Устройство для измерения давления крови при работе искусственного сердца

 

Устройство относится к косвенным методам измерения давления среды в магистралях систем искусственного кровообращения и может быть использовано в аппаратах искусственного сердца, а также в аппаратах искусственного и вспомогательного кровообращения . Устройство содержит генератор 1 импульсов давления, включающий электродвигатель и поршневой механопневмопреобразователь, искусственный желудочек 2, пневъюмагистраль 3, два с со а sl со ч

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (191 (И1

ñ59 4 А 61 В 5/02

- 13

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4104232/28-14 (22) 29.07.86 (46) 23.01.88. Бюл.1 - 3 (71) Особое конструкторское бюро. биологической и медицинской кибернетики Ленинградского электротехнического института им. В.И.Ульянова (Ленина) (72) Ю.И.Монахов, З.В.Любарская, И.А.Гуськов, А.Б.Затюрюкин, А.M.Ëóñêèí, К.С.Вишняков и М.П.Кореньков (53) 615.47(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1057038, кл А 61 M 1/10 1982 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ КРОВИ ПРИ РАБОТЕ ИСКУССТВЕННОГО

СЕРДЦА (57) Устройство относится к косвенным методам измерения давления среды в магистралях систем искусственного кровообращения и может быть использовано в аппаратах искусственного сердца, а также в аппаратах искусственного и вспомогательного кровообращения. Устройство содержит генератор 1 импульсов давления, включающий электродвигатель и поршневой механопневмопреобразователь, искусственный желудочек 2 пневмомагистраль 3, два

®

1367937 датчика 4 и 5 давления воздуха в пневмомагистрали, датчик 6 перемещения поршня, датчики 7 и 8 конечных положений поршня, формирователь 9 импульсов измерения, измеритель 10 среднего значения расхода, измеритель ll падения давления на клапанах, инвертор 12 коммутатор 13, измеритель 14 падения давления в пневмомагистрали, два сумматора 15 и 18, электронный ключ 16, измеритель 17 среднего значения давления в пневмокамере желудочка, два блока памяти

19 и 20, формирователь 21 импульса: сброса. Измеритель 1 О среднего

Изобретение относится к медицинской технике, касается косвенных . методов измерения давления среды в магистралях систем искусственного кровообращения, и может быть использовано в аппаратах искусственного сердца, а также в аппаратах искусственного и вспомогательного кровообращения.

Цель изобретения — обеспечение измерения среднего артериального давления крови и увеличение точности измерения.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 импульсов давления, соединенный с искусственным желудочком 2 мембранного типа пневмомагистралью 3, в которую включены датчики 4 и 5 давления в пневмомагистрали, при этом датчик 4 размещен на выходе генератора 1.

Генератор 1 связан с датчиком 6 перемещения поршня и датчиками 7 и

8 конечного диастолического и конечного систолического положений поршня (не показан).

Кроме того, устройство содержит i последовательно соединенные формирователь 9 импульсов измерения, измеритель 10 среднего значения расхода и измеритель 11 падения давления на клапанах, выход которого непосредственно и через инвертор 12 соединен значения расхода содержит измеритель

22 перемещения поршня, умножитель 23, измеритель 24 отношения величин и измеритель 25 интервала времени. Измеритель 11 падения давления на клапанах выполнен в виде функционального преобразователя. Измеритель 14 падения давления в пневмомагистрали выполнен в виде дифференциального . усилителя. Устройство обеспечивает возможность измерения за один цикл работы желудочка значений артериального и венозного давлений крови с по" вышенной точностью. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. с двумя входами коммутатора 13, измеритель 14 падения давления в пневмомагистрали, сумматор 15, электронный ключ 16, измеритель 17 сред5 него значения давления в пневмокамере желудочка, сумматор 18, блоки 19 и 20 памяти и формирователь 21 импульса сброса.

При этом измеритель 10 среднего значения расхода содержит последовательно соединенные измеритель 22 перемещения поршня, умножитель 23 и измеритель 24 отношения величин, второй вход которого соединен с

1г измерителем 25 интервала времени.

Измеритель 11 падения давления

На клапанах выполнен в виде функционального преобразователя, реализующего функцию

20 i

К т (»

Измеритель 14 падения давления в пневмомагистрали выполнен в виде

:дифференциального усилителя с коэффициентом усиления, равным отношению длины пневмомагистрали от датчика 4 давления до желудочка 2 к длине участка между датчиками 4 и 5 давления.

Падение давления определяется на клапанах и в пневмомагистрали.

