DE2221417A1 - Geraet zur Unterstuetzung des Blutkreislaufs - Google Patents
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Description
D-8000 Mönchen si · Arabellastrasse 4 · telefon {osnj 9iio87
Avco Corporation, Greenwich, Conno/USA
Gerät zur Unterstützung des Blutkreislaufs
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Unterstützung des Blutkreislaufs mit einer pneumatischen. Einrichtung
einschließlich einer pneumatiscnen Pumpeinrichtung zum sequentiellen Zuführen von Druck zu einem Arbeitsgas,
das wenigstens teilweise in einem Katheter vorgesehen ist, welcher mit einem in der Arterie eines Patienten angeordneten
Ballon zum Aufblasen und Ablassen des Ballons verbunden ist, und mit einer elektronischen Zeitgebereinrichtung
zum Steuern der pneumatischen Einrichtung durch eine Folgesteuerung des Aufblasens und Ablassens entsprechend
dem üerzrhythmus des Patienten.
dem üerzrhythmus des Patienten.
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Wie bekannt wird der große Blutkreislauf durch die Wirkung der linken Herzkammer, welche Blut in die Aorta
pumpt, aufrechterhalten» Ein Rückfluß von Blut in die linke Herzkammer wird durch die Aortaklappe verhindert. Während
ihrer Kontraktion (Systole) arbeitet die linke Herzkammer hauptsächlich gegen die elastische Nachgiebigkeit
der Aorta, hebt den Druck in der Aorta an und dehnt diese aus. Sobald die Kontraktion beendet ist und die Herzkammer
sich entspannt, schließt die Aortaklappe und die elastische Kontraktion -der Aorta hält einen kontinuierlichen Blutstrom
durch die Kapillaren und anderen Gefäße aufrecht (Diastole), Zusätzlich zu ihrer Funktion als Gefäß zum Führen von Blut
zu'den verschiedenen Organen wirkt die Aorta so als ein elastischer Speicher, welcher einen Teil der von dem Herz zugeführten
Energie speichert.
Bei der Behandlung von Herzkranken treten Situationen auf, in welchen die Herztätigkeit des Patienten einfach
nicht ausreichend ist, um den körperlichen Bedürfnissen zu genügen. Z.B. kann eine Schwäche der Herztätigkeit, genannt
Herzversagen, im Anschluß an einen Herzinfarkt auftreten. Ein solches nerzversagen wird zu einem niedrigen Blutdruck
während des systolischen Zyklus im normalen Herzrhythmus
führen. Dieser niedrige Blutdruck seinerseits reduziert den Blutstrom in den Kranzgefäßen, wodurch der Blutdruck weiter
verringert wird und ein zerstörender Zyklus entsteht. Es ist
vorauszusehen, daß zur Unterstützung des Blutkreislaufs eine
mechanische Einrichtung verwendet werden kann. Bisher erfolgten Versuche zur mechanischen Unterstützung des großen Blutkreislaufs
durch Venen-Arterien-Pumpen (Arterien-Arterien-Pumpen)
und eine Vielzahl von Gegenpulsationstechniken einschließlich Ballonpumpen innerhalb der Aorta.
Eine praktische Hilfsblutpumpe, welche die natürliche
Kerztätigkeit guf einfache, verläßliche und vorhersagbare
Weise unterstützt, würde auf dem Felde der iiedizin An-
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BAD ORiGiNAL
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erkennung und Aufnahme finden. Trotz eines dringenden Bedarfs
für eine externe Unterstützung und trotz "beträchtlicher Überlegungen, Studien und Arbeiten auf diesem PeId
während der Dauer von Jahren hat sich noch kein vollständig zufriedenstellendes Verfahren zur Unterstützung über lange
Zeiträume ergeben«,
Aus dem einen oder anderen Grunä wiesen die von den
medizinischen Forschern gemachten vielen Vorschläge gewisse wünschenswerte Erfordernisse nicht auf und konnten daher insgesamt
nicht angenommen werden. Es hat sich gezeigt, daß die Vorschläge zu schwierig, zu empfindlich, und/oder zu unsicher
waren, um einen zuverlässigen Betrieb aufrechtzuerhalten, oder es hat sich gezeigt, daß die Vorschläge teilweise
unpraktisch bei der Erfüllung von Erfordernissen entweder bezüglich eines geeigneten Verhältnisses zu der natürlichen
Herztätigkeit oder eines volumetrischen Ansprechens auf wünschenswerte Uormen waren. Andere Vorschläge.und/oder
entsprechende Ausrüstungen entsprachen nicht einmal minimalen Normen bezüglich der Einstellbarkeit, um die Forderungen
von Herzspezialisten ausreichend zu erfüllen.
