DE102023003907A1

DE102023003907A1 - Überwachung der Effektivität eines Unterstützungspulses einer extrakorporalen Kreislaufunterstützung

Info

Publication number: DE102023003907A1
Application number: DE102023003907.1A
Authority: DE
Inventors: Sven Filipon; Thomas Bingener
Original assignee: Xenios AG
Current assignee: Xenios AG
Priority date: 2023-09-27
Filing date: 2023-09-27
Publication date: 2025-03-27
Also published as: WO2025068433A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Überwachen einer Herzzyklus-synchronisierten extrakorporalen Kreislaufunterstützung sowie entsprechende Vorrichtungen und Kreislaufunterstützungsvorrichtungen, insbesondere zum Optimieren eines bereitgestellten Unterstützungspulses. Entsprechend wird ein Verfahren zum Überwachen einer Herzzyklus-synchronisierten extrakorporalen Kreislaufunterstützung (12) eines Patienten beschrieben, umfassend die Schritte: Empfangen von Druckwerten, welche für den Aortendruck des unterstützten Patienten kennzeichnend sind; Bestimmen eines ersten minimalen Druckwerts (40) eines Herzzyklus des Patienten aus den Druckwerten und eines ersten Zeitpunkts für den minimalen Druckwert (40); Bestimmen, aus den Druckwerten, ob zu einem nachfolgenden zweiten Zeitpunkt eine reduzierte Druckänderungsrate (42) zwischen einer unmittelbar vorangehenden und einer nachfolgenden größeren Druckänderungsrate vorliegt; und Ausgeben eines Signals in Abhängigkeit einer vorliegenden reduzierten Druckänderungsrate (42). Die Druckwerte werden dabei von einem Drucksensor (32) empfangen, welcher vor einer arteriellen Kanüle (30) und nach einem Oxygenator (38) der extrakorporalen Kreislaufunterstützung (12) angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Überwachen einer Herzzyklus-synchronisierten extrakorporalen Kreislaufunterstützung sowie entsprechende Vorrichtungen und Kreislaufunterstützungsvorrichtungen, insbesondere zum Optimieren eines bereitgestellten Unterstützungspulses.
Stand der Technik
Wenn die Pumpenleistung oder Pumpfunktion des Herzens versagt, kann ein kardiogener Schock auftreten. Eine Verringerung der Herzleistung bzw. des Herzausfwurfs kann zu einer Minderperfusion oder Durchblutung der Endorgane wie des Gehirns, der Nieren, und des Gefäßsystems im Allgemeinen führen. Durch akutes Herzversagen kann also im Gewebe und in den Organen eine akute Blutunterversorgung, einhergehend mit einer Sauerstoffunterversorgung, auch Hypoxie genannt, mit der Folge möglicher Endorganschaden, auftreten.
Um den Zustand des Patienten zu stabilisieren, wurden Kreislaufunterstützungssysteme entwickelt, welche eine mechanische Unterstützung bereitstellen und rasch mit dem Kreislauf verbunden werden können. Sie können den Blutfluss und die Perfusion der Organe, so auch der herzeigenen Kranzgefäße, verbessern und einen hypoxischen Zustand vermeiden. So sind beispielsweise extrakorporale Kreislaufunterstützungssysteme bekannt, mit deren Hilfe Blut durch eine in die Femoralvene eingebrachte Kanüle aus beispielsweise dem rechten Vorhof oder der Hohlvene entnommen und über einen Membranventilator dem Patienten mittels einer in die Femoralarterie eingebrachten Perfusionskanüle wieder zugeführt wird. Durch den Membranventilator erfolgt eine CO₂-Abreicherung und Oxygenierung des Bluts. Solche Systeme sind auch unter dem Begriff „extracorporeal membrane oxygenation“ (ECMO) bekannt.
Um weitestgehend zu verhindern, dass sich während einer systolischen Phase des Herzens ein retrograder Blutfluss einstellt, welcher gegen die eigentliche Auswurfrichtung des Herzens gerichtet ist und somit die Nachlast in unerwünschter Weise erhöht, können Kreislaufunterstützungssysteme alternativ zu einer kontinuierlichen Rückführung von Blut auch mit dem Herzschlag des Patienten synchronisiert werden. Die Blutpumpe wird in solchen Herzzyklus-synchronisierten Kreislaufunterstützungssystemen beispielsweise anhand einer erkannten R-Zacke im EKG-Signal mit einer manuell eingegebenen, vorgegebenen Verzögerungszeit angesteuert. Dadurch kann ein Unterstützungspuls zu einem vorgegebenen Zeitpunkt, insbesondere während der diastolischen Phase des Herzzyklus, verabreicht werden.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine bereitgestellte Kreislaufunterstützung nicht notwendigerweise zu einer gewünschten Erhöhung des diastolischen Drucks in der Aorta führt und ein entsprechender diastolischer Druckeffekt trotz eines ausgegebenen Unterstützungspulses nicht vorliegen muss. Beispielsweise kann trotz einer sachgerecht eingestellten Verzögerungszeit eines Triggersignals für einen Unterstützungspuls ein solcher Druckeffekt ausbleiben, sodass eine Durchblutung der herzeigenen Kranzgefäße nicht hinreichend verbessert werden kann.
Es wurde ebenfalls erkannt, dass im Stand der Technik kein Nachweis eines solchen diastolischen Druckeffekts bereitgestellt wird. Ohne einen solchen Nachweis können beispielsweise eine Optimierung der Drehzahl der Blutpumpe der extrakorporalen Kreislaufunterstützung und/oder eine Anpassung der eingestellten Verzögerungszeit nicht effizient erfolgen. Entsprechend wird üblicherweise eine vorgegebene Drehzahl verwendet und beispielsweise eine Verzögerungszeit lediglich anhand eines empfangenen EKG-Signals manuell gewählt.
Um einen Nachweis hinsichtlich des Aortendrucks zu ermöglichen, kann ein Drucksensor in den Aortenbogen des Patienten eingeführt werden, sodass Druckmessungen in unmittelbarer Nähe der Kranzgefäße und des abgegebenen Unterstützungspulses erfasst werden können. Dies erfordert jedoch, dass ein arterieller Drucksensor mittels eines zusätzlichen invasiven Eingriffs während der Therapie in den Patienten eingeführt und auf Höhe des Aortenbogens platziert wird, beispielsweise mittels eines Katheters. Ein solcher invasiver Eingriff kann nicht nur aufwendig sein, sondern auch zu einer Gefährdung des Patienten führen.
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bereitzustellende Kreislaufunterstützung weiter zu verbessern und insbesondere einen Nachweis für einen diastolischen Druckeffekt zu ermöglichen sowie diesen gegebenenfalls zu optimieren.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
Entsprechend wird ein Verfahren zum Überwachen einer Herzzyklus-synchronisierten extrakorporalen Kreislaufunterstützung eines Patienten vorgeschlagen, umfassend die Schritte:

- Empfangen von Druckwerten, welche für den Aortendruck des unterstützten Patienten kennzeichnend sind;
- Bestimmen eines ersten minimalen Druckwerts eines Herzzyklus des Patienten aus den Druckwerten und eines ersten Zeitpunkts für den minimalen Druckwert;
- Bestimmen, aus den Druckwerten, ob zu einem nachfolgenden zweiten Zeitpunkt eine reduzierte Druckänderungsrate zwischen einer unmittelbar vorangehenden und einer nachfolgenden größeren Druckänderungsrate vorliegt; und
- Ausgeben eines Signals in Abhängigkeit einer vorliegenden reduzierten Druckänderungsrate,

Die Erfinder haben festgestellt, dass eine temporär reduzierte Druckänderungsrate bei einem ansonsten ansteigenden Druck darauf hinweist, dass ein diastolischer Druckeffekt in der Aorta des Patienten tatsächlich gegeben ist. Denn eine solche reduzierte Druckänderungsrate, welche in einer Druckkurve als Einkerbung ausgeprägt ist, bildet sich nur dann, wenn ein von der Kreislaufunterstützung gebildeter Druck und ein arterieller Druck des Patienten sich überlagern und das diastolische Drucksignal eindeutig und stark ausgebildet ist. Entsprechend kann anhand des charakteristischen Signalverlaufs ermittelt werden, ob ein solcher diastolischer Druckeffekt vorhanden ist oder nicht.
