Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind in den westlichen Ländern die häufigste Todesursache. Für viele Patienten mit terminaler Herzinsuffizienz existiert bisher keine zufriedenstellende Therapiemöglichkeit und aufgrund mangelnder Verfügbarkeit von Spenderherzen kann ihnen keine Herztransplantation angeboten werden. Als Überbrückung bis zur Transplantation können diesen Patienten Kunstherzen eingesetzt werden, die allerdings aufgrund ihrer begrenzten Dauerfestigkeit und weiterer Komplikationen keine dauerhafte Lösung darstellen. Die vorliegende Arbeit behandelt die Entwicklung eines dauerfesten, kompakten Antriebs für ein vollimplantierbares Kunstherz, das als Alternative für dieses Patientenkollektiv entwickelt wird. Neben der Erfüllung von Grundvoraussetzungen wie erforderlicher Kraft, Leistung und Passform sind Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer die wichtigsten Zielgrößen. Rotierende Antriebe in Verbindung mit einem Getriebe erzielen höchste Kraft und Leistungsdichten, sind jedoch relativ wartungsbedürftig. Die geforderte Dauerfestigkeit wird daher durch Einsatz eines Direktantriebs in Form eines Linearmotors erreicht, indem verschleißbehaftete Komponenten auf ein Minimum reduziert werden. Es wurde ein Bewertungskriterium hergeleitet, um unterschiedliche Linearmotorkonzepte hinsichtlich der Anforderungen an Antriebskraft, Gewicht und Verlustleistung gegenüberstellen zu können. Der Vergleich etablierter Motorkonzepte mit den hergeleiteten Anforderungen ergab einen Verbesserungsbedarf, um allen Anforderungen des medizintechnischen Systems gerecht zu werden. Hierzu wurde ein neuartiges Motorkonzept erarbeitet und zu einem Kunstherzsystem erweitert. Zum Betrieb des Linearmotors wurde eine angepasste Motorsteuerung konzipiert, die einen effizienten Betrieb des Antriebs ermöglicht. Die Auslegung des Antriebssystems wurden durch Aufbau und Untersuchung eines Prototypen im Rahmen von Labor- und ersten Tierversuchen überprüft. Während die untersuchten verfügbaren Motoren bei einem Motorgewicht von 600 Gramm für die Erzeugung der geforderten Maximalkraft (70 Newton) mindesten 75 Watt an Verlustleistung umsetzen würden, liegt dieser Wert bei dem neuartigen Linearantrieb bei ca. 25 Watt. Durch den neuartigen getriebelosen Antrieb kann die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit entscheidend gesteigert werden, sodass der Einsatz eines hierauf basierenden Kunstherzens als Alternative zur Herztransplantation möglich wird.

    Heart disease in its different forms is continuing to be a major cause of death worldwide. Cardiac insufficiency, the inability of the native heart to increase its power, is a prevalent form. To date there are very limited therapy options for patients in the terminal phase besides heart transplantation, which is limited by a severe shortage of donor organs. Available total artificial hearts are no equivalent alternative due to restrictions in durability and collateral complications. This work describes the development of a durable, compact linear drive and its integration into a fully implantable total artificial heart intended as an alternative to heart transplantation. An essential point is the thorough compilation of a list of requirements, considering medical and technical aspects. Rotary drives in combination with a reduction gear unit attain high power densities but are prone to maintenance. It is hypothesized that the requested durability could be achieved by linear motors, reducing the number of ware prone components. A new criterion is presented that facilitates the evaluation of different motor concepts based on their specifications but independent of the design point. A minimal value for a total artificial heart motor is deduced from the list of requirements. Established linear motor concepts are verified against this value. It is shown that significant improvement of common linear motor concepts in force density and energy consumption is needed in order to apply them in a total artificial heart. Consequently a new concept is developed. After geometric optimization a prototype is constructed. At a motor weight of 600 Gramm it is capable to generate the needed peak force of 75 Newton at a power loss of 25 Watt compared to 75 Watt needed in available drives. This motor and an adequate position sensor is integrated into a total artificial heart. A specific motor control system is composed that enables an efficient activation of the motor. In-vitro and first in-vivo tests prove the applicability of the motor concept for a durable and fully implantable device as alternative to heart transplantation.


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    Titel :

    Untersuchung eines Linearantriebkonzeptes für ein vollständig implantierbares Kunstherz


    Weitere Titelangaben:

    Investigation of a linear drive concept for a fully implantable total artificial heart


    Beteiligte:


    Erscheinungsdatum :

    2013


    Format / Umfang :

    169 Seiten, Bilder, Tabellen, 93 Quellen




    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch






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