RU2725083C1 - Device and method for blood flow control of rotary pumps - Google Patents
Device and method for blood flow control of rotary pumps Download PDFInfo
- Publication number
- RU2725083C1 RU2725083C1 RU2020103801A RU2020103801A RU2725083C1 RU 2725083 C1 RU2725083 C1 RU 2725083C1 RU 2020103801 A RU2020103801 A RU 2020103801A RU 2020103801 A RU2020103801 A RU 2020103801A RU 2725083 C1 RU2725083 C1 RU 2725083C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pump
- heart
- control unit
- hydraulic resistance
- drive
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES 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
- A61M60/00—Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES 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
- A61M60/00—Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
- A61M60/40—Details relating to driving
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES 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
- A61M60/00—Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
- A61M60/50—Details relating to control
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
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Данное изобретение относится к медицинской технике, а именно к экстракорпоральным и имплантируемым устройствам механической поддержки кровообращения (МПК), основанным на применении роторных насосов или насосов непульсирующего потока (ННП), может быть использовано при проведении вспомогательного кровообращения.This invention relates to medical equipment, namely to extracorporeal and implantable devices for mechanical support of blood circulation (MPC), based on the use of rotary pumps or non-pulsating flow pumps (NNP), can be used during auxiliary blood circulation.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND
Метод МПК с использованием ННП, построенных на принципе центробежных и осевых устройств, занял ведущее направление (94%) в мировой клинической практике для лечения больных с терминальной сердечной недостаточностью. Это связано с существенными преимуществами данных насосов по сравнению с пульсирующими насосами, обусловленными, прежде всего, их малыми размерами, высокой энергетической эффективностью, большей надежностью и ресурсом.The IPC method using NNP, built on the principle of centrifugal and axial devices, has taken a leading direction (94%) in world clinical practice for the treatment of patients with terminal heart failure. This is due to the significant advantages of these pumps compared to pulsating pumps, due primarily to their small size, high energy efficiency, greater reliability and resource.
Одновременно, с достаточно оптимистичными прогнозами использования данной технологии, обширная клиническая практика применения ННП выявила ряд недостатков, нуждающихся в пересмотре стратегии их управления.At the same time, with rather optimistic forecasts for the use of this technology, the extensive clinical practice of using NNP has revealed a number of shortcomings that need to be revised in their management strategies.
Практически во всех клинических системах МПК, построенных на базе имплантируемых ННП, основная стратегия управления основана на поддержании скорости оборотов ротора насоса, задаваемой оператором. При этом на выходе насосов формируется поток с малой пульсацией.In almost all clinical IPC systems built on the basis of implantable NNP, the main control strategy is based on maintaining the speed of the pump rotor as specified by the operator. At the same time, a flow with a small ripple is formed at the output of the pumps.
Как показали многочисленные клинические исследования, повышение оборотов насоса сопровождается нехирургическими кровотечениями, патологиями клапанов сердца и уменьшением разгрузки миокарда в сравнении с результатами работы пульсирующих насосов. Известно, что достаточная, адекватная разгрузка миокарда является основным фактором восстановления сократительной способности собственного миокарда.As shown by numerous clinical studies, an increase in pump speed is accompanied by non-surgical bleeding, pathologies of the heart valves and a decrease in myocardial unloading in comparison with the results of pulsating pumps. It is known that sufficient, adequate myocardial unloading is the main factor in restoring the contractility of one’s own myocardium.
Использование ННП в режиме повышенных оборотов ротора насоса необходимо для поддержания системного кровообращения, но часто приводит к разрежению на входе насоса, которое может вызвать повреждение ткани в области входной канюли, смещение межжелудочковой перегородки, ухудшение функции правого желудочка, аритмию, ишемию сердца и гемолиз.The use of NNP in the mode of increased revolutions of the pump rotor is necessary to maintain systemic circulation, but often leads to a rarefaction at the pump inlet, which can cause tissue damage in the area of the inlet cannula, displacement of the interventricular septum, impaired right ventricular function, arrhythmia, cardiac ischemia and hemolysis.
С другой стороны, при достижении нижней границы скорости оборотов ротора ННП устанавливается режим, при котором в диастолической фазе возникают условия регургитации потока крови из аорты в левый желудочек. Этот режим создает неблагоприятные условия для наполнения правого желудочка и, в конечном итоге, приводит к правожелудочковой недостаточности. Другим негативным явлением, связанным с применением ННП, является вероятность развития недостаточности аортального клапана. Работа HHP устанавливает высокий трансклапанный градиент, который влияет на структуру клеток и приводит к формированию спаечного процесса, неполному открытию и тромбозу АК.On the other hand, when the lower limit of the NNP rotor speed is reached, a regime is established in which conditions arise in the diastolic phase to regurgitate blood flow from the aorta to the left ventricle. This mode creates unfavorable conditions for filling the right ventricle and, ultimately, leads to right ventricular failure. Another negative phenomenon associated with the use of NNP is the likelihood of developing aortic valve insufficiency. The work of HHP establishes a high transvalvular gradient, which affects the structure of cells and leads to the formation of an adhesion process, incomplete opening and thrombosis of AK.
