DE60306012T2 - Adaptive Geschwindigkeitsregelung für eine Blutpumpe - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Anmeldung betrifft eine Blutpumpe. Genauer betrifft die Anmeldung eine Einrichtung und ein Verfahren zur Steuerung der Geschwindigkeit einer implantierbaren Blutpumpe, um einen linken Ventrikelkollaps zu verhindern.
  • HINTERGRUND
  • Das menschliche Herz ist eine Pumpe – eine komplexe und kritische Pumpe. Wie bei jeder Pumpe kann das Herz verstopfen und mit der Zeit verschleißen. Wenn Verschleiß und Schaden am Herzen ernst genug sind, sagt man, dass der Besitzer des Herzens ein schweres Herzversagen erlitten hat. In solch einer Situation ist es für die Person oft notwendig, mechanische Unterstützung für das Herz zu erhalten oder eine Herzverpflanzung zu erhalten. Wenn die Person eine Verpflanzung erhält, kann eine mechanische Unterstützung immer noch nötig sein, bis ein Spenderherz bereitsteht.
  • Blutpumpen werden gewöhnlich verwendet, um mechanische Unterstützung für den linken Ventrikel des Herzens bereitzustellen. Der linke Ventrikel drückt Blut durch die Aorta und in den Körper der Person. Der linke Ventrikel trägt etwa 80% der Belastung des Herzens und ist deshalb im Allgemeinen der erste Teil des Herzens, welcher Unterstützung benötigt.
  • Ventrikuläre Unterstützung kann durch eine Pumpe vorgesehen sein, welche in den Bauch einer Person implantiert ist, und mit dem kardiovaskulären System der Person parallel geschaltet ist. Insbesondere kann ein Zuflusskanal für eine Pumpe an die Spitze des linken Ventrikels angebracht sein, und ein Abflusskanal kann an die Wand der Aorta angebracht sein. Auf diese Weise kann ein Teil des Bluts seinen normalen Weg aus dem Ventrikel und in die Aorta nehmen, und ein anderer Teil des Bluts kann durch die Pumpe strömen, einen Schub erhalten und über die Aorta in den Körper gedrückt werden.
  • Die Geschwindigkeit der Pumpe und deshalb wiederum der Grad der durch die Pumpe bereitgestellten Unterstützung müssen im Allgemeinen sorgfältig gesteuert werden. Die Pumpe sollte sich an Änderungen im Blutbedarf anpassen können. Wenn z. B. eine Person trainiert oder auf eine andere Weise angestrengt ist, muss die Pumpe im Allgemeinen schneller laufen, um sicherzustellen, dass das Herz dem Körper ausreichend Blut bereitstellt. Durch das Anpassen an Änderungen im Blutbedarf kann die Pumpe nicht so langsam laufen, dass Blut nicht aus dem Herzen und in den Körper gelangt. Ähnlich sollte die Pumpe nicht so schnell laufen, dass sie ein Saugen im linken Ventrikel verursacht. Wenn Saugen eintritt, erhält die Hilfs-Pumpe weniger Blutfluss und die kontrahierenden Eigenschaften des Ventrikels können nachteilig beeinflusst werden, da der Ventrikel zu kollabieren beginnt. Dennoch ist eine Rotationspumpe im Allgemeinen am wirksamsten, wenn sie am oberen Ende ihres Bereichs läuft, welcher nahe der Geschwindigkeit sein kann, welche einen Ventrikelkollaps verursacht. Daher ist es wichtig, dass ein Saugereignis, welches das Einsetzen eines Ventrikelkollapses andeutet, gefühlt wird, so dass die Pumpe bei einer optimalen Geschwindigkeit arbeiten kann.
  • Es ist möglich, Sensoren außerhalb einer Blutpumpe zu verwenden, wie Druckumwandler, um die Flussrate und den Druck durch eine Pumpe zu messen, so dass die Pumpgeschwindigkeit angepasst werden kann, um Änderungen im Blutbedarf zu kompensieren. Jedoch erweitern externe Fühler die Komplexität eines Blutpumpsystems und erweitern ebenfalls die Komplexität des zum Implantieren des Systems verwendeten chirurgischen Verfahrens. Außerdem sind Fühler im Allgemeinen eingekapselt oder mit biologischen Materialien beschichtet, welche sie für den Langzeitgebrauch ungeeignet machen können.
  • Blutpumpen können ebenso die Aktivität des Herzens indirekt durch Überwachen des Blutflusses durch die Pumpe fühlen oder detektieren, wie durch Messen der Stromaufnahme und Geschwindigkeit der Pumpe über die Zeit. Solche überwachten Größen können dann verwendet werden, um eine verbesserte Geschwindigkeit für die Pumpe zu berechnen, wie dann, wenn ventrikuläres Saugen detektiert wird. Mehrerer solcher Verfahren zum Anpassen der Geschwindigkeit einer implantierbaren Blutpumpe sind in den U.S.-Patenten 5,888,242 und 6,066,086 offenbart. Zum Beispiel können zyklische Stromfluktuationen der Pumpe während der Systole-Diastole für eine detektierbare Stromspitze überwacht werden, welche eine Anzeige für das Einsetzen eines Ventrikelkollapses durch Saugen ist. Außerdem verringert sich die Erhöhung der Flussrate mit der Erhöhung der Pumpgeschwindigkeit, so dass die Ableitung der Flussrate bezüglich der Geschwindigkeit die Notwendigkeit die Pumpgeschwindigkeit zu reduzieren anzeigen kann. Überdies erhöht sich die zweite Harmonische der Stromfluktuation genau vor dem Ventrikelkollaps, so dass die Harmonische überwacht werden kann, um zu helfen, eine passende Pumpgeschwindigkeit anzuzeigen. Ferner kann das Öffnen und Schließen der Aorten- und Mitralklappen überwacht werden, entweder mit implantierten Mikrofonen/Hydrofonen oder durch Messen der Pulsatilität des Motorstroms, um das Einsetzen eines Ventrikelkollapses anzuzeigen.
