WO2001066170A1 - Blutpumpe - Google Patents

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WO2001066170A1
WO2001066170A1 PCT/EP2001/002480 EP0102480W WO0166170A1 WO 2001066170 A1 WO2001066170 A1 WO 2001066170A1 EP 0102480 W EP0102480 W EP 0102480W WO 0166170 A1 WO0166170 A1 WO 0166170A1
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pump
flow
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PCT/EP2001/002480
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Sebastian Schulte Eistrup
Catrin Bludszuweit
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Krankenhausbetriebs Gesellschaft Bad Oeynhausen Mbh
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    • Y10S415/00Rotary kinetic fluid motors or pumps
    • Y10S415/90Rotary blood pump

Definitions

  • the present invention relates to a blood pump, in particular a ventricular cardiac assist pump, according to the preamble of claim 1.
  • VAD ventricular support systems
  • LVAD left ventricle
  • BVAD diseased ventricles of the heart
  • BESTATIGUNGSKOPIE Specifically, ventricular support systems form an extracardial bypass by pumping blood from the left ventricle into the ascending aorta. As a result, the left ventricle is relieved. If the right ventricle is also insufficient, a pump that bypasses it must be placed accordingly.
  • VAD are basically placed in such a way that the native heart remains in situ, in contrast to the so-called artificial heart.
  • Ventricular support systems of a known type are principally differentiated in pumps with a pulsatile flow on the one hand and with a continuous flow on the other.
  • Pulsatile cardiac support pumps are based on the mode of operation and the rhythm of the native heart and, in an action cycle, generate both a filling and an expulsion phase for blood by means of a blood chamber, which typically consists of an elastic plastic bag, whereby valves ensure a directed blood flow ,
  • a blood chamber typically consists of an elastic plastic bag, whereby valves ensure a directed blood flow
  • Such systems have proven themselves clinically and enable the support of patients in periods of up to about two years. Nevertheless, pulsatile cardiac support systems also have some disadvantages.
  • Such VADs are usually voluminous and difficult to implant without difficulty in the patient's body.
  • the efficiency of pulsatile VAD is also very low due to the complicated drive mechanism, and the drive and control system is complex and therefore prone to failure, particularly in long-term implantations. Above all, however, the long contact time of the blood during the filling phase increasingly leads to thrombi, which then creates the risk of central embolisms with neurological failures or the like. cause; under This risk of thrombus formation is supported by the turbulence that arises at the valves with increased shear stress in the blood flow.
  • non-pulsatile VADs generate continuous blood flow and require a relatively small blood chamber without elastic lining and heart valves. Accordingly, the size of these support pumps can be significantly reduced, which makes them accessible to a larger group of patients. There is also a significantly reduced risk of thrombosis due to the lack of an elastic membrane within the blood chamber or heart valves. Since the drive system of non-pulsatile VAD is also simple and efficient, conventional, brushless DC motors are used, with an energy consumption that is below 8 watts and therefore low.
  • non-pulsatile circulatory support brings other difficulties. Due to the lack of heart valves (which enable directed blood flow), there is a risk of recirculating blood in the event of a pump failure, which must be remedied by additional measures. The delivery rate of a non-pulsatile VAD is also difficult to determine since there is no blood chamber with a defined volume, so that more precise statements about the delivery rate can only be made by exact flow measurements (for example with an implanted flow meter).
  • Non-pulsatile blood pumps can be differentiated into centrifugal and axial pumps, the latter currently not playing a major role in practical clinical use, so that in the following only the centrifugal pump as the relevant state of the art (and as a genre for the present invention) is discussed.
  • Commercially available centrifugal pumps for cardiac support accelerate the blood at right angles to the direction of the inflowing blood flow and usually have a conical blood chamber in which a (usually magnetically coupled) rotor is rotatably suspended.
  • the blood is fed to the tip of the blood chamber through an inflow cannula, evenly distributed over the rotor and accelerated centrifugally, and blood leaves the blood chamber through an outflow cannula in the area of the greatest pressure and greatest speed, the axis of which usually runs at right angles to the rotor axis.
  • the blood is usually accelerated by rotor blades provided on the rotor.
  • US Pat. No. 5,924,848 discloses a generic blood pump with the preamble features of claim 1, in which case the blood chamber, in contrast to the previously described prior art, is realized as a double cone with two opposing inlets at respective tips of the double cone.
  • This technology provides a rotor that can rotate in the blood chamber in the pump housing without bearings and is held in position by hydrodynamic forces.
  • problems of storage as well as the resulting thrombus formation etc. are prevented.
  • the object of the present invention is therefore to improve a known blood pump, in particular for venticular heart support, in such a way that the practical operating properties are improved compared to known pump solutions, in particular the suitability for various operating and patient conditions is increased and the risk of damaging thrombus formation is reduced can.
  • a new pump to be created should be characterized by low wear, high reliability and low energy consumption.
  • the rotor axis (rotor shaft) is rotatably supported at the end in mechanically effective bearings, the bearing on the pump housing taking place in the area of the opposite inlets.
  • the rotor shaft is fixedly supported in each case in the flowing blood, so that a blood flowing in opposite direction strikes a respective, stored end of the rotor shaft.
  • the primarily mechanically effective bearings according to the invention are supported by magnets (permanent or electromagnets), it being possible, for example, to guide the rotor axis in a primarily magnetically effective manner by suitable dimensioning of the mechanical bearing to realize (correspondingly low friction or low wear), but at the same time to allow the mechanical bearing assemblies that still exist to take effect when the rotor is moved from a stationary central position, for example by vibrations or other conditions that are potentially problematic for pure magnetic bearings. so that the mechanically effective storage has a securing effect in this case.
  • suitable devices for guiding the flow for example, river straighteners, can simultaneously be used for the reliable and efficient end-side suspension or mounting of the rotor (the rotor shaft) within the scope of the present invention.
  • Another preferred development also provides for the flushing of such a bearing by inflowing blood, in that a suitable projection, particularly in the form of a rinsing lip, introduces a part of the inflowing blood into the bearing for flushing purposes.
  • the relative geometry between the pump interior and the rotor body in addition to the rotor blades used for the direct centrifugal acceleration.
  • the outer surface of the rotor body is designed such that an effective (flow) cross-section for flowing blood between the inlet and outlet decreases towards the outlet; For example, this can be achieved in that a (likewise) double-cone-shaped rotor body has a greater cone increase than the surrounding walls of the blood amber.
  • the magnets of the rotor necessary for the drive are not provided on the rotor blades themselves, for example at their tips, but in the rotor body itself.
  • Such a measure enables the rotor to be balanced, in particular for high speeds, significantly simplified and the radial bearing load reduced; Any loss of efficiency is in turn compensated for by the constructive measures described above in the low-turbulence-oriented rotor geometry.
  • a bar magnet is provided, which can preferably be provided inside the rotor body, adjacent to its outer surface and perpendicular to the axis of rotation and z. B. extends from an outer surface to the opposite outer surface of the rotor body.
  • a housing shape is also preferably selected here that is aerodynamically adapted to the blood flowing into the inlets, even for cooling the uses the respective warehouse.
  • the particularly preferred plain or roller bearings are each embedded in the heat-conducting bearing housing, which at the same time serves to fix the bearing, its delimitation from the flow area, an optimal, atraumatic flow around the bearing and heat dissipation from the bearing.
  • the bearing housing is attached to the pump housing by means of flow guiding devices.
  • the bearing housing is designed in such a way that there is little influence on the axial inflow.
  • the flow follows the shape of the bearing housing, which tapers to the ends, without forming blood-damaging irregularities or stagnation areas.
  • Such a realization with slide or roller bearings within a heat-conducting bearing housing can then, as described above, be fastened to the pump housing by means of suitably designed flow guiding devices, with, more preferably, the
  • the rotor axis is sealed against a stationary bearing housing by a seal made of a suitable, preferably wear-free material.
  • the seal can take various forms and can be placed in different positions.
  • a pointed seal can, for example, rest directly on the cylindrical shaft.
  • a more extensive pressing of the seal can take place, for example, by means of a special wave shape or an attachment which is firmly connected to the shaft.
  • the housing or seal is preferably dimensioned without negative effects on the blood flow, the intended cooling effect in particular being very effective owing to the high blood speeds.
  • Another preferred embodiment of the invention provides for a plurality of pump outlets or outlets, wherein, in particular if these are arranged with their respective openings to the blood chamber radially around their circumference, the rotor is stressed, for example, by flow effects or flow resistances (as opposed to a single opening) can be reduced; These outlets are particularly suitable by means of spiral-shaped housing extensions of a blood pump housing.
