RU127630U1

RU127630U1 - ARTIFICIAL VENTRICLE OF THE HEART

Info

Publication number: RU127630U1
Application number: RU2012154855/14U
Authority: RU
Inventors: Николай Иванович Куликов; Александр Борисович Суханов
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2013-05-10

Abstract

1. Искусственный желудочек сердца, содержащий корпус, мембранный насос с герметичным мембранным разделителем, электромеханическим приводом и толкателем мембранного разделителя, входной патрубок с впускным клапаном, выходной патрубок с выпускным клапаном, мембранный разделитель выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения и разделяет внутреннюю полость корпуса на жидкостную полость, соединенную с входным и выходным патрубками, и газовую полость, в которой установлены электромеханический привод и толкатель, отличающийся тем, что мембранный разделитель выполнен в виде двух эластичных мембран, одна из которых расположена со стороны жидкостной полости, а вторая - со стороны газовой полости, при этом полость между близлежащими поверхностями эластичных мембран заполнена жидким наполнителем.2. Искусственный желудочек сердца по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкого наполнителя использован жидкий полидиметилсилоксан.3. Искусственный желудочек сердца по п.1, отличающийся тем, что эластичные мембраны выполнены из полиуретана.4. Искусственный желудочек сердца по п.1, отличающийся тем, что толщина эластичной мембраны, расположенной со стороны газовой полости, превышает толщину эластичной мембраны, расположенной со стороны жидкостной полости.5. Искусственный желудочек сердца по п.1, отличающийся тем, что на поверхности толкателя установлена накладка с полированной поверхностью.1. An artificial ventricle of the heart, comprising a housing, a diaphragm pump with a sealed diaphragm separator, an electromechanical actuator and a pusher of a diaphragm separator, an inlet nozzle with an inlet valve, an outlet nozzle with an exhaust valve, a diaphragm separator made with the possibility of reciprocating movement and divides the inner cavity of the housing into a liquid cavity connected to the inlet and outlet nozzles, and a gas cavity in which an electromechanical drive and a pusher are installed, characterized in The fact that the membrane separator is made in the form of two elastic membranes, one of which is located on the side of the liquid cavity, and the second on the side of the gas cavity, while the cavity between the adjacent surfaces of the elastic membranes is filled with a liquid filler. 2. The artificial ventricle of the heart according to claim 1, characterized in that liquid polydimethylsiloxane is used as a liquid filler. The artificial ventricle of the heart according to claim 1, characterized in that the elastic membranes are made of polyurethane. The artificial ventricle of the heart according to claim 1, characterized in that the thickness of the elastic membrane located on the side of the gas cavity exceeds the thickness of the elastic membrane located on the side of the liquid cavity. The artificial ventricle of the heart according to claim 1, characterized in that a plate with a polished surface is installed on the surface of the pusher.

Description

Полезная модель относится к медицинской технике, а более конкретно - к аппаратам, предназначенным для замены насосной функции сердца при частичном или полном обходе естественных желудочков сердца, и может использоваться в имплантируемых системах вспомогательного кровообращения.The utility model relates to medical equipment, and more specifically, to devices designed to replace the pumping function of the heart during partial or complete bypass of the natural ventricles of the heart, and can be used in implantable circulatory auxiliary systems.

Известны различные типы конструкций имплантируемых искусственных желудочков сердца, которые предназначены для использования в системах обхода естественного желудочка сердца. В качестве насосов вспомогательного кровообращения, в частности, применяются мембранные насосы, обеспечивающие более низкую травму перекачиваемой крови по сравнению с другими типами насосов. Передача механической энергии на исполнительный орган мембранного насоса в малогабаритных аппаратах вспомогательного кровообращения осуществляется с помощью электромеханических приводов. В таких аппаратах привод обеспечивает возвратно-поступательное движение исполнительного органа (толкателя), который взаимодействует с герметичным мембранным разделителем.Various types of designs of implantable artificial ventricles of the heart are known, which are intended for use in bypass systems of the natural ventricle of the heart. As ancillary circulation pumps, in particular, diaphragm pumps are used, which provide a lower injury to the pumped blood compared to other types of pumps. The transfer of mechanical energy to the actuator of the diaphragm pump in small-sized devices for auxiliary circulation is carried out using electromechanical drives. In such devices, the drive provides reciprocating movement of the actuator (pusher), which interacts with a sealed membrane separator.

