Устройство а. к. краснопебцева для моделирования

Устройство а. к. краснопебцева для моделирования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Ссеетекиз

Социалистическнз

Рвсдублне

Зависимое от авт, свидетельства №

Кл. 30k, 1/01

Заявлено 07.VI I.1965 (№ 1016557/31-16) с присоединением заявки ¹

Приоритет

МПК А 61гп

УДК 615.475:612.172.5 (088.8) Комитет оо делам изооретений и открытии ори Совете Министров

СССР

Опубликовано 29.ll.1968. бюллетень № 9

Дата опубликования описания 12Х.1968

Автор изобретения

А. К. Краснопсвцев

Заявитель Самостоятельное конструкторско-технологическое бюро биологического и физиологического приборостроения

УСТРОЙСТВО А. К. КРАСНОПЕВЦЕВА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ГЕМОДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ

СИСТЕМЪ1 ОРГАНИЗМА

Известны устройства для моделирования гем один амических явлений сердечно-сосудистой системы организма, содержащие пульсирующий насос, открытый резервуар, соединенный со всасывающей магистралью системы, расходомеры, манометры, дроссельные краны, предохранительный клапан, зажимы и соединительные шланги.

Предлагаемое устройство отличается от известных тем, что оно содержит три эластичные трубки, имитирующие кровеносные сосуды, одна из которых снабжена подвижным зажимом, а две другие уложены между жесткой опорой и эластичной пленкой, причем одна из последних трубок размещена внутри мягкого герметичного баллона, заполненного жидкостью. Такое выполнение устройства позволяет имитировать изменение гемодинамических параметров в зависимости от функционального состояния сердечно-сосудистой системы, например, периферического артериального давления, пульса, кровенаполнения и механического взаимодействия артериальных и венозных сосудов с окружающими твердыми и мягкими тканями.

Для имитации изменения гемодинамических параметров кровотока в зависимости от степени эластичности стенок аорты, полой вены и предсердия, на всасывающем и нагнетательном контурах устройства установлены два герметично закрытые резервуара со штуцерами для соединения с устройствами для нагнетания воздуха, например, резиновыми бал донами и обратными клапанами.

5 На чертеже изображены принципиальная схема предлагасмого устройства и сечение по

А — А.

Предлагаемое устройство содержит дпафрагменный пульсирующий насос 1, нагнета10 тельный герметично закрытый резервуар 2 со штуцером для соединения с устройством 8 дозируемого нагнетания воздуха, регулируемый нагрузочный дроссельный кран 4, расходомер 5, всасывающий герметично закрытый

15 резервуар б, который также снабжен штуцером для соединения с устройством 7 дозируемого нагнетания воздуха. В устройстве имеется также открытый резервуар 8, сообщающийся со всасывающей магистралью системы при

20 помощи гибкого шланга 9 через дроссельный кран 10. Кроме того, устройство снабжено предохранительным клапаном 11, сменной эластичной трубкой 12 с подвижным зажимом 13, мягким герметичным баллоном 14 с жид2S костью, сквозь который проходит эластичная трубка 15, эластичной трубкой 1б, дополнительным регулирующим дроссельным краном

17, дополнительным расходомером 18, манометрами 19 и 20, жесткой опорой 21 и эла30 стичной пленкой 22. Между нагнетательным

212458

3 резервуаром 2 и дроссельным краном 4 гакже может быть включен гибкий шланг.

Можно установить следующее механическое подобие отдельных элементов предлагаемого устройства элементам сердечно-сосудистой системы.

-iacoc является аналогом желудочка сердца, нагнетательный резервуар 2 — аналогом аорты, гидросопротивление дроссельного крана 4 (c учетом гидросопротивленпя расходомера 5) — аналогом сопротивления кровотоку в суммарном сосудистом русле круга кровообращения (без учета гидросопротивления одной, а именно — имитируемой периферической ветви этого круга), всасывающий резервуар

6 — аналогом полой вены, добавочная гидравлическая цепь 28 — аналогом отдельной периферической ветви круга кровообращения, например, ветви, находящейся в предплечье человека, эластичная трубка 12 — аналогом начального (проксимального) участка периферической артерии, окруженного тканями тела, например, аналогом плечевой артерии человека, подвижный зажим 18 — аналогом фактора, вызывающего местное сужение или полное перекрытие проксимального участка периферической артерии.

