Устройство для моделирования гемодинамических явлений в системе кровообращения Советский патент 1982 года по МПК A61M1/03 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГЕМОДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ В СИСТЕМЕ КРОВООБРАЩЕНИЯ

Изобретение относится к медицинскому приборостроению, а именно к искусственным кардиоимитаторам процессов в системе кровообращения, и предназначено для использования с целью исследования гидродинамики кровообращения и метрологического обеспечения диагностической кардиологической аппаратуры.

Известны устройства для моделирования гемодинамических явлений в системе кровообращения, содержащие эластичную трубку, за ключенную внутри жесткой емкости, заполненной жидкостью, соединительные шланги с патрубками, гидросопротивление, расходомеры, открытые резервуары и компрессор 1. . Однако зти устройства не позволяют моделировать пульсаторные д намические явления в сосудах организма, что ограничивает их применение.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для моделирования гемодинамических явлений в системе кровообращения, включающее пульсирующий насос, открытую, всасывающую и нагнетательную камеры, расходомеры, манометры, дроссели, предохранительный клапан, зажимы, соединительные шланги, трубки из эластичного материала и компрессоры {2.

Однако это устройство имеет ограниченные функциональные возможности, так- как не обеспечивает задание скорости изменения статического объема сосудов и скорости изменения расхода крови.

Ограниченные функциональные возможности устройства затрудняют оценку основных факторов, определяющих характер гемодинамических процессов в системе кровообращения, сужают возможности метрологического обеспечения даагностических кардиологических S приборов.

Цель изобретение - расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения задания скорости изменения статического объема сосудов и скорости изме20нения расхода крови.