  • the rotor has a closed rotor body, the outer surfaces of which have a plurality, preferably radially, around one The circumference of the rotor housing arranged rotor blades extends, and wherein electrical and / or magnetic drive elements of the rotor in the interior of the rotor body, preferably adjacent to the outer surfaces of the rotor body, firmly received and designed to cooperate with the electrical and / or magnetic drive elements of the blood pump surrounding the blood chamber are.
  • coils as electrical drive elements in such a way that heat generated therein (by electrical resistance) is dissipated as cheaply as possible, preferably by the blood flow. This is done on the one hand by close contact with the blood-side housing wall and thermal insulation by air or a filler on the back of the coil.
  • a sheathing made of ferromagnetic material for concentrating the magnetic field can be located between the coil and the thermal insulation. It is further preferred to provide coils with a plurality of windings and to either design them to be separately controllable for the purpose of redundancy, or to make the separate individual windings controllable by means of suitably assigned control electronics for the purpose of power control of the pump.
  • the blood pump according to the invention is understood as a regulated system according to a further advantageous further development.
  • the means for measuring blood flow, pressure and / or flow of the blood provided according to the further development can preferably cooperate with means for measuring the speed and / or power of the pump, so that, by suitable merging along or on the basis of a pump characteristic curve, an independent one Load adaptation to the respective condition of the patient, as measured by the parameters of the flowing blood, is possible.
  • this approach is based on a comprehensive, transcutaneous energy and information transfer system, which also enables communication with external monitoring and control units, for example with the aid of preferably wireless communication means. This allows the patient the greatest possible freedom without losing the necessary medical control.
  • further relevant control parameters such as EKG signals, which, according to the further training, are particularly preferably recorded anyway by an existing cardiac pacemaker and for electronic processing are available to take into account and thus to ensure an integrated pump control, which largely depends on current parameters or functional values of the heart to be supported;
  • the present invention makes it possible to significantly improve current pumps for non-pulsatile cardiac support, both with regard to operational safety and the potential risk to the patient from thrombus formation, without the need for excessive design effort.
  • the present invention is characterized by additional ease of manufacture and unproblematic mechanical tolerance behavior, so that it can be assumed that the present invention can be used to open up additional patient groups and areas of application.
  • FIG. 1 a schematic lateral sectional view in the axial direction of the rotor axis of a first preferred embodiment of the present invention (best ode);
  • FIG. 2 shows a schematic view of a longitudinal section through the blood chamber of the embodiment according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a sectional view along the section line III-III in FIG. 3;
  • FIG. 4 shows a schematic side view of the rotor of the embodiment according to FIG. 1;
  • Fig. ⁇ a side view of an inlet-side flow straightener for use with the embodiment according to Fig. 1;
  • FIG. 9 shows a sectional view within the section line IX-IX in FIG. 8; 10: shows a schematic view of left and right-hand inlet cannulas for connecting the pump according to FIG. 1 to the common inlet cannula of the ventricle;
  • FIG. 11 shows a schematic side sectional view of an alternative embodiment with encapsulated, sealed bearing housings for mounting the rotor axis and
  • FIG. 12 shows a schematic sectional view through the rotor body or the pump housing to illustrate an alternative embodiment of the outlet with a plurality of spirally arranged channels with their respective openings to the blood chamber arranged circumferentially around the blood chamber.
  • a blood pump shown schematically with a cylindrical pump housing 10 in accordance with a first embodiment of the present invention has an axial sectional view i.w. in the pump housing 10.
  • octagonal blood chamber 12 which in the manner of a double cone forms a left 14 or right inlet 16 at both ends at pointed ends and, as can be seen in particular in the sectional view of FIG. 3, in the central region (namely the largest diameter of the Double cone) in a circumferential direction iw tangentially extending outlet opens.
  • a rotor 20 consisting of a likewise double-conical rotor body and a rotor shaft (rotor axis) 24, which extends through the opposite pointed end sections of the rotor body 22, becomes in the blood chamber 12 stored in the area of the left inlet 14 and the right inlet 16, in such a way that by Inlets 14, 16 incoming blood can flow around the end of the rotor shaft 24 uniformly, impinges on the rotor body 22 and is driven centrifugally outwards by the action of six rotor blades 26 arranged radially distributed around the circumference of the rotor body 22, as well as by one in the direction on the outlet 18 continuously reducing clear or free flow cross-section between the pump housing 10 and the rotor body 22 is accelerated in the outlet direction.
  • the rotor 22 is driven by rotor magnets 28, which are arranged inside the rotor body 22 below its surface and interact with drive elements of a pump motor, which — not shown in the figures — are provided opposite the rotor magnets 28 in the pump housing.
  • the mechanical design of the blood pump of the embodiment shown enables particularly gentle, atraumatic, yet efficient delivery of blood entering through the inlets 14, 16: as can be seen particularly well in FIG. 1 is, the double-cone-shaped rotor body 22 begins with its respective tapering end sections only a predetermined distance from a respective assigned inlet end; with a typical outer diameter of the pump housing of 35 mm and an exemplary length of approx. 70 mm, this distance is approx. 10 to 12 mm on each side.
  • both a flattened portion 30 is formed in the central region of the rotor body 22 and a flattened portion 32 in the peripheral end region of the rotor blades 26, these flattened portions 30, 32 of the axial extent of each in the axial direction Correspond to outlet cross-section; This measure also serves for atraumatic flow optimization in the described embodiment.
  • the rotor shaft 24 is rotatably supported at both ends in bearings 34 (only shown schematically in FIG. 1), an axial force exerted on both sides of the rotor 20 due to the symmetrical blood flow through both inlets 14, 16 being identical pressures ideally eliminates inflowing blood, but normally only low pressure differences leads to an extremely low axial load on the bearing pair 34.
  • bearings 34 only shown schematically in FIG. 1
  • an axial force exerted on both sides of the rotor 20 due to the symmetrical blood flow through both inlets 14, 16 being identical pressures ideally eliminates inflowing blood, but normally only low pressure differences leads to an extremely low axial load on the bearing pair 34.
  • the result is an extreme longevity of the bearing arrangement to be described in detail below.
  • the arrangement of the magnets 28 in the rotor body 22, which can be seen clearly in FIG. 1, enables simple and exact balancing of the rotor in the radial direction, so that the loads acting on the bearings 34 are also minimized in this direction.
  • flow straighteners 36 that can be provided on the inlet side as flow guiding devices, which in the side view of FIG. 6 have a tip 38 tapering in the direction of the inflowing blood flow, at the opposite end form a bearing shell 40 for receiving the rotor shaft 24 and carry three radially extending fins 42 distributed around the circumference of the straightening element 36, which, as can be seen in particular from the view of the inflow direction according to FIG. 7, together with the tip 36 form only a minimal flow resistance for the inflowing blood flow in the circumferential direction the formation of swirls or the like. (especially due to swirl effects at each inlet).
  • the front surface of the fins has a tapered course, while in the exemplary embodiment shown the rear surfaces are flush with the central support element of the flow straightener 36.
  • the tapered front surfaces are particularly suitable for preventing thrombus formation when the blood flow is directed around the central support element of the flow straightener 36 and with little swirling and the fins, and due to the geometry shown there are only minimal areas with reverse flows and swirling blood behind the flow straightener.
  • a Flussbegra- ended introduced into each of the inlets 14, 16, 36, contacted there, the pump housing 12, while providing a means of the bearing shell 40 Symmetry conditionally bit-loaded and thus extremely durable storage for the pump ⁇ wave on.
  • bearings formed between the bearing shell 40 and the rounded end of the rotor shaft 24 to be flushed by inflowing blood: as shown in FIGS.
  • FIG. 10 shows the connection on the inlet side of the pump housing 10 to the ventricle by means of a left and a right side inlet cannula 48, 50 which, in order to reduce a pressure drop, result in a relatively large radius in the patient's body, and preferably as a rigid one System (alternatively: flexible or a combination of both).
  • the influential cannula specifically consists of a large-caliber, singular cannula 47, which is introduced into the left ventricle and has a flow divider (not shown).
  • this cannula 47 is divided into the two equal-caliber, equally long inlet cannulas 48, 50, which feed the blood into the pump and blood chamber in the largest possible arc.
  • the division of the common cannula 47 should be as pointed as possible in order to achieve a homogeneous division of the blood, so that in turn the pump is subjected to almost the same blood volume and pressures at the left inlet 14 and right inlet 16.
  • the pump housing 10 which is only shown schematically in FIG. 1, additionally accommodates the control electronics for the motor, the system then being able to be supplied with energy by an implantable battery (the battery is particularly preferably charged by means of transcutaneous energy transfer).
  • Current supply data of the pump can also be read out via this supply port and sent to external processing in order to influence the pump control.
