DE102008038243A1 - LVAD pump assembly, and method of operating such - Google Patents
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Abstract
Bei einer als LVAD (Left Ventricular Assist Device) bezeichneten, in den menschlichen Blutkreislauf eingebundenen Pumpenanordnung zum Fördern von Blut unter Umgehung der linken Herzkammer, mit einem das Blut führenden Kanal, wobei der Kanal einen Einlass aufweist, an welchem das Blut in den Kanal einströmen kann, sowie einen Auslass, an welchem das Blut aus dem Kanal ausströmen kann, und mit das Blut in Strömungsrichtung fördernden Antriebsmitteln, schlägt die Erfindung vor, dass eine Steuerung vorgesehen ist, welche den aus dem Kanal austretenden Blutstrom derart beeinflusst, dass in Abhängigkeit von der Herztätigkeit des in denselben Blutkreislauf wie die Pumpenanordnung eingebundenen Herzens im Wesentlichen während der Diastole Blut in den großen Blutkreislauf eingespeist wird und im Wesentlichen während der Systole eine derartige Einspeisung unterbleibt, und dass eine Sensoranordnung vorgesehen ist, welche der Herztätigkeit korrelierte Signale erzeugt und welche mit der Steuerung signalübertragend verbunden ist.In a Left Ventricular Assist Device (LVAD) pump assembly for pumping blood bypassing the left ventricle, comprising a blood channel, the channel having an inlet at which the blood flows into the channel can, as well as an outlet, at which the blood can flow out of the channel, and with the blood in the direction of flow promoting drive means, the invention proposes that a control is provided, which influences the outgoing from the channel blood flow such that depending on the cardiac activity of the heart integrated into the same blood circulation as the pump arrangement is essentially fed into the large blood circulation during the diastole and substantially no such injection during systole, and that a sensor arrangement is provided which generates and correlates signals correlated to the heart activity de r control signal transmitting connected.
Description
Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a pump arrangement according to the preamble of Claim 1.
Derartige Pumpenanordnungen sind aus der Praxis bekannt. Die Bezeichnung als LVAD (Left Ventricular Assist Device) verdeutlicht, dass die Funktion der linken Herzkammer unterstützt und ggf. ganz ersetzt wird. Bei versagender linker Herzkammer werden miniaturisierte, implantierbare Pumpen als Antrieb für den Blutstrom verwendet, die beispielsweise einen im Blutstrom angeordneten Impeller aufweisen und Blut unter Umgehung der linken Herzkammer in den systemischen Kreislauf fördern, der in Abgrenzung von dem durch die Lunge strömenden, der rechten Herzkammer zugeordneten so genannten kleinen Blutkreislauf auch als großer Blutkreislauf bezeichnet wird. „Unter Umgehung der linken Herzkammer” bedeutet im Rahmen des vorliegenden Vorschlags, dass die Pumpenanordnung an Stelle oder unterstützend zu der linken Herzkammer Blut in den großen Blutkreislauf fördert. Gleichwohl bleibt die linke Herzkammer in den Blutkreislauf eingebunden. Aus ihr oder aus dem vorgeschalteten linken Vorhof kann das Blut entnommen werden, welches dann die Pumpenanordnung durchströmt. Die Pumpenanordnung kann in Abhängigkeit von der Restleistung der linken Herzkammer entweder das gesamte oder nur einen Teil des Herzkammervolumens fördern und in eine der großen Arterien des Systemkreislaufs einleiten, beispielsweise in die Aorta oder in eine Arteria subclavia.such Pump arrangements are known in practice. The designation as LVAD (Left Ventricular Assist Device) illustrates that the function of the left ventricle supported and possibly completely replaced. Become failing left ventricle miniaturized, implantable pumps to drive the bloodstream used, for example, an arranged in the bloodstream impeller exhibit and blood bypassing the left ventricle in the systemic Promote circulation, as distinct from the right ventricle flowing through the lungs associated so-called small blood circulation also called large blood circulation referred to as. "Under Bypassing the left ventricle "means in the context of the present proposal that the pump assembly in place or supportive to the left ventricle promotes blood in the large bloodstream. nevertheless The left ventricle remains involved in the bloodstream. Out her or from the upstream left atrium can the blood taken be, which then flows through the pump assembly. The Pump arrangement can be dependent from the residual power of the left ventricle either the entire or promote only part of ventricular volume and into one of the major arteries of the system cycle, for example into the aorta or into an artery subclavia.
Die bekannten Pumpen arbeiten non-pulsatil, fördern das Blut also kontinuierlich sowohl während der Austreibungsperiode (Systole) als auch während der Füllungsperiode (Diastole) der linken Herzkammer. Bei dieser bekannten Pumpenanordnung ist nachteilig, dass die von ihr verursachte Blutförderung während der Systole die Funktion der linken Herzkammer beeinträchtigt. Das Herz muss folglich während jeder Systole gegen die Wirkung der Pumpe arbeiten.The known pumps work non-pulsatil, thus promoting the blood continuously both during the period of expulsion (systole) as well as during the filling period (diastole) of the left ventricle. In this known pump arrangement is disadvantageous that the blood flow caused by it during systole function the left ventricle impaired. The heart must therefore during every systole work against the action of the pump.