Так, например, известен искусственный желудочек сердца, включающий в свой состав высокоскоростной электродвигатель, механический преобразователь с винтовой передачей и рабочую камеру мембранного насоса крови с герметичным мембранным разделителем (Куликов Н.И., Толпекин В.Е. Вспомогательное кровообращение и основы системного подхода к проектированию имплантируемых технических средств с пульсирующим кровотоком. - М: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2009, с.90). На валу ротора электродвигателя установлена гайка винтовой пары преобразователя движения. Ходовой винт преобразователя движения служит исполнительным органом привода, который взаимодействует с мембранным разделителем. Электромеханический привод мембранного насоса снабжен датчиком положения ротора электродвигателя. С помощью данного датчика определяется пространственное положение мембранного разделителя.For example, an artificial heart ventricle is known, which includes a high-speed electric motor, a mechanical transducer with a helical gear and a working chamber for a blood membrane pump with a sealed membrane separator (Kulikov N.I., Tolpekin V.E. Auxiliary blood circulation and the basics of a systematic approach to designing implantable hardware with pulsating blood flow. - M: Publishing House MAI-PRINT, 2009, p.90). On the rotor shaft of the electric motor, a nut of a screw pair of a motion converter is installed. The spindle of the motion transducer serves as an actuator for the drive, which interacts with the membrane separator. The electromechanical drive of the diaphragm pump is equipped with a position sensor for the rotor of the electric motor. Using this sensor, the spatial position of the membrane separator is determined.

Для исключения разрушения и разгерметизации мембранного разделителя при длительной эксплуатации аппарата в области взаимодействия с ходовым винтом-толкателем на поверхности гибкой мембраны установлена контактная опора. При использовании такой опоры предотвращается взаимодействие толкателя непосредственно с поверхностью упругой мембраны и истирание поверхности мембраны в области контакта. Однако применение контактной опоры усложняет конструкцию мембранного разделителя, снижает ее гибкость и повышает сопротивление при циклических возвратно-поступательных перемещениях в течение ресурса системы вспомогательного кровообращения. Кроме того, несмотря на исключение возможности прямого взаимодействия толкателя с поверхностью мембраны, при работе аппарата не предотвращается возможность образования трещин и нарушения герметичности гибкой мембраны за пределами области размещения контактной опоры.To exclude destruction and depressurization of the membrane separator during prolonged use of the apparatus in the area of interaction with the lead screw-pusher, a contact support is installed on the surface of the flexible membrane. When using such a support, the interaction of the pusher directly with the surface of the elastic membrane and the abrasion of the surface of the membrane in the contact area are prevented. However, the use of contact support complicates the design of the membrane separator, reduces its flexibility and increases resistance during cyclic reciprocating movements during the life of the auxiliary circulatory system. In addition, despite the exclusion of the possibility of direct interaction of the pusher with the membrane surface, the operation of the apparatus does not prevent the possibility of cracking and violation of the tightness of the flexible membrane outside the contact support area.

Наиболее близким аналогом полезной модели является искусственный желудочек сердца, описанный в патенте RU 45618 (МПК A61F 2/24, опубликован 27.05.2005). Аппарат содержит мембранный насос крови с жестким корпусом, в котором установлен эластичный мембранный разделитель и датчик, регистрирующий пространственное положение разделителя.The closest analogue of the utility model is the artificial ventricle of the heart described in patent RU 45618 (IPC A61F 2/24, published on 05.27.2005). The apparatus contains a membrane blood pump with a rigid body, in which an elastic membrane separator and a sensor recording the spatial position of the separator are installed.

Электромеханический привод устройства включает в свой состав реверсивный вентильный электродвигатель, датчики положения ротора электродвигателя, преобразователь движения с винтовой парой и толкатель, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения. Гайка преобразователя движения соединена с ротором электродвигателя, а винт преобразователя - с толкателем. На корпусе аппарата расположены два штуцера, один из которых служит для ввода проводов системы электропитания и системы управления и измерения, а второй - для связи газовой полости мембранного насоса с компенсатором давления. Рабочая камера мембранного насоса снабжена входным (всасывающим) и выходным (напорным) патрубками. На указанных патрубках соответственно установлены впускной (всасывающий) и выпускной (нагнетательный) клапаныThe electromechanical drive of the device includes a reversible valve electric motor, position sensors of the rotor of the electric motor, a motion converter with a screw pair and a pusher made with the possibility of reciprocating motion. The nut of the motion transducer is connected to the rotor of the electric motor, and the screw of the transducer is connected to the pusher. Two fittings are located on the device’s body, one of which serves to enter the wires of the power supply system and the control and measurement system, and the second - to connect the gas cavity of the diaphragm pump with a pressure compensator. The working chamber of the diaphragm pump is equipped with inlet (suction) and outlet (pressure) nozzles. The inlet (suction) and outlet (discharge) valves are respectively installed on these nozzles

В данной конструкции искусственного желудочка сердца отсутствует механическая связь между толкателем и мембранным разделителем в виде локальной опоры. Сферическая поверхность толкателя взаимодействует при контакте с мембранным разделителем с большей частью его поверхности, обеспечивая максимальную площадь контакта. Центрирование перемещаемого толкателя осуществляется с помощью соосно установленной антифрикционной втулки.In this design of the artificial ventricle of the heart, there is no mechanical connection between the pusher and the membrane separator in the form of a local support. The spherical surface of the pusher interacts in contact with the membrane separator with most of its surface, providing maximum contact area. The center of the movable pusher is carried out using a coaxially mounted anti-friction sleeve.

