CN109996572B - 体外血泵、心肺机、操作体外血泵的方法，以及操作心肺机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及脉动式正移位泵，其具有柔性的正移位膜，该膜由气动操作并且通过其运动血液被抽吸和排出。驱动单元内部的机械切换装置确保血泵的自动操作，其中不需要电力或电子系统。

Description

体外血泵、心肺机、操作体外血泵的方法，以及操作心肺机的 方法

技术领域

本发明涉及一种体外血泵、一种心肺机、一种用于操作体外血泵的方法，和一种用于操作心肺机的方法。

背景技术

心脏，作为循环系统的中心器官，是一种具有两个腔室的空心肌肉，其通过收缩和放松来促进血液循环。从其左腔室(左心室)，血液被泵送通过较大循环的动脉到达身体周围的毛细血管。通过静脉，血液到达右心室。从那里，其通过肺动脉进入肺部(循环较少)，并通过肺静脉返回左心室。较小的血液循环位于胸部。

在心脏病的情况下，患者可能出现这样的情况，其中人工循环支持是唯一可能的并因此维持生命的治疗。

心肺机，例如在心脏手术期间，可以代替血液传输和气体交换的重要循环功能。在其衍生中，心肺机也可用于在数天内稳定患有心脏或肺功能不全的患者。该过程称为体外膜式氧合(ECMO)或体外生命支持(ECLS)。在此过程中，通过由微创方法引入的插管将血液移除，然后进行处理并返回至患者。

WO2009/024308A1公开了一种电式线性驱动器，特别是用于人工心脏的泵系统。

EP2523702A1公开了一种用于体外膜式氧合的具有气体交换器和血泵的组件。

发明内容

本发明的目的是为现有技术提供改进或替代方案。

在本发明的第一方面中，该任务通过一种用于抽吸和排出(displace)血液的体外血泵来解决，血泵具有两个血液腔室和机械驱动单元，其中驱动单元布置在两个血液腔室之间，其中，血液腔室具有膜、血液输入通道和血液输出通道，其中，两个血液腔室的血液输出通道相互连接。

下面将解释一些术语：

首先，需要明确指出，除非上下文中明确指出或者对于本领域技术人员来说是显而易见的或者在技术上不可避免地为“正好一个......”、“正好两个......”等，否则，在本专利申请的范围内，诸如“一”、“两”等不定冠词和数字通常应被理解为表示最小值，即“至少一个”、“至少两个......”等等。

“血泵”，通常也称为“人工心脏”，是一种承担或支持心脏的功能并适于维持身体循环的装置。特别地，血泵可以用于手术情况中的支持，特别是用于暂时承担心脏的功能或用于支持心脏(邻近手术)、手术后用于承担心脏的功能或用于支持心脏、或用于其他目的，即，与干预范围内的手术无关。

“体外血泵”在体外使用。

“血液腔室”是血泵的部件，其适于被指定的血流穿过。血液腔室设有“膜”。

“膜”是血泵的部件，也是血液腔室的部件，并且适于改变其位置并因此改变血液腔室的容积，并且在这样做时，当血液腔室容积增加时，指定的血液流被抽吸，当血液腔室容积减小时，指定的血液流被排出。特别地，“膜”适于改变其位置，使得血液腔室仅剩余其最大容积的约10％或更少，而这不会导致血液腔室或膜的材料行为的损害。

“驱动单元”，特别是“机械驱动单元”，是指通过能量转换来驱动血泵的结构单元。

“血液输入通道”是指通过其操作血泵的指定的血流流入单独血液腔室的通道。

“血液输出通道”是指通过其操作血泵的指定的血流从单独血液腔室流出的通道。

迄今为止，现有技术中已经主要采用旋转式泵来支持心脏的功能或承担心脏的功能。然而，旋转式泵由于其结构形状可能会机械地向血液施加相对较高水平的剪切应力。

在旋转式泵的实际操作中，经常会出现在旋转式泵的输入端的插管抽吸。旋转式泵的压力/流动特性可以固有地增加抽吸压力，并且还可以进一步增加血液上的剪切应力或甚至引起血液的空化，由此可能引起血液损伤的损害。

或者，在现有技术中，使用膜式泵。

与此不同，提出了一种模式泵的具体结构，其具有两个血液腔室和一个机械驱动单元，其中驱动单元设置在两个血液腔室之间，其中血液腔室具有膜、血液输入通道和血液输出通道，其中，两个血液腔室的血液输出通道相互连接。

具体地，在其他构造变型中，可以想到两个血液腔室具有相同的标称容积。

通过适当设计血泵，可以避免在指定的血流穿过的区域中发生底切和死水区。

有利地，通过此处所述的本发明的方面，血泵的血液引导侧可以设计成使得血液能够尽可能多地得到保护。

通过这种方式，可以有利地实现：作用在血液上的力保持为相对较低，并且血泵的所有区域总是从血液洗去。

因此，有利地，可以防止血细胞的破坏和血液堵塞。

有利地，通过这种方式，可以构造特别节能的血泵，其尽可能地保护血液并且可以使得指定的血流通过插管流回体内。

优选地，两个血液腔室的血液输入通道相互连接。

在合适的实施方案中，两个血液输入通道以Y-排列相互连接，使得指定的血流可以分布于两个血液腔室。

有利地，通过这种方式，可以实现：仅用一个插管从体内采集血液，并且指定的血流以一种非常温和的血液保护方式在血泵中被加压。

可选地，血液输出通道的连接区域具有止回阀。

下面将解释一些术语：

“连接区域”是指来自两个血液腔室的血液的指定部分流重新连接的区域。

“止回阀”是一种适于沿着流动的一个方向具有较小的压力损失并且沿着流动的相反方向具有较大的压力损失而被穿过的部件。特别地，沿着回流方向的压力损失很大，从而可以防止回流。优选地，止回阀是用于沿着流动的一个方向的指定的血流的止动件，而该指定的血流可以在相反的流动方向上未经检查或几乎不经检查地通过止回阀。可以说止回阀具有可调节挡板的特性，该挡板根据指定的流动方向而被打开或闭合。

