CN116173393A - 一种正负压驱动式心泵血系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗器械技术领域，具体是一种正负压驱动式心泵血系统,包括正负压动力装置和泵体，正负压动力装置包括正负压转换腔、驱动机构、正压腔、负压腔、输出管和控制器，驱动机构能驱动正负压转换腔进行收缩或者膨胀，正压腔和负压腔分别通过反向的单向阀连通正负压转换腔，输出管的入口分别通过电磁阀连通正压腔和负压腔，泵体内设有弹性隔膜把泵体隔为泵血腔和动力腔，输出管连通动力腔，泵血腔上设有抽血口、排血口以及对应的单向阀。本发明提供的心泵血系统，通过正负压动力装置来驱动泵体，利用泵体来辅助或者代替心脏泵血，便于使泵体按照设定频率及体积变化量进行收缩或膨胀，从而便于实现泵血频率及泵血量的稳定可控。

Description

一种正负压驱动式心泵血系统

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体是一种正负压驱动式心泵血系统。

背景技术

心力衰竭（heart failure）简称心衰，是指由于心脏的收缩功能和（或）舒张功能发生障碍，不能将静脉回心血量充分排出心脏，导致静脉系统血液淤积，动脉系统血液灌注不足，从而引起心脏循环障碍症候群，此种障碍症候群集中表现为肺淤血、腔静脉淤血。申请人在先申请的中国专利CN215025222U公开了一种可植入电磁搏动式人工心脏血泵，包括泵体和电磁驱动装置，其中泵体可以植入体内，通过电磁驱动装置驱动泵体，能够使泵体辅助或者代替人体心脏的泵血功能，从而能够有效治疗心衰，但是，该电磁驱动装置在实际应用中存在工作不够稳定的问题，主要是电磁驱动装置难以稳定、准确地驱动泵体按照设定频率及泵血量进行泵血，而且结构复杂，实施难度较高。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种正负压驱动式心泵血系统，能够通过植入人体的泵体来辅助或者代替心脏的泵血功能，且利用正负压驱动装置来驱动泵体，便于使泵体按照设定频率及体积变化量进行收缩或膨胀，从而便于实现泵血频率及泵血量的稳定可控，工作稳定可靠。

本发明任务通过下列技术方案来实现：

一种正负压驱动式心泵血系统，包括正负压动力装置和泵体，所述正负压动力装置包括正负压转换腔、驱动机构、正压腔、负压腔、输出管和控制器，其中驱动机构能够驱动正负压转换腔进行交替地收缩、膨胀，正负压转换腔分别通过第一单向阀和第二单向阀连通正压腔和负压腔，第一单向阀朝向正压腔，第二单向阀朝向正负压转换腔，输出管的数量为至少一个，每个输出管的入口均分别通过第一电磁阀、第二电磁阀连通正压腔和负压腔，控制器连接各电磁阀并能分别独立控制其通断；泵体内设有弹性隔膜从而把泵体分隔成泵血腔和动力腔，所述输出管的出口连通动力腔，泵血腔上设有分别用于吸入血液和排出血液的抽血口和排血口，其中抽血口设有朝向泵血腔内的第三单向阀，排血口设有朝向泵血腔外的第四单向阀，抽血口设有用于连接人体左心室或左心耳的第一连接结构，排血口设有用于连接人体升主动脉的第二连接结构。

作为优选的技术方案，所述正负压转换腔通过第一通道和第二通道分别连通所述正压腔和负压腔，所述第一单向阀和第二单向阀分别设置在第一通道和第二通道内；每个所述输出管的入口均设有第一分支管和第二分支管，分别连通正压腔和负压腔，对应的所述第一电磁阀和第二电磁阀分别设置在第一分支管和第二分支管上。

作为优选的技术方案，所述正负压转换腔为隔膜缸、活塞缸或者波纹管结构，所述驱动机构包括推杆以及能够驱动推杆往复运动的电机，推杆连接隔膜缸的隔膜、活塞缸的活塞或者波纹管的端板，从而能驱动正负压转换腔进行交替地收缩或者膨胀。

