DE2449320A1

DE2449320A1 - Vollstaendig einpflanzbares kuenstliches herz

Info

Publication number: DE2449320A1
Application number: DE19742449320
Authority: DE
Inventors: Lowell T Harmison
Original assignee: Us Health Education & Welfare
Current assignee: Us Health Education & Welfare
Priority date: 1973-03-06
Filing date: 1974-10-16
Publication date: 1976-04-29
Also published as: AU6694374A; GB1468885A; AU482500B2; FR2278349A1; SE401610B; CA1030703A; SE7403309L; US3919722A

Description

Government of the United States of America Department of Health, Education, and Welfare U.S.A., Washington, D.C. 20201

Vollständig einpflanzbares künstliches Herz

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im wesentlichen auf ein künstliches Herz, und zwar insbesondere auf ein vollständig einpflanzbares künstliches Herz, welches in einem Menschen oder Tier angeordnet werden kann und das natürliche menschliche oder tierische Herz vollständig ersetzt.

Von den lebensnotwendigen Organen besitzt das Herz die elementarste Funktion, da es einfach als eine Pumpe arbeitet. Das Herz ist eine 4 Kammern aufweisende Vorrichtung, die aus zwei als Ventrikel bezeichneten Pumpen und zwei als Vorhöfe (Atria) bezeichneten Reservoirs besteht. Das rechte Herz pumpt das venosierte Blut mit einem niedrigen Druck (20 mm Hg) zu den Lungen, wo Kohlenstoffdioxyd freigegeben wird und das Blut oxygeniert wird. Das linke Herz pumpt das oxygenierte Blut mit hohem Druck (120 mm Hg) in das arterielle System. Die mittlere Blutströmung durch das rechte und linke Herz beträgt typischerweise 6 Liter pro Minute. Der.linke Ventrikel leistet ungefähr die vierfache Arbeit des rechten Ventrikels. Die mechanische Pumpkraft des Herzens liegt üblicherweise zwischen 1,5 und 4 Watt. (Diese Lei-

stungspegel sind über 10 mal größer als die für Herzschrittmacher erforderlichen Kräfte)

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Das Herz ist eine äußerst komplizierte Pumpe, die sich einem großen Bereich von Leistungsanforderungen anpassen muß, um eine den physiologischen Erfordernissen angepaßte Blutströmung zu bewirken. Um diesen Anforderungen - zwischen Schlaf und Spitzenbelastung - zu entsprechen, muß das Herz die erforderliche Strömung durch Änderungen in der Schlag rate iZ und/oder dem Schlagvolumen sicherstellen.

Wert und Wichtigkeit der vorliegenden Erfindung werden ohne weitere: klar, wenn man bedenkt, daß ein an Kardiovaskulär-Erkrankung (der Haupttodesursache in den U.S.A.) leidender Patient dauernd oder aber teilweise auf ein Bett oder einen Rollstuhl angewiesen ist, und zwar wegen des kranken Herzens.Ein solcher Patient könnte sich einer Operation unterziehen, wobei das Herz des Patienten vollständig entfernt würde und das gemäß der Erfindung ausgebildete Herz innerhalb des Körpers des Patienten angeordnet würde, um so das entfernte Herz zu ersetzen. Nach einer solchen Operation könnte der Patient, dessen Lebenszeit vor der Operation.äußerst fraglich und jedenfalls sehr kurz bemessen war, ein im wesentlichen normales und auch aktives Leben wiederaufnehmen, und zwar könnte der Patient sogar an den Einsatz des Körpers erfordernden Sportarten und Spielen sich beteiligen und dieses aktive Leben für eine unbegrenzte Zeitdauer beibehalten. Die vorliegende Erfindung ist so ausgelegt, daß sie - mit anderen ' Worten gesagt - die Lebenszeiten von menschlichen oder tierischen Patienten unbeschränkt verlängert, von Patienten also, die infolge von Herzproblemen eine beträchtlich verkürzte Lebenszeit haben würden.

In der Vergangenheit wurden künstliche einen vollständigen Ersatz für ein menschliches oder tierisches Herz bildende Herzen so ausgebildet, so daß sie von einer Energiequalle versorgt wurden, die außerhalb des Körpers des Benutzers getragen wurde. Zur Verbindung der externen Leistungsquelle mit dem eingepflanzten Herz mußte im Körper des Benutzers eine öffnung vorgesehen sein. Die Erzeugung der öffnung und das Einsetzen des Verbindungselementes hat für den Benutzer Unbequemlichkeiten, mögliche Störungen und eine Infektionsgefahr zur Folge«

Es ist bekannt, daß das natürliche Herz während einer Ruhepause

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weniger Blut pumpt, als während Übungen, wobei dies dadurch erreicht wird, daß das Herz die Frequenz oder die Schlagzahl und die Blutausgangsgröße pro Schlag verändert. Die Betriebsgeschwindigkeit bekannter künstlicher Herzen wurde bei einer Änderung einer vorgesehenen körperlichen Aktivität gesteuert, und zwar durch die natürliche Einstellung eines Rheostaten oder eines äquivalenten Elementes, welches nur die Pumpfrequenz ändert, während die Blutausgangsgröße pro Schlag im wesentlichen konstant bleibt." Infolgedessen ist der Betriebsbereich bekannter künstlicher Herzen nicht so groß und so flexibel wie der Betriebsbereich des natürlichen Herzens, der von vollständiger Ruhe bis zu sehr heftigen Übungen reicht.

Die vorliegende Erfindung bezweckt die,Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, wobei ein vollständig einpflanzbares künstliches Herz vorgesehen wird, welches innerhalb des Brustraums eines Menschen oder eines Tieres angeordnet werden kann. Die Erfindung bezweckt ferner ein vollständig einpflanzbares Herz in der Weise vorzusehen, daß es ein menschliches oder tierisches Herz vollständig ersetzt und automatisch die Schlagfrequenz und das Schlagvolumen oder die Ausgangsgröße pro Schlag verändert. Weiterhin bezweckt die Erfindung ein einpflanzbares Energiesystem vorzusehen, das Leistung aus einer internen Speichereinheit aufnimmt und die Energie in gebrauchsfähige Antriebsenergie umwandelt, um die Kammern des gesamten Herzens in einer gesteuerten Weise zusammenzudrücken. Dabei ist ferner gemäß der Erfindung ein Steuersystem vorgesehen, welches den Energiestrom vom eingepflanzten Leistungssystem zum künstlichen Herz reguliert, wobei die kontrollierte Ausgangsenergie in das Blut mit den richtigen physiologischen Wellenformen vorgesehen ist. Ferner bezweckt die Erfindung ein künstliches Herz in der Weise vorzusehen, daß dies das gesamte zurückkehrende venosierte und pulmonäre Blut bei allen festgelegten Anforderungen aufnimmt. Die erfindungsgemäße vollständig einpflanzbare Leistungseinheit liefert die erforderliche Energie mit einem Strom-, Spannungs- und Frequenzwert, wie er für den Betrieb des gesamten Herzens erforderlich ist, ohne daß dabei übermäßig Wärme entsteht. Ferner bezweckt die Erfindung dabei ein Steuersystem anzugeben, welches auf die sich ändernden

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physiologischen Bedürfnisse und auf die augenblicklichen Energie-anforderungen anspricht. Die Erfindung bezweckt ferner die Wärmeverteilung innerhalb des Systems vorzusehen,, und auch die Übertragung der Wärme an das umgebende biologische Gewebe und die biologischen Flüssigkeiten. Die Erfindung sieht ferner eine angemessene Strömung zu den pulmonären und systemischen Geweben vor, und zwar ohne Schädigung des Blutes. Die Erfindung sieht ferner ein künstliches Herz vor, welches in der Lage ist, pseudoendothele Oberflächen auf allen seinen blutberührenden Oberflächen zu entwickeln. Ferner bezweckt die Erfindung ein Gesamtherz vorzusehen, welches Blut weder von den Lungen noch dem Venenbaum anfordert und welches voll auf die rückkehrende Strömung anspricht. Ferner sieht die Erfindung ein System vor, welches normal ohne Erzeugung unerwünschten Geräusches, Schwingungen oder anderer Nebenwirkungen arbeitet. Das erfindungsgemäße Herz ist derart ausgebildet, daß es mit drei Arten interner Leistungssteuersysteme zusammenarbeitet, nämlich mit einem elektrischen, einem pneumatischen oder einem Nuklearsystem,

Zur Erreichung dieser und weiterer Ziele ist gemäß einem Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung vorgesehen, daß ein vollständig einpflanzbares Ersatzherz vier Pumpkammern, zwei Atrien und zwei Ventrikel aufweist, wobei eine Energieeinheit dazwischen eingefügt ist. Das erfindüngsgemäße vollständig einpflanzbare Ersatzherz weist eine rechte und linke Seite auf, wobei ferner ein Energieumwandler und ein Herzfrequenzsteuercomputer vorgesehen sind. Das erfindungsgemäße Herz weist ferner eine Energiespeicherpackung auf, wobei ferner eine Energiewiedergewinnungseinheit vorgesehen ist.

Das erfindungsgemäße künstliche Herz ähnelt einem natürlichen Herzen. Es ist eine vier Kammern aufweisende Pumpe mit zwei Atrien mit zwei.großen, den Zufluß zu den Ventrikeln bildenden Ventilen und trikuspiden pulmonären und aortischen Ventilen.Das Blut strömt in die Atri-a durch chirurgische Schnellverbindungen, die so ausgebildet sind, daß sie in Größe und Form den natürlichen Gefäßen und dem künstlichen Herzen entsprechen. Die Atrien sind derart ausgebildet, daß sie große Änderungen bei der rückkehrenden

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venösen Strömung aufnehmen und auf intrathorakaler Druck ansprechen. Große Atrio-Ventrikular-Ventile wurden entwickelt, um große Strömungsflächen zu erzeugen, um den Druckabfall zu minimieren, um schnelle Füllung zu erreichen und um Zonen geringer Strömung innerhalb der Atrien und Ventrikel zu minimieren. Die Ventrikel sind derart ausgebildet, daß sie eine gleichförmige Pumpwirkung erzeugen, ohne das Blut zu schädigen oder stagnierende Strömungszonen zu bilden. Sie sind ferner derart angeordnet, daß die sich bewegenden internen Oberflächen nicht miteinander während des Pumpzyklus in Berührung kommen. Dies wird deshalb gemacht, um potentielle Abrebpunkte zu eliminieren, und um zu gestatten, daß lebende Zelloberflächen auf die 'innenoberfläche der Pumpe gebracht werden können. Alle mit dem Blut in Berührung stehenden Oberflächen sind derart ausgebildet, daß sie die Entstehung einer lebenden Oberfläche, d.h. indotheliale oder pseudo-indotheliale Oberflächen gestatten. Sämtliche Komponenten können aus Materialien hergestellt sein, die eine lebende Oberfläche nicht erfordern. Die Kompression der Ventrikel wird durch eine Druckplatte erreicht, die mit der Aussenoberflache der Ventrikel verbunden ist. Die Ventrikelausstoßvolumen sind annähernd gleich denjenigen des natürlichen Herzens, so daß ein Arbeitsherzschlagbereich erreicht wird, der dem des natürlichen Herzens ähnelt. Die Komponenten des einpflanzbaren Herzens sind einzeln ersetzbar. Die Erfindung sieht ferner folgendes vor:

Der Energieumwandler ist derart ausgebildet, daß er zwischen der Blutpumpenanordnung oder in der abdominalen Anordnung einsetzbar ist und die gesteuerte Leistung zur Betätigung sowohl der linken und der rechten Herzen liefert. Das System wandelt eine Drehbewegung in eine Linearbewegung innerhalb des mechanischen Energieumwandlers um, um jede Ventrikel zu bewegen.. Nachdem der Betätiger vollständig in seine Ausstoßstellung bewegt ist, ist er frei, in seine ursprüngliche Position zurückzukehren. Er wird nicht zurückkehren, wenn nicht hinreichend viel Blut in der Atria vorhanden ist, um in die Ventrikel zu strömen. Der Grad des Füllens oder die Rückkehr des Betätigers wird somit vollständig durch die verfügbare Blutversorgung in den Atrien gesteuert, zwar auf einer Schlag-für-Schlag-Basis.

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Auf diese Weise wird automatisch das Schlagvolumen von Null bis zu einem vollständig vollen Schlag verändert. Die Leistungsänderungen infolge der Fülländerungen werden an den Energieumwandler und die Motorsteuerelektronik zurückgemeldet. Die Motorsteuerelektronik erzeugt eine veränderbare elektrische Eingangsleistung, um den augenblicklichen Belastungsbedingungen zu genügen, und um eine konstante Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten, die ihrerseits die vorbeschriebene Herzfrequenz aufrechterhält, welche durch den Herzsteuercomputer angeordnet wird. Das ein Stück bildende eingepflanzte Paket enthält den Herzsteuercomputer, MotorSteuerschaltungen, Batterien, Batterieladungssteuereinheiten und Fühlvorrichtungen, welche das Ausmaß der linken oder rechten Ventrikelfüllung überwachen.

