Искусственное сердце с пневматическим приводом Советский патент 1993 года по МПК A61M1/10 

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно, к аппаратам, предназначенным для замены насосной функции сердца.

Целью настоящего изобретения является улучшение физиологических характеристик искусственного сердца путем повышения чувствительности искусственного сердца к венозному притоку за счет обеспечения отрицательного значения давления в пневмополости желудочка в фазу диастолы.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого пневматического привода; на фиг. 2 - эпюры электрических напряжений блока управления и давления воздуха в левом пневмоканале; на фиг. 3 - пример конкретного выполнения блока управления.

Пневматический привод состоит из (см. фиг. 1): электрического двигателя 1, редуктора 2, преобразователя 3 вращательного движения в поступательное, пневмокамеры 4,

которая герметично разделена перегородкой 5 на две пневмополости 6 и 7, поршня-толкателя 8, датчика положения поршня 9, блока управления 10 и двухлинейных двух- позиционных электромагнитных пневмо- распределителей 11, 12, 13, 14, пневмодросселей 15 и 16. Пневмополости 6 и 7 соединяются пневмомагистралями с левым и правым искусственным желудочками 17 и 18 соответственно.

Пневматический привод, так же как и прототип, в фазу систолы работает следующим образом: электрический двигатель 1 через редуктор 2 приводит в действие преобразователь 3 вращательного движения .в возвратно-поступательное движение поршня-толкателя 8. При движении поршня 8 вместе с эластичной перегородкой 5 из крайнего положения (точка А) воздух из пневмополости 6 вытесняется в пневмопо- лость искусственного желудочка 17, происходит систола левого желудочка. Одновременно с этим происходит диастола

ел

с

со

О О VJ

СЛ

ел

правию желудочка 18. При этом пневморас- пределители 11 и 13 закрыты.

Величина перемещения поршня-толкателя 8 до момента смены фазы систолы на фазу диастолы контролируется датчиком положения 9 таким образом, чтобы произошел полный выброс крови.

В прототипе в момент, когда требуется переключить фазу систолы желудочка 17 на фазу диастолы, блок управления 10, получив информацию с датчика положения 9 подает команду на открытие пневмораспределите- ля 11 - пневмосистема левого канала соединяется с атмосферой, в пневмополости желудочка 17 устанавливается давление , начинается фаза диастолы.

В прототипе пневмораспределитель 11 остается в открытом состоянии в интервале времени следующим за выбросом крови из желудочка 17 до и после смены направления движения поршня до окончания фазы диастолы, что, указывалось выше, позволит поддерживать только нулевое значение давления в воздушной полости искусственного желудочка.

Работа предлагаемого пневматического привода в фазу систолы не отличается от прототипа.

В фазу диастолы, в отличие от прототипа, электромагнитный пневмораспределитель 11 открывается в интервале времени от окончания систолы до смены направления движения поршня 8 (см. фиг.2) и на короткий момент времени (порядка 50 мс) для заполнения системы воздухом в точке А конечно- диастолического положения поршня 8 (для левого желудочка), в остальное время цикла пневмораспределитель 11 закрыт.

Одновременно с пневморасп редел ите- лем 11 по сигналу блока управления 10 открываетсядополнительныйэлектромагнитный пневмораспределитель 1,3. который остается открытым до конца фазы диастолы, до момента достижения поршнем 8 точки А.

При этом величина проходного сечения пневмодросселя 15, устанавливается с таким расчетом, чтобы давление воздуха в системедостигало требуемого отрицательного значения и искусственный желудочек 17 заполнялся кровью в момент достижения поршнем 8 крайнего положения (точка А).

Так как, в момент достижения поршнем- толкателем 8 крайнего положения (точка А) в пневмосистеме наблюдается отрицательное значение .давления воздуха для того, чтобы электродвигатель 1 не совершал лишней работы на достижение давления и открывается на короткое время пневмораспределитель 11,система заполняется воздухом, цикл повторяется снова.

