基於微型氣缸驅動的人工心臟血液泵的製作方法
2023-12-03 09:41:21 5
基於微型氣缸驅動的人工心臟血液泵的製作方法
【專利摘要】一種基於微型氣缸驅動的人工心臟血液泵，包括微型氣缸、泵體和活塞柱；活塞柱和血液膈膜把泵體內腔分隔為上腔室和下腔室，血液膈膜為彈性體並隨活塞柱在上腔室與下腔室之間作往復運動；上腔室為泵血腔室且設有置入單向閥的入血口和出血口，以控制血流作單向流動；下腔室內固定有滑槽並且開有氣路進出的氣口；固定於下腔室內的微型氣缸的氣缸活塞杆與滑動於滑槽內的滑塊連接，滑塊通過連杆與活塞柱連接，微型氣缸通過氣路與置於體外的電磁換向閥和氣源連接；氣源通過切換電磁換向閥對微型氣缸進行充放氣，使氣缸活塞杆推動滑塊，進而通過連杆帶動活塞柱做往復運動，實現人工心臟血液泵的功能。本發明能夠精確控制血泵壓縮量，具有體積小、耗氣量少的優點。
【專利說明】基於微型氣缸驅動的人工心臟血液泵【技術領域】
[0001]本發明涉及一種人工臟器裝置，具體涉及一種基於微型氣缸驅動的人工心臟血液泵，屬於醫療器械【技術領域】。
【背景技術】
[0002]血泵作為人工心臟、心室輔助裝置的核心部件，其驅動裝置所採用的動力源以及與之相配套的驅動結構，在很大程度上決定了整個系統的設計。其中，搏動型血泵不僅因為模仿自然心臟節律跳動，有利於各主要臟器的血液微循環灌注，而且與連續泵血的離心泵、軸流泵相比，搏動型血泵可以避免高速旋轉葉輪以及其他機械磨損對血細胞的損傷。
[0003]氣動技 術是以空氣和惰性氣體作為工作介質，空氣的供給量充足而且無需成本，不造成汙染，即使在很小的空間裡，也可以實現細小的往復動作。氣動驅動系統一般由外置動力源提供壓力，驅動封閉於剛性腔殼內的隔膜或囊做往復運動，從而擠壓隔膜或囊另一側的血液，並在單向閥或瓣膜的配合下，實現定向泵血功能。這種驅動形式的優點是血泵隔膜或囊受力均勻，不會產生局部受力過大而損壞囊。一般通過調整氣源的正、負壓力，變換驅動頻率和收縮舒張周期比值，改變閥門的開度和通氣時間，調節心率、心搏出量、血壓波形等生理指標，使血泵適應人體或實驗動物的機體需要，在人工心臟的發展上具有重要的意義。
[0004]典型的氣動血泵Abiomed BVS5000、羅葉泵等，雖然形狀大小各異，但大都關注入血口、出血口、泵腔以及單向閥的配置對其血液流場的影響。然而傳統的氣動血泵在驅動可植入人工心臟時，由於無法看到隔膜或囊的實時狀況，因而不能適當調整氣源壓力，導致供氣氣壓過大或供氣氣壓不足，同時還存在尺寸過大，難以植入等問題，成為該類血泵發展面臨的瓶頸問題。
【發明內容】
[0005]本發明針對現有技術的不足，提供一種基於微型氣缸驅動的人工心臟血液泵，通過控制微型氣缸活塞杆的行程，達到精確控制血泵壓縮量的效果，同時具有體積小、耗氣量少的優點。
[0006]本發明解決其技術問題的技術方案是:
[0007]—種基於微型氣缸驅動的人工心臟血液泵,置於人體內部，其包括微型氣缸、泵體和活塞柱；
[0008]所述活塞柱和內周固定在該活塞柱上端周邊且外圍固定在泵體內腔壁上的血液膈膜把泵體內腔分隔為相互隔離的上腔室和下腔室，該血液膈膜為彈性體，並且隨所述活塞柱在該上腔室與下腔室之間作往復運動；
[0009]所述上腔室為泵血腔室且設有入血口和出血口，該入血口和出血口分別設置有單向閥，以控制血流作單向流動；
[0010]所述下腔室內固定有滑槽並且開有氣路進出的氣口 ；[0011]所述微型氣缸固定於所述下腔室內，該微型氣缸的氣缸活塞杆與滑動於所述滑槽內的滑塊連接，該滑塊通過連杆與所述活塞柱連接，所述微型氣缸通過所述氣路依次與置於人體外部的電磁換向閥和氣源連接；
[0012]所述氣源通過切換所述電磁換向閥對所述微型氣缸進行充放氣，使所述氣缸活塞杆推動所述滑塊，進而通過所述連杆帶動所述活塞柱做往復運動，使血液自所述入血口流入並由出血口流出，實現所述人工心臟血液泵的功能。
[0013]進一步地，所述的泵體為圓筒狀，所述活塞柱為圓柱狀，所述血液膈膜為環狀密封結構以防止血液自所述上腔室流入下腔室。
[0014]進一步地，所述的活塞柱由輕質材料製作且與所述血液膈膜固定為一體。