Das erfindungsgemäße künstliche Herz ist derart ausgebildet, daß es mit elektrischen oder pneumatischen internen Leistungssystemen oder einem internen Kernleistungssystem zusammenarbeitet.

Das elektrisch betriebene vollständig einpflanzbare künstliche Herz weist folgende Elemente auf:

a) Eine Blutpumpe und ein Energiesystem, die im Thorax angeordnet sind;

b) ein Steuersystem, eine Leistungskonditionierschaltung und eine Energiespeichereinheit, die im Bauchraum unter dem Zwerchfell angeordnet sind;

c) eine unter der Haut angeordnete Energieaufnahmespule, welche die Energie von einer externen Übertragungseinheit aufnimmt.

Die zum Betrieb dieses Systems erforderliche elektrische Leistung wird über die intakte Haut zu dem eingepflanzten Transformator hin übertragen. Die Energie wird direkt zur Leistungsversorgung des Umwandlers und/oder zur Ladung der eingepflanzten Batterien verwendet. Wenn die externe Leistungsquelle unterbrochen ist, so schaltet sich das System automatisch auf die interne Batterieleistung um (welche eine Entladekapazität bis zu 4 Stunden besitzt). Das vollständige Herzsystem ist in der Lage, sämtlichen Herzausgangsgrößenanforderungen au genügen und zwar vom Ruhezustand bis zur Spitzenbelastung_ (15 L/Minute).

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Es ist möglich, die Verwendung von biologischen Brennstoffzellen ins Auge zu fassen, die das elektrische System vollständig einpflanzbar und in sich abgeschlossen machen würden.

Das durch Kernkraft betriebene vollständig einpflanzbare künstliche Herz ersetzt eine thermische Maschine mit einer Kernheizquelle für die Energiespeichereinheit des elektrisch betriebenen Herzens. Durch die Maschine erzeugter hydraulischer Druck wird über ein Rohr der Blutpumpe und ihrer in der Brust angeordneten Steuereinheit zugeführt. Die Wärmeenergiequelle sind ungefähr 100 Gramm Plutonium-238 (Pu-238) in einer dreischichtigen Metallkapsel, die nachweislich der Korrosion, hohen Stoß- und Berstdrücken und auch einer Verbrennung widersteht, um das Austreten des Radioisotops bei einem Unfall zu verhindern.

Es kann eine oder zwei thermische Maschinen verwendet werden. Die eine ist eine Dampfzyklus-Dampfmaschine, die andere eine modifizierte Stirling-Zyklus-Maschine.

Bei dem Dampfzyklusmaschinensystem wechselt das Wasser jede Sekunde vielmals zwischen den Dampf- und Flüssig-Phasen. Das bei üblichen Ramkine-Maschinen auftretende Grundproblem des Lecks von Ventil- und Gleitdichtung wird bei der Dampfzyklusmaschine vermieden, da diese weder Ventile noch Gleitdichtungen benutzt. Die Linearbewegung wird mittels Balgen erreicht.

Die Dampfzyklusmaschine kann elektronisch gesteuert werden , und zwar über irgendeinen elektromechanischen Betätiger, wie beispielsweise einen Solinoid-Drehmomentmotor oder ein piezoelektrisches bimorphes Element. Das Unterdrucksetzen der Maschine wird dadurch erreicht, daß man einen einzigen Wassertropfen verdampft oder diesen vom Kondensator in das Siedeelement bringt.

Die modifizierte Stirling-Maschine ist in einer Leistungsquelle eingebaut, die hydraulische Energie erzeugt, welche einen automatisch gesteuerten Betätiger mit Leistung versorgt. Wärme wird durch ein Radioisotop geliefert und in einem Schmelzsalzreservoir

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gespeichert. Flüssigkeit wird mit einer Druckdifferenz von ungefähr 200 psig gepumpt.

Ej η Verschiebeelement osziliert in einem geschlossenen Maschinenzylinder, der am einen Ende erhitzt und am anderen gekühlt ist. Der Ringraum zwischen dem Zylinder und dem Verschiebeelement wirkt als der Gas-Heizer-Regenerator und Gas-Kühler, und zwar mit einem Minimum an totem Volumen. Anstelle des üblicheren Leistungskolbens ist das kalte Ende der Maschine mit Einlaß- und Auslaß-Prüfventilen versehen^ die es gestatten, daß durch den oszilierenden Regenerator erzeugte Druckanstiege eine gepumpte Gas- oder Flüssigkeits-Ausgangsgröße erzeugen. Das Verschiebeelement wird am heißen Ende durch ein Biegeelement (Flexure gehaltert und vom kalten Ende durch einen steuerbaren Verschiebeantrieb und ein Stützsystem betrieben, welches durch Maschinendruckimpulse mit Leistung versorgt wird.

Der Betrieb als direktes Pumpsystem eliminiert große Lagerbelastungen. Der Zwischenraum-Regenerator anstelle des üblichen Verschiebeelementes mit einem festen Regenerator eliminiert das Verschiebeelement-Gasabdichtungsproblem und vereinfacht diese Miniaturmaschine beträchtlich. Beim Verschiebeelementantrieb isoliert eine Metallbalgendichtung hermetisch sämtliche sich bewegenden Lager- und Dichtungs-Oberflächen gegenüber dem Maschinenarbeitsgas, wodurch sich eine große Auswahl hinsichtlich der Lagerschmierung ergibt. Die Verschiebeelementlagerung am heißen Element ist ein Biegeelement, welches mit einem Belastungspegel arbeitet, der hinreichend klein ist, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten»

Die pneumatische Leistung kann durch eine Thermokompressormaschine geliefert werden, die eine Variante der Stirling-Maschine ist. Das modifizierte Stirlingkreislaufsystem der Thermokompressor~ maschine wandelt die Wärme direkt in ein Druckgas um» und zwar durch Erhitzen und Abkühlen des Arbeitsmediums in einem geschlossenen Kreislauf» Das Gas wird expandiert, wenn es heiß ist und zusammengedrückt„ wenn es kalt ist wad Arbeit wird herausgezogen f da die Expansionsarbeit die Druckarbeit übersteigt« Die

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eingepflanzte Thermokompressormaschine wandelt die Wärme von der Radioisotopquelle in durch ein Arbeitsmedium verwendbare Energie um.

Die Druckdifferenz im System wird durch eine einzige Verschiebungskolbenkammer erreicht (die Temperatur des heißen Endes liegt oberhalb 12OO°F und die des kalten Endes unterhalb 25O°F). Die eingepflanzte Maschine verwendet eine gegenüber dem Antriebskolben externe Regeneration. Der Verschiebungskolben bewegt das Gas von Ende zu Ende des Zylinders, und zwar durch einen Regenerator und durch einen Erhitzer. Wenn der Verschiebungskolben das Gas in das heiße Ende des Zylinders hineinbewegt, so wird das durch den Regenerator fließende Gas erhitzt und durch das heiße Ende der Maschine erhitzt, wodurch der Gasdruck ansteigt.

Das System verwendet die pneumatische Leistung zur Modulation und Betätigung des Betriebes des künstlichen Herzens. In Verbindung mit den anderen Komponenten des künstlichen Herzens kann eine pneumatische Pumpenbetätigungsvorrichtung verwendet werden.

Die Thermokompressormaschine verwendet einen thermodynamischen Kreislauf, in welchem Helium abwechselnd erhitzt und abgekühlt wird, um Druckfluktuationen zu erzeugen, die zum Antreiben eines künstlichen Herzens verwendet werden können. Die Thermokompressormaschine ist mit der Blutpumpe gekoppelt, und' zwar durch eine pneumatische Logikeinheit.

Anstelle dieser internen in den Bauchraum des Patienten eingepflanzten Leistungssteuer systeme kann das erfindungsgemäße künstliche Ersatzherz mit einem insich abgeschlossenen Kernantriebssystem ausgestattet sein.

Die Steuertheorie des vollständig einpflanzbaren künstlichen Herzens beruht auf dem Grunderfordernis, daß das totale künstliche Herz funktionell den physiologischen Anforderungen für die Versorgung des Körpers mit Blut genügen muß. Dies zu er reichen muß das Steuersystem sicherstellen, das zu jeder ge-

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gebenen Zeit das totale künstliche Herz sämtliches zu ihm zurückgebrachtes Blut pumpt. Es muß in der Lage sein, jeden gegebenen venösen Rückfluß i_n die pulmonar Arterie und Aorta bei normalen Drücken zu pumpen und zwar ohne mehr anzufordern als verfügbar und bei normalen venösen Druck» Wenn die system (Körper) und pulmonären venösen Rückläufe vorübergehend ungleich sind, so müssen die Pulmonar- und System- Ausgangsgrößen in entsprechender Weise auch ungleich sein. Zudem darf das Steuersystem keine intravaskulären Wandler oder Fühler aufweisen, "muß für jeden gegebenen Leistungsausgangspegel (während des Schlafs beispielsweise, der Ruhe oder bei übung) die Gesamtsystemleistungsfähigkeit maximieren und muß unempfindlich sein gegenüber Änderungen der räumlichen Orientierung und Lage des Systems.

Eine Analyse der physiologischen Steuermechanismen des natürlichen Herzens wurde durchgeführt. Die physiologischen Herzsteuersysteme sind verschiedenartig und komplex. Das Endergebnis besteht darin, daß das natürliche Herz seine Ausgangsgröße schnell ändern kann, um einem großen Bereich von physiologischen Anforderungen zu genügen. Grundsätzlich gibt es intrinsische (innewohnende) und extrinsische (äußere) Mechanismen der Herzsteuerung. Die innewohnende Steuerung ergibt sich aus der Natur des Herz-Druckvolumens oder der Herz-Muskelfaser (Beanspruchungslänge) -Beziehung. Hierin liegt die Basis für das Frank-Starling-Gesetz, welches besagt, daß (bei Nichtvorhandensexn von äußeren Einflüssen) das Herz seine Ausgangsgröße infolge einer erhöhten Eingangsgröße erhöhen wird. Die äußere Herzsteuerung ist das Ergebnis eines komplizierten neurohumoralen Systems, welches die Fähigkeit besitzt, die Herzrate, den periphären vasculären Tonus (arteriol und venös) und den mechanischen Zustand des Herzmuskels (beispielsweise die Position in der Druck-Volumenkurve) zu regulieren und zwar um physiologischen Anforderungen zu genügen. Zudem ergibt es äußere und innere Mechanismen, welche die Koronadurchblutung "selbst regulieren", so daß die metabolische Versorgung (Brennstoff) den metabolisehen Anforderungen des Herzens genügt und die Produkte des Metabolismus (Abfall) entfernt werden. der Arteriolen

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Die Steuertheorie für das gesamte künstliche Herz umfaßt sowohl innewohnende als auch äußere Mechanismen. In diesem Fall ist die innewohnende Steuerung die eingebaute Beziehung zwischen dem venösen Rücklauf (ventriculäre Füllung), Schlagvolumen und Herzfate. Infolge dieser innewohnenden Steuerung können die äußeren physiologischen Steuermechanismen noch immer den Aufnehmer beeinflussen. Eine direkte Eingabe an das gesamte künstliche Herz vom zentralen Nervensystem ist natürlich nicht vorhanden. Die Herzausgangsgröße steigt jedoch infolge der periphären neurohumoralen Effekte des psychischen Stimulus an: Die allg. adrenergischen Pegel steigen an, wenn das sympathische Nervensystem und die Adrenal-Medulla aktiviert werden; der (arteriole) Tonus der Arteriolen steigt an, um den System-Druck zu erhöhen; das venöse Kapazitätsvolumen nimmt ab, was einen erhöhten venösen Rücklauf zur Folge hat. Die Herzausgangsgroße wird erhöht, wenn das gesamte künstliche Herz anspricht, indem es den gesamten erhöhten Rücklauf (durch automatische Erhöhung des Schlagvolumens und der Herzrate) in einen höheren systemischen Druck pumpt; mehr Druck-Volumen-Arbeit wird geleistet, wobei die dafür erforderliche zusätzliche Leistung augenblicklich verfügbar ist.

Kurz gesagt kann man sagen, daß durch die innewohnende Steuerung durch den venösen Rücklauf und durch die großen Mengen von augenblicklich dafür verfügbarer Leistung das gesamte künstliche Herz in der Tat vollständig durch physiologische Anforderungen gesteuert ist. Demonstrationen zeigten, daß diese Steuertheorie hämodynamisch stabil ist und vollständig auf die physiologischen Anforderungen in mehrtägigen Versuchen anspricht, und zwar bei einer Verschiedenheit von vorgesehenen cardiovasculären Bedingungen. Weitere experimentelle Untersuchungen sind erforderlich, um bei chronischen Zuständen die physiologische Wirksamkeit dieser Theorie nachzuweisen.

