DE2449320A1 - FULLY PLANTABLE ARTIFICIAL HEART - Google Patents

FULLY PLANTABLE ARTIFICIAL HEART

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DE2449320A1
DE2449320A1 DE19742449320 DE2449320A DE2449320A1 DE 2449320 A1 DE2449320 A1 DE 2449320A1 DE 19742449320 DE19742449320 DE 19742449320 DE 2449320 A DE2449320 A DE 2449320A DE 2449320 A1 DE2449320 A1 DE 2449320A1
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Description

Government of the United States of America Department of Health, Education, and Welfare U.S.A., Washington, D.C. 20201Government of the United States of America Department of Health, Education, and Welfare U.S.A., Washington, D.C. 20201

Vollständig einpflanzbares künstliches HerzFully implantable artificial heart

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im wesentlichen auf ein künstliches Herz, und zwar insbesondere auf ein vollständig einpflanzbares künstliches Herz, welches in einem Menschen oder Tier angeordnet werden kann und das natürliche menschliche oder tierische Herz vollständig ersetzt.The present invention relates generally to an artificial heart, and more particularly to a fully implantable artificial heart which is in a human or animal can be arranged and completely replaces the natural human or animal heart.

Von den lebensnotwendigen Organen besitzt das Herz die elementarste Funktion, da es einfach als eine Pumpe arbeitet. Das Herz ist eine 4 Kammern aufweisende Vorrichtung, die aus zwei als Ventrikel bezeichneten Pumpen und zwei als Vorhöfe (Atria) bezeichneten Reservoirs besteht. Das rechte Herz pumpt das venosierte Blut mit einem niedrigen Druck (20 mm Hg) zu den Lungen, wo Kohlenstoffdioxyd freigegeben wird und das Blut oxygeniert wird. Das linke Herz pumpt das oxygenierte Blut mit hohem Druck (120 mm Hg) in das arterielle System. Die mittlere Blutströmung durch das rechte und linke Herz beträgt typischerweise 6 Liter pro Minute. Der.linke Ventrikel leistet ungefähr die vierfache Arbeit des rechten Ventrikels. Die mechanische Pumpkraft des Herzens liegt üblicherweise zwischen 1,5 und 4 Watt. (Diese Lei-Of the vital organs, the heart has the most elementary Function as it simply works as a pump. The heart is one 4-chamber device consisting of two pumps called ventricles and two reservoirs called atria consists. The right heart pumps the venous blood at a low rate Pressure (20 mm Hg) to the lungs, where carbon dioxide is released and the blood is oxygenated. The left heart pumps the oxygenated High pressure blood (120 mm Hg) into the arterial system. The mean blood flow through the right and left hearts is typically 6 liters per minute. The left ventricle does roughly that quadruple work of the right ventricle. The heart's mechanical pumping power is usually between 1.5 and 4 watts. (This line

stungspegel sind über 10 mal größer als die für Herzschrittmacher erforderlichen Kräfte)Power levels are over 10 times greater than those required for cardiac pacemakers Forces)

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Das Herz ist eine äußerst komplizierte Pumpe, die sich einem großen Bereich von Leistungsanforderungen anpassen muß, um eine den physiologischen Erfordernissen angepaßte Blutströmung zu bewirken. Um diesen Anforderungen - zwischen Schlaf und Spitzenbelastung - zu entsprechen, muß das Herz die erforderliche Strömung durch Änderungen in der Schlag rate iZ und/oder dem Schlagvolumen sicherstellen.The heart is an extremely complex pump that must adapt to a wide range of performance requirements in order to to bring about a blood flow adapted to the physiological requirements. To meet these requirements - between sleep and Peak load - to match, the heart must generate the required flow by changing the beat rate iZ and / or dem Ensure stroke volume.

Wert und Wichtigkeit der vorliegenden Erfindung werden ohne weitere: klar, wenn man bedenkt, daß ein an Kardiovaskulär-Erkrankung (der Haupttodesursache in den U.S.A.) leidender Patient dauernd oder aber teilweise auf ein Bett oder einen Rollstuhl angewiesen ist, und zwar wegen des kranken Herzens.Ein solcher Patient könnte sich einer Operation unterziehen, wobei das Herz des Patienten vollständig entfernt würde und das gemäß der Erfindung ausgebildete Herz innerhalb des Körpers des Patienten angeordnet würde, um so das entfernte Herz zu ersetzen. Nach einer solchen Operation könnte der Patient, dessen Lebenszeit vor der Operation.äußerst fraglich und jedenfalls sehr kurz bemessen war, ein im wesentlichen normales und auch aktives Leben wiederaufnehmen, und zwar könnte der Patient sogar an den Einsatz des Körpers erfordernden Sportarten und Spielen sich beteiligen und dieses aktive Leben für eine unbegrenzte Zeitdauer beibehalten. Die vorliegende Erfindung ist so ausgelegt, daß sie - mit anderen ' Worten gesagt - die Lebenszeiten von menschlichen oder tierischen Patienten unbeschränkt verlängert, von Patienten also, die infolge von Herzproblemen eine beträchtlich verkürzte Lebenszeit haben würden.The value and importance of the present invention will readily become: clear when one considers that a patient suffering from cardiovascular disease (the leading cause of death in the U.S.A.) is permanent or is partially dependent on a bed or a wheelchair because of the sick heart. Such a patient could undergo an operation in which the patient's heart would be completely removed and that according to the invention trained heart would be placed within the patient's body so as to replace the removed heart. After a Such an operation could be done by the patient, whose lifetime prior to the operation was extremely questionable and in any case very short. to resume an essentially normal and active life, and indeed the patient could even return to the use of the Participate in body-demanding sports and games and maintain this active life for an indefinite period of time. The present invention is designed to, in other words, extend the lifetimes of human or animal Patients extended indefinitely, that is, by patients who have a considerably shortened lifetime as a result of heart problems would have.

In der Vergangenheit wurden künstliche einen vollständigen Ersatz für ein menschliches oder tierisches Herz bildende Herzen so ausgebildet, so daß sie von einer Energiequalle versorgt wurden, die außerhalb des Körpers des Benutzers getragen wurde. Zur Verbindung der externen Leistungsquelle mit dem eingepflanzten Herz mußte im Körper des Benutzers eine öffnung vorgesehen sein. Die Erzeugung der öffnung und das Einsetzen des Verbindungselementes hat für den Benutzer Unbequemlichkeiten, mögliche Störungen und eine Infektionsgefahr zur Folge«In the past, artificial hearts have become a complete replacement for a human or animal heart trained so that they were supplied by an energy jellyfish, worn outside the body of the user. To connect the external power source to the implanted heart an opening had to be provided in the body of the user. the Creation of the opening and the insertion of the connecting element has inconveniences, possible disturbances and for the user a risk of infection "

Es ist bekannt, daß das natürliche Herz während einer RuhepauseIt is known that the natural heart during a rest period

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weniger Blut pumpt, als während Übungen, wobei dies dadurch erreicht wird, daß das Herz die Frequenz oder die Schlagzahl und die Blutausgangsgröße pro Schlag verändert. Die Betriebsgeschwindigkeit bekannter künstlicher Herzen wurde bei einer Änderung einer vorgesehenen körperlichen Aktivität gesteuert, und zwar durch die natürliche Einstellung eines Rheostaten oder eines äquivalenten Elementes, welches nur die Pumpfrequenz ändert, während die Blutausgangsgröße pro Schlag im wesentlichen konstant bleibt." Infolgedessen ist der Betriebsbereich bekannter künstlicher Herzen nicht so groß und so flexibel wie der Betriebsbereich des natürlichen Herzens, der von vollständiger Ruhe bis zu sehr heftigen Übungen reicht.pumps less blood than during exercise, this being achieved by the heart increasing the frequency or the number of beats and changed the output blood size per beat. The speed of operation of known artificial hearts has been estimated at one Change of intended physical activity controlled by the natural setting of a rheostat or an equivalent element that only controls the pumping frequency changes while the blood output per beat remains substantially constant. "As a result, the operating range is more known artificial hearts are not as large and as flexible as the operating range of the natural heart, which ranges from complete rest to very vigorous exercise is enough.

Die vorliegende Erfindung bezweckt die,Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, wobei ein vollständig einpflanzbares künstliches Herz vorgesehen wird, welches innerhalb des Brustraums eines Menschen oder eines Tieres angeordnet werden kann. Die Erfindung bezweckt ferner ein vollständig einpflanzbares Herz in der Weise vorzusehen, daß es ein menschliches oder tierisches Herz vollständig ersetzt und automatisch die Schlagfrequenz und das Schlagvolumen oder die Ausgangsgröße pro Schlag verändert. Weiterhin bezweckt die Erfindung ein einpflanzbares Energiesystem vorzusehen, das Leistung aus einer internen Speichereinheit aufnimmt und die Energie in gebrauchsfähige Antriebsenergie umwandelt, um die Kammern des gesamten Herzens in einer gesteuerten Weise zusammenzudrücken. Dabei ist ferner gemäß der Erfindung ein Steuersystem vorgesehen, welches den Energiestrom vom eingepflanzten Leistungssystem zum künstlichen Herz reguliert, wobei die kontrollierte Ausgangsenergie in das Blut mit den richtigen physiologischen Wellenformen vorgesehen ist. Ferner bezweckt die Erfindung ein künstliches Herz in der Weise vorzusehen, daß dies das gesamte zurückkehrende venosierte und pulmonäre Blut bei allen festgelegten Anforderungen aufnimmt. Die erfindungsgemäße vollständig einpflanzbare Leistungseinheit liefert die erforderliche Energie mit einem Strom-, Spannungs- und Frequenzwert, wie er für den Betrieb des gesamten Herzens erforderlich ist, ohne daß dabei übermäßig Wärme entsteht. Ferner bezweckt die Erfindung dabei ein Steuersystem anzugeben, welches auf die sich änderndenThe present invention aims at the disadvantages of the prior art the technique to overcome, being a fully implantable Artificial heart is provided which can be arranged within the chest cavity of a human or an animal. Another object of the invention is to provide a fully implantable heart such that it can be human or animal Heart completely replaces and automatically changes the beat frequency and the stroke volume or the output size per beat. Another object of the invention is to provide a plantable energy system that draws power from an internal storage unit and converts the energy into usable motive energy to drive the chambers of the entire heart in a controlled manner to squeeze. A control system is also provided according to the invention, which controls the flow of energy from the planted Power system to the artificial heart is regulated, whereby the controlled output energy into the blood with the correct physiological Waveforms is provided. Another object of the invention is to provide an artificial heart in such a way that this receives all returning venous and pulmonary blood at all specified requirements. The inventive fully implantable power unit provides the required energy with a current, voltage and frequency value such as it is necessary for the operation of the entire heart without generating excessive heat. The invention also aims thereby specifying a tax system, which is based on the changing

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physiologischen Bedürfnisse und auf die augenblicklichen Energie-anforderungen anspricht. Die Erfindung bezweckt ferner die Wärmeverteilung innerhalb des Systems vorzusehen,, und auch die Übertragung der Wärme an das umgebende biologische Gewebe und die biologischen Flüssigkeiten. Die Erfindung sieht ferner eine angemessene Strömung zu den pulmonären und systemischen Geweben vor, und zwar ohne Schädigung des Blutes. Die Erfindung sieht ferner ein künstliches Herz vor, welches in der Lage ist, pseudoendothele Oberflächen auf allen seinen blutberührenden Oberflächen zu entwickeln. Ferner bezweckt die Erfindung ein Gesamtherz vorzusehen, welches Blut weder von den Lungen noch dem Venenbaum anfordert und welches voll auf die rückkehrende Strömung anspricht. Ferner sieht die Erfindung ein System vor, welches normal ohne Erzeugung unerwünschten Geräusches, Schwingungen oder anderer Nebenwirkungen arbeitet. Das erfindungsgemäße Herz ist derart ausgebildet, daß es mit drei Arten interner Leistungssteuersysteme zusammenarbeitet, nämlich mit einem elektrischen, einem pneumatischen oder einem Nuklearsystem,physiological needs and the current energy requirements appeals to. The invention also aims to provide the heat distribution within the system, and also the Transfer of heat to the surrounding biological tissue and the biological fluids. The invention also provides one provide adequate flow to the pulmonary and systemic tissues without damaging the blood. The invention sees also an artificial heart, which is capable of pseudoendothelial surfaces on all of its blood-contacting surfaces Develop surfaces. Another object of the invention is to provide a whole heart which does not draw blood either from the lungs or from the lungs the vein tree and which responds fully to the returning flow. The invention also provides a system which works normally without generating unwanted noise, vibration or other side effects. The inventive Herz is designed to work with three types of internal power control systems, namely an electrical, a pneumatic or a nuclear system,

Zur Erreichung dieser und weiterer Ziele ist gemäß einem Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung vorgesehen, daß ein vollständig einpflanzbares Ersatzherz vier Pumpkammern, zwei Atrien und zwei Ventrikel aufweist, wobei eine Energieeinheit dazwischen eingefügt ist. Das erfindüngsgemäße vollständig einpflanzbare Ersatzherz weist eine rechte und linke Seite auf, wobei ferner ein Energieumwandler und ein Herzfrequenzsteuercomputer vorgesehen sind. Das erfindungsgemäße Herz weist ferner eine Energiespeicherpackung auf, wobei ferner eine Energiewiedergewinnungseinheit vorgesehen ist.In order to achieve these and other goals, there is one main characteristic The present invention provides that a fully implantable replacement heart has four pumping chambers, two atria and has two ventricles with a unit of energy interposed therebetween. The fully implantable according to the invention Replacement heart has right and left sides, an energy converter and a heart rate control computer are also provided are. The heart according to the invention also has an energy storage pack on, wherein an energy recovery unit is also provided.

Das erfindungsgemäße künstliche Herz ähnelt einem natürlichen Herzen. Es ist eine vier Kammern aufweisende Pumpe mit zwei Atrien mit zwei.großen, den Zufluß zu den Ventrikeln bildenden Ventilen und trikuspiden pulmonären und aortischen Ventilen.Das Blut strömt in die Atri-a durch chirurgische Schnellverbindungen, die so ausgebildet sind, daß sie in Größe und Form den natürlichen Gefäßen und dem künstlichen Herzen entsprechen. Die Atrien sind derart ausgebildet, daß sie große Änderungen bei der rückkehrendenThe artificial heart according to the invention resembles a natural one Hearts. It is a four-chamber pump with two atria with two large ones that form the inflow to the ventricles Valves and tricuspid pulmonary and aortic valves. Blood flows into the atri-a through quick surgical connections, which are designed so that they correspond in size and shape to the natural vessels and the artificial heart. The atriums are designed to allow large changes in the returning

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venösen Strömung aufnehmen und auf intrathorakaler Druck ansprechen. Große Atrio-Ventrikular-Ventile wurden entwickelt, um große Strömungsflächen zu erzeugen, um den Druckabfall zu minimieren, um schnelle Füllung zu erreichen und um Zonen geringer Strömung innerhalb der Atrien und Ventrikel zu minimieren. Die Ventrikel sind derart ausgebildet, daß sie eine gleichförmige Pumpwirkung erzeugen, ohne das Blut zu schädigen oder stagnierende Strömungszonen zu bilden. Sie sind ferner derart angeordnet, daß die sich bewegenden internen Oberflächen nicht miteinander während des Pumpzyklus in Berührung kommen. Dies wird deshalb gemacht, um potentielle Abrebpunkte zu eliminieren, und um zu gestatten, daß lebende Zelloberflächen auf die 'innenoberfläche der Pumpe gebracht werden können. Alle mit dem Blut in Berührung stehenden Oberflächen sind derart ausgebildet, daß sie die Entstehung einer lebenden Oberfläche, d.h. indotheliale oder pseudo-indotheliale Oberflächen gestatten. Sämtliche Komponenten können aus Materialien hergestellt sein, die eine lebende Oberfläche nicht erfordern. Die Kompression der Ventrikel wird durch eine Druckplatte erreicht, die mit der Aussenoberflache der Ventrikel verbunden ist. Die Ventrikelausstoßvolumen sind annähernd gleich denjenigen des natürlichen Herzens, so daß ein Arbeitsherzschlagbereich erreicht wird, der dem des natürlichen Herzens ähnelt. Die Komponenten des einpflanzbaren Herzens sind einzeln ersetzbar. Die Erfindung sieht ferner folgendes vor:Record venous flow and respond to intrathoracic pressure. Large atrio-ventricular valves are designed to to create large flow areas to reduce the pressure drop minimize to achieve rapid filling and to minimize areas of low flow within the atria and ventricles. The ventricles are designed to produce a uniform pumping action without damaging the blood or to form stagnant flow zones. They are also arranged so that the moving internal surfaces do not come into contact with each other during the pumping cycle. This is done to eliminate potential drop-off points, and to allow living cell surfaces to be brought onto the inside surface of the pump. All with Surfaces in contact with the blood are designed in such a way that that they allow the creation of a living surface, i.e. indothelial or pseudo-indothelial surfaces. All of the components can be made from materials that do not require a living surface. The compression the ventricle is reached through a pressure plate that is connected to the outer surface of the ventricle. The ventricular ejection volume are approximately equal to those of the natural heart, so that a working heartbeat range is reached which resembles that of the natural heart. The components of the implantable heart can be replaced individually. The invention sees also the following:

Der Energieumwandler ist derart ausgebildet, daß er zwischen der Blutpumpenanordnung oder in der abdominalen Anordnung einsetzbar ist und die gesteuerte Leistung zur Betätigung sowohl der linken und der rechten Herzen liefert. Das System wandelt eine Drehbewegung in eine Linearbewegung innerhalb des mechanischen Energieumwandlers um, um jede Ventrikel zu bewegen.. Nachdem der Betätiger vollständig in seine Ausstoßstellung bewegt ist, ist er frei, in seine ursprüngliche Position zurückzukehren. Er wird nicht zurückkehren, wenn nicht hinreichend viel Blut in der Atria vorhanden ist, um in die Ventrikel zu strömen. Der Grad des Füllens oder die Rückkehr des Betätigers wird somit vollständig durch die verfügbare Blutversorgung in den Atrien gesteuert, zwar auf einer Schlag-für-Schlag-Basis.The energy converter is designed such that it can be used between the blood pump arrangement or in the abdominal arrangement and provides the controlled power to actuate both the left and right hearts. The system changes converts rotary motion into linear motion within the mechanical energy converter to move each ventricle .. After the actuator is fully moved to its eject position, it is free to return to its original position. It will not return unless there is enough blood in the atria to get into the ventricles stream. The degree of fill or return of the actuator is thus entirely determined by the available blood supply in controlled the atria on a beat-by-beat basis.

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Auf diese Weise wird automatisch das Schlagvolumen von Null bis zu einem vollständig vollen Schlag verändert. Die Leistungsänderungen infolge der Fülländerungen werden an den Energieumwandler und die Motorsteuerelektronik zurückgemeldet. Die Motorsteuerelektronik erzeugt eine veränderbare elektrische Eingangsleistung, um den augenblicklichen Belastungsbedingungen zu genügen, und um eine konstante Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten, die ihrerseits die vorbeschriebene Herzfrequenz aufrechterhält, welche durch den Herzsteuercomputer angeordnet wird. Das ein Stück bildende eingepflanzte Paket enthält den Herzsteuercomputer, MotorSteuerschaltungen, Batterien, Batterieladungssteuereinheiten und Fühlvorrichtungen, welche das Ausmaß der linken oder rechten Ventrikelfüllung überwachen.In this way, the stroke volume will automatically be zero changed to a full blow. The changes in performance as a result of the filling changes are sent to the Energy converter and the engine control electronics reported back. The engine control electronics generate a changeable electrical Input power to meet the current load conditions and to maintain a constant speed, which in turn maintains the prescribed heart rate, which is arranged by the heart control computer will. The one-piece implanted package contains the heart control computer, motor control circuits, batteries, battery charge controllers and sensing devices that monitor the amount of left or right ventricular filling.

Das erfindungsgemäße künstliche Herz ist derart ausgebildet, daß es mit elektrischen oder pneumatischen internen Leistungssystemen oder einem internen Kernleistungssystem zusammenarbeitet. The artificial heart according to the invention is designed in such a way that it works together with electrical or pneumatic internal power systems or an internal core power system.

