RU104462U1

RU104462U1 - BLOOD PUMPING DEVICE

Info

Publication number: RU104462U1
Application number: RU2010147564/14U
Authority: RU
Inventors: Станислав Викторович Яцкевич
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Специальные радиосистемы и технологии" ("СРТ")
Priority date: 2010-11-23
Filing date: 2010-11-23
Publication date: 2011-05-20

Abstract

1. Устройство для перекачивания крови, состоящее из канала с жидкостью, двух электродов с электрическими контактами, электромагнита и блока управления, содержащего опорный генератор, первый и второй формирователи переменных сигналов, причем выходы первого формирователя переменных сигналов подключены через электрические контакты к двум электродам, а выходы второго формирователя переменных сигналов присоединены к выводам электрической катушки электромагнита, при этом электроды расположены между каналом с жидкостью, а электромагнит установлен так, чтобы создаваемые им силовые линии магнитного поля были ортогональны линиям напряженности электрического поля, создаваемого электродами, дополнительно содержит датчик пульса, выход которого присоединен ко входу усилителя, а выход усилителя подключен ко входу формирователя импульса, выход которого присоединен к управляющему входу ключа и внешнему контакту, а вход ключа соединен с выходом опорного генератора, а выход ключа через первый и второй управляемые элементы задержки присоединен соответственно ко входам первого и второго формирователей переменных сигналов, причем катушка электромагнита расположена на сердечнике, к двум торцам которого присоединены первый и второй магнитные наконечники. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сердечник электромагнита выпален из высокочастотного феррита. ! 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что магнитные наконечники выполнены из высокочастотного феррита, причем каждый наконечник образован из трех частей, соединенных между собой подвижными сочленениям. ! 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик пуль 1. A device for pumping blood, consisting of a channel with a liquid, two electrodes with electrical contacts, an electromagnet and a control unit containing a reference generator, the first and second drivers of variable signals, and the outputs of the first driver of variable signals are connected through electrical contacts to two electrodes, and the outputs of the second driver of the variable signals are connected to the terminals of the electric coil of the electromagnet, while the electrodes are located between the channel with the liquid, and the electromagnet is configured so that the magnetic field lines created by it are orthogonal to the lines of the electric field generated by the electrodes, further comprises a pulse sensor, the output of which is connected to the input of the amplifier, and the output of the amplifier is connected to the input of a pulse shaper, the output of which is connected to the control input of the key and external contact, and the key input is connected to the output of the reference generator, and the key output through the first and second controlled delay elements is connected respectively to the inputs of the first and torogo formers variable signals, the coil of the electromagnet is located on the core, the two ends of which are attached first and second magnetic tips. ! 2. The device according to claim 1, characterized in that the core of the electromagnet is fired from high-frequency ferrite. ! 3. The device according to claim 1, characterized in that the magnetic tips are made of high-frequency ferrite, and each tip is formed of three parts interconnected by movable joints. ! 4. The device according to claim 1, characterized in that the bullet sensor

Description

Предлагаемое устройство относится к области медицинской техники, а точнее к устройствам для перекачивания крови или биохимических растворов, и может быть использовано в медицине для поддержки кровообращения в организме человека в условиях пульсирующего давления, а также в химических и биологических исследованиях в качестве насоса для перекачивания крови или растворов.The proposed device relates to the field of medical technology, and more specifically to devices for pumping blood or biochemical solutions, and can be used in medicine to support blood circulation in the human body under pulsating pressure, as well as in chemical and biological studies as a pump for pumping blood or solutions.

Из существующего уровня техники известны механические устройства для перекачивания крови, которые отличаются элементами конструкции и типом приводов, перекачивающих кровь или биохимические растворы. Это насосы различных конструкций (поршневые, баллонные, мембранные, ротационные) с электромеханическими и электромагнитными приводами, которые берут на себя функции либо всего сердца, либо лишь одного желудочка, а также используются для перекачивания крови при проведении биохимических исследований.Mechanical devices for pumping blood are known from the prior art, which differ in structural elements and the type of drives that pump blood or biochemical solutions. These are pumps of various designs (piston, balloon, diaphragm, rotary) with electromechanical and electromagnetic drives that take on the functions of either the whole heart, or only one ventricle, and are also used for pumping blood during biochemical studies.

Например, известное «Устройство для перекачивания крови» может быть использовано в качестве внутрикорпорального вспомогательного устройства при недостаточной работе сердца, а также в качестве основного насоса в системах вспомогательного интеркорпорального кровообращения [1]. В устройстве между втулкой, валом, разделяющимся уплотнением и задней стенкой корпуса на подвижном колесе установлены торцовые криволинейные лопатки, выпуклые в направлении, противоположном вращению колеса. Ведущая по потоку сторона торцовых лопаток при вращение непосредственно осуществляет перекачивание крови.For example, the well-known "Device for pumping blood" can be used as an intracorporeal auxiliary device with insufficient heart function, as well as as the main pump in auxiliary intercorporal circulation systems [1]. In the device between the bushing, the shaft, the sealed seal and the rear wall of the housing on the movable wheel mounted end curved blades convex in the direction opposite to the rotation of the wheel. The flow side of the end of the shoulder blades during rotation directly carries out the pumping of blood.

Известное «Устройство для перекачивания крови», содержащее корпус с двухсторонним центральным подводом и периферийным отводом, рабочее колесо в виде установленного в корпусе с осевым зазором диска с острой выходной кромкой и с торцовыми поверхностями, обеспечивает перекачивание крови к периферийным отводам за счет механического вращения диска [2].The well-known "Device for pumping blood", comprising a housing with a two-sided central inlet and peripheral tap, an impeller in the form of a disc mounted with axial clearance with a sharp output edge and with end surfaces, provides blood pumping to peripheral bends due to mechanical rotation of the disk [ 2].

