CH617495A5

CH617495A5 -

Info

Publication number: CH617495A5
Application number: CH281077A
Authority: CH
Inventors: Shozo Ohara; Toshio Ichinose
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 1976-11-09
Filing date: 1977-03-07
Publication date: 1980-05-30
Also published as: US4360324A; FR2370184A1; DE2710269A1; DE2710269C2; IT1104563B; GB1577344A; AU2291177A; SE7702507L; JPS5358804A; JPS5816901B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine pulsierende Flüssigkeitspumpe. Insbesondere bei chirurgischen Eingriffen am Herzen werden derartige Pumpen zur Blutumwälzung verwendet.

In neuerer Zeit wurden verschiedentlich Blutpumpen vorgeschlagen, um das Blut durch einen ausserkörperlichen Kreislauf, bei Chirurgie am offenen Herzen, z. B. bei Herztransplantationen, zu zirkulieren.

Bisher bestand eine Blutpumpe aus einer elastischen Manschette, die mit mehreren Walzen verbunden ist, welche mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit rotieren, um die Manschette zu quetschen und die gewünschte Bewegung des Blutes zu erzielen.

Die Umwälzung des Blutes sollte vom physiologischen Standpunkt aus pulsierend erfolgen, wie die menschliche Herzpulsierung, und im Hinblick darauf sollte eine Pumpe von üblicher Bauart, welche mit einer konstanten Durchflussgeschwindigkeit arbeitet, nicht verwendet werden, um das Blut während längerer Zeit zu bewegen, weil dies die Fliess-charakteristika des Gefässsystems auf unerwünschte Weise beeinträchtigen kann.

Um zahlreiche Schwierigkeiten und Unannehmlichkeiten bei üblichen Blutpumpen zu überwinden, wurde beispielsweise vorgeschlagen, eine Kolbenpumpe zu verwenden, wie sie allgemein in der mechanischen Industrie verwendet wird, um einen erwünschten pulsierenden Blutfluss zu erhalten, oder eine Röhrenpumpe, in welcher die Drehbewegung der Walze in Verbindung mit der Manschettenpump-

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kammer verändert wird, um den gewünschten pulsierenden Blutfluss zu erhalten.

Bei der oben erwähnten Kolbenpumpe wird jedoch leicht ein komplizierter vaskulärer Fluss mit unerwünschter Stagr nation und Oszillation des Blutes erzeugt, was zur Entwicklung von unerwünschter Hämolyse und Koagulierung führen kann. Die Röhrenpumpe ihrerseits benötigt komplizierte und unwirtschaftliche Reguliervorrichtungen, um den gewünschten pulsierenden Blutfluss in Annäherung an die physiologische Pulsierung zu erzeugen.

Ferner muss die Blutpumpe nach Gebrauch gereinigt und vollständig sterilisiert werden. Die üblichen Pumpen sind jedoch ungeeignet, um diesen wichtigen medizinischen Bedingungen zu entsprechen wegen der unbequemen Reinigungsbehandlung und dem übermässigen Verschleiss.

Ferner weisen die bekannten Pumpen eine Anzahl Nachteile für den erwähnten Zweck auf. Einige üben eine traumatische Wirkung auf die Blutzellen auf, andere sind schwer zu sterilisieren, andere erzeugen eine übermässige Pulsierung des Blutes, einige können nicht an den Blutkreislauf angeschlossen und rasch und bequem in Betrieb genommen werden, und einige sind sehr kompliziert und teuer in der Herstellung.