Es wurden zwei HerzSteuercomputer zur Steuerung des vollständigen Herzens entwickelt. Das eine ist ein Analogsystem und das andere ein Digitalsystem. Die Steuertheorie verwendet das Schlagvolumen

als einen der Hauptsteuerparameter. Wenn die pulmonären oder systemischen Blutströmungsanforderungen steigen und volle Schlagvolumina verwendet werden, so wird die Herzschlagrate automatisch so weit erhöht, bis das Schlagvolumen auf weniger als den vollen Schlag abnimmt. Wenn dieser Zustand erreicht ist, wird die Herzrate verringert, um ein Gleichgewicht zwischen der Anzahl der vollen und teilweise vollen Schlagvolumina herzustellen. Die Konvergenz des Systems wird erreicht, weil das gänzlich eingepflanzte Herz stets bestrebt ist, Vollschlagoder nahezu Vollschlagbedingungen entweder in der linken oder der rechten Ventrikel wiederherzustellen und aufrechtzuerhalten. Jede Kombination von Bedingungen mit verändertem Schlagvolumen oder Herzgeschwindigkeit in entweder der linken oder der rechten Ventrikel - was möglicherweise eine divergente Instabilität (d. h. eine extreme Tachykardie oder Bradykardie) erzeugen könnte - ist eliminiert.

Experimentelle Untersuchungen bestätigten die Computersteuerlösung, bei welcher das Herz a) automatisch seine Rate erhöht, wenn das ganze entweder zum linken oder rechten Herz zurückkehrende Blut nicht durch Erhöhung des Schiagvolumens bis zur Grenze gepumpt werden kann; b) verringert die Rate, wenn das entweder zum linken oder rechten Herz zurückkehrende Blut niedrig liegt und nur eine sehr begrenzte Anzahl von vollen Schlägen benötigt, um das ganze zurückkehrende Blut zu pumpen; c) weiterhin mit einer gegebenen Rate arbeitet, wenn die Anzahl der vollen Schläge annähernd die gleiche wie die Anzahl der nicht vollen Schläge ist. Diese Steuerlogik arbeitet auf einem Konvergenzprinzip. Das System hat stets das Bestreben, auf eine Rate hin zu konvergieren, welche das Schlagvolumen auf seinem vollen oder nahezu vollen Wert oder auf einem vorbestimmten hohen Prozentsatz des vollen Schlagvolumens hält.

Die Haupteingangsgröße in den Herzsteuercomputer sind Vollschlagsignale von sowohl linken und rechten Ventrikeln. Der Computer überwacht kontinuierlich die Schlagrate und das Schlagvolumen für jeden Schlag und führt eine Analyse a«s_ff nnä swar basierend auf der unmittelbar vorangehenden Reihe von Heraschlägen,

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beispielsweise von jeden fünf vorangegangenen Herzschlägen. Eine der folgenden Bedingungen wird vorherrschend sein und basierend auf einer Fünf-Herzschlaganalyse die sich ergebende Wirkung erzeugen:

a) Wenn entweder die linke oder rechte Ventrikel eine hinreichende Anzahl von Schlägen, beispielsweise vier oder fünf volle Schläge gemacht hat, wird der Computer die Herzrate um beispielsweise fünf Schläge pro Minute erhöhen und automatisch die nächste Reihe oder Serie von Schlägen überprüfen;

b) wenn die linke Ventrikel zwei oder drei volle Schläge aufgenommen hat und die rechte Ventrikel nicht mehr als drei volle Schläge aufnahm, so wird der Computer signalisieren, daß die Herzrate konstant gehalten wird und zwar beispielsweise für die nächsten fünf oder zehn Sekunden;

c) wenn die linke Ventrikel keinen oder einen vollen Schlag aufgenommen hat und die rechte Ventrikel nicht mehr als drei

' volle Schläge aufnahm , so signalisiert der Computer dem Herzen seine Herzrate abzusenken, beispielsweise um fünf Schläge pro Minute, wobei dieser Zustand fünf oder zehn Sekunden aufrechterhalten wird;

d) wenn die linke Ventrikel drei oder weniger volle Schläge aufgenommen „hat, die rechte Ventrikel aber vier oder fünf volle Schläge aufnahm, so erhöht der Computer die Rate beispielsweise um fünf Schläge pro Minute. (Ein besonders wichtiger Teil der Steuerlogik ist dieses automatische übersteuern.

der Herzrate vom rechten Herz, wobei Empfindlichkeit gegenüber zentralen venösen Bedingungen erzeugt wird.)

Der Herzsteuercomputer (HCC) reguliert automatisch die Herzrate über einen großen Bereich hinweg, beispielsweise von 50 bis Schlägen pro Minute, und zwar infolge von physiologischen Bedürfnissen. Im Herzen aber nicht innerhalb der Ventrikel angeordnete Fühler erzeugen jedesmal dann ein Ausgangssignal, wenn eine Ventrikel (die linke oder rechte) hinreichend viel Blut zur Erreichung eines vollen Schlagserhält. Im Blutstrom oder Gewebe sind keine Fühler erforderlich. Erfindungsgemäß speichert der Computer Information bezüglich der vorangegangenen

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Blutpumpenfüllvorgeschichte und verarbeitet diese für jeden Schlag oder jedes Vielfache von Schlägen (beispielsweise alle zwei bis fünf Sekunden abhängig von der Herzrate), um die oben beschriebene erfindungsgemäße Steuerung vorzusehen. Sämtliche numerischen Konstanten können geändert werden, um die Empfindlichkeit des Herzsteuercomputers entweder zu erhöhen oder zu verringern. Die obigen Konstanten haben sich bei der Erreichung eines geeigneten Empfindlichkeits- und Ansprechgrades gegenüber sämtlichen normalen und anomalen (durch Drogen bewirkten) physiologischen Bedingungen erwiesen. Der vollständige Herzsteuercomputer kann auf die Größe eines U.S.10-Cent-Stücks reduziert werden.

Es wurden eine Anzahl möglicher Steuerverfahren bei Ermittlung des Steuersystems betrachtet. Diese sind:

a) Kontinuierliches Trendverfahren: Wenn das Schlagvolumen sich erhöht oder abnimmt, würde die Herzrate erhöht oder verringert werden", und zwar auf einer Prozent-Basis für jede Inkrementenänderung im Schlagvolumen auf einer Schlag-für-Schlag-Basis, wobei sowohl die rechten als auch die linken Ventrikel auf Änderung analysiert werden;

b) das Verfahren der Füllrate: Wenn Änderungen der Füllrate und im Prozentsatz des Schlagvolumens auftreten, würde die Herzrate erhöht oder verringert;

c) das Verfahren des vollständigen Schlagvolumens: Wenn eine der Ventrikel gefüllt wird, geht das Herz automatisch in die Systole und stößt das ganze Blut in jeder Ventrikel aus, oder die gefüllte Ventrikel stößt aus und die andere Ventrikel stößt solange nicht aus, bis sie vollständig gefüllt ist; die Ventrikel, die jedoch zuerst ausstößt, kann ein zweites Mal solange nicht ausstoßen,, bis die zweite Ventrikel ihren Ausstoß beendet hat. Zwischen diesen beiden Grenzen gibt es eine Verschiedenheit von synchronen und asynchronen Bedingungen , die aufgestellt werden können»

Keine der obigen Lösungen erfordert irgendeine Instrumentierung oder Fühler im Blutstrom? sie sind gegenüber Bewegung und irgend-

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einer räumlichen Anordnung nicht empfindlich; diese Konzepte gestatten die Steuerung der Rate und des Schlagvolumens mit elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen logischen Schaltungen. Dies gestattet das Arbeiten der nuklearen Herzsysteme ohne die ,Erzeugung von elektrischer Energie für die Steuerung. Das vollständig eingepflanzte Herzsystem verwendet bei Tierversuchen das vereinfachtere Steuerkonzept, welches den Zustand in jeder Ventrikel basierend auf dem Prozentsatz des vollen Schlags überwacht, wie oben diskutiert. Wenn das System die Kapazität zur automatischen Änderung des Schlagvolumens und der Rate besitzt, so gestattet es die Bestimmung der physiologischen Trends und Erfordernisse sehr genau und mit der entsprechenden Empfindlichkeit, so daß das gesamte Herz automatisch seine Rate erhöht, absenkt oder konstant hält, und zwar basierend auf physiologischen Anforderungen, um ein stabiles Steuersystem vorzusehen.

Ein zufriedenstellendes Arbeiten ist physiologisch davon abhängig, daß man Oberflächen verwendet, die keine Embolien oder Thrombosen hervorrufen, oder das Blut während des Pumpens schädigen, um dies zu erreichen, sind sämtliche mit dem Blut in Berührung kommenden Oberflächen derart ausgebildet, daß sie die Entwicklung von lebenden Oberflächen der endothelialen und pseudoendothelialen Art gestatten. Alle Oberflächen bilden glänzende lebende Zwischenschichtoberflächen für den Blutstrom. Anfangs bestand eine gewisse Schwierigkeit bezüglich der Strömung und der Thrombosebildung. Bei späteren Versuchen wurden jedoch durchFabrikationsänderungen diese Probleme minimiert. Es sind keine signifikanten nachteiligen physiologischen Effekte aufgetreten, wie beispielsweise periphäre Embolie und Körperschädigungen. Die Blätter der Ventile, sowohl der atrialen als auch der trikuspiden, verbleiben sehr flexibel und sprechen auf die dynamischen Strömungsbedingungen ohne ansteigende Änderungen im Druckabfall an. Basierend auf den zusammengefaßten Erfahrungen kann man eine ausgedehnte Ersetzung des ganzen Herzens erreichen. Auf den Bericht des Erfinders der vorliegenden Anmeldung mit dem Titel "Totally Implantable Nuclear Heart Assist and Artificial Heart" des National Heart and Lung Institute (1972) wird hinge-

wiesen. ■ Dieser Bericht soll auch zum weiLeren Verständnis der Anmeldung hinzugezogen werden.

Neben den obenerwähnten erfindungsgemäßen Maßnahmen wird insbesondere auch auf die Ansprüche verwiesen und ferner bemerkt, daß sich aus der folgenden Beschreibung zahlreiche erfindungsgemäße Merkmale ergeben, die bislang noch nicht in den Ansprüchen erfasst sind.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines elektrisch betriebenen vollständig eingepflanzten künstlichen Herzens und seine Anordnung innerhalb des menschlichen Körpers. Fig. 2 eine weggebrochene Ansicht eines vollständig einpflanzbaren künstlichen Herzens und seine Anordnung innerhalb des menschlichen Körpers, wobei das Herz durch Kernenergie betrieben ist; Fig. 3 eine aufgebrochene Ansicht eines vollständig einpflanzbaren künstlichen Herzens mit einem abgeschlossenen Kernantriebssystem, wobei die Anordnung im menschlichen Körper dargestellt ist.

Fig. 3 a) Das künstliche Herz; Fig. 4 eine Draufsicht auf das vollständig einpflanzbare künstliche Herz; Fig. 5 eine Ansicht der linken Seite des künstlichen Herzens gemäß Fig. 4; Fig. 6 eine Ansicht der rechten Seite des künstlichen Herzens der Figuren 4 und 5; Fig. 7 einen Querschnitt des künstlichen Herzens längs der Linie B-B in Fig. 5 und der Linie A-A in Fig. 6. Fig. eine ^a.useinandergezogene Ansicht der gesamten Herzanordnung. Fig. 9 ein schematisches Blockdiagramm des elektrisch betriebenen gesamten Herzsystems der Fig. 1. Fig. 10 ein schematisches Block-Diagramm des Herzratensteuercomputers für das vollständig einpflanzbare künstliche Herz; Fig. 11 ein Schaltschema der Computerschaltung; Fig. 12 ein Schema der Motorantriebsimpulsgrundschaltung; Fig. 13 ein Schema der Motorantriebsschaltungen; Fig. 14 ein Schema der einpflanzbaren Batterieleistungsversorgung; Fig»15 ein Schema der BatteriepackschaltungιFig» 16 ein Schema der ge™

steuerten Batterieladeschaltung und der mit niedrigerer Leistung arbeitenden Spannungsversorgungsschaltung; Fig. 17 eine Reihe von graphischen Darstellungen, welche die Beziehung zwischen der venösen Rückströmung, der Herzrate, dem Rest-Atrialvolumen und der Zeit darstellen.

Im folgenden wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, wobei dieses nicht beschränkend verstanden werden soll.

