DE1962743A1

DE1962743A1 - Herzschrittmacher

Info

Publication number: DE1962743A1
Application number: DE19691962743
Authority: DE
Inventors: Maher Jun Charles Anthony
Original assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Current assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Priority date: 1968-12-24
Filing date: 1969-12-15
Publication date: 1970-07-09
Also published as: DK123807B; US3514218A; GB1253928A; JPS495436B1; FR2027011A1; SE357142B; BE743417A

Description

2 Hamburg 52

QleaestraBe β Postfach 320 58Ο Ruf 89 28 O3

Neuanmeldung 12. Dezember I969

Anmelderin: United States Atomic Energy Commission

meine Akte: 6IO/69

UNITED STATES ATOMIC ENERGY COMMISSION Germantown, Maryland, U.S.A.

Herzschrittmacher

Priorität: Vereinigte Staaten von Amerika vom 24.12.1968 Aktenzeichen: 786,559

In den vergangenen Jahren sind große Portschritte bei der Entwicklung von die Herztätigkeit unterstützenden oder ersetzenden Maschinen gemacht worden, die eingesetzt werden, wenn das menschliche Herz nur schwach arbeitet und/oder verletzt ist. Das Hers ist jedooh mehr als sine bloße Pumpe für das Blut, vielmehr muS seine Tätigkeit in Übereinstimmung mit zahlreichen physiologischen Bedingungen, die ständig schvonteuij erfolg«:._e Diss hat zur Folge, daß bis Jetzt noch ζ .Llrfr-i-.-ho Pr-cfclsa;® «gelöst ^BTüsn nüssen,

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bevor ein vollständig adäquates künstliches Herz oder ein solches Schrittmachergerat zum perfekten Arbeiten gebracht werden kann. Beispielsweise müssen solche Geräte den höchsten Ansprüchen betreffend Zuverlässigkeit genügen, sie müssen die Fähigkeit haben, den veränderlichen Blut-Anforderungen nachkommen zu können, und sie müssen einen so pulsierenden Fluß erzeugen können, wie ihn der menschliche Körper anscheinend erfordert oder wenigstens wie er für wichtig gehalten wird.

Wie bereits angedeutet werden Geräte der hier in Rede stehenden Art im allgemeinen den künstlichen Herzen, bei denen es sich um Pumpen handelt* die die Herztätigkeit ersetzen, oder den Schrittmachern, d.h, Pumpen, die die Tätigkeit des Herzens unterstützen, zugeordnet. Künstliche Herden haben den Vorteil _s daß man damit ein Herz, welches einer weiteren Tätigkeit nicht mehr fähig ist, vollkommen ersetzen kann; sie haben jedoch den Nachteil, daß si® sehr hohe Energie benötigen* ein vielseitiges tlberwaehungssystem erfordern und sich Komplikationen ergeben* wenn die Pumpe ausfällt. Demgegenüber benötigen die Schrittmacher-Geräte weniger Energie, man kann sich darüber hinaus hinsichtlich der Kontrollfunktion auf das E-3PZ verlassen, welches auch bei starker Beanspruchung

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oder beim Ausfall der Pumpe das Schlimmste verhütet. Der stark ins Gewicht fallende Nachteil solcher Herzschrittmacher-Geräte besteht jedoch darin, daß die Synchronisation seiner Punktion mit derjenigen des natürlichen Herzens ein Problem darstellt·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die letztgenannten Nachteile zu beheben und ein Herzschrittmacher-Gerät zu schaffen, das sich zusammen mit dem Herzen verwenden läßt und die Fähigkeit hat, unter einer Vielzahl von unterschiedlichen zu erwartenden Herztätigkeits-Bedingungen automatisch synchron mit dem natürlichen Herzen arbeiten zu können.

Diese Aufgabe wird gelöst mittels eines einfach wirkenden, rückgekoppelten Herzschrittmachers, der in Reihe zwischen dem Auswurf des linken Ventrikels und der Aorta geschaltet ist und der eine Einlaß- und eine Auslaßkammer enthält, deren Ein- und Ausstoß durch Kontrollventile reguliert wird, und der außerdem ein Kontrollventil zur Regulierung des acRlusses von der Einlaßkammer in die Auslaßkammer aufweist. Es ist weiterhin ein hydraulisch betätigtes Steuersystem vorhanden, welches den Druck in der Einlaßkammer abfühlt und die Bewegung eines Kolbens in der Trennwand der beiden Kammern steuert, wodurch die Pumpwirkung des Gerätes geregelt wird.