В известном устройстве под названием «Пульсационный насос» перекачка крови осуществляется за счет возвратно-поступательного движения в жидкостной камере подвижного элемента, выполняющего функцию поршня, причем движение обеспечивается при импульсном воздействии на поршень электромагнитной силы и силы пружины [3].In the known device under the name “Pulsation pump”, blood is pumped by reciprocating movement in the liquid chamber of a movable element that acts as a piston, and the movement is provided when the piston is subjected to electromagnetic force and spring force [3].

Указанные известные устройства имеют принципиальные недостатки, связанные с механическим принципом действия: низкая надежность подвижных элементов, трудностями размещения, обусловленные приводом подвижных элементов и относительно большими габаритными размерами. Кроме того, такая чувствительная жидкость как кровь или другие многофазные жидкости с низкой стабильностью, могут легко перейти в область нестабильных состояний в процессе прохождения через нагнетающие системы. Если возникает необходимость поддерживать кровообращение с помощью дополнительного кровяного насоса, то неизбежно взаимодействие крови с данной технической системой. Кровь при этом легко подвержена гемолизу или формированию тромбов, с соответствующими неблагоприятными последствиями для пациента.These known devices have fundamental disadvantages associated with the mechanical principle of operation: low reliability of the moving elements, difficulties in placement due to the drive of the moving elements and relatively large overall dimensions. In addition, such a sensitive liquid as blood or other multiphase liquids with low stability can easily go into the region of unstable states during passage through injection systems. If there is a need to maintain blood circulation with the help of an additional blood pump, then the interaction of blood with this technical system is inevitable. Blood in this case is easily susceptible to hemolysis or the formation of blood clots, with corresponding adverse consequences for the patient.

Для проведения биологических исследований также необходимо обеспечить перемещение исследуемой крови или другой жидкости через канал с определенной скоростью в условиях герметизации (инкапсуляции) жидкостного канала.For biological research, it is also necessary to ensure the movement of the test blood or other fluid through the channel at a certain speed in the conditions of sealing (encapsulation) of the liquid channel.

Известны жидкостные насосы, в которых жидкость подвергается минимальному механическому воздействию при обеспечении герметичности жидкостного канала.Liquid pumps are known in which the liquid is subjected to minimal mechanical stress while ensuring the tightness of the liquid channel.

Например, известны магнитогидродинамические (МГД) кондукционные насосы, в которых рабочий канал с жидкостью размещен в зазоре между полюсами магнита, а по электрическим шинам к каналу подводится постоянный или переменный электрический ток. За счет взаимодействия электрического тока, проходящего через жидкость и магнитных полей, возникает движение электропроводящей жидкости - движение проводника с током в магнитном поле [4,5].For example, magnetohydrodynamic (MHD) conduction pumps are known in which a working channel with a liquid is placed in the gap between the poles of a magnet, and direct or alternating electric current is supplied to the channel via electric buses. Due to the interaction of the electric current passing through the liquid and magnetic fields, the movement of an electrically conductive liquid occurs - the movement of a conductor with a current in a magnetic field [4,5].

При этом сила F, действующая на проводник с током, помещенный в магнитное поле оказывается равной:In this case, the force F acting on a conductor with a current placed in a magnetic field is equal to:

F=ILBsinα,F = ILBsinα, (1)(one)

где: I - величина тока в проводнике, L - длина проводника, В - величина магнитной индукции поля, а - угол между направлением тока I в проводнике и направлением вектора магнитной индукции В.where: I is the magnitude of the current in the conductor, L is the length of the conductor, B is the magnitude of the magnetic induction of the field, and is the angle between the direction of the current I in the conductor and the direction of the magnetic induction vector B.

Преимущества таких МГД - насосов заключаются в простоте конструкции и полной герметизации рабочего канала с жидкостью, отсутствие вращающихся частей и высокой надежности.The advantages of such MHD pumps are the simplicity of design and complete sealing of the working channel with liquid, the absence of rotating parts and high reliability.

Так, известный магнитогидродинамический насос для перекачивания жидкости, предназначенный для проведения анализа крови и различных биохимических растворов содержит микроканалы с встроенной системой однонаправленного движения жидкости типа насадки - диффузора и магнитогидродинамическую (МГД) систему, состоящую из двух электродов, источника тока и постоянного магнита [6]. В известном устройстве МГД - система обеспечивает продольные колебательные движения жидкости за счет взаимодействия переменного электрического тока в жидкости и постоянного магнитного поля, а специальная насадка - диффузор за счет разного гидродинамического сопротивления обеспечивает движение жидкости в канале преимущественно только в одном направлении. При этом наличие постоянного магнита упрощает конструкцию и уменьшает энергопотребление, однако в канале устройства необходимо иметь встроенную систему однонаправленного движения жидкости, что ограничивает применение.So, the well-known magnetohydrodynamic pump for pumping liquids, designed for the analysis of blood and various biochemical solutions, contains microchannels with an integrated system of unidirectional fluid movement such as a nozzle - diffuser and magnetohydrodynamic (MHD) system, consisting of two electrodes, a current source and a permanent magnet [6] . In the known MHD device, the system provides longitudinal oscillatory movements of the liquid due to the interaction of an alternating electric current in the liquid and a constant magnetic field, and a special nozzle - diffuser, due to different hydrodynamic resistance, provides the movement of the liquid in the channel mainly in only one direction. At the same time, the presence of a permanent magnet simplifies the design and reduces energy consumption, however, in the device channel, it is necessary to have an integrated system of unidirectional fluid movement, which limits the application.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является магнитодинамический насос (МГД - насос), состоящий из двух электродов с электрическими контактами, электромагнита, образованного из электрических катушек и блока управления, который содержит опорный генератор, первый и второй формирователи переменных сигналов, входы которых соединены с выходом опорного генератора, а выходы первого формирователя переменных сигналов подключены через электрические контакты к двум электродам, а выходы второго формирователя переменных сигналов присоединены к выводам электрических катушек электромагнита, причем электроды расположены между каналом с жидкостью, а электромагнит расположен так, чтобы создаваемые им силовые линии магнитного поля были ортогональны линиям напряженности электрического поля, создаваемого электродами [7].Closest to the claimed technical solution is a magnetodynamic pump (MHD pump), consisting of two electrodes with electrical contacts, an electromagnet formed of electrical coils and a control unit that contains a reference generator, the first and second variable signal conditioners, the inputs of which are connected to the output reference generator, and the outputs of the first driver of variable signals are connected through electrical contacts to two electrodes, and the outputs of the second driver of variable signals are attached to terminals of electric coils of the electromagnet, wherein the electrodes are disposed between the liquid channel and the electromagnet is disposed to the magnetic fields generated by power lines are orthogonal to the lines of the electric field created by the electrodes [7].

