DE2113986A1

DE2113986A1 - Kuenstliches Blutkreislauforgan

Info

Publication number: DE2113986A1
Application number: DE19712113986
Authority: DE
Inventors: Miloslav Prof Dip Druckmueller; Jaromir Prof Dr Uhlirz
Original assignee: SVU TEXTILNI; Statni Vyzkumny Ustav Textilni
Current assignee: SVU TEXTILNI; Statni Vyzkumny Ustav Textilni
Priority date: 1971-03-23
Filing date: 1971-03-23
Publication date: 1972-09-28

Description

Künstliches Blutkreislauforgan Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein k~unstliches Blutkreislauforgan, bestehend aus einer Blutpumpe für extrakorporalen Kreislauf, die auch als Totaiprothese des Herzens bzw. als ein Organ des sogenannten Subsidiar-Blutkreislaufes dienen kann.
Die bisher bekannten Konstruktionen von Blutpumpen, die insbesondere zum Pumpen des Blutes im extrakorporalen Kreislauf bestimmt sind, beruhen im allgemeinen auf dem Prinzip einer Volumenpumpe. Es handelt sich dabei um Membran-, Schlauch-, Zahnrad-, Vakuum- sowie auch Kolbenpumpen. Gemeinsamer Nachteil aller oben erwähnten Blutpumpenkonstruktionen ist es, daß es nach verhältnismäßig kurzer Zeit, z. B. nach einigen Stunden, zu einer beträchtlichen Traumatisation der Blut elemente und somit auch einer allmählichen Degradation des gepumpten Blutes bis zur kompletten Unbenutzbarkeit kommt, wobei diese Erscheinungen durch die Pumpen oder ihre Absperrorgane, wie z. B. Ventile, Klappen, Zähne oder dergleichen, beeinflußt werden.
Bei den bekannten Doppelkolben-Pumpenkonstruktionen treten überdies, aufgrund von Fertigungstoleranzen, gewisse Differenzen der Mediumdurchflußmenge auf, ganz abgesehen von anderen daraus folgenden Schwierigkeiten für die lebenden Organismen. Die oben genannten Schwierigkeiten wurden im wesentlichen durch Vakuumpumpen beseitigt, aber auch bei diesen ist die Verwendungsfähigkeit mit Rücksicht auf die kleine Bebensdauer der ermüdungsbeanspruchten Werkstoffe beschränkt. Ferner liegt ein erheblicher Nachteil darin, daß alle bekannten Mechanismen recht geräumig und kompliziert sind, so daß sie als unmittelbare intrakorporale Prothesen (sogenannte Endoprothesen) bzw. als Hilfsorgane des Herzens nicht verwendet werden können. Hinsichtlich der Kompliziertheit solcher Einrichtungen entstanden bei ihrem Einsatz auch Bedienungsschwierigkeiten, abgesehen davon, daß sie wegen ihrer stückweisen Entwicklung und Anfertigung sehr kostspielig sind.
Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue, wesentlich einfachere Einrichtung zu entwickeln, die nicht nur als extrakorporales künstliches Ersatz- bzw. Subsidiar-Herzorgan, sondern auch direkt als intrakorporaler Totalersatz des Herzens verwendet werden könnte.
Bei Versuchen zur Lösung dieses Problems wurde es entdeckt und auch experimental an Tierversuchen bewiesen, daß ein lebender Organismus beim konstanten Blutdruck überleben kann. ließe Erkenntnis ist vor allem dadurch bedeutsam, daß es auf ihrer Basis möglich wird, hydrodynamische Rotationspumpen in einem künstlichen Blutkreislauf einzusetzen, was bisher nicht bekannt war. Aus der Verwendung solcher Blutpumpen ergibt sich ein weiterer wesentlicher Vorteil, das ist die Möglichkeit der Selbstregelung, bei welcher durch Veränderung des hydraulischen Widerstandes im Kreislaufsystem die betreffende zu befördernde Blut durchflußmenge nach einer durch die Pumpencharakteristik gegebenen Beziehung eingestellt werden kann.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß das künstliche Herz aus einer hydrodynamischen Rotationsblutpumpe und einem Antriebsmotor besteht. Die Blutpumpe ist als Diagonalpumpe mit einem umspülten, hermetisch abgedichteten Elektromotor oder eventuell mit einem weiteren, beim Ausfall des Hauptmotors selbsttätig einschaltbaren Reserve-Elektromotor ausgebildet.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das Laufrad der Blut pumpe von einer abgeschlossenen Konstruktion, wobei die Spalte zwischen dem äußeren Kegelmantel des Laufrades und der ihm anliegenden Innenwand des Blutpumpenkörpers nur Zehntelmillimeter beträgt. Der ganze äußere Kegelmantel des Laufrades ist in einer entsprechenden Bohrung eingesenkt, die sich in der anliegenden Wand des Blutpumpenkörpers befindet, wobei ihr gegenseitiger Spielraum zwischen dem Kegelmantel und der Bohrung, zumindest auf der Eintrittsseite, mit einem Dichtungselement versehen ist.
