Устройство управления протезом сердца

 

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПРОТ ЗОМ СЕРДЦА, содержащее генератор си налов изменения дайления в пневмополости желудочкапротеза сердца, блок задания частоты рабочих циклов блок задания времени систолы, блок задания амплитуды и формы сигналов. сервомеханизм, содержащий блок сравнения , датчик давления, .включенный в контур обратной связи, усилитель сигнала рассогласования, .широтноимпульсный модулятор, усилитель мощности , электромеханический пневмопреобразователь с двумя соплами, источники давления и вакуума, отличающееся тем, что, с целью уменьшения габаритов источников давления и вакуума путем уменьшения расхода воздуха, а также уменьшения паразитных пульсаций давления в желудочке протеза сердца, электромеханический пневмопреобразователь снабжен за- , слонкой для поочередного перекрытия сопел, покрытой со стороны сопел слоем упругого материала, твердостью 1-3 кг/см.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (!91 ((() 4(51)А 61 M 1/10

Г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ " -" ....."" /

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3677383/28-13 (22) 22. 12.83 (46) 30. 03. 85. Бюл, Р 12 (72) Е.П. Кузнецов, И.А. Гуськов, A.Á. Затюрюкин и А.П. Кузнецов (53) 615.475(088.8) (56) 1. Wallner Г. Pneumatixhev

extrakorporalev Antreeb fur cine

doppelkammerige Blutpumpe hangen

beeks, Aroh. Chis. 335. 1974, р.41-46.

2. Авторское свидетельство СССР

М - 935795, кл. А 61 H 1/03, 1977. (54)(57) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПРОТЕ30М СЕРДЦА, содержащее генератор сигналов изменения давления в пневмополости желудочка протеза сердца, блок задания частоты рабочих циклов, Р блок задания времени систолы, блок задания амплитуды и формы сигналов, сервомеханизм, содержащий блок сравнения, датчик давления, .включенный в контур обратной связи, усилитель .сигнала рассогласования, .широтноимпульсный модулятор, усилитель мощности, электромеханический пневмопреобразователь с двумя соплами, источники давления и вакуума, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения габаритов источников давления и вакуума путем уменьшения расхода воздуха, а также уменьшения паразитных пульсаций давления в желудочке протеза сердца, электромеханический пневмопреобразователь снабжен заслонкой для поочередного перекрытия сопел, покрытой со стороны сопел слоем упругого материала, твердостью

1-3 кг/см

1147403

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в. сердечной хирургии при полном замещении естественного сердца искусственным, а также для облегчения деятельности сердца при сердечно-сосудистых заболеваниях.

Известно устройство управления протезом сердца, содержащее в каждом из двух каналов управления генератор 10 сигналов изменения давления в нневмо. полости желудочка протеза сердца, блоки задания частоты рабочих циклов, сервомеханизм, содержащий блок сравнения, датчик давления в пневмо- 15 полости желудочка сердца, включенный в контур обратной связй, усилитель сигнала рассогласования, усилитель мощности, исполнительный элемент, преобразующий электрический сигнал 20 рассогласования в пневматический сигнал изменения величины давления в пневмополости желудочка протеза

ceppöà и источники давления и вакуума (1 25

Однако используемые в этом устройстве сервомеханизмы сложны и недо— статочно надежны, в качестве исполнительных элементов в них, как правило, применяются дроссельные серво- 30 клапаны непрерывного действия, имеющие недостаточно .большое быстродействие. Кроме того устройство сложно, имеет большие габариты и вес, не позволяет обеспечить достаточную точ-З ность слежения за изменением сигналов на входе ервомеханизма.

Известно также устройство управления протезом сердца, содержащее генератор сигналов изменения давления в пневмополости желудочка протеза сердца, блок задания частоты рабочих циклов, блок задания времени систолы, блок задания амплитуды и формы сигналов, сервомеханизм, содержащий блок сравнения, датчик давления,включенный в контур обратной связи,усилитель сигналов рассогласования, широтноимпульсный модулятор, усилитель мощности,,электромеханический пневмопреобразователь с двумя соплами и источники давления и вакуума (2) .

Однако релейный режим работы пневмоклапана, используемого в сервоклапане такого устройства, влечет за собой недопустимые пульсации давления в пневмополости желудочка сердца, а также требует большие расходы от источников давления и вакуума, что увеличивает вес, габариты и потребляемую мощность устройства.

Кроме того, используемый в устройстве сервомеханизм являясь статической системой регулирования, имеет статическую ошибку, что влияет на точность слежения за входным для сервомеханизма сигналом.

