Устройство управления протезом сердца Советский патент 1983 года по МПК A61M1/03 

(54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПРОТЕЗОМ СЕРДЦА

Л

Изобретение otnocHTCfl к медицинской ехйике и может быть использована в Ьердечяой хирургии при полном замещейии естественного сердца искусственным, Э также для облегчения деятельности сердца при сердечно-сосудистых заболеваниях. . Известно устройство управления протеЬом сердца, содержащее в каждом из двух каналов управления генератор сигналов изменения давления в пнецмополости желудочка протеза сердца, блоки задания частоты рабочих циклов, сервомеханизм, содержащий блок сравнения, датчик давления в пйевмополости желудочка сердца, включенный в контур обратнойсвязи, усилитель сигнала рассогласования, усилитель мощности, исполяительныЛ элемент, пре: образующий электрический сигнал рассо-. гласования в пневматический сигнал изменения величины давления в пневмополости желудочка протеза сердца, и -источники :давления и вакуума 1.

Однако используемые в этой устройстве сервомеханизмы сложны к недбстаточно надежны. В качестве исполнительных элементов в них, как правило, применяются ервоклапаны непрерывного действия.

имеющие недостаточно большое быстродейст вне. Кром« того, устройство имеет больщие ,;габариты ч вес и не обеспечивает достаточ кур точность слежения за изменением сигналов яа входе сервомеханизма. ; Цель изобретения - уменьшение габаритов, веса и упрощение к6нст)укции устройства управления npote3OM сердца.

Эта цель достигается тем, что устройство снабжено мультивибратором, усилителем мощности, электромагнитным пневмореле с двумя соплами и герметичны м--корпусом,причем мультивибратор подключен входом к выходу усилителя сигнала рассогласования, а выходом через усилитель мощ йости -,к электромагнитному пневмореле, 15 пневмореле размещено внутри ..хержетичяо:. го корпуса, постоянно сообщенного с пневмополостью желудЛка таким образом, что одно из сопел соединено с источником давления, а другое - с источником вакуума.

На чертеже «зображ:е1та блбк-с гена одного канала управления )ктройства. i Устройство содержит генератор I, за дающий электрические сигналы изменений Давления в пневмополости желудочка протеза сердца, блок 2 задания частоты рабочих циклов протеза сердца, блок 3 задания времени системы, блок 4 задания амплитуды и формы сигналов и сервомеханизм, в состав которого входят блок 5 сравнения на два входа, датчик 6 давления, усилитель 7 сигнала рассогласования, мультивибратор 8, усилитель 9 мощности, исполнительный элемент, источник 10 избыточного давления, например компрессор, источник 11 вакуума, - например вакуум-насос. Исполнительный элемент представляет собой электромагнитное пневмореле 12 с двумя соплами 13 и. 14, помещенное в герметичный корпус 15, сообщенный трубопроводом 16 с пневмополостью 17 желудочка 18 протеза сердца и датчиком 6 давления. Якорь 19 электромагнитного пневмореле 12 жестко соединен с заслонкой 20, расположенной над соплами 13 и 14. Сопло 13 соединено с источником 10 избыточного давления, а сопло 14 - с источником II вакуума. Блок 2 задания частоты рабочих циклов протеза сердца и блок 3 задания времени подключены к соответствующим входам генератора 1, выход которого подключен к входу блока 4 задания амплитуды и формы сигналов. Один из входов блока 5 сравнения подключен к выходу блока 4 задания амплитуды и формы сигналов, а другой - к датчику 6 давления. Выход блока 5 сравнения через усилитель 7 сигнала рассогласования подключен к входу мультивибратора 8, выход которого подключен к усилителю 9. Усилитель 9 мощности имеет дифференциальный выход, соединенный с обмотками электромагнитного пневмореле 12.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 вырабатывает двухполярный электрический сигнал, например сигнал прямоугольной формы, частота которого задается блоком 2 задания частоты рабочих циклов протеза сердца, а полярность определяется блоком 3 задания времени систолы, например, таким образом, чтобы за время систолы сигнал имел положительную полярность, а за время диастолы - отрицательную. С выхода генератора 1 сигнал поступает на вход 4 задания амплитуды и формы сигналов, в котором он преобразуется в сигнал требуемой формы и амплитуды в соответствии с задаваемой функцией чзменения давления в пневмополости 17 желудочка 18 протеза сердца в течение рабочего цикла протеза сердца. Преобразованный сигнал поступает на один из входов блока 5 сравнения, где сравнивается с сигналом, поступающим от датчика 6 давления. Сигнал рассогласования, полученный на выходе блока 5 сравнения, усиливается усилителем 7 сигнала рассогласовакия и поступает на вход мультивубратора 8. Когда сигнал на входе равен нулю, мультивибратор 8 вырабатывает

