RU2732084C1 - Artificial heart - Google Patents

Artificial heart Download PDF

Info

Publication number
RU2732084C1
RU2732084C1 RU2020109559A RU2020109559A RU2732084C1 RU 2732084 C1 RU2732084 C1 RU 2732084C1 RU 2020109559 A RU2020109559 A RU 2020109559A RU 2020109559 A RU2020109559 A RU 2020109559A RU 2732084 C1 RU2732084 C1 RU 2732084C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pump
control unit
pumps
blood
flow
Prior art date
Application number
RU2020109559A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Георгий Пинкусович Иткин
Аркадий Павлович Кулешов
Александр Александрович Дробышев
Александр Сергеевич Бучнев
Михаил Сергеевич Носов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова" Минздрава России)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова" Минздрава России) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова" Минздрава России)
Priority to RU2020109559A priority Critical patent/RU2732084C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2732084C1 publication Critical patent/RU2732084C1/en
Priority to PCT/RU2020/000597 priority patent/WO2021158141A1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M60/00Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M60/00Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
    • A61M60/40Details relating to driving
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M60/00Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
    • A61M60/50Details relating to control

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

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention refers to medical equipment, namely to extracorporeal and implantable devices of mechanical support of blood circulation. Artificial heart comprises left and right rotary pumps. Each pump is connected to the pump control unit, which provides the specified pump rotation speed constant. Inlet line of each pump comprises actuator made in the form of controlled active hydraulic resistance with drive connected to drive control unit including frequency and duty cycle unit of operation of actuators. Drive control unit has the possibility of regulating blood flow at the pump outlet, providing pulsation of the blood flow and pressure due to complete opening and partial overlapping of the lumen of the inlet main line.
EFFECT: technical result is to create a physiological pulsatile flow and pressure in the aorta and pulmonary artery at a constant preset speed of the impeller of the left and right pumps.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к экстракорпоральным и имплантируемым устройствам механической поддержки кровообращения (МПК), основанным на применении роторных насосов (РН) крови или насосов непульсирующего потока.The invention relates to medical technology, namely to extracorporeal and implantable mechanical circulatory support devices (BMC) based on the use of rotary blood pumps (RN) or non-pulsating flow pumps.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИTECHNOLOGY LEVEL

Метод МПК с использованием РН, построенных на принципе центробежных, осевых и роликовых устройств, занял ведущее направление (94%) в мировой клинической практике для лечения больных с терминальной сердечной недостаточностью (ТСН). 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. Данная технология успешно применяется при изолированной левожелудочковой недостаточности с высоким процентом выживаемости пациентов (85% в первый год имплантации).The BMD method using RN, built on the principle of centrifugal, axial and roller devices, has taken the leading direction (94%) in the world clinical practice for the treatment of patients with terminal heart failure (TSF). This is due to the significant advantages of these pumps in comparison with pulsating pumps, due primarily to their small size, high energy efficiency, greater reliability and service life. This technology is successfully used in isolated left ventricular failure with a high patient survival rate (85% in the first year of implantation).

Однако, более чем в 30% случаев больные с ТСН имеют двусторонюю сердечную недостаточность и процент выживаемости этих пациентов значительно ниже. Поэтому решение данной проблемы состоит либо в бивентрикулярном обходе, либо в имплантации искусственного сердца (ИС) (Sunagawa G, Horvath D.J., Karimo J.H., Moazami N. et al. Future Prospects for the Total Artificial Heart // J Expert Review of Medical Device. 2016. pp: l-29).However, in more than 30% of cases, patients with TSF have bilateral heart failure and the survival rate of these patients is much lower. Therefore, the solution to this problem is either biventricular bypass or implantation of an artificial heart (IC) (Sunagawa G, Horvath DJ, Karimo JH, Moazami N. et al. Future Prospects for the Total Artificial Heart // J Expert Review of Medical Device. 2016. pp: l-29).

