Электрогидравлическое искусственное сердце

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) (1) 41 ф А 61 М 1/ ОСУДАРСТ 8 ЕННЬЙ КОМИТЕТ СС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКР ЗОБРЕТЕНИЯЕТЕПЬСТВУ ОПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИД 91, 1971,КОЕ ИС- ащее же- электроЛИЧ одерж орным 21(56) Патент Англии В 12235кл. А 61 М 503, опублик.Патент США Ф 4173736,кл, 3-1,7, опублик, 1979,(54) (57) ЭЛЕКТРОГИДР КУССТВЕННОЕ СЕРДЦЕ лудочки, привод сдвигателем, блок управления и источник питания,о т л и ч а ю щ е е -с я тем, что, с целью увеличениявремени автономной работы, оно снабжено дополнительным электродвигате-лем с редуктором, расположеннымаксиально основному роторномуэлектродвигателю, и поворотным клапаном с запорным элементом, установленным на валу редуктора, причемзапорный элемент выполнен в виде дика с двумя выемками, площадь каждойиз которых равна 15-203 площадиИзобретение относится к медицинской технике, в частности к устройствам для частичной или полной замены Функции сердца,Цель изобретения - увеличениевремени автономной работы,На фиг, 1 представлено электрогидравлическое искусственное сердце,продольный разрез; на фиг, 2 - разрез А-А на фиг. 1, на фиг, 3 - разрез Б-Б на фиг, 1; на фиг. 4 - структурная схема управления искусственным сердцем, на фиг, 5 (а-д) - эпюры сигналов с датчика положения диафрагмы правого желудочка (а), с датчика положения диафрагмы левого желудочка.(б); изменение расхода в левом желудочке (в); с датчиков давления в камерах рабочей жидкости и крови левого желудочка (г, д)Электрогидравлическое искусственное сердце содержит два желудочка,привод с насосом, переключатель потока жидко .ти и систему управления.Левый 1 и правый 2 желудочки имеют эластичные тромборезистентныедиафрагмы 3 и 4, входные клапаны 5и б, выходные клапаны 7, датчикиконечного положения диафрагмы, состоящие из герконов 8 и 9 и магнитов 10 и 11. Диафрагмы 3 и 4 делятжелудочки 1 и 2 на камеры 12 и 13крови и камеры 14 и 15 рабочей жидкости.Электрогидравлический привод1состоит из внешнего 16 и внутреннего 17 корпусов, коаксиально расположенных и образующих полость 18, Квнутреннему корпусу 17 жестко прикреплен силовой электродвигатель 19,между ними имеется полость 20, Насиловом электродвигателе 19 установлены радиально-осевая турбина 21и направляющие элементы 22 н 23. Переключатель потока жидкости состоит из дополнительного электродвигателя 24 с редуктором 25, установленных аксиально электродвигателю 19. Электродвигатель 24 и редук - тор 25 жестко соединены друг с другом, причем электродвигатель 24 закреплен н корпусе 16 и между корпусом 16 и двигателем 24 имеется полость 26, а редуктор 25 закреплен в корпусе 7, На оси редуктора 25 закреплен диск 27 с выемками 28 и 9, которые расположены с двух противоположных сторон диска 27Злектрогидравлическое искусственное сердце работает следующим образом.Силовой электродвигатель 19вращает радиально-осевую турбину 21.Рабочая жидкость на лопастях турбины приобретает не только радиальную, З 5 но и тангенциальную составляющуюскорости, которая преобразуется направляющими элементами 22 и 23 внапор жидкости, Из полости 20,рабочаяжидкость попадает в выемку 28 пово О ротного диска 27, который вращаетсясо скоростью 1-2 об,/с. Направлениедвижения жидкости показано стрелками на Фиг, 1 и 3. В окнах 35 жидкостьдвижется перпендикулярно плоскости 45 разреза (фиг, 3). Иэ выемки 29 жидкость попадает в полость 32 и черезокна 24 поступает в камеру 14 рабочей жидкости, перемещает диафрагму 3, которая из камеры 12 крови 50 нагнетает кровь в аорту. В это жевремя из камеры 15 рабочей жидкостиправого желудочка через окна 34 рабо 1 ая жидк сть поступает в полость 32и выемку 28. Далее жидкость попада ет в полость 26, при этом жидкостьомывает цонолннтельный электродвигатель 24, Из полости 26 через окна 35 жидкость попадает в полость 18 5 10 15 2 О 25 под углом 180 друг к другу. Между торцовой поверхностью диска 27 и внутренней поверхностью 30 имеется полость, которая делится перегородка" ми 31 пополам на полость 32 и полость 33, Выемка 29 поворотного диска 27 гидравлически соединена с камерой 14 рабочей жидкости через окна 34. Полость 18 соединена с полостью 26 через окна 35. Выемка 28 связана. с радиально-осевой турбиной 21 через полость 20, Площадь выемки зависит от ширины перегородки 31 (ширина застойной зоны) и пропускной способности самой выемкг и составляет 15-207 площади диска 27.