RU2734142C1 - Device and method for biventricular bypass of heart - Google Patents

Device and method for biventricular bypass of heart Download PDF

Info

Publication number
RU2734142C1
RU2734142C1 RU2020109560A RU2020109560A RU2734142C1 RU 2734142 C1 RU2734142 C1 RU 2734142C1 RU 2020109560 A RU2020109560 A RU 2020109560A RU 2020109560 A RU2020109560 A RU 2020109560A RU 2734142 C1 RU2734142 C1 RU 2734142C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pump
line
heart
control unit
aorta
Prior art date
Application number
RU2020109560A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Георгий Пинкусович Иткин
Александр Александрович Дробышев
Александр Сергеевич Бучнев
Аркадий Павлович Кулешов
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 RU2020109560A priority Critical patent/RU2734142C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2734142C1 publication Critical patent/RU2734142C1/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
    • A61M60/20Type thereof
    • A61M60/205Non-positive displacement blood pumps
    • 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
    • A61M60/20Type thereof
    • A61M60/247Positive displacement blood pumps
    • A61M60/253Positive displacement blood pumps including a displacement member directly acting on the blood
    • A61M60/268Positive displacement blood pumps including a displacement member directly acting on the blood the displacement member being flexible, e.g. membranes, diaphragms or bladders

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: group of inventions relates to medical equipment. Biventricular cardiac bypass (BCB) system comprises left and right rotary blood pumps connected to the pump control unit. Pump control unit ensures constant rotation speed of impeller of every pump. Inlet line of each pump comprises actuator made in form of hydraulic resistance with drive connected to drive control unit. Latter includes a unit for setting frequency and duty ratio of operation of actuators. Drive control unit has the possibility of regulating blood flow at the output of each rotary pump due to complete opening or partial overlapping of the lumen of the inlet main line. Disclosed are versions of the BCB method, in which the BCB system is used. In one version, the left pump inlet line is connected to the left ventricle of the heart, and its outlet line to the aorta; an inlet main line of the right pump to the right ventricle of the heart, and its output main line to the pulmonary artery. In the alternative version, the left pump inlet line is connected to the left atrium, its exit line to the aorta, the right pump inlet line to the right atrium, and its outlet line to the pulmonary artery.
EFFECT: technical result is providing physiological pulsatile flow and pressure in aorta and pulmonary artery at constant preset speed of impeller of left and right BCB pumps, improvement of intra-pump hydrodynamics, possibility to use rotary pumps for bypass of left ventricle of heart without using additional hydraulic resistance in right pump.
4 cl, 4 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к экстракорпоральным и имплантируемым устройствам механической поддержки кровообращения (МПК), основанным на применении насосов непульсирующего потока (ННП).The invention relates to medical technology, in particular to extracorporeal and implantable mechanical circulatory support devices (MPC), based on the use of non-pulsating flow pumps (NNP).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИLEVEL OF TECHNOLOGY

Метод МПК с использованием ННП, 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 насосами пульсирующего потока (НПП), 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 IPC method with the use of NNP, built on the principle of centrifugal, axial and roller devices, has taken a 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 flow pumps (NPP), due primarily to their small size, high energy efficiency, greater reliability and resource. This technology is successfully used in isolated left ventricular failure with a high patient survival rate (85% in the first year of implantation).

Оптимистичная картина лечения пациентов с ТСН, тем не менее, омрачается достаточно неблагоприятным прогнозом применения систем обхода левого желудочка сердца (ОЛЖ) у пациентов с сопутствующей правожелудочковой недостаточностью (более 30%), что значительно влияет на результаты данного метода и требует применения методов бивентрикулярного обхода сердца (БОС).The optimistic picture of the treatment of patients with TSF, however, is clouded by a rather unfavorable prognosis for the use of left ventricular bypass systems (LV) in patients with concomitant right ventricular failure (more than 30%), which significantly affects the results of this method and requires the use of biventricular cardiac bypass methods (Biofeedback).

Развитие методов и средств БОС напрямую связано с работами в области разработки методов и средств ОЛЖ.The development of methods and means of biofeedback is directly related to work in the development of methods and means of LV LV.

