CN103055363A - 可植入涡旋式搏动型心室辅助血泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可植入涡旋式搏动型左心室辅助血泵，其包括入口接头、出口接头、入口瓣膜、出口瓣膜、上盖、弹性膜片、圆筒形内凸轮、直线导轨、超声电机转子、两个滚动轴承、预紧轴、超声电机定子、底座和外壳。本发明的可植入涡旋式搏动型心室辅助血泵采用了反圆筒形内凸轮的机械运动转换机构，且筒形凸轮顶部与嵌入弹性膜片底部的推板合二为一，减少了运动传递部件的数量，缩小了泵体体积，易于植入；同时按左心室和升主动脉的相对位置，在具有半球形下凹的血液腔一侧相邻位置分别设置血液出入口，使得血腔内形成漩涡流，增强对血液腔壁面的冲刷效果，减少血栓的生成。

Description

可植入涡旋式搏动型心室辅助血泵

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，尤其地，涉及一种用超声电机驱动的可植入涡旋式搏动型左心室辅助血泵。

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。机械辅助循环不仅已经进入心力衰竭治疗的服务目录，更逐渐发展为治疗心力衰竭的永久治疗手段。

现有的心室辅助血泵按照血液供给方式主要分为平流式和搏动式血泵。其中的平流式血泵，如离心式和轴流式心室辅助血泵运行时，均需要用到高速旋转的叶片。由于叶片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，很容易形成血栓，引发中风，多器官衰竭等严重后果。搏动式心室辅助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。

现有搏动型心室辅助血泵的动力源主要有空气压缩机及电磁式电机两种。其中空气压缩机作为动力源的心室辅助血泵由于需要联接气源，无法植入患者体内，一般用作非植入式心室辅助。与空气压缩机驱动的心室辅助血泵相比，普通电磁电机驱动的血泵因为不需要气源，已经可以植入一些体表面积较大的患者体内。但由于磁体密度较大，需要减速装置等，电磁式电机驱动的搏动型心室辅助血泵尺寸的小型化和重量的轻型化都受到了限制。超声电机是近几十年发展起来的微特电机，具有转速低、转动力矩密度大、响应速度快、无噪音、体积小、可控性强等特点。因而具备成为搏动型心室辅助血泵驱动器的潜能，这为可植入搏动型心室辅助血泵的发展提供了新途径。

经对现有专利文献检索，发现专利号为US6092878的美国专利和申请号为200810037404.2的中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，滚珠丝杠为实心结构，其机械换向机构至少占心室辅助血泵厚度的1/2，导致换向机构本身占用空间较大，不便于将心室辅助血泵植入患者体内。除此而外，申请号为201010247653.1和201110204892.3的中国专利均记录了一种采用超声电机驱动的隔膜式心室辅助血泵，其中的机械换向机构均为凸轮。但申请号为201010247653.1的中国专利中的凸轮换向机构与超声电机在空间上依次堆放，心室辅助血泵厚度较厚，不利于植入。申请号为201110204892.3的中国专利公布的超声电机驱动隔膜式心室辅助血泵，采用中空的圆柱凸轮推动推板从底部向上压缩血液腔，泵出血液。但在该结构中，血液腔依靠血液自身重力充盈，心室辅助血泵流量较小。

另外，所有上述设计方案均没有考虑：（1）血液腔两侧心室辅助血泵出入口瓣膜轮流开、关时，在心室辅助血泵瓣膜关闭管路中，存在的静止血液容易引发血栓的问题；（2）心室辅助血泵植入体内后与自然心血管相联接时，存在有较长和较多弯曲联接管路等引发的血液流阻增加问题。

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可植入涡旋式搏动型心室辅助血泵

为实现上述目的，本发明提供了一种可植入涡旋式搏动型左心室辅助血泵，其包括入口接头、出口接头、入口瓣膜、出口瓣膜、上盖、弹性膜片、圆筒形内凸轮、直线导轨、超声电机转子、两个滚动轴承、预紧轴、超声电机定子、底座和外壳，