Для решения данного комплекса проблем была предложена концепция преобразования режима заданных постоянных оборотов ННП в режим генерации пульсирующих импульсов, синхронизированных с работой собственного сердца (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; Rotary pumps and diminished pulsatility: do we need a pulse? ASAIO J. 2013 Jul-Aug; 59(4):355-66; Kishimoto S, Date K, Arakawa M, Takewa Y, Nishimura T, Tsukiya T et al. 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(4):373-3770).To solve this complex of problems, a concept was proposed for converting the mode of predetermined constant revolutions of NNP into the mode of generating pulsating pulses synchronized with the work of one’s own heart (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; Rotary pumps and diminished pulsatility: do we need a pulse? ASAIO J. 2013 Jul-Aug; 59 (4): 355-66; Kishimoto S, Date K, Arakawa M , Takewa Y, Nishimura T, Tsukiya T et al. 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 ( 4): 373-3770).
Реализация данной концепции в известных системах основана на обеспечении пульсирующего режима за счет модуляции скорости ННП.The implementation of this concept in known systems is based on the provision of a pulsating mode due to modulation of the NNP speed.
Известно устройство (US 7850594, В2), которое содержит ННП с приводом, обеспечивающим пульсирующий режим насоса синхронно с работой сердца. Причем сердечный цикл определяется из индекса пульсаций обратной ЭДС приводного бесконтактного двигателя постоянного тока.A device is known (US 7850594, B2), which contains an NNP with a drive providing a pulsating pump mode synchronously with the work of the heart. Moreover, the cardiac cycle is determined from the ripple index 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, регулирующего скорость насоса, синхронно с сердечным циклом.A device is known (WO 2009150893, A1), which consists of a detector of the reference signals of the cardiac cycle and an NNP control unit that controls the speed of the pump, synchronously with the cardiac cycle.
Описан имплантированный ННП, подключенный к организму по схеме «левый желудочек - аорта» (US 2017080138, A1). Устройство включает привод насоса и сенсор электрофизиологических сигналов, таких как электрокардиограмма. При этом, сенсор подключен к приводу насоса для кардиосинхронизированного управления им в режиме сопульсации и контрпульсации. Получение параметров сердечного цикла при этом основано на усреднении двух и более сердечных циклов.An implanted NNP is described that is connected to the body according to the “left ventricle – aorta” scheme (US 2017080138, A1). The device includes a pump drive and a sensor for electrophysiological signals, such as an electrocardiogram. At the same time, the sensor is connected to the pump drive for cardiosynchronized control of it in the mode of pulsation and counter-pulsation. Obtaining the parameters of the cardiac cycle in this case is based on averaging of two or more cardiac cycles.
Описаны и другие системы МПК с использованием ННП с кардиосинхронизированной модуляцией скорости вращения рабочего колеса (US 9579435, В2, US 9345824, В2, US 8864644, В2). Эти системы содержат вспомогательный ННП, подключенный по схеме «желудочек - артерия». В состав устройств входит привод, который периодически изменяет скорость вращения ротора насоса по сигналам, получаемым от сенсора электрокардиограммы, для синхронизации с сердечным циклом.Other MPC systems using NNP with cardiosynchronized modulation of the impeller rotation speed are described (US 9579435, B2, US 9345824, B2, US 8864644, B2). These systems contain auxiliary NNP connected according to the "ventricle - artery" scheme. The device includes a drive that periodically changes the rotation speed of the pump rotor according to the signals received from the electrocardiogram sensor, for synchronization with the heart cycle.
Основным недостатком описанных выше устройств является периодическое изменение скорости вращения рабочего колеса насоса, синхронизированное с частотой сердечного цикла, которое может привести к увеличению сдвиговых напряжений в потоке крови и соответственно к травме крови.The main disadvantage of the devices described above is the periodic change in the speed of rotation of the impeller of the pump, synchronized with the frequency of the heart cycle, which can lead to an increase in shear stresses in the blood stream and, accordingly, to blood injury.
