CN102671248A

CN102671248A - 可植入式仿生柔性搏动血泵

Info

Publication number: CN102671248A
Application number: CN2012101066967A
Authority: CN
Inventors: 杨明; 徐亮; 鹿存跃; 李世阳
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Xinling (Shanghai) Medical Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2032-04-12
Also published as: CN102671248B

Abstract

本发明公开了一种超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵，其包括超声电机、槽凸轮、滚子从动件、滑块、弧形推板、弹性血袋、泵壳、圆形隔板以及直线导轨。本发明超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵可有效减小血泵对血液的破坏作用，其安装位置不受限制，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。

Description

可植入式仿生柔性搏动血泵

技术领域

本发明涉及一种医疗器械技术领域中的心室辅助装置，尤其涉及一种用超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵。

背景技术

目前，在世界范围内，心脏疾病已经成为影响人类健康的最主要的疾病之一。机械辅助循环不仅是目前心脏辅助治疗的有效方法，更逐渐发展为治疗心力衰竭的永久治疗手段。现有的心脏辅助装置按照血液供给方式可分为离心式、轴流式和搏动式血泵。无论是离心式还是轴流式血泵运行时均需要用到高速旋转的叶片。由于高速旋转产生的剪切应力对红细胞等血细胞具有很强的破坏力，故很容易形成血栓，引发中风，多器官衰竭等严重后果。搏动式血泵因其具有与人类自然心相似的供血规律，对血细胞破坏小，搏动产生的压力更有利于微循环灌注等特点而具有显著的优越性。但现有搏动血泵因其动作器件体积较大，不利于血泵植入，因此探索体积小高效的新型动作器件驱动的血泵是搏动式血泵发展的重要方向之一。

超声电机是近几十年发展起来的微特电机，具有转速低、转矩大、响应速度快、无噪音、体积小、可控性强等特点。因而先天具备成为搏动性血泵驱动器的优势，为搏动式血泵技术的发展提供了可能。

经对现有专利文献检索，发现专利号为US6092878的美国专利提出了一种利用滚珠丝杠将电机的旋转运动转换为直线运动以挤压血袋的供血思路。然而，此方法中，滚珠丝杠本身要占用很大空间，不便于将血泵植入患者体内。中国专利申请号200810037404.2和201010247653.1专利申请中公开了一种采用超声电机驱动的隔膜式血泵，该血泵用中空的圆柱凸轮推动推板从底部向上压缩血腔泵出血液。上述设计方案虽然减小了泵体体积，然而血泵出入血口位于血腔两侧的设计方式不利于血泵植入体内后与自然心血管相配合，造成较大的血液流动阻力。

因此，针对当前的发展状况，亟需设计一种泵体与电机一体设计，且体积小，易于植入的新型血泵。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种超声电机驱动的可植入仿生柔性搏动血泵，该血泵采用槽凸轮复合直线导轨的方式带动推板做挤压和舒张血袋的运动，仿生自然心的工作方式，最大限度的利用空间；同时，将血袋出入血口设计成与自然心主动脉及上腔静脉相同的角度，符合血液动力特性，实现与自然心的并行工作；同时槽凸轮的凸轮廓线采用修正等速曲线，使得加速度连续，避免振动产生，实现了血液的柔性吸入与泵出。

为实现上述目的，本发明提供了一种超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵，其包括超声电机、槽凸轮、滚子从动件、滑块、弧形推板、弹性血袋、泵壳、圆形隔板以及直线导轨，其中，所述超声电机包括电机外壳、定子、转子和输出轴，所述定子位于所述转子的上方，二者同轴心相接触，所述输出轴与所述转子通过螺栓连接；所述圆形隔板设置在所述泵壳内，将所述泵壳分为上下两个腔，所述圆形隔板上表面嵌有直线导轨，所述直线导轨沿所述圆形隔板直径方向均匀设置三条，两两之间夹角为120°；所述泵壳与所述电机外壳固定连接；所述槽凸轮通过键连接在所述电机输出轴上并位于所述泵壳的下部腔体内；所述弹性血袋位于所述泵壳的上部腔体内，所述弧形推板位于所述泵壳的上部腔体内，所述弧形推板的内侧与所述弹性血袋相贴合，并粘结在一起；所述滚子从动件位于所述槽凸轮的凸轮廓线内；所述滑块位于所述圆形隔板上的直线导轨内，所述滑块的上端连接所述弧形推板的下端，下端连接所述滚子从动件的上端；所述弹性血袋上含有血泵出口，血泵入口，出口瓣膜和入口瓣膜；所述出口瓣膜和入口瓣膜分别嵌在所述血泵出口和血泵入口，所述血泵出口和血泵入口从所述泵壳的上表面伸出，并与所述泵壳固定在一起。

