Systemarchitektur: ein kompaktes, pulsierendes Kunstherz

Die aktuelle Entwicklungsarchitektur kombiniert eine pulsatile Kammer für den Körperkreislauf mit einer kleineren Pulskammer und einer Dauerflusspumpe für den Lungenkreislauf. Neu ist die Kombination als Gesamtsystem. Maße und Werte sind in Entwicklung und werden hier nur als Richtung angegeben.

Nicht-klinische / Benchtop-Forschung. Kein zugelassenes Medizinprodukt.

Prinzipdarstellung der aktuellen Entwicklungsarchitektur. Nicht maßstäblich, keine fertige Hardware.

Wohin die Entwicklung zielt — jeweils mit Status

Validiert ist bislang keiner dieser Punkte.

ThemaZielrichtungStatus
Förderbereichvon Ruhe bis körperliche Belastung, mit ReserveZielwert
Druck KörperkreislaufReserve für Belastungsspitzen, Druck nur bei BedarfZielwert
Druck LungenkreislaufNiederdruck, begrenzt und geregeltZielwert
Größe und Formam menschlichen Herzen orientiert; passt in den Herzbeutel der großen Mehrheit der ErwachsenenZielwert
Kindervariantekleineres Modell mit geringerem AuswurfGeplant
Membranmehrere hundert Millionen LastwechselZielwert
ImplantierbarkeitAkku, Elektronik und Energieübertragung außerhalb des HerzbeutelsAktueller Stand

Kammer für den Körperkreislauf

Die Kammer für den Körperkreislauf übernimmt den pulsierenden Auswurf in den Körperkreislauf. Blutraum und Antrieb bleiben durch die Membran getrennt; im Blutraum ist keine Wellen- oder Kolbendichtung vorgesehen. Volumen und Geometrie werden in Varianten untersucht.

Die Antriebsforschung beschreibt die Seite Antrieb, die Membran ist Thema der Membranforschung.

Pulmonale Unterstützung: Pulskammer plus Dauerfluss

Der Lungenkreislauf arbeitet mit deutlich niedrigerem Druck. Zwei Elemente teilen sich deshalb die Aufgabe:

  • Pulskammer — erhält einen pulsierenden Anteil im Lungenkreislauf.
  • Dauerflusspumpe — liefert den Grundfluss bei niedrigem Druck; sie läuft dauerhaft und wird geregelt.

Untersucht werden verschiedene Größenverhältnisse der Kammern. Welcher Pulsanteil nützlich ist, bleibt eine offene Forschungsfrage — siehe offene Forschungsfragen.

Ventile und Klappen

Jede Kammer benötigt einen Einlass und einen Auslass — im Zwei-Kammer-Modell also mindestens vier Klappenfunktionen. Biologische und künstliche Klappen wurden als Optionen diskutiert; eine konkrete Klappenplattform ist noch nicht ausgewählt. Die Übernahme patienteneigener Klappen ist kein festgelegtes Designmerkmal.

Untersuchte Werkstoffe

BauteilKandidatenStatus
Gehäuse, hochbelastete StrukturenTi-6Al-4VIn Untersuchung
Technische und isolierende TeilePEEKIn Untersuchung
Membran / ElastomerPU, PCU, BPU, Silikon, EPDM — als MehrlagenmembranIn Untersuchung
Gehäusewanddünnwandiges Titan, lokal verstärkt an Kraftpfaden und AnschlusszonenIn Untersuchung

Energieversorgung

Akku, Ladeelektronik und Steuerung werden außerhalb des Herzbeutels implantiert — dort ist der Platz knapp, einige Zentimeter Leitung sind unkritisch.

BausteinKonzeptStatus
Energieübertragungtranskutan (TET), redundant ausgelegtIn Untersuchung
Energiespeicherimplantierter Akku mit ReserveIn Untersuchung
Notstromseparater AnschlussIn Untersuchung
Leistungsbedarfwird für die aktuelle Architektur neu berechnetOffen

Sensorik und Regelung

Druck- und Flusssignale an mehreren Stellen sollen genutzt werden, um Auswurf, Füllung und pulmonalen Grundfluss an den Bedarf anzupassen:

  • Druck: venöser Rückstrom, Lungenkreislauf vor und nach der Pumpe, Kammern, Körperkreislauf
  • Fluss: venöser Rückstrom, Lungenkreislauf, Körperkreislauf

Die Flüsse beider Kreisläufe werden über mehrere Schläge gegeneinander bilanziert, statt auf jeden einzelnen Schlag zu reagieren. Wie Sensorwidersprüche erkannt werden sollen, steht unter Sicherheit & Redundanz.