  • Wie gezeigt, gibt es eine Notwendigkeit für Einrichtungen und Verfahren, welche die Geschwindigkeit einer implantierbaren Blutpumpe verlässlich steuern. Insbesondere gibt es eine Notwendigkeit, eine solche Steuerung bereitzustellen, um einen linken Ventrikelkollaps über einen Bereich des Blutbedarfs eines Patienten zu vermeiden.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Im Allgemeinen überwachen ein Blutpumpregelsystem oral ein Verfahren den Fluss des Bluts durch eine Blutpumpe und passen die Pumpgeschwindigkeit an, um einen passenden Grad der Unterstützung des Herzens beizubehalten. Ein Pulsatilitätsindex kann berechnet werden und sein Wert kann verwendet werden, um festzustellen, ob ein Saugereignis im linken Ventrikel bevorsteht oder eintritt. Wenn ein Saugereignis detektiert wird, kann ein Zeitgeber gesetzt werden und eine weitere Überwachung kann eintreten. Wenn ein weiteres Saugereignis detektiert wird, bevor der Zeitgeber abläuft, kann ein Pulsatilitätssollwert (hierunter ebenso Pulsatilitätsindexsollwert genannt) erhöht werden, um die Pumpgeschwindigkeit herabzusetzen. Wenn für einen ausreichenden Zeitabschnitt kein Saugereignis detektiert wird, kann der Pulsatilitätssollwert herabgesetzt werden, um die Pumpgeschwindigkeit bis auf einen Maximalwert zu erhöhen.
  • In einer Ausgestaltung umfasst eine Vorrichtung zur Steuerung der Geschwindigkeit einer implantierbaren Blutpumpe Mittel zum Überwachen einer Flussrate eines Blutflusses durch die Pumpe, Mittel zum Berechnen eines Pulsatilitätsindex für den Blutfluss über ein Steuerintervall, Mittel zum Modifizieren eines Pulsatilitätsindexsollwerts, falls der Pulsatilitätsindex anzeigt, dass ein Ventrikelkollaps bevorsteht oder eintritt und Mittel zum Modifizieren der Pumpgeschwindigkeit, um einen im Wesentlichen dem Pulsatilitätsindexsollwert entsprechenden Pulsatilitätsindex aufrechtzuerhalten. Der Pulsatilitätsindex kann als der prozentuale Unterschied zwischen den minimalen und maximalen Flussraten über das Steuerintervall berechnet werden, und die Flussrate kann durch Messen des Blutpumpenmotorstroms überwacht werden. Der Pulsatilitätsindexsollwert kann erhöht werden, falls der Pulsatilitätsindex anzeigt, dass ein Ventrikelkollaps bevorsteht oder eintritt und kann herabgesetzt werden, falls nicht. Der Sollwert kann nur herabgesetzt werden, wenn ein Verzögerungsintervall verstrichen ist, und das Verzögerungsintervall kann ein Zielanpassungsintervall, welches eine Funktion der Differenz zwischen der Pumpgeschwindigkeit beim Bevorstehen oder Eintreten eines Ventrikelkollapses und einer vorgegebenen sicheren Geschwindigkeit ist, umfassen oder diesem gleich sein.
  • Die Vorrichtung kann ebenso Mittel zum Berechnen mehrerer Pulsatilitätsindizes über mehrere Steuerintervalle und einen laufenden Durchschnitt der mehreren Pulsatilitätsindizes, und zum Feststellen, dass ein Ventrikelkollaps bevorsteht oder eintritt, wenn der prozentuale Unterschied zwischen dem laufenden Durchschnitt und dem gegenwärtigen Pulsatilitätsindex einen vorgegebenen Grad, wie 40 bis 60% überschreitet, umfassen.
  • In einer weiteren Ausführung kann ein Blutpumpsystem mit variabler Geschwindigkeit eine Blutpumpe mit variabler Blutpumpgeschwindigkeit, und ein Blutpumpvolumenflussfühlsystem zum Messen der Volumenflussrate von Blut durch die Blutpumpe umfassen. Ein Pulsatilitätssollwertregler kann einen Pulsatilitätssollwert für die Blutpumpe ermitteln und den Sollwert in Antwort auf Änderungen in der Volumenflussrate, welche das Einsetzen oder Bevorstehen eines Ventrikelkollapses andeuten, modifizieren. Ein Pumpgeschwindigkeitsregler kann auf das Flussfühlsystem antworten und die Blutpumpgeschwindigkeit anpassen, um einen Pulsatilitätsindex auf etwa demselben Grad zu halten, wie den Pulsatilitätssollwert. Der Pumpgeschwindigkeitsregler kann auch angepasst werden, um die Pumpgeschwindigkeit zu reduzieren, wenn das Fühlsystem eine Flussrate detektiert, welche das Einsetzen oder Bevorstehen eines Ventrikelkollapses anzeigt. Außerdem kann ein Zielanpassungsintervallzeitgeber zum Implementieren eines Zeitgeberinter valls vorgesehen sein, wobei der Pulsatilitätssollwertregler den Pulsatilitätssollwert erhöht, falls das Einsetzen oder das Bevorstehen eines Ventrikelkollapses während des Zeitgeberintervalls detektiert wird. Ein Speicher kann zum Speichern von Daten vorgesehen sein, welche einen oder mehrere Pulsatilitätsindizes repräsentieren, und ein Vergleicher kann einen ersten Pulsatilitätsindex mit den Daten vergleichen. Außerdem kann der Pumpgeschwindigkeitsregler angepasst werden, um die Pumpgeschwindigkeit zu reduzieren, wenn der Vergleicher das Einsetzen oder Bevorstehen eines Ventrikelkollapses anzeigt. Ferner kann das Flussfühlsystem einen Strommesser zum Fühlen einer Stromaufnahme der Blutpumpe umfassen.
