DE10016422A1 - Parakardiale Blutpumpe - Google Patents

Abstract

Die parakardiale Blutpumpe ist dazu bestimmt, mit einem Teil ihres Gehäuses (10) durch die Herzwand hindurch in das Herz zu ragen und aus diesem Blut anzusaugen. Das Blut wird durch eine außerhalb des Herzens verlaufende Leitung in eines der mit dem Herzen verbundenen Blutgefäße gepumpt. Vor dem Einlaß (17) des Pumpenringes (16) ist eine Kanüle (30) angeordnet. Das Gehäuse (10) und die Kanüle (30) haben annähernd gleiche Außendurchmesser von maximal 13 mm. Damit ist es möglich, das Gehäuse mit der Kanüle (30) durch ein Punktionsloch, das ohne Materialentnahme in der Herzwand erzeugt wurde, in das Herz einzuführen.

Description

Die Erfindung betrifft eine parakardiale Blutpumpe mit einem rohrförmigen Gehäuse, in dem in einem längslaufenden Strömungs­ kanal eine Antriebseinheit für ein Pumpenrad untergebracht ist, wobei der Strömungskanal mit einem seitlich abgehenden Auslaß­ rohr in Verbindung steht.

Eine parakardiale Blutpumpe ist eine Blutpumpe, die Blut aus einem Teil des Herzens ansaugt und in die Aorta oder ein anderes Zielgebiet fördert, wobei das Gehäuse der Blutpumpe außen an das Herz angelegt wird, während der Pumpeneinlaß eine direkte Verbindung zu derjenigen Herzkammer hat, aus der ange­ saugt wird. Aus WO 97/49439 ist eine thorakale Blutpumpe be­ kannt. Diese Blutpumpe weist ein rohrförmiges Gehäuse auf, in welchem sich eine elektromotorische Antriebseinheit befindet. Die Antriebseinheit ist in einem Strömungskanal angeordnet, in welchem sie von Blut umströmt wird. Das Blut wird von einem eingangsseitig angeordneten Pumpenrad in einer Schrauben­ bewegung angetrieben und zirkuliert in dem Strömungskanal, um durch ein seitlich abgehendes Auslaßrohr das Gehäuse zu verlas­ sen. Die Blutpumpe mit dem Gehäuse und dem Auslaßrohr ist ins­ gesamt L-förmig ausgebildet, wodurch es möglich ist, sie an einen an der Herzwand geschaffenen Zugang anzusetzen; während das Auslaßrohr mit dem Zielgefäß verbunden wird. Derartige Blutpumpen dienen der Herzunterstützung. Sie werden temporär an das Herz angesetzt, jedoch nicht insgesamt in das Herz einge­ führt, wie intrakardiale Blutpumpen, die aus WO 98/43688 be­ kannt sind. Bei einer intrakardialen Blutpumpe ist kein zusätz­ liches Gehäuse vorgesehen, in welchem die Antriebseinheit untergebracht ist. Vielmehr fördert das Pumpenrad den Bluts­ trom, ohne dass dieser zusammengefaßt und gezielt abgeleitet würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine parakardiale Blutpumpe zu schaffen, die zur Herzunterstützung von außen an das Herz angesetzt werden kann, ohne dass die Herzwand durch Entnahme von Wandmaterial beschädigt werden müßte.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Hiernach ist vor dem Einlaß des Pumpenringes eine Kanüle angeordnet, deren Außendurchmesser annähernd so groß ist wie derjenige des die Antriebseinheit und den Strömungskanal enthaltenden Gehäuses. Die Außendurchmesser von Kanüle und Gehäuse betragen maximal 13 mm, vorzugsweise maximal 12 mm und insbesondere maximal 11 mm. Die Außendurch­ messer von Gehäuse und Kanüle sind annähernd gleich, was be­ deutet, dass ihre Abweichung maximal 15%, insbesondere maximal 10%, beträgt. Bei Förderraten von etwa 4 bis 6 Litern pro Minute ergibt ein Innendurchmesser von 6 bis 8 mm im Ansaug­ bereich eine Strömungsgeschwindigkeit von weniger als 1,0 m/s.

Diese Strömungsgeschwindigkeit erhöht sich im Bereich des Pum­ penrads auf 1,5 bis 3,0 m/s und im Bereich des ringförmigen Strömungskanals verringert sie sich dann wieder auf weniger als 1,0 m/s. Derartige Strömungsgeschwindigkeiten sind einerseits bei günstiger Strömungsführung nicht so hoch, dass eine Blut­ schädigung auftreten würde und andererseits sind sie groß ge­ nug, um Totwassergebiete und Thrombosen bedingt durch das starke Auswaschen sicher zu vermeiden.

