SE538477C2 - Anordning för undersökning av ett isolerat slående hjärta - Google Patents

Abstract

En anordning för att bilda en afterload till ett isolerat slående hjärta under undersökning av detta. Afterload-anordningen är kopplad till aorta och tillhandahåller ettmottryck medelst ett ringformat utrymme avgränsat av en stel cylinder och en elastisk slangeller rör införd i den stela cylindern. Det ringformade utrymmet innefattar ett kompressibeltmedium, såsom luft, kvävgas eller koldioxid och är kopplad till en reservoar för att åstadkommaett törutbestämt tryck motsvarande ett diastoliskt tryck. Reservoaren är kopplad till detringformade utrymmet via en förträngning och en backventil. Under diastole uppblåses detringformade utrymmet medelst reservoaren och åstadkommer ett diastoliskt mottryck för attbilda kranskärlsflöde. Under systole undantränger den utmatade vätskan från hjärtats kammaremediumet inuti det ringformade utrymmet genom íörträngningen och till reservoaren,varigenom avlägsnas energi från vätskan. Det komprimerbara mediumet bildar en komplians.Dessutom finns en preload-anordning innefattande ett vertikalt, flexibelt rör som bildar envätskepelare för förbelastning av förrnaket med ett önskat förbelastningstryck utan att införaluft i vätskan. En pump avger vätska till preload-anordningen och avlägsnar vätska frånafterload-anordningen (fig 6).

Description

Anordning for undersökning av ett isolerat slående hjärta UPPFINNINGENS OMRÅDEFöreliggande uppfinning hänför sig till en anordning för undersökning av organ, i detfallet att organet är hjärtat.

UPPFINNINGENS BAKGRUND US 7,045,279 Bl beskriver en uppställning för ett isolerat hjärta, där väsentligennormal pump-aktivitet bevaras för alla hjärtats fyra kamrar, varvid uppställningen kan användasi samband med undersökningar av elektriska ledningar, katetrar, hj ärtimplantat och andramedicinska anordningar avsedda att användas på ett slående hjärta. Uppställningen kan ocksåanvändas för att undersöka hj ärtfunktionen, i närvaro eller frånvaro av sådana medicinskaanordningar. För att möjliggöra visualisering av hjärtats strukturer och anordningar belägnainuti hjärtats kamrar, cirkuleras ett klart perfusat, såsom en modifierad Krebs buffert-lösningmed syresättning genom alla fyra kamrama hos hjärtat och kranskärlens blodkärl.Uppställningen och inspelningar med uppställningen kan användas i samband med design,utveckling och utvärdering av anordningar för användning i eller på hjärtat, likaväl somanvändning såsom ett undersöknings- och undervisnings-hjälpmedel för att hjälpa läkare ochstudenter att förstå funktionen hos hjärtat.

Såsom diskuteras mer i detalj nedan har hjärtuppställningen enligt US 7,045,279 Bl ettantal nackdelar, varav den mest besvärande är att den inte kan tillåta hjärtat att producera ennormal diastole. Om den isolerade hjärtuppställningen används som beskrivs kan inte en riktighjärtfunktion erhållas.

Således finns det ett behov av en bättre anordning för afterload, som inte belastarhjärtat med en stor volym vätska. Vidare finns det ett behov av en anordning för preload, därtillsats av luft till vätskan minimeras eller avlägsnas. Dessutom behövs ett stort antal ytterligareförbättringar.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Det är således ett ändamål med föreliggande uppfinning att åtgärda, undvika ellereliminera en eller flera av de ovan angivna bristerna eller nackdelama, enskilt eller i någonkombination.

Således, åstadkoms en föreliggande uppfinning en afterload-anordning, som imiterarafterload hos ett hjärta, såsom den produceras av sj älva kroppen. Mer speciellt åstadkoms ettönskat motstånd mot flödet och en önskad komplians tillsammans med en liten tröghets- belastning. En anordning för preload tillhandahålls där tillförsel av luft till vätskan harundvikits.

Enligt en första aspekt, tillhandahålls en anordning för att bilda en afterload till ettisolerat, slående hjärta under undersökning av detta, innefattande en första slang för förbindelsemed aortan eller pulmonalisartären hos hjärtat och en andra slang för förbindelse med vänsterförmak eller höger förmak för att passera en vätska till och från hjärtat; en cylindrisk stel kroppoch en elastisk slang kopplad till den första slangen och anordnad inuti den cylindriska stelakroppen för att bilda ett ringformat utrymme mellan nämnda cylindriska stela kropp ochnämnda elastiska slang; en reservoar för att tillhandahålla ett tryckrnedium vid ett förutbestämttryck inuti det ringformade utrymmet för att uppblåsa det ringformade utrymmet så att detnormalt huvudsakligen utfyller den cylindriska stela kroppen och huvudsakligen förhindrarflöde därigenom, och en förträngningsanordning för att förbinda reservoaren med detringformade utrymmet, kännetecknad av att en backflödes-anordning är kopplad parallellt mednämnda förträngningsanordning, varvid flödet av medium från det ringformade utrymmet tillreservoaren sker via nämnda förträngningsanordning medan flödet från reservoaren till detringformade utrymmet sker huvudsakligen via nämnda backflödes-anordning, varvid nämndamedium har väsentligt lägre täthet jämfört med vätskan i hjärtat. Därmed kan vätskatillhandahållet av hjärtat under systole via den första slangen förskjuta nämnda medium inutinänmda ringforrnade utrymme via förträngningsanordningen till reservoaren, varvid ettmotstånd bildas mot vätskeflödet under systole och kan ett flöde i retrograd riktning bildasunder diastole för att åstadkomma kranskärlsflöde. Det ringformade utrymmet och ytterligareförbundna utrymmen före förträngningsanordningen kan bilda ett utrymme som har enförutbestämd volym och bildar en komplianskammare för vätskeflödet under systole. Ettinställbart utrymme kan vara förbundet med det ringforrnade utrymme för att bilda en inställbarkomplians. Reservoaren kan vara försedd med medium vid ett tryck som motsvarar ett önskatdiastoliskt tryck, vilket tryck är inställbart genom förbindelse med en tryckkälla. Mediumet kanvara en gas, såsom luft, kvävgas, koldioxidgas eller ånga.

I en annan utföringsforrn tillhandahålls en anordning som beskrivits ovan, som vidarekan innefatta en anordning för preload kopplad före den andra slangen, och innefattande ettflexibelt och kollapserbart cylindriskt rör, som är anordnat huvudsakligen vertikalt och somfylls med vätska med en önskad flödeshastighet, varvid en vätskepelare bildas vid botten av detkollapserbara cylindriska röret och varvid röret ovanför vätskepelaren är kollapsat, varvidatrnosfärstryck alstras ovanför vätskepelaren, varigenom ett förutbestämt belastningstrycktillhandahålls för att fylla förrnaket. Vidare kan det finnas en sensor för att mäta om denkollapserbara cylindern är fylld med vätska över en förutbestämd nivå, och för att indikera ettalarrntillstånd vid sådan alltför stor fyllning. Sensorn kan vara en belastningscell, en visuellindikator-sensor eller en kapacitiv indikator-sensor.

I en ytterligare utföringsform tillhandahålls en anordning som beskrivits ovan och somvidare innefattar en avluftnings-anordning för att avlägsna eventuell luft inuti det kollapserbararöret. En pump kan vara anordnad för att utmata vätska till anordningen för preload och för attavlägsna vätska från anordningen för afterload. Vidare kan det finnas en ventil för att omkopplamellan en perfusion i retrograd riktning av aorta och en normal perfusion av aorta.

I ytterligare en utföringsform kan det finnas anordnat vingar anordnade intill ett inloppav det ringforrnade utrymmet för att hålla dess inlopp öppet. Det kan också finnas vingaranordnade intill ett utlopp för det ringformade utrymmet för att hålla dess utlopp öppet.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Ytterligare ändamål, särdrag och fördelar med uppfinningen kommer att framgå av denföljande beskrivningen av utföringsformer av uppfinningen under hänvisning till ritningama,där: Fig 1 är identisk med fig 2 i nämnda US 7,045,279 Bl och schematiskt visar dentidigare kända anordningen.

Fig 2 är en schematisk vy, delvis i perspektiv av anordningar för afterload enligt enförsta utföringsform av uppfinningen och kopplade till hjärtats kamrar.

Fig 3a, 3b, 3c och 3d är tvärsnittsvyer av anordningen för afterload enligt fig 2 i eftervarandra följande positioner under ett hjärtslag.

Fig 3 e är ett elektriskt diagram motsvarande cirkulationssystemet enligtutföringsformer av uppfinningen.

Fig 4 är en schematisk vy av en anordning för preload enligt en första utföringsform avuppfinningen.

F ig 5 är en schematisk vy över en fullständig krets av ett system med vänster-cirkulation och höger-cirkulation hos undersökningssystemet enligt en utföringsfonn avuppfinningen.

Fig 6 är en schematisk vy liknande fig 5 över en utföringsform av ett altemativtcirkulationssystem enligt uppfinningen.

Fig 7a är en schematisk vy över en anordning för preload enligt en andra utföringsformav uppfinningen.

Fig. 7b är en schematisk vy över en anordning för preload enligt en tredjeutföringsform av uppfinningen.

Fig 8a är en schematisk vy liknande fig 3a och visar en annan utföringsform avanordningen för afterload.

F ig 8b och 8c är schematiska vyer liknande f1g 3a och visar ej önskade vätske-flödes-egenskaper.

