Устройство управления протезом сердца

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН А 10 А 6 Л"уя ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН СВИДЕТЕЛЬСТ ВТОРС ков,ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(21) 3 3 (22) 2 (46) 3 юл р (72) Е,П. Кузнецов, И.А. Гусь А.Б. Затюрюкин и А,П. Кузнецов (53) 615.475(088.8) (56) 1. а 11 пег Г. Рпецшаг 1 хЬеч ехгга 1 огрога 1 еч АпггееЬ йцг егпе йорре 1 Еапппег 1.де В 1 цГрцвре Ьапяеп ЬееЕз, АгоЬ, СЬ 1 з, 335. 1974, р.41-462. Авторское свидетельство СССРМ 935795, кл. А 61 М 1/03, 1977. (54)(57) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПРОТЕ. ЗОМ СЕРДЦА, содержащее генератор сигналов изменения давления в пневмополости желудочкапротеза сердца, блок задания частоты рабочих циклов, блок задания времени систолы, блок задания амплитуды и формы сигналов,сервомеханизм, содержащий блок сравнения, датчик давления, .включенный в контур обратной связи, усилитель сигнала рассогласования, .широтноимпульсный модулятор, усилитель мощности, электромеханический пневмопреобразователь с двумя соплами, источники давления и вакуума, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения габаритов источников давления и вакуума путем уменьшения расхода воздуха, а также уменьшения паразитных пульсаций давления в желудочке протеза сердца, электромеханический пневмопреобразователь снабжен заслонкой для поочередного перекрытия сопел, покрытой со стороны сопел слоем упругого материала, твердостью 1-3 кг/см2Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в. сердечной хирургии при полном замещении естественного сердца искус. ственным, а также для облегчения дея тельности сердца при сердечно-сосудистых заболеваниях.Известно устройство управления протезом сердца, содержащее в каждом из двух каналов управления генератор 1 О сигналов изменения давления в п полости желудочка протеза сердца, блоки задания частоты рабочих циклов, сервомеханизм, содержащий блок сравнения, датчик давления в пневмо полости желудочка сердца, включенный в контур обратной связй, усилитель сигнала рассогласования, усилитель мощности, исполнительный элемент, преобразующий электрический сигнал 20 рассогласования в пневматический сигнал изменения величины давленияв пневмополости желудочка протезасердца и источники давления и вакуума 125Однако используемые в этом устройстве сервомеханизмы сложны и недостаточно надежны, в качестве исполнительных элементов в них, как правило, применяются дроссельные серво клапаны непрерывного действия, имеющие недостаточно .большое быстродействие. Кроме того устройство сложно, имеет большие габариты и вес, не позволяет обеспечить достаточную точ-З ность слежения за изменением сигналовна входе ервомеханизма.Известно также устройство управления протезом сердца, содержащее генератор сигналов изменения давления в пневмополости желудочка протеза сердца, блок задания частоты рабочих циклов, блок задания времени систолы, блок задания амплитуды и формы сигналов, сервомеханизм, содержащий блок сравнения, датчик давления,включенный в контур обратной связи,усилитель сигналов рассогласования, широтно- импульсный модулятор, усилитель мощностиэлектромеханический пневмопреобразователь с двумя соплами иисточники давления и вакуума 2 .Однако релейный режим работы пневмоклапана, используемого в сервоклапане такого устройства, влечет за собой недопустимые пульсации давления в пневмополости желудочка сердца, а также требует большие расходы от источников давления и вакуума, что увеличивает вес, габариты и потребляемую мощность устройства.Кроме того, используемый в устройстве сервомеханизм являясь статической системой регулирования, имеет статическую ошибку, что влияет на точность слежения за входным длясервомеханизма сигналом.Целью изобретения является уменьшение габаритов источников давления и вакуума путем уменьшения расхода воздуха, а также уменьшение паразитных пульсаций давления в желудочке протеза сердца.Указанная цель достигается тем,что в устройстве управления протезом сердца, содержащем генератор сигналов изменения давления в пневмополости желудочка протеза сердца, блокзадания частоты рабочих циклов, блок задания времени систолы, блок задания амплитуды и формы сигналов, сервомеханизм, содержащий блок сравнения, датчик давления, включенный в контур обратной связи, усилитель сигнала рассогласования, широтноимпульсный модулятор, усилитель мощности, электромеханический пневмопреобразователь с двумя соплами, источники давления и вакуума, электромеханический пневмопреобразователь снабжен заслонкой для поочередного перекрытия сопел, покрытой со стороны сопел слоем упругого материала, твердостью 1-3 кг/смгНа чертеже изображена блок-схема одного канала управления предлагаемого устроиства.