DE102018220658A1 - Cardiac support system and method for optical spectroscopy using a cardiac support system - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft ein Herzunterstützungssystem (100). Das Herzunterstützungssystem (100) weist eine implantierbare Komponente (105) auf. Die implantierbare Komponente (105) umfasst zumindest eine Pumpeneinheit (115) zum Pumpen eines Blutstroms und eine Leiteinheit (120) zum Leiten des Blutstroms. An der implantierbaren Komponente (105) ist ein Mikrospektrometer-Lichtauslass angeordnet. Der Mikrospektrometer-Lichtauslass ist dazu ausgeformt, einen Ausgangslichtstrahl von einer Lichtquelle (405) in einen Umgebungsbereich der implantierbaren Komponente (105) zu leiten. Zudem ist an der implantierbaren Komponente (105) ein Mikrospektrometer-Lichteinlass angeordnet. Der Mikrospektrometer-Lichteinlass ist dazu ausgeformt, einen Empfangslichtstrahl aus dem Umgebungsbereich zu einem Mikrospektrometer-Detektor zu leiten.The invention relates to a heart support system (100). The heart support system (100) has an implantable component (105). The implantable component (105) comprises at least one pump unit (115) for pumping a blood flow and a guide unit (120) for directing the blood flow. A microspectrometer light outlet is arranged on the implantable component (105). The microspectrometer light outlet is designed to guide an output light beam from a light source (405) into a surrounding area of the implantable component (105). In addition, a microspectrometer light inlet is arranged on the implantable component (105). The microspectrometer light inlet is designed to guide a received light beam from the surrounding area to a microspectrometer detector.

Description

Translated fromGerman

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.The invention is based on a device or a method according to the type of the independent claims.

Es ist möglich ein miniaturisiertes Spektrometer, ein sogenanntes Mikrospektrometer, als mobiles Gerät zu verwenden, beispielsweise zur Luftmessung. DieDE10226305 beschreibt ein solches Mikrospektrometer auf Basis eines miniaturisierten Fabry-Perot Interferometer.It is possible to use a miniaturized spectrometer, a so-called microspectrometer, as a mobile device, for example for air measurement. The DE10226305 describes such a microspectrometer based on a miniaturized Fabry-Perot interferometer.

Optische, vor allem spektroskopische Analysesysteme sind in der Medizin verbreitet, da sie wartungsarm realisiert werden können. Ventrikuläre Herzunterstützungssysteme zur Langzeittherapie können als minimalinvasives vollständig implantierbares System oder als invasiv zu implantierendes System, beispielsweise als apikales Linksherz-Unterstützungssystem, ausgeführt sein.Optical, especially spectroscopic analysis systems are widely used in medicine because they can be implemented with little maintenance. Ventricular cardiac support systems for long-term therapy can be designed as a minimally invasive fully implantable system or as an invasive system, for example as an apical left heart support system.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Herzunterstützungssystem und ein Verfahren zur optischen Spektroskopie unter Verwendung eines Herzunterstützungssystems gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.Against this background, the approach presented here presents a cardiac support system and a method for optical spectroscopy using a cardiac support system in accordance with the main claims. The measures listed in the dependent claims allow advantageous developments and improvements of the device specified in the independent claim.

Der hier vorgestellte Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass ein optisches Mikrospektrometer in ein Herzunterstützungssystem integriert werden kann. Dadurch können vorteilhafterweise verschiedene Blutparameter erfasst werden. Eine Anordnung eines optischen Fensters des Mikrospektrometers in einem Bereich einer hohen Strömung an einer implantierbaren Komponente des Herzunterstützungssystems verhindert oder verringert dabei eine Gewebeablagerung auf dem optischen Fenster, was vorteilhaft in Bezug auf eine Messgenauigkeit des Mikrospektrometers ist.The approach presented here is based on the knowledge that an optical microspectrometer can be integrated into a cardiac support system. Different blood parameters can thereby advantageously be recorded. Arranging an optical window of the microspectrometer in an area of high flow on an implantable component of the cardiac support system prevents or reduces tissue deposition on the optical window, which is advantageous with regard to a measuring accuracy of the microspectrometer.

Es wird ein Herzunterstützungssystem vorgestellt. Das Herzunterstützungssystem weist eine implantierbare Komponente, einen Mikrospektrometer-Lichtauslass und einen Mikrospektrometer-Lichteinlass auf. Die implantierbare Komponente umfasst zumindest eine Pumpeneinheit zum Pumpen eines Blutstroms und eine Leiteinheit zum Leiten des Blutstroms. Der Mikrospektrometer-Lichtauslass ist an der implantierbaren Komponente angeordnet. Zudem ist der Mikrospektrometer-Lichtauslass dazu ausgeformt, einen Ausgangslichtstrahl von einer Lichtquelle in einen Umgebungsbereich der implantierbaren Komponente zu leiten. Der Mikrospektrometer-Lichteinlass ist auch an der implantierbaren Komponente angeordnet. Ferner ist der Mikrospektrometer- Lichteinlass dazu ausgeformt, einen Empfangslichtstrahl aus dem Umgebungsbereich zu einem Mikrospektrometer-Detektor zu leiten.A cardiac assist system is presented. The cardiac assist system has an implantable component, a microspectrometer light outlet and a microspectrometer light inlet. The implantable component comprises at least one pump unit for pumping a blood flow and a guide unit for directing the blood flow. The microspectrometer light outlet is arranged on the implantable component. In addition, the microspectrometer light outlet is designed to guide an output light beam from a light source into a surrounding area of the implantable component. The microspectrometer light inlet is also located on the implantable component. Furthermore, the microspectrometer light inlet is designed to guide a received light beam from the surrounding area to a microspectrometer detector.

Das Herzunterstützungssystem kann beispielsweise als minimalinvasives Linksherz-Unterstützungssystem, als apikales Linksherz-Unterstützungssystem, als Rechtsherz-Unterstützungssystem oder als biventrikuläres Herzunterstützungssystem ausgeführt sein. Bei der implantierbaren Komponente kann es sich beispielsweise um einen Laufradbereich mit Zulaufkanüle handeln, wobei die Pumpeneinheit eine Antriebseinheit umfassen kann. In der implantierbaren Komponente können zudem ein Einlassabschnitt zum Einleiten des Blutstroms und ein Auslassabschnitt zum Ausleiten des Blutstroms, der mittels der Pumpeneinheit gepumpt wird, realisiert sein, beispielsweise als Teil der Leiteinheit. Zudem kann die implantierbare Komponente beispielsweise auch eine Sensorbaugruppe umfassen, die beispielsweise an einem Kopfabschnitt der implantierbaren Komponente angeordnet ist. Zum externen Kontaktieren der implantierbaren Komponente kann das Herzunterstützungssystem zudem ein Zuleitungskabel umfassen. Bei dem Mikrospektrometer-Lichtauslass kann es sich um einen Lichtauslass der Lichtquelle eines Mikrospektrometers handeln, die beispielsweise mittels einer Glasfaserleitung mit dem Mikrospektrometer-Lichtauslass verbunden ist. Unter dem Umgebungsbereich der implantierbaren Komponente kann im implantierten Zustand des Herzunterstützungssystems ein intrakorporaler Bereich verstanden werden, je nach Anordnung und Ausformung des Herzunterstützungssystems beispielsweise ein Bereich in einem Blutgefäß wie der Aorta. Bei dem Mikrospektrometer-Lichteinlass kann es sich um einen Lichteinlass eines Photodetektors des Mikrospektrometers handeln. Der Empfangslichtstrahl kann beispielsweise ein reflektierter Lichtstrahl des Ausgangslichtstrahls sein, oder ein Anteil des Ausgangslichtstrahls.The cardiac support system can be designed, for example, as a minimally invasive left-heart support system, as an apical left-heart support system, as a right-heart support system or as a biventricular cardiac support system. The implantable component can be, for example, an impeller area with an inlet cannula, and the pump unit can comprise a drive unit. In addition, an inlet section for introducing the blood flow and an outlet section for discharging the blood flow, which is pumped by means of the pump unit, can be implemented in the implantable component, for example as part of the guide unit. In addition, the implantable component can also comprise, for example, a sensor assembly which is arranged, for example, on a head section of the implantable component. The cardiac support system can also include a supply cable for external contacting of the implantable component. The microspectrometer light outlet can be a light outlet of the light source of a microspectrometer, which is connected to the microspectrometer light outlet, for example, by means of a glass fiber line. In the implanted state of the heart support system, the area surrounding the implantable component can be understood to mean an intracorporeal area, depending on the arrangement and design of the heart support system, for example, an area in a blood vessel such as the aorta. The microspectrometer light inlet can be a light inlet of a photodetector of the microspectrometer. The received light beam can be, for example, a reflected light beam from the output light beam, or a portion of the output light beam.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Herzunterstützungssystem auch die Lichtquelle umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann das Herzunterstützungssystem den Mikrospektrometer-Detektor umfassen. Die Lichtquelle kann eine breitbandige Strahlungsquelle sein. Der Mikrospektrometer-Detektor kann neben dem Photodetektor beispielsweise ein spektrales Element zur Wellenlängensortierung umfassen.According to one embodiment, the heart support system can also include the light source. Additionally or alternatively, the heart support system can include the microspectrometer detector. The light source can be a broadband radiation source. In addition to the photodetector, the microspectrometer detector can comprise, for example, a spectral element for wavelength sorting.

