Инфузионный насос Советский патент 1990 года по МПК A61M1/10 

со ч

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к аппаратам искусственного кровообращения, и может быть использовано для пульсирующей подачи крови пациенту. Цель изобретения - обеспечение постоянства объемного расхода жидкости в процессе регулирования параметров пульсирующего потока. Насос содержит многофазный синхронный двигатель, роликовую головку 2, задатчик 3 расхода жидкости, программный блок 5, формирователь 7 фронтов, формирователь 8 фазных последовательностей и управляемый источник 9 тока. Для обеспечения постоянства объемного расхода при регулировании потока по амплитуде выброса и скважности корректируется третий параметр пульсации - уровень потока в паузе между выбросами. 8 ил.

Фиг.1

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к аппаратам искусственного кровообращения, и может быть использовано для пульсирующей подачи крови пациенту.

Цель изобретения - обеспечение постоянства объемного расхода жидкости в процессе регулировки параметров

подачи, осуществляемый следующим образом. При включении устройства коммутатор 6 и. формирователь 7 пропуска- , ют сигнал U, заданного постоянного уровня с задатчика 3 на вход формирователя 8, в котором входной сигнал преобразуется в синусоидальный сигнал Us постоянной амплитуды, частота копульсирующего потока при разомкнутой JQ торого зависит от уровня входного сиг15

20

системе управления потоком. | На фиг. 1 изображена блок-схема насоса; на фиг. 2 - блок-схема формирователя фазных последовательностей; (на фиг. 3 - схема перемножителя за- ,датчика амплитуды пульсации и формирователя скважности задатчика режима работы; на фиг. 4 - принципиальная схема формирователя фронтов; на фиг. 5 - блок-схема управляемого источника тока; на фиг. 6 - временные диаграммы сигналов в насосе;- на фиг. 7 - временные диаграммы сигналов в формирователе фазных последовательностей; на фиг. 8 - временные диа-. 25 граммы сигналов в управляемом источнике тока.

Йнфузионный насос содержит многофазный синхронный двигатель 1, роликовую головку 2, задатчик 3 расхода жидкости, задатчик 4 амплитуды пульсации, программный блок 5, коммутатор 6, формирователь 7 фронтов, формирователь 8 фазных последовательностей и управляемый источник 9 тока. Программный блок 5 содержит задатчик 10 режима работы, кардиосинхронизатор 11 и сумматор 12. Задатчик 4 амплитуды пульсации содержит задатчик 13 ам40

30

35

нала, а постоянная амплитуда этого сигнала формируется в формировател фазных последовательностей. Сигнал U поступает на вход источника 9 то ка, который создает в обмотках дви теля 1 соответствующие заданию токи При этом -двигатель 1 вращается с по стоянной скоростью, задаваемой управляемым источником 9 тока по сину соидальному закону U5. В результат насос с помощью роликовой головки 2 обеспечивает равномерную подачу жид кости

Режим синхронизированной пульси ющей подачи задают (фиг. 6, II), п ключая коммутатором 6 выход суммат 12 к входу формирователя 7 фронтов Задатчиками расхода жидкости 3 и а плитуды выброса 13 устанавливают н обходимые расход и амплитуду пульс ции потока соответственно. Коммута рами 17 и 18 задатчика 4 и коммута рами 25 и 26 задатчика 10 устанавл вают скважность пульсации потока. диосинхронизатор 11 подключают к п циенту .

При включении устройства по сиг лам П- зубца ЭКГ устанавливаются в и

ходное состояние (обнуляются) счет 21 и блок 22 памяти, а генератор 1 задатчика 10 начинает вырабатывать

плитуды выброса, коммутатор 14 пульса, блок 15 вычитания и перемножитель 16, включающий коммутаторы начала воздействия 17 и окончания воз- .u , „ действия 18. Задатчик 10 режима рабо- ™™1 .. ты содержит генератор 19, декадный 45 делитель 20 частоты, счетчик 21, блок 22 памяти, управляемый делитель 23 частоты и формирователь 24 скважности,, включающий коммутаторы начала воздействия 25 и окончания воздейст- о

- вия 26 .