Fig 8d är en schematisk vy liknande fig 3a av ännu en annan utföringsform avanordningen för afterload. 4 Fig 9 är en tvärsnittsvy av ytterligare en annan utföringsform av anordningen förafterload.

Fig 10 är ett tryckdiagram som visar kammartryck och tryck i ett ringforrnat utrymme ianordningen för afterload.

Fig 11 är en dator-producerad ritning av anordningen för afterload motsvarandeuttöringsforrnen enligt fig 9.

Fig 12 är en perspektivvy över ett förbindelseparti innefattande vingar enligt enutföringsform av anordningen för afterload.

Fig 13 är en perspektivvy över ett parti av anordningen för preload enligt enutföringsform av anordningen för preload.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER Nedan kommer flera utföringsformer av uppfinningen att beskrivas. Dessautföringsformer beskrivs i belysande syfte för att möjliggöra för en fackman att genomförauppfinningen och för att beskriva det bästa sättet. Emellertid begränsar inte sådanautföringsformer uppfinningens omfång. Vidare visas och diskuteras vissa kombinationer avsärdrag. Emellertid är andra kombinationer av de olika särdragen möjliga inom uppfinningensram.

Fig 1 visar ett schematiskt diagram över anordningen som beskrivs i dokumentetUS7045279B1. Aortan 248 hos hjärtat 200 är kopplad till en afterload-behållare 212 via enslang 236. Afterload-behållaren 212 hålles på en höjd av omkring 95 cm ovanför hjärtat för attbilda ett diastoliskt tryck på omkring 70 mmHg. Den cirkulerande vätskan återföres tillreservoaren 246 från afterload-kammaren 212. Diametern hos slangen 236 bör vara i sammastorleksordning som aortan, till exempel omkring 25 mm. Således är volymen vätska i slangennästan 0,5 liter.

När hjärtat kontraheras vid starten av systole, sammandrager den vänstra kammarensig först i en iso-volymetrisk kammarkontraktion, varvid aortaklaffen är stängd. När trycketinuti den vänstra kammaren har ökat till det som råder på andra sidan av aortaklaffen, dvs 70mmHg, öppnar aortaklaffen och den vänstra kammaren börjar utmata vätska. Emellertid blir nuvattenpelaren på omkring 500 ml i slangen 236 överlagrad på innehållet i den vänstrakammaren, som kan vara omkring 130 ml. Således måste den vänstra kammaren accelerera helavätskepelaren i slangen 236, vilket tar en viss tid på grund av den avsevärda trögheten hosvätskepelaren. Således kommer trycket i kammaren och aorta att stiga, menutrnatningshastigheten är låg. Det blir en diskontinuitet i tryckkurvan vid öppningen avaortaklaffen. Detta kommer att förorsaka en överbelastning av den vänstra kammaren, vilketkan uttränga volymen hos den vänstra kammare och till slut orsaka blodstockning i vänsterkammare.

När den vänstra kammaren upphör att sainmandra sig, har vätskepelaren en vissflödeshastighet uppåt. På grund av vätskepelarens stora tröghet kan flödet inte vändaomedelbart utan flödet fortsätter uppåt under en tidsperiod, under vilken ett negativt tryckutvecklas i den vänstra kammaren. Under denna tid avges ytterligare vätska från den vänstrakammaren. Under denna fas är det negativa trycket i den vänstra kammaren ofysiologiskt ochkan förorsaka problem och kan fortplanta sig till förmaket, vilket är oönskat.

Efter det att hastigheten hos vätskepelaren har återvänt till noll sker en reversering avflödet varvid aortaklaffarna stänger sig. Den stora trögheten och vikten av vätskepelaren _kommer nu att inverka på aortaklaffarna, vilka utsätts för stora krafter för att stoppa detreverserade flödet, vilket kan leda till problem med aortaklaffarna.

Således framgår att vätskepelaren i slangen 236 utsätter vänstra kammaren ochaortaklaffen för krafter som inte uppträder i den normala kroppen.

Sammanfattningsvis finns det tröghetskrafter hos systemet genom vätskepelaren islangen 236. En eftergivlighet hos systemet tillhandahålls av afterload-kammaren 212, vilken ärbelägen efter vätskepelaren. Ett motstånd i systemet tillhandahålls av friktionskraftema vidflödet i slangen 236.

I den naturliga positionen för hjärtat i kroppen tillhandahålls eftergivligheten ellerkompliansen av aorta och den kompliansen befinner sig mycket närmare den vänstra kammarenjärnfört med afterload-kammaren 212. Trögheten hos vätskan som verkar på den vänstrakammaren i kroppen under utmatningen är mycket mindre än den för vätskepelaren hos slangen236. Motståndet hos kroppen bildas av arterioler och kapillärer och detta motstånd är större änfriktionskrafterna hos slangen 236.

I den tidigare kända anordningen enligt US 7,045,279 Bl och visad i fig 1 finns ingenafterload-kanirnare kopplad till den högra kammaren. I den normala kroppen utsätts den högrakammaren för ett mottryck på omkring 25 mmHg, vilket den tidigare kända anordningen intekan producera.

Den tidigare kända anordningen innefattar en preload-kammare 256 före det vänstraförrnaket och en preload-kammare 2l0 före det högra förmaket. Emellertid innehåller dessakarnmare luft, vilket innebär att det finns en risk att mikrobubblor bildas under funktionen.

Således finns det ett behov av en afterload-anordning (efterbelastningsanordning) somkan närmare efterlikna kroppens svar på vänstra och högra kammarens funktion. En komplianserfordras nära intill kammarens utlopp. Dessutom bör vätskevolymen före kompliansen vararelativt liten. Vidare bör ett visst motstånd bildas. Dessutom skall parametrarna kunna justerasså att den vänstra kammaren och aortaklaffen utsätts för ungefär likadant trycksvar som frånafterload-anordningen i den normala kroppen och så att olika belastnings-situationer kansimuleras. Vidare kan den högra kammaren och pulmonalisklaffen vara försedda med enliknande afterload-anordning.

Det finns också ett behov av en preload-anordning (förbelastningsanordning), som inteinnehåller luft och som kan närmare efterlikna kroppens funktion, både för vänster förmak ochhöger förmak.

Det är allmänt känt att för att styra en process måste styrsystemet ha snabbare svars-egenskaper än det system som skall styras. Normalt bör styrsystemet vara åtminstone tio gångersnabbare än det styrda systemet. I föreliggande sammanhang överförs detta faktum till att ettmedium, som används för att åstadkomma efterbelastning av kammaren skall ha tio gångersnabbare svarstid jämfört med vätskan i sj älva hjärtat. En sådan snabb svarstid kan inteåstadkommas av en vätskepelare, eftersom den har alltför stor tröghet. Således måsteanvändning av ett medium som har åtminstone tio gånger mindre tröghet övervägas. Ett sådantmedium är till exempel en gas, såsom luft eller kvävgas. Nedan kommer luft att användas somett exempel.

Fig 2 visar en afterload-anordning enligt en första utföringsforrn av uppfinningenkopplad till restema av aorta efter det att hjärtat har uttagits.

Hjärtat visas delvis schematiskt i tvärsnitt. Det är tradition i textböcker att visa hjärtat“inverterat”, så att vänster förmak och vänster kammare visas till höger och höger förmak ochhöger kammare visas till vänster på ritningen.

Under uttagning skärs hjärtat l av från motsvarande artärer och vener. Såldes blir detkvarlänmingar eller rester av aortan 2, lungartären 3, den övre hålvenen 4 och den nedrehålvenen 5 och lungvenema 6. För enkelhetens skull innebär hänvisning nedan till aorta 2 enhänvisning till restema av aorta efter det att hjärtat uttagits och samma gäller för de andrakärlen nämnda ovan.

I systemet enligt utföringsfonnerna av uppfinningen sker flödet av vätskan ungefärenligt följande.

Vätskan inkommer i det högra förmaket 7 via en separat utformad öppning anordnad iausiculium mellan den övre och den nedre hålvenen. På detta sättet kommer öppningen till dethögra förmaket att vara beläget i linje med och mitt emot trikuspidalis-klaffarna. Den nedrehålvenen 5 och den övre hålvenen 4 kan vara försluta med suturer. Vätskan förflyttar sig vidaretill den högra kammaren 8 via trikuspidalis-klaffarna 9 för att fylla både det högra förrnaket 7och den högra kammaren 8. Vid kontraktion av det högra förrnaket följt av kontraktion av denhögra kammaren 8, utrnatas vätska via lungartären 3, varvid pulmonaris-klaffen 10 öppnas.

På vänstra sidan av hjärtat inkommer vätska, som är syresatt, till det vänstra förrnaket11 via en separat utformad öppning anordnad i linje med och mitt emot mitralklaffen. Vätskaförflyttar sig vidare till den vänstra kammaren 12 via mitralklaffen 13 för att fylla både vänsterförmak 11 och vänster kammare 12. Vid kontraktion av vänster förmak 11 följt av kontraktionav den vänstra kammaren 12 utmatas vätska genom aortan 2 varvid aortaklaffen 14 öppnas.

Dessutom bildas ett kranskärlsflöde, se vidare nedan.

Det vänstra och högra cirkulationssystemen kan vardera innefatta en afterload-anordning för att förse hjärtat med en afterload eller efterbelastning, som nära efterliknarefterbelastningen hos en normal kropp.

