CS276233B6 - Blood pump - Google Patents

Description

Vynález se týká krevního čerpadla, které je vhodné bud pro dočasné použití mimo tělo, například jako část srdečně-plicního zařízeni-nebo jako dočasná srdeční protéza, která se vkládá do těla pacienta.

US patentní spis č. 3 097 066 popisuje a znázorňuje srdeční čerpadlo sestávající ze dvou pružných vaků spojených jednocestným ventilem, uložených ve společném pouzdře. Vak představující komoru je periodicky stalčován mezi hnací deskou a stěnou pouzdra za účelem čerpání krve. Tento vak je připevněn k hnací desce pružně puzené ve směru roztahování vaku mezi hnacími impulsy, aby došlo k jeho nucenému opětnému naplnění. Vak představující síň je větší než vak představující komoru, takže může dojít k přítoku krve v průběhu čerpacího zdvihu čerpadla v důsledku částečného rozepnutí předsíňového vaku při každém výtokovém pulsu. Jediná možnost regulace tohoto srdečního čerpadla spočívá v měnění rychlosti pohonu,

-Srdeční čerpadlo podle US patentního spisu č. 3 656 873, které je určeno pro dočasné použití v srdeční chirurgii, má také dvě vakovitá pružná pouzdra ve tvaru vaků s jednocestným ventilem na výstupu vaku sloužícího jako srdeční komora. Obě pružná pouzdra jsou uložena tak, že každé z nich je uloženo v samostatné jímce, takže vnější povrch pružného pouzdra může být cyklicky 'vystaven pneumatickému tlaku. Pouzdro představující komoru je přerušovaně stlačováno, aby se tak dosáhl pulzující tok krve.

Pouzdro, které představuje síň, je vystaveno tlaku nebo podtlaku, což určuje přívod krve. V míře v jaké tlak vtékající krve převyšuje tlak, který panuje vně pouzdra předsíně, bude krev do pouzdra vpuštěna. Tlak vně pouzdra komory se mění a krev je připouštěna z předsíně, jestliže tlak v komoře je nižší než v předsíni, v kterémžto případě umožňuje jednocestný ventil průtok krve, až stlačení komory způsobí, že tlak v ní překročí tlak krve v předsíni. Je zřejmé, že tato konstrukce se může regulovat měněním frekvence a tlaku pneumatických pulsů, avšak nemůže být nastavena na konstantní připouštěcí rychlost, nebot objem předsíně je nezávislý na objemu komory.

SU-AO 944 815 z r. 1981 popisuje a znázorňuje krevní čerpadlo obsahující buď prostor odpovídající srdeční komoře nebo jak tuto komoru, tak i prostor odpovídající srdeční síni, z nichž každý prostor je tvořen výdutí s ohebnými stěnami, umístěnou ve skříni. Výduí odpovídající srdeční komoře je periodicky opakovaně stalčována kotvou lineárního elektrického motoru s prstencovou vypuklou hnací plochou, spojenou s ventilovým sedlem na vstupu prostoru, odpovídajícího srdeční komoře. Zpětný zdvih je vyvoláván pružinou. Uspořádání je takové, že přívodní zdvih je silně ovlivňován pružinou. Z tohoto důvodu je zařízení v zásadě čerpadlem s nuceným výtlakem, jehož výkon se může měnit pouze změnou rychlosti tepu.

Vynález je založen na objevu, podle něhož lidské srdce nepracuje způsobem, který byl až dosud předpokládán. Vzhledem k tomu, že tato skutečnost tvoří část základu, vynálezu, bude zde podáno krátké vysvětlení pro lepší porozumnění vynálezu.

Vyjde-li se kromě jiného z pozorování provedeného ultrazvukovými zkouškami, zjistí se, že objem srdce při tepu se často pouze mění o méně než 10 %, a společně s tímto z pozorování, že přitékající krev znatelně nepulzuje a naopak vytékající krev prudce pulzuje, a z toho bylo možné předpovědět a klinicky potvrdit, že to co nastává při tlukotu srdce, je okolnost, že srdeční sval při stahu, to znamená při systole, stlačuje dělicí stěny síní včetně srdečních chlopní směrem dolů až ke hrotu srdce. Když se srdeční sval potom uvolní, to znamená při diastole, vrací se roviny chlopní směrem vzhůru nikoliv svalovou silou, nýbrž dynamickými a statickými silami přitékající krve a elastickými složkami uvnitř a vně srdce. Tak se objemy srdečních komor zmenšují a objemy síní se zvětšují v průběhu systolické fáze a součet těchto objemů se poněkud snižuje a vnější tvar srdce se tím v systolické fázi zmenšuje. Takto se v průběhu systoly vytlačuje ven více krve než jí přitéká. Přítok do síně ale pokračuje v průběhu systoly zvětšováním síně. Při diastole se uzavřou chlopně v aortě a v plicní tepně a přítok do síně pokračuje, nebot celkový objem srdce poněkud vzrůstá. Rovina chlopní se vrátí směrem vzhůru a to více nebo méně v závislosti na objemu opětného plnění, přičemž stlačovaný objem při následující komorové systole je určen množstvím krve, která přitéká do srdce jak při systole, tak i

CS 276233 B 6 při diastole. Tato zjištění ve spojení s dalším objevem, týkajícím se regulační funkce srdeční přepážky, je nutno považovat za překvapující a tyto mohou vyvolat skutečný posun v příslušných vědách.

