RU2242252C2

RU2242252C2 - Device for applying assist and substitutive blood circulation

Info

Publication number: RU2242252C2
Application number: RU2003115943/14A
Authority: RU
Inventors: Е.В. Руднев (RU); Е.В. Руднев
Original assignee: Руднев Евгений Васильевич
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-20

Abstract

FIELD: medical engineering.

SUBSTANCE: device has cavity restricted with flexible elastic shell. The cavity is divided with flexible elastic membrane into blood compartment and buffer space enclosing executive pneumatic drive setting the membrane in motion. The flexible elastic shell has two hose-type tubes having artificial heart valves. Biologically compatible protection envelope of external surface and internal artificial organ surface streamlined with blood flow.

EFFECT: small size; reduced weight.

3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к кардиохирургии, в частности к системам вспомогательного кровообращения с применением левожелудочкового обхода сердца и к системам заменительного кровообращения с заменой естественного сердца искусственным органом, выполняющим функции сердца.The invention relates to cardiac surgery, in particular to auxiliary circulatory systems using left ventricular bypass of the heart and to alternative circulatory systems with the replacement of a natural heart by an artificial organ that performs the function of the heart.

В предлагаемом устройстве искусственного органа его рабочая полость имеет плоскоконическую форму и образована упругоэластичной оболочкой натянутой с помощью торообразного кольца жесткости, охваченного упругоэластичной манжетой, а сама рабочая полость герметично разделена упруго эластичной диафрагмой укрепленной по кольцевой периферии упругоэластичной оболочки с помощью торообразного кольца жесткости.In the proposed artificial organ device, its working cavity has a flat-conical shape and is formed by an elastic-elastic shell stretched with a toroidal ring of stiffness covered by an elastic-elastic cuff, and the working cavity itself is hermetically separated by an elastic-elastic diaphragm reinforced along the annular periphery of the elastic-elastic shell using a toroidal stiffening ring.

Существенной особенностью предлагаемого устройства является отсутствие в нем элементов из металлов и их сплавов, число элементов из твердых неметаллических материалов сведено к предельному минимуму, а также отсутствуют пары трения первого и второго рода и резьбовые соединения. При необходимой величине объема кровяной части полости искусственного органа его вес приведен к предельному минимуму, а составляющие его части и герметичные соединения выполнены в виде упругоэластичных элементов.A significant feature of the proposed device is the absence of elements from metals and their alloys, the number of elements from solid non-metallic materials is minimized, and there are no friction pairs of the first and second kind and threaded joints. With the required volume of the blood part of the cavity of the artificial organ, its weight is reduced to the maximum minimum, and its components and hermetic joints are made in the form of elastic elements.

Для лучшей биосовместимости предусмотрены внешние и внутренние защитные оболочки, типа перчаток, выполненные из материала, отвечающего требованиям биосовместимости предъявляемым к материалам имплантируемых искусственных органов. Этим требованиям отвечает и материал главного рабочего органа – диафрагмы.For better biocompatibility, external and internal protective shells, such as gloves, are made of a material that meets the biocompatibility requirements for materials of implanted artificial organs. The material of the main working body, the diaphragm, also meets these requirements.

Для более широких возможностей применения предлагаемого устройства, например для экспериментальных исследований, тороидальное кольцо жесткости основной его части заменено тороидальным шлангом, выполненным с возможностью нагнетания и длительного сохранения в замкнутой его полости газовой или жидкой среды под строго фиксированным давлением для регулирования рабочего объема кровяной части полости действующего искусственного органа с целью увеличения или уменьшения величины ударного объема крови. Практическая необходимость такой возможности может быть продиктована изменением физического состояния пациента, например с возмужанием пациента юного возраста, или изменением состояния пациента преклонного возраста, или причинам иного рода.For wider possibilities of using the proposed device, for example, for experimental studies, the toroidal stiffening ring of its main part is replaced by a toroidal hose made with the possibility of pumping and long-term storage of a gas or liquid medium in a closed cavity under strictly fixed pressure to regulate the working volume of the blood part of the cavity of the acting an artificial organ in order to increase or decrease the magnitude of the stroke volume of blood. The practical necessity of such an opportunity can be dictated by a change in the physical condition of the patient, for example, with the maturity of a patient of a young age, or a change in the condition of a patient of advanced age, or other reasons.

