PL168832B1 - Sztuczne serce - Google Patents

Abstract

1. Sztuczne serce wyposażone w dwa jednakowe zespoły pompujące złoze z przedsionka i pompującej komory stanowiącej przelotową elastyczną rurę o gładkich ścianach z elementami uciskającymi i zastawkami oraz w pneumatyczne urządzenia zasilające zawierające sprężarkę, silnik, zbiorniki gazu i zawory,znamiennetym, ze każda zkomór(1) o przekroju poprzecznym w kształcie elipsy, zwęzona na końcach zaopatrzonych w elementy: wlotowy (21) i wylotowy (23), otoczona jest na swej długości kilkoma przytwierdzonymi do niej trwale i szczelnie niezależnymi wydłużonymi pneumatycznymi pierścieniami (2), których wycinki o większym promieniu stanowią wyposażone w wypusty (11) woreczki (3) o przekroju poprzecznym w kształcie elipsy, a pneumatyczne pierścienie (2) zamocowane są szczelnie w sztywnych ramkach (4) ułożonych dookoła każdej z komór(1) w stos zakończony dwoma kapturowymi pierścieniami górnym (12) usytuowanym przy elemencie wlotowym (21) i zawierającym wlotową zastawkę (25), mocującym wylot przedsionka (15) stanowiącego sztywne, przelotowe, cylindryczne zwężone na końcach naczynie, wewnątrz którego zamocowana jest elastyczna wkładka (18) osłaniająca czujnik (20) do pomiaru ciśnienia krwi, i pierścieniem dolnym (13) usytuowanym przy elemencie wylotowym (23) komory (1), do którego zamocowanajest wylotowa zastawka (27), natomiast napęd każdej komory (1) realizowany jest poprzez pneumatyczne pierścienie (2) połączone swoimi wypustami (11) z odpowiadającym kanałem (32) dwukanałowego dzielnika gazu (33), w każdym kanale (32) tłoczek (34) rozdzielający gaz na poszczególne pierścienie (2) napędzany jest ruchem posuwisto-zwrotnym przez miniaturowy liniowy silniczek (46), przy czym dzielnik gazu (33) połączony jest z obwodem pneumatycznym zawierającym miniaturową sprężarkę tłokową (48) napędzaną zminiaturyzowanym wysokoobrotowym silniczkiem (47) i dwa miniaturowe zbiorniczki kompensacyjne, mniejszy (41) ze sprężonym gazem i większy (42) z rozprężonym gazem, a cały pneumatyczny blok napędowy stanowi oddzielony konstrukcyjnie od zespołów pompujących hermetycznie zamknięty układ

Description

Przedmiotem wynalazku jest sztuczne serce w postaci protezy przeznaczonej do implantacji w celu zastępowania naturalnego serca i jego funkcji w okresie oczekiwania przez pacjenta na dawcę.

W dotychczasowej praktyce stosowane są protezy serca zawierające z reguły sztywną komorę z umieszczona^ w niej przeponą dzielącą komorę na dwie części, z których jedna przeznaczona jest do przenoszenia krwi, a druga do wprowadzania gazu. Pompowanie krwi realizowane jest głównie za pośrednictwem sprężonego gazu wpuszczanego do komory pneumatycznej. Gaz oddziałując na przeponę wywołuje ssanie krwi do komory i wypychanie jej na zewnątrz. Opisana konstrukcja wymaga stosowania stosunkowo dużych sprężarek i rozbudowanych układów sterujących, a przepływ krwi przez komorę ma charakter turbulentny.

Znane są również rozwiązania urządzeń wspomagających pracę serca wykorzystujące do przemieszczania krwi ideę ruchu perystaltycznego. Rozwiązanie według opisu patentowego SU 1690774 dotyczące sztucznej komory serca zawiera korpus z króćcami wejściowym i wyjściowym. Wewnątrz korpusu zamocowana jest komora krwi w postaci bezszwowego mieszka z rurką wejściową i rurką wyjściową tworzącymi z komorą krwi całość. Komora krwi otoczona

168 832 jest od wewnątrz i od zewnątrz po obwodzie komorą pneumatyczną podzieloną na co najmniej dwie sekcje siatkowymi półprzepuszczalnymi przegrodami. Pierwsza sekcja połączona jest za pomocą króćca z przewodem pneumatycznym.

