RU199798U1 - Device for isolated liver perfusion with the ability to determine the resistive perfusion index - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области медицинской техники и представляет собой автоматизированное перфузионное устройство, со средствами экспресс диагностики гидродинамических характеристик перфузата, в целях изучения процесса восстановления донорского органа (печени) перед трансплантацией. Полезная модель оснащена измерителем вязкости перфузата и ПО для расчета и отображения резистивного индекса перфузии (РИП). Технический результат заключается в возможности проводить исследование процесса перфузии донорского органа и определять Резистивный индекс Перфузии (РИП), на основе которого возможно сделать заключение о применимости изолированного органа для трансплантации. 3 ил.The utility model relates to the field of medical technology and is an automated perfusion device with means for express diagnostics of the hydrodynamic characteristics of the perfusate, in order to study the process of restoration of a donor organ (liver) before transplantation. The utility model is equipped with a perfusate viscosity meter and software for calculating and displaying the resistive perfusion index (RIP). The technical result consists in the ability to study the process of perfusion of the donor organ and determine the Resistive Perfusion Index (RIP), on the basis of which it is possible to make a conclusion about the applicability of an isolated organ for transplantation. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к области медицинской техники для исследования процесса перфузии донорских органов. Она представляет собой гидродинамическое устройство с сенсорными элементами, предназначенное для изучения влияния медико-биологических факторов на процессы перфузии, восстановления функций и поддержания жизнеспособности донорских органов в течение длительного времени.The utility model relates to the field of medical technology for studying the process of perfusion of donor organs. It is a hydrodynamic device with sensor elements designed to study the influence of medico-biological factors on the processes of perfusion, restoration of functions and maintenance of the viability of donor organs for a long time.

Устройство может применяться в научных специализированных учреждениях, а также в клиниках для трансплантации изолированных органов.The device can be used in specialized scientific institutions, as well as in clinics for transplantation of isolated organs.

Известно устройство, защищенное патентом «Способ экстракорпоральной перфузии органов и устройство для его осуществления» [«Procede set 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 изолированной печени.A device protected by the patent "Method for extracorporeal perfusion of organs and a device for its implementation" ["Procede set moyens de perfusion extracorporelle d'organes", WO 0060936 A1, (2000)], which consists of an oxygenator, a centrifugal pump, a reservoir, valves, heat exchanger, invasive pressure transducers, invasive fluid flow probes for extracorporeal organ perfusion that support the vitality and function of the isolated liver.

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 органа, датчика температуры, центробежного насоса, фильтра.Known device "Constant temperature filling system for isolated liver" ["Constant temperature filling system for isolated liver", CN 203087385 U, 2012], which consists of a controller, a cooling system with a constant temperature and a container for storing the organ, temperature sensor, centrifugal pump, filter.

Известно устройство «Измерительная система с постоянной температурой для изолированного органа» [«Constant temperature measuring system for volume of isolated organ», CN 202255520 U, 2011], которое состоит из контейнера, датчика уровня жидкости, измерительной емкости, жидкости для подогрева до постоянной температуры, блока обработки данных, дисплея.Known device "Measuring system with a constant temperature for an isolated organ" ["Constant temperature measuring system for volume of isolated organ", CN 202255520 U, 2011], which consists of a container, a liquid level sensor, a measuring container, a liquid for heating to a constant temperature , data processing unit, display.

Известно устройство «Перфузионная система с постоянной температурой для изолированной печени» [«Constan temperature perfusion system forin-vitroliver», CN 202232703, 2012], которое состоит из измерительной системы, контейнера для нормотермической перфузии печени, фильтра, ультразвукового измерителя объема печени, охлаждающей платформы, насоса, термостата.Known device "Perfusion system with constant temperature for isolated liver" ["Constan temperature perfusion system for in-vitroliver", CN 202232703, 2012], which consists of a measuring system, a container for normothermal liver perfusion, a filter, an ultrasonic liver volume meter, a cooling platform , pump, thermostat.

Вышеперечисленные устройства относятся к классу перфузионных устройств, выполняющих функции восстановления и поддержания жизнеспособности органов. Недостатком данных устройств является отсутствие средств для измерения гидродинамического сопротивления (резистивности) при перфузии изолированного органа.The above devices belong to the class of perfusion devices that perform the functions of restoring and maintaining the viability of organs. The disadvantage of these devices is the lack of means for measuring the hydrodynamic resistance (resistivity) during the perfusion of an isolated organ.