Ziel der Erfindung ist es daher, eine Verbesserung gegenüber bekannten Einrichtungen zu schaffen und eine lange
bestehende Forderung auf dem Gebiet der Unterstützung des Blutkreislaufsystems zu erfüllen.
Pumpen innerhalb der Arterie oder "Ballonpumpen", welche z.B. in der Aorta durch Einführung über die Oberschenkelarterie
die Arterienverzweigung hinauf in die Aorta verwendet werden, sind an sich bekannt. Der Betrieb der
Pumpe ist jedoch äußerst kritisch, da die Pumpe periodisch zeitlich vorübergehend oder momentan pulsierend synchron
mit dem Herz des Patienten arbeiten muß. Weiter muß der Arbeitstakt einer solchen Pumpe unter verschiedenartigen Be-
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dingungen ablaufen, z.B. unter einem verschiedenen Druck in Beziehung auf den Druck des Patienten.
Das Ziel der Erfindung wird mit einem Gerät der eingangs beschriebenen Art ,erreicht, welche erfindungsgemäß
umfaßt eine erste Einrichtung zum Vorsehen eines ersten Ausgangssignals proportional der volumetrischen Verdrängung des
an dem Katheter befestigten Ballons, eine zweite Einrichtung zum Vorsehen eines zweiten Ausgangssignals proportional der
volumetrischen Verdrängung der pneumatischen Pumpeinrichtung, eine Komparatoreinrichtung zur Aufnahme des ersten und zweiten
Ausgangssignals und zum Erzeugen eines dritten Ausgangssignals, wenn das zweite Ausgangssignals größer als das erste
Ausgangssignal ist, und eine durch das dritte Ausgangssignal
betätigte Entlüftungseinrichtung zum Desaktivieren der pneumatischen Einrichtung.
Die Erfindung unterstützt den Betrieb eines bekannten Pumpsystems dadurch, daß Einrichtungen vorgesehen sind,
welche ein übermäßiges Aufblasen des Ballons verhindern. Es ist für den Betrieb jeder medizinischen Vorrichtung innerhalb
des menschlichen Körpers absolut erforderlich, daß die Vorrichtung so aufgebaut ist, daß vorhersenbare Gefahren
vermieden werden. Wenn daher ein Ballon eingeführt und
übermäßig aufgeblasen wird, weil er irrtümlich für einen größeren Ballon gehalten worden ist, kann der Ballon in dem
Blutkreislaufsystem des Patienten reißen oder brechen und schädliche, wenn nicht tödliche Mengen von Gas in den Blutstrom
bringen. Diese Möglichkeit wird durch die Erfindung zuverlässig verhindert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird zum besseren Verständnis der
Erfindung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen!
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Jj1Xg. 1 eine Gesamtansicht einer in einen Patienten eingeführten
Ballonpumpe in der Aorta,
Fig. 2 eine ausgedehnte- Ansicht mit teilweise weggebrochenen
Teilen der Sicherheitsverbindung der zugehörigen elektronischen Steuerungen und des Steuerpults
der Ballonpumpe, und
Fig. 3 ein Blockschaltbild der grundlegenden Komponenten des Steuerpults der Ballonpumpe.
In Fig. 1 und 2 der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt
die Verwendung eines Ballonpumpensystems bei einem Patienten mit Herzbeschwerden. Ein Ballon 15 wird durch die Oberschenkelarterie
eingeführt und in der absteigenden Aorta des Patienten angeordnet. Um das Einführen zu erleichtern, wird
der Ballon in abgelassenem Zustand eingeführt. Die Größe des für einen bestimmten Patienten verwendeten Ballons wird
bestimmt durch Geschlecht, Alter, Größe und allgemeinen Gesundheitszustand des Pgtienten. Übliche verwendete Größen
sind Ballone mit einer volumetrischen Verdrängung von 2o, 3o oder 40 cm· Der Ballon 15 ist mit einem üblichen hohlen
Katheter 16 verbunden, welcher einen Kanal zum Führen eines Strömungsmittels, wie z.B. Helium, vom Steuerpult der Pumpe
zu dem Ballon während des Au-fblasens und Ablassens des eingepflanzten
Ballons während des Betriebs bildet. Das von dem Ballon entfernte Ende des Katheters 16 ist unter Verwendung
einer besonderen Steckverbindung 18, welche im folgenden näher beschrieben werden wird, mit den elektronischen und pneumatischen
Einrichtungen des Steuerpults 17 verbunden. Der Ballon, der Kathet-er und ein Teil der Steckverbindung bilden
eine einteilige, ersetzbare Einheit, welche vor der Einführung in den menschlichen Körper als Einheit sterilisiert
werden kann. Das Elektrokardiogramm (EKG) des Patienten kann
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— ο —
z.B. auf übliche '/,eise über elektrische Leitungen 19 überwacht
werden. Das EKG-Signal wird dazu verwendet, die Zeitgeberfolge für die Herzunterstützungseinrichtung zu ergeben,
so daß der Ballon während der diastolischen Periode des Herzens aufgeblasen wird.