In Fig. 1 ist das vollständig einpflanzbare künstliche Herz 101 an'seinem Platz im BrusLraum eines Menschen als Ersatz für ein krankes natürliches Herz dargestellt. Die elektrische Sneichereinheit 105 ist im Bauchraum unterhalb des Zwerchfells angeordnet und mit dem künstlichen Herzen mittels eines elektrischen Kabels 102 verbunden. Elektrische Energie von außerhalb des Körpers wird durch eine externe Übertragungseinheit 103 über die intakt gebliebene Haut zu einer Energieaufnahmespule 104 übertragen, welche unter der Haut angeordnet ist. Die externe Übertragungseinheit 103 kann durch Batterien mit Leistung versorgt werden, wobei diese Batterien (vergleiche dazu auch Fig.. 9) in einer Weste oder einem daran befestigten Gehäuse getragen werden können. Durch die Verwendung von Bio-Brenr.stoffzellen kann die Notwendigkeit der externen Wiederaufladung vermieden werden.

Fig. 2 zeigt ein durch Kernenergie mit Leistung versorgtes künstliches Herzsystem. Das totale künstliche Herz 201 ist .,mit einer im Bauchraum 203 angeordneten Nuklearmaschine 203 durch ein Hydraulikkabel 202 verbunden. Die Nuklearmaschine 203 weist ein Steuergehäuse 204 und eine thermische Energiespeichereinheit 205 auf. Innerhalb der thermischen Energiespeichereinheit 205 befindet sich eine Plutoniumbrennstoffkapsel 208. Eine Vakuum-Folienisolierung 207 ist zwischen dem Steuergehäuse 204 und der thermischen Energiespeichereinheit 205 angeordnet.

Fig. 3 zeigt das vollständig einpflanzbare künstliche Herz 301 mit einem in sich selbst abgeschlossenen Kernantriebssystem 302. Wie man erkennt, eliminiert diese Lösung die Notwendigkeit einer

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- 18 im Bauchraum angeordneten Energiequelle.

Das totale künstliche Herz 1 weist - vergl. dazu Figuren 4 bis 8 grundsätzlich ein linkes Atrium 60, eine linke Atro-Ventricular (A-V)-Ventilplatte 7, eine linke Ventrikel 61, einen Energieumwandler 54, eine rechte Ventrikel 51, eine rechte A-V-Ventilplatte 55 und ein rechtes Atrium 50 (vergl. Figur 7) auf.

Das linke Atrium 60 weist eine flexible napfförmige Blase und eine offene Abzweigung 62 auf, um den arteriellen Rücklauf von den Lungen aufzunehmen. Das offene Ende der Blase weist zur Mitte des künstlichen Herzens 1 hin und bildet eine vollständige Umhüllung um die Aussenoberflache der linken A-V-Ventilplatte 7.

Die lir.ke A-V-Ventilplatte7 ist eine starre kreisförmige Scheibe, die eine Vielzahl von Längsöffnungen 63 (vergl. Fig. 8) aufweist. Jede longitudinale öffnung 63 ist mit flexiblen Klappen der A-V-Ventile 64 bedeckt. Metallversteifungen sind in den A-V-Ventilen 64 eingebettet, die an der Innenoberfläche der linken A-V-Ventilplatte 7 angelenkt sind. Die A-V-Ventile 64 haben im wesentlichen die gleiche Form wie die Längsöffnungen 63 und bedecken in ihrem geschlossenen Zustand die Längsöffnungen vollständig.

Die linke Ventrikel 61 weist ebenfalls eine flexible napfförmige Blase und eine offene Abzweigung 65 auf, um dem Körper arterielle Strömung zuzuführen. Das offene Ende der Blase weist nach Aussen von der Mitte des künstlichen Herzens 1 und bildet eine vollständige Umhüllung um die Innenoberfläche der linken A-V-Ventilplatte 7 herum. Innerhalb des offenen Endes der Abzweigung 65 ist ein trikuspides Ventil 66 angeordnet. Das trikuspide Ventil 6 6 weist drei Schlitze oder Kanäle in seiner Oberfläche auf, damit Blut hindurchfließen kann (vergl. Fig. 8). Das linke Ventrikelgehäuse 3 ist hülsenförmig ausgebildet, um so die linke Ventrikel 61 aufzunehmen, und weist ein Aussen mit Gewinde versehenes Aussenende 67 auf. Das Aussen mit Gewinde versehene Aussenende passt in einen mit Innengewinde versehenen O-förmigen linken atrialen Klemmring 5 hinein„

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Der linke atriale Klemmring 5 paßt über das linke Atrium Co und befestigt nach dem Aufschrauben auf das linke Ventrikelgehäuse 3 die linke A-V-Ventilplatte 7 zwischen dem linken Atrium 60 und der linken Ventrikel 61. Die Einheit zwischen dem Ventrikelgehäuse und dem atrialen Klemmring wird durch eine Atriumscheibe 4 festgelegt.

Das linke Ventrikelgehäuse 3 ist wie das rechte Ventrikelgehäuse 2 mit einer öffnung in seiner Unterseite ausgebildet. Ein rohrförmiges CO 2-Punkturgehäuse43 ist in die Öffnung im Ventrikelgehäuse eingesetzt und eine selbstabdichtende Scheibe 53 ist darin eingefügt. Diese Anordnung gestattet es, daß eine hyperdermische Nadel (Spritze) oder eine ähnliche Vorrichtung mit dem Inneren der Ventrikel in Verbindung kommt, wodurch ein Mittel für die Eingabe und die Abgabe von Strömungsmitteln geschaffen ist. Eine Scheibe 45 und eine Abdeckung 44 dienen zum Abschließen des CO 2-Punkturgehäuses 43 und der selbst abdichtenden Scheibe 53 (yergl. Fig. 7). Mit den geeigneten unteren 3/4 der Aussenoberflache der Innenseite der linken Ventrikel 61 und rechten Ventrikel 51 sind Druckplattenanordnungen 70 bzw. 10 verbunden.

Ein Energieumwandler 54 ist in der Mitte des künstlichen Herzens angeordnet. Der Energieumwandler 54 wandel*- elektrische Energie in mechanische um und dient zur Betätigung einer geeigneten Antriebsvorrichtung/ die ihrerseits die Druck- oder Kompressionsplatten 70 und 10 nach aussen bewegt. Die nach Aussen gerichtete Bewegung der Druckplatten braucht nicht gleichzeitig zu erfolgen, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist, wo die rechte Ventrikel 2 durch die Auswärtsbewegung der rechten Druckplatte 10 zusammengedrückt ist, während die linke Ventrikel 61 und die linke Kompressionsplatte 70 in ihrem nicht zusammengedrückten Zustand dargestellt sind. Wenn die Druckplattenanordnungeii nach Aussen gedrückt. sind · und die Ventrikel zusammengedrückt wurden, wird eine Rückstellfeder 52 oder eine ähnliche Vorrichtung benutzt, um die Druckplattenanordnungen in ihrer ursprünglichen Stellung zurückzubringen.

Der Energieumwandler 54 ist innerhalb des linken Ventrikelgehäuses

3 und des· rechten Ventrikelgehäuses 2 umschlossen. Die Gehäuse sind miteinander mittels einer "V^rt-Klammer 11 befestigt. Die "V"-Klammer weist zwei Backen auf, die schwenkbar mit einem dritten Verbindungsabschnitt verbunden sind, und zwar durch Gelenke 12,12 und 13,13 sowie Dübelstifte 16. Die offenen Enden der Backen können zusammengebracht werden und mittels Winkelbügeln 15 und Mutter 14 festgezogen werden (vergl. Fig. 5).

Bei dem Energieumwandler wird elektrische Energie entweder von einer elektrischen Energiespeichereinheit oder einer Kernmaschine zugeführt, welche im Bauchraum angeordnet ist, und zwar erfolgt die Energiezuführung über einen mehradrigen Draht 23. Der mehrere Adern aufweisende Draht 23 ist in einer isolierten Hülse 17 eingeschlossen und steht mit dem Energieumwandler 54 über entsprechende öffnungen in ier "V"-Klammer 11,und dem Boden des verbundenen linken Ventrikelgehäuses 3 und rechten Ventrikelgehäuses 2 (vergl. Fig. 7) in Verbindung. Eine Gleithülse 22 ist in der öffnung in der "V'-Klammer 11 angeordnet und dient als Hülse für den hindurchlaufenden mehradrigen Draht 23. Kurz vor seinem Eintritt in die Gleithülse 22 läuft der mehradrige Draht 23 durch eine domförmige Klemmhülse 21, welche die Öffnung in der "V"-Klammer 11 abdeckt.

Natürlich würde die Verwendung einer Biobrennstoff-Zelle oder die Verwendung eines künstlichen Herzens eingeschlossener Kernenergieversorgungsquelle die Notwendigkeit der gesonderten elektrischen Energiespeichereinheit der Kernenergiemaschine und das Verbindungskabel vermeiden.

Die Erfindung sieht ferner vor, daß die rechte Seite des künstlichen Herzens 1 ähnlich der linken Seite mit der Ausnahme ausgebildet ist, daß. anstelle einer einzigen Abzweigung 62 wie bei dem linken Atrium 60 das rechte Atrium eine Dual-Abzweigung aufweist. Diese Dual-Abzweigung weist einen Zweig 68 und einen weiteren Zweig 69 auf, wobei der Zweig 68 den venösen Rückstrom vom Truncus aufnimmt, während der andere Zweig 69 den venösen Rückstrom vom Kopf aufnimmt. Das rechte Atrium kann auch eine einzige

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Einströmung aufweisen, und zwar ähnlich derjenigen, wie dies für das linke Atrium 60 gezeigt ist.

Die rechte Ventrikel 51 weist wie die linke Ventrikel 61 eine einfache Abzweigung 71 auf. Die Abzweigung 71 liefert venöse Strömung an die Lungen und weist auch ein dreikanaliges trikuspides Ventil auf.

Die trikuspiden Ventile sind.in einem metallischen zylindrischen Trikuspid-Ventil-Gehäuse 2 5,25 untergebracht, welche an den Enden der Abzweigungen 65 und 71 angeordnet sind. Die Trikuspid-Ventil-Gehäuse 25,25 sind an den Abzweigungen durch einen Abstandsring 26 und einen Klemmring 27 (vergl. Fig. 5) befestigt. Sämtliche Ventile des künstlichen Herzens sind austauschbar und können verschiedene Bauarten sein, beispielsweise zur Scheiben-, Kugel-, Klappen- und Trikuspid-Bauart gehören.

An den offenenen Enden der Abzweigung 62, 68 und 69 sind metallische zylindrische Kupplungsringe 33 befestigt, über den Aussenenden der Kupplungsringe 35 und der Trikuspid-Ventil-Gehäuse 25, 25 sind zylindrische dacronbeflockte metallische Schnellverbindungen 30 angeordnet. Die Schnellverbindungen 30 weisen mehrfingrige Haltemif-el 28 auf, welche die Schnellverbindungen an den Trikuspid-Ventii-Gehäusen 25,25 oder den Kupplungsringen 33 festlegen. An der Aussenoberfläche der Schnellverbindungen 30 sind vom Gewebe erfassbare Stacheln 34 vorgesehen..

Rohrförmige Ellenbogenanpassungsstücke 31 können innerhalb der chirurgischen Schnellverbindungen 30 angeordnet sein, wenn dies erforderlich ist, um die Gewebeverbindung zu verbessern.^ Ein Schutzring 32 umgibt den Aussendurchmesser des Endes des Ellenbogenanpassungsstückes, das nicht innerhalb der chirurgischen Schnei!verbindungen 30 (vergl. Fig. 5) angeordnet ist. Das künstliche Herz kann auch mit den geeigneten Strömungskanälen des Körpers über Verbindungsstücke verbunden werden, welche mit dem Gewebe vernäht sind.

Die Atrien, Ventrikel und A-V-Ventile können aus Silastic oder Polyurethan oder einem ähnlichen Material hergestellt sein. Die

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Ventrikel-Gehäuse, die Atrien-Klemmringe, die "V"-Klemmanordnuhg, die chirurgischen Schnellverbindungen und die trikuspiden Ventil-Gehäuse können aus rostfreiem Stahl oder einem ähnlichen Werkstoff hergestellt sein. Die A-V-Ventilplatten können aus irgendeinem geeigneten Material hergestellt sein. Sämtliche mit Blut in Berührung kommenden Oberflächen sind mit Dacron oder einem gleichwertigen Material versehen, um die Entwicklung einer lebenden Oberfläche, d.h. von endothelialen oder pseudoendotheli.alen Oberflächen zu fördern.

Das Grundverfahren zum Zusammenbau des ganzen Herzens umfasst "folgende Schritte:

1) Die trikuspiden Ventil-Gehäuse werden an die linken und rechten Ventrikel geklemmt und mit diesen verbunden;

2) chirurgische Schnellverbindungs-Adaptionsringe werden mit den Eingängen der linken und rechten Atria verbunden;

3) die rechte und linke Ventrikel werden in ihren entsprechenden Metallgehäusen angeordnet;

4) das rechte und linke A-V-Ventil werden auf den entsprechenden Ventrikeln angeordnet?

5) die rechte und linke Atria wird angeordnet und die Atrien-Klemmringe werden festgezogen.

Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel bei dessen erfindungsgemäßen Herzratensteuercomputers beschrieben. Schematisch ist der Herzratensteuercomputer in Fig. 10 gezeigt, und er ist in der einpflanzbaren Elektronikpackung enthalten und auf einer Schaltplatte ausgebildet.

Der Herzratensteuercomputer reguliert die Herzrate über einen Bereich von 50 bis- 120 Schlägen pro Minute hinweg, und zwar gemäß der Erfindung entsprechend Signalen, welche die ventrikolare Füllung anzeigen. Gemäß der Erfindung ist ein Fühler vorgesehen, um ein Ausgangssign&l jedesmal dann su erzeugen, wenn eine Ventrikel

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hinreichend viel Blut empfängt, um sie zu 95 % oder mehr ihrer Kapazität aufzufüllen. Der Computer speichert diese Information hinsichtlich der kürzlichen Blutpumpenfüllungshistorie und verarbeitet diese Information, um einen der folgenden Befehle zu erzeugen:

1) Der Computer befiehlt eine 5-Schlag-pro-Minute-Erhöhung der Rate," wenn die linke oder rechte Seite 5 volle Indikationen aus "5 Vorgängen erhält.

2) Der Computer befiehlt eine 5-Schlag-pro-Minute-Absenkung der Rate, wenn die Rate sich 10 Sekunden lang nicht geändert hat und die linke Seite höchstens eine volle Indikation oder Anzeige aus 5 aufweist.

3) Der Computer befiehlt, daß keine Änderung bei der Herzrate auftritt, wenn weder die Anstiegs- noch die Abnahme-Kriterien erfüllt sind.

Nach dem Start des Computerzyklus wird dann - vergl. das Blockschaltbild der Fig. 10 - wenn eine Fülldetektorausgangsgröße die Schwelle des entsprechenden Füllimpulsgenerators überschreitet ein Impvls an den Füllzähler übertragen. Dies tritt immer dann auf, wenn die entsprechende Ventrikel mindestens zu 95 % gefüllt ist.

Die Zählerstandsdetektoren bestimmen, ob einer der Füllzähler einen Zählerstand von 5 erreicht hat, oder ob der linke Zählerstand kleiner ist als 2. Wenn der Rückstellimpuls auftritt, bestimmen die Ratenänderungs-Rechnungs-Logikschaltungen, ob eine Ratenänderung erforderlich ist. Wenn jeder 5 Zählerstandsdetektor eine Ausgangsgröße aufweist, sendet der Ratenänderungsrechner einen Ratenei" höh ungs impuls aus, der den Wert im Comp ut er herzratenspeicher um eine Größe entsprechend ungefähr 5 Schlägen pro Minute erhöht, \7ann der 0 oderΊ Zählerstandsdetektor eine Ausgangsgröße aufweist und der 10 Sekunden Verzögerungsimpuls-Generator keine Ausgangsgröße besitzt, so sendet der Ratenände-'rungsrechner einen Ratenverringerungsimpuls aus, der den gespeicherten Wert der Computerherzrate um 5 Schläge pro Minute

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vermindert. Der 10 Sekunden-Verzögerungsimpuls-Generator hat dann eine Ausgangsgröße, wenn entweder ein Ratenerhöhungs- oder ein Abnahme-Impuls innerhalb der letzten 10 Sekunden ausgesandt wurde. Nach einer Herzratenänderung wird daher die Herzrate mindestens 10 Sekunden lang nicht abnehmen.

Neben den im vorangegangenen Absatz erwähnten erfindungsgemäßen Maßnahmen sieht die Erfindung weiter vor, daß der Wert im Computerherzratenspeicher die Geschwindigkeit bestimmt, mit der die Motorantriebssteuerschaltungen versuchen, den Motor im Energieumwandler anzutreiben. Die tatsächliche Herzrate ist proportional zur Motordrehzahl bzw. Geschwindigkeit. Der Ratensteuerfehler-Generator vergleicht daher die Motordrehzahlrechnerausgangsgröße mit dem Computerherzratenspeicher, um die Fehlersignaleingangsgröße für die Motorantriebssteuerschaltungen zu bestimmen. Das Motordrehzahlsignal wird auch verwendet, um den Herzratenzähler zu betreiben. Wenn der Herzratenzähler einen Zählerstand von 5 Schlägen erreicht, so wird durch den Rückstellimpuls-Generator ein Rückstellimpuls erzeugt. Dies stellt sämtliche Zähler zurück · und triggert die RatenänderungsrechnerausgangsgrÖßen. Der Computerzyklus beginnt sodann erneut.

Da jetzt mit extrem niedriger Leistung arbeitende Operationsverstärker verfügbar sind, wurde die Entscheidung getroffen, im Ratencomputer eine Analog-anstelle einer Digitalschaltung zu verwenden. Diese Schaltung ist in Fig. 11 dargestellt.

In den Füllimpuls-Generatoren verstärken lineare Verstärker N1 und N2 die Signale von den Belastungs- oder Beanspruchungs-Fülldetektoren. Ihre Ausgangsgrößen werden an Schwellenwertverstärker N3 und N4 angelegt. Die Verstärkungen der Verstärker N1 und N2 müssen als erstes eingestellt sein, um Unterschiede in der Beanspruchungsmessvorrichtungsempfindlichkeit zu kompensieren. Sodann müssen die rechten und linken Schwellwerte., wie diese durch den Spannungsteiler bestimmt sind, derart eingestellt werden, daß Füllimpulse an dem Punkt erzeugt werden, wo die Blutpumpe zu 95 % gefüllt ist» Die beiden 150 msec "Einschuß"-MuItivibratoren (monostabile Multivibratoren) bestehen aus HS₁, W7 sowie N9 und N6, N8 und N 10 und sie erzeugen Füllimpulsgei.eratorausgangsgrößen

mit konstanter Breite zum Betrieb der Füllzähler.

Die Füllzähler sind einfach Analog-Integratoren (N11 und N12). Die Integratoren betreiben die Schwellenwertschaltungen (N21, N22 und N23), welche die Zählerdetektorfunktionen ausführen. Die logischen Operationen des Ratenänderungsrechners werden durch die Dioden-Treiber-Verstärker N24 und N25 ausgeführt.

Der 10-Sekunden-Verzögerungs-Generator ist ein monostabiler Multivibrator (N30 bis N33) der durch Transistor Q5 jedesmal dann rückgestellt wird, wenn er eine Eingangsgröße erhält, und zwar unabhängig davon, ob eine Zählung vollendet ist oder nicht. Der dieser Schaltung (N26, N27 und N2 8) zugeordnete 10 Millisekunden-Verzögerungsmultivibrator eliminiert einen "Rennzustand" in der logischen Schaltur.g.

Die Computerherzratenspeicherung wird durch den Analogintegrator N29 durchgeführt, der auch Begrenzungsdioden aufweist, um die Extremwerte der Herzrate zu steuern. Für die manuelle Einstellung der Herzrate, wie sie -durch diese Schaltung bestimmt ist, wurde Vorsorge getroffen. Die manuelle Rate erhält man entweder durch Betätigung eines Kippschalters im TestpunktkaF.Len, oder durch Betätigung eines in-ternen Magnetschalters ruittels eines großen Magneten außerhalb der Elektronikpackung.

Die Ratensteuerfehlererzeugung wird durch einen Differentialverstärker N34 durchgeführt, der die Ausgangsgröße des Herzratenspeichers mit dem Motordrehzahlsignal vergleicht und den Antriebsimpuls-Generator betreibt.

Der Herzratenzähler ist ein Analogintegrator N13, der entsprechend dem Motordrehzahlsignal arbeitet. Wenn der Integrator anzeigt, daß die Zeit von 5 Herzschlägen vergangen ist, so zündet der Schwellwertverstärker N14 und triggert den 15 msec-Verzögerungsnuiltivibrator (N15, NI6 und N17). Dieser Multivibrator triggert die Ausgangsgröße der logischen Schaltung und zündet sodann den 60 msec monostabilen Multivibrator (N18, N19 und N20), der die Rückstelltransistoren der 3 Integrationszähler treibt. Der 15 msec

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Multivibrator ist so ausgebildet, daß er frei schwingt, wenn seine Eingangsgröße hoch bleibt, se daß im Herzratenzähler und der Rückstellschaltung kein Verriegelungszustand auftreten kann.

Die Erfindung sieht vor, daß in der Grundmotorantriebssteuerschleife die Phase des sich bewegenden Rotors durch Halleffektvorrichtungssignale angezeigt wird. Diese Signale werden durch den Antriebs- oder Treiber-Impulsgenerator in Antriebs- oder Treiber-Impulse der geeigneten Phase umgewandelt, wobei die Treiber-Impulsbreiten durch das Fehlersignal vom Ratenzähler gesteuert werden. Diese Impulse werden sodann in den Motorantriebsschaltungen verstärkt und zum Antrieb der beiden Phasenmotorwicklungen verwendet. Ein der Motordrehzahl proportional gemachtes Signal wird durch Schaltungen in dem Treiber-Impulsgenerator erzeugt. Dieses Signal wird gemäß der Erfindung mit dem gewünschten Motordrehzahlsignal in dem Ratencomputer verglichen, um das Ratensteuerfehlersignal zu erzeugen.

In Fig. 12 ist die mit der Erzeugung der Motorantriebsimpulse verbundene Schaltung dargestellt. Gemäß der Erfindung erzeugen Verstärker N3 und N4 verstärkte Hallsignale der gewünschten Amplitude und des gewünschten Gleichstrompegels. Die Widerstände R1 bis R8 sind derart eingestellt, daß sie Differenzen bei den einzelnen Hallvorrichtungskennlinien kompensieren, wie dies in der Zeichnung durch die Bemerkungen angegeben ist. Gewöhnliche Betriebsartenänderungen in den Hallvorrichtungsausgangsgroßen infolge elektrischen Rauschens, Vorspannungsänderungen und thermischen Änderungen werden durch die Eingangsschaltung dieser Verstärker ausgeglichen.

Die Verstärker N5 und K6 sind Inverter mit der Verstärkung eins. Da die Hallvorrichtungen gemäß der Erfindung am Motorstator angeordnet sind, um so um 90° gegenüber einander außer Phase befindliche Rotorpositionssignale zu erzeugen, erzeugt die Hinzufügung der Inverter Signale mit sämtlichen 4 Phasenverschiebungen um 90°.

Die Phasen der 4 erzeugten Hallsignale treffen im allgemeinen

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nicht mit den optimalen Phasen für die Motorantriebsimpulse zusammen. Da diese Signale jedoch nahezu sinusförmig sind, können sie einfach in gewichteten Widerstandsaddierern kombiniert werden, um 4 Signale mit den gewünschten Phasen zu erzeugen. Die Widerstände in diesem Fall sind die 16kß- und 3OkSWiderstandsverbindungen zu den B, B, Ä und A-Testpunkten der Zeichnung. Die Signale an diesen Testpunkten sind wiederum nahezu sinusförmig und besitzen die für die Motorantriebsimpulse, erforderlichen Phasen.

Die tatsächlichen Antriebsimpulse werden in den Schwellwertverstärkern N7 bis N1O erzeugt. Am negativen Eingang von N7 werden beispielsweise gemäß der Erfindung 3 Signale addiert:

1) Das Hallsignal, welches ein negatives Maximum zu der Zeit aufweist, wenn der Phasen-Α-Impuls auftreten sollte;

2) ein ins Positive, gehendes vollwellengleichgerichtetes Signal, welches aus den Phasen-B- und B-Hallsignalen gebildet ist;

3) das Wechselstrom-Ratensteuerfehlersignal vom Computer.

Die sich ergebende Wellenform besitzt eine negative dreieckige Spitze bei der gewünschten Phase für den A-Antriebsimpuls. Ein positiver Ausgangsimpuls wird während der Zeit erzeugt, wo dieses Signal unterhalb des Verstärkerschwellwertes liegt. Die Impulsbreite steigt an, wenn das Ratensteuerfehlersignal negativer gemacht wird. Die Verstärker N8, N9 und N1O arbeiten in ähnlicher Weise, um Ä, B und B-Antriebsimpulse zu erzeugen. Das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt eine glatte, in vernünftigem Ausmaß lineare Änderung der Antriebsimpulsbreite mit Steuerfehlersignal für Antriebsimpulsbreiten bis hinauf zu 130°, so daß die Rückkoppelungsverstärkung der Steuerschleife über den Bereich der normalerweise erforderlichen AntriebsImpulsbreiten nahezu konstant ist.

Gemäß der Erfindung bestehen die in Fig. 13 gezeigten Motorantriebsschaltungen aus 2 Teilen:

1) Den Leistungsverstärker^ welche die 2-Phasenmotor^
wicklung antreiben;

2) die Analogschaltungen, welche aus den Motoreingangssignalen den Motorstrom und die Motordrehzahl berechnen.

