CN117224830A - 膜泵组件及心脏辅助装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种膜泵组件及心脏辅助装置。包括由上壳体和下壳体相对接构成的壳体和空腔,空腔内置有薄膜,薄膜将空腔分为用于连接心脏的液腔和用于连接抽气/充气设备的气腔,气腔中开设位于薄膜外缘位置的环形流道;下壳体设置环形凸起将气腔分隔成位于气腔边缘的环形流道和位于气腔中心的中心腔,下壳体开设有和气腔的中心腔连通的气腔口,气腔口连通于中心腔的最底部。本发明能够解决薄膜在气腔做倾斜的挤压运动,影响膜泵的工作效率的问题,提高薄膜的挤压运动效率,进而提高了膜泵组件的工作效率,同时也能提高膜泵组件的泵血效果,降低溶血的风险。
Description
技术领域
本发明涉及了医疗器械领域的一种心室辅助装置,尤其是涉及了一种膜泵组件及心脏辅助装置。
背景技术
机械循环辅助(mechanical circulatory support,MCS)是一种生命支持技术,通过机械方法辅助人体的血液循环,维持组织有效的血液灌注,同时减轻心脏负担,是心脏危急重症的重要治疗,又称为心室辅助装置(VAD)。MCS可分为体外辅助和体内辅助。
其中,现有技术中膜泵的薄膜在运动时,容易受气腔入口气流的影响,薄膜在正对气腔入口的位置优先发生变形,导致整个工作过程中,薄膜始终从同一个位置开始发生挤压,由于气腔入口设置在气腔侧边,导致薄膜始终在做倾斜的挤压运动,进而影响膜泵的工作效率,同时也增加了溶血的风险。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题,本发明提出一种膜泵组件及心脏辅助装置,解决薄膜在气腔做倾斜的挤压运动、影响膜泵的工作效率的问题。
本发明采用的技术方案是:
一、一种膜泵组件:
包括由上壳体和下壳体相对接构成的壳体;
包括在上壳体和下壳体之间形成的相对封闭的空腔;
包括空腔内设置有的薄膜,所述薄膜将空腔分为上下两个子腔,其中所述薄膜和所述上壳体之间的一个子腔为液腔,用于连通心脏;所述薄膜和所述下壳体之间的一个子腔为气腔,用于连通抽气/充气设备;
包括位于所述气腔中所开设的环形流道,环形流道位于薄膜外缘位置。
所述的上壳体和下壳体相对连接构成了整体的壳体,上壳体和下壳体配合的密封面之间设置有密封圈,通过密封圈进行密封。
所述的密封圈在上壳体和下壳体配合的密封面处和薄膜外边缘相接触压紧。
具体实施中,薄膜外边缘延伸到上壳体和下壳体之间配合的密封面,且被上壳体和下壳体之间压紧进而进行密封。更具体地,所述的密封圈安装在下壳体密封面所开设的环形槽上且和薄膜接触,而将薄膜压紧到上壳体密封面上。
所述的上壳体开设有和液腔连通的一个液腔口,液腔口用于连通到心脏的血管,液腔口和变径管同轴连接,变径管的轴线沿上壳体的周向切向方向布置,具体地可以切向方向布置或者进一步倾斜地切向延伸布置。
所述的液腔口经变径管用于和心脏的血管连接,变径管外端口为连接口,连接口上会套装有心室介入导管。
所述下壳体气腔内具有环形凸起,所述环形凸起将气腔分隔成位于所述气腔边缘的环形流道和位于所述气腔中心的中心腔。
所述的环形凸起自所述下壳体朝向所述上壳体凸起,且环形凸起的顶端和下壳体的上端面平齐。
所述下壳体开设有和中心腔连通的气腔口,气腔口用于连通到抽气/充气设备,气腔口通过至少一个通道和下壳体的中心腔的最底部连通,可以位于同一高度。具体地,所述的通道沿平行于上壳体和下壳体之间配合的密封面布置。
所述下壳体的中心腔的底部直接经一个通道或者两个平行并列的通道和气腔口连通。
所述下壳体的中心腔的底部设置一个下沉的拐点腔,拐点腔经至少一个通道和气腔口连通。
一种实施方案可以设置一个通道。