Zudem kann die Lichtquelle gemäß einer Ausführungsform an der implantierbaren Komponente angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann auch der Mikrospektrometer-Detektor an der implantierbaren Komponente angeordnet sein. Dazu können die Lichtquelle und der Mikrospektrometer-Detektor als kombiniertes Element oder zweiteilig ausgeführt sein, beispielsweise um auch eine transmissive Messung zu ermöglichen. Die Lichtquelle und zusätzlich oder alternativ der Mikrospektrometer-Detektor können beispielsweise an einer Kopfeinheit der implantierbaren Komponente angeordnet sein. Die Anordnung der Lichtquelle und zusätzlich oder alternativ des Mikrospektrometer-Detektors an der implantierbaren Komponente ermöglicht im implantierten Zustand des Herzunterstützungssystems vorteilhafterweise eine Anordnung zentral in einem Blutweg, beispielsweise der Aorta oder einem Ventrikel, was vorteilhafterweise eine geringere Totzeit als bei peripher messenden Systemen ermöglicht.In addition, according to one embodiment, the light source can be arranged on the implantable component. Additionally or alternatively, the microspectrometer detector can also be attached to the implantable component. For this purpose, the light source and the microspectrometer detector can be designed as a combined element or in two parts, for example to also enable a transmissive measurement. The light source and additionally or alternatively the microspectrometer detector can for example be arranged on a head unit of the implantable component. The arrangement of the light source and additionally or alternatively of the microspectrometer detector on the implantable component advantageously allows an arrangement centrally in a blood path, for example the aorta or a ventricle, in the implanted state of the cardiac support system, which advantageously enables a shorter dead time than in peripheral measuring systems.

Wenn das Herzunterstützungssystem die Lichtquelle und zusätzlich oder alternativ den Mikrospektrometer-Detektor umfasst, kann das Herzunterstützungssystem gemäß einer Ausführungsform zudem eine Außenkomponente aufweisen. Dabei kann die Lichtquelle an der Außenkomponente angeordnet und über einen Lichtleiter mit dem Mikrospektrometer-Lichtauslass verbunden sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Mikrospektrometer-Detektor an der Außenkomponente angeordnet und über einen Detektionslichtleiter mit dem Mikrospektrometer-Lichteinlass verbunden sein. Die Außenkomponente kann beispielsweise nicht implantierbar sein. Bei der Außenkomponente kann es sich um ein Steuergerät des Herunterstützungssystems handeln, oder um eine andere Komponente, die signalübertragungsfähig mit der implantierbaren Komponente verbindbar ist. Unter dem Lichtleiter kann ein Glasfaserkabel verstanden werden. Vorteilhafterweise wird somit eine kompaktere Bauweise der implantierbaren Komponente ermöglicht.If the cardiac support system comprises the light source and additionally or alternatively the microspectrometer detector, the cardiac support system can also have an external component according to one embodiment. The light source can be arranged on the outer component and connected to the microspectrometer light outlet via a light guide. Additionally or alternatively, the microspectrometer detector can be arranged on the outer component and connected to the microspectrometer light inlet via a detection light guide. The outer component may not be implantable, for example. The outer component can be a control unit of the support system or another component that can be connected to the implantable component in a manner capable of signal transmission. A fiber optic cable can be understood as an optical fiber. A more compact construction of the implantable component is thus advantageously made possible.

Der mittels des Mikrospektrometer-Lichteinlasses geleitete Empfangslichtstrahl umfasst gemäß einer Ausführungsform reflektiertes oder transmittiertes Licht des Ausgangslichtstrahls. Zum Leiten von reflektiertem Licht des Ausgangslichtstrahls können der Mikrospektrometer-Lichtauslass und der Mikrospektrometer-Lichteinlasses an einer gleichen Seite oder in einer kombinierten Komponente angeordnet sein. Zum Leiten von transmittiertem Licht des Ausgangslichtstrahls können Mikrospektrometer-Lichtauslass und der Mikrospektrometer-Lichteinlass einander gegenüberliegend angeordnet sein. Vorteilhafterweise werden auf diese Weise verschiedene Mess- und Auswerteverfahren für das Mikrospektrometer ermöglicht.According to one embodiment, the received light beam guided by means of the microspectrometer light inlet comprises reflected or transmitted light from the output light beam. To guide reflected light from the output light beam, the microspectrometer light outlet and the microspectrometer light inlet can be arranged on the same side or in a combined component. To guide transmitted light from the output light beam, the microspectrometer light outlet and the microspectrometer light inlet can be arranged opposite one another. Various measurement and evaluation methods for the microspectrometer are advantageously made possible in this way.

Die Pumpeneinheit der implantierbaren Komponente kann gemäß einem Ausführungsbeispiel einen Laufradbereich aufweisen. Der Mikrospektrometer-Lichtauslass und zusätzlich oder alternativ der Mikrospektrometer-Lichteinlass können an dem Laufradbereich angeordnet sein. Der Laufradbereich kann im implantierten Zustand des Herzunterstützungssystems ein Bereich sein, in dem eine hohe Blutströmung auftritt. In einem der Bereich mit hoher Blutströmung ergibt sich vorteilhafterweise keine Gewebeverkapselung der Oberfläche. Dadurch können vorteilhafterweise Ablagerungen auf den optischen Fenstern wie dem Mikrospektrometer-Lichtauslass und dem Mikrospektrometer-Lichteinlass vermieden werden, was in Bezug auf eine Messgenauigkeit einer optischen Messung mittels des Mikrospektrometers vorteilhaft ist.According to one exemplary embodiment, the pump unit of the implantable component can have an impeller area. The microspectrometer light outlet and additionally or alternatively the microspectrometer light inlet can be arranged on the impeller region. In the implanted state of the cardiac assist system, the impeller area can be an area in which high blood flow occurs. In one of the areas with high blood flow, there is advantageously no tissue encapsulation of the surface. In this way, deposits on the optical windows, such as the microspectrometer light outlet and the microspectrometer light inlet, can advantageously be avoided, which is advantageous with regard to the measuring accuracy of an optical measurement using the microspectrometer.

Die Leiteinheit der implantierbaren Komponente kann gemäß einem Ausführungsbeispiel als eine Kanüle ausgeformt sein. Der Mikrospektrometer-Lichtauslass und zusätzlich oder alternativ der Mikrospektrometer-Lichteinlass kann dann an der Kanüle angeordnet sein.According to one embodiment, the guide unit of the implantable component can be shaped as a cannula. The microspectrometer light outlet and additionally or alternatively the microspectrometer light inlet can then be arranged on the cannula.

Wenn der Mikrospektrometer-Lichtauslass und der Mikrospektrometer-Lichteinlass an der Kanüle angeordnet sind, können der Mikrospektrometer-Lichtauslass und der Mikrospektrometer-Lichteinlass gemäß einer Ausführungsform an einander gegenüberliegenden Seiten der Kanüle angeordnet sein. Diese Anordnung ermöglicht vorteilhafterweise eine transmissive Messung. Dabei können der Mikrospektrometer-Lichtauslass und der Mikrospektrometer-Lichteinlass in einer Komponente räumlich ausgedehnt oder zweiteilig ausgeführt sein.According to one embodiment, when the microspectrometer light outlet and the microspectrometer light inlet are arranged on the cannula, the microspectrometer light outlet and the microspectrometer light inlet can be arranged on opposite sides of the cannula. This arrangement advantageously enables a transmissive measurement. The microspectrometer light outlet and the microspectrometer light inlet can be spatially extended in one component or can be designed in two parts.

Das Herzunterstützungssystem kann gemäß einer Ausführungsform auch eine Kopfeinheit aufweisen. Die Kopfeinheit kann eine Sensorbaugruppe umfassen. Der Mikrospektrometer-Lichtauslass und zusätzlich oder alternativ der Mikrospektrometer-Lichteinlass können in diesem Fall an der Kopfeinheit angeordnet sein. Diese Anordnung ist in Bezug auf eine elektrische und zusätzlich oder alternativ optische Kontaktierung der Komponenten vorteilhafterweise platz- und kostensparend.According to one embodiment, the heart support system can also have a head unit. The head unit can comprise a sensor assembly. The microspectrometer light outlet and additionally or alternatively the microspectrometer light inlet can be arranged on the head unit in this case. This arrangement advantageously saves space and costs in terms of electrical and additional or alternative optical contacting of the components.

