DE2304274A1

DE2304274A1 - Rueckschlagventil, insbesondere eine kuenstliche herzklappe, und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2304274A1
Application number: DE2304274A
Authority: DE
Inventors: Otto Wichterle
Original assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Current assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Priority date: 1972-02-01
Filing date: 1973-01-30
Publication date: 1973-08-09
Also published as: GB1372835A; FR2170044A1; CS159428B1; FR2170044B1; JPS49110194A; US3861416A

Description

PATEITANMELDUIG

Anmelder: Ceskoslovenska akademie ve"d., Praha 1

Titel; Rückschlagventil, insbesondere eine künstliche Herzklappe, und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Rückschlagventil, insbesondere eine künstliche Herzklappe, und das Verfahren zu seiner Herstellung.

Fast alle bisher angewandten künstlichen Herzklappen weisen zum Unterschied von den natürlichen Herz- oder Arterienklappen einen lateralen Durchfluß auf. Ungeachtet des Nachteils, der mit der weitaus stärkeren Turbulenz beim lateralen Durchfluß verbunden ist, besitzen alle diese künstlichen Klappen, unter denen die bekanntesten jene von Star-Edward»on, Gott und Alvarez sind, entweder beiderseitig oder wenigstens einseitig eine harte Sitzfläche, an der es zur Quetschung der

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Erythrozyten kommt. Die einzige künstliche Klappe mit zentralem Durchfluß wurde von BoIf in Analogie zur Aortaklappe vorgeschlagen. Die verläßliche Funktion dieser Klappe erfordert aber die Anwendung eines Werkstoffes aus Kautschuk von sehr hoher Festigkeit, dessen wesentlicher Nachteil darin besteht, daß er die Gerinnung des Blutes bewirkt.

Gegenstand der Erfindung ist ein Rückschlagventil, insbesondere eine künstliche Herzklappe, das aus einem Ring besteht, in dem wenigstens zwei bewegliche, um ihre Achsen drehbare Körper angeordnet sind, die die Sehnen des Ringes bilden, und deren Bewegung beim Rückfluß der Flüssigkeit bzw. des Gases durch den Anschlag an die innere Ringwand beeinträchtigt wird. Dabei gelangt in dieser Grenzlage ein jeder dieser Körper in Berührung mit den beiden Nachbarkörpern, so "daß dadurch die lichte Weite des Ventils abgeschlossen wird. Zur besseren Abdichtung sind die beweglichen Körper mit dünnen elastischen Lamellen aus einem weichen, elastischen Material versehen, durch die die beweglichen Körper gegen die Richtung des Rückflusses verlängert werden. Um die Drehung der beweglichen Körper um ihre Achsen zu ermöglichen, sind die Körper mit dem Ring durch ein dünnes Einhängeband aus elastischem Material verbunden, das zweckmäßig mit einem überwiegend in radialer Richtung gerichteten Faserstoff verstärkt ist. Sowohl die Einhängebänder als auch die beweglichen Körper kann man aus einem elastischen Stoff, beispielsweise aus einem stark gequollenen hydrophilen Gel her-

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stellen. Einen elastischen Stoff kann man mit Vorteil auch zur Oberflächenbehandlung des Ringes heranziehen, damit die beiden Sitzflächen weich sind und keine Quetschwirkung auf die Blutkörper ausüben.

Das erfindungsgemäße Rückschlagventil kann man in der leise herstellen, daß man die zu vulkanisierende Kautschukmischung in eine Form preßt, die das Negativ des mäßig geöffneten Ventils darstellt, wobei man zweckdienlich eine angemessen orientierte Textillage in die Kautschukmischung einschichtet, die die Zuverlässigkeit des Einhängebandes gewährleistet und gegebenenfalls auch die beweglichen Körper und den Ring versteift.

Das Rückschlagventil kann man beispielsweise auch in der Weise herstellen, daß man ein Gemisch, bestehend aus hydrophilen Monomeren, einem inerten Lösungsmittel und Polymerisationskatalysatoren in eine Form gießt, die das Negativ des mäßig geöffneten Ventils darstellt, wobei die Form mit der Versteifung für den Ring, mit radial angeordneten Fasern an der Stelle des dünnen Einhängebandes und gegebenenfalls auch mit der Versteifung für die beweglichen Körper versehen ist, worauf man das Gemisch in der Form polymerisieren läßt. Das Verhältnis der Monomeren zum Lösungsmittel wird derart gewählt, daß die Volumfraktion der Monomeren im Gemisch entweder gleich oder größer ist als die Volumfraktion des Polymeren im Zustand der GIeichgewichtsquellung unter den Arbeitsbedingungen des Ventils.

