Аппарат вспомогательного кровообращения Советский патент 1987 года по МПК A61M1/10 

Изобретение относится к медицинской технике, преимущественно к апнаратам всно- могательного кровообращения для контрпульсации внутриаортальным насосом - баллончиком.

Цель изобретения - увеличение долговечности гибкого баллона путем снижения нагрузки на баллон в сомкнутом состоянии. На фиг. 1 представлена блок-с.хема предлагаемого аппарата вспомогательного кровообращения; на фиг. 2 - устройство регу- лятора низкого давления; на фиг. 3 - блок- схема блока управления.

Аппарат вспомогательного кровообращения содержит компрессор 1,ресивер 2 вакуума, ресивер 3 высокого давления, катетер 4, гибкий баллон 5, распределительное устройство 6, блок 7 управления, ресивер 8 рабочего давления, регулятор 9 рабочего давления, источник 10 сжатого газа, одно- мембранный элемент 11, снабженный соплом 12 глухой камеры 13, проточной каме- рой 14 и мембраной 15, электропневмокла- пан 16, регулятор 17 вакуума, электропнев- моклапаны 18 и 19, регулируемое пневмо- сопротивление 20, сигнализатор 21 вакуума, устройство 22 для сброса избытка газа системы 23 сигнализации с пневматическими. выходами 24-27 и электрическими выходами 28 и 29, распределитель 30, формирователь 31 импульсов, датчик 32 расхода, регулятор 33 низкого давления, ресивер 34 низкого давления.

Формирователь 31 импульсов содержит усилитель -35 мощности, триггер 36, измеритель 37 расхода, пороговый элемент 38, дифференциатор 39 и инвертор 40.

Регулятор 33 низкого давления имеет электрический вход 41, пневматические входы 42-44, выход 45 и содержит корпус 46, мембранные блоки 47 и 48, проточные камеры 49 и 50, глухую камеру 51, сопла 52 и 53, задатчик 54 давления, электропневмокла- пан 55.

Блок 7 управления содержит усилитель 56 биопотенциалов, формирователь 57 синхроимпульсов, измеритель 58 длительности кар- диоцикла, формирователи 59 и 60 начала и конца фазы нагнетания гибкого баллона 5, дизъюнктор 61, О-триггер 62, усилитель 63 мощности, блок 64 сигнализации с лампоч- ками 65 и 66, триггер 67 блокировки, переключатель 68 режимов с полюсами 69-72, имеющий три позиции 73-75.

Формирователь 31 импульсов формирует импульсы начала фазы раздутия баллона 5.

Баллон 5, ресиверы 2, 3, 8 и 34, а также компрессор 1 образуют пневмосистему аппарата.

С помощью регуляторов 9, 17 и 33 рабочего давления, вакуума и низкого давления устанавливаются соответственно давление в баллоне 5 в конце фазы раздутия, необходимая скорость спадения баллона 5 (в идеальном случае скорость спадения балло

5

o

0 5

д 5

55

на 5 должна равняться скорости систолического выброса крови из левого желудочка сердца) и давление в баллоне 5 в сомкнутом состоянии. Давление в баллоне 5 в раздутом (предельном) состоянии равно давлению на выходе регулятора 9 и определяется из выражения

Рр9 (1-1,05)Рд.«ахс,

где Pfg - давление на выходе регулятора 9| лакс.- максимальное диастолическое давление в аорте при контрпульсации.

Давление в баллоне 5 в сомкнутом состоянии равно давлению на входе 42 регулятора 33 и определяется из выражения

/рзз в.,лакс.(60-80 мм рт. ст.),

где .3 - давление на входе 42 регулятора 33;

с. накс.- максимальное систолическое давление в аорте при контрпульсации.

Формирователь 31 импульсов формирует прямоугольный электрический импульс, длительность которого определяется из следующего выражения:

фЗ 1 с сл

где Lf3 - длительность импульса формирователя 31;

tc - длительность систолы; ten - время спадения баллона 5 до сомкнутого состояния,

при этом : 4л ГД6 /ся - продолжительность сомкнутого состояния баллона 5.

