Автоматизированное устройство для нормотермической перфузии изолированной донорской печени

Полезная модель относится к области медицинской техники для перфузии печени и представляет собой устройство со средствами бесконтактной гидродинамической сенсорики, предназначенное для перфузии изолированной донорской печени для восстановления и поддержания ее жизнеспособности.
Известно устройство «Способ экстракорпоральной перфузии органов и устройство для его осуществления» [«Procedes et moyens de perfusion extracorporelle », WO 0060936 A1, (2000)] которое состоит из оксигенатора, центробежного насоса, резервуара, вентилей, теплообменника, инвазивных датчиков давления, инвазивных зондов потока жидкости для экстракорпоральной перфузии органов, которые поддерживают жизнеспособность и функции органа, такого как печень, как правило, за пределами тела.
Известно устройство «Система заполнения с постоянной температурой для изолированной печени» [«Constant-temperature filling system for isolated liver», CN 203087385 U, 2012], которое состоит из контроллера, системы охлаждения с постоянной температурой и контейнера для хранения органа, датчика температуры, центробежного насоса, фильтра.
Известно устройство «Измерительная система с постоянной температурой для объема изолированного органа» [«Constant temperature measuring system for volume of isolated organ», CN 202255520 U, 2011], которое состоит из измерительной системы нормотермической перфузии печени, контейнера, датчика уровня жидкости, измерительной емкости, охлаждающей жидкости, блока обработки данных, дисплея.
Известно устройство «Перфузионная система с постоянной температурой для печени в искусственных условиях» [«Constant-temperature perfusion system for in-vitro liver», CN 202232703, 2012], которое состоит из измерительной системы нормотермической перфузии печени, контейнера, фильтра, ультразвукового измерителя объема печени, охлаждающей платформы, насоса, термостата.
Данные устройства относятся к классу перфузионных устройств для органов, выполняющих функции восстановления и поддержания жизнеспособности органов. Основным недостатком данных устройств является отсутствие контроля и автоматического регулирования уровня концентрации углекислого газа в венозном канале. Это может привести к превышению допустимого уровня концентрации углекислого газа, что в свою очередь может привести к гибели биологического объекта - органа. Также у данных устройств отсутствуют контроль и автоматическое регулирование скорости кровотока в венозном и артериальном каналах, т.е. отсутствует оценка такого показателя как индекс резистивности артериального и венозного каналов органов. Также, у данных устройств отсутствует детектирование пузырьков воздуха. Это может привести к попаданию пузырьков воздуха в магистрали венозных и артериальных каналов печени и привести к возникновению эмболии.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является «Автоматизированное устройство для нормотермической перфузии изолированной донорской печени» [RU 172275 U1].
Устройство включает центробежные насосы с высоким КПД, которые создают перфузионный поток с малой травмой форменных элементов крови.
Насыщение крови кислородом реализуется с помощью стандартного оксигенатора. Устройство дренажа пузырей и датчик наличия пузырей не допускают блокирование каналов печени пузырями, а встроенный РН-метр при обнаружении высокого содержания углекислоты, и соответственно и высокой концентрации углекислого газа, вводит необходимый медикаментозный препарат в венозную артерию с помощью устройства ввода медицинских препаратов, содержащего один инфузионный шприцевой дозатор. Это позволяет улучшить обмен газами в оксигенаторе и приводит уровень углекислого газа в норму. Наличие неинвазивных датчиков расхода и инвазивных датчиков давления позволяет определить индекс резистивности, что является неотъемлемой частью успешной реабилитации ишемически травмируемой печени. Применяется устройство термостатирования, которое позволяет регулировать температуру перфузата и поддерживать заданный температурный режим во время всего цикла перфузии. Наличие воздушного компрессора позволяет осуществлять оксигенацию без применения кислородного баллона.
Недостатком рассмотренного прототипа является отсутствие полной автоматизации процесса перфузии донорской печени, по следующим причинам:
а) в процессе перфузии необходим ввод нескольких медицинских препаратов одновременно, что невозможно при использовании устройства ввода медицинских препаратов с единственным инфузионным шприцевым дозатором;
б) отсутствие возможности подключения запасных источников кислорода приводит к необходимости постоянного внешнего контроля работы воздушного компрессора и в случае выхода его из строя дальнейшая автоматическая перфузия печени становится невозможной.
Цель - создание автоматизированного устройства со средствами бесконтактной гидродинамической сенсорики, предназначенного для перфузии изолированной донорской печени для восстановления и поддержания ее жизнеспособности, лишенного недостатков прототипа.