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Das erfindungsgemäße Rückschlagventil weist einen zentralen Druchfluß auf und ist betriebssicher auch bei Anwendung eines antithrombognenen, mechanisch weniger widerstandsfähigen Werkstoffes, wie z. B. manche mit Wasser stark quellende Gele.

Die Konstruktion des erfindungsgemäßen Ventils beruht auf dem Prinzip, daß sich seine einzelnen beweglichen Bestandteile beim Rückfluß derart schließen, daß ihre Lage nicht nur durch ihre gegenseitige Berührung gegeben ist, wie dies zum Beispiel bei der Klappe von BoIf der Fall ist, sondern jeder bewegliche Bestandteil beim Rückdruck auch selbständig in einer Lage stehen bleibt, die gemeinsam mit dieser Endlage der übrigen beweglichen Bestandteile die vollkoiaene Schließung des Ventils gewährleistet. Zweckdienlich wird dies durch eine solche Form der beweglichen Bestandteile erreicht, daß sie beim Einkippen in die Schließposition mit ihrem massiven, wenig komprimierbaren Teil auf die gleichfalls mechanisch wenig nachgiebige Ringwand aufprallen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden nä<her beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht auf die geschlossene Klappe von oben, Fig. 2 einen Schnitt A-A der Klappe naoh Fig. 1,

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Fig. 3 eine Ansicht auf die geöffnete Klappe von oben und Fig. 4 einen Schnitt B-B durch die Klappe nach Fig. 3.

Die beweglichen Körper 1 werden zur Innenwand des Ringes 2 mittels eines mit Fasermaterial 4 verstärkten Einhängebandes 3 gehängt,'das sowohl im Ring 2 als. auch in radialer Richtung in den beweglichen Körpern 1 verankert ist'. Unter der Wirkung des Rückdruckes schließt sich die Klappe so, wie dies in den Figuren 1 und 2 veranschaulicht ist, indem sich die beweglichen Körper 1 mit ihren Flächen 5 an die Innenwand 6 des Ringes 2 lehnen. In dieser Position liegen gleichzeitig alle Berührungsflächen der beweglichen Körper 1 aneinander an, wodurch sich das Ventil schließt. Fig. 3 und 4 zeigt^die Position der Körper 1 bei dem durch die fließende Flüssigkeit geöffneten Ventil, die mit sehr geringem Widerstand diese Körper um das dünne Einhängeband 3 in die Höhe hebt.

Zur vollkommen sicheren Schließung der Klappe kann man die beweglichen Körper 1 mit dünnen elastischen Lamellen 7 versehen, die die Berührungsflächen der einzelnen beweglichen Körper in Richtung des Flüssigkeitsflusses verlängern. Beim Rückdruck, wobei diese Körper in nahe Berührung miteinander gelangen, werden die lamellen durch den Flüssigkeitsdruck aneinandergedrückt, wodurch eine vollkommene Abdichtung entsteht.

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Das Ventil läßt sich nach dem Gießverfahren eines zu polymerisierenden Monomerengemiscb.es leicht herstellen in einer Form, die der geschlossenen bzw» mäßig geöffneten Klappenstellung entspricht (Fig. 1 u. 2), wobei man die Form vor dem Eingießen mit den erforderlichen verstärkenden Elementen versieht", z„ B. mit einem rostfreien Stahlring, den man am Umfang des Ventils zur Verstärkung des Ringes 2 einsetzt, und insbesondere mit Textilfasern, z. B_e Polyesterfasern, zur 'Verstärkung des Einhängebandes 3» Als Monomergemisch kann man z, B. ein Gemisch aus 60 Teilen Hydroxyäthylmethacrylat, 0,25 Teilen Äthylenglykoldimethacrylat, 10 Teilen Äthylalkohol, 15 Teilen 1 proz. wässriger Ammoniumpersulfatlösung und 15 Teilen 1 proa₀ Katriumpyrosulfitlösung anwenden. Die vollständige Polymerisation dieses Gemisches verläuft bei 35 G innerhalb einer halben Stunde„ Dann wird das Ventil aus der Form herausgenommen, getrocknet und in trockenem Zustand vom Grat befreit und blank poliert,, Nach Eintauchen in physiologische Lösung quellt das Gel, wobei es im Gleichgewicht 40 % Wasser enthält, was bedeutet, daß es genau wieder die Größe annimmt, in der in der Form der Abguß angefertigt wurde. .