作为优选的技术方案，所述输出管上还设有流量传感器，所述控制器连接流量传感器并能根据流量传感器的流量信号控制对应电磁阀自动关闭，以使所述泵血腔单次膨胀或收缩的泵血量在人体心脏的正常泵血范围内。

作为优选的技术方案，所述正负压驱动式心泵血系统还包括用于监测用户心电信号和/或主动脉压力信号的监测模块，所述控制器连接监测模块，并能根据监测模块的监测信号，控制所述第一电磁阀或第二电磁阀的自动通断，以使所述泵血腔能够按照人体心脏的搏动节律来进行膨胀或收缩，并控制泵血腔单次膨胀或收缩的泵血量在人体心脏的正常泵血范围内。

作为优选的技术方案，所述正压腔、负压腔分别设有压力传感器，所述控制器连接各个压力传感器及所述驱动机构，能够根据各个压力传感器的检测数据得到正压腔、负压腔的压力信号，并能根据该压力信号控制驱动机构的启停。

作为优选的技术方案，所述动力装置还包括工作介质补充机构，工作介质补充机构包括工作介质瓶以及连接工作介质瓶和所述正负压转换腔的管路及阀，所述工作介质为气体或液体。

作为优选的技术方案，所述第一连接结构和/或所述第二连接结构包括防脱环和旋转外套环，防脱环外侧设有倒钩型凸起从而方便与连接部位缝合固定，旋转外套环螺纹连接在所述抽血口、排血口并罩在防脱环外侧，从而方便对连接部位进行密封固定，防止血液渗出。

作为优选的技术方案，所述第三单向阀和第四单向阀为人工心脏瓣膜。

和现有技术相比，本发明提供的正负压驱动式心泵血系统的主要创新点包括：正负压动力装置通过驱动机构驱动正负压转换腔进行交替往复式的收缩和膨胀，配合两个反向设计的单向阀，能够利用正压腔和负压腔进行脉冲式蓄能，有助于正压腔、负压腔持续保持足够的正压或者负压，结构简单紧凑，通过控制各个电磁阀的通断频率，就可以通过正负压动力装置驱动泵体的泵血腔按照该频率进行收缩或膨胀，且收缩和膨胀的体积变化量也稳定可控，从而可以稳定、准确地驱动泵体按照设定频率及泵血量进行泵血；而且正压腔、负压腔的蓄能过程与驱动球囊膨胀、收缩过程相互独立，互不干涉，便于控制。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的效果作进一步说明，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是实施例1中正负压驱动式心泵血系统在正负压转换腔收缩状态下的结构示意图；

图2是实施例1中正负压驱动式心泵血系统在正负压转换腔膨胀状态下的结构示意图。

其中，1、正负压动力装置；11、正负压转换腔；12、驱动机构；121、推杆；122、电机；13、正压腔；14、负压腔；151、第一通道；152、第二通道；161、第一单向阀；162、第二单向阀；17、输出管；171、第一分支管；172、第二分支管；181、第一电磁阀；182、第二电磁阀；2、泵体；21、弹性隔膜；22、泵血腔；23、动力腔；24、抽血口；25、排血口；261、第三单向阀；262、第四单向阀；27、监测模块、281、防脱环；282、旋转外套环。

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，此处说描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当一个元件被称为“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件，也可以是通过居中的元件进行间接连接。