  • it is namely provided to control the delivery rate of the pump by means of an electromagnetic flow meter, which is preferably applied to the outflow cannula from the outside; another flow meter measures the blood flow within the pulmonary artery.
  • the control unit assigned to the pump determines flow differences and uses them to regulate the pump, so that in particular phenomena of overpumping with suction of the free ventricular wall or septum or pump obstruction can be avoided.
  • FIG. 11 shows an alternative embodiment of the end bearings for the rotor axis or rotor shaft 24: embedded in a streamlined bearing housing 60 made of a material that is a good heat conductor, the rotor shaft 24 is placed in suitable sliding or rolling bearings 62 stored.
  • a seal (not shown) made of wear-free material is provided, whereby, preferably, a pointed seal can rest directly on the (cylindrical) shaft.
  • Appropriate shaping of the bearing housing and seal can ensure that there is no negative influence on the blood flow, rather it is preferably used to effectively cool the bearing housing (and thus the bearing).
  • FIG. 11 shows an alternative embodiment of the end bearings for the rotor axis or rotor shaft 24: embedded in a streamlined bearing housing 60 made of a material that is a good heat conductor, the rotor shaft 24 is placed in suitable sliding or rolling bearings 62 stored.
  • a seal (not shown) made of wear-free material is provided, whereby, preferably, a pointed seal
  • the respective bearing housings 60 are held by a guide device 64, which consists of three vanes which are elongated on the inside and are arranged axially around the axis of rotation.
  • this guide device has a curvature (in the axial and / or in the radial direction)
  • the inflow of the blood can also be optimized, since there is a pre-rotation for the subsequent rotor body. Due to the good thermal contact with the bearing housing, they continue to serve as additional cooling surfaces for the bearing and thus additionally reduce the local thermal loads on the blood.
  • FIG. 12 shows, compared to FIG. 3, an alternative realization of the outlet 18:
  • this exemplary embodiment provides a plurality of outlet channels 70, 72, which with their respective openings 74, 76 to the blood chamber around the same Are arranged around the circumference.
  • the result of this is that the rotor is not only subjected to a fluidic load at a circumferential point by a flow resistance associated with the outlet, but, as shown in FIG. 12, two or even more openings, preferably distributed around the circumference, are provided.
  • the individual outlet channels 70, 72 then flow together suitably downstream.
  • the present invention is not limited to the exemplary embodiments described, rather further preferred alternatives and / or further developments are provided which, in practical terms, further promote the atraumatic effects of the pump.
  • This includes, for example, the cross-sectional configuration of the rotor blades 26, for which there is a rounded end, in particular in the full radius.
  • Another variant of the mechanically effective mounting of the rotor axis (rotor shaft) consists in that the flow control device according to the invention forms a fixed shaft (more precisely: shaft extension) on both sides of the blood chamber in the inflow nozzle, which projects into the blood chamber in each case. A tip of this fixed shaft extension then forms a bearing part for a bearing shell provided on the rotor, which cooperates with the shaft extension.
  • the described geometry not only achieves an atraumatic, gentle treatment of incoming blood (and thus a substantial reduction in thrombus formation), the hemodynamic efficiency is also so high that operating speeds of approx. 2000 rpm are significantly lower than the rotational speeds Pump systems can be kept. Longevity and insensitivity to interference are also expressed here.
  • the bearing arrangement subject to wear consisting of the rotor shaft and bearing shell, is usually made of hard, abrasion-resistant material - gemstone is suitable for the bearing shell and / or the tip of the rotor shaft, while the shaft itself is typically made of ceramic of course, the use of other suitable materials at the discretion of the relevant specialist.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Blutpumpe, insbesondere ventrikuläre Herzunterstützungspumpe, mit einer in einem Pumpengehäuse gebildeten Blutkammer, die zum Aufnehmen eines um eine Rotorachse drehbaren Rotors ausgebildet ist und an einander gegenüberliegenden Enden abschnittsweise jeweils einen mit einer Einflusskanüle verbindbaren Einlass ausbildet, wobei ein mit einer Ausflusskanüle verbindbarer Auslass der Blutkammer sich in einer Richtung senkrecht zur Rotorachse erstreckt, und wobei die Rotorachse jeweils endseitig in mechanisch wirksamen Lagern drehbar gelagert ist, die im Bereich eines jeweiligen Einlasses vorgesehen und mit dem Pumpengehäuse verbunden sind.

Description

BESCHREIBUNG
Blutpumpe
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Blutpumpe, insbesondere eine ventrikulare Herzunterstutzungspumpe, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Zur Therapie von Herzinsuffizienz wurden, neben konservativen, medikamentenbasierten Ansätzen, auch verschiedene chirurgische Therapien entwickelt, von Ersatz oder Rekonstruktion von Herzklappen über elektrische Stimulation des Herzmuskels bis zur Herztransplantation. Aufgrund der limitierten Verfügbarkeit benötigter Spenderherzen und wachsenden Wartelisten kommt jedoch letztere Behandlungsoption — die gerade in kritischen Fällen größtmöglichen potentiellen Therapie-Erfolg bietet — einer nur geringen Patientenzahl zugute. So versterben jährlich etwa 20 bis 30 % von zur Herztransplantation angemeldeten Patienten, bevor ein geeignetes Spenderorgan gefunden werden kann.
Die (temporäre) Unterstützung des insuffizienten Kreislaufs durch ventrikulare Unterstützungssysteme ("VAD") , etwa geeignete Herzunterstützungspumpen, geht zurück bis Anfang der 70iger Jahre und gilt heute als etabliertes und in vielen Transplantationszentren erfolgreich angewandtes Konzept. Dabei existieren neben Systemen zur Unterstützung des linken Ventrikels ("LVAD") insbesondere auch Systeme, die beide erkrankten Ventrikel des Herzes ("BVAD") unterstützen können. Derartige Systeme werden mittlerweile vollständig intrakorporeal implantiert, so dass die Patienten ambulant weiterbehandelt werden können und, insbesondere während der Wartezeit zur Transplantation, nicht mehr an das Krankenhaus stationär gebunden sind.
BESTATIGUNGSKOPIE Konkret bilden ventrikulare Unterstützungssysteme einen extracardialen Bypass, indem sie Blut aus dem linken Ventrikel in die aufsteigende Aorta pumpen. Im Ergebnis wird der linke Ventrikel entlastet. Wenn entsprechend der rechte Ventrikel ebenfalls insuffizient ist, muss eine diesen umgehende Pumpe entsprechend plaziert werden. VAD werden grundsätzlich so plaziert, dass das native Herz in situ verbleibt, im Unterschied zum sog. Kunstherzen.
Wie neuere wissenschaftliche Veröffentlichungen zeigen, besitzt ein geschädigter, jedoch durch VAD entlasteter Herzmuskel die Fähigkeit zur Regeneration; in einigen Fällen konnte gar auf eine Transplantation verzichtet und das VAD explantiert werden.
Ventrikulare Unterstützungssystseme bekannter Art werden prinzipiell in Pumpen mit pulsatilem Fluss einerseits sowie mit kontinuierlichem Fluss andererseits unterschieden. Dabei sind pulsatile Herzunterstützungspumpen der Funktions- weise und in dem Rhythmus des nativen Herzens nachempfunden und erzeugen in einem Aktionszyklus sowohl eine Füllungs- als auch eine Austreibungsphase für Blut mittels einer Blutkammer, die typischerweise aus einem elastischen Kunststoffsack besteht, wobei Klappen für einen gerichteten Blutstrom sorgen. Derartige Systeme haben sich klinisch bewährt und ermöglichen die Unterstützung von Patienten in Zeiträumen von bis zu etwa zwei Jahren. Gleichwohl weisen pulsatile Herzunterstützungssysteme auch einige Nachteile auf. So sind derartige VAD üblicherweise voluminös und nur schwer im Patientenkörper problemlos zu implantieren. Auch ist die Effizienz pulsatiler VAD durch den komplizierten Antriebsmechanismus sehr niedrig, und das Antriebs- und Steuerungssystem ist komplex und damit gerade bei Langzeitimplantationen störungsanfällig. Vor allem jedoch führt die lange Kontaktzeit des Blutes während der Füllungsphase vermehrt zu Thromben, die dann die Gefahr zentraler Embo- lien mit neurologischen Ausfällen od.dgl. bewirken; unter stützt wird diese Gefahr der Thrombusbildung durch an den Klappen entstehende Turbulenzen mit vermehrtem Scherstress im Blutfluss.