Проводимость пневмосопротивления 20 выбирается из расчета обеспечения расхода газа через него, превыщающего утечку газа из пневмосистемы в процессе контрпульсации, например, за счет газопроницаемости материала баллона 5.

Аппарат вспомогательного кровообращения работает следующим образом.

Перед началом вспомогательного кровообращения удаляется воздух из пневмосистемы. Полюсы 69-72 переключателя 68 режимов устанавливают в позицию 73. В этом положении полюсов электропневмоклапа- ны 16, 18 и 55 и S-вход триггера блока 67 подключаются к источнику напряжения, а сигнализатор 21 - к лампочке 66 блока 64. При этом триггер 67 устанавливается в «1, а триггер 62 - в «О, и распределительное устройство 6 обесточивается. Электропнев- моклапан 16 переключается в положение, соответствующее отключению сопла 12 и глухой камеры 13 элемента 11 от ресивера 8, электропневмоклапан 18 переключается в положение, соответствующее подключению компрессора 1 к атмосфере (ресивер 3 при этом от ко.мпрессора 1 отключается), а электропневмоклапан 55 переключается в положение, соответствующее соединению входа 42 и выхода 45 регулятора 33. Распределительное устройство 6 в этот отрезок времени находится в положении, показанном на фиг. 1. Воздух из баллона 5, ресиверов 3, 8 и 34 компрессором 1 откачивается в ресивер 2 и через электропневмоклапан 18 в атмосферу (через распределительное устройство 6 и регулятор 33). Удаление воздуха из пневмосистемы осуществляется до остаточного давлени-я в ней, равного 0,05- 0,1 кгс/см величина которого измеряется сигнализатором вакуума 21. При остаточном давлении в пневмосистеме, равном 0,05- 0,1 кгс/см, замыкаются контакты сигнализатора 21 вакуума и на блоке 64 сигнализации загорается лампочка 66, что свидетельствует об окончании удаления воздуха из пневмосистемы.

Для заполнения пневмосистемы газом полюсы 69-72 переключаются в позицию 74. В этом положении полюсов электропневмоклапан 19 и / -вход триггера 67 подключаются к источнику напряжения, а выход 28 и С-вход триггера 67 - к первому входу блока 64, на котором появляется соответствующий сигнал, например загорается лампочка 66. При этом триггер 67 устанавливается в «О, причем пока на выходе триггера блока 67 существует «О на выходе триггера 62 - синхроимпульсы.

В результате происходит переключение электропневмоклапанов 16, 18 и 55 в положения, показанные на фиг. 1, а на распределительное устройство 6 поступают управляющие синхроимпульсы: распределительное устройство 6 в систоле подключает баллон 5 к ресиверу 2, ресивер 8 при этом подключается к ресиверу 3, а в диастоле подсоединяется баллон 5 к ресиверу 8, ресиверы 2 и 3 при этом отключаются соответственно от баллона 5 и ресивера 8.

В это же время блок управления 7 выдает сигнал на переключение электропневмокла- пана 19 в положение, соответствующее подключению выхода регулятора 9 к проточной камере 14 элемента 11. Начинается заполнение пневмосистемы аппарата газом, которое осуществляется регулятором 9.

В начальный момент заполнения давление в проточной камере 14 элемента 1 1 в систоле и диастоле больще давления в его глухой камере 13 (давление в ресиверах 3 и 8 меньше давления настройки регулятора 9 и равно остаточному давлению в пневмосистеме). Мембрана 15 элемента 11 перемещается в сторону меньшего давления, и его сопло 12 открывается. В систоле распределительное устройство 6 находится в положении, показанном на чертеже, и выход регулятора 9 в течение этого отрезка времени подключается через электропневмоклапан 19, проточную камеру 14 и сопло 12 элемента 11 и электропневмоклапан 16 к ресиверу 8 и через распределительное устройство 6 - к ресиверу 3. Происходит заполнение ресиверов 3 и 8 и глухой камеры 13 газом до давления, не превышающего давления настройки регулятора 9 (пропускная способность сопла 12 элемента 11 не обеспечивает заполнения суммарной емкости ресиверов 3 и 8 и глухой камеры 13 до давления настройки регулятора 9 в течение сист олы). Баллон 5 в это время подключается через распределительное устройство 6 к ресиверу 2.