Снижение вероятности повреждения эластичного мембранного разделителя в процессе длительной эксплуатации системы вспомогательного кровообращения обеспечивается за счет применения амортизаторов рабочего и обратного хода толкателя и гладкой накладки толкателя. При использовании амортизаторов движения толкателя исключаются ударные нагрузки, действующие на эластичный мембранный разделитель, которые могут привести к разрыву мембранного разделителя. Размещение на поверхности толкателя, контактирующей с поверхностью мембранного разделителя, гладкой накладки позволяет снизить трение между контактирующими поверхностями и обеспечить требуемый ресурс аппарата за счет снижения истирания тонкого (~0,5 мм) мембранного разделителя.Reducing the likelihood of damage to the elastic membrane separator during the long-term operation of the auxiliary circulatory system is ensured by the use of shock absorbers for the working and return stroke of the pusher and a smooth pusher pad. When using shock absorbers of the pusher movement, shock loads acting on the elastic membrane separator, which can lead to rupture of the membrane separator, are eliminated. Placing on the surface of the pusher in contact with the surface of the membrane separator, a smooth lining allows you to reduce friction between the contacting surfaces and to provide the required resource of the apparatus by reducing the attrition of a thin (~ 0.5 mm) membrane separator.

Однако применение амортизаторов движения толкателя и гладкой поверхности контакта с мембранным разделителем не исключает возможности повреждения и разгерметизации мембранного разделителя в результате воздействия циклических механических нагрузок, эффекта старения материала мембраны и химического взаимодействия разнородных сред и материалов. Возможность повреждения и разгерметизации мембранного разделителя может привести не только к снижению ресурса искусственного желудочка сердца, но и к необратимым последствиям в случае попадания газа из газовой полости мембранного насоса в систему кровообращения пациента.However, the use of shock absorbers for the pusher movement and a smooth contact surface with the membrane separator does not exclude the possibility of damage and depressurization of the membrane separator due to cyclic mechanical loads, the aging effect of the membrane material and the chemical interaction of dissimilar media and materials. The possibility of damage and depressurization of the membrane separator can lead not only to a decrease in the resource of the artificial ventricle of the heart, but also to irreversible consequences if gas from the gas cavity of the membrane pump enters the patient’s circulatory system.

Полезная модель направлена на исключение возможности нарушения герметичности мембранного разделителя насоса в течение заданного ресурса имплантированного искусственного желудочка сердца. Решение данной технической задачи позволит повысить надежность имплантируемого искусственного желудочка сердца, увеличить его ресурс и обеспечить необходимую безопасность для пациента при длительной эксплуатации системы вспомогательного кровообращения.The utility model is aimed at eliminating the possibility of violation of the tightness of the membrane separator of the pump for a given resource of the implanted artificial ventricle of the heart. The solution to this technical problem will improve the reliability of the implantable artificial heart ventricle, increase its resource and provide the necessary safety for the patient during long-term operation of the auxiliary circulatory system.

Технический результат достигается при использовании искусственного желудочка сердца, который содержит корпус, мембранный насос с герметичным мембранным разделителем, электромеханическим приводом и толкателем, выполненным с возможностью контакта с мембранным разделителем, входной патрубок с впускным клапаном, выходной патрубок с выпускным клапаном. Мембранный разделитель выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения и разделяет внутреннюю полость корпуса на жидкостную полость, соединенную с входным и выходным патрубками, и газовую полость, в которой установлен электромеханический привод и толкатель.The technical result is achieved using an artificial ventricle of the heart, which contains a housing, a diaphragm pump with a sealed diaphragm separator, an electromechanical actuator and a pusher made with the possibility of contact with the diaphragm separator, an inlet pipe with an inlet valve, an outlet pipe with an exhaust valve. The membrane separator is made with the possibility of reciprocating motion and divides the internal cavity of the housing into a liquid cavity connected to the inlet and outlet pipes, and a gas cavity in which an electromechanical drive and a pusher are installed.

Достижение технического результата обусловлено конструкцией мембранного разделителя, которая обеспечивает сохранение герметичности разделителя в течение заданного ресурса устройства Мембранный разделитель выполнен в виде двух эластичных мембран, одна из которых расположена со стороны жидкостной полости, а вторая - со стороны газовой полости. При этом полость между близлежащими поверхностями эластичных мембран заполнена жидким наполнителем.The achievement of the technical result is due to the design of the membrane separator, which ensures the preservation of the tightness of the separator for a given resource of the device. The membrane separator is made in the form of two elastic membranes, one of which is located on the side of the liquid cavity and the second on the side of the gas cavity. In this case, the cavity between the adjacent surfaces of the elastic membranes is filled with a liquid filler.

