CN105251068A - 一种电磁-永磁双向驱动式人工心脏泵 - Google Patents
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Abstract
<b>本发明公开了一种电磁</b><b>-</b><b>永磁双向驱动式人工心脏泵，其中采用一种结构简单、制造方便的人工心脏用弹性血囊，以该弹性血囊上向内与向外的、中间有孔的两个奶嘴状凸起，代替结构极其复杂的人工心脏瓣膜，实现单向吸液与单向排液，再通过仅有一个衔铁的电磁</b><b>-</b><b>永磁双向驱动机构予以驱动，使得两弹性血囊在舒张工作状态与收缩工作状态之间交替转换，从而交替地实现吸液与排液的过程，输出类似自然心脏的脉冲式血流，避免了连续血泵的技术方向性错误，很好地模仿了自然心脏的工作过程。同时，弹性血囊采用的为弹性可伸缩材料，其内部为流线型，对血液中的细胞不会造成破坏，也不易形成血栓，能够很好地替代人或脊椎动物自然心脏的工作。</b>
Description
技术领域
本发明涉及一种电磁-永磁双向驱动式人工心脏泵。
背景技术
心脏病是人类死亡的第二大杀手。在人体心脏因病损伤而部分或完全功能丧失而不能维持全身正常循环时，可以移植一种人工材料制造的机械装置以暂时或永久地部分或完全代替心脏功能，推动血液循环，这样装置亦即人工心脏，这也是除心脏移植外用于解决终末期心脏疾病的有效手段，在很大程度上解决了目前因供体不足而不能及时心脏移植的问题。
目前，人工心脏主要采用两种不同原理的血泵，即基于人工心脏瓣膜的脉冲式容积泵，与不间断泵血的连续泵。但目前这两种人工心脏泵仍然存在这样或那样的问题，不能很好地模拟自然心脏的作用和功能。
脉冲式容积血泵的工作方式，非常类似于自然的动物心脏，其关键构件是人工心脏瓣膜，它是控制着心脏血流的单向阀，其构造与人工心脏功能的好坏有着密切的关系，其自1960年首次应用于临床，之后经过多年的研究，先后经历了机械瓣、生物组织瓣、介入瓣等阶段。但是，人工心脏瓣膜极其复杂，制造成本高昂，而且容易在运动部位形成血凝，即血栓。
例如，中国专利公开号为1093005，名称为“一体化囊状人工心肺泵”中，该种人工心肺泵中，储血囊安装于唧筒内而置入人体胸腔中，这样的结构容易在人体内形成血栓，且人工心脏瓣膜不易制造。中国专利号为99126700.1，名称为“气电一体式血泵、气电一体式人工心脏”的专利中提供了一种气电一体式的人工心脏，然而其内部结构复杂，基本无法实现制造，且实现成本高。再如中国专利公开号为103656770，名称为“基于微型气缸驱动的人工心脏血液泵”，也存在同样问题，而且微型气缸需要在人体上的胸腔连接两根气管至体外，极易引起使用者的不适。
由于脉冲式容积血泵存在人工心脏瓣膜方面的技术瓶颈，近期发展的人工心脏，大都倾向于采用不间断泵血的连续泵。例如，中国专利公开号为102019002A，名称为“一种植入式中空微型轴流血泵”的专利中，以及中国专利公开号为10237598，名称为“紧凑型轴流式磁悬浮人工心脏泵”的专利中，两者均采用了轴流泵，虽然其相比齿轮泵与叶片泵而言，能够较少地破坏血液中的细胞，但其构件的高速运转，血液中的细胞的破坏率仍较高，而且由于轴流泵是一种连续泵，其并不能模拟自然心脏的工作过程，可以说是技术方向的选择性错误。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的缺点，提供一种以电磁驱动的、脉冲供血式人工心脏泵。