特别可以想到地，血液输出通道从两侧会聚在连接区域中，类似于Y排列。

因此，通过合适的设计，可以实现：当输出指定的血流时，防止血液回流到另一个血液腔室中。

在优选实施例中，止回阀被设计成在两侧上被指定的血流很好地通过，由此止回阀被血液很好地洗去。

有利地，通过这种方式，可以实现：血泵具有较高的能效。

另外，可以有利地实现：止回阀和连接区域被指定的血流很好地洗去，因此可以阻止血栓的形成。

此外，可以有利地实现：在抽吸期间，血液能够经由血液出口通道到达血液腔室。

优选地，驱动单元具有气体入口和气体出口以及压力腔室，其中压力腔室和血液腔室通过膜而彼此分离，其中驱动单元可操作地连接到膜的位置。

下面将解释一些术语：

“气体入口”是气态流体的入口。气体入口被指定的气流穿过，从而使得气体流入驱动单元。

“气体出口”是气态流体的出口。气体出口被指定的气流穿过，从而使得气体流出驱动单元。

“压力腔室”是适于被指定的气流穿过的腔室。压力腔室具有“有效区域”。“有效区域”适合于改变其位置，其有助于转换能量。特别地，“有效区域”可以是将血液腔室与压力腔室分开的膜。

因此，具体可以想到，例如，用气体操作血泵，该气体将能量释放到驱动单元中的血流中。

气流可以由供应单元以合适的方式提供。

在合适的实施例中，压力腔室设置为靠近血液腔室。从而，压力腔室和血液腔室仅由膜隔开。

通过这种方式，驱动单元可以可操作地连接到膜的位置。

特别地，通过增加压力腔室中的压力，膜的位置可以沿着血液腔室的方向运动。

而且，特别地，通过降低压力腔室中的压力，膜的位置可以沿着压力腔室的方向排出。

在驱动单元的合适实施例中，后者可操作地连接到膜的位置，其考虑了膜的行程终端检测。

因此，在该合适的实施例中，驱动单元能够检测膜何时到达其相应的行程终端以及其运动应该停止或反转。

有利地，通过这种方式，驱动单元可以从气流获得抽吸和排出血液所需的能量。

此外，通过这种方式，可以有利地实现：可操作地连接到膜的位置，防止膜的损坏，从而使得能够以较高的能效抽吸和排出血液，并且在处理过程中最大化地保护血泵中的血液。

有利地，通过这种方式，可以防止插管粘附到血管，这是使用血泵时经常遇到的问题，因为由于气动操作的驱动单元，所公开的系统设有由操作气体的压力、出口端的压力和入口端的抽吸压力之间的关系所限定的抽吸极限。通过这种方式，由于压力传感器的使用，可以在没有传统系统的复杂警报和安全单元的情况下完成。

可选地，驱动单元具有两个压力腔室，每个压力腔室与血液腔室接界，其中膜位于其间。

在优选的实施方案中，指定的血流在血液腔室中喷射，同时在另一端被抽吸。

通过适当设计血泵，气流将在相应的膜上交替地施加压力。

因此，例如，可以特别想到的是，在完成工作循环和/或达到膜的行程终端之后，一个压力腔室中的气体压力降低并且气体压力施加在另一个压力腔室中，从而使得两个膜此时沿着相反的方向运动。

有利地，通过这种方式，血泵可以在恒定的气流下操作，这样便不需要外部电路。

此外，可以有利地实现：对于指定的气流仅需要一个压力水平。

在本发明的第二方面中，该任务通过一种用于抽吸和排出血液的体外血泵来解决，其中血泵具有一个血液腔室和机械驱动单元，其中驱动单元接界于血液腔室上，其中血液腔室具有膜、血液入口通道和血液出口通道，其中驱动单元具有气体入口、气体出口和两个压力腔室，其中每个压力腔室具有有效区域；特别地，有效区域是膜，其中血液腔室通过膜与压力腔室相分离，其中驱动单元可操作地连接到膜的位置。

迄今为止，现有技术已经主要采用旋转式泵来支持心脏功能或承担心脏功能。然而，旋转式泵由于其结构形状可能会机械地向血液施加相对较高水平的剪切应力。

可替代地，模式泵在现有技术中得到使用。

与此不同，提出了一种模式泵的具体结构，其具有血液腔室和驱动单元，其中驱动单元设有两个压力腔室。压力腔室通过膜连接到血液腔室。另一个压力腔室侧向地定位在第一压力腔室附近。

在合适的实施例中，通过血液腔室，血泵允许循环的血液抽吸和排出，其中驱动单元可以根据本发明的第一方面操作。

在合适的实施例中，第二压力腔室具有有效区域，该有效区域与根据第一方面的膜的类型不同。

有利地，通过这种方式，可以操作具有一个血液腔室的血泵，以便最大程度地保护血液，并且使得驱动单元可以从气流获得用于抽吸和排出血液所需的能量。

此外，有利地，可以实现：与膜的位置的操作连接防止膜的损坏，使得能够以最佳能效吸出和排出血液并且有助于尽可能高地、温和地、血液保护地处理血泵中的血液。

有利地，通过这种方式，还可以实现：可以防止将插管抽吸到血管，这是使用血泵时经常遇到的问题，因为由于气动操作的驱动单元，所公开的系统设有由操作气体的压力、出口端的压力和入口端的抽吸压力之间的关系所限定的抽吸极限。通过这种方式，由于使用压力传感器，可以在没有传统系统的复杂警报和安全单元的情况下完成。

