CN113143581A - 一种用于生物医疗的外部驱动的流体驱动器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了提供了一种用于生物医疗的外部驱动的流体驱动器件，由位于人体表皮下的植入元件(2)和通过束带或其他装置固定在人体外表面的驱动元件(1)组成；所述驱动元件(1)由挤压探头(3)、固定支架(4)、驱动电源(5)、束带或眼镜框(6)；所述驱动元件(1)被固定在体表植入元件(2)所在的位置上；所述植入元件(2)为一种可容纳液体、具有单向性的柔性腔体，挤压探头(3)作用于植入元件(2)的受压位置，通过挤压或释放所述腔体实现流体驱动。所述流体驱动器件可用于青光眼、脑脊液等疾病的治疗及进行给药。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种用于生物医疗的外部驱动的流体驱动器件，其可以通过外部按压进行驱动。
背景技术
流体驱动器件在生物医疗中具有重要应用，例如眼部引流、脑脊液引流、胰岛素给药、定量麻醉给药等。但目前用于医疗的流体驱动的微泵等器件存在一些问题，其中很重要的是驱动问题。由于驱动部件安装在流体驱动器件的内部，这给供能带来很大问题，也造成目前医用流体驱动器件尺寸大，驱动效果不好，结构复杂，特别是对于植入，可穿戴等应用，需要植入电池，超级电容器等。
例如吉林大学的杨志刚团队在“用于胰岛素推注的压电微泵”一文中提出了一种用于胰岛素注射的流体驱动器件——压电微泵。该流体驱动器件利用压电陶瓷的逆压电效应使压电振子发生形变，引起腔体容积变化，配合腔内阀片有规律的启闭，实现胰岛素的注射。该流体驱动器件中的驱动部件(压电振子)在其内部，且需要植入电池进行供能，造成该器件植入后供能不方便，且其结构复杂，零部件较多，不便于维修，还存在植入后电池的损坏、泄露等问题。
加拿大Polystim Neuro-technologies Laboratory在“An Implantable MEMSMicropump System for Drug Delivery in Small Animals”文中提出一种利用电磁驱动的治疗癫痫的给药器件。该器件是利用线圈与磁性物质的相互配合，拉伸和释放隔膜，引起腔内容积的变化，配合两个阀片有规律启闭，实现药物的输送。该器件的驱动线圈和磁性物质均在其内部，且植入电池供电，均造其尺寸较大，结构比较复杂。
中国专利CN102107030A公开了一种心脏搏动辅助装置，其中辅助装置植入人体心房内，动力装置、控制装置、同步装置等设置在人体外部(参见说明书第81段)。虽然采用这种驱动方式降低了植入体内装置的复杂程度，但放置于人体外部的动力装置还需要采用管道与体内植入的装置实现联通和驱动，因此也给实际的临床应用造成了很大不便。
从上面的现状可知：目前供能和驱动方式是流体驱动器件应用在生物医疗领域的瓶颈和关键技术之一，目前常用的将驱动元件置于流体驱动器件内部的供能和驱动方式对于生物医疗领域、特别是植入式应用非常不方便：存在结构复杂、供能需要外接电线或植入电池。而采用无线供能的形式虽然可以不用外接电线，但需要将电池、储能电容等模块一起植入体内，这一方面造成体内植入部分结构复杂、尺寸大，同时存在更换电池、电池泄露、维护不便等问题。同时，无线供能需要复杂的发射和接收装置，使得植入部分的结构更加复杂，维护更加不便，同时也增加了封装的难度；另一方面无线供能能量传输效率较低，产生的驱动力非常有限。因此，目前的流体驱动器件无论采用哪种形式供能，复杂的执行驱动装置及能量传输、转换和存储系统都会造成目前的植入式流体驱动器件尺寸大、结构复杂、成本高、维护难等问题，不利于临床推广和应用。因此迫切需要研究新的驱动和供能方法用于应用在生物医疗的流体驱动器件。