В диастоле распределительное устройство 6 переключается и отключает баллон 5

0 от ресивера 2, а ресивер 3 от ресивера 8, подсоединяя последний к баллону 5, и газ из ресивера 8 перетекает в баллон 5. Давление в баллоне 5 повышается, а в ресивере 8 и глухой камере 13 понижается и в конце переходного процесса наполнения баллона 5

5 газом давление в них выравнивается, баллон 5 раздувается, если давление в нем выще аортального (длительность переходного процесса наполнения меньше длительности диастолы). Выход регулятора 9 в это

Q время подсоединяется через электропневмоклапан 19, проточную камеру 14, сопло 12 и электропневмоклапан 16 к ресиверу 8 и глухой камере 13 и через распределительное устройство 6 - к баллону 5 и происходит их заполнение до давления, не превышаю5 щего давление настройки регулятора 9 (пропускная способность сопла 12 не обеспечивает заполнения суммарной емкости ресивера 8, глухой камеры 13 и баллона 5 до давления настройки регулятора 9 за время диастолы).

0В это же время компрессор 1 перекачивает газ из ресивера 2 в ресивер 3, повы1пая уровень давления в последнем. Одновременно в начале диастолы формирователь 59 начала нагнетания выдает на S-вход триггера 36 сигнал, фазированный по переднему

фронту импульса фазы наполнения баллона 5, и на выходе формирователя 31 формируется управляюп1ий импульс, устанавливающий распределитель 30 в положение, показанное на фиг. 1.

„ В следующей систоле распределительное устройство 6 переключается и баллон 5 подключается к ресиверу 2. а ресивер 3 подсоединяется к ресиверу 8, происходит опорожнение баллона 5 и наполнение ресивера 8 (давление в ресиверах 3 и 8 в конце пере5 ходного процесса наполнения выравнивается). Газ из балона 5 перетекает в ресивер 2. Давление в баллоне 5 понижается и в конце переходного процесса опорожнения баллона 5 давление в баллоне 5 и ресивере 2 выравнивается. Баллон 5 складывается. Одно0 временно .на выходе формирователя 31 формируется управляющий импульс, переключающий распределитель 30, и баллон 5 подключается к ресиверу 34. Газ из ресивера 3 через сопло 53 и проточную камер 50 регулятора 33, ресивер 34, распределитель 30

5 и распределительное устройство 6 натекает в баллон 5. Давление в нем повышается до давления настройки задатчика 54. При

случайном повышении давления в этот момент времени в баллоне 5 сопло 53 закрывается, а сопло 52 открывается. Происходит сброс излишка газа из баллона 5 через сопло 52 в ресивер 2 до давления настройки задатчика 54. Одновременно компрессор 1 перекачивает газ из ресивера 2 в ресивер 3, повышая давление в последнем.

В диастоле распределительное устройство 6 и распределитель 30 переключаются, и цикл заполнения повторяется.

В процессе заполнения давление в ресивере 3 повышается от цикла к циклу, а давление в ресивере 8 и глухой камере 13 пульсирует между давлениями в ресивере 3 и в систоле и настройки регулятора 9 в диастоле. При этом давление в баллоне 5 пульсирует между давлениями в ресиверах 2 и 34 в систоле (баллон 5 складывается и находится в сомкнутом положении) и давлением настройки регулятора 9 (баллон 5 раздувается, если давление в нем выше аортального). При давлении в ресиверах 3 и 8 и глухой камере 13 в систо;1е (распределительное устройство 6 находится в положении, показанном на фиг. 1) большем давления настройки регулятора 9 мембрана 15 перекрывает сопло 12 одномембранного элемента 11, отключая регулятор 9 от ресивера 8. Заполнение пневмосистемы газом в этот момент времени прекрашается. Однако давление в ресиверах 3 и 8 в систоле продолжает расти, так как газ из баллона 5 в этот момент бремени через распределительное устройство б перетекает в ресивер 2, а компрессор 1 перекачивает газ из ресивера 2 в ресивер 3. В диастоле распределительное устройство 6 переключается и сообщает ресивер 8 с баллоном 5.

