专利名称：超声电机驱动滚压式血泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种医疗器械技术领域的血泵，具体涉及一种用于心室辅助的可植入超声电机驱动滚压式血泵。
背景技术：
对于终末期心力衰竭病人，目前临床上已有动脉内球囊泵(IABP)和心室动脉旁流(V-AB)等选择对循环系统进行辅助。其中心室辅助装置(VAD)作为心室动脉旁流的一种，能帮助终末期心力衰竭患者渡过等待心脏供体的关键时期；或者对于慢性心脏病患者，也能依靠各种植入式的VAD得到永久性支持。迄今，已进入医疗市场或者技术成熟的心室辅助装置，大体可分为离心血式泵，气动、液动隔膜辅助装置，可植入式轴流泵以及可植入式搏动血泵。其中，各种气动、液动隔膜类辅助装置，因其动力来源气泵、液泵体积大，无法植入体内。其次，各类通过高速旋转提供驱动压力的非阻闭类血泵中高速旋转的叶轮以及各种机械摩擦、机械接触对血液细胞的损伤，和由此造成的血栓等问题也无法得到很好的解决。再者，现有可植入搏动血泵一般结构尺寸偏大，无法提供给体面积较小，或者身材较小的患者使用。而且该类血泵大都需要人工瓣膜，也会带来血栓等问题。因此，有必要研究与探索新型可植入血泵。
滚压式血泵一般由泵管和泵头组成，泵头对泵管挤压，推动管内液体流动。这种泵通常是供医疗单位施行心脏直视手术时，代替人体心脏功能进行体外循环使用的医疗器械。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号200710026745.5公布一种用于医疗设备中的小型滚珠滚压泵，主要目的是提供一种开合十分简便、锁定准确牢靠的滚珠滚压泵。然而目前这种滚压血泵中电机的体积较大，重量较重，只能用于体外循环，不能植入人体。
发明内容
本发明为克服现有技术存在的问题，提供一种超声电机驱动滚压式血泵。本发明利用超声电机输出力矩密度大、能与心脏搏动频率匹配的较低速度、结构紧凑灵活、无需人工瓣膜即能实现血液定向流动控制。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括定子盘、转子盘、滚压施力器件、环形血袋、血袋管道口、中立预紧柱、润滑孔路、润滑质、外壳、定子外壳紧固件、外壳通孔、驱动模块、测控模块。连接关系为转子盘下表面与定子盘上表面接触，定子盘、转子盘构成超声电机。转子盘上表面沿某一直径方向设置滚压施力器件。中立预紧柱下端压于转子盘，中立预紧柱通过轴承与外壳中心相连。外壳与转子盘之间为环形血袋，中立预紧柱从环形血袋中央环孔穿过，润滑质由中立预紧柱里的润滑孔路中流出，并充斥在外壳、转子盘以及环形血袋围成的空间内，但受密封器件阻隔无法外溢。环形血袋与外壳之间紧固连接。两条或多条血袋管道口由环形血袋引出，并分别通过相应位置的两个或多个外壳通孔引出。环形血袋设有缺口或截断面或颈缩阻断处和超声电机转子盘旋转方向控制血液的流向。定子外壳紧固件连接定子和外壳，并提供超声电机所需的预紧力。测控模块连接驱动模块，驱动模块连接超声电机。
所述驱动模块，包括信号发生器，光电隔离器，功率放大器。连接关系为信号发生器接光电隔离器，其后接功率放大器。信号发生器产生的信号，经功率放大器放大到超声电机所需的电压和电流，光电隔离器在信号发生器和功率放大器之间实现电气隔离。
