專利名稱：可植入渦旋式搏動型心室輔助血泵的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種醫療器械技術領域中的心室輔助裝置，尤其地，涉及一種用超聲電機驅動的可植入渦旋式搏動型左心室輔助血泵。
背景技術：
目前，在世界范圍內，心臟疾病已經成為影響人類健康的最主要的疾病之一。機械輔助循環不僅已經進入心力衰竭治療的服務目錄，更逐漸發展為治療心力衰竭的永久治療手段。
現有的心室輔助血泵按照血液供給方式主要分為平流式和搏動式血泵。其中的平流式血泵，如離心式和軸流式心室輔助血泵運行時，均需要用到高速旋轉的葉片。由于葉片高速旋轉產生的剪切應力對紅細胞等血細胞具有很強的破壞力，很容易形成血栓，引發中風，多器官衰竭等嚴重后果。搏動式心室輔助血泵因其具有與人類自然心相似的供血規律， 對血細胞破壞小，搏動產生的壓力更有利于微循環灌注等特點而具有顯著的優越性。
現有搏動型心室輔助血泵的動力源主要有空氣壓縮機及電磁式電機兩種。其中空氣壓縮機作為動力源的心室輔助血泵由于需要聯接氣源，無法植入患者體內，一般用作非植入式心室輔助。與空氣壓縮機驅動的心室輔助血泵相比，普通電磁電機驅動的血泵因為不需要氣源，已經可以植入一些體表面積較大的患者體內。但由于磁體密度較大，需要減速裝置等，電磁式電機驅動的搏動型心室輔助血泵尺寸的小型化和重量的輕型化都受到了限制。超聲電機是近幾十年發展起來的微特電機，具有轉速低、轉動力矩密度大、響應速度快、 無噪音、體積小、可控性強等特點。因而具備成為搏動型心室輔助血泵驅動器的潛能，這為可植入搏動型心室輔助血泵的發展提供了新途徑。
經對現有專利文獻檢索，發現專利號為US6092878的美國專利和申請號為 200810037404. 2的中國專利提出了一種利用滾珠絲杠將電機的旋轉運動轉換為直線運動以擠壓血袋的供血思路。然而，此方法中，滾珠絲杠為實心結構，其機械換向機構至少占心室輔助血泵厚度的1/2，導致換向機構本身占用空間較大，不便于將心室輔助血泵植入患者體內。除此而外，申請號為201010247653.1和201110204892. 3的中國專利均記錄了一種采用超聲電機驅動的隔膜式心室輔助血泵，其中的機械換向機構均為凸輪。但申請號為 201010247653.1的中國專利中的凸輪換向機構與超聲電機在空間上依次堆放，心室輔助血泵厚度較厚，不利于植入。申請號為201110204892. 3的中國專利公布的超聲電機驅動隔膜式心室輔助血泵，采用中空的圓柱凸輪推動推板從底部向上壓縮血液腔，泵出血液。但在該結構中，血液腔依靠血液自身重力充盈，心室輔助血泵流量較小。
另外，所有上述設計方案均沒有考慮(1)血液腔兩側心室輔助血泵出入口瓣膜輪流開、關時，在心室輔助血泵瓣膜關閉管路中，存在的靜止血液容易引發血 栓的問題；(2)心室輔助血泵植入體內后與自然心血管相聯接時，存在有較長和較多彎曲聯接管路等引發的血液流阻增加問題。發明內容
有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種可植入渦旋式搏動型心室輔助血泵
