Устройство для моделирования гемодинамических явлений в системе кровообращения

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сбюз СоветскихСоцналистичвскикреспублик оц 939013(22) Заявлено 05.02.80 (2 ) 288384 Ц 28-13с присоединением заявки ла(1)М. Кя. А 61 М 1/03 3 Ьвуаарственый квмнтат СССР ао динам изабратеннй и втнрвпий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГЕМОДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ В СИСТЕМЕ КРОВООБРАШЕНИЯ1Изобретение относится к медицинскому приборостроению, а именно к искусственным кардиоимитаторам процессов в системе кровообращения, и предназначено для использования с целью исследования гидродинамики кровообращения и метрологического обеспечения диагностической кардиологической аппаратуры,Известны устройства для моделирования ге модинамических явлений в системе кровообращения, содержащие эластичную трубку, эа ключенную внутри жесткой емкости, заполненной жидкостью, соединительные шланги с патрубками, гндросопротивление, расходомеры, открытые резервуары и компрессор 1.Однако этн устройства не позволяют мо. делировать пульсаторные динамические явления в сосудах организма, что ограничивает их применение.Наиболее близким по технической сущно. сти и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для моделирования гемодинамическнх явлений в системе крова. обращения, включающее пульсирующий насос, открытую, всасывающую и нагнетательную ка. 2меры, расходомеры, манометры, дросселя,предохранительный клапан, зажимы, соедини-тельные шланги, трубки из эластичного материала и компрессоры (2.Однако это устфойство имеет ограниченныефункциональные возможности, так как необеспечивает задание скорости изменения стати.ческого объема сосудов и скорости изменения расхода крови.Ограниченные функциональные возможна.1 О сти устройства затрудняют оценку основныхфакторов, определяющих характер гемодва.мических процессов в системе кровообращения, сужают воэможности метрологическогообеспечения диагностических кардиологическихприборов.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путемобеспечения задания скорости изменения статического объема сосудов и скорости изме.нения расхода крови,Поставленная цель достигается тем, чтустройство для моделирования гемодинамических явлений в системе кровообращения, вклю3 .939013чающее пульсирующий насос, открытую всасывающую и нагнетательную камеры, расходомеры, манометры, дроссели, предохранительныйклапан, зажимы, соединительные шланги, труб.ки из эластичного материала и компрессоры,дополнительно снабжено двумя резервуарами,один нз которых заполнен жидкостью, адругой газом, жесткой емкостью, двумя поворотными платформами, двумя пщросопроткв.леннями, четырьмя трубками из зластичноупругого материала и двумя мягккмк емкостями, при этом нагнетательная камера пульсирующего насоса через первое гндросопротнвленне, первую и вторую трубки из эластично-упругого материала, жесткую емкость1соединена с мягкими емкостями; через второегндросопротнвление, третью н четвертую труб.ки нэ эластично-упругого материала нагнета"тельная камера пульсирующего насоса соединена с одной нз мягких емкостей, первая29и третья трубки иэ эластично-упругого материала размещены в первом резервуаре, втораяи четвертая трубки нз эластично-упругого мате.риала размещены во втором резервуаре, причем резервуары размещены на первой пово 25ротной платформе, а последняя размещенана второй поворотной платформе.На чертеже изображена структурная схемапредлагаемого устройства для моделированиягемодннамических явлений в системе кровообращения,Устройство содержит пульсируюгцкй насос1, открытую 2, всасывмощую 3 к иагнетатель.ную 4 камеры, расходомеры 5 и 6,манометры7 и 8, дроссели 9 и 10, предохранительныйклапан 11, зажимы, соединительные шланги;трубки 2 - 15 иэ эластичного материала; компрессоры 16 - 18, а также резервуар 19, заполненный жидкостью, резервуар 20, запоя.пенный газом, жесткую емкость 21, две по- и 1воротные платформы 22 и 23, два гидросо.противления 24 и 25, четыре трубки 26 - 29иэ эластично-упругого материала; две мягкихемкости 30 к 31,Нагнетательная камера 4 пульсирующегонасоса 1 через первое гидросопротивлекке 24,первую 26 и вторую 27 трубки иэ эластично-упругого материала, жесткую емкость 21соединена с мягкими емкостями 30 и 31,Через второе гидросопротнвление 25, третью28 к четвертую 29 трубки из эластично-упругого материала нагнетательная камера 4пульсирующего насоса 1 соединена с однойиз мягких емкостей 31, Первая 26 и третья28 трубки из эластично-упругого материаларазмещены в первом резервуаре 19, вторая 2755и четвертая 29 трубки из эластично-упругогоматериала размещены во втором резервуаре20, причем резервуары 19 и 20 размещены на 4первой поворотной платформе 22, а послед. няя размещена на второй поворотной платформе 23.