CN105107038A - 一种双柱塞气缸驱动式人工心脏泵 - Google Patents

Abstract

<b>本发明公开了</b><b>一种双柱塞气缸驱动式人工心脏泵，其中采用一种结构简单、制造方便的人工心脏用弹性血囊，以该弹性</b><b>血囊上</b><b>向内与向外的、中间有孔的两个奶嘴状凸起，代替结构极其复杂的人工心脏瓣膜，实现单向吸液与单向排液，再通过双柱塞气缸驱动机构予以驱动，使得两弹性血囊在舒张工作状态与收缩工作状态之间交替转换，从而交替地实现吸液与排液的过程，输出类似自然心脏的脉冲式血流，避免了连续血泵的技术方向性错误，很好地模仿了自然心脏的工作过程。同时，弹性血囊采用的为弹性可伸缩材料，其内部为流线型，对血液中的细胞不会造成破坏，也不易形成血栓，能够很好地替代人或脊椎动物自然心脏的工作。</b>

Description

一种双柱塞气缸驱动式人工心脏泵

技术领域

本发明涉及一种双柱塞气缸驱动式人工心脏泵。

背景技术

心脏病是人类死亡的第二大杀手。在人体心脏因病损伤而部分或完全功能丧失而不能维持全身正常循环时，可以移植一种人工材料制造的机械装置以暂时或永久地部分或完全代替心脏功能，推动血液循环，这样装置亦即人工心脏，这也是除心脏移植外用于解决终末期心脏疾病的有效手段，在很大程度上解决了目前因供体不足而不能及时心脏移植的问题。

目前，人工心脏主要采用两种不同原理的血泵，即基于人工心脏瓣膜的脉冲式容积泵，与不间断泵血的连续泵。但目前这两种人工心脏泵仍然存在这样或那样的问题，不能很好地模拟自然心脏的作用和功能。

脉冲式容积血泵的工作方式，非常类似于自然的动物心脏，其关键构件是人工心脏瓣膜，它是控制着心脏血流的单向阀，其构造与人工心脏功能的好坏有着密切的关系，其自1960年首次应用于临床，之后经过多年的研究，先后经历了机械瓣、生物组织瓣、介入瓣等阶段。但是，人工心脏瓣膜极其复杂，制造成本高昂，而且容易在运动部位形成血凝，即血栓。

例如，中国专利公开号为1093005，名称为“一体化囊状人工心肺泵”中，该种人工心肺泵中，储血囊安装于唧筒内而置入人体胸腔中，这样的结构容易在人体内形成血栓，且人工心脏瓣膜不易制造。中国专利号为99126700.1，名称为“气电一体式血泵、气电一体式人工心脏”的专利中提供了一种气电一体式的人工心脏，然而其内部结构复杂，基本无法实现制造，且实现成本高。再如中国专利公开号为103656770，名称为“基于微型气缸驱动的人工心脏血液泵”，也存在同样问题，而且微型气缸需要在人体上的胸腔连接两根气管至体外，极易引起使用者的不适。

由于脉冲式容积血泵存在人工心脏瓣膜方面的技术瓶颈，近期发展的人工心脏，大都倾向于采用不间断泵血的连续泵。例如，中国专利公开号为102019002A，名称为“一种植入式中空微型轴流血泵”的专利中，以及中国专利公开号为10237598，名称为“紧凑型轴流式磁悬浮人工心脏泵”的专利中，两者均采用了轴流泵，虽然其相比齿轮泵与叶片泵而言，能够较少地破坏血液中的细胞，但其构件的高速运转，血液中的细胞的破坏率仍较高，而且由于轴流泵是一种连续泵，其并不能模拟自然心脏的工作过程，可以说是技术方向的选择性错误。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺点，提供一种以双柱塞气缸驱动的、脉冲供血式人工心脏泵。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种双柱塞气缸驱动式人工心脏泵，所述人工心脏泵包括两个弹性血囊和用于驱使两个所述弹性血囊伸缩的双柱塞气缸驱动机构，每个所述弹性血囊均包括由可伸缩材料制成的具有封闭内腔的囊状体，所述囊状体的端部上具有向所述封闭内腔中凹入的第一凸起、自所述封闭内腔向外凸出的第二凸起，所述第一凸起上开设有第一液流孔，所述第二凸起上开设有第二液流孔，所述囊状体上位于所述第一凸起的外部设有具备供液腔的供液部，所述囊状体上位于所述第二凸起的外部设有具备排液腔的排液部，所述弹性血囊具有舒张工作状态和收缩工作状态，当所述囊状体侧向受拉时，所述弹性血囊处于舒张工作状态，所述第一液流孔打开使得所述供液腔与所述封闭内腔相连通而形成吸液单向阀，血液由所述供液腔进入所述弹性血囊的封闭内腔中，所述第二液流孔闭合；当所述囊状体侧向受压时，所述弹性血囊处于收缩工作状态，所述第一液流孔闭合，所述第二液流孔打开使得所述排液腔与所述封闭内腔相连通而形成排液单向阀，血液由所述弹性血囊的封闭内腔进入所述排液腔中，