Устройства, которые могут быть использованы для обеспечения БОС включают:Devices that can be used to provide biofeedback include:

1. Имплантируемый насос для ОЛЖ и экстракорпоральный насос для обхода правого желудочка (ОПЖ);1. Implantable pump for LV and extracorporeal pump for right ventricular bypass (RV);

2. Экстракорпоральные системы БОС на основе объемных пульсирующих насосов;2. Extracorporeal biofeedback systems based on volumetric pulsating pumps;

3. Имплантируемые системы БОС на основе ННП.3. Implantable biofeedback systems based on NNP.

В настоящее время в клинической практике используется в основном экстракорпоральная система БОС EXCOR (Berlin Heart AEG, Germany), представляющая два насоса НПП с пневматическим приводом. Учитывая нестабильность сердечного ритма при двусторонней сердечной недостаточности, в системе не предусмотрен режим кардиосинхронизации. Широкое внедрение данной системы в клиническую практику ограничивалось из-за относительно невысокой надежности и большого процента инсультов, вызванных тромбозом насосов. Несмотря на эти недостатки, присущие НПП, данная система на сегодняшний день является единственной, допущенной для клинического применения в США у детей младшего возраста с ТСН.Currently, in clinical practice, the extracorporeal biofeedback system EXCOR (Berlin Heart AEG, Germany) is mainly used, which represents two NPP pumps with a pneumatic drive. Taking into account the instability of the heart rate in bilateral heart failure, the system does not provide for the cardiac synchronization mode. The widespread introduction of this system into clinical practice was limited due to the relatively low reliability and a large percentage of strokes caused by pump thrombosis. Despite these inherent disadvantages of GMP, this system is currently the only one approved for clinical use in the United States in young children with TSF.

С внедрением в клиническую практику новых миниатюрных насосов и, в частности, центробежных насосов HeartWare HVAD, CoreAide появилась возможность их имплантации у детей старшего возраста. Однако, применение данных насосов ограничивалось отдельными случаями ввиду тромбоза правого насоса, что связанно с малопульсирующим характером потока этих насосов. Тем не менее, в последние годы стали разрабатываться имплантируемые роторные насосы как для искусственного сердца, так и для БОС.With the introduction into clinical practice of new miniature pumps and, in particular, centrifugal pumps HeartWare HVAD, CoreAide, it became possible to implant them in older children. However, the use of these pumps was limited to individual cases due to thrombosis of the right pump, which is associated with the low-pulsating nature of the flow of these pumps. Nevertheless, in recent years, implantable rotary pumps have begun to be developed for both artificial hearts and biofeedbacks.

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

Известно устройство (US 2013331934 А1) центробежного типа, которое имеет крыльчатку с одной стороны импеллера и, соответственно, крыльчатку с другой стороны импеллера. В данном изобретении описан метод управления системой, а также конструкция крыльчатки для левого и правого каналов с учетом того, что периферическое сопротивление большого и малого кругов кровообращения значительно отличаются.Known device (US 2013331934 A1) of the centrifugal type, which 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, as well as the design of the impeller for the left and right channels, taking into account the fact that the peripheral resistance of the systemic and pulmonary circulation is significantly different.

Известно устройство (US 8870951 В1), в котором обеспечивается автоматическое регулирование потока крови для левого и правого насосов, а также поддержание баланса давлений за счет минимизации градиентов давлений с использованием высокой чувствительности РН к перепадам потока крови и давлению.Known device (US 8870951 B1), which provides automatic regulation of the blood flow for the left and right pumps, as well as maintaining the pressure balance by minimizing pressure gradients using high sensitivity of the pH to changes in blood flow and pressure.