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Der erfindungsgemäße Schrittmacher ist dementsprechend mit dem linken Ventrikel des Herzens und mit der Aorta in Reihe geschaltet/ er unterstützt die Funktion des linken Ventrikels und ermöglicht so, daß dieser auf einem verminderten Druckniveau arbeitet. Wie man weiß, dient der linke Ventrikel der Versorgung des Körperkreislaufs, der die größte Flüssigkeitsmenge benötigt, und demzufolge wird dadurch die größte Pumpanforderung an das Herz gestellt· Durch einen einfach wirkenden damit gekoppelten Schrittmacher, wie er als bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben ist, hat das Herz die Möglichkeit, unter nicht erschwerten Bedingungen hinsichtlich Fließgesohwindigkeit und Menge zu arbeiten und beim Ausstoß die physiologisch erforderlichen Bedingungen an Durchflußmenge und Druck zu reproduzieren. Beim erfindungsgemäßen Gerät dient eine aus einer gesteuerten Druckquelle stammende hydraulische Flüssigkeit dazu, dai durch das System strömende Blut in der gleichen Zeit zu pulsieren, in der der linke Ventrikel pulsiert. Der Blutflfi aus dem Oerät in die Arterien wird dem Zufluß in das Oerät aus dem linken Ventrikel angepaßt, so daß in dem Blutkreislauf die Druck- und Fließ-Bedingungen den physiologischen Bedingungen entsprechen.

Der erfindungsgemäße Herzschrittmacher hat den Vorteil, dass er sowohl kunstruktiv als auch funktionell gegenüber

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den bisher bekannten Geräten verbessert ist. Sonstige Vorzüge und Vorteile der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung ersichtlich.

In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Schnitt, teilweise schematisiert, gezeigt.

Wie in der Zeichnung veranschaulicht weist das einfach wirkende rückgekoppelte Herzschrittmacher-Gerät 10 einen rohrförmigen Einlaß 12 auf, der in den Hauptbehälter 14 mündet, von welchem der rohrförmige Auslaß 16 abgeht. Es ist außerdem eine Regeleinrichtung 18 vorhanden. Die Einlaß- und Auslaßrohre 12 und 16 sowie der Hauptbehälter 14 sind aus einem geeigneten inerten flexiblen oder faltbaren Material, wie beispielsweise Polyurethan, gebaut. Das Einlaßrohr 12 kann mittels bekannter chirurgischer Methoden mit dem Auslaß des linken Ventrikels (nicht gezeigt) verbunden werden, während das Auslaßrohr 16 in ähnlicher Art mit der Aorta (nicht gezeigt) verbunden wird_s Die Fließrichtung des Blutes verläuft in Richtung der- Pfeile A und B, und es ist ersichtlich, daß das Gerät 10 bezogen auf das Herz in Reihe dan*.it innerhalb des Flusses angeordnet 1st» £'^!9 Regel ei rw.l-^^.v'-r" *^n< int Wyy: f-'n-i I^I^su-Q, ύϊβτ

Der Hauptbehälter 14 ist durch zwei Wände 28 und 32 in eine obere Kammer 24 und eine untere Kammer 26 unterteilt. Zwischen den Wänden 28 und 32 ist, wie veranschaulicht, ein angetriebener Kolben 34 angeordnet, an dem eine Schubstange 36 ansitzt, die durch die Außenwand des Hauptbehälters 14 geführt ist und bis in die Regeleinrichtung l8 hineinreicht. In dem Einlaßrohr 12, im Auslaßrohr 16 und zwischen den beiden Kammern 24 und 26 sind je Sperrventil© 38 _s 42 und 44 angeordnet, deren Rückschlagbewegung durch Anschläge 38a, 42a und 442 begrenzt ist. Aus der vorstehenden Beschreibung erkennt man, daß dann, wenn sich der Kolben ~$K nach oben wxu. unten hin und her bewegt, Flüssigkeit aus den Kammern 24 und 26 durch das Ventil 44 gepumpt wird, wobei die obere Kammer 24 durch das Sperrventil 38 wieder gefüllt wird₅ während die untere Kammer 26 durch das Ventil 42 geleert wird*

Die Regeleinrichtung l8 besteht aus einem Gehäuse 46, in welchem ein Zylinder 48 ausgebildet ist. In dem Zylinder 48 ist gleitbar ein Regulierkolben 52 angeordnet, der durch eine Feder 5^ nach oben vorgespannt ist» Der Kolben 52 ist auf der Schubstange 36 befestigt, die durch den Kolben hindurch reicht, und es ist durch das obere Ende des Kolbens hindurch gehend ' ein Schaftbolzen 56 vorhanden.

