Насос для крови

 

Изобретение относится к медицинской технике, точнее к устройствам для перекачивания крови. С целью обеспечения возможности саморегулирования насоса по венозному притоку насос снабжен приводным кольцом 10 в виде тарелки, установленным в корпусе 1 с возможностью перемещения , корпус имеет герметичные стенки с возможностью заполнения газом и содержит регулирующий давление клапан, причем камеры желудочка и предсердия и канал между ними содержат эластичный нерастягиваемый элемент в виде шланга, кроме того , поверхность, контактирующая со стенками камеры желудочка,имеет выпуклую форму, а поверхность, контактирующая со стенками камеры предсердия,- вогнутую. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Z|

{21) 3869753/14 (22) 26.03.85 (31) 8401778-9 (32) 30.03.84 (33) SE (46) 23,09.91. Бюл. М 35 (71) Астра-Тек Актиеболаг (SE) (72) Стиг Лундбек (SE) (53) 615.475(088.8)

{56) Авторское свидетельство СССР

М 712093, кл. А 61 M 1/03, 1978. (54) НАСОС ДЛЯ КРОВИ (57) Изобретение относится к медицинской технике, точнее к устройствам для перекачивания крови. С целью обеспечения возмож,,5U 1679966 АЗ ности саморегулирования насоса по венозному притоку насос снабжен приводным кольцом 10 в виде тарелки, установленным в корпусе 1 с воэможностью перемещения, корпус имеет герметичные стенки с возможностью заполнения газом и содержит регулирующий давление клапан, причем камеры желудочка и предсердия и канал между ними содержат эластичный нерастягиваемый элемент в виде шланга, кроме того, поверхность, контактирующая со стенками камеры желудочка, имеет выпуклую форму, а поверхность, контактирующая со стенками камеры предсердия — вогнутую.

1 э.п. ф-лы, 5 ил.

1679966

Изобретение относится к медицинской технике, q именно к устройствам для перекэчивания крови.

Цель изобретения — обеспечение возможности саморегулирования насоса по венозному притоку, На фиг.1 изображен насос для крови, разрез (некоторые составные элементы показаны схематически); на фиг.2 — то же, в разобранном виде; на фиг.3-стадии работы насоса; на фиг.4 — первая модификация насоса, внешний вид; на фиг.5 — вторая модификация, разрез.

Насос для крови содержит корпус 1, со5

10 стоящий из частей 2 и 3, клапаны 4 и 5, типа

Bjor- Shiley или St. Jude, рукав 6, отверстия

7 и 8, где в отверстии 8 установлен клапан

4, а в сужении 9 установлен клапан 5, причем клапаны 4 и 5, кроме выполнения пряфиксации рукава 6 к приводному кольцу 10 и к корпусу в отверстии 8 соответственно.

Каждый клапан имеет периферийную канавку, в которую входит эластичное уплотнительное кольцо круглого сечения, прижимающее рукав к клапану, На приводное кольцо 10 передают усилия через толкающее кольцо 11, прикрепленное к двум диаметральным толкателям

12, выступающим из корпуса 1 через отверстия в его верхней стенке и уплотненным посредством скользящих уплотнений (не показаны), благодаря чему корпус 1 оказывается герметичным.

Чаши приводного кольца 10 прижаты к уплотнительному кольцу 13 круглого сече35 ния вокруг клапана 5 и скреплены друг с другом. Уплотнительное кольцо 14 круглого сечения вокруг клапана 4 прижато к отверстию 8 в корпусе 1 посредством удерживающего кольца. Приводное кольцо 10

40 установлено с возможностью свободного движения вверх и вниз в жестком корпусе.1, имеющем на внутренней поверхности канавки, благодаря чему воздух может свободно проходить между частями корпуса с той и другой стороны приводного кольца 10.

Меньшее расстояние 16 рукава 6 образует имитирующую предсердие камеру А, а большее расширение 17 — имитирующую желудочек камеру Б. Впускное отверстие в имитирующую предсердие камеру А присоединено к корпусу в зоне отверстия 7. На толкатели 12 воздействуют посредством пневматического 18 или электрического 19 двигателя через рычажный механизм, (В лабораторном насосе двигателем является пневматический цилиндр с встроенной возвратной пружиной).

