Способ измерения производительности искусственного желудочка сердца

 

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно конструирования систем вспомогательного кровообращения и искусственного сердца. Цель изобретения - повышение точности измерения путем исключения погрешности, определяемой утечкой искусственных клапанов. Производительность искусственного желудочка сердца определяют измерением в каждом рабочем цикле изменения объема жидкостной камеры желудочка, длительности фаз рабочего цикла и разности средних значений величин давления в систему и диастолу, а величину производительности за один рабочий цикл находят по формуле.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 5 А 61 М 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГГИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 4372601/28-14 (22) 02.02.88 (46) 30,07,90. Бюл. М - 28 (71) Особое конструкторское бюро биологической и медицинской кибернетики (72) lO.È.Ìîíàõoâ, З.В.Любарская, А.И.Монахова и H.В.Зиновьев (53) 6 I5.475 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И 781579, кл i С 01 F 1/00, 1980, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬН0СТН ИСКУССТВЕННОГО ЖЕЛУДОЧКА СЕРДЦА (57) Изобретение относится к области

Изобретение относится к медицинской технике, а именно конструированию систем вспомогательного кровообращения и искусственного сердца.

Цель — повышение точности измерения производительности искусственного желудочка сердца.

Ф

Способ осуществляют с помощью устройства для его реализации.

Ф

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего предложенный способ; на фиг. 2— диаграммы, поясняющие способ измерения; на фиг, 3 — алгоритм вычисления величины ударного объема.

Устройство (фиг. 1) содержит генератор 1 импульсов давления, включающий в себя блок 2 управления двигателем, линейный электродвигатель 3 и поршневой механопневмопреобразователь 4, шток которого жестко связан

„„SU „„1581322 А 1

2 медицинской техники, а именно конструирования систем вспомогательного кровообращения и искусственного сердца. Цель изобретения — повышение точности измерения путем исключения погрешности, определяемой утечкой искусственных клапанов. Производительность искусственного желудочка сердца определяют измерением в каждом рабочем цикле изменения объема жидкостной камеры желудочка, длительности фаз рабочего цикла и разности средних значений величин давления в систолу и диастолу, а вели-. чину производительности эа один рабочий цикл находят по формуле. 3 ил.

1 с якорем электродвигателя 3. Со штоком поршня механопневмопреобразователя 4 связаны датчик 5 конечного диастолического положения поршня, датчик 6 конечного систолического ю положения поршня и датчик 7 перемещения поршня. Пневмокамера механо- („-О пневмопреобразователя 4 посредством пневмомагистрали 8 через проточный датчик давления 9 соединена с пнев мокамерой искусственного желудочка

10 сердца, снабженного входным 11 и выходным 12 клапанами, установленными в патрубках, соединенных с жидкостной камерой желудочка, Выходы датчи-,Ь" ков 5, 6, 7, и 9 соединены с соответ-, ствующими входами вычислительного устройства 13. В состав вычислительного устройства 13 входят аналогоцифровой преобразователь 14, триггер

15, генератор импульсов 16 прерыва1581322 ния, генератор тактовых импульсов

17 и ЭВМ 18, Информационный вход преобразователя 14 соединен с выходом датчика 9, управляющий вход преобразователя 14 соединен с выходом 1 ЭВМ 18, выход преобразователя 14 соединен с входом

1 ЭВМ 18. Вход 1 триггера 15 соединен с выходом датчика 5, вход 2 триг- 10 гера 15 соединен с выходом датчика 6, выход триггера 15 соединен с входом

2 ЭВМ 18. Выход датчика 7 соединен с входом 3 ЭВМ 18 ° Выход генератора

16 соединен с входом 4 ЭВМ 18. Выход генератора 17 соединен с входом 5

ЭВМ. 18. Вывод результатов вычисления осуществляется через выход 2 ЭВМ 18.

В процессе работы устройства гене ратор 1 импульсов давления и желудочек 10 взаимодействуют следующим образом.

В исходном состоянии жидкостная камера желудочка 10 заполнена,. например, кровью, давление B HpH урав- 25 новешено давлением крови в сосудистой системе перфузируемого объекта, клапаны 11 и 12 закрыты. В процессе работы генератора 1 под воздействием якоря электродвигателя 3 поршень механопневмопреобразователя 4 совершает возвратно-поступательное движение, в результате чего происходит преобразование движения якоря в импульсы давления воздуха.

