RU68886U1

RU68886U1 - STAND FOR RESEARCH OF VALVES OF HEART VALVES

Info

Publication number: RU68886U1
Application number: RU2007116714/22U
Authority: RU
Inventors: Игорь Александрович Климов; Сергей Гаврилович Филимонов; Сергей Юрьевич Асташев
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Э-Визор" (ЗАО "Э-Визор")
Priority date: 2007-05-02
Filing date: 2007-05-02
Publication date: 2007-12-10

Abstract

Полезная модель относится к области медицины, а именно к кардиохирургии, и может быть использована для медико-биологической оценки материалов и влияния взаимодействия составных частей клапанов сердца на их конечные характеристики.The utility model relates to medicine, namely to cardiac surgery, and can be used for biomedical evaluation of materials and the effect of the interaction of the components of heart valves on their final characteristics.

Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности дегазации используемых рабочих жидкостей и возможность использования различных растворов, в том числе и ядовитых, за счет герметичности гидродемпфера-дегазатора.The technical result of the utility model is to increase the degassing efficiency of used working fluids and the ability to use various solutions, including poisonous ones, due to the tightness of the hydraulic damper-degasser.

Предложен стенд для исследования протезов клапанов сердца, содержащий циркуляционную систему, включающую аортальную 1 и предсердную 2 испытательные камеры с местами для установки испытуемых клапанов, электромагнитный пневмоклапан 9, соединенный пневмомагистралями с пневмогидроприводом 3 и компрессором 11 и вакуумным насосом 12. Электромагнитный пневмоклапан 14 соединяет блок демпфирования и регулирования остаточного давления 4 с компрессором 16 и вакуум-насосом 17. Гидродемпфер-дегазатор включен в циркуляционную систему, выполнен герметичным и содержит перфорированный патрубок для подвода рабочей жидкости, слой сферических тел из инертного материала, сборник рабочей жидкости и эластичный воздушный резервуар, соединенный через кран с верхней частью гидродемпфера-дегазатора. Работа стенда контролируется датчиками давления, расходомерами и цифровыми видеокамерами.A test bench for the study of prosthetic heart valves is proposed, containing a circulation system including an aortic 1 and atrial 2 test chambers with places for installing test valves, an electromagnetic pneumatic valve 9 connected by pneumatic lines to a pneumatic actuator 3 and compressor 11 and a vacuum pump 12. An electromagnetic pneumatic valve 14 connects the damping unit and regulating the residual pressure 4 with a compressor 16 and a vacuum pump 17. A hydraulic damper-degasser is included in the circulation system, the seal is made it contains a perforated nozzle for supplying a working fluid, a layer of spherical bodies of inert material, a collection of working fluids, and an elastic air reservoir connected through a tap to the upper part of the hydraulic damper-degasser. The work of the stand is controlled by pressure sensors, flow meters and digital video cameras.

Контроль параметров работы стенда и управление им осуществляют с помощью компьютера 22 с блоками обработки поступающей информации 21 и выдачи сигналов управления 23. 1 з.п.ф., 2 илл.Monitoring the parameters of the operation of the stand and managing it is carried out using a computer 22 with blocks for processing incoming information 21 and issuing control signals 23. 1 zpf, 2 ill.

Description

Проблема разработки новых протезов клапанов сердца связана с комплексным решением сложных медико-биологических и технических задач, одной из которых является исследование гидродинамических характеристик протеза в режимах, адекватно имитирующих физиологические условия их функционирования.The problem of developing new prosthetic heart valves is associated with a comprehensive solution to complex biomedical and technical problems, one of which is the study of the hydrodynamic characteristics of the prosthesis in modes that adequately mimic the physiological conditions of their functioning.

