CN110464896B - 一种磁动力心室辅助系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种磁动力心室辅助系统，包括：磁感应装置和磁动力装置，所述磁感应装置由多个具有生物相容性的磁感应片组成；所述磁感应片设置有多个心室运动传感器和血流动力学传感器；所述磁动力装置由穿戴式线圈、电源以及控制器组成；所述控制器用于根据所述心室运动参数和所述血流动力学参数实时调整所述穿戴式线圈内电流参数产生相适应的磁动力；所述磁感应片根据所述磁动力产生辅助左心室和/或右心室搏动的驱动力。采用本发明所述的磁动力心室辅助系统，能够通过外置磁感应装置与磁动力装置的方式，实现与血液的非直接接触，避免了导线缠绕、感染、出血、血栓形成等风险，改善了终末期心衰患者生存率和生活质量。

Description

一种磁动力心室辅助系统

技术领域

本发明实施例涉及医疗健康领域，具体涉及一种磁动力心室辅助系统。

背景技术

近年来，随着经济社会的快速发展，人们生活水平不断提高，心血管系统疾病不断增多，而心力衰竭是心脏结构或功能异常导致心室收缩或舒张能力受损而引起一系列病理生理改变的临床综合征。发生心力衰竭时，心脏收缩搏血能力下降，心室舒张期顺应性减退、主动充盈明显减少，收缩舒张容积变化率缩小，大量血液存留在心脏中，心室舒张期压力增加而心腔变形扩大，使得心肌氧耗明显增加，心肌收缩效率明显下降。早期心衰患者可以利用药物、起搏器等治疗，而终末期心衰患者通过药物、起搏器等治疗效果较差。因此，如何设计一种新型安全、高效的针对终末期心衰的治疗方案成为亟待解决的技术问题。

为了解决上述技术问题，现有技术中通常采用左心室机械辅助治疗，比如植入轴流泵或全磁浮离心泵的方式。然而，该方式虽然在一定程度上缓解了终末期心力衰竭患者的病情。但是，在具体实施过程中，需要将血液流入和流出管道端分别直接插入左心室和升主动脉，存在创伤大，且手术风险较高的特点。同时，血液与心脏泵的直接接触、心室辅助装置体内与体外部分的直接接触，容易造成感染、出血、血栓形成等并发症。因此，目前的机械辅助治疗方式已难以满足终末期心衰患者的实际治疗需求。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种磁动力心室辅助系统，以解决现有技术中存在的手术风险较大，容易造成多种并发症的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明实施例提供的一种磁动力心室辅助系统，包括：磁感应装置和磁动力装置；所述磁感应装置由多个具有生物相容性的磁感应片组成；所述磁感应片靠近心室一侧内壁设置有多个用于获取心室运动参数的心室运动传感器和用于获取心室内血流动力学参数的血流动力学传感器；所述磁动力装置由用于接通电源后提供磁场的穿戴式线圈、用于为所述穿戴式线圈提供电能的电源以及用于控制穿戴式线圈内电流参数的控制器组成；所述控制器用于获得所述心室运动传感器检测的心室运动参数和所述血流动力学传感器检测的血流动力学参数，并根据所述心室运动参数和所述血流动力学参数实时调整所述穿戴式线圈内电流参数产生相适应的磁动力；所述磁感应片根据所述磁动力产生辅助左心室和/或右心室搏动的驱动力。

进一步的，所述磁感应装置设置在心室心外膜外侧。

进一步的，所述磁感应装置通过外科或介入手术植入人体内的所述心室心外膜外侧。

进一步的，所述根据所述心室运动参数和所述血流动力学参数实时调整所述穿戴式线圈内电流参数产生相适应的磁动力，具体包括：根据所述心室运动参数和所述血流动力学参数，分别获得心室运动状态特征和血液动力学状态特征；根据所述心室运动状态特征和所述血液动力学状态特征，实时调整所述穿戴式线圈内电流参数产生大小、方向以及角度相适应的磁动力。

进一步的，所述磁感应片由磁感应介质组成，所述磁感应介质由磁性粒子和聚酯类高分子制成的复合材料组成。

进一步的，所述穿戴式线圈、所述电源以及所述控制器通过通电线路连接。

进一步的，所述磁动力装置设置在人体外侧与心脏相对应的位置。

进一步的，预先在人体外模拟磁场环境中检测所述磁感应介质的特性参数根据所述磁动力的变化情况，将所述特性参数根据所述磁动力的变化情况与目标参考值进行比对，获得比对结果，根据比对结果调整所述磁感应介质中所述磁性粒子和所述聚酯类高分子的组成比例；其中，所述特性参数温度参数、形状回复性参数以及驱动力大小参数中的至少一种。