I en utföringsform av afterload-anordningen 20 som visas i fig 2 innefattar afterload-anordningen 20 ett stelt, huvudsakligen cylindriskt rör 22 med en inre diameter motsvarandediametern hos en konventionell aorta eller något större. Längden för röret kan vara tillräckligtför att innehålla en utmatningsvolym för den vänstra kammaren, som kan vara till exempel 50ml. Afterload-anordningen är anordnad huvudsakligen horisontellt.

Inuti det stela röret 12 är anordnat en elastisk slang eller rör 24, som har huvudsakligensamma inre diameter som det stela röret och som är något längre än det stela röret. Denelastiska slangen 24 är vid bägge ändama 26, 28 vikt bakåt över kanten på det stela röret och tillden yttre sidan av det stela röret. Den elastiska slangens ändar 26, 28 är tätade till kanten ellerden yttre ytan hos det stela röret, så att ett slutet ringforrnat utrymme 30 bildas mellan den inreytan av det stela röret 22 och den yttre ytan av den elastiska slangen 24.

Det stela röret 22 är försett med en sidoöppning 32 kopplad till det ringformadeutrymmet 30 via ett styrrör 34. Styrröret 34 är kopplat till en stor reservoar 36 via en envägs-ventil 38 och en förträngningsventil 40 anordnade parallellt med varandra. Reservoaren ärförsedd med en tryckmätare 42 för att indikera trycket inuti reservoaren 36 och ettfórbindelserör 44 till en tryckkälla 46, som kan vara luft, kvävgas eller en annan gas ellermedium, såsom diskuteras nedan. Således förses reservoaren 36, styrröret 34 och detringforrnade utrymmet 30 med ett medium vid ett önskat tryck, till exempel motsvarande ettönskat diastoliskt tryck för hjärtat, såsom 80 mmHg. Mediumets tryck kommer att blåsa uppden elastiska slangen 24 så att den huvudsakligen fyller och stänger av det inre utrymmet hosdet stela röret 22, såsom visas i fig 2.

Backventilen 38 är anordnad i en position så att flödet av mediumet från reservoaren36 till det ringforrnade utrymmet kan ske oförhindrat. Emellertid kan flödet från detringformade utrymmet 30 till reservoaren 36 inte ske via backventilen 38 utan måste passeragenom fórträngningen 40.

Det stela röret 22 är på en sida försett med ett rör-förbindelse-stycke 50, som vid sinandra ände är förbundet med aorta-utloppet 2 från hjärtat. Det stela röret 22 är vid den andraänden försedd med ett utloppsrör 52 som mynnar i en vätskereservoar.

Afterload-anordningen 20 fungerar på följande sätt: 1) Under den första iso-volymetriska karnmarkontraktionen är aortaklaffen stängd ochutrymmet från aortaklaffen, via röret 50 upp till stängningen av det ringfonnade utrymmet 30 ärfyllt med vätska, såsom blod eller en utvärderings- eller undersökningsvätska. Vätskan i röret50 befinner sig vid ett diastoliskt tryck motsvarande det inre trycket i det ringforrnade utrymmet30, såsom 80 mmHg. 2) När trycket inuti den vänstra kammaren har ökat till strax över det diastoliskatrycket, öppnar aortaklaffen och volymen av vätska inuti den vänstra kammaren, som kan varaomkring 120 ml, kopplas till volymen av vätska inuti röret 50, vilken volym kan vara omkring15 ml, såsom visas i fig 3a. Således fungerar den vänstra kammaren mot en tröghetsbelastningmotsvarande omkring 135 ml, vilket är nära situationen i den normala kroppen.Tröghetsbelastningen bestämmer trycköknings-hastigheten i den vänstra kammaren och röret50. Tröghetsbelastningen bör inställas så att det finns huvudsakligen ingen diskontinuitet itryckkurvan för den vänstra kammaren. Denna tröghetsbelastning inställs genom att ändravolymen hos röret 50, såsom diskuteras nedan. 3) Efter öppningen av aortaklaffen, utmatas vätskevolymen i den vänstra kammarenoch volymen av vätska inuti röret 50 accelereras och förflyttas till inuti det inre av den elastiskaslangen 24, såsom visas i fig 3b. Under denna rörelse bildar volymen av medium inuti detringforrnade utrymmet 30 och inuti röret 34 en eftergivlighet eller komplians, vars storlek berorpå volymen i det ringformade utrymmet och röret 34. Denna komplians kan inställas genom attändra volymen i röret 34, såsom beskrivs vidare nedan. 4) Vätskevolymen inuti röret 50 förflyttas till inuti den elastiska slangen 24, varigenomdet ringformade utrymmet blir mindre och trycket inuti den ringformade kammaren 30 ökarallteftersom vätskan i röret 50 undantränger mediumet inuti den ringformade kammaren. Dennatryckökning kommer att adderas till den tryckökning som ursprungligen förorsakades avtrögheten hos vätskan och resulterar i det faktum att topptrycket i den vänstra kammaren ökar,såsom i den normala kroppen. Det kommer att utvecklas en tryckskillnad från röret 34 tillreservoaren 36, vilket resulterar i att mediumet strömmar från röret 34 via förträngningen 40 tillreservoaren 36. Under detta flöde av medium genom förträngningen 40 bildas ett motstånd.Motståndet är inställbart genom inställning av öppningens storlek i förträngningsventilen 40. 5) Efter det att topptrycket har erhållits, kommer flödet av vätska inuti den elastiskaslangen att decelereras och slutligen reverseras. När trycket inuti den ringforrnade kammaren 30har sjunkit till det önskade diastoliska trycket som finns inuti reservoaren 36, förhindras enfortsatt sjunkning av trycket i det ringformade utrymmet 30 genom ett flöde av medium genombackventilen 38 in till röret 34 och till det ringformade utrymmet 30. Ett sådant flöde avmedium kommer att inverka på den elastiska slangen mittemot öppningen 32 och förorsaka attden elastiska slangen dras samman mittemot öppningen 32 och förskjuter vätska till höger omöppningen vidare till höger och ut genom röret 52 och förskjuter vätska till vänster omöppningen åt vänster varigenom aortaklaffen stängs. Denna funktion visas i fig 3c. 6) Trycket i röret 50 är nu nära det önskade diastoliska trycket, vilket finns inutireservoaren 36. Ett kranskärlsflöde utvecklas, som är omkring 5 ml under diastole. Således börflödesvolymen inuti den elastiska slangen till vänster om öppningen 32 vara större än denreverserade flödesvolymen som erfordras för att stänga aortaklaffen och kranskärlsflödet underdiastole för att tillhandahålla ett tillräckligt backflöde. Denna situation visas i fig 3d. Den flödesvolym som behövs för att stänga aortaklaffen bör vara ett reverserat flöde på mindre änomkring 3 ml vätska, vilket motsvarar 6 mm rörelse till vänster i fig 3d (om diametern äromkring 25 mm). Kranskärlsflödet under diastole är omkring 5 ml, vilket motsvarar 10 mmrörelse till vänster i fig 3d. Efter diastole blir situationen åter den som visas i fig 3a.

Således bildar afterload-anordningen 20 en tröghet (induktans), en eftergivlighet ellerkomplians (kapacitans) och en resistans, som efterliknar tillståndet i en normal kropp och somär inställbara.

Eftersom alla parametrarna är inställbara kan samma afterload-anordning användas förden högra kammaren, varvid röret 50” är kopplat till lungartären istället för till aorta, såsomvisas i fig 2. I detta fallet är trycket inuti reservoaren istället inställt till exempelvis 10 mmHg,och resistansen är minskad järnfört med situationen på vänster sida.

Afterload-anordningen kan åskådliggöras som ett elektriskt schema där trögheten är eninduktans, kompliansen är en kondensator och resistansen är ett elektriskt motstånd, se fig 3e.

Volymen av vätska i den vänstra kammaren och volymen av vätska i röret 50 bildar entröghetsbelastning motsvarande en induktans med en induktans L. Induktansen kan vara indeladi tre delar, en första induktans Ll motsvarande efter-systole-volymen i den vänstra kammaren,såsom 75 ml, en andra induktans L2, motsvarande utmatningsfraktionen, såsom 50 ml och entredje induktans motsvarande volymen hos förbindelseröret 50, såsom 15 ml. Före en systole ärartärventilen anordnad mellan den andra och tredje induktansen. Efter systole är artärventilenanordnad mellan den första och den andra induktansen.