Das elektrisch betriebene vollständig einpflanzbare künstliche Herz weist folgende Elemente auf:The electrically powered fully implantable artificial heart has the following elements:

a) Eine Blutpumpe und ein Energiesystem, die im Thorax angeordnet sind;a) A blood pump and energy system placed in the thorax;

b) ein Steuersystem, eine Leistungskonditionierschaltung und eine Energiespeichereinheit, die im Bauchraum unter dem Zwerchfell angeordnet sind;b) a control system, a power conditioning circuit and an energy storage unit located in the abdomen under the Diaphragm are arranged;

c) eine unter der Haut angeordnete Energieaufnahmespule, welche die Energie von einer externen Übertragungseinheit aufnimmt.c) an energy absorption coil arranged under the skin, which absorbs the energy from an external transmission unit.

Die zum Betrieb dieses Systems erforderliche elektrische Leistung wird über die intakte Haut zu dem eingepflanzten Transformator hin übertragen. Die Energie wird direkt zur Leistungsversorgung des Umwandlers und/oder zur Ladung der eingepflanzten Batterien verwendet. Wenn die externe Leistungsquelle unterbrochen ist, so schaltet sich das System automatisch auf die interne Batterieleistung um (welche eine Entladekapazität bis zu 4 Stunden besitzt). Das vollständige Herzsystem ist in der Lage, sämtlichen Herzausgangsgrößenanforderungen au genügen und zwar vom Ruhezustand bis zur Spitzenbelastung_ (15 L/Minute).The electrical required to operate this system Power is transmitted through the intact skin to the implanted transformer. The energy is used directly to power the converter and / or to charge the planted ones Batteries used. If the external power source is interrupted, the system automatically switches to the internal battery power (which has a discharge capacity of up to 4 hours). The whole heart system is in the Able to meet all cardiac output size requirements, from rest to peak load_ (15 L / minute).

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Es ist möglich, die Verwendung von biologischen Brennstoffzellen ins Auge zu fassen, die das elektrische System vollständig einpflanzbar und in sich abgeschlossen machen würden.It is possible to envisage the use of biological fuel cells that completely control the electrical system implantable and self-contained.

Das durch Kernkraft betriebene vollständig einpflanzbare künstliche Herz ersetzt eine thermische Maschine mit einer Kernheizquelle für die Energiespeichereinheit des elektrisch betriebenen Herzens. Durch die Maschine erzeugter hydraulischer Druck wird über ein Rohr der Blutpumpe und ihrer in der Brust angeordneten Steuereinheit zugeführt. Die Wärmeenergiequelle sind ungefähr 100 Gramm Plutonium-238 (Pu-238) in einer dreischichtigen Metallkapsel, die nachweislich der Korrosion, hohen Stoß- und Berstdrücken und auch einer Verbrennung widersteht, um das Austreten des Radioisotops bei einem Unfall zu verhindern.The fully implantable powered by nuclear power artificial heart replaces a thermal machine with a core heating source for the electrical energy storage unit driven heart. Hydraulic pressure generated by the machine is passed through a tube to the blood pump and its in the chest arranged control unit supplied. The heat energy source is approximately 100 grams of plutonium-238 (Pu-238) in a three-layer Metal capsule that has been proven to withstand corrosion, high shock and bursting pressures and also combustion, to prevent the radioisotope from escaping in the event of an accident.

Es kann eine oder zwei thermische Maschinen verwendet werden. Die eine ist eine Dampfzyklus-Dampfmaschine, die andere eine modifizierte Stirling-Zyklus-Maschine.One or two thermal machines can be used. One is a steam cycle steam engine, the other one modified Stirling cycle machine.

Bei dem Dampfzyklusmaschinensystem wechselt das Wasser jede Sekunde vielmals zwischen den Dampf- und Flüssig-Phasen. Das bei üblichen Ramkine-Maschinen auftretende Grundproblem des Lecks von Ventil- und Gleitdichtung wird bei der Dampfzyklusmaschine vermieden, da diese weder Ventile noch Gleitdichtungen benutzt. Die Linearbewegung wird mittels Balgen erreicht.In the steam cycle machine system, the water alternates between the steam and liquid phases many times every second. That The basic problem of valve and sliding seal leakage occurring in conventional Ramkine machines is found in the steam cycle machine avoided as it does not use valves or sliding seals. The linear movement is achieved by means of bellows.

Die Dampfzyklusmaschine kann elektronisch gesteuert werden , und zwar über irgendeinen elektromechanischen Betätiger, wie beispielsweise einen Solinoid-Drehmomentmotor oder ein piezoelektrisches bimorphes Element. Das Unterdrucksetzen der Maschine wird dadurch erreicht, daß man einen einzigen Wassertropfen verdampft oder diesen vom Kondensator in das Siedeelement bringt.The steam cycle engine can be electronically controlled via any electromechanical actuator such as for example a solinoid torque motor or a piezoelectric bimorph element. Pressurizing the machine is achieved by evaporating a single drop of water or bringing it from the condenser into the boiling element.

Die modifizierte Stirling-Maschine ist in einer Leistungsquelle eingebaut, die hydraulische Energie erzeugt, welche einen automatisch gesteuerten Betätiger mit Leistung versorgt. Wärme wird durch ein Radioisotop geliefert und in einem SchmelzsalzreservoirThe modified Stirling engine is built into a power source that generates hydraulic energy, which is automatic controlled actuator supplied with power. Heat is delivered through a radioisotope and in a molten salt reservoir

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gespeichert. Flüssigkeit wird mit einer Druckdifferenz von ungefähr 200 psig gepumpt.saved. Liquid is with a pressure difference of pumped about 200 psig.

Ej η Verschiebeelement osziliert in einem geschlossenen Maschinenzylinder, der am einen Ende erhitzt und am anderen gekühlt ist. Der Ringraum zwischen dem Zylinder und dem Verschiebeelement wirkt als der Gas-Heizer-Regenerator und Gas-Kühler, und zwar mit einem Minimum an totem Volumen. Anstelle des üblicheren Leistungskolbens ist das kalte Ende der Maschine mit Einlaß- und Auslaß-Prüfventilen versehen^ die es gestatten, daß durch den oszilierenden Regenerator erzeugte Druckanstiege eine gepumpte Gas- oder Flüssigkeits-Ausgangsgröße erzeugen. Das Verschiebeelement wird am heißen Ende durch ein Biegeelement (Flexure gehaltert und vom kalten Ende durch einen steuerbaren Verschiebeantrieb und ein Stützsystem betrieben, welches durch Maschinendruckimpulse mit Leistung versorgt wird.Ej η displacement element oscillates in a closed machine cylinder, which is heated at one end and cooled at the other. The annulus between the cylinder and the slide acts as the gas heater-regenerator and gas cooler, namely with a minimum of dead volume. Instead of the more common power piston, the cold end of the engine has an inlet and outlet check valves which allow pressure rises generated by the oscillating regenerator to be pumped Generate gas or liquid output. The sliding element is at the hot end by a bending element (Flexure held and operated from the cold end by a controllable displacement drive and a support system, which by machine pressure pulses is supplied with power.

Der Betrieb als direktes Pumpsystem eliminiert große Lagerbelastungen. Der Zwischenraum-Regenerator anstelle des üblichen Verschiebeelementes mit einem festen Regenerator eliminiert das Verschiebeelement-Gasabdichtungsproblem und vereinfacht diese Miniaturmaschine beträchtlich. Beim Verschiebeelementantrieb isoliert eine Metallbalgendichtung hermetisch sämtliche sich bewegenden Lager- und Dichtungs-Oberflächen gegenüber dem Maschinenarbeitsgas, wodurch sich eine große Auswahl hinsichtlich der Lagerschmierung ergibt. Die Verschiebeelementlagerung am heißen Element ist ein Biegeelement, welches mit einem Belastungspegel arbeitet, der hinreichend klein ist, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten»Operation as a direct pumping system eliminates large bearing loads. The gap regenerator instead of the usual sliding element with a fixed regenerator eliminates this Sliding element gas sealing problem and greatly simplifies this miniature machine. With the sliding element drive a metal bellows seal hermetically isolates all moving bearing and sealing surfaces from the machine working gas, which results in a wide range of bearing lubrication options. The sliding element storage on hot element is a bending element that works with a stress level that is sufficiently small to have a long service life to ensure"

Die pneumatische Leistung kann durch eine Thermokompressormaschine geliefert werden, die eine Variante der Stirling-Maschine ist. Das modifizierte Stirlingkreislaufsystem der Thermokompressor~ maschine wandelt die Wärme direkt in ein Druckgas um» und zwar durch Erhitzen und Abkühlen des Arbeitsmediums in einem geschlossenen Kreislauf» Das Gas wird expandiert, wenn es heiß ist und zusammengedrücktwenn es kalt ist wad Arbeit wird herausgezogen f da die Expansionsarbeit die Druckarbeit übersteigt« DieThe pneumatic power can be supplied by a thermocompressor machine, which is a variant of the Stirling machine. The modified Stirling cycle system of the thermocompressor ~ machine converts heat directly into a pressurized gas to »and by heating and cooling the working medium is expanded in a closed circuit" the gas when it is hot and compressed "when it is cold wad work is f drawn out since the expansion work exceeds the printing work «The

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eingepflanzte Thermokompressormaschine wandelt die Wärme von der Radioisotopquelle in durch ein Arbeitsmedium verwendbare Energie um.Planted thermocompressor machine converts the heat from the radioisotope source into usable by a working medium Energy around.

Die Druckdifferenz im System wird durch eine einzige Verschiebungskolbenkammer erreicht (die Temperatur des heißen Endes liegt oberhalb 12OO°F und die des kalten Endes unterhalb 25O°F). Die eingepflanzte Maschine verwendet eine gegenüber dem Antriebskolben externe Regeneration. Der Verschiebungskolben bewegt das Gas von Ende zu Ende des Zylinders, und zwar durch einen Regenerator und durch einen Erhitzer. Wenn der Verschiebungskolben das Gas in das heiße Ende des Zylinders hineinbewegt, so wird das durch den Regenerator fließende Gas erhitzt und durch das heiße Ende der Maschine erhitzt, wodurch der Gasdruck ansteigt.The pressure difference in the system is created by a single displacement piston chamber reached (hot end temperature is above 1200 ° F and cold end temperature is below 25O ° F). The implanted machine uses a regeneration that is external to the drive piston. The displacement piston moves the gas from end to end of the cylinder, through a regenerator and through a heater. When the shift piston As the gas moves into the hot end of the cylinder, the gas flowing through the regenerator is heated and heated by the hot end of the machine, increasing the gas pressure.

Das System verwendet die pneumatische Leistung zur Modulation und Betätigung des Betriebes des künstlichen Herzens. In Verbindung mit den anderen Komponenten des künstlichen Herzens kann eine pneumatische Pumpenbetätigungsvorrichtung verwendet werden.The system uses the pneumatic power to modulate and actuate the operation of the artificial heart. In connection a pneumatic pump actuator can be used with the other components of the artificial heart will.

Die Thermokompressormaschine verwendet einen thermodynamischen Kreislauf, in welchem Helium abwechselnd erhitzt und abgekühlt wird, um Druckfluktuationen zu erzeugen, die zum Antreiben eines künstlichen Herzens verwendet werden können. Die Thermokompressormaschine ist mit der Blutpumpe gekoppelt, und' zwar durch eine pneumatische Logikeinheit.The thermocompressor machine uses a thermodynamic cycle in which helium is alternately heated and cooled is used to create pressure fluctuations that can be used to drive an artificial heart. The thermocompressor machine is coupled to the blood pump through a pneumatic logic unit.

Anstelle dieser internen in den Bauchraum des Patienten eingepflanzten Leistungssteuer systeme kann das erfindungsgemäße künstliche Ersatzherz mit einem insich abgeschlossenen Kernantriebssystem ausgestattet sein.Instead of this internal implanted in the patient's abdomen Power control systems can use the artificial replacement heart according to the invention with a self-contained core drive system be equipped.

Die Steuertheorie des vollständig einpflanzbaren künstlichen Herzens beruht auf dem Grunderfordernis, daß das totale künstliche Herz funktionell den physiologischen Anforderungen für die Versorgung des Körpers mit Blut genügen muß. Dies zu er reichen muß das Steuersystem sicherstellen, das zu jeder ge-The control theory of the fully implantable artificial heart is based on the basic requirement that the total artificial heart must functionally meet the physiological requirements for supplying the body with blood. To achieve this, the tax system must ensure that

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gebenen Zeit das totale künstliche Herz sämtliches zu ihm zurückgebrachtes Blut pumpt. Es muß in der Lage sein, jeden gegebenen venösen Rückfluß in die pulmonar Arterie und Aorta bei normalen Drücken zu pumpen und zwar ohne mehr anzufordern als verfügbar und bei normalen venösen Druck» Wenn die system (Körper) und pulmonären venösen Rückläufe vorübergehend ungleich sind, so müssen die Pulmonar- und System- Ausgangsgrößen in entsprechender Weise auch ungleich sein. Zudem darf das Steuersystem keine intravaskulären Wandler oder Fühler aufweisen, "muß für jeden gegebenen Leistungsausgangspegel (während des Schlafs beispielsweise, der Ruhe oder bei übung) die Gesamtsystemleistungsfähigkeit maximieren und muß unempfindlich sein gegenüber Änderungen der räumlichen Orientierung und Lage des Systems.given time the total artificial heart pumps all blood returned to it. It must be capable of any given venous return i n the pulmonary artery and aorta at normal pressures to pump and indeed without requesting more than "If the system (body) and pulmonary venous return runs are temporarily unequally available and at normal venous pressure, so the pulmonary and system output variables must also be unequal in a corresponding manner. In addition, the control system must not include intravascular transducers or sensors, "must maximize overall system performance for any given power output level (e.g., during sleep, rest, or exercise), and must be insensitive to changes in the spatial orientation and location of the system.

Eine Analyse der physiologischen Steuermechanismen des natürlichen Herzens wurde durchgeführt. Die physiologischen Herzsteuersysteme sind verschiedenartig und komplex. Das Endergebnis besteht darin, daß das natürliche Herz seine Ausgangsgröße schnell ändern kann, um einem großen Bereich von physiologischen Anforderungen zu genügen. Grundsätzlich gibt es intrinsische (innewohnende) und extrinsische (äußere) Mechanismen der Herzsteuerung. Die innewohnende Steuerung ergibt sich aus der Natur des Herz-Druckvolumens oder der Herz-Muskelfaser (Beanspruchungslänge) -Beziehung. Hierin liegt die Basis für das Frank-Starling-Gesetz, welches besagt, daß (bei Nichtvorhandensexn von äußeren Einflüssen) das Herz seine Ausgangsgröße infolge einer erhöhten Eingangsgröße erhöhen wird. Die äußere Herzsteuerung ist das Ergebnis eines komplizierten neurohumoralen Systems, welches die Fähigkeit besitzt, die Herzrate, den periphären vasculären Tonus (arteriol und venös) und den mechanischen Zustand des Herzmuskels (beispielsweise die Position in der Druck-Volumenkurve) zu regulieren und zwar um physiologischen Anforderungen zu genügen. Zudem ergibt es äußere und innere Mechanismen, welche die Koronadurchblutung "selbst regulieren", so daß die metabolische Versorgung (Brennstoff) den metabolisehen Anforderungen des Herzens genügt und die Produkte des Metabolismus (Abfall) entfernt werden. der ArteriolenAn analysis of the physiological control mechanisms of the natural Heart was carried out. The physiological cardiac control systems are diverse and complex. The final result is that the natural heart can rapidly change its initial size to accommodate a wide range of physiological requirements to suffice. Basically there are intrinsic (inherent) and extrinsic (external) mechanisms of heart control. The inherent control arises from the nature of the cardiac pressure volume or the cardiac muscle fiber (stress length) relationship. This is the basis for the Frank Starling Law, which says that (in the absence of sex from outside influences) the heart has increased its output size as a result of an Input size will increase. The external control of the heart is the result of a complex neurohumoral system which the Ability to control the heart rate, the peripheral vascular tone (arteriol and venous) and the mechanical condition of the heart muscle (for example the position in the pressure-volume curve) to regulate in order to meet physiological requirements. In addition, there are external and internal mechanisms that determine the Coronary blood flow "regulates itself" so that the metabolic supply (fuel) meets the metabolic requirements of the heart is sufficient and the products of metabolism (waste) are removed. of the arterioles

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Die Steuertheorie für das gesamte künstliche Herz umfaßt sowohl innewohnende als auch äußere Mechanismen. In diesem Fall ist die innewohnende Steuerung die eingebaute Beziehung zwischen dem venösen Rücklauf (ventriculäre Füllung), Schlagvolumen und Herzfate. Infolge dieser innewohnenden Steuerung können die äußeren physiologischen Steuermechanismen noch immer den Aufnehmer beeinflussen. Eine direkte Eingabe an das gesamte künstliche Herz vom zentralen Nervensystem ist natürlich nicht vorhanden. Die Herzausgangsgröße steigt jedoch infolge der periphären neurohumoralen Effekte des psychischen Stimulus an: Die allg. adrenergischen Pegel steigen an, wenn das sympathische Nervensystem und die Adrenal-Medulla aktiviert werden; der (arteriole) Tonus der Arteriolen steigt an, um den System-Druck zu erhöhen; das venöse Kapazitätsvolumen nimmt ab, was einen erhöhten venösen Rücklauf zur Folge hat. Die Herzausgangsgroße wird erhöht, wenn das gesamte künstliche Herz anspricht, indem es den gesamten erhöhten Rücklauf (durch automatische Erhöhung des Schlagvolumens und der Herzrate) in einen höheren systemischen Druck pumpt; mehr Druck-Volumen-Arbeit wird geleistet, wobei die dafür erforderliche zusätzliche Leistung augenblicklich verfügbar ist.The control theory for the entire artificial heart includes both intrinsic and extrinsic mechanisms. In this In this case, the inherent control is the built-in relationship between the venous return (ventricular filling), stroke volume and Herzfate. As a result of this inherent control, the external physiological control mechanisms can still always affect the transducer. Direct input to the entire artificial heart from the central nervous system is natural unavailable. However, the cardiac output increases as a result of the peripheral neurohumoral effects of the psychological stimulus: General adrenergic levels rise when the sympathetic nervous system and adrenal medulla are activated; the (arteriole) Arteriolar tone increases to increase system pressure; the venous capacity decreases, which increases venous return. The cardiac output size is increased when the entire artificial heart responds by it the total increased return (through automatic increase in stroke volume and heart rate) to a higher systemic one Pressure pumps; more pressure-volume work is done, with the additional power required for it being available instantly is.

Kurz gesagt kann man sagen, daß durch die innewohnende Steuerung durch den venösen Rücklauf und durch die großen Mengen von augenblicklich dafür verfügbarer Leistung das gesamte künstliche Herz in der Tat vollständig durch physiologische Anforderungen gesteuert ist. Demonstrationen zeigten, daß diese Steuertheorie hämodynamisch stabil ist und vollständig auf die physiologischen Anforderungen in mehrtägigen Versuchen anspricht, und zwar bei einer Verschiedenheit von vorgesehenen cardiovasculären Bedingungen. Weitere experimentelle Untersuchungen sind erforderlich, um bei chronischen Zuständen die physiologische Wirksamkeit dieser Theorie nachzuweisen.In short it can be said that by the inherent control by the venous return and by the large amounts of instantaneous the entire artificial heart available for this is in fact completely dependent on physiological demands is controlled. Demonstrations showed that this control theory is hemodynamically stable and completely based on the physiological one Meets requirements in multi-day trials, with a variety of intended cardiovascular conditions. Further experimental studies are required to determine the physiological effectiveness in chronic conditions to prove this theory.

