CN112156254A - 一种可反馈调节的体外循环人工心脏泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可反馈调节的体外循环人工心脏泵，包括：进口段、出口段、聚氨酯透明泵室、活塞杆、变频电机、调节泵壳及其内部连接传动装置；通过对变频电机输入满足目标搏动频率的周期性脉冲电流，带动活塞杆运动，交替性储存及释放弹性势能，并通过活塞的运动带动弹性生物容腔进行舒张和收缩，模拟心脏的舒张和收缩状态；通过调节限位孔位置实现搏动强度的调节；通过调整输入的脉冲电流频率实现搏动频率的调节。本发明可有效实现对搏动频率及搏动力度的调节，有利于撤机过程的调节；可有效避免运动部件与血液接触所造成的血液成分损伤，进而抑制血栓的发生。

Description

一种可反馈调节的体外循环人工心脏泵

技术领域

本发明涉及体外循环人工心脏泵技术领域，尤其涉及一种可反馈调节的体外循环人工心脏泵。

背景技术

体外膜肺氧合技术主要用于对重症心肺功能衰竭或者等待器官移植的患者提供体外呼吸与循环，其核心部分为膜肺和人工心脏泵。在新冠疫情期间，体外膜肺氧合技术已经成功救治多例新型冠状病毒肺炎重症患者，疗效显著。作为体外循环系统核心部件的人工心脏泵是一种通过机械循环提供血液循环支持的装置，其主要作用在于替代心室的搏动功能提供动力，从而实现血液的循环及灌注。

现有人工心脏泵主要包括滚压式心脏泵和离心式心脏泵两种类型：滚压泵存在不利移动、血损严重等缺陷；离心式心脏泵由于引入了旋转部件，容易形成一些血流冲刷不良的区域，会导致血小板聚集进而引发血栓，严重危及患者的生命；此外，作为连续流动式泵，离心式心脏泵不能较好实现心脏的搏动式脉动流，针对不同的适用对象，尤其是在撤机过程亦存在难以匹配调节、增大血栓风险的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种可反馈调节的体外循环人工心脏泵，在为体外循环系统提供动力的同时，实现对搏动频率及搏动力度的灵活调节，通过采用弹性生物容腔的形式，有效减小对血细胞的破坏并降低血栓发生几率。

本发明所采用的技术方案是：一种可反馈调节的体外循环人工心脏泵，包括：进口段、出口段、聚氨酯透明泵室、活塞杆、变频电机和调节泵壳；所述聚氨酯透明泵室、调节泵壳均为圆筒状结构，且分别套接在变频电机两侧，与变频电机具有同轴结构；所述进口段、出口段与聚氨酯透明泵室轴向连接；所述聚氨酯透明泵室内设置有直线轴承一和与其同轴的活塞杆；所述活塞杆顶部连接有活塞，且活塞可在聚氨酯透明泵室内部直线移动；所述活塞杆与变频电机接触的部分设置有活塞杆螺纹结构，活塞杆螺纹的螺旋角度大于自锁角度，活塞杆螺纹结构于径向依次套接滑块、单向轴承、电机转子，其中，滑块与单向轴承内圈、电机转子与单向轴承外圈具有固定连接关系，实现与所述变频电机的连接及传动；所述调节泵壳内设置有直线轴承二和与其同轴的活塞杆；所述活塞杆端部连接有弹簧，且弹簧的另一侧连接有位于调节泵壳内部的限位端盖。

所述聚氨酯透明泵室内设置有与进口段、出口段相通的弹性生物容腔，所述弹性生物容腔端部与活塞连接，通过活塞的往复运动带动弹性生物容腔进行舒张和收缩运动。

所述调节泵壳远离变频电机侧布置有多组(不低于两组)限位孔结构，限位孔与限位端盖间连接有限位螺杆。

所述变频电机在周期性脉冲电流的驱动下工作，脉冲电流频率通过目标搏动频率进行设定。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)本发明提供的可反馈调节的体外循环人工心脏泵，采用弹性生物容腔的形式与血液接触，避免了传统滚压式心脏泵和离心式心脏泵中运动部件与血液接触所造成的血液成分损伤，进而抑制血栓的发生。

(2)本发明提供的可反馈调节的体外循环人工心脏泵，采用变频电机实现对搏动频率的调控；变频电机在正的脉冲电流输入时，通过电机转子将扭矩传递给单向轴承，进而带动滑块旋转，通过活塞杆螺纹结构带动活塞杆压缩弹簧运动，储存弹性势能；变频电机在脉冲电流为零时，电机转子停止向单向轴承传递扭矩，弹簧的弹性势能释放使得滑块在活塞杆螺纹结构的带动下逆向转动，此时单向轴承不传递扭矩，但电机的磁效应会使得弹性势能缓慢释放，推动活塞压缩弹性生物容腔；脉冲电流的正值、零值交替可有效提供弹性生物容腔周期性的搏动，避免了传统离心式心脏泵不能较好实现心脏的搏动式脉动流的缺陷，亦可根据实际监测的循环反馈数据实现对搏动频率的调节，且更利于撤机过程的调节。