Z opisu patentowego WO 90/15630 dotyczącego ulepszenia przepływu krwi znany jest sposób i urządzenie do wywoływania efektu perystaltycznego w elastycznym kanale za pomocą otaczającej kanał pompy. Pompa ta zawiera w obudowie szereg stykających się bezpośrednio z kanałem elastycznych podłużnych pojemników usytuowanych równolegle względem siebie i sekwencyjnie napełnianych płynem. Napełnianie i opróżnianie pojemników realizowane jest hydraulicznie lub pneumatycznie poprzez sterowane mikroprocesorem zawory połączone ze sprężarką, zbiornikami akumulacyjnymi, regulatorem ciśnienia i mikrokomputerem. Sekwencyjne napełnianie i opróżnianie pojemników usytuowanych prostopadle do kierunku przepływu krwi w elastycznym kanale powoduje uciskanie kolejnych odcinków kanału i wymuszanie ruchu perystaltycznego.

Z francuskiego opisu patentowego 2.220.279 znana jest pompa sercowa zawierająca elastyczny kanał umieszczany pomiędzy przeciętymi końcówkami tętnicy w sposób umożliwiający ciągły przepływ krwi. Kanał otoczony jest przez co najmniej dwie umieszczone osiowo jedna za drugą prostki wyposażone w wewnętrzne wgłębienia. Każda prostka ma możliwość zmiany swojej średnicy pod wpływem zmiany ciśnienia we wgłębieniach wewnętrznych połączonych selektywnie poprzez zawór lub mechanizm czasowy ze źródłem wysokiego i niskiego ciśnienia połączonymi z silnikiem Stirlinga bezpośrednio lub poprzez sprężarkę. Sekwencyjna zmiana średnicy prostek powoduje uciskanie kolejnych odcinków opasywanego kanału i wymuszanie ruchu perystaltycznego.

Opisane rozwiązania wykorzystywane są do wspomagania przepływu krwi. W rozwiązaniu według opisu SU 1690774 praca każdej sekcji komory pneumatycznej uzależniona jest od pracy sekcji poprzedzającej. W razie pęknięcia komory krwi powietrze z sekcji komory pneumatycznej przedostaje się poprzez komorę krwi do układu krwionośnego, a równocześnie zakłócona zostaje praca następnej sekcji. Duża bezwładność poszczególnych sekcji komory pneumatycznej uniemożliwia również zastosowanie urządzenia w protezie serca. Rozwiązania według WO 90/15630 oraz FR 2.220.279 przeznaczone są do wspomagania obiegu krwi i ich konstrukcje nie znajdują bezpośredniego zastosowania w protezach serca.

Sztuczne serce według wynalazku zawiera dwa zespoły pompujące: lewy i prawy o identycznej konstrukcji. Każdy zespół złożony jest z przedsionka oraz komory o elastycznych, gładkich ściankach stanowiącej przelotową rurę mającą w przekroju poprzecznym kształt elipsy, zwężoną na końcach wyposażonych w elementy wlotowy i wylotowy. Korzystne jest wykonanie zwężonych końców komory w postaci eliptycznych stożków. Na swej długości komora otoczona jest kilkoma przytwierdzonymi do niej trwale i szczelnie niezależnymi wydłużonymi pierścieniami pneumatycznymi mającymi w wycinkach o większym promieniu i wyposażonych w wypusty woreczków o przekroju poprzecznym w kształcie elipsy. Pierścienie pneumatyczne zamocowane są szczelnie w sztywnych eliptycznych ramkach ułożonych dookoła każdej z komór w stos zakończony dwoma kapturowymi pierścieniami: dolnym i górnym, wzmacniającymi dodatkowo konstrukcję zespołu. Do usytuowanego przy elemencie wlotowym komory górnego pierścienia kapturowego zawierającego wlotową zastawkę przymocowany jest wylot przedsionka. Przedsionek stanowi sztywne, przelotowe, cylindryczne zwężone na końcach naczynie, wewnątrz którego zamocowana jest elastyczna wkładka osłaniająca czujnik do pomiaru ciśnienia krwi. Wkładka ta korzystnie ma kształt beczkowatego naczynia. Do usytuowanego przy elemencie wylotowym komory dolnego pierścienia kapturowego zamocowana jest wylotowa zastawka. Napęd każdej komory realizowany jest poprzez pneumatyczne pierścienie połączone swoimi wypustami z odpowiadającym im kanałem dwukanałowego dzielnika gazu. W każdym kanale tłoczek dzielnika rozdzielający gaz na poszczególne pierścienie napędzany jest ruchem posuwisto-zwrotnym przez miniaturowy liniowy silniczek. Dzielnik gazu połączony jest z obwodem pneumatycznym zawierającym miniaturową sprężarkę tłokową napędzaną zminiaturyzowanym wysokoobrotowym silniczkiem i dwa miniaturowe zbiorniczki kompensacyjne: mniejszy - ze

