CN113331998B - 一种人工心脏瓣膜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种人工心脏瓣膜，更具体涉及一种特斯拉阀门式人工心脏瓣膜。能在不使用活动件的基础上实现单向通过效果，即起到流体单向通过，反向流动截止的阀门效果，延长人工心脏瓣膜使用寿命。瓣膜材料选择超润滑材料或在新瓣膜表面设计超润滑材料涂层，避免血栓的产生。综合结构和材料的特点，人工心脏瓣膜具有较长的使用寿命和较好高的安全系数。

Description

一种人工心脏瓣膜

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种人工心脏瓣膜，更具体涉及一种特斯拉阀门式人工心脏瓣膜。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

人工心脏瓣膜(Heart Valve Prothesis)是可植入心脏内代替心脏瓣膜(主动脉瓣，三尖瓣，二尖瓣)，能使血液单向流动，具有天然心脏瓣膜功能的人工器官。人工瓣膜根据使用材料而分为两大类：一类是全部用人造材料制成的称机械瓣；另一类是全部或部分用生物组织制成的称生物瓣。不论是机械瓣膜还是生物瓣膜，其基本结构都包括金属瓣架、阻塞体和缝合环三部份。金属瓣架一般用不锈钢、钛、钴镍合金或其它超硬金属等制成；缝合环是将人工瓣膜缝到人体心脏瓣环的部分，由针织材料缝制而成，曾用聚丙烯、涤纶、聚四氟乙烯、近年还有用碳纤维。生物瓣膜一般是用猪主动脉瓣和牛心包瓣为原料。

目前,临床上人工心脏机械瓣具有较好的耐用性但其容易形成血栓，患者术后需终生抗凝；生物瓣的患者虽不需服用抗凝药，但由于生物瓣的钙化问题，所以其使用寿命较短。

此外，发明人研究发现，现有人工心脏机械瓣不仅存在容易形成血栓的问题，而且由于机械结构件的运动，机械瓣存在疲劳损坏的问题，影响使用寿命。

发明内容

为了解决现有技术中机械瓣存在的易形成血栓，容易疲劳损坏的问题，本发明利用流体力学原理，通过结构设计，提出一种人工心脏瓣膜，具体为特斯拉阀门式人工心脏瓣膜。瓣膜无任何活动零部件，因此具有长使用寿命。瓣膜材料选择超润滑材料或在新瓣膜表面设计超润滑材料涂层，因此瓣膜不需要抗凝药，瓣膜一端或多端设计有与心脏连接的回转型膨大固定结构，用于使用中的固定连接。

具体地，本发明是通过如下所述的技术方案实现的：

本发明第一方面，提供一种人工心脏瓣膜，包括中心轴和空心回转体，空心回转体套设于中心轴***，并与中心轴同轴，中心轴和空心回转体之间的腔体为回转腔体，所述回转腔体内设有导流环，中心轴、导流环和空心回转体形成的腔体结构沿轴线方向的纵截面构成特斯拉阀门。

本发明第二方面，提供一种回转体特斯拉阀门，包括人工心脏瓣膜。

本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：

1)使用特斯拉阀门式人工心脏瓣膜，能在不使用活动件的基础上实现单向通过效果，即起到流体单向通过，反向流动截止的阀门效果，延长人工心脏瓣膜使用寿命。瓣膜材料选择超润滑材料或在新瓣膜表面设计超润滑材料涂层，避免血栓的产生。综合结构和材料的特点，人工心脏瓣膜具有较长的使用寿命和较好高的安全系数。

2)人工心脏瓣膜可以根据需要设置多个空心回转体和导流环，形成多个回转腔体，增大血液通量。

3)根据实际使用需求，可以调整空心回转体和导流环数量，从而调节整体人工心脏瓣膜长度、径向尺寸，满足不同使用需求。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1为本发明实施例1公开的一种人工心脏瓣膜的3/4纵剖面构造原理图；

图2为本发明实施例2公开的一种人工心脏瓣膜剖视图；

图3为本发明实施例3公开的一种人工心脏瓣膜剖视图；

其中：1、中心轴，2、第一空心回转体，3、第一回转腔体，4、第一导流环，5、第二空心回转体，6、第二回转腔体，7、第二导流环，8、支撑件，9、固定端。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

为了解决现有技术中机械瓣存在的易形成血栓，容易疲劳损坏的问题，本发明利用流体力学原理，通过结构设计，提出一种人工心脏瓣膜，具体为特斯拉阀门式人工心脏瓣膜。瓣膜无任何活动零部件，因此具有长使用寿命。瓣膜材料选择超润滑材料或在新瓣膜表面设计超润滑材料涂层，因此瓣膜不需要抗凝药，瓣膜一端或多端设计有跟心脏连接的回转型膨大固定结构，用于使用中的固定连接。