Пневмотракт привода, включающий в себя подпоршневое пространство цилиндра механопневмопреобразователя 4, пневмомагистраль 8 и пневмокамеру желудочка 10, образует замкнутый объем, заполненный газом. При движении

40 поршня в сторону желудочка, вследствие уменьшения величины замкнутого объема, давление газа возрастает и передается через .вялую мембрану, разделяющую пневмо- и жидкостную камеры желудочка, крови, находящейся в жидкостной камере. . Когда давление внутри желудочка. превысит давление крови в выходной магистрали, выходной клапан 12-желудочка открывается и дальнейшее пе, ремещение поршня сопровождается изгнанием крови из желудочка в артериальные сосуды перфузируемого объекта.

При обратном движении, поршня сначала .5

I закрывается выходной клапан 12, затем понижается давление в желудочке до величины меньшей, чем давление о крови в веноэных сосудах. После этого открывается входной клапан 11 и дальнейшее перемещение поршня сопровождается забором крови из входной магистрали в жидкостную камеру желудочка 10.

В результате наполнения жидкостной камеры через входной клапан 11 и опорожнения через выходной клапан 12 некоторый объем крови перекачивается желудочком из веноэной магистрали перфузируемого объекта в артериальную.

Датчики 5, 6 и 7 связаны со штоком поршня механопневмопреобразователя

4. Датчик 5 вырабатывает импульсный сигнал в момент достижения поршнем конечного диастолического положения (диаграмма а на фиг. 2)i Датчик 6 вырабатывает импульсный сигнал в момент достижения поршнем конечного систолического положения (диаграмма б на фиг. 2). Датчик 7 перемещения поршня вырабатывает последовательность импульсов в количестве N, пропорциональном величине Н перемещения поршня. Датчик 9 давления вырабатывает аналоговый сигнал, пропорциональный текущему значению величины давления в пневмомагистрали 8 (диаграмма в на фиг. 2).

Вычислительное устройство 13 ра- ботает следующим образом.

Аналого-цифровой преобразователь

14 преобразует аналоговый сигнал с датчика 9 давления в цифровой код для обеспечения информационной совместимости с ЭВМ. Триггер 15 вырабатывает двухуровневый сигнал, позволяющий определить фазу работы желудочка.

Уровень логического "0" соответствует систоле, а уровень логической "1" диастоле. Генератор 16 импульсов прерывания управляет работой ЭВМ. Генератор 17 тактовых импульсов обеспечивает работу ЭВМ, ЭВМ 18 производит вычисление величины ударного объема по сигналам с датчиков 5, 6, 7 и 9 в соответствии с алгоритмом, приведенным на фиг. 3, где приняты следующие обозначения: i — счетчик отсчетов сигнала давления на систоле;

i, — счетчик отсчетов сигнала давления на диастоле; i q — счетчик циклов измерения; prk — признак достижения сигналом давления уровня; pr — признак разрешения вычисления; N — счетчик импульсов с датчика перемещений; ТО5 15813 тестируемый вход: ТО=О на систоле, ТО=1 на диастоле; F=2 кГц — частота тактового генератора.

1 з

Апгоритм. на фиг. 3 определяет работу 3ВМ 18 по вычислению величины ударного объема в соответствии с предложенным способом.

Также как и в известном способе измерение .по предлагаемому способу основано на измерении изменения объема жидкостной камеры желудочка по перемещению поршня привода между моментами достижения контрольных значений давления в камерах желудочка в систолу и н диастолу. Для этого устанавливают контрольный уровень давления Р, который выбирает с учетом следующего условия: величина контрольного уровня давления долж- 20 на быть больше давления закрытия входного клапана, но меньше давления открытия выходного клапана, т.е. уровень контрольного значения давления должен лежать в диапазоне величин 25 давлений, при .которых оба клапана желудочка закрыты. Такое состояние клапанов соответствует периодам предварительного сжатия в систолу и предварительного расширения в диастолу.

Далее, при непрерывном контроле давления газа в пневмотракте определяют момент достижения текущим значением ! давления Р в систолу уровня контрольного значения (Р = Р„) и измеряют величину перемещения поршня Н z с это- 5

ro момента до момента реверса поршня.