В настоящее время в клинической практике единственным устройством пульсирующего ИС является SynCardia ТАН (CardioWest Inc), представляющее собой два пульсирующих имплантируемых искусственных желудочка сердца с внешними электропневмоприводами и системой энергопитания. Широкое внедрение данной технологии в клинической практике ограничилось теми же недостатками, что поставило на второй план системы механической поддержки кровообращения с использованием объемных пульсирующих насосов: более низкие надежность и ресурс, относительно большие габариты ИС, которые не позволили создать полностью имплантируемую систему ИС.Currently, in clinical practice, the only pulsating IC device is SynCardia TAN (CardioWest Inc), which is two pulsating implantable artificial heart ventricles with external electric pneumatic drives and a power supply system. The widespread introduction of this technology in clinical practice was limited by the same drawbacks, which put into the background the system of mechanical support of blood circulation using volumetric pulsating pumps: lower reliability and resource, relatively large dimensions of the IC, which did not allow the creation of a fully implantable IC system.

Клиническое применение имплантируемого электромеханического пульсируещего ИС Abioco™ ТАН (Abiomed Inc) ограничилось несколькими случаями. Одной из причиной этого была высокая стоимость системы и относительно невысокие надежность и ресурс. Поэтому в последние годы внимание разработчиков ИС было направлено на применение РН, в силу их преимуществ перед насосами пульсирующего потока. При этом правый и левый РН могли располагаться в одном корпусе и приводиться от одного бесконтактного двигателя постоянного тока. Не менее важным является более низкая стоимость такого ИС.The clinical use of the Abioco ™ TAN (Abiomed Inc) implantable electromechanical pulsating IC has been limited to a few cases. One of the reasons for this was the high cost of the system and the relatively low reliability and resource. Therefore, in recent years, the attention of IS developers has been directed to the use of LV, due to their advantages over pulsating flow pumps. In this case, the right and left LV could be located in the same housing and be driven by one contactless DC motor. Equally important is the lower cost of such an IP.

Первые применения в качестве имплантируемого ИС двух РН, которые работали в непульсирующем режиме, создавая в организме нефизиологический непульсирующий поток, также не получили клинического внедрения.The first applications as an implantable IS of two RNs, which operated in a non-pulsating mode, creating a non-physiological non-pulsating flow in the body, also did not receive clinical implementation.

Известно устройство ИС (US 2014172087 А1) центробежного типа, ротор электрического двигателя которого вращает два рабочих колеса для подачи крови в большой и малый круг кровообращения.Known device IS (US 2014172087 A1) of the centrifugal type, the rotor of the electric motor which rotates two impellers to supply blood to the large and small circle of blood circulation.

Известно устройство ИС (US 2013331934 А1) центробежного типа. Устройство имеет крыльчатку с одной стороны импеллера и, соответственно, крыльчатку с другой стороны импеллера. В данном изобретении описан метод управления системой и конструкция крыльчатки для левого и правого канала, с учетом различий периферического сопротивления большого и малого кругов кровообращения.Known device IS (US 2013331934 A1) of the centrifugal type. The device has an impeller on one side of the impeller and, accordingly, an impeller on the other side of the impeller. This invention describes a method for controlling the system and the design of the impeller for the left and right channels, taking into account the differences in the peripheral resistance of the systemic and pulmonary circulation.

Известно устройство ИС (US 9192702 В2), в котором раскрыта технология управления ИС с помощью встроенного микроконтроллера, который регулирует скорость двигателя в ответ на гемодинамические изменения артериального давления при физической активности пациента.Known IC device (US 9192702 B2), which discloses the technology of IC control using an embedded microcontroller, which regulates the speed of the motor in response to hemodynamic changes in blood pressure during physical activity of the patient.

Известно устройство ИС (US 8870951 В1), в котором обеспечивается автоматическое регулирование потоками крови для левого и правого насосов и поддержание баланса давлений за счет минимизации градиентов давлений при использовании высокой чувствительности потока крови к давлению в РН.Known device IS (US 8870951 B1), which provides automatic regulation of blood flows for the left and right pumps and maintains the pressure balance by minimizing pressure gradients using high sensitivity of blood flow to pressure in the PH.

Описаны и другие системы РН, которые могут быть использованы для ИС с модуляцией скорости вращения рабочего колеса (US 2011178361 A1, US 9579435 В2, US 9345824 В2).Described are other LV systems that can be used for ICs with modulation of the impeller rotation speed (US 2011178361 A1, US 9579435 B2, US 9345824 B2).