Поставленная цель достигается тем, чт устройство для моделирования гемодинамических явлений в системе кровообращения, вклю3:93чающее пульсирующий насос, открытую всасы вающую и .нагнетательную камеры, раСходомеры, манометры, дроссели, предохранительный клапан, зажимы, соединительные шланги, трубки нз эластичного материала и компрессоры, дополнительно снабжено двумя резервуаралш, один из которых заполнен жидкостью, а другой газом, жесткой емкостью, двумя пово ротными платформами, двумя гидросопротнвленнями, четырьмя трубками из эластичноупругого материала и двумя мягкими емкостями, при этом нагнетательная камера пульсирующего насоса через первое гидросопротивление, первую и вторую трубки из эластично-упругого материала, жесткую емкость соедннена с мягкими емкостями; через второ шдросопротивление, третью и четвертую трубки из эластич11о-упругого материала нагнетательная камера пульсирующего насоса соединена с одной из мягких емкостей, первая и третья трубки из эластично-упругого материала размещены в первом резервуаре, втора и четвертая трубки нз эластично-упругого мат риала размещены во втором резервуаре, пд«чем резервуары размещены на первой поворотной платформе, а последняя размещена на второй поворотной платформе. I, На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства для моделирования гемодинамических явлений в системе кровообращения. Устройство содержит пульсирующий насос 1, открытую 2, всасывающую 3 и нагнетатель ную 4 камеры, расходомеры 5 и 6, манометры 7 и 8, дроссели 9 и 10, предохранительный клапан И, зажимы, соеданительные вшанги; трубки 12-15 из эластичного материала; ком прессор 16-18, а также резервуар 19, заполненный жидкостью, резервуар 20, заполненный газом, жесткую емкость 21, две поворотные платформы 22 и 23, два гищюсопротивления 24 и 25, четыре трубки 26-29 из эластично-упругого мате|жала; две мягких емкости 30 и 31. Нагнетательная камера 4 пульсирующего насоса I через mtpBoe гидросопротивлеиие 24 первую 26 и вторую 27 трубки из аласткчНо-упругого материала, жесткую емкость 21 соединена с мягкими емкостями 30 и 31. Через второе гидросопротивление 25, третью 28 и четвертую 29 трубки из эластитао-упругого материала нагнетательная камера 4 пульсирующего насоса 1 соединена с одной из мягких емкостей 31. Первая 26 и третья 28 трубки из эластично-упругого материала размещены в первом резервуаре 19, вторая 2 и четвертая 29 трубки из эластично-упругого мате1 |ала размещены во втором резервуаре 20, причем резервуары 19 и 20 размещены н первой поворотной платформе 22, а последняя размещена на второй поворотной платформе 23. Устройство работает следующим образом. Пульсирующий насос 1 создает в гидравлической системе устройства прерывистый поток жидкости, имитирующий пульсации давления в сосудах организма; жидкость вытекает в нагнетательную камеру 4. Величина среднединамнческой составляющей давления контролируется манометром 7, подключенным через дроссель 10. Компрессор 16 предусмот- , рен для изменения давления в камере при необходимости увеличить или уменьщить эластивдость аналога аортальной системы. Выходящий из камеры пульсирующий поток контролируется расходомером 5. Предохранительный клапан 11 осуществляет защиту имнтатора от повреждений при форсированной работе насоса и больших значениях входного сопротивления системы. Гидравлический сигнал, разветвляясь, через регулируемые гидросопротивления 24 и 25, имитирующие сопротивления сосудистого русла и создающие перераспределение аналога крови, по щтуцерам поступает на эластичноупругие трубки 26 и 28. Первая нз трубок является аналогом общей сонной, а вторая подключичной артерии. Обе они расположены внутри жесткого резервуара 19, заполненного жидкостью. Жидкость, моделирующая эластические, свойства органов и тканей, расположенных в верхней части грудной клетки и влиэюидих на скорости изменения статического объема сосудов и расхода крови, играет роль демпфера. Компрессор 17, соединенный с Полостью резервуара, имитирует изменения внутригрудного давления, имеющие место в реальных условиях (например, за счет дыхания). Таким образом, поток, состоящий из ослабленных пульсаций, наложеннцх на медленно меняющиеся дыхательные волны, из трубок 26 и 28 аодается через щтуцера соответственно на эластично-упругие трубки 27 и 29, первая нз которых является аналогом шстемы внутренних, а вторая - наружных сонных артерий. Соотношение потоков в системах perymq yetca гищюсопротивлениями 24 к 25. Трубки 27 н 29 размещены в полоста жесткого резервуара 22, заполненного газом, который играет роль демпфера. Компрессор 18 имитирует воздействие атмосферного давления на скорость иэ1менения статического объема сосудов шеи и расхода крови в них. С выхода трубки 27 суммарный сигнал, отражающий изменения внутригрудного и атмосферного давлений, совместно с компонентами пульсаций через жесткую емкость 21, выполняющую роль накопительной 59 и моделирующую свойства пазух твердой мозговой оболочки, поступает на мягкие емко сти 30 и 3, имитирующие депонирующие свойства глубокорасположенных вен черепа и поверхностных вен головы соответственно. На емкость 31 подается также поток из трубки 29. Эта система из трех емкостей регулирует перераспределение жидкости (в основном медленно меняю1цихся составляющих потока) при функциональных переполнениях одной из сосудистых ветвей. При зтом статический объем мягких ем1Состей за счет эласппности их стенок по аналогии со статическим объемом сосудов при увеличении, расхода жидкости или при росте давления в системе возрастает, увеличивая тем самым количество аналога депонированной крови. С выхода емкостей 30 и 31 пульсирующий поток поступает на эластичные трубки 14 и 15, первая из которых является аналогом системы внутренних, а вторая - наружных ярем ных вен. Они размещены внутри резервуара 22, в полости которого колебания трубок 14, 15, 27, 29 суммируются: к компонентам аналога артериальных пульсаций и медленно меня ющихся составляющих внешнего давления здесь добавляются динамические компоненты венного пульса. За счет эластичности аналогов вен при изменении внешнего избыточного (или пониженного) давления их стенки в этом узле модели могут частично или полностью спадаться (а также расишряться), чем обеспечивается задание скорости изменения статического объема сосудов и расхода крови в этой части сосудистого русла. . С трубок 14 и 15 сигналы поступают на эластичные трубки 12 и 13; первая из них является аналогом системы безымянных и верхней полой вен, а вторая - подключичны вен. В полости резервуара 19 пульсовые коле бания аналогов сосудов 12, 13, 26, 28 суммируются, как в предыдущем случае. Режим скоростей изменения статического объема сосудов и расхода крови на этом участке русла задаются законом изменения внешнего давления в полости резервуара по аналогии с вышеуказанным. Далее сигналы со всех веноз ных аналогов поступают во всасывающую камеру 3, выполненную по типу накопительной емкости. На ее вход через дроссель 9 подается также жидкость из открытого резервуара 2, играющего роль аналога депо крови в организме (например, в сосудах печени или кожи). Режимы работы аналога депо изменяются, в основном, во время имитации переходных процессов, возникающих в сердечнососудистой системе, т.е. не в моменты установления режимов работы устройства. Манометр 8 служит для контроля давления во всасывающей части устройства. С помощью поворотной платформы 22 (с расположенными на ней элементами) достигаетря создание в аналоге сосудистой системы продольных или поперечных гидростатических сил, которые являются одаим из важнейших факторов, определяющих задание окоростей изменения статического объема сосудов и расхода крови. В этих ситуациях имитирует ся перераспределение жидкости сред организма при изменении положения головы к верхней части тела по отношению к нижней. Аналогично указанному поворотная платформа 23 предназначена для задания указанных Bbuue параметров во всех звеньях сосудистого русла. При этом моделируется перераспределение крови, происходящее при и:)мен«1ни положения тела человека в 1фостранстве. При задании параметров биомеханики сосудов при метрологическом обесвечении диагностических приборов необходимо уздтыаатъ, что пульсации давления внутри трубок вызывают колебания их стенок по андлопгаюму закону. Эти колебания могут бып использованы при наладке сфигмографов, прюмеияемых для регистрации арте{тапыюго и венозного пульса и результирующих пульсаций сосудастых пучков. Аналогом пульса центральных артерий являются колебания ita выходах трубок 26-29, и вен 12-15, а пульсовых колебаний сосудистых пучков - пульсаюш давления внутри резервуаров 19 и 20. Форма пульсограмм, их амплитудные признаки и соотношения уровней могут быть оодо(аиы в зависимости от целевого назначения приборов путем использования икюющихся регулировок. Таким образом, использование предлагаемого устройство позволяет определять характер изменения гемодин АШКи при перераспределении крови в условиях изменения положения тела человека, в простраистве; О1феделять характер течения переходных процессов, возникающих в сосудастом русле при действии на человека продольных и поперечных ускорений; устанавл1шат& основные гидродинамические и физические факторы, определяющие изменение режимов фуикционировання механизмом регуляции гомеостаза лежацщх в основе функциональных расстройств и предболезней; повысить точность калибровки, тарировки и настройки диагностической кардиологической аппаратуры; расши{япъ методические возможности построения автономных поверочных приборов, используемых в медицинской техннке при испытаниях диагностической аппаратуры, придать указанным приборам более универсальный характер.

