Стенд для исследования клапанов сердца

Полезная модель относится к области медицины, а именно к кардиохирургии, и может быть использована для медико-биологической оценки материалов и влияния взаимодействия составных частей клапанов сердца на их конечные характеристики. Техническим результатом полезной модели является сглаживание пульсаций циркулирующего раствора и снижение размеров стенда за счет обеспечения возможности регулирования остаточного давления. Предложен стенд для исследования клапанов сердца, содержащий аортальную 1 и предсердную 2 испытательные камеры с местами для установки испытуемых клапанов, электромагнитный пневмоклапан 9, соединенный пневмомагистралями с пневмогидроприводом 3 потока рабочей жидкости через указанные камеры, компрессором 11 и вакуумным насосом 12. Стенд снабжен блоком демпфирования и регулирования остаточного давления 4, выполненным в виде корпуса с эластичной мембраной 24 и регулировочной диафрагмой 25, надмембранная полость которого соединена пневмомагистралями через электромагнитный пневмоклапан 14 с компрессором 15 и вакуумным насосом 16, а гидромагистралями - с аортальной испытательной камерой 1 и гидродемпфером-дегазатором 5, который соединен с предсердной испытательной камерой 2. Контроль параметров работы стенда и управление им осуществляют с помощью пульта управления 20 с блоками обработки поступающей информации 19 и выдачи сигналов управления 21. Демпфирование и регулирование остаточного давления обеспечивается конструкцией блока и, с одной стороны, связью его надмембранного пространства через электромагнитный пневмоклапан 14 с компрессором 15 и вакуумным насосом 16, а с другой стороны - связью подмембранного пространства с демпфером-дегазатором и через регулируемую диафрагму 25 - с аортальной испытательной камерой 1. 1 з.п.ф., 2 илл.

Полезная модель относится к области медицины, а именно к кардиохирургии, и может быть использована для медико-биологической оценки материалов и влияния взаимодействия составных частей клапанов сердца на их конечные характеристики.

Проблема разработки новых протезов клапанов сердца связана с комплексным решением сложных медикобиологических и технических задач, одной из которых является исследование гидродинамических характеристик протеза в режимах адекватно имитирующих физиологические условия их функционирования.

Известен стенд для испытаний аортального и митрального клапанов сердца на пропускную способность и обратный переток, содержащий испытательные камеры для митральных и аортальных клапанов, напорную емкость, пневмогидроаккумулятор, пульт пневмопривода, пульс-дубликатор, вентиль трехпозиционный, мерные емкости, напорные трубки, поплавковый и обратный клапаны, соединительные магистрали (ГОСТ 26997-86. Клапаны сердца искусственные. Общие технические условия. - М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1986. - С.24-26).

Основными недостатками известного устройства являются:

жесткая фиксация клапанов не дает возможности регистрировать характеристики в широком диапазоне из-за невозможности увеличивать проходной диаметр в фазу «систолы»;

жесткие квадратные стенки испытательных камер и ступенчатые переходы гидромагистралей значительно увеличивают сопротивление току жидкости, что требует нефизиологических давлений в гидроаккумуляторе и снижает расходные характеристики испытуемых клапанов;

отсутствие механизма, имитирующего «систолу» предсердия для митральной позиции не позволяет получить адекватную кривую давления на протяжении цикла;

невозможность создания условий, имитирующих трикуспидальную позицию клапана сердца;

отсутствие регулируемого периферического сопротивления и т.д.

Указанные недостатки в конструкции известного стенда оказывают существенное влияние на достоверность полученных результатов оценки и исключают возможность проведения на нем ряда видов испытаний протезов клапана сердца.

Частично данные недостатки устранены в последующих разработках конструкций стендов для исследования искусственных клапанов сердца, выполненных в России и за рубежом (патенты РФ на ПМ №32387 кл. A61F 2/24 и №34080 кл. A61F 2/24, патентов США на изобретения №5899937, 3868536, 3758237 и др.).

В качестве прототипа принят экспериментальный стенд для исследования клапанов сердца, опубликованный в журнале «Вестник хирургии имени И.И.Грекова» (Санкт-Петербург, 2004. - Том 163. - №5. - С.25-30). Известный стенд содержит пульт управления, компьютер и монитор с системами обработки информации и выдачи управляющих сигналов, расходомер с датчиками, резервуары аорты, предсердия и желудочка с приспособлениями для крепления испытуемых клапанов, электромагнитные клапаны, ЭХО-кардиограф, видеокамеру, видеомагнитофон, усилитель и тензодатчик перепада давления.

Существенными недостатками известного стенда для исследования клапанов сердца являются значительное увеличение внутренних объемов блоков за счет использования статического метода создания остаточного давления и зависимость рабочих характеристик от положения испытуемых клапанов сердца в пространстве.

Техническим результатом полезной модели является сглаживание пульсаций циркулирующего раствора и снижение размеров стенда за счет обеспечения возможности регулирования остаточного давления.