Недостатки насосов с модуляцией скорости вращения рабочего колеса связаны с тем, что амплитуда генерируемых импульсов потока ограничена из-за иннерционности привода. Кроме того, переменная скорость ротора насосов увеличивает внутринасосные сдвиговые напряжения, что повышает вероятность травмы крови в насосе. Кроме того, для использования в этих системах в качестве ИС конструкций РН, разработанных ранее для левожелудочкового обхода, требуется существенная переработка блоков управления насосами.The disadvantages of pumps with modulation of the impeller rotation speed are associated with the fact that the amplitude of the generated flow pulses is limited due to the inertia of the drive. In addition, the variable rotor speed of the pumps increases the in-pump shear stress, which increases the likelihood of injury to the blood in the pump. In addition, for use in these systems as ICs of LV structures, previously developed for left ventricular bypass, a significant reworking of pump control units is required.

В качестве прототипа нами выбрано ИС, которое описано в RU 2665179 Предложеное ИС, содержит левый и правый РН, каждый из которых связан с блоком управления насосом, обеспечивающим поддержание заданной постоянной скорости вращения рабочего колеса насоса. К каждому из насосов параллельно входной и выходной магистралям с помощью тройников подключен канал регулируемой рециркуляции крови, содержащий клапан, связанный с блоком управления, включающим блок задания частоты и скважности работы. Блок управления клапанами, посредством гидравлического сопротивления, имеет возможность независимого регулирования потока крови, в каждом канале рециркуляции, с возможностью частичного перекрытия и открытия его просвета.As a prototype, we have chosen an IC, which is described in RU 2665179. The proposed IC contains a left and right LV, each of which is connected to a pump control unit, which maintains a given constant rotation speed of the pump impeller. To each of the pumps in parallel to the input and output lines with the help of tees is connected a channel of controlled blood circulation, containing a valve connected to a control unit, including a unit for setting the frequency and duty cycle. The valve control unit, by means of a hydraulic resistance, has the ability to independently regulate the blood flow in each recirculation channel, with the ability to partially overlap and open its lumen.

Несмотря на эффективность работы данной системы с точки зрения генерации пульсирующего потока, основным ее недостатком является необходимость введения дополнительного контура рециркуляции с входными и выходными тройниками, что увеличивает площадь контакта крови с инородной поверхностью и может являться дополнительным источником тромбообразования и травмы крови. Кроме того, поток крови в контуре рециркуляции не участвует в суммарной циркулляции кровообращения, что приводит к необходимости увеличения общего объема крови перекачиваемой насосом и, как результат, может привести к дополнительной травме крови. Управляемый клапан, установленный в канале рециркуляции, при закрытии требует относительно большой мощности для срабатывания и удержания заданного зазора в условиях относительно высокого артериального давления, что вместе с введением в конструкцию дополнительных контуров рециркуляции ограничивает возможность создания на базе данной конструкции имплантируемой системы ИС.Despite the efficiency of this system in terms of generating a pulsating flow, its main disadvantage is the need to introduce an additional recirculation loop with inlet and outlet tees, which increases the contact area of blood with a foreign surface and can be an additional source of thrombus formation and blood trauma. In addition, the blood flow in the recirculation loop is not involved in the total circulation of blood circulation, which leads to the need to increase the total volume of blood pumped by the pump and, as a result, can lead to additional blood trauma. A controlled valve installed in the recirculation channel, when closed, requires a relatively large power to operate and maintain a given gap under conditions of relatively high blood pressure, which, together with the introduction of additional recirculation circuits into the design, limits the possibility of creating an implantable IC system based on this design.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Предложено искусственное сердце, содержащее левый и правый роторный насосы крови, каждый из которых связан с блоком управления насосами, обеспечивающим заданную скорость вращения рабочего колеса насоса постоянной. Входная магистраль каждого насоса содержат актуатор, выполненный в виде гидравлического сопротивления с приводом, соединенным с блоком управления приводами, включающим блок задания частоты и скважности работы актуаторов. При этом блок управления приводами имеет возможность регулирования потоком крови на выходе каждого роторного насоса, обеспечивая пульсацию потока крови за счет полного открытия и частичного перекрытия просвета входной магистрали.An artificial heart is proposed, which contains left and right rotary blood pumps, each of which is connected to a pump control unit, which provides a given speed of rotation of the pump impeller constant. The input line of each pump contains an actuator made in the form of a hydraulic resistance with a drive connected to the drive control unit, which includes a unit for setting the frequency and duty cycle of the actuators. In this case, the drive control unit has the ability to regulate the blood flow at the outlet of each rotary pump, providing pulsation of the blood flow due to the complete opening and partial blocking of the lumen of the inlet line.