В добавочной гидравлической цепи 28, являющейся аналогом периферического органа кровообращения (преимущественно аналогом предплечья человека), эластичная трубка 15 является аналогом дистального (более уда ленного от аорты) участка периферической артерии, например, аналогом лучевой артерии человека; эластичная трубка 1б — аналогом соответствующего участка периферической вены; гидросопротивление дополнительного регулируемого дроссельного крана 17 (с учетом гидросопротивления дополнительного расходомера 18) — аналогом сопротивления кровотоку в отдельной периферической ветви круга кровообращения; баллон 14 с жидкостью аналогом живых тканей, окружающих периферическую артерию (ее дистальный участок), например, лучевую артерию человека; жесткая опора 21 — аналогом опорного элемента, несущего на себе периферическую ветвь кровообращения, например, аналогом костей предплечья; эластичная пленка 22 аналогом эластичной оболочки органа, содержащего периферическую артерию и периферическую вену, например, аналогом кожи предплечья.

В качестве рабочей жидкости, заполняющей элементы гидравлического контура устройства, используется вода, спирто-глицериновая смесь или другая жидкость.

Устройство снабжено шкалами для измерения количеств воздуха (по высоте воздушных столбов), заключенных .в полостях нагнетятельного и всасывающего резервуаров (резервуары выполняются преимущественно ttpoзрачными). Имеется также шкала для измерения высоты уровня жидкости в открытом (тоже прозрачном) резервуаре над средним

15 го

65 е уровнем жидкости в трубопроводе всасывающей магистрали.

Работает устройство следующим образом.

Диафрагменный насос 1, вытеснительный элемент (диафрагма) которого перемещается в соответствии с заранее выбранной зависимостью координаты от времени, обеспечиваег прерывистую подачу жидкости из всасывающего резервуара б в нагнетательный резервуар 2. С точки зрения аналогии между работой устройства и деятельностью сердечно-сосудистой системы частота рабочих циклов насоса соответствует частоте сердцебиений биологического объекта. Минутная производитсльность насоса в установившемся режиме аналогична так называемому минутному обьему сердца, а производительность насоса за один цикл качания — ударному объему сердца. Благодаря упругому действию воздушной подушки, находящейся в нагнегательном резервуаре няд свободной поверхностью жидкости, в нагнетательной магистрали устройства устанавливается пульсирующее давление, закон измерения которого сходен с законом изменения давления крови в аорте человека или животного.

Амплитуду переменной составляющей этого давления можно регулировать в широких пределах путем измерения объема находящегося в нагнетательном резервуаре воздуха посредством устройства 8 для дозируемого нагнетания воздуха. Изменение количества воздуха в полости нагнетательного резервуара эквивалентно изменению эластичности стенок аорты человека или животного. Давление в нагнетательной магистрали устройства контролируегся манометром 19 указывающим, регистрирующим или иным отсчетным приспособлением.

Если добавочная гидравлическая цепь 28 или трубопровод предохранительного кляпа на перекрыты, то весь расход жидкости, возвращающейся из нагнетательной магисгряли устройства во всасывающую магистраль, который в установившемся режиме равен производительности насоса, осуществляется через регулируемый дроссельный кран 4. Перепад давлений .на этом кране (с учетом падения давления на расходомере 5) аналогичен артерио-венозной разнице давлений в круге кровообращения. Расход жидкости за 1 лин через дроссельный кран 4, как и минутная производитсльность насоса, эквивалентен минутному объему сердца. Этот расход KOHTpoëèðyåòñÿ посредством расходомера 5, Регулировка величины сопротивления дроссельного крана 4 позволяет изменять постоянную составляющую давления (среднединамическое давление) в нагнетательной магистрали в очень широких пределах (от нуля до ограничительного предела предохранительного клапана, например до

300 л.я рт. ст.).

Установившееся во всасывающей магистрали (всасывающем резервуаре б) пульсирующее давление с определенной степенью приближения соответ твует давлению в полой ве212458

40

65 не человека или животного. Постоянная ñ0ставляющая этого давления определяется BI>Iсотой уровня жидкости в открытом резервуаре 8 над средней полостью всасывающего —,рубопровода. Ее можно регулировать, принимая положительные, отрицательные и нулевые,значения (все давления в устройстве отсчи" тываются относительно атмосферного давления, принимаемого за нуль), путем поднятия или опускания открытого резервуара, укрепленного посредством передвижного кронштейна с зажимом на вертикальной штанге.