Следует отметить, обязательное дополнительное включение именно последовательного соединения электромагнитного пневмораспределителя 13 и пневмодросселя 15. Если пневмодроссель 15 был бы подключенгпоследовательно к уже имеющемуся электромагнитному пневмораспределителю 11, то вследствие газодинамического сопротивления пневмодросселя 15 произошло бы увеличение в несколько раз (а в ряде случаев и на порядок) величины заднего фронта кривой

5 давления, как это показано пунктиром на фиг.2,

Поэтому в конструкцию дополнительно включено указанное последовательное соединение, не влияющее на работу пневмо0 распределителя 11, газодинамическое сопротивление которого в среднем на два порядка меньше сопротивления пневмодросселя 15,

Выше была рассмотрена работа пнев5 матического привода на примере левого канала (левого желудочка).

Аналогичным образом работает правый канал (канал правого желудочка 18). Разница - состоит только в том, что меняется направ0 ление движения поршня-толкателя 8 (точки А и Б как бы меняются местами).

На фиг.З представлен пример конкретной реализации блока управления пневмо- распределителями левого канала.

5 На поршне-толкателе 8 закреплен магнит 19, магнитное поле которого меняет величину тока протекающего через датчик положения Холла 9.

Сигнал X (см. фиг.2) датчика Холла 9

0 поступает на входы компараторов напряжения 20, 21, 22,23 на операционных усилите1 лях OY1, OY2, OY3, OY4 соответственно. Компаратор 20 настроен на напряжение соответствующее полному выбросу крови ис5 кусственным желудочком 17 (точка Х0). С помощью потенциометра RI компаратор 21 имеет порог срабатывания, соответствующий конечному положению поршня-толкателя 8 в систолу (, точка Б) 0 потенциометр R2, компаратор 22 меняет свое состояние при достижении поршнем- толкателем 8 положения 0,11 - потенциометр Ra... компаратор 23 настроен на величину потенциометр R45 Выходы компараторов подсоединены к соответствующим входам двух RS-тригге- ров Ti и Т2, которые через усилители на транзисторах СИ и U2 в соответствии с логикой работы, представленной выше, через обмотки L 11 и L 13 электромагнитных пневмораспределителей управляют их состоянием - открыт-закрыт.

Следовательно, в отличие от прототипа, в данном пневматическом приводе возможно обеспечить отрицательное значение дав- ления воздуха в пневмополостях желудочков 17, 18 в фазу диастолы, причем величина этого значения регулируется путем изменения сечения дополнительных пневмодросселей 15, 16.

Таким образом, предлагаемое техниче- ское решение обеспечивает выполнение по- ставленнойцели, улучшение физиологических характеристик искусственного сердца путем повышения чувстви- тельности желудочков к венозному притоку за счет обеспечения отрицательного значения давления в их пневмополостях в фазу диастолы.

Чувствительность искусственного серд- ца к венозному притоку при величине венозного давления (0-4) мм рт.ст. возрастает в среднем в два раза и составляет около 3 л/мин мм рт.ст., что приближается к показателю естественного сердца - 4 л/мин мм рт.ст. (4).

Изготовлен экспериментальный образец пневматического привода, который находится на испытаниях в НИИТиИО МЗ СССР.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Искусственное сердце с пневматическим приводом, содержащее электрический двигатель, редуктор, преобразователь движения, воздушную камеру, поршень-толкатель, датчик положения и блок управления с двумя электромагнитными пневмораспре- делителями, причем первый пневмораспре- делитель установлен на выходе пневмополо сти, соединенной с левым желудочком, а Второй установлен на выходе .пневмополости, соединенной с правым желудочком, а один из каналов пневмораспре- делителей имеет канал для связи с атмосферой, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности желудочка к венозному притоку, оно снабжено двумя дополнительными электромагнитными пневмораспределителями, соединенными с атмосферой, и двумя пневматическими регулируемыми дросселями, причем дополнительный первый пневмораспределитель соединен через первый дроссель с пневмо- полостью левого желудочка, а второй дополнительный пневмораспределитель через второй дроссель соединен с пневмополо- стью правого желудочка, при этом первый пневмораспределитель электрически связан с одним входом блока управления, з второй связан с другим его входом.

Использование: в медицинской технике, а именно в аппаратах, предназначенных для замены насосной функции сердца. Цель -.повышение чувствительности желудочков к венозному притоку за счет обеспечения отрицательного значения давления в их пневмополости в фазу диастолы. Привод существенно отличается от известного тем, что он дополнительно снабжен двумя электромагнитными двухлинейными пневморас- пределителями и двумя пневмодросселями, при этом режим работы имеющихся пневмо- распределителей отличается от известного. 3 ил.

Фиг. /

Фиг 2

Фи г. 5