CN101543647B

CN101543647B - 一种脉冲式心室辅助泵

Info

Publication number: CN101543647B
Application number: CN2009103022904A
Authority: CN
Inventors: 冯亚凯; 亓吉娇
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2009-05-14
Filing date: 2009-05-14
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2029-05-14
Also published as: CN101543647A

Abstract

本发明公开了一种脉冲式心室辅助泵，它包括其上插有抽气孔硅橡胶塞的上壳体、顶部与上壳体底部通过压圈相连的并且其上连接有驱动接口的下壳体、在上、下壳体之间设置有隔膜，上壳体与隔膜之间形成血腔，下壳体与隔膜之间形成气腔，在血腔处的上壳体上分别连接有进血导管、出血导管，在进血导管、出血导管内壁开有与所安装的瓣膜形状相吻合的凹槽，在凹槽内安装有瓣膜，进血导管呈水平设置，出血导管与水平方向呈30°-45°夹角倾斜设置，进血导管与出血导管在水平面内的投影彼此平行。采用本装置手术中血泵和瓣膜的安装简单易行，患者使用过程中并发症的发生几率大大降低；瓣膜凹槽的固定作用和隔膜的三层膜设计大大延长了血泵的使用寿命。

Description

一种脉冲式心室辅助泵

技术领域

本发明涉及到一种心室辅助装置，尤其涉及到一种用于抢救心衰病人或者延长重症心脏病患者寿命的新型脉冲式心室辅助泵。

背景技术

心室辅助血泵是改善循环功能不全或暂时维持患者的循环状况，从而维护全身组织的正常循环，减轻心脏的前、后负荷以及降低心肌的耗氧量，提高舒张期血压，增加冠状动脉循环的血流量，促进侧枝循环的同时进一步改善心肌的收缩能力，促进心脏泵血机能的强化及加速心肌的恢复，或在外科治疗前(包括心脏移植前)替代心脏泵血功能，来延长患者等待供体心脏的时间。

现有的气动脉冲式心室辅助血泵一般采用囊状结构，如图1所示，由气动驱动装置提供血液循环所需的动力。泵体为密闭的两个腔室，中间由膜间隔，一个腔通过空气，另一个腔通过血液。血腔通过两条导管与心脏相连，并且在导管中靠近血腔的位置安装人工心脏瓣膜；气腔通过一条导管与气动驱动装置相连。

目前，国外已有各式各样的血泵应用于临床，但是每种血泵都存在一种或几种致命的缺陷，因此，对血泵结构的设计和进一步改进使其有更好的安全性和持久性成为研究人员不懈努力的方向。

如图1所示的囊状血泵的结构一般分为五部分，血腔，气腔，隔膜，空气出入口以及进口导管和出口导管。工作原理是这样的：往气腔抽气时，隔膜被下拖，血腔容积变大，压力变小，出血口瓣膜关闭，入血口瓣膜打开，血液从入血口流入血腔内；往气腔送气时，隔膜被推向上，血腔容积变小，压力变大，此时入血口瓣膜关闭，出血口瓣膜打开，血液从出血口被压出，通过反复往气腔抽气和充气，隔膜便周期上下运动，不断抽血与供血，维持人体的血液循环。

囊状血泵虽已用于临床，但是一个致命的缺陷一直未能解决。囊状血泵(以BerlinHeart为例)的入口导管和出口导管同方向设置于血室上，虽然血液在血室内可做旋转运动，但由于出入口在同一平面内，血流首尾相接，仍然会产生血液漩涡、撞击和血流不连续等现象；此外，血室中间没有阻隔，血流在血室内容易发生横流，形成短路或湍流。这些现象都容易导致血栓的形成。

针对这一情况，也曾有人提出过改进。罗征祥等人在专利93218637.8中认识到现有囊状血泵的缺陷，并且针对这一缺陷公开了一种左心辅助泵。

此泵的入血口沿切线方向横置于血腔上，出血口与水平方向呈30°-60°角倾斜向上横跨于入血口上，与入血口形成一个螺旋上升的结构如图2所示，图2为该血泵的俯视图，图中7为入血口，8为出血口，11是入血口与出血口形成的球面凹坑结构。经过这样改进后，作者力图做到使血液流动受到约束，只随血泵的圆形结构自然形成螺旋向上的血流，防止湍流、剪切、撞击和流动不连续等现象发生。

