Канюля для соединения насоса вспомогательного кровообращения с сердечно-сосудистой системой

Полезная модель относится к медицине и может быть использовано в области трансплантации органов для обеспечения движения крови при подключении к различным мехатронным устройствам (например, насос искусственного желудочка сердца (ИЖС) и служит для обеспечения равномерного кровотока от сердца пациента к насосу для последующего перекачивания ее в область восходящего отдела аорты. Техническим результатом является устранение застойной зоны для предотвращения образования тромбов при кровотоке, обеспечение компактности и технологичности изготовления устройства. Для этого предложена канюля для соединения насоса вспомогательного кровообращения с сердечно сосудистой системой, выполненная в виде изогнутой трубки с прямолинейным входным и выходным участками и с установленным в ней средством устранения застойных зон в потоке кровообращения, при этом средство устранения застойных зон выполнено в виде рассекателя потока обтекаемого гидродинамического профиля, установленного в изогнутом участке трубки и разделяющего ее на две несообщающиеся части. Рассекатель имеет плавно уменьшающуюся в направлении потока толщину h(z), а толщина рассекателя потока h в зависимости от радиальной координаты r h(r) может быть постоянной или переменной, при этом угол между прямолинейными участками канюли выбирают в диапазоне 70-75°. 1 н.п.ф., 3 з.п.ф., 4 ил.

Предлагаемое техническое решение относится к медицине и может быть использовано в области трансплантации органов для обеспечения движения крови при подключении к различным мехатронным устройствам (например, насос искусственного желудочка сердца (ИЖС) и служит для обеспечения равномерного кровотока от сердца пациента к насосу для последующего перекачивания ее в область восходящего отдела аорты.

В медицинской практике используются трубчатые канюли различной геометрии и жесткости из разнообразных биосовместимых материалов. В области трансплантации органов применяются канюли с кольцевым поперечным сечением для обеспечения движения крови при подключении к различным мехатронным устройствам (например, насос искусственного желудочка сердца), но не используются канюли сложного профилированного поперечного сечения для исключения особенностей потока влияющих на работу таких устройств, кроме того размещение их в ограниченной области перикарда требует их компактного выполнения.

Так, известно устройство для вспомогательного кровообращения (патент РФ 2229899), содержащее соединенные друг с другом гибкую канюлю с входными отверстиями для отсоса крови, насос с выходными отверстиями для выброса крови и электропривод.

Известна также сосудистая канюля для искусственного кровообращения (патент РФ 2233632), рабочая часть которой выполнена в форме спирали таким образом, что соотношение размера диаметра спирали и размера ее шага обеспечивает отношение величины вращательной скорости текучей среды к величине ее поступательной скорости как

В указанных технических решениях не решена проблема устранения застойных зон в искривленных участках канюли, что может привести к образованию тромбов.

Известны технические решения, см. авторские свидетельства СССР 1517167, 1693755 - «Искусственный желудочек сердца», в которых решают задачу устранения застойных зон в искривленных участках канюли, но эти решения являются конструктивно очень сложными.

Известна канюля для соединения насоса вспомогательного кровообращения с сердечно-сосудистой системой (Авторское свидетельство СССР 1465055, МПК A61M 1/10), принятая за прототип. Канюля выполнена в виде изогнутой эластичной трубки с прямолинейными входным и выходным участками. Перед изогнутым участком внутри трубки установлена втулка с двухзаходной винтовой наружной поверхностью. Проходя через втулку, поток крови закручивается винтовой поверхностью, центробежные силы прижимают поток крови к стенкам трубки и препятствуют образованию застойных зон и предотвращают возможность образования тромбов на изогнутом участке канюли.

Недостатками данного технического решения является:

- сложность в изготовлении - втулка является отдельным элементом,

- низкая эффективность при устранении застойных зон, т.к. втулка устанавливается на входном участке, тогда как застойные зоны образовываются преимущественно в изогнутой части,

- конструктивное решение с сопряжением двух прямолинейных участков под тупым углом избавляет от застойных зон в некоторой степени, но в таком случае насос искусственного желудочка сердца не может компактно уместиться в перикарде, т.е. такой вариант подходит только для насосов внешней установки (размещаются вне тела) и не подходят для полностью имплантируемых насосов. Все известные модели насосов, используемые для обхода желудочков, имеют канюлю с острым углом сопряжения прямолинейных участков, что позволяет размещать их в ограниченной области перикарда.

Техническим результатом, на которое направлено предлагаемое решение, является устранение застойной зоны для предотвращения образования тромбов при кровотоке, обеспечение компактности и технологичности изготовления устройства.