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种电磁-永磁双向驱动式人工心脏泵，所述人工心脏泵包括两个弹性血囊和用于驱使两个所述弹性血囊工作的电磁-永磁双向驱动机构，每个所述弹性血囊均包括由可伸缩材料制成的具有封闭内腔的囊状体，所述囊状体的端部上具有向所述封闭内腔中凹入的第一凸起、自所述封闭内腔向外凸出的第二凸起，所述第一凸起上开设有第一液流孔，所述第二凸起上开设有第二液流孔，所述囊状体上位于所述第一凸起的外部设有具备供液腔的供液部，所述囊状体上位于所述第二凸起的外部设有具备排液腔的排液部，所述弹性血囊具有舒张工作状态和收缩工作状态，当所述囊状体侧向受拉时，所述弹性血囊处于舒张工作状态，所述第一液流孔打开使得所述供液腔与所述封闭内腔相连通而形成吸液单向阀，血液由所述供液腔进入所述弹性血囊的封闭内腔中，所述第二液流孔闭合；当所述囊状体侧向受压时，所述弹性血囊处于收缩工作状态，所述第一液流孔闭合，所述第二液流孔打开使得所述排液腔与所述封闭内腔相连通而形成排液单向阀，血液由所述弹性血囊的封闭内腔进入所述排液腔中，
所述电磁-永磁双向驱动机构设于两个所述弹性血囊之间，所述电磁-永磁双向驱动机构包括固定设置的中空状轭铁、固定地收容在所述轭铁内腔中的直流线圈、固定地穿设在所述直流线圈中的衔铁、分别位于所述衔铁两侧且可相对所述衔铁轴向运动的两个压板，每个所述压板上临近所述衔铁的端部上均固定地设有永磁铁，所述衔铁两侧的所述永磁铁上临近所述衔铁的端部磁极相反设置，所述压板的另一端与所述囊状体的一侧固定连接，所述囊状体的另一侧相对所述轭铁固定设置。
优选地，所述第一凸起与所述第二凸起均呈奶嘴状。
优选地，所述第一液流孔呈由外向内孔径逐渐变小的流线型喇叭孔，所述第二液流孔呈由内向外孔径逐渐变小的流线型喇叭孔。
优选地，所述供液部、所述排液部均呈流线型。
优选地，两个所述囊状体的封闭内腔分别构成所述人工心脏的左心室与右心室，对应地，两个所述供液部的供液腔分别构成所述人工心脏的左心房与右心房。
优选地，所述电磁-永磁双向驱动机构上，左侧所述压板上的所述永磁铁的磁力大于右侧所述压板上所述永磁铁的磁力。
优选地，所述压板包括沿轴向滑动地设于所述轭铁内腔中的滑动部、用于与所述囊状体固定连接的连接部，所述连接部的外端面呈与所述囊状体的侧端面外形轮廓相一致的弧面，所述连接部的外端面与所述囊状体的侧端面固定粘接在一起。
进一步地，所述永磁铁固定地嵌设在所述滑动部中。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的电磁-永磁双向驱动式人工心脏泵，其中采用一种结构简单、制造方便的弹性血囊，以该血囊上向内与向外的、中间有孔的两个奶嘴状凸起，代替结构极其复杂的人工心脏瓣膜，实现单向吸液与单向排液，再通过电磁-永磁双向驱动机构予以驱动，使得两弹性血囊在舒张工作状态与收缩工作状态之间交替转换，从而交替地实现吸液与排液的过程。将其安装于人或脊椎动物的胸腔中，血液可以不断地进入两个弹性血囊，再经其收缩后从弹性血囊中流出而向人或动物身体供应血液。该人工心脏泵可以输出类似自然心脏的脉冲式血流，避免了连续血泵的技术方向性错误，很好地模仿了自然心脏的工作过程。同时，弹性血囊采用的为弹性可伸缩材料，内部为流线型，对血液中的细胞不会造成破坏，也不易形成血栓，能够很好地替代人或脊椎动物自然心脏的工作。
附图说明
附图1、附图2为本发明用于单心室的一个实施例，其中附图1为弹性血囊的囊状体处于舒张工作状态时的示意图；附图2为弹性血囊的囊状体处于收缩工作状态时的示意图；
附图3、附图4为本发明用于双心室的一个实施例，其中，附图3为本发明的人工心脏泵处于舒张工作状态时的示意图；
附图4为本发明的人工心脏泵处于收缩工作状态时的示意图。
其中：100、弹性血囊；1、囊状体；10、封闭内腔；11、第一凸起；12、第一液流孔；13、第二凸起；14、第二液流孔；2、供液部；21、供液腔；22、供液口；3、排液部；31、排液腔；32、排液口；
