Способ измерения производительности искусственного желудочка сердца

 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в аппаратах искусственного сердца. Цель изобретения - повышение точности измерения путем исключения погрешности, определяемой теплообменом в пневмотракте привода . Сущность способа состоит в том, что измерение производительности искусственного желудочка сердца с поршневым пневмоприводом замкнутого типа производят путем измерения в каждом рабочем цикле изменения объема жидкостной камеры желудочка по перемещению поршня привода между моментами достижения контрольных значений давления в камерах желудочка в систолу и диастолу, объема, вытесненного поршнем за период предварительного сжатия, времени от момента окончания периода предварительного сжатия до момента достижения контрольного значения давления в диастолу и определения величины производительности за один рабочий цикл по формуле + Кх х (), где Vyfl - производительность желудочка за один рабочий цикл; Д Vn - изменение объема, вытесненного поршнем за период между моментами достижения уровня контрольного значения давления в систолу и диастолу; ДУсж изменение объема, вытесненного поршнем за период предварительного сжатия; t- время; b - коэффициент , определяемый теплофизическими параметрами желудочка и газа; К - коэффициент пропорциональности. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ni)s А 61 M 1/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Г10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4374928/14 (22) 02.02.88 (46) 23.03.92. Бюл. N 11 (71) Особое конструкторское бюро биологической и медицинской кибернетики (72) Ю.И,Монахов, З.В.Любарская, А.И,Монахова и Н,В,Зиновьев (53} 615.475(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1477418, кл, А 61 М 1/10, 1986. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ИСКУССТВЕННОГО ЖЕЛУДОЧКА СЕРДЦА (57) Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в аппаратах искусственного сердца, Цель изобретения — повышение точности измерения оутем исключения погрешности, определяемой теплообменом в пневмотракте flpMBoда. Сущность способа состоит в том, что измерение производительности искусственного желудочка сердца с поршневым пневмоприводом замкнутого типа производят путем измерения в каждом рабочем цикИзобретение относится к медицинской технике, точнее к аппаратам искусственного кровообращения.

Цель изобретения — повышение точности измерения путем учета погрешности, вносимой теплообменом в пневмотракте привода.

На фиг,1 представлена функциональная схема устройства, реализующего способ измерения производительности искусственного желудочка; на фиг.2 — диаграммы зависимости параметров устройства от времени (а — сигнал tH с датчика конечного диастолического положения поршня; б— сигнал t p, начала реверса; в — значение давления Р в пневмотракте; r — величина первмещения поршня Н); на фиг.3 — алгоритм

„.,5U „„1720653 А1 ле изменения объема жидкостной камеры желудочка по перемещению поршня привода между моментами достижения контрольных значений давления в камерах желудочка в систолу и диастолу, объема, вытесненного поршнем за период предварительного сжатия, времени от момента окончания периода предварительного сжатия до момента достижения контрольного значения давления в диастолу и определения величины производительности за один рабочий цикл по формуле ЧУд=ЛЧп+ Кх х ЛЧ, б-е }, гДе Чуд — пРоизвоДительность желудочка за один рабочий цикл; Л V — изменение объема, вытесненного поршнем за период между моментами достижения уров- ф ня контрольного значения давления в систолу и диастолу; ЛЧ ж - изменение объема, вытесненного поршнем за период предварительного сжатия; с — время; b — коэффициент, определяемый теплофизическими параметрами желудочка и газа; К вЂ” коэффициент пропорциональности, 3 ил. вычисления величины ударного выброса.

Способ реализуется с помощью устройства (фиг.1), содержащего генератор 1 импульсов давления, включающий в себя блок

2 уг1равления двигателем, линейный электродвигатель 3 и поршневой механопневмопреобразователь 4, шток которого жестко связан с якорем электродвигателя 3. Со штоком поршня механопневмопреобраэователя 4 связаны датчик 5 конечного диастолического положения поршня, датчик 6 конечного систолического положения поршня и датчик 7 перемещения поршня. Пневмокамера механопневмопреобразователя 4 посредством пневмомагистрали 8 через проточный датчик 9 давления соединена с

1720653

10

55 пневмокамерой 10 искусственного желудочка сердца, снабженного входным t1 и выходным 12 клапанами, установленными в патрубках, соединенных с жидкостной камерой 10 искусственного желудочка. Выходы датчиков 5-7 и 9 соединены с соответствующими входами вычислительного устройства 13. В состав вычислительного устройства входят аналого-цифровой преобразователь 14, триггер 15, генератор

16 импульсов прерывания, генератор 17 тактовых импульсов и ЭВМ 18.

