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JP2001519865A - Drive unit for cardiac compression control - Google Patents

Drive unit for cardiac compression control

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JP2001519865A
JP2001519865A JP54286698A JP54286698A JP2001519865A JP 2001519865 A JP2001519865 A JP 2001519865A JP 54286698 A JP54286698 A JP 54286698A JP 54286698 A JP54286698 A JP 54286698A JP 2001519865 A JP2001519865 A JP 2001519865A
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reservoir
level
inflation system
outlet
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JP54286698A
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Japanese (ja)
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ツィトゥリク,ジョシュア,イー
レヴィン,ハワード,アール
ザイゼルソン,ノーム,エス
マイケルマン,ポール,シー
Original Assignee
カーディオ・テクノロジーズ,インコーポレイテッド
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、流体源(56)によって膨張チャンバー(18)へ供給する流体の圧力プロフィール、つまり上昇時間とプラトーレベルを、高圧及び低圧レギュレーター(58,60)と接続している流体通路(52,54)と、出口が弁(66,68)によって制御されるタンク(62,64)とによって独立制御し、特定の時間に所定の高圧及び低圧を提供して、圧力プロフィールを規定する膨張システム(50)である。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a method for connecting a pressure profile of a fluid supplied by a fluid source (56) to an expansion chamber (18), i.e., a rise time and a plateau level, with high and low pressure regulators (58, 60). The pressure profile is controlled independently by an open fluid passageway (52, 54) and a tank (62, 64) whose outlet is controlled by a valve (66, 68) to provide predetermined high and low pressures at specific times. An inflation system (50) that defines

Description

【発明の詳細な説明】 心臓圧迫制御用駆動装置発明の背景 1.発明の分野 本発明は、心臓を機械的に補助するためのシステムに関し、より詳細には心臓 圧迫装置にかける圧力パルスの上昇時間及びプラトーレベルを制御することがで きる駆動システムに関する。2.関連技術の説明 心疾患は、世界的に見ても心臓の機能不全の主な原因の一つとなっている。心 疾患との関連がしばしば認められる心臓障害の一般的なものの一つとして、心臓 が実質的に弱ってしまうということが挙げられる。致命的に弱った心臓を補助を せずに放っておくと、体機能を維持するのに必要な血液をを押し出すことができ なくなってしまうことがよくある。 心臓が弱っていると診断された人の生命を救うための重要な技術として、心臓 を機械的に補助して血液を送り出させることが挙げられる。このように補助する ことにより、心筋に過度の負担をかけることなく、体全体に充分な血液を供給す るのに見合った血圧を保証することができる。代表的には、侵襲性手術の際に、 心臓圧迫装置等の装置でこの補助を行なっている。心肺蘇生(CPR)術を取り 入れた別の装置では、外部から胸部を圧迫して、心臓領域を周期的に圧迫し、血 流の増加を助けるものもある。 心臓圧迫機能をうまく行ない、心臓を最大限に補助し、高い信頼性をもって正 確に機能させる種々の装置が、当業者によって提案されている。このような装置 の一例が、1996年10月18日に出願され、 現在係属中の米国特許願第60/028,722号に開示されている。この出願 は本発明の譲受人に譲渡されている。この装置では、侵襲性手術の間、心臓を担 持且つ補助して、膨張可能なライナー手段によって直接心臓に均等に圧力をかけ る。このライナーを、膨張システムによって周期的に膨張・収縮させて心臓に圧 力をかける。 心臓は、患者によってそれぞれ異なる圧力プロフィールに従って血液を押し出 しているので、膨張可能なライナーによってうまく心臓圧迫を行なえるかどうか は、膨張システムを、患者個人個人の心臓の律動つまり圧力プロフィールに幾分 合わせて制御できるかどうかにかかっている。考慮すべき重要な点は、心収縮の 初期段階に見られる心室圧の急激な上昇であり、この上昇には約50〜100ミ リ秒しかかからないが、その間に同期して圧迫を行なう。 圧力パルスの上昇時間及びプラトーレベルを制御するための従来の膨張システ ムの一つに、単一のレギュレーター/リザバー構造を利用しているものがある。 このシステムは、レギュレーターに接続されたコンプレッサーと、レギュレータ ーの下流に配置されたリザバーとを備えている。リザバー出口には流出弁が接続 されており、心臓を支持及び補助するための心臓圧迫装置内に配置された膨張チ ャンバーと流体流連通している。操作時には、コンプレッサーからレギュレータ ーへ流体が供給され、それによりタンク内に所定の圧力が維持される。チャンバ ーの膨張は、流出弁を開放して、チャンバー内に指数関数的に上昇する圧力過渡 状態を発生させることによって行ない、この圧力過渡状態は供給圧力レベルに漸 近的に近付き、既知の応答時間内に比較的一定の圧力、つまりプラトーレベルを 規定する。 このシステムは、ライナーにかかる圧力が供給圧力を決して超えることがない ように比較的うまく機能しており、この構成により、プラ トーレベルを比較的正確に調節することができるが、始動過渡状態の上昇時間の 変化は独立制御していない。一般に、波形は以下のように表すことができる。 P=PPLATEAU*[1−exp(−t/T)] 式中、tは時間、Tはシステム時定数を示す。図3に示すように、プラトーの設 定に関わらず、時定数Tは変化せず、プラトーレベルの値のみが変化する。この 特性により、従来の膨張システムを用いて上昇時間を制御することは、一般に、 システムの抵抗、キャパシタンス、又は供給源レギュレーター圧力を変化させる ことによってのみ可能である。従って、プラトーレベルに達する過渡応答は、代 表的には時定数三程度である。一般にプラトーレベルに達するのに要する時間と して知られている上昇時間は、概ね全体の抵抗及びキャパシタンス等のシステム 特性によって決まる。よってプラトーレベルを制御することができるというだけ では、上昇時間を独立制御することはできない。 さらに、手術環境に関する条件が制限されているので、従来の膨張システムは 膨張チャンバーから数フィート離れたところに設置されることが多い。そのため 、膨張システムと圧迫装置のライナーとを連結するのに通常比較的長いホースを 使用している。その結果、システム全体の抵抗及び圧力負荷の影響と相俟って、 従来の膨張システムで達成可能な時定数では、実質的にシステム性能は低下して いる。また、管の直径を大きくすることによって抵抗を低くすると、流量を増加 させるために必要な部品の寸法、重量、及びコストによって、システムが実用的 観点から望ましくないものとなってしまう。 別案として、供給源圧力を所望のプラトー圧力よりも実質的に高くすることに よって、上述の問題点のいくつかを解消することができる。圧力回路は先に述べ た最初の案と同様であるが、流出弁と直列に配置 した制御弁をさらに含んでいる。システムの操作は、最初に両方の弁を同時に開 放するタイミングを厳密に合わせ、供給源圧力レベルの特徴である指数関数的に 上昇する圧力下にライナーをおき、次いで所望のプラトーレベルに達したところ で制御弁を閉鎖して、設定された時間だけライナー内部に圧力をトラップするこ とによって決まる。 この案には、上昇時間を所望のプラトー圧力から独立して制御する方法を提供 するものとして幾分の利点があるが、正に適切な瞬間に制御弁を閉鎖することに よって、プラトーレベルを効果的に制御するために必要な正確なタイミング合わ せを行なうことは、実際には難しい。これは代表的には、弁を閉鎖した瞬間から 実際にプラトー圧力に達するまでに要する平衡時間が原因となっている。その結 果、システムは、プラトー圧力のオーバーシュートやアンダーシュートを生じて しまうことがよくあり、心臓圧迫装置のライナー内に予測不可能な偏りが生じて しまう。 従って当業者は、最小限の部品数で、正確な再現性をもって、上昇時間及びプ ラトーレベルの両方を独立制御することによって、予め決められた圧力プロフィ ールに従うことができる膨張システムが必要であることを認識していた。本発明 の膨張システムはこの必要性を満たすものである。発明の要旨 本発明の膨張システムは、独立制御可能な上昇時間及びプラトーレベルを有す る予め規定された圧力プロフィールに従って、心臓圧迫装置を膨張させる直接的 な手段を提供するものである。さらに、このシステムでは部品の数を最小限とし て、寸法及び関連する調達及び操作コストを最小限に抑えている。 上述の利点を達成するために、本発明の膨張システムでは、第一実施態様によ れば、膨張チャンバーにかける圧力サイクルプロフィールの上昇時間及びプラト ーレベルを独立制御する。本発明は、一つの態様において、流体を所定圧力に加 圧するための空気源と、この空気源と流体流連通して配置される圧力通路とを備 える。この圧力通路は、高低それぞれの圧力レベルを設定するための調節装置を 備えている。圧力通路の出口に配置される供給機構は、切り替え可能な所定の持 続時間に従ってチャンバーを高低それぞれの圧力レベル下に交互において、上昇 時間及びプラトーレベルを規定するように操作することができる。 別の態様において、本発明は、心臓の周期的脈動を支持・補助するための心臓 補助システムを含む。この心臓補助システムは、支持カップと、心臓を均等に圧 迫するための内部膨張チャンバーとを有する心臓圧迫装置を含んでいる。膨張シ ステムは、膨張チャンバーに圧力パルスをかけ、圧力パルスの上昇時間とプラト ーレベルとを独立制御することによって、心臓が周期的に圧迫される状態とする 。この膨張システムは、流体を所定圧力に加圧するための空気源と、この空気源 と流体流連通して配置される圧力通路とを備える。この圧力通路は、高低それぞ れの圧力レベルを設定するための調節装置を備えている。圧力通路の出口に配置 される供給機構は、切り替え可能な所定の持続時間に従ってチャンバーを高低そ れぞれの圧力レベル下に交互におき、上昇時間及びプラトーレベルを規定するよ うに操作することができる。 さらに別の態様では、本発明は、膨張チャンバーにかける圧力サイクルの上昇 時間及びプラトーレベルを独立制御する方法を含む。この方法は、圧力リザバー からの第一の圧力下にチャンバーをおいて、上 昇時間を規定する調節可能な持続時間の間、チャンバー内の圧力を指数関数的に 上昇させる工程と、この持続時間の終了後続いて、リザバー内の圧力を、プラト ーレベルを規定する一定な第二の圧力に切り替える工程とを含む。 さらにまた別の態様では、本発明は、所望のプラトー圧力よりも実質的に高い 供給源圧力を含む。圧力回路は、タンクから延びる二つの出力管を備える。一方 の出力管は、調節された第一高圧管と、調節された第二プラトー圧力管との間で 切り替わる切り替え弁を備える。第二の出力管は、供給弁を介して圧迫装置のラ イナーに接続されている。システムの操作は、切り替え弁を正確にタイミング合 わせして、まずライナーをプラトー圧力レベルよりも高い高圧レベル下におき、 次いでプラトー圧力の望ましい所定割合に達したら弁を切り替え、それによって ライナーをプラトー圧力に流体的に接続することによって決まる。その後、収縮 期の最後に供給弁を閉鎖側に切り替える(ライナーを外気に排気させる)。 本発明の他の特徴及び利点は、添付図面と組合せて以下の詳細な説明を読むこ とにより明らかとなるであろう。図面の簡単な説明 図1は、心臓を補助する心臓補助装置の非限定的な一例の断面図であり、本発 明の膨張システムの重要な適用例を示す。 図2A及び図2Bは、従来の膨張システムのブロック線図である。 図3A及び図3Bは、図2A及び図2Bに示した従来の膨張システムのぞれぞ れのタイミング線図である。 図4は、図2Bに示した従来の膨張システムに対する望ましくない応答のグラ フ表示である。 図5は、本発明の第一実施態様による膨張システムのブロック線図である。 図6は、図5に示した膨張システムの圧力プロフィールの一部について示した タイミング線図である。 図7は、本発明の第二実施態様による膨張システムのブロック線図である。 図8は、図7に示した膨張システムの圧力プロフィールの一部について示した タイミング線図である。 図9は、本発明の第三実施態様による膨張システムのブロック線図である。 図10は、図9に示した膨張システムの圧力プロフィールの一部について示した タイミング線図である。 図11は、本発明の第四実施態様による膨張システムのブロック線図である。 図12は、図11に示した膨張システムの圧力プロフィールの一部について示した タイミング線図である。発明の詳細な説明 本発明の膨張システムは、最小限の部品数で第一圧力レベルと第二圧力レベル との間で切り替えを行うことにより、圧力プロフィールの上昇時間とプラトーレ ベルとを独立して制御する。上昇時間とプラトーレベルの制御は、機械的心臓補 助システムの圧力パルスを、脈動している心臓の生来のパルスに適切に合致させ るのに充分な応答時間を与えるために重要である。 例示として、図1に、収縮期に心室を実質的に均等に圧迫することによって、 心臓13が血管系中に血液を送り出すのを補助するための 心臓圧迫装置12を示す。このような装置の一例は、1996年10月18日出願で 現在係属中の米国特許願第60/028,722号に開示されており、この文献 の開示は参照により本願に組込まれる。心臓は、内部膨張チャンバーつまりライ ナー16で内張りされた装置の内部に配置され、このライナー16は、本発明の 膨張システムへ接続するためのポート18を有する。 次に図2A及び図3Aを参照すると、脈動している心臓13と同期する圧力プ ロフィールを発生させるための、第一の慣用膨張システムの全体が34で示され ている。このシステム34は、出口がレギュレーター38に連結されているエア コンプレッサー36と、レギュレーターの下流に配置されたリザバーつまりタン ク40とを含む。リザバーの出口は、第一制御弁43に接続している。制御弁4 3は、二方弁であり、その出口は、図1に示す形式の心臓圧迫装置12内に配置 された膨張チャンバーに向けられている。制御弁43の動作は、コントローラー (図示せず)によって、図3Aに示すような比較的正確なタイミングで制御され る。第一の慣用膨張システムの操作では、コンプレッサーからレギュレーター内 に流体流を供給し、それによってタンク内に所望の圧力を維持する。ライナー1 6の膨張は、第一制御弁43を開放して、チャンバー内に漸近的に上昇する圧力 過渡状態を発生させることによって行なわれる。タンク40内に維持される供給 源圧力は、所望のプラトー圧力である。所定の持続時間が経過したら、制御弁4 3を切り替え、装置12の膨張チャンバーポート19が今度はリザバー44と流 体流連通するようにする。チャンバー44は、外気へ向けて排気される。 次いで図2B及び図3Bを参照すると、脈動している心臓13と同期する圧力 プロフィールを発生させるための、第二の慣用膨張システ ムの全体が34で示されている。このシステム34は、出口がレギュレーター3 8に連結されているエアコンプレッサー36と、レギュレーターの下流に配置さ れたリザバーつまりタンク40とを含む。リザバーの出口は、第一制御弁42に 接続している。第一制御弁の下流には、三方二位置分配弁43が流体流連通して 配置され、その出口は、図1に示す形式の心臓圧迫装置12内に配置された膨張チ ャンバーに向けられている。制御弁42,43の動作は、コントローラー(図示 せず)によって、図3Bに示すような比較的正確なタイミングで制御される。 第二の慣用膨張システムの操作では、コンプレッサーからレギュレーター内に 流体流を供給し、それによってタンク内に所望の圧力を維持する。ライナー16 の膨張は、第一制御弁42と分配弁43とを同時に開放して、チャンバー内に漸 近的に上昇する圧力過渡状態を発生させることによって行なわれる。平衡効果に かかる時間を考慮して計算した所定持続時間が経過したら、制御弁42を閉じ、 圧力回路がライナー内の加圧ガスをトラップする。