CN108525040B - 一种心脏介入式左心室电磁辅助装置 - Google Patents

一种心脏介入式左心室电磁辅助装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种心脏介入式左心室电磁辅助装置，主要包括：体外控制装置和血泵，所述的体外控制装置和血泵通过皮肤层隔离，体外控制装置和血泵之间通过电磁场连接；所述的体外控制装置为横截面为长方形的盒体，所述的盒体外侧正面从左到右依次设置有功率调节旋钮、电流调节旋钮、电源开关、电磁辅助开关、液晶显示屏、充电孔；本发明利用电磁感应式控制技术，不需要在患者皮下钻导线孔，防止感染，操作简单，可长期和连续控制调节；采用新式磁悬浮轴流式血泵，控制精度高，使人工心脏所受磁场引力平衡，保持人工心脏所受磁场力平衡，提高人工心脏的寿命，可以在临床上广泛应用。

Description

一种心脏介入式左心室电磁辅助装置
技术领域
本发明属于心脏辅助医疗器械技术领域，具体来讲是涉及一种心脏介入式左心室电磁辅助装置。
背景技术
人工血泵是用来完全代替心脏工作的变速、变容量的小型泵，按照血泵的工作原理分类，血泵的类型分为容积式和叶片式；按照辅助方式不同，分为全人工心脏、心室辅助装置；按照驱动方式不同，分为气动、电动和磁驱动；按照植入位置分为体外式和植入式。
叶片式血泵与容积式血泵相比，能够克服体积大而不便于植入的问题，主要包括离心泵和轴流泵：离心式血泵是将叶片装在血泵的轴上，当轴高速旋转时，这些叶片将引导血液并将其抛至外沿，叶片对血液的动力作用将形成动脉压。压力的大小取决于叶轮的转速，一般情况下，转速越高所形成的动脉压也越高。轴流式泵的叶片也是装在血泵旋转轴上，当血泵轴旋转时，血液沿着倾斜的方向抛出，经过导叶导流后，血液基本上是沿着血泵的轴向运动，故称为轴流式血泵。
目前，磁悬浮心脏泵作为第三代新型血泵在临床上广泛运用，主要特点为体积小，结构简单，避免了血栓溶血问题，取得了很好的临床效果。特别是用于人工心脏泵爪极永磁步进电动机的结构与方法，可调节和控制血液输出的流量及压力，使其正常运转，稳定悬浮，避免温升过大。设计了血泵调速控制***，能够检测血泵在不同生理状况下的供血需求，满足预期血泵调速设计要求。采用主动脉血管代替导管减小了异物面积，降低了血栓和溶血发生的几率；采用磁耦合能量传递方式，去除了经皮导线，避免感染的发生；植入升主动脉，避免对心肌组织与主动脉瓣的损伤，能够提高患者的治疗效果。
但是目前的磁悬浮血泵的控制都是通过植入式导线接入体外控制装置完成的，需要在身体部位开孔，容易造成感染，并且控制过程通过单纯的电流控制来完成，流速控制精确度低。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种设计新颖，功能全面，通过电流和功率双向控制电磁线圈的磁场，对体内的磁悬浮轴流式血泵进行流速控制的左心室电磁辅助装置。
本发明的技术方案为：一种心脏介入式左心室电磁辅助装置，主要包括：体外控制装置和血泵，所述的体外控制装置和血泵通过皮肤层隔离，体外控制装置和血泵之间通过电磁场连接；所述的体外控制装置为横截面为长方形的盒体，所述的盒体外侧正面从左到右依次设置有功率调节旋钮、电流调节旋钮、电源开关、电磁辅助开关、液晶显示屏、充电孔，所述的液晶显示屏的表面粘贴有保护膜，所述的盒体右侧面的底部设置有右固定卡，所述的右固定卡上通过螺丝固定设置有右紧固带，所述的盒体左侧面的底部设置有左固定卡，所述的左固定卡上通过螺丝固定设置有左紧固带，所述的左紧固带贯穿连接固定有调节扣，所述的调节扣可以将左紧固带和右紧固带连接，并可以调节左紧固带和右紧固带的紧固程度，所述的盒体设置有控制***，所述的控制***主要包括：谐振变换单元、磁场方向转换单元、功率控制单元、解调器、电流调节单元、功率调节单元、保护单元、信号调节单元、电流监测单元、电池信息单元、电磁线圈、蓄电池，所述的谐振变换单元的输出端与电磁线圈连接，谐振变换单元的输出端与磁场方向转换单元连接，所述的磁场方向转换单元与功率控制单元连接，所述的功率控制单元通过电池信息单元与蓄电池连接，所述的电池信息单元与充电孔电连接，功率控制单元与解调器、电流调节单元、功率调节单元连接，所述的保护单元与信号调节单元连接，所述的信号调节单元与电流监测单元，所述的电流监测单元与电磁线圈连接，电流监测单元连接到所述的所述的液晶显示屏，进行实时电流显示。
