Устройство а. к. краснопебцева для моделирования

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУСоюз Соеетекиз Социзлиетичеокнз РеоеублнеЗависимое от авт, свидетельстваКл. 301, 1/01 Заявлено 07,Ч 11.1965 ( 1016557/31-16) рисоединением заявкиЧГ 1 61 тп иоритетубликовано 29.1.1968, бюллетеньомитет оо ае ооретений и аткрытири Совете МиниотроСССР УДК 615.475:612,172.5 088.8) Дата опубликования описания 12 Ч.1968 Авторизобретения опсвцев Заявит ро биологичесня амостоятельное конструкторско-технологическое и физиологического приборостро УСТРОЙСТВО А, К. КРАСНОПЕВЦЕВА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯГЕМОДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙСИСТЕМЫ ОРГАНИЗМА Известны устроиства для моделирования гем один амических явлений сердечно-сосудистой системы организма, содержащие пульсирующий насос, открытый резервуар, соединенный со всасывающей магистралью системы, расходомеры, манометры, дроссельные краны, предохранительный клапан, зажимы и соединительные шланги.Предлагаемое устройство отличается от известных тем, что оно содержит три эластичные трубки, имитирующие кровеносные сосуды, одна из которых снабжена подвижным зажимом, а две другие уложены между жесткой опорой и эластичной пленкой, причем одна из последних трубок размещена внутри мягкого герметичного баллона, заполненного жидкостью. Такое выполнение устройства позволяет имитировать изменение гемодинамических параметров в зависимости от функционального состояния сердечно-сосудистой системы, например, периферического артериального давления, пульса, кровенаполнения и механического взаимодействия артериальных и венозных сосудов с окружающими твердыми и мягкими тканями.Для имитации изменения гемодинамических параметров кровотока в зависимости от степени эластичности стенок аорты, полой вены и предсердия, на всасывающем и нагнетательном контурах устройства установлены два герметично закрытые резервуара со штуцерами для соединения с устройствами для нагнетания воздуха, например, резиновыми бал вонами и обратными клапанами.5 На чертеже изображены принципиальнаясхема предлагасмого устройства и сечение по А - А.Предлагаемое устройство содержит диафрагменный пульсирующий насос 1, нагнета тельный герметично закрытый резервуар 2со штуцером для соединения с устройством 8 дозируемого нагнетания воздуха, регулируемый нагрузочный дроссельный кран 4, расходомер 5, всасывающий герметично закрытый 15 резервуар б, который также снабжен штуцером для соединения с устройством 7 дозируемого нагнетания воздуха, В устройстве имеется также открытый резервуар 8, сообщающийся со всасывающей магистралью системы при 20 помощи гибкого шланга 9 через дроссельныйкран 10, Кроме того, устройство снабжено предохранительным клапаном 11, сменной эластичной трубкой 12 с подвижным зажимом 13, мягким герметичным баллоном 14 с жид костью, сквозь который проходит эластичнаятрубка 15, эластичной трубкой 1 б, дополнительным регулирующим дроссельным краном 17, дополнительным расходомером 18, манометрами 19 и 20, жесткой опорой 21 и эла- ЗО стичной пленкой 22. Между нагнетательным3резервуаром 2 и дроссельным краном 4 гакже может быть включен гибкий шланг.Можно установить следующее механическое подобие отдельных элементов предлагаемого устройства элементам сердечно-сосудистой системы,1-1 асос является аналогом желудочка сердца, нагнетательный резервуар 2 - аналогом аорты, гидросопротивление дроссельного крана 4 (с учетом гидросопротивленпя расходомера 5) - аналогом сопротивления кровотоку в суммарном сосудистом русле круга кровообращения (без учета гидросопротивления одной, а именно в имитируем периферической ветви этого круга), всасывающий резервуар 6 - аналогом полой вены, добавочная гидравлическая цепь 23 - аналогом отдельной периферической ветви круга кровообращения, например, ветви, находящейся в предплечье человека, эластичная трубка 12 - аналогом начального (проксимального) участка периферической артерии, окруженного тканями тела, например, аналогом плечевой артерии человека, подвижный зажим 13 - аналогом фактора, вызывающего местное сужение или полное перекрытие проксимального участка периферической артерии.