Лмплитуда переменной составляющей пульсирующего давления во всасывающей магистрали благодаря наличию дроссельного крана

10 нс зависит от свойств открытого резервуара 8 и может регулироваться в широких пределах путем изменения количества воздуха в полости всасывающего резервуара б с помощью устройства 7 для дозируемого нагнетания воздуха. Такое изменение количества воздуха эквивалентно изменению упругого сопротивления стенок полой вены (с учетом воздействия на нее окружающих органов). Давления ВО ВсясыВЯIОщей магистрали модели контролируются посредством манометра 20 с указывающим, регистрирующим или HHbl;;f отсчетным приспособлением.

Частоту пульсаций циркулирующего по гидравлическому контуру потока жидкости, эквивалентную частоте сердцебиений, можно регулировать в достаточно широких пределах с помощью регулятора, вмонтированного в привод насоса (на чертеже не показан).

В приводе насоса имеется также регулятор рябочегс хода диафрагмы, позволяющий в шгрских пределах регулирова1ь производительность насоса, отнесенную к одному циклу оябсты, эквивялентн1 ю, как уже сказано Выше, ударнсму систолическому Ооьему .ердца, т. е. количеству крови, выталкиваемой в аорту за период Одного сскращения желудочка сердца (для угрощсния чертежа этот регулятор не показан).

Гаким образом, при установившемся режиме работы устройства в его гидравлическом контуре циркулирует пульсирующий поток жидкости, параметры которого с большой приближенностью соответствуют параметрам кровотока через суммарное русло круга кровообращения.

Наличие добавочной гидравлической цепи

28 (аналога предплечья) обеспечивает созда ние ответвленного потока жидкости, питаемого из основного гидравлического контура устройства и не вносящего качественных изменений в характеристики потока, протекающего через этот контур. По влиянию на параметры потока в гидравлическом контуре наличие добавочной гидравлической цепи 28 равноценно чростому уменьшению гидросопротивления дроссельного крана 4. Келаемое перераспределение расходов жидкости в главном и ответвленном потоках устройства при неизменном суммарном расходе может легко асуществляться путем одновременной и противоположно направленной регулировки про одных сечений дроссельных кранов 4 и 17.

Расход жидкости в ответвленном потоке контролируют с помощью расходомера 18.

С точки зрения взаимодействия с огветвленным потоком жидкости добавочная 1ч1дравлическая цепь 28 вместе с эласти шой трубкой 12 представляет собой секционировянный трубопровод с эластичными стен1сзмч и нсоднорсдным сечением. Главными неоднородностями сечения являются сужение просвета трубопровода в месте установки дроссельного крана 17, а в некоторых случаях и сужение просвета на участке соединения эластичной трубки 12 с эластичной трубкой 15.

Ввиду того, что давление и скорость жндкостн, втекающей в этот трубопровод, имеют пульсирующий характер, от начала трубопровода к дроссельному крану 17 распространяются периодически следующие друг за другом волны давления. Эти волны вызывают появление ВОлн, Отраженных От места рсз1 ОГО сужения потока в проходном сечении дроссельного крана и распространяющихся в обратном направлении. В результате сложения прямой и стра женных ВОлн дяВления В эл ясти 1ной трубке 15 возникает периодическое переменное давление, длительность цикла которого равна периоду прямой волны. Это переменное давление, суммируясь, в свою о1ерсдь, с установившейся в нагнстательной магистрали постоянной составляющей давления (равной среднединямическому давленшо), даст пульсирующее давление жидкости в эластичной трубке 15. Полученное таким образом пульсирующее давление соответствуcT по своим llаpHìñTð3ì периферическому артериальному давлению человека или животного. При воспроизведении периферического артериального давления, наблюдаемого в конечности, на кр11вой имитируемого давления можно разли Нить основное колебание и характерное, так называемое дикротическое.

Лналогичная картина колебаний давления внутри эластичной трубки 15 может быть получена, если вместо эластичной трубки 12 применен другой гибкий шланг со специально подобранными размерами и модулем упругости материала стенок, включенный в участок модели между нагнетательным резервуаром 2 и дроссельным краном 4. Пульсации давления жидкости внутри эластичной трубки 15 приводят к колебательным движениям стенки этой трубки, которые по своему закону изменения во времени аналогичны колебаниям стенки периферической артерии, т. е. являются имитацией периферического артериального пульса человека или животного. Кривая колебаний стенки эластичной трубки очень сходня с кривой переменного давления в этой трубке. Пульсирующее наполнение эластичной трубки 15 по своему закону изменения во времени аналогично кровенаполнению периферической артерии.