Auf diese Weise wird es erfindungsgemäß ermöglicht, dass die Herzzyklus-synchronisierte Kreislaufunterstützung überwacht werden kann, wobei insbesondere der Effekt des abgegebenen Unterstützungspulses ermittelt werden kann. Wenn eine reduzierte Druckänderungsrate nach dem ersten Zeitpunkt bestimmt werden konnte, so kann das ausgegebene Signal beispielsweise darauf hinweisen, dass der gewünschte diastolische Druckeffekt vorliegt und eine hinreichende bzw. optimierte Kreislaufunterstützung für den Patienten bereitgestellt wird. Umgekehrt kann das ausgegebene Signal ebenfalls darauf hinweisen, dass ein solcher Druckeffekt nicht bestimmt bzw. nachgewiesen werden konnte und beispielsweise eine Anpassung der extrakorporalen Kreislaufunterstützung erforderlich bzw. gewünscht ist.
Sowohl die unmittelbar vorhergehende Druckänderungsrate zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt als auch die nachfolgende Druckänderungsrate nach dem zweiten Zeitpunkt bzw. nach der temporär reduzierten Druckänderungsrate weisen einen positiven Wert mit größerer Steigung auf, sodass die reduzierte Druckänderungsrate in einer Herzzyklusphase mit einem ansteigenden Druck vorliegt. Entsprechend kann die reduzierte Druckänderungsrate in einer graphischen Darstellung in Form einer Einkerbung eindeutig erfasst werden.
Folglich kann anhand einer Signatur, welche vom Druckverlauf gebildet wird, auf eindeutige und gleichzeitig einfache Weise festgestellt werden, ob ein diastolischer Druckeffekt vorliegt und eine entsprechende Erhöhung des Drucks im Aortenbogen mit einer damit einhergehenden Verbesserung der Durchblutung der Kranzgefäße in der diastolischen Phase auftritt.
Dieser Nachweis erfolgt weiterhin nicht invasiv. Denn der Drucksensor, welcher die Druckwerte erfasst, ist im extrakorporalen Kreislauf angeordnet. Die Druckwerte und insbesondere die reduzierte Druckänderungsrate sind jedoch kennzeichnend für den Aortendruck des Patienten. Es kann somit auf eine zusätzliche invasive Drucksensorik, welche beispielsweise mittels eines Druckmesskatheters bereitgestellt werden könnte, vollständig verzichtet werden. Dadurch kann nicht nur das Risiko einer Gefährdung für den Patienten erheblich reduziert werden, sondern es können auch die Kosten für die Überwachung geringgehalten werden. Lediglich ein Drucksensor ist im extrakorporalen Kreislaufunterstützungssystem vorzusehen bzw. lediglich dessen Messungen müssen ausgewertet werden. Ein zusätzlicher arterieller Drucksensor und entsprechender Katheter ist für die Überwachung des Druckeffekts somit nicht erforderlich.
Die Erfindung ist somit auf einfache Weise in bestehenden extrakorporalen Kreislaufunterstützungsvorrichtungen implementierbar. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch im Wesentlichen als Softwareerweiterung in Form eines computerimplementierten Verfahrens bzw. eines Computerprogrammprodukts vorgesehen werden. Dabei sollte gegebenenfalls, wenn dieser nicht bereits in der extrakorporalen Kreislaufunterstützungsvorrichtung vorhanden ist, lediglich ein Drucksensor im extrakorporalen Kreislauf zwischen dem Oxygenator und der arterielle Kanüle vorgesehen sein. Auch sollte sichergestellt werden, dass die Druckmessungen bzw. Druckwerte in einer Konsole der Kreislaufunterstützungsvorrichtung, beispielsweise mittels einer bereits vorhandenen Schnittstelle, verfügbar sind, beispielsweise mittels eines CAN-Bus.
Folglich kann aufgrund des erfindungsgemäßen Effektivitätsnachweises der extrakorporalen Kreislaufunterstützung auf ein aufwendiges Zulassungsverfahren verzichtet werden. Das Verfahren verlangt beispielsweise keine Anpassungen am Disposable wie einem Schlauchset oder auch an einem Druckmesskatheter zum Erfassen eines Drucks, welcher für den Aortendruck des Patienten kennzeichnend ist.
Um eine unmittelbare Überwachung der Wirksamkeit bzw. der Effektivität der bereitgestellten Kreislaufunterstützung zu ermöglichen, werden die Druckwerte bevorzugt in Echtzeit für einen aktuellen Herzzyklus des unterstützten Patienten empfangen. Das Signal bevorzugt für den aktuellen Herzzyklus ausgegeben.
Es kann somit eine Überwachung in Echtzeit erfolgen, wobei für die Signatur des Druckverlaufs keine Mittelung erforderlich ist. Die Überwachung und potenzielle Anpassung der extrakorporalen Kreislaufunterstützung kann dadurch synchronisiert mit der Therapie erfolgen. Eine quasi sofortige Rückmeldung kann für den Bediener der extrakorporalen Kreislaufunterstützung hinsichtlich der Effektivität der aktuell eingestellten bzw. angepassten Parametern bereitgestellt werden. Das Signal kann beispielsweise ebenfalls in Echtzeit in Form eines optischen und/oder akustischen Signals ausgegeben werden, wobei das Signal für das Vorhandensein einer reduzierten Druckänderungsrate im aktuellen Herzzyklus kennzeichnend ist.
Um zu verhindern, dass eventuelle Druckfluktuationen und/oder Messungsschwankungen versehentlich als reduzierte Druckänderungsrate bestimmt werden, wird das Signal bevorzugt in Abhängigkeit davon ausgegeben, ob der zweite Zeitpunkt innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls zwischen 10 Prozent und 50 Prozent der Herzzyklusdauer nach dem ersten Zeitpunkt liegt. Auf diese Weise kann ein Zeitfenster vorgegeben werden, innerhalb dessen der Druckeffekt erwartet wird, wobei das Zeitfenster beispielsweise auf ausgewerteten historischen Daten und/oder Einstellungen der extrakorporalen Kreislaufunterstützungsvorrichtung, insbesondere deren Blutpumpe, beruhen kann.
Entsprechend kann ebenfalls vorgesehen sein, dass das Signal in Abhängigkeit davon ausgegeben wird, ob die reduzierte Druckänderungsrate für ein vorgegebenes Zeitintervall zwischen 1 Prozent und 10 Prozent der Herzzyklusdauer vorliegt. Eventuelle kurze Messschwankungen oder längere Druckänderungen, die einem üblichen Druckeffekt nicht entsprechen, können auf diese Weise beim Bestimmen einer gegebenenfalls vorliegenden reduzierten Druckänderungsrate ausgeblendet werden.
Beispielsweise kann im erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass eine reduzierte Druckänderungsrate nur dann bestimmt wird, wenn diese in einem Zeitintervall zwischen 60 ms und 300 ms, bevorzugt zwischen 100 ms und 200 ms, nach dem ersten Zeitpunkt vorliegt oder nur in diesem Zeitintervall das Bestimmen vorgenommen wird. Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass nur reduzierte Druckänderungsraten zwischen beispielsweise 5 ms und 50 ms, bevorzugt zwischen 10 ms und 30 ms, berücksichtigt werden. Entsprechend können das Risiko fehlerhafter Erfassungen reduziert und die Genauigkeit der Überwachung weiter verbessert werden.
Ausgehend vom ersten minimalen Druckwert kann weiterhin ein zu erwartender maximaler Druckwert vorgesehen sein, welcher beispielsweise ebenfalls anhand von ausgewerteten historischen Daten und/oder Einstellungen der extrakorporalen Kreislaufunterstützungsvorrichtung vorgegeben sein kann. Entsprechend kann das Signal in Abhängigkeit davon ausgegeben werden, ob die reduzierte Druckänderungsrate positiv ist und/oder der Druckwert zum zweiten Zeitpunkt um zwischen 20 Prozent und 300 Prozent, bevorzugt zwischen 20 Prozent und 150 Prozent oder 30 Prozent und 150 Prozent des ersten minimalen Druckwerts erhöht ist.