Целью изобретения является уменьшение габаритов источников давления и вакуума путем уменьшения расхода воздуха, а также уменьшение паразитных пульсаций давления в желудочке протеза сердца.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве управления протезом сердца, содержащем генератор сигналов изменения давления в пневмополости желудочка протеза сердца, блок задания частоты рабочих циклов, блок задания времени систолы, блок задания амплитуды и формы сигналов, сервомеханизм, содержащий блок сравнения, датчик давления, включенный в контур обратной связи, усилитель сигнала рассогласования, широтноимпульсный модулятор, усилитель мощности, электромеханический пневмопреобразователь с двумя соплами, источники давления и вакуума, электромеханический пневмопреобразователь снабжен заслонкой для поочередного перекрытия сопел, покрытой со стороны сопел слоем упругого материала, твердостью 1-3 кг/см

На чертеже изображена блок-схема одного канала управления предлагàåмого устроиства.

Устройство содержит генератор 1, задающий электрический сигнал изменения давления в пневмополости желудочка протеза сердца, блок 2 задания чистоты рабочих циклов протеза сердца, блок 3 задания времени систолы, блок

4 задания амплитуды и формы сигналов и сервомеханизм 5, в состав которого входят сравнивающее устройство 6, датчик 7 давления, усилитель 8 сигнала рассогласования, интегратор 9, широтноимпульсный модулятор 10, усилитель мощности 11, исполнительный элемент 12, источник 13 избыточного давления, например компрессор,, источник 14 вакуума, например вакуумнасос.

Исполнительный элемент 12 представляет собой электромеханический

1147403 пневмопреобразователь 15, например поляризованное пропорциональное

I электромагнитное поворотное пневмореле, с двумя соплами 16 и 17, помещенный в герметичный корпус 18, сооб 5 щенный трубопроводом 19 с пневмополостью 20 желудочка 21 протеза сердца и датчиком 7 давления.

Ось 22 электромеханического пневмопреобразователя 15 жестко соединена с заслонкой 23, расположенной над соплами 16 и 17 и имеющей со стороны сопел 16 и 17 достаточно толстый слой

24 упругого материала, например резины." Сопло 16 соединено с источни- 15 ком 13 избыточного давления, а сопло l7 — с источником 14 вакуума.

Блок 2 задания чистоты рабочих циклов протеза сердца и блок 3 задания времени подключены к соответствующим 20 входам генератора 1, выход которого подключен к входу блока 4 задания амплитуды и формы сигналов ° Один из входов сравнивающего устройства 6 подключен к выходу блока 4 задания ам- 25 плитуды и формы сигналов, а другой— к датчику давления 7. Выход сравнивающего устройства 6 через усилитель

8 сигнала рассогласования и интегратор 9 подключен к входу широтноим- 30 пульсного модулятора 10, выход которого подключен к усилителю 11 мощности. Усилитель 11мощности имеет дифференциальный выход, соединенный с входом электромеханического пневмопреобразователя 15, например с обмоткой пропорционального поворотного пневмореле.

Устройство работает следующим образом. 40

Генератор 1 вырабатывает двуполярный электрический сигнал, например сигнал прямоугольной формы, частота которо го задается блоком 2 задания частоты рабочих циклов протеза сердца, а 45 полярность определяется блоком 3 задания времени систолы, например, таким образом, чтобы за время систолы сигнал имел положительную полярность, а за время диастолы — отри- 50 цательную. С выхода генератора 1 сигнал поступает на вход блока 4 задания амплитуды и формы сигналов, в котором он преобразуется в сигнал требуемой формы и амплитуды в соответствии с задаваемой функцией изменения давления в пневмополости 20 желудочка 21 протеза сердца в течение рабочего цикла протеза < «рllltà.

Преобразованный сигнал поступает на один из входов сравнивающего устройства 6, гце сравнивается с сигналом, поступающим от датчика 7 давления. Сигнал рассогласования, полученный на выходе сравнивающего уст- . ройства 6, усиливается усилителем 8 сигнала рассогласования, интегриру— ется интегратором 9 и поступает на вход широтноимпульс,ного модулятора 10.Когда сигнал на входе равен нулю, широтноимпульсный модулятор 10 вырабатывает симметричные разнополяр. ные импульсы постоянной амплитуды, следующие с частотой настройки широтноимпульсного модулятора 10, которая выбирается приблизительно в 100010000 раз выше максимальной частоты рабочих циклов протеза сердца. При появлении на входе широтноимпульсного модулятора 10 проинтегрированного сигнала рассогласования длительность импульсов на выходе широтноимпульсного модулятора 10 меняется пропорционально интегралу величины этого сигнала, а период повторения импульсов остается неизменным. С выхода широтноимпульсного модулятора 10. после усиления в усилителе мощности

