RU210252U1 - Blood flow control device in extracorporeal circulatory assist systems - Google Patents

Blood flow control device in extracorporeal circulatory assist systems Download PDF

Info

Publication number
RU210252U1
RU210252U1 RU2021125527U RU2021125527U RU210252U1 RU 210252 U1 RU210252 U1 RU 210252U1 RU 2021125527 U RU2021125527 U RU 2021125527U RU 2021125527 U RU2021125527 U RU 2021125527U RU 210252 U1 RU210252 U1 RU 210252U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cylinder
pulsating
hydraulic resistance
flow
tube
Prior art date
Application number
RU2021125527U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Георгий Пинкусович Иткин
Александр Сергеевич Бучнев
Аркадий Павлович Кулешов
Александр Александрович Дробышев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова" Минздрава России)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова" Минздрава России) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова" Минздрава России)
Priority to RU2021125527U priority Critical patent/RU210252U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU210252U1 publication Critical patent/RU210252U1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M60/00Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
    • A61M60/10Location thereof with respect to the patient's body
    • A61M60/104Extracorporeal pumps, i.e. the blood being pumped outside the patient's body
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M60/00Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
    • A61M60/10Location thereof with respect to the patient's body
    • A61M60/104Extracorporeal pumps, i.e. the blood being pumped outside the patient's body
    • A61M60/109Extracorporeal pumps, i.e. the blood being pumped outside the patient's body incorporated within extracorporeal blood circuits or systems
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M60/00Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
    • A61M60/50Details relating to control
    • A61M60/508Electronic control means, e.g. for feedback regulation
    • A61M60/562Electronic control means, e.g. for feedback regulation for making blood flow pulsatile in blood pumps that do not intrinsically create pulsatile flow

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Anesthesiology (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • External Artificial Organs (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к медицинской технике и медицинскому оборудованию, а именно к устройствам вспомогательного кровообращения с помощью насосов непульсирующего потока для обхода левого желудочка сердца. Устройство для генерации пульсирующего потока крови в экстракорпоральных системах вспомогательного кровообращения содержит гидравлическое сопротивление в виде цилиндра с установленной внутри него трубкой из эластичного биосовместимого материала, герметично закрепленной концами по торцам цилиндра с его внутренней стороны. Гидравлическое сопротивление выполнено с возможностью соединения с входной подключаемой к левому желудочку магистралью ННП. При этом стенка цилиндра имеет отверстия, сообщающие пространство между трубкой из эластичного биосовместимого материала и внутренней поверхностью цилиндра с атмосферой для прохода воздуха с обеспечением кардиосинхронизированного пульсирующего потока крови. Параллельно гидравлическому сопротивлению с помощью тройников установлен шунт в виде трубки постоянного сечения из биосовместимого материала, внутренний диаметр которой в три раза меньше внутреннего диаметра цилиндра гидравлического сопротивления. Технический результат, обеспечиваемый предлагаемой полезной моделью, заключается в создании физиологического пульсирующего потока и давления в аорте при постоянной заданной СОРК ННП в условиях обхода левого желудочка сердца с устранением дребезга пульсирующего элемента для уменьшения травмы форменных элементов крови. 1 пр., 1 табл., 3 фиг.The utility model relates to medical technology and medical equipment, namely to circulatory assist devices using non-pulsating flow pumps to bypass the left ventricle of the heart. The device for generating a pulsating blood flow in extracorporeal circulatory support systems contains a hydraulic resistance in the form of a cylinder with a tube installed inside it made of an elastic biocompatible material, hermetically fixed by the ends along the ends of the cylinder from its inner side. The hydraulic resistance is made with the possibility of connection with the input NNP line connected to the left ventricle. At the same time, the wall of the cylinder has openings connecting the space between the tube of elastic biocompatible material and the inner surface of the cylinder with the atmosphere for the passage of air to provide a cardiosynchronized pulsating blood flow. Parallel to the hydraulic resistance with the help of tees, a shunt is installed in the form of a tube of constant cross section made of a biocompatible material, the inner diameter of which is three times smaller than the inner diameter of the hydraulic resistance cylinder. The technical result provided by the proposed utility model is to create a physiological pulsating flow and pressure in the aorta at a constant given LOR HNP under conditions of bypassing the left ventricle of the heart with the elimination of the pulsating element bounce to reduce the injury of blood cells. 1 ex., 1 tab., 3 figs.

Description

Полезная модель относится к медицинской технике и медицинскому оборудованию, а именно к устройствам вспомогательного кровообращения (ВК) с помощью насосов непульсирующего потока (ННП) для обхода левого желудочка сердца и может быть использована для генерации пульсирующего потока и давления крови с целью создания физиологического артериального пульса, снижающего вероятность тромбообразования в насосе, развития разрежения в полости левого желудочка, эффективной разгрузки сердца в экстракорпоральных системах ВК.The utility model relates to medical technology and medical equipment, namely to circulatory assist devices (VC) using non-pulsatile flow pumps (NPF) to bypass the left ventricle of the heart and can be used to generate a pulsating blood flow and pressure in order to create a physiological arterial pulse, reducing the likelihood of thrombus formation in the pump, the development of rarefaction in the cavity of the left ventricle, effective unloading of the heart in extracorporeal VC systems.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

