Автоматизированное устройство для нормотермической перфузии изолированной донорской печени

Полезная модель относится к области медицинской техники для трансплантологии и представляет собой автоматизированное перфузионное устройство со средствами бесконтактной гидродинамической сенсорики, предназначенное для реабилитации и поддержания жизнеспособности изолированной донорской печени.
Известно устройство «Способ экстракорпоральной перфузии органов и устройство для его осуществления» [«Procedes et moyens de perfusion extracorporelle d'organes», 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, датчика температуры, центробежного насоса, фильтра.
Известно устройство «Система измерения постоянной температуры для объема изолированного органа» [«Constant temperature measuring system for volume of isolated organ», CN 202255520U, 2011], которое состоит из измерительной системы нормотермической перфузии печени, контейнера, датчика уровня жидкости, измерительной емкости, охлаждающей жидкости, блока обработки данных, дисплея.
Данные устройства относятся к классу перфузионных устройств для перфузии отдельных органов с целью поддержания их жизнеспособности. Основным недостатком данных устройств является отсутствие контроля за скоростью потока и автоматического регулирования уровня концентрации углекислого газа в венозном канале. Данные недостатки не позволяют осуществлять динамическое регулирование скорости потока и допустимого уровня концентрации углекислого газа во время перфузии, что в свою очередь не позволяет проводить реабилитацию ишемически-поврежденного донорского органа. Также, у данных устройств отсутствует детектирование пузырьков воздуха. Это может привести к попаданию пузырьков воздуха в магистрали венозных и артериальных каналов печени и вызвать эмболию.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является «Портативное устройство для сохранения печени» [«Portable liver normal-temperature storage device» CN 105165801 A (2015)].
Портативное устройство состоит из: водяной бани, которая используется для размещения резервуара для печени; фильтров, которые решают задачу грубой очистки потоков биологической жидкости, соединенных с печенью с помощью магистралей; устройства оксигенации, которое предназначено для насыщения крови кислородом; контроллера для управления портативным устройством; аккумуляторной батареи, которая используется для подачи питания на контроллер; перистальтического насоса для формирования потока биологической жидкости; резервуара для размещения печени; кислородного баллона для подачи кислорода на оксигенатор; электрического клапана, который регулирует поток биологической жидкости на входе в печень; устройства подачи лекарственных препаратов; набора магистральных трубок, которые обеспечивают прохождение крови от исполнительных устройств в венозный и артериальный каналы печени.
Недостатками прототипа являются: отсутствие неинвазивных датчиков для измерения скорости потока перфузата на входе и выходе с венозного и артериального каналов, отсутствие неинвазивных датчиков детектирования пузырьков воздуха на входе и выходе с венозного и артериального каналов, отсутствие контроля и автоматического регулирования уровня концентрации углекислого газа в венозном канале, отсутствие лейкоцитарного фильтра, использование перистальтического насоса с более низким КПД в сравнении с центробежным насосом, отсутствие оценки индекса резистивности и, как следствие, канала обратной связи по скорости кровотока в алгоритме управления устройством, наличие жидкости для водяной бани, которая увеличивает массу и усложняет процедуру технического обслуживания портативного устройства, необходимость в постоянной замене кислородного баллона, отсутствие алгоритма поддержания заданной температуры для проведения нормотермической перфузии печени.
Задача - создание устройства со средствами бесконтактной гидродинамической сенсорики, предназначенного для перфузии печени для восстановления и поддержания ее жизнеспособности.
Данная задача решается тем, что для поддержания жизнеспособности и реабилитации донорской печени в устройстве применяются центробежные насосы с высоким КПД и 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, а соответственно и высокой концентрации углекислого газа, вводит необходимый медикаментозный препарат в венозную артерию с помощью шприцевого дозатора. 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 с воздушным нагревателем, которое позволяет регулировать температуру перфузата и поддерживать заданный температурный режим во время всего цикла перфузии и при этом отказаться от использования водяной бани. Наличие воздушного компрессора позволяет осуществлять оксигенацию без применения кислородного баллона. Введение дополнительного лейкоцитарного фильтра способствует тонкой фильтрации лейкоцитарных конгломератов и позволяет осуществлять режим реабилитацию ишемически-поврежденной донорской печени.
Предложено устройство для перфузии печени, включающее центробежные насосы артериального и венозного каналов, устройство термостатирования, неинвазивные датчики наличия пузырей, инвазивные датчики расхода, устройство оксигенации, фильтр, PH-метр, устройство ввода медицинских препаратов, систему управления, пропорционально-интегрально-дифференцирующего терморегулятор, инвазивные датчики давления, лейкоцитарный фильтр, устройство питания, устройство дренажа пузырей, воздушный компрессор, капнограф, термодатчик, воздушный нагреватель, силиконовые соединительные трубки.
