WO2002047754A1 - Hydrocephalusventil - Google Patents

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WO2002047754A1
WO2002047754A1 PCT/EP2001/014585 EP0114585W WO0247754A1 WO 2002047754 A1 WO2002047754 A1 WO 2002047754A1 EP 0114585 W EP0114585 W EP 0114585W WO 0247754 A1 WO0247754 A1 WO 0247754A1
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valve
valve according
opening
control
time control
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PCT/EP2001/014585
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Inventor
Christoph Miethke
Original Assignee
Christoph Miethke Gmbh & Co. Kg
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M27/00—Drainage appliance for wounds or the like, i.e. wound drains, implanted drains
    • A61M27/002—Implant devices for drainage of body fluids from one part of the body to another
    • A61M27/006—Cerebrospinal drainage; Accessories therefor, e.g. valves
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
    • A61M2205/33—Controlling, regulating or measuring
    • A61M2205/3331—Pressure; Flow
    • A61M2205/3337—Controlling, regulating pressure or flow by means of a valve by-passing a pump

Definitions

  • the invention relates to a hydrocephalus valve with electrical actuation, with a control that opens and closes the hydrocephalus valve.
  • the problem with people suffering from hydrocephalus is that an increased brain pressure caused by excess brain water leads to serious problems for those affected.
  • the brain tissue is damaged and permanently broken down, and there are various symptoms such as dizziness, gait disturbance, headache, nausea, vomiting and dementia. If left untreated, the disease can ultimately lead to the patient's death.
  • the type and extent of the complaints that arise depend on the underlying causes of the illness, general constitution, but above all also on the age of the patient.
  • the increase in pressure causes the head to grow unnaturally, in adults the brain substance is lost more quickly in favor of the water content in the interior of the skull.
  • a successful treatment option has only been available for people with hydrocephalus for around 50 years.
  • An artificial drainage is implanted, which allows the brain water to drain into other parts of the body, in which the drained fluid can then be broken down.
  • the control of the outflow is taken over by valves that have the required pressure inside the head should ensure. Since then, a large number of different technical solutions have been proposed which are intended to expand the treatment options or to prevent or limit frequently occurring complications.
  • valve systems with a simple, rigid differential pressure valve 2. valve systems with a postoperative, percutaneously adjustable valve system and 3. hydrostatic valve systems.
  • the rigid differential pressure valve of group 1 is offered as a ball-cone construction (US 5069663, DE 3020991), as a silicone slit valve or as a diaphragm valve.
  • the valves are characterized in that their opening behavior is aligned with the patient's lying position. In the standing position, such valves systematically lead to unphysiologically low, negative pressure in the patient's head, which can lead to serious complications.
  • valves introduce an improvement in that, although these valves work like those of group 1, they allow percutaneous adjustment of the opening characteristic (US 4772257, EP 0 421 557 A2, US 5928182, EP 135 991 AI, GB 2143008 A, US 4551128, EP 0 060 369).
  • This enables an individual adaptation of the valve function to the individual patient.
  • these valves also do not eliminate the difficulty that the physical conditions in the patient's drainage system change depending on the posture. If the valves are set to a low opening pressure, on the one hand this will favor the clinical result, on the other hand the risk of Overdrainage increased dramatically in the standing position.
  • Valves in group three can help here.
  • Hydrostatic valves are characterized in that they take into account the changing physical conditions in the patient's drainage system with the aim of avoiding the problems described above as a result of overdrainage. Three different principles are used here.
  • Valves remain a bottleneck in the derivation. It would be desirable to increase drainage security by providing wider opening channels also in the valve seat.
  • the invention is based on the object of realizing an improved adaptation of the fluid removal with a hydrocephalus valve which is of a safe and simple design.
  • a hydrocephalus valve of the type described in the introduction in that the control is a time control.
  • a time control thus keeps the hydrocephalus valve open for a certain period of time and then closes it for a certain period of time, for example the valve can remain open for a long time during safe lying phases, while during the day the switch is only opened once an hour for 30 seconds or a few minutes.
  • the time control is programmable so that the opening and closing times can be changed by means of such a program.
  • the time control can be influenced by signals from at least one measuring instrument.
  • These measuring instruments can be, for example, a pressure measuring device that measures pressure values in the brain, in the environment or at other points of interest, a position sensor that detects whether the patient is lying, standing or moving, a measuring instrument for determining muscle potentials or Brain current potentials etc. The influence leads to a change in the time control program, so that changes occur in the open times and in the closing times.