In dem Gehäuse 46 ist weiterhin ein hydraulisches Doppelkol-" Spul vent il 58 gleitbar innerhalb eines Zylinders 62 ange-009828/1179

ordnet, der mit einem Einlaß 64, einem Auslaß 66 und einer in die oberhalb des Kolbens 52 in dem Zylinder 48 gebildete Kammer führenden Zuleitung 68 in Verbindung steht. Der Einlaß 64 wird über einen Zufluß-Verteiler 73 kontinuierlich mit einen ausreichend hohen Druck aufrecht erhaltender hydraulischer Flüssigkeit versorgt. An dem Spulventil 58 sitzt ein Bolzen 72, der an seinem Ende einen Führungsstift ?4 aufweist und wie weiter unten beschrieben arbeitet. Durch die Bewegung des Spulventils 58 wird einmal die hydraulische Flüssigkeit aus dem Einlaß 64 veranlaßt, den Raum oberhalb des Kolbens 52 unter Druck zu setzen, zum anderen kann durch dieses Ventil die Flüssigkeit aus dem zuvor erwähnten Raum abgezogen und durch den Aus a8 66 abgedrängt werden, wie dies an sich bekannt ist.

Ein in der Regeleinrichtung 18 sitzender Empfänger-Federungsbalg 76 steht über die bereits erwähnte Sohlauchleitung 22 mit einem Abtast-Federungsbalg 78 in Verbindung, welcher in der oberen Kammer 24 des Hauptbehälters 14 eingebaut ist. Innerhalb der Federungsbälge 76 und 78 sowie in der Schlauchleitung 22 befindet sich geeignete Flüssigkeit, so daß, wenn der Federungsbalg 78 durch Druckanstieg in der oberen Kammer 24 zusammen gedrückt wird, der Federungsbalg 76 in der Reguliereinriohtung 18 sich ausdehnt· Durch Druckabnahme in der Kammer 24 tritt die entgegengesetzte Wirkung ein. An dem Federungsbalg 76 befindet sich ein Bolzen 82 mit einem daran

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ansitzenden Stift 84. Die Schubstange 36 sowie die Bolzen 72 und 82 sind durch ein die Bewegungen ausgleichendes Verbindungsstück 86 miteinander verbunden, welches drehbar an dem Stift 84 angelenkt ist, und in welches in darin angebrachten Ausnehmungen der Führungsstift 7^ sowie der Schaftbolzen 56 eingreifen.

Wenn das Herzschrittmaeher-Oerät IO in Betrieb genommen werden soll, müssen zunächst, wie bereits erwähnt* das Einlaßrohr 12 mit dem Auslaß des linken Ventrikels und das Auslaßrohr mit der Aorta verbunden werden· Man kann das Gerät 10 entweder außen anschlieesen, beispielsweise wenn es nur über kurze Zeitspannen, etwa während einer Operation oder bei akuter Gefahr, Einsatz finden soll, oder man kann es als Teil eines vollständig eingepflanzten Systems implantieren. Der Zuflußverteller 73 wird an eine beliebige separate Quelle angeschlossen, aus der eine geeignete hydraulische Druckflüssigkeit zugeführt werden kann. Auch diese kann entweder implantiert oder außerhalb des Körpers aufgestellt sein. Der Auelaß 66 wird an eine (nicht gezeigte) Leitung angeschlossen, durch die die hydraulische Flüssigkeit mit vermindertem Druck zu der Quelle zurückgeführt wird, an der sie erneut mit Druck beaufschlagt wird, wie dies an sich bekannt ist.