进一步的，所述的血泵为磁悬浮轴流式血泵，主要包括进血端口、前导叶、轴向电磁轴承、电机、径向永磁轴承、传动轴、后导叶、出血端口，所述的传动轴设置在血泵径向的中心位置，传动轴与电机连接，所述的电机外侧设置径向永磁轴承，传动轴的左端与轴向电磁轴承连接，所述的轴向电磁轴承的左侧连接前导叶，传动轴的右侧与后导叶连接，前导叶与进血端口同轴对应，后导叶与出血端口同轴对应。
进一步的，所述的电磁线圈的匝数为20-30匝、直径为30-40mm。
进一步的，所述的前导叶的外侧使用流线型的渐变扩口过渡，所述的后导叶外侧使用流线型的渐变缩口过渡，血泵的内壁上经过陶瓷覆盖，减小阻力，增强流动性。
进一步的，所述的径向永磁轴承和轴向电磁轴承为硅钢软磁合金材料，径向永磁轴承和轴向电磁轴承分别有两块磁条构成，每相邻两块磁条的N、S极方向相反。
进一步的，所述的硅钢软磁合金材料中的含硅量为4.6％，硅是钢的良好脱氧剂，它与氧结合，使氧转变为稳定的不为碳还原的SiO2，避免了因氧原子掺杂而使铁的晶格畸变。硅在α铁中成为固溶体后使电阻率增加，同时有助于将有害杂质碳分离出来。因此，加入硅后能提高磁导率、降低矫顽力和铁损。硅钢软磁合金为冷轧硅钢片，沿轧制方向有优良的磁性能，不仅在强磁场中具有高饱和磁通密度和低铁损，而且在弱磁场中也有良好的磁性。
进一步的，所述的控制***内置变频器，对控制***内的电元器件进行电力控制。
进一步的，所述的蓄电池通过充电孔外接220V交流电源进行充电。
进一步的，所述的电池信息单元内置低电量报警模块，当蓄电池的总电量或电压值小于设定电量或电压值时，则发出报警信号，以便使用者在使用过程中及时充电，确保装置正常使用。
本发明的工作原理为：电流调节单元对电流大小进行调节后，通过控制***内置变频器进行分配，功率调节单元对高频交流电的大小进行控制，保护单元根据控制***电路的承压能力进行电路保护，蓄电池将电流传输到功率控制单元，将接收的直流电转换为高频交流电，并将高频交流电经过磁场方向转换单元输入至谐振变换单元，谐振变换单元将接收的高频交流电进行调理获得功率因数更高的高频交流电，并将功率因数更高的高频交流电输入至电磁线圈，因此，通过调节功率和电流的大小来控制电磁线圈的交变磁场，利用了电磁感应式传输技术，利用永磁同步电机的基本原理对磁悬浮血泵中的电机转速进行控制调节，从而控制血液流速。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：本发明利用电磁感应式控制技术，使得心脏体外控制装置和血泵之间无线连接控制，不需要在患者皮下钻导线孔，防止感染，操作简单，提高了患者术后生活质量，结构简单，可长期和连续控制调节。采用新式磁悬浮轴流式血泵，控制精度高，能够减少血液在血泵流道内的沿程压力损失，减小溶血，提高效率，减小血细胞的破坏；从而使人工心脏所受磁场引力平衡，保持人工心脏所受磁场力平衡，提高人工心脏的寿命，可以在临床上广泛应用。
附图说明
图1是本发明一种心脏介入式左心室电磁辅助装置结构示意图；
图2是电磁驱动电路图；
图3是功率控制电路图；
图4是电流监测控制电路图；
图5是控制***的连接关系图；
其中，1-体外控制装置,2-血泵,201-进血端口，202-前导叶，203-轴向电磁轴承，204-电机，205-径向永磁轴承，206-传动轴，207-后导叶，208-出血端口，3-皮肤层,4-功率调节旋钮,5-电流调节旋钮,6-电源开关,7-电磁辅助开关,8-保护膜,9-液晶显示屏,10-充电孔,11-右固定卡,12-左固定卡,13-右紧固带,14-左紧固带,15-调节扣,16-控制***,1601-谐振变换单元，1602-磁场方向转换单元，1603-功率控制单元，1604-解调器，1605-电流调节单元，1606-功率调节单元，1607-保护单元，1608-信号调节单元，1609-电流监测单元，1610-电池信息单元，1611-电磁线圈，1612-蓄电池。