所述测控模块，包括流量传感器、反馈信号调理电路、嵌入式控制器。连接关系为流量传感器检测血泵输出的流量，经过反馈信号调理电路放大、滤波后输入到嵌入式控制器，嵌入式控制器控制驱动模块。
所述环形血袋由三层材料组成，最内层由聚氨酯等生物兼容性材料制成，中间层为润滑剂，如滑石粉等，用于减少磨损。最外层材料可由聚碳酸酯树脂(如Lexan HPM树脂)等构成，具有耐磨、光滑、柔软、稳定性好的特点。
所述滚压施力器件实现形式包括但不局限于碾轮，滚轮，滚柱等。滚压施力器件施力方向决定环形血袋的血流方向。
血泵工作时，驱动模块作用于超声电机定子，使转子盘转动，带动其上滚压施力器件绕转子盘中心旋转。两只滚压施力器件在与环形血袋接触的地方，将环形血袋相应两处挤压，从而推动血液绕环形血袋中心运动。下述以转子盘旋转方向为正方向，则上述挤压将沿正方向推动其前面的血液。与此同时上述挤压处背后的环形血袋内，随着上述受挤压的位置向前滚离，血袋在材料自身弹性力作用下回复原状，在该处形成血流压力较小的区域，吸引后续血液沿正方向流动。由此随着上述挤压位置循环滚动，血袋对其内血液形成两处前拉后推的循环驱动力。根据环形血袋隔断处或外壳通孔，与血袋各管道位置的不同组合配置，可实现各管道串行泵血，各管道并行泵血；通过超声电机停、转运动的控制，可实现搏动式泵血和非搏动式泵血。利用血泵可实现同位转移形式泵血，异位转移形式泵血，反搏式泵血形式等。所述异位转移是将所述心血管系统的某一部分的一些血液转移到所述心血管系统的其他部分。所述同位转移是将所述心血管系统的某一位置的一些血液转移到所述心血管系统的同一位置。而且滚压施力器件的施力方向决定血流方向，故本发明的血泵不需要生物瓣膜或具有生物兼容性的单向阀。测控模块根据对血泵输出流量的监测，通过驱动模块，控制超声电机实现泵血功能，达到心室辅助效果。
本发明采用结构灵活、紧凑的超声电机来直接实现上述可植入泵血功能，使其能够用于身材相对较小的患者，能更好地时适用于亚洲人群特征。本发明血泵采用超声电机，力矩大、速度低，无需转换、减速等额外机构，结构紧凑、体积小。相比电磁式高速旋转的非阻闭类血泵运作更舒缓，对血液损伤小；不同调速状态下，输出力矩都比较大，动作控制更简单准确等优势。
图1为本发明结构沿轴向剖视图。
图2为主要部件拆分示意图。
具体实施例方式 下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1和图2所示，本实施例中，包括第二外壳通孔1、外壳2、第一碾轮侧边轴承座3、第一碾轮4、环形血袋5、定子与外壳紧固件6、中立预紧柱润滑孔路7、中立预紧柱8、第二碾轮9、第二碾轮侧边轴承座10、转子盘11、摩擦片12、超声电机定子盘13、第一外壳通孔14、第一血袋管道口15、第二血袋管道口16、润滑质17、中心轴承座18、驱动模块19、测控模块20。其中本实施例中，外壳通孔有两个，分别为第一外壳通孔14和第二外壳通孔1；血袋管道口有两个，分别为第一血袋管道口15和第二血袋管道口16。