Die Antriebs- oder Treiber-Verstärker sind von üblicher Bauart mit der Ausnahme, daß die verfügbare Antriebsstrommenge proportional zum erforderlichen Spitzenmotorstrom verändert wird, wie dieser durch die Motorstromberechnungsschaltung bestimmt
ist. Dieses Antriebspegelsignal wird an Stift 2 der Verstärker N12 bis N15 über 15OkA_Widerstände angelegt, und es bestimmt die Ausgangsamplitude dieser Verstärker. Die diesen Verstärkern
folgenden Leistungsausgangsstufen werden durch die Verstärkerausgangsimpulse einfach ein- oder ausgeschaltet, wobei nahezu
die vollständige Batteriespannung (+ 14 V nominal) an die Antriebsmotorwicklung für eine Zeitdauer angelegt wird, die
gleich der Eingangsimpulsbreite vom Antriebsimpuls-Generator
ist. Der Vorteil der Strompegelantriebssteuerung besteht darin, daß von den Transistoren Q5 bis Q8 weniger Strom gezogen wird, wenn niedrige Ausgangsströme erforderlich sind, und daß daher
diese Verstärker einen vernünftigen Wirkungsgrad bei niedrigen Antriebspegeln aufrechterhalten.

Die Stromberechnungsschaltung verstärkt einfach den Spannungsabfall an den 0,0300 Restoren in Serie mit jeder Motorwicklung,, und zwar in ausbalancierten Differentialverstärkern (N6 und
N10). Diese Verstärkerausgangsgrößen werden sodann in Verstärkern N5 und N9 invertiert, so daß sowohl positive als auch negative Widergaben jedes Stromimpulses verfügbar sind. Die Ausgangsgrößen dieser 4 Verstärker werden gemäß der Erfindung an einen 4-Phasen-Voilwellenspitzendetektor angelegt, dessen Ausgangsgröße in einem Filterverstärker N4 gegelättet wird, um ein Gleichstromsignal zu ergeben, welches die Treiber-Verstärkerausgangsgrößenleistungsfähigkeit steuert.

Die an die Motorwicklung angelegte Spannung wird auch durch ausbalancierte (Gegentakt-)Differentialverstärker N3 und N11 erhalten. Diese Signale werden in RC-Schaltungen mit den Stromwellenformen

von N5 und N9 kombiniert, wobei das Resultat in Verstärkern N2 und N8 verstärkt wird, um Wiedergaben der Motor-Sperr-EMK zu erhalten. Da die Motor-Sperr-EMK (Motor-Rück-EMK) proportional zur Motordrehzahl ist, erhält man ein Signal mit Gleichstrompegeleigenschaften zur Motordrehzahl aus dem Sperr-EMK-Signal in einem 4-Phasen-Detektor, wobei die erforderlichen Wellenforminversionen durch Verstärker N1 und N7· ^durchgeführt werden. Das sich ergebende Signal wird dem Ratencomputer zum Vergleich mit dem gewünschten Motordrehzahlsignal zugeführt, und das sich ergebende Ratensteuerfehlersignal wird zur Steuerung der Antriebsimpulsbreite verwendet.

Die gemäß der Erfindung ausgebildete einpflanzbare Batterieleistungsversorgung ist schematisch in Fig. 14 dargestellt und empfängt ihre Eingangsleistung von der eingepflanzten Sekundärspule eines mit intakter Haut arbeitenden Transformators. Eine steuerbare Gleichrichterschaltung wandelt diese Wechselstromleistung in Gleichstrom um und zwar mit einer Spannung, die sowohl zum Aufladen der Batteriepackung als auch zum Betreiben der Motorsteuerschaltungen ausreicht. Die Batteriepackung ist - wie gezeigt parallel mit der Last geschaltet, so daß sie sowohl den Brummstrom von der Ladevorrichtung und die Wechselstromschwankungen im Laststrom aufnimmt.

Die Batteriesteuerschaltungen erhalten Information von jeder Zelle der Batteriepackung, um die Ladeausgangsgröße zu steuern.

Wenn zu irgendeinem Zeitpunkt der Ladungsgehalt der Batteriepackung unter einen Optimalwert absinkt, erzeugt die Steuerschaltung maximal verfügbare Leistung, um die Packung in dem kürzestmöglichen Intervall aufzuladen. Wenn irgendeine oder mehrere Zellen dor Batteriepackung ihren völlig geladenen Zustand erreichen, so beendet die Steuerschaltung die Schneiladung und kehrt zu einer normalen langsamen Ladungsbetriebsart zurück.

Wenn die Leistungsausgangsgröße nicht verfügbar ist, beispielsweise dann, wenn der Hauttransformator abgekoppelt ist, so wird Leistung durch die eingepflanzte Batteriepackung geliefert, um

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den Leiter zu betätigen. Es ist eine hinreichende Kapazität vorgesehen, um die gesamte Herzvorrichtung ungefähr 3 bis 4 Stunden lang zu betreiben. Wenn vor Entladung der Batterie die Wechselstromleistung nicht mehr eingeschaltet wird, so beendet die Batteriesteuerschaltung die Batterieentladung dann, wenn irgendeine Zelle der Batteriepackung auf eine Zellenspannung von annähernd 0,7 V entladen ist. Dies schützt die Batteriepackung vor einer Überentladung und vor einer möglichen Zellenschädigung.

Der Batterieausgangsstrom liefert Leistung direkt an die Motorantriebsschaltungsausgangsstufen und versorgt auch die Niederleistungsspannungsversorgung, welche geregelte Spannungen für die Niedrigleistungsschaltung in dem Motorantriebssteuer- und Ratencomputer erzeugt.

Die erfindungsgemäße Batteriepackungsschaltung ist in Fig.15 dargestellt. Die Batteriezellen sind spezielle 4 Ah Nickel-Cadmium-Zellen, hergestellt von General Electric. Die Zellen besitzen eine dritte Klemme, die mit einem abgedichteten rostfreien Stahl-Gehäuse verbunden ist, welche den Batterieladungszustand abfühlt. Wenn die dritte-Klemmen-zu-negative-Klemmenspannung auf annähernd 0,3 V an einer 18GO-Belastung ansteigt, so ist die Zelle vollständig geladen. Verstärker N2 bis N12 fühlen die dritten Klemmen der Zellen BT1 bis BT11 in entsprechender Weise ab, und wenn irgendeine (oder mehrere) der dritten Klemmenspannungen 0,3 V erreicht, so zieht der entsprechende Verstärker die Spannung an der gemeinsamen Ausgangssammelleitung auf eine hohe Spannung. Dies seinerseits zieht das Ladungssteuersignal soweit nach oben, wie dies der Langsamladesteuerverstärker N13 gestattet. Dies hat zur Folge, daß die Batterieladevorrichtung in die Langsamladebetriebsart (Pufierladungsbetriebsart) übergeht.

Die Pufferladeverstäi-kerschaltung verstärkt und mittelt den Spannungsabfall an dem 0,020JLBatteriestromfühlwiderstand mit einer mittleren oder durchschnittlichen Zeitkonstante von ungefähr 100 Sekunden, so daß Batteriestromschwankungen innerhalb eines einzigen Herzschlages ausgeraittelt werden. Die Ausgangs-

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größe des Verstärkers N13 ist sodann für kleine positive Durchschnittsströme proportional zum durchschnittlichen Batteriestrom. Wenn die Batterie schnell geladen wird, so ist die Ausgangsgröße hoch, die Serienausgangsgrößendiode ist ausgeschaltet 'und beeinflußt das Ladungssteuersignal nicht, welches während dieser Zeit niedrig ist. Wenn die Batterien geladen sind und eine oder mehrere der Ausgangsgrößen der Verstärker N2 bis N12 hoch liegen, so steigt die Ladungssignalspannung an, die Serienausgangsdiode N13 schaltet sich ein und die N13-Ausgangsspannung zieht das Ladungssignal wieder nach unten bis die gewünschte durchschnittliche Pufferladung erreicht ist, wie diese durch Einstellung der Widerstände R2 und R3 bestimmt ist.

Wenn die Ladeeingangsgrößenleistung entfernt wird,.so muß die Batterie den ganzen Ladestrom liefern und fängt an, sich zu entladen. Wenn die Ladeeingangsleistung nicht wieder angeschaltet wird, bevor eine oder mehrere Zellspannungen auf ungefähr 0,7 V abgefallen ist, dann wird das Leistungs-Ein/Aus-Signal ansteigen und das System abschalten, bis die Ladeeingangsleistung wieder vorgesehen wird.

Bei Batteriebetrieb mit abgeschalteter Ladeleistung ist die Serienkette der Transistoren Q1, Q2, Q3, Q5, Q7, Q9, Q11, Q13, Q15, Q17, OJ 9 und Q21 eingeschaltet, wodurch die negative Klemme des Verstärkers N1 hochgezogen wird und ein Niedrigleistungs-Ein/Aus-Signalpegel erzeugt wird, der die Niedrigleistungsspannungsversorgung eingeschaltet hält. Wenn eine der Zellenspannungen unter einen Wert von ungefähr 0,7 V abfällt, so geht die Vorspannung für einen der Transistoren in der Kette verloren, die Kette schaltet sich ab, der Leistungs-An/Aus-Signalpegel steigt an, die Vorspannung für Q1 geht verloren, und die Kette kann nicht eher wieder eingeschaltet werden, bis das Leisturtgs-An/Aus- · Signal auf ein hohes Signal am Wechselstromleistungs-An-Signal abgesenkt wird. (Das Wechselstromleistungs-Ein-Signal wird dann hochgezogen, wenn die Ladeeingangsleistung eingeschaltet wird.)

Die Vorspannung für die Kettentransistoren wird durch Transistoren. Q4, Q6, Q8, Q1O, Q12, OJ 4, OJ 6, Oj 8, Q20 und Q22 erzeugt,

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wobei die Basis-Emitter-Spannung dieser Transistoren die minimale Zellenspannung bestimmt.« Die Ausnahme bildet die Zelle BT1 und der Transistor Q2, der ein direkt von Zelle BT1 vorgespannter Kettentransistor ist. In diesem Falle ist es die Basis-Emitter-Spannung von Q2 + die kleine Sättigungsspannung von Q1, welche die Abschaltspannung der Zelle BT1 bestimmt.

Ein magnetischer Zungen- bzw. Lese-Schalter S1 kann auch verwendet werden, um das System von Hand abzuschalten oder aber der externe Gleichstromleistungsschalter kann geöffnet werden. Im letztgenannten Fall bleibt das Leistungs-An/Aus-Signal niedrig.

Die in Fig. 16 gezeigte erfindurgsgemäße gesteuerte Batterieladeschaltung ist grundsätzlich ein gesteuerter Brückengleichrichter, wobei CR1, CR2 und Q1 sowie Q2 die Hochstromelemente sind. Der Arbeitszyklus von Q1 und Q2 wird gesteuert, um den gewünschten Ladestrom zu ergeben. Die Eingangsfreguenz vom Hauttransformator ist 400 Hz.

Infolge der hohen Streuinduktivität dieses Transformators ist die Leistungsquelle eine Quelle mit hoher Impedanz und die Transformatorausgangsspannung steigt während des Teils des Zyklus, wo Q1 und Q2 abgeschaltet sind auf 40 oder 50 V Spitzen an. Wenn Q1 und Q2 jeweils für volle 180° eingeschaltet sind, so ist die Ausgangswelle des Transformators im wesentlichen eine Rechteckwelle (obwohl die Eingangsgröße eine Sinuswelle mit großer Amplitude ist).

Die Erfindung sieht ferner die Verwendung von Spannungsdopplergleichrichterschaltungen mit niedriger Leistung vor, um die +21 V und -6 V (nominal)-Leistung für die Steuerschaltung in dieser Einheit und die Batteriepackungsschaltunqen zu erzeugen. Die +21 V liefern auch durch Einschalten des Transistors Q7 das Wechselstromleistungs-EIN-Signal für die Batteriepackung. Dioden-Kondensator-Impulsformschaltungen erzeugen 30 %-Arbeitszyklus-Sägezahnwellen, die mit dem Ladungssteuersignal von der Batteriepackung verglichen werden, um den Zeitprozentsatz zu bestimmen, um N5 und N6 zu zünden. Eine klein«. Größe der Eingangs-

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transformatorwelle wird dem Ladungssteuersignal durch 3,3 MO-Widerstände hinzuaddiert, um sicherzustellen, daß N5 und N6 während abwechselnder Halbzyklen der Eingangswelle abgeschaltet sind, und zwar ohne Rücksicht auf den Ladungssteuersignalpegel. Die Verstärker N5 und N6 betreiben die Leistungsstufen, welche die Transistoren Q1 und Q2 zünden.

Es wurde festgestellt, daß ein Paar von Triacs die Elemente Q2, Q4 und Q1, Q2 ersetzen kann, was eine bessere Zuverlässigkeit ergibt. (Q1 und Q2 sind Germanium-Leistungs-Transistoren.)

