一種人工心臟自平衡體外磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種人工心臟自平衡體外磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，屬于生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域。本發(fā)明包括體外驅(qū)動(dòng)裝置和位于升主動(dòng)脈血管中的泵體，還包括體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置和體外力平衡裝置，其中，體外驅(qū)動(dòng)裝置由驅(qū)動(dòng)電機(jī)與徑向充磁的永磁圓柱體組成，泵體為圓柱形外殼，殼內(nèi)安裝徑向充磁的永磁體絞龍形葉輪；體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置由可旋轉(zhuǎn)的、徑向充磁的圓臺(tái)形永磁體和密封的外殼組成；體外力平衡裝置由徑向充磁的永磁回轉(zhuǎn)體與驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成。體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置補(bǔ)償體外驅(qū)動(dòng)裝置與人工心臟泵體之間的傳動(dòng)角度和軸向位置的偏差，通過調(diào)整體外力平衡裝置的位置和磁場(chǎng)力維持人工心臟泵體所受的磁場(chǎng)力平衡。
【專利說明】一種人工心臟自平衡體外磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種人工心臟自平衡體外磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，屬于生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]血泵已經(jīng)逐漸成為了治療心力衰竭的有效方法之一，但是在傳統(tǒng)的血泵系統(tǒng)中，大多數(shù)采用內(nèi)置電池或者經(jīng)皮導(dǎo)線的方式來向體內(nèi)血泵傳送能量。但是不管是內(nèi)置電池儲(chǔ)能或者通過經(jīng)皮導(dǎo)線能量傳送都存在一些弊病。這些弊病主要表現(xiàn)在:對(duì)于內(nèi)置電池方式，由于目前電池技術(shù)限制，不可能長(zhǎng)時(shí)間為血泵系統(tǒng)提供能量，同時(shí)由于將整個(gè)血泵系統(tǒng)植入人體，增加了人體內(nèi)部的異物體積，造成人體的排異反應(yīng)的可能性大大增加，因此這類系統(tǒng)只適合短期輔助，不能夠長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行；而經(jīng)皮導(dǎo)線能量傳遞方式雖然可以解決系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行的問題，但是由于導(dǎo)線會(huì)穿過人體皮膚，因此極其容易造成感染和排異反應(yīng)，嚴(yán)重影響病人的生活質(zhì)量。為了解決這些問題，專利99126258.1采用磁耦合原理設(shè)計(jì)人工心臟體外磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。為了提高人工心臟的傳遞轉(zhuǎn)矩，專利200910089092.4設(shè)計(jì)兩級(jí)傳動(dòng)裝置提高轉(zhuǎn)矩的傳遞效率。雖然上面的發(fā)明一定程度上解決了人工心臟的體外驅(qū)動(dòng)問題，但是這些發(fā)明存在以下三方面不足:第一，隨著磁性材料技術(shù)的進(jìn)步，目前的磁性材料已經(jīng)能夠?yàn)槿斯ば呐K提供足夠的轉(zhuǎn)矩，而無需采用專利200910089092.4設(shè)計(jì)的兩級(jí)傳動(dòng)裝置。第
二，前面發(fā)明的驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)于人工心臟的空間位置要求嚴(yán)格。上述驅(qū)動(dòng)器要求其轉(zhuǎn)動(dòng)軸與人工心臟的轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行，并且體外驅(qū)動(dòng)裝置的永磁磁體需要正對(duì)人工心臟。根據(jù)人體的解剖結(jié)構(gòu)可知，一方面植入人體的人工心臟的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與放置于體表的驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸不平行，而是存在30° -60°的夾角；另一方面受到人體體形影響，很難實(shí)現(xiàn)體外驅(qū)動(dòng)裝置的永磁磁體正對(duì)人工心臟的需求。因此上述驅(qū)動(dòng)裝置無 法可靠地驅(qū)動(dòng)人工心臟。第三，之前發(fā)明的驅(qū)動(dòng)裝置會(huì)使人工心臟長(zhǎng)時(shí)間受到指向驅(qū)動(dòng)裝置一側(cè)的磁場(chǎng)力的吸引作用。這種磁場(chǎng)力的不平衡一方面會(huì)直接降低人工心臟的使用壽命，增加人工心臟部件的磨損程度和故障發(fā)生機(jī)率；另一方面會(huì)導(dǎo)致升主動(dòng)脈長(zhǎng)期受到人工心臟的牽拉作用，從而增加血管病變的風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述問題，本發(fā)明提供一種人工心臟自平衡體外磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，特別針對(duì)人工心臟的無接觸式體外磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的問題。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案:
[0005]一種人工心臟自平衡體外磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括體外驅(qū)動(dòng)裝置和位于升主動(dòng)脈血管中的泵體，該系統(tǒng)還包括體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置和體外力平衡裝置，所述體外驅(qū)動(dòng)裝置由驅(qū)動(dòng)電機(jī)與永磁圓柱體組成,其中永磁圓柱體徑向充磁,驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)永磁圓柱體旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)；所述泵體為圓柱形外殼，其中安裝絞龍形葉輪，該葉輪采用永磁體，并且徑向充磁；所述體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置由圓臺(tái)形永磁體和密封的外殼組成，該永磁體架裝在外殼內(nèi)，可旋轉(zhuǎn)，并且徑向充磁，其轉(zhuǎn)軸與所述體外驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)軸在同一平面內(nèi)；所述體外力平衡裝置由永磁回轉(zhuǎn)體與驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成，其中永磁回轉(zhuǎn)體徑向充磁，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)永磁回轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，它被放置于體外驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)軸與體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置轉(zhuǎn)軸所構(gòu)成的平面內(nèi)，順序?yàn)轶w外驅(qū)動(dòng)裝置、體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置、體外力平衡裝置。
