CN112316297A - 一种中空心脏辅助泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中空心脏辅助泵，包括外壳、马达和永磁铁，所述外壳的两端均为开端，所述马达贴设在外壳内侧，所述永磁铁设置在马达内侧，所述永磁铁内侧形成血液通道，所述永磁铁的内壁设置有螺旋叶片，使用时，血液通道直接与升主动脉或肺动脉连通。本发明通过在两端开口的外壳内依次紧贴设置马达和永磁铁，在永磁铁内壁设置螺旋叶片，整个泵的中心无柱，为中空结构，形成血液通道，不仅能够减小泵的整体尺寸，同时能够减少血液内部的异物、减少感染，且能够避免血栓形成，由于发明的结构特点，改变了泵的安装位置，进而改变了血液的路径，能够避免血栓形成、瓣膜粘连，且能避免在尖部切口，降低了手术创伤，且能够用于右心室。

Description

一种中空心脏辅助泵

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种中空心脏辅助泵。

背景技术

在心脏供体极其紧缺的情况下，使用机械辅助装置辅助心脏泵血为终末期心衰患者带来新的生存希望。其基本原理是将血液从衰竭的心脏泵入主动脉系统。

目前临床上使用的心脏辅助泵主要有2种：heartmate-II，Heartmate-III，Heartmate-III为离心泵，依靠离心力为血液流动提供动力；Heartmate-II为轴流泵，通过叶片加速，为血液流动提供动力。

上述两种心脏辅助泵具有以下相同点：

1)、入口均设置在左心室心尖部，通过外科手段，将左室心尖部做一圆形切口，将人工血管缝合至左室心尖部，并连接人工辅助泵；2)、出口均位于升主动脉；3)、血流方向：血液经衰竭的左心室，绕过主动脉瓣(位于主动脉根部)，到达主动脉，形成一个旁路循环；4)、辅助泵放置于心脏与膈肌之间，体积较大；5)、均为持续性血流；6)、左心室-人工辅助泵-主动脉之间无瓣膜，在心脏舒张期，依赖辅助泵的转速获得的压力，避免了主动脉内的血液向心室内倒流；7)在血流中均有较多异物，轴流泵(heartmate-II)的异物更多。

上述两种心脏辅助泵存在以下缺陷：

1)、不能实施右心辅助(a、由于右心室室壁菲薄，无法承受人工辅助泵带来的巨大张力；b、右心室较小，无空间缝合人工血管；c、狭小的胸腔无法使用双心辅助)；2)、心脏颤动时，辅助泵无法工作；此时右心室不能将血液泵入肺内，因此接受肺循环血液的左心系统将会出现空虚，从而使辅助系统无法工作；3)、从左室心尖部持续泵血；手术创伤较大；4)、控制困难：泵速过快，心室内负压，心室壁将会紧贴，堵住泵入口；如在心室内出现一个大的负压尖峰，则将导致：a.泵停转；b.血流突然停止；血液倒流，心室再次开放，辅助泵再次工作，前向血流再次启动；5)、持续血流有异于正常的搏动血流，导致重要脏器灌注不良；6)、当心脏完全衰竭，瓣膜不能打开，瓣膜粘连，血栓在心室内和靠近瓣膜处形成；7)、当心脏功能恢复，泵内血流速慢，泵内血栓风险增加；8)、血流中存在的较多异物，进一步增加血栓形成风险；9)、对于轴流泵(heartmate-II)，由于转子和电机中间距离较大不仅导致能量的巨大损耗，以及热量的产生，从而增加了相关并发症；而且减少了血流的有效流动面积；10)、除了与血流接触的异物外，较长的人工血管，管壁等，增加了感染的风险；11)、抗凝、出血问题较为突出。

因此，目前Heartmate-III，尤其是heartmate-II，患者的并发症发生率和死亡率均较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种中空心脏辅助泵，解决现有心脏辅助泵不能实现右心室辅助、手术创伤大、易导致血栓形成的问题，同时能够减少血液内部的异物、减少感染，具有整体尺寸小的优点。

本发明通过下述技术方案实现：

一种中空心脏辅助泵，包括外壳、马达和永磁铁，所述外壳的两端均为开端，所述马达贴设在外壳内侧，所述永磁铁设置在马达内侧，所述永磁铁内侧形成血液通道，所述永磁铁的内壁设置有螺旋叶片，使用时，血液通道直接与升主动脉或肺动脉连通。