Mit diesem Ansatz wird zudem ein Verfahren zur optischen Spektroskopie unter Verwendung einer Ausführungsform des vorstehend genannten Herzunterstützungssystems vorgestellt. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Leitens des Ausgangslichtstrahls und einen Schritt des Leitens des Empfangslichtstrahls. Im Schritt des Leitens des Ausgangslichtstrahls wird der Ausgangslichtstrahl unter Verwendung des Mikrospektrometer-Lichtauslasses von der Lichtquelle in den Umgebungsbereich der implantierbaren Komponente geleitet. Im Schritt des Leitens des Empfangslichtstrahls wird der Empfangslichtstrahl unter Verwendung des Mikrospektrometer-Lichteinlasses aus dem Umgebungsbereich zu dem Mikrospektrometer-Detektor geleitet.With this approach, a method for optical spectroscopy using an embodiment of the above-mentioned cardiac support system is also presented. The method comprises a step of guiding the output light beam and a step of guiding the received light beam. In the step of guiding the output light beam, the output light beam is guided from the light source into the surrounding area of the implantable component using the microspectrometer light outlet. In the step of guiding the received light beam, the received light beam is guided from the surrounding area to the microspectrometer detector using the microspectrometer light inlet.

Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

• 1 eine schematische Darstellung eines Herzunterstützungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
• 2 eine schematische Darstellung eines implantierten Herzunterstützungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
• 3 eine schematische Darstellung eines implantierten Herzunterstützungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
• 4 bis14 je eine schematische Darstellung eines Teils eines Herzunterstützungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
• 15 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur optischen Spektroskopie unter Verwendung eines Herzunterstützungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Embodiments of the approach presented here are shown in the drawings and explained in more detail in the following description. It shows:

• 1 a schematic representation of a heart support system according to an embodiment;
• 2nd a schematic representation of an implanted heart support system according to an embodiment;
• 3rd a schematic representation of an implanted heart support system according to an embodiment;
• 4th to 14 each a schematic representation of part of a cardiac support system according to an embodiment; and
• 15 a flowchart of a method for optical spectroscopy using a heart support system according to an embodiment.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable exemplary embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and acting in a similar manner, and a repeated description of these elements is omitted.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Herzunterstützungssystems100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Als Herzunterstützungssystem100 ist beispielhaft eine transvalvuläre Herzpumpe zum minimalinvasiven Implantieren gezeigt, das als linksventrikuläres Herzunterstützungssystem ausgeführt ist. Es ist eine Seitenansicht des Herzunterstützungssystems100 gezeigt, das eine implantierbare Komponente105 und eine Außenkomponente110, die extrakorporal platziert wird, umfasst. Die implantierbare Komponente105 weist zumindest eine Pumpeneinheit115 zum Pumpen eines Blutstroms und eine Leiteinheit120 zum Leiten des Blutstroms auf. An der implantierbaren Komponente105 ist ein Mikrospektrometer-Lichtauslass angeordnet, der dazu ausgeformt ist, einen Ausgangslichtstrahl von einer Lichtquelle in einen Umgebungsbereich der implantierbaren Komponente105 zu leiten. Zudem ist an der implantierbaren Komponente105 ein Mikrospektrometer-Lichteinlass angeordnet, der dazu ausgeformt ist, einen Empfangslichtstrahl aus dem Umgebungsbereich der implantierbaren Komponente105 zu einem Mikrospektrometer-Detektor zu leiten. 1 shows a schematic representation of acardiac support system 100 according to an embodiment. As acardiac support system 100 shows a transvalvular heart pump for minimally invasive implantation, which is designed as a left ventricular cardiac support system. It is a side view of thecardiac assist system 100 shown that animplantable component 105 and anouter component 110 , which is placed extracorporeally. Theimplantable component 105 has at least onepump unit 115 for pumping a blood stream and acontrol unit 120 to direct the blood flow. On the implantable component 105 a microspectrometer light outlet is arranged, which is designed to emit an output light beam from a light source into a surrounding area of theimplantable component 105 to lead. It is also on the implantable component 105 a microspectrometer light inlet is arranged, which is designed to receive a beam of light from the surrounding area of theimplantable component 105 to a microspectrometer detector.

Das Herzunterstützungssystem100 weist gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zudem eine Kopfeinheit125 auf. Die Kopfeinheit125 umfasst eine Sensorbaugruppe. Die Kopfeinheit ist hier an einem Ende des Herzunterstützungssystems100 angeordnet und als Teil der implantierbaren Komponente105 ausgeführt. Der Mikrospektrometer-Lichtauslass und zusätzlich oder alternativ der Mikrospektrometer-Lichteinlass sind an der Kopfeinheit125 anordenbar.Theheart support system 100 according to the embodiment shown here also has ahead unit 125 on. Thehead unit 125 includes a sensor assembly. The head unit is here at one end of thecardiac assist system 100 arranged and as part of theimplantable component 105 executed. The microspectrometer light outlet and additionally or alternatively the microspectrometer light inlet are on thehead unit 125 can be arranged.

Die Pumpeneinheit115 weist gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel einen Laufradbereich130 auf. Die Pumpeneinheit115 umfasst beispielsweise eine Axialpumpe mit einem Laufrad sowie eine Antriebseinheit. Angrenzend an die Pumpeneinheit115 ist ein Auslassabschnitt zum Ausleiten des Blutstroms ausgeformt, aus dem im inplantierten Zustand des Herzunterstützungssystems100 ein gepumpter Blutstrom wieder austritt. Der Mikrospektrometer-Lichtauslass und zusätzlich oder alternativ der Mikrospektrometer-Lichteinlass sind auch im Laufradbereich130 anordenbar, was vorteilhafterweise im Betriebszustand des Herzunterstützungssystems100 durch eine dort vorhandene hohen Blutströmung Gewebeablagerungen vorbeugt oder verhindert. Aus der Anwendung von Herzunterstützungssystemen ist bekannt, dass sich in Bereichen hoher Blutströmung keine Gewebeverkapselung der Oberfläche ergibt, wohingegen aus der Anwendung implantierter optischer Spektroskopiesysteme bekannt ist, dass es zu Ablagerungen auf den optischen Fenstern kommt, die eine Messung verschlechtern oder mit fortschreitender Zeit unmöglich machen. Die Integration des optischen Fensters eines Spektroskopiesystems im Bereich hoher Strömung, wie in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel des Herzunterstützungssystems100 reduziert oder verhindert vorteilhafterweise Gewebeablagerung auf dem optischen Fenster, dem Mikrospektrometer-Lichtauslass und dem Mikrospektrometer-Lichteinlass.Thepump unit 115 has an impeller area according to the exemplary embodiment shown here 130 on. Thepump unit 115 includes, for example, an axial pump with an impeller and a drive unit. Adjacent to thepump unit 115 is an outlet portion formed for discharging the blood flow from the in the implanted state of the cardiac assist system 100 a pumped blood stream emerges again. The microspectrometer light outlet and additionally or alternatively the microspectrometer light inlet are also in theimpeller area 130 can be arranged, which is advantageously in the operating state of thecardiac support system 100 prevents or prevents tissue deposits due to the high blood flow there. It is known from the use of cardiac support systems that there is no tissue encapsulation of the surface in areas of high blood flow, whereas it is known from the use of implanted optical spectroscopy systems that deposits occur on the optical windows, which worsen a measurement or make it impossible with advancing time . The integration of the optical window of a spectroscopy system in the area of high flow, as in the exemplary embodiment of the cardiac support system described here 100 advantageously reduces or prevents tissue deposition on the optical window, the microspectrometer light outlet and the microspectrometer light inlet.

Die Leiteinheit120 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel als Kanüle ausgeformt. Zudem weist die Leiteinheit120 beispielhaft einen Zulaufkäfig135 auf, durch den der Blutstrom in die Leiteinheit120 einströmt und in Richtung der Pumpeneinheit115 geleitet wird. Der Mikrospektrometer-Lichtauslass und zusätzlich oder alternativ der Mikrospektrometer-Lichteinlass sind an der als Kanüle ausgeformten Leiteinheit120 anordenbar, auch hier ist eine Anordnung in Bezug auf eine Verhinderung von Gewebeablagerungen auf den optischen Fenstern durch die hohe Blutströmung vorteilhaft.Thecontrol unit 120 is shaped as a cannula according to one embodiment. In addition, the control unit points 120 an inlet cage, for example 135 through which the blood flow into thecontrol unit 120 flows in and towards thepump unit 115 is directed. The microspectrometer light outlet and additionally or alternatively the microspectrometer light inlet are on the guiding unit which is designed as acannula 120 can be arranged, here too an arrangement is advantageous in terms of preventing tissue deposits on the optical windows due to the high blood flow.

