CN2899800Y - 人工心脏能源系统 - Google Patents

Abstract

一种人工心脏能源系统，能源系统由体外的直流电动机驱动体外永磁转子转动，通过磁耦合，体外永磁转子的转动引起植入体内的体内永磁转子的同步转动，体内永磁转子内部安装了发电机，通过体内永磁转子的转动将机械能转换为电能，经过倍压整流和滤波电路后，通过充电器向充电电池充电，为血泵工作提供能量。系统避免了导线穿过皮肤引起的感染；扩大了病人的活动范围，提高了病人的生活质量。

Description

人工心脏能源系统

技术领域

本实用新型涉及一种植入式心脏辅助装置，尤其是为其提供动力的能源系统。

背景技术

心脏是人体的重要器官，心脏疾病是危害人类健康的重大疾病之一。目前世界上需要接受心脏移植的病人越来越多，但是全世界每年捐献出来的心脏还不到2000个，许多患者因此失去了生存机会。人工心脏是一个人工血泵，可以帮助衰竭的心脏完成循环功能，减轻心功能不全病人自身的心脏负担，改善病人的临床症状。同时，降低病人的心肌耗氧量，改善其心肌收缩力，促进病人自身心脏泵机能的恢复。它还可用于心脏移植的过渡期，为病人等候以后的心脏移植争取时间。在人工心脏的研究中，面临的主要问题之一是血泵系统的能源提供方式。体外常用的能源有以下几种：

1)工频交流电源：体外使用或经皮传输或用经皮变压器与体内的心室辅助装置或人工心脏连接或耦合供电；

2)电池：其中包括Ni-Cd电池、Ag-En电池、Ag-Cd电池、lead-Acid电池等；

3)放射性核能源：²³⁸Pu原子能电池最有希望，100g ²³⁸Pu原子能电池，按输出功率为50W计算，可以用5～10年。但是价格将相当昂贵，并且植入体内后的核安全和污染等许多问题还有待于一步解决；

4)生物能源：已经由有关的研究人员提出利用食物、肌力或生物电等作为能源，驱动心室辅助和人工心脏以推动血液循环的设想。但试验之后获得的功率与所需的功率相差太远，目前还没有实用价值。

在传统的血泵系统中，大多采用体内储能方式或通过导线(管)向体内血泵提供能量，以维持血泵系统的能量供给。然而，无论体内储能还是外部能量导入方式，都存在许多弊端，主要表现在：对于体内储能方式，由于目前大容量高能电池的发展受到限制，不可能长时间向血泵提供足够的能量，限制了整个系统使用的连续性，同时由于整个系统植入体内，受到人体排异的可能性很大，病人的生活质量也受到严重的影响，这种方式主要用于过渡性的心脏功能辅助。至于通过导线(管)将外部能量导入血泵的方式，虽然解决了能量供给不足的问题，但由于导线(管)穿透人体，极容易产生感染和排异现象，大大降低了病人的生活质量。

发明内容

本实用新型的目的在于克服了现有人工心脏能源系统需电缆线穿过皮肤可能引驱动电缆和管道周围皮肤感染的缺陷，提供了一种由体外的磁场直接提供能量的能源系统，该系统无需外连导线，可避免感染并发症。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案，具体参见图1～2，该系统主要由直流电动机、体外永磁转子、体内永磁转子、发电机、倍压整流和滤波电路、充电器、充电电池组成，体外永磁转子和体内永磁转子沿圆周方向均匀设置至少2对磁极，发电机输出功率小于10瓦，倍压整流和滤波电路是由两个二极管和两个电容串连与发电机联接。其中，该能源系统由体外的直流电动机驱动体外永磁转子转动，由于体外永磁转子和体内永磁转子存在磁耦合，体外永磁转子的转动引起植入体内的体内永磁转子的同步转动，体内永磁转子内部设置有发电机，体内永磁转子转动时切割磁力线，将机械能转换为电能。经过倍压整流和滤波后，通过充电器向可充电电池充电，为血泵工作提供能量。有外电源时，电池自动充足电量以作备用，离开外电源时，电池也能继续支持血泵运行。

本实用新型的有益效果是，有效解决了传统血泵供能系统的不足，避免了导线穿过皮肤引起的感染；扩大了病人的活动范围，提高了病人的生活质量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为本实用新型的原理图。

图2为本实用新型倍压整流和滤波电路原理图。

具体实施方式

本实用新型的具体结构参见图1～2，该系统主要由直流电动机、体外永磁转子、体内永磁转子、发电机、倍压整流和滤波电路、充电器和充电电池组成，体外永磁转子和体内永磁转子沿圆周方向均匀设置至少2对磁极。其中，该能源系统由体外的直流电动机驱动体外永磁转子转动，由于体外永磁转子和体内永磁转子存在磁耦合，体外永磁转子的转动引起植入体内的体内永磁转子的同步转动，体内永磁转子内部设置有发电机，体内永磁转子转动时切割磁力线，将机械能转换为电能。体内永磁转子的转动速度n₂由体外永磁转子与体内永磁转子的磁极比决定，见式(1)，

$n_2=\frac{P_1}{P_2}{n}_1---\left(1\right)$

其中，n₁，n₂分别为体外永磁转子和体内永磁转子的转速，P₁，P₂分别为体外永磁转子和体内永磁转子的磁极数目。通过调节磁极比，可提高体内永磁转子的转速，从而增加输出能量。两转子间水平距离在1.5cm～2cm可得到最大输出能量。发电机输出的交流电经过倍压整流和滤波电路后通过充电器向植入体内的可充电电池充电，由电池为人工心脏的工作提供能量。

该装置为提高输出能量，提高能量的利用效率，采用倍压整流和滤波电路，具体参见图2。G为发电机，在G输出电压v的正半周，二极管D₁导通，D₂截止，电容C₁被充电到v，极性为上正下负；在G输出电压v的负半周，二极管D₁截止，D₂导通，电容C₂被充电到v，极性为上正下负；则负载R上电压为电容C₁与电容C₂上电压之和2v，此方式比通常的全波整流的输出电压提高一倍。其中，C₁＝C₂＝2200μF，R为负载。

Claims (3)

1、一种人工心脏能源系统，其特征在于：该系统主要由直流电动机、体外永磁转子、体内永磁转子、发电机、倍压整流和滤波电路、充电器、充电电池组成，体外永磁转子和体内永磁转子沿圆周方向均匀设置有至少2对磁极；其中，直流电动机与体外永磁转子相连，体内永磁转子内部设置有发电机，发电机与倍压整流和滤波电路、充电器、充电电池依次相连。

2、根据权利要求1所述的一种人工心脏能源系统，其特征在于：所述的发电机输出功率小于10瓦。

3、根据权利要求1所述的一种人工心脏能源系统，其特征在于：所述的倍压整流和滤波电路是由两个二极管和两个电容串连与发电机联接。