CN101905044B - 超声电机驱动隔膜式搏动血泵 - Google Patents

Abstract

一种医疗器械技术领域的超声电机驱动隔膜式搏动血泵，固定底板固定在超声电机输出轴侧的基座上，固定外筒连接固定底板，套筒、上盖与固定外筒连接为一体；凸轮上、下两部分固定在连接衬筒上形成筒形凸轮机构，筒形凸轮机构和驱动盘经紧固螺母和超声电机轴相连，推杆一端嵌于筒形凸轮机构槽内，另一端和推板相连，在推板和套筒形成的内腔中放置血袋，血袋另一侧连接上盖，血袋有入血口、出血口，每个血口有内置单向阀。本发明将超声电机自身结构和血泵结构设计相结合，推杆和推板放置于中空的筒形凸轮内部，血袋置于套筒空腔内，整体结构紧凑，有效降低搏动式血泵的体积，增加了可植入性，扩展了适用人群的范围。另外本发明安装位置不受限制，传动效率高，可控性强。

Description

超声电机驱动隔膜式搏动血泵

技术领域

本发明涉及一种医疗器械技术领域的血泵，具体是一种用于心室辅助的超声电机驱动隔膜式搏动血泵。

背景技术

目前人工心脏辅助装置主要作为心脏移植的过渡桥梁和对心力衰竭的永久治疗。不过随着越来越多人工心脏辅助临床应用的增多，衰竭心肌恢复的报道(Left Ventricular Assist Deviceand Drug Therapy for the Reversal of Heart Failure，The new england journal of medicine，355；18，www.nejm.org，November 2，2006)也越来越多。这就可能使人工心脏辅助对终末期严重心力衰竭治疗的范围，逐渐增加。血泵是人工心脏辅助装置的核心部件。迄今，已进入医疗市场或者技术成熟的人工心脏辅助装置大体可分为气动和电动隔膜式心室辅助装置。隔膜式心室辅助装置提供搏动血流，有利于各主要脏器的血液微循环灌注，较为符合生理特点。气动隔膜式心室辅助，将辅助的血泵放置在体外，用引流管穿过皮肤，将血泵与病人的心脏和血管连接。这样病人活动的范围有限，而且穿过皮肤的引流管，容易引起感染。电磁式电机驱动的隔膜泵基本结构与气动隔膜血泵相同，但因为电机的存在，血泵尺寸较大，只能植入到体表面积较大的人体中。超声电机是一种新型微驱动器，具有输出力矩密度大，反应速度快，宁静运转，结构紧凑体积小，不需要减速机构，每分钟旋转速度和心率接近，不产生电磁干扰也不被电磁场干扰。因此，采用超声电机驱动隔膜式搏动血泵，可缩小血泵体积，使其可植入到体表面积较小的人体中；同时因为超声电机转速和自然心率接近，可减小血泵对血液的破坏。

经对现有技术的文献检索发现，以美国专利Blood Pump，专利号5,092,878为代表的一类搏动型血泵设计以超声电机的旋转运动作为动力源，经过机械丝杠转换变向装置，将电机输出的旋转动作转变成直线往复动作，并以此实现搏动泵血的功能。但此发明中丝杠为实心结构，其机械转换变向机构至少占血泵厚度的1/2。另外，机械传动机构只在正行程驱动隔膜血袋，而反行程则没有做功。这既限制了血泵可植入人体体表面积的大小，也没有充分利用植入血泵的容积。因此，专利申请公开号CN 101269245A中提出了一种超声电机驱动的隔膜式血泵，该专利选用旋转超声电机作为动力源，经过丝杠传动机构将旋转运动转化为直线运动。在推板两侧，各有一个血袋：在有丝杠传动机构一侧，采用中空的血袋结构；另一侧，为一般的完整血袋结构。这样在丝杠机械传动机构的正反行程都能压缩血袋泵血，有效利用了血泵本身的容积。但上述装置，因为采用实心机械传动装置将电机的旋转运动变为直线运动，不能减小血泵的厚度，不利于血泵的植入；同时因为丝杠传动机构的存在，传动装置的效率也受限制。