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，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例：如图1所示，一种心脏介入式左心室电磁辅助装置，主要包括：体外控制装置1和血泵2，体外控制装置1和血泵2通过皮肤层3隔离，体外控制装置1和血泵2之间通过电磁场连接；体外控制装置1为横截面为长方形的盒体，盒体外侧正面从左到右依次设置有功率调节旋钮4、电流调节旋钮5、电源开关6、电磁辅助开关7、液晶显示屏9、充电孔10，液晶显示屏9的表面粘贴有保护膜8，盒体右侧面的底部设置有右固定卡11，右固定卡11上通过螺丝固定设置有右紧固带13，盒体左侧面的底部设置有左固定卡12，左固定卡12上通过螺丝固定设置有左紧固带14，左紧固带14贯穿连接固定有调节扣15，调节扣15可以将左紧固带14和右紧固带13连接，并可以调节左紧固带14和右紧固带13的紧固程度，
盒体内设置有控制***16，如图5所示，控制***16主要包括：谐振变换单元1601、磁场方向转换单元1602、功率控制单元1603、解调器1604、电流调节单元1605、功率调节单元1606、保护单元1607、信号调节单元1608、电流监测单元1609、电池信息单元1610、电磁线圈1611、蓄电池1612，谐振变换单元1601的输出端与电磁线圈1611连接，谐振变换单元1601的输出端与磁场方向转换单元1602连接，磁场方向转换单元1602与功率控制单元1603连接，功率控制单元1603通过电池信息单元1610与蓄电池1612连接，电池信息单元1610与充电孔10电连接，功率控制单元1603与解调器1604、电流调节单元1605、功率调节单元1606连接，保护单元1607与信号调节单元1608连接，信号调节单元1608与电流监测单元1609，电流监测单元1609与电磁线圈1611连接，电流监测单元1609连接到液晶显示屏9，进行实时电流显示；电磁线圈1611的匝数为25匝、直径为35mm；控制***16内置变频器，对控制***16内的电元器件进行电力控制。蓄电池1612通过充电孔10外接220V交流电源进行充电。电池信息单元1610内置低电量报警模块，当蓄电池1612的总电量或电压值小于设定电量或电压值时，则发出报警信号，以便使用者在使用过程中及时充电，确保装置正常使用。
其中，血泵2为磁悬浮轴流式血泵，主要包括进血端口201、前导叶202、轴向电磁轴承203、电机204、径向永磁轴承205、传动轴206、后导叶207、出血端口208，传动轴206设置在血泵2径向的中心位置，传动轴206与电机204连接，电机204外侧设置径向永磁轴承205，传动轴206的左端与轴向电磁轴承203连接，轴向电磁轴承203的左侧连接前导叶202，传动轴206的右侧与后导叶207连接，前导叶202与进血端口201同轴对应，后导叶207与出血端口208同轴对应。前导叶202的外侧使用流线型的渐变扩口过渡，后导叶207外侧使用流线型的渐变缩口过渡，血泵2的内壁上经过陶瓷覆盖，减小阻力，增强流动性。径向永磁轴承205和轴向电磁轴承203为硅钢软磁合金材料，径向永磁轴承205和轴向电磁轴承203分别有两块磁条构成，每相邻两块磁条的N、S极方向相反。
本发明的工作原理为：电流调节单元1605对电流大小进行调节后，通过控制***16内置变频器进行分配，功率调节单元1606对高频交流电的大小进行控制，保护单元1607根据控制***16电路的承压能力进行电路保护，蓄电池1612将电流传输到功率控制单元1603，将接收的直流电转换为高频交流电，并将高频交流电经过磁场方向转换单元1602输入至谐振变换单元1601，谐振变换单元1601将接收的高频交流电进行调理获得功率因数更高的高频交流电，并将功率因数更高的高频交流电输入至电磁线圈1611，因此，通过调节功率和电流的大小来控制电磁线圈1611的交变磁场，利用了电磁感应式传输技术，利用永磁同步电机的基本原理对磁悬浮血泵中的电机转速进行控制调节，从而控制血液流速。
