Искусственное сердце

3.гОИЗЯДЯБИ=.1 с, г;.,ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНЯК ПАТЕНТУ ЬЭ С) СР 4 1 Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(7 В) Чинарев Иван Петрович(57) Использоваме: в медицине, в частности в сердечной хирургии. Сущноть изобретения: искусственное сердце содержит четырехкамерный насос,выполненный в виде двух камер, разделенных перегородкой на желудочек и предсердие, снабженные одностронними клапанами, а предсердия и желудочки снабжены коннекторами с установленнымив них входными и выходными клапанами соответственно, и связанный с насосом привод Согласноизобретению перегородки в камерах выполнены в(51) А 1 М 1 10 виде подвижных мембран, а привод содержит шток, соединяющий центры подвижных мембран с возможностью возвратно - поступательного перемещения, пропущенный через центральные отверстия в правом желудочке и левом предсердии, выполненных в виде торроидов, причем в левом предсердии стенки торроида, закрепленные по периметру и центру подвижной мембраю, выполнены эластично вялыми, а в правом желудочке эластично вялыми выполнены стенки центрального отверстия торроида при этом шток связан с подвижной мембраной правой камеры через преобразователь усилия, выполненный в виде цилиндрической пружины. 2 зл ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к медицинской технике, а именно к протезам внутренних органов.Известно искусственное сердце, содержащее электропривод и четырехкамерный насос, выполненный в виде пары желудочков и предсердий, Каждая пара желудочекпредсердие разделена перегородкой с односторонним клапаном в виде клапанных отверстий и гибких створок. Каждый из желудочков имеет подвижную внешнюю оболочку, и в каждом желудочке встроены датчики конечных положений и датчики в приводе желудочков, Кроме того, сердце содержит счетно-решающий блок, который управляет сердечным ритмом в диапазоне 50-120 сокращений в 1 мин.В упомянутом техническом решении основное внимание уделяется счетно-решающему блоку, работа которого приближает гемодинамические характеристики искусственного сердца к характеристикам естественного сердца. Однако соблюдается это только в части числа сокращений сердца в минуту в зависимости от испытываемой пациентом нагрузки. По части же работы самого сердца следует заметить, что в период диастолы оно оперирует фактически с удвоенным количеством крови, Действительно, в начале диастолы под действием распрямляющейся подвижной оболочки желудочка кровь засасывается в желудочек из пассивного предсердия через клапан в неподвижной перегородке. А поскольку поток крови непрерывен, то в это же время в освободившийся объем предсердия засасывается иэ вен столько же крови, сколько перетекает ее в желудочек. Затем в период систолы подвижная оболочка желудочка, двигаясь в сторону неподвижной перегородки, клапан в которой закрывается, выталкивает кровь только из желудочка, Получается, что предсердие всегда заполнено одинаковым количеством крови и в период диастолы, и в период систолы, А это равносильно тому, что каждая пара желудочек-предсердие выполняет функцию как бы желудочка удвоенного размера, который по завершении диастолы заполнен двойным объемом крови, а в период систолы выталкивает кровь в сосуды организма в количестве одного объема, т.е, рассматриваемое искусственное средце как бы выполнено иэ двух келудочков больших размеров, что нежелательно во-первых, кровь лишнее время пребывает в предсердии и контактирует с его чужеродным телом, во-вторых, заполненное предсердие является только лишним звеном на пути продвижения крови из вен в желудочек, ибо оно само не посылает кровь в желу 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 дочек, но и не защищает вены от спадения (слипания) при недостаточном венозном подпоре, если окажется, что вены имеют меньшую упругость в сравнении с повышенной упругостью подвижной оболочки желудочка (нужна дополнительная энергия для продвижения крови через предсердие),По этой причине гемодинамические характеристики известного искусственного сердца в недостаточной степени приближаются к характеристикам естественного сердца,Целью изобретения является упрощение искусственного сердца и приближение его гемодинамических характеристик к характеристикам естественного сердца.