如图1-2所示，本实施例提供了一种正负压驱动式心泵血系统，包括正负压动力装置1和泵体2，所述正负压动力装置1包括正负压转换腔11、驱动机构12、正压腔13、负压腔14、输出管17和控制器（附图中未示出），其中驱动机构12能够驱动正负压转换腔11进行交替地收缩、膨胀，正压腔13和负压腔14分别通过第一通道151和第二通道152连通正负压转换腔11，其中第一通道151上设有仅能朝向正压腔13单向开启的第一单向阀161，第二通道152上设有仅能朝向正负压转换腔11单向开启的第二单向阀162；输出管17的入口设有第一分支管171和第二分支管172，分别连通正压腔13和负压腔14，且第一分支管171上设有第一电磁阀181，第二分支管172上设有第二电磁阀182，控制器连接各个电磁阀并能分别独立控制其通断；泵体2内设有弹性隔膜21从而把泵体2分隔成泵血腔22和动力腔23，所述输出管17的出口连通动力腔23，泵血腔22上设有分别用于吸入血液和排出血液的抽血口24和排血口25，其中抽血口24设有朝向泵血腔22内的第三单向阀261，排血口25设有朝向泵血腔22外的第四单向阀262，优选第三单向阀261和第四单向阀262均为人造二叶瓣膜，是目前较为成熟的技术，能够使血液单向流动，防止血液返流，抽血口24设有用于连接人体左心室或左心耳的第一连接结构，排血口25设有用于连接人体升主动脉的第二连接结构，对所有患者，排血口25连接升主动脉，对于射血分数降低心力衰竭患者，抽血口24可以连接左心室，也可以连接左心耳，对于射血分数保留心力衰竭患者，抽血口24与左心耳连接。

本实施例提供的一种正负压驱动式心泵血系统，其工作原理是：临床应用时，泵体2植入体内，正负压动力装置1置于体外并通过其输出管17连通泵体2的动力腔23；工作时，正负压转换腔11、正压腔13、负压腔14及连接管路内充有工作介质（比如空气、氦气或者其他流体），当驱动机构12驱动正负压转换腔11进行收缩时，如图1所示，会驱使第一单向阀161打开并将工作介质从正负压转换腔11挤入正压腔13内，从而使正压腔13内压力升高形成正压环境；当驱动机构12驱动正负压转换腔11进行膨胀时，如图2所示，会驱使第二单向阀162打开并将工作介质从负压腔14内抽出至正负压转换腔11，从而使负压腔14内压力降低并形成负压环境，驱动机构12往复运动交替驱动正负压转换腔11进行的收缩和膨胀，配合两个单向阀，就能够利用正压腔13和负压腔14进行脉冲式蓄能，从而有助于正压腔13、负压腔14持续保持足够的正压或者负压；输出管17的进口分别通过第一电磁阀181和第二电磁阀182连通正压腔13、负压腔14，出口连通泵体2的动力腔23，控制器控制第一电磁阀181和第二电磁阀182进行交替地关闭和开启（第一电磁阀181和第二电磁阀182在使用时不能同时打开），就能够使正负压动力装置1驱动泵体2的泵血腔22进行膨胀或收缩，实现泵血腔22从左心室或左心耳抽吸血液、向升主动脉排出血液，从而能够使泵体2辅助或者代替人体心脏进行泵血。对于人体心脏能够搏动的患者，可以控制泵血腔22按照人体心脏搏动节律排血，在不影响人体心脏排血的同时辅助人体心脏排血，能够轻松维持正常的心排血量；对于人体心脏停止搏动的患者，可以控制泵血腔22提高排血频率以维持心排血量正常，以泵血腔22的容积为40ml为例，每分钟假如搏动100次，便可实现排血4L，能够满足人体需求。

本实施例提供的正负压驱动式心泵血系统，其正负压动力装置通过驱动机构驱动正负压转换腔进行交替往复式的收缩和膨胀，配合两个反向设计的单向阀，能够利用正压腔和负压腔进行脉冲式蓄能，有助于正压腔、负压腔持续保持足够的正压或者负压，结构简单紧凑，通过控制各个电磁阀的通断频率，就可以通过正负压动力装置1驱动泵体2的泵血腔22按照该频率进行收缩或膨胀，且收缩和膨胀的体积大小稳定且便于控制，从而可以稳定、准确地驱动泵体2按照设定频率及泵血量进行泵血，更好地辅助或者代替人体心脏进行泵血；而且正压腔、负压腔的蓄能过程与驱动球囊膨胀、收缩过程相互独立，互不干涉，便于控制。泵体2内没有其他机械传动部件，不会对血液造成损伤，且没有过多的机械运动部件占用空间，使得泵体2的空间利用率非常高，体积可以做到非常小巧，可以胸腔镜下植入，操作简单，医生病人易接受，以泵血腔22的容积为40ml为例，则泵体2的尺寸可做到直径4cm、高3cm左右的圆盘状结构，体积非常小巧，便于体内植入。

