Способ определения гемодинамических характеристик искусственного клапана сердца Советский патент 1990 года по МПК A61F2/24 

Изобретение относится к медицинской технике и предназначается для . исследования гемодинамических параметров протезов клапанов сердца.

Целью изобретения является повышение точности оценки качества клапана за счет измерения мгновенньрс локальных и определения интегральных характеристик noToifa жидкости. . I, На фиг. 1 изображена схема устройства, реализующего предложенный способ; на фиг.2 - искусственный клапан сердца (ИКС) в канале с созданными цветовыми метками,

Устройство для реализации способа содержат искусственный клапан сердца 1, обойму 2, гидроканал 3, искусственный желудочек с пневмоприводом А, собирающую емкость 5 и насос 6, На- срс 6 соединен с распределительной емкостью 7. Устройство содержит также тензодатчикй 8, блок синхронизации и управления 9, кинофотокамеры 10 и лазеры П, 12. Лучи от лазеров П и 12 через поворотные призь1ы 13 и оптические системы 14 и 15 формируют цветовые метки 16.

Способ реализуется следующим образом.-

Искусственный клапан сердца 1 помещают в специальной обойме 2 и устанавливают в гидроканал 3, искусственный желудочек с пневмоприводом 4 создает пульсирующий поток, который проходит в собирающую емкость 5,-по тру.бопроводу и насосу 6 попадает в распределительную емкость 7, а от нее в искусственный желудочек 4. На обратном цикле клапан закрывается, перепад давления изменяется и фиксируется полупроводниковыми тензодатчика- ми давления. Когда клапа н близок к открытию, тензод.атчики 8 дают сигнал н блок синхронизации и управления 9, а он дает сигнал на. одновременное включение кинокамер 10. Когда клапан начал открываться, тензодатчики дают сигнал на блок управления и синхронизации, а он одновременно включает импульсные лазеры U1, 2.

Блок синхронизации и управления 9, выполненный, например, из ряда электронных ключей, позволяет произвдить запуск фотоиндуцирующего лазера 11, причем сигнал на запуск лазера 11 поступает в . пульт управления с тензодатчиков по достижении опреде- ленной величины давления. При подаче

c

5

0

0

сигнала на запуск лазера 11 с блока синхронизации идут два сигнала на кинокамеры 10, причем зти сигналы имеют задержку по времени /з /) /, которую необходимо учить вать, где J, У. i 10 с - время протекания фотохром- йой реакции; г;, г; О,.01 с - время раз- roHia кинокамеры. Лучи от лазера 11, 12 проходят через поворотные призмы 13, оптические системы 14, 15, через слой фотохромной жидкости в глдрока- нале и образуют узкую цветовую метку 16, которая фиксируется кинокамерой 10.

I Профили скорости определяют по се- рии негативов, на которых измер ю.т положения цветовых меток относительно ИКС, снятых в одни и те же моменты времени после открытия клапана и получения среднего профиля скорости, разница между средней скорос.тью и мгновенной скоростью и является пуль- сационной составляющей скорости. Величину скорости определяют по формуле

V ,

t .

где X.,, Х/г - координаты метки вдоль потока при фиксированном значении Y .(ось Y - направлена ортогонально по- . току) в начальный и фиксированньгй момент времени; t - интервал времени

между дан1сыми моментами времени. I,

Вычисляя скорости по вьппеприведенной формуле в равностоящих друг от друга вдоль оси Y, получают про- филь скорости поперек потока. Величй ну касательного напряжения вычисляют по формуле

Р

- Vi

W

где V, - значение скорости в двух точках Y, Y на оси Y; JY Yj- jU - динамическая вязкость.

Вычисляя в последовательных точках вдоль ocH.Y величину касательного напряжения, находят распределение касательного напряжения поперек потока. Так как метки формируюс- вблизи запирающего элемента, то величины касательных напряжений вблизи этих концов известны. Профиль скорости до и. за клацаном во всем поперечном сечении определяют путем последовательного формирования меток в равноудаленных друг от друга сечениях-кла U22A23

пана. Выбирая из серий негативов, снятых для разных сечений, негативы, в которых диск клапана повернут на

10 У д . н 15 с

один и тот же угол, получают профили скорости во всем сечении как бы в один момент времени. Так как удается получить профиль скорости по всему сечению одновременно, то удается точно определить области отрьтных течений и застойные зоны.