本发明的使用方法为：在使用过程中，通过心脏手术将血泵2置入体内，将体外控制装置1放置在左心室对应的体外位置，然后将左紧固带14和右紧固带13连接，使用调节扣15调节，使得体外控制装置1在身体上固定，不易产生晃动，偏离左心室位置，打开电源开关6和电磁辅助开关7，观察液晶显示屏9上显示的功率和电流数值，通过功率调节旋钮4和电流调节旋钮5将功率和电流调节到所需数值，正常使用即可。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种心脏介入式左心室电磁辅助装置，其特征在于，主要包括：体外控制装置(1)和血泵(2)，所述的体外控制装置(1)和血泵(2)通过皮肤层(3)隔离，体外控制装置(1)和血泵(2)之间通过电磁场连接；所述的体外控制装置(1)为横截面为长方形的盒体，所述的盒体外侧正面从左到右依次设置有功率调节旋钮(4)、电流调节旋钮(5)、电源开关(6)、电磁辅助开关(7)、液晶显示屏(9)、充电孔(10)，所述的液晶显示屏(9)的表面粘贴有保护膜(8)，所述的盒体右侧面的底部设置有右固定卡(11)，所述的右固定卡(11)上通过螺丝固定设置有右紧固带(13)，所述的盒体左侧面的底部设置有左固定卡(12)，所述的左固定卡(12)上通过螺丝固定设置有左紧固带(14)，所述的左紧固带(14)贯穿连接固定有调节扣(15)，所述的调节扣(15)可以将左紧固带(14)和右紧固带(13)连接，所述的盒体设置有控制***(16)，所述的控制***(16)主要包括：谐振变换单元(1601)、磁场方向转换单元(1602)、功率控制单元(1603)、解调器(1604)、电流调节单元(1605)、功率调节单元(1606)、保护单元(1607)、信号调节单元(1608)、电流监测单元(1609)、电池信息单元(1610)、电磁线圈(1611)、蓄电池(1612)，所述的谐振变换单元(1601)的输出端与电磁线圈(1611)连接，谐振变换单元(1601)的输出端与磁场方向转换单元(1602)连接，所述的磁场方向转换单元(1602)与功率控制单元(1603)连接，所述的功率控制单元(1603)通过电池信息单元(1610)与蓄电池(1612)连接，所述的电池信息单元(1610)与充电孔(10)电连接，功率控制单元(1603)与解调器(1604)、电流调节单元(1605)、功率调节单元(1606)连接，所述的保护单元(1607)与信号调节单元(1608)连接，所述的信号调节单元(1608)与电流监测单元(1609)，所述的电流监测单元(1609)与电磁线圈(1611)连接，电流监测单元(1609)连接到所述的所述的液晶显示屏(9)；
所述的血泵(2)为磁悬浮轴流式血泵，主要包括进血端口(201)、前导叶(202)、轴向电磁轴承(203)、电机(204)、径向永磁轴承(205)、传动轴(206)、后导叶(207)、出血端口(208)，所述的传动轴(206)设置在血泵(2)径向的中心位置，传动轴(206)与电机(204)连接，所述的电机(204)外侧设置径向永磁轴承(205)，传动轴(206)的左端与轴向电磁轴承(203)连接，所述的轴向电磁轴承(203)的左侧连接前导叶(202)，传动轴(206)的右侧与后导叶(207)连接，前导叶(202)与进血端口(201)同轴对应，后导叶(207)与出血端口(208)同轴对应；
所述的电磁线圈(1611)的匝数为20-30匝、直径为30-40mm；
所述的前导叶(202)的外侧使用流线型的渐变扩口过渡，所述的后导叶(207)外侧使用流线型的渐变缩口过渡；
所述的径向永磁轴承(205)和轴向电磁轴承(203)为硅钢软磁合金材料，径向永磁轴承(205)和轴向电磁轴承(203)分别有两块磁条构成，每相邻两块磁条的N、S极方向相反；
所述的控制***(16)内置变频器；
所述的蓄电池(1612)通过充电孔(10)外接220V交流电源进行充电；
所述的电池信息单元(1610)内置低电量报警模块；
所述的径向永磁轴承(205)和轴向电磁轴承(203)为硅钢软磁合金材料。
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