Demgemäss ist die Aufgabe der Erfindung die Schaffung einer Pumpe der erwähnten Art, die relativ einfach in bezug auf den Aufbau, billig in der Herstellung, zuverlässig und im wesentlichen störungsfrei im Betrieb und leicht und einfach bei Reinigung oder Sterilisierung zu handhaben ist und die einen pulsierenden Blutstrom erzeugen kann, der ähnlich wie der physiologische Blutstrom pulsiert.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung im Zusammenhang mit dem Pumpen von Blut beschrieben.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Aufriss der Blutpumpeneinheit gemäss der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht der Druckübertragungskammer zur Aufnahme der Blutpumpeneinheit;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Blutpumpe eines anderen Ausführungsbeispiels gemäss der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine Seitenansicht eines pulsierenden Antriebs;

Fig. 5 eine Ausführungsform der Verbindungsstruktur des Antriebs;

Fig. 6 eine bildliche Darstellung des Wirkungsprinzips der Verbindungsstruktur von Fig. 4;

Fig. 7 eine Darstellung des pulsierenden Mechanismus einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 8 einen Längsschnitt durch den pulsierenden Mechanismus einer weiteren Ausführungsform mit Mitteln zur Herabsetzung des Drehmomentes, und

Fig. 9 einen Schnitt durch die Mittel zur Herabsetzung des Drehmomentes in anderer Ausführungsform.

In, Fig. 1 und 2 bezeichnet die Zahl 10 eine Druckblase aus flexiblem und antikoagulativem Material, welche praktisch U-förmig gestaltet ist, wobei die gegenüberliegenden Enden der Blase mit einer angeflanschten Ansaugöffnung 14, mit einem Einlassrückschlagventil 16 bzw. mit einer angeflanschten Abgabeöffnung 18 mit Auslassrückschlagventil 20 verbunden sind, um eine Pumpeneinheit zu bilden. Die An-saug- und Abgabeöffnungen bestehen auch ihrerseits vorzugsweise aus antikoagulativem Material.

Die derart ausgebildete Einheit ist in einem hermetisch verschlossenen Behälter 22 untergebracht, und die Ansaug-

und Abgabeöffnungen 14 und 18 sind an einer Seitenwand der Kammer 22 mit Hilfe geeigneter Befestigungsmittel 24 befestigt, wie am besten aus Fig. 1 ersichtlich ist.

Die Kammer 22 ist mit einer Druckübertragungsflüssigkeit gefüllt, welche üblicherweise eine für den menschlichen Körper unschädlichen Kochsalzlösung ist.

Von der Kammer 22 führt eine Entgasungsleitung 26 weg, die durch einen Hahn 28 absperrbar ist. Ein Rohr 30 ist mit einem pulsierenden Mechanismus, wie weiter unten näher beschrieben, verbunden, um den gewünschten pulsierenden Druck auf die Flüssigkeit in der Kammer mit anschliessender Übertragung auf die Druckblase zwecks Variierung des pulsierenden Volumens auszuüben.

Die Druckblase kann nach Gebrauch weggeworfen und durch eine neue ersetzt werden, ohne eine komplizierte Behandlung zu erfordern. Es ist daher zu beachten, dass die zum Teil wegwerfbare Blutpumpe gemäss der vorliegenden Erfindung bequem und zu billigem Preis unterhalten werden kann.

In der Ausführungsform gemäss Fig. 3 ist die Druckblase 32 in annähernder Haubenform ausgebildet und mit einem gebogenen Teil versehen, welcher eine Ansaugöffnung 34 mit Einlassrückschlagventil 36 und eine Abgabeöffnung 38 mit Auslassrückschlagventil 40 aufweist. Angrenzend an den geraden Teil 37 der Druckblase 32 ist eine Druckübertragungskammer 42 mit einer Membran 44 angeordnet, welche die Druckübertragungsflüssigkeit, z, B. die genannte Kochsalzlösung, aufnimmt. Die Druckübertragungskammer 42 weist ein Flüssigkeitseinfüllrohr 46 und ein Entgasungsrohr 48 auf.

Die Druckblase 32 und die Druckübertragungskammer 42 sind lösbar an einem Gehäuse 50, mit Hilfe von Befestigungsmitteln 52, befestigt.

Die Druckübertragungskammer 42 wird durch einen Kolben 54 durch eine Stützplatte 56 und die Membran 44 komprimiert und der Kolben 54 ist über die Stange 58 und den Hubregulierungsmechanismus 60 mit einer Nockensteuerung 55 verbunden. Die Nockensteuerung 55 ist derart ausgestaltet, dass eine rotierende Bewegung entsprechend dem physiologischen Puls erzeugt wird.