Известен стенд для испытаний аортального и митрального клапанов сердца на пропускную способность и обратный переток, содержащий испытательные камеры для митральных и аортальных клапанов, напорную емкость, пневмогидроаккумулятор, пульт пневмопривода, пульсдупликатор, вентиль трехпозиционный, мерные емкости, напорные трубки, поплавковый и обратный клапаны, соединительные магистрали (ГОСТ 26997-86. Клапаны сердца искусственные. Общие технические условия. - М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1986. - С.24-26).A known bench for testing the aortic and mitral valves of the heart for throughput and backflow, containing test chambers for the mitral and aortic valves, pressure vessel, pneumatic accumulator, pneumatic actuator, pulse duplicator, three-position valve, measuring tanks, pressure pipes, float and non-return valves, connecting highways (GOST 26997-86. Artificial heart valves. General specifications. - M .: USSR State Committee for Standards, 1986. - P.24-26).

Основными недостатками известного устройства являются:The main disadvantages of the known device are:

жесткая фиксация клапанов, что не дает возможности регистрировать характеристики в широком диапазоне из-за невозможности увеличивать проходной диаметр биологического клапана в фазу «систолы»;rigid fixation of valves, which makes it impossible to record characteristics in a wide range due to the inability to increase the bore diameter of the biological valve in the systole phase;

жесткие квадратные стенки испытательных камер и ступенчатые переходы гидромагистралей значительно увеличивают сопротивление току жидкости, что требует «нефизиологических» (завышенных) давлений в гидроаккумуляторе и искажают расходные характеристики испытуемых клапанов;rigid square walls of test chambers and stepped transitions of hydraulic lines significantly increase resistance to fluid flow, which requires "non-physiological" (excessive) pressure in the accumulator and distort the flow characteristics of the tested valves;

отсутствие механизма, имитирующего «систолу» предсердия для митральной позиции, не позволяет получить адекватную кривую давления на протяжении цикла;the absence of a mechanism that mimics the "systole" of the atrium for the mitral position does not allow us to obtain an adequate pressure curve throughout the cycle;

невозможность создания условий, имитирующих трикуспидальную позицию клапана сердца;the inability to create conditions that mimic the tricuspid position of the heart valve;

отсутствие регулируемого периферического сопротивления и т.д.lack of adjustable peripheral resistance, etc.

Указанные недостатки в конструкции известного стенда оказывают существенное влияние на достоверность полученных результатов оценки и исключают возможность проведения на нем некоторых видов испытаний протезов клапана сердца.These shortcomings in the design of the well-known stand have a significant impact on the reliability of the evaluation results and exclude the possibility of conducting some types of tests of prosthetic heart valves on it.

Частично данные недостатки устранены в последующих разработках конструкций стендов для исследования искусственных клапанов сердца, выполненных в России и за рубежом (патенты РФ на ПМ №32387 кл. A61F 2/24 и №34080 кл. A61F 2/24, патентов США на изобретения №5899937, 3868536, 3758237 и др.).Partially, these shortcomings were eliminated in subsequent designs of stands for the study of artificial heart valves made in Russia and abroad (RF patents for PM No. 32387 class A61F 2/24 and No. 34080 class A61F 2/24, US patents for inventions No. 5899937 , 3868536, 3758237, etc.).

Известен, например, экспериментальный стенд для исследования клапанов сердца, опубликованный в журнале «Вестник хирургии имени И.И.Грекова» (Санкт-Петербург, 2004. - Том 163. - №5. - С.25-30). Известный стенд содержит пульт управления, компьютеры и монитор с системами обработки информации и выдачи управляющих сигналов, датчики давления, верхний напорный и нижний резервуары (предсердия), «желудочек» мембранного типа с втулкой для крепления испытуемых клапанов, электромагнитные клапаны, видеокамеру, видеомагнитофон, усилитель и осветительную лампу.For example, there is a well-known experimental stand for the study of heart valves, published in the journal "Herald of Surgery named after II Grekov" (St. Petersburg, 2004. - Volume 163. - No. 5. - P.25-30). The well-known stand contains a control panel, computers and a monitor with information processing and control signaling systems, pressure sensors, upper pressure and lower reservoirs (atria), a membrane-type “ventricle” with a sleeve for mounting test valves, electromagnetic valves, a video camera, video recorder, amplifier and a light bulb.

