КАНЮЛЯ ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ НАСОСА ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ С СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМОЙ

Предлагаемое техническое решение относится к медицине и может быть использовано в области трансплантации органов для обеспечения движения крови при подключении к различным мехатронным устройствам (например, насос искусственного желудочка сердца (ИЖС) и служит для обеспечения равномерного кровотока от сердца пациента к насосу для последующего перекачивания ее в область восходящего отдела аорты.
В медицинской практике используются трубчатые канюли различной геометрии и жесткости из разнообразных биосовместимых материалов. В области трансплантации органов применяются канюли с кольцевым поперечным сечением для обеспечения движения крови при подключении к различным мехатронным устройствам (например, насос искусственного желудочка сердца), но не используются канюли сложного профилированного поперечного сечения для исключения особенностей потока влияющих на работу таких устройств, кроме того размещение их в ограниченной области перикарда требует их компактного выполнения.
Так, известно устройство для вспомогательного кровообращения (патент РФ №2229899), содержащее соединенные друг с другом гибкую канюлю с входными отверстиями для отсоса крови, насос с выходными отверстиями для выброса крови и электропривод.
Известна также сосудистая канюля для искусственного кровообращения (патент РФ №2233632), рабочая часть которой выполнена в форме спирали таким образом, что соотношение размера диаметра спирали и размера ее шага обеспечивает отношение величины вращательной скорости текучей среды к величине ее поступательной скорости как
В указанных технических решениях не решена проблема устранения застойных зон в искривленных участках канюли, что может привести к образованию тромбов.
Известны технические решения, см. авторские свидетельства СССР №1517167, 1693755 - «Искусственный желудочек сердца», в которых решают задачу устранения застойных зон в искривленных участках канюли, но эти решения являются конструктивно очень сложными.
Известна канюля для соединения насоса вспомогательного кровообращения с сердечно-сосудистой системой (Авторское свидетельство СССР №1465055, МПК A61M 1/10), принятая за прототип. Канюля выполнена в виде изогнутой эластичной трубки с прямолинейными входным и выходным участками. Перед изогнутым участком внутри трубки установлена втулка с двухзаходной винтовой наружной поверхностью. Проходя через втулку, поток крови закручивается винтовой поверхностью, центробежные силы прижимают поток крови к стенкам трубки и препятствуют образованию застойных зон и предотвращают возможность образования тромбов на изогнутом участке канюли.
Недостатками данного технического решения является:
- сложность в изготовлении - втулка является отдельным элементом,
- низкая эффективность при устранении застойных зон, т.к. втулка устанавливается на входном участке, тогда как застойные зоны образовываются преимущественно в изогнутой части,
- конструктивное решение с сопряжением двух прямолинейных участков под тупым углом избавляет от застойных зон в некоторой степени, но в таком случае насос искусственного желудочка сердца не может компактно уместиться в перикарде, т.е. такой вариант подходит только для насосов внешней установки (размещаются вне тела) и не подходят для полностью имплантируемых насосов. Все известные модели насосов, используемые для обхода желудочков, имеют канюлю с острым углом сопряжения прямолинейных участков, что позволяет размещать их в ограниченной области перикарда.
Техническим результатом, на которое направлено предлагаемое решение, является устранение застойной зоны для предотвращения образования тромбов при кровотоке, обеспечение компактности и технологичности изготовления устройства.
Для достижения указанного результата предложена канюля для соединения насоса вспомогательного кровообращения с сердечно сосудистой системой, выполненная в виде изогнутой трубки с прямолинейным входным и выходным участками и с установленным в ней средством устранения застойных зон в потоке кровообращения, при этом средство устранения застойных зон выполнено в виде рассекателя потока обтекаемого гидродинамического профиля, установленного в изогнутом участке трубки и разделяющего ее на две несообщающиеся части.
Кроме того:
- рассекатель имеет плавно уменьшающуюся в направлении потока толщину
- толщина рассекателя потока h в зависимости от радиальной координаты г h(r) может быть постоянной или переменной.
- α - угол между прямолинейными участками канюли выбирают в диапазоне 70-75°
На фиг. 1 приведена схема устройства без рассекателя потока, где,
1, 3 - прямолинейные участки канюли
2 - изогнутый участок канюли
4 - застойная зона потока
Стрелкой показано направление потока крови.
На фиг. 2 приведена схема устройства с рассекателем потока где,
5 - рассекатель потока
Z - направление движения потока
α - угол между прямолинейными участками канюли
d - диаметр канюли
h - толщина рассекателя потока
На фиг. 3 схематично изображено сечение канюли в области рассекателя потока. Толщина рассекателя потока h в зависимости от радиальной координаты r изменяется или остается постоянной.
На фиг. 4 схематично изображена типовая схема обхода желудочка сердца, где
6 - насос искусственного желудочка сердца
7 - канюля
Предлагаемая канюля прямолинейным участком 1 соединена через переходник с тканью сердца, а прямолинейным участком 3 с насосом ИЖС, обеспечивая тем самым кровообращение.
Прямолинейные участки 1 и 3 пересекаются под углом а меньшим 90°, оптимально 70-75°, что позволяет обеспечить компактность устройства, предназначенное для установки устройства при трансплантологии.
На изогнутом участке канюли 2 установлен рассекатель потока 5 для устранения застойных зон в потоке крови 4.
Устройство можно изготавливать как единое целое используя, например, протяжку трубки из полимерного биосовместимого материала через матрикс сложного профиля.
Рассекатель 5 представляет собой перегородку обтекаемого гидродинамического профиля постоянной или переменной толщины h в направлении потока Z. В радиальном направлении толщина также может быть постоянной или меняться в зависимости от радиуса r.
Длина и форма сечения рассекателя потока, его радиус кривизны рассчитывается по результатам математического моделирования потоков (например, в компьютерной среде вычислительной гидродинамики), исходя из свойств набегающего потока (турбулентный или ламинарный, характерная скорость потока, диаметр канюли и т.п.).
Канюли с рассекателем потока постоянной толщины более технологичны (просты в изготовлении по сравнению с профилированными) и подходят для использования в малоответственных ситуациях; в случае, если необходимо точно обеспечить необходимый профиль потока (зависит от характера потока) используется профилированный рассекатель (по результатам математического моделирования подбирается необходимый закон изменения толщины).
Рассекатель делит поток на две части и изменяет градиент скоростей потока в зоне стагнации потока крови (область с нулевыми или малыми скоростями движения частиц), в которой может произойти осаждение форменных элементов крови и, в дальнейшем, формирование тромба.
Например, в искусственном желудочке сердца HeartMate 2 используется входная канюля со следующими геометрическими параметрами:
- Длина входной части - 40-50 мм
- Длина выходной части - 30-40 мм
- Внутренний диаметр канюли - 16 мм
- Угол α - 70-75 градусов
В результате математического моделирования были рассчитаны геометрические размеры рассекателя. Рассекатель в радиальном направлении имеет постоянную толщину 1 мм. Его профиль показан на фигуре 2 и его максимальная толщина 2 мм. Рассекатель расположен ближе к внутренней стенке канюли и отстоит от осевой линии на 0,5 мм.
Применение в канюле для полностью имплантируемых насосов рассекателя потока предложенной конструкции позволяет уменьшить риск образования тромба в зоне канюли и последующее его попадание в большой круг кровообращения через восходя1дий отдел аорты.