(3)本发明提供的可反馈调节的体外循环人工心脏泵，在调节泵壳远离变频电机侧布置有多组(不低于两组)限位孔结构，通过限位螺杆可实现对限位端盖位置的调节，进而调节弹簧的弹性势能，可根据实际监测的循环反馈数据实现搏动力度的调节，使其能更为广泛地适用于不同循环需求。

附图说明

图1为本发明装置接入的体外循环系统示意图；

图2为本发明装置弹性生物容腔舒张时的剖面图；

图3位本发明装置弹性生物容腔收缩时的剖面图；

图4为本发明装置的左视图；

图5为图2所示I部分局部放大图；

图6为图2所示II部分局部放大图；

图7为图2所示III部分局部放大图；

图8为变频电机的脉冲电流输入；

图中，1：进口段；2：出口段；3：弹性生物容腔；4：聚氨酯透明泵室；5：活塞；6：直线轴承一；7：活塞杆；8：变频电机；9：电机转子；10：单向轴承；11：滑块；12：活塞杆螺纹；13：调节泵壳；14：直线轴承二；15：弹簧；16：限位端盖；17：限位螺杆；18：限位孔。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图2、图3所示，本发明的一种可反馈调节的体外循环人工心脏泵，包括：进口段1、出口段2、聚氨酯透明泵室4、活塞杆7、变频电机8、调节泵壳13及其内部连接传动装置；其中，聚氨酯透明泵室4、调节泵壳13均为圆筒状结构，且分别套接在变频电机8两侧，与变频电机8具有同轴结构；如图4所示，进口段1、出口段2与聚氨酯透明泵室4轴向连接，血液通过进口段1流入聚氨酯透明泵室4内，通过出口段2流出聚氨酯透明泵室4；在聚氨酯透明泵室4内设置有直线轴承一6和与其同轴的活塞杆7，活塞杆7在直线轴承一6的约束作用下沿轴向直线运动；活塞杆7顶部连接有活塞5，且活塞5可在聚氨酯透明泵室4内部直线移动；活塞杆7与变频电机8接触的部分设置有活塞杆螺纹12结构，活塞杆螺纹12的螺旋角度大于自锁角度，防止活塞杆7运动过程发生锁死，如图6所示，活塞杆螺纹12结构于径向依次套接滑块11、单向轴承10、电机转子9，滑块11与单向轴承10内圈、电机转子9与单向轴承10外圈具有固定连接关系，实现与变频电机8的连接及传动；在调节泵壳13内设置有直线轴承二14和与调节泵壳13同轴的活塞杆7，在直线轴承二14的约束作用下，活塞杆7沿轴向直线运动；在活塞杆7端部连接有弹簧15，且弹簧15的另一侧连接有位于调节泵壳13内部的限位端盖16。

特别地，在聚氨酯透明泵室4内可设置有与进口段1、出口段2相通的弹性生物容腔3，弹性生物容腔3端部与活塞5连接，如图5所示，通过活塞5的往复运动带动弹性生物容腔3进行舒张和收缩运动。

特别地，在调节泵壳13远离变频电机8侧布置有多组(不低于两组)限位孔18结构，如图7所示，限位孔18与限位端盖16间连接有限位螺杆17，通过限位孔18及限位螺杆17可实现对限位端盖16的位置调节及固定。

特别地，变频电机8在如图8所示的周期性脉冲电流的驱动下工作，脉冲电流频率通过目标搏动频率进行设定。

实施例一：稳定循环工况

在稳定循环工况，血液通过图1所示的循环系统中单通阀1后流入本发明装置进口段1，在弹性生物容腔内形成连续的流动并由出口段2流出，通过图1所示的单通阀2后回到循环系统。

舒张状态模拟：如图2所示，变频电机8在如图8所示的周期性脉冲电流的驱动下工作，当输入的脉冲电流为正时，电机转子9按照右手原则逆时针转动，将旋转力矩传递给单向轴承10，进而带动滑块11旋转，通过活塞杆螺纹12带动活塞杆7压缩弹簧15运动，储存弹性势能；位于聚氨酯透明泵室4内部的直线轴承一6和位于调节泵壳13内的直线轴承二14可有效约束活塞杆7沿轴向直线运动；此时，在正脉冲电流的驱动下，弹性生物容腔3在活塞5的拉伸作用下处于舒张状态，实现心脏舒张的状态模拟。