Kompliansen innefattar en volym av medium i det ringformade utrymmet och kanmotsvara en kapacitans C. Kapacitansen är också indelad i tre delar, en första kapacitans Clmotsvarande volymen av medium inuti det ringformade utrymmet 30, en andra kapacitansmotsvarande parasit-volymen hos sidoöppningen 32 och styrröret 34 och en tredje kapacitansmotsvarande en inställbar volym visad i fig 8a. De tre kapacitanserna Cl, C2 och C3 ärparallell-kopplade och är förbundna med en stor kapacitans C4 via en resistor R och en diod D.Laddningen av den stora kapacitansen C4 styrs till ett värde motsvarande ett önskat diastoliskttryck P, såsom 80 mmHg. Storleken på den första kondensatorn Cl ändras under systole. Omden maximala volymen av den ringformade kammaren, såsom visas i fig 3a, är omkring 75 ml,och utmatningsfraktionen är 50 ml, kommer volymen av den ringformade kammaren att ändrasmellan 75 ml, som visas i fig 3a och 25 ml som visas i fig 3b. Kondensatom Cl ändrar storlek imotsvarande grad. Den andra kondensatorn skall vara så liten som möjlig, såsom mindre än 5ml. Om den tredje kondensatorn är inställd till ett värde på 20 ml kommer den totala volymenav medium-kammaren att vara 100 ml före systole och 50 ml under mitt-systole. Såledeskommer trycket inuti den ringformade utrymmet och tillkopplade utrymmen att öka från 80mmHg till ett värde som bestäms av den inställda resistansen och den kraft som hjärtat kanutveckla. Sedan kommer ett visst läckage av medium att ske från den första, andra och tredjekondensatorn till den fjärde kondensatom via motståndet 40 motsvarande det elektriska motståndet R, vilket bibehåller trycket vid till exempel under 120 mmHg under den följanderörelsen av utmatningsdelen. Genom att ställa in motståndet 40, kommer en större eller mindredel av mediumet att läcka till reservoaren, vilket resulterar i ett högre eller lägre maximalttryck. Om hjärtat inte kan producera en tillräcklig kraft för att alstra det önskade trycket, tillexempel 160 mmHg, kommer den utmatade fraktionen att minska och även topp-trycket. Detmaximala trycket som kan uppnås är beroende av den kraft som hjärtat kan producera. Sevidare nedan i samband med fig 10.

Eftersom volymen av det ringformade utrymmet ändras i volym, kommer kompliansenatt bli dynamisk och är större vid starten av systole och minskar mot slutet at systole. Såledesblir kompliansen “styvare” mot slutet av systole.

Volymen hos det ringformade utrymmet 30 bör vara tillräcklig för att huvudsakligeninrymma en utmatningsvolym från hjärtat, vilken kan vara omkring 50 ml. Således bör detringforrnade utrymmet vara mellan 25 ml och 100 ml, såsom mellan 60 ml och 80 ml, tillexempel 75 ml. Det ringforrnade utrymmet bör vara mellan 50% och 200% av en nonnalutrnatningsfraktion. Vi antar att om det ringforrnade utrymmet är större än den maximalautmatningsfraktionen för hjärtat kan en bra funktion erhållas. Emellertid bör det ringforrnadeutrymmet inte vara större än dubbla maximala utmatningsfraktionen.

Tröghetsbelastningen kan inställas genom att infoga ett förbindelseparti 50 som har enstörre eller mindre volym. Emellertid har praktiska experiment visat att volymen förförbindelsepartiet 50 skall vara liten, såsom 15 ml eller mindre. Emellertid kan en volym av upptill 50 ml vara önskvärd. Detta skall jämföras med volymen hos en aorta, som normalt äromkring 100 ml. Således skall volymen av förbindelsepartiet, eller snarare volymen av vätskafrån aortaklaffen till början av det ringfonnade utrymmet såsom visas i fig 3a, vara från 10% till100% av aorta-volymen. Vi antar att om nämnda volym är mindre än aortavolymen kan en brafunktion erhållas.

I en annan utföringsform innefattar systemet en preload-anordning 60 som visas i fig 4.Preload-anordningen 60 är kopplad till den nedre hålvenen 5 för att mata vätska till det högraförmaket 7 och den högra kammaren 8. Vätskan skall matas vid ett lågt tryck på omkring 5mmHg.

Preload-anordningen innefattar en huvudsakligen vertikal cylinder 62 av ett flexibeltmen huvudsakligen icke-elastiskt material, som visas med streckade linjer i fig 4. Det flexiblamaterialet är tillräckligt flexibelt så att materialet kollapsar vid ett litet övertryck, såsom visas iden övre delen av cylindern i fig 4. Den nedre delen av cylindern är fylld med vätska, somspänner ut cylindern till dess normala diameter. Diametem hos cylindern är större än dennormala diametem hos hålvenen, vilken normalt har en diameter av omkring 30 mm. Diameterhos cylindem i sin utspända diameter kan vara omkring 50 mm eller även större. Om diametemär 50 mm kommer vätskenivån att sänkas omkring 25 mm för en volym av 50 ml vilket är ennormal fyllvolym för hjärtat under diastole. Höj den av vätskevolymen i den nedre delen av ll cylindern bestämmer fyllningstrycket, som skall vara omkring 5 mmHg, vilket motsvarar enhöjd av omkring 7 cm. Den totala höjden av cylindern skall vara väl över 7 cm, till exempel 14cm eller även 20 cm.

Den nedre delen av cylindem 62 är förbunden med en fläns 65. Flänsen 65 ärförbunden med ett förbindelserör 66, som är anordnat vid den nedre hålvenen 5.

Den övre delen av cylindem 62 innefattar ett cylindriskt hölj e 70. Ett vätskeinloppsrör71 är förbundet med sidan av det cylindriska hölj et 70 och förskj utet från en radie av detta.Inloppsröret 71 är kopplat till en pump 72, som tillhandahåller vätska från en källa (ej visad).Således passerar vätska via pumpen 72 och inloppsröret 71 till det cylindriska hölj et 70 som ärförskjutet i förhållande till radien, varigenom inloppsvätskan strömmar i en cirkulär bana ellervirvel inuti det cylindriska hölj et. Slutligen strömmar vätskan ned i det cylindriska hölj et ochned till den flexibla cylindem 62 som är förbunden därunder.

Ett avluftningsrör 73 är förbundet med mitten av det övre partiet av det cylindriskahöljet 70. Såsom visas i fig 4 kommer det flexibla materialet i cylindem att kollapsa.Avluftningsfunktionen förklaras mer i detalj nedan. Eventuell luft inuti vätskan ansamlas vidmitten av virveln och sugs bort via avluftningsröret 73. Således är vätskan noggrant avluftadinnan den passerar till den flexibla cylindern och vidare till hjärtats högra förmak. Detta är ettbetydelsefullt särdrag eftersom eventuell luft i vätskan kan förorsaka mikrobubblor och stömingav hjärtats funktion.

Det cylindriska hölj et är uppburet på en önskad höjd medelst en bäranordning 74.Bäranordningen kan vara försedd med en belastningscell 75, såsom förklaras nedan.

Vätska matas med pumpen 72 med en konstant hastighet efter vad som önskas, tillexempel 5 l/min, motsvarande 50 ml per hjärtslag vid en hj ärtpuls på 100 slag per minut. Omvätskepelaren är omkring 70 mm kommer höger förmak och kammare att fyllas med en volymav 50 ml under en diastole-fas, vilken är omkring 70% av hjärtcykeln. Således kommervätskenivån i vätskepelaren 64 att minska med omkring 15 mm under fyllningsfasen. Undersystole-fasen sker inget inflöde av vätska till det högra förrnaket (men ett litet omvänt flöde).Således kommer vätskepelaren 64 åter att öka till starthöj den på omkring 70 mm. Såledeskommer vätskepelaren att oscillera mellan 55 och 70 mm. Om pumpen inställs till en lägreflödeshastighet av till exempel 4 l/min kommer nivån i vätskepelaren 64 att minska. Dettaresulterar i att det högra förmaket fylls till en mindre grad med vätska. Samtidigt kommerhj ärtpulsen att automatiskt minska för att ställa in hjärtat på en lägre flödeshastighet. Nukommer vätskepelaren 64 att stabilisera sig vid en lägre nivå, till exempel mellan 50 mm och 60mm. Det motsatta händer om vätskehastigheten ökas till exempelvis 6 l/min.

Om hjärtat erfar ett förmaks- eller kammar-fibrillerings-tillstånd, där det högraförmaket och/eller kammaren inte sammandrar sig på ett korrekt sätt, kommer fyllningen avdet högra förrnaket och den högra kammaren att försämras. Om vätskepumpen 72 arbetar meden hög hastighet av till exempel 5 1/min kommer det övre flexibla cylinderpartiet 63 att fyllas 12 med vätska på ett fåtal sekunder och därigenom öka fylltrycket på högra förrnaket. Emellertidkommer vikten hos den flexibla cylindern att ökan när vätskepelaren 64 ökar i storlek. En sådanviktökning kan avkännas av belastningscellen 75. Belastningscellen 75 kan förorsaka att endator stoppar eller retarderar pumpen 72 och initierar en visuell och/eller ljud-alarmsignal föratt tilldra uppmärksamhet till situationen.

Preload-anordningen 60 har visats i fig 4 ansluten till det högra förrnaket. Dessutomeller alternativt kan en annan preload-anordning vara kopplad till det vänstra förrnaket.

Fig 5 visar en första utföringsform av ett komplett system 100 enligt en utföringsformav uppfinningen. Sarnrna hänvisningssiffror har använts för samma kompententer som i deföregående figurerna. Hjärtat 1 är anordnat i en behållare 102 med en bottenvägg 104, som ärperforerad. En vätska är anordnad vid behållaren 102 botten såsom anges med en vätskenivå106. En vänster-pump 108 för den vänstra cirkulationskretsen är anordnad till höger ombehållaren 102 och är kopplat till behållarens botten för att mata ut vätska från behållaren. Denvänster-pumpen matar vätskan till en oxygenator 110, där vätskan syresätts. Från oxygenatornpasserar vätskan till en omkopplingsventil 112, som under en “pumpfas” visad med heldragnalinjer matar vätska till det övre cylindriska höljet 114 hos en vänster preload-anordning 116.Den vänstra preload-anordningen 116 är uppburen av en vänster belastningscell 118. Detcylindriska hölj et är anordnat huvudsakligen vertikalt och är vid botten förbundet medpulmonarisvenen 6 via ett förbindelserör 120. Under diastole tillföres vätska till det vänstrafönnaket 11 och den vänstra kammaren 12. Under systole sammandrar sig hjärtat och utmatarvätska från den vänstra kammaren 12 genom aortaklaffen 14 och aorta 2 till ett inloppsrör 122hos en afterload-anordning 124. Utloppet 126 hos afterload-anordningen är kopplat till bottenav behållaren 102 för att göra fullständigt den vänstra cirkulationskretsen. Kopplingen mellankomponenterna är anordnade med rör av lämpliga dimensioner, normalt med en inre diameterav omkring 25 mm.

