DE10016422B4 - Parakardiale Blutpumpe - Google Patents
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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 Strömungskanal eine Antriebseinheit für ein Pumpenrad untergebracht ist, wobei der Strömungskanal mit einem seitlich abgehenden Auslaßrohr 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 angesaugt wird. Aus
WO 97/49439 WO 98/43688 - 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 Außendurchmesser von Gehäuse und Kanüle sind annähernd gleich, was bedeutet, dass ihre Abweichung maximal 15%, insbesondere maximal 10%, beträgt. Bei Förderraten von etwa 4 bis 5 Litern pro Minute ergibt ein Innendurchmesser von 5 bis 8 mm im Ansaugbereich eine Strömungsgeschwindigkeit von weniger als 1,0 m/s.
- Diese Strömungsgeschwindigkeit erhöht sich im Bereich des Pumpenrads 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 Blutschädigung auftreten würde und andererseits sind sie groß genug, 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 Strömungsgeschwindigkeiten führen zu gutem Auswaschen aller blutführenden Bereiche, mit der Folge einer reduzierten Gefahr der Thrombenbildung. 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. Hierdurch kann die Neigung zur postoperativen Blutung und zu hohem Blutverlust deutlich reduziert werden.
- Die geringen Strömungsquerschnitte speziell im Bereich des Pumpenrades haben Fluiddioden-Charakter. Dies bedeutet, dass selbst bei Pumpenstilistand der Rückfluß durch die Pumpe gering ist, vorzugsweise kleiner als 1,0 l/min. Dieser geringe Rückfluß sollte sogar bei Kanülierung vom Vorhof zur Aorta erreichbar sein, bei welcher relativ hohe physiologsche Drücke von 80 bis 100 mm Hg auftreten Bekannte vergleichbare Pumpen haben dagegen 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 Herzzwand hindurchgeschoben werden, die dann das Gehäuse fest umschließt, so dass die Pumpe Blut aus dem Herzen heraus fördert. Wird die Pumpe wieder herausgezogen, dann schließt sich die Herzwand an der Punktionstelle 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 werden kann.
- Vorzugsweise ist der Innendurchmesser des abzweigenden Auslaßrohres etwa gleich groß wie derjenige der Kanüle. Auf diese Weise stellt sich in dem Auslaßrohr etwa die gleiche Strömungsgeschwindigkeit 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, derart, dass das in ihm rotierende Pumpenrad eine Axialströmung erzeugt. Dies bedeutet, dass die Strömung im Bereich des Pumpenrades nicht oder nur sehr wenig in radialer Richtung abgelenkt wird, so dass die Außenkanten der Flügel des Pumpenrades eine zylindrische Umfangsfläche beschreiben. Dadurch werden unzulässig 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 herausgestellt, dass ein einziger Drucksensor ausreicht, um den momentanen Volumenstrom zu ermitteln. Der jeweilige Druck steht in einer eindeutigen Beziehung zu dem Volumenstrom. Diese Beziehung kann durch Eichung ermittelt werden. Außerdem können durch Druckmessung außergewöhnliche Betriebszustände, wie beispielsweise eine Versperrung des auslaßseitigen Blutstromes oder des einlaßseitigen Blutstromes festgestellt werden.
- Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
- Es zeigen:
-
1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße parakardiale Blutpumpe, -
2 eine atriale Implantation der Blutpumpe zur Rechtsherzunterstützung, -
3 eine apekale Implantation der Blutpumpe zur Linksherzunterstützung, und -
4 eine atriale Implantation der Blutpumpe zur Linksherzunterstützung. - Die in
1 dargestellte Blutpumpe hat ein längliches im wesentliches zylindrisches Gehäuse10 , in dem die Antriebseinheit11 koaxial angeordnet ist. Die Antriebseinheit11 enthält einen (nicht dargestellten) Elektromotor. Sie ist über elektrische Leitungen, die durch einen mit dem rückwärtigen Gehäuseende verbundenen Katheter12 hindurchführen, mit einer elektrischen Steuer- und Versorgungseinheit verbunden. Auf einer Welle der Antriebseinheit11 sitzt das Pumpenrad13 , das eine sich vom vorderen Ende aus konisch erweiternde Nabe14 und davon abstehende Flügel15 aufweist, welche schraubenförmig um die Nabe14 verlaufen. Die Kanten der Flügel15 bewegen sich auf einer Zylinderfläche, welche die Umhüllende des Pumpenrades13 bildet. - Das Pumpenrad
13 rotiert in einem zylindrischen Pumpenring16 , 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 Pumpenring16 hat an seinem vorderen Ende einen axialen Einlaß17 , der hier aus einer umlaufenden Einführschräge besteht. An das rückwärtige Ende des Pumpenringes16 schließt sich ein beschaufelungs- und rotorfreier Übergangsbereich18 an, in welchem sich der Durchmesser von demjenigen des Pumpenringes auf denjenigen des die Antriebseinheit11 umgebenden Gehäuseteils19 kontinuierlich erweitert. Zwischen der Wand des Gehäuseteils19 und der Außenfläche der Pumpeneinheit11 ist ein ringförmiger Strömungskanal20 gebildet. - Am rückwärtigen Ende des Gehäuses
10 befindet sich ein aus erhärtetem Klebstoff bestehender Haltekörper21 , der eine Ausnehmung22 des Gehäuses ausfüllt und einen nach hinten vorstehenden gerundeten Ansatz bildet und der das rückwärtige Ende der Antriebseinheit11 hält. Die Antriebseinheit11 steht somit nach Art eines frei kragenden Auslegers von dem Haltekörper21 ab, ohne dass eine seitliche Abstützung vorhanden wäre. - In der Nähe des rückwärtigen Endes des Strömungskanals
20 geht ein Auslaßrohr23 seitlich von dem Pumpengehäuse ab. Dieses Auslaßrohr23 verläuft tangential zu dem Strömungskanal20 . Seine Innenfläche24 erweitert sich in Strömungsrichtung nach Art eines Diffusors mit einem Konuswinkel von maximal 8° zur Vermeidung von Ablösungen. An das Auslaßrohr23 kann ein Schlauch mit glattem und stroßfreiem Übergang angeschlossen werden. - Im Bereich des Strömungskanals
20 ist an der Gehäusewand eine Druckerfassungsöffnung25 vorgesehen, die mit dem Strömungskanal20 in Verbindung steht. Von der Druckerfassungsöffnung25 führt ein Druckkanal26 in das Lumen eines Schlauchs27 , welcher durch den Katheter12 hindurch verläuft. Am proximalen Ende des Katheters kann ein Drucksensor angeschlossen werden, um den Druck an der Stelle der Druckerfassungsöffnung25 zu erfassen. Alternativ kann an der Druckerfassungsöffnung25 ein Drucksensor installiert werden. - Die Druckerfassungsöffnung kann alternativ mit axialer Ausrichtung an der hinteren Stirnwand in unmittelbarer Nähe des Haltekörpers
21 angebracht sein oder mit radialer Ausrichtung an dem Pumpenring16 im Bereich des Pumpenrades13 . - Der im Strömungskanal
20 herrschende Druck gibt Aufschluß über den momentanen Volumenstrom und auch über besondere Betriebsverhältnisse, wie beispielsweise eine Okklusion am Pumpeneinlaß oder am Auslaß. Die Überwachung dieser Parameter erfolgt mit einer einzigen Absolutwertmessung des Druckes, also ohne Differenzdruckmessung. - Das Gehäuse
10 ist mit einer rohrförmigen Kanüle30 verlängert, welche auf den Pumpenring16 befestigt ist. Die Kanüle30 hat umfangsmäßig verteilt angeordnete längslaufende Schlitze31 und am vorderen Ende eine axiale Öffnung32 in einer abgerundeten Kappe33 . Die Länge der Kanüle30 ist maximal gleich der Länge des Gehäuses10 , wobei der Pumpenring16 dem Gehäuse zuzurechnen ist. - Der Außendurchmesser D1 des Gehäuseteils