  • Die Einzelheiten einer oder mehrerer Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Begleitzeichnungen und der Beschreibung unten weiter ausgeführt. Weitere Eigenschaften, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen und aus den Ansprüchen ersichtlich.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Blutpumpsystems.
  • 2 stellt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Berechnen eines Pulsatilitätsindexsollwerts für eine Blutpumpe dar.
  • 3 zeigt eine grafische Darstellung eines Blutpumppulsatilitätsindexes und einer Pumpgeschwindigkeit über die Zeit.
  • Gleiche Bezugszeichen zeigen in den verschiedenen Zeichnungen gleiche Elemente an.
  • GENAUE BESCHREIBUNG
  • 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Blutpumpsystems. Das System 10 enthält eine implantierbare Pumpe 12 in einer Flüssigkeitsverbindung mit dem Kreislaufsystem eines Patienten. Die Pumpe 12 kann z. B. eine Axialflussblutpumpe sein, obwohl andere Pumpentypen, wie Zentrifugalpumpen, ebenso verwendet werden können. Die Pumpe 12 weist einen Einlass 14 und einen Auslass 16 auf. Der Einlass 14 kann mit einem (nicht gezeigten) Kanal verbinden, welcher wiederum mit dem Kreislaufsystem eines Patienten verbinden kann, wie am linken Ventrikel. Der Auslass 16 kann mit einem weiteren (nicht gezeigten) Kanal verbinden, welcher wiederum dem ersten Kanal nachgeordnet mit dem Kreislaufsystem eines Patienten verbinden kann, wie in der Aorta. Die Pumpe 12 kann im Bauch eines Patienten oder an einer anderen Stelle nahe des Herzens implantiert sein.
  • Das Pumpsystem 10 kann auch ein Pumpsteuersystem 17 enthalten, welches innerhalb oder außerhalb der Pumpe 12 platziert sein kann. Das Pumpsteuersystem 17 kann konfiguriert sein, um die Pumpe 12 mit einer besonderen Geschwindigkeit oder Geschwindigkeiten zu betreiben, um eine angemessene Unterstützung für das Herz eines Patienten bereitzustellen. Das Pumpsteuersystem 17 kann die Geschwindigkeit der Pumpe 12 durch Messen der Stromaufnahme der Pumpe 12 unter Verwendung eines Strommessers 22 fühlen. Die Geschwindigkeit kann für jedes Steuerintervall gefühlt werden, wie einmal pro Sekunde. Das Pumpsteuersystem 17 kann die Geschwindigkeit der Pumpe 12 durch Liefern eines variierenden Stroms von einem Geschwindigkeitsregler 20 durch eine Steuerleitung 38 beibehalten oder ändern. Der Geschwindigkeitsregler 20 kann auf die gegenelektromotorische Kraft (BEMF) vom Motor in der Pumpe 12 antworten, und kann einen (nicht gezeigten) Nulldurchgangsdetektor enthalten, welcher den Nulldurchgang der BEMF-Kurve detektiert. Der Geschwindigkeitsregler 20 kann die BEMF und die Zeitvorgabe des Nulldurchgangs der BEMF verwenden, um für den Motor in der Pumpe 12 über die Motorsteuerleitung 38 einen angemessenen Anregungsgrad bereitzustellen. Andere angemessene Steuermechanismen können ebenso verwende werden, um die Geschwindigkeit der Pumpe 12 zu steuern.
  • Ein Mikroprozessor 24 kann zum Ermitteln und Steuern eines angemessenen Sollwerts für die Pumpe 12 verwendet werden. Der Mikroprozessor 24 kann ein die Motorbelastung anzeigendes Signal vom Strommesser 22 auf einer Messleitung 30 empfangen. Zum Beispiel kann der Strommesser 22 ein Signal liefern, welches sich auf den vom Motor in der Pumpe 12 aufgenommenen Strom bezieht, und der Mikroprozessor 24 kann das Volumen von durch die Pumpe 12 fließender Flüssigkeit unter Verwendung dieser Information berechnen. Außerdem kann der Mikroprozessor 24 ein Signal über eine Kommandoleitung 28 an den Geschwindigkeitsregler 20 liefern, um einen Sollwert für die Pumpe 12 zu ermitteln, und kann ein Signal auf einer Geschwindigkeitsleitung 29 empfangen, welches die Rotationsgeschwindigkeit der Pumpe 12 anzeigt. Ein Speicher 25 kann ferner für den Zugang durch den Mikroprozessor 24 oder weitere Komponenten des Pumpsteuersystems 17 vorgesehen sein. Auf diese Weise kann das Pumpsteuersystem 17 ein Endlosschleifensteuersystem sein, in welchem zum Steuern der Pumpe 12 verwendete Information auf den gegenwärtigen Betrieb der Pumpe 12 antworten kann.
  • Insbesondere kann der Fluss durch die Pumpe 12 (ausgedrückt durch Q) als eine Funktion der Stromaufnahme und Rotationsgeschwindigkeit gemäß der folgenden Gleichung berechnet werden:
    Figure 00090001
    wobei J, KB, B, a0 und a1 alles empirisch festgelegte Konstanten für eine gegebene Pumpe und einen Pumpmotor sind. Der Mikroprozessor 24 kann auch eine Alarmschnittstelle 32 bereitstellen, welche das Vorliegen eines Alarmzustands anzeigt, wie dann, wenn ein Versuch einer Überschreitung einer maximalen oder minimalen Pumpgeschwindigkeit aufgetreten ist, und eine Diagnose- und Progammierschnittstelle 36, durch welche der Mikroprozessor 24 über den Betrieb der Pumpe 12 berichten kann oder Information zum Ändern der Art und Weise empfängt, in welcher die Pumpe 12 betrieben wird. Diagnose und Programmierung können zum Beispiel über eine telemetrische Schnittstelle erreicht werden, und können einem Arzt eine Gelegenheit bereitstellen, die Pumpe abzufragen und die Pumpe mit einem verbesserten Betriebsprogramm bereitstellen. Das Steuersystem 17 und die Pumpe 12 können durch eine (nicht gezeigte) Stromversorgung betrieben werden, welche z. B. eine Batterie enthalten kann, welche von außerhalb des Patienten durch Induktion oder durch weitere Mittel geladen werden kann.