Описаны и другие системы ННП, которые могут быть использованы для БОС, в основе которых положен принцип модуляции скорости вращения рабочего колеса (US 2011178361 Al, US 9579435 В2, US 9345824 В2). Недостатком насосов с модуляцией скорости вращения рабочего колеса является инерционность привода, которая не позволяет получить заданную амплитуду импульсов потока. Кроме того, переменная скорость ротора насосов увеличивает внутринасосные сдвиговые напряжения, что приводит к повышенной травме крови.Described are other NNP systems that can be used for biofeedback based on the principle of modulation of the impeller rotation speed (US 2011178361 Al, US 9579435 B2, US 9345824 B2). The disadvantage of pumps with modulation of the impeller rotation speed is the inertia of the drive, which does not allow obtaining a given amplitude of flow pulses. In addition, the variable rotor speed of the pumps increases the intra-pump shear stresses, resulting in increased blood trauma.

В качестве прототипа нами выбраны устройство и способ БОС, описанные в статье Krabatsch Т, Potapov Е, Stepanenko A, Schweiger М, Kukucka М et al. Circulation.: Biventricular circulatory support with two miniaturized implantable assist devices. Circulation 2011 124(11) Suppl:S179-S186.As a prototype, we have chosen the device and method of biofeedback described in the article Krabatsch T, Potapov E, Stepanenko A, Schweiger M, Kukucka M et al. Circulation .: Biventricular circulatory support with two miniaturized implantable assist devices. Circulation 2011 124 (11) Suppl: S179-S186.

Система БОС основана на подключении левого и правого ННП центробежного типа (HeartWare HVAD) по схеме: левый желудочек - аорта и правый желудочек - легочная артерия. Блок управления каждым насосом регулирует скорость вращения рабочего колеса каждого насоса. Основной недостаток данной системы состоит в непульсирующем потоке крови на выходе правого и левого насоса, что отрицательно сказывается на органной микроциркуляции. Отсуствие внутринасосной пульсации повышает вероятность тромбообразования в насосах.The biofeedback system is based on the connection of the left and right centrifugal LNP (HeartWare HVAD) according to the scheme: left ventricle - aorta and right ventricle - pulmonary artery. The control unit for each pump regulates the rotation speed of the impeller of each pump. The main disadvantage of this system is the non-pulsating blood flow at the outlet of the right and left pump, which negatively affects organ microcirculation. The absence of intra-pump pulsation increases the likelihood of thrombus formation in pumps.

Кроме того, поскольку легочное артериальное сопротивление малого круга кровообращения приблизительно в 6 раз меньше артериального сопротивления большого круга, то для данных насосов, рабочие характеристики которых рассчитаны при использовании в системах ОЛЖ, для поддержания относительно высокой скорости вращения ротора насоса и снижения вероятности тромбообразования при использовании насоса в системе ОПЖ последовательно с правым насосом устанавливают дополнительное гидравлическое сопротивление. При этом потребление энергии для работы правого насоса практически равно потреблению энергии левого насоса, что в итоге приводит к увеличению общего потребления энергии системой БОС и сокращению времени автономной работы системы от аккумуляторов.In addition, since pulmonary arterial resistance of the pulmonary circulation is approximately 6 times less than the arterial resistance of the large circle, for these pumps, the performance of which is calculated for use in LV systems, to maintain a relatively high rotor speed of the pump and reduce the likelihood of thrombosis when using the pump in the OPZh system, additional hydraulic resistance is installed in series with the right pump. At the same time, the energy consumption for the operation of the right pump is practically equal to the energy consumption of the left pump, which ultimately leads to an increase in the total energy consumption of the biofeedback system and a reduction in the autonomous operation of the system from batteries.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Предложена система БОС, содержащая левый и правый роторные насосы (РН) крови (ННП), связанные с блоком управления насосами. Блок управления насосами обеспечивает заданную скорость вращения рабочего колеса каждого насоса постоянной. Входная магистраль каждого насоса содержит актуатор (А), выполненный в виде гидравлического сопротивления с приводом, соединенным с блоком управления приводами. Последний включает блок задания частоты и скважности работы актуаторов. При этом блок управления приводами имеет возможность регулирования потока крови на выходе каждого роторного насоса за счет полного открытия или частичного перекрытия просвета входной магистрали.A biofeedback system is proposed, containing left and right rotary pumps (RN) of blood (RNP), connected with a pump control unit. The pump control unit provides a constant speed of rotation of the impeller of each pump. The input line of each pump contains an actuator (A) made in the form of a hydraulic resistance with a drive connected to the drive control unit. The latter includes a block 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 by completely opening or partially blocking the lumen of the inlet line.

