AT504990B1 - Katheter zur unterstützung der leistung eines herzens - Google Patents

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AT504990B1 AT0030607A AT3062007A AT504990B1 AT 504990 B1 AT504990 B1 AT 504990B1 AT 0030607 A AT0030607 A AT 0030607A AT 3062007 A AT3062007 A AT 3062007A AT 504990 B1 AT504990 B1 AT 504990B1
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Description

2 AT 504 990 B1
Die Erfindung bezieht sich auf einen Katheter zur Unterstützung der Leistung eines Herzens mit wenigstens einer Pumpe.
Nach einem Herzversagen, beispielsweise einem Herzinfarkt oder anderen Gründen für die 5 Abnahme der Leistung eines Herzens ist es für die Intensivmedizin von wesentlicher Bedeutung, die Herzfunktion möglichst rasch wiederum zu normalisieren und zu stabilisieren. Insbesondere gilt es dann, wenn beispielsweise die Volumsleistung des Herzens in Folge eines Versagens deutlich reduziert ist, eine entsprechende Peripheriedurchblutung sicher und rasch wiederherzustellen, um sekundäre Schädigungen hintanzuhalten. Die Verwendung von Herz-io Lungenmaschinen erlaubt prinzipiell die Aufrechterhaltung wesentlicher Lebensfunktionen. Eine spezielle Anpassung an die jeweiligen konkreten Bedürfnisse erfolgt jedoch mit derartigen Einrichtungen in aller Regel nicht. Vielmehr handelt es sich bei konventionellen Herz-Lungenmaschinen um Einrichtungen, welche unter Verwendung von externen Pumpen eine Zwangszirkulation von Blut aufrechterhalten ohne gezielt auf die jeweiligen Bedürfnisse des 15 geschwächten bzw. einem Versagen unterworfenen Herzen einzugehen.
Bei chirurgischen Eingriffen, insbesondere im Bereich der Venen, wurde bereits vorgeschlagen, venendruckgesteuerte Retroinfusion aus bzw. in Körpervenen unter Absaugung von Fluid und Rückführung des Fluids über eine Pumpe vorzunehmen. Zum Einsatz gelangen hiebei konven-20 tionelle Katheter, deren Lumen eine Absaugung von Fluid erlauben und über deren Lumen an geeigneter Stelle die Rückführung ermöglicht ist. Bekannte Einrichtungen, insbesondere für die Retroinfusion von Blut in Koronarvenen im Bereich der Myokardprotektion während eines kurzfristigen Koronararterienverschlusses im Rahmen eines kardiologischen Eingriffs, werden zumeist so vorgenommen, dass eine Ballondilatation einer arteriosklerotisch verengten Koronarar-25 terie vorgenommen wird. In diesen Fällen kann eine an den jeweils kurzzeitig erfolgenden Eingriff angepasste Kompensation durch Rückführung von abgesaugtem Blut in Venen vorgenommen werden. Für eine kontinuierliche Restitution der vollen Funktion eines Herzens werden aber diejenigen Kriterien nicht berücksichtigt, welche für die volle Funktion des Herzens relevant wären und es ist daher eine Intensivversorgung über einen bestimmten Zeitraum mit derartigen 30 Einrichtungen nicht vorgesehen. Gleichzeitig muss auch die Versorgung der übrigen Organe aufrechterhalten werden.