其中，所述超声电机定子和所述超声电机转子位于所述圆筒形内凸轮内底部，所述超声电机定子固定在所述底座上，并通过所述预紧轴将所述超声电机转子预紧到所述超声电机定子上构成超声电机；在成轴对称的超声电机转子外侧壁上分别放置有所述两个滚动轴承，所述两个滚动轴承分别置于所述圆筒形内凸轮的轮槽内，构成反圆筒形内凸轮；所述直线导轨的导轨部分固定在所述外壳的内壁上，所述直线导轨的滑块部分固定在所述圆筒形内凸轮的外壁上；所述外壳与所述底座通过螺丝连接；所述弹性膜片底部有嵌入刚性推板，用于与所述圆筒形内凸轮顶部的刚性连接；所述上盖与所述外壳将所述弹性膜片的上部边缘夹紧密封，并通过螺栓连接在一起；所述上盖中部具有半球形下凹，含有入口接头的入口管路与含有出口接头的出口管路均沿上盖圆周的切向方向，所述入口接头与所述入口管路连接并将所述入口瓣膜固定于所述入口管路内；所述出口接头与所述出口管路连接并将所述出口瓣膜固定于所述出口管路内。

如上述的可植入涡旋式搏动型左心室辅助血泵，其中，所述弹性膜片的材料为血液相容性材料。

如上述的可植入涡旋式搏动型左心室辅助血泵，其中，所述圆筒形内凸轮靠近顶部轮槽一边设置有用于安装所述滚动轴承的安装孔。

如上述的可植入涡旋式搏动型左心室辅助血泵，其中，一个滚动轴承通过螺丝直接固定在所述超声电机转子的侧壁上，并安装到所述圆筒形内凸轮的轮槽内；另一个滚动轴承是通过所述圆筒形内凸轮侧壁上的安装孔，利用螺丝固定在所述超声电机转子的侧壁上，并同时置于所述圆筒形内凸轮轮槽的另一端内。

如上述的可植入涡旋式搏动型左心室辅助血泵，其中，所述入口接头通过螺纹与入口管路连接并将所述入口瓣膜固定于入口管路内；所述出口接头通过螺纹与出口管路连接并将所述出口瓣膜固定于出口管路内。

如上述的可植入涡旋式搏动型左心室辅助血泵，其中，所述入口管路和出口管路位于所述上盖上，且所述入口管路与出口管路均沿所述上盖圆周的切向方向，所述入口管路与出口管路之间形成的夹角与心尖朝向与升主动脉之间夹角相同，并且当固定其中一个管路，以上盖圆心为旋转中心旋转另一管路时，所述入口管路和出口管路能够完全重合。

因此，本发明的可植入涡旋式搏动型心室辅助血泵相对于现有技术具有以下有益效果：

（1）与传统凸轮搏动型心室辅助血泵采用凸轮带动滚子从动件运动的方式相比，本发明所设计的心室辅助血泵采用了反圆筒形内凸轮的机械运动转换机构，可以将凸轮滚子与电机转子固定在一起，带动圆筒形内凸轮运动，这样设计的优点在于可以将超声电机定转子放入筒形凸轮的内部，缩小了泵体体积，易于植入；同时筒形凸轮顶部与嵌入弹性膜片底部的推板合二为一，减少了运动传递部件的数量，提高了心室辅助血泵的可靠性；

（2）心室辅助血泵上盖中部设计有半球形下凹，入口管路与出口管路均沿上盖圆周的切向方向，入口管路与出口管路之间形成的夹角与心尖朝向与升主动脉之间夹角相同利于植入，并且如果固定其中某一管路，而以上盖圆心为旋转中心旋转另一管路，两管路将能够完全重合，这样的泵壳形状及出入口位置的设计使得血腔内形成漩涡流，增强对壁面的冲刷效果，减少血栓的生成；