На фиг.1 схематично показан вариант устройства искусственного органа для систем вспомогательного кровообращения, отображающий момент начала диастолы и конца систолы, а на фиг.2 - то же, но отображающий момент конца диастолы и начала систолы. На фиг.3 показан дополнительный вариант устройства искусственного органа, позволяющей изменять ударный объем крови действующего искусственного органа и необходимые при этом конструктивные изменения опорного узла такого устройства. На фиг.4 показан вариант устройства искусственного органа для систем заменительного кровообращения с применением дополнительного упругоэластичного натяжного элемента, а на фиг.5 - то же, но с применением двух идентичных исполнительных частей пневмопривода. На фиг.6 показана диафрагма (в разрезе) и фрагменты внешней защитной оболочки. Внутренняя защитная оболочка по форме и размерам подобна диафрагме.Figure 1 schematically shows a variant of the device of an artificial organ for auxiliary circulatory systems, which displays the moment of onset of diastole and the end of systole, and figure 2 is the same, but displays the moment of end of diastole and the beginning of systole. Figure 3 shows an additional version of the device of an artificial organ, which allows you to change the stroke volume of the blood of the existing artificial organ and the necessary structural changes of the support node of such a device. Figure 4 shows a variant of the device of an artificial organ for replacement circulatory systems using an additional elastic elastic tension element, and figure 5 is the same, but using two identical actuating parts of the pneumatic drive. Figure 6 shows the diaphragm (in section) and fragments of the outer protective shell. The inner containment is similar in shape and size to the diaphragm.

Согласно предлагаемому техническому решению стенка искусственного органа состоит из двух упругоэластичных частей, образующих полость плоскоконической формы, герметично разделенную на кровяную полость и буферный объем упругоэластичной диафрагмой 1, имеющей осесимметрично расположенную глухую втулку 2. Эти три главных элемента устройства герметично соединены вместе по их кольцевой периферии с помощью тороидального кольца жесткости 3 и упругоэластичной кольцевой манжеты 4, туго охватывающей кольцевой герметичный стык этих элементов. Верхняя (по чертежу) часть 5 стенки искусственного органа имеет два шланговых патрубка, в которых герметично укреплены аортальный 6 и митральный 7 искусственные клапаны, причем аортальный расположен на главной оси устройства, а нижняя (по чертежу) часть 8 стенки искусственного органа имеет осесимметрично расположенное базовое кольцо 9 со сферической внешней поверхностью, туго охваченное упругоэластичной манжетой 10.According to the proposed technical solution, the wall of the artificial organ consists of two elastically elastic parts forming a flat conical cavity, hermetically divided into a blood cavity and a buffer volume by an elastic elastic diaphragm 1 having an axisymmetrically located blind sleeve 2. These three main elements of the device are hermetically connected together along their annular periphery with using a toroidal ring of rigidity 3 and an elastic elastic ring cuff 4, tightly covering the annular tight joint of these elements. The upper (according to the drawing) part 5 of the wall of the artificial organ has two hose nozzles in which the aortic 6 and mitral 7 artificial valves are tightly fixed, the aortic being located on the main axis of the device, and the lower (according to the drawing) part 8 of the wall of the artificial organ has an axisymmetrically located base ring 9 with a spherical outer surface tightly covered by an elastic-elastic cuff 10.

На базовом кольце 9 герметично укреплена исполнительная часть пневмопривода, осесимметрично расположенная внутри полости искусственного органа и представляющая короткий упругоэластичный шланг 11 с глухими гофрами на его концах. Нижний (по чертежу) гофр 12 имеет гибкую соединительную трубочку 13, а верхний гофр 14 - осесимметрично расположенную глухую втулку 15, которая, вместе с аналогичной втулкой 2 диафрагмы 1, туго охватывает подвижный крепежный палец 16 с кольцевой канавкой, образуя герметично-раздельное их соединение. Для большей надежности этого соединения оно может быть туго охвачено упругоэластичным кольцом 17 С-образного сечения.On the base ring 9, the executive part of the pneumatic actuator is tightly fixed, axisymmetrically located inside the cavity of the artificial organ and representing a short elastic hose 11 with blind corrugations at its ends. The lower (according to the drawing) corrugation 12 has a flexible connecting tube 13, and the upper corrugation 14 has an axisymmetrically located blind sleeve 15, which, together with a similar sleeve 2 of the diaphragm 1, tightly covers a movable mounting pin 16 with an annular groove, forming a hermetically separate connection . For greater reliability of this connection, it can be tightly covered by an elastic-elastic ring 17 of the C-shaped section.