发明内容

本发明为克服现有技术存在的问题，提供一种超声电机驱动，可植入隔膜式搏动血泵。在本发明中，机械转换变向机构采用中空的筒形凸轮机构槽传动的方式。超声电机带动筒形凸轮槽机构，推板在筒形凸轮机构曲线槽和套筒滑槽双约束下实现上下运动挤压血袋。这样血袋可完全置于筒形凸轮机构槽的中间，有效减小血泵的厚度，增加血泵的可植入性；另外，为减小血泵对血液的破坏，筒形凸轮机构槽的轮廓线按心动周期曲线设计。因此，在超声电机单一方向匀速旋转过程中，推板自动按自然心跳节律挤压和放松血袋。这样既可减小对血液破坏，也可以增强血泵的可控性和传动效率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：超声电机基座、固定底板、驱动盘、固定外筒、套筒、推板、推杆、凸轮、连接衬筒、血袋、上盖、入血口、出血口、单向阀，超声电机输出轴，其中：固定底板固定在超声电机输出轴侧的基座上，固定外筒连接固定底板；套筒、上盖和固定外筒连接为一体；凸轮上、下两瓣固定在连接衬筒上形成筒形凸轮机构，筒形凸轮机构和驱动盘经紧固螺母和超声电机输出轴相连；推板对称的两端伸出两个推杆，推杆通过套筒滑槽嵌于筒形凸轮机构槽内。推板和套筒形成的内腔中放置血袋，血袋另一侧与上盖接触，血袋有入血口、出血口，每个血口有内置单向阀，控制血液流向。

所述筒形凸轮机构，采用中空结构，从动件为推杆，推杆运动规律按照人体心动周期曲线进行拟合，该筒形凸轮机构的工作轮廓线是一条等宽凸轮曲线槽。设计曲线槽为通槽，将筒形凸轮分为两个实体，通过连接衬筒将凸轮连为整体。

所述套筒，在径向对称位置铣制两条滑槽，套筒滑槽与凸轮曲线槽配合，限制推杆周向运动。其中推杆与套筒滑槽接触面铣为平面，推杆平面与滑槽截面相配合，防止推杆及与之相连的推板翻转。推杆嵌于凸轮槽和套筒滑槽的接触面由耐磨特性好、摩擦噪声低的摩擦材料构成，用以改善摩擦特性。

所述紧固螺母，加工两条阶梯型通槽，实现螺钉安装和沉头设计，单条槽线径向跨度足够大，以方便周向安装。紧固螺母将驱动盘与超声电机输出轴相连，限制驱动盘轴向窜动。

所述单向阀是由生物兼容性的瓣膜构成。

超声电机输出轴带动驱动盘旋转，固定在驱动盘上筒形凸轮机构使推杆同时按凸轮槽轮廓做周向和上下往复运动，但由于套筒滑槽对推杆周向运动的限制，推杆只能保留上下往复运动。因为筒形凸轮机构槽的轮廓线按心动周期曲线设计，推杆带动推板按照自然心跳规律上下运动。在推板和套筒形成的内腔中沉放血袋，血袋的出入口安装单向阀。当推杆处于推程期时，推杆带动推板向上运动，位于内腔和上盖之间的血袋受压缩，内压力升高，出血口单向阀打开，入血口单向阀关闭，血泵泵血；当推杆处于回程期时，推杆带动推板向下运动，血袋舒张，内压力降低，出血口单向阀关闭，入血口单向阀打开，血袋充盈。

本发明将超声电机自身结构和血泵结构设计相结合，推杆和推板放置于中空的筒形凸轮机构内部，血袋置于套筒空腔内，整体结构紧凑，有效降低了搏动式血泵的体积，增加了可植入性，扩展了适用人群范围。同时按心动周期曲线设计的筒形凸轮机构槽的轮廓线，将使推板对血袋的泵血和充盈过程更接近于自然心脏对血液的作用，可有效减小血泵对血液的破坏作用。本发明中凸轮机构为几何形状锁合方式，不会在运动中出现脱合现象，同时也使血泵安装位置不受限制。另外，本发明传动效率高，可控性强。

附图说明

图1为本发明结构主视图

图2为本发明结构左视图

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1-2所示，本实施例包括：超声电机基座1、固定底板2、驱动盘3、紧固螺母4、固定外筒5、套筒6、推板7、推杆8、推杆9、凸轮10、连接衬筒11、血袋12、上盖13、套筒滑槽14、入血口15、出血口16、单向阀17、超声电机输出轴18。

固定底板2固定在超声电机基座1上，固定外筒5通过螺丝固定在固定底板2上，套筒6、上盖12通过螺钉和固定外筒5相连，超声电机输出轴18利用紧固螺母4连接驱动盘3，连接衬筒11固定在驱动盘3上，连接衬筒11和凸轮10相连，推杆8、9嵌于凸轮10和套筒6滑槽14形成的孔内，推杆8、9和推板7相连，血袋12沉于套筒6和推板7形成的空腔内，单向阀17安装于血袋入血口15和出血口16中。

本实施例中：

所述凸轮10，采用几何形状锁合的槽形凸轮，设计曲线槽为通槽，将凸轮分为两个实体，通过连接衬筒11将凸轮10连为整体；所述凸轮10的上、下两瓣固定在连接衬筒11上形成筒形凸轮机构，该筒形凸轮机构的工作轮廓线是一条按照人体心动周期曲线进行拟合的等宽凸轮曲线槽。