Aus der Praxis sind weiterhin extrakorporale Pumpenanordnungen bekannt, die pulsatil arbeiten. Der menschliche Blutkreislauf wird dabei bis zu einem Vorratsbehälter der Pumpenanordnung geführt, wobei in diesem Vorratsbehälter eine Membran vorgesehen ist. Während das Blut auf der einen Seite der Membran fließt, ist auf der anderen Seite der Membran innerhalb des Vorratsbehälters ein Luftpolster vorgesehen. Mittels eines Kompressors wird Druckluft erzeugt und das Luftpolster in einem vorgegebenen Rhythmus pulsierenden Druckschwankungen ausgesetzt, so dass entsprechend der Frequenz dieser Druckschwankungen die Membran auf das Blut innerhalb des Vorratsbehälters einwirkt, und das Blut ansaugt bzw. austreibt. Rückschlagventile in den Zu- und Ableitungen regeln druckabhängig die Fließrichtung. Auch bei dieser Pumpenanordnung muss das Herz immer wieder gegen die Pumpenanordnung arbeiten, da der Rhythmus der Pumpenanordnung nicht mit dem Rhythmus des menschlichen Herzens synchronisiert ist.Out In practice, extracorporeal pump arrangements are also known, the pulsatil work. The human bloodstream will be there up to a storage container led the pump assembly, wherein in this reservoir a membrane is provided. While the blood flowing on one side of the membrane is on the other side the membrane within the reservoir an air cushion provided. By means of a compressor compressed air is generated and the air cushion exposed to pulsating pressure fluctuations in a predetermined rhythm, so that according to the frequency of these pressure fluctuations the membrane the blood within the reservoir, and the blood sucks or expels. check valves in the supply and discharge lines regulate the flow direction dependent on pressure. Even with this pump arrangement, the heart must always against the pump assembly work because of the rhythm of the pump assembly not synchronized with the rhythm of the human heart.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gattungsgemäße Pumpenanordnung dahingehend zu verbessern, dass diese die Restfunktion der linken Herzkammer optimal unterstützt, sowie ein dementsprechendes Verfahren zum Betreiben einer LVAD-Pumpenanordnung anzugeben.Of the Invention is based on the object, a generic pump assembly be improved so that these are the residual function of the left Heart chamber optimally supported, and a corresponding method for operating an LVAD pump assembly specify.
Diese Aufgabe wird durch eine Pumpenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Verfahrensschritten nach Anspruch 26 gelöst.These The object is achieved by a pump arrangement having the features of the claim 1 and by a method with the method steps according to claim 26 solved.
Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, die den Blutkreislauf unterstützende Förderung des Blutes durch das Antriebsmittel der Pumpenanordnung möglichst auf die Diastole zu beschränken. So muss das Herz während der Systole nicht gegen die Pumpenanordnung arbeiten, sondern die Pumpenanordnung unterstützt das Herz sogar im Sinne einer diastolischen Augmentation. Diese diastolische Augmentation erfolgt „im wesentlichen während der Diastole”. Technische Gegebenheiten wie z. B. Ein- oder Umschaltvorgänge mögen bewirken, dass die Unterstützung der linken Herzkammer durch die Pumpenanordnung nicht exakt mit der Diastole zusammenfällt, jedoch ist dies idealerweise der Fall.The Invention proposes in other words, the blood circulation supporting promotion of Blood through the drive means of the pump assembly as possible to restrict to the diastole. So must the heart while the systole does not work against the pump assembly, but the Pump arrangement supported the heart even in the sense of a diastolic augmentation. These Diastolic augmentation takes place "essentially during diastole". Technical Conditions such. B. Switching or switching operations may cause the support of the left ventricle through the pump assembly not exactly with the Diastole coincides, however, this is ideally the case.
Vorschlagsgemäß wird zu diesem Zweck die natürliche Herztätigkeit des menschlichen Herzens ermittelt, so dass die pulsatile Tätigkeit der Pumpenanordnung angepasst an die mechanische Herztätigkeit im Rhythmus des natürlichen Herzens erfolgt und bei Änderungen der Herzfrequenz dementsprechend angepasst wird.According to the proposal becomes that natural purpose cardiac activity of the human heart, so that the pulsatile activity the pump assembly adapted to the mechanical heart activity in the rhythm of the natural Heart happens and when changes the heart rate is adjusted accordingly.
Die Ermittlung der Herzfrequenz beziehungsweise die Ermittlung der jeweiligen Diastole kann vorteilhaft mittels eines als EKG bezeichneten Elektrokardiographens erfolgen. Da das zeitliche Verhältnis zwischen Systole und Diastole bekannt ist, kann durch Erfassung der Reizstromkurve des Herzens mit guter Genauigkeit die Diastole berechnet werden.The Determination of the heart rate or the determination of the respective Diastole can advantageously by means of an ECG called electrocardiograph respectively. Because the time relationship known between systole and diastole, can be detected by capture the stimulus current curve of the heart with good accuracy the diastole be calculated.