Es wurden zwei HerzSteuercomputer zur Steuerung des vollständigen Herzens entwickelt. Das eine ist ein Analogsystem und das andere ein Digitalsystem. Die Steuertheorie verwendet das SchlagvolumenThere were two heart control computers to control the complete Developed with the heart. One is an analog system and the other is a digital system. Control theory uses stroke volume

als einen der Hauptsteuerparameter. Wenn die pulmonären oder systemischen Blutströmungsanforderungen steigen und volle Schlagvolumina verwendet werden, so wird die Herzschlagrate automatisch so weit erhöht, bis das Schlagvolumen auf weniger als den vollen Schlag abnimmt. Wenn dieser Zustand erreicht ist, wird die Herzrate verringert, um ein Gleichgewicht zwischen der Anzahl der vollen und teilweise vollen Schlagvolumina herzustellen. Die Konvergenz des Systems wird erreicht, weil das gänzlich eingepflanzte Herz stets bestrebt ist, Vollschlagoder nahezu Vollschlagbedingungen entweder in der linken oder der rechten Ventrikel wiederherzustellen und aufrechtzuerhalten. Jede Kombination von Bedingungen mit verändertem Schlagvolumen oder Herzgeschwindigkeit in entweder der linken oder der rechten Ventrikel - was möglicherweise eine divergente Instabilität (d. h. eine extreme Tachykardie oder Bradykardie) erzeugen könnte - ist eliminiert.as one of the main control parameters. If the pulmonary or systemic blood flow requirements increase and full stroke volumes are used, so does the heart rate automatically increased until the stroke volume decreases to less than the full stroke. When this state is reached the heart rate is decreased to balance the number of full and partially full stroke volumes. The convergence of the system is achieved because the fully implanted heart always strives to be full beat or restore and maintain near-full blown conditions in either the left or right ventricle. Any combination of conditions with altered stroke volume or heart rate in either the left or the right ventricle - which may create divergent instability (i.e. extreme tachycardia or bradycardia) could - is eliminated.

Experimentelle Untersuchungen bestätigten die Computersteuerlösung, bei welcher das Herz a) automatisch seine Rate erhöht, wenn das ganze entweder zum linken oder rechten Herz zurückkehrende Blut nicht durch Erhöhung des Schiagvolumens bis zur Grenze gepumpt werden kann; b) verringert die Rate, wenn das entweder zum linken oder rechten Herz zurückkehrende Blut niedrig liegt und nur eine sehr begrenzte Anzahl von vollen Schlägen benötigt, um das ganze zurückkehrende Blut zu pumpen; c) weiterhin mit einer gegebenen Rate arbeitet, wenn die Anzahl der vollen Schläge annähernd die gleiche wie die Anzahl der nicht vollen Schläge ist. Diese Steuerlogik arbeitet auf einem Konvergenzprinzip. Das System hat stets das Bestreben, auf eine Rate hin zu konvergieren, welche das Schlagvolumen auf seinem vollen oder nahezu vollen Wert oder auf einem vorbestimmten hohen Prozentsatz des vollen Schlagvolumens hält.Experimental studies confirmed the computer control solution, at which the heart a) automatically increases its rate as the whole returns to either the left or right heart Blood by increasing the stroke volume up to Limit can be pumped; b) decreases the rate when the blood is returning to either the left or right heart is low and takes a very limited number of full blows to pump all of the returning blood; c) continues to operate at a given rate when the number of full beats is approximately the same as the number of incomplete beats. This control logic works on a convergence principle. The system always tends to converge to a rate which will bring the stroke volume to its fullest or near full value or at a predetermined high percentage of full stroke volume.

Die Haupteingangsgröße in den Herzsteuercomputer sind Vollschlagsignale von sowohl linken und rechten Ventrikeln. Der Computer überwacht kontinuierlich die Schlagrate und das Schlagvolumen für jeden Schlag und führt eine Analyse a«sff nnä swar basierend auf der unmittelbar vorangehenden Reihe von Heraschlägen,The main input to the heart control computer is full beat signals from both left and right ventricles. The computer continuously monitors the stroke rate and stroke volume for each beat and performs an analysis of a "s ff nnä swar based on the immediately preceding series of Heraschlägen,

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beispielsweise von jeden fünf vorangegangenen Herzschlägen. Eine der folgenden Bedingungen wird vorherrschend sein und basierend auf einer Fünf-Herzschlaganalyse die sich ergebende Wirkung erzeugen:for example from every five previous heartbeats. One of the following conditions will prevail and based on a five-heartbeat analysis produce the resulting effect:

a) Wenn entweder die linke oder rechte Ventrikel eine hinreichende Anzahl von Schlägen, beispielsweise vier oder fünf volle Schläge gemacht hat, wird der Computer die Herzrate um beispielsweise fünf Schläge pro Minute erhöhen und automatisch die nächste Reihe oder Serie von Schlägen überprüfen;a) When either the left or right ventricle has sufficient Number of strokes, for example four or five full strokes, the computer will determine the Increase the heart rate by, for example, five beats per minute and automatically the next row or series of beats check;

b) wenn die linke Ventrikel zwei oder drei volle Schläge aufgenommen hat und die rechte Ventrikel nicht mehr als drei volle Schläge aufnahm, so wird der Computer signalisieren, daß die Herzrate konstant gehalten wird und zwar beispielsweise für die nächsten fünf oder zehn Sekunden;b) when the left ventricle received two or three full beats and the right ventricle received no more than three full beats, the computer will signal that that the heart rate is kept constant, for example for the next five or ten seconds;

c) wenn die linke Ventrikel keinen oder einen vollen Schlag aufgenommen hat und die rechte Ventrikel nicht mehr als dreic) if the left ventricle received no or a full beat and the right ventricle has no more than three

' volle Schläge aufnahm , so signalisiert der Computer dem Herzen seine Herzrate abzusenken, beispielsweise um fünf Schläge pro Minute, wobei dieser Zustand fünf oder zehn Sekunden aufrechterhalten wird;'picked up full strokes, so the computer signals it Heart decrease its heart rate, for example by five beats per minute, this condition being five or ten Seconds is maintained;

d) wenn die linke Ventrikel drei oder weniger volle Schläge aufgenommen „hat, die rechte Ventrikel aber vier oder fünf volle Schläge aufnahm, so erhöht der Computer die Rate beispielsweise um fünf Schläge pro Minute. (Ein besonders wichtiger Teil der Steuerlogik ist dieses automatische übersteuern.d) when the left ventricle received three or fewer full beats “But the right ventricle picked up four or five full beats, for example, the computer increases the rate at five beats per minute. (A particularly important part of the control logic is this automatic override.

der Herzrate vom rechten Herz, wobei Empfindlichkeit gegenüber zentralen venösen Bedingungen erzeugt wird.)the heart rate from the right heart, creating sensitivity to central venous conditions.)

Der Herzsteuercomputer (HCC) reguliert automatisch die Herzrate über einen großen Bereich hinweg, beispielsweise von 50 bis Schlägen pro Minute, und zwar infolge von physiologischen Bedürfnissen. Im Herzen aber nicht innerhalb der Ventrikel angeordnete Fühler erzeugen jedesmal dann ein Ausgangssignal, wenn eine Ventrikel (die linke oder rechte) hinreichend viel Blut zur Erreichung eines vollen Schlagserhält. Im Blutstrom oder Gewebe sind keine Fühler erforderlich. Erfindungsgemäß speichert der Computer Information bezüglich der vorangegangenenThe heart control computer (HCC) automatically regulates the heart rate over a wide range, for example from 50 to beats per minute, due to physiological Needs. Probes located in the heart but not in the ventricle generate an output signal each time, when one ventricle (left or right) is receiving enough blood to achieve a full blow. In the bloodstream or tissue, no feelers are required. According to the invention, the computer stores information related to the foregoing

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Blutpumpenfüllvorgeschichte und verarbeitet diese für jeden Schlag oder jedes Vielfache von Schlägen (beispielsweise alle zwei bis fünf Sekunden abhängig von der Herzrate), um die oben beschriebene erfindungsgemäße Steuerung vorzusehen. Sämtliche numerischen Konstanten können geändert werden, um die Empfindlichkeit des Herzsteuercomputers entweder zu erhöhen oder zu verringern. Die obigen Konstanten haben sich bei der Erreichung eines geeigneten Empfindlichkeits- und Ansprechgrades gegenüber sämtlichen normalen und anomalen (durch Drogen bewirkten) physiologischen Bedingungen erwiesen. Der vollständige Herzsteuercomputer kann auf die Größe eines U.S.10-Cent-Stücks reduziert werden.Blood pump fill history and processes it for each beat or multiple of beats (for example, all two to five seconds depending on the heart rate) in order to provide the control according to the invention described above. All numerical constants can be changed to either increase the sensitivity of the heart control computer or decrease. The above constants have proven useful in achieving a suitable level of sensitivity and response demonstrated against all normal and abnormal (drug induced) physiological conditions. The complete Heart control computers can be scaled to the size of a U.S. 10-cent piece be reduced.

Es wurden eine Anzahl möglicher Steuerverfahren bei Ermittlung des Steuersystems betrachtet. Diese sind:A number of possible tax methods were considered in determining the tax system. These are:

a) Kontinuierliches Trendverfahren: Wenn das Schlagvolumen sich erhöht oder abnimmt, würde die Herzrate erhöht oder verringert werden", und zwar auf einer Prozent-Basis für jede Inkrementenänderung im Schlagvolumen auf einer Schlag-für-Schlag-Basis, wobei sowohl die rechten als auch die linken Ventrikel auf Änderung analysiert werden;a) Continuous trend method: If the stroke volume increases or decreases, the heart rate would increase or decrease on a percentage basis for each incremental change in stroke volume on a beat-by-beat basis, with both the right and left ventricles on Change to be analyzed;

b) das Verfahren der Füllrate: Wenn Änderungen der Füllrate und im Prozentsatz des Schlagvolumens auftreten, würde die Herzrate erhöht oder verringert;b) the method of the filling rate: if changes in the filling rate and in the percentage of the stroke volume occur, the Heart rate increased or decreased;

c) das Verfahren des vollständigen Schlagvolumens: Wenn eine der Ventrikel gefüllt wird, geht das Herz automatisch in die Systole und stößt das ganze Blut in jeder Ventrikel aus, oder die gefüllte Ventrikel stößt aus und die andere Ventrikel stößt solange nicht aus, bis sie vollständig gefüllt ist; die Ventrikel, die jedoch zuerst ausstößt, kann ein zweites Mal solange nicht ausstoßen,, bis die zweite Ventrikel ihren Ausstoß beendet hat. Zwischen diesen beiden Grenzen gibt es eine Verschiedenheit von synchronen und asynchronen Bedingungen , die aufgestellt werden können»c) the method of full stroke volume: when one of the ventricles is filled, the heart automatically goes into the Systole and expels all blood in each ventricle, or the filled ventricle expels and the other ventricle does not eject until it is completely filled; the ventricle that ejects first, however, may have a second Times do not expel, until the second ventricle is theirs Output has ended. There is a difference in synchronous and asynchronous conditions between these two limits that can be set up »

Keine der obigen Lösungen erfordert irgendeine Instrumentierung oder Fühler im Blutstrom? sie sind gegenüber Bewegung und irgend-None of the above solutions require any instrumentation or sensors in the bloodstream ? they are opposite movement and any-

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einer räumlichen Anordnung nicht empfindlich; diese Konzepte gestatten die Steuerung der Rate und des Schlagvolumens mit elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen logischen Schaltungen. Dies gestattet das Arbeiten der nuklearen Herzsysteme ohne die ,Erzeugung von elektrischer Energie für die Steuerung. Das vollständig eingepflanzte Herzsystem verwendet bei Tierversuchen das vereinfachtere Steuerkonzept, welches den Zustand in jeder Ventrikel basierend auf dem Prozentsatz des vollen Schlags überwacht, wie oben diskutiert. Wenn das System die Kapazität zur automatischen Änderung des Schlagvolumens und der Rate besitzt, so gestattet es die Bestimmung der physiologischen Trends und Erfordernisse sehr genau und mit der entsprechenden Empfindlichkeit, so daß das gesamte Herz automatisch seine Rate erhöht, absenkt oder konstant hält, und zwar basierend auf physiologischen Anforderungen, um ein stabiles Steuersystem vorzusehen.not sensitive to a spatial arrangement; these concepts allow control of the rate and stroke volume with electrical, hydraulic or pneumatic logic Circuits. This allows the nuclear heart systems to work without generating electrical energy for them Steering. The fully implanted heart system used in animal experiments the simplified control concept, which monitored the condition in each ventricle based on the percentage of full beat as discussed above. If that The system has the capacity to automatically change the stroke volume and the rate, so it allows the determination of the physiological Trends and needs very precisely and with the appropriate sensitivity, so that the entire heart is automatic its rate increases, decreases or holds constant, based on physiological requirements, to a stable one Provide control system.

Ein zufriedenstellendes Arbeiten ist physiologisch davon abhängig, daß man Oberflächen verwendet, die keine Embolien oder Thrombosen hervorrufen, oder das Blut während des Pumpens schädigen, um dies zu erreichen, sind sämtliche mit dem Blut in Berührung kommenden Oberflächen derart ausgebildet, daß sie die Entwicklung von lebenden Oberflächen der endothelialen und pseudoendothelialen Art gestatten. Alle Oberflächen bilden glänzende lebende Zwischenschichtoberflächen für den Blutstrom. Anfangs bestand eine gewisse Schwierigkeit bezüglich der Strömung und der Thrombosebildung. Bei späteren Versuchen wurden jedoch durchFabrikationsänderungen diese Probleme minimiert. Es sind keine signifikanten nachteiligen physiologischen Effekte aufgetreten, wie beispielsweise periphäre Embolie und Körperschädigungen. Die Blätter der Ventile, sowohl der atrialen als auch der trikuspiden, verbleiben sehr flexibel und sprechen auf die dynamischen Strömungsbedingungen ohne ansteigende Änderungen im Druckabfall an. Basierend auf den zusammengefaßten Erfahrungen kann man eine ausgedehnte Ersetzung des ganzen Herzens erreichen. Auf den Bericht des Erfinders der vorliegenden Anmeldung mit dem Titel "Totally Implantable Nuclear Heart Assist and Artificial Heart" des National Heart and Lung Institute (1972) wird hinge-Satisfactory work is physiologically dependent on using surfaces that do not induce embolism or thrombosis, or the blood during pumping harm to achieve this are all with the blood surfaces coming into contact are designed in such a way that they encourage the development of living surfaces of the endothelial and allow pseudoendothelial species. All surfaces form shiny living interlayer surfaces for blood flow. Initially there was some difficulty with flow and thrombosis. Later attempts were made, however these problems are minimized by manufacturing changes. No significant adverse physiological effects occurred, such as peripheral embolism and physical damage. The leaves of the valves, both atrial and the tricuspid, remain very flexible and respond to the dynamic flow conditions without increasing changes in the pressure drop. Based on the pooled experiences, one can achieve an extensive replacement of the whole heart. To the report by the inventor of the present application entitled "Totally Implantable Nuclear Heart Assist and Artificial Heart "of the National Heart and Lung Institute (1972) is

wiesen. ■ Dieser Bericht soll auch zum weiLeren Verständnis der Anmeldung hinzugezogen werden.grasslands. ■ This report is also intended for a better understanding to be included in the registration.

Neben den obenerwähnten erfindungsgemäßen Maßnahmen wird insbesondere auch auf die Ansprüche verwiesen und ferner bemerkt, daß sich aus der folgenden Beschreibung zahlreiche erfindungsgemäße Merkmale ergeben, die bislang noch nicht in den Ansprüchen erfasst sind.In addition to the above-mentioned measures according to the invention, reference is made in particular to the claims and furthermore notes that numerous features according to the invention emerge from the following description which were not previously described in the claims are covered.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines elektrisch betriebenen vollständig eingepflanzten künstlichen Herzens und seine Anordnung innerhalb des menschlichen Körpers. Fig. 2 eine weggebrochene Ansicht eines vollständig einpflanzbaren künstlichen Herzens und seine Anordnung innerhalb des menschlichen Körpers, wobei das Herz durch Kernenergie betrieben ist; Fig. 3 eine aufgebrochene Ansicht eines vollständig einpflanzbaren künstlichen Herzens mit einem abgeschlossenen Kernantriebssystem, wobei die Anordnung im menschlichen Körper dargestellt ist.Further advantages, objectives and details of the invention emerge from the description of exemplary embodiments on the basis of FIG Drawing; In the drawing: Fig. 1 shows a perspective view of an electrically operated completely planted artificial heart and its arrangement within the human body. Fig. 2 is a broken away view of a completely implantable artificial heart and its arrangement within the human body, the heart being powered by nuclear energy is operated; 3 is a broken away view of a fully implantable artificial heart with a closed one Core propulsion system, showing the arrangement in the human body.

Fig. 3 a) Das künstliche Herz; Fig. 4 eine Draufsicht auf das vollständig einpflanzbare künstliche Herz; Fig. 5 eine Ansicht der linken Seite des künstlichen Herzens gemäß Fig. 4; Fig. 6 eine Ansicht der rechten Seite des künstlichen Herzens der Figuren 4 und 5; Fig. 7 einen Querschnitt des künstlichen Herzens längs der Linie B-B in Fig. 5 und der Linie A-A in Fig. 6. Fig. eine a.useinandergezogene Ansicht der gesamten Herzanordnung. Fig. 9 ein schematisches Blockdiagramm des elektrisch betriebenen gesamten Herzsystems der Fig. 1. Fig. 10 ein schematisches Block-Diagramm des Herzratensteuercomputers für das vollständig einpflanzbare künstliche Herz; Fig. 11 ein Schaltschema der Computerschaltung; Fig. 12 ein Schema der Motorantriebsimpulsgrundschaltung; Fig. 13 ein Schema der Motorantriebsschaltungen; Fig. 14 ein Schema der einpflanzbaren Batterieleistungsversorgung; Fig»15 ein Schema der BatteriepackschaltungιFig» 16 ein Schema der ge™Fig. 3 a) the artificial heart; Figure 4 is a top plan view of the fully implantable artificial heart; FIG. 5 is a view of the left side of the artificial heart according to FIG. 4; FIG. Figure 6 is a right side view of the artificial heart of Figures 4 and 5; Fig. 7 is a cross-section of the artificial heart along the line BB in Fig. 5 and the line AA in Fig. 6. Fig. .Useinandergezogene a a view of the entire arrangement heart. Figure 9 is a schematic block diagram of the entire electrically powered cardiac system of Figure 1. Figure 10 is a schematic block diagram of the heart rate control computer for the fully implantable artificial heart; Fig. 11 is a circuit diagram of the computer circuit; Fig. 12 is a schematic of the basic motor drive pulse circuit; Figure 13 is a schematic of the motor drive circuits; 14 is a schematic of the implantable battery power supply; 15 shows a diagram of the battery pack circuit. FIG. 16 shows a diagram of the ge ™

steuerten Batterieladeschaltung und der mit niedrigerer Leistung arbeitenden Spannungsversorgungsschaltung; Fig. 17 eine Reihe von graphischen Darstellungen, welche die Beziehung zwischen der venösen Rückströmung, der Herzrate, dem Rest-Atrialvolumen und der Zeit darstellen.controlled battery charging circuit and the lower power supply circuit; Fig. 17 a series of graphs showing the relationship between venous return flow, heart rate, residual atrial volume and represent time.

Im folgenden wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, wobei dieses nicht beschränkend verstanden werden soll.In the following an embodiment of the invention will now be described with reference to the drawing, wherein this should not be understood as limiting.

In Fig. 1 ist das vollständig einpflanzbare künstliche Herz 101 an'seinem Platz im BrusLraum eines Menschen als Ersatz für ein krankes natürliches Herz dargestellt. Die elektrische Sneichereinheit 105 ist im Bauchraum unterhalb des Zwerchfells angeordnet und mit dem künstlichen Herzen mittels eines elektrischen Kabels 102 verbunden. Elektrische Energie von außerhalb des Körpers wird durch eine externe Übertragungseinheit 103 über die intakt gebliebene Haut zu einer Energieaufnahmespule 104 übertragen, welche unter der Haut angeordnet ist. Die externe Übertragungseinheit 103 kann durch Batterien mit Leistung versorgt werden, wobei diese Batterien (vergleiche dazu auch Fig.. 9) in einer Weste oder einem daran befestigten Gehäuse getragen werden können. Durch die Verwendung von Bio-Brenr.stoffzellen kann die Notwendigkeit der externen Wiederaufladung vermieden werden.In Fig. 1, the fully implantable artificial heart 101 is in place in a human's chest as a replacement for depicted a sick natural heart. The electrical Sneich unit 105 is arranged in the abdominal cavity below the diaphragm and connected to the artificial heart by means of an electric cable 102. Electrical energy from outside the Body is transmitted to an energy absorption coil 104 by an external transmission unit 103 via the skin that has remained intact, which is placed under the skin. The external transmission unit 103 can be supplied with power by batteries, these batteries (see also Fig. 9) in a vest or an attached case can be worn. By using bio fuel cells, the The need for external recharging can be avoided.