[0006]為了提高影響力，所述體外驅(qū)動(dòng)裝置的永磁圓柱體、泵體的葉輪、體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置的圓臺(tái)形永磁體、體外力平衡裝置的永磁圓臺(tái)體充兩對(duì)以上的磁極，NS極交替排列，且磁極數(shù)為偶數(shù)。
[0007]為了提高系統(tǒng)的效率，所述泵體葉輪的軸線與所述體外驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線平行，且位于該兩根軸線所構(gòu)成的平面內(nèi)的體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置的圓臺(tái)形永磁體的一根腰線亦與該兩根軸線平行。
[0008]為了適應(yīng)更廣的情況，所述體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置的圓臺(tái)形永磁體的長(zhǎng)度大于泵體的葉輪的長(zhǎng)度。
[0009]作為優(yōu)選，所述體外力平衡裝置的永磁回轉(zhuǎn)體為永磁圓臺(tái)體。
[0010]作為優(yōu)選,所述體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置的圓臺(tái)形永磁體的圓臺(tái)底面與腰的夾角在45°-135°之間。
[0011]本發(fā)明中的體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置被放置于胸腔內(nèi)部可補(bǔ)償體外驅(qū)動(dòng)裝置和人工心臟泵體之間的傳動(dòng)角度和軸向位置偏差；體外力平衡裝置放置于人工心臟與體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置軸平面的反向延長(zhǎng)面上，可維持人工心臟所受磁場(chǎng)引力平衡，從而保持人工心臟所受磁場(chǎng)力平衡，提高人工心臟的壽命，減小血管發(fā)生病變的幾率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明ー種人工心臟自平衡體外磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明中各永磁體的一種充磁方式的橫截面示意圖。
[0014]圖中:1、體外驅(qū)動(dòng)裝置，2、體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置，3、泵體，4、體外力平衡裝置，5、體表。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖1-2對(duì)本發(fā)明人工心臟自平衡體外磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)做進(jìn)一歩詳細(xì)說明。
[0016]本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參考圖1，由體外驅(qū)動(dòng)裝置1、泵體2、體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置3和體外力平衡裝置4組成。
[0017]體外驅(qū)動(dòng)裝置由驅(qū)動(dòng)電機(jī)與永磁圓柱體組成,驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)永磁圓柱體旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，給泵體2提供動(dòng)カ。
[0018]泵體泵體為圓柱形外殼，其中安裝絞龍形葉輪，該葉輪采用高剩磁的永磁體，并且徑向充磁，與體外驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)發(fā)生相互作用，從而轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)血液流動(dòng)。
[0019]體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置由圓臺(tái)形永磁體和密封的外殼組成，該永磁體架裝在外殼內(nèi)，可旋轉(zhuǎn)，并且徑向充磁，其轉(zhuǎn)軸與所述體外驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)軸盡量在同一平面內(nèi)。圓臺(tái)底面與腰的夾角在45° -135°之間，根據(jù)患者的體形和泵體的空間位置確定，以補(bǔ)償體外驅(qū)動(dòng)裝置I與泵體2的傳動(dòng)角度偏差；體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置中的圓臺(tái)形永磁體的長(zhǎng)度大于人エ心臟的長(zhǎng)度，從而補(bǔ)償體外驅(qū)動(dòng)裝置I與泵體2之間的軸向偏差。所以體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置能夠補(bǔ)償體外驅(qū)動(dòng)裝置與泵體之間的傳動(dòng)角度和軸向位置偏差，提高人工心臟的驅(qū)動(dòng)可靠性。
[0020]體外力平衡裝置由驅(qū)動(dòng)電機(jī)與永磁回轉(zhuǎn)體組成，永磁回轉(zhuǎn)體優(yōu)選圓臺(tái)體。永磁回轉(zhuǎn)體徑向充磁，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)永磁回轉(zhuǎn)體產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)。它放置于體外，位于體外驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)軸與體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置轉(zhuǎn)軸所構(gòu)成的平面內(nèi)，順序?yàn)轶w外驅(qū)動(dòng)裝置、體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置、體外力平衡裝置。體外力平衡裝置的作用是平衡體外驅(qū)動(dòng)裝置和體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置對(duì)于泵體產(chǎn)生的磁場(chǎng)吸引力，保持泵體和血管的受カ平衡。