В системе БОС может быть использован электромеханический, электропневматический или электрогидравлический приводы.In the biofeedback system, electromechanical, electro-pneumatic or electro-hydraulic drives can be used.

Предложен также способ БОС, в котором используют патентуемую систему БОС. При этом входную магистраль левого насоса подключают к левому желудочку сердца, а его выходную магистраль к аорте; входную магистраль правого насоса подключают к правому желудочку сердца, а его выходную магистраль к легочной артерии.A biofeedback method is also proposed, in which a patented biofeedback system is used. In this case, the input line of the left pump is connected to the left ventricle of the heart, and its output line to the aorta; the input line of the right pump is connected to the right ventricle of the heart, and its output line to the pulmonary artery.

Предложен другой способ БОС, в котором в котором используют патентуемую систему БОС. При этом входную магистраль левого насоса подключают к левому предсердию, а его выходную магистраль к аорте, входную магистраль правого насоса подключают к правому предсердию, а его выходную магистраль к легочной артерии.Another BFB method is proposed, in which a patented BFB system is used. In this case, the input line of the left pump is connected to the left atrium, and its output line to the aorta, the input line of the right pump is connected to the right atrium, and its output line to the pulmonary artery.

Таким образом на выходе левого и правого роторных насосов БОС генерируется пульсирующий поток, определяющий пульсовое давление в аорте и легочной артерии.Thus, a pulsating flow is generated at the output of the left and right rotary pumps of the biofeedback, 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 при низком давлении на входе левого и правого насосов БОС (в предсердиях), что способствует уменьшению энергопотребления для работы активного управляемого сопротивления, что позволяет также значительно уменьшить его весо-габаритные характеристики для реализации имплантируемого варианта БОС.The peculiarity of the inclusion of actuators in the input lines of the pumps is that the main energy for the operation of the actuator is spent at low pressure at the inlet of the left and right pumps of the biofeedback (in the atria), which helps to reduce energy consumption for the operation of active controlled resistance, which also significantly reduces its weight - overall characteristics for the implementation of the implantable biofeedback option.

Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящей группы изобретений заключается в:The technical result achieved by the implementation of the present group of inventions consists in:

- создании физиологического пульсирующего потока и давления в аорте и легочной артерии при постоянной заданной скорости рабочего колеса левого и правого насосов БОС;- 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 BFB pumps;

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

- возможности использования ранее разработанных РН, предназначенных для ОЛЖ, без использования дополнительного гидравлического сопротивления в правом насосе, что создает основу для создания малоэнергоемкой имплантируемой системы БОС.- the possibility of using previously developed LV intended for LV LV without the use of additional hydraulic resistance in the right pump, which creates the basis for creating a low-power implantable biofeedback system.

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 предлагаемой системы БОС, которая обеспечивает генерацию пульсирующего потока в левом и правом насосе при подключении правого насоса по схеме «правое предсердие - легочная артерия» и левого насоса по схеме «левое предсердие - аорта»;in fig. 1 shows a diagram of the proposed biofeedback system, which generates a pulsating flow in the left and right pump when the right pump is connected according to the "right atrium - pulmonary artery" scheme and the left pump according to the "left atrium - aorta" scheme;

на фиг. 2 показана схема предлагаемой системы БОС, которая обеспечивает генерацию пульсирующего потока в левом и правом насосе при подключении правого насоса по схеме «правый желудочек - легочная артерия» и левого насоса по схеме «левый желудочек - аорта»;in fig. 2 shows a diagram of the proposed biofeedback system, which generates a pulsating flow in the left and right pump when the right pump is connected according to the "right ventricle - pulmonary artery" scheme and the left pump according to the "left ventricle - aorta" scheme;

на фиг. 3 показана диаграмма давлений и расходов, полученных на двухкруговом гидродинамическом стенде, при работе левого и правого РН системы БОС в непульсирующем режиме;in fig. 3 shows a diagram of pressures and flow rates obtained on a two-circle hydrodynamic stand when the left and right LV of the biofeedback system operate in a non-pulsating mode;

на фиг. 4 показана диаграмма давлений и расходов, для большого и малого кругов кровообращения, полученных на двухкруговом гидродинамическом стенде, при работе левого и правого РН системы БОС в пульсирующем режиме с помощью установки системы РН - А во входной магистрали.in fig. 4 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 of the biofeedback system operate in a pulsating mode using the installation of the RN-A system in the inlet line.

