CN106421947B - 一种心室内搏动血泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种心室内搏动血泵，搏动血泵固定设置在心室内部的心尖位置，以产生敞开式的搏动作用，搏动血泵大体呈水母状，其包括一钟状体和一驱动源，钟状体的开口与心室的出口相对，驱动源驱动钟状体进行收缩或舒张运动，钟状体的收缩或舒张运动驱动心室内的血液向动脉进行定向射血，并在钟状体的内壁和心室的内壁之间形成回旋式血流流场。本发明敞开式的搏动作用机制不仅提供搏动式血流辅助心室功能，并且优化了心室内的流场和压力分布，相比于现有血泵具有更好的生物相容性。

Description

一种心室内搏动血泵
技术领域
本发明涉及心室辅助装置领域，具体涉及一种心室内搏动血泵。
背景技术
心室辅助装置(血泵)是一种利用人工材料制成的用以辅助心力衰竭终晚期患者心脏泵血功能的机械式循环辅助装置，该类装置经过多年发展已在欧美国家进入临床应用，并成功挽救或延续了大批心脏疾病患者的生命。
目前世界范围内绝大多数已投入临床应用或正处在研发阶段的血泵都是基于旋转式叶轮机械的基本原理，利用叶片与血液之间的旋转作用力，采用离心或轴流的叶片旋转方式来实现泵血的功能，其主要的作用方式是将血泵的入口段与心室相接，出口段接入动脉血管，通过叶片旋转所形成的血流量起到提升心室心排量的辅助作用，植入位置通常位于心室外壁或心尖处等心室外位置。旋转式机械血泵所提供的血流通常为连续性，即流量大小不随时间发生变化。但一些血泵也具有提供搏动性血流的功能，即流量大小参照人体心脏的搏动效应随时间产生变化。
公开号为US 2015/0182679A1的美国专利“TISSUE-ENGINEERED PUMPS ANDVALVES AND USES THEREOF”利用生物组织材料制作的仿生水母，作为全人工心脏的设计。
利用叶片作为执行机构的传统离心或轴流式血泵存在以下主要几点缺陷：
1.现有的心室辅助装置，其入口在心室内形成不均匀的压力分布，容易在心室内产生负面影响，包括抽吸和血栓；
2.现有的心室辅助装置改变了原本的血流方式，导致动脉瓣的长期关闭，对瓣膜功能产生负面的影响(闭锁不全、硬化、粘黏等)；
3.现有的心室辅助装置是旋转式连续流血泵，其运动机理对血液产生长期连续的剪切力，导致溶血和血液相关的并发症，由刚性材料(如金属)制成的叶片在高速旋转运动中，会对血液造成较大且连续的剪应力作用，导致血液细胞出现破损，以致溶血现象的出现和血栓的产生，造成植入血泵患者出现诸如中风等术后后遗症。
4.由于泵血过程发生在封闭的壳状结构中，由于机械结构设计的考虑，通常会出现流场死区，导致部分死区中血液长时间处于停滞状态，从而导致凝血现象的出现。
上述流场死区问题不仅出现在叶片式血泵中，上述美国专利虽然采用柔性材料作为执行机构，但由于同样采用封闭式心室外辅助的技术以及导致流场死区问题的出现。其余搏动式血泵因为使用人工瓣膜机构，在瓣膜开关的关节处也无法避免血液相容性的问题，临床结果显示其血液相容性甚至比叶片式血泵更差。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的发明目的在于提供一种解决了现有轴流式或离心式血泵以及其他心室外密闭式的搏动式血泵生物相容性差的缺点的心室内搏动血泵。
为实现上述发明目的，本发明提供以下的技术方案：一种心室内搏动血泵，所述心室内搏动血泵具有敞开式的搏动作用，所述心室内搏动血泵固定设置在心室内部的心尖位置，其大体呈水母状，包括一钟状体和一驱动源，所述钟状体的开口与所述心室的出口相对，所述驱动源驱动所述钟状体进行收缩和舒张运动，以改变所述钟状体的内腔的体积，所述内腔的体积由大变小，以使所述钟状体内的血液向外挤压，从而实现心室的射流泵血，所述内腔的体积由小变大，以使所述钟状体外的血液吸入其中，从而为再次射流泵血提供血液。
进一步的，所述钟状体的收缩和舒张运动使血液产生文丘里效应，进而产生回旋式血流流场。