168 832 sprężonym gazem i większy - z rozprężonym gazem. Cały pneumatyczny blok napędowy stanowi oddzielony konstrukcyjnie od zespołów pompujących hermetycznie zamknięty układ, w którym krąży na przemian sprężana i rozprężana ta sama ilość gazu.

Do korzystnych skutków technicznych rozwiązania według wynalazku należy zaliczyć małe naprężenia w ściankach pompujących komór podczas pracy protezy, dzięki czemu instrument jest trwalszy i bardziej niezawodny od dotąd znanych. Można więc do budowy komór zastosować tworzywa o niższej wytrzymałości mechanicznej ale odznaczające się bardzo dobrymi własnościami biochemicznymi, co jest niezmiernie istotne w tego typu aparaturze. Przelotowy, rurkowaty kształt komór o gładkich ściankach zapewnia laminamy przepływ krwi przez protezę co zapobiega uszkodzeniom czerwonych ciałek krwi i wykrzepianiu się krwi. Dodatkowo przed tą niedogodnością chroni pulsujący charakter pracy pompujących komór krwi protezy wymuszany przez system eliptycznych pierścieni. Przemieszczanie krwi odbywa się w komorach łagodnie i wolno, natomiast wyrzut krwi z komór następuje szybko. Zastosowanie eliptycznych pierścieni pneumatycznych pozwala na wielokrotne zmniejszenie ilości użytego w układzie napędowym gazu i dużą miniaturyzację protezy, co w istotny sposób minimalizuje pobór mocy przez układ umożliwiając zastosowanie izotopowych ogniw elektrycznych. Poważną zaletą rozwiązania jest oddzielenie napędowego układu pneumatycznego od układu krążenia krwi dzięki zastosowaniu szczelnych ramek izolujących pierścienie względem siebie i w przypadku pęknięcia ścianki komory krwi lokalizujących awarię do obszaru ograniczonego ramką, co poważnie zmniejsza niebezpieczeństwo przedostania się gazu do układu krwionośnego. Istotną, zaletą rozwiązania jest miniaturyzacja i niewielki ciężar konstrukcji umożliwiające umieszczenie całego układu w ciele pacjenta.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunkach, na których fig. 1 pokazuje konstrukcję sztucznego serca z układem napędowym, fig. 2 pokazuje w przekroju podłużnym zespół pompujący, fig. 3 ilustruje dwukanałowy dzielnik gazu w przekroju z wyrwaniami, fig. 4 pokazuje kład przesunięty przekroju poprzecznego dwukanałowego dzielnika gazu, fig. 5 pokazuje pompującą komorę z kładem miejscowego przekroju poprzecznego, fig. 6 ilustruje pierścień pneumatyczny zamocowany w ramce w widoku z góry, fig. 7 pokazuje ten sam pierścień z ramką w przekroju podłużnym, fig. 8 pokazuje ten sam pierścień z ramka. w przekroju poprzecznym, fig. 9 ilustruje pierścień kapturowy górny w widoku z góry, fig. 10 pokazuje ten pierścień w przekroju poprzecznym, natomiast fig. 11 pokazuje ten sam pierścień w widoku z boku, fig. 12 pokazuje pierścień kapturowy dolny w widoku z góry, fig. 13 przedstawia ten sam pierścień w przekroju poprzecznym, fig. 14 pokazuje ten sam pierścień w widoku z boku, fig. 15 ilustruje w widoku z góry zespoły pompujące bez obudowy, natomiast fig. 16 ilustruje sprężarkę z wyrwaniem w głowicy.