（3）圆筒形内凸轮的轮廓线可采用简谐曲线，简谐曲线具有速度变化平稳，无脉动冲击等优点，减小了泵血过程心室辅助血泵对血液的破坏作用。

附图说明

图1为本发明的可植入涡旋式搏动型心室辅助血泵的爆炸图；

图2为本发明的圆筒形内凸轮半剖视图；

图3为本发明的上盖直视图；

图4为沿上盖圆心轴线剖开后的腔体的结构示意图；

图5为本发明的可植入涡旋式搏动型心室辅助血泵的装配示意图。

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。

本发明的超声电机驱动的可植入涡旋式搏动型心室辅助血泵中，机械运动转换机构为中空的反筒形内凸轮，即筒形内凸轮作为运动转换机构的从动件。其中旋转超声电机直接放置于中空的筒形内凸轮内底部，在轴对称的超声电机转子外侧分别放置两个轴承，两个轴承分别置于筒形内凸轮的轮槽内。在轴对称筒形内凸轮的外侧，分别设置两个滑块，两个滑块分别运动于心室辅助血泵外壳内侧的导轨上。筒形内凸轮的顶部与血液腔的推板固定联接。当超声电机旋转时，通过超声电机转子带动两个置于筒形内凸轮槽内的轴承做旋转运动，筒形内凸轮则沿着固定于心室辅助血泵外壳内侧的导轨做往复的直线运动，增加或减小血液腔的容积，达到辅助衰竭心脏的目的。同时血液腔的血液出入口，按左心室和升主动脉的相对位置，在血液腔一侧相邻位置，分别设置血液出入口，以保证血液腔内的血液流动方向在血液腔容积增加或减小的过程中保持一致，减小血栓产生的可能。另外，这种出入口的安排方式有助于缩短联接管路的长度和弯曲程度，减小血液腔出入口的血液流阻。

如图1所示，本发明的超声电机驱动的可植入涡旋式搏动型心室辅助血泵包括入口接头1、出口接头2、入口瓣膜3、出口瓣膜4、上盖5、弹性膜片6、圆筒形内凸轮7、直线导轨8、超声电机转子9、两个滚动轴承10、预紧轴11、超声电机定子12、底座13、外壳14。其中，超声电机定子12，超声电机转子9位于圆筒形内凸轮7内部。在超声电机转子9的侧壁上，有两个成轴对称分布的滚动轴承10。

如图2所示，圆筒形内凸轮7靠近顶部轮槽一边有用于安装滚动轴承10的安装孔。两个滚动轴承10之一，是通过螺丝直接固定在超声电机转子9的侧壁上，并安装到圆筒形内凸轮7的凸轮轮槽内；另一个滚动轴承10是通过圆筒形内凸轮7侧壁上的安装孔，利用螺丝固定在超声电机转子9的侧壁上，并同时置于圆筒形内凸轮7凸轮轮槽的另一端内。通过上述结构，构成本发明的反圆筒形内凸轮。

直线导轨8的导轨部分固定在外壳14的内壁上，直线导轨8的滑块部分固定在圆筒形内凸轮7的外壁上。外壳14与底座13通过螺丝连接。直线导轨8限定圆筒形内凸轮7为单一自由度，方向沿圆筒形内凸轮7的轴向。

弹性膜片6底部有嵌入刚性推板，用于与圆筒形内凸轮7顶部的刚性连接。弹性膜片6的材料为血液相容性材料，如聚氨酯等。

上盖5与外壳14将弹性膜片6的上部边缘夹紧密封，并通过螺栓连接在一起。如图3和图4所示，上盖5中部具有半球形下凹，含有入口接头1的入口管路与含有出口接头2的出口管路均沿上盖圆周的切向方向，入口管路与出口管路之间形成的夹角与心尖朝向与升主动脉之间夹角相同，并且如果固定其中某一管路，而以上盖圆心为旋转中心旋转另一管路，两管路将能够完全重合。

入口接头1通过螺纹与入口管路连接并将入口瓣膜3固定于入口管路内。出口接头2通过螺纹与出口管路连接并将出口瓣膜4固定于出口管路内。

如图5所示，装配本发明的超声电机驱动的可植入涡旋式搏动型心室辅助血泵时，首先将超声电机定子12固定在底座13上，并通过预紧轴11将超声电机转子9预紧到超声电机定子12上构成超声电机。将滚动轴承10通过螺丝固定到超声电机转子9相对称的侧壁上，同时作为滚子安装到圆筒形内凸轮7的轮槽内。将两根直线导轨8的滑块部分安装在圆筒形内凸轮7外侧并将直线导轨8导轨部分固定在心室辅助血泵外壳14的内壁上。圆筒形内凸轮7的凸轮廓线和直线导轨8共同复合约束凸轮，使其只能做往复的直线运动。圆筒形内凸轮7顶部闭合并与嵌入弹性膜片6底部的刚性推板固定联接。弹性膜片6具有血液相容性，其底部有嵌入的刚性推板。电机运行时，圆筒形内凸轮7在凸轮廓线和直线导轨8的共同约束下做往复直线运动，带动与之相连接的弹性膜片6上下运动。心室辅助血泵上盖5中部设计有半球形下凹，含有入口接头1的入口管路与含有出口接头2的出口管路均沿上盖5的圆周的切线方向，入口管路与出口管路之间形成的夹角与心尖朝向与升主动脉之间夹角相同利于植入，并且如果固定其中某一管路，而以上盖圆心为旋转中心旋转另一管路，两管路将能够完全重合。上盖5与外壳14将弹性膜片6的上部边缘夹紧密封，并通过螺栓连接在一起。最后利用出入口接头2和1将出入口瓣膜4和3固定在上盖5的出入口管路中，以保证血液的单向流动。