В последние десятилетия для лечения взрослых больных с терминальной сердечной недостаточностью (ТСН) в мировой клинической практике наряду с трансплантацией сердца, которая ограничена дефицитом используемых органов, широко используются имплантируемые насосы ННП, которые практически вытеснили (96%) насосы пульсирующего потока (РНН) в силу значительно лучших весогабаритных характеристик, потребления энергии, надежности и ресурса.In recent decades, for the treatment of adult patients with end-stage heart failure (TSF), in world clinical practice, along with heart transplantation, which is limited by the shortage of organs used, implantable HNP pumps have been widely used, which have practically replaced (96%) pulsatile flow pumps (PHP) by virtue of significantly better weight and size characteristics, energy consumption, reliability and service life.

При этом основная стратегия управления всех коммерческих ННП заключается в поддержании постоянной скорости оборотов рабочего колеса (СОРК), задаваемой оператором.At the same time, the main strategy for controlling all commercial NNPs is to maintain a constant impeller speed (IRR) set by the operator.

Несмотря на высокую выживаемость пациентов с применением данных насосов (первый год - до 85%) все еще остается ряд проблем, решение которых могло бы значительно улучшить результаты их клинического применения. К ним относятся:Despite the high survival rate of patients with the use of these pumps (the first year - up to 85%), there are still a number of problems, the solution of which could significantly improve the results of their clinical use. These include:

- сниженная аортальная пульсация приводит к ухудшению микроциркуляции в жизненно-важных органах (почки, печень и др.), развитию синдрома von Willlebrand и желудочно-кишечной ангиодисплазии;- reduced aortic pulsation leads to deterioration of microcirculation in vital organs (kidneys, liver, etc.), development of von Willlebrand syndrome and gastrointestinal angiodysplasia;

- снижение вероятности развития разрежения в полости левого желудочка (ЛЖ), связанного с несоответствием баланса притока крови и оттока крови, которое может привести к повреждению ткани в области входной канюли, смещению межжелудочковой перегородки, ухудшению функции правого желудочка, аритмии, ишемии сердца и гемолизу;- reducing the likelihood of rarefaction in the cavity of the left ventricle (LV), associated with a mismatch in the balance of blood inflow and outflow of blood, which can lead to tissue damage in the area of the inlet cannula, displacement of the interventricular septum, deterioration of right ventricular function, arrhythmia, cardiac ischemia and hemolysis;

- относительно низкая пульсация потока в насосе, способствующая возникновению зон стагнации и рециркуляции, что повышает риск развития тромбоэмболии;- relatively low flow pulsation in the pump, which contributes to the formation of zones of stagnation and recirculation, which increases the risk of thromboembolism;

- относительно низкая разгрузка сердца по работе по сравнению с НЛП, являющаяся одним из основных факторов восстановления функции собственного миокарда.- relatively low unloading of the heart for work compared to NLP, which is one of the main factors in restoring the function of one's own myocardium.

Для решения этих проблем многие исследователи начали разрабатывать системы с использованием ННП в режиме модуляции СОРК, обеспечивающим пульсирующую работу насоса синхронно с работой собственного ЛЖ (Pirbodaghi Т, Asgari S., Cotter С. Physiologic and hematologic concerns of rotary blood pumps: what needs to be improved // Heart Fail Rev 2014; 19:259-266; Soucy K.G. с соавт. Rotary pumps and diminished pulsatility: do we need a pulse // ASAIO J. 2013 Jul-Aug; 59:355-66; Kishimoto S. с соавт.Influence of a novel electrocardiogram-synchronized rotational-speed-change system of an implantable continuous-flow left ventricular assist device (EVAHEART) on hemolytic performance. // J Artif Organs. 2014; 17:373-377.To solve these problems, many researchers began to develop systems using NNP in the SORK modulation mode, which provides pulsating operation of the pump synchronously with the operation of its own LV (Pirbodaghi T, Asgari S., Cotter C. Physiologic and hematologic concerns of rotary blood pumps: what needs to be improved // Heart Fail Rev 2014; 19:259-266; Soucy K. G. et al. Rotary pumps and diminished pulsatility: do we need a pulse // ASAIO J. 2013 Jul-Aug; 59:355-66; Kishimoto S. p. Influence of a novel electrocardiogram-synchronized rotational-speed-change system of an implantable continuous-flow left ventricular assist device (EVAHEART) on hemolytic performance // J Artif Organs 2014;17:373-377.

Известно устройство (US 7850594, B2), которое содержит ННП с приводом, обеспечивающим пульсирующий режим насоса синхронно с работой сердца. Причем сердечный цикл определяется из индекса пульсаций на основании измерения обратной ЭДС приводного бесконтактного двигателя постоянного тока.A device is known (US 7850594, B2), which contains NNP with a drive that provides a pulsating pump mode synchronously with the work of the heart. Moreover, the cardiac cycle is determined from the pulsation index based on the measurement of the back EMF of the drive non-contact DC motor.

Известно устройство (WO 2009150893, А1), которое состоит из детектора опорных сигналов сердечного цикла и блока управления ННП, синхронизирующего его работу с фазами сердечного цикла.A device is known (WO 2009150893, A1), which consists of a detector of the reference signals of the cardiac cycle and a NNP control unit that synchronizes its operation with the phases of the cardiac cycle.

