DE2647384B2

DE2647384B2 - Künstliche Herzkammer

Info

Publication number: DE2647384B2
Application number: DE2647384A
Authority: DE
Inventors: Felix Dr. 8000 Muenchen Unger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-11-27
Filing date: 1976-10-20
Publication date: 1978-10-19
Also published as: FR2336117B1; IT1067714B; US4144595A; ATA904475A; AT344309B; DE2647384C3; DE2647384A1; GB1508116A; FR2336117A1

Description

Die Erfindung betrifft eine künstliche Herzkammer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Herzkammer ist bekannt, vgl. »The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery« Vol. 70, Nr. 2, S. 248-255 (1975), Verfasser D. Olsen, F. U η g e r, et al. Diese bekannten künstlichen Herzkammern haben jedoch Nachteile. So hat sich gezeigt, daß Räume vorhanden sind, in denen keine Strömungen stattfinden, so daß sich häufig Thromben bilden mit darauffolgender Thromboembolie. Ferner ist das Restvolumen, d.h. die Differenz zwischen Füll- und Auswurfvolumen relativ groß, so daß die Außenabmessungen nicht — wie erwünscht — klein gehalten werden können. Weiter wird die Membran bei ihrer Hin- und Herbewegung geknickt, so daß die Gefahr eines Bruches besteht. Schließlich sind wegen der ungünstigen Anordnung der Herzklappen, die nicht über der Membrankuppel liegen, die Füllbedingungen schlecht, mit der Folge, daß für die Füllphase Vakuum erforderlich ist.

In der US-PS 35 68 214 wird eine künstliche Herzkammer beschrieben, welche elektromagnetisch durch Fluid betrieben wird. Dabei handelt es sich um eine Herzkammer, die in herkömmlicher Weise aus drei getrennten Stücken hergestellt wird, dem Gehäuse, der Membran und der Herzbasis. Diese Konstruktionsanordnung ergibt einen sogenannten Winkel, der in der Literatur als DH junction (diagram housing junction) beschrieben wird. In dieser Zone bilden sich stets Thromben, die in der Folge bei den Versuchstieren ■3 einen limitierenden Faktor darstellen. Die tierexperimentellen Erfahrungen haben gezeigt, daß diese Konstruktion sich nicht bewährte.

Aus der DE-OS 21 43 628 ist ein künstliches Herz bekannt, bei dem die Blutkammer 45 durch zwei ίο Membranen vereinigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die

Nachteile der bekannten künstlichen Herzkammern, insbesondere die Gefahr der Thrombenbildung, zu vermeiden und eine Herzkammer mit minimalen Außenabmessungen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst.

Durch die Vermeidung der Totwasserzonen kann das Blut nicht stagnieren, so daß hierdurch die Thrombenbildung praktisch beseitigt wird. Dadurch, daß die Kuppel der Membran während der Auswurfphase direkt unter die Herzklappen zu liegen kommt, ist das Restvolumen gering, so daß die Außenabmessungen verhältnismäßig klein gehalten werden können.

Die Verringerung der Außenabmessungen wird weiter gemäß Anspruch 2 dadurch begünstigt, daß die Herzkammer als Rotationsellipsoid ausgebildet ist.

Totwasserzonen werden mit Sicherheit vermieden, wenn gemäß Anspruch 3 die Innenschicht des Oberteils jo des Gehäuses und die Membran einstückig aus demselben Kunststoffmaterial hergestellt sind und am Äquator des Rotationsellipsoids stufenlos ineinander übergehen.

Die Maßnahme nach Anspruch 4 dient dazu, die J5 Betriebsdauer der Herzkammer zu vergrößern.

Durch Gewebeeinlagen in den Kunststoff kann das Gehäuse gemäß Anspruch 5 verfestigt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand von vier Zeichnungen erläutert. Es zeigt
Abb. IA einen Querschnitt durch die Herzkammer im mit Blut gefüllten Zustand (Enddiastole),

Abb. IB die gleiche Herzkammer in der Auswurfphase (Systole),

A b b. 2 den Aufbau der Herzkammer im Querschnitt, A b b. 3 die Anordnung der Ein- und Ausiaßöffnungen, A b b. 4 die Herzkammer im Querschnitt ähnlich der A b b. 1 mit einer öffnung im Einbauzustand.