有利地，通过这种方式，还可以实现：血泵可以在恒定的气流下操作，这样便不需要外部电路。

此外，可以有利地实现：对于指定的气流仅需要一个压力水平。

优选地，血液腔室具有旋转对称部。

有利地，通过这种方式，由血液腔室的几何形状施加在指定的血流上的力可以达到尽可能低的均匀水平。

此外，通过这种方式，血液腔室内部的流场可以设计为尽可能是血液保护的。

有利地，还可以以这种方式实现：血泵具有较高的能效。

可选地，血液入口通道和血液出口通道主要沿圆周方向布置在血液腔室的旋转对称部处。

因此，有利地，可以实现：作用在血液上的力可以得以最小化，并且血泵的所有区域总是可以从血液洗去。

因此，有利地，可以防止血细胞的破坏和血液堵塞。

有利地，通过这种方式，可以构造特别节能的血泵，其尽可能地保护血液。

优选地，血液入口通道具有止回阀。

在有利的实施例中，血液入口通道具有止回阀，该止回阀适于防止血液流向指定的血液流动的方向。

特别优选地，止回阀设计成使得它可以通过指定的血流特别好地洗掉。

有利地，通过这种方式可以实现：在血液腔室中排出的情况下，血液流过血液入口通道。

另外，可以有利地防止在止回阀处形成血栓。

此外，有利地，通过这种方式，可以实现血泵的高能效。

可选地，驱动单元具有进气阀和出气阀以及切换装置，进气阀和出气阀相对于气体流动路径具有闭合位置和打开位置，其中切换装置具有两个切换终端状态；特别地，切换设备具有正好两个切换状态。

下面将解释一些术语：

“进气阀”是用于阻挡或控制气体流动的部件。在进气阀中，闭合部分被移动，从而减少或中断流动。特别地，进气阀适于让气体流动进入压力腔室。

“出气阀”也是用于阻挡或控制气体流动的部件。在出气阀中，闭合部分被移动，从而减少或中断流动。特别地，出气阀适于让气体流出压力腔室。

“切换装置”是可以引起不同切换状态的机械部件。简言之，在达到膜终端位置之前，切换装置切换进气阀和出气阀，这使得相应的另一个压力腔室被加压。

作为“双稳态”，系统的特性被理解为允许其呈现两种可能的稳定状态中的一种，但是仅仅由于外部影响而从一种状态改变到另一种状态。这些系统称为“双稳态系统”。

“膜终端位置”或“有效区域终端位置”表示膜位置或有效区域位置的反转点。

特别地，切换装置是双稳态的，因此可以仅采用离散的终端位置。

“气体流动路径”是指定气流所用的路径。

“闭合位置”是阀的位置，特别是进气阀和/或出气阀的位置，在其中气体流动受到阻碍。

“打开位置”是阀的位置，特别是进气阀和/或出气阀的位置，在其中气体流动是可以的。

“切换终端状态”是在双稳态切换系统的切换过程已经完成之后达到的稳定切换状态。

在特别优选的实施例中，切换装置被设计成使得当达到膜终端位置时切换装置在两种可能的切换终端状态之间切换，并且因此通过致动切换装置，阀位置被移动到相应的不同切换终端状态中，由此，当达到切换终端状态时，压力腔室中的气体压力减小，而另一个压力腔室被加压，从而两个膜或有效表面沿着相反的方向运动。

因此，在合适的实施方案中，如果血液腔室仅剩下其最大容积的约10％或更少，则尤其可以达到膜终端位置。

因此，通过切换切换装置来改变加压的压力腔室，连接在一起的有效表面和/或膜可以在工作循环之后沿着相反的方向运动。

有利地，通过这种方式，可以提供血泵，其可以自动地机械地工作，而不必依赖于电子系统或外部影响。

此外，可以有利地防止血液腔室或膜的材料行为的损害。

有利地，通过这种方式，血泵可以在恒定的气流下操作，这样便不需要外部电路。

优选地，在用于血液腔室的切换终端状态中，进气阀处于打开位置且出气阀处于闭合位置，或者进气阀处于闭合位置且出气阀处于打开位置。

有利地，通过这种方式，一个压力腔室可以充满气体，而另一个压力腔室的气体被抽空。

有利地，通过这种方式，可以提供血泵，其自动地机械地工作而不必依赖于电子系统或外部影响，并且血泵可以在恒定的气流下操作，这样便不需要外部电路。

此外，血泵可以有利地实现高度的能效。

可选地，切换装置具有磁体。

因此，尤其可以设置磁体，其中一对磁体在中心位置具有最大的排斥力，从而形成双稳态切换装置。

有利地，通过这种方式，可以实现具有较高能效因子的双稳态的且机械式自动的血泵。

优选地，切换装置具有杠杆传动机构。

下面将解释一些术语：

“杠杆传动机构”是由杆形成的传动机构，杆主要形成运动链。

有利地，通过这种方式，可以实现具有较高能效因子的双稳态的和机械式自动的血泵。

可选地，切换装置具有带弹簧加载的辊的连杆。

下面将解释一些术语：

“带槽连杆”是指具有槽、网或凹槽的传动机构元件。在连杆中或连杆上，有一个滑块在两侧被引导并且连杆的运动被传递到该滑块上。

“弹簧加载的辊”是一种辊，其运动受到弹簧力的影响。

有利地，通过这种方式，可以实现具有较高能效的双稳态和机械式自动的血泵。

优选地，膜之间的区域或膜与有效表面之间的区域具有联接杆。特别地，联接杆连接到有效表面；特别地，联接杆连接到膜和另一有效表面。

下面将解释一些术语：

“联接杆”是适于将两个有效表面、或一个有效表面和一个膜、或两个膜的运动相互耦合的部件。

在特别优选的实施例中，膜的终端位置影响血泵的控制过程；特别地，膜的位置对联接杆的位置有影响，并且当膜到达其终端位置时，联接杆切换切换装置，从而使得阀位置改变到相应的另一切换终端状态，从而当达到膜终端位置时减小压力腔室中的气体压力并且加压另一个压力腔室，从而使得两个膜或有效表面此时沿着相反的方向运动。

