ПРОТЕЗ КЛАПАНА СЕРДЦА
CARDIAC VALVE PROSTHESIS

Изобретение относится к медицине, в частности к сердечно-сосудистой хирургии, и предназначено для замены пораженных естественных клапанов сердца в ходе проведения кардиохирургических операций.
В настоящее время для замены функций пораженных клапанов сердца используются различные конструкции механических протезов клапанов: корпусные, бескорпусные, одно-, двух-, трехстворчатые. Самой востребованной остается корпусная конструкция с поворотными створками. Для улучшения гемодинамики и воспроизведения естественных условий течения крови через протез используется конструкция со створками, обеспечивающими при открытии клапана освобождение центральной части проходного отверстия корпуса в зоне наибольшего значения профиля скоростей. Однако в этом случае створки совершают значительное перемещение и, следовательно, повышаются энергетические затраты и работа сердца на их перемещение. С целью повышения надежности и долговечности протеза клапана сердца желательно снизить работу на перемещение створок.
Эта задача решалась в известной конструкции, раскрытой в патенте US 4123805 для клапана с запирающим элементом в виде диска. Известная конструкция включает корпус с наклонным отверстием и перемещаемый в нем на шарнирах диск. Ограничителем поворота створки служит наклонная поверхность отверстия. Однако такое выполнение не позволяет значительно снизить работу и рассчитано только на запирающий элемент в виде диска, при этом центральная зона отверстия перекрыта поворачивающимся диском.
Известен ряд конструкций (см. патент США 4274437, патент РФ 2066984), обеспечивающих основную зону проходного сечения по центру отверстия клапана. При такой компоновке очевидно, что центральная часть потока через клапан остается слабо возмущенной, а искажения, вносимые створками, минимальны. Однако эти клапаны не нашли применения в хирургической практике из-за низкой надежности и высокой вероятности выпадения створок.
Протез по патенту RU 2370245 включает кольцеобразный корпус, ограниченный верхним и нижним торцами, установленный в корпусе с возможностью поворота для образования проходного сечения и его перекрытия запирающий элемент, выполненный в виде выпукло-вогнутых створок, и ограничители хода створок. В каждой створке выполнен прямоугольный паз. Ограничители хода створок выполнены в виде крюкообразных выступов, которые имеют прямоугольное поперечное сечение для взаимодействия со сквозными пазами створок при их закрытии и открытии. Ограничители хода створок снабжены упорами для ограничения поворота створок. В верхнем торце корпуса выполнены проточки для взаимодействия со створками при открытии и закрытии. В этом протезе совмещены надежность удержания створок во время перемещения и обеспечение основной зоны прохода крови по центру отверстия клапана. Однако перемещение створок при открытии клапана является значительным и требует больших энергетических затрат.
В патенте RU 2164105 описана конструкция, содержащая кольцеобразный корпус с размещенными в нем двумя поворотными створками со средствами для удержания створок, состоящими из двух кулачков, расположенных на противоположных сторонах каждой створки, с выполненными на их боковых поверхностях пазами и диаметрально расположенными выступами на внутренней поверхности корпуса. Выступы могут быть распложены на торцах и выполнены скошенными в направлении центральной оси протеза. Однако в этой конструкции не выполнено условие освобождения центральной части проходного сечения отверстия протеза клапана. Следовательно, такой протез имеет неудовлетворительные гемодинамические характеристики.
Наиболее близким к настоящему изобретению является протез клапана сердца, раскрытый в патенте RU 2380060. Известная конструкция включает кольцеобразный корпус, две створки, установленные в нем с возможностью поворота и образования основной зоны проходного сечения по центру отверстия корпуса, и ограничители поворота створок, выполненные в виде двух пар выступов, расположенных на торцевой поверхности корпуса, обращенной к нисходящему потоку крови. Каждый выступ второй пары расположен напротив максимально удаленной от центральной оси протеза части боковой поверхности соответствующей створки. На боковых сторонах первой пары выступов выполнены направляющие поверхности, имеющие возможность взаимодействия с соответствующими упорными поверхностями боковой поверхности створок при их закрытии и открытии. На каждой створке выполнен сквозной паз, имеющий возможность взаимодействия с соответствующим выступом второй пары ограничителей поворота во время работы протеза. Конструкция обеспечивает высокую надежность клапана, основную зону проходного сечения по центру. Однако также имеет большой угол поворота створок.
