DE3129806A1 - Fluid mechanical heart valve - Google Patents

Fluid mechanical heart valve

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Abstract

The fluid mechanical heart valve comprises a disc-shaped basic body (1) which has an opening provided with a non-return function for the blood flowing through it, the opening being exposed in one position for the blood flowing through it and closed in the other position. In order to achieve as far as possible the flow conditions prevailing in a natural heart valve in an artificial heart valve too, the opening forms a free jet nozzle (6) and is designed without a valve body. The opening in the basic body (1) is adjoined by at least two complementary, mobile hinged walls (2,3) which are mounted so as to be pivotable to a limited extent essentialy about their articulated shaft on the basic body (1) and, in the open position, permit a free jet of the blood to form and, in the closed position, prevent the blood from flowing back. <IMAGE>

Description

Strömungsmechanische HerzklappeFluid mechanical heart valve

Die Erfindung bezieht sich auf eine strömungsmechanische Herzklappe mit einem scheibenartigen Grundkörper, der eine mit Rückschlagfunktion ausgestattete Öffnung für das durchströmende Blut aufweist, die in der einen Stellung zur Durchströmung geöffnet und in der anderen Stellung geschlossen ist. Eine derartige Rünstliche Herzklappe wird erforderlich, wenn die natür-.The invention relates to a fluid mechanical heart valve with a disk-like base body, which is equipped with a non-return function Has opening for the blood flowing through, which in one position for the flow through is open and closed in the other position. Such a maniacal one Heart valve is required when the natural.

liche Herzklappe durch Entzündung oder Verkalkung so geschädigt ist, daß sie nicht mehr vollständig öffnet (Stenose) oder schließt (Insuffizienz). -Die Folgen sind Herzhypertrophie, Herzschwäche, mangelhafte Blutversorgung usw.the heart valve is so damaged by inflammation or calcification, that it no longer opens completely (stenosis) or closes (insufficiency). -The The consequences are cardiac hypertrophy, heart failure, poor blood supply, etc.

Eine strömungsmechanische Herzklappe der eingangs beschriebenen Art ist aus Knaurs Lexikon der modernen Medizin, 1972, Seite 126, bekannt. Dabei findet in einem scheibenartigen Grundkörper ein Rugelventil Anwendung, welches-also als Ventilkörper eine Kugel besitzt. Eine Silikonkugel wird von einem Metallkäfiq gehalten, der in den ausgeschnittenen Kappenrang eingepflanzt wird. Mit einer solchen Herzklappe kann die Aortenklappe, die Mitralklappe oder auch die Trikuspidalklappe ersetzt werden, doch ist mit Komplikationen wie Thrombosen, Blutströmungsstörungen, Blutungen, Infektionen, Zerstörung von Blutkörperchen usw. zu rechnen.A fluid mechanical heart valve of the type described above is known from Knaur's Lexicon of Modern Medicine, 1972, page 126. Thereby finds in a disk-like base body a ball valve application, which-so as Valve body has a ball. A silicone ball is held in a metal cage, which is planted in the cut-out cap rank. With a heart valve like this can replace the aortic valve, the mitral valve or the tricuspid valve but there are complications such as thrombosis, blood flow disorders, bleeding, Infections, destruction of blood cells, etc. to be expected.

Weiterhin ist eine strömungsmechanische Herzklappe nach Björk-Shiley bekannt, bei der der Ventilkörper nach Art eines Tellers in einem ringförmigen Grundkörper mit Hilfe von Achsen bildenden Drahtschlaufen gehalten ist. In der öffnungssteliung wird der tellerartige Ventilkörper schrägstehend in der öffnung verschwenkt, so daß ein Großteil der öffnung für die Strömung freigegeben, der mittlere Teil jedoch durch den schrägstehenden Tellerkörper ungünstig beeinflußt wird. Es entsteht ein strömungstechnisch sehr ungünstiges unterschiedliches Geschwindigkeitspro£il über den Querschnitt in der anschließenden Blutbahn, beispielsweise in der Aorta.There is also a flow-mechanical heart valve according to Björk-Shiley known, in which the valve body in the manner of a plate in an annular base body is held with the help of axles forming wire loops. In the opening position if the plate-like valve body is pivoted in the opening at an angle, see above that a large part of the opening is released for the flow, but the middle part is adversely affected by the inclined plate body. There arises a Fluidically very unfavorable different speed profile over the Cross-section in the adjoining bloodstream, for example in the aorta.