Предложено автоматизированное устройство для перфузии печени, включающее центробежные насосы артериального и венозного каналов, устройство термостатирования, неинвазивные датчики наличия пузырей, инвазивные датчики расхода, устройство оксигенации, фильтр, РН-метр, устройство ввода медицинских препаратов, систему управления, пропорционально-интегрально-дифференцирующий терморегулятор, термонагреватель, инвазивные датчики давления, лейкоцитарный фильтр, устройство питания, устройство дренажа пузырей, воздушный компрессор, капнограф, термодатчик, панель оператора, резервный баллон, регулируемый воздушный дроссель, воздушный расходомер, тройник с обратными клапанами, перекидной клапан, соединительные трубки.
Задачей полезной модели является полная автоматизация процесса перфузии изолированной донорской печени для восстановления и поддержания ее жизнеспособности.
Задача полной автоматизации может быть решена за счет одновременного применения совокупности следующих технических решений:
а) применение устройства ввода медицинских препаратов, поддерживающего одновременное независимое введение различных медицинских препаратов;
б) наличие возможности подключения запасных и внешних источников кислорода позволяет продолжить автоматическую перфузию печени в случае выхода из строя воздушного компрессора;
в) наличие автоматической системы выбора источника кислорода обеспечивает беспрерывную подачу кислорода в оксигенатор.
На фиг. 1 и фиг. 2 представлено автоматизированное устройство для нормотермической перфузии изолированной донорской печени.
Устройство содержит центробежные насосы 1 артериального канала и 2 венозного канала, устройство термостатирования 3, неинвазивные датчики наличия пузырей 4 и 5, инвазивные датчики расхода 6 и 7, устройство оксигенации 8, фильтры 9 и 10, РН-метр 11, устройство ввода медицинских препаратов 12, резервный баллон 13, панель оператора 14, датчики давления 15, 16 и 17, пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД) терморегулятор (не показано), устройство питания (не показано), устройство дренажа пузырей (не показано), воздушный компрессор (не показано), капнограф (не показано), термодатчик (не показано), термонагреватель (не показано), систему управления (не показано), регулируемый воздушный дроссель (не показано), воздушный расходомер (не показано), тройник с обратными клапанами (не показано), автоматический механический перекидной клапан (не показано), соединительные трубки (не показано).
Устройство термостатирования 3 состоит из термостатированной герметичной камеры, контейнера для печени, термонагревателя, термодатчика и ПИД терморегулятора.
В устройстве действуют два канала циркуляции кровеносного потока: артериальный и венозный.
Артериальный канал включает в себя центробежный насос 1, оксигенатор 8, фильтр 10, устройство дренажа пузырей и соединительные трубки. На трубках установлены два датчика давления 15 и 17, неинвазивный датчик расхода 7 и неинвазивный датчик наличия пузырей 5. Центробежный насос 1 состоит из бесколлекторного двигателя, крыльчатки, контроллера.
Два датчика давления 15 и 17 и датчик расхода 7 позволяют системе управления рассчитать вязкость крови.
Венозный канал включает в себя центробежный насос 2, фильтр 9, РН-метр 11, устройство дренажа пузырей и соединительные трубки. На трубках установлен датчик давления 16, неинвазивный датчик расхода 6 и неинвазивный датчик наличия пузырей 4. Центробежный насос 2 состоит из бесколлекторного двигателя, крыльчатки, контроллера. В венозном канале для ввода в кровь химических реагентов предусмотрено устройство ввода медицинских препаратов 12.
Устройство ввода медицинских препаратов поддерживает возможность одновременного введения различных препаратов за счет введения дополнительных инфузионных шприцевых дозаторов, представляющее собой механизмы поступательного движения с сенсорами. Изменение объемного дозирования медицинского препарата происходит изменением скорости поступательного движения механизма инфузионного шприцевого дозатора с помощью системы управления. Наличие нескольких инфузионных шприцевых дозаторов решает проблему ручной замены шприца с одним медицинским препаратом на другой шприц с другим медицинским препаратом.
Общее электрическое питание устройства осуществляется от устройства питания, подключенного к сети 220 В. Для мобильного использования устройства в устройстве питания предусмотрена аккумуляторная батарея 24 В.
Устройство работает следующим образом.