В добавочной гидравлической цепи 23, являющейся аналогом периферического органа кровообращения (преимущественно аналогом предплечья человека), эластичная трубка 15 является аналогом дистального (более уда ленного от аорты) участка периферической артерии, например, аналогом лучевой артерии человека; эластичная трубка 1 б - аналогом соответствующего участка периферической вены; гидросопротивление дополнительного регулируемого дроссельного крана 17 (с учетом гидросопротивления дополнительного расходомера 18) - аналогом сопротивления кровотоку в отдельной периферической ветви круга кровообращения; баллон 14 с жидкостью аналогом живых тканей, окружающих периферическую артерию (ее дистальный участок), например, лучевую артерию человека; жесткая опора 21 - аналогом опорного элемента, несущего на себе периферическую ветвь кровообращения, например, аналогом костей предплечья; эластичная пленка 22 аналогом эластичной оболочки органа, содержащего периферическую артерию и периферическую вену, например, аналогом кожи предплечья.В качестве рабочей жидкости, заполняющей элементы гидравлического контура устройства, используется вода, спирто-глицериновая смесь или другая жидкость.Устройство снабжено шкалами для измерения количеств воздуха (по высоте воздушных столбов), заключенных в полостях нагнетательного и всасывающего резервуаров (резервуары выполняются преимущественно про. зрачными), Имеется также шкала для измерения высоты уровня жидкости в открытом (тоже прозрачном) резервуаре над средним 5 10 15 го 25 30 35 40 45 50 55 60 65 еуровнем жидкости в трубопроводе всасывающей магистрали.Работает устройство следующим образом.Диафрагменный насос 1, вытеснительный элемент (диафрагма) которого перемещается в соответствии с заранее выбранной зависимостью координаты от времени, обеспечиваег прерывистую подачу жидкости из всасывающего резервуара б в нагнетательный резервуар 2. С точки зрения аналогии между работой устройства и деятельностью сердечно-сосудистой системы частота рабочих циклов насоса соответствует частоте сердцебиений биологического объекта. Минутная производитсльность насоса в установившемся режиме аналогична так называемому минутному обь. ему сердца, а производительность насоса за один цикл качания - ударному объему сердца, Благодаря упругому действию воздушной подушки, находящейся в нагнегательном резервуаре над свободноп поверхностью жидкости, в нагнетательной магистрали устройства устанавливается пульсирующее давление, закон измерения которого сходен с законом изменения давления крови в аорте человека или животного.Амплитуду переменной составляющей этого давления можно регулировать в широких пределах путем измерения объема находящегося в нагнетательном резервуаре воздуха посредством устройства 3 для дозируемого нагнетания воздуха. Изменение количества воздуха в полости нагнетательного резервуара эквивалентно изменению эластичности стенок аорты человека или животного. Давление в нагнетательной магистрали устройства контролируегся манометром 19 указывающим, регистрирующим или иным отсчетным приспособлением.Если добавочная гидравлическая цепь 23 или трубопровод предохранительного клана на перекрыты, то весь расход жидкости, воз. вращающейся из нагнетательной магисграли устройства во всасывающую магистраль, который в установившемся режиме равен производительности насоса, осуществляется через регулируемый дроссельный кран 4. Перепад давлений на этом кране (с учетом падения давления на расходомере 5) аналогичен артерио-венозной разнице давлений в круге кровообращения. Расход жидкости за 1 лин через дроссельный кран 4, как и минутная производитсльность насоса, эквивалентен минутному объему сердца. Этот расход контролируется посредством расходомера 5, Регулировка величины сопротивления дроссельного крана 4 позволяет изменять постоянную составляющую давления (среднединамическое давление) в нагнетательной магистрали в очень широких пределах (от нуля до ограничительного предела предохранительного клапана, например до 300 л,я рт. ст.).Установившееся во всасывающей магистрали (всасывающем резервуаре б) пульсирующее давление с определенной степенью приближения соответствует давлению в полой ве 21245810 15 20 25 30 35 40 45 59 55 60 65 не человека или животного. Постоянная составляющая этого давления определяется Высотой уровня жидкости в открытом резервуаре 8 над средней полостью всасывающего тру бопровода. Ее можно регулировать, принимая положительные, отрицательные и нулевые,значения (все давления в устройстве отсчи" тываются относительно атмосферного давления, принимаемого за нуль), путем поднятия или опускания открытого резервуара, укрепленного посредством передвижного кронштейна с зажимом на вертикальной штанге. Лмплитуда переменной составляющей пульсирующего давления во всасывающей магистрали благодаря наличию дроссельного крана 10 нс зависит от свойств открытого резервуара 8 и