Это достигается тем, что перегородки в камерах выполнены в виде упругих подвижных мембран, а привод содержит шток, соединяющий центры подвижных мембран с возможностью возвратно-поступательного их перемещения, пропущенный через центральные отверстия в правом желудочке и левом предсердии, выполненных в виде тороидов, причем в левом предсердии стенки тороида, закрепленные по периметру и центру подвижной мембраны, выполнены эластично-вялыми, а в правом желудочке выполнены эластично-вялыми стенки центрального отверстия тороида, при этом шток связан с подвижной мембраной правой камеры через преобразователь усилия, выполненный в виде цилиндрической пружины, средняя же часть штока выполнена в виде ферромагнитного сердечника, охваченного катушками управляемого соленоида, или же средняя часть штока выполнена в виде двух- полостного пневмотолкателя, каждая полость которого соединена с одной из двух камер сильфонного пневмопривода,На фиг. 1 и 2 изображено искусственное сердце.На Фиг, 1 схематично изображено искусственное сердце, состоящее из двух насосных камер-левой 1 и правой 2, полости которых разделены упругими подвижными мембранами 3 и 4 соответственно на левое предсердие 5 и левый желудочек б и на правое предсердие 7 и правый желудочек 8, Для прикрепления сосудов кровеносной системы к насосным камерам на корпусах левого предсердия 5, левого желудочка б, правого предсердия 7 и правого желудочка 8 установлены коннекторы 9, 10, 11, 12 соответственно. В коннекторах 9 и 11 встроены входные клапаны К 1 и К 2, пропускающие кровь соответственно в левое 5 и правое 7 предсердия, В коннекторах 10 и 12 встроены входные клапаны КЗ и К 4, выпускающие кровь соответственно иэ левого б и правого8 желудочков, В мембранах 3 и 4 встроеныпредсердно-желудочковые клапаны К 5 и К 6,пропускающие кровь из предсердий в желудочки, Насосные камеры 1 и 2 прикрепленыплоскими сторонами корпуса к торцам управляемого соленоида 13, образуя с нимединую конструкцию. В отверстии соленоида 13 расположен ферромагнитный сердечник 14, от которого отходит левый полыйконец штока 15, прикрепленный к центру 10мембраны 3, и правый полый конец штока16, внутри которого расположен преобразователь усилия, выполненный в виде легкорастягивающейся пружины 17,прикрепленной с одной стороны к центру 15мембраны 4, а с другой - к ферромагнитному сердечнику 14. Левое предсердие 5 выполнено в виде тороидного мешка, однойстороной которого является подвижнаямембрана 3, а остальными - эластично-вялые стенки, закрепленные по периметру ицентру мембраны 3 и свободно прилегающие к плоскому корпусу, В центре предсердия 5 эластичные стенки образуютотверстие, принимающее форму конуса во 25время систолы желудочка 6, Через это отверстие пропущен к мембране 3 левый конец штока 15. В правом желудочке 8 поцентру выполнено такое же конусное отверстие с эластичными вялыми стенками (а мешочного тороида нет), Через это отверстиепропущена и прикреплена к мембране 4пружина 17 преобразователя усилия,Обе подвижные мембраны установленыв насосных камерах в конечно-систолическом положении, чтобы они во время диастолы запасали энергию деформации, а вовремя систолы отдавали ее.рассматриваем работу искусственногосердца с момента, когда предсердия 5 и 6 40заполнены кровью, и мембраны 3 и 4 находятся в исходном конечно-систолическомположении, После систолы наступает диастола, и обе мембраны под действием привода одновременно перемещаются в 45конечно-диастолическое положение от выходных клапанов КЗ и К 4 в сторону входныхклапанов К 1, К 2, При этом все упомянутыеклапаны закрываются, а предсердно-желудочковые к 5, К 6 открываются, через которые кровь иэ предсердий 5 и 7 вытесняетсямембранами в желудочки 6 и 8, Происходитопорожнение предсердий и заполнение желудочков за время 0,3-0,4 с, После заполнения желудочков начинается период 55систолы. Мембраны меняют направлениедвижения, и при этом входные К 1, К 2 и выходные КЗ, К 4 клапаны открываются, а предсердно-желудочковые клапаны К 5, Кбзакрываются,Необходимо отметить, что в период систолы сердца имеется разнг ца в работе левой 1 и правой 2 камер, При систале левой камеры 1 мембрана 3 движется под действием запасенной в ней энергии деформации и штока 15 в сторону выходного клапана КЗ с нарастанием фронта давления, и из желудочка 6 происходит ударный выброс крови в аорту за время порядка 0,15-0,25 с, Хотя одновременнс с выходным клапаном КЗ открывается и входной клапан К 1, однако интенсивного всасывания крови из легочных вен в предсердие 5 не происходит, т.