RU2183289C2

RU2183289C2 - Pulsating perfusion pump

Info

Publication number: RU2183289C2
Application number: RU2000132686A
Authority: RU
Inventors: Е.В. Руднев
Original assignee: Руднев Евгений Васильевич
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2002-06-10

Abstract

FIELD: transfusion and circulation of blood in artificial circulation apparatus. SUBSTANCE: pump includes quick-detachable hollow housing with elastoflexible magnetosensitive working member which divides pump housing into pumping and drive chambers. Arranged in pumping chamber at rarefied gas medium are elastic blood hoses combined in flexible cassette; these hoses are flat in section and are provided with inlet and outlet channels; secured in drive chamber containing gas medium under pressure are permanent magnets evenly distributed over circumference of chamber; poles of these magnets are oriented over radial directions at alternating polarity. Located along central axis of chamber is revolving ferromagnetic sector-type rotor closing simultaneously magnetic circuits of several adjacent magnets. Electromechanical drive may be replaced, if required, by manual or pneumatic drive working from compressed gas bottle. Pulsating action of blood hoses is effected by means of traveling magnetic wave formed by revolving sector-type rotor which interacts with magnetosensitive elastoflexible working member which performs function of boundary of two zones of gas medium pressure. EFFECT: avoidance of injury of blood elements; possibility of maintaining optimal pulsating of blood and degree of filling of blood hoses. 5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к насосам пульсирующего действия, предназначенным для перекачивания и циркуляции крови, например, в аппаратах искусственного кровообращения (АИК). The invention relates to pulsating pumps intended for pumping and circulating blood, for example, in cardiopulmonary bypass devices (AIC).

Известны насосы перистальтического действия, в которых кровеносные шланги прижимаются к внутренней цилиндрической поверхности посредством планетарно вращающихся роликов (П.Галлети и Г.Бричер - Основы и техника экстракорпорального кровообращения М.: Медицина, 1966, с.117-123). Pumps of peristaltic action are known in which blood hoses are pressed against the inner cylindrical surface by means of planetary rotating rollers (P. Galleti and G. Bricher - Fundamentals and technique of extracorporeal circulation M .: Medicine, 1966, pp. 117-123).

Известен перфузионный насос перистальтического действия (патент РФ 2101034, кл. А 61 М 1/10, F 04 В 43/12, 1995), в замкнутой полости насосной камеры которого, с разреженной газовой средой, герметично установлены по направлению бегущего магнитного поля, создаваемого блоком электромагнитов, одноразовые кровеносные шланги плоского сечения с входными и выходными каналами, а взаимодействующий с бегущим магнитным полем рабочий орган насоса, отделяющий насосную камеру от приводной камеры с газовой средой под давлением, выполнен в виде эластично-гибкой диафрагмы и упруго-гибкого ферромагнитного элемента. A peristaltic perfusion pump is known (RF patent 2101034, class A 61 M 1/10, F 04 B 43/12, 1995), in the closed cavity of the pump chamber of which, with a rarefied gas medium, are hermetically installed in the direction of the traveling magnetic field created a block of electromagnets, disposable blood tubes of flat cross-section with inlet and outlet channels, and the working body of the pump interacting with the traveling magnetic field, separating the pump chamber from the drive chamber with a gas medium under pressure, is made in the form of an elastic-flexible diaphragm Ragma and elastic-flexible ferromagnetic element.

Серьезным недостатком перфузионных насосов с планетарно вращающимися роликами является травма форменных элементов крови, кроме того, эксплуатационные, весовые и габаритные характеристики таких насосов не являются оптимальными. A serious drawback of perfusion pumps with planetary rotating rollers is the trauma of blood cells, in addition, the operational, weight and overall characteristics of such pumps are not optimal.

Перфузионный насос с бегущим магнитным полем позволяет исключить травму форменных элементов крови и существенно улучшить эксплуатационные, весовые и габаритные характеристики, однако для его функционирования остается обязательной необходимость средств электропитания блока электромагнитов, создающих бегущее магнитное поле. A perfusion pump with a running magnetic field eliminates the trauma of blood cells and significantly improves operational, weight and overall characteristics, however, for its functioning, the need remains for the power supply of the electromagnet block creating a traveling magnetic field.