Im Falle einer positiven Druckänderungsrate, d. h. einer abflachenden Druckänderungsrate, welche größer oder gleich Null ist, kann entsprechend davon ausgegangen werden, dass eine reduzierte Druckänderungsrate zu einem zweiten Zeitpunkt bestimmt wird, welcher mit einem ansteigenden Druck übereinstimmt. Es kann dadurch mit erhöhter Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden, dass eine reduzierte Druckänderungsrate vor einem maximalen diastolischen Druck bestimmt wurde und diese mit einem tatsächlich vorliegenden diastolischen Druckeffekt übereinstimmt.
Ebenfalls kann ein absoluter Druckwert zum zweiten Zeitpunkt anhand eines Referenzbereichs den Druckbereich, innerhalb dessen eine reduzierte Druckänderungsrate zu erwarten ist, vorgeben. So kann der Referenzbereich beispielsweise anhand des bestimmten ersten minimalen Druckwerts ausgewählt werden. Der Referenzbereich definiert bevorzugt einen Druckbereich, innerhalb dessen lediglich bei einem ansteigenden Druck eine reduzierte Druckänderungsrate zu erwarten ist und dieser Bereich nach Erreichen eines maximalen diastolischen Drucks üblicherweise keine reduzierte Druckänderungsrate aufweist. Beispielsweise kann der bestimmte, erste minimale Druckwert etwa 40 mmHg aufweisen, sodass die reduzierte Druckänderungsrate bevorzugt zwischen 56 mmHg und 100 mmHg liegt. Durch die Verwendung eines Referenzbereichs für die reduzierte Druckänderungsrate in Kombination mit der Voraussetzung einer positiven reduzierten Druckänderungsrate kann vorteilhafterweise eine noch genauere Definition der reduzierten Druckänderungsrate und entsprechend eine noch genauere Überwachung des diastolischen Druckeffekts erfolgen.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass, im Nachgang zum ersten Zeitpunkt, zu einem dritten Zeitpunkt ein maximaler Druck aus den Druckwerten bestimmt wird. Das Signal kann in Abhängigkeit davon ausgegeben werden, ob der zweiter Zeitpunkt zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem dritten Zeitpunkt liegt. Auf diese Weise wird zutreffend ausgeschlossen, dass eine reduzierte Druckänderungsrate versehentlich innerhalb einer Herzzyklusphase bestimmt wird, welche nach dem Erreichen des maximalen diastolischen Drucks liegt. Im graphischen Druckverlauf ist der maximale diastolische Druck direkt nach einer Einkerbung, welche der reduzierten Druckänderungsrate entspricht, eindeutig erkennbar. Entsprechend kann die Genauigkeit, dass eine bestimmte reduzierte Druckänderungsrate tatsächlich für einen vorliegenden diastolischen Druckeffekt kennzeichnend ist, durch die Definition, dass die reduzierte Druckänderungsrate vor dem maximalen diastolischen Druck bestimmt werden soll, weiter erhöht werden.
Im Nachgang zum ersten Zeitpunkt kann zu einem vierten Zeitpunkt ein zweiter minimaler Druckwert bestimmt werden. Zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt kann ein erster Druckintegralwert und zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem vierten Zeitpunkt ein zweiter Druckintegralwert berechnet werden. Das Signal kann bevorzugt in Abhängigkeit davon ausgegeben werden, ob der erste Druckintegralwert größer oder kleiner als der zweite Druckintegralwert ist.
Der zweite minimale Druckwert stimmt bevorzugt mit dem Ende der diastolischen Phase des jeweiligen Herzzyklus überein. Wird für den jeweiligen Herzzyklus ein diastolischer Druckeffekt erreicht, so ist der zweite Druckintegralwert größer als der erste Druckintegralwert. Denn in einem solchen Fall wird davon ausgegangen, dass die reduzierte Druckänderungsrate vor dem maximalen diastolischen Druck bestimmt wurde und der erste Druckintegralwert somit eine geringere Höhe aufweist.
Anhand von einem oder mehreren der vorgenannten bevorzugten Kriterien können die reduzierte Druckänderungsrate und die Signatur des Druckverlaufs genauer definiert werden. Hierdurch kann die Druckänderungsrate mit erhöhter Wahrscheinlichkeit einen tatsächlich vorliegenden diastolischen Druckeffekt kennzeichnen und vorteilhafterweise eine noch genauere Überwachung und/oder Optimierung der extrakorporalen Kreislaufunterstützung des Patienten bereitgestellt werden. Ebenfalls können hierdurch eventuell auftretende physiologische oder technische Messschwankungen, welche vom Drucksensor erfasst wurden, weitestgehend ausgeblendet werden bzw. unberücksichtigt bleiben.
Es kann sich jedoch auch ergeben, dass ein diastolischer Druckeffekt nicht oder nicht hinreichend eintritt und/oder nicht anhand einer reduzierten Druckänderungsrate bestimmt werden konnte. In einem solchen Fall kann der Druckverlauf vom gewünschten Druckverlauf abweichen und beispielsweise sattelförmig oder als Doppelhocker ausgeprägt sein. Ein solcher Druckverlauf kann insbesondere darauf hinweisen, dass ein anlaufender, aber noch kein vollständiger Druckeffekt vorliegt.
Entsprechend kann vorgesehen sein, dass nachfolgend zum ersten Zeitpunkt zu einem dritten Zeitpunkt ein maximaler Druck aus den Druckwerten bestimmt wird, wobei das Signal in Abhängigkeit davon ausgegeben wird, ob vor dem maximalen Druckwert eine Druckänderungsrate kleiner oder gleich Null vorliegt. Beispielsweise kann vor dem maximalen Druckwert ein lokales Druckmaximum vorgelagert sein. Der Druckwert kann vor dem Erreichen des maximalen (diastolischen) Druckwerts zumindest temporär abflachen oder reduziert werden.
Dadurch, dass eine vorliegende reduzierte Druckänderungsrate bevorzugt bei einem ansonsten ansteigenden Druck zu erwarten ist, ist bei einer solchen Druckänderungsrate im Bereich kleiner oder gleich Null nicht von einer reduzierten Druckänderungsrate auszugehen, welche einen sich einstellenden diastolischen Druckeffekt kennzeichnet. Vielmehr kann in einem solchen Fall davon ausgegangen werden, dass der Druck sattelförmig oder als Doppelhöcker verläuft, sodass das Signal entsprechend einen anlaufenden Druckeffekt kennzeichnen kann. Beispielsweise kann das Signal als optisches Überprüfungssignal ausgegeben werden, welches einen Bediener dazu veranlasst, die extrakorporale Kreislaufunterstützung zu überprüfen und gegebenenfalls anzupassen.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass im Nachgang zum ersten Zeitpunkt zu einem dritten Zeitpunkt ein maximaler Druck aus den Druckwerten bestimmt wird. Das Signal kann in Abhängigkeit davon ausgegeben werden, ob nach dem maximalen Druckwert eine Druckänderungsrate größer oder gleich Null vorliegt. Wie vorstehend erläutert, kann bei einem vorliegenden diastolischen Druckeffekt davon ausgegangen werden, dass dieser vor einem maximalen Druckwert bestimmt wird. Solchenfalls ist bei einer Druckänderungsrate nachfolgend zum maximalen Druckwert nicht von einer reduzierten Druckänderungsrate auszugehen, welche einen vorliegenden diastolischen Druckeffekt kennzeichnet.
Beispielsweise kann bei einer Druckänderungsrate, welche größer als Null ist, ein lokales Druckmaximum vorliegen, welcher dem maximalen Druckwert nachgelagert ist und eine geringere Höhe aufweist. Der Druckwert wird also vor dem Erreichen dieses lokalen Druckmaximums zunächst reduziert und anschließend erhöht. Mit anderen Worten kann auch in einem solchen Fall davon ausgegangen werden, dass der Druck sattelförmig oder als Doppelhöcker verläuft. Der Druck wird bogenförmig nach dem maximalen Druckwert gesenkt und nach einem Wendepunkt mit einer positiven Druckänderungsrate erhöht. Ein solches Signal kann ebenfalls einen anlaufenden Druckeffekt kennzeichnen.