Выбор конкретного вещества в качестве жидкого наполнителя полости между эластичными мембранами связан с выполнением условия биосовместимости жидкого наполнителя с кровью, заполняющей жидкостную полость мембранного насоса. Данное условие необходимо для продолжения работы системы вспомогательного кровообращения в случае разгерметизации эластичной мембраны, расположенной со стороны жидкостной полости. Кроме того, жидкий наполнитель, заполняющий межмембранную полость, должен обладать свойствами смазочного вещества для снижения трения между двумя эластичными мембранами. С учетом указанных требований в качестве жидкого наполнителя целесообразно применять жидкие синтетические силиконовые материалы. Наиболее предпочтителен выбор жидкого полидиметилсилоксана в качестве наполнителя межмембранной полости.The choice of a specific substance as a liquid filler of a cavity between elastic membranes is associated with the fulfillment of the biocompatibility of the liquid filler with blood filling the liquid cavity of the membrane pump. This condition is necessary to continue the operation of the auxiliary circulatory system in case of depressurization of the elastic membrane located on the side of the liquid cavity. In addition, the liquid filler filling the intermembrane cavity must have the properties of a lubricant to reduce friction between the two elastic membranes. Given these requirements, it is advisable to use liquid synthetic silicone materials as a liquid filler. Most preferred is the choice of liquid polydimethylsiloxane as a filler in the intermembrane cavity.

Эластичные мембраны могут быть выполнены из полиуретана. Толщины эластичных мембран могут быть различными. В частности, для увеличения ресурса аппарата целесообразно, чтобы толщина эластичной мембраны, расположенной со стороны газовой полости, превышала толщину эластичной мембраны, расположенной со стороны жидкостной полости, в 2-3 раза.Flexible membranes can be made of polyurethane. The thickness of the elastic membranes may be different. In particular, to increase the life of the apparatus, it is advisable that the thickness of the elastic membrane located on the side of the gas cavity exceed the thickness of the elastic membrane located on the side of the liquid cavity by 2-3 times.

Для снижения коэффициента трения между контактирующими поверхностями толкателя и мембранного разделителя на поверхность толкателя устанавливается металлическая накладка с полированной поверхностью.To reduce the coefficient of friction between the contacting surfaces of the pusher and the membrane separator, a metal plate with a polished surface is installed on the surface of the pusher.

Далее полезная модель поясняется описанием примера выполнения искусственного желудочка сердца.Next, a useful model is illustrated by a description of an example of an artificial ventricle of the heart.

На прилагаемых чертежах изображено следующее:The accompanying drawings show the following:

на фиг.1 - искусственный желудочек сердца, в котором положение эластичной мембраны соответствует началу периода вытеснения крови из жидкостной полости мембранного насоса в фазе систолы (данный момент времени соответствует окончанию периода заполнения кровью жидкостной полости в фазе диастолы);figure 1 - artificial ventricle of the heart, in which the position of the elastic membrane corresponds to the beginning of the period of displacement of blood from the liquid cavity of the membrane pump in the systole phase (this time corresponds to the end of the period of filling with blood of the liquid cavity in the diastole phase);

на фиг.2 - искусственный желудочек сердца, в котором положение эластичной мембраны соответствует началу периода заполнения кровью жидкостной полости мембранного насоса в фазе диастолы (данный момент времени соответствует окончанию периода вытеснения крови из жидкостной полости в фазе систолы).figure 2 - artificial ventricle of the heart, in which the position of the elastic membrane corresponds to the beginning of the period of blood filling the liquid cavity of the membrane pump in the diastole phase (this time corresponds to the end of the period of displacement of blood from the liquid cavity in the systole phase).

В корпусе 1 искусственного желудочка сердца размещен мембранный насос с герметичным мембранным разделителем, который разделяет внутреннюю полость корпуса на жидкостную полость (рабочую камеру) 2 и газовую (технологическую) полость 3. Мембранный разделитель содержит внутреннюю эластичную мембрану 4 и внешнюю эластичную мембрану 5. Эластичные мембраны 4 и 5 выполнены из полиуретана. Толщина внутренней эластичной мембраны 4 составляет 0,2 мм, а толщина внешней эластичной мембраны 5-0,5 мм.In the body 1 of the artificial ventricle of the heart there is a membrane pump with a sealed membrane separator, which separates the internal cavity of the body into a liquid cavity (working chamber) 2 and gas (technological) cavity 3. The membrane separator contains an internal elastic membrane 4 and an external elastic membrane 5. Elastic membranes 4 and 5 are made of polyurethane. The thickness of the inner elastic membrane 4 is 0.2 mm, and the thickness of the outer elastic membrane 5-0.5 mm.