进一步的，所述磁感应介质还包括聚合物聚乙二醇二丙烯酸酯。

进一步的，所述磁感应装置还包括封套，所述封套靠近心室一侧内壁设置有隔绝磁力的绝缘层。

采用本发明所述的磁动力心室辅助系统，能够通过外置磁感应装置与磁动力装置的方式，减少了手术创伤、降低了手术风险，同时实现了与血液的非直接接触，避免导线缠绕、感染、出血、血栓形成等风险，从而改善了终末期心衰患者生存率和生活质量，提高了用户的使用体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述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示例性的，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，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例提供的一种磁动力心室辅助系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种磁动力心室辅助系统中穿戴式线圈和磁感应装置的原理图；

图3为本发明实施例提供的一种电子设备的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种磁动力心室辅助系统中磁感应片的示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动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。

本发明提出一种非接触磁动力心室辅助系统，在心外膜外植入表面分布多个微型传感器的磁感应装置，感知和传递心室运动及血流动力学信息；心室运动及血流动力学信息通过外部控制器分析处理后，实现自动调整穿戴式线圈内电流，从而产生大小、方向、角度等合适的磁动力辅助心室运动。该系统是对慢性晚期心衰、心源性休克的一种有效治疗手段，能够减少手术创伤、降低手术风险，避免泵血栓的形成，提高终末期心衰患者的生活质量和生存率。

下面基于本发明所述的磁动力心室辅助系统，对其实施例进行详细描述。如图1所示，其为本发明实施例提供的一种磁动力心室辅助系统的示意图，本发明所述的磁动力心室辅助系统具体实现过程包括如下内容：磁感应装置102和磁动力装置。其中，所述磁感应装置102可由多个具有生物相容性的磁感应片1021组成。所述磁感应片1021的主要成分为磁感应介质，所述磁感应介质可以是由磁性粒子和聚酯类高分子制成的复合材料(比如顺磁离子/聚酯类高分子复合材料)。同时，为了调节生理环境下磁感应介质自身的驱动能力，所述磁感应介质还可引入亲水性的聚合物聚乙二醇二丙烯酸酯，从而有效改善磁感应介质的性能。另外，所述磁感应装置102还可以包括封套，为了隔绝磁力保护冠状动脉和心肌不受损伤，所述封套靠近心室一侧内壁设置了隔绝磁力的绝缘层。

在具体实施过程中，所述磁感应装置102可以通过外科或介入手术植入人体内的所述心室心外膜外侧，实现了血液与磁感应装置102的非直接接触。该植入过程简便，不破坏心脏和血管结构，无需皮下埋植导线，有效避免了传统心室辅助装置出现的手术创伤大、难度高等问题，从而降低患者身体创伤、感染、出血以及免疫排斥等风险，同时全程不使用机械轴承，不破坏血液成分，避免脑血管事件、泵故障、泵更换等血栓并发症。

如图4所示，靠近心室一侧内壁设置有多个用于获取心室运动参数的心室运动传感器1022和用于获取心室内血流动力学参数的血流动力学传感器1023。

在本发明实施例中，所述磁感应片1021由磁感应介质组成。所述磁感应介质的制备过程包括：a、顺磁离子/聚酯类高分子复合材料制备。首先选取聚酯(比如聚己内酯)为基材，进一步选取生物相容性好、磁响应性较高的四氧化三铁纳米颗粒为磁性粒子，采用物理上共混的方式制备具有形状记忆性能的磁性粒子和聚酯类高分子制成的复合材料(比如顺磁离子/聚酯类高分子复合材料)。需要说明的是，在制备时可通过调节所述磁性粒子的尺寸、含量以及分散性改变磁感应介质的磁感应效果。b.磁感应介质的驱动性能。通过体外模拟磁场下磁感应介质的温度变化、形状回复性及驱动力大小，可优化复合材料比例调节效果。另外，可通过引入亲水性聚合物聚乙二醇二丙烯酸酯调节生理环境下磁感应介质的驱动能力。c.磁感应介质的生物相容性。所述生物相容性包括：血液相容性(凝血时间、血小板粘附等)及细胞相容性(心肌细胞)中的至少一种。