Während die natürlichen Herzklappen in der Aorta einen pulsierenden hydrodynamischen Freistrahl ausbilden, wird die Strömung bei den bekannten strömungsmechanischen künstlichen Herzklappen durch den immer vorgesehenen Ventilkörper negativ beeinflußt. Die Geschwindigkeit des strömenden Blutes sollte.jedoch bei einem Anlauf-Vorgang, wenn die Flüssigkeit aus'einem größeren Raum kommt, in der Hauptsache gleichförmig verteilt und nur im Bereich einer Randschicht durch Reibung verzögert sein. Die bekannten künstlichen Herzklappen können strömungstechnisch gesehen aufgrund ihrer geometrischen Form, insbesondere Kugel, Teller usw., keinen Freistrahl ausbilden. Die Strömungsverhältnisse sind hinter dem jeweiligen Ventilkörper, der als Widerstandskörper wirkt, besonders bei dem teilweise geöffneten Tellerventil, chaotisch. Es kommt zu lokalen Übergeschwindigkeiten, starken Rückströmungen und hohen Schubspannungen einerseits und Stagnationsgebieten andererseits, wodurch eine vorzeitige Zerstörung der Blutplättchen und Thrombenbildung verursacht werden.While the natural heart valves in the aorta pulsate Form hydrodynamic free jet, the flow with the known fluid mechanical artificial heart valves are negatively influenced by the valve body that is always provided. The speed of the flowing blood should, however, during a start-up process, if the liquid comes from a larger space, it is mainly uniform distributed and delayed by friction only in the area of a surface layer. the known artificial heart valves can flow technically due to their geometric shape, in particular ball, plate, etc., do not form a free jet. The flow conditions are behind the respective valve body, which acts as a resistance body looks chaotic, especially with the partially open poppet valve. It is coming to local overspeeds, strong backflows and high shear stresses on the one hand and stagnant areas on the other hand, causing premature destruction platelets and thrombus formation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine strömungsmechanische künstliche Herzklappe der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der ähnliche Strömungsverhältnisse geschaffen werden, wie sie bei einer natürlichen Herzklappe vorliegen.The invention is based on the object of a fluid mechanical to create artificial heart valve of the type described at the outset, in which the similar Flow conditions are created, as they are in a natural heart valve are present.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch er-reicht, daß die öffnung eine Freistrahldüse bildet und ventilkörperlos ausgebildet ist und im Anschluß an die öffnung im Grundkörper mindestens zwei einander ergänzende bewegliche Klappenwände vorgesehen sind, die im wesentlichen um ihre Anlenkachse an dem Grundkörper begrenzt schwenkbar gelagert sind und in der Offenstellung eine-Freistrahlausbildung des Blutes gestatten bzw. in der -Schließstellung eine Rückströmungdes Blutes verhindern. Die neue Herzklappe beseitigt den ansonsten zentral im Innern des Strömungspfades des Blutes angeordneten Ventilkörper und erreicht damit wesentlich bessere Strömungsbedingungen, insbesondere ein ungestörtes Querschnittsprofil der Strömungsgeschwindigkeit. Die Öffnung bildet eine Freistrahldüse, wie dies auch bei der natürlichen Herzklappe der Fall ist. Die mindestens zwei einander ergänzenden beweglichen Klappenwände formen mit ihrer Wandung die Wandung der Freistrahldüse in der Offenstellung und können durch einen relativ kleinen Schwenkbereich so einander angenähert werden, daß die Rückschlagfunktion gegeben ist. Dabei ist die Verschwenkung der Klappenwände zweckmäßig so begrenzt, daß sie nicht direkt aneinanderschlagen, so daß eine vorzeitige Zerstörung der Blutplättchen durch Quetschen ausgeschlossen ist. Die beweglichen Klappenwände stehen aus der Ebene des scheibenartigen Grundkörpers in Strömungsrichtung vor und bilden hier - je nach ihrer Ausbildung im einzelnen - eine Pyramide mit gerader oder gekrümmter Wandung.According to the invention, this is achieved in that the opening has a Forms free jet nozzle and valve body is formed and following the Opening in the base body at least two complementary movable flap walls are provided, which are limited essentially around their pivot axis on the base body are pivotably mounted and in the open position a free jet training of the Allow blood or prevent the blood from flowing back in the closed position. The new heart valve eliminates the otherwise centrally inside the Flow path of the blood arranged valve body and thus achieved significantly better flow conditions, especially an undisturbed cross-sectional profile of the Flow velocity. The opening forms a free jet nozzle, like this too is the case with the natural heart valve. The at least two complementary ones Movable flap walls form the wall of the free jet nozzle with their wall in the open position and can so each other through a relatively small swivel range can be approximated that the return function is given. Here is the pivoting the flap walls are appropriately limited so that they do not hit each other directly, so that a premature destruction of the platelets by squeezing is excluded is. The movable flap walls stand out of the plane of the disk-like base body in the direction of flow and form here - depending on their training in detail - a pyramid with straight or curved walls.