На фигурах обозначены следующие позиции: 1 - роторный насос для замены левого желудочка, 2 - роторный насос для замены правого желудочка, 3 - гидравлическое сопротивление на входе левого насоса, 4 - гидравлическое сопротивление на входе правого насоса, 5 - привод гидравлического сопротивления для левого насоса, 6 - привод гидравлического сопротивления для правого насоса, 7 - актуатор (А) для левого насоса , 8 - актуатор (А) для правого насоса , 9 - входная магистраль левого насоса, 10 - входная магистраль правого насоса, 11 - блок управления приводами актуаторов, 12 - блок управления насосами, 13 - выходная магистраль левого насоса, 14 - выходная магистраль правого насоса, 15 - левое предсердие, 16 - правое предсердие, 17 - аорта, 18 - легочная артерия, 19 - левый желудочек, 20 - правый желудочек, Рад - давление в аорте, Рла - давление в легочной артерии, Рлж - давление в левом желудочке, Рпж - давление в правом желудочке, Рлп - давление в левом предсердии, Рпп - давление в правом предсердии, Qao - расход в аорте, Qлa - расход в легочной артерии, Qн - расход в насосе.The figures indicate the following positions: 1 - rotary pump for replacing the left ventricle, 2 - rotary pump for replacing the right ventricle, 3 - hydraulic resistance at the inlet of the left pump, 4 - hydraulic resistance at the inlet of the right pump, 5 - hydraulic resistance drive for the left pump , 6 - hydraulic resistance drive for the right pump, 7 - actuator (A) for the left pump, 8 - actuator (A) for the right pump, 9 - inlet line of the left pump, 10 - inlet line of the right pump, 11 - actuator drives control unit , 12 - pump control unit, 13 - left pump outlet line, 14 - right pump outlet line, 15 - left atrium, 16 - right atrium, 17 - aorta, 18 - pulmonary artery, 19 - left ventricle, 20 - right ventricle, Р ad - pressure in the aorta, Р la - pressure in the pulmonary artery, Р лж - pressure in the left ventricle, Р pzh - pressure in the right ventricle, Р lp - pressure in the left atrium, P pp - pressure in the right m atrium, Q ao - flow rate in the aorta, Q la - flow rate in the pulmonary artery, Q n - flow rate in the pump.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION

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

Патентуемое устройство (фиг. 1) содержит левый и правый РН 1, 2 с блоком управления насосами 12, определяющим заданную постоянную скорость вращения рабочего колеса каждого насоса. Во входных магистралях 9 и 10 соответственно левого и правого РН 1, 2 установлены А 7, 8, каждый из которых содержит переменное гидравлическое сопротивление 3, 4 с собственным приводом 5, 6. Приводы 5, 6 каждого актуатора 7, 8 связаны с блоком управления приводами 11, который обеспечивает заданную частоту и скважность выходных импульсов потока и давления на выходе левого РН 1 и правого РН 2.The patented device (Fig. 1) contains the left and right PH 1, 2 with a pump control unit 12, which determines a given constant speed of rotation of the impeller of each pump. In the input lines 9 and 10, respectively, of the left and right PH 1, 2, A 7, 8 are installed, each of which contains a variable hydraulic resistance 3, 4 with its own drive 5, 6. Drives 5, 6 of each actuator 7, 8 are connected to the control unit drives 11, which provides a given frequency and duty cycle of output pulses of flow and pressure at the output of the left PH 1 and right PH 2.

Блок управления 11 приводами обеспечивает полное открытие или частичное перекрытие входных магистралей 9 и 10 соответственно левого и правого РН 1, 2, регулируя поток крови на выходе каждого роторного насоса.The 11 drive control unit provides full opening or partial closure of the inlet lines 9 and 10, respectively, of the left and right PH 1, 2, regulating the blood flow at the outlet of each rotary pump.