  • 2 stellt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Berechnen eines Pulsatilitätsindexsollwerts für eine Blutpumpe dar. Der Pulsatilitätsindex kann eine Anzeige des Unterstützungsgrads anzeigen, welcher dem Herz eines Patienten durch die Pumpe bereitgestellt wird. Das Blutpumpsystem kann die Geschwindigkeit der Pumpe erhöhen oder herabsetzen, um den Pulsatilitätsindex am Pulsatilitätsindexsollwert beizubehalten, so dass sich die Geschwindigkeit der Pumpe erhöhen wird, wenn sich der Bedarf nach Blut bei einem Patienten erhöht.
  • Im Allgemeinen berechnet das Verfahren den Blutfluss durch die Pumpe auf einer im Wesentlichen kontinuierlichen Basis und verwendet diesen Fluss, um einen Pulsatilitätsindex zu berechnen. Wenn sich der Pulsatilitätsindex im Wesentlichen von früheren Pulsatilitätsindizes unterscheidet, fühlt das Verfahren ein ventrikuläres Saugereignis und legt dadurch fest, dass das Einsetzen eines ventrikulären Kollapses eintritt oder bevorsteht. Das Verfahren verlangsamt dann die Pumpe und erhöht den Sollwert für den Pulsatilitätsindex (welcher veranlasst, dass die nachfolgende Betriebsgeschwindigkeit der Pumpe reduziert wird). Wenn seit dem Fühlen des letzten Saugereignisses genügend Zeit vergangen ist, setzt das Verfahren den Sollwert für den Pulsatilitätsindex (welcher veranlasst, dass die nachfolgende Betriebsgeschwindigkeit der Pumpe erhöht wird) herab.
  • Startend mit Schritt 40 beginnt das Verfahren den Fluss durch die Blutpumpe zu überwachen. Der Fluss kann in Block 42 zum Beispiel durch Überwachen der Stromaufnahme und Rotationsgeschwindigkeit des Motors, wie oben besprochen, berechnet werden. Andere Mittel zum Messen des Flusses, wie Volumen- oder Massenflussfühler, können ebenso verwendet werden. Die Flussrate kann im Wesentlichen kontinuierlich abgetastet werden, und besondere über die Zeit gemessene Flussraten können in einem Zwischenspeicher oder einer anderen Speicherart gespeichert werden. Bei Box 44 kann der Pulsatilitätsindex für den Fluss berechnet werden. Der Pulsatilitätsindex stellt ein Maß der Größe der Differenz zwischen dem Maximalfluss und dem Minimalfluss durch die Pumpe während eines Zeitabschnitts bereit. Zum Beispiel kann der Pulsatilitätsindex eine dimensionslose gemäß der folgenden Gleichung berechnete Zahl sein: PI = (Qmax – Qmin)/Qave, wobei Qmax eine maximale Flussrate durch die Pumpe im Abschnitt ist, Qmin eine minimale Flussrate durch die Pumpe im Abschnitt ist und Qave eine durchschnittliche Flussrate durch die Pumpe über den Abschnitt ist. Qave kann z. B. als der Mittelpunkt zwischen Qmax und Qmin oder als der Durchschnitt aller während des Zeitabschnitts von Interesse gemessenen Volumen berechnet werden.
  • Der Pulsatilitätsindex stellt ein Maß des Unterstützungsrads bereit, welchen die Pumpe dem Herzen bereitstellt. Insbesondere ist der Fluss des Bluts vom Herzen irregulär, während die durch die Pumpe bereitgestellte Unterstützung kontinuierlich ist. Daher wird der Blutfluss durch die Pumpe eine größere Variation und eine höhere Pulsatilität aufweisen, wenn der linke Ventrikel (im Vergleich zur Pumpe) stark pumpt, weil die Pumpe verhältnismäßig höheren Druckunterschieden an ihrem Zugang gegenüberstehen wird. Wenn die Pumpe mehr Last übernimmt, wird der Blutfluss dagegen konstanter und die Pulsatilität wird geringer, d. h. der Pulsatilitätsindex wird niedriger.
  • Die Geschwindigkeit der Pumpe kann jedes Mal, wenn der Pulsatilitätsindex gemessen wird, angepasst werden, um den Pulsatilitätsindex an einen Pulsatilitätsindexsollwert anzugleichen. Zum Beispiel kann die Pumpgeschwindigkeit um einen festgesetzten Betrag erhöht werden, wie 100 U/min, wenn der gemessene Pulsatilitätsindex größer als der Pulsatilitätsindexsollwert ist. Anderenfalls kann die Pumpgeschwindigkeit um einen festgesetzten Betrag herabgesetzt werden, falls der gemessene Pulsatilitätsindex geringer als der Pulsatilitätsindexsollwert ist. Weil höhere als gewünschte Pumpgeschwindigkeiten in einem Saugereignis resultieren können, kann jedoch das Herabsetzen der Geschwindigkeit verhältnismäßig größer sein, wie 200 U/min, um sich schneller zur gewünschten Geschwindigkeit zu bewegen.
