CN107007894A - 一种超声直线电机驱动的可植入式搏动血泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声直线电机驱动的可植入式搏动血泵，包括血液腔、驱动部件、传感模块、控制模块、外壳4和底座5，驱动部件分别与血液腔、传感模块和控制模块连接，驱动部件设置在外壳4内部，血液腔、外壳4和底座5依次连接；传感模块收集驱动部件相关信息并将收集的信息传输到控制模块，控制模块控制驱动部件运动，驱动部件驱动血液腔产生形变；驱动部件包括直线导轨3和超声直线电机，超声直线电机为搏动血泵提供动力。本发明采用超声直线电机作为泵体动力来源，避免了复杂的运动转换结构，直接将动力传输到弹性血腔，改变血腔容积形成搏动流输出，可使泵体小型化并提高可靠性，此外超声直线电机行程可调且响应迅速。

Description

一种超声直线电机驱动的可植入式搏动血泵

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体是一种超声直线电机驱动的可植入式搏动血泵。

背景技术

目前，心室辅助装置已不仅成为心脏移植过渡的桥梁，正逐渐发展为对心力衰竭的永久治疗手段。血泵是人工心脏辅助装置的关键部件，根据其输出类型可分为搏动式与平流式两类。电磁力驱动的旋转血泵，如离心泵和轴流泵，可以对心血管系统提供平流式辅助。这类旋转血泵，因为体积小、易植入、可靠性高等特点已在临床上获得广泛的应用，但高速旋转叶轮在血泵内产生局部高剪切力、流动死区等，对血液有破坏作用，容易形成血栓。再加上旋转叶轮血泵因为动态特性差导致的低搏动性，诱发血管收缩功能减弱、内脏灌注不足、胃肠道出血等问题；而气体或电磁力驱动的搏动泵，可提供搏动血流，符合人体的血液流动特点，血流损伤小，有助于末端器官灌注，但搏动泵的体积较大，只能植入到体表面积较大的人体中，不适合体表面积较小的妇女和儿童。另外，因为泵体内存在有将电磁电机旋转运动转换为直线运动的凸轮传动机构，运动部件较多，临床应用故障率较高，导致在临床中的应用越来越少。这说明现在的人工心脏技术尚不成熟，面临巨大的挑战，也促使人们重新研究基于新型动作技术的血泵。

超声电机是20世纪80年代开始发展起来的一种全新概念的微特电机。它利用压电材料的逆压电效应，使弹性定子产生高频超声振动，并通过定子和转子之间的摩擦驱动获得输出力矩和转速。超声电机具有体积小、重量轻、力矩密度大、宁静运转、响应速度快、结构简单、易于微型化、不受也不产生电磁干扰、与磁共振图像兼容等特点。经对现有技术的文献检索发现，以美国专利US5041132和中国发明ZL201110204892.3等为代表的一类以超声电机驱动搏动血泵都不约而同的采用了滚珠丝杠或圆柱凸轮作为主要的运动机构。这类血泵的思路是通过丝杠或凸轮将原先超声电机的旋转运动转换成直线运动，并以此驱动推板改变血腔容积，以达到泵送血液的效果。在这种超声电机驱动血泵结构，因为采用超声电机驱动，泵体结构尺寸缩小较多。但因为和电磁电机驱动搏动式血泵一样，采用了凸轮传动机构，泵体内运动部件较多，结构设计复杂、可靠性较低。中国发明专利ZL200910055968.3，提出一种超声直线电机驱动的搏动式血泵。在这一结构中，推板位于可压缩血袋的中间，血液腔内有三个瓣膜，分别位于血液腔的入口、出口，以及推板的中间。利用推板中心瓣膜的单向开闭，推动血液由入口向出口运动。但由于推板处在柔性血袋的中间，推板在运动过程中，柔性血袋受到张力较大，会发生与外壳壁摩擦等问题，影响血袋的长期工作寿命。另外，血布置于血袋周围的超声直线电机也会增加血泵结构复杂程度。