Давление в баллоне 5 повышается, а в ресивере 8 и глухой камере 13 понижается и в конце переходного процесса наполнения баллона 5 газом давление в них выравнивается. Давление в проточной камере 14 в этот отрезок времени больше давления в глухой камере 13. Мембрана 15 переме- ш.ается и открывает сопло 12, сообщая регулятор 9 с ресивером 8 и баллоном 5; происходит заполнение ресивера 8, глухой камеры 13 и баллона 5 до давления, не превышающего давление настройки регулятора 9 (баллон 5 раздувается, если давление в нем выше аортального). Одновременно компрессор 1 откачивает газ из ресивера 2 в ресивер 3, повышая уровень давления в последнем над предыдущим.

В систоле распределительное устройство 6 переключается и цикл заполнения повторяется.

В процессе заполнения минимальное зн-а- чение давления в ресивере 8 (величина давления в нем в конце переходного процесса наполнения баллона 5), глухой камере 13 и баллоне 5 в диастоле возрастает от цикла

к циклу и стремится к давлению настройки регулятора 9, а давление в ресивере 3 возрастает до максимального значения, превышающего давление настройки регулятора 9. При минимальном значении давления в ресивере 8, равном давлению срабатывания системы 23 сигнализации, с выхода 28 поступает напряжение на блок 64 сигнализации, загорается лампочка 66, свидетельствующая об окончании начальной фазы заполнения пневмосистемы газом. Одновременно блок управления 7 выдает команду на переключение электропневмоклапана 19 в положение, показанное на фиг. 1. Конечная фаза заполнения пневмосистемы газом осуществляется через пневмосопротивление 20.

5 В диастоле ресивер 8 подключается к баллону 5. Газ из ресивера 8 перетекает в баллон 5. Давление в баллоне 5 повышается, а давление в ресивере 8 понижается и в конце переходного процесса наполнения балQ лона 5 давление в них выравнивается (длительность переходного процесса наполнения меньше длительности диастолы). Выход регулятора 9 в это время подсоединяется через пневмосопротивление 20, проточную камеру 14, сопло 12 и электропневмоклапан 16

5 к ресиверу 8, глухой камере 13 и баллону 5 - происходит их заполнение газом д.о давления не превышаюи:,его давления настройки регулятора 9, причем скорость заполнения пропорциональна проводимости пневмосопро- тивления 20 (баллон 5 раздувается). Одно0 временно в начале диастолы формирователь 59 блока управления 7 выдает на S-вход триггера 36 сигнал, фазированный по переднему фронту импульса фазы наполнения баллона 5, и на выходе формирователя 31 формируется управляющий импульс, уста5 навливающий распределитель 30 в положение, показанное на фиг. 1. В систоле ресивер 3 подключается к ресиверу 8 и глухой камере 13, а баллон 5 подсоединяется к ресиверу 2 - происходит наполнение ресивеQ ра 8 и глухой ка.меры 13 до давления в ресивере 3, а баллон 5 опорожняется в ресивер 2 до давления в ресивере 2. В конце переходного процесса опорожнения баллона 5 на выходе формирователя 31 формируется управляющий импульс, переключаю5 щий распределитель 30, и баллон 5 подключается к ресиверу 34 - давление в них выравнивается. Одновременно повышается давление в глухой камере 13 и мембрана 15 перекрывает сопло 12, отключая регулятор 9 от ресивера 8. В диасто.ле ресивер 8 подклю0 чается к баллону 5, и цикл конечной фазы заполнения повторяется.

При заполнении ресивера 8, глухой камеры 13 и баллона 5 в диастоле через пнев.мо- сопротивление 20 до давления настройки регулятора 9 заполнение пневмосистемы аппарата газом прекращается (сопло 12 в конце диастолы открыто, но отсутствует расход газа через регулятор 9 и пневмосо5

7

противление 20, так как отсутствует перепад давления между ними и ресивером 8). Таким образом, регулятор 9 оказывается подключенным в конце переходного процесса наполнения баллона 5 в диастоле к ресиверу 8 и через распределительное устройство 6 подсоединенным к баллону 5, а в систоле - отключенным. При незначительном уменьшении минимального значения давления в ресивере 8 в конце переходного процесса наполнения баллона 5 в диастоле (давление в ресивере 3 меньше необходимого), например, из-за газопроницаемости материала камеры баллона 5, катетера 4, появляется перепад давления между регулятором 9, ресивером 8 и баллоном 5. Через пневмосо- противление 20 и открытое сопло 12 протекает необходимый расход газа и давление в ресивере 8 и баллоне 5 повышается до давления настройки регулятора 9.

