Искусственное сердце

 

О П И С А Й И Е 404196

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К ПАТЕНТУ

Зависимый от патента №

Заявлено 28.Х11.1970 (№ 1600142/31-16) М. Кл. А 61m 1/03

Приоритет 31.XII.1969, № 6945780, Франция

Опубликовано 26.Х.1973. Бюллетень № 43

Государственный комитет

Совета Министров СССР ло делам изооретений и открытий

УДК 615.475(088.8) Дата опубликования описания 25.III.1974

Автор изобретения

Иностранец

Пьер Лавинь (Франция) Иностранная фирма

«Комиссарьят а Л, Энержи Атомик» (Франция) Заявитель

ИСКУССТВЕННОЕ СЕРДЦЕ

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к аппарату «искусственное сердце».

Известны аппараты «искусственное сердце», содержащие насос по крови, гидравлическое устройство, двигатель с поршнем и рад иоизотопный источник энергии. У известных аппаратов, однако, относительно большие вес и габариты, недостаточная надежность в работе.

Кроме того, они не обеспечивают кривую изменения давления во времени, близкую к физиологической, т. е. не обеспечивают хорошую гемодипамику.

Предлагаемое искусственное сердце отличается от известных тем, что опо снабжено механизмом релаксации, установленным между поршнем двигателя и гидравлическим устройством, магнитами для возвращения поршня двигателя в исходное положение, установленными на корпусе и поршне двигателя различными полюсами друг к другу выпускным клапаном, установленным IIa поршне двигателя и имеющим упругие средства возврата в открытое положение, упором для открытия впускного клапана; гидравлическое устройство содержит поршень, помещенный в цилиндр с двумя отсеками, отделенными поршнем, причем один из отсеков имеющий две изолированные камеры, соединен с нагнетающими камерами насоса по крови, а другой— с всасывающими камерами насоса по крови.

Механизм релаксации содержит у пругнй орган, заключенный между двумя стаканами, один из которых связан с поршнем двигателя, 5 а другой с поршнем гидравлического устройства, два упора, ограничивающих расстояние между стаканами, средства временной фиксации стакана, связанного с поршнем двигателя, средства его расфиксации в конце хо10 да упругого органа.

Средства временной фиксации содержат защелку, находящуюся на упругой пластинке, жестко соединенной со стаканом, связанным с поршнем двигателя, и гашетку, соединен. ую

15 с корпусом сердца.

Средства расфиксации могут быть выполнены в виде пальца, соединенного со стаканом, связанным с поршнем гидравлического

20 устройства.

Упругие средства возврата выпускного клапана выполнены из двух магнитов, установленных навстречу друг другу полюсами одинаковой полярности.

25 Упор для открытия впускного клан она представляет собой подвижный аксиальио расположенный па поршне двигателя толкаптель с упругими средствами.

Упругие средства для возврата толкателя

ЗО выполнены в виде магнита, установленного в

404196

4 иоршпе гидравлического ус ройства и ферромагппт!!ого кольца ца толкателе.

1-1а фиг. 1 изображена принципиальная cvcма гидравлического устройства предлагаемого аппарата «искусственное сердце»; на фиг.

2 — двигатель в разрезе; ца фйг. 3 — упругие средства впускного клапана; па фиг. -4-упругис средства для возврата толкателя.

Предлагаемый аппарат «искусственное сердце» содержит насос по крови, камеры 1 и 2 которого являются пагиета!Ощими, а камеры 3 и 4 — всасывающими, т. е. камеры 1 и 2 соотвсTcTB) 10Т правому и левому желудочкам, а камеры 3 и 4 — правому и левому предсердиям.

Каждая из пере !ислеппых камер имеет оболочку 5, сообщающуюся с гидравлическим устройством 6 и с трубопроводами 7 и 8, в которых име!отся искусственные шариковые клапаны.9. Трубопровод 7 установлен между полой всч!ой и легочной артерией и присоедипяется к камерам 1 и 3, а трубопровод 8 устаповлсп между легочной веной и аортой и прпсоедипяется к камерам 2 и 4.

