ИСКУССТВЕННОЕ СЕРДЦЕ Советский патент 1973 года по МПК A61M1/10 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к аппарату «искусственное сердце.

Известны аппараты «искусственное сердце, содержащие насос но крови, гидравлическое устройство, двигатель с поршнем и радиоизотопный источник энергии. У известных аппаратов, однако, относительно большие вес и габариты, иедостаточная надежность в работе. Кроме того, они не обеснечивают кривую изменения давления во времени, близкую к физиологической, т. е. не обеспечивают хорошую гемодинамику.

Предлагаемое искусственное сердце отличается от известных тем, что оно снабжено Механизмом релаксации, установленным между поршнем двигателя и гидравлическим устройством, магнитами для возвраш,ения поршня двигателя в нсходное положение, установленными на корпусе и поршне двигателя различными полюсами друг к другу выпускным клапаном, установленным на норшпе двигателя и имеюш,им упругие средства возврата в открытое положение, унором для открытия впускного клапана; гидравлическое устройство содержит норшень, помеш,енный в цилиндр с двумя отсеками, отделенными поршнем, причем один из отсеков имеюш,ий две изолированные камеры, соединен с нагнетающи.ми камерами иасоса но крови, а другой -

с всасывающими камерами насоса но крови.

Механизм релаксации содерл ит упругий орган, заключенный между двумя стаканами, один из которых связан с норшнем двигателя, а другой - с поршнем гидравлического устройства, два унора, ограничнваюн;п. расстояние между стаканами, средства вре.меннон фиксации стакана, связанного с поршнем двигателя, средства его расфнксацнн в конце хода упругого органа.

Средства временной фиксации содержат защелку, находящуюся на упругой нластннке, жестко соединенной со стаканом, связанным с поршнем двигателя, и гашетку, соединен)1ую с корнусом сердца.

Средства расфиксации могут быть выполнены в виде пальца, соединенного со стаканом, связанным с поршнем гидравлнчсскоп) устройства.

Упругие средства возврата выпускного клапапа выполнены из двух магнитов, установленных навстречу друг другу нолюсамн одинаковой полярпостн.

Упор для открытия впускпого клапана представляет собой подвижный аксиа.льпо расноложеппый на норшне двигателя толкатс,п с упругими средствами.