В актуаторах могут быть использованы электромеханический, электропневматический или электрогидравлический приводы.Actuators can use electromechanical, electro-pneumatic or electro-hydraulic actuators.

Таким образом, входная магистраль каждого насоса содержит актуатор, выполненный в виде переменного гидравлического сопротивления с приводом, соединенным с блоком управления приводами.Thus, the input line of each pump contains an actuator made in the form of a variable hydraulic resistance with a drive connected to the drive control unit.

Гидросопротиление с помощью привода актуатора частично перекрывает или открывает просвет входных магистралей левого и правого насосов. Блок управления приводами определяет частоту и скважность работы привода актуатора и, соотвественно, частоту и скважность импульсов потока крови на выходе каждого насоса.The hydraulic filter with the help of the actuator drive partially blocks or opens the lumen of the inlet lines of the left and right pumps. The drive control unit determines the frequency and duty cycle of the actuator drive and, accordingly, the frequency and duty cycle of blood flow pulses at the output of each pump.

Таким образом на выходе левого и правого роторного насоса ИС генерируется пульсирующий поток, определяющей пульсовое давление в аорте и легочной артерии.Thus, a pulsating flow is generated at the output of the left and right rotary IC pump, which determines the pulse pressure in the aorta and pulmonary artery.

Особенность включения актуаторов во входные магистрали насосов состоит в том, что основная энергия для функционирования актуатора затрачивается в момент низкого давления на входе левого и правого насосов ИС (в искусственных предсердиях). Поэтому энергоемкость активного управляемого сопротивления достаточно низкая, что позволит значительно уменьшить его весо-габаритные и энергетические характеристики для реализации имплантируемого варианта ИС.The peculiarity of the inclusion of actuators in the inlet lines of the pumps is that the main energy for the functioning of the actuator is spent at the moment of low pressure at the inlet of the left and right IS pumps (in the artificial atria). Therefore, the energy intensity of the active controlled resistance is quite low, which will significantly reduce its weight, dimensions and energy characteristics for the implementation of the implantable IC version.

Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящего изобретения, заключается в:The technical result achieved by the implementation of the present invention consists in:

- уменьшении площади инородной контактной поверхности, потенциально опасной для тромбообразования и травмы крови, и упрощении конструкции ИС;- reducing the area of a foreign contact surface, potentially dangerous for thrombus formation and blood trauma, and simplifying the IC design;

- снижении энергетических затрат, необходимых для функционирования системы, что позволяет при упрощении конструкции пульсатора ИС уменьшить весо-габаритные параметры для реализации полностью имплантируемого ИС;- reducing the energy costs required for the operation of the system, which allows, while simplifying the design of the IC pulsator, to reduce the weight and dimensions for the implementation of a fully implantable IC;

- создании физиологического пульсирующего потока и давления в аорте и легочной артерии при постоянной заданной скорости рабочего колеса левого и правого насосов ИС;- creation of a physiological pulsating flow and pressure in the aorta and pulmonary artery at a constant set speed of the impeller of the left and right IS pumps;

- улучшении внутринасосной гидродинамики за счет генерации в правом и левом насосах ИС пульсирующего потока без изменения скорости оборотов ротора насосов, что особенно критично для правого насоса ИС с точки зрения снижения вероятности тромбообразования в нем.- improvement of intra-pump hydrodynamics due to the generation of a pulsating flow in the right and left IS pumps without changing the pump rotor speed, which is especially critical for the right IS pump in terms of reducing the likelihood of thrombosis in it.