Vorteilhaft kann das EKG als Intrakardial-EKG ausgestaltet sein. Auf diese Weise ist eine sehr sichere Erfassung der Reizstromkurve möglich. Zudem kann eine handelsübliche, für Herzschrittmacher anwendbare Elektrodenanordnung Verwendung finden, was wirtschaftlich vorteilhaft ist und sich aufgrund der erprobten Bauteile auch vorteilhaft auf die Funktionssicherheit der vorgeschlagenen Pumpenanordnung auswirkt.Advantageous The ECG may be designed as an intracardiac ECG. In this way is a very safe detection of the stimulation current curve possible. moreover can be a commercial, for pacemakers applicable electrode assembly find use, which is economical is advantageous and also advantageous due to the proven components on the reliability of the proposed pump assembly effect.
Vorteilhaft kann eine Ausgestaltung der Steuerung vorgesehen sein, bei welcher diese folgende Elemente umfasst, z. B. in Form elektronischer Schaltungen:
- – eine so genannte Auswertungsschaltung. Diese Auswertungsschaltung ermittelt automatisch das Zeitintervall zwischen zwei aufeinander folgenden so genannten R-Zacken der Reizstromkurve des Herzens anhand der Signale des EKG. Diese R-Zacken können mit großer Zuverlässigkeit von dem EKG erfasst werden und kennzeichnen jeweils den Beginn einer Systole.
- – eine so genannte Rechenschaltung. Mittels dieser Rechenschaltung kann anhand des zuvor sensorisch ermittelten Zeitintervalls eine folgende Diastole berechnet werden, z. B. der Beginn und das Ende der Diastole, oder der Beginn und die Dauer der Diastole. Wenn erneut eine R-Zacke sensorisch erfasst wird, kann dieser sensorisch erfasste Wert zur Korrektur der zuvor berechneten Werte herangezogen werden, so dass eine permanente Anpassung an sich verändernde Herzfrequenzen oder Herzrhythmen, also an die tatsächliche Herztätigkeit, erfolgt.
- – eine so genannte Steuerschaltung, die während der berechneten Diastole den aus dem Kanal austretenden Blutstrom beeinflusst, z. B. indem sie während der Dauer der Diastole ein Ventil geöffnet oder geschlossen hält, oder die Antriebsmittel drosselt bzw. beschleunigt, oder indem sie zu Beginn und zu Ende der Diastole eine Steuerklappe in eine andere Stellung umschaltet, oder dergleichen.
- - a so-called evaluation circuit. This evaluation circuit automatically determines the time interval between two consecutive so-called R-waves of the stimulus current curve of the heart based on the signals of the ECG. These R waves can be detected with great reliability by the ECG and each mark the beginning of a systole.
- - a so-called calculation circuit. By means of this arithmetic circuit, a following diastole can be calculated on the basis of the previously sensory time interval, z. The beginning and end of diastole, or the beginning and duration of diastole. If an R wave is sensed again, this sensory value can be used to correct the previously calculated values, so that a permanent adaptation to changing heart rates or heart rhythms, ie to the actual heart activity, takes place.
- A so-called control circuit which influences the blood flow exiting the channel during the calculated diastole, e.g. By opening or closing a valve during the duration of the diastole, or throttling or accelerating the drive means, or by switching a control flap to another position at the beginning and end of the diastole, or the like.
Ergänzend zu dem Spannungssensor des EKG oder anstelle eines solchen Spannungssensors kann ein Drucksensor im Hochdrucksystem des Blutkreislaufs vorgesehen sein. Die typischen Druckschwankungen und der dabei auftretende typische Verlauf der Blutdruckkurve, über die Zeit aufgetragen, ermöglichen dabei mit guter Genauigkeit die Bestimmung der Diastole, so dass die entsprechenden Sensordaten zur Steuerung der Pumpenanordnung herangezogen werden können. Die Inzisur der arte riellen Druckkurve tritt zum Zeitpunkt des Schlusses einer Aortenklappe auf und kennzeichnet so den Übergang von einer Systole zu einer Diastole, so dass der Beginn der Diastole sensorisch gut ermittelt werden kann. Zudem erfolgt ein deutlicher und somit sensorisch gut erfassbarer Druckanstieg in der arteriellen Druckkurve beim Übergang von einer Diastole zu einer Systole, so dass auch das Ende der Diastole sensorisch gut ermittelt werden kann. Somit kann mittels eines Drucksensors anhand der sensorisch erfassten Druckänderungen das Vorhandensein einer Diastole signalisiert werden.In addition to the voltage sensor of the ECG or instead of such a voltage sensor can a pressure sensor provided in the high-pressure system of the blood circulation be. The typical pressure fluctuations and the occurring typical course of the blood pressure curve, over time, allow doing so with good accuracy the determination of diastole, so that the corresponding sensor data used to control the pump assembly can be. The incisor of the arterial pressure curve occurs at the time of closing one Aortic valve, thus marking the transition from a systole to a diastole, so that the onset of diastole can be detected sensory well can. In addition, there is a clear and thus sensory well detectable Pressure increase in the arterial pressure curve at the transition from a diastole to a systole, so that even the end of diastole sensory good can be determined. Thus, by means of a pressure sensor based the sensory pressure changes the presence of a diastole be signaled.
