CN105498001A - 一种心脏外辅助循环式人工心脏 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种心脏外辅助循环式人工心脏，包括位于人体外的驱动器、可连接在心室与动脉血管之间并与所述心室和动脉血管相通的人工血管及安装于所述人工血管内的血泵，所述血泵的叶轮具有泵磁体，所述泵磁体为永磁体，所述驱动器在朝向泵磁体的方向上可产生N极和S极交替出现的磁场从而驱动所述泵磁体带动所述血泵的叶轮旋转。本发明解决的技术问题在于克服现有的磁驱动心室辅助装置的血泵阻碍血液回流至心脏容易导致心肌梗死的缺点，提供一种可保证血液回流的心脏外辅助循环式人工心脏。

Description

一种心脏外辅助循环式人工心脏
技术领域
本发明涉及人工心脏领域。具体为一种心脏外辅助循环式人工心脏。
背景技术
心脏病是现代人健康的一个主要杀手，不仅老年人的心脏容易因衰老而出现问题，越来越多的年轻人在快节奏、高压力的生活下也会得心脏病。其中，对于心脏衰竭或因其他心脏病导致心脏衰弱，可通过植入人工泵的方式来治疗。人工泵一般植入主动脉或者肺动脉，为主动脉或肺动脉内的血液提供压力，使血流向肺或者全身。由于有人工泵为血液提供压力，心室可减小压缩量或者不进行压缩，大大减轻了心脏的负担。经过一段时间的减压，心脏的收缩功能会得到恢复。
然而现有的血泵由于设置在人体血管内，不仅导致血泵的尺寸受到限制，更重要的是，由于血泵的阻挡作用，无法保证血液通过主动脉向心脏回流。虽然血泵留出了使血液回流到心脏的通道，但通道尺寸很小容易被堵塞(通道尺寸太大会降低血泵泵血的效率)，还可能因为血泵产生的与回流方向相反的压力，使血液回流无法得到保证，从而容易造成心脏因缺少血液滋养而发生心肌梗死。
另外，由于设置在人体血管内的泵的尺寸非常小，其上固定的永磁体也很小，这使得永磁体的磁场覆盖范围很小，如果体外的驱动器因为意外稍稍离开身体或者受到其他磁场的干扰，会导致人工泵停止运转，从而无法起到辅助心室循环的功能，对患者的生命健康造成危害。
发明内容
本发明解决的技术问题在于克服现有的磁驱动心室辅助装置的血泵阻碍血液回流至心脏容易导致心肌梗死的缺点，提供一种可保证血液回流的心脏外辅助循环式人工心脏。
本发明的心脏外辅助循环式人工心脏，包括位于人体外的驱动器、可连接在心室与动脉血管之间并与所述心室和动脉血管相通的人工血管及安装于所述人工血管内的血泵，所述血泵包括叶轮和带动所述叶轮旋转的泵磁体，所述泵磁体为永磁体，所述驱动器在朝向泵磁体的方向上可产生N极和S极交替出现的磁场从而驱动所述泵磁体带动所述叶轮旋转。
作为优选，所述人工血管一端用于与所述心室的下部连接，另一端用于与所述动脉血管靠近所述心室下部的位置连接。
作为优选，所述心脏外辅助循环式人工心脏还包括可安装于人体内且位于所述人工血管外的磁场传递装置，所述磁场传递装置位于血泵和驱动器之间，所述磁场传递装置具有传递磁体，所述传递磁体为永磁体，所述传递磁体受到驱动器的作用旋转并驱动所述泵磁体旋转从而带动所述血泵的叶轮旋转。
作为优选，所述磁场传递装置固定在所述人工血管的外壁上，且所述传递磁体与泵磁体相对设置。
作为优选，所述传递磁体为可绕其轴线旋转的圆柱，其直径为d1，其N极和S极均在圆柱的整个长度上延伸；所述泵磁体为可绕其轴线旋转的圆柱，其直径为d2，其N极和S极均在圆柱的整个长度上延伸。
作为优选，d1大于或等于d2。
作为优选，所述传递磁体的N极和S极各占其圆柱的一半，所述泵磁体的N极和S极各占其圆柱的一半。
作为优选，所述驱动器包括驱动磁体和驱动所述驱动磁体旋转的驱动装置，所述驱动磁体为永磁体，所述驱动磁体为直径为d3的圆柱，N极和S均在圆柱的整个长度上延伸。
作为优选，所述驱动磁体包括两对磁极，每个磁极占驱动磁体圆柱的1/4，且相邻的磁极为异极。
作为优选，d3＝2d1。
作为优选，所述驱动器包括控制器、脉冲分配器、驱动电路及线圈，在控制器的控制下脉冲分配器以一定的频率改变驱动电路的电流方向，从而使线圈的一端交替形成N极和S极。
