NL7906506A - Kunstmatige hartklep. - Google Patents

Description

* v i -1- 20899/Vk/iv

Aanvragers: Antonius Adrianus van Steenhoven, Eindhoven en Pieter Cornelia Veenstra, Eindhoven, Nederland Korte aanduiding: Kunstmatige hartklep.

5 De uitvinding heeft betrekking op een kunstmatige hartklep voor het regelen van de bloedstroom, bestaande uit een klephuis en ten minste een in het klephuis excentrisch geplaatst scharnierend plaatje ter afsluiting van de hartklep, dat tegen een aanslagorgaan rust bij gesloten toestand van de klep. De tot nu toe voorgestelde en toegepaste kunstmatige .hartkleppen zijn 10 te verdelen in twee groepen: bij de ene. groep wordt gebruik gemaakt van een zwevend afsluitorgaan voor de bloedstroombaan, waartoe meestal een kogel- of plaatvormig orgaan wordt toegepast; in de tweede groep wordt gebruik gemaakt van een scharnierend plaatje in een klephuis dat aangebracht is in de bloedbaan, welk plaatje doorgang geeft aan het bloed door de stuwende werking daar-15 van waardoor het plaatje in een meer gesloten stand wordt gebracht, terwijl de klep sluit doordat bloed dat terugstroomt bij het ontspannen van het hart het plaatje terugbrengt .tot zijn gesloten positie. Een hartklep van deze laatste soort is beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3-824.629, waarbij een hartklep is voorgesteld waarin een plaatje excentrisch is aangebracht, 20 welk plaatje een openingshoek in het klephuis heeft van 50-80°.

De problemen die samenhangen met kunstmatige hartkleppen van dit type komen neer op de volgende punten: 1) beschadiging van de bloedlichaampjes door de hoge schuifspanningen die optreden nabij de prothese, 25 2) de mogelijke trcmbosevorming doordat een kleine hoeveelheid bloed in rust blijft of in het algemeen door het stroomgedrag van het bloed onder invloed van de vorm van de klep en 3) het naar verhouding aanzienlijke drukverschil over de geopende klep veroorzaakt door de weerstand van de klep voor de stroming van het bloed.

30 Als resultaat van gedane onderzoekingen is het mogelijk gebleken om een verbetering te bewerkstelligen ten opzichte van de hartklep zoals beschreven in het bovengenoemde Amerikaanse octrooischrift ten aanzien van het drukverschil over de klep in geopende toestand, waarbij ook de schuifspanningen verlaagd worden en de kans op bloedstolling wordt verminderd.

35 Uit het meer fundamentele onderzoek dat verricht is in het kader van 790 65 06 -2- 20899/Vk/iv ; . \ de uitvinding is gebleken dat het sluiten van de klep niet alleen bewerkstelligd moet worden door de hoeveelheid bloed die op het einde van de hartslag terugstroomt, doch dat het sluiten van de klep reeds moet beginnen op een eerder tijdstip namelijk op het moment dat het voorwaarts door de geopende 5 klep stromende bloed aan het vertragen is. Dit fenomeen van het op een eerder tijdstip dan bij de bekende kunstmatige hartkleppen sluiten is een van de voornaamste overwegingen om te komen tot een kunstmatige hartklep zoals hieronder nader wordt beschreven. Deze meer gewenste open- en sluitbeweging van het plaatje wordt bewerkstelligd door een vormgeving van de kunstmatige hart-10 klep volgens de uitvinding en deze wordt hierdoor gekenmerkt, dat in het klep-huis ter hoogte van het plaatje ten minste een holte is aangebracht en het plaatje geopend kan worden tot een hoek van 60-90°. De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de onderstaande beschrijving waarbij verwezen is naar de bijgevoegde tekening, waarbij.

15 Fig. 1 schematisch de kunstmatige hartklep volgens de uitvinding weer geeft,

Fig. 2 een alternatieve uitvoeringsvorm is van de hartklep volgens fig. 1,

Fig. 3 een schematische langsdoorsnede weergeeft van de kunstmatige 2o hartklep, en

Fig. 4 een dwarsdoorsnede, is over IV-IV van de hartklep volgens fig. 3.