Die erfindungsgemäße Niedriqleistungsspannungsversorgungssehaltüng ist ebenfalls in Fig. 16 dargestellt. Zur Erzeugung der Vorspannungen mit niedriger Leistung, welche für den Motor und die Computersehaltung erforderlich sind, wird die Batteriespannung (+14 Volt nominal) zuerst auf +11,0 Volt durch Verstärker N1 und durch Durchlaßtransistor Q 1o einreguliert. Die Zener-Diode CR5 erzeugt eine stabile Bezugsgröße.

+5 Volt-Leistung wird direkt von den +11 Volt durch Regulierverstärker N2 erhalten.

Ein 10 kHz astabiler Multivibrator (N3 und N4) mit Leistungsausgangsstufen Q11, Q12 und Q13 sowie Q14 läuft durch die +11VoIt und +5 Volt-Regulatoren und betreibt Spannungsdopplergleichrichterschaltungen zur Erzeugung der -10 Volt und +20 Volt-Spannungs- . Versorgungen.

Wenn sich die Batteriespannung im normalen Bereich befindet, so sind die Spannungen mit niedriger Leistung innerhalb von einem Prozent oder weniger stabil. Der absolute Wert dieser Spannungen ist nicht kritisch, aber die +11 Volt werden normalerweise auf einen Bereich innerhalb 0,1 Volt des Nominalwertes eingestellt. Die Einstellungen der Ratencomputerzeitsteuerschaltungen werden nicht eher gemacht, als bis die +11 Volt eingestellt wurden, da der Computerschwellwert und die Zeitsteuereinstellungen etwas kritisch sind. Bevor die Ladungssteuerschaltungen das System ausschalten, kann die in Entladung befindliche Batteriespannung

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tief genug fallen, so daß die +11 Volt aus der Regulierung herauskommen. Dies erzeugt oftmals ein anomales Verhalten des Computers, was eine Warnung bedeutet und anzeigt, daß die Batterie nahezu entladen ist.

Die Leistungsversorgung für das System wird dann abgeschaltet, wenn' das Leistungs-Ein/Aus-Signal von den Ladungssteuerschaltungen hochgeht und der Serientransistorschalter (QB und Q9) zwischen der Batterie und dem +11 Volt-Regulator abgeschaltet wird. Die Niedrigleistungs-Spannungen fallen auf Null ab und die den Motor betreibenden Leistungstransistoren verlieren die Vorspannung und schalten sich aus, so daß die einzige verbleibende Batteriebelastung die wenige Milli-Ampere aufnehmende Leckstelle in den Ladeleistungstransistoren Q1 und Q2 und die Ladungssteuerschaltungen der Batteriepackung sind.(Die Verwendung von Triacs in der Ladeeinrichtung - wie oben beschrieben reduziert in signifikanter Weise die verbleibende Batteriestrombelastung. )

Im Betrieb wird die elektrische Energie an eine externe Übertragungseinheit 103 durch Batterien übertragen, weiche in einem Gehäuse oder einer Weste (vergl. Fig. 1) getragen werden. Die elektrische Energie wird sodann gemäß ^ der Erfindung von der externen übertragun^einheit 103 über die unversehrt gebliebene Haut zu einer Energieaufnahmespule 104 übertragen, die unmittelbar unterhalb der Haut eingepflanzt ist. Sodann läuft die elektrische Energie zu einer elektrischen Energiespeichereinheit 105, wo sie schließlich zum Energieumwandler des künstlichen Herzens übertragen wird.

Der erfindungsgemäße Energieumwandler wandelt die elektrische Energie in mechanische Energie durch einen elektrischen Motor um, der irgendwelche geeigneten mechanischen Antriebsmittel betätigt. In der bevorzugten Ausbildungsform treibt der elektrische Motor über eine Reihe von Untersetzungsgetrieben Nockenglieder an. Die Nockenglieder werden in ihren oberen Punkt verdreht und sie drücken die Kompressionsplattenanordnung nach aussen, wodurch die Ventrikel zusammengedrückt wird. Dieses Zusammendrücken der

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Ventrikel erzeugt den tatsächlichen Pumpvorgang des Blutes. Wenn der Nocken über seinen hohen Punkt hinaus weiter verdreht wird, so verliert die Nockenoberfläche den Kontakt mit der Druckplattenanordnung/ die nun in ihre ursprüngliche Stellung durch Rückstellfedern oder dergleichen Vorrichtungen zurückkehren kann. Die Kompressionsplatte wird jedoch nur dann zurückkehren, wenn in der Atria Blut verfügbar ist, um in die Ventrikel zu fließen. Gemäß der Erfindung ist somit der Füllgrad oder die Rückkehr der Kompressionsplatte vollständig durch die verfügbare Blutversorgung in der Atria auf einer Schlag-für-Schlag-Basis gesteuert.

Wenn - wie in Fig. 2 gezeigt - eine Kernleistungsquelle verwendet wird, so wird Energie in der Form von Wärme in elektrische Energie in der thermischen EnergieSpeichereinheit 205 umgewandelt. Sodann wird die elektrische Energie zu dem Energieumwandler des künstlichen Herzens transportiert, während die elektrische Energie in mechanische Energie in der obenbeschriebenen Weise umwandelt. Das gleiche Grundverfahren wird verwendet, wenn ein elektrisches Herz mit einem eingebauten Kernantriebssystem benutzt wird.

Bei einem typischen Zyklus wird CO2-führendes Blut an den rechten Vorhof oder Atrium geliefert. Vom rechten Vorhof aus läuft das Blut durch die rechten A-V-Ventile in die rechte Ventrikel. Wenn die rechte Ventrikel durch die nach Aussen gerichtete Bewegung der rechten Druckplattenanordnung zusammengedrückt wird, so wird das darin enthaltene Blut nach Aussen gedrückt oder zu den Lungen gepumpt, wo das C02 freigegeben und das Blut oxygeniert wird.

Sodann wird das oxygenierte Blut zum linken Vorhof oder Atrium zurücktransportiert. Vom linken Atrium aus läuft das oxygenierte Blut durch die linken A-V-Ventile in die linke Ventrikel. Wenn die linke Ventrikel durch die nach Aussen gerichtete Bewegung der linken Kompressionsplattenanordnung zusammengedrückt wird, so wird das darin enthaltene oxygenierte Blut herausgetrieben oder gepumpt, und zwar in das arterielle System. Der Zyklus beginnt dann von Neuem.

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Ein Durchblasen des A-V-Ventils und die daraus folgende Rückströmung des Blutes von den Ventrikeln zu den Vorhöfen (Atria) während des Pumpens wird gemäß der Erfindung durch metallische Streben verhindert, die in den flexiblen Klappen oder A-V-Ventilen eingebettet sind.

Wenn sich das ventrikulare Blutvolumen während des Pumpens ändert, muss .,sich auch das interne Luftvolumen zwischen den Ventrikeln ändern. Dies wird durch eine flexible Tasche erreicht, die aus Silastic oder einem ähnlichen Material hergestellt ist, und die mit der Aussenseite der metallischen Ventrikel-Gehäuse durch Klemmverbindung verbunden ist. Diese Tasche bildet auch eine Körperstromungsmitteldichtung für den Elektromotor.

Wie bereits obenerwähnt, braucht, das Pumpen der linken und rechten Ventrikel nicht gleichzeitig zu erfolgen und ist tatsächlich auch durch den Herzratensteuercomputer reguliert. Im Betrieb wird gemäß der Erfindung das Computeransprechen auf eine Abnahme bei der Einlassblutströmung vollständig innerhalb eines einzigen Schlagintervalls aufgenommen und zwar durch verringerte Ventrikelfüllung, während aber eine Erhöhung der Einlaßströmung durch einen oder mehrere der folgenden drei Mechanismen aufgenommen werden muß:

1) Eine 10 %ige Erhöhung der Ventrikelfüllung kann innerhalb eines einzigen Schlages auftreten (angenommen der Füllfühlertrigger ist auf 90 % des Ventrikularvolumens eingestellt).

2) Der Computer kann die Herzrate erhöhen, aber innerhalb der Begrenzungsrate der Änderung von 4,25 Schlägen pro Minute/ Schlag.

3) Wenn die Fähigkeit der obigen beiden Mechanismen überschritten ist, oder während eines Geschwindigkeitsänderungsübergangs, muß der Überschuß von Einströmung-Ausströmung in den Atrien angesammelt werden.

Wenn ein Anstieg auftritt, der schließlich die Atrienspeicher-

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kapazität übersteigt, dann ist die unvermeidbare Folge ein Anstieg des Atriendrucks, was einen Anstieg des vena-kavalen oder pulmonären Venendrucks bedeutet; jeder dieser Druckanstiege sollte vermieden werden. Die kritischste Situation ergibt sich daher aus einer stufenförmigen Erhöhung der Bluteinströmung, die die 10 % Überschußventrikel-Kapazität übersteigt. Die Atrien sollten so ausgebildet sein, daß sie häufig auftretende vernünftige Änderungen bei der Einströmung aufnehmen. Die folgende Analyse ergibt ein Verfahren zur Voraussage der erforderlichen Atrienkapazität, die notwendig ist, um eine gegebene Stufenänderung im venösen Rückstrom aufzunehmen, ohne übermäßige Atriendrücke' zu erzeugen.

Wenn der Blutrücklaaf zum Herzen mit einer größeren Rate ansteigt, als der Computer durch Erhöhung der Herzrate(wie eine Stufenerhöhung im venösen Rücklauf) unterbringen kann, dann muß sich in den Atrien solange Blut ansammeln, bis die Rate sich erhöht, um die neue Einlaßströmung zu pumpen. Diese Situation ist in Figur 17 dargestellt.

Die maximal Änderungsrate der computergesteuerten Herzrate ist bei Vernachlässigung von feinen Änderungen innerhalb eines Schlages durch den.folgendp.il Ausdruck gegeben:

ÜS -Jr , (1,

max

wobei R die Herzrate und ί die maximale Änderung der Rate pro Schlag ist. (S = 4,25 Schläge pro Minute/Schlag)

Der allgemeine Ausdruck für die Rate der Änderung der Herzrate ist der folgende:

dt

wobei K der Anteil der Herzschläge ist, in welchem ein Füllimpuls auftritt. Wenn ein Fül!impuls bei jedem Schlag auftritt, ist K = 1 und die maximal positive Änderung der Herzrate tritt auf. Wenn keine Füllimpulse vorhanden sind, ist K=O und die

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maximal negative Änderung tritt auf. Wenn Füllimpulse in 50 % der Zeit auftreten, ist K = 1/2 und di= Herzrate bleibt konstant.

Die Gleichung 2 ist eine Differentialgleichung mit der bekannten Lösung:

R = R_Qe , (3)

wobei R der Anfangswert von R ist.

Die durch das Herz gepumpte AusgangsStrömungsrate ist idealerweise:

Q₂ = RV , (4)

wobei V das Ventrikelvolumen ist.- Das im Atrium angesammelte Blutvolumen ist, wenn die EingangsStrömungsrate Q1 die Ausgangsgröße übersteigt:

V =J (Q₁-Q₂)(It

(5) O

wobei angenommen ist, daß der Anfangswert von ν Null ist.