Die grundlegende Aufgabe des Steuerpults 17 besteht darin, ein Aufblasen des Ballons folgend auf das Schließen
der Aortaklappe beim nächsten Herzschlag zu bewirkene Ein
typiaches Blockschaltbild der grundlegenden Komponenten ist in Fig. 3 gezeigt.
Das EKG-Signal wird in einen.R-Zaekendetektor oder
Detektor 5o eingeführt. Das SKG-Signal besteht aus einem
von dem Herzspannungsausgang abhängigen Szintillationsmuster. Die höchste positive Spitze dieses Signals stellt den
Durchgang des Kontraktionsimpulses durch die Wandungen der Herzkammer dar. Diese positive Spitze des Signals ist in der
Elektrokardiografie als R-Zäcke bekannt, welche durch den
Detektor 5o erfaßt wird. Jedes R-Zackensignal von dem Detektor
5o wird einem Generator 51 für die Verzögerung und Ausstoßzeit zugeführt, welcher elektrische Signale an ein elektromechanisches
Pulsventil 52 abgib-t. Die B-Zacke läßt einen Zeitgeber oder eine Uhr in dem Generator 51 für Verzögerung
und Ausstoßzeit anlaufen, durch welchen die Zeit des Aufblasens und Ablassens gemessen wird« Diese Zeiten können
als Bruchteile der Periode zwischen den Herzschlägen von Hand eingestellt werden. Die elektrischen Signale von dem
Generator 51 für das Aufblasen oder Ablassen betätigen das Pulsventil 52 so, daß die Steuerpultseite 24a eines isolierenden
Kolbens 24 mit einer Treibdruckversorgung 54 oder einer Ausstoßdruckversorgung 55 verbunden wird.
Der isolierende Kolben wird aus Sicherheitsgründen verwendet. Er ist so ausgelegt, daß er die Aufblas- oder Ab-
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laßrate des Ballons nicht merkenswert verringert. Der isolierende Kolben 24 trennt das Strömungsmittel in dem Antriebsmechanismus
auf der Steuerpultseite 24a von der festen
Menge von Strömungsmittel oder Arbeitsgas, welche auf der Patientenseite 24b zum Aufblasen des Ballons 15 verwendet
wird. So wird in dem unwahrscheinlichen Fall eines plötzlichen Reißens des Ballons nur eine begrenzte Menge von Gas
in den Patienten injiziert. Weiter können geringe Leckverluste des Ballons durch Beobachtung eines allmählichen Druckabfalls
des Gases erfaßt werden, welcher über einen Druckübertrager 56 auf der Patientenseite 24b des isolierenden
Kolbens 24 gemessen wird. Normalerweise ist es erforderlich, infolge der Durchlässigkeit der Ballonmembrane für Helium»
das normalerweise als Arbeitsgas verwendet wird, etwas Arbeitsgas zu ersetzen· Arbeitsgas wird durch ein Lastventil
57 von einer Lastversorgung 58 ersetzt. Auf der Patientenseite des isolierenden Kolbens ist ein Entlüftungsventil
59 vorgesehen, welches sich im Falle eines Versagens des Kreises oder dergleichen automatisch öffnet und den Ballon
im abgelassenen Zustand halt.