収縮期に対応する所定時間が 経過した後、分配弁を作動させてライナーを外気に向けて排気する。 図4は、前述のタイミング合わせにおいて僅かに不正確さがあることにより、 所望のプラトーレベルが望ましくないオーバーシュートを生じるという影響を示 すものである。このような影響を受けると、必要以上に心臓に圧力がかかること になり、さらに膨張ライナー16にも予期せぬストレスがかかるので、心臓圧迫 への適用では望ましくないことが多い。 次に図5を参照すると、本発明の第一実施態様の膨張システムの全体が50で 示されている。このシステム50では、装置にかける圧力パルスの上昇時間及び プラトーレベルを独立して制御することがで きる。このシステムは、空気源56と流体連通して平行に設けた一対の圧力通路 52,54を備える。空気源56は、代表的には6psi〜60psi(300 〜3000mmHg)の圧力の加圧ガスを発生させることができる制御可能なコ ンプレッサー又はポンプを含む。この適用例に合った別の供給源として、ボンベ 入り加圧ガスの圧力又はよく病院に設けられているガス分配管からの圧力を、制 御可能なレベルまで降圧するための適切な配管を備えた、加圧された空気圧シリ ンダーが挙げられる。 圧力通路52,54は、圧力源56の下流に設けたレギュレーター58,60 をそれぞれ備え、タンクつまりリザバー62,64へそれぞれ接続されている。 レギュレーターは、タンク内に高低それぞれの圧力レベルを維持するように設定 されている。高圧レベルは、代表的には約150〜300mmHgの範囲内に設 定され、低圧レベルは通常約60〜150mmHgである。各制御弁66,68 は、合わせて供給機構を構成しており、タンク出口70、72に配置され、共通 の供給マニホールド74へ配管されている。マニホールドは排気機構73へ接続 している。排気機構73は、好ましくはマニホールド74を備える三方弁であり 、タンク75からの配管が入口で、膨張チャンバーのポート18(図1)へつな がる配管が出口となる。タンク75は、外気へ名しくは負圧(つまり真空)に対 して開放することができる。安全面への配慮から、排気機構73は、好ましくは タンク75からの入口管と選択的に連通する。 コントローラー76は、制御弁66,68それぞれのソレノイドと電気的に接 続し、図6に示す所定のタイミングスキームに従って弁の状態を順序に従って制 御する。 膨張システム50の操作は、制御信号77(図6)を発生して高圧 供給制御弁66を開放する工程と、弁73をマニホールド74に対して開放して 、所定高圧の特徴であるより高い値の過渡状態に従って膨張チャンバー16を加 圧する工程とを含む。圧力プロフィールの上昇時間に対応する所定持続時間の終 わりに、第二の制御信号78によって高圧供給弁66を閉鎖すると同時に、低圧 供給弁68を開放する。低圧通路の調整動作によって、チャンバー内の圧力を所 定プラトー圧力79に迅速に合わせる。 収縮期の終わりに、コントローラー76は、低圧供給制御弁68を非作動状態 として閉鎖し、心臓の圧力プロフィールの弛緩期を真似るように、排気機構73 によってシステムを大気圧まで急激に排気することによって、チャンバーを加圧 前の状態に戻す。このサイクル全体は、心臓の周期的動作に対応する400〜1 000ミリ秒に合わせて比較的短時間で繰り返す。 図7を参照すると、第二実施態様による本発明の変更例の全体が80で示され ている。この変更例では、本発明の実施に必要な部品数を、簡便にするために減 らしている。図5に示した第一実施態様と同様に、この変更例も、単一のコンプ レッサーPによって駆動され且つ各リザバー81,83を含む高低それぞれの圧 力通路82,84と、各レギュレーター85,87とを含む。但し前述の実施態 様とは異なり、両タンクの出口は供給機構を構成する同じ一つの切り替え弁86 で終止しており、この切り替え弁86は、コントローラー89に応答して、弁出 口90を高圧入口92と低圧入口94との間で切り替えるソレノイドアクチュエ ータ88を含む。出口90は、出口90からの圧力若しくはタンク103からの 大気圧を、膨張チャンバー16(図1)内に導入するための排気機構101へ接 続する。タンク103は外気若しくは負圧に対して開放してもよい。切り替え弁 86と排気機構弁 101とは供給機構を構成している。 次に図8を参照すると、システム80を作動させるために用いるタイミングス キームにおいて、切り替え弁86は、低圧通路84を出口90に対して開放した 状態で初期設定するように考えられている。そして圧力プロフィール8の起動は 、信号97で排気機構101を、信号98で切り替え弁86を、それぞれ作動さ せて、チャンバーを設定された高圧下におくことにより、開始する。プロフィー ルの上昇時間に対応する予め設定された持続時間の後、切り替え弁86の出口を 、信号99によって切り替えて常時開位置に戻すことによって、低圧通路84か らチャンバーへ加圧ガスを導入し、プラトーレベル93に対応して予め設定した 低圧レベルとする。プラトーレベルの予め設定した所望の持続時間の経過後、コ ントローラーで排気機構101を作動させ、心臓のプロフィールにおける弛緩期 に対応するようにシステムを急速に排気する。 図9を参照すると、全体を100で示す本発明の第三実施態様に従って、本発 明の原理を実施するのに必要な部品の数をさらに減らすことができる。このシス テムは、供給機構106と排気機構120とを備えるリザバー104を加圧する ための空気源102を含む。 本発明の第三実施態様で使用する空気源102は、代表的には60〜300m mHgの圧力の加圧ガスを発生させることができる制御可能なコンプレッサー又 はポンプを含む。この適用例に合った別の供給源として、ボンベ入り加圧ガスの 圧力を制御可能なレベルまで降圧するための適切な配管を備えた、加圧された空 気圧シリンダーが挙げられる。若しくは、ガス分配管の形式でよく病院に設けら れている加圧ガスを、圧力源として使用することもできる。 空気源102は、供給機構106、及び排気機構つまりバイパス機 構120と流体流連通して配置されるタンク又はリザバー104に接続する。供 給機構106は、代表的にはソレノイドアクチュエーター108の動作に応答す る三方制御弁を含み、アクチュエータ108の動作はコントロールユニット12 2によって制御する。三方制御弁106の出口は、圧力出口110に接続し、こ の出口は膨張チャンバーのポート18(図1)に接続している。制御弁106の 入口は、タンク104又はタンク105のいずれかに接続している。拡張期にラ イナーを収縮させるのを助けるために、タンク105は外気に対して開放しても 、負圧(つまり真空)に対して接続してもよい。バイパス機構120は、代表的 にはリザバーのバイパスポートに接続する背圧レギュレーター114と、ソレノ イド118に応答し、レギュレーター出口120に配置される制御弁116とを 含む。 制御弁ソレノイド108、118は、図10に示す所定タイミングスキームに従 って各制御信号124,126を制御弁へ送るコントローラー122に、電気的 にそれぞれ接続し、これに応答する。タイミングスキームと圧力レベルとを相関 させることにより、一つのタンク及びレギュレーターによって、上昇時間及びプ ラトーレベルを独立して簡単に制御することができる。 さらに図9及び図10を参照すると、膨張システム100の操作中、コントロ ーラー122は、始動制御信号126を起動して、弁116(タンク104と流 体流連通している)を開放し、弁106(タンク105と流体流連通している) を閉鎖する。弁116は好ましくは、開放するとタンク104内の圧力がプラト ー圧力(“Pplateau”)となるように設定する。レギュレーター114の設定 を変更するだけで、比較的高精度でプラトーレベルを容易に制御することができ る。弁116及び106が閉鎖している時には、タンク104の圧力は、基本的 に源102の供給圧力(“Psupply”)である。弁106を閉鎖したまま弁11 6を閉鎖すると、タンク104内の圧力がPplateauよりも高いPsupplyに達す る。コントローラー122は供給弁106を開放して、チャンバー18(図1) 内部に接続している管110を、Psupplyに等しい150〜500mmHgの加 圧ガス下におく。これと同時に、若しくは僅かに約10ミリ秒〜100ミリ秒遅 れて、制御信号126によって弁116を開放し、チャンバー18内の圧力をオ ーバーシュートすることなくPplateauに近付ける。チャンバー18内の圧力は 、コントローラーから第二制御信号126が送信されて、制御弁ソレノイド11 8が開放するまで、Psupplyに向かって指数関数的に上昇する。二つの制御信号 間の設定持続時間は、圧力プロフィールの上昇時間に対応する。心臓収縮期の対 応する生来の上昇時間に近付けるように必要に応じて上昇時間を変化させるため に、コンプレッサーの圧力及び設定持続時間を簡便に調節することができるとい うことが、当業者には理解できるであろう。 収縮期の終わりに、コントローラー122は、供給制御弁106を非作動状態 として閉鎖し、システムを大気圧まで急激に排気することによって、チャンバー 内の圧力を緩め、チャンバーを加圧前の元の状態に戻す。このサイクル全体は、 心臓の周期的動作に対応する代表的には約400〜1000ミリ秒以内の比較的 短時間で繰り返す。 図11には、第四実施態様による本発明の別の変更例の全体が160で示され ている。この実施態様では、リザバー142は一つでよい。圧力源140の出口 は、リザバー142と直接流体流連通している。第一バイパス出口通路によって 、タンク142は三方切り替え弁148を介して第一高圧通路152若しくは第 二低圧通路154に流体流連通する。レギュレーター144,146はそれぞれ 通路152, 154に接続している。レギュレーター144は、管152内の圧力をプラトー 圧力より高い所定圧力に設定する。レギュレーター146は、管154内の圧力 をプラトー圧力に設定する。流体管152,154それぞれの入り口は、一つの 同じ切り替え弁148に接続する。コントローラー162は、タンク142が高 圧管152若しくはプラトー圧管154のいずれかと流体流連通するように、弁 148を切り替える。 第二出口管150は、タンク142の出口を供給機構つまり弁156に流体流 的に接続する。供給弁156は、図9に示した供給弁106と同様である。つま り弁156も三方弁である。制御弁156への入口は、タンク142又はタンク 164のいずれかへ連結する。タンク164は外気若しくは負圧に対して開放し てもよい。 さらに図11及び図12を参照すると、膨張システム160の操作中、コント ローラー162は、始動制御信号166を起動して、弁148を高圧管152と 流体流連通するように切り替える。その後、制御信号122が始動制御信号16 8を起動して、ライナーが出口管150を介してタンク142と流体流連通する ように供給弁156を開放する。これと同時に、若しくは僅かに約10ミリ秒〜 100ミリ秒遅れて、コントローラー162が信号を起動して、タンク142が 今度はプラトー管154と流体流連通するように、弁148を切り替える。その 結果、タンク142内の圧力がプラトー圧力となるように即時に調節され、チャ ンバー18内の圧力はオーバーシュートすることなくPplateauに近付く。図1 2に示すように、チャンバー18内の圧力は、コントローラーから信号が送信さ れて弁148が切り替わり、タンクが今度はプラトー圧力管154と流体流連通 するまで、高圧管152内に設定された圧力に向かって指数関数的に上昇する。 図12 の圧力プロフィールの傾斜部分170で示される高圧への上昇は、基本的に指数 関数的であるが、管152内の高圧の設定が比較的高いため、この線は実際には 直線であることが、当業者には理解できるであろう。この拡張期の終わりには、 コントローラー162は、供給弁156を切り替え、チャンバー18を大気圧若 しくは負圧まで所望に応じて急激に排気することによって、チャンバーを加圧前 の位置に戻す。 本発明の実施態様を、圧力プロフィールにおいて独立制御可能な上昇時間につ いて上記で説明してきたが、例えば圧力又は力のプロフィール等、時間に対する 心臓のパラメーターを示す種々の診断的波形の上昇時間を制御するにあたって、 本発明を用いることができることが理解できるであろう。 当業者には、本発明の膨張システムによって得られる多くの利点が理解できる であろう。特に顕著な利点は、圧力プロフィールの上昇時間とプラトーレベルを 独立して制御することができるということである。この特徴によって、圧力パル スを患者の圧力プロフィールに実質的に合うように個人に合わせて調節し、シス テムのリズムを心臓本来の周期的脈動とより同期した状態とすることができる。 従って、補助装置と心臓自身とが破壊的に干渉することを最小限に抑えることが でき、よって心臓を最大限に補助することができる。 本発明にはまた、最小限の機械的部品数で機能する簡単な設計を取り入れたと いう利点もある。部品の数を最小限とすることによって、システムの購入及び操 作に係る費用が劇的に少なくて済む。さらに、機械的部品の数を最小限とするこ とにより、膨張システムの全体寸法及び複雑さを低下させることができ、システ ムをポータブル機器として非常に適したものとすることができる。維持費のかか る部品や対応する配管が比較的少ないので、システムの信頼性が向上している。 好ましい実施態様を参照して本発明を特に図示し、説明してきたが、本発明の 思想及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細について種々の変更を行なう ことができることは、当業者には理解されるであろう。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION                          Drive unit for cardiac compression controlBackground of the Invention 1. Field of the invention   The present invention relates to a system for mechanically assisting the heart, and more particularly to a system for assisting the heart. The rise time and plateau level of the pressure pulse applied to the compression device can be controlled. Drive system.2. Description of related technology   Heart disease is one of the leading causes of heart dysfunction worldwide. heart One of the most common forms of heart failure that is often associated with disease Is substantially weakened. Helping a deadly heart Leaving it free will push out the blood needed to maintain body function. Often it goes away.   Heart technology is an important technology to save lives in people diagnosed with weakened hearts. To mechanically assist in pumping out blood. Help in this way To provide sufficient blood throughout the body without overburdening the heart muscle The blood pressure can be guaranteed to be appropriate. Typically, during invasive surgery, Devices such as a heart compression device provide this assistance. Take cardiopulmonary resuscitation (CPR) In another device, the chest is externally compressed, periodically compressing the heart area, Some help increase the flow.   Performs heart compression well, assists the heart as much as possible, Various devices that work reliably have been suggested by those skilled in the art. Such a device Was filed on October 18, 1996, It is disclosed in currently pending U.S. Patent Application No. 60 / 028,722. This application Has been assigned to the assignee of the present invention. This device supports the heart during invasive surgery. Holding and assisting, evenly applying pressure directly to the heart by means of an inflatable liner You. The liner is inflated and deflated periodically by an inflation system to compress the heart. Apply force.   