具体地，本发明是通过如下所述的技术方案实现的：

本发明第一方面，提供一种人工心脏瓣膜，包括：中心轴和空心回转体，空心回转体套设于中心轴***，并与中心轴同轴，中心轴和空心回转体之间的腔体为回转腔体，所述回转腔体内设有导流环，中心轴、导流环和空心回转体形成的腔体结构沿轴线方向的纵截面构成特斯拉阀门。

虽然现有技术公开了一些特斯拉阀门结构，但多为二维结构，只能从某一平面内完成流体控制，而且尺寸较大，功能单一。

发明人认真研究现有人工心脏瓣膜，发现其存在易疲劳损坏、易产生血栓的问题，因此提出一种特斯拉阀门式人工心脏瓣膜，其贡献不仅在于缩小阀门尺寸，更重要的是调整整体阀门的结构，将传统二维阀门结构拓展为三维立体结构，在有限的圆形血流通道截面上充分利用了空间，增加血流通量。同时，通过合理设计人工心脏瓣膜中特斯拉阀门的通道结构，使其能满足不同血液通量、不同尺寸需求。

在一个或多个具体实施方式中，所述空心回转体数量为1个或多个，空心回转体直径不同，按照直径从小到大的顺序依次套设于中心轴***。这样设计可以使人工心脏瓣膜具有一个或多个相互独立的回转腔体，有助于增加血流通量。

优选地，中心轴和空心回转体之间、相邻空心回转体的腔体为回转腔体，所述回转腔体内设有导流环，中心轴、空心回转体和位于二者之间的导流环形成的腔体、相邻空心回转体和位于二者之间的导流环形成的腔体沿轴线方向的纵截面构成特斯拉阀门。

结合人工心脏瓣膜的实际使用场景，将传统特斯拉阀门设计成回转结构，特斯拉阀门通道回转设计，不仅满足血液单向流动的需求，而且不使用活动结构，避免装置疲劳损坏，还能实现在较小空间实现较大血流通量的效果。

以1个空心回转体为例，人工心脏瓣膜从内到外依次为中心轴、回转腔体、导流环和空心回转体。

以2个空心回转体为例，人工心脏瓣膜从内到外依次为中心轴、第一回转腔体、第一导流环、第一空心回转体、第二回转腔体、第二导流环、第二空心回转体。

在本发明一个或多个实施方式中，在同一回转腔体中多个导流环平行设置，导流环与中心轴同轴，这样设计可以将回转腔体分为多个分流通道，分流通道越多，单向流通效果越好。

优选地，在同一回转腔体中多个导流环直径相同，这样可以保证在每一个独立特斯拉阀门通道中，腔体尺寸、形状周期性变化，有助于血液的均匀流动。

如果在同一回转腔体中多个导流环直径不同，形成的特斯拉阀门通道尺寸和形状不具备周期性变化，不利于血液的顺利流动。

在本发明一个或多个实施方式中，所述导流环通过支撑件固定在中心轴或空心回转体上。导流环与空心回转体、中心轴不接触，目的是形成血液通道，所述支撑件为肋板或者支撑杆。

但是如果采用普通板状固定，存在堵塞血液流动的风险，因此在本发明一个或多个实施方式中，所述支撑件为轴向肋板，轴向肋板的平面方向与腔体或者血液流动方向一致，这样既能起到固定支撑件的作用，又避免血液堵塞。

所述空心回转体直径沿轴向周期性变化，位于导流环外侧的空心回转体直径最大。空心回转体直径沿轴向周期性变化表现为呈现凹凸状结构，这样可以在装配或使用时，可以更好的与心脏固定，避免移位。

优选地，所述空心回转体轴向呈周期性水滴形状变化，空心回转体靠近内侧导流环处的直径大。水滴形状沿轴向为不对称结构，一端直径小，一端直径大。以直径小的为上端，以直径大的为下端，一个水滴的下端连接下一个水滴的上端。从一个水滴的上端到下端，空心回转体直径尺寸缓慢变大，从下端到下一个水滴的上端，空心回转体尺寸急剧减小，出现类台阶结构，为固定端。此处空心回转体直径变化大，类台阶状有助于固定在心脏上。

在又一实施方式中，空心回转体靠近内侧导流环处的壁比远离内侧导流环处的壁薄，这样在不影响整体人工心脏瓣膜尺寸的前提下，使得回转腔体尺寸更大，有助于提高血流通量。

优选地，空心回转体直径较大的位置设有缝合孔，由于空心回转体直径较大的位置为水滴形状尺寸较大的位置或者尺寸骤变区域，几何形状固定效果好，辅以缝合孔，实现更好固定。

在又一实施方式中，人工心脏瓣膜与心脏连接的固定端为回转型膨大结构，回转型膨大结构上设计有缝合孔，在该实施方式中，形状固定与缝合固定相互配合，实现人工心脏瓣膜与心脏的连接和固定。

