Инфузионный насос Советский патент 1985 года по МПК A61M1/10 

Изобретение относится к медицинской технике, преимущественно к аппаратам искусственного кровообращения.

Цель изобретения - повышение скорости выброса крови.

На фиг. 1 изображена блок-схема насоса; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов управления в характерных точках блок-схемы программного устройства, где режиму непрерывного потока соответствует диаграмма I, а режиму пульсирующего потока диаграммы II и III соответственно.

Инфузионный насос содержит задатчик 1 режима расхода жидкости, формирователь 2 фазной последовательности, управляемый источник 3 тока, синхронный многофазный двигатель 4, роликовую головку 5, датчик б скорости вращения двигателя и программный блок 7, содержащий два электронных коммутатора 8 и 9, задатчик 10 режима работы, сумматор 11, задатчик 12 амплитуды пульсации, кардиосинхронизатор 13, устрс.; сгво сравнения 14 и формирователь 15 гмпульсных сигналов.

Задатчик 1 режима расхода жидкости подключен к входу формирователя 2 фазпой ;оследовательности через электронный ком:i-у;агор 8, первый вход которого соединен с выходом сумматора 11, связанного с выходом задатчика 12 амплитуды пульсации., а управляемый вход - с выходом .ча;,атчика 10 режима работы. Вход задатчика 10 режима работы подключен к выходу кардиосинхронизатора 13.

8ы,ход формирователя 2 фазной последовательности соединен с первым входом электpoiiiioro коммутатора 9 и с входом формиров;;теля 15 импульсных сигналов, выход когорого соединен с вторым входом электpo; ii{ ro кол5мутатора 9. Управляемый вход члектронного коммутатора 9 соединен с выходом устройства сравнения 14, второй вход которогп соединен с выходом коммутатора 8, а первый вход - с выходом датчика 6 скорости.

Задатчик 1 режима расхода жидкости предназначен для регулирования количества подаваемой жидкости. Формирователь 2 фазной последовательности предназначен для выработки трехфазного синусоидального напряжения, которое меняется по частоте в зависимости от уровня входного сигнала. Источник 3 тока предназначен для выработки токов согласно поступающим на его вход сигналом.

Электронный коммутатор 8 предназначен для коммутации сигналов по команде задатчика 10 режима работы с задатчика 1 режима расхода жидкости или сумматора 11. Электронный коммутатор 9 предназначен для коммутации сигналов по команде устройства сравнения 14 с формирователя 2 фазной последовательности или формирователя 15 импульсных сигналов. Задатчик 10 режима работы предназначен для

управления коммутатором 8 при автономном режиме работы насоса в условиях полной замены сердца с образованием пульсаций и в кардиосинхронизированном режиме в условиях вспомогательного кровообращения

с подключением кардиосинхронизатора 13 и синхронной с ним работы. Он выполнен на основе генератора прямоугольных импульсов с регулируемой частотой.

Сумматор 11 суммирует сигналы, поступающие с задатчика 12 амплитуды пульсаций и задатчика 1 режима расхода жидкости.

Задатчик 12 амплитуды пульсации предназначен для установки требуемой величины амплитуды пульсации потока жидкости

и выполнен на основе управляемого делителя напряжения, запитанного от источника тока. Датчик 6 скорости вращения двигателя 6 предназначен для выработки электрического сигнала, пропорционального скорости вращения насоса. Формирователь 15 импульсных сигналов предназначен для выработки импульсной фазной последовательности в виде прямоугольных сигналов и выполнен на основе усилителя-ограничителя. Устройство сравнения 14 предназначено

для формирования команд перехода в режим стабилизации скорости в момент равенства заданной и текущей скоростей.

Инфузионный насос работает следующим образом.

В режиме непрерывного потока задат0 чик 10 режима работы в.ыключен, сигнал Ui, вырабатываемый задатчиком 10 режима работы равен нулю (фиг. 2а, 1). В этом случае коммутатор 8 пропускает сигнал U2 (фиг. 26, I) определенного постоянного уровня с задатчика 1 режима

расхода жидкости. Сигнал U2, пройдя коммутатор 8, поступает на вход формирователя 2 фазной последовательности и на второй вход устройства 14 сравнения.

В формирователе 2 фазной последовательности сигнал Us преобразуется в синусоидальный сигнал U4 постоянной амплитуды (фиг. 2д, I), частота, которого зависит от уровня сигнала, а постоянная амплитуда этого сигнала формируется в самом формирователе 2 фазной последовательности.