优选地，所述外壳、马达和永磁铁采用同轴设置，所述螺旋叶片数量不限，至少设置一个，具体数量根据实际需要进行设计。

本发明所述中空心脏辅助泵的整体结构为外面为动力马达系统(包括线圈)；环形永磁铁紧靠其内，保持永磁铁旋转，而马达不动，永磁铁内最内侧连接螺旋上升的泵叶(螺旋叶片)，用于血流加速，且螺旋叶片能够减少对血流的冲击，在磁铁内侧形成中空的血液通道，中空设计的优点在于：

1)、马达系统与环形永磁铁紧靠，避免了远距离磁场导致的能量消耗、做功增加和热量产生，同时可以降低马达的功率，使小型化人工辅助泵成为可能；2)、仅泵叶和旋转腔体(永磁铁内壁)与血液接触，从而最大限度减少了血液与异物表面的接触；3)、血流中心无异物。这些优点导致辅助泵功耗减少、热量产生减少，对血液的刺激减少，从而减少血栓的形成、对抗凝药的依赖，以及感染的风险。

由于本发明所述中空心脏辅助泵的结构特点导致安装位置发生改变，其不同于现有的heartmate-II，Heartmate-III，本发明的中空心脏辅助泵不再经心尖部出口接入，而是安装于动脉(升主动脉或肺动脉)上。当需要左心辅助时，则安装于升主动脉上；当需要右心室辅助时，则安装于肺动脉上；当需要全心辅助时，则升主动脉、肺动脉各安装一个。

安装空心脏辅助泵的方案包括以下两种：

方案一：开胸，心脏停跳后，高位阻断升主动脉，切除2cm左右长的动脉，两端缝合一根人工血管后，从中间切断，将本发明安装于人工血管的断端。为避免心脏缺血，将冠脉近心端堵塞后，使用血管进行左、右冠脉主干搭桥。

此手术的优点是，保留主动脉瓣；左右冠脉(心室)在收缩期和舒张期均有血流(正常心脏，收缩期左室心肌无血流供应)，从而增加了左心室血流和心脏功能的恢复；相比于以下手术方案，人工辅助泵体积可以更大；可以使用辅助泵的功率消耗和血流量，判断心脏功能的恢复；随着心脏功能的恢复，容易撤除人工辅助泵。缺点是，由于人工辅助泵入口端压力较小(主动脉根部)，因此需要将冠脉血流改道。

方案二：脏停跳后，阻断升主动脉，主动脉/肺动脉根部切开，切除主动脉瓣/肺动脉瓣，将人工辅助泵安装于左/右心室流出道。

此手术的优点是，无需冠脉血流改道。缺点是，主动脉瓣被破坏；由于流出道较小，因此人工辅助泵须更小；撤除人工辅助泵后，需要做瓣膜置换术。

本发明所述安装位置的优点在于：

1)、中空心脏辅助泵与衰竭的心室并联，因此可保持正常的心脏血流通路不变，流速大而能够维持正常血流；2)、不存在人工辅助泵与心脏“争”流量而引起的血栓形成的问题；3)、血液经过衰竭的心脏、瓣膜、人工辅助泵，进入主动脉，因此瓣膜可以保持正常的开、闭周期；避免了瓣膜粘连的问题；4)、可根据患者不同的心衰类型，选择不同的辅助模式；5)、当实施双心室辅助时，即使患者出现室颤，通过双泵的协同工作，仍能够维持正常血流。

本发明的工作原理如下：

使用时，将中空心脏辅助泵直接安装在升主动脉或肺动脉上，在马达提供的磁场动力下，永磁铁转动，进而带动螺旋叶片转动，入口端的血液螺旋导入出口端，维持正常血流。

综上，本发明通过在两端开口的外壳内依次紧贴设置马达和永磁铁，在永磁铁内壁设置螺旋叶片，整个泵的中心无柱，为中空结构，形成血液通道，不仅能够减小泵的整体尺寸，同时能够减少血液内部的异物、减少感染，且能够极大限度避免血栓形成。由于发明的结构特点，改变了泵的安装位置，进而改变了血液的路径，能够避免血栓形成、瓣膜粘连，且能避免在心尖部切口，降低了手术创伤，且能够用于右心室辅助。

本发明能够减少血栓形成的机制如下：

1)、通过心脏和人工辅助泵的血流相等，无论心脏处于什么功能状态，通过心脏和人工辅助泵的流速均较快，不存在心脏、人工辅助泵竞争的问题，因此减少了在心脏、人工辅助泵内由于血流量较小产生血栓的风险；高速流动的血液，也避免了细胞、纤维蛋白、细菌等附着的几率，从而提高了泵的寿命，减少血源性感染的风险。

