Центробежный насос для механической поддержки кровообращения



Центробежный насос для механической поддержки кровообращения
Центробежный насос для механической поддержки кровообращения
Центробежный насос для механической поддержки кровообращения
Центробежный насос для механической поддержки кровообращения
A61M1/1008 - Отсасывающие или нагнетательные устройства для медицинских целей; устройства для отбора, обработки или переливания естественных жидких сред организма; дренажные системы (катетеры A61M 25/00; соединители, муфты, клапаны или ответвления для трубок, специально предназначенные для медицинских целей A61M 39/00; устройства для взятия проб крови A61B 5/15; ранорасширители A61B 17/02; слюноотсасыватели для зубоврачебных целей A61C 17/06; фильтры, имплантируемые в кровеносные сосуды A61F 2/01; насосы вообще F04)

Владельцы патента RU 2683069:

Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова" Минздрава России) (RU)

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к имплантируемым устройствам для механической поддержки кровообращения, может быть использовано для лечения больных с терминальной стадией сердечной недостаточности. В диске ротора центробежного насоса для перекачивания крови с наружным диаметром 20-70 мм сформированы 2-8 трубчатых канала постоянного сечения с диаметром 1-6 мм. Каналы закручены по логарифмической кривой на 0,4-10 витков так, что угол выхода каждого канала из ротора, образованный касательной к соответствующей логарифмической кривой и касательной к наружной окружности диска ротора в точке пересечения упомянутых кривых, составляет 1-15 градусов. Технический результат состоит в снижении гемолиза и тромбообразования. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к имплантируемым устройствам для механической поддержки кровообращения, может быть использовано для лечения больных с терминальной стадией сердечной недостаточности, а также в качестве основного насоса в системах вспомогательного экстраракорпорального кровообращения.

Применение логарифмической кривой описано в устройстве для перекачивания крови (RU 2430748, С2), однако в известном устройстве оно описано для профилирования лопасти осевого насоса.

Известно устройство для механической поддержки кровообращения RotaFlow, описанное WO 2012034569 А2. Данное устройство представляет собой центробежный насос, состоящий из камеры, на вход которого подается жидкость и при вращении 4-х лопаточного ротора закрытого типа за счет центробежных сил жидкость перекачивается в выходной тракт, создавая расход жидкости и перепад давления, обеспечивая тем самым поддержку кровообращения. Вращение ротора обеспечивается за счет вращения внешнего магнитного поля.

Из-за несовершенной формы лопаток рабочего колеса минимизация вихреобразования является недостаточной, следствием чего является гемолиз и тромбоз крови при заданных параметрах производительности. Недостаток данного устройства заключается в гемолизирующем эффекте, который во многом связан с лопастной конструкцией вращающегося элемента (ротора). Ввиду этого насос можно использовать только для кратковременной поддержки кровообращения.

Техническая проблема состоит в создании малотравматичного устройства для перекачивания крови в виде центробежного насоса, обеспечивающего пониженную травму форменных элементов крови за счет снижения турбулентности и вихреобразования потока крови.

Медико-технический результат заключается в снижении гемолиза и вероятности образования тромбоза в устройствах центробежного типа для перекачивания крови при заданных параметрах расхода крови за счет снижении турбулентности и вихреобразования потока крови путем обеспечения условий ламинарного течения крови с отсутствием зон застоя при использовании роторов центробежных насосов канального типа за счет использования в них оригинальной геометрии каналов.

Таким образом, медико-техническим результатом заявляемого изобретения является минимизации гемолиза форменных элементов крови и вероятности образования тромбов в насосе, возникающих при движении крови в центробежном насосе при заданных параметрах расхода и перепада давления за счет снижения сдвиговых напряжений и времени экспозиции крови в критических областях.

Наиболее эффективно применение данного устройства для разработки при проектировании малогабаритных медицинских устройств, перекачивающих кровь, а также в насосах, где требуется минимальная деструкция перекачиваемого продукта.

Предлагаемое изменение геометрии проточной зоны ротора центробежного насоса позволяет формировать ламинарный поток крови в насосе, включая выходной тракт насоса, снижая интенсивность и объем вихревых зон и зон стагнации крови, в результате чего минимизируется гемолиз и тромбоз крови.

Сущность изобретения заключается в следующем.

