DE4307387A1 - Hydrocephalusventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hydrocephalus-Ventil zum Druckausgleich im Schädel eines Hydrocephalus-Patienten.

Hydrocephalus-Patienten haben folgendes medizinische Problem:

Das Gehirn ist im Schädel von einer besonderen Flüssigkeit - dem Liquor - umgeben. Dieser Liquor wird ständig produziert und im gleichen Maße resorbiert. Bei der Erkrankung des Hydrocephalus, auch Wasserkopf genannt, ist dieses Gleichgewicht gestört, und es wird mehr Flüssigkeit erzeugt als abgebaut wird. Da der Schädelinnenraum ein geschlossenes Gefäß darstellt, kommt es zu einer Volumenvergrößerung, beim Säugling können die Schädelnähte nicht zusammenwachsen, beim Erwachsenen steigt der Schädelinnendruck. Es gibt also einen Alters- und Kinderhydrocephalus.

Die Behandlung des Hydrocephalus erfolgte ursprünglich durch die bloße Ableitung des Liquors. Dies geschah durch die bloße Schlauchverbindung zwischen dem Schädel und einem großen venösen Blutgefäß oder durch eine entsprechende Verbindung des Schädels über einen Schlauch mit dem Bauchraum. Bald erkannte man jedoch, daß der Druck im Schädel einen bestimmten physiologischen Wert besitzen muß, wenn nicht wieder andere Komplikationen auftreten sollen.

Es ist bekannt, den Druck des Liquors im Schlauch mit Hilfe von Drosselventilen einzustellen. Derartige Drosselventile werden im Bereich des Kopfes unter der Haut implantiert. Die Ventile sollen sich bei einem bestimmten kritischen Druck öffnen und den Abfluß von Liquor gestatten. Dadurch wird einer Druckerhöhung entgegengewirkt. Über eine Leitung - ebenfalls unter der Haut implantiert - wird der Liquor in die obere Hohlvene oder die Bauchhöhle abgeleitet.

Die Funktion der bekannten Ventile ist jedoch unbefriedigend. Ein Vergleich der Messungen aller am Markt angebotenen Ventile zeigt, daß die Mehrheit der Ventile den Anforderungen bei weitem nicht genügt. Die Messungen ergeben teilweise Abweichungen von mehreren 100%. Es kommt vor, daß bei Messungen nur jedes 5. Ventil den eingestellten Sollwert exakt einhält. Alle am Markt angebotenen Ventile nutzen das gleiche Funktionsprinzip: Der zu regelnde Druck wirkt auf eine federbelastete Fläche. Die resultierende Kraft aus der Druckkraft des Liquors und der Federkraft bestimmen das Öffnen oder Schließen eines Spaltes, durch den der Liquor fließen kann. Konstruktiv unterscheiden sich jedoch alle Ventile. Die Feder besteht aus Kunststoff oder Metall. Desgleichen variieren Form und Material des Schließkörpers. Die wichtigsten Ventile werden im folgenden kurz vorgestellt:

Das "Holter Minivalve" besteht aus einem elastischen Schlauch aus Silikonkautschuk. Parallel zu seiner Längsachse ist dieser Schlauch eingeschnitten. Dieser Schnitt öffnet sich zu einem Spalt, wenn der Innendruck ansteigt. Die Länge des Schnittes und die Wandstärke des Schlauches bestimmen die Öffnungscharakteristik.

Das "Heyer-Schulte Mini-LPV" ist ebenfalls ganz aus Silikonkautschuk gefertigt. Der Schließkörper wird durch eine Kugelkalotte gebildet, die gegen eine Öffnung gepreßt wird. Diese Kugelschale bildet gleichzeitig das elastische Element. Die Dicke der Schale bestimmt die Anpreßkraft und damit den Öffnungsdruck.

Das Ventil "CSF-Flow Control-Pudenz-Schulte Medical" hat das gleiche Funktionsprinzip wie das "Heyer-Schulte Mini LPV". Auch hier bildet der Verschlußkörper gleichzeitig das elastische Element.

Beim "Cordis Hakim Valve System" verschließt eine federbelastete Kugel die konische Öffnung des Ventiles. Übersteigt die Druckkraft der Flüssigkeit die Federkraft, wird die Kugel aus ihrem Sitz gehoben und gibt den Abfluß von Liquor frei. Die Feder kann sowohl als Blattfeder wie auch als Spiralfeder ausgeführt sein.

