Пневматический привод искусственного желудочка сердца

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к аппаратам вспомогательного кровообращения и искусственного сердца и может быть использована в качестве носимого автономного привода пневматических искусственных желудочков. Пневматический привод искусственного желудочка сердца содержит электродвигатель, кривошипно-шатунный механизм, поршень и цилиндр. Рабочая полость цилиндра подключена параллельно к пневмополости искусственного желудочка, двум встречно включенным обратным клапанам и датчику давления, связанному с контроллером. Дополнительно пневматический привод содержит двухлинейный электромагнитный распределитель, подключенный к контроллеру. Двухлинейный электромагнитный распределитель соединен с рабочей полостью цилиндра. Двухлинейный электромагнитный распределитель сообщается с атмосферой при прямом ходе поршня после выброса крови и при обратном ходе поршня после заполнения кровью искусственного желудочка. Технический результат заключается в управление соотношением фаз систола-диастола; увеличении производительности искусственных желудочков сердца; уменьшении потребляемой энергии; увеличении срока службы элементов конструкции. 1 з.п. ф-лы, 2 фиг..

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к аппаратам вспомогательного кровообращения и искусственного сердца и может быть использована в качестве носимого автономного привода пневматических искусственных желудочков.

Известен пневматический привод искусственного желудочка сердца (Akihiko Homma et al. Development of a compact wearable pneumatic drive unit for a ventricular assist device.// Artif Organs (2008) 11: 182-190), который содержит электродвигатель, кривошипно-шатунный механизм, поршень и цилиндр. На выходе пневматического привода установлены обратные пневматические клапаны, которые ограничивают величину давления в пневмополости в фазу систолы и диастолы соответственно.

Недостатком этого пневматического привода является то, что в процессе его работы не контролируется величина давления воздуха в пневмополости искусственного желудочка и соответственно не производится управление режимами работы обратных пневматических клапанов в процессе работы привода.

Наиболее близким к патентуемой модели является пневматический привод искусственного желудочка сердца, известный из следующего источника информации, который принят нами за прототип (JP 2006346440 (A) - 2006-12-28).

В прототипе электродвигатель с помощью двух овальных шестерней приводит в действие кривошипно-шатунный механизм, который посредством поршня и цилиндра через пневмошланг нагнетает воздух в пневмокамеру искусственного желудочка (фаза систолы) и разряжает воздух в пневмокамере (фаза диастолы). На выходе цилиндра установлены два встречно включенных обратных клапана, соединенных с атмосферой и два датчика давления, соединенных с контроллером. Имеются компараторы и индикатор показания датчиков. Величина максимального положительного и минимального отрицательного давления, исходя из показаний индикатора, регулируется оператором с помощью вмонтированных в обратные клапаны органов управления («ручек» - «knob»).

При этом соотношение фаз систола-диастола жестко определено конфигурацией двух овальных шестерней, фиксировано и может быть изменено только заменой шестерен.

Вследствие того, что соотношение фаз систола и диастола в процессе работы пневматического привода не регулируется, возникает ситуация, когда кровь полностью поступает из искусственного желудочка в аорту, а давление воздуха в цилиндре при этом продолжает увеличиваться (должна наступить фаза диастолы, но она не наступает).

Возникающая временная пауза не позволяет уменьшить период работы желудочка и соответственно увеличить частоту его сокращений, что приводит к снижению производительности работы искусственного желудочка (величины потока крови). Аналогичная ситуация возникает и в фазу диастолы.

Недостатками прототипа является также следующее:

После полного выброса крови из желудочка не происходит переключения фазы систолы на диастолу, поршень продолжает движение в прямом направлении, объем воздуха в пневмокамере перестает расти, а противодавление на поршень резко возрастает, что приводит к перегрузке работы привода и пневмокамеры, соответственно, к росту потребляемой энергии, а также к уменьшению срока службы элементов конструкции пневматического привода и искусственного желудочка. Аналогично в фазу диастолы, после наполнения искусственного желудочка кровью не происходит переключения фазы диастолы на систолу, поршень продолжает движение в обратном направлении, объем воздуха в пневмокамере перестает уменьшаться, а величина отрицательного давления растет, что приводит к перегрузке работы привода.

Наличие овальных шестерней усложняет конструкцию, увеличивает потребляемую энергию и уменьшает срок службы элементов конструкции пневматического привода.

Нами поставлена задача: разработать пневматический привод искусственного желудочка сердца для аппаратов вспомогательного кровообращения и искусственного сердца, позволяющий управлять длительностью фаз сердечного цикла при увеличении производительности искусственного желудочка сердца, уменьшении величины потребляемой энергии и увеличении срока службы элементов.

Технический результат заключается в:

- управление соотношением фаз систола-диастола;

- увеличении производительности искусственных желудочков сердца;

- уменьшении потребляемой энергии;

- увеличении срока службы элементов конструкции.

Сущность полезной модели состоит в следующем.