Zur Erzielung eines besseren Anliegens der Flächen in der Schließstellung des Ventils kann man solche Polymerisationsansätze heranziehen, die ein Gel ergeben, das im Gleichgewicht mit physiologischer Lösung ein größeres

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Volumen annimmt als das Volumen "betrug, mit dem das Gel "bei der Polymerisation entstand. Dies wird "beispielsweise nach dem tschechoslowakischen Patent Nr, 131 839 dadurch erreicht, daß man in dem zum Gleichgewicht gequollenen Gel den Gehalt an inertem Lösungsmittel unter den Viassergehalt mindert. Wird z. B. im oben aufgeführten Beispiel Äthylalkohol durch die gleiche Menge. Hydroxyäthylmethacrylat ersetzt (das man also in diesem Fall in einer Menge von insgesamt .70 Teilen zusetzt), entsteht ein Abguß, dessen Gelteile nach Eintauchen in physiologische Lösung ein um 20 56 größeres Volumen einnehmen als diese beim Abguß hatten· Dadurch nähern sich die Gelteile viel dichter aneinder an, und es wird eine vollkommene Abdichtung und eine noch größere Sicherheit gegen das Durchdrücken von Flüssigkeit durch den EüGkdruck erreicht.

Selbstverständlich ist die in diesem Beispeil beschriebene Konstruktion in weiten Grenzen modifizierbar sowohl hinsichtlich der Zahl der beweglichen Teile als auch ihrer Form· Bei einer größeren Anzahl von Körpern 1 . wird eine bessere Ausnutzung des runden Querschnittes erzielt, hingegen ist eine kleinere Anzahl der Körper 1, d. i. z. B, eine dreizipflige Klappe, wieder durch die geringere Zahl der Berührungsflächen von Vorteil,

Als Werkstoff braucht man nicht lediglich hydrophile antithrombogene Stoffe anwenden. Man kann zum Beispiel

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auch Silikonkautschuk einsetzen, dessen Festigkeit und Elastizität eine Verstärkung von biegsamen Teilen mit Textilfasern nicht unbedingt erforderlich macht.

Die Anwendung des beschriebenen Rückschlagventils ist nicht nur auf die Blutwege beschränkt. Man kann es auch für technische Zwecke einsetzen, und zwar nicht nur für Flüssigkeiten, sondern auch für Gase,

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1.) Rückschlagventil, insbesondere eine künstliche Herzklappe, dadurch gekennzeichnet , daß es aus einem Ring (2) besteht, in dem wenigstens zwei bewegliche, um die Achsen drehbare Körper (1) angeordnet sind, die die Sehnen des Ringes bilden, und deren Bewegung beim Rückfluß der Flüssigkeit bzw. des Gases durch den Anschlag an die Innenwand (6) des Ringes (2) beeinträchtigt wird, wobei gleichzeitig in dieser Grenzlage jeder dieser Körper in Berührung mit den beiden Nachbarkörpern gelangt, wodurch sich das Ventil schließt.

2. Rückflußventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die beweglichen Körper (1) mit dünnen elastischen Lamellen (7) aus weichem elastischem Material versehen sind, durch die die Berührungsflächen der beweglichen Körper (1) gegen die Richtung des Rückflusses verlängert werden«

3. Rückstoßventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die beweglichen Körper (1) mit dem Ring (2) durch ein dünnes Einhängeband aus elastischem Material verbunden sind, das vorteilhaft mit einem überwiegend in radialer Richtung orientierten Faserstoff (4) verstärkt ist.

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4. Rückschlagventil nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Einhängetander (3) als auch die beweglichen Körper (1) selbst aus einem elastischen Material hergestellt sind, wobei auch ein elastisches Material für die Verkleidung des den Umfang des Ventils bildenden Einges (2) benutzt ist.

5. Rückschlagventil nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Material ein mit iTasser stark gequollenes hydrophiles Gel ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Ventils nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu vulkanisierende Kautschukmischung, vorteilhaft kombiniert mit einer Textillage, in eine Form gepreßt wird, die das Negativ des mäßig geöffneten Ventils darstellt.

7. Verfahren zur Herstellung eines Ventils nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch bestehend aus hydrophilen Monomeren, einem inerten Lösungsmittel und Polymerisationskatalysatoren in eine Form gegossen wird, die das Negativ des mäßig geöffneten Ventils darstelllt, wobei die Form mit der Versteifung für den Ring, mit radial angeordneten Fasern an der Stelle dos dünnen Einhängebandes und gegebenenfalls auch mit

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der Versteifung der beweglichen Körper versehen ist, worauf das Gemisch in der Form polymerisiert wird·

8. Herstellungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis zwischen den Monomeren und dem Lösungsmittel derart gewählt wird, daß die Volumfräktion der Monomeren im Gemisch entweder gleich oder größer ist als die Volumfraktion des Polymeren im Zustand der Gleichgewichtsquellung im Arbeitsmilieu unter den Arbeitsbedingungen des Ventils.

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