Wird jedoch weder eine reduzierte Druckänderungsrate, welche für einen vorliegenden diastolischen Druckeffekt kennzeichnend ist, noch ein anlaufender Druckeffekt und somit kein Druckeffekt für den jeweiligen Herzzyklus bestimmt, so kann das Signal entsprechend als (bspw. optisches) Warnsignal ausgegeben werden.
Um ein noch genaueres Bestimmen eines vorliegenden diastolischen Druckeffekts und/oder ein noch spezifischeres auszugebendes Signal zu ermöglichen, kann weiterhin vorgesehen sein, dass für den jeweiligen Herzzyklus weiterhin Flussmessungen von einem zwischen dem Oxygenator und der arteriellen Kanüle angeordneten Durchflusssensor empfangen werden. Aus einem maximalen Flusswert und einem minimalen Flusswert kann ein Amplitudenwert berechnet werden. Das Signal kann weiterhin in Abhängigkeit vom Amplitudenwert ausgegeben werden.

- So kann das Signal bei einer vorliegenden reduzierten Druckänderungsrate und einer Amplitude zwischen 1,6 L/Min und 3,1 L/Min, bevorzugt zwischen 1,8 L/Min und 2,8 L/Min, für den jeweiligen Herzzyklus kennzeichnend für das Vorhandensein eines diastolischen Druckeffekts sein. Mit anderen Worten kann anhand der Amplitude ein weiterer Faktor berücksichtigt werden, welcher einen bereits bestimmten diastolischen Druckeffekt bestätigt bzw. bekräftigt und die Validität des Signals somit vorteilhafterweise erhöht. Das ausgegebene Signal kann entsprechend eine Bestätigung für das Vorliegen eines diastolischen Druckeffekts sein, bevorzugt in optischer Form.

Umgekehrt kann das Signal bei einer nicht vorhandenen reduzierten Druckänderungsrate und einer Amplitude zwischen 0,5 L/Min und 2,0 L/Min, bevorzugt zwischen 0,7 L/Min und 1,6 L/Min für den jeweiligen Herzzyklus kennzeichnend für einen anlaufenden diastolischen Druckeffekt sein. Ist die Amplitude kleiner als 1,1 L/Min, bevorzugt kleiner als 0,9 L/Min, für den jeweiligen Herzzyklus, so kann das Signal bei einer nicht vorhandenen reduzierten Druckänderungsrate weiterhin kennzeichnend für einen nicht vorhandenen diastolischen Druckeffekt sein.
Der Flusswert und die sich daraus ergebende Amplitude können somit einen Betriebszustand der extrakorporalen Kreislaufunterstützung weiter bestätigen bzw. genauer spezifizieren. Das entsprechende Signal kann entweder eine optimierte Kreislaufunterstützung, eine anlaufende bzw. sich einstellende Kreislaufunterstützung oder eine ineffiziente Kreislaufunterstützung indizieren.
Es kann weiterhin für den jeweiligen Herzzyklus ein Drehzahlwert einer Blutpumpe der extrakorporalen Kreislaufunterstützung empfangen werden. Das Signal kann bevorzugt bei einer vorliegenden reduzierten Druckänderungsrate und einem Drehzahlwert größer als 3200 U/Min, bevorzugt größer als 3400 U/Min kennzeichnend für das Vorhandensein eines diastolischen Druckeffekts sein. Kann jedoch keine reduzierte Druckänderungsrate bestimmt werden oder ist diese nicht vorhanden und liegt der Drehzahlwert unter 3400 U/Min, bevorzugt zwischen 2500 U/Min und 3200 U/Min, so ist das Signal bevorzugt kennzeichnend für einen anlaufenden diastolischen Druckeffekt.
Der Drehzahlwert kann folglich ein weiterer Indikator dafür sein, ob die extrakorporale Kreislaufunterstützung bereits im optimierten Bereich betrieben wird oder eine Erhöhung der Drehzahl vorgenommen werden kann bzw. sollte, um den diastolischen Druckeffekt zu erreichen. Dadurch, dass die Drehzahl sowohl mit dem Flusswert als auch mit dem Druckwert der extrakorporalen Kreislaufunterstützung gekoppelt ist, kann eine entsprechende Erhöhung der Drehzahl patientenspezifisch oder im Allgemeinen limitiert sein.
Bevorzugt umfasst das Signal ein Steuer- und/oder Regelsignal, wobei die Drehzahl einer Blutpumpe der extrakorporalen Kreislaufunterstützung in Abhängigkeit des Signals und einer Benutzereingabe eingestellt oder angepasst werden kann. Wie vorstehend erläutert, kann insbesondere im Falle eines anlaufenden diastolischen Druckeffekts und/oder wenn ein aktueller Drehzahlwert zwischen 2500 U/Min und 3200 U/Min liegt eine Drehzahlerhöhung vorgenommen werden, bevorzugt iterativ, um den entsprechenden Flusswert und den diastolischen Druck zu erhöhen und den diastolischen Druckeffekt zu erzielen. Wurde für einen jeweiligen Herzzyklus eine reduzierte Druckänderungsrate bestimmt, so kann der Drehzahlwert anhand des ausgegebenen Steuer- und/oder Regelsignals eingestellt und unverändert bleiben. Optional kann jedoch vorgesehen sein, dass auch im Falle einer bestimmten reduzierten Druckänderungsrate eine Drehzahl erhöht wird, beispielsweise wenn diese unterhalb von 3400 U/Min liegt.
Die Benutzereingabe dient weiterhin dazu, dass die Einstellung oder Anpassung der Drehzahl bevorzugt ausschließlich bei einer entsprechenden Veranlassung erfolgt. Beispielsweise kann dies anhand einer Bestätigung des Benutzers, dass die Kreislaufunterstützung anhand der Drehzahl optimiert werden soll, erfolgen. Ebenfalls dient eine solche Benutzereingabe auch zur Kenntnisnahme einer eventuellen Abweichung vom eingestellten Wert. Auf diese Weise kann eine (semi-)automatische Optimierung der extrakorporalen Kreislaufunterstützung erfolgen.
Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Verzögerungszeit eines Triggersignals der extrakorporalen Kreislaufunterstützung in Abhängigkeit vomSteuer- und/oder Regelsignal und von einer Benutzereingabe eingestellt oder angepasst werden.
So kann beispielsweise bei einer Herzfrequenz von 90 BPM eine Verzögerungszeit für das Triggersignal von 400 ms nach einer erfassten R-Zacke in einem EKG-Signal voreingestellt sein. Gleichwohl kann sichherausstellen, dass ein diastolischer Druckeffekt nicht erzielt wird. Die Verzögerungszeit kann entsprechend iterativ, beispielsweise in Schritten von 10 ms bis 50 ms angepasst werden, sodass ein Unterstützungspuls nicht nur in der diastolischen Phase abgegeben, sondern ebenfalls ein diastolischer Druckeffekt verwirklicht wird. Wie vorstehend erläutert, erfolgt eine Anpassung der Verzögerungszeit ebenfalls anhand einer Benutzereingabe, sodass eine Optimierung der extrakorporalen Kreislaufunterstützung nur dann vorgenommen wird, wenn diese von der Benutzerseite bestätigt bzw. sie hierzu aufgefordert wurde.