Описаны и другие системы ВК (US 2017080138, A1; US 20110178361, A1; US 9579435,B2; US 9345824, B2; US 8864644 B2), в которых ННП подключен по схеме «желудочек-аорта» с блоком управления, который за счет модуляции СОРК, используя сигналы ЭКГ. обеспечивает кардиосинхронизированный пульсирующий режим насоса.Other VC systems are also described (US 2017080138, A1; US 20110178361, A1; US 9579435, B2; US 9345824, B2; US 8864644 B2) SORK using ECG signals. provides cardio-synchronized pulsating mode of the pump.

Основным недостатком описанных выше устройств является периодическое изменение СОРК, синхронизированное с частотой сердца, которое может привести к увеличению сдвиговых напряжений в насосе и соответственно к травме крови. (Tayama Е, Nakazawa Т, Takami Y, et al: The hemolysis test of Gyro C1E3 pump in pulsatile mode. Artif Organs. 1997; 21:675-679).The main disadvantage of the devices described above is the periodic change in the IOR, synchronized with the heart rate, which can lead to an increase in shear stresses in the pump and, accordingly, to blood injury. (Tayama E, Nakazawa T, Takami Y, et al: The hemolysis test of Gyro C1E3 pump in pulsatile mode. Artif Organs. 1997; 21:675-679).

Другим недостатком этих устройств является инерционность системы двигатель - насос, которая ограничивает получение заданной амплитуды расхода и давления в систолической фазе и приводит к фазовому сдвигу выброса насоса относительно работы, что значительно снижает эффект генерации пульсирующего потока (S Bozkurt, van de Vosse F.N., Rutten M.C.M Enhancement of Arterial Pressure Pulsatility by Controlling Continuous-Flow Left Ventricular Assist Device Flow Rate in Mock Circulatory System. J. Med. Biol. Eng. 2016; 36:308-331).Another disadvantage of these devices is the inertia of the motor-pump system, which limits the receipt of a given amplitude of flow and pressure in the systolic phase and leads to a phase shift of the pump output relative to operation, which significantly reduces the effect of generating a pulsating flow (S Bozkurt, van de Vosse F.N., Rutten M.C.M Enhancement of Arterial Pressure Pulsatility by Controlling Continuous-Flow Left Ventricular Assist Device Flow Rate in Mock Circulatory System J. Med. Biol. Eng. 2016; 36:308-331).

Кроме того, данные устройства требуют существенных материально-технических затрат на совершенствование насосов и блоков управления.In addition, these devices require significant material and technical costs for the improvement of pumps and control units.

Недостатком большинства систем, основанных на кардиосинхронизированной модуляции СОРК, является неэффективная работа, связанная с нарушением сердечного ритма при ТСН (аритмия, асистолия и др.).The disadvantage of most systems based on cardiosynchronous modulation of SORK is inefficient operation associated with cardiac arrhythmias in THF (arrhythmia, asystole, etc.).

Известно устройство и способ управления потоком крови роторных насосов крови, предполагающие использование канала рециркуляции (шунт), подключенного параллельно входу-выходу ННП (RU 2665178, С1).A device and method for controlling the blood flow of rotary blood pumps are known, involving the use of a recirculation channel (shunt) connected in parallel with the input-output of the NNP (RU 2665178, C1).

Предложенная система генерации пульсирующего потока, включает в себя один насос ННП с блоком управления, обеспечивающим поддержание постоянной СОРК насоса, а также шунт, соединенный параллельно входной и выходной магистралям насоса с управляемым клапаном. Устройство генерирует пульсирующий потока путем частичного или полного открытия / перекрытия шунта электромагнитным клапаном синхронно циклам работы сердца. Работа электромагнитного клапана при закрытии требует относительно большой мощности для срабатывания и удержания заданного зазора в систолической фазе. Электромагнитный клапан имеет достаточно большие весогабаритные характеристики, что в совокупности с большим потреблением энергии делает систему непригодной для применения в носимых малогабаритных системах ВК.The proposed system for generating a pulsating flow includes one NNP pump with a control unit that maintains a constant pump SOP, as well as a shunt connected in parallel to the inlet and outlet lines of the pump with a controlled valve. The device generates a pulsating flow by partially or fully opening/closing the shunt with a solenoid valve in synchronism with the cycles of the heart. The operation of the solenoid valve in closing requires a relatively large amount of power to actuate and maintain a predetermined gap in the systolic phase. The solenoid valve has rather large weight and size characteristics, which, together with high energy consumption, makes the system unsuitable for use in portable small-sized VC systems.

