Thrombosis is a major and serious complication in patients with artificial heart pump assist device (HPAD). There is an urgent need for an efficient and safe method to solve the clinical challenge. We have developed a new type of ultrasound integrated heart pump assist device (uHPAD) with a pair of ultrasonic transducer rings installed around the pump. Based on the in-vitro experiments, the sonothrombolysis protocol was determined. Then, in-vivo experiments were performed on sheep to evaluate the efficacy and safety of the novel uHPAD. It is found that the ultrasound assisted thrombolysis with the drug-loaded microbubbles can accelerate the dissolution of the thrombus in the pump, while have no significant negative effect on blood cell components, coagulation-hemolysis system, and the structure and function of main organs. The ultrasound assisted thrombolysis is demonstrated to be a promising method to solve the clinical problem of thrombosis in the HPAD.
W niniejszym artykule zaprezentowano przykłady laminarnie przepływowych oraz pulsacyjnych urządzeń wspomagających pracę ludzkiego serca oraz całkowicie sztucznych serc. Przykłady tych urządzeń rozpatrywane były pod kątem modelowania kształtu sztucznych komór krwi oraz napędu elektromagnetycznego tych urządzeń. Opisano ogólną zasadę działania oraz wady i zalety wynikające z budowy danej konstrukcji.
EN
This article presents examples of laminar blood flow and pulsatile blood flow devices for human heart assist and the total artificial hearts. The presented examples of these heart assist devices were considered for modeling the shape of the artificial blood chamber, and the electromagnetic drive of these devices. This article describes the general principle of artificial heart devices and his advantages and disadvantages resulting from the construction.
W artykule przedstawiono zastosowanie sztucznej sieci neuronowej do budowy sensora. W pracy rozwiązywane jest zadanie polegające na określeniu chwilowej objętości wyrzutowej krwi z komory krwistej pneumatycznej pozaustrojowej protezy serca. Badanie przeprowadzono na wytworzonym modelu protezy. Model składał się z komory pneumatycznej, membrany i komory powietrznej. W zrealizowanym eksperymencie membranę obserwowano kamerą w paśmie bliskiej podczerwieni. Obraz membrany poddano przetwarzaniu przez sztuczną sieć neuronową. Jej zadanie polegało na wyznaczeniu zależności występującej między widokiem (kształtem) membrany a chwilową objętością wyrzutową obserwowaną w układzie pomiarowym. Artykuł przedstawia strukturę użytej sztucznej sieci neuronowej, proces uczenia i testowania, układ pomiarowy oraz wyniki badań.
EN
The paper presents the use of artificial neural network in sensors application. The task is to determine the stroke volume of the blood chamber of heart prothesis. The tests were performed on the model of chamber of pneumatic prosthesis heart. In the considered task the surface of membrane is observed by a camera that works in the near-infrared band. Artificial neural network was used to determine the relationship between the real views of membrane and stroke volume. In the article the artificial neural network learning process and results of research are presented.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In this article is shown the research process of electromagnetically driven blood micropump winding shape as well the configuration of magnetic circuit influence on its generated electromagnetic torque. Analysis of the winding shape is intended to increase the electromagnetic torque values generated by the micropump and to assure more smooth torque characteristic versus angular displacement of blood chamber. This analysis is based on a spatial field model of an electromagnetically driven pulse micropump and have been made using the finite element method.
PL
W niniejszym artykule przedstawiono proces analizy wpływu kształtu uzwojeń oraz konfiguracji obwodu magnetycznego napędu mikropompy do przetaczania krwi na generowany moment elektromagnetyczny. Celem tej analizy jest zwiększenie wartości generowanego momentu elektromagnetycznego napędu mikropompy oraz uzyskanie charakterystyki o stałym momencie w zależności od kąta położenia części ruchomej komory krwi. Analizę momentu elektromagnetycznego napędu mikropompy przeprowadzono na bazie przestrzennego modelu polowego.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Model of electromagnetically driven pulsating micropump and control system of the drive are presented in this paper. The task of the micropump is to pump liquid (blood) in accordance with natural cycle of the human heart. Two classical examples of rotary assist pumps (LVAD type) and two examples of fully artificial heart designs are presented in section II (Devices assisting performance of left ventricle and fully artificial hearts). Spatial design and description of the proposed innovative drive design are presented in section III (Design of innovative pulsating micropump with electromagnetic drive). Field analysis of this devised novel micropump drive for two proposed modes of operation is described in section IV (Field model of pulsating electromagnetically driven micropump). On the basis of analysis results, the pros and cons of the proposed design of micropump drive are discussed.