Kromě toho se nyní dá vysvětlit, jak se srdce v průběhu diastoly plní, to znamená která síla vyvolává změnu objemu srdce. Skutečností je, že srdeční sval je vytvořen tak, že je schopen se stáhnout, avšak po stahu musí být rozepnut pomocí jiné síly. Podle zjištění vynálezce je touto silou hydrodynamická síla rázového typu, vyvolaná kinetickou energií udělenou krvi v srdci v průběhu systoly, a která se na konci systoly a při uzavření aortových a plicních chlopní přemění na tlak, který má sklon zvětšit objem komory kromě jiného tlačením roviny chlopní směrem vzhůru.

Jedním z úkolů vynálezu je vytvořit samoregulačni krevní čerpadlo, které ve shodě s objevy vynálezce vytváří pulzující výtok, avšak přítok při tlaku, který je v podstatě konstantní. Jiným úkolem je vytvořit čerpadlo, mající účinný výtlak, který se mění v závislosti na plnicím tlaku. Dalším úkolem je vytvořit čerpadlo, které se hodí pro nahrazení nebo podpůrnou funkci přirozeného srdce živého člověka. Dalším úkolem vynálezu je vytvoření možnosti pohánět čerpadlo silou, která je v podstatě konstatní, například pruhovaným autologovým svalem pro opatření srdeční protézy zdrojem energie tvořeným tělem člověka .

Podstata krevního čerpadla, sestávajícího ze síně s pružnými stěnami, opatřené vstupem a výstupem, komory s pružnými stěnami, opatřené vstupem a výstupem a spojovacím kanálem výstupu síně a vstupu komory, prvního jednocestného ventilu upraveného ve spojovacím kanálu průtoku krve ze síně do komory, druhého jednocestného kanálu upraveného na výstupu z komory pro řízení výtoku krve z výstupu komory, dále ze skříně opatřené prvním a druhým otvorem, prostředků pro spojení vstupu s^ně s prvním otvorem skříně a spojení výstupu komory s druhým otvorem skříně, hnacích prostředků pro periodický pohyb stěn síně a komory, spočívá v tom, že hnací prostředky jsou vytvořeny hnacím ústrojím vázaným kinematicky periodicky přetržitě s miskovým tuhým hnacím kroužkem upevněným a obklopujícím spojovací kanál výstupu síně a vstupu komory, jehož horní vnější stěna o první křivosti je vydutá a opřená o dolní stěnu sinové výdutě síně opatřené vstupním hrdlem hadicového členu, a dolní vnější strana miskového tuhého hnacího kroužku je vypuklá o druhé křivosti a je opřena o horní stěnu komorové výdutě opatřené vstupním hrdlem hadicového členu, přičemž miskový tuhý hnací kroužek je uspořádán axiálně v tuhé dělené skříni krevního čerpadla, přičemž hnací ústrojí je upraveno mimo tuhou dělenou skříň krevního čerpadla.

horní vnější stěnu miskového hnacího kroužku je volně opřen tlačný kroužek, na němž jsou upevněny protilehle a rovnoběžně s osou tuhé dělené skříně tlačné tyče, procházející kluzně těsně horní částí tuhé dělené skříně, kteréžo tlačné tyče jsou spojeny s hnacím ústrojím.

Tuhá dělená skříň je vůči hadicovému členu utěsněna a v prostoru mezi jejím vnitřním povrchem a vnějším povrchem hodicového členu vyplněna plynem a opatřena řídicím ventilem jeho tlaku.

Tuhá dělená skříň je spolu s řídicím ventilem tlaku plynu a hnacím ústrojím uložena jako celek ve vnějším vaku.

Hadicový člen se vstupním hrdlem, sinovou výdutí síně, spojovacím kanálem komorové výdutě komory s výstupním hrdlem tvoří celek vytvořený z neprůtažného materiálu, například z armovaného silikonového kaučuku.

Vstupní hrdlo hadicového členu vyústěné do síňové výdutě síně je upevněno k horní části dělené skříně a výstupní hrdlo hadicového členu komorové, výdutě komory je upevněno k osově protilehlé dolní části tuhé dělené skříně, přičemž vstupní hrdlo hadicového členu a výstupní hrdlo hadicového členu jsou souosé se spojovacím kanálem síňové výdutě síně a komorové výdutě komory a jsou včetně tuhé dělené skříně vydutého čerpadla a miskového tuhého hnacího kroužku uspořádány rotačně souměrně kolem podélné osy tuhé dělené skříně krevního čerpadla.

CS 276233 B 6

Tuhá dělená skříň má horní část, k níž je upevněno vstupní hrdlo hadicového členu do síňové vyduté síně, a dolní část, k níž je upevněno vstupní hrdlo hadicového členu z komorové vyduté komory v rozmezí úhlu 0 až 90°.

Síňová výdul síně a komorová výduí komory mají části stěn v trvalém styku jak s částí horní vnější stěny miskového tuhého hnacího kroužku, tak i s částí vnitřní stěny dolní části tuhé dělené skříně a které jsou tvořeny částí vnitřní stěny dolní části tuhé dělené skříně a částí horní vnější stěny miskového tuhého hnacího kroužku a s nimi spolu spojeny souosými upevňovacími kroužky a šrouby. ;

Horní část tuhé dělené skříně má vnitřní stěnu, která je vypuklá v místě styku stěny síňové výdutě síně hadicového členu s vnitřní stěnou kolem vstupního hrdla hadicového členu.

Hnací zařízení zabírá s hnacím kroužkem pouze při hnaném zdvihu čerpadla a ruší záběr s hnacím kroužkem a pohybuje se do odtažené polohy při zpětném zdvihu čerpadla.

Tuhá dělená skříň je hermeticky uzavřena a obsahuje vně komor plyn, jehož tlak se mění v závisloti na 'změně okamžitého celkového objemu komor a proto ovlivňuje přítok krve při zpětném zdvihu. Řídicí ventil tlaku plynu řídí tlak plynu v tuhé dělené skříni.