Упругие средства для возврата толкателя выполнены в виде магнита, установленного в jiopiuiie гидравлического устройства и ферромаппггиого кольца на толкателе. На фиг. 1 изображена прииципиальиая схема гидравлического устройства предлагаемого аппарата «искусственное сердце ; на фиг. 2 - двигатель в разрезе; на фиг. 3 - упругне средства впускного клапана; па фиг. 4 - упругие средства для возврата толкателя. Предлагаемый аппарат «нскусственпое сердце содержнт насос по крови, камеры 1 н 2 которого являются иагпетающими, а ка.меры 3 н 4 - всасывающими, т. е. камеры 1 н 2 соответствуют правому и левому желудочкам, а камеры 3 и 4 - правому и левому предсердиям. Каждая из перечисленпых камер нмеет оболочку 5, сообщающуюся с гидравлическим устройством бис трубопроводами 7 и 8, в которых имеются искусственные шариковые клапаны-9. Трубопровод 7 установлен .между полой Benofi и легочной артерией и присоединяется к камерам 1 и 3, а трубопровод 8 установлен между легочной веной и аортой и нрисоеднпяется к камерам 2 и 4. Впутри каждой камеры насоса но крови имеется гибкая иерегородка 10 (мембрана), отделяющая отсек 11, наполненный кровью, от отсека 12, наполненного промежуточной жидкостью для передачи давления. Гидравлическое устройство 6 содержит порщень 13, помен1енпый в цилпндр с двумя отсеками 14 и 15, отделенными поршнем 13. Отсек 14 имеет две изолнрованн1 1е ка.меры 16 и 17. Камера 16 цилиндрическая, а камера 17 кольцевая и расположена вокруг камеры 16. Отсек 14 соединен с 11агнетающими камера.ми 1 и 2 насоса но , а отсек 15 - с всасывающими камерами 3 и 4. Поршень 13 движется нри иеремещенин штока 18. Оба отсека 14 и 15 гидравлнческого устройства .занолнены иромежупочной жидкостью для нередачи давления. При неремещенни штока 18 вверх (ио че1)теясу) промежуточная жидкость, содержащаяся в камерах 16 и 17, во.здействует на гибкую перегородку 10 камер 1 и 2 и выталкивает из них в трубопроводы 7 и 8 кровь - происходит нагнетание крови, содержащейся в желудочках искусственного сердца. При этом кровь отсасывается в предсердия - камеры 3 и 4 благодаря действию промежуточной жидкостн, находящейся в отсеке 15 под норшнем 13. Когда направлепие перемещения ппока 18 реверсируется, предсердия опорожняются в желудочки. Перемещение порщня вверх (но чертежу) соответствует систоле, а перемещение вниз - днастоле. Гидравлическое устройство приводит в действие абсолютно снихронным образом желудочки и предсердия искусственного сердца так, что с одной стороны оба желудочка находятся в фазе максимального наполнения кровью, когда оба предсердия находятся в фазе минимального нанолцения кровью, а с другой стороны сумма объемов циркулирующей крови, содержащейся в желудочках и в предсердиях, постоянна. Шток 18 поршня 13 приводится в возвратно-поступательное движение двигателем (фиг. 2), заключеиным в корпус 19. В нижней части корпуса содержится радиоизотопный источник 20 энергии, расположепиый в камере 21. Ка.мера 21 сообщается с редукционным цилиндром 22 двигателя через впускной клапан 23, который прнжимается к его седлу упругими средствами, папример, пружиной. В цилиндре 22 перемещается поршень 24 с упором 25, воздействующим на тарелку клапана 23, когда порщепь 24 находится в своем иижне.м положении. Порщень 24 связан со стаканом 26, имеющим унор 27. В конце рабочего хода вверх норшень 24 открывает отверстие 28 в цилиндре 22, благодаря которому пространство под поршием 24 соединяется с прострапство.м внутри корпуса 19 двигателя. В верхней части корнуса имеется капиллярный конденсатор 29, охлаждающийся промежуточной жидкостью (которая сама охлаждается кровью). Внутренние стенки корпуса также содержат капиллярную сеть для возвращения к конденсатору 29 следов конденсации. Кондеисированная жид-кость возвращается в камеру 21 посредством всасывающей трубки 30, снабженной обратным клапаном 31 и всасывающим и нагнетающим насосом. Камера 21 и цилиидр 22 теплоизолированы с помонхью теплопзоляционного материала 32. Поршень 24 может быть снабжен устройство.м, обеспечивающим открытие впускного клапана 23. С этой целью порщепь 24 оснащается упоро.м 25, который может представлять собой подвижный, аксиально расположенный ia поршне 24 толкатель 33 с упругими средствами для его возврата, которые могут быть выполнены в виде магнита 34, установленного на поршне 24, и ферромагнитного кольца 35 на толкателе. Унлотнение в поршне обеснечивается перегородкой 36, уд.€рживае.мой стопориым кольцо.м 37. Описанное устройство работает следующим образо.м. Когда порщень 24 доходит до конца при своем движении вниз, толкатель 33 касается клапана 23 и утапливается в теле упора 25, так как сила магпита недостаточна для преодоления сил давления, оказываемых .на клапане 23. Затем упор 25 входит в контакт с тарелкой клапана 23 и опуекает его. Давлеиие пара, цроникающего в иространство под поршнем, уравновешивается с обеих сторон клапана 23, и толкатель 33 под действием .магнитных сил максимально выступает из упора, сильиее утапливает клапап 23, поддерживая его открытым до тех пор, пока поршень 24 снова не отойдет от клапана при движении вверх. Во время обратного движения поршня (т. е. при его движении вниз), пар под поршне.