Omkopplingsventilen 112 kan inställas till den altemativa positionen som visas medstreckade liner, där vätskan passerar från ventilen 112 direkt till utloppsröret 122, som ärkopplat till aorta, för retrograd-cirkulation av vätska via aortan till kranskärlen, som äranordnade strax ovanför aortaklaffen. Denna alternativa position används under uppstartning avsystemet och när hjärtat inte pumpar på ett riktigt sätt. Ventilen kan omkopplas manuellt mellanpositionerna men kan altemativt manövreras elektroniskt så att den kan styras automatiskt avdatom i systemet.

Det högra cirkulationssystemet kan ha liknande komponenter även om oxygenatornoch omkopplingsventilen inte ingår i det högra cirkulationssystemet. En höger pump 138 forden högra cirkulationskretsen är anordnad till vänster om behållaren 102 och är kopplad tillbotten av behållaren för att dra vätska från behållaren. Den högra pumpen driver vätskan till detövre cylindriska höljet 144 hos en höger preload-anordning 146. Den högra preload-anordningenl46 är uppburen av en höger belastningscell 148. Det cylindriska hölj et 144 är 13 anordnat huvudsakligen vertikalt och är vid botten kopplad till den nedre hålvenen 5 via ettförbindelserör 150. Under diastole inmatas vätska till det högra förmaket 7 och den högrakammaren 8. Under systole sarnmandrar sig hjärtat och utmatar vätska från den högrakammaren 8 genom pulmonarisklaffen 10 och lungartären 3 till ett inloppsrör 152 hos enafterload-anordning 154. Utloppet 156 hos afterload-anordningen är kopplat till botten avbehållaren 102 för att sluta den högra cirkulationskretsen. Kopplingen mellan komponenterna äranordnat med rör av en lämplig dimension, normalt med en inre diameter av omkring 25 mm.

Den vänstra pumpen 108 och den högra pumpen 138 är inställbara oberoende avvarandra till en önskad flödeshastighet, till exempel omkring 4 till 6 l/min. Flödeshastigheternabehöver inte vara desamma eftersom de två kretsama är mer eller mindre oberoende avvarandra, varvid beroendet innebär att karnrarna hos hjärtat slår samtidigt.

Fig 6 visar en annan utföringsfonn av cirkulationssystemet. Cirkulationssystemet ärliknande utföringsformen enligt fig 5. Emellertid är utloppsröret 126 hos afterload-anordningen124 hos den vänstra cirkulationskretsen försedd med en kollapserbar anordning 128, sometablerar atmosfärstryck omedelbart efter utloppet 126 för att undvika att ett sugtryck utvecklasvid utloppet 126. Den kollapserbara anordningen 128 är huvudsakligen likadan som preload-anordningen 146 men virvelinloppet kan vara inbegripet eller utelämnat, varvid det sistnämndavisas i fig 6 och innefattar ett flexibelt rör 130 som har en definierad yttre diameter, men kankollapsa till en mindre diameter. Bottenutloppet från den kollapserbara anordningen 126 ärkopplat direkt till inloppet hos pumpen 108, varvid en sluten vänster hjärtcirkulationskretsbildas. Ett separat rör 132, som är fäst vid botten av den kollapserbara anordningen är koppladtill reservoaren 102 för att tillföra extra vätska för att kompensera för kranskärlsflödet, somlänmar den vänstra cirkulationskretsen. Vätskan som är syresatt av oxygenatom återförs inte tillbehållaren 102 utan behålls i den vänstra cirkulationskretsen. Kranskärlsflödet passerarhuvudsakligen från aortaroten omedelbart ovanför aortaklaffen till det högra förmaket.

Ett liknande arrangemang är utfört i den högra cirkulationskretsen medelst enkollapserbar anordning 134 kopplad till utloppet 156. Bottenutloppet från den kollapserbaraanordningen 134 är kopplat direkt till inloppet för pumpen 138 varvid en sluten högerhj ärtcirkulationskrets erhålls. Ett separat rör 136 fäst vid botten av den kollapserbaraanordningen 134 är kopplat till reservoaren 102 för att avlägsna vätska för kompensering avkranskärlsflödet, vilket mottages av den högra cirkulationskretsen. Blodet i den högracirkulationsflödet är inte syresatt, vilket är tydligt synligt genom de transparenta rören i dethögra cirkulationssystemet.

Således motsvarar flödena i rören 132 och 136 kranskärlsflödet. Genom att mäta flödeti dessa två rör och medelvärdesbilda flödeshastighetema kan kranskärlsflödet mätas.Kranskärlsflödet är normalt omkring 5% av det vänstra cirkulationsflödet. Emellertid motsvararockså flödet i rören 132 och 136 eventuellt läckage i respektive kretsar. 14 Fig 6 innefattar också en ventil 133, som kan inställas så att vätska passerar tillutloppet 122 för retrograd-flöde eller att vätska passerar till preload-anordningen, såsom visas ifig 6. Ventilen 133 kan också inställas så att flödet från pumpen passerar bägge vägarna underen kort tid för att avlägsna eventuell luft under uppstarten av systemet. På detta sättet kan enmjuk omkopplingen från retrograd till normalt flöde utföras. Ventilen kan vara driven.

Fig 7a visar en ytterligare utföringsform av systemet, där avluftningssystemet visat ifig 4 förklaras ytterligare. Ett avluftningsrör 162 sträcker sig hela vägen ned inuti det flexiblacylinderpartiet 63 till intill kopplingsröret 150 till det högra förmaket hos hjärtat. Botten avavluftningsröret 162 är öppen såsom anges vid 164. Dessutom är avluftningsröret 162 försettmed öppningar 166 åtminstone mitt emot virvelpartiet där vätska tillförs till anordningen.Ytterligare öppningar kan vara anordnade utmed längden av avluftningsröret 162. Se fig 7b.Avluftningsröret 162 är kopplat till en pump 168 som pumpar en blandning av luft och vätskatill reservoaren 102 via ett rör 170. En annan pump 172 pumpar en lika stor mängd vätska frånreservoaren 102 till det högra cirkulationssystemet, till exempel till förbindelseröret 150 så näradet högra förrnaket som möjligt via ett rör 174. Röret 174 kan mynna i andra positioner i dethögra cirkulationssystemet, såsom intill virvelanordningen, såsom visas i ñg 7b. De tvåpumparna är sammanbundna så att de pumpar samma mängd vätska såsom antydes av linjema176. Detta kan uppnås genom att anordna slangarna 170 och 174 i samma peristaltiska pump ilämpliga riktningar. Den första pumpen 168 avlägsnar eventuell luft inuti det flexiblacylinderpartiet 63 och dessutom viss mängd vätska. Emellertid, kommer varje volym somavlägsnas av den första pumpen 168 att ersättas av samma volym eller mängd som adderas avden andra pumpen 172. Således tillförsäkras att ingen luft inkommer i det högra fönnaket underfunktionen. I vissa utföringsformer är avluftningssystemet endast inkluderat i det vänstracirkulationssystemet.

Fig 7a visar också en annan utföringsforrn av det flexibla cylinderpartiet 63. Detflexibla cylinderpartiet 180 är omgivet av en stel cylinder 182 som är perforerad. Denperforerade cylindern 182 är omgiven av en sluten cylinder 184. Således bildas ett slutet ochvariabelt utrymme 187 mellan den slutna cylindern 184 och det flexibla partiet 180. Entryckmätare 186 är kopplad till det slutna utrymmet. Dessutom är det slutna utrymmetförbundet med atmosfären via en förträngning 188. Under normal funktion, när det ärhuvudsakligen konstant flöde i anordningen kommer trycket inuti det slutna utrymmet att varadetsamma som atmosfärstrycket. Om emellertid hjärtat slutar att fungera som det skall, tillexempel på grund av fibrillering, kommer vätska snabbt att ansamlas i den flexibla cylindernoch uppblåser den flexibla cylindern. Detta förorsakar en ökning av trycket inuti det slutnautrymmet 187, som kan utlösa ett alarm och förorsaka att pumpen minskar flödet. Om denfelaktiga funktionen hos hjärtat var temporär kommer vätskenivån att återgå till den normalanivån och funktionen kan fortsätta. Detta avkänns också av tryckmätaren, som kan ange för systemet eller en dator att normal funktion kan återupptagas. En ytterligare säkerhet uppnås eftersom den flexibla cylindern 180 inte kommer att uppblåsas alltför mycket och hjärtatkommer inte att utsättas för stora förmakstryck.

Fig 7b visar en annan utföringsforrn där utloppet från pumpen 172 passerar via enslang 163 inuti det inre av slangen 162 till botten av preload-anordningen. Ett stigrör 165 äranordnat förbundet med utloppet 150 så att trycket inuti utloppet 150 förorsakar att vätskan istigröret stiger till en nivå motsvarande trycket i utloppet 150. En skala 169 är anordnad föravläsning av trycket i exempelvis cm vattenpelare. En elektronisk sensor 171 kan vara anordnadutmed stigröret för att avkänna och indikera vattenpelarens nivå. Om trycket blir alltför stort,kommer stigröret att flöda över till reservoaren belägen därunder.