Включение в пневмомагистраль двух датчиков давления на расстоянии з5 друг от друга позволяет по разности

1367937 измеренных ими значений давлений

Р, и Р, определить среднее за время импульса измерения падения давления Р„ на всей пневмомагистрали, которое во столько (n) раз больше измеренной разности, во сколько длина

L всей пневмомагистрали от первого датчика давления до желудочка больше . расстояния 1 междудатчиками давления.)p

Следовательно, при неизменном поперечном сечении пневмомагистрали среднее значение падения давления на ней можно Определить как (2) ВР = (Р„- Р ) — = nP n. м 1 2

Как видно из (2) в систолу величина dP отрицательная, в диастолу— положительная. 20

Поскольку при изменении объема камер желудочка расход газа 8 в пневмомагистрали равен расходу крови через клапан желудочка, среднее значение падения давления 4P „.„ на 25 нем можно определить в соответствии с зависимостью

4Р. КЦ (3) Масштабный коэффициент К зависит i 30 от свойств среды и геометрических размеров сужающего устройства(не по-казано). В данном устройстве для каждого из клапанов (не обозначены) он устанавливается один раз при калибровке.

Таким образом, среднее за время импульса измерения давление Р, крови определяют в соответствии с зависимостью 40

Рка = Р + (ИРм! + Р„„), (4) где Р„ — среднее за время импульса . измерения давление воздуха в пневмомагистрали на выходе 45 генератора импульса давлеHHH

Устройство работает следующим образом.

При создании давления поршень механопневмопреобразователя, входящего в состав генератора 1 совершает возвратно-поступательное движение между двумя конечными положениями.

Режимы работы искусственного желудоч- 55 ка 2, соединенного с генератором 1

I пневмомагистралью 3, а следовательно, и создаваемое им давление крови определяются расстоянием между конечСигнал с измерителя 22 поступает на вход делимого измерителя 24 отношения величин через умножитель 23, а с измерителя 25 на вход делителя измерителя 24 непосредственно. Таким образом, измеритель 10 обеспечивает получение величины среднего за время длительности импульса. измерения значения расхода Q в соответствии с зависимостью

N-S

Э ИЗм (5) где N — перемещение поршня за время длительности импульсов измерения; ными положениями движения поршня и скоростями его перемещения в прямом и обратном направлениях. При этом движение поршня в направлении, сопровождающемся изгнанием крови иэ жидкостной камеры желудочка 2 (слеванаправо), определяет длительность систолы, а обратное движение, сопро вождающееся забором крови из входной магистрали 3 в камеру желудочка 2, определяет длительность диастолы.

Импульс начала систолы с датчика 7 конечного диастолического положения и имйульс начала диастолы с датчика

8 конечного систолического положения, связанных с поршнем генератора 1, поступают на формирователь 9.

Импульсы измерения на первом выходе формирователя 9 с чередующимися длительностями Т „ „ в систолу

Т эм в диастолу смещены относительно начала фаз соответственно первый на Т y.. = (50-60) мс, второй на Т > = (70-80) мс. Эти величины определяются временем, необходимым для окончания переходных процессов в пневмомагистрали 3 при переходе от одной фазы работы желудочка 2 к другой.

Сигнал, соответствующий величине перемещения поршня с выхода датчика

6, поступает на вход измерителя 22, а импульс измерения с первого выхода формирователя 9 поступает на другой вход измерителя 22 и вход измерителя

25. На выходе измерителя 22 образуется сигнал, соответствующий перемещению поршня за время действия импульса измерения, а на выходе измерителя 25 — сигнал, соответствующий длительности импульса измерения.

67937

15

55

5 13

S — - площадь поперечного сечения поршня;

Тц „- длительность импульса измерения.

В умножителе 23 сигнал с измериI теля 22 умножается на величину, численно равную S и становится равным величине объема, описываемого поршнем за время импульса измерения . Поскольку импульс измерения совпадает по времени с фазой измерения объема заполнения жидкостной камеры желудочка 2, Ц характеризует как расход воз" духа в пневмомагистрали 3, так и расход крови через клапан желудочка

2. Сигнал, с измерителя 24 поступает на вход измерителя ll в котором он возводится в квадрат и умножается на масштабный коэффициент, зависящий от свойств среды и геометрических размеров клапана. Сигнал на выходе; измерителя 11 соответствует величине падения давления на клапане. Поскольку конструктивные параметры артериального и венозного клапанов различны, масштабный коэффициент соответственно имеет два значения, которые устанавливаются по сигналу управления со второго выхода формирователя 9.

При значении сигнала управления, со» ответствующем уровню логического "0" в систолу, масштабный коэффициент равен К, при значении, соответствующем уровню логической "1" в диастолу, -. К, Сигнал с выхода измерителя 11 поступает на один вход двухвходового коммутатора 13 непосредственно, а на другой — через инвертор 12. Коммутатор 13 также управляется сигналом со второго выхода формирователя 9.

На выход коммутатора 13 в диастолу проходит прямой сигнал с измерителя

11 и 8Р К g, в систолу проходит инвертированный сигнал и dP

= -КД1.

Сигналы с датчиков 4 и 5 давления на входы измерителя 14 падения давления в пневмомагистрали 3, в котором сигналы вычитаются для определения падения давления на участке между датчиками 4 и 5 (dP = Р„ - Р умножаются на величину и равную отношении длины всей пневмомагистрали от датчика 4 до желудочка 2 к расстоянию между датчиками 4 и 5 давления.