PL
W niniejszej pracy zaproponowano model mikropompy pulsacyjnej napędzanej elektromagnetycznie oraz opracowanego algorytmu sterowania napędem. Zadaniem mikropompy pulsacyjnej jest przetaczanie cieczy (krwi) zgodnie z naturalnym cyklem ludzkiego serca. W rozdziale II (Istniejące rozwiązania urządzeń wspomagających pracę lewej komory oraz całkowicie sztuczne serca) przedstawiono dwa klasyczne przykłady pomp rotacyjnych wspomagających typu LVAD, oraz dwa przykłady całkowicie sztucznych serc. W rozdziale III (Konstrukcja innowacyjnej mikropompy napędzanej elektromagnetycznie) zaprezentowano przestrzenny projekt oraz opis budowy innowacyjnego napędu. Na podstawie omawianej konstrukcji w rozdziale IV (Model polowy napędu mikropompy pulsacyjnej napędzanej elektromagnetycznie) przeprowadzono analizę polową napędu mikropompy dla proponowanych dwóch typów sterowania. Na podstawie wyników analizy omówione zostały wady i zalety wynikające z zaproponowanej konstrukcji napędu mikropompy.
W niniejszym artykule przedstawiono projekt mikropompy pulsacyjnej napędzanej elektromagnetycznie będącej urządzeniem sztucznego serca typu TAH. Zaproponowano algorytm sterowania który umożliwia uzyskanie dowolnego kształtu ciśnień wylotowych i w tym charakterystyki ciśnień zbliżonych do naturalnego cyklu hemodynamicznego.
EN
In this article is shown the construction and the algorithm of control system of the electromagnetically driven blood micropump. The discussed micropump is a device of an TAH device type. The blood flow pressure characteristic of the micropump drive can be modeled by using the proposed control algorithm, and the humans natural hemodynamic cycle can be generated.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W niniejszym artykule zaproponowano model mikropompy pulsacyjnej napędzanej elektromagnetycznie oraz opracowanego algorytmu sterowania napędem. Zadaniem mikropompy pulsacyjnej jest przetaczanie cieczy (krwi) zgodnie z naturalnym cyklem ludzkiego serca. W rozdziale 2 (Istniejące rozwiązania urządzeń wspomagających pracę lewej komory oraz całkowicie sztuczne serca) przedstawiono dwa klasyczne przykłady pomp rotacyjnych wspomagających typu LVAD, oraz dwa przykłady całkowicie sztucznych serc. W rozdziale 3 (Konstrukcja innowacyjnej mikropompy napędzanej elektromagnetycznie) zaprezentowano przestrzenny projekt oraz opis budowy innowacyjnego napędu. Na podstawie omawianej konstrukcji w rozdziale 4 (Model polowy napędu mikropompy pulsacyjnej napędzanej elektromagnetycznie) przeprowadzono analizę polową napędu mikropompy dla proponowanych dwóch typów sterowania. Na podstawie wyników analizy omówione zostały wady i zalety wynikające z zaproponowanej konstrukcji napędu mikropompy.
EN
In this paper are proposed the model of electromagnetic driven micropump and the control system of the drive. The purpose of the micropump is the transfusion of liquid (blood) according to the natural cycle of the human heart. In Chapter 2 (Existing solutions of the left ventricular assist devices and a completely artificial heart) are presented two classic examples of the type of rotary pumps supporting the LVAD, and two examples of completely artificial hearts. In Chapter 3 (The construction of innovative electromagnetic driven micropump) are presented the spatial design and a description of the construction of the innovative drive. In Chapter 4 (The field model of the electromagnetic driven micropump drive) an field model analysis of the micropump drive for the proposed two types of control system have been made, based on the micropump construction. Based on the results of the analysis were discussed the disadvantages and advantages of the proposed construction of the micropump drive.
