Электрогидравлическое искусственное сердце

 

СОЮЗ СОВЕТСК(СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111

4107

15»4 А 61 М 1/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /

К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЦЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3730179/28-13 (22) 19.04.84 (46) 28.02.86. Бюл. Н 8 (72) И.А,Гуськов, А.Б.Затюрюкин, А.Н.Макеев и Л.Л.Попов (53) 615.475(088.8) (56) Патент Англии В 1223591, кл. А 61 М 5)03, опублик. 1971.

Патент США Ф 4173736, кл. 3-1.7, опублик. 1979. (54)(57) ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОЕ ИСКУССТВЕННОЕ СЕРДЦЕ, содержащее желудочки, привод с роторным электродвигателем, блок управления и источник питания, о т л и ч а ю щ е е— с я тем, что, с целью увеличения времени автономной работы, оно снабжено дополнительным электродвигате- лем с редуктором, расположенным аксиально основному роторному электродвигателю, и поворотным клапаном с запорным элементом, установленным на валу редуктора, причем запорный элемент выполнен в виде диска с двумя выемками, площадь каждой из которых равна 15-20Х площади диска.

1? 14107 2

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к устройствам для частичной или полной замены функции сердца.

Цель изобретения — увеличение времени автономной работы.

На фиг, 1 представлено электрогидравлическое искусственное сердце, продольный разрез; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг, i на фиг. 4 - структурная схема управления искусственным сердцем, на фиг. 5 (а-д) — эпюры сигналов с датчика положения диафрагмы правого желудочка (а), с датчика положения диафрагмы левого желудочка,(б); изменение расхода в левом желудочке (в); с датчиков давления в камерах рабочей жидкости и крови левого желудочка (г, д)„

Электрогидравлическое искусственное сердце содержит два желудочка, привод с насосом, переключатель потока жидко-.ти и систему управления.

Левый 1 и правый 2 желудочки имеют эластичные тромборезистентные диафрагмы 3 и 4, входные клапаны 5 и б, выходные клапаны 7, датчики конечного положения диафрагмы, состоящие из герконов 8 и 9 и магнитов 10 и 11 Диафрагмы 3 и 4 делят желудочки 1 и 2 на камеры 12 и 13 крови и камеры 14 и 15 рабочей жидкости.

Электрогидравлический привод

1 состоит из внешнего 16 и внутреннего 1 7 корпусов,,коаксиально расположенных и образующих полость 18, К внутреннему корпусу 17 жестко прикреплен силовой электродвигатель 19, между ними имеется полость 20. На силовом электродвигателе 19 установлены радиально-осевая турбина 21 и направляющие элементы 22 и 23.

Переключатель потока жидкости состоит из дополнительного электродвигателя 24 с редуктором 25, установленных аксиально электродвигателю 19. Электродвигатель 24 и редук— тор 25 жестко соединены друг с другом,. причем электродвигатель 24 закреплен н корпусе 16 и между корпу— сом 16 и двигателем 24 имеется полость 26, а редуктор 25 закреплен в корпусе !7, На оси редуктора 25 закреплен диск 27 с выемками 28 и ?9, которые расположены с двух противоположных сторон диска 27

Злектрогидравлическое искусственЗО ное сердце работает следующим образом.

Силовой электродвигатель 19 вращает радиально-осевую турбину 21.

Рабочая жидкость на лопастях турбины приобретает не только радиальную, З5 но и ".;àêãåíöèàëüíóþ составляющую скорости, которая преобразуется направляющими элементами 22 v 23 в напор жидкости. Из полости 20,рабочая жидкость попадает в выемку 28 пово4О ротного диска 27, который вращается со скоростью 1-? об./с. Направление движения жидкости показано стрелка ми на фиг. 1 и 3. В окнах 35 жидкость движется перпендикулярно плоскости

45 разреза (фиг, 3). Иэ выемки 29 жидкость попадает в полость 32 и через окна 24 поступает в камеру 14 рабочей жидкости, перемещает диафра"му 3, которая из камеры 12 крови

50 нагнетает кровь в аорту. В это же время из камеры 15 рабочей жидкости правого желудочка через окна 34 рабо |ая жидк 7сTb поступает в полость 32 и выемку 28. Далее жидкость попада55 ет в полость 26, при этом жидкость омывает дополнительный электродвигатель 24. Из полости 26 через окна 35 жидкость попадает в полость 18

2Î

25 под углом 180 друг к другу. Между торцовой поверхностью диска 27 и внутренней поверхностью 30 имеется: полость, которая делится перегородка" ми 31 пополам на полость 32 и полость 33. Выемка 29 поворотного диска 27 гидравлически соединена с камерой 14 рабочей жидкости через окна 34. Полость 18 соединена с полостью 26 через окна 35. Выемка 28 связана. с радиально-осевой -урбиной 21 через полость 20. Площадь выемки зависит от ширины перегородки 31 (ширина застойной зоны) и пропускной способностH M H BbIpMKP и составляет 15-207 площади диска 27.