Es ist auch ein einstellbares Ventil unter der Bezeichnung "Valve programmable Sophy" bekannt, das die Verstellung des Öffnungsdruckes von außen ermöglicht, ohne die Haut dabei zu verletzen. Dies geschieht mit Hilfe eines Magneten, der über die Haut bewegt wird und mit dem im Inneren des Ventils ein Drehkörper verstellt wird. Am Drehkörper ist eine feine Blattfeder angebracht, die eine Kugel auf den Ventilsitz preßt. Durch die Drehung wird die Blattfeder kürzer oder länger eingespannt, wodurch die resultierende Federkraft verstellt wird.

Alle bekannten Ventile haben folgende Mängel:

sie verstopfen leicht,
der im Schädel erzeugte Druck weicht stark vom Sollwert ab,
der Druck ist stark vom Liquorfluß abhängig,
der Öffnungsdruck weicht stark vom Schließdruck ab,
der Druck ist stark von der Lage des Patienten abhängig.

Da eine Druck- und Flußmessung eines in einem Patienten implantierten Ventiles technisch schwierig ist, kann der Neurochirurg die Funktion des Ventiles nur schwer überprüfen und muß sich oft vom klinischen Bild des Patienten leiten lassen. Viele Ventile müssen wieder explantiert und durch neue ersetzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hydrocephalusventil zu schaffen, das die oben angeführten Nachteile nicht aufweist. Dabei geht die Erfindung von der Überlegung aus, daß der Schädelinnendruck unabhängig von der Position des Patienten und vom Liquorfluß konstant sein soll.

Zwar ist mit dem Orbis-Sigma-Ventil auch ein Hydrocephalusventil bekannt, das auf Schwankungen der Druckwertdifferenz zwischen eroximalem und distalem Ventilabschnitt reagieren soll. Solche Druckdifferenzschwankungen sind unvermeidlich je nach Position des Patienten und abhängig von einem breiten Spektrum physiologischer Parameter (Lageveränderung, Husten, REM-Schlaf, physische und psychische Belastung). Die Druckdifferenzschwankungen verursachen erhebliche Veränderungen im Liquorfluß. Das Orbis-Sigma-Ventil soll dem durch drei verschiedene Ventilstellungen Rechnung tragen.

In der ersten Höhenstufe soll das Ventil lediglich als Differentialdruckventil wirken. Hier ist der Differentialdruck niedrig und damit ein Unterdränagerisiko gering. Das Ventil bleibt geschlossen, solange der Differenzdruck unter dem Öffnungsdruck des Ventiles liegt. Übersteigt der Differenzdruck den Öffnungsdruck, so bewegt sich eine Membrane im Ventil. Bei weiterem Anstieg der Druckdifferenz bewegt sich die Membrane weiter. Der Öffnungsquerschnitt wird jedoch im wesentlichen konstant gehalten. Infolgedessen wirkt das Ventil als Drossel. Es erhöht den Strömungswiderstand. Überdränagen werden infolgedessen in erheblichem Maße reduziert.

Bei noch weiterem Anstieg der Druckdifferenz vergrößert sich der Öffnungsquerschnitt der Membrane sprunghaft. Dadurch werden gefährliche Situationen vermieden.

Trotz der verschiedenen Ventilstellungen beinhaltet das Orbis-Sigma-Ventil noch keine wesentliche Verbesserung gegenüber den herkömmlichen Ventilen.

Vor diesem Hintergrund ist vorgeschlagen worden, ein als Regelventil ausgebildetes Hydrocephalus-Ventil zu verwenden, das unter der Haut im Bereich des Brustkorbes oder im Bauchbereich implantiert wird. Dort ist keine Miniaturisierung des Ventiles erforderlich, weil ein ausreichendes Platzangebot gegeben ist.

Das Hydrocephalus-Ventil besitzt nach dem älteren Vorschlag eine Leitung zur Ableitung des Liquors, auf die eine Klemmeinrichtung wirkt. Die Klemmeinrichtung wird hydraulisch bedient, wobei als Hydraulikflüssigkeit der Liquor genutzt wird. Dies geschieht dadurch, daß als Klemmantrieb ein flexibles Behältnis verwendet wird, das mit dem Liquor beaufschlagt wird. Dazu dient eine Verbindungsleitung zwischen der den Liquor abführenden Leitung und dem Behältnis. Bei größer werdendem Druck bläht sich das Behältnis auf und drückt auf die Leitung. Bei geringer werdendem Liquordruck zieht sich das Behältnis zusammen, so daß die Klemmung nachläßt, die Leitung sich weiter öffnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Hydrocephalus-Ventil dem unterschiedlichen Leistungsbedarf besser anzupassen. Dabei geht die Erfindung von der Annahme aus, daß für das Öffnungsverhalten des Ventiles prinzipiell nur zwei Körperhaltungen maßgeblich sind. Das sind die vertikale und die horizontale Körperlage. Schräglagen sind nicht von großer Dauer und können vernachlässigt werden.

