CN113368388A - 一种左心室辅助搏动式血泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种左心室辅助搏动式血泵，包括泵体和动力装置，泵体的一端设置有用于血液单向流入的泵体入口，其另一端设置有用于血液单向流出的泵体出口；动力装置包括线圈支架、线圈和永磁体；线圈支架环绕在泵体的外侧，且通过多个连接件与泵体连接；线圈支架上设置有多组线圈，泵体的外壁上设置有多个永磁体，每个永磁体均与其对应的线圈一一对应；多组线圈通电后产生磁场，多个永磁体受到对应线圈的磁场产生径向作用力，利用该径向作用力推动对应的永磁体和泵体的外壁进行周期性往复径向运动挤压泵体，使泵体容积周期性变化，从而达到模拟心脏搏动。该装置具有减少溶血性和防止血栓形成特点，有利于脏器的血液微循环并保护器官。

Description

一种左心室辅助搏动式血泵

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种左心室辅助搏动式血泵。

背景技术

心脏病是一类比较常见的循环系统疾病。循环系统疾病以心脏病最为多见，能显著地影响患者的劳动力。由于其发病突然，病情紧急，若救治不及时，则直接危及生命。对心脏病患者的急救，通常采用体外循环的方法，体外循环的关键设备就是人工血泵。人工血泵，即人工心脏血泵，是用来完全代替心脏工作的变速、变容量的小型泵。人工血泵的类型分为搏动式、叶片式和轴流式血泵。

几乎所有的人工血泵都存在不同程度的红细胞破坏及其他血液成分的破坏，即是血损现象。目前已经确认的主要有溶血和血栓两种。前者指红细胞的破裂，导致红细胞内的血红蛋白游离到血浆中：后者指血小板被激活后聚集，进而沉淀在血液接触面上。溶血和血栓都会造成受体生理紊乱，严重时甚至危及生命。所以，一直以来，这两者都是衡量血泵性能的重要因素。血栓和溶血形成的部位通常出现在泵内很少受到血流冲刷的血流滞止区和速度突变区。现有的研究表明，红细胞的破裂和血小板的激活均是由机械切应力引起的。所以目前所有的研究都是围绕提升血流量、降低泵体内部壁面剪切应力(wall shearstress，WSS)以及减少机械运动所产生的摩擦，并在此基础上不断优化设计泵体及内部形状。在短时间辅助中，搏动血流与非搏动血流对机体灌注的影响差异并不显著，但在长时间辅助时，搏动血流对组织灌注效果明显优于非搏动血流灌注，这是因为前者符合生理灌注，与人体心脏工作的生理机能相符合。叶片式血泵容易造成血液破坏，造成较高的溶血性。

左心室辅助搏动式血泵可以提供搏动性血流，避免高速旋转叶轮以及其他机械磨损对血细胞的损伤，降低溶血性。但是在现有的搏动式血泵中，依然存在某些问题，比如血液与搏动装置的直接接触，容易使部分接触搏动装置的血细胞受到较高的剪切力，形成溶血。因此，有必要提供一种新的左心室辅助搏动式血泵，在泵体内没有其他装置，避免了血液与动力装置的直接接触，保护血细胞不受较高剪切力的剪切，降低了溶血性问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种血液与动力装置不直接接触的新型左心室辅助搏动式血泵。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种左心室辅助搏动式血泵，包括：

泵体，其一端设置有用于血液单向流入的泵体入口，其另一端设置有用于血液单向流出的泵体出口；

动力装置，包括线圈支架、线圈和永磁体；所述线圈支架环绕在所述泵体的外侧，且通过多个连接件与所述泵体连接；所述线圈支架上设置有多组线圈，所述泵体的外壁上设置有多个永磁体，每个所述永磁体均与其对应的线圈一一对应；