Таким образом, очевидна потребность в новой конструкции протеза клапана сердца, обеспечивающей снижение работы сердца в сочетании с неискаженной гемодинамикой потока крови.
Настоящее изобретение направлено на решение задачи создания искусственного клапана сердца, устраняющего недостатки аналогов, а именно обеспечивающего высокую надежность работы и долговечность, имеющего основную зону проходного сечения по центру протеза клапана сердца и снижающего работу сердца на поворот и возвращение в исходное состояние створок клапана.
Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в повышении надежности и долговечности клапана при снижении энергетических затрат на поворот створок.
Технический результат достигается за счет того, что в протезе клапана сердца, включающем корпус с центральным отверстием и двумя входным и выходным торцами, запирающий элемент в виде, по крайней мере, двух поворотных створок, имеющих возможность освобождения проходного сечения по центру отверстия корпуса при открытии клапана, и ограничители поворота створок, выходной торец снабжен слепыми арками, число которых равно числу створок, при этом поверхности арок имеют возможность контакта с поверхностями створок в закрытом положении клапана, а выступы ограничителей поворота створок расположены между соседними арками.
Технический результат усиливается за счет того, что смежные наклоненные в направлении центральной оси корпуса поверхности арок имеют возможность контакта с поверхностью соответствующей створки в закрытом положении клапана. Внутренняя поверхность арок представляет собой коническую поверхность, а вершина конуса направлена в сторону обратного потока крови.
Внутренние поверхности арок, представляющие собой коническую поверхность с вершиной конуса, направленной в сторону прямого потока крови, имеют возможность контакта с поверхностью соответствующей створки в закрытом положении клапана.
Каждая створка имеет поверхность смыкания, имеющую возможность взаимодействия с поверхностью смыкания другой или других створок в закрытом положении клапана.
В створке выполнен сквозной паз, пересекающий обращенные к прямому и обратному потокам крови поверхности и имеющий возможность взаимодействия с выступом ограничителя поворота створки.
По меньшей мере, часть выступа ограничителя поворота створки, взаимодействующая со сквозным пазом, выполнена в виде части кольца и выпуклой стороной обращена в сторону обратного потока крови.
Выступ ограничителя поворота створки установлен в сквозном пазу с зазором.
Запирающий элемент имеет две створки, а выходной торец снабжен двумя слепыми арками.
Боковая поверхность створки выполнена цилиндрической и снабжена лыской, имеющей возможность взаимодействия с внутренней поверхностью выступа ограничителя поворота створки и наклоненными частями смежных арок.
Протез содержит защитное кольцо, расположенное со стороны выходного торца и соединенное с корпусом стойками, которые являются продолжением выступов ограничителей поворота створок.
В наружной поверхности корпуса выполнена канавка для крепления пришивной манжеты.
Запирающий элемент имеет три створки, а выходной торец снабжен тремя слепыми арками.
Боковая поверхность створки снабжена лыской, имеющей возможность взаимодействия с внутренней поверхностью выступа ограничителя поворота створки и наклоненными частями смежных арок.
По крайней мере, части поверхностей створки, обращенных к прямому и обратному потокам крови, выполнены выпукло-вогнутыми, причем выпуклая часть поверхности створки направлена в сторону обратного потока крови.
Сущность изобретения будет более понятна из описания, приведенного далее со ссылками на позиции чертежей, где
на фиг.1 и 2 изображена трехстворчатая конструкция протеза клапана сердца с закрытыми створками, соответственно вид спереди и вид сверху,
на фиг.3 и 4 изображен трехстворчатый протез клапана сердца с открытыми створками, соответственно вид спереди и вид сверху, внутренние поверхности арок - конические, вершина конуса направлена в сторону обратного потока крови,
на фиг.5 приведен частичный вид створки сбоку в разрезе,
на фиг.6 - вид одной створки трехстворчатого клапана,
на фиг.7 и 8 изображен трехстворчатый протез клапана сердца с защитным кольцом и открытыми створками, соответственно вид спереди и вид сверху,
на фиг.9 и 10 изображен альтернативный вариант выполнения трехстворчатого клапана сердца, внутренние поверхности арок - конические, вершина конуса направлена в сторону прямого потока крови.
