Aus Kawahito et al. : In Phase 1 Ex Vivo Studies of the Bay- lor/NASA Axial Flow Ventricular Assist Device, in : Heart Re- placement Artificial Heart 5, Seiten 245-252, Springer Verlag Tokyo 1996, Herausgeber T. Akutso und H. Koyagani, ist eine axiale Blutpumpe zur Unterstützung eines erkrank- ten Herzens bekannt, die in den Brustraum des Patienten implantierbar ist. Die axiale Blutpumpe weist ein rotieren- des Laufrad mit einer Beschaufelung auf, das innerhalb eines blutführenden Rohres gelagert und mittels eines Elektromotors angetrieben wird. Hierzu ist das Laufrad als Rotor des Elektromotors ausgebildet und über an der Beschau- felung angebrachte Magnete mit dem gehäusefesten Stator des Elektromotors gekoppelt. Eine derartige Anordnung ist auch aus der US-A-4,957,504 bekannt.

Vor und hinter dem Leitrad sind jeweils gehäusefest eine Leiteinrichtung mit Leitgitter angeordnet, die der Strö- mungsbeeinflussung dienen. Die vordere und die hintere Lei- teinrichtung dienen des weiteren einer Lagerung des rotie- renden Laufrades im blutführenden Rohr.

Die bekannte Blutpumpe weist den Nachteil auf, daß das geförderte Blut in nicht unerheblichem Ausmaße eine Trauma- tisierung und Schädigung erfährt. Insbesondere erfolgen eine Hämolyse und Thrombenbildung. Der Grund hierfür liegt zum einen in einer Scherung und Verwirbelung des Blutes in dem Spalt zwischen dem äußeren Rand der Beschaufelung und der Innenseite des umgebenden, blutführenden Rohres. Zum an- deren erfolgt eine Thrombenbildung bevorzugt an den axialen Lagern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur schonenden Förderung von ein-und mehrphasigen Fluiden zur Verfügung zu stellen, die das zu fördernde Medium in seinen Eigenschaften nicht oder nur unwesentlich verändert und insbesondere die Hämolyse und die Bildung von Thromben bei Förderung von Blut deutlich vermindert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un- teransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, die Beschaufelung einstückig an der Innenseite des das Fluid führenden Rohres auszubilden, wobei das Rohr im Bereich der Beschaufelung als rotierendes Teil ausgebildet ist. Eine Relativbewegung zwischen dem das Fluid führenden Rohr und der Beschaufelung findet demnach nicht statt. Das Rohr ist dabei von außen, also außerhalb des durchströmten Bereiches, im Gehäuse der Vorrichtung gelagert.

Durch die feste bzw. einstückige Verbindung der Beschaufe- lung mit der Innenseite des vom geförderten Medium durch- strömten Rohres entfällt der im Stand der Technik auftreten- de Spalt zwischen Beschaufelung und Innenseite des durch- strömten Rohres, so daß die im Stand der Technik auftreten- de Spaltdurchstörmung und die damit verbundene intensive Scherung und Wirbelbildung, die zu einer Schädigung des Fluids führen, sicher vermieden wird.

Weiter vermeidet die erfindungsgemäße Lösung eine zentrale Lagerung der Beschaufelung bzw. des die Beschaufelung tragenden Teils im durchströmten Bereich. Eine zentrale Lagerung ist nach der erfindungsgemäßen Lösung überflüssig, da die Beschaufelung fest mit der Innenseite des rotieren- den Rohres verbunden und das Rohr selbst von außen im Gehäuse gelagert ist. Der Verzicht auf eine zentrale innere Lagerung vermeidet Totwassergebiete, in denen eine Schädi- gung des geförderten Mediums auftreten kann. Auch eröffnet die Außenlagerung der Beschaufelung neue Freiheitsgrade für die innere Strömungsführung.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist im Innenraum des rotierenden Rohres axial eine Nabe angeord- net, die über die Beschaufelung einstückig mit dem Rohr ver- bunden ist. Das von außen gelagerte Rohr, die Beschaufelung und die Nabe rotieren dabei gemeinsam. Das Vorsehen einer axail verlaufenden Nabe, die mit der Beschaufelung verbun- den ist, ist aus strömungsdynamischen Gründen sinnvoll, so daß bei den meisten Beschaufelungsgeometrien eine Nabe vorgesehen sein wird. Grundsätzlich beinhaltet die vorlie- gende Erfindung jedoch auch Lösungen, die ohne eine Nabe auskommen. Sofern eine Nabe vorgehen ist, kann diese grund- sätzlich eine beliebige Form aufweisen. Sie ist jedoch bevorzugt im wesentlichen zylindrisch oder tropfenförmig ausgebildet.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist hinter dem rotierenden Teil eine gehäusefeste Leiteinrichtung mit einem Leitgitter vorgesehen, das das durch das rotierende Teil in Rotation gesetzte Fluid in axialer Richtung umlenkt und dadurch einen Druck aufbaut. Die Leiteinrichtung weist dabei bevorzugt aus strömungsdynamischen Gründen eine axiale Nabe und ein auf der Nabe angeordnetes Schaufelgit- ter auf. Derartige Leiteinrichtungen sind im Stand der Technik an sich bekannt.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind zwei Leiteinrichtungen vorgesehen, von denen sich eine vor und eine hinter dem rotierenden Teil gehäusefest befinden.

