Устройство для испытаний искусственных клапанов сердца

ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ус ол Рб ож 4 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСП ЫТАН И Й ИСКУССТВЕННЫХ КЛАПАНОВ СЕРДЦА (57) Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для испытаний искусственных клапанов сердца. Цель изобретения - повышение точности измерений гидродинамических параметров клапанов путем приближения условий испытаний к естественным, при одновременном сокращении времени испытаний, Устройство содержит два оппозитно расположенных поршня 3 и 4, связанных между собой струной 9, шунтирующий канал 2 с обратным Я 1.1 1577782 А 1 клапаном О, испытательную камеру 1 с испытуемым клапаном 15, датчики 25, 26 давления, датчик мгновенного расхода в виде потенциометра 41, кинематически связанно. го с одним из поршней, эталонный водяной манометр 23, буферную 16 и накопительную 21 емкости, пневмонасос 19, гидроклапаны 18, 22, блок 24 автоматической калибровки, автомат 42 давления, блок 32 управления скоростью вращения двигателя гидропривода и электромеханический привод 28, содержащий синусный механизм, позволяющий изменять величину ударного выброса от нуля до конструктивно заданной величины в процессе работы устройства. Устройство измеряет перепад давления на испытуемом клапане и мгновенный расход через него. Весь цикл испытаний клапана производится автоматически, включая обработку гидродинамической информации, которая выводится на печать в виде стандартного протокола и графиков. 2 з.п. ф-лы. 5 ил.зИзобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для испытаний протезов клапанов сердца.Цель изобретения - повышение точности Измерений гидродинамических параметров клапанов путем приближения условий испытаний к естественным при одновременном сокращении времени испытаний.На фиг. 1 приведена схема устройства для испытаний искусственных клапанов сердца; на фиг, 2 - кинематическая схема лектромеханического привода; на фиг, 3 - труктурная схема пульта автоматической калибровки; на фиг. 4 - схема автомата давления; на фиг. 5 - схема блока управления скоростью вращения электродвигателя привода,Устройство для испытаний искусственных клапанов сердца содержит оппозитно расположенные в торцах корпуса 1 с шунтирующим каналом 2 поршни 3 и 4, являющиеся рабочими элементами, Поршни уплотнены трубчатыми манжетами 5 и 6, каждая из которых закреплена одним концом на соответствующем поршне, а другим на гильзах поршневых групп 7 и 8, прикрепленных к корпусу 1. Поршни 3 и 4 связаны между собой струной 9, проходя 1 цей внутри шунтирующего канала 2. В этом же канале установлен подпружиненный обратный клапан 1 О. Корпус 1 содержит испытательную камеру 11, внутри которой между двумя прозрачными соосными трубками 12 и 13, вставленными в коаксиально расположенную третью трубку 14, зажата манжета, что образует узел крепления испытуемого клапана 15. Калибровочное устройство содержит буферную емкость 16 с разделительной мембраной 17, соединенную через гидроклапан 18 с шунтирующим каналом 2, пневмонасос 19, соединенный через жиклер 20 с газовой полостью накопительной емкости 21, гидрополость которой соединена через гидроклапан 22 с шунтирующим каналом 2, эталонный манометр 23 с контактными группами и блок 24 автоматической калибровки. Датчики 25 и 26 давления электрически связаны с блоком 24 автоматической калибровки и установлены на корпусе 1, Поршень 3 (на схеме правый) через шток 27 кинематически связан с электромеханическим приводом 28, содержащим корпус 29, электродвигатель 30, электрически связанный через контакты реле 31 времени с блоком 32 управления скоростью его вращения, Электродвигатель 30 кинематически связан с барабаном 33, в котором установлено коническое солнечное колесо 34 с возможностью осевого перемещения с помощью фиксатора 35, конический сателлит 36, который через червячный редуктор 37 связан с диском 38, снабженным поводком 39, соединенным с кулисой 40 синусного механизма, Со штоком 27 привода кинематически связан датчик 41 перемещения, Автомат 42 давления электрически соединен с блоком 24 автоматической калибровки, пневмонасосом 19 и электромеханическим приводом 28.Блок автоматической калибровки содергжит усилитель 43 индикации уровнеи эталснного манометра 23. Входы этих усилителей соединены с контактными группами .