Также, у данных устройств отсутствует функция детектирования пузырьков воздуха. Это может привести к попаданию пузырьков воздуха в магистрали венозных и артериальных каналов печени и привести к возникновению эмболии.Also, these devices do not have a function for detecting air bubbles. This can lead to the ingress of air bubbles into the hepatic venous and arterial canals and lead to embolism.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является «Автоматизированное устройство для нормотермической перфузии изолированной донорской печени» [RU 172275 U1].The closest technical solution adopted for the prototype is the "Automated device for normothermal perfusion of isolated donor liver" [RU 172275 U1].

Устройство включает центробежные насосы с высоким КПД, которые создают перфузионный поток с 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 управляет вводом необходимого медикаментозного препарата в венозную артерию с помощью инфузионного шприцевого дозатора.The device includes high efficiency centrifugal pumps that create a perfusion flow with little trauma to the blood cells. Oxygenation of the blood is carried out using a standard oxygenator. The bubble drainage device and the bubble sensor prevent the liver canals from blocking bubbles, and the built-in PH-meter, when a high carbon dioxide content is detected, controls the injection of the necessary medication into the venous artery using an infusion syringe dispenser.

Устройство водяного нагрева позволяет регулировать температуру перфузата и поддерживать заданный температурный режим во время всего цикла перфузии.The water heating device allows you to regulate the temperature of the perfusate and maintain the specified temperature during the entire perfusion cycle.

Наличие воздушного компрессора позволяет осуществлять оксигенацию без применения кислородного баллона.The presence of an air compressor allows oxygenation without the use of an oxygen cylinder.

Недостатком рассмотренного прототипа является отсутствие возможности непосредственного определения гидродинамического сопротивления изолированного органа, так как в устройстве отсутствует измеритель вязкости перфузата, и, следовательно, отсутствует возможность проанализировать гидродинамику перфузии.The disadvantage of the considered prototype is the inability to directly determine the hydrodynamic resistance of an isolated organ, since the device does not have a perfusate viscosity meter, and, therefore, it is not possible to analyze the perfusion hydrodynamics.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Печень помещают в пластиковый контейнер с необходимым для поддержания жизнедеятельности печени объемом перфузата. Контейнер с печенью помещается в устройство термостатирования. Через систему управления выставляют температуру термостатирования. Терморегулятор, анализируя информацию о температуре внутри устройства термостатирования, полученную с помощью термодатчика, обеспечивает равномерное поддержание заданной температуры внутри всего рабочего объема устройства, что исключает появление газовых пузырей в крови из-за разности температур.The liver is placed in a plastic container with the volume of perfusate necessary to maintain the liver's vital functions. The container with the liver is placed in a thermostating device. The thermostating temperature is set through the control system. The thermostat, by analyzing the information about the temperature inside the thermostating device, obtained with the help of the temperature sensor, ensures uniform maintenance of the set temperature inside the entire working volume of the device, which excludes the appearance of gas bubbles in the blood due to temperature differences.

Контроллер центробежного насоса, получая информацию от системы управления, управляет скоростью вращения крыльчатки насоса, которая создает поток перфузата в силиконовых соединительных трубках.The centrifugal pump controller, receiving information from the control system, controls the rotation speed of the pump impeller, which creates a flow of perfusate in the silicone connecting tubes.

При работе автоматизированного устройства для нормотермической перфузии изолированной донорской печени необходимо установить критерий, который определит степень готовности изолированного органа для последующей трансплантации. В качестве такого критерия целесообразно использовать Резистивный Индекс Перфузии (РИП).When operating an automated device for normothermal perfusion of an isolated donor liver, it is necessary to establish a criterion that will determine the degree of readiness of an isolated organ for subsequent transplantation. It is advisable to use the Resistive Perfusion Index (RIP) as such a criterion.

Важно отметить, что РИП зависит как от геометрии капиллярной сети донорской печени, так и от вязкости перфузата, которая может в процессе восстановления медико-биологических характеристик печени изменяться.It is important to note that RIP depends both on the geometry of the capillary network of the donor liver and on the viscosity of the perfusate, which can change in the process of restoring the medico-biological characteristics of the liver.

Известно, что в процессе восстановления функций печени необходимо доводить перфузат до определенного физико-химического состояния. Для этого перфузат стандартно разбавляют физраствором или гепарином, и тем самым меняют его вязкость.It is known that in the process of restoring liver functions, it is necessary to bring the perfusate to a certain physicochemical state. For this, the perfusate is usually diluted with saline or heparin, and thereby change its viscosity.

