 und einer Ventilklappe 12,
Der ringförmige Sitz 11 hat im ganzen in Draufsicht
etwa die Gestalt eines D. Ein entsprechend gestalteter Metalldraht IJ liegt innerhalb eines Rohres oder
Schlauches 14 aus flexiblem Kunststoff und wird im
' e5 innereÄ''ringförmigen Schlauches mittels eines Strumpfes
15 aus Gewebe gehalten. Der Draht I3 liegt dabei radial
innerhalb des D-förmig gebogenen Schlauches 14; die
inneren Teile des Gewebes 15 sind - siehe Fig. 2 und 5 mit einem flüssigkeitsdichten Belag 16 versehen.
Für den Draht 1 "3 hat sich, rost freier Stahl bewährt; das
Rohr bzw. der Schlauch lA können aus Silikongummi be-"""""..--stehen
und der Strumpf 15 aus einem gestrickten Polyestergewirk,
dessen Enden zusammen genäht sind. Der . Belag ΐβ kann Polyurethan sein. "
Die Klappe selbst besteht aus einem starren Blech oder
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Blatt 17 mit im wesentlichen der Gestalt des ringförmigen Sitzes 11, aber kleineren Abmessungen, wie man ohne
weiteres aus Fig. 1 und 2 sieht, sodaß der freie Rand der Klappe auf dem Ring, d.h. dem Sitz nur öann aufliegt,
wenn die Klappe auf einer Seite des Ringes angebracht ist, wie Fig. ^ zeigt. Das Blatt 17 ist - siehe wieder Fig. 2 schwach
kulottenförmig gestaltet, sodaß eine konvexe Oberfläche l8 und eine konkave Oberfläche I9 entsteht,
wobei die konvexe Fläche zum Sitz hinweist. Das Blatt 17 ist ferner an seinem freien Rand gewellt gestaltet,
wie die f-ewellte Linie in Fig. 1 zeigt. Das Blatt I7
ist weiterhin vollständig mit einem flexiblen und flüssigkeitsdichten Werkstoff 21 überzogen, der über
den freien Rand des Blattes vorsteht und so an dem geraden Teil der Klappe bei 22 ein Scharnier bildet
und an den übrigen Randbereichen des Blattes eine flexible Dichtlippe 23 im 3ereich des gewellten Randes
des Bleches. Das Scharnier 22 befindet sich im Bereich des geraden Abschnittes des Ventilsitzes 11,
um so eine Ventilklappe mit Sitz zu bilden, wobei die konvexe Oberfläche l8 der Klappe auf den Ring zuweist,
bzw. mit seinem Rand auf dem Ring aufliegt.
Die Platte I7 besteht zweckmäßig aus Edelstahl und der
Überzug der Platte aus Polyurethan, wobei die Platte eine Anzahl von Löchern 24 aufweist, um den Überzug
durch diese Löcher hindurch auf den beiden Seiten des Blattes oder Bleches fest zu verankern.
Die Fig. J5 und 4 zeigen die beschriebene Klappe mit
Sitz an ihrem Einpflanzungsort als "Einlaßventil" in Form eines RUckschlagventiles, d.h. der Mitral-Klappe
am Eingang der linken Ventrikel 30, wobei wieder
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erkennbar ist, daß die konkave Fläche der Klappe in die Ventrikel 30 hinein weist. Die Geometrie und die Anordnung
der Klappe sind also so gewählt, daß sich das Ventil weit bei der Diastole Öffnet. Die Öffnungsstellung nach
einer Schwenkbewegung von etwa 90 ° der Klappe wird durch einen Wirbel bestimmt, der sich hinter der Klappe beim
Füllen der Ventrikel ergibt. Ss hat sich gezeigt, daß diese Wirbelbildung durch die Kulottenform der Klappe
gefördert wird. Die Klappe geht dann wieder in die Schließstellung durch die verbundenen Wirkungen des
Wirbels und des Druckgradienten aufgrund des sich verlangsamenden Blutflusses durch das Ventil. Das
Ventil ist nahezu geschlossen bevor die ventrikulare Systole einsetzt, wodurch Blut unter Öffnung der
Aortenklappe 5o in die Aorta 4o eintritt; ein unerwünschter
Rückfluß durch die Klappenprothese ist vernachlässigbar gering.
Man erkennt ohne weiteres, daß die soeben beschriebene Arbeitsweise der Prothese genau dem Arbeiten der natürlichen
Mitralklappe entspricht.
Die weiter oben beschriebene Gestalt und der Aufbau des ringförmigen Sitzes eignet sich besonders gut zum
Einnähen der äußeren Ringteile in den Herzmuskel. Der aus Gewirk bestehende Strumpf, gestattet ein Einwachsen
von Gewebe während der flüssigkeitsdichte Belag l6 den eigentlichen Sitz des Ventils frei von Gewebe hält.
Es ist darauf hinzuweisen, daß die Erfindung keineswegs auf die soweit beschriebenen Ausführungsformen
und die diesbezüglichen Anwendungsfälle beschränkt ist. Vielmehr gestattet die Erfindung durch geringfügige
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zusätzliche Merkmale auch einen weiteren Einsatz, wie
im Folgenden erläutert werden wird:
Es kann manchmal zweckmäßig sein, am Rand der Klappe
ein kleines Lecken zu gestatten, um auf diese Weise eine Thrombosenbildung und ein übermäßiges Gewebewachstum
im Bereich zwischen dem Scharnier und dem eigentlichen Ventilsitz zu verhindern. Zu diesem
Zweck können z.B. mehrere quer verlaufende Schlitze gemäß den gestrichelten Linien 25 vorgesehen sein.