The stroke volume of pulsatile ventricular assist device (VAD) is one of the key clinical indicators to evaluate the adequacy of the process of mechanical heart assistance and ensuring the patient’s safety. In order to evaluate the volume changes in VAD blood chamber, a bioimpedance method was applied, based on volumetric electric conductivity of the blood. Periodic changes in VAD volume during its operation result in a pulsatile impedance waveform; its amplitude in the subperiods of filling and ejection correlates with blood volume in the chamber. The paper presents the method of analysis of the bioimpedance signal recorded in VAD blood chamber with a reference to the classical method of analysing the cardioimpedance signal from the patient’s thorax. The paper also presents the results of determining stroke volume of blood chamber based on an empirical formula that has been developed.
Information about the level how well arterial blood is saturated with oxygen, i.e. the overall patient saturation, in particular a patient with a ventricular assist device (VAD) inoculated, is very important for efficient and dependable course of blood circulation support. The paper presents the method for measurement of blood saturation with oxygen that is carried out with use of a commercially available pulse oximetric sensor upon necessary modifications and installed directly on a outflow connector of the VAD. Operability of the presented solution has been verified by experiments on a flow control test bench with use of animal blood. The final validation of the measuring circuit was carried out during experiments with an animal. The completed experiments demonstrated that both the blood saturation with oxygen as well as artificial pulse rate can be measured with accuracy. Unfortunately, similar measurements for venous blood proved infeasible.
Volumetric parameters of operation of the pulsatile ventricular assist device (VAD) are the key clinical indicators for the evaluation of adequacy of the process of mechanical heart assistance and ensuring the patient's safety. The bioimpedance method has been proposed to evaluate blood volume changes of the VAD. The method is based on volume electric conductivity of the blood. A change in VAD volume involves changes in impedance. Periodic changes in VAD volume during its operation result in a pulsatile impedance wave; its amplitude in the subperiod of filling and ejection correlates with the volume of blood in the VAD. The paper presents the way of acquisition of the bioimpedance signal. It also presents the results of experimental studies, that were carried out with the use of the flow test stand, and an approach to analysing the bioimpedance signal to evaluate the stroke volume.
Information about blood pressure at the inflow and outflow connectors as well as inside a Ventricular Assist Device (VAD) supplemented with information about pressures inside the pneumatic part enables to adjust operational parameters of the VAD in the optimum manner. Practical implementation of a method that makes it possible to measure blood pressure at plurality of points is a really sophisticated task in terms of technical and technological issues. On one hand it is mandatory to assure appropriate metrological properties of the entire measurement path, on the other hand the measuring transducers must be reliably separated from blood. Internal surfaces of these VAD parts that come in direct contact with blood must be smooth and uniform; it is extremely essential due to a risk of blood coagulation on any unevenness of surfaces. The paper presets the solution for measurements of blood pressure inside the VAD, where the suggested solution meets the assumed metrological criteria as well as very stringent safety requirements.