Da die Blutpumpe herznah plaziert wird, kann sie eine Kanüle relativ geringer Länge haben. Durch eine kurze Kanüle werden die Strömungsverluste im Kanülenbereich vermindert, wobei die Pumpe trotz geringer Abmaße eine hohe hydraulische Leistung haben kann.

Die Pumpe hat hohe Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich des Strömungskanals und im Kanülenbereich. Diese hohen Strömungsge­ schwindigkeiten führen zu gutem Auswaschen aller blutführenden Bereiche, mit der Folge einer reduzierten Gefahr der Thromben­ bildung. Dies ist dann wichtig, wenn die Pumpe über längere Zeit (bis zu einem Monat) eingesetzt wird, weil Antikoagulanz- Medikamente in geringerem Maße eingesetzt werden müssen. Hier­ durch kann die Neigung zur postoperativen Blutung und zu hohem Blutverlust deutlich reduziert werden.

Die geringen Strömungsquerschnitte speziell im Bereich des Pum­ penrades haben Fluiddioden-Charakter. Dies bedeutet; dass selbst bei Pumpenstillstand der Rückfluß durch die Pumpe gering ist, vorzugsweise kleiner als 1,0 l/min. Dieser geringe Rück­ fluß sollte sogar bei Kanülierung vom Vorhof zur Aorta erreich­ bar sein, bei welcher relativ hohe physiologische Drücke von 80 bis 100 mm Hg auftreten Bekannte vergleichbare Pumpen haben da­ gegen retrograde Flüsse bis zu 3 l/min bei physiologischen Druckverhältnissen.

Die erfindungsgemäße Blutpumpe ist so ausgelegt, dass sie das nötige Fördervolumen liefert und andererseits derart durch die Herzwand hindurchgeführt werden kann, dass das in der Herzwand zu erzeugende Loch ohne Materialentnahme erzeugt werden kann. Kanüle und Gehäuse können durch eine Punktionsstelle der Herz­ zwand hindurchgeschoben werden, die dann das Gehäuse fest um­ schließt, so dass die Pumpe Blut aus dem Herzen heraus fördert. Wird die Pumpe wieder herausgezogen, dann schließt sich die Herzwand an der Punktionsstelle wieder bzw. sie wird an dieser Stelle geklammert oder genäht. Die erfindungsgemäße Blutpumpe ist von der Kanülenspitze an bis zum abzweigenden Auslaßrohr insgesamt zylindrisch und von kleinem Durchmesser, so dass sie durch ein Punktionsloch in der Herzwand hindurchgeschoben wer­ den kann.

Vorzugsweise ist der Innendurchmesser des abzweigenden Auslaß­ rohres etwa gleich groß wie derjenige der Kanüle. Auf diese Weise stellt sich in dem Auslaßrohr etwa die gleiche Strömungs­ geschwindigkeit ein wie in der Kanüle. Die Abweichung sollte maximal etwa 10% betragen. Hohe Strömungsgeschwindigkeiten in Rohr und Kanüle vermindern die Gefahr der Thrombenbildung selbst bei niedriger Antikoagulenz.

Vorzugsweise ist der Pumpenring zylindrisch ausgebildet, der­ art, dass das in ihm rotierende Pumpenrad eine. Axialströmung erzeugt. Dies bedeutet, dass die Strömung im Bereich des Pum­ penrades nicht oder nur sehr wenig in radialer Richtung abge­ lenkt wird, so dass die Außenkanten der Flügel des Pumpenrades eine zylindrische Umfangsfläche beschreiben. Dadurch werden un­ zulässig hohe Umfangsgeschwindigkeiten in kleinen Spalten am Pumpenrad vermieden, zumal der Durchmesser des Pumpenrings und der des Pumpenrades genau gefertigt werden können und ein axialer Vorsatz des Pumpenrads keine Veränderung des Spaltes bewirkt.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist an dem Gehäuse ein Drucksensor zur Druckmessung an dem zu pumpenden Blut vorgesehen. Das Signal des Drucksensors wird zur Erkennung unterschiedlicher Betriebszustände und/oder zur Ermittlung des momentanen Volumenstromes ausgewertet. Es hat sich herausge­ stellt, dass ein einziger Drucksensor ausreicht, um den momen­ tanen Volumenstrom zu ermitteln. Der jeweilige Druck steht in einer eindeutigen Beziehung zu dem Volumenstrom. Diese Be­ ziehung kann durch Eichung ermittelt werden. Außerdem können durch Druckmessung außergewöhnliche Betriebszustände, wie bei­ spielsweise eine Versperrung des auslaßseitigen Blutstromes oder des einlaßseitigen Blutstromes festgestellt werden.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Aus­ führungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße para­ kardiale Blutpumpe,