  • time control it is expedient for the time control to be assigned a data memory which records all the opening and closing states over time and thus forms a documentation which enables checking at any time.
  • the hydrocephalus valve comprises a switching valve which can be adjusted between an open position and a closed position by the electrical actuation. So it does not affect the opening behavior, for example the closing force of a valve body or the size of a flow cross-section, but it is only switched with the flow cross-section unchanged between the open position and the closed position, so that it is ensured that there is no interference from tissue parts in the liquid and other deposits the drainage behavior occurs when the hydrocephalus valve is open.
  • the switching valve is stable in the open position and in the closed position when the electrical actuation is not activated. This saves energy because energy is only used for switching of the switching valve is required, but not to maintain one of the two end positions of the switching valve.
  • the switching valve comprises a spherical valve body, which in the closed position rests sealingly on a valve opening and in the open position rests in a recess to the side of the valve opening.
  • the actuation can include a slide that displaces the valve body on the one hand and the valve opening and the recess on the other hand relative to each other.
  • the displacement can be a displacement of the valve body, but it is also possible for the valve opening with the recess arranged next to it to be displaced relative to a fixed valve body.
  • the actuation can comprise an electromagnetic drive, a piezoelectric drive or a current-carrying bimetal, here further drives which are familiar per se are also possible.
  • the time control changes the opening behavior of a closing valve. This can only be the case or in addition to switching between open and closed positions.
  • the opening behavior can be changed, for example, by changing the cross-section, by changing spring forces, etc.
  • Figure 1 is a block diagram of a simple timing control for an electromagnetic switching valve
  • Figure 2 is a view similar to Figure 1 in a timing control that can be influenced by the signals of a position sensor;
  • FIG. 3 a view similar to FIG. 2 with a time control which can be influenced by signals from several measuring devices;
  • Figure 4 is a schematic longitudinal sectional view of a bistable
  • Figure 5 a typical control profile for a time control.
  • the hydrocephalus valve system shown in the drawing comprises an energy unit (battery), a processor, a data memory, an electromagnetic switch, a transmitter and receiver unit and optionally a unit for inductive energy supply.
  • Figure 1 shows the block diagram for the operation of the invention.
  • a time-dependent control signal s (t) is fed into the data memory via the transmitter.
  • the control signal s (t) contains one for each Control information that can be created individually for the patient about the opening state of the electromagnetic switch at any time t. For example, the opening status may last longer at night than during the day. It is possible to create an individual profile according to the patient's lifestyle or needs. This opening profile can be adapted to any changes at any time.
  • the data storage device forwards the information to the control unit, which in turn controls the electromechanical component.
  • the switch passes the information about its state (open or closed) to the processor and the data memory.
  • the transmitting and receiving unit can preferably be activated and supplied with energy via an inductive energy supply. The energy supply can also take place via the battery.
  • FIG. 2 A more complex variant of the invention is shown in Figure 2.
  • the unit shown in Figure 1 is supplemented by a position sensor. This sensor transmits the patient's posture to the control unit, which changes the setpoint of the valve actuation in accordance with the programming sent.
  • FIG. 4 shows an embodiment of an electromechanical switch for opening and closing the drainage.
  • Electronics 1 is powered by a battery 8.
  • a voltage is applied to a coil 2, whereby a magnetic field is generated which moves a slide 3.
  • the slide 3 can assume two different rest states, which are secured by a spring 7.
  • the spring is selected in such a way that on the one hand the spring secures the seat of a ball 4 even when shaken, but on the other hand the force for displacing the ball 4 remains low. Either it rests in the opening in a valve outlet 5 (position 1) or in a blind hole 6 (position 2).
  • the outlet bore at the valve outlet 5 typically has a diameter of approximately 1 mm on, this corresponds to the inside diameter of a typical drainage line.
  • the ball 4 which is preferably made of a hard and light material, for example aluminum oxide ceramic, and which preferably has an approximately 3 times larger diameter than the bore of the valve outlet 5, is pushed into position 1, the drainage is closed. If the ball 4 is pushed into position 2, the entire cross section of the bore is released. This maximum opening minimizes the risk of clogging at the switch.