多组线圈通电后产生磁场，多个永磁体受到对应线圈的磁场产生径向作用力，利用该径向作用力推动对应的永磁体和泵体的外壁进行周期性往复径向运动挤压泵体。

进一步，所述泵体的外壁上沿轴向设置有多条棱，所述泵体的每条棱处均做圆滑处理，且所述泵体的每条棱处均设置有2根轮毂，每根所述轮毂均通过连接件与所述线圈支架连接。

更进一步，所述泵体呈梭形，每根所述轮毂的一端均与所述泵体入口连接，每根所述轮毂的另一端均与所述泵体出口连接。

更进一步，所述泵体的相邻两条棱之间均设置有活动侧壁，多个所述活动侧壁上的永磁体的数量均相同。

更进一步，每个所述永磁体受到对应线圈的磁场产生的径向作用力，该径向作用力的方向与其对应的活动侧壁垂直，利用该径向作用力推动对应的活动侧壁进行周期性往复径向运动挤压泵体。

进一步，所述泵体是能够沿轴向拉伸或收缩的囊体，所述囊体的材料采用具有生物相容性的高分子聚合物弹性材料。

进一步，所述泵体入口的一端设置有喇叭形入口段，所述喇叭形入口段的尺寸沿血液流动方向依次减小；

所述泵体出口的一端设置有喇叭形出口段，所述喇叭形出口段的尺寸沿血液流动方向依次增大。

更进一步，所述泵体入口的另一端设置有直形入口段，所述直形入口段设置于所述喇叭形入口段与所述泵体之间；

所述泵体出口的另一端设置有直形出口段，所述直形出口段设置于所述喇叭形出口段与所述泵体之间；

所述直形入口段与所述直形出口段内均设置有单向阀或者单向脉瓣。

本发明的有益效果：

1、本发明的左心室辅助搏动式血泵主要由泵体和动力装置组成。泵体内部做圆滑处理，最大限度地降低剪切力，减少溶血性，防止血栓。将动力装置安装在泵体的外部，血液没有受到轴流式血泵内部流场的非生理性流动产生的剪切应力，也没有受到离心式叶轮高速旋转情况下的剪切力，也不会直接接触搏动装置，不会受到机械磨损造成血细胞损伤，减少溶血概率。同时泵体和单向脉瓣采用良好血流特性和生物相容性的高分子聚合物的弹性材料制作，亦能防止血栓形成。

2、本发明的动力装置中，永磁体和线圈均匀分布在泵体的外围，并且线圈的位置与对应的永磁体一一对应；使得线圈通电后产生周期性磁力，永磁体收到对应线圈的磁场作用而产生径向作用力，该径向作用力与泵体侧壁垂直，利用该径向作用力可推动对应的泵体侧壁和永磁体进行周期性往复径向运动挤压泵体，使泵体容积发生周期性变化，从而达到模拟心脏搏动。本发明提供的血泵模拟心脏的自然节律搏动，具有减少溶血性和防止血栓形成特点，有利于脏器的血液微循环并保护器官。

附图说明

图1为本发明实施例的左心室辅助搏动式血泵的结构示意图。

图2为本发明实施例中泵体的截面结构示意图。

图3为本发明实施例中泵体的泵体入口和泵体出口的装配结构示意图。

图4为本发明实施例中泵体无变形时的结构示意图。

图5为本发明实施例中泵体舒张状态时的结构示意图。

图6为本发明实施例中泵体收缩状态时的结构示意图。

图中：1、泵体；101、活动侧壁；2、泵体入口；201、喇叭形入口段；202、直形入口段；3、泵体出口；301、喇叭形出口段；302、直形出口段；4、线圈支架；5、线圈；6、永磁体；7、连接件；8、轮毂；9、单向阀或者单向脉瓣。

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明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