В первом варианте входная магистраль 9 левого РН1 и входная магистраль 10 правого РН 2 подключены, соответственно, к левому 15 и правому 16 предсердиям, а выходные магистрали 13 и 14 левого РН 1 и правого РН 2 подключены, соответственно, к аорте 17 и легочной артерии 18.In the first version, the input line 9 of the left PH1 and the input line 10 of the right PH 2 are connected, respectively, to the left 15 and right 16 atria, and the output lines 13 and 14 of the left PH 1 and right PH 2 are connected, respectively, to the aorta 17 and the pulmonary artery eighteen.

Во втором варианте входная магистраль 9 левого РН1 и входная магистраль 10 правого РН 2 подключены, соответственно, к левому 19 и правому 20 желудочкам, а выходная магистраль 13 левого РН 1 и выходная магистраль 14 правого РН 2 подключены, соответственно, к аорте 17 и легочной артерии 18.In the second version, the input line 9 of the left PH1 and the input line 10 of the right PH 2 are connected, respectively, to the left 19 and right 20 ventricles, and the output line 13 of the left PH 1 and the output line 14 of the right PH 2 are connected, respectively, to the aorta 17 and the pulmonary arteries 18.

В фазе генерации повышенной амплитуды выходного потока насосов А 7 и А 8 полностью открывают просветы входной магистрали 9, входной магистрали 10 для левого 1 и правого 2 РН, а в фазе генерации пониженной амплитуды выходного потока насосов А 7 и А 8 частично перекрывают просветы входных магистралей.In the phase of generation of the increased amplitude of the output flow of the pumps A 7 and A 8, the gaps of the input line 9, the input line 10 for the left 1 and right 2 PH are completely opened, and in the phase of generation of the reduced amplitude of the output flow of the pumps A 7 and A 8 partially overlap the lumens of the input lines ...

Таким образом, блок управления приводами 11 обеспечивает заданную частоту и длительность импульсов потока и давления крови для левого и правого РН 1 и 2 соответственно.Thus, the drive control unit 11 provides a given frequency and duration of blood flow and pressure pulses for the left and right PH 1 and 2, respectively.

В отдельных случаях, для поддержания системного выброса в условиях ТСН необходимо увеличивать производительность РН, что может привести к закрытию аортального и легочного клапанов. В этих условиях при длительной работе системы БОС возникает опасность развития недостаточности выходных клапанов сердца. Поэтому для исключения развития дисфункции аортального и легочного клапанов сердца в настоящей системе БОС может быть заложена возможность с заданным периодом кратковременно снижать производительность насосов. Алгоритм применения данного режима, включая периодичность и длительность отключения насосов может задаваться операторомIn some cases, in order to maintain the systemic ejection in conditions of TSN, it is necessary to increase the RN productivity, which can lead to the closure of the aortic and pulmonary valves. In these conditions, with prolonged operation of the biofeedback system, there is a risk of developing insufficiency of the outlet heart valves. Therefore, in order to exclude the development of dysfunction of the aortic and pulmonary heart valves in the present biofeedback system, it can be possible to temporarily reduce the performance of the pumps with a given period. The algorithm for using this mode, including the frequency and duration of pump shutdown, can be set by the operator

Для подтверждения возможности реализации заявленного назначения и достижения указанного технического результата приводим следующие экспериментальные данные, полученные на двухкруговом гидродинамическом стенде при подключении входной магистрали левого и правого насосов, соответственно, к левому и правому желудочкам, а выходной магистрали левого и правого насосов, соответственно, к аорте и легочной артерии.To confirm the possibility of realizing the declared purpose and achieving the indicated technical result, we present the following experimental data obtained on a two-circular hydrodynamic stand when connecting the input line of the left and right pumps, respectively, to the left and right ventricles, and the output line of the left and right pumps, respectively, to the aorta and pulmonary artery.