Die implantierbare Komponente105 weist hier beispielhaft zudem ein Zuleitungskabel140 auf. Das Zuleitungskabel140 ist dazu ausgebildet, die implantierbare Komponente105 elektrisch zu kontaktieren. Zusätzlich oder alternativ ist das Zuleitungskabel140 auch als optisches Kabel ausführbar. Die Außenkomponente110 umfasst beispielsweise ein Steuergerät des Herzunterstützungssystems100. Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Herzunterstützungssystem100 zudem eine weitere externe Systemkomponente145 auf. Die Außenkomponente110 ist optional auch implantierbar ausführbar. Wenn die Außenkomponente110 implantierbar ist, weist das Herzunterstützungssystem100 optional die weitere Systemkomponente145 auf. Die weitere Systemkomponente145 ist signalübertragungsfähig, beispielsweise induktiv oder elektromagnetisch per Funk, mit der Außenkomponente110 und zusätzlich oder alternativ mit der implantierbaren Komponente105 koppelbar, beispielsweise um aufgrund thermischer, elektrischer und räumlicher Rahmenbedingungen umfangreichere Signalverarbeitungsmöglichkeiten als in der implantierbaren Komponente105 zu ermöglichen.Theimplantable component 105 also shows an example of asupply cable 140 on. Thesupply cable 140 is designed to be theimplantable component 105 to contact electrically. Additionally or alternatively the supply cable is 140 also available as an optical cable. Theexternal component 110 includes, for example, a control device of theheart support system 100 . According to the exemplary embodiment shown here, the heart support system has 100 also anotherexternal system component 145 on. Theexternal component 110 is optionally also implantable. If theouter component 110 is implantable, thecardiac support system 100 optionally theother system components 145 on. Theother system component 145 is capable of signal transmission, for example inductive or electromagnetic by radio, with theexternal component 110 and additionally or alternatively with theimplantable component 105 can be coupled, for example by more extensive signal processing options than in the implantable component due to thermal, electrical andspatial framework conditions 105 to enable.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Herzunterstützungssystem100 die Lichtquelle und zusätzlich oder alternativ den Mikrospektrometer-Detektor. Das Herzunterstützungssystem100 umfasst gemäß einem Ausführungsbeispiel entsprechend ein optisches Mikrospektrometer150 mit der Lichtquelle, dem Mikrospektrometer-Lichtauslass, dem Mikrospektrometer-Lichteinlass und dem Mikrospektrometer-Detektor. Die Lichtquelle und der Mikrospektrometer-Detektor sind wie der Mikrospektrometer-Lichtauslass und der Mikrospektrometer-Lichteinlass an der implantierbaren Komponente105 anordenbar, oder wie in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel an der Außenkomponente110. Hier umfasst die Außenkomponente110 beispielhaft das Mikrospektrometer150 mit der Lichtquelle und dem Mikrospektrometer-Detektor. Wenn ein Teil des Mikrospektrometers150 in der Außenkomponente110 angeordnet ist, ist die Außenkomponente über ein optisches Kabel mit der implantierbaren Komponente105 verbunden. Dazu kann beispielsweise auch das Zuleitungskabel140 ein Glasfaserkabel sein oder eine Glasfaserkabelkomponente umfassen. Das Zuleitungskabel140 als optisches Kabel kann auch als Lichtleiter bezeichnet werden.According to one embodiment, the heart support system comprises 100 the light source and additionally or alternatively the microspectrometer detector. Theheart support system 100 According to one exemplary embodiment, accordingly comprises anoptical microspectrometer 150 with the light source, the microspectrometer light outlet, the microspectrometer light inlet and the microspectrometer detector. The light source and the microspectrometer detector are like the microspectrometer light outlet and the microspectrometer light inlet on theimplantable component 105 can be arranged, or as in the exemplary embodiment shown here on theouter component 110 . Here includes theouter component 110 the microspectrometer is an example 150 with the light source and the microspectrometer detector. If part of themicrospectrometer 150 in theouter component 110 is arranged, the outer component is connected to the implantable component via anoptical cable 105 connected. The supply cable can also be used for this 140 be a fiber optic cable or comprise a fiber optic cable component. Thesupply cable 140 an optical cable can also be referred to as a light guide.

Eine optische Analyse im Vollblut im implantierten Zustand des Herzunterstützungssystems100 ist beispielweise verwendbar, um einen oxygenierten und desoxygenierten Hämoglobingehalt und eine Gewebe-Sauerstoffsättigung zu erfassen. Durch eine Integration eines breitbandigen Mikrospektrometers150 ist es vorteilhafterweise möglich, verschiedene Blutparameter zu erfassen, ohne dass für die Integration des Mikrospektrometers150 zusätzliche Implantationsschritte erforderlich sind. Das in das Herzunterstützungssystem100 zu integrierende Mikrospektrometer150 weist in der einteiligen Ausführung beispielsweise eine Baugröße von weniger als 1 Kubikzentimeter auf. Das Mikrospektrometer150 ist beispielsweise als miniaturisierter Fabry-Perot Interferometer ausführbar. Dies ist vorteilhaft, da das Mikrospektrometer150 in diesem Fall nicht durch eine makroskopische Mindestlänge innerhalb des spektralen Elements limitiert ist. Des Weiteren kann ein solches Mikrospektrometer150 mit Einkanaldetektoren betrieben werden, was im infraroten Spektralbereich kostensparend ist. Das Mikrospektrometer150 ist dabei derart ausgeformt, dass die Körperschallvibrationen der drehenden mechanischen Herzpumpe der Pumpeneinheit115 außerhalb der Resonanzfrequenz des Mikrospektrometers150 liegen.An optical analysis in whole blood in the implanted state of theheart support system 100 can be used, for example, to detect oxygenated and deoxygenated hemoglobin content and tissue oxygen saturation. By integrating abroadband microspectrometer 150 it is advantageously possible to record different blood parameters without having to integrate themicrospectrometer 150 additional implantation steps are required. That in theheart support system 100 microspectrometer to be integrated 150 For example, the one-piece version has a size of less than 1 cubic centimeter. Themicrospectrometer 150 can be implemented, for example, as a miniaturized Fabry-Perot interferometer. This is advantageous because of themicrospectrometer 150 in this case is not limited by a macroscopic minimum length within the spectral element. Such a microspectrometer can also be used 150 can be operated with single-channel detectors, which saves costs in the infrared spectral range. Themicrospectrometer 150 is shaped in such a way that the structure-borne noise of the rotating mechanical heart pump of thepump unit 115 outside the resonance frequency of themicrospectrometer 150 lie.

Eine Anordnung des Mikrospektrometer-Detektors an der implantierbaren Komponente105 ist vorteilhaft für eine geringe Totzeit bei der Messung. Wenn der Mikrospektrometer-Detektor im implantierten Zustand des Herzunterstützungssystems100 zentral in einem Blutweg, beispielsweise in der Aorta oder in einem Ventrikel, angeordnet ist, ist dies gegenüber einem peripher messenden System vorteilhaft.An arrangement of the microspectrometer detector on theimplantable component 105 is advantageous for a short dead time in the measurement. When the microspectrometer detector is in the implanted state of thecardiac assist system 100 If it is arranged centrally in a blood path, for example in the aorta or in a ventricle, this is advantageous compared to a peripherally measuring system.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines implantierten Herzunterstützungssystems100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Es ist ein Schnitt durch ein menschliches Herz200 mit dem implantierten Herzunterstützungssystem100 gezeigt, das hier beispielhaft als minimalinvasives Linksherz-Unterstützungssystem ausgeführt ist. Das hier gezeigte Herzunterstützungssystem100 ähnelt oder entspricht dem anhand von1 gezeigtem Herzunterstützungssystem und umfasst entsprechend die implantierbare Komponente105 mit dem Mikrospektrometer-Lichtauslass und dem Mikrospektrometer-Lichteinlass. 2nd shows a schematic representation of an implantedcardiac support system 100 according to an embodiment. It is a cut through ahuman heart 200 with the implantedcardiac assist system 100 shown, which is designed here as a minimally invasive left-heart support system. The heart support system shown here 100 resembles or corresponds to that based on 1 shown cardiac support system and correspondingly includes theimplantable component 105 with the microspectrometer light outlet and the microspectrometer light inlet.