Протез клапана сердца включает корпус 1, изготовленный из пироуглерода, имеющий внутреннюю поверхность 2, образующую центральное отверстие 3 через протез для прохождения прямого потока 4 крови. Центральное отверстие ограничено двумя входным 5 и выходным 6 торцами, расположенными соответственно со стороны прямого 4 и обратного 7 потоков крови. Запирающий элемент выполнен в виде трех поворотных створок 8, имеющих возможность освобождения проходного сечения по центру отверстия 3.
Выходной торец 6 снабжен тремя слепыми (без просвета) арками 10, число которых равно числу створок 8, смежные наклоненные к центральной оси 11 корпуса 1 поверхности 12 которых контактируют с обращенной к прямому потоку 4 поверхностью 13 соответствующей створки 8 в ее закрытом положении, ограничивая обратный поток 7 крови. Внутренние поверхности 14 арок 10 наклонены в направлении центральной оси 11 корпуса 1 или центральной оси отверстия 5 корпуса 1, если эти оси совпадают. Внутренняя поверхность 14 арок 10 представляет собой коническую поверхность, а вершина конуса направлена в сторону обратного потока крови 7. Ограничители 9 поворота створок 8 выполнены в виде трех выступов, расположенных между соседними арками 10 на выходном торце 6 корпуса 1. Каждая створка 8 имеет поверхности смыкания 15, имеющие возможность взаимодействия с поверхностями смыкания 15 других створок 8 в закрытом положении протеза, а также боковую поверхность 16, ограниченную поверхностями 13 и 17, обращенными к прямому 4 и обратному 7 потокам крови.
В каждой створке 8 выполнен сквозной паз 18, пересекающий обращенные к прямому 4 и обратному 7 потокам крови поверхности 13 и 17 створки 8 и имеющий возможность взаимодействия с выступом ограничителя поворота 9 створки 8, расположенным на выходном торце 6 корпуса 1 между смежными арками 10. Сквозной паз имеет продольные плоские 19 и поперечные закругленные 20 поверхности.
Часть каждого выступа ограничителя 9 поворота створки 8, взаимодействующая с продольными поверхностями 19 сквозного паза 18 створки 8, выполнена в виде части кольца и выпуклой стороной обращена в сторону обратного 7 потока крови и определяет траекторию движения створки 8 из положения закрытия в положение открытия и обратно. Между поверхностями 19 и 20 сквозного паза 18 створки 8 и кольцеобразной частью 21 выступа ограничителя поворота 9 выполнен зазор 22, обеспечивающий перемещение створки 8 по выступу и регулируемый обратный поток для омывания элементов протеза кровью. Боковая поверхность 16 створки 8 выполнена цилиндрической и имеет лыску 23. Лыска 23 взаимодействует с внутренней поверхностью 24 соответствующего выступа ограничителя поворота 9 и наклонными частями 12 смежных арок 10 выходного торца 6 корпуса 1, обеспечивает поворот створок 8 при открытии и закрытии протеза.
По меньшей мере, часть поверхностей 13 и 17 створок 2, обращенных к прямому 6 и обратному 9 потокам крови, выполнены выпукло-вогнутыми, причем выпуклость створок направлена в сторону обратного 9 потока крови.
Протез клапана содержит дополнительное защитное кольцо 25, расположенное со стороны выходного торца 6 и соединенное с корпусом 1 стойками 24, которые являются продолжением выступов ограничителей поворота 9 створок 8. В наружной поверхности 25 корпуса 1 выполнена канавка 26 для крепления пришивной манжеты протеза.
За счет выполнения выходного торца 6 корпуса 1 в виде арок 10 достигается уменьшение угла поворота створок 8 из положения закрытия в положение открытия и обратно при сохранении полного угла открытого положения створок 8, что снижает затраты энергии сердца на открытие и закрытие протеза клапана, а также снижает динамические утечки через протез.