為實現上述目的，本發明提供了一種可植入渦旋式搏動型左心室輔助血泵，其包括入口接頭、出口接頭、入口瓣膜、出口瓣膜、上蓋、彈性膜片、圓筒形內凸輪、直線導軌、超聲電機轉子、兩個滾動軸承、預緊軸、超聲電機定子、底座和外殼，
其中，所述超聲電機定子和所述超聲電機轉子位于所述圓筒形內凸輪內底部，所述超聲電機定子固定在所述底座上，并通過所述預緊軸將所述超聲電機轉子預緊到所述超聲電機定子上構成超聲電機；在成軸對稱的超聲電機轉子外側壁上分別放置有所述兩個滾動軸承，所述兩個滾動軸承分別置于所述圓筒形內凸輪的輪槽內，構成反圓筒形內凸輪；所述直線導軌的導軌部分固定在所述外殼的內壁上，所述直線導軌的滑塊部分固定在所述圓筒形內凸輪的外壁上；所述外殼與所述底座通過螺絲連接；所述彈性膜片底部有嵌入剛性推板，用于與所述圓筒形內凸輪頂部的剛性連接；所述上蓋與所述外殼將所述彈性膜片的上部邊緣夾緊密封，并通過螺栓連接在一起；所述上蓋中部具有半球形下凹，含有入口接頭的入口管路與含有出口接頭的出口管路均沿上蓋圓周的切向方向，所述入口接頭與所述入口管路連接并將所述入口瓣膜固定于所述入口管路內；所述出口接頭與所述出口管路連接并將所述出口瓣膜固定于所述出口管路內。
如上述的可植入渦旋式搏動型左心室輔助血泵，其中，所述彈性膜片的材料為血液相容性材料。
如上述的可植入渦旋式搏動型左心室輔助血泵，其中，所述圓筒形內凸輪靠近頂部輪槽一邊設置有用于安裝所述滾動軸承的安裝孔。
如上述的可植入渦旋式搏動型左心室輔助血泵，其中，一個滾動軸承通過螺絲直接固定在所述超聲電機轉子的側壁上，并安裝到所述圓筒形內凸輪的輪槽內；另一個滾動軸承是通過所述圓筒形內凸輪側壁上的安裝孔，利用螺絲固定在所述超聲電機轉子的側壁上，并同時置于所述圓筒形內凸輪輪槽的另一端內。
如上述的可植入渦旋式搏動型左心室輔助血泵，其中，所述入口接頭通過螺紋與入口管路連接并將所述入口瓣膜固定于入口管路內；所述出口接頭通過螺紋與出口管路連接并將所述出口瓣膜固定于出口管路內。
如上述的可植入渦旋式搏動型左心室輔助血泵，其中，所述入口管路和出口管路位于所述上蓋上，且所述入口管路與出口管路均沿所述上蓋圓周的切向方向，所述入口管路與出口管路之間形成的夾角與心尖朝向與升主動脈之間夾角相同，并且當固定其中一個管路，以上蓋圓心為旋轉中心旋轉另一管路時，所述入口管路和出口管路能夠完全重合。
因此，本發明的可植入渦旋式搏動型心室輔助血泵相對于現有技術具有以下有益效果
(I)與傳統凸輪搏動型心室輔助血泵采用凸輪帶動滾子從動件運動的方式相比， 本發明所設計的心室輔助血泵采用了反圓筒形內凸輪的機械運動轉換機構，可以將凸輪滾子與電機轉子固定在一起，帶動圓筒形內凸輪運動，這樣設計的優點在于可以將超聲電機定轉子放入筒形凸輪的內部，縮小了泵體體積，易于植入；同時筒形凸輪頂部與嵌入彈性膜片底部的推板合二為一，減少了運動`傳遞部件的數量，提高了心室輔助血泵的可靠性；
(2)心室輔助血泵上蓋中部設計有半球形下凹，入口管路與出口管路均沿上蓋圓 周的切向方向，入口管路與出口管路之間形成的夾角與心尖朝向與升主動脈之間夾角相同 利于植入，并且如果固定其中某一管路，而以上蓋圓心為旋轉中心旋轉另一管路，兩管路將 能夠完全重合，這樣的泵殼形狀及出入口位置的設計使得血腔內形成漩渦流，增強對壁面 的沖刷效果，減少血栓的生成；(3)圓筒形內凸輪的輪廓線可采用簡諧曲線，簡諧曲線具有速度變化平穩，無脈動 沖擊等優點，減小了泵血過程心室輔助血泵對血液的破壞作用。


