СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОТЕЗОВ КЛАПАНОВ СЕРДЦА

Полезная модель относится к области медицины, а именно к кардиохирургии, и может быть использована для медико-биологической оценки материалов и влияния взаимодействия составных частей клапанов сердца на их конечные характеристики.
Проблема разработки новых протезов клапанов сердца связана с комплексным решением сложных медико-биологических и технических задач, одной из которых является исследование гидродинамических характеристик протеза в режимах, адекватно имитирующих физиологические условия их функционирования.
Известен стенд для испытаний аортального и митрального клапанов сердца на пропускную способность и обратный переток, содержащий испытательные камеры для митральных и аортальных клапанов, напорную емкость, пневмогидроаккумулятор, пульт пневмопривода, пульсдупликатор, вентиль трехпозиционный, мерные емкости, напорные трубки, поплавковый и обратный клапаны, соединительные магистрали (ГОСТ 26997-86. Клапаны сердца искусственные. Общие технические условия. - М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1986. - С.24-26).
Основными недостатками известного устройства являются:
жесткая фиксация клапанов, что не дает возможности регистрировать характеристики в широком диапазоне из-за невозможности увеличивать проходной диаметр биологического клапана в фазу «систолы»;
жесткие квадратные стенки испытательных камер и ступенчатые переходы гидромагистралей значительно увеличивают сопротивление току жидкости, что требует «нефизиологических» (завышенных) давлений в гидроаккумуляторе и искажают расходные характеристики испытуемых клапанов;
отсутствие механизма, имитирующего «систолу» предсердия для митральной позиции, не позволяет получить адекватную кривую давления на протяжении цикла;
невозможность создания условий, имитирующих трикуспидальную позицию клапана сердца;
отсутствие регулируемого периферического сопротивления и т.д.
Указанные недостатки в конструкции известного стенда оказывают существенное влияние на достоверность полученных результатов оценки и исключают возможность проведения на нем некоторых видов испытаний протезов клапана сердца.
Частично данные недостатки устранены в последующих разработках конструкций стендов для исследования искусственных клапанов сердца, выполненных в России и за рубежом (патенты РФ на ПМ №32387 кл. A61F 2/24 и №34080 кл. A61F 2/24, патентов США на изобретения №5899937, 3868536, 3758237 и др.).
Известен, например, экспериментальный стенд для исследования клапанов сердца, опубликованный в журнале «Вестник хирургии имени И.И.Грекова» (Санкт-Петербург, 2004. - Том 163. - №5. - С.25-30). Известный стенд содержит пульт управления, компьютеры и монитор с системами обработки информации и выдачи управляющих сигналов, датчики давления, верхний напорный и нижний резервуары (предсердия), «желудочек» мембранного типа с втулкой для крепления испытуемых клапанов, электромагнитные клапаны, видеокамеру, видеомагнитофон, усилитель и осветительную лампу.
Существенными недостатками известного стенда для исследования клапанов сердца являются:
значительное увеличение внутренних объемов блоков за счет использования статического метода создания остаточного давления;
зависимость рабочих характеристик от положения испытуемых клапанов сердца в пространстве.
В качестве прототипа принят стенд для исследования клапанов сердца по заявке РФ на полезную модель №2007103415/20 с приоритетом от 29.01.2007.
Известный стенд содержит аортальную и предсердную испытательные камеры, блок демпфирования и регулирования остаточного давления, гидродемпфер-дегазатор и блок пневмогидропривода, соединенный гидромагистралями с указанными устройствами, и пневмомагистралями - через электромагнитный пневмоклапан с первой группой пневмоустройств, а блок демпфирования и регулирования остаточного давления соединен через второй электромагнитный пневмоклапан со второй группой пневмоустройств, каждая из которых включает компрессор и вакуумный насос с датчиками давления. Стенд включает расходомеры, пульт управления с блоками для обработки поступающей информации и выдачи сигналов управления, а также цифровые кинокамеры.
Существенными преимуществами данного стенда являются независимость рабочих характеристик испытуемых клапанов сердца от положения их в пространстве и уменьшение внутренних объемов и геометрических внешних размеров.
Недостатком известного стенда является неопределенность с конструкцией гидродемпфера-дегазатора, т.к. используемый ранее открытый резервуар не обеспечивает необходимую эффективность и возможность адекватного функционирования при частоте свыше 90 цикл/мин, а в случае заполнения системы агрессивными рабочими жидкостями представлял опасность для обслуживающего персонала и окружающей среды.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности дегазации используемых рабочих жидкостей и возможность использования в качестве их различных растворов, в т.ч. и ядовитых, за счет герметичности гидродемпфера-дегазатора.
Предложен стенд для исследования протезов клапанов сердца, содержащий соединенную гидромагистралями через блок пневмогидропривода циркуляционную систему, включающую аортальную испытательную камеру с датчиком расходомера на выходе, блок демпфирования и регулирования
остаточного давления, гидродемпфер-дегазатор и предсердную испытательную камеру с датчиком расходомера на входе, два электромагнитных пневмоклапана, одним из которых подсоединена с помощью пневмомагистралей к блоку пневмогидропривода первая группа пневмоустройств, а вторым присоединена к блоку демпфирования и регулирования остаточного давления вторая группа пневмоустройств, каждая из которых содержит компрессор и вакуум-насос, датчики давления, устройства для обработки поступающей информации, выдачи сигналов управления и цифровые кинокамеры.