请参阅图1，为本发明实施例所提供的一种左心室辅助搏动式血泵的结构示意图。该左心室辅助搏动式血泵包括：泵体1和动力装置，其中动力装置位于泵体1的外部，避免血液与动力装置的直接接触，保护泵体内的血细胞不受较高剪切力的剪切，避免溶血性问题。具体地，动力装置包括线圈支架4、线圈5和永磁体6；线圈支架4环绕在泵体1的外侧，且通过多个连接件7与泵体1连接；线圈支架4上设置有多组线圈5，泵体1的外壁上设置有多个永磁体6，每个永磁体6均与其对应的线圈5一一对应；多组线圈5通电后产生磁场，多个永磁体6受到对应线圈5的磁场产生径向作用力，利用该径向作用力推动对应的永磁体6和泵体1的外壁进行周期性往复径向运动挤压泵体1。本实施方式中，线圈支架4是由4个弧形架组成的圆环形结构，且4个弧形架依次首尾连接。线圈支架4套设在泵体的外部，且与泵体1之间具有间隙空间，可确保泵体的收缩和舒张不受线圈支架的影响，还能通过连接件起到稳定泵体的作用。连接件为金属架，其两端分别与泵体和线圈支架固定连接。当然，每组线圈的磁场作用方向均朝向永磁体，并垂直于泵体侧壁。

请参阅图1至图2，泵体1呈梭形，其两端的尺寸小于其中部的尺寸。线圈支架可以装配在泵体的中部上。泵体1的一端设置有用于血液单向流入的泵体入口2，其另一端设置有用于血液单向流出的泵体出口3；在泵体入口2和泵体出口3内均设置有单向阀或者单向脉瓣9，起到防止血液倒流的作用。在此，泵体的收缩和舒张主要由动力装置驱动，从而模拟心脏搏动，使泵体容积发生周期性变化。且具有减少溶血性和防止血栓形成特点，有利于脏器的血液微循环并保护器官。

为了使血液在不再受动力装置驱动时，还能保持泵体的收缩和舒张，并使血液持续由心脏驱动流经泵体进入动脉血管内。泵体1是能够沿轴向拉伸或收缩的囊体，囊体的侧面形状呈梭形，囊体以及泵体入口和泵体出口内的脉瓣，全部采用良好血流特性和生物相容性的高分子聚合物弹性材料，例如尼龙、涤纶(Dacron)、聚四氟乙稀(PTFE)制作，保证具有足够的疲劳强度的同时，防止血栓的形成。当然，泵体入口2和泵体出口3均采用喇叭口的设计，例如，如图3所示，泵体入口2的一端设置有喇叭形入口段201，喇叭形入口段201的尺寸沿血液流动方向依次减小；泵体出口3的一端设置有喇叭形出口段301，喇叭形出口段301的尺寸沿血液流动方向依次增大。另外，泵体入口2的另一端设置有直形入口段202，直形入口段202设置于喇叭形入口段201与泵体1之间；泵体出口3的另一端设置有直形出口段302，直形出口段302设置于喇叭形出口段301与泵体1之间；直形入口段202与直形出口段302内均设置有单向阀或者单向脉瓣9，方向相同，防止血液倒流，以保证血液平稳，正常流入和流出。

本实施方式中，永磁体带动泵体发生周期性形变，使泵体容积发生周期性变化，舒张时产生负压，泵体入口处的单向阀或单向脉瓣打开，泵体出口处的单向阀或单向脉瓣关闭，血液从泵体入口被吸入；收缩时产生正压，泵体入口处的单向阀或单向脉瓣关闭，泵体出口处的单向阀或单向脉瓣打开，血液从泵体出口被挤出。随着泵体容积的变化，产生压力差，实现血液被吸入和挤出泵体，单向阀或单向脉瓣的有规律地开启和关闭，且方向一致，让血液单方向流动。泵体的入口和出口段采用喇叭口的设计，有利于血液快速地流入和流出泵体。在此，泵体的入口段和出口段采用喇叭口的设计，或者采用圆锥形设计，且方向相反。而泵体的入口段和出口段的喇叭口或圆锥形设计，有助于血液在不再受泵体的收缩和舒张作用时，仍然能够继续由心脏驱动流经泵体进入动脉血管，保持原有的血液循环。

为了保证泵体的主体结构不变形，泵体1的外壁上沿轴向设置有多条棱，泵体1的每条棱处均做圆滑处理，且泵体1的每条棱处均设置有2根轮毂8，每根轮毂8均通过连接件7与线圈支架4连接。每根轮毂8的一端均与泵体入口2连接，每根轮毂8的另一端均与泵体出口3连接。本实施方式中，在泵体的棱处外侧附着2根金属轮毂8，保证泵体的主体结构不变形，且方便泵体与线圈支架之间的稳定连接。在泵体的外部设置动力装置以提供动力，使得泵体周期性搏动，完成血泵的功能。在泵体结构方面，最大限度的降低剪切力，减少溶血性，防止血栓。