圖1為本發明的可植入渦旋式搏動型心室輔助血泵的爆炸圖；圖2為本發明的圓筒形內凸輪半剖視圖；圖3為本發明的上蓋直視圖；圖4為沿上蓋圓心軸線剖開后的腔體的結構示意圖；圖5為本發明的可植入渦旋式搏動型心室輔助血泵的裝配示意圖。
具體實施例方式以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以 充分地了解本發明的目的、特征和效果。本發明的超聲電機驅動的可植入渦旋式搏動型心室輔助血泵中，機械運動轉換機 構為中空的反筒形內凸輪，即筒形內凸輪作為運動轉換機構的從動件。其中旋轉超聲電機 直接放置于中空的筒形內凸輪內底部，在軸對稱的超聲電機轉子外側分別放置兩個軸承， 兩個軸承分別置于筒形內凸輪的輪槽內。在軸對稱筒形內凸輪的外側，分別設置兩個滑塊， 兩個滑塊分別運動于心室輔助血泵外殼內側的導軌上。筒形內凸輪的頂部與血液腔的推 板固定聯接。當超聲電機旋轉時，通過超聲電機轉子帶動兩個置于筒形內凸輪槽內的軸承 做旋轉運動，筒形內凸輪則沿著固定于心室輔助血泵外殼內側的導軌做往復的直線運動， 增加或減小血液腔的容積，達到輔助衰竭心臟的目的。同時血液腔的血液出入口，按左心室 和升主動脈的相對位置，在血液腔一側相鄰位置，分別設置血液出入口，以保證血液腔內的 血液流動方向在血液腔容積增加或減小的過程中保持一致，減小血栓產生的可能。另外，這 種出入口的安排方式有助于縮短聯接管路的長度和彎曲程度，減小血液腔出入口的血液流 阻。如圖1所示，本發明的超聲電機驅動的可植入渦旋式搏動型心室輔助血泵包括入 口接頭1、出口接頭2、入口瓣膜3、出口瓣膜4、上蓋5、彈性膜片6、圓筒形內凸輪7、直線導 軌8、超聲電機轉子9、兩個滾動軸承10、預緊軸11、超聲電機定子12、底座13、外殼14。其 中，超聲電機定子12，超聲電機轉子9位于圓筒形內凸輪7內部。在超聲電機轉子9的側壁 上，有兩個成軸對稱分布的滾動軸承10。如圖2所示，圓筒形內凸輪7靠近頂部輪槽一邊有用于安裝滾動軸承10的安裝 孔。兩個滾動軸承10之一，是通過螺絲直接固定在超聲電機轉子9的側壁上，并安裝到圓 筒形內凸輪7的凸輪輪槽內；另一個滾動軸承10是通過圓筒形內凸輪7側壁上的安裝孔， 利用螺絲固定在超聲電機轉子9的側壁上，并同時置于圓筒形內凸輪7凸輪輪槽的另一端內。通過上述結構，構成本發明的反圓筒形內凸輪。
直線導軌8的導軌部分固定在外殼14的內壁上，直線導軌8的滑塊部分固定在圓筒形內凸輪7的外壁上。外殼14與底座13通過螺絲連接。直線導軌8限定圓筒形內凸輪 7為單一自由度，方向沿圓筒形內凸輪7的軸向。
彈性膜片6底部有嵌入剛性推板，用于與圓筒形內凸輪7頂部的剛性連接。彈性膜片6的材料為血液相容性材料，如聚氨酯等。
上蓋5與外殼14將彈性膜片6的上部邊緣夾緊密封，并通過螺栓連接在一起。如圖3和圖4所示，上蓋5中部具有半球形下凹，含有入口接頭I的入口管路與含有出口接頭 2的出口管路均沿上蓋圓周的切向方向，入口管路與出口管路之間形成的夾角與心尖朝向與升主動脈之間夾角相同，并且如果固定其中某一管路，而以上蓋圓心為旋轉中心旋轉另一管路，兩管路將能夠完全重合。
入口接頭I通過螺紋與入口管路連接并將入口瓣膜3固定于入口管路內。出口接頭2通過螺紋與出口管路連接并將出口瓣膜4固定于出口管路內。
如圖5所示，裝配本發明的超聲電機驅動的可植入渦旋式搏動型心室輔助血泵時，首先將超聲電機定子12固定在底座13上，并通過預緊軸11將超聲電機轉子9預緊到超聲電機定子12上構成超聲電機。將滾動軸承10通過螺絲固定到超聲電機轉子9相對稱的側壁上，同時作為滾子安裝到圓筒形內凸輪7的輪槽內。將兩根直線導軌8的滑塊部分安裝在圓筒形內凸輪7外側并將直線導軌8導軌部分固定在心室輔助血泵外殼14的內壁上。圓筒形內凸輪7的凸輪廓線和直線導軌8共同復合約束凸輪，使其只能做往復的直線運動。圓筒形內凸輪7頂部閉合并與嵌入彈性膜片6底部的剛性推板固定聯接。彈性膜片 6具有血液相容性，其底部有嵌入的剛性推板。電機運行時，圓筒形內凸輪7在凸輪廓線和直線導軌8的共同約束下做往復直線運動，帶動與之相連接的彈性膜片6上下運動。心室輔助血泵上蓋5中部設計有半球形下凹，含有入口接頭I的入口管路與含有出口接頭2的出口管路均沿上蓋5的圓周的切線方向，入口管路與出口管路之間形成的夾角與心尖朝向與升主動脈之間夾角相同利于植入，并且如果固定其中某一管路，而以上蓋圓心為旋轉中心旋轉另一管路，兩管路將能夠完全重合。上蓋5與外殼14將彈性膜片6的上部邊緣夾緊密封，并通過螺栓連接在一起。最后利用出入口接頭2和I將出入口瓣膜4和3固定在上蓋5的出入口管路中，以保證血液的單向流動。
本發明的超聲電機驅動的渦旋式搏動型心室輔助血泵通過以下具體步驟進行工作當超聲電機運行時，超聲電機轉子9旋轉，帶動與其連接的滾動軸承10，滾動軸承10位于圓筒形內凸輪7凸輪輪槽內推動圓筒形內凸輪7按凸輪廓線運動。圓筒形內凸輪7同時受滾動軸承10與直線導軌8的約束，在圓筒形內凸輪軸線方向按凸輪廓線約束做往復直線運動，并帶動與之相連的彈性膜片6交替擠壓或放松血液腔。當圓筒形內凸輪7處于升程階段時，彈性膜片6受到擠壓，血液腔內壓力高于主動脈壓力，出口瓣膜4在壓力推動下打開，入口瓣膜3關閉，泵出血液。當圓筒形內凸輪7位于回程階段時，彈性膜片6受到拉伸， 血腔內壓力降低，入口瓣膜3在心室壓力推動下打開，出口瓣膜4關閉，吸入血液。如此往復，實現心室輔助血泵單向泵血功能，達到心室輔助的目的。
以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中 技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范 圍內。
權利要求
