DE2221417C3 - Gerät zur Unterstützung des Blutkreislaufs - Google Patents

Gerät zur Unterstützung des Blutkreislaufs

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Unterstützung des Blutkreislaufs, mit einem Ballon, der an das eine Ende eines Katheters angeschlossen ist, welcher bei der Verwendung des Gerätes in eine Arterie eines Patienten einführbar ist, mit einer pneumatischen Pumpe, die über eine Steckverbindung an das andere Ende des Katheters anschließbar ist und periodisch betätigt wird und zum Aufblasen und Entleeren des Ballons periodisch Druck auf ein Arbeitsgas ausübt, mit einem elektronischen Zeitgeber, der die periodische Betätigung der pneumatischen Pumpe mit dem Herzrhythmus des Patienten synchronisiert, mit einer ersten Einrichtung, die ein erstes Ausgangssignal liefert, das proportional dem Fördervolumen je Periode der pneumatischen Pumpe ist, mit einer zweiten Einrichtung, die das erste Ausgangssignal empfängt und ein zweites Ausgangssignal liefert, und mit einer vom zweiten Ausgangssignal betätigten Entlüftungseinrichtung für das Arbeitsgas zur Atmosphäre.
Ein Gerät der eingangs genannten Art ist aus der US-PS 34 65 746 bekannt
Wie bekannt, wird der große Blutkreislauf durch die
lü Wirkung der linken Herzkammer, welche Blut in die Aorta pumpt, aufrechterhalten. Ein Rückfluß von Blut in die linke Herzkammer wird durch die Aortaklappe verhindert. Während ihrer Kontraktion (Systole) arbeitet die linke Herzkammer hauptsächlich gegen die
ι? elastische Nachgiebigkeit der Aorta, hebt den Druck in der Aorta an und dehnt diese aus. Sobald die Kontraktion beendet ist und die Herzkammer sich entspannt, schließt die Aortaklappe, und die elastische Kontraktion der Aorta hält einen kontinuierlichen Blutstrom durch die Kapillaren und anderen Gefäße aufrecht (Diastole). Zusätzlich zu ihrer Funktion als Gefäß zum Führen von Blut zu den verschiedenen Organen wirkt die Aorta so als ein elastischer Speicher, welcher einen Teil der von dem Herz zugeführten Energie speichert.
Bei der Behandlung von Herzkranken treten Situationen auf, in welchen die Herztätigkeit des Patienten einfach nicht ausreichend ist, um den körperlichen Bedürfnissen zu genügen. Zum Beispiel
jo kann eine Schwäche der Herztätigkeit, genannt Herzversagen, im Anschluß an einen Herzinfarkt auftreten. Ein solches Herzversagen wird zu einem niedrigen Blutdruck während des systolischen Zyklus im normalen Herzrhythmus führen. Dieser niedrige Blut-
J5 druck seinerseits reduziert den Blutstrom in den Kranzgefäßen, wodurch der Blutdruck weiter verringert wird und ein zerstörender Zyklus entsteht. Bisher erfolgten Versuche zur mechanischen Unterstützung des großen Blutkreislaufs durch Venen-Arterien- Pumpen (Arterien-Arterien-Pumpen) und eine Vielzahl von Gegenpulsationstechniken einschließlich Ballonpumpen innerhalb der Aorta gemäß der AT-PS 2 89 290.
Pumpen innerhalb der Arterie oder »Ballonpumpen« können z. B. in der Aorta, durch Einführung über die Oberschenkelarterie die Arterienverzweigung hinauf in die Aorta, verwendet werden. Der Betrieb der Pumpe ist jedoch äußerst kritisch, da die Pumpe periodisch zeitlich vorübergehend oder momentan pulsierend synchron mit dem Herz des Patienten arbeiten muß.
Bei den bekannten Vorrichtungen besteht die Möglichkeit einer Gefährdung, wenn ein Ballon eingeführt und übermäßig aufgeblasen wird, weil er irrtümlich für einen größeren Ballon gehalten worden ist. In einem solchen Fall kann der Ballon in dem Blutkreislaufsystem des Patienten reißen und schädliche, wenn nicht tödliche Mengen von Gas in den Blutstroin bringen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Gerät der eingangs genannten Art die Möglichkeit eines zu starken Aufblasens des Ballons zu verhindern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein elektrischer Widerstand in einem der beiden voneinander trennbaren Elementen einer Steckverbindung angebracht ist und ein dem maximalen Aufblasvolumen des Ballons proportionales drittes Ausgangssii tal liefert, daß das erste der Elemente fest mit dem anderen Ende des Katheters verbunden ist und daß die zweite Einrichtung aus einem Komparator besteht,
welcher das dritte Ausgangssignal zusammen mit dem ersten Ausgangssignal aufnimmt und abhängig hiervon <vas zweite Ausgangssignal erzeugt, wenn das Fördervolumen je Periode der pneumatischen Pumpe das maximale Aufblasvolumen des Ballons um einen ~> vorgegebenen Wert überschreitet
Vorteilhafte Ausgestaltungen der E:findung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird zum besseren Vorstand- w nis der Erfindung im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine Gesamtansicht einer in einen Patienten eingeführten Ballonpumpe in der Aorta,
Fig.2 eine Ansicht mit teilweise weggebrochenen r· Teilen der Sicherheitssteckverbindung der zugehörigen elektronischen Steuerungen einschließlich eines Steuerpults des Geräts, und
F ι g. 3 ein Blockschaltbild des Geräts.