In fig. 1 is de kunstmatige hartklep met cijfer 1· aangegeven. Deze vorat een prothese van de aortaklep, welke bij de diastole de aorta van de linkerkamer dient af te sluiten. Deze kunstmatige hartklep kan echter ook 25 als prothese voor een van de andere hartkleppen dienen, zoals voor de long-slagaderklep. De kunstklep bestaat uit een in hoofdzaak cylindrisch gevormd klephuis 2 en een plaatje 3 dat scharniert on een scharnierpunt 5. De open bovenzijde van de kunstklep 1 voert naar de aorta, de onderzijde naar de linkerkamer. Fig. 1 geeft de kunstklep in geopende toestand weer. Het bloed 30 stroomt daarbij in de met de pijl aangegeven richting uit de linkerkamer van het hart langs het plaatje 3 door het klephuis 2 en treedt ten slotte aan de bovenzijde uit in de aorta. Het klephuis kan in zijn geheel een prothese vormen maar het is ook denkbaar dat althans de holte wordt gevormd door de aorta-wand zelf door daarin met een draadframe een passende holte te creëren.

35 Xn het klephuis 2 bevindt zich een holte 4 die van essentieel belang is voor een goede sluitwerking van de kunstklep. Een elastische wand kan de 790 65 06 t -3- 20899/Vk/iv voorkeur verdienen. De vorm van de holte is minder kritisch. Uit experimenten is gebleken dat de diepte b van de holte groter moet zijn dan Q,2r, waarbij r de straal is van het klephuis, terwijl de bovenwaarde van diepte b in hoofdzaak uit praktische overwegingen bepaald wordt door de plaatsingsmogelijk-5 heid van de kunstmatige klep. Omdat de ruimte waar de hartklep geplaatst moet worden meestal minimaal is zal de diepte b van de holte meestal kleiner zijn dan r. Bij voorkeur is de diepte b van de holte 0,33 r. Bij een kleinere waarde voor de diepte van de holte b wordt de gewenste afsluitbeweging van het plaatje 3 niet meer bewerkstelligd. De hoogte l van holte 4 zal bij voorkeur 1Ó gekozen worden tussen 2r en 5r waarbij een optimaal resultaat verwacht kan worden bij een waarde van ζ van 3r. Wanneer een minimale waarde voor de diepte van de holte gekozen moet worden kan een grotere hoogte van de holte de gewenste sluitbeweging van het plaatje gunstig beïnvloeden.

Voor het plaatje 3 in de kunstmatige hartklep 1 zoals weergegeven in 15 fig. 3 geldt dat het bij voorkeur een grotere openingshoek bewerkstelligt-dan bij de bekende kunstmatige hartkleppen. De openingshoek ci kan bij de hartklep volgens de uitvinding groter gekozen worden dan bij.de bekende hartkleppen omdat het sluitingsmechanisme nu op een meer gewenste wijze geregeld is zodat het nadeel dat in het Amerikaanse octrooi 3.824.629 ten aanzien van een gro-20 tere openingshoek dan van 80° is beschreven, te weten de langere tijd die nodig is om de klep te doen sluiten door de grotere afstand die afgelegd moet worden door het plaatje, is opgeheven. Het is natuurlijk ook mogelijk om een gunstige werking van de kunstmatige hartklep volgens de uitvinding te bewerkstelligen ten opzichte van· de hartklep die beschreven is in het Amerikaanse octrooi-25 schrift bij een openingshoek ql < dan 80° indien gebruik gemaakt wordt van de bovenbeschreven holte in het klephuis. Een optimale werking wordt echter verkregen bij een openingshoek van 80° of meer. De openingshoekot zal ook gekozen worden in samenhang met de mate van excentriciteit E overeenkomend met een waarde e/r, waarbij e de afstand is van de as van het klephuis tot het 30 scharnierpunt, zoals weergegeven in fig. 1. De waarde van E varieert van 0,5 tot 1 en is bij voorkeur 0,75.