Das hier gezeigte Herzunterstützungssystem100 fördert einen Unterstützungsblutfluss205, der unter Umgehung des natürlichen Weges durch die Herzklappen210 vom Ventrikel215 in die Aorta220 geleitet wird, um ein Herz-Minuten-Volumen225 des Herzens200 gegenüber einer physiologischen Aktivität des schlagenden Herzens200 zu erhöhen. Das Herz-Minuten-Volumen225 wird auch als „cardiac output“ bezeichnet. Das Herzunterstützungssystem100 wird dabei kontinuierlich oder quasi-pulsatil betrieben, indem ein Motorstrom periodisch moduliert wird. Die Anordnung des Mikrospektrometer-Lichtauslasses und des Mikrospektrometer-Lichteinlass und damit des optischen Fensters des Mikrospektrometers ist auch hier in Bereichen hoher Blutströmung vorteilhaft, beispielsweise im Bereich der Leiteinheit120 als Zulaufkanüle oder im Laufradbereich130.The heart support system shown here 100 promotessupport blood flow 205 bypassing the natural path through theheart valves 210 from theventricle 215 into theaorta 220 is directed to acardiac output 225 of theheart 200 against a physiological activity of the beatingheart 200 to increase. The heart-minute volume 225 is also known as "cardiac output". Theheart support system 100 is operated continuously or quasi-pulsatilely by periodically modulating a motor current. The arrangement of the microspectrometer light outlet and the microspectrometer light inlet and thus the optical window of the microspectrometer is also advantageous here in areas of high blood flow, for example in the area of thecontrol unit 120 as an inlet cannula or in theimpeller area 130 .

3 zeigt eine schematische Darstellung eines implantierten Herzunterstützungssystems100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist ein Schnitt durch das menschliche Herz200 mit dem implantierten Herzunterstützungssystem100, das hier beispielhaft als apikales Linksherz-Unterstützungssystem ausgeführt ist. Alternativ kann das Herzunterstützungssystem100 auch als Rechtherz- Unterstützungssystem oder als biventrikuläres Herzunterstützungssystem ausgeführt sein. Das hier gezeigte Herzunterstützungssystem100 ähnelt dem anhand der vorhergehenden Figuren gezeigtem Herzunterstützungssystem. Zusätzlich weist das Herzunterstützungssystem100 hier eine Bypasskanüle305 auf, die den Unterstützungsblutfluss205 von dem Ventrikel zur Erhöhung des Herz-Minuten-Volumens225 an der Außenseite des Herzens200 entlang in die Aorta leitet. Die Anordnung des Mikrospektrometer-Lichtauslasses und des Mikrospektrometer-Lichteinlass ist hier neben der Anordnung an der Leiteinheit120 als Zulaufkanüle durch die hohe Blutströmung in diesem Bereich auch im Bereich der Bypasskanüle305 vorteilhaft. 3rd shows a schematic representation of an implantedcardiac support system 100 according to an embodiment. A section through the human heart is shown 200 with the implantedcardiac assist system 100 , which is an example of an apical left heart support system. Alternatively, theheart support system 100 also as a right heart support system or as a biventricular Cardiac support system. The heart support system shown here 100 is similar to the cardiac assist system shown in the previous figures. In addition, thecardiac support system 100 here abypass cannula 305 on that supportsblood flow 205 from the ventricle to increase thecardiac output 225 on the outside of theheart 200 leads along into the aorta. The arrangement of the microspectrometer light outlet and the microspectrometer light inlet is here in addition to the arrangement on thecontrol unit 120 as an inlet cannula due to the high blood flow in this area also in the area of thebypass cannula 305 advantageous.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Herzunterstützungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel. Als Teil des Herzunterstützungssystems ist hier das Mikrospektrometer150 gezeigt. Das hier gezeigte Ausführungsbeispiel des Mikrospektrometers150 ist vollständig in die implantierbare Komponente des Herzunterstützungssystems, wie es anhand der vorhergehenden Figuren gezeigt wurde, integrierbar, beispielsweise in die Kopfeinheit. Zum Integrieren in das Herzunterstützungssystem sind die Komponenten des Mikrospektrometers150 miniaturisiert ausgeführt, sodass das Mikrospektrometer150 beispielsweise eine Größe von unter einem Kubikzentimeter aufweist. 4th shows a schematic representation of a part of a heart support system according to an embodiment. The microspectrometer is part of thecardiac support system 150 shown. The embodiment of the microspectrometer shown here 150 can be fully integrated into the implantable component of the cardiac support system, as was shown in the previous figures, for example into the head unit. The components of the microspectrometer are for integration into theheart support system 150 miniaturized so that themicrospectrometer 150 for example, has a size of less than one cubic centimeter.

Das hier gezeigte Mikrospektrometer150 umfasst eine Lichtquelle405 und einen Mikrospektrometer-Detektor410. Die Lichtquelle405 strahlt einen Ausgangslichtstrahl415 aus, der durch einen Mikrospektrometer-Lichtauslass420 in den Umgebungsbereich des Herzunterstützungssystems geleitet wird, hier auf ein zu untersuchendes Medium425 aus. Bei dem zu untersuchenden Medium425 handelt es sich beispielsweise um den Blutstrom, beispielsweise um den Unterstützungsblutfluss. Ein Empfangslichtstrahl430 wird durch einen Mikrospektrometer-Lichteinlass435 zu dem Mikrospektrometer-Detektor410 geleitet. Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Empfangslichtstrahl430 reflektiertes Licht.The microspectrometer shown here 150 includes alight source 405 and amicrospectrometer detector 410 . Thelight source 405 emits anoutput light beam 415 out through a microspectrometerlight outlet 420 is directed into the surrounding area of the cardiac support system, here onto a medium to be examined 425 out. For the medium to be examined 425 it is for example the blood flow, for example the support blood flow. A receiving beam oflight 430 is through a microspectrometerlight inlet 435 to themicrospectrometer detector 410 headed. According to the exemplary embodiment shown here, the received light beam comprises 430 reflected light.

Der Mikrospektrometer-Detektor410 umfasst beispielsweise ein spektrales Element zur Wellenlängensortierung sowie einen Photodetektor. Die Lichtquelle405 kann auch als Strahlungsquelle bezeichnet werden. Für eine medizinische Messtechnik nach direktem Verfahren wird für die Lichtquelle405 beispielsweise ein Spektralbereich von 250 bis 1600 Nanometer gewählt, beispielsweise zur Gewebecharakterisierung, Bestimmung des Haemoglobingehalts, eines Sauerstoff-Partialdrucks, eines Glucosegehalts oder auch zur Erkennung einiger Krebsarten. Unter Verwendung eines Biomarkers ist in der Regel höherfrequente Strahlung wie beispielsweise sichtbare oder ultraviolette Strahlung notwendig, um Fluoreszenz anzuregen. Bei einer Verwendung von optisch (über Farbindikatoren, Brechungsindexänderungen oder Fluoreszenz) auslesbaren Biomarkern lassen sich vorteilhafterweise vielfältige bisher labordiagnostische Anwendungen direkt in das Herzunterstützungssystem integrieren. Dadurch wird eine kontinuierliche Nachverfolgung biochemischer Parameter und Eigenschaften mittels des Herzunterstützungssystems mit dem Mikrospektrometer150 möglich, was therapiebegleitend oder therapieoptimierend einen Mehrwert für Arzt und Patient bietet. Die Lichtquelle405 ist aufgrund einer thermischen Verlustleistung nicht klassisch als halogenlampenbasierte Lichtquelle ausgeführt, sondern beispielsweise als durchstimmbare Laserquelle oder als fluoreszenzbasierte breitbandige Weißlichtquelle.Themicrospectrometer detector 410 includes, for example, a spectral element for wavelength sorting and a photodetector. Thelight source 405 can also be called a radiation source. For a medical measuring technique according to the direct method is for thelight source 405 For example, a spectral range from 250 to 1600 nanometers has been selected, for example for tissue characterization, determination of the hemoglobin content, an oxygen partial pressure, a glucose content or also for the detection of some types of cancer. When using a biomarker, higher-frequency radiation, such as visible or ultraviolet radiation, is usually necessary in order to excite fluorescence. When using biomarkers that can be read optically (via color indicators, changes in refractive index or fluorescence), it is advantageously possible to integrate a variety of previously laboratory diagnostic applications directly into the cardiac support system. This enables continuous tracking of biochemical parameters and properties using the cardiac support system with themicrospectrometer 150 possible, which offers therapy-accompanying or therapy-optimizing added value for doctor and patient. Thelight source 405 is not traditionally designed as a halogen lamp-based light source due to a thermal power loss, but rather, for example, as a tunable laser source or as a fluorescence-based broadband white light source.