Известно устройство и способ управления потоком крови роторных насосов, представленное в патенте RU 2725083, С1, которое включает в себя роторный насос с блоком управления насосом, при этом входная магистраль насоса содержит гидравлическое сопротивление, обеспечивающие полное открытие просвета входной магистрали в систолическую фазу сердечного цикла и уменьшение просвета входной магистрали в диастолическую фазу сердечного цикла. Для функционирования переменного гидравлического сопротивления используется внешний электромеханический, электрогидравлический или электропневматический привод с блоком кардиосинхронизации с получением сигналов ЭКГ. Использование привода усложняет конструкцию системы, требует дополнительной энергии для ее работы, а весогабаритные характеристики привода и схемы управления усложняют возможность использования системы в малогабаритных системах ВК особенно для детей младшего возраста.A device and method for controlling the blood flow of rotary pumps is known, presented in patent RU 2725083, C1, which includes a rotary pump with a pump control unit, while the inlet line of the pump contains hydraulic resistance, ensuring complete opening of the lumen of the inlet line in the systolic phase of the cardiac cycle and decrease in the lumen of the inlet line in the diastolic phase of the cardiac cycle. For the operation of variable hydraulic resistance, an external electromechanical, electrohydraulic or electropneumatic drive with a cardiosynchronization unit is used to receive ECG signals. The use of a drive complicates the design of the system, requires additional energy for its operation, and the weight and size characteristics of the drive and control circuits complicate the possibility of using the system in small-sized VC systems, especially for young children.

Кроме того, недостатком данного устройства является необходимость использования для его функционирования сигналов ЭКГ, что делает систему неэффективной в условиях нарушения сердечного ритма (аритмия, асистолия), которые часто сопутствуют ТСН.In addition, the disadvantage of this device is the need to use ECG signals for its operation, which makes the system ineffective in conditions of cardiac arrhythmia (arrhythmia, asystole), which often accompanies THF.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство управления потоком крови в экстракорпоральных системах вспомогательного кровообращения, представленное в патенте RU 201911 U1. Устройство для генерации пульсирующего потока крови в экстракорпоральных системах ВК, включает в себя гидравлическое сопротивление, выполненное с возможностью присоединения к входной магистрали ННП.Closest to the claimed technical solution is a blood flow control device in extracorporeal circulatory support systems, presented in patent RU 201911 U1. The device for generating a pulsating blood flow in extracorporeal VC systems includes a hydraulic resistance configured to be connected to the NNP inlet line.

Недостатком данного устройства является нестабильная работа (дребезг) рабочего элемента (эластичной трубки) в фазе всасывания, которая потенциально опасна для форменных элементов крови.The disadvantage of this device is the unstable operation (bounce) of the working element (elastic tube) in the suction phase, which is potentially dangerous for blood cells.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является оптимизация режима работы автономного саморегулируемого устройства, основанная на стабилизации работы рабочего элемента.The task to be solved by the claimed utility model is the optimization of the operating mode of an autonomous self-regulating device, based on the stabilization of the operation of the working element.

Технический результат, обеспечиваемый предлагаемой полезной моделью, заключается в создании физиологического пульсирующего потока и давления в аорте при постоянной заданной СОРК ННП в условиях обхода левого желудочка сердца с устранением дребезга пульсирующего элемента для уменьшения травмы форменных элементов крови.The technical result provided by the proposed utility model is to create a physiological pulsating flow and pressure in the aorta at a constant given LOR HNP under conditions of bypassing the left ventricle of the heart with the elimination of the pulsating element bounce to reduce the injury of blood cells.

Сущность полезной модели заключается в следующем.The essence of the utility model is as follows.

Устройство для генерации пульсирующего потока крови в экстракорпоральных системах вспомогательного кровообращения содержит гидравлическое сопротивление в виде цилиндра с установленной внутри него трубкой из эластичного биосовместимого материала, герметично закрепленной концами по торцам цилиндра с его внутренней стороны. Гидравлическое сопротивление выполнено с возможностью соединения с входной подключаемой к левому желудочку магистралью ННП. При этом стенка цилиндра имеет отверстия, сообщающие пространство между трубкой из эластичного биосовместимого материала и внутренней поверхностью цилиндра с атмосферой для прохода воздуха с обеспечением кардиосинхронизированного пульсирующего потока крови. Параллельно гидравлическому сопротивлению с помощью тройников установлен шунт в виде трубки постоянного сечения из биосовместимого материала, внутренний диаметр которой в три раза меньше внутреннего диаметра цилиндра гидравлического сопротивления.The device for generating a pulsating blood flow in extracorporeal circulatory support systems contains a hydraulic resistance in the form of a cylinder with a tube made of an elastic biocompatible material installed inside it, hermetically fixed by the ends along the ends of the cylinder from its inner side. The hydraulic resistance is made with the possibility of connection with the input NNP line connected to the left ventricle. At the same time, the wall of the cylinder has openings connecting the space between the tube of elastic biocompatible material and the inner surface of the cylinder with the atmosphere for the passage of air to provide a cardiosynchronized pulsating blood flow. Parallel to the hydraulic resistance with the help of tees, a shunt is installed in the form of a tube of constant cross section made of a biocompatible material, the inner diameter of which is three times smaller than the inner diameter of the hydraulic resistance cylinder.

