CN110339412A - 一种搏动式人工血泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种搏动式人工血泵，包括驱动装置、平面连杆机构和血泵，所述驱动装置通过所述平面连杆机构与所述血泵连接，所述血泵用于模拟心脏泵血。本发明中的搏动式人工血泵能够在血泵泵血的同时产生搏动输送，用于心衰辅助及心脏手术中体外循环辅助等，可真实模拟心脏泵血，使其体外循环的灌注能产生类似人心脏搏动产生的脉冲血流，使灌注符合人体生理，提高循环过程中组织的血液灌输量，能很好地完成血液循环，减轻心脏负担，心脏手术更加安全，手术效果更好。

Description

一种搏动式人工血泵

技术领域

本发明涉及心脏外科手术用的医疗器械技术领域，特别是涉及一种搏动式人工血泵。

背景技术

血泵又称人工心脏泵，可分为可植入式血泵和体外辅助装置中的血泵。可植入式血泵按照辅助方式可分为全人工心脏和心室辅助装置，泵体积小，控制复杂，成本较高。体外辅助装置中的血泵一般体积较大，但成本较低，是体外循环装置的重要组成部分，能部分或完全的替代心脏的泵机能，维持全身良好的血液循环状况，主要能用于心血管外科手术、肿瘤治疗、体外膜肺氧合、肺脏移植及其他外科领域。

在心脏手术时，为保证患者心脏安静、无血，使手术能够顺利进行，目前，采用的供血和临床使用的体外循环血泵为滚压式泵或离心泵。滚压泵通过两个可转动的滚轴，在半圆形的泵槽内旋转挤压管道，推动血液不断向前流动；而离心泵则是通过密闭圆形容器内部高速旋转形成涡流和向心力，使泵的入口和出口端产生压力差，从而推动血液前进。这两种血泵的工作原理都是通过连续挤压过程或连续产生的离心力使血流连续不断的进入人体内，故整个灌注过程呈平流状态，不能产生收缩压力和舒张压力，而正常人体内血液循环是靠心脏跳动产生间断性的射血，故此在人体动脉系统产生与收缩压和舒张压的搏动性血流。现临床上使用的上述两种平流血泵都不符合人体的生理需求，并因此产生了毛细血管闭合，组织灌注不良，代谢性酸性中毒，乳酸堆积等非生理性灌注产生的系列不良和严重后果。

体外循环中的泵装置按泵体结构不同，可分为搏动式和非搏动式血泵。研究认为，在体外循环中长时间对人体进行血液非搏动灌注会对组织脏器和脑组织造成一定损伤，而采用搏动灌注所产生的高脉压差可以改善大脑局部脑氧饱和度和提高组织微循环，且搏动灌注还能有效抑制体外循环后肾脏损伤，降低肾功能损坏程度，有利于术后患者的恢复。因此，与连续灌注的离心泵和滚压泵相比，具备搏动泵血优势的搏动式血泵有利于人体各主要脏器的血液微循环灌注。

当前离心血泵常见结构为中国专利ZL201380053302.9公开的离心血泵，它采用一种质量轻且可以在叶轮上提供高转矩的离心血泵，其中叶轮轴向和径向居中而没有任何机械轴承，这种一种典型离心式磁悬浮心脏泵；虽然该结构降低了机械磨损，提高了叶轮工作机械性能，但在实际使用中还存在系列问题；该类结构的叶轮由于缺乏机械定位结构，低速转动稳定性差，其控制一般采用惯性稳定较高的高转速，然而叶片在高转速会破坏血浆，影响血液的功能，一方面需要精密的叶片，另一方面需要引进与高转速匹配的高难度压力控制方法；另外，磁悬浮结构还需要额外的能量供应，其能耗也较高。

由此可见，上述现有的体外循环血泵仍存在有诸多的缺陷，而亟待加以改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种搏动式人工血泵，以解决上述现有技术存在的问题，能够真实模拟心脏泵血，提高循环过程中组织的血液灌输量，能够很好地完成血液循环，减轻心脏负担。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种搏动式人工血泵，包括驱动装置、平面连杆机构和血泵，所述驱动装置通过所述平面连杆机构与所述血泵连接，所述血泵用于模拟心脏泵血。

优选地，所述平面连杆机构包括第一曲柄、第二曲柄、第一连杆、第二连杆、横梁和摇杆，所述第一曲柄的一端与所述驱动装置连接，所述第一曲柄的另一端与所述第一连杆的一端铰接，所述第一连杆的另一端和所述摇杆的一端均与所述横梁的一端铰接，所述摇杆的另一端与基座固定连接，所述第二曲柄的一端与所述驱动装置连接，所述第二曲柄的另一端与所述第二连杆的一端铰接，所述第二连杆的另一端与所述横梁的另一端铰接，所述横梁的中部与所述血泵的推杆铰接。