Давление в ресивере 3 в этот момент времени равно значению, определяемому выражением

р ( Vp8+ Voi + Vss )-Рар9- Kui -Яог34

up. i 77

Vp8

где Papft, Рарз И Pup,34 - соответственНО абсолютные значения давлений настройки регулятора 9 и в ресиверах 3 и 34;

Vp8, Упл и Vss - соответственно объемы ресивера 8, пнев- молинии между распределительным устройством 6 и баллона 5

и при соответствующем выборе объема ресивера 8 может в несколько раз превышать давление настройки регулятора 9.

Таким образом, начальная фаза наполнения баллона 5 газом в диастоле происходит при высоком давлении в ресивере 8, а в конце переходного процесса }1аполнения давление в баллоне 5 и ресивере 8 выравнивается до давления настройки регулятора 9.

Баллон 5 быстро раздувается, причем время его раздутия значительно меньше диастолы. В систоле же баллон 5 подключается вначале к ресиверу 2, а в конце переходного процесса опорожняется - к ресиверу 34, чем обеспечивается быстрое сложение баллона 5 и работа его в пределах упругих деформаций.

В процессе контрпульсации минимальное значение давления в ресивере 8 в конце переходного процесса наполнения баллона 5 в диастоле может превысить давление на8

стройки регулятора 9, например из-за дополнительного подсоса воздуха из атмосферы. При повышении .минимального значения давления в ресивере 8 до давления срабатывания системы 23 сигнализации с выхо- да 29 поступает напряжение источника питания и загорается лампочка 65, что свидетельствует об избытке газа в пневмосистеме. Одновременно срабатывает устройство 22, и излишек газа сбрасывается в ат.мосферу.

В результате гаснет лампочка 65.

В процессе контрпульсации минимальное значение давления в ресивере 8 и баллоне 5 в конце переходного процесса наполнения в диастоле может резко понизиться, например, из-за нарушения герметичности ба.члона 5. Величина утечки газа через стенку баллона 5 в кровь увеличится и не сможет больше компенсироваться расходом газа через пневмосопротивление 20.

При понижении минимального значения давления в ресивере 8 до давления срабатывания системы 23 сигнализации с выхо.- да 28 поступает напряжение источника питания и загорается лампочка 66, свидетельствующая об аварийной утечке газа из пнев- мосистемы, блок 67 блокировки производит

блокировку распределительного устройства 6 в положении, соответствуюп1ем подк, 1ю- чению баллона 5 к ресиверу 2, причем после опорожнения баллона 5 последний подключается к ресиверу 34 (на выходе формирователя 31 фор.мируется управляющий импульс, переключающий в соответствующее положение распределитель 30). При необходимости давление в конце переходного процесса наполнения баллона 5 в диастоле можно в процессе контрпульсации изменять. Для уменьшения давления в баллоне 5 достаточно у.меньшить давление настройки регулятора 9 до величины, превышающей давление срабатывания системы 23 сигнализации. Для увеличения дав;1емия в баллоне 5 переключатель 68 устанавливают в позицию 74. В результате отключается блок 67 блокировки и переключается электропневмо- клапан 19 в положение, соответствующее подключению регулятора 9 к проточной камере 14 элемента 11. Давление настройки регулятора 9 необходимо увеличить до величины, превышающей давление срабатывания системы 23 сигнализации. Одновременно на выходе 28 последней и на блоке 64 сигнализации появляется сигнал, соответствуюпгий заполнению пневмосистемы газом. Процесс заполнения пневмосистемы до нового значения давления настройки регулятора 9 аналогичен начальной и конечной фазам заполнения пневмосистемы аппарата газом.

фигг

Составитель Н. Андриенко

Редактор Т. ПарфеноваТехред И. ВересКорректор М. Самборская

Заказ 1239/6Тираж 596Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ио делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Рауиккая наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4