[0015]進一步地，所述的滑塊與所述滑槽之間為滑動配合，潤滑條件良好，所述滑塊在該滑槽內做直線滑動。
[0016]進一步地,所述的微型氣缸的外徑為4mm,有效行程為6mm。
[0017]進一步地，所述的連杆一端鉸接在所述活塞柱下面，另一端鉸接在所述滑塊上。
[0018]進一步地,所述入血口與人體左心室相連接,所述出血口與人體主動脈相連接。
[0019]本發明結合氣動技術和搏動型血泵技術，利用氣缸活塞杆的往復運動引起泵血腔室的容積變化，進而模擬自然心臟的工作情況；通過調節電磁換向閥的換向時間，來控制微型氣缸往復運動的速率與自然心臟相近；通過調整上腔室的容積大小或者選用合適的氣缸活塞杆有效行程，來控制搏動的輸出血量以滿足輔助需求，以及產生合適的輸出力以滿足生理條件的灌注壓力。
[0020]與現有技術相比，本發明達到了如下有益效果:首先傳統氣動血泵採用氣體直接壓縮膈膜或囊，由於無法看到膈膜或囊的實時狀況，不能適當調整氣源壓力，導致供氣氣壓過大或供氣氣壓不足，而本發明是通過控制微型氣缸活塞杆的伸出和縮回，間接壓縮膈膜或囊，其可以通過改變微型氣缸的行程或者改變連杆長度，達到精確控制其壓縮量；其次，傳統氣動血泵存在尺寸過大，難以植入等問題，而本發明結構簡單，其特徵尺寸可以與現在最新的液力懸浮式人工心臟相差無幾，很好的解決了尺寸過大，難以植入的問題；最後，由於微型氣缸自身體積小，其耗氣量遠小於傳統氣動血泵裝置，因此可以通過體外攜帶氣源，並對氣源進行定時充氣的方式，解決了體外配備空壓機等大型設備難以攜帶的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明的主視圖。
[0022]圖2為本發明的俯視圖。
[0023]其中I是上腔室，2是血液膈膜，3是下腔室，4是活塞柱，5是連杆，6是滑槽，7是滑塊，8是氣缸活塞杆，9是微型氣缸，10是單向閥，11是電磁換向閥，12是氣源，13是泵體，A是入血口，B是出血口，C是氣口·。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明，以下的實施例以本發明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明的原理和精神的情況下，所作出的任何修改、等同替換、變型和改進，均應屬於本發明的保護範圍。
[0025]請結合參閱圖1和圖2,圖不基於微型氣缸驅動的人工心臟血液泵，置於人體內部，其包括微型氣缸9、泵體13和活塞柱4。
[0026]所述的泵體13為圓筒狀；所述活塞柱4為圓柱狀，由輕質材料製作；所述活塞柱4和血液膈膜2把該泵體13內腔分隔為相互隔離的上腔室I和下腔室3。所述血液膈膜2為環狀密封結構，其內周固定在該活塞柱4上端周邊，外圍固定在泵體13的內腔壁上，所述活塞柱4與所述血液膈膜2固定為一體，以防止血液自所述上腔室I流入下腔室3。所述血液膈膜2為彈性體，其隨所述活塞柱4在該上腔室I與下腔室3之間作往復運動。
[0027]所述上腔室I為泵血腔室，其設有入血口 A和出血口 B，該入血口 A和出血口 B分別設置有單向閥10，以控制血流只作單向流動；所述入血口 A與人體左心室相連接，所述出血口 B與人體主動脈相連接。
[0028]所述下腔室3內的底部固定有滑槽6並且開有氣口 C，以便氣路的進出。
[0029]所述微型氣缸9採用臥式裝配方法，固定於所述下腔室3內，該微型氣缸9的外徑為4mm，有效行程為6mm。所述微型氣缸9的氣缸活塞杆8通過螺栓與滑塊7連接，該滑塊7設置於所述滑槽6內，並與所述滑槽6之間為滑動配合，潤滑條件良好，所述滑塊7在該滑槽6內做直線滑動。所述的滑塊7通過連杆5與所述活塞柱4連接，該連杆5 —端鉸接在所述活塞柱4下面，另一端鉸接在所述滑塊7上。所述微型氣缸通過所述通過氣口 C的氣路依次與置於人體外部的電磁換向閥11和氣源12連接。
[0030]所述氣源12通過切換所述電磁換向閥11對所述微型氣缸9進行充放氣，使所述氣缸活塞杆8推動所述滑塊7，進而通過所述連杆5帶動所述活塞柱4做往復運動，使血液自所述入血口 A流入，並由出血口 B流出，從而實現所述人工心臟血液泵的功能。