优选地，所述平面连杆机构包括第一曲柄、第二曲柄、第一连杆、第二连杆、横梁和摇杆，所述第一曲柄的一端与所述驱动装置连接，所述第一曲柄的另一端与所述第一连杆的一端铰接，所述第一连杆的另一端与所述横梁的一端铰接，所述第二曲柄的一端与所述驱动装置连接，所述第二曲柄的另一端与所述第二连杆的一端铰接，所述第二连杆的另一端与所述横梁的另一端铰接，所述横梁的中部与所述血泵的推杆铰接，所述摇杆的一端与所述推杆的中部铰接，所述摇杆的另一端与基座固定连接。

优选地，所述第一曲柄和所述第二曲柄的长度相等，所述第一曲柄和所述第二曲柄的回转中心安装在同一水平位置上，所述第一连杆和所述第二连杆的长度相等，所述推杆与所述横梁的铰接点处于所述第一连杆和所述第二连杆与所述横梁的两个铰接点连线的中心上。

优选地，所述血泵包括推子、所述推杆和血泵壳体，所述血泵壳体铰接于基座上，所述推子设置于所述血泵壳体的内部并能够在所述血泵壳体内部上下移动，所述推子的侧壁与所述血泵壳体的内壁触接，所述推杆的另一端穿过所述血泵壳体的下端与所述推子的中部固定连接，所述血泵壳体的内部设有一弹性囊膜，所述弹性囊膜用于储存血液，所述弹性囊膜设置于所述推子的上侧，所述血泵壳体的上端设有进血口和出血口，所述进血口和所述出血口均与所述弹性囊膜连通。

优选地，所述进血口和所述出血口上均设有单向阀门。

优选地，所述驱动装置包括第一动力源、第二动力源、第一联轴器和第二联轴器，所述第一动力源的输出轴通过所述第一联轴器与所述第一曲柄的一端连接，所述第二动力源的输出轴通过所述第二联轴器与所述第二曲柄的一端连接。

优选地，所述第一动力源和所述第二动力源均为旋转式伺服驱动装置。

优选地，所述旋转式伺服驱动装置为伺服直驱电机或所述旋转式伺服驱动装置由相互连接的伺服电机和减速器组成。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、搏动式人工血泵能够在血泵泵血的同时产生搏动输送，用于心衰辅助及心脏手术中体外循环辅助等，可真实模拟心脏泵血，使其体外循环的灌注能产生类似人心脏搏动产生的脉冲血流，使灌注符合人体生理，提高循环过程中组织的血液灌输量，能够很好地完成血液循环，减轻心脏负担，心脏手术更加安全，手术效果更好。

2、调节血泵的流量大小即可调节血液循环流量大小，调节驱动装置驱动的转速时即可调节搏动式输出的搏动频率，因此，可针对不同的病人进行流量调节、选择搏动次数，整个装置易控制且运行精度高。

3、血泵采用直线运动的推子作为动力部件，对血液无搅拌和碾压的作用，不使血液产生涡流或湍流。

4、整个装置结构简单，驱动装置单方向连续转动，避免了频繁的正反转启停，寿命长。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一中的搏动式人工血泵的原理图；

图2为本发明搏动式人工血泵的传动示意图；

图3为本发明实施例二中的搏动式人工血泵原理图；

其中：1-第一曲柄，2-第二曲柄，3-第一连杆，4-第二连杆，5-横梁，6-摇杆，7-基座，8-推杆，9-推子，10-血泵壳体，11-弹性囊膜，12-进血口，13-出血口，14-单向阀门，15-血室，16-第一动力源，17-第二动力源，18-第一联轴器，19-第二联轴器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”和“右”指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位和位置关系，仅仅是为了方便描述的结构和操作方式，而不是指示或者暗示所指的部分必须具有特定的方位、以特定的方位操作，因而不能理解为对本发明的限制。

本发明的目的是提供一种搏动式人工血泵，以解决现有技术存在的问题，能够真实模拟心脏泵血，提高循环过程中组织的血液灌输量，能够很好地完成血液循环，减轻心脏负担。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1-图2所示：本实施例提供了一种搏动式人工血泵，包括驱动装置、平面连杆机构和血泵，驱动装置通过平面连杆机构与血泵连接，血泵用于模拟心脏泵血。