Um zu vermeiden, dass eine Anpassung einer oder mehrerer Kreislaufunterstützungsparameter zu einer versehentlichen potenziellen Gefährdung des Patienten führt, kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Steuer- und/oder Regelsignal in Abhängigkeit von einem Vergleich eines für den jeweiligen Herzzyklus bestimmten maximalen Druckwerts mit einem vorgegebenen Schwellenwert ausgegeben wird. Es kann folglich ein Vergleich des maximalen Druckwerts mit einer Toleranzschwelle vorgenommen werden, sodass das Steuer- und/oder Regelsignal beispielsweise nur dann eine Erhöhung der Drehzahl andeutet, wenn der maximale Druckwert den Schwellenwert nicht überschreitet. Auf diese Weise kann beispielsweise verhindert werden, dass eine Blutzellschädigung und/oder Herzklappenschädigung entsteht, wodurch das Risiko einer Patientengefährdung entsprechend reduziert werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird weiterhin ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen. Dieses umfasst Befehle, welche bei der Ausführung des Programms durch einen Prozessor diesen dazu veranlassen, das vorstehend beschriebene Verfahren auszuführen. Das Computerprogrammprodukt kann beispielsweise in einem nicht-flüchtigen Speichermedium gespeichert sein.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung zum Überwachen einer Herzzyklus-synchronisierten extrakorporalen Kreislaufunterstützung eines Patienten gelöst. Die Vorrichtung umfasst eine Schnittstelle zum Empfangen von Druckwerten, welche für den Aortendruck des unterstützten Patienten kennzeichnend sind, und eine Auswerteeinheit, welche dazu eingerichtet ist, einen ersten minimalen Druckwert eines Herzzyklus des Patienten und einen ersten Zeitpunkt für den minimalen Druckwert aus den Druckwerten zu bestimmen. Sie ist weiterhin dazu eingerichtet, eine reduzierte Druckänderungsrate zwischen einer unmittelbar vorangehenden und einer nachfolgenden größeren Druckänderungsrate zu einem nachfolgenden zweiten Zeitpunkt aus den Druckwerten zu bestimmen. Die Vorrichtung ist dazu eingerichtet, ein Signal in Abhängigkeit von einer bestimmten reduzierten Druckänderungsrate auszugeben. Die Druckwerte können von einem Drucksensor abgeleitet sein, welcher vor einer arteriellen Kanüle und nach einem Oxygenator der extrakorporalen Kreislaufunterstützung angeordnet ist.
Die Vorrichtung kann beispielsweise eine oder mehrere in einem System zur extrakorporalen Kreislaufunterstützung vorhandenen Pumpenantriebe oder Pumpenköpfe für (insbesondere nicht-okklusive) Blutpumpen steuern bzw. regeln und ggf. mit weiteren Modulen fluidisch verbunden sein. Beispielsweise kann die Blutpumpe mit einem im extrakorporalen Kreislaufunterstützungssystem vorgesehenen Oxygenator oder Membranventilator fluidisch verbunden sein. Auf diese Weise kann die Sauerstoffanreicherung und CO₂-Abreicherung des Bluts erfolgen. Die fluidische Verbindung kann beispielsweise mit einem venösen Zugang mittels einer venösen Kanüle und einem arteriellen Zugang mittels einer arteriellen Kanüle zum Ansaugen bzw. Fördern des Bluts hergestellt werden. Hierdurch wird ein Blutfluss von einer Seite mit niedrigem Druck zu einer Seite mit höherem Druck bereitgestellt. Somit können für den Patienten mittels der Blutpumpe eine extrakorporale Sauerstoffanreicherung des Bluts und eine verbesserte Sauerstoffversorgung sichergestellt werden.
Durch Betätigung des Motors bzw. des Pumpenantriebs und des Rotorblatts und durch das Triggern des Pulses zu diesem Zeitpunkt kann ein (pulsatiler) Blutfluss über die arterielle Kanüle in den Bereich (direkt) stromabwärts vomlinken Ventrikel und in die Aorta abgegeben werden. Die Positionierung und gegenströmige Ausrichtung der Kanülenspitze bewirken schließlich einen erhöhten pulsatilen Blutfluss in den Koronararterien. Eine entsprechend verbesserte Durchblutung des Herzmuskelgewebes wird hierdurch bereitgestellt, ohne jedoch den systemischen Kreislauf zu beeinträchtigen.
Die erfindungsgemäße Überwachung der extrakorporalen Kreislaufunterstützung ermöglicht es zu bestimmen, ob durch den Blutfluss auch tatsächlich ein diastolischer Druckeffekt verwirklicht wird. Hierfür ist die Schnittstelle mit einem Drucksensor der extrakorporalen Kreislaufunterstützung, welcher vor einer arteriellen Kanüle und nach einem Oxygenator der extrakorporalen Kreislaufunterstützung angeordnet ist, kommunikativ verbindbar. Entsprechende Messwerte können über die Schnittstelle empfangen und an die Auswerteeinheit weitergeleitet werden. Die Druckwerte können beispielsweise am Schlauchset der extrakorporalen Kreislaufunterstützung mit Hilfe von nicht-invasiven Drucksensoren (ohne direkten Blutkontakt) gemessen werden.
Die Schnittstelle kann beispielsweise als Sensorbox ausgebildet sein, welche über Anschlüsse mit verschiedenen Sensoren, wie beispielsweise im Schlauchsystem integrierten Drucksensoren, und einem EKG-Gerät verbunden werden kann. Über die Schnittstelle können bevorzugt auch Flusswerte von einem Durchflusssensor der extrakorporalen Kreislaufunterstützung, welcher ebenfalls vor einer arteriellen Kanüle und nach einem Oxygenator der extrakorporalen Kreislaufunterstützung angeordnet ist, empfangen werden.
Bevorzugt ist die Schnittstelle zusätzlich dazu eingerichtet, EKG-Signale des Patienten als kardiale Messwerte zu empfangen. Auf diese Weise können für die Herzaktivität kennzeichnende Messwerte einfach und eindeutig ermittelt werden. So können aus dem EKG für die Ansteuerung der Blutpumpe eine R-Zacke aus einem QRS-Komplex sowie ein Zeitpunkt des Diastolenbeginns bestimmt werden.
Die Vorrichtung kann weiterhin dazu eingerichtet sein, die oben beschriebenen bevorzugten Verfahrensschritte auszuführen.
Weiterhin wird eine Kreislaufunterstützungsvorrichtung vorgeschlagen, welche die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst.
Zusätzlich zur Schnittstelle und der Auswerteeinheit kann die Kreislaufunterstützungsvorrichtung auch ein EKG-Gerät aufweisen, welches mit der Schnittstelle kommunikativ verbunden ist. Dadurch kann die Kreislaufunterstützungsvorrichtung funktionell ganz unabhängig, insbesondere ohne die Notwendigkeit einer Bereitstellung weiterer Komponenten, eingesetzt werden. Das EKG-Gerät kann weiterhin an der Vorrichtung befestigt sein, wodurch eine kompakte Anordnung ermöglicht wird. Bevorzugt ist das EKG-Gerät beispielsweise in einer Sensorbox in Form einer EKG-Karte oder eines EKG-Moduls verwirklicht.
Eine oder mehrere Komponenten der Kreislaufunterstützungsvorrichtung können weiterhin in einem (bspw. einzigen) Gehäuse integriert sein. Hierbei kann die Vorrichtung beispielsweise in Gestalt einer Konsole verwirklicht sein, welche eine Benutzerschnittstelle zum Eingeben und Auslesen von Einstellungen des Systems, insbesondere von Parametern der Blutpumpe und/oder des bereitzustellenden bzw. bereitgestellten Triggersignals, aufweist. Über eine solche Benutzerschnittstelle kann insbesondere auch ein optischer oder visueller Teil des ausgegebenen Signals dargestellt werden. Beispielsweise kann die Konsole ein Touchscreen und/oder ein Display mit einer Tastatur zur Benutzerbedienung umfassen.
Kurze Beschreibung der Figuren
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Labormodells eines Herzkreislaufs mit einer Herzzyklus-synchronisierten extrakorporalen Kreislaufunterstützung;
2 eine schematische Darstellung von gemessenen arteriellen Druckwerten im Herzkreislauf ohne eine Herzzyklus-synchronisierte extrakorporale Kreislaufunterstützung;
3 eine schematische Darstellung von gemessenen arteriellen Druckwerten im Herzkreislauf und Flusswerten in der extrakorporalen Kreislaufunterstützung bei einer Herzzyklus-synchronisierten extrakorporalen Kreislaufunterstützung;
4 eine schematische Darstellung von gemessenen arteriellen Druckwerten und Flusswerten in der extrakorporalen Kreislaufunterstützung bei einer Herzzyklus-synchronisierten extrakorporalen Kreislaufunterstützung im Falle eines vorliegenden diastolischen Druckeffekts;
5 eine schematische Darstellung von gemessenen arteriellen Druckwerten und Flusswerten wie 4 im Falle eines anlaufenden diastolischen Druckeffekts; und
6 eine schematische Darstellung von gemessenen arteriellen Druckwerten und Flusswerten wie 5 im Falle eines alternativen anlaufenden diastolischen Druckeffekts.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen. Auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Wiederholungen zu vermeiden.
