CN114225212A - 一种用于人工心脏的非接触驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于人工心脏的非接触驱动系统，属于生物医学工程领域。该系统通过励磁线圈带动位于体外的主动磁体，主动磁体在旋转的同时，通过磁场磁力的耦合作用，带动位于体内人工心脏内的被动磁体转动，同时被动磁体带动人工心脏叶轮旋转做功。主动磁体和被动磁体之间，可根据病人自身的解剖结构，存在一定的空间角度α(0≤α≤90°)，可以适用于更多的病人，同时能够提高自身的稳定性和安全性。此外，该非接触驱动系统完全靠磁场的耦合驱动，取消了经皮导线，大大降低了患者的感染风险和其他的并发症。并且，本系统能够更好的保持驱动系统的稳定性，减小振动和磨损，提高安全性和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用励磁线圈驱动的非接触驱动系统，特别涉及用于人工心脏的非接触式永磁体体外磁场驱动系统。
背景技术
心血管疾病的发病率成逐年上升趋势，心源性休克，心脏功能衰竭属危重病患死亡率极高，人工心室辅助装置(血泵)无论作为治疗措施，还是作为心脏移植的过渡性支持都具有十分重要的临床价值。血泵作为一种血液供给的辅助机械，依靠气动、电动或磁力使血液产生压力差，为人体的循环系统提供辅助支持。
虽然国内外人工心脏经历了数十年的研究，已经有很多产品问世，并且部分型号已经在临床上得到了广泛的使用。但是从临床应用来看，人工心脏在使用过程中仍然存在一些关键性的问题未能得到彻底解决，影响人工心脏长期的使用。人工心脏除了会带来一定的血栓和溶血问题之外，突出存在的问题有电源问题和电机发热问题，并且这些装置大多需要在皮肤上构建一个通路，通过经皮导线连接体内的人工心脏和体外的控制驱动系统。患者在植入这类人工心脏后，虽然生命得以延续，但由于上述种种问题的存在，依然不能离开医院，并且需要长时间的抗感染治疗和重点护理，日常行动受限，机体功能恢复缓慢。
目前，常见的传动方式为中国专利CN101618240B和中国专利CN105854097A。这些装置需要在皮肤上做一通道，以导入能量，然而随之而来的又是致命的感染。患者植入这类人工心脏后，虽然生命得以延续，但是由于上述种种原因的存在，仍然离不开医院，并且行动受限，无法恢复有功能、有价值的生活。由于长期使用抗菌素，肝、肾等重要脏器的损伤及菌群失调等副作用日益突出，同时患者还需不断承受巨大的经济负担。磁力耦合驱动的方式作为一种新的尝试，因为没有经皮导线存在的问题，有效的避免了传统人工心脏所带来的皮肤导线创口所带来的感染问题。其中，中国专利CN105854097A和中国专利C101618240B为一种典型的人工心脏磁耦合传动方式，电机通过轴承系统带动体外的主动磁体，主动磁体转动带动过桥驱动器的磁体转动(第一被动磁体)，过桥驱动器的磁体带动人工心脏工作。但是上述结构仍存在一定的问题。首先，由于主动磁体的磁场干扰，驱动电机的效率和负载能力都会大幅度的下降，这就导致电机在带动主动磁体时需要更多的能量，产生巨大的热量，从而使患者有烫伤的危险。其次，由于电机和主动磁体之间是通过联轴器或者其他的方式相连接，并且磁耦合的传动方式需要主动磁体有很大的质量，因此主动磁体在长期使用时会有偏心和振动的问题，并且轴承系统的磨损很大，严重的影响了该驱动系统的长期使用。最后，由上述结构在传动过程中，需要不同的磁极保持轴的平行，因此大大增加手术的困难度，并且对于部分患者需要额外的复杂的手术方式，改变原有的血管的生理几何结构，以满足使用条件的要求，这种非生理结构的改变，大大增加患者发生并发症的风险。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供了一种用于人工心脏的非接触驱动系统，利用励磁线圈驱动主动磁体，并且增加主动磁体的磁耦合距离。