Beide Arbeitsbereiche werden durch den Liquordruck bestimmt. In einem Arbeitsbereich liegt der optimale Liquordruck bei etwa 12 cm Wassersäule, im anderen Arbeitsbereich bei 30 cm Wassersäule. Beide Werte bezeichnen den Differenzdruck gegenüber dem Flüssigkeitsdruck im Bauchraum. Der optimale Liquordruck kann je nach Patient variieren.

Nach der Erfindung besitzt das Ventil zwei Öffnungen, von denen die eine in der Liegendposition sich nach Erreichen des Bestimmungsdruckes öffnet und die andere in der Stehendposition nach Erreichen des Bestimmungsdruckes für die Stehendposition mitgeöffnet wird oder wobei nach Erreichen des Bestimmungsdruckes für die Stehendposition die zweite Öffnung (Hochdrucköffnung) geöffnet und die erste Öffnung (Niederdrucköffnung) geschlossen wird.

Für die wechselweise Öffnung der beiden Ventilöffnungen eignet sich eine vom Gewicht betätigte Klappe/Schalter. Ein solcher Schalter ist robust und zuverlässig.

Für die andere erfindungsgemäße Ventilöffnungsalternative eignet sich besonders ein Doppelkammerventil, wobei die eine Kammer die Öffnung für die Liegendposition und die andere Kammer die zusätzliche Öffnung für die Stehendposition besitzt. Es ist von Vorteil, jeweils eine Kammerwand zugleich als bewegter Ventildeckel auszubilden. Dies geschieht in an sich bekannter Weise durch Verwendung einer Membran für die Kammerwand. Die Membran kann einen relativ geringen Verformungswiderstand besitzen. Die definierte Schließkraft wird dann mit Hilfe einer Rückstellfeder erreicht. Die Rückstellfeder ist vorzugsweise als Blattfeder ausgebildet.

Jede der eine Kammer bildenden Membrane ist mit einer Ventilöffnung versehen. Die Öffnung korrespondiert mit einer Schließfläche, die vorzugsweise ringförmig oder als Stopfen ausgebildet ist. Der Stopfen drückt sich in die Ventilöffnung, während die ringförmige Schließfläche die Ventilöffnung außen umgibt. Dazu ist zweckmäßig, die ringförmige Dichtfläche mit Dichtlippen zu versehen.

Wahlweise sind anstelle der Dichtlippen oder zusätzlich zu den Dichtlippen auch an der gegenüberliegenden Berührungsfläche der Membran nachgiebige Materialflächen vorgesehen, die ein schließendes Anlegen der Berührungsflächen erleichtern.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Mit 1 ist ein Ventilgehäuse eines Hydrocephalus-Ventiles bezeichnet. Das Gehäuse 1 besteht aus einem Mittelteil 2 und Außenteilen 3 und 4. Das Gehäuse ist rund, d. h. hat eine zylindrische Form, wobei der Zylinder im Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von 25 mm besitzt und eine Höhe von 7,45 mm. Das Gehäuse besteht aus Titan. Titan ist ein verschleißfreier Werkstoff.

Die Einzelteile des Gehäuses bilden zentrische Ringe, die ineinandergeschoben werden können und sich mit Bund und Steg ineinander zentrieren.

Zu dem Gehäuseteil 3 gehört ein Deckel 26, zu dem Gehäuseteil 4 ein Deckel 25.

Der mittlere Gehäuseteil 2 besitzt eine Mittelwand 6, die mittig an jeder Seite jeweils eine ringförmige Verdickung 7 und 8 besitzt. Ferner ist im Mittelteil 2 eine Einlaßöffnung 5 vorgesehen. Im Anwendungsfall führt zur Einlaßöffnung 5 eine Schlauchleitung.