  • the position of the slide 3 can be continuously detected via a detector 9. The control of the slide 3 can take place either as a pure time control according to a predefined individual patient-dependent time profile or else can be calculated using a more complex algorithm (according to block diagrams 2 and 3).
  • the inclusion of the patient position can help optimize the control algorithm.
  • Figure 5 shows an example of a conceivable control specification.
  • the specifications for the switch setting can vary depending on the patient and the time of day. For example, the valve can remain open for a long time at night during safe lying phases, while during the day the switch may only be opened once an hour for 30 seconds or a few minutes.
  • the signal from the position sensor can shorten or extend the opening time.
  • the control signal is sent through the skin to the implant.
  • the acquisition of condition data in the implant can be called up if required.
  • Other embodiments for such a switch can be implemented as a moving membrane.
  • the creation of the movement can be done via moving conductors in the magnetic field as well as the force exerted on magnets in the magnetic field that is applied for adjustment. Other options for adjustment are piezoelectric motion generation or by controlling bimetals.

Abstract

Um bei einem Hydrocephalusventil mit elektrischer Betätigung mit einer das Hydrocephalusventil öffnenden und schliessenden Steuerung eine verbesserte Anpassung an die bei einem Patienten vorliegende Situation zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass die Steuerung eine Zeitsteuerung ist.

Description

HYDROCEPHALUSVENTIL
Die Erfindung betrifft ein Hydrocephalusventil mit elektrischer Betätigung, mit einer das Hydrocephalusventil öffnenden und schließenden Steuerung.
Bei an Hydrocephalus erkrankten Menschen besteht das Problem, daß ein durch überschüssiges Hirnwasser entstehender erhöhter Hirninnendruck zu schwerwiegenden Problemen für die Betroffenen führt. So wird das Hirngewebe geschädigt und dauerhaft abgebaut, es kommt zu unterschiedlichen Symptomen wie Schwindel, Gangstörung, Kopfschmerzen, Übelkeit, Erbrechen und Demenz. Unbehandelt kann die Erkrankung letztendlich zum Tod des Patienten führen. Art und Umfang der auftretenden Beschwerden hängen ab von der Erkrankung zugrundeliegenden Ursachen, allgemeiner Konstitution, vor allem aber auch vom Alter des Patienten. Bei Säuglingen bewirkt der Druckanstieg ein unnatürliches Wachstum des Kopfes, bei Erwachsenen geht die Hirnsubstanz zugunsten des Wasseranteils im Schädelinneren schneller verloren.
Erst seit etwa 50 Jahren steht für Hydrocephaluskranke eine erfolgreiche Behandlungsmöglichkeit zur Verfügung. Dabei wird eine künstliche Drainage implantiert, die den Abfluß des Hirnwassern in andere Körperregionen ermöglicht, in denen die abgeleitete Flüssigkeit dann abgebaut werden kann. Die Steuerung des Abflusses wird dabei von Ventilen übernommen, die den erforderlichen Druck im Inneren des Kopfes sicherstellen sollen. Seitdem sind eine Vielzahl von verschiedenen technischen Lösungen vorgeschlagen worden, die die Behandlungsmöglichkeiten erweitern oder aber häufig auftretende Komplikationen verhindern oder einschränken sollen.
Bis heute haben sich drei verschiedene Ventilarten am Markt behaupten können: 1. Ventilsysteme mit einem einfachen, starren Differenzdruckventil, 2. Ventilsysteme mit einem postoperativ, perkutan verstellbaren Ventilsystem und 3. Hydrostatische Ventilsysteme. Das starre Differenzdruckventil der Gruppe 1 wird als Kugel-Konus-Konstruktion (US 5069663, DE 3020991), als Silikonschlitzventil oder als Membranventil angeboten. Die Ventile zeichnen sich dadurch aus, daß ihr Öffnungsverhalten auf die liegende Position des Patienten ausgerichtet ist. In der Stehendposition führen solche Ventile systematisch zu unphysiologisch niedrigem, negativem Druck im Kopf des Patienten, das kann zu schwerwiegenden Komplikationen führen.