The heart pumps blood according to different pressure profiles for different patients Whether the inflatable liner can successfully compress the heart Provides the inflation system with a certain degree of personal heart rhythm or pressure profile. It depends on whether you can control it. An important point to consider is that This is a sudden increase in ventricular pressure seen in the early stages, which can take about 50-100 mi. It only takes a second, but during that time it squeezes in time.   Conventional inflation system for controlling pressure pulse rise time and plateau level One system utilizes a single regulator / reservoir configuration. This system consists of a compressor connected to the regulator, And a reservoir disposed downstream of the vehicle. Outflow valve connected to reservoir outlet And a dilatation chin disposed within a heart compression device for supporting and assisting the heart. In fluid communication with the chamber. During operation, compressor to regulator Fluid is supplied to the tank, thereby maintaining a predetermined pressure in the tank. Chamber Expansion causes an exponentially rising pressure transient in the chamber by opening the outflow valve. By generating a pressure condition, this pressure transient gradually increases to the supply pressure level. Approach a relatively constant pressure or plateau level within a known response time. Stipulate.   This system ensures that the pressure on the liner never exceeds the supply pressure Functioning relatively well, and this configuration The toe level can be adjusted relatively accurately, but the rise Changes are not independently controlled. In general, the waveform can be represented as:                 P = PPLATEAU* [1-exp (-t / T)] In the equation, t indicates time, and T indicates a system time constant. As shown in FIG. Regardless of the constant, the time constant T does not change, and only the value of the plateau level changes. this Due to the characteristics, controlling the rise time using a conventional inflation system generally requires: Change system resistance, capacitance, or source regulator pressure It is only possible by Therefore, the transient response to plateau level is Typically, the time constant is about three. The time it takes to reach the plateau level The rise time, which is known as the Depends on characteristics. So you can only control the plateau level Then, the rise time cannot be controlled independently.   In addition, due to limited operating environment requirements, conventional inflation systems Often located several feet away from the expansion chamber. for that reason A relatively long hose is usually used to connect the inflation system to the compression device liner. I'm using As a result, coupled with the effects of the overall system resistance and pressure load, At the time constants achievable with conventional inflation systems, system performance is substantially reduced I have. Also, lowering the resistance by increasing the diameter of the tube increases the flow rate The size, weight, and cost of the parts needed to make the system practical This is undesirable from a point of view.   Alternatively, the source pressure may be substantially higher than the desired plateau pressure. Therefore, some of the above-mentioned problems can be solved. The pressure circuit was described earlier Similar to the first plan, but placed in series with the outflow valve And a control valve. Operation of the system begins with opening both valves simultaneously. The release timing is strictly adjusted, and the exponential function is characteristic of the source pressure level. Place the liner under increasing pressure and then reach the desired plateau level Close the control valve and trap pressure inside the liner for a set time. Is determined by   This proposal provides a way to control the rise time independently of the desired plateau pressure There are some advantages to doing so, but closing the control valve at exactly the right moment Therefore, the precise timing required to effectively control the plateau level It's actually difficult to do so. This is typically from the moment the valve is closed This is due to the equilibration time required to actually reach the plateau pressure. The result As a result, the system may overshoot or undershoot the plateau pressure Often results in unpredictable bias in the liner of a cardiac compression device. I will.   Therefore, those skilled in the art will appreciate that with minimal parts count, accurate reproducibility, By independently controlling both the ratau levels, a predetermined pressure profile Have recognized that there is a need for an inflation system that can follow the rules. The present invention The inflation system of the present invention meets this need.Summary of the Invention   The inflation system of the present invention has independently controllable rise times and plateau levels Direct inflation of the heart compression device according to a predefined pressure profile. It provides a simple means. In addition, the system minimizes the number of parts To minimize dimensions and associated procurement and operating costs.   In order to achieve the above-mentioned advantages, the inflation system of the present invention provides a first embodiment. The pressure cycle profile rise time and plateau applied to the expansion chamber -Control the level independently. The present invention, in one aspect, applies a fluid to a predetermined pressure. An air source for pressure and a pressure passage disposed in fluid flow communication with the air source. I can. This pressure passage provides a regulating device for setting the high and low pressure levels. Have. The supply mechanism arranged at the outlet of the pressure passage has a switchable predetermined holding mechanism. The chamber rises, alternating between high and low pressure levels according to duration It can be manipulated to define time and plateau levels.   In another aspect, the invention is directed to a heart for supporting and assisting a periodic pulsation of the heart. Includes auxiliary systems. This heart assist system evenly compresses the support cup and heart. A heart compression device having an internal inflation chamber for compression. Expansion The stem applies a pressure pulse to the inflation chamber, increasing the pressure pulse rise time and plateau. -The heart is periodically compressed by controlling the level independently . The inflation system includes an air source for pressurizing a fluid to a predetermined pressure, and an air source. And a pressure passage arranged in fluid communication. This pressure passage is high and low An adjusting device is provided for setting these pressure levels. Located at the outlet of the pressure passage The supply mechanism is adapted to raise or lower the chamber according to a predetermined switchable duration. Alternate under each pressure level to define the rise time and plateau level. Can be operated as follows.   In yet another aspect, the invention provides for increasing a pressure cycle on an expansion chamber. Includes methods to independently control time and plateau levels. This method uses a pressure reservoir Place the chamber under the first pressure from Exponentially increases the pressure in the chamber for an adjustable duration that defines the rise time Following the step of raising and the end of this duration, the pressure in the reservoir is Switching to a constant second pressure defining the level.   