发明目的
针对上述植入式流体驱动器件存在的结构复杂、供能需要外接电线或植入电池，而采用无线供能的形式虽然可以不用外接电线，但需要将电池、储能电容等模块一起植入体内，这一方面造成体内植入部分结构复杂、尺寸大，同时存在更换电池、电池泄露、维护不便等问题。本发明的目的在于：提出和发明一种用于生物医疗的外部驱动的流体驱动器件，与目前常用的将驱动元件置于内部的流体驱动器件相比，该流体驱动器件将驱动元件设计在其外部。通过外部施加力作用于流体驱动器件的驱动腔顶部改变驱动腔的容积进行驱动。
本发明要解决的主要技术问题包括：
1、目前植入式流体驱动器件是需要体内提供驱动能源和能量，这就需要将电池、电容等模块一起植入体内，这一方面造成体内植入部分结构复杂、尺寸大，同时存在更换电池、电池泄露、维护不便等问题。
2、目前也有通过体外无线功能的方式，但无线供能一方面需要复杂的发射和接收装置，使得植入部分的结构更加复杂，维护更加不便，同时也增加了封装的难度；另一方面传输效率较低，同时也存在电磁辐射等风险。
3、目前的植入式流体驱动器件无论采用哪种形式供能，复杂的执行驱动装置及能量传输、转换和存储系统都会造成目前的植入式流体驱动器件尺寸大、结构复杂、成本高、维护难等问题，不利于临床推广和应用。
发明内容
本发明提供了一种用于生物医疗的外部驱动的流体驱动器件，该流体驱动器件是由植入元件(2)和驱动元件(1)组成；植入元件(2)位于人体表皮下，通过可穿戴的部件将驱动元件(1)固定在人体外表面；所述驱动元件(1)由挤压探头(3)、固定支架(4)、驱动电源(5)、束带、眼镜框、帽子或头盔(6)组成；束带、眼镜框、帽子或头盔(6)将驱动元件(1)固定在目标位置上，固定支架(4)在皮肤接触端与体内植入元件(1)相匹配，使得挤压探头(3)能够作用于植入元件(2)的受压位置；所述植入元件(2)为一种可容纳液体的腔体，该腔体在两侧分别具有排液口和吸液口，包括上承压板、下承压板用于在腔体内打开或闭合液体流动的瓣膜或单向阀。
进一步地，当驱动元件(1)驱动挤压探头(3)向下运动时，植入元件(2)所述的容纳液体的腔体的上承压板挤压向下弯曲变形，使得腔内液体受压向两侧流动，靠近进液口位置的瓣膜或单向阀受液体的作用力紧闭，靠近排液口位置的瓣膜或单向阀受液体的作用力打开，从而将液体排出。
再进一步地，当驱动元件(1)驱动挤压探头(3)向上运动时，植入元件(2)所述的容纳液体的腔体的上承压板受到的外部作用力撤去，上承压板恢复到原来的位置，靠近进液口位置的瓣膜或单向阀打开，靠近排液口位置的瓣膜或单向阀紧闭，液体吸入驱动腔内。
优选地，所述可穿戴的部件包括束带、眼镜、帽子或头盔。
优选地，所述驱动元件(1)通过微型电机驱动、形状记忆合金驱动、磁致伸缩驱动、电磁驱动或手指按压的方式进行驱动。
根据本发明的另一个方面，提供了一种利用所述流体驱动器件治疗青光眼的方法，包括以下步骤：
步骤1、将流体驱动器件的植入元件(2)植入青光眼患者眼睛上方的表皮下；
步骤2、将流体驱动器件的植入元件(2)的进液口通过生物兼容软管与眼睛前房连接，将植入元件(2)的生物排液口通过医用软管连接到静脉或其他位置；
步骤3、通过束带将驱动元件(1)固定在植入元件(2)的植入位置的表皮上，驱动元件(1)的挤压探头(3)作用于植入元件(2)植入位置的表皮上，从而作用于植入元件(2)的腔体，根据需要排出或吸入房水，将眼压调解到正常水平。
根据本发明的又一个方面，提供了一种利用所述流体驱动器件治疗脑脊液的方法，包括以下步骤：