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In der Zeichnung ist das Gerät 10 in der Stellung veranschaulicht, die es einnimmt, bevor ein Schlag eines linken Ventrikels erfolgt. Wenn der linke Ventrikel schlägt, fließt Blut durch den Einlaß 12 und das Sperrventil 38, welches sich öffnet, in die Kammer 24. Der Abtast-Federungsbalg 78 wird infolge der Drucksunahme etwas zusammengedrückt, und dadurch dähnt sich der Empfanger-Federungsbalg 76 aus. In- a folge dieser Ausdehnung wird das Verbindungsstück 86 betätigt· und dreht sich um den Schaftbolzen 56, wodurch das Spulventil 58 angehoben wird _s was dazu führt, daß sich in dem Raum oberhalb des Kolbens 52 in dem durch den Einlaß 64 eingebrachten Medium ein Druck ausbildet« In dem Maß, wie der Druck ansteigt, entsteht eine Gegenkraft, und diese bewirkt, daß der Kolben 52 und dementsprechend der Kolben 3^ sich nach unten hin zu bewegen beginnen. In dem Maß, wie das Blut weiter in die obere Kammer 24 einströmt, gibt der Federungsbalg 78 i?eiter Signal dahingehend, daß das Ventil 58 in der geöffneten t Stellung verbleibt. Dadurch kann der Kolben 52 seine Bewegung fortsetzen und zwar mit einer Qasohwindigkeit, die direkt abhängig ist von der Zuführung des Blutes aus dem linken Ventrikel.

Wenn die Kolben 52 und 3^ ^iit ihrer Abwärtsbewegung beginnen, wird ein Druck auf das schon to der unteren Käsiges» 26 sich befindende Blut auiweifct,- \^f. "^v:^"-: -lr:l dar ^p^FT^Tiil 44 in &'.biaxial· ν ;*!>.:,■ -i-öh;,·"'r.en* "^:^:., ·"';?.- v:,^;i?£fc <«? £v-'L

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Kammer 26 auf einen solchen Wert angestiegen ist, der gerade oberhalb desjenigen Drucks in dem System stromabwärts des Sperrventils 42 gelegen ist, dann öffnet sich dieses Sperrventil 42, und es fließt Blut durch das Sperrventil 42 aus der unteren Kammer 26 ab. Demzufolge wird mit einer entsprechenden Pließgeschwindigkeitj, mit der sich die obere Kammer 24 füllt* die untere Kammer 26 entleert. Da die Kolben 34 und 52 gegen jegliche Widerstsndszunahme in dem System sich bewegen müssen, wird eine stetige statische Gegenkraft durch eine entsprechende Druckzunalime innerhalb des Baums oberhalb des Kolbens 52, die durch zunehmendes öffnen des Spulventils 58 erreicht wird, aufrecht erhalten. Dieser höhere Druck, der dadurch auf der wirksamen Fläche des Kolbens 52 zur Einwirkung kommt^ entspricht der Kraft, die sich ergibt aus der Druckdifferenz in den Kammern 24 und 26 minus der Vorspannung durch die Feder 54^ die auf die wirksame Fläche des Kolbens J4, der damit in Kontakt steht, zur Einwirkung kommt»

Wenn der Zufluß in die obere Kammer 24 aufhört, das ist an dem Zeitpunkt, wenn der linke Ventrikel einen Blutstoß vollständig durofegefülirt und dabei das exakte Volumen an angeliefertem Blut akkomodiert hat, wird die Bewegung des Kolbens ebenfalls gestoppt, und der Druck in den Kammern 24 und 26 fällt abe Dabei schließen sich auch die Sperrventile 38 und Der Äbtast-Federungsbalg 78 dehnt sich aus, und infolge dessen

wird der Federungsbalg 76 zusammen gedrückt. Dadurch bewegt sich das hydraulische Spulventil 58 nach unten, die öffnung oberhalb des Kolbens 52 wird gegen den Einlaß 64 abgeschlossen, und der Auslaß 66 öffnet sich. Die während der Bewegung des Kolbens 52 in der Feder 54 gestaute Energie wirkt sich nun als nicht im Gleichgewicht gehaltene Kraft-Komponente aus. Es werden dadurch die Kolben 52 und 34 zur Bewegung nach oben gezwungen, wodurch das Blut aus der oberen Kammer 24 durch das Sperrventil 44 in die untere Kammer gedrückt wird. Nachdem diese Überführung vollständig abgelaufen ist, befindet sich das Qerät 10 In dem zur Aufnahme des nächsten Pulses des linken Ventrikels geeigneten Zustand.