In still yet another aspect, the invention provides a method wherein the pressure is substantially higher than a desired plateau pressure. Includes source pressure. The pressure circuit has two output tubes extending from the tank. on the other hand Output tube between the regulated first high pressure tube and the regulated second plateau pressure tube A switching valve for switching is provided. The second output tube is connected to the compression device line via the supply valve. Connected to the inner. The operation of the system ensures that the switching valve is precisely timed. First, put the liner under a high pressure level higher than the plateau pressure level, The valve is then switched when the desired predetermined percentage of plateau pressure is reached, thereby Determined by fluidly connecting the liner to the plateau pressure. Then shrink At the end of the period, switch the supply valve to the closed side (vent the liner to outside air).   Other features and advantages of the present invention will be understood from the following detailed description when read in conjunction with the accompanying drawings. And will become clearer.BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES   FIG. 1 is a cross-sectional view of one non-limiting example of a heart assist device for assisting a heart. An important application example of the light inflation system is shown.   2A and 2B are block diagrams of a conventional inflation system.   FIGS. 3A and 3B show the conventional inflation system shown in FIGS. 2A and 2B, respectively. FIG.   FIG. 4 is a graph of the undesirable response to the conventional inflation system shown in FIG. 2B. Display.   FIG. 5 is a block diagram of an inflation system according to a first embodiment of the present invention.   FIG. 6 shows part of the pressure profile of the inflation system shown in FIG. It is a timing diagram.   FIG. 7 is a block diagram of an inflation system according to a second embodiment of the present invention.   FIG. 8 shows part of the pressure profile of the inflation system shown in FIG. It is a timing diagram.   FIG. 9 is a block diagram of an inflation system according to a third embodiment of the present invention.   FIG. 10 shows part of the pressure profile of the inflation system shown in FIG. It is a timing diagram.   FIG. 11 is a block diagram of an inflation system according to a fourth embodiment of the present invention.   FIG. 12 shows part of the pressure profile of the inflation system shown in FIG. It is a timing diagram.Detailed description of the invention   The inflation system of the present invention provides a first pressure level and a second pressure level with a minimum number of parts. To switch between pressure profile rise time and plateau Control the bell independently. Rise time and plateau level control are controlled by mechanical heart support. Properly match the pressure pulse of the auxiliary system to the natural pulse of the beating heart It is important to give sufficient response time to   By way of example, FIG. 1 shows that by compressing the ventricle substantially evenly during systole, To help the heart 13 pump blood into the vasculature 1 shows a heart compression device 12. One example of such a device is filed on October 18, 1996. No. 60 / 028,722, currently pending, which is hereby incorporated by reference. Is incorporated herein by reference. The heart has an internal expansion chamber or line The liner 16 is located inside a device lined with a It has a port 18 for connection to an inflation system.   Referring now to FIGS. 2A and 3A, a pressure pump synchronized with the pulsating heart 13 is shown. A first conventional inflation system for generating a lofil is shown generally at 34. ing. The system 34 includes an air outlet connected to a regulator 38. A compressor 36 and a reservoir or tank located downstream of the regulator C 40. The outlet of the reservoir is connected to the first control valve 43. Control valve 4 3 is a two-way valve, the outlet of which is arranged in a heart compression device 12 of the type shown in FIG. To the expanded expansion chamber. The operation of the control valve 43 is controlled by a controller (Not shown) to control with relatively accurate timing as shown in FIG. 3A. You. The operation of the first conventional inflation system involves moving the compressor into the regulator. To provide a fluid flow to maintain the desired pressure in the tank. Liner 1 The expansion of 6 opens the first control valve 43 and increases the asymptotically rising pressure into the chamber. This is done by generating a transient. Supply maintained in tank 40 The source pressure is the desired plateau pressure. After a predetermined time has elapsed, the control valve 4 3 and the expansion chamber port 19 of the device 12 now flows with the reservoir 44. Make the body flow. The chamber 44 is exhausted to the outside air.   2B and 3B, a pressure synchronized with the pulsating heart 13 is shown. A second conventional inflation system for generating a profile The entire system is shown at 34. This system 34 has a regulator 3 8 and an air compressor 36 connected downstream of the regulator. And a reservoir or tank 40 provided. The outlet of the reservoir is connected to the first control valve 42 Connected. Downstream of the first control valve, a three-way two-position distribution valve 43 is in fluid flow communication. And its outlet is connected to an inflation tube located in a heart compression device 12 of the type shown in FIG. It is aimed at Chamber. The operation of the control valves 42 and 43 is controlled by a controller (not shown). ) Is controlled at a relatively accurate timing as shown in FIG. 3B.   In the operation of the second conventional expansion system, the compressor goes into the regulator A fluid flow is provided, thereby maintaining the desired pressure in the tank. Liner 16 Expansion of the first control valve 42 and the distribution valve 43 at the same time to gradually open the chamber. This is done by generating a locally rising pressure transient. To balance effect When the predetermined duration calculated in consideration of such time has elapsed, the control valve 42 is closed, A pressure circuit traps pressurized gas in the liner. Predetermined time corresponding to systole After the passage, the distribution valve is operated to exhaust the liner to the outside air.   FIG. 4 shows that due to the slight inaccuracies in the aforementioned timing alignment, Demonstrates the effect that the desired plateau level causes unwanted overshoot It is something. These effects can cause unnecessary pressure on the heart , And unexpected stress is applied to the expansion liner 16, so that the heart compression Application is often undesirable.   Referring now to FIG. 5, the inflation system of the first embodiment of the present invention is generally 50 in diameter. It is shown. In this system 50, the rise time of the pressure pulse applied to the device and Plateau level can be controlled independently Wear. The system includes a pair of parallel pressure passages in fluid communication with an air source 56. 52 and 54 are provided. Air source 56 is typically between 6 psi and 60 psi (300 psi). Controllable core capable of generating a pressurized gas with a pressure of ~ 3000 mmHg) Includes compressor or pump. Another source for this application is cylinders. Control the pressure of the incoming pressurized gas or the pressure from the gas distribution pipes often provided in hospitals. Pressurized pneumatic system with appropriate plumbing to reduce pressure to a controllable level Underground.   