Следовательно, для разделения факторов, которые определяют изменение РИП, и контроля вязкости перфузата, необходимо использовать постоянно действующий измеритель вязкости (вискозиметр). Отсутствие измерителя вязкости для расчета РИП, приводит к неопределенности в объективной оценке процессов жизнедеятельности печени.Therefore, to separate the factors that determine the change in RIP, and to control the viscosity of the perfusate, it is necessary to use a permanent viscosity meter (viscometer). The absence of a viscosity meter for calculating the RIP leads to uncertainty in the objective assessment of the vital processes of the liver.

Таким образом, задачей полезной модели является создание устройства для перфузии изолированной печени, с возможностью определения резистивного индекса перфузии и его динамики в процессе восстановления и поддержания жизнедеятельности донорской печени.Thus, the task of the useful model is to create a device for the perfusion of an isolated liver, with the ability to determine the resistive perfusion index and its dynamics during the restoration and maintenance of the donor liver.

Эта задача решается путем включения в состав устройства измерителя вязкости перфузата.This problem is solved by including a perfusate viscosity meter in the device.

Предложено устройство для исследования процессов восстановления и поддержания жизнедеятельности изолированной печени для трансплантации, включающий в себя: 2 центробежных насоса для перфузии печени, 1 встроенный воздушный компрессор для оксигенации крови, 4 инвазивных канала измерения температуры крови, 8 каналов измерения инвазивного давления, 4 канала определения наличия пузырей, 4 канала измерения расхода жидкости, 1 канал измерения насыщения крови кислородом в режиме работы с центробежным насосом invitro, 1 канал измерения насыщения крови кислородом в режиме работы с биологическим объектом invivo, 2 канала измерения рН (артериальный и венозный), 1 канал измерения вязкости, отдельный модуль для измерения в венозном канале печени температуры, электропроводности и рН крови, измеритель резистивного индекса перфузии (РИП) изолированного органа. Предусмотрена возможность подключения шприцевого дозатора для инфузии лекарственных препаратов, а также возможность подключения блока для автоматического удаления желчи.A device for studying the processes of recovery and maintenance of vital functions of an isolated liver for transplantation is proposed, including: 2 centrifugal pumps for liver perfusion, 1 built-in air compressor for blood oxygenation, 4 invasive channels for measuring blood temperature, 8 channels for measuring invasive pressure, 4 channels for determining the presence bubbles, 4 channels for measuring the flow rate of liquid, 1 channel for measuring blood oxygen saturation in the mode of operation with an invitro centrifugal pump, 1 channel for measuring blood oxygen saturation in the mode of operation with a biological object in vivo, 2 channels for measuring pH (arterial and venous), 1 channel for measuring viscosity , a separate module for measuring the temperature, electrical conductivity and pH of the blood in the liver venous canal, a meter for the resistance index of perfusion (RIP) of an isolated organ. It is possible to connect a syringe dispenser for infusion of drugs, as well as the ability to connect a block for automatic bile removal.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства. Устройство содержит центробежные насосы для артериального канала (1) венозного канала (2), контейнер для изолированного органа (3), вискозиметр (4), неинвазивные датчики пузырей (5, 6), неинвазивные расходомеры (7) и (8), инвазивные датчики температуры (9) и (10), датчик рН (11), инвазивные датчики давления (12), (13), (14), (15) и (16), оксигенатор (17), фильтры (18) и (19), панель управления (не показана), воздушный компрессор (20), оксиметр (21). Система термостатирования включает в себя нагреватель мощный (22) и нагреватель маломощный (23), которые нагревают воздух в контейнере. В устройстве действуют два канала циркуляции перфузата: артериальный (А) и венозный (В). Артериальный канал, в отличие от венозного, насыщается кислородом. Датчик температуры измеряет температуру крови в оксигенаторе. Печень лежит в контейнере (3), на выходе ее вены закреплен датчик давления (16). Жидкость самотеком стекает в контейнер, откуда забирается насосами (1) и (2). Общее электрическое питание устройства осуществляется от сети 220В или встроенных аккумуляторных батарей.FIG. 1 shows a block diagram of the device. The device contains centrifugal pumps for an arterial canal (1), a venous canal (2), a container for an isolated organ (3), a viscometer (4), non-invasive bubble sensors (5, 6), non-invasive flow meters (7) and (8), invasive sensors temperatures (9) and (10), pH sensor (11), invasive pressure sensors (12), (13), (14), (15) and (16), oxygenator (17), filters (18) and (19 ), control panel (not shown), air compressor (20), oximeter (21). The thermostating system includes a powerful heater (22) and a low-power heater (23), which heats the air in the container. The device has two channels for perfusate circulation: arterial (A) and venous (B). The arterial canal, in contrast to the venous canal, is saturated with oxygen. A temperature sensor measures the temperature of the blood in the oxygenator. The liver lies in a container (3), a pressure sensor (16) is fixed at the outlet of its vein. The liquid flows by gravity into the container, from where it is taken by pumps (1) and (2). The general power supply of the device is carried out from the 220V network or built-in rechargeable batteries