具体地，泵体1的相邻两条棱之间均设置有活动侧壁101，多个活动侧壁101上的永磁体6的数量均相同。每个永磁体6受到对应线圈5的磁场产生的径向作用力，该径向作用力的方向与其对应的活动侧壁101垂直，利用该径向作用力推动对应的活动侧壁101进行周期性往复径向运动挤压泵体1。

请参阅图1，为本发明的左心室辅助搏动式血泵的一个实施例。在本实施方式中，泵体1是能够沿轴向拉伸或收缩的囊体，囊体以及泵体入口和泵体出口内的脉瓣，全部采用良好血流特性和生物相容性的高分子聚合物弹性材料，例如尼龙、涤纶(Dacron)、聚四氟乙稀(PTFE)制作，保证具有足够的疲劳强度的同时，防止血栓的形成。当然，泵体的入口段和出口段上还设置有导管，单向阀或单向脉瓣的接口端与导管连接，用于形成单向血液流入或流出，且对血细胞破坏小。使用时，血液从入口段流入，流进泵体。由于泵体能够沿轴向拉伸和收缩，有利于泵体容积发生变化，容积变大时泵体舒张产生负压，血液从泵体入口被吸入；容积变小时泵体收缩产生正压，血液从泵体出口被挤出。其中，入口段和出口段内部加设单向脉瓣，以防止血液倒流。泵体充满血液以后，打开动力装置血泵开始工作，泵体受到挤压，体积减小，由于入口段含有脉瓣无法回流，保证血流流向，血液会自行流到出口段。通过控制泵体大小，动力装置工作时间和出入口段直径，可以使得血液受挤压单次流量满足人体血液需求，极大限度的模拟真实心脏跳动。

泵体1的截面采用类似正方体的设计，在泵体在外部设置4条棱，每条棱均具有2根金属轮毂，整个泵体都做圆滑处理，以防止血液流动时受到较大剪切力造成溶血，同时在泵体棱处外侧附着两根金属轮毂，以保证泵体在多次挤压循环之后，形状不会变化造成血液单次流量的减小。同时，泵体与线圈支架固定连接，能够保证泵体的主体结构不变形，起到稳定泵体结构的作用。其中泵体的厚度在1～10mm。

另外，动力装置中，永磁体和线圈均匀的分布在泵体的外侧，为泵体的提供周期性搏动的动力。在此，永磁体的数量为8个，线圈的数量为8组，其中每个泵体侧壁上均具有2个永磁体，且对称分布。线圈位于泵体的径向方向上，且线圈与永磁体之间的作用力垂直于泵体侧壁。当线圈连接交变电源，为线圈交替供电时，会产生周期性磁力，吸引永磁体周期性移动，永磁体带动泵体发生周期性形变，挤压泵体使得血液从出口段流出，使泵体容积发生周期性变化，从而达到模拟心脏搏动的特点。当然，线圈与永磁体的几何中心严格的符合几何规律，以保证泵体受到挤压后，能够更好的使得四个面发生差别不大的变形，更易于变形为我们所设计的形状。线圈和永磁体如此设置，使得线圈和永磁体在位置上不存在角度偏差。如此，可以使得永磁体的受力严格垂直于泵体侧面，泵体更易于变形为我们所设计的形状。线圈安置在线圈架上，通过电路实现线圈的交替供电，使得泵体周期性受到挤压以模拟真实心脏跳动。线圈的电路是现有技术，在此不做赘述。

请参阅图4至图6，泵体在线圈和永磁体的作用下，形状以“图4-图5-图4-图6-图4-......”循环变化。泵体侧壁的弧形角度由线圈的圈数决定，并不是固定的位置，仅作为参考以阐述泵体的外形变化。

