RU2353398C2

RU2353398C2 - Integrated pulsatile blood pump

Info

Publication number: RU2353398C2
Application number: RU2006128765/14A
Authority: RU
Inventors: Евгений Васильевич Руднев (RU); Евгений Васильевич Руднев
Original assignee: Евгений Васильевич Руднев
Priority date: 2006-08-08
Filing date: 2006-08-08
Publication date: 2009-04-27
Also published as: RU2006128765A

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: invention refers to medicine, particularly to cardiosurgery. A main body of the pump implanted into thoracic cavity comprises three structural components: a base component as a toroid ring, one or two elastic diaphragms enveloping toroid ring of the base component, and an executive section as one or two elastic closed cavities cooperating with the diaphragms and connected to a master side of pneumatic and/or hydraulic circuit arranged on a therapeutic belt of the patient.

EFFECT: assured reliability and efficiency of the integrated pump in artificial and assisted blood circulation environment.

6 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к области медицины - кардиохирургии.The invention relates to the field of medicine - cardiac surgery.

Универсальное комплексное устройство пульсирующего перекачивания крови предназначено для полной и частичной замены функции сердца в условиях искусственного и вспомогательного кровообращения и состоит из главной - биологической части, имплантируемой в грудную полость пациента и технической части - задающей части пневмо- и/или гидропривода, расположенной вместе с автономным источником электропитания, на медицинском поясе пациента.The universal complex device of pulsating blood pumping is designed to completely and partially replace the function of the heart under conditions of cardiopulmonary bypass and auxiliary blood circulation and consists of the main - the biological part implanted in the patient’s chest cavity and the technical part - the defining part of the pneumatic and / or hydraulic drive, located together with the autonomous power source on the patient’s medical belt.

Главная часть устройства состоит из трех видов основных конструктивных элементов: базового элемента, выполненного в виде твердого или упруготвердого торообразного кольца круглой или овальной формы поперечного сечения, плотно покрытого упругоэластичной оболочкой образующей упругоэластичную стенку или без стенки, двух упругоэластичных диафрагм окантованных кольцевыми гофрами, туго охватывающими торообразное кольцо базового элемента с исходным натяжением диафрагм и исполнительной части пневмо- и/или гидропривода, выполненной в виде одной или двух упругоэластичных герметично замкнутых полостей круглой формы, взаимодействующих с диафрагмами путем пульсирующего наполнения рабочей средой под давлением этих полостей, сообщающихся с задающей частью пневмо- и/или гидропривода, которая расположена на медицинском поясе пациента и состоит из подвижной и неподвижной створок, прижатых одна к другой с помощью охватывающей их упругоэластичной манжеты, а в некоторых вариантах универсального устройства, состоящей из двух пар створок, прижатых одна к другой упругоэластичными манжетами. Между створками помещены калиброванная по толщине сменная прокладка и замкнутый отрезок упругоэластичного шланга плоского или плоскоовального сечения, внутренняя полость которого служит рабочей полостью и с помощью одного или двух упругоэластичных соединительных шлангов сообщается с одной или двумя рабочими полостями исполнительной части пневмо- и/или гидропривода. Кроме того, на медицинском поясе расположено электронное коммутирующее устройство, предназначенное для включения одного или для одновременного и разновременного включения-выключения двух электромагнитов, воздействующих на подвижную створку или створки.The main part of the device consists of three types of main structural elements: a basic element made in the form of a solid or elastic-solid toroidal ring of circular or oval cross-section, densely covered with an elastic shell forming an elastic wall or without a wall, two elastic diaphragms edged with ring corrugations, tightly covering the toroid the ring of the base element with the initial tension of the diaphragms and the Executive part of the pneumatic and / or hydraulic actuator, made in the form one or two elastically hermetically sealed circular cavities interacting with the diaphragms by pulsating filling with a working medium under pressure of these cavities, communicating with the driver of the pneumatic and / or hydraulic actuator, which is located on the patient’s medical belt and consists of a movable and fixed shutter, pressed one to the other with the help of an elastic-elastic cuff covering them, and in some versions of a universal device consisting of two pairs of flaps pressed against one another by elastic-elastic anzhetami. A replaceable gasket calibrated by thickness and a closed segment of an elastic pipe of flat or flat oval cross section, the internal cavity of which serves as a working cavity and is connected with one or two working cavities of the actuating part of the pneumatic and / or hydraulic actuator, are placed between the flaps. In addition, on the medical belt there is an electronic switching device designed to turn on one or simultaneously and simultaneously turn on and off two electromagnets that act on a movable sash or sash.