Устройство работает следующим образом.Пульсирующий насос 1 создает в гидрав. лической системе устройства прерывистый поток жидкости, имитирующий пульсации давления в сосудах организма; жидкость вытекает в нагнетательную камеру 4. Величина среднединамической составляющей давления контролируется манометром 7, подключенным через дроссель 10. Компрессор 16 предусмот-, рен для изменения давления в камере при необходимости увеличить или уменьшить эластичность. аналога аортальной системы. Выходя. щий из камеры пульсирующий поток контролируется расходомером 5, Предохранительный клапан 11 осуществляет защиту имитатора от повреждений при форсированной работе насоса и больших значениях входного сопротивления системы. Гидравлический сигнал разветвляясь через регулируемые гидросопротнвлення 24 н 25, имитирующие сопротивления сосудистого рус. ла и создающие перераспределение аналога крови, по штуцерам поступает на эластично- упругие трубки 26 и 28, Первая иэ трубок является аналогом общей сонной, а вторая кодключичной артерии. Обе они расположены внутри жесткого резервуара 19, заполненного жидкостью, Жидкость, моделирующая эластические. свойства органов н тканей, располо. жеиных в верхней части грудной клетки н влияянцкх на скорости изменения статического объема сосудов н расхода крови, играет роль демпфера. Компрессор 17, соединенный с полостью резервуара, имитирует изменения внутригрудного давления, имеющие место в реальных условиях (например, за счет дыхания). Таким образом, поток, состоящий иэ ослабленных пульсаций, наложенных на медленно меняющиеся "дыхательные" волны, из трубок 26 и 28 подается через штуцера соответственно на эластично-упругие трубки 27 и 29, первая из которых является аналогом системы внутренних, а вторая - наружных сонных артерий, Соотношение потоков в системах регулируется гидросопротивленкями 24 и 25. Трубки 27 и 29 размещены в поло. сти жесткого резервуара 22, заполненного газом, который играет роль демпфера. Ком. прессор 18 имитирует воздействие атмосферного давления на скорость изменения статического объема сосудов шеи н расхода крови в них. С выхода трубки 27 суммарный сигнал, отражающий изменения внутригрудного и атмосферного давлений, совместно с компонентами пульсаций через жесткую емкость 21, выполняющую роль накопительной939013 5и моделирующую свойства пазух твердой мозговой оболочки, поступает нз мягкие емкости 30 и 31, имитирующие депоннрующие свойства глубокорасположенных вен черепа и поверхностных вен головы соответственно. На емкость 31 подается также поток из трубки 29. Эта система нз трех емкостей регулирует перераспределение жидкости (в основком медленно меняющихся составляющих потока) при функциональных нерепол О нениях одной из сосудистых ветвей. При этом статический объем мягких емкостей за счет эластичности нх стенок по аналогии со статическим объемом сосудов прн увеличении расхода жидкости или при росте давления 1% в системе возрастает, увеличивая тем самым количество аналога депонированной крови. С выхода емкостей 30 и 31 пульсирующий поток поступает на эластичные трубки 14 и 15, первая из которых является аналогом системы внутренних, а вторая - наружных яремных вен. Они размещены. внутри резервуара 22, в полости которого колебания трубок 14, 15, 27, 29 суммируются: к компонентам знаЪ 5 лога артериальных пульсаций н медленно меня. ющихся составляющих внешнего давления здесь добавляются динамические компоненты венного пульса. Зз счет эластичности аналогов вен прн изменении внешнего избыточного (нли пониженного) давления нх стенки в этом узле модели могут частично илн полностью спздаться (а также расширяться), чем обеспечивается задание скорости изменения статического объема сосудов н расхода крови в этой части сосудистого русла.35 С трубок 14 н 15 сигналы поступают нз эластичные трубки 12 и 13; первая нз них является аналогом системы безымянных и верхней полой вен, а вторая - подключнчных 4 в вен. В полости резервуара 19 пульсовые колебания аналогов сосудов 12, 13, 26, 28 суммируются, как в предыдущем случае, Режим скоростей изменения статического объема со.