Предложен стенд для исследования клапанов сердца, содержащий аортальную и предсердную испытательные камеры с датчиками давления, блок пневмогидропривода, соединенный гидромагистралями с указанными камерами и пневмомагистралями через первый электромагнитный пневмоклапан - с первой группой пневмоустройств, содержащей компрессор и вакуумный насос с датчиками давления, расходомер, гидродемпфер-дегазатор, пульт управления с блоками для обработки поступающей информации и выдачи сигналов управления, и цифровые кинокамеры.

Отличием является то, что стенд снабжен дополнительно блоком демпфирования и регулирования остаточного давления, второй группой пневмоустройств и вторым электромагнитным пневмоклапаном, причем блок демпфирования и регулирования остаточного давления соединен гидромагистралями с аортальной испытательной камерой и через гидродемпфер-дегазатор - с предсердной испытательной камерой, а пневмомагистралями соединен через второй электромагнитный пневмоклапан со второй группой пневмоустройств.

Следующим отличием является то, что блок демпфирования и регулирования остаточного давления содержит корпус, разделенный эластичной мембраной, причем надмембранная полость его пневмомагистралью соединена со вторым электромагнитным пневмоклапанном, а подмембранная полость снабжена регулируемой диафрагмой, установленной на входном патрубке гидромагистрали, связывающей его с аортальной испытательной камерой, и соединена гидромагистралью с гидродемпфером-дегазатором.

Преимуществами предложенного стенда для исследования клапанов сердца являются:

возможность создания заданного остаточного давления;

сглаживание периодических пульсаций давления;

уменьшение внутренних объемов и геометрических размеров за счет отказа от статического метода создания остаточного давления;

независимость рабочих характеристик испытуемых клапанов сердца от положения их в пространстве;

обеспечение герметичности всех узлов стенда, что позволяет использовать в качестве рабочей жидкости различных, в том числе и ядовитых, растворов;

возможность термостатирования элементов блока и т.д.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показана блок-схема стенда для исследования клапанов сердца, а на фиг.2 - блок демпфирования и регулирования остаточного давления (в разрезе).

Стенд для исследования клапанов сердца содержит аортальную 1 и предсердную 2 испытательные камеры, которые имеют посадочные места для установки двух исследуемых клапанов. Камеры заполняют рабочей жидкостью с помощью циркуляторной системы, состоящей из пневмогидропривода 3, блока демпфирования и регулирования остаточного давления 4 и гидродемпфера-дегазатора 5, соединенных между собой и с испытательными камерами 1 и 2 с помощью гидромагистралей 6. Стенд имеет ультразвуковые датчики расхода 7, установленные на выходе аортальной испытательной камеры 1 и входе предсердной камеры 2 и передающие информацию на измерительные блоки 8 расходомеров. Первый электромагнитный пневмоклапан 9 соединен пневмомагистралями 10 с первой группой пневмоустройств, включающей компрессор 11 и вакуумный насос 12. К выходу аортальной испытательной камеры 1 подключен блок демпфирования и регулирования остаточного давления 4, который гидромагистралью 6 соединен с гидродемпфером-дегазатором 5 и пневмомагистралью 13 подключен через второй электромагнитный пневмоклапан 14 ко второй группе пневмоустройств - компрессору 15 и вакуумному насосу 16. Испытательные камеры, блок пневмопривода, а также компрессоры и вакуумные насосы обеих групп снабжены датчиками давления 17. Для наблюдения и фиксации процесса проведения исследований используют цифровые кинокамеры 18. Пульт управления блоками для обработки поступающей

информации и выдачи сигналов управления представлен многоканальным аналого-цифровым преобразователем 19, компьютером 20 и многоканальным цифро-аналоговым преобразователем 21. Блок демпфирования и регулирования остаточного давления содержит корпус 22 с крышкой 23, между которыми установлена эластичная мембрана 24. Надмембранная полость корпуса через второй электромагнитный пневмоклапан 14 соединена пневмомагистралями 13 с компрессором 15 и вакуумным насосом 16. Подмембранная полость корпуса снабжена регулируемой диафрагмой 25, установленной на входном патрубке 26 гидромагистрали 6, соединяющей полость с аортальной испытательной камерой 1. Подмембранная полость соединена также через боковую поверхность корпуса гидромагистралью 6 с гидродемпфером-дегазатором 5.