另一种实施方案可以设置两个平行并列的通道,两个平行并列的通道分别为第一通道、第二通道,第一通道和第二通道的一端均连通到气腔口,第一通道和第二通道的另一端分别连通到下壳体的中心腔侧壁开设的第一岔口、第二岔口。
所述的薄膜采用柔性材料,具体材质可采用非顺应性TPU材料。
所述上壳体和下壳体总体均主要为一个圆形碗状结构。
二、一种心脏辅助装置:
包括所述膜泵组件,还包括心室介入导管、切换阀、入口段、膜泵气管和主机接头等。
本发明中,将膜泵组件的气腔口设置在下壳体内腔最底端的同一水平高度上,能够使薄膜延着薄膜的顶端朝向径向方向做挤压运动,从而提高了薄膜的挤压运动效率,进而提高了膜泵组件的工作效率。
另外,也在膜泵组件的下壳体具有环形流道结构,一方面,能够缩小气腔的容积,同时减小薄膜在气腔内发生形变的面积,进而增大薄膜射血时的压力,提高膜泵组件的泵血效果,降低溶血的风险;另一方面,环形流道结构能够使薄膜的整体发生挤压运动,提高了薄膜的挤压运动效率,从而人提高膜泵组件的工作效率。
本发明的有益效果是:
本发明能够提高薄膜的挤压运动效率,进而提高了膜泵组件的工作效率,同时也能提高膜泵组件的泵血效果,降低溶血的风险。
附图说明
图1是实施例1膜泵正视剖视图;
图2是实施例1膜泵结构示意图;
图3是实施例1膜泵另一角度结构示意图;
图4是实施例1下壳体结构示意图;
图5是实施例1下壳体正视剖视图;
图6是实施例2下壳体结构示意图;
图7是实施例2下壳体另一角度结构示意图;
图8是实施例2下壳体正视剖视图;
图9是实施例3下壳体结构示意图;
图10是实施例3下壳体另一角度结构示意图;
图11是实施例3下壳体正视剖视图;
图12是本发明实施例和对比例之间的泵血流量测试结果对比图;
图13是本发明实施例和对比例之间的工作效率测试结果对比图。
图中:上壳体1、下壳体2、薄膜3、密封圈4;
液腔11、液腔口12、变径管13、连接口14;
环形流道21、中心腔22、气腔口23、拐点腔24、第一岔口25、第二岔口26、第一通道27、第二通道28、环形凸起29。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
具体实施的膜泵组件,具体结构如附图1所示,包括上壳体1、下壳体2、薄膜3、密封圈4等。其中上壳体1与薄膜3上表面之间形成液腔11,下壳体2与薄膜3下表面之间形成气腔;气腔包含位于中心的中心腔22和位于中心腔22周围的环形流道21,气腔中心形成中心腔22,环形流道21位于中心腔22的周围且同心布置,环形流道21和中心腔22通过一个环形凸起29被分隔开。
薄膜3固定在上壳体1与下壳体2之间配合的密封面,并通过密封圈4压紧进行密封,密封圈4也位于上壳体1与下壳体2之间配合的密封面。
如图2所示,膜泵组件的上壳体1也优先采用碗状结构,上壳体1采用侧出口的形式,设置液腔口12位于上壳体1圆周切向方向上,液腔口12和变径管13一端同轴连接。当薄膜3向气腔运动时,血液从液腔口12吸入液腔11,由于液腔口12位于上壳体1圆周的切向位置,血液进入液腔11后沿着上壳体1内壁面发生旋转运动;当薄膜3向液腔11运动时,血液保持在液腔11中的旋转运动,经由液腔口12排出;由于在吸入和排出血液的过程中,液腔11中的血液一直保持旋转运动,保证了血液在液腔11内没有流动死区,可有效降低发生凝血和形成血栓的风险。
膜泵组件的变径管13连接介入管通向心脏的主动脉和心室,受薄膜3的驱动,液腔11容积周期性变化,通过液腔口12、变径管13和连接口14实现抽血和射血。
膜泵组件的下壳体2设置气腔口23,气腔口23通过气管与可以进行抽气和充气的气源相连接,气源可以采用IABP主机,驱动气体从气管经气腔口23进入气腔的中心腔22或者从气腔的中心腔22抽取气体,产生周期性容积变化。