The pressure passages 52 and 54 are provided with regulators 58 and 60 provided downstream of the pressure source 56. And are connected to tanks, ie, reservoirs 62 and 64, respectively. Regulator set to maintain high and low pressure levels in tank Have been. The high pressure level is typically set in the range of about 150-300 mmHg. And the low pressure level is usually about 60-150 mmHg. Each control valve 66, 68 Constitute a supply mechanism together, are arranged at tank outlets 70 and 72, Is supplied to the supply manifold 74. The manifold is connected to the exhaust mechanism 73 are doing. The exhaust mechanism 73 is preferably a three-way valve with a manifold 74 , A pipe from tank 75 is connected at the inlet to port 18 (FIG. 1) of the expansion chamber. The exiting pipe is the outlet. The tank 75 is designed to withstand ambient air, or negative pressure (ie, vacuum). Can be opened. In consideration of safety, the exhaust mechanism 73 is preferably It selectively communicates with an inlet pipe from the tank 75.   The controller 76 is electrically connected to the solenoids of the control valves 66 and 68, respectively. Subsequently, the states of the valves are controlled in order according to a predetermined timing scheme shown in FIG. I will.   Operation of the inflation system 50 generates a control signal 77 (FIG. 6) to Opening the supply control valve 66 and opening the valve 73 with respect to the manifold 74 The expansion chamber 16 is applied according to a higher value transient, which is characteristic of a given high pressure. Pressing. The end of the predetermined duration corresponding to the rise time of the pressure profile Instead, the high pressure supply valve 66 is closed by the second control signal 78 while the low pressure The supply valve 68 is opened. By adjusting the low pressure passage, the pressure inside the chamber is Quickly adjust to constant plateau pressure 79.   At the end of systole, controller 76 deactivates low pressure supply control valve 68. And a venting mechanism 73 to mimic the diastole of the heart's pressure profile. Pressurizes the chamber by rapidly evacuating the system to atmospheric pressure Return to the previous state. This entire cycle is 400-1 corresponding to the cyclical motion of the heart. Repeat in a relatively short time in 000 milliseconds.   Referring to FIG. 7, a modification of the present invention according to the second embodiment is indicated generally at 80. ing. In this modification, the number of parts required for implementing the present invention is reduced for simplicity. I have. Similar to the first embodiment shown in FIG. The low and high pressures driven by the lesser P and including the respective reservoirs 81 and 83 It includes power passages 82 and 84 and regulators 85 and 87. However, the above embodiment In contrast, the outlets of both tanks are connected to the same switching valve 86 which constitutes the supply mechanism. The switching valve 86 responds to the controller 89 to output the valve. Solenoid actuator for switching port 90 between high pressure inlet 92 and low pressure inlet 94 Data 88. The outlet 90 is connected to the pressure from the outlet 90 or from the tank 103. The atmosphere is connected to an exhaust mechanism 101 for introducing atmospheric pressure into the expansion chamber 16 (FIG. 1). Continue. The tank 103 may be open to outside air or negative pressure. Switching valve 86 and exhaust mechanism valve Reference numeral 101 denotes a supply mechanism.   Referring now to FIG. 8, the timing diagram used to operate the system 80 is shown. In the chime, the switching valve 86 opens the low pressure passage 84 to the outlet 90 It is considered to be initialized in the state. And the activation of pressure profile 8 , The exhaust mechanism 101 is activated by the signal 97, and the switching valve 86 is activated by the signal 98. Then start by placing the chamber under the set high pressure. Prophy After a preset duration corresponding to the rise time of the valve, the outlet of the switching valve 86 is switched off. , By returning to the normally open position by the signal 99, Pressurized gas is introduced into the chamber and set in advance corresponding to the plateau level 93. Low pressure level. After a predetermined desired duration of the plateau level, Activate the exhaust mechanism 101 with a controller to control the diastolic phase in the heart profile. Exhaust the system rapidly to accommodate the   Referring to FIG. 9, according to a third embodiment of the present invention, indicated generally at 100, the present invention The number of components required to implement the light principles can be further reduced. This cis The system pressurizes the reservoir 104 including the supply mechanism 106 and the exhaust mechanism 120 An air source 102 is included.   The air source 102 used in the third embodiment of the present invention is typically 60-300 m A controllable compressor capable of generating a pressurized gas at a pressure of Includes a pump. Another source suitable for this application is the use of pressurized gas in cylinders. Pressurized air with appropriate plumbing to reduce pressure to a controllable level Pneumatic cylinders. Or, often installed in hospitals in the form of gas distribution pipes. A pressurized gas that has been used can also be used as a pressure source.   The air source 102 includes a supply mechanism 106 and an exhaust mechanism, that is, a bypass machine. It connects to a tank or reservoir 104 that is placed in fluid flow communication with the structure 120. Offering Feed mechanism 106 typically responds to the operation of solenoid actuator 108. The operation of the actuator 108 is controlled by the control unit 12. 2 to control. The outlet of the three-way control valve 106 is connected to a pressure outlet 110, Is connected to the port 18 (FIG. 1) of the expansion chamber. Control valve 106 The inlet is connected to either tank 104 or tank 105. During the diastole To help shrink the inner, the tank 105 can be opened to the outside air , May be connected to a negative pressure (that is, vacuum). Bypass mechanism 120 is typically The back pressure regulator 114 connected to the reservoir bypass port and the solenoid A control valve 116 located at the regulator outlet 120 in response to the Including.   The control valve solenoids 108, 118 follow a predetermined timing scheme as shown in FIG. The controller 122 sends the control signals 124 and 126 to the control valve, And respond to it. Correlate timing scheme with pressure level This allows one tank and regulator to provide rise time and The ratau level can be controlled independently and easily.   9 and 10, during operation of the inflation system 100, the control The controller 122 activates the start control signal 126 to cause the valve 116 (flow from the tank 104 to flow). Valve 106 (in fluid communication with tank 105) is opened. To close. The valve 116 preferably opens when the pressure in the tank 104 -Pressure ("Pplateau"). Setting of the regulator 114 The plateau level can be easily controlled with relatively high accuracy simply by changing You. When the valves 116 and 106 are closed, the pressure in the tank 104 At the supply pressure of source 102 ("Psupply"). The valve 11 is closed while the valve 106 is closed. 6 is closed, the pressure in the tank 104 becomes PplateauP higher thansupplyReach You. The controller 122 opens the supply valve 106 to open the chamber 18 (FIG. 1). The pipe 110 connected to the inside is denoted by Psupply150-500 mmHg equal to Keep under pressure gas. At the same time, or slightly about 10 to 100 ms The valve 116 is opened by the control signal 126 and the pressure in the chamber 18 is turned off. -P without overshootingplateauApproach. The pressure inside the chamber 18 is , A second control signal 126 is transmitted from the controller to the control valve solenoid 11. Until 8 is released, PsupplyRises exponentially toward. Two control signals The set duration between corresponds to the rise time of the pressure profile. Systolic Versus To change the rise time as needed to approximate the corresponding natural rise time At the same time, the compressor pressure and the set duration can be easily adjusted. It will be understood by those skilled in the art.   