平面连杆机构包括第一曲柄1、第二曲柄2、第一连杆3、第二连杆4、横梁5和摇杆6，第一曲柄1的一端与驱动装置连接，第一曲柄1的另一端与第一连杆3的一端铰接，第一连杆3的另一端和摇杆6的一端均与横梁5的一端铰接，摇杆6的另一端与基座7固定连接，第二曲柄2的一端与驱动装置连接，第二曲柄2的另一端与第二连杆4的一端铰接，第二连杆4的另一端与横梁5的另一端铰接，横梁5的中部与血泵的推杆8铰接。第一曲柄1和第二曲柄2的长度相等，第一曲柄1和第二曲柄2的回转中心安装在同一水平位置上，第一连杆3和第二连杆4的长度相等，推杆8与横梁5的铰接点处于第一连杆1和第二连杆2与横梁5的两个铰接点连线的中心上。

血泵包括推杆8、推子9和血泵壳体10，血泵壳体10铰接于基座7上，推子9设置于血泵壳体10的内部并能够在血泵壳体10内部上下移动，推子9的侧壁与血泵壳体10的内壁触接，推杆8的另一端穿过血泵壳体10的下端与推子9的中部固定连接，血泵壳体10的内部设有一弹性囊膜11，弹性囊膜11的内部空间形成血室15用于储存血液，弹性囊膜11设置于推子9的上侧，血泵壳体10的上端设有进血口12和出血口13，进血口12和出血口13均与弹性囊膜11连通。进血口12和出血口13上均设有单向阀门14。进血口12和出血口13分别由单向阀门14控制，以防止血液倒流。单向阀门14作为一个重要的部分，影响着血液在血泵中流动。推子9向下和向上的运动，使血液能抽入和压出弹性囊膜11，使血流一进一出形成搏动式血流，由于推子9不与血液接触，可避免推子9对血液的磨损问题。

驱动装置包括第一动力源16、第二动力源17、第一联轴器18和第二联轴器19，第一动力源16的输出轴通过第一联轴器18与第一曲柄1的一端连接，第二动力源17的输出轴通过第二联轴器19与第二曲柄2的一端连接。第一动力源16和第二动力源17均优选为旋转式伺服驱动装置。更具体地，旋转式伺服驱动装置为伺服直驱电机或旋转式伺服驱动装置由相互连接的伺服电机和减速器组成。

本实施例中的搏动式人工血泵的工作原理如下：

搏动式人工血泵在用于体外循环时，在开始工作前，将血泵的进血口12通过管路与心脏左心室连接，出血口13通过管路与动脉血管连接，第一曲柄1和第二曲柄2均竖直放置，工作时，第一动力源16和第二动力源17匀速且逆时针转动，第一动力源16和第二动力源17分别带动第一曲柄1和第二曲柄2以相同的角速度运动规律进行旋转，在任意时刻第一曲柄1和第二曲柄2的相位差Ф为0，第一曲柄1和第二曲柄2分别产生相同的两个正弦波，第一曲柄1和第二曲柄2的运动通过传动机构驱动推杆运动，推杆8带动血泵内的推子9运动，且推子9的运动为正弦振动。由于血泵壳体10的容积是一定的，推子9的向上运动必将挤压弹性囊膜11，使弹性囊膜11里的储血量发生变化，当推子9向下运动时，进血口12内的单向阀门14打开，出血口12内的单向阀门14关闭，人体血液经由管道并经该进血口12的单向阀门14流向血泵的血室15并储存；当推子9向上运动时，进血口12内的单向阀门14关闭，出血口13内的单向阀门14打开，血室15内储存的血液经由管道并经该出血口13的单向阀门14流回至人体，如此往返反复。

即第一动力源16和第二动力源17通过分别驱动第一曲柄1和第二曲柄2产生的两个正弦波，通过传动机构迭加成一个正弦波并使推子9根据需要的搏动快慢和搏出血量的多少来运动，保证人体中需要的供血平衡，通过调整第一动力源16和第二动力源17的转速，达到治疗效果。传动机构具体为由第一连杆3、第二连杆4、横梁5和摇杆6组成的结构。

本实施例中的搏动式人工血泵搏动血流符合人体生理，较目前使用的平流或非搏动性灌注更具优越性，使体外循环对人体产生的负面影响减少到最低限度，而且通过电机转速和曲柄相位角的控制可以方便地调整血流搏动频率及每个搏动周期的泵血量；搏动式人工血泵能够在血泵泵血的同时产生搏动输送，用于心衰辅助及心脏手术中体外循环辅助等，可真实模拟心脏泵血，使其体外循环的灌注能产生类似人心脏搏动产生的脉冲血流，使灌注符合人体生理，提高循环过程中组织的血液灌输量，能够很好地完成血液循环，减轻心脏负担，心脏手术更加安全，手术效果更好；调节血泵的流量大小即可调节血液循环流量大小，调节驱动装置驱动的转速时即可调节搏动式输出的搏动频率，因此，可针对不同的病人进行流量调节、选择搏动次数，整个装置易控制且运行精度高。血泵采用直线运动的推子9作为动力部件，对血液无搅拌和碾压的作用，不使血液产生涡流或湍流；整个装置结构简单，驱动装置单方向连续转动，避免了频繁的正反转启停，寿命长。