上述部件的连接关系为摩擦片12粘贴于超声电机定子盘13的上表面靠外，呈圆环状的一圈凸缘上。转子盘11下表面与超声电机定子盘13上贴摩擦片12的凸缘区域接触。转子盘11上表面，沿直径方向为第一碾轮侧边轴承座3、中心轴承座18、第二碾轮侧边轴承座10，此三者两两之间分别为第一碾轮4和第二碾轮9。中立预紧柱8下端压于中心轴承座18上，上端靠止推轴承与外壳2中心孔相连，中立预紧柱8内开润滑孔路7。外壳2与转子盘11之间为环形血袋5，中立预紧柱8从环形血袋5中央环孔穿过，润滑质17通过中立预紧柱8里的润滑孔路7充斥在外壳2、转子盘11以及环形血袋5围成的空间内。第一血袋管道口15和第二血袋管道口16由环形血袋5上表面引出，二者紧邻之间，由环形血袋5缺口隔开，并分别通过第一外壳通孔14和第二外壳通孔1引出外壳。定子外壳紧固件6连接超声电机定子盘13和外壳2，并提供超声电机所需的预紧力。测控模块20通过对血泵流量的监测，控制驱动模块19驱动超声电机，实现泵血功能，达到心室辅助效果。
所述环形血袋5由三层材料组成，最内层由生物兼容性材料，如聚氨酯等制成，中间层为润滑剂，如滑石粉等，用于减少磨损。最外层材料为聚碳酸酯树脂(如Lexan HPM树脂)等构成，具有耐磨、光滑、柔软、稳定性好的特点。
所述驱动模块19，包括信号发生器，光电隔离器，功率放大器。连接关系为信号发生器接光电隔离器，其后接功率放大器。信号发生器产生的信号，经功率放大器放大到所述超声电机所需的电压和电流；光电隔离器在信号发生器和功率放大器之间实现电气隔离。
所述测控模块20，包括流量传感器、反馈信号调理电路、嵌入式控制器。连接关系为流量传感器检测血泵输出的流量，经过信号调理电路，输入到嵌入式控制器。嵌入式控制器控制驱动模块。
所述血泵的动力由低速度、大力矩超声电机直接驱动，无需减速、变换机构，具有紧凑结构，灵活致动效果。
所述低速是指跟人体心率相当的速度。
所述大力矩能产生跟人体血压相当的压强。
所述的紧凑结构能满足心室辅助中对心输出量的要求，其中包括但不局限于每搏输出量、每分钟输出量等。
所述的紧凑结构还能适用于可植入人体的要求，其中包括但不局限于具有能配合不同植入部位周边器脏的一定外形和动作形式。
所述灵活的致动效果包括但不局限于借助超声电机灵活的结构形式对滚压泵血结构的实现。
所述灵活的致动效果包括但不局限于利用超声电机调频控制或、和调相控制或、和调压控制对超声电机实施各种控制以达到心室辅助效果。
本实施例具体工作时，驱动信号作用于超声电机定子盘13，驱动转子盘11转动。当转子盘11旋转，带动其上第一碾轮4、第二碾轮9绕转子盘11中心旋转，同时两碾轮绕其共同轴线自转。两只碾轮在跟环形血袋5接触的地方，将环形血袋5下表面相应两处向上挤压。且该两处挤压的位置，随着两只碾轮同步绕环形血袋5中心旋转。下述以转子盘11旋转方向为正方向，则上述两挤压处将沿正方向推动其前面的血液。与此同时，随着该受挤压的位置向前滚离，挤压变形的血袋5在材料自身弹性力的作用下回复原状。因此在该处形成血流压力较低区域，进而吸引后续血液沿正方向流动。随着上述两挤压位置循环滚动，环形血袋5对其内血液形成两处前拉后推的循环驱动力。被驱动的血液可从第一血袋管道口15流入，然后从第二血袋管道口16流出。且因环形血袋5在第一血袋管道口15和第二血袋管道口16之间被隔断，故从血袋5一个管道口流入的血液不会被转到先前流过的血袋，只能从另外一个管道口流出。因此，第一碾轮4、第二碾轮9的旋转方向就决定了血流方向，故本发明的血泵不需要生物瓣膜或具有生物兼容性的单向阀，减少血栓产生的可能。测控模块20通过对血泵流量的监测，控制驱动模块19驱动超声电机，实现泵血功能，达到心室辅助效果。