Die in Strömungsrichtung vor dem rotierenden Teil angeordne- te Leiteinrichtung verwirklicht dabei einen günstigen Einströmwinkel des geförderten Fluids in das rotierende Teil, während die hinter dem rotierenden Teil angeordnete Leiteinrichtung das in Rotation versetzte Fluid in axialer Richtung in Strömungsrichtung umlenkt. Die Erfindung umfaßt auch Anordnungen, bei denen lediglich vor dem rotierenden Teil eine Leiteinrichtung vorgesehen ist.

In einer bevorzugten Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das rotierende Rohr an seiner Außenseite drehfest mit dem Rotor eines Elektromotors verbunden.

Hierdurch erfolgt unmittelbar eine Kraftübertragung vom Rotor auf das rotierende Teil der Vorrichtung.

Das blutführende, rotierende Rohr kann grundsätzlich eine beliebige Geometrie aufweisen. In einer bevorzugten Ausge- staltung weist es über seine gesamte Länge einen konstanten Durchmesser auf. In einer alternativen Ausgestaltung ist der Durchmesser nicht konstant, sondern weist bevorzugt in einem bauchigen Bereich größeren Durchmessers die Beschaufe- lung auf. Die Enden des rotierenden Rohres weisen gegenüber dem bauchigen Bereich einen geringeren Durchmesser auf, so daß nur kleine Lager zur Lagerung der Enden des rotierenden Rohres erforderlich sind.

Die Anzahl der Schaufeln der Beschaufelung des rotierenden Rohres ist abhängig von der Geometrie der Gesamtvorrich- tung, der Geometrie der einzelnen Schaufeln, der Pumplei- stung und dem zu fördernden Fluid. Es hat sich als vorteil- haft erwiesen, daß die Beschaufelung vorzugsweise zwei bis sechs Schaufeln aufweist. Jedoch auch mehr als sechs Schau- feln oder nur eine Schaufel sind als Beschaufelung denkbar.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Vorrichtung mehrstufig ausgeführt, d. h. es sind innerhalb der Vorrichtung mehrere fördernde, rotierende Teile hinter- einander angeordnet. Hierdurch wird die Gesamt-Pumpleistung der Vorrichtung erhöht, ohne Umdrehungszahlen des rotieren- den Teils verwirklichen zu müssen, bei denen Kavitation auftritt.

Zwischen dem rotierenden Rohr und den sich anschließenden festen Gehäuseteilen, insbesondere den sich anschließenden gehäusefesten Leiteinrichtungen, ist bevorzugt jeweils eine Dichtung angeordnet.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1-einen teilweise geschnittenen, teilweise perspektivischen Schnitt durch eine axiale Blutpumpe und Fig. 2-einen Schnitt senkrecht zur Drehachse durch das rotierende Rohr und die damit fest verbundenen Schaufeln bei einer gegenüber der Figur 1 abweichenden Geometrie der Schaufeln.

Figur 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Blutpumpe 1.

Das rotierende Teil der Blutpumpe 1 besteht aus einem Rohr 2, welches einstückig und fest mit einem im Rohr 2 angeord- neten Laufrad 3 verbunden ist. Das (perspektivisch darge- stellte) Laufrad 3 besteht aus einer Nabe 31 und einer mit der Nabe 31 und dem Rohr 2 verbundenen Beschaufelung 32, die im dargestellten Beispiel zwei Schaufeln aufweist. Rohr 2, Beschaufelung 32 und Nabe 31 bilden ein gemeinsam rotie- rendes Teil. Über die Beschaufelung 32 wird dabei in an sich bekannter Art und Weise dem durchströmenden Fluid Energie zugeführt.

Es wird darauf hingewiesen, daß aufgrund der einstückigen Ausbildung von Rohr 2, Beschaufelung 32 und Nabe 31 weder zwischen Beschaufelung 32 und Innenseite des Rohres 2 ein Spalt vorhanden ist noch die Nabe 31 und die Beschaufelung 2 innerhalb des durchströmten Bereiches gelagert sind.

