Искусственный желудочек сердца

 

Искусственный желудочек сердца предназначен для использования в кардиохирургии, в частности при механической помощи сердцу. Он обеспечивает уменьшение травмы окружающих тканей при имплантации и усиление активного воздействия на гемодинамику. В искусственном желудочке использованы два электромеханических привода цилиндрической формы. Каждый привод выполнен как единый блок электродвигателя и преобразователя вращательного движения в поступательное. Последний решен на базе несоосной винтовой передачи и является ротором электродвигателя, а на выходном винте содержит толкатель. Эти два электромеханических привода располагаются соосно так, что их толкатели обращены друг к другу, а между ними располагается эластичная кровяная камера. 3 ил.

Изобретение относится к кардиохирургии, в частности к механической помощи сердцу.

Известен желудочек сердца, включающий эластичную кровяную камеру, электромеханический привод цилиндрической формы и преобразователь движения в виде несоосной винтовой передачи [1]. В этом устройстве винтовая передача является частью конструкции ротора электродвигателя привода, а весь электропривод выполнен в форме цилиндра и расположен соосно с сердечным насосом. Компоновочное решение этого устройства таково, что приводит к ряду недостатков при имплантации его в организм в целях вспомогательного кровообращения. Известно, что при имплантации искусственного желудочка сердца в целях вспомогательного кровообращения с применением левожелудочкового обхода, механическое устройство помощи сердцу рационально располагать в абдоминальной полости организма [2]. Из приведенного материала видно, что для уменьшения травмы прилегающих к имплантируемому искусственному сердцу биотканей, его форма должна быть симметрична относительно плоскости диафрагмы сердечного насоса, поскольку одностороннее расположение привода приводит к перегибу подводящих кровяных магистралей, а также является причиной нежелательных механических воздействий работающего механизма на биоткани. Указанные требования учтены при проектировании искусственного желудочка сердца фирмы Novacor (HEART ASSIST SYSTEM N100) [3]. Компановка этого устройства такова, что его механизм симметричен относительно плоскости кровяной камеры и предусматривает двухстороннее воздействие на нее с помощью специальных пружинных толкателей, взводимых электромагнитом при пропускании через него кратковременного электрического импульса большой мощности. При этом динамические характеристики устройства (перемещение толкателей по времени, скорость толкателей по времени) не регулируются во время эксплуатации устройства, а обеспечиваются предварительно заданной настройкой. Это является существенным недостатком этого механизма. Как показала практика применения этого класса устройств, адекватная гемодинамика обеспечивается при наличии возможности воздействия на параметры движения толкателя в процессе эксплуатации. Действительно, отсутствие такой регулировки в прототипе не позволяет обеспечить такие физиологические параметры, как отношение времени систолы к времени диастолы, частоту пульсаций в широком диапазоне, фронт нарастания давления, а как следствие, невозможность активно воздействовать на кровоток и устойчиво поддерживать гомеостаз.

Целью изобретения является уменьшение травмы окружающих тканей при имплантации искусственного желудочка сердца и усиление активного воздействия на гемодинамику.

Поставленная цель достигается тем, что используются два электромеханических привода цилиндрической формы, располагаемых соосно так, что их толкатели обращены друг другу, а между ними располагается эластичная кровяная камера.

На фиг. 1 приведен чертеж общего вида устройства; на фиг. 2 - боковой вид устройства; на фиг. 3 иллюстрируются возможности регулирования перемещения толкателей во время рабочего цикла.

Эластичная кровяная камера 1 с входным клапаном 2 и выходным клапаном 3 расположены в корпусе 4. К корпусу 4 жестко крепятся электромеханический привод 5 с толкателем 6, снабженным ограничителями вращения 7 и электромеханический привод 8 с толкателем 9, снабженным ограничителями вращения 10. Ограничитель вращения 7 имеет возможность скользить в отверстиях 11 корпуса электродвигателя 12, а ограничитель вращения 10 имеет возможность скользить в отверстиях 13 корпуса электродвигателя 14. Каждый из электроприводов содержат статорные обмотки электродвигателя 15, 16, установленные в корпусах электродвигателя 12, 14. Электромеханический привод 5 имеет ротор 17, снабженный несоосной винтовой передачей 18, выходной винт 19 которой жестко связан с толкателем 6 и обмотку 20. Электромеханический привод 8 имеет ротор 21, снабженный несоосной винтовой передачей 22, выходной винт 23 которой жестко связан с толкателем 9 и обмотку 24. Электродвигатели идентичны и выполнены в виде реверсивного вентильного электродвигателя постоянного тока.

Устройство работает следующим образом.

При подаче электрического напряжения на статорные обмотки электродвигателя 15 и 16, роторы 17 и 21 начинают вращаться, при этом выходные винты 19 и 23 выдвигаются из тела несоосных винтовых передач 18 и 22, а толкатели 6 и 9 сжимают эластичную кровяную камеру 1 и вытесняют кровь через клапан 3 в кровяную магистраль (фаза систолы). При смене полярности напряжения на статорных обмотках электродвигателя 15 и 16, происходит реверс электродвигателей, при этом выходные винты 19 и 23 втягиваются в тело несоосных винтовых передач 18 и 22, а толкатели 6 и 9 освобождают эластичную кровяную камеру 1. За счет внутрикровяного давления происходит наполнение эластичной кровяной камеры 1 через клапан 2 кровью (фаза диастолы).

Изобретение позволяет создать малогабаритную конструкцию искусственного желудочка сердца, симметричную относительно плоскости кровяной камеры, что обеспечивает удачную его имплантацию в абдоминальную полость организма без существенной деформации биотканей. Созданная при этом система электромеханических приводов дает возможность активно управлять динамикой движения толкателей в процессе работы устройства, что позволяет адекватно изменять гемодинамику, в зависимости от состояния пациента. Это видно из представленных кривых, при этом приняты следующие обозначения.

T_с - время систолы искусственного желудочка сердца; T_д - время диастолы искусственного желудочка сердца; S₁ - перемещение толкателя первого электродвигателя по времени; τ₁ - время выбега первого электродвигателя при систоле; τ₂ - время работы первого электродвигателя при систоле; ΔT - задержка включения второго электродвигателя; τ₃ - время торможения первого электродвигателя при систоле; τ₄,τ₅,τ₆ - соответствующие параметры при диастоле; , S₂ - соответствующие параметры для второго электродвигателя; S - суммарное перемещение толкателей.

Из представленных иллюстраций видно, что суммарное перемещение толкателей, а следовательно, объем вытесняемой из кровяной камеры крови зависит от технических параметров электродвигателя - мощности, скорости вращения и от момента его включения и выключения. Поскольку все эти параметры для каждого электродвигателя можно менять в процессе работы, величину изменения объема вытесняемой крови по времени можно менять в широких пределах.

Литература
1. Авторское свидетельство СССР N 1570072 кл. A 61 M 1/10.

2. CARDIAC SURGERY; State of the Art Reviews. October 1989. Vol.3. Nb.3. Pp. 521-542. HANLEY & BELFUS, INC. Philadelphia. USA.

3. PST/US83/01891. INT. CL. F 04 B 43/04. WO 84/02164.

Формула изобретения

Искусственный желудочек сердца, содержащий эластичную кровяную камеру и электромеханический привод, включающий два толкателя, эластичная кровяная камера расположена между толкателями, отличающийся тем, что использованы два электромеханических привода, имеющих цилиндрическую форму, каждый электромеханический привод включает электродвигатель и преобразователь вращательного движения в поступательное в виде несоосной винтовой передачи с толкателем, а толкатели электрических приводов обращены друг к другу.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3