- предотвращении условий появления опасного режима разрежения и регургитации в диастолической фазе при повышенных оборотах ротора насосов;- prevention of conditions for the appearance of a dangerous rarefaction mode and regurgitation in the diastolic phase at increased pump rotor speed;

- возможности реализации ИС на основе разработанных ранее имплантируемых конструкций роторных насосов, предназначенных для левожелудочкового обхода.- the possibility of implementing IS based on previously developed implantable designs of rotary pumps designed for left ventricular bypass.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

Существо изобретения поясняется на фигурах, где:The essence of the invention is illustrated in the figures, where:

на фиг. 1 показана схема предлагаемого ИС, обеспечивающая генерацию пульсирующего потока в левом и правом РН ИС;in fig. 1 shows a diagram of the proposed IC providing the generation of a pulsating flow in the left and right LV IC;

на фиг. 2 показана диаграмма давлений и расходов для большого и малого кругов кровообращения, полученных на двухкруговом гидродинамическом стенде, при работе левого и правого РН ИС в непульсирующем режиме без системы РН - актуатор (А);in fig. 2 shows a diagram of pressures and flow rates for the systemic and pulmonary circulation, obtained on a two-circle hydrodynamic stand, when the left and right LV IS in non-pulsating mode without the LV system - actuator (A);

на фиг. 3 показана диаграмма давлений и расходов для большого и малого кругов кровообращения, полученных на двухкруговом гидродинамическом стенде, при работе левого и правого РН ИС в пульсирующем режиме с помощью установки системы РН - А во входной магистрали.in fig. 3 shows a diagram of pressures and flow rates for the systemic and pulmonary circulation, obtained on a two-circle hydrodynamic stand, when the left and right LV IS in a pulsating mode using the installation of the RN-A system in the inlet line.

На фигурах обозначены следующие позиции: 1 - левый РН для замены левого желудочка, 2 - РН для замены правого желудочка, 3 - гидравлическое сопротивление на входе левого РН, 4 - гидравлическое сопротивление на входе правого РН, 5 - привод А левого РН, 6 - привод А правого РН, 7 - А левого РН, 8 - А правого РН, 9 - блок управления приводами актуаторов, 10 - входная магистраль левого РН, 11 - входная магистраль правого РН, 12 - искусственное левое предсердие, 13 - искусственное правое предсердие, 14 - аорта, 15 - легочная артерия, 16 - блок управления насосами, Рад - давление в аорте, Рла - давление в легочной артерии, Qao - расход в аорте, Qлa - расход в легочной артерии.The figures indicate the following positions: 1 - left PH for replacing the left ventricle, 2 - PH for replacing the right ventricle, 3 - hydraulic resistance at the inlet of the left PH, 4 - hydraulic resistance at the inlet of the right PH, 5 - drive A of the left PH, 6 - drive A of the right PH, 7 - A of the left PH, 8 - A of the right PH, 9 - control unit for actuator drives, 10 - input line of the left PH, 11 - input line of the right PH, 12 - artificial left atrium, 13 - artificial right atrium, 14 - aorta, 15 - pulmonary artery, 16 - pump control unit, P ad - pressure in the aorta, P la - pressure in the pulmonary artery, Q ao - flow rate in the aorta, Q la - flow rate in the pulmonary artery.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION

На примере схемы подключения левого и правого РН, представленной на фиг. 1, рассмотрим принцип генерации пульсового потока крови в ИС.Using the example of the connection diagram of the left and right LV shown in Fig. 1, we will consider the principle of pulse blood flow generation in IC.