212458

Ввиду пульсирующего прохождения жид:<ости через дроссе IbHb!й кран 17 и неполного пядсния ее давления на этом дросселе, в элаcTii í0é трубке 16 тя1<и<е устанавливается поток, давление в котором имеет пульсирующий характер. Это давление из-за гидравлических потерь на дросcåe.ë übí.îoì кране 17 (с учетом по о; терь на гидросопротивлении расходомера 1< ) имеет в промежуточном рабочем режиме устройства величину, как правило, на два порядка мсньшую, чем величина давления в эластичной трубке 16. Пульсирующее давление в эластичнои труоке 16 аналогично с определенной cre.icíbio приолижения пср11ферпческому венозному дявлсншо крови человека или животного. Ооусловленные наличием этого дявtleH»n i!i: ibcoable l

Мягкий баллон 14 с .кидкостью имитирует наличие живых тканей, передающих колебания стенки периферической артерии к поверх. ности периферического органа кровообращения, например, к поверхности предплечья.

Имитация механического влияния живых тканей нужна для правильного воспроизведения поведения периферической артерии при тех или иных воздействиях на поверхчость периферического органа кровообращения со стороны какого-либо постоянного тела. Учет действия посторонних тел на периферическую артерию представляет интерес при пальпаторном исследовании этой артерии. при наложеHHH кровоостанавливающего жгута или датчика сфигмографа и т. п., так как внешнее механическое воздействие может существенно изменять параметры кровотока в периферической ветви кровообращения.

Колебания стенок эластичных трубок 16 и

16 и объемные изменения в этих трубках могут контролироваться через эластичную пленку 22 или непосредственно восприниматься с поверхностей трубок (в последнем случае контрольные датчики накладывают на заранее предусмотренные участки этих трубок, выступающие за пределы баллона 14 и эластичной пленки 22), С целью контроля давлений внутри любых элементов. предлагаемого устройства, на этих элементах могут быть заранее смонтированы специальные патруоки, обеспечивающие подсоединение манометрических устройств, при ненадобности заглушаемых пробками. Пре5

20

50 вены и предсердия, на всасывающем и нагне55

45 дохранительный клапан 11, предварительчо отрегулированный на предельно допустимый перепад давления порядка 250 †мм рт. ет., обеспечивает автоматическую защиту элементов устройства от перегрузки при любых положениях регулирующих элементов.. Наличие достаточно полной системы регулирующих и контрольных органов позволяет оператору регулировать в широких пределах параметры устройства и устанавливать множество отличных друг от друга режимов работы. Любой из этих режимов может требуемое число раз повторно воссоздаваться после любых состояний устройства. Устройство позволяет воспроизводить различные функциональные состояния сердечно-сосудистой системы, каждому из коT0pblx соответствует один из режимов его работы, Предмет изобретения

1. Устройство для моделирования гемодинамических явлений сердечно-сосудистой системы организма, содержащее пульсирующий насос, открытый резервуар, соединенный со всасывякнцей магистралью системы, расходомеры, манометры, дроссельные краны, предохранительный клапан, зажимы и соединительные шланги, отличающееся тем, что, с целью имитации изменения гемодпнамическпх параметров в зависимости от функционального состояния сердечнососудистой системы, например, периферического артериального давления, пульса, кровсняполнения и механического взаимодействия артериальных и венозных сосудов с окружающими твердыми и мягкими тканями, устройство содержит три эластичные трубки, имитирующие кровеносные сосуды, одна из которых снабжена подвижным зажимом, а две другие уложены между жесткой опорой и эластичнои пленкой, причем одна из последних трубок размещена внутри мягкого герметичного баллона, заполненного жидкостью.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью имитации изменения гемодинамических параметров кровотока в зависимости от степени эластичности стенок аорты, полой тательном контур зх устройства установлены два герметично закрытых резервуара со штуцерами для соединения с устройствами для нагнетания воздуха, например, резиновыми баллонами с обратными клапанами.

212458

A -А

Редактор Б. Б. Федотов

Заказ 9!2;11 Тираж 530 Подписное

ЦНИИПИ Комлтета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель Е. Ланцбург

Техред T. П, Курилко

Корректоры; М. П. Ромашова и А П. Татаринцева