因此，在合适的实施例中，当血液腔室仅剩下其最大容积的约10％或更少时，尤其可以达到膜终端位置。

因此，通过切换切换装置以及改变加压的压力腔室，连接在一起的有效表面和/或膜可以在工作循环之后沿着相反的方向运动。

有利地，通过这种方式，血泵可以在恒定的气流下操作，这样便不需要外部电路。

可选地，联接杆在内侧上具有中空空间。

有利地，通过这种方式，可以实现：在某些情况下，联接杆可以在内部具有气流。因此，中空联接杆可以实现旁路的部分。

优选地，联接杆具有第一部件和第二部件，它们通过弹簧相互连接。

有利地，通过这种方式可以实现：当达到由弹簧限定的力时，联接杆的部件之间的距离可以改变。因此，压力腔室的有效表面不必同步运动。

因此，当超过由弹簧限定的压力腔室之间的压力比时，通过联接杆联接的有效表面的运动可以被解耦合。

可选地，联接杆具有阀，该阀适于使指定的气流流过联接杆中的中空空间，进一步流过联接杆中的阀并经由旁路从压力腔室流出。

下面将解释一些术语：

“阀”是用于阻挡或控制流体流动的部件。在阀中，闭合部件被移动以减少或中断流动。

“旁路(bypass)”是指指定的气流可以流过的流动通道。特别地，旁路允许气体流出压力腔室而不必流过出气阀。因此，旁路是用于使压力腔室中的气体流出的替代通道。

在合适的实施例中，当达到两个压力腔室之间的压力比时，阀被打开，这使得气体经由旁路流出加压的压力腔室。

在有利的实施例中，联接杆的部件通过弹簧连接在一起。如果压力腔室内部的压力比超过由联接杆内部的弹簧的预应力所限定的值，则阀打开，并且气体可以经由旁路流出加压的压力腔室。

优选地，通过这种方式，可以提供用于抽吸限制的附加保护装置。

优选地，旁路具有闭合装置。

下面将解释一些术语：

“闭合装置”具有机械式闭合元件，其适于打开路径、阻挡路径或节流路径中的流动；特别地，部分地阻挡路径。特别地，闭合装置适于打开旁路、闭合旁路或节流旁路；特别地，部分地闭合旁路。

有利地，通过这种方式，联接杆的阀可以通过闭合装置的操作而闭合。通过这种方式，可以停用阀的功能。

需要明确指出，第二方面的主题可以有利地与本发明的第一方面的主题相结合。

在本发明的第三方面中，该任务通过一种用于血液传输和处理的心肺机来解决，其中心肺机具有血液入口和血液出口，并且其中心肺机具有根据前述权利要求之一所述的血泵。

应当理解，根据如上所述的本发明的第一或第二方面的用于抽吸和排出血液的血泵的优点直接延伸到用于血液的传输和处理的心肺机。

优选地，心肺机具有氧合器。

下面将解释一些术语：

“氧合器”是医疗技术的产物，其使血液富含氧气并从血液中去除二氧化碳。氧合器用于血液中的气体交换。

有利地，肺的功能可以以这种方式替代。

可选地，心肺机具有透析器。

下面将解释一些术语：

“透析器”是医学技术的产物，其适于实现血液中物质的交换。

有利地，肾脏的功能可以以这种方式替代。

优选地，心肺机具有过滤器。

下面将解释一些术语：

“过滤器”是医疗技术的产品，其适于保留血液中的颗粒。

有利地，可以以这种方式清除血液中的不需要的颗粒。

可选地，心肺机具有气体供应，特别是氧气供应。

下面将解释一些术语：

“气体供应”是适于提供气流的组件。

有利地，通过这种方式，可以连续地向心肺机供应氧气和能量。

需要明确指出，第三方面的主题可以有利地以任何组合单独地和累积地与本发明的上述方面的主题相结合。

在本发明的第四方面中，该任务通过一种根据本发明的第一和/或第二方面的操作体外血泵的方法来解决，其中血液从患者处收集，通过血液入口供应到血泵，并通过血泵的出口提供返回至患者。

下面将解释一些术语：

“血液入口”是适于被血液穿过的患者和血泵组件之间的连接。

“血液出口”是指定的血流离开血泵组件并且适于被血液穿过的部件。

有利地，通过这种方式，血泵可以通过来自患者的指定的血流来操作，并且血液可以从血泵流回患者，从而使得血泵可以部分或完全地接管心脏的功能。

优选地，在第一方法步骤中，通过血泵中的膜的运动并通过在血液入口通道中止回阀的打开来抽吸血液，其中血液通过血液入口通道流入血液腔室内，在第二方法步骤中血液腔室的血液入口通道处的止回阀闭合，并且在第三方法步骤中通过膜的运动使血液从血液腔室排出，其中血液入口通道处的止回阀防止或减少通过血液入口通道血液回流，以及通过血液出口通道血液从血泵流出。

有利地，通过这种方式，血泵可以特别节能，从而有效地保护血液。

另外，可以有利地实现：由指定的血流穿过的所有区域被特别好地洗去以防止在血泵中形成血栓。

可选地，血液被两个血液腔室交替地抽吸和排出，其中一个血液腔室在某时抽吸，另一个血液腔室在排出血液，其中血液出口通道的连接区域中的止回阀防止或减少通过血液出口通道血液回流进入血液腔室。

有利地，通过这种方式，可以进行血液的脉动抽吸和排出，其中血泵以恒定的气流操作，这样便不需要外部电路。

有利地，通过这种方式，血泵可以特别节能，从而有效地保护血液。

另外，可以有利地实现：由指定的血流穿过的所有区域被特别好地洗去，以防止在血泵中形成血栓。

优选地，联接杆的运动作用在膜上并影响其运动。

有利地，通过这种方式可以实现：压力腔室必须始终供以过压，而绝不能承受低压。当前由超压加压的压力腔室确定运动并连带相对的压力腔室的膜或有效表面，从而在此不必施加低压以使气体流出。

这种耦合可以有利地允许血泵以恒定的气流操作，这样便不需要外部电路。

可选地，驱动单元以气体操作，气体通过气体入口流入驱动单元并通过气体出口流出驱动单元，血液腔室和压力腔室之间的压差作用在膜上并影响膜的运动。

有利地，血泵的能量供应因此可以通过气流来确保，这使得血泵的构造特别简单并且坚固。

优选地，气体通过气体入口流动进入驱动单元，并进一步通过打开的进气阀进入压力腔室，该压力腔室的出气阀闭合，从而使得压力腔室中的压力增加并影响膜的运动，其中膜直接地或延迟地在沿着血液腔室的方向运动。