Внутри каждой камеры насоса по крови имеется гибкая перегородка 10 (мембрана), отделяющая отсек 11, наполненный кровью, or отсека 12, наполненного промежуточной жидкостью для передачи давления. Гидравлическое устройство 6 содер>кит поршень 13, и!>ме!це!!!!ы!! в цилиндр с двумя отсеками 14 и 15, отдслсипымп поршнем 13. Отсек 14 имеет дге изолирова1п!ыс камеры 16 и 17. Камера 16 цилиндрическая, а камера 17 кольцевая и распо,тоже!!а вокруг камеры 16. Отсек 14 соединен с цап1етающими камерами 1 и 2 насоса по крови, а отсек 15 — с всасывающими камерами 3 и 4. Поршень 13 движется при пере»cIrIcIIIIII штока 18. Ооа отсека 14 и 15 гидравл1!!еского устройства заполнены прол1е>кv I o 11111!1 жидкостью для переда !и давления. Прп перемещении штока 18 вверх (по чертежу) проме>к1 точ11ая жидкость, содержащаяся в камерах 16 и 17, воздействует на гибкую перегородку 10 камер 1 и 2 и выталкивает пз !1!Iv в трубопроводы 7 и 8 кровь— происходит IIar! !era!!>Ic крови, содержащейся в желудочках искусственного сердца. При этом кровь отсасывается в предсердия — камеры 3 и 4 благодаря действию промежуточной >кпдкосп1, находящейся в отсеке 15 под поршне;1 13. Когда направление перемещепия пггока 18 реверсируется, предсердия опорожняются в желудочки. Перемещение поршня вверх (!Io чертежу) соответствует систоле, а перемещение в11èç — — дпастоле. Гидравлическое устройство приводит в действие абсолютно синхронным образом желудочки и предсердия искусственного сердца так, что с одной стороны оба желудочка находятся в фазе максимального наполнения кровью, когда оба предсердия находятся в фазе минимального наполнения кровью, а с другой стороны сумма объемов циркулирующей крови, содер5

65 жащейся в желудочках и в предсердиях, постоянна.

Шток 18 поршня 13 приводится в возвратно-поступательное движение двигателем (фиг. 2), заключенным в корпус 19. В нижней части корпуса содержится радиоизотопцый источник 20 энергии, расположенный в камере 21. Камера 21 сообщается с редукционным цилиндром 22 двигателя через впускной клапан 23, который прижимается к его седлу упругими средствами, например, пружиной.

В цилиндре 22 перемещается поршень 24 с упором 25, воздействующим па тарелку клапана 23, когда поршень 24 находятся в своем нижнем положении. Поршень 24 связан со стаканом 26j HvIcIorIIIIvI vIIop 27. I oIIIIc рабочего хода вверх поршень 24 открывает отверстие 28 в цилиндре 22, благодаря которому пространство под поршнем 24 соединяется с пространством внутри корпуса 19 двигателя.

B верхней части корпуса имеется капиллярцый конденсатор 29, охлаждающийся промежуточной жидкостью (которая сама охлаждается кровью) . Внутренние степки корпуса также содержат капиллярную сеть для возвращения к конденсатору 29 следов конденсации, Коидепсироваппая жидкость возвращается в камеру 21 посредством всасывающей трубки 30, снабженной обратным клапаном 31 и всасывающим и нагнетающим насосом.

Камера 21 и цилиндр 22 теплоизолироваиы с помощью теплоизоляционцого материала 32.

Поршень 24 может быть снабжен устройством, обеспечивающим открытие впускного клапана 23. С этой целью поршень 24 оснащается упором 25, который может представлять собой подвижный, аксиальцо расположенный иа поршне 24 толкатель 33 с упругими средствами для его возврата, которые могут быть выполнены в виде магнита 34, установленного на поршне 24, и ферромагнитного кольца 35 па толкателе. Уплотнение в поршне обеспечивается перегородкой 36, удерживаемой стопорпым кольцом 37.

Описанное устройство работает следу!ощим образом.

Когда поршень 24 доходит до конца при своем движении вниз, толкатель 33 касается клапана 23 и утапливается в теле упора 25, так как сила магнита недостаточна для преодоления сил давления, оказываемых на клапане 23. Затем упор 25 входит в контакт с тарелкой клапана 23 и опускает его. Давление пара, проникающего в пространство под поршнем, уравновешивается с обеих сторон клапана 23, и толкатель 33 под действием мапштных сил максимально выступает из упора, сильнее утапливает клапан 23, поддер кивая его открытым до тех пор, пока поршень 24 снова не отойдет от клапана при движении вверх. Во время обратного движения поршня (т. е. при его движении вниз), пар под поршнем может создавать противодавлепие, которое II тормозит д вижепие поршня, 404196

Для устранения этого поршень 24 может быть снабжен выпускным клапаном 38 (фиг. 3), имеющим упругие средства возврата в открытое положение. Эти упругие средства возврата выполпепы в виде д вух магнитов 39 и 40, один из которых установлен иа штоке поршня, а другой укреплен в теле поршня, при этом магниты установлены друг против друга и обращены один к другому полюсами одинаковой полярности. При рабочем ходе поршня (т. е. движении его вверх), когда дав-. ление пара под поршнем выше ei.o давления в корпусе двигателя, появляющаяся разность давлепий поддерживает выпускной клапан в закрытом положении. В конце рабочего хода давление в цилиндре 22 уменьшается, и пар выходит через отверстие 28 в корпус. При этом под действием магнитных сил клапан 38 открывается и ои остается открытым во все время обратного хода поршня 24 до тех пор, пока поршень IIe упрется во впускной клапан

23. В результате пар полностью выходит из пространства под поршнем через канал 41.