может регулироваться в широких пределах путем изменения количества воздуха в полости всасывающего резервуара б с помощью устройства 7 для дозируемого нагнетания воздуха, Такое изменение количества воздуха эквивалентно изменению упругого сопротивления стенок полой вены (с учетом воздействия на нее окружающих органов). Давления ВО ВсасыВающей магистрали модели контролируются посредством манометра 20 с указывающим, регистрирующим или иным отсчетным приспособлением,Частоту пульсаций циркулирующего по гидравлическому контуру потока жидкости, эквивалентную частоте сердцебиений, можно регулировать в достаточно широких пределах с помощью регулятора, вмонтированного в приВод насоса (на чертеже не показан).В приводе насоса имеется также регулятор рябочегс хода диафрагмы, позволяющий в ширских пределах регулировагь производительность насоса, отнесенную к одному циклу оабсты, эквивялентн 1 ю, кяк уже сказано Выше, удярнгму систолическому обьему сердца, т. е. количеству крови, выталкиваемой в аорту за период Одного сскращения желудочка сердца (для угрощсния чертежа этот регулятор не показан),Таким образом, при установившемся режиме работы устройства в его гидравлическом контуре циркулирует пульсирующий поток жидкости, параметры которого с большой приближенностью соответствуют параметрам кровотока через суммарное русло круга кровообращения,Наличие добавочной гидравлической цепи 23 (аналога предплечья) обеспечивает созда ние ответвленного потока жидкости, питаемого из основного гидравлического контура устройства и не вносящего качественных изменений в характеристики потока, протекающего через этот контур. По влиянию на параметры потока в гидравлическом контуре наличие добавочной гидравлической цепи 28 равноценно чростому уменьшению гидросопротивления дроссельного крана 4. Желаемое перераспределение расходов жидкости в главном и ответвленном потоках устройства при неизмен. ном суммарном расходе мажет легко асущест вляться путем одновременной и противоположно направленной регулировки проодных сечений дроссельных кранов 4 и 17.Расход жидкости в ответвленном потоке контролируют с помощью расходомера 18.С точки зрения взаимодействия с огветвленным потоком жидкости добавочная гидравлическая цепь 23 вместе с эласти шой трубкой 12 представляет собой секционировянный трубопровод с эластичными стенками и нсоднорсднь;м сечением. Главными неоднородностями сечения являются сужение просвета трубопровода в месте установки дроссельного крана 17, а в некоторых случаях и сужение просвета на участке соединения эластичной трубки 12 с эластичной трубкой 15. Ввиду того, что давление и скорость жидкости, втекающей в этот трубопровод, имеют пульсирующий характер, от начала трубопровода к дроссельному крану 17 распространяются периодически следующие друг за другом волны давления. Эти волны вызывают появене Волн, отрахкенных От меса резкого сужения потока в проходном сечении дроссельного крана и распространяющихся в обратном направлении, В результате сложения пря. мой и отраженных волн давления в эластичной трубке 15 возникает периодическое переменное давление, длительность цикла которого равна периоду прямой волны. Это переменное давление, суммируясь, в свою о ерсдь, с установившейся в нагнстательной магистрали постоянной составляющей давления (равной среднединямическому давленшо), даст пульсирующее давление жидкости в эластичной трубке 15. Полученное таким образом пульсирующее давление соответствует по своим параметрам периферическому артериальному давлению человека или животного, При воспроизведении периферического артериального давления, наблюдаемого в конечности, на кривой имитируемого давления можно разли ить основное колебание и характерное, так называемое дикротическое.Лналогичная картина колебаний давления внутри эластичной трубки 15 может быть получена, если Вместо эластичной трубки 12 применен другой гибкий шланг со специально подобранными размерами и модулем упругости материала стенок, включенный в участок модели между нагнетательным резервуаром 2 и дроссельным краном 4, Пульсации давления жидкости внутри эластичной трубки 15 приводят к колебательным движениям стенки этой трубки, которые по своему закону изменения во времени аналогичны колебаниям стенки периферической артерии, т. е. являются имитацией периферического артериального пульса человека или животного, Кривая колебаний стенки эластичной трубки очень сходня с кривой переменного давления в этой трубке. Пульсирующее наполнение эластичнойв трубки 15 по своему закону изменения во времени