根据上述的超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵，其中，所述槽凸轮为平面圆盘型凸轮，且所述槽凸轮的凸轮廓线刻在所述槽凸轮的盘面上。

进一步地，根据上述的超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵，其中，所述凸轮廓线为修正等速轮廓曲线。

根据上述的超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵，其中，所述泵壳通过螺栓与所述超声电机的外壳固定连接。

根据上述的超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵，其中，所述滚子从动件的上端通过螺栓与所述滑块的下端相连接。

根据上述的超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵，其中，所述滑块的上端通过螺纹连接所述弧形推板的下端。

根据上述的超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵，其中，所述弹性血袋为圆柱形弹性血袋。

根据上述的超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵，其中，所述出口瓣膜和入口瓣膜均为可控制血液流向的单向瓣膜。

根据上述的超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵，其中，所述血泵出口和血泵入口之间角度与主动脉与上腔静脉之间夹角相同。

根据上述的超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵，其中，所述弹性血袋具有血液生物相容性；所述出血口瓣膜与入血口瓣膜为生物兼容性瓣膜。

因此，本发明超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)弹性血袋位于推板的中心位置，避开空间凸轮过多占用空间，同时无冲击的柔性槽凸轮的轮廓线，将使推板对弹性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；

(2)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，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。

附图说明

图1为本发明的超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵的旋转剖面示意图；

图2为本发明中泵壳的等轴测图；

图3为本发明中槽凸轮与直线导轨的复合示意图；

图4为本发明中弧形推板、弹性血袋、滑块、滚子从动件组装后的等轴测图；

图5为本发明中血袋收缩舒张的循环示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

如图1所示，本发明的超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵包括：超声电机、槽凸轮5、滚子从动件6、滑块7、弧形推板8、弹性血袋9、泵壳14、圆形隔板16以及直线导轨5。

其中，超声电机包括电机外壳1、定子3、转子2和输出轴4。转子2与定子3同轴心相接触，定子3位于转子2上方，输出轴4与转子2通过螺栓连接，以输出动力。

泵壳14的轴等测视图如图2所示。圆形隔板16位于泵壳14内，泵壳14由圆形隔板16分为上下两个腔，上部腔体用以容纳弹性血袋9，下部腔体用以容纳槽凸轮5。圆形隔板16上嵌有直线导轨15，直线导轨15沿圆形隔板16直径方向均匀设置三条，两两之间夹角为120。。泵壳14通过螺栓与电机外壳1固定连接。

槽凸轮5通过键连接在电机输出轴4上并位于泵壳14下部腔体内。槽凸轮5为平面圆盘型凸轮，槽凸轮5的凸轮廓线刻在槽凸轮5盘面上。凸轮廓线为修正等速轮廓曲线，其加速度连续，无冲击，可柔性挤压弹性血袋9，从而降低对血细胞的破坏。如图3所示，凸轮廓线与直线导轨15共同复合构成滚子从动件6在槽凸轮5旋转过程中的运动轨迹。

滚子从动件6位于槽凸轮5的凸轮廓线内，滚子从动件6上端通过螺纹连接滑块7的下端。滑块7位于圆形隔板16上的直线导轨5内，滑块7下端连接滚子从动件6，上端通过螺纹连接到弧形推板8的下端。

弧形推板8位于泵壳14上部腔体内，下端与滑块7连接，内侧与弹性血袋9相贴合，并粘结在一起。

弹性血袋9为圆柱形弹性血袋，位于泵壳14的上部腔体内。弹性血袋9上含有血泵出口10，血泵入口11，出口瓣膜13和入口瓣膜12。出口瓣膜13和入口瓣膜12均为可控制血液流向的单向瓣膜，分别嵌在血泵出口10和血泵入口11。血泵出口10和血泵入口11从泵壳14上表面伸出，并与泵壳14固定在一起。血泵出口10和血泵入口11之间角度与主动脉与上腔静脉之间夹角相同，以利于血液流动。弹性血袋9与弧形推板8粘接，能够跟随弧形推板8的运动而舒张和压缩，且血袋材料具有血液生物相容性，不会与血液发生生化反应。同时，出血口瓣膜13与入血口瓣膜12为生物兼容性瓣膜。