De två cirkulationssystemen startas upp i följ ande steg, med hänvisning till fig 5. I ettförsta steg omkopplas ventilen 112 till den alternativa positionen visad med streckade linjer ochett litet flöde initieras, varvid hjärtat förses med ett retrograd-flöde vid ett mycket lågt tryck.Trycket kan vara så lågt att inget verkligt flöde sker i kranskärlen. Afterload-anordningen 124har inget tryck i det ringforrnade utrymmet, vilket resulterar i att vätska strömmar i retrogradriktning in i afterload-anordningen 124 och undantränger all luft inuti afterload-anordningen.Avluftningsanordningen hos preload-anordningen 116 i den vänstra cirkulationskretsenaktiveras och avlägsnar luft inuti preload-anordningen 116 och fyller preload-anordningen 116med vätska medelst pumpama 168 och 172 som visas i fig 7. Det finns en ytterligareavluftningsslang 127 (se fig 6) intill utloppet 126 från afterload-anordningen, vilken kan varakopplad till en pump för avlägsning av luft. Samma avluftningspump kan användas i följd förden vänstra kretsen och den högra kretsen.

Samma sekvens kan utföras för det högra cirkulationssystemet, nu eller senare.

Vätskepumpen 108 ökar hastigheten så att syresatt vätska passerar i retrograd riktningtill kranskärlen. Sedan defibrilleras hjärtat varefter omkopplaren 112 förflyttas till den norrnalapositionen som visas med heldragna linjer. Därvid startar hjärtat att fungera och hastigheten förpumpen 108 ökas tills önskad eller normal funktion erhållits. Därefter kan pumpen 138 för dethögra cirkulationssystemet initieras, I en arman utföringsforrn av afterload-anordningen, kan det stela röret vara försett medett medium-utlopp intill utloppet för vätskeflödet och ett medie-inlopp intill inloppet förvätskeflödet, såsom visas i fig 8a. Det stela röret 322 är försett med en första öppning 332huvudsakligen vid mitten. Den första öppningen mynnar i ett utrymme 334, vars storlek ärinställbart. Detta utrymme motsvarar kondensatorn C3 nämnd ovan. Dessutom är det stela röret322 försett med en andra öppning 342 till höger i fig 8a, som innefattar en förträngning 340liknande förträngningen 40 beskriven i fig 2. Det stela röret 322 är vidare försett med en tredjeöppning 352, som innefattar en back-ventil 338 liknande backventilen 38 i fig 2. Backventilen338 och förträngningen 340 är anordnade mycket nära det stela röret 322, så att utrymmetmellan det stela röret och förträngningen 340 och backflödesventilen 338 är så små sommöjliga. Dessa kombinerade utrymmen motsvarar den parasitiska kondensatom C2 nämnd 16 tidigare. I denna utföringsform kan den parasitiska volymen vara så liten som 1 ml vid varjeöppning. Således kan den kombinerade kapacitansen och kompliansen eller eftergivligheten hossystemet inställas med volymen 334 i kombination med det ringformade utrymmet 330.

F örträngningen 340 och backventilen 338 är kopplade till ett stort utrymme eller reservoar 336,som är mycket större än det ringformade utrymmet, till exempel mer än 10 gånger större.Funktionen är liknande den som beskrevs ovan i samband med fig 3a till 3d. Emellertid skerutflödet av medium från det ringforrnade utrymmet till reservoaren via förträngningen nu vidden högra sidan av det ringformade utrymmet, vilket innebär att den flexibla slangen är mindrebenägen att förhindra eller inverka på en sådant flöde. Dessutom sker flödet av medium tillbakafrån reservoaren till det ringformade utrymmet vid den vänstra sidan av det ringforrnadeutrymmet, vilket resulterar i en önskad uppdelning av vätskan vid en position mitt emot denvänstra öppningen 352, vilket kommer att förbättra funktionen. Den inre ytan av det stela röret322 kan vara försedd med räfflor som förhindrar bildning av fickor med inneslutet medium.

Fig 8d visar att två afterload-anordningar kan vara anordnade i serie, varvid varjeafterload-anordning kan inställas till olika komplians och motstånd. Tre eller fler afterload-anordningar kan vara anordnade i serie.

Såsom visas i fig 8b finns det en risk att den vänstra delen av den flexibla slangenbuktar utåt till vänster under slutet av diastole, på grund av flödet i retrograd riktning av vätskanin i kranskärlen. Om detta sker finns risk att vätskan vid starten av nästa systole inte kommer attkurma öppna det ringformade utrymmet och inkomma inuti det ringformade utrymmet ochströmma till vänster i fig 8b. Detta faktum kan ses som en reflektion av en tryckvåg somkommer från kammaren och träffar en akustisk impedansändring eller gradient. Tryckvågenkommer att reflekteras tillbaka till kammaren och åstadkomma en icke önskad tryckbelastning.Sådan funktion kan ses på kammar-tryck-kurvan som en tryckstörning strax efter öppningen avaortaklaffen. En sådan störning är större vid högre flöden och tryck.

Ett liknande problem finns vid den högra sidan av det ringformade utrymmet såsomvisas i fig 8c. Emellertid verkar problemet vara mindre vid det lägre trycket på den högra sidanav hjärtat.

För att motverka en sådan icke-önskad funktion kan det stela röret 322 vara försettmed flänsar eller vingar som förhindrar den icke-önskade utbuktningen av den ringformadeslangen vid den vänstra änden och/eller den högra änden. Sådana vingar visas i utföringsformensom återges i fig 9.

Fig 9 visar en annan utformning av afterload-anordningen enligt en ytterligareutföringsforrn.

Afterload-anordningen 400 innefattar en central, huvudsakligen cylindrisk kropp 422.Kroppen är något konisk varvid den inre ytan bildar en vinkel av omkring 5 grader i relation tillsymmetri-axeln 412. Inloppsöppningen till vänster har en diameter av omkring 25 mm ochdiametem vid det största tvärsnittet är omkring 35 mm. Från den största diametem vid mitten 17 minskar tvärsnittsdiametem till omkring 30 mm vid det högra utloppet. Den totala längden äromkring 100 mm. Detta ger en total inre volym av omkring 75 ml. En elastisk slang 424 äranordnad så att ett slutet ringformat utrymme 430 bildas mellan den inre ytan och dencylindriska kroppen 422 och den elastiska slangen 424.

Tätningen bildas av ett förbindelseparti 450 till vänster och ett förbindelseparti 470 tillhöger. Den inre ytan 452 hos det vänstra förbindelsepartiet 450 är anordnat i linje med den inreytan av det cylindriska partiet och är en förlängning till vänster av den cylindriska kroppensinre yta. På liknande sätt är den inre ytan 472 hos det vänstra förbindelsepartiet 470 anordnad ilinje med den inre ytan hos det cylindriska partiet och är en förlängning till höger av dencylindriska kroppens inre yta. Förlängningen är normalt så kort som möjligt, till exempel 10 till15 mm.

Såsom visas i fig 9 är den elastiska slangen vikt över ändarna på den cylindriskakroppen och inklämda mellan kanten av det cylindriska partiet och respektive förbindelseparti.En klämma 454 förbinder det vänstra förbindelsepartiet 450 med den cylindriska kroppen 422.Klärnman kan innefatta en viss eftergivlighet så att förbindelsepartiet 450 trycks åt vänster irelation till den cylindriska kroppen. Liknande klämmor kan vara anordnade för attsarnmanbinda de andra partiema hos afterload-anordningen.

Det vänstra förbindelsepartiet 450 innefattar flera vingar 456. I den visadeutföringsforrnen finns åtta vingar anordnade periferiellt. De yttre ytorna 458 av vingarna bildaren konisk yta, som är intermittent. Den elastiska slangen är anordnad att anligga mot dennayttre koniska yta när det inte finns något mottryck from en vätska, såsom visas i fig 9. Såledesförhindrar vingarna den elastiska slangen från att utbukta till vänster, såsom visas i fig 8b.Likaledes är det högra förbindelsepartiet 470 försett med åtta vingar som bildar en yttre koniskyta för att uppbära den elastiska slangen 424 vid den högra sidan.

Det vänstra förbindelsepartiet är försett med en öppning 460 för tillförsel av vätska tilldet vänstra förbindelsepartiet under retrograd perfusion av aorta, såsom beskrivits i sambandmed fig 5 och 6. Det högra förbindelsepartiet 470 kan vara försett med en liknande öppning (ejvisad) för avlägsning av luft under uppstartningsproceduren och också under funktionen omackumulering av luft skulle ske.

Det vänstra förbindelsepartiet 450 innefattar en fläns 462 för förbindelse med ettinloppsrör 464, som är kopplat till pulmonalisartären 3 eller aorta 2. Inloppsröret har en inreyta, som är anordnad i linje med den inre ytan av förbindelsepartiet 450 så att ingendiskontinuitet bildas för vätskeflödet. Den inre ytan av inloppsröret 464 kan vara något koniskmed en vinkel av 5 grader. För hjärtan med en aorta med mindre diameter (kvinnor eller bam)är längden av inloppsröret 464 inställbar så att aorta passar i inloppsröret 464. Alternativt kanen afterload-anordning för bam användas med mindre dimensioner.