Gemäß 1 ist schematisch ein Labormodell eines Herzkreislaufs 10 mit einer Herzzyklus-synchronisierten extrakorporalen Kreislaufunterstützung 12 gezeigt. Der Herzkreislauf 10 simuliert einen Kreislauf eines Patienten und umfasst entsprechend eine pulsatile Blutpumpe 14, welche einen arteriellen Blutfluss bereitstellt, wie mit den dargestellten Pfeilen gezeigt. Der arterielle Blutfluss wird entsprechend zu einem Begrenzungsventil 16 geführt und geht anschließend in ein venöses System über. Das geförderte Blut wird im Anschluss über ein Rückschlagventil 18 in einem Reservoir 20 gesammelt und weiter über das venöse System zur Blutpumpe 14 zurückgeführt.
Das vorliegende, vereinfachte Herzkreislaufmodell wurde für die vorliegende Erfindung etabliert, um Charakteristika aus der extrakorporalen Kreislaufunterstützung 12 mit den simulierten Bedingungen im Herzkreislauf 10 zu vergleichen, insbesondere mit dem arteriellen Druck des Herzkreislaufs, welcher mittels eines arteriellen Drucksensors 22 erfasst wurde. Der arterielle Drucksensor 22, welcher einen simulierten Aortendruck unmittelbar nach dem Herzen bzw. der Blutpumpe 14 erfasst, ist gestrichelt dargestellt. Sie wurde für die Erfindung lediglich als Referenzwert verwendet und zur Bestimmung, ob durch die extrakorporale Kreislaufunterstützung 12 tatsächlich ein diastolischer Druckeffekt erzielt wurde, nicht einbezogen.
Die extrakorporale Kreislaufunterstützung 12 umfasst entsprechend eine venöse Kanüle 24, welche fluidisch mit dem venösen System des Herzkreislaufs 10 verbunden ist und einen Anteil des venösen Bluts in die extrakorporale Kreislaufunterstützung 12 leitet. Das venöse Blut wird entsprechend über die venöse Kanüle 24 mittels einer pulsatilen Blutpumpe 26 der extrakorporalen Kreislaufunterstützung in den extrakorporalen Kreislauf gefördert und zu einem Oxygenator 28 geführt, welche beispielsweise membranbasiert ist. Der pulsatile Blutfluss wird ausgehend vom Oxygenator 28 zu einer arteriellen Kanüle 30 geführt, welche mit dem arteriellen System des Herzkreislaufs 10 fluidisch verbunden ist und einen retrograden Blutfluss im arteriellen System des Herzkreislaufs 10 bereitstellt. Eine Kanülenspitze der arteriellen Kanüle 30 liegt dabei bevorzugt im simulierten Aortenbereich des Herzkreislaufs 10, bevorzugt unmittelbar unter dem arteriellen Drucksensor 22 des Herzkreislaufs 10. Durch die Positionierung und gegenströmige Ausrichtung der Kanülenspitze kann ein erhöhter pulsatiler Blutfluss in den Koronararterien erreicht werde. Eine verbesserte Durchblutung des Herzmuskelgewebes kann hierdurch sichergestellt werden, ohne jedoch den systemischen Herzkreislauf 10 zu beeinträchtigen.
Um zu verhindern, dass eine Nachlast in unerwünschter Weise erhöht wird, wird die Abgabe des von der extrakorporalen Kreislaufunterstützung 12 bereitgestellten Unterstützungspulses mit dem simulierten Herzschlag des Patienten synchronisiert. Der Unterstützungspuls kann zu einem vorgegebenen Zeitpunkt, insbesondere während der diastolischen Phase des Herzzyklus verabreicht werden kann. Im vorliegenden Labormodell kann eine solche Synchronisierung anhand der Steuerung der Blutpumpe 14 erfolgen. Eine entsprechende Ansteuerung bei einer tatsächlichen Unterstützung eines Patienten kann beispielsweise anhand einer erkannten R-Zacke im EKG-Signal mit einer manuell eingegebenen vorgegebenen Verzögerungszeit erfolgen. Aus Gründen vereinfachter Darstellung sind beispielsweise eine entsprechende Schnittstelle, eine Auswerteeinheit und ein EKG-Gerät in der 1 nicht gezeigt.
Weiterhin ist in der extrakorporalen Kreislaufunterstützung 12 ein Drucksensor 32 vorgesehen, welcher zwischen dem Oxygenator 28 und der arteriellen Kanüle 30 angeordnet ist. Auf diese Weise wird ermöglicht, das Verhalten bzw. der Verlauf der Druckwerte des pulsatilen Blutflusses im extrakorporalen Kreislauf zu erfassen und beispielsweise mit den Druckwerten im arteriellen System des Herzkreislaufs 10 zu vergleichen. Zudem ist im vorliegenden Beispiel ein Durchflusssensor 34 vorgesehen, welcher ebenfalls zwischen dem Oxygenator 28 und der arteriellen Kanüle 30 angeordnet ist. Er erlaubt beispielsweise eine Ermittlung eines Verhältnisses zwischen dem vom Drucksensor 32 erfassten Druckwert und dem vom Durchflusssensor 34 erfassten Flusswert.
In 2 ist ein Verlauf des arteriellen Druckwerts 36, welcher vom Drucksensor 22 aus dem Herzkreislauf 10 gemäß 1 erfasst wurde, dargestellt. In diesem Beispiel wurde der Herzkreislauf 10 ohne eine Herzzyklus-synchronisierte extrakorporale Kreislaufunterstützung 12 betrieben. Zu sehen ist ein charakteristischer, simulierter Herzzyklusverlauf mit einem Druckanstieg, welcher die systolische Herzzyklusphase simuliert, sowie ein entsprechender Druckabfall, welcher die diastolische Herzzyklusphase simuliert. Der dargestellte Herzzyklusverlauf wurde bei einer simulierten Herzfrequenz von 90 BPM bereitgestellt, sodass die Herzzyklusdauer etwa 660 ms beträgt. Als Pumpenvolumen wurde dabei 2,4 L/Min eingestellt. Im Labormodell wurden ein minimaler pulsatiler Druckwert von etwa 40 mmHg und ein maximaler pulsatiler Druckwert von etwa 120 mmHg erreicht.
In 3 wurden die Blutpumpe 14 ebenfalls bei einer simulierten Herzfrequenz von 90 BPM und einem Pumpenvolumen von 2,4 L/Min betrieben. In diesem Beispiel wurde der Herzkreislauf 10 jedoch von der Herzzyklus-synchronisierten extrakorporale Kreislaufunterstützung 12 unterstützt, wobei die Kreislaufunterstützung 12 einen (retrograden) pulsatilen Blutfluss 38 bereitstellt. Die Blutpumpe 26 der Kreislaufunterstützung 12 wurde dabei mit einem Pumpenvolumen von 3 L/Min betrieben. Zu sehen ist, dass der arterielle Druckwert 36 im arteriellen System des Herzkreislaufs 10, welcher vom Drucksensor 22 erfasst wurde, in der diastolischen Phase erhöht ist, wobei der minimale pulsatile Druckwert und der maximale pulsatile Druckwert nicht wesentlich verändert wurden.
Weiterhin ist der 3 eindeutig zu entnehmen, dass der von der extrakorporalen Kreislaufunterstützung 12 bereitgestellte pulsatile Blutfluss 38 in der diastolischen Phase erhöht wird. Entsprechend kann auf diese Weise eine optimierte Blut- bzw. Sauerstoffversorgung der herzeigenen Kranzgefäße bereitgestellt werden.
Die vorliegenden Ergebnisse wurden mit einer 17Fr-140 mm arteriellen Kanüle erzielt. Es kann je nach therapeutischer Anwendung jedoch eine alternative, passende Kanüle verwendet werden, bevorzugt zwischen 15Fr-90 mm und 21Fr-380 mm.