In F i g. 1 und 2 der Zeichnung ist ein bevorzugtes .'o Ausführungsbeispiel dargestellt. Fig. 1 zeigt die Verwendung eines Ballonpumpensystems bei einem Patienten mit Herzbeschwerden. Ein Ballon 15 wird durch die Oberschenkelarterie eingeführt und in der absteigenden Aorta des Patienten angeordnet. Um das Einführen zu 2^ erleichtern, wird der Ballon in entleertem Zustand eingeführt Die Größe des für einen bestimmten Patienten verwendeten Ballons wird bestimmt durch Geschlecht, Alter, Größe und allgemeinen Gesundheitszustand des Patienten. Übliche verwendete Größen sind i<> Ballone mit einer volumentrischen Verdrängung von 20. 30 oder 40 cm3. Der Ballon 15 ist mit einem üblichen Katheter 16 verbunden, welcher einen Kanal zur Zuführung und Ableitung eines Strömungsmittels, wie z. B. Helium, zum bzw. vom Ballon während des i'> Aufblasens bzw. Entleerens des eingepflanzten Ballons während des Betriebs bildet. Das von dem Ballon entfernte Ende des Katheters 16 ist unter Verwendung einer besonderen Steckverbindung 18, welche im folgenden näher beschrieben werden wird, mit den 4» elektronischen und pneumatischen Einrichtungen des Steuerpults 17 verbunden. Der Ballon, der Katheter und ein Teil der Steckverbindung bilden eine einteilige, ersetzbare Einheit, welche vor der Einführung in den menschlichen Körper als Einheit sterilisiert werden ·«■> kann. Das Elektrokardiogramm (EKG) des Patienten kann z. B. auf übliche Weise über elektrische Leitungen 19 überwacht werden. Das EKG-Signal wird dazu verwendet, die Zeitgeberimpulsfolge für die Herzunterstützungseinrichtung zu liefern, so daß der Ballon so während der diastolischen Periode des Herzens aufgeblasen wird.
Die grundlegende Aufgabe der Steuerung besteht darin, ein Aufblasen des Ballons folgend auf das Schließen der Aortaklappe beim nächsten Herzschlag « zu bewirken. Ein typisches Blockschaltbild der grundlegenden Komponenten ist in F i g. 3 gezeigt.
Das EKG-Signal wird in einen K-Zackendetektor 50 eingeführt. Das EKG-Signal besteht aus einem von der Herzspannung abhängigen Szintillationsmuster. Die höchste positive Spitze dieses Signals stellt den Durchgang des Kontraktionsimpulses durch die Wandungen der Herzkammer dar. Diese positive Spitze des Signals, die in der Elektrokardiografie als Λ-Zacke bekannt ist, wird durch den Detektor 50 erfaßt und b5 einem Zeitgenerator 51 für eine Verzögerungs- und Entleerungszeit zugeführt, welcher elektrische Signale an ein elektromechanisches Pulsventil 52 abgibt. Die Ä-Zacke läßt einen Zeitgeber im Zeitgenerator 51 anlaufen, durch welchen die Zeit des Aufblasens und Ablassens gemessen wird. Diese Zeiten können als Bruchteile der Periode zwischen den Herzschlägen von Hand eingestellt werden. Die elektrischen Signale vom Zeitgenerator 51 betätigen das Pulsventil 52 so, daß ein Trermkolben 24 bei 24a entweder mit einer Treibdruckversorgung 54 oder einer Druckversorgung 55 für die Entleerungsperiode verbunden wird.