Fig. 2 zeigt ein durch Kernenergie mit Leistung versorgtes künstliches Herzsystem. Das totale künstliche Herz 201 ist .,mit einer im Bauchraum 203 angeordneten Nuklearmaschine 203 durch ein Hydraulikkabel 202 verbunden. Die Nuklearmaschine 203 weist ein Steuergehäuse 204 und eine thermische Energiespeichereinheit 205 auf. Innerhalb der thermischen Energiespeichereinheit 205 befindet sich eine Plutoniumbrennstoffkapsel 208. Eine Vakuum-Folienisolierung 207 ist zwischen dem Steuergehäuse 204 und der thermischen Energiespeichereinheit 205 angeordnet.Fig. 2 shows an artificial one powered by nuclear power Cardiac system. The total artificial heart 201 is., With a Nuclear machine 203 arranged in the abdominal cavity 203 is connected by a hydraulic cable 202. The nuclear machine 203 has a Control housing 204 and a thermal energy storage unit 205. Inside the thermal energy storage unit 205 there is a plutonium fuel capsule 208. A vacuum foil insulation 207 is between the control housing 204 and the thermal energy storage unit 205 arranged.

Fig. 3 zeigt das vollständig einpflanzbare künstliche Herz 301 mit einem in sich selbst abgeschlossenen Kernantriebssystem 302. Wie man erkennt, eliminiert diese Lösung die Notwendigkeit einer3 shows the fully implantable artificial heart 301 with a self-contained core propulsion system 302. As can be seen, this solution eliminates the need for a

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- 18 im Bauchraum angeordneten Energiequelle.- 18 energy sources arranged in the abdomen.

Das totale künstliche Herz 1 weist - vergl. dazu Figuren 4 bis 8 grundsätzlich ein linkes Atrium 60, eine linke Atro-Ventricular (A-V)-Ventilplatte 7, eine linke Ventrikel 61, einen Energieumwandler 54, eine rechte Ventrikel 51, eine rechte A-V-Ventilplatte 55 und ein rechtes Atrium 50 (vergl. Figur 7) auf.The total artificial heart 1 has - cf. FIGS. 4 to 8 in principle a left atrium 60, a left atro-ventricular (A-V) valve plate 7, a left ventricle 61, an energy converter 54, a right ventricle 51, a right A-V valve plate 55 and a right atrium 50 (see FIG. 7).

Das linke Atrium 60 weist eine flexible napfförmige Blase und eine offene Abzweigung 62 auf, um den arteriellen Rücklauf von den Lungen aufzunehmen. Das offene Ende der Blase weist zur Mitte des künstlichen Herzens 1 hin und bildet eine vollständige Umhüllung um die Aussenoberflache der linken A-V-Ventilplatte 7.The left atrium 60 has a flexible cup-shaped bladder and an open branch 62 to receive arterial return from the lungs. The open end of the bladder faces Center of the artificial heart 1 and forms a complete envelope around the outer surface of the left A-V valve plate 7.

Die lir.ke A-V-Ventilplatte7 ist eine starre kreisförmige Scheibe, die eine Vielzahl von Längsöffnungen 63 (vergl. Fig. 8) aufweist. Jede longitudinale öffnung 63 ist mit flexiblen Klappen der A-V-Ventile 64 bedeckt. Metallversteifungen sind in den A-V-Ventilen 64 eingebettet, die an der Innenoberfläche der linken A-V-Ventilplatte 7 angelenkt sind. Die A-V-Ventile 64 haben im wesentlichen die gleiche Form wie die Längsöffnungen 63 und bedecken in ihrem geschlossenen Zustand die Längsöffnungen vollständig.The left A-V valve plate7 is a rigid circular disc, which has a plurality of longitudinal openings 63 (see FIG. 8). Each longitudinal opening 63 has flexible flaps the A-V valves 64 covered. Metal stiffeners are in the A-V valves 64 are embedded, which are hinged to the inner surface of the left A-V valve plate 7. The A-V Valves 64 have essentially the same shape as the longitudinal openings 63 and cover the longitudinal openings in their closed state Completely.

Die linke Ventrikel 61 weist ebenfalls eine flexible napfförmige Blase und eine offene Abzweigung 65 auf, um dem Körper arterielle Strömung zuzuführen. Das offene Ende der Blase weist nach Aussen von der Mitte des künstlichen Herzens 1 und bildet eine vollständige Umhüllung um die Innenoberfläche der linken A-V-Ventilplatte 7 herum. Innerhalb des offenen Endes der Abzweigung 65 ist ein trikuspides Ventil 66 angeordnet. Das trikuspide Ventil 6 6 weist drei Schlitze oder Kanäle in seiner Oberfläche auf, damit Blut hindurchfließen kann (vergl. Fig. 8). Das linke Ventrikelgehäuse 3 ist hülsenförmig ausgebildet, um so die linke Ventrikel 61 aufzunehmen, und weist ein Aussen mit Gewinde versehenes Aussenende 67 auf. Das Aussen mit Gewinde versehene Aussenende passt in einen mit Innengewinde versehenen O-förmigen linken atrialen Klemmring 5 hinein„The left ventricle 61 also has a flexible cup-shaped Bladder and an open branch 65 to provide arterial flow to the body. The open end of the bladder faces outwards from the center of the artificial heart 1 and forms a complete envelope around the inner surface of the left A-V valve plate 7 around. A tricuspid valve 66 is disposed within the open end of the junction 65. The tricuspid valve 6 6 has three slits or channels in its surface for blood to flow through (see Fig. 8). The left ventricular casing 3 is sleeve-shaped so as to accommodate the left ventricle 61, and has an outer thread Outer end 67 on. The externally threaded outer end fits into an internally threaded O-shaped left atrial clamping ring 5 in "

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Der linke atriale Klemmring 5 paßt über das linke Atrium Co und befestigt nach dem Aufschrauben auf das linke Ventrikelgehäuse 3 die linke A-V-Ventilplatte 7 zwischen dem linken Atrium 60 und der linken Ventrikel 61. Die Einheit zwischen dem Ventrikelgehäuse und dem atrialen Klemmring wird durch eine Atriumscheibe 4 festgelegt.The left atrial clamping ring 5 fits over the left atrium Co and, after screwing onto the left ventricle housing 3, attaches the left A-V valve plate 7 between the left one Atrium 60 and left ventricle 61. The unit between the ventricle housing and the atrial clamping ring is fixed by an atrium disk 4.

Das linke Ventrikelgehäuse 3 ist wie das rechte Ventrikelgehäuse 2 mit einer öffnung in seiner Unterseite ausgebildet. Ein rohrförmiges CO 2-Punkturgehäuse43 ist in die Öffnung im Ventrikelgehäuse eingesetzt und eine selbstabdichtende Scheibe 53 ist darin eingefügt. Diese Anordnung gestattet es, daß eine hyperdermische Nadel (Spritze) oder eine ähnliche Vorrichtung mit dem Inneren der Ventrikel in Verbindung kommt, wodurch ein Mittel für die Eingabe und die Abgabe von Strömungsmitteln geschaffen ist. Eine Scheibe 45 und eine Abdeckung 44 dienen zum Abschließen des CO 2-Punkturgehäuses 43 und der selbst abdichtenden Scheibe 53 (yergl. Fig. 7). Mit den geeigneten unteren 3/4 der Aussenoberflache der Innenseite der linken Ventrikel 61 und rechten Ventrikel 51 sind Druckplattenanordnungen 70 bzw. 10 verbunden.The left ventricle housing 3 is like the right ventricle housing 2 formed with an opening in its underside. A tubular CO 2 puncture housing43 is in the opening in the Ventricular housing is inserted and a self-sealing disc 53 is inserted therein. This arrangement allows a hyperdermal needle (syringe) or similar device comes into contact with the interior of the ventricle, creating a Means for the input and the delivery of fluids is created. A disc 45 and a cover 44 are used for Completing the CO 2 puncture housing 43 and the self-sealing Disk 53 (see Fig. 7). With the appropriate lower 3/4 of the outside surface of the inside of the left ventricle 61 and right ventricle 51 are connected to pressure plate assemblies 70 and 10, respectively.

Ein Energieumwandler 54 ist in der Mitte des künstlichen Herzens angeordnet. Der Energieumwandler 54 wandel*- elektrische Energie in mechanische um und dient zur Betätigung einer geeigneten Antriebsvorrichtung/ die ihrerseits die Druck- oder Kompressionsplatten 70 und 10 nach aussen bewegt. Die nach Aussen gerichtete Bewegung der Druckplatten braucht nicht gleichzeitig zu erfolgen, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist, wo die rechte Ventrikel 2 durch die Auswärtsbewegung der rechten Druckplatte 10 zusammengedrückt ist, während die linke Ventrikel 61 und die linke Kompressionsplatte 70 in ihrem nicht zusammengedrückten Zustand dargestellt sind. Wenn die Druckplattenanordnungeii nach Aussen gedrückt. sind · und die Ventrikel zusammengedrückt wurden, wird eine Rückstellfeder 52 oder eine ähnliche Vorrichtung benutzt, um die Druckplattenanordnungen in ihrer ursprünglichen Stellung zurückzubringen. An energy converter 54 is in the center of the artificial heart arranged. The energy converter 54 wandel * - electrical energy into mechanical and is used to actuate a suitable drive device / which in turn moves the pressure or compression plates 70 and 10 outward. The outward one Movement of the pressure plates need not occur simultaneously, as shown in Fig. 7, where the right ventricle 2 passes through the outward movement of the right pressure plate 10 is compressed, while the left ventricle 61 and left compression plate 70 are shown in their uncompressed state are. When the pressure plate assembly is pushed outwards. are · and the ventricles have been compressed, becomes a return spring 52 or a similar device is used to set the printing plate assemblies to be returned to their original position.

Der Energieumwandler 54 ist innerhalb des linken VentrikelgehäusesThe energy converter 54 is within the left ventricular housing

3 und des· rechten Ventrikelgehäuses 2 umschlossen. Die Gehäuse sind miteinander mittels einer "Vrt-Klammer 11 befestigt. Die "V"-Klammer weist zwei Backen auf, die schwenkbar mit einem dritten Verbindungsabschnitt verbunden sind, und zwar durch Gelenke 12,12 und 13,13 sowie Dübelstifte 16. Die offenen Enden der Backen können zusammengebracht werden und mittels Winkelbügeln 15 und Mutter 14 festgezogen werden (vergl. Fig. 5).3 and the right ventricle housing 2. The housings are attached to one another by means of a "V rt" bracket 11. The "V" bracket has two jaws which are pivotally connected to a third connecting section by means of hinges 12, 12 and 13, 13 and dowel pins 16. Die open ends of the jaws can be brought together and tightened by means of angle brackets 15 and nut 14 (see FIG. 5).

Bei dem Energieumwandler wird elektrische Energie entweder von einer elektrischen Energiespeichereinheit oder einer Kernmaschine zugeführt, welche im Bauchraum angeordnet ist, und zwar erfolgt die Energiezuführung über einen mehradrigen Draht 23. Der mehrere Adern aufweisende Draht 23 ist in einer isolierten Hülse 17 eingeschlossen und steht mit dem Energieumwandler 54 über entsprechende öffnungen in ier "V"-Klammer 11,und dem Boden des verbundenen linken Ventrikelgehäuses 3 und rechten Ventrikelgehäuses 2 (vergl. Fig. 7) in Verbindung. Eine Gleithülse 22 ist in der öffnung in der "V'-Klammer 11 angeordnet und dient als Hülse für den hindurchlaufenden mehradrigen Draht 23. Kurz vor seinem Eintritt in die Gleithülse 22 läuft der mehradrige Draht 23 durch eine domförmige Klemmhülse 21, welche die Öffnung in der "V"-Klammer 11 abdeckt.In the energy converter, electrical energy is obtained from either an electrical energy storage unit or a core machine which is arranged in the abdominal cavity, and the energy is supplied via a multi-core wire 23. The multi-core wire 23 is enclosed in an insulated sleeve 17 and is connected to the energy converter 54 via corresponding openings in each of the "V" brackets 11, and the Bottom of the connected left ventricle housing 3 and right ventricle housing 2 (see FIG. 7) in connection. A sliding sleeve 22 is arranged in the opening in the "V" bracket 11 and serves as a sleeve for the multi-core wire 23 running through it. Shortly before it enters the sliding sleeve 22, the multi-core wire runs Wire 23 through a dome-shaped clamping sleeve 21, which covers the opening in the "V" bracket 11.

Natürlich würde die Verwendung einer Biobrennstoff-Zelle oder die Verwendung eines künstlichen Herzens eingeschlossener Kernenergieversorgungsquelle die Notwendigkeit der gesonderten elektrischen Energiespeichereinheit der Kernenergiemaschine und das Verbindungskabel vermeiden.Of course, using a biofuel cell or using an artificial heart would include an enclosed nuclear power source the need for the separate electrical energy storage unit of the nuclear power machine and that Avoid connecting cables.

Die Erfindung sieht ferner vor, daß die rechte Seite des künstlichen Herzens 1 ähnlich der linken Seite mit der Ausnahme ausgebildet ist, daß. anstelle einer einzigen Abzweigung 62 wie bei dem linken Atrium 60 das rechte Atrium eine Dual-Abzweigung aufweist. Diese Dual-Abzweigung weist einen Zweig 68 und einen weiteren Zweig 69 auf, wobei der Zweig 68 den venösen Rückstrom vom Truncus aufnimmt, während der andere Zweig 69 den venösen Rückstrom vom Kopf aufnimmt. Das rechte Atrium kann auch eine einzigeThe invention also provides that the right side of the artificial Heart 1 is similar to the left side with the exception that. instead of a single junction 62 as with that left atrium 60, the right atrium has a dual branch. This dual branch has a branch 68 and another Branch 69, with branch 68 receiving the venous return flow from the trunk, while the other branch 69 receives the venous return flow absorbs from the head. The right atrium can also be a single one

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Einströmung aufweisen, und zwar ähnlich derjenigen, wie dies für das linke Atrium 60 gezeigt ist.Have influx similar to that like this for the left atrium 60 is shown.

Die rechte Ventrikel 51 weist wie die linke Ventrikel 61 eine einfache Abzweigung 71 auf. Die Abzweigung 71 liefert venöse Strömung an die Lungen und weist auch ein dreikanaliges trikuspides Ventil auf.The right ventricle 51, like the left ventricle 61, has a simple junction 71. The junction 71 supplies venous Flow to the lungs and also has a three-channel tricuspid valve.

Die trikuspiden Ventile sind.in einem metallischen zylindrischen Trikuspid-Ventil-Gehäuse 2 5,25 untergebracht, welche an den Enden der Abzweigungen 65 und 71 angeordnet sind. Die Trikuspid-Ventil-Gehäuse 25,25 sind an den Abzweigungen durch einen Abstandsring 26 und einen Klemmring 27 (vergl. Fig. 5) befestigt. Sämtliche Ventile des künstlichen Herzens sind austauschbar und können verschiedene Bauarten sein, beispielsweise zur Scheiben-, Kugel-, Klappen- und Trikuspid-Bauart gehören.The tricuspid valves are. In a metallic cylindrical Tricuspid valve housing 2 5, 25 accommodated, which are arranged at the ends of the branches 65 and 71. The tricuspid valve body 25, 25 are attached to the branches by a spacer ring 26 and a clamping ring 27 (see FIG. 5). All Valves of the artificial heart are interchangeable and can be of different types, for example for disc, ball, Valve and tricuspid design include.

An den offenenen Enden der Abzweigung 62, 68 und 69 sind metallische zylindrische Kupplungsringe 33 befestigt, über den Aussenenden der Kupplungsringe 35 und der Trikuspid-Ventil-Gehäuse 25, 25 sind zylindrische dacronbeflockte metallische Schnellverbindungen 30 angeordnet. Die Schnellverbindungen 30 weisen mehrfingrige Haltemif-el 28 auf, welche die Schnellverbindungen an den Trikuspid-Ventii-Gehäusen 25,25 oder den Kupplungsringen 33 festlegen. An der Aussenoberfläche der Schnellverbindungen 30 sind vom Gewebe erfassbare Stacheln 34 vorgesehen..At the open ends of the branches 62, 68 and 69 are metallic cylindrical coupling rings 33 attached over the outer ends the coupling rings 35 and the tricuspid valve housing 25, 25 are cylindrical dacron-flocked metallic quick-connect connections 30 arranged. The quick connections 30 have multi-fingered retaining rings 28 which attach the quick connections the tricuspid valve housings 25, 25 or the coupling rings 33. On the outer surface of the quick connections 30 spikes 34 that can be grasped by the tissue are provided.

Rohrförmige Ellenbogenanpassungsstücke 31 können innerhalb der chirurgischen Schnellverbindungen 30 angeordnet sein, wenn dies erforderlich ist, um die Gewebeverbindung zu verbessern.^ Ein Schutzring 32 umgibt den Aussendurchmesser des Endes des Ellenbogenanpassungsstückes, das nicht innerhalb der chirurgischen Schnei!verbindungen 30 (vergl. Fig. 5) angeordnet ist. Das künstliche Herz kann auch mit den geeigneten Strömungskanälen des Körpers über Verbindungsstücke verbunden werden, welche mit dem Gewebe vernäht sind.Tubular elbow adapters 31 may be disposed within quick surgical connectors 30 if so is required to improve the tissue connection. ^ A protective ring 32 surrounds the outer diameter of the end of the elbow adapter, which is not arranged within the surgical cutting connections 30 (see FIG. 5). The artificial one The heart can also be connected to the appropriate flow channels of the body via connectors which are connected to the Fabrics are sewn.

Die Atrien, Ventrikel und A-V-Ventile können aus Silastic oder Polyurethan oder einem ähnlichen Material hergestellt sein. DieThe atria, ventricles and A-V valves can be made from Silastic or Polyurethane or a similar material. the

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Ventrikel-Gehäuse, die Atrien-Klemmringe, die "V"-Klemmanordnuhg, die chirurgischen Schnellverbindungen und die trikuspiden Ventil-Gehäuse können aus rostfreiem Stahl oder einem ähnlichen Werkstoff hergestellt sein. Die A-V-Ventilplatten können aus irgendeinem geeigneten Material hergestellt sein. Sämtliche mit Blut in Berührung kommenden Oberflächen sind mit Dacron oder einem gleichwertigen Material versehen, um die Entwicklung einer lebenden Oberfläche, d.h. von endothelialen oder pseudoendotheli.alen Oberflächen zu fördern.Ventricular housing, the atrial clamping rings, the "V" -clamping arrangement, The surgical quick connectors and the tricuspid valve housings can be made of stainless steel or a be made similar material. The A-V valve plates can be made of any suitable material. All surfaces that come into contact with blood are with Dacron or equivalent material provided to allow the development of a living surface, i.e. endothelial or to promote pseudoendotheli.al surfaces.

Das Grundverfahren zum Zusammenbau des ganzen Herzens umfasst "folgende Schritte:The basic whole heart assembly procedure involves "the following steps:

1) Die trikuspiden Ventil-Gehäuse werden an die linken und rechten Ventrikel geklemmt und mit diesen verbunden;1) The tricuspid valve housings are attached to the left and right ventricle clamped and connected to it;

2) chirurgische Schnellverbindungs-Adaptionsringe werden mit den Eingängen der linken und rechten Atria verbunden;2) quick connect surgical adapter rings are connected to the left and right atrial entrances;

3) die rechte und linke Ventrikel werden in ihren entsprechenden Metallgehäusen angeordnet;3) the right and left ventricles are placed in their respective metal housings;

4) das rechte und linke A-V-Ventil werden auf den entsprechenden Ventrikeln angeordnet?4) the right and left A-V valves will be on the corresponding Ventricles arranged?

5) die rechte und linke Atria wird angeordnet und die Atrien-Klemmringe werden festgezogen.5) the right and left atria are placed and the atria clamp rings are tightened.

Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel bei dessen erfindungsgemäßen Herzratensteuercomputers beschrieben. Schematisch ist der Herzratensteuercomputer in Fig. 10 gezeigt, und er ist in der einpflanzbaren Elektronikpackung enthalten und auf einer Schaltplatte ausgebildet.The following is an exemplary embodiment in its inventive Heart rate control computer described. The heart rate control computer is shown schematically in FIG. 10 and is in FIG included in the implantable electronics package and on a Circuit board formed.