Eine andere Ausgestaltung für diesen Zweck besteht darin, daß eigentliche Scharnier 22 etwa gemäß
Figur 5 mindestens in den beiden Endbereichen und/oder die Dichtlippe 23 im Bereich der Enden des Scharniers
kurvenförmig vorzuformen, sodaß von dem Ring das eigentliche
Scharnierteil absteht, wie dies bei 26 in Fig. dargestellt ist. Bei einer solchen Gestaltung wird
erreicht, daß die übrigen Randbereiche der Klappe vor dem Bereich des Scharniers schließen, wenn die
Fließkraft mit dem Beginn der Ventrikular-Systole größer wird, wobei die letzte Phase des Schließens
- siehe Fig. 5 - eine tunnelartige öffnung im Bereich des Scharniers offen läßt, durch welche Blut mit
großer Strömungsgeschwindigkeit hindurch schießt und so das Scharnier im Bereich des Sitzes reinigt oder
freispült. Zweckmäßig gibt man der Klappe im Bereich des Scharniers über die ganze Länge des Scharniers
die Gestalt gemäß Fig. 5·
Eine weitere Modifikation der Erfindung befaßt sich mit der Blutverträglichkeit des Ventils. In einem
solchen Falle wird das flüssigkeitsdichte Material des Bezuges 16 seinerseits mit einem porösen Material
- 8 809846/0735
überzogen, um hier das Aufwachsen einer dünnen Gewebeschicht zu bewirken; ähnlich geht man bei der Außenabdeckung
der eigentlichen Klappe vor. In diesem Falle hat sich gezeigt, daß die Porengröße eines porösen
Überzuges wichtig für die Bestimmung der Dicke von aufwachsendem Gewebe ist; eine Porengröße von etwa
Io Mikrometern hat sich als zweckmäßig erwiesen. Desweiteren können die Ventiloberflächen mit hydrophilem
Material überzogen werden und ebenso kann man hydrophobe "Werkstoffe als Überzugsmaterial für die
Flächen vorsehen. In Fig. 5 sind solche zusätzlichen Überzüge bei 27 angedeutet.
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Claims (9)
- PatentanwaltMICHAEL KORNDipl. Ing.National Research Develop- N 11 P 19ment Corp. 27. April 1978P.O. Box 236London SWlE ÖSLPatentansprücheVentilprothese, insbesondere für Herzklappen, mit folgenden Merkmalen:Ein ringförmiger Ventilsitz umgibt eine öffnung;eine Ventilklappe hat in ihrem wesentlichen Oberflächenbereich die Gestalt einer starren Platte mit einem im wesentlichen geraden Randbereich und auf einer kleineren Fläche die Gestalt eines flexiblen Randes, der die starre Platte umgibt und im Bereich des Geraden Randbeschnittes ein Scharnier bildet;die Klappe ist um die Achse des Scharniers schwenkbar, um so das Ventil öffnen und schließen zu können, und der starre Bereich der Klappe hat etwa die Gestalt und Größe des Ventilsitzes, sodaß im Schließfalle Kräfte der Klappe im wesentlichen über die— 2 —D-4000 Düsseldorf 1 · Bahnstraße 62 · Telefon 0211/356338809846/0735starren Abschnitte derselben auf den Ventilsitz übertragen werden.
- 2. Ventilprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der ringförmige Ventilsitz, die Klappe und deren starrer Teil im wesentlichen die Gestalt eines D haben, X'iobei sich das Ventil im Bereich der geraden Randabschnitte der Bauelemente befindet.
- 3. Ventilprothese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Rand des starren Teils der Klappe gewellt ausgebildet ist und im gewellten Bereich einen Rand aus flexiblen Werkstoffen aufweist, der über den gewellten Bereich vorsteht.
- 4. Ventilprothese nach Anspruch J>, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Platte der Klappe vollständig mit einem flüssigkeitsdichten Werkstoff überzogen ist, der Über den Rand der starren Platte vorsteht und die Dichtlippe und das Scharnier bildet.
- 5. Ventilprothese nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß die starre Platte Durchbrechungen aufweist.
- 6. Ventilprothese nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Platte kulottenförmig gestaltet ist und mit ihrer konvexen Seite auf den Ventilsitz zuweist.
- 7. Ventilprothese nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Scharnierabschnitt und die Dichtlippe derart vorgeformt sind, daß diese Bereiche von dem ringförmigen Sitz abstehen (Fig. 5).809846/0735
- 8. Ventilprothese nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Scharnier-Bereich der Klappe mehrere durchgehende Querschlitze (25) aufweist.
- 9. Ventilprothese nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Ventilsitz mehrteilig aufgebaut ist, und ein inneres flexibles schlauchartiges Bauteil (14) aufweist, xielches durch einen Ring (13) in der gewünschten Gestalt gehalten wird, xrobei sich die beiden Bauelemente (13, 14) in einem Strumpf aus Gewebe oder Gewirk befinden.Io. Ventilprothese nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz und die Klappe mit einem porösen Werkstoff, einem hydrophilen Werkstoff oder einem hydrophoben Werkstoff überzogen sind.809846/073S
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