Zusätzlich zu den beweglichen Wänden können ortsfeste Wände an dem Grundkörper vorgesehen sein, so daß die Pyramidenförm von den festen Wänden und den beweglichen Klappenwänden zusammen gebildet wird Die beweglichen Klappenwände und/oder die ortsfesten Wände ergänzen einander kegelstumpfartig in der Schließstellung.In addition to the movable walls, stationary walls can be attached to the Base body be provided so that the pyramid shape of the solid walls and the movable flap walls is formed together. The movable flap walls and / or the stationary walls complement one another in the manner of a truncated cone in the closed position.

Die beweglichen Klappenwände#und/oder die ortsfesten Wände können eine gekrümmte Formgebung aufweisen, so daß in der Offenstellung insbesondere eine Freistrahldüse mit sich in Strömungsrichtung überproportional verengendem Querschnitt entsteht, durch den die Strömung geleitet, geführt und beschleunigt wird, so daß sie in dem an die Herzklappe anschließenden erweiterten Leitungsquerschnitt frei austreten kann. Die Freistrahldüse ist eine Unterschalldüse, in der die Strömung ~aus einer Ruhekammer heraus beschleunigt wird. Die durch das Herz erzeugte instationäre periodische Vorwärtsströmung wird dadurch erhalten, daß sich an die Ruhek~mmer diese Freistrahldüse anschließt,, bei der bewegliche Klappenwände ggf. zusammen mit festen Wänden vorgesehen sind.The movable flap walls # and / or the stationary walls can have a curved shape, so that in the open position in particular a Free jet nozzle with a cross-section that narrows disproportionately in the direction of flow arises through which the flow is directed, guided and accelerated, so that they are free in the extended line cross-section adjoining the heart valve can emerge. The free jet nozzle is a subsonic nozzle in which the flow ~ is accelerated out of a resting chamber. The unsteady one generated by the heart periodic forward flow is obtained by the fact that these are at rest Free jet nozzle connects, with the movable flap walls, possibly together with fixed ones Walls are provided.

Die beweglichen Klappenwände können über je ein Scharnier an dem Grundkörper gelagert sein. Auch eine Lagerung über im Querschnitt geschwächte Biegestellen od. dgl. ist möglich.-Die Scharniere sind zweckmäßig mit Anschlägen zur Begrenzung des Schwenkwinkels versehen. Eine allzu große Öffnung soll vermieden werden. Vielmehr sollen die Klappenwände in der maximalen Offenstellung immer noch-so stehen, daß sie durch eine einsetzende Rückströmung. sofort von der Strömung erfaßt und in die Schließstellung überführt werden. Die Scharniere sind mit einer Manschette, einer Beschichtung, einer Dehnungsfolie od.The movable flap walls can each have a hinge on the base body be stored. Storage over bending points with weakened cross-sections are also possible. Like. Is possible.-The hinges are useful with stops to limit the Pivot angle provided. An opening that is too large should be avoided. Much more the flap walls should still be in the maximum open position so that them by an incipient return flow. immediately caught by the current and into the Be transferred to the closed position. The hinges come with a cuff, a Coating, a stretch film or.