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 сердечного цикла, 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) 36:308-31). Кроме того, данные устройства требуют существенных материально-технических затрат на совершенствование насосов и блоков управления существующих систем МПК с применением ННП (осевые и центробежные насосы).Another disadvantage of these devices is the inertia of the engine-pump system, which limits the obtaining of a given amplitude of flow and pressure in the systolic phase and leads to a phase shift of the pump ejection relative to the cardiac cycle, which significantly reduces the pulsating flow generation effect (S Bozkurt, van de Vosse FN, Rutten MCM 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: 308-31). In addition, these devices require significant material and technical costs for the improvement of pumps and control units of existing MPC systems using NNP (axial and centrifugal pumps).
В качестве прототипа нами выбраны устройство и способ генерации пульсирующего потока крови роторных насосов, представленные в патенте RU 2665178 С1.As a prototype, we have chosen a device and method for generating a pulsating blood flow of rotary pumps, presented in patent RU 2665178 C1.
Предложенная система МПК, включает, по меньшей мере, один насос ННП с блоком управления, обеспечивающим поддержание постоянной скорости вращения рабочего колеса насоса, а также канал регулируемой рециркуляции крови, соединенный параллельно входной и выходной магистралям насоса с управляемым клапаном. Клапан подключен к собственному блоку управления, получающему сигналы от блока кардиосинхронизации. Клапан выполняет функцию регулирования потока крови, которое заключается в частичном или полном перекрытии, а также открытии просвета канала рециркуляции крови в соответствии с фазами сердечного цикла как в режиме сопульсации, так и в режиме контрпульсации с сердцем пациента.The proposed IPC system includes at least one pump NNP with a control unit that maintains a constant speed of rotation of the impeller of the pump, as well as a channel for adjustable blood recirculation, connected in parallel to the input and output lines of the pump with a controlled valve. The valve is connected to its own control unit, receiving signals from the cardiosynchronization unit. The valve performs the function of regulating the blood flow, which consists in partial or complete closure, as well as opening the lumen of the blood recirculation channel in accordance with the phases of the cardiac cycle both in the mode of pulsation and in the mode of counterpulsation with the patient's heart.
Несмотря на эффективность работы данной системы с точки зрения генерации пульсирующего потока, основным ее недостатком является необходимость введения контура рециркуляции, что дополнительно увеличивает площадь контакта крови с инородной поверхностью. Управляемый клапан, установленный в канале рециркуляции, при закрытии требует относительно большой мощности для срабатывания и удержания заданного зазора при относительно высоком артериальном давлении в фазе систолы желудочка сердца, что делает ограниченным использование данной системы в имплантируемых насосах длительного применения.Despite the efficiency of this system in terms of generating a pulsating flow, its main drawback is the need to introduce a recirculation loop, which further increases the area of contact of blood with a foreign surface. A controlled valve installed in the recirculation channel, when closed, requires relatively high power to operate and maintain a given gap at a relatively high blood pressure in the systole phase of the ventricle, which makes it limited to use this system in implantable pumps for long-term use.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Предложена система МПК, включающая роторный насос с блоком управления насосом, обеспечивающим поддержание постоянной скорости вращения рабочего колеса насоса, входную магистраль насоса для подключения к левому желудочку сердца и выходную магистраль насоса для подключения к аорте через сосудистый протез. 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 при заданной постоянной скорости вращения рабочего колеса насоса.An IPC system is proposed, including a rotary pump with a pump control unit that maintains a constant speed of rotation of the pump impeller, an input pump line for connecting to the left ventricle of the heart, and an output pump line for connecting to the aorta via a vascular prosthesis. The input line of the pump contains hydraulic resistance, providing full opening of the lumen of the input line in the systolic phase of the heart cycle and reducing the clearance of the input line in the diastolic phase of the cardiac cycle at a given constant speed of rotation of the impeller of the pump.
В пассивном варианте системы гидравлическое сопротивление выполнено в виде механического клапана прямого действия.In the passive version of the system, the hydraulic resistance is made in the form of a direct-acting mechanical valve.
В активном варианте системы использовано гидравлическое сопротивление с приводом (или актуатор).In the active version of the system used hydraulic resistance with a drive (or actuator).
В актуаторе могут быть использованы электромеханический или электропневматический, или электрогидравлический привод.The actuator can be used electromechanical or electro-pneumatic, or electro-hydraulic drive.
Привод актуатора может быть связан с блоком управления приводом, содержащим блок кардиосинхронизации, соединенный с блоком регистрации ЭКГ.The actuator drive may be connected to a drive control unit comprising a cardiosynchronization unit connected to an ECG recording unit.
Блок кардиосинхронизации может быть связан с блоком управления насосом с возможностью получения сигналов обратной электродвижущей силы блока управления насосом.The cardiosynchronization unit can be connected to the pump control unit with the possibility of receiving signals of the reverse electromotive force of the pump control unit.