所述双柱塞气缸驱动机构设于两个所述弹性血囊之间，所述双柱塞气缸驱动机构包括固定设置的缸体、设于所述缸体的两端且可相对所述缸体沿轴向伸缩的两根柱塞杆、用于向所述缸体的内腔中供气以驱使两所述柱塞杆沿轴向向外滑动的供气装置，以及用于提供所述柱塞杆弹性回复力以驱使两所述柱塞杆沿轴向向内滑动的弹性件，每个所述柱塞杆的外端均固定地设有压板，所述压板与所述囊状体的一侧固定连接。

优选地，所述第一凸起与所述第二凸起均呈奶嘴状。

进一步优选地，所述第一液流孔呈由外向内孔径逐渐变小的流线型喇叭孔，所述第二液流孔呈由内向外孔径逐渐变小的流线型喇叭孔。

优选地，所述供液部、所述排液部均呈流线型。

优选地，两个所述囊状体的封闭内腔分别构成所述人工心脏的左心室与右心室，对应地，两个所述供液部的供液腔分别构成所述人工心脏的左心房与右心房。

优选地，所述柱塞杆包括杆部和位于所述杆部内侧端部的限位端头，所述弹性件为套设在所述杆部上并位于所述限位端头与所述缸体端部侧壁之间的弹簧。

优选地，当两侧的所述弹性血囊均处于舒张工作状态时，两侧的所述柱塞杆的内侧端部之间具有间隙。

进一步优选地，所述缸体的内腔中固定地设有一限位挡块，两所述柱塞杆分别位于所述限位挡块的两侧。

进一步优选地，所述缸体上设有供气口，所述供气口正对所述间隙。

优选地，所述压板的外端面呈与所述囊状体的侧端面外形轮廓相一致的弧面，所述压板的外端面与所述囊状体的侧端面固定地粘接在一起。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的双柱塞气缸驱动式人工心脏泵，其中采用一种结构简单、制造方便的弹性血囊，以该血囊上向内与向外的、中间有孔的两个奶嘴状凸起，代替结构极其复杂的人工心脏瓣膜，实现单向吸液与单向排液，再通过双柱塞气缸驱动机构予以驱动，使得两弹性血囊在舒张工作状态与收缩工作状态之间交替转换，从而交替地实现吸液与排液的过程。将其安装于人或脊椎动物的胸腔中，血液可以不断地进入两个弹性血囊，再经其收缩后从弹性血囊中流出而向人或动物身体供应血液。该人工心脏泵可以输出类似自然心脏的脉冲式血流，避免了连续血泵的技术方向性错误，很好地模仿了自然心脏的工作过程。同时，弹性血囊采用的为弹性可伸缩材料，内部为流线型，对血液中的细胞不会造成破坏，也不易形成血栓，能够很好地替代人或脊椎动物自然心脏的工作。

附图说明

附图1、附图2为本发明用于单心室的一个实施例，其中附图1为弹性血囊的囊状体处于舒张工作状态时的示意图；附图2为弹性血囊的囊状体处于收缩工作状态时的示意图；

附图3、附图4为本发明用于双心室的一个实施例，其中，附图3为本发明的人工心脏泵处于舒张工作状态时的示意图；附图4为本发明的人工心脏泵处于收缩工作状态时的示意图。

其中：100、弹性血囊；1、囊状体；10、封闭内腔；11、第一凸起；12、第一液流孔；13、第二凸起；14、第二液流孔；2、供液部；21、供液腔；22、供液口；3、排液部；31、排液腔；32、排液口；

200、双柱塞气缸驱动机构；4、缸体；41、供气口；5、柱塞杆；51、杆部、52、限位端头；6、弹性件（弹簧）；7、压板；8、限位挡块；9、二位三通换向阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

