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Einleitung:
Mechanische Kreislauf-Unterstützungssysteme:
Idealisation, Innovation, Implantation
Ventricular Assist Devices (VAD) sind mechanische
Kreislaufunterstützungs-Systeme, die bei
Patienten im chronischen Herzversagen als
Überbrückung zu einer möglichen Herztransplantation
eingesetzt werden. Es handelt sich dabei
um hydrodynamisch angepasste kleine Pumpen
zur Blutförderung. VADs können sowohl als
implantierbare (Langzeit), als auch als externe
Unterstützungssysteme (Kurzzeit) dienen. Aufgrund
weltweiten Rückgangs von Herztransplantationen
infolge mangelnder Spender
gewinnen VADs als endgültige Alternative zur
Herztransplantation zunehmend an Bedeutung.
Anforderungen und Stand der Technik:
Generell lässt sich für Systeme, welche zur
Förderung von Blut eingesetzt werden, folgendes
Anforderungsprofil erstellen:
� Anpassung an physiologische
Bedingungen,
� Geringe Blutschädigung,
� Sehr hohe Betriebssicherheit und
Zuverlässigkeit,
� Sterilisierbarkeit.
VADs weisen diverse Bauformen auf. Die
Betriebsart basiert entweder auf einer pulsatilen
oder einer kontinuierlichen Flussbildung. Pulsatile
Systeme, die den natürlichen Pulsschlag
nachempfinden, sind allerdings gross, komplex
strukturiert und weisen stärkere Wechselbelastungen
auf. Daher werden sie seltener
verwendet.
Aktuelle VADs erzeugen einen kontinuierlichen
Blutstrom durch axiale (Flussrichtung durch die
Pumpe unverändert) oder zentrifugale (Ausfluss
im rechten Winkel zur Einflussrichtung)
Pumpfunktion. Im Vergleich zu den zentrifugalen
erreichen axiale Pumpen bei identischen Ausgangsbedingungen
grundsätzlich höhere Durchflussraten.
Herkömmliche axiale VADs ähneln einer
klassischen “Turbine“, bestehend aus einem
zentralen Rotor mit umliegenden spiralförmig
angeordneten Schaufeln zur Blutförderung. Durch
stetigen Kontakt der Blutzellen mit mechanischen
Strukturen bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten
kommt es jedoch zu Scherkräften, die zu
Doan Baykut, CORAS Medical AG
einer kontinuierlichen Schädigung der Blutzellen
führen. Die bekannten Komplikationen sind
Hämolyse, Störungen der Blutgerinnung und
Ansammlung von thrombotischen Partikeln.
Das “Hohlrotor“-Konzept:
Bei dem neuartigen Hohlrotorkonzept (“HOTOR“)
von CORAS Medical AG wird auf den zentralen
Kern des Rotors verzichtet. Leitkörper und
Rotorschaufeln befinden sich an der inneren
Zirkumferenz eines Hohlkörpers, der in einem
weiteren Gehäuse, das den Antrieb und das Lager
beinhaltet, rotiert. Dadurch wird bei identischer
Pumpenleistung eine deutliche Reduktion von
Hämolyse und thrombo-embolischen Komplikationen
erzielt.
Die Fertigung der Prototypen erfolgte mittels eines
Kunststoff-verarbeitenden “additive manufacturing“
Verfahrens.
Die strömungsmechanische Konzipierung des
Hohlrotors wurde nach der Auslegungstheorie der
traditionellen Turboarbeitsmaschinen durchgeführt.
Als Parameter wurden primär berücksichtigt:
� Rotorlänge,
� Anzahl und Breite der Rotorblätter,
� Öffnungsdurchmesser des Hohlrotors,
� Eintrittswinkel der Rotorblätter,
� Austrittswinkel der Rotorblätter,
� Abwicklungswinkel der Rotorblätter,
� Steigung der Spirale.
Hydrodynamische Untersuchungen unter Laborbedingungen
und Simulationstests bestätigen die
Funktionsfähigkeit sowie die zu erwartende hohe
Blutverträglichkeit des HOTOR. Es zeigt sich hier
bereits ein markantes Potential zur Anwendung
dieses Prinzips in zukünftigen VADs.
www.coras-medical.com
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