Unter einer die Diastole kennzeichnenden Signalisierung – aufgrund der Signale von Druck- oder auch anderen Sensoren oder auch aufgrund vorausberechneter Signale – werden im Rahmen des vorliegenden Vorschlags Signale verstanden, anhand derer die Steuerung der Pumpenanordnung die gewünschte Beeinflussung des aus dem Kanal austretenden Blutstroms bewirken kann. Die Signalisierung kann also beispielsweise erfolgen, indem zu Beginn und zu Ende der Diastole einzelne Signale ausgegeben werden, oder indem während der Dauer der Diastole ein Dauersignal abgegeben wird, oder indem während der Dauer der Systole ein Dauersignal abgegeben wird und dementsprechend während der Dauer der Diastole dieses Dauersignal unterdrückt wird. Als Dauersignal kann auch ein welliger oder ein gepulster Signalverlauf verstanden werden, falls diese Signal-Pulsfrequenz so hoch ist, dass sie eine deutliche Unterscheidung des gepulsten Signals von dem Ausbleiben des Signals während der Diastole bzw. Systole ermöglicht.Under a diastole signaling signaling - due the signals from pressure or other sensors or due to precalculated signals understood in the context of the present proposal signals, based derer the control of the pump assembly, the desired influence of can cause the bloodstream exiting the channel. The signaling can be done, for example, by beginning and end of the Diastole individual signals are output, or by during the Duration of diastole is given a continuous signal, or during the Duration of systole a continuous signal is emitted and accordingly while the duration of diastole this continuous signal is suppressed. As a continuous signal can also be a wavy or a pulsed waveform be understood if this signal pulse rate is so high that they clearly differentiate the pulsed signal from the Failure of the signal during diastole or systole.
Alternativ oder ergänzend zu einem oder beiden der vorgenannten Sensoren kann ein Flusssensor vorgesehen sein, der ebenfalls im Hochdrucksystem das Blutkreislaufs anzuordnen ist. Dieser Flusssensor kann vergleichsweise einfach ausgestaltet sein und muss keine quantitativen Werte liefern, vielmehr kann bei Unterschreitung einer bestimmten Fließgeschwindigkeit des Blutes vom Vorliegen einer Diastole ausgegangen werden. Ein solcher Mindestwert wird unterschritten, wenn nach einer anfänglichen Geschwindigkeitszunahme, die dem Anstieg der arteriellen Druckkurve mit kurzer Verzögerung im ms-Bereich folgt, die Geschwindigkeit zu etwa dem Zeitpunkt stark abfällt, zu dem im Verlauf der arteriellen Druckkurve die erwähnte Inzisur auftritt.alternative or in addition to one or both of the aforementioned sensors, a flow sensor be provided, which is also in the high pressure system blood circulation is to be arranged. This flow sensor can be comparatively easy be designed and does not have to provide quantitative values, rather may fall below a certain flow rate of the blood from the presence of diastole. Such a minimum value falls below when, after an initial increase in speed, the increase in the arterial pressure curve with a short delay in the ms range follows, the speed drops sharply at about the time point, too in the course of the arterial pressure curve the mentioned incision occurs.
Alternativ oder ergänzend zu einem oder mehreren der vorgenannten Sensoren kann ein Phonokardiograph beziehungsweise PKG vorgesehen sein, welcher mittels eines akustischen Sensors die Herztöne erfasst, so dass anhand dieser Herztöne die Diastole ermittelt beziehungsweise berechnet werden kann und dementsprechend die Pumpenanordung gesteuert werden kann.alternative or in addition to one or more of the aforementioned sensors, a phonocardiograph or PKG be provided which by means of an acoustic Sensors the heart sounds recorded, so that based on these heart sounds determines the diastole or can be calculated and accordingly the Pumpenanordung controlled can be.
Vorteilhaft kann eine Kombination mehrerer unterschiedlicher Sensortypen vorgesehen sein: Die mittels des EKG erfassbaren R-Zacken zeigen sehr präzise den Beginn der Systole an. Allerdings ist mittels des EKG der Beginn der Diastole weniger genau erkennbar. In Kombination des EKG mit z. B. einem Drucksensor oder insbesondere mit einem PKG hingegen ist auch der Beginn der Diastole sehr genau erkennbar: Der so genannte zweite Herzton, der mittels des PKG erfasst wird, zeigt sicher den Beginn der Diastole an. Mittels einer elektronischen Schaltung kann auf einfache Weise eine Synchronisation mit den Signalen des EKG überprüft werden: Das Auftreten der R-Zacke fällt zeitlich mit dem so genannten ersten vom PKG erfassten Herzton zusammen. Der folgende vom PKG erfasste Herzton ist der erwähnte zweite Herzton, so dass hiermit der Beginn der Diastole sicher sensorich erfassbar ist. Alternativ kann beispielsweise eine Kombination des EKG mit einem Drucksensor verwendet werden: die Inzisur der arteriellen Druckkurve zeigt sicher den Beginn der mechanischen Diastole an. Je nach Schwäche des Herzens sind die Druck- und Tonsignale bei Beginn der Diastole allerdings gegebenenfalls zu schwach. Dann kann – sozusagen als Notlaufprogramm der Steuerung der Pumpenanorndung – die Berechnung der Diastole anhand der R-Zacken erfolgen, wie weiter oben erwähnt.Advantageously, a combination of several different sensor types can be provided: The detectable by means of ECG R-waves indicate very precisely the beginning of systole. However, the beginning of diastole is less clearly recognizable by means of the ECG. In combination of the ECG with z. As a pressure sensor or in particular with a PKG, however, the beginning of diastole is very accurately recognizable: The so-called second heart sound, which is detected by means of the PKG, certainly indicates the beginning of diastole. By means of an electronic circuit, a synchronization with the signals of the ECG can be checked in a simple manner: The occurrence of the R wave coincides with the so-called first heart sound detected by the PKG. The following cardiac tone detected by the PKG is the mentioned second heart sound, so that hereby the beginning of diastole is certainly sensory detectable. Alternatively, for example, a combination of the ECG with a pressure sensor can be used: the incision of the arterial pressure curve certainly indicates the beginning of the mechanical diastole. Depending on the weakness of the heart, however, the pressure and sound signals may be too weak at the beginning of diastole. Then, as an emergency program of controlling the pump attachment, the calculation of the diastole can be made on the basis of the R waves, as mentioned above.