Total Artificial Hearts (TAHs) are required for the therapy of terminal heart diseases as heart transplants are only a limited option due to the available number of donor hearts. For implantation TAHs have to meet constraints regarding its dimensions, weight, perfusions and electrical losses. An innovative linear driven TAH is presented, which meets all constraints except weight. Therefore the geometry of the linear drive is optimised to reduce its weights while simultaneously limiting the electrical losses as much as possible. In order to calculate the losses, this paper introduced a combined calculation chain consisting of FEM simulations and analytical equations. Based on this chain the linear drive is optmised by the method of parameter variations. The results yield a hierachic order of parameters which are most suitable for the weight reduction of the drive for low losses. By this the weight of the linear drive is reduced by 25%. As the allowable loss limit is not exceeded yet, room for further weight reduction achieved by an optimisation of the axial geomtry parameters is given.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Protezy służące do wspomagania serca są rozwijane w Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii w Zabrzu. Ich głównym zadaniem jest przyspieszenie leczenia mięśnia sercowego pacjentów, u których zdiagnozowano choroby serca i układu krwionośnego. Zastosowanie protezy wspomagającej pracę serca pozwala na znaczne przyspieszenie leczenia chorego serca lub w przypadkach ostatecznych - na oczekiwanie na przeszczep serca. W publikacji zamieszczono analizę metod pomiarowych do zastosowania w protezach serca typu POLVAD (Polish Ventricular Assistant Device). Praca dotyczy zagadnienia bezinwazyjnej metody pomiarowej pozwalające na pomiar ciśnienia krwi w ustalonych miejscach, umieszczonych na protezie oraz wewnątrz protezy sztucznego serca.
EN
In this paper methods analysis for pressure measurement for using in the POLVAD (Polish Ventricular Assistant Device) are introduced. Work is focused on the noninvasive methods for blood pressure measurement in crucial points around heart prosthesis. Mechanical prosthesis used for heart support, are developed by the Foundation of Cardiac Surgery Development in Zabrze. Their main purpose is to aid the heart healing process in patients with cardiac problems. Use of the POLVAD prosthesis helps with speeding up heart recovery process in patients or is being or supports patient waiting for heart transplant.Conducted research is part of “Polish Artificial Heart” program. Main goal of this part of project is introduction of functional noninvasive blood pressure measurement system for POLVAD device and in future for fully artificial heart. Two sensing methods are being introduced: fiber pressure sensor and piezoelectric pressure measurement with. Preliminary results are included, and choice of best method for future development is being pointed out.
Synchronization of operation of an artificial chamber supporting the sick heart of a patient has a crucial meaning for the effectiveness of support. To make the synchronized operation possible, the information on patient's heart activity should be fed to a controller of the supporting chamber. To this end, the QRS complex detector operating on ECG signal is necessary. The signal must be acquired from a patient's heart. Appropriate signal quality at long-term support may be assured only in a case the signal is acquired with epicardial electrodes. In the paper, the concept of hardware construction of a QRS complex detector has been presented, based on a field programmable analog array FPAA. The results of verification of the developed detector include the correct operation while using the epicardial signals recorded from patients which undergone the cardiosurgical operations.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W sytuacji zagrożenia ciągłości pracy serca życie ludzkie jest narażone na olbrzymie niebezpieczeństwo. Na potrzeby wspomagania pracy tego narządu oraz w celu jego zastąpienia zbudowano wiele różnych typów urządzeń. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki symulacji przepływu w pompie pulsacyjnej zasilanej pneumatycznie, która została stworzona na potrzeby wspomagania pracy serca pacjenta. W oparciu o metody numeryczne możliwe jest przeprowadzanie symulacji pracy komory wspomagania pracy serca z różnymi modyfikacjami konstrukcyjnymi. Przeprowadzone badania ilustrują wpływ ustawienia kątowego zastawek wlotowej i wylotowej na charakter przepływu w czaszy krwistej. Celem badań jest znalezienie takiego położenia kątowego zastawek, dla którego zminimalizowane zostanie ryzyko wykrzepiania krwi.