аналогично кровенаполнению периферической артерии,Ввиду пульсирующего прохождения жидкости через дроссельный кран 17 и неполного падения ес давления на этом дросселе, в эла. стшшой трубке 16 также устанавливается поток, давление в котором имеет пульсируюций характер. Это давление из-за гидравлических потерь на дроссельном кране 17 (с учетом поо; терь на гидросопротивлении расходомера И) имеет в промежуточном рабочем режиме устройства величину, как правило, на два порядка мсньшую, чем величина давления в эластичной трубке 16, Пульсирующее давление в эластичнои труоке 16 аналогично с определенной степенью приолижения периферическому венозному давлсншо крови человека или животного. Ооусловленные наличием этого давления пульсовые колсоания стенок труоки 16 аналогичны периферическому венному пульсу, а пульсируюгцее объемное наполнение трубки - кровенаполненню периферическои вены.Мягкий баллон 14 с жидкостью имитирует наличие живых тканей, передающих колебдния стенки периферической артерии к поверх ности периферического органа кровообращения, например, к поверхности предплечья. Имитация механического влияния живых тканей нужна для правильного воспроизведения поведения периферической артерии при тех или иных воздействиях на поверхчость периферического органа кровообращения со стороны какого-либо постоянного тела, Учет действия посторонних тел на периферическу о артерию представляет интерес при пальпаторном исследовании этой артерии. при наложении кровоостанавливающего жгута или датчика сфигмографа и т. п., так как внешнее механическое воздействие может существенно изменять параметры кровотока в периферической ветви кровообращения,Колебания стенок эластичных трубок 16 и 16 и объемные изменения в этих трубках могут контролироваться через эластичную пленку 22 или непосредственно восприниматься с поверхностей трубок (в последнем случае контрольные датчики накладывают на заранее предусмотренные участки этих трубок, выступающие за пределы баллона 14 и эластичной пленки 22),С целью контроля давлений внутри любых элементов. предлагаемого устройства, на этих элементах могут быть заранее смонтированы специальные патруоки, обеспечивающие под. соединение манометрических устройств, при ненадобности заглушаемых пробками. Пре 5 1 О 15 20 50 вены и предсердия, на всасывающем и нагне 55 25 30 35 40 45 дохранительный клапан 11, предварительчо отрегулированный на предельно допустимый перепад давления порядка 250 вмм рт. ст., обеспечивает автоматическую защиту элементов устройства от перегрузки при любых положениях регулирующих элементов. Наличие достаточно полной системы регулирующих и контрольных органов позволяет оператору ре. гулировать в широких пределах параметры устройства и устанавливать множество отлич. ных друг от друга режимов работы, Любой из этих режимов может требуемое число раз по. вторпо воссоздаваться после любых состояний устройства. Устройство позволяет воспроизводить различные функциональные состояния сердечно-сосудистой системы, каждому из ко. торых соответствует один из режимов его работы,Предмет изобретения 1. Устройство для моделирования гемодина. мических явлений сердечно-сосудистой системы организма, содержащее пульсирующий насос, открытый резервуар, соединенный со всасывакнцей магистралью системы, расходомеры, манометры, дроссельные краны, предохранительный клапан, зажимы и сое. динительные шланги, отличающееся тем, что, с целью имитации изменения гемо. динамических параметров в зависимости от функционального состояния сердечно- сосудистой системы, например, периферического артериального давления, пульса, кровснаполнения и механического взаимодействия артериальных и венозных сосудов с окружающими твердыми и мягкими тканями, устройство содержит три эластичные трубки, имитирующие кровеносные сосуды, одна из которых снабжена подвижным зажимом, а две другие уложены между жесткой опорой и эластичнои пленкой, причем одна из последних трубок размещена внутри мягкого герметичного баллона, заполненного жидкостью.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью имитации изменения гемодинамических параметров кровотока в зависимости от степени эластичности стенок аорты, полой тательном контур зх устройства установлены два герметично закрытых резервуара со штуцерами для соединения с устройствами для нагнетания воздуха, например, резиновыми баллонами с обратными клапанами,пография, пр. Сапунов каз 92 Л 1 Тираж 530 НИИПИ Комлтета по делам изобретений и открытий п Москва, Центр, пр. Серова, д.Подписное вете Министров СССР