К системе управления, расположенной вне организма, относится БУ 1 блок управления силовым электродвигателем 24 (см, Фиг. 4), Сигналы для Функционирования системы управления снимаются с датчиков давления ДД, установленных в камерах 14 и 15 рабочей жидкости, и датчиков конечного положения диафрагмы ДП (8, 10, 9 и 11), установленных в камерах крови.(направление жидкости в окнах 35показано кружком с точкой), Из полости 18 жидкость возвращается на лопасти радиально-осевой турбины 21,При повороте диска 27 выемка 28гидравлически соединяется с полостью 33, а выемка 29 - с полостью 32,Рабочая жидкость нагнетается в правыйжелудочек 2, а выходит из левого 1,Таким образом, привод перекачивает 10рабочую жидкость из одного желудочкав другой, осуществляя перекачиваниекрови, Искусственное сердце работаетв асинхронном режиме, Фаза системыодного искусственного желудочка совпадает с фазой диастолы другого,Для обеспечения физиологическиххарактеристик расхода и давлениякрови в искусственных желудочках необходимо регулировать обороты силоваго двигателя, определяющие давление крови, а также обороты дополнительного двигателя, определяющиевремя сердечного цикла,ЪРассмотрим работу системы управления электрогидравлического искусственного сердца (см, фиг, 4 и 5),Из структурной схемы системы. управления искусственного сердца, изображенной на фиг, 4, следует, что управ-З 0ляющие сигналы для дополнительногоэлектродвигателя ЭД 2 снимаются только с датчиков конечного положениядиафрагмы желудочков, Допустим,что силовой электродвигатель ЭД 1развивает необходимые обороты в систолу и диастолу, При изменении периферийного сопротивления организмаизменяется расход крови по обоимкругам кровообращения, Если обороты 40дополнительного двигателя будутпостоянными, то при уменьшении притока крови фаза нагнетания искусственного желудочка может закончитьсяраньше, чем диафрагмы желудочков 45займут крайнее положение, т,с. датчик положения диафрагмы не сработает, Импульсы напряжения будут отсутствовать (см, фиг, 5 а и 56). Присильном притоке крови желудочки 50заполнятся раньше, чем диск переключателя потока жидкости сделаетпол-оборота, т,е. диафрагмы длительное время будут находиться в крайнихположениях и силовой двигатель будетв это время бесполезно тратить энергию на нагнетание жидкости в желудочки. Сигна 1 с датчика положенияизображен штриховкой на фиг, 5 а,Для обеспечения полного заполненияискусственных желудочков кровью заминимальное время цикла блок управления БУ 2 сравнивает длительностьимпульсов с датчиков положения сзаданной длительностью и сигналомрассогласования и управляет напряжением на ЭД 2При уменьшении длительности импульсов обороты ЗД 2уменьшаются и наоборот.Увеличение давления при нагнетании крови в желудочки достигаетсяувеличением числа оборотов силовогодвигателя ЭД 1. Сигналы с датчиков .давления (ДД) являются управляющимидля ЭД 1. При нагнетании крови правымжелудочком требуется меньшее давление рабочей жидкости, т.е. меньшеечисло оборотов ЭД 1, Уменьшение оборотов осуществляется по сигналу датчика положения левого желудочка,Расход рабочей жидкости каждого желудочка изображен на фиг, 5 в (всекривые получены при стендовых испытаниях), Давление в камере рабочейжидкости левого желудочка дао нафиг, 5 г, Увеличение давления в конце систолы наблюдается, когда диафрагма желудочка находится в крайнем положении, В камере крови(фиг, 5 д) такого увеличения не наблюдается,Данное искусственное сердце имеет полный КПД 353 и приемлемыедля имплантации весогабаритные показатели, Описанный алгоритм функционирования был опробован во времямедико-биологических испытаний приимплантации искусственного сердцана телятах на базовом устройстве,Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает увеличение времени автономной работы устройства,12141 О 7 а Рм Рк ктор М,Самборска Воробье Кооставител ехред Ч,Н М.Петр едак писно каз 812/6 Филиал ППП "Патент", г,ужгород, ул.Проектна ираж 659 енного к етений и -35, Рау НИИПИ Государс по делам изо3035, Москва,митета СССР ткрытий кая наб д. 4/5