Предложен также способ МПК, при котором предлагаемую систему МПК используют экстракорпорально или интракорпорально, в режиме сопульсации с сердцем пациента, подключая входную магистраль насоса к левому желудочку сердца, а выходную магистраль насоса через сосудистый протез к аорте.An IPC method is also proposed, in which the proposed IPC system is used extracorporeally or intracorporeally, in a mode of pulsation with the patient’s heart, connecting the pump inlet to the left ventricle of the heart, and the pump outlet through a vascular prosthesis to the aorta.
В способе МПК может быть использован режим периодического снижения сопротивления устанавливают на время не менее пяти сердечных циклов и с длительностью от 0,5 до 1 минуты.In the IPC method, a periodic resistance reduction mode can be used for a period of at least five cardiac cycles and with a duration of 0.5 to 1 minute.
Технический результат, достигаемый для осуществлении настоящей группы изобретений, заключается в:The technical result achieved for the implementation of this group of inventions is:
- создании физиологического пульсирующего потока и давления в аорте при постоянной заданной скорости рабочего колеса насоса при обходе левого желудочка сердца;- creating a physiological pulsating flow and pressure in the aorta at a constant given speed of the impeller of the pump while bypassing the left ventricle of the heart;
- улучшении внутринасосной гидродинамики, минимизации травмы крови и зон рециркуляции и стагнации крови, потенциально опасных для тромбооразования, за счет генерации в насосе пульсирующего потока без изменения скорости насоса, а также за счет уменьшения площади контакта крови с инородной поверхностью системы МПК;- improving the internal pump hydrodynamics, minimizing blood trauma and blood recirculation and stagnation zones that are potentially dangerous for thrombosis, by generating a pulsating flow in the pump without changing the pump speed, and also by reducing the area of blood contact with the foreign surface of the IPC system;
- универсальности предлагаемой МПК, в которой в качестве базового ННП может быть использован насос любой конструкции.- the universality of the proposed IPC, in which a pump of any design can be used as a basic NNP.
- возможности реализации данного изобретения как для экстракорпоральных, так и для имплантируемых МПК, в том числе имплантируемых МПК длительного применения.- the possibility of implementing this invention for both extracorporeal and implantable IPCs, including implantable IPCs of long-term use.
Особенность данных схем включения пассивного или активного гидравлического сопротивления во входную магистраль насоса состоит в том, что основная энергия на работу этого сопротивления затрачивается в момент низкого диастолического давления в желудочках сердца. Поэтому энергоемкость активного управляемого сопротивления достаточно низкая, что позволяет значительно уменьшить его весо-габаритные и энергетические характеристики, а также реализовать имплантируемый вариант управляемого сопротивления.A feature of these schemes for including passive or active hydraulic resistance in the pump input line is that the main energy is expended on the operation of this resistance at the time of low diastolic pressure in the ventricles of the heart. Therefore, the energy intensity of the active controlled resistance is quite low, which can significantly reduce its weight, size and energy characteristics, as well as implement the implantable version of the controlled resistance.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Существо изобретения поясняется на фигурах, гдеThe invention is illustrated in the figures, where
на фиг. 1 показана схема генерации пульсирующего потока в системах МПК в режиме обхода левого желудочка сердца при установке во входной магистрали ННП переменного гидравлического сопротивления в виде механического клапана, представляющего собой пассивный элемент прямого действия с полным открытием входной магистрали в систолу сердца и неполном перекрытием входной магистрали, обеспечивающим снижение амплитуды потока крови через насос в диастолу сердца;in FIG. 1 shows a diagram of the generation of a pulsating flow in IPC systems in the bypass mode of the left ventricle of the heart when a variable hydraulic resistance is installed in the input line of the NNP in the form of a mechanical valve, which is a passive element of direct action with the complete opening of the input line to the systole of the heart and incomplete overlap of the input line, providing decrease in the amplitude of blood flow through the pump into the diastole of the heart;
на фиг. 2. показана схема генерации пульсирующего потока в системах МПК в режиме обхода левого желудочка сердца при установке во входной магистрали ННП актуатора, содержащего переменное гидравлическое сопротивление и привод;in FIG. 2. shows a diagram of the generation of a pulsating flow in IPC systems in the bypass mode of the left ventricle of the heart when an actuator containing variable hydraulic resistance and a drive is installed in the input line of the NNP;
на фиг. 3 показан экспериментальный гидродинамический стенд;in FIG. 3 shows an experimental hydrodynamic bench;
на фиг. 4 представлена диаграмма давлений и расходов, полученная на гидродинамическом стенде, при моделировании сердечной недостаточности и работе насоса без пульсатора, где Рао - давление в аорте, Рлп - давление в левом предсердии, Рлп - давление в левом предсердии, Рлж - давление в левом желудочке, Рлж - давление в левом желудочке. Qн - расход в насосе, Qao - расход в аорте.in FIG. Figure 4 shows the pressure and flow chart obtained on a hydrodynamic bench when simulating heart failure and operating a pump without a pulsator, where P ao is the pressure in the aorta, P lp is the pressure in the left atrium, P lp is the pressure in the left atrium, P l is the pressure in the left ventricle, R false - pressure in the left ventricle. Q n - flow rate in the pump, Q ao - flow rate in the aorta.