主动磁体转动，带动位于体内的被动磁体，继而带动人工心脏转动工作。主动磁体和被动磁体之间不需要轴平行，可以根据病人的解剖结构，在空间上呈一定的角度。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种用于人工心脏的非接触驱动系统，包括励磁线圈，主动磁体和被动磁体；励磁线圈，包裹主动磁体外侧，由外部控制器驱动，产生交变的电磁场，交变电磁场驱动主动磁体转动；主动磁体，为圆柱形永磁体，永磁体为径向充磁，磁体中心线有轴孔；被动磁体为圆柱体或其他旋转体，磁体为径向充磁，位于人工心脏内部，其外部连接人工心脏的转子叶片，被动磁体与主动磁体的端面相对，且二者的轴线成一定的空间角度α(0≤α≤90°)，α可以根据患者的生理解剖结构发生变化。
所述励磁线圈，为三相或多相励磁线圈，且相数为主动磁体的极数的倍数。
优选的，所述驱动主动磁体和被动磁体，主动磁体和被动磁体的磁极均为偶数，且沿径向充磁。
优选的，所述主动磁体和被动磁体，其径向表面上，N极和S极沿周向相互交替。
优选的，所述主动磁体和被动磁体，其材质均为高剩磁永磁材料。
优选的，所述被动磁体，可以是多级传动的。
本发明的有益效果是：本发明能够有效的增加磁耦合距离，解决主动磁体对于驱动电机的干扰，同时整个系统温升小于10℃。长期使用后振动小，噪声小，增加了使用寿命。同时由于主动磁体和被动磁体在空间上可以成一定的角度，因此使用的时候可以更加贴合患者的生理结构，降低相应的并发症，有助于助于患者的康复。
附图说明
图1是本发明一种用于人工心脏的非接触驱动系统的结构示意图。
附图中各部件的标记如下：1、励磁线圈；2、主动磁体；3、被动磁体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1，本发明实施例：一种用于人工心脏的非接触驱动系统。
如图1所示，励磁线圈1，包裹主动磁体2外侧，由外部控制器驱动，产生交变的电磁场，交变电磁场驱动主动磁体2转动，同时交变电磁场挤压主动磁体1的磁场，增加其端面远端的磁感线密度，增加了耦合距离；主动磁体1的转动带动被动磁体2转动，主动磁体1和被动磁体2之间有一定的空间角度。
通过相应的实验研究发现，整个外部驱动系统的温升小于10℃，并且传动距离相比电机拖动的方式增加了10mm左右。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种用于人工心脏的非接触驱动系统，包括励磁线圈，主动磁体和被动磁体；其特征在于：励磁线圈，包裹主动磁体外侧，由外部控制器驱动，产生交变的电磁场，交变电磁场驱动主动磁体转动；主动磁体，为圆柱形永磁体，永磁体为径向充磁，磁体中心线有轴孔；被动磁体为圆柱体或其他旋转体，磁体为径向充磁，位于人工心脏内部，其外部连接人工心脏的转子叶片，被动磁体与主动磁体的端面相对，且二者的轴线成一定的空间角度α(0≤α≤90°)，α可以根据患者的生理解剖结构发生变化。
2.按照权利要求1所述的一种用于人工心脏的非接触驱动系统，其特征在于励磁线圈为三相或多相励磁线圈，且相数为主动磁体的极数的倍数。
3.按照权利要求1所述的一种用于人工心脏的非接触驱动系统，其特征在于，主动磁体和被动磁体的磁极均为偶数，且沿径向充磁。
4.按照权利要求1所述的一种用于人工心脏的非接触驱动系统，其特征在于，在所述的主动磁体和被动磁体的径向表面上，N极和S极沿周向相互交替。
5.按照权利要求1所述的一种用于人工心脏的非接触驱动系统，其特征在于，主动磁体和被动磁体由高剩磁永磁材料制成。
6.按照权利要求1所述的一种用于人工心脏的非接触驱动系统，其特征在于，被动磁体可以是多级传动的。
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