Sztuczne serce według wynalazku zawiera dwa jednakowe zespoły, z których każdy zaopatrzony jest w komorę 1 w postaci przelotowej elastycznej, zwężonej stożkowo na końcach rury o przekroju poprzecznym w kształcie elipsy. Komora 1 otoczona jest na swej długości przytwierdzonymi do niej trwale pneumatycznymi pierścieniami 2. Poszczególne pierścienie 2 mają wydłużony kształt i w części stanowiącej wycinek o większym promieniu mają postać woreczków 3 o przekroju poprzecznym w kształcie elipsy. Wycinkiem tym pierścienie 2 przytwierdzone są szczelnie do ścianek komory 1. Każdy pierścień 2 zamocowany jest szczelnie w wyżłobieniu wykonanym w wewnętrznej ściance ramki 4 o kształcie zbliżonym również do wydłużonego pierścienia i przekroju prostokątnym. Ramki 4 wraz z pierścieniami 2 ułożone są jedna na drugiej wzdłuż komory 1 i spojone ze sobą tworząc stos. Elastyczny woreczek 3 kurcząc się pociąga za sobą wycinek ścianki komory 1, a rozprężając się wywiera na niąnacisk sterowany ciśnieniem gazu w układzie pneumatycznym. Sumaryczna, sekwencyjna praca poszczególnych pierścieni 2 wywołuje wzdłuż komory 1 efekt ruchu perystaltycznego powodując przemieszczanie znajdującej się w komorze krwi. Wycinki 5 o mniejszym promieniu pierścienia 2 zaopatrzone są w kanaliki 6 umożliwiające przepływ gazu wzdłuż pierścienia 2. Pneumatyczne pierścienie 2 przymocowane są szczelnie elastyczną błoną 7 do komory 1 w jej wycinku o mniejszym promieniu. System połączonych ramek 4 tworzy wokół każdego pierścienia 2 szczelną

