CN107913441A - 一种微型体外伪心脏 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型体外伪心脏，属于三类医疗器械领域，本发明独劈蹊路，在移植和人造心脏技术之外，设计出了第三种机械仿生方法，它选用高等级材料，由设置在体外的微型伪心脏代替原心脏的泵血功能并与体内的两套与原心脏相同的人造血管，通过手术有机地连接起来，卓有成效地完成人体血液大、小循环的过程，拯救大多数处在死亡边缘、苦等心脏供体和难以筹到高额费用的患者。本发明符合人体生理需求，挽救生命在须臾之间，不须考虑血型、排斥反应、凝血、后续治疗等问题，是绝大多数适应症者的优先选择；可终生使用；便于在体外安装、拆卸、维修、护理、更换电源；手术时间短，简单易行；满足患者日常生活需要；使用费用低；能尽快投产形成产能，有广阔的市场前景和社会效益。

Description

一种微型体外伪心脏

技术领域

本发明属于医疗器械领域，具体地说，涉及一种利用体外伪心脏(简称：伪心)替代失去或正在失去功能的心脏工作的技术。

背景技术

人类用移植心脏和人造心脏替代已经失去或正在失去功能的心脏工作的技术，挽留了很多生命，但及时而合适的供体和高额的医疗费用以及术后的维持治疗等缺憾仍让大多数患者在死亡线上挣扎并最终走向陌路。为了尽快让这些人保住宝贵的生命，本发明者建议不妨退而求其次，选用早期被人类摒弃的伪心来抢救这些生命。科技的发展已经可以让我们重启这方面的研究并使之成为现实，本发明看似另类、复古，却以它的许多优势让人类不妨暂用，等待着克隆等新技术复制的心脏足量供应临床的那一天。

发明内容

本发明设计了一种既传统又超前的伪心替代失去或正在失去功能的心脏工作的技术。

本发明的技术问题所采用的方案是：

一、以仿生机械思路为指导，将心脏的泵血功能放在体外完成，同时必须遵循个体患者已经形成的生理特点(心脏运动的频率变化、心脏与周围血管的搏动效应、心脏的射血总量、每博的射血量，相应血管节段、脏器、系统所承受的压力变化等是必须解决的问题)；

二、将伪心分为体内血管部分和体外伪心脏部分；

体内血管部分

设置2套人造血管，每套的起始端为开口(与人体相对应的血管相连)接着为由主血管及开口其上的支血管组成的多腔管，延续合并成双腔管，末端为接口(要求各管直径能与分离后的原心脏相连接的所有动静脉血管相符合，手术吻合后能融合，长度能沿左肺叶间隙通过，穿透胸膜、胸壁组织，延伸至体外与体外伪心脏相对应的两套接口连接，质量能符合患者的生理活动需要、人体无不适感)；

体外伪心脏部分

1、设置4具结构相同的血仓，将内芯预置其中，浇注或用三D打印技术使其成为呈田字形结构的模块(类似4具注射器模块化，)；

2、每具血仓由圆形血仓、内芯、后盖组成，血仓体积以容量为60-70me为参考；

3、血仓正前方设置有开口₁，内置活瓣₁；前侧壁设置有开口₂，内置活瓣₂；后方设置开口，固定后盖；

(一具血仓的功能是：在抽吸内芯，血液进入仓内时，活瓣₁开放，活瓣₂关闭；在推动内芯，血液射出仓外时，活瓣₁关闭，活瓣₂开放。它的泵血过程，像一台单缸发动机，血液在血管运动过程中，走走停停，不连贯)

4、第二具血仓的开口和活瓣编号依次为3、4，内芯的泵血方向与第一具相反；

(功能：这两具血仓像一台双缸发动机，泵血的过程相反，保证血液持续射入同一血管；)

(前两具血仓形成第一组泵血系统，其中的1、3和2、4开口在模块内即要分别合并成一套双腔管并在血泵活口外表面形成一处接口，以便与体内穿出的第一套双腔管分别对接。其中一支管腔接受体循环而来的静脉血并泵入这两具血仓内，经内芯加压泵出仓外后再合并为一支管腔并形成接口，与体内而来的血管腔接口对接后，血液即持续泵入另一支管腔，通过胸腔内血管进入肺动脉，参与肺循环)

