Способ измерения производительности искусственного желудочка сердца Советский патент 1990 года по МПК A61M15/00 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно конструированию систем вспомогательного кровообращения и искусственного сердца, л

Цель - повышение точности измерения производительности искусственного желудочка сердца.

Способ осуществляют с помощью устройства для его реализации.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего предложенный способ; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие способ измерения; на фиг. 3 - алгоритм вычисления величины ударного объема.

Устройство (фиг. 1) содержит генератор 1 импульсов давления, включающий в себя блок 2 управления двигателем, линейный электродвигатель 3 и поршневой механопневмопреобразова- тель 4, шток которого жестко связан

с якорем электродвигателя 3. Со штоком поршня механопневмопреобразова- теля 4 связаны датчик 5 конечного диастолического положения поршня, датчик 6 конечного систолического положения поршня и датчик 7 перемещения поршня. Пневмокамера механо- пневмопреобразователя 4 посредством пневмомагистрали 8 через проточный датчик давления 9 соединена с пнев- мокамёрой искусственного желудочка 10 сердца, снабженного входным 11 и выходным 12 клапанами, установленными в патрубках, соединенных с жидкостной камерой желудочка. Выходы датчиков 5, 6, 7, и 9 соединены с соответствующими входами вычислительного устройства 13. В состав вычислительного устройства 13 входят аналого- цифровой преобразователь 14, триггер 15, генератор импульсов 16 прерывасл

00

со to ю

ния, генератор тактовых импульсов 17 и ЭВМ 18,

Информационный вход преобразователя 14 соединен с выходом датчика 9, управляющий вход преобразователя 14 соединен с выходом 1 ЭВМ 18, выход преобразователя 14 соединен с входом

1ЭВМ 18. Вход 1 триггера 15 соединен с выходом датчика 5, вход 2 триг- гера 15 соединен с выходом датчика 6 выход триггера 15 соединен с входом

2ЭВМ 18. Выход датчика 7 соединен с входом 3 ЭВМ 18. Выход генератора 16 соединен с входом 4 ЭВМ 18, Выход генератора 17 соединен с входом 5 ЭВМ. 18. Вывод результатов вычисления осуществляется через выход 2 ЭВМ 18.

В процессе работы устройства генератор 1 импульсов давления и желудочек 10 взаимодействуют следующим образом.

В исходном состоянии жидкостная камера желудочка 10 заполнена, например, кровью , давление в ней урав повешено давлением крови в сосудистой системе перфузируемого объекта, клапаны 11 и 12 закрыты. В процессе работы генератора 1 под воздействием якоря электродвигателя 3 поршень механопневмопреобразователя 4 совершает возвратно-поступательное движение, в результате чего происходит преобразование движения якоря в импульсы давления воздуха.

Пневмотракт привода, включающий в себя подпоршневое пространство цилиндра механопневмопреобразователя 4 пневмомагистраль 8 и пневмокамеру желудочка 10, образует замкнутый объ

ем, заполненный газом. При движении поршня в сторону желудочка, вследствие уменьшения величины замкнутого объема, давление газа возрастает и передается через вялую мембрану, разделяющую пневмо- и жидкостную камеры желудочка, крови, находящейся в жидкостной камере.

Когда давление внутри желудочка превысит давление крови в выходной магистрали, выходной клапан 12 желудочка открывается и дальнейшее перемещение поршня сопровождается изгнанием крови из желудочка в артериальные сосуды перфузируемого объекта При обратном движении поршня сначала закрывается выходной клапан 12, затем понижается давление в желудочке до величины меньшей, чем давление

5

0

Q

5

0

5

0

5

0

5

крови в венозных сосудах. После этого открывается входной клапан 11 и дальнейшее перемещение поршня сопровождается забором крови из входной магистрали в жидкостную камеру желудочка 10.

В результате наполнения жидкостной камеры через входной клапан 11 и опорожнения через выходной клапан 12 некоторый объем крови перекачивается желудочком из венозной магистрали перфузируемого объекта в артериальную.

Датчики 5, 6 и 7 связаны со штоком поршня механопневмопреобразователя 4. Датчик 5 вырабатывает импульсный сиг нал в момент достижения поршнем конечного диастолического положения (диаграмма а на фиг. 2), Датчик 6 вырабатывает импульсный сигнал в момент достижения поршнем конечного систолического положения (диаграмма б на фиг. 2). Датчик 7 перемещения поршня вырабатывает последовательность импульсов в количестве N, пропорциональном величине Н перемещения поршня. Датчик 9 давления вырабатывает аналоговый сигнал, пропорциональный текущему значению величины давления в пневмомагистрали 8 (диаграмма в на фиг. 2).

Вычислительное устройство 13 работает следующим образом.