Для достижения указанного результата предложена канюля для соединения насоса вспомогательного кровообращения с сердечно сосудистой системой, выполненная в виде изогнутой трубки с прямолинейным входным и выходным участками и с установленным в ней средством устранения застойных зон в потоке кровообращения, при этом средство устранения застойных зон выполнено в виде рассекателя потока обтекаемого гидродинамического профиля, установленного в изогнутом участке трубки и разделяющего ее на две несообщающиеся части.

Кроме того:

- рассекатель имеет плавно уменьшающуюся в направлении потока толщину

- толщина рассекателя потока h в зависимости от радиальной координаты г h(r) может быть постоянной или переменной.

- - угол между прямолинейными участками канюли выбирают в диапазоне 70-75°

На фиг. 1 приведена схема устройства без рассекателя потока, где,

1, 3 - прямолинейные участки канюли

2 - изогнутый участок канюли

4 - застойная зона потока

Стрелкой показано направление потока крови.

На фиг. 2 приведена схема устройства с рассекателем потока где,

5 - рассекатель потока

Z - направление движения потока

- угол между прямолинейными участками канюли

d - диаметр канюли

h - толщина рассекателя потока

На фиг. 3 схематично изображено сечение канюли в области рассекателя потока. Толщина рассекателя потока h в зависимости от радиальной координаты r изменяется или остается постоянной.

На фиг. 4 схематично изображена типовая схема обхода желудочка сердца, где

6 - насос искусственного желудочка сердца

7 - канюля

Предлагаемая канюля прямолинейным участком 1 соединена через переходник с тканью сердца, а прямолинейным участком 3 с насосом ИЖС, обеспечивая тем самым кровообращение.

Прямолинейные участки 1 и 3 пересекаются под углом а меньшим 90°, оптимально 70-75°, что позволяет обеспечить компактность устройства, предназначенное для установки устройства при трансплантологии.

На изогнутом участке канюли 2 установлен рассекатель потока 5 для устранения застойных зон в потоке крови 4.

Устройство можно изготавливать как единое целое используя, например, протяжку трубки из полимерного биосовместимого материала через матрикс сложного профиля.

Рассекатель 5 представляет собой перегородку обтекаемого гидродинамического профиля постоянной или переменной толщины h в направлении потока Z. В радиальном направлении толщина также может быть постоянной или меняться в зависимости от радиуса r.

Длина и форма сечения рассекателя потока, его радиус кривизны рассчитывается по результатам математического моделирования потоков (например, в компьютерной среде вычислительной гидродинамики), исходя из свойств набегающего потока (турбулентный или ламинарный, характерная скорость потока, диаметр канюли и т.п.).

Канюли с рассекателем потока постоянной толщины более технологичны (просты в изготовлении по сравнению с профилированными) и подходят для использования в малоответственных ситуациях; в случае, если необходимо точно обеспечить необходимый профиль потока (зависит от характера потока) используется профилированный рассекатель (по результатам математического моделирования подбирается необходимый закон изменения толщины).

Рассекатель делит поток на две части и изменяет градиент скоростей потока в зоне стагнации потока крови (область с нулевыми или малыми скоростями движения частиц), в которой может произойти осаждение форменных элементов крови и, в дальнейшем, формирование тромба.

Например, в искусственном желудочке сердца HeartMate 2 используется входная канюля со следующими геометрическими параметрами:

- Длина входной части - 40-50 мм

- Длина выходной части - 30-40 мм

- Внутренний диаметр канюли - 16 мм

- Угол - 70-75 градусов

В результате математического моделирования были рассчитаны геометрические размеры рассекателя. Рассекатель в радиальном направлении имеет постоянную толщину 1 мм. Его профиль показан на фигуре 2 и его максимальная толщина 2 мм. Рассекатель расположен ближе к внутренней стенке канюли и отстоит от осевой линии на 0,5 мм.

Применение в канюле для полностью имплантируемых насосов рассекателя потока предложенной конструкции позволяет уменьшить риск образования тромба в зоне канюли и последующее его попадание в большой круг кровообращения через восходя1дий отдел аорты.

1. Канюля для соединения насоса вспомогательного кровообращения с сердечно-сосудистой системой, выполненная в виде изогнутой трубки с прямолинейным входным и выходным участками и с установленным в ней средством устранения застойных зон в потоке кровообращения, отличающаяся тем, что средство устранения застойных зон выполнено в виде рассекателя потока обтекаемого гидродинамического профиля, установленного в изогнутом участке трубки и разделяющего ее на две несообщающиеся части.

2. Канюля по п. 1, отличающаяся тем, что рассекатель имеет плавно уменьшающуюся в направлении потока толщину.

3. Канюля по п. 1, отличающаяся тем, что толщина рассекателя потока h в зависимости от радиальной координаты r h(r) может быть постоянной или переменной.

4. Канюля по п. 1, отличающаяся тем, что -угол между прямолинейными участками канюли выбирают в диапазоне 70-75°.