Vertreter der zweiten Gruppe von Ventilen führen insofern eine Verbesserung ein, als diese Ventile zwar wie die der Gruppe 1 arbeiten, jedoch eine perkutane Verstellung der Öffnungscharakteristik erlauben, (US 4772257, EP 0 421 557 A2, US 5928182, EP 135 991 AI, GB 2143008 A, US 4551128,EP 0 060 369). Hierdurch wird eine individuelle Anpassung der Ventilfunktion an den einzelnen Patienten möglich. Allerdings beheben auch diese Ventile nicht die Schwierigkeit, daß die physikalischen Verhältnisse im Drainagesystem des Patienten sich in Abhängigkeit von der Haltung ändern. Sind die Ventile auf einen niedrigen Öffnungsdruck eingestellt, wird dies zwar einerseits das klinische Ergebnis begünstigen, andererseits wird gleichzeitig die Gefahr der Uberdrainage in der Stehendposition dramatisch erhöht. Umgekehrt kann zwar die Einstellung auf einen sehr hohen Wert die Gefahr der Uberdrainage reduzieren, gleichzeitig wird dadurch das zu erzielende klinische Ergebnis nachhaltig negativ beeinflußt, da der jetzt anliegende Öffnungsdruck für die Liegendposition deutlich zu hoch ist. Abhilfe schaffen hier Ventile der Gruppe drei. Hydrostatische Ventile zeichnen sich dadurch aus, daß sie die sich ändernden physikalischen Bedingungen im Drainagesystem des Patienten berücksichtigen mit dem Ziel, die oben beschriebenen Probleme infolge einer Uberdrainage zu vermeiden. Drei unterschiedliche Prinzipien werden hierbei genutzt.
Die älteste Konstruktion wurde im sogenannten Antisiphon-Device realisiert. Nach dem gleichen Prinzip sind bis heute mehrere unterschiedliche Konstruktionen am Markt angeboten worden (EP 0 670 740 Bl, US 5800376, DE 2752087). Hierbei wird die Wirkung des negativen Druk- kes am Auslaß des Ventils systematisch auf ein Minimum reduziert. Diesem Vorteil steht allerdings der gravierende Nachteil gegenüber, daß der Subcutandruck um das Ventilgehäuse einen erheblichen Einfluß auf die Arbeitsweise des Ventils nimmt. Durch Gewebswachstum oder ungünstige Patientenlage kann dieser Druck um erhebliche Werte variieren und dadurch sogar zum absoluten Ventilverschluß führen. Auch diese Ventile haben sich im Vergleich mit konventionellen Ventilen als nicht überlegen erwiesen (Drake, Toronto).
Das gleiche gilt für das zweite Prinzip der dritten Gruppe, dem Prinzip der sogenannten Flußkontrolle. Bei den flußregulierenden Ventilen soll sichergestellt werden, daß die abfließende Menge unabhängig vom am Ventil anliegenden Differenzdruck konstant gehalten wird. Während bei konventionellen Ventilen die Abflußmenge proportional zum anliegenden Differenzdruck steigt, wird dies bei flußregulierenden Ventilen verhindert (Siphonguard [Codman], Orbis Sigma Valve [Cordis], Diamond Valve [Phoenix] ; EP 798 012 AI, US 4627832, US 4776838). Im Mittel beträgt die natürliche Liquorproduktion 23 ml/h. Flußregulierende Systeme haben konkret folgende Probleme. 1. Es ist technisch unmöglich, den Wert für die erlaubte Abflußrate sicherzustellen. Varianzen im Rahmen des Produktionsprozesses bleiben zu groß (Aschoff, Schoener). 2. Die natürliche Varianz der Produktion bleibt systematisch unberücksichtigt. Liegen die individuellen Werte zu hoch oder zu niedrig, kann dies sowohl zur Uberdrainage als auch zur Unterdrainage führen. 3. Die Flußregulierung wird gesteuert über extrem kleine Querschnitte am Öffnungsmechanismus. Partikel im Liquor wie etwa zelluläre Bestandteile nehmen dramatisch Einfluß auf die Funktion und können das Ventil sehr leicht verstopfen. Internationale Vergleichsstudien haben gezeigt, daß dieses Prinzip die Behandlungsergebnisse des Hydrocephalus nicht verbessern konnte (Drake et al).