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如何克服现有植入式人工心脏血泵对结构复杂、可靠性低、体积大、对血液有破坏作用的问题，制作一种结构简单、小型化、便于植入人体且创伤面较小的可植入式搏动血泵。

为实现上述目的，本发明提供了一种超声直线电机驱动的可植入式搏动血泵，包括血液腔、驱动部件、传感模块、控制模块、外壳4和底座5，所述驱动部件分别与所述血液腔、所述传感模块和所述控制模块连接，所述驱动部件设置在所述外壳4内部，所述血液腔、所述外壳4和所述底座5依次连接；所述传感模块收集所述驱动部件相关信息并将收集的信息传输到所述控制模块，所述控制模块控制所述驱动部件运动，所述驱动部件驱动所述血液腔产生形变，使血液进入或离开所述血液腔；所述驱动部件包括直线导轨3和超声直线电机，所述超声直线电机为所述搏动血泵提供动力。

进一步地，所述超声直线电机包括定子6和桶型推板2，所述桶型推板2为所述超声直线电机的滑块，所述定子6固定设置在所述底座5上并设置在所述桶型推板2内部。

进一步地，所述超声直线电机还包括水平推板9，所述桶型推板2的顶部边缘与水平推板9的外边缘固定连接，所述桶型推板2和所述水平推板9共同形成所述超声直线电机的滑块。

进一步地，所述桶型推板2通过所述直线导轨3与所述外壳4连接，所述定子6驱动所述桶型推板2在所述直线导轨3的约束下沿外壳4的轴向上下运动以推动所述血液腔。

在本发明的一种优选实施方式中，所述超声直线电机包括定子6和菱形柱体7，所述菱形柱体7为所述超声直线电机的滑块，所述定子6固定设置在所述底座5上，所述菱形柱体7位置与所述定子6的中心轴线重合。

进一步地，所述超声直线电机还包括水平推板9，所述菱形柱体7和所述水平推板9共同形成所述超声直线电机的滑块，所述菱形柱体7固定连接在所述水平推板9的中心。

进一步地，所述菱形柱体7通过所述直线导轨3与所述外壳4连接，所述定子6驱动所述菱形柱体7在所述直线导轨3的约束下沿外壳4的轴向上下运动以推动所述血液腔。

在本发明的另一种优选实施方式中，所述超声直线电机包括定子6、桶型推板2、菱形柱体7和水平推板9，所述桶型推板2的顶部边缘与水平推板9的外边缘固定连接，所述菱形柱体7与所述水平推板9固定连接，所述菱形柱体7设置在所述水平推板9的中心，所述菱形柱体7位置与所述定子6的中心轴线重合，所述定子6固定设置在所述底座5上并设置在所述桶型推板2内部，所述桶型推板2、所述菱形柱体7和所述水平推板9共同形成所述超声直线电机的滑块。

进一步地，所述桶型推板2通过所述直线导轨3与所述外壳4连接，所述定子6驱动所述桶型推板2、所述菱形柱体7和所述水平推板9在所述直线导轨3的约束下沿外壳4的轴向上下运动以推动所述血液腔。

进一步地，所述血液腔包括血腔盖1、弹性薄膜8、第一瓣膜10、第二瓣膜11、第一接头14和第二接头15，所述血腔盖1与所述弹性薄膜8固定连接，所述血液腔还包括第一开口和第二开口，所述第一开口、所述第一瓣膜10和所述第一接头14依次连接，所述第二开口、所述第二瓣膜11和所述第二接头15依次连接；所述血腔盖1的材料需要具有足够的刚度和良好的血液相容性，如钛合金，如有需要，可以对所述血腔盖1的材料进行改性，所述弹性薄膜8与所述水平推板9固定连接，所述固定连接方式包括但不限于所述水平推板9嵌入所述弹性薄膜8。

