УСТРОЙСТВО А. К. КРАСНОПЕБЦЕВА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ Советский патент 1968 года по МПК G09B23/30 

Известны устройства для моделирования гемодинамических явлений сердечно-сосудистой системы организма, содержащие пульсирующий насос, открытый резервуар, соединенный со всасывающей магистралью системы, расходомеры, манометры, дроссельные краны, предохранительный клапан, зажимы и соединительные щланги.

Предлагаемое устройство отличается от известных тем, что оно содержит три эластичные трубки, имитирующие кровеносные сосуды, одна из которых снабжена подвижным зажимом, а две другие уложены между жесткой опорой и эластичной пленкой, яричем одна из последних трубок размещена внутри мягкого герметичного баллона, заполненного жидкостью. Такое выполнение устройства позволяет имитировать изменение гемодинамических параметров в зависимости от функционального состояния сердечно-сосудистой системы, например, периферического артериального давления, пульса, кровенаполнения и механического взаимодействия артериальных и венозных сосудов с окружающими твердыми и мягкими тканями.

Для имитадии изменения гемодинамических параметров кровотока в зависимости от степени эластичности стенок аорты, полой вены и предсердия, на всасывающем и нагнетательном контурах устройства установлены два

герметично закрытые резервуара со щтуцерами для соединения с устройствами для нагнетания воздуха, например, резиновыми баллонами и обратными клапанами.

Па чертеже изображены принципиальная схема предлагаемого устройства и сечение по Л-Л.

Предлагаемое устройство содержит диафрагменный пульсирующий насос 1, нагнетательный герметично закрытый резервуар 2 со щтуцером для соединения с устройством 3 дозируемого нагнетания воздуха, регулируемый нагрузочный дроссельный кран 4, расходомер 5, всасывающий герметично закрытый

резервуар 6, который также снабжен щтуцером для соединения с устройством 7 дозируемого нагнетания воздуха. В устройстве имеется также открытый резервуар 8, сообщающийся со всасывающей магистралью системы при

помощи гибкого щланга 9 через дроссельный кран W. Кроме того, устройство снабжено предохранительным клапаном //, сменной эластичной трубкой 12 с подвижным зажимом 13, мягким герметичным баллоном 14 с жидкостью, сквозь который проходит эластичная трубка 15, эластичной трубкой 16, дополнительным регулирующим дроссельным краном 17, дополнительным расходомером 18, мано.метрами 19 и 20, жесткой опорой 21 и эларезервуаром 2 и дроссельным краном 4 также может быть включен гибкнй шланг.

лМожно установить следующее механическое подобие отдельных элементов предлагаемого устройства элементам сердечно-сосудистой системы.

Насос является аналогом желудочка сердца, нагнетательный резервуар 2 - аналогом аорты, гидросопротнвление дроссельного крана 4 (с учетом гидросонротивления расходомера 5)- аналогом сопротивления кровотоку в суммарном сосудистом русле круга кровообращения (без учета гидросонротивления одной, а именно-имитируемой периферической ветви этого круга), всасывающий резервуар 6 - аналогом полой вены, добавочная гидравлическая цепь 23-аналогом отдельной периферической ветви круга кровообращения, например, ветви, находящейся в предплечье человека, эластичная трубка 12 - аналогом начального (проксимального) участка периферической артерии, окруженного тканями тела, например, аналогом плечевой артерии человека, подвижный зажим 13 - аналогом фактора, вызывающего местное сужение нли полное перекрытие проксимального участка периферической артерии.

В добавочной гидравлической цени 23, являющейся аналогом периферического органа кровообращения (преимущественно аналогом предплечья человека), эластичная трубка /5 является аналогом днстального (более удаленного от аорты) участка периферической артерии, например, аналогом лучевой артерни человека; эластичная трубка 16 - аналогом соответствующего участка периферической вены; гндросопротивленне донолнительного регулируемого дроссельного крана 17 (с учетом гидросонротиБлення дополнительного расходомера 18) - аналогом сопротивления кровотоку в отдельной периферической ветви круга кровообращения; баллон 14 с жидкостью аналогом живых тканей, окружающих периферическую артерию (ее дистальный участок), например, лучевую артерию человека; жесткая опора 21 - аналогом опорного элемента, несущего на себе периферическую ветвь кровообращения, например, аналогом костей предплечья; эластичная пленка 22 - аналогом эластичной о-болочки органа, содержащего периферическую артерию и нериферическую вену, например, аналогом кожн предплечья.