Im Gegensatz dazu wurden nach Einführung von gravitationsunter- stützten Ventilen signifikante Verbesserungen festgestellt (Meier, Sprung, Kiefer). Zwei verschiedene technische Lösungen werden am Markt angeboten. Der erste Ansatz realisiert die Flußsteuerung durch die schwerkraftgesteuerte Umschaltung von zwei parallel angeordneten Ventilen (DE 4401422, DE 4307387, EP 94103011). Diese Konstruktion stellt also zwei unterschiedliche Drucksituationen im Ventrikelsystem des Patienten in Abhängigkeit von seiner Haltung ein. Beim zweiten Ansatz wird die Gewichtskraft von Kugeln ausgenutzt, um einen lageabhängig veränderlichen Öffnungsdruck einzustellen (EP 0 617 975, EP 0 115 973, DE 19535637). Obwohl durch solche Ventilsysteme viele Probleme gelöst werden konnten, bleiben auch hier folgende Aspekte ungelöst:
1. Eine Anpassung der Ventilcharakteristik an Wachstums- oder altersbedingte Veränderungen oder anderweitige Änderungen von physiologischen Randbedingungen ist nicht möglich.
2. Eine gezielte nicht-invasive Verstellung der Ventileigenschaften mit unterschiedlichen Einstellungen für unterschiedliche Körperlagen des Patienten ist nicht möglich.
3. Eine konsequente Therapierung von Patienten bis hin zur Abstellung der vielleicht überflüssig gewordenen Drainage ist nicht möglich.
4. Die angemessene Anpassung der Liquordrainage an individuelle Besonderheiten ist nicht möglich.
5. Ventile bleiben eine Engstelle der Ableitung. Die Erhöhung der Abflußsicherheit durch Bereitstellung von breiteren Öffnungskanälen auch im Ventilsitz wäre wünschenswert.
6. Alle bisher angebotenen Lösungen basieren ausschließlich auf dem Differenzdruckprinzip. Andere Parameter, die ebenfalls Einfluß auf die sinnvolle Steuerung bei der Liquordrainage haben könnten, werden nicht erfaßt. Denkbar wäre beispielsweise die Einbeziehung von Muskelpotentialen oder anderen elektronischen Signalen. Solche Signale können bei den bisher angebotenen Lösungen nicht berücksichtigt werden.
7. Die intelligente, situationsabhängig wertende Steuerung von Ventileigenschaften ist bei bisherigen Lösungen unmöglich. 8. Die nachträgliche Analyse von Vorfällen ist nicht möglich. Oft bleibt die Erklärung der Ursachen für Zwischenfälle bei Vermutungen.
Teilweise können diese Probleme durch Lösungen überwunden werden, wie sie in der DE 19915558 AI beschrieben sind. Dort wird ein elektronisch geregeltes Implantat vorgeschlagen, das den Hirndruck von Hy- drocephalus-Patienten regelt. Allerdings ist die Erfassung der Druckwerte im Patienten mit großen Unsicherheiten verbunden, und daher ist dieses Verfahren nicht geeignet, um die Flüssigkeitsabfuhr auf Dauer befriedigend zu regeln.
In der DE 19654990 AI ist ein ähnliches System beschrieben, bei dem die Abflußmenge durch das Drainagesystem über elektromagnetische Stellglieder geregelt wird, beispielsweise werden die Charakteristika eines Federventils verstellt, die Größe eines Spaltes in der Ableitung, und ähnliches. Dies macht eine außerordentlich komplizierte Konstruktion des Ventiles notwendig, außerdem muß man dabei davon ausgehen, daß die Regelgrößen, also Fluß und Druck, über die Zeit konstant sind und nur gegebenenfalls im Rahmen von Arztbesuchen anzupassen sind, um dann wieder für einen längeren Zeitraum Gültigkeit zu haben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Anpassung der Flüssigkeitsabfuhr mit einem Hydrocephalusventil zu realisieren, das sicher und einfach aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Hydrocephalusventil der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuerung eine Zeitsteuerung ist. Eine solche Zeitsteuerung hält also das Hydrocephalusventil über einen bestimmten Zeitraum offen und schließt es dann über einen bestimmten Zeitraum, beispielsweise kann das Ventil nachts während sicherer Liegephasen langzeitig geöffnet bleiben, während tagsüber der Schalter nur einmal pro Stunde für 30 Sekunden oder einige Minuten geöffnet wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Zeitsteuerung programmierbar ist, so daß man die Öffnungsdauern und die Schließungsdauern durch ein solches Programm verändern kann. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, für jeden Patienten ein eigenes Zeitsteuerungsprogramm zu entwickeln, das auf seine Bedürfnisse zugeschnitten ist. Es ist auch möglich, für ein und denselben Patienten mehrere derartige Zeitprogramme vorzusehen, so daß beispielsweise in der Schlafphase ein anderes Zeitsteuerprogramm verwendet wird als bei der Wach- und Stehphase. Insbesondere ist es für den Arzt auf diese Weise möglich, durch eine entsprechende Programmierung das Abflußverhalten der Flüssigkeit jederzeit zu verändern und den Bedürfnissen anzupassen.