在本发明一个或多个实施方式中，空心回转体径向尺寸大于中心轴，轴向尺寸与中心轴相同，这样可以保证一个或多个空心回转体依次套设于中心轴***，形成一个或多个回转腔体。

优选地，相邻回转腔体中导流环直径不同，由于相邻空心回转体尺寸不同，因此为了保证回转腔体的连通性以及特斯拉阀门的连通性，相邻回转腔体中导流环直径不同。

在本发明一个或多个实施方式中，相邻回转腔体中导流环错位设置，错位防止不仅不影响各独立回转腔体和特斯拉阀门的结构，而且在保证连通性的前提下，缩小人工心脏瓣膜整体尺寸。

在本发明一个或多个实施方式中，人工心脏瓣膜材料选自超润滑材料或在人工心脏瓣膜各结构表面设计超润滑材料涂层，优选为聚四氟乙烯超润滑涂层材料。

优选地，所述人工心脏瓣膜轴线是直的或弯曲的或者人工心脏瓣膜材料可弯曲。如果人工心脏瓣膜使用刚性材料，在心脏跳动或者周期性变形过程中，刚性人工心脏瓣膜容易对心脏或者与心脏连接处造成损伤。在该实施方式中人工心脏瓣膜可弯曲，在不影响血液流通的前提下，可以随着心脏的运动发生形变，避免损伤周围器官或组织。此外，由于设置回转型膨大结构以及位于其上的缝合孔，能有效防止人工心脏瓣膜移位，保证使用的安全性和稳定性。

人工心脏瓣膜沿轴向是直的或弯曲的，可以满足不同使用需求。

本发明第二方面，提供一种回转体特斯拉阀门，包括人工心脏瓣膜。

下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。

实施例1

如图1所示，为本实施例公开的一种人工心脏瓣膜的3/4纵剖面构造原理图，人工心脏瓣膜从内到外依次为中心轴1，第一回转腔体3，第一导流环4，第一空心回转体2，第二回转腔体6，第二导流环7，第二空心回转体5，第一空心回转体2直径小于第二空心回转体5，第一空心回转体2和第二空心回转体5依次套设于中心轴1***，第一空心回转体2和第二空心回转体5与中心轴1同轴。中心轴1和第一空心回转体2之间的腔体为第一回转腔体3，所述第一回转腔体3内设有第一导流环4，中心轴1、第一导流环4和第一空心回转体2形成的腔体结构沿轴线方向的纵截面构成一级特斯拉阀门。在第一回转腔体3内设有3个第一导流环4，3个第一导流环4互相平行，且与中心轴1同轴，第一导流环4通过支撑件8固定在中心轴1和第一空心回转体2上。

第二空心回转体5和第一空心回转体2之间的腔体为第二回转腔体6，所述第二回转腔体6内设有第二导流环7，第一空心回转体2、第二导流环7和第二空心回转体5形成的腔体结构沿轴线方向的纵截面构成二级特斯拉阀门。在第二回转腔体6内设有3个第二导流环7，3个第二导流环7互相平行，且与中心轴1同轴，第二导流环7通过支撑件固定在第一空心回转体2和第二空心回转体5上。

一级特斯拉阀门位于二级特斯拉阀门外侧，二者同轴。第一导流环4和第二导流环7错位设置，不在同一高度，这样设计可以在保证血液通量的前提下，减小整体尺寸。第二空心回转体5和第一空心回转体2直径不同，形状相同，第二空心回转体5和第一空心回转体2中直径较大的部分不位于同一高度上。

第二空心回转体5轴向呈周期性水滴形状变化，第二空心回转体5靠近内侧第二导流环7处的直径大，第二空心回转体5靠近内侧第二导流环7处的壁比远离内侧第二导流环7处的壁薄，第二空心回转体5直径较大的位置设有缝合孔。

第二空心回转体5的形状为多个水滴首尾连接而成。水滴形状沿轴向为不对称结构，一端直径小，一端直径大。以直径小的为上端，以直径大的为下端，一个水滴的下端连接下一个水滴的上端。从一个水滴的上端到下端，第二空心回转体5直径尺寸缓慢变大，从下端到下一个水滴的上端，第二空心回转体5尺寸急剧减小，出现类台阶结构，为固定端9，用于与心脏组织的固定。