众所周知，一个血泵的工作情况主要是通过血流形态、速度、产生的压力和剪切区域来描述，通过冲刷性能来估计血液动力学特征并且估计血小板黏附的发生机率。为了评价罗氏血泵的性能，本发明对其进行粒子追踪模拟试验。模拟中，为了减少计算的数据，只研究血液在血腔内的流动情况，忽略了瓣膜对血液剪切作用的影响。

模拟过程中，设定脉冲泵的循环周期0.8s，假设血液流动是随时间变化的，不可压缩的层流状态，血液被假设成牛顿型流体，黏度μ＝0.0035kg·m-1·s-1，密度ρ＝1056kg/m3。模拟首先开始于初始速率为0和腔内均一压力为30mmHg的前提下，血腔处于中间半充满状态，模拟开始于喷射的中间阶段。膜上指定点处血液的流速用公式。

W_wall＝±Asin[(2π/T)·(t-t₀)][1-(r²/R²)]

式中A＝7.16cm/s，T是脉冲泵的循环周期，t是时间，t₀＝0.2s时从模拟开始到血腔开始填充的转变时间，r是指定点到膜中心的距离，R＝3.25cm是圆形膜的半径。

模拟中，设定程序把粒子通过流入导管注入，并在模拟过程中跟踪观察。3000个粒子在充血初期被注入，并在接下来的循环中跟踪观察粒子在血腔中的存在状态，直到一个循环过程结束，然后计算粒子在血腔中的残留数目。

图3(a)-(f)是在一个泵血循环中的六个时间段拍摄的注入血腔的粒子的分布，这六个时间段分别是：充血初期t＝0.13s、充血高峰期t＝0.27s、充血末期t＝0.40s、喷射初期t＝0.53s、喷射高峰期t＝0.67s、喷射末期t＝0.80s。由图可以明显地看到，图片中显示，虽然血泵的螺旋状设计避免了因为出入口导管在同一个平面内引起的漩涡和横流，但是仍然因为出血口横跨在入血口上，使血液在出血口附近方向发生大角度转变时形成漩涡，也就是说，血液在出血口附近方向发生大角度转变即将流出管口时所受到的剪切应力瞬间下降，粒子由高速运动状态突然经历瞬间减速而形成漩涡，值得庆幸的是，所产生的漩涡在螺旋形结构的约束下存在的时间短，而且漩涡的范围较小，血栓的形成几率明显的比未改进前的囊状血泵小得多，但仍不可避免长时间工作后并发症的产生。计算结果显示，在一个周期结束后，泵内仍然残余11％的粒子参与下一次的泵血过程。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种血液在腔内的流动过程呈流线型连续进行，无断裂或不连贯现象，无湍流和血液滞留区，呈现出良好的顺流性和射血能力的一种脉冲式心室辅助泵。

本发明的另一目的在于提供一种使用寿命长，内部各构件安装更加简单牢固的脉冲式心室辅助血泵。

本发明的一种脉冲式心室辅助泵，它包括其上插有抽气孔硅橡胶塞的上壳体、顶部与所述的上壳体底部通过压圈相连的并且其上连接有驱动接口的下壳体、在所述的上、下壳体之间设置有隔膜，所述的上壳体与隔膜之间形成血腔，所述的下壳体与隔膜之间形成气腔，在所述的血腔处的上壳体上分别连接有进血导管、出血导管，在所述的进血导管、出血导管内壁开有与所安装的瓣膜形状相吻合的凹槽，在所述的凹槽内安装有瓣膜，所述的进血导管呈水平设置，所述的出血导管与水平方向呈30°-45°夹角倾斜设置，所述的进血导管与出血导管在水平面内的投影彼此平行。

采用本发明装置的有益效果是：手术中血泵和瓣膜的安装简单易行，患者使用过程中并发症的发生几率大大降低；瓣膜凹槽的固定作用和隔膜的三层膜设计大大延长了血泵的使用寿命。