Non-Pulsatile VAD generieren im Gegensatz zur vorbeschriebenen Technologie einen kontinuierlichen Blutfluss und benötigen eine relativ kleine Blutkammer ohne elastische Auskleidung und Herzklappen. Entsprechend läßt sich die Größe dieser Unterstützungspumpen erheblich reduzieren, was sie einem größeren Patientenkreis zugänglich macht. Auch besteht durch das Fehlen einer elastischen Membrane innerhalb der Blutkammer bzw. von Herzklappen eine deutlich reduzierte Thrombosegefahr. Da zudem das Antriebssystem non- pulsatiler VAD einfach und effizient ist, kommen herkömm- liehe, bürstenfreie DC-Motoren zum Einsatz, mit einem Energieverbrauch der unterhalb 8 Watt und damit niedrig liegt.
Die non-pulsatile KreislaufUnterstützung bringt jedoch andere Schwierigkeiten mit sich. Durch das Fehlen von Herz- klappen (die einen gerichteten Blutfluss ermöglichen) besteht im Falle eines Pumpenversagens die Gefahr rezirkulierenden Blutes, die durch zusätzliche Maßnahmen behoben werden muss. Auch ist die Förderleistung eines non-pulsati- len VAD schlecht zu ermitteln, da keine Blutkammer mit de- finiertem Volumen vorhanden ist, so dass genauere Aussagen über die Förderleistung lediglich durch exakte Flussmessungen (etwa mit implantiertem Flussmeter) gemacht werden können.
Non-pulsatile Blutpumpen lassen sich in Zentrifugal- und Axialpumpen unterscheiden, wobei letztere technologisch zur Zeit keine größere Rolle im praktischen klinischen Einsatz spielen, so dass im folgenden ausschließlich die Zentrifugalpumpe als relevanter Stand der Technik (sowie als Gat- tung für die vorliegende Erfindung) diskutiert wird. Handelsübliche Zentrifugalpumpen zur Herzunterstützung beschleunigen das Blut rechtwinkelig zur Richtung des einströmenden Blutflusses und weisen üblicherweise eine konus- förmige Blutkammer auf, in welcher ein (üblicherweise magnetisch gekoppelter) Rotor drehbar aufgehängt ist. Traditionell wird das Blut der Spitze der Blutkammer durch eine Einflusskanüle zugeführt, über den Rotor gleichmäßig verteilt und zentrifugal beschleunigt, und Blut verlässt im Bereich des größten Druckes und größter Geschwindigkeit die Blutkammer durch eine Ausflusskanüle, deren Achse üblicherweise rechtwinkelig zur Rotorachse verläuft. Die Beschleunigung des Blutes erfolgt üblicherweise durch am Rotor vorgesehene Rotorblätter. Allerdings entsteht bei derartigen, bekannten Zentrifugalpumpen mit konusförmiger Blutkammer ein relativ komplexes Flussmuster des geförderten Blutes mit einem inversen Druckverhältnis auf der Rückseite des Rotors, mit der Gefahr, dass gerade im Bereich der Rotorwelle (der Begriff "Welle" soll im Rahmen der vorliegenden Anmeldung auch als Synonym mit "Achse" verstanden und ver- wendet werden), an seiner Aufhängung bzw. am Rotordach die Gefahr von Thrombenbildung besteht. So würde ein an der Pumpenwelle wachsender Thrombus in Umfangsrichtung wachsen können und zu einer kontinuierlichen Reibungszunahme führen, mit deutlich erhöhtem Energieverbrauch und dem Risiko eines Pumpenarrests; darüber hinaus besteht die Gefahr austretender Thrombus- bzw. Emboliebildung für das System des Patienten.
Die US 5,924,848 offenbart eine gattungsgemäße Blutpumpe mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Anspruches 1, wobei hier die Blutkammer, im Gegensatz zum vorbeschriebenen Stand der Technik, als Doppelkonus mit zwei einander gegenüberliegenden Einlassen an jeweiligen Spitzen des Doppelkonus realisiert ist. Diese Technologie sieht einen Rotor vor, der in der Blutkammer im Pumpengehäuse lagerfrei rotieren kann und durch hydrodynamische Kräfte in Position gehalten wird. Wie der Erfinder dazu erläutert, werden durch eine solche Lösung, neben gesteigerter Effizienz, vor allem auch Probleme der Lagerung sowie wiederum daraus resultierende Thrombenbildung usw. verhindert.
Allerdings erscheint auch diese bekannte Lösung nicht opti- mal und, insbesondere im praktischen klinischen Betrieb unter wechselnden Einsatzbedingungen, potentiell problematisch. So ist nämlich davon auszugehen, dass etwa Lageveränderungen eines Patienten (mit implantierter Pumpe) zu Druckänderungen und damit Flussänderungen an den Einlassen der Pumpe führen, und auch zu nicht unerheblichen mechanischen Belastungen auf den Rotor; aufgrund der (effizienzbedingt) geringen Abstände zwischen den Spitzen der Rotorblätter und dem Pumpengehäuse (etwa 1 bis 3 mm) kann es somit leicht zu Kollisionen des Rotors mit dem inneren Pumpengehäuse kommen, mit der Gefahr von Beschädigungen, erhöhtem Verschleiss sowie Ausfall.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine bekannte Blutpumpe, insbesondere zur ventikulären Herzunter- Stützung, dahingehend zu verbessern, dass die praktischen Betriebseigenschaften gegenüber bekannten Pumpenlösungen verbessert werden, insbesondere die Eignung für verschiedene Betriebs- und Patientenbedingungen erhöht und das Risiko schädlicher Thrombusbildung vermindert werden kann. Gleichzeitig soll eine neue, zu schaffende Pumpe sich durch geringen Verschleiss, hohe Zuverlässigkeit und niedrigen Energieverbrauch auszeichnen.
Die Aufgabe wird durch die Blutpumpe mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
So ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Rotorachse (Rotorwelle) endseitig in mechanisch wirksamen Lagern dreh- bar gelagert ist, wobei die Lagerung am Pumpengehäuse jeweils im Bereich der gegenüberliegenden Einlasse erfolgt. Mit anderen Worten, gemäß der Erfindung erfolgt also eine feste Lagerung der Rotorwelle jeweils im Bereich ein- fließenden Blutes, so dass auf ein jeweiliges, gelagertes Ende der Rotorwelle ein entgegengesetzter Blutstrom einfließenden Blutes trifft. Dies führt erfindungsgemäß und vorteilhaft dazu, dass eine axiale Belastung der Lager im Idealzustand praktisch nicht erfolgt, denn eine durch einfließendes Blut in einen ersten Einlass ausgeübte axiale Kraft auf den Rotor (bzw. die Rotorwelle) wird durch die entgegengesetzt wirkende, durch einfließendes Blut in den zweiten Einlass erzeugte Kraft wiederum aufgehoben. Das Er- gebnis ist (verglichen mit dem Stand der Technik, wo einseitig an einer Konusspitze eintretendes Blut durch eine Axialkraft herkömmliche Lager erheblich belastet) eine äußerst geringe Verschleissanfälligkeit, so dass von hoher Langlebigkeit und geringer Störanfälligkeit des erfinduns- gemäßen Lagerungsprinzips ausgegangen werden kann. Gleichzeitig vermeidet die vorliegende Erfindung jedoch die Unwägbarkeiten und das Störungsrisiko durch lagerfreie Aufhängung des Rotors wie bei der gattungsbildenden US 5, 924 ,848, ebenso wie — im Fall einer rein mechanischen Lagerung ohne Magnetunterstützung — zusätzlichen elektrischen Energieverbrauch.
Ungeachtet dessen ist es im Rahmen einer möglichen Weiterbildung vorgesehen, die erfindungsgemäß primär mechanisch wirksamen Lager durch Magnete (Permanent- oder Elektroma- gnete) zu unterstützen, wobei es beispielsweise möglich ist, durch geeignete Dimensionierung der mechanischen Lagerung eine zwar primär magnetisch wirksamen Führung der Rotorachse (entsprechend reibungs- bzw. verschleißarm) zu realisieren, gleichzeitig jedoch die nach wie vor vorhandenen mechanischen Lageraggregate dann wirksam werden zu lassen, wenn, etwa durch Erschütterungen oder andere, potentiell für reine Magnetlagerungen problematische Zustände, der Rotor aus einer stationären Mittellage bewegt wird, so dass in diesem Fall der mechanisch wirksamen Lagerung eine Sicherungswirkung zukommt. Weiterbildungsgemäß ist vorgesehen, den Blutfluss durch die
Pumpe äußerst effizient, gleichwohl verwirbelungsarm und bei Verminderung möglicher Scherkräfte auf den Blutstrom
(wodurch die Gefahr von Thrombenbildung entsteht) schonend zu gestalten.