进一步地，所述弹性薄膜8为带轮缘的碗型结构，所述弹性薄膜8的材料包括但不限于硅橡胶、聚氨酯、改性硅橡胶和改性聚氨酯。

进一步地，所述第一瓣膜10和所述第二瓣膜11的种类包括但不限于机械瓣，所述第一瓣膜10和所述第二瓣膜11的开启方向相反，使血液单向流动。

进一步地，血液腔的所述第一瓣膜10和所述第一接头14之间设置有第一垫圈12，所述第二瓣膜11和所述第二接头15之间设置有第二垫圈13，所述第一垫圈12和所述第二垫圈13用于保证接口与腔室连接的密封性。

进一步地，所述血腔盖1为碗型结构，在所述血腔盖1外表面侧面切线方向延伸出两个呈确定角度的延伸管，分别为第一延伸管和第二延伸管，所述第一开口设置在所述第一延伸管背离所述血腔盖1的端部，所述第一延伸管的端部具有外丝管螺纹，所述第二开口设置在所述第二延伸管背离所述血腔盖1的端部，所述第二延伸管的端部具有外丝管螺纹。

进一步地，所述第一接头14和所述第二接头15均被设置为一端宝塔状，另一端管状且具有内丝管螺纹的接口，所述第一接头14的内丝管螺纹与所述第一延伸管的端部的外丝管螺纹配合，所述第二接头15的内丝管螺纹与所述第二延伸管的端部的外丝管螺纹配合。

进一步地，所述桶型推板2侧壁外部固定有磁铁16，所述磁铁16与传感器17配合构成传感模块，所述传感器17为霍尔传感器，所述传感模块用于测量所述桶型推板2的位置或者运动速度；所述传感器17设置在所述外壳4内侧侧壁和所述桶型推板2的外侧侧壁。

进一步地，所述控制模块包括控制器18，所述控制器18设置在所述外壳4外，所述控制器18通过导线与所述传感器17连接，获取并分析所述桶型推板2的位置或者运动速度数据，并根据控制策略控制所述超声直线电机的运动方向以及运动速度；所述控制器18能够向所述超声直线电机提供工作频率和功率信号。

与现有技术相比，本发明的超声直线电机驱动的可植入式搏动血泵具有以下优势：

1、本发明的超声直线电机驱动的可植入式搏动血泵结构紧凑，尺寸小，便于植入人体，因为采用超声直线电机直接驱动搏动式血泵的推板，省掉了传统搏动血泵的凸轮传动机构，大幅减少血泵内运动部件数量，提高血泵的可靠性，增加血泵的耐久性。

2、本发明的超声直线电机驱动的可植入式搏动血泵的超声直线电机的动态响应时间在毫秒数量级，该响应时间为精确控制推板运动，降低血液腔内非生理性血液流动对血液的破坏提供了可能。

3、本发明的超声直线电机驱动的可植入式搏动血泵的超声直线电机行程可根据实际情况调节，为血泵适应人工心脏辅助患者不同时间段对辅助量的需求变化，提供了一种便捷的实现方法，同时也将减轻患者右心的负担。

综上所述，本发明采用超声直线电机作为泵体动力来源，避免了复杂的运动转换结构，直接将动力传输到弹性血腔，改变血腔容积形成搏动流输出，可使泵体小型化并提高可靠性，此外超声直线电机行程可调且响应迅速，为适应不同体表面积患者的辅助需求以及适应患者不同时间段需要不同辅助量的需求，提供了一种便捷的实现方法。

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。

附图说明

图1为本发明一个优选实施例的可植入式搏动血泵立体结构爆炸示意图；

图2为本发明一个优选实施例的可植入式搏动血泵的半剖立体结构示意图；

图3为本发明一个优选实施例的可植入式搏动血泵的血液腔立体结构爆炸示意图；

其中，1-血腔盖，2-桶型推板，3-直线导轨，4-外壳，5-底座，6-定子，7-菱形柱体，8-弹性薄膜，9-水平推板，10-第一瓣膜，11-第二瓣膜，12-第一垫圈，13-第二垫圈，14-第一接头，15-第二接头，16-磁铁，17-传感器，18-控制器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明涉及的一种超声直线电机驱动的可植入式搏动血泵的优选实施例做了详细描述，但本发明并不仅限于该实施例。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节。