Величину полной динамической ре- гургитации определяют как разность меяаду полным расходом рабочей среды цо клапана и после клапана за время

Я„ - J Q,(t)dt - S q(t)dt;

owe оq;(t) - J I V,rdrdLr; (,2); qM.) - Qj(t).

Здесь Vj - скорость; i 1, соответствует течению до клапана, а i 2 - за клапаном; Q (t) - мгновенные расходы рабочей среды; t - интервал времени, включающий открытие и закрытие клапана; г - радиус интегрирования, I/- азимутальнъ1й угол; R - радиус гидроканала; q - величина мгновенной регургитации.

Одновременное определение перечисленных выше характеристик позволяет выявить взаимное влияние запирающего элемента, его положения, а также вспомога тельных распорок на поток и наоборот - потока на ник,

П р и м е р. В качестве исследуемого ИКС брали дисковый клапан Бьерк- Шали. Согласно методике устанавливали в гидроканал. Состав фотохромной жидкости: индолиновый спиропиран (10 моль/л), неионогенный ПАВ (1%), дистиллированная вода остальное. Метки создавали твердотельным рубиновым лазером ( А 347 нм). Измерения проводили по описанной выше методике. Полученные гемодинамические характеристики имели следующие значения: динамическая регургитация - 0,А6 , напряжение TJзeния на стенках - 530 дин/см , величина объемных напряжений Рейнольдса - 135 дин/см. За диском при угле отклонения диска клапана на Аб и больше была обнаружена зона отрьта потока Усредненная скорость в местах на-хож- дения вспомогательных распорок рай- нялась нулю и быстро возрастала за распорками, так что на расстоянии длины диска она составляла 0,75 от скорости близлежащих .слоев жидкости.

Формула изобретения

Способ определения гемодинамичес- ких характеристик искусственного Клапана сердца путем установки клапана в гидроконтур и создания пульсирующего потока жидкости, измерения перепйда давления на клапане и скорости жидкости посредством воздействия на жидкость лазерным импульсным излучением, отличающийся .тем, что, с целью повышения точности оцейки качества клапана за счет измерения мгновенных локальных и определения интегральных характеристик пото ка жидкости, в качестве рабочей жид-, кости используют фотохром1йз1Й раствор,

по достижении заданного перепада дав- ления лазерными иьтульсами создают в фотохромном растворе серию двойных меток, расположенных на экране по разные стороны от клапана, метки регистрируют с помощью кинофотоаппара- туры, по кинофотокадрам измеряют перемещение каждой метки и определяют ., величину скорости, области отрьша и застойные области потока жидкости,

по одновременному перемещению пары меток оп15еде.пяют величину динамической регургитацли и касательные напряжения.

16 IS

Изобретение предназначено для кардиологии. Цель изобретения - по- вьпление трчнос1и оценки качества клапана. Устройство содержит искусственный клапан сердца 1, обойму 2, гидро- канал 3, искусственный желудочек с пневноприводом 4, собирающую емкос.ть 5 и насос 6. Насос 6 соединен с распределительной емкостью 7. Устройство содержит еще тензодатчики 8, блок синхронизации и управления 9, кинофо токамеры 10 и лазеры 11, 12. Лучи бт лазеров 11, 12 через поворотные призмы 13 и оптические системы 14, 15 формируют цветовые метки 16. Лучи от лазеров П, 12 проходят, через поворотные призмы 13 и оптические системы 14, 15, через слой фотохромной- жидкости вгидроканале, и образуют узкую цветовую метку 16, которая фиксируется кинокамерой 10. Профили скорости определяют по серии негативов, снятых в одни и те же моменты арене ни после .открытия клапана и получения, среднего профиля скорости. Разница средней скоростью и мгновенной является пульсационной составляющей скорости.. Так как удается полу. чить профиль скорости по всему сечению одновременно, то удается точно определить области отрывных течений и застойные зоны. 2 ил. Э (Л 4 кэ 4 tsO СО

фиг.2