2)、除必要的泵叶提供动力外，血流内无其他异物。泵中心无柱，更减少了对凝血的激活作用。

3)、马达与永磁铁紧密靠在一起，减少了磁场传导距离的延长导致的无用功(这部分工将会转化成热能)，从而减少热量的增加导致的凝血激活。

4)、由于泵叶与永磁铁的管壁同时旋转，则2者相互作用，同时为血流提供动力。这使血液与管壁的接触时间极短，进一步避免了血栓形成；(目前现有的产品，管壁均保持静止状态)。

进一步地，螺旋叶片由中空心脏辅助泵的入口端至出口端呈螺旋上升趋势，即螺旋叶片在入口端的坡度相对较缓，出口端的坡度相对较陡，能够快速将血液从入口端泵至出口端。

进一步地，螺旋叶片与永磁铁的内壁连接的一端形成加厚连接端，所述加厚连接端的宽度大于螺旋叶片的宽度。

本发明所述宽度具体是指径向宽度。

设置的加厚连接端具体是指永磁铁与螺旋上升的泵叶连接处采用增厚的连接，不仅进一步避免了死角/死腔的出现，而且使泵叶能够承受更大压力(产生动力)。

进一步地，加厚连接端为弧形，所述加厚连接端的最小宽度大于螺旋叶片的宽度。

进一步地，外壳的外壁在两端均设置有固定槽。

所述固定槽为环形结构，用于将泵固定于人工血管。

进一步地，血液通道的内径与升主动脉或肺动脉的内径相匹配。

本发明具有较大直径，较大直径具有以下优点：

1)、人工辅助泵的有效通血直径可达1.5-2.5cm(成人)。远高于其他辅助泵(<1cm)；2)、较粗的有效面积可使泵旋转速度减小，在泵速增加较小的情况下，即可达到有效射血；3)、这将会减少对血液的激活与破坏；4)、由于泵速较小的变化即可达到血流的较大变化，因此泵的调控(搏动、维持转换)较为容易；5)、即便是泵故障而无法工作，依赖于存在的主动脉瓣膜而避免血液向心室内返流，从而避免心室膨胀；依赖于辅助泵较大的直径和中空通道，心脏射出的血流依然可以通过辅助泵而不至于立即死亡。

进一步地，外壳的侧壁两端均设置有弧形面。

进一步地，弧形面为1/4圆弧面，所述弧形面两端的切线分别与外壳的轴向与径向平行。

上述弧形面的设置一方面便于将中空心脏辅助泵的入口端和出口端与人工血管连接，另一方面，可以将传感器等光电器件安装在弧形面上，例如压力传感器。

进一步地，所述永磁铁和马达之间具有一定间隙，该间隙小于等于3mm。

马达实际就是线圈，与永磁铁之间需要一个极小的间隙，既能避免永磁铁和马达之间的碰撞和摩擦，又缩短了二者之间的距离，进而降低了能量损失。

进一步地，还包括血流速度控制系统，所述血流速度控制系统包括设置在中空心脏辅助泵入口端和出口端的压力传感器，以及控制器，所述压力传感器实时感应中空心脏辅助泵入口端和出口端的压力，并将感应的压力信号传递给控制器，由控制器做出分析并发出指令调节外部电源的电流电压，通过调节电流电压调节马达产生的磁场，通过改变磁场调节永磁铁的转速，通过永磁铁带动螺旋叶片转动实现血流速度调节。

具体工作过程：

中空心脏辅助泵的入口安装有压力感受器(测定压力为P1)。当心脏起搏后，心脏收缩，入口端压力迅速升高，此信号传入人工辅助泵的控制系统后，控制系统立即改变辅助泵的电流/电压，旋转速度迅速升高，出现一个迅速升高的血流。随后心脏舒张，入口端压力迅速下降，此信号传入人工辅助泵的控制系统后，控制系统立即改变辅助泵的电流/电压，旋转速度迅速下降，血流速度下降。

本发明通过设置血流速度控制系统能够实现泵与自体心脏的匹配与搏动灌注：血流速度的升高与下降，与自体心脏相匹配，同时达到搏动的效果，搏动灌注将会提高重要脏器的血流灌注，减少器官功能衰竭发生率，出口端安装有压力感受器(测定压力为P2)，可根据P1、P2之间的差值，控制泵的转速和计算流量，使泵的安全性和可控性更高。

本发明对心脏功能的评估更加容易：

通过P1、P2、泵直径；计算流速、总做功；

心脏做功＝总做功-泵实际功。如实际功率＝计算得出的功率，则心脏无功能；如实际功率<计算得出的功率。则心脏有功能，2者之间的差值可以评估心脏功能；如实际功率>计算得出的功率：则泵表面有纤维等物质沉积。