本实施例中，所述正负压转换腔11为隔膜缸，所述驱动机构12包括推杆121以及能够驱动推杆121往复运动的电机122，推杆121连接隔膜缸的隔膜，从而能驱动正负压转换腔11进行收缩或者膨胀，附图为示意图，对隔膜缸、驱动机构12的支撑固定结构（比如壳体）予以省略。在其他实施例中，正负压转换腔11也可以为活塞缸或者波纹管结构，推杆121连接活塞缸的活塞或者波纹管的端板，附图中予以省略。

作为本实施例的一个优选方案，所述输出管17上还设有流量传感器（附图中予以省略），所述控制器连接流量传感器并能根据流量传感器的流量信号控制对应电磁阀自动关闭，以使所述泵血腔22单次膨胀或收缩的泵血量在人体心脏的正常泵血范围内。优选，所述第一分支管171和第二分支管172上分别设有一个所述流量传感器（附图中予以省略），流量传感器可以在对应分支管上独立设置，也可以与对应的电磁阀集成式设置在一起。

本实施例中，各个输出管17上的第一电磁阀181和第二电磁阀182为两个独立的电磁阀，在其他实施例中，第一电磁阀181和第二电磁阀182也可以为一个电磁阀的两个独立通道且能够独立控制通断。

作为本实施例的一个优选方案，所述正负压驱动式心泵血系统还包括用于监测用户心电信号、主动脉压力信号的监测模块27，所述控制器连接监测模块27，并能根据监测模块27的监测信号，控制所述第一电磁阀181或第二电磁阀182的自动通断，以使所述泵血腔22能够按照人体心脏的搏动节律来进行膨胀或收缩，并控制泵血腔22单次膨胀或收缩的泵血量在人体心脏的正常泵血范围内。

作为本实施例的一个优选方案，所述正压腔13、负压腔14分别设有压力传感器（附图中予以省略），所述控制器连接各个压力传感器及所述驱动机构12，能够根据各个压力传感器的检测数据得到正压腔13、负压腔14的压力信号，并能根据该压力信号控制驱动机构12的启停；使用时，通过压力传感器来实时监测正压腔13、负压腔14内的实际压力值，并在控制器内设置阈值范围，当实际压力值高于阈值范围时，则控制器控制驱动机构12停止，当实际压力值低于阈值范围时，则控制驱动机构12工作，从而可以保证正压腔13内的正压值、负压腔14内的负压值能够始终保持在安全且稳定的范围，而且驱动机构12的启停控制与第一电磁阀181、第二电磁阀182的通断控制无关，互不影响。

作为本实施例的一个优选方案，所述动力装置还包括工作介质补充机构（附图中予以省略），工作介质补充机构包括工作介质瓶以及连接工作介质瓶和所述正负压转换腔11的管路及阀，所述工作介质为气体（优选氦气）或液体，用于在需要时向正负压转换腔11内补充工作介质。

作为本实施例的一个优选方案，所述第一连接结构和所述第二连接结构的结构相同，均包括防脱环281和旋转外套环282，防脱环281外侧设有倒钩型凸起从而方便与连接部位缝合固定，旋转外套环282螺纹连接在所述抽血口24、排血口25并罩在防脱环281外侧，从而方便对连接部位进行密封固定，防止血液渗出。