本发明的心脏外辅助循环式人工心脏和现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明的心脏外辅助循环式人工心脏通过在心室与动脉血管之间连接人工血管，并将血泵设置在人工血管内，实现了使血液流向全身和使血液向心脏回流的功能，由于血泵设置在人工血管中，不会阻碍主动脉中血液的回流，使得血液的回流得到了保证。同时，本发明的心脏外辅助循环式人工心脏使得血泵的设计更加简单，不再需要考虑回流通道的设置及其对泵血效率的影响。另外，与现有技术中的血泵只能设在动脉中靠近心室的位置相比，本发明的心脏外辅助循环式人工心脏的血泵的位置更加灵活，可以在离开心脏较远的较大空间进行设置，在做植入手术时，可先将血泵安装在人工血管内，然后将人工血管植入人体，连接心室与动脉即可，与在心室和动脉连接的位置植入血泵相比，其操作更简单，也更安全可靠。
1、人工血管一端用于与心室的下部连接，另一端用于与动脉血管靠近心室下部的位置连接，使得人工血管和血泵避开血管密度大的区域，进一步提高了心脏外辅助循环式人工心脏的安全可靠性。
2、心脏外辅助循环式人工心脏增加了传递磁体，驱动器驱动传递磁体使其产生了产生了传递磁场，传递磁场驱动血泵的叶轮旋转。传递磁体增加了驱动器与血泵之间的有效驱动距离。
3、驱动磁体包括两对磁极，且相邻的磁极为异极。当驱动磁体旋转1圈时，传递磁体旋转2圈，泵磁体也旋转2圈。因此，驱动磁体可以以较低的角速度驱动传递磁体和泵磁体以2倍于驱动磁体的角速度旋转，从而可以降低驱动器的相应配置。
4、驱动器包括控制器、脉冲分配器、驱动电路及线圈，在控制器的控制下脉冲分配器以一定的频率改变线圈中的电流方向，从而使线圈的一端交替形成N极和S极。线圈中电流方向改变的频率越高，传递磁体和泵磁体的旋转角速度越高。这种驱动方式更便于调整传递磁体和泵磁体的旋转角速。
附图说明
图1为本发明第一实施例的心脏外辅助循环式人工心脏用于人体的结构示意图。
图2为图1中的心脏外辅助循环式人工心脏的驱动原理图。
图3为图2中的心脏外辅助循环式人工心脏沿图2中的A-A线的剖视图。
图4为本发明第二实施例的心脏外辅助循环式人工心脏的驱动原理图。
附图标记
11-驱动器，111-驱动磁体，112-驱动装置，12-血泵，121-叶轮，122-泵磁体，13-人工血管，14-磁场传递装置，141-传递磁体；
21-驱动器，211-控制器，212-脉冲分配器，213-驱动电路，214-线圈，22-血泵，23-磁场传递装置，24-控制电源，25-驱动电源；
31-皮肤，32-心脏，321-心室，33-动脉血管。
具体实施方式
图1为本发明第一实施例的心脏外辅助循环式人工心脏用于人体的结构示意图，图2为图1中的心脏外辅助循环式人工心脏的驱动原理图。如图1和图2所示，本发明的心脏外辅助循环式人工心脏，包括位于人体外的驱动器11、可连接在心室321与动脉血管33之间并与所述心室321和动脉血管33相通的人工血管13及安装于所述人工血管13内的血泵12。人工血管13由生物相容性的材料制成，可通过手术实现与心室321和动脉血管33的接通。所述血泵12为轴流泵，具有泵壳(图中未示出)和叶轮121，其叶轮121由生物相容性材料制成，如钛合金或聚甲醛。所述血泵12的叶轮121可通过旋转轴支撑在泵壳内，血泵12还具有泵磁体122，泵磁体122为永磁体。驱动器11在朝向泵磁体122的方向上可产生N极和S极交替出现的磁场从而驱动所述泵磁体122带动叶轮121旋转。
在本实施例中，心室321为左心室，动脉为主动脉。在心脏外辅助循环式人工心脏工作时，血液被从左心室泵至人工血管13内，血液自人工血管13流进主动脉后分成两个方向，如图1中的箭头所示，其中向下的箭头表示血液继续流向全身，向上的箭头表示部分血液流回心脏32，为心脏32提供营养。