Пневматический привод искусственного желудочка сердца содержит электродвигатель, кривошипно-шатунный механизм, поршень и цилиндр. Рабочая полость цилиндра подключена параллельно к пневмополости искусственного желудочка, двум встречно включенным обратным клапанам и датчику давления, связанному с контроллером. Дополнительно пневматический привод содержит двухлинейный электромагнитный распределитель, подключенный к контроллеру. Двухлинейный электромагнитный распределитель соединен с рабочей полостью цилиндра. Двухлинейный электромагнитный распределитель сообщается с атмосферой при прямом ходе поршня после выброса крови и при обратном ходе поршня после заполнения кровью искусственного желудочка.

Вал электродвигателя может быть соединен непосредственно с валом кривошипно-шатунного механизма.

Патентуемая полезная модель поясняется следующей фигурой.

На фиг. 1 изображена функциональная схема пневматического привода, где:

1 - электродвигатель;

2 - кривошипно-шатунный механизм;

3 - поршень;

4 - цилиндр;

5, 6 - встречно включенные обратные клапаны;

7 - датчик давления воздуха;

8 - электромагнитный распределитель;

9 - контроллер.

Пневматический привод искусственного желудочка сердца содержит электродвигатель 1, кривошипно-шатунный механизм 2, поршень 3 и цилиндр 4. Рабочая полость цилиндра 4 подключена параллельно к пневмополости искусственного желудочка, двум встречно включенным обратным клапанам 5, 6 и датчику давления 7. Пневматический привод содержит также двухлинейный электромагнитный распределитель 8, подключенный к контроллеру 9. Датчик давления 7 связан с контролером 9. Двухлинейный электромагнитный распределитель 8 соединен с рабочей полостью цилиндра 4. Двухлинейный электромагнитный распределитель 8 сообщается с атмосферой при прямом ходе поршня после выброса крови и при обратном ходе поршня после заполнения кровью искусственного желудочка.

Предлагаемая полезная модель работает следующим образом.

Электродвигатель 1 приводит в действие кривошипно-шатунный механизм 2, который с помощью поршня 3 и цилиндра 4, при прямом ходе поршня нагнетает воздух в пневмокамеру искусственного желудочка (фаза систолы), при этом обратный клапан 5 ограничивает максимальную величину положительного давления воздуха, электромагнитный распределитель 8 закрыт (цилиндр отсоединен от атмосферы). По сигналу

датчика давления 7 контроллер 9 дает команду на открытие электромагнитного распределителя 8, цилиндр сообщается с атмосферой, сжатый воздух выходит из цилиндра, наступает фаза диастолы, при этом поршень продолжает двигаться в прямом направлении. В начале движения поршня в обратном направлении электромагнитный распределитель 8 по сигналу контроллера 9 закрывается (цилиндр отсоединяется от атмосферы).

При обратном ходе поршня после заполнения искусственного желудочка кровью электромагнитный распределитель 8 по сигналу контролера 9 открывается, цилиндр заполняется атмосферным воздухом. При этом обратный клапан 6 ограничивает максимальную величину отрицательного давления воздуха.

При начале движения поршня в прямом направлении электромагнитный распределитель 8 по сигналу контроллера 9 закрывается (цилиндр отсоединяется от атмосферы), цикл повторяется.

Были проведены испытания предлагаемого пневматического привода на гидравлическом стенде-имитаторе системы кровообращения.

На фиг. 2 представлены графики зависимости параметров от времени при испытании предлагаемого пневматического привода на гидравлическом стенде-имитаторе системы кровообращения, где:

10 - график зависимости величины хода поршня от времени (синусоида);

11 - график фаз систола-диастола (нагнетание, заполнение) в зависимости от времени;

12 - график зависимости величины давления воздуха в пневмокамере желудочка от времени;

13 - график зависимости напряжения на электромагнитном распределителе от времени (1 - распределитель закрыт; 0 - открыт).

Результаты испытаний, графики зависимости параметров от времени представленные на фиг. 2, подтверждают достижение указанного технического результата.

Электромагнитный распределитель позволяет регулировать соотношение фаз систола-диастола, исключить временные паузы в сердечном цикле и увеличить производительность искусственного желудочка.

1. Пневматический привод искусственного желудочка сердца, содержащий электродвигатель, кривошипно-шатунный механизм, поршень и цилиндр, рабочая полость которого подключена к пневмополости искусственного желудочка, двум встречно включенным обратным клапанам и датчику давления, связанному с контроллером, отличающийся тем, что дополнительно содержит подключенный к контроллеру двухлинейный электромагнитный распределитель, соединенный с рабочей полостью цилиндра и сообщаемый с атмосферой при прямом ходе поршня после выброса крови и при обратном ходе поршня после заполнения кровью искусственного желудочка.

2. Привод по п. 1, отличающийся тем, что вал электродвигателя соединен непосредственно с валом кривошипно-шатунного механизма.