Таким образом, для стабильной работы основного рабочего элемента гидравлического сопротивления (эластичной трубки) с помощью тройников параллельно ему установлен шунт. При этом параметры шунта (его внутренний диаметр) выбраны таким образом, чтобы минимизировать нестабильную работу эластичного элемента в диастолической фазе, без изменения СОРК ННП.Thus, for the stable operation of the main working element of the hydraulic resistance (elastic tube), a shunt is installed in parallel with it using tees. At the same time, the parameters of the shunt (its inner diameter) are chosen in such a way as to minimize the unstable operation of the elastic element in the diastolic phase, without changing the LOR of the NNP.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Существо полезной модели поясняется на фигурах, где изображено:The essence of the utility model is illustrated in the figures, which show:

На фиг. 1 показана схема генерации пульсирующего потока в аппаратах ВК с применением ННП на примере подключения к левому желудочку сердца;In FIG. 1 shows a diagram of the generation of a pulsating flow in VC devices using NNP using an example of connection to the left ventricle of the heart;

На фиг. 2 показана схема устройства системы генерации пульсирующего потока для экстракорпоральных систем ВК;In FIG. 2 shows a schematic diagram of a system for generating a pulsating flow for extracorporeal VC systems;

На фиг. 3 показана диаграмма давлений и расходов, полученная на гидродинамическом стенде (ГС) при моделировании сердечной недостаточности и работе ННП без генерации пульсирующего потока (а), с генерацией пульсирующего потока (б) и с системой предлагаемой полезной модели (в).In FIG. Figure 3 shows the diagram of pressures and flow rates obtained on a hydrodynamic stand (HS) when simulating heart failure and operating the NNP without generating a pulsating flow (a), with generating a pulsating flow (b) and with the system of the proposed utility model (c).

На фигурах обозначены следующие позиции:The figures show the following positions:

1 - насос (ННП) с блоком управления,1 - pump (NNP) with control unit,

2 - входная магистраль насоса,2 - inlet line of the pump,

3 - левый желудочек сердца,3 - left ventricle of the heart,

4 - выходная магистраль насоса,4 - output line of the pump,

5 - аорта,5 - aorta,

6 - система генерации пульсирующего потока,6 - pulsating flow generation system,

7 - эластичная трубка,7 - elastic tube,

8 - цилиндр (цилиндрический корпус) гидравлического сопротивления,8 - cylinder (cylindrical body) of hydraulic resistance,

9 - перфорации (отверстия),9 - perforations (holes),

10 - линия рециркуляции (шунт),10 - recirculation line (shunt),

11 - входной тройник,11 - input tee,

12 - выходной тройник.12 - output tee.

Схема генерации пульсирующего потока, представленная на фиг. 1, включает в себя насос 1 с блоком управления, входную магистраль 2 ННП для подключения к левому желудочку 3 сердца, выходную магистраль 4 ННП для подключения к аорте 5; при этом во входной магистрали 2 ННП установлено устройство генерации пульсирующего потока 6, представляющее собой переменное гидравлическое сопротивление с шунтом 10, обеспечивающее полное открытие просвета входной магистрали 2 в систолическую фазу сердечного цикла и уменьшение просвета входной магистрали 2 в диастолическую фазу сердечного цикла.The pulsating flow generation scheme shown in Fig. 1, includes a pump 1 with a control unit, an input line 2 NNP for connection to the left ventricle 3 of the heart, an output line 4 NNP for connection to the aorta 5; at the same time, a device for generating a pulsating flow 6 is installed in the input line 2 of the NNP, which is a variable hydraulic resistance with a shunt 10, which ensures complete opening of the lumen of the input line 2 in the systolic phase of the cardiac cycle and a decrease in the lumen of the input line 2 in the diastolic phase of the cardiac cycle.

Устройство для генерации пульсирующего потока состоит из: гидравлического сопротивления, выполнено в виде цилиндра 8 с установленной внутри него трубкой 7 из эластичного биосовместимого материала, герметично закрепленной концами по торцам цилиндра с его внутренней стороны, снабженного перфорациями (отверстиями) 9 для отключения и включения в работу гидравлического сопротивления, и шунта 10, выполненного в виде трубки из биосовместимого материала. Шунт 10 и гидравлическое сопротивление подключены параллельно с помощью входного (11) и выходного (12) тройников. Могут быть использованы тройники - 1/2 × 1/2 × 3/16. Внутренний диаметр шунта 10 в три раза меньше внутреннего диаметра цилиндра 8.The device for generating a pulsating flow consists of: hydraulic resistance, made in the form of a cylinder 8 with a tube 7 installed inside it, made of an elastic biocompatible material, hermetically fixed by the ends along the ends of the cylinder from its inner side, equipped with perforations (holes) 9 for switching off and on hydraulic resistance, and shunt 10, made in the form of a tube of biocompatible material. Shunt 10 and hydraulic resistance are connected in parallel with input (11) and output (12) tees. Tees - 1/2 × 1/2 × 3/16 can be used. The inner diameter of the shunt 10 is three times smaller than the inner diameter of the cylinder 8.