进一步的，所述钟状体收缩时，所述内腔的体积由大变小，以使血液对所述心室的内壁产生冲刷流场。
进一步的，所述钟状体舒张时，所述内腔的体积由小变大，以使血液对所述钟状体的内壁产生冲刷流场。
进一步的，所述钟状体包括呈钟状结构的骨架和包覆在所述骨架上的薄膜。
进一步的，所述骨架为机械连杆结构构成，所述驱动源采用电机或气缸。
进一步的，所述骨架包括位于其端部的端盖部分、分别位于其不同母线位置的至少三个摇杆结构以及位于其内侧的驱动连杆结构，所述端盖部分固定设置，所述摇杆结构包括第一摇杆和第二摇杆，所述第一摇杆的一端与所述端盖部分铰接连接以构成第一活动关节，所述第二摇杆的一端与所述第一摇杆的另一端铰接连接以构成第二活动关节，所述驱动连杆结构包括驱动杆和与所述摇杆结构对应设置的至少三根第三摇杆，所述驱动杆的杆体沿轴向导向连接在所述端盖部分上并且形成位于所述钟状体骨架的内侧的内侧端部和位于所述钟状体骨架的外侧的外侧端部，所述驱动杆的内侧端部与所述第三摇杆的一端铰接连接，所述第三摇杆的另一端铰接连接有滑块，所述滑块滑动连接在所述第二摇杆上，所述驱动杆的外侧端部驱动连接在所述驱动源上。
进一步的，所述第一摇杆相对于所述驱动杆的角度变化范围为0-50度，所述第二摇杆相对于所述驱动杆的角度变化范围为30-50度。
进一步的，所述驱动杆的行程为5-7mm。
进一步的，所述骨架为介电弹性体材料制成，所述驱动源采用电场。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明敞开式的搏动作用机制不仅提供搏动式血流辅助心室功能，并且优化了心室内的流场和压力分布，相比于现有血泵具有更好的生物相容性，具体体现在：
1.所有的血液都按照原本通道进入心血管系统(房室瓣–心室–动脉瓣–动脉)，并在运动中形成良好的心室内压力分布，产生冲刷，避免流场死区导致的血栓；
2.不在心室内形成局部的负压，在工作时提供定向的射血；
3.柔性材料执行机构可大大降低血泵工作时对于血液产生的连续非生理剪应力作用，降低溶血和血栓形成的可能性。
附图说明
图1为本发明公开的心室内搏动血泵在心室中开始收缩时的示意图；
图2为本发明公开的心室内搏动血泵在心室中开始舒张时的示意图；
图3为本发明公开的钟状体的结构示意图；
图4为本发明公开的钟状体骨架的机械连杆结构的连接示意图。
其中，1、心室；2、搏动血泵；3、钟状体骨架；31、端盖部分；32、第一摇杆；33、第二摇杆；34、驱动杆；35、第三摇杆；36、滑块；4、弹性薄膜；5、钟状体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参见图1至图4，如其中的图例所示，一种心室内搏动血泵，搏动血泵2固定设置在心室1内部的心尖位置，其大体呈水母状，包括骨架3、弹性薄膜4以及驱动源，上述弹性薄膜4包覆在骨架3的外侧以形成钟状体5，钟状体5的出口与心室1的出口相对，上述驱动源驱动连接骨架3以使钟状体5进行收缩或舒张运动，钟状体5的收缩或舒张运动驱动心室1内的血液向动脉进行定向射血，并在钟状体5的内壁和心室1的内壁之间形成回旋式血流流场。
本发明受水母游动原理启发，提出了一种非旋转式仿生心室内搏动血泵。水母的身体呈钟状体结构，水母在游动时通过收缩钟状体以改变内腔体积，从而喷出腔内的水，这个射流过程所产生的推进力使水母可以顺其身体轴向做出运动，本发明仿照水母运动原理，利用连杆机构构成仿生水母钟状体骨架，在骨架外部包裹柔性材料以形成完整的仿生水母结构，再通过直线电机驱动连杆机构使钟状体完成收缩和舒张运动，从而实现射流功能。
钟状体5的收缩或舒张运动在上述回旋式血流流场中产生文丘里效应，钟状体5收缩时，对心室1的内壁产生冲刷流场，钟状体5舒张时，对钟状体5的内壁产生冲刷流场。
钟状体骨架3为机械连杆结构构成，上述述驱动源采用直线电机。