如图3-图5所示,膜泵组件的下壳体2优先采用碗状结构,下壳体2采用底部进出口的形式,设置气腔口23连通于下壳体2最底端,即连通于中心腔22最底端。具体地气腔口的轴线与中心腔底部相切,实现最佳效果。当气源向气腔口23充气时,气体作用在薄膜3的中间,而不是薄膜3的侧边,因此气流是延着薄膜3的中间朝径向方向做挤压运动,而不是延着薄膜3的侧边朝径向方向倾斜做挤压运动,有效的提高了薄膜3的挤压运动效率,从而提高膜泵组件的工作效率。
下壳体2在内腔的边缘设置环形流道21结构,一方面,该环形流道21结构位于下壳体2外圆周壁面与气腔的中心腔22之间,以此来缩小气腔的容积,同时减小薄膜3在气腔的中间腔22内发生形变的面积,进而增大薄膜3射血时的压力,提高膜泵组件的泵血效果,降低溶血的风险;另一方面,在给气腔充气时,气体会优先进入到环形流道21中,待环形流道21充满气体后与气腔中的气体同时作用在薄膜3上,薄膜3整体发生挤压运动,提高薄膜3的挤压运动效率,从而提高膜泵组件的工作效率。
另外,当气腔充气时,薄膜3中心区域整体鼓起,将液腔11中心血液向侧边挤压,同时形成一个环形回路,使得液腔11中的血液在环形回路中加速旋转,血液排出更加顺利。
具体实施中,膜泵组件的上下壳体1、2之间可以采用卡扣形式或超声焊接的形式进行连接,或者也可以一体化成型制作。并且,上壳体1靠近薄膜3处的内壁垂直于上壳体1与下壳体2的安装配合面(上壳体1具有直角部),目的是为了增大薄膜3的运动空间,避免形成死角造成凝血或溶血的问题。
薄膜3在液腔11中运动时,薄膜3发生最大形变的状态下与上壳体1的内壁仍有一定的距离,具体为0.2mm~1mm;此目的是为了防止血液在液腔11中受薄膜3与上壳体1内壁之间的挤压,发生溶血现象。
本发明的实施例如下:
实施例1
如图1-图5所示,上壳体1、下壳体2之间密封处安装有密封圈4,起到密封作用,防止膜泵组件的气腔和/或液腔11发生泄漏;
膜泵组件从心室抽血时:外接气源吸气,通过气腔口23将气腔的中心腔22和环形流道21内空气抽出,压缩气腔容积,从而带动薄膜3向气腔内壁运动,同时液腔11容积变大,经过连接口14、变径管13和液腔口12将血液从心室抽出,由于液腔口12位于上壳体1的圆周切向方向上,使得血液在液腔11内做旋转运动,防止血液在液腔11内凝血。
膜泵组件射血到主动脉时:外接气源吹气,通过气腔口23注入气体到气腔的中心腔22和环形流道21内,增大气腔容积,从而带动薄膜3向液腔11内壁运动,同时液腔11容积变小,经过液腔口12、变径管13和连接口14将在液腔11内旋转的血液射向主动脉,由于液腔口12位于上壳体1的圆周切向方向上,使得在液腔11内做旋转运动的血液旋转地排出液腔11,降至血液在液腔11内凝血。
当气源向气腔口23充气时,气体会先进入中心腔22,气体作用在碗状薄膜3的顶部,而不是碗状薄膜3的侧边,因此薄膜3是延着薄膜3的顶端朝向碗状薄膜3的径向方向整体做挤压运动,而不是延着碗状薄膜3的侧边朝向径向方向做挤压运动,有效的提高了碗状薄膜3的挤压运动效率与运动效果,从而提高了膜泵组件的工作效率;
气体会优先进入到环形流道21中,待环形流道21充满气体后,与气腔中的气体同时作用在薄膜3表面,薄膜3整体发生挤压运动,提高薄膜3的挤压运动效率,从而提高膜泵组件的工作效率;
当气源吸气时,碗状薄膜3也是延着碗状薄膜3的径向朝向碗状薄膜3的顶端整体做恢复运动,此种设计能够使薄膜3整体参与运动,而不是薄膜3局部的参与运动,有效的提高了薄膜3的运动效率及运动效果,从而提高了膜泵组件的工作效率。
薄膜3受液腔11中血液的压力在气腔中发生形变,由于下壳体2具有环形流道21结构,薄膜3在气腔中发生形变的面积减小,进而增大薄膜3射血时的压力,提高膜泵组件的泵血效果,降低溶血的风险。
本实施例能够实现“提高挤压运动效率、工作效率和泵血效果”结果的测试数据/图表的过程和结果具体见对比例。
实施例2
如图6-图8所示,本实施例与实施例1相比,区别在于气腔口23与下壳体2连接处之间还具有拐点腔24,拐点腔24是以下壳体2的中心腔22下沉一个空间形成。