5 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Herzunterstützungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel. Als Teil des Herzunterstützungssystem ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Mikrospektrometers150 gezeigt, das dem anhand der4 beschriebenen Mikrospektrometer ähnelt. Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Lichtquelle405 und der Mikrospektrometer-Detektor410 einander gegenüberliebend angeordnet. Wenn die Leiteinheit des Herzunterstützungssystems als Kanüle ausgeformt ist, und der Mikrospektrometer-Lichtauslass420 und zusätzlich oder alternativ der Mikrospektrometer-Lichteinlass435 an der Kanüle angeordnet sind, sind der Mikrospektrometer-Lichtauslass420 und der Mikrospektrometer-Lichteinlass435 optional an einander gegenüberliegenden Seiten der Kanüle angeordnet. Dies ist beispielsweise mit der hier gezeigten Ausformung des Mikrospektrometers150 umsetzbar. Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Empfangslichtstrahl transmittiertes Licht des Ausgangslichtstrahls. In der hier gezeigten Anordnung der Lichtquelle405 und des Mikrospektrometer-Detektors410 zum zu untersuchenden Medium425 arbeitet der Mikrospektrometer150 transmissiv. 5 shows a schematic representation of a part of a heart support system according to an embodiment. Another part of the microspectrometer is part of theheart support system 150 shown that the on the basis of 4th microspectrometer described is similar. According to the exemplary embodiment shown here, thelight source 405 and themicrospectrometer detector 410 arranged opposite to each other. If the control unit of the heart support system is shaped as a cannula, and the microspectrometerlight outlet 420 and additionally or alternatively the microspectrometerlight inlet 435 on the cannula are the microspectrometerlight outlet 420 and the microspectrometerlight inlet 435 optionally arranged on opposite sides of the cannula. This is, for example, with the shape of the microspectrometer shown here 150 feasible. According to the exemplary embodiment shown here, the received light beam comprises transmitted light from the output light beam. In the arrangement of the light source shown here 405 and themicrospectrometer detector 410 to the medium to be examined 425 the microspectrometer works 150 transmissive.

6 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Herzunterstützungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist der Mikrospektrometer150, das dem anhand vorhergehender Figuren beschriebenen Mikrospektrometer ähnelt, und hier zweiteilig ausgeführt ist. Entsprechend sind die Lichtquelle405 und der Mikrospektrometer-Detektor410 nicht in einer gemeinsamen Komponente angeordnet, sondern als separate Komponenten. Damit sind die Lichtquelle405 und der Mikrospektrometer-Detektor410 räumlich ausgedehnt anordenbar, beispielsweise an verschiedenen Komponenten oder Abschnitten des Herzunterstützungssystems. 6 shows a schematic representation of a part of a heart support system according to an embodiment. The microspectrometer is shown 150 , which is similar to the microspectrometer described with reference to the previous figures, and is designed here in two parts. The light source is corresponding 405 and themicrospectrometer detector 410 not arranged in a common component, but as separate components. With that are thelight source 405 and themicrospectrometer detector 410 Can be spatially extended, for example on different components or sections of the heart support system.

7 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Herzunterstützungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist eine mehrteilige Ausführung des Mikrospektrometers150, das dem anhand von6 beschriebenen Mikrospektrometer ähnelt. Die Lichtquelle405 und der Mikrospektrometer-Detektor410 sind als separate Komponenten ausgeführt. Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Lichtquelle405 über einen Lichtleiter705 abgesetzt von einem Messort des zu untersuchenden Mediums425 abgesetzt angeordnet. Der Lichtleiter705 ist beispielsweise als Glasfaser realisiert. Wenn das Zuleitungskabel als optisches Kabel mit Glasfaser ausgeführt ist, kann es auch anstelle des Lichtleiters705 angeordnet sein. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das Mikrospektrometer150 zudem eine Einkopplungseinheit710. Die Einkopplungseinheit710 ist ausgebildet, die Strahlung aus dem Lichtleiter705 in das zu untersuchende Medium425, das Messmedium, einzukoppeln. Der Mikrospektrometer-Detektor410 als separate Detektorkomponente empfängt von dem Lichteinlass aus dem Umgebungsbereich zu dem Mikrospektrometer-Detektor410 geleitete Strahlung zur Analyse. Zudem ist es möglich, einen weiteren Lichtleiter in Form einer Glasfaser zwischen dem zu untersuchenden Medium425 und dem Mikrospektrometer-Detektor410 anzuordnen. 7 shows a schematic representation of a part of a heart support system according to an embodiment. A multi-part version of the microspectrometer is shown 150 which is based on the 6 microspectrometer described is similar. Thelight source 405 and themicrospectrometer detector 410 are designed as separate components. According to the embodiment shown here, thelight source 405 via anoptical fiber 705 set off from a measurement location of the medium to be examined 425 arranged remotely. Thelight guide 705 is implemented, for example, as glass fiber. If the supply cable is designed as an optical cable with glass fiber, it can also be used instead of thelight guide 705 be arranged. In the exemplary embodiment shown here, the microspectrometer comprises 150 also acoupling unit 710 . Thecoupling unit 710 is formed, the radiation from thelight guide 705 into the medium to be examined 425 , the measuring medium. Themicrospectrometer detector 410 as a separate detector component receives from the light inlet from the surrounding area to themicrospectrometer detector 410 guided radiation for analysis. It is also possible to place another light guide in the form of a glass fiber between the medium to be examined 425 and themicrospectrometer detector 410 to arrange.

8 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Herzunterstützungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel. Es ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Mikrospektrometers150 gezeigt, wie es anhand vorhergehender Figuren beschrieben ist, mit der Lichtquelle405 und dem Mikrospektrometer-Detektor410. Zudem ist beispielhaft das zu untersuchende Medium425 aus dem Umgebungsbereich des Herzunterstützungssystems gezeigt. Das hier gezeigte Mikrospektrometer150 ist dazu ausgebildet, optische Eigenschaften wie beispielsweise ein Auftreten von charakteristischen Absorptionsbanden in Abhängigkeit der Wellenlänge des zu untersuchenden Mediums425 zu ermitteln. Dazu ist die Lichtquelle405 hier als breitbandige Strahlungsquelle ausgeführt, und der Mikrospektrometer-Detektor410 umfasst einen durchstimmbaren Filter805 und einen breitbandigen Detektor810. 8th shows a schematic representation of a part of a heart support system according to an embodiment. It is another embodiment of themicrospectrometer 150 shown, as described with reference to previous figures, with thelight source 405 and themicrospectrometer detector 410 . The medium to be examined is also exemplary 425 shown from the surrounding area of the cardiac assist system. The microspectrometer shown here 150 is designed to have optical properties such as the appearance of characteristic absorption bands as a function of the wavelength of the medium to be examined 425 to determine. This is thelight source 405 here designed as a broadband radiation source, and themicrospectrometer detector 410 includes atunable filter 805 and abroadband detector 810 .

9 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Herzunterstützungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist das Mikrospektrometer150, das dem anhand von8 beschriebenen Mikrospektrometer bis auf die Ausführung des Mikrospektrometer-Detektors410 entspricht. Entsprechend weist das hier gezeigte Mikrospektrometer150 die zweiteilige Ausführung der Lichtquelle405 und des Mikrospektrometer-Detektors410 auf. Der Mikrospektrometer-Detektor410 ist hier als Detektorarray ausgeführt. Je ein fester Filter905,906,907 lässt jeweils nur einen schmalbandigen Strahlungsbereich zum jeweiligen breitbandigen Detektor910,911,912 durch. 9 shows a schematic representation of a part of a heart support system according to an embodiment. The microspectrometer is shown 150 which is based on the 8th described microspectrometer except for the design of themicrospectrometer detector 410 corresponds. The microspectrometer shown here points accordingly 150 the two-part version of thelight source 405 and themicrospectrometer detector 410 on. Themicrospectrometer detector 410 is designed here as a detector array. One fixed filter each 905 , 906 , 907 leaves only a narrow-band radiation range to the respective broad-band detector 910 , 911 , 912 by.

10 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Herzunterstützungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel. Es ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Mikrospektrometers150 gezeigt, das den anhand vorhergehenden Figuren beschriebenem Mikrospektrometer ähnelt. Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Wellenlängenselektivität statt auf Seiten des Mikrospektrometer-Detektors410 auf Seiten der Lichtquelle405 genutzt: Es wird ein breitbandiger Strahlungsemitter1005 mit einem durchstimmbaren Filter1010 kombiniert. Der Mikrospektrometer-Detektors410 ist in diesem Fall optional breitbandig auslegbar. 10th shows a schematic representation of a part of a heart support system according to an embodiment. It is another embodiment of themicrospectrometer 150 shown, which is similar to the microspectrometer described with reference to the previous figures. According to the exemplary embodiment shown here, the wavelength selectivity is on the side of themicrospectrometer detector 410 on the part of thelight source 405 used: A broadband radiation emitter is used 1005 with atunable filter 1010 combined. Themicrospectrometer detector 410 In this case, it can be optionally configured for broadband.