55 мого назначения, использованы для 20

Рукав 6 прикреплен к другим чагтям устройства в трех местах, а именно к клапану

5 в сужении 9 и к корпусу 1 в отверстиях 7 и

8. В месте крепления в отверстии 7 корпуса в рукав 6 вставлено кольцо 20 с наружной канавкой, а с наружной стороны установлено эластичное уплотнительное кольцо 21 круглого сечения, Удерживающее кольцо

22, прикрепленное к корпусу 1, удерживает уплотнительное кольцо 21 и кольцо 20 на месте. Клапаны 4 и 5, кроме выполнения их прямого назначения, использованы также для прикрепления рукава 6 к приводному кольцу 10 и к корпусу в отверстии 8 соответственно.

Элементы устройства соединены между собой и корпусом 1 винтами 23 и 24, Сужение 9 между двумя расширениями

16 и 17 образует проток, через который кровь может течь только из камеры А в камеру Б через клапан 5. Отверстие 8, содержащее клапан 4. является выходом из насоса. через который кровь выходит импульсами под давлением.

Обьемами соответственных имитирующих предсердие и желудочек камер насоса на некоторых стадиях каждого цикла работы управляют путем введения образующих их расширений 16 и 17 в контакт (сцепление) с нижней 25 и верхней 26 стенками корпуса и с верхней 27 и нижней 28 поверхностями приводного кольца 10, В частности, поверхность 25 корпуса выполнена вогнутой (например, конической), а поверхность 28 приводного кольца выпуклой, Аналогичным образом расширение 16 вводят во время части каждого цикла насоса в контакт с выпуклой поверхностью 26 корпуса и с вогнутой поверхностью 27 приводного кольца, т.е, каждое расширение вводят в сцепление с дополняющими чашеобразными поверхностями корпуса и приводного кольца. Обе поверхности приводного кольца могут быть выполнены выпуклыми, в этом случае поверхность корпуса, вводимая в сцепление с расширением 16, была бы вогнутой, à это нецелесообразно, потому что сужение 9 между камерами А и Б стало бы удлиненным, что привело бы к нежелательной потере давления.

Рукав 6, корпус 1 и приводное кольцо 10 могут быть выполнены асимметричными. С другой стороны, входная и выходная части рукава 6 вполне могут быть расположены под косым или прямым углом к линии (воображаемой), соединяющей входное 7 и выходное 8 отверстия. Такой рукавный элемент 29 имеет входное 30 и выходное 31 отверстия (фиг.4). Нижняя часть корпуса в этом случае будет иной чем соответствую1679966 щая часть 3 (фиг.2). При использовании рукавного элемента такого типа целесообразно размещать приводное устройство вблизи от плоской части 32 детали 33. Можно также убрать все или некоторые из тех частей гибкого рукавного элемента, которые в течение всего цикла. работы насоса постоянно сцеплены с нижней 25 и верхней 26 стенками корпуса и с нижней 28 и верхней 29 поверхностями приводного кольца 10. Предпочтительно убрать часть рукава 6, находящуюся в постоянном контакте с нижней стенкой 25, находящуюся в постоянном контакте с верхней поверхностью 28 приводного кольца 10, (На фиг,5 показан второй измененный вариант). Концы оставшихся частей гибкого рукавного элемента прикреплены к поверхностям 27 и 25 посредством концентрических зажимов 34 и 35, снабженных большим количеством распределенных по окружности винтов 15, а также закреплены в периферийной канавке в клапанах 4 и 5 и в кольце 20 путем зажатия уплотнительными кольцами 14,13 и 21. Части гибкого рукавного элемента 29 заменены участком поверхностей 25 и 27. Эти новые поверхности должны быть выполнены из нетромбообразующего материала или должны быть модифицированы для того, чтобы сделать их нетромбообразующими, Этот вариант выгоден в отношении изготовления гибких частей рукавного элемента 29.

Насос работает следующим образом, Импульсы сжатого воздуха, подаваемые в цилиндр и действующие через рычажный механизм, толкают кольцо 11 вниз, вводя его в сцейление с приводным кольцом

10, при каждом цикле насоса. По окончании управляемого хода толкатели 12 и толкающее кольцо 11 под действием возвратной пружины в пневматическом цилиндре отходят от приводного кольца и возвращаются в верхнюю часть корпуса 1.