Bei der aus der AT 407 960 B bekannt gewordenen Einrichtung zur Unterstützung der Leistung eines Herzens wird aus Blutgefäßen Fluid über eine externe Pumpe entnommen und über 35 einen Rückführungskatheter in Blutgefäße zurückgeführt, wobei die rückgeführte Fluidmenge in Abhängigkeit von Messwerten geregelt ist, wobei zur Gewinnung dieser Messwerte ein Herzventrikel-Katheter vorgesehen ist. Die bekannte Ausbildung umfasste einen Herzventrikel-Katheter der in der Herzkammer mit Sensoren für die Volumensmessung von Fluid in der Zeiteinheit ausgestattet ist, wobei diese Sensoren im eingeführten Zustand des Herzventrikel-40 Katheters in der Herzkammer liegen und diese Sensoren mit Auswerteschaltung verbunden sind, in welcher das Verhältnis des diastolischen Volumens zu systolischen Volumen je Herzschlag oder in der Zeiteinheit insbesondere die Auswurfrate und/oder die Abweichung des in der Zeiteinheit vom Herz geförderten Volumen von einem definierten Sollwert, beispielsweise dem aus körperspezifischen Daten errechneten Sollwert für das Herzzeitvolumen ausgewertet 45 wird. Das auf diese Weise generierte Signal wird der Pumpe zugeführt, über welche Fluid aus der Herzkammer abgezogen wird und in Abhängigkeit von dem generierten Signal rezirkuliert wird.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, diese bekannte Einrichtung dahingehend weiterzubilden, so dass auf eine externe Pumpe verzichtet werden kann und gleichzeitig die gewünschte Druckerhöhung gezielt an bestimmten Stellen zur Wirkung kommen zu lassen. Insbesondere soll die durch die Pumpe verbesserte Fluidströmung in einer Weise ausgebaut werden, bei welcher die mechanische Belastung von schwer empfindlichen Flüssigkeiten, wie beispielsweise Blut, so gering wie nur möglich gehalten werden kann und dennoch an gewünschten Orten die entspre-55 chende Verbesserung der Zirkulation gewährleistet sein. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die 3 AT 504 990 B1 erfindungsgemäße Ausbildung des eingangs genannten Katheters, welcher im Rahmen der oben beschriebenen Einrichtung zum Einsatz gelangen kann, im Wesentlichen darin, dass die Pumpe als Rotationspumpe am distalen Ende des Katheters ausgebildet ist, wobei der distal außenliegende Rotor über eine Magnetkupplung mit einem im Inneren des Katheters angeordneten, als hydraulisch oder pneumatisch betriebenes Schaufelrad ausgebildeten Antriebsrad gekuppelt ist und das Antriebsfluid über ein Lumen des Katheters dem Schaufelrad zugeführt und über ein weiteres Lumen des Katheters abgeführt ist. Eine derartige mit dem Katheter unmittelbar verbundene Axialpumpe kann mit dem Katheter unmittelbar in die gewünschte Position gebracht werden und hierbei gleichzeitig mit weiteren therapeutischen Ansätzen, wie beispielsweise einer Retroperfusion durch zyklisches Okkludieren des Blutgefäßes mittels eines Ballons zum Einsatz gelangen. Um eine völlige Entkopplung von dem die Pumpe treibenden Antriebsmedium zu gewährleisten und insbesondere sicherzustellen, dass einfache Antriebsmittel, wie beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch betriebene Schaufelräder zum Einsatz gelangen können, wird eine vollständig dichte Trennung des Rotors vom Antriebsrad durch die erfindungsgemäß vorgesehene Magnetkupplung erzielt, welche axiale Durchführungen zwischen Antriebsrad und distal außen liegendem Rotor vermeidet. Die Ausbildung ist hierbei erfindungsgemäß so getroffen, dass das Antriebsrad als hydraulisch oder pneumatisch betriebenes Schaufelrad ausgebildet ist, wobei das Antriebsfluid über ein Lumen des Katheters dem Schaufelrad zugeführt und über ein weiteres Lumen des Katheters abgeführt wird, wobei vorzugsweise das Schaufelrad mit axialen oder halbaxialen Schaufeln ausgebildet ist. Der Betrieb einer derartigen Einrichtung kann in einfacher Weise über entsprechend geregelte hydraulische oder pneumatische Speicher erfolgen, wobei das Antriebsmedium über entsprechende Regelventile dem Antriebsrad zugeführt wird, welches magnetisch mit dem Rotor gekuppelt ist.
