ИСКУССТВЕННОЕ СЕРДЦЕ Российский патент 2010 года по МПК A61M1/12 

Предлагаемое изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для перекачивания крови, а частности к имплантируемым искусственным сердцам.

Известны различные модели искусственного сердца, которые отличаются устройством приводов, перекачивающих кровь.

В качестве приводов используют насосы, например роликовые насосы (Де Вакеу), пальчиковые (тип Siqmamotor), пневматические, а также электромеханические и электромагнитные приводы.

Все они не могут быть имплантированы из-за больших размеров и применяются как аппараты искусственного кровообращения для временного выключения сердца.

Известный искусственный желудочек сердца содержит корпус, в котором размещена рабочая камера для крови и электромеханический привод, причем камера для крови отделена диафрагмой, жестко закрепленной в корпусе и соединенной с преобразователем перемещения в виде упругих элементов, включающих тяги и пружины сжатия, и снабжена входным и выходным клапанами, а электромеханический привод содержит неподвижно установленный в корпусе статор и перемещаемый в осевом направлении подпружиненный ротор (см. патент РФ №2061503, кл. А61М 1/10, 2001).

Известное устройство имеет уменьшенные габариты и может быть использовано как искусственное сердце. Однако известное устройство обладает недостатками:

- сложность устройства;

- необходимость электромеханического привода, сложного по конструкции и громоздкого по своим габаритам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является искусственное сердце, содержащее камеры для крови в виде баллона, размещенные в его концах входной и выходной клапаны, нажимные элементы и соединенный с ними электромагнитный привод (см патент РФ 2007191, кл. А61М 1/10, 1998 г.).

Недостатками известной конструкции являются:

- прекращение притока крови к искусственному сердцу в момент опорожнения камер, что является нефизиологичным, так как в естественном сердце при опорожнении желудочков сердца кровь продолжает притекать в сердце в камеры предсердия (природное сердце работает как насос с постоянным притоком, но с импульсным выбросом);

- для последующего заполнения камер искусственного сердца необходим возврат прижимных пластин в исходное положение, что требует дополнительных затрат энергии;

- значительные габариты конструкции затрудняют ее использование в качестве полностью вживляемого (имплантируемого) сердца вместо полностью удаленного собственного сердца пациента;

- нет возможности использования известной конструкции как вспомогательного полностью вживляемого сердца. В этом случае собственное сердце остается в организме, а для вспомогательного (искусственного) сердца требуется дополнительное место для размещения.

Задачами, решаемыми предлагаемым изобретением, является следующее: создать искусственное сердце, которое позволяет иметь постоянный приток крови при опорожнении желудочков сердца в камеры предсердия, а также снизить энергозатраты во время работы и значительно уменьшить его габариты.

Технический результат в предлагаемом изобретении достигают созданием искусственного сердца, содержащего камеры для крови в виде баллона, размещенные в его концах входной и выходной клапаны, нажимные элементы и соединенный с ними электромагнитный привод, в котором, согласно изобретению, каждый нажимной элемент выполнен в виде основания и двух конусообразных воронок, размещенных на одной оси, причем одна из воронок установлена между основанием и второй воронкой, которые закреплены на оси неподвижно, с возможностью вращения относительно оси, при этом основание выполнено из немагнитного материала и снабжено двумя отверстиями, предназначенными для вывода концов баллона с расположенными в них входным и выходным клапанами, а на наружной стороне второй воронки равномерно расположены постоянные магниты с обмотками электромагнитного привода, причем баллон расположен на основании и имеет контакт со второй воронкой.

Выполнение основания нажимного элемента плоским позволяет, в случае использования одной части (желудочка) искусственного сердца как вспомогательного вживляемого желудочка, уменьшить его размеры.

Выполнение основания нажимного элемента в виде конусообразной воронки, вершины конусов данной воронки и второй воронки обращены друг к другу, позволяет увеличить объемы камер искусственного сердца и обеспечить удобства выводов сосудов из левой и правой частей, при этом их анатомическое расположение соответствует расположению в природном сердце.