манометра, а выходы со световыми индикаторами 44 и цифровыми входами ЭВМ.1 О Дифференциальные усилители 45, 46, 47 являются усилителями каналов преобразования давления и расхода, На вход этих усилителей включены электрические датчики 25 и 26, а также датчики 41 перемещения, выходы усил ителей соединены со стрелоч ными и ндикаторами 48 - 50 уровней сигналов и входами ЭВМ. Кроме того, выход усилителя 46 соединен с автоматом 42 давления.Автомат 42 давления содержит дваэлектромагнитных реле 51 и 52. Обмотка 2 О реле 51 через регулируемое добавочноесопротивление 53 соединена с выходом дифференциального усилителя 46. Обмотка реле 52 зашунтирована конденсатором 54 и соединена с одним концом с выходом дифференциального усилителя 46, а другим с общим концом переключающего контакта этого же реле. Нормально замкнутый и нормально разомкнутые контакты реле через регулируемые добавочные сопротивления 55 и 56 соединены с выходом дифференци- ЗО ального усилителя 46, Нормально замкну.тый контакт реле 51 соединен с сетевым проводом электропитания и общим концом второй контактной группы реле 52, Нормально разомкнутый контакт этой группы соединен с пневмонасосом, а нормально замкнутый З 5 контакт - с блоком 32 управления скоростью вращения электродвигателя гидро- привода,Блок 32 управления скоростью вращенияэлектродвигателя гидропривода содержит источник 57 питания постоянного тока, включенный последовательно с роторной обмоткой двигателя 30 и группой параллельно включенных балластных сопротивлений 58 каждое из которых включено последовательно с тиристором 59, а управляющие 45 электроды тиристоров соединены с комму.татором ЭВМ. Устройство работает следующим образом, После нажима кнопки Пуск на блоке 24автоматической калибровки включаютсяи са моблокируются обмотки гидроклапанов 18и 22, которые соединяют с шунтирующим каналом 2 буферную емкость 16 и накопительную емкость 21. Одновременно включается пневмонасос 19, соединенный через жиклер 20 с накопительной емкостью 21.При работе пневмонасоса 19 давление ввоздушной камере накопительной емкости 2 медленно возрастает. Скорость нарастания давления определяется сопротивлением жик 57782лера 20 и подбирается таким образом, чтобы нарастание и спад происходил в течение 1,5 - 2 мин. Это необходимо для исключения динамических явлений в гидросистеме, которые могут быть причинами ошибок при калибровке датчиков давления. Так как накопительная емкость 21 соединена с полостью корпуса 1 и с буферной емкостью 16 эталонного водяного манометра 23, давление в корпусе 1 и буферной емкости 16 также возрастает. При повышении давления жидкость в накопительной емкости 21 через шунтирующий канал 2 заполняет нижнюю часть буферной емкости 16 и вытесняет электропроводящую жидкость, которая отделена от жидкости, находящейся в корпусе, разделительной мембраной 17. Вытесняемая жидкость заполняет трубку эталонного манометра 23, содержащую электрические контактные группы, расположенные на ее стенке. Когда давление возрастет настолько, что столб жидкости в эталонном манометре 23 поднимется до предельной, заранее заданной отметки, замыкается его последний контакт. Сигнал от включения этого контакта поступает на блок 24 автоматической калибровки, который выдает на пневмонасос 19 команду Стоп. После остановки пневмонасоса 19 жидкостной столб манометра медленно (в течение 1,5 - 2 мин) опускается, выдавливая рабочую жидкость через гидроклапаны 18 и 22 в накопительную емкость 21. Время падения давления (от максимума до нуля) определяется сопротивлением жиклера 20 и выбирается таким, чтобы процесс изменения давления можно было считать статическим. Опускающийся в манометре столб жидкости последовательно отключает контакты эталонных уровней. Импульсы отключения через блок 24 автоматической калибровки поступают в ЭВМ, в которую также через блок калибровки постоянно поступают электрические потенциалы, пропорциональные давлению внутри корпуса устройства, с датчиков 25 и 26 давления. В момент отключения контакта уровня (что соответствует давлению столба жидкости определенной высоты) ЭВМ регистрирует и запоминает величину потенциала ссютветствующего датчика давления и присваивает этому