钟状体骨架3包括位于其端部的端盖部分31、分别位于其不同母线位置的至少三个摇杆结构以及位于其内侧的驱动连杆结构，端盖部分31固定设置，上述摇杆结构包括第一摇杆32和第二摇杆33，第一摇杆32的一端与端盖部分31铰接连接以构成第一活动关节，第二摇杆33的一端与第一摇杆32的另一端铰接连接以构成第二活动关节，上述驱动连杆结构包括驱动杆34和与上述摇杆结构对应设置的至少三根第三摇杆35，驱动杆34的杆体沿轴向导向连接在端盖部分31上并且形成位于钟状体骨架3的内侧的内侧端部和位于钟状体骨架3的外侧的外侧端部，驱动杆34的内侧端部与第三摇杆35的一端铰接连接，第三摇杆35的另一端铰接连接有滑块36，滑块36滑动连接在第二摇杆33上，驱动杆34的外侧端部驱动连接在直线电机上。
驱动杆34与直线电机相连接作上下往复运动，第三摇杆35的一端与驱动杆34铰接，另一端与滑块36铰接，当驱动杆34在直线电机的带动下开始作往复运动时，滑块36也沿第二摇杆33的轴线方向做往复运动，同时带动第一摇杆32和第二摇杆33，作摆动运动，进而实现钟状体5的收缩和舒张运动。
第一摇杆32相对于驱动杆34的角度变化范围为0-50度，第二摇杆33相对于驱动杆34的角度变化范围为30-50度。
驱动杆34的行程为6mm。
实施例二
其余与实施例一相同，不同之处在于，上述骨架或薄膜为介电弹性体材料制成，上述驱动源采用电场，介电弹性体材料在电场下产生较大驱动力和弹性形变，实现收缩和舒张的运动过程。
实施例三
其余与实施例一相同，不同之处在于，上述驱动源采用气缸。
以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种心室内搏动血泵，其特征在于，所述心室内搏动血泵具有敞开式的搏动作用，所述心室内搏动血泵固定设置在心室内部的心尖位置，其大体呈水母状，包括一钟状体和一驱动源，所述钟状体的开口与所述心室的出口相对，所述驱动源驱动所述钟状体进行收缩和舒张运动，以改变所述钟状体的内腔的体积，所述内腔的体积由大变小，以使所述钟状体内的血液向外挤压，从而实现心室的射流泵血，所述内腔的体积由小变大，以使所述钟状体外的血液吸入其中，从而为再次射流泵血提供血液，所述钟状体包括呈钟状结构的骨架和包覆在所述骨架上的薄膜，所述骨架为机械连杆结构构成，所述驱动源采用电机或气缸，所述骨架包括位于骨架的端部的端盖部分、分别位于骨架的不同母线位置的至少三个摇杆结构以及位于骨架的内侧的驱动连杆结构，所述端盖部分固定设置，所述摇杆结构包括第一摇杆和第二摇杆，所述第一摇杆的一端与所述端盖部分铰接连接以构成第一活动关节，所述第二摇杆的一端与所述第一摇杆的另一端铰接连接以构成第二活动关节，所述驱动连杆结构包括驱动杆和与所述摇杆结构对应设置的至少三根第三摇杆，所述驱动杆的杆体沿轴向导向连接在所述端盖部分上并且形成位于所述骨架的内侧的内侧端部和位于所述骨架的外侧的外侧端部，所述驱动杆的内侧端部与所述第三摇杆的一端铰接连接，所述第三摇杆的另一端铰接连接有滑块，所述滑块滑动连接在所述第二摇杆上，所述驱动杆的外侧端部驱动连接在所述驱动源上。
2.根据权利要求1所述的心室内搏动血泵，其特征在于，所述钟状体的收缩和舒张运动使血液产生文丘里效应，进而产生回旋式血流流场。
3.根据权利要求1所述的心室内搏动血泵，其特征在于，所述钟状体收缩时，所述内腔的体积由大变小，以使血液对所述心室的内壁产生冲刷流场。
4.根据权利要求1所述的心室内搏动血泵，其特征在于，所述钟状体舒张时，所述内腔的体积由小变大，以使血液对所述钟状体的内壁产生冲刷流场。
5.根据权利要求1所述的心室内搏动血泵，其特征在于，所述第一摇杆相对于所述驱动杆的角度变化范围为0-50度，所述第二摇杆相对于所述驱动杆的角度变化范围为30-50度。
6.根据权利要求1所述的心室内搏动血泵，其特征在于，所述驱动杆的行程为5-7mm。
7.根据权利要求1所述的心室内搏动血泵，其特征在于，所述骨架为介电弹性体材料制成，所述驱动源采用电场。
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