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Печень помещают в контейнер вместе с достаточным объемом перфузата. Оператор при помощи панели управления устройства выставляет желаемую температуру, которую устройство термостатирования поддерживает по показаниям датчика температуры при помощи обратной связи. К печени подсоединяют артериальный и венозный каналы кровоснабжения. Для заполнения оператор устанавливает значения скорости двигателей, после заполнения оператор устанавливает желаемое значение объемного потока крови, которое поддерживается системой управления, использующей для обратной связи расходомеры. Система управления регулирует скорость вращения насосов. Крыльчатка насоса создает поток перфузата. Вместе с началом работы системы нагрева начинает работать воздушный компрессор для подачи воздуха в оксигенатор. В процессе работы врач, используя рассчитанное числовое значение Резистивного Индекса Перфузии (РИП) печени может сделать вывод об успешности проведения восстановления жизнедеятельности органа. В дальнейшем этот показатель может быть использован как параметр для автоматизации процесса перфузии.The liver is placed in a container along with a sufficient volume of perfusate. The operator, using the control panel of the device, sets the desired temperature, which the thermostating device maintains according to the readings of the temperature sensor using feedback. The arterial and venous blood supply channels are connected to the liver. For filling, the operator sets the speed values of the motors, after filling, the operator sets the desired value for the volumetric blood flow, which is maintained by the control system using flow meters for feedback. The control system regulates the speed of rotation of the pumps. The pump impeller creates a perfusate flow. When the heating system starts up, the air compressor starts operating to supply air to the oxygenator. In the process of work, the doctor, using the calculated numerical value of the Resistive Perfusion Index (RIP) of the liver, can conclude that the restoration of the organ's vital activity is successful. In the future, this indicator can be used as a parameter to automate the perfusion process.

Для определения РИП печени используется формула Пуазейля [Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. - Наука, 1978. - 944 с.]. Течение крови в артериях печени является ламинарным, что определяет возможность применения формулы Пуазейля для расчета РИП. РИП имеет физический смысл гидравлического сопротивления.To determine the RIP of the liver, the Poiseuille formula is used [Yavorsky BM, Detlaf AA. Physics Handbook. - Science, 1978. - 944 p.]. The flow of blood in the arteries of the liver is laminar, which determines the possibility of using Poiseuille's formula for calculating RIP. RIP has the physical meaning of hydraulic resistance.

На фиг. 2 представлен фрагмент структурной схемы перфузионного устройства, включающий компоненты, участвующие в определении РИП печени, где:FIG. 2 shows a fragment of the structural diagram of the perfusion device, including the components involved in determining the RIP of the liver, where:

7 - датчик расхода крови в печеночной артерии;7 - blood flow sensor in the hepatic artery;

8 - датчик расхода крови в портальной вене;8 - blood flow sensor in the portal vein;

14 - датчик давления на входе в печеночную артерию;14 - pressure sensor at the entrance to the hepatic artery;

15 - датчик давления на входе в портальную вену;15 - pressure sensor at the entrance to the portal vein;

16 - датчик давления на выходе из печеночной вены.16 - pressure sensor at the outlet of the hepatic vein.

Стрелка показывает направление течения крови.The arrow shows the direction of blood flow.

