專利名稱：氣電一體式血泵、氣電一體式人工心臟的制作方法
該發(fā)明屬醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域。
血泵是心臟，大血管手術(shù)中體外循環(huán)的重要設(shè)備之一。目前，臨床應(yīng)用的主要是滾柱泵和離心泵，這二種血泵工作狀態(tài)穩(wěn)定，可操作性強，發(fā)展和完善的時間長，已成為主流機型，但血液破壞大，預(yù)充量多，價格昂貴，機型大，主要提供非搏動血流是其主要的缺點。
人工心臟包括全人工心臟和心室輔助裝置，按驅(qū)動原理分為氣動式和電動式。理想的人工心臟應(yīng)力求接近自然心臟，應(yīng)能提供搏動血流，有足夠的心排出量，能按需調(diào)節(jié)；制作時力求達到小型化、輕量化、低能耗、低噪音、全植入；血液相容性好，安全耐用。而目前的氣動式人工心臟，其驅(qū)動裝置不能植入人體；電動式人工心臟在小型化和左右心室同步收縮等方面，存在著相互矛盾，另外還存在需要設(shè)計心室順應(yīng)部件等缺點。(參考《體外循環(huán)灌注學(xué)》李佳春、李功宋主編，第三章，人工心臟，[SBN7-80020-324-7])。
該發(fā)明的目的是為心臟手術(shù)提供更簡單安全的體外循環(huán)設(shè)備，為需要心臟置換和心室輔助的病人提供更符合生理的人工心臟。
主要內(nèi)容如下該發(fā)明是99年11月22日申請的氣動式血泵和氣動式人工心臟的一種變形組合，即相當于將氣動泵的泵體直接置入了氣體抽壓機氣囊內(nèi)部，省去了氣體連接管及泵體外殼。請對比圖一、圖二、圖三理解。
前次申請說明中重點強調(diào)了氣功式血泵的泵體結(jié)構(gòu)，對氣體驅(qū)動裝置即氣體抽壓機僅以機械活塞表示了提供給氣囊的伸縮動力。這次主要是對氣囊伸縮動力形式作了二種改進設(shè)想，從而使氣動式血泵的泵體與氣體驅(qū)動裝置能夠組合為一體，構(gòu)成了各有特點的二種氣電一體式血泵和二種氣電一體式人工心臟。
這二種改進是一、在折疊式氣囊壁上或氣囊折疊層之間設(shè)置二個以上電磁轉(zhuǎn)化線圈，利用相鄰線圈電流方向相同時吸收，電流方向相反時排斥的原理，制成可伸縮氣囊(圖二)；二、使折疊式氣囊位于電動機周圍的環(huán)球形罩體軌道內(nèi)，一端固定，靠電動機的曲臂軸推拉另一端產(chǎn)生伸縮變化(圖三)。二種氣囊的伸縮要靠電流方向的切換來完成，如果再在氣囊外設(shè)置一個密封外殼，使氣囊與外殼之間形成密封負壓腔，則只要間斷同向電流為氣囊提供收縮動力即可，其舒張靠負壓自動完成。這樣可免去電流的方向切換，也有利于植入人體。如圖二C、圖四A。改進后的氣囊同樣可以作為氣動式血泵的驅(qū)動裝置，如果設(shè)計小巧，還可以與氣動泵及連接管一起植入人體，成為體內(nèi)驅(qū)動式氣動人工心臟。
用電磁轉(zhuǎn)化線圈作動力的氣電一體式血泵(圖二B)，其結(jié)構(gòu)是外面是動力氣囊，氣囊二端有血液單向進出口，進出口之間張有彈力膜，將氣囊分隔為膜內(nèi)腔和膜外腔，氣囊與彈力膜之間的膜外腔內(nèi)有少量氣體。
用電磁轉(zhuǎn)化線圈作動力的氣電一體式人工心臟(圖二C)，其結(jié)構(gòu)是外面是密封外殼，中間層是動力氣囊，氣囊內(nèi)是彈力內(nèi)膜，三者間相互形成二個封閉腔，三者的共同開口處有二個血流單向進出口。外殼與動力氣囊間的密封腔是負壓腔，使氣囊及內(nèi)彈力膜在無磁場時自動舒張，氣囊與彈力內(nèi)膜間的密封腔有少量氣體可防止彈力內(nèi)膜在收縮時陷入氣囊皺折內(nèi)形成死腔。
用直流電機作動力的氣電一體式血泵(圖三B)，其結(jié)構(gòu)是電動機位于中心，電機外是作為氣囊運動軌道的外殼，氣囊位于外殼內(nèi)，其一端固定，另一端與電機曲臂軸相連。血流單向進出口位于氣囊固定端的底部，氣囊兩端間張有彈力內(nèi)膜，內(nèi)膜與氣囊間有少量氣體。
用電動機作動力的氣電一體式人工心臟(圖三C、圖四A、B)其用作氣囊運動軌道的外殼進一步向上下延伸，將電機封閉只留血流單向進出口與外界相通，外殼與氣囊間是負壓腔。氣囊根據(jù)需要設(shè)置一個或二個，囊內(nèi)二端間張有彈力內(nèi)膜，內(nèi)膜外密封腔也有少量氣體。
氣電一體式血泵，與滾柱泵和離心泵相比，其優(yōu)點是能直接提供搏動血流，而且結(jié)構(gòu)小巧，附屬設(shè)備少，有效地節(jié)約了空間，減少了預(yù)充及血液破壞，為長時間的體外循環(huán)提供了更大的安全保證；價格也會大幅度降低；與氣動式血泵相比，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)一體化，不必另設(shè)置氣體驅(qū)動裝置，方便了體外循環(huán)設(shè)備的安裝。