Информационный вход преобразователя 14 соединен с выходом датчика 9, управляющий вход преобразователя 14 — с выходом 1 ЭВМ 18, выход преобразователя

14.— с входом 1 ЭВМ 18. Вход 1 триггера 15 соединен с выходом датчика 5, вход 2 триггера 15 — с выходом датчика 6. Выход триггера 15 соединен с входом 2 Э ВМ 18. Выход датчика 7 соединен с входом 3 ЭВМ 18.

Выход генератора 16 соединен с входом 4

ЭВМ 18, выход генератора 17 — с входом 5

Э В М 18. Вывод результатов вычисления осуществляется через выход 2 ЭВМ 18.

В процессе работы устройства генератор 1 импульсов давления и желудочек взаимодействуют следующим образом.

В исходном состоянии жидкостная камера 10 желудочка заполнена, например, кровью, давление в ней уравновешено давлением крови в сосудистой системе перфузируемого объекта, клапаны закрыты. В процессе работы генератора 1 под воздействием якоря злектродвигателя 3 поршень механопневмопреобразователя 4 совершает возвратно-поступательное движение, в результате чего происходит преобразование движения якоря в импульсы давления воздуха.

Пневмотракт привода, включающий в себя подпоршневое пространство цилиндра механопневмопреобразователя 4, пневмомагистраль 8 и пневмокамеру 10 желудочка, образует замкнутый объем, заполненный газом. При движении поршня в сторону желудочка вследствие уменьшения величины замкнутого объема давление газа возрастает и передается через мембрану, разделяющую пневмо- и жидкостную камеры желудочка.

Когда давление внутри желудочка превысит давление крови в выходной магистрали, выхоДной клапан 12 желудочка открывается и дальнейшее перемещение поршня сопровождается изгнанием крови из желудочка в артериальные сосуды перфузируемого объекта. При обратном движении поршня сначала закрывается выходной клапан 12, затем понижается давление в желудочке до величины, меньшей, чем давление крови в венозных сосудах, После этого открывается входной клапан 11 и дальнейшее перемещение поршня сопровождается забором крови из входной магистрали в жидкостную камеру 10 желудочка, B результате наполнения жидкостной камеры через входной клапан 11 и опорожнения через выходной клапан 12 некоторый объем крови перекачивается желудочком из венозной магистрали перфузируемого объекта в артериальную.

Датчики 5 — 7 связаны со штоком поршня механопневмопреобразователя 4. Датчик 5 вырабатывает импульсный сигнал в момент достижения поршнем конечного диастолического положения (диаграмма а, фиг.2).

Датчик 6 вырабатывает импульсный сигнал в момент достижения поршнем конечного систолического положения (диаграмма б, фиг,2). Датчик 7 перемещения поршня вырабатывает последовательность импульсов в количестве N, пропорциональном величине

Н перемещения поршня, Датчик 9 давления вырабатывает аналоговый сигнал, пропорциональный текущему значению величины давления в пневмомагистрали 8 (диаграмма в, фиг,2), Вычислительное устройство 13 работает следующим образом. Аналого-цифровой преобразователь 14 преобразует аналоговый сигнал с датчика 9 давления в цифровой код для обеспечения информационной совместимости с ЭВМ. Триггер 15 вырабатывает двухуровневый сигнал, позволяющий определять фазу работы желудочка. Уровень логического "0" соответствует систоле, а уровень логической "1" — диастоле, Генератор 16 импульсов прерывания управляет работой ЭВМ, Генератор 17 тактовых импульсов обеспечивает работу ЭВМ. ЭВМ 18 производит вычисление величины ударного объема по сигналам с датчиков 5 — 7 и 9 в соответствии с алгоритмом, приведенным на фиг.3, где приняты следующие обозначения:iC — счетчик отсчетов сигнала давления на систоле; ig, — счетчик отсчетов сигнала давления на диастоле, prm — признак достижения сигналом давления максимального уровня; Nc — количество импульсов с датчика перемещений на систоле до Р = Р„;

Pm — величина максимального давления;

N к — количество импульсов с датчика перемещений на систоле до P = PK, сж — длительность участка систолы до P = Pm.