Со штоком 18 поршня 13 гидравлического устройства 6 связан стакан 42, снабженный упором 43. Между этим стаканом 42 и стаканом

26, связаппым с поршнем 24 двигателя установлен механизм релак(:ации, выполпеппый в виде упругого органа-пружины 44. Установленные па стаканах 26 и 42 упоры 27 и 43, взаимодействуя между собой, ограничивают расширение пружины 44 до значения, при котором остаточная сила ее сжатия соответствует кровяному давлению в конце систолы.

Со стаканом 26 связана защелка 45, которая при движении поршня 24 вверх, (в ко1ще его рабочего хода), входит в зацепление с гашеткой 46, жестко связанной с корпусом 19 двигателя, при этом осуществляется временная фиксация стакана 26, связанного с поршнем 24. Для осуществления его расфиксации служит палец 47, соединенный со стаканом

42. Этот палец освобождает защелку 45, когда пружина 44 заканчивает свое расширепие и стакан 42 находится в верхнем положении.

Для возвращения поршня 24 двигателя в исходное положение служат магниты 48 и 49, один из которых установлен па стакане 26 поршня двигателя а другой иа — корпусе двигателя. Эти магниты обращены один к другому противоположными полюсами.

При относительном перемещении поршня

13 гидравлического устройства 6 и поршня 24 двигателя осуществляется также работа откачивающего-нагнетающего, насоса для повторного введепия конденсата в камеру 21.

Этот насос выполнен в виде поршня 50, присоединенного к концевому утолщепию штока

18 одним или несколькими стержнями 51 и совершающего движение впутри каналов в цилиндре 52, прикрепленном к цилиндру 22 оболочкой 53 с пазами для прохода в них деталей крепления стакана 26 к поршню 24, Предлагаемый аппарат «искусственное сердце» работает следующим образом. В исходпом состоянии поршень 24 двигателя находится В крайпем пизком положспии, В!1 скной клапан 23 открыт, упоры 27 и 43 стакаf1 0B 2 б II 42 и а Ходя ТСя 13 1(0 I IT 3 1(T e l i il pl 11(II I I II

44 поддерживается в состоянии предварительного сжатия, магниты 48 II 49 притяпуть1 друг к другу. Давлепия в камерах 16 и 17 и отсеке

15 равны давленшо крови во время естественной диастолы. Пар, образующийся под действием радиоизотопиого источника 20, из камеры 21 проникает через впускной клапан 23 в цилиндр 22 и резко ускоряет поршень 24 вверх, который задерживается только си ioil пружины 44. При поднятии поршня ВВсрх клапан 23 закрывается, и пар под поршнем быстро расширяется. Во время этой фазы поршень 24 и все связапиые с ним детали ускоряются, а затем замедляются и, наконец. останавливаются в конце длины хода поршня путем зацепления защелки 45, па гашетке 46.

Во время этой очень короткой фазы, вследствие малой инерции поршня 24 и связаппых с иим деталей поршень 13 гидравлического устройства практически пе неремс1цастся.

Эта фаза с медицинской точки зрспия соответствует изометрической фазе устаиов lcllllsl давления крови в обои., желудочках — камерах 1 и 2. Соотпошепис между давлс11иями в камерах 16 и 17 устанавливается автоматически па IIpBBH, IüíoÉ Величи!Iе, так как olio определяется сопротивлениями обои: сстсственных кругов кровообращения человеческого организма

Только результирующая сил давления н а поршень 13 практически равна силе, создаваемой пружиной 44 в ее состоянии максимального сжатия.

Следующая фаза функционирован1ья соответствует ослаблепию действия Iipy»(IIII»i -14.

Поршень 24 и связанные с пим детали останавливаются защелкой 45, фиксирующей поршень. В иачале этой фазы пар из цили«дра выпускается через отверстие 28, которое остается открытым около трети секунды. Зятем пружина 44, опираясь на стакан 26, воздействует на поршень 13, который выталкивает промежуточпую жидкость из камер 16 и 17.