5、同前结构，后两具血仓形成第二组泵血系统，其中的活瓣编号依次为5、6、7、8，此组血仓接口与第二套人造血管接口对接。(一支腔管接受由肺循环而出的动脉血进入第二组血仓，经内芯加压由另一腔管泵入主动脉及分支，完成体循环的过程)；

6、各血仓后方紧连过渡仓，之后又紧连传动仓；

7、内芯结构：内芯圆直，分前、中、后三段。前段在血仓内，与仓壁接触紧密，在后盖中穿过。当带有后盖的内芯插入血仓内壁并固定好后盖后，内芯前段即可在腔内前后运动，完成抽吸和推出血液的功能，它的每次活动幅度应满足原心脏每博的输出量(绝对密闭无菌无泄漏)；中段内芯紧接前段，稍细，在过渡仓内往复运动，并有后盖再次封闭；后段内芯紧接中段，在传动舱内运动，内侧壁为咬合齿槽构造，以备与动力齿轮咬合，带动内芯前后运动；

8、上述各具血仓与过渡仓均独立连贯设置，两段内芯分别在内运动；传动仓则四具合为一大仓。内中四具内芯齿槽相对，由一具动力齿轮将它们紧密咬合，组成传动装置，参与运动。传动仓密闭，仅有电机传动轴穿过侧壁穿入后密封，保持仓内无菌。

9、在传动仓外部合适位置设置一台电机(微型、低压、变频、动力充足)，其动力轴穿过传动仓侧壁插入已咬合在一起的齿轮轴孔。电机在控制板控制下，动力轴做正、反旋转运动，两组4个内芯即可持续进行推、拉动作(即1、3推时，2、4拉)。(要求工作时低噪音、低热源、低辐射)；

10、控制器模板要满足以下功能需要：a、自动调节控制伪心脏在进行功能活动时的频率调节需要；b、控制动力轴频繁快速地进行正、反旋转；

11、设置适配的锂电池电源；

12、腔内和伪心核心部分材料选用必须符合生物学要求，要求光滑、不粘结、耐磨、耐热、不变形，与人体组织相融、相合、相符、不排斥、不损坏相邻组织，选用钛合金及四氟高等级类生物材料；各活口、接口、活瓣、岔口等处工艺要求光滑、圆润、无痕、通畅、无死角，每次射血彻底，不留残余；

13、设置恒温无菌罩箱，保持箱内无菌和温度与胸腔内一致；罩箱和过渡仓、动力仓适当位置开窗设置空气过滤装置，保证仓内绝对无菌，必要时罩箱内设置空气缓冲腔，紫外线消毒。

14、在皮肤和罩箱中间设置吸湿透气层，选用高等级材料，要便于更换；

15、将以上部件通盘模块化设置，要求紧凑，微型，无菌、无损害，符合人体体型，便于携带，便于日常活动，、便于拆卸、维护、安装、更换零部件、便于手术操作，与血管相合、相融，持久使用，达到全部设计功能；

16、体表固定位置：左腋下为最佳选择，固定架(带)设置要据此设置，要求紧固，不移动，方便使用者。

本发明的有益效果是：1、仿生技术，符合人体生理需求，及时有效地挽救生命；2、患者个体只需选择合适规格，减少术前大量准备，不须考虑血型、血细胞受损、血栓形成、排斥反应、凝血、后续治疗等问题，是所有适应症者的优先选择；3、终生使用；4、后遗症少；5、便于在体外安装、拆卸、维修、护理；6、手术简单、易行、时间短；7、最大限度地满足患者日常生活需要；8、大幅度降低费用；9、能尽快投产形成产能，有广阔的市场前景和社会效益。

附图说明

具体实施方式

具体实施：术前须将多腔人造血管与体内相对应的血管认真选择比对适配相合、体外伪心脏相关器件调试安装无误备用，按心脏外科常规手术操作，开胸后将无价值的与心脏相连的血管、组织逐一细心离断，并将相对应的各血管(伪血管和体内血管)即时连接无误后，取出废弃心脏，将通往体外的两根双腔管通过左肺叶间隙穿出胸壁(注意封闭固定，处理好胸膜腔的真空问题)后，与伪心脏的两套双腔血管对应连接，重新检查各血管吻合无误后，开动制动器，伪心脏正常工作，再此确定无误后，停止体外循环，关闭胸腔。术后严密观察制动，待伪血管与体内血管相融后，才能逐步恢复日常生活。