11 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Herzunterstützungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist das Mikrospektrometer150, das vorhergehend gezeigten Ausführungsbeispielen ähnelt, wobei die Lichtquelle405 in diesem Fall einen durchstimmbaren Emitter1105 umfasst, beispielsweise einen Laser mit hoher Abhängigkeit der Wellenlänge von Temperatur und zusätzlich oder alternativ von Strom, mit einem entsprechend ausgebildetem Mikrospektrometer-Detektor410. 11 shows a schematic representation of a part of a heart support system according to an embodiment. The microspectrometer is shown 150 , which is similar to the previously shown exemplary embodiments, thelight source 405 in this case atunable emitter 1105 comprises, for example, a laser with a high dependence of the wavelength on temperature and additionally or alternatively on current, with a correspondingly designedmicrospectrometer detector 410 .

12 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Herzunterstützungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des anhand vorhergehender Figuren gezeigten Mikrospektrometers150. Hier umfasst die Lichtquelle405 ein Emitter-Array, bei dem die Emitter1205,1206,1207 nacheinander geschaltet werden und jeweils nur ihr charakteristisches schmalbandiges Spektrum emittieren. Das Emitter-Array ist beispielsweise als Laser-Array realisierbar, oder als mit festen Filtern kombinierte breitbandige Emitter, wie anhand der Ausführung des Mikrospektrometer-Detektors in9 gezeigt. Der Mikrospektrometer-Detektor410 ist je nach Ausformung der Lichtquelle405 entsprechend ausgebildet. 12 shows a schematic representation of a part of a heart support system according to an embodiment. A further exemplary embodiment of the microspectrometer shown with reference to the previous figures is shown 150 . Here includes thelight source 405 an emitter array where theemitter 1205 , 1206 , 1207 are switched in sequence and each only emit their characteristic narrow-band spectrum. The emitter array can be implemented, for example, as a laser array, or as broadband emitters combined with fixed filters, as shown in the design of the microspectrometer detector in 9 shown. Themicrospectrometer detector 410 depends on the shape of thelight source 405 trained accordingly.

In den genannten Ausführungsvarianten der Lichtquelle405 und des Mikrospektrometer-Detektor410 mit festen Filtern können statt äquidistanten Filtern auch charakteristische Frequenzen für die konkrete medizinische Fragestellung verwendet werden. Für eine Bestimmung von blutgebundenem Sauerstoffs ist beispielsweise die Wahl von zwei Frequenzen im sichtbaren roten und nahen Infrarot ausreichend, analog für weitere Fragestellungen. Als durchstimmbare Filter sind beispielsweise Fabry-Perot-Interferometer verwendbar, die kostengünstig im Halbleiterprozess herstellbar sind.In the mentioned variants of thelight source 405 and themicrospectrometer detector 410 With fixed filters, instead of equidistant filters, characteristic frequencies can also be used for the specific medical question. For the determination of blood-bound oxygen, for example, the choice of two frequencies in the visible red and near infrared is sufficient, analogously for further questions. Fabry-Perot interferometers, for example, can be used as tunable filters and can be produced inexpensively in the semiconductor process.

13 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Herzunterstützungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel. Als Teil des Herzunterstützungssystems ist das Mikrospektrometer150 gezeigt, das im Wesentlichen dem anhand von4 beschriebenen Ausführungsbeispiel des Mikrospektrometers entspricht, mit der Lichtquelle405 und dem Mikrospektrometer-Detektor410 in einer Komponente. Das zu untersuchende Medium425 weist hier jedoch ein Indikatormaterial1305 auf, das als biochemisch aktive Schicht seine optischen Eigenschaften in Abhängigkeit der Quantität der zu untersuchenden Substanz ändert. Der Mikrospektrometer-Detektor410 ist gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, das Indikatormaterial1305 zu erfassen. Entsprechend findet eine optische Wechselwirkung des Mikrospektrometer-Detektors410 nur mit dem Indikatormaterial1305 statt, dass im Austausch mit dem untersuchten Medium425 steht. Das Auslesen des Indikatormaterials1305 erfolgt je nach verwendetem Indikatormaterial1305 beispielsweise wie oben beschrieben durch Farbspektroskopie. Alternativ kann die Lichtquelle405 ausgebildet sein, Fluoreszenz im Indikatormaterial1305 im ultravioletten Bereich anzuregen, die durch den Mikrospektrometer-Detektor410 als Photodetektor quantifiziert wird. Bei einer Verwendung der Farbspektroskopie sind auch alle anderen oben beschriebenen Realisierungsvarianten des Mikrospektrometers150 möglich. Unter Verwendung des Prinzips der Oberflächenplasmonen-Resonanz sind auch Brechungsindexänderungen in dieser Ausführungsform nachweisbar. Als Indikatormaterial1305 sind neben chemischen Stoffen beispielsweise auch immobilisierte Enzyme verwendbar. 13 shows a schematic representation of a part of a heart support system according to an embodiment. The microspectrometer is part of theheart support system 150 shown, which is essentially based on the 4th corresponds to the described embodiment of the microspectrometer, with thelight source 405 and themicrospectrometer detector 410 in one component. The medium to be examined 425 however shows an indicator material here 1305 that, as a biochemically active layer, changes its optical properties depending on the quantity of the substance to be examined. Themicrospectrometer detector 410 is designed according to the embodiment shown here, theindicator material 1305 capture. The microspectrometer detector interacts accordingly 410 only with theindicator material 1305 instead of that in exchange with the medium underinvestigation 425 stands. Reading out theindicator material 1305 takes place depending on the indicator material used 1305 for example as described above by color spectroscopy. Alternatively, thelight source 405 be formed, fluorescence in theindicator material 1305 excite in the ultraviolet range by themicrospectrometer detector 410 is quantified as a photodetector. When using color spectroscopy, all other implementation variants of the microspectrometer described above are also 150 possible. Using the principle of surface plasmon resonance, refractive index changes can also be detected in this embodiment. Asindicator material 1305 In addition to chemical substances, immobilized enzymes can also be used, for example.

14 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Herzunterstützungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist das Mikrospektrometer150, das dem in13 gezeigten Mikrospektrometer ähnelt. Zwischen der Lichtquelle405 und dem zu untersuchenden Medium425 ist ein Wellenleiter, der Lichtleiter705 angeordnet, und zwischen dem zu untersuchenden Medium425 und dem Mikrospektrometer-Detektor410 ist ein weiterer Lichtleiter705' angeordnet, der auch als Detektionslichtleiter bezeichnet werden kann. Auch hier ist der Mikrospektrometer-Detektor410 ausgebildet, das Indikatormaterial1305 zu erfassen. Neben einer Messung über Oberflächenplasmonen-Resonanz ist eine Änderung des Brechungsindex auch über einen prismatischen Ansatz möglich. Je nach Konzentration der Messgröße im zu untersuchenden Medium425 ergeben sich für eine erste gewählte Strahlungswellenlänge optische Pfade1405,1406 und1407, wobei hier nur der Pfad1406 effizient in den Wellenleiter, den weiteren Lichtleiter705', zurückkoppelt. Für eine weitere Konzentration der Messgröße ergibt sich beispielsweise bei dieser ersten Wellenlänge der optische Pfad1405. Durch die Wahl einer geeigneten zweiten Wellenlänge verändern sich die optischen Pfade1405,1406 und1407, sodass ebenfalls eine Kopplung in den Wellenleiter, den weiteren Lichtleiter705', möglich wird. Durch ein spektroskopisches Auslesen des Indikatormaterials1305 wird somit eine Messung des Brechungsindex möglich. Auch hier sind alle obenstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele des Mikrospektrometers150 möglich, ebenso Realisierungen mit Glasfasern für den Lichtleiter705 und den weiteren Lichtleiter705' oder auch eine direkte Beschichtung des optischen Fensters des Mikrospektrometers. Bei einer Verwendung des Indikatormaterials1305 kann es vorteilhaft sein, zusätzlich eine Heizstruktur oder eine Einrichtung zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes im, unter, auf oder neben dem Indikatormaterial1305 vorzusehen, sodass gesättigte Schichten beispielsweise durch leichte Erwärmung regeneriert werden können. 14 shows a schematic representation of a part of a heart support system according to an embodiment. The microspectrometer is shown 150 that the in 13 Microspectrometer shown is similar. Between thelight source 405 and the medium to be examined 425 is a waveguide, thelight guide 705 arranged, and between the medium to be examined 425 and themicrospectrometer detector 410 is another light guide 705 ' arranged, which can also be referred to as a detection light guide. Here too is themicrospectrometer detector 410 trained theindicator material 1305 capture. In addition to a measurement using surface plasmon resonance, it is also possible to change the refractive index using a prismatic approach. Depending on the concentration of the measured variable in the medium to be examined 425 optical paths result for a first selectedradiation wavelength 1405 , 1406 and 1407 , here only thepath 1406 efficiently into the waveguide, the further light guide 705 ' , feeds back. For a further concentration of the measured variable, the optical path results, for example, at thisfirst wavelength 1405 . By choosing a suitable second wavelength, the optical paths change 1405 , 1406 and 1407 , so that there is also a coupling in the waveguide, the further light guide 705 ' , becomes possible. Through a spectroscopic reading of the indicator material 1305 a measurement of the refractive index is thus possible. Here, too, are all the exemplary embodiments of the microspectrometer described above 150 possible, as well as realizations with glass fibers for thelight guide 705 and the other light guide 705 ' or a direct coating of the optical window of the microspectrometer. When using theindicator material 1305 it may be advantageous to additionally have a heating structure or a device for generating an electromagnetic field in, under, on or next to theindicator material 1305 to be provided so that saturated layers can be regenerated, for example, by slight heating.