Fig. 2 eine atriale Implantation der Blutpumpe zur Rechts­ herzunterstützung,

Fig. 3 eine apekale Implantation der Blutpumpe zur Links­ herzunterstützung, und

Fig. 4 eine atriale Implantation der Blutpumpe zur Links­ herzunterstützung.

Die in Fig. 1 dargestellte Blutpumpe hat ein längliches im we­ sentliches zylindrisches Gehäuse 10, in dem die Antriebseinheit 11 koaxial angeordnet ist. Die Antriebseinheit 11 enthält einen (nicht dargestellten) Elektromotor. Sie ist über elektrische Leitungen, die durch einen mit dem rückwärtigen. Gehäuseende verbundenen Katheter 12 hindurchführen, mit einer elektrischen Steuer- und Versorgungseinheit verbunden. Auf einer Welle der Antriebseinheit 11 sitzt das Pumpenrad 13, das eine sich vom vorderen Ende aus konisch erweiternde Nabe 14 und davon ab­ stehende Flügel 15 aufweist, welche schraubenförmig um die Nabe 14 verlaufen. Die Kanten der Flügel 15 bewegen sich auf einer Zylinderfläche, welche die Umhüllende des Pumpenrades 13 bil­ det.

Das Pumpenrad 13 rotiert in einem zylindrischen Pumpenring 16, dessen. Durchmesser ungefähr gleich demjenigen der Umhüllenden des Pumpenrades ist. Hierbei beträgt der Laufspalt etwa 0,1 mm. Dies stellt einen guten Kompromiß zwischen Blutschädigung und hydraulischen Verlusten dar. Der Pumpenring 16 hat an seinem vorderen Ende einen axialen Einlaß 17, der hier aus einer um­ laufenden Einführschräge besteht. An das rückwärtige Ende des Pumpenringes 16 schließt sich ein beschaufelungs- und rotor­ freier Übergangsbereich 18 an, in welchem sich der Durchmesser von demjenigen des Pumpenringes auf denjenigen des die An­ triebseinheit 11 umgebenden Gehäuseteils 19 kontinuierlich er­ weitert. Zwischen der Wand des Gehäuseteils 19 und der Außen­ fläche der Pumpeneinheit 11 ist ein ringförmiger Strömungskanal 20 gebildet.

Am rückwärtigen Ende des Gehäuses 10 befindet sich ein, aus er­ härtetem Klebstoff bestehender Haltekörper 21, der eine Ausneh­ mung 22 des Gehäuses ausfüllt und einen nach hinten vor­ stehenden gerundeten Ansatz bildet und der das rückwärtige Ende der Antriebseinheit 11 hält. Die Antriebseinheit 11 steht somit nach Art eines frei kragenden Auslegers von dem Haltekörper 21 ab, ohne dass eine seitliche Abstützung vorhanden wäre.

In der Nähe des rückwärtigen Endes des Strömungskanals 20 geht ein Auslaßrohr 23 seitlich von dem Pumpengehäuse ab. Dieses Auslaßrohr 23 verläuft tangential zu dem Strömungskanal 20. Seine Innenfläche 24 erweitert sich in Strömungsrichtung nach Art eines Diffusors mit einem Konuswinkel von maximal 8 zur Vermeidung von Ablösungen. An das Auslaßrohr 23 kann ein Schlauch mit glattem und stroßfreiem Übergang angeschlossen werden.

Im Bereich des Strömungskanals 20 ist an der Gehäusewand eine Druckerfassungsöffnung 25 vorgesehen, die mit dem Strömungs­ kanal 20 in Verbindung steht. Von der Druckerfassungsöffnung 25 führt ein Druckkanal 26 in das Lumen eines Schlauchs 27, welcher durch den Katheter 12 hindurch verläuft. Am proximalen Ende des. Katheters kann ein Drucksensor angeschlossen werden, um den Druck an der Stelle der Druckerfassungsöffnung 25 zu er­ fassen. Alternativ kann an der Druckerfassungsöffnung 25 ein Drucksensor installiert werden.