Zum einen wird dies durch geeignete Ausgestaltung der Ein- fluss- und Ausflussgeometrie dergestalt ermöglicht, dass die für eine Flussgeschwindigkeit an den Einlassen maßgeb- liehe Querschnittsfläche größer ausgebildet ist als eine entsprechende Querschnittsfläche des Auslasses (während dagegen natürlich die Querschnittsfläche des Ausflussstutzens gleich der Fläche des der Pumpe vorgeschalteten intraventi- kulären singulären Zuflusses sein muss) . Durch die weiter- bildungsgemäße Vergrößerung des Einflussquerschnittes wird nämlich der Blutfluss verlangsamt, mit der Folge, dass weniger Bluttrauma am Einlass sowie an der Rotoroberfläche entsteht. Auch muss — durch die gegenüberliegenden Einlasse konstruktionsbedingt — das Blut durch relativ lange Einflusskanülen zugeführt werden, die selbst wiederum einen Druckabfall bedingen.
Darüber hinaus ist weiterbildungsgemäß vorgesehen, in den Einlassen Mittel zur Flussleitung vorzusehen, die vorzugs- weise zur Vorrotation, zur Wirbelverhinderung oder aber als Flussbegradiger wirken. Auch hierdurch wird die Gefahr schädlicher Thrombenbildung weiter herabgesetzt, wobei z. B. erfindungsgemäß geeignet ausgestaltete Einrichtungen zur Flussführung etwa Flussbegradiger, gleichzeitig zur zuver- lässigen und effizienten endseitigen Aufhängung bzw. Lagerung des Rotors (der Rotorwelle) im Rahmen der vorliegenden Erfindung genutzt werden können. Eine weitere, bevorzugte Weiterbildung sieht zudem vor, eine derartige Lagerung durch einfließendes Blut zu spülen, indem ein geeigneter Vorsprung, besonders in der Art einer Spüllippe, einen Teil einfließendes Blutes zu Spülzwecken in das Lager einleitet. Als weitere erfindungsgemäße Maßnahme zur schonenden, wirbelarmen Beschleunigung des Blutes ist vorgesehen, neben den zur unmittelbaren Zentrifugalbeschleunigung eingesetzten Rotorblättern auch die Relativgeometrie zwischen Pum- peninnenraum und Rotorkörper zu benutzen. Genauer gesagt ist der Rotorkörper mit seinen Außenflächen so ausgebildet, dass ein wirksamer (Fluss-) Querschnitt für fließendes Blut zwischen Einlassen und Auslass in Richtung auf den Auslass abnimmt; beispielsweise kann dies dadurch realisiert werden, dass ein (ebenfalls) doppel-konusfÖrmiger Rotorkörper eine größere Konussteigerung besitzt als die umgebenden Wände der Blut ammer. Dies führt dann dazu, dass einfließendes Blut durch Scherkräfte am Rotorkörper zusätzlich bewegt wird und die gesamte Energieübertragung der Rotorenergie auf das Blut mit hoher Effizienz bei niedrigem Druck erfolgt; entsprechend können die Rotorblätter — vor allem in axialer Richtung — verkleinert werden, ohne die Gesamteffizienz der Pumpe zu mindern. Eine Verkleinerung der Rotorblätter wiederum (die weiter bevorzugt im Querschnitt endseitig gerundet sind) vermindert wiederum die Gefahr von Blutverletzung, insbesondere als der etwa aus dem Stand der Technik gemäß US 5,924,848 ersichtliche "Mühleneffekt" (der weitgehend bündig mit der Blutkammer abschließende Rotor verhält sich für einfließendes Blut ähnlich einer Mühle und kann Blutbestandteile zerstören; gleichzeitig würde Blut im Einflussstutzen zentrifugal beschleunigt und kann zu Füllungsbehinderungen mit reduzierter Effizienz führen) vermieden wird. Vielmehr beginnt eine beschleunigungswirksame Rotorfläche erst in einem gewissen, vorbestimmten Abstand von den jeweiligen Einlassen, so dass Blut laminar in die Blutkammer eintreten und parallel der Welle fließen kann. Das Ergebnis ist deutlich geringeres Bluttrauma, jedoch, durch die vorbeschriebenen geometrischkonstruktiven Maßnahmen, gleichwohl hohe Effizienz des Puna- pensystems. Zusätzlich verhindern die weiterbildungsgemäß vorgesehenen Flussbegradiger eine (rotorbedingt) schädliche Zentrifugalströmung des Blutes im Bereich der Einlasse. Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, die für den Antrieb notwendigen Magneten des Rotors nicht an den Rotorblättern selbst, z.B. an deren Spitzen, vorzusehen, sondern im Rotorkörper selbst. Durch eine solche Maßnahme wird die Balancierung des Rotors, insbesondere für hohe Drehzahlen, deutlich vereinfacht und die radiale Lagerbelastung vermindert; etwaige Effizienzeinbußen werden wiederum durch die vorbeschriebenen konstruktiven Maßnahmen in der verwirbelungsarm ausgerichteten Ro- torgeometrie ausgeglichen. Vorteilhaft ist es hier zudem, dass ein Stabmagnet vorgesehen ist, welcher bevorzugt im Inneren des Rotorkörpers, benachbart zu dessen Außenfläche und senkrecht zur Rotationsachse vorgesehen sein kann und sich z. B. von einer Außenfläche zur gegenüberliegenden Außenfläche des Rotorkörpers erstreckt.
Gemäß einer anderen, vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, die mechanisch wirksamen Lager durch jeweils geeignet ausgebildete Gehäuse zu verkapseln, wobei auch hier bevorzugt eine Gehäuseform gewählt wird, die strömungsgünstig an jeweils in die Einlasse einfließendes Blut angepasst ist, dieses sogar für eine Kühlung der jeweiligen Lager nutzt. Die besonders bevorzugten Gleit- oder Wälzlager sind jeweils eingebettet in das gut wärmeleitende Lagergehäuse, welches gleichzeitig der Fixierung der Lager, ihrer Abgrenzung vom Strömungsgebiet, einer optimalen, atraumatischen Umströmung der Lager und der Wärmeableitung vom Lager dient. Das Lagergehäuse wird mittels Strömungsleiteinrichtungen am Pumpengehäuse befestigt. Die Gestal- tung des Lagergehäuses erfolgt derart, dass eine geringe Beeinflussung der axialen Zuströmung erfolgt. Die Strömung folgt der zu den Enden spitz zulaufenden Form des Lagergehäuses, ohne blutschädigende Unregelmäßigkeiten oder Stagnationsgebiete zu bilden. Eine solche Realisierung mit Gleit- oder Wälzlagern innerhalb eines gut wärmeleitenden Lagergehäuses kann dann, wie vorbeschrieben, mittels geeignet ausgebildeter Strömungsleiteinrichtungen am Pumpengehäuse befestigt sein, wobei, weiter bevorzugt, die Rotorachse gegen ein stehendes Lagergehäuse durch eine aus geeignetem, bevorzugt verschleißfreiem Material realisierte Dichtung abgedichtet wird. Die Dichtung kann verschiedene Formen annehmen und an verschiedenen Positionen angebracht sein. Eine spitz auslaufende Dichtung kann z.B. direkt an der zylindrischen Welle anliegen. Eine mehr flächenhafte Pressung der Dichtung kann z.B. durch eine spezielle Wellenform bzw. einen fest mit der Welle verbundenen Aufsatz erfolgen. Auch hier erfolgt bevorzugt die Dimensionierung von Gehäuse bzw. Dichtung ohne negative Auswirkungen auf die Blutströmung, wobei insbesondere der beabsichtigte Kühleffekt aufgrund der hohen Blutgeschwindigkeiten sehr effektiv ist.
Eine weitere, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, eine Mehrzahl von Pumpenausflüssen bzw. -auslassen vorzusehen, wobei, insbesondere, wenn diese mit ihren jeweiligen Öffnungen zur Blutkammer radial um deren Umfang herum angeordnet sind, eine Belastung des Rotors etwa durch Strömungseffekte bzw. Strömungswiderstände (im Gegensatz zu einer einzigen Öffnung) verringert werden kann; besonders geeignet sind diese Auslässe mittels spiralförmiger Gehäuseerweiterungen eines Blutpumpengehäuses realisiert.