Существенными недостатками известного стенда для исследования клапанов сердца являются:Significant disadvantages of the known stand for the study of heart valves are:

значительное увеличение внутренних объемов блоков за счет использования статического метода создания остаточного давления;a significant increase in the internal volumes of blocks due to the use of the static method of creating residual pressure;

зависимость рабочих характеристик от положения испытуемых клапанов сердца в пространстве.dependence of performance on the position of the tested heart valves in space.

В качестве прототипа принят стенд для исследования клапанов сердца по заявке РФ на полезную модель №2007103415/20 с приоритетом от 29.01.2007.As a prototype, a stand for the study of heart valves was adopted according to the application of the Russian Federation for utility model No. 2007103415/20 with a priority of January 29, 2007.

Известный стенд содержит аортальную и предсердную испытательные камеры, блок демпфирования и регулирования остаточного давления, гидродемпфер-дегазатор и блок пневмогидропривода, соединенный гидромагистралями с указанными устройствами, и пневмомагистралями - через электромагнитный пневмоклапан с первой группой пневмоустройств, а блок демпфирования и регулирования остаточного давления соединен через второй электромагнитный пневмоклапан со второй группой пневмоустройств, каждая из которых включает компрессор и вакуумный насос с датчиками давления. Стенд включает расходомеры, пульт управления с блоками для обработки поступающей информации и выдачи сигналов управления, а также цифровые кинокамеры.The well-known stand contains aortic and atrial test chambers, a damping and residual pressure control unit, a hydraulic damper-degasser and a pneumatic hydraulic drive unit connected by hydraulic lines to the indicated devices, and pneumatic lines through an electromagnetic pneumatic valve with the first group of pneumatic devices, and a damping and regulation unit for the residual pressure through electromagnetic pneumatic valve with a second group of pneumatic devices, each of which includes a compressor and a vacuum pump with pressure gauges. The stand includes flowmeters, a control panel with blocks for processing incoming information and issuing control signals, as well as digital movie cameras.

Существенными преимуществами данного стенда являются независимость рабочих характеристик испытуемых клапанов сердца от положения их в пространстве и уменьшение внутренних объемов и геометрических внешних размеров.Significant advantages of this stand are the independence of the operating characteristics of the tested heart valves from their position in space and the reduction of internal volumes and geometric external dimensions.

Недостатком известного стенда является неопределенность с конструкцией гидродемпфера-дегазатора, т.к. используемый ранее открытый резервуар не обеспечивает необходимую эффективность и возможность адекватного функционирования при частоте свыше 90 цикл/мин, а в случае заполнения системы агрессивными рабочими жидкостями представлял опасность для обслуживающего персонала и окружающей среды.A disadvantage of the known stand is the uncertainty with the design of the hydraulic damper-degasser, because the previously used open reservoir does not provide the necessary efficiency and the possibility of adequate functioning at a frequency of more than 90 cycles / min, and if the system was filled with aggressive working fluids it was dangerous for the operating personnel and the environment.

Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности дегазации используемых рабочих жидкостей и возможность использования в качестве их различных растворов, в т.ч. и ядовитых, за счет герметичности гидродемпфера-дегазатора.The technical result of the utility model is to increase the degassing efficiency of used working fluids and the possibility of using various solutions as their, including and poisonous, due to the tightness of the hydraulic damper-degasser.

