ПРОТЕЗ КЛАПАНА СЕРДЦА
HEART VALVE PROSTHESIS

Область техники
Настоящее изобретение относится к области медицины, в частности к сердечно-сосудистой хирургии, и предназначено для замены пораженных естественных клапанов сердца в ходе проведения кардиохирургических операций.
Уровень техники
Конструкция корпусного протеза клапана сердца включает корпус кольцеобразной формы. Как правило, две или три створки устанавливаются в корпусе с возможностью повтора между открытым положением для пропускания прямого (восходящего) потока крови и закрытым положением для перекрытия канала и ограничения обратного (нисходящего) потока крови. Кроме того, протез клапана сердца содержит соединительный механизм для соединения корпуса клапана с окружающими тканями сердца в виде манжеты, которая пришивается к тканям сердца и охватывает боковую поверхность корпуса протеза клапана. Важной проблемой является проблема высокого гемодинамического сопротивления, вносимого установленным в сердце протезом клапана сердца, и связанная с ней проблема потери энергии на клапане при его работе. Сопротивление определяется толщиной корпуса и створок, а также поверхностью ограничителей хода и поворота створок, частично перекрывающих проходное сечение клапана.
Из уровня техники известны конструкции клапанов сердца, в которых ограничители хода створок имеют минимальную площадь (см., например, опубликованную заявку США №2007193632). Однако в раскрытом здесь протезе створки вращаются на оси, закрепленной в корпусе и пересекающей проходное сечение по центру, поэтому сопротивление потоку крови создают сами створки из-за перекрытия центра проходного сечения в открытом положении клапана.
Известны конструкции протезов клапанов сердца (см. патент США 4274437, патент РФ 2066984) с обеспечением основной зоны проходного сечения по центру. При такой компоновке очевидно, что центральная часть потока через клапан остается слабо возмущенной, а искажения, вносимые створками, минимальны. Однако эти клапаны в хирургической практике не применяются из-за низкой надежности и высокой вероятности выпадения створок.
Таким образом, очевидна потребность в новой конструкции протеза клапана сердца, надежность которого сочеталась бы с неискаженной гемодинамикой потока крови и улучшенным смыванием элементов протеза клапана струями прямого и обратного потоков крови.
Наиболее близким аналогом для настоящего изобретения является искусственный клапан сердца, раскрытый в международной публикации WO 2007/075121 от 25 июля 2007, содержащий кольцеобразный корпус и, по меньшей мере, две створки, установленные в корпусе с возможностью образования зоны проходного сечения клапана по центру. Клапан имеет ограничители поворота створок в виде двух пар выступов, размещенных на его торцевой поверхности, обращенной к нисходящему потоку крови. Ограничители снабжены упорами. Однако этот протез клапана сердца также вносит весомые искажения в поток крови и, имея сложную конструкцию, плохо омывается потоком крови, что ведет к образованию застойных зон и возникновению связанных с этим осложнений. Корпус имеет существенную толщину, создавая сопротивление потоку и вызывая потери энергии.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение направлено на решение задачи создания искусственного клапана сердца, устраняющего недостатки известных аналогов, имеющего простую конструкцию, обеспечивающую улучшенное смывание элементов протеза струями прямого и обратного потоков крови, и имеющего низкие потери энергии при работе.
Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в снижении потерь энергии за счет уменьшения толщины корпуса и в улучшении смывания элементов протеза за счет упрощения конструкции ограничителей поворота створок.
Технический результат достигается за счет того, что в протезе клапана сердца, включающем кольцеобразный корпус, по меньшей мере, две створки, установленные в корпусе с возможностью поворота и образования основной зоны проходного сечения по центру отверстия корпуса, и ограничители хода створок, выполненные в виде выступов, расположенных на торцевой поверхности корпуса, обращенной к обратному потоку крови, на части боковой поверхности выполнена сквозная выемка, по меньшей мере, часть боковой поверхности которой выполнена выпуклой, а на каждой боковой стороне выступа ограничителей хода имеется вогнутая поверхность, обращенная к прямому потоку крови, выполненная с возможностью взаимодействия с выпуклыми частями выемки соответствующей створки при ее повороте из закрытого положения в открытое и обратно.
Технический результат усиливается за счет того, что, по меньшей мере, часть поверхности обоих выступов ограничителей хода, обращенная к прямому потоку крови, представляет собой часть цилиндрической поверхности, ось которой совпадает с осью поворота створок.
Кроме того, противоположные боковые поверхности сквозной выемки имеют выпуклые части, выполненные с возможностью взаимодействия с углублениями, выполненными на противоположных боковых поверхностях выступов ограничителей хода.
Торцевая поверхность корпуса, обращенная к обратному потоку крови, включает наклонные части, выполненные под углом к оси отверстия корпуса, расположенные по обеим сторонам каждого выступа ограничителей хода и имеющие возможность взаимодействия с поверхностями створок, обращенных к прямому потоку крови в их открытом положении.
Углубления выполнены в виде части вогнутой сферической поверхности, а взаимодействующие с ней части боковых поверхностей выемок выполнены в виде части выпуклой сферической поверхности.
Внутренняя поверхность отверстия кольцеобразного корпуса выполнена в виде боковой поверхности кругового цилиндра и ограничена двумя плоскими торцами, обращенными к прямому и обратному потокам крови.
На наружной поверхности корпуса выполнена кольцевая канавка для крепления пришивной манжеты.
Корпус и створки выполнены из пиролитического углерода.