11,импульсы поступают на вход электромеханического пневмопреобразователя 15, например на обмотку пропорционального электромагнитного поворотного пневмореле, причем импульсы одной полярности, например положитель\ ной, вызывают вращение оси 22 элек тромеханического пневмопреобразователя 15 в одну сторону, например, по часовой стрелке, а импульсы обратной полярности — в другую. При вращении оси 22 электромеханического пневмопреобразователя 15 по часовой стрелке заслонка 23 приближается к соплу 17.и удаляется от сопла 16, при этом уменьшается расход воздуха от источника вакуума 14 и увеличивается расход воздуха от источника избыточного давления 13. При вращении оси 22 против часовой стрелки заслонка 23 удаляется от сопла l7 и приближается к соплу 16, при этом увеличивается расход воздуха от источника вакуума 14 и уменьшается расход воздуха от источника избыточного давления 13. В зависимости от того, какой полярности поступает управляющий импульс с усилителя чощ1147403

Филиал ППП Пвтеит, r. У. ности 11, давление в полости исполнительного элемента 12 понижается, либо повышается ° Степень изменения этого давления за период следования управляющих импульсов определяется 5 скважностью импульсов на выходе широтноимпульсного модулятора 10.

Давление в полости исполнительного элемента 12, а следовательно, и в пневмополости 20 желудочка 21 протеза сердца изменяется до тех пор, пока сигнал рассогласования на выходе сравнительного устройства 6 не станет равным нулю.В таком режиме работает электромеханический пневмопреобразователь 15, когда величина сигнала рассогласования мала.

Злектромеханический пневмопреобразователь 15 конструктивно выполнен таким ооразом, что поверхность слоя упругого материала 24 на заслонке 23 расположена достаточно близко от сопел 16 и 17. При таком расположении сопротивление йотоку воздуха через сопла 16 и 17 достаточно велико, малы перетечки между источниками избыточного давления 13 и вакуума 14.

Г1алые величины сигнала рассогласования на выходе сравнивающего ЗО устройства 8 вызывают малые углы поворота заслонки 23 электромеханичес. кого преобразователя 15 и требуют для компенсации малые расходы от источников избыточного давления 13 и вакуума 14. При большей величине сигнала рассогласования заслонка 23 электромеханического преобразователя

15 поворачивается на больший угол, при этом одно из сопел закрывается полностью, а другое еще больше открывается, обеспечивая малое пневмосопротивление и большие расходы от источника давления, подсоединенного к этому соплу. g$

Большое уменьшение пневмосопротивления между открывшимся соплом и заслонкой 23 обеспечивается перемещением заслонки 23 за счет деформацииу> упругого материала соплом подсоединенного к другому источнику давления.

После компенсации большой величины сигнала рассогласования сервомеханизм 5 переходит к режиму компенсации малой величины сигнала рассоВНИИПИ Заказ 1436/8

П гласования, который требует малые расходы, и электромеханический пневмопреобразователь работает при открытых обоих соплах.

Таким образом, устройство работает в режиме слежения за изменением электрических сигналов, задаваемых с помощью генератора.1 и блоков 2, 3 и 4 задания параметров этих сигналов, а преобразование электрических сигналов в соответствующие величины давления происходит с помощью широтноимпульсной модуляции.

Выполнение сервомеханизма 5 астатической системой регулирования с помощью введения интегратора 9 обеспечивает высокую точность слежения за изменением сигналов на входе сервомеханизма.

Благодаря использованию в устройстве электромеханического пневмопреобразователя 15 с заслонкой 13 имеющей со стороны сопел 16 и 17 достаточно толстый слой 24 упругого материала, например резины, расположенной близко от сопел 16 и 17, обеспечиваются малые расходы воздуха от источников избыточного давления 13 и вакуума 14 и минимальные перетечки между ними в режиме компенсации малых величин сигнала рассогласования и достаточно ,большие расходы воздуха от источника

13 избыточного давления или источника 14 вакуума без перетечек между ними благодаря упругой деформации слоя 24 упругого материала в режиме компенсации больших величин сигнала рассогласования.

Таким образом, для обеспечения работы устройства используется практически только полезный расход воздуха от. источников избыточного давления

13 и вакуума 14 что уменьшает до минимума их весогабаритные характеристики, а также увеличивает КПД всего устройства.

Благодаря полученным минимальным зазорам между соплами 16 и l7 и поверхностью слоя 24 упругого материала заслонки 23 в режиме компенсации малых величин сигнала рассогласования и высокой частоте следования импульсов с выхода широтноимпульсного модулятора 10 практически до нуля уменьшены пульсации в пневмополости желудочка протеза сердца. ий.!Й--ВВ огород,ул.Проектн, 4