Claims (9)

1.一种体外微型伪心脏，其特征是：能固定在人体外左腋下，由体内的人造血管和体外的微型伪心脏组成(形制、规格因人而异)，能代替失去功能的心脏工作。

2.如权利1所述体内人造血管，其特征是：用特殊材料制成的两套人造双腔血管，其主管和分支管结构和原心脏的所有血管结构相似，一端与体内原心脏离断后的血管对接，另一端通向体外与体外伪心脏对接，完成输送血液的作用(由体外伪心脏发起运动，将从人体体循环而来的静脉血通过第一套血管的一个腔抽吸入第一组血仓并加压泵入另一个腔进入肺循环；第二套通向体外的一个腔接受肺循环而来的动脉血进入体外伪心脏的第二组血仓并加压泵入另一个腔，通过各动脉进入体循环，从而周而复始地完成全身的血液循环)。

3.如权利要求1、2所述体外伪心脏，其特征是：由血仓、内芯、传动装置、电机、控制器、电源、罩箱、固定带所组成的无菌腔状结构体。

4.如权利要求3所述血仓，其特征是：由四具类似注射器的血仓呈田字形排列的结构体，每具血仓后部相连的是过渡仓，再后是四仓合用的动力仓(三仓让各自的内芯段能在其内封闭运动并达到无菌目的)，每具血仓的正前方和侧壁上设置有内藏活瓣的2个活口(内芯活动时能开放和封闭以控制血液沿一个方向运动)并和相邻同组同样功能的活口形成双腔的一个接口(用以和体内而来的对应血管对接)，8个活瓣中1、3、5、7组的相同功能是在内芯发起运动时开放将血液抽吸入仓内，2、4、6、8组的相同功能是在内芯发起运动时关闭将血液推动出仓外；1、3和2、4活口组所形成的双腔接口与体内第一套双腔管接口对接，5、7和6、8活口组所形成的双腔接口与体内第二套双腔管接口对接，后部连通并分段用后盖封闭，供各段内芯在其内隔离运动。

5.如权利要求3、4、5所述内芯，其特征是：每具内芯均由前、中、后三段连轴组成；前段为圆轴，在血舱内沿纵轴运动，吸入并加压推出血液(与仓内壁接触严密，滑动自如，不渗漏，抽吸时各仓活瓣1、3、5、7开放，2、4、6、8关闭；推动时，两组活瓣做相反运动)，与中段结合处套有第一具封闭盖，经与血仓后口封闭后起到固定内芯在盖中间滑动和过滤空气保持仓内绝对无菌的作用；中段稍细，圆轴，在过渡仓运动，与运动仓连接处设置第二具封闭盖，再次固定内芯并过滤空气；后段的基本结构也为圆轴，但在其田字结构的中心面为四具同样的齿槽样平面结构，用于和同一具动力齿轮咬合产生正反同步运动，在四仓合用的动力舱内持久工作的需要。

6.如权利要求3、5所述传动装置，其特征是：由四具后段内芯齿槽呈田字形排列并与一具传动齿轮同时咬合(紧密而圆滑)的结构体，传动齿轮的动力轴由设在仓外的电机轴穿过舱壁而来，设置在无菌的动力舱内。

7.如权利要求3、6所述电机，其特征是：微型、低压、低速、控制器控制、能做正反旋转、足够动力、无噪音、低辐射、与整机适配的动力源，安装在动力舱外，其轴穿过舱壁进入动力舱，伸入传动齿轮轴孔接通电源后产生持久动力。

8.如权利要求3、7所述电源，其特征是：与整机动力需求适配的无害微型锂电池，设置在整机合适处。

9.如权利要求3所述罩箱，其特征是：将其与前述各系统模块化设置为一体，开空气过滤窗，充分实现其功能要求，设置微型伪心脏与皮肤接触间的透气吸湿层和固定架或带全部实现后，由外科手术调试安装。