Принцип действия известного устройства основан на бесконтактном воздействии переменного магнитного поля, создаваемого электромагнитом на электропроводную жидкость в канале насоса, например, кровь или раствор, через которую протекает электрический ток.The principle of operation of the known device is based on the non-contact action of an alternating magnetic field created by an electromagnet on an electrically conductive liquid in a pump channel, for example, blood or a solution through which an electric current flows.

Для этого в известном устройстве сигналы с выхода опорного генератора поступают на входы первого и второго формирователей переменных сигналов, обеспечивая их синхронизацию. С выходов первого формирователя через электрические контакты переменное напряжение подается на соответствующие электроды, с помощью которых через жидкость пропускается электрический ток, а с выходов второго формирователя напряжение подается на выводы электрических катушек электромагнита, которые создают магнитное поле. При этом катушки электромагнита установлены вблизи канала с жидкостью так, чтобы ось каждой катушки была ортогональна линиям напряженности электрического поля, создаваемого электродами.To do this, in a known device, the signals from the output of the reference generator are fed to the inputs of the first and second formers of variable signals, ensuring their synchronization. From the outputs of the first shaper, an alternating voltage is supplied through the electrical contacts to the corresponding electrodes, through which electric current is passed through the liquid, and from the outputs of the second shaper, voltage is supplied to the terminals of the electric coils of the electromagnet, which create a magnetic field. In this case, the electromagnet coils are installed near the channel with the liquid so that the axis of each coil is orthogonal to the lines of the electric field generated by the electrodes.

Для исключения нежелательного осаждения ионов жидкости на электродах и рекомбинации встречных потоков анионов и катионов в известном устройстве используется переменный электрический ток. При возбуждении электромагнита на жидкость в зоне прохождения переменного электрического тока начинает действовать электромагнитная сила - сила Лоренца, под действием которой жидкость перемещается по каналу, при этом за счет синфазности магнитного и электрического поля сила действует на жидкость только в одном направление, определяемом по известному правилу «левой руки» (см. выражение 1). При этом ионы, находящиеся в жидкости, совершают колебательные движения поперек канала за счет действия переменного электрического поля и одновременно перемещаются вдоль канала под действием электромагнитной силы, т.е. двигаются зигзагообразно вдоль канала.To eliminate the unwanted deposition of liquid ions on the electrodes and recombination of the opposing flows of anions and cations in the known device uses an alternating electric current. When an electromagnet is excited on a liquid in the zone of passage of alternating electric current, an electromagnetic force begins to act - the Lorentz force, under the influence of which the liquid moves along the channel, and due to the phase matching of the magnetic and electric fields, the force acts on the liquid in only one direction, determined by the well-known rule " left hand ”(see expression 1). In this case, the ions in the liquid oscillate across the channel due to the action of an alternating electric field and simultaneously move along the channel under the influence of electromagnetic force, i.e. zigzag along the channel.

Таким образом известное устройство обеспечивает перекачивание электропроводной жидкости, в частности крови, при полной герметизации рабочего канала и отсутствии подвижных частей.Thus, the known device provides pumping of an electrically conductive liquid, in particular blood, with complete sealing of the working channel and the absence of moving parts.

Однако известное устройство имеет ряд недостатков.However, the known device has several disadvantages.

Во-первых, катушки электромагнита при заданном токе возбуждения не обеспечивают максимальную напряженность магнитного поля в канале жидкости вследствие слабой направленности магнитного потока. Это особенно важно при малых поперечных размерах каналов, составляющих 1…5 мм. для получения максимально возможного давления жидкости в канале при условии принципиального ограничения величины электрического тока через канал, например, до единиц мА в организме человека.Firstly, the electromagnet coils at a given excitation current do not provide the maximum magnetic field strength in the liquid channel due to the weak directivity of the magnetic flux. This is especially important for small transverse channel sizes of 1 ... 5 mm. to obtain the maximum possible liquid pressure in the channel, subject to the fundamental restriction of the magnitude of the electric current through the channel, for example, to units of mA in the human body.

Во-вторых, в известном устройстве не обеспечивается возможность предварительной установки оптимальных соотношений между фазами сигналов возбуждения магнитного и электрического поля и их частотой при разных геометрических размерах каналов и различных свойствах перекачиваемых жидкостей: крови и биохимических растворов. Выбор оптимальных параметров частоты электрического поля, действующего на жидкость в канале, зависит от ряда ее конкретных свойств: степени электропроводности, массы ионов и т.п., а фазовый сдвиг между сигналами возбуждения электрического и магнитного поля зависит, также и от геометрических размеров каналов и их электрических свойств. В известном устройстве такая регулировка не обеспечивается.Secondly, in the known device it is not possible to pre-set the optimal ratios between the phases of the magnetic and electric field excitation signals and their frequency for different geometric sizes of channels and various properties of the pumped liquids: blood and biochemical solutions. The choice of the optimal parameters of the frequency of the electric field acting on the liquid in the channel depends on a number of its specific properties: the degree of electrical conductivity, the mass of ions, etc., and the phase shift between the excitation signals of the electric and magnetic field also depends on the geometric dimensions of the channels and their electrical properties. In the known device, such adjustment is not provided.

Указанные недостатки снижают эффективность применения известного устройства.These disadvantages reduce the effectiveness of the known device.