Der Herzratensteuercomputer reguliert die Herzrate über einen Bereich von 50 bis- 120 Schlägen pro Minute hinweg, und zwar gemäß der Erfindung entsprechend Signalen, welche die ventrikolare Füllung anzeigen. Gemäß der Erfindung ist ein Fühler vorgesehen, um ein Ausgangssign&l jedesmal dann su erzeugen, wenn eine VentrikelThe heart rate control computer regulates the heart rate over a range of 50 to 120 beats per minute according to the invention according to signals which the ventricular Show filling. According to the invention, a sensor is provided in order to generate an output signal & l every time a ventricle

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hinreichend viel Blut empfängt, um sie zu 95 % oder mehr ihrer Kapazität aufzufüllen. Der Computer speichert diese Information hinsichtlich der kürzlichen Blutpumpenfüllungshistorie und verarbeitet diese Information, um einen der folgenden Befehle zu erzeugen:receives enough blood to make her 95% or more of her Fill up capacity. The computer stores and processes this information regarding the recent blood pump fill history this information to generate one of the following commands:

1) Der Computer befiehlt eine 5-Schlag-pro-Minute-Erhöhung der Rate," wenn die linke oder rechte Seite 5 volle Indikationen aus "5 Vorgängen erhält.1) The computer commands a 5 beats per minute increase in rate "when the left or right side receives 5 full indications out" of 5 operations.

2) Der Computer befiehlt eine 5-Schlag-pro-Minute-Absenkung der Rate, wenn die Rate sich 10 Sekunden lang nicht geändert hat und die linke Seite höchstens eine volle Indikation oder Anzeige aus 5 aufweist.2) The computer commands a 5 beats per minute decrease in rate if the rate has not changed for 10 seconds and the left side has at most one full indication or reading of 5.

3) Der Computer befiehlt, daß keine Änderung bei der Herzrate auftritt, wenn weder die Anstiegs- noch die Abnahme-Kriterien erfüllt sind.3) The computer commands that there is no change in heart rate if neither the increase nor the decrease criteria are fulfilled.

Nach dem Start des Computerzyklus wird dann - vergl. das Blockschaltbild der Fig. 10 - wenn eine Fülldetektorausgangsgröße die Schwelle des entsprechenden Füllimpulsgenerators überschreitet ein Impvls an den Füllzähler übertragen. Dies tritt immer dann auf, wenn die entsprechende Ventrikel mindestens zu 95 % gefüllt ist.After the start of the computer cycle - see the block diagram of Fig. 10 - when a fill detector output exceeds the threshold of the corresponding fill pulse generator transmit an impvls to the filling counter. This always occurs when the corresponding ventricle is at least is 95% full.

Die Zählerstandsdetektoren bestimmen, ob einer der Füllzähler einen Zählerstand von 5 erreicht hat, oder ob der linke Zählerstand kleiner ist als 2. Wenn der Rückstellimpuls auftritt, bestimmen die Ratenänderungs-Rechnungs-Logikschaltungen, ob eine Ratenänderung erforderlich ist. Wenn jeder 5 Zählerstandsdetektor eine Ausgangsgröße aufweist, sendet der Ratenänderungsrechner einen Ratenei" höh ungs impuls aus, der den Wert im Comp ut er herzratenspeicher um eine Größe entsprechend ungefähr 5 Schlägen pro Minute erhöht, \7ann der 0 oderΊ Zählerstandsdetektor eine Ausgangsgröße aufweist und der 10 Sekunden Verzögerungsimpuls-Generator keine Ausgangsgröße besitzt, so sendet der Ratenände-'rungsrechner einen Ratenverringerungsimpuls aus, der den gespeicherten Wert der Computerherzrate um 5 Schläge pro MinuteThe counter reading detectors determine whether one of the filling counters has reached a counter reading of 5, or whether the counter reading on the left is less than 2. When the reset pulse occurs, the rate change calculation logic circuits determine whether a Rate change is required. When every 5 count detectors has an output, the rate change calculator sends a guessing impulse to increase the heart rate memory value in the computer increased by an amount corresponding to about 5 beats per minute, \ 7ann the 0 orΊ counter reading detector one Output variable and the 10 second delay pulse generator has no output, the rate change calculator sends a rate decrease pulse that increases the stored computer heart rate value by 5 beats per minute

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vermindert. Der 10 Sekunden-Verzögerungsimpuls-Generator hat dann eine Ausgangsgröße, wenn entweder ein Ratenerhöhungs- oder ein Abnahme-Impuls innerhalb der letzten 10 Sekunden ausgesandt wurde. Nach einer Herzratenänderung wird daher die Herzrate mindestens 10 Sekunden lang nicht abnehmen. reduced. The 10 second delay pulse generator has then an output when either a rate increase or a decrease pulse is sent within the last 10 seconds became. Therefore, after a heart rate change, the heart rate will not decrease for at least 10 seconds.

Neben den im vorangegangenen Absatz erwähnten erfindungsgemäßen Maßnahmen sieht die Erfindung weiter vor, daß der Wert im Computerherzratenspeicher die Geschwindigkeit bestimmt, mit der die Motorantriebssteuerschaltungen versuchen, den Motor im Energieumwandler anzutreiben. Die tatsächliche Herzrate ist proportional zur Motordrehzahl bzw. Geschwindigkeit. Der Ratensteuerfehler-Generator vergleicht daher die Motordrehzahlrechnerausgangsgröße mit dem Computerherzratenspeicher, um die Fehlersignaleingangsgröße für die Motorantriebssteuerschaltungen zu bestimmen. Das Motordrehzahlsignal wird auch verwendet, um den Herzratenzähler zu betreiben. Wenn der Herzratenzähler einen Zählerstand von 5 Schlägen erreicht, so wird durch den Rückstellimpuls-Generator ein Rückstellimpuls erzeugt. Dies stellt sämtliche Zähler zurück · und triggert die RatenänderungsrechnerausgangsgrÖßen. Der Computerzyklus beginnt sodann erneut.In addition to the measures according to the invention mentioned in the preceding paragraph, the invention also provides that the value in the computer heart rate memory determines the speed at which the motor drive control circuits attempt to drive the motor in the energy converter to drive. The actual heart rate is proportional to the engine speed or speed. The rate control error generator therefore compares the engine speed computer output to the computer heart rate memory to determine the error signal input for the motor drive control circuits to be determined. The engine speed signal is also used in the heart rate counter to operate. When the heart rate counter reaches a count of 5 beats, the reset pulse generator a reset pulse is generated. This resets all counters and triggers the rate change calculator outputs. The computer cycle then starts again.

Da jetzt mit extrem niedriger Leistung arbeitende Operationsverstärker verfügbar sind, wurde die Entscheidung getroffen, im Ratencomputer eine Analog-anstelle einer Digitalschaltung zu verwenden. Diese Schaltung ist in Fig. 11 dargestellt.Since now operational amplifiers working with extremely low power are available, the decision was made to use an analog instead of a digital circuit in the rate computer. This circuit is shown in FIG.

In den Füllimpuls-Generatoren verstärken lineare Verstärker N1 und N2 die Signale von den Belastungs- oder Beanspruchungs-Fülldetektoren. Ihre Ausgangsgrößen werden an Schwellenwertverstärker N3 und N4 angelegt. Die Verstärkungen der Verstärker N1 und N2 müssen als erstes eingestellt sein, um Unterschiede in der Beanspruchungsmessvorrichtungsempfindlichkeit zu kompensieren. Sodann müssen die rechten und linken Schwellwerte., wie diese durch den Spannungsteiler bestimmt sind, derart eingestellt werden, daß Füllimpulse an dem Punkt erzeugt werden, wo die Blutpumpe zu 95 % gefüllt ist» Die beiden 150 msec "Einschuß"-MuItivibratoren (monostabile Multivibratoren) bestehen aus HS1, W7 sowie N9 und N6, N8 und N 10 und sie erzeugen Füllimpulsgei.eratorausgangsgrößenIn the fill pulse generators, linear amplifiers N1 and N2 amplify the signals from the stress fill detectors. Their output variables are applied to threshold amplifiers N3 and N4. The gains of amplifiers N1 and N2 must first be adjusted to compensate for differences in strain gauge sensitivity. Then the right and left threshold values, as determined by the voltage divider, must be set in such a way that filling pulses are generated at the point where the blood pump is 95% full ) consist of HS 1 , W7 as well as N9 and N6, N8 and N 10 and they generate filling pulse generator output variables

mit konstanter Breite zum Betrieb der Füllzähler.with constant width for operating the filling counter.

Die Füllzähler sind einfach Analog-Integratoren (N11 und N12). Die Integratoren betreiben die Schwellenwertschaltungen (N21, N22 und N23), welche die Zählerdetektorfunktionen ausführen. Die logischen Operationen des Ratenänderungsrechners werden durch die Dioden-Treiber-Verstärker N24 und N25 ausgeführt.The filling counters are simply analog integrators (N11 and N12). The integrators operate the threshold value circuits (N21, N22 and N23), which perform the counter detector functions. The logical operations of the rate change calculator are carried out by the diode driver amplifiers N24 and N25.

Der 10-Sekunden-Verzögerungs-Generator ist ein monostabiler Multivibrator (N30 bis N33) der durch Transistor Q5 jedesmal dann rückgestellt wird, wenn er eine Eingangsgröße erhält, und zwar unabhängig davon, ob eine Zählung vollendet ist oder nicht. Der dieser Schaltung (N26, N27 und N2 8) zugeordnete 10 Millisekunden-Verzögerungsmultivibrator eliminiert einen "Rennzustand" in der logischen Schaltur.g.The 10 second delay generator is a monostable multivibrator (N30 to N33) that is reset by transistor Q5 every time it receives an input, regardless of whether a count is complete or not. The 10 millisecond delay multivibrator associated with this circuit (N26, N27 and N2 8) eliminates a "racing condition" in the logic circuit.

Die Computerherzratenspeicherung wird durch den Analogintegrator N29 durchgeführt, der auch Begrenzungsdioden aufweist, um die Extremwerte der Herzrate zu steuern. Für die manuelle Einstellung der Herzrate, wie sie -durch diese Schaltung bestimmt ist, wurde Vorsorge getroffen. Die manuelle Rate erhält man entweder durch Betätigung eines Kippschalters im TestpunktkaF.Len, oder durch Betätigung eines in-ternen Magnetschalters ruittels eines großen Magneten außerhalb der Elektronikpackung.The computer heart rate storage is done by the analog integrator N29 performed, which also has limiting diodes to control the extreme values of the heart rate. For manual adjustment the heart rate as it is determined by this circuit Provision made. The manual rate is obtained either by actuating a toggle switch in the TestpunktkaF.Len, or by Operation of an internal magnetic switch by means of a large one Magnets outside the electronics package.

Die Ratensteuerfehlererzeugung wird durch einen Differentialverstärker N34 durchgeführt, der die Ausgangsgröße des Herzratenspeichers mit dem Motordrehzahlsignal vergleicht und den Antriebsimpuls-Generator betreibt.The rate control error generation is done by a differential amplifier N34 carried out, which is the output variable of the heart rate memory compares with the engine speed signal and operates the drive pulse generator.

Der Herzratenzähler ist ein Analogintegrator N13, der entsprechend dem Motordrehzahlsignal arbeitet. Wenn der Integrator anzeigt, daß die Zeit von 5 Herzschlägen vergangen ist, so zündet der Schwellwertverstärker N14 und triggert den 15 msec-Verzögerungsnuiltivibrator (N15, NI6 und N17). Dieser Multivibrator triggert die Ausgangsgröße der logischen Schaltung und zündet sodann den 60 msec monostabilen Multivibrator (N18, N19 und N20), der die Rückstelltransistoren der 3 Integrationszähler treibt. Der 15 msecThe heart rate counter is an analog integrator N13, which accordingly the engine speed signal works. When the integrator indicates that the time of 5 heartbeats has passed, it fires Threshold amplifier N14 and triggers the 15 msec delay level vibrator (N15, NI6 and N17). This multivibrator triggers the output of the logic circuit and then ignites the 60 msec monostable multivibrator (N18, N19 and N20), which the Reset transistors that drive 3 integration counters. The 15 msec

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Multivibrator ist so ausgebildet, daß er frei schwingt, wenn seine Eingangsgröße hoch bleibt, se daß im Herzratenzähler und der Rückstellschaltung kein Verriegelungszustand auftreten kann.The multivibrator is designed so that it oscillates freely when its input variable remains high, see that in the heart rate counter and the reset circuit do not interlock can.

Die Erfindung sieht vor, daß in der Grundmotorantriebssteuerschleife die Phase des sich bewegenden Rotors durch Halleffektvorrichtungssignale angezeigt wird. Diese Signale werden durch den Antriebs- oder Treiber-Impulsgenerator in Antriebs- oder Treiber-Impulse der geeigneten Phase umgewandelt, wobei die Treiber-Impulsbreiten durch das Fehlersignal vom Ratenzähler gesteuert werden. Diese Impulse werden sodann in den Motorantriebsschaltungen verstärkt und zum Antrieb der beiden Phasenmotorwicklungen verwendet. Ein der Motordrehzahl proportional gemachtes Signal wird durch Schaltungen in dem Treiber-Impulsgenerator erzeugt. Dieses Signal wird gemäß der Erfindung mit dem gewünschten Motordrehzahlsignal in dem Ratencomputer verglichen, um das Ratensteuerfehlersignal zu erzeugen.The invention provides that in the basic motor drive control loop the phase of the moving rotor is indicated by hall effect device signals. These signals are through the drive or driver pulse generator is converted into drive or driver pulses of the appropriate phase, the Driver pulse widths can be controlled by the error signal from the rate counter. These pulses are then used in the motor drive circuits reinforced and used to drive the two phase motor windings. One proportional to the engine speed made signal is generated by circuits in the driver pulse generator. This signal is according to the invention with compared to the desired engine speed signal in the rate computer to generate the rate control error signal.

In Fig. 12 ist die mit der Erzeugung der Motorantriebsimpulse verbundene Schaltung dargestellt. Gemäß der Erfindung erzeugen Verstärker N3 und N4 verstärkte Hallsignale der gewünschten Amplitude und des gewünschten Gleichstrompegels. Die Widerstände R1 bis R8 sind derart eingestellt, daß sie Differenzen bei den einzelnen Hallvorrichtungskennlinien kompensieren, wie dies in der Zeichnung durch die Bemerkungen angegeben ist. Gewöhnliche Betriebsartenänderungen in den Hallvorrichtungsausgangsgroßen infolge elektrischen Rauschens, Vorspannungsänderungen und thermischen Änderungen werden durch die Eingangsschaltung dieser Verstärker ausgeglichen.Referring to Figure 12, there is shown the circuit associated with the generation of the motor drive pulses. Generate according to the invention Amplifiers N3 and N4 amplified Hall signals of the desired amplitude and the desired direct current level. The resistances R1 through R8 are set to compensate for differences in individual Hall device characteristics, as shown in FIG the drawing is indicated by the comments. Ordinary mode changes in reverb device output sizes due to electrical noise, bias changes and thermal changes are caused by the input circuit of these amplifiers balanced.

Die Verstärker N5 und K6 sind Inverter mit der Verstärkung eins. Da die Hallvorrichtungen gemäß der Erfindung am Motorstator angeordnet sind, um so um 90° gegenüber einander außer Phase befindliche Rotorpositionssignale zu erzeugen, erzeugt die Hinzufügung der Inverter Signale mit sämtlichen 4 Phasenverschiebungen um 90°.The amplifiers N5 and K6 are inverters with a gain of one. Since the Hall devices according to the invention are arranged on the motor stator, they are out of phase by 90 ° with respect to one another Generating rotor position signals generates the addition the inverter signals with all 4 phase shifts by 90 °.

Die Phasen der 4 erzeugten Hallsignale treffen im allgemeinenThe phases of the 4 generated Hall signals generally hit

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nicht mit den optimalen Phasen für die Motorantriebsimpulse zusammen. Da diese Signale jedoch nahezu sinusförmig sind, können sie einfach in gewichteten Widerstandsaddierern kombiniert werden, um 4 Signale mit den gewünschten Phasen zu erzeugen. Die Widerstände in diesem Fall sind die 16kß- und 3OkSWiderstandsverbindungen zu den B, B, Ä und A-Testpunkten der Zeichnung. Die Signale an diesen Testpunkten sind wiederum nahezu sinusförmig und besitzen die für die Motorantriebsimpulse, erforderlichen Phasen.does not coincide with the optimal phases for the motor drive pulses. However, since these signals are almost sinusoidal, they can simply be combined in weighted resistance adders to produce 4 signals with the desired phases. The resistors in this case are the 16k ß and 3OkS resistor connections to the B, B, Ä and A test points of the drawing. The signals at these test points are again almost sinusoidal and have the phases required for the motor drive pulses.

Die tatsächlichen Antriebsimpulse werden in den Schwellwertverstärkern N7 bis N1O erzeugt. Am negativen Eingang von N7 werden beispielsweise gemäß der Erfindung 3 Signale addiert:The actual drive pulses are generated in the threshold amplifiers N7 to N1O generated. At the negative input of N7, for example, 3 signals are added according to the invention:

1) Das Hallsignal, welches ein negatives Maximum zu der Zeit aufweist, wenn der Phasen-Α-Impuls auftreten sollte;1) The Hall signal, which has a negative maximum at the time when the phase Α pulse should occur;

2) ein ins Positive, gehendes vollwellengleichgerichtetes Signal, welches aus den Phasen-B- und B-Hallsignalen gebildet ist;2) a positive going full wave rectified signal, which is formed from the phase B and B Hall signals;

3) das Wechselstrom-Ratensteuerfehlersignal vom Computer.3) the AC rate control error signal from the computer.

Die sich ergebende Wellenform besitzt eine negative dreieckige Spitze bei der gewünschten Phase für den A-Antriebsimpuls. Ein positiver Ausgangsimpuls wird während der Zeit erzeugt, wo dieses Signal unterhalb des Verstärkerschwellwertes liegt. Die Impulsbreite steigt an, wenn das Ratensteuerfehlersignal negativer gemacht wird. Die Verstärker N8, N9 und N1O arbeiten in ähnlicher Weise, um Ä, B und B-Antriebsimpulse zu erzeugen. Das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt eine glatte, in vernünftigem Ausmaß lineare Änderung der Antriebsimpulsbreite mit Steuerfehlersignal für Antriebsimpulsbreiten bis hinauf zu 130°, so daß die Rückkoppelungsverstärkung der Steuerschleife über den Bereich der normalerweise erforderlichen AntriebsImpulsbreiten nahezu konstant ist.The resulting waveform has a negative triangular tip at the desired phase for the A drive pulse. A positive output pulse is generated during the time when this signal is below the amplifier threshold. The pulse width increases as the rate control error signal is made more negative. Amplifiers N8, N9 and N10 operate in a similar manner Way to generate A, B and B drive pulses. The inventive method produces a smooth, to a reasonable extent linear change in the drive pulse width with control error signal for drive pulse widths up to 130 °, so that the The feedback gain of the control loop is almost constant over the range of the normally required drive pulse widths is.

Gemäß der Erfindung bestehen die in Fig. 13 gezeigten Motorantriebsschaltungen aus 2 Teilen:In accordance with the invention, there are motor drive circuits shown in FIG from 2 parts:

1) Den Leistungsverstärker^ welche die 2-Phasenmotor^
wicklung antreiben;
1) The power amplifier ^ which the 2-phase motor ^
drive winding;

2) die Analogschaltungen, welche aus den Motoreingangssignalen den Motorstrom und die Motordrehzahl berechnen.2) the analog circuits, which calculate the motor current and the motor speed from the motor input signals.