Патентуемое устройство (фиг. 1) содержит левый и правый 1,2 РН (осевой или центробежный) с блоком управления насосами 16, определяющим заданную скорость вращения рабочего колеса каждого насоса. Во входных магистралях левого и правого РН 10,11 установлены А 7 и 8, соответственно. Каждый А содержит переменное гидравлическое сопротивление: А 7 левого РН содержит гидравлическое сопротивление 3 и собственный привод 5; А 8 правого РН содержит гидравлическое сопротивление 4 и собственный привод 6. При этом приводы 5 и 6 каждого актуатора 7 и 8 связаны с блоком управления приводами 9. Последний обеспечивает заданную частоту и скважность выходных импульсов потока и давления крови на выходе левого РН 1 и правого РН 2.The patented device (Fig. 1) contains a left and right 1.2 PH (axial or centrifugal) with a pump control unit 16, which determines the set speed of rotation of the impeller of each pump. In the input lines of the left and right PH 10.11, A 7 and 8 are installed, respectively. Each A contains a variable hydraulic resistance: A 7 of the left PH contains a hydraulic resistance 3 and its own drive 5; A 8 of the right PH contains a hydraulic resistance 4 and its own drive 6. In this case, the drives 5 and 6 of each actuator 7 and 8 are connected to the drive control unit 9. The latter provides a given frequency and duty cycle of the output pulses of flow and blood pressure at the output of the left PH 1 and the right PH 2.

Для реализации режима ИС вход и выход правого РН 2 подключены экстракорпорально или интракорпорально по схеме «искусственное правое предсердие - легочная артерия», а левого РН 1 по схеме «искусственное левое предсердие - аорта».To implement the IS mode, the input and output of the right PH 2 are connected extracorporeally or intracorporeally according to the "artificial right atrium - pulmonary artery" scheme, and the left PH 1 according to the "artificial left atrium - aorta" scheme.

Блок управления приводами 9 обеспечивает полное открытие и частичное перекрытие входных магистралей 10 и 11 левого РН 1 и правого РН 2. Соответственно, на выходе насосов формируется пульсовой поток и, следовательно, физиологический пульсовой поток и давление в артериальных резервуарах большого и малого кругов кровообращения.The drive control unit 9 provides full opening and partial overlap of the input lines 10 and 11 of the left PH 1 and right PH 2. Accordingly, the pulse flow is formed at the pump outlet and, consequently, the physiological pulse flow and pressure in the arterial reservoirs of the systemic and pulmonary circulation.

Входная магистраль 10 левого РН 1 подключена к левому искусственному предсердию 12, а входную магистраль 11 правого РН 2 подключена к правому искусственному предсердию 13.The input line 10 of the left RN 1 is connected to the left artificial atrium 12, and the input line 11 of the right RN 2 is connected to the right artificial atrium 13.

Выходная магистраль левого РН 1 (на фигурах не обозначена) подключена к аорте 14; выходную магистраль правого РН 2 (на фигурах не обозначена) подключена к легочной артерии 15.The output line of the left PH 1 (not indicated in the figures) is connected to the aorta 14; the output line of the right PH 2 (not indicated in the figures) is connected to the pulmonary artery 15.

В фазе генерации повышенной амплитуды выходного потока насосов (систола) А 7 и А 8 полностью открывают просветы входных магистралей для левого 1 и правого 2 РН, а в фазе генерации пониженной амплитуды выходного потока насосов (диастола) А 7 и А 8 частично перекрывают просветы входных магистралей.In the phase of generation of an increased amplitude of the output flow of pumps (systole) A 7 and A 8 completely open the lumens of the input lines for the left 1 and right 2 PH, and in the phase of generation of a reduced amplitude of the output flow of the pumps (diastole) A 7 and A 8 partially overlap the lumens of the input highways.

Таким образом, блок управления приводами А 9 обеспечивает заданную частоту и длительность импульсов потока и давления для левого и правого РН 1 и 2 соответственно.Thus, the control unit for drives A 9 provides the set frequency and duration of the flow and pressure pulses for the left and right PH 1 and 2, respectively.

Для подтверждения возможности реализации заявленного назначения и достижения указанного технического результата приводим следующие экспериментальные данные, полученные на двухкруговом гидродинамическом стенде.To confirm the possibility of realizing the declared purpose and achieving the specified technical result, we present the following experimental data obtained on a two-circle hydrodynamic stand.