В качестве рабочей жидкости, заполняющей элементы гидравлического контура устройства, исиользуется вода, спирто-глицериновая смесь или другая жидкость.

Устройство снабжено щкалами для измерения количеств воздуха (по высоте воздушных столбов), заключенных в нолостях нагнетательного и всасывающего резервуаров (резервуары выполняются преимущественно прозрачными). Имеется также щкала для измергния высоты уровня жидкости в открытом (тоже прозрачном) резервуаре над средним

уровнем жидкости в трубопроводе всасывающей магистрали.

Работает устройство следующим образом. Диафрагменный насос /, .вытеснительный

элемент (диафрагма) которого перемещается в соответствии с заранее выбранной зависимостью координаты от времени, обеспечивает прерывистую подачу жидкости нз всасывающего резервуара 6 в нагнетательный резервуар 2. С точки зрения аналогии между работой устройства н деятельностью сердечно-сосудистой системы частота рабочих циклов насоса соответствует частоте сердцебиений биологического объекта. Минутная нроизводнтсльность насоса в установившемся режиме аналогична так называемому .минутному объему сердца, а производительность насоса за один цикл качания - ударному объему сердца. Благодаря упругому действию воздушной

подушки, находящейся в нагнетательном резервуаре над свободной -поверхностью жидкости, в нагнетательной магистрали устройства устанавливается пульсирующее давление, закон измерения которого сходен с законом изменения давления крови в аорте человека или животного.

Амплитуду переменной составляющей этого давления можно регулировать в щнроких пределах путем измерения объема находящегося

в нагнетательном резервуаре воздуха посредством устройства 3 для дозируемого нагнетания воздуха. Изменение количества воздуха в нолости нагнетательного резервуара эквивалентно изменению эластичности стенок аорты

человека или животного. Давление в нагнетательной магистрали устройства контролируется .манометром 19 указывающим, регистрирующим или иным отсчетным приспособлением. Если добавочная гидравлическая цепь 23

или трубопровод предохранительного клапана перекрыты, то весь расход жидкости, возвращающейся из нагнетательной магистрали устройства во всасывающую магистраль, который в установнвщемся режиме равен производительностк насоса, осуществляется через регулируемый дроссельный кран 4. Перепад давлений на этом кране (с учетом падения давления на расходомере 5) аналогичен артерио-венозной разнице давлений в круге кровообращения. Расход жидкости за 1 мин через дроссельный кран 4, как и минутная производительность насоса, эквивалентен минутному объему сердца. Этот расход контролируется посредством расходомера 5. Регулировка величины сопротивления дроссельного крана 4 позволяет измеиять постоянную составляющую давления (среднединамическое давление) в нагнетательной магистрали в очень щироких пределах (от нуля до ограничительного предела предохранительного клапана, например до 300 мм рт. ст.).

Установившееся во всасывающей магистрали (всасывающем резервуаре 6) пульсирующее давление с онределенной степенью пркне человека или животного. Постоянная составляющая этого давления определяется зысотой уровня жидкости в открытом резервуаре 8 над средней полостью всасываюпдего трубопровода. Ее можно регулировать, принимая положительные, отрицательные и нулевые значения (все давления в устройстве отсчитываются относительно атмосферного давления, принимаемого за нуль), путем поднятия или опускания открытого резервуара, укрепленного посредством передвижного кронштейна с зажимом на вертикальной штанге. Амплитуда переменной составляюш,ей пульсируюш,его давления во всасывающей магистрали благодаря наличию дроссельного крана 10 не зависит от свойств открытого резервуара S и может регулироваться в широких пределах путем изменения количества воздуха в полости всасывающего резервуара 6 с помощью устройства 7 для дозируемого нагнетания воздуха. Такое изменение количества воздуха эквивалентно изменению упругого сопротивления стенок полой вены (с учетом возДействия на нее окружающих органов). Давления во всасывающей магистрали модели контролируются посредством манометра 20 с указывающим, регистрирующим или иным отсчетным приспособлением.