200、驱动机构；4、轭铁；5、直流线圈；6、衔铁；7、压板；71、滑动部；72、连接部；8、永磁铁。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
参见图1、图2所示为弹性血囊100用于单心室的一个实施例。该弹性血囊100包括由可伸缩材料制成的具有封闭内腔10的囊状体1，该囊状体1的端部上具有向封闭内腔10中凹入的第一凸起11、自封闭内腔10向外凸出的第二凸起13，第一凸起11上开设有第一液流孔12，第二凸起13上开设有第二液流孔14，其中囊状体1上第一凸起11与第二凸起13分别设于囊状体1的两端。在囊状体1受到侧向拉力时，其内部容积发生扩张，囊状体1内部将产生所谓“负压”，即弹性血囊100承受环境压强的作用，如图1中箭头所示，在该压强的作用下，向外凸出的第二凸起13处的第二液流孔14闭合，而向内凸出的第一凸起11处的第一液流孔12开启，血液流由外部流入囊状体1内部。在囊状体1受到侧向压力时，其内部容积发生收缩，囊状体1内部压强将大于外部环境压强，内部压强分布如图2中箭头所示，在该压强的作用下，向内凸出的第一凸起11处的第一液流孔12闭合，而向外凸出的第二凸起13处的第二液流孔14开启，血液流由囊状体1内部流向外部。
参见图3、图4所示的一种电磁-永磁双向驱动的双心室人工心脏泵，该人工心脏泵主要包括两个弹性血囊100和用于驱使这两个弹性血囊100伸缩的电磁-永磁双向驱动机构200。
这两个弹性血囊100均包括由可伸缩材料制成的具有封闭内腔10的囊状体1，该囊状体1的端部上具有向封闭内腔10中凹入的第一凸起11、自封闭内腔10向外凸出的第二凸起13，第一凸起11上开设有第一液流孔12，第二凸起13上开设有第二液流孔14。当囊状体1受到侧向的拉力时，囊状体1舒张而引起其内部容积扩大，第一液流孔12能够打开而与封闭内腔10相连通，而此时第二液流孔14闭合；当囊状体1受到侧向的压力时，囊状体1收缩而引起其内部容积缩小，第一液流孔12闭合，而此时第二液流孔14打开而与封闭内腔10相连通。
参见图3、图4所示，囊状体1上位于第一凸起11的外部设有具备供液腔21的供液部2，囊状体1上位于第二凸起13的外部设有具备排液腔31的排液部3。供液部2上具有与供液腔21连通的供液口22，排液部3上具有与排液腔31相连通的排液口32。
弹性血囊100具有舒张工作状态和收缩工作状态，当囊状体1侧向受拉时，弹性血囊100即处于舒张工作状态而导致内部容积扩大，此时第一液流孔12打开而使得供液腔21通过第一液流孔12与封闭内腔10相连通，且第二液流孔14封闭，此时液流可从供液口22进入供液腔21再经过第一液流孔12进入囊状体1的封闭内腔10中，实现供液；当囊状体1侧向受压时，弹性血囊100即处于收缩工作状态而导致内部容积缩小，此时第一液流孔12封闭，第二液流孔14打开而使得排液腔31通过第二液流孔14与封闭内腔10相连通，此时液流可从封闭内腔10通过第二液流孔14进入排液腔31，再经过排液口32排出，实现排液。
这样，亦即设有第一液流孔12的第一凸起11构成吸液单向阀，而设有第二液流孔14的第二凸起13则构成排液单向阀。每个弹性血囊100上，囊状体1的封闭内腔10构成人工心脏的心室，而供液部2的供液腔21则构成心房。
在上述实施例中，第一凸起11与第二凸起13均呈奶嘴状，第一液流孔12呈由外向内孔径逐渐变小的流线型喇叭孔，第二液流孔14呈由内向外孔径逐渐变小的流线型喇叭孔，这样便可在囊状体1受到侧向拉力时，第一凸起11处受拉而使第一液流孔12打开，第二凸起13处受拉而使得第二液流孔14闭合；在囊状体1受到侧向压力时，第一凸起11处受压而使第一液流孔12闭合，第二凸起13处受压而使得第二液流孔14打开。供液部2与排液部3均设置成流线型。具体设置时，囊状体1与供液部2、排液部3一体设置，且供液部2与排液部3位于囊状体1的同一端。
