DE3323862A1

DE3323862A1 - Sicherheitsantrieb fuer ein kuenstliches herz

Info

Publication number: DE3323862A1
Application number: DE19833323862
Authority: DE
Inventors: Klaus Prof. Dr. Affeld; Jörn Dipl.-Ing. Frank; Axel Dipl.-Ing. 1000 Berlin Mohnhaupt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-06-29
Filing date: 1983-06-29
Publication date: 1985-01-03
Also published as: GB2153016A; GB2153016B; FR2548026A1; JPS6068861A; GB8416666D0; US4559648A

Description

Sicherheitsantrieb für ein künstliches Herz _{o o} _ « _{o r o}

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Die Erfindung betrifft einen Antrieb mit besonderen Sicherheitsreserven für ein pneumatisches künstliches Herz. Ein pneumatisches künstliches Herz wird gewöhnlich durch einen außerhalb des Körpers liegenden Antrieb angetrieben. Dieser Antrieb soll sich durch eine besonders hohe Betriebssicherheit auszeichnen. Im Gegensatz zu anderen künstlichen Organen, wie beispielsweise der künstlichen Niere, ist eine Störung des Antriebs eines künstlichen Herzens mit unmittelbarer Todesgefahr verbunden. Der Antrieb soll neben besonders auf ihre Zuverlässigkeit ausgesuchten Komponenten auch noch eine Struktur besitzen, die die Sicherheit des Systems erhöht.

Für pneumatisch angetriebene Blutpumpen sind Antriebe bekannt, bei denen Druckluft durch pulsierend betätigte Magnetventile so moduliert wird, daß sie pneumatische Blutpumpen antreiben kann. Weiterhin ist bekannt, daß diese pulsierende Druckluft durch reversierende pneumatische Kolben erzeugt wird. In einer weiteren Variante werden reversierende Rotationskompressoren zur Erzeugung der pulsierenden Druckluft verwendet. Eine erhöhte Sicherheit konnte bisher nur dadurch erreicht werden, daß die Bauelemente besonders sorgfältig ausgesucht wurden und daß bei Ausfall eines Antriebs ein Ersatzbetrieb bereit gehalten wurde. Diese Antriebe sind gewöhnlich jedoch sehr schwer und voluminös, so daß eine Ortsbewegung des Patienten schon mit einem Antrieb kaum möglich ist, mit dem Ersatzbetrieb jedoch erheblich erschwert wird. Auch sind bei Ausfall eines Antriebes zwei pneumatische Leitungen umzustecken, so daß hier eine zusätzliche Gefahr entsteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, daß der Ersatzantrieb entfallen kann und dennoch eine gegenüber einem Einzelantrieb erheblich erhöhte Systemsicherheit besteht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für die linke wie für die rechte Herzkammer je ein einzelner Antrieb verwendet wird; die Antriebe sind mechanisch und elektrisch nicht miteinander verkoppelt, sind jedoch durch Signal- und Luftflußelemente so miteinander verbunden, daß der Antrieb für die linke Blutpumpe durch den der rechten ersetzt werden kann. Dieser Systemeigenschaft liegt die Erfahrung zugrunde, daß der Organismus für eine begrenzte Zeit im.wesentlichen nur abhängig ist von der Leistung der linken Blutpumpe und auf die Funktion der rechten Blutpumpe für eine kürzere oder längere Zeit verzichtet werden kann. Fällt also durch eine mechanische oder elektrische Störung der rechte Antrieb aus, so führt dies nicht zu einer unmittelbaren Gefährdung des Patienten, und es steht ausreichend Zeit zur Verfügung,

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einen neuen Antrieb anzukoppeln. Fällt dagegen der linke Antrieb aus, so wird durch die erfindungsgemäße Anordnung der rechte Antrieb so umgeschaltet, daß vj er als Antrieb für die linke Blutpumpe arbeitet. Diese Umschaltung kann dabei ^D von Viand erfolgen, nachdem der Benutzer des Antriebs durch einen Alarm auf o eine Fehlfunktion aufmerksam gemacht worden ist, oder aber die Umschaltung _o kann auch automatisch erfolgen. Als zweckmäßiges Signal kann hierbei der mitt- *~* lere Druck im Druckluftschlauchsystem des linken Antriebs verwendet werden, der bei Funktion des linken Antriebs deutlich über Null liegt. Fällt der linke Antrieb jedoch aus, so sinkt dieser Druck auf einen wesentlich kleineren Wert in der Mähe des Nullpunkts. Dieser Druckabfall kann durch eine Mechanik zu einem Umschalten verwendet werden. Die Mittlung des Druckes kann dabei auf einfache Weise durch eine Kapillare erfolgen und die Umschaltung selbst durch ein Federelement, das im Normalbetriebsfall durch den mittleren Druck im linken Antriebssystem niedergehalten wird. Der Umschalter ist dabei so auszuführen, daß die linke Blutpumpe vom rechten Antriebssystem abgekoppelt wird und das defekte linke Antriebssystem ebenfalls von der Zuleitung zur linken Blutpumpe abgetrennt wird. Der Umschalter ist dabei zweckmäßigerweise so auszubilden, daß er bistabil arbeitet, das heißt also in den beiden Endlagen stabil, aber in der Mittellage instabil ist.