Die Druckerfassungsöffnung kann alternativ mit axialer Aus­ richtung an der hinteren Stirnwand in unmittelbarer Nähe des Haltekörpers 21 angebracht sein oder mit radialer Ausrichtung an dem Pumpenring 16 im Bereich des Pumpenrades 13.

Der im Strömungskanal 20 herrschende Druck gibt Aufschluß über den momentanen Volumenstrom und auch über besondere Betriebs­ verhältnisse, wie beispielsweise eine Okklusion am Pumpeneinlaß oder am Auslaß. Die Überwachung dieser Parameter erfolgt mit einer einzigen Absolutwertmessung des Druckes, also ohne Dif­ ferenzdruckmessung.

Das Gehäuse 10 ist mit einer rohrförmigen Kanüle 30 verlängert, welche auf den Pumpenring 16 befestigt ist. Die Kanüle 30 hat umfangsmäßig verteilt angeordnete längslaufende Schlitze 31 und am vorderen Ende eine axiale Öffnung 32 in einer abgerundeten Kappe 33. Die Länge der Kanüle 30 ist maximal gleich der Länge des Gehäuses 10, wobei der Pumpenring 16 dem Gehäuse zuzu­ rechnen ist.

Der Außendurchmesser D1 des Gehäuseteils 19 ist bei dem be­ schriebenen Ausführungsbeispiel 11 mm. Der Innendurchmesser D2 im Bereich des Strömungskanals 20 beträgt 10 mm. Die An­ triebseinheit 11 hat einen Durchmesser D3 von < 7,0 mm. Der In­ nendurchmesser D4 des Pumpenringes 16 beträgt 6 mm. Der Außen­ durchmesser D5 der Kanüle 30 beträgt 10 mm und der Innendurch­ messer der Kanüle beträgt 8 mm.

Aus den genannten Abmessungen ergeben sich Blut-Strömungsraten im Bereich des Pumpenringes 16 von 1,5 bis 3 m/s, im Bereich des Strömungskanals 20 von 1,0 bis 1, 5 m/s und im Bereich des Auslaßrohres 23 von 0,5 m/s. Die Antriebseinheit 11 läuft mit einer hohen Drehzahl von 25000 bis 30000 U/min. Hierbei fördert das Pumpenrad 13 4 bis 6 l Blut pro Minute bei physiologischen Druckverhältnissen.

Das gesamte Gehäuse 10, einschließlich des Pumpenringes 16 hat eine Länge von etwa 50 mm und der über den Pumpenring hinaus vorstehende Teil der Kanüle 30 hat eine Länge von etwa 35 mm.

Die parakardiale Blutpumpe wird durch eine Punktionsöffnung in der Herzwand in das Herz derart eingeführt, dass das Gehäuse 10 die Punktionsöffnung abdichtend verschließt, während die Kanüle 30 sich im Innern des Herzens befindet und das Auslaßrohr 23 außerhalb des Herzens. Dabei ist die Punktionsöffnung in der Herzwand ohne Entnahme von Herzwandgewebe entstanden. Dies hat zur Folge, dass nach dem späteren Herausziehen der Pumpe die Öffnung in der Herzwand besser verschlossen werden kann.

Zur besseren axialen Fixierung der Pumpe an einer Herzwand mit einer sogenannten Tabakbeutelnaht kann sich auf dem Gehäuse 10 eine umlaufende 45 Verdickung befinden.

Fig. 2 zeigt den atrialen Einsatz der parakardialen Blutpumpe bei der Rechtsherzunterstützung, wobei das Gehäuse 10 durch das rechte Vorhofohr 40 der Herzwand hindurch in das rechte Atrium RA ragt, während das Auslaßrohr 23 sich außerhalb des Herzens befindet und mit einem Schlauch 41 mit der Pulmonalarterie PA verbunden ist, welche das Blut vom rechten Ventrikel RV in die Lunge L leitet. Das von der Lunge L zurückkehrende Blut gelangt durch die Mitralklappe MK in. den. linken Ventrikel LV. Vom linken Ventrikel führt die Aortenklappe AK in die Aorta A0.

Zwischen dem rechten Atrium RA und dem rechten Ventrikel RV be­ findet sich die Tricuspidalklappe TK und zwischen dem rechten Atrium RA und der Pulmonalarterie PA befindet sich die Pul­ monalklappe PK. In das rechte Atrium führen die obere Hohlvene OHV und die untere Hohlvene UHV.