Dabei kann es sich um eine reine Steuerung handeln, der Zeitablauf wird also durch das Programm unmittelbar vorgegeben und bleibt unbeeinflußt durch die dadurch erzielten Resultate.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann jedoch vorgesehen sein, daß die Zeitsteuerung durch Signale von mindestens einem Meßinstrument beeinflußbar ist. Bei diesen Meßinstrumenten kann es sich beispielsweise um ein Druckmeßgerät handeln, das Druckwerte im Gehirn, in der Umgebung oder an sonst interessierenden Stellen mißt, einen Lagesensor, der feststellt, ob der Patient liegt, steht oder sich bewegt, ein Meßinstrument zur Bestimmung von Muskelpotentialen oder Hirnstrompotentialen etc. Die Beeinflussung führt dabei zu einer Änderung des Zeitsteuerungs- programmes, so daß Abänderungen bei den Offenzeiten und bei den Schließzeiten eintreten.
Günstig ist es, wenn der Zeitsteuerung ein Datenspeicher zugeordnet ist, der alle Öffnungs- und Schließzustände über der Zeit erfaßt und damit eine Dokumentation bildet, die jederzeit eine Überprüfung ermöglicht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Hydrocephalusventil ein Schaltventil umfaßt, welches durch die elektrische Betätigung zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung zu verstellen ist. Es wird also nicht das Öffnungsverhalten, beispielsweise die Schließkraft eines Ventilkörpers oder die Größe eines Durchflußquerschnittes, beeinflußt, sondern es wird lediglich bei unverändertem Durchflußquerschnitt zwischen Offenstellung und Schließstellung umgeschaltet, so daß sichergestellt ist, daß auch durch Gewebeteile in der Flüssigkeit und andere Einlagerungen keine Störung des Abflußverhaltens bei geöffnetem Hydrocephalusventil auftritt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Schaltventil in der Offenstellung und in der Schließstellung bei nicht aktivierter elektrischer Betätigung stabil ist. Dadurch wird Energie eingespart, da Energie nur zum Um- schalten des Schaltventils benötigt wird, nicht aber zum Aufrechterhalten einer der beiden Endstellungen des Schaltventils.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Schaltventil einen kugelförmigen Ventilkörper umfaßt, der in der Schließstellung auf einer Ventilöffnung dichtend aufliegt und in der Offenstellung seitlich neben der Ventilöffnung in einer Vertiefung ruht. Dadurch ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau für ein derartiges Schaltventil.
Die Betätigung kann dabei einen Schieber umfassen, der den Ventilkörper einerseits und die Ventilöffnung sowie die Vertiefung andererseits relativ zueinander verschiebt. Die Verschiebung kann dabei eine Verschiebung des Ventilkörpers sein, es ist aber auch möglich, daß die Ventilöffnung mit der daneben angeordneten Vertiefung relativ zu einem feststehenden Ventilkörper verschoben wird.
Die Betätigung kann einen elektromagnetischen Antrieb, einen piezoelektrischen Antrieb oder ein stromdurchflossenes Bimetall umfassen, hier sind auch noch weitere an sich geläufige Antriebe möglich.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Zeitsteuerung das Öffnungsverhalten eines Schließventiles verändert. Dies kann ausschließlich der Fall sein oder aber zusätzlich zur Umschaltung zwischen Offenstellung und Schließstellung. Das Öffnungsverhalten kann beispielsweise durch Querschnittsveränderung, durch Veränderung von Federkräften etc. geändert werden. Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:
Figur 1: ein Blockdiagramm einer einfachen Zeitsteuerung für ein elektromagnetisches Schaltventil;
Figur 2: eine Ansicht ähnlich Figur 1 bei einer Zeitsteuerung, die über die Signale eines Lagesensors beeinflußbar ist;
Figur 3: eine Ansicht ähnlich Figur 2 mit einer Zeitsteuerung, die über Signale von mehreren Meßgeräten beeinflußbar ist;
Figur 4: eine schematische Längsschnittansicht eines bistabilen
Schaltventils und
Figur 5: ein typisches Steuerprofil für eine Zeitsteuerung.