有利地，通过这种方式可以实现：将膜移位以及因此将相邻血液腔室中的血流进行排出的压力腔室可以以气体压力来操作；即，其从供应的气体的压力获得能量。

可选地，气体通过出气阀流出压力腔室，并通过气体出口进一步流出驱动单元，该压力腔室的进气阀闭合，从而使得压力腔室中的压力减小并影响膜的运动，其中膜直接地或延迟地沿着压力腔室的方向运动。

有利地，可以通过这种方式实现：用于操作驱动单元的气体可以从血泵返回。

优选地，气体首先流动进入第一压力腔室，同时气体流出第二压力腔室，并且当膜或有效表面到达其终端位置时，切换装置切换出气阀，从而使得在下一个操作气体中，气体流入第二压力腔室，同时气体流出第一压力腔室。

有利地，通过这种方式，可以进行血液的脉动抽吸和排出，其中血泵以恒定的气流操作，这样便不需要外部电路。

可选地，切换装置切换到双稳态切换状态，从而使得在切换操作之后，仅一个压力腔室具有与气体入口的气体连接，而另一个压力腔室具有与气体出口的气体连接。

有利地，通过这种方式可以实现：血泵不会卡在损害血泵的功能或甚至导致其失效的指定的切换状态之间。血泵以双稳态切换状态自动地机械地工作，并且其不依赖于外部控制器，这有利地有助于实现血泵的特别安全和稳健的行为。

在超过压力腔室之间的压差量的情况下，气体优选地经由阀流出压力腔室。

有利地，通过这种方式可以实现：提供用于抽吸限制的附加保护装置，从而降低使用血泵的风险。

可选地，闭合部分将旁路闭合，从而使得没有气体或仅有减少的气流可以从阀排出。

有利地，以这种方式，通过旁路和相关阀启用的保护功能可以被无效，以便促进更高的泵性能。

需要明确指出，第四方面的主题可以有利地以任何组合单独地和累积地与本发明的上述方面的主题相结合。

在本发明的第五方面中，该任务通过一种根据本发明的第三方面的操作心肺机的方法来解决，其中血液从患者处收集，供应到心肺机并由心肺机提供返回至患者。

有利地，通过这种方式，心肺机可以通过来自患者的指定的血流来操作，并且血液可以从血泵流回患者，从而使得心肺机可以部分或完全替代心脏和肺的功能。

优选地，心肺机的血泵通过根据本发明的第四方面的方法来操作。

有利地，通过这种方式，根据上述本发明的第四方面的操作血泵的方法的优点可以直接扩展到操作心肺机的方法。

可选地，血液被供应到血泵，并随后供应到氧合器和/或过滤器和/或透析器。

有利地，通过这种方式可以实现：从患者处收集的血液可以被氧化，从二氧化碳和不需要的颗粒中清除，并且血液中可以发生物质交换。因此，心脏、肺和肾的功能可以完全或部分地被替代。

需要明确指出，第五方面的主题可以有利地以任何组合单独地和累积地与本发明的上述方面的主题相结合。

附图说明

下面，将参考附图借助于实施例的实例对本发明进行更详细的阐述。

图1示意性地示出了心肺机，

图2示意性地显示了血泵，

图3示意性地示出了切换装置，

图4示意性地示出了具有阀和旁路的联接杆组件的实施例，

图5示意性地示出了具有旁路和闭合部分的血泵，

图6示意性地示出了血液出口通道的连接部，和

图7示意性地示出了具有血液入口通道、血液出口通道和回流止回阀的血液腔室单元。

具体实施方式

图1中的心肺机1基本上由血泵2、氧合器3和供应单元4组成。

血泵2基本上由驱动单元5和两个血液腔室6、7组成。

指定的血流(未示出)沿着血泵2的方向从患者(未示出)沿着指定的血流入口方向8流入血液入口9中。

在指定的血流(未示出)到达血泵2之前，它在分流器10中被分流并在分流器10的下游流入到两个血液入口通道11、12，进入相应的血液腔室6、7，通过驱动单元5在其中加压，并通过相应的血液出口通道13、14离开血泵2。

在血液出口通道13、14的终端，指定的血流(未示出)在连接区域14中再聚合，并且从那里，血流沿着氧合器3的方向向下游流动。

指定的血流沿着血液流动方向16进入氧合器，并沿着血液流动方向17离开氧合器3。

在氧合器3的下游，指定的血流(未示出)通过血液出口18流回到患者(未示出)。

供应单元4经由气体入口19向血泵2，特别是向血泵2的驱动单元5供应气流(未示出)，从而向血泵2供应泵送指定的血流(未示出)所需的能量。

图2中的血泵20基本上由两个血液腔室21、22和驱动单元23组成。

驱动单元23基本上由两个压力腔室24、25，气体入口26、气体出口27、进气阀28、出气阀29和联接杆30组成。

联接杆30在其端部分别具有一个有效表面31、32。

血液腔室21通过有效表面31和膜33与压力腔室24相分离，使得流体(未示出)既不能从血液腔室21流入压力腔室24，也不能从压力腔室24流入血液腔室21。

血液腔室22通过有效表面32和膜34与压力腔室25相分离，使得流体(未示出)既不能从血液腔室22流入压力腔室25，也不能从压力腔室25流入血液腔室22。

可以对进气阀28进行切换，从而使得指定的气流(未示出)可以经由气体入口26流入压力腔室24或压力腔室25。

可以对进气阀29进行切换，从而使得指定的气流(未示出)可以从压力腔室24或压力腔室25流入气体出口27。

指定的血流(未示出)通过血液入口通道35和止回阀37流入血液腔室21，并从那里经由血液出口通道39从血液腔室21流出。

指定的血流(未示出)通过血液入口通道36和止回阀38流入血液腔室22，并从那里经由血液出口通道40从血液腔室22流出。

图2中的血泵20可以例如处于以下状态：指定的气流(未示出)沿着气体入口方向41通过气体入口26移动到驱动单元23中。在那里，指定的气流(未示出)沿着气体流动方向42经由进气阀28流入压力腔室25。由于出气阀29闭合压力腔室25，因此压力腔室25中的气体压力增加。