В качестве насосов на гидродинамическом стенде были использованы центробежные насосы Rotaflow (Maquet AEG, Germany), производительность которых составляла минутный объем 5 л/мин. При этом аортальный и легочный резервуары, имитирующие, соотвественно, аорту и легочную артерию, представляют собой емкости, заполненные жидкостью с воздушной подушкой. Воздушная подушка определяет эластичность сосудов (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 кровообращения 1,2 мм рт.ст. /мл/с). Левое и правое предсердия имитировались открытыми резервуарами.Rotaflow centrifugal pumps (Maquet AEG, Germany) were used as pumps on the hydrodynamic stand, the productivity of which was 5 l / min. In this case, the aortic and pulmonary reservoirs, imitating, respectively, the aorta and pulmonary artery, are containers filled with fluid with an air cushion. The air cushion determines the elasticity of the vessels (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 were simulated by open reservoirs.

Таким образом, как показали исследования на гидродинамическом стенде, работа предлагаемого БОС использование системы РН-А для левого и правого насосов создают условия генерации пульсирующего потока в большом и малом кругах кровообращения.Thus, as shown by the studies on the hydrodynamic stand, the work of the proposed biofeedback system using the RN-A system for the left and right pumps creates conditions for the generation of a pulsating flow in the large and pulmonary circulation.

Полученный сравнительный эффект работы системы в пульсирующем режиме по сравнению с непульсирующим режимом показан на фиг. 3, 4. Как видно из диаграммы, на фиг. 4 в имитаторах аорты и легочной артерии создаются физиологическое пульсирующее давление АД (давление в аортальном резервуаре 111/76 мм рт.ст.) и ЛА (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 кровообращении, что способствует созданию условий для внутринасосной гидродинамики, препятствующих образованию в полостях левого и правого РН зон стагнации и рециркуляции.The obtained comparative effect of operating the system in a pulsed mode versus a non-pulsed mode is shown in FIG. 3, 4. As can be seen from the diagram, in FIG. 4 in simulators of the aorta and pulmonary artery, physiological pulsating pressure of blood pressure (pressure in the aortic reservoir 111/76 mm Hg) and PA (pressure in the pulmonary reservoir 19/13 mm Hg) is created with pulsating 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 (4)

1. Система бивентрикулярного обхода сердца, содержащая левый и правый роторные насосы крови, связанные с блоком управления насосами, обеспечивающим заданную скорость вращения рабочего колеса каждого насоса постоянной, при этом входная магистраль каждого насоса содержит 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 потока крови на выходе каждого роторного насоса за счет полного открытия или частичного перекрытия просвета входной магистрали.1. System of biventricular bypass of the heart, containing left and right rotary blood pumps connected to the pump control unit, providing a given speed of rotation of the impeller of each pump constant, while the input line of each pump contains an actuator made in the form of a hydraulic resistance with a drive connected to a drive control unit including a 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 outlet of each rotary pump by completely opening or partially blocking the lumen of the inlet line. 2. Система по п. 1, в которой использован электромеханический, электропневматический или электрогидравлический привод.2. The system of claim. 1, which uses an electromechanical, electro-pneumatic or electro-hydraulic drive. 3. Способ бивентрикулярного обхода сердца, в котором используют систему по п. 1, подключая входную магистраль левого насоса к левому желудочку сердца, выходную магистраль левого насоса к аорте; входную магистраль правого насоса к правому желудочку сердца, а выходную магистраль правого насоса к легочной артерии.3. The method of biventricular bypass of the heart, which uses the system according to claim 1, connecting the input line of the left pump to the left ventricle of the heart, the output line of the left pump to the aorta; the inlet line of the right pump to the right ventricle of the heart, and the outlet line of the right pump to the pulmonary artery. 4. Способ бивентрикулярного обхода сердца, в котором используют систему по п. 1, подключая входную магистраль левого насоса к левому предсердию, выходную магистраль левого насоса к аорте, входную магистраль правого насоса к правому предсердию, а выходную магистраль правого насоса к легочной артерии.4. The method of biventricular bypass of the heart, which uses the system according to claim 1, connecting the input line of the left pump to the left atrium, the output line of the left pump to the aorta, the input line of the right pump to the right atrium, and the output line of the right pump to the pulmonary artery.
RU2020109560A 2020-01-29 2020-03-04 Device and method for biventricular bypass of heart RU2734142C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020109560A RU2734142C1 (en) 2020-03-04 2020-03-04 Device and method for biventricular bypass of 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
RU2020109560A RU2734142C1 (en) 2020-03-04 2020-03-04 Device and method for biventricular bypass of heart