При обратном движении поршня в диастолу измеряют величину перемещения поршня с момента реверса до момента достижения контрольного значения давления

40 (Р с = Р „) . Таким образом, величину . изменения объема, вытесненного поршнем, вычисляют по формуле:

I

Тс= "н нс и

tag

V>> (Н Н ) S„

Производительность желудочка за

55 один рабочий цикл. вычисляют по формуле где Sz — площадь поперечного сечения поршня.

Предлагаемый способ учитывает обратный переток клапанов, что обеспечивает повышение точности измерения. производительности, При этом изменения объема жидкостной камеры определяют по изменению положения поршня, т,е. dV„= aV „

В соответстнии с предлагаемым cIIo собом эа начало цикла измерения принимают сигнал t „ с датчика конечного

I диастолического положения поршня (диаграмма а на фиг. 2). Текущее значение давления в пневмотракте привода непрерывно измеряют и сравнивают с контрольным уровнем давления (диаграмма в на фиг. 2). С момента, соответствующего равенству текущего значения давления Скс в систолу контрольному уровню давления измеряют величину перемещения поршня (диаграмма r на фиг. 2) до сигнала реверса t ц g (диаграмма б на фиг 2) и величину перемещения поршня Н за время от сигнала реверса „ до момента й„ сравнения текущего значения давления в диастолу с контрольным уровнем давления.

Величину перемещения Н поршня определяют, например, путем умножения числа N на выходе датчика перемещения на коэффициент К, равный перемещению поршня, эквиналентному одному . импульсу.

Кн °

Таким образом, изменение объема

dU> жидкостной камеры желудочка в рабочем цикле определяют в соответствии с формулой

dV К g(N с — Ng). S „, где N — число, соответствующее измеряемому перемещению в систолу;

И вЂ” число соответствующее изме"

У ряемому перемещению в диа .столу.Для измерения величины утечек через клапаны измеряют длительности фаз рабочего цикла и среднее за время Т и Т значения давления Р с и P g

Суммарную величину утечек клапанов

V>„- вычисляют по формуле

V„= P — Р, (K,Т + К,Т,).

v » = dv + †Г, — 1 (K T -,,). а

l)5l SZ2 (кр + кт,), Ч„„= dV — где Cl V

Р дакает

Т

С т

К ф

К

20

Предложенный способ измерения производительности искусственного желудочка сердца обеспечивает повышение точности измерения за счет исключения погрешности, вызываемой утечкой клапанов.

Формула изобретения

Способ измерения производительности искусственного желудочка сердца, включающйй определение изменения объема жидкостной камеры желудочка в каждом рабочем цикле, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, дополнительно измеряют длительность фаз рабочего цикла и разности средних значений величин давлений в систолу и диастолу желудочка, а величину производительности Ч за один рабоУВ чий цикл определяют по формуле изменение объема жидкостной камеры желудочка в рабочем цикле, Р „ среднее систолическое давление в камерах желудочка; среднее диастолическое давление в камерах желудочка; длительность систолы; длительность диастолы; коэффициент пропорциоI нальности, определяемый конструктивными параметрами выходного клапана; коэффициент пропорциональности, определяемый конструктивными параметрами входного клапана.

1581322 ачало

::очальныс устапо.исС: р; ц:-n;(p:ал: с; pi:-о гас радение

:ре ыьанин

ip.рывание инепт место? вот оосче а дава рыированме сужы отсчетов сигнала евленмл нв диестоле

Ру . Ру +P екиы систола? TQa P

Нет с: (l ачало диастолы? фа/..ачало смстолы? ьСЦ юДФО

Нет

Н т вень пройден?

Ртл ° t ревень

Р» пройден? ти»! сл we

; а слание ° и /(Нет сление тс ° ic слон

Нет

Нет

Р вень остигнут, p > o

Нет подготовка к сне я".у, - и у

i о; о-.сока к следуем . у 1клу

Р :. . (=О антк:, дтн: ° (ьолнНЛ сика проеден? суь2

Ае

hr: ео ап ск счетчика

Останов счетчика

Нет

Фт=О

Составитель С.Трухманов

Редактор И.Сегляник Техред JI.0ëèéíûê Корректор Т «>«

Заказ 2046 Тираж 480 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Ю

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Рора ровение с отсчетов сигналв давления на сисР, Р

I с

%счисление и Вывод

Руд л ю(мс-Фу)дю-Щ- 7у(((агу" ка7с) . аэрепение

s вычмсление

VV8 естьо фт a J воовеньурк к а