Устройство управления потоком крови работает следующим образом (фиг. 2): при сокращении левого желудочка 3 сердца (систола) внутрижелудочковое давление стремится полностью раскрыть эластичную трубку 7, расположенную внутри цилиндра 8, прижимая ее к его корпусу. При этом воздух, заполняющий пространство между эластичной трубкой 7 и внутренней поверхностью цилиндра 8 через отверстия 9 свободно выходит в атмосферу, обеспечивая свободное перемещение эластичной трубки 7 при относительно низком внутрижелудочковом давлении (30-60 мм рт. ст.), как правило, связанным с сердечной недостаточностью. Гидравлическое сопротивление потоку крови из левого желудочка 3 в ННП 1 снижается, формируя максимальную амплитуду потока крови через ННП 1.The blood flow control device works as follows (Fig. 2): when the left ventricle 3 of the heart contracts (systole), intraventricular pressure tends to fully open the elastic tube 7 located inside the cylinder 8, pressing it against its body. At the same time, the air filling the space between the elastic tube 7 and the inner surface of the cylinder 8 through the holes 9 freely enters the atmosphere, ensuring the free movement of the elastic tube 7 at a relatively low intraventricular pressure (30-60 mm Hg), usually associated with heart failure. The hydraulic resistance to blood flow from the left ventricle 3 to NNP 1 decreases, forming the maximum amplitude of blood flow through NNP 1.

В диастолической фазе за счет снижения внутрижелудочкового давления и присасывающего действия ННП 1 давление в эластичной трубке 7 снижается, что приводит к смыканию ее стенок и увеличению гидравлического сопротивления потоку крови на пути из левого желудочка 3 в ННП 1 и, соответственно, к снижению скорости потока крови через ННП 1. Таким образом, на выходе ННП 1 формируется кардиосинхронизированный пульсирующий поток. Для свободного перемещения воздуха из пространства между цилиндром 8 и эластичной трубкой 7 в атмосферу суммарное сечение (общая площадь перфораций) отверстий 9 не должно быть менее 2% внутренней поверхности цилиндра 8.In the diastolic phase, due to a decrease in intraventricular pressure and the suction action of NNP 1, the pressure in the elastic tube 7 decreases, which leads to closure of its walls and an increase in hydraulic resistance to blood flow on the way from the left ventricle 3 to NNP 1 and, accordingly, to a decrease in blood flow velocity through NNP 1. Thus, at the output of NNP 1, a cardiosynchronized pulsating flow is formed. For free movement of air from the space between the cylinder 8 and the elastic tube 7 into the atmosphere, the total cross section (total perforation area) of the holes 9 should not be less than 2% of the inner surface of the cylinder 8.

Подключение шунта 10, закрепленного концами к тройникам на входе 11 и выходе 12 системы генерации пульсирующего потока параллельно гидравлическому сопротивлению стабилизирует работу эластичной трубки 7, сбрасывая часть потока из левого желудочка 3, тем самым не допуская полного пережатия эластичной трубки 7. Таким образом, подключение шунта 10 при работе системы генерации пульсирующего потока 6 в режиме диастолы левого желудочка 3 сердца позволяет исключить вибрацию эластичной трубки 7, а следовательно исключить высокочастотную пульсацию потока на выходе в ННП 1.Connecting the shunt 10, fixed with its ends to the tees at the inlet 11 and outlet 12 of the pulsating flow generation system parallel to the hydraulic resistance, stabilizes the operation of the elastic tube 7, dumping part of the flow from the left ventricle 3, thereby preventing complete clamping of the elastic tube 7. Thus, connecting the shunt 10 when the pulsating flow generation system 6 is operating in the diastole mode of the left ventricle 3 of the heart, it allows to exclude the vibration of the elastic tube 7, and therefore to exclude the high-frequency flow pulsation at the outlet to the NNP 1.

Вследствие того, что данная конструкция для эффективного функционирования должна иметь свободный выход воздуха в атмосферу данное устройство генерации пульсирующего потока может быть использовано только в экстракорпоральных системах ВК с использованием ННП.Due to the fact that this design must have a free air outlet to the atmosphere in order to function effectively, this device for generating a pulsating flow can only be used in extracorporeal VC systems using NNP.

Сравнительные испытания трех режимов работы насоса 1 на ГС проводились в условиях моделирования сердечной недостаточности с использованием макета предлагаемой системы.Comparative tests of three operating modes of the pump 1 on the HS were carried out in the conditions of modeling heart failure using the model of the proposed system.

Для изготовления макета системы 6 были использованы медицинская трубка (шунт) 10 с внутренним диаметром 4 мм, входной 11 и выходной 12 тройники и медицинский переходник - цилиндр 8 с внутренним диаметром 12 мм, снабженный двумя отверстиями 9. Внутри переходника по торцам была вклеена тонкостенная эластичная трубка 7, изготовленная методом макания из медицинского полиуретана.A medical tube (shunt) 10 with an inner diameter of 4 mm, inlet 11 and outlet 12 tees, and a medical adapter - a cylinder 8 with an inner diameter of 12 mm, equipped with two holes 9, were used to make a model of system 6. Inside the adapter, a thin-walled elastic tube 7 made by dipping from medical grade polyurethane.

Проведение сравнительных испытаний ННП 1 на ГС без системы генерации пульсирующего потока 6 осуществляют путем пережатия шунта 10, а пространство между внутренней поверхностью цилиндра 8 и эластичной трубкой 7 перекрывается путем подачи небольшого вакуума через отверстия 9, связанные с атмосферой.Carrying out comparative tests of NNP 1 on HS without a pulsating flow generation system 6 is carried out by clamping the shunt 10, and the space between the inner surface of the cylinder 8 and the elastic tube 7 is blocked by applying a small vacuum through the holes 9 associated with the atmosphere.