在图1中，以第一回转腔体3为例，如果血液从下向上运动，流经第一导流环4时，血液分为两部分，一部分流入靠近中心轴1的通道，一部分流入远离中心轴1的通道，流过第一导流环4后，两部分血液方向相同，汇集后继续向前运动，实现正向流动。

第一空心回转体2由多个水滴形状首尾连接构成，每个水滴形状的结构下方直径大，上方直径小，形成回转膨大结构。如果血液从上向下运动，流经第一导流环4时，血液分为两部分，一部分流入靠近中心轴1的通道，一部分流入远离中心轴1的通道。下部分血液运动半径大，因此两部分流过第一导流环4后，从远离中心轴1的通道流过的血液有向上运动的趋势，而从靠近中心轴1的通道流过的血液有向下运动的趋势，两股血液能量损失，向下运动的血液运动速度或血液量都有所下降，依次类推，血液无法向下运动，从而达到抑制血液反向运动的效果。

实施例2

如图2所示，为本实施例公开的一种人工心脏瓣膜剖视图，与实施例1区别在于，为了适应通过直径，在中心轴1外侧仅设计一层第一空心回转体2，可以适用于小直径空间内的应用。

实施例3

如图3所示，为本实施例公开的一种人工心脏瓣膜剖视图，与实施例1区别在于，第二空心回转体5和第一空心回转体2沿轴向设置6个水滴形状，并分别设置6个导流环，这样可以更高效的单向控制效果。

人工心脏瓣膜各结构表面设计聚四氟乙烯超润滑涂层材料。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种人工心脏瓣膜，其特征在于，包括：中心轴和空心回转体，空心回转体套设于中心轴***，并与中心轴同轴，中心轴和空心回转体之间的腔体为回转腔体，所述回转腔体内设有导流环，中心轴、导流环和空心回转体形成的腔体结构沿轴线方向的纵截面构成特斯拉阀门；

所述空心回转体轴向呈周期性水滴形状变化，每个水滴形状的结构下方直径大，上方直径小，形成回转膨大结构；

人工心脏瓣膜材料选自超润滑材料或在人工心脏瓣膜各结构表面设计超润滑材料涂层。

2.根据权利要求1所述的人工心脏瓣膜，其特征在于，所述空心回转体数量为多个，空心回转体直径不同，按照直径从小到大的顺序依次套设于中心轴***。

3.根据权利要求2所述的人工心脏瓣膜，中心轴和空心回转体之间、相邻空心回转体的腔体为回转腔体，所述回转腔体内设有导流环，中心轴、空心回转体和位于二者之间的导流环形成的腔体、相邻空心回转体和位于二者之间的导流环形成的腔体沿轴线方向的纵截面构成特斯拉阀门。

4.根据权利要求1所述的人工心脏瓣膜，其特征在于，在同一回转腔体中多个导流环平行设置，导流环与中心轴同轴。

5.根据权利要求4所述的人工心脏瓣膜，在同一回转腔体中多个导流环直径相同。

6.根据权利要求1所述的人工心脏瓣膜，其特征在于，所述导流环通过支撑件固定在中心轴或空心回转体上。

7.根据权利要求6所述的人工心脏瓣膜，其特征在于，所述支撑件为肋板或者支撑杆。

8.根据权利要求1所述的人工心脏瓣膜，其特征在于，所述空心回转体直径沿轴向周期性变化，位于导流环外侧的空心回转体直径最大。

9.根据权利要求8所述的人工心脏瓣膜，所述空心回转体靠近内侧导流环处的直径大。

10.根据权利要求8所述的人工心脏瓣膜，空心回转体靠近内侧导流环处的壁比远离内侧导流环处的壁薄。

11.根据权利要求8所述的人工心脏瓣膜，空心回转体直径较大的位置设有缝合孔。

12.根据权利要求8所述的人工心脏瓣膜，人工心脏瓣膜与心脏连接的固定端为回转型膨大结构，回转型膨大结构上设计有缝合孔。

13.根据权利要求1所述的人工心脏瓣膜，其特征在于，空心回转体径向尺寸大于中心轴，轴向尺寸与中心轴相同。

14.根据权利要求13所述的人工心脏瓣膜，相邻回转腔体中导流环直径不同。

15.根据权利要求1所述的人工心脏瓣膜，其特征在于，相邻回转腔体中导流环错位设置。

16.根据权利要求1所述的人工心脏瓣膜，其特征在于，人工心脏瓣膜各结构表面为聚四氟乙烯超润滑涂层材料。

17.根据权利要求16所述的人工心脏瓣膜，所述人工心脏瓣膜轴线是直的或弯曲的或者人工心脏瓣膜材料可弯曲。

18.一种回转体特斯拉阀门，其特征在于，包括权利要求1至17中任一项所述的人工心脏瓣膜。