参见图1、图2所示为弹性血囊100用于单心室的一个实施例。该弹性血囊100包括由可伸缩材料制成的具有封闭内腔10的囊状体1，该囊状体1的端部上具有向封闭内腔10中凹入的第一凸起11、自封闭内腔10向外凸出的第二凸起13，第一凸起11上开设有第一液流孔12，第二凸起13上开设有第二液流孔14，其中囊状体1上第一凸起11与第二凸起13分别设于囊状体1的两端。在囊状体1受到侧向拉力时，其内部容积发生扩张，囊状体1内部将产生所谓“负压”，即弹性血囊100承受环境压强的作用，如图1中箭头所示，在该压强的作用下，向外凸出的第二凸起13处的第二液流孔14闭合，而向内凸出的第一凸起11处的第一液流孔12开启，血液流由外部流入囊状体1内部。在囊状体1受到侧向压力时，其内部容积发生收缩，囊状体1内部压强将大于外部环境压强，内部压强分布如图2中箭头所示，在该压强的作用下，向内凸出的第一凸起11处的第一液流孔12闭合，而向外凸出的第二凸起13处的第二液流孔14开启，血液流由囊状体1内部流向外部。

参见图3、图4所示的一种双柱塞气缸驱动式人工心脏泵，该人工心脏泵主要包括两个弹性血囊100和用于驱使这两个弹性血囊100伸缩的双柱塞气缸驱动机构200。

这两个弹性血囊100均包括由可伸缩材料制成的具有封闭内腔10的囊状体1，该囊状体1的端部上具有向封闭内腔10中凹入的第一凸起11、自封闭内腔10向外凸出的第二凸起13，第一凸起11上开设有第一液流孔12，第二凸起13上开设有第二液流孔14。当囊状体1受到侧向的拉力时，囊状体1舒张而引起其内部容积扩大，第一液流孔12能够打开而与封闭内腔10相连通，而此时第二液流孔14闭合；当囊状体1受到侧向的压力时，囊状体1收缩而引起其内部容积缩小，第一液流孔12闭合，而此时第二液流孔14打开而与封闭内腔10相连通。

参见图3、图4所示，囊状体1上位于第一凸起11的外部设有具备供液腔21的供液部2，囊状体1上位于第二凸起13的外部设有具备排液腔31的排液部3。供液部2上具有与供液腔21连通的供液口22，排液部3上具有与排液腔31相连通的排液口32。

弹性血囊100具有舒张工作状态和收缩工作状态，当囊状体1侧向受拉时，弹性血囊100即处于舒张工作状态而导致内部容积扩大，此时第一液流孔12打开而使得供液腔21通过第一液流孔12与封闭内腔10相连通，且第二液流孔14封闭，此时液流可从供液口22进入供液腔21再经过第一液流孔12进入囊状体1的封闭内腔10中，实现供液；当囊状体1侧向受压时，弹性血囊100即处于收缩工作状态而导致内部容积缩小，此时第一液流孔12封闭，第二液流孔14打开而使得排液腔31通过第二液流孔14与封闭内腔10相连通，此时液流可从封闭内腔10通过第二液流孔14进入排液腔31，再经过排液口32排出，实现排液。

这样，亦即设有第一液流孔12的第一凸起11构成吸液单向阀，而设有第二液流孔14的第二凸起13则构成排液单向阀。每个弹性血囊100上，囊状体1的封闭内腔10构成人工心脏的心室，而供液部2的供液腔21则构成心房。

在上述实施例中，第一凸起11与第二凸起13均呈奶嘴状，第一液流孔12呈由外向内孔径逐渐变小的流线型喇叭孔，第二液流孔14呈由内向外孔径逐渐变小的流线型喇叭孔，这样便可在囊状体1受到侧向拉力时，第一凸起11处受拉而使第一液流孔12打开，第二凸起13处受拉而使得第二液流孔14闭合；在囊状体1受到侧向压力时，第一凸起11处受压而使第一液流孔12闭合，第二凸起13处受压而使得第二液流孔14打开。供液部2与排液部3均设置成流线型。具体设置时，囊状体1与供液部2、排液部3一体设置，且供液部2与排液部3位于囊状体1的同一端。

