Способ определения гемодинамических характеристик искусственного клапана сердца
Изобретение предназначено для кардиологии. Цель изобретения - повьпление трчнос1и оценки качества клапана . Устройство содержит искусственный клапан сердца 1, обойму 2, гидроканал 3, искусственный желудочек с пневноприводом 4, собирающую емкос.ть 5 и насос 6. Насос 6 соединен с распределительной емкостью 7. Устройство содержит еще тензодатчики 8, блок синхронизации и управления 9, кинофо токамеры 10 и лазеры 11, 12. Лучи бт лазеров 11, 12 через поворотные призмы 13 и оптические системы 14, 15 формируют цветовые метки 16. Лучи от лазеров П, 12 проходят, через поворотные призмы 13 и оптические системы 14, 15, через слой фотохромнойжидкости вгидроканале, и образуют узкую цветовую метку 16, которая фиксируется кинокамерой 10. Профили скорости определяют по серии негативов, снятых в одни и те же моменты арене ни после .открытия клапана и получения , среднего профиля скорости. Разница средней скоростью и мгновенной является пульсационной составляющей скорости.. Так как удается полу. чить профиль скорости по всему сечению одновременно, то удается точно определить области отрывных течений и застойные зоны. 2 ил. Э (Л 4 кэ 4 tsO СО
„„SU„„1422423 А1 (51)5 А 61 F 2/24
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,- с г ."е . . с р С г
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ \
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ. КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ И3ОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (46) 15.09. 90. Вюл. Р 34 (21) 3739759/28-14 (22) 08.05.84 (71) Институт проблем механики
AH СССР (72) Ю.В.Мартынов, Ю.С..Рязанцев и В.Н.Юречко (53) 615.475(088.8) (56) Юречко В.Н. и др. Метод фотохромной визуализации гидродинамических потоков. Предпр.ИПМ AH.СССР, - В 203, 1982.
Figlio1a R.S., Mueller Т.I. ".Оп
the hemo1ytic .and thrombojenic. poten.
tial of acculuder prosthetic heart
valves from in-vitro measurements.
I. of Hiomechanical Fng., 1981, у.103, р.83-,89. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕМОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ИСКУССТВЕННОГО
КЛАПАНА СЕРДЦА (57) Изобретение предназначено для кардиологии. Цель изобретения — повышение точности оценки качества клапана, Устройство содержит искусственный клапан сердца 1, обойму 2, гидроканал З,.искусственный желудочек с.
6 е пневмопривадом 4, собирающую емкость
5 и насос 6. Насос б соединен с рас= пределительной емкостью 7. Устройство содержит еще тензодатчики 8, блок синхронизации и управления 9, кинофотокамеры 10 и лазеры 11, 12. Лучи от лазеров 11, 12 через поворотные призмы 13 и оптические системы 14, 15 формируют цветовые метки 16; Лучи от лазеров 11, 12 проходят: через поворотные призмы 13 и оптические системы 14, 15, через слой фотохромной. жидкости в гидроканале,и образуют узкую цветовую метку 16, которая фиксируется кинокамерой 10. Профили скорости определя т по серии негативов, с снятых в одни и те же моменты времени после открытия клапана и получения.среднего профиля скорости. Реенипе меяду средней скоростьм и мгнонен-. С» ной является пульсационной составляющей скорости.. Так как удается полу-, чить профиль скорости Во всему сече- ф . нию одновременно, то удается точно ф определить области отрывных течений и застойные зоны. 2 ил.
Ю
4й
1422423
Изобретение относится к медицинской технике и предназначается для . исследования гемодинамических параметров протезов клапанов сердца, Целью изобретения является повышение точности оценки качества клапана эв счет измерения мгновенных локальных и определения интегральных характеристик потоКа жидкости. 10
На фиг. 1 изображена схема устройства, реализующего предложенный способ; на фиг.2 — искусственный клапан сердца (ИКС) в канале с созданными цветовыми метками.
l5
Устройство для реализации способа содержит искусственный клапан сердца
1, обойму 2, гидроканал 3, искусственный желудочек с пневмоприводом 4, собирающую емкость 5 и насос 6. Насос 6 соединен с распределительной емкостью 7. Устройство содержит также текэодатчики 8, блок синхронизации и управления 9, кинофотокамеры 10 и лазеры 11 12. Лучи от лазеров 1! и
)2 через поворотные призмы 13 и оптические системы )4 и 15 формируют цве" товые метки 16.
Способ реализуется следующим образом.
Искусственный клапан сердца 1 помещают в специальной обойме 2 и устанавливают в гидроканал 3, искусственный желудочек с пневмоприводом 4 создает пульсирующий поток, который проходит в собирающую емкость 5 .по тру.бопроводу и насосу 6 попадает в распределительную емкость 7, а от нее в искусственный желудочек 4. На обратном цикле клапан закрывается, перепад давления изменяется и фиксиру40 ется полупроводниковыми тенэодатчика ми давления. Когда клапан близок к открытию, тенэодатчики 8 дают сигнал на блок синхронизации и управления 9, а он дает сигнал на. одновременное вклю«45 чение кинокамер 10. Когда клапан начал открываться, тензодатчики дают сигнал на блок управления и синхронизации, а он одновременно включает импульсные лазеры 1-1, 1 2, Блок синхронизации и управления
9, выполненный, например, из ряда электронных ключей, позволяет производить запуск фотоиндуцирующего лазера
11, причем сигнал на запуск лазера
)l поступает в пульт управления с тенэодатчиков по достижении опреде- ленной величины давления. При подаче сигнала на запуск.лазера 11 с блока синхронизации идут два сигнала на кинокамеры )0, причем эти сигналы имеют задержку по времени л = d, + 3, которую необходимо учитывать, где 8, м
«1g
10 с — время протекания фотохромМой реакции; d " 0,.01 с - время разгона кинокамеры. Лучи от лазера 11, 12 проходят через поворотные призмы
13, оптические системы 14 15, через слой фотохромной жидкости в гидроканале и образуют узкую цветовую метку
l6, которая фиксируется кинокамерой
10.