Das Lauf rad der Blut pumpe ist mit Durchflußkanälen versehen, die die Form einer langgestreckten Spirale aufweisen und auf der Austrittsseite parabolisch beendet sind.
Der Statorteil des Blutpumpenaggregates ist mit dem äußeren Blutpumpenkörper mittels radialer Rippen verbunden. Vor und auch hinter dem Eintritt in das Laufrad befinden sich Statorschaufeln zur Beseitigung der Ein und Austrittsstromwirbel und zur Sicherung eines kontinuierlichen stoßfreien Axial-Durchflusses.
Die Lichtweiten des Ein- und Austrittsstutzens de Blut pumpe entsprechen den Lichtweiten von Organen des daran angeschlossenen Blutkreislaufes.
Ein weiteres Merkmal der Bxfind g besteht darin, daß der Motor bzw. die Motoren des Blutpumpenaggregates in einer im Statorkörper vorgesehenen Bohrung gelagert sind und über die Statorschaufeln mit Energie gespeist werden.
Dieser Motor bzw. diese Motoren sind mit einer Einrichtung zur Drehzahlregelung ausgerüstet.
Die Bestandteile des Blutpumpenaggregates bzw deren Beläge, die sich in unmittelbarer Berührung mit den Medien innerhalb des lebenden Organismus, in dem das Blutpumpenaggregat implantiert ist, befinden, sind aus wasserabweisenden bzw. inerten Materialien, z. B. auf der Basis von Polytetrafluoraethylen oder Mischpolymerisat von Perflurpropylen und Vinylidenchlorid bzw. Mischpolymerisat von Trifluorchloraethylen und Vinylidenfluorid, gefertigt.
Das Wesen der Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt als Beispiel einer möglichen Herstellung des künstlichen Herzens ein Blutpumpenaggregat mit einer liagonalpumpe und einem umspülten, hermetisch abgedichteten Elektromotor. Diese Blut pumpe besteht aus einem birnenförmigen Körper 1 mit einem axialen Eintrittsstutzen 2 und einem Austrittsstutzen 3, die zum Anschließen an Organe des Blutgefäßsystems angeordnet sind. Innerhalb des Körpers 1 ist das Laufrad 4 von geschlossener Konstruktion gelagert. Das Lauf rad 4 weist diagonal verlaufende Durchflußkanäle 5 in Form einer Spirale mit hoher Steigung auf und mit parabolischer Beendigung am Austritt, um die Entstehung von Stromwirbeln zu verhüten. Diese Anordnung gewährleistet einen kontinuierlichen stoßfreien Durchfluss des gepumpten Blutes durch das Laufrad 4, bei der keine Haemolyse vor sich geht. Das Lauf rad 4 ist in Lagern 7, 8 gelagert; das vordere Lager 7 befindet sich im vorderen Nabenteil 9 des Stators, der zwischen den Rippen, die als Eintritts-Schaufeln 10 vor dem Lauf rad 4 und dem Hinterlager 8 ausgeführt sind, angetrieben ist. Das hintere Lager 8 ist im birnenförmigen Statorkörper 11 angeordnet, welcher zwischen Befestigungsrippen fixiert ist. Die genannten Rippen sind als Eintritts-Statorschaufeln 12 hinter dem Laufrad 4 angeordnet. Die Eintritts- sowie die Austritts-Statorschaufeln 10 bzw. 12 sind konstruktionsgemäß so gelöst, daß eine wirbellose und stoßfreie Strömung auf der Ein- bzw. Austrittsseite des Laufrades 4 gesichert ist, und daß auch die Degradation von Blut element en und die Haemolyse an diesen Stellen verhindert wird. Das Laufrad 4 ist, wie oben angeführt, von kompakter Konstruktion, und sein äußerer Kegelmantel 13 ragt in eine betreffende Bohrung hinein, die im Blutpumpenkörper 1 so ausgebildet ist, daß das beförderte Medium ins Laufrad 4 glatt und stoßfrei an die äußere Stirn des Kegelmantels 13 einfällt. Zwischen dem Kegelmantel 13 und der Wand des Pumpenkörpers 1 ist eine geringe Spalte 15 von einigen Zehnteln eines Millimeters vorgesehen, welche eventuell z. B. auf der Eintritts- und Austrittsseite, mittels Dichtungselementen 16 abgedichtet werden kann, so daß nicht einmal in diesem Raum die Haemolyse entsteht. Der Statorkörper 11 weist im Innern eine Bohrung auf, in der ein An-sriebs Blektromotor 17 und eventuell auch ein anderer Reserve-Elektromotor 18 gelagert sind. Die Stromleitung in den Motoren 17 und 18 wird mittels der Elektroleitung 19 durchgeführt. Für eine einwandfreie Funktion der erfindungsgemäßen Blut pumpe ist auch die Wahl des zur Fertigung des Blutpumpenaggregates, insbesondere derjenigen Bestandteile desselben, die in ständiger BerUhrung mit dem beförderten Blut kommen, bestimmten Materials sehr wichtig. Zumindest diese Bestandteile bzw. deren Beläge müssen unbedingt aus solchen Materialien hergestellt werden, die wasserabweisend bzw. inert sowohl gegenüber dem gepumpten Blut als auch gegenüber den Medien innerhalb des Organismus sind, in welchem das Blutpumpenaggregat implantiert ist, und welche selbstverständlich keinen ungünstigen Einfluß auf die Blutstruktur ausüben und somit keine Bluttraumatisation verursachen. Als solche Materialien können z. B. Polytetrafluoraethylen (Teflon) oder ein Mischpolymerisat von Perfluorpropylen und Vinylidenfluorid (Viton-A) bzw. Mischpolymerisat von Trifluorchloraethylen und Vinylidenfluorid (Elastomer KEL-F) benutzt werden.