Технической задачей, поставленной в настоящем изобретении, является повышение надежности, расширение принципиальных возможностей насоса, в том числе исключение обязательной необходимости электроэнергии для действия его рабочего органа, при использовании такого насоса как средства искусственного кровообращения в условиях нарушенной системы электроснабжения, в полевых условиях, в условиях неотложного транспортирования пациента и в других нештатных ситуациях. The technical task set in the present invention is to increase reliability, expand the fundamental capabilities of the pump, including the elimination of the mandatory need for electricity for the action of its working body, when using such a pump as a cardiopulmonary bypass in a disturbed power supply system, in the field, in emergency transportation of the patient in other emergency situations.

Изобретение поясняется фиг.1-4. На фиг.1 изображена принципиальная схема, а на фиг.2 показан общий вид насоса. The invention is illustrated in figures 1-4. Figure 1 shows a schematic diagram, and figure 2 shows a General view of the pump.

Быстроразъемный полый корпус насоса выполнен в виде герметично соединенных базовой и съемной его частей. Базовая часть корпуса насоса состоит из двух соосно расположенных и жестко скрепленных фланцев 1 и 2, на внутренних сторонах которых жестко укреплены постоянные магниты 3, равномерно расположенные по окружности фланцев, а полюса магнитов ориентированы по радиальным направлениям фланцев с чередующейся полярностью. На внешних полюсах постоянных магнитов укреплены ферромагнитные элементы 4, имеющие внешнюю цилиндрическую поверхность с общей для всех магнитов образующей. На общей центральной оси фланцев расположен ферромагнитный сбалансированный секторный ротор 5, замыкающий одновременно магнитные цепи нескольких смежных магнитов в зоне расположения их внутренних полюсов, имеющих вогнутую цилиндрическую форму поверхности с предельно малым зазором относительно выпуклой цилиндрической поверхности секторного ротора. The quick-release hollow pump casing is made in the form of hermetically connected base and removable parts. The base part of the pump housing consists of two coaxially located and rigidly fixed flanges 1 and 2, on the inner sides of which permanent magnets 3 are rigidly fixed, evenly spaced around the circumference of the flanges, and the poles of the magnets are oriented along the radial directions of the flanges with alternating polarity. At the outer poles of the permanent magnets, ferromagnetic elements 4 are mounted having an outer cylindrical surface with a generatrix common to all magnets. A ferromagnetic balanced sector rotor 5 is located on the common central axis of the flanges, closing at the same time the magnetic circuits of several adjacent magnets in the area of their inner poles, having a concave cylindrical surface shape with an extremely small clearance relative to the convex cylindrical surface of the sector rotor.

Ферромагнитные элементы внешних полюсов постоянных магнитов охвачены герметично укрепленной на фланцах 1 и 2, с помощью упругоэластичных колец 6, эластичной магниточувствительной диафрагмой 7 цилиндрической формы, которая делит внутренний объем полого корпуса на насосную камеру кольцевого сечения, с разреженной газовой средой, и приводную камеру круглого сечения, заполненную газовой средой под давлением, превышающим давление окружающей среды. The ferromagnetic elements of the outer poles of the permanent magnets are covered by a cylindrical elastic magnetically sensitive diaphragm 7, which is tightly fastened on the flanges 1 and 2, with elastic elastic rings 6, which divides the internal volume of the hollow body into a pump chamber of annular cross section, with a rarefied gas medium, and a drive chamber of circular cross section filled with a gaseous medium at a pressure higher than the ambient pressure.

Для взаимодействия диафрагмы 7 с внешними полюсами постоянных магнитов она выполнена из материала, обладающего ферромагнитными свойствами, или из материала, пассивного к магнитному полю, но армированного тонкими упругогибкими ферромагнитными лентами 8, расположенными вдоль окружности (фиг.3-а) или вдоль образующей цилиндрической диафрагмы 7 (фиг.3-в), в один или несколько слоев. For the interaction of the diaphragm 7 with the outer poles of the permanent magnets, it is made of a material having ferromagnetic properties, or of a material passive to the magnetic field, but reinforced with thin elastic flexible ferromagnetic tapes 8 located along the circumference (Fig. 3-a) or along the generatrix of the cylindrical diaphragm 7 (FIG. 3-c), in one or more layers.