Betrachtet man erneut Fig. 1 und 2, so erkennt man am besten in Fig. 2 auf der Vorderseite des Steuerpults einen
Steuerknopf 2o für den isolierenden Kolben, welcher zum Bewirken der Steuerung des isolierenden Kolbens 24 in einer
Pumpe 25 mit festem Volumen vorgesehen ist, um ein gewünschtes Volumen an Gas. auf der Patientenseite 24b des Kolbens
24 vorzusehen, wodurch die Menge des zu verwendenden Arbeitsgases bestimmt ist· Durch den Steuerknopf 2o wird gleichzeitig
eine variable Impedanz 26, z.B. ein Potentiometer, eingestellt, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches
' einem üblichen Komparator 21 und einer Anzeige 22 auf der
Oberfläche des Steuerpults zugeführt wird» Dieses Signal ist • proportional der volumetrischeη Verdrängung der Pumpe. Der
Dteuerknopf 2o wird zunächst entsprechend einem Volumen we-
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niger oder gleich der spezifischen volumetrischen Kapazität des Ballons und dessen zugehörigen Katheters eingestellt*
Wenn der Steuerknopf 2o korrekt eingestellt ist, sollte die Volumenablesung an der Anzeige 22 die Nennkapazität des BaI-Ions
um nicht mehr als 2 cnr übersteigen. Eine zu große Ver<*
drängung der Pumpe mit festem Volumen kann zu einem Überdruck des Ballons führen. Eine Ablesung von mehr als 5 cm weniger
als das Nennvolumen des Ballons sollte vermieden werden, de
dies anzeigt, daß ein Teil des Ballons nicht aufgeblasen iet
und dann möglichen thrombotischen Komplikationen ausgesetzt
ist. Ein Ballon, welcher nicht voll aufgeblasen ist, ergibt Spalten, in welchen das Blut stagnieren und Klumpen bilden
kann, welche den Blutstrom behindern und den Patienten gefährden.
Die mechanische Steckverbindung 18 zwischen dem Katheter und dem Steuerpult ist in Fig. 2 im einzelnen dargestellt.
Wie in Fig. 2 gezeigt besteht die Steckverbindung 18 aus einem ständig an dem Katheter 16 des Ballons befestigten Stekker
3o und einem an dem zu dem Steuerpult führenden Katheter befestigten Sockel 4o zur Aufnahme der Stifte des Steckers.
In dem Stecker 3o ist ein Widerstand 31 vorgesehen. Der Wert des Widerstands 31 wird entsprechend der volumetrischen
Verdrängung des Ballons 15, an welchem der Stecker 3o befestigt ist, gewählt. Der Stecker 31 ist elektrisch zwischen
Stifte 32 und 33 geschaltet, welche in dem Stecker 3o sitzen. Der Katheter 16 ist dauerhaft und dicht mit einem steifen
hohlen Rohr 34 verbunden, welches an der Stirnfläche des Steckers 3o befestigt ist und von dieser ein Stück wegragt.
Der Sockel 4o ist so aufgebaut, daß er dem Stecker 3o entspricht. Elektrische Buchsen 41 und 42 zur Aufnahme
der Stifte 32 und 33 und eine Ausnehmung 43 zum dichtenden Aufnehmen des Rohres 34 sind in dem Sockel vorgesehen. Die
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Ausnehmung 43 nimmt das Rohr 34 in luftdichter Verbindung auf, wenn der Stecker 3o in den Sockel 4o gesteckt wird.
Die Ausnehmung 43 ist dauerhaft und dicht mit einem Schlauch 44 verbunden, welcher lösbar an der Pumpe 25 mit festem Volumen
befestigt ist. Dies schließt den pneumatischen Kanal zwischen dem Ballon und dem Steuerpult« Die elektrische Buchse
42 kann z.B. eine elektrische Verbindung mit Erde herstellen, und die elektrische Buchse 41 kann elektrisch mit
dem in dem Steuerpult 17 enthaltenen Komparator 21 verbunden sein.
Es ist daher nun klär, daß ein elektrischer Kreis
über den Komparator 21, den Widerstand 31 und Erde hergestellt wird, wenn der Stecker 3o in den Sockel 4o gesteckt
wird. Wie in Fig. 2 dargestellt, ergibt dieser Kreis in dem
Komparator 21 auf übliche Weise ein G-leichspannungssignal
abhängig von dem Widerstand 31t welcher seinerseits von der
Größe des verwendeten Ballons abhängt». So ist das Gleichspannungssignal
proportional der volumetrischen Verdrängung des Ballons 15. Der Komparator vergleicht auf übliche Weise
das erwähnte Gleichspannungssignal mit dem Signal, welches von dem handbetätigten Einstellmechanismus für das Arbeitsvolumen des isolierenden Kolbens vorgesehen wird. Wenn das
Volumen des dem Ballon zuzuführenden Arbeitsga-ses die Sicherheit sgrenzen des Ballons überschreitet, gibt der Komparator
ein Ausgangssignal ab, welches den Betrieb des Volumenmessers
abschaltet und das System schnell in die Atmosphäre entlüftet. Dies wird dadurch erreicht, daß das von.
dem Komparator 21 abgegebene Abschaltsignal zur Betätigung
des Entlüftungsventils 59 verwendet wird. Hierdruch wird der
Ballon sofort abgelassen und der Widerstand gegenüber dem Blutstrom durch die Aorta auf ein Minimum gebracht. Wenn
sich jedoch das Volumen des dem Ballon zuzuführenden Arbeitsgases innerhalb der Sicherheitsgrenzen der Ballonanordnung
bewegt, wird kein Abschaltsignal zum Abschalten des Vorgangs
- fo 209849/0697
-1ο-
erzeugt und das System kann sicher in seinem Normalbetrieb
arbeiten.