Одним из возможных вариантов выполнения протеза клапана сердца является вариант с запирающим элементом в виде двух створок 8. При этом боковая поверхность створки 8 выполнена цилиндрической и снабжена лыской 23, имеющей возможность взаимодействия с внутренней поверхностью выступа ограничителя поворота 9 створки 8 и наклоненными частями смежных арок 10.
Возможно выполнение клапана с четырьмя, пятью и более створками.
Альтернативный вариант протеза клапана представлен на фиг.9 и 10. Он отличается выполнением арок 10 с внутренней конической поверхностью 14, при этом вершина конуса направлена в сторону прямого 4 потока крови. При закрытии протеза поверхности створок 8 контактируют с внутренними поверхностями 14 арок 10.
Протез клапана сердца работает следующим образом.
При возникновении избыточного давления со стороны входного торца 5 корпуса 1 створки 8 запирающего элемента, взаимодействуя поверхностями 19 и 20 сквозного паза 18 с кольцеобразной частью 21 соответствующего выступа ограничителя поворота 9, поворачиваются из положения закрытия в положение открытия до контакта обращенной к обратному потоку 7 крови поверхностью 17 и лыски 23 боковой поверхности 16 соответственно с внутренней поверхностью 24 соответствующего выступа ограничителя поворота 9 и с наклонными частями 12 смежных арок 10 выходного торца 6 корпуса 1, обеспечивая полное открытие центрального отверстия 3 для беспрепятственного прохождения прямого потока 4 крови через протез. Цельная, неразделенная структура создаваемого потока крови подобна физиологической.
Прямолинейная форма гидравлического отверстия протеза и отсутствие на корпусе каких-либо локальных углублений и впадин определяют его минимальную толщину, чем обеспечивается минимальное гемодинамическое сопротивление протеза прямому потоку крови.
За счет выполнения выходного торца 6 корпуса 1 в виде арок 10 достигается уменьшение угла поворота створок 8 из положения закрытия в положение открытия, что снижает затраты энергии сердца на открытие протеза клапана.
При возникновении избыточного давления со стороны выходного торца 6 корпуса 1 створки 8 запирающего элемента, взаимодействуя поверхностями 19 и 20 сквозного паза 18 с кольцеобразной частью 21 соответствующего выступа ограничителя поворота 9, а поверхностью лыски 23 с внутренней поверхностью 24 соответствующего выступа ограничителя поворота 9 и с наклонными частями 12 смежных арок 10 выходного торца 6 корпуса 1, поворачиваются из открытого положения закрытия в положение закрытия до контакта обращенной к прямому потоку поверхностью 13 с поверхностями 12 смежных арок 10 выходного торца 6 и взаимодействия между собой поверхностей смыкания 15, чем достигается ограничение обратного потока 7 крови через протез.
За счет уменьшение угла поворота створок из положения открытия в положение закрытия достигается снижение динамических утечек крови через протез, что является дополнительным фактором, оптимизирующим процесс ремоделирования геометрии и размеров сердца пациента.
Выполненный между поверхностями 19 и 20 сквозного паза 18 створки 8 и кольцеобразной частью 21 выступа ограничителя поворота 9 зазор 22 обеспечивает возможность перемещения створки по выступу и создание регулируемого обратного потока 7 для омывания элементов протеза кровью.
Дополнительное защитное кольцо 23, расположенное со стороны выходного торца 6 корпуса 1, предохраняет створки 8 от контакта с элементами камер сердца с сохраненными хордами створок митральных или трикуспидальных клапанов.
Заявленная конструкция искусственного клапана сердца имеет следующие преимущества.
1. Обеспечивает уменьшение угла поворота створок из положения закрытия в положение открытия и тем самым снижает затраты энергии сердца на открытие протеза клапана.
2. Обеспечивает высокую эффективность проходного сечения клапана, практически не оказывая сопротивления потоку в открытом положении створок. Структура создаваемого потока крови подобна физиологической.
3. Исключает образование застойных зон за счет омывания областей расположения ограничителей потока и упоров прямым и обратным потоком крови.
4. Значительно снижает фактор тромбообразования.
5. Исключает неустойчивость клапана при открытии благодаря выполнению внешних поверхностей створок выпукло-вогнутыми.
6. Имеет высокую надежность и долговечность, хорошую совместимость с естественными тканями.
7. Предохраняет створки от контакта с элементами камер сердца.