потенциалу величину давления, равную эталонному уровню. Эталонный манометр 23 содержит несколько заданных уровней ( в описываемом манометре 20 уровней). Таким образом датчики 25 и 26 давления калибруются по 20 точкам, что позволяет откалибровать каналы давления и учесть нелинейность каналов давления. После того как столб жидкости опустится до последнего нижнего контакта, сигнал о его размыкании поступит на блок 24 автоматической калибровки, выключит гидроклапан 18 (отключив эталонный манометр 23 и включит пневмонасос 19. Приработе пневмонасоса 19 давление в корпусеустройства возрастает, поршни 3 и 4 раздвигаются, натягивая струну 9. Когда давление в стенде достигает заданной величины,сигнал с датчика 25 давления через блок24 автоматической калибровки выключаетгидроклапан 22, отсекая накопительную емкость 21 от внутренней полости устройства,через автомат 42 давления выключает пневмонасос 19 и включает электродвигательпривода 28.Электродвигатель 30 через передачу вращает барабан 33. При вращении барабана33 поводок 39, установленный на диск 38,перемещает кулису 40 синусного механизма,связанную со штоком 27 поршня 3,Когда солнечное колесо 34 сцеплено с сателлитом 36 и барабан 33 вращается, сателлит 36 обегает неподвижное солнечноеколесо 34 и через червячный редуктор 37поворачивает диск 38 с поводком 39 вокруг своей оси, При этом положение поводка 39 относительно оси вращения барабана 33 постоянно изменяется (изменяетсярадиус вращения поводка 39 относительно25 оси вращения барабана 33). Закон движенияпоршня при таком движении описываетсяследующим выражением1.=2 Ясов - ,(1 - совИ),ИГ30где С, - перемещение поршня;Р - расстояние между осями барабанаи диска;Р - угловая скорость вращения барабана;35- передаточное отношение от барабана к диску.Как видно из выражения (1), амплитудаколебаний поршня изменяется по гармоническому закону, определяемому членом 40 солИ, и модулирована длиннопериодным коЮлебанием, определяемым членом соз - ,2Таким образом механизмы привода фор мируют гидродинамические колебания поршня с частотой Р причем амплитуда движения поршня в каждом последующем цикле с частотой -. Яг50 В разработанном приводе полый циклизменения амплитуды от 0 до 2 Р, где Я - расстояние между осями барабана и диска происходит за 25 циклов движения поршня.Если при вращающемся (или неподвижном) барабане 33 разомкнуть сателлит 36 с солнечным колесом 34 путем осевого перемещения последнего с помощью фиксатора 35, то описанный механизм, расположенный внутри барабана 33, перестанет1577782 работать и благодаря свойству самоторожения червячного редуктора 37 радиус врацения поводка 39 относительно оси барабаа 33 останется неизменным. Это состояие привода обеспечивает давление поршня3 с постоянной амплитудой по законуЕ=М(1 - созй),где 0(У(2 Я,Таким образом, электромеханический привод 28 имеет два режима работы. Первыйрежим обеспечивает постепенное изменениемплитуды движения поршня, а значит, приаданном сечении поршня, ударного выбросат нуля до конструктивно заданного максимального значения и снова до нуля. Из,менение амплитуды повторяется с большимпериодом. В разработанном приводе период,изменения ударного выброса в 25 раз больше периода движения поршня. Второй режим обеспечивает работу привода с постоянным ударным выбросом.Привод позволяет изменять ударный выброс в диапазоне от 0 до 4 Ю, где 5 - поперечное сечение поршня, во время работы устройства путем размыкания солнечного колеса34 с сателлитом 36 в нужный момент,времени. 25При работе привода в любом из режимов после включения электродвигателя 30поршень 3, связанный со штоком 27 привода, начинает перемещаться. Перемещениепоршня в направлении, показанном на(фиг. 1) стрелкой 1, приводит к перетека- ЗОнию жидкости в корпусе 1. Жидкость перетекает через испытательную камеру 11с испытуемым клапаном 15 и заполняетпространство у поршня 4. При этом течение жидкости по шунтирующему каналу 2невозможно, так как такому течению препятствует обратный клапан 10, Синхронноеперемещение обеих поршней 3 и 4 обеспечивается за счет передачи давления черезжидкость. После окончания фазы движенияпоршней в направлении 1 усилие, приложенное к поршню 3 со стороны привода,меняет знак, поршень 3 начинает двигаться в направлении, показанном