DE19625300A1 - Blutpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Blutpumpe, vorzugsweise eine implantierbare Blutpumpe zum Unterstützen oder Ersetzen der links und/oder rechtsseitigen Herzfunk­ tion.

Aus US 4,994,078 ist eine implantierbare Blutpumpe be­ kannt, die nach Art eines Schneckengehäuses ausgebildet ist, wobei der Stator des Motors in das Pumpengehäuse integriert ist, während der Rotor mit einem Pumpenrad fest verbunden ist und vom Blutstrom umspült wird. Das Blut strömt also durch das Innere des Motors hindurch, wobei die eine Wand des von dem Motor gebildeten Ring­ kanals stationär ist, während die andere Wand rotiert. Dadurch besteht dort die Gefahr von Blutschädigungen durch auftretende Scherkräfte.

EP 0 611 580 A2 beschreibt eine künstliche Herzpumpe, bei der ebenfalls der Rotor und der Stator des Motors vom Blut umspült sind. An der Auslaßseite befindet sich ein Pumpenrad, das als Radialpumpe ausgebildet ist und axial entlang des Stators angesaugtes Blut in einen umgebenden Ringkanal hineinpumpt, aus dem das Blut tan­ gential austritt. Hierbei bestehen zwei Ansaugwege, nämlich der den Stator umgebende Hauptansaugweg und ein relativ enger Ringkanal zwischen Stator und Rotor. Auch hierbei besteht die Gefahr von Blutschädigung durch Scherkräfte.

Schließlich ist aus WO 94/09274 eine Blutpumpe bekannt, die einen schraubenförmigen Rotor aufweist, welcher einen Stator umgibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Blut­ pumpe zu schaffen, in der Blutschädigungen und Throm­ benbildung weitgehend vermieden werden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Bei der erfindungsgemäßen Blutpumpe ist in einem lang­ gestreckten Pumpengehäuse der Motor als geschlossene Einheit koaxial untergebracht, wobei zwischen dem Pum­ pengehäuse und dem Motorgehäuse ein Ringkanal gebildet wird, der von dem Blut durchströmt wird. Das Pumpenrad ist am einlaßseitigen Ende des Motors angeordnet und bildet zusammen mit einem Übergangsteil des Pumpenge­ häuses eine diagonal durchströmte Pumpe, die einen das Motorgehäuse ringförmig umspülenden, drallbehafteten Axialstrom erzeugt. Die Blutströmung erfolgt also im Bereich des Motors zwischen zwei stationären Teilen, nämlich dem Pumpengehäuse und dem Motorgehäuse, wodurch zusätzliche Scherbeanspruchungen des Blutes außerhalb des rotierenden Teils der Pumpenbeschaufelung vermieden werden. Der an dem Motorgehäuse entlangströmende Blut­ strom bewirkt eine ständige Kühlung des Motors, solange die Pumpe arbeitet. Der Motor wird also durch das an ihm entlangströmende Blut gekühlt. Das Pumpengehäuse ist langgestreckt und im wesentlichen rohrförmig und ohne rotierend umlaufende Ringkanäle oder sonstige Ver­ dickungen. Dies ermöglicht eine einfache und raumspa­ rende Implantation in Herznähe unter Berücksichtigung der physiologischen Gegebenheiten.

Der axiale Blutstrom entlang des Pumpengehäuses kann eine Umfangskomponente aufweisen, wobei das Blut das Motorgehäuse schraubenförmig umströmt. Das Pumpenge­ häuse hat eine Länge von etwa 5 bis 10 cm und einen Außendurchmesser von etwa 2 bis 3 cm. Der Einlaß und der Auslaß sind, bezogen auf den Außendurchmesser des Pumpengehäuses, verjüngt ausgebildet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Blutpumpe führt der Auslaß seitlich aus dem Pumpengehäuse heraus. Hierbei kann am auslaßseitigen Ende des Pumpengehäuses eine Stirnwand vorgesehen sein, die einen zu dem Auslaß führenden schraubenförmigen Kanal mit dem Winkel der dortigen Strömung enthält. Eine solche Blutpumpe eignet sich insbesondere für Patienten mit irreversiblem linksventrikulären Herzversagen. Dabei wird eine An­ schlußstelle in den Ventrikel gelegt, so daß dieser durch Blutentnahme entlastet wird. Mit der Anschluß­ stelle wird der Pumpeneinlaß verbunden, während der Pumpenauslaß an die Aorta angeschlossen wird. Der um ca. 90° gegenüber dem Einlaß gewinkelte Auslaß dieser Ausführungsform ist physiologisch auch für eine Vorhof- Aorta Kanülierung günstig.

