Протез клапана сердца

Авторы патента:

Полезная модель относится к области медицины и может быть использована в кардиохирургии при операциях по замене пораженных естественных аортальных и митральных клапанов сердца человека. Технический результат, достигаемый при использовании настоящей полезной модели, заключается в уменьшении риска тромбообразования и гемолиза, улучшения омывания элементов протеза клапана сердца кровью, увеличению гемодинамической эффективности и достигается за счет того, что в протезе клапана сердца, содержащем кольцеобразный корпус, ограниченный двумя торцами, обращенными к прямому и обратному потокам крови, установленный в корпусе с возможностью открывания и закрывания проходного отверстия корпуса запирающий элемент в виде двух створок, восходящие и нисходящие поверхности которых выполнены в виде поверхности вращения, и ограничители хода запирающего элемента, по меньшей мере, восходящие и нисходящие поверхности створок, обращенные к прямому и обратному потокам крови, выполнены в виде части поверхности одного тела вращения, а проекция поверхности смыкания створок на один из торцов корпуса выполнена S-образной, ограничитель хода запирающего элемента выполнен в виде пар выступов противоположно расположенных на торце, обращенном к обратному потоку крови и взаимодействующих со створками при открытии и закрытии, причем каждый выступ одной из пар ограничителя хода запирающего элемента имеет внутреннюю плоскую и боковую, в виде части поверхности того же тела вращения, поверхности, а каждый выступ другой пары ограничителя хода запирающего элемента снабжен пазом, имеющим цилиндрическое поперечное сечение, каждая из створок по внешней стороне, обращенной к прямому потоку крови, усечена выступами ограничителя хода, имеющими внутреннюю плоскую поверхность, таким образом, что его внутренняя плоская часть соответствует плоской усеченной части створки, причем усеченная часть каждой створки снабжена выступающим сегментом, расположенным на ее внутренней стороне, восходящие и нисходящие поверхности обеих створок выполнены в виде части поверхности конуса, а максимальный угол наклона касательной к любой точке S-образной проекции поверхности смыкания к оси симметрии, проходящей на том же торце корпуса через центр его окружности и соединяющей крайние точки S-образной проекции поверхности смыкания, равен 10-20°.

Известен протез клапана сердца (Патент US 4276658, МПК A61F 1/22, 2/24, опубл. 1981 г.), содержащий кольцеобразный корпус, ограниченный верхним и нижним торцами, установленный в корпусе с возможностью поворота для образования проходного сечения и его перекрытия запирающий элемент, выполненный в виде двух створок с кромками и ограничители хода створок, причем кольцеобразный корпус на поверхности, обращенной к прямому потоку крови, содержит два противоположно расположенных плоских участка с выступами, а ограничители хода створок выполнены в виде опор на боковых кромках каждой створки, шарнирно входящих в углубления на внутренней поверхности выступов корпуса, причем углубления имеют сферическое дно, ограниченное двумя V-образными ограничителями поворота, взаимодействующими своими боковыми поверхностями с опорами створок.

Недостатком такой конструкции является то, что расположение ограничителей поворота створок непосредственно в зоне шарнира и контакт их боковых поверхностей с опорами створок в открытом и закрытом положениях практически не позволяет полностью омывать боковые поверхности створок как прямым, так и обратным потоками крови, что приводит к появлению застойных зон, способствующих тромбообразованию. Кроме того, запирающий элемент расположен в зоне максимальных скоростей крови, что приводит к возникновению высоких сдвиговых напряжений в потоке и, как следствие к повышенному гемолизу - разрушению форменных элементов крови. Данная конструкция клапана не позволяет создать условия для формирования и поддержания закрученной структуры потока крови в камерах сердца, что характерно для его естественного состояния.

Возможность тромбообразования и гемолиза несколько снижается при другой конструкции протеза клапана сердца (Патент US 6569197 B2, МПК A61F 2/24, опубл. 2003 г.), содержащем кольцеобразный корпус, ограниченный верхним и нижним торцами, установленный в корпусе с возможностью поворота для образования проходного сечения и его перекрытия запирающий элемент, выполненный в виде трех створок с боковыми кромками и кромками смыкания и ограничители хода створок, причем каждая из створок имеет обращенные к прямому и обратному потокам крови соответственно восходящие и нисходящие поверхности, имеющие в поперечном сечении дугообразную форму, при этом нисходящие поверхности, обращенные в закрытом положении к обратному потоку крови, выполнены вогнутыми, а кольцеобразный корпус на поверхности, обращенной к прямому потоку крови, содержит выступы, ограничители хода створок выполнены в виде сферических опор на боковых кромках каждой створки и размещены в углублениях на внутренней поверхности корпуса, взаимодействуя с выступами корпуса.