В качестве насосов на гидродинамическом стенде были использованы центробежные насосы Rotaflow (Maquet AEG, Germany), с производительностью 5 л/мин. Аортальный и легочный резервуары, имитирующие аорту и легочную артерию, представляют собой емкости, заполненные жидкостью с воздушной подушкой, которые определяют эластичность сосудов аортального и легочного резервуаров (для легочного артерии эластичность равна 5,7 мл/мм рт.ст. и для аорты эластичность аортального резервуара равна 2 мл/мм рт.ст.). В качестве периферического сопротивления использовались гидравлические сопротивления (для малого круга кровообращения 0,4 мм рт.ст./мл/с и для большого круга кровобращения 1,2 мм рт.ст./мл/с). Левое и правое предсердия представляют собой емкости открытые в атмосферу. С учетом бронхиального сброса средний расход жидкости по левому каналу устанавливался на 0,1-0,2 л/мин больше расхода жидкости по правому каналу на. В условиях работы ИС данная разница расходов необходима для предотвращения отека легких.Rotaflow centrifugal pumps (Maquet AEG, Germany) with a capacity of 5 l / min were used as pumps on the hydrodynamic stand. The aortic and pulmonary reservoirs, mimicking the aorta and pulmonary artery, are containers filled with fluid with an air cushion, which determine the elasticity of the vessels of the aortic and pulmonary reservoirs (for the pulmonary artery, the elasticity is 5.7 ml / mm Hg and for the aorta the elasticity of the aortic reservoir is 2 ml / mm Hg). Hydraulic resistance was used as peripheral resistance (for the pulmonary circulation 0.4 mm Hg / ml / s and for the systemic circulation 1.2 mm Hg / ml / s). The left and right atria are containers open to the atmosphere. Taking into account the bronchial discharge, the average fluid flow in the left canal was set at 0.1-0.2 l / min more than the fluid flow in the right canal by. In an IC operating environment, this cost difference is necessary to prevent pulmonary edema.

Таким образом, как показали исследования на гидродинамическом стенде работа предлагаемого ИС с использованием системы РН-А создает условия генерации пульсирующего потока в большом и малом кругах кровообращения.Thus, as shown by studies on a hydrodynamic stand, the operation of the proposed IC using the RN-A system creates conditions for the generation of a pulsating flow in the large and small circles of blood circulation.

Для сравнения на фиг. 2 приведена диаграмма давлений и расходов жидкости в большом и малом кругах кровообращения при работе РН в непульсимрующем режиме. Полученный эффект работы системы ИС с использованием систем РН-А показан на диаграмме (фиг. 3). Как видно из данной диаграммы в имитаторах аорты и легочной артерии создается физиологическое пульсирующее давление а аорте (давление в аортальном резервуаре 111/76 мм рт.ст.) и легочной артерии (давление в легочном резервуаре 19/13 мм рт.ст.) при пульсации потока жидкости в большом круге кровообращения ΔQл=6.9 л/мин и ΔQп=8.8 л/мин в малом круге кровообращения, что способствует созданию условий для внутринасосной гидродинамики, препятствующей образованию в полостях левого и правого РН зон стагнации и рециркуляции.For comparison, FIG. 2 shows a diagram of pressures and flow rates of fluid in the large and small circles of blood circulation during the operation of the RN in a non-pulsating mode. The obtained effect of the operation of the IS system using the RN-A systems is shown in the diagram (Fig. 3). As can be seen from this diagram, in simulators of the aorta and pulmonary artery, physiological pulsating pressure is created in the aorta (pressure in the aortic reservoir 111/76 mm Hg) and pulmonary artery (pressure in the pulmonary reservoir 19/13 mm Hg) during pulsation fluid flow in the systemic circulation ΔQ l = 6.9 l / min and ΔQ p = 8.8 l / min in the pulmonary circulation, which contributes to the creation of conditions for intra-pump hydrodynamics, preventing the formation of stagnation and recirculation zones in the cavities of the left and right PH.