симметричные разнополирные импульсы постоянной амплитуды, следуюп1ие с частотой настройки мультивибратора 8, которая выбирается приблизительно в 10--20 раз выше максимальной частоты рабочих цик5 лов протеза сердца. При появлении на входе мультивибратора 8 сигнала рассогласования, длительность импульсов на выходе мультивибратора 8 меняется пропорционально величине этого сигнала, а период повторения импульсов остается неизменным. С выхода мультивибратора 8, после усиления .в усилителе 9 мощности, импульсы поступают на обмотки электромагнитного пневмореле 12, причем импульсы положительной полярности поступают на

5 одну обмотку, а импульсы отрицательной полярности - на другую. При срабатывании электромагнитного пневмореле 12 заслонка 20 либо перекрывает сопло 13, открывая при этом сопло 14 и соединяя полость исполнительного элемента с источни ком 11 вакуума, либо перекрывает сопло 14, открывая при этом сопло 13 и соединяя полость исполнительного элемента с источником 10 избыточного давления. В зависимости от того, на какую обмотку элек5 тромагнитного пневмореле 12 поступает управляющий импульс с усилителя 9 мощ-, ности, т. е. в зависимости от полярности этого импульса, давление в полости исполнительного элемента будет либо понижаться, либо повыщаться. Степень изменения

0 этого давления за период следования импульсов определяется временем открытия сопел 13 и 14, которое зависит от длительности импульса соответствующей полярности на выходе мультивибратора 8. Давление в полости исполнительного элемента, а следовательно, и в пневмополости 17 желудочка 18 протеза сердца изменяется до тех пор, пока сигнал рассогласования на выходе блока 5 сравнения не становится равным Нулю.

0 Таким образом, устройство работает в режиме слежения за изменением электрических сигналов, задаваемых с помощью генератора 1 и блоков 2-4 задания параметров этих сигналов, а преобразование электрических сигналов в соответствующие

5 величины давления происходит с помощью щиротно-импульсной модуляции.

Благодаря использованию в устройстве

; импульсных элементов мультивибратора 8, усилителя 9 мощности и электромагнитного пневмореле 12, работающих в ключевом режиме, повышается надежность работы устройства управления протезом сердца и достигается стабильность его статических и динамических характеристик при изменении температуры окружающей среДы.

ВыполнеГже исполнительного элемента в виде электромагнитного пневмореле, помеп1енного в герметичный корпус, сообщенный с пневмополостью желудочка протеза сердца, упрощает конструкцию устройства управления протезом сердца, исключает из его схемы ресиверы и тем самым уменьшает габариты и вес устройства. При этом, благодаря постоянному обдуву обмоток электромагнитного пневмореле, улучшается термический режим его работы, что, в свою очередь, приводит к повышению надежности и увеличению времени безотказной работы устройства управления протезом сердца. .

Благодаря практически безынерционной связи исполнительного элемента с электронными блоками и возможности сокращения длины трубопровода от исполнительного элемента до пневмополости желудочка протеза сердца, малым габаритам и весу исполнительного элемента можно закрепить его непосредственно на теле пациента. Устройство обеспечивает повышение быстродействия и точность управления протезом сердца при отслеживании задаваемой функции изменения давления в пневмополости протеза сердца.

Формула изобретения

Устройство управления протезом сердца, содержащее в каждом из двух каналов

управления генератор сигналов изменения давления в пневмогюлости желудочка, блоки задания частоты рабочих циклов, сервомеханизм, содержащий датчик давления, сравнивающий элемент, усилитель сигнала рассогласования, усилитель мощности, исполнительный элемент и источники давления и вакуума, отличающееся тем, что, с целью уменьшения габаритов, веса и упрощения конструкции, устройство снабжено мультивибратором, электромагнитным пневмореле с двумя соплами и герметичным корпусом, причем мультивибратор подключен входом к выходу усилителя сигнала рассогласования, выходом через усилитель мощности к электромагнитному пневмореле, пневмореле размещено внутри герметичного корпуса, постоянно сообщенного с пневмополостью желудочка таким образом, что одно из сопел соединено с источником давления, а другое - с источником вакуума. .

0Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе 1. Walln-er F. Pneumatixher extrakorporaler Antrieb fur eine doppelkammeige Blutpumpe Langenbecks arch, chir, 335, 1974, p. 41-46.