EN
Life is highly threaded in case of a failure of heart continuous and proper work. Artificial heart prostheses as well as heart assisting devices were built to protect and solve different problems connected with heart diseases. The present work is dedicated to the numerical experiment showing flow characteristics in the pneumatically driven pulsating blood pump used as a heart assisting device. Computational Fluid Dynamics methods allow one to simulate operation of the device with different structure modifications. The research was made to show an influence of changing angle of the artificial valve in the inlet and outlet channel on the flow parameters inside of the blood diving part of the device. The aim of the study is to find out positions of the valves that minimize blood coagulation risk
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W niniejszym artykule zamieszczono analizę metod pomiarowych, możliwych do zastosowania w protezach sztucznego serca POLVAD (Polish Ventricular Assistant Device). Mechaniczne protezy służące do wspomagania serca rozwijane w Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii w Zabrzu mają za zadanie wspomagać leczenie mięśnia sercowego u pacjentów ze zdiagnozowanymi chorobami serca i układu krwionośnego. Zastosowanie protezy wspomagającej pracę serca pozwala na znaczne przyspieszenie leczenia. Artykuł opisuje zagadnienia związane z wyborem bezinwazyjnej metody pomiarowej pozwalające na określenie ciśnienia krwi w określonych miejscach protezy sztucznego serca. Warunkiem koniecznym, jaki musi spełnić układ pomiarowy, jest całkowita separacja czujnika od środowiska krwistego. Wynika to z potrzeby unikania destrukcji składników krwi oraz powstawania zakrzepów. W pracy opisano dwie możliwe metody pomiarowe - systemy zbudowane przy wykorzystaniu folii piezoelektrycznej oraz metod optycznych.
EN
Methods for pressure measurement to be used in the POLVAD artificial heart prostheses are described in this paper. The mechanical prostheses used for heart support are developed by the Foundation of Cardiac Surgery Development in Zabrze. Their main purpose is to aid the heart muscle recovery of patients with cardiac problems. Use of the POLVAD prosthesis speeds up the healing process. The paper covers the recent research into the possible pressure sensing methods for use in the noninvasive blood pressure measurement in required places around the prosthesis. The main requirement for the developed methods is lack of contact with blood to avoid the destruction of blood elements and minimise influence on the blood flow. Two sensing methods are presented: one based on a fiber pressure sensor, the other on piezoelectric pressure measurements. The preliminary results are included, and choice of the best method for future development is pointed out.
This article present design of motor for Total Artificial Heart (TAH), which is developing on Brno University of Technology. For this application was chosen, as best choice, disc motor with axial flux and permanent magnet. Main reason for choose of this motor is that this motor have short length, which don’t increasing length of whole TAH. In the end of the article is a presented new possibility in this problematic.
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This paper describes mechanical circulatory support devices (MCSD) which are under development at Tokyo Medical and Dental University in collaboration with Tokyo Institute of Technology. They include para-corporeal magnetic levitated (Mag-lev) centrifugal blood pump, implantable Mag-lev centrifugal blood pump, extra-corporeal pediatric centrifugal blood pump, and implantable pulsatile ventricular assist device (VAD) and totally replacement artificial heart system.
19
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Durable rotary blood pumps for the artificial heart have been developed by using magnetic suspension techniques. Mechanically weak parts such as the bearings and the seal are eliminated from the device by adopting the magnetic levitated motor to the rotary blood pump. Two types of magnetically suspended rotary pumps, which have been developed at Ibaraki University, will be reported in this paper.
20
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
It is a long-term controversial point between the circulatory physiologists and the artificial heart researchers whether the pulsatile flow is essential for the living body or not [1]. In particular, since the axial flow pump, a continuous flow pump, that could keep the patients alive for more than a few years was introduced into use in clinical setting in 2001, this problem has been regarded as a very important physiological and pathophysiological issue. The objective of this study was to develop an implantable probe to observe microcirculation in artificial circulation. The principle of the probe developed in this study is the following: a thin living tissue is put directly on a highly integrated CCD (charge coupled device), and it is illuminated from the backside of the tissue with LED(light emitting diode). The microvascular nets in the tissue will be projected on the CCD surface, like a contact photograph, which produces an image on the TV screen. The problems are how to magnify them to be able to observe the erythrocyte flow, how to control the focus, how to electrically insulate them and how to make them compact. After several attempts to magnify the image, a micro lens having 2 mm in diameter, 2 mm long and 6 times magnification, was designed and made of acrylic resin. The lens was installed into a CCD camera with 8 mm in diameter and it was 60 mm long. The camera could magnify the image about 650 times on the 14 inches TV screen. A distinct microcirculation image, including the capillary flow, could be observed when the camera was implanted into the connective tissue under the skin of the rabbit. Now the focus control system is being developed with the camera to be implanted in animals on the long-term base.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.