Отличием является то, что гидродемпфер-дегазатор содержит последовательно расположенные в корпусе перфорированный патрубок для подвода рабочей жидкости, ограничительные решетки, между которыми размещены сферические тела из инертного материала и сборник рабочей жидкости.
Отличием является также то, что стенд снабжен эластичным воздушным резервуаром, соединенным через кран с верхней частью корпуса.
Предложенная конструкция гидродемпфера-дегазатора герметична и предотвращает выход газов и испарения рабочей жидкости в атмосферу, в связи с чем в качестве рабочей жидкости можно использовать любую жидкость, в т.ч. и ядовитую. Герметичное выполнение данного узла позволяет испытывать протезы клапанов сердца в любом положении (горизонтальном, вертикальном, наклонном и т.д.).
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показана блок-схема стенда для исследования протезов клапанов сердца, а на фиг.2 - гидродемпфер-дегазатор.
Стенд для исследования протезов клапанов сердца содержит аортальную 1 и предсердную 2 испытательные камеры, которые имеют посадочные места для установки двух исследуемых клапанов. Камеры заполняют рабочей жидкостью с помощью циркуляторной системы, включающей также пневмогидропривод 3, блок демпфирования и регулирования остаточного давления 4 и гидродемпфер-дегазатор 5, соединенные между
собой с помощью гидромагистралей 6. Стенд снабжен ультразвуковыми или иными датчиками расхода 7, установленными на выходе аортальной испытательной камеры и на входе в предсердную камеру, передающими информацию на их измерительные блоки 8. Первый электромагнитный пневмоклапан 9 соединен пневмомагистралями 10 с первой группой пневмоустройств, включающей компрессор 11 и вакуумный насос 12 с датчиками давления 13. К блоку демпфирования и регулирования остаточного давления 4 подключен второй электромагнитный пневмоклапан 14, который пневмомагистралями 15 соединен со второй группой пневмоустройств, содержащей компрессор 16 и вакуумный насос 17 с датчиками давления 18. Испытательные камеры и пневмопривод также снабжены датчиками давления 19. Для наблюдения и регистрации параметров процесса функционирования камер 1 и 2 используют цифровые кинокамеры 20. Устройства обработки поступающей информации и выдачи сигналов управления представлены многоканальным аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 21, компьютером 22 и многоканальным цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП) 23, соединяющими элементы стенда между собой.
Гидродемпфер-дегазатор рабочей жидкости 5 имеет корпус 24, в верхней части которого установлен перфорированный патрубок 25, соединенный с гидромагистралью 6. Ниже патрубка между ограничительными решетками 26 размещены сферические тела 27 из инертного материала (шарики). В нижней части корпуса 24 находится сборник рабочей жидкости 28, который с помощью гидромагистрали 6 соединен с предсердной испытательной камерой 2. Гидродемпфер-дегазатор имеет эластичный воздушный резервуар 29, соединенный с верхней частью корпуса с помощью крана 30.
Ниже приведено описание работы стенда для исследования клапанов сердца.
Началом испытательного цикла является подача от компьютера 22 через многоканальный ЦАП 23 импульса напряжения на электромагнитный клапан 9, который при открытом положении соединяет компрессор 11
с пневмогидроприводом 3. Последний подает рабочую жидкость по гидромагистрали 6 в аортальную испытательную камеру 1. Под действием гидравлического импульса испытуемый клапан в предсердной испытательной камере 2 закрывается, а клапан в аортальной камере 1 при достижении давления, превышающего давление в блоке 4, открывается и пропускает рабочую жидкость через ультразвуковой датчик 7 расходомера в блок 4 и далее по гидромагистрали 6 в гидродемпфер-дегазатор 5.
Через отверстия в перфорированном патрубке 25 струя рабочей жидкости с газом поступает в слой сферических инертных тел (шарики) 27, где происходит дальнейшее деление тока струй жидкости, при этом падает давление жидкости и газ выходит из нее вверх. Рабочая жидкость поступает в сборник 28 и по гидромагистрали 6 подается через датчик расходомера 7 в предсердную испытательную камеру 2, а выделившиеся из жидкости газы из корпуса при открытом кране 30 отводят в эластичный воздушный резервуар 29. После окончания цикла кран 30 закрывают и производят замену резервуара 29. За счет разрежения в пневмогидроприводе 3 и разницы гидравлических давлений клапан в аортальной испытательной камере 1 продолжает оставаться закрытым, а рабочая жидкость из гидродемпфера-дегазатора 5 перетекает в предсердную камеру 2, открывает находящийся в ней испытуемый клапан и заполняет пневмогидропривод 3, чем подготавливает гидравлическую систему к последующему циклу. В течение всего цикла с помощью датчиков давления 13, 18, 19 и расходомеров обеспечивается непрерывная регистрация и хранение в компьютере 22 параметров потока рабочей жидкости и рабочих характеристик испытуемых клапанов сердца. Конструктивное исполнение гидродемпфера-дегазатора обеспечивает герметичность данного узла и дает возможность использовать в качестве рабочей жидкости разные растворы, в том числе ядовитые. За счет герметичности узлов на стенде можно проводить исследования характеристик клапанов сердца при любых их положениях.