Die Antriebs- oder Treiber-Verstärker sind von üblicher Bauart mit der Ausnahme, daß die verfügbare Antriebsstrommenge proportional zum erforderlichen Spitzenmotorstrom verändert wird, wie dieser durch die Motorstromberechnungsschaltung bestimmt
ist. Dieses Antriebspegelsignal wird an Stift 2 der Verstärker N12 bis N15 über 15OkA_Widerstände angelegt, und es bestimmt die Ausgangsamplitude dieser Verstärker. Die diesen Verstärkern
folgenden Leistungsausgangsstufen werden durch die Verstärkerausgangsimpulse einfach ein- oder ausgeschaltet, wobei nahezu
die vollständige Batteriespannung (+ 14 V nominal) an die Antriebsmotorwicklung für eine Zeitdauer angelegt wird, die
gleich der Eingangsimpulsbreite vom Antriebsimpuls-Generator
ist. Der Vorteil der Strompegelantriebssteuerung besteht darin, daß von den Transistoren Q5 bis Q8 weniger Strom gezogen wird, wenn niedrige Ausgangsströme erforderlich sind, und daß daher
diese Verstärker einen vernünftigen Wirkungsgrad bei niedrigen Antriebspegeln aufrechterhalten.
The drive or driver amplifiers are of conventional design except that the amount of drive current available is varied in proportion to the peak motor current required as determined by the motor current calculation circuit
is. This drive level signal is applied to pin 2 of amplifiers N12 to N15 via 150kA resistors, and it determines the output amplitude of these amplifiers. The these amplifiers
The following power output stages are simply switched on or off by the amplifier output pulses, whereby almost
the full battery voltage (+ 14 V nominal) is applied to the drive motor winding for a period of time that
equal to the input pulse width from the drive pulse generator
is. The advantage of current level drive control is that, and therefore, less current is drawn from transistors Q5 through Q8 when low output currents are required
these amplifiers maintain reasonable efficiency at low drive levels.

Die Stromberechnungsschaltung verstärkt einfach den Spannungsabfall an den 0,0300 Restoren in Serie mit jeder Motorwicklung,, und zwar in ausbalancierten Differentialverstärkern (N6 und
N10). Diese Verstärkerausgangsgrößen werden sodann in Verstärkern N5 und N9 invertiert, so daß sowohl positive als auch negative Widergaben jedes Stromimpulses verfügbar sind. Die Ausgangsgrößen dieser 4 Verstärker werden gemäß der Erfindung an einen 4-Phasen-Voilwellenspitzendetektor angelegt, dessen Ausgangsgröße in einem Filterverstärker N4 gegelättet wird, um ein Gleichstromsignal zu ergeben, welches die Treiber-Verstärkerausgangsgrößenleistungsfähigkeit steuert.
The current calculation circuit simply amplifies the voltage drop across the 0.0300 restores in series with each motor winding, in balanced differential amplifiers (N6 and
N10). These amplifier outputs are then inverted in amplifiers N5 and N9 so that both positive and negative representations of each current pulse are available. The outputs of these 4 amplifiers are applied in accordance with the invention to a 4-phase full wave peak detector, the output of which is smoothed in a filter amplifier N4 to give a DC signal which controls the driver amplifier output performance.

Die an die Motorwicklung angelegte Spannung wird auch durch ausbalancierte (Gegentakt-)Differentialverstärker N3 und N11 erhalten. Diese Signale werden in RC-Schaltungen mit den StromwellenformenThe voltage applied to the motor winding is also balanced by (Push-pull) differential amplifiers N3 and N11 obtained. These signals are in RC circuits with the current waveforms

von N5 und N9 kombiniert, wobei das Resultat in Verstärkern N2 und N8 verstärkt wird, um Wiedergaben der Motor-Sperr-EMK zu erhalten. Da die Motor-Sperr-EMK (Motor-Rück-EMK) proportional zur Motordrehzahl ist, erhält man ein Signal mit Gleichstrompegeleigenschaften zur Motordrehzahl aus dem Sperr-EMK-Signal in einem 4-Phasen-Detektor, wobei die erforderlichen Wellenforminversionen durch Verstärker N1 und N7· ^durchgeführt werden. Das sich ergebende Signal wird dem Ratencomputer zum Vergleich mit dem gewünschten Motordrehzahlsignal zugeführt, und das sich ergebende Ratensteuerfehlersignal wird zur Steuerung der Antriebsimpulsbreite verwendet.of N5 and N9 are combined, the result being amplified in amplifiers N2 and N8 to reproduce the motor lock emf to obtain. Because the motor blocking EMF (motor back EMF) is proportional to the motor speed, a signal with DC level properties for the motor speed is obtained from the blocking emf signal in a 4-phase detector, with the required waveform inversions being performed by amplifiers N1 and N7 · ^ will. The resulting signal is fed to the rate computer for comparison with the desired engine speed signal, and the resulting rate control error signal is used to control the drive pulse width.

Die gemäß der Erfindung ausgebildete einpflanzbare Batterieleistungsversorgung ist schematisch in Fig. 14 dargestellt und empfängt ihre Eingangsleistung von der eingepflanzten Sekundärspule eines mit intakter Haut arbeitenden Transformators. Eine steuerbare Gleichrichterschaltung wandelt diese Wechselstromleistung in Gleichstrom um und zwar mit einer Spannung, die sowohl zum Aufladen der Batteriepackung als auch zum Betreiben der Motorsteuerschaltungen ausreicht. Die Batteriepackung ist - wie gezeigt parallel mit der Last geschaltet, so daß sie sowohl den Brummstrom von der Ladevorrichtung und die Wechselstromschwankungen im Laststrom aufnimmt.The implantable battery power supply formed in accordance with the invention is shown schematically in Figure 14 and receives its input power from the implanted secondary coil a transformer working with intact skin. A controllable rectifier circuit converts this AC power into direct current at a voltage that is used both to charge the battery pack and to operate the motor control circuits sufficient. The battery pack is connected in parallel with the load, as shown, so that it can handle both the ripple current from the charger and absorbs the alternating current fluctuations in the load current.

Die Batteriesteuerschaltungen erhalten Information von jeder Zelle der Batteriepackung, um die Ladeausgangsgröße zu steuern.The battery control circuits receive information from each cell of the battery pack to control the charge output.

Wenn zu irgendeinem Zeitpunkt der Ladungsgehalt der Batteriepackung unter einen Optimalwert absinkt, erzeugt die Steuerschaltung maximal verfügbare Leistung, um die Packung in dem kürzestmöglichen Intervall aufzuladen. Wenn irgendeine oder mehrere Zellen dor Batteriepackung ihren völlig geladenen Zustand erreichen, so beendet die Steuerschaltung die Schneiladung und kehrt zu einer normalen langsamen Ladungsbetriebsart zurück.If at any time the charge level of the battery pack drops below an optimum value, the control circuit generates maximum available power to charge the pack in the shortest possible interval. If any or If several cells in the battery pack reach their fully charged state, the control circuit terminates the rapid charging and returns to a normal slow charge mode.

Wenn die Leistungsausgangsgröße nicht verfügbar ist, beispielsweise dann, wenn der Hauttransformator abgekoppelt ist, so wird Leistung durch die eingepflanzte Batteriepackung geliefert, umIf the power output is not available, for example then, when the main transformer is disconnected, power is delivered through the implanted battery pack in order to

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den Leiter zu betätigen. Es ist eine hinreichende Kapazität vorgesehen, um die gesamte Herzvorrichtung ungefähr 3 bis 4 Stunden lang zu betreiben. Wenn vor Entladung der Batterie die Wechselstromleistung nicht mehr eingeschaltet wird, so beendet die Batteriesteuerschaltung die Batterieentladung dann, wenn irgendeine Zelle der Batteriepackung auf eine Zellenspannung von annähernd 0,7 V entladen ist. Dies schützt die Batteriepackung vor einer Überentladung und vor einer möglichen Zellenschädigung. to operate the ladder. Sufficient capacity is provided to hold approximately 3 to 4 of the entire cardiac device Operate for hours. If the AC power is no longer switched on before the battery is discharged, then stop the battery control circuit discharges the battery when any cell of the battery pack has reached a cell voltage of approximately 0.7V is discharged. This protects the battery pack from over-discharging and from possible cell damage.

Der Batterieausgangsstrom liefert Leistung direkt an die Motorantriebsschaltungsausgangsstufen und versorgt auch die Niederleistungsspannungsversorgung, welche geregelte Spannungen für die Niedrigleistungsschaltung in dem Motorantriebssteuer- und Ratencomputer erzeugt.The battery output current provides power directly to the motor drive circuit output stages and also supplies the low-power voltage supply, which provides regulated voltages for the Low power circuitry in the motor drive control and rate computer generated.

Die erfindungsgemäße Batteriepackungsschaltung ist in Fig.15 dargestellt. Die Batteriezellen sind spezielle 4 Ah Nickel-Cadmium-Zellen, hergestellt von General Electric. Die Zellen besitzen eine dritte Klemme, die mit einem abgedichteten rostfreien Stahl-Gehäuse verbunden ist, welche den Batterieladungszustand abfühlt. Wenn die dritte-Klemmen-zu-negative-Klemmenspannung auf annähernd 0,3 V an einer 18GO-Belastung ansteigt, so ist die Zelle vollständig geladen. Verstärker N2 bis N12 fühlen die dritten Klemmen der Zellen BT1 bis BT11 in entsprechender Weise ab, und wenn irgendeine (oder mehrere) der dritten Klemmenspannungen 0,3 V erreicht, so zieht der entsprechende Verstärker die Spannung an der gemeinsamen Ausgangssammelleitung auf eine hohe Spannung. Dies seinerseits zieht das Ladungssteuersignal soweit nach oben, wie dies der Langsamladesteuerverstärker N13 gestattet. Dies hat zur Folge, daß die Batterieladevorrichtung in die Langsamladebetriebsart (Pufierladungsbetriebsart) übergeht.The battery pack circuit of the present invention is shown in FIG shown. The battery cells are special 4 Ah nickel-cadmium cells manufactured by General Electric. Own the cells a third terminal connected to a sealed stainless steel housing which senses the battery state of charge. When the third-terminal-to-negative-terminal-voltage is approximate 0.3 V on an 18GO load increases, the cell is complete loaded. Amplifiers N2 through N12 sense the third terminals of cells BT1 through BT11 in a corresponding manner, and if so Any (or more) of the third terminal voltages reaches 0.3V, the corresponding amplifier pulls the voltage on the common output bus to a high voltage. This in turn pulls the charge control signal upwards as permitted by the N13 slow charge control amplifier. this has with the result that the battery charger goes into the slow charge mode (buffer charge mode).

Die Pufferladeverstäi-kerschaltung verstärkt und mittelt den Spannungsabfall an dem 0,020JLBatteriestromfühlwiderstand mit einer mittleren oder durchschnittlichen Zeitkonstante von ungefähr 100 Sekunden, so daß Batteriestromschwankungen innerhalb eines einzigen Herzschlages ausgeraittelt werden. Die Ausgangs-The buffer charge amplifier circuit amplifies and averages the Voltage drop across the 0.020JL battery current sensing resistor a mean or average time constant of about 100 seconds, so that battery current fluctuations within a single heartbeat. The initial

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größe des Verstärkers N13 ist sodann für kleine positive Durchschnittsströme proportional zum durchschnittlichen Batteriestrom. Wenn die Batterie schnell geladen wird, so ist die Ausgangsgröße hoch, die Serienausgangsgrößendiode ist ausgeschaltet 'und beeinflußt das Ladungssteuersignal nicht, welches während dieser Zeit niedrig ist. Wenn die Batterien geladen sind und eine oder mehrere der Ausgangsgrößen der Verstärker N2 bis N12 hoch liegen, so steigt die Ladungssignalspannung an, die Serienausgangsdiode N13 schaltet sich ein und die N13-Ausgangsspannung zieht das Ladungssignal wieder nach unten bis die gewünschte durchschnittliche Pufferladung erreicht ist, wie diese durch Einstellung der Widerstände R2 und R3 bestimmt ist.The size of the amplifier N13 is then for small positive Average currents proportional to the average battery current. If the battery charges quickly, so If the output is high, the series output diode is off and affects the charge control signal not which is low during that time. When the batteries are charged and one or more of the output variables the amplifier N2 to N12 are high, the charge signal voltage rises and the series output diode N13 switches and the N13 output voltage pulls the charge signal down again until the desired average trickle charge is reached, as can be done by setting the resistors R2 and R3 is determined.

Wenn die Ladeeingangsgrößenleistung entfernt wird,.so muß die Batterie den ganzen Ladestrom liefern und fängt an, sich zu entladen. Wenn die Ladeeingangsleistung nicht wieder angeschaltet wird, bevor eine oder mehrere Zellspannungen auf ungefähr 0,7 V abgefallen ist, dann wird das Leistungs-Ein/Aus-Signal ansteigen und das System abschalten, bis die Ladeeingangsleistung wieder vorgesehen wird.If the load input power is removed, so must the battery will deliver the full charge current and begin to discharge. When the charging input power is not turned on again before one or more cell voltages has dropped to approximately 0.7 volts, then the power on / off signal becomes increase and shutdown the system until the charge input power is provided again.

Bei Batteriebetrieb mit abgeschalteter Ladeleistung ist die Serienkette der Transistoren Q1, Q2, Q3, Q5, Q7, Q9, Q11, Q13, Q15, Q17, OJ 9 und Q21 eingeschaltet, wodurch die negative Klemme des Verstärkers N1 hochgezogen wird und ein Niedrigleistungs-Ein/Aus-Signalpegel erzeugt wird, der die Niedrigleistungsspannungsversorgung eingeschaltet hält. Wenn eine der Zellenspannungen unter einen Wert von ungefähr 0,7 V abfällt, so geht die Vorspannung für einen der Transistoren in der Kette verloren, die Kette schaltet sich ab, der Leistungs-An/Aus-Signalpegel steigt an, die Vorspannung für Q1 geht verloren, und die Kette kann nicht eher wieder eingeschaltet werden, bis das Leisturtgs-An/Aus- · Signal auf ein hohes Signal am Wechselstromleistungs-An-Signal abgesenkt wird. (Das Wechselstromleistungs-Ein-Signal wird dann hochgezogen, wenn die Ladeeingangsleistung eingeschaltet wird.)In battery operation with the charging power switched off, the series chain of transistors Q1, Q2, Q3, Q5, Q7, Q9, Q11, Q13, Q15, Q17, OJ 9 and Q21 turned on, causing the negative terminal of amplifier N1 is pulled high and a low power on / off signal level which keeps the low power voltage supply turned on. If any of the cell voltages drops below approximately 0.7 volts, the bias for one of the transistors in the chain is lost, the Chain switches itself off, the power on / off signal level increases on, the preload for Q1 is lost, and the chain cannot be switched on again until the power on / off Signal for a high signal on the AC power on signal is lowered. (The AC power on signal then becomes pulled up when the charge input power is turned on.)

Die Vorspannung für die Kettentransistoren wird durch Transistoren. Q4, Q6, Q8, Q1O, Q12, OJ 4, OJ 6, Oj 8, Q20 und Q22 erzeugt,The bias for the chain transistors is provided by transistors. Q4, Q6, Q8, Q1O, Q12, OJ 4, OJ 6, Oj 8, Q20 and Q22 generated,

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wobei die Basis-Emitter-Spannung dieser Transistoren die minimale Zellenspannung bestimmt.« Die Ausnahme bildet die Zelle BT1 und der Transistor Q2, der ein direkt von Zelle BT1 vorgespannter Kettentransistor ist. In diesem Falle ist es die Basis-Emitter-Spannung von Q2 + die kleine Sättigungsspannung von Q1, welche die Abschaltspannung der Zelle BT1 bestimmt.where the base-emitter voltage of these transistors is the The exception is cell BT1 and transistor Q2, which is a direct input from cell BT1 biased chain transistor is. In this case it is the base-emitter voltage of Q2 + the small saturation voltage of Q1 which is the cut-off voltage of cell BT1 certainly.

Ein magnetischer Zungen- bzw. Lese-Schalter S1 kann auch verwendet werden, um das System von Hand abzuschalten oder aber der externe Gleichstromleistungsschalter kann geöffnet werden. Im letztgenannten Fall bleibt das Leistungs-An/Aus-Signal niedrig.A magnetic tongue or read switch S1 can also be used to manually switch off the system or but the external DC circuit breaker can be opened. In the latter case, the power on / off signal remains low.

Die in Fig. 16 gezeigte erfindurgsgemäße gesteuerte Batterieladeschaltung ist grundsätzlich ein gesteuerter Brückengleichrichter, wobei CR1, CR2 und Q1 sowie Q2 die Hochstromelemente sind. Der Arbeitszyklus von Q1 und Q2 wird gesteuert, um den gewünschten Ladestrom zu ergeben. Die Eingangsfreguenz vom Hauttransformator ist 400 Hz.The controlled battery charging circuit according to the invention shown in FIG. 16 is basically a controlled bridge rectifier, with CR1, CR2 and Q1 as well as Q2 being the high-current elements are. The duty cycle of Q1 and Q2 is controlled to give the desired charging current. The input frequency from Main transformer is 400 Hz.

Infolge der hohen Streuinduktivität dieses Transformators ist die Leistungsquelle eine Quelle mit hoher Impedanz und die Transformatorausgangsspannung steigt während des Teils des Zyklus, wo Q1 und Q2 abgeschaltet sind auf 40 oder 50 V Spitzen an. Wenn Q1 und Q2 jeweils für volle 180° eingeschaltet sind, so ist die Ausgangswelle des Transformators im wesentlichen eine Rechteckwelle (obwohl die Eingangsgröße eine Sinuswelle mit großer Amplitude ist).Due to the high leakage inductance of this transformer, the power source is a high impedance source and the Transformer output voltage rises to 40 or 50 V peaks during the portion of the cycle where Q1 and Q2 are turned off. When Q1 and Q2 are each on for a full 180 degrees, the output wave from the transformer is essentially a square wave (although the input is a sine wave with a large amplitude).

Die Erfindung sieht ferner die Verwendung von Spannungsdopplergleichrichterschaltungen mit niedriger Leistung vor, um die +21 V und -6 V (nominal)-Leistung für die Steuerschaltung in dieser Einheit und die Batteriepackungsschaltunqen zu erzeugen. Die +21 V liefern auch durch Einschalten des Transistors Q7 das Wechselstromleistungs-EIN-Signal für die Batteriepackung. Dioden-Kondensator-Impulsformschaltungen erzeugen 30 %-Arbeitszyklus-Sägezahnwellen, die mit dem Ladungssteuersignal von der Batteriepackung verglichen werden, um den Zeitprozentsatz zu bestimmen, um N5 und N6 zu zünden. Eine klein«. Größe der Eingangs-The invention also contemplates the use of voltage doubler rectifier circuits with low power to provide the +21 V and -6 V (nominal) power for the control circuit in this unit and create the battery pack circuits. The +21 V also provide the AC power ON signal by turning on transistor Q7 for the battery pack. Diode-capacitor pulse shaping circuits produce 30% duty cycle sawtooth waves, which are compared to the charge control signal from the battery pack to determine the time percentage determine to fire N5 and N6. One small «. Size of input

- 33 - .- 33 -.

transformatorwelle wird dem Ladungssteuersignal durch 3,3 MO-Widerstände hinzuaddiert, um sicherzustellen, daß N5 und N6 während abwechselnder Halbzyklen der Eingangswelle abgeschaltet sind, und zwar ohne Rücksicht auf den Ladungssteuersignalpegel. Die Verstärker N5 und N6 betreiben die Leistungsstufen, welche die Transistoren Q1 und Q2 zünden.transformer wave is the charge control signal through 3.3 MO resistors is added to ensure that N5 and N6 turn off during alternate half cycles of the input shaft regardless of the charge control signal level. The amplifiers N5 and N6 operate the power stages which fire the transistors Q1 and Q2.

Es wurde festgestellt, daß ein Paar von Triacs die Elemente Q2, Q4 und Q1, Q2 ersetzen kann, was eine bessere Zuverlässigkeit ergibt. (Q1 und Q2 sind Germanium-Leistungs-Transistoren.)It has been found that a pair of triacs can replace elements Q2, Q4 and Q1, Q2, resulting in better reliability results. (Q1 and Q2 are germanium power transistors.)

Die erfindungsgemäße Niedriqleistungsspannungsversorgungssehaltüng ist ebenfalls in Fig. 16 dargestellt. Zur Erzeugung der Vorspannungen mit niedriger Leistung, welche für den Motor und die Computersehaltung erforderlich sind, wird die Batteriespannung (+14 Volt nominal) zuerst auf +11,0 Volt durch Verstärker N1 und durch Durchlaßtransistor Q 1o einreguliert. Die Zener-Diode CR5 erzeugt eine stabile Bezugsgröße.The low-power voltage supply according to the invention is also shown in FIG. To generate the bias voltages with low power required for the engine and the computer attitude required will be the battery voltage (+14 volts nominal) first adjusted to +11.0 volts by amplifier N1 and pass transistor Q 10. the Zener diode CR5 creates a stable reference.