Предложен стенд для исследования протезов клапанов сердца, содержащий соединенную гидромагистралями через блок пневмогидропривода циркуляционную систему, включающую аортальную испытательную камеру с датчиком расходомера на выходе, блок демпфирования и регулирования A test bench for the study of prosthetic heart valves is proposed. It contains a circulation system including aortic test chamber with a flowmeter sensor at the outlet, a damping and control unit connected by hydraulic lines through a pneumohydraulic drive unit

остаточного давления, гидродемпфер-дегазатор и предсердную испытательную камеру с датчиком расходомера на входе, два электромагнитных пневмоклапана, одним из которых подсоединена с помощью пневмомагистралей к блоку пневмогидропривода первая группа пневмоустройств, а вторым присоединена к блоку демпфирования и регулирования остаточного давления вторая группа пневмоустройств, каждая из которых содержит компрессор и вакуум-насос, датчики давления, устройства для обработки поступающей информации, выдачи сигналов управления и цифровые кинокамеры.residual pressure, a hydraulic damper-degasser and an atrial test chamber with an inlet flowmeter sensor, two electromagnetic pneumatic valves, one of which is connected to the pneumatic actuator unit by the pneumatic lines, the first group of pneumatic devices, and the second is connected to the damping and residual pressure control unit, the second group of pneumatic devices which contains a compressor and a vacuum pump, pressure sensors, devices for processing incoming information, issuing control signals and digital cameras.

Отличием является то, что гидродемпфер-дегазатор содержит последовательно расположенные в корпусе перфорированный патрубок для подвода рабочей жидкости, ограничительные решетки, между которыми размещены сферические тела из инертного материала и сборник рабочей жидкости.The difference is that the hydraulic damper-degasser contains a perforated pipe in series in the housing for supplying the working fluid, restrictive gratings, between which spherical bodies of inert material and a collection of working fluid are placed.

Отличием является также то, что стенд снабжен эластичным воздушным резервуаром, соединенным через кран с верхней частью корпуса.The difference is also that the stand is equipped with an elastic air reservoir connected through a tap to the upper part of the body.

Предложенная конструкция гидродемпфера-дегазатора герметична и предотвращает выход газов и испарения рабочей жидкости в атмосферу, в связи с чем в качестве рабочей жидкости можно использовать любую жидкость, в т.ч. и ядовитую. Герметичное выполнение данного узла позволяет испытывать протезы клапанов сердца в любом положении (горизонтальном, вертикальном, наклонном и т.д.).The proposed design of a hydraulic damper-degasser is hermetic and prevents the escape of gases and evaporation of the working fluid into the atmosphere, and therefore any fluid can be used as the working fluid, including and poisonous. The tight execution of this node allows you to test prosthetic heart valves in any position (horizontal, vertical, inclined, etc.).

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показана блок-схема стенда для исследования протезов клапанов сердца, а на фиг.2 - гидродемпфер-дегазатор.The essence of the utility model is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a block diagram of a bench for examining prosthetic heart valves, and Fig. 2 shows a hydrodamping-degasser.

Стенд для исследования протезов клапанов сердца содержит аортальную 1 и предсердную 2 испытательные камеры, которые имеют посадочные места для установки двух исследуемых клапанов. Камеры заполняют рабочей жидкостью с помощью циркуляторной системы, включающей также пневмогидропривод 3, блок демпфирования и регулирования остаточного давления 4 и гидродемпфер-дегазатор 5, соединенные между The stand for the study of prosthetic heart valves contains aortic 1 and atrial 2 test chambers, which have seats for the installation of two investigated valves. The chambers are filled with a working fluid using a circulatory system, which also includes a pneumatic hydraulic actuator 3, a damping and residual pressure control unit 4, and a hydraulic damper-degasser 5 connected between