Det högra förbindelsepartiet 470 innefattar en fläns 474 for förbindelse med ettutloppsrör 476 såsom beskrivs nedan. 18 I mitten av den cylindriska kroppen 422 finns det anordnat en öppning 42 förförbindelse av det ringforrnade utrymmet 430 till reservoaren via förträngningen ochbackventilen, såsom beskrivits i samband med fig 2. Öppningen kan vara anordnad på vilkensom helst plats utmed den cylindriska kroppen 422, till exempel omkring 70% av längden frånvänster ände, såsom visas i fig 9. Alternativt kan det finnas två öppningar, såsom beskrivits isamband med fig 8a, en omkring 30% från den vänstra änden (för backflöde) och en omkring30% från den högra änden (för motståndet). Även andra öppningar kan vara anordnade förförbindelse till det inställbara utrymmet visat i fig 8a.

Tröghetsbelastningen på hjärtats kammare kan inställas genom att införa en eller fleraringar mellan det vänstra förbindelsepartiet 450 och inloppsröret 464. Sådana ringar kommer attöka massan av vätska från aortaklaffen till starten av den elastiska slangen 424, vilket definierartröghetsbelastningen (eller induktansen) hos kammaren. Ett armat sätt att ökatröghetsbelastningen på kammaren är att använda en tyngre gas såsom medium, såsomkoldioxid.

Volymen hos den ringformade kammaren 430 kan vara ungefär lika med eller större änutmatningsfraktionen för kammaren. Om det ringformade utrymmet är mindre änutmatningsfraktionen, kan det bildas en flödesbana rätt genom den cylindriska kroppen och detringforrnade utrymmet vid slutet av systole, dvs det finns ingen del av den elastiska slangensom kontaktar den andra vid mitten av den cylindriska kroppen. Sådana direkta flödesbanorbehöver inte vara skadliga om de sker endast under en kort del av hjärtcykeln.

I själva verket är den förklaring av flödet som givits under hänvisning till fig 3a till 3dnågot förenklad och idealiserad, medan flödet i realiteten är mer stokastisk.

Emellertid förväntas att afterload-anordningen kommer att fungera mer tillförlitligt omvolymen hos det ringformade utrymmet är större än utmatningsfraktionen. Eftersomutmatningsfraktionen är varierande, borde det ringformade utrymmet vara större än omkring140% av en normal utmatningsfraktion. Sådan normal utmatningsfraktion kan varautmatningsfraktionen hos ett hjärta som fungerar med 5 l/min vid ett diastoliskt tryck på 80mmHg och ett systoliskt tryck på 120 mmHg. För ett mänskligt hjärta är den normalautmatningsfraktionen ofta definierad som 50 ml. Således bör det ringforrnade utrymmet varastörre än 70 ml. För att använda samma anordning för vilket som helst mänskligt hjärta, kan detringformade utrymmet vara utformat att vara 75 ml eller åtminstone mellan 60 ml och 150 ml.

Det ringforrnade utrymmet 430 är kopplat till ett inställbart utrymme 334, såsombeskrivits i fig 8a. I samband med de parasitiska utrymmena i rören och öppningama kan dentotala volymen inuti det ringforrnade utrymmet och det inställbara utrymmet och de parasitiskautrymmena vara inställbart från omkring 75 ml och upp till omkring 200 ml, om den maximalavolymen hos det inställbara utrymmet är omkring 110 ml. Genom att inställa det inställbarautrymmet kan kompliansen (kapacitansen) hos det ringformade utrymmet vara inställbart.Således kan inverkan av kompliansen på hjärtats kammare studeras. 19 Vätskan i kammaren och i utrymmet från aortaklaffen och upp till den vänstra ändenav den elastiska slangen eller röret kommer att bilda vätsketröghetskroppen (Ll + L2 + L3),vilken samverkar med kompliansen med en tidskonstant. Funktionen hos denna tröghetskroppkan studeras stegvis genom att insätta ringar, såsom angivits ovan och därigenom stegvis ökaandelen av tröghets-vätskekroppen efter aortaklaffen (L3).

Det ringforrnade utrymmet 430 är kopplat till en stor reservoar av medium via enfórträngnings-anordning (resistans). Således kan inverkan av en sådan motstånd på hjärtat ochkammaren studeras genom att variera motståndet.

Den stora reservoaren är försedd med medium vid ett tryck, som simulerar detdiastoliska trycket. Genom att variera trycket i reservoaren, kan hjärtat utsättas för olikadiastoliska tryck.

Samma afterload-anordning kan vara anordnad vid den vänstra kammare och vid denhögra kammaren, eftersom afterload-anordningen är inställbar till de tillstånd som råder vid denhögra hj ärtkretsen.

Alla tryck kan övervakas och mätas av tryckrnätare infogade vid lämpliga positioner,såsom i kammaren, kort efter aortaklaffen och pulmonalisklaffen, i det ringformade utrymmet, iförrnaken och i preload-anordningen. Optiska fibrer kan vara anordnade för att visualiserafunktionen inuti hjärtat. Temperaturer kan mätas vid olika platser, etc. Sådana mätare ochsensorer visas inte på ritningarna eftersom sådana är välkända för fackmannen. Exempel ges idet tidigare patentet US7045279B1 nämnt ovan och visat i fig 1.

Tryckkurvor för trycken i den vänstra kammaren och trycket inuti det ringformadeutrymmet visas i fig 10. Det diastoliska trycket är inställt till 60 mmHg och ett systoliskt tryckpå 100 mmHg erhålls genom inställning av förträngningen. Flödet är 6 l/min.

Det vänstra kammartrycket visas med heldragen kurva LVP och trycket i detringforrnade utrymmet visas med kurvan AP.

Vid tidpunkt I startar en systolisk iso-volymetrisk kontraktion.

Vid tidpunkt II överstiger trycket i den vänstra kammaren det diastoliska trycket ochaortaklaffen öppnar. Trycket i det ringformade utrymmet stiger. Den ovan nämnda vätske-tröghetskroppen (Ll + L2 + LB) accelererar nu med ett värde som bestäms av skillnaden mellanLVP- och AP-kurvoma. Ett sådant accelerationstryck anges vid A i ñg 10. Kontraktionskraftenhos hjärtat ökar fortare än ökningen av trycket i den ringfonnade kammaren AP. Såledesaccelereras vätskekroppen över tiden. Efter en stund upphör hj ärtmuskeln att sammandra sigoch kammartrycket når ett maximum. Emellertid har vätskan fortfarande en rörelse till höger iden ringforrnade kammaren och trycket i den ringformade kammaren ökar ytterligare under enkort tid.

Efter tidpunkten III sjunker det vänstra kammartrycket LVP till under det ringforrnadekarnrnartrycket AP, varvid vätskekroppen börjar decelereras. Decelerations-hastigheten ärberoende på skillnaden mellan trycket i den ringformade kammaren och kammartrycket.

Vid tidpunkten IV har vätskekroppen decelererats till hastigheten noll, vilket resulterari stängning av aortaklaffen och en snabb minskning av vänstra kammarens tryck till diastole-fasen. Den ringforrnade kammaren har fortfarande ett tryck som är högre än det diastoliskatrycket, förmodligen beroende på det faktum att volymen av vätska inuti den ringformadekammaren uppdelas i två delar, en till vänster som bildar antegrad-flödet till kranskärlen och entill höger för att avge vätska till höger om afterload-anordningen. Under denna tid passerarbackventilen medium från reservoaren till den ringformade kammaren.

Inverkan av kompliansen och motståndet på vätskekroppen kan studeras genominställning av de olika parametrarna. Om kompliansen ökas kommer lutningen på kurvan AP attbli mindre, åtminstone vid starten av systole.

Om motståndet minskas kommer lutningen av kurvan AP vid slutet av period III att blimindre, vilket normalt innebär att toppen LVP kommer att bli mindre. Om emellertidmotståndet ökas kan kraften hos hjärtat vara otillräcklig för att accelerera vätskekroppen, vilketresulterar i en mindre utmatningsfraktion.

Stängningstiden från topptrycket till stängningen av aortaklaffen är beroende avtidskonstanten för vätskekroppens tröghet och komplians. Om kompliansen är liten kommertiden att bli större, vilket kan vara lämpligt vid den högra kretsen (pulmonaliskretsen). Omkompliansen är större (styvare) blir stängningstiden kortare. Det noteras att kompliansen vidstarten av systole är större än vid slutet av systole, eftersom det ringformade utrymmet plus detinställbara utrymmet minskar under systole.

Ytterligare intressanta egenskaper vid systole-funktionen kan studeras i stor detaljgenom inställning av de olika parametrarna.

Diastole-funktionen kan studeras genom att ställa in egenskaperna för preload-anordningen. Särskilt kan fyllningstrycket studeras genom att studera höj den av vattenpelaren ipreload-cylindem. Eftersom aortaklaffen är stängd, kommer afterload-anordningen inte attinverka i någon särskild grad på diastolefunktionen.

Fig 11 är en datorritning på afterload-anordningen visad i fig 9.

Fig 12 är en dator-ritning över det högra förbindelsepartiet 470 i perspektiv och visarvingarna. Dessutom visas en central plugg 478, som förhindrar flöde genom det centrala partietoch det ringformade utrymmet tills den elastiska slangen eller röret har förflyttats från denkoniska ytan av vingama.