压力腔室25中的气体压力作用在有效表面32和膜34上，并且变得很高，使得有效表面32和膜34沿着血液腔室22的方向以方向43、44运动。

通过这种方式，血液腔室22的容积减小，止回阀38闭合，并且指定的血流(未示出)沿着血液流动方向45流向血液出口通道40并且进一步沿着血液流动方向46通过血液出口通道40流出血泵20。

有效表面32的运动方向43、44通过联接杆30传递到有效表面31的运动方向47、48，使得有效表面31和膜33运动，从而血液腔室21的容积增加。

通过这种方式，指定的血流(未示出)沿着血液入口方向49以及血液流动方向50的下游通过血液入口通道35被抽吸，进入血液腔室21，通过回流止回阀37，止回阀37以这种方式打开。

同时，有效表面31和膜33的运动方向47、48导致压力腔室24的容积减小，使得指定的气流(未示出)沿着气体流动方向51通过打开的出气阀29流出压力腔室24进入气体出口27并使驱动单元23沿着气体出口方向52进一步向下游。

图3中的切换装置60基本上由上切换部件61、下切换部件62和磁体66、67、68、69组成。

上切换部件61和下切换部件62均在进气阀63和出气阀64的上端和下端处连接进气阀63和出气阀64。

进气阀63和出气阀64的位置确定指定气流(未示出)流入或流出压力腔室71、72中的哪一个；这些位置由切换装置60切换。

压力腔室71包含具有相反极化的磁体66、69。磁体66连接到上切换部件61。磁体69连接到有效表面65，因此与有效表面65一起运动。由于有效表面65通过联接杆73连接到有效表面70，因此联接杆73和有效表面70同样地运动。

压力腔室72包含具有相反极化的磁体67、68。磁体67连接到下切换部件62。磁体68连接到有效表面70，因此与有效表面70一起移动。由于有效表面70通过联接杆73连接到有效表面65，联接杆73和有效表面65同样地移动。

磁体66、69和磁体67、68具有各自相反的极化并因此彼此吸引。磁体66、69和磁体67、68的吸引力取决于各对磁体之间的距离。当磁体66、69或磁体67、68接触时，它们的吸引力最强。

由于磁体66、67、68、69的设置，结合切换装置60的结构和磁体66、67、68、69的吸引力，在血泵20的运动学中实现了切换装置60的双稳态实施例，其中切换装置60已经在图2的说明中描述，允许双稳态切换状态。

图4中具有阀和旁路的联接杆装置80的实施例(左侧局部图示出了联接杆装置80具有闭合的阀81的实施例，右侧局部图示出了联接杆装置80具有打开的阀81的实施例)基本上由阀81、联接杆82和旁路83组成。

联接杆82具有上联接杆部件84和下联接杆部件85。上联接杆部件84与有效表面86固定连接。下联接杆部件85与有效表面87固定连接。

上联接杆部件84和下联接杆部件85通过弹簧88在阀81的位置处压在一起。如果力施加在有效表面86、87上，该力大于弹簧力并且作用于与弹簧力相反的方向上，则阀81打开(右侧局部图)。

上联接杆部件84在内侧是中空的并且具有钻孔89、90，其可以将上联接杆部件84的中空空间91连接到压力腔室92。钻孔89、90布置成使得只有当压力腔室92的容积大于其标称压力腔室容积的50％时，它们才释放上联接杆部件84的中空空间91至压力腔室92。

下联接杆部件85在内侧也是中空的并且具有钻孔93、94，其可以将下联接杆部件85的中空空间95连接到压力腔室96。钻孔93、94布置成使得只有当压力腔室96的容积大于其标称压力腔室容积的50％时，它们才释放下联接杆部件85的中空空间95至压力腔室96。

特别地，联接杆82设计成使得不存在以下状态，即：钻孔89、90将上联接杆部件84的中空空间91与压力腔室92连接，同时钻孔93、94将下联接杆部件85的中空空间95与压力腔室96连接。这样，可以确保联接杆82的中空空间91、95不补偿压力腔室92、96之间的压力。

如果力99、100作用在有效表面86、87上，该力大于弹簧力并且作用在与弹簧力相反的方向上，则阀81打开(右侧局部图)。如果压力腔室96的容积大于其标称压力腔室容积的50％，则指定的气流(未示出)沿着气体流动方向97、98通过钻孔93、94从压力腔室96移动进入中空空间95，通过打开的阀81并进一步下游进入旁路83。

可替代地(未示出)，如果施加在有效表面86、87上的力99、100大于弹簧力并作用在与弹簧力相反的方向上，并且压力腔室92的容积大于其标称压力腔室容积的50％，则指定的气流(未示出)在气体流动方向(未示出)中通过钻孔89、90从压力腔室92移动进入中空空间91，通过打开的阀81并进一步下游进入旁路83。

图5中的血泵110基本上由血液腔室111、112和驱动单元113组成。

每个血液腔室111、112具有血液入口通道(未示出)和血液出口通道114、115。

驱动单元113具有气体入口116、气体出口117和旁路118，使得指定的气流(未示出)可以沿着气体入口方向119通过气体入口116流入驱动单元113并且沿着气体出口方向120通过气体出口117流出。

如果驱动单元113内的阀81被打开，则指定的气流(未示出)可以通过旁路118流出驱动单元113。

旁路具有闭合装置121，其可以打开旁路，使得当阀81打开时指定的气流(未示出)可以移动通过旁路；并且其可以将它闭合，使得当阀81打开时指定的气流(未示出)不能移动通过旁路；或者其可以将它止回，使得当阀81打开时指定的气流(未示出)只能以止回的方式移动通过旁路。

图6中的连接区域130(左侧部分和右侧部分示出了替代的血流路径)基本上由以下组成：在连接区域130中相遇的血液出口通道131、132，到患者的血液出口133，以及回流止回阀134。