Unabhängig von dem verwendeten Sensortyp kann grundsätzlich vorteilhaft vorgesehen sein, anhand eines sensorisch erfassten Herzzyklus den nächsten Herzzyklus voraus zu berechnen und gemäß dieser Berechnung die Pumpenanordung zu steuern. Wenn der Beginn und das Ende einer Diastole sensorisch erfasst werden und als Reaktion auf diese Sensorsignale die Steuerung den aus dem Kanal der Pumpenanordung austretenden Blutstrom während der sensorisch erfassten Diastole beeinflussen soll, besteht das Problem, dass die erforderlichen mechanische Bewegungen, z. B. eines Ventils oder der Antriebsmittel, zu einer gewissen Verzögerung führen, mit welcher der gewünschte Zustand der Pumpenanordnung gegenüber dem Sensorsignal erzielt wird. Im Vergleich dazu steht mittels der Vorausberechnung für Schaltvorgänge mehr Zeit zur Verfügung, beziehungsweise können Schaltvorgänge frühzeitig eingeleitet werden, um in möglichst guter Übereinstimmung mit der zu erwartenden, berechneten Diastole die Tätigkeit der Pumpenanordnung zu steuern. Die Diastolendauer ändert sich in Abhängigkeit von der Herzfrequenz, und zwar nicht nur absolut, also hinsichtlich ihrer Zeitdauer, sondern auch relativ, nämlich hinsichtlich ihres Anteils an der Zyklusdauer. Die Diastolendauer kann daher auf einfache Weise mit guter Genauigkeit vorausberechnet werden, falls das Herz regelmäßig schlägt, beispielsweise im Sinusrhythmus. Falls jedoch Arrhythmien auftreten, beispielsweise Vorhofflimmern, kann der Beginn der Diastole mathematisch nicht mit hinlänglicher Genauigkeit im Voraus berechnet werden. In diesem Fall kann vortreilhaft vorgesehen sein, dass bei Erkennen einer Arrhythmie automatisch auf eine sensorgestützte Erfassung des Diastolenbeginns umgeschaltet wird.Independent of The type of sensor used can basically be advantageous be, based on a sensory detected cardiac cycle, the next cardiac cycle to calculate in advance and according to this Calculation to control the pump arrangement. If the beginning and the End of a diastole can be sensory detected and in response to this Sensor signals the control from the channel of the pump arrangement leaking bloodstream during which is supposed to influence sensory acquired diastole, is the Problem that the required mechanical movements, eg. B. one Valve or the drive means, lead to a certain delay, with which of the desired State of the pump assembly compared to the sensor signal achieved becomes. By comparison, more is available by means of the precalculation for switching operations Time available, or can Switching early be initiated in as possible good match with expected, calculated diastole activity to control the pump assembly. The diastole duration changes dependent on from the heart rate, and not just absolutely, so in terms of their duration, but also relative, namely in terms of their share at the cycle time. The Diastolendauer can therefore easily can be precalculated with good accuracy if the heart beats regularly, for example in sinus rhythm. However, if arrhythmias occur, for example Atrial fibrillation, the onset of diastole can not be mathematically with sufficient Accuracy can be calculated in advance. In this case can be premier be provided that when detecting an arrhythmia automatically on a sensor-based Switching the beginning of diastole is switched.
Hierzu werden vorschlagsgemäß gemäß einer ersten Alternative pulsatile Antriebsmittel verwendet. Die Steuerung der Pumpen anordnung bewirkt, dass die Antriebsmittel lediglich während der Diastole Blut in den großen Blutkreislauf fördern, während für die Dauer der Systole diese Förderung entweder völlig ausbleibt oder zumindest deutlich reduziert wird, und das Herz dementsprechend während der Systole nicht oder nur geringfügig gegen die Pumpenanordnung arbeiten muss. Beispielsweise können die Antriebsmittel für die Dauer der Systole vollständig abgeschaltet werden. Bei Verwendung rotierender Antriebsmittel kann allerdings vorgesehen sein, dass für die Dauer der Systole die Drehzahl der Antriebsmittel lediglich reduziert wird, um anschließend ein möglichst schnelles Hochlaufen der Antriebsmittel zu ermöglichen.For this are proposed according to a first alternative pulsatile drive means used. The control the pump arrangement causes the drive means only during the diastole Blood in the big ones Promote blood circulation while for the duration systole this promotion either completely is missing or at least significantly reduced, and the heart accordingly while the systole not or only slightly against the pump assembly Must work. For example, you can the drive means for the duration of systole completely be switched off. When using rotating drive means can provided, however, that for the duration of systole the Speed of the drive means is only reduced to then a preferably allow fast startup of the drive means.