Выполненная таким образом диафрагма совмещает функцию подвижного якоря, взаимодействующего с внешними полюсами магнитов, препятствуя их притяжению, под действием давления газовой среды на ее внутреннюю сторону, в зоне, где магнитные цепи магнитов не замкнуты секторным ротором 5, который выполнен в виде сменных цилиндров, укрепленных на шпинделе 9, установленном в подшипниках 10 и 11, укрепленных на фланцах 1 и 2, при этом внешний конец шпинделя, через гермоввод вращения 12, соединен с редуктором числа оборотов электромеханического привода (фиг.4). The diaphragm made in this way combines the function of a movable armature interacting with the outer poles of the magnets, preventing them from attracting, under the influence of the pressure of the gaseous medium on its inner side, in the area where the magnetic chains of the magnets are not closed by the sector rotor 5, which is made in the form of replaceable cylinders, reinforced on the spindle 9, mounted in bearings 10 and 11, mounted on the flanges 1 and 2, while the outer end of the spindle, through the pressure input of rotation 12, is connected to the speed reducer of the electromechanical drive (fi .4).

Для создания необходимого давления в приводной камере насоса, на фланце 1 базовой части корпуса предусмотрено центральное отверстие с запорным клапаном манжетного типа, выполненным в виде укрепленной на фланце цилиндрической или конической пробки 13, охваченной упруго-эластичной манжетой 14, герметично укрепленной на фланце по ее периметру. To create the necessary pressure in the pump drive chamber, on the flange 1 of the base part of the housing, a central hole is provided with a shut-off valve of the cuff type, made in the form of a cylindrical or conical plug 13 mounted on the flange, covered by an elastic-elastic cuff 14, hermetically mounted on the flange around its perimeter .

Съемная часть корпуса насоса выполнена в виде герметично охватывающей базовую его часть цилиндрической оболочки, состоящей из двух полуцилиндров 15, соединенных с помощью цилиндрического шарнира 16, ось которого параллельна центральной оси базовой части, а диаметрально противоположные концы полуцилиндров заканчиваются коробчатыми элементами 17, герметично соединенными с помощью П-образной роликовой кассеты 18. The removable part of the pump casing is made in the form of a cylindrical shell hermetically covering its base part, consisting of two half cylinders 15 connected by a cylindrical hinge 16, the axis of which is parallel to the central axis of the base part, and the diametrically opposite ends of the half cylinders end with box elements 17, hermetically connected with U-shaped cassette 18.

Установленная таким образом цилиндрическая оболочка корпуса образует насосную камеру кольцевого сечени, в которой размещены соединенные в общую гибкую кассету 19 кровеносные шланги 20 плоского сечения с цилиндрическими входными и выходными каналами 21, герметично укрепленными в стенках коробчатых элементов с помощью упруго-эластичных манжет 22, герметично охватывающих эти каналы. В зоне расположения входных и выходных каналов постоянный магнит, в виду отсутствия его необходимости, заменен скобой с выпуклой цилиндрической поверхностью, аналогичной поверхностям ферромагнитных элементов постоянных магнитов. The cylindrical shell of the casing thus installed forms an annular cross-sectional pump chamber in which blood hoses 20 of flat section connected to a common flexible cassette 19 are arranged with cylindrical inlet and outlet channels 21 tightly fixed in the walls of the box elements using elastic-elastic cuffs 22, hermetically covering these channels. In the area of the input and output channels, the permanent magnet, in the absence of its necessity, is replaced by a bracket with a convex cylindrical surface similar to the surfaces of the ferromagnetic elements of the permanent magnets.

Для создания в насосной камере разреженной газовой среды на съемной части корпуса насоса герметично укреплен запорный клапан (не показан), соединяющий полость насосной камеры с буферным вакуумным баллоном или непосредственно со средством вакуумной откачки. To create a rarefied gas medium in the pump chamber, a shut-off valve (not shown) is tightly mounted on the removable part of the pump casing, connecting the cavity of the pump chamber with a buffer vacuum cylinder or directly with a vacuum pumping device.

Электромеханический привод (фиг.4) насоса состоит из дифференциального планетарного редуктора числа оборотов и двух электродвигателей, основного 23, сообщающего секторному ротору насоса постоянное число оборотов, и реверсивного электродвигателя 24, регулирующего скорость вращения секторного ротора, для поддерживания оптимальной частоты пульсации крови в кровеносной системе пациента. Мощность реверсивного электродвигателя в несколько раз меньше мощности основного, что весьма существенно при управлении процессом искусственного кровообращения с помощью компьютера. Дифференциальный планетарный редуктор числа оборотов выполнен в виде неподвижного фланца 25 и соосного с ним вращающегося корпуса 26 с укрепленной на внутренней его стороне солнечной шестерней и укрепленным на внешней его стороне червячным колесом 27, кинематически связанным с реверсивным электродвигателем 24. The electromechanical drive (figure 4) of the pump consists of a differential planetary speed reducer and two electric motors, the main 23, which informs the sector rotor of the pump a constant number of revolutions, and a reversible electric motor 24, which regulates the speed of rotation of the sector rotor, to maintain the optimal pulsation frequency of the blood in the circulatory system the patient. The power of the reversible electric motor is several times less than the power of the main one, which is very important when controlling the process of cardiopulmonary bypass using a computer. The differential planetary speed reducer is made in the form of a fixed flange 25 and a rotating housing 26 coaxial therewith with a sun gear mounted on its inner side and a worm wheel 27 mounted on its outer side kinematically connected to the reversible electric motor 24.

