CN114099942B - 一种用于心室功能辅助的软体驱动器及驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于心室功能辅助的软体驱动器及驱动方法，该用于心室功能辅助的软体驱动器包括：软体驱动单元，软体驱动单元包括第一驱动单元组和第二驱动单元组，第一驱动单元组和第二驱动单元组其中一者升压时收缩，另一者降压时收缩；第一柱塞泵，第一柱塞泵包括第一柱塞和第一缸体，第一柱塞将第一缸体分为第一容腔和第二容腔，第一容腔通过第一管路和第一驱动单元组连通，第二容腔通过第二管路和第二驱动单元组连通；第一驱动电机，第一驱动电机与第一柱塞连接。该方案可以有效减小流体驱动控制系统的体积。
Description
技术领域
本发明属于软体驱动器技术领域，特别涉及一种用于心室功能辅助的软体驱动器及驱动方法。
背景技术
软体心室功能辅助装置是一种可以帮助终末期心衰患者的心脏恢复舒缩泵血功能的装置。软体心室功能辅助装置通过对心室施加机械挤压，从而驱动衰竭的心脏恢复舒缩功能。软体心室功能辅助装置通常由软体驱动器、流体驱动控制系统组成。其中，软体驱动器内分布有一组流体驱动单元(Pneumatic Actuators)，如流体驱动人工肌肉(Pneumatic Artificial Muscles)，通常有气体驱动、液压驱动两种工作方式；驱动控制系统则由压力流体生成装置(如空气压缩机)、控制单元等组成。在其工作过程中，驱动控制系统产生压力流体，通过控制驱动单元内流体的升压/降压，改变驱动单元的长度，实现软体驱动器的径向收缩和斜向扭转，从而辅助心室舒缩运动。
现有技术中，流体驱动控制系统由空气压缩机(Portable Pump or CompressedAir Supplies)提供压缩气体，由气阀(例如电磁阀、比例阀等)控制气流的通断和压力。通过控制不同时刻各个驱动单元(流体驱动人工肌肉)的气压，实现软体驱动器的径向收缩和斜向扭转(twist)，从而辅助心室恢复舒缩功能。该系统依赖空气压缩机以及气阀(电磁阀、比例阀)等，导致系统整体庞大，不适宜临床应用。
发明内容
本说明书实施例的目的是提供一种用于心室功能辅助的软体驱动器及驱动方法。
为解决上述技术问题，本申请实施例通过以下方式实现的：
第一方面，本申请提供一种用于心室功能辅助的软体驱动器，包括：
软体驱动单元，软体驱动单元包括第一驱动单元组和第二驱动单元组，第一驱动单元组和第二驱动单元组其中一者升压时收缩，另一者降压时收缩；
第一柱塞泵，第一柱塞泵包括第一柱塞和第一缸体，第一柱塞将第一缸体分为第一容腔和第二容腔，第一容腔通过第一管路和第一驱动单元组连通，第二容腔通过第二管路和第二驱动单元组连通；
第一驱动电机，第一驱动电机与第一柱塞连接。
在其中一个实施例中，还包括：
第二柱塞泵，第二柱塞泵包括第二柱塞和第二缸体，第二柱塞将第二缸体分为第三容腔和第四容腔，第三容腔通过第三管路与第二管路连通；
第二驱动电机，第二驱动电机与第二柱塞连接。
在其中一个实施例中，软体驱动单元还包括：
设置于心脏外侧的本体；第一驱动单元组内嵌于本体内；第二驱动单元组内嵌于本体内。
在其中一个实施例中，第一驱动单元组和第二驱动单元组交错分布。
在其中一个实施例中，第一驱动单元组包括至少一个第一驱动单元。
在其中一个实施例中，第二驱动单元组包括至少一个第二驱动单元。
在其中一个实施例中，软体驱动单元包裹在心脏外侧或软体驱动单元半包裹在心脏外侧。
第二方面，本申请提供一种基于如第一方面的一种用于心室功能辅助的软体驱动器的驱动方法，该方法包括：
在一个心动周期开始时，第一驱动电机驱动第一柱塞泵的第一柱塞在第一缸体内向第一容腔方向运动，第二容腔容积增大，第一容腔容积减小，使得第二容腔的压力减小，第二驱动单元组收缩/舒张，第一容腔的压力增大，第一驱动单元组收缩/舒张；
第一驱动电机驱动第一柱塞泵的第一柱塞在第一缸体内向第二容腔方向运动，第二容腔容积减小，第一容腔容积增大，使得第二容腔的压力增大，第二驱动单元组舒张/收缩，第一容腔的压力减小，第一驱动单元组舒张/收缩。
在其中一个实施例中，当第一驱动电机驱动第一柱塞泵的第一柱塞在第一缸体内向第一容腔方向运动时或当第一驱动电机驱动第一柱塞泵的第一柱塞在第一缸体内向第二容腔方向运动时，第二驱动电机驱动第二柱塞泵的第二柱塞在第二缸体内运动，以调节第一容腔和第二容腔的压力比例。