Кроме того, для эффективной поддержки периферийного кровообращения в организме человека в условиях пульсирующего давления необходима синхронизация вспомогательного насоса с сердечным пульсом человека. Как известно, кровь под воздействием ритмических сокращений сердца циркулирует в закрытой сосудистой системе. В случаях дисфункции сердца для увеличения давления крови в периферийных участках тела, например, конечностях рук или ног, необходимо использование вспомогательного насоса, который должен поддержать присутствующий сердечный пульс. В известном устройстве это не выполняется, что ограничивает область его применения.In addition, in order to effectively support peripheral circulation in the human body under pulsating pressure, it is necessary to synchronize the auxiliary pump with a person’s heart pulse. As you know, blood under the influence of rhythmic contractions of the heart circulates in the closed vascular system. In cases of heart dysfunction, to increase blood pressure in the peripheral parts of the body, for example, the limbs of the hands or feet, it is necessary to use an auxiliary pump, which should support the present heart pulse. In the known device, this is not performed, which limits the scope of its application.

Таким образом указанные недостатки снижают эффективность и область применения известного устройства.Thus, these disadvantages reduce the effectiveness and scope of the known device.

Задача предлагаемого устройства для перекачивания крови заключается в повышение эффективности и расширение области применения.The objective of the proposed device for pumping blood is to increase efficiency and expand the scope.

Технический результат при реализации предлагаемого устройства заключается в повышение величины избыточного давления и обеспечении эффективной поддержки периферийного кровообращения в организме человека в условиях пульсирующего давления.The technical result in the implementation of the proposed device is to increase the excess pressure and provide effective support for peripheral circulation in the human body under pulsating pressure.

Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство для перекачивания крови, состоящее из канала с жидкостью, двух электродов с электрическими контактами, электромагнита и блока управления, содержащего опорный генератор, первый и второй формирователи переменных сигналов, причем выходы первого формирователя переменных сигналов подключены через электрические контакты к двум электродам, а выходы второго формирователя переменных сигналов присоединены к выводам электрической катушки электромагнита, при этом электроды расположены между каналом с жидкостью, а электромагнит установлен так, чтобы создаваемые им силовые линии магнитного поля были ортогональны линиям напряженности электрического поля, создаваемого электродами, дополнительно содержит датчик пульса, выход которого присоединен ко входу усилителя, а выход усилителя подключен ко входу формирователя импульса, выход которого присоединен к управляющему входу ключа и внешнему контакту, а вход ключа соединен с выходом опорного генератора, а выход ключа через первый и второй управляемые элементы задержки присоединен соответственно ко входам первого и второго формирователей переменных сигналов, причем катушка электромагнита расположена на сердечнике, к двум торцам которого присоединены первый и второй магнитные наконечники, при этом сердечник электромагнита и магнитные наконечники выполнены из высокочастотного феррита, причем каждый наконечник образован из трех частей, соединенных между собой подвижными сочленениям, а датчик пульса выполнен из пьезочувствительного элемента, линейный размер рабочей поверхности которого не превышает линейный размер канала с жидкостью, а опорный генератор дополнительно содержит вход управления тактовой частотой, к которому подключен выход регулирующего элемента.The specified technical result is achieved by the fact that the proposed device for pumping blood, consisting of a channel with a liquid, two electrodes with electrical contacts, an electromagnet and a control unit containing a reference generator, the first and second drivers of variable signals, and the outputs of the first driver of variable signals are connected via electrical contacts to two electrodes, and the outputs of the second driver of alternating signals are connected to the terminals of the electric coil of the electromagnet, while The electrodes are located between the channel with the liquid, and the electromagnet is installed so that the magnetic field lines created by it are orthogonal to the lines of the electric field generated by the electrodes, further comprises a pulse sensor, the output of which is connected to the input of the amplifier, and the output of the amplifier is connected to the input of the pulse shaper, the output of which is connected to the control input of the key and the external contact, and the input of the key is connected to the output of the reference generator, and the output of the key through the first and second controlled delay elements are connected respectively to the inputs of the first and second formers of variable signals, and the electromagnet coil is located on the core, to the two ends of which are attached the first and second magnetic tips, while the core of the electromagnet and magnetic tips are made of high-frequency ferrite, and each tip is formed of three parts interconnected by movable joints, and the heart rate sensor is made of a piezosensitive element, the linear size of the working surface of the cat cerned is less than the linear dimension of the liquid channel, and further comprising a reference oscillator clock frequency control input connected to the output regulating member.

Схема устройства для перекачивания крови изображена на фигуре 1.The scheme of the device for pumping blood is shown in figure 1.

Обозначения на фиг.1: 1 - канал с жидкостью, 2, 3 - электроды, 4, 5 - электрические контакты, 6 - электромагнит, 7 - блок управления, 8 - опорный генератор, 9, 10 - первый и второй формирователи переменных сигналов, 11 - выходы первого формирователя переменных сигналов 9, 12 - выходы второго формирователя переменных сигналов 10, 13 - электрическая катушка, 14 - датчик пульса, 15 - усилитель, 16 - формирователь импульса, 17 - управляющий входу ключа, 18 - ключ, 19 - внешний контакт, 20 - выход ключа, 21 - первый управляемый элемент задержки, 22 - второй управляемый элемент задержки, 23 - сердечник, 24 - первый магнитный наконечник, 25 - второй магнитный наконечник, 26 - подвижное сочленение, 27 - пьезочувствительный элемент, 28 - вход управления тактовой частотой, 29 - регулирующий элемент.Designations in Fig. 1: 1 - channel with liquid, 2, 3 - electrodes, 4, 5 - electrical contacts, 6 - electromagnet, 7 - control unit, 8 - reference generator, 9, 10 - first and second variable signal conditioners, 11 - outputs of the first driver of variable signals 9, 12 - outputs of the second driver of variable signals 10, 13 - electric coil, 14 - pulse sensor, 15 - amplifier, 16 - pulse driver, 17 - control of the key input, 18 - key, 19 - external contact, 20 — key output, 21 — first controlled delay element, 22 — second controlled delay element, 23 — core, 24 — first magnetic tip, 25 — second magnetic tip, 26 — movable joint, 27 — piezo-sensitive element, 28 — clock frequency control input, 29 — control element.