Eine Nockenscheibe 57 ist nämlich mit einem exzentrischen Kanal 61 versehen, welchen ein Nockenstössel 59, welcher mit dem Hubreguliermechanismus 60 verbunden ist, bewegt, wenn die Nockenscheibe 57 gedreht wird.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen eine andere Ausführungsform des pulsierenden Antriebs, in welcher eine Pumpe 62 mit einer Ansaugöffnung 64 und eine Abgabeöffnung 66 vorhanden ist und durch eine Kolbenstange 68 betrieben wird, welche über eine Verbindungsstange 70 mit einem Hubreguliermechanismus 72 verbunden ist, der seinerseits mit einem Kurbelantrieb 74 in Verbindung steht, um die Drehbewegung in eine Hin- und Herbewegung mit kontinuierlich verstellbarem Hub.umzuwandeln.

In den Fig. 5 und 6 ist eine erste Kurbelstange 76 an einem Ende mit einer rotierenden Antriebswelle 78 starr verbunden und mit einem Gleiter 80 versehen, welcher entlang der Kurbelstange 76 beweglich ist. Am Gleiter 18 sind die einen Enden einer Schubstange 82 und einer Zugstange 84 drehbar gelagert, welche zusammen einen Kurbelantrieb zur Umwandlung der Drehbewegung der Antriebswelle 78 in die hin- und hergehende Bewegung für die Kolbenstange 68 bildet. Das andere Ende der Schubstange 82 ist mit der Verbindungsstange 70 oder einem Hubreguliermechanismus 72 verbunden. Ferner ist das andere Ende der Zugstange 84 mit einer Einstellachse 86 verbunden, welche bezüglich der drehbaren Antriebswelle 78 radialbeweglich angeordnet ist.

Die Antriebswelle 78 ist über einen Antriebsriemen 88 mit

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einer Antriebswelle 92 eines Motors mit veränderbarer Drehzahl in bekannter Weise mittels Riemenscheiben gekoppelt.

Es wurde gefunden, dass die Pumpenoperation sowohl bei der Systole wie bei der Diastole richtig reguliert werden kann mittels Vergrösserung oder Verkleinerung der Distanz zwi- 5 sehen der Einstellachse 86 und der Antriebswelle 78.

In Fig. 7 ist eine Kolbenpumpe 94 mit regulierbarem Kolbenhub dargestellt, welche zum Betrieb einer Pumpenkammer 62 dient und über eine lösbare Kupplung 98 mit einem Antriebsmotor 96 mit veränderlichem Drehzahlregler i0 (nicht dargestellt) verbunden ist. In dieser Anordnung ist die Drehzahl des Antriebsmotors 96, der Hub der Kolbenpumpe 94 und der Grad der Kraftübertragung durch die Kupplung 98 derart kombiniert, dass der gewünschte pulsierende Blutfluss entsprechend der physiologischen Pulsierung 15 erhalten wird.

Um automatisch die erwähnte Kombination in Übereinstimmung mit der Pulsierung des lebenden Gefässsystems zu steuern, wird ein Detektor 100 verwendet, um ein Signal (Elektrocardial oder Blutdruck) zu erzeugen. In einem Haupt- 20 Steuergerät 102 wird das Signal vom Detektor 100 empfangen, die Pulsfrequenz, die Menge und Phase bestimmt, um die entsprechenden Signale zu erzeugen, welche dann durch die Steuergeräte 104,106 und 108 empfangen werden, die mit der Kolbenpumpe 94, der Kupplung 98 und dem An- 2J triebsmotor 96 in Verbindung stehen, um diese Einheiten zu steuern und dadurch den gewünschten Puls zu erzeugen.