на фиг. 5 показана диаграмма давлений и расходов, полученная на гидродинамическом стенде, при моделировании сердечной недостаточности и работе насоса с пневматическим пульсатором, 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 5 shows the pressure and flow chart obtained on a hydrodynamic bench when simulating heart failure and operating a pump with a pneumatic pulsator, where P ao is the pressure in the aorta, P lp is the pressure in the left atrium, P LV is the pressure in the left ventricle, Q n is flow rate in the pump, Q ao - flow rate in the aorta.
На фигурах обозначены следующие позиции: 1 - насос (ННП), 2 - гидравлическое сопротивление - механический клапан прямого действия, 3 - аорта, 4 - левый желудочек сердца, 5 - входная магистраль насоса, 6 - выходная магистраль насоса с сосудистым протезом, 7 - привод актуатора, 8 - актуатор, 9 - блок управления насоса, 10 - блок управления актуатора, 11 - блок кардиосинхронизации, 12 - блок регистрации ЭКГ, 13 - пневмопривод, 14 - аортальный резервуар, 15 - предсердие, 16 - периферическое сопротивление, 17 - расходомер, 18 - датчики давления.The following positions are indicated in the figures: 1 - pump (NNP), 2 - hydraulic resistance - direct acting mechanical valve, 3 - aorta, 4 - left ventricle of the heart, 5 - pump inlet pipe, 6 - pump outlet pipe with vascular prosthesis, 7 - actuator actuator, 8 - actuator, 9 - pump control unit, 10 - actuator control unit, 11 - cardiac synchronization unit, 12 - ECG registration unit, 13 - pneumatic actuator, 14 - aortic reservoir, 15 - atrium, 16 - peripheral resistance, 17 - flowmeter, 18 - pressure sensors.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Патентуемое устройство разработано в двух вариантах исполнения.The patented device is designed in two versions.
На примере схемы подключения «левый желудочек - аорта», представленной на фиг. 1 и 2, рассмотрим принцип генерации пульсового вспомогательного кровообращения.On the example of the “left ventricle – aorta” connection diagram shown in FIG. 1 and 2, we consider the principle of generating pulsed auxiliary circulation.
Схема содержит ННП 1 (осевой или центробежный) с приводом 9, левый желудочек 4 сердца и аорту 3. В первом варианте на фиг. 1 при подключении к левому желудочку 4 сердца ННП 1 во входной магистрали 5 установлено переменное гидравлическое сопротивление, выполненное в виде механического клапана 2 прямого действия.The circuit contains NNP 1 (axial or centrifugal) with
Во втором варианте схемы на фиг. 2 при подключении к левому желудочку 4 сердца ННП 1 во входной магистрали 5 установлен актуатор 8 содержащий переменное гидравлическое сопротивление 2 и привод 7. Блок управления 10 актуатора 8 должен обеспечивать полное открытие входной магистрали 5 в систолической фазе левого желудочка сердца с увеличением амплитуды систолического потока крови в аорту по сравнению с работой насоса в непульсирующем режиме и заданное гидравлическое сопротивление в диастолической фазе сердца, обеспечивающей на выходе ННП снижение амплитуды диастолического потока объемного крови. Блок управления 10 актуатора соединен с блоком кардиосинхронизации 11, который получает сигналы от блока регистрации ЭКГ 12 или импульсы кардиовертера.In a second embodiment of the circuit of FIG. 2, when connecting to the
Блок кардиосинхронизации 11 может быть связан с блоком управления ННП 9 для получения сигналов обратной ЭДС.The
Выходная магистраль 6 ННП через сосудистый протез подключена к аорте 3.The
Работа данной схемы МПК осуществляется следующим образом.The work of this IPC scheme is as follows.