In konstruktiv besonders einfacher Weise ist die Ausbildung so getroffen, dass die Rotationsachse des Rotors mit der Längsachse des Katheters fluchtet oder zu dieser parallel ist. Eine entsprechend verschleißarme und dichte Ausbildung des Katheters bei gleichzeitig sicherer Lagerung des Rotors lässt sich dadurch erzielen, dass die Kupplung von Stabmagneten gebildet ist, welche in durch eine Dichtwand hydraulisch voneinander getrennten benachbarten Kammern am distalen Ende des Katheters jeweils mit dem Rotor und mit dem Antriebsrad drehfest verbunden sind, wobei vorzugsweise die drehfesten Verbindungen des Antriebsrads bzw. des Rotors mit dem jeweiligen Stabmagneten jeweils in den der Dichtwand abgewandten und dem Antriebsrad bzw. dem Rotor zugewandten Wänden der Kammern gelagert sind.
Der Rotor selbst kann Konstruktionsprinzipien folgen, wie sie beispielsweise in der WO 01/70300 A1 beschrieben sind. Die dort gezeigte und beschriebene Rotationspumpe zur Förderung von Blut und anderen schwer empfindlichen Flüssigkeiten ist dort als externe elektromagnetisch betriebene Pumpe ausgebildet, welche sich nicht unmittelbar für den Einbau in einen Katheter eignet. Die bekannte Konstruktion setzt nämlich voraus, dass zentrifugale Strömungskomponenten und gegen ein Gehäuse gerichtete Strömungskomponenten vorliegen, wobei die gegen das Gehäuse gerichteten Strömungskomponenten in erster Linie der berührungslosen Lagerung und Stabilisierung des Rotors im Gehäuse dienen. Ein geschlossenes Gehäuse ist aber bei Anordnung des Rotors am distalen Ende eines Katheters strömungstechnisch nicht ohne weiteres zu realisieren, da ja derartige Gehäusewände in exakt definiertem Abstand zum Rotor liegen müssen, was aber am distalen Ende eines Katheters nicht ohne weiteres gewährleistet ist. Für die mit der erfindungsgemäßen Axialpumpe gewünschte Förderleistung ist aber auch erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Rotor Leitflächen zur Erzeugung zentrifugaler Strömungskomponenten aufweist.
Um zur Retroperfusion einen Ballon betreiben zu können, kann im Rahmen der Erfindung das Antriebsfluid Verwendung finden. Die Ausbildung ist hierbei bevorzugt so getroffen, dass die Lumina für das Antriebsfluid durch einen den Katheter dichtend umgebenden, aufweitbaren Ballon geführt sind und dass die Lumina gesondert steuerbare Schließglieder tragen, über welche Antriebsfluid in den Ballon oder aus dem Ballon in die jeweiligen Lumina gelangen kann, wobei vorzugsweise die Schließglieder als Magnetventile ausgebildet sind. Beim Aufblasen des 4 AT 504 990 B1
Ballons wird zusätzliches Antriebsmedium benötigt, welches beim Kollabieren des Ballons wieder ausgeschleust werden kann. Dies ist antriebsseitig extrakorporal mittels eines Speichers möglich.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Unterstützung der Leistung eines Herzens, bei welcher Fluid in Blutgefäßen unter Einsatz einer Pumpe gefördert wird und die Fördermenge in Abhängigkeit von Messwerten eines Herzventrikel-Katheters regelbar ist, aus welchen das Herzzeitvolumen ermittelt wird, geht von einer Ausbildung nach der AT 407 960 B aus und ist im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe als intravasale Rotationspumpe am Umfang oder am distalen Ende des Katheters ausgebildet ist, deren außenliegender Rotor über eine Magnetkupplung mit dem im Inneren des Katheters angeordneten Antrieb verbunden ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung der Pumpe und des Antriebs, Fig. 2 eine schematische Darstellung des distalen Endes eines erfindungsgemäß zum Einsatz gelangenden Katheters und Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des den Ballon tragenden Teils des Katheters im Schnitt.