Каждый упругоэластичный соединительный шланг состоит из внутреннего и наружного отрезков, соединенных вне зоны трансплантации. Внутренний отрезок шланга герметично соединен одним концом с круглой полостью исполнительной части пневмо- и/или гидропривода в центральной или периферийной ее зоне, а другим концом с наружным отрезком соединительного шланга и герметично укреплен в зоне его прохождения через диафрагму с помощью разъемного или неразъемного соединения с диафрагмой.Each elastic-elastic connecting hose consists of internal and external segments connected outside the transplantation zone. The inner length of the hose is hermetically connected at one end to the circular cavity of the actuating part of the pneumatic and / or hydraulic actuator in its central or peripheral zone, and the other end to the outer length of the connecting hose and is hermetically fixed in the zone of its passage through the diaphragm using a detachable or one-piece connection with the diaphragm .

В зависимости от варианта выполнения устройства на каждой диафрагме и на стенке базового элемента могут быть расположены один или два кровяных клапана.Depending on the embodiment of the device, one or two blood valves may be located on each diaphragm and on the wall of the base element.

По эксплуатационным и конструктивно-технологическим соображениям в предлагаемом универсальном устройстве целесообразно использование искусственных кровяных клапанов, выполненных по описаниям к патентам РФ №224519 и №2260401.For operational and structural-technological reasons, in the proposed universal device, it is advisable to use artificial blood valves made according to the descriptions of RF patents No. 224519 and No. 2260401.

Следует заметить, что два последних из трех видов основных конструктивных элементов главной части универсального устройства могут быть выполнены как единое целое с помощью неразъемного их соединения в зоне прохождения внутреннего отрезка соединительного шланга через диафрагму.It should be noted that the last two of the three types of main structural elements of the main part of the universal device can be made as a whole using their integral connection in the zone of passage of the internal segment of the connecting hose through the diaphragm.

Ближайшим аналогом предлагаемого технического решения может служить устройство пульсирующего перекачивания крови, состоящее из четырех видов основных конструктивных элементов, имплантируемое в грудную полость пациента - патент РФ №2267333.The closest analogue of the proposed technical solution can be a pulsating blood pumping device, consisting of four types of basic structural elements, implanted in the patient’s chest cavity - RF patent No. 2267333.

Предлагаемое техническое решение направлено на дальнейшее, по сравнению с аналогом, приближение действия предлагаемого устройства к естественному кровообращению путем исключения, как и в аналоге, в главной его части пар трения первого и второго рода и весьма существенного уменьшения рабочего объема исполнительной части пневмо- и/или гидропривода (в несколько раз по сравнению с ударным объемом крови), а также создание возможности оперативной подготовки той или иной функциональной разновидности универсального устройства во время проведения кардиохирургической операции и повышение общей биосовместимости и весогабаритных характеристик главной части устройства.The proposed technical solution is aimed at further, in comparison with the analogue, approximation of the action of the proposed device to natural blood circulation by eliminating, as in the analogue, in its main part of friction pairs of the first and second kind and a very significant decrease in the working volume of the pneumatic and / or actuating part hydraulic drive (several times compared with the stroke volume of blood), as well as the creation of the possibility of operational preparation of a functional variant of a universal device during testing eniya cardiac surgery and increase the overall weight and dimensional characteristics of biocompatibility and the main part of the device.

Ожидаемый результат состоит в обеспечении более надежного и более широкого и оперативного использования предлагаемого универсального устройства в условиях искусственного и вспомогательного кровообращения.The expected result is to ensure a more reliable and wider and operational use of the proposed universal device in the conditions of artificial and auxiliary blood circulation.

На фиг.1, 2, 3 показаны варианты выполнения трех основных конструктивных элементов главной части предлагаемого устройства: базового элемента, упругоэластичных диафрагм и исполнительной части пневмо- и/или гидропривода.Figure 1, 2, 3 shows embodiments of the three main structural elements of the main part of the proposed device: the base element, the elastic diaphragms and the Executive part of the pneumatic and / or hydraulic actuator.