At the end of systole, controller 122 deactivates supply control valve 106. The chamber is closed by venting the system to atmospheric pressure Release the pressure inside and return the chamber to its original state before pressurization. This entire cycle Relatively within about 400-1000 milliseconds, typically corresponding to the cyclic motion of the heart Repeat in a short time.   FIG. 11 shows another modification of the present invention according to the fourth embodiment, generally at 160. ing. In this embodiment, only one reservoir 142 is required. Outlet of pressure source 140 Is in direct fluid flow communication with the reservoir 142. By the first bypass outlet passage , The tank 142 is connected to the first high pressure passage 152 or the The two low pressure passages 154 are in fluid communication. Regulators 144 and 146 respectively Passage 152, 154. Regulator 144 plateaus the pressure in tube 152 Set to a predetermined pressure higher than the pressure. Regulator 146 controls the pressure in tube 154 To the plateau pressure. The inlet of each of the fluid pipes 152 and 154 is one Connect to the same switching valve 148. The controller 162 determines that the tank 142 is high. The valve is in fluid communication with either pressure tube 152 or plateau pressure tube 154. 148 is switched.   The second outlet pipe 150 connects the outlet of the tank 142 to a supply mechanism or valve 156 for fluid flow. Connection. The supply valve 156 is similar to the supply valve 106 shown in FIG. Toes The valve 156 is also a three-way valve. The inlet to the control valve 156 may be a tank 142 or a tank. 164. Tank 164 is open to outside air or negative pressure You may.   Still referring to FIGS. 11 and 12, during operation of the inflation system 160, The roller 162 activates the start control signal 166 to connect the valve 148 with the high pressure pipe 152. Switch to fluid communication. Thereafter, the control signal 122 changes to the start control signal 16. 8 to activate the liner in fluid flow communication with tank 142 via outlet tube 150 The supply valve 156 is opened as described above. At the same time, or only about 10 ms 100 milliseconds later, controller 162 activates a signal and tank 142 This time, the valve 148 is switched so that it is in fluid communication with the plateau tube 154. That As a result, the pressure in the tank 142 is immediately adjusted to the plateau pressure, The pressure in the chamber 18 is PplateauApproach. FIG. As shown in FIG. 2, the pressure in the chamber 18 is controlled by a signal sent from the controller. Valve 148 is switched and the tank is now in fluid communication with plateau pressure line 154 Until the pressure rises exponentially toward the pressure set in the high pressure tube 152. FIG. The rise to high pressure, indicated by the slope 170 of the pressure profile of Although functional, this line is actually due to the relatively high pressure setting in tube 152. One skilled in the art will understand that it is straight. At the end of this diastole, The controller 162 switches the supply valve 156 to set the chamber 18 at atmospheric pressure. Or by abruptly venting to a negative pressure, if desired, To the position.   An embodiment of the present invention is described for an independently controllable rise time in the pressure profile. And described above, for example, with respect to time, such as pressure or force profiles. In controlling the rise time of various diagnostic waveforms indicative of cardiac parameters, It will be appreciated that the present invention can be used.   One skilled in the art will appreciate the many benefits provided by the inflation system of the present invention. Will. Particularly noticeable advantages are the rise time of the pressure profile and the plateau level. It can be controlled independently. This feature allows the pressure pal Adjust the system to fit the patient's pressure profile substantially, The rhythm of the system can be made more synchronized with the heart's natural periodic pulsation. Therefore, it is possible to minimize the destructive interference between the assist device and the heart itself. Can help the heart to its fullest.   The invention also incorporates a simple design that works with a minimum number of mechanical parts. There is also an advantage. Purchasing and operating the system by minimizing the number of parts The cost of the crop is dramatically reduced. In addition, minimize the number of mechanical parts. Reduces the overall size and complexity of the inflation system, System can be very suitable as a portable device. Maintenance costs The reliability of the system is improved due to the relatively small number of parts and corresponding piping.   Although the present invention has been particularly shown and described with reference to preferred embodiments, Make various changes in form and detail without departing from the spirit and scope It will be understood by those skilled in the art that it is possible.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,GM,KE,LS,M W,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY ,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM ,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY, CA,CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,E S,FI,GB,GE,GW,HU,ID,IL,IS ,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK, LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,M N,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU ,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM, TR,TT,UA,UG,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 レヴィン,ハワード,アール アメリカ合衆国ニュージャージー州07666, ティーネック,ポマンダー・ウォーク・ 406 (72)発明者 ザイゼルソン,ノーム,エス アメリカ合衆国メリーランド州21209,ボ ルティモア,チョークベリー・ロード・ 6719 (72)発明者 マイケルマン,ポール,シー アメリカ合衆国ニューヨーク州10040,ニ ュー・ヨーク,ケイブリン・ブルヴァー ド・360,アパートメント・5エフ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, L U, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF) , CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, M W, SD, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY) , KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM , AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, E S, FI, GB, GE, GW, HU, ID, IL, IS , JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, M N, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU , SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, UZ, VN, YU, ZW (72) Inventors Levin, Howard, Earl             United States New Jersey 07666,             Tea neck, pomander walk             406 (72) Inventors Seiselson, Nome, S             United States Maryland 21209, Bo             Ltimore, Chokeberry Road             6719 (72) Michael Man, Paul, Sea             10040, New York, United States             New York, Kabulin Boulevard             De 360, Apartment 5 F