168 832 celę 8, w której podczas pracy komory 1 na przemian powstaje podciśnienie i nadciśnienie. W celu kompensacji tego efektu na styku dwóch ramek 4 na obwodzie rozmieszczone są prowadzące do każdej celi 8 otwory kompensacyjne 9 przykryte elastyczną błoną 10, o przekroju poprzecznym w kształcie półpierścienia, przytwierdzoną z zewnątrz do boków dwóch sąsiednich ramek 4. W razie pęknięcia komory 1 krew nie wydostaje się poza obręb jednej celi 8, nie pracuje poprawnie tylko jeden pierścień, a do wnętrza komory 1 nie przedostaje się sprężony gaz. Każdy pneumatyczny pierścień 2 wyposażony jest w przechodzący przez bok ramki 4 wypust 11 służący do doprowadzenia i odprowadzenia gazu. Stos ramek 4 każdej komory 1 zakończony jest kapturowymi pierścieniami: górnym 12 i dolnym 13, zespolonymi kształtką 14. W każdym z kapturowych pierścieni górnych 12 za pomocą połączenia gwintowego zamocowany jest przedsionek 15 mający postać sztywnego, cylindrycznego, przelotowego naczynia zwężonego na końcach i zaopatrzonego z jednej strony w nagwintowany otwór 16, z drugiej zaś otwór 17 służący do umocowania protezy naczyniowej. Wewnątrz każdego przedsionka 15 przymocowana jest elastyczna wkładka 18 wykonana w kształcie beczkowatego naczynia, umożliwiająca pomiar ciśnienia napływającej krwi i tworząca pętlę sprzężenia zwrotnego realizującego przez protezę prawo Starlinga Franka. Przez otwór 19 wprowadzony jest w przestrzeń pomiędzy wkładką 18 a ścianką przedsionka 15 czujnik ciśnienia 20. Każda z komór 1 zakończona jest od strony przedsionka 15 wlotowym elementem 21 z wlotowym otworem 22 i od przeciwnej strony wylotowym elementem 23 z wylotowym otworem 24, leżącymi w jednej osi. Każda z komór zawiera również wlotową zastawkę 25 przytwierdzoną do kapturowego pierścienia górnego 12 i uszczelnioną podkładką 26 oraz wylotową zastawkę 27 przymocowaną do wylotowego elementu 23 komory 1 za pomocą mocującego elementu 28 i uszczelnioną podkładką 29. Wypusty 11 pierścieni 2 każdej komory 1 połączone są cienkimi rurkami z nakrętkami 30 i wpustami 31 z odpowiadającym komorze 1 rozdzielczym kanałem 32 dwukanałowego dzielnika gazu 33. Rozdzielczy kanał 32 ma w przekroju poprzecznym kształt elipsy i wyposażony jest w eliptyczny tłoczek 34. Z jednej strony każdy kanał 32 zaślepiony jest trwale, natomiast z drugiej strony dzielnik gazu 33 ma wtłoczony, pusty w środku, korek 35 wyposażony w ściankę przednią 36 i tylną 37, w których przemieszczają się wodziki 38 tłoczków 34. Każdy wodzik 38 uszczelniony jest dwiema parami dławic 39 zamocowanych w ściankach 36 i 37. Rozdział sprężonego gazu w każdym rozdzielczym kanale 32 dokonywany jest przez przemieszczanie się tłoczka 34 odsłaniającego kolejno wpusty 31 do rozdzielczego kanału 32, co powoduje uporządkowane doprowadzanie i odprowadzanie gazu z poszczególnych kolejnych pierścieni 2. Ruch tłoczka 34 z dołu do góry i z powrotem do pozycji wyjściowej odpowiada całkowitemu pojedynczemu cyklowi pracy komory 1 i zarazem całego sztucznego serca. Ruch tłoczka 34 do góry odbywa się powoli z uwagi na konieczność pokonania oporów sprężonego gazu doprowadzanego do górnego końca dzielnika gazu 33. Proces ten powoduje powolne napełnianie krwią komory 1, natomiast przy ruchu tłoczka 34 w dół do siły przemieszczającej tłoczek dodaje się siła nacisku na tłoczek sprężonego gazu, co powoduje w konsekwencji szybkie wyrzucenie krwi z komory 1. Funkcjonowanie powyższego mechanizmu spełnia w ten sposób wymogi stawiane w tym względzie sztucznym sercom. Każdy kanał 32 dwukanałowego dzielnika gazu 33 zasilany jest sprężonym gazem cienką rureczką 40 z zamkniętego, wspólnego dla obu kanałów obwodu pneumatycznego, w którym w obiegu zamkniętym krąży porcja sprężanego i rozprężanego na przemian gazu. Obwód ten zawiera dwa połączone szeregowo miniaturowe kompensacyjne zbiorniczki 41 i 42 o różnej objętości, pomiędzy którymi włączony jest zespół sprężający 43 zasysający gaz z większego, podciśnieniowego zbiorniczka 42 i tłoczący i sprężający gaz w mniejszym zbiorniczku 41. Sprężony gaz z mniejszego zbiorniczka 41 przy ruchu tłoczka 34 w dół wtłaczany jest do pneumatycznych pierścieni 2, natomiast przy ruchu tłoczka 34 w górę gaz zasysany jest z pierścieni 2 do większego zbiorniczka 42, w którym występuje podciśnienie gazu.Tłoczek 34 w kanale 32 napędzany jest jednym z dwóch miniaturowych liniowych silniczków 46, natomiast miniaturowy wysokoobrotowy silniczek 47 napędza miniaturową tłokowa^ sprężarkę 48. Ze zbiorniczka oleju 49 umieszczonego w korpusie 50 zespołu sprężającego 43 rozprowadzany jest wraz z przetłaczanym gazem olej smarujący elementy układu pneumatycznego. Miniaturowa