In einer weiteren Ausführung kann diese Umschaltung auch durch ein elektromechanisches Stellglied erfolgen, das nach einer Analyse der Drucksignale oder aber von Antriebssignalen die Umschaltung bewerkstelligt. Nach der Umschaltung hat der rechte Antrieb plötzlich gegen einen höheren Druck zu pumpen. Diese plötzliche Übernahme der linken Pumpleistung kann er erfindungsgemäß auf besonders einfache und sichere Weise leisten, wenn der Antrieb nach einer Soll volumenkurve, nicht aber nach einer Solldruckkurve gesteuert ist. Im Normalbetrieb erfolgt die Abstimmung der beiden Antriebe aufeinander dadurch, daß der linke Antrieb durch den linken Vorhofdruck oder durch den linken PuI-monalarteriendruck gesteuert wird. Diese Drucke können entweder direkt oder indirekt gemessen sein, oder aber sie werden durch Signale ermittelt, die aus der Analyse des pneumatischen Treibdrucks der linken Pumpe in der Ansaugphase gewonnen werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß statt der Anordnung oder Mitführung eines kompletten Ersatzbetriebes eine diesem Fall nahezu gleiche Sicherheit durch eine Systemeigenschaft des erfindungsgemäßen Antriebs erzielt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben:

Fig. 1 zeigt das Schema des Sicherheitsantriebes: Sie zeigt die linke Blutpumpe 1 und die rechte 2, die von dem Antrieb 3 - hier ein Kolben - bzw. 4 angetrieben werden. Der Druckimpuls wird dabei von den Schlauchleitungen 5 und 6 übertragen. Im Normalbetrieb sind die Ventile 7 und 8 offen, während -Jas Ventil 9 geschlossen ist.. Fällt nun der rechte Antrieb 4 aus, so kann der linke Antrieb 3 die gesamte Kreislaufleistung übernehmen. Fällt jedoch der linke Antrieb 3 aus, so wird er von der Blutpumpe 1 durch das Ventil 7 abgetrennt, der rechte Antrieb 4 durch das Ventil 8 von der rechten Pumpe 2 abgetrennt und durch das öffnen des Ventils 9 auf die linke Pumpe 1 geschaltet. Damit übernimmt nun der rechte Antrieb 4 die gesamte Kreislaufleistung.

In Fig. 2 ist das Umschaltschema dargestellt: Der obere Teil zeigt den Normalbetrieb mit frei durchgängigen Schlauchleitungen 5 und 6 und verschlossenem, die Systeme trennenden Ventil 9. Der untere Teil zeigt den Zustand im Störungsfall: Beide Pumpen sind von ihren ursprünglichen Antrieben durch die Ventile 7 und 8 abgesperrt, während das Ventil 9 geöffnet ist.

In Fig. 3 ist ein automatischer mechanischer Umschalter dargestellt. Zwischen linkem Antrieb 3 und dem Ventil 7 ist eine Abzweigung mit der Kapillare Io vorgesehen. Solange der Antrieb 3 funktionsfähig ist, herrscht im System ein pulsierender Druck, der durch die Kapillare Io zeitlich gemittelt wird und als im zeitlichen Mittel positiver Druck auf den Kolben 11 wirkt und so eine Feder 12 zusammenpreßt. Fällt nun der Antrieb 3 aus, so fehlt der pulsierende Druck und die Feder 12 preßt den Kolben 11 zurück. Diese Kolbenbewegung wird dazu ausgenutzt, die weiter oben beschriebenen Ventil umschaltungen in der erfindungsgemäßen Weise zu bewirken. Dabei sorgt das bistabile Federelement dafür, daß die Ventile nur eine der beiden Stellungen - normal oder gestört einnehmen können und eine Zwischenstellung vermieden wird.

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Claims

Patentansprüche

1/ Si.cherheitsantrieb für ein künstliches Herz, dadurch gekennzeichnet, daß die linke und die rechte pneumatische Blutpumpe 1,2 durch je einen vom anderen unabhängigen pneumatischen Antrieb 3,4 angetrieben wird und daß der rechte Antrieb 4 als Reserveantrieb für den linken 3 umgeschaltet werden kann.
2. Sicherheitsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Umschalter automatisch durch einen mechanischen stabilen Schalter erfolgt, wobei die Umschaltung durch eine Feder oder ein ähnliches Energiespeicherelement erfolgt, im Normalbetriebsfall durch den gemittelten linken pneumatischen Antriebsdruck in einer Endlage gehalten wird.
3. Antrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung vom rechten auf den linken Antrieb von Hand nach einer Alarmanzeige erfolgt.
4. Antrieb nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein gesondertes Stellglied die Umschaltung automatisch nach der Analyse des Druckluftsignals für die linke Pumpe erfolgt.
5. Antrieb nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der linke und rechte Antrieb nach einer Luftvolumenstromsoll kurve gesteuert werden.
6. Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenstrom des linken Antriebs im Normalbetrieb vom linken Vorhofdruck gesteuert wird und bei Ausfall des linken Antriebs des rechte ebenfalls vom linken Vorhofdruck gesteuert wird.
7. Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der linke Luftvolumenstrom durch ein Signal gesteuert wird, das aus der Analyse des pneumatischen Treibdrucks der linken Pumpe in der Ansaugphase gewonnen wird.