DE4307387A1 - Hydrocephalusventil - Google Patents
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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.
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.
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.
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