Устройство содержит генератор 1, задающий электрический сигнал изменения давления в пневмополости желудочка протеза сердца, блок 2 заданиячистоты рабочих циклов протеза сердца,блок 3 задания времени систолы, блокзадания амплитуды и формы сигналови сервомеханизм 5, в состав котороговходят сравнивающее устройство 6,датчик 7 давления, усилитель 8 сигнала рассогласования, интегратор 9, широтноимпульсный модулятор 10, усилитель мощности 11, исполнительный элемент 12, источник 13 избыточногодавления, например компрессор источник 14 вакуума, например вакуум- насос.Исполнительный элемент 12 представляет собой электромеханическийпневмопреобразователь 15, например поляризованное пропорциональноеэлектромагнитное поворотное пневмореле, с двумя соплами 16 и 17, помещенный в герметичный корпус 18, сооб 5 щенный трубопроводом 19 с пневмополостью 20 желудочка 21 протеза сердца и датчиком 7 давления.Ось 22 электромеханического пневмопреобразователя 15 жестко соедине на с заслонкой 23, расположенной над соплами 16 и 17 и имеющей со стороны сопел 16 и 17 достаточно толстый слой 24 упругого материала, например резины." Сопло 16 соединено с источни ком 13 избыточного давления,. а сопло 17 - с источником 14 вакуума. Блок 2 задания чистоты рабочих циклов протеза сердца и блок 3 задания времени подключены к соответствующим 20 входам генератора 1, выход которого подключен к входу блока 4 задания амплитуды и формы сигналовОдин из входов сравнивающего устройства 6 подключен к выходу блока 4 задания ам плитуды и формы сигналов, а другой - к датчику давления 7, Выход сравнивающего устройства 6 через усилитель 8 сигнала рассогласования и интегра. тор 9 подключен к входу широтноим пульсного модулятора 10, выход которого подключен к усилителю 11 мощности. Усилитель 11 мощности имеет дифференциальный выход, соединенный с входом электромеханического пневмопреобразователя 15, например с обмоткой пропорционального поворотного пневмореле.Устройство работает следующим образом, 40Генератор 1 вырабатывает двуполярный электрический сигнал, например сигнал прямоугольной формы, частота которо го задается блоком 2 задания частоты рабочих циклов протеза сердца, а 45 полярность определяется блоком 3 задания времени систолы, например, таким образом, чтобы за время систолы сигнал имел положительную полярность, а за время диастолы - отрицательную. С выхода генератора 1 сигнал поступает на вход блока 4 задания амплитуды и формы сигналов, в котором он преобразуется в сигнал требуемой формы и амплитуды в соот ветствии с задаваемой функцией изменения давления в пневмополости 20 желудочка 21 протеза сердца в течение рабочего цикла протеза сердца.Преобразованный сигнал поступает на один из входов сравнивающего устройства 6, гце сравнивается с сигналом, поступающим от датчика 7 давления. Сигнал рассогласования, полученный на выходе сравнивающего устройства 6, усиливается усилителем 8 сигнала рассогласования, интегрируется интегратором 9 и поступает на вход широтноимпульс,ного модулятора 10.Когда сигнал на входе равен нулю, широтноимпульсный модулятор 1 О вырабатывает симметричные разнополяр ные импульсь 1 постоянной амплитуды, следующие с частотой настройки широт. ноимпульсного модулятора 10, которая выбирается приблизительно в 1000- 10000 раз выше максимальной частоты рабочих циклов протеза сердца. При появлении на входе широтноимпульсного модулятора 10 проинтегрированного сигнала рассогласования длительность импульсов на выходе широтноимпульсного модулятора 10 меняется пропорционально интегралу величины этого сигнала, а период повторения импульсов остается неизменным. С выхода широтноимпульсного модулятора 10.