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1.膨張チャンバーにかける圧力サイクルプロフィールの上昇時間及びプラトー レベルを独立制御するための膨張システムであって、該システムは、 流体を所定圧力に加圧するための空気源と、 該源と流体流連通して配置され、高低それぞれの圧力レベルを設定するため の調節装置を含む圧力通路と、 該圧力通路の出口に配置され、切り替え可能な所定持続時間に従って、前記 チャンバーを、前記高圧レベルと低圧レベルとの下に交互におき、前記上昇時間 とプラトーレベルとを規定するように操作可能な供給機構とを備える膨張システ ム。 2.前記空気源がエアコンプレッサーを含む、請求の範囲第1項に記載の膨張シ ステム。 3.前記空気源が予め加圧された空気圧シリンダーを含む、請求の範囲第1項に 記載の膨張システム。 4.前記空気源がポンプを含む、請求の範囲第1項に記載の膨張システム。 5.前記空気源が空気分配管を含む、請求の範囲第1項に記載の膨張システム。 6.前記所定の高圧レベルが、150〜300mmHgの範囲内であ り、 前記低圧レベルが60〜150mmHgの範囲内である、請求の範囲第1項 に記載の膨張システム。 7.前記圧力通路が、 前記空気源と流体流連通して配置される入口を有するリザバーと、 該リザバーと流体流連通して配置され、前記持続時間が経過した後、前記リ ザバー内の圧力を、前記プラトーレベルを規定する第二圧力まで制御下において 緩めるように操作可能である、制御可能なバイパス機構とを含む、請求の範囲第 1項に記載の膨張システム。 8.前記リザバーがタンクを含み、 前記供給機構が、該タンクの下流に配置される供給制御弁を含む、請求の範 囲第7項に記載の膨張システム。 9.前記バイパス機構が、前記リザバーに接続する入口を有するレギュレーター と、該レギュレーターの出口に接続するバイパス制御弁とを含む、請求の範囲第 7項に記載の膨張システム。 10.所定の周期的信号を発生して、前記供給機構及び前記バイパス制御弁を制御 するためのコントローラーをさらに備える、請求の範囲第9項に記載の膨張シス テム。 11.前記コントローラーが、前記切り替え可能な持続時間によって規定されるタ イミングに従って、第一及び第二信号をそれぞれ発生 し、 前記供給機構が、該第一信号に応答して操作し、基本的に指数関数的な圧力 の上昇に従って、前記チャンバーを前記所定圧力下におき、 前記バイパス機構が、該第二信号に応答して操作し、前記チャンバー圧力を 前記プラトーレベルまで緩める、請求の範囲第10項に記載の膨張システム。 12.前記圧力通路が、 前記空気源に接続し、高圧リザバーと、該リザバー内に第一圧力を維持する レギュレーターとを備える高圧通路と、 前記空気源に接続し、前記高圧通路と平行に配置され、低圧リザバーと、該 リザバー内に第二圧力を維持するレギュレーターとを備える低圧通路とを含む、 請求の範囲第1項に記載の膨張システム。 13.前記高圧通路及び低圧通路にそれぞれ接続する第一入口及び第二入口と、前 記チャンバーに接続する出口とを備え、前記第一圧力通路と第二圧力通路との間 の切り替えを行ない、チャンバー内の圧力を選択的に制御し、対応して前記上昇 時間とプラトーレベルを制御するように操作可能な切り替え弁をさらに備える、 請求の範囲第12項に記載の膨張システム。 14.所定の周期的信号を発生して前記切り替え弁を制御するためのコントローラ ーをさらに備える、請求の範囲第13項に記載の膨張システム。 15.前記コントローラーが、前記切り替え可能な持続時間によって規定されるタ イミングに従って、第一及び第二信号をそれぞれ発生し、 前記切り替え弁が、前記第一信号に応答して操作して、前記高圧通路を開放 し、基本的に指数関数的な圧力の上昇に従って、前記チャンバーを前記第一圧力 下におき、また前記第二信号に応答して操作して、前記高圧通路を閉鎖すると同 時に前記低圧通路を開放し、前記チャンバーを前記第二圧力下におく、請求の範 囲第14項に記載の膨張システム。 16.大気圧か負圧の一方と流体流連通するタンクであって、出口を有するタンク と、 前記切り替え弁の前記出口と前記タンクの前記出口にそれぞれ接続する第一 入口端と第二入口端とを有する排気機構であって、前記チャンバーに接続する出 口を有する排気機構とをさらに備える、請求の範囲第13項に記載の膨張システ ム。 17.前記排気機構が、前記タンクの前記出口と選択的に流体流連通する、請求の 範囲第16項に記載の膨張システム。 18.前記高圧レベルが、150〜300mmHgの範囲内であり、 前記低圧レベルが、60〜150mmHgの範囲内である、請求の範囲第1 2項に記載の膨張システム。 19.前記高圧通路に接続する第一制御弁、及び前記低圧通路に接続する第二制御 弁と、 それぞれ共通の供給マニホールドと連通する、前記第一制御弁の出口、及び 前記第二制御弁の出口とをさらに備える、請求の範囲第12項に記載の膨張シス テム。 20.大気圧か負圧の一方と流体流連通するタンクであって、出口を有するタンク と、 前記マニホールドと該タンクの該出口にそれぞれ接続する第一入口と第二入 口とを備える排気機構であって、前記チャンバーに接続する出口を有する排気機 構とをさらに備える、請求の範囲第19項に記載の膨張システム。 21.前記排気機構が、前記タンクの前記出口と選択的に流体流連通する、請求の 範囲第20項に記載の膨張システム。 22.膨張チャンバーにかける圧力サイクルプロフィールの上昇時間及びプラトー レベルを独立制御するための膨張システムであって、該システムは、 流体を所定圧力に加圧するための空気源と、 該源と流体流連通して配置され、高低それぞれの圧力レベルを設定するため の調節装置を含む圧力通路と、 前記空気源と流体流連通して配置される入口を有するリザバーと、 該リザバーと流体流連通して配置され、前記持続時間が経過した後、前記リ ザバー内の圧力を、前記プラトーレベルを規定する第二圧力まで制御下において 緩めるように操作可能である、制御可能な切り替え弁と、 前記圧力通路の出口に配置され、切り替え可能な所定持続時間に従って、前記 チャンバーを前記高圧レベルと前記低圧レベルとの下に交互におき、前記上昇時 間とプラトーレベルとを規定するように操作可能な供給機構とを備える、膨張シ ステム。 23.前記リザバーがタンクを含み、 前記供給機構が、該タンクの下流に配置される供給制御弁を含む、請求の範 囲第22項に記載の膨張システム。 24.前記切り替え弁が、前記高圧レベルに調節される第一圧力通路である第一入 口と、前記低圧レベルに調節される第二圧力通路に接続する第二入口と、前記リ ザバーに接続する出口とを有する三方弁を含む、請求の範囲第22項に記載の膨 張システム。 25.所定の周期的信号を発生して、前記供給機構と前記切り替え弁とを制御する ためのコントローラーをさらに備える、請求の範囲第24項に記載の膨張システ ム。 26.前記コントローラーが、前記切り替え可能な持続時間によって規定されるタ イミングに従って、第一及び第二信号をそれぞれ発生し、 前記供給機構が、該第一信号に応答して操作し、基本的に指数関数的な圧力 の上昇に従って、前記チャンバーを前記所定圧力下におき、 前記切り替え弁が、該第二信号に応答して操作し、前記チャンバー圧力を前 記プラトーレベルまで緩める、請求の範囲第25項に記 載の膨張システム。 27.心臓の周期的脈動を支持及び補助するための心臓補助システムであって、該 圧迫システムは、 支持カップ、及び前記心臓を均等に圧迫するための内部膨張チャンバーを有 する心臓圧迫装置と、 該膨張チャンバーに圧力パルスをかけ、圧力パルスの上昇時間とプラトーレ ベルとを独立制御することによって前記心臓を周期的圧縮状態とするための膨張 システムとを備え、該膨張システムは、 流体を所定圧力に加圧するための空気源と、 該源と流体流連通して配置され、高低それぞれの圧力レベルを設定するため の調節装置を含む圧力通路と、 該圧力通路の出口に配置され、切り替え可能な所定持続時間に従って、前記 チャンバーを前記高圧レベルと前記低圧レベルとの下に交互におき、前記上昇時 間とプラトーレベルとを規定するように操作可能な供給機構とを備える、心臓補 助システム。 28.心臓圧迫装置内に配置された膨張可能なライナーにかける圧力サイクルの上 昇時間とプラトーレベルを独立制御するための方法であって、該方法は、 前記ライナーを圧力リザバーからの第一圧力下において、前記上昇時間を規 定する制御可能な持続時間にわたって、該ライナー内の圧力を基本的に指数関数 的に上昇させる工程と、 該持続時間の経過後続いて、前記リザバー内の圧力を、前記プラトーレベル を規定する一定の第二圧力に切り替える工程とを含む、心臓圧迫装置内に配置さ れた膨張可能なライナーにかける圧力サ イクルの上昇時間とプラトーレベルを独立制御するための方法。 29.前記切り替える工程が、前記リザバーと流体流連通して配置されるレギュレ ーターと、該レギュレーターの出口に接続する制御弁とを備えるバイパス機構に よって、前記リザバー内の圧力を緩める工程を含む、請求の範囲第27項に記載 の方法。 30.心臓の脈動を補助する方法であって、該脈動は規定可能な収縮期に対応し、 前記方法は、 支持カップと膨張可能なライナーとを有する心臓圧迫装置を選択する工程と 、 該ライナーを圧力リザバーからの第一圧力下において、前記上昇時間を規定 する制御可能な持続時間だけ、該ライナー内の圧力を指数関数的に上昇させる工 程と、 該持続時間の経過後続いて、前記リザバー内の圧力を、前記プラトーレベル を規定する一定の第二圧力に切り替える工程とを含む、心臓の脈動を補助する方 法。 31.前記選択する工程が、 流体を所定圧力に加圧するための空気源と、該源と流体流連通して配置され 、高低それぞれの圧力レベルを設定するための調節装置を含む圧力通路と、該圧 力通路の出口に配置され、切り替え可能な所定持続時間に従って、前記チャンバ ーを前記高圧レベルと前記低圧レベルとの下に交互におき、前記上昇時間とプラ トーレベルとを規定するように操作可能な供給機構とを備える膨張システムを提 供する工程を含む、請求の範囲第30項に記載の方法。[Claims] 1. Rise time and plateau of pressure cycle profile applied to expansion chamber An inflation system for independently controlling the level, the system comprising:     An air source for pressurizing the fluid to a predetermined pressure;     Placed in fluid flow communication with the source to set respective high and low pressure levels A pressure passage including an adjustment device for     At the outlet of the pressure passage, according to a predetermined switchable duration, said The chambers are alternately placed below the high and low pressure levels and the rise time Expansion system comprising a supply mechanism operable to define a plateau level and a plateau level. M 2. The expansion system according to claim 1, wherein said air source comprises an air compressor. Stem. 3. 2. The method of claim 1, wherein said air source comprises a pre-pressurized pneumatic cylinder. An inflation system as described. 4. The inflation system of claim 1, wherein the air source comprises a pump. 5. The inflation system according to claim 1, wherein the air source comprises an air distribution line. 6. The predetermined high pressure level is within a range of 150 to 300 mmHg. And     The claim 1 wherein the low pressure level is in the range of 60-150 mmHg. An inflation system according to claim 1. 7. The pressure passage,     A reservoir having an inlet disposed in fluid flow communication with the air source;     The reservoir is placed in fluid communication with the reservoir and, after the duration has elapsed, the reservoir. Under control of the pressure in the zaber to a second pressure that defines the plateau level A controllable bypass mechanism operable to release. An inflation system according to claim 1. 8. The reservoir includes a tank;     The claim wherein the supply mechanism includes a supply control valve located downstream of the tank. The inflation system of claim 7. 9. A regulator wherein the bypass mechanism has an inlet connected to the reservoir And a bypass control valve connected to the outlet of the regulator. An inflation system according to claim 7. Ten. Generate a predetermined periodic signal to control the supply mechanism and the bypass control valve 10. The inflation system according to claim 9, further comprising a controller for performing the operation. Tem. 11. The controller is a timer defined by the switchable duration. Generates first and second signals according to the timing And     The supply mechanism operates in response to the first signal and provides an essentially exponential pressure. As the pressure rises, the chamber is placed under the predetermined pressure,     The bypass mechanism operates in response to the second signal to reduce the chamber pressure. 11. The inflation system of claim 10, wherein said inflation system relaxes to said plateau level. 12. The pressure passage,     A high pressure reservoir connected to the air source and maintaining a first pressure within the reservoir; A high-pressure passage having a regulator;     A low-pressure reservoir connected to the air source and disposed in parallel with the high-pressure passage; A low pressure passage with a regulator for maintaining a second pressure in the reservoir. The inflation system according to claim 1. 13. A first inlet and a second inlet connected to the high-pressure passage and the low-pressure passage, respectively; An outlet connected to the chamber, between the first pressure passage and the second pressure passage. To selectively control the pressure in the chamber and correspondingly increase the Further comprising a switching valve operable to control the time and plateau level, An inflation system according to claim 12. 