Betrachtet man eine großstufige Erhöhung in Q₁ bei t=o so gilt für t>0:

Q, = Q- O+X) 1 ο

Dabei ist Q = R V die mögliche maximale anfängliche Ausgangsströmungsrate, ohne jegliche Ansammlung im Vorhof, und ist der Anteil, bei welchem die Stufenerhöhung Q₀ übersteigt. Wenn diese Stufenerhöhung auftritt, werden Füllimpulse bei jedem Schlag auftreten, K = 1, und zwar bis zu einem Punkt nach der Zeit t_m, wenn die Herzrate den Wert erreicht, der notwendig ist, um Q₂ = Q₁ zu machen. Während dieser Zeit wird sich überschüssiges Blut in dem Vorhof ansammeln, so daß das restliche Atrienvolumen, das diastolische Atrienvolumen V ein Maximum erreichen wird, wenn Q₂= Q1 nach Zeit t ist und Füllimpulse treten weiterhin für jeden Schlag auf, bis die Ansanutilung in den Atrien herausgepumpt ist und die Ventrikelfüllung auf den Füllschwellwertpegel von 90%

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zurückfällt. Daher wird R weiterhin solange ansteigen, bis die Füllimpulse anfangen zu verschwinden, wobei nach dieser Zeit R abnimmt, bis es den erforderlichen stetigen Zustandswert erreicht., Die Herzrate ist bei Q2 = Q-j _} R=_j_ , so daß Folgendes gilt:

(7)

^Ro

Der bei t = t auftretende Maximalwert von V ist das Volumen, m.

welches der Vorhof aufnehmen können muß, wenn ein venöser Druckaufbau vermieden werden soll. Der Maximalwert ist der folgende:

tm

Vm = f (Q₁-RV) dt

(8) O

Für 0<t<t gilt Lt

^m R = R_o ^e (9)

K = 1 gilt bei t = t , R=R.. folgendes:

St ^R1 = V ^m , (10)

t = 1 L· ^R1 = 1 {n^Q1 = 1 {n(1+x),(11) m — 7 — —

^Ro ⁶ ^Qo

Da Q₀ =

Aus den Gjleichungen 8, 9 und 10 ergibt sich:

t _c

_r ^m St Q

Re dt = -¹ In(Ux)-T-(R₁-R_n)- (12)

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Q₁

Da R₁ = rv- ergibt sich:

^Qr^Qo7 ^Ö1 Γ; ^χ

-VJ ⁼ / r^n(1+x)-^

(13)

ν R'

(14)

OO

f(x) = in(1+x) - -~ =/_ ^("^x^ⁿ · *¹⁵>

n==2

Beispiele:

f(0.1) = Ο.ΟΟ44Ο, f(0.15) = 0.00933, f(0.2) = 0.01565, f(0.3) = 0.0316, f(1) = 0.1931. "

Symbole:

t . — Zeitvariable

R — Augenblickliche Herzrate

R_Q — Anfangswert von R

R. — Herzrate für Q₂ = Q₁

S — Maximaländerung in R pro Schlag* (= 4.25 Schläge/Minute/

Schlag)

K — Anteil der Zeit wo Füllimpulse auftreten

Q₁ — Blutströmungsrate in das Ilerzatrium

Q₂ — Blutströmungsrate aus der Herzventrikel

Q_n — Wert der maximalen Ventrikelausgangsgröße, wenn R=R_n

V — Effektives Ventrikelvolumen

ν — Restvolumen des in dem Atrium mit der Zeit angesammelten Blutes

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-ι

f(x) = {n(1+x)

1+x

Als ein Beispiel ist das in einem stetigen Zustand unter Computersteuerung arbeitende künstliche Herz mit einem 10%igen Anstieg im venösen Rücklauf vorgesehen. Dieser wird vollständig durch eine augenblickliche Erhöhung der Ventrikelfüllung aufgenommen, auf welche eine 10%ige Ratenerhöhung folgt. Es ist keine atriale Expansion erforderlich.

Als ein zweites Beispiel wird angenommen, daß das künstliche Herz im stetigen Zustand mit nominal 100 Schlagen pro Minute arbeitet und einer plötzlichen 20%igen Erhöhung im venösen Rücklauf gegenübersteht. Dies erfordert eine vorübergehende Blutspeicherung in den Vorhöfen und daher eine Erhöhung des atrialen Restvolumens. Die sich schließlich in diesem Beispiel ergebende Herzrate ist eine 20%ige Erhöhung oder 120 Schläge pro Minute. Diejenige Rate, bei der die Ausgangsströmung gleich der Eingangsströmung ist, ist R₁ = 110 Schläge pro Minute. Während des Übergangs ist das maximale atriale Restvolumenverhältnis ν = R^f(χ)

ν 'S

und tritt bei einer Ansprechzeit von tm =4r-tn(R../R ) auf. Wertet man diese Größen aus, so erkennt man, daß

1 P (11O )
tm = ⁼ °·^{0224 min =} 1/346 Sekunden ist.

Weiterhin gilt:

^R1
χ = ■ 1 = 0.1

^Ro

und f(x) = O.OO44O,

und daher jan = 110 _{(Q QQ}._A) _ _o --.g

so daß das maximal erforderliche atriale Restvolumen 11,4 % des Ventrikelvolumens'ist.

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Ersatz-Schleifendaten besagen,daß das künstliche Herz unter Computersteuerung bei 90% Füllung ungefähr 80 ml pro Schlag ausstößt. Man kann daher annehmen, daß die Ventrikelkapazität mit vollständiger Füllung ungefähr 89 ml ist. Unter Verwendung von V=89 ml erhält man v_m=0.114(89) = 10,1 ml von Restatrialvolumen.

Mit der Zykluszeitsteuerung, die in den vorliegenden Stirnflächennockensystemen verwendet wird, ist die atriale Kapazitätsveränderung während jedes Herzschlages 0,36 V= 32 ecm. Aus Versuchen der A-V-Ventil-ümkehrung während der Systole wurde festgestellt, daß die Atria auch ungefähr 17 ml von dieser Quelle aufnehmen mußte, was die atriale Kapazitätsänderung während des Herzzyklus auf 32 + 17 = 49 ml bringt.

Die Aufnahme bzw. Unterbringung der 20%igen Stufenerhöhung beim venösen Rückstrom würde zusätzlich 10 ml hinzufügen, was die erforderliche gesamte atriale Kapazität auf 59 ml bringen würde. Messungen der tatsächlichen atrialen Kapazität zeigen an, daß lediglich 60 ml tatsächlich ohne übermäßige atriale Druckerhöhung erreichbar sind, so daß man schließen kann, daß das vorliegende künstliche Herz mit verstärkter atrialer Blase und neuer schneller computer-getriggerter 90%-Füllung gerade in der Lage ist, die 20%ige Stufenerhöhung beim venösen Rücklauf zu handhaben .

Das obige Beispiel setzt das neue schnelle Computeransprechen und einen 90%igen Fullfuhlertriggerpunkt voraus. In sämtlichen "in vivo"-Versuchen war der Computer bislang langsamer ( 1,0 Schläge/pro Minute/Schlag) und der Füllfühler war auf 95 % eingestellt. Wenn man die gleiche 20%ige Stufenerhöhung im venösen Rücklauf annimmt, so würde man das fo3.gende Ansprechen voraussagen :

Die Geschwindigkeit bei t=tm ist R₁=HS Schläge pro Minute, aber die Ansprechzeit =tm=8,39 Sekunden, da der Füllfühlertrigger bei 95 % ist, wobei nur 5 % der Stufenerhöhung durch erhöhte Füllung untergebracht werden können; dabei bleiben 15 % oder χ = ο, 15 übrig und f(x) = 0.00933, so daß Folgendes gilt: ^m =1.073, d.h.

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das atriale Restvolumen = 1,073(89)=95,5 ml. Die gesamte atriale Kapazität sollte daher 96 -^u 32 + 17 = 145 ml sein. Dies ist offensichtlich nicht erreichbar und wenn eine derartige Stufenänderung auftreten würde, so würden sich erhöhte atriale Einlaßdrücke ergeben, die die venöse Rückströmung für den größten Teil des 8-Sekunden-Intervalls sperren würden.

Bevor die obige erfindungsgemäße Steuertheorie entwickelt wurde, wurden auch eine Anzahl anderer Steuermethoden untersucht. Dazu gehören die folgenden Verfahren:

1) Kontxnuierliches Trendverfahren; wenn das Schlagvolumen erhöht oder -abgesenkt wird, so würde die Herzrate sich erhöhen oder abnehmen, und zwar auf einer Prozentsatz-Basis für inkrementale Änderung im Schlagvolumen auf einer Schlagfür-Schlag-Basis, wobei sowohl- die rechte als auch die linke Ventrikel auf Änderung analysiert würde;

2) Füllratenverfahren; wenn Änderungen bei der Füllrate und im Prozentsatz des Schlagvolumens auftreten, so würde die Herzrate erhöht oder abgesenkt;

3) Verfahren mit vollständigem Schlagvolumen; wenn die eine oder andere Ventrikel gefüllt wird, so geht das Herz automatisch in die Systole und treibt sämtliches Blut aus jeder Ventrikel heraus, oder die gefüllte Ventrikel stößt aus und die andere Ventrikel stößt nicht aus, bis sie vollständig gefüllt ist; die als erste ausstoßende Ventrikel kann jedoch nicht ein zweites Mal ausstoßen, bevor die zweite Ventrikel ihren Ausstoß vollendet hat. Zwischen diesen beiden Grenzen liegt eine Vielzahl synchroner und asynchroner Bedingungen, die aufgestellt werden können.

Keines der obigen Verfahren erfordert irgendwelche Instrumentierungen oder Fühler im Blutstrom) und sie sind gegenüber Bewegung und irgendeiner räumlichen Anordnung nicht empfindlich. Diese Verfahren gestatten die Steuerung der Rate und des -Schlagvolumens mit elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen logischen

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Schaltungen. Dies gestattet die Funktion des nuklearen Herzsystems ohne die Erzeugung elektrische Energie zur Steuerung.

Die Erfindung sieht also einen Herzratensteuercomputer vor, der als einen der Hauptsteuerparameter das Schlagvolumen benutzt. Dieses Steuersystem ist stets bestrebt zu einer Rate hin zu konvergieren, welche das Schlagvolumen auf dem vollen Wert oder auf einem vorbestimmten hohen Prozentsatz des vollen Schlagvolumens hält. Ein wesentliches Element der Steuerlogik besteht in dem automatischen übersteuern (Override) der Herzrate vom rechten Herz, wodurch Empfindlichkeit gegenüber zentralen venösen Bedingungen gegeben wird.

Vorstehend wurde gelegentlich an stelle des Ausdrucks Atria (Vorhöfe) der Ausdruck Atrien benutzt. Auch wurde an Stelle von Rückfluß mehrfach Rücklauf benutzt.

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Claims

Ansprüche

ί 1)iVollständig einpflanzbares Ersatzherz mit einer Blut- ^■^ pumpvorrichtung zum Pumpen des Blutes zu und Aufnahme des Blutes von den Lungen, den arteriellen und venösen Systemen, dadurch gekennzeichnet daß ein Herzratenfühler vorgesehen ist, um die physiologischen Anforderungen für die Versorgung des Körpers mit Blut festzustellen, und um eine entsprechende Ausgangsgröße zu erzeugen, wobei ferner Herzratensteuermittel mit der Blutpumpvorrichtung verbunden sind, und wobei die Fühler -sur Steuerung der Anzahl der Herzschläge pro Minute erzeugt durch die Pumpe dienen, und zwar infolge der Ausgangsgröße des Herzratenfühlers.
2) Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Blutpumpe vier Kammern aufweist, wobei zwei Pumpkammern den Ventrikeln des natürlichen Herzens und zwei Reservoirs den Vorhöfen eines natürlichen Herzens entsprechen und wobei jedes der Reservoirs ein- Ventil besitzt, das zu den Pumpkammern führt, wobei ferner jede der Pumpkammern ein Austrittsventil besitzt.
3) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Herzratenfühler Detektormittel aufweist, die in der Wand jeder der Pumpkammern angeordnet sind, um den Füllgrad der Kammern festzustellen, und um ein Ausgangssignal jedesmal dann zu erzeugen, wenn sich die Kammer in einem vorbestimmten Ausmaß gefüllt hat.
4) Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Herzratensteuervorrichtung einen Computer aufweist, um kontinuierlich die Schlagrate der Pumpe und die Ausgangsgröße der erwähnten Detektormittel zu überprüfen, wodurch die richtige Pumprate nach jeder vorbestimmten Anzahl von Schlägen erneut festgestellt wird.

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5) Verfahren zur Steuerung des Pumpens eines künstlichen Herzens mit einer linken und rechten Ventrikel und einem linken und rechten Atrium gekennzeichnet durch folgende Schritte: Feststellung des Füllgrades der linken und rechten Ventrikel; Erzeugung eines Ausgangssignals jedesmal dann, wenn die linke oder rechte Ventrikel eine vorbestimmte Blutmenge aufnimmt; Steuerung der Pumprate durch Analyse der erwähnten Ausgangssignale zum Zwecke der Erhöhung der Pumprate dann, wenn der Prozentsatz der erwähnten Ausgangssignale eine vorbestimmte Grenze erreicht, und um die Pumprate dann abzusenken, wenn der Prozentsatz der erwähnten Ausgangssignale auf eine vorbestimmte Grenze abfällt.
6) Herζvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß das rechte Atrium ähnlich wie das'linke Atrium 60 eine einzige Einströmung aufweist.
7)" Vorrichtung nach.einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Trikuspid-Ventile in zylindrischen Gehäusen angeordnet sind, welche an den Enden von Abzweigungen 65,71 liegen.
8) Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß ein Fühler ein Ausgangssignal jedesmal dann erzeugt, wenn eine Ventrikel hinreichend viel Blut aufnimmt, um sie zu 95 % oder mehr ihrer Kapazität anzufüllen, wobei ein Computer diese Information Speichert.
9) Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß ein Fülldetektor vorgesehen ist, der Impulse an einen Füllzähler liefert.
10) Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß Antriebsimpulse in Schwellwertverstärkern N7-N10 erzeugt werden.

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- x-
11) Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß Triacs anstelle einiger Transistoren verwendet werden.
12) Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Computeransprechen auf einen·Abfall bei der Eingangsblutströmung vollständig innerhalb eines einzigen Schlagintervalls aufgenommen wird, und zwar durch verminderte Ventrikelfüllung.
13) Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Computer fortlaufend die Schlagrate und das Gchlagvolumen für jeden Schlag überwacht und eine Analyse basierend auf einer Reihe von unmittelbar vorangehenden Herzschlägen vornimmt, beispielsweise basierend auf jeweils fünf vorangegangenen Herzschlägen.

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