ДИНАМИЧЕСКИЙ ФАНТОМ ЛЕВОГО ЖЕЛУДОЧКА СЕРДЦА

Полезная модель относится к медицинской технике, в частности к устройству для моделирования левого желудочка сердца человека, устройство может быть использовано для оценки точности измерения объема левого желудочка сердца компьютерным томографом (КТ).
Известен наиболее близкий аналог полезной модели - динамический кардиологический фантом для использования в радиологии (М.A. Dullius, R.С. Fernandes, D.N. Souza. Development and evaluation of a dynamic cardiac phantom for use in nuclear medicine. International Scholarly and Scientific Research & Innovation. 2011. №5(8). P. 345-348), включающий: имитатор левого желудочка сердца, выполненный из эластичного материала, шприц с поршнем, привод поршня, редуктор и электродвигатель.
Недостатком данного технического решения является низкая воспроизводимость результатов измерений из-за использования ременной передачи привода поршня, которая с течением времени вследствие износа ремня и его проскальзывания приводит к погрешности.
Технический результат заключается в повышении воспроизводимости результатов измерений полезной модели в течение всего срока эксплуатации.
Динамический фантом левого желудочка сердца включает имитатор левого желудочка сердца, выполненный из эластичного материала, присоединенный к шприцу с поршнем, привод поршня в составе штока, один конец которого соединен с поршнем, а другой шарнирно связан с шатуном, противоположный конец которого шарнирно закреплен на оси, вставленной в отверстие эксцентрика дискообразной формы, центральная ось вращения которого является выходом редуктора, редуктор и электродвигатель. Шток, шатун и эксцентрик дискообразной формы с осями выполнены из металла.
На фиг. 1 представлен динамический фантом левого желудочка сердца, где 1 - имитатор левого желудочка сердца, 2 - шприц, 3 - поршень, 4 - шток, 5 - шатун, 6 - эксцентрик дискообразной формы, 7 - редуктор, 8 - электродвигатель.
Работа динамического фантома левого желудочка сердца осуществляется следующим образом. Электродвигатель, взаимодействуя с редуктором, вращает эксцентрик дискообразной формы. Вращение эксцентрика дискообразной формы заставляет шатун со штоком и соединенным с ним поршнем совершать возвратно-поступательные движения. При поступательном движении поршня жидкость из шприца впрыскивается в имитатор левого желудочка сердца, при возвратном движении поршня жидкость отсасывается из имитатора левого желудочка сердца, имитируя диастолу и систолу левого желудочка естественного сердца.
После установления заведомо известных параметров - объема имитатора и частоты возвратно-поступательных движений - устройство помещается в компьютерный томограф и включается механизм действия устройства. С помощью компьютерного томографа измеряют объем и фракцию выброса, затем полученные результаты сравнивают с заведомо установленными известными параметрами.
Технический результат достигается тем, что привод поршня состоит из штока, один конец которого соединен с поршнем, а другой шарнирно связан с шатуном, противоположный конец которого шарнирно закреплен на оси, вставленной в отверстие эксцентрика дискообразной формы, центральная ось вращения которого является выходом редуктора. Шток, шатун и эксцентрик дискообразной формы с осями выполнены из металла, не деформируются, не проскальзывают и не теряют своих свойств с течением времени.
Пример.
Использовали мультиспиральный компьютерный томограф «Brilliance iCT» 256 срезов производства фирмы «Philips». Полученные данные обрабатывали на рабочих станциях «Philips» и «Qi Imaging». Собрали полезную модель в составе: имитатора левого желудочка сердца (1), выполненного из эластичного материала - латекса, присоединенного к шприцу (2) с поршнем (3), привода поршня в составе штока (4), один конец которого соединен с поршнем (3), а другой шарнирно связан с шатуном (5), противоположный конец которого шарнирно закреплен на оси, вставленной в отверстие эксцентрика дискообразной формы (6), центральная ось вращения которого является выходом редуктора, редуктор (7) и электродвигатель (8). Шток (4), шатун (5) и эксцентрик дискообразной формы (6) с осями выполнены из материала с малым износом - нержавеющей стали 12Х18Н9.