Армирование поверхностей баллона, соприкасающихся с основанием и вращающейся воронкой, и наличие наклона армированного слоя соответствующего наклону поверхностей основания и вращающейся воронки позволяет уменьшить коэффициент трения и увеличить срок службы камеры.

Снабжение устройства датчиком окончания цикла систолы, установленным или на втором конусе или на основании, обеспечивает циклическую работу искусственного сердца, приближая ее к естественному циклу.

Предлагаемое изобретение может использоваться в нескольких направлениях во вживленном (имплантируемом) состоянии:

1) полная замена собственного сердца пациента,

2) использование как вспомогательного желудочка при частичном заболевании собственного сердца пациента,

3) использование как дополнительного искусственного сердца для стимуляции регенерации собственного сердца пациента.

Сущность предлагаемого искусственного сердца поясняется нижеследующим описанием устройства и чертежами, где

на фиг.1 схематично изображено искусственное сердце в разрезе, причем левая половина изображена в стадии начала систолы, а правая - в середине систолы;

на фиг.2 показан поперечный разрез одной камеры (желудочка) по плоскости входного и выходного каналов баллона с клапанами;

на фиг.3 показан поперечный разрез одной камеры (желудочка) в плоскости, перпендикулярной фиг.2.

Искусственное сердце состоит из двух одинаковых половин (искусственных желудочков), размещенных в корпусе 1 с оболочкой 2, выполненной из биологически нейтрального материала.

Каждая половина содержит камеру для крови в виде баллона 3, размещенные в его концах входной 4 и выходной 5 клапаны, нажимной элемент и соединенный с ним электромагнитный привод.

Каждый нажимной элемент выполнен в виде основания 6 и двух конусообразных воронок, размещенных на одной оси, причем одна из воронок 7 установлена между основанием 6 и второй воронкой 8, которые закреплены на оси неподвижно, с возможностью вращения относительно оси.

В зависимости от технологических возможностей и технических задач основание 6 может быть выполнено плоским или в виде конусообразной воронки, причем вершины конусов данной воронки и второй воронки 8 обращены друг к другу. Основание 6 выполнено из немагнитного материала и снабжено двумя отверстиями 9 и 10, предназначенными для вывода концов баллона с расположенными в них входным 4 и выходным 5 клапанами.

На наружной стороне второй воронки 8 равномерно расположены постоянные магниты 11 с обмотками 12 электромагнитного привода.

Баллон 3 расположен на основании 6 и имеет контакт с воронкой 7, которая выполнена из магнитного материала. Поверхности баллона, соприкасающиеся с основанием и воронкой 7, армированы, причем армированный слой 13 имеет наклон, соответствующий наклону поверхностей основания 6 и воронки 7.

Внутри воронок 8 размещены соответственно блоки управления и вспомогательного питания (не показаны), которые в течение систолы последовательно подают ток в обмотки 12 электромагнитного привода.

Основное питание электромагнитный привод и блоки управления получают от отдельного источника питания по кабелю (не показано)

Устройство может иметь датчики конца цикла систолы 14, которые могут быть установлены (в зависимости от технологических возможностей) или на неподвижной воронке 8 или на основании 6.

Искусственное сердце работает следующим образом.

В начале систолы подвижная воронка 7 находится в положении, как указано на фиг.2, т.е. постоянные магниты 11, расположенные в нижней части воронки 8, притягивают к себе нижнюю часть подвижной воронки 7.

Из-за конусообразной формы армированных частей баллона 3, находящегося между воронкой 7 и неподвижным основанием 6, баллон 3 заполнен кровью, поступающей из венозных сосудов в камеру через ее вход и входной клапан 4.

Во время систолы блок управления (не показан) формирует последовательность импульсов тока на обмотки 12 электромагнитного привода от предыдущей обмотки к следующей обмотке постоянных магнитов 11, расположенных равномерно на наружной поверхности воронки 8.