Besonders vorteilhaft ist es zudem, die vorteilhaften Betriebs- und Herstellungseigenschaften der erfindungsgemäßen Blutpumpe durch Konfigurationen des Pumpenantriebs zu unterstützen, wobei, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform (best ode) der Rotor einen geschlossenen Rotorkörper aufweist, von dessen Außenflächen sich eine Mehrzahl von bevorzugt radial um einen Umfang des Rotorgehäuses angeordneten Rotorblättern erstreckt, und wobei elektrische und/oder magnetische Antriebselemente des Rotors im Inneren des Rotorkörpers, bevorzugt benachbart den Außenflächen des Rotorkörpers, fest aufgenommen und zum Zusammenwirken mit im die Blutkammer umschließenden Pumpengehäuse vorgesehenen elektrischen und/oder magnetischen Antriebselementen der Blutpumpe ausgebildet sind. Insbesondere bietet es sich vorteilhaft an, Spulen als elektrische Antriebselemente konstruktiv so auszuführen, dass darin (durch elektrischen Widerstand) erzeugte Wärme möglichst günstig abgeführt wird, bevorzugt durch den Blutstrom. Dies erfolgt einer- seits durch einen engen Kontakt zur blutseitigen Gehäusewand und einer thermischen Isolierung durch Luft oder einen Füllstoff an der Rückseite der Spule. Zwischen Spule und thermischer Isolierung kann sich eine Ummantelung aus fer- romagnetischem Material zur Konzentrierung des Magnetfeldes befinden. Weiter bevorzugt ist es, Spulen mit einer Mehrzahl von Wicklungen vorzusehen und diese entweder zum Zweck der Redundanz separat ansteuerbar auszubilden, oder aber die separaten Einzelwicklungen für Zwecke der Leistungssteuerung der Pumpe durch eine geeignet zugeordnete Steuerelektronik ansteuerbar zu gestalten.
Aufbauend auf die Ansteuerung bzw. Leistungssteuerung der Pumpe bestehen zudem zahlreiche, vorteilhafte Weiterbildungsmöglichkeiten, etwa dahingehend, dass die erfindungs- gemäße Blutpumpe gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung als geregeltes System verstanden wird. Die weiterbildungsgemäß vorgesehenen Mittel zur Blutstrom-, Druck- und/oder Flussmessung des Blutes können dabei bevorzugt mit Mitteln für eine Drehzahl- und/oder Leistüngserfassung der Pumpe zusammenwirken, so dass, durch geeignetes Zusammenführen entlang bzw. auf der Grundlage einer Pumpenkennlinie, eine eigenständige Belastungsadaption an den jeweiligen Zustand des Patienten, wie durch die Parameter des fließenden Blutes gemessen, möglich ist.
Letztendlich steht hinter diesem Ansatz ein umfassendes, transkutanes Energie- und Informationstransfersytem, welches zudem, etwa mit Hilfe von bevorzugt drahtlosen Kommunikationsmitteln, auch eine Kommunikation mit externen Uberwachungs- und Steueraggregaten ermöglicht. Damit werden dem Patienten größtmögliche Freiräume ermöglicht, ohne die notwendige medizinische Kontrolle zu verlieren. Im Rahmen der Möglichkeiten zur Weiterbildung der Erfindung durch geeignete Konfiguraton einer zugeordneten Steuerelektronik ist es zudem denkbar, weitere relevante Steuerparameter, wie etwa EKG-Signale, die weiterbildungsgemäß beson- ders bevorzugt durch einen etwaigen, vorhandenen Herzschrittmacher ohnehin erfasst werden und für eine elektronische Bearbeitung zur Verfügung stehen, zu berücksichtigen und somit für eine integrierte Pumpenansteuerung zu sorgen, die in weitgehender Weise von aktuellen Parametern bzw. Funktionswerten des zu unterstützenden Herzens abhängig ist; für die im Rahmen der vorliegenden Erfindung mögliche Kombination einer Pumpenansteuerung mit einer Steuereinheit für einen Herzschrittmacher wird, über die konkrete Anwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung hinaus, auch un- abhängig Schutz beansprucht.
Im Ergebnis ermöglicht es die vorliegende Erfindung, gängige Pumpen zur non-pulsatilen Herzunterstützung sowohl im Hinblick auf Betriebssicherheit, als auch potentielle Ge- fährdung des Patienten durch Thrombenbildung deutlich zu verbessern, ohne dass konstruktiv übergroßer Aufwand notwendig ist. Vielmehr zeichnet sich die vorliegende Erfindung durch zusätzlich einfache Herstellbarkeit und unproblematisches mechanisches Toleranzverhalten aus, so dass davon auszugehen ist, dass mit der vorliegenden Erfindung zusätzliche Patientenkreise und Anwendungsgebiete erschlossen werden können.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
Fig. 1: eine schematische seitliche Schnittansicht in axialer Richtung der Rotorachse einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (best ode) ;
Fig. 2: eine schematische Ansicht eines Längsschnittes durch die Blutkammer der Ausführungsform gemäß Fig. 1;
Fig. 3: eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie III-III in Fig. 3;
Fig. 4: eine schematische Seitenansicht des Rotors der Ausführungsform gemäß Fig. 1;
Fig. 5: eine Schnittansicht durch den Rotor;
Fig. β: eine Seitenansicht eines einlassseitigen Flussbegradigers zur Verwendung mit der Ausführungsform gemäß Fig. 1;
Fig. 7: eine Ansicht des (eingesetzten) Flussbegradigers gemäß Fig. 6 aus einlassseitiger Richtung;
Fig. 8: eine schematische Seitenansicht einer Wellenlagerung im Einlassbereich mit Spüllippe und schematisch angedeuteter Umleitung des Blutflusses zu Spülzwecken;
Fig. 9: eine Schnittansicht innerhalb der Schnittlinie IX-IX in Fig. 8; Fig. 10: eine schematische Ansicht von links- und rechtsseitigen Einlasskanülen zur Verbindung der Pumpe gemäß Fig. 1 mit der gemeinsamen Einlasskanüle des Ventrikels;
Fig. 11: eine schematische seitliche Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform mit ge- kapstelten, gedichteten Lagergehäusen zur Lagerung der Rotorachse und
Fig. 12: eine schematische Schnittansicht durch den Rotorkörper bzw. das Pumpengehäuse zum Verdeutlichen einer alternativen Ausführungsform des Auslasses mit einer Mehrzahl spiralförmig angeordneter, mit ihren jeweiligen Öffnungen zur Blutkammer umfangssei- tig um die Blutkammer herum angeordneten Kanälen.
Eine schematisch mit zylindrischem Pumpengehäuse 10 gezeigte Blutpumpe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist im Pumpengehäuse 10 eine in der gezeigten axialen Schnittansicht i.w. oktogonale Blut- kammer 12 auf, die in der Art eines Doppelkonus beidends an spitzen Enden einen linken 14 bzw. rechten Einlass 16 ausbildet und, wie insbesondere in der Schnittansicht der Fig. 3 zu erkennen ist, im mittleren Bereich (nämlich dem größten Durchmesser des Doppelkonus) in einen sich in Um- fangsrichtung i.w. tangential erstreckenden Auslass mündet.
Wie schematisch in der Ansicht der Fig. 1 zu erkennen ist, wird ein Rotor 20, bestehend aus einem ebenfalls doppel- konusförmigen Rotorkörper sowie einer Rotorwelle (Rotorachse) 24, die sich durch die gegenüberliegenden spitzen Endabschnitte der Rotorkörpers 22 erstreckt, in der Blutkammer 12 im Bereich des linken Einlasses 14 sowie des rechten Einlasses 16 gelagert, und zwar so, dass durch die Einlasse 14, 16 einströmendes Blut die Rotorwelle 24 endseitig i.w. gleichförmig umströmen kann, auf den Rotorkörper 22 trifft und sowohl durch Wirkung von sechs radial um den Umfang des Rotorkörpers 22 verteilt angeodneten Rotorblättern 26 zentrifugal nach außen getrieben wird, als auch durch einen sich in Richtung auf den Auslass 18 kontinuierlich verringernden lichten bzw. freien Strömungsquerschnitt zwischen Pumpengehäuse 10 und Rotorkörper 22 in Auslassrichtung beschleunigt wird.
Der Antrieb des Rotors 22 erfolgt dabei durch Rotormagnete 28, die innerhalb des Rotorkörpers 22 unter dessen Oberfläche angeordnet sind und mit Antriebselementen eines Pumpenmotors zusammenwirken, die — in den Figuren nicht ge- zeigt -- im Pumpengehäuse den Rotormagneten 28 gegenüberliegend vorgesehen sind.