судов и расхода крови на этом участке русла задаются законом изменения внешнего давления в полости резервуара по аналогии с вышеуказанным, Далее сигнзлы со всех веноз ных аналогов поступают во всасывающую ка меру 3, выполненную по типу накопительной емкости, Нз ее вход через дроссель 9 подается также жидкость нз открытого резервуара 2, играющего роль аналога депо крови в организме (напрнмер, в сосудах печени или кожи), Режимы работы аналога депо изменяются, в основном, во время имитации переходных процессов, возникающих в сердечно.сосудистой системе, т.е. не в моменты установления режимов работы устройства, Манобметр 8 служит для контроля величины давления во всасывающей части устройства.С помощью поворотной платформы 22 (с расположенными на ней элементами) достига. ется создание в аналоге сосудистой системы продольных нли поперечных гидростатических снл, которые являются одним из взжнейших факторов, определяющих задание скоростей изменения статического объема сосудов и расхода крови. В этих ситуациях имитируется перераспределение жидкости сред орга.низмз при изменении положения головы и верхней части тела по отношению к нижней. Анзлогично указанному поворотная платфор. ма 23 предназначена для задания указанных выше параметров во всех эвенвях сосудистого русла. При этом моделируется иерераскре деление крови, происходящее при изменении положения тела человека в пространстве,Прн задании параметров биомеханики сосудов при метрологическом обеспечении диагностических приборов необходимо учитыватв, что нульсацни давления внутри трубок вызывают колебания нх стенок о аналогичному ззкону, Этн колебания могут быть использованы при нзладке сфигмографов, примекяе. мых для регистрации артериального и веноэ. ного пульса н результирующих пульсаций со. судистых пучков, Аналогом пульса цектралвкых артерий являются колебания иа выходах трубок 26-29, и вен 12-15, а пулвсовых ко лебаннй сосудистых пучков - пульсации давления внутри резервуаров 19 и 20. Форма пульсограмм, нх амплитудные признаки и соотношения уровней могут быть подобраны в зависимости от целевого назначения приборов путем использования имеющихся регулировок.Таким образом, нсполвзование предлагаемого устройство позволяет определятв характер изменения гемодинзмики ири перераспределении крови в условиях изменения положения тела человека. в пространстве; определять харзктер течения переходных процессов, возникающих в сосудистом русле при дей. ствнн на человека продольных и поперечных ускорений; устанавливать основные гидродинамнческие и физические факторы, определяю щие изменение режимов функционировайия механизмом регуляции гомеостаза лежащих в основе функциональных рзсстроиств и пред. болезней; повысить точность калибровки; тарировки и настройки диагностической кардиологической аппаратуры; расширить методические возможности построения автономных поверочных приборов, используемых в меди. цннской технике при испытаниях диагностичес. кой знпаратуры, придать указанным приборам более универсальный характер.9390 НИИПИ Заказ 4527/13 Тираж 714 Подписно ППП "Патент",л. Проектная, 4 Формула изобретенияустройство для моделирования гемодинамических явлений в системе кровообращения, включающее пульсирующий насос, открытую всасывающую и нагнетательную камеры, расходомеры, манометры, дроссели, предохрани. тельный клапан, зажимы, соединительные шланги, трубки из эластичного материала и компрессоры, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей устройства путем обеспечения задания скорости изменения статического обаема сосудов и скорости изменения расхода крови, оно дополнительно снабже но двумя резервуарами, один из которых за полнен жидкостью, а другой газом, жесткой емкостью, двумя поворотными платформа-, ми, двумя гидросопротнвлениями, четырьмя трубками иэ эластично-упругого материала и двумя мягкими емкостями, при этом на. гнетательная камера Пульсирующего насоса 13 8череэ первое гидросопротивление, первую ивторую трубки из эластично-упругого материала, жесткую емкость соединена с мягкимиемкостями; через второе гидросопротивление,третью и четвертую трубки из эластично-упругого материала нагнетательная камера пульсирующего насоса соединена с одной из мягких емкостей, первая и третья трубки изэластично. упругого материала размещены впервом резервуаре, вторая и четвертая трубки из эластично-упругого материала размещены во втором резервуаре, причем резервуарыразмещены на первой поворотной платформе,а последняя размещена на второй поворотнойплатформе.Источники информаащ,принятые во внимание при экспертизе1, Регирер С, А. Гидродинамика кровообращения. М., "Мир", 1971, с, 111-130.2. Авторское свидетельство СССР Мф 212458,кл. 1 61 М 23/00, 1965.