本发明的心脏外辅助循环式人工心脏通过在心室321与动脉血管33之间连接人工血管13，并将血泵12设置在人工血管13内，实现了使血液流向全身和使血液向心脏32回流的功能，由于血泵12设置在人工血管13中，不会阻碍主动脉中血液的回流，使得血液的回流得到了保证。同时，本发明的心脏外辅助循环式人工心脏使得血泵12的设计更加简单，不再需要考虑回流通道的设置及其对泵血效率的影响。另外，与现有技术中的血泵12只能设在动脉中靠近心室321的位置相比，本发明的心脏外辅助循环式人工心脏的血泵12的位置更加灵活，可以在离开心脏32较远的较大空间进行设置，在做植入手术时，可先将血泵12安装在人工血管13内，然后将人工血管13植入人体，连接心室321与动脉血管33即可，与在心室321和动脉血管33连接的位置植入血泵12相比，其操作更简单，也更安全可靠。
作为优选的方案，所述人工血管13一端用于与所述心室321的下部连接，另一端用于与所述动脉血管33靠近所述心室321下部的位置连接，使得人工血管13和血泵12避开血管密度大的区域，进一步提高了心脏外辅助循环式人工心脏的安全可靠性。
作为优选的方案，所述心脏外辅助循环式人工心脏还包括可安装于人体的皮肤31以内且位于所述人工血管13外的磁场传递装置14，所述磁场传递装置14位于血泵12和驱动器11之间，所述磁场传递装置14具有传递磁体141，传递磁体141为永磁体。传递磁体141与泵磁体122之间具有一定的距离L，距离L可防止传递磁体141与泵磁体122之间产生阻碍传递磁体141驱动泵磁体122旋转的较大吸力，可保证传递磁体141顺利驱动泵磁体122旋转。传递磁体141的旋转轴与泵磁体122的旋转轴最好是位置相对应且平行设置，当然，即使二者不平行位置也不相对应也能够实现传递磁体141驱动泵磁体122旋转。所述传递磁体141受到驱动器11的作用旋转并驱动所述血泵12的泵磁体122旋转从而带动所述血泵12的叶轮121旋转。作为进一步的优选，所述磁场传递装置14固定在所述人工血管13的外壁上，且所述传递磁体141与泵磁体122相对设置。
在本实施例中，磁场传递装置14包括传递磁体141和容纳所述传递磁体141的壳体(图中未示出)，传递磁体141可通过旋转轴支撑在壳体内。所述传递磁体141为可绕其轴线旋转的圆柱，其直径为d1，其N极和S极均在圆柱的整个长度上延伸。所述泵磁体122为可绕其轴线旋转的圆柱，其直径为d2，其N极和S极均在圆柱的整个长度上延伸。d1大于或等于d2。
所述驱动器11在朝向所述磁场传递装置14的方向上可产生N极和S极交替出现的磁场，所述磁场传递装置14的传递磁体141受到磁场的作用旋转并对所述血泵12的泵磁体122产生传递磁场，所述血泵12的泵磁体122在传递磁场的作用下带动所述血泵12的叶轮121旋转。
本实施例的心脏外辅助循环式人工心脏增加了传递磁体141，驱动器11驱动传递磁体141使其产生了传递磁场，传递磁场驱动血泵12的叶轮121旋转。传递磁体141增加了驱动器11与血泵之间的有效驱动距离。
如图3所示，在本实施例中，传递磁体141的N极和S极各占所述传递磁体141圆柱的一半，泵磁体122的N极和S极各占泵磁体122圆柱的一半。在传递磁体141旋转一周的同时，泵磁体122也旋转一周，同时带动叶轮121旋转一周。在本实施例中，d1大于d2，即传递磁体141的直径大于泵磁体122的直径，这样，传递磁体141的磁场可覆盖更大的范围，进一步提高了驱动器11驱动传递磁体141的稳定性。同时，也可增大驱动磁体141与泵磁体122之间的有效距离。
如图3所示，在本实施例中，所述驱动器11包括驱动磁体111和驱动所述驱动磁体111旋转的驱动装置112，驱动装置112可以是电机或者其他装置，驱动装置112由电源供电。所述驱动磁体111为永磁体，所述驱动磁体111为直径为d3的圆柱，N极和S极均沿圆柱的整个长度延伸，驱动磁体111的旋转轴与传递磁体141的旋转轴最好是平行且位置相对应地设置，当然，即使二者不平行位置也不相对应，也能实现驱动磁体111可驱动传递磁体141旋转。在驱动装置112的驱动下，驱动磁体111的N极和S交替朝向传递磁体141，使传递磁体141旋转。
