CN110404128A - 有反馈功能的无极变速自供能人工心脏辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于医学工程和介入医疗器械领域，具体涉及一种有反馈功能的无极变速自供能的人工心脏辅助装置，该人工心脏辅助装置包括：电机、流出口、插管、压力传感器、流入口、可充电电池、电池供电装置、压力反馈装置，其中电池供电装置包括能量收集模块、电流转换模块、充电管理模块，能量收集模块可以收集利用血液流动的动能，经由电流转换模块向蓄电电池充电，压力反馈装置可以根据压力传感器感应到的左心室压力，自行调节电机的功率；本发明的人工心脏辅助装置是通过特殊的输送系统送入患者心脏的左心室与主动脉之间，可以自供能的将心室的血液泵流到动脉系统，减少心脏负荷、代替心室做功、保证体内重要脏器血液供应，延长了心脏泵的使用时间。

Description

有反馈功能的无极变速自供能人工心脏辅助装置

技术领域

本发明属于三类有源医疗器械，涉及一种有反馈功能的无极变速自供能的人工心脏辅助装置，属于医疗器械领域。

背景技术

心脏辅助装置是将心脏内的一部分血液引流到辅助装置中，并通过其提供的机械动力将血液注入主动脉，从而取代心室一部分泵血功能，降低心脏负荷，增加心肌氧供，稳定血液动力学，维持组织及器官的灌注，使心脏尽可能得到充分休息，赢得治疗时间和治疗机会。接受经皮冠脉介入（PCI）手术的患者，一部分是左主干病变、三支病变以及心功能受损的患者，在接受PCI治疗的过程中，常常需要心脏辅助装置的支持，稳定血液动力学，避免心功能恶化，赢得更多时间用于扩张球囊和放置支架，减少并发症。

目前市面上出现过的介入式心脏泵有三种，主动脉内球囊反搏IABP、TandemHeart和Impella。IABP缺陷是不能主动辅助心脏，对严重左心室功能不全或持续性快速型心律失常患者效果欠佳；Tandem Heart系统的设计在使用中存在两处伤口且血液需引出到体外装置；Impella的设计结构负责、耗能高，不能实时监测患者心室压力。况且目前植入人体的大多数设备为用电设备，如何实现植入及介入式设备自供电也是一个难题。

专利CN108310497A公开了微创导管式同步心室心脏辅助装置及其使用方法，通过设计前腔气囊和后腔气囊外接气泵控制心脏起搏。

专利CN108136092A公开了一种心脏泵和用于操作心脏泵的方法，设置在泵入口和泵出口至少一个压力传感器，检测血液压力和血液温度。

与上述专利报道不同，本发明提供了有反馈功能的无极变速自供能人工心脏辅助装置，设置有能量收集模块可以收集利用血液流动的动能，经由电流转换模块向蓄电电池充电，压力反馈装置可以根据压力传感器感应到的左心室压力，自行调节电机的功率，具有效率高、功耗小、使用时间长的特点。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种有反馈功能的无极变速自供能的人工心脏辅助装置，通过实时感应左心室的压力自行调节心脏泵的功率，降低功耗，且可以通过收集利用血液流动的动能，经由电流转换模块向蓄电电池充电，延长医疗器械的使用时间。

本发明的有反馈功能的无极变速自供能的人工心脏辅助装置，包括：电机、流出口、插管、压力传感器、流入口、可充电电池、电池供电装置、压力反馈装置；电池供电装置包括能量收集模块、电流转换模块、充电管理模块；压力传感器用于感应左心室压力；压力反馈装置用于反馈压力传感器感应到的左心室压力，自行调节电机的功率。

在一些示例中，所述的能量收集模块采用纳米级压电晶体材料采集血液流动的动能，所述的压电晶体由于外界动能的冲击发生形变，将动能转换为电能，存储到储电设备中，用于电机的供电，从而提高能源的利用效率。

