Устройство управления искусственным сердцем Советский патент 1985 года по МПК A61M1/03 

1

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройсгвам управления протезами сердца.

Цель изобретения - увеличение диапазона производительности путем учета венозного притока.

На чертеже представлена функциональная схема устройства управления искусственным сердцем.

Устройство содержит исполнительные механизмы 1 и 2, соединенные с протезами левого 3 и правого 4 желудочков пневмомагистралями левого 5 и правого 6 каналов, регуляторы 7 и 8 давления, датчики 9 и Ю расхода, датчик 11 давления, измеритель 12 давления (в аорте), измеритель 13 объема (заполнения), задатчики 14 и 15 уровня, блоки 16 и 17 сравнения, поporoBbiii блок 18, интегратор 19, преобразователь 20 напряжение-частота, задатчик 21 длительности фаз и блоки 22 и 23 управления давлением (нагнетания).

Устройство работает следующим образом.

Исполнительные механизмы 1 и 2 подают через пневмомагистрали 5 и 6 левого и правого каналов пневматические импульсы в воздушные камеры i протезов левого 3 и правого 4 желудочков. В нормальных условиях, т.е. при нормальном объеме циркулирующей крови, нормальном тонусе сосудов и достаточной величине возврата веноной крови, частота сдедова1Шя пневмоймпулсов автоматически устанавливается на уровн при котором среднее давление крови в аорте соответствует заданному значению, опредляемому задатчиком 14. Это заданное значение может быть установлено, например, на постоянном уровне, а может определяться какой-либо зависимостью от производительности искусственного сердца. В последнем случае задатчик 14 может быть выполнен в виде функционального преобразователя, реализующего заданную зависимость, соединенного с выходом интегратора 19 (не показано) . Выходное напряжение блока 16, пропорциональное рассогласованию между измеренным и заданным значениями давления, через пороговый блок 18 подается на интегратор 19, выходное напряжение которого ггропррционально необходимому знчению частоты сокращений.

Выходное напряжение интегратора 19 подастся на преобразователь 20 напряжениечастота, выходные импульсы которого определяют частоту следования, а задатчик 21 длительности фаз определяет соотношение тгродолжительности фаз нагнетания и всасывания.

44242

Таким образом, снижение среднего давления крови в аорте по отношению к заданному уровню вызывает появление рассогласования на выходе блока 16, в результате

чего вчходное напряжение интегратора 19 З еличивается и частота следования пневмоимпульсов возрастает. Возрастание частоты следования пневмоимпульсов в свою очередь приводит к увеличению минутного

О объема искусственного сердца и к возрастанию среднего давления крови. Очевидно, что если среднее давление в аорте превыщает заданное значение, то происходит;

уменьщение частоты следовагшя пневмоимпуль

5 сов. Таким образом, среднее давление крови в аорте поддерживается на заданном уровне. Для обеспечения опорожнения протезов желудочков в условиях шменяющейся длительности фазы нагнетания служат блоки 22 и

0 23 управления давлением нагнетания левого и правого каналов. Каждая из зтих схем управляет работой регулятора давления для достижения равенства длительностей заданной и реальной фаз- опорожнен1Ю соответствующе5 го протеза желудочка. При этом зада1шая длительность фазы нагнетания определяется задатчиком 21 длительности фаз, а реальная длительность фазы нагнетания измеряется при помощи датеиков 9 и 10 расхода.

0 Поскольку давление заполнения для обоих каналов устанавливается на постоянном уров. не, то при снижении величины притока венозной крови к протезам желудочков (например, вследствие кровопотери или снижения бонуса сосудов) заполнение протезов желудочков, в течение каждой фазы заполнения будет уменьщаться, в следствие чего автоматическое управление частотой ухсе не обеспечит поддержания заданного среднего уровня давления в аорте. В результате может возникнуть опасный режим работы системы, сопровождающийся чрезмерным увеличением частоты следования и амплитуды пневмоимпульсов. Такой режим работы приводит к повышенной травме крови и сосудов.

Для исключения опасных последствий, связанных со снижением венозного притока, в системе автоматического управления предусмотрен переход к дополнительному режиму работы искусственного сердца, при котором частота сокращений протезов желудочков зависит не от среднего давления в аорте, а от величины венозного притока. Переход происходит при уменьшении объема заполнения левого желудочка до порогового уров5 ня, составляющего, например, 50-60% от полного ударного объема протеза левого желудочка. Объем заполнения измеряется измерителем 13 объема заполнения, например, пу3

тем интегрирования выходио1-о напряжется датчика расхода 9 в течение диастолы. Измеренное значение объема заполнения подается на блок 17 сравнения, где сравнивается с заданным значением объема заполнения, поступающим с задатчика 15 и составляющим, например; 80-90% от полного ударного объема протеза левого желудочка. При увеличейии величины рассогласования на выходе блока 17 сравнения до порогового уровня происходит срабатывание порогового блока 18, вход интегратора 19 отключается от выхода блока 16 сравнения и подключается к выходу блока 17. В этом случае частота сокращений искусственного сердца будет устанавливаться на уровне, обеспечивающем заданный объем заполнения. При этом снижение величины венозного притока будет вызы вать уменьщение частоты сокращений и, следовательно, увеличение продолжительности фазы заполне1шя .(диастолы).

Возрастание вe юзнoгo притока приведет к увеличению частоты сокращений и сокра.щению продолжительности фазы заполнения. В результате, производительность искусствен4424

кого сердца будет изменяться в соответствии с величиной венозного притока.

После восстановления нормальной величины венозного притока (например, в результате с восполнения кровопотери или восстаношления сосудистого тонуса) произойдет обрат гый переход к контролю среднего давления в аорте. Это произойдет при увеличении выходного напряжения интегратора 19, пропорO ционального частоте сокращений до установленного уровня, например до 60-70 уд/мин. В этом случае пороговый блок 18 подключает вход интегратора 19 к выходу блока 16 сравнения, и система работает в основном 5 режиме, при котором частота сокращений изменяется для поддержания заданного давления в аорте.

Таким образом, система автоматического управления искусственным сердцем обеспечивает адекватное кровообращение как при нормальном физиологическом состоянии кровообращения, так и при различных осложнениях, сопровождающихся снижением величины венозного притока.

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ИС.. КУССТВЕННЫМ СЕРДЦЕМ, содержащее два канала управления искусственными желудочками, каждый ий которых содержит последовательно соединенные блок управления давлением и пневматически связанные регулятор давления и исполнительный механизм, преобразователь напряжение-частота, йадатчик длительности фаз, отличающееся тем, что, с целью увеличения диапазона производительности путем учета венозного притока, оно содержит последовательно соединенные датчик давления, измеритель давления, первый блок сравнения, пороговый блок и интегратор, выход которого соединен -с вторым входом порогового блока и входом преобразователя напряжение-частота, и последовательно соединенные первый датчик расхода, выход которого также соед1шен с вторым входом измерителя давления, измеритель объема и второй блок сравнения, выход которого соединен с третьим входом порогового блока, а также два задатчика уровня, выходы которых соеди-нёны с входами блоков сравнения, и второй датчик расхода, пневматически соеди.Ненный с исполнительным механизмом, причем датчик давления и первый датчик расхода последовательно соединены с выходом исполнительного механизма, выход W преобразователя напряжение-частота через задатчик длительности фаз соединен с с входами исполнительных механизмов и блоков управления давлением, а выходы датчи.ков расхода соединены с вторыми входами блоков управления давлением. ;о i4 ю 4ib