  • Der Pulsatilitätsindexsollwert kann am Anfang als ein vorgegebener Wert ausgewählt werden und kann über die Zeit angepasst werden, wenn Änderungen im physiologischen Zustand des Herzens des Patienten gefühlt werden, wie unten beschrieben. Insbesondere kann der Sollwert angepasst werden, so dass die Blutpumpe genügend Unterstützung für das Herz bereitstellt, aber nicht so viel Unterstützung bereitstellt, um einen linken Ventrikelkollaps zu erzeugen. Als Beispiel liegt ein klinisch nützlicher Bereich für den Pulsatilitätsindexsollwert zwischen etwa 0,3 und 1,0 mit einem gewöhnlichen Sollwert zwischen 0,6 und 0,7.
  • Der Zeitabschnitt oder das Steuerintervall, über welchen der Pulsatilitätsindex gemessen wird, kann jeder angemessene Abschnitt sein. Zum Beispiel kann der Pulsatilitätsindex jede Sekunde berechnet werden. Als solches würde der Fluss über den Zeitabschnitt in etwa 1 bis 2 Herzschlagkreisläufe enthalten. Der Zeitabschnitt könnte ebenso zum Beispiel mit der Geschwindigkeit des Herzschlags variiert werden.
  • Ferner kann eine Aufzeichnung früherer Pulsatilitätsindizes beibehalten und gespeichert werden. Zum Beispiel kann ein laufender Durchschnitt früher berechneter Pulsatilitätsindizes, wie diejenigen für die früheren 15 Zeitabschnitte, gespeichert werden. Das voraussichtlich bevorstehende Einsetzen oder Eintreten ventrikulären Saugens kann dann gefühlt werden, wie in Box 46 gezeigt ist, indem der Pulsatilitätsindex des gegenwärtigen Zeitabschnitts mit dem laufenden Durchschnitt der Pulsatilitätsindizes verglichen wird.
  • Wenn der Index für den gegenwärtigen Abschnitt ausreichend niedriger als der laufende Durchschnitt ist, kann das Verfahren ableiten, dass der Betrag, welchen der linke Ventrikel zum Blutfluss beiträgt, plötzlich gefallen ist, und dass daher ein Saugereignis eintritt oder bevorsteht. Der prozentuale Unterschied kann zum Beispiel durch die folgende Gleichung berechnet werden: (PI – PIava)/PIave, wobei PI der für das vorliegende Steuerintervall berechnete Pulsatilitätsindex ist und PIave der laufende Durchschnitt früherer Pulsatilitätsindizes ist. Ein Saugereignis kann zum Beispiel angeleitet werden, wenn der prozentuale Unterschied größer als etwa 40% oder 50% ist.
  • Wenn ein Saugereignis gefühlt wird, kann das Verfahren folgern, dass die vorliegende Geschwindigkeit der Blutpumpe überhöht ist, und die Pumpgeschwindigkeit kann sofort reduziert werden, um das Fortsetzen des Ereignisses zu verhindern und um einen positiven Druck im Ventrikel wieder herzustellen, wie durch Box 48 gezeigt ist. Zum Beispiel kann die Pumpgeschwindigkeit auf eine vorgegebene minimale sichere Geschwindigkeit, wie 9000 Umdrehungen pro Minute (U/min) reduziert werden. Der Pumpgeschwindigkeit kann dann erlaubt werden, zu einer Geschwindigkeit zurückzukehren, welche zum Angleichen des gemessenen Pulsatilitätsindex an den Pulsatilitätsindexsollwert erforderlich ist. Das Rückkehren kann allmählich, zum Beispiel bei 100 U/min für jeden gemessenen Zeitabschnitt, wie oben besprochen, weitergehen. Die Geschwindigkeit kann jedoch wieder reduziert werden, falls ein weiteres Saugereignis detektiert wird, ob das vor oder nach dem Rückkehren der Geschwindigkeit zu einem Grad eintritt, welcher zum Angleichen des gemessenen Pulsatilitätsindex an den Pulsatilitätsindexsollwert benötigt wird.
  • Ein Zeitgeber für ein gewichtetes Zeitanpassungsintervall (TAI) kann ebenso gestartet werden, falls solch ein Zeitgeber gegenwärtig nicht läuft, wie durch die Boxen 50 und 52 gezeigt ist. Das TAI kann verwendet werden, um zwischen vorübergehenden Saugereignissen und solchen Saugereignissen, welche durch echte Abnahmen in der ventrikulären Füllung erzeugt werden, zu unterscheiden. Insbesondere resultiert das erste gefühlte Saugereignis nicht in einer Änderung des Sollwerts für den Pulsatilitätsindex. Wenn ein weiteres Saugereignis während des TAI eintritt, kann jedoch der Pulsati litätsindexsollwert erhöht werden, wie durch einen Wert von 0,1 oder einen anderen angemessen Wert. Ferner kann der Betrag, um welchen der Sollwert erhöht wird, variieren und kann er geringer sein, wenn der Sollwert ansteigt. Auf diese Weise erlaubt das TAI Korrekturen am Pulsatilitätsindexsollwert, um einen fortgesetzten Betrieb der Pumpe bei einer Geschwindigkeit zu verhindern, welche für das Herz des Patienten gegenwärtig nicht akzeptabel ist.