м может создавать противодавлепие, которое и тормозит деижепие порщия, Для устранения этого поршень 24 может быть снабжен выпускным клананом 38 (фиг. 3), нмеющим упругие средства возврата в открытое положение. Эти упругие средства возврата выполнены в внде двух магнитов 39 5 и 40, один из которых установлен на штоке поршня, а другон укреплен в теле поршня, нрн этом магниты установлены друг против друга и обраш,ены один к другому полюсами одинаковой нолярности. При рабочем ходе Ю поршня (т. е. движении его вверх), когда давг ление пара под поршнем выше его давления в корпусе двигателя, появляюи1,аяся разность давлении поддерживает вынускпои клапан в закрытом ноложении. В конне рабочего хода 15 давление в цилиндре 22 уменьшается, и пар выходит через отверстие 28 в корпус. При этом под действием магнитных сил клапап 38 открывается и он остается открытым во все время обратного хода порш-ня 24 до тех нор,20 пока поршень не упрется во впускиой кланан 23. В результате пар полностью выходит из пространства под поршнем через канал 41. Со штоком 18 поршня 13 гидравлического устройства 6 связан стакан 42, снабженный упо-25 ром 43. Между этим стаканом 42 и стаканом 26, связанным с поршнем 24 двигателя установлен механизм релаксации, выполненный в виде унругого органа-пружины 44. Установленные на стаканах 26 и 42 упоры 27 и 43, взаи-ЗО .модействуя между собой, ограничивают расширение пружины 44 до значения, при котором остаточная сила ее сжатия соответствует кровяному давлению в конце систолы. Со стаканом 26 связана защелка 45, кото-35 рая нри движении поршня 24 вверх, (в конце его рабочего хода), входит в зацепление с гашеткой 46, жестко связанной с корпусо.м 19 двигателя, при этом осуществляется временная фиксация стакана 26, связанного с порш-40 нем 24. Для осуществления его расфикеации служит палец 47, соединенный со стаканом 42. Этот палец освобождает защелку 45, когда пружииа 44 заканчивает свое расширение и стакан 42 находится в верхнем положении. 45 Для возвращения поршня 24 двигателя в нсходное положение служат магниты 48 и 49, одип из которых установлеи на стакане 26 норшня двигателя а другой иа - корпусе двигателя. Эти магниты обращены одни к дру- 50 гому нротивоположными полюсами. При отиосительиом перемещении порн1ня 13 гидравлического устройства 6 и порщня 24 двигателя осуществляется также работа откачивающего-нагнетающего ласоса для. по- 55 вторного введения коиденсата в камеру 21. Этот иасос выполнен в виде порщня 50, присоединенного к концевому утолщению штока 18 одним или несколькими стержнями 51 и совершающего движение внутри каналов в 60 цилиндре 52, прикреплеином к цилиидру 22 оболочкой 53 с пазами для прохода в них деталей крепления стакана 26 к поршию 24. Предлагаемый аппарат «искусственное сердце работает сле.дующим образом. В не- 65 ходном состоянии поршень 24 двигателя находится в крайнем низком ноложении, впускной клапан 23 открыт, упоры 27 и 43 стаканов 26 и 42 находятся в контакте и пружина 44 поддерживается в состоянии предварительного сжатия, магниты 48 и 49 притянуты друг к другу. Давления в камерах 16 и 17 п отсеке 15 равны давлению крови во время естественной диастолы. Пар, образуюш,ийся под денствием радноизотопиого источника 20, из камеры 21 проникает через внускнон кланан 23 в цилиндр 22 и резко ускоряет 24 вверх, который задерживается только силой нружииы 44. При поднятии порншя вверх клапан 23 закрывается, и нар нод норшнем быстро расширяется. Во время этой фазы иоршеиь 24 и все связаииые с иим детали ускоряются, а затем замедляются и, иаконен, останавливаются в конце длииы хода иоришя иутем зацепления защелки 45, на 46. Во время этой очень короткой фазы, вследствие малой инерции норшня 24 н связанных с иим деталей поршень 13 гидравлического устройства практически ие перемешается. Эта фаза с медицинской точки зрения соответствует изометрической фазе устаиоплеиня давления крови в обоих желудочках - камерах 1 и 2. Соотношеиие между давлениями в камерах 16 и 17 устанавливается автоматически на правильной величине, так как оно определяется сонротивлениями обоих естественных кругов кровообращения человеческого организма. Только результирующая сил давления на поршень 13 практически равна силе, создаваемой пружиной 44 в ее состоянии макснмалыюго сжатия. С 1едующая фаза функциоиироваиия соответствует ослаблепию действия пружины 44. Поршень 24 и связанные с иим детали останавливаются защелкой 45, фиксирующей норшень. В начале этой фазы пар из цилиндра выпускается через отверстие 28, которое остается открытым около трети секунды. Затем пружина 44, опираясь иа стакан 26, воздействует на поршень 13, который выталкивает промежуточную жидкость из камер 16 i 17. С медицинской точки зрения эта фаза соответствует систоле. Ее продолжительность практически устанавливается сопротивлением. оказываемым кровеиосиои системой человеческого оргаЕ1изма, с одной стороны, и уиругостью нружины 44, с другой стороны. Соответствепиый выбор этой пружины позволяет установить время систолы аипарата, нрактически равное времени систолы человеческого сердца, и падения давления во время систолического периода, которое иапомпнает ход соответствующей кривой в человеческом сердце. В конце этой фазы давления в желудочкахкамерах 1 и 2 .находятся в отнощении, которое, как в теченне всей фазы, задано сопротивлелшями кровеносных систем.