本发明的超声电机驱动的涡旋式搏动型心室辅助血泵通过以下具体步骤进行工作：当超声电机运行时，超声电机转子9旋转，带动与其连接的滚动轴承10，滚动轴承10位于圆筒形内凸轮7凸轮轮槽内推动圆筒形内凸轮7按凸轮廓线运动。圆筒形内凸轮7同时受滚动轴承10与直线导轨8的约束，在圆筒形内凸轮轴线方向按凸轮廓线约束做往复直线运动，并带动与之相连的弹性膜片6交替挤压或放松血液腔。当圆筒形内凸轮7处于升程阶段时，弹性膜片6受到挤压，血液腔内压力高于主动脉压力，出口瓣膜4在压力推动下打开，入口瓣膜3关闭，泵出血液。当圆筒形内凸轮7位于回程阶段时，弹性膜片6受到拉伸，血腔内压力降低，入口瓣膜3在心室压力推动下打开，出口瓣膜4关闭，吸入血液。如此往复，实现心室辅助血泵单向泵血功能，达到心室辅助的目的。

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 (6)

1.一种可植入涡旋式搏动型左心室辅助血泵，其特征在于，包括入口接头、出口接头、入口瓣膜、出口瓣膜、上盖、弹性膜片、圆筒形内凸轮、直线导轨、超声电机转子、两个滚动轴承、预紧轴、超声电机定子、底座和外壳，

其中，所述超声电机定子和所述超声电机转子位于所述圆筒形内凸轮内底部，所述超声电机定子固定在所述底座上，并通过所述预紧轴将所述超声电机转子预紧到所述超声电机定子上构成超声电机；在成轴对称的超声电机转子外侧壁上分别放置有所述两个滚动轴承，所述两个滚动轴承分别置于所述圆筒形内凸轮的轮槽内，构成反圆筒形内凸轮；所述直线导轨的导轨部分固定在所述外壳的内壁上，所述直线导轨的滑块部分固定在所述圆筒形内凸轮的外壁上；所述外壳与所述底座通过螺丝连接；所述弹性膜片底部有嵌入刚性推板，用于与所述圆筒形内凸轮顶部的刚性连接；所述上盖与所述外壳将所述弹性膜片的上部边缘夹紧密封，并通过螺栓连接在一起；所述上盖中部具有半球形下凹，含有入口接头的入口管路与含有出口接头的出口管路均沿上盖圆周的切向方向，所述入口接头与所述入口管路连接并将所述入口瓣膜固定于所述入口管路内；所述出口接头与所述出口管路连接并将所述出口瓣膜固定于所述出口管路内。

2.如权利要求1所述的可植入涡旋式搏动型左心室辅助血泵，其特征在于，所述弹性膜片的材料为血液相容性材料。

3.如权利要求1所述的可植入涡旋式搏动型左心室辅助血泵，其特征在于，所述圆筒形内凸轮靠近顶部轮槽一边设置有用于安装所述滚动轴承的安装孔。

4.如权利要求1所述的可植入涡旋式搏动型左心室辅助血泵，其特征在于，一个滚动轴承通过螺丝直接固定在所述超声电机转子的侧壁上，并安装到所述圆筒形内凸轮的凸轮轮槽内；另一个滚动轴承是通过所述圆筒形内凸轮侧壁上的安装孔，利用螺丝固定在所述超声电机转子的侧壁上，并同时置于所述圆筒形内凸轮轮槽的另一端内。

5.如权利要求1所述的可植入涡旋式搏动型左心室辅助血泵，其特征在于，所述入口接头通过螺纹与入口管路连接并将所述入口瓣膜固定于入口管路内；所述出口接头通过螺纹与出口管路连接并将所述出口瓣膜固定于出口管路内。

6.如权利要求1所述的可植入涡旋式搏动型左心室辅助血泵，其特征在于，所述入口管路和出口管路位于所述上盖上，且所述入口管路与出口管路均沿所述上盖圆周的切向方向，所述入口管路与出口管路之间形成的夹角与心尖朝向与升主动脉之间夹角相同，并且当固定其中一个管路，以上盖圆心为旋转中心旋转另一管路时，所述入口管路和出口管路能够完全重合。

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