С медицинской точки зрения эта фаза сооТветствует систоле. Ее продолжительность практически устанавливается сопротивлением, оказываемым кровеносной системой человеческого организма, с одной стороны, и упругостью пружины 44, с другой стороны. Соответственный выбор этои пружины позволяет установить время систолы аппарата, практически равное времени спето Iû человеческого сердца, и падения давления во время систолического периода, которое напоминает ход соответствующей кривой в человсчсском сердце.

В конце этой фазы давления в желудочкахкамерах 1 и 2 находятся в отношении, которое, как в течение всей фазы, задацо сопротивле11иями кровеносных Систем.

404196

В конечный момент фазы спускания пружины 44 упоры 27 и 43 входят в контакт и препятс1вуют дальнейшему действию пружины.

Давления в камерах 16 и 17, следовательно, снова резко падают после закрытия клапанов 9 Ila значение, практически равное значению давления крови в диастолический период. В то же время сила давления, оказываемая защелкой 45 на гашетку 46, становится очень слабой, и палец 47, который поднялся вверх во время растяжения пружины, освобождает защелку. Все детали, связанные с поршнем 24 и с поршнем 13, образуют тогда снова жесткий узел, способный перемещаться

IIå. èê0÷ по оси цилиндра 22.

Этот узел возвращается затем целиком к своему. начальному положению под действием результирующей сил давления, в частности упругости перегородок оболочек (мембран) .

Дополнительное действие может создавать действие магнитов 48 и 49, когда они сбли>каются, притягиваясь друг к другу.

В конце обратного хода подвижной узел, вследствнс своей инерции и действия магни ов 48 и 49, вызывает открытие впускного клапана 23. Таким образом, двигатель снова находится в исходном состоянии.

С медицинской точки зрения последняя фаза соответствует периоду д иастолы (наполнение желудочков благодаря перемещениям нроме>куточной жидкости и действию искусственных клапанов 9. Во время этой последней фазы кровяное давление задается самим организмом.

Конденсация пара, который вытекает через отверстие 28 непрерывно, происходит в капиллярном конденсаторе 29. Капельки, которые могут показаться на внутренних стенках корпуса 19, также возвращаются в конденсатор.

Предмет изобретения

1. Искусственное сердце, содержащее насос

lln крови, гидравлическое устройство, двигаIe;lI, с поршнем и радиоизотопный источник энергии, отличающееся тем, что, с целью уменьшения веса и объема, повышения надежности и улучшения гемодинамики, оно снабжено механизмом релаксации, установ,1енным между поршнем двигателя и гидравлическим устройством, магнитами для возвращения поршня двигателя в исходное положе5

50 пие, установленными на корпусе и поршне двигателя различными полюсами навстречу друг другу, выпускцым клапаном, установленным на поршне двигателя и имеющим упругие средства возврата в открытое положение, упором для открытия впускного клапана; гидравлическое устройство содержит поршень, помещенный в цилиндр с д вумя отсеками, отделенными поршнем, причем один из отсеков, имеющий две изолированные камеры, соединен с нагнетающими камерами насоса по крови, а другой — с всасывающими камерами насоса по крови.

2. Искусственное сердце по и. 1, отличаюи(ееся тем, что, механизм релаксации содержит упругий орган, заключенный между двумя стаканами, од ин из которых связан с порШнем д|вигателя, а другой — с поршнем гидравлического устройства, два упора, ограничивающих расстояние между стаканами, средства временной фиксации стакана, связанного с поршнем двигателя, средства его расфнксации в конце хода упругого органа.

3. Искусственное сердце по п. 2, отлачаюи4ееся тем, что средства временной фиксации содер>кат защелку, находящуюся на упругой пластинке, жестко соединенной со стаканом связанным с поршнем двигателя, и гашетку, соединенную с корпусом сердца.

4. Искусственное сердце по п. 2, отличаюи1ееся тем, что средства расфиксации выполнены в виде пальца, соединенного со стаканом, связанным с поршнем гидравлического устройства.

5. Искусственное сердце по п. 1, отличаюи1ееся тем, что упругие средства возврата выпускного клапана выполнены из двух магнитов, установленных навстречу друг другу полюсами одинаковой полярности.

6. Искусственное сердце по п. 1, отличаюи ееся тем, что упор для открытия впускного клапана представляет собой подвижный, аксиально расположенный на поршне двигателя, толкатель с упругими средствами для его возврата.

7. Искусственное сердце по п. 6, отлачаюи(ееся тем, что упругие средства для возврата толкателя выполнены в виде магнита, установленного в поршне гидравлического устройства и ферромагнитного кольца на толкателе, Редактор Д. Пинчук

Составитель Е. Ланцбург

Техред Т. Миронова Корректор T. Добровольская

Заказ 621/16 Изд. № 149 Тираж 467 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4 5

Типография, пр. Сапунова, 2