氣電一體式人工心臟的優(yōu)點(1)避免了氣動式人工心臟必須有氣體連接管道穿過皮膚與體外驅(qū)動裝置相連的缺點。(2)避免了電動式人工心臟左右心室同步收縮時左右血室的驅(qū)動系統(tǒng)相互獨立和驅(qū)動系統(tǒng)單一時左右心室非同步收縮的缺點。(3)動力系統(tǒng)占用空間少，從而可滿足心室的每搏輸出量要求。(4)解決了目前電動式人工心臟舒張期相對縮短的問題。(5)相對地模仿了自然心臟的順應(yīng)性，不用另外設(shè)計順應(yīng)室及左右心分流系統(tǒng)。(6)不存在電機轉(zhuǎn)動軸與血室之間的密封問題。(7)可適應(yīng)一定范圍的幾何變形，有利于植入。摩擦減少，利于使用壽命的延長并可減少熱量的產(chǎn)生。(8)有利于適應(yīng)將來更先進的非導(dǎo)線傳輸能量方式。(9)間斷電流的特點為利用竇房結(jié)電流控制心泵創(chuàng)造了條件。
圖一A、B、C分別是前次所介紹的氣功式人工心臟的活塞式氣體抽壓機、血泵泵體及人工心臟泵體示意圖。
圖二A、B、C分別是用電磁轉(zhuǎn)化線圈作動力的氣囊、氣電一體式血泵及氣電一體人工氣臟。
圖三A、B、C分別用電動機作動力的氣體抽壓機，氣電一體式血泵，氣電一體式人工心臟俯視示意圖。
圖四A、B、分別是用電動機作動力的氣電一體式人工心臟側(cè)視示意圖及立體剖示圖。
圖五是用電磁線圈作動力的氣電一體式血泵模擬圖。
實現(xiàn)該發(fā)明的最好方式有如下幾點(1)外殼及彈力內(nèi)膜等部件的材料選擇上應(yīng)考慮到組織血液相容性，耐生物老化性，理化穩(wěn)定性，易加工，易滅菌，耐疲勞，無毒，無熱源，不發(fā)生鈣沉著，不擾亂電能質(zhì)以及磁屏蔽等諸多方面。
(2)線圈及電機的選擇應(yīng)考慮到對組織的熱損傷問題，最好采用一些高科技材料如非晶態(tài)合金，超導(dǎo)磁體等。
(3)易損部件的制作安裝，要考慮到易更換問題，外殼制作要考慮到固定問題，最好涂布能與組織細胞生長溶合在一起的材料。
(4)血液進出口的單向活瓣目前已有較完善的用于人體的設(shè)計，可借鑒使用。
(5)電源控制開關(guān)最好設(shè)計成既能按需控制又能利用竇房結(jié)電流激發(fā)的電子開關(guān)。
(6)電能的輸入要在符合需求強度的基礎(chǔ)上，盡可能采用磁感應(yīng)輸入方式，以避免導(dǎo)線穿過人體皮膚可能遭致的感染。
權(quán)利要求
1.氣電一體式血泵和氣電一體式人工心臟分別是用于體外循環(huán)和人工心臟置換時的血液動力裝置，能產(chǎn)生單向搏動血流，其特征是動力氣囊的作用力通過一定容量的氣體作用于氣囊內(nèi)彈力內(nèi)膜，使血液通過單向活瓣進出內(nèi)膜腔產(chǎn)生單向搏動性流動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣電一體式血泵是用于體外循環(huán)的血液動力裝置，其特征是由動力氣囊，彈力內(nèi)膜和單向活瓣組成，彈力內(nèi)膜張于氣囊兩端，將氣囊分隔成膜內(nèi)腔和膜外腔，膜外腔內(nèi)有少量氣體，膜內(nèi)腔的一端或二端安裝有二個單向活瓣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣電一體式人工心臟是用于人工心臟置換時的血液動力裝置，其特征是由外殼、動力氣囊、彈力內(nèi)膜和單向活瓣組成，外殼與動力氣囊間是密封腔，其內(nèi)可以是能使氣囊自動伸開的負壓，而動力氣囊、彈力內(nèi)彈和單向活瓣的組成方式和氣動一體式血泵相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述動力氣囊，其特征是在折疊式氣囊外設(shè)置電磁線圈，利用電磁作用力使氣囊伸縮或?qū)饽以O(shè)置在電動機周圍的球形軌道內(nèi)通過曲臂軸推拉使氣囊伸縮。
全文摘要
該發(fā)明屬醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域。主要解決血泵的簡單化、小型化及搏動灌注問題和人工心臟的小型化、全植入及同步收縮問題。其主要技術(shù)特征是在折疊式氣囊外設(shè)置電磁線圈來控制其伸縮,或?qū)⒄郫B式氣囊置于電動機外周,通過其曲臂軸推拉使其伸縮。氣囊內(nèi)兩端間張有彈力內(nèi)膜,將氣囊分隔成內(nèi)外腔,外腔內(nèi)有少量氣體,內(nèi)腔為血室,血液通過二個單向活瓣進出血室,成為氣電一體式血泵。在血泵外設(shè)置負壓密封外殼,使其只通過單向活瓣與外界相通,成為氣電一體式人工心臟。
文檔編號A61M1/12GK1255383SQ99126700
公開日2000年6月7日 申請日期1999年12月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月27日
發(fā)明者李樹文 申請人:李樹文