Hydrodynamische Wirkungen des neuartigen linearen Pumpprinzips sind mit denen bisheriger Herzkreislauf-unterstuetzungssysteme vergleichbar
Lange K, Holland R, Roerden E, Schoendube FA, Grossmann M
Thorax-Herz-Gefäßchirurgie, Abteilung für Kardiotechnik, Klinikum Göttingen, Georg- August-Universität Göttingen
Hintergrund:
In der aktuellen Studie fand ein Vergleich eines neuartigen Pumpprinzips mit dem auf dem Markt befindlichen Medos-VAD-System statt. Dieses neuartige Pumpprinzip zeichnet sich durch einen elektromagnetisch betriebenen Linearantrieb aus.
Methoden:
Die Pumpen wurden jeweils in einen identischen mit Wasser gefüllten Kreislauf eingebaut, um lediglich die Antriebsmechanik zu testen. Bei dem neuartigen Pumpprinzip wurden der Systolendruck auf 50 mmHg, das Hubvolumen auf 60 ml und der Puls auf 60/min eingestellt. Beim Medos-VAD erfolgte die Einstellung von Systolendruck auf 50 mmHg, Diastolendruck auf -10 mmHg, Systolenzeit auf 50% und Puls auf 60/ min. Der Systolendruck wurde alle 2 Minuten um 5 mmHg bis auf 120 mmHg erhöht. Druck vor und nach der Pumpe sowie Fluss wurden aufgezeichnet. Anschließend erfolgte die deskriptive statistische Auswertung und ein Vergleich der beiden Pumpen.
Ergebnisse:
Es gab keinen negativen Fluss bei der Linearpumpe aufgrund der Massenträgheit des Wassers. Durch die sehr kurzen Füllzeiten kam es bei der Linearpumpe zu einem starken Sog. Der Druck über der Pumpe im Verhältnis zum Fluss zeigte sich proportional und stellte die Arbeitsweise des Linearmotors dar.
Fazit:
Im Versuch zeigte sich, dass die Linearpumpe ein völlig anderes Regulationsverhalten als das Medos-VAD aufweist. Grundsätzlich ist die Linearpumpe aufgrund der linearen Anordnung und der fehlenden Trennung von Systole und Diastole in ihrer Funktionsweise einer rotierenden Pumpe ähnlich, gleichzeitig arbeitet die Pumpe in einem pulsatilen Modus. Die erreichten Leistungsdaten entsprechen oder übertreffen die des Medos Systems.
Inhaltsverzeichnis
1. Kurzfassung
2. Einleitung
2.1 Physikalische Grundlagen
2.1.1 Druck
2.1.1.1 Einheiten des Druck
2.1.1.2 Druckmessung
2.1.1.3 Laplace-Gesetz, Spannung in der Gefäßwand
2.1.2 Fluss
2.1.2.1 Bernoulli Gleichung, reibungsfreie Strömung
2.1.2.2 Viskosität
2.1.2.3 Reynoldszahl
2.1.2.4 Hagen-Poiseuille-Gesetz
2.1.2.5 Pulswelle und Pulsausbreitung
2.1.2.6 Reflexionen am Beispiel des Menschen
2.2 Herzunterstützungssysteme
2.2.1 IABP
2.2.2 Extrakorporale Membranoxygenierung
2.2.3 Ventricular Assist Device
2.2.4 Historie
2.2.5 „State of the art“ von Herzunterstützungssystemen
2.2.6 Indikationen für Herzunterstützungssysteme
2.2.7 Ausschlusskriterien
2.2.8 Komplikationen
2.2.9 Nachteile aktueller Systeme
3. Material und Methoden
3.1 Die Linearpumpe
3.1.1 Pumpprinzip
3.1.2 Antriebssystem
3.1.3 Linearantrieb
3.1.4 Sensorik
3.1.5 Motorsteuerung
3.1.6 Elektronik
3.1.7 Leitrechner
3.2 Medos-VAD-System
3.3 Versuchsaufbau
3.3.1 Druckmessung
3.3.2 Flussmessung
3.3.3 Medos-System
3.3.3.1 Aufbau
3.3.3.2 Durchführung
3.3.3.3 Kurvenverlauf
3.3.4 Linearpumpe
3.3.4.1 Aufbau
3.3.4.2 Durchführung
3.3.4.3 LabView-Programm
3.3.4.4 Kurvenverlauf
3.4 Statistik
3.4.1 Datenerhebung
3.4.2 Datenanalyse
4. Ergebnisse
4.1 Ergebnisse der Linearpumpe
4.2 Ergebnisse des Medos-VAD
5. Diskussion
5.1 Eingangsdruck vs. Zeit
5.2 Ausgangsdruck vs. Zeit
5.3 Mitteldruck vs. Zeit
5.4 Druck über der Pumpe vs. Zeit
5.5 Fluss vs. Zeit
5.6 Druck über der Pumpe vs. Fluss
5.7 Zusammenfassung
5. Fazit
6. Zukunftsausblick
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Bachelorarbeit ist die erste messtechnische Validierung eines neuartigen Pumpprinzips für ein Herzunterstützungssystem in einem Laborversuch sowie dessen Leistungsvergleich mit einem etablierten System.