Между эластичными мембранами образована полость 6, заполненная жидким наполнителем, в качестве которого в рассматриваемом примере используется жидкий полидиметилсилоксан. Расстояние между близлежащими поверхностями эластичных мембран 4 и 5 составляет - 0,5 мм.A cavity 6 is formed between the elastic membranes, filled with a liquid filler, which is used as a liquid polydimethylsiloxane in this example. The distance between the adjacent surfaces of the elastic membranes 4 and 5 is - 0.5 mm.

Размеры и свойства эластичных мембран 4 и 5 выбираются на основании ряда требований, к числу которых относятся следующие:The sizes and properties of elastic membranes 4 and 5 are selected on the basis of a number of requirements, which include the following:

- мембраны не должны оказывать сопротивления притоку крови в жидкостную полость мембранного насоса;- membranes should not resist the flow of blood into the fluid cavity of the membrane pump;

- мембраны не должны создавать дополнительное снижение давления во время наполнения жидкостной полости в фазе диастолы.- membranes should not create an additional pressure drop during filling of the liquid cavity in the diastole phase.

Жидкостная полость 2 соединена с одной стороны с входным патрубком 7, в котором установлен впускной клапан 8, а с противоположной стороны - с выходным патрубком 9, в котором установлен выпускной клапан 10.The liquid cavity 2 is connected on the one hand to the inlet pipe 7 in which the inlet valve 8 is installed, and on the opposite side to the outlet pipe 9 in which the exhaust valve 10 is installed.

В газовой полости 3 мембранного насоса расположен электромеханический привод толкателя 11, контактирующего с поверхностью внешней эластичной мембраны 5. Толкатель 11 выполняется из алюминиевого сплава. На поверхности толкателя 11 установлена накладка 12, выполненная из нержавеющей стали, с полированной внешней поверхностью. Полированная поверхность накладки 12 непосредственно контактирует с поверхностью эластичной мембраной 5, что исключает возможность ее повреждения при циклическом возвратно-поступательном перемещении вместе с толкателем 11.In the gas cavity 3 of the membrane pump there is an electromechanical drive of the pusher 11 in contact with the surface of the external elastic membrane 5. The pusher 11 is made of aluminum alloy. On the surface of the pusher 11 mounted plate 12, made of stainless steel, with a polished outer surface. The polished surface of the lining 12 is in direct contact with the surface of the elastic membrane 5, which eliminates the possibility of damage during cyclic reciprocating movement together with the pusher 11.

Электромеханический привод включает в свой состав реверсный вентильный электродвигатель 13 с полым ротором и механический преобразователь вращательного движения вала электродвигателя в возвратно-поступательное движение толкателя 11. Выходным звеном механического преобразователя движения является ходовой винт 14, который механически связан с толкателем 11. В состав электромеханического привода входят датчики системы измерения, регистрирующие положение ротора электродвигателя 13 в текущий момент времени.The electromechanical drive includes a reversible valve motor 13 with a hollow rotor and a mechanical transducer of the rotational movement of the motor shaft to the reciprocating motion of the pusher 11. The output link of the mechanical transducer is a spindle 14, which is mechanically connected to the pusher 11. The electromechanical drive includes sensors of the measuring system, recording the position of the rotor of the electric motor 13 at the current time.

Корпус 1 снабжен штуцерами 15 и 16. Через штуцер 15 проходят токоподводы электродвигателя 13 и токоподводы системы управления и системы измерения. Величина средней механической мощности электромеханического привода мембранного насоса составляет -10 Вт при максимальном ходе толкателя 11-20 мм. Газовая полость 3 мембранного насоса соединена через штуцер 16 с компенсатором давления.The housing 1 is equipped with fittings 15 and 16. Through the fitting 15 are the current leads of the electric motor 13 and the current leads of the control system and the measurement system. The average mechanical power of the electromechanical drive of the diaphragm pump is -10 W with a maximum stroke of the plunger of 11-20 mm. The gas cavity 3 of the diaphragm pump is connected through a fitting 16 with a pressure compensator.

Работа искусственного желудочка сердца, изображенного на фиг.1 и 2 чертежей, осуществляются следующим образом.The work of the artificial ventricle of the heart depicted in figures 1 and 2 of the drawings are as follows.

Искусственный желудочек сердца, являющийся частью имплантируемой системы вспомогательного кровообращения, подключается в обход естественного сердца. Функционирование искусственного желудочка сердца происходит периодически повторяющимися кратковременными циклами, согласованными с работой естественного сердца. Каждый цикл работы искусственного желудочка сердца состоит из фазы систолы и фазы диастолы. Количество циклов в минуту может изменяться от 40 до 120. Соответственно частота выброса крови из искусственного желудочка составляет от 40 до 120 ударов в минуту.The artificial ventricle of the heart, which is part of the implantable circulatory system, is connected to bypass the natural heart. The functioning of the artificial ventricle of the heart occurs periodically by repeating short-term cycles, consistent with the work of the natural heart. Each cycle of the artificial heart ventricle consists of a systole phase and a diastole phase. The number of cycles per minute can vary from 40 to 120. Accordingly, the frequency of ejection of blood from an artificial ventricle is from 40 to 120 beats per minute.