собой с помощью гидромагистралей 6. Стенд снабжен ультразвуковыми или иными датчиками расхода 7, установленными на выходе аортальной испытательной камеры и на входе в предсердную камеру, передающими информацию на их измерительные блоки 8. Первый электромагнитный пневмоклапан 9 соединен пневмомагистралями 10 с первой группой пневмоустройств, включающей компрессор 11 и вакуумный насос 12 с датчиками давления 13. К блоку демпфирования и регулирования остаточного давления 4 подключен второй электромагнитный пневмоклапан 14, который пневмомагистралями 15 соединен со второй группой пневмоустройств, содержащей компрессор 16 и вакуумный насос 17 с датчиками давления 18. Испытательные камеры и пневмопривод также снабжены датчиками давления 19. Для наблюдения и регистрации параметров процесса функционирования камер 1 и 2 используют цифровые кинокамеры 20. Устройства обработки поступающей информации и выдачи сигналов управления представлены многоканальным аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 21, компьютером 22 и многоканальным цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП) 23, соединяющими элементы стенда между собой.by means of hydraulic lines 6. The stand is equipped with ultrasonic or other flow sensors 7 installed at the exit of the aortic test chamber and at the entrance to the atrial chamber, transmitting information to their measuring units 8. The first electromagnetic pneumatic valve 9 is connected by pneumatic lines 10 to the first group of pneumatic devices including a compressor 11 and a vacuum pump 12 with pressure sensors 13. A second electromagnetic pneumatic valve 14, which is a pneumatic valve, is connected to the damping and regulation unit for residual pressure 4 trawls 15 are connected to a second group of pneumatic devices containing a compressor 16 and a vacuum pump 17 with pressure sensors 18. The test chambers and the pneumatic actuator are also equipped with pressure sensors 19. To monitor and record the parameters of the functioning of cameras 1 and 2, digital movie cameras 20 are used. and issuing control signals are represented by a multi-channel analog-to-digital converter (ADC) 21, a computer 22 and a multi-channel digital-to-analog converter (DAC) 23, connecting e ementy stand together.

Гидродемпфер-дегазатор рабочей жидкости 5 имеет корпус 24, в верхней части которого установлен перфорированный патрубок 25, соединенный с гидромагистралью 6. Ниже патрубка между ограничительными решетками 26 размещены сферические тела 27 из инертного материала (шарики). В нижней части корпуса 24 находится сборник рабочей жидкости 28, который с помощью гидромагистрали 6 соединен с предсердной испытательной камерой 2. Гидродемпфер-дегазатор имеет эластичный воздушный резервуар 29, соединенный с верхней частью корпуса с помощью крана 30.The hydraulic damper-degasser of the working fluid 5 has a housing 24, in the upper part of which there is a perforated pipe 25 connected to the hydraulic line 6. Below the pipe, spherical bodies 27 of inert material (balls) are placed between the restriction grids 26. In the lower part of the housing 24 is a collection of working fluid 28, which is connected via the hydraulic line 6 to the atrial test chamber 2. The hydraulic damper-degasser has an elastic air reservoir 29 connected to the upper part of the housing by means of a crane 30.

Ниже приведено описание работы стенда для исследования клапанов сердца.Below is a description of the operation of the stand for the study of heart valves.

Началом испытательного цикла является подача от компьютера 22 через многоканальный ЦАП 23 импульса напряжения на электромагнитный клапан 9, который при открытом положении соединяет компрессор 11 The beginning of the test cycle is the supply of a voltage pulse to the solenoid valve 9 from the computer 22 through the multi-channel DAC 23, which, when open, connects the compressor 11

с пневмогидроприводом 3. Последний подает рабочую жидкость по гидромагистрали 6 в аортальную испытательную камеру 1. Под действием гидравлического импульса испытуемый клапан в предсердной испытательной камере 2 закрывается, а клапан в аортальной камере 1 при достижении давления, превышающего давление в блоке 4, открывается и пропускает рабочую жидкость через ультразвуковой датчик 7 расходомера в блок 4 и далее по гидромагистрали 6 в гидродемпфер-дегазатор 5.with pneumatic actuator 3. The latter supplies the working fluid via hydraulic line 6 to the aortic test chamber 1. Under the influence of a hydraulic pulse, the test valve in the atrial test chamber 2 closes, and the valve in the aortic chamber 1 opens when the pressure exceeds the pressure in block 4, and passes the working fluid liquid through an ultrasonic sensor 7 of the flow meter to block 4 and then along the hydraulic line 6 into the hydraulic damper-degasser 5.