Входная магистраль 5 ННП 1 с актуатором 8 подключена к левому желудочку 4 сердца, а выходная канюля 6 соединена через сосудистый протез с аортой 3. Соответственно, на выходе ННП 1 в аорте 3 за счет изменения переменного гидравлического сопротивления, создаваемого актуатором 8, формируется физиологический пульсирующий поток и давление. При этом за счет увеличения потока крови в систолической фазе ННП 1 более эффективно снижает постнагрузку желудочка сердца по сравнению с работой ННП в стандартном непульсирующем режиме, что является одним из основных факторов восстановления миокарда при вспомогательном кровообращении.The
Кроме того, режим работы ННП 1 - актуатор 8 при минимальном потоке крови в диастолу способствует устранению опасных режимов, связанных с возникновением разрежения на входе ННП 1 и обратной регургитации крови из артерии в желудочек. Дополнительное преимущество данного изобретения состоит в увеличении внутринасосной пульсации крови, что является одним из важнейших факторов снижения вероятности тромбообразования в полостях насоса.In addition, the operating mode of the NNP 1 -
В блоке управления 10 предусмотрен режим периодического снижения гидравлического сопротивления с периодичностью от 30 сек до 1 минуты с длительностью, по меньшей мере, на период 5 сердечных циклов. Данный режим вводится для создания условий, способствующих периодическому функционированию аортального клапана, в целях исключения вероятности развития его недостаточности. Таким образом, при использовании системы активатора может быть реализован режим периодического открытия входной магистрали с интервалом от 30 секунд до 1 минуты, по меньшей мере, в течение пяти сердечных циклов.The
В актуаторе может быть использован электромеханический, электропневматический или электрогидравлический привод. Привод должен обеспечивать режим кардисинхронизации в соответствии с фазами сердечного цикла (систола/диастола). Для реализации кардиосинхронизации может быть использована как электрокардиограмма, так и импульсы кардиовертера или сигналы обратной ЭДС системы привода роторного насоса.The actuator can be used electromechanical, electro-pneumatic or electro-hydraulic drive. The drive should provide a card synchronization mode in accordance with the phases of the cardiac cycle (systole / diastole). To implement cardiosynchronization, both an electrocardiogram and cardioverter pulses or reverse emf signals of a rotary pump drive system can be used.
На фиг. 3 показан гидродинамический стенд системы кровообращения, на котором проводились исследования, подтверждающие достижение указанного технического результата, возможность реализации заявленного назначения при использовании предлагаемых системы и способа МПК.In FIG. 3 shows the hydrodynamic stand of the circulatory system, on which studies were carried out confirming the achievement of the specified technical result, the possibility of implementing the claimed purpose using the proposed system and method of the IPC.
Входная магистраль 5 системы ННП 1 - актуатор 8 подключена к имитатору левого желудочка сердца (ИЖС) 4, а выходная магистраль 6 подключена к аорте и аортальному резервуару 14, и далее, последовательно, к периферическому сопротивлению 16 и левому предсердию 15, выход которого подключен ко входу ИЖС 4. Актуатор представляет собой регулируемое пневматическое сопротивление 2 и управляется от синхронизированного с работой ИЖС 4 пневматического привода 13.The
Таким образом, во время систолы ИЖС 4 актуатор 2 полностью открывает входную магистраль 5, уменьшая ее гидравлическое сопротивление и обеспечивая полное прохождение через нее потока жидкости за счет систолического давления ИЖС 4 и работы ННП 1 на высоких скоростях оборотов. В диастолической фазе ИЖС при снижении давления в ИЖС в диапазоне 0-3 мм рт.ст актуатор 2 частично перекрывает входную магистраль 5, снижая объемный кровоток из ННП1 в аорту 3.Thus, during the
Таким образом, систолический кровоток в аортальный резервуар (Qao) определяется работой ИЖС 4 и работой системы ННП1 - актуатор 2, обеспечивая увеличение амплитуды аортального систолического потока при повышенной скорости рабочего колеса ННП1. В диастолической фазе, за счет частичного перекрытия входной магистрали 5, обеспечивается снижение амплитуды аортального диастолического потока. В результате, за счет усиления амплитуды систолического потока и уменьшения амплитуды диастолического потока, в условиях моделирования сердечной недостаточности восстанавливается до нормы общий кровоток в аорте 3 при значительном увеличении пульсового потока и давления по сравнению с работой ННП1 в стандартном непульсирующем режиме. Дополнительный эффект повышенного систолического потока крови через систему ННП1 - актуатор 8 способствует сравнительно большему снижению постнагрузки ИЖС 4.Thus, systolic blood flow to the aortic reservoir (Q ao ) is determined by the operation of