K системе управления, расположенной вне организма, относится БУ1 блок управления силовым электродвигателем 24 (см, фиг. 4) . Сигналы для функционирования системы управ-ления снимаются с датчиков давления ДД, установленных в камерах 14 и 15 рабочей жидкости, и датчиков конечного положения диафрагмы ДП (8, 10, 9 и 11), установленных в камерах крови.

1214107 4 (направление жидкости в окнах 35 показано кружком с точкой) . Из полости 18 жидкость возвращается на лопасти радиально-осевой турбины 21.

При повороте диска 27 выемка 28 гидравлически соединяется с полостью 33, а выемка 29 . — с полостью 32, Рабочая жидкость нагнетается в правый желудочек 2, а выходит из левого 1, Таким образом, привод перекачивает 10 рабочую жидкость из одного желудочка в другой, осуществляя перекачивание крови. Искусственное сердце работает в асинхронном режиме, Фаза системы одного искусственного желудочка сов- 15 падает с фазой диастолы другого.

Для обеспечения физиологических характеристик расхода и давления крови в искусственных желудочках необходимо регулировать обороты сило- 20 ваго двигателя, определяющие давление крови, а также обороты дополнительного двигателя, определяющие время сердечного цикла.

Рассмотрим работу системы управ- 25 ления электрогидравлического искусственного сердца (см. фиг, 4 и 5).

Из структурной схемы системы. управления искусственного сердца, изображенной на Фиг. 4, следует, что управ-З0 ляющие сигналы для дополнительного электродвигателя ЭД2 снимаются только с датчиков конечного положения диафрагмы желудочков. Допустим, что силовой электродвигатель ЭД1 развивает необходимые обороты в систолу и диастолу, При изменении периферийного сопротивления организма изменяется расход крови II0 обоим кругам кровообращения. Если обороты 40 дополнительного двигателя будут постоянными, то при уменьшении притока крови фаза нагнетания искусственного желудочка может закончиться

Раньше, чем диаФРагмы желудочков 45 займут крайнее положение, т.с. датчик положения диафрагмы не сработает. Импульсы напряжения будут отсутствовать (см. Фиг. 5а и 56). При сильном притоке крови желудочки 50 заполнятся раньше, чем диск переключателя потока жидкости сделает пол-оборота, т.е. диафрагмы длительное время будут находиться в крайних положениях и силовой двигатель будет в это время бесполезно тратить энергию на нагнетание жидкости в желудочки. Сигнал с датчика положения изображен штриховкой на фиг. 5а, Для обеспечения полного заполнения искусственных желудочков кровью за минимальное время цикла блок управления БУ2 сравнивает длительность импульсов с датчиков положения с заданной длительностью и сигналом рассогласования и управляет напряжением на ЭД2 ° При уменьшении длительности импульсов обороты ЗД2 уменьшаются и наоборот.

Увеличение давления при нагнетании крови в желудочки достигается увеличением числа оборотов силового двигателя ЭД1. Сигналы с датчиковдавления (ДД) являются управляющими для ЭД1. При нагнетании крови правым желудочком требуется меньшее давление рабочей жидкости, т.е. меньшее число оборотов ЭД1. Уменьшение оборотов осуществляется по сигналу датчика положения левого желудочка.

Расход рабочей жидкости каждого желудочка изображен на фиг. 5в (все кривые получены при стендовых испытаниях), Давление в камере рабочей жидкости левого желудочка да; о на фиг. 5ã. Увеличение давления в конце систолы наблюдается, когда диафрагма желудочка находится в крайнем положении. В камере крови (фиг. 5д) такого увеличения не наблюдается.

Данное искусственное сердце имеет полный КПД 35Х и приемлемые для имплантации весогабаритные показатели. Описанный алгоритм функционирования был опробован во время медико-биологических испытаний при имплантации искусственного сердца на телятах на базовом устройстве.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает увеличение времени автономной работы устройства.

) 214107

<с

ДЛИ

Ркр

Составитель В,Воробьев

Техред Ч.Надь Корректор M.Ñàìáîðñêàÿ

Редактор М.Петрова

Заказ 812/6 Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Филиал IIIIII "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4