В диске ротора центробежного насоса для перекачивания крови с наружным диаметром 20-70 мм сформированы (вырезаны) 2-8 трубчатых канала постоянного сечения с диаметром 1-6 мм. Каналы закручены по логарифмической кривой на 0.4-10 витков так, что угол выхода каждого канала из ротора, образованный касательной к соответствующей логарифмической кривой и касательной к наружной окружности диска ротора в точке пересечения упомянутых кривых составляет 1-15 градусов.

Каналы в частном случае имеют одинаковый диаметр постоянного сечения для каждого канала.

Каналы могут иметь различный диаметр, варьирующий от 1 до 6 мм.

В частном случае в диске ротора с наружным диаметром 46 мм сформированы (вырезаны) 4 канала с сечением 5 мм каждый, закрученных на 0.6 витка так, что угол выхода каждого канала из ротора, составляет 9 градусов.

Патентуемое изобретение представляет собой усовершенствованную модель построения проточной области ротора насоса центробежного типа. Главной особенностью модели является формирование трубчатых спиралевидных каналов с постоянным диаметром в элементе вращения с вариативной геометрией закрутки.

Изобретение поясняется следующими фигурами.

На фиг. 1 изображен общий изометрический внешний вид ротора устройства центробежного типа для перекачивания крови с 4 каналами; на фиг. 2 - чертеж геометрии построения логарифмической кривой трубчатого канала ротора (вид сверху), фиг. 3-ротор с 5 каналами; фиг. 4 - ротор с 4 каналами; фиг. 5 - ротор с 3 каналами, где:

1 - ротор;

2 - трубчатый канал;

3 - касательная к наружному диаметру диска ротора в точке выхода потока;

4 - касательная к логарифмической кривой в точке выхода потока;

α - угол выхода канала из ротора, который определяется касательной между вектором скорости потока в точке выхода из канала и касательной к вектору радиальной скорости в той же точке;

Dк - диаметр трубчатого канала.

Логарифмическая кривая характеризуется следующими параметрами:

θ - угол отклонения от нуля;

r - радиус-вектор точки спирали;

R - радиус-вектор точки выхода канала из ротора.

Вращающейся элемент (ротор) (1) содержит проточную зону, сформированную каналами (2) постоянного кругового сечения, сформированного по направляющей кривой.

Канал по диаметру представляет собой сформированное по логарифмической спирали круглое сечение. Использование логарифмической спирали, определяется одним из ее свойств, которое состоит в том, что угол, составляемый касательной в произвольной точке кривой по отношению к радиус-вектору r точки касания, является постоянным. Это позволяет при заданном диаметре канала получить постоянную скорость движения жидкости в нем.

Угол выхода канала из ротора, составляемый касательными к окружности диска ротора (3) и касательной к логарифмической кривой (4) в точке их пересечения α, должен стремится к нулю. Это обеспечит максимальное сопряжение потока жидкости при переходе из ротора в выходную магистраль (улитку и диффузор).

Диаметр сечения канала Dк и количество каналов n зависит от суммарной площади сечений выхода всех каналов, которая должна быль не меньше площади входа Sin в ротор, а также от размера боковой (радиальной) стенки ротора h. Диаметр конкретного канала может варьировать при соблюдении следующего условия. Условие соблюдения размеров:

Количество витков спирали, образующей канал, предполагает плавное протекание единицы объема жидкости за счет создания ламинарного течения в канале постоянного сечения.

В общем случае трубчатый канал ротора имеет перпендикулярный оси ротора вход, в котором угол выхода α равен 90 градусов.

Угол α канала ротора может достигать минимального значения в 1 градус.

Канал имеет тангенциальный или касательный вход относительно внутреннего проточного цилиндрического входного отверстия ротора.

Количество каналов может варьировать от 2 до 8.

Параметры спирали, такие как угол отклонения от нуля θ, коэффициент радиуса витков а и коэффициент расстояния между витками b варьируют в зависимости от заданных габаритных параметров ротора и канала, при соблюдении пунктов проектирования.

В ходе разработки насоса был изготовлен центробежный насоса с ротором, проточная часть которого состоит из четырех каналов, закрученных по логарифмической кривой. Сечение каналов имеет диаметр 5 мм. Вход в канал имеет касательное расположение к входному внутреннему диаметру ротора. Угол α составляет 9 градусов.