步骤1、将流体驱动器件的植入元件(2)植入脑脊液患者头部一侧的皮下，所述植入元件(2)是常闭的；
步骤2、在患者头部积水附近开一个小孔，将医用引流管一端固定在小孔内，另一端连接植入元件(2)的进液口；
步骤3、通过医用引流管将植入元件(2)的排液口与腹腔连接；
步骤4、将驱动元件(1)安置在相应的眼镜腿上，所述驱动元件(1)是通过微型电机进行驱动的，当电动机正旋，驱动探头伸长，按压驱动腔的上承压板，将流体驱动器件驱动腔内的脑脊液排出；当电动机反旋，挤压探头(3)收缩，释放植入元件(2)腔体的上承压板，所述腔体恢复，容积增大，压强较低，脑脊液流入腔内；
步骤5、如此反复的按压释放，将脑脊液排出去。
根据本发明的在一个方面，提供了一种本发明所述流体驱动器件的给药方法，所述流体驱动器件被设置为可穿戴式，所述给药方法包括以下步骤：
步骤1、将所述流体驱动器件的植入元件(2)的进液口与储药库的出液口连接，将其排液口是通过具有生物兼容性的软管连接至给药位置；
步骤2、将所述流体驱动器件穿戴在体外，将所述具有生物兼容性的软管固定在体表；
步骤3、所述流体驱动器件的驱动元件(1)的挤压探头(3)通过电磁驱动的方式做往复运动，按压植入元件(2)腔体的合适位置，当腔体受压时，容积减小，将其内的药物释放；当挤压探头(3)回缩时，所述腔体上的压力撤去，腔体容积增大，将储药库中的药液吸入腔体内；
步骤4、如此往复的按压释放，将药液输送到目标位置。
附图说明
图1是本发明所述流体驱动器件的原理示意图。
图2是本发明所述流体驱动器件的排液原理图。
图3是本发明所述流体驱动器件的吸液原理图。
图4是根据本发明的一个实施例的植入式流体驱动器件引流房水示意图。
图5是根据本发明的一个实施例的植入式流体驱动器件治疗脑脊液示意图。
图6是根据本发明的一个实施例的穿戴式流体驱动器件给药示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图以及实施例，对本发明进一步详细描述。此处所描述的具体实施仅仅用于解释本发明，而并不是对本发明实施方式的限制
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述也可以完全理解本发明。
下面结合附图对本发明进一步的说明，但本发明并不局限于以下实施例。
图1是本发明所述的流体驱动器件原理示意图。本发明所述的流体驱动器件由植入元件(1)和驱动元件(2)组成。植入元件位于人体表皮下，驱动元件位于表皮上，通过束带或眼镜将驱动元件固定在人体表面。本发明提出的驱动元件主要涉及微型电机驱动、形状记忆合金驱动、磁致伸缩驱动、电磁驱动等驱动方式。流体驱动器通过外部驱动元件对植入元件的驱动腔反复挤压和释放进行驱动的。外部驱动元件由挤压探头(3)、固定支架(4)、驱动电源(5)、束带或眼镜框(6)组成。固定支架与皮肤接触端与体内植入元件匹配，确保挤压探头能够准确的作用于植入元件的受压位置。束带或眼镜框将外部动元件固定在目标位置。
图2示出了流体驱动器件的排液原理。当驱动元件驱动按压探头向下运动时，驱动腔的上承压板受到驱动探头的挤压，上承压板受力向下弯曲变形，驱动腔内空间减小，腔内液体受压向两侧流动，靠近进液口位置的瓣膜或单向阀受液体的作用力紧闭，靠近排液口位置的瓣膜或单向阀受液体的作用力打开，液体排出。
图3示出了流体驱动器件的吸液原理。当驱动元件的驱动探头向上运动时，驱动腔的上承压板受到的外部作用力撤去，上承压板恢复到原来的位置，驱动腔内的容积增大，内部压强较小，靠近进液口位置的瓣膜或单向阀打开，靠近排液口位置的瓣膜或单向阀紧闭，液体吸入驱动腔内