所述的压电晶体材料可设计为风扇叶的形状附于插管内壁，提交能量收集效率。

作为优选的，所述的压力反馈装置是闭环反馈系统，设定值为左心室收缩与膨胀的临界压力值。

作为优选的，所述的流入口在植入患者心脏后位于左心室位置，流出口位于与左心室相连的主动脉位置。

作为优选的，所述的压力传感器设置在流入口旁边，便于感应左心室泵血压力。

本发明的有反馈功能的无极变速自供能的人工心脏辅助装置，既保护了患者心脏原有泵血功能，又解决了供电问题，省掉了使用外界设备供电的复杂结构，操作简单，方便携带。

附图说明

图1 是一种有反馈功能的无极变速自供能的人工心脏辅助装置。

图2 是人工心脏辅助装置位于患者心脏位置示意图。

图3 是一种有反馈功能的无极变速自供能的人工心脏辅助装置闭环反馈系统。

图4 是本发明实施例中压电材料在插管中的示意图。

图5 是本发明实施例中人工心脏辅助装置自供能的原理示意图。

图6 是本发明实施例中能量收集模块和电流整合模块的工作原理图。

具体实施方式

下面结合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、完整的描述。

本发明提供的一种有反馈功能的无极变速自供能的人工心脏辅助装置，如图1所示，该人工心脏辅助装置包括：电机、流出口、插管、压力传感器、流入口、可充电电池、电池供电装置、压力反馈装置。该人工心脏泵需要特殊的输送系统在股动脉通过主动脉送到患者左心室，如图2所示，流入口位于左心室位置，流出口位于主动脉，保证左心室的血液泵出到主动脉，进而流入全身。本实施例中，心脏泵中的电机工作，左心室血液通过流入口被吸收进入插管在流出口流出到主动脉。而压力传感器位于左心室的流入口位置，可以实时感应左心室的压力；可充电电池与电池供电装置相连位于电机附近，保证电机用电的供应；压力反馈装置连接压力传感器和电机，压力传感器的值通过压力反馈装置进而调节电机功率。

图3示出了本实施例中人工心脏辅助装置的闭环反馈系统，设定值为左心室收缩与膨胀的临界压力值，压力传感器感应到患者左心室压力值，两个压力值的差经过PLC调节、D/A转换进而调节人工泵电机的转速。在本实施例中，当压力传感器感应到左心室的压力过大时（远远超过临界值），泵的电机转速会增大，增加抽血的速度；反之，泵会处于等待状态。保护心脏，减少损耗。

在本实施示例中，所述的能量收集模块采用纳米级压电晶体材料采集血液流动的动能，所述的压电晶体由于外界动能的冲击发生形变，将动能转换为电能，存储到储电设备中，用于电机的供电，从而提高能源的利用效率。本专利设计的压电材料形状为风扇叶附着与插管内壁，如图4所示。具有弹性的硅胶扇片与纳米氧化锌压电晶体薄膜，陶瓷压电晶体薄膜贴附于硅胶弹性材料的所有表面，用于将压电晶体材料产生的形变转化为电能。扇叶的设计保证在血液流过插管时很大程度上收集动能产生的形变。

所述电流整合过滤模块，包括整流电路与过滤电路，整流电路为标准交流直流电转换电路，主要由四个标准PN结二极管组成；过滤电路主要由一个超级电容组成，用于稳定直流电信，保障为锂电池充电的稳定性；用于过滤并转换收集到的交流电流转化为直流电能，并存储于该模块中对锂离子电池进行充电，如图6所示。

本发明主要讲述了具有反馈功能的无极变速自供能的人工心脏装置装置的组成部分和工作原理，该系统实施方式并不限于以上所述方式。在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种有反馈功能的无极变速自供能的人工心脏辅助装置，其特征在于，包括：电机、流出口、插管、压力传感器、流入口、可充电电池、电池供电装置、压力反馈装置；

所述电池供电装置包括能量收集模块、电流转换模块、充电管理模块；

所述压力传感器用于感应左心室压力；

所述压力反馈装置用于反馈压力传感器感应到的左心室压力，自行调节电机的功率。

2.根据权利要求书1所述的人工心脏辅助装置，其特征在于，所述的能量收集模块采用纳米级压电晶体材料采集血液流动的动能，所述的压电晶体由于外界动能的冲击发生形变，将动能转换为电能。

3.根据权利要求书2所述的能量收集模块，其特征在于，所述的压电晶体材料可设计为风扇叶的形状附于插管内壁，提交能量收集效率。

4.根据权利要求书1所述的人工心脏辅助装置，其特征在于，所述的充电管理模块可以对蓄电设备进行智能管理，包括过充保护功能和短路保护功能。

5.根据权利要求书1所述的人工心脏辅助装置，其特征在于，所述的压力反馈装置是闭环反馈系统，设定值为左心室收缩与膨胀的临界压力值。

6.根据权利要求书1所述的人工心脏辅助装置，其特征在于，所述的流入口在植入患者心脏后位于左心室位置，流出口位于与左心室相连的主动脉位置。

7.根据权利要求书1所述的人工心脏辅助装置，其特征在于，所述的压力传感器设置在流入口旁边，便于感应左心室泵血压力。