Схема принципа работы устройства для перекачивания крови изображена на фигуре 2.The scheme of the principle of the device for pumping blood is shown in figure 2.

Обозначения на фиг.2: 1 - канал с жидкостью, 2, 3 - электроды, 4, 5 - электрические контакты, 6 - электромагнит, 13 - электрическая катушка, 23 - сердечник, 24 - первый магнитный наконечник, 25 - второй магнитный наконечник.Designations in figure 2: 1 - channel with liquid, 2, 3 - electrodes, 4, 5 - electrical contacts, 6 - electromagnet, 13 - electric coil, 23 - core, 24 - first magnetic tip, 25 - second magnetic tip.

Предлагаемое устройство для перекачивания крови состоит из канала с жидкостью 1, двух электродов 2 и 3 с электрическими контактами 4 и 5, электромагнита 6 и блока управления 7, содержащего опорный генератор 8, первый и второй формирователи переменных сигналов 9 и 10, причем выходы 11 первого формирователя переменных сигналов 9 подключены через электрические контакты 4 и 5 к двум электродам 2 и 3, а выходы 12 второго формирователя переменных сигналов 10 присоединены к выводам электрической катушки 13 электромагнита 6, при этом электроды 2 и 3 расположены между каналом с жидкостью 1, а электромагнит 6 установлен так, чтобы создаваемые им силовые линии магнитного поля были ортогональны линиям напряженности электрического поля, создаваемого электродами 2 и 3, дополнительно содержит датчик пульса 14, выход которого присоединен ко входу усилителя 15, а выход усилителя 15 подключен ко входу формирователя импульса 16, выход которого присоединен к управляющему входу 17 ключа 18 и внешнему контакту 19, а вход ключа 18 соединен с выходом опорного генератора 8, а выход 20 ключа 18 через первый и второй управляемые элементы задержки 21 и 22 присоединен соответственно ко входам первого и второго формирователей переменных сигналов 9 и 10, причем катушка 13 электромагнита 6 расположена на сердечнике 23, к двум торцам которого присоединены первый и второй магнитные наконечники 24 и 25, при этом сердечник 23 электромагнита 6 и магнитные наконечники 24 и 25 выполнены из высокочастотного феррита, причем каждый наконечник 24 и 25 образован из трех частей, соединенных между собой подвижными сочленениям 26, а датчик пульса 14 выполнен из пьезочувствительного элемента 27, линейный размер рабочей поверхности которого не превышает линейный размер канала с жидкостью 1, а опорный генератор 8 дополнительно содержит вход управления тактовой частотой 28, к которому подключен выход регулирующего элемента 29.The proposed device for pumping blood consists of a channel with a liquid 1, two electrodes 2 and 3 with electrical contacts 4 and 5, an electromagnet 6 and a control unit 7 containing a reference generator 8, the first and second formers of variable signals 9 and 10, the outputs 11 of the first the variable signal driver 9 is connected through electrical contacts 4 and 5 to two electrodes 2 and 3, and the outputs 12 of the second variable signal driver 10 are connected to the terminals of the electric coil 13 of electromagnet 6, while the electrodes 2 and 3 are located between the channel with the liquid 1, and the electromagnet 6 is installed so that the magnetic field lines created by it are orthogonal to the lines of the electric field generated by the electrodes 2 and 3, further comprises a pulse sensor 14, the output of which is connected to the input of the amplifier 15, and the output of the amplifier 15 connected to the input of the pulse shaper 16, the output of which is connected to the control input 17 of the key 18 and the external contact 19, and the input of the key 18 is connected to the output of the reference generator 8, and the output 20 of the key 18 through the first and second control e delay elements 21 and 22 are connected respectively to the inputs of the first and second formers of variable signals 9 and 10, and the coil 13 of the electromagnet 6 is located on the core 23, to the two ends of which are connected the first and second magnetic tips 24 and 25, while the core 23 of the electromagnet 6 and magnetic tips 24 and 25 are made of high-frequency ferrite, and each tip 24 and 25 is formed of three parts interconnected by movable joints 26, and the pulse sensor 14 is made of a piezosensitive element 27, l -linear size of the working surface of which does not exceed the line size of the channel with the liquid 1, and a reference generator 8 further comprises a control input 28, a clock frequency, is connected to the output regulating member 29.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.The work of the proposed device is as follows.

Предварительно производится установка электродов 2 и 3, а также магнитных наконечников 24 и 25 относительно канала с жидкостью 1 таким образом, чтобы создаваемые ими силовые линии магнитного поля были ортогональны линиям напряженности электрического поля, создаваемого электродами 2 и 3.The electrodes 2 and 3, as well as the magnetic tips 24 and 25 relative to the channel with liquid 1, are preliminarily installed so that the magnetic field lines created by them are orthogonal to the electric field lines created by electrodes 2 and 3.

После включения электропитания блока управления 7 производится ручным способом установка оптимальных значений частоты опорного генератора 8 и значений задержек сигналов в первом и втором управляемых элементах задержек 21 и 22.After turning on the power to the control unit 7, the optimal frequencies of the reference oscillator 8 and the signal delay values in the first and second controlled delay elements 21 and 22 are manually set.

Выбор оптимального значения частоты опорного генератора 8 производится в диапазоне частот 0,1-10 МГц. исходя из свойств конкретной жидкости в канале 1 (кровь, биораствор и т.д.). При этом значение частоты опорного генератора 8, определяющей периоды колебаний переменного электрического поля между электродами 2 и 3, выбирается таким образом, чтобы за один период колебаний ионы жидкости в канале 1 с учетом своей инерции могли выполнять микроскопические колебательные перемещения не превышающие среднюю длину свободного пробега для исключения релаксации и предотвращения востановления в области электродов 2 и 3. В частности, для крови приемлемым значением частоты колебаний переменного электрического поля является 1…3 МГц.The choice of the optimal frequency value of the reference oscillator 8 is made in the frequency range of 0.1-10 MHz. based on the properties of a particular fluid in channel 1 (blood, bio-solution, etc.). The frequency of the reference generator 8, which determines the periods of oscillation of an alternating electric field between the electrodes 2 and 3, is selected so that for one oscillation period, the liquid ions in channel 1, taking into account their inertia, can perform microscopic vibrational displacements not exceeding the mean free path for exceptions of relaxation and prevention of restoration in the region of electrodes 2 and 3. In particular, for blood, an acceptable value of the frequency of oscillations of an alternating electric field is 1 ... 3 Hz.