所述套筒6，在径向对称位置铣制两条套筒滑槽14，套筒滑槽14与凸轮10曲线槽配合限制推杆8、9周向运动。

所述推杆8、9，与套筒滑槽14和凸轮10曲线槽的接触面为耐磨特性好和摩擦噪声低的摩擦材料，以提高摩擦特性。与套筒滑槽14接触部位铣为平面，通过推杆平面和套筒滑槽14截面相配合，限制推杆8、9以及与之相连的推板7发生翻转运动。

所述紧固螺母4，加工两条阶梯型通槽进行螺钉安装和沉头，单条槽线径向跨度为120°以方便周向安装，即不随紧固螺母4旋转位置的限制，总能使驱动盘3有两个螺纹孔落在紧固螺母4的通槽范围内。紧固螺母4通过螺纹与超声电机输出轴18相连，并通过螺钉与驱动盘3相连，螺钉头沉于紧固螺母4的通槽内，从而限制驱动盘3轴向窜动。

所述单向阀17是由生物兼容性的瓣膜构成。

本实施例通过以下步骤进行具体工作：当超声电机输出轴18旋转时，通过与超声电机输出轴18相连的驱动盘3，将运动传递给连接衬筒11和凸轮10构成的凸轮整体。嵌于凸轮10曲线槽的推杆8、9，在固定不动套筒滑槽14的限制下，将超声电机输出轴18产生的旋转运动，转化为推板7的往复直线运动。在推板7和套筒6形成的内腔中沉放血袋12，血袋12的出入口安装单向阀17。当推杆8、9处于推程期时，推杆8、9带动推板7向上运动，位于推板7和套筒6形成的内腔和上盖13之间的血袋12受压缩，内压力升高，出血口16单向阀打开，入血口15单向阀关闭，血泵泵血；当推杆8、9处于回程期时，推杆8、9带动推板7相下运动，血袋12舒张，内压力降低，出血口16单向阀关闭，入血口15单向阀打开，血袋充盈。如此往复，实现单向泵血功能，达到心脏辅助的效果。

Claims (8)

1.一种超声电机驱动隔膜式搏动血泵，其特征在于，包括：超声电机、固定底板、驱动盘、固定外筒、套筒、推板、推杆、凸轮、连接衬筒、血袋、上盖、入血口、出血口、单向阀，其中：固定底板固定在超声电机输出轴侧的基座上，固定外筒连接固定底板；套筒、上盖和固定外筒连接为一体；凸轮上、下两瓣固定在连接衬筒上形成筒形凸轮机构，筒形凸轮机构和驱动盘经紧固螺母和超声电机输出轴相连；推板对称的两端伸出两个推杆，推杆通过套筒滑槽嵌于筒形凸轮机构槽内；推板和套筒形成的内腔中放置血袋，血袋另一侧与上盖接触，血袋有入血口、出血口，每个血口有内置单向阀，控制血液流向；

所述筒形凸轮机构采用中空结构，推板在筒形凸轮机构槽和套筒滑槽双约束下实现上下运动挤压血袋；

所述筒形凸轮机构槽的轮廓线按心动周期曲线设计。

2.根据权利要求1所述超声电机驱动隔膜式搏动血泵，其特征是，所述套筒，在径向对称位置设置两条滑槽。

3.根据权利要求2所述超声电机驱动隔膜式搏动血泵，其特征是，所述的推杆，与套筒滑槽接触面铣为平面，推杆平面与滑槽截面配合，推杆嵌于凸轮槽一端，外覆一层低噪声耐磨材料。

4.根据权利要求1所述超声电机驱动隔膜式搏动血泵，其特征是，所述筒形凸轮机构采用的中空结构，为将筒形凸轮分为两个实体，通过连接衬筒将凸轮连为整体。

5.根据权利要求1所述超声电机驱动隔膜式搏动血泵，其特征是，所述筒形凸轮机构按照人体心动周期曲线进行设计拟合的工作轮廓线为等宽凸轮曲线槽。

6.根据权利要求1所述超声电机驱动隔膜式搏动血泵，其特征是，所述的血袋，设置在推板和套筒形成的内腔中，血袋的出血口和入血口设置单向阀。

7.根据权利要求1或者6所述超声电机驱动隔膜式搏动血泵，其特征是，所述单向阀是由生物兼容性的瓣膜构成。

8.根据权利要求1或者6所述超声电机驱动隔膜式搏动血泵，其特征是，所述单向阀，当推杆处于推程期时，推杆带动推板向上运动，位于内腔和上盖之间的血袋受压缩，内压力升高，出血口单向阀打开，入血口单向阀关闭，血泵泵血；当推杆处于回程期时，推杆带动推板相下运动，血袋舒张，内压力降低，出血口单向阀关闭，入血口单向阀打开，血袋充盈。

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