Entwicklung der Fördereinheit einer Herzkatheterpumpe zur Unterstützung des linken Herzventrikels

Abstract

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung der Pumpeinheit einer Herzkatheterpumpe im Maßstab 2:1. Die Arbeit wird im Rahmen des Forschungsprojektes Assistocor zur Entwicklung einer minimal invasiven Herzkatheterpumpe durchgeführt, welche gemeinsam mit einer Intra Aortalen Ballon Pumpe (IABP) zur Unterstützung eines kranken Herzens eingesetzt werden soll. Die Herzkatheterpumpe wird dabei gemeinsam mit der IABP über die Arteria Femoralis mit dem Katheter vorbei am Aortenbogen und durch die Aortenklappe im linken Herzventrikel platziert. Die Abmessungen der Pumpe sind dadurch begrenzt. Diese Entwicklung bringt zwei große Herausforderungen mit sich. Zum Ersten darf die Herzkatheterpumpe einen vorgegebenen Außendurchmesser von 5 mm und eine maximale Länge von 45 mm nicht überschreiten, muss jedoch einen beachtlichen Volumenstrom von 2,54 l/min Blut fördern. Zum Zweiten müssen von Blut umspülte Lagerungen realisiert werden, die Drehzahlen bis zu 54000 Umdrehungen pro Minute standhalten. Der Antrieb erfolgt mit einer mit Helium betriebenen Turbine, die über eine Magnetkupplung mit der Pumpe gekoppelt ist. Die Turbine wird dabei hermetisch von der blutführenden Pumpe getrennt. Die Entwicklung erfolgt in zwei Schritten mit Hilfe der Theorie der Strömungsmaschinen. Für die Schaufeln werden profilierte NACA Profile verwendet. Die anschließende Strömungssimulation des Laufrades zeigt die Funktionsfähigkeit der Pumpe. Komplexe Komponenten wie das Laufrad werden in einem Rapid-Prototyping-Verfahren aus Aluminiumoxid hergestellt. Der praktische Test der Pumpe erfolgt im Labor. Eine weitergehende Entwicklung, Hämolyseuntersuchungen, Downsizing und in vivo Tests stellen Anknüpfungspunkte für weiterführende Arbeiten dar.<br />

The aim of this thesis is the development of the pump unit for a heart catheter pump in the scale of 2:1. The thesis is based on the framework of the research project Assistocor to develop a minimally invasive heart catheter pump which would be applied together with an Intra Aortic Balloon Pump (IABP) to support a diseased heart. The catheter is put through the arteria femoralis in the direction of the aorta with the heart pump and the IABP. The heart pump has to pass by the aortic arch and hast o reach through the aortic valve into the left ventricle of the heart. The dimensions of the pump are thus limited.<br />This development presents two great challenges. First, the heart catheter pump must not exceed a given outside diameter of 5 mm and a maximum length of 45 mm, but must promote a considerable flow of 2.54 l/min of blood. Second, blood washed slide bearings have to be realized, which have to withstand speeds up to 54000 RPM. The propulsion is done by a helium-powered turbine that is coupled with a magnetic clutch to the pump. The turbine is thus hermetically separated from the blood carrying pump. The development is done in two steps using the theory of fluid machines. For the blades NACA profiles are used. A flow simulation of the impeller shows the functionality of the heart pump.<br />Complex components such as the impeller were manufactured in a rapid prototyping process of alumina (Al2O3). Practical tests of the pump are performed in the laboratory. Hemolysis studies, downsizing and in vivo tests are planned as next steps.