Das Ventil 1 ist im Bauchraum implantiert. Die Schlauchleitung führt vom Schädel des Patienten zu dem Ventil 1 und ist unter die Haut implantiert. Über die nicht dargestellte Schlauchleitung wird Liquor aus dem Schädel dem Ventil 1 zugeführt. Der Liquor verteilt sich beiderseits der Mittelwand 6 des Mittelteiles 2. Dies resultiert aus einer entsprechend gestalteten Einlaßöffnung 5.

Mit den ringförmigen Verdickungen 7 und 8 korrespondieren nachgiebige Kunststoffscheiben 9 und 10. Die Kunststoffscheiben 9 und 10 besitzen mittig Durchflußöffnungen 13 und 14. Die Durchflußöffnungen 13 und 14 liegen über den ringförmigen Verdickungen 7 und 8. Die Kunststoffscheiben dichten in der gezeigten Betriebsstellung schließend mit den Verdickungen 7 und 8.

Die Kunststoffscheiben 9 und 10 sind an Kunststoffmembranen 21 und 20 befestigt, die als Scheiben zwischen das Mittelteil 2 und das äußere Teil 3 bzw. das Mittelteil und das äußere Teil 4 gebracht worden sind. Die Membranen 20 und 21 bestehen ihrerseits aus Kunststoff.

Ihre Wandstärke ist relativ dünn ausgestaltet. Infolgedessen ist der Verformungswiderstand der Membranen 20 und 21 gering.

Den Membranen 20 und 21 ist durch Blattfedern 11 und 12 ein definiertes Verformungsverhalten gegeben. Die Blattfedern 11 und 12 können lose auf den Membranen 20 und 21 liegen. Sie können jedoch auch mit diesen z. B. verklebt sein.

Die Durchtrittsöffnungen 13 und 14 setzen sich durch die Membranen 21 und 20 und durch die Blattfedern 11 und 12 fort.

Im Ausführungsbeispiel sind zusätzlich zu den Blattfedern Stützen 18 und 10 vorgesehen. Die Stützen 18 und 19 sind tellerförmig ausgebildet. Sie fixieren die Blattfedern bei loser Anordnung in der gezeigten Ausgangsstellung.

Im Ausführungsbeispiel ist der Verformungsweg der Blattfedern 11 und 12 begrenzt. Der Weg der Blattfeder 11 wird durch einen Stopfen 16 begrenzt, während der Weg der Blattfeder 12 durch eine Auflage 17 begrenzt wird. Der Stopfen 16 ist seinerseits aus nachgiebigem Kunststoffmaterial gefertigt und über eine Scheibe 15 gleichen Materials wie die Scheiben 9 und 10 an der Außenwand des Teiles 3 befestigt.

Durch Blattfedern 11 und 12, die an den Membranen 20 und 21 befestigt sind, können die Stützen 18 und 19 entbehrlich sein.

Das erfindungsgemäße Ventil 1 besitzt zwei Kammern, von denen die in der Zeichnung linke zum Teil 3 und die in der Zeichnung rechte zum Teil 4 gehört. Die linke Kammer ist als Niederdruckkammer ausgelegt, die rechte als Hochdruckkammer. Mit Niederdruck und Hochdruck sind im Ausführungsbeispiel relativ geringfügige Drücke bezeichnet, nämlich Drücke von etwa 12 bis 15 cm Wassersäule für die linke Kammer und etwa 30 cm Wassersäule für die rechte Kammer.

Im Ausführungsbeispiel ist die linke Kammer mit der Membrane 21, der Blattfeder 11 und der Stütze 10 so ausgelegt, daß keine ausreichende Verformung eintritt, um einen Liquoreintritt in die linke Kammer zu ermöglichen, solange der Liquordruck keine Druckdifferenz von 12 cm Wassersäule gegenüber dem Druck im Bauchraum erreicht hat. Bei Erreichen dieser Druckdifferenz wird auf die Membrane bzw. die Blattfeder und die Stütze 19 ein Druck ausgeübt, der gleich dem Differenzdruck von 12 cm Wassersäule mal der Liquor- beaufschlagten Fläche ist. Druckbeaufschlagte Fläche ist dabei die Projektionsfläche in Öffnungsrichtung der Niederdruckventilkammer. D.h. nach Erreichen des resultierenden Druckes hebt die Membrane 21 mit der Scheibe 9 von der Verdickung ab, so daß Liquor zwischen der Scheibe 9 und der ringförmigen Verdickung hindurch in die Durchtrittsöffnung 13 und durch diese hindurch in die Niederdruckkammer strömen kann. Von dort kann der Liquor durch eine geeignete Öffnung in der Stütze 19 hindurch und durch eine Auslaßöffnung 22 hindurch austreten. Auf diesem Wege wird überschüssiger Liquor aus dem Schädel des Patienten abgeleitet. Der Ansprechdruck der Niederdruckkammer entspricht dem zulässigen Druck des Patienten in der Liegendstellung.