Das künstliche Blutkreislauforgan der Erfindung arbeitet folgendermaßen: Das zu befördernde Blut wird von der Blutpumpe aus dem an den Einströmstutzen 2 derselben angeschlossenen Organ des Blutgefäßsystemes angeso-gen, geht weiter durch die Durchflusskanäle 5 des Laufrades 4 hindurch, umspült den Statorkörper 11 und fließt durch den Ausströmstutzen 3 in das andere daran angeschlossene Organ des Blutgefäßsystemes ab.
Der ESn- und Austrittsstutzen sind im wesentlichen koaxial angeordnet und der gesamte lurchflussraum ist so gestaltet, daß ein glatter stoßfreier Blutdurchfluss gewährleistet ist.
Um an den Ein- und Austrittspartien des Laufrades keine unerwünschte Turbulenz hervorzurufen, sondern dem gepumpten Medium die geforderte Richtung zu geben, sind an diesen Stellen am Stator die Sin- und Austrittsschaufeln 10 bzw. 12 vorgesehen. Dadurch sowie durch die oben erwähnte Spalte 15 zwischen dem äußeren Kegelmantel 1 und der Wand des Blutpumpenkörpers 1 wird erreicht, daß das beförderte Blut bzw.
seine Komponenten nicht beschädigt oder degradiert werden.
las Laufrad der Blutpumpe wird #nmi#teibar vom «lektromo*;or 17 oder eventuell vom Reserve-Elektromotor 18 im Falle des Ausfalles des Hauptmotors angetriben. Dis J)i'eUmschaltung von dem Haupt- auf den Reserve-Elek r w##4'c durch e ire bekannte automatische Einrichtung gelöst. Zu diesem Zweck kann man sowohl einen Gleichstrom- als auch einen Wechselstrommotor wählen, wobei es aber wichtig ist, deren Drehzahl hinsichtlich der Regelung der Durchflußmenge regulieren zu können.
Die erfindungsgemäße Blutpumpe kann noch weiteren alt ernativen Modifizierungen im Erfindungsbereich unterworfen werden. So können z. B. die Elektromotoren 17 und 18 auch in der betreffenden Bohrung des Rotors, das ist das Laufrad 4, oder der eine derselben in der Bohrung des Statorkörpers 11 und der zweite in der Bohrung des Laufrades 4 angebracht werden. Bei Einschalten des erfindungsgemäßen künstlichen Blutkreislauforganes, insbesondere im extrakorporalen-Ereislauf, kann man auch andere Antriebsmotoren außer elektrischen, z. B. hydraulische oder pneumatische Motoren, verwenden. Die oben beschriebene Diagonalblutpumpe der vorliegenden Erfindung stellt nur eine der Aplikationsmöglichkeiten der Zentrifugalpumpe als künstliches Blutkreislauforgan dar, und es ist evident, daß dem gegebenen Zweck auch andere Typen von hydrodynamischen, den spezifischen Funktionen konstruktiv angepaßten Rotationspumpen dienen können.
Das erfindungsgemäße künstliche Blutkreislauforgan ist vor allem in der Human- sowie auch Veterinärmedizin als extra-und auch intrakorporales Brsatz- bzw. Unterstützungsorgan des Organismus anwendbar. Seine Verwendungsfähigkeit beruht, wie oben angeführt, auf dem experimentalen Beweis, daß der Organismus beim konstanten Blutdruck im Gefäßsystem und bei dem diesen Druck entsprechenden Durchfluß von Blut durch den Blutkreislauf überlegen kann. Dabei ist es jedoch wichtig, den Grundsatz zu beachten, daß das gepumpte Blut bzw. dessen Komponente beim Durchfluß durch das künstliche Blutkreislauforgan nicht in unzulässigem Maße der Degradation, d. h. Traumatisation, Haemolyse oder dergleichen, ausgesetzt werden darf. Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung dieses Problems ist es, daß sie diese Hauptbedingung erfüllt, da die Blutpumpe keine Absperr- bzw.
ähnlichen Elemente aufweist, und daß auch die Konstruktion der iurchflusspartie derselben keine diese Blutdegradation verursachenden Bestandteile enthält. Ein anderer Vorteil der die Zentrifugalpumpe benutzenden Lösung besteht in der Selbstregelung der lurchflussmenge in Abhängigkeit vom Druck und vice versa, was gleichfalls im Blutkreislauf des Organismus ausgenutzt werden kann.