Eine Auswertung der vom Drucksensor 32 im extrakorporalen Kreislauf erfassten Druckwerte ist in 4 dargestellt. Zu sehen ist auch hier, dass sich der Druck und der Flusswert im extrakorporalen Kreislauf vorwiegend während der diastolischen Phase erhöhen, wie sich beispielsweise aus einem Vergleich mit dem Verlauf des arteriellen Druckwerts 36 ergibt. Der Druckwert ist dabei innerhalb des extrakorporalen Kreislaufs deutlich höher als der arterielle Druckwert 36, welcher im Herzkreislauf 10 gemessen wird.
Wie vorstehend erläutert, wurde erfindungsgemäß erkannt, dass bei einem vorliegenden diastolischen Druckeffekt nach einem ersten minimalen Druckwert 40 eine Einkerbung im ansteigenden Druck erfasst werden kann, welche durch eine reduzierte Druckänderungsrate 42 gekennzeichnet ist. Die reduzierte Druckänderungsrate 42, welche bevorzugt positiv ist, erfolgt, wie in 4 dargestellt, nach einer unmittelbar vorangehenden, größeren Druckänderungsrate. Die Druckänderungsrate nach der Einkerbung ist ebenfalls größer. Es wurde erkannt, dass diese Eigenschaft, welche als Einkerbung im Druckverlauf ausgeprägt ist, nur bei einem vorliegenden diastolischen Druckeffekt vorliegt.
Weiterhin erfolgt eine solche reduzierte Druckänderungsrate 42 in der vorliegenden 4 vor Erreichen eines maximalen Druckwerts 44. Ein erster Druckintegralwert zwischen einem ersten Zeitpunkt für den ersten minimalen Druckwert und einem zweiten Zeitpunkt für die reduzierte Druckänderungsrate 42 ist weiterhin geringer als ein zweiter Druckintegralwert zwischen dem zweiten Zeitpunkt und einem Zeitpunkt für einen nachfolgenden zweiten minimalen Druckwert 46.
Aus dem Druckverlauf des extrakorporalen Kreislaufs können somit - zusätzlich zur reduzierten Druckänderungsrate - weitere Kriterien bzw. Charakteristika ermittelt werden, welche ein genaueres Bestimmen einer reduzierten Druckänderungsrate und/oder einen verbesserten Nachweis für das Vorliegen eines diastolischen Druckeffekts ermöglichen.
Zusätzlich kann der Flusswert des Durchflusssensors 34 beim Bestimmen der reduzierten Druckänderungsrate 42 bzw. beim Ausgeben eines Signals berücksichtigt werden. Im vorliegenden Beispiel wurde ein Pumpenvolumen von 2 L/Min für die Blutpumpe 26 bei einer Drehzahl von 3500 RPM eingestellt. Eine Amplitude 48 des Blutflusses 38, d. h. der Unterschied zwischen dem maximalen Blutflusswert und dem minimalen Blutflusswert, wie mit den Pfeilen

- und der gestrichelten Linie gekennzeichnet, lag im vorgesehenen Bereich zwischen 1,4 L/Min und 2,8 L/Min.

Beispiele von Pumpeinstellungen, bei dem kein vorliegender diastolischer Druckeffekt, sondern ein anlaufender diastolischer Druckeffekt bestimmt werden konnte, sind in den 5 und 6 gezeigt. In diesen Beispielen wurde die Blutpumpe 14 des Herzkreislaufs 10 ebenfalls bei einer simulierten Herzfrequenz von 90 BPM und einem Pumpenvolumen von 2,4 L/Min betrieben. Die Blutpumpe 26 der extrakorporalen Kreislaufunterstützung 12 wurde jedoch, anders als im Beispiel gemäß 4, mit einem Fluss von 1 L/Min eingestellt.
Weder in 5 noch in 6 ist die charakteristische Einkerbung im ansteigenden Drucksignal zu sehen, welche für eine reduzierte Druckänderungsrate 42 kennzeichnend wäre. Stattdessen ist der Druckverlauf sattelförmig ausgebildet, sodass durch den graphischen Verlauf quasi ein Doppelhöcker gebildet wird. Gemäß 5 ist vor dem maximalen Druckwert 44 ein lokales Druckmaximum vorgelagert. Der Druckwert vor dem Erreichen des maximalen (diastolischen) Druckwerts ist reduziert. Entsprechend liegt eine negative Druckänderungsrate 50 vor, welche kleiner als Null ist. Gemäß 6 ist ein solches lokales Druckmaximum nachgelagert. Nach dem maximalen Druckwert 44 ergibt sich vorliegend zunächst eine negative Druckänderungsrate und im Anschluss eine positive Druckänderungsrate 52. In beiden Fällen indiziert eine solche Sattelform, welche anhand der vorstehenden Charakteristika erfassbar ist, auf einen anlaufenden diastolischen Druckeffekt.
Ein anlaufender diastolischer Druckeffekt kann weiterhin anhand der vorstehend erläuterten Amplitude 48 des Blutflusses überprüft werden. In den Beispielen gemäß den 5 und 6 lag die Amplitude 48 im Bereich zwischen 0,9 L/Min und 1,6 L/Min, welcher für den anlaufenden Druckeffekt kennzeichnend ist. Demnach kann der anlaufende Druckeffekt anhand der Amplitude 48 bestätigt werden kann.
Entsprechend kann das gemäß den 5 und 6 auszugebende Signal einen anlaufenden Druckeffekt kennzeichnen. Das Signal kann beispielsweise als optisches Überprüfungssignal ausgegeben werden, welches einen Bediener dazu veranlasst, die extrakorporale Kreislaufunterstützung zu überprüfen und gegebenenfalls anzupassen. Vorliegend kann das Signal beispielsweise eine Erhöhung der Drehzahl vorgeben, wenn diese beispielsweise unter 3500 RPM, beispielsweise im Bereich zwischen 2500 RPM und 3200 RPM, liegt. Auf diese Weise können sowohl der Blutflusswert 38 als auch der Druckwert angepasst werden.
Zusätzlich oder alternativ kann anhand des Signals ebenfalls eine Anpassung der Verzögerungszeit vorgeschlagen werden. Eine Anpassung der Drehzahl und/oder der Verzögerungszeit kann weiterhin auch anhand eines Steuer- und/oder Regelsignals, welches im Signal umfasst ist, veranlasst werden, bevorzugt anhand einer Benutzereingabe oder Bestätigung eines Bedieners der extrakorporalen Kreislaufunterstützung 12.