на (фиг. 1)стрелкой 11, и через струну 9 (а не за счетразрежения) увлекает поршень 4. В ту же сторону начинается движение жидкости. Пока 45испытуемый клапан 15 не закроется, течение жидкости происходит через испытательную камеру 11, так как клапан 10 подпружинен и при открытом клапане 15давление в шунтирующем канале 2 недостаточно для открытия клапана 10. Течение жидкости через испытательную камеру11 при закрытии клапана 15 имитируетрежим регургитации, После закрытия клапана 15 давление в корпусе 1 возрастает, клапан 10 открывается и жидкость начинает течь по шунтирующему каналу 2в пространство у поршня 3 до тех пор,пока не закончится движение поршня 3 внаправлении 11. Затем цикл повторяется. 8Одновременно с началом работы электродвигателя 30 включается реле 31, соединенное со статорной обмоткой электродвигателя 30, и начинается отсчет времени. В изготовленном устройстве использовано электромеханическое реле ЭМРВ-1.В процессе работы устройства непрерывно с помощью двух датчиков 25 и 26 давления, включенных через пульт 24 автоматической калибровки на вход ЭВМ, измеряется перепад давления на испытуемом клапане 15. Одновременно регистрируется напряжение, считываемое с датчиком 41 положения, которое пропорционально функции мгновенного расхода жидкости в магистрали устройства. Это напряжение также через блок автоматической калибровки поступает на ЭВМ. Поступающая на ЭВМ информация обрабатывается, выводится на печать в виде стандартного протокола испытаний и графиков,После выдержки времени, необходимой для съема информации, реле 31 времени отключает электродвигатель 30, На этом цикл испытаний заканчивается и устройство готово к следующему запуску.Для защиты элементов устройства от перегрузки по давлению служит автомат 42 давления (фиг. 4), электрически связанный через пульт 24 автоматической калибровки с электроманометром. Автомат отключает электродвигатель 30 привода, если давление в корпусе 1 ниже или выше заданных пороговых значений. Для этой цели автомат 42 давления содержит два электромагнитных реле 51 и 52, напряжение срабатывания и отпускания которых регулируется с помощью добавочных сопротивлений 53, 55, 56. Если давление в системе в норме, то напряжение на входе автомата давления (точки а и б схемы фиг. 4), поступающее с датчика 25 давления через пульт 24 автоматической калибровки, недостаточно для срабатывания реле 51. В этом режиме реле 51 находится в состоянии, показанном на фиг. 4. Если давление в системе окажется ниже нормы, то напряжение на точках а и б схемы станет недостаточным для удержания якоря реле 52 в притянутом состоянии и контакт к Р переключится на сопротивление 55. При этом контакты к Р через блок 32 разомкнут цепь электродвигателя 30, включают пневмонасос 19 и гидроклапан 22. Вследствие работы пневмонасоса 19 давление в системе восстанавливается и, когда оно достигнет нормы, реле 52 переключается в первоначальное состояние, указанное на фиг. 4. Конденсатор 54 необходим для ликвидации дребезга реле 52 в момент переключения контактов к Р. При превышении давления в системе выше порогового значения (что может быть следствием неисправности устройства), срабатывает реле 51, размыкая контактами к,Р цепи пнев 1577782 10монасоса 19 и электродвигателя 30. Электромеханический привод 28 останавливается и будет запущен после устранения неисправности,Для изменения скорости вращения электродвигателя 30 привода, которая определяет частоту испытаний клапана 15 (пульс), устройство содержит блок 32 управления скоростью вращения двигателя (фиг, 5). Изменение скорости достигается включением в цепь ротора электродвигателя 30 балластных сопротивлений 58. Включение балластных сопротивлений осуществляется тиристорами 59 путем подачи на управляющий электрод соответствующего тиристора сигнала с коммутатора ЭВМ. Выключение тиристоров осуществляется кратковременным отключением источника 57 питания постоянного тока с помощью коммутатора ЭВМ,Эластичные трубчатые манжеты 5 и 6 (фиг. 1) полностью герметизируют устройство, обеспечивая возможность поступательного движения поршней 3 и 4. Каждая из манжет закреплена на соответствующем поршне одним концом, охватывая его по диаметру, и,другим на корпусе 1 (на гильзе поршневой группы), также охватывая его по диаметру. Манжеты 5 и 6 плотно прижаты к поршню гильзы бандажом, При повышении давления в корпусе 1 манжеты 5 и 6 расправляются, образуя торообразные гофры, которые при движении поршней 3 и 4 перекатываются по поршню и гильзе, не создавая трения скольжения.