通过设置的拐点腔24将气源提供的气体从碗状薄膜3的顶端均匀的作用在碗状薄膜3的下表面,从而使碗状薄膜3整体做挤压运动,而不是倾斜着的局部做挤压运动,有效的提高了薄膜3的运动效果及运动效率,从而能更进一步提高了膜泵组件的工作效率。
实施例3
如图9-图11所示,本实施例与实施例1相比,区别在于气腔口23设置对称的两路,分别为平行并列的第一通道27和第二通道28,第一通道27一端与气腔口23连通,第一通道27的另一端与位于气腔内的第一岔口25连通,第二通道28一端与气腔口23连通,第二通道28的另一端与位于气腔的第二岔口26连通,第一岔口25与第二岔口26分别沿气腔的中心腔22缘切向布置,气流沿着气腔的中心腔22壁面运动,第一通道27的气流与第二通道28的气流在气腔的中心腔22内相互汇合,周向的动压转变为静压,更均匀地作用在薄膜3上,有效的提高了薄膜3的运动效率及运动效果,从而提高了膜泵组件的工作效率。
对比情况说明
如图12和图13所示,对比了本发明实施例1和对比例的不同膜泵方案的泵血流量和工作效率测试结果:其中,模型1代表未设置“变径管沿液腔上壳体的切向方向布置”、“气腔口在下壳体内腔最底端的同一水平高度上”和“环形流道”的对比例;模型2设置了本发明的方案,包含上述两种特征。
上述附图的测试结果表明本发明方案下的泵血流量和工作效率均有明显提升,取得了突出显著的效果优势。
Claims (10)
1.一种膜泵组件,其特征在于:
包括由上壳体(1)和下壳体(2)相对接构成的壳体;
包括在上壳体(1)和下壳体(2)之间形成的空腔;
包括空腔内设置有的薄膜(3),所述薄膜(3)将空腔分为两个子腔,所述薄膜(3)和所述上壳体(1)之间的一个子腔为液腔(11),用于连通心脏;所述薄膜(3)和所述下壳体(2)之间的一个子腔为气腔,用于连通抽气/充气设备;
包括位于所述气腔中所开设的环形流道(21),环形流道(21)位于薄膜(3)外缘位置。
2.根据权利要求1所述的一种膜泵组件,其特征在于:
所述的上壳体(1)和下壳体(2)配合的密封面之间设置有密封圈(4)。
3.根据权利要求2所述的一种膜泵组件,其特征在于:
所述的密封圈(4)在上壳体(1)和下壳体(2)配合的密封面处和薄膜(3)外边缘相接触压紧。
4.根据权利要求1或2所述的一种膜泵组件,其特征在于:
所述的上壳体(1)开设有和液腔(11)连通的一个液腔口(12),液腔口(12)和变径管(13)连接,变径管(13)的轴线沿上壳体(1)的周向切向方向布置。
5.根据权利要求1所述的一种膜泵组件,其特征在于:
所述下壳体(2)具有环形凸起(29),所述环形凸起(29)将气腔分隔成位于所述气腔边缘的环形流道(21)和位于所述气腔中心的中心腔(22)。
6.根据权利要求5所述的一种膜泵组件,其特征在于:
所述的环形凸起(29)自所述下壳体(2)朝向所述上壳体(1)凸起,且环形凸起(29)的顶端和下壳体(2)的上端面平齐。
7.根据权利要求5所述的一种膜泵组件,其特征在于:
所述下壳体(2)开设有和中心腔(22)连通的气腔口(23),气腔口(23)通过至少一个通道和下壳体(2)的中心腔(22)的最底部连通。
8.根据权利要求5所述的一种膜泵组件,其特征在于:
所述下壳体(2)的中心腔(22)的底部设置一个下沉的拐点腔(24),拐点腔(24)经至少一个通道和气腔口(23)连通。
9.根据权利要求1所述的一种膜泵组件,其特征在于:
所述上壳体(1)和下壳体(2)总体均为一个圆形碗状结构。
10.一种心脏辅助装置,其特征在于:
包括权利要求1-9任一所述的膜泵组件,还包括心室介入导管、切换阀、入口段、膜泵气管和主机接头等。
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