RU202780U1 - Устройство для моделирования внутриартериального кровообращения - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области медицины, а именно к нормальной и патологической физиологии, и может быть использована в экспериментальных доклинических исследованиях для изучения изменений характера внутриартериального кровообращения в магистральных артериях при различных заданных условиях: при нормальном кровотоке, при гемодинамически значимом и незначимом стенозах, при имплантации внутрисосудистого эндопротеза, при регулярном ритме и его нарушениях.Технический результат полезной модели - создание устройства для моделирования внутриартериального кровообращения.Этот результат достигается тем, что устройство включает в себя полую стеклянную прозрачную емкость в виде усеченного конуса с входным диаметром 20 мм, выходным диаметром 16,5 мм, толщиной стенки 2,5 мм; емкость размещена между двумя стальными удерживателями с фиксированными к ним резиновыми прокладками; между собой удерживатели соединены четырьмя металлическими стержнями, проходящими в соответствующих сквозных отверстиях; стержни имеют наружную резьбу на концах для их фиксации гайками; удерживатели и резиновые прокладки имеют сквозные отверстия, диаметры которых соответствуют входному и выходному диаметрам емкости; резиновые прокладки имеют вырезки в месте прохождения четырех стержней; удерживатель со стороны расширенной приводящей части емкости имеет двухходовой штуцер с резиновым клапаном для соединения с приводящей силиконовой трубкой; удерживатель со стороны суженной отводящей части емкости имеет штуцер для соединения с отводящей силиконовой трубкой; приводящая и отводящая трубки соединены с электрическим насосом с аккумулятором; удерживатели устройства фиксированы болтово-гаечными соединениями к металлическим уголкам, которые, в свою очередь, фиксированы к опоре с помощью шурупов; со стороны удерживателя расширенной приводящей части емкости к опоре фиксирован дополнительный металлический уголок, имеющий сквозное отверстие, расположенное в проекции резинового клапана двухходового штуцера.

Description

Полезная модель относится к области медицины, а именно к нормальной и патологической физиологии, и может быть использована в экспериментальных доклинических исследованиях для изучения изменений характера внутриартериального кровообращения в магистральных артериях при различных заданных условиях: при нормальном кровотоке, при гемодинамически значимом и незначимом стенозах, при имплантации внутрисосудистого эндопротеза, при регулярном ритме и его нарушениях.

Известно устройство для моделирования кровообращения, представляющее собой имитатор сосудов в виде прозрачных трубок с установленными насосом и системой регистрации давления. Замкнутая сеть имитаторов сосудов обеспечивает возможность моделирования артериального и венозного кровотока и выполнена в виде прозрачных силиконовых трубок с изменением их диаметров по длине, соответствующих диаметрам кровеносных сосудов. В трубки с помощью тройников вмонтированы датчики давления и перистальтический насос, имеющий возможность регулирования мощности, компенсации потерь давления и обеспечения пульсаций моделирующей кровь жидкости. В качестве имитатора крови используется раствор сывороточного альбумина человека с концентрацией 100÷300 мкм в фосфатном буфере (1). Недостатком данной модели является отсутствие возможности применения ее при стенозах, эндопротезах и нарушениях ритма.

Известно устройство - стенд для исследования течения жидкости в трубопроводе, представляющее собой замкнутую систему с блоками: блок для исследования течения на самотечных участках трубопроводов, блок для исследования процессов накопления и выноса воды в трубопроводе, блок для исследования нестационарных процессов в трубопроводе, блок моделирования работы насосных станций, блок для исследований процессов смесеобразования при последовательной перекачке жидкостей с различными физико-химическими свойствами, блок емкостей и блок локальной системы автоматизации стенда, причем блок для исследования течения на самотечных участках трубопроводов включает в себя трубную обвязку с измерительной линией из прозрачного материала, выполненную с возможностью изменения профиля, регулируемый насос и насосы для создания дополнительного разрежения, подключенные к измерительной линии, баллон с инертно-газовой смесью, компрессорную установку, запорную и регулирующую арматуру, камеры подачи и приема поршня, вихревой расходомер, датчики давления и температуры (2). Данное устройство взято за прототип.

Недостатком устройства является то, что оно не может быть использовано для моделирования и изучения процессов внутриартериального кровообращения.

Технический результат полезной модели - создание устройства для моделирования внутриартериального кровообращения.