Через отверстия в перфорированном патрубке 25 струя рабочей жидкости с газом поступает в слой сферических инертных тел (шарики) 27, где происходит дальнейшее деление тока струй жидкости, при этом падает давление жидкости и газ выходит из нее вверх. Рабочая жидкость поступает в сборник 28 и по гидромагистрали 6 подается через датчик расходомера 7 в предсердную испытательную камеру 2, а выделившиеся из жидкости газы из корпуса при открытом кране 30 отводят в эластичный воздушный резервуар 29. После окончания цикла кран 30 закрывают и производят замену резервуара 29. За счет разрежения в пневмогидроприводе 3 и разницы гидравлических давлений клапан в аортальной испытательной камере 1 продолжает оставаться закрытым, а рабочая жидкость из гидродемпфера-дегазатора 5 перетекает в предсердную камеру 2, открывает находящийся в ней испытуемый клапан и заполняет пневмогидропривод 3, чем подготавливает гидравлическую систему к последующему циклу. В течение всего цикла с помощью датчиков давления 13, 18, 19 и расходомеров обеспечивается непрерывная регистрация и хранение в компьютере 22 параметров потока рабочей жидкости и рабочих характеристик испытуемых клапанов сердца. Конструктивное исполнение гидродемпфера-дегазатора обеспечивает герметичность данного узла и дает возможность использовать в качестве рабочей жидкости разные растворы, в том числе ядовитые. За счет герметичности узлов на стенде можно проводить исследования характеристик клапанов сердца при любых их положениях.Through the holes in the perforated nozzle 25, the jet of working fluid with gas enters the layer of spherical inert bodies (balls) 27, where there is a further division of the current of the fluid jets, while the fluid pressure drops and the gas exits from it upward. The working fluid enters the collector 28 and is fed via the hydraulic line 6 through the flowmeter sensor 7 to the atrial test chamber 2, and the gases released from the liquid from the body with the open valve 30 are diverted to the elastic air tank 29. After the cycle is completed, the valve 30 is closed and the tank 29 is replaced Due to the rarefaction in the pneumatic actuator 3 and the difference in hydraulic pressures, the valve in the aortic test chamber 1 remains closed, and the working fluid from the hydraulic damper-degasser 5 flows into the atrial measure 2 is in its open test valve and fills pnevmogidroprivod 3 than the hydraulic system prepares for the subsequent cycle. Throughout the entire cycle, the pressure sensors 13, 18, 19 and flow meters provide continuous recording and storage in computer 22 of the parameters of the flow of working fluid and the performance of the tested heart valves. The design of the hydraulic damper-degasser ensures the tightness of this unit and makes it possible to use different solutions, including poisonous, as the working fluid. Due to the tightness of the nodes on the stand, it is possible to conduct studies of the characteristics of the heart valves at any of their positions.

Claims

1. A stand for the study of prosthetic heart valves, containing a circulation system connected by hydraulic lines through a pneumatic hydraulic drive unit, including an aortic test chamber with an outlet flow meter, a damping and residual pressure control unit, a hydraulic damper-degasser and an atrial test chamber with an inlet flowmeter sensor, two electromagnetic pneumatic valves, one of which is connected via pneumatic lines to the block of the pneumatic actuator, the first group of pneumatic devices, and the second a second group of pneumatic devices is connected to the damping and residual pressure control unit, each of which contains a compressor and a vacuum pump, pressure sensors, devices for processing incoming information, issuing control signals and digital movie cameras, characterized in that the hydraulic damper-degasser contains sequentially located in the housing perforated nozzle for supplying a working fluid, restrictive gratings, between which spherical bodies of inert material and a collection of working fluid are placed STI.

2. The stand according to claim 1, characterized in that it is equipped with an elastic air reservoir connected through a tap to the upper part of the housing.