Двигатель (8) имеет номинальное напряжение 12 В, мощность 10 Вт. Потребляемый ток на низшей скорости не более 3,5 А, на высшей - не более 5 А. Частота вращения вала редуктора (7) на низшей скорости 30-40 об/мин, на высшей скорости - 55-70 об/мин. Частота возвратно-поступательных движений поршня (3) достигает 70 движений в минуту. Частота вращения двигателя регулируется с помощью изменения напряжения на двигателе и достигает частоты возвратно-поступательных движений поршня (имитацией частоты сердечных сокращений), которую требуется задать для оценки точности измерения объема левого желудочка пациента с помощью компьютерного томографа.
Перед началом имитатор левого желудочка сердца (1) со шприцом (2) заполняли разбавленным рентгеноконтрастным веществом в заранее известных объемных соотношениях: 30 мл в имитаторе и 30 мл в шприце.
В качестве рентгеноконтрастного (далее - контрастного) вещества использовали «Визипак» с концентрацией йода 320 мг/мл. Для уменьшения артефактов от контрастного вещества он был разведен физиологическим раствором в соотношении 1:10.
Далее динамический фантом левого желудочка сердца установили на стол пациента компьютерного томографа имитатором левого желудочка сердца (1) по направлению к сканеру. Изменяя положение стола пациента, выполняли центровку имитатора левого желудочка сердца (1) относительно изоцентра гентри КТ.
Для имитации электрокардиограммы (ЭКГ) использовали интерактивный симулятор «Armstrong Medical» АА-500 с частотой навязанного ритма 60 уд/мин, который был подключен к КТ для синхронизации сканирования по ЭКГ.
Подали напряжение на электродвигатель (8). Благодаря возвратно-поступательным движениям поршня (3) имитатор левого желудочка сердца (1) увеличивался и уменьшался в объеме. При поступательном движении поршня (3) 30 мл контрастного вещества из шприца (2) поступало в имитатор левого желудочка сердца (1) (в результате объем контрастного вещества составлял 60 мл), а при возвратном движении 30 мл контрастного вещества забиралось обратно в шприц (2). Частота возвратно-поступательных движений была установлена в соответствии с частотой сердечных сокращений 60 движений в минуту. Таким образом, имитировали работу сердца с конечно-систолическим объемом 30 мл и конечно-диастолическим объемом 60 мл.
КТ-сканирование имитатора левого желудочка сердца (1) выполняли в спиральном режиме с ретроспективной синхронизацией по ЭКГ. Напряжение на рентгеновской трубке было установлено 120 кВт, сила тока - 100 мА, коллимация 128×0,625 мм, временное разрешение - 270 мс (один полный оборот гентри за 0,27 с). Реконструкцию изображений выполняли с матрицей 512×512, толщиной среза 0,9 мм и шагом среза 0,5 мм.
Для расчета количественных показателей имитатора левого желудочка сердца полученные данные обработали на специализированных рабочих станциях. Для вычисления показателей применяли объемную модель расчета.
В итоге расчетные объемы имитатора левого желудочка сердца (1) были сопоставимы с реальными объемами контрастного вещества, находящегося в имитаторе левого желудочка сердца (1), и составили 31,97 мл и 61,26 мл соответственно для систолы (минимальный объем при полном возвратном положении поршня (3)) и диастолы (максимальный объем при полном поступательном положении поршня (3)).
Динамический фантом левого желудочка сердца оставляли непрерывно работать в течение 30 мин, таким образом было выполнено 1800 возвратно-поступательных движений, после чего выполнялось контрольное измерение объемов имитатора левого желудочка сердца. Данную процедуру повторили еще 2 раза с промежутком в 1 ч. В общей сложности было выполнено 5400 возвратно-поступательных движений. Погрешность измерений объемов имитатора левого желудочка сердца (1) не превысила 2%.
Динамический фантом левого желудочка сердца сохранял воспроизводимость результатов измерений в течение всего срока.