Для более надежного скрепления основных конструктивных элементов может служить упругоэластичная кольцевая манжета С-образного сечения (фиг.4) с отверстиями для стягивающего жгута (хирургической нити), расположенными по ее краям, и с лепестками, предназначенными для ограничения пульсирующего перемещения внутренних отрезков соединительных шлангов.For a more reliable fastening of the main structural elements, an elastically elastic ring cuff of a C-shaped section (Fig. 4) with holes for a tightening tourniquet (surgical thread) located along its edges and with petals designed to limit the pulsating movement of the internal segments of the connecting hoses can serve.

На фиг.5 показан основной вариант выполнения главной части универсального устройства для систем искусственного кровообращения, выполненный в виде базового элемента 1 с упрутоэластичной стенкой, торообразное кольцо которого туго охвачено гофрами двух упругоэластичных диафрагм 2, образующих вместе с упругоэластичной стенкой базового элемента две кровяные полости 3 и 4, выполняющие функции левого и правого желудочков сердца. Каждая кровяная полость ограничена одной из диафрагм и упругоэластичной стенкой базового элемента. В периферийных зонах диафрагм расположено по два шланговых патрубка 5 с кольцевыми гофрами 6 для закрепления в них кровяных клапанов, выполняющих функции аортального и митрального, расположенных на одной диафрагме, и предсердно-желудочкового, и клапана легочного ствола, расположенных на другой. На первой из диафрагм шланговые патрубки расположены на радиальных осях под центральным углом, а на второй - на диаметральной оси, при этом внутренние отрезки соединительных шлангов соединены с рабочими полостями 7 исполнительной части пневмо- и/или гидропривода с помощью герметичных разъемных 8 или неразъемных 9 соединений с диафрагмами.Figure 5 shows the main embodiment of the main part of the universal device for cardiopulmonary bypass systems, made in the form of a base element 1 with an elastic-elastic wall, the toroidal ring of which is tightly surrounded by corrugations of two elastic diaphragms 2, which form two blood cavities 3 and together with the elastic elastic wall of the basic element 4, performing the functions of the left and right ventricles of the heart. Each blood cavity is limited by one of the diaphragms and the elastic wall of the base element. In the peripheral zones of the diaphragms, there are two hose tubes 5 with annular corrugations 6 for fixing the blood valves that serve as the aortic and mitral valves located on one diaphragm, and the atrioventricular and pulmonary valve valves located on the other. On the first of the diaphragms, the hose nozzles are located on the radial axes at a central angle, and on the second on the diametrical axis, while the internal segments of the connecting hoses are connected to the working cavities 7 of the actuating part of the pneumatic and / or hydraulic actuator using sealed detachable 8 or one-piece 9 joints with apertures.

На фиг.6 показана видоизмененная главная часть универсального устройства подобного назначения, выполненная из тех же основных конструктивных элементов, в которой торообразное кольцо базового элемента и окаймленные кольцевыми гофрами упругоэластичные диафрагмы имеют не круглую, а овальную форму, и внутренние отрезки соединительных шлангов соединены с рабочими полостями 7 в более удаленной периферийной зоне диафрагм. В центре круглых рабочих полостей 7 выполнены пробкообразные выступы 10, а в центральной зоне диафрагм выполнены впадины 11 для пробкообразных выступов с целью фиксирования рабочих полостей 7 на главной оси универсального устройства. В некоторых вариантах впадины для пробкообразных выступов могут быть выполнены и в центре упругоэластичной стенки базового элемента.Figure 6 shows a modified main part of a universal device for a similar purpose, made of the same basic structural elements, in which the toroidal ring of the base element and the elastomeric diaphragms bordered by ring corrugations are oval in shape and not round, and the internal segments of the connecting hoses are connected to the working cavities 7 in the more remote peripheral zone of the diaphragms. Cork-shaped protrusions 10 are made in the center of the circular working cavities 7, and depressions 11 for cork-shaped protrusions are made in the central area of the diaphragms in order to fix the working cavities 7 on the main axis of the universal device. In some embodiments, the hollows for the cork-like protrusions can be made in the center of the elastic wall of the base element.

Оба этих конструктивных варианта выполнены с возможностью синфазного и противофазного пульсирования крови в кровяных полостях устройства, а при необходимости - с любым фазовым смещением.Both of these structural options are made with the possibility of in-phase and antiphase pulsation of blood in the blood cavities of the device, and if necessary with any phase shift.