Durch die vorbeschriebenen und in Fig. 1 gezeigten geometrischen Verhältnisse ermöglicht die mechanische Ausgestal- tung der Blutpumpe der gezeigten Ausführungsform eine besonders schonende, atraumatische, gleichwohl effiziente Förderung von durch die Einlasse 14, 16 eintretenden Blutes: Wie insbesondere in der Fig. 1 gut erkennbar ist, beginnt der doppel-konusförmige Rotorkörper 22 mit seinen jeweiligen zulaufenden Endabschnitten erst einen vorbestimmten Abstand von einem jeweiligen zugeordneten Einlassende; bei einem typischen Außendurchmesser des Pumpengehäuses von 35 mm und einer beispielhaften Länge von ca. 70 mm beträgt dieser Abstand auf jeder Seite ca. 10 bis 12 mm. Dieser Abstand ermöglicht es dann, dass durch die jeweiligen Einlasse eintretendes Blut zunächst verwirbelungsarm und i.w. laminar in Richtung der Rotorwelle einfließen kann, und insbesondere Effekte einer einlassseitigen Zentrifugalbeschleunigung bzw. eines Zermahlens von Blutbe- standteilen durch Rotorwellenbewegung am jeweiligen Einlass vermieden werden. Eine weitere Maßnahme, die sich positiv auf die atraumatische Wirkung der gezeigten Anordnung auswirkt, besteht in der Gestaltung der linken bzw. rechten Einlassgeometrie relativ zum Auslass: Wie in der Fig. 1 erkennbar ist, ist der kumulierte Einlassquerschnitt beider Einlasse 14, 16 größer als der wirksame Flussquerschnitt des Auslasses 18 (bzw. des wirksamen ventrikulären Zuflussquerschnittes) . Dies bedeutet, dass durch eine graduelle Erweiterung eines Flussquerschnittes einer angeschlossenen Einflusskanüle zum Einlass hin der Blutfluss graduell verlangsamt wird und somit sich weniger traumatisch auf das Blut auswirkt.
Wie zudem in der Fig. 1 erkennbar ist, ist sowohl eine Abflachung 30 im mittleren Bereich des Rotorkörpers 22 als auch eine Abflachung 32 im peripheren Endbereich der Rotorblätter 26 gebildet, wobei in axialer Richtung diese Ab- flachungen 30, 32 jeweils der axialen Erstreckung des Auslassquerschnittes entsprechen; auch diese Maßnahme dient der atraumatischen Flussoptimierung in der beschriebenen Ausführungsform.
In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise ist die Rotorwelle 24 beidends in (in Fig. 1 lediglich schematisch gezeigten) Lagern 34 drehbar gelagert, wobei, bedingt durch den symmetrischen Blutzufluss durch beide Einlasse 14, 16, eine beidseitig auf den Rotor 20 ausgeübte Axialkraft sich bei identischen Drücken einfließenden Blutes im Idealfall aufhebt, im Normalfall lediglich geringer Druckdifferenzen jedoch zu einer äußerst geringen axialen Belastung des Lagerpaares 34 führt. Das Ergebnis ist eine äußerste Langlebigkeit der nachfolgend noch im Detail zu beschreibenden La- geranordnung. Lediglich der Vollständigkeit halber sei erläutert, dass auch die in Fig. 1 gut erkennbar Anordnung der Magneten 28 im Rotorkörper 22 eine einfache und exakte Ausbalancierung des Rotors in Radialrichtung ermöglicht, so dass auch in dieser Richtung die auf die Lager 34 wirkenden Belastungen minimiert sind. Die Fig. 6 und 7 zeigen gemäß einer bevorzugten Weiterbildung einlassseitig vorsehbare Flussbegradiger 36 als Strömungsleiteinrichtung, die in der Seitenansicht der Fig. 6 eine in Richtung auf den einfließenden Blutfluss zulaufende Spitze 38 aufweisen, am entgegengesetzten Ende eine Lagerschale 40 zur Aufnahme der Rotorwelle 24 ausbilden und drei um den Umfang des Begradigerelements 36 verteilte, sich radial erstreckende Finnen 42 tragen, die, wie insbesondere aus der Sicht der Zuflussrichtung gemäß Fig. 7 zu erkennen ist, zusammen mit der Spitze 36 einen lediglich minimalen Strömungswiderstand für den einfließenden Blutstrom bilden, dagegen in Umfangsrichtung das Entstehen von Verwirbelungen od.dgl. (insbesondere auch durch Wirbeleffekte an einem jeweiligen Einlass) wirksam verhindern können.
Die Frontfläche der Finnen weisen einen sich verjüngenden Verlauf auf, während im dargestellten Ausführungsbeispiel die Rückflächen bündig mit dem zentralen Trägerelement des Flussbegradigers 36 abschließen. Die sich verjüngenden Frontflächen eignen sich besonders zur Vermeidung von Thrombusbildungen, als der Blutfluss geordnet und verwir- belungsarm um das zentrale Trägerelement des Flussbegradigers 36 und die Finnen herumgeleitet wird, und durch die gezeigte Geometrie existieren lediglich minimale Bereiche mit Umkehrflüssen und Blutverwirbelungen hinter dem Flussbegradiger.
Konkret wird, wie in der Fig. 7 angedeutet, ein Flussbegra- diger 36 in jeden der Einlasse 14, 16 eingeführt, kontaktiert dort das Pumpengehäuse 12 und bietet gleichzeitig mittels der Lagerschale 40 ein symmetriebedingt wenig belastetes und damit überaus dauerhaftes Lager für die Pumpen¬ welle an. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es zudem möglich, dass zwischen Lagerschale 40 und gerundetem Ende der Rotorwelle 24 gebildete Lager durch einfließendes Blut zu spülen: Wie die Fig. 8 und 9 zeigen, ist nämlich endseitig an der Rotorwelle 24 ein Vorsprung in der Art einer Spüllippe 44 gebildet, der, wie durch die Strömungslinie 46 verdeutlicht ist, einen Teil des durch einen Einlass einströmenden Blutes in Richtung auf die Lagerschale 40 umlenkt und so für eine zuverlässige Spülung des Lagers sorgt.
Die Fig. 10 zeigt die einlassseitige Verbindung des Pumpengehäuses 10 mit dem Ventrikel mittels einer links- und einer rechtsseitigen Einlasskanüle 48, 50, die, zur Vermin- derung eines Druckabfalls, im Körper des Patienten in einem relativ großen Radius geführt, und bevorzugt als starres System (alternativ: flexibel oder kombiniert aus beiden) ausgebildet sind.
Wie in Fig. 10 gezeigt, besteht konkret die Einflusskanüle aus einer großkalibrigen, singulären Kanüle 47, die in den linken Ventrikel eingebracht wird und einen (nicht gezeigten) Flussteiler aufweist. Im Einsatz unmittelbar unterhalb des Zwerchfelles bzw. Herzens implantiert, teilt sich diese Kanüle 47 so in die zwei gleichkalibrigen, gleichlangen Einlasskanülen 48, 50 auf, die das Blut in möglichst großem Bogen der Pumpe und Blutkammer zuführen. Dabei sollte die Aufteilung der gemeinsamen Kanüle 47 so spitz wie möglich sein, um eine homogene Aufteilung des Blutes zu erreichen, damit wiederum die Pumpe mit nahezu gleichem Blutvolumina und Drücken an dem linken Einlass 14 und rechten Einlass 16 beaufschlagt wird. In der Fig. 10 nicht näher gezeigt ist der Auslass 18, der tangential im mittleren Bereich des Pumpengehäuses 10 entspringt (Fig. 3) ; in diesem Bereich der Pumpe sind sowohl der Druck als auch die Blutgeschwindigkeit am größten. Entsprechend sollte hier ein Stutzen für eine (nicht gezeigte) Ausflusskanüle von größtmöglichem Durchmesser sein, um eine Verlangsamung des Blutes zu gewährleisten; dies wird bevorzugt durch eine konische Form mit zunehmenden Querschnittsradien erreicht.
Das lediglich schematisch gezeigte Pumpengehäuse 10 in der Fig. 1 nimmt zusätzlich die Steuerelektronik für den Motor auf, wobei das System dann von einer implantierbaren Batterie mit Energie versorgt werden kann (besonders bevorzugt wird die Batterie mittels transkutanem Energietransfer geladen) . Über diesen Versorgungsport können zudem aktuelle Betriebsdaten der Pumpe ausgelesen und zur externen Weiterverarbeitung geleitet werden, um die Pumpensteuerung zu beeinflussen. Weiterbildungsgemäß ist nämlich vorgesehen, die Förderleistung der Pumpe mittels elektromagnetischem Flussmesser zu kontrollieren, der bevorzugt von außen auf die Ausflusskanüle aufgebracht wird; ein weiterer Flussmesser misst den Blutfluss innerhalb der Pulmonalarterie . Die der Pumpe zugeordnete Steuereinheit stellt Flussdifferenzen fest und nutzt diese zur Regelung der Pumpe, so dass insbesondere Phänomene eines Overpumping mit Ansaugung der freien Ventrikelwand oder des Septums, oder Pumpenobstruktion, vermieden werden können.