Gemäß Abb. IA und IB besteh; die künstliche Herzkammer aus dem formstabilen Oberteil 5 und dem so formstabilen Unterteil 3 des Herzgehäuses.

Im Innern der Herzkammer schließt eine elastische Membran 4 an das Oberteil 5 an; sie ist auf der Außenseite von dem Unterteil 3 des Herzgehäuses umgeben.

Im unteren Bereich des Unterteils 3 des Herzgehäuses ist tangential zu dieser eine Eintrittsöffnung 19 für ein Fluid (z. B. Luft) unter Druck angeordnet. Beim Einströmen des Fluids in die Kammer 8 zwischen Unterteil des Herzgehäuses und Membran wird letztere bo nach oben bewegt und das in der Blutkammer 7 befindliche Blut durch die Auslaßöffnung 12, die mit der Einlaßöffnung 13 im oberen Bereich des Gehäuseoberteils 5 angeordnet ist, ausgestoßen.

Dabei wölbt sich die Membran 4 kuppelartig durch, derart, daß die Membrankuppel direkt unter die öffnungen 12, 13 zu liegen kommt. Das Füllen der Blutkammer erfolgt in der anschließenden Phase durch das Gewicht des Blutes, wobei die Fluidkammer 8

entweder mit der Außenluft oder mit einer Vakuumquelle in Verbindung gebracht wird.

Die künstliche Herzkammer ist als Rotationsellipsoid ausgebildet. Die Membran 4 und das Unterteil 3 des Herzgehäuses sind im Bereich des Äquators 10 des Rotationsellipsoids mit dem Gehäuseoberteil 5 verbunden. An der Übergangsstelle geht das Oberteil 5 stufenlos in die Membran 4 über. Auf diese Weise werden Totwasserzonen und damit die Möglichkeit der Thrombenbildung vermieden.

Die Herstellung der Herzkammer geht folgendermaßen vor sich. Von einem Metallkörper in Form eines Rotationsellipsoids wird ein Abguß aus einem Polymer hergestellt und in diese eine positive Hohlform aus einem schmelzbaren Polymer gegossen. Im Anschluß daran wird diese Form mehrmals in ein Polymer getaucht, bis eine ausreichende Schichtdicke sich gebildet hat. Die obere Hälfte des erhaltenen polymeren Rotationsellipsoids bildet die Innenfläche des Gehäuseoberteils 5, die untere Hälfte die fertig" Membran 4. Nun wird das ebenfalls aus einem polymeren Kunststoff hergestellte, mit einer wulstförmigen Verdickung 11 am Rande versehene Unterteil 3 des Herzgehäuses aufgesetzt, so daß die wulstförmige Verdickung das Rotationsellipsoid im Bereich des Äquators 10 umfaßt. Die wulstförmige Verdickung kann durch einen auf das Unterteil 3 des Herzgehäuses aufgesetzten Schlauch aus einem Material, das sich mit dem Material des Oberteils nicht verbindet, hergestellt sein.

Dann werden Klappenhalteringe für die Herzklappen auf die vorgesehenen öffnungen gesetzt. Sodann wird wieder von dem Polymer, aus dem das Oberteil 5 und die Membran 4 bestehen, auf das Oberteil 5 aufgebracht, so daß der Wulst 11 des Unterteils des Herzgehäuses 3 hinreichend überdeckt ist. Anschließend wird der ganze Körper mit einer Auflage 6 aus Gewebebandagen und Kunststoff verstärkt, so daß er praktisch formstabil ist. Schließlich wird die schmelzbare Innenform in einem Wärmeschrank geschmolzen, wobei das geschmolzene Polymer durch die Klappenöffnungen ausfließen kann. Nun können die Klappen eingesetzt werden.

Das Kunststoffmaterial für das Oberteil 5 des Herzgehäuses und die Membran 4 soll zwar formstabil, jedoch so weich sein, daß es einem Druck nachgibt. Das Kunststoffmaterial für das Unterteil 3 des Herzgehäuses soll formstabil sein. Beide Materialien können miteinander verklebbar sein. Beim Aufwölben der Membran 4 in der Auswurfphase knickt diese dadurch nicht an der Stelle 17a, sondern die hier eingeleitete Spannung verteilt sich in dem elastischen Kunststoff des Oberteils 5 bis zu Stelle 18. Dadurch wird die Bruchgefahr weitgehend vermieden. Im mit Blut gefüllten Zustand ι wird die Membran nur durch Zugkräfte belastet.