双柱塞气缸驱动机构200设于两个弹性血囊100之间，双柱塞气缸驱动机构200左侧的弹性血囊100构成心脏的左心房与左心室，双柱塞气缸驱动机构200右侧的弹性血囊100构成心脏的右心房与右心室。

该双柱塞气缸驱动机构200包括固定设置的缸体4、设于缸体4两端且可相对缸体4沿轴向伸缩的两根柱塞杆5、用于向缸体4的内腔中供气以驱使两根柱塞杆5沿轴向向外滑动的供气装置，以及用于提供柱塞杆5弹性回复力以驱使两根柱塞杆5沿轴向向内滑动的弹性件6，每个柱塞杆5的外端均固定地设有压板7，该压板7与囊状体1的一侧固定连接。

具体地，参见图3、图4所示，柱塞杆5包括杆部51与位于杆部51内侧端部上的限位端头52，弹性件6为套设在杆部51上的弹簧6，该弹簧6的两端分别抵挡在限位端头52上与缸体4的侧壁上，从而提供柱塞杆5沿轴向的弹性回复力。压板7固定地设于杆部51的外端上，压板7上朝向囊状体1的外端面呈与囊状体1的侧端面外形轮廓相一致的弧面，压板7的外端面与囊状体1的侧端面固定地粘接在一起。当柱塞杆5沿轴向伸缩时，便会同压板7施加囊状体1以压力或拉力，进而使得囊状体1发生伸缩。

由于人体心脏的左心室与右心室压力不一致，此处可通过调整两侧柱塞杆5的杆径大小从而使得两侧心室的压力存在压力差。

在该双柱塞气缸驱动机构200上，为避免向缸体4的内腔中充气时两根柱塞杆5的限位端头51均向内滑动而贴触在一起从而造成柱塞杆5不能向外滑动而压持囊状体1，设置时，应使得两侧的弹性血囊100均处于舒张工作状态时，两侧的柱塞杆5的内侧端部之间留有间隙，在本实施例中，缸体4的内腔中固定地设有一限位挡块8，两根柱塞杆5分别位于限位挡块8的两侧，即该限位挡块8将两根柱塞杆5在中间挡开，避免两者相向滑动而贴触在一起。缸体4上开设有供气口41，该供气口41正对上述间隙，这样供气装置向缸体4的内腔中供入气体时，可先由两根柱塞杆5之间而向缸体4的内腔中扩散，进而驱使两柱塞杆5向外滑动。

供气装置包括气泵（图中未示出）与二位三通换向阀9，当该二位三通换向阀9处于右位工作时，如图3所示，压缩气体从缸体4的内腔中流出，在弹簧6的弹性作用力下，两侧的柱塞杆5相向滑动，即两侧的柱塞杆5均朝缸体4的中心位置处滑动，从而拉动两个压板6同时向中心方向运动，弹性血囊100的囊状体1受到侧向的拉力而舒张，导致内部容积扩大，此时，第二液流孔14关闭，而第一液流孔12打开，外部的液流通过供液口22进入供液腔21再经过第一液流孔12进入囊状体1的封闭内腔10中；接着，二位三通换向阀9换向工作而切至左位工作，如图4所示，压缩气体进入缸体4的内腔中而驱使两侧的柱塞杆5朝相反的方向移动，便使得两侧的柱塞杆5均向外滑动，从而使得两个压板7同时向外侧运动，对囊状体1施加侧向的压力而使得弹性血囊100转换为收缩工作状态，第一液流孔12关闭，而第二液流孔14打开，囊状体1封闭内腔10中的液流通过第二液流孔14进入排液腔31，并经排液口32排出而向身体供应血液。接着，二位三通换向阀9再换向工作，弹性血囊100又转换为舒张工作状态，如此反复，该人工心脏泵的两个弹性血囊100在舒张工作状态与收缩工作状态间交替变换，从而实现吸液与排液的交替持续工作，进而使得人工心脏泵不断地工作。