Сигнал на выходе измерителя 14 Р „ =

= aP n. В диастолу величина ьР положительная, в систолу — отрицательная.

В сумматоре 15 сигналы с датчика

4 (Р„) и измерителя 14 суммируются °

Результатом суммирования является сигнал Р„ + лР„, соответствующий величине давления в пневмокамере желудочка 2. Этот сигнал через электронный ключ 16, открываемый на время импульса измерения, поступает на измеритель 17 среднего значения величины, на выходе которого формируется сигнал Р, + 4Рм

Результат измерения давления крови получают по окончании каждого импульса измерения на выходе сумматора 18, на входы которого поступают сигналы с измерителей 14 и 17 °

По сигналу с датчика 7 в блоке 19 памяти происходит запись результата измерения среднего значения венозного. давления крови. По сигналу с датчика 8 в блоке 20 памяти происходит запись результата измерения среднего значения артериального давления крови. По сигналу с формирователя 21 происходит обнуление блоков памяти и подготовка их таким образом к записи результата измерения давления крови в следующем цикле работы желудочка 2. Следователь— но, в блоках 19 и 20 памяти результат измерения давления крови хранится с момента окончания импульса измерения до момента поступления импульса сброса. По сигналу импульса сброса происходит также обнуление измерителей 17,22 и 25 °

Таким образом, устройство позволяет одним способом (в соответствии с зависимостью Р „„ = Р „ + (I8 Р„! +

+4Р„„ ) на одних и тех же функциональных элементах измерять средние значения как артериального, так и венозного давлений с повышенной точностью, что открывает воэможность оптимального управления искусственным сердцем при создании потока крови, адекватного потребностям перфузируе50 мого объекта.

Повышение точности измерения дав-. ления крови достигается благодаря

;измерению и учету величины падения давления на пневмомагистрали, что снижает методическую погрешность, а также уменьшению методической погрешности величины падения давления на клапанах вследствие использования способа измерения, исключающего не1367937

1. Устройство для измерения давления крови при работе искусственного 10 сердца, содержащее генератор импульсов давления, включающий в себя электродвигатель и поршневой механопневмопреобразователь, соединенный с искусственным желудочком мембранного 1 16 типа пневмомагистралью, первый датчик давления в пневмомагистрали, формирователь импульсов измерения, измеритель среднего значения расхода, первый сумматор и первый блок памяти, 2р о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения измерения среднего артериального давления крови и повышения точности измереьля, оно снабжено датчиком перемещения поршня, 25 соединенного с информационным входом измерителя среднего значения расхода, датчиками конечных диастолического и систолического положений поршня, связанными с ним, вторым датчиком давления в пневмомагистрали, последовательно соединенными измерителем падения давления на клапанах, инвертором и коммутатором, второй . вход которого подключен к входу инвертора, последовательно соединенными измерителем падения давления в пневмомагистрали, вторым сумматором, второй вход которого подключен к первому датчику давления в пневмомагистрали и к первому входу измерителя падения давления в пневмомагистрали, второй вход которого соединен с вторым датчиком давления в пневмомагистрали, электронным ключом и измерителем среднего значения давления в пневмокамере желудочка, формирователем импульсов сброса и вторым блоком памяти, первый управляющий вход, которого подключен к выходу дат35 !

2. Устройство по п.l, о т л и ч аю щ е е с я тем, что измеритель среднего значения расхода выполнен в виде последова-.ельно соединенных

40 измерителя перемещения поршня, умножителя и измерителя отношения величин, второй вход которого соединен с измерителем интервалов времени, причем первый вход измерителя перемеще45 ния поршня соединен с датчиком перемещения поршня, а второй вход измери теля перемещения поршня и вход измерителя интервала времени соединены

t с первым выходом формирователя импульсов измерения.

Составитель А.Дмитриева

Редактор Н.Лазаренко Техред А.Кравчук

Корректор В. Гирняк

Тираж 655 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 126/4,Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород ул.Проектная,4 обходимость определения эмпирических коэффициентов, характеризующих конструктивные особенности искусственного желудочка.

Формула изобретения чика конечного систолического положения поршня и к первому входу формиро" вателя импульсов измерения, второй управляющий вход — к выходу формирователя импульсов сброса, к управляющему входу измерителя среднего значения расхода, к первому управляющему входу первого блока памяти и к управляющему входу измерителя среднего значения давления в пневмокамере желудочка, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом коммутатора, а выход — с информационными входами первого и второго блоков памяти, второй управляющий вход первого блока памяти подключен к выходу датчика конечного диастоличес" кого положения поршня и к второму входу формирователя импульсов измерения, первый выход которого соединен с входом формирователя импульсов сброса с первым информационным входом измерителя среднего значения расхода и управляющим входом электронного ключа, а второй выход — с управляющими входами коммутатора и измерителя падения давления на клапанах, второй вход первого из которых и выход второго объединены, причем информационный вход измерителя падения давления на клапанах соединен с выходом измерителя среднего значения расхода.