Bei einer Operation am offenen Herzen im menschlichen Körper kann ein bevorzugter Pumpenbetrieb durch einfache manuelle Bedienung der Steuergeräte 104,106 und 108 eingestellt werden, ohne das Hauptsteuergerät 102 zu betätigen. Das Blut wird aus einem arteriellen Ausgang 110 des menschlichen Körpers 112 entnommen und zur Ansaugöffnung 114 der Pumpe 62 mittels einer Blutleitung geleitet und anschliessend fliesst das Blut zurück aus der Abgabeöffnung 118 durch eine Blutleitung 120 in den venösen Eingang 122.

In Fig. 8 umfasst der Antriebsmechanismus für die Umwandlung der Drehbewegung in die Hin- und Herbewegung eine Antriebswelle 124, mit welcher eine Scheibe 126 mit einem exzentrischen Kanal 128 verbunden ist. Ein Schwenkhebel 130 ist mit einem Ende bei einer Fixierbasis 132 drehbar gelagert und an seinem anderen Ende über den Nockenstössel 134 mit dem exzentrischen Kanal 128 verbunden. Der Schwenkhebel 130 ist ferner über eine Verbindungsstange 138 mit einer Kolbenstange 136 verbunden.

Wenn die Scheibe 126 gedreht wird, oszilliert der Schwenkhebel 130 regelmässig im Takt des rotierten exzentrischen Kanals 128, um die Kolbenstange 136 hin und her zu bewegen und die Pumpenkammer rhythmisch zu komprimieren.

Der Schwenkhebel 130 steht in Verbindung mit einem elastischen Organ 140, welches aus einer Hülse 142 mit einer darin angebrachten Schraubenfeder 142 besteht. Ein Ende der Schraubenfeder 144 ist drehbar mit dem Schwenkhebel 130 über eine Verbindungsstange 146 verbunden.

Während des Ansaugtaktes der Pumpenoperation wird die Schraubenfeder 144 zusammengedrückt, um Energie zu speichern. Im Ausstosstakt wird die akkumulierte Energie plötzlich über den Schwenkhebel 130 abgegeben, um die Hin-und Herbewegung der Kolbenstange 136 mit Energie zu versorgen. Entsprechend wird während eines Zyklus des Pumpenbetriebs, welcher den Ansaug- und Abgabetakt umfasst, das Antriebsdrehmoment der Pumpe ausgeglichen und das Antriebsdrehmoment beim Abgabetakt ist merklich herabgesetzt.

In der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform umfasst das Federglied 144 für die Drehmomentherabsetzung die Kolbenstange 136; die Wirkung ist die selbe wie in Fig. 8.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Pulsierende Flüssigkeitspumpe, dadurch gekennzeichnet, dass eine in einem hermetisch verschlossenen Behälter (22, 42) vorhandene Pumpeneinheit, bestehend aus einer wegwerfbaren Druckblase (10, 32) aus flexiblem Material mit einer Ansaugöffnung (14, 34) mit einem Einlassrückschlagventil (16, 36) und mit einer Abgabeöffnung (18, 38) mit einem Auslassrückschlagventil (20, 40) vorgesehen ist, und dass der mit einer Flüssigkeit zur Druckübertragung gefüllte Behälter mit einem Pulsatorantrieb (55; 74; 128,130) verbunden ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wegwerfbare Druckblase (10) wenigstens annähernd eine U-Form aufweist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaug- und Abgabeöffnungen (14, 18) der Druckblase (10) am Behälter (22) trennbar angeflanschte Anschlussteile sind.

4. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckblase (32) wenigstens angenähert eine Haubenform aufweist, bei welcher die Ansaugöffnung (34) mit Einlassrückschlagventil (36) und die Abgabeöffnung (38) mit Auslassrückschlagventil (40) in einem Deckel angeordnet sind, um eine mit einer Druckübertragungskammer (42) in Verbindung stehende Pumpeneinheit zu bilden, die mit einem Pulsatorantrieb (55) verbunden ist und mit einer Druckübertragungsflüssigkeit gefüllt ist, derart, dass bei einem pulsierenden Druck in der Druckübertragungskammer das Volumen der Druckblase ebenfalls pulsierend variiert wird.

5. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass der Pulsatorantrieb einen Nockenantrieb mit einer Scheibe (57) mit einem exzentrischen Kanal (61) und einem Nockenstössel (59) mit Hubreguliermitteln (60) aufweist, um bei Drehung der Scheibe eine Bewegung gemäss dem physiologischen Puls zu erzeugen, und dass der Pulsatorantrieb über die Hubreguliermittel (60), eine Verbindungsstange (58) und einen Kolben (54, 56) mit einer Membran (44) verbunden ist, um auf die Druckübertragungsflüssigkeit einzuwirken (Figur 3).

6. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass der Pulsatorantrieb zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Hin- und Herbewegung eine Antriebswelle (124) mit einer Scheibe (126) mit einem exzentrischen Kanal (128) und einen Schwenkhebel (130) umfasst, welcher Schwenkhebel an seinem einen Ende drehbar bei einer Fixierung (132) gelagert ist und an seinem anderen Ende über einen Nockenstössel (134) mit dem exzentrischen Kanal (128) verbunden ist, und dass dieser Schwenkhebel über eine Verbindungsstange (138) mit einem Kolben (136) verbunden ist (Fig. 8).

7. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass der Pulsatorantrieb eine volumengesteuerte hin- und hergehende Pumpe (62) ist, um eine Drehbewegung mit variabler Geschwindigkeit in eine Hin- und Herbewegung über einen Kurbelantrieb (74) und einen Hubreguliermechanismus (72) umzuwandeln, derart, dass dieser Kurbelantrieb den Hub der Pumpe einstellt und über einen Antriebsriemen (88) mit einem Motor (90) mit variabler Geschwindigkeit verbunden ist, dass ferner der Kurbelantrieb (74) erste, zweite und dritte Verbindungselemente (76, 82, 84) aufweist, wobei das erste Verbindungselement (76) mit einer Antriebswelle (78) verbunden ist und je ein Ende des zweiten und dritten Verbindungselementes (82, 84) drehbar auf einem am ersten Verbindungselement (76) befestigten gleitenden Glied (80) angelenkt ist, während das andere Ende des dritten Verbindungselementes (84) mit einer Regulierachse (86) verbunden ist, die bezüglich der Antriebswelle (78) radial verschieblich ist,

wobei diese Regulierachse zur variablen Einstellung des Hubes der Pumpe dient (Fig. 4—6).

8. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass der Pulsatorantrieb einen Antriebsmotor (96) mit Geschwindigkeitsregulierung, eine Kolbenpumpe (94) mit einstellbarem Hub und eine lösbare Kupplung (98) umfasst, welche Kupplung zwischen dem Antriebsmotor und der Kolbenpumpe angeordnet ist, um den gewünschten pulsierenden Fluss mit dem physiologischen Puls zu synchronisieren (Fig. 7).

9. Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

dass der Pulsatorantrieb ferner einen Detektor (100) zur Messung und Umwandlung des Pulses des vasculären oder Blutkreislaufsystems des menschlichen Körpers in ein Pulssignal und eine Steuerung (102) umfasst, der das Pulssignal aus dem Detektor zugeführt ist, um die Drehzahl des Antriebsmotors (96), den Hub der Kolbenpumpe (94) und den Betrieb der Kupplung (98) zu steuern.

10. Pumpe nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (90, 96), die Pumpe (62, 64) mit einstellbarem Hub und die lösbare Kupplung (98) mit der Steuerung (102) verbunden sind.

11. Pumpe nach den Ansprüchen 5, 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsatorantrieb mit Mitteln (144) zur Verminderung des Antriebsdrehmomentes versehen ist.

12. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (144) zur Verminderung des Antriebdrehmomentes ein elastisches Organ im Antriebsmechanismus der Pumpe umfasst, um Energie beim Ansaugtakt der Pumpe zurückzuhalten und im Ausstosstakt freizugeben.

13. Pumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Organ eine Hülse (142) mit eine Schraubenfeder (144) umfasst.

14. Pumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die das Drehmoment vermindernde Feder (144) den Stössel (136) des Kolbens umfasst.