В режиме сокращения левого желудочка 3 сердца эластичная трубка 7 полностью раскрывается, не создавая гидравлического сопротивления потоку крови из левого желудочка 3 в ННП 1.In the contraction mode of the left ventricle 3 of the heart, the elastic tube 7 opens completely without creating hydraulic resistance to the blood flow from the left ventricle 3 to the NNP 1.

В режиме работы насоса 1 с системой генерации пульсирующего потока 6 отверстия 9 открывают в атмосферу и снимают пережатие, с трубки, обеспечивая дополнительный сброс крови через шунт 10.In the operating mode of pump 1 with a system for generating a pulsating flow 6, holes 9 are opened into the atmosphere and the clamping is removed from the tube, providing additional blood discharge through the shunt 10.

На фиг. 3 представлена сравнительная диаграмма давлений и расходов, полученная на ГС, при моделировании сердечной недостаточности при работе насоса без пульсатора (а), с пульсатором (б) и с заявленной полезной моделью (в) где Рао - давление в аорте, Рлп - давление в левом предсердии, Рлж -давление в левом желудочке, Qн - расход в насосе, Qao - расход в аорте.In FIG. Figure 3 shows a comparative diagram of pressures and flow rates obtained on the HS, when modeling heart failure when the pump is operating without a pulsator (a), with a pulsator (b) and with the claimed utility model (c) where P ao is the pressure in the aorta, P lp is the pressure in the left atrium, P lzh - pressure in the left ventricle, Q n - flow in the pump, Q ao - flow in the aorta.

Результаты работы насоса в стандартном непульсирующем режиме, с клапаном и в режиме работы насоса с заявляемой полезной моделью при моделировании сердечной недостаточности, полученные на ГС, сведены в таблицу.The results of the pump operation in the standard non-pulsating mode, with the valve and in the pump operation mode with the claimed utility model in the simulation of heart failure, obtained on the HS, are summarized in the table.

Figure 00000001
Figure 00000001

Как видно из таблицы пульсационное давление ΔРао при работе ННП1 с макетом предлагаемого устройства увеличивается по сравнению с работой ННП 1при работе без гидравлического сопротивления в 2.15 раза, а пульсовой поток в насосе ΔQн выше в 1.9 раза при восстановлении системного кровотока Qao. c постоянной СОРК насоса в условиях обхода левого желудочка сердца.As can be seen from the table, the pulsating pressure ΔР ao during the operation of NNP1 with the prototype of the proposed device increases by 2.15 times compared to the operation of NNP 1 when operating without hydraulic resistance, and the pulse flow in the pump ΔQ n is 1.9 times higher when systemic blood flow Q ao is restored. with a constant SIBP of the pump in conditions of bypassing the left ventricle of the heart.

Как видно из диаграммы (рис. 3б), амплитуда пульсового давления при работе ННП с гидравлическим сопротивлением находится в физиологических пределах (104/77 мм. рт.ст.) при среднем расходе жидкости 5 л/мин. Кривая потока жидкости в насосе Qн имеет выраженную высокочастотную пульсацию потока в диастолической фазе, что негативно сказывается на травме форменных элементов крови.As can be seen from the diagram (Fig. 3b), the amplitude of the pulse pressure during the operation of the NNP with hydraulic resistance is within the physiological limits (104/77 mm Hg) at an average fluid flow rate of 5 l/min. The fluid flow curve in the pump Q n has a pronounced high-frequency flow pulsation in the diastolic phase, which negatively affects the injury of blood cells.

Как видно из диаграммы (рис. 3в), амплитуда пульсового давления при работе ННП с предлагаемым устройством находится в физиологических пределах (110/82 мм. рт.ст.) при среднем расходе жидкости 5 л/мин. Кривая потока жидкости в насосе Qн имеет ярко выраженную пульсацию потока без дребезгов. Эффект сглаживания высокочастотной пульсация потока происходит за счет пропускной способности шунта в диапазоне 1±0,2 (л/мин).As can be seen from the diagram (Fig. 3c), the amplitude of the pulse pressure during the operation of the NNP with the proposed device is within the physiological limits (110/82 mm Hg) with an average fluid flow of 5 l/min. The liquid flow curve in the pump Q n has a pronounced flow pulsation without chatter. The effect of smoothing the high-frequency pulsation of the flow occurs due to the throughput of the shunt in the range of 1±0.2 (l/min).

Claims (1)