Im Ausführungsbeispiel erhöht sich der durch die Niederdruckkammer gegebene Strömungswiderstand auch bei zunehmender Liquorproduktion nur geringfügig. D.h. die Federkennlinie der Membrane 21 der Blattfeder 11 und der Stütze 19 verläuft relativ flach. Im Ausführungsbeispiel erhöht sich der Liquordruck in der Niederdruckkammer in der Liegendstellung max. auf 15 cm Wassersäule.

Eine plötzliche Erhöhung des Liquordruckes auf 30 cm Wassersäule entsteht bei Änderung der Liegendposition in eine Stehendposition des Patienten. Dies führt dazu, daß Blattfeder 11 sich an den Stopfen 16 anliegt, der die Durchtrittsöffnung 13 verschließt.

Auf der anderen Seite bewirkt der sich schlagartig erhöhende Liquordruck ein Nachgeben der Membrane 20 mit der Blattfeder 12 und der Stütze 18. Infolgedessen kann Liquor zwischen der Scheibe 10 und der ringförmigen Verdickung 7 hindurch in die Durchtrittsöffnung 14 treten. Die Durchtrittsöffnung 14 setzt sich durch die Blattfeder 12 fort, so daß der in die Hochdruckkammer eintretende Liquor über geeignete, nicht dargestellte Öffnungen in die Stütze 18 und eine Austrittsöffnung 23 entweichen kann. Die Betriebsweise der Hochdruckkammer ist die gleiche wie der der Niederdruckkammer, nur auf einem anderen Druckniveau. Außerdem wird die Durchtrittsöffnung in der Membrane 20, der Blattfeder 12 auch durch Anlegen der Blattfeder 12 an die Scheibe 17 nicht verschlossen. Dazu ist die Scheibe 17 mit geeigneten Durchtrittskanälen versehen.

Claims (10)

1. Hydrocephalus-Ventil zum Druckausgleich im Schädel eines Hydrocephalus-Patienten, insbesondere Ventil, das im Brust- oder Bauchraum implantiert ist und über eine unter der Haut des Patienten implantierten Schlauchleitung mit dessen Schädel verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil zwei Ventilöffnungen (13, 14) aufweist, von denen entweder
eine sich in der Liegendposition bei Überschreiten des Bestimmungsdruckes öffnet, während die andere geschlossen bleibt und nach Überschreiten des Bestimmungsdruckes für die Stehendposition die 2. Ventilöffnung sich zusätzlich öffnet
oder sich die eine Ventilöffnung bei Erreichen des Bestimmungsdruckes für die Liegendposition öffnet, während die andere Ventilöffnung geschlossen bleibt und sich bei Erreichen des Bestimmungsdruckes für die Stehendposition die andere Ventilöffnung öffnet, während sich die zuvor während der Liegendposition geöffnete Ventilöffnung schließt.

2. Ventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine gewichtbetätigte Ventilklappe.

3. Ventil nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch ein Doppelkammerventil.

4. Ventil nach Anspruch 1 oder 3 gekennzeichnet durch eine an sich bekannte Membrane (20, 21) und eine Feder (11, 12) für jede Ventilkammer.

5. Ventil nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine in jeder Ventilkammer angeordnete Stütze (18, 19).

6. Ventil nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch Stopfen (16) und/oder ringförmige Dichtleisten (9, 10).

7. Ventil nach einem oder mehreren Ansprüchen 3 bis 6, gekennzeichnet durch ringförmige Verdickungen (7, 8) an einer zwischen beiden Kammern angeordneten Mittelwand (6).

8. Ventil nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen sich beiderseits der Mittelwand (8) öffnenden Einlaß (5).

9. Ventil nach einem oder mehreren Ansprüchen 3 bis 8, gekennzeichnet durch eine Wegbegrenzung für die Membrane/Blattfeder.

10. Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßöffnung (13) durch die Wegbegrenzung (16) in der an der Wegbegrenzung (16) anliegenden Stellung verschlossen ist.