Возможен вариант выполнения насоса с усиленным эффектом взаимодействия эластичной диафрагмы с бегущим магнитным полем, для этого постоянные магниты снабжены усиливающими их магнитный поток обмотками постоянного тока, а в приводной камере увеличено давление газовой среды. An embodiment of a pump with an enhanced effect of the interaction of an elastic diaphragm with a traveling magnetic field is possible; for this, the permanent magnets are equipped with DC windings that enhance their magnetic flux, and the pressure of the gas medium is increased in the drive chamber.

При вынужденной необходимости вместо электромеханического привода может быть применен ручной привод в виде укрепленного на внешнем конце шпинделя секторного ротора, штурвала с вращающейся рукояткой, а в некоторых случаях электромеханический привод может быть заменен пневмоприводом, соединенным непосредственно со шпинделем секторного ротора или через редуктор числа оборотов и работающим от баллона сжатого газа через газовый редуктор. If necessary, instead of an electromechanical drive, a manual drive can be used in the form of a sector rotor mounted on the outer end of the spindle, a steering wheel with a rotating handle, and in some cases, the electromechanical drive can be replaced by a pneumatic actuator connected directly to the sector rotor spindle or through a speed reducer and working from a cylinder of compressed gas through a gas reducer.

При подготовке насоса к работе кассету со стерильно обработанными одноразовыми кровеносными шлангами герметично укрепляют в стенках коробчатых элементов съемной части корпуса насоса с помощью упруго-эластичных манжет. Для обеспечения стерильности концы входных и выходных каналов кровеносных шлангов должны быть закрыты эластичными колпачками. В зависимости от медицинских показаний пациента на шпиндель секторного ротора устанавливают сменные цилиндры с большим или меньшим углом сектора, затем герметично устанавливают и запирают, с помощью роликовой кассеты, съемную часть корпуса вместе с укрепленной в ней кассетой одноразовых кровеносных шлангов. When preparing the pump for operation, the cartridge with sterile-treated disposable blood hoses is hermetically fixed in the walls of the box-shaped elements of the removable part of the pump housing using elastic-elastic cuffs. To ensure sterility, the ends of the inlet and outlet channels of the blood hoses must be covered with elastic caps. Depending on the patient’s medical indications, replaceable cylinders with a greater or lesser angle of the sector are installed on the spindle of the sector rotor, then the removable part of the body together with the cartridge of disposable blood hoses reinforced in it are sealed and locked using a roller cassette.

После этого, с помощью запорного клапана манжетного типа, расположенного на фланце приводной камеры, соединяют ее полость со средством нагнетания газовой среды и создают в ней необходимое давление, затем, с помощью запорного клапана, расположенного на стенке насосной камеры, соединяют ее полость с буферным вакуумным баллоном или непосредственно со средством вакуумной откачки и создают в ней разреженное состояние газовой среды. По окончании этого снимают защитные колпачки с концов входных и выходных каналов и соединяют их должным образом с соответствующими сосудами кровеносной системы пациента. After that, using a cuff-type shut-off valve located on the flange of the drive chamber, connect its cavity to the gas injection means and create the necessary pressure in it, then, using a shut-off valve located on the wall of the pump chamber, connect its cavity to the vacuum buffer cylinder or directly with a means of vacuum pumping and create a rarefied state of the gas medium in it. At the end of this, the protective caps are removed from the ends of the inlet and outlet channels and properly connected to the corresponding vessels of the circulatory system of the patient.