由以上本说明书实施例提供的技术方案可见，该方案采用第一柱塞泵同时产生高压和低压两种流体，分别驱动第一驱动单元组和第二驱动单元组两种类型的流体驱动单元，同时产生径向收缩、斜向扭转运动，通过第一柱塞的位置控制软体驱动器的运动状态，相比于使用空气压缩机的方式产生压缩流体，可以有效减小流体驱动控制系统的体积。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的用于心室功能辅助的软体驱动器的结构示意图；
图2为本申请提供的软体驱动单元的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，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，都应当属于本说明书保护的范围。
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
在不背离本申请的范围或精神的情况下，可对本申请说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本申请的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本申请中的“份”如无特别说明，均按质量份计。
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。
参照图1，其示出了适用于本申请实施例提供的用于心室功能辅助的软体驱动器的结构示意图。
如图1所示，用于心室功能辅助的软体驱动器，可以包括：
如图2所示的软体驱动单元，软体驱动单元包括第一驱动单元组11和第二驱动单元组12，第一驱动单元组11和第二驱动单元组12其中一者升压时收缩，另一者降压时收缩；
第一柱塞泵20，第一柱塞泵20包括第一柱塞201和第一缸体202，第一柱塞201将第一缸体202分为第一容腔2021和第二容腔2022，第一容腔2021通过第一管路30和软体驱动单元的第一驱动单元组11连通，第二容腔2022通过第二管路40和软体驱动单元的第二驱动单元组12连通；
第一驱动电机50，第一驱动电机50与第一柱塞201连接。
可选的，软体驱动单元还包括：设置于心脏外侧的本体10；第一驱动单元组11内嵌于本体10内；第二驱动单元组12内嵌于本体10内。
可选的，第一驱动单元组11和第二驱动单元组12交错分布。
其中，软体驱动单元包裹或半包裹在心脏外侧，可以为杯状或圆锥状等。本体10可以采用硅胶或水凝胶等软体材料。本体10可以为空腔结构，也可以不为空腔结构。
在本体10中嵌入第一驱动单元组11和第二驱动单元组12，第一驱动单元组11和第二驱动单元组12均可以采用人工肌肉。
第一驱动单元组11和第二驱动单元组12为两种不同类型的流体驱动单元(Pneumatic Actuators)，其中一者在升压时收缩，另一者在降压时收缩。例如，若第一驱动单元组11为在升压时收缩，则第二驱动单元组12在降压时收缩；反之，若第一驱动单元组11为在降压时收缩，则第二驱动单元组12在升压时收缩，这里对此不作限制，只要两者分别为高压和低压流体驱动的不同类型的人工肌肉即可。下述实施例中以第一驱动单元组11在升压时收缩，而第二驱动单元组12在降压时收缩为例进行说明。
第一驱动单元组11和第二驱动单元组12交错分布，则可以将其中一者设置为横向，另一者设置为斜向。例如，若第一驱动单元组11为横向，则第二驱动单元组12为斜向；反之，若第一驱动单元组11为斜向，则第二驱动单元组12为横向，这里对此不作限制。下述实施例中以第一驱动单元组11为横向，第二驱动单元组12为斜向为例进行说明。
第一驱动单元组11升压收缩时，使软体驱动器收缩，进而驱使心室发生收缩，第二驱动单元组12降压收缩时，使软体驱动器斜向扭转，进而驱使心室发生扭转。软体驱动器在第一驱动单元组11和第二驱动单元组的驱动下周期性收缩和扭转，从而辅助心室恢复收缩、扭转和泵血功能。
第一驱动单元组包括至少一个第一驱动单元，第一驱动单元的数量可以根据实际需求进行设置，只需要能驱动心室发生收缩即可。当第一驱动单元组包括至少两个第一驱动单元时，至少两个第一驱动单元可以平行排列设置，可以使作用于心室的力更均衡，并且平行设置不会产生相互抵消的力，可以减少产生收缩时提供的驱动力。
第二驱动单元组包括至少一个第二驱动单元，第二驱动单元的数量可以根据实际需求进行设置，只需要能驱动心室发生扭转即可。
第一柱塞泵20在第一驱动电机50的驱动下，能够在第一缸体202内左右滑动，使得第一容腔2021和第二容腔2022内的气压发生变化(同时产生高压、低压两种流体)，高压和低压两种流体分别通过第一管路30和第二管路40分别使软体驱动器内的横向驱动单元组和斜向驱动单元组同时产生收缩形变或同时舒张，控制软体驱动器产生径向收缩、扭转运动或同时舒张，辅助心室恢复泵血功能。