+5 Volt-Leistung wird direkt von den +11 Volt durch Regulierverstärker N2 erhalten.+5 volt power is taken directly from the +11 volt through regulating amplifier N2 received.

Ein 10 kHz astabiler Multivibrator (N3 und N4) mit Leistungsausgangsstufen Q11, Q12 und Q13 sowie Q14 läuft durch die +11VoIt und +5 Volt-Regulatoren und betreibt Spannungsdopplergleichrichterschaltungen zur Erzeugung der -10 Volt und +20 Volt-Spannungs- . Versorgungen.A 10 kHz astable multivibrator (N3 and N4) with power output stages Q11, Q12 and Q13 as well as Q14 run through the + 11VoIt and +5 volt regulators and operates voltage doubler rectifier circuits to generate the -10 volts and +20 volt voltage. Supplies.

Wenn sich die Batteriespannung im normalen Bereich befindet, so sind die Spannungen mit niedriger Leistung innerhalb von einem Prozent oder weniger stabil. Der absolute Wert dieser Spannungen ist nicht kritisch, aber die +11 Volt werden normalerweise auf einen Bereich innerhalb 0,1 Volt des Nominalwertes eingestellt. Die Einstellungen der Ratencomputerzeitsteuerschaltungen werden nicht eher gemacht, als bis die +11 Volt eingestellt wurden, da der Computerschwellwert und die Zeitsteuereinstellungen etwas kritisch sind. Bevor die Ladungssteuerschaltungen das System ausschalten, kann die in Entladung befindliche BatteriespannungWhen the battery voltage is in the normal range, the low power voltages are within one Percent or less stable. The absolute value of these voltages is not critical, but the +11 volts will usually be set to within 0.1 volts of nominal. Adjustments to the rate computer timing circuits are made no until the +11 volts are set since the computer threshold and timing settings are somewhat critical. Before the charge control circuits the system switch off, the discharged battery voltage

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tief genug fallen, so daß die +11 Volt aus der Regulierung herauskommen. Dies erzeugt oftmals ein anomales Verhalten des Computers, was eine Warnung bedeutet und anzeigt, daß die Batterie nahezu entladen ist.drop low enough that the +11 volts are out of regulation come out. This often creates abnormal behavior the computer, which is a warning and indicates that the battery is nearly discharged.

Die Leistungsversorgung für das System wird dann abgeschaltet, wenn' das Leistungs-Ein/Aus-Signal von den Ladungssteuerschaltungen hochgeht und der Serientransistorschalter (QB und Q9) zwischen der Batterie und dem +11 Volt-Regulator abgeschaltet wird. Die Niedrigleistungs-Spannungen fallen auf Null ab und die den Motor betreibenden Leistungstransistoren verlieren die Vorspannung und schalten sich aus, so daß die einzige verbleibende Batteriebelastung die wenige Milli-Ampere aufnehmende Leckstelle in den Ladeleistungstransistoren Q1 und Q2 und die Ladungssteuerschaltungen der Batteriepackung sind.(Die Verwendung von Triacs in der Ladeeinrichtung - wie oben beschrieben reduziert in signifikanter Weise die verbleibende Batteriestrombelastung. )The power supply to the system is then cut off when the power on / off signal from the charge control circuits goes high and the series transistor switch (QB and Q9) between the battery and the +11 volt regulator is switched off will. The low power voltages drop to zero and the power transistors driving the motor lose them Bias and turn off, leaving the only one remaining Battery load the leak in the charging power transistors Q1 and Q2 and the a few milli-amperes Charge control circuits of the battery pack are. (Reduced the use of triacs in the charger - as described above significantly the remaining battery power load. )

Im Betrieb wird die elektrische Energie an eine externe Übertragungseinheit 103 durch Batterien übertragen, weiche in einem Gehäuse oder einer Weste (vergl. Fig. 1) getragen werden. Die elektrische Energie wird sodann gemäß ^ der Erfindung von der externen übertragun^einheit 103 über die unversehrt gebliebene Haut zu einer Energieaufnahmespule 104 übertragen, die unmittelbar unterhalb der Haut eingepflanzt ist. Sodann läuft die elektrische Energie zu einer elektrischen Energiespeichereinheit 105, wo sie schließlich zum Energieumwandler des künstlichen Herzens übertragen wird.In operation, the electrical energy is sent to an external transmission unit 103 transmitted by batteries, soft in a case or a vest (see. Fig. 1) are worn. the electrical energy is then according to ^ the invention of the external transmission unit 103 via the intact skin transmitted to an energy collection coil 104 which is implanted just below the skin. Then the electrical one runs Energy to an electrical energy storage unit 105, where it finally goes to the energy converter of the artificial heart is transmitted.

Der erfindungsgemäße Energieumwandler wandelt die elektrische Energie in mechanische Energie durch einen elektrischen Motor um, der irgendwelche geeigneten mechanischen Antriebsmittel betätigt. In der bevorzugten Ausbildungsform treibt der elektrische Motor über eine Reihe von Untersetzungsgetrieben Nockenglieder an. Die Nockenglieder werden in ihren oberen Punkt verdreht und sie drücken die Kompressionsplattenanordnung nach aussen, wodurch die Ventrikel zusammengedrückt wird. Dieses Zusammendrücken derThe energy converter according to the invention converts the electrical energy into mechanical energy by means of an electric motor um, which operates any suitable mechanical drive means. In the preferred embodiment, the electric drives Motor cam links through a series of reduction gears. The cam members are twisted to their upper point and they push the compression plate assembly outward, compressing the ventricles. This squeezing the

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Ventrikel erzeugt den tatsächlichen Pumpvorgang des Blutes. Wenn der Nocken über seinen hohen Punkt hinaus weiter verdreht wird, so verliert die Nockenoberfläche den Kontakt mit der Druckplattenanordnung/ die nun in ihre ursprüngliche Stellung durch Rückstellfedern oder dergleichen Vorrichtungen zurückkehren kann. Die Kompressionsplatte wird jedoch nur dann zurückkehren, wenn in der Atria Blut verfügbar ist, um in die Ventrikel zu fließen. Gemäß der Erfindung ist somit der Füllgrad oder die Rückkehr der Kompressionsplatte vollständig durch die verfügbare Blutversorgung in der Atria auf einer Schlag-für-Schlag-Basis gesteuert.The ventricle creates the actual pumping action of the blood. When the cam continues to twist past its high point the cam surface loses contact with the pressure plate assembly / which is now in its original position can return by return springs or similar devices. However, the compression plate will only return when blood is available in the atria to flow into the ventricles. According to the invention is thus the degree of filling or the Return the compression plate fully through the available blood supply in the atria on a beat-by-beat basis controlled.

Wenn - wie in Fig. 2 gezeigt - eine Kernleistungsquelle verwendet wird, so wird Energie in der Form von Wärme in elektrische Energie in der thermischen EnergieSpeichereinheit 205 umgewandelt. Sodann wird die elektrische Energie zu dem Energieumwandler des künstlichen Herzens transportiert, während die elektrische Energie in mechanische Energie in der obenbeschriebenen Weise umwandelt. Das gleiche Grundverfahren wird verwendet, wenn ein elektrisches Herz mit einem eingebauten Kernantriebssystem benutzt wird.When using a core power source as shown in Fig. 2 is, energy in the form of heat is converted into electrical energy in the thermal energy storage unit 205. Then the electrical energy is transported to the energy converter of the artificial heart, while the electrical energy is converted into mechanical energy in the manner described above. The same basic procedure is used when making an electrical Heart is used with a built-in core propulsion system.

Bei einem typischen Zyklus wird CO2-führendes Blut an den rechten Vorhof oder Atrium geliefert. Vom rechten Vorhof aus läuft das Blut durch die rechten A-V-Ventile in die rechte Ventrikel. Wenn die rechte Ventrikel durch die nach Aussen gerichtete Bewegung der rechten Druckplattenanordnung zusammengedrückt wird, so wird das darin enthaltene Blut nach Aussen gedrückt oder zu den Lungen gepumpt, wo das C02 freigegeben und das Blut oxygeniert wird.In a typical cycle, blood will be CO2-carrying on the right Delivered atrium or atrium. From the right atrium, blood flows through the right A-V valves into the right ventricle. if the right ventricle is compressed by the outward movement of the right pressure plate assembly, so will the blood contained in it is pushed outside or pumped to the lungs, where the C02 is released and the blood is oxygenated.

Sodann wird das oxygenierte Blut zum linken Vorhof oder Atrium zurücktransportiert. Vom linken Atrium aus läuft das oxygenierte Blut durch die linken A-V-Ventile in die linke Ventrikel. Wenn die linke Ventrikel durch die nach Aussen gerichtete Bewegung der linken Kompressionsplattenanordnung zusammengedrückt wird, so wird das darin enthaltene oxygenierte Blut herausgetrieben oder gepumpt, und zwar in das arterielle System. Der Zyklus beginnt dann von Neuem.The oxygenated blood is then transported back to the left atrium or atrium. The oxygenated one runs from the left atrium Blood through the left A-V valves into the left ventricle. if the left ventricle is compressed by the outward movement of the left compression plate assembly, see above the oxygenated blood it contains is driven out or pumped into the arterial system. The cycle begins then all over again.

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Ein Durchblasen des A-V-Ventils und die daraus folgende Rückströmung des Blutes von den Ventrikeln zu den Vorhöfen (Atria) während des Pumpens wird gemäß der Erfindung durch metallische Streben verhindert, die in den flexiblen Klappen oder A-V-Ventilen eingebettet sind.Blowing through the A-V valve and the resulting backflow of the blood from the ventricles to the atria (atria) during pumping is carried out according to the invention by metallic Prevents struts that are embedded in the flexible flaps or A-V valves.

Wenn sich das ventrikulare Blutvolumen während des Pumpens ändert, muss .,sich auch das interne Luftvolumen zwischen den Ventrikeln ändern. Dies wird durch eine flexible Tasche erreicht, die aus Silastic oder einem ähnlichen Material hergestellt ist, und die mit der Aussenseite der metallischen Ventrikel-Gehäuse durch Klemmverbindung verbunden ist. Diese Tasche bildet auch eine Körperstromungsmitteldichtung für den Elektromotor.If the ventricular blood volume changes during pumping, must., also the internal volume of air between the ventricles change. This is achieved through a flexible bag made from Silastic or a similar material, and which is connected to the outside of the metallic ventricle housing by a clamp connection. This bag also makes a body fluid seal for the electric motor.

Wie bereits obenerwähnt, braucht, das Pumpen der linken und rechten Ventrikel nicht gleichzeitig zu erfolgen und ist tatsächlich auch durch den Herzratensteuercomputer reguliert. Im Betrieb wird gemäß der Erfindung das Computeransprechen auf eine Abnahme bei der Einlassblutströmung vollständig innerhalb eines einzigen Schlagintervalls aufgenommen und zwar durch verringerte Ventrikelfüllung, während aber eine Erhöhung der Einlaßströmung durch einen oder mehrere der folgenden drei Mechanismen aufgenommen werden muß:As mentioned above, the left and right needs pumping Ventricle does not occur simultaneously and is actually also regulated by the heart rate control computer. Operational According to the invention, the computer response to a decrease in inlet blood flow becomes completely within a single one Beat interval recorded by decreased ventricular filling, but while increasing the inlet flow through one or more of the following three mechanisms must be included:

1) Eine 10 %ige Erhöhung der Ventrikelfüllung kann innerhalb eines einzigen Schlages auftreten (angenommen der Füllfühlertrigger ist auf 90 % des Ventrikularvolumens eingestellt).1) A 10% increase in ventricular filling can occur within of a single beat (assuming the inflation sensor trigger is set to 90% of the ventricular volume).

2) Der Computer kann die Herzrate erhöhen, aber innerhalb der Begrenzungsrate der Änderung von 4,25 Schlägen pro Minute/ Schlag.2) The computer can increase the heart rate, but within the limit rate of change of 4.25 beats per minute / Blow.

3) Wenn die Fähigkeit der obigen beiden Mechanismen überschritten ist, oder während eines Geschwindigkeitsänderungsübergangs, muß der Überschuß von Einströmung-Ausströmung in den Atrien angesammelt werden.3) When the ability of the above two mechanisms is exceeded, or during a speed change transition, must be the excess of inflow-outflow in the atria are accumulated.

Wenn ein Anstieg auftritt, der schließlich die Atrienspeicher-If there is a surge that will eventually destroy the atrial reservoir

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kapazität übersteigt, dann ist die unvermeidbare Folge ein Anstieg des Atriendrucks, was einen Anstieg des vena-kavalen oder pulmonären Venendrucks bedeutet; jeder dieser Druckanstiege sollte vermieden werden. Die kritischste Situation ergibt sich daher aus einer stufenförmigen Erhöhung der Bluteinströmung, die die 10 % Überschußventrikel-Kapazität übersteigt. Die Atrien sollten so ausgebildet sein, daß sie häufig auftretende vernünftige Änderungen bei der Einströmung aufnehmen. Die folgende Analyse ergibt ein Verfahren zur Voraussage der erforderlichen Atrienkapazität, die notwendig ist, um eine gegebene Stufenänderung im venösen Rückstrom aufzunehmen, ohne übermäßige Atriendrücke' zu erzeugen.If capacity is exceeded, the inevitable consequence is an increase in atrial pressure, resulting in an increase in vena-caval or pulmonary venous pressure means; any of these increases in pressure should be avoided. The most critical situation therefore results from a gradual increase in blood flow, which exceeds the 10% excess ventricular capacity. The atria should be designed to accommodate reasonable changes in flow that occur frequently. The following analysis provides a method for predicting the required atrial capacity necessary to achieve a given Record a step change in the venous return flow without creating excessive atrial pressures.

Wenn der Blutrücklaaf zum Herzen mit einer größeren Rate ansteigt, als der Computer durch Erhöhung der Herzrate(wie eine Stufenerhöhung im venösen Rücklauf) unterbringen kann, dann muß sich in den Atrien solange Blut ansammeln, bis die Rate sich erhöht, um die neue Einlaßströmung zu pumpen. Diese Situation ist in Figur 17 dargestellt.When the blood return to the heart is increasing at a greater rate, than the computer can accommodate by increasing the heart rate (such as a step increase in the venous return) then must blood will continue to accumulate in the atria until the rate increases to pump the new inlet flow. This situation is shown in FIG.

Die maximal Änderungsrate der computergesteuerten Herzrate ist bei Vernachlässigung von feinen Änderungen innerhalb eines Schlages durch den.folgendp.il Ausdruck gegeben:The maximum rate of change of the computer-controlled heart rate is neglecting fine changes within one beat given by the following expression:

ÜS -Jr , (1,ÜS -Jr, (1,

maxMax

wobei R die Herzrate und ί die maximale Änderung der Rate pro Schlag ist. (S = 4,25 Schläge pro Minute/Schlag)where R is the heart rate and ί is the maximum change in rate per beat. (S = 4.25 beats per minute / beat)

Der allgemeine Ausdruck für die Rate der Änderung der Herzrate ist der folgende:The general expression for the rate of change in heart rate is as follows:

dtGerman

wobei K der Anteil der Herzschläge ist, in welchem ein Füllimpuls auftritt. Wenn ein Fül!impuls bei jedem Schlag auftritt, ist K = 1 und die maximal positive Änderung der Herzrate tritt auf. Wenn keine Füllimpulse vorhanden sind, ist K=O und diewhere K is the fraction of heartbeats in which a filling pulse occurs. If a fill! Impulse occurs with every beat, if K = 1 and the maximum positive change in the heart rate occurs. If there are no filling pulses, K = O and the

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maximal negative Änderung tritt auf. Wenn Füllimpulse in 50 % der Zeit auftreten, ist K = 1/2 und di= Herzrate bleibt konstant.maximum negative change occurs. If filling pulses occur 50% of the time, K = 1/2 and di = heart rate remains constant.

Die Gleichung 2 ist eine Differentialgleichung mit der bekannten Lösung:Equation 2 is a differential equation with the known one Solution:

R = RQe , (3)R = R Q e, (3)

wobei R der Anfangswert von R ist.where R is the initial value of R.

Die durch das Herz gepumpte AusgangsStrömungsrate ist idealerweise: The initial flow rate pumped through the heart is ideally:

Q2 = RV , (4)Q 2 = RV, (4)

wobei V das Ventrikelvolumen ist.- Das im Atrium angesammelte Blutvolumen ist, wenn die EingangsStrömungsrate Q1 die Ausgangsgröße übersteigt:where V is the ventricular volume .-- That accumulated in the atrium Blood volume is when the input flow rate Q1 is the output exceeds:

V =J (Q1-Q2)(ItV = J (Q 1 -Q 2 ) (It

(5) O(5) O

wobei angenommen ist, daß der Anfangswert von ν Null ist.assuming that the initial value of ν is zero.

Betrachtet man eine großstufige Erhöhung in Q1 bei t=o so gilt für t>0:If one considers a large-scale increase in Q 1 at t = o, then for t> 0:

Q, = Q- O+X) 1 οQ, = Q- O + X) 1 ο

Dabei ist Q = R V die mögliche maximale anfängliche Ausgangsströmungsrate, ohne jegliche Ansammlung im Vorhof, und ist der Anteil, bei welchem die Stufenerhöhung Q0 übersteigt. Wenn diese Stufenerhöhung auftritt, werden Füllimpulse bei jedem Schlag auftreten, K = 1, und zwar bis zu einem Punkt nach der Zeit tm, wenn die Herzrate den Wert erreicht, der notwendig ist, um Q2 = Q1 zu machen. Während dieser Zeit wird sich überschüssiges Blut in dem Vorhof ansammeln, so daß das restliche Atrienvolumen, das diastolische Atrienvolumen V ein Maximum erreichen wird, wenn Q2= Q1 nach Zeit t ist und Füllimpulse treten weiterhin für jeden Schlag auf, bis die Ansanutilung in den Atrien herausgepumpt ist und die Ventrikelfüllung auf den Füllschwellwertpegel von 90%Where Q = RV is the maximum possible initial exit flow rate without any accumulation in the atrium, and is the fraction at which the step elevation exceeds Q 0. When this step up occurs, fill pulses will occur on each beat, K = 1, up to a point after time t m when the heart rate reaches the value necessary to make Q 2 = Q 1 . During this time, excess blood will accumulate in the atrium, so that the remaining atrial volume, the diastolic atrial volume V, will reach a maximum when Q 2 = Q1 after time t and filling pulses continue to occur for each beat until the connection in the The atria is pumped out and the ventricle filling has reached the filling threshold level of 90%

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zurückfällt. Daher wird R weiterhin solange ansteigen, bis die Füllimpulse anfangen zu verschwinden, wobei nach dieser Zeit R abnimmt, bis es den erforderlichen stetigen Zustandswert erreicht., Die Herzrate ist bei Q2 = Q-j } R=_j_ , so daß Folgendes gilt:falls behind. Therefore, R will continue to rise until the filling pulses begin to disappear, after which time R decreases until it reaches the required steady state value., The heart rate is at Q2 = Qj } R = _j_ , so that the following applies:

(7)(7)

Ro R o

Der bei t = t auftretende Maximalwert von V ist das Volumen, m.The maximum value of V occurring at t = t is the volume, m.

welches der Vorhof aufnehmen können muß, wenn ein venöser Druckaufbau vermieden werden soll. Der Maximalwert ist der folgende:which the atrium must be able to accommodate if a venous pressure build-up is to be avoided. The maximum value is the the following:

tmtm

Vm = f (Q1-RV) dtVm = f (Q 1 -RV) dt

(8) O(8) O

Für 0<t<t gilt Lt For 0 <t <t Lt applies

m R = Ro e (9) m R = R o e (9)

K = 1 gilt bei t = t , R=R.. folgendes:K = 1 applies at t = t, R = R .. the following:

St R1 = V m , (10) St R 1 = V m , (10)

t = 1 R1 = 1 {nQ1 = 1 {n(1+x),(11) m — 7 — —t = 1 L · R 1 = 1 {n Q 1 = 1 {n (1 + x), (11) m - 7 - -

Ro 6 Qo R o 6 Q o

Da Q0 =Since Q 0 =

Aus den Gjleichungen 8, 9 und 10 ergibt sich:From equations 8, 9 and 10 we get:

t c t c

r m St Q r m St Q

Re dt = -1 In(Ux)-T-(R1-Rn)- (12)Re dt = - 1 In (Ux) -T- (R 1 -R n ) - (12)

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Q1 Q 1

Da R1 = rv- ergibt sich:Since R 1 = rv- we get:

QrQo7 Ö1 Γ; χ Q r Q o7 Ö 1 Γ; χ

-VJ = / rn(1+x)-^-VJ = / r n (1 + x) - ^

(13)(13)

ν R'ν R '

(14)(14)

OOOO

f(x) = in(1+x) - -~ =/_ ^("x^n · *15>f (x) = in (1 + x) - - ~ = / _ ^ (" x ^ n * 15 >

n==2n == 2

Beispiele:Examples:

f(0.1) = Ο.ΟΟ44Ο, f(0.15) = 0.00933, f(0.2) = 0.01565, f(0.3) = 0.0316, f(1) = 0.1931. "f (0.1) = Ο.ΟΟ44Ο, f (0.15) = 0.00933, f (0.2) = 0.01565, f (0.3) = 0.0316, f (1) = 0.1931. "

Symbole:Symbols:

t . — Zeitvariablet. - time variable

R — Augenblickliche HerzrateR - instantaneous heart rate

RQ — Anfangswert von RR Q - initial value of R

R. — Herzrate für Q2 = Q1 R. - Heart rate for Q 2 = Q 1

S — Maximaländerung in R pro Schlag* (= 4.25 Schläge/Minute/ S - maximum change in R per beat * (= 4.25 beats / minute /

Schlag)Blow)

K — Anteil der Zeit wo Füllimpulse auftretenK - proportion of the time where filling pulses occur

Q1 — Blutströmungsrate in das IlerzatriumQ 1 - Blood flow rate into the iliac sodium

Q2 — Blutströmungsrate aus der HerzventrikelQ 2 - blood flow rate from the heart ventricle

Qn — Wert der maximalen Ventrikelausgangsgröße, wenn R=Rn Q n - value of the maximum ventricular output size when R = R n

V — Effektives VentrikelvolumenV - effective ventricular volume

ν — Restvolumen des in dem Atrium mit der Zeit angesammelten Blutesν - residual volume of that accumulated in the atrium over time Blood

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f(x) = {n(1+x)f (x) = {n (1 + x)

1+x1 + x

Als ein Beispiel ist das in einem stetigen Zustand unter Computersteuerung arbeitende künstliche Herz mit einem 10%igen Anstieg im venösen Rücklauf vorgesehen. Dieser wird vollständig durch eine augenblickliche Erhöhung der Ventrikelfüllung aufgenommen, auf welche eine 10%ige Ratenerhöhung folgt. Es ist keine atriale Expansion erforderlich.As an example, the artificial heart operating in a steady state under computer control is a 10% Increase in venous return provided. This is completely absorbed by an instant increase in the ventricular filling, which is followed by a 10% rate increase. No atrial expansion is required.

