CN112972886A - 一种单滑块容积血泵 - Google Patents

Abstract

一种单滑块容积血泵，属于生物医学工程领域，主要用于体外膜肺氧合的血液驱动。包括血泵本体与其驱动装置。其中血泵本体主要由泵壳、端盖、滑块、隔板、管轴、特斯拉阀、血液出入口等部分组成。该血泵通过一个滑块在泵腔内做往复的圆周运动而产生的正负压来驱动血液，仅需要一套相应的驱动装置，在保留容积式血泵的优势的基础上，减少了能量损失，简化了控制方式。

Description

一种单滑块容积血泵

技术领域

本发明属于生物医学工程领域，涉及一种单滑块容积血泵，主要用于体外膜肺氧合的血液驱动。

背景技术

体外膜肺氧合(ECMO)是以体外循环系统为其基本设备，采用体外循环技术进行操作和管理的一种辅助治疗手段。ECMO是目前针对严重心肺功能衰竭的核心的支持手段，其本质是一种改良的人工心肺机，血泵是其核心部分之一，起人工心脏的作用，为血液在管道中流动提供动力。

目前临床应用在ECMO的血泵主要有滚压泵和离心泵两种类型。滚压泵的体积大、血液破坏大，可能会产生过大的正压或负压导致泵管破裂。离心泵运行过程中会产生较高的剪切应力，进而引起血液损伤，且由于离心泵内部流道贯通，其输出流量受后负荷直接影响，故临床控制流量困难。

中国专利(申请号202011522497.5)提供了一种容积血泵，该血泵通过两个相互独立的滑块在泵腔内分别而产生的正负压来驱动血液，克服了前述现有技术的问题，具有便携、血液损伤小、流量与后负荷解耦等优势。但由于该发明的两个滑块独立运行，需要两套磁力驱动装置分别进行驱动，结构复杂，成本较高，控制较为困难。

发明内容

为了解决以上现有技术的问题，本发明提供了一种单滑块容积血泵，该血泵综合了容积血泵的优势，但仅需要单个滑块及其配套的驱动装置。

为了实现上述目的，本发明采用的一个技术方案是：

一种单滑块容积血泵，包括血泵本体与其驱动装置；其中血泵本体主要包括泵壳(1)、端盖、滑块(2)、隔板(3)、管轴(4)、特斯拉阀(5)、出口A(6)、出口B(7)、入口A(8)、入口B(9)、血液总入口(10)、血液总出口(11)；

泵壳为圆柱空腔结构，其两端设有端盖密封，泵壳与端盖组合构成血泵腔室；

泵壳侧面设有四个出入口，在一端的侧面上沿周长方向并排设有两个出口记为出口A(6)、出口B(7)，在另一端的侧面上沿周长方向并排设有两个入口记为入口A(8)、入口B(9)，在平行轴长方向一同列排布的出口A(6)、入口A(8)为对应A组出入口，在平行轴长方向另一同列排布的出口B(7)、入口B(9)为对应B组出入口，共两组出入口；并假定沿顺时针方向，A组出入口在B组出入口前面；出口A(6)、出口B(7)、入口A(8)、入口B(9)各与一个特斯拉阀相连，每个特斯拉阀均位于泵壳(1)外且平行，其中两个特斯拉阀正向连接作为出口A(6)和出口B(7)使血液能从泵腔泵出，两个特斯拉阀反向连接作为入口A(8)和入口B(9)使血液能从外界泵入；每一同列排布的出入口连接的特斯拉阀方向相反，沿周向排列的两个出口或入口连接的特斯拉阀方向相同，出口A(6)、出口B(7)对应的两个特斯拉阀最终汇聚连接成为一个血液总出口(11)，入口A(8)、入口B(9)对应的两个特斯拉阀最终汇聚连接成为一个血液总入口(10)；

血液总出口(11)与血液总入口(10)的连线平行于轴长方向；

特斯拉阀(5)是一种几何形状固定的被动单向导通阀，由于流体具有惯性，从不同方向通过阀门时的流阻不同，使流体实现单向流通；

管轴位于平行同轴位于泵壳内即管轴沿泵壳轴的轴向同轴并排放置，滑块、隔板分别位于泵壳与管轴之间的环形部分，滑块位于泵腔内并与隔板将环形部分分为两个独立的弧形腔部分，滑块与管轴固定在一起，管轴可绕其自身的中心轴转动，对应的滑块也可绕上述中心轴转动；隔板与泵壳固定连成一体，隔板一侧固定于A、B两组出入口之间对应的泵壳内侧面，即A组出入口位于隔板一侧，B组出入口位于隔板另一侧，隔板起阻隔血流反流的作用；