Этот результат достигается тем, что устройство включает в себя полую стеклянную прозрачную емкость в виде усеченного конуса с входным диаметром 20 мм, выходным диаметром 16,5 мм, толщиной стенки 2,5 мм; емкость размещена между двумя стальными удерживателями с фиксированными к ним резиновыми прокладками; между собой удерживатели соединены четырьмя металлическими стержнями, проходящими в соответствующих сквозных отверстиях; стержни имеют наружную резьбу на концах для их фиксации гайками; удерживатели и резиновые прокладки имеют сквозные отверстия, диаметры которых соответствуют входному и выходному диаметрам емкости; резиновые прокладки имеют вырезки в месте прохождения четырех стержней; удерживатель со стороны расширенной приводящей части емкости имеет двухходовой штуцер с резиновым клапаном для соединения с приводящей силиконовой трубкой; удерживатель со стороны суженной отводящей части емкости имеет штуцер для соединения с отводящей силиконовой трубкой; приводящая и отводящая трубки соединены с электрическим насосом с аккумулятором; удерживатели устройства фиксированы болтово-гаечными соединениями к металлическим уголкам, которые, в свою очередь, фиксированы к опоре с помощью шурупов; со стороны удерживателя расширенной приводящей части емкости к опоре фиксирован дополнительный металлический уголок, имеющий сквозное отверстие, расположенное в проекции резинового клапана двухходового штуцера.

Применение стеклянной прозрачной емкости в виде усеченного конуса с толщиной стенки 2,5 мм, входным диаметром 20 мм, выходным диаметром 16,5 мм позволяет имитировать естественный ход артериального сосуда, который имеет меньший диаметр в более дистальной части.

Применение клапанов, соответствие диаметров отверстий входной и выходной части емкости диаметрам отверстий резиновых прокладок и удерживателей, закрепление их между собой металлическими стержнями, прочное размещение удерживателей на уголках опоры, позволяет обеспечить надежность фиксации устройства, сохранить герметичность замкнутого контура течения жидкости по нему. В то же время элементы фиксации частей устройства позволяют легко его разбирать для моделирования тех или иных состояний с размещением в емкости соответствующих конкретной патологии элементов (см. примеры использования устройства).

Применение двухходового штуцера позволяет вводить внутрь стеклянной прозрачной емкости различные вещества (канцелярскую тушь) или шелковую нить для визуализации процессов внутриартериального кровообращения при проведении необходимых экспериментов.

Устройство включает в себя полую стеклянную прозрачную емкость в виде усеченного конуса с входным диаметром 20 мм, выходным диаметром 16,5 мм, толщиной стенки 2,5 мм; емкость размещена между двумя стальными удерживателями с фиксированными к ним резиновыми прокладками; между собой удерживатели соединены четырьмя металлическими стержнями, проходящими в соответствующих сквозных отверстиях; стержни имеют наружную резьбу на концах для их фиксации гайками; удерживатели и резиновые прокладки имеют сквозные отверстия, диаметры которых соответствуют входному и выходному диаметрам емкости; резиновые прокладки имеют вырезки в месте прохождения четырех стержней; удерживатель со стороны расширенной приводящей части емкости имеет двухходовой штуцер с резиновым клапаном для соединения с приводящей силиконовой трубкой; удерживатель со стороны суженной отводящей части емкости имеет штуцер для соединения с отводящей силиконовой трубкой; приводящая и отводящая трубки соединены с электрическим насосом с аккумулятором; удерживатели устройства фиксированы болтово-гаечными соединениями к металлическим уголкам, которые, в свою очередь, фиксированы к опоре с помощью шурупов; со стороны удерживателя расширенной приводящей части емкости к опоре фиксирован дополнительный металлический уголок, имеющий сквозное отверстие, расположенное в проекции резинового клапана двухходового штуцера.

Полезная модель поясняется графическим материалом. На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства, которое содержит полую стеклянную прозрачную емкость 1, закрепленную между двумя стальными удерживателями 2 с фиксированными к ним резиновыми прокладками 3. Между собой удерживатели 2 соединены четырьмя металлическими стержнями 4, проходящими в соответствующих сквозных отверстиях; стержни имеют наружную резьбу на концах для их фиксации гайками. Удерживатели 2 и резиновые прокладки 3 имеют сквозные отверстия, диаметры которых соответствуют входному и выходному диаметрам емкости 1; также резиновые прокладки 3 имеют вырезки в месте прохождения четырех стержней. Удерживатель 2 со стороны расширенной приводящей части емкости 1 имеет двухходовой штуцер 5 с резиновым клапаном для соединения с приводящей силиконовой трубкой 6. Удерживатель 2 со стороны суженной отводящей части емкости 1 имеет штуцер 7 для соединения с отводящей силиконовой трубкой 8. Приводящая трубка 6 и отводящая трубка 8 соединены с электрическим насосом 9 с аккумулятором 10. Удерживатели 2 фиксированы к металлическим уголкам 11 болтово-гаечными соединениями. Уголки 11 фиксированы к опоре 12 с помощью шурупов. Со стороны удерживателя 2 расширенной приводящей части емкости 1 к опоре 12 фиксирован дополнительный уголок 13, имеющий сквозное отверстие 14, расположенное в проекции резинового клапана двухходового штуцера 5.