После установки испытуемых клапанов в посадочных местах предсердной 2 и аортальной 1 испытательных камер производят заполнение рабочей жидкостью внутренних объемов гидравлической циркуляторной системы (пневмогидропривод 3, аортальная 1 и предсердная 2 испытательная камеры, блок демпфирования и регулирования остаточного давления 4, гидродемпфер-дегазатор 5 и соединительные гидромагистрали 6), при этом в блоке 4 предварительно устанавливают регулируемую мембрану 25 в заданное положение относительно эластичной диафрагмы 24 путем перемещения ее по патрубку 26. По завершению проверки герметичности системы с помощью компьютера 20 через многоканальный цифро-аналоговый преобразователь 21 включают компрессоры 11 и 15, вакуумные насосы 12 и 16. При достижении заданных уровней давления и разрежения воздуха в пневмомагистралях 10, 13 сигналы от датчиков 17 поступают через аналоговый цифровой преобразователь 19 в компьютер 20, реализующий программу испытательного режима.

Началом испытательного цикла является подача от компьютера через многоканальный цифро-аналоговый преобразователь 21 импульса напряжения на электромагнитный пневмоклапан 9, который при

открытом положении соединяет выход компрессора 11 с входом пневмогидропривода 3. Последний подает рабочую жидкость по гидромагистрали 6 в аортальную испытательную камеру 1. Под действием гидравлического импульса испытуемый клапан в предсердной камере 2 закрывается, а клапан в аортальной испытательной камере 1 при достижении давления, превышающего давление в блоке 4, открывается и пропускает рабочую жидкость через ультразвуковой датчик 7 измерительного блока расходомера 8 в блок демпфирования и регулирования остаточного давления 4. Под действием разности давления эластичная мембрана 24 в корпусе блока выгибается в верхнее крайнее положение, при этом часть жидкости занимает в корпусе подмембранный объем, а другая часть через регулируемую диафрагму 25 и гидромагистраль 6 поступает в гидродемпфер-дегазатор 5. По истечении заданного времени компьютер 20 через многоканальный цифро-аналоговый преобразователь 21 подает электрический сигнал на электромагнитный пневмоклапан 14 и подает другой электрический сигнал на электромагнитный пневмоклапан 9, при этом электромагнитный пневмоклапан 9 подключает к входу пневмогидропривода 3 вакуумную магистраль 10 вакуумного насоса 12, что вызывает закрытие клапана в аортальной испытательной камере, а электромагнитный пневмоклапан 14 подключает компрессор 15 к пневмомагистрали 13 блока 4. Под действием давления со стороны компрессора 15 эластичная мембрана 24 в корпусе блока выгибается в другую сторону и вытесняет из подмембранного пространства рабочую жидкость в резервуар гидродемпфера-дегазатора 5. В результате этого в подмембранном пространстве корпуса блока 4 и в аортальной испытательной камере 1 при закрытом испытуемом клапане в ней, создается и поддерживается остаточное давление, обусловленное давлением воздуха в пневмомагистрали 13 компрессора 15 и положением в корпусе регулируемой диафрагмы 25. За счет разрежения в пневмогидроприводе 3 и разницы гидравлических давлений клапан в аортальной испытательной камере 1 продолжает оставаться закрытым, а рабочая жидкость начинает перетекать из

гидродемпфера-дегазатора 5, открывая при этом испытуемый клапан в предсердной камере 2 и заполняя пневмогидропривод 3, чем подготавливает гидравлическую систему к последующему циклу. В течение всего цикла с помощью датчиков давления 17 и расходомера 7, 18 обеспечивается непрерывная регистрация и хранение в компьютере 20 параметров потока жидкости и рабочих характеристик испытуемых клапанов.

Ввод и конструктивное исполнение блока демпфирования и регулирования остаточного давления обеспечивают поддержание заданного давления в аортальной испытательной камере в межимпульсной фазе времени пульсирующего тока жидкости и уменьшение высоты стенда.

1. Стенд для исследования клапанов сердца, содержащий аортальную и предсердную испытательные камеры с датчиками давления, блок пневмогидропривода, соединенный гидромагистралями с указанными камерами и пневмомагистралями через первый электромагнитный пневмоклапан - с первой группой пневмоустройств, содержащей компрессор и вакуумный насос с датчиками давления, расходомер, гидродемпфер-дегазатор, пульт управления с блоками для обработки поступающей информации и выдачи сигналов управления, и цифровые кинокамеры, отличающийся тем, что он снабжен дополнительно блоком демпфирования и регулирования остаточного давления, второй группой пневмоустройств и вторым электромагнитным пневмоклапаном, причем блок демпфирования и регулирования остаточного давления соединен гидромагистралями с аортальной испытательной камерой и через гидродемпфер-дегазатор - с предсердной испытательной камерой, а пневмомагистралями соединен через второй электромагнитный пневмоклапан со второй группой пневмоустройств.

2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что блок демпфирования и регулирования остаточного давления содержит корпус, разделенный эластичной мембраной, причем надмембранная полость его пневмомагистралью соединена со вторым электромагнитным пневмоклапаном, а подмембранная полость снабжена регулируемой диафрагмой, установленной на входном патрубке гидромагистрали, связывающей его с аортальной испытательной камерой, и соединена гидромагистралью с гидродемпфером-дегазатором.