Перед началом фазы систолы жидкостная полость 3 мембранного насоса полностью заполнена кровью под действием венозного давления. Данное положение мембранного насоса изображено на фиг.1 чертежей. Камера заполняется через входной патрубок 7 и впускной клапан 8. Выпускной клапан 10 выходного патрубка 9 при заполнении жидкостной полости 3 находится в закрытом положении. Толкатель 11 электромеханического привода находится в крайнем нижнем положении и отведен от мембранного разделителя. В данном положении жидкостная камера 2 полностью заполнена кровью, а эластичные мембраны 4 и 5 максимально выгнуты в сторону газовой полости 3. Положение мембранного разделителя в момент полного заполнения, когда скорость ее перемещения практически равна нулю, фиксируется с помощью датчика перемещения разделителя (на чертеже не показан).Before the systole phase begins, the liquid cavity 3 of the membrane pump is completely filled with blood under the influence of venous pressure. This position of the diaphragm pump is shown in figure 1 of the drawings. The chamber is filled through the inlet pipe 7 and the inlet valve 8. The exhaust valve 10 of the outlet pipe 9 when filling the liquid cavity 3 is in the closed position. The pusher 11 of the electromechanical actuator is in its lowest position and is diverted from the membrane separator. In this position, the liquid chamber 2 is completely filled with blood, and the elastic membranes 4 and 5 are maximally curved towards the gas cavity 3. The position of the membrane separator at the moment of full filling, when its movement speed is practically zero, is fixed using the separator displacement sensor (not shown shown).

В фазе систолы при включении электродвигателя 13 толкатель 11 под действием ходового винта 14 перемешается к внешней эластичной мембране 5. При дальнейшем поступательном движении толкателя 11 устанавливается контакт между поверхностью накладки 12 толкателя и поверхностью внешней эластичной мембраны 5. После этого происходит перемещение мембранного разделителя из нижнего крайнего положения в верхнее крайнее положение (см. фиг.2). Вероятность повреждения эластичной мембраны 5 при контакте с толкателем 11 сокращается за счет использования накладки 12 с полированной поверхностью.In the systole phase, when the electric motor 13 is turned on, the pusher 11 under the influence of the lead screw 14 is mixed to the external elastic membrane 5. With further progressive movement of the pusher 11, contact is established between the surface of the pusher plate 12 and the surface of the external elastic membrane 5. After this, the membrane separator moves from the lower extreme position in the upper extreme position (see figure 2). The likelihood of damage to the elastic membrane 5 in contact with the pusher 11 is reduced through the use of the lining 12 with a polished surface.

В процессе вытеснения крови из жидкостной полости 2 в фазе систолы кровь поступает в аорту. В данном режиме работы кровь вытесняется из жидкостной полости 2 через выходной патрубок 9 и выпускной клапан 10. В фазе систолы впускной клапан 8 находится в закрытом положении.In the process of displacing blood from the fluid cavity 2 in the systole phase, blood enters the aorta. In this operating mode, blood is displaced from the fluid cavity 2 through the outlet pipe 9 and the exhaust valve 10. In the systole phase, the intake valve 8 is in the closed position.

При перемещении мембранного разделителя в крайнее верхнее положение (см. фиг.2) происходит увеличение объема газовой полости 4. Постоянное давление в газовой полости 4 поддерживается с помощью компенсатора давления (на чертеже не показан), который подключается к корпусу 1 через штуцер 16.When the membrane separator is moved to its highest position (see Fig. 2), the volume of the gas cavity 4 increases. Constant pressure in the gas cavity 4 is maintained using a pressure compensator (not shown in the drawing), which is connected to the housing 1 through the nozzle 16.

При достижении мембранным разделителем крайнего верхнего положения система управления вырабатывает сигнал на переключение режима работы электродвигателя 13. Ротор электродвигателя 13 начинает вращаться в противоположном направлении, и толкатель 11, приводимый в движение с помощью ходового винта 14, перемещается в направлении к газовой полости 3. При движении толкателя 11 в обратном направлении начинается фаза диастолы. При открытом впускном клапане 8 и закрытом выпускном клапане 10 кровь под действием венозного давления заполняет жидкостную полость 2. Воздух из газовой полости 3 вытесняется в компенсатор давления через штуцер 16.When the membrane separator reaches its highest position, the control system generates a signal for switching the operation mode of the electric motor 13. The rotor of the electric motor 13 starts to rotate in the opposite direction, and the pusher 11, driven by the screw screw 14, moves towards the gas cavity 3. When moving pusher 11 in the opposite direction begins the phase of diastole. With the inlet valve 8 open and the outlet valve 10 closed, blood under the influence of venous pressure fills the liquid cavity 2. Air from the gas cavity 3 is forced into the pressure compensator through the nozzle 16.