Устройство для генерации пульсирующего потока крови в экстракорпоральных системах вспомогательного кровообращения, содержащее гидравлическое сопротивление в виде цилиндра с установленной внутри него трубкой из эластичного биосовместимого материала, герметично закрепленной концами по торцам цилиндра с его внутренней стороны, выполненное с возможностью соединения с входной подключаемой к левому желудочку магистралью насоса непульсирующего потока, при этом стенка цилиндра имеет отверстия, сообщающие пространство между трубкой из эластичного биосовместимого материала и внутренней поверхностью цилиндра с атмосферой для прохода воздуха с обеспечением кардиосинхронизированного пульсирующего потока крови, отличающееся тем, что параллельно гидравлическому сопротивлению с помощью тройников установлен шунт в виде трубки постоянного сечения из биосовместимого материала, внутренний диаметр которой в три раза меньше внутреннего диаметра цилиндра гидравлического сопротивления.A device for generating a pulsating blood flow in extracorporeal circulatory support systems, containing a hydraulic resistance in the form of a cylinder with a tube made of an elastic biocompatible material installed inside it, hermetically fixed by the ends along the ends of the cylinder from its inner side, configured to be connected to the inlet line connected to the left ventricle non-pulsating flow pump, wherein the wall of the cylinder has openings connecting the space between the tube of elastic biocompatible material and the inner surface of the cylinder with an atmosphere for the passage of air to provide cardiosynchronized pulsating blood flow, characterized in that a shunt in the form of a tube is installed parallel to the hydraulic resistance using tees of constant cross-section from a biocompatible material, the inner diameter of which is three times smaller than the inner diameter of the hydraulic resistance cylinder.
RU2021125527U 2021-08-30 2021-08-30 Blood flow control device in extracorporeal circulatory assist systems RU210252U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021125527U RU210252U1 (en) 2021-08-30 2021-08-30 Blood flow control device in extracorporeal circulatory assist systems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021125527U RU210252U1 (en) 2021-08-30 2021-08-30 Blood flow control device in extracorporeal circulatory assist systems

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU210252U1 true RU210252U1 (en) 2022-04-04

Family

ID=81076302

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021125527U RU210252U1 (en) 2021-08-30 2021-08-30 Blood flow control device in extracorporeal circulatory assist systems

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU210252U1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009150893A1 (en) * 2008-06-11 2009-12-17 株式会社サンメディカル技術研究所 Artificial heart control device, artificial heart system, and artificial heart control method
US7850594B2 (en) * 2006-05-09 2010-12-14 Thoratec Corporation Pulsatile control system for a rotary blood pump
RU2665178C1 (en) * 2018-02-06 2018-08-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова" Минздрава России) Device and method for controlling the blood flow of rotary pumps
RU2725083C1 (en) * 2020-01-29 2020-06-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова" Минздрава России) Device and method for blood flow control of rotary pumps
RU201911U1 (en) * 2020-09-28 2021-01-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова" Минздрава России) Blood flow control device for extracorporeal circulatory support systems

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7850594B2 (en) * 2006-05-09 2010-12-14 Thoratec Corporation Pulsatile control system for a rotary blood pump
WO2009150893A1 (en) * 2008-06-11 2009-12-17 株式会社サンメディカル技術研究所 Artificial heart control device, artificial heart system, and artificial heart control method
RU2665178C1 (en) * 2018-02-06 2018-08-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова" Минздрава России) Device and method for controlling the blood flow of rotary pumps
RU2725083C1 (en) * 2020-01-29 2020-06-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова" Минздрава России) Device and method for blood flow control of rotary pumps
RU201911U1 (en) * 2020-09-28 2021-01-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова" Минздрава России) Blood flow control device for extracorporeal circulatory support systems

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2725083C1 (en) Device and method for blood flow control of rotary pumps
EP1416877B1 (en) Blood pump
RU2665178C1 (en) Device and method for controlling the blood flow of rotary pumps
US20030092961A1 (en) Optimized pulsatile-flow ventricular-assist device and total artificial heart
US8226712B1 (en) Total artificial heart system for auto-regulating flow and pressure
US4397049A (en) Hydraulically actuated cardiac prosthesis with three-way ventricular valving
EP3153189B1 (en) Chamber for artificial circulatory assistance and membrane
US5300113A (en) Cardiac ventricular assistance device particularly for compensating for weakened heart muscle function and for maintaining the vital body functions
EP1482999A1 (en) Physiologically compatible cardiac assist device and method
US20240285930A1 (en) Fluid circulation chamber membrane, a chamber and pump for artificial circulatory assistance and a pumping system
RU201911U1 (en) Blood flow control device for extracorporeal circulatory support systems
US4389737A (en) Hydraulically actuated cardiac prosthesis with three-way ventricular valving
RU210252U1 (en) Blood flow control device in extracorporeal circulatory assist systems
RU2665180C1 (en) Device and method for controlling blood flow in cardiopulmonary bypass devices
RU202952U1 (en) Blood flow control device for implantable circulatory support systems
RU2732312C1 (en) Blood flow control device in cardiopulmonary bypass devices
WO2022066043A1 (en) Device for controlling blood flow in extracorporeal circulatory support systems
US20110282126A1 (en) Pulsatile medical device designed to be used in extracorporeal surgery
Khodeli et al. Practical and Theoretical Considerations for ECMO System Development
KR102525303B1 (en) A blood pump and an oxidation system having the same that flows blood in one direction
RU2732084C1 (en) Artificial heart
Nojiri et al. Small soft left ventricular assist device powered by intraaortic balloon pump console for infants: a less expensive option
WO2021158141A1 (en) Controlling blood flow in rotary pumps in mechanical circulatory support systems
WO2019156589A1 (en) Device and method for controlling blood flow in rotary pumps in extracorporeal and implanted mechanical circulatory support devices
RU55594U1 (en) A FLUID-DRIVED DEVICE FOR ARTIFICIAL BLOOD CIRCULATION DEVICES