Das rotierende Teil ist in einem Gehäuse 7 der Blutpumpe angeordnet und über Lager 5, die das rotierende Teil aufneh- men, von außen im Gehäuse 7 gelagert.

Das rotierende Rohr 2 wird durch einen ebenfalls im Gehäuse 7 angeordneten Elektromotor angetrieben, der aus einem an der Außenseite des rotierenden Rohres 2 drehfest verbunden- den Rotor 4a und einem mit dem Gehäuse 7 fest verbundenen Stator 4b besteht.

Seitlich des rotierenden Rohres 2 schließen sich Anschluß- stutzen 8,9 an. Am Anschlußstutzen 8 wird dabei die zur Pumpe hinführende Kanüle, am Anschlußstutzen 9 die das Blut abführende Kanüle befestigt. Um zu verhindern, daß das Blut aus dem Pumpeninnenraum in das Gehäuse 7 eindringen kann, ist zwischen dem Rohr 2 und den sich anschließenden, gehäu- sefesten Anschlußstutzen 8 und 9 jeweils eine Dichtung 61, 62 angeordnet. Das Gehäuse 7 seinerseits ist dicht mit den Anschlußstutzen 8 und 9 verbunden, wodurch auch die Dicht- heit von außen nach innen garantiert wird.

Hinter dem rotierenden Teil ist im Anschlußstutzen 9 gehäu- sefest eine Leiteinrichtung 11 angeordnet, die dem Druckauf- bau dient. Die Leiteinrichtung besteht aus einer Nabe lia und einem mit der Nabe fest verbundenen Schaufelgitter llb.

Durch die Leiteinrichtung 11 wird das im rotierenden Teil in Rotation gesetzte Fluid in axialer Richtung umgelenkt, wodurch ein Druckaufbau erfolgt.

In alternativen Ausführungsformen ist vorgesehen, daß zum Druckaufbau zwei Leiteinrichtungen vorgesehen sind, von denen eine im Anschlußstutzen 8 und die andere im Anschluß- stutzen 9 angeordnet sind (nicht dargestellt). Auch liegt es im Rahmen der Erfindung, lediglich im Anschlußstutzen 8 eine Leiteinrichtung vorzusehen.

Das rotierende, aus Rohr 2, Nabe 31 und Beschaufelung 32 bestehende Teil der Pumpe 1 besteht bevorzugt aus Titan.

Die Dichtungen 61,62 bestehen bevorzugt aus blutverträgli- chem Material.

Beim Betrieb der Blutpumpe 1 wird durch den Anschlußstutzen 8 angeströmtes Blut im rotierenden Teil durch die Beschaufe- lung 32 in Rotation versetzt, wobei die Nabe 31 für strö- mungsdynamisch günstige Verhältnisse sorgt. Eine Bildung von Thromben sowie eine Blutschädigung durch Scherung im rotierenden Teil ist stark minimiert bzw. findet überhaupt nicht statt, da durch das Fehlen eines Spaltes zwischen der Beschaufelung und der Innenseite des blutführenden Rohres 2 sowie das Fehlen einer im beströmten Bereich befindlichen Lagerung der Nabe 31 ein günstiges Strömungsverhalten des gefördertes Blutes ermöglicht wird, ohne daß eine Verwirbe- lung und damit eine Schädigung des Blutes stattfinden. Das aus dem rotierenden Teil in die Leiteinrichtung 11 des Anschlußstutzens 9 strömende Blut erfährt dort eine Umlen- kung in die axiale Richtung, wobei Druck aufgebaut wird.

Durch die Formgebung des Schaufelgitters llb der Leitein- richtung 11 wird dabei sichergestellt, daß die Umlenkung des Blutes in die axiale Richtung schonend und ebenfalls im wesentlichen ohne Wirbelbildung erfolgt.

Figur 2 zeigt einen Schnitt durch ein rotierendes Rohr 2 mit mit dem Rohr 2 fest verbundener Beschaufelung und Nabe.

Bei grundsätzlich gleichem Aufbau wie in Figur 1 zeigt Figur 2 gegenüber Figur 1 eine alternative Ausführung von Nabe und Beschaufelung. So weist die Beschaufelung drei Schaufeln 32a, 32b, 32c und eine Nabe 31'mit kleinem Nabenverhältnis auf.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die in den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele.

Wesentlich für die Erfindung ist allein, daß die Beschaufe- lung ohne eine zentrale Lagerung im vom Fluid durchströmten Bereich unmittelbar an der Innenseite des blutführenden Rohres ausgebildet ist, wobei das Rohr selbst als rotieren- des Teil ausgeführt und von außen im Gehäuse der Vorrich- tung gelagert ist.

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