На фиг. представлено автоматизированное устройство для нормотермической перфузии изолированной донорской печени.
Устройство содержит центробежные насосы артериальной магистрали 1 и венозной магистрали 2, устройство термостатирования 3, неинвазивные датчики наличия пузырей 4 и 5, инвазивный датчик расхода артериальной магистрали 6, устройство оксигенации 7, фильтр 8, РН-метр 9, устройство ввода медицинских препаратов 10, систему управления 11, пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД) терморегулятор 12, инвазивные датчики давления артериальной магистрали 13 и 14, инвазивный датчик расхода венозной магистрали 15, датчик давления венозной магистрали 16, лейкоцитарный фильтр 17, устройство питания 18, устройство дренажа пузырей (не показано), воздушный компрессор (не показан), капнограф (не показан), термодатчик (не показан), воздушный нагреватель (не показан), силиконовые соединительные трубки (не показаны).
В устройстве действуют две магистрали циркуляции перфузата. Артериальная магистраль включает в себя центробежный насос 1, оксигенатор 7, фильтр 8, устройство дренажа пузырей и силиконовые соединительные трубки. На трубках установлены два инвазивных датчика давления 13 и 16, неинвазивный датчик расхода 15 и неинвазивный датчик наличия пузырей 5. Центробежный насос 1 состоит из бесколлекторного двигателя, крыльчатки и контроллера.
Венозная магистраль включает в себя центробежный насос 2, лейкоцитарный фильтр 17, PH-метр 9, устройство дренажа пузырей и силиконовые соединительные трубки. На трубках установлен инвазивный датчик давления, неинвазивный датчик расхода и неинвазивный датчик наличия пузырей. В венозной магистрали для ввода в кровь медицинских препаратов предусмотрено устройство ввода медицинских препаратов 10. Центробежный насос 2 состоит из бесколлекторного двигателя, крыльчатки и контроллера. Устройство термостатирования 3 состоит из термостатированной герметичной камеры, пластикового контейнера для органа, воздушного нагревателя, термодатчика и ПИД терморегулятора 12.
Устройство работает следующим образом.
Печень помещают в пластиковый контейнер с необходимым для поддержания жизнедеятельности печени объемом перфузата. Контейнер с печенью помещается в устройство термостатирования 3. Через систему управления 11 выставляют температуру термостатирования. ПИД терморегулятор 12 анализируя информацию о температуре внутри устройства термостатирования 3, полученную с помощью термодатчика, обеспечивает поддержание заданной температуры внутри устройства термостатирования, периодически включая воздушный нагреватель. Контроллер центробежного насоса, получая информацию от системы управления 11, управляет скоростью вращения крыльчатки насоса, которая создает поток перфузата в силиконовых соединительных трубках. С помощью системы управления выставляется требуемый конечный расход. Система управления, анализируя информацию, получаемую от инвазивных датчиков давления 13 и 16 и неинвазивного датчика расхода 15, рассчитывает индекс резистивности артериального канала печени. Действуя согласно запрограммированным алгоритмам, система управления обеспечивает поддержание заданного расхода перфузата в артериальной и венозной магистралях. Неинвазивный датчик наличия пузырей 5 активирует устройство дренажа пузырей в случае обнаружения пузырей в магистрали. Далее устройство дренажа пузырей выводит пузыри из магистрали. Насыщение крови кислородом происходит через оксигенатор 7. Воздух поступает в оксигенатор от воздушного компрессора или от кислородного баллона. С выхода оксигенатора выделившийся углекислый газ регистрируется капнографом. Контроллер, получая информацию от системы управления, управляет скоростью вращения бесколлекторного двигателя. Крыльчатка, соединенная с валом бесколлекторного двигателя, создает поток перфузата. С помощью системы управления задается требуемый конечный расход перфузата. Система управления, анализируя информацию, получаемую от инвазивного датчика давления и неинвазивного датчика расхода, обеспечивает поддержание заданного расхода перфузата в венозной магистрали. Неинвазивный датчик наличия пузырей 4 активирует устройство дренажа пузырей в случае обнаружения пузырей в магистрали, далее устройство дренажа пузырей выводит пузыри из магистрали. PH-метр 9 измеряет кислотность крови в венозном канале печени, значение кислотности пересчитывается в значение уровня углекислого газа в венозной артерии. При превышении концентрации содержания углекислого газа в венозном канале система управления 11 вырабатывает управляющий сигнал на устройство ввода медицинских препаратов 10, и необходимый медицинский препарат вводится в венозную артерию. Общее электрическое питание устройства осуществляется от устройства питания 18, работающего от аккумуляторных батарей или от сети 220B.
Технический результат заключается в возможности автоматического управления гидродинамическими и физико-химическими параметрами перфузионного потока: расхода, давления, температуры, уровня кислотности перфузата для реализации режимов реабилитации и поддержания жизнеспособности изолированной донорской печени.