Наиболее существенными преимуществами, по сравнению с известными аналогами, применяемыми в медицине, являются исключение главных причин травмы форменных элементов крови благодаря возможности точного регулирования и строгого поддерживания рабочего давления на кровеносные шланги плоского сечения, равномерно распределенного по их поверхности, возможность поддерживания оптимального пульсирования крови в кровеносной системе пациента и возможность установления степени наполнения кровеносных шлангов, оперативность и удобство замены кровеносных шлангов плоского сечения, объединенных в общую гибкую кассету, и гарантированное сохранение их стерильности, вплоть до соединения с сосудами кровеносной системы пациента, возможность, при вынужденной необходимости, быстрой замены электромеханического привода насоса ручным приводом или пневмоприводом, работающим от баллона сжатого газа с газовым редуктором, улучшенные габаритные и весовые характеристики наcoca, облегчающие труд младшего и среднего медперсонала, а возможность и целесообразность компьютеризации такого насоса значительно усиливают возможности оперирующих врачей при проведении особо сложных хирургических операций. The most significant advantages, in comparison with the known analogues used in medicine, are the elimination of the main causes of trauma of blood cells due to the possibility of precise regulation and strict maintenance of working pressure on the flat section blood tubes evenly distributed over their surface, the ability to maintain optimal pulsation of blood in the blood the patient’s system and the ability to establish the degree of filling of blood hoses, the speed and convenience of replacing flat-section equilibrium hoses, combined into a common flexible cassette, and guaranteed sterility, up to connecting to the vessels of the patient’s circulatory system, the ability, if necessary, to quickly replace the electromechanical pump drive with a manual drive or a pneumatic drive operating from a compressed gas cylinder with a gas reducer , improved overall and weight characteristics of noca, facilitating the work of nurses and nurses, and the possibility and expediency of computerizing such a pump significantly enhance the operating capabilities of doctors during a particularly complex surgical procedures.

Особое значение для перспективы реализации предложенного схемного и конструктивного решения состоит в том, что предлагаемое устройство приведено к виду, удобному для компьютеризации. Of particular importance for the prospects for the implementation of the proposed circuit and constructive solutions is that the proposed device is brought to a form convenient for computerization.

Claims

1. A pulsating perfusion pump, consisting of a quick-detachable hollow body, in which an elastic-flexible magnetosensitive working element is installed, hermetically separating the body cavity into an annular pump chamber with a rarefied gas medium, in which elastic blood tubes of flat section with inlet and outlet channels are placed , and a drive chamber of circular cross section with a gas medium under pressure, in which a traveling magnetic field source is placed, which interacts with the working body of the pump a, characterized in that the quick-detachable hollow body is made in the form of hermetically conjugated base and removable parts, while the base part consists of two coaxially located and rigidly fastened flanges, on the inner sides of which are permanently fixed permanent magnets uniformly spaced around the circumference of the flanges in one or several rows, and the poles of the magnets are oriented along the radial directions of the flanges with alternating polarity, in addition, remote from the center of the pole of the magnets end with ferromagnetic elements and with a convex cylindrical surface having a generatrix of this surface common to all magnets, and the opposite poles of the magnets have the shape of a concave cylindrical surface with a generatrix of this surface common to all magnets and a minimum clearance with a convex cylindrical surface of a sector rotor mounted on a spindle mounted in bearings, mounted on flanges on their common central axis, and driven by an external interchangeable electromechanical, manual and pneumatic of supply, moreover, hermetically covering the base part of the body, its removable part is made in the form of articulated semi-cylinders, the sliding ends of which end with box-shaped elements hermetically connected by a roller cassette, and the input and output channels of blood hoses connected to a common flexible cassette are hermetically strengthened in the walls of the box-shaped elements placed in the cavity of the pump chamber.

2. The pump according to claim 1, characterized in that the working body of the pump is made in the form of an elastic magnetically sensitive diaphragm made of ferromagnetic material or of a material passive to the magnetic field, but reinforced with elastic flexible ferromagnetic elements in the form of thin tapes located along a circle or along a cylindrical generatrix aperture in one or more layers.

3. The pump according to claim 1, characterized in that the permanent magnets have amplifying their magnetic fields of the DC winding.

4. The pump according to claim 1, characterized in that the electromechanical drive of the sector rotor consists of a differential planetary speed reducer and two electric motors, the main one informs the sector rotor of the pump a constant number of revolutions and a reversible electric motor that increases or decreases the average speed of rotation of the sector pump rotor for maintaining optimal pulsation of blood in the circulatory system of the patient.

5. The pump according to claim 1, characterized in that the manual drive is made in the form of a steering wheel with a rotating handle, mounted on the outer end of the spindle of the sector rotor, and the pneumatic drive is connected to the spindle directly or through a speed reducer, while the pneumatic drive operates from a cylinder compressed gas through a gas reducer.