Устройство используют следующим образом. Насос 9, соединенный с приводящей трубкой 6 и отводящей трубкой 8, размещают в емкости с жидкостью, по вязкости соответствующей плазме крови, например, водном растворе глицерина. После этого емкость с данной жидкостью герметично закрывают. Насос 9 подключают к аккумулятору 10. При этом по приводящей трубке 6 в контур устройства начинает поступать жидкость, проходя стеклянную емкость 1 и выходя через отводящую трубку 8. Насос 9 за счет смены режимов обеспечивает постоянную и прерывистую циркуляцию водного раствора глицерина по замкнутой системе. Далее приступают к конкретным исследованиям внутриартериального кровообращения.

Для простого наблюдения за внутриартериальной гемодинамикой в устройстве используют шприц с канцелярской тушью, на конце иглы которого закреплена шелковая нить (фиг. 2). Иглу шприца проводят по центру сквозного отверстия 14 дополнительного металлического уголка 13 через клапан штуцера 5 в емкость 1. За счет колебаний нити при одновременном введении через клапан штуцера 5 канцелярской туши оценивают направление и характер потока циркулирующей жидкости внутри емкости 1.

Для изучения внутриартериальной гемодинамики в устройстве при особых условиях используют иные приемы. Перед началом работы устройства раскручивают гайки металлических стержней 4 удерживателей 2, освобождая емкость 1. Через отверстие ее входной приводящей части пинцетом внутрь емкости 1 могут быть поочередно установлены диафрагмы, имитирующие сужение просвета сосуда. Используют пластиковые диафрагмы с наружным диаметром 18 мм, длиной 20 мм и внутренним просветом, составляющим соответственно 50% от общего диаметра, 30% от общего диаметра, 10% от общего диаметра и эксцентричным просветом, составляющим 30% от общего диаметра для создания ограничения потока циркулирующей жидкости. После введения диафрагм (-мы) выполняют герметичную фиксацию емкости 1 между удерживателями 2. Включают насос 9, выполняя аналогичные вышеописанные действия.

С помощью шприца с тушью и шелковой нитью на конце иглы оценивают гемодинамику в емкости 1 до места установки диафрагмы, в месте установки диафрагмы и за местом установки диафрагмы. После извлечения иглы шприца с нитью аналогично через резиновый клапан двухходового штуцера 5, в емкость 1 вводят пластиковый гибкий катетер, внешний конец которого присоединен к датчику давления, который, в свою очередь, присоединен к устройству регистрации давления - осциллоскопу. Установку катетера и соответствующие измерения также проводят до уровня диафрагмы, в зоне диафрагмы и за диафрагмой (фиг. 3).

Для изучения в устройстве внутриартериального кровотока при стентировании для имитации установленного в сосуде стента используют внутрисосудистый эндопротез, имеющий цилиндрическую форму, представляющий собой сетку со спиралевидно направленными балками, с толщиной балок 0,8-1 мм, диаметром 18 мм и длиной 71 мм. Введение эндопротеза в емкость 1 устройства проводят аналогично, после чего внутрь эндонротеза поочередно заводят диафрагмы. Первую диафрагму с внутренним просветом 10% устанавливают по начальному краю эндопротеза с частичным вхождением внутрь него. Вторую диафрагму с внутренним просветом 30% устанавливают в средней части тела эндопротеза. Третью диафрагму с внутренним просветом 50% устанавливают в конечной части эндопротеза с частичным выходом за него. В случае необходимости вместо первой диафрагмы устанавливают диафрагму с эксцентричным внутренним просветом 30%. После аналогичной фиксации и герметизации элементов устройства включают насос 9. Выполняют аналогичные исследования внутриартериальной гемодинамики до места установки первой диафрагмы, между первой и второй диафрагмой в зоне эндопротеза и за местом установки третьей диафрагмы (фиг. 4).

После окончания каждого эксперимента клеммы электрического насоса 9 отсоединяют от аккумулятора 10. После этого от штуцеров 5 и 7 отсоединяют приводящую 6 и отводящую 8 силиконовые трубки. Жидкость из частей устройства сливается обратно в емкость.

Использование устройства иллюстрируется следующими примерами.