以下列出几个具体的实施例对本发明进一步进行阐述。
实施例1：如图4所示为植入式流体驱动器件引流房水示意图。将流体驱动器件的植入元件植入青光眼患者眼睛上方的皮下，通过生物兼容软管将流体驱动器件的入口与眼睛前房连接，其排液口通过医用软管连接到静脉或其他位置。驱动元件通过束带固定在植入元件的植入位置的表皮上，驱动元件的驱动探头在电机或其他方式的驱动下，作用于植入位置的表皮上，作用力经表皮传递到承压板，承压板发生变形，驱动腔容积发生改变。反复按压和释放流体驱动器件的承压板，流体驱动器件将患者前房多余的房水排出，使患者的眼压恢复到正常范围内，流体驱动器件的腔室上方受到挤压时，驱动腔的容积减小，其内的房水流出；压力释放后，流体驱动器件的腔室恢复原状，腔室容积增大，其内压强较小，吸入房水，如此循环。
实施例2：如图5所示为植入式流体驱动器件治疗脑脊液示意图。该流体驱动器件的植入元件是常闭的，将流体驱动器件的植入元件植入脑脊液患者头部一侧的皮下，在患者头部积水附近开一个小孔，将医用引流管一端固定在小孔内，另一端连接流体驱动器件的进液口。流体驱动器件的排液口是通过医用引流管与腹腔连接。将驱动元件安置在相应的眼镜腿上，驱动元件是通过微型电机进行驱动的。当电动机正旋，驱动探头伸长，按压驱动腔的上承压板，将流体驱动器件驱动腔内的脑脊液排出；释放时，电动机反旋，驱动探头收缩，释放驱动腔的上承压板，驱动腔恢复，容积增大，压强较低，脑脊液流入驱动腔内。如此反复的按压释放，将脑脊液排出去。
实施例3：如图6所示为穿戴式流体驱动器件给药示意图；流体驱动器件的进液口与储药库的出液口连接，其排液口是通过具有生物兼容性的软管连接至给药位置。流体驱动器件穿戴在体外，具有生物兼容性的软管固定在体表。电磁驱动元件驱动按压探头做往复运动，探头按压驱动腔的合适位置，腔室受压，容积减小，将其内的药物释放；探头回缩，驱动腔上的压力撤去，驱动腔容积增大，将储药库中的药液吸入驱动腔内。如此往复的按压释放，将药液输送到目标位置。
本发明的有益效果
本发明的有益效果是与目前常用的液体驱动器件(压电微泵、电磁微泵等)相比，该流体驱动器件将驱动部件设计在其外部，通过作用于流体驱动器件的顶部改变驱动腔的容积进行驱动。该器件具有结构简单、供能方便、驱动装置调控及维修方便等优点。
1、本发明提出的外部驱动的流体驱动器件是在体外进行驱动，大大减小了植入元件的体积、减少了植入元件的部件、简化了植入元件的结构。解决了植入式流体驱动器件供能、维护不便等问题。
2、本发明提出的外部驱动的流体驱动器件是可以通过微型电机、电磁、磁致伸缩、形状记忆合金、静电等方式驱动。
3、本发明提出的流体驱动器件，不仅可以植入体内，也可以穿戴，还可以应用在其它方面。
Claims (6)
1.一种用于生物医疗的外部驱动的流体驱动器件，其特征在于，该流体驱动器件是由植入元件(2)和驱动元件(1)组成；植入元件(2)位于人体表皮下，驱动元件(1)固定在人体外表面；所述驱动元件(1)由挤压探头(3)、固定支架(4)、驱动电源(5)、可穿戴式物件(6)组成；可穿戴式物件(6)将驱动元件(1)固定在目标位置上，固定支架(4)在皮肤接触端与体内植入元件(1)相匹配，使得挤压探头(3)能够作用于植入元件(2)的受压位置；所述植入元件(2)为一种可容纳液体的腔体，该腔体在两侧分别具有排液口和吸液口，包括上承压板、下承压板用于在腔体内打开或闭合液体流动的瓣膜或单向阀；
当驱动元件(1)驱动挤压探头(3)向下运动时，植入元件(2)所述的容纳液体的腔体的上承压板挤压向下弯曲变形，使得腔内液体受压向两侧流动，靠近进液口位置的瓣膜或单向阀受液体的作用力紧闭，靠近排液口位置的瓣膜或单向阀受液体的作用力打开，从而将液体排出；