In fig. 2 is een alternatieve uitvoeringsvorm voor een hartklep volgens de uitvinding weergegeven, waarin het dóórstromen van het bloed of het sluiten van de bloedbaan wordt bewerkstelligd met twee plaatjes 3, waarmee het mo-35 gelijk is om volgens hetzelfde principe dat aangegeven is in verband met fig. 1 790 65 06 "5 -4- 20899/Vk/iv , I 1" holtes en plaatjes toe te passen van geringere afmetingen. Dit kan vooral van belang zijn wanneer een minimale ruimte beschikbaar is om een kunstmatige hartklep aan te brengen in het lichaam* Bij de dubbele uitvoeringsvorm kan de hoogte l van de holte variëren tussen r en 2,5r waarbij een optimale hoog-5 te 1,5r is. De diepte b, hoekol.en da excentriciteit £ worden op ongeveer dezelfde waarden gekozen als bij de enkelvoudige uitvoeringsvorm.

Fig. 3 en fig. 4 geven een langs- respectievelijk· dwarsdoorsnede van een kunstmatige hartklep volgens de uitvinding, waaruit blijkt dat de holte 4 bij voorkeur zodanig wordt uitgevoerd dat de holte geen scherpe hoeken 10 heeft om het stromingsgedrag niet nadelig te beïnvloeden terwijl een aanslagorgaan 6 is aangebracht in het klephuis, tegen welk aanslagorgaan plaatje 3, dat scharniert rond scharnierpunt 5, in rust kan komen. Het aanslagorgaan kan van een bekend type zijn, bijvoorbeeld zoals aangegeven in het Amerikaanse oc-trooischrift 3.824.629. Bij voorkeur' worden de diverse onderdelen van de kunst-15 matige hartklep vervaardigd uit een kunststof, waarbij de keuze voor een deskundige op dit gebied bekend zal zijn. Ook voor de keuze van de materialen kan verwezen worden naar het Amerikaanse, octrooischrift 3.824.629. Een klep van een bekend type bijvoorbeeld zoals beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.824.629 kan worden toegepast volgens de uitvinding mits men zorgdraagt voor 20 de aanwezigheid van een holte zoals hierboven, beschreven.

Uit metingen en experimenten die verricht zijn met de hartklep volgens de uitvinding is gebleken dat het sluitingsgebeuren gedeeltelijk plaats vindt tijdens de vertragende fase van de bloedstroom. Op het moment dat de stroomsnelheid van het bloed na openen van de hartklep teruggekomen is op 0 is de 25 klep. reeds voor ongeveer 40% gesloten. De terugstroming zal dan een volledige sluiting van de klep bewerkstelligen. Uit deze gegevens blijkt het grote voordeel van de hartklep volgens de uitvinding, omdat bij de bekende hartkleppen de sluitbeweging enkel bewerkstelligd wordt door het terugstromen van het bloed. Tevens werden metingen verricht waarbij de hartklep volgens de uitvinding ver-30 geleken werd met een bekende hartklep zoals beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.824.629, die toegepast werd bij een openingshoek^ van 60° en een variabele excentriciteit van 0,3-0,5.

Het drukverschil werd gemeten over de hartklep door de druk te bepalen op een afstand van 50 mm voor en na het plaatje. Om tot vergelijkbare resul-35 taten te komen werd de inwendige diameter van de kleppen gelijk gehouden op 790 65 06 -5- 20899/Vk/iv 16 mm en werd in beide gevallen een gelijke hoeveelheid vloeistof tot stromen gebracht. Het klepgedrag werd gefilmd over een tijdsduur van ongeveer 40 seconden en gedurende deze tijd werden de drukken op de vermelde twee punten gemeten. De hierbij verkregen resultaten zijn samengevat in tabel A waarbij 5 de klep volgens de uitvinding toegepast werd van het enkelvoudige type met een openiftgshoek a. van 85°, een hoogte ( van 24 mm en een diepte b van 2,33 mm terwijl de excentriciteit £ 0,75 bedroeg. De in de tabel vermelde waarden hebben de volgende betekenis: a is de verhouding van het doortocht-oppervlak bij maximaal ge- 10 opende klep tot het oppervlak van de dwarsdoorsnede van de aorta, (is if r^), eff. is de effectiviteit van de klep, gedefinieerd als de verhouding van het voorwaarts gestuwde netto volume en het volume van het bloed dat het plaatje alleen in de voorwaartse richting gepasseerd is per hartslag.