Man erkennt, daß das zuvor beschriebene Herzschrittmacher-Oerät nicht nur einen guten Teil der Arbeit des linken Herzventrikels des Herzens übernimmt, sondern darüber hinaus auch jederzeit synhron mit dem Herzschlag des linken Ventrikels arbeitet und von dem Herzen ausgestoßene unterschiedliche Volumina zu akkomodieren vermag. Es 1st ferner ersichtlich, daß Infolge der Synchronisation mit dem Herzen in dem System exakt entsprechend den physiologischen Bedingungen gearbeitet werden kann· Ein anderer bedeutsamer Faktor der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Druckniveau, auf welchem der linke Ventrikel arbeitet, ganz einfach dadurch angepaßt werden kann, daß man den Druck, mit dem die hydraulische Flüssigkeit eingespeist wird, ändert, und man kann diesen

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auch noch dadurch anpassen oder abändern, daß man die 5©» lastungs-Charakteristiken der Federungsbälge 76 und 78 entsprechend justiert. Wenn, gleichgültig in welcher Stellung es angebracht ist, das Gerät 10 ausfallen sollte, dann kann das Herz immer noch bei normalen Kreislaufbelastungen richtig funktionieren, was bei allen Herzschrittmacher-Apparaten ein wichtiger Faktor ist.

Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß erfindungsgemäß ein Herzschrittmacher geschaffen worden 1st, der sich entweder implantieren läßt oder äußerlich angebracht werden kann« Es ist zwar nur eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher erläutert worden, jedoch versteht sich, daß im Rahmen der vorliegenden Anmeldungn: gemäß dem potentiellen Wissen des Fachmanns beliebige Änderungen möglich sind.

Die vorliegende Erfindung wurde Im Rahmen der und unter Vertrag mit der United States Atomic Energy Commission gemacht.

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Claims

Patentansprüche

TlJ Herzschrittmacher, gekennzeichnet durch

a) einen flexibles Wandmaterial aufweisenden Hauptbehälter (14), der durch eine bewegliche Wand (28,32) unterteilt ist in eine obere Kammer (24) und eine untere Kammer (26) und ein Sperrventil (44) enthält, welches den Durchfluß aus der Kammer (24) in die Kammer (26) erlaubt,

b) ein Einlaß-Sperrventil (38), welches den Zufluß in die obere Kammer (24) regelt,

o) ein Auslaß- Sperrventil (42), welches den Ausfluß aus der unteren Kammer (26) regelt, und

d) eine Regeleinrichtung (18), die in Tätigkeit tritt durch den Flüssigkeitszufluß in die obere Kammer (24), durch den die bewegliche Wand (28,32) so bewegt wird, daß die obere Kammer (24) sich ausdehnt und die untere Kammer (26) zusammen gedrückt wird, das Sperrventil (44) sich schließt und die Flüssigkeit aus der unteren Kammer (26) durch das Auslaß-Sperrventil (42) gepumpt wird, und die schließlich den Abbruch des Zuflusses in die obere Kammer (24) bewirkt und damit die Bewegung der beweglichen Wand (28,32) in der Richtung einer Ausdehnung der unteren Kammer (26) und einer Zusammendrückung der oberen Kammer (24), wobei das Blut aus der oberen Kammer (24) durch das Sperrventil (44) in die untere Kammer (26) fließt.

1 .
2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (18) einen In der beweglichen Wand (28,32) befestigten angetriebenen Kolben (34) aufweist, der beidseitig den Drücken innerhalb der Kammern (24 und 26) ausgesetzt ist, und eine Schubstange (36) zwischen dem Kolben (34) und einer einen Zylinder (48) mit einem Kolben (52) aufweisenden hydraulischen Einrichtung hat, mit welcher die Schubstange (36) entsprechend der Änderung des Drucks innerhalb der oberen Kammer (24) betätigbar ist.
3. Herzschrittmacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der oberen Kammer (24) angeordneter Abtast-Federungsbalg (78), ein in der Regeleinrichtung (18) angeordneter Empfänger-Federungsbalg (76) und ein hydraulisch gesteuertes Spulventil (58) zur gesteuerten Zu- und Abführung von Flüssigkeit vorhanden sind und der Zylinder (48), in welchem der Regulierkolben (52) gleitbar ist* unter einer Vorspannung steht, die in dem darauf zur Einwirkung kommenden Flüssigkeitsdruck entgegengesetzter Richtung wirkt, und daß zwischen dem Abtast-Federungsbalg (78) und dem Empfänger-Federungsbalg (76) ein verbindender Leitungsschlauch (22) vorhanden ist«
4_a Herzschrittmacher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtast-Federungsbalg (78) und der Empfänger-Fedeningsbalg (76) zu einem geschlossenen Flüssigkeitssystem

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miteinander verbunden angeordnet sind, und daß Zusammenfallen des einen der Federungsbälge die Ausdehnung des anderen Federungsbalg bewirkt.
5. Herzschrittmacher nach Anspruch J oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Regulierkolben (52) durch eine Feder unter Vorspannung gebracht ist.

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