Установка заданной частоты опорного генератора 8 производится с помощью регулирующего элемента 29, для чего заданный сигнал управления с выхода регулирующего элемента 29 поступает на управляющий вход 28 опорного генератора 8 и на его выходе появляются высокочастоные импульсы заданной частоты, которые поступают на вход ключа 18, а затем после его срабатывания, импульсы поступают на входы первого и второго управляемых элементов задержек 21 и 22 и далее через первый и второй формирователи переменных сигналов 9 и 10 на электроды 2, 3 и катушку 13.The preset frequency of the reference oscillator 8 is set using the control element 29, for which a predetermined control signal from the output of the regulating element 29 is supplied to the control input 28 of the reference generator 8 and high-frequency pulses of a given frequency appear at its output, which are fed to the input of the key 18, and then after its operation, the pulses are fed to the inputs of the first and second controlled delay elements 21 and 22 and then through the first and second drivers of variable signals 9 and 10 to the electrodes 2, 3 and coil 13.

Другими установочными параметрами являются временная задержка первого и второго управляемых элементов задержки 21 и 22. Время задержки каждого элемента 21 и 22 регулируется независимо ручным способом в диапазоне задержек до значений, равных половине периода колебаний сигналов опорного генератора 8.Other settings are the time delay of the first and second controllable delay elements 21 and 22. The delay time of each element 21 and 22 is independently independently controlled in the delay range to values equal to half the oscillation period of the signals of the reference generator 8.

С помощью управляемых элементов задержки 21 и 22 задается такой временной сдвиг между сигналами на входах первого и второго формирователей переменных сигналов 9 и 10, чтобы выходные разнополярные импульсы на их выходах 11 и 12, поступающие соответственно на электроды 2, 3 и катушку 13 электромагнита 6 создавали синфазные электрическое и магнитное поля в канале с жидкостью 1, для получения максимального давления жидкости.Using the controlled delay elements 21 and 22, a time shift between the signals at the inputs of the first and second drivers of the variable signals 9 and 10 is set so that the output bipolar pulses at their outputs 11 and 12, respectively, supplied to the electrodes 2, 3 and coil 13 of the electromagnet 6 create in-phase electric and magnetic fields in the channel with the fluid 1, to obtain maximum fluid pressure.

Необходимость введения регулировки фазовых сдвигов сигналов возбуждения обусловлена наличием реактивных составляющих в выходных электрических цепях, в частности, в электрической катушке 13 электромагнита 6 и вносимыми нагрузкой - каналом с жидкостью 1 фазовыми искажениями. Введение данной регулировки с помощью управляемых элементов задержки 21 и 22 исключает постоянную составляющую фазовой ошибки и обеспечивает синфазность электрического и магнитного поля в канале с жидкостью 1, что в результате создает максимально возможное давление для перекачивания жидкости в каждом конкретном случае.The need to introduce adjustment of the phase shifts of the excitation signals is due to the presence of reactive components in the output electrical circuits, in particular, in the electric coil 13 of the electromagnet 6 and the introduced load - the channel with the liquid 1 phase distortion. The introduction of this adjustment with the help of the controlled delay elements 21 and 22 eliminates the constant component of the phase error and ensures that the electric and magnetic fields in phase with the liquid 1 are in phase, which as a result creates the maximum possible pressure for pumping the liquid in each case.

Предлагаемое устройство для перекачивания крови может быть использовано для поддержки периферийного кровообращения в организме человека в условиях пульсирующего давления и в качестве насоса для перекачивания жидкости - биохимических растворов, крови и т.п. при проведение анализа и исследований.The proposed device for pumping blood can be used to support peripheral blood circulation in the human body under pulsating pressure and as a pump for pumping fluid - biochemical solutions, blood, etc. when conducting analysis and research.

При использовании предлагаемого устройства для поддержки периферийного кровообращения работа устройства осуществляется следующим образом.When using the proposed device to support peripheral circulation, the operation of the device is as follows.

Первоначально производится включение электропитания блока управления 7 и предварительная установка указанных выше параметров. Датчик пульса 14, выполненный из пьезочувствительного элемента 27, устанавливается непосредственно снаружи входа канала с жидкостью 1, например, сосуда с кровью.Initially, the power supply of the control unit 7 is turned on and the above parameters are pre-set. The pulse sensor 14, made of a piezosensitive element 27, is installed directly outside the entrance of the channel with the liquid 1, for example, a vessel with blood.

При появлении пульса датчик 14 срабатывает и напряжение с контактов пьезоэлемента 27 поступает на вход усилителя 15, где усиливается и затем поступает на вход формирователя импульса 16. Формирователь импульсов 16 срабатывает и формирует на своем выходе управляющий сигнал с длительностью, соответствующей длительности приливного давления на входе канала с жидкостью 1. Этот сигнал поступает на управляющий вход 17 ключа 18, который срабатывает и высокочастотные импульсы с выхода опорного генератора 8 через замкнутый ключ 18 поступают на входы первого и второго управляемых элементов задержек 21 и 22, где задерживаются в соответствии с предварительно установленными значениями и поступают на входы первого и второго формирователей переменных сигналов 9 и 10, которые формируют на своих выходах 11 и 12 разнополярные импульсы с частотой опорного генератора 8.When the pulse appears, the sensor 14 is triggered and the voltage from the contacts of the piezoelectric element 27 goes to the input of the amplifier 15, where it is amplified and then fed to the input of the pulse shaper 16. The pulse shaper 16 works and generates a control signal with a duration corresponding to the duration of the tidal pressure at the channel input with liquid 1. This signal is fed to the control input 17 of the key 18, which is triggered and high-frequency pulses from the output of the reference generator 8 through a closed key 18 are fed to the inputs of the first first and second controllable delay elements 21 and 22 which are retained in accordance with the preset values and to the inputs of the first and second alternating signals shapers 9 and 10, which form at its outputs 11 and 12 of bipolar pulses with a frequency of the reference oscillator 8.