Формула изобретения Устройство для моделирования гемодинамнческнх явлений в системе кровообращения включающее пульсирующий насос, открытую всасывающую и нагнетатепьную камеры, расходомеры, манометры, дроссели, предохранительный клапан, зажимы, соединительные шланги, трубки из эластичного материала и компрессоры, отличающееся тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей устройства путем обеспечения задания скорости изменения статического объема сосудов и скорости изменения расхода крови, оно дополнительно снабжено двумя резервуарами, один из которых за полнен жидкостью, а другой газом, жесткой емкостью, двумя поворотными платформами, двумя гидросопротивлениями, четырьмя трубками из эластично-упругого материала и двумя мягкими емкостями, при этом йагнетательная камера пульсирующего насоса

через первое гидросопротивление, первую и вторую трубки из эластично-упругого материала, жесткую емкость соединена с мягкими емкостями; через второе гидросопротивление, третью и четвертую трубки из эластично-упругого материала нагнетательная камера пульсирующего насоса соединена с одной из мягких емкостей, первая и третья трубки из эластично-упругого матертала размещены в первом резервуаре, вторая и четвертая трубки из эластично-упругого материала размещены во втором резервуаре, причем резервуары размещены на первой поворотной платформе, а последняя размещена на второй поворотной платформе.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Регирер С. А. Гидродинамика кровообращения. М., Мир, 1971, с. 111-130.

2.Авторское свидетельство СССР N 212458, кл. 61 М 23/00, 1965.