指定的血流(未示出)可以沿着血液流动方向135通过血液出口通道131流出血泵136；然后，进一步在下游，其遇到连接区域130，其沿着血液流动方向137穿过，以及回流止回阀134，其也沿着血液流动方向137穿过。进一步下游，指定的血流(未示出)沿着血液流动方向138通过血液出口133从连接区域130流回患者(未示出)。

指定的血流(未示出)可以沿着血液流动方向139通过血液出口通道132流出血泵136；然后，进一步在下游，其遇到连接区域130，其沿着血液流动方向140穿过，以及回流止回阀134，其也沿着血液流动方向140穿过。进一步下游，指定的血流(未示出)沿着血液流动方向141通过血液出口133从连接区域130流回患者(未示出)。

止回阀134防止或减少未连接到血泵136的各血液排出血液腔室(未示出)的指定的血流通过血液出口通道131、132(未示出)的任何回流。

图7中的血液腔室单元150(左侧局部图示出了血液从血液腔室排出；右侧局部图示出了血液抽吸进入血液腔室)基本上由血液腔室151、血液入口通道152、血液出口通道153和回流止回阀154组成。

当指定的血流(未示出)被排出时，指定的血流(未示出)沿着血液流动方向115通过血液出口通道153流出血液腔室151。这导致了血液腔室151中的指定的血流(未示出)的循环156。

当指定的血流(未示出)从血液腔室153被排出时，止回阀154防止或减少血流(未示出)通过血液入口通道152流出血液腔室151。

当抽吸指定的血流(未示出)时，指定的血流(未示出)沿着血液流动方向157并通过止回阀154通过血液入口通道152流入血液腔室151。

附图标记列表：

1 心肺机

2 血泵

3 氧合器

4 供应单元

5 驱动单元

6 血液腔室

7 血液腔室

8 血流入口方向

9 血液入口

10 分流器

11 血液入口通道

12 血液入口通道

13 血液出口通道

14 血液出口通道

15 连接区域

16 血液流动方向

17 血液流动方向

18 血液出口

19 气体入口

20 血泵

21 血液腔室

22 血液腔室

23 驱动单元

24 压力腔室

25 压力腔室

26 气体入口

27 气体出口

28 进气阀

29 出气阀

30 联接杆

31 有效表面

32 有效表面

33 膜

34 膜

35 血液入口通道

36 血液入口通道

37 止回阀

38 止回阀

39 血液出口通道

40 血液出口通道

41 气体入口方向

42 气体流动方向

43 运动方向

44 运动方向

45 血液流动方向

46 血液流动方向

47 运动方向

48 运动方向

49 血液入口方向

50 血液流动方向

51 气体流动方向

52 气体出口方向

60 切换装置

61 上切换部件

62 下切换部件

63 进气阀

64 出气阀

65 有效表面

66 磁体

67 磁体

68 磁体

69 磁体

70 有效表面

71 压力腔室

72 压力腔室

73 联接杆

80 联接杆装置

81 阀

82 联接杆

83 旁路

84 上联接杆部件

85 下联接杆部件

86 有效表面

87 有效表面

88 弹簧

89 钻孔

90 钻孔

91 中空空间

92 压力腔室

93 钻孔

94 钻孔

95 中空空间

96 压力腔室

97 气体流动方向

98 气体流动方向

99 力

100 力

110 血泵

111 血液腔室

112 血液腔室

113 驱动单元

114 血液出口通道

115 血液出口通道

116 气体入口

117 气体出口

118 旁路

119 气体入口方向

120 气体出口方向

121 闭合装置

130 连接区域

131 血液出口通道

132 血液出口通道

133 血液出口

134 止回阀

135 血液流动方向

136 血泵

137 血液流动方向

138 血液流动方向

139 血液流动方向

140 血液流动方向

141 血液流动方向

150 血液腔室单元

151 血液腔室

152 血液入口通道

153 血液出口通道

154 止回阀

155 血液流动方向

156 循环

157 血液流动方向

Claims (33)

1.一种用于血液抽吸和排出的体外血泵，其中，所述血泵具有两个血液腔室和机械驱动单元，其中，所述驱动单元布置在所述血液腔室之间，其中，每个所述血液腔室具有血液入口通道和血液出口通道，其中，

两个所述血液腔室的所述血液出口通道相互连接，

其中，所述驱动单元具有两个压力腔室，两个所述压力腔室中的一个被分配给所述血液腔室中的一个，且两个所述压力腔室中的另一个被分配给所述血液腔室中的另一个，两个所述血液腔室的每个都通过有效表面和膜而与分配的所述压力腔室分离，联接杆将两个所述有效表面彼此联接，

其特征在于，每个所述压力腔室均具有单个气体入口和单个气体出口，两个所述气体入口通过一个进气阀而连接到两个所述压力腔室，两个所述气体出口通过一个出气阀而连接到两个所述压力腔室，所述进气阀能够关闭一个压力腔室的气体入口同时打开另一个压力腔室的气体入口，所述出气阀能够关闭所述一个压力腔室的所述气体出口且使所述一个压力腔室的所述气体入口是打开的，同时打开所述另一个压力腔室的所述气体出口且使所述另一个压力腔室的所述气体入口是关闭的，从而用气体来操作血泵，所述气体将能量释放到所述驱动单元中的血流中。

2.根据权利要求1所述的体外血泵，其特征在于，两个所述血液腔室的所述血液入口通道相互连接。

3.根据权利要求1或2所述的体外血泵，其特征在于，所述血液出口通道的连接区域具有止回阀。

4.根据权利要求1所述的体外血泵，其特征在于，血液腔室具有旋转对称部。

5.根据权利要求4所述的体外血泵，其特征在于，血液入口通道和血液出口通道主要沿圆周方向布置在血液腔室的旋转对称部上。

6.根据权利要求1所述的体外血泵，其特征在于，血液入口通道具有止回阀。

7.根据权利要求1所述的体外血泵，其特征在于，所述驱动单元具有切换装置，其中，所述进气阀和所述出气阀相对于气体流动路径具有闭合位置和打开位置，所述切换装置具有两个切换终端状态。