При выполнении искусственного органа по дополнительному варианту его устройства (фиг.3) стенка упругоэластнчной оболочки выполнена как единое целое, а торообразное кольцо жесткости 3 заменено торообразным шлангом 18 с гибкой соединительной трубочкой 19, через которую его полость сообщается с внешним средством нагнетания в нее газовой среды. В этом варианте выполнения базовое кольцо 9 может быть разъемным, а полугофры, заменяющие глухой гофр 12, могут быть герметично соединены по их кольцевой периферии способом вулканизации или, как исключение, с помощью дифференциальной гайки 20 и прижимного диска 21.When performing an artificial organ according to an additional embodiment of its device (Fig. 3), the wall of the elastic-elastic shell is made as a whole, and the toroidal ring of rigidity 3 is replaced by a toroidal hose 18 with a flexible connecting tube 19, through which its cavity communicates with an external means of pumping gas into it . In this embodiment, the base ring 9 can be detachable, and the half hemispheres replacing the blind corrugation 12 can be hermetically connected along their annular periphery by vulcanization or, as an exception, by means of a differential nut 20 and a pressure disk 21.

Для систем заменительного кровообращения (фиг.4) буферный объем полости искусственного органа используется в качестве второй кровяной части полости с дополнением двух искусственных клапанов 22, 23, выполняющих функции предсердно-желудочкового клапана и клапана легочного ствола в естественном сердце, кроме того, эффект действия на диафрагму 1 разреженной газовой среды, заполняющей буферный объем искусственного органа, заменяется действием дополнительного упругоэластичного натяжного элемента 24, укрепленного одним концом на подвижном крепежном пальце 16, а другим - на упругоэластичном шланге 11, с помощью крепежного кольца 25 и охватывающего его упругоэластичного кольца 26.For substitute circulatory systems (Fig. 4), the buffer volume of the cavity of the artificial organ is used as the second blood part of the cavity with the addition of two artificial valves 22, 23 that serve as the atrioventricular valve and pulmonary valve in the natural heart, in addition, the effect on the diaphragm 1 of a rarefied gaseous medium filling the buffer volume of the artificial organ is replaced by the action of an additional elasto-elastic tension element 24, mounted at one end on a movable cr pezhnom finger 16, and another - by elastic hose 11 by a retaining ring 25 and covering its elastic ring 26.

Возможен другой вариант конструктивного выполнения искусственного органа для систем заменительного кровообращения, по которому перемещение диафрагмы из одного крайнего положения в другое крайнее положение осуществлено с помощью двух идентичных исполнительных частей пневмопривода (фиг.5), осесимметрично расположенных с противоположных сторон диафрагмы, при этом сама диафрагма тоже состоит не из одного, а из двух идентичных элементов, кроме того, газовая среда под давлением поступает из задающей части пневмопривода в две исполнительные его части по двум гибким трубочкам - в противофазе.Another embodiment of the artificial organ is possible for replacement circulatory systems, in which the diaphragm is moved from one extreme position to the other extreme position using two identical actuators of the pneumatic actuator (Fig. 5), axisymmetrically located on opposite sides of the diaphragm, while the diaphragm itself also consists of not one but two identical elements, in addition, the gas medium under pressure enters from the driver of the pneumatic actuator into two actuators ie part of two flexible ducts - in counter.

Действие устройства искусственного органа, выполненного по первому конструктивному варианту (фиг.1, 2) происходит следующим образом: при подаче газовой среды под давлением из задающей в исполнительную часть пневмопривода, последняя растягивается вдоль своей оси и диафрагма 1 принимает крайнее верхнее (по чертежу) положение, соответствующее концу систолы и началу диастолы, при этом заполняющая кровяную часть полости кровь выталкивается через аортальный искусственный клапан 6, а при последующем уменьшении давления газовой среды происходит всасывание крови через митральный искусственный клапан 7 в кровяную часть полости под действием кровяного давления, стягивания упругоэластичной диафрагмы и разреженного состояния газовой среды в буферном объеме полости искусственного органа и диафрагма принимает крайнее нижнее (по чертежу) положение, соответствующее концу диастолы и началу систолы. На этом цикл подачи крови заканчивается.The action of the device of an artificial organ made according to the first constructive version (Fig. 1, 2) is as follows: when a gas medium is supplied under pressure from a driver into the actuating part of the pneumatic actuator, the latter stretches along its axis and the diaphragm 1 takes its extreme upper (according to the drawing) position corresponding to the end of systole and the beginning of diastole, while the blood filling the blood part of the cavity is expelled through the aortic artificial valve 6, and with a subsequent decrease in the pressure of the gas medium t the absorption of blood through the mitral artificial valve 7 into the blood part of the cavity under the influence of blood pressure, constriction of the elasto-elastic diaphragm and the rarefied state of the gas medium in the buffer volume of the cavity of the artificial organ and the diaphragm takes the lowest position (according to the drawing) corresponding to the end of the diastole and the beginning of systole. This completes the blood supply cycle.

