Systemanalyse und Entwicklung intravasaler Rotationspumpen zur Herzunterstützung:
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Aachen
Shaker
1999
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
2 Intravasale Herzunterstützungssysteme nach dem Rotationspumpenprinzip 3
2.1 Das Hemopumpsystem Hp 3
2.1.1 Weiterführende Entwicklung des Hemopumpsystcms: Hp31,Hp 14 4
2.1.2 Klinische Erprobung der Hp21 4
2.2 Charakterisierung der Leistungsfähigkeit und Einsatzmöglichkeiten intra
vasaler Herzunterstützungssysteme nach dem Rotationspumpenprinzip 5
2.3 Abschließende Systembetrachtung zum Hemopumpsystem 8
2.4 Abgeleitete Systemparameter für Helmholtz Mikroaxialpumpen 9
3 Analyse möglicher Baukonzepte und Konzeptfestlegung 12
3.1 Pumpe mit integrierter Magnetkupplung 13
3.1.1 Magnetkupplung 13
3.1.2 Lagerungen in Blut 15
3.1.3 Pumpenkonzepte mit integrierter Magnetkupplung 16
3.2 Pumpe mit durchgehender Welle 19
3.2.1 Dichtkonzepte 19
3.2.1.1 Hydrodynamische Dichtung 19
3.2.1.2 Hydrostatische Dichtung 20
3.2.1.3 Magnetfluiddichtung 20
3.2.1.4 Reibschlüssige Dichtungen 24
3.2.2 Pumpenkonzept 26
3.3 Konzeptvergleich und Festlegung 27
4 Antriebskonzepte und Auslegung und Erprobung 29
4.1 Leistungsbedarfsabschätzung 29
4.2 Antriebskonzepte 30
4.2.1 Hydraulische Antriebe 30
4.2.2 Elektrische Antriebe 33
5 Strömungsmechanische Auslegung 42
5.1 Globale Betrachtungen zum Wirkprinzip hydrodynamischer Pumpen 42
5.2 Globale Betrachtungen zum Schaufeldesign und Beschreibung der
Vorgehenssystematik 45
5.3 Aus der medizinischen Anwendung abgeleitete Parameter und Forderungen 48
5.4 Abschätzung der Verluste 49
5.5 Abschätzung der optimalen Drehzahl: Cordier versus Kavitationsgrenze 55
5.6 Rotoreintrittswinkel 56
5.7 Verlauf des Nabendurchmessers 61
5.8 Geschwindigkeitsverteilung und Berechnung der Winkel im Rotoraustritt 63
5.8.1 Die spezifische Schaufelarbeit 63
5.8.2 Die Methode des radialen Gleichgewichts 66
I
Inhaltsverzeichnis
5.8.3 Wahl einer geeigneten Drallverteilung 68
5.8.4 Einfluß der Zähigkeit 72
5.8.5 Kontinuitätsgleichung 74
5.8.6 Nachrechnung der gesamten spezifischen Schaufelarbeit 75
5.8.7 Winkelübertreibung und Schaufelkonstruktionswinkel ß2 75
5.9 Berechnung der Winkel des Leitrads 76
6 Realisierung der Beschaufelungskomponenten 78
6.1 Festlegung der axialen Enthalpieverteilung und CAD/CAM Fertigung
der Beschaufelungskomponenten 78
6.2 Fertigungsaspekte und Prozeßparameter 79
7 Experimentelle Strömungssichtbarmachung an Mikroaxialpumpenbeschaufelungen 81
7.1 Methoden zur StrömungsSichtbarmachung und Analyse 81
7.1.1 Lichtschnitt und Leuchtspurverfahren 82
7.1.2 Partikel Tracking 83
7.1.3 Auswaschverfahren 87
7.1.4 Methode des expliziten Stromfadens 88
7.1.5 Farbinjektionsverfahren 89
7.1.6 Laser Doppler Anemometrie 89
7.1.7 Aufnahmemedien und deren Eignung zur Dokumentation 89
7.2 Sekundärströmungen 90
7.3 Strömungsanalyse am vergrößerten 10:l Modell 91
7.3.1 Prüfstand und 10:1 Modell 91
7.3.2 Stiömungsergebnisse am vergrößerten Modell 94
7.3.3 Diskussion der Aussagekraft des vergrößerten Modells 98
7.4 Strömungsanalyse in der Originalgröße 99
7.4.1 Versuchsaufbau zur Strömungssichtbarmachung 99
7.4.2 Strömungsergebnisse in der Originalgröße 100
7.4.3 Analyse der Ergebnisse und Beurteilung der Verfahren 110
8 Verfahren zur Untersuchung der pumpeninduzierten Blutschädigung 113
8.1 Abschätzung der pumpeninduzierten Hämolyse 113
8.1.1 Verfahren und vereinfachende Annahmen zur Ermittlung der pumpen¬
induzierten Blutschädigung 114
8.1.2 Durchführung des Verfahrens 115
8.2 Einfluß der Designparameter auf die Blutschädigung 126
9 Hydraulische und mechanische In vitro Untersuchungen an Labormustern 130
9.1 Hydraulik der Beschaufelungskomponenten 130
9.1.1 Versuchsaufbau und Meßtechnik 130
9.1.2 Ergebnisse ausgesuchter Beschaufelungen 132
9.2 Einfluß der Designparameter auf Leistung, Wirkungsgrade und
Pumpencharakteristik 134
9.2.1 Einfluß der induzierten Gesamtenthalpie auf die Leistungscharakteristik 135
9.2.2 Einfluß der Kanalhöhe auf interne Verluste 137
Inhaltsverzeichnis
9.2.3 Auswirkung der internen Verluste auf die Pumpencharakteristik 140
9.3 Strömungsführung auf Ein und Auslaßseite unter Anwendungsbedingungen 143
9.4 Mechanische Untersuchungen an der Pumpe mit integriertem Antrieb 146
10 Pumpc Ventrikel Interaktion 148
10.1 Versuchsaufbau 148
10.2 Pumpencharakteristik in pulsatiler Umgebung 149
10.3 Volumenentlastung des Ventrikels und die Gefahr des Ansaugens 152
10.4 Volumenstromberechnung und Vermeidung von Ansaugphasen 155
11 Experimentelle In vitro Untersuchungen zur Blutschädigung 157
11.1 Blutverträglichkeit der Pumpe 157
11.2 In vitro Blutverträglichkeitsuntersuchungen 158
11.2.1 Testparameter und Grenzwerte 158
11.2.2 Versuchsaufbau und Durchführung 160
11.2.3 Ergebnisse 161
12 Erste In vivo Versuche 166
12.1 Tiermodell 166
12.2 Versuchsdurchführung und Ergebnisse 167
13 Ausblick 174
14 Zusammenfassung 175
Literaturverzeichnis 177
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