Фаза диастолы продолжается до полного заполнения кровью жидкостной полости 2 насоса. Мембранный разделитель занимает крайнее нижнее положение, в котором скорость перемещения мембранного разделителя становится равной нулю. После завершения фазы диастолы цикл работы искусственного желудочка сердца повторяется с заданной периодичностью.The diastole phase continues until the liquid cavity 2 of the pump is completely filled with blood. The membrane separator is at its lowest position, in which the speed of movement of the membrane separator becomes zero. After the completion of the diastole phase, the cycle of the artificial ventricle of the heart is repeated with a given frequency.

При циклическом возвратно-поступательном перемещении мембранного разделителя в течение срока службы системы вспомогательного кровообращения происходит изменение свойств эластичного мембранного разделителя вследствие деградации свойств материала мембраны при воздействии знакопеременных механических нагрузок и в результате химического взаимодействия различных сред и материалов. При воздействии механических и химических факторов на мембранный разделитель на поверхности эластичных мембран могут образовываться локальные повреждения и усталостные трещины, что в конечном итоге приводит к нарушению герметичности мембран.During the cyclic reciprocating movement of the membrane separator during the service life of the auxiliary circulatory system, the properties of the elastic membrane separator change due to degradation of the properties of the membrane material under the influence of alternating mechanical loads and as a result of chemical interaction of various media and materials. Under the influence of mechanical and chemical factors on the membrane separator, local damage and fatigue cracks can form on the surface of elastic membranes, which ultimately leads to a violation of the tightness of the membranes.

За счет использования в качестве мембранного разделителя двух эластичных мембран 4 и 5, разделенных полостью 6, заполненной жидким наполнителем, практически исключается возможность разгерметизации мембранного разделителя при условии нормального (штатного) функционирования всех остальных систем и узлов искусственного желудочка сердца. Данное свойство мембранного разделителя обусловлено тем, что основную механическую нагрузку при работе мембранного насоса несет внешняя эластичная мембрана 5, толщина которой может в 2-3 раза превышать толщину внутренней эластичной мембраны 4. За счет данного конструктивного выполнения полностью исключается трение между эластичной мембраной 4, непосредственно контактирующей с потоком крови, и толкателем 11.Due to the use of two elastic membranes 4 and 5 as a membrane separator, separated by a cavity 6 filled with a liquid filler, the possibility of depressurization of the membrane separator is practically excluded under the condition of normal (regular) functioning of all other systems and nodes of the artificial heart ventricle. This property of the membrane separator is due to the fact that the main mechanical load during the operation of the membrane pump is the external elastic membrane 5, the thickness of which can be 2-3 times the thickness of the internal elastic membrane 4. Due to this design, friction between the elastic membrane 4 is completely eliminated in contact with the flow of blood, and a pusher 11.

Жидкий наполнитель, заполняющий межмембранную полость 6, выполняет функцию смазочного вещества, исключающего трение между поверхностями эластичными мембранами 4 и 5. При эксплуатации аппарата истиранию подвергается лишь внешняя эластичная мембрана 5 при взаимодействии с полированной поверхностью накладки 12, которая установлена на толкателе 11. Заданный ресурс внешней эластичной мембраны 5 обеспечивается за счет выбора ее толщины и класса чистоты поверхности накладки 12, взаимодействующей с поверхностью мембраны.The liquid filler filling the intermembrane cavity 6 performs the function of a lubricant that excludes friction between the surfaces of the elastic membranes 4 and 5. During operation of the apparatus, only the external elastic membrane 5 is subjected to abrasion when interacting with the polished surface of the lining 12, which is mounted on the follower 11. The specified external resource elastic membrane 5 is ensured by choosing its thickness and the class of cleanliness of the surface of the lining 12, interacting with the surface of the membrane.

В случае повреждения и разгерметизации внутренней эластичной мембраны 4 в процессе длительной эксплуатации аппарата в перекачиваемый поток крови не попадают газовые включения, поскольку межмембранная полость 6 заполнена жидким наполнителем, который биосовместим с кровью. В рассматриваемом примере реализации в качестве жидкого наполнителя используется жидкий полидиметилсилоксан, наиболее оптимально сочетающий в себе свойства жидкого смазочного вещества и материала, биосовместимого с кровью.In case of damage and depressurization of the inner elastic membrane 4 during prolonged use of the apparatus, gas inclusions do not enter the pumped blood stream, since the intermembrane cavity 6 is filled with a liquid filler that is biocompatible with blood. In this implementation example, liquid polydimethylsiloxane is used as the liquid filler, which most optimally combines the properties of a liquid lubricant and a material biocompatible with blood.