14. A controller for generating a predetermined periodic signal to control the switching valve 14. The inflation system of claim 13, further comprising: 15. The controller is a timer defined by the switchable duration. Generating a first and a second signal, respectively, according to the imaging;     The switching valve operates in response to the first signal to open the high-pressure passage. And the chamber is subjected to the first pressure, essentially according to an exponential pressure rise. Down and operated in response to the second signal to close the high pressure passage. Claims wherein the low pressure passage is sometimes opened and the chamber is under the second pressure. Clause 14. The inflation system of clause 14. 16. A tank in fluid communication with one of atmospheric pressure or negative pressure, the tank having an outlet When,     First connecting to the outlet of the switching valve and the outlet of the tank respectively An exhaust mechanism having an inlet end and a second inlet end, wherein the outlet connects to the chamber. 14. The expansion system according to claim 13, further comprising an exhaust mechanism having a port. M 17. The exhaust mechanism is in selective fluid communication with the outlet of the tank. 17. The inflation system of claim 16. 18. The high pressure level is in the range of 150-300 mmHg;     The first claim, wherein the low pressure level is in the range of 60-150 mmHg. An inflation system according to claim 2. 19. A first control valve connected to the high pressure passage, and a second control connected to the low pressure passage A valve,     An outlet of the first control valve, each communicating with a common supply manifold, and 13. The expansion system according to claim 12, further comprising an outlet of the second control valve. Tem. 20. A tank in fluid communication with one of atmospheric pressure or negative pressure, the tank having an outlet When,     A first inlet and a second inlet respectively connected to the manifold and the outlet of the tank; An exhaust mechanism comprising a mouth, and an exhaust device having an outlet connected to the chamber. 20. The inflation system of claim 19, further comprising a girder. twenty one. The exhaust mechanism is in selective fluid communication with the outlet of the tank. 21. The inflation system of claim 20. twenty two. Rise time and plateau of pressure cycle profile applied to expansion chamber An inflation system for independently controlling the level, the system comprising:     An air source for pressurizing the fluid to a predetermined pressure;     Placed in fluid flow communication with the source to set respective high and low pressure levels A pressure passage including an adjustment device for     A reservoir having an inlet disposed in fluid flow communication with the air source;     The reservoir is placed in fluid communication with the reservoir and, after the duration has elapsed, the reservoir. Under control of the pressure in the zaber to a second pressure that defines the plateau level A controllable switching valve operable to be loosened;   At the outlet of the pressure passage, according to a predetermined switchable duration, the The chambers are alternately placed below the high pressure level and the low pressure level, An inflation system comprising a supply mechanism operable to define the gap and plateau level. Stem. twenty three. The reservoir includes a tank;     The claim wherein the supply mechanism includes a supply control valve located downstream of the tank. 23. The inflation system of claim 22. twenty four. A first inlet, wherein the switching valve is a first pressure passage adjusted to the high pressure level; A port, a second inlet connected to the second pressure passage regulated to the low pressure level, and 23. The inflator of claim 22 including a three-way valve having an outlet connected to the reservoir. Zhang system. twenty five. Generate a predetermined periodic signal to control the supply mechanism and the switching valve The inflation system according to claim 24, further comprising a controller for: M 26. The controller is a timer defined by the switchable duration. Generating a first and a second signal, respectively, according to the imaging;     The supply mechanism operates in response to the first signal and provides an essentially exponential pressure. As the pressure rises, the chamber is placed under the predetermined pressure,     The switching valve operates in response to the second signal to increase the chamber pressure. Claim 25, loosening to the plateau level On-board inflation system. 27. A heart assist system for supporting and assisting a periodic pulsation of the heart, The compression system     Having a support cup and an internal inflation chamber for evenly compressing the heart Heart compression device     A pressure pulse is applied to the expansion chamber, and the rise time of the pressure pulse and the plateau Inflation to bring the heart into a cyclic compression state by controlling the bell independently And the inflation system comprises:     An air source for pressurizing the fluid to a predetermined pressure;     Placed in fluid flow communication with the source to set respective high and low pressure levels A pressure passage including an adjustment device for     At the outlet of the pressure passage, according to a predetermined switchable duration, said The chambers are alternately placed below the high pressure level and the low pressure level, Cardiac prosthesis comprising a delivery mechanism operable to define the gap and plateau level. Auxiliary system. 28. Above the pressure cycle on the inflatable liner located in the heart compression device A method for independently controlling rise time and plateau level, the method comprising:     The liner is placed under a first pressure from a pressure reservoir and the rise time is defined. The pressure in the liner is essentially an exponential function over a controllable duration Step of raising     Following the passage of the duration, the pressure in the reservoir is increased to the plateau level Switching to a constant second pressure that defines the pressure within the heart compression device. Pressure on the expanded inflatable liner A method for independently controlling the rise time and plateau level of the cycle. 29. The step of switching includes a regulation disposed in fluid flow communication with the reservoir. And a bypass mechanism having a control valve connected to an outlet of the regulator. 28. The method of claim 27, including the step of reducing the pressure in said reservoir. the method of. 30. A method for assisting a heart pulsation, wherein the pulsation corresponds to a definable systole, The method comprises:     Selecting a cardiac compression device having a support cup and an inflatable liner; ,     The liner is placed under a first pressure from a pressure reservoir to define the rise time. Exponentially increasing the pressure in the liner for a controllable duration of time. About     Following the passage of the duration, the pressure in the reservoir is increased to the plateau level Switching to a constant second pressure that defines Law. 31. The step of selecting,     An air source for pressurizing the fluid to a predetermined pressure; and an air source disposed in fluid flow communication with the source. A pressure passage including an adjusting device for setting each of the high and low pressure levels; The chamber is arranged at the outlet of a force passage and according to a predetermined switchable duration. Alternately below the high pressure level and the low pressure level, and the rise time and A supply mechanism operable to define the toe level. 31. The method of claim 30, comprising providing.
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