Der Wert des in dem Kreis verwendeten Widerstands 31
wird dem Volumen des Ballons 15 angepaßt. So kann z.B. ein
•χ
Ballon für 3o cm einen Widerstand mit 51 ο Ohm haben, und ein Ballon für 2o cnr kann einen 7/iderstand mit 3oo Ohm haben. Der über den Widerstand aufgebaute elektrische Kreis sollte eine'niedrige Spannung, z.B. 2 V aufweisen, um den Patienten vor einem elektrischen Schlag zu schützen.
Ballon für 3o cm einen Widerstand mit 51 ο Ohm haben, und ein Ballon für 2o cnr kann einen 7/iderstand mit 3oo Ohm haben. Der über den Widerstand aufgebaute elektrische Kreis sollte eine'niedrige Spannung, z.B. 2 V aufweisen, um den Patienten vor einem elektrischen Schlag zu schützen.
- 11-209849/0697
Claims (8)
- 222H17 - 11 -Patentansp-rüche1 J Gerät zur Unterstützung des Blutkreislaufs mit einerpneumatischen Einrichtung einschließlich einer pneumatischen Pumpeinrichtung zum sequentiellen Zuführen von Druck zu einem Arbeitsgas, das wenigstens teilweise in einem Katheter vorgesehen ist, welcher mit einem in der Arterie eines Patienten angeordneten Ballon zum Aufblasen und Ablassen des Ballons verbunden ist, und mit einer elektronischen Zeitgebereinrichtung zum Steuern der pneumatischen Einrichtung ,durch eine Polgesteuerung des Aufblasens und Ablassens entsprechend dem Herzrhythmus des Patienten, ge k e η η ■— zeichnet durch eine erste Einrichtung zum Vorsehen eines ersten Ausgangssignals proportional der volumetrischeη Verdrängung des an dem Katheter befestigten Ballons, eine zweite Einrichtung zum Vorsehen eines zweiten Ausgangssignals proportional der volumetrischen Verdrängung der pneumatischen Pumpeinr.ichtung, eine Komparatoreinrichtung zur Aufnahme des ersten und zweiten Ausgangssignals und zum Erzeugen eines dritten Ausgangssignals, wenn das zweite Ausgangssignal größer als. das erste Ausgangssignal ist, und eine durch das dritte Ausgangssignal betätigte Entlüftungseinrichtung zum Desaktivieren der pneumatischen Einrichtung.
- 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn z' eichnet, daß eine Verbindung zum lösbaren Koppeln des Katheters mit der pneumatischen Pumpeinrichtung vorgesehen ist, die Verbindung erste und zweite voneinander trennbare Teile aufweint, und das erste trennbare Teil fest an dem von dem Ballon entfernten Ende des Katheders angebraclit ist und eine elektriocne Impedanz enthält, welche einen Teil der ersten Einrichtung bildet.- 12 209849/0697BAD ORfGlNAL222U17
- 3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste trennbare Teil der Verbindung Anschlußeinrichtungen zum elektrischen Schalten der Impedanz in einen Kreis mit der Komparatoreinrichtung aufweist, und daß das erste trennbare Teil weiter Einrichtungen zum Koppeln des Arbeitsgases mit dem Ballon über den Katheter aufweist«
- 4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rohr- oder Schlaucheinrichtung zwisohen dem zweiten trennbaren Teil der Verbindung und der pneumatischen Pumpeinrichtung so vorgesehen ist, daß der Ballon über das Arbeitsgas aufblasbar und ablaßbar ist.
- 5· Gerät nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten trennbaren Teil der Verbindung Buchsen zur Aufnahme der Anschlußeinrichtungen des ersten trennbaren Teils vorgesehen sind, und daß mit den Buchsen Leiter zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Buchsen und der Komparatoreinrichtung verbunden sind.
- 6. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz ein Widerstand ist,
- 7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung eine variable Impedanz mit einer Steuereinrichtung zum gleichzeitigen Verändern der variablen Impedanz und der volumetrischen Verdrängung der pneumatischen Pumpeinrichtung aufweist.
- 8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Komparatoreinrichtung erste und zweite Eingangsanschlüsse aufweist, welche jeweils die ersten und zweiten Ausgangssignale aufnehmen, und einen Ausgangsanschluß, welcher mit der Entlüftungseinrichtung gekoppelt ist.209849/0697BAD ORIGINALLeerseite
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