Effiziente Antriebe für Aszites-Implantat

Pumpwerk im Bauchraum

Der Begriff Aszites beschreibt die Ansammlung von grossen Flüssigkeitsmengen in der Bauchhöhle. Im Volksmund wird dieses Symptom auch als "Bauchwassersucht" bezeichnet. In etwa acht von zehn Fällen ist die Ursache eines Aszites eine Schädigung der Leberfunktion, zum Beispiel durch eine Leberzirrhose. Aber auch eine Leistungsminderung des Herzmuskels, Nierenerkrankungen oder Krebserkrankungen können zu Aszites führen. Für die meisten Patienten reicht eine medikamentöse Behandlung und eine spezielle Diät aus, um diese Flüssigkeit wieder abzuführen. Doch bei jährlich mehreren Tausenden Patienten europaweit und in den USA schlägt diese Therapie nicht mehr an. Pro Tag können sich bei einem betroffenen Patienten bis zu zwei Liter Flüssigkeit im Bauchraum ansammeln. Diese Flüssigkeitsansammlung im Bauchraum ist für Betroffene oft sehr belastend, da bisher die Flüssigkeit nur durch regelmässige Punktion entfernt werden konnte.

Hoher Energiebedarf der Pumpe

Das Innere der Zahnradpumpe mit Elektronik und dem kundespezifischen maxon EC13 Motor. (Foto: Sequana Medical)

Die AlfaPump System ¿ ein aktives Implantat des Schweizer Medizintechnik-Unternehmens Sequana Medical sorgt dafür, dass Patienten mit Aszites ein unkomplizierteres Leben führen können. Das System überwacht die Flüssigkeitsmenge im Bauchraum und pumpt bei Bedarf die Flüssigkeit in die Blase des Patienten, wo diese mit dem Urin ausgeschieden wird. Kernkomponente des dreiteiligen Systems ist das AlfaPump-Implantat mit den beiden Kathetern für die Bauchhöhle und die Blase. Der externe SmartCharger mit Ladestation ist eine mobile Lade- und Kommunikationseinheit, die die Batterie des AlfaPump-Implantats auflädt und die Kommunikation ermöglicht. Der Lithium-Ionen-Batterie der Pumpe erlaubt einen autonomen Betrieb über mehrere Tage. Aufgrund des Energiebedarfs der Pumpe (pro Tag werden im Schnitt 0,9 Liter gepumpt) ist ein regelmässiges Aufladen des Akkus erforderlich. Das Aufladen des Akkus erfolgt dabei drahtlos durch die Haut des Patienten. Für die reibungslose Überwachung wird als weitere Komponente ein Notebook eingesetzt, mit welchem der Arzt das Implantat für jeden Patienten individuell mittels einer speziellen Kommunikations-Software programmieren kann. So kann er genau festlegen, wie viel Flüssigkeit pro Tag in die Blase gepumpt werden soll. Ausserdem kann der Arzt mithilfe der drahtlosen Verbindung die automatisch aufgezeichneten Daten des Patienten abrufen.

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Hohe Anforderungen an das Material

Das zwischen Hautfettschicht und Bauchfell eingesetzte Implantat besteht aus dem biokompatiblen Kunststoff Peek (Polyetheretherketon). Unter den besonderen Umgebungsbedingungen im menschlichen Körper sind spezielle Motoren und eine angepasste Elektronik gefragt, da bei der Verwendung von Kunststoff keine hermetisch dichte Einkapselung möglich ist. Es muss also eine Dauerfeuchtigkeitsbelastung und eine erhöhte Salzkonzentration bei den verwendeten Materialien berücksichtigt werden. Zudem muss eine konstante Temperatur von maximal 40 Grad gewährleistet werden. Das Implantat wird wegen der vorhandenen Feuchtigkeit vollständig verfüllt, die Elektronik mit einer zusätzlichen Beschichtung geschützt und es wird ein bürstenloser Motor verwendet. Die komplexe Elektronik übernimmt die Low-Level-Steuerung des Motors, die Steuerung des Pumpbetriebs, die Auswertung der Sensorsignale, die Kommunikation mit dem SmartCharger und das Batteriemanagement. So muss die Zahnradpumpe auch eingeschlossene Luft (z.B. nach einer Operation) ebenso pumpen wie Flüssigkeit. Das Einhalten sehr enger Toleranzen ist daher eine wichtige Bedingung, was wiederum ein hohes Drehmoment auch im Normalbetrieb zur Folge hat. Es kommt erschwerend hinzu, dass die Flüssigkeit in der Bauchhöhle viel Fibrin und Eiweiße aus dem Blutplasma enthält. Diese können leicht verklumpen und so den Pumpenbetrieb erheblich erschweren. Im schlimmsten Fall kann es zu einer Blockade der Pumpe kommen. Damit es nicht soweit kommt, führt die Pumpe in einstellbaren Intervallen eine kurze Bewegung ohne Volumentransport aus.

Antrieb für präzise Genauigkeit

Der auf die spezifischen Anforderungen des Kunden abgestimmte Maxon-EC 13 Motor treibt die Pumpenzahnräder der Pumpe an. Der Motor verfügt über Hallsensoren, die für die Positionsrückmeldung wichtig sind. Die Steuerung des Motors nutzt diese Hallsensoren, um eine zuverlässige und stabile Funktion insbesondere bei niedrigen Drehzahlen und bei hohen Lastmomenten, zu erreichen. Neben einer speziellen Statorbeschichtung des sterilisierbaren Motors wird auch die Welle aus biokompatiblen Materialien gefertigt. Zudem ist eine spezielle Geometrie der Welle erforderlich. Mit dem kompakten Design des EC 13, dem äusserst geräusch- und vibrationsarmen Lauf und der geringen Wärmeemission ist der Antrieb speziell auf die Medizintechnik ausgerichtet. Um die Patientensicherheit zu erhöhen und die Komplexität der Programmierung der AlfaPump zu reduzieren wird für die Motorsteuerung ein eigener Prozessor verwendet. Der Hauptprozessor konfiguriert den Motorcontroller, um den gewünschten Volumentransport zu erreichen. Dieser Motorcontroller überprüft, ob die jeweiligen Parameter gültig sind. Kommt es beispielsweise zu einer Abweichung der maximal zulässigen Pumpdauer, dann schaltet der Hauptprozessor das Motorsubsystem stromlos. Durch dieses Zweiprozessor-System ist die maximale Überwachung während des Pumpvorgangs gewährleistet und bietet somit ein Höchstmass an Sicherheit.

Erfolgreich implantierte Pumpensysteme

Die ersten beiden kommerziellen Operationen des Pumpensystems erfolgten im Oktober 2011 in Wien (Österreich). Gemäss Prof. Dr. Markus Peck-Radosavljevic, Stellvertretender Abteilungsleiter, Abteilung für Gastroenterologie und Hepatologie, Univ.-Klinik für Innere Medizin III, AKH Wien, sind die beiden kurzen Eingriffe problemlos verlaufen. ¿Ich glaube, dass das AlfaPump System einen echten Durchbruch in der Behandlung von Aszites darstellt. Den Patienten wird das Leben erleichtert, indem sie nicht mehr zu der anstrengenden Drainage-Prozedur ins Krankenhaus müssen¿, sagt Peck-Radosavljevic. Anja Schütz/bw

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