其中，第一驱动电机50按照心脏跳动的频率周期性的驱动第一柱塞泵20。
本申请实施例提供的用于心室功能辅助的软体驱动器，采用第一柱塞泵同时产生高压和低压两种流体，分别驱动第一驱动单元组和第二驱动单元组两种类型的流体驱动单元，同时产生径向收缩、斜向扭转运动，通过第一柱塞的位置控制软体驱动器的运动状态，相比于使用空气压缩机的方式产生压缩流体，可以有效减小流体驱动控制系统的体积。
在一个实施例中，继续参照图1，用于心室功能辅助的软体驱动器，还包括：
第二柱塞泵60，第二柱塞泵60包括第二柱塞601和第二缸体602，第二柱塞601将第二缸体602分为第三容腔6021和第四容腔6022，第三容腔6021通过第三管路70与第二管路40连通；
第二驱动电机80，第二驱动电机80与第二柱塞601连接。
具体的，第二柱塞泵60在第二驱动电机80的驱动下，能够在第二缸体602内左右滑动，使得第三容腔6021和第四容腔6022内的气压发生变化，由于第三容腔6021通过第三管路70与第二管路40连通，从而可以调节第二容腔2022的压力，即调节第一容腔2021和第二容腔2022内的高压、低压两种流体的比例。该比例可以根据传感器测量的结果进行实时调节，即可以调节使得横向收缩时压力增大或斜向收缩时压力增大等。
本申请实施例还提供了一种用于心室功能辅助的软体驱动器的驱动方法，可以包括：
在一个心动周期开始时，第一驱动电机驱动第一柱塞泵的第一柱塞在第一缸体内向第一容腔方向运动，第二容腔容积增大，第一容腔容积减小，使得第二容腔的压力减小，第二驱动单元组收缩/舒张，第一容腔的压力增大，第一驱动单元组收缩/舒张；
第一驱动电机驱动第一柱塞泵的第一柱塞在第一缸体内向第二容腔方向运动，第二容腔容积减小，第一容腔容积增大，使得第二容腔的压力增大，第二驱动单元组舒张/收缩，第一容腔的压力减小，第一驱动单元组舒张/收缩。
具体的，如图1所示，第一容腔与第一驱动单元组(即横向驱动单元组)连通，第二容腔与第二驱动单元组(即斜向驱动单元组)连通。
在一个心动周期开始时，第一驱动电机驱动第一柱塞泵的第一柱塞在第一缸体内向第一容腔方向运动，从而使第二容腔容积增大，第一容腔容积减小，由于第一柱塞泵中容腔体积发生变化，从而使第二容腔的压力减小，进而使斜向驱动单元组收缩，同时，第一容腔的压力增大，进而使横向驱动单元组收缩，在横向驱动单元组和斜向驱动单元组的共同作用下，软体驱动器收缩并扭转，从而带动心室产生收缩及扭转，辅助心脏收缩泵血功能。接下来，第一驱动电机驱动第一柱塞泵的第一柱塞在第一缸体内向第二容腔方向运动，从而使第二容腔压力增大、第一容腔压力减小，进而使横向驱动单元组和斜向驱动单元组舒张，带动心室恢复舒张状态。
在一个实施例中，当第一驱动电机驱动第一柱塞泵的第一柱塞在第一缸体内向第一容腔方向运动时或当第一驱动电机驱动第一柱塞泵的第一柱塞在第一缸体内向第二容腔方向运动时，第二驱动电机驱动第二柱塞泵的第二柱塞在第二缸体内运动，以调节第一容腔和第二容腔的压力比例。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
Claims (6)
1.一种用于心室功能辅助的软体驱动器，其特征在于，包括：
软体驱动单元，所述软体驱动单元包括第一驱动单元组和第二驱动单元组，所述第一驱动单元组和所述第二驱动单元组其中一者升压时收缩，另一者降压时收缩，所述第一驱动单元组和所述第二驱动单元组交错分布，所述第一驱动单元组为横向，所述第二驱动单元组为斜向，其中，所述第一驱动单元组升压收缩时，使软体驱动器收缩，进而驱使心室发生收缩，所述第二驱动单元组降压收缩时，使软体驱动器斜向扭转，进而驱使心室发生扭转，软体驱动器在所述第一驱动单元组和所述第二驱动单元组的驱动下周期性收缩和扭转，从而辅助心室恢复收缩、扭转和泵血功能；
所述软体驱动单元还包括设置于心脏外侧的本体，所述本体采用硅胶或水凝胶材料；所述第一驱动单元组内嵌于所述本体内；所述第二驱动单元组内嵌于所述本体内，所述第一驱动单元组和所述第二驱动单元组采用人工肌肉；
第一柱塞泵，所述第一柱塞泵包括第一柱塞和第一缸体，所述第一柱塞将所述第一缸体分为第一容腔和第二容腔，所述第一容腔通过第一管路和所述第一驱动单元组连通，所述第二容腔通过第二管路和所述第二驱动单元组连通；
第一驱动电机，所述第一驱动电机与所述第一柱塞连接；