  • Die Dauer des TAI kann berechnet werden, um einen Zeitabschnitt bereitzustellen, über welchen der Sollwert des Pulsatilitätsindex erhöht werden kann, falls ein Saugereignis detektiert wird. Als ein Beispiel kann das TAI gemäß der folgenden Gleichung berechnet werden: TAI = ((GeschwindigkeitSaugen – GeschwindigkeitSicher)/Änderungsrate) × Verzögerung,wobei die GeschwindigkeitSaugen die Pumpgeschwindigkeit (zum Beispiel in U/min) der Pumpe zu der Zeit ist, an der das Saugen gefühlt wurde; die GeschwindigkeitSicher die Geschwindigkeit ist, auf welche die Pumpe reduziert wird, nachdem ein Saugereignis detektiert ist, wie oben beschrieben; die Änderungsrate die Rate in U/min pro Sekunde ist, mit der sich die Pumpgeschwindigkeit der Sollwertgeschwindigkeit annähert, welches die Geschwindigkeit ist, mit welcher die Pumpe betrieben wurde, als sie auf das frühere Saugereignis stieß; und die Verzögerung eine anpassbare Schwelleneinstellung ist, welche durch einen Benutzer ausgewählt oder durch das Verfahren berechnet werden kann, um eine schnelle Antwort durch die Pumpe ohne Überdämpfung der Antwort zu erlauben. Zum Beispiel kann eine Verzögerung im Bereich von 2 bis 20 angemessen sein.
  • Wenn ein TAI bereits durchgeführt wird, wenn ein Saugereignis gefühlt wird, wie bei Box 50 festgelegt, kann der gegenwärtige Pulsatilitätsindexsollwert mit einem Wert eines maximalen Sollwerts (Box 54) verglichen werden, wie einem im Steuersystem programmierten Sollwert, und der Sollwert kann beibehalten werden, falls er gegenwärtig gleich oder größer als der maximale Sollwert ist. Wenn der gegenwärtige Sollwert geringer als er maximale Sollwert ist, kann der Sollwert zum Beispiel um 0,1 (Box 58) erhöht werden, und ein neues TAI kann berechnet und gestartet werden, um das frühere TAI (Box 56) zu ersetzen.
  • Wenn ein Saugereignis für einen ausreichenden Zeitabschnitt nicht eingetreten ist, auf welchen als Verzögerungsintervall verwiesen werden kann, kann der Pulsatilitätsindexsollwert herabgesetzt werden, um die Pumpgeschwindigkeit zu erhöhen. Wenn z. B. 30 Minuten vergangen sind, seitdem das letzte TAI abgelaufen ist oder seitdem der Pulsatilitätsindexsollwert das letzte Mal herabgesetzt wurde (Box 62), kann der Sollwert zum Beispiel um 0,1 (Box 66) herabgesetzt werden, und der 30 Minutenzeitgeber kann zurückgesetzt werden. Wenn der Sollwert bereits gleich einem minimalen Sollwert (Box 64) ist, welcher ein von einem Benutzer oder Arzt voreingestellter Wert sein kann, kann der Sollwert bei seinem gegenwärtigen Wert (Box 60) beibehalten werden. Auf diese Weise kann das Steuersystem Änderungen in der Physiologie des Patienten aufspüren, und kann die durch die Blutpumpe über die Zeit bereitgestellte Unterstützung bis ein Saugereignis detektiert wird, schrittweise erhöhen.
  • 3 zeigt eine grafische Darstellung 70 eines Blutpumppulsatilitätsindex und eine Pumpgeschwindigkeit über der Zeit für simulierte Zustände. Die Rotationsgeschwindigkeit der Pumpe in Umdrehungen pro Minute ist durch die Linie 71 gezeigt und durch die rechte vertikale Achse bemessen. Der Pulsatilitätsindex ist durch die Linie 72 gezeigt und repräsentiert den Pulsatilitätsindex, welcher für jedes einzelne Steuerintervall berechnet wird. Der laufende Durchschnitt der Pulsatilitätsindizes ist durch die Linie 74 gezeigt und repräsentiert den Durchschnitt einer Anzahl früherer Pulsatilitätsindizes, welche dem gegenwärtig berechneten Pulsatilitätsindex vorausgingen. Der prozentuale Unterschied zwischen dem berechneten Pulsatilitätsindex und dem laufenden Durchschnitt von Pulsatilitätsindizes ist durch die Linie 76 gezeigt und durch die linke vertikale Achse bemessen. Die Linien 78 markieren die Zeiten, an welchen Saugereignisse detektiert wurden.
  • Die grafische Darstellung zeigt nur eine Antwort auf die Detektion eines Saugereignisses und zeigt nicht, dass die Pumpgeschwindigkeit gesteuert wird, um einen Pulsatilitätsindexsollwert anzugleichen. Infolgedessen erreicht die durch die grafische Darstellung repräsentierte Pumpe zu keinem Zeitpunkt vor dem Detektieren eines Saugereignisses einen stationären Betrieb. Außerdem wird der Pulsatilitätsindexsollwert nicht modifiziert, wenn Saugereignisse detektiert werden. Weiterhin ist das Steuerintervall im Beispiel zwei Sekunden lang, so dass die Pumpgeschwindigkeit bei 50 U/min pro Sekunde erhöht wird. Ferner ist der zum Anzeigen eines Saugereignisses erachtete Pulsatilitätsindex in der grafischen Darstellung 40%.
  • Im Betrieb beginnt die Pumpe bei einer angenommenen sicheren Geschwindigkeit von 9000 U/min mit ihrem Betrieb. Die Geschwindigkeit der Pumpe wird stetig erhöht, bis ein Saugereignis bei etwa 80 Sekunden gefühlt wird, wenn der prozentuale Unterschied zwischen dem gemessenen Pulsatilitätsindex und dem laufenden Durchschnitt der Pulsatilitätsindizes 40% überschreitet. Wie durch die Linie 76 gezeigt ist, überschreitet der prozentuale Unterschied zwischen dem gemessenen Pulsatilitätsindex und dem Durchschnitt der Pulsatilitätsindizes während der anfänglichen 80 Sekunden nicht 40%, und kein Saugereignis wird durch das Verfahren detektiert, und der Pumpgeschwindigkeit ist es erlaubt, sich zu erhöhen. Wenn das Saugereignis jedoch detektiert wird, wird die Geschwindigkeit auf 9000 U/min gesenkt und beginnt dann wieder sich zu erhöhen. Bei etwa 85 Sekunden überschreitet der prozentuale Unterschied wieder 40%, und die Geschwindigkeit wird wieder auf 9000 U/min gesenkt. Der Kreislauf des Erhöhens der Pumpgeschwindigkeit beginnt dann wieder, bis wieder zwei Saugereignisse bei etwa 165 Sekunden detektiert werden. Daher kann auf diese Weise die Pumpgeschwindigkeit reduziert werden, wenn ein Saugereignis gefühlt wird, welches angenommen wird, einen einsetzenden oder bevorstehenden Ventrikelkollaps anzuzeigen, und kann anschließend erhöht werden, so dass die Pumpe dem Herzen mehr als minimale Unterstützung bereitstellt.