8.根据权利要求7所述的体外血泵，其特征在于，在用于血液腔室的一个切换终端状态下，所述进气阀处于所述打开位置且所述出气阀处于所述闭合位置，或所述进气阀处于所述闭合位置且所述出气阀处于所述打开位置。

9.根据权利要求7或8所述的体外血泵，其特征在于，所述切换装置具有磁体。

10.根据权利要求7或8所述的体外血泵，其特征在于，所述切换装置具有杠杆传动机构。

11.根据权利要求7或8所述的体外血泵，其特征在于，所述切换装置具有带有弹簧加载的辊的连杆。

12.根据权利要求1所述的体外血泵，其特征在于，所述膜之间的区域或膜与有效表面之间的区域具有联接杆。

13.根据权利要求12所述的体外血泵，其特征在于，所述联接杆在内侧具有中空空间。

14.根据权利要求12或13所述的体外血泵，其特征在于，所述联接杆具有第一部件和第二部件，所述第一部件和所述第二部件连接到弹簧。

15.根据权利要求12或13所述的体外血泵，其特征在于，所述联接杆的阀构造成使得指定的气体流动能够通过所述联接杆中的中空空间并且进一步通过所述联接杆中的所述阀并经由旁路从压力腔室流出。

16.根据权利要求15所述的体外血泵，其特征在于，旁路具有闭合装置。

17.一种心肺机，用于血液的传输和处理，所述心肺机具有血液入口和血液出口，

其特征在于，

所述心肺机具有根据前述权利要求中任一项所述的血泵。

18.根据权利要求17所述的心肺机，其特征在于，所述心肺机具有氧合器。

19.根据权利要求17或18所述的心肺机，其特征在于，所述心肺机具有透析器。

20.根据权利要求17或18所述的心肺机，其特征在于，所述心肺机具有过滤器。

21.根据权利要求17或18所述的心肺机，其特征在于，所述心肺机具有气体供应。

22.一种用于操作根据权利要求1至16中任一项所述的体外血泵的方法，其中，所述血泵具有两个血液腔室和机械驱动单元，其中，所述驱动单元布置在所述血液腔室之间，其中，每个所述血液腔室具有血液入口通道和血液出口通道，其中，两个所述血液腔室的所述血液出口通道相互连接，其中，所述驱动单元具有两个压力腔室，两个所述压力腔室中的一个被分配给所述血液腔室中的一个，且两个所述压力腔室中的另一个被分配给所述血液腔室中的另一个，两个所述血液腔室的每个都通过有效表面和膜而与分配的所述压力腔室分离，联接杆将两个所述有效表面彼此联接，其特征在于，在第一方法步骤中，通过移动所述血泵中的膜并通过因此打开的血液入口通道中的止回阀来抽吸血液，其中，所述血液通过所述血液入口通道流入血液腔室内，在第二方法步骤中，所述血液腔室的所述血液入口通道处的所述止回阀闭合，并且在第三方法步骤中，通过移动所述膜使所述血液从所述血液腔室排出；其中，在所述血液入口通道处的所述止回阀防止或减少通过所述血液入口通道的血液的回流，以及所述血液通过血液出口通道流出所述血泵，其中，每个所述压力腔室均具有单个气体入口和单个气体出口，两个所述气体入口通过一个进气阀而连接到两个所述压力腔室，两个所述气体出口通过一个出气阀而连接到两个所述压力腔室，所述进气阀能够关闭一个压力腔室的气体入口的同时打开另一个压力腔室的气体入口，所述出气阀能够关闭所述一个压力腔室的所述气体出口且使所述一个压力腔室的所述气体入口是打开的，同时打开所述另一个压力腔室的所述气体出口且使所述另一个压力腔室的所述气体入口是关闭的，从而用气体来操作血泵，所述气体将能量释放到所述驱动单元中的血流中。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述血液交替地被两个血液腔室抽吸并排出；交替地，一个血液腔室对血液进行抽吸，而另一个血液腔室对血液进行排出；所述血液出口通道的连接区域中的所述止回阀防止或减少通过血液出口通道的血液回流到血液腔室。

24.根据权利要求22或23所述的方法，其特征在于，所述联接杆的运动作用在所述膜上并影响所述膜的运动。

25.根据权利要求22或23所述的方法，其特征在于，所述血液腔室和所述压力腔室之间的压差作用在所述膜上并影响所述膜的运动。

26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述气体通过所述气体入口流入所述驱动单元，随后通过打开的所述进气阀进入所述压力腔室，所述压力腔室的所述出气阀闭合，从而使得在所述压力腔室中的压力上升并影响所述膜的运动，其中，所述膜直接地或延迟地沿着所述血液腔室的方向运动。

27.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述气体通过所述出气阀流出所述压力腔室，随后通过所述气体出口流出所述驱动单元，所述压力腔室的进气阀闭合，从而使得所述压力腔室中的压力减小并影响所述膜的运动，其中，所述膜直接地或延迟地沿着所述压力腔室的方向移动。

28.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，交替地，气体流入两个压力腔室中的第一压力腔室，同时气体流出两个压力腔室中的第二压力腔室，并且当达到膜终端位置或有效表面终端位置时，切换装置切换所述进气阀和所述出气阀，从而使得随后气体流入所述第二压力腔室，同时气体流出所述第一压力腔室。

29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述切换装置在双稳态切换状态下切换，从而使得在切换步骤之后，仅一个压力腔室与所述气体入口气体连接，而另一个压力腔室与所述气体出口气体连接。

30.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，当所述压力腔室之间的压差量超出时，所述气体经由所述出气阀流出压力腔室。

31.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，闭合装置闭合权利要求15中所述体外血泵的所述旁路，从而使得没有气体或仅有减少的气流能够流过所述联接杆的阀。

32.一种用于操作根据权利要求17至21中任一项所述的心肺机的方法，其特征在于，所述心肺机的所述血泵采用根据权利要求22至31中任一项所述的方法操作。

33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，将所述血液供应到所述血泵并随后供应到氧合器和/或过滤器和/或透析器。