Ein Trennkolben wird aus Sicherheitsgründen zwischengeschaltet. Der Trennkolben ist so ausgelegt, daß er die Aufblas- oder Entleerungsgeschwindigkeit des Ballons nicht merkenswert verringert. Der Trennkolben 24 trennt das Strömungsmittel in dem Antriebsmechanismus bei 24a von der konstanten Menge von Strömungsmittel oder Arbeitsgas, welche auf der Patientenseite 246 zum Aufblasen des Ballons 15 verwendet wird. So wird in dem unwahrscheinlichen Fall eines plötzlichen Reißens des Ballons nur eine begrenzte Menge von Gas in den Patienten injiziert. Weiter können geringe Leckverluste des Ballons durch Beobachtung eines allmählichen Druckabfalls des Gases erfaßt werden, welcher über einen Druckübertrager 56 auf der Patientenseite 246 des Trennkolbens 24 gemessen wird. Normalerweise ist es erforderlich, infolge der Durchlässigkeit der Ballonmembrane für Helium, das normalerweise als Arbeitsgas verwendet wird, etwas Arbeitsgas zu ersetzen. Arbeitsgas wird über ein Ventil 57 durch eine Gasquelle 58 ersetzt. Auf der Patientenseite des Trennkolbens ist ein Entlüftungsventil 59 vorgesehen, welches sich im Falle eines Versagens der Steuerung automatisch öffnet und den Ballon im entleerten Zustand hält.
Betrachtet man erneut F i g. 1 und 2, so erkennt man am besten in F i g. 2 auf der Vorderseite des Steuerpults einen Steuerknopf 20 für den Trennkolben, welcher zur Steuerung des Trennkolbens 24 in einer Pumpe 25 mit festem Volumen vorgesehen ist, um ein gewünschtes Volumen an Gas auf der Patientenseite 246 des Trennkolbens 24 vorzusehen, wodurch die Menge des zu verwendenden Arbeitsgases bestimmt ist. Durch den Steuerknopf 20 wird gleichzeitig eine variable Impedanz 26, z. B. ein Potentiometer, eingestellt, um ein erstes elektrisches Signal zu liefern, welches einem üblichen Komparator 21 und einer Anzeige 22 zugeführt wird, welche auf der Oberfläche des Steuerpults angeordnet sind. Dieses Signal ist proportional der volumentrischen Verdrängung der Pumpe. Der Steuerknopf 20 wird zunächst entsprechend einem Volumen eingestellt, daß kleiner oder gleich der spezifischen volumetrischen Kapazität des Ballons und dessen zugehörigen Katheters ist. Wenn der Steuerknopf 20 korrekt eingestellt ist, sollte die Volumenablesung an der Anzeige 22 die Nennkapazität des Ballons um nicht mehr als 2 cm3 übersteigen. Eine zu große Verdrängung der Pumpe mit festem Volumen kann zu einem Überdruck des Ballons führen. Eine Ablesung von mehr als 5 cm3 weniger als das Nennvolumen des Ballons sollte vermieden werden, da dies anzeigt, daß ein Teil des Ballons nicht aufgeblasen ist und das Blut dann möglichen thrombotischen Komplikationen ausgesetzt ist. Ein Ballon, welcher nicht voll aufgeblasen ist, ergibt Spalten, in welchen das Blut stagnieren und Klumpen bilden kann, welche den Blutstrom behindern und den Patienten gefährden.
Die mechanische Steckverbindung 18 zwischen dem Katheter und dem Steuerpult ist in F i g. 2 im einzelnen dargestellt. Wie in F i g. 2 gezeigt, besteht die Steckver-
bindung 18 aus einem ständig an dem Katheter 16 des Ballons befestigten Stecker 30 und einer an dem zu dem Steuerpult führenden Katheter befestigten Steckdose 40 zur Aufnahme der Stifte des Steckers. In dem Stecker 30 ist ein Widerstand 31 vorgesehen. Der Wert des Widerstandes 3t wird entsprechend der volumetrischen Verdrängung des Ballons 15, an welchem der Stecker 30 befestigt ist, gewählt. Der Widerstand 31 ist elektrisch zwischen Stifte 32 und 33 geschaltet, welche in dem Stecker 30 sitzen. Der Katheter 16 ist dauerhaft und dicht mit einem steifen Anschlußrohr 34 verbunden, welches an der Stirnfläche des Steckers 30 befestigt ist und von dieser ein Stück wegragt.
Die Steckdose 40 ist so aufgebaut, daß sie dem Stecker 30 entspricht. Buchsen 41 und 42 zur Aufnahme der Stifte 32 und 33 und eine Ausnehmung 43 zur dichten Aufnahme des Anschlußrohres 34 sind in der Steckdose vorgesehen. Die Ausnehmung 43 nimmt das Anschlußrohr 34 in luftdichter Verbindung auf, wenn der Stecker 30 in die Steckdose 40 eingeführt wird. Die Ausnehmung 43 ist dauerhaft und dicht mit einem Schlauch 44 verbunden, welcher lösbar an der Pumpe 25 mit festem Volumen befestigt ist. Dies schließt den pneumatischen Kanal zwischen dem Ballon und dem Steuerpult. Die Buchse 42 kann z. B. eine elektrische Verbindung mit Erde herstellen, und die Buchse 41 kann elektrisch mit dem in dem Steuerpult 17 enthaltenen Komparator 21 verbunden sein.