Als ein zweites Beispiel wird angenommen, daß das künstliche Herz im stetigen Zustand mit nominal 100 Schlagen pro Minute arbeitet und einer plötzlichen 20%igen Erhöhung im venösen Rücklauf gegenübersteht. Dies erfordert eine vorübergehende Blutspeicherung in den Vorhöfen und daher eine Erhöhung des atrialen Restvolumens. Die sich schließlich in diesem Beispiel ergebende Herzrate ist eine 20%ige Erhöhung oder 120 Schläge pro Minute. Diejenige Rate, bei der die Ausgangsströmung gleich der Eingangsströmung ist, ist R1 = 110 Schläge pro Minute. Während des Übergangs ist das maximale atriale Restvolumenverhältnis ν = R^f(χ)As a second example, assume that the artificial heart is steady-state with nominally 100 beats per minute and is faced with a sudden 20% increase in venous return. This requires temporary blood storage in the atria and therefore an increase in the residual atrial volume. The final heart rate in this example is a 20% increase or 120 beats per minute. The rate at which the output flow equals the input flow is R 1 = 110 beats per minute. During the transition, the maximum remaining atrial volume ratio is ν = R ^ f (χ)

ν 'S ν 'S

und tritt bei einer Ansprechzeit von tm =4r-tn(R../R ) auf. Wertet man diese Größen aus, so erkennt man, daßand occurs with a response time of tm = 4r-tn (R ../ R). If one evaluates these quantities, one recognizes that

1 P (11O )
tm = = °·0224 min = 1/346 Sekunden ist.
1 P ( 11O )
tm = = ° 0224 min = 1/346 seconds.

Weiterhin gilt:The following also applies:

R1
χ = 1 = 0.1
R 1
χ = 1 = 0.1

Ro R o

und f(x) = O.OO44O,and f (x) = O.OO44O,

und daher jan = 110 (Q QQ.A) _ o --.gand therefore jan = 110 (Q QQ . A) _ o -. g

so daß das maximal erforderliche atriale Restvolumen 11,4 % des Ventrikelvolumens'ist.so that the maximum remaining atrial volume required is 11.4% of the ventricular volume.

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Ersatz-Schleifendaten besagen,daß das künstliche Herz unter Computersteuerung bei 90% Füllung ungefähr 80 ml pro Schlag ausstößt. Man kann daher annehmen, daß die Ventrikelkapazität mit vollständiger Füllung ungefähr 89 ml ist. Unter Verwendung von V=89 ml erhält man vm=0.114(89) = 10,1 ml von Restatrialvolumen.Substitute loop data indicates that the artificial heart, under computer control, ejects approximately 80 ml per beat when 90% full. It can therefore be assumed that the ventricular capacity with a full fill is approximately 89 ml. Using V = 89 ml one obtains v m = 0.114 (89) = 10.1 ml of residual atrial volume.

Mit der Zykluszeitsteuerung, die in den vorliegenden Stirnflächennockensystemen verwendet wird, ist die atriale Kapazitätsveränderung während jedes Herzschlages 0,36 V= 32 ecm. Aus Versuchen der A-V-Ventil-ümkehrung während der Systole wurde festgestellt, daß die Atria auch ungefähr 17 ml von dieser Quelle aufnehmen mußte, was die atriale Kapazitätsänderung während des Herzzyklus auf 32 + 17 = 49 ml bringt.With the cycle time control in the present face cam systems is used, the atrial capacity change during each heartbeat is 0.36 V = 32 ecm. the end Attempts at A-V valve reversal during systole have found that the atria is also approximately 17 ml from this source had to absorb, which brings the atrial capacity change during the cardiac cycle to 32 + 17 = 49 ml.

Die Aufnahme bzw. Unterbringung der 20%igen Stufenerhöhung beim venösen Rückstrom würde zusätzlich 10 ml hinzufügen, was die erforderliche gesamte atriale Kapazität auf 59 ml bringen würde. Messungen der tatsächlichen atrialen Kapazität zeigen an, daß lediglich 60 ml tatsächlich ohne übermäßige atriale Druckerhöhung erreichbar sind, so daß man schließen kann, daß das vorliegende künstliche Herz mit verstärkter atrialer Blase und neuer schneller computer-getriggerter 90%-Füllung gerade in der Lage ist, die 20%ige Stufenerhöhung beim venösen Rücklauf zu handhaben .The inclusion or accommodation of the 20% step increase at venous return would add an additional 10 ml, bringing the total atrial capacity required to 59 ml. Measurements of the actual atrial capacity indicate that only 60 ml actually without excessive atrial pressure increase are achievable, so that one can conclude that the present artificial heart with augmented atrial bladder and new, faster, computer-triggered 90% filling in the Is able to handle the 20% step increase in the venous return.

Das obige Beispiel setzt das neue schnelle Computeransprechen und einen 90%igen Fullfuhlertriggerpunkt voraus. In sämtlichen "in vivo"-Versuchen war der Computer bislang langsamer ( 1,0 Schläge/pro Minute/Schlag) und der Füllfühler war auf 95 % eingestellt. Wenn man die gleiche 20%ige Stufenerhöhung im venösen Rücklauf annimmt, so würde man das fo3.gende Ansprechen voraussagen :The above example assumes the new fast computer response and a 90% full probe trigger point. In all "In vivo" tests, the computer was previously slower (1.0 beats / per minute / beat) and the filling sensor was set to 95%. Assuming the same 20% step increase in the venous return, one would predict the following response :

Die Geschwindigkeit bei t=tm ist R1=HS Schläge pro Minute, aber die Ansprechzeit =tm=8,39 Sekunden, da der Füllfühlertrigger bei 95 % ist, wobei nur 5 % der Stufenerhöhung durch erhöhte Füllung untergebracht werden können; dabei bleiben 15 % oder χ = ο, 15 übrig und f(x) = 0.00933, so daß Folgendes gilt: ^m =1.073, d.h.The speed at t = tm is R 1 = HS beats per minute, but the response time = tm = 8.39 seconds, since the filling sensor trigger is at 95%, whereby only 5% of the step increase can be accommodated by increased filling; this leaves 15% or χ = ο, 15 and f (x) = 0.00933, so that the following applies: ^ m = 1.073, ie

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das atriale Restvolumen = 1,073(89)=95,5 ml. Die gesamte atriale Kapazität sollte daher 96 -u 32 + 17 = 145 ml sein. Dies ist offensichtlich nicht erreichbar und wenn eine derartige Stufenänderung auftreten würde, so würden sich erhöhte atriale Einlaßdrücke ergeben, die die venöse Rückströmung für den größten Teil des 8-Sekunden-Intervalls sperren würden.the residual atrial volume = 1.073 (89) = 95.5 ml. The total atrial capacity should therefore be 96 - u 32 + 17 = 145 ml. Obviously this is not achievable, and if such a step change were to occur, increased atrial inlet pressures would result which would block venous return flow for most of the 8 second interval.

Bevor die obige erfindungsgemäße Steuertheorie entwickelt wurde, wurden auch eine Anzahl anderer Steuermethoden untersucht. Dazu gehören die folgenden Verfahren:Before the above inventive control theory was developed, A number of other control methods have also been explored. These include the following procedures:

1) Kontxnuierliches Trendverfahren; wenn das Schlagvolumen erhöht oder -abgesenkt wird, so würde die Herzrate sich erhöhen oder abnehmen, und zwar auf einer Prozentsatz-Basis für inkrementale Änderung im Schlagvolumen auf einer Schlagfür-Schlag-Basis, wobei sowohl- die rechte als auch die linke Ventrikel auf Änderung analysiert würde;1) Continuous trend method; if the stroke volume is increased or decreased, the heart rate would increase or decrease on a percentage basis for incremental change in stroke volume on a stroke-by-stroke basis, where both the right and left ventricles would be analyzed for change;

2) Füllratenverfahren; wenn Änderungen bei der Füllrate und im Prozentsatz des Schlagvolumens auftreten, so würde die Herzrate erhöht oder abgesenkt;2) fill rate method; if there were changes in the inflation rate and stroke volume percentage, the Heart rate increased or decreased;

3) Verfahren mit vollständigem Schlagvolumen; wenn die eine oder andere Ventrikel gefüllt wird, so geht das Herz automatisch in die Systole und treibt sämtliches Blut aus jeder Ventrikel heraus, oder die gefüllte Ventrikel stößt aus und die andere Ventrikel stößt nicht aus, bis sie vollständig gefüllt ist; die als erste ausstoßende Ventrikel kann jedoch nicht ein zweites Mal ausstoßen, bevor die zweite Ventrikel ihren Ausstoß vollendet hat. Zwischen diesen beiden Grenzen liegt eine Vielzahl synchroner und asynchroner Bedingungen, die aufgestellt werden können.3) full stroke volume procedure; if the one or other ventricles are filled, the heart automatically goes into systole, forcing all blood out of each Ventricle out, or the filled ventricle ejects and the other ventricle does not eject until it is completely is filled; However, the first ventricle to eject cannot eject a second time before the second ventricle has completed its discharge. A large number of synchronous and asynchronous conditions lie between these two limits, that can be set up.

Keines der obigen Verfahren erfordert irgendwelche Instrumentierungen oder Fühler im Blutstrom) und sie sind gegenüber Bewegung und irgendeiner räumlichen Anordnung nicht empfindlich. Diese Verfahren gestatten die Steuerung der Rate und des -Schlagvolumens mit elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen logischenNone of the above procedures require any instrumentation or feelers in the bloodstream) and they are opposite movement and not sensitive to any spatial arrangement. These methods allow control of the rate and stroke volume with electrical, hydraulic or pneumatic logical

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Schaltungen. Dies gestattet die Funktion des nuklearen Herzsystems ohne die Erzeugung elektrische Energie zur Steuerung. Circuits. This allows the function of the nuclear Cardiac system without generating electrical energy for control.

Die Erfindung sieht also einen Herzratensteuercomputer vor, der als einen der Hauptsteuerparameter das Schlagvolumen benutzt. Dieses Steuersystem ist stets bestrebt zu einer Rate hin zu konvergieren, welche das Schlagvolumen auf dem vollen Wert oder auf einem vorbestimmten hohen Prozentsatz des vollen Schlagvolumens hält. Ein wesentliches Element der Steuerlogik besteht in dem automatischen übersteuern (Override) der Herzrate vom rechten Herz, wodurch Empfindlichkeit gegenüber zentralen venösen Bedingungen gegeben wird.The invention thus provides a heart rate control computer, which uses stroke volume as one of the main control parameters. This tax system always seeks to achieve a Rate to converge towards the stroke volume at the full value or at a predetermined high percentage of the full stroke volume. An essential element of the control logic is the automatic override (Override) the heart rate given by the right heart, creating sensitivity to central venous conditions will.

Vorstehend wurde gelegentlich an stelle des Ausdrucks Atria (Vorhöfe) der Ausdruck Atrien benutzt. Auch wurde an Stelle von Rückfluß mehrfach Rücklauf benutzt.In the foregoing, the term atria was occasionally used instead of the term atria (atria). Also was in place used by reflux multiple reflux.

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Claims (13)

AnsprücheExpectations ί 1)iVollständig einpflanzbares Ersatzherz mit einer Blut- ^■^ pumpvorrichtung zum Pumpen des Blutes zu und Aufnahme des Blutes von den Lungen, den arteriellen und venösen Systemen, dadurch gekennzeichnet daß ein Herzratenfühler vorgesehen ist, um die physiologischen Anforderungen für die Versorgung des Körpers mit Blut festzustellen, und um eine entsprechende Ausgangsgröße zu erzeugen, wobei ferner Herzratensteuermittel mit der Blutpumpvorrichtung verbunden sind, und wobei die Fühler -sur Steuerung der Anzahl der Herzschläge pro Minute erzeugt durch die Pumpe dienen, und zwar infolge der Ausgangsgröße des Herzratenfühlers.ί 1) i Completely implantable replacement heart with a blood ^ ■ ^ pumping device for pumping blood to and from of the blood from the lungs, the arterial and venous systems, characterized in that a heart rate sensor is intended to determine the physiological requirements for the supply of the body with blood, and to generate a corresponding output, further wherein heart rate control means are connected to the blood pumping device are connected, and wherein the sensor -sur control of the number of heartbeats generated per minute serve by the pump due to the output of the heart rate sensor. 2) Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Blutpumpe vier Kammern aufweist, wobei zwei Pumpkammern den Ventrikeln des natürlichen Herzens und zwei Reservoirs den Vorhöfen eines natürlichen Herzens entsprechen und wobei jedes der Reservoirs ein- Ventil besitzt, das zu den Pumpkammern führt, wobei ferner jede der Pumpkammern ein Austrittsventil besitzt.2) Device according to claim 1, characterized in that the blood pump has four chambers, two of which Pump chambers the ventricles of the natural heart and two reservoirs the atria of a natural heart and wherein each of the reservoirs has a valve leading to the pumping chambers, further each the pumping chambers has an outlet valve. 3) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Herzratenfühler Detektormittel aufweist, die in der Wand jeder der Pumpkammern angeordnet sind, um den Füllgrad der Kammern festzustellen, und um ein Ausgangssignal jedesmal dann zu erzeugen, wenn sich die Kammer in einem vorbestimmten Ausmaß gefüllt hat.3) Device according to claim 1 or 2, characterized in that that the heart rate sensor has detector means, which are arranged in the wall of each of the pumping chambers, to determine the degree of filling of the chambers and to generate an output every time the chamber is in a has filled a predetermined amount. 4) Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Herzratensteuervorrichtung einen Computer aufweist, um kontinuierlich die Schlagrate der Pumpe und die Ausgangsgröße der erwähnten Detektormittel zu überprüfen, wodurch die richtige Pumprate nach jeder vorbestimmten Anzahl von Schlägen erneut festgestellt wird.4) Device according to claim 3, characterized in that the heart rate control device comprises a computer to continuously to check the beat rate of the pump and the output of the mentioned detector means, whereby the correct pumping rate after every predetermined number of strokes is determined again. 609818/0419609818/0419 5) Verfahren zur Steuerung des Pumpens eines künstlichen Herzens mit einer linken und rechten Ventrikel und einem linken und rechten Atrium gekennzeichnet durch folgende Schritte: Feststellung des Füllgrades der linken und rechten Ventrikel; Erzeugung eines Ausgangssignals jedesmal dann, wenn die linke oder rechte Ventrikel eine vorbestimmte Blutmenge aufnimmt; Steuerung der Pumprate durch Analyse der erwähnten Ausgangssignale zum Zwecke der Erhöhung der Pumprate dann, wenn der Prozentsatz der erwähnten Ausgangssignale eine vorbestimmte Grenze erreicht, und um die Pumprate dann abzusenken, wenn der Prozentsatz der erwähnten Ausgangssignale auf eine vorbestimmte Grenze abfällt. 5) Method of controlling the pumping of an artificial Heart with a left and right ventricle and a left and right atrium characterized by the following Steps: Determination of the degree of filling of the left and right ventricles; Generating an output signal each time when the left or right ventricle receives a predetermined amount of blood; Control of the pumping rate Analysis of the mentioned output signals for the purpose of increase the pumping rate when the percentage of the mentioned output signals reaches a predetermined limit, and by then to lower the pumping rate when the percentage of the output signals mentioned falls to a predetermined limit. 6) Herζvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß das rechte Atrium ähnlich wie das'linke Atrium 60 eine einzige Einströmung aufweist.6) Herζvorrichtung according to any one of claims 1 to 4 thereby characterized in that the right atrium is similar to the left Atrium 60 has a single inflow. 7)" Vorrichtung nach.einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Trikuspid-Ventile in zylindrischen Gehäusen angeordnet sind, welche an den Enden von Abzweigungen 65,71 liegen.7) "Device according to one or more of the preceding Claims characterized in that the tricuspid valves are arranged in cylindrical housings which are attached to the Ends of branches 65,71 lie. 8) Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß ein Fühler ein Ausgangssignal jedesmal dann erzeugt, wenn eine Ventrikel hinreichend viel Blut aufnimmt, um sie zu 95 % oder mehr ihrer Kapazität anzufüllen, wobei ein Computer diese Information Speichert.8) Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that a sensor has an output signal generated every time a ventricle draws blood enough to make it 95% or more of its own To fill capacity, with a computer storing this information. 9) Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß ein Fülldetektor vorgesehen ist, der Impulse an einen Füllzähler liefert.9) Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that a fill detector is provided which supplies pulses to a filling counter. 10) Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß Antriebsimpulse in Schwellwertverstärkern N7-N10 erzeugt werden.10) Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that drive pulses in Threshold amplifiers N7-N10 are generated. 609818/0419609818/0419 - x- - x- 11) Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß Triacs anstelle einiger Transistoren verwendet werden.11) Device according to one or more of the preceding Claims characterized in that triacs are used instead of some transistors. 12) Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Computeransprechen auf einen·Abfall bei der Eingangsblutströmung vollständig innerhalb eines einzigen Schlagintervalls aufgenommen wird, und zwar durch verminderte Ventrikelfüllung. 12) Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the computer respond to a · drop in input blood flow is completely absorbed within a single beating interval through decreased ventricular filling. 13) Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Computer fortlaufend die Schlagrate und das Gchlagvolumen für jeden Schlag überwacht und eine Analyse basierend auf einer Reihe von unmittelbar vorangehenden Herzschlägen vornimmt, beispielsweise basierend auf jeweils fünf vorangegangenen Herzschlägen.13) Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the computer continuously the beat rate and beat volume are monitored for each beat and an analysis based on a Makes a series of immediately preceding heartbeats, for example based on five previous heartbeats Heartbeats. 609818/0419609818/0419
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