Частоту пульсаций циркулирующего по гидравлическому контуру потока жидкости, эквивалентную частоте сердцебиений, можно регулировать в достаточно широких пределах с помощью регулятора, вмонтированного в привод насоса (на чертеже не показан).

В приводе насоса имеется также регулятор рабочего хода диафрагмы, позволяющий в Щ фоких пределах регулировать производительность нгсоса, отнесенную к одному циклу работы, эквивалентную, как уже сказано выше, ударному систолическому объему сердца, т. е. количеству крови, выталкиваемой в аорту за период одного сокращения желудочка сердца (для упрощения чертежа этот регулятор не показан).

Таким образом, при установивщемся режиме работы устройства в его гидравлическом контуре циркулирует пульсирующий поток жидкости, параметры которого с большой приближенностью соответствуют параметрам кровотока через суммарное русло круга кровообращения.

Наличие добавочной гидравлической цепи 23 (аналога предплечья) обеспечивает создание ответвленного потока жидкости, питаемого из основного гидравлического контура устройства и не вносящего качественных изменений в характеристики потока, протекающего через этот контур. По влиянию на параметры потока в гидравлическом контуре наличие добавочной гидравлической цепи 23 равноценно простому уменьшению гидросопротивления дроссельного крана 4. Желаемое перераспределение расходов жидкости в Главном и ответвленном потоках устройства при неизменном суммарном расходе можег легко осуществляться путем одновременной и противоположно направленной регулировки проходных сечений дроссельных кранов 4 и 17.

Расход жидкости в ответвленном потоке контролируют с помощью расходомера 18.

С точки зрения взаимодействия с ответвленным потоком жидкости добавочная гидравлическая цепь 23 вместе с эластичной трубкой 12 представляет собой секционированный трубопровод с эластичными стенками и неоднородным сечением. Главными неоднородностями сечения являются сужение просвета трубопровода в месте установки дроссельного крана 17, а в некоторых случаях и

сужение просвета на участке соединения эластичной трубки 12 с эластичной трубкой 15. Ввиду того, что давление и скорость жидкости, втекающей в этот трубопровод, имеют пульсирующий характер, от начала трубоировода к дроссельному крану 17 распространяются периодически следующие друг за другом волны давления. Эти волны вызывают появление волн, отраженных от места резкого сужения потока в проходном сечении дроссельного крана и распространяющихся в обратном направлении. В результате сложения прямой и отраженных волн давления в эластичной трубке 15 возникает периодическое переменное давление, длительность цикла которого

равна периоду прямой волны. Это переменное давление, суммируясь, в свою очередь, с установившейся в нагнетательной магистрали постоянной составляющей давления (равной среднедипамическому давлению), дает пульсирующее давление жидкости в эластичной трубке 15. Полученное таким образом пульсирующее давление соответствует по своим параметрам периферическому артериальному давлению человека или животного. При воспроизведении периферического артериального давления, наблюдаемого в конечности, на имитируемого давления мол-сно различить основное колебание и характерное, так назьгваемое дикротическое.

Аналогичная картина колебаний давления внутри эластичной трубки 15 может быть получена, если -вместо эластичной трубки 12 применен другой гибкий шланг со специально подобранными размерами и модулем упругости материала стенок, включенный в участок модели между нагнетательным резервуаром .2 и дроссельным краном 4. Пульсации давления жидкости внутри эластичной трубки 15 приводят к колебательным движениям стенки