Аналого-цифровой преобразователь 14 преобразует аналоговый сигнал с датчика 9 давления в цифровой код для обеспечения информационной совместимости с ЭВМ. Триггер 15 вырабатывает двухуровневый сигнал, позволяющий определить фазу работы желудочка. Уровень логического О соответствует систоле, а уровень логической 1 диастоле. Генератор 16 импульсов прерывания управляет работой ЭВМ. Генератор 17 тактовых Импульсов обеспечивает работу ЭВМ, ЭВМ 18 производит вычисление величины ударного объема по сигналам с датчиков 5, 6, 7 и 9 в соответствии с алгоритмом, приведенным на фиг. 3, где приняты следующие обозначения: ic - счетчик отсчетов сигнала давления на систоле; i - счетчик отсчетов сигнала давления на диастоле; i CQ - счетчик циклов измерения; prk - признак достижения сигналом давления уровня; рг - признак разрешения вычисления; N - счетчик импульсов с датчика перемещений; ТО

тестируемый вход: на систоле, на диастоле; кГц - частота

тактового генератора. 1

Алгоритм на фиг. 3 определяет работу ЭВМ 18 по вычислению величины ударного объема в соответствии с предложенным способом.

Также как и в известном способе измерение по предлагаемому способу основано на измерении изменения объема жидкостной камеры желудочка по перемещению поршня привода между моментами достижения контрольных значений давления в камерах желудочка в систолу и в диастолу. Для этого устанавливают контрольный уровень давления Рц , который выбирает с учетом следующего условия: величина контрольного уровня давления должна быть больше давления закрытия входного клапана, но меньше давления открытия выходного клапана, т.е. уровень контрольного значения давления должен лежать в диапазоне величин давлений, при которых оба клапана желудочка закрыты. Такое состояние клапанов соответствует периодам предварительного сжатия в систолу и предварительного расширения в диастолу. Далее, при непрерывном контроле давления газа в пневмотракте определяют момент достижения текущим значением давления РС в систолу уровня контрольного значения (Ра Рк) и измеряют величину перемещения поршня Н с с это го момента до момента реверса поршня При обратном движении поршня в диастолу измеряют величину перемещения поршня с момента реверса до момента достижения контрольного значения давления

0

5

диастолического положения поршня (диаграмма а на фиг. 2). Текущее значение давления в пневмотракте привода непрерывно измеряют и сравнивают с контрольным уровнем давления (диаграмма в на фиг. 2). С момента, соответствующего равенству текущего значения давления tKc в систрлу контрольному уровню давления измеряют величину перемещения поршня (диаграмма г на фиг, 2) до сигнала реверса (.диаграмма б на фиг, 2) и величину перемещения поршня Н л за время от сигнала реверса tH& до момента tK« сравнения текущего значения давления в диастолу с контрольным уровнем давления.

Величину перемещения Н поршня опре- 0 деляют, например, путем умножения числа N на выходе датчика перемещения на коэффициент Кн , равный перемещению поршня, эквивалентному одному импульсу.

Н KH-N . Таким образом, изменение объема жидкостной камеры желудочка в рабочем цикле определяют в соответствии с формулой

Ю

ЛУ KM(NCNJ)

где Nc Nn 0

число, соответствующее измеряемому перемещению в систолу;

число, соответствующее изме- ряемому перемещению в диа/ столу. Для измерения величины утечек через клапаны измеряют длительности фаз рабочего цикла

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно конструирования систем вспомогательного кровообращения и искусственного сердца. Цель изобретения - повышение точности измерения путем исключения погрешности, определяемой утечкой искусственных клапанов. Производительность искусственного желудочка сердца определяют измерением в каждом рабочем цикле изменения объема жидкостной камеры желудочка, длительности фаз рабочего цикла и разности средних значений величин давления в систему и диастолу, а величину производительности за один рабочий цикл находят по формуле.

(Рс Рк). Таким образом, величину изменения объема, вытесненного поршнем, вычисляют по формуле:

„vn

v УА (н с - н5

где

Sn площадь поперечного сечения поршня.

Предлагаемый способ учитывает обратный переток клапанов, что обеспечивает повышение точности измерения производительности. При этом Изменения объема жидкостной камеры определяют по изменению положения поршня, т.е. 4VX 4Vn .

В соответствии с предлагаемым способом за начало цикла измерения принимают сигнал t Hc с датчика конечного

Н

- t

(

НС

т Т9

НС.

- t

9

и среднее за время Т с и Т,, значения давления Рс и Р) .

Суммарную величину утечек клапанов Vyr вычисляют по формуле

f

РсРЗ (к«тз+ квТс)55

Производительность желудочка за один рабочий цикл вычисляют по формуле

VVA ЙУЖ

-fF

(K«V

wПредложенный способ измерения производительности искусственного желудочка сердца обеспечивает повышение точности измерения за счет исключения погрешности, вызываемой утечкой клапанов.

Формула изобретения

Способ измерения производительности искусственного желудочка сердца, включающий определение изменения объему жидкостной камеры желудочка в -каждом рабочем цикле, о f л и - чающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, дополнительно измеряют длительность фаз рабочего цикла и разности средних значений величин давлений в систолу и диастолу желудочка, а величину производительности Ууд за один рабочий цикл определяют по формуле

l

7J-

г

dV,

сиег РАИЯСТ (КЛТ

Ч

квтс),

5

0

где UV%

дняст

Тс

Т1 К,

-изменение объема жидкостной камеры желудочка в рабочем цикле, РСИСТ ЯГ среднее систолическое давление в камерах желудочка;

среднее диастолическое давление в камерах желудочка;

-длительность систолы;

длительность диастолы;

коэффициент пропорциональности,, определяемый конструктивными параметрами выходного клапана;

-коэффициент пропорцио- -нальности, определяемый

конструктивными параметрами входного клапана.

Л д

7

10

12

г