Во время каждого хода толкающего 11 и приводного10 колец вниз объем имитирующей желудочек камеры уменьшается, при этом давление крови в этой камере повышается, заставляя клапан 5 закрыться, а выпускной клапан 4 открыться, в результате чего кровь выталкивается из имитирующей желудочек камеры. Тем временем объем имитирующей предсердие камеры А увеличивается, в результате чего кровь продолжает течь в эту камеру во время управляемого хода, т,е. систолы, насоса. После окончания хода вниз толкающее кольцо 11 отходит назад, в результате чего прекращается воздействие:давления на имитирующую желудочек камеру. Тем не менее кровь продолжает вытекать иэ имитирующей жеr>

55 лудочек камеры через выпускное отверстие

8 в результате сообщения крови импульса (количества движения) при ходе приводного кольца вниз, Когда давление в имитирующей желудочек камере Б упадет, клапан 5 откроется и кровь начнет течь из имитирующей предсердие камеры в камеру, имитирующую желудочек, Когда импульс, поддерживающий ток крови через выпуск-. ной клапан 4 затухнет, клапан закроется.

Давление входящей крови вместе с импульсом крови, проходящей затем из имитирующей предсердие камеры в имитирующую желудочек камеру через клапан 5, создадут результирующие направленные вверх силы, с которыми расширение 17 имитирующей желудочек камеры будет действовать на нижнюю поверхность 28 приводного кольца

10, причем площадь контакта (нормированная проекцией на воображаемую плоскость, перпендикулярную к оси, соответствующей направлению движения приводного кольца

10) между расширением и нижней поверхностью приводного кольца больше, чем площадь контакта (нормированная указанным выше образом) между расширением 16 и верхней поверхностью 27 приводного кольца 10. Следовательно, приводное кольцо 10 поднимается вверх и некоторая часть входящей крови пройдет в имитирующую желудочек камеру, объем которой при подъеме приводного кольца увеличится. Степень наполнения имитирующей желудочек камеры при обратном ходе насоса и, следовательно, подача насоса зависят от давления входящей крови.

Имеется одно ограничение способности насоса в соответствии с изобретением к саморегулированию подачи (производительности) в соответствии с давлением входя@ей крови. Это ограничение состоит в том, что каждый управляемый ход начинается раньше, чем камеры насоса достигнут максимального объема. После достижения максимального объема кровь не будет больше втекать в насос, давление входящей крови будет повышаться и наступит состояние повышенного кровяного давления (гипертензии). Поэтому частоту возбуждающих импульсов приводного устройства насоса задают с обеспечением гарантии того, что камеры насоса не достигнут максимального объема в период между управляемыми от привода ходами, Заданная частота возбуждения может, однако, обеспечивать саморегулирующую функцию насоса в пределах давлений на входе и скоростей (расходов) на выходе, На степень наполнения камер насоса в период каждого рабочего цикла насоса вли1679966 яет также давление газа в корпусе снаружи камер насоса. Во время каждого управляемого от привода хода насоса занимаемый газом объем увеличивается и соответственно падает давление газа. Снижение давления газа снаружи камер приводит к увеличению результирующего перепада давления между втекающей кровью и наружным газом, создающим сопротивление втеканию крови, При обратном ходе насоса общий объем камер увеличивается, объем газа в корпусе уменьшается и, следовательно, повышается давление газа в корпусе.

Когда давление газа приближается к величине давления протекающей крови, скорость наполнения камер уменьшается.

Очевидно, что изменения давления газа в корпусе оказывают регулирующее влияние на наполнение насоса в продолжение каждого цикла. Давление газа в корпусе определяется прежде всего соотношением между рабочим (ударным) объемом насоса и занимаемым газом объемом в корпусе в любой данный момент рабочего цикла, что зависит от геометрической формы деталей насоса, Количество газа в корпусе можно регулировать посредством редукционного клапана, состоящего из двух односторонних клапанов, настроенных на верхний и нижний пределы давления газа в корпусе, На фиг. 3 показаны четыре момента рабочего цикла насоса. Момент (фиг.3а)— толкающее кольцо 11 находится в конце своего хода вниз под действием односто.ронней (действующей в одном направлении), как показано стрелками О, движущей силы, передаваемой к приводному кольцу.