Vorschlagsgemäß ist gemäß einer zweiten Alternative vorgesehen, non-pulsatile Antriebsmittel zu verwenden. Der Blutstrom wird gemäß dieser zweiten Alternative je nach Bedarf in zwei unterschiedliche Richtungen gelenkt: Während der Diastole strömt das Blut an einer Abzweigung in eine Versorgungsleitung und somit in Richtung zum Auslass, wie dies auch in ähnlicher Weise bei den vorbekannten Pumpenanordnungen der Fall ist. Während der Systole hingegen wird der Blutstrom vorschlagsgemäß an der Abzweigung in eine Entlastungsleitung abgelenkt, die zu einer anderen Stelle als zum Auslass führt, so dass das Herz während der Systole nicht gegen die Wirkung der Antriebsmittel und gegen den von der Pumpenanordnung erzeugten Blutstrom arbeiten muss.The proposal is according to a second alternative provided non-pulsatile drive means too use. The bloodstream becomes according to this second alternative steered in two different directions as needed: during the Diastole is pouring the blood at a branch in a supply line and thus in the direction of the outlet, as in a similar manner in the previously known Pump arrangements is the case. During systole, on the other hand the bloodstream is proposed at the Diversion deflected into a relief line leading to another Place as leading to the outlet, so that the heart while the systole does not oppose the action of the drive means and against must work the blood flow generated by the pump assembly.
Dabei ist gemäß einer ersten Ausgestaltung dieser zweiten Alternative vorgesehen, dass das während der Systole geförderte Blut in einen volumenveränderlichen Behälter gelangt, der an die Entlastungleitung angeschlossen ist und als eine Art Zwischenspeicher dient. Durch Vergrößerung des Volumens dieses Behälters während der Systole kann der Behälter Blut aufnehmen, welches von den kontinuierlich arbeitenden Antriebsmitteln gefördert wird, so dass die linke Herzkammer während der Systole entlastet wird und nicht gegen den von den Antriebsmitteln geförderten Blutfluss arbeiten muss. Durch Verringerung des Volumens dieses Behälters während der Diastole wird die zwischengespeicherte Blutmenge aus dem Behälter ausgetrieben. Somit werden während dieses Vorgangs die non-pulsatilen Antriebsmittel unterstützt, denn sie müssen nur eine vergleichsweise geringe Leistungsfähigkeit aufweisen, da zu ihrer Arbeitsleistung während der Diastole der Blutfluss hinzukommt, der durch die Verringerung des Behältervolumens bewirkt wird.there is according to one first embodiment of this second alternative, that that while promoted the systole Blood into a variable volume container which is connected to the discharge line and as a kind of cache is used. By enlarging the volume of this container while Systole can the container Take up blood, which from the continuously operating drive means is promoted, so that the left ventricle during Systole is relieved and not against the subsidized by the drive means Blood flow must work. By reducing the volume of this Container during the Diastole, the cached amount of blood is expelled from the container. Thus, during this process supports non-pulsatile propulsion because You need to have only a comparatively low performance, as to their Work performance during the diastole is added to the blood flow by reducing the container volume is effected.
Gegebenenfalls kann ein Behälter aus elastischem Material vorgesehen sein, so dass ohne aufwändige Ventile allein aufgrund der hydraulischen Verhältnisse innerhalb des Blutkreislaufs das Behältervolumen verändert wird.Possibly can a container be provided from elastic material, so that without elaborate valves solely due to the hydraulic conditions within the bloodstream the container volume changed becomes.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung dieser zweiten Alternative, also mit non-pulsatilen Antriebsmitteln, ist vorgesehen, dass die unterschiedliche Durchströmung der vorgeschlagenen Pumpenanordnung durch ein Ventil bewirkt wird, so dass in Abhängigkeit von der jeweiligen Ventilstellung die Durchströmung entweder der Versorgungsleitung oder der Entlastungsleitung erfolgt. Der vorliegende Vorschlag geht dabei von der Überlegung aus, dass innerhalb kürzester Zeit das Umschalten eines Ventils bewirkt werden kann, so dass in physiologisch korrekter Anpassung an die Tätigkeit des natürlichen Herzens die diastolische Augmentation durch die Pumpenanordnung erfolgen kann. Zur Bewegung des Ventils ist außer dem hierzu erforderlichen Ventilantrieb eine Steuerung vorgesehen, die in Abhängigkeit von der Tätigkeit des Herzens den Ventilantrieb ansteuert und somit während der Diastole und während der Systole sicherstellt, dass das Ventil seine jeweils erforderliche Stellung einnimmt.According to a second embodiment of this second alternative, ie with non-pulsatile drive means, it is provided that the different flow through the proposed pump arrangement is effected by a valve, so that depending on the respective valve position, the flow either the supply line or the Relief line takes place. The present proposal is based on the consideration that within a very short time the switching of a valve can be effected, so that in physiologically correct adaptation to the activity of the natural heart, the diastolic augmentation can be performed by the pump assembly. For the movement of the valve, a control is provided in addition to the valve drive required for this purpose, which controls the valve drive in dependence on the activity of the heart and thus ensures during the diastole and during systole that the valve assumes its respective required position.