进一步地，外壳的内壁设置有环形槽，所述马达和永磁铁均安装在环形槽内，所述永磁铁的内壁与外壳的内壁齐平。

上述设置能够避免泵内部阻力，避免血液涡流的产生，提高血液在泵内流动的速度。

进一步地，在环形槽的上端和下端均设置有环形滑槽，所述永磁铁的两个端部设置有与环形滑槽配合的滑块，所述滑块能够在环形滑槽内滑动，所述滑块能够将永磁铁稳定在外壳内。

进一步地，在永磁铁两端和外壳内壁接触的位置设置有密封圈，密封圈的设置一方面可以避免血液进入；另一方面还可以减轻外壳与永磁铁之间的摩擦力。

进一步地，还包括连接线，所述连接线一端与马达连接，另一端伸出外壳。

所述连接线能够实现提供电源、压力监测和泵速调节，使用时将连接线的端部与外部电源连接，由外部电源为马达供电，马达通电产生磁场，通过磁场使永磁铁转动。

进一步地，外部电源与控制器连接，有控制器输出的电流和电压。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明的中空心脏辅助泵安装简单，创伤小。

2、本发明通过设置血流速度控制系统能够实现泵与自体心脏的匹配与搏动灌注：血流速度的升高与下降，与自体心脏相匹配，同时达到搏动的效果，搏动灌注将会提高重要脏器的血流灌注，减少器官功能衰竭发生率。

3、采用本发明所述中空心脏辅助泵血栓形成风险减少。

4、本发明通过在出口端安装有压力感受器(测定压力为P2)，安全性、可控性更高。

5、本发明的中空心脏辅助泵的直径较大：较粗的有效面积可使泵旋转速度减小，在泵速增加较小的情况下，即可达到有效射血，减少对血液的激活与破坏；泵的调控(搏动、维持转换)较为容易；即便是泵故障而无法工作，心脏射出的血流依然可以通过辅助泵而不至于立即死亡。

6、本发明对心脏功能的评估更加容易。

7、本发明能够对全心进行辅助：当左、右心室同时衰竭时，在主动脉、肺动脉各安装一个辅助泵，即可实施对全心的辅助；相对独立性：各心室辅助需要有各自不同的辅助程序、反馈条件；相对一致性：左右心室的搏动一致，在一定时间内，搏动的流量一致。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为中空心脏辅助泵的整体结构示意图；

图2为中空心脏辅助泵的轴向剖视图；

图3为中空心脏辅助泵的径向俯视图；

图4为螺旋叶片与永磁铁连接的结构示意图；

图5为中空心脏辅助泵安装在升主动脉上的示意图；

图6为中空心脏辅助泵安装在肺动脉的示意图；

图7为升主动脉和肺动脉上均安装有中空心脏辅助泵的示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-外壳，2-马达，3-永磁铁，4-螺旋叶片，5-连接线，11-固定槽，12-弧形面，41-加厚连接端。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1-图4所示，一种中空心脏辅助泵，包括外壳1、马达2和永磁铁3，所述外壳1的两端均为开端，所述马达2贴设在外壳1内侧，所述永磁铁3设置在马达2内侧，所述永磁铁3内侧形成血液通道，所述永磁铁3的内壁设置有螺旋叶片4，所述螺旋叶片4由中空心脏辅助泵的入口端至出口端呈螺旋上升趋势，能够将入口端的血液螺旋导入出口端，如图2中，上端为入口端，下端为出口端，使用时，血液通道直接与升主动脉或肺动脉连通，所述血液通道的内径与升主动脉或肺动脉的内径相匹配，还包括连接线5，所述连接线5一端与马达2连接，另一端伸出外壳1与外部电源连通，所述马达2为线圈。

所述螺旋叶片4的数量不限，至少设置一个，具体数量根据实际需要进行设计。

本实施例的工作原理如下：

外部电源开启时为马达2供电，马达2通电产生磁场，通过磁场使永磁铁3转动，磁铁3转动带动螺旋叶片4(泵叶)转动。

本实施例所述中空心脏辅助泵能够安装于升主动脉上，如图5所示，使用时需要对左右冠脉进行搭桥(泵后主动脉血管-左右冠脉)，以避免入血端压力过低导致的心肌缺血。

本实施例所述中空心脏辅助泵能够安装于肺动脉上，如图6所示，用于右心室衰竭的辅助。

本实施例所述中空心脏辅助泵能够安装于肺动脉上和升主动脉上，如图7所示，用于全心衰竭的辅助。

实施例2：

如图1-图4所示，本实施例基于实施例1，所述螺旋叶片4与永磁铁3的内壁连接的一端形成加厚连接端41，所述加厚连接端41的宽度大于螺旋叶片4的宽度。

实施例3：

如图1-图4所示，本实施例基于实施例1，所述外壳1的外壁在两端均设置有固定槽11；所述外壳1的侧壁两端均设置有弧形面12；所述弧形面12为1/4圆弧面，所述弧形面12两端的切线分别与外壳1的轴向与径向平行。