优选的方案是，所述驱动磁体111包括两对磁极，每个磁极占圆柱的1/4，且如图3所示，相邻的磁极是不同的。即，N极与S极是交替排列的。当驱动磁体111旋转1圈时，传递磁体141旋转2圈，泵磁体122也旋转2圈。因此，驱动磁体111可以以较低的角速度驱动传递磁体141和泵磁体122以2倍于驱动磁体111的角速度旋转，从而可以降低驱动器11的相应配置。在本实施例中，d3＝2d1，驱动磁体111的每个磁极所占的圆弧长度与传递磁体141的每个磁极所占的圆弧长度相等，即，πd3/4＝πd1/2，使得驱动磁体111与传递磁体141之间形成更加精确的传动比。
图4为本发明第二实施例的心脏外辅助循环式人工心脏的驱动原理图。如图4所示，血泵22和磁场传递装置23的结构与安装与第一实施例相同。与第一实施例不同的是，驱动器21包括控制器211、脉冲分配器212、驱动电路213及线圈214，其中，控制器211和脉冲分配器212由控制电源24供电，驱动电路214由驱动电源25供电。驱动电路可连接一个或者多个线圈214。
在控制器211的控制下脉冲分配器212以一定的频率改变驱动电路213和线圈214中的电流方向，从而使线圈214的一端交替形成N极和S极。这样，磁场传递装置23的传递磁体和血泵22的泵磁体的旋转速度与线圈中电流方向改变的频率有关，即，线圈中电流方向改变的频率越高，传递磁体和泵磁体的旋转角速度越高。这种驱动方式更便于调整传递磁体和泵磁体的旋转角速度。在本实施例中，为了增强线圈的磁场强度，也可将线圈缠绕在铁芯上，使其形成电磁铁。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出的各种修改或等同替换也落在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种心脏外辅助循环式人工心脏，其特征在于，包括位于人体外的驱动器、可连接在心室与动脉血管之间并与所述心室和动脉血管相通的人工血管及安装于所述人工血管内的血泵，所述血泵包括叶轮和带动所述叶轮旋转的泵磁体，所述泵磁体为永磁体，所述驱动器在朝向泵磁体的方向上可产生N极和S极交替出现的磁场从而驱动所述泵磁体带动所述叶轮旋转。
2.根据权利要求1所述的心脏外辅助循环式人工心脏，其特征在于，所述人工血管一端用于与所述心室的下部连接，另一端用于与所述动脉血管靠近所述心室下部的位置连接。
3.根据权利要求1或2所述的心脏外辅助循环式人工心脏，其特征在于，所述心脏外辅助循环式人工心脏还包括可安装于人体内且位于所述人工血管外的磁场传递装置，所述磁场传递装置位于血泵和驱动器之间，所述磁场传递装置具有传递磁体，所述传递磁体为永磁体，所述传递磁体受到驱动器的作用旋转并驱动所述泵磁体旋转从而带动所述血泵的叶轮旋转。
4.根据权利要求3所述的心脏外辅助循环式人工心脏，其特征在于，所述磁场传递装置固定在所述人工血管的外壁上，且所述传递磁体与泵磁体相对设置。
5.根据权利要求3所述的心脏外辅助循环式人工心脏，其特征在于，所述传递磁体为可绕其轴线旋转的圆柱，其直径为d1，其N极和S极均在圆柱的整个长度上延伸；所述泵磁体为可绕其轴线旋转的圆柱，其直径为d2，其N极和S极均在圆柱的整个长度上延伸。
6.根据权利要求5所述的心脏外辅助循环式人工心脏，其特征在于，d1大于或等于d2。
7.根据权利要求5所述的心脏外辅助循环式人工心脏，其特征在于，所述传递磁体的N极和S极各占其圆柱的一半，所述泵磁体的N极和S极各占其圆柱的一半。
8.根据权利要求7所述的心脏外辅助循环式人工心脏，其特征在于，所述驱动器包括驱动磁体和驱动所述驱动磁体旋转的驱动装置，所述驱动磁体为永磁体，所述驱动磁体为直径为d3的圆柱，N极和S均在圆柱的整个长度上延伸。
9.根据权利要求8所述的心脏外辅助循环式人工心脏，其特征在于，所述驱动磁体包括两对磁极，每个磁极占驱动磁体圆柱的1/4，且相邻的磁极为异极。
10.根据权利要求9所述的心脏外辅助循环式人工心脏，其特征在于，d3＝2d1。
11.根据权利要求4-7中任一项所述的心脏外辅助循环式人工心脏，其特征在于，所述驱动器包括控制器、脉冲分配器、驱动电路及线圈，在控制器的控制下脉冲分配器以一定的频率改变驱动电路的电流方向，从而使线圈的一端交替形成N极和S极。
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