收缩状态模拟：如图3所示，变频电机8在如图8所示的周期性脉冲电流的驱动下工作，当输入的脉冲电流为零时，电机转子9固定不转，位于调节泵壳13内部与活塞杆7端部连接的弹簧15弹性势能释放，推动活塞杆7连接的活塞5压缩弹性生物容腔3；活塞杆7向聚氨酯透明泵室4方向的直线运动，在直线轴承一6和直线轴承二14的约束下会带动滑块11反向转动，单向轴承10不传递滑块11反向转动的转矩，滑块11反向转动的过程受变频电机8的磁力矩作用，可延缓活塞杆7连接的活塞5压缩弹性生物容腔3的运动，即实现弹簧15弹性势能的缓慢释放；此时，在零脉冲电流的作用下，弹性生物容腔3在活塞5的压缩作用下处于收缩状态，实现心脏收缩的状态模拟。

当变频电机8接收到如图8所示的周期性脉冲电流时，本发明提供的可反馈调节的体外循环人工心脏泵可实现对心脏的舒张、收缩交替状态的模拟，为血液循环系统提供动力。

反馈调节：在本发明的体外循环人工心脏泵运行过程中，实时对人体的血压等循环体征进行监测，根据需求对变频电机8的脉冲电流输入频率进行调节，对限位端盖16位置进行调节，通过限位孔18和限位螺杆17对调节后的限位端盖16位置进行固定，改变弹簧15的弹性势能大小，使得整个装置满足人体需要的搏动力度需求。

实施例二：撤机状态

在撤机状态，本发明的体外循环人工心脏泵维持实施例一中的舒张状态及收缩状态交替的模拟过程，通过监测人体循环体征，逐级调整限位端盖16位置，降低弹簧15的弹性势能大小；通过逐渐减小变频电机8的脉冲电流输入频率，直至输入为零；在人体恢复自主循环后，卸除限位螺杆17，移除限位端盖16及弹簧15，以注射的方式缓慢将弹性生物容腔3内的血液推入循环管路，进入人体循环，并将活塞杆7位置锁定在弹性生物容腔3容积为零的状态，完成撤机。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可反馈调节的体外循环人工心脏泵，包括：进口段(1)、出口段(2)、聚氨酯透明泵室(4)、活塞杆(7)、变频电机(8)和调节泵壳(13)；所述聚氨酯透明泵室(4)、调节泵壳(13)均为圆筒状结构，且分别套接在变频电机(8)两侧，与变频电机(8)具有同轴结构；所述进口段(1)、出口段(2)与聚氨酯透明泵室(4)轴向连接；所述聚氨酯透明泵室(4)内设置有直线轴承一(6)和与其同轴的活塞杆(7)；所述活塞杆(7)顶部连接有活塞(5)，且活塞(5)可在聚氨酯透明泵室(4)内部直线移动；所述活塞杆(7)与变频电机(8)接触的部分设置有活塞杆螺纹(12)结构，活塞杆螺纹(12)的螺旋角度大于自锁角度，活塞杆螺纹(12)结构于径向依次套接滑块(11)、单向轴承(10)、电机转子(9)，其中，滑块(11)与单向轴承(10)内圈、电机转子(9)与单向轴承(10)外圈具有固定连接关系，实现与所述变频电机(8)的连接及传动；所述调节泵壳(13)内设置有直线轴承二(14)和与其同轴的活塞杆(7)；所述活塞杆(7)端部连接有弹簧(15)，且弹簧(15)的另一侧连接有位于调节泵壳(13)内部的限位端盖(16)。

2.根据权利要求1所述的一种可反馈调节的体外循环人工心脏泵，其特征在于，所述聚氨酯透明泵室(4)内设置有与进口段(1)、出口段(2)相通的弹性生物容腔(3)，所述弹性生物容腔(3)端部与活塞(5)连接，通过活塞(5)的往复运动带动弹性生物容腔(3)进行舒张和收缩运动。

3.根据权利要求1或2所述的一种可反馈调节的体外循环人工心脏泵，其特征在于，所述调节泵壳(13)远离变频电机(8)侧布置有多组(不低于两组)限位孔(18)结构，限位孔(18)与限位端盖(16)间连接有限位螺杆(17)。

4.根据权利要求3所述的一种可反馈调节的体外循环人工心脏泵，其特征在于，所述变频电机(8)在周期性脉冲电流的驱动下工作，脉冲电流频率通过目标搏动频率进行设定。

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