[0021]由于體外驅(qū)動(dòng)裝置、泵體、體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置和體外力平衡裝置之間存在磁耦合作用，因此，體外驅(qū)動(dòng)裝置的旋轉(zhuǎn)能夠驅(qū)動(dòng)升主動(dòng)脈血管中的泵體的葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，為人工心臟提供能量；而體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置和體外力平衡裝置能夠使前面二者運(yùn)行穩(wěn)定、平衡。
[0022]體外驅(qū)動(dòng)裝置、體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置和體外力平衡裝置中的永磁體可采用具有高剩磁的釹鐵硼材料，徑向充磁，可以充一対，兩對(duì)或者更多對(duì)磁極，NS極交替排列，但兩對(duì)以上需是偶數(shù)對(duì)的磁極(如圖2)。
[0023]圖1的人工心臟自平衡體外磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，體外驅(qū)動(dòng)裝置、泵體、體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置和體外力平衡裝置中所用的永磁體均采用兩對(duì)磁極的徑向充磁的釹鐵硼N50材料制造，外徑分別為34mm, 20mm, 20mm(上底面)-30mm(下底面)和50mm。體外驅(qū)動(dòng)裝置和體外力平衡裝置所用的永磁體長(zhǎng)度為50mm，泵體中葉輪所用的永磁體長(zhǎng)度為20mm，體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置所用的永磁體長(zhǎng)度為60mm，底面與腰的夾角為75°。體外驅(qū)動(dòng)裝置距離體內(nèi)傳動(dòng)裝置50mm,體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置距離人工心臟100mm,泵體距離體外力平衡裝置140mm。經(jīng)過測(cè)量整個(gè)系統(tǒng)能夠保證人工心臟受到的轉(zhuǎn)矩為0.2Nm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的傳動(dòng)方式；并且人工心臟受到的磁場(chǎng)吸引力 平衡，凈差為0.002N。
【權(quán)利要求】
1.一種人工心臟自平衡體外磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括體外驅(qū)動(dòng)裝置和位于升主動(dòng)脈血管中的泵體，其特征在于:該系統(tǒng)還包括體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置和體外力平衡裝置，所述體外驅(qū)動(dòng)裝置由驅(qū)動(dòng)電機(jī)與永磁圓柱體組成,其中永磁圓柱體徑向充磁,驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)永磁圓柱體旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)；所述泵體為圓柱形外殼，其中安裝絞龍形葉輪，該葉輪采用永磁體，并且徑向充磁；所述體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置由圓臺(tái)形永磁體和密封的外殼組成，該永磁體架裝在外殼內(nèi)，可旋轉(zhuǎn)，并且徑向充磁，其轉(zhuǎn)軸與所述體外驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)軸在同一平面內(nèi)；所述體外力平衡裝置由永磁回轉(zhuǎn)體與驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成，其中永磁回轉(zhuǎn)體徑向充磁，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)永磁回轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，它被放置于體外驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)軸與體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置轉(zhuǎn)軸所構(gòu)成的平面內(nèi)，順序?yàn)轶w外驅(qū)動(dòng)裝置、體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置、體外力平衡裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人工心臟自平衡體外磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于:所述體外驅(qū)動(dòng)裝置的永磁圓柱體、泵體的葉輪、體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置的圓臺(tái)形永磁體、體外力平衡裝置的永磁圓臺(tái)體充兩對(duì)以上的磁極，NS極交替排列，且磁極數(shù)為偶數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種人工心臟自平衡體外磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于:所述泵體葉輪的軸線與所述體外驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線平行，且位于該兩根軸線所構(gòu)成的平面內(nèi)的體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置的圓臺(tái)形永磁體的一根腰線亦與該兩根軸線平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種人工心臟自平衡體外磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于:所述體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置的圓臺(tái)形永磁體的長(zhǎng)度大于泵體的葉輪的長(zhǎng)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的一種人工心臟自平衡體外磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于:所述體外力平衡裝置的永磁回轉(zhuǎn)體為永磁圓臺(tái)體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的一種人工心臟自平衡體外磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于:所述體內(nèi)空間自適應(yīng)裝置的圓臺(tái)形永磁體的圓臺(tái)底面與腰的夾角在45° -135°之間。
【文檔編號(hào)】A61M1/10GK103446634SQ201310405496
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】常宇, 谷凱云, 高斌, 曾毅 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)