19 ist bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel 11 mm. Der Innendurchmesser D2 im Bereich des Strömungskanals20 beträgt 10 mm. Die Antriebseinheit11 hat einen Durchmesser D3 von < 7,0 mm. Der Innendurchmesser D4 des Pumpenringes16 beträgt 6 mm. Der Außendurchmesser D5 der Kanüle30 beträgt 10 mm und der Innendurchmesser 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 Strömungskanals20 von 1,0 bis 1,5 m/s und im Bereich des Auslaßrohres23 von 0,5 m/s. Die Antriebseinheit11 läuft mit einer hohen Drehzahl von 25000 bis 30000 U/min. Hierbei fördert das Pumpenrad13 4 bis 6 l Blut pro Minute bei physiologischen Druckverhältnissen. - Das gesamte Gehäuse
10 , einschließlich des Pumpenringes16 hat eine Länge von etwa 50 mm und der über den Pumpenring hinaus vorstehende Teil der Kanüle30 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 Kanüle30 sich im Innern des Herzens befindet und das Auslaßrohr23 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. -
2 zeigt den atrialen Einsatz der parakardialen Blutpumpe bei der Rechtsherzunterstützung, wobei das Gehäuse10 durch das rechte Vorhofohr40 der Herzwand hindurch in das rechte Atrium RA ragt, während das Auslaßrohr23 sich außerhalb des Herzens befindet und mit einem Schlauch41 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 AO. - Zwischen dem rechten Atrium RA und dem rechten Ventrikel RV befindet sich die Tricuspidalklappe TK und zwischen dem rechten Atrium RA und der Pulmonalarterie PA befindet sich die Pulmonalklappe PK. In das rechte Atrium führen die obere Hohlvene OHV und die untere Hohlvene UHV.
- Bei der beschriebenen Anordnung der Blutpumpe liegt ein wesentlicher Teil der Länge des Gehäuses
10 und die Kanüle30 im Innern des Herzens, während ein relativ kurzer Teil des Gehäuses aus dem Herzen herausragt und das Auslaßrohr23 zusammen mit dem angeschlossenen Schlauch sich eng an die Außenseite des Herzens anschmiegt. Daher nimmt die Blutpumpe keinen wesentlichen 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 schwergewichtigen 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
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. -
3 zeigt die Positionierung der Pumpe am Apex 42, also an der Spitze des linken Ventrikels LV. Auch hier ist das Gehäuse10 von außen her durch ein Punktionsloch der Herzwand hindurchgeschoben, während das Auslaßrohr23 mit einem angeschlossenen Schlauch43 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 fördert von dem linken Ventrikel LV in die Aorta Descendens und überbrückt dabei die Aortenklappe AK. - Bei dem Anwendungsbeispiel von
4 ragt das Gehäuse10 von außen her in das linke Atrium LA hinein, während das außerhalb des Herzens liegende Auslaßrohr23 über einen Schlauch44 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)
- Parakardiale Blutpumpe mit einem rohrförmigen Gehäuse (
10 ), das einen längslaufenden Strömungskanal (20 ) und eine koaxial darin angeordnete Antriebseinheit (11 ) für ein Pumpenrad (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 Pumpenringes (16 ) eine Kanüle (30 ) angeordnet ist und dass das Gehäuse (10 ) und die Kanüle (30 ) annähernd gleiche Außendurchmesser (D1) von maximal 13 mm haben. - Blutpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Auslaßrohres (
23 ) etwa gleich groß ist wie derjenige der Kanüle (30 ). - Blutpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenring (
16 ) zylindrisch ist und in Strömungsrichtung hinter dem Pumpenring (16 ) ein Übergangsbereich (18 ) vorgesehen ist, dessen Durchmesser sich von demjenigen des Pumpenringes (16 ) auf denjenigen des Strömungskanals (20 ) erweitert. - Blutpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Druck im Strömungskanal (
20 ) erfassender Drucksensor vorgesehen ist und dass das Signal des Drucksensors zur Erkennung unterschiedlicher Betriebszustände und/oder zur Ermittlung des momentanen Volumenstromes ausgewertet wird. - 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. - Blutpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanüle (
30 ) über den Pumpenring (16 ) hinaus um weniger vorsteht als die Gehäuselänge. - Blutpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt im Bereich des Pumpenrades (
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. - Blutpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslaßrohr (
23 ) einen sich in Strömungsrichtung erweiternden Querschnitt hat.
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