При повреждении и разгерметизации внешней эластичной мембраны 5 в газовую полость 3 мембранного насоса может попасть жидкий наполнитель, обладающий смазочными свойствами. В данном случае также не исключается возможность продолжения работы аппарата. Необходимый для работы насоса уровень давления в газовой (технологической) полости 3 поддерживается с помощью компенсатора давления, подключаемого к корпусу 1 через штуцер 16.In case of damage and depressurization of the external elastic membrane 5, a liquid filler having lubricating properties can enter the gas cavity 3 of the membrane pump. In this case, the possibility of continued operation of the apparatus is also not ruled out. The pressure level necessary for the pump to operate in the gas (technological) cavity 3 is maintained by means of a pressure compensator connected to the housing 1 through the nozzle 16.

Таким образом, заданный ресурс и надежность работы мембранного разделителя в составе искусственного желудочка сердца обеспечивается за счет возможности нормального функционирования аппарата в случае повреждения и нарушения герметичности одной из двух эластичных мембран, входящих в состав мембранного разделителя. Вместе с тем применение мембранного разделителя с двумя эластичными мембранами обеспечивает необходимую безопасность для пациента при длительной эксплуатации имплантированного искусственного желудочка сердца.Thus, the specified resource and reliability of the membrane separator in the artificial ventricle of the heart is ensured by the normal functioning of the apparatus in case of damage and leakage in one of the two elastic membranes that make up the membrane separator. At the same time, the use of a membrane separator with two elastic membranes provides the necessary safety for the patient during the long-term operation of the implanted artificial heart ventricle.

Следует отметить, что импеданс притока крови в искусственный желудочек сердца, определяемый податливостью мембранного разделителя, при использовании двухслойной схемы мембранного разделителя с жидким наполнителем увеличивается незначительно по сравнению с мембранным разделителем, состоящим из одной прочной эластичной мембраны.It should be noted that the impedance of blood flow into the artificial ventricle of the heart, determined by the flexibility of the membrane separator, when using a two-layer scheme of a membrane separator with a liquid filler increases slightly compared to a membrane separator consisting of one strong elastic membrane.

За счет увеличения ресурса мембранного разделителя и повышения надежности имплантируемого искусственного желудочка сердца гарантийный срок службы системы вспомогательного кровообращения увеличивается с 3000 часов (при использовании однослойной схемы мембранного разделителя) до 10000 часов (при использовании двухслойной схемы мембранного разделителя с жидким наполнителем). Данный результат позволяет использовать созданное техническое решение в имплантируемых системах вспомогательного кровообращения, включаемых в обход естественных желудочков сердца.By increasing the life of the membrane separator and increasing the reliability of the implantable artificial heart ventricle, the guaranteed service life of the auxiliary circulatory system is increased from 3,000 hours (when using a single-layer membrane separator circuit) to 10,000 hours (when using a two-layer membrane separator with liquid filler). This result allows you to use the created technical solution in implantable assisted circulatory systems, included in bypassing the natural ventricles of the heart.

Вышеописанный пример осуществления полезной модели основывается на конкретной предпочтительной форме выполнения искусственного желудочка сердца, однако это не исключает возможности достижения технических результатов и в других частных случаях реализации полезной модели. В частности, в зависимости от конкретных задач и условий может выбираться материал и толщина эластичных мембран, а также химический состав жидкого наполнителя, заполняющего межмембранную полость.The above described embodiment of the utility model is based on the particular preferred embodiment of the artificial ventricle of the heart, however, this does not exclude the possibility of achieving technical results in other particular cases of implementing the utility model. In particular, depending on specific tasks and conditions, the material and thickness of the elastic membranes, as well as the chemical composition of the liquid filler filling the intermembrane cavity, can be selected.

Claims

1. An artificial ventricle of the heart, comprising a housing, a diaphragm pump with a sealed diaphragm separator, an electromechanical actuator and a pusher of a diaphragm separator, an inlet nozzle with an inlet valve, an outlet nozzle with an exhaust valve, a diaphragm separator made with the possibility of reciprocating movement and divides the inner cavity of the housing into a liquid cavity connected to the inlet and outlet nozzles, and a gas cavity in which an electromechanical drive and a pusher are installed, characterized in I mean that the membrane separator is made in the form of two elastic membranes, one of which is located on the side of the liquid cavity, and the second on the side of the gas cavity, while the cavity between the adjacent surfaces of the elastic membranes is filled with a liquid filler.

2. The artificial ventricle of the heart according to claim 1, characterized in that liquid polydimethylsiloxane is used as a liquid filler.

3. The artificial ventricle of the heart according to claim 1, characterized in that the elastic membranes are made of polyurethane.

4. The artificial ventricle of the heart according to claim 1, characterized in that the thickness of the elastic membrane located on the side of the gas cavity exceeds the thickness of the elastic membrane located on the side of the liquid cavity.

5. The artificial ventricle of the heart according to claim 1, characterized in that a plate with a polished surface is installed on the surface of the pusher.