管轴为机械轴承，液力悬浮轴承或磁悬浮轴承。

A、B两组出入口或入口A(8)、入口B(9)之间或出口A(6)、出口B(7)之间对应的泵壳的锐角弧度θ为15-30°。

滑块在泵腔内隔板的两侧A、B两组出入口对应的锐角弧度外的360-θ°范围内绕管轴做往复的360-θ°角度的摆动运动。

滑块运动过程中其前后端会产生正压和负压，从而驱动泵腔内血液流动。

所述滑块的优选端面(与泵壳端面平行的面)为扇形弧面，滑块内部嵌有用于进行磁力驱动的永磁体。

滑块(2)、隔板(3)沿泵壳(1)轴向的长度分别与泵壳(1)的轴长相等。管轴(4)沿泵壳(1)轴向的长度与泵壳(1)的轴长相等。

该容积血泵的工作方式是：血泵首次运行前，滑块和隔板之间具有夹角角度，按照顺时针方向，滑块位于A、B两组出入口的360-θ°范围内，且不阻挡两组出入口；启动血泵，泵腔内滑块开始运行，沿某一方向绕管轴做圆周运动，假定起始运行方向为顺时针，此时滑块后方会产生负压，则血液从入口A(8)被抽吸至泵腔中，由于特斯拉阀和隔板的存在，其他三个出入口不会有血液流入或流出；当滑块前端即将运行至B组出入口后的边缘处时，滑块开始反向运行，即沿逆时针做圆周运动，滑块前方正压推动血液逆时针流动，直至血液经出口A(6)泵出，滑块后方负压将血液从外界经入口B(9)抽吸至泵腔中，由于特斯拉阀的单向导通性，此时入口A(8)和出口B(7)无血液流入或流出；当滑块运行至其初始位置时，滑块再次反向运行，其前端推进血液顺时针流动直至其经出口B(7)泵出，后端经入口A(8)抽吸血液进入泵腔，此时出口A(6)和入口B(9)无血液流入或流出；上述过程即为单滑块容积血泵的一个工作周期。

采用磁力驱动装置单独进行驱动的方式作为驱动滑块转动的方式。

本发明的有益效果是：一方面，该血泵保留了容积式血泵的优点，如体积小、血液破坏较小、便于临床控制输出血流量等。另一方面，该血泵克服了容积血泵的一些缺点，通过利用特斯拉阀单向导通特性，仅需一个滑块在泵内运动就能驱动血液泵入或泵出，因此也仅需一套相应的驱动装置即可，减少了能量损失，简化了控制方式。

附图说明

图1、本发明提供的一种单滑块容积血泵一端视角结构示意图(端盖在图中省略)。

图2为本发明提供的一种单滑块容积血泵另一端视角结构示意图(端盖在图中省略)。

图中：1-泵壳；2-滑块；3-隔板；4-管轴；5-特斯拉阀；6-出口A；7-出口B；8-入口A；9-入口B；10-血液总入口；11-血液总出口。

具体实施方式

为了令本发明的目的、特征、优点更加明显易懂，下面结合附图中涉及的具体实施方式对本发明的实施例进行清楚地描述。基于本发明的实施例，本领域技术人员在未进行创造性劳动前提下获得的所有其它实施例，如只改变用途而不改变权利要求涉及基本原理的实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本发明所提供的一种单滑块容积血泵中，包括血泵本体与其驱动装置。其中血泵本体主要由泵壳、端盖、滑块、隔板、管轴、特斯拉阀、血液出入口等部分组成。所述泵壳的外径为70mm，内径66mm，轴向长度为45mm，具有A、B两组相互平行周向排列的径向侧面出入口，每组各包含一个出口和一个入口，共四个出入口，且四个出入口均与特斯拉阀正向或反向连接，A、B两组出入口或入口A(8)、入口B(9)之间或出口A(6)、出口B(7)之间对应的泵壳的锐角弧度θ为20°；特斯拉阀的管道长度为35mm,管道宽度为5mm，分流角为40°。泵壳与端盖组合构成血泵腔室，隔板为泵壳的一部分且位于泵腔内，固定于A、B两组出入口之间，隔板与滑块将泵腔分为两部分，两腔室内的血液流动相互独立，管轴连接滑块并穿过泵腔中央，滑块内部嵌有用于进行磁力驱动的永磁体，泵体内其余部件均为不导磁材料。

本发明工作时，泵腔内滑块绕管轴做往复的圆周运动，滑块运行时泵腔内会产生正负压差，从而一侧腔室抽吸血液，另一侧腔室泵出血液，血液会交替从A、B两组出入口泵入或泵出，彼此互不影响。经体外实验和溶血实验测试，本发明运行时顺时针或逆时针运行一周的转速为60rpm、对应的流量为5L/min、最大出入口压力差为500mmHg、产生的最大剪切应力小于120Pa。

本发明工作时，泵腔内滑块绕管轴做往复的圆周运动，滑块运行时泵腔内会产生正负压差，从而一侧腔室抽吸血液，另一侧腔室泵出血液，血液会交替从A、B两组出入口泵入或泵出，彼此互不影响。

说明书未详细描述的部件组合特征属于公知技术轻易想到或者实施本发明时容易确定且无异议的内容。上述方案所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，但本申请的保护范围不仅限于此，本申请保护范围应以权利要求保护范围为准。

Claims (9)