Tuhá dělená skříň a všechny složky pohonu jsou uloženy v obalu a vnitřek tuhé dělené skříně je spojen s obalem přes řídicí ventil tlaku plynu.

Síň a komora odpovídající srdeční komoře a vstupu jsou částmi hadicového členu, který je vytvořen z neprůtažného materiálu například z armovaného silikonového kaučuku.

Vstup k síni a výstup z komory odpovídající srdeční komoře jsou uspořádány na protilehlých koncích obalu popřípadě tuhé dělené skříně a jsou zároveň protilehlé průchodu napříč jak síni tak i komoře odpovídající srdeční komoře.

Je žádoucí, aby stěny tvořící síň a komoru, napodobující srdeční komoru, byly provedeny nejen ohebné a v podstatě neprůtažné, ale mají být také na vnitřní straně hladké, aby se zabránilo koagulačním jevům.

Zařízení podle vynálezu je tvořeno jediným čerpadlem, zatím co anatomické srdce je dvojité čerpadlo, avšak v řadě případů je možné vložit do soustavy krevního oběhu, která v podstatě sestává z uzavřené smyčky se dvěma odlišnými čerpadly, které jsou ve vzájemné interakci, pouze jediné čerpadlo. Smyčka v oběhových systémech, která prochází přes plnicí tepnu, plíce a plicni žílu, vykazuje ovšem poměrně malý pokles tlaku ve srovnání s hlavním oběhovým systémem to jest tepnou- ktervní zásobárnou těla- žilní soustavou.

Kromě jiného je také možné umístit čerpadlo podle vynálezu tak, že srdce zůstává uvnitř těla, přičemž vstupní trubka je vložena do levé srdeční komory a vnitřní trubka je spojena s tepnou. Tímto způsobem lze snížit zatížení srdce a je zde dána možnost odstranit později po uzdravení nedostatečnosti srdce tuto srdeční protézu. S ohledem na malý pokles tlaku v plicích dokáže v této části oběhového systému čerpat krev i nedostatečné srdce.

Srdeční protéza se v tomto případě umístí nejlépe v břišní dutině a je poháněna lineárním nebo otáčivým elektrickým motorem zásobovaným z akumulátorové baterie, která může být nabíjena při spánku pacienta a to buň elektrodami, procházejícími kůží pacienta nebo jakýmsi transformačním účinkem na zabudovanou přijímací cívku,

S ohledem na samočinnou regulaci objemu přiváděného pomocí čerpadla je také možné vyrobit podle vynálezu dvojité čerpadlo pro funkční ovládání jak levé tak i pravé části srdce. Za tímto účelem je možné použít dvě krevní čerpadla shora uvedeného druhu, která jsou poháněna souběžně nebo odděleně, přičemž hlavním požadavkem je, aby množství krve čerpaná za časovou jednotku byla u obou krevních čerpadel stejná.

CS 276233 0 6

V případě, že se užije dvou krevních čerpadel shora popsaného typu, která mohou pracovat souběžně nebo odděleně a se stejným nebo odlišným motorem, dosáhne se spřažení krevních čerpadel pomocí toku. Vlastní regulací objemů premistovaných čerpadly pomocí funkce tlaku je splněn požadavek, aby se hodnoty plnicích tlaků obou soustav v podstatě nelišily od předem nastavených hodnot, aby se zabránilo hromadění krve v žilní soustavě a v oběhové soustavě plic. Průtočné odpory smyček oběhového systému určují jak velký účinek oe dosáhne při pracovních zdvihách čerpadel.

Vynález bude blíže vysvětlen na jednom přikladu jeho provedení a na obměnách tohoto provedení a to v souvislosti s jednotlivými obrázky výkresů.

Obr. 1 znázorňuje nárysný řez zařízením, rovinou procházející osou rotační souměrnosti, přičemž některé části jsou znázorněny schematicky. Obr. 2 představuje rozložený axonometrícký pohled na zařízení podle vynálezu. Obr. 3A až obr.. 30 představují schematické nárysné řezy zařízením podle vynálezu v různých fázích jeho funkce. Obr. 4 představuje hadicový člen se vstupním a výstupním hrdlem. Obr. 5 znázorňuje dolní část tuhé dělené skříně. Obr. 6 je nárysný řez třetím provedením vynálezu, rovinou procházející osou rotační souměrnosti zařízení, přičemž některé části jsou znázorněny schematicky.

Provedení znázorněné na obr. 1 až 3 je laboratorní prototyp, který byl konstruován a vyzkoušen. 3e založen na hadicovém členu £ provedeném z materiálu, který je ohebný, ale neprůtažný a který je uložen v tuhé dělené skříni 2, sestávající z horní části la a dolní části lb.

Hadicový člen £ je vytvořen, jak lze nejlépe seznat z obr. 1, ve tvaru trubice, mající menší síňovou výdut 6a a větší komorovu výdut 6V, z nichž každá má tvar zvonu a byla vytvořena následujícím způsobem: nejdříve byla vysoustružena parafinová forma a pak tepelně vyleštěna. Tato parafinová forma byla povlečena elastomerem, v tomto případě silikonovým kaučukem, v několika vrstvách za vložení vyztužujícího materiálu (obvaz z gázy v laboratorním zařízení) a elastomer se nechal ztuhnout.

Na spojovacím kanálu 2 mezi síňovou výdutí 6a a komorovou vydutí 6V je uložen miskový tuhý hnací kroužek 10 (pro dosažení malé hmotnosti sestávající ze dvou tenkých kovových misek, které jsou k sobě připevněny po obvodu a opatřeny otvory). Miskový tuhý hnací kroužek 10 je uložen v tuhé dělené skříni 2 společně s jednocestnými ventily 4, 5, v tomto případě srdečními ventily známého provedení, tak zvanými Bjork-Shilcovými ventily. 3e možné použít také jiný druh ventilů, například podle Sant-3ude.

3ak je patrné z výkresů, je hadicový člen £ připevněn k ostatním částem soustavy na třech místech, a to k jednocestnému ventilu 2 ^ve spojovacím kanálu 2, k výstupnímu hrdlu 2 hadicového členu 6_ a ke vstupnímu hrdlu T_ hadicového členu 2 ^v tuhé dělené skříni 2·

V případě vstupního hrdla T_ hadicového členu £ je do tohoto hadicového členu £ vložen kroužek 20 s vnější drážkou a vně je umístěn pružný kroužek 21. Přidržovací kroužek 30, připevněný k tuhé dělené skříni 2 šrouby 31 drží pružný kroužek 21, jakož i kroužek 20 na jejich místech. 3ednocestné ventily £, 5 kromě své činnosti přispívají i k upevnění hadicového členu £ k miskovému tuhému hnacímu kroužku 10 popřípadě k výstupnímu hrdlu £ hadicového členu £ tuhé dělené skříně 2· Každý jednocestný ventil £, 5 má obvodovou drážku v níž je uložen pružný 0-kroužek 13 a hadicový člen £ je upnut k jednocestnému ventilu £, 2 tímto pružným 0-kroužkem 22· Desky miskového tuhého hnacího kroužku 10 jsou upnuty k pružnému 0-kroužku 13 kolem jednocestného ventilu 2 ^a jsou drženy spolu šrouby 32. 0-kroužek 14 jednocestného ventilu £ je upnut k výstupnímu hrdlu £ hadicového členu £ tuhé dělené skříně 2 přidržovacím kroužkem 33 připevněným k tuhé dělené skříni 2 šrouby 34.

Celé uspořádání je ve smontovaném stavu znázorněno na obr. 1- Miskový tuhý hnací . kroužek 10 je volně axiálně vratně pohyblivý v tuhé dělené skříni 2, která má na svém vnitřním povrchu drážky. 22, takže vzduch může volně procházet’ mezi horní částí la a dolní částí lb tuhé dělené skříně 2 ^z obou atran miskového tuhého hnacího kroužku 10.

CS 276233 Β 6

Menší sinová výdut 6a hadicového členu 6 tvoří síň A a větší komorová výdut 6V tvoří komoru, která simuluje srdeční komoru. Vstupní hrdlo 2 hadicového členu £ do síně £ je připojeno k horní části la tuhé dělené skříně 2·

Krev může protékat spojovacím kanálem £ mezi sinovou výdutí 6a a komorovou výduti 6V pouze ze síně A do komory V, obdobné srdeční komoře, jednocestným ventilem 5. Výstupní hrdlo £ hadicového členu £ obsahující jednocestný ventil £ tvoří výstup z čerpadla, z nějž krev vystupuje v dávkách pod tlakem.

Objemy příslušných komor, síně £ a komory V čerpadla, jsou v některých fázích průběhu každého pracovního cyklu řízeny stykem síňové výduti 6a a komorové výduti 6V, které je vymezují vnitřní stěnou la dolní části lb tuhé dělené skříně 2 ^a vnitřní stěnou 26 horní části la tuhé dělené skříně 2, dolní vnější stěnou 23 miskového tuhého hnacího kroužku 10 a horní vnější stěnou 27 miskového tuhého hnacího krbužku 20· Vnitřní stěna 25 dolní části lb tuhé dělené skříně 2 je konkávní (například obecně kuželovitá), zatímco dolní vnější stěna 28 miskového tuhého hnacího kroužku 10 je vypuklá. Podobně zabírá sinová výdut 6a během části každého pracovního cyklu čerpadla mezi vnitřní stěnu 26 horní části la tuhé dělené'skříně 2 ^a horní vnější stěnu 27 miskového tuhého kroužku 10 Jinými slovy řečeno jak síňová výdut 6a tak i komorová výdut 6V zabírá mezi doplňkové, miskovité stěny skříně 2 ^a miskový tuhý hnací kroužek 10. 3e také možné vytvořit jak horní stěnu 27 miskového tuhého hnacího kroužku, tak i dolní vnější stěnu 28 miskového tuhého hnacího kroužku 10 vypuklé, v kterémžto případě bude ten povrch dělené skříně 2> který zabírá se síňovu výdutí 6a, vydutý, což ale není výhodné, nebot spojovací kanál £ mezi síní A a komorou V se prodlouží a vyvolá nežádoucí pokles tlaku.

Oe také možné, ale rovněž ne výhodné, aby se hadicový člen £, tuhá dělená skříň 2 a hnací kroužek 10 vytvořily nesouměrné. Dále je rovněž možné, aby vstupní hrdlo £ ^a výstupní hrdlo £ hadicového členu 6 byly umístěny v ostrých nebo pravých úhlech k pomyslné čáře spojující středy vstupního hrdla £ a výstupního hrdla £ hadicového členu £. Hadicový člen 33 se vstupním hrdlem 39 a výstupním hrdlem 40 je znázorněn na obr. 4. Dolní část 41 tuhé dělené skříně £, znázorněná na obr. 5, bude ve srovnání s odpovídající částí lb tuhé dělené skříně 2> znázorněné na obr. 2, odlišná co se týká tvaru. U tohoto typu hadicového členu £ je výhodné uspořádat hnací zařízení v sousedství plochého dna (viz obr. 5) dolní části 41 tuhé dělené skříně 2 čerpadla.

Oe také možné vynechat všechny nebo některé z těch částí hadicového členu 6, které jsou v průběhu celého čerpacího cyklu trvale v záběru s vnitřní stěnou 25 dolni části lb tuhé dělené skříně 2 ^a vnitřní stěnou 26 horní části la dělené tuhé skříně 2 ^a S dolní vější stěnou 23 miskového tuhého hnacího kroužku 10 a s dolní vnější stěnou 28 miskového tuhého hnacího kroužku 10. 3e výhodné vynechat tu část hadicového členu £, která je trvale v záběru s horní vnější stěnou 27 miskového tuhého hnacího kroužku 2£· Obr. 6 znázorňuje druhé provedení vynálezu příslušně pozměněné. Konce zbývajících částí hadicového členu 6 jsou upevněny na horní vnější stěně 27 miskového tuhého hnacího kroužku 10 a na vnitřní stěně 25 dolní části lb tuhé dělené skříně 2 souosými upínacími kroužky 44, opatřenými větším počtem soustředně uspořádaných šroubů 46, 47, a na obvodové drážce v jednocestných ventilech £, £ stejně jako v kroužku 20 stlačením, působením 0-kroužků 14, 13 a pružného kroužku 21. Vynechané části hadicového členu £ jsou takto nahrazeny částmi vnitřní stěny 25 dolní částilb tuhé dělené skříně 2 ^a horní vnější stěny 27 miskového tuhého hnacího kroužku 10. Tyto nové stěny musí být vytvořeny z materiálu, který nevyvolává tvorbu trombů nebo musí být modifikovány tak, aby nevedly k vytváření trombů. Toto druhé provedeni je výhodné s ohledem na výrobu ohebných částí hadicového členu £.

Čerpadlo může být poháněno kterýmkoliv z četných elektrických nebo pneumatických hnacích ústrojí 17, jak je to schematicky znázorněno na obr. 1. Jednosměrná hnací síla se přivádí k miskovému tuhému hnacímu kroužku 10 v tomto provedení tlačným kroužkem 12b, neseným dvojicí diametrálně umístěných tlačných tyčí 12a-, které vyčnívají z tuhé dělené skříně 2 otvory v horní části la tuhé dělené skříně 2 a.jsou-uzavřeny vhodnými neznázorCS 276233 B 6 něnými kluznými uzávěry tak, že tuhá dělená skříň 1^ je hermeticky uzavřena. Na tlačné tyče 12a působí vhodným spojením pneumatický nebo elektrický motor. U laboratorního čerpadla je motorem pneumatický válec, který má zabudovanou vratnou pružinu. Pulzy stlačeného vzduchu dodávané do válce a působící pres spojovací ústrojí, tlačí tlačný kroužek 12b dolů do záběru a miskovým tuhým hnacím kroužkem 10 při pracovním zdvihu každého cyklu čerpadla. Na konci vratného zdvihu vystoupí tlačné tyče 12a a tlačný kroužek 12b ze záběru s miskovým tuhým hnacím kroužkem 10 a odtáhnou se k horní části la tuhé dělené skříně 1^ vratnou pružinou pneumatického válce (neznázorněno).

Při každém pracovním zdvihu tlačného kroužku 12b a miskového tuhého hnacího kroužku 10 se zmenšuje objem komory V., čímž se v ní zvyšuje tlak, takže dojde k uzavření jednocestného ventilu a otevření jednocestného ventilu 4, takže je krev vytlačována z komory V. Mezi tím vzrůstá objem síně A, takže krev protéká dále do komory V při prvním zdvihu, to znamená při systolické fázi čerpadla. Na konci výtlačného zdvihu se odtáhne tlačný kroužek 12b, takže tlak již dále nepůsobí’ na komoru V. Přesto bude krev dále vytékat z komory V výstupním hrdlem EJ hadicového členu 6 a v důsledku momentu hybnosti udělovanému krvi při sestupném zdvihu miskového tuhéto hnacího kroužku 10. Jednocestný ventil 5_ se otevře, když klesne tlak v komoře V a krev začne téci ze síně A do komory V. Když ustane moment, který udržuje tok jednocestným ventilem 4_, tak se tento jednocestný ventil 4. uzavře. Tlak přitékající krve společně s momentem hybnosti krve tekoucí pak ze síně A do komory V jednocestným ventilem 3 vytvoří vzestupné síly, kterými působí komorová výdut 6V odpovídající komoře V proti dolní vnější stěně 28 miskového tuhého hnacího kroužku 10, přičemž plocha záběru stanovená průmětem na pomyslnou rovinu kolmou k ose pohybu hnacího kroužku 10 je větší než plocha záběru (stanovená jako výše) mezi komorovou výdutí 6V a horní vnější stěnou 27 miskového tuhého hnacího kroužku 10. Z tohoto důvodu je miskový tuhý hnací kroužek 10 nadzdvižen a část vytékající krve přechází do komory \/, jejíž objem se zvyšuje, když miskový tuhý hnací kroužek 10 stoupá. Míra plnění komory V při zpětném zdvihu čerpadla a tedy výkon čerpadla závisí na vstupním tlaku krve.

Schopnost zařízeni podle vynálezu pro samočinnou regulaci výstupu v souhlasu s tlakem vtékající krve má určitou vlastnost. Tato vlastnost záleží v tom, že každý hnací zdvih čerpadla začíná dříve, než komory čerpadla dcsáhnou svého maximálního objemu. Po dosažení maximálního objemu nemůže již do čerpadla přitékat vice krve, tlak přitékající krve bude stoupat a dosáhne stavu přetlaku to znamená hypertenze. V důsledku toho je kmitočet hnacích pulzů hnacího ústrojí 17 pro čerpadlo nastaven tak, aby se zajistilo, že komory čerpadla nedosáhnou maximálního objemu mezi hnacími zdvihy. Daná hnací frekvence se může ale přizpůsobit samoregulační funkci čerpadla v určitém rozsahu přítokových tlaků a výtokových rychlostí.

Míra, do které je síň A a komora V čerpadla naplněna při každém pracovním cyklu čerpadla, je také ovlivňována tlakem plynu uvnitř tuhé dělené skříně 1_ a vně síně A a komory V čerpadla. Při každém hnaném zdvihu čerpadla vzrůstá objem, který zaujímá plyn, a příslušně klesá jeho tlak. Pokles tlaku plynu vně síní A a komor vzrůstá, přičemž tlakový rozdíl mezi tlakem přitékající krve a tlakem vnějšího plynu má snahu bránit přítoku krve. Při zpětném zdvihu čerpadla vzůstá celkový objem síní A a komor V, objem plynu v tuhé dělené skříni 1^ se zmenšuje a příslušně vzrůstá jeho tlak v tuhé dělené skříni L· Když se tlak plynu blíží tlaku přitékající krve, klesá rychlost s níž se plní síně A a komora \/_. Je tedy zřejmé, že změny tlaku plynu v tuhé dělené skříni 1_ mají regulační účinek na plnění čerpadla během každého pracovního cyklu. Tlaky plynu převládající v tuhé dělené skříni 1^ jsou určeny jednak vztahem mezi výtlačným objemem čerpadla a objemem, který zaujímá plyn v tuhé dělené skříni JI v kterémkoliv daném okamžiku pracovního cyklu, což záleží na geomtrické konstrukci čerpadla. Množství plynu v tuhé dělené skříni JI může být regulováno jednocestným ventilem pro řízení tlaku (neznázorněno), sestávající ze dvou jednocestných ventilů, nastaveným pro vytvoření vysoké a nízké hranice tlaku plynu v tuhé dělené skříni 1.

CS 276233 Β 6

Obr. 3A až 30 znázorňují schematicky provedení vynálezu na čtyřech stavech pracovního cyklu.

Obr. 3A znázorňuje čerpadlo na konci hnacího zdvihu, to znamená v okamžku kdy tlačný kroužek 12b je na konci sestupní dráhy účinkem jednostranné hnací síly, působící na miskový tuhý hnací kroužek 10, Jak je znázorněno šipkami D. Při sestupném zdvihu tlačného kroužku 12b stlačuje miskový tuhý hnací kroužek 10 komoru j/, čímž působí tlakem na krev a vytlačuje ji z komory V otevřeným jednocestným ventilem 2 výstupním hrdlem 2 hadicového členu 2· Tlak působící na krev v komoře V při hnaném zdvihu udržuje jednocestný ventil 5 uzavřený. Sestupný zdvih miskového tuhého hnacího kroužku 10 změní geometrii síně 2 tak, že se její objem zvětšuje, což umožní krvi vstupovat vstupním hrdlem 2 hadicového členu 2 v průběhu sestupného zdvihu. Celkový objem síně A a komory 2 klesá při sestupném zdvihu (hnacím zdvihu), čímž zvyšuje objem plynu uvnitř tuhé dělené skříně 2> což vede k poklesu jeho tlaku.

Podle obr. 3B odtahuje hnací zařízení tlačný kroužek 12b na konci hnacího zdvihu. Na krátkou dobu po odtažení tlačného kroužku 12b udržuje moment hybnosti krve protékající výstupním hrdlem 2 hadicového členu 2 jednocestný ventil 4_ otevřený a nastává přídavný výtok Hydrostatický tlak v komoře 2 náhle klesne a jednocestný ventil 2 se otevře v důsledku jak hydrodynamického tak i hydrostatického tlaku krve vstupující do síně A. V důsledku toho působí tlaková síla přes ohebné stěny komorové výdutě 6V na dolní vnější stěnu 22 miskového tuhého hnacího kroužku 10. Podobná tlačná síla ovšem působí na všechny stěny komory 2· Tlakovou silou ale menší velikosti budou působit i stěny síňové výdutě 6a, tedy síně 2 na horní vnější stěnu 27 miskového tuhého hnacího kroužku 10, avšak geometrie menší síňové výdutě 6a, a větší síňové výdutě 6V a miskového tuhého hnacího kroužku 3JD jež jsou s výdutěmi 6a, 6V v záběru je taková, že vzniká síla směřující vzhůru v důsledku tlaku působícího na miskový tuhý hnací kroužek 10 během části doby mezi hnacími zdvihy, což způsobí pohyb miskového tuhého hnacího kroužku 10 směrem vzhůru.

Vnitřní stěna 26 horní části 2 tuhé dělené skříně 2 postupně působí na přivrácenou část síňové výdutě 6a, když se miskový tuhý hnací kroužek 10 pohybuje směrem k této stěně a částečný pokles tlaku menší síňové výdutě 6a. Ó^e úměrný částečnému vzrůstu objemu komorové výdutě 22· V určitém místě nastane vzájemné vyrovnání sil. Vzestupný pohyb miskového tuhého hnacího kroužku 10 pak ustane bez ohledu na velikost rozdílu tlaku mezi síní 2 a komorou 2 ^a bez ohledu na tlak panující na jejich zevní straně. Tato uspořádání stěn ovlivňující síň 2 ^a komoru2 tak, že maxima celkového objemu se dosáhne dříve, než miskový tuhý hnací kroužek 10 postoupí ke své hranici ve směru výstupu, čímž má toto uspořádání ochranný účinek na ohebný materiál síňové výdutě 6a, což je zejména důležité při nepřetržitém používání v čerpadle, které není hermeticky uzavřeno a pracuje například při atmosferickém tlaku. Při použití jako zařízení pro podporu činnosti srdce nebo podobně je pohyb miskového tuhéto hnacího kroužku 10 řízen statickými a dynamickými silami přiváděné krve v interakci s proměnlivým tlakem vně síně 2 ^a komory 2 ^v hermeticky uzavřené tuhé dělené skříni 2 ^za předpokladu, že tlak uvnitř tuhé dělené skříně 2 je nastaven tak, že nedovolí dosažení maxima celkového objemu síně 2 ^a komory 2 ^a tedy maxima tlaku uvnitř tuhé dělené skříně 2·

Jak je znázorněno na obr. 3C vzestupná síla působící na miskový tuhý hnací kroužek 10 zvedá tento a dovoluje zvětšení objemu komory 2· Velikost a geometrie síně 2 ^a komory 2 jsou takové, že i v případě kdy se velikost komory 2 zmenšuje, zvětšuje se celkový objem síně 2 a.komory 2, když krev proudí do síně 2 ^a komory 2 čerpadla. Účinek tlaku přiváděné krve se ale zmenšuje čím je miskový tuhý hnací kroužek 10 výš, a čím je větší celkový objem síně 2 ^a komory 2 ³ to v té míře v jaké se mění velikost stěn miskového tuhého hnacího kroužku 10 zabírajících se stěnami síně 2 ^a komory 2 /obr. Rc) a jak klesá tlak plynu v tuhé dělené skříni 2· Kromě toho se zmenšuje vliv momentu hybnosti přiváděné krve.

CS 276233 Β 6

Předtím než miskový tuhý hnací kroužek 10 dosáhne polohy, v níž je celkový objem síně Λ a komory j/ maximální (tlak plynu uvnitř tuhé dělené skříně _! konstatní) nebo když tlak v síni A a v komoře V a tlak v prostoru mezi nimi a hermeticky uzavřenou tuhou dělenou skříní 2 jsou stejné (tlak uvnitř tuhé dělené skříně 1, ovlivňován změnou celkového objemu síně A a komory V v závislosti na statických a dynamických silách přiváděné krve) započne následující hnací zdvih sestupným pohybem tlačného kroužku 12b účinkem síly hnacího ústrojí 17 (šipky 0), jak je to znázorněno na obr. 3D. Při nižších frekvencích zdvihů, když dynamické síly se zvyšují a již se nedosahuje rovnováhy, bude výstup stále úměrný tlaku přiváděné krve.

Pro aplikaci v živém organismu může být tuhá dělená skříň 1. a hnací ústrojí 17 uloženo v obalu, například ve vaku, například ze silikonového kaučuku o takovém objemu, že má jako celek hustotu přibližně 1 g/cm^{1 * 3}, což odpovídá hustotě těla a způsobí žo v důsledku toho, hmotnost celku odpovídá hmotnosti nahraženého objemu. Takový vnější vak 35 je schematicky znázorněn přerušovanou čarou na obr. 1. Řídicí ventil pro řízení tlaku, tvořený například dvěma jednocestnými ventily, jedním pro každý směr proudění, obstarávají spojení mezí vnitřkem a vnějškem tuhé dělené skříně 1^ s předem stanovenými otevíracími tlaky za účelem regulace tlaku.

Snímací zařízení pro monitorování nejvyšší polohy miskového tuhého hnacího kroužku 10 lze upravit v průběhu zdvihu. Jestliže pacient například v důsledku námahy nebo podobně potřebuje zvýšený oběh krve, lze to seznat, nebot miskový tuhý hnací kroužek 10 stoupne výše, až k maximálnímu objemu. Potom je možné uspořádat řídicí obvod, který zvýší frekvenci zdvihů hnacího ústrojí 17, čímž se dosáhne přirozené regulace.

Je velice pravděpodobné, že periferní odpor není kritický pro výstup srdce, avšak, že regulačním činitelem je především přívod krve. Toto zjištění pravděpodobně změní názory na kardiologii dalekosáhlým a rozhodujícím způsobem.

Laboratorní čerpadlo konstruované podle výkresu s vnějším průměrem 90 mm, výškou horní části la tuhé dělené skříně 1_ 32 mm, a průměrem jednocestných ventilů £, 2 27 mm dalo následující výsledky při konstantní frekvenci zdvihů 250/min a při vstupním tlaku 58,83 Pa dodalo 13,3 litry za minutu. Se vstupním tlakem 63,1 Pa bylo dosaženo 15,8 litrů za minutu. Na výstupu bylo dosaženo 3 430 Pa (systola) a 5B8 (diastola). Zkoušeni bylo prováděno s vodou. Vypočtený výtlačný objem byl 60 cm³ pro komoru V (komorová výdut 6V) a 28 cm³ pro síň ň_ (sinová výdut 6a).

Vynález tedy vytváří čerpadlo, u kterého rovina jednocestných ventilů stoupá, nikoliv svou vlastní silou, ale v důsledku přivádění kapaliny, v důsledku tlaku kapaliny a momentu hybnosti vytvářejícího se při systolické fázi. Jakmile se rovina' ventilů posune maximálně směrem dolů a vrátí se zpět, v důsledku toho, že kapalina má neustále tendenci přibývat, bude ventil pracovat za podmínek kolapsu, jako stěna vytvářející kolaps, nebot její poloha se pohybuje proti přitékající krvi, do té doby pokud se nezahájí následující hnací zdvih. Ventil, odpovídající aortální chlopni se uzavře, jakmile krev přestane ventilem protékat, což v závislosti na rychlosti toku může nastat později, než v okamžiku při kterém se rovina ventilu uvnitř čerpadla dostane do své nejnižší polohy. Je dokonce možné, že ventil, který napodobuje chlopeň zůstane otevřený v průběhu části diastolické fáze, která se neustále zkracuje a to tím více, čím vyšší je frekvence.

Claims (1)

1. Krevní čerpadlo sestávající ze síně S pružnými stěnami opatřené vstupema výstupem, komory s pružnými stěnami opatřené vstupem a výstupem a spojovacím kanálem výstupu’ síně a vstupu komory, prvn.ího jednocestného ventilu upraveného ve spojovacím kanálu průtoku krve ze síně do'komory, druhého jednocestného ventilu upraveného na výstupu _ z komory pro řízení výtoku krve z výstupu komory, dále z tuhé dělené skřiněopatřené

CS 276233 Β 6 prvním a druhým otvorem, prostředků pro spojení vstupu síně s prvním otvorem tuhé dělené skříně a spojení výstupu komory s druhým otvorem tuhé dělené skříně, hnacích prostředků pro periodický pohyb stěn síně a komory, vyznačující se tím, že hnací prostředky jsou tvořeny hnacím ústrojím (17) vázaným kinematicky periodicky přetržitě s miskovým tuhým hnacím kroužkem (10) upevněným a obklopujícím spojovací kanál (9) výstupu síně (A) a vstupu kumory (V), jehuž hurní vnější stěna (27) o první křivosti je vydutá a opřena o dolní stěnu sinové výdutě (6a) síně (A) opatřené vstupním hrdlem (7) hadicového členu (6), a dolní vnější stěna (28) miskového tuhého hnacího kroužku (10) je vypuklá o druhé křivosti a je opřena o horní stěnu komorové výdutě (6V) opatřené vstupním hrdlem (8) hadicového členu (6), přičemž miskový tuhý hnací kroužek (10) je uspořádán axiálně v tuhé dělené skříni (1) krevního čerpadla, přičemž hnací ústrojí (17) je upraveno mimo tuhou dělenou skříň (1) krevního čerpadla.

Krevní čerpadlo podle bodu 1, vyznačující se tím, že o horní vnější stěnu (27) miskového hnacího kroužku (10) je volně opřen tlačný kroužek (12b), na němž jsou upevněny protilehle a rovnoběžně s osou tuhé dělené skříně (1), tlačné tyče (12a) procházející kluzně těsně horní částí (la) tuhé dělené skříně (1), kteréžto tlačné tyče (12a) jsou spojeny s hnacím ústrojím (17).

Krevní čerpadlo podle bodu 1, vyznačující se tím, že tuhá dělená skříň je vůči hadicovému členu (6) utěsněna a v prostorů mezi jejím vnitřním povrchem a vnějším povrchem hadicového členu (6) vyplněna plynem a opatřena řídicím ventilem (16) jeho tlaku.

Krevní čerpadlo podle bodů 1 a 3, vyznačující se tím, že tuhá dělený skříň (1) je spolu s řídicím ventilem (16) tlaku plynu a hnacím ústrojím (17) uložena jako celek ve vnějším vaku (35).

Krevní čerpadlo podle bodů 1 a 3, vyznačující se tím, že hadicový člen (6) se vstupním hrdlem (7), sinovou výdutí (6a) síně (A), spojovacím kanálem (9) komorové výdutě (6V) konfbry (V) s výstupním hrdlem (8) tvoří celek vytvořený z neprůtažného materiálu, například z armovaného silikonového kaučuku.

Krevní čerpadlo podle bodu 5, vyznačující se tím, že vstupní hrdlo (7) hadicového členu (6) vyústěné do síňové výdutě (6a) sině (A) je upevněno k horní části (la) tuhé dě- . lené skříně (1) a výstupní hrdlo (8) hadicového ělenu (6) komorové výdutě (6V) komory (V) je;upevněno k osově protilehlé dolní části (lb) tuhé dělené skříně (1), přičemž vstupní hrdlo (7) hadicového členu (6) a výstupní hrdlo (8) hadicového členu (6) jsou' souosé se spojovacím kanálem (9) síňové výdutě (6a) síně (A) a komorové výdutě (6V) komory (V) a jsou včetně tuhé dělené skříně (1) krevního čerpadla a miskového tuhého hnacího kroužku (10) uspořádány rotačně souměrně koleni podélné osy tuhé dělené skříně (1) krevního čerpadla.

Krevní čerpadlo podle bodu 1, vyznačující se tím, že tuhá dělená skříň (1) má horní část (la), k níž je upevněno vstupní hrdlo (39) hadicového členu (38) do síňové výdutě (6a) síně (A)”a dolní část (lb, 41) tuhé dělené skříně (1), k níž je upevněno výstupní hrdlo (8, 40) hadicového členu (6, 38) z komorové výdutě (6V) komory (V) v rozmezí úhlů 0 až 90°.

Krevní čerpadlo podle bodu 1, vyznačující se tím, že síňová vydut (6a) síně (A) a komorová výdut (6V) komory (V) mají části stěn v trvalém styku jak s částí horní vnější stěny (27) miskového tuhého hnacího kroužku (10), tak i s částí vnitřní stěny (25) dolní části (lb, 41) tuhé dělené skříně (1) a které jsou tvořeny částí vnitřní stěny (25) dolní části (lb, 41) tuhé dělené skříně (1) a částí horní vnější stěny (27) miskového tuhého hnacího kroužku (10) a s nimi spolu spojeny souosými upínacími kroužky (44, 45) a šrouby (46, 47).

CS 276233 Β 6

9. Krevní čerpadlo podle bodu 1, vyznačující se tím, že horní část (la) ně (1) má vnitřní stěnu (26) vytvořenu vypuklou v místě styku stěny síně (A) hadicového členu (6) s vnitřní stěnou (26), kolem vstupního vého členu (6).