[0031]所述基於微型氣缸驅動的人工心臟血液泵的工作過程如下:開始工作時，入血口A的單向閥10打開，血液通過入血口 A流入上腔室I，此時，微型氣缸9處於縮回狀態，置於體外的電磁換向閥11換向，氣源12的氣體通過氣口 C的進氣管路進入微型氣缸9的無杆腔進行充氣，微型氣缸9的有杆腔通過排氣管路經由氣口 C排氣，氣體推動氣缸活塞杆8伸出，滑塊7在滑槽6內滑動，同時帶動連杆5做擺動運動，由於連杆5上端與活塞柱4是鉸鏈連接，因此，連杆5頂活塞柱4向上運動，進而對上腔室I中的血液進行擠壓，此時上腔室I的血液壓力增大,入血口 A的單向閥10由於腔內血液壓力大於腔外，入血口 A關閉，腔內血液壓力衝開出血口 B的單向閥10，並通過單向閥10射到主動脈中去，這一過程相當於自然心臟的收縮期；接著，置於體外的電磁換向閥11動作，氣源12的氣體通過氣口 C進入微型氣缸9的有杆腔進行充氣，微型氣缸9的無杆腔通過排氣管路進行排氣，氣體推動氣缸活塞杆8縮回，滑塊7在滑槽6內滑動，同時連杆5上端拉活塞柱4向下運動，此時上腔室I壓力減小，出血口 B的單向閥10關閉，血液通過入血口 A的單向閥10流入上腔室I中，這一過程相當於自然心臟的舒張期；所述的人工心臟血液泵如此完成一次工作循環，隨著血泵不斷工作，實現其代替自然心臟的供血功能。
[0032]以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明並不局限於上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的範圍內做出各種變形或修改，這並不影響本發明的實質內容。
【權利要求】
1.一種基於微型氣缸驅動的人工心臟血液泵，置於人體內部，其特徵是:所述人工心臟血液泵包括微型氣缸、泵體和活塞柱； 所述活塞柱和內周固定在該活塞柱上端周邊且外圍固定在泵體內腔壁上的血液膈膜把泵體內腔分隔為相互隔離的上腔室和下腔室，該血液膈膜為彈性體，並且隨所述活塞柱在該上腔室與下腔室之間作往復運動； 所述上腔室為泵血腔室且設有入血口和出血口，該入血口和出血口分別設置有單向閥，以控制血流作單向流動； 所述下腔室內固定有滑槽並且開有氣路進出的氣口； 所述微型氣缸固定於所述下腔室內，該微型氣缸的氣缸活塞杆與滑動於所述滑槽內的滑塊連接，該滑塊通過連杆與所述活塞柱連接，所述微型氣缸通過所述氣路依次與置於人體外部的電磁換向閥和氣源連接； 所述氣源通過切換所述電磁換向閥對所述微型氣缸進行充放氣，使所述氣缸活塞杆推動所述滑塊，進而通過所述連杆帶動所述活塞柱做往復運動，使血液自所述入血口流入並由出血口流出，實現所述人工心臟血液泵的功能。
2.根據權利要求1所述的基於微型氣缸驅動的人工心臟血液泵，其特徵是:所述的泵體為圓筒狀，所述活塞柱為圓柱狀，所述血液膈膜為環狀密封結構以防止血液自所述上腔室流入下腔室。
3.根據權利要求2所述`的基於微型氣缸驅動的人工心臟血液泵，其特徵是:所述的活塞柱由輕質材料製作且與所述血液膈膜固定為一體。
4.根據權利要求1所述的基於微型氣缸驅動的人工心臟血液泵，其特徵是:所述的滑塊與所述滑槽之間為滑動配合，潤滑條件良好，所述滑塊在該滑槽內做直線滑動。
5.根據權利要求1所述的基於微型氣缸驅動的人工心臟血液泵，其特徵是:所述的微型氣缸的外徑為4mm,有效行程為6mm。
6.根據權利要求1所述的基於微型氣缸驅動的人工心臟血液泵，其特徵是:所述的連杆一端鉸接在所述活塞柱下面，另一端鉸接在所述滑塊上。
7.根據權利要求1所述的基於微型氣缸驅動的人工心臟血液泵，其特徵是:所述入血口與人體左心室相連接，所述出血口與人體主動脈相連接。
【文檔編號】A61M1/10GK103656770SQ201310676536
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月11日 優先權日:2013年12月11日
【發明者】唐敏, 朱迪, 劉承立, 葉騫 申請人:上海交通大學