Das Ventil kann dabei eine der beiden Leitungen, also die Versorgungsleitung oder die Entlastungsleitung, vollständig verschließen und die andere der beiden Leitungen vollständig geöffnet lassen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die „zu verschließende” Leitung nicht tatsächlich völlig zu verschließen, sondern ihren durchströmbaren Querschnitt lediglich zu verringern. Möglicherweise reicht die Veränderung der Druckverhältnisse innerhalb des Blutkreislaufs aus, dass die entsprechende Leitung in einem ausreichend geringem Maße durchströmt wird.The Valve can be one of the two lines, ie the supply line or the discharge line, completely close and leave the other of the two lines fully open. It can, however also be provided, the "too closing "lead not actually completely to close, but their flow through Only to reduce cross section. Maybe the change is enough the pressure conditions within the bloodstream, that the appropriate line flows through in a sufficiently small extent.
Vorteilhaft kann die Pumpenanordnung derartig miniaturisierte Antriebsmittel aufweisen, dass sie in den menschlichen Körper implantierbar ist. Insbesondere bei den non-pulsatilen Antriebsmitteln ist eine derartige Miniaturisierung möglich, so dass der Tragekomfort für den Patienten und insbesondere dessen Beweglichkeit deutlich vergrößert wird.Advantageous For example, the pump assembly can be such miniaturized drive means that it is implantable in the human body. Especially in the non-pulsatile drive means is such miniaturization possible, so that the wearing comfort for the patient and in particular its mobility is significantly increased.
Das Ventil kann als Umschaltventil ausgestaltet sein, welches zwischen zwei fest vorgegebenen Stellungen hin und her geschaltet werden kann.The Valve can be designed as a switching valve, which between two fixed predetermined positions are switched back and forth can.
Wenn das Ventil lediglich den durchströmbaren Querschnitt einer einzigen der beiden Versorgungs- oder Entlastungsleitungen beeinflusst, kann dieses Ventil beispielsweise zwischen einer ”Auf”- und einer ”Zu”-Stellung bewegt werden, in welcher es den Strömungsquerschnitt der betreffenden Versorgungs- oder Entlastungsleitung freigibt oder sperrt. Der Durchfluss durch die jeweils andere Leitung ergibt sich dann zwangsläufig aufgrund der kontinuierlichen Förderung des Blutstroms durch die Antriebsmittel.If the valve only the flow-through cross-section of a single of the two supply or discharge lines, this may Valve, for example, between an "open" - and a "closed" position be moved, in which it the flow cross-section of the relevant Supply or discharge line enables or disables. The flow by the other line is then inevitably due continuous promotion the blood flow through the drive means.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Ventil den durchströmbaren Querschnitt beider Leitungen beeinflusst. Dies kann dadurch erfolgen, dass das Ventil im Bereich der Abzweigung angeordnet wird und in dem Maße, in dem es die Durchströmbarkeit einer der beiden Versorgungs- oder Entlastungsleitungen verringert, die Durchströmbarkeit der jeweils anderen Leitung erhöht.alternative it can be provided that the valve has the flow-through cross section Both lines influenced. This can be done by the Valve is located in the area of the diversion and to the extent in which it's the flowability one of the two supply or discharge lines decreases, the flow through the other line increases.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die Entlastungsleitung in die Pumpenanordnung selbst zurückgeführt ist. Auf diese Weise ergibt sich während der Systole ein geschlossener Kreislauf, und die Antriebsmittel können problemlos gleichmäßig durchlaufen, also kontinuierlich denselben Volumenstrom fördern. Dadurch, dass die Entlastungsleitung während der Systole einen geschlossenen Kreislauf erzeugt, wird der Blutfluss in der Versorgungsleitung erheblich reduziert und nahezu zum Stillstand gebracht, so dass die linke Herzkammer während der Systole nicht gegen die Antriebsmittel der Pumpenanordnung arbeiten muss. Mithilfe der kurzen Schaltzeiten, die zur Betätigung des Ventils erforderlich sind, kann innerhalb kürzester Zeit eine Umschaltung zwischen der Entlastungs- und der Versorgungsleitung erfolgen.Advantageous can be provided that the discharge line in the pump assembly itself is traced back. This way results during systole a closed circuit, and the driving means can go through it smoothly, So continuously promote the same volume flow. Because of the relief line during the Systole creates a closed circulation, blood flow considerably reduced in the supply line and almost to a standstill brought so that the left ventricle does not oppose during systole the drive means of the pump assembly must work. With the help of short switching times required for actuation of the valve are required, within a very short time a switch between the relief and the supply line done.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass zur Schaffung eines derartigen Kreislaufs die Entlastungsleitung in Strömungsrichtung vor den Antriebsmitteln in den Kanal zurückführt. So ist sichergestellt, dass die Antriebsmittel keine unerwünschte Sogwirkung im Bereich des Niederdrucksystems, welches den linken Vorhof und den vorgeschalteten Lungenkreislauf umfasst, ausüben.Advantageous can be provided that to create such a cycle the discharge line in the flow direction leading back into the channel before the drive means. This ensures that the drive means no unwanted Suction effect in the area of the low-pressure system, which the left Atrial and the upstream pulmonary circulation includes, exercise.