作为本实施例的一个优选方案，所述泵体2、弹性隔膜21、抽血口24、排血口25的材质均为人造血管材料，加入防止血栓形成的特殊材料，安全性高，植入人体后，可以无需抗凝血治疗。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种正负压驱动式心泵血系统，其特征在于，包括正负压动力装置和泵体，所述正负压动力装置包括正负压转换腔、驱动机构、正压腔、负压腔、输出管和控制器，其中驱动机构能够驱动正负压转换腔进行交替地收缩、膨胀，正负压转换腔分别通过第一单向阀和第二单向阀连通正压腔和负压腔，第一单向阀朝向正压腔，第二单向阀朝向正负压转换腔，输出管的数量为至少一个，每个输出管的入口均分别通过第一电磁阀、第二电磁阀连通正压腔和负压腔，控制器连接各电磁阀并能分别独立控制其通断；泵体内设有弹性隔膜从而把泵体分隔成泵血腔和动力腔，所述输出管的出口连通动力腔，泵血腔上设有分别用于吸入血液和排出血液的抽血口和排血口，其中抽血口设有朝向泵血腔内的第三单向阀，排血口设有朝向泵血腔外的第四单向阀，抽血口设有用于连接人体左心室或左心耳的第一连接结构，排血口设有用于连接人体升主动脉的第二连接结构。

2.根据权利要求1所述的正负压驱动式心泵血系统，其特征在于，所述正负压转换腔通过第一通道和第二通道分别连通所述正压腔和负压腔，所述第一单向阀和第二单向阀分别设置在第一通道和第二通道内；每个所述输出管的入口均设有第一分支管和第二分支管，分别连通正压腔和负压腔，对应的所述第一电磁阀和第二电磁阀分别设置在第一分支管和第二分支管上。

3.根据权利要求1所述的正负压驱动式心泵血系统，其特征在于，所述正负压转换腔为隔膜缸、活塞缸或者波纹管结构，所述驱动机构包括推杆以及能够驱动推杆往复运动的电机，推杆连接隔膜缸的隔膜、活塞缸的活塞或者波纹管的端板，从而能驱动正负压转换腔进行交替地收缩或者膨胀。

4.根据权利要求1所述的正负压驱动式心泵血系统，其特征在于，所述输出管上还设有流量传感器，所述控制器连接流量传感器并能根据流量传感器的流量信号控制对应电磁阀自动关闭，以使所述泵血腔单次膨胀或收缩的泵血量在人体心脏的正常泵血范围内。

5.根据权利要求1所述的正负压驱动式心泵血系统，其特征在于，所述正负压驱动式心泵血系统还包括用于监测用户心电信号和/或主动脉压力信号的监测模块，所述控制器连接监测模块，并能根据监测模块的监测信号，控制所述第一电磁阀或第二电磁阀的自动通断，以使所述泵血腔能够按照人体心脏的搏动节律来进行膨胀或收缩，并控制泵血腔单次膨胀或收缩的泵血量在人体心脏的正常泵血范围内。

6.根据权利要求1所述的正负压驱动式心泵血系统，其特征在于，所述正压腔、负压腔分别设有压力传感器，所述控制器连接各个压力传感器及所述驱动机构，能够根据各个压力传感器的检测数据得到正压腔、负压腔的压力信号，并能根据该压力信号控制驱动机构的启停。

7.根据权利要求1所述的正负压驱动式心泵血系统，其特征在于，所述动力装置还包括工作介质补充机构，工作介质补充机构包括工作介质瓶以及连接工作介质瓶和所述正负压转换腔的管路及阀，所述工作介质为气体或液体。

8.根据权利要求1所述的正负压驱动式心泵血系统，其特征在于，所述第一连接结构和/或所述第二连接结构包括防脱环和旋转外套环，防脱环外侧设有倒钩型凸起从而方便与连接部位缝合固定，旋转外套环螺纹连接在所述抽血口、排血口并罩在防脱环外侧，从而方便对连接部位进行密封固定，防止血液渗出。

9.根据权利要求1所述的正负压驱动式心泵血系统，其特征在于，所述第三单向阀和第四单向阀为人工心脏瓣膜。

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