Der Anschluß des Blutpumpeneinlasses an den Vorhof kann nach der Entfernung des Anschlusses wieder verschlossen werden. Das Herz kann also seine eigenständige Arbeit wieder aufnehmen. Diese Methode wird dann bevorzugt, wenn die Möglichkeit einer langfristigen Herzerholung besteht oder die Pumpe als chronische Unterstützungs­ pumpe des vermindert, aber noch aktiven Herzens dienen soll.

Bei einer anderen Ausführungsform der Blutpumpe führt der Auslaß axial aus dem Pumpengehäuse heraus.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnun­ gen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausfüh­ rungsform der Blutpumpe,

Fig. 2a und 2b schematische Darstellungen des Einsatzes der Blutpumpe am Herzen, und

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Blutpumpe mit axial gerichtetem Einlaß und Auslaß.

Die Blutpumpe BP nach Fig. 1 weist ein langgestrecktes, rohrförmiges Pumpengehäuse 10 auf, das an einem Ende mit einem Einlaßteil 11 versehen ist. Der Einlaßteil 11 weist einen Einlaß 12 auf, dessen Innendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Pumpengehäuses 10. Im Einlaßteil 11 ist ein ringförmiger Übergangsteil 13 ausgebildet, der bogenförmig gestaltet ist und in einer S-förmigen Krümmung von dem Durchmesser des Ein­ lasses 12 auf den Innendurchmesser des Pumpengehäuses 10 glatt und knickfrei überleitet.

An dem dem Einlaß 12 gegenüberliegenden Ende des Pum­ pengehäuses 10 befindet sich eine Stirnwand 14, die das Pumpengehäuse abschließt. An dieser Stirnwand 14 ist das Motorgehäuse 15 eines Motors 16 befestigt, bei dem es sich um einen Elektromotor handelt. Das Motorgehäuse 15 ragt aus der Stirnwand 14 heraus. Es ist vollständig abgedichtet, wobei die elektrischen Leitungen durch einen Durchlaß 17 des Motorgehäuses 15 hindurchgeführt sind.

Der Auslaß 18 befindet sich an einem Auslaßstutzen 19, der tangential von der Stirnwand 14 seitlich abgeht. Im Innern der Stirnwand 14 verläuft ein schraubenförmiger Kanal 20 in Richtung der drallbeaufschlagten Axialströ­ mung von 21 bis zum Auslaß 18 mit ausschließlich axialer Erstreckung.

In dem Einlaßteil 11 des Pumpengehäuses 10 ist ein Pum­ penrad 22 angeordnet. Dieses besteht aus einer Nabe 23, von der Schaufeln 24 abstehen. Der Antrieb des Pumpen­ rades 22 erfolgt von dem Motor 16 über eine magnetische Kupplung, die als Stirndrehkupplung 25 oder Zentral­ drehkupplung ausgebildet sein kann. Diese weist ein erstes Kupplungsteil 25a auf, das mit dem Rotor des Motors 16 verbunden und im Innern des Motorgehäuses 15 gekapselt angeordnet ist, und ein zweites Kupplungsteil 25b, das in der Nabe 23 des Pumpenrades 22 angeordnet ist. Beide Kupplungsteile 25a, 25b haben Magnete 28, die bewirken, daß bei einer Drehung des erstes Kupplungs­ teils 25a das zweite Kupplungsteil 25b mitdreht.

Das Motorgehäuse 15 ist mit einer magnetischen nicht­ leitenden Kappe 26 verschlossen, an welcher ein kombi­ niertes Axial/Radiallager 27 in Form einer Kugel abge­ stützt ist. Dieses Lager 27 stützt seinerseits die Nabe des Pumpenrades 22 ab. Die Magnete 28 der Stirndreh­ kupplung 25 erzeugen eine axiale Haltekraft, die größer ist als die beim Drehen des Pumpenrades 22 erzeugte Reaktionskraft, so daß das Pumpenrad 22 durch die Magnetkraft in Richtung auf den Motor 16 gezogen und gegen das Lager 27 gedrückt wird. Die axiale Haltekraft der Kupplung 25 wird zentral auf der Kappe 26 durch eine weitere axiale Lagerabstützung 25d in Verbindung mit dem Lager 27 kompensiert, so daß weder die Lager des Motors 26 noch die dünne Kappe 26 diese Kraft in ihrer Umfangswand 26b und auf der Stirnfläche 26a auf­ nehmen müssen.

Zur Zentrierung des Pumpenrades 22 auf der Einlaßseite ist in dem Einlaß 12 ein Armstern 29 befestigt, der einen axial in die Nabe 23 des Pumpenrades 22 eingrei­ fenden Lagerzapfen 30 aufweist. An dem Armstern 29 be­ findet sich ein zentrisches Kopfstück 31, das den La­ gerzapfen 30 umgibt und die axial einströmende Strömung geringfügig radial in Richtung der Nabe 23 ableitet.