电磁-永磁双向驱动机构200设于两个弹性血囊100之间，电磁-永磁双向驱动机构200左侧的弹性血囊100构成心脏的左心房与左心室，驱动机构200右侧的弹性血囊100构成心脏的右心房与右心室。
该电磁-永磁双向驱动机构200包括固定设置的中空状轭铁4、固定地收容在轭铁4内腔中的直流线圈5、固定地穿设在直流线圈5中的衔铁6，衔铁6的两端分别设有一个压板7，每个压板7均可相对衔铁6沿轴向运动地设置，每个压板7上临近衔铁6的端部上均固定地设有永磁铁8，压板7的另一端与囊状体1的一侧固定连接，囊状体1的另一侧相对轭铁4固定设置。
在这里，压板7包括沿轴向滑动地设于轭铁4内腔中的滑动部71、用于与囊状体1固定连接的连接部72，永磁铁8固定地嵌设在滑动部71中，且两侧的永磁铁8上临近衔铁6的端部的磁极相反设置，即若左侧的永磁铁8靠近衔铁6的端部为N极，则右侧的永磁铁8靠近衔铁6的端部则为S极。轭铁4上位于衔铁6的两侧具有与滑动部71相配合的滑动槽，滑动槽提供滑动部71以滑动导向。连接部72的外端面呈与囊状体1的侧端面外形轮廓相一致的弧面，连接部72的外端面与囊状体1的侧端面固定粘接在一起。
这样，当直流线圈5通电后将产生电流，衔铁6产生磁性，衔铁6两端的磁极应分别与两侧永磁铁8上临近衔铁6的磁极相反，即若左侧的永磁铁8靠近衔铁6的端部为N极，右侧的永磁铁8靠近衔铁6的端部为S极，则通电后衔铁6左端为N极、右端为S极。这样，衔铁6与永磁铁8之间斥力的作用下，压板7向外滑动而向囊状体1施加侧向的挤压力；而当直流线圈5断电后，衔铁6不再呈现磁性，但由于衔铁6是铁磁性金属，永磁铁8与衔铁6之间产生吸引力，使得压板7朝向衔铁6滑动而施加囊状体1侧向的拉力，即直流线圈5断电后实现自动回程。
在直流线圈5未通电时，两侧的永磁铁8与衔铁6之间因引力而相互吸引，使得压板7施加囊状体1以侧向的拉力，从而使得两侧的弹性血囊100处于舒张工作状态，第二液流孔14关闭，而第一液流孔12打开，外部的液流通过供液口22进入供液腔21再经过第一液流孔12进入囊状体1的封闭内腔10中，如图3所示；当直流线圈5通电时，磁铁6产生磁性，两侧的永磁铁8与衔铁6之间产生磁力，使得两侧的压板7相对衔铁6沿轴向向外滑动，这使得压板7施加囊状体1以侧向的压力，从而使得弹性血囊100向收缩工作状态转换，第一液流孔12关闭，而第二液流孔14打开，囊状体1封闭内腔10中的液流通过第二液流孔14进入排液腔31，并经排液口32排出而向身体供应血液，如图4所示；接着直流线圈5断电，使得弹性血囊100再转为为舒张工作状态，如此循环便可实现人工心脏的吸液-排液的交替脉冲工作过程。
一般的电磁驱动机构都是衔铁运动，不可能同时进行双向驱动，而本发明中衔铁6是固定的，配合两端的永磁铁8，可以极为方便地实现双向同时驱动。
上述电磁-永磁双向驱动机构200中，仅采用一个衔铁6便可驱使两侧的压板7沿轴向运动，在直流线圈5通电时推动两侧的压板7向外运动而使得弹性血囊100转换为收缩工作状态，而在直流线圈5断电后实现自动回程而使得弹性血囊100转换位舒张工作状态，进而使得人工心脏泵不断地工作，其结构十分的简单，易于实现。
在具体设置时，由于心脏的左心室的压力大于右心室的压力，电磁-永磁双向驱动机构200上，左侧压板7上永磁铁8的磁力应大于右侧压板7上永磁铁8的磁力。