15 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens1500 zur optischen Spektroskopie unter Verwendung eines Herzunterstützungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren1500 ist unter Verwendung eines vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels des Herzunterstützungssystems ausführbar und umfasst einen Schritt1505 des Leitens des Ausgangslichtstrahls und einen Schritt1510 des Leitens des Empfangslichtstrahls. Im Schritt1505 des Leitens des Ausgangslichtstrahls wird der Ausgangslichtstrahl unter Verwendung des Mikrospektrometer-Lichtauslasses von der Lichtquelle in den Umgebungsbereich der implantierbaren Komponente geleitet. Im Schritt1510 des Leitens des Empfangslichtstrahls wird der Empfangslichtstrahl unter Verwendung des Mikrospektrometer-Lichteinlasses aus dem Umgebungsbereich zu dem Mikrospektrometer-Detektor geleitet. 15 shows a flow chart of amethod 1500 for optical spectroscopy using a heart support system according to an embodiment. Theprocedure 1500 is executable using an embodiment of the heart support system described above and comprises astep 1505 of guiding the output light beam and astep 1510 guiding the received light beam. Instep 1505 In guiding the output light beam, the output light beam is directed from the light source into the surrounding area of the implantable component using the microspectrometer light outlet. Instep 1510 of guiding the received light beam, the received light beam is guided to the microspectrometer detector from the surrounding area using the microspectrometer light inlet.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises an “and / or” link between a first feature and a second feature, this is to be read in such a way that the exemplary embodiment according to one embodiment has both the first feature and the second feature and according to a further embodiment either only that has the first feature or only the second feature.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents listed by the applicant has been generated automatically and is only included for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

• DE 10226305 [0002]DE 10226305 [0002]

Claims (10)

Translated fromGerman

Herzunterstützungssystem (100), das folgende Merkmale aufweist:eine implantierbare Komponente (105), die zumindest eine Pumpeneinheit (115) zum Pumpen eines Blutstroms und eine Leiteinheit (120) zum Leiten des Blutstroms umfasst;einen Mikrospektrometer-Lichtauslass (420), der an der implantierbaren Komponente (105) angeordnet ist und dazu ausgeformt ist, einen Ausgangslichtstrahl (415) von einer Lichtquelle (405) in einen Umgebungsbereich der implantierbaren Komponente (105) zu leiten; undeinen Mikrospektrometer-Lichteinlass (435), der an der implantierbaren Komponente (105) angeordnet ist und dazu ausgeformt ist, einen Empfangslichtstrahl (430) aus dem Umgebungsbereich zu einem Mikrospektrometer-Detektor (410) zu leiten.Cardiac support system (100), which has the following features:an implantable component (105) comprising at least one pump unit (115) for pumping a blood flow and a guide unit (120) for directing the blood flow;a microspectrometer light outlet (420) disposed on the implantable component (105) and configured to direct an output light beam (415) from a light source (405) into a surrounding area of the implantable component (105); anda microspectrometer light inlet (435) which is arranged on the implantable component (105) and is designed to guide a received light beam (430) from the surrounding area to a microspectrometer detector (410).Herzunterstützungssystem (100) gemäßAnspruch 1, mit der Lichtquelle (405) und/oder mit dem Mikrospektrometer-Detektor (410).Cardiac assist system (100) according to Claim 1 , with the light source (405) and / or with the microspectrometer detector (410).Herzunterstützungssystem (100) gemäßAnspruch 2, wobei die Lichtquelle (405) und/oder der Mikrospektrometer-Detektor (410) an der implantierbaren Komponente (105) angeordnet sind.Cardiac assist system (100) according to Claim 2 , wherein the light source (405) and / or the microspectrometer detector (410) are arranged on the implantable component (105).Herzunterstützungssystem (100) gemäßAnspruch 2, mit einer Außenkomponente (110), wobei die Lichtquelle (405) an der Außenkomponente (110) angeordnet ist und über einen Lichtleiter (705) mit dem Mikrospektrometer-Lichtauslass (420) verbunden ist, und/oder wobei der Mikrospektrometer-Detektor (410) an der Außenkomponente (110) angeordnet ist, und über einen Detektionslichtleiter (705') mit dem Mikrospektrometer-Lichteinlass (435) verbunden ist.Cardiac assist system (100) according to Claim 2 , with an outer component (110), the light source (405) being arranged on the outer component (110) and being connected to the microspectrometer light outlet (420) via an optical fiber (705), and / or wherein the microspectrometer detector (410 ) is arranged on the outer component (110), and is connected to the microspectrometer light inlet (435) via a detection light guide (705 ').Herzunterstützungssystem (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Empfangslichtstrahl (430) reflektiertes oder transmittiertes Licht des Ausgangslichtstrahls (415) umfasst.A cardiac assist system (100) according to any one of the preceding claims, wherein the received light beam (430) comprises reflected or transmitted light from the output light beam (415).Herzunterstützungssystem (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Pumpeneinheit (115) einen Laufradbereich (130) aufweist und wobei der Mikrospektrometer-Lichtauslass (420) und/oder der Mikrospektrometer-Lichteinlass (435) an dem Laufradbereich (130) angeordnet sind.Heart support system (100) according to one of the preceding claims, wherein the pump unit (115) has an impeller region (130) and wherein the microspectrometer light outlet (420) and / or the microspectrometer light inlet (435) are arranged on the impeller region (130).Herzunterstützungssystem (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Leiteinheit (120) als eine Kanüle ausgeformt ist und wobei der Mikrospektrometer-Lichtauslass (420) und/oder der Mikrospektrometer-Lichteinlass (435) an der Kanüle angeordnet sind.Cardiac support system (100) according to one of the preceding claims, wherein the guide unit (120) is designed as a cannula and wherein the microspectrometer light outlet (420) and / or the microspectrometer light inlet (435) are arranged on the cannula.Herzunterstützungssystem (100) gemäßAnspruch 7, wobei der Mikrospektrometer-Lichtauslass (420) und der Mikrospektrometer-Lichteinlass (435) an einander gegenüberliegenden Seiten der Kanüle angeordnet sind.Cardiac assist system (100) according to Claim 7 wherein the microspectrometer light outlet (420) and the microspectrometer light inlet (435) are disposed on opposite sides of the cannula.Herzunterstützungssystem (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche mit einer Kopfeinheit (125), wobei die Kopfeinheit (125) eine Sensorbaugruppe umfasst und wobei der Mikrospektrometer-Lichtauslass (420) und/oder der Mikrospektrometer-Lichteinlass (435) an der Kopfeinheit (125) angeordnet sind.A cardiac assist system (100) according to any one of the preceding claims, having a head unit (125), the head unit (125) comprising a sensor assembly and wherein the microspectrometer light outlet (420) and / or the microspectrometer light inlet (435) on the head unit (125) are arranged.Verfahren (1500) zur optischen Spektroskopie unter Verwendung eines Herzunterstützungssystem (100)s gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren (1500) folgende Schritte aufweist:Leiten (1505) des Ausgangslichtstrahls (415) von der Lichtquelle (405) in den Umgebungsbereich der implantierbaren Komponente (105) unter Verwendung des Mikrospektrometer-Lichtauslasses (420); und Leiten (1510) des Empfangslichtstrahls (430) aus dem Umgebungsbereich zu dem Mikrospektrometer-Detektor (410) unter Verwendung des Mikrospektrometer-Lichteinlasses (435).Method (1500) for optical spectroscopy using a cardiac support system (100) according to one of the preceding claims, the method (1500) comprising the following steps:Directing (1505) the output light beam (415) from the light source (405) into the surrounding area of the implantable component (105) using the microspectrometer light outlet (420); andDirecting (1510) the received light beam (430) from the surrounding area to the microspectrometer detector (410) using the microspectrometer light inlet (435).

Images