Die Zentren der Öffnungen 12,13 für den Blutein- und den Blutaustritt sind auf dem Meridian des Rotationsellipsoids angeordnet, der sich als Schnittlinie der Symmetrieebene 2 mit dem Rotationsellipsoid ergibt.

ίο Hierdurch wird bewirkt, daß die Kuppel 9 der Membran unter die öffnungen 12,13 zu liegen kommt.

Bei der versuchsweise benutzten künstlichen Herzkammer haben sich folgende Abmessungen als brauchbar erwiesen. Das Rotationsellipsoid hat außen eine

ι j Länge von 8,6 cm und eine Dicke von 6,1 cm. Mit den Klappenhalteringen ist die Gesamthöhe 7,5 cm. Die Klappenzentren haben einen Abstand von 4 cm. Das Füllvolumen beträgt 220 ecm, das maximale Auswurfvolumen 178 ecm und das maximale Fördervolumen 15,8 l/min. Bei einem Pumpdruck von ca. 0,3 bar, einer Frequenz von 90 Schlägen/min und einem arteriellen Druck von ca. 0,14 bar und 0 bar Vorhofdruck, beträgt das Herzminutenvolumen 9,4 l/min. Wird der Vorhofdruck auf ca. 0,03 bar gesteigert, steigt das Herzminu-

2> tenvolumen auf 13,6 l/min an. Die nachfolgende Tabelle zeigt weitere Meßergebnisse bei verschiedenen Vorhof- und arteriellen Drücken. Die Werte wurden bei einem Pumpdruck von ca. 0,3 bar, einem Vakuum von ca. 0,07 bar, einer Schlagfrequenz von 90/min erhalten.

in Dabei betrug die systolische Austreibungsdauer 200 ms.

Die erfindungsgemäße Herzkammer kann sowohl als

Herzersatz als auch zur assistierten Zirkulation, und zwar sowohl paracorporal (extern) als auch implantiert (intern) verwendet werden. Bei der Implantation als

j-) Herzersatz kommt der rechte Ventrikel vor dem linken zu liegen. Dabei ist die Symmetrieebene 2 um 9' gegen die Vertikale 16 geneigt (A b b. 4).

Tabelle

Herzminutenvolumen (l/min) bei verschiedenen Vorhof- und arteriellen Drücken

6,6 13,3 19,9 26,6

Vorhofdruck
4·-. 10-3 bar

Arterieller Druck 93,0 13,4 14,9 15,9 16,7 18,3

10"³bar 133,0 12,5 14,3 15,1 16,2 19,0

172,9 11,0 12,8 14,1 15,7 17,0

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Künstliche Herzkammer, bestehend aus einem formstabilen Gehäuse, mit Klappen für den Ein- und Austritt des Blutes und einer in dem Gehäuse angeordneten Membran, die durch ein sie einseitig beaufschlagendes Fluid in die eine Endlage bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran derartig in dem Gehäuse angeordnet ist, daß während ihrer Bewegung keine Totwasserzonen in der Blutkammer entstehen und daß das Restvolumen der Blutkammer in der Endausstoßphase bezogen auf das Füllvolumen gering ist.

2. Künstliche Herzkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenform des formstabilen Gehäuses (3, 5) annähernd ein Rotationsellipsoid ist.

3. Künstliche Herzkammer nach Anspruch 1 oder

2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschicht des Oberteils (5) des Gehäuses und die Membran (4) einstückig aus demselben Kunststoffmaterial hergestellt sind und am Äquator (10) des Rotationsellipsoids stufenlos ineinander übergehen.

4. Künstliche Herzkammer nach Anspruch 2 oder

3, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil (3) des Herzgehäuses am Äquator (10) des Rotationsellipsoids mit dem Gehäuseoberteil (5) verbunden ist und an der Verbindungsstelle mit dem Gehäuse (3, 5) eine wulstförmige Verdickung (11) aufweist, die von dem Kunststoff des Oberteils (5) überdeckt ist, und daß der für das Oberteil (5) benutzte Kunststoff weichelastisch ist und daß die Kunststoffe für das Gehäuse (3,5) und die wulstförmige Verdickung (11) nicht miteinander verkleben.

5. Künstliche Herzkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3,5) mittels Gewebeeinlagen versteift ist.