Алгоритм (фиг,3) определяет работу

ЭВМ.18 по вычислению величины ударного объема в соответствии с предложенным способом, Устанавливают контрольный уровень давления Рк, который выбирают с

1720653 учетом следующего условия: величина контрольного уровня давления должна быть больше давления закрь1тия входного клапана, но меньше давления открытия выходного клапана, т.е. уровень контрольного значения давления должен лежать в диапазоне величин давлений, при которых аба клапана желудочка закрыты. Такое состояние клапанов соответствует периодам предварительного сжатия в систолу и предварительного расширения в диастолу, Далее при непрерывном контроле давления газа в пневматракте определяютмоментдастижения текущим значением давления Рс в систалу уровня контрольного значения. (Р = Рк) и измеряют величину перемещения поршня Нс с этого момента до момента реверса поршня, При обратном движении поршня в диастолу измеряют величину перемещения поршня Нд с момента реверса до момента достижения контрольного зна- чения давления (Рд = Рк). Таким образом, величину изменения объема, вытесненного поршнем, вычисляют па формуле

Л Чп = Чуд = (Нс-Нд)Бп, где Sn — площадь поперечного сечения поршня.

Предлагаемый способ учитывает изменение объема жидкостн и камеры желудочка не только от перемещения поршня, но и от изменения объема газовой камеры желудочка вследствие изменений температуры газа, что приводит к повышению точности измерения.

В соответствии с предлагаемым способом за начало цикла измерения принимают сигнал tnc с датчика 5 конечного диастоли1 ческого положения поршня (диаграмма а, фиг.2), Текущее значение давления в пневмотракте привода непрерывно измеряют и сравнивают с контрольным уровнем давления (диаграмма б; фиг.2). С момента, соответствующего равенству текущего значения давления ткс в систолу контрольному уровню давления измеряют величину перемещения поршня Н, (диаграмма г, фиг,2) да сигнала тнд реверса (диаграмма б, фиг,2) и ве,личину перемещения поршня Нд за время от сигнала реверса t>q да момента ткд сравнения текущего значения давления в диастолу с контрольным уровнем давления.

Величину перемещения H поршня определяют, например, путем умножения числа N на выходе датчика перемещения на коэффициент Кп, равный перемещению поршня. эквивалентному одному импульсу с датчика перемещения:

Н = nN.

Таким образом, изменение объема ЛЧ, 5 вытесненного поршнем, определяют в соответствии с формулой

AVq = n(c= p)Sn

Для измерения изменения величины объема hV а жидкостной камеры .вследст10 вие теплообмена в пневмотракте выделяют момент с„окончания периода предварительного сжатия, например, путем дифференцирования величины давления и выделения момента равенства нулю произ15 водной, определяют обьем, вытесненный поршнем за период предварительного сжатия„Ь|/сж =- KaNcx. Sn. измеряют длительность периода t от момента tcw до момента тд и вычисляют величину ЬЧто по формуле

20 Л Ч„= К К," И,.г Sn(1-å ), где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

Таким образом, величину ударного объема искусственного желудочка сердца соот.ветственно предлагаемому способу

25 вычисля1ат по формуле

Чуд =- ГКЧП+К ЛЧ,.(1-е "), Формула изобретения

Способ измерения производительности .искусственнага желудочка сердца, состоящий из измерения в каждом рабочем цикле изменения объема рабочей жидкости в желудочке по перемещению поршня привода между моментами достижения контрольных значений давления- в желудочке в систалу и

З5 диастолу, а т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем учета погрешности, вносимой теплообменом в пневмотракте привода, измеряют величину изменения обьема, вытесненного

"0 поршнем за время предварительного сжатия, измеряют время от окончания предварительного сжатия до момента достижения контролЬного значения давления в диастолу и вычисляют величину производительности за один рабочий цикл па формуле

Чуд = Юп+КЛЧсж(1-e ). где Чуд — производительность желудочка за цикл;

ЛЧл — изменение объема за время сйс50 тола-диастола;

h. Чсж — изменение объема за время предварительного сжатия;

1 — время;

Ь вЂ” коэффициент теплообмена;

К вЂ” коэффициент пропорциональности.

1720653

1720653

Составитель Л, Попов

Редактор О. Юрковецкая Техред М;Моргеитал Корректор О. Ципле

Заказ 907 Тираж 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