На выходах 11 первого формирователя переменных сигналов 9 и выходах 12 второго формирователя переменных сигналов 10 появляются разнополярные импульсы с частотой опорного генератора 8, причем импульсы с выхода 11 через электрические контакты 4 и 5 прикладываются к электродам 2 и 3, а импульсы с выхода 12 поступают на обмотку 13 электромагнита 6.At the outputs 11 of the first driver of the alternating signals 9 and outputs 12 of the second driver of the variable signals 10 there are bipolar pulses with a frequency of the reference oscillator 8, and the pulses from output 11 are applied to the electrodes 2 and 3 through electrical contacts 4 and 5, and the pulses from output 12 are fed to winding 13 of electromagnet 6.

Таким образом, между электродами 2 и 3 возникает переменное электрическое поле, а в сердечнике 23 электромагнита 6 появляется переменное магнитное поле, которое через присоединенные магнитные наконечники 24 и 25 проходит через жидкость в канале 1.Thus, an alternating electric field arises between the electrodes 2 and 3, and an alternating magnetic field appears in the core 23 of the electromagnet 6, which passes through the connected magnetic tips 24 and 25 through the fluid in channel 1.

В результате синфазного действия переменных полей на жидкость действует однонаправленная электродинамическая сила, которая обеспечивает ее перекачивание (см. выражение 1).As a result of the in-phase action of alternating fields, a unidirectional electrodynamic force acts on the fluid, which ensures its pumping (see expression 1).

Разнополярные импульсы с выхода 11 первого формирователя переменных сигналов 9 поступают через электрические контакты 4 и 5 на электроды 2 и 3, вызывая появление переменного электрического поля с напряженностью «Е» в канале с жидкостью 1. Разнополярные импульсы с выхода 12 второго формирователя переменных сигналов 10 поступают на обмотку 13, вызывая появление переменного магнитного поля в сердечнике 23 и присоединенных к нему магнитных наконечниках 24 и 25 и образуя в канале с жидкостью 1 переменное магнитное поле с индукцией «В». В результате действия переменных полей на электропроводную жидкость действует однонаправленная сила «F», которая обеспечивает ее перекачивание в соответствие с выражением 1 (см. фиг.2).Bipolar pulses from the output 11 of the first shaper of variable signals 9 are supplied through electrical contacts 4 and 5 to the electrodes 2 and 3, causing the appearance of an alternating electric field with intensity "E" in the channel with liquid 1. Bipolar pulses from the output 12 of the second shaper of variable signals 10 to the winding 13, causing the appearance of an alternating magnetic field in the core 23 and attached to the magnetic tips 24 and 25 and forming in the channel with the liquid 1 an alternating magnetic field with induction "B". As a result of the action of alternating fields, a unidirectional force “F” acts on the electrically conductive liquid, which ensures its pumping in accordance with expression 1 (see FIG. 2).

При уменьшении приливного давления на входе канала 1 сигнал с датчика пульса 14 уменьшается, вызывая окончание управляющего импульса с выхода формирователя импульсов 16 и размыкание ключа 18. При этом импульсы с выхода опорного генератора 8 перестают поступать на входы первого и второго управляемых элементов задержек 21 и 22, исчезают разнополярные импульсы на выходах 11 и 12 первого и второго формирователей переменных сигналов 9 и 10 и, соответственно, электрическое и магнитное поле. При последующем появлении пульса указанный процесс повторяется.When the tidal pressure at the input of channel 1 decreases, the signal from the pulse sensor 14 decreases, causing the end of the control pulse from the output of the pulse shaper 16 and the key 18 is open. In this case, pulses from the output of the reference generator 8 cease to be supplied to the inputs of the first and second controlled delay elements 21 and 22 bipolar pulses at the outputs 11 and 12 of the first and second shapers of the variable signals 9 and 10 and, accordingly, the electric and magnetic fields disappear. With the subsequent appearance of the pulse, this process is repeated.

При использование предлагаемого устройства в качестве насоса для перекачивания жидкости, например, биологического растворов, крови и т.п. при проведение исследований устройство работает аналогичным образом.When using the proposed device as a pump for pumping liquid, for example, biological solutions, blood, etc. when conducting research, the device works in a similar way.

Первоначально, также, производится включение электропитания блока управления 7 и предварительная установка указанных выше параметров. Поскольку синхронизация работы с пульсом при данном применение не требуется, то датчик пульса 14, усилитель 15 и формирователь 16 в этом режиме не используются. Для включения работы насоса используется внешний сигнал управления, который поступает на внешний контакт 19, который присоединен к управляющему входу 17 ключа 18. Под действием этого сигнала ключ 18 срабатывает и высокочастотные импульсы с выхода опорного генератора 8 через замкнутый ключ 18 поступают на входы первого и второго управляемых элементов задержек 21 и 22.Initially, also, the power supply of the control unit 7 is turned on and the above parameters are pre-set. Since synchronization of work with the pulse is not required for this application, the pulse sensor 14, amplifier 15 and driver 16 are not used in this mode. To turn on the pump, an external control signal is used, which is supplied to an external contact 19, which is connected to the control input 17 of the key 18. Under the influence of this signal, the key 18 is triggered and high-frequency pulses from the output of the reference generator 8 through the closed key 18 are fed to the inputs of the first and second controlled elements of delays 21 and 22.

Далее работа устройства происходит аналогично указанному выше описанию. При отключении внешнего сигнала управления с контакта 19 ключ 18 размыкается, в результате чего работа устройства прекращается.Further, the operation of the device is similar to the above description. When you disconnect the external control signal from pin 19, the key 18 opens, as a result of which the device stops working.