Полученный эффект работы системы насос 1 - актуатор 8 показан на диаграммах давлений (Рао, Рлж, Рлп) и расходов (Qao, Qн), на фиг. 4 и 5, измеренных с помощью расходомеров 17 и датчиков давления 18. Как видно из диаграмм, пульсовое давление в аорте Рао при работе системы ННП1 - актуатора 8 значительно выше пульсового давления в аорте 3, чем при работе ННП без актуатора 8.The obtained effect of the pump 1 -
Кроме того, как видно из полученных диаграмм поток жидкости в ННП1 Qн при работе системы ННП1 - актуатор 8, внутринасосная пульсация потока жидкости значительно выше по сравнению с работой ННП в непульсирующем режиме, за счет чего в полостях ННП создаются условия минимизации зон застоя и рециркуляции, опасных для образования тромбов.In addition, as can be seen from the obtained diagrams, the fluid flow in NNP1 Q n during the operation of the NNP1 -
В данной работе на гидродинамическом стенде воспроизводились условия работы систем МПК при моделировании сердечной недостаточности для взрослых пациентов при снижении системного выброса ИЖС с 5 л/мин (норма) до 2,5 л/мин. Проведено 6 испытаний с использованием насоса ROTAFLOW (Maquet, Германия). Результаты сравнения работы ННП в непульсирующем режиме и в режиме работы системы ННП1 - актуатор (8) при моделировании сердечной недостаточности, полученные на гидродинамическом стенде сведены в таблице, где Рао - давление в аортальном резервуаре 14, ΔРао - пульсация аортального давления, Рлж (сис) -систолического давления в ИЖС 2, Рлп (ср) - среднее давление в предсердии 15, Qao - средний кровоток в аорте.In this work, on the hydrodynamic bench, the operating conditions of the MPC systems were reproduced in modeling heart failure for adult patients with a decrease in the systemic release of IHD from 5 l / min (normal) to 2.5 l / min. Six tests were carried out using a ROTAFLOW pump (Maquet, Germany). The results of comparing the operation of NNP in the non-pulsating mode and in the operating mode of the NNP1 - actuator system (8) for modeling heart failure, obtained on a hydrodynamic stand, are summarized in the table, where P ao is the pressure in the
Как видно из табл.пульсационное давление ΔРао при работе ННП1 с актуатором 8 в аортальном резервуаре 2 увеличивается по сравнению с работой ННП1 при работе в непульсирующем режиме почти в 3 раза при восстановлении системного кровотока. При этом давление в систолической фазе давление в ИЖС 4 уменьшается в 1,4 раза по сравнению с работой ННП1 в непульсирующем режиме, что свидетельствует об эффективной разгрузке ЛЖ.As can be seen from the table, the pulsation pressure ΔP ao during the operation of NNP1 with
В другом эксперименте на гидродинамическом стенде воспроизводились условия работы систем МПК при моделировании сердечной недостаточности при установке во входной магистрали 6 механического клапана 2 при работе ННП1 с заданной повышенной скоростью оборотов ротора была получена физиологическая пульсация аортального давления в пределах 25-30 мм рт.ст при внутринасосной пульсации потока - 6-8 л/мин.In another experiment, a hydrodynamic test bench reproduced the operating conditions of MPC systems when simulating heart failure when a
Claims (8)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020103801A RU2725083C1 (en) | 2020-01-29 | 2020-01-29 | Device and method for blood flow control of rotary pumps |
PCT/RU2020/000597 WO2021158141A1 (en) | 2020-01-29 | 2020-11-11 | Controlling blood flow in rotary pumps in mechanical circulatory support systems |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020103801A RU2725083C1 (en) | 2020-01-29 | 2020-01-29 | Device and method for blood flow control of rotary pumps |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2725083C1 true RU2725083C1 (en) | 2020-06-29 |
Family
ID=71510196
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020103801A RU2725083C1 (en) | 2020-01-29 | 2020-01-29 | Device and method for blood flow control of rotary pumps |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2725083C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
RU202952U1 (en) * | 2020-09-28 | 2021-03-16 | 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 implantable circulatory support systems |
WO2022066043A1 (en) * | 2020-09-28 | 2022-03-31 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "НАЦИОНАЛЬНЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ТРАНСПЛАНТОЛОГИИ И ИСКУСТВЕННЫХ ОРГАНОВ ИМЕНИ АКАДЕМИКА В.И. ШУМАКОВА" МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (ФГБУ "НМИЦ ТИО им. ак. В.И. ШУМАКОВА" МИНЗДРАВА РОССИИ) | Device for controlling blood flow in extracorporeal circulatory support systems |
RU210252U1 (en) * | 2021-08-30 | 2022-04-04 | 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 in extracorporeal circulatory assist systems |