实施例4：

如图1-图4所示，本实施例基于实施例1，还包括血流速度控制系统，所述血流速度控制系统包括设置在中空心脏辅助泵入口端和出口端的压力传感器，以及控制器，所述压力传感器实时感应中空心脏辅助泵入口端和出口端的压力，并将感应的压力信号传递给控制器，由控制器做出分析并发出指令调节外部电源的电流电压，通过调节电流电压调节马达2产生的磁场大小，通过改变磁场调节永磁铁3的转速，通过永磁铁3带动螺旋叶片4转动实现血流速度调节。

实施例5：

如图1-图4所示，本实施例基于实施例1，所述外壳1的内壁设置有环形槽，所述马达2和永磁铁3均安装在环形槽内，所述永磁铁3的内壁与外壳1的内壁齐平。

实施例6：

如图1-图4所示，本实施例基于实施例5，在环形槽的上端和下端均设置有环形滑槽，所述永磁铁3的两个端部设置有与环形滑槽配合的滑块，所述滑块能够在环形滑槽内滑动，所述滑块能够将永磁铁3稳定在外壳1内；在永磁铁3两端和外壳1内壁接触的位置设置有密封圈，密封圈的设置一方面可以避免血液进入；另一方面还可以减轻外壳1与永磁铁3之间的摩擦力。

实施例7：

如图1-图4所示，本实施例基于实施例1，所述永磁铁3和马达2之间具有一定间隙，该间隙小于等于3mm。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种中空心脏辅助泵，包括外壳(1)、马达(2)和永磁铁(3)，其特征在于，所述外壳(1)的两端均为开端，所述马达(2)贴设在外壳(1)内侧，所述永磁铁(3)设置在马达(2)内侧，所述永磁铁(3)内侧形成血液通道，所述永磁铁(3)的内壁设置有螺旋叶片(4)，使用时，血液通道直接与升主动脉或肺动脉连通。

2.根据权利要求1所述的一种中空心脏辅助泵，其特征在于，所述螺旋叶片(4)由中空心脏辅助泵的入口端至出口端呈螺旋上升趋势。

3.根据权利要求1所述的一种中空心脏辅助泵，其特征在于，所述螺旋叶片(4)与永磁铁(3)的内壁连接的一端形成加厚连接端(41)，所述加厚连接端(41)的宽度大于螺旋叶片(4)的宽度。

4.根据权利要求1所述的一种中空心脏辅助泵，其特征在于，所述外壳(1)的外壁在两端均设置有固定槽(11)。

5.根据权利要求1所述的一种中空心脏辅助泵，其特征在于，所述血液通道的内径与升主动脉或肺动脉的内径相匹配。

6.根据权利要求1所述的一种中空心脏辅助泵，其特征在于，所述外壳(1)的侧壁两端均设置有弧形面(12)。

7.根据权利要求1所述的一种中空心脏辅助泵，其特征在于，所述永磁铁(3)和马达(2)之间具有一定间隙，该间隙小于等于3mm。

8.根据权利要求1所述的一种中空心脏辅助泵，其特征在于，还包括血流速度控制系统，所述血流速度控制系统包括设置在中空心脏辅助泵入口端和出口端的压力传感器，以及控制器，所述压力传感器实时感应中空心脏辅助泵入口端和出口端的压力，并将感应的压力信号传递给控制器，由控制器做出分析并发出指令调节电流电压，通过调节电流电压调节马达(2)产生的磁场，通过改变磁场调节永磁铁(3)的转速，通过永磁铁(3)带动螺旋叶片(4)转动实现血流速度调节。

9.根据权利要求1所述的一种中空心脏辅助泵，其特征在于，所述外壳(1)的内壁设置有环形槽，所述马达(2)和永磁铁(3)均安装在环形槽内，所述永磁铁(3)的内壁与外壳(1)的内壁齐平。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种中空心脏辅助泵，其特征在于，还包括连接线(5)，所述连接线(5)一端与马达(2)连接，另一端伸出外壳(1)。

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