Перечень чертежей
Сущность изобретения будет более понятна из описания, приведенного далее со ссылками на позиции чертежей, где
на фиг.1 и 2 изображен протез двустворчатого клапана сердца с закрытыми створками, соответственно вид спереди и вид сверху,
на фиг.3 и 4 изображен протез двустворчатого клапана сердца с открытыми створками, соответственно вид спереди и вид сверху,
на фиг.5 и 6 изображен вариант протеза трехстворчатого клапана сердца с закрытыми створками, соответственно вид спереди и вид сверху,
на фиг.7 и 8 - вариант протеза трехстворчатого клапана сердца с открытыми створками, соответственно вид спереди и вид сверху,
а на фиг.9 разрез по И-И на фиг.8, показывающий сопряжение выреза створки и выступа корпуса.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Протез клапана сердца содержит кольцеобразный корпус 1, изготовленный из пироуглерода и имеющий две (фиг.1-4) или три (фиг.5-8) створки 2, также выполненные из пироуглерода и с возможностью поворота и образования основной зоны проходного сечения (отверстия) 3, по центру установленные в корпусе 1. Кольцевой корпус 1 ограничен двумя верхним 7 и нижним 20 торцами (направление определяется в соответствии с прямым потоком крови через клапан).
Ограничители хода створок 2 выполнены в виде выступов 5, расположенных на торцевой поверхности 7 корпуса 1, обращенной к обратному потоку крови 8. На части боковой поверхности створки 2 выполнена сквозная выемка 10, по меньшей мере, часть боковой поверхности которой выполнена выпуклой 15. На каждой боковой стороне выступа 5 ограничителей хода 4 имеется вогнутая поверхность 14, обращенная к прямому потоку крови 19, выполненная с возможностью взаимодействия с выпуклыми частями 15 выемки 10 соответствующей створки 2 при ее повороте из закрытого положения в открытое и обратно. По меньшей мере, часть поверхности обоих выступов 5 ограничителей хода 4, обращенная к прямому потоку крови 19, представляет собой часть цилиндрической поверхности, ось которой совпадает с осью поворота створок 17. Противоположные боковые поверхности сквозной выемки 10 имеют выпуклые части 15, выполненные с возможностью взаимодействия с углублениями 12, выполненными на противоположных боковых поверхностях выступов 5 ограничителей хода 4. Торцевая поверхность 7 корпуса 1, обращенная к обратному потоку крови 8, включает наклонные части 21, выполненные под углом к оси отверстия 3 корпуса 1, расположенные по обеим сторонам каждого выступа 5 ограничителей хода 4 и имеющие возможность взаимодействия с поверхностями створок 2, обращенных к прямому потоку крови 19 в их открытом положении. Углубления 12 выполнены в виде части вогнутой сферической поверхности 14, а взаимодействующие с ней части боковых поверхностей выемок 10 выполнены в виде части выпуклой сферической поверхности 15. Внутренняя поверхность 18 отверстия 3 кольцеобразного корпуса 1 выполнена в виде боковой поверхности кругового цилиндра и ограничена двумя плоскими торцами 20 и 7, обращенными к прямому 19 и обратному 8 потокам крови. На наружной поверхности корпуса 1 выполнена кольцевая канавка 24 для крепления пришивной манжеты (не показана). Корпус 1 и створки 2 выполнены из пиролитического углерода.
Клапан работает следующим образом. Под действием возникшего прямого перепада давлений створки 2, взаимодействуя выпуклыми поверхностями 15 выемок 10 с соответствующими углублениями 12 выступов 5, поворачиваются относительно оси поворота 17 створок 2 из закрытого положения в открытое до контакта поверхностью створки 2, обращенной к восходящему 19 (прямому) потоку крови, с наклонной частью 21 торцевой поверхности 7 корпуса 1. При этом кровь течет в прямом направлении, центральная часть отверстия 3 корпуса 1 протеза свободно без искажения пропускает поток, который полностью омывает поверхности ограничителей 4 хода створок 2.
Уменьшение толщины стенок корпуса 1 и расположение створок 2 вне зоны проходного отверстия 3 позволяют снизить потери энергии на протезе до минимума.
Выпуклые части 15 выемок 10 створок 2 размещены в углублениях 12 выступов 5, что надежно удерживает их при повороте и в открытом положении. При прекращении прямого потока и при появлении обратного перепада давлений на протезе створки 2, взаимодействуя выпуклыми поверхностями 15 выемок 10 с соответствующими углублениями 12 выступов 5, начинают поворачиваться и возвращаются в исходное положение до момента касания друг с другом поверхностями смыкания 11, взаимодействуя поверхностью створки, обращенной к восходящему (прямому) потоку крови, с торцом 7 корпуса 1 и выступами 6 ограничителя хода, перекрывая проходное отверстие протеза. В закрытом положении протеза прохождением ограниченного обратного потока крови через зазоры между выемками 10 створок 2 и выступами 5 корпуса 1 обеспечивается дополнительное омывание их взаимодействующих поверхностей.
Работа трехстворчатого протеза (фиг.5-8) аналогична работе двухстворчатого. При этом створки 2 в начале цикла открытия и в конце цикла закрытия протеза дополнительно удерживаются взаимодействием опорных поверхностей 25 боковой поверхности 9 створок 2 с направляющими поверхностями 26 боковых сторон выступов 6, что увеличивает надежность функционирования протеза.
Конструкция искусственного клапана cepдца имеет следующие преимущества:
1. улучшено смывание элементов протеза струями прямого и обратного потоков крови,
2. обеспечена высокая эффективность проходного сечения клапана, практически не оказывается сопротивление потоку в открытом положении створок,
3. исключено образование застойных зон за счет обмывания областей расположения ограничителей потока и упоров прямым и обратным потоком крови,
4. значительно снижен фактор тромбообразования,
5. уменьшена толщина стенок корпуса,
6. минимизированы потери энергии при работе протеза,
7. обеспечена высокая надежность и долговечность протеза,
8. обеспечена хорошая совместимость с естественными тканями.