实施例1

如图1所示，一种超声直线电机驱动的可植入式搏动血泵包括血液腔、驱动部件、传感模块、控制模块、外壳4和底座5，驱动部件分别与血液腔、传感模块和控制模块连接，驱动部件的顶部与血液腔的底部固定连接，传感模块设置在驱动部件外部，控制模块通过导线与驱动部件连接；驱动部件设置在外壳4内部，血液腔、外壳4和底座5依次连接，血腔盖1与外壳4固定连接，弹性薄膜8与外壳4固定连接且设置在外壳4内部；传感模块收集驱动部件相关信息并将收集的信息传输到控制模块，控制模块控制驱动部件运动，驱动部件驱动血液腔产生形变，使血液进入或离开血液腔；驱动部件的超声直线电机为驱动部件提供动力。

如图1和图2所示，驱动部件包括直线导轨3和超声直线电机，超声直线电机包括定子6和桶型推板2，定子6固定设置在底座5上并设置在桶型推板2内部，桶型推板2作为超声直线电机的滑块，定子6驱动桶型推板2通过直线导轨3沿着外壳4内部开设的竖直槽直线上下运动以推动血液腔，桶型推板2为贯通的圆环柱状结构；定子6以底座5的中心为轴心，沿径向间隔确定角度布置在桶型推板2内部；桶型推板2的顶部边缘嵌入弹性薄膜8。

如图3所示，血液腔包括血腔盖1、弹性薄膜8、第一瓣膜10、第二瓣膜11、第一接头14和第二接头15，血腔盖1与弹性薄膜8固定连接，弹性薄膜8为硅橡胶材质的带轮缘的碗型结构，第一瓣膜10和第二瓣膜11均为机械瓣且开启方向相反，使血液单向流动；血腔盖1为钛合金碗型结构，在血腔盖1外表面侧面切线方向延伸出两个呈确定角度的延伸管，分别为第一延伸管和第二延伸管，第一开口设置在第一延伸管背离血腔盖1的端部，第一延伸管的端部具有外丝管螺纹，第二开口设置在第二延伸管背离血腔盖1的端部，第二延伸管的端部具有外丝管螺纹；第一开口、第一瓣膜10、第一垫圈12和第一接头14依次连接，第二开口、第二瓣膜11、第二垫圈13和第二接头15依次连接，第一垫圈12和第二垫圈13用于保证接口与腔室连接的密封性；第一接头14和第二接头15均被设置为一端宝塔状，另一端管状且具有内丝管螺纹的接口，第一接头14的内丝管螺纹与第一延伸管的端部的外丝管螺纹配合，第二接头15的内丝管螺纹与第二延伸管的端部的外丝管螺纹配合。

桶型推板2侧壁外部固定有磁铁16，磁铁16与传感器17配合构成传感模块，传感器17为霍尔传感器，传感模块用于测量桶型推板2的位置或者运动速度；传感器17设置在外壳4内侧侧壁和桶型推板2的外侧侧壁。

控制模块包括控制器18，控制器18设置在外壳4外，控制器18通过导线与传感器17连接，获取并分析桶型推板2的位置或者运动速度数据，并根据控制策略控制超声直线电机的运动方向以及运动速度；控制器18能够向超声直线电机提供工作频率和功率信号，在血泵植入人体时，控制器18通常设置在体外。