после усиления в усилителе мощности 11,импульсы поступают на вход электромеханического пневмопреобразователя 15, например на обмотку пропорционального электромагнитного поворотного пневмореле, причем импульсы одной полярности, например положительной, вызывают вращение оси 22 электромеханического пневмопреобразователя 15 в одну сторону, например, по часовой стрелке, а импульсы обратной полярности - в другую. При вращении оси 22 электромеханического пневмопреобразователя 15 по часовой стрелке заслонка 23 приближается к соплу 17,и удаляется от сопла 16, при этом уменьшается расход воздуха от источника вакуума 14 и увеличивается расход воздуха от источника избыточного давления 13. При вращении оси 22 против часовой стрелки заслонка 23 удаляется от сопла 17 и приближается к соплу 16, при этом увеличивается расход воздуха от источника вакуума 14 и уменьшается расход воздуха от источника избыточного давления 13. В зависимости от того, какой полярности поступает управляющий импульс с усилителя чощ1147403 10 Филиал ППП Патент, г. У. ности 11, давление в полости исполнительного элемента 12 понижается, либо повышаетсяСтепень изменения этого давления за период следования управляющих импульсов определяется 5 скважностью импульсов на выходе широтноимпульсного модулятора 10.Давление в полости исполнительного элемента 12, а следовательно, и в пневмополости 20 желудочка 21 протеза сердца изменяется до тех пор, пока сигнал рассогласования на выходе сравнительного устройства б не станет равным нулю.В таком режиме работает электромеханический пневмо преобразователь 15, когда величина сигнала рассогласования мала.Злектромеханический пневмопреобразователь 15 конструктивно выполнен таким ооразом, что поверх О ность слоя упругого материала 24 на заслонке 23 расположена достаточно близко от сопел 16 и 17, При таком расположении сопротивление йотоку воздуха через сопла 16 и 17 достаточно велико, малы перетечки между источниками избыточного давления 13 и вакуума 14.Малые величины сигнала рассогласования на выходе сравнивающего ЗО устройства 8 вызывают малые углы поворота заслонки 23 электромеханичес кого преобразователя 15 и требуют для компенсации малые расходы от источников избыточного давления 13 и вакуума 14. При большей величине сигнала рассогласования заслонка 23 электромеханического преобразователя 15 поворачивается на больший угол, при этом одно из сопел закрывается полностью, а другое еще больше открывается, обеспечивая малое пневмосопротивление и большие расходы от источника давления, подсоединенного к этому соплу, 45 Большое уменьшение пневмосопротивления между открывшимся соплом и заслонкой 23 обеспечивается перемещением заслонки 23 за счет деформации 5 О упругого материала соплом подсоединенного к другому источнику давления. После компенсации большой величины сигнала рассогласования сервомеханизм 5 переходит к режиму компен сации малой величины сигнала рассоВНЮПЗИ Заказ 1436/8 гласования, который требует малыерасходы, и электромеханический пневмопреобразователь работает при открытых обоих соплах.Таким образом, устройство работаетв режиме слежения за изменением электрических сигналов, задаваемых с помощью генератора.1 и блоков 2, 3 и 4задания параметров этих сигналов, апреобразование электрических сигналовв соответствующие величины давленияпроисходит с помощью широтноимпульсной модуляции.Выполнение сервомеханизма 5 астатической системой регулирования с помощью введения интегратора 9 обеспечивает высокую точность слеженияза изменением сигналов на входе сервомеханизма,Благодаря использованию в устройстве электромеханического пневмопреобразователя 15 с заслонкой 13, имеющейсо стороны сопел 16 и 17 достаточнотолстый слой 24 упругого материала,например резины, расположенной близко от сопел 16 и 17, обеспечиваютсямалые расходы воздуха от источниковизбыточного давления 13 и вакуума 14и минимальные перетечки между ними врежиме компенсации малых величин сигнала рассогласования и достаточно,большие рааходы воздуха от источника13 избыточного давления или источника 14 вакуума без перетечек междуними благодаря упругой деформациислоя 24 упругого материала в режимекомпенсации больших величин сигналарассогласования.Таким образом, для обеспеченияработы устройства используется практи.чески только полезный расход воздухаот. источников избыточного давления13 и вакуума 14, что уменьшает доминимума их весогабаритные характеристики, а также увеличивает КПДвсего устройства.Благодаря полученным минимальнымзазорам между соплами 16 и 17 и поверхностью слоя 24 упругого материала заслонки 23 в режиме компенсации малых величин сигнала рассогласования и высокой частоте следованияимпульсов с выхода широтноимпульсного модулятора 10 практически до нуляуменьшены пульсации в пневмополостижелудочка протеза сердца,/ /// /// // Шогород,ул.Проектная, 4