Устройство работает следующим образом.

Коммутатором 6 подключают задатчик 3 расхода жидкости через формирователь 7 фронтов к формирователю 8 фазных последовательностей. В этом случае обеспечивается режим равномерной

сигнал и с выхода задатчика 3 расхода жидкости, проходя через програ мный блок 5, преобразуется в нем в сигнал U6 U + Uo и с выхода сумм тора 12 в таком виде поступает на вход формирователя 7. Сигнал U7 U задаваемый задатчиком 13 амплитуды выброса, действует только на интерв ле выброса (фиг. 6), так как комму тор 14 пульса по сигналу с задатчик 10 подключает задатчик 13 на выход только в момент выброса, а сигнал Ug U mj действует в течение всег периода, т.е. на R-R-интервалах пау зы и пульсации.

подачи, осуществляемый следующим образом. При включении устройства коммутатор 6 и. формирователь 7 пропуска- ют сигнал U, заданного постоянного уровня с задатчика 3 на вход формирователя 8, в котором входной сигнал преобразуется в синусоидальный сигнал Us постоянной амплитуды, частота ко

0

5

0

5

нала, а постоянная амплитуда этого сигнала формируется в формирователе 8 фазных последовательностей. Сигнал U поступает на вход источника 9 тока, который создает в обмотках двигателя 1 соответствующие заданию токи. При этом -двигатель 1 вращается с постоянной скоростью, задаваемой управляемым источником 9 тока по синусоидальному закону U5. В результате насос с помощью роликовой головки 2 обеспечивает равномерную подачу жидкости

Режим синхронизированной пульсирующей подачи задают (фиг. 6, II), подключая коммутатором 6 выход сумматора 12 к входу формирователя 7 фронтов. Задатчиками расхода жидкости 3 и амплитуды выброса 13 устанавливают необходимые расход и амплитуду пульсации потока соответственно. Коммутаторами 17 и 18 задатчика 4 и коммутаторами 25 и 26 задатчика 10 устанавливают скважность пульсации потока. Кардиосинхронизатор 11 подключают к пациенту .

При включении устройства по сигналам П- зубца ЭКГ устанавливаются в исходное состояние (обнуляются) счетчик 21 и блок 22 памяти, а генератор 19 задатчика 10 начинает вырабатывать

u , „ ™™1 ..

.u , „ ™™1 ..

сигнал и с выхода задатчика 3 расхода жидкости, проходя через программный блок 5, преобразуется в нем в сигнал U6 U + Uo и с выхода сумматора 12 в таком виде поступает на вход формирователя 7. Сигнал U7 UU, задаваемый задатчиком 13 амплитуды выброса, действует только на интервале выброса (фиг. 6), так как коммутатор 14 пульса по сигналу с задатчика 10 подключает задатчик 13 на выход только в момент выброса, а сигнал Ug U mj действует в течение всего периода, т.е. на R-R-интервалах паузы и пульсации.

Сигнал Ug формируется в задатчике 4 амплитуды пульсации следующим образом. Сигнал U7 с задатчика 13 амплитуды выброса поступает на вход перемножителя 16, в котором с учетом установленной скважности S начала и окончания воздействия преобразуется в сигнал U7 -S. Этот сигнал поступает на второй вход блока 15 вычитания, на первьй вход которого поступает сигнал U с выхода задатчика 3 расхода жидкости. На выходе блока 15 формируется сигнал Uo U - U7-S, который поступает на первый вход сумматора 12 На второй вход последнего поступает

тт1

сигнал U э являющийся результатом временного преобразования амплитудного уровня сигнала U7 с помощью коммутатора 14 пульса, управляемого сигналами U с выхода задатчика 10 режима работы, синхронизированными с R- зубцами ЭКГ-сигнала. Так как синхронизация возможна только по предыдущему циклу, то задача регулирования на- чала и окончания воздействия внутри R-R-интервала в текущем цикле решена использованием разбиения предыдущего R-R-интервала, например, на 10 участ