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Herz bezeichnet, in welches ein Herzventrikelkatheter 2 eingeführt ist. Der Katheter wird hierbei beispielsweise über die Femoralarterie und den Aortenbogen 3 in die Herzkammer eingeführt und trägt eine Reihe von Sensoren 4, über welche das Volumen bestimmt werden kann. Die Messsignale werden einer Steuereinrichtung 5 zugeführt. Der Herzventrikelkatheter ist mit mehreren Lumina, wie nachfolgend noch in weiteren Zeichnungsfiguren dargestellt, ausgebildet, wobei über derartige Lumina Fluid zum Antrieb eines am distalen Ende angeordneten Rotors, welcher die Pumpe zur Unterstützung des Blutkreislaufes bildet und welcher in Fig. 1 mit 6 bezeichnet ist, zugeführt wird. Die Positionierung dieses Rotors ist in Fig. 1 mit dem Pfeil 8 angedeutet. Mittels einer Fluidpumpe 7, welche in Abhängigkeit von den in der Steuereinrichtung 5 generierten Steuersignalen getaktet geregelt sein kann, wird das Antriebsmedium für den Rotor bzw. die Pumpe im Kreis geführt. Mit 8 ist schematisch jener distale Bereich bezeichnet, in welchem die Pumpe angeordnet ist, wobei der Katheter 2 an seinem distalen Ende einen zum Absaugende 10 führenden Schlauch 9 aufweist. Mit 11 ist ein Speicher für Antriebsfluid bezeichnet, welcher zusätzliches Antriebsmedium zum Befüllen des einer Okklusion der Arterie dienenden Ballons 12 bereitstellt, und der das beim Ablassen des Ballons anfallende Volumen an Antriebsmedium wiederum aufnimmt.
Die volumetrische Messung in der Herzkammer erlaubt Unterschiede zwischen diastolischen und systolischen Volumen sicher zu erfassen und entsprechende Korrektursignale für die Leistung der getakteten Fluidpumpe 7 zur Verfügung zu stellen. In der Steuerschaltung 5 können darüber hinaus entsprechende Festwerte, wie beispielsweise ein definiertes Herzzeitvolumen, vorgegeben werden, welches bei Abweichung des gemessenen Herzzeitvolumens zur Steuerung der Pumpe herangezogen wird.
Eine Retroperfusion kann über einen konventionellen Ballonkatheter erfolgen, welcher entsprechend getaktet okkludiert wird, sodass tatsächlich die gerichtete Rückführung während der Diastole gewährleistet wird. Die entsprechenden Messwerte für die Herzfrequenz bzw. für den korrekten Zeitpunkt der Diastole können hierbei aus EKG-Daten gewonnen werden.
In Fig. 2 ist nun das distale Ende eines modifizierten Katheters 2 dargestellt. Die Stirnseite 13 dieses Katheters weist zwei taschenförmige Kammern 14 und 15 auf, in welchen jeweils Stabmagnete angeordnet sind. Der Stabmagnet 16 ist hierbei am distalen Ende auswärts über eine Welle 17 mit einem Rotor 18 verbunden, wohingegen der innen liegende Stabmagnet 19 über eine Welle 20 mit einem Antriebsrad 21 verbunden ist. Das Antriebsrad 21 ist hierbei als Schaufelrad ausgebildet und wird über ein Lumen 22 mit Fluid beaufschlagt, wobei dieses Fluid über das Lumen 23 des Katheters wieder abströmt. Die Rotation des Schaufelrades 21 wird hierbei durch entsprechende Steuerung des Fluiddruckes in dem der Fluidzuführung dienenden Lumen

Claims (9)

  1. 5 AT 504 990 B1 22 entsprechend geregelt, wobei der drehtest mit Schaufelrad 21 verbundene Magnet 19 in entsprechende Rotation versetzt wird. An der gegenüber den Lumina 22 und 23 vollständig abgedichteten Außenseite wird in der Folge der Magnet 16 entsprechend mitgenommen und treibt über die Welle 17 den Rotor 18 an, wodurch im Bereich des Schlauches 9 eine Strömung ausgebildet wird, wie sie durch die Pfeile 22 angedeutet wird und welche den durch den Pfeil 25 dargestellten natürlichen Blutstrom im Gefäß 26 unterstützt. In Fig. 3 ist der Teilbereich des Ballons 12, welcher dichtend an den Katheter 2 angeschlossen ist, vergrößert dargestellt. Die beiden von der Fluidpumpe 7 weg und zur Fluidpumpe 7 zurückführenden Lumina sind wiederum mit 22 und 23 bezeichnet. Im Bereich des Ballons 12 ist die Wand dieser Lumina mit Ventilen versehen, welche beispielsweise