综上，本发明的电磁-永磁双向驱动式人工心脏泵，其中采用一种结构简单、制造方便的人工心脏用弹性血囊100，以该弹性血囊100上向内与向外的、中间有孔的两个奶嘴状凸起，代替结构极其复杂的人工心脏瓣膜，实现单向吸液与单向排液，再通过电磁-永磁双向驱动机构200予以驱动，使得两弹性血囊100在舒张工作状态与收缩工作状态之间交替转换，从而交替地实现吸液与排液的过程。将其安装于人或脊椎动物的胸腔中，血液可以不断地进入两个弹性血囊100，再经其收缩后从弹性血囊100中流出而向人或动物身体供应血液。该人工心脏泵可以输出类似自然心脏的脉冲式血流，避免了连续血泵的技术方向性错误，很好地模仿了自然心脏的工作过程。同时，弹性血囊采用的为弹性可伸缩材料，其内部为流线型，对血液中的细胞不会造成破坏，也不易形成血栓，能够很好地替代人或脊椎动物自然心脏的工作。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电磁-永磁双向驱动式人工心脏泵，其特征在于：所述人工心脏泵包括两个弹性血囊和用于驱使两个所述弹性血囊伸缩的电磁-永磁双向驱动机构，每个所述弹性血囊均包括由可伸缩材料制成的具有封闭内腔的囊状体，所述囊状体的端部上具有向所述封闭内腔中凹入的第一凸起、自所述封闭内腔向外凸出的第二凸起，所述第一凸起上开设有第一液流孔，所述第二凸起上开设有第二液流孔，所述囊状体上位于所述第一凸起的外部设有具备供液腔的供液部，所述囊状体上位于所述第二凸起的外部设有具备排液腔的排液部，所述弹性血囊具有舒张工作状态和收缩工作状态，当所述囊状体侧向受拉时，所述弹性血囊处于舒张工作状态，所述第一液流孔打开使得所述供液腔与所述封闭内腔相连通而形成吸液单向阀，血液由所述供液腔进入所述弹性血囊的封闭内腔中，所述第二液流孔闭合；当所述囊状体侧向受压时，所述弹性血囊处于收缩工作状态，所述第一液流孔闭合，所述第二液流孔打开使得所述排液腔与所述封闭内腔相连通而形成排液单向阀，血液由所述弹性血囊的封闭内腔进入所述排液腔中，
所述电磁-永磁双向驱动机构设于两个所述弹性血囊之间，所述电磁-永磁双向驱动机构包括固定设置的中空状轭铁、固定地收容在所述轭铁内腔中的直流线圈、固定地穿设在所述直流线圈中的衔铁、分别位于所述衔铁两侧且可相对所述衔铁沿轴向运动的两个压板，每个所述压板上临近所述衔铁的端部上均固定地设有永磁铁，所述衔铁两侧的所述永磁铁上临近所述衔铁的端部磁极相反设置，所述压板的另一端与所述囊状体的一侧固定连接，所述囊状体的另一侧相对所述轭铁固定设置。
2.根据权利要求1所述的电磁-永磁双向驱动式人工心脏泵，其特征在于：所述第一凸起与所述第二凸起均呈奶嘴状。
3.根据权利要求1或2所述的电磁-永磁双向驱动式人工心脏泵，其特征在于：所述第一液流孔呈由外向内孔径逐渐变小的流线型喇叭孔，所述第二液流孔呈由内向外孔径逐渐变小的流线型喇叭孔。
4.根据权利要求1所述的电磁-永磁双向驱动式人工心脏泵，其特征在于：所述供液部、所述排液部均呈流线型。
5.根据权利要求1所述的电磁-永磁双向驱动式人工心脏泵，其特征在于：两个所述囊状体的封闭内腔分别构成所述人工心脏的左心室与右心室，对应地，两个所述供液部的供液腔分别构成所述人工心脏的左心房与右心房。
6.根据权利要求1或5所述的电磁-永磁双向驱动式人工心脏泵，其特征在于：所述电磁-永磁双向驱动机构上，左侧所述压板上的所述永磁铁的磁力大于右侧所述压板上所述永磁铁的磁力。
7.根据权利要求1所述的电磁-永磁双向驱动式人工心脏泵，其特征在于：所述压板包括沿轴向滑动地设于所述轭铁内腔中的滑动部、用于与所述囊状体固定连接的连接部，所述连接部的外端面呈与所述囊状体的侧端面外形轮廓相一致的弧面，所述连接部的外端面与所述囊状体的侧端面固定粘接在一起。
8.根据权利要求7所述的电磁-永磁双向驱动式人工心脏泵，其特征在于：所述永磁铁固定地嵌设在所述滑动部中。
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