当驱动元件(1)驱动挤压探头(3)向上运动时，植入元件(2)所述的容纳液体的腔体的上承压板受到的外部作用力撤去，上承压板恢复到原来的位置，靠近进液口位置的瓣膜或单向阀打开，靠近排液口位置的瓣膜或单向阀紧闭，液体吸入驱动腔内。
2.根据权利要求1所述的流体驱动器件，其特征在于，所述可穿戴式物件包括束带、眼镜、帽子或头盔。
3.根据权利要求1所述的流体驱动器件，其特征在于，所述驱动元件(1)通过电机驱动、形状记忆合金驱动、压电驱动、热驱动、超声或振动驱动、磁致伸缩驱动、电解驱动、热气驱动、电磁驱动或磁力驱动的方式进行驱动。
4.一种利用根据权利要求1-3任一所述的流体驱动器件治疗青光眼的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将流体驱动器件的植入元件(2)植入青光眼患者眼睛上方的表皮下；
步骤2、将流体驱动器件的植入元件(2)的进液口通过生物兼容软管与眼睛前房连接，将植入元件(2)的生物排液口通过医用软管连接到静脉或其他位置；
步骤3、通过束带将驱动元件(1)固定在植入元件(2)的植入位置的表皮上，驱动元件(1)的挤压探头(3)作用于植入元件(2)植入位置的表皮上，从而作用于植入元件(2)的腔体，根据需要排出或吸入房水，将眼压调解到正常水平。
5.一种利用根据权利要求1-3任一所述的流体驱动器件治疗脑脊液的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将流体驱动器件的植入元件(2)植入脑脊液患者头部一侧的皮下，所述植入元件(2)是常闭的；
步骤2、在患者头部积水附近开一个小孔，将医用引流管一端固定在小孔内，另一端连接植入元件(2)的进液口；
步骤3、通过医用引流管将植入元件(2)的排液口与腹腔连接；
步骤4、将驱动元件(1)安置在相应的眼镜腿上，所述驱动元件(1)是通过微型电机进行驱动的，当电动机正向旋转，驱动探头伸长，按压驱动腔的上承压板，将流体驱动器件驱动腔内的脑脊液排出；当电动机反向旋转，挤压探头(3)收缩，释放植入元件(2)腔体的上承压板，所述腔体恢复，容积增大，压强较低，脑脊液流入腔内；
步骤5、如此反复地按压释放植入元件，将脑脊液排出去。
6.一种根据权利要求1-3任一所述的流体驱动器件的给药方法，其特征在于，其中，所述给药方法包括以下步骤：
步骤1、将所述流体驱动器件的元件(2)的进液口与储药库的出液口连接，将其排液口是通过具有生物兼容性的软管连接至给药位置；
步骤2、将所述流体驱动器件穿戴在体外，将所述具有生物兼容性的软管固定在体表；
步骤3、所述流体驱动器件的驱动元件(1)的挤压探头(3)通过电磁驱动的方式做往复运动，按压植入元件(2)腔体的合适位置，当腔体受压时，容积减小，将其内的药物释放；当挤压探头(3)回缩时，所述腔体上的压力撤去，腔体容积增大，将储药库中的药液吸入腔体内；
步骤4、如此往复的按压释放，将药液输送到目标位置。
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| CN1703256A (zh) * | 2002-10-01 | 2005-11-30 | 波滕西亚医疗公司 | 用来使液压植入物工作的可植入泵 |
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2021
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