В конечный момент фазы снускания пружины 44 упоры 27 и 43 входят в контакт и препятствуют дальнейшему действию пружины. Давления в камерах 16 и 17, следовательно, снова резко падают после закрытия клапанов 9 на значение, практически равное значению давлення крови в диастолический период. В то же время сила давления, оказываемая защелкой 45 на гашетку 46, становится слабой, и палец 47, который поднялся вверх во время растяжения пружины, освобождает защелку. Все детали, связанные с поршнем 24 и с поршнем 13, образуют тогда снова жесткий узел, сиособпый перемеш,аться нелико.м по оси цилипдра 22.

Этот узел возвращается затем целиком к своему начальному положеиию под действием результирующей сил давлеиия, в частности упругости перегородок оболочек (мембран).

Донолнительпое действие может создавать действие магнитов 48 и 49, когда они сближаются, притягиваясь друг к другу.

Б копне обратного хода подвижной узел, вследствие своей инерции и действия магнитов 48 и 49, вызывает открытие впускного клапана 23. Таки.м образом, двигатель снова находится в исходном состоянии.

С медицииской точки зрения иоследияя фаза соответствует периоду диастолы (наполнение желудочков благодаря перемещеиия.м промежуточной жидкости и действию искусственных клапанов 9. Во вре.мя этой последней фазы кровяное давление задается сами.м организмом.

Конденсация пара, который вытекает через отверстие 28 непрерывно, происходит в капиллярно.м конденсаторе 29. Капельки, которые дгогут показаться на внутренних стенках корнуса 19, также возвращаются в коНхДенсатор.

П р е д м е т изобретения

1. Искусственное сердце, содержащее насос но крови, гидравлическое устройство, двигатель с иоршнем и радиоизотопный источник энергии, отличающееся тем, что, с целью уменьшения веса и объема, повышения надежности и улучшения гемодинамики, оно снабжено механизмом релаксации, установленным между поршнем двигателя и гидравлическим устройством, магнитами для возвращения иоршня двигателя в исходное положение, устаиовлевными на корпусе и иоршие двигателя различными полюсами навстречу друг другу, выпускным клапаном, установленным на поршне двигателя и имеющим упругие средства возврата в открытое положение, упором для открытия впускного клапапа; гидравлическое устройство содержит поршень, помещенный в цилиндр с двумя отсеками, отделенными поршнем, -причем одии из отсеков,

и.меющий две изолированные камеры, соединен с пагиетающи.ми камерами цасоса по крови, а другой - с всасывающими ка.мерами насоса по крови.

2.Искусствеиное сердце по п. 1, отличающееся тем, что, механизм релаксации содержит упругий орган, заключенный между двумя стаканами, один из которых связан с порШнем двигателя, а другой - с поршнем гидравлического устройства, два упора, ограпичИвающих расстояние между стакаиами, средства временной фиксации стакана, связанного с порщием двигателя, средства его расфиксации в копце хода упругого органа.

3.Искусствеиное сердце по п. 2, отличающееся тем, что средства времеппой фиксации

содержат защелку, находящуюся па упругой пластинке, жестко соединепной со стаканом, связанным с поршнем двигателя, и гащетку, соедииеппую с корпусом сердца.

4. Искусствеиное сердце по п. 2, отличающееся тем, что средства расфиксации выполпеиы в виде пальца, соединениого со стакаиом, связаппым с поршнем гидравлического устройства.

5. Искусственное сердце по п. 1, отличающееся тем, что упругие средства возврата выnycKFioro клапапа выполнены из двух магнитов, устаиовлеппых навстречу друг другу полюсами одинаковой полярности.

6. Искусственное сердце по п. 1, отличающееся тем, что упор для открытия впускного клапапа представляет собой подвижный, аксиальио расположенный иа порщне двигателя, толкатель с упругими средствами для его

возврата.

7. Искусственное сердце по п. 6, отличающееся тем, что упругие средства для возврата толкателя выполнены в виде магнита, устаповленного в порщпе гидравлического устройства и ферромагиитиого кольца на толкателе.

18

15

/3

C

3S