综上，本发明的双柱塞气缸驱动式人工心脏泵，其中采用一种结构简单、制造方便的人工心脏用弹性血囊100，以该弹性血囊100上向内与向外的、中间有孔的两个奶嘴状凸起，代替结构极其复杂的人工心脏瓣膜，实现单向吸液与单向排液，再通过双柱塞气缸驱动机构200予以驱动，使得两弹性血囊100在舒张工作状态与收缩工作状态之间交替转换，从而交替地实现吸液与排液的过程。将其安装于人或脊椎动物的胸腔中，血液可以不断地进入两个弹性血囊100，再经其收缩后从弹性血囊100中流出而向人或动物身体供应血液。该人工心脏泵可以输出类似自然心脏的脉冲式血流，避免了连续血泵的技术方向性错误，很好地模仿了自然心脏的工作过程。同时，弹性血囊采用的为弹性可伸缩材料，其内部为流线型，对血液中的细胞不会造成破坏，也不易形成血栓，能够很好地替代人或脊椎动物自然心脏的工作。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双柱塞气缸驱动式人工心脏泵，其特征在于：所述人工心脏泵包括两个弹性血囊和用于驱使两个所述弹性血囊伸缩的双柱塞气缸驱动机构，每个所述弹性血囊均包括由可伸缩材料制成的具有封闭内腔的囊状体，所述囊状体的端部上具有向所述封闭内腔中凹入的第一凸起、自所述封闭内腔向外凸出的第二凸起，所述第一凸起上开设有第一液流孔，所述第二凸起上开设有第二液流孔，所述囊状体上位于所述第一凸起的外部设有具备供液腔的供液部，所述囊状体上位于所述第二凸起的外部设有具备排液腔的排液部，所述弹性血囊具有舒张工作状态和收缩工作状态，当所述囊状体侧向受拉时，所述弹性血囊处于舒张工作状态，所述第一液流孔打开使得所述供液腔与所述封闭内腔相连通而形成吸液单向阀，血液由所述供液腔进入所述弹性血囊的封闭内腔中，所述第二液流孔闭合；当所述囊状体侧向受压时，所述弹性血囊处于收缩工作状态，所述第一液流孔闭合，所述第二液流孔打开使得所述排液腔与所述封闭内腔相连通而形成排液单向阀，血液由所述弹性血囊的封闭内腔进入所述排液腔中，

所述双柱塞气缸驱动机构设于两个所述弹性血囊之间，所述双柱塞气缸驱动机构包括固定设置的缸体、设于所述缸体的两端且可相对所述缸体沿轴向伸缩的两根柱塞杆、用于向所述缸体的内腔中供气以驱使两所述柱塞杆沿轴向向外滑动的供气装置，以及用于提供所述柱塞杆弹性回复力以驱使两所述柱塞杆沿轴向向内滑动的弹性件，每个所述柱塞杆的外端均固定地设有压板，所述压板与所述囊状体的一侧固定连接。

2.根据权利要求1所述的双柱塞气缸驱动式人工心脏泵，其特征在于：所述第一凸起与所述第二凸起均呈奶嘴状。

3.根据权利要求1或2所述的双柱塞气缸驱动式人工心脏泵，其特征在于：所述第一液流孔呈由外向内孔径逐渐变小的流线型喇叭孔，所述第二液流孔呈由内向外孔径逐渐变小的流线型喇叭孔。

4.根据权利要求1所述的双柱塞气缸驱动式人工心脏泵，其特征在于：所述供液部、所述排液部均呈流线型。

5.根据权利要求1所述的双柱塞气缸驱动式人工心脏泵，其特征在于：两个所述囊状体的封闭内腔分别构成所述人工心脏的左心室与右心室，对应地，两个所述供液部的供液腔分别构成所述人工心脏的左心房与右心房。

6.根据权利要求1所述的双柱塞气缸驱动式人工心脏泵，其特征在于：所述柱塞杆包括杆部和位于所述杆部内侧端部的限位端头，所述弹性件为套设在所述杆部上并位于所述限位端头与所述缸体端部侧壁之间的弹簧。

7.根据权利要求1所述的双柱塞气缸驱动式人工心脏泵，其特征在于：当两侧的所述弹性血囊均处于舒张工作状态时，两侧的所述柱塞杆的内侧端部之间具有间隙。

8.根据权利要求7所述的双柱塞气缸驱动式人工心脏泵，其特征在于：所述缸体的内腔中固定地设有一限位挡块，两所述柱塞杆分别位于所述限位挡块的两侧。

9.根据权利要求7所述的双柱塞气缸驱动式人工心脏泵，其特征在于：所述缸体上设有供气口，所述供气口正对所述间隙。

10.根据权利要求1所述的双柱塞气缸驱动式人工心脏泵，其特征在于：所述压板的外端面呈与所述囊状体的侧端面外形轮廓相一致的弧面，所述压板的外端面与所述囊状体的侧端面固定地粘接在一起。