168 832 sprężarka 48 wyposażona jest w zaworową płytkę 51 z kulowymi zaworami 52 przytwierdzoną poprzez podkładkę 53 śrubami 54 do cylindra 55 sprężarki. Oba zespoły pompujące sztucznego serca według wynalazku umieszczone są w nieprzepuszczalnej obudowie 56, natomiast hermetycznie zamknięty pneumatyczny blok napędowy i współpracujący z nim sterujący pracą sztucznego serca, połączony czynnościowo z systemem nerwowym, elektroniczny układ 57 stanowią oddzielone konstrukcyjnie układy. Sterowanie pracą sztucznego serca ogranicza się do sterowania dwoma liniowymi silniczkami 46.

Wszczepienie sztucznego serca według wynalazku przebiega następująco. Po usunięciu naturalnego serca do otworu 17 prawego przedsionka mocuje się tradycyjnym zatrzaskiem protezę naczyniową połączoną z zespolonymi chirurgicznie żyłami vena cava superior i vena cana inferior. Otwór 17 lewego przedsionka łączy się protezą naczyniową z żyłą płucną Wylotowe otwory komór sztucznego serca łączy się odpowiednio z tętni cąpłucnąi aortąrównież za pośrednictwem tradycyjnych protez naczyniowych.

168 832

168 832

168 832

168 832

168 832

168 832

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sztuczne serce wyposażone w dwa jednakowe zespoły pompujące złoże z przedsionka i pompującej komory stanowiącej przelotową elastyczną rurę o gładkich ścianach z elementami uciskającymi i zastawkami oraz w pneumatyczne urządzenia zasilające zawierające sprężarkę, silnik, zbiorniki gazu i zawory, znamienne tym, że każda z komór (1) o przekroju poprzecznym w kształcie elipsy, zwężona na końcach zaopatrzonych w elementy: wlotowy (21) i wylotowy (23), otoczona jest na swej długości kilkoma przytwierdzonymi do niej trwale i szczelnie niezależnymi wydłużonymi pneumatycznymi pierścieniami (2), których wycinki o większym promieniu stanowią wyposażone w wypusty (11) woreczki (3) o przekroju poprzecznym w kształcie elipsy, a pneumatyczne pierścienie (2) zamocowane sąszczelnie w sztywnych ramkach (4) ułożonych dookoła każdej z komór (1) w stos zakończony dwoma kapturowymi pierścieniami: górnym (12) usytuowanym przy elemencie wlotowym (21) i zawierającym wlotową zastawkę (25), mocującym wylot przedsionka (15) stanowiącego sztywne, przelotowe, cylindryczne zwężone na końcach naczynie, wewnątrz którego zamocowana jest elastyczna wkładka (18) osłaniająca czujnik (20) do pomiaru ciśnienia krwi, i pierścieniem dolnym (13) usytuowanym przy elemencie wylotowym (23) komory (1), do którego zamocowana jest wylotowa zastawka (27); natomiast napęd każdej komory (1) realizowany jest poprzez pneumatyczne pierścienie (2) połączone swoimi wypustami (11) z odpowiadającym kanałem (32) dwukanałowego dzielnika gazu (33), w każdym kanale (32) tłoczek (34) rozdzielający gaz na poszczególne pierścienie (2) napędzany jest ruchem posuwisto-zwrotnym przez miniaturowy liniowy silniczek (46), przy czym dzielnik gazu (33) połączony jest z obwodem pneumatycznym zawierającym miniaturowa sprężarkę tłokową (48) napędzaną zminiaturyzowanym wysokoobrotowym silniczkiem (47) i dwa miniaturowe zbiorniczki kompensacyjne: mniejszy (41) ze sprężonym gazem i większy (42) z rozprężonym gazem, a cały pneumatyczny blok napędowy stanowi oddzielony konstrukcyjnie od zespołów pompujących hermetycznie zamknięty układ.
2. 2. Sztuczne serce według zastrz. 1, znamienne tym, że zwężone końce każdej z komór (1) mają postać eliptycznych stożków.
3. 3. Sztuczne serce według zastrz. 1, znamienne tym, że elastyczna wkładka (18) w przedsionku (15) ma kształt beczkowaty.