Профили скорости определяют по се" рии негативов, на которых измеряют положения цветовых меток относительно ИКС, скятых в одни и те же моменты времени после открытия клапана и получения среднего профиля скорости, разница между средней скоростью и мгновенной скоростью и является пульсационной составляющей скорости. Величину скорости определяют по формуле
Xt- X1
У йй
Дй где Х1, Х - координаты метки вдоль потока при фиксированном значении Y .(ось Y - направлена ортогонально потоку) в начальный и фиксированный момент времени; gt - интервал времени между данными моментами времени.
Вычисляя скорости по вьппеприведенной формуле в равностоящих друг от друга вдоль оси У, получают про- филь скорости поперек потока. Величи= ну касательного напряжения вычисляют по формуле где Ч, V — значение скорости в двух точках У, Y, на оси У; 8У
=Y — Y „; р — динамическая вязкость.
Вычисляя в последовательных точках вдоль оси.Y величину касательно» го напряжения, находят распределение касательного напряжения поперек потока, Так как метки формирунцг вблизи запирающего элемента, то величины касательных напряжений вблизи этих концов известны. Профиль скорости до и эа клапаном во всем поперечном сечении определяют путем последовательного формирования меток в равноудаленных друг от друга сечениях кла1422423
35 лана. Выбирая из серий негативов, снятых для разных сечений, негативы, в которых диск клапана повернут на один и тот же угол, получают профили скорости во всем сечении как бы в один момент времени. Так как удается получить профиль скорости по всему сечению одновременно, то удается точно определить области отрывных тече- 10 ний и застойные зоны.
Величину полной динамической регургитации и„ определяют как разность между полным расходом рабочей среды цо клапана и после клапана за время
Ф т.е. 1 Ф
qÄ - I C},(t)dt — 1 Q<(t)dt
Я р о.
Q „ (t) ) ) U, rdrdq; (i= 1,2); 20
В 4
q „- Q,(t) — Q,(t) .
Здесь U; — скорость; i = 1, соответствует течению до клапана, а
i 2 — за клапаном; Q;(t) — мгновен- 26 ные расходы рабочей среды; t " " — -интервал времени, включающий открытие и закрытие клапана; r радиус интегрирования, — азимутальнь|й угол;
R — радиус гидроканала; ц „ — величи- 30 на мгновенной регургитации.
Одновременное определение перечис- . ленных выше характеристик позволяет выявить взаимное влияние запирающего элемента, его положения, а также вспомогательных распорок на поток и наоборот — потока на них.
П р"и м е р. В качестве исследуемого ИКС брали дисковый клапан БьеркШали. Согласно методике устанавлива- 40 ли в гидроканал. Состав фотохромной жидкости: индолиновый спиропиран (10 моль/л), неионогенный ПАВ (1 ), дистиллированная вода остальное. Метки создавали твердотельным рубиновым 4Б лазером (= 347 нм). Измерения проводили по описанной выше методике. Полученные гемодинамические характеристики имели следующие значения: динамическая регургитация " 0,46 см /с, напряжение трения на стенках—
530 дин/см, величина объемных напряжений Рейнольдса — 135 дин/см, 3а диском при угле отклонения диска клапана на 46 и больше была обнаружена зона отрыва потока
Усредненная скорость в местах нахбждения вспомогательных распорок равнялась нулю и быстро возрастала эа распорками, так что на расстоянии длины диска она составляла 0,75 от скорости близлежащих .слоев жидкости.
Формула изобретения
Способ определения гемодинамнческих характеристик искусственного клапана сердца путем установки клапана в гидроконтур и создания пульсирующего потока жидкости, измерения перепада давления на клапане и скорости жидкости посредством воздействия на жидкость лазерным импульсным излучением, отличающийся .тем, что, с целью повышения точности оцен-, ки качества клапана за счет измере ния мгновенных локальных и определения интегральных характеристик пото ка жидкости, в качестве рабочей жид-. кости используют фотохромный раствор, по достижении заданного перепада давления лазерными импульсами создают s фотохромном растворе серию двойных меток, расположенных на экране по разные стороны от клапана, метки perистрируют с помощью кинофотоаппаратуры, по кинофотокадрам измеряют перемещение кажцой метки и определяют величину скорости, области отрыва и застойные области потока жидкости, по одновременному перемещению пары меток определяют величину динамичес" кой регургитации и касательные напряжения.
1422423
1Å 5
Составитель 10.Ильиных
Техред И.Дидык -. Корректор И. Муска
Редактор Л.Волкова
Ю»» »»
Заказ 3324 р. Тираж 483, Подписное
ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий,ll3035, Москва, N-35, Раушская наб., д. 4/5
Проиэводствейно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