本发明从致动原理、传动形式根本层面，解决了离心式血泵、轴流式血泵等非阻闭类血泵中，维持一定血压所必须的较高速度旋转对血液的剪切、摩擦等损伤问题；解决了各类气动、液动隔膜泵，推压式搏动泵植入性差，以及人工瓣膜、阀门对血液的损伤等问题。
权利要求
1、一种超声电机驱动滚压式血泵，其特征在于，包括定子盘、转子盘、滚压施力器件、环形血袋、血袋管道口、中立预紧柱、润滑孔路、润滑质、外壳、定子外壳紧固件、外壳通孔、驱动模块、测控模块，转子盘下表面与定子盘上表面接触，定子盘、转子盘构成超声电机，转子盘上表面沿某一直径方向设置滚压施力器件，中立预紧柱下端压于转子盘，中立预紧柱通过轴承与外壳中心相连，外壳与转子盘之间为环形血袋，中立预紧柱从环形血袋中央环孔穿过，润滑质由中立预紧柱里的润滑孔路中流出，并充斥在外壳、转子盘以及环形血袋围成的空间内，环形血袋与外壳之间紧固连接，血袋管道口由环形血袋引出，并分别通过外壳通孔引出，环形血袋设有缺口或截断面或颈缩阻断处和超声电机转子盘旋转方向控制血液的流向，定子外壳紧固件连接定子和外壳，并提供超声电机所需的预紧力，测控模块连接驱动模块，驱动模块连接超声电机。
2、根据权利要求1所述的超声电机驱动滚压式血泵，其特征是，所述驱动模块，包括信号发生器、光电隔离器、功率放大器，信号发生器接光电隔离器，光电隔离器连接功率放大器，信号发生器产生的信号，经功率放大器放大到超声电机所需的电压和电流，光电隔离器在信号发生器和功率放大器之间实现电气隔离。
3、根据权利要求1所述的超声电机驱动滚压式血泵，其特征是，所述测控模块，包括流量传感器、反馈信号调理电路、嵌入式控制器，流量传感器检测血泵输出的流量，经过反馈信号调理电路放大、滤波后输入到嵌入式控制器，嵌入式控制器控制驱动模块，测控模块根据对血泵输出流量的监测，通过驱动模块控制超声电机实现泵血功能。
4、根据权利要求1所述的超声电机驱动滚压式血泵，其特征是，所述环形血袋由三层材料组成，最内层由生物兼容性材料制成，中间层为润滑剂，最外层材料为聚碳酸酯树脂。
5、根据权利要求4所述的超声电机驱动滚压式血泵，其特征是，所述生物兼容性材料为聚氨酯，所述润滑剂为滑石粉。
6、根据权利要求1所述的超声电机驱动滚压式血泵，其特征是，所述滚压施力器件施力方向决定环形血袋的血流方向。
7、根据权利要求1或6所述的超声电机驱动滚压式血泵，其特征是，所述滚压施力器件为碾轮、滚轮、滚柱中的一种。
全文摘要
一种医疗器械技术领域的超声电机驱动滚压式血泵，其中转子盘下表面与定子盘上表面接触，定子盘、转子盘构成超声电机，转子盘上表面沿某一直径方向设置滚压施力器件，中立预紧柱下端压于转子盘，中立预紧柱与外壳中心相连，外壳与转子盘之间为环形血袋，中立预紧柱从环形血袋中央环孔穿过，润滑质由中立预紧柱里的润滑孔路中流出，环形血袋与外壳紧固连接，血袋管道口由环形血袋引出，并分别通过外壳通孔引出，环形血袋设有缺口或截断面或颈缩阻断处和超声电机转子盘旋转方向控制血液的流向，定子外壳紧固件连接定子和外壳，测控模块连接驱动模块，驱动模块连接超声电机。本发明结构紧凑灵活、无需人工瓣膜，能实现血液定向流动控制。
文档编号A61M1/12GK101274113SQ20081003740
公开日2008年10月1日 申请日期2008年5月15日 优先权日2008年5月15日
发明者明 杨, 韩元杰 申请人:上海交通大学