Das Fehlen eines diastolischen Druckeffekts bzw. ein anlaufender Druckeffekt kann weiterhin davon abhängig sein, welche arterielle Kanüle 30 verwendet wurde. So wurde in den vorliegenden, nicht einschränkenden Beispielen beispielsweise eine 17Fr-200 mm arterielle Kanüle 30 für das Labormodell gemäß 4 verwendet. In den Labormodellen gemäß den 5 und 6 wurden eine 19Fr-380 mm arterielle Kanüle 30 bzw. eine 21Fr-380 mm arterielle Kanüle 30 verwendet. Sollte eine Anpassung der Drehzahl und/oder der Verzögerungszeit anhand des Signals beispielsweise iterativ nicht zum gewünschten diastolischen Druckeffekt führen bzw. würde eine solche Anpassung zum Überschreiten eines Toleranzwerts für den maximalen Druck führen, kann das Signal entsprechend auch eine Empfehlung hinsichtlich einer zu verwendenden arteriellen Kanüle 30 umfassen.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: Herzkreislauf
12: Extrakorporale Kreislaufunterstützung
14: Blutpumpe
16: Begrenzungsventil
18: Rückschlagventil
20: Reservoir
22: Drucksensor
24: Venöse Kanüle
26: Blutpumpe
28: Oxygenator
30: Arterielle Kanüle
32: Drucksensor
34: Durchflusssensor
36: Arterieller Druck
38: Blutfluss
40: Erster minimale Druckwert
42: Reduzierte Druckänderungsrate
44: Maximaler Druckwert
46: Zweiter minimale Druckwert
48: Amplitude
50: Negative Druckänderungsrate
52: Positive Druckänderungsrate

Claims

Verfahren zum Überwachen einer Herzzyklus-synchronisierten extrakorporalen Kreislaufunterstützung (12) eines Patienten, umfassend die Schritte: - Empfangen von Druckwerten, welche für den Aortendruck des unterstützten Patienten kennzeichnend sind; - Bestimmen eines ersten minimalen Druckwerts (40) eines Herzzyklus des Patienten aus den Druckwerten und eines ersten Zeitpunkts für den minimalen Druckwert (40); - Bestimmen, aus den Druckwerten, ob zu einem nachfolgenden zweiten Zeitpunkt eine reduzierte Druckänderungsrate (42) zwischen einer unmittelbar vorangehenden und einer nachfolgenden größeren Druckänderungsrate vorliegt; und - Ausgeben eines Signals in Abhängigkeit einer vorliegenden reduzierten Druckänderungsrate (42), wobei die Druckwerte von einem Drucksensor (32) empfangen werden, welcher vor einer arteriellen Kanüle (30) und nach einem Oxygenator (38) der extrakorporalen Kreislaufunterstützung (12) angeordnet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Druckwerte in Echtzeit für einen aktuellen Herzzyklus des unterstützten Patienten empfangen werden und das Signal für den aktuellen Herzzyklus ausgegeben wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Signal in Abhängigkeit davon ausgegeben wird, ob der zweite Zeitpunkt innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls zwischen 10 Prozent und 50 Prozent der Herzzyklusdauer nach dem ersten Zeitpunkt liegt.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Signal in Abhängigkeit davon ausgegeben wird, ob die reduzierte Druckänderungsrate (42) für ein vorgegebenes Zeitintervall zwischen 1 Prozent und 10 Prozent der Herzzyklusdauer vorliegt.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Signal in Abhängigkeit davon ausgegeben wird, ob die reduzierte Druckänderungsrate (42) positiv ist und/oder der Druckwert zum zweiten Zeitpunkt um zwischen 20 Prozent und 300 Prozent des ersten minimalen Druckwerts (40) erhöht ist.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei nachfolgend zum ersten Zeitpunkt zu einem dritten Zeitpunkt ein maximaler Druck (44) aus den Druckwerten bestimmt wird, wobei das Signal in Abhängigkeit davon ausgegeben wird, ob der zweiter Zeitpunkt zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem dritten Zeitpunkt liegt.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei nachfolgend zum ersten Zeitpunkt zu einem vierten Zeitpunkt ein zweiter minimaler Druckwert (46) bestimmt wird, wobei zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt ein erster Druckintegralwert und zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem vierten Zeitpunkt ein zweiter Druckintegralwert berechnet werden und wobei das Signal in Abhängigkeit davon ausgegeben wird, ob der erste Druckintegralwert größer oder kleiner als der zweite Druckintegralwert ist.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei nachfolgend zum ersten Zeitpunkt zu einem dritten Zeitpunkt ein maximaler Druck (44) aus den Druckwerten bestimmt wird, wobei das Signal in Abhängigkeit davon ausgegeben wird, ob vor dem maximalen Druckwert (44) eine Druckänderungsrate kleiner (50) oder gleich Null vorliegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei nachfolgend zum ersten Zeitpunkt zu einem dritten Zeitpunkt ein maximaler Druck (44) aus den Druckwerten bestimmt wird, wobei das Signal in Abhängigkeit davon ausgegeben wird, ob nach dem maximalen Druckwert (44) eine Druckänderungsrate größer (52) oder gleich Null vorliegt.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei für den jeweiligen Herzzyklus weiterhin Flussmessungen von einem zwischen dem Oxygenator (28) und der arteriellen Kanüle (30) angeordneten Durchflusssensor (34) empfangen und aus einem maximalen Flusswert und einem minimalen Flusswert ein Amplitudenwert (48) berechnet werden, wobei das Signal weiterhin in Abhängigkeit vom Amplitudenwert (48) ausgegeben wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei das Signal bei einer vorliegenden reduzierten Druckänderungsrate (42) und einer Amplitude (48) zwischen 1,6 L/Min und 3,1 L/Min, bevorzugt zwischen 1,8 L/Min und 2,8 L/Min für den jeweiligen Herzzyklus kennzeichnend für das Vorhandensein eines diastolischen Druckeffekts ist.
Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei das Signal bei einer nicht vorhandenen reduzierten Druckänderungsrate (42) und einer Amplitude (48) zwischen 0,5 L/Min und 2,0 L/Min, bevorzugt zwischen 0,7 L/Min und 1,6 L/Min für den jeweiligen Herzzyklus kennzeichnend für einen anlaufenden diastolischen Druckeffekt ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Signal bei einer nicht vorhandenen reduzierten Druckänderungsrate (42) und einer Amplitude (48) kleiner als 1,1 L/Min, bevorzugt kleiner als 0,9 L/Min für den jeweiligen Herzzyklus kennzeichnend für einen nicht vorhandenen diastolischen Druckeffekt ist.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei für den jeweiligen Herzzyklus weiterhin ein Drehzahlwert einer Blutpumpe (26) der extrakorporalen Kreislaufunterstützung (12) empfangen wird, wobei das Signal bei einer vorliegenden reduzierten Druckänderungsrate (42) und einem Drehzahlwert größer als 3200 U/Min, bevorzugt größer als 3400 U/Min kennzeichnend für das Vorhandensein eines diastolischen Druckeffekts ist.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei für den jeweiligen Herzzyklus weiterhin ein Drehzahlwert einer Blutpumpe (26) der extrakorporalen Kreislaufunterstützung (12) empfangen wird, wobei das Signal bei einer nicht vorhandenen reduzierten Druckänderungsrate (42)und einem Drehzahlwert kleiner als 3400 U/Min, bevorzugt zwischen 2500 U/Min und 3200 U/Min kennzeichnend für einen anlaufenden diastolischen Druckeffekt ist.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Signal ein Steuer- und/oder Regelsignal umfasst und die Drehzahl einer Blutpumpe (26) der extrakorporalen Kreislaufunterstützung (12) in Abhängigkeit des Signals und einer Benutzereingabe eingestellt oder angepasst wird.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Signal ein Steuer- und/oder Regelsignal umfasst und eine Verzögerungszeit eines Triggersignals der extrakorporalen Kreislaufunterstützung (12) in Abhängigkeit des Signals und einer Benutzereingabe eingestellt oder angepasst wird.
Verfahren gemäß Anspruch 16 oder 17, wobei das Steuer- und/oder Regelsignal in Abhängigkeit von einem Vergleich eines für den jeweiligen Herzzyklus bestimmten maximalen Druckwerts (44) mit einem vorgegebenen Schwellenwert ausgegeben wird.
Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, welche bei der Ausführung des Programms durch einen Prozessor diesen dazu veranlassen, das Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche auszuführen.
Vorrichtung zum Überwachen einer Herzzyklus-synchronisierten extrakorporalen Kreislaufunterstützung (12) eines Patienten, umfassend eine Schnittstelle zum Empfangen von Druckwerten, welche für den Aortendruck des unterstützten Patienten kennzeichnend sind, und eine Auswerteeinheit, welche dazu eingerichtet ist, einen ersten minimalen Druckwert (40) eines Herzzyklus des Patienten und einen ersten Zeitpunkt für den ersten minimalen Druckwert (40) aus den Druckwerten zu bestimmen und dazu eingerichtet ist, eine reduzierte Druckänderungsrate (42) zwischen einer unmittelbar vorangehenden und einer nachfolgenden größeren Druckänderungsrate zu einem nachfolgenden zweiten Zeitpunkt aus den Druckwerten zu bestimmen, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, ein Signal in Abhängigkeit einer bestimmten reduzierten Druckänderungsrate (42) auszugeben und wobei die Druckwerte eines Drucksensors (32) sind, welcher vor einer arteriellen Kanüle (30) und nach einem Oxygenator (28) der extrakorporalen Kreislaufunterstützung (12) angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 20, welche dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 auszuführen.
Kreislaufunterstützungsvorrichtung, umfassend eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 20 oder 21.