实施例二

如图3所示，本实施例与实施例一的区别在于：平面连杆机构包括第一曲柄1、第二曲柄2、第一连杆3、第二连杆4、横梁5和摇杆6，第一曲柄1的一端通过联轴器与驱动装置连接，第一曲柄1的另一端与第一连杆3的一端铰接，第一连杆3的另一端与横梁5的一端铰接，摇杆6的另一端与基座7固定连接，第二曲柄2的一端通过联轴器与驱动装置连接，第二曲柄2的另一端与第二连杆4的一端铰接，第二连杆4的另一端与横梁5的另一端铰接，横梁5的中部与血泵的推杆8铰接，摇杆6的一端与推杆8的中部铰接，摇杆6的另一端与基座7固定连接。

本实施例的工作原理参见实施例一即可。

本实施例的其他技术特征和技术效果参见实施例一即可。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种搏动式人工血泵，其特征在于：包括驱动装置、平面连杆机构和血泵，所述驱动装置通过所述平面连杆机构与所述血泵连接，所述血泵用于模拟心脏泵血。

2.根据权利要求1所述的搏动式人工血泵，其特征在于：所述平面连杆机构包括第一曲柄、第二曲柄、第一连杆、第二连杆、横梁和摇杆，所述第一曲柄的一端与所述驱动装置连接，所述第一曲柄的另一端与所述第一连杆的一端铰接，所述第一连杆的另一端和所述摇杆的一端均与所述横梁的一端铰接，所述摇杆的另一端与基座固定连接，所述第二曲柄的一端与所述驱动装置连接，所述第二曲柄的另一端与所述第二连杆的一端铰接，所述第二连杆的另一端与所述横梁的另一端铰接，所述横梁的中部与所述血泵的推杆铰接。

3.根据权利要求1所述的搏动式人工血泵，其特征在于：所述平面连杆机构包括第一曲柄、第二曲柄、第一连杆、第二连杆、横梁和摇杆，所述第一曲柄的一端与所述驱动装置连接，所述第一曲柄的另一端与所述第一连杆的一端铰接，所述第一连杆的另一端与所述横梁的一端铰接，所述第二曲柄的一端与所述驱动装置连接，所述第二曲柄的另一端与所述第二连杆的一端铰接，所述第二连杆的另一端与所述横梁的另一端铰接，所述横梁的中部与所述血泵的推杆铰接，所述摇杆的一端与所述推杆的中部铰接，所述摇杆的另一端与基座固定连接。

4.根据权利要求2或3所述的搏动式人工血泵，其特征在于：所述第一曲柄和所述第二曲柄的长度相等，所述第一曲柄和所述第二曲柄的回转中心安装在同一水平位置上，所述第一连杆和所述第二连杆的长度相等，所述推杆与所述横梁的铰接点处于所述第一连杆和所述第二连杆与所述横梁的两个铰接点连线的中心上。

5.根据权利要求2或3所述的搏动式人工血泵，其特征在于：所述血泵包括推子、所述推杆和血泵壳体，所述血泵壳体铰接于基座上，所述推子设置于所述血泵壳体的内部并能够在所述血泵壳体内部上下移动，所述推子的侧壁与所述血泵壳体的内壁触接，所述推杆的另一端穿过所述血泵壳体的下端与所述推子的中部固定连接，所述血泵壳体的内部设有一弹性囊膜，所述弹性囊膜用于储存血液，所述弹性囊膜设置于所述推子的上侧，所述血泵壳体的上端设有进血口和出血口，所述进血口和所述出血口均与所述弹性囊膜连通。

6.根据权利要求5所述的搏动式人工血泵，其特征在于：所述进血口和所述出血口上均设有单向阀门。

7.根据权利要求2或3所述的搏动式人工血泵，其特征在于：所述驱动装置包括第一动力源、第二动力源、第一联轴器和第二联轴器，所述第一动力源的输出轴通过所述第一联轴器与所述第一曲柄的一端连接，所述第二动力源的输出轴通过所述第二联轴器与所述第二曲柄的一端连接。

8.根据权利要求7所述的搏动式人工血泵，其特征在于：所述第一动力源和所述第二动力源均为旋转式伺服驱动装置。

9.根据权利要求8所述的搏动式人工血泵，其特征在于：所述旋转式伺服驱动装置为伺服直驱电机或所述旋转式伺服驱动装置由相互连接的伺服电机和减速器组成。