к. стенки тороидно-мешочного предсердия 5, как упоминалось выше, выполнены эластично- вялыми. Их эластичность рассчитана на то. чтобы замедлить заполнение предсердия 5 кровью и не вызвать слипания веноэных стенок, Т.е, в начальный момент систолы эластичные стенки тороида не создают резкого разрежения в полости предсердия 5, ибо после диастолы они находятся еще в деформированном состоянии и перемещаются вслед за мембраной 3. Только по времени где-то в середине периода систолы предсердие 5, увеличиваясь в объеме. начинает всасывать кровь из вен, Заполнение предсердия 5 продолжается и после заьершения систолы порядка 0,2-0,25 с. Сопротивление входного клапана К 1 потоку крови также способствует замедлению заполнения предсердия 5, но и не создает проблемы венозного возврата, т,к. предсердие здесь активное, а не пассивное. Эластичные края мембраны 3 играют положительную роль при закрытии входного клапана КЗ. Они в конце систолы продолжают выравниваться и выталкивать кровь из желудочка 6, снижая постепенно в нем давление крови до уровня противодавления крови из аорты, отчего клапан КЗ не столько резко закрывается и менее травмирует форменнь е элементы крови,Относительно работы правой насосной камеры следует отметить следующее. В естественном сердце кровь из праой половины сердца в легочную артерию нагнетается с меньшим, порядка в 3 раза, давлением, чем из левой половины сердца в аорту большого круга. Поэтому для сохранения такого свойства в предлагаемой модели сердца предусмотрено увели;ение продолжительности систолы правой насосной камеры 2 с помощью пружины 17 преобразователя усилия, находящейся в полости штока 16, которая в начальный момент систолы растягивается, и тяговое усилие на мембрану 4 ослабляется,Итак, момент начала систолы в обеих насосных камерах наступает одновремен 2001637но, но мембрана 4 правой насосной камеры 2 выталкивает кровь в легочную артерию замедленно за время порядка 0,35-0,45 с в основном за счет энергии деформации мембраны 4, ранее запасенной во время диастолы, и частично за счет сокращения пружины 17, у которой энергия сжатия раза в три меньше тяги штока привода, При замедленном движении мембраны 4 кровь в легочную артерию выталкивается с меньшим давлением 30 - 35 мм, рт. ст. Замедленное движение мембраны 4 обусловлено еще и тем, что одновременно с систолой происходит заполнение кровью предсердия 7. И здесь медленное всасывание крови из вен предсердием 7 не приводит к слипанию венозных стенок.С тем, чтобы при завершении систолы, а также и диастолы не происходило соприкосновения мембран с противолежащими стенками камер, что может повлечь травмирование элементов крови, в обеих насосных камерах созданы гарантированные зазоры между мембранами и стенками камер с помощью заданной рабочей длины штоков 15 и 16, перемещающих мембраны в нужных пределах.Предлагаемая модель сердца может работать от различных типов приводов, На фиг. 1 приведена модель сердца с управляемым соленоидом, а на фиг. 2 - с сильфонным пневмоприводом, Модель сердца на фиг. 2 изображена условно беэ клапанов для пояснения работы сильфонного пневмопривода. Последний имеет в своем составе источник давления и разрежения воздуха, зто сильфон 18, разделенный перегородкой 19 на две равные полости 20 и 21, и пневмотолкатель штоков 22 также с двумя полостями 23 и 24. Внешние стенки полостей 23 и 24 соответственно выполнены в виде подвижных мембран 25 и 26, на которых укреплены концы штоков, Это те же концы штоков 16 и 15, которые изображены на фиг. 1. Сильфонная полость 20 и полость 23 пневмотолкателя штоков соединены гибким шлангом 27 в единую герметическую замкнутую