Das in der Zeichnung dargestellte Hydrocephalusventilsystem umfaßt eine Energieeinheit (Batterie), einen Prozessor, einen Datenspeicher, einen elektromagnetischen Schalter, eine Sende- und Empfangseinheit sowie optional eine Einheit zur induktiven Energieeinspeisung. Figur 1 zeigt das Blockdiagramm für die Wirkungsweise der Erfindung.
In Figur 1 ist die einfachste Bauweise eines Ventilsystems dargestellt. Über den Sender wird ein zeitabhängiges Steuersignal s(t) in den Datenspeicher eingespielt. Das Steuersignal s(t) enthält eine für jeden Patienten individuell erstellbare Steuerinformation über den Öffnungszustand des elektromagnetischen Schalters zu jedem Zeitpunkt t. So kann beispielsweise der Öffnungszustand nachts länger andauern als tagsüber. Es besteht die Möglichkeit, ein individuelles Profil entsprechend den Lebensgewohnheiten oder Bedürfnissen des Patienten zu erstellen. Dieses Öffnungsprofil läßt sich etwaigen Änderungen jederzeit anpassen.
Der Datenspeicher gibt die Information an die Steuereinheit weiter, die wiederum die elektromechanische Komponente steuert. Der Schalter gibt die Information über seinen Zustand (offen oder geschlossen) an den Prozessor und den Datenspeicher weiter. Die Sende- und Empfangseinheit kann vorzugsweise über eine induktive Energieversorgung aktiviert und mit Energie versorgt werden. Die Energieversorgung kann aber auch über die Batterie erfolgen.
Eine aufwendigere Variante der Erfindung ist in Figur 2 dargestellt. Hier wird die in Figur 1 dargestellte Einheit durch einen Lagesensor ergänzt. Dieser Sensor gibt die Haltung des Patienten an die Steuereinheit weiter, die gemäß der gesendeten Programmierung den Sollwert der Ventilbetätigung ändert.
Neben dem Lagesensor können auch weitere Kennwerte bestimmende Meßeinrichtungen in die Sollwertbestimmung einbezogen werden. Hierzu können Muskelpotentiale genauso wie abgenommene Druckwerte bestimmt werden. Vor allem die Einbeziehung und intelligente Auswertung von gemessenen Druckwerten kann zur Optimierung der Drainage herangezogen werden. Die Erfassung der Druckwerte erfolgt allerdings nicht, um wie bei konventionellen Drainagen eine vom Differenzdruck am Ventil gesteuerte Drainage zu etablieren. Der Druck kann aber dazu genutzt werden, kurzfristige Änderungen zu erfassen und entsprechend zu berücksichtigen. Das Problem der Drift von Druckaufnehmern wird dadurch unbedeutend. So könnte beispielsweise die Erfassung des Absolutdruckes vor und hinter dem Schalter sichere Anhaltspunkte für die aktuelle Drainagesituation liefern. Steht beispielsweise bei geschlossenem Schalter ein Patient auf, führt dies sowohl oberhalb als auch unterhalb des Schalters zu charakteristischen Zuständen, die entsprechend kontrolliert werden können. Die Auswertung solcher Zustände kann extrakorporal erfolgen nach Aussenden der aufgenommenen Daten und zur Erstellung von verbesserten Regelalgorithmen genutzt werden. Auch die ausschließliche Erfassung des Differenzdruckes am Schalter bietet Erkenntnisse zur Optimierung des Regelalgorithmus. Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild für eine solche aufwendige Ausführung der Erfindung.
Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen elektromechanischen Schalter zum Öffnen und Schließen der Drainage. Eine Elektronik 1 wird durch eine Batterie 8 mit Strom versorgt. Je nach Schaltrichtung wird an einer Spule 2 eine Spannung angelegt, wodurch ein Magnetfeld erzeugt wird, das einen Schieber 3 bewegt. Der Schieber 3 kann zwei verschiedene Ruhezustände einnehmen, die durch eine Feder 7 gesichert werden. Die Auswahl der Feder erfolgt in der Art, daß einerseits die Feder den Sitz einer Kugel 4 auch bei Erschütterungen sichert, andererseits aber die Kraft zur Verschiebung der Kugel 4 gering bleibt. Entweder ruht sie in der Öffnung in einem Ventilauslaß 5 (Position 1) oder aber in einer Sackbohrung 6 (Position 2). Die Auslaßbohrung am Ventilauslaß 5 weist typischerweise einen Durchmesser von etwa 1 mm auf, dies entspricht dem Innendurchmesser einer typischen Drainage- leitung. Wird die Kugel 4, die vorzugsweise aus einem harten und leichten Material hergestellt ist, beispielsweise Aluminiumoxidkeramik, und die vorzugsweise einen etwa 3-fach größeren Durchmesser hat als die Bohrung des Ventilauslasses 5, in die Position 1 geschoben, ist die Drainage verschlossen. Wird die Kugel 4 in Position 2 geschoben, ist der gesamte Querschnitt der Bohrung freigegeben. Diese Maximalöffnung minimiert die Verstopfungsgefahr am Schalter. Über einen Detektor 9 kann die Lage des Schiebers 3 fortlaufend erfaßt werden. Die Ansteuerung des Schiebers 3 kann sowohl als reine Zeitsteuerung erfolgen gemäß einem vorgegebenen individuell patientenabhängigen Zeitprofil oder aber auch durch einen aufwendigeren Algorithmus (gemäß Blockschaltbild 2 und 3) berechnet werden.
Insbesondere die Einbeziehung der Patientenlage kann den Regelalgorithmus optimieren helfen.
Figur 5 zeigt ein Beispiel für eine denkbare Steuervorgabe. Die Vorgaben für die Schalterstellung können je nach Patient und Tageszeit variieren. Beispielsweise kann nachts während sicherer Liegephasen das Ventil langzeitig geöffnet bleiben, während tagsüber der Schalter möglicherweise nur einmal pro Stunde für 30 Sekunden oder einige Minuten geöffnet wird. Das Signal des Lagesensors kann die Öffnungszeit verkürzen oder verlängern. Das Steuersignal wird durch die Haut an das Implantat gesendet. Die Erfassung von Zustandsdaten im Implantat können bei Bedarf abgerufen werden. Andere Ausführungsbeispiele für einen solchen Schalter können als bewegte Membran realisiert werden. Die Erzeugung der Bewegung kann über bewegte Leiter im Magnetfeld ebenso erfolgen wie über die Kraft, die auf Magnete im Magnetfeld ausgeübt wird, das zur Verstellung angelegt wird. Weitere Möglichkeiten der Verstellung bestehen in der piezoelektrischen Bewegungserzeugung oder durch die Ansteue- rung von Bimetallen.

Claims

PATENTANSPRÜCH E
1. Hydrocephalusventil mit elektrischer Betätigung, mit einer das Hydrocephalusventil öffnenden und schließenden Steuerung, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung eine Zeitsteuerung ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuerung programmierbar ist.
3. Ventil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuerung durch Signale von mindestens einem Meßinstrument beeinflußbar ist.
4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßinstrument ein Druckmeßgerät ist.
Ventil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßinstrument ein Lagesensor ist. Ventil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßinstrument Muskelpotentiale bestimmt.
Ventil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßinstrument Hirnstrompotentiale bestimmt.
8. Ventil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitsteuerung ein Datenspeicher zugeordnet ist.
Ventil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Schaltventil umfaßt, welches durch die elektrische Betätigung zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung verstellbar ist.
10. Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil in der Offenstellung und in der Schließstellung bei nicht aktivierter elektrischer Betätigung stabil ist.
11. Ventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das
Schaltventil einen kugelförmigen Ventilkörper (4) umfaßt, der in der Schließstellung auf einer Ventilöffnung (5) dichtend aufliegt und in der Offenstellung seitlich neben der Ventilöffnung (5) in einer Vertiefung (6) ruht.
12. Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung einen Schieber (3) umfaßt, der den Ventilkörper (4) einerseits und die Ventilöffnung (5) sowie die Vertiefung (6) andererseits relativ zueinander verschiebt.
13. Ventil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung einen elektromagnetischen Antrieb umfaßt.
14. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung einen piezoelektrischen Antrieb umfaßt.
15. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung ein stromdurchflossenes Bimetall umfaßt.
6. Ventil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuerung das Öffnungsverhalten eines Schließventiles verändert.
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