超声直线电机驱动的可植入式搏动血泵的工作方式如下：磁铁16与传感器17测量桶型推板2的位置和运动信息，控制器18根据桶型推板2的位置、运动信息和人体血液循环的需要通过一定策略控制超声直线电机的定子6驱动桶型推板2运动，带动水平推板9上下运动；水平推板9向上运动时，血液腔的弹性薄膜8随着水平推板9向上运动，血液腔容积变小，血液腔压力升高，第二瓣膜11作为入口瓣膜关闭，第一瓣膜10作为出口瓣膜开启，血液从血液腔中泵出进入主动脉系统，维持人体血液循环系统中的血压和血流量；水平推板9向下运动时，血液腔的弹性薄膜8随着水平推板9向下运动，血液腔容积增大，血液腔压力减小，第二瓣膜11作为入口瓣膜开始，第一瓣膜10作为出口瓣膜关闭，衰竭心室内血液流入到血液腔内，持续以上往复，使血泵辅助衰竭的心脏维持人体血液循环的需要。

实施例2

实施例2基本与实施例1相同，区别点主要体现在直线驱动电机上。

如图1和图2所示，驱动部件包括直线导轨3和超声直线电机，超声直线电机包括定子6、桶型推板2和水平推板9，定子6固定设置在底座5上，桶型推板2的顶部边缘与水平推板9的外边缘固定连接，桶型推板2和水平推板9共同形成超声直线电机的滑块，定子6驱动桶型推板2通过直线导轨3沿着外壳4内部开设的竖直槽直线上下运动，桶型推板2带动水平推板9推动血液腔，桶型推板2为贯通的圆环柱状结构；定子6以底座5的中心为轴心，沿径向间隔确定角度布置在桶型推板2内部；水平推板9嵌入弹性薄膜8。

实施例3

实施例3基本与实施例1相同，区别点主要体现在直线驱动电机上。

驱动部件包括直线导轨3和超声直线电机，超声直线电机包括定子6和菱形柱体7，定子6固定设置在底座5上，菱形柱体7为超声直线电机的滑块，定子6驱动菱形柱体7通过直线导轨3沿着外壳4内部开设的竖直槽直线上下运动以推动血液腔，菱形柱体7为实心多面柱体或者空心多面柱体；菱形柱体7嵌入弹性薄膜8。

实施例4

实施例4基本与实施例1相同，区别点主要体现在直线驱动电机上。

驱动部件包括直线导轨3和超声直线电机，超声直线电机包括定子6、菱形柱体7和水平推板9，定子6固定设置在底座5上，菱形柱体7固定连接在水平推板9的中心，菱形柱体7和水平推板9共同形成超声直线电机的滑块，定子6驱动菱形柱体7通过直线导轨3沿着外壳4内部开设的竖直槽直线上下运动，菱形柱体7带动水平推板9推动血液腔，菱形柱体7为实心多面柱体或者空心多面柱体；水平推板9嵌入弹性薄膜8。

实施例5

实施例5基本与实施例1相同，区别点主要体现在直线驱动电机上。

驱动部件包括直线导轨3和超声直线电机，超声直线电机包括定子6、桶型推板2、菱形柱体7和水平推板9，定子6固定设置在底座5上，桶型推板2的顶部边缘与水平推板9的外边缘固定连接，菱形柱体7与水平推板9固定连接，菱形柱体7设置在水平推板9的中心，菱形柱体7位置与定子6的中心轴线重合，定子6固定设置在底座5上并设置在桶型推板2内部，桶型推板2、菱形柱体7和水平推板9共同形成超声直线电机的滑块，其中，桶型推板2为贯通的圆环柱状结构，菱形柱体7为实心多面柱体或者空心多面柱体；桶型推板2通过直线导轨3与外壳4连接，定子6驱动桶型推板2、菱形柱体7和水平推板9在直线导轨3的约束下沿外壳4的轴向上下运动以推动血液腔；水平推板9嵌入弹性薄膜8。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员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 (10)

1.一种超声直线电机驱动的可植入式搏动血泵，其特征在于，包括血液腔、驱动部件、传感模块、控制模块、外壳(4)和底座(5)，所述驱动部件分别与所述血液腔、所述传感模块和所述控制模块连接，所述驱动部件设置在所述外壳(4)内部，所述血液腔、所述外壳(4)和所述底座(5)依次连接；所述传感模块收集所述驱动部件相关信息并将收集的信息传输到所述控制模块，所述控制模块控制所述驱动部件运动，所述驱动部件驱动所述血液腔产生形变，使血液进入或离开所述血液腔；所述驱动部件包括直线导轨(3)和超声直线电机，所述超声直线电机为所述搏动血泵提供动力。

