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MED Geräte Antriebstechnik
Implantierbare Blutflusspumpen benötigen extrem zuverlässige
Antriebstechnik. Maßgeschneiderte Kleinstmotoren sind geeignet
für den intrakorporalen Einsatz.
Kleinstantriebe
retten Leben
B
ei vielen Anwendungen medizintechnischer Antriebe
spielt die Miniaturisierung der Technik eine entscheidende Rolle. Allerdings gibt es Herausforderungen,
die selbst hartgesottenen Antriebstechnikern zunächst unlösbar scheinen – wenn es beispielsweise darum geht, für ein
paar Stunden oder Tage die Leistung eines menschlichen Herzens durch einen Motor mit nur vier Millimetern Durchmesser
zu ersetzen. Das erfordert nicht nur eine extreme Leistungsdichte des Motors, sondern auch einen ausfallsicheren und
gleichmäßigen Betrieb. Außerdem soll der Motor preiswert
sein, da er nur einmal verwendet werden kann.
Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind eine der häufigsten Todesursachen in Deutschland und vielen anderen Ländern. Dazu
gehören vor allem chronisch ischämische Herzerkrankungen,
also Durchblutungsstörungen der Herzkranzgefäße, sowie der
akute Myokardinfarkt, gemeinhin Herzinfarkt genannt. Prinzipiell sind diese Erkrankungen behandelbar, allerdings sind
die entsprechenden Operationen auch heute noch immer risikobehaftet.
(Bild1) Lage des Pumpsystems im Herzen: Je nach Modell können die Pumpen bis
zu fünf oder sogar zehn Tage
im Körper bleiben.
katheterlabor. „Weltweit haben unsere Impella-Pumpen bereits über 20.000 Mal Anwendung gefunden“, erläutert Ronald Lutz, Marketingleiter der ABIOMED Europe GmbH, die
die Miniblutpumpen produziert. Je nach Modell können die
Pumpen bis zu fünf oder sogar zehn Tage im Körper bleiben
und das Herz bei seiner Regeneration unterstützen. (Bild 1)
Als gefährliche Komplikation gefürchtet ist bei der Öffnung
verschlossener Herzkranzgefäße die sogenannte hämodynamische Instabilität (hämodynamisch = die Bewegung des
Blutes betreffend). Dieses Risiko besteht immer, also nicht
nur im akuten Notfall, sondern auch im Rahmen eines geplanten Eingriffs.
Stabiler Blutfluss während und nach
der Operation
Um das Leben des Patienten nicht zu gefährden, gilt es also
während der Operation und in den Tagen danach für einen stabilen Blutfluss zu
sorgen. Diese AufKONTAKT
gabe können heute
DR. FRITZ FAULHABER
kleine, minimalinGMBH & CO. KG
vasive
Pumpen
D-71101 Schönaich
übernehmen,
soTel.: +49 (0) 7031 / 638-148
Fax: +49 (0) 7031 / 638-100
wohl in der Herzchirwww.faulhaber.de
urgie als auch bei
Eingriffen im Herz-
Die Pumpe (Bild 2) ahmt dabei das natürliche Herz-KreislaufSystem nach, bei dem sauerstoffreiches Blut aus der linken
Herzkammer (Ventrikel) über die Aortenklappe in die aufsteigende Aorta transportiert wird, um von dort in die Koronargefäße und in den systemischen Kreislauf zu gelangen. Die Förderleistung beträgt bis zu fünf Liter Blut pro Minute. Da die
Herzkammer dadurch entlastet wird, kann sich das Herz erholen. Die Pumpe richtig zu platzieren geht vergleichsweise
schnell. „Die Vorbereitungszeit liegt heute bei weniger als drei
Minuten“, freut sich Lutz. „Auch im akuten Notfall können
Patienten ohne Zeitverzug versorgt werden.“
MEDengineering 11-12/2014
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www.med-eng.de
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Die Pumpe fördert bis zu 5 Liter Blut pro Minute
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Dazu wird die Pumpe unter Durchleuchtungskontrolle mithilfe eines Führungsdrahtes über einen Standard-Zugang zur Femoralarterie im linken Ventrikel und in der
aufsteigenden Aorta platziert. Dort wird das Blut durch den Einlassbereich über die
Kanüle in Richtung Auslass transportiert, der natürlichen Flussrichtung des Blutes
entsprechend. Die Aortenklappensegel können sich vollständig um die Kanüle
schließen, da die Pumpe je nach Modell mit 4 bis 6,4 mm einen sehr kleinen Durchmesser hat.
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Die Pumpleistung ist unabhängig von der Eigenleistung des Herzens: Weder ein
Herzrhythmus als Trigger noch eine eventuell medikamentös aufrechtzuerhaltende
minimale Kontraktionskraft sind erforderlich, um die von der Pumpe angebotene
Förderleistung von 2,5 l/min bis zu 5,0 l/min zu nutzen. Gesteuert wird die Pumpe
über eine externe Konsole, mit der auch Einstellungen optimiert und die Wirkung
überwacht werden (Bild 3).
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Bilder 1, 2, 4: Abiomed; Bid 3: Faulhaber
Treibende Kraft der Pumpen sind bürstenlose, elektronisch kommutierten DC-Motoren von FAULHABER, die vor allem durch ihre hohe Leistungsdichte überzeugen.
Bei einem Außendurchmesser von nur 4 Millimetern bei der kleinsten Pumpe und
6,4 mm bei der größeren Variante liegt die Statorlänge bei 12 beziehungsweise 18
Millimetern. Mit einer Drehzahl von bis zu 51.000 Umdrehungen pro Minute unterstützen die Kleinstantriebe dann die Pumpleistung des Herzens. „Es gab keinen Motor von der Stange, den wir hätten nutzen können“, erläutert Lutz. „Die Antriebsspezialisten aus Schöneich waren flexibel und bereit, diesen Weg mit uns zu gehen und
im Teamwork die Komponenten so zu entwickeln, wie wir sie benötigen. Wir sind mit
der Kooperation sehr zufrieden und schauen zuversichtlich in die Zukunft, denn die
gemeinsame Arbeit geht weiter.“
Die bürstenlosen DC-Motoren verbinden die Vorteile der eisenlosen Wicklungstechnik mit denen der elektronischen Kommutierung. Sie sind auf einer selbsttragenden
Spulentechnologie (Bild 4) aufgebaut und bestehen im Wesentlichen aus einer dreiphasigen Wicklung und einem zweipoligen Permanentmagneten sowie dem elektronischen Kommutierungssystem. Um die Lage des Rotors zu erkennen, wird die rückwirkende Generatorspannung gemessen und ausgewertet, auf Hallsensoren kann so
verzichtet werden. Die für die Platzierung im Herzen notwendigen Drucksensoren
sind lediglich 0,3 mm dick und außen in einer Abflachung des Motorgehäuses angebracht.
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