Гидродинамический макет центробежного насоса с ротором канального типа испытан на специальном стенде. Проведенные гидродинамические испытания и испытания моделируемого образца в системах автоматизированного проектирования, которые заключались в сравнении гидродинамических параметров насосов с канальным ротором и лопаточным ротором RotaFlow при одинаковом числе лопаток и каналов, а также соблюденными условиями построения каналов подтвердили снижение турбулентного потока и уменьшения максимального значения касательного напряжения на поверхностях ротора и центробежного насоса до 50 Па при использовании предлагаемого канального ротора.

Исследования в системах автоматизированного проектирования вариации угла выхода канала α из ротора показали снижение коэффициента турбулентности при значениях, близких к нулю.

Результаты математического моделирования и разработки опытного образца показали, что за счет конструирования проточной зоны ротора центробежного насоса в виде трубчатых каналов получено численное снижение показателей гемолиза по сравнению с лопаточным при соблюдении равнозначности по габаритам и функциональным характеристикам конструкции.

Апробация центробежного насоса in vitro с ротором канального типа в экспериментах по исследованию гемолиза с использованием донорской крови показала минимизацию травмы форменных элементов крови по сравнению с коммерческими центробежными насосами Biopump (Medtronic Inc), Rotaflow (Maquet).

Заявляемое изобретение представляет собой новое техническое решение, относящееся к классу имплантируемых технических средств, используемых для перекачивания крови и являющееся промышленно применимым, поскольку предлагаемый ротор может быть изготовлен предприятиями медицинской промышленности и не имеет высокой сложности изготовления.

1. Ротор центробежного насоса для перекачивания крови, отличающийся тем, что в диске с наружным диаметром 20-70 мм сформированы 2-8 трубчатых канала постоянного сечения с диаметром 1-6 мм, закрученных по логарифмической кривой на 0,4-10 витков так, что угол выхода каждого канала из ротора, образованный касательной к соответствующей логарифмической кривой и касательной к окружности диска ротора, составляет 1-15 градусов.

2. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что диаметры каналов равны.

3. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что каналы имеют различный диаметр, варьирующий от 1 до 6 мм.

4. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что в диске с наружным диаметром 46 мм сформированы 4 канала с диаметром 5 мм, закрученных на 0,6 витка так, что угол выхода каждого канала из ротора равен 9 градусам.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство (SID) для взаимодействия с кожей для имплантируемого устройства стимуляции сердечной деятельности содержит: крышку устройства SID, содержащую первый корпус, кольцевой рукав и первую кольцевую обмотку, размещенную поверх кольцевого рукава; и основание устройства SID, содержащее второй корпус, образованный таким образом, что он содержит трубчатую часть, цилиндрический элемент, размещенный в трубчатой части, и вторую кольцевую обмотку, размещенную вокруг цилиндрического элемента.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройству для перекачивания крови, включающее корпус, ротор, являющийся осевым рабочим колесом с лопатками, имеющими корневые и свободные периферийные части, и спрямляющий аппарат, которые размещены внутри статорной обмотки электродвигателя.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к вариантам устройства для перекачивания крови с бесконтактной магнитной муфтой. В первом варианте устройство включает расположенные в просвете крупных кровеносных сосудов многоступенчатую насосную часть.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к осевому насосу вспомогательного кровообращения. Насос состоит из трубчатого полого корпуса.

Группа изобретений относится к медицинской технике. Система управления насосом для нагнетания крови содержит локальный и дистанционный терминалы обработки.

Изобретение относится к медицинской технике. Катетерный насос предназначен для введения в систему кровообращения млекопитающего с целью поддержки сердца.

Изобретение относится к медицине, в частности к устройствам для локальной или регионарной доставки лекарства. Предложенное устройство содержит расширяемый элемент, имеющий внешнюю поверхность и выполненный так, что внешняя поверхность контактирует с окружающей тканью, когда расширяемый элемент расширяется.

Изобретение относится к медицинской технике. Кардиоваскулярное устройство устанавливается в полость желудочка сердца, имеющую объем, в котором протекает кровь, которая ограничена стенками желудочка и имеет больший продольный размер и меньший поперечный размер.

Представленная группа изобретений относится к области биотехнологии и касается способов сбора функциональных клеток (варианты). Охарактеризованные решения заключаются в имплантации имплантируемой медицинской емкости под кожу на срок не более двух недель, где популяция клеток мобилизована в емкость с помощью любого из белков HMGB1, HMGB2, HMGB3, S100A8, S100A9 или гиалуроновой кислоты или смеси любых двух или более из указанных.