На фиг.7 показан вариант выполнения главной части универсального устройства, предназначенной для частичной замены функции сердца в условиях вспомогательного кровообращения, например для левожелудочкового обхода сердца. Базовый элемент главной части устройства выполнен без упругоэластичной разделительной стенки с соответствующим уменьшением общего размера устройства, необходимым для получения нужного объема кровяной полости, ограниченной в этом случае внутренними поверхностями двух диафрагм и равного ударному объему крови.7 shows an embodiment of the main part of a universal device designed to partially replace the function of the heart in conditions of auxiliary circulation, for example, for left ventricular bypass of the heart. The basic element of the main part of the device is made without an elastic-elastic dividing wall with a corresponding reduction in the total size of the device necessary to obtain the desired volume of the blood cavity, limited in this case by the inner surfaces of the two diaphragms and equal to the shock volume of blood.

Шланговые патрубки 5 с кольцевыми гофрами 6 выполнены по одному на каждой из диафрагм или в виде двух шланговых патрубков только на одной из них, а герметичный ввод соединительного шланга выполнен на одной из диафрагм в центральной или периферийной ее зоне.Hose fittings 5 with annular corrugations 6 are made one on each of the diaphragms or in the form of two hose fittings on only one of them, and the hermetic inlet of the connecting hose is made on one of the diaphragms in its central or peripheral zone.

На фиг.8 показан конструктивный вариант главной части универсального устройства, подобный предыдущему варианту, по своему назначению, а по форме - подобный варианту, показанному на фиг.6, со всеми перечисленными выше особенностями, кроме того, функцию второй диафрагмы выполняет упругоэластичная стенка базового элемента.On Fig shows a structural variant of the main part of the universal device, similar to the previous version, in its purpose, and in shape - similar to the variant shown in Fig.6, with all the above features, in addition, the function of the second diaphragm is performed by the elastic wall of the base element .

На фиг.9 показан модуль задающей части пневмо- и/или гидропривода, состоящий из двух створок подвижной 12 и базовой 13 плотно прижатых упругоэластичной манжетой 14 и взаимосовмещенных сферической опорой 15. В зазоре между створками помещены калиброванная по толщине прокладка 16 и отрезок упругоэластичного шланга 17 плоского или плоскоовального сечения, глухой с одного конца и герметично соединенный с наружным отрезком соединительного шланга с другого конца. На базовой створке укреплен электромагнит 18 плоской формы, расположенный с внешней стороны подвижной створки, на которой жестко укреплен двухплечий якорь 19 электромагнита, взаимодействующий с его полюсами. При необходимости форма створок может быть не плоской, а изогнутой (фиг.10), и сферическая опора 15 может быть выполнена из упругожесткого материала.Figure 9 shows the module of the driver of the pneumatic and / or hydraulic actuator, consisting of two flaps of the movable 12 and the base 13 tightly pressed by an elastic collar 14 and interconnected by a spherical support 15. In the gap between the flaps, a gasket 16 calibrated by thickness and a stretch of elastic hose 17 are placed flat or flat oval section, blind at one end and hermetically connected to the outer section of the connecting hose from the other end. A flat-shaped electromagnet 18 is mounted on the base leaf, located on the outside of the movable leaf, on which the two-arm anchor 19 of the electromagnet is rigidly fixed, interacting with its poles. If necessary, the shape of the flaps may not be flat, but curved (Fig. 10), and the spherical support 15 may be made of an elastic rigid material.

Действие такого модуля в универсальном устройстве можно показать на примере основного конструктивного варианта (фиг.5).The action of such a module in a universal device can be shown by the example of the main constructive option (figure 5).