Недостатком данной конструкции является то, что при открытом положении запирающего элемента, из-за вогнутости нисходящих поверхностей створок, между ними образуется канал для прохождения прямого потока крови, причем ширина канала в центральной части протеза наибольшая и уменьшается в направлении к внутренней поверхности корпуса, как раз там, где размещены удлиненные углубления для опор створок. Как показывают гидродинамические исследования, структура прямого потока между створками остается неоднородной. Если в плоскости, перпендикулярной плоскости створок, поток практически ламинарен и заполняет все сечение клапана, то в плоскости параллельной кромкам смыкания створок ламинарный поток наблюдается только в центральной части протеза, а в области шарниров существует обширная застойная зона, которая еще более увеличивается при упомянутой форме выполнения створок. Это приводит к нестабильной работе протеза, выраженной в колебаниях величин прямого и обратного потока крови и в различии механических усилий, действующих на элементы протеза, что снижает надежность его работы. Кроме того, также не учтена закрученная структура потока крови.

Предлагаемая полезная модель позволяет устранить недостатки известных протезов клапана сердца: уменьшить возможность тромбообразования и гемолиза, увеличить гемодинамическую эффективность клапана.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящей полезной модели, заключается в уменьшении риска тромбообразования и гемолиза, улучшения омывания элементов протеза клапана сердца кровью, увеличению гемодинамической эффективности.

Сущность изобретения будет более понятна из описания, приведенного далее со ссылками на позиции чертежей, где

на фиг.1 показан вид спереди протеза клапана сердца в закрытом положении,

на фиг.2 - показан вид сбоку закрытого протеза клапана сердца в разрезе по диаметральной плоскости,

на фиг.3 - вид закрытого протеза клапана сердца сверху,

на фиг.4 - вид сбоку открытого протеза клапана сердца в разрезе по диаметральной плоскости,

на фиг.5 - вид спереди открытого протеза клапана сердца в разрезе по диаметральной плоскости,

на фиг.6 - вид открытого протеза клапана сердца сверху.

Протез клапана сердца содержит кольцеобразный корпус 1, с двумя торцами 2 и 3, обращенными к прямому 4 и обратному 5 потокам крови, запирающий элемент в виде двух створок 6, установленных с возможностью открывания и закрывания проходного отверстия 7 корпуса, ограничители хода 8 запирающего элемента и пришивную манжету (условна не показана). Корпус 1 и створки 6 запирающего элемента клапана выполнены из пиролитического углерода, за счет чего протез имеет высокую надежность и долговечность, хорошую совместимость с естественными тканями. Восходящие 9 поверхности створок 6, обращенные к прямому 4 потоку крови, выполнены в виде части поверхности тела вращения, например конуса, а нисходящие 10 поверхности створок 6, обращенные к обратному 5 потоку крови, выполнены в виде части поверхности такого же по форме тела вращения образуя необходимую толщину поперечного сечения каждой створки 6. Проекция 11 поверхности их смыкания 12 на торец 2 корпуса 1 выполнена S-образной. При этом максимальный угол наклона касательной к любой точке S-образной проекции поверхности смыкания 12 к оси симметрии 13, проходящей на том же торце корпуса через центр его окружности и соединяющей крайние точки S-образной проекции поверхности смыкания, равен 10-20°.

Ограничитель хода 8 запирающего элемента выполнен в виде пар противоположно расположенных выступов 14 и 15, расположенных на торце 3, обращенному к обратному 5 потоку крови, причем каждый выступ 14 первой пары ограничителя хода 8 запирающего элемента имеет внутреннюю плоскую поверхность 16, взаимодействующую с плоской усеченной частью 17 боковой поверхности 18 обеих створок 6. Боковые стороны 19 выступов 14 выполнены дугообразными в виде части поверхности того же тела вращения и взаимодействуют с дугообразными ребрами 20 выступающих сегментов 21 створок 6. Каждый выступ второй пары 15 ограничителя хода 8 запирающего элемента имеет на внутренней поверхности цилиндрический паз 22, взаимодействующий с боковой поверхностью 18 соответствующей створки 6 и поверхность 23 ограничивающую поворот створок 6.

На наружной поверхности 24 корпуса 1 выполнена кольцевая канавка 25 для крепления пришивной манжеты (на чертеже условно не показана).

Технический результат достигается за счет того, что в протезе клапана сердца, содержащем кольцеобразный корпус, ограниченный двумя торцами, обращенными к прямому и обратному потокам крови, установленный в корпусе с возможностью открывания и закрывания проходного отверстия корпуса запирающий элемент в виде двух створок, восходящие и нисходящие поверхности которых выполнены в виде поверхностей вращения, и ограничители хода запирающего элемента, по меньшей мере, восходящие и нисходящие поверхности створок, обращенные к прямому и обратному потокам крови, выполнены в виде части поверхности одного тела вращения, а проекция поверхности смыкания створок на один из торцов корпуса выполнена S-образной, ограничитель хода запирающего элемента выполнен в виде пар выступов противоположно расположенных на торце, обращенном к обратному потоку крови и взаимодействующих со створками при открытии и закрытии, причем каждый выступ одной из пар ограничителя хода запирающего элемента имеет внутреннюю плоскую и боковую, в виде части поверхности того же тела вращения, поверхности, а каждый выступ другой пары ограничителя хода запирающего элемента снабжен пазом, имеющим цилиндрическое поперечное сечение, каждая из створок по внешней стороне, обращенной к прямому потоку крови, усечена выступами ограничителя хода, имеющими внутреннюю плоскую поверхность, таким образом, что его внутренняя плоская часть соответствует плоской усеченной части створки, причем усеченная часть каждой створки снабжена выступающим сегментом, расположенным на ее внутренней стороне, восходящие и нисходящие поверхности обеих створок выполнены в виде части поверхности конуса, а максимальный угол наклона касательной к любой точке S-образной проекции поверхности смыкания к оси симметрии, проходящей на том же торце корпуса через центр его окружности и соединяющей крайние точки S-образной проекции поверхности смыкания, равен 10-20°.