При ходе толкающего кольца 11 вниз приводное кольцо 10 сжимает имитирующую желудочек камеру Б, что создает давление на кровь, под действием которого она выталкивается из этой камеры через открытый клапан 4. Приложенное к крови (находящейся в имитирующей желудочек камере) давление во время управляемого хода удерживает клапан 5 закрытым. Ход приводного кольца 10 вниз изменяет геометрию имитирующей предсердие камеры А таким образом, что ее объем может увеличиваться, что обеспечивает возможность втекания крови через впускное отверстие 7 в период хода вниз. Общий объем камер А и

Б при ходе вниз (управляемом от привода ходе) уменьшается, в результате чего увели. чивается объем газа в корпусе 1, что приводит к падению давления газа в корпусе.

Момент И (фиг.36) — отвод толкающего кольца 11 назад посредством приводного устройства после окончания управляемого хода. В течение некоторого короткого периода времени после отвода толкающего кольца импульс (количество движения) крови, протекающей через выпускное отверстие 8, удерживает клапан 4 открытым, в результа5 те чего имеет место дополнительное вытекание крови, Однако гидростатическое давление в имитирующей желудочек камере резко падает и клапан 5 открывается под . воздействием гидродинамического и гидро10 статического давлений крови, поступающей в имитирующую предсердие камеру. Следовательно, гибкие стенки расширения 17 с обусловленной давлением силой действуют на нижнюю поверхность"28 приводного

15 кольца 10, Аналогичная сила давления действует на все поверхности имитирующей желудочек камеры, Стенки расширения 16. образующего имитирующую предсердие камеру, действуют с создаваемой давлением

20 силой, но меньшей по величине, на верхнюю поверхность 27 приводного кольца 10, но геометрия расширений и поверхностей приводного кольца, находящихся в контакте с расширениями, такова, что возникает со25 зданная давлением направленная вверх результирующая сила, действующая на приводное кольцо в течение части периода между управляемыми от привода ходами и заставляющая приводное кольцо подни30 маться.

Выпуклая поверхность 28 при движении в направлении к ней приводного кольца 10 постепенно воздействует на соседнюю часть расширения 16 и дифференциальное

35 уменьшение объема расширения 16 приближается к дифференциальному увеличению объема расширения 17. В некоторый момент они становятся равными. Тогда движение приводного кольца 10 вверх

40 прекращается независимо от того насколько велик перепад давления между камерами

А и Б и давлением снаружи этих камер. Такое выполнение поверхностей, воздействующих на камеры А и Б, таким образом, что

45 максимум общего объема достигается раньше, чем приводное кольцо 10 переместится до предела в направлении к выходу, обеспечивает предохранение гибкого материала расширений 16 и 17, что становится особен50.но важным при длительной эксплуатации s насосе, не закрытом герметически и работающем при атмосферном давлении. При использовании насоса в качестве устройства, помогающего сердцу, или тому подобным

55 перемещением приводного кольца 10 будут управлять статические и динамические силы притекающей крови во взаимодействии с изменяющимся давлением снаружи камер А и Б в герметически закрытом корпусе при условии, что давление внутри корпуса уста1679966 (фиг.1) штрихпуктирными линиями, Редукционный клапан, состоящий, например, из двух односторонних клапанов (no одному в каждом направлении), обеспечивает сообщение между внутренней полостью корпуса

1 и окружающей его наружной средой при заданных давлениях открытия для подходящего регулирования давления.

Может быть предусмотрен датчик для контроля наивысшего положения приводД ного кольца 10 при его ходе. Если больной

55 новлено так, что максимальный общий объем камер А и Б и, следовательно, момент максимального давления внутри корпуса не могут быть достигнуты.

Направленная вверх сила (фиг.3в), дей- 5 ствующая на приводное кольцо 10, поднимает его, обеспечивая имитирующей желудочек камере возможность увеличиваться. Размеры и геометрия двух камер таковы, что даже, если размеры имитирую- 10 щей предсердие камеры уменьшаются, общий обьем обеих камер насоса при втекании в них крови продолжает увеличиваться. Однако, чем выше положение приводного кольца 10 и больше общий объем 15 камер, тем слабее становится воздействие давления притекающей крови, поскольку изменяю ся (фиг,Зв) площади контакта приводного кольца со стенками соответственных камер, и уменьшается давление газа в 20 корпусе. Кроме того, ослабевает воздействие импульса притекающей крови.