Если устройство искусственного органа выполнено по дополнительному конструктивному варианту (фиг.3), то в процессе его работы ударный объем крови можно изменять путем изменения давления газовой среды в тороидальном шланге 18.If the device of the artificial organ is made according to an additional constructive option (figure 3), then in the process of its operation, the stroke volume of blood can be changed by changing the pressure of the gas medium in the toroidal hose 18.

Действие устройства искусственного органа для систем заменительного кровообращения, выполненного по первому конструктивному варианту (фиг.4) происходит аналогичным образом, только при подаче газовой среды под давлением в исполнительную часть пневмопривода буферный объем полости искусственного органа, служащий в этом варианте второй кровяной частью полости, заполняется через искусственный клапан 22 венозной кровью, а с уменьшением давления газовой среды в исполнительной части пневмопривода и действия упругоэластичного натяжного элемента 24 диафрагма 1 перемещается в крайнее нижнее (по чертежу) положение и венозная кровь через искусственный клапан 23 выталкивается из кровяной части полости.The action of the artificial organ device for circulatory replacement systems, made according to the first constructive version (figure 4) occurs in a similar way, only when a gaseous medium under pressure is supplied to the actuating part of the pneumatic actuator, the buffer volume of the artificial organ cavity, which serves in this embodiment as the second blood part of the cavity, is filled through an artificial valve 22 with venous blood, and with a decrease in the pressure of the gaseous medium in the executive part of the pneumatic actuator and the action of an elastic elastic tension element cient 24 diaphragm 1 is moved to the lowermost (in the drawing) and the position of venous blood through the artificial valve 23 is pushed out from the blood of the cavity.

Действие подобного устройства, выполненного по второму конструктивному варианту (фиг.15) происходит путем поочередной по-. дачи по гибким трубочкам 13 газовой среды под давлением из задающей части в две исполнительные части пневмопривода, расположенные с противоположных сторон диафрагмы.The action of such a device, made according to the second structural embodiment (Fig. 15), occurs by alternately. giving through flexible tubes 13 of the gaseous medium under pressure from the driver to the two executive parts of the pneumatic actuator located on opposite sides of the diaphragm.

Для осуществления возможности изменения величины ударного объема крови в действующем устройстве искусственного органа такого назначения основная его часть должна быть выполнена не с торовидным кольцом жесткости, а с торообразным шлангом 18.To implement the possibility of changing the magnitude of the stroke volume of blood in the operating device of an artificial organ for this purpose, its main part should not be made with a toroidal ring of rigidity, but with a toroidal hose 18.

По сравнению с известными аналогами предлагаемые разновидности искусственного органа обладают более широкими возможностями их использования в системах вспомогательного и заменительного кровообращения, лучшей биосовместимостыо, большей простотой и надежностью в конструктивно-технологическом отношении и большей доступностью для широкой многофункциональной реализации, кроме того, значительная часть элементов искусственных органов различного функционального назначения могут быть унифицированы, что существенно снижает затраты на их изготовление.Compared with the known analogues, the proposed types of artificial organ have wider possibilities of their use in auxiliary and replacement blood circulation systems, better biocompatibility, greater simplicity and reliability in a constructive-technological sense, and greater accessibility for a wide multifunctional implementation, in addition, a significant part of the elements of artificial organs different functional purposes can be unified, which significantly reduces the cost of x production.

Claims

1. A device for auxiliary and replacement blood circulation, including the main part implantable in the patient’s chest cavity, made with a cavity formed by a stretched elastic-elastic split shell using a toroidal ring enclosed by a cuff and divided into two parts by an elastic-elastic diaphragm with an axisymmetrically located blind plug on it, this inside the cavity axisymmetrically strengthened the Executive part of the pneumatic actuator, which is an elastic hose with corrugations at the ends, the end of the ends with a flexible tube, and the other with an axisymmetrically located blind sleeve, which together with the diaphragm sleeve covers the movable mounting finger, while the diaphragm seals the device cavity into the blood and blood-filled buffer parts, the shell of the blood part of the cavity has two hose nozzles, in one of which, located on the axis of the device, the artificial aortic valve is hermetically strengthened, in the other nozzle there is an artificial mitral valve, and in the buffer part of the strips This axisymmetrically located actuating part of the pneumatic actuator is hermetically strengthened by a corrugation ending in a flexible tube on the shell ring.

2. The device according to claim 1, characterized in that the diaphragm sleeve and the corrugation sleeve of the actuating part of the pneumatic actuator are covered on a fastening movable finger with an elastic ring of C-section.

3. The device according to claim 1, characterized in that the outer and blood-washed surfaces of the shell are covered with a protective shell of biocompatible material.