Die Leitschaufeln 24 des Pumpenrades 22 haben an dem Anströmende 24a einen Außendurchmesser, der im wesent­ lichen dem Durchmesser des Einlasses 12 entspricht, so daß das Pumpenrad hier den gesamten Durchmesser des Einlaßkanals erfaßt. Im Anschluß an die Einlaßkanten 24a erfolgt ein konkav-bogenförmiger Umfangsbereich 24b, der dem Übergangsteil 13 des Pumpengehäuses mit geringem Abstand folgt. Daran anschließend haben die Pumpenschaufeln 24 einen Bereich 24c, dessen Durchmes­ ser etwa so groß ist wie der Außendurchmesser des Mo­ torgehäuses 15 an demjenigen Ende, das dem Pumpenrad 22 zugewandt ist. Der Außendurchmesser der diagonalen Pum­ penschaufeln 24 wird so groß ausgeführt, wie es der Gesamtdurchmesser des Übergangsteils 13 erlaubt. Hier­ durch kann die erforderliche, hydraulische Leistung bei einer vergleichsweisen geringen Drehzahl (beispielhaft n≅7000 U/min für V/t≅51/min und ΔP≅100 mm Hg) erzielt wer­ den, was die Standzeiten der lagernden Komponenten der Pumpe erhöht.

Zwischen dem Pumpengehäuse 10 und dem Motorgehäuse 15 besteht ein Ringkanal 35, der sich in Längsrichtung erstreckt. Dieser Ringkanal 35 ist als Diffusor aus­ gebildet, indem sich seine Querschnittsfläche vom Ein­ laß zum Auslaß vergrößert. Dadurch entsteht eine Ver­ langsamung des Blutflusses und somit eine Drucker­ höhung. Die Erweiterung der Querschnittsfläche des Ringkanals 35 wird durch entsprechende Veränderung der Wandstärken von Pumpengehäuse 10 und Motorgehäuse 15 erreicht.

Der Motor 16 bewirkt eine Rotation des Pumpenrades 22, dessen Schaufelräder 24 schraubenförmig gestaltet sind. Dadurch wird Blut aus dem Einlaß 12 axial angesaugt und mit einer rotierenden Umfangskomponente in den Ringka­ nal 25 gefördert. Von dort gelangt das Blut durch den schraubenförmigen Kanal 20, dessen Verlauf und Steigung demjenigen des rotierenden Blutstroms angepaßt ist zum seitlichen Auslaß 18.

Fig. 2a zeigt die Blutpumpe BP nach Fig. 1 in dem Zu­ stand, in dem sie am Herzen eingesetzt wird. Der Einlaß 12 der Blutpumpe BP wird über einen Schlauch mit einem an der linken Herzkammer LV erzeugten Zugang 40 verbun­ den. In der Zeichnung sind die Aorta AO, die Aorten­ klappe 41, der linke Vorhof LA und die Mitralklappe 42 erkennbar. Der Auslaß 18 der Blutpumpe BP wird mit einem an der Aorta AO geschaffenen Zugang 43 verbunden.

Alternativ kann die Blutpumpe BP gemäß Fig. 2b über einen am Vorhof LA erzeugten Zugang 40a verbunden wer­ den und Blut über einen Zugang 43a in die Aorta AO för­ dern.

Aus Fig. 2 ist erkennbar, daß der seitliche Abgang des Auslasses 18 von dem Pumpengehäuse 10 die Anordnung der Blutpumpe am Herzen und ihren Anschluß an das Herz/Vor­ hof einerseits und die Aorta andererseits erleichtert.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Blutpumpe ist der Aus­ laß 18 koaxial zum Einlaß 12 angeordnet. Er ist Be­ standteil eines Auslaßteiles 50, der ähnlich wie der Einlaßteil 11 ausgebildet ist und einen bogenförmigen Übergangsbereich 51 aufweist, der von dem Ringkanal 35 zu dem Auslaß 18 in strömungsgünstiger Weise über­ leitet. Zu dem gleichen Zweck ist an dem rückwärtigen Ende des Motorgehäuses 15 ein sich in Strömungsrichtung stetig verjüngender Ansatz 52 vorgesehen.