Das Ventil kann derart ausgestaltet sein, dass es außerhalb der zu beeinflussenden Leitung angeordnet ist, wobei die Leitung, also die Versorgungsleitung oder die Entlastungsleitung, zumindest in dem durch das Ventil beeinflussbaren Bereich derart flexibel beziehungsweise verformbar ausgestaltet ist, dass das Lumen der betreffenden Leitung mittels des Ventils vergrößert oder verringert werden kann. Die Leitung wird also durch das Ventil zusammengedrückt, um den durchströmbaren Querschnitt der Leitung zu verringern. Durch die Anbringung des Ventils außerhalb der Leitung selbst kann die innere Oberfläche der Leitung möglichst glatt gehalten werden und somit vermieden werden, dass sich Gerinnsel an dieser Stelle anlagern, so dass die Gefahr einer Thrombosierung möglichst gering gehalten wird.The Valve may be configured such that it is outside the affected Line is arranged, wherein the line, so the supply line or the discharge line, at least in that influenced by the valve Area is designed so flexible or deformable, that the lumen of the relevant line by means of the valve increased or can be reduced. The line is thus compressed by the valve to the permeable Reduce the cross section of the pipe. By attaching the Valve outside The lead itself can be the inner surface of the lead as possible be kept smooth and thus avoiding clots attach at this point, so the risk of thrombosis preferably is kept low.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Ventil eine in der betreffenden Leitung angeordnete Ventilklappe aufweist. Auf diese Weise kann mit vergleichsweise geringer Energie eine Umsteuerung des Ventils erfolgen, da eine Verformung der Leitung selbst nicht erforderlich ist.alternative can be provided that the valve one in the relevant line having arranged valve flap. In this way can with comparatively low energy, a reversal of the valve, as a Deformation of the pipe itself is not required.
Ein bewegliches Steuerelement zur Beeinflussung des Blutstroms kann innerhalb des Blutstroms angeordnet sein. Beispielsweise kann ein beweglicher Ventilkörper wie z. B. eine Ventilklappe, ein Ventilstößel, ein Schieber oder dergleichen innerhalb des den Blutstrom führenden Gefäßes wie dem Kanal, der Versorgungs- oder der Entlastungsleitung angeordnet sein. In solchen Fällen kann vorteilhaft ein Antrieb für dieses bewegliche Steuerelement vorgesehen sein, der außerhalb des den Blutstrom führenden Gefäßes angeordnet ist und auf das bewegliche Steuerelement einwirkt, ohne mechanisch die Wand des betreffenden Gefäßes zu durchsetzen, so dass dieser Antrieb quasi „nicht-invasiv” auf das Steuerelement einwirkt. Beispielsweise können außerhalb des Gefäßes zwei elektrisch aktivierbare Magnete vorgesehen sein, so dass je nach Aktivierung eines der beiden Magnete das bewegliche Steuerelement eine von zwei Stellungen einnimmt. Oder das bewegliche Steuerelement kann durch eine Federwirkung eine vorbestimmte erste Stellung einzunehmen bestrebt sein, und es kann lediglich ein Magnet vorgesehen sein, so dass bei Aktivierung dieses Magneten das Steuerelement gegen die Wirkung der Feder eine vorbestimmte zweite Stellungen einnimmt.A movable control element for influencing the blood flow can be arranged within the bloodstream. For example, a movable valve body such. As a valve flap, a valve stem, a slider or the like may be arranged within the blood flow leading vessel such as the channel, the supply or the discharge line. In such cases, a drive for this movable control can advantageously be provided, which leads outside of the blood stream rende vessel is arranged and acting on the movable control, without mechanically enforce the wall of the respective vessel, so that this drive acts quasi "non-invasive" on the control. For example, two electrically activatable magnets may be provided outside the vessel, so that depending on the activation of one of the two magnets, the movable control occupies one of two positions. Or the movable control can be endeavored by a spring action to take a predetermined first position, and it can only be provided a magnet, so that upon activation of this magnet, the control occupies a predetermined second positions against the action of the spring.
Die vorschlagsgemäße Pumpenanordnung kann ein Ventil enthalten, welches als beweglichen Ventilkörper eine Ventilklappe aufweist. Diese kann vorzugsweise als Herzklappe ausgestaltet sein, so dass ein bewährtes, handelsübliches und dementsprechend wirtschaftliches Element Verwendung findet. Beispielsweise kann eine künstliche Herzklappe verwendet werden, oder es kann eine Herzklappe aus organischem Material verwendet werden, beispielsweise eine Herzklappe vom Schwein.The proposed pump arrangement can a valve, which as a movable valve body a Valve flap has. This can preferably be designed as a heart valve be a proven, commercial and accordingly economic element is used. For example, an artificial Heart valve can be used, or it can be a heart valve made of organic Material used, for example, a heart valve from the pig.
Die Erfindung wird anhand der rein schematischen Darstellungen nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigtThe Invention will become apparent from the purely schematic representations below explained in more detail. there shows
In
In
Strömungsrichtung
hinter den Antriebsmitteln
Bei
der in
Die
Abweichend
von dem dargestellten Ausführungsbeispiel
kann vorgesehen sein, dass der Schieber
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