Прежде чем приводное кольцо 10 поднимется в положение, при котором общий обьем камер будет максимальным (давле- 25 ние внутри корпуса постоянно), или когда давление в камерах А и Б и давление в полости между упомянутыми камерами и геометрически закрытым корпусом 1 становятся равными (на давление внутри корпуса 30 влияет изменение общего объема камер А и

Б в зависимости от статических и динамических сил притекающей крови), перемещением толкающего кольца 11 вниз под действием приводного устройства (стрелки 35

D) (фиг.Зг) начинается следующий управляемый ход. При более высоких частотах, когда вклад динамических сил становится даже большим, равновесие ие достигается, подача насоса все еще остается пропорциональ- 40 ной давлению притекающей крови.

Для применения в живом организме корпус 1 и приводное устройство 19 могут быть заключены в оболочку, например ме шок из силоксанового каучука, такого объе- 45 ма, чтобы все это в целом имело плотность около 1 г/см, соответствующую плотности тела, и вес его соответствовал весу эамещаемого обьема, Такой мешок схематически показан . потребляет из-за напряжения или по другой причине больше крови при усилении кровотока, это будет заметно, потому что приводное кольцо 10 будет подниматься выше, вплоть до положения максимального объема. В этом случае может быть выполнена схема управления, увеличивающая естественную регуляцию.

Наиболее вероятно, что периферическое сопротивление не является решающим фактором для мину ного объема сердца и что регулирующим фактором является приток крови, Лабораторный насос с наружным диаметром 90 мм, высотой круглой цилиндрической части корпуса 32 мм I диаметром клапанов 27 мм дал следующие р:-эультл гьь

При постоянной частоте ходов (ударов) 250 уд/мин и давлении на входе. cooTHcTOTB)ющем 6 см вод.ст., было получено 13,3 л/мин, При давлении на входе, равном 6.5 см вод.ст„было получено 15,8 л/мин, На выходе были получены давления 350 мм рт.ст, (систолическое) и 60 мм рт.ст. (диастолическое). Испытания проводились с водой. Расчетный рабочий (ударный) объел составлял

60 см для имитирующей желудочек камеры (большое расширение 17) и 23 см для ими3 . ирующей предсер..„и.=. I .àI,åðû 1л алое pac Iирение,6).

Та .èI, образом, ь соотве :сгвии с изобретением предлагаетс". HRcoñ., P. котором плоскос ь клапана поднимас гся (не поддействиел ссздаваемой самил. насосом силы, а в результате втекания жидкосги) иод действием давления жидкости;: импульса (количества движения), возникающего в период систола. Когда перемещенная максимально вниз плоскость клапана возвращается назад вследствие непрекращаю.цегося притока жидкости, клапан раСотает как складная стенка, перемещающа .ся навстречу втекаюшему потоку до тех пор, пока не начнется следующий управляел:ъ.й от привода хода, Клапан, соответству,-;:..:,ий аортальному клапану, при прекраще: ии через него течения жидкости закрывае.ся, что, в зависимости от скорости, можег происходить позже момента достижения плоскостью клапана внутри насоса ее самого нижнего положения. Возможно даже, чго клапан, соответствующий аорталыгому, будет оставаться открытым в течение части периода дистолы, который с повышением частоты становится все короче и короче, Формула изобретения

1. Насос для крови, содержащий корпус, камеру предсердия, образованну о эластичными стенками с входом и выходом, камеру

1679966

Л 2

77 желудочка, образованную эластичными стенками с входом и выходом, а вход камеры предсердия соединен с входом камеры желудочка через канал с обратным клапаном, при этом на входе камеры желудочка 5 установлен второй обратный клапан, о т л ич а ю шийся тем, что с целью обеспечения возможности саморегулирования насоса по веноэному притоку, насос снабжен приводным кольцом в виде тарелки, установлен- 10 ным в корпусе с возможностью перемещения так, что одна его поверхность выполнена с возможностью контакта со стенками камеры желудочка, а другая поверхность имеет возможность контакта со 15 стенками камеры предсердия, корпус имеет герметичные стенки с воэможностью заполнения газом и содержит регулирующий давление клапан, причем камеры желудочка и йредсердия и канал между ними содержат эластичный и нерастягиваемый элемент в виде шланга.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что поверхность, выполненная с возможностью контакта со стенками камеры желудочка, имеет выпуклую форму, а поверхность, выполненная с возможностью контакта со стенками камеры предсердия, имеет вогнутую форму.

1679966

Составитель Л. t акопов

Редактор Н. Бобкова Техред М.Моргентал Корректор М. Пожо

Заказ 3224 Тираж 469 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101