  • Vorteilhafterweise erlaubt das gerade beschriebene Verfahren einer Blutpumpe ihre Unterstützung, wenn sich die physiologischen Zustände des Patienten ändern, durch Beibehalten eines besonderen Pulsatilitätsindex anzupassen. Ferner erlaubt das Verfahren dem System den Unterstützungsgrad zu maximieren ohne einen Ventrikelkollaps zu erzeugen, durch Überwachen des Blutflusses für Saugereignisse, Erhöhen des Sollwerts für den Pulsatilitätsindex (und dadurch Herabsetzen der Pumpgeschwindigkeit), wenn ein Saugereignis detektiert oder gefühlt wird, und Herabsetzen des Sollwerts für den Pulsatilitätsindex (und dadurch Erhöhen der Pumpgeschwindigkeit), falls kein Saugereignis für einen ausreichenden Zeitabschnitt gefühlt wird.
  • Andere Formulierungen für den Pulsatilitätsindex können ebenso verwendet werden, um die Zustände der Blutpumpe zu messen und einen Betriebssollwert zu ermitteln. Zum Beispiel kann die Ableitung des Volumenflusses bezüglich der Geschwindig keit ebenso als ein Sollwert verwendet werden. Der Sollwert für den Wert der Ableitung kann schrittweise erhöht werden, wenn ein Saugereignis detektiert wird, um eine geringere Betriebsgeschwindigkeit für die Pumpe zu bewirken.
  • Zum Beispiel kann die Pumpe den Betrieb bei einer besonderen Geschwindigkeit beginnen, und die Geschwindigkeit kann um einen festgesetzten Betrag für jedes Steuerintervall erhöht werden, wie durch 100 U/min jede Sekunde oder einen anderen Wert, welcher festgelegt worden ist, um eine nützliche Erhöhung im Fluss während des normalen Betriebs bereitzustellen. Nach jeder Geschwindigkeitserhöhung kann der Fluss vor der Erhöhung mit dem Fluss nach der Erhöhung verglichen werden. Wenn die Erhöhung im Fluss größer als ein vorgegebener Wert oder Prozentsatz ist, kann die Geschwindigkeit wieder erhöht werden und die Messungen können wiederholt werden. Wenn die Erhöhung im Fluss geringer als ein vorgegebener Wert oder Prozentsatz ist, kann das Verfahren in einem Zittermodus eintreten, durch welchen die Geschwindigkeit um einen festgesetzten Betrag für jedes Steuerintervall reduziert wird, wie durch 200 U/min pro Sekunde. Sobald sich die Flussrate während des Zitterabschnitts stabilisiert hat, kann das Verfahren wieder starten die Pumpgeschwindigkeit durch einen festgesetzten Betrag zu erhöhen, und der Kreislauf kann kontinuierlich wiederholt werden. Wenn ein Saugereignis detektiert wird, kann ein TAI Abschnitt, wie oben besprochen, gestartet werden, und der vorgegebene Prozentsatz, welcher eine Geschwindigkeitsreduzierung verursacht, kann erhöht werden, so dass die Pumpgeschwindigkeit weniger wahrscheinlich in den Geschwindigkeitsbereich eintritt, in welchem das Saugen wahrscheinlich eintritt.
  • Es sollte verstanden werden, dass verschiedene Modifikationen ohne vom Geltungsbereich der beanspruchten Erfindung abzuweichen, gemacht werden können. Insbesondere ist die Erfindung für den Betrieb in irgendeiner einer Anzahl von Umgebunngen beabsichtigt und für die Verwendung irgendeiner einer Anzahl von Anordnungen von Elementen. Zum Beispiel können verschiedene Zahlen, Typen und Anordnungen von Strukturen vorgesehen sein, um den Fluss durch eine Blutpumpe zu berechnen und die Pumpgeschwindigkeit anzupassen. Außerdem kann der durch die Pumpe bereitgestellte Unterstützungsgrad in irgendeinem einer Anzahl von Wegen gefühlt werden und die Pumpgeschwindigkeit kann durch irgendeines einer Anzahl von Verfahren angepasst werden. Folglich liegen weitere Implementierungen innerhalb des Geltungsbereichs und Anwendungsbereichs der folgenden Ansprüche.