另外，如图2所示，在本发明实施例中，通过体外穿戴磁动力装置提供远程磁场，从而实现磁感应装置与动力装置非直接接触。所述磁动力装置包括用于接通电源后提供磁场的穿戴式线圈1011、用于为所述穿戴式线圈1011提供电能的电源103以及用于控制穿戴式线圈1011内电流参数的控制器104。所述穿戴式线圈1011、所述电源103以及所述控制器104通过通电线路105连接。所述磁动力装置设置在人体外侧与心脏相对应的位置。所述穿戴式线圈1011可以制成如图1所示的样式，从而便于用户进行佩戴。需要说明的是，在本发明实施例中，所述的穿戴式线圈1011的样式不限于图1中所列举的样式，在此不做具体限定，只要便于用户进行佩戴，产生的磁场能够满足有效覆盖磁感应装置102即可。

另外，需要说明的是，为了防止人体外部环境中的磁场对磁感应装置102的影响或者穿戴式线圈1011内磁场对人体外部环境中磁感应金属的影响，所述穿戴式线圈1011外侧还可设置用于隔绝磁力的绝缘层。

在本发明实施例中，所述控制器104用于获得所述心室运动传感器1022检测的心室运动参数和所述血流动力学传感器1023检测的血流动力学参数，并根据所述心室运动参数和所述血流动力学参数实时调整所述穿戴式线圈1011内电流参数产生相适应的磁动力。

所述的根据所述心室运动参数和所述血流动力学参数实时调整所述穿戴式线圈1011内电流参数产生相适应的磁动力，具体实现过程包括：根据所述心室运动参数和所述血流动力学参数，分别获得心室运动状态特征和血液动力学状态特征，根据所述心室运动状态特征和所述血液动力学状态特征，实时调整所述穿戴式线圈1011内电流参数产生大小、方向以及角度相适应的磁动力。通过改变电流大小、方向产生不同或相同方向的磁动力，所述组成磁感应装置102的磁感应片1021根据所述磁动力产生辅助左心室和/或右心室搏动的驱动力。

需要说明的是，为了有效保证组成磁感应片1021的磁感应介质优良特性，在制备磁感应介质过程中需要预先在人体外模拟磁场环境中检测所述磁感应介质的特性参数根据所述磁动力的变化情况，将所述特性参数根据所述磁动力的变化情况与目标参考值进行比对，获得比对结果，根据比对结果调整所述磁感应介质中所述磁性粒子和所述聚酯类高分子的组成比例。其中，所述特性参数包括温度参数、形状回复性参数以及驱动力大小参数中的至少一种。

另外，本发明可基于流体网络理论原理与电网络理论类比关系获得心血管系统等效参数模型，并在MATLAB(Matrix Laboratory)的可视化仿真工具Simulink中搭建数学模型，实现动态系统建模、仿真和分析。首先对心血管系统正常情况与舒张性心衰、收缩性心衰、混合性心衰以及外周阻力增大性心衰分别进行模拟，并给出血流动力结果。通过数值分析可获得外周阻力、顺应性等生理参数对心脏血液输出量、血压、血流等血液动力学参数的影响，并获得分析结果，将所得分析结果与预设的目标结果进行比较，校验其有效性，从而完成体外参数建模。再以主动脉和左心室平均压差为目标参考值，具体设计磁性生物相容性磁感应介质材料和体外外加磁场。最后搭建模型对本发明所述的磁动力心室辅助系统效果进行验证，得到在不发生反流情况下，使得主动脉和左心室平均压差约75mmHg，从而实现发生心衰时有效利用磁动力心室辅助系统辅助泵血功能。

本发明通过体外远程磁场控制，自动产生合适的磁动力辅助心室运动，最大程度维持血液正常搏动，降低外周动脉硬化发生率，适用于左心衰和/或右心衰、短期或长期的心室辅助治疗，可被用于：1、心脏功能恢复的过渡；比如急性心肌炎、心脏手术后严重低心排、急性广泛性心肌梗死、顽固性恶性心律失常以及心脏移植后供体心衰竭等所致的心力衰竭。2、心脏移植的过渡；比如患者由于供心的短缺或者患者本身有急性感染以及多器官衰竭等情况。3、永久性治疗；通过将该心室辅助系统永久性植入人的心脏，推动心脏血流搏动正常。