Bei der beschriebenen Anordnung der Blutpumpe liegt ein wesent­ licher Teil der Länge des Gehäuses 10 und die Kanüle 30 im In­ nern des Herzens, während ein relativ kurzer Teil des Gehäuses aus dem Herzen herausragt und das Auslaßrohr 23 zusammen mit dem angeschlossenen Schlauch sich eng an die Außenseite des Herzens anschmiegt. Daher nimmt die Blutpumpe keinen wesent­ lichen Platz ein.

Die Blutpumpe wird am offenen Herzen implantiert, um für die Zeit einer Operation oder eines anderen Eingriffs eine Herzunterstützung zu bewirken. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass im Brustbereich des Patienten keine schwerge­ wichtigen und voluminösen Pumpen gelagert werden müssen.

Die Pumpe ist derart klein und leicht, dass selbst der fragile rechte oder linke Vorhof durch das Anlegen und Einbringen der Pumpe nicht wesentlich deformiert wird.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Anwendungsbeispiel wird die Pulmonalklappe PK überbrückt. Das Herz schlägt im übrigen weiter, so dass die anderen Herzfunktionen in der gewohnten Weise ausgeführt werden.

Fig. 3 zeigt die Positionierung der Pumpe am Apex 42, also an der Spitze des linken Ventrikels LV. Auch hier ist das Gehäuse 10 von außen her durch ein Punktionsloch der Herzwand hindurch­ geschoben, während das Auslaßrohr 23 mit einem angeschlossenen Schlauch 43 mit der Aorta Descendens AOD verbunden ist. Auch hier ist die räumlich gedrängte Anordnung der Pumpe auf engstem Raum unter geringstmöglicher Störung erkennbar. Die Pumpe för­ dert von dem linken Ventrikel LV in die Aorta Descendens und überbrückt dabei die Aortenklappe AK.

Bei dem Anwendungsbeispiel von Fig. 4 ragt das Gehäuse 10 von außen her in das linke Atrium LA hinein, während das außerhalb des Herzens liegende Auslaßrohr 23 über einen Schlauch 44 mit dem Aortenbogen AOB oder der Aorta Descendens verbunden ist. Man erkennt, dass in allen Fällen die Positionierung der Pumpe raumsparend erfolgt, wobei die Störungen und Beeinträchtigungen des Zugangs zum Herzen möglichst gering gehalten werden.

Claims (8)

1. Parakardiale Blutpumpe mit einem rohrförmigen Gehäuse (10), das einen längslaufenden Strömungskanal (20) und eine koaxial darin angeordnete Antriebseinheit (11) für ein Pum­ penrad (13) enthält und an einem Ende einen das Pumpenrad (13) umgebenden Pumpenring (16) mit axialem Einlaß (17) und am anderen Ende ein seitlich abgehendes Auslaßrohr (23) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einlaß (17) des Pumpenringe s (16) eine Kanüle (30) angeordnet ist und dass das Gehäuse (10) und die Ka­ nüle (30) annähernd gleiche Außendurchmesser (D1) von maximal 13 mm haben.

2. Blutpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Auslaßrohres (23) etwa gleich groß ist wie derjenige der Kanüle (30).

3. Blutpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenring (16) zylindrisch ist und in Strömungs­ richtung hinter dem Pumpenring (16) ein Übergangsbereich (18) vorgesehen ist, dessen Durchmesser sich von demjenigen des Pumpenringes (16) auf denjenigen des Strömungskanals (20) erweitert.

4. Blutpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass ein den Druck im Strömungskanal (20) erfas­ sender Drucksensor vorgesehen ist und dass das Signal des Drucksensors zur Erkennung unterschiedlicher Betriebs­ zustände und/oder zur Ermittlung des momentanen Volumen­ stromes ausgewertet wird.

5. Blutpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor oder eine Druckerfassungsöffnung (25) an der Außenwand oder der axialen Endwand oder im Pumpenring (16) des Strömungskanals (20) angeordnet ist.

6. Blutpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Kanüle (30) über den Pumpenring (16) hinaus um weniger vorsteht als die Gehäuselänge.

7. Blutpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Strömungsquerschnitt im Bereich des Pum­ penrades (13) so klein ist, dass bei Pumpenstillstand der Rückfluß durch die Pumpe kleiner ist als 1 l/min bei einem Gegendruck von 80 mm Hg.

8. Blutpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Auslaßrohr (23) einen sich in Strömungs­ richtung erweiternden Querschnitt hat.