1.一種可植入渦旋式搏動型左心室輔助血泵，其特征在于，包括入口接頭、出口接頭、 入口瓣膜、出口瓣膜、上蓋、彈性膜片、圓筒形內凸輪、直線導軌、超聲電機轉子、兩個滾動軸承、預緊軸、超聲電機定子、底座和外殼，其中，所述超聲電機定子和所述超聲電機轉子位于所述圓筒形內凸輪內底部，所述超聲電機定子固定在所述底座上，并通過所述預緊軸將所述超聲電機轉子預緊到所述超聲電機定子上構成超聲電機；在成軸對稱的超聲電機轉子外側壁上分別放置有所述兩個滾動軸承，所述兩個滾動軸承分別置于所述圓筒形內凸輪的輪槽內，構成反圓筒形內凸輪；所述直線導軌的導軌部分固定在所述外殼的內壁上，所述直線導軌的滑塊部分固定在所述圓筒形內凸輪的外壁上；所述外殼與所述底座通過螺絲連接；所述彈性膜片底部有嵌入剛性推板，用于與所述圓筒形內凸輪頂部的剛性連接；所述上蓋與所述外殼將所述彈性膜片的上部邊緣夾緊密封，并通過螺栓連接在一起；所述上蓋中部具有半球形下凹，含有入口接頭的入口管路與含有出口接頭的出口管路均沿上蓋圓周的切向方向，所述入口接頭與所述入口管路連接并將所述入口瓣膜固定于所述入口管路內；所述出口接頭與所述出口管路連接并將所述出口瓣膜固定于所述出口管路內。
2.如權利要求1所述的可植入渦旋式搏動型左心室輔助血泵，其特征在于，所述彈性膜片的材料為血液相容性材料。
3.如權利要求1所述的可植入渦旋式搏動型左心室輔助血泵，其特征在于，所述圓筒形內凸輪靠近頂部輪槽一邊設置有用于安裝所述滾動軸承的安裝孔。
4.如權利要求1所述的可植入渦旋式搏動型左心室輔助血泵，其特征在于，一個滾動軸承通過螺絲直接固定在所述超聲電機轉子的側壁上，并安裝到所述圓筒形內凸輪的凸輪輪槽內；另一個滾動軸承是通過所述圓筒形內凸輪側壁上的安裝孔，利用螺絲固定在所述超聲電機轉子的側壁上，并同時置于所述圓筒形內凸輪輪槽的另一端內。
5.如權利要求1所述的可植入渦旋式搏動型左心室輔助血泵，其特征在于，所述入口接頭通過螺紋與入口管路連接并將所述入口瓣膜固定于入口管路內；所述出口接頭通過螺紋與出口管路連接并將所述出口瓣膜固定于出口管路內。
6.如權利要求1所述的可植入渦旋式搏動型左心室輔助血泵，其特征在于，所述入口管路和出口管路位于所述上蓋上，且所述入口管路與出口管路均沿所述上蓋圓周的切向方向，所述入口管路與出口管路之間形成的夾角與心尖朝向與升主動脈之間夾角相同，并且當固定其中一個管路，以上蓋圓心為旋轉中心旋轉另一管路時，所述入口管路和出口管路能夠完全重合。
全文摘要
本發明公開了一種可植入渦旋式搏動型左心室輔助血泵，其包括入口接頭、出口接頭、入口瓣膜、出口瓣膜、上蓋、彈性膜片、圓筒形內凸輪、直線導軌、超聲電機轉子、兩個滾動軸承、預緊軸、超聲電機定子、底座和外殼。本發明的可植入渦旋式搏動型心室輔助血泵采用了反圓筒形內凸輪的機械運動轉換機構，且筒形凸輪頂部與嵌入彈性膜片底部的推板合二為一，減少了運動傳遞部件的數量，縮小了泵體體積，易于植入；同時按左心室和升主動脈的相對位置，在具有半球形下凹的血液腔一側相鄰位置分別設置血液出入口，使得血腔內形成漩渦流，增強對血液腔壁面的沖刷效果，減少血栓的生成。
文檔編號A61M1/12GK103055363SQ201310022779
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月22日 優先權日2013年1月22日
發明者楊明, 徐亮, 許自豪, 孟凡, 鄔順捷, 鹿存躍, 李世陽 申請人:上海交通大學