附图说明

图1是现有的囊状人工心脏血泵的结构图；

图2是罗氏血泵的俯视图；

图3(a)-图3(f)是图2所示的罗氏血泵粒子追踪模拟结果图；

图4是本发明的一种脉冲式心室辅助泵的主视图；

图5是图4所示的辅助泵的俯视图；

图6是本发明中采用的与一种瓣膜的结构相适配的进、出血导管内壁上的凹槽展开图；

图7(a)-图7(f)是采用本发明的血泵模拟结果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图4-5所示的本发明一种脉冲式心室辅助泵，它包括其上插有抽气孔硅橡胶塞的上壳体3、顶部与所述的上壳体底部通过压圈相连的并且其上连接有驱动接口的下壳体4、在所述的上、下壳体之间设置有隔膜，所述的上壳体3与隔膜1之间形成血腔，所述的下壳体4与隔膜1之间形成气腔，在所述的血腔处的上壳体3上分别连接有进血导管7、出血导管8，在所述的进血导管7、出血导管8内壁开有与所安装的瓣膜形状相吻合的凹槽，在所述的凹槽内安装有瓣膜，其特征在于：所述的进血导管7呈水平设置，所述的出血导管8与水平方向呈30°-45°夹角倾斜设置，所述的进血导管7与出血导管8在水平面内的投影彼此平行。

所述的隔膜1优选的为三层膜构成，所述的三层膜的边缘粘合在一起。隔膜的一面与血液接触，要求具有良好的血液相容性，可选用改性过的聚氨酯材料；隔膜的另一面与空气接触，能随空气的进出而变形，向下凹陷或者向上鼓胀，因此要求隔膜材料同时具有良好的抗挠曲性能和良好的化学稳定性(可选用硅橡胶等)，在与空气的频繁接触中不必担心会与空气中的物质起化学反应；在两层材料中间还附有一层薄膜材料(可选用硅橡胶或者聚氨酯)，起到过渡上下材料不一致而引起的运动不协调，同时还保证了材料的结实耐用，隔膜如果一旦有破损或安装密封不好，空气即可进入血流，造成气栓、漏血等严重后果。

所述的血泵进出口导管内壁设计有符合瓣膜形状的凹槽，用于固定瓣膜，避免了为固定瓣膜而采取的缝合或者黏结手续，安装更加牢固，手术更加简单。本发明的瓣膜可以采用任何已有结构的瓣膜，并根据瓣膜的形状在进血导管7、出血导管8内壁开有与所安装的瓣膜形状相吻合的凹槽。当然也可以采用CN200810053785.3专利中公开的瓣膜结构，根据该瓣膜在导管处设计的凹槽形状展开图如图6所示，将图6中的AB首尾相连成圆形即为凹槽在管壁内的分布，三个凹槽均匀的分布在圆形的管壁上，彼此间呈120°，凹槽的尖状部分恰好容放瓣膜的三个支架。在放置瓣膜支架的凹槽下方有与其相搭配的放置固定环的凹槽。具体实施如图5中9、10的安装位置。

对本发明中的血泵进行粒子追踪实验结果显示如图7(a)-图7(f)。这六个时间段分别是：充血初期t＝0.13s、充血高峰期t＝0.27s、充血末期t＝0.40s、喷射初期t＝0.53s、喷射高峰期t＝0.67s、喷射末期t＝0.80s。模拟结果显示血液在腔内的流动过程呈流线型连续进行，无断裂或不连贯现象，无湍流和血液滞留区，呈现出良好的顺流性和射血能力，有效地克服了现有血泵中存在的不足。

Claims

1.一种脉冲式心室辅助泵，它包括其上插有抽气孔硅橡胶塞的上壳体、顶部与所述的上壳体底部通过压圈相连的并且其上连接有驱动接口的下壳体、在所述的上、下壳体之间设置有隔膜，所述的上壳体与隔膜之间形成血腔，所述的下壳体与隔膜之间形成气腔，在所述的血腔处的上壳体上分别连接有进血导管、出血导管，在所述的进血导管、出血导管内壁开有与所安装的瓣膜形状相吻合的凹槽，在所述的凹槽内安装有瓣膜，其特征在于：所述的进血导管呈水平设置，所述的出血导管与水平方向呈30°-45°夹角倾斜设置，所述的进血导管与出血导管在水平面内的投影彼此平行。

2.根据权利要求1所述的脉冲式心室辅助泵，其特征在于：所述的隔膜为三层膜构成，所述的三层膜的边缘粘合在一起。