ков,, что соответствует возможности

переключения скважности в диапазоне от 1 до 0 с дискретностью 1. Для такого разбиения R-R-интервала применен метод высокочастотного заполнения R-R-интервала, для чего импульсы с генератора 19 частотой 6 кГц подаются к счетчику 21 через декадный делитель 20 частоты. Время заполнения счетчика 21 импульсами 600 Гц определяется импульсами UR с кардиосинхро- низатора 11. Двенадцатиразрядный счетчик 21 переводит количество импульсов 600 Гц, заполнивших R-R-интервал, в двоичный код, который по переднему фронту сигнала UR с кардиосинхрониза- тора 11 записывается в блок 22 памяти. После этого счетчик 21 по заднему фронту сигналов UR. устанавливается в О. По двоичному коду с выходов блока 22 памяти корректируется переменный коэффициент деления делителя 23 частоты, и импульсы генератора 19 на выходе делителя 23 частоты имеют частоту, превышающую в 10 раз частоту R-зубцов ЭКГ-сигнала в предыдущем цикле; Формирователь 24 скважности при поступлении на его вход сигналов с частотой, превышающей в 10 раз частоту R-зубцов ЭКГ-сигнала, на своем

0

5

0

5

0

5

выходе формирует сигнал воздействия заданной скважности с частотой ЭКГ- сигнала. Начало сигнала возделстрия и его окончание можно перемещать на временные отрезки, кратные периоду 10-кратной частоты ЭКГ-сигнала, внутри R-R-интервала с помощью переключения соответствующих коммутаторов 25 и 26. При этом за счет механической связи между коммутаторами 17 и 25, 18 и 26 временные изменения скважности в задатчике 10 согласуются с амплитудными изменениями сигнала S x 5 х U7 в задатчике 4. С выхода формирователя 24 скважности сигнал U,, поступает на управляющий вход коммутатора 14 пульса, обеспечивая синхронное с сигналом Ug прохождение уровня амплитуды выброса U7 на второй вход сумматора 12 с требуемым временным преобразованием его в сигнал U.,. В сум - маторе 12 этот сигнал суммируется с сигналом и„, формируя сигнал U6, поступающий на вход формирователя 7 фронтов о При этом благодаря примене-- нию аналоговых элементов в задатчике 4 амплитуды пульсации уровни сигналов Un и Vf устанавливаются на входах сумматора и его выходе практически мгновенно, В результате на вход формирователя 7 фронтов поступает импульсный сигнал формы прямоугольного меандра Us (фиг. 6, II). i

За счет цепи заряда в формирователе 7 фронтов при поступлении на его вход сигнала U6 ДИ + Un происходит возрастание выходного сигнала до значения U ной времени та, когда

0

по экспоненте с постоян- а, начиная с момен

U6

U

ПТЦ

выходной сигнал

U, уменьшается по амплитуде экспонен

циально с постоянной времени Ј

Р

Выбор экспоненты переднего фронта определяется из соотношения Ј 5:1 (где Ј - постоянная времени обмоток двигателя 1), что позволяет согласовать задание на разгон двигав теля ,со скоростными возможностями двигателя по отработке задания. Выбор экспоненты заднего фронта производится из соотношения постоянных времени фронтов с. : 1,5-2,5, что уравнивает объемы выбросов насосом на участках этих фронтов.

Сигнал U с зад шм и передним фронтами экспоненциальной формы поступает

на формирователь 8 фазных последова- тельностей и создает соответствующие изменения в частоте формируемого им сигнала U5, пропорциональные амплитудным изменениям на фронтах сигнала Сигнал U д. поступает на вход источника 9 тока, которьй создает в обмотках двигателя 1 токи разгона и торможения ротора двигателя согласно задании. В результате в определенном частотном диапазоне вращения двигателя 1 объемный расход насоса оказывается независимым от частоты пульсации потока9 при этом объемный расход насоса также оказывается линейным относительно изменения скважности.