пневмоцепь. Такую же вторую герметически замкнутую пневмоцепь образуют сильфонная полость 21. полость 24 пневмотолкателя и гибкий шланг 28, Прочность шлангов должна быть достаточной, чтобы при заданном давлении не раздуваться, а при разрежении на слипаться, Сильфон 18 и остальные атрибуты привода, включая автономный источник электропитания и электродвигатель, предполагается выполнить в виде располагаемой вне организма носимой укладки,Работает пневмопривод следующим образом, 40 45 50 55 5 10 15 20 25 30 Торцы сильфона 18 закреплены неподвижно, а перегородка 19 может переме-, щаться влево или вправо, создавая в одной из сильфонных полостей высокое давление воздуха, а в другой - разрежение, Так на фиг. 2 перегородка 19 перемещается влево и, создавая в сильфонной полости 20 высокое давление, выталкивает воздух по шлангу 27 в полость 23 пневмотолкателя 22. Возросшее давление в полости 23 толкает мембрану 25, а укрепленный на ней шток 16 толкает мембрану 4 насосной камеры 2, Одновременно с этим разрежение, образующееся в сильфонной полости 21, засасывает в нее воздух иэ полости 24 пневмотолкателя 22, и в результате мембрана 26, втягиваясь внутрь полости 24, тянет эа собой шток 15 и мембрану 3 насосной камеры 1. Таким образом, мембраны 3 и 4 насосных камер перемещаются практически синхронно в фазе, т.е. одновременно либо влево, либо вправо. также как и при соленоидном электроприводе. Если же возникает необходимость перемещать мембраны 3 и 4 в противофазе, то следует закрепить перегородку 19 и перемещать торцы сильфона 18 в противофазе, Давление и разрежение воздуха в полостях пневмотолкателя штоков осуществляются с целесообразным превышением, чтобы заведомо всегда обеспечивать перемещение штоков и мембран в насосных камерах в строго заданных пределах, поскольку рабочий ход штоков ограничен с обоих концов, и перемещаемые ими мембраны не будут касаться противолежащих стенок камер,Управление работой искусственного сердца сводится только к соблюдению частоты его сокращения в 1 мин. Это касается и варианта с пневмоприводом, поскольку и в нем отсутствуют элементы пневматики,, требующие непрерывно управления, мембраны насосов приводятся в движение такими же штоками,По поводу перспективного развития искусственного сердца нужно заменить, что ритм его работы можно сравнительно легко менять путем изменения в нужных пределах скорости работы электродвигателя привода, Частоту сокращения сердца нужно изменять в ответ на изменение количества крови, притекающей к предсердиям. т,е, при увеличении венозного подпора частота сокращения сердца увеличивается, а при уменьшении венозного подпора частота сокращения сердца уменьшается.(56) 1. Авторское свидетельство СССРМ 795438, кл, А 61 М 1/10, 1981.Формула изобретения1. ИСКУССТВ ЕН НОЕ СЕ РДЦЕ, содер.1жащее четырехкамерный насос, выполненный в виде двух - правой и левой - камер,разделенных перегородкой на желудочек и предсердие, связанный с насосом привод, в перегородках камер выполнены отверстия с установленными в них односторонними клапанами. а предсердие и желудочек снабжены коннекторами с установленными в них входным и выходным клапанами соответственно, отличающееся тем, что перегородки выполнены в виде подвижных мембран, а привод содержит шток, соединяющий центры подвижных мембран с возможностью возвратно-поступательного перемещения и пропущенный через центральные отверстия в правом желудочке и левом предсердии, выполненных в виде торроидов, причем в левом предсердии стенки торроида, закрепленные по периметру и центру подвижной мембраны, выполнены эластично-вялыми, а в правом желудочке эластично-вялыми выполнены стенки центрального отверстия торроида, при этом шток связан с подвижной мембраной правой камеры через преобразова тель усилия, выполненный в видецилиндрической пружины.2, Сердце по п.1, отличающееся тем,что средняя часть штока выполнена в виде ферромагнитного сердечника, охвачен ного катушками управляемого соленоида.3. Сердце по п,1, отличающееся тем,что средняя часть штока выполнена в виде двухполостного пневмотолкателя, каждая полость которого соединена с одной из двух камер сильфонного пневмопривода.