Таким образом, осуществляется работа предлагаемого устройства для поддержки периферийного кровообращения в организме человека в условиях пульсирующего давления и в качестве насоса для перекачивания жидкости при проведение исследований.Thus, the work of the proposed device to support peripheral blood circulation in the human body under pulsating pressure and as a pump for pumping fluid during research.

Выполнение сердечника 23 и магнитных наконечников 24 и 25 из высокочастотного феррита обеспечивает высокую добротность при формирование магнитного поля до 10 МГц. Предлагаемая конструкция устройства, а именно, присоединение к двум торцам сердечника 23 электромагнита 6 магнитных наконечников 24 и 25, образованных из трех частей, соединенных между собой подвижными сочленениям 26 позволяет создавать магнитное поле в каналах с жидкостью 1 различных размеров, причем направление поля оказывается наиболее оптимальным для получения величины давления. Этому же способствует и возможность предварительной установки синхронизации взаимодействия электрического и магнитного полей в канале с жидкостью 1 за счет введения управляемых элементов задержек 21 и 22.The implementation of the core 23 and the magnetic tips 24 and 25 of high-frequency ferrite provides high quality factor with the formation of a magnetic field up to 10 MHz. The proposed design of the device, namely, the attachment to two ends of the core 23 of the electromagnet 6 magnetic tips 24 and 25, formed of three parts interconnected by movable joints 26 allows you to create a magnetic field in the channels with liquid 1 of various sizes, and the field direction is most optimal to get the pressure value. This also contributes to the possibility of pre-setting the synchronization of the interaction of electric and magnetic fields in the channel with the liquid 1 due to the introduction of controlled delay elements 21 and 22.

Указанное выше повышает эффективность действия предлагаемого устройства.The above increases the effectiveness of the proposed device.

Выполнение пьезочувствительного элемента 27 с линейным размером рабочей поверхности, не превышающей линейный размер канала с жидкостью 1 обеспечивает точное измерение появления пульса в заданной точке, что обеспечивает синхронизацию работы устройства при поддержки периферийного кровообращения в организме человека в условиях пульсирующего давления.The implementation of the piezosensitive element 27 with a linear size of the working surface that does not exceed the linear size of the channel with the liquid 1 provides an accurate measurement of the appearance of the pulse at a given point, which ensures synchronization of the device while supporting peripheral blood circulation in the human body under pulsating pressure.

Указанное выше расширяет область применения устройства.The above expands the scope of the device.

Таким образом, предлагаемое устройство для перекачивания крови обеспечивает поддержку кровообращения в организме человека в условиях пульсирующего давления, кроме того оно может быть использовано при проведение химических и биологических исследований в качестве насоса для перекачивания крови или растворов.Thus, the proposed device for pumping blood provides support for blood circulation in the human body under conditions of pulsating pressure, in addition, it can be used in chemical and biological studies as a pump for pumping blood or solutions.

Библиографические данные источников информации:Bibliographic data of information sources:

1. Описание к патенту РФ №2308977 от 27.10.2007. МПК А61М 1/10.1. Description to the patent of the Russian Federation No. 2308977 dated 10.27.2007. IPC A61M 1/10.

2. Описание к патенту РФ №2076495 от 15.11.1991 МПК А61М 1/10, опуб. 27.03.1997.2. Description to the patent of the Russian Federation No. 2076495 from 11/15/1991 IPC A61M 1/10, publ. 03/27/1997.

3. Описание к патенту РФ №2211709 от 18.12.1998 г. МПК А61М 1/12, опуб. 10.09.2003, Бюл.25.3. Description to the patent of the Russian Federation No. 2211709 dated 12/18/1998, IPC A61M 1/12, publ. 09/10/2003, Bull. 25.

4. Бирзвалк Ю.А., Основы теории и расчета кондукционных МГД-насосов постоянного тока, Рига, 1968;4. Birzvalk Yu.A., Fundamentals of the theory and calculation of conductive MHD pumps of direct current, Riga, 1968;

5. Тютин И.А., Электромагнитные насосы для жидких металлов, Рига, 1959.5. Tyutin IA, Electromagnetic pumps for liquid metals, Riga, 1959.

6. Описание к патенту США №7753656 В2, приоритет от 25 декабря 2003 г., дата опубликования 13 июля 2010 г., МКИ Н02К 44/00.6. Description of US patent No. 7753656 B2, priority of December 25, 2003, publication date July 13, 2010, MKI N02K 44/00.

7. Описание к патенту США №2007/0274840 А1, приоритет от 13 декабря 2006 г., дата публикации 29 ноября 2007 г. МКИ B60L 9/16.7. Description of US patent No. 2007/0274840 A1, priority dated December 13, 2006, publication date November 29, 2007 MKI B60L 9/16.

Claims

1. A device for pumping blood, consisting of a channel with a liquid, two electrodes with electrical contacts, an electromagnet and a control unit containing a reference generator, the first and second drivers of variable signals, and the outputs of the first driver of variable signals are connected through electrical contacts to two electrodes, and the outputs of the second driver of the variable signals are connected to the terminals of the electric coil of the electromagnet, while the electrodes are located between the channel with the liquid, and the electromagnet is configured so that the magnetic field lines created by it are orthogonal to the lines of the electric field generated by the electrodes, further comprises a pulse sensor, the output of which is connected to the input of the amplifier, and the output of the amplifier is connected to the input of a pulse shaper, the output of which is connected to the control input of the key and external contact, and the key input is connected to the output of the reference generator, and the key output through the first and second controlled delay elements is connected respectively to the inputs of the first and torogo formers variable signals, the coil of the electromagnet is located on the core, the two ends of which are attached first and second magnetic tips.

2. The device according to claim 1, characterized in that the core of the electromagnet is fired from high-frequency ferrite.

3. The device according to claim 1, characterized in that the magnetic tips are made of high-frequency ferrite, and each tip is formed of three parts interconnected by movable joints.

4. The device according to claim 1, characterized in that the pulse sensor is made of a piezosensitive element, the linear size of the working surface of which does not exceed the linear size of the channel with the liquid.

5. The device according to claim 1, characterized in that the reference generator further comprises a clock frequency control input to which an output of the control element is connected.