Резистивный индекс перфузии (РИП) для артериального канала определяется по формуле:The perfusion resistance index (RIP) for the arterial canal is determined by the formula:

Резистивный индекс перфузии для венозного канала определяется по формуле:The resistive perfusion index for the venous canal is determined by the formula:

где Р_а - давление на входе в печеночную артерию, Па;where R _a is the pressure at the entrance to the hepatic artery, Pa;

P_ν - давление на входе в воротную (портальную) вену, Па;P _ν - pressure at the entrance to the portal (portal) vein, Pa;

P_pν - давление на выходе из печеночной вены, Па;P _pν - pressure at the outlet of the hepatic vein, Pa;

- динамическая вязкость крови, Па⋅с;

- dynamic viscosity of blood, Pa⋅s;

Q_a - расход крови в печеночной артерии, м³/с;Q _a - blood flow rate in the hepatic artery, m ³ / s;

Q_ν - расход крови в печеночной вене, м³/с.Q _ν - blood flow rate in the hepatic vein, m ³ / s.

Пример расчета РИП.An example of calculating the RIP.

Исходные данные:Initial data:

давление на входе в печеночную артерию - 120 мм. рт. ст. =0.158×10⁵ Паthe pressure at the entrance to the hepatic artery is 120 mm. rt. Art. = 0.158 × 10 ⁵ Pa

давление на выходе печеночной вены - 20 мм. рт. ст. =0.026×10⁵ Паpressure at the outlet of the hepatic vein - 20 mm. rt. Art. = 0.026 × 10 ⁵ Pa

расход крови в печеночной артерии - 300 мл/мин =5×10^-6 м³/сblood flow rate in the hepatic artery - 300 ml / min = 5 × 10 ^-6 m ³ / s

динамическая вязкость крови (3-4) × 10^-3Па × сdynamic blood viscosity (3-4) × 10 ^-3 Pa × s

динамическая вязкость воды 0,984 × 10^-3Па × сdynamic viscosity of water 0.984 × 10 ^-3 Pa × s

РИПа=(0,158-0,026)10⁵/(5×10^-6)⋅(3-4)×10^-3=66×10¹⁵ RIP a = (0.158-0.026) 10 ⁵ / (5 × 10 ^-6 ) ⋅ (3-4) × 10 ^-3 = 66 × 10 ¹⁵

Экспериментально динамика РИП определялась при перфузии изолированной печени в течение 5 часов. Результаты представлены на фиг. 3.Experimentally, the dynamics of RIP was determined by perfusion of an isolated liver for 5 hours. The results are shown in FIG. 3.

Технический результат заключается в возможности определения РИП и его динамики, как основного критерия процессов восстановления и поддержания жизнедеятельности печени при многочасовой перфузии.The technical result consists in the possibility of determining the RIP and its dynamics, as the main criterion for the processes of restoration and maintenance of the vital activity of the liver during many hours of perfusion.

Claims (1)

Устройство для изолированной перфузии печени, содержащее подключенные по схеме, приведенной на фиг. 1, контейнер для изолированной печени (3) с включающей нагреватели (22, 23) системой термостатирования для нагрева контейнера, центробежный насос для артериального канала (1), центробежный насос для венозного канала (2), неинвазивные датчики пузырей (5, 6), неинвазивные расходомеры (7, 8), инвазивные датчики температуры (9, 10), датчик рН (11), инвазивные датчики давления (14, 15, 16), оксигенатор (17), фильтры (18, 19), воздушный компрессор (20) и оксиметр (21), отличающееся тем, что для определения резистивного индекса перфузии артериальный канал содержит измеритель вязкости перфузата, состоящий из входного датчика давления (12), вискозиметра (4) и выходного датчика давления (13), где входной датчик давления (12) подключен к выходу центробежного насоса (1), а выходной датчик давления (13) подключен к расходомеру (7).A device for isolated liver perfusion, containing the devices connected according to the circuit shown in FIG. 1, a container for an isolated liver (3) with a heating system (22, 23) for heating the container, a centrifugal pump for an arterial canal (1), a centrifugal pump for a venous canal (2), non-invasive bubble sensors (5, 6), non-invasive flow meters (7, 8), invasive temperature sensors (9, 10), pH sensor (11), invasive pressure sensors (14, 15, 16), oxygenator (17), filters (18, 19), air compressor (20 ) and an oximeter (21), characterized in that to determine the resistive perfusion index, the arterial canal contains a perfusate viscosity meter, consisting of an input pressure sensor (12), a viscometer (4) and an output pressure sensor (13), where the input pressure sensor (12 ) is connected to the outlet of the centrifugal pump (1), and the outlet pressure sensor (13) is connected to the flow meter (7).

Images