Claims (2)

1. Искусственное сердце, содержащее левый и правый роторные насосы крови, каждый из которых связан с блоком управления насосами, обеспечивающим заданную скорость вращения рабочего колеса насоса постоянной; входная магистраль каждого роторного насоса содержит актуатор, выполненный в виде управляемого активного гидравлического сопротивления с приводом, соединенным с блоком управления приводами, включающим блок задания частоты и скважности работы актуаторов, при этом блок управления приводами имеет возможность регулирования потока крови на выходе каждого роторного насоса, обеспечивая пульсацию потока крови за счет полного открытия и частичного перекрытия просвета входной магистрали.1. An artificial heart containing left and right rotary blood pumps, each of which is connected to a pump control unit, which provides a given speed of rotation of the pump impeller constant; the input line of each rotary pump contains an actuator made in the form of a controlled active hydraulic resistance with a drive connected to the drive control unit, including the unit for setting the frequency and duty cycle of the actuators, while the drive control unit has the ability to regulate the blood flow at the output of each rotary pump, providing pulsation of the blood flow due to the complete opening and partial blocking of the lumen of the inlet line. 2. Искусственное сердце по п. 1, в котором использован электромеханический, электропневматический или электрогидравлический приводы.2. An artificial heart according to claim 1, wherein electromechanical, electro-pneumatic or electro-hydraulic drives are used.
RU2020109559A 2020-01-29 2020-03-04 Artificial heart RU2732084C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020109559A RU2732084C1 (en) 2020-03-04 2020-03-04 Artificial heart
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
RU2020109559A RU2732084C1 (en) 2020-03-04 2020-03-04 Artificial heart

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2732084C1 true RU2732084C1 (en) 2020-09-11

Family

ID=72516402

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020109559A RU2732084C1 (en) 2020-01-29 2020-03-04 Artificial heart

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2732084C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140172087A1 (en) * 2009-01-07 2014-06-19 Cleveland Clinic Foundation Method for physiologic control of a continuous flow total artificial heart
US8870951B1 (en) * 2008-06-13 2014-10-28 Newheart Medical Devices Llc Total artificial heart system for auto-regulating flow and pressure
US20140371849A1 (en) * 2013-06-12 2014-12-18 Wilmo C. Orejola Autonomous Artificial Heart
US20150057488A1 (en) * 2010-01-19 2015-02-26 Heartware, Inc. Physiologically responsive vad
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
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

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8870951B1 (en) * 2008-06-13 2014-10-28 Newheart Medical Devices Llc Total artificial heart system for auto-regulating flow and pressure
US20140172087A1 (en) * 2009-01-07 2014-06-19 Cleveland Clinic Foundation Method for physiologic control of a continuous flow total artificial heart
US20150057488A1 (en) * 2010-01-19 2015-02-26 Heartware, Inc. Physiologically responsive vad
US20140371849A1 (en) * 2013-06-12 2014-12-18 Wilmo C. Orejola Autonomous 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
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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8444545B2 (en) Dual-pulsation bi-ventricular assist device
US8870951B1 (en) Total artificial heart system for auto-regulating flow and pressure
Reul et al. Blood pumps for circulatory support
US4397049A (en) Hydraulically actuated cardiac prosthesis with three-way ventricular valving
US11311713B2 (en) Self-propelled venous blood pump
US4381567A (en) Hydraulically actuated total cardiac prosthesis with reversible pump and three-way ventricular valving
RU2665178C1 (en) Device and method for controlling the blood flow of rotary pumps
US4369530A (en) Hydraulically actuated cardiac prosthesis and method of actuation
RU2725083C1 (en) Device and method for blood flow control of rotary pumps
EP2282789A1 (en) Heart assist device
RU2665179C1 (en) Artificial heart
WO2003071932A2 (en) Permanent heart assist system
US4376312A (en) Hydraulically actuated cardiac prosthesis
CN112891730A (en) Implantable electromagnetic pulsation type artificial heart blood pump
US4389737A (en) Hydraulically actuated cardiac prosthesis with three-way ventricular valving
Goodman et al. Left ventricular assist devices: A historical perspective at the intersection of medicine and engineering
RU201911U1 (en) Blood flow control device for extracorporeal circulatory support systems
EP0079373A1 (en) Hydraulically actuated cardiac prosthesis.
RU2732084C1 (en) Artificial heart
Bartoli et al. The next wave of mechanical circulatory support devices
RU2734142C1 (en) Device and method for biventricular bypass of heart
JP2004057817A (en) Blood pump with impeller
RU202952U1 (en) Blood flow control device for implantable circulatory support systems
WO2021158141A1 (en) Controlling blood flow in rotary pumps in mechanical circulatory support systems
Khodeli et al. Practical and Theoretical Considerations for ECMO System Development