1.一种单滑块容积血泵，其特征在于，包括血泵本体与其驱动装置；其中血泵本体主要包括泵壳(1)、端盖、滑块(2)、隔板(3)、管轴(4)、特斯拉阀(5)、出口A(6)、出口B(7)、入口A(8)、入口B(9)、血液总入口(10)、血液总出口(11)；

泵壳为圆柱空腔结构，其两端设有端盖密封，泵壳与端盖组合构成血泵腔室；

泵壳侧面设有四个出入口，在一端的侧面上沿周长方向并排设有两个出口记为出口A(6)、出口B(7)，在另一端的侧面上沿周长方向并排设有两个入口记为入口A(8)、入口B(9)，在平行轴长方向一同列排布的出口A(6)、入口A(8)为对应A组出入口，在平行轴长方向另一同列排布的出口B(7)、入口B(9)为对应B组出入口，共两组出入口；并假定沿顺时针方向，A组出入口在B组出入口前面；出口A(6)、出口B(7)、入口A(8)、入口B(9)各与一个特斯拉阀相连，每个特斯拉阀均位于泵壳(1)外且平行，其中两个特斯拉阀正向连接作为出口A(6)和出口B(7)使血液能从泵腔泵出，两个特斯拉阀反向连接作为入口A(8)和入口B(9)使血液能从外界泵入；每一同列排布的出入口连接的特斯拉阀方向相反，沿周向排列的两个出口或入口连接的特斯拉阀方向相同，出口A(6)、出口B(7)对应的两个特斯拉阀最终汇聚连接成为一个血液总出口(11)，入口A(8)、入口B(9)对应的两个特斯拉阀最终汇聚连接成为一个血液总入口(10)。

2.按照权利要求1所述的一种单滑块容积血泵，其特征在于，血液总出口(11)与血液总入口(10)的连线平行于轴长方向。

3.按照权利要求1所述的一种单滑块容积血泵，其特征在于，特斯拉阀(5)是一种几何形状固定的被动单向导通阀，由于流体具有惯性，从不同方向通过阀门时的流阻不同，使流体实现单向流通。

4.按照权利要求1所述的一种单滑块容积血泵，其特征在于，管轴位于平行同轴位于泵壳内即管轴沿泵壳轴的轴向同轴并排放置，滑块、隔板分别位于泵壳与管轴之间的环形部分，滑块位于泵腔内并与隔板将环形部分分为两个独立的弧形腔部分，滑块与管轴固定在一起，管轴可绕其自身的中心轴转动，对应的滑块也可绕上述中心轴转动；隔板与泵壳固定连成一体，隔板一侧固定于A、B两组出入口之间对应的泵壳内侧面，即A组出入口位于隔板一侧，B组出入口位于隔板另一侧，隔板起阻隔血流反流的作用；

管轴为机械轴承，液力悬浮轴承或磁悬浮轴承。

5.按照权利要求1所述的一种单滑块容积血泵，其特征在于，A、B两组出入口或入口A(8)、入口B(9)之间或出口A(6)、出口B(7)之间对应的泵壳的锐角弧度θ为15-30°；

滑块在泵腔内隔板的两侧A、B两组出入口对应的锐角弧度外的360-θ°范围内绕管轴做往复的360-θ°角度的摆动运动。

6.按照权利要求1所述的一种单滑块容积血泵，其特征在于，滑块运动过程中其前后端会产生正压和负压，从而驱动泵腔内血液流动；

所述滑块的优选端面为扇形弧面，滑块内部嵌有用于进行磁力驱动的永磁体。

7.按照权利要求1所述的一种单滑块容积血泵，其特征在于，滑块(2)、隔板(3)沿泵壳(1)轴向的长度分别与泵壳(1)的轴长相等；管轴(4)沿泵壳(1)轴向的长度与泵壳(1)的轴长相等。

8.按照权利要求1所述的一种单滑块容积血泵，其特征在于，该容积血泵的工作方式是：

血泵首次运行前，滑块和隔板之间具有夹角角度，按照顺时针方向，滑块位于A、B两组出入口的360-θ°范围内，且不阻挡两组出入口；启动血泵，泵腔内滑块开始运行，沿某一方向绕管轴做圆周运动，假定起始运行方向为顺时针，此时滑块后方会产生负压，则血液从入口A(8)被抽吸至泵腔中，由于特斯拉阀和隔板的存在，其他三个出入口不会有血液流入或流出；当滑块前端即将运行至B组出入口后的边缘处时，滑块开始反向运行，即沿逆时针做圆周运动，滑块前方正压推动血液逆时针流动，直至血液经出口A(6)泵出，滑块后方负压将血液从外界经入口B(9)抽吸至泵腔中，由于特斯拉阀的单向导通性，此时入口A(8)和出口B(7)无血液流入或流出；当滑块运行至其初始位置时，滑块再次反向运行，其前端推进血液顺时针流动直至其经出口B(7)泵出，后端经入口A(8)抽吸血液进入泵腔，此时出口A(6)和入口B(9)无血液流入或流出；上述过程即为单滑块容积血泵的一个工作周期。

9.按照权利要求8所述的一种单滑块容积血泵，其特征在于，采用磁力驱动装置单独进行驱动的方式作为驱动滑块转动的方式。

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