Клапан работает следующим образом.

При открывании клапана под воздействием давления со стороны прямого тока крови створки 6, взаимодействуя дугообразными ребрами 20 выступающих сегментов 21 с боковыми дугообразными сторонами 19 первой пары 14 выступов ограничителя хода 8 и боковой поверхностью 18 с цилиндрическим пазом 22 второй пары 15 выступов до контакта с поверхностью 23 ограничителями хода. При этом кровь течет в прямом направлении, центральная часть отверстия корпуса 1 клапана свободно без искажения пропускает поток 4. За счет выполнения поверхностей смыкания 12 створок 6 S-образными происходит формирование и поддержание закрученной структуры потока крови, что приводит к резкому снижению опасности тромбообразования и гемолиза, а кроме того существенно снижает сопротивление потоку крови. При этом наиболее оптимальный вариант выполнения S-образной поверхности получается при соответствии угла наклона касательной к S-образной проекции поверхности смыкания углу наклона вектора тангенциальной скорости закрученного потока крови в нормальном сердце человека, т.е. 10-20°.

Взаимодействующие поверхности боковых сторон 19 первой пары 14 ограничителя хода и дугообразных ребер 20 выступающих сегментов 21 створок 6, а также поверхности цилиндрического паза 22 второй пары 15 выступов, контактируя с боковыми поверхностями 19, надежно удерживают створки 6 в открытом положении.

При прекращении прямого потока 4 створки 6, взаимодействуя дугообразными ребрами 20 выступающих сегментов 21 с боковыми дугообразными сторонами 19 первой пары 14 выступов ограничителя хода начинают поворачиваться и возвращаются в исходное положение до момента касания друг с другом по поверхности смыкания 12. При этом ограниченный обратный поток крови 5, возникающий при закрытии клапана течет вдоль зазора между поверхностями корпуса 1 и створок 6, омывая зоны все их зоны взаимодействия, препятствуя тромбообразованию в этой области.

Таким образом, данная конструкция протеза клапана сердца имеет следующие преимущества:

1) формирует и поддерживает закрученную структуру потока крови, что приводит к резкому снижению опасности тромбообразования и гемолиза, а кроме того существенно снижает сопротивление потоку крови.

2) исключает образование застойных зон за счет омывания зон взаимодействия створок и ограничителя хода прямым и обратным потоком крови,

3) увеличивает эффективность проходного отверстия клапана за счет вывода запирающих элементов из зоны максимальных скоростей потока крови,

4) исключает неустойчивость клапана при открытии благодаря выполнению ограничителя хода на торце корпуса, обращенном к обратному потоку крови.

1. Протез клапана сердца, содержащий кольцеобразный корпус, ограниченный двумя торцами, обращенными к прямому и обратному потокам крови, установленный в корпусе с возможностью открывания и закрывания проходного отверстия корпуса запирающий элемент в виде двух створок, восходящие и нисходящие поверхности которых выполнены в виде поверхностей вращения, и ограничители хода запирающего элемента, отличающийся тем, что по меньшей мере восходящие и нисходящие поверхности створок, обращенные к прямому и обратному потокам крови, выполнены в виде части поверхности одного тела вращения, а проекция поверхности смыкания створок на один из торцев корпуса выполнена S-образной, ограничитель хода запирающего элемента выполнен в виде пар выступов, противоположно расположенных на торце, обращенном к обратному потоку крови, и взаимодействующих со створками при открытии и закрытии.

2. Протез клапана сердца по п.1, отличающийся тем, что каждый выступ одной из пар ограничителя хода запирающего элемента имеет внутреннюю плоскую и боковую, в виде части поверхности того же тела вращения, поверхности, а каждый выступ другой пары ограничителя хода запирающего элемента снабжен пазом, имеющим цилиндрическое поперечное сечение.

3. Протез клапана сердца по п.1, отличающийся тем, что каждая из створок по внешней стороне, обращенной к прямому потоку крови, усечена выступами ограничителя хода, имеющими внутреннюю плоскую поверхность, таким образом, что его внутренняя плоская часть соответствует плоской усеченной части створки, причем усеченная часть каждой створки снабжена выступающим сегментом, расположенным на ее внутренней стороне.

4. Протез клапана сердца по п.1, отличающийся тем, что восходящие и нисходящие поверхности обеих створок выполнены в виде части поверхности конуса.

5. Протез клапана сердца по п.1, отличающийся тем, что максимальный угол наклона касательной к любой точке S-образной проекции поверхности смыкания к оси симметрии торца равен 10-20°.