Если воронка 7 находится в положении, притянутом к какому-либо магниту, то при поступлении импульса тока в обмотку ближайшего к нему магнита за счет дополнительного подмагничивания, образуемого этим импульсным током, сила притяжения этого магнита, действующая на воронку 7, оказывается выше силы притяжения предыдущего магнита и воронка 7 будет притянута к этому магниту.

При поступлении импульсов тока к следующему магниту весь цикл перемещения повторяется.

Таким образом, вся воронка 7 совершает круговые движения, как бы перекатывается по поверхности неподвижной воронки 8.

В то же время диаметрально противоположная часть воронки 7 надавливает на баллон 3, сдавливая его к основанию 6,

При вращении воронки 7 порция крови, находящаяся в баллоне 3 перед направлением движения воронки, выталкивается на выход баллона 3 через выходной клапан 5.

Одновременно с выталкиванием крови за счет естественного притока крови и остаточного давления на входе камеры, а также за счет дополнительного усилия, развиваемого армированным слоем 13 баллона 3, происходит наполнение баллона для последующей систолы.

Окончание систолы фиксируют датчиком 14, например, герконовым или светодиодным, по сигналу которого в заданное время начинается следующий систолический цикл аналогично описанному выше.

Обе половины искусственного сердца (фиг.1) работают одинаково и синхронно.

Был разработан объемно-габаритный макет предлагаемого искусственного сердца.

Проведены тонографоанатомические исследования образца, показавшие его полное соответствие объемно-габаритным размерам человеческого сердца.

В отличие от существующих имплантируемых конструкций искусственного сердца, в данной конструкции система управления и контроля и источник энергии, требуемой для питания конструкции, непосредственно размещены в конструкции.

В известных конструкциях имплантируемых искусственных сердец эти блоки также размещены в теле пациента, но отдельно от конструкции, что приводит к изменению тех органов и тканей, в которые они вживлены.

Изобретение относится к медицинской технике. Искусственное сердце включает камеры для крови в виде баллона, входной и выходной клапаны, нажимные элементы и электромагнитный привод. Каждый нажимной элемент выполнен в виде основания и двух конусообразных воронок, размещенных на одной оси, причем одна из воронок установлена между основанием и второй воронкой, которые закреплены на оси неподвижно, с возможностью вращения относительно оси. Основание выполнено из немагнитного материала и снабжено двумя отверстиями для вывода концов баллона с расположенными в них входным и выходным клапанами. На наружной стороне второй воронки равномерно расположены постоянные магниты с обмотками электромагнитного привода. Баллон расположен на основании и имеет контакт со второй воронкой. Технический результат заключается в обеспечении постоянного притока крови в камеру предсердия, снижении энергозатрат на работу и габаритов. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Искусственное сердце, содержащее камеры для крови в виде баллона, размещенные в его концах входной и выходной клапаны, нажимные элементы и соединенный с ними электромагнитный привод, отличающееся тем, что каждый нажимной элемент выполнен в виде основания и двух конусообразных воронок, размещенных на одной оси, причем одна из воронок установлена между основанием и второй воронкой, которые закреплены на оси неподвижно, с возможностью вращения относительно оси, при этом основание выполнено из немагнитного материала и снабжено двумя отверстиями, предназначенными для вывода концов баллона с расположенными в них входным и выходным клапанами, а на наружной стороне второй воронки равномерно расположены постоянные магниты с обмотками электромагнитного привода, причем баллон расположен на основании и имеет контакт со второй воронкой.

2. Искусственное сердце по п.1, отличающееся тем, что основание нажимного элемента выполнено плоским.

3. Искусственное сердце по п.1, отличающееся тем, что основание нажимного элемента выполнено в виде конусообразной воронки, причем вершины конусов данной воронки и второй воронки обращены друг к другу.

4. Искусственное сердце по п.1, отличающееся тем, что поверхности баллона, соприкасающиеся с основанием и вращающейся воронкой, армированы, причем армированный слой имеет наклон, соответствующий наклону поверхностей основания и вращающейся воронки.

5. Искусственное сердце по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком окончания цикла систолы, установленном или на второй воронке, или на основании.