2.如权利要求1所述的超声直线电机驱动的可植入式搏动血泵，其特征在于，所述超声直线电机包括定子(6)和桶型推板(2)，所述桶型推板(2)为所述超声直线电机的滑块，所述定子(6)固定设置在所述底座(5)上并设置在所述桶型推板(2)内部。

3.如权利要求2所述的超声直线电机驱动的可植入式搏动血泵，其特征在于，所述超声直线电机还包括水平推板(9)，所述桶型推板(2)的顶部边缘与水平推板(9)的外边缘固定连接，所述桶型推板(2)和所述水平推板(9)共同形成所述超声直线电机的滑块。

4.如权利要求2或3所述的超声直线电机驱动的可植入式搏动血泵，其特征在于，所述桶型推板(2)通过所述直线导轨(3)与所述外壳(4)连接，所述定子(6)驱动所述桶型推板(2)在所述直线导轨(3)的约束下沿外壳(4)的轴向上下运动以推动所述血液腔。

5.如权利要求1所述的超声直线电机驱动的可植入式搏动血泵，其特征在于，所述超声直线电机包括定子(6)和菱形柱体(7)，所述菱形柱体(7)为所述超声直线电机的滑块，所述定子(6)固定设置在所述底座(5)上，所述菱形柱体(7)位置与所述定子(6)的中心轴线重合。

6.如权利要求5所述的超声直线电机驱动的可植入式搏动血泵，其特征在于，所述超声直线电机还包括水平推板(9)，所述菱形柱体(7)和所述水平推板(9)共同形成所述超声直线电机的滑块，所述菱形柱体(7)固定连接在所述水平推板(9)的中心。

7.如权利要求5或6所述的超声直线电机驱动的可植入式搏动血泵，其特征在于，所述菱形柱体(7)通过所述直线导轨(3)与所述外壳(4)连接，所述定子(6)驱动所述菱形柱体(7)在所述直线导轨(3)的约束下沿外壳(4)的轴向上下运动以推动所述血液腔。

8.如权利要求1所述的超声直线电机驱动的可植入式搏动血泵，其特征在于，所述超声直线电机包括定子(6)、桶型推板(2)、菱形柱体(7)和水平推板(9)，所述桶型推板(2)的顶部边缘与水平推板(9)的外边缘固定连接，所述菱形柱体(7)与所述水平推板(9)固定连接，所述菱形柱体(7)设置在所述水平推板(9)的中心，所述菱形柱体(7)位置与所述定子(6)的中心轴线重合，所述定子(6)固定设置在所述底座(5)上并设置在所述桶型推板(2)内部，所述桶型推板(2)、所述菱形柱体(7)和所述水平推板(9)共同形成所述超声直线电机的滑块。

9.如权利要求8所述的超声直线电机驱动的可植入式搏动血泵，其特征在于，所述桶型推板(2)通过所述直线导轨(3)与所述外壳(4)连接，所述定子(6)驱动所述桶型推板(2)、所述菱形柱体(7)和所述水平推板(9)在所述直线导轨(3)的约束下沿外壳(4)的轴向上下运动以推动所述血液腔。

10.如权利要求1所述的超声直线电机驱动的可植入式搏动血泵，其特征在于，所述血液腔包括血腔盖(1)、弹性薄膜(8)、第一瓣膜(10)、第二瓣膜(11)、第一接头(14)和第二接头(15)，所述血腔盖(1)与所述弹性薄膜(8)固定连接，所述血液腔还包括第一开口和第二开口，所述第一开口、所述第一瓣膜(10)和所述第一接头(14)依次连接，所述第二开口、所述第二瓣膜(11)和所述第二接头(15)依次连接。