этой трубки, которые по своему закону изменения во времени аналогичны колебаниям стенки периферической артерии, т. е. являются имитацией периферического артериального пульса человека или животного. Кривая колебаний стенки эластичной трубки очень сходна с кривой переменного давления в этой трубке. Пульсирующее наполнение эластичной трубки 15 по своему закону изменения во времени аналогично кровенаполнению перифериВвиду пульсирующего прохождения жидкости через дроссельный кран 17 и неполного падения ее давления на этом дросселе, в эластичной трубке 16 также устанавливается поток,, давление в котором имеет пульсирующий характер. Это давление из-за гидравлических потерь на дроссельном кране 17 (с учетом потерь на гидросопротивлении расходомера 18) имеет в промежуточном рабочем режиме устройства величину, как правило, на два порядка меньщую, чем величина давления в эластичной трубке 15. Пульсирующее давление в эластичной трубке 16 аналогично с Определеиной степенью приближения периферическому венозному давлению крови человека или животного. Обусловленные наличием этого давления нульсовые колебания етенок трубки 16 аналогичны периферическому венному пульсу, а пульсирующее объемное наполнение трубки - кровенаполнению периферической вены.

Мягкий баллон 14 с жидкостью имитирует наличие живых тканей, передающих колебания стенки нернферической артерии к поверхности периферического органа кровообращения, например, к поверхности предплечья. Имитания механического -влияния живых тканей нужна для правильного воспроизведения поведения периферической артерии при тех или иных воздействиях на поверхность перпфернческого органа кровообращения со стороны какого-либо постоянного тела. Учет действия носторонннх тел на нернферическую артерию нредставляет интерес при пальпаторном исследовании этой артерии, при наложении кровоостанавливающего жгута или датчика сфигмографа и т. п., так как внещнее механическое воздействие может существенно изменять параметры кровотока в периферической ветви кровообращения.

Колебания стенок эластичных трубок /,5 и 16 и объемные изменения в этих трубках могут контролироваться через эластичную пленку 22 или неносредственно воснриниматься с поверхностей трубок (в последнем случае контрольные датчики накладывают на заранее предусмотренные участки этих трубок, выступающие- за пределы баллона 14 и эластичной пленки 22)... ..-.

С целью контроля давлений внутри любых элементов, предлагаемого устройства, на этих элементах могут быть заранее смонтированы специальные патрубки, обеспечивающие подсоединение манометрических устройств, при ненадобности заглущаемых пробками. Предохранительный клапан //, предварительно отрегулированный на предельно допустимый перепад давления порядка 250-30 мм рт. ст., обеспечивает автоматическую защиту элементов устройства от перегрузки при любых положениях регулирующих элементов.. Наличие достаточно полной системы регулирующих н контрольных органов позволяет оператору регулировать в щнроких пределах параметры

устройства и устанавливать множество отличных друг от друга режимов работы. Любой из этих режимов может требуемое число раз повторно воссоздаваться после любых состояний устройства, стройство позволяет воспронзводить различные функциональные состояния сердечно-сосудистой системы, каждому из которых соответствует один из режимов его работы.

Предмет изобретения

1.Устройство для моделирования гемодинамическнх явлений сердечно-сосудистой системы организма, содержащее пульсирующий насос, открытый резервуар, соединенный со всасываюн.1.ей магистралью системы, расходомеры, манометры, дрОСсельные краны, нредохранительный клапан, зажимы и соединительные щланги, отличающееся тем, что, с целью имитации изменения гемодинамических параметров в зависимости от функционального состояния сердечнососудистой системы, например, периферического артериального давления, пульса, кровенаполнения и механического взаимодействия артериальных и венозных сосудов с окружающими твердыми и мягкими тканями, устройство содержит три эластичные трубки,

имитирующ.ие кровеносные сосуды, одна из которых снабжена подвижным зажимом, а две другие у.ложены между жесткой опорой н эластичной пленкой, причем одна нз последних трубок размещена внутри мягкого герметнчного баллона, заполненного жидкостью.

2.Устройство но -н. 1, отличающееся тем, что, с целью имитации изменения гемодинамнческих параметров кровотока в зависимости от степени эластичности стенок аорты, полой

вены и предсердия, на всасывающем и нагнетательном контурах устройства установлены два герметично закрытых резервуара со штуцерами для соединения с устройствами для нагнетания воздуха, например, резиновыми

баллонами с обратными клапанами.

20

22

,

П)

:9 W

19

4 31Ь