第二柱塞泵，所述第二柱塞泵包括第二柱塞和第二缸体，所述第二柱塞将所述第二缸体分为第三容腔和第四容腔，所述第三容腔通过第三管路与所述第二管路连通；
第二驱动电机，所述第二驱动电机与所述第二柱塞连接。
2.根据权利要求1所述的用于心室功能辅助的软体驱动器，其特征在于，所述第一驱动单元组包括至少一个第一驱动单元。
3.根据权利要求1所述的用于心室功能辅助的软体驱动器，其特征在于，所述第二驱动单元组包括至少一个第二驱动单元。
4.根据权利要求1所述的用于心室功能辅助的软体驱动器，其特征在于，所述软体驱动单元包裹在所述心脏外侧或所述软体驱动单元半包裹在所述心脏外侧。
5.一种基于如权利要求1所述的一种用于心室功能辅助的软体驱动器的驱动方法，其特征在于，所述方法包括：
在一个心动周期开始时，第一驱动电机驱动第一柱塞泵的第一柱塞在第一缸体内向第一容腔方向运动，第二容腔容积增大，所述第一容腔容积减小，使得所述第二容腔的压力减小，第二驱动单元组收缩，所述第一容腔的压力增大，第一驱动单元组收缩；
所述第一驱动电机驱动所述第一柱塞泵的所述第一柱塞在所述第一缸体内向所述第二容腔方向运动，所述第二容腔容积减小，所述第一容腔容积增大，使得所述第二容腔的压力增大，所述第二驱动单元组舒张，所述第一容腔的压力减小，所述第一驱动单元组舒张。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述第一驱动电机驱动第一柱塞泵的第一柱塞在第一缸体内向第一容腔方向运动时或当所述第一驱动电机驱动所述第一柱塞泵的所述第一柱塞在所述第一缸体内向所述第二容腔方向运动时，第二驱动电机驱动第二柱塞泵的第二柱塞在第二缸体内运动，以调节所述第一容腔和所述第二容腔的压力比例。
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| CN202111421608.8A Active CN114099942B (zh) | 2021-11-26 | 2021-11-26 | 一种用于心室功能辅助的软体驱动器及驱动方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109938994A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-06-28 | 曾建新 | 一种人工心脏辅助装置 |
| CN212342142U (zh) * | 2019-12-28 | 2021-01-12 | 上海市东方医院（同济大学附属东方医院） | 用于模拟心脏外科手术的培训装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7074176B2 (en) * | 2003-05-15 | 2006-07-11 | Innovamedica S.A. De C.V. | Air-pressure powered driver for pneumatic ventricular assist devices |
-
2021
- 2021-11-26 CN CN202111421608.8A patent/CN114099942B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109938994A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-06-28 | 曾建新 | 一种人工心脏辅助装置 |
| CN212342142U (zh) * | 2019-12-28 | 2021-01-12 | 上海市东方医院（同济大学附属东方医院） | 用于模拟心脏外科手术的培训装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 用于评估心室辅助装置的人体循环系统半实物仿真模型;李虹磊;杨明;李世阳;;中国医疗器械杂志(01);全文 * |
| 直接心室辅助致动方法的现状与发展;杨明;臧旺福;;生物医学工程学进展(01);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114099942A (zh) | 2022-03-01 |
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Legal Events
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