dgl. versehen, die jeweils die Aufgabe haben, einen Kontakt des Blutes mit dem Scharnier Zu verhindern. Bei der Realisierung der strömungsmechanischen Herzklappe werden ansonsten solche Materialien eingesetzt, die sich in der Medizin für andere Geräte bereits# bewährt haben. Durch die Einführung der Freistrahldüse bildet sich um den Strahlkern ein turbulentes Mischgebiet mit Zirkulation, wodurch auch das Herz selbst mit arteriellem Blut versorgt wird. Mit Beginn der'Diastole schließen sich die Klappenwände, wobei jedoch die Strömung infolge der Kontraktion insbesondere der Aorta erhalten bleibt. Mit Beginn der Systole beginnt der Vorgang erneut.Like. Provided, each of which has the task of making contact with the blood to prevent with the hinge. When realizing the fluid mechanics Heart valve are otherwise used such materials that are used in medicine have already proven # for other devices. With the introduction of the free jet nozzle A turbulent mixed area with circulation forms around the jet core, which the heart itself is also supplied with arterial blood. With the beginning of the 'diastole the valve walls close, but the flow is due to the contraction especially the aorta is preserved. The process begins with the onset of systole again.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 bis 4 die künstliche»Herzklappe in einer ersten Ausführungsform mit geraden Klappenwänden, Fig. 5 bis 8 eine zweite'Ausführungsform der Herzklappe mit konvergenten festen Wänden und Fig. 9 bis 12 eine dritte Ausführungsform mit parallelen festen Seitenwänden und konvex gewölbten horizontalen Klappenwänden.Embodiments of the invention are shown in the drawings and are described below. They show: FIGS. 1 to 4 the artificial heart valve in a first embodiment with straight flap walls, FIGS. 5 to 8 show a second embodiment the heart valve with convergent solid walls and FIGS. 9 to 12 a third embodiment with parallel fixed side walls and convexly curved horizontal flap walls.

In den verschiedenen Darstellungen zeigen die Fig 1, 5 und 9 jeweils die Ansicht der Herzklappe von hinten in geschlossenem Zustand1 während die Fig. 2, 6 und 10 die Ansicht von hinten bei geöffneter Herzklappe wiedergeben. Die Fig. 3, 7 und 11 lassen die Ansicht der jeweiligen Klappe von vorn in geschlossenem .Zustand erkennen, während den Fig. 4, 8 und 12 die Ansieht der Klappe von vorn in der Offeristellung zugeordnet ist.In the various representations, FIGS. 1, 5 and 9 show, respectively the view of the heart valve from behind in the closed state1 while the Fig. 2, 6 and 10 show the view from behind with the heart valve open. The fig. 3, 7 and 11 leave the front view of the respective flap in the closed state recognize, while FIGS. 4, 8 and 12 the view of the flap from the front in the offer position assigned.

Auf je einem Grundkörper 1, der nur schematisch wiedergegeben ist, sind mindestens zwei beweglich angeordnete Klappenwände 2 und 3 vorgesehen. Es können selbstverständlich auch mehr als zwei Klappenwände 2, 3 angeordnet sein. Die Klappenwände 2 und 3 können auch durch zusätzliche feste Wände 4 und 5 ergänzt sein.On each one base body 1, which is only shown schematically, at least two movably arranged flap walls 2 and 3 are provided. It can Of course, more than two flap walls 2, 3 can also be arranged. The flap walls 2 and 3 can also be supplemented by additional solid walls 4 and 5.

Sämtliche Wände 2 bis 5 sind in ihrer Formgebung aufeinander abgestimmt und stehen in Strömungsrichtung des Blutes #gesehen aus der Ebene des Grundkörpers 1 ab. Sie besitzen eine pyramidenartige Formgebung, die je nach der Ausbildung der Wände 2 bis 5 im einzelnen unterschiedliche Gestalt aufweisen kann, wie dies anhand der drei Beispiele erläutert ist. Wesentlich ist es zu erkennen, daß die Wände 2 bis 5 in geöffnetem Zustand eine Freistrahldüse 6 bilden und dieser Strömungsquerschnitt von keinem Ventilkörper oder sonstigen Einbauten versperrt oder behindert wirdo Die beweglichen Klappenwände 2 und 3 sind über Scharniere 7 und 8 begrenzt beweglich aufgehängt. Die Offenstellungen der Fig. 2D eg 6 8r 10 und 12 zeigen jeweils die maximale begrenzte Offenstellung, so daß erkennbar wird, daß bei einer Rückströmung des Blutes sofort die Rücklauffunktion eintritt, d.h. die beweglichen Klappenwände 2, 3 in ihre Schließstellung verschwenkt werden.All walls 2 to 5 are matched to one another in terms of their shape and stand in the flow direction of the blood # viewed from the plane of the base body 1 from. They have a pyramid shape, depending on the training of the Walls 2 to 5 can have different shapes in detail, as shown on the basis the three examples is explained. It is essential to see that the walls 2 to 5 in the open state form a free jet nozzle 6 and this flow cross-section is not blocked or hindered by any valve body or other built-in components o The movable flap walls 2 and 3 are movable to a limited extent via hinges 7 and 8 hung up. The open positions of FIGS. 2D eg 6 8r 10 and 12 each show the maximum limited open position, so that it can be seen that there is a backflow of the blood, the return function occurs immediately, i.e. the movable valve walls 2, 3 are pivoted into their closed position.