使用本发明实施例提供的左心室辅助搏动式血泵的过程如下：

泵体入口段的输入口通过心脏插管连接到心脏左心室，同时泵体出口段的输出口通过动脉插管连接到动脉血管。启动动力装置，线圈开始规律性产生磁场，使得泵体周期性收缩和舒张，当血液流入泵体内时，泵体舒张，产生舒张压，由于入口段和出口段的脉瓣作用，使泵体中的血液不能经插入心脏的管道而流回心脏，只能经泵体和出口段流入动脉血管；这样泵体不停的收缩和舒张，产生收缩压和舒张压，提供辅助的血液循环的动力。这样泵体周而复始地舒张和收缩，使得泵体像心脏一样抽出心脏中的血液，泵入动脉血管，辅助完成血液循环过程。停止治疗，即关闭动力装置时，血液就不再受泵体的收缩和舒张，但血液还能继续由心脏驱动流经泵体进入动脉血管，保持原有的血液循环。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种左心室辅助搏动式血泵，其特征在于，包括：

泵体(1)，其一端设置有用于血液单向流入的泵体入口(2)，其另一端设置有用于血液单向流出的泵体出口(3)；

动力装置，包括线圈支架(4)、线圈(5)和永磁体(6)；所述线圈支架(4)环绕在所述泵体(1)的外侧，且通过多个连接件(7)与所述泵体(1)连接；所述线圈支架(4)上设置有多组线圈(5)，所述泵体(1)的外壁上设置有多个永磁体(6)，每个所述永磁体(6)均与其对应的线圈(5)一一对应；

多组线圈(5)通电后产生磁场，多个永磁体(6)受到对应线圈(5)的磁场产生径向作用力，利用该径向作用力推动对应的永磁体(6)和泵体(1)的外壁进行周期性往复径向运动挤压泵体(1)。

2.根据权利要求1所述的左心室辅助搏动式血泵，其特征在于，所述泵体(1)的外壁上沿轴向设置有多条棱，所述泵体(1)的每条棱处均做圆滑处理，且所述泵体(1)的每条棱处均设置有2根轮毂(8)，每根所述轮毂(8)均通过连接件(7)与所述线圈支架(4)连接。

3.根据权利要求2所述的左心室辅助搏动式血泵，其特征在于，所述泵体(1)呈梭形，每根所述轮毂(8)的一端均与所述泵体入口(2)连接，每根所述轮毂(8)的另一端均与所述泵体出口(3)连接。

4.根据权利要求2所述的左心室辅助搏动式血泵，其特征在于，所述泵体(1)的相邻两条棱之间均设置有活动侧壁(101)，多个所述活动侧壁(101)上的永磁体(6)的数量均相同。

5.根据权利要求4所述的左心室辅助搏动式血泵，其特征在于，每个所述永磁体(6)受到对应线圈(5)的磁场产生的径向作用力，该径向作用力的方向与其对应的活动侧壁(101)垂直，利用该径向作用力推动对应的活动侧壁(101)进行周期性往复径向运动挤压泵体(1)。

6.根据权利要求1所述的左心室辅助搏动式血泵，其特征在于，所述泵体(1)是能够沿轴向拉伸或收缩的囊体，所述囊体的材料采用具有生物相容性的高分子聚合物弹性材料。

7.根据权利要求1所述的左心室辅助搏动式血泵，其特征在于，所述泵体入口(2)的一端设置有喇叭形入口段(201)，所述喇叭形入口段(201)的尺寸沿血液流动方向依次减小；

所述泵体出口(3)的一端设置有喇叭形出口段(301)，所述喇叭形出口段(301)的尺寸沿血液流动方向依次增大。

8.根据权利要求7所述的左心室辅助搏动式血泵，其特征在于，所述泵体入口(2)的另一端设置有直形入口段(202)，所述直形入口段(202)设置于所述喇叭形入口段(201)与所述泵体(1)之间；

所述泵体出口(3)的另一端设置有直形出口段(302)，所述直形出口段(302)设置于所述喇叭形出口段(301)与所述泵体(1)之间；

所述直形入口段(202)与所述直形出口段(302)内均设置有单向阀或者单向脉瓣(9)。

Images