Сигнал- U4 поступает на первый вход электронного коммутатора 9 и на вход формирователя 15 импульсных сигналов. Одновременно на управляемый вход электронного коммутатора 9 поступает сигнал с

0 устройства сравнения 14, на второй вход которого поступает сигнал Us, пропорциональный скорости вращения двигателя, с датчика 6 скорости вращения двигателя. При равенстве сигналов устройство сравнения подает нулевой сигнал на коммутатор 9, который в этом случае разрешает прохождение сигнала (фиг. 2ж, I) с формирователя 2 фазной последовательности и запрещает прохождение сигнала прямоугольной формы и с формирователя 15 импульсных сигналов. Сигнал Ue поступает на вход источника 3 тока, который создает в обмотках двигателя соответствующие заданию токи. При этом двигатель вращается с постоянной скоростью, задаваемой управляемым источником 3 тока по синусоидальному сигналу

.

в случае, когда двигатель выходит из режима постоянной скорости, например, при увеличении нагрузки сигнал Us, вырабатываемый датчиком скорости б, становится меньще сигнала Us и устройство сравнения 14 подает на электронный коммутатор 9 сигнал, отличный от нуля. Коммутатор 9 закрывается для прохождения сигнала U4 и открывается для сигнала L/7 с формирователя 15 импульсных сигналов. Прямоугольный сигнал Uy по амплитуде и частоте равный синусоидальному сигналу U4 (фиг. 2е, I) является результатом преобразования в формирователе 15 импульсных сигналов синусоидального сигнала U4, поступающего с формирователя 2 фазной последовательности. Сигнал поступает на вход источника 3 тока, который вырабатывает токи прямоугольной формы, питающие обмотки двигателя 4 и вызывающие его форсирование по моменту приложенному к ротору и втягиванию его в синхронизм. Увеличение момента двигателя приводит к увеличению скорости двигателя, которое продолжается до тех пор, пока сигнал Us с датчика 6 скорости не сравняется с сигналом с задатчика 1 режима расхода жидкости, после чего двигатель вращается с постоянной скоростью. При переходе на режим пульсирующего потока оператор включает задатчик 10 режима работы в автономный, либо синхронизированный с кардиосинхронизатором 13 режим. При этом задатчик 10 режима работы вырабатывает сигнал Ui (фиг. 2а, II) прямоугольной формы с периодом to-14, минимальный уровень которого равен О, а максимальный - постоянной величине Ui. Период to-14 задается оператором в зависимости от необходимой величины перфузии, либо определяется сигналом с кардиосинхронизатора.