Изобретение относится к медицинским насосам и предназначено для введения в систему кровообращения млекопитающего с целью поддержки сердца в осуществлении кровообращения.

Группа изобретений относится к медицинской технике. Устройство инфузии и отбора крови для использования с катетером пациента и системой внутривенной инфузии, подающей внутривенную инфузионную терапевтическую среду пациенту, содержит корпус, имеющий регулировочный клапан и впускное отверстие для внутривенной инфузии, соединенное с системой внутривенной инфузии, причем регулировочный клапан имеет по меньшей мере два положения.

Группа изобретений относится к медицинской технике. Медицинское устройство для усиления внутрисердечной циркуляции крови в сердце пациента посредством поддержки насосного действия левого желудочка содержит блок перемещения для управляемой поддержки перемещения митрального клапана в плоскости митрального клапана, по существу вдоль длинной оси левого желудочка сердца.

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство (SID) для взаимодействия с кожей для имплантируемого устройства стимуляции сердечной деятельности содержит: крышку устройства SID, содержащую первый корпус, кольцевой рукав и первую кольцевую обмотку, размещенную поверх кольцевого рукава; и основание устройства SID, содержащее второй корпус, образованный таким образом, что он содержит трубчатую часть, цилиндрический элемент, размещенный в трубчатой части, и вторую кольцевую обмотку, размещенную вокруг цилиндрического элемента.

Изобретение относится к медицине, а именно к cпособу измерения внутриплеврального давления при торакоцентезе и дренировании плевральной полости. Способ включает в себя использование катетера или дренажа плевральной полости, сосуда для сбора патологического содержимого из плевральной полости, датчик давления, а также присоединяемый к нему аналого-цифровой преобразователь и электронное устройство для записи данных.

Настоящее изобретение относится к медицинской технике. Система перфузионного насоса содержит центробежный перфузионный насос для перекачивания крови с низким пульсовым давлением с рабочим диапазоном от около 50 миллилитров в минуту до около 1500 миллилитров в минуту.

Группа изобретений относится к медицинской технике. Устройство для повышения уровня вакуума в системе сбора молока содержит насос для достижения снижения давления между его впускным патрубком и выпускным патрубком, насос предусмотрен для соединения с системой сбора молока на впускном патрубке; и регулирующий направление клапан для переключения емкости под давлением либо на впускной патрубок, либо на выпускной патрубок насоса, причем насос имеет возможность переносить среду из системы сбора молока и емкости под давлением в окружающее пространство, когда емкость под давлением присоединена к его впускному патрубку.

Группа изобретений предназначена для медицинского использования и относится к одноразовой плевральной дренажной системе, которая позволяет всем врачам дренировать воздух (пневмоторакс), кровь (гемоторакс) и все другие жидкости (гидроторакс), накопленные аномально в грудной полости (плевральной полости).

Предложенная группа изобретений относится к области медицины. Предложены способы иммобилизации активного агента на поверхности субстрата.

Группа изобретений относится к медицинской технике. Офтальмологическое канюльное устройство включает часть манипулятора для промывания, содержащую первый наконечник для аспирации и выпускное отверстие для промывающей текучей среды; и часть манипулятора для аспирации, содержащую второй наконечник для аспирации, выполненный с возможностью обеспечения аспирации и проходящий от дистального конца части манипулятора для аспирации.

Группа изобретений относится к медицинской технике. Средство для взаимодействия с грудью для молокоотсоса содержит опорный каркас вкладыша, определяющий внутреннее пространство опорного каркаса вкладыша и выполненный с возможностью размещения по меньшей мере части вкладыша.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к имплантируемым устройствам для механической поддержки кровообращения, может быть использовано для лечения больных с терминальной стадией сердечной недостаточности. В диске ротора центробежного насоса для перекачивания крови с наружным диаметром 20-70 мм сформированы 2-8 трубчатых канала постоянного сечения с диаметром 1-6 мм. Каналы закручены по логарифмической кривой на 0,4-10 витков так, что угол выхода каждого канала из ротора, образованный касательной к соответствующей логарифмической кривой и касательной к наружной окружности диска ротора в точке пересечения упомянутых кривых, составляет 1-15 градусов. Технический результат состоит в снижении гемолиза и тромбообразования. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх