EA000221B1 - Работающий на магнитной жидкости электромагнитный привод для насоса крови, применяемый для поддержки работы сердца, либо для частичной или полной его замены - Google Patents

Description

Изобретение исходит из работающего на магнитной жидкости электромагнитного привода для насоса крови, применяемого для поддержки работы сердца либо для частичной или полной замены сердца, который состоит из одного или нескольких электромагнитов и преобразующих устройств, как это известно из патента США № 4 650 485.

В последние годы все в большей степени применяются внешние и имплантируемые системы поддержки сердца от шунтирования до трансплантации донорского сердца. Опыты с такими системами поддержки сердца вновь наталкивают на мысль использовать такие системы поддержки не только для шунтирования или трансплантации донорского сердца, но и в качестве долговременной меры. При этом есть несколько аспектов. Имеющихся в распоряжении органов для трансплантации недостаточно. Применение искусственной системы поддержки может стабилизировать и улучшить состояние пациента, так что предпосылки такой трансплантации более благоприятны. Основная проблема трансплантации донорских органов, а именно реакция отторжения, отпадает при искусственных системах поддержки. При определенных обстоятельствах искусственная система поддержки может привести также к отдыху поврежденного сердца, так что пациент снова может жить дальше со своим естественным сердцем.

Испытываются и применяются различные системы поддержки, которые отличаются по существу только видом привода. Электромагнитные системы состоят из электромагнита, который механическим воздействием выжимает кровяной мешок, чтобы транспортировать кровь. Такое устройство описано, в частности, в патенте США № 3 874 002. Электромеханическая система с помощью электродвигателя производит вращательное движение, которое преобразуется в движение нагнетания. Далее, известны электрогидравлические и электропневматические системы, у которых посредством гидравлического насоса или компрессора жидкость или, соответственно, газ накачивается в камеру, чтобы привести в движение гибкую мембрану для транспортирования крови.

Также делались попытки разработать работающую на магнитной жидкости систему, известную из упомянутого патента США № 4 650 485. У этого известного насоса крови мембрана камеры крови должна двигаться непосредственно магнитной жидкостью, возбуждающейся магнитным полем. К сожалению, такое устройство без соответствующей большой возбуждающей системы катушек не в состоянии произвести давление насоса, которое необходимо для данной цели. Поэтому этот насос крови не годится для имплантации.

Магнитные жидкости являются стабильными дисперсиями с высокими магнитными характеристиками. Они состоят из однодоменных частиц, которые с помощью поверхностноактивных веществ однородно распределены в определенном растворителе. Однородное распределение сохраняется также в сильном магнитном поле (градиенте магнитного поля). В изобретении DD № 160 532 описывается, в частности, такая магнитная жидкость. Магнитные жидкости с начальной магнитной проницаемостью до 4 и намагниченностью насыщения до 100 мТ известны и описаны.

Вследствие простоты конструкции и связанной с этим прочностью прежде всего применяются электромагнитные приводы. У известных систем этого вида имеется сильное несоответствие между видом и величиной конструкции, с одной стороны, и коэффициентом полезного действия со связанными с этим энергозатратами, с другой стороны. Эти факторы, кроме акустических помех, представляют существенные нагрузки для и без того уже переутомленного пациента.

В основе изобретения лежит задача создания привода насоса крови для поддержки работы сердца, либо для частичной или полной замены сердца, причем насос крови по своему весу, а также плотности энергии в значительной степени соответствует естественному сердцу и особенно подходит для имплантации, причем возможно уменьшение общей системы по сравнению с известными системами при одновременном улучшении коэффициента полезного действия.

Это задача решается тем, что насос крови имеет работающий на магнитной жидкости электромагнитный привод, который состоит из одного или нескольких электромагнитов и преобразующего устройства и у которого полость, по крайней мере, одного электромагнитного контура полностью или частично заполнена магнитной жидкостью, причем полюсы имеют характеристики постоянного магнита. При этом используется магнитная жидкость с намагниченностью насыщения от 150 до 450 мТ при начальной магнитной проницаемости от 5 до 25, состоящая из однодоменных частиц железа, кобальта или сплавов железо-кобальт, жидкости носителя и поверхностно-активных веществ, обеспечивающих коллоидную стабильность однодоменных частиц.

Идея изобретения состоит в том, что концентрация магнитного поля усиливается введенной магнитной жидкостью (феррожидкостью) вследствие ее высокой проницаемости, что вызывает увеличение силы взаимодействия между полюсами элементов привода.

Кроме того, при определенных обстоятельствах используется пониженное давление магнитной жидкости, возникающее из-за того, что на ее открытой поверхности (например, к воздуху) под действием магнитного поля возни3 кают усилия, которые направлены наружу из магнитной жидкости.

Для обеспечения необходимого давления насоса достаточно незначительного возбуждения. Это позволяет уменьшить размеры привода и снизить потери. Такое улучшение непосредственно связано с величиной начальной магнитной проницаемости и намагниченностью насыщения. Благодаря магнитной жидкости также демпфируется механический удар в конце процесса выпуска.

В самом простом исполнении привод может быть непосредственно надет на насос крови как однокамерная система. В более дорогостоящих исполнениях возможны также двухкамерная или четырехкамерная конструкции. При этом возможны исполнения как последовательного, так и параллельного расположения.

Поэтому привод может быть применен в простой системе поддержки кровообращения или, по возможности, в естественной имитации функции сердца для частичного или даже полного замещения сердца.

Ниже изобретение более подробно поясняется на основании представленного на рисунке примера исполнения, работающего как одноступенчатая конструкция.

На фиг. 1 показано поперечное сечение привода искусственного сердца при сжатой камере; на фиг.2 - поперечное сечение привода искусственного сердца в процессе всасывания; на фиг.3 - поперечное сечение привода искусственного сердца после окончания процесса всасывания; на фиг.4 - продольное сечение привода; на фиг.5 - камера крови в разрезе.

На Фиг.1 схематически в разрезе показан принцип однокамерной системы. Объем камеры плотно окружен стенками камеры 2. Стенки камеры 2 выполнены в виде эластичной мембраны и имеют впускные и выпускные трубки 3 наряду с желудочком 4. Гибкость стенок камеры позволяет сжиматься объему камеры 1 под действием привода 5-10. Необходимая передача усилия гарантирована непосредственным контактом верхней стенки камеры 2 с нижней половиной сердечника 6. Фиксация неподвижных частей осуществляется корпусом 11, который соприкасается, с одной стороны, с нижней стенкой камеры 2 и, с другой стороны, - с верхней половиной сердечника 5.

Пространство между стенкой камеры 2 и корпусом 11, которое еще остается около приводов 5-10, заполнено газообразным веществом 1 2. Возможен открытый и закрытый варианты. При первом происходит регулируемое выравнивание давления посредством канала13, при втором - изменение объема камеры 1 вызывает изменение давления газа 1 2.

Если магнитная система, образованная половинками сердечника 5 и 6 и парой катушек 7, возбуждается, то между полюсами 1 0 половинок сердечника 5 и 6 возникает магнитное поле. В результате магнитная жидкость 9 начинает заполнять пространство между полюсами 1 0 в случае, если она не находилась уже там вследствие остаточной намагниченности. Магнитная жидкость 9 повышает силовое действие между полюсами 1 0 в соответствии с вышеизложенным. Обе половинки сердечника 5 и 6 замыкаются, и магнитная жидкость 9 удаляется из магнитореологического пространства сжатия. Одновременно пружины 8 сжимаются для фазы вытеснения. Вслед за этим процессом, благодаря силам эластичности стенок камеры 2, происходит увеличение объема камеры 1 и связанный с этим, как показано на фиг.2, процесс всасывания через открытый впускной желудочек 4.

Во время фазы наполнения катушки запитываются снаружи через проходящие в канале 1 3 питающие проводники.

Конец фазы наполнения показан на фиг.3. Возбуждение снимается, и половинки сердечника 5 и 6 начинают разделяться под действием пружины 8. Камера крови 1 сжимается, и кровь выдавливается через выпускной желудочек 4.

Для описанного электромагнитного привода насоса крови желательно использовать специально для этого разработанные магнитные жидкости с намагниченностью насыщения 1 20450 мТ и начальной магнитной проницаемостью от 5 до 25. Такие очень высокие значения для магнитной жидкости достигаются благодаря тому, что применяются новые составы магнитной жидкости, содержащие в высокой концентрации однодоменные частицы (железо, кобальт или сплавы железо/кобальт), которые однородно распределены в растворителе с низкой вязкостью с использованием поверхностно-активных соединений, прочно связанных с поверхностью частиц и хорошо растворимых в соответствующем растворителе.

Claims (2)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Электромагнитный привод для насоса крови, работающий на магнитной жидкости и применяемый для поддержки работы сердца либо для частичной или полной замены сердца, состоящий из одного или нескольких электромагнитов и преобразующих устройств, отличающийся тем, что пространство, по крайней мере, одного электромагнитного контура полностью или частично заполнено магнитной жидкостью.
2. 2. Привод по п.1, отличающийся тем, что полюсы электромагнита или электромагнитов представляют собой постоянные магниты.