1. Студенту-медику было дано задание провести наблюдение за особенностями внутриартериального кровообращения на фоне правильного сердечного ритма и на фоне нарушения ритма - экстрасистолии. Для выполнения данной задачи он использовал предложенное нами устройство для моделирования внутриартериального кровообращения. Электрический насос, благодаря разным режимам обеспечил прерывистую циркуляцию водного раствора глицерина по замкнутой системе, имитирующую правильный сердечный ритм и экстрасистолию. Через резиновый клапан штуцера студент ввел шелковую нить, закрепленную одним концом на металлической игле шприца и за счет колебаний нити при одновременном введении через клапан штуцера канцелярской туши оценил направление и характер потока циркулирующей жидкости внутри емкости устройства при разных режимах работы насоса - на фоне правильного сердечного ритма и на фоне нарушения ритма - экстрасистолии.

2. Студенту-медику было дано задание провести наблюдение за особенностями внутриартериального кровообращения на фоне правильного сердечного ритма и на фоне нарушения ритма - экстрасистолии при наличии гемодинамически значимого стеноза 70%. С помощью предложенного устройства, установки необходимых диафрагм в просвет емкости студентом была смоделирована ситуация наличия бляшки с гемодинамически значимым стенозом 70%. Применялась переменная подача жидкости, имитирующая нарушение ритма сердца - экстрасистолию. В результате были получены следующие данные: возрастание скорости потока произошло в 3,6 раза в месте установки диафрагмы с внутренним просветом 30% в сравнении с достенотическим уровнем. При наблюдении за движением нити и канцелярской туши характер потока был турбулентным, визуализировались отраженные и стоячие волны о стенки емкости за диафрагмой.

3. Студенту-медику было дано задание провести наблюдение за особенностями внутриартериального кровообращения на фоне правильного сердечного ритма и на фоне нарушения ритма - экстрасистолии при наличии гемодинамически значимого стеноза 70% и асимметричным расположением бляшки и стента. С помощью предложенного устройства, установки в просвет емкости эндопротеза и соответствующих диафрагм студентом была смоделирована заданная ситуация. Применялась переменная подача жидкости, имитирующая нарушение ритма сердца - экстрасистолию. В результате были получены следующие данные: возрастание скорости потока произошло в 3 раза в месте установки диафрагмы с внутренним просветом 30% в сравнении с достенотическим уровнем. При наблюдении за движением нити и канцелярской туши характер потока был турбулентным и визуализировали отраженные и стоячие волны о стенки емкости. Студент наблюдал травматичность механического воздействия волн жидкости на эндопротез, усугубляющееся при переменной подаче жидкости, имитирующей кровоток при экстрасистолии.

Использование предлагаемого устройства позволяет моделировать процессы, происходящие внутри артериальных сосудов при правильном ритме, различных нарушениях ритма и формировании сужений, вызванных атеросклеротическим поражением артерий, а также в случае имплантации внутрисосудистых эндопротезов и развитии внутрипротезных повторных сужений.

Предлагаемое устройство возможно и целесообразно использовать для выполнения доклинических научных исследований в хирургии.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:

1. Патент RU 2633944 С2 «Устройство для моделирования кровообращения» от 19.10.2017.

2. Патент RU 2678712 С1 «Стенд для исследования течения жидкости в трубопроводе» от 31.01.2019.

Claims (1)

1. Устройство для моделирования артериального кровообращения, содержащее замкнутую сеть прозрачных силиконовых трубок и электрический насос, имеющий возможность регулирования мощности, обеспечения постоянной и прерывистой циркуляции жидкости, имитирующей кровь, и компенсации потерь давления, отличающееся тем, что включает полую стеклянную прозрачную емкость в виде усеченного конуса с входным диаметром 20 мм, выходным диаметром 16,5 мм и толщиной стенки 2,5 мм; при этом емкость размещена между двумя стальными удерживателями с возможностью освобождения и введения в нее имитатора сужения сосуда и эндопротеза; удерживатели снабжены фиксированными к ним резиновыми прокладками и соединены четырьмя металлическими стержнями, проходящими в сквозных отверстиях; стержни имеют резьбу на концах для фиксации гайками; в удерживателях и резиновых прокладках выполнены сквозные отверстия, диаметры которых соответствуют входному и выходному диаметрам емкости; а в резиновых прокладках - вырезки в местах прохождения стержней; удерживатель со стороны расширенной приводящей части емкости снабжен двухходовым штуцером с резиновым клапаном для соединения с приводящей силиконовой трубкой; а удерживатель со стороны суженной отводящей части емкости - штуцером для соединения с отводящей силиконовой трубкой; приводящая и отводящая силиконовые трубки соединены с электрическим насосом, связанным с аккумулятором; удерживатели фиксированы болтово-гаечными соединениями к металлическим уголкам, которые, в свою очередь, фиксированы к опоре с помощью шурупов; со стороны удерживателя расширенной приводящей части емкости к опоре фиксирован дополнительный металлический уголок, имеющий сквозное отверстие, расположенное в проекции резинового клапана двухходового штуцера.

Images