- Analyse der Leistungs- und Regelungscharakteristika der neuartigen Linearpumpe
- Untersuchung der physikalischen Druck-Fluss-Beziehungen im Testkreislauf
- Vergleich des neuartigen Pumpprinzips mit dem Medos-VAD-System
- Messtechnische Ermittlung von Flusswerten basierend auf Druckvorgaben
- Validierung des Versuchsaufbaus mittels LabView-Programmierung
Auszug aus dem Buch
3.1.1 Pumpprinzip
Dieses Ventil am Ausgang (Klappe 2) öffnet sich nach außen, wenn Blut aus dem Rohr herausgedrückt wird. Das andere Ventil (Klappe 1) sitzt am Eingang des Rohres und ist auf ganzer Länge beweglich. Es wird wie ein Kolben mit Hilfe eines Magnetfelds berührungslos hin und her geschoben. Zieht der Motor das bewegliche Ventil in Richtung Eingang, öffnet es sich, so dass es ungehindert an das Einlassende gelangt. Die Auslassklappe ist bei diesem Vorgang geschlossen. Schiebt der Antrieb das Ventil in Richtung Ausgang, ändern sich die Druckverhältnisse. Das "Kolbenventil" schließt sich, und das Blut wird Richtung Ausgang gedrückt. Das dort sitzende Ventil öffnet sich, das Blut kann ausströmen. Gleichzeitig strömt Blut auf der Rückseite des Ventils nach, so dass das Rohr immer mit Blut gefüllt bleibt.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Kurzfassung: Überblick über die durchgeführte Validierung des neuartigen Pumpprinzips und den Vergleich der messtechnischen Ergebnisse mit dem Medos-VAD-System.
2. Einleitung: Vorstellung des interdisziplinären Forschungsprojekts zur Entwicklung einer Herzpumpe unter Verwendung eines Linearmotors sowie die Zielsetzung der Bachelorarbeit.
3. Material und Methoden: Detaillierte Beschreibung der Funktionsweise der Linearpumpe, des Medos-VAD-Systems, des Versuchsaufbaus im Labor sowie der verwendeten Messmethodik.
4. Ergebnisse: Getrennte Darstellung der messtechnisch ermittelten Daten für die Linearpumpe und das Medos-VAD-System inklusive der grafischen Auswertungen.
5. Diskussion: Systematischer Vergleich der gewonnenen Messergebnisse beider Pumpensysteme hinsichtlich Druckverläufen und Flussleistungen sowie Diskussion der Ursachen für Unterschiede.
5. Fazit: Zusammenfassende Bewertung des Regulationsverhaltens der Linearpumpe und Einschätzung des Prinzips als Ansatz zur Weiterentwicklung als VAD oder TAH.
6. Zukunftsausblick: Benennung notwendiger weiterführender Untersuchungen wie Viskositätstests, Wirkungsgradbestimmungen und Schritte in Richtung Miniaturisierung und Tiermodell.
Schlüsselwörter
Herzunterstützungssystem, Linearpumpe, Medos-VAD, hydrodynamische Wirkung, Blutpumpe, LabView, physikalische Grundlagen, Druckmessung, Flussmessung, pulsatile Perfusion, Herzersatz, Validierung, Laborversuch, Antriebssystem, Hämodynamik
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Bachelor-Thesis grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der ersten messtechnischen Validierung eines neuartigen Pumpprinzips für Herzunterstützungssysteme in einem Labormodell.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Zentrale Themen sind die physikalischen Grundlagen der Kreislaufdynamik, der Aufbau von Herzunterstützungssystemen sowie der Vergleich zwischen einem Linearmotor-basierten Pumpprinzip und dem marktüblichen Medos-VAD-System.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das primäre Ziel ist es, die Leistungs- und Regelungscharakteristika der neuartigen Linearpumpe messtechnisch zu analysieren und objektiv mit den hydrodynamischen Eigenschaften etablierter Systeme zu vergleichen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wurde ein experimenteller Versuchsaufbau mit einem Wasser-simulierten Blutkreislauf entwickelt, um Leistungsdaten unter definierten Druck- und Flussbedingungen messtechnisch zu erfassen und statistisch auszuwerten.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretischen physikalischen Grundlagen, die Beschreibung der Antriebstechnik der Linearpumpe und des Medos-Systems sowie die detaillierte Darstellung und Auswertung der Versuchsergebnisse.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird durch Begriffe wie Herzunterstützungssystem, Linearpumpe, pulsatile Perfusion, Hämodynamik und Leistungsanalyse charakterisiert.
Warum wurde das Medos-VAD-System als Vergleichsmodell gewählt?
Es wurde gewählt, weil es als pulsatiles Vergleichssystem etabliert ist, seit Jahren auf dem Markt Anwendung findet und in der Studie kostengünstig für Vergleichszwecke genutzt werden konnte.
Welche Rolle spielt das LabView-Programm in diesem Versuch?
LabView dient als zentrale Softwareumgebung zur Steuerung der Pumpparameter sowie zur kontinuierlichen Aufzeichnung und Berechnung der Druck- und Flusswerte während der Versuchsreihen.
- Quote paper
- Katharina Lange (Author), 2011, Erste Validierung eines neuartigen Pumpprinzips für ein Herzunterstützungssystem im Laborversuch, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/269723