本发明的超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵通过以下具体步骤进行工作：当超声电机的输出轴4旋转时，驱动与之相连的圆盘形槽凸轮5转动，圆盘形槽凸轮5带动滚子从动件6在凸轮廓线内运动。滚子从动件6同时受到凸轮廓线和直线导轨15的约束，沿圆盘形槽凸轮5径向做单自由度往复直线运动，从而带动与之连接的滑块7和弧形推板8做朝向和背离圆柱形弹性血袋9的中心往复直线运动。由于弧形推板8沿弹性血袋9圆周方向均匀分布，在滚子从动件6的带动下，三块弧形推板8同时向弹性血袋9中心方向运动时，弹性血袋9受到挤压，弹性血袋9内压力升高，出口瓣膜13在压力推动下打开，入口瓣膜12关闭，血液泵出。当三块弧形推板8同时向背离弹性血袋9中心方向运动时，拉伸弹性血袋9，弹性血袋9内压力降低，入口瓣膜12在压力推动下打开，出口瓣膜13关闭，血液吸入。由于槽凸轮5表面的凸轮廓线在槽凸轮5旋转一周的过程中完成3个升程与回程周期，因而在超声电机带动槽凸轮5转过一周的过程中，弧形推板8带动弹性血袋9完成3次收缩舒张循环。如此往复进行，实现血泵单向泵血功能，达到心脏辅助的效果。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵，其特征在于，包括超声电机、槽凸轮、滚子从动件、滑块、弧形推板、弹性血袋、泵壳、圆形隔板以及直线导轨，其中，所述超声电机包括电机外壳、定子、转子和输出轴，所述定子位于所述转子的上方，二者同轴心相接触，所述输出轴与所述转子通过螺栓连接；所述圆形隔板设置在所述泵壳内，将所述泵壳分为上下两个腔，所述圆形隔板上表面嵌有直线导轨，所述直线导轨沿所述圆形隔板直径方向均匀设置三条，两两之间夹角为120°；所述泵壳与所述电机外壳固定连接；所述槽凸轮通过键连接在所述电机输出轴上并位于所述泵壳的下部腔体内；所述弹性血袋位于所述泵壳的上部腔体内，所述弧形推板位于所述泵壳的上部腔体内，所述弧形推板的内侧与所述弹性血袋相贴合，并粘结在一起；所述滚子从动件位于所述槽凸轮的凸轮廓线内；所述滑块位于所述圆形隔板上的直线导轨内，所述滑块的上端连接所述弧形推板的下端，下端连接所述滚子从动件的上端；所述弹性血袋上含有血泵出口，血泵入口，出口瓣膜和入口瓣膜；所述出口瓣膜和入口瓣膜分别嵌在所述血泵出口和血泵入口，所述血泵出口和血泵入口从所述泵壳的上表面伸出，并与所述泵壳固定在一起。

2.根据权利要求1所述的超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵，其特征在于，所述槽凸轮为平面圆盘型凸轮，且所述槽凸轮的凸轮廓线刻在所述槽凸轮的盘面上。

3.根据权利要求2所述的超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵，其特征在于，所述凸轮廓线为修正等速轮廓曲线。

4.根据权利要求1所述的超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵，其特征在于，所述泵壳通过螺栓与所述超声电机的外壳固定连接。

5.根据权利要求1所述的超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵，其特征在于，所述滚子从动件的上端通过螺栓与所述滑块的下端相连接。

6.根据权利要求1所述的超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵，其特征在于，所述滑块的上端通过螺纹连接所述弧形推板的下端。

7.根据权利要求1所述的超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵，其特征在于，所述弹性血袋为圆柱形弹性血袋。

8.根据权利要求1所述的超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵，其特征在于，所述出口瓣膜和入口瓣膜均为可控制血液流向的单向瓣膜。

9.根据权利要求1所述的超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵，其特征在于，所述血泵出口和血泵入口之间角度与主动脉与上腔静脉之间夹角相同。

10.根据权利要求1所述的超声电机驱动的可植入式仿生柔性搏动血泵，其特征在于，所述弹性血袋具有血液生物相容性；所述出血口瓣膜与入血口瓣膜为生物兼容性瓣膜。