Печень помещают в контейнер с необходимым для поддержания жизнедеятельности печени объемом перфузата. Оператор через панель оператора 14 устанавливает температуру термостатирования в системе управления. ПИД терморегулятора анализируя информацию о температуре внутри устройства термостатирования 3, полученной с помощью термодатчика, поддерживает температуру внутри устройства термостатирования, периодически включая термонагреватель. В устройстве действуют два канала циркуляции кровеносного потока: артериальный и венозный. Оператор через панель оператора устанавливает в системе управления требуемый конечный расход перфузата в артериальном канале. Контроллер, получая информацию от системы управления, управляет скоростью вращения бесколлекторного двигателя. Крыльчатка, соединенная с валом бесколлекторного двигателя, создает поток перфузата. Система управления, анализируя информацию, получаемую от инвазивных датчиков давления 15 и 17, неинвазивного датчика расхода 7, рассчитывает индекс резистивности артериального канала печени. Действуя согласно алгоритмам, система управления регулирует скорость потока перфузата в артериальном канале, основываясь на рассчитанном индексе резистивности, максимально приближаясь к установленному оператором расходу перфузата. Неинвазивный датчик наличия пузырей 5 активирует устройство дренажа пузырей в случае обнаружение пузырей в магистрали, далее устройство дренажа пузырей выводит пузыри из магистрали. Система управления автоматически определяет источник кислорода для оксигенатора. По умолчанию кислород поступает в оксигенатор от воздушного компрессора. В случае поломки компрессора система управления управляет регулируемым воздушным дросселем, в результате чего в оксигенатор поступает кислород из запасного баллона 13. Выход воздушного дросселя и выход воздушного компрессора соединены между собой тройником с обратными клапанами. В результате чего воздушный поток, создаваемый воздушным компрессором, не идет по воздушному каналу, соединенному с регулирующим воздушным дросселем. А воздушный поток, проходящий через регулирующий воздушный дроссель, не идет по воздушному каналу, соединенному с воздушным компрессором. Также возможно использовать в качестве источника кислорода внешнюю подключаемую магистраль. Штуцер внешней магистрали и магистраль, идущая от запасного баллона, подсоединены к входам автоматического механического перекидного клапана. Выход автоматического механического перекидного клапана подключен к входу воздушного дросселя. При подключении внешней магистрали автоматический механический перекидной клапан открывает канал с большим давлением. Таким образом, в оксигенатор поступает кислород от внешней магистрали. При отключении магистрали кислород вновь будет поступать из запасного баллона. Оператор имеет возможность вручную выбрать источник кислорода через панель оператора. Для регулировки расхода кислорода от внешней магистрали или запасного баллона система управления использует регулируемый воздушный дроссель, анализируя информацию, получаемую с воздушного расходомера, установленного перед входом в оксигенатор. С выхода оксигенатора выделившийся углекислый газ регистрируется капнографом. Оператор через панель оператора устанавливает в системе управления требуемый конечный расход перфузата в венозном канале. Контроллер, получая информацию от системы управления, управляет скоростью вращения бесколлекторного двигателя. Крыльчатка, соединенная с валом бесколлекторного двигателя, создает поток перфузата. Система управления, анализируя информацию, получаемую от инвазивного датчика давления 16, неинвазивного датчика расхода 6, рассчитывает индекс резистивности венозного канала печени. Действуя согласно алгоритмам, система управления регулирует скорость потока перфузата в венозном канале, основываясь на рассчитанном индексе резистивности, максимально приближаясь к установленному оператором расходу перфузата.
Неинвазивный датчик наличия пузырей 4 активирует устройство дренажа пузырей в случае обнаружение пузырей в канале, далее устройство дренажа пузырей выводит пузыри из канала.
Капнограф измеряет содержание углекислого газа в венозном канале печени.
Оператор в начале работы закладывает несколько шприцов с различными медицинскими препаратами в установочные места шприцевых дозаторов устройства ввода медицинских препаратов 12. Оператор через панель оператора вводит в систему управления информацию о медицинских препаратах в установленных шприцах, устанавливает минимальный и максимальный расход медицинского препарата, устанавливает математическо-логическую связь между расходом медицинского препарата и физико-химическими параметрами, получаемыми системой управления от сенсоров (датчиков давления и расхода, капнографа, РН-метра, датчиков температуры).
Значение сенсоров анализируется, и, согласно алгоритмам и выставленным оператором минимальных и максимальных значений, принимается решение о вводе необходимого медицинского препарата в венозный канал. При этом возможно одновременное независимое введение сразу нескольких медицинских препаратов с разной объемной скоростью дозирования.
Технический результат заключается в возможности полностью автоматического управления гидродинамическими и физико-химическими параметрами перфузионного потока и в повышении надежности устройства за счет бесперебойной подачи кислорода в оксигенатор путем автоматического переключения на резервный источник.