Fig 13 är en dator-ritning av den övre delen av preload-anordningen 70 visad i fig 4. l en annan utföringsform av afterload-anordningen kan backventilen utelämnas.Backflöde av medium sker i denna utföringsform via förträngningen. I denna utföringsform kandet diastoliska trycket vara mindre väldefinierat. Emellertid kommer det diastoliska sluttrycket,dvs trycket i aortaroten precis före diastole, att minska allteftersom hj ärtutmatningen minskaroch allteftersom det systoliska trycket minskar, vilket kan vara mer liknande hjärtats funktion iden mänskliga kroppen. 21 I en utföringsforrn, kan det finnas ytterligare en förträngning i backventilensflödesparti, som begränsar backflödet. Om backflödesförträngningen ställs på ett maximumerhålls den situation som beskrivits i föregående stycke.

I en ytterligare utföringsforrn av preload-anordningen kan den slang 162 som beskrivsunder hänvisning till fig 7 ersättas av en dubbel-lumen-kateter som har ett inre hålrum föråterföring av vätska till botten av katetem (via pump 172) och ett yttre hålrum försett med fleraöppningar utmed sin längd för att avlägsna luft och vätska från omgivningen (via pump 168).Genom en sådan dubbel-lumen-kateter kan en fyllning av afterload-anordningen föreanvändningen lätt uppnås och luft avlägsnas under funktionen.

Afterload-anordningen kan oavsiktligt fyllas med vätska om hjärtat blir fibrillerat,vilket borde resultera i ett alarm eller annan funktion via lastcellen 74, som beskrivs i fig 4.Samma funktion som lastcellen kan uppnås med andra anordningar, såsom en optisk sensoreller en kapacitiv sensor, som avkänner vätskenivån inuti afterload-anordningen.

Vätskan som används vid utvärdering av hjärtat kan vara någon lämplig vätska somhar vatten som bas. En lämplig vätska är modifierad Krebb”s lösning med tillsatta ämnensåsom: albumin, ett annat onkotiskt medel, hormoner etc. Ett annat exempel på en lämpligvätska beskrivs i WO2009136838A1. Det är också möjligt att använda autologt blod, eller enblod-ersättnings-lösning.

Det medium som används för att alstra mottrycket bör ha en täthet, som är flera gångerlägre än vatten, vilket normalt innebär en gas. Dessutom är en gas kompressibel, vilket kommeratt åstadkomma den önskade kompliansen. Således bör mediumet vara en gas. Gasen kan varanormal luft eller kvävgas eller koldioxid-gas. Eftersom gasen kan läcka genom den elastiskaslangen till vätskan som passerar till hjärtat, bör eventuell gas som är skadlig för hjärtatundvikas.

Evalueringen och utvärderingen av hjärtat sker utanför kroppen, dvs ex-vivo.Emellertid kan en liknande simulering ske inuti kroppen, medan hjärtat är temporärt urkopplatfrån kroppens cirkulation.

Att utsätta det arbetande hjärtat för olika temperatur-tillstånd kan utvärderas genom attställa in temperaturen hos vätskan till hjärtat och temperaturen på den omgivande atmosfärenhos hjärtat.

Claims (15)

l. En anordning för att bilda en 'yltttfriutnl till ett m rêtwwn slående hjärta underundersökning av detta, innefattande: en första slang (50) för förbindelse med aortan (2) eller pulmonalisartären (3) hoshjärtat (1) och en andra slang (66, 120, 150) för förbindelse med vänster förmak (1 l) ellerhöger förmak (7) för att passera en vätska till och från hjärtat; en cylindri-sk stel kropp (22) och en elastisk slang (24) kopplad till den första slangenoch anordnad inuti den qlšrulirirlltzr stela kroppen för att bilda ett ringformat utrymme (30)mellan nämnda (cylindrisltu stela kropp och nämnda elastiska slang, en reservoir (36) för att tillhandahålla ett tryckmedium vid ett förutbestämt tryckinuti det ringformade utrymmet för att uppblåsa det ringformade utrymmet så att det normalthuvudsakligen utfyller den ggwl ignglgifiigsßlgjrlwstela kroppen och huvudsakligen förhindrarvlltštledärigenom, en förträngningsanordning (40) för att förbinda reservoiren med det ringformadeutrymmet, kännetecknad av att en backströmnings-anordning (3 8) är kopplad parallellt med nämndaförträngningsanordning, varvidgliâtltjr: av medium från det ringfonnade utrymmet tillreservoiren sker via nämnda förträngningsanordning medan vilötig: från reservoiren till detringformade utrymmet sker huvudsakligen via nämnda backströmnings-anordning, ttrrjviti riíimzitlr: mtwliunršinl* \í'ístrxrrligr iii-Ezra iííæfle: hiiintlíàze: :iwt mi: .kan š iriíšr: m. 2. Anordningen enligt krav l, varvid vätska tillhandahållet av hjärtat under systolevia den första slangen (50) förskjuter nämnda medium inuti nämnda ringformade utrymme(30) via förträngningsanordningen (40) till reservoiren, varvid 5:1 :mn »lurad bildas motvätsketlötlçr, under systole och ett flöde i retrograd riktning bildas under diastole för attåstadkomma kranskärlslliätic, ß a,V H šrÅfišrsïfiinsen enligt kfáv., heller 2, verriëtflätnfide fiflßfefmede Utrymme (339). eeh (_ i ytterligare förbundna utrymmen (334, 342, 352) före förträngningsanordningen (340) bildarett utrymme som har en förutbestämd volym och bildar en komplianskarnmare förvätske_l_l__¿_f>__t_._l_c_t_ under systole. gå, Anordningen enligt krav 3, varvid ett inställbart utrymme (334) är förbundet mednämnda ringformade utrymme för att bilda en inställbar komplians. > Lggçggggçn: __________________________________________ , Görttrfißaketarfi 2015- nuu - eflerbelastning _ Göran Asketorp 201542-14 11:53 (_ I z Göran As e orp 2615-1244 12:00_ Borttagen: strömning Göran A$kêï0m20§l5~12-14 12200 etfeflrnies __ .Göran Asketqrp 201542~14,_N12:00 1 Borttagen: str-amning _ Göran Asketørp 2015-12-14 11:57 . »I i lrtšeittïësflfflfefxterietevattflt.,.._ fGörafi Asketorp 2015-1244 12:18” l Pertfeeeflë erfemflinßent.) ,_ 5421 i i faieerfsesere* iiiii i , i, 51, Anordningen_ enlig något av föregående krav, varvid nämnda reservoir (36) ärförsedd med medium vid ett tryck som motsvarar ett önskat diastoliskt tryck, vilket tryck ärinställbart genom förbindelse med en tryckkälla (46). (v, Anordningen enligt något av föregående krav, varvid nämnda medium är en gas,såsom luft, kvävgas, koldioxidgas eller ånga. fïgAnordningen enligt något av föregående krav, vidare innefattande en anordning lör prclwttl kopplad före den andra slangen (66), och innefattande ett flexibelt ochkollapserbart cylindriskt rör (62), som är anordnat huvudsakligen vertikalt och som fylls medvätska med en önskad ïtliid/fshastivghet, varvid envätskepelare bildas vid botten av detkollapserbara cylindriska röret och varvid röret (63) ovanför vätskepelaren är kollapsat,varvid atmosfärstryck alstras ovanför vätskepelaren, varigenom ett förutbestämtbelastningstryck tillhandahålls för att fylla förmaket. S, Anordningen enligt krav 7, vidare innefattande en sensor (74, 75) för att mäta omden kollapserbara cylindern är fylld med vätska över en förutbestämd nivå, och för attindikera ett alarmtillstånd vid sådan alltför stor fyllning. f), Anordningennenligt krav §, varvid nämnda sensor är en belastningscell (74, 75), envisuell indikator-sensor eller en kapacitiv indikator-sensor. lll, Anordningen, enligt krav 7, S/'eller f; vidare innefattande en avluftnings-anordning (73) för att avlägsna eventuell lufi inuti det kollapserbara röret. llv. Anordningen enligt något av kraven I till lt), vidare innefattande en pump (72)för att utrnata vätska till nämndaanordning_lrvvprçlijiitvlv och *fiir attvavlägwsna vätska från nämnda 'anordning lfi~ ;si._l"nrerj_lv__g_>_¿i__tl. 12, Anordningen enligt något av föregående krav, vidare innefattande en ventil (112)för att omkoppla mellan en perfusíon i retrograd riktning av aorta och en nonnal perfusíon avaorta.

1.3, .ånordningen enligt något av föregående krav, vidare innefattande vingar (456)anordnade intill ett inlopp av det ringforrnade utrymmet för att hålla dess inlopp öppet. 14, Anordning enligt något av föregående krav, vidare innefattande vingar anordnadeintill ett utlopp för det ringformade utrymmet för att hålla dess utlopp öppet. i 5 .earn Göran 'Asaefmtšlznis-i 2414 12:e? Borttagen: 6 j :âäran Asxezorp gqtanzfm 12:e? ___' Borttagen: 7 ,,; Goran Aslratorp 2015f¶2-14”l'2:(:7' BQÉÉÉÉEÉÉEÅ si., _,fiöfan,=.sksføfpÄ Borttagen: för-belastnings- ~ Göran Askøtorp 2Qâ5+12~t4"12;(33 i Borttagen: w' .fiçaiöranjßtskexøm zota-tz-u: 121m Borttagen: 9 I Göran Asltetorpíotš-tz-tß, 12:98 ° .i (göran Askzo- i =- GöranirAäkütürp 201 5-1 2-1442108 'seven asxmarp 2015-11244 :zïos __aësmssrf 4 , Q Borttagen: 5