Для обеспечения постоянства объемного расхода при регулировках потока по амплитуде выброса A Q(AU U7) и скважности S изменения регулировок корректируются за счет третьего параметра пульсации потока - уровня потока в паузу С}т, и зависящего от уровня амплитуды сигнала IL , согласно соотношению амплитуд сигналов прямоугольного меандра: U Ue + S U7. Так, при новом задании.амплитуды - выброса U7, с помощью соответствующей регулировки в задатчике 13 перемножит- тель 16 выдает новое значение произведения S« U7, которое поступает на один из входов блока 15 вычитания, на выходе которого возникает скорректированное по указанному соотношению значение сигнала и„. В результате среднее значение импульсного сигнала с новыми амплитудами на выбросе U и в паузу Us не отличается от уровня U задаваемого с задатчика 3 расхода . жидкости.

При изменении скважности S путем , переключения коммутаторов 17 и 25 или 18 и .26 или одновременно и первых, и вторых на выходе перемножителя 16 возникает новое произведение S - U7, которое описанным образом корректирует сигнал Ug с целью обеспечения постоянства сигнала U , т.е. среднего уровня задаваемого расхода жидкости ,

Формула изобретен i

Инфузионный насос, содержащий формирователь фазных последовательностей последовательно соединенные зддатчик расхода жидкости и программный блок, последовательно соединенные управляемый источник тока5 синхронный двига«j

0 5 о Q

с

5

50

55

тель и роликовую головку, при этом программный блок содержит задатчик амплитуды пульсаций, сумматор, коммутатор и последовательно соединенные кардиосинхронизатор и задатчик режима работы, причем выход задатчика амплитуды пульсаций соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с первым входом коммутатора, второй вход коммутатора является входом программного блока, а выход коммутатора является выходом программного блока, отличающийся тем, что, с целью уменьшения травма- тичности за счет обеспечения постоянства объемного расхода жидкости в процессе регулирования параметров пульсирующего потока, насос снабжен формирователем фронтов, включенным между выходом программного блока и входом формирователя фазных последовательностей;, задатчик амплитуды пульсации содержит задатчик амплитуды выброса, коммутатор пульса, блок вычитания и перемножитель, при этом выход задат-, чика амплитуды выброса соединен с первым входом коммутатора пульса и первым входом перемножителя, второй вход коммутатора пульса является первым входом задатчика амплитуды пуль- сации5 вторым входом которого является первый вход блока вычитания, выход; перемножителя соединен с вторым входом блока вычитания, выход которого является первым выходом задатчика амплитуды пульсации, выход коммутатора пульса является вторым выходом задатчика амплитуды пульсации, второй вход перемножителя является третьим входом задатчика амплитуды пульсации, задатчик режима работы содержит счетчик, блок памяти, последовательно соединенные генератор и делитель частоты, последовательно соединенные управляемый делитель частоты и формирователь / скважности, при этом выход генератора соединен с первым входом управляемого делителя частоты, выход делителя частоты соединен с первым входом счетчика, выход которого соединен с первым входом блока памяти, выход блока памяти соединен с вторым входом управляемого делителя частоты, вторые входы счетчика и блока памяти соединены вместе и образуют первый вход задатчика режима работы, второй вход фрр- мирователя скважности является вторым входом задатчика режима работы,, выход

формирователя скважности является выходом задатчика режима работы, причем выход формирователя фазных последовательностей соединен с входом управляемого источника TOKaj первый вход задатчика амплитуды пульсации соединен с выходом задатчика режима работы,

второй вход задатчика амплитуды пульсации соединен с вторым входом коммутатора, третий вход задатчика амплитуды пульсации соединен с вторым входом задатчика режима работы, второй выход задатчика амплитуды пульсации соединен с вторым входом сумматора.

IftS

II If 0 I I

9/

LL

ц/ «й

gfa

trffl

0 I I

t

n в

ff

о n

n

JT

zlto

fJ W

fn

,

)

n

п п п п п п п

ГП ГП

п п п п п п п п п п

-,{

.t

t (

фиг. 7

чп

F 1+

Составитель В. Тужилкин Редактор М. Петрова Техред Л.Олийнык Корректор т. Палий

Заказ 1115

Тираж 473

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„, д. 4/5

Подписное