CN115068807A (en) * | 2022-05-31 | 2022-09-20 | 绍兴梅奥心磁医疗科技有限公司 | Pulse type in vitro pulmonary membrane power pump and in vitro pulmonary oxygenation device |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110178361A1 (en) * | 2010-01-19 | 2011-07-21 | Barry Yomtov | Physiologically responsive vad |
US20150067488A1 (en) * | 2012-03-30 | 2015-03-05 | Nokia Corporation | User interfaces, associated apparatus and methods |
US20160000983A1 (en) * | 2014-07-07 | 2016-01-07 | Werner Mohl | Ventricular assist device |
RU2665179C1 (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) | Artificial heart |
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 |
-
2020
- 2020-01-29 RU RU2020103801A patent/RU2725083C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110178361A1 (en) * | 2010-01-19 | 2011-07-21 | Barry Yomtov | Physiologically responsive vad |
US20170080138A1 (en) * | 2010-01-19 | 2017-03-23 | Heartware, Inc. | Physiologically responsive vad |
US20150067488A1 (en) * | 2012-03-30 | 2015-03-05 | Nokia Corporation | User interfaces, associated apparatus and methods |
US20160000983A1 (en) * | 2014-07-07 | 2016-01-07 | Werner Mohl | Ventricular assist device |
RU2665179C1 (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) | Artificial heart |
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 |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
RU202952U1 (en) * | 2020-09-28 | 2021-03-16 | 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 implantable circulatory support systems |
WO2022066043A1 (en) * | 2020-09-28 | 2022-03-31 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "НАЦИОНАЛЬНЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ТРАНСПЛАНТОЛОГИИ И ИСКУСТВЕННЫХ ОРГАНОВ ИМЕНИ АКАДЕМИКА В.И. ШУМАКОВА" МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (ФГБУ "НМИЦ ТИО им. ак. В.И. ШУМАКОВА" МИНЗДРАВА РОССИИ) | Device for controlling blood flow in extracorporeal circulatory support systems |
RU210252U1 (en) * | 2021-08-30 | 2022-04-04 | 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 in extracorporeal circulatory assist systems |
CN115068807A (en) * | 2022-05-31 | 2022-09-20 | 绍兴梅奥心磁医疗科技有限公司 | Pulse type in vitro pulmonary membrane power pump and in vitro pulmonary oxygenation device |
CN115068807B (en) * | 2022-05-31 | 2024-05-28 | 绍兴梅奥心磁医疗科技有限公司 | Pulse type external pulmonary membrane power pump and external pulmonary oxygenation device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2725083C1 (en) | Device and method for blood flow control of rotary pumps | |
RU2665178C1 (en) | Device and method for controlling the blood flow of rotary pumps | |
JP5339161B2 (en) | Manifold | |
US6511413B2 (en) | Single cannula ventricular-assist method and apparatus | |
CA2625046C (en) | Total artificial heart system for auto-regulating flow and pressure balance | |
EP1482999A1 (en) | Physiologically compatible cardiac assist device and method | |
CN112891730A (en) | Implantable electromagnetic pulsation type artificial heart blood pump | |
RU201911U1 (en) | Blood flow control device for extracorporeal circulatory support systems | |
RU2665179C1 (en) | Artificial heart | |
Wolner et al. | Clinical application of the ellipsoid left heart assist device | |
RU2665180C1 (en) | Device and method for controlling blood flow in cardiopulmonary bypass devices | |
Meyns et al. | Miniaturized implantable rotary blood pump in atrial-aortic position supports and unloads the failing heart | |
RU2732312C1 (en) | Blood flow control device in cardiopulmonary bypass devices | |
CN215025222U (en) | Implantable electromagnetic pulsation type artificial heart blood pump | |
RU202952U1 (en) | Blood flow control device for implantable circulatory support systems | |
RU210252U1 (en) | Blood flow control device in extracorporeal circulatory assist systems | |
WO2022066043A1 (en) | Device for controlling blood flow in extracorporeal circulatory support systems | |
Khodeli et al. | Practical and Theoretical Considerations for ECMO System Development | |
WO2021158141A1 (en) | Controlling blood flow in rotary pumps in mechanical circulatory support systems | |
Buchnev et al. | heMODYnaMic eValuaTiOn Of a neW PulSaTile flOW GeneraTiOn MeThOD in carDiOPulMOnarY BYPaSS SYSTeMS | |
RU2732084C1 (en) | Artificial heart | |
RU2734142C1 (en) | Device and method for biventricular bypass of heart | |
WO2019156589A1 (en) | Device and method for controlling blood flow in rotary pumps in extracorporeal and implanted mechanical circulatory support devices | |
Nojiri et al. | Small soft left ventricular assist device powered by intraaortic balloon pump console for infants: a less expensive option | |
McKeown et al. | Mechanical Support for the Failing Heart |