С момента времени to (начала цикла) до момента Бремени ta, равного половине периода to-14 задатчик 10 режима работы вырабатывает и подает на управляемый вход электронного коммутатора 8 сигнал постоянного уровня Ui. который, поступая на вход электронного коммутатора 8, закрывает его для прохождения сигнала Uz и открывает для прохождения сигнала с сумматора II. Последний, суммируя сигналы U2 с задатчика режима расхода жидкости 1 и Us (фиг. 2в, II) с задатчика 12 амплитуды пульсации, вырабатывает сигнал U9 U2+U8 (фиг. 2г, II). Сигнал через электронный коммутатор 8 поступает на второй вход устройства сравнения 14 и на вход формирователя 12 фазной последовательности, где преобразуется в синусоидальный сигнал U4. частота которого увеличивается по сравнению с частотой его при непрерывном потоке за счет увеличения уровня сигнала Ug. Увеличение уровня сигнала Ug до уровня Uz+Ug (равного U2 до момента to) (фиг. 2г,1) приводит к увеличению частоты сигнала U4 с формирователя 2 фазной последовательности (фиг. 2, II} Синусоидальный сигнал U4 поступает на первый вход электронного коммутатора 9 и на вход формирователя 15 фазной последовательности, где преобразуется по форме в прямоугольный сигнал U той же амплитуды и частоты, что и синусоидальный сигнал U4 (фиг. 2е, II). Так как опорный сигнал U3 U9 U2+U8 на устройстве сравнения 14 в момент to не равен сигналу Us, поступающему с датчика скорости 6, то устройство сравнения 14 подает на электронный коммутатор 9 сигнал, отличный от нуля, и коммутатор 9 открывается для прохождения сигнала прямоугольной формы . Повыщенная частота прямоугольного сигнала Ue (фиг. 2ж, II), поступающего на вход управляемого источника тока 3, приводит к увеличению частоты токов, питающих обмотки двигателя 4, и изменению синусоидальной последовательности этих токов на прямоугольную последовательность на время переходного процесса to-ti (фиг. 2ж и 2з, II). Увеличение частоты токов, питающих двигатель 4, приводит к увеличению момента, действующего на ротор двигателя. Скорость вращения ротора начинает постоянно увеличиваться. Прямоугольная форма токов, питающих обмотки двигателя 4 и подаваемых в момент to, вызывает дополнительную форсировку двигателя и, следовательно, уменьшение времени переходного процесса (to- ti), за которое двигатель 4 приводит к увеличению сигнала Us с датчика скорости 6. В момент времени t|, когда двигатель достигнет заданной скорости, сигнал Us становится равным U3 U2+U8. Устройство сравнения 14 подает нулевой сигнал на коммутатор 9, который запирается для прохождения сигнала U с формирователя 15 импульсных сигналов и открывается для прохождения синусоидального сигнала U4 с формирователя фазной последовательности 2, так как двигатель достигает необходимой скорости и дальнейшая необходимость в форсировании его отпадает. Так как частота синусоидального сигнала U4 равна частоте прямоугольного сигнала U, то скорость двигателя не меняется и он вращается с достигнутой постоянной скоростью до момента t2, когда сигнал Ui с задатчика 10 режима работы станет равным 0. в этот момент электронный коммутатор 8 открывается для прохождения сигнала U2 с задатчика 1 режима расхода жидкости и закрывается для прохождения сигнала Ug с сумматора 11. Скачкообразное уменьшение уровня сигнала Ug до Us (фиг. 2г, 111) приводит к скачкообразному уменьшению частоты синусоидального сигнала U4 (фиг. 2, III), вырабатываемого формирователем 2 фазной последовательности, и уменьшению частоты сигналов прямоугольной формы Uy, вырабатываемых формирователем 15 импульсных сигналов (фиг. 2е, III), соответственно. В этот момент времени ts сигнал на устройства сравнения 14 не равен сигналу Us с датчика скорости 6 и устройство сравнения 14 подает сигнал, отличный от нуля на коммутатор 9, который открывается для прохождения сигнала прямоугольной формы с формирователя 15 импульсных сигналов той частоты, что и сигнал U4. Скачкообразное уменьшение частоты сигнала Ue вызывает постоянное уменьшение частоты токов, вырабатываемых в источнике тока 3 и питающих обмотки двигателя 4, который начинает тормозиться. Время торможения двигателя (время переходного процесса) уменьшается в сравнении с прототипом за счет введения в момент времени t g прямоугольной импульсной последовательности . Уменьшение скорости вращения двигателя приводит к уменьшению сигнала Us, поступающего на второй вход устройства сравнения 14. В момент времени ta окончания переходного процесса, когда Us становится равным Us (фиг. 2з, III), устройство сравнения 14 подает нулевой сигнал на электронный коммутатор 9, который открывается для прохождения синусоидального сигнала U4 пониженной частоты, определяемой уровнем U2 с задатчика 1 режима расхода жидкости. Форсировка двигателя прекращается и двигатель вращается с постоянной скоростью до момента t4 - начала нового периода сигнала U|. Далее процесс повторяется. Таким образом, предлагаемый инфузионный насос позволяет увеличить быстродействие двигателя по сравнению с инфузионным насосом, принятым за прототип, что повышает скорость выброса крови. Проведенные испытания изготовленного макета насоса показали, что быстродействие двигателя в переходных режимах увеличивается в 2-2,5 раза, что повышает скорость выброса крови и обеспечивает возможность работы насоса в пульсирующем режиме, адекватно работе сердца и стабилизации работы двигателя в периоды постоянного потока жидкости.

г

Ui

U2

Ua

из

иг

ж

Ж

If/5

i/yi

iJe ж о

(/5

ИНФУЗИОННЫЙ НАСОС, содержащий задатчик режима расхода жидкости, формирователь фазной последовательности, синхронный многофазный двигатель, подключенный к управляемому источнику тока и механически связанный с роликовой головкой, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости выброса крови, инфузионный насос дополнительно снабжен датчиком скорости вращения двигателя и программным блоком, содержащим задатчик режима работы, задатчик амплитуды пульса7 ции, сумматор, два коммутатора, формирователь импульсных сигналов, устройство сравнения и кардиосинхронизатор, причем выход задатчика режима расхода жидкости подключен к первому входу сумматора и второму входу первого коммутатора, первый вход которого соединен с выходом сумматора, второй вход сумматора подключен к выходу задатчика амплитуды пульсации, выход задатчика режима работы, управляемой кардиосинхронизатором, подключен к управляемому входу первого коммутатора, выход которого соединен с входом формирователя фазной последовательности и вторым входом устройства сравнения, первый вход которого подключен к датчику скорости, выход формирователя фазной последовательности s подключен к первому входу и через формирователь импульсных сигналов - к вто(Л рому входу второго коммутатора, управляемый вход которого соединен с выходом устройства сравнения, выход второго коммутатора подключен к управляемому источнику тока. сд 4:: СО N9