magnetisch betätigt werden können. Die Ventile sind schematisch mit 27 und 28 angedeutet. Eine Öffnung des Ventils 27 führt dazu, dass das von der Fluidpumpe 7 kommende Fluid, welches unter Druck steht, was durch das Zeichen „+“ angedeutet wird, in den Ballon 12 gepumpt wird, wobei sich naturgemäß die Gesamtmenge des zirkulierenden Antriebsfluids verringern würde, sofern der in Fig. 1 schematisch angedeutete Speicher 11 nicht vorgesehen ist. Durch Verschließen des Ventils 27 wird die Okklusion abgeschlossen, wobei das Kollabieren des Ballons 12 durch Öffnen des Ventils 28 bewirkt werden kann und das Fluid nun über das zur Pumpe rückführende Lumen 23, welches unter leichtem Unterdrück steht, was durch das Zeichen angedeutet wird, abgesaugt wird. Da nunmehr das Gesamtvolumen des Fluids im zirkulierenden System verringert werden sollen, muss ein Teil dieses Volumens in den Speicher 11 gemäß Fig. 1 wiederum zurückgepumpt werden. Patentansprüche: 1. Katheter zur Unterstützung der Leistung eines Herzens mit wenigstens einer Pumpe, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (7) als Rotationspumpe am distalen Ende des Katheters (2) ausgebildet ist, wobei der distal außenliegende Rotor (6) über eine Magnetkupplung mit einem im Inneren des Katheters (2) angeordneten, als hydraulisch oder pneumatisch betriebenes Schaufelrad ausgebildeten Antriebsrad (21) gekuppelt ist und das Antriebsfluid über ein Lumen (22) des Katheters (2) dem Schaufelrad zugeführt und über ein weiteres Lumen (23) des Katheters (2) abgeführt ist.
  2. 2. Katheter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelrad mit axialen oder halbaxialen Schaufeln ausgebildet ist.
  3. 3. Katheter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse des Rotors (6) mit der Längsachse des Katheters (2) fluchtet oder zu dieser parallel ist.
  4. 4. Katheter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung von Stabmagneten (16, 19) gebildet ist, welche in durch eine Dichtwand hydraulisch voneinander getrennten benachbarten Kammern (14, 15) am distalen Ende des Katheters (2) jeweils mit dem Rotor (6) und mit dem Antriebsrad (21) drehfest verbunden sind.
  5. 5. Katheter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die drehfesten Verbindungen des Antriebsrads (21) bzw. des Rotors (6) mit dem jeweiligen Stabmagneten (16, 19) jeweils in den der Dichtwand abgewandten und dem Antriebsrad (21) bzw. dem Rotor (6) zugewandten Wänden der Kammern (14, 15) gelagert sind.
  6. 6. Katheter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (6) Leitflächen zur Erzeugung zentrifugaler Strömungskomponenten aufweist.
  7. 7. Katheter nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Lumina (22, 23) für das Antriebsfluid durch einen den Katheter (2) dichtend umgebenden, aufweitbaren 6 AT 504 990 B1 Ballon (12) geführt sind und dass die Lumina (22, 23) gesondert steuerbare Schließglieder tragen, über welche Antriebsfluid in den Ballon (12) oder aus dem Ballon (12) in die jeweiligen Lumina (22, 23) gelangen kann.
  8. 8. Katheter nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Schließglieder als Magnetventile (27, 28) ausgebildet sind.
  9. 9. Einrichtung zur Unterstützung der Leistung eines Herzens, bei welcher Fluid in Blutgefäßen unter Einsatz einer Pumpe gefördert wird und die Fördermenge in Abhängigkeit von Messwerten eines Herzventrikel-Katheters regelbar ist, aus welchen das Herzzeitvolumen ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (7) als intravasale Rotationspumpe am Umfang oder am distalen Ende des Katheters (2) ausgebildet ist, deren außenliegender Rotor (6) über eine Magnetkupplung mit dem im Inneren des Katheters (2) angeordneten Antrieb verbunden ist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen
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