При включении электромагнита 18 двухплечий якорь 19 электромагнита притягивается к его полюсам, створки раздвигаются и рабочая среда заполняет упругоэластичный шланг 17 под действием упругоэластичных диафрагм 2 на рабочие полости 7, сжимая их до минимума, при этом кровь из кровяных полостей 3 и 4 через кровяные клапаны, выполняющие функции аортального и предсердно-желудочкового выталкивается, а при последующем выключении электромагнита 18 створки сдвигаются под действием упругоэластичной манжеты 14, упругоэластичный щланг 17 сжимается, выталкивая рабочую среду через соединительный шланг в рабочие полости 7, воздействуя на диафрагмы 2, в результате чего диафрагмы растягиваются и кровь через кровяные клапаны, выполняющие функции митрального и клапана легочного ствола, заполняет кровяные полости 3 и 4. При последующем повторном включении электромагнита 18 - цикл работы повторяется.When the electromagnet 18 is turned on, the two-arm anchor 19 of the electromagnet is attracted to its poles, the flaps open and the working medium fills the elastic hose 17 under the action of the elastic diaphragms 2 onto the working cavities 7, compressing them to a minimum, while the blood from the blood cavities 3 and 4 through the blood valves, performing the functions of the aortic and atrioventricular, it is pushed out, and when the electromagnet 18 is turned off, the flaps are displaced by the elastic cuff 14, the elastic hose 17 is compressed, protruded pumping the working medium through the connecting hose into the working cavities 7, acting on the diaphragms 2, as a result of which the diaphragms are stretched and blood through the blood valves, which perform the functions of the mitral and pulmonary stem valves, fills the blood cavities 3 and 4. When the electromagnet 18 is turned on again, the cycle the work is repeated.

Для синфазного режима работы основного конструктивного варианта универсального устройства необходим один или два таких модуля с величиной рабочего объема, равного рабочему объему двух рабочих полостей 7 исполнительной части пневмо- и/или гидропривода, а для режима работы в противофазе обязательно необходимы два таких модуля.For the in-phase operation mode of the main constructive version of the universal device, one or two such modules with a working volume equal to the working volume of two working cavities 7 of the actuating part of the pneumatic and / or hydraulic actuator are required, and two such modules are necessary for the operating mode in antiphase.

Универсальное устройство для систем вспомогательного кровообращения (фиг.7 и 8) значительно проще и для его действия необходим только один модуль задающей части пневмо- и/или гидропривода.A universal device for auxiliary circulatory systems (Figs. 7 and 8) is much simpler and for its operation only one module of the defining part of the pneumatic and / or hydraulic drive is needed.

Если упругоэластичные материалы, из которых изготовлены основные конструктивные элементы главной части универсального устройства, имплантируемой в грудную полость пациента, по той или иной причине окажутся не достаточно биосовместимыми, то сравнительно просто можно применить защитные пленки, подобно перчаткам оперирующего хирурга, изготовленные из более биосовместимого материала (см. фиг.1 - З, И, К, фиг.3 - В, Г).If the elastic materials that make up the main structural elements of the main part of the universal device implanted in the patient’s chest cavity, for one reason or another, are not biocompatible enough, it is relatively easy to apply protective films, like the gloves of an operating surgeon, made of a more biocompatible material ( see figure 1 - C, I, K, figure 3 - B, D).

Claims

1. Device for pumping blood under artificial and auxiliary blood circulation, including an implantable part, consisting of a base element in the form of a solid or elastic hard toroidal ring, tightly covered with an elastic-elastic shell forming a separation wall, one or two elastic diaphragms, edged with annular corrugations, tightly covering toroidal ring of the base element with hose nozzles with annular corrugations on each diaphragm for fixing valves for VI, the Executive part of the pneumatic and / or hydraulic actuator in the form of one or two hermetically closed elastomeric cavities of circular shape, located coaxially on the main axis of the device and able to interact with the diaphragms and communicating with the master part of the pneumatic and / or hydraulic actuator located on the medical belt the patient.

2. The device according to claim 1, characterized in that in the central zone of the actuating part of the pneumatic and / or hydraulic actuator, plug-like protrusions are made, and in the central zone of the diaphragms, troughs for the plug-like protrusions are made.

3. The device according to claim 1, characterized in that the driving part of the pneumatic and / or hydraulic actuator located on the patient’s medical belt is a working chamber made in the form of a closed segment of an elastic hose, located between two valves pressed against each other by their elastic a cuff in communication with the working cavities of the executive part of the pneumatic and / or hydraulic actuator with the help of elastic flexible connecting hoses.

4. The device according to claim 1, characterized in that the elastic flexible connecting hose consists of inner and outer segments hermetically connected outside the transplantation zone, while the inner hose segment is hermetically connected at one end to the cavity of the actuating part of the pneumatic and / or hydraulic actuator in the central or peripheral its zone, and the other end with the outer segment of the connecting hose and hermetically fixed in the zone of its passage through.

5. The device according to claim 1, characterized in that the base element and the elastoelastic diaphragms edged with corrugations are oval.

6. The device according to claim 1, characterized in that the surfaces of its structural elements are covered with a protective film of biocompatible material.