Beim Einführen des Steckers 30 in die Steckdose wird im Komparator auf übliche Weise ein Gleichspannungssignal abhängig von dem Widerstand 31 geliefert. Da der Widerstand entsprechend der Größe des verwendeten Ballons gewählt ist, ist das Gleichspannungssignal proportional der volumentrischen Verdrängung des Ballons 15. Der Komparator vergleicht auf übliche Weise das erwähnte Gleichspannungssignal mit dem Signal, welches von dem handbetätigten Einstellmechanismus für das Arbeitsvolumen des Trennkolbens vorgesehen wird. Wenn das Volumen des dem Ballon zuzuführenden Arbeitsgases die Sicherheitsgrenzen des Ballons überschreitet, gibt der Komparator ein zweites Ausgangssignal ab, welches das System schnell in die Atmosphäre entlüftet. Dies wird dadurch erreicht, daß das von dem Komparator 21 abgegebene Abschaltsignal zur Betätigung eines Entlüftungsventils 59 verwendet wird. Hierdurch wird der Ballon sofort entleert und sein Strömungswiderstand bezogen auf den Blutstrom durch die Aorta auf ein Minimum gebracht. Wenn sich jedoch das Volumen des dem Ballon zuzuführenden Arbeitsgases innerhalb der Sicherheitsgrenze der Ballonanordnung bewegt, die durch das vom elektrischen Widerstand 31 gelieferte dritte Ausgangssignal gegeben ist, wird kein Abschaltsignal erzeugt, und das Gerät kann sicher in seinem Normalbetrieb arbeiten.
Der Wert des in dem Kreis verwendeten Widerstand 31 wird dem Volumen des Ballons 15 angepaßt. So kann z. B. ein Gerät mit einem Ballon für 30 cm3 einen Widerstand von 510 0hm erhalten, und ein Gerät mit einem Ballon für 20 cm' einen Widerstand von 300 Ohm. Der den Widerstand enthaltende elektrische Kreis sollte eine niedrige Spannung, z. B. 2 V aufweisen, um den Patienten vor einem elektrischen Schlag zu schützen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Gerät zur Unterstützung des Blutkreislaufs, mit einem Ballon, der an das eine Ende eines Katheters angeschlossen ist, welcher bei der Verwendung des Gerätes in eine Arterie eines Patienten einführbar ist, mit einer pneumatischen Pumpe, die über eine Steckverbindung an das andere Ende des Katheters anschließbar ist und periodisch betätigt wird und zum Aufblasen und Entleeren des Ballons periodisch Druck auf ein Arbeitsgas ausübt, mit einem elektronischen Zeitgeber, der die periodische Betätigung der pneumatischen Pumpe mit dem Herzrhythmus des Patienten synchronisiert, mit einer ersten Einrichtung, die ein erstes Ausgangssignal liefert, das proportional dem Fördervolumen je Periode der pneumatischen Pumpe ist, mit einer zweiten Einrichtung, die das erste Ausgangssignal empfängt und ein zweites Ausgangssignal liefert, und mit einer vom zweiten Ausgangssignal betätigten Entlüftungseinrichtung für das Arbeitsgas zur Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Widerstand (31) in einem der beiden voneinander trennbaren Elemente (30, 40) einer Steckverbindung (18) angebracht ist und ein dem maximalen Aufblasvolumen des Ballons (15) proportionales drittes Ausgangssignal liefert, daß das erste der Elemente (30) fest mit dem anderen Ende des Katheters (16) verbunden ist und daß die zweite Einrichtung aus einem Komparator (21) besteht, welcher das dritte Ausgangssignal zusammen mit dem ersten Ausgangssignal aufnimmt und abhängig hiervon das zweite Ausgangssignal erzeugt, wenn das Fördervolumen je Periode der pneumatischen Pumpe (25) das maximale Aufblas volumen des Ballons (15) um einen vorgegebenen Wert überschreitet.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element (30) der Steckverbindung (18) Stifte (32, 33) aufweist, welche den Widerstand (31) elektrisch in den Stromkreis des Komparators (21) einbringen, und ferner ein Anschlußrohr (34) zur Zuführung des Arbeitsgases über den Katheter (16) in den Ballon (15).
3. Gerät nach Anspruch !, gekennzeichnet durch einen Schlauch (44) zwischen dem zweiten Element (40) der Steckverbindung (18) und der pneumatischen Pumpe (25).
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element (40) Buchsen (41,42) zur Aufnahme der Stifte (32,33) aufweist.
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