Bezugszeichenliste 1 = Grundkörper 2 = Klappenwand 3 = Klappenwand 4 = feste Wand 5 = feste Wand 6 = Freistrahldüse 7 = Scharnier 8 = Scharnier L e e r s e i t eLIST OF REFERENCE NUMERALS 1 = base body 2 = flap wall 3 = flap wall 4 = fixed wall 5 = fixed wall 6 = free jet nozzle 7 = hinge 8 = hinge L. e e r e i t e

Claims (1)

Strömungsmechanische Herzklappe Patentansprüche: 1. Strömungsmechanische Herzklappe mit einem scheibenartigen Grundkörper (1), der eine mit. Rückschlagfunktion ausgestattete öffnung für das durchströmende Blut aufweist, die in der einen Stellung zur Durchströmung geöffnet und in der anderen Stellung geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung eine Freistrahldüse (6) bildet und ventilkörperlos ausgebildet. ist und daß mindestens zwei einander ergänzende bewegliche Klappenwände (2, 3) vorgesehen sind, die im wesentlichen um ihre Anlenkachse an dem Grundkörper (1) begrenzt schwenkbar gelagert sind und in der Offenstellung eine Freistrahlausbildung des Blutes gestatten bzw. in der Schließstellung eine Rückströmung des Blutes verhindern 2. Strömungsmechanische Herzklappe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den beweglichen Wänden (2, 3) ortsfeste Wände (4, 5) an dem Grundkörper (1) vorgesehen sind 3. Strömungsmechanische Herzklappe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Klappenwände (2, 3) und/oder die ortsfesten Wände (4, 5) in der Schließstellung einander kegelstumpfartig ergänzen. Fluid mechanical heart valve Claims: 1. Fluid mechanical Heart valve with a disk-like base body (1), one with. Kickback function equipped opening for the blood flowing through, which in one position is open to the flow and closed in the other position, thereby characterized in that the opening forms a free jet nozzle (6) and has no valve body educated. is and that at least two complementary movable flap walls (2, 3) are provided, which are essentially about their articulation axis on the base body (1) are pivotable to a limited extent and in the open position a free jet design allow the blood or, in the closed position, prevent the blood from flowing back 2. Fluid mechanical heart valve according to Claim 1, characterized in that additionally stationary walls (4, 5) are provided on the base body (1) in relation to the movable walls (2, 3) are 3. fluid mechanical heart valve according to claim 1 or 2, characterized in that that the movable flap walls (2, 3) and / or the stationary walls (4, 5) in the closed position complement each other like a truncated cone. 4. Strömungsmechanische Herzklappe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Klappenwände (2, ~3) und/oder die ortsfesten Wände (4, 5) gekrümmte Formgebung aufweisen.4. Fluid mechanical heart valve according to claim 3, characterized in that that the movable flap walls (2, ~ 3) and / or the stationary walls (4, 5) are curved Have shaping. 5. Strömungsmechanische Herzklappe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die'beweglichen Klappenwände (2, 3) über je ein Scharnier (7, 8) an dem Grundkörper (1') gelagert sind.5. Fluid mechanical heart valve according to claim 1 to 4, characterized characterized in that the movable flap walls (2, 3) each have a hinge (7, 8) are mounted on the base body (1 '). 6. Strömungsmechanische Herzklappe nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scharniere (7, 8) mit Anschlägen zur Begrenzung des Schwenkwinkels versehen sind.6. Fluid mechanical heart valve according to claim 1 to 5, characterized characterized in that the hinges (7, 8) with stops to limit the pivot angle are provided. 7. Strömungsmechanische Herzklappe nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scharniere (7, 8) mit einer Manschette, einer Beschichtung, einer Dehnungsfolie od. dgl.7. Fluid mechanical heart valve according to claim 5 and 6, characterized characterized in that the hinges (7, 8) with a sleeve, a coating, a stretch film or the like. versehen sind.are provided.
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