Работа эталонного манометра 23 основана на замыкании и размыкании контактных групп, расположенных на его внутренней стенке, при соприкосновении жидкости с контактами. Дистиллированная вода или смесь воды с глицерином, которой обычно заливают корпус устройства, обладает большим электрическим сопротивлением, поэтому, чтобы получить приемлемый для работы усилителя ток, через контактную группу манометра 23 (фиг. 1) приходится повышать напряжение, приложеное к контактам. Это ведет к выделению газа на электродах за счет электролиза воды и приводит иногда к ложным срабатываниям контактных групп. В предлагаемом техническом решении эталонный манометр 23 заполнен электролитом, что уменьшает электрическое сопротивление жидкости и позволяет уменьшить напряжение на контактных группах до величины, меньшей потенциала разложения воды. Разделительная мембрана 17 служит для разделения жидких сред, находящихся в корпусе устройства и в манометре 23.Формула изобретения1. Устройство для испытаний искусственных клапанов сердца, содержащее корпус с рабочей жидкостью и рабочим элемен 25 поводка, причем эталонный манометр, первый гидроклапан, шунтирующий канал, вторЬй гидроклапан и жидкостная полость накопительной емкости соединены последовательно, а газовая полость накопительной 35 емкости пневматически соединена через жиклер с пневмонасосом, крепление искусственного клапана состоит из двух соосных трубок, коаксиально расположенных в третьей трубке, блок, автоматической калибровки, входы которого соединены с контактными группами эталонного манометра, датчиками давления и перемещения, выходы соединены с пневмонасосом, гидроклапанами и автоматом давления, выходы которого соединены с пневмонасосом и электроме ханическим приводом, который через релевремени соединен с блоком управления, вход которого является входом устройства, один из выходов блока автоматической калибровки является выходом устройства.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, 50 что оно снабжено буферной емкостью с эластичной.мембраной, делящей ее на две полости и включенной между эталонным манометром и первым гидроклапаном, причем полость буферной емкости, соединенная с эталонным манометром, и сам манометр заполнены электролитом.3, Устройство по п. 1, отличающеесятем, что поршни расположены противоположно и связаны между собой струной, проходящей через шунтирующий канал,5 10 15 20том, испытательную камеру с креплением для искусственного клапана, шунтирующий канал с обратным клапаном, электромеханический привод, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности результатов измерений гидродинамических парамет; ров клапанов путем приближения условий испытаний к естественным и сокращения времени испытаний, оно содержит накопительную емкость с гидро- и пневмополостями, автомат давления, блок автоматической калибровки, блок управления, пневмонасос, эталонный манометр с контактными группами, реле времени, датчики давления, гидроклапаны и второй рабочий элемент в виде поршня, который кинематически связан с первым элементом, выполненным в виде поршня, и датчиком перемещения, поршни упдотнены эластичными трубчатыми манжетами так, что один конец каждой манжеты закреплен на соответствующем поршне, а другой - на корпусе, при этом электромеханический привод содержит синусный механизм с кулисой, фиксатор, на котором установлено коническое солнечное колесо с возможностью осевогоперемещения и кинематически соединенноес коническим сателлитом, установленным в барабане и связанным через червячный редуктор с диском, несущим поводок, соединенный с кулисой синусного механизма, диск расположен эксцентрично относительнооси барабана на расстоянии, равном плечуизо5,тРедактор М. БандураЗаказ 1871ВНИИПИ Государственного113035, МПроизводственно-издатель СостаТехред А Тираж 48 комитета посква, Ж - 3 кий комбин итель Н. ПанфиловКранцу к КорреПодпбретениям и открытРаушская наб., дПатент, г. Ужгоро ктор Э. Лсвоеям при Г45ул. Гаг нцаковаНТ СССРинч, 1 О 1