Claims

Pat entansprüche

1. Künstliches Blutkreislauforgan dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer hydrodynamischen Rotationsblutpumpe und einem Antriebsmotor besteht.

2. Künstliches Blutkreislauforgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blutpumpe als eine Diagonalpumpe mit einem umspülten, hermetisch abgedichteten Elektromotor (17) gebildet ist.

3. Künstliches Blutkreislauforgan nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Blutpumpenaggregat mit einem weiteren, beim Ausfall des Hauptmotors (17) selbsttätig einschaltbaren Reservemotor (18) versehen ist.

4. Künstliches Blutkreislauforgan nach den ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Iaufrad (4) der Blutpumpe von kompakter Konstruktion ist, wobei zwischen dem äußeren Kegelmantel (13) des ~laufrades (4) und der ihm gegenüberliegenden Innenwand des Blutpumpenkörpers (1) eine Spalte (15) von einigen Zehnteln eines Millimeters vorgesehen ist.

5. Künstliches Blutkreislauforgan nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte äußere Kegelmantel (13) des Laufrades (4) in einer entsprechenden, in der zugekehrten Wand des Blutpumpenkörpers (1) gebildeten Bohrung (14) eingesenkt iet, wobei die Spalte zwischen dem Kegelmantel (13) und der Bohrung (14) zumindest auf der Eintrittsseite mit einem Dichtungselement (16) versehen ist.

6. Künstliches Blutkreislauforgan nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Durchflusskanäle (5) des Laufrades (4) in Form einer Spirale von hoher Steigung auf der Austrittsseite parabolisch beendet sind.

7. Künstliches Blutkreislauforgan nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Statorteil des Blutpumpenaggregates mit dem äußeren Blutpumpenkörper mittels radialer Rippen verbunden ist.

8. Künstliches Blutkreislauforgan nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Bin- und Austrittspartie des Laufrades (4) Statorschaufeln (10, 12) vorgesehen sind, die zum Vermeiden eines Ein- und Austrittswirbels in der gepumpen Flüssigkeit und zum Sicherstellen eines kontinuierlichen stoßfreien Axial-Durchflusses bestimmt sind.

9. Künstliches Blutkreislauforgan nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtweiten des Eintritts- und Austritts~ stutzens 52 bzw. 3) der Blutpumpe den Ltchtweiten von Organen des daran angeschlossenen Blutkreislaufes entsprechen.

10. Künstliches Blutkreislauforgan nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor bzw. die Motoren (17 bzw. 18) des Blutpumpenaggregates in einer Bohrung des Statorkörpers (11) gelagert sind und über eine der Statorschaufeln (12) mit Energie gespeist werden.

11. Künstliches Blutkreislauforgan nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor bzw. die Motoren (17 bzw. 18) des Blutpumpenaggegates mit einer Einrichtung zur Regelung der Umdrehungszahl ausgerüstet sind

12. Künstliches Blutkreislauforgan nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Bestandteile des Blutpumpenaggregates bzw. deren Beläge, die sich in unmittelbarer Berührung mit Medien innerhalb des Organismus, in dem das Blutpumpenaggregat implantiert ist, befinden, aus wasserabweisenden bzw. inerten Materialien, z. B. auf der Basis von Polytetrafluoraethylen oder einem Mischpolymerisat von Perfluorpropylen und Vinylidenfluorid bzw. Mischpolymerisat von Trifluorchloraethylen und Vinylidenfluorid, gefertigt sind.

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