Die Fig. 11 zeigt eine alternative Ausbildung der endseiti- gen Lager für die Rotorachse bzw. Rotorwelle 24: Eingebet- tet jeweils in ein strömungsgünstig ausgebildetes, spitz zulaufendes Lagergehäuse 60 aus gut wärmeleitendem Material wird die Rotorwelle 24 in geeigneten Gleit- bzw. Wälzlagern 62 gelagert. In Richtung auf den Rotorköper ist jeweils eine (nicht gezeigte) Dichtung aus verschleißfreiem Mate- rial vorgesehen, wobei, bevorzugt, eine spitz auslaufende Dichtung direkt an der (zylindrischen) Welle anliegen kann. Durch geeignete Formgebung von Lagergehäuse und Dichtung kann dafür gesorgt werden, dass keine negative Beeinflussung der Blutströmung erfolgt, vielmehr wird diese bevor- zugt dafür benutzt, in effektiver Weise das Lagergehäuse (und damit das Lager) zu kühlen. Wie zudem in der Fig. 11 erkennbar ist, sind die jeweiligen Lagergehäuse 60 von einer Leiteinrichtung 64 gehalten, die aus drei innen, lang gestreckten und axial um die Rotationsachse herum angeordneten Flügeln besteht. Insbesondere dann, wenn diese Leiteinrichtung (in axialer und/oder in radialer Richtung) eine Krümmung aufweist, kann zudem das Einströmen des Blutes optimiert werden, da insoweit eine Vorrotation für den nachfolgenden Rotorkörper erfolgt. Durch den guten thermischen Kontakt mit dem Lagergehäuse dienen sie weiterhin als zusätzliche Kühlflächen für das Lager und verringern damit zusätzlich die örtlichen thermischen Belastungen des Blutes.
Fig. 12 zeigt, gegenüber Fig. 3, eine alternative Realisie- rung des Auslasses 18: Wie hier zu erkennen ist, sieht dieses Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Auslasskanälen 70, 72 vor, die mit ihren jeweiligen Öffnungen 74, 76 zur Blutkammer hin um deren Umfang herum verteilt angeordnet sind. Dies führt dazu, dass der Rotor strömungstechnisch nicht lediglich an einer Umfangsstelle durch einen mit dem Auslass zusammenhängenden Strömungswiderstand belastet wird, sondern, wie in der Fig. 12 gezeigt, zwei oder gar mehr Öffnungen, bevorzugt um den Umfang herum verteilt, vorgesehen sind. Die einzelnen Auslasskanäle 70, 72 fließen stromabwärts dann geeignet zusammen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr sind weitere, bevorzugte Alternativen und/oder Weiterbildungen vorgesehen, die, praktisch bedeutsam, die atraumatischen Wirkungen der Pumpe weiter fördern. Hierzu gehört beispielsweise die querschnittliche Ausbildung der Rotorblätter 26, für die sich endseitig eine Rundung, insbesondere im vollen Radius, anbietet . Eine weitere Variante der mechanisch wirksamen Lagerung der Rotorachse (Rotorwelle) besteht darin, dass die erfindungsgemäße Strömungsleiteinrichtung im Einflussstutzen eine feststehende Welle (genauer: Wellenansatz) beidseits der Blutkammer ausbildet, die jeweils in die Blutkammer hineinragt. Eine Spitze dieses feststehenden Wellenansatzes bildet dann ein Lagerteil für eine auf dem Rotor vorgesehene Lagerschale, die mit dem Wellenansatz zusammenwirkt.
Auf diese Weise wird eine mechanisch wirksame Lagerung realisiert, die in die Blutkammer hineinragen kann. Erreichbar ist damit, dass das Lager mit hohem Druck mit dem aus dem Einlass zufließenden Blut gespült werden kann; eine Spüllippe od.dgl. Leitelement ist nicht mehr notwendig.
Im Ergebnis wird mit der beschriebenen Geometrie damit nicht nur eine atraumatische, schonende Behandlung einfließenden Blutes (und damit eine weitgehende Verminderung von Thrombenbildung) erreicht, auch ist die haemodynamische Effizienz so hoch, dass Betriebsgeschwindigkeiten mit ca. 2000 U/min deutlich unterhalb der Rotationsgeschwindigkeiten existierender Pumpensysteme gehalten werden kann. Auch hierin drückt sich Langlebigkeit und Störungsunempfindlich- keit aus.
Während im beschriebenen Ausführungsbeispiel die Verschleiss unterliegende Lageranordnung aus Rotorwelle und Lagerschale üblicherweise aus hartem, abriebfestem Material gefertigt wird — es bietet sich Edelstein für die Lager- schale und/oder die Spitze der Rotorwelle an, während die Welle selber typischerweise aus Keramik gefertigt ist — liegt natürlich auch der Einsatz anderer geeigneter Materialien im Belieben des einschlägigen Fachmannes.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Blutpumpe, insbesondere ventrikulare Herzunterstüt- zungspumpe, mit einer in einem Pumpengehäuse (10) gebildeten Blutkammer (12) , die zum Aufnehmen eines um eine Rotorachse (24) drehbaren Rotors (20) ausgebildet ist und an einander gegenüberliegenden Enden abschnittsweise jeweils einen mit einer Einflusskanüle (48, 50) verbindbaren Einlass (14, 16) ausbildet, wobei ein mit einer Ausflusskanüle verbindbarer Auslass (18) der Blutkammer sich in einer Richtung senkrecht zur Rotorachse erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorachse jeweils endseitig in mechanisch wirksamen Lagern (34, 40) drehbar gelagert ist, die im Bereich eines jeweiligen Einlasses vorgesehen und mit dem Pumpengehäuse verbunden sind.
2. Blutpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blutkammer (12) als Doppelkonus ausgebildet ist, wobei im Bereich der auswärts weisenden Konusspitzen ein jeweiliger der Einlasse (14, 16) vorgesehen und der Auslass (18) im mittleren Bereich des Dop- pelkonus gebildet ist.
3. Blutpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine lichte Innenweite der Blutkammer (12) zwischen einer Innenwand des Pumpengehäuses (10) und 'einer Außenfläche des Rotors (20) so gebildet und bemessen ist, dass in Richtung von einem jeweiligen Einlass (14, 16) auf den Auslass (18) eine für den Blutfluss wirksame Querschnitts- bzw. Durchtrittsfläche zwischen Pumpengehäuse und Rotor sich bevorzugt konti- nuierlich verringert.
4. Blutpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch wirksamen Lager zusätzlich magnetisch wirksame Lagermittel aufweisen, die eine zusätzliche . Führung oder Lagerung und/oder Unterstützung der mechanisch wirksamen Lager bewirken.
5. Blutpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Mittel (36) zur Flussführung, eingeschlossen Wirbelverhinderung, Flussbegradigung oder Vorrotation, von in einen Einlass einfließenden Blutes, die mit dem Pumpengehäuse verbunden sind und zusätzlich die Lager (40) für die Rotorachse ausbilden.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (40) für die Rotorachse
(24) so ausgebildet sind, dass sie durch in die Einlasse (14, 16) einfließendes Blut spülbar sind, wobei bevorzugt die Lager eine in den Fluss des einfließenden Blutes hineinreichende Spüllippe (44) oder der- gleichen Leitelement aufweisen.
7. Blutpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Mittel zur Druck-, Volumenstrom- und/oder Flussmessung von einfließendem sowie ausflie- ßende Blut, die zur Erzeugung eines Steuersignals für eine Steuerung des Pumpenantriebes, insbesondere Drehzahlsteuerung nach einem vorbestimmten Zusammenhang mit einer Pumpenleistung, ausgebildet sind, wobei bevorzugt zusätzlich Mittel zur Erfassung einer Rotor- drehzahl und/oder einer elektrischen Antriebsleistung der Blutpumpe vorgesehen sind.
8. Blutpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Blutpumpe zugeordnete elektronische Steuereinheit zum Erfassen von EKG- Signalen, und insbesondere zum Zusammenwirken mit einer Herzschrittmachereinheit, ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass der Blutkammer eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung des Rotors zumindest abschnittsweise parallel verlaufenden Auslasskanälen (70, 72) aufweist, die jeweils eine umfangsseitig verteilt angeordnete Öffnung (74, 76) zur Blutkammer aufweisen.
10. Blutpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch wirksamen Lager
( 62 ) ein bevorzugt gegen einfließendes Blut gedichtetes Lagergehäuse (60) aufweisen, welches so ausgebildet ist, dass die Lager durch das einfließende Blut gekühlt werden und/oder eine atraumatische Umströmung mit dem einfließenden Blut erreicht wird.
11. Blutpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Antrieb des Rotors eine elektrisch ansteuerbare Spulenvorrichtung vorgesehen ist, die eine Mehrzahl von separat, insbesondere zu Zwecken der Redundanz oder Leistungssteuerung ansteuerbaren Wicklungen aufweist.
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