采用本发明所述的磁动力心室辅助系统，能够通过外置磁感应装置与磁动力装置的方式，减少了手术创伤、降低了手术风险，同时实现了与血液的非直接接触，避免导线缠绕、感染、出血、血栓形成等风险，从而改善了终末期心衰患者生存率和生活质量，提高了用户的使用体验。

与上述提供的磁动力心室辅助系统相对应，本发明还提供一种电子设备。由于该电子设备的实施例相似于上述方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处请参见上述方法实施例部分的说明即可，下面描述的电子设备仅是示意性的。如图3所示，其为本发明实施例提供的一种电子设备的示意图。

该电子设备具体包括：处理器301和存储器302；其中，存储器302用于运行一个或多个程序指令，用于存储磁动力心室辅助系统的程序，该服务器通电并通过所述处理器301运行该磁动力心室辅助系统的程序后，执行上述任意一项所述的磁动力心室辅助系统。本发明所述的电子设备可以是指上述控制器。

在本发明实施例中，处理器或处理器模块可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。处理器读取存储介质中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

存储介质可以是存储器，例如可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。

其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，简称PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，简称EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，简称EEPROM)或闪存。

易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，简称SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，简称DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，简称SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double Data Rate SDRAM，简称DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(EnhancedSDRAM，简称ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synch link DRAM，简称SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(Direct Ram bus RAM，简称DRRAM)。

本发明实施例描述的存储介质旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本发明所描述的功能可以用硬件与软件组合来实现。当应用软件时，可以将相应功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种磁动力心室辅助系统，其特征在于，包括：磁感应装置和磁动力装置；

所述磁感应装置由多个具有生物相容性的磁感应片组成；所述磁感应片靠近心室一侧内壁设置有多个用于获取心室运动参数的心室运动传感器和用于获取心室内血流动力学参数的血流动力学传感器；

所述磁动力装置由用于接通电源后提供磁场的穿戴式线圈、用于为所述穿戴式线圈提供电能的电源以及用于控制穿戴式线圈内电流参数的控制器组成；所述控制器用于获得所述心室运动传感器检测的心室运动参数和所述血流动力学传感器检测的血流动力学参数，并根据所述心室运动参数和所述血流动力学参数实时调整所述穿戴式线圈内电流参数产生相适应的磁动力；

所述根据所述心室运动参数和所述血流动力学参数实时调整所述穿戴式线圈内电流参数产生相适应的磁动力，具体包括：

根据所述心室运动参数和所述血流动力学参数，分别获得心室运动状态特征和血液动力学状态特征；

根据所述心室运动状态特征和所述血液动力学状态特征，实时调整所述穿戴式线圈内电流参数产生大小、方向以及角度相适应的磁动力；

所述磁感应片根据所述磁动力产生辅助左心室和/或右心室搏动的驱动力。

2.根据权利要求1所述的磁动力心室辅助系统，其特征在于，包括：所述磁感应装置设置在心室心外膜外侧。

3.根据权利要求2所述的磁动力心室辅助系统，其特征在于，包括：所述磁感应装置通过外科或介入手术植入人体内的所述心室心外膜外侧。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的磁动力心室辅助系统，其特征在于，包括：所述磁感应片由磁感应介质组成，所述磁感应介质由磁性粒子和聚酯类高分子制成的复合材料组成。

5.根据权利要求1所述的磁动力心室辅助系统，其特征在于，包括：所述穿戴式线圈、所述电源以及所述控制器通过通电线路连接。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的磁动力心室辅助系统，其特征在于，包括：所述磁动力装置设置在人体外侧与心脏相对应的位置。

7.根据权利要求4所述的磁动力心室辅助系统，其特征在于，包括：预先在人体外模拟磁场环境中检测所述磁感应介质的特性参数根据所述磁动力的变化情况，将所述特性参数根据所述磁动力的变化情况与目标参考值进行比对，获得比对结果，根据比对结果调整所述磁感应介质中所述磁性粒子和所述聚酯类高分子的组成比例；其中，所述特性参数温度参数、形状回复性参数以及驱动力大小参数中的至少一种。

8.根据权利要求4所述的磁动力心室辅助系统，其特征在于，所述磁感应介质还包括聚合物聚乙二醇二丙烯酸酯。

9.根据权利要求3所述的磁动力心室辅助系统，其特征在于，所述磁感应装置还包括封套，所述封套靠近心室一侧内壁设置有隔绝磁力的绝缘层。

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