Daarbij is onder het netto volume V te verstaan het voorwaarts gestuwde volume n 15 V , verminderd met het terugwaarts gestroomde volume V^. Dus eff. is V^/Vy = (Vy-V^J/Vy. Hieruit volgt dat wanneer er geen terugstroming door de klep is, eff. gelijk is aan de waarde 1 en deze waarde is 0 als het voorwaarts gestuwde bloed weer volledig terugstroomt.

A p is het maximale drukverschil over de geopende klep uitgedrukt in 20 kPa.

Tabel A

klep volgens de klep volgens Amerikaans uitvinding octrooischrift 3.824.629 amax 0,92 + 0,03 0,50 + 0,03 25 eff. 0,94 + 0,01 0,97 + 0,01

Ap 0,33 + 0,07 kPa 1,71 + 0,07 kPa ---— ------ —1- — ----- - - - 30 Uit de gegevens uit tabel A blijkt duideijk dat de maximale drukval over de geopende klep volgens de uitvinding aanzienlijk lager is dan die van de bekende klep. Dit wordt toegeschreven aan de grotere openingshoek die mogelijk is bij de klep volgens de uitvinding. Ondanks de grotere openingshoek bij de klep volgens de uitvinding is de effectiviteit vergelijkbaar, zodat 35 niet gevreesd hoeft te worden dat bij een grotere openingshoek de sluitings- 790 65 06 -6- 20899/Vk/iv tijd te groot zou zijn en daardoor te veel bloed zou terugstromen.

De toepassing van een klep zoals hierboven beschreven kan ook in het algemeen toegepast worden voor het regelen van een vloeistofstroom in een pijp of set van pijpen.

5 -CONCLUSIES- 790 6 5 06

Claims (12)

1. Kunstmatige hartklep voor het regelen van de bloedstroom, bestaande uit een klephuis en ten minste een in het klephuis excentrisch geplaatst 5 scharnierend plaatje ter afsluiting van de hartklep, dat tegen een aanslag-orgaan rust bij gesloten toestand van de klep, met het kenmerk, dat in het klephuis ter hoogte van het plaatje ten minste een holte is aangebracht en het plaatje geopend kan worden tot een hoek van 60-90°.

2. Hartklep volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het plaatje 10 geopend kan worden tot een hoek van ten minste 80°.

3. Hartklep volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de lengte 1 van de holte gelegen is tussen 2r en 5r, waarbij r de straal is van het klephuis. A. Hartklep volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de lengte 1 van 15 de holte nagenoeg 3 r is.

5. Hartklep volgens conclusie 1-2, met het kenmerk, dat het klephuis twee holtes heeft en twee plaatjes die het klephuis elk over een afstand r kunnen afsluiten.

6. Hartklep volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat elke holte een 20 lengte heeft tussen r en 2r.

7. Hartklep volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat elke holte een lengte 1 heeft van nagenoeg 1,5r.

8. Hartklep volgens conclusie 1-7, met het kenmerk, dat de diepte b van de holte tussen 0,2r en r ligt.

9. Hartklep volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de diepte b na genoeg 0,33 r is.

10. Hartklep volgens conclusie 1-9, met het kenmerk, dat de excentriciteit e , overeenkomend met e/r, waarbij e de afstand is van het midden van het klephuis tot het scharnierpunt, gelegen is tussen 0,5 en 1.

11. Hartklep volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de excentrici teit nagenoeg 0,75 is.

12. Hartklep volgens conclusie 1-11, met het kenmerk, dat de wanden van het klephuis elastisch zijn of gebruik gemaakt wordt van de aortawand.

13. Werkwijze voor het doen stromen van een hoeveelheid vloeistof in 35 een leiding onder gebruikmaking van een of meer kleppen, met het kenmerk, dat een klep wordt toegepast van een type zoals beschreven in conclusies 1-12. 790 6 5 06