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2734142C1 true RU2734142C1 (en) 2020-10-13

Family

ID=72940367

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020109560A RU2734142C1 (en) 2020-01-29 2020-03-04 Device and method for biventricular bypass of heart

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2734142C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2805828C1 (en) * 2022-09-01 2023-10-24 Общество с ограниченной ответственностью "Инвента Лаб" (ООО "Инвента Лаб") Auxiliary circulation pump with sensing element

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110178361A1 (en) * 2010-01-19 2011-07-21 Barry Yomtov Physiologically responsive vad
US20130331934A1 (en) * 2012-06-08 2013-12-12 Cameron International Corporation Artificial heart system
US8870951B1 (en) * 2008-06-13 2014-10-28 Newheart Medical Devices Llc Total artificial heart system for auto-regulating flow and pressure
RU2629054C1 (en) * 2016-08-10 2017-08-24 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Axial pump of auxiliary circulation

Patent Citations (5)

* 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
US20110178361A1 (en) * 2010-01-19 2011-07-21 Barry Yomtov Physiologically responsive vad
US9579435B2 (en) * 2010-01-19 2017-02-28 Heartware, Inc. Physiologically responsive VAD
US20130331934A1 (en) * 2012-06-08 2013-12-12 Cameron International Corporation Artificial heart system
RU2629054C1 (en) * 2016-08-10 2017-08-24 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Axial pump of auxiliary circulation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Krabatsch Т, Potapov Е, Stepanenko A, Schweiger М, Kukucka М et al. Circulation.: Biventricular circulatory support with two miniaturized implantable assist devices. Circulation 2011 124(11) Suppl:S179-S186. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2805828C1 (en) * 2022-09-01 2023-10-24 Общество с ограниченной ответственностью "Инвента Лаб" (ООО "Инвента Лаб") Auxiliary circulation pump with sensing element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210077688A1 (en) Generating Artificial Pulse
US8444545B2 (en) Dual-pulsation bi-ventricular assist device
US8226712B1 (en) Total artificial heart system for auto-regulating flow and pressure
RU2665178C1 (en) Device and method for controlling the blood flow of rotary pumps
US9433714B2 (en) Speed change algorithm for a continuous flow blood pump
EP3471794B1 (en) Self-propelled venous blood pump
RU2725083C1 (en) Device and method for blood flow control of rotary pumps
RU2665179C1 (en) Artificial heart
RU201911U1 (en) Blood flow control device for extracorporeal circulatory support systems
Bartoli et al. The next wave of mechanical circulatory support devices
RU2734142C1 (en) Device and method for biventricular bypass of heart
RU2665180C1 (en) Device and method for controlling blood flow in cardiopulmonary bypass devices
Takatani et al. Comparative evaluation of nonpulsatile and pulsatile cardiac prostheses
Wang et al. In vitro study of an intra-aortic VAD: Effect of reverse-rotating mode on ventricular recovery
RU2732312C1 (en) Blood flow control device in cardiopulmonary bypass devices
RU2732084C1 (en) Artificial heart
US20230211143A1 (en) Left ventricle unloading device
WO2021158141A1 (en) Controlling blood flow in rotary pumps in mechanical circulatory support systems
Abe et al. A nonpulsatile total artificial heart with 1/R control
Frazier et al. Current methods for circulatory support.
Khodeli et al. Practical and Theoretical Considerations for ECMO System Development
WO2019156589A1 (en) Device and method for controlling blood flow in rotary pumps in extracorporeal and implanted mechanical circulatory support devices
RU202952U1 (en) Blood flow control device for implantable circulatory support systems
Nojiri et al. Small soft left ventricular assist device powered by intraaortic balloon pump console for infants: a less expensive option
Watt et al. Artificial mechanical hearts and ventricular assist devices