Um das Motorgehäuse 15 zentrisch in dem Pumpengehäuse 10 zu halten, sind radiale Leitschaufeln 53, 54 vorge­ sehen, deren Funktion einerseits darin besteht, das Motorgehäuse zu halten, und andererseits darin, die ro­ tierende Blutströmung zu leiten. Die Leitschaufeln 53 haben (in Bezug auf die Axialrichtung) einen relativ großen Anstellwinkel im Bereich 53a, der so gewählt ist, daß die Leitschaufeln 53 ohne Strömungsablösung angeströmt werden. Im hinteren Bereich 53b ist der An­ stellwinkel kleiner. Hierdurch wird dem aus dem Pumpen­ rad 22 kommenden Blut ein Großteil der Rotationsenergie entzogen und gezielt in Druck umgewandelt. Die Leit­ schaufeln 54 haben einen geringeren Anstellwinkel. Die Anstellwinkel entsprechen im wesentlichen der Strö­ mungsrotation an den jeweiligen Stellen.

Im übrigen ist die Blutpumpe von Fig. 3 in gleicher Weise ausgebildet wie die Blutpumpe nach Fig. 1. Sie ist mit einer Magnetkupplung 25 für den Antrieb des Pumpenrades 22 versehen. Alternativ besteht die Mög­ lichkeit, das Pumpenrad 22 direkt mit der Motorwelle 16a zu verbinden, jedoch ist dann eine Wellendichtung am Motorgehäuse erforderlich.

Claims (16)

1. Blutpumpe zum Unterstützen oder Ersetzen der Herz­ funktion, mit einem Pumpengehäuse (10), in dem ein Motor (16), der ein Pumpenrad (22) antreibt, ange­ ordnet ist und das an einem Ende einen Einlaß (12) und am entgegengesetzten Ende einen Auslaß (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (16) ein in dem langgestreckten rohrförmigen Pumpengehäuse (10) enthaltenes, gegen den Blutstrom abgedichtetes, konzentrisch ange­ ordnetes Motorgehäuse (15) aufweist und daß das Pumpenrad (22) an dem dem Einlaß (12) zugewandten Ende des Motorgehäuses (15) angeordnet ist und mit einem Übergangsteil (13) des Pumpengehäuses (10) eine Rotationspumpe bildet, die einen das Motor­ gehäuse (15) ringförmig umspülenden Axialstrom erzeugt, wobei der Axialstrom von stationären Wän­ den umspannt wird.

2. Blutpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (18) axial aus dem Pumpengehäuse (10) herausführt.

3. Blutpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (18) seitlich aus dem Pumpengehäuse (10) herausführt.

4. Blutpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am auslaßseitigen Ende des Pumpengehäuses (10) eine Stirnwand (14) vorgesehen ist, die einen zu dem Auslaß (18) führenden schraubenförmigen Kanal (20) enthält.

5. Blutpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Motorgehäuse (15) frei abstehend an der Stirnwand (14) befestigt ist.

6. Blutpumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zum Auslaß führende schrauben­ förmige Kanal (20) in den Auslaß (18) überleitet, ohne den Durchmesser des Pumpengehäuses (10) zu vergrößern.

7. Blutpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die axiale Steigung des schraubenförmigen Kanals (20) derjenigen der drallbehafteten Strömung entspricht, so daß das Fluid stoßfrei in den Auslaß (18) übergeleitet wird.

8. Blutpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (35) zwischen Pumpengehäuse (10) und Motorgehäuse (15) als Diffusor ausgebildet ist, dessen Querschitts­ fläche sich in Richtung auf den Auslaß (18) ver­ größert.

9. Blutpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß in dem Ringkanal (35) zwischen Pumpengehäuse (10) und Motorgehäuse (15) Leitschaufeln (53, 54) angeordnet sind, die das Motorgehäuse (15) halten und eine schraubenförmige Schrägstellung aufweisen.

10. Blutpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der größte Durchmesser des Pumpenrades (22) wenigstens annähernd gleich dem größten Außendurchmesser des Motorgehäuses (15) ist.

11. Blutpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse (10) über seine gesamte Länge eine im wesentlichen zy­ lindrische Außenform hat, wobei ggf. der Einlaß (12) und/oder der Auslaß (18) verjüngt ausgebildet ist.

12. Blutpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß das Moment des Motors (16) über eine Magnetkupplung (25) auf das Pumpen­ rad (22) übertragen wird.

13. Blutpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß das Moment direkt vom Motor (16) über eine durchgehende Welle mit Dich­ tung auf das Pumpenrad (22) übertragen wird.

14. Blutpumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß das Pumpenrad in Blut mechanisch (27, 63) zentriert wird.

15. Blutpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß das Pumpenrad (22) in Blut durch eine Kombination aus magnetischer und mechanischer La­ gerung (27) zentriert wird.

16. Blutpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die axiale Kraft der Kupplung direkt zen­ tral auf der Kappe (26) kompensiert wird, wodurch dieses Bauteil und die Lager des Motors (16) axial deutlich geringer belastet werden.