Claims (17)

  1. Vorrichtung zur Steuerung der Geschwindigkeit einer implantierbaren Blutpumpe, umfassend: Mittel (22) zum Überwachen einer Flussrate eines Blutflusses durch die Pumpe; Mittel (24) zum Berechnen eines Pulsatilitätsindex PI für den Blutfluss über ein Steuerintervall, wobei der Pulsatilitätsindex PI ein Maß der Größe der Differenz zwischen einem Maximalfluss und einem Minimalfluss durch die Pumpe während eines Zeitabschnitts bereitstellt; Mittel zum Modifizieren eines Pulsatilitätsindexsollwerts, falls der Pulsatilitätsindex PI anzeigt, dass ein Ventrikelkollaps bevorsteht oder eintritt; und Mittel (20) zum Modifizieren der Pumpgeschwindigkeit, um einen im Wesentlichen dem Pulsatilitätsindexsollwert entsprechenden Pulsatilitätsindex PI aufrecht zu erhalten.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Pulsatilitätsindex PI über ein Steuerintervall gemäß der folgenden Gleichung berechnet wird: PI = (Qmax – Qmin)/Qave, wobei Qmax eine maximale Flussrate durch die Pumpe im Steuerintervall ist, Qmin eine minimale Flussrate durch die Pumpe im Steuerintervall ist und Qave eine durchschnittliche Flussrate durch die Pumpe über das Steuerintervall ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Flussrate des Blutflusses durch Messen eines Motorstroms für einen Blutpumpenmotor überwacht wird.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Pulsatilitätsindexsollwert erhöht wird, wenn der Pulsatilitätsindex PI anzeigt, dass ein Ventrikelkollaps bevorsteht oder eintritt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, weiterhin umfassend ein Mittel zum Herabsetzen des Pulsatilitätsindexsollwerts, wenn der Pulsatilitätsindex PI anzeigt, dass ein Ventrikelkollaps nicht bevorsteht oder eintritt.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Pulsatilitätsindexsollwert nur herabgesetzt wird, wenn seit dem Feststellen des Bevorstehens oder Eintretens eines Ventrikelkollapses ein Verzögerungsintervall verstrichen ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Verzögerungsintervall ein Zielanpassungsintervall TAI umfasst, welches eine Funktion der Differenz zwischen der Pumpgeschwindigkeit, wenn das Bevorstehen oder Eintreten eines Ventrikelkollapses festgestellt wurde, und einer vorgegebenen sicheren Pumpgeschwindigkeit ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das TAI mit der folgenden Gleichung berechnet wird: TAI = ((GeschwindigkeitSaugen – GeschwindigkeitSicher)/Änderungsrate) × Verzögerung,wobei die GeschwindigkeitSaugen die Pumpgeschwindigkeit ist, wenn das Bevorstehen oder Eintreten eines Ventrikelkollapses festgestellt wurde, die GeschwindigkeitSicher eine vorgegebene sichere Pumpgeschwindigkeit ist, die Änderungsrate die Rate, mit der sich die Pumpgeschwindigkeit über ein vorgegebenes Kontrollintervall ändert, und die Verzögerung ein vorgegebener Betrag ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Verzögerungsintervall dem TAI entspricht.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Mittel zum Berechnen mehrerer Pulsatilitätsindizes PI über mehrere Steuerintervalle, zum Berechnen eines laufenden Durchschnitts der mehreren Pulsatilitätsindizes PI und zum Feststellen, dass ein Ventrikelkollaps bevorsteht oder eintritt, wenn der prozentuale unterschied zwischen dem Pulsatilitätsindex PI für das Steuerintervall und den laufenden Durchschnitt ein vorgegebenes Niveau überschreitet.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das vorgegebene Niveau zwischen 40 Prozent und 60 Prozent liegt.
  12. Blutpumpsystem mit variabler Geschwindigkeit, umfassend: eine Blutpumpe (12) mit variabler Blutpumpgeschwindigkeit; ein Blutpumpflussfühlsystem (17) zum Messen der Flussrate des Bluts durch die Blutpumpe; ein Pulsatilitätssollwertregler (24), welcher einen Pulsatilitätssollwert für die Blutpumpe ermittelt und den Pulsatilitätssollwert in Antwort auf Änderungen in der Volumenflussrate durch die Pumpe (12) modifiziert, welche das Einsetzen oder Bevorstehen eines Ventrikelkollapses andeuten; und einen auf das Blutpumpvolumenflussfühlsystem antwortenden Pumpgeschwindigkeitsregler (20), welcher die Blutpumpgeschwindigkeit einstellt, um einen Pulsatilitätsindex PI etwa auf demselben Niveau zu halten wie der Pulsatilitätssollwert, wobei der Pulsatilitätsindex PI ein Maß der Größe der Differenz zwischen einem Maximalfluss und einem Minimalfluss durch die Pumpe während eines Zeitabschnitts bereitstellt.
  13. System nach Anspruch 12, wobei der Pumegeschwindigkitsregler (20) die Blutpumpgeschwindigkeit reduziert, wenn das Blutpumpflussfühlsystem eine Flussrate detektiert, welche das Einsetzen oder Bevorstehen eines Ventrikelkollapses anzeigt.
  14. System nach Anspruch 13, weiterhin umfassend ein Zielanpassungsintervallzeitgeber zum Implementieren eines Zeitgeberintervalls, und wobei der Pulsatilitätssollwertregler den Pulsatilitätssollwert erhöht, wenn das Einsetzen oder Bevorstehen eines Ventrikelkollapses während des Zeitgeberintervalls detektiert wird.
  15. System nach Anspruch 12, weiterhin umfassend einen Speicher (25) zum Speichern von Daten, welche einen oder mehrere Pulsatilitätsindizes repräsentieren, und einen Vergleicher zum Vergleichen eines ersten Pulsatilitätsindex PI mit den Daten, welche einen oder mehrere Pulsatilitätsindizes repräsentieren.
  16. System nach Anspruch 15, wobei der Pumpgeschwindigkeitsregler die Blutpumpgeschwindigkeit reduziert, wenn der Vergleich zwischen dem ersten Pulsatilitätsindex PI und den Daten, welche den einen oder die mehreren Pulsatilitätsindizes PI repräsentieren, das Einsetzen oder Bevorstehen eines Ventrikelkollapses anzeigt.
  17. System nach Anspruch 12, wobei das Blutpumpflussfühlsystem einen Strommesser (22) zum Fühlen einer Stromaufnahme der Blutpumpe umfasst.
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