一种基于超声动力的体外反搏装置的制作方法

本发明属于体外反搏技术领域，特别是一种基于超声动力的体外反搏装置。

背景技术：

体外反搏是一种通过体外无创按压下半身的方法，减轻或消除心绞痛症状，改善机体重要脏器的缺氧缺血状态，同时也是一种用于防治心脑血管疾病的医疗设备。传统的体外反搏装置通过包裹在四肢和臀部的气囊，在心脏舒张期对气囊充气加压，促使肢体动脉、静脉的血液返回至心脏处，使得舒张压明显增高，改善心、脑等重要器官血流灌注，降低心脏后负荷；在心脏收缩期气囊迅速排气，压力解除，促使主动脉内收缩压下降，最大限度减轻心脏射血期阻力，血液加速流向远端，从而达到反搏效应。

然而，传统气囊充气加压的方式对挤压力度控制的不够精准，且速度反应较慢。具体的，气囊充气加压的过程是气体的压缩转移过程，即气体在气路中的移动是在压力差的条件下进行的压力均衡的过程，这一过程相对于接触式的机械挤压，响应的速度较慢；同时，由于气路压力变化是非线性的，导致控制较为复杂。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于超声动力的体外反搏装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于超声动力的体外反搏装置，包括：

绑缚带，其绕绑在患者肢体上，所述绑缚带的一端连接一具有容置空间的罩体，所述罩体的开口指向远离绑缚带的一端；

压电定子，其设置在所述罩体内，包括第一金属硅胶及设置在所述第一金属硅胶一侧间隔布置的压电陶瓷；

压电转子，其包括第二金属硅胶及设置在所述第二金属硅胶一侧的塑料层，所述的塑料层与所述第一金属硅胶远离压电陶瓷的一侧贴靠；

位移放大器，其一端与所述第二金属硅胶固定连接，另一端与所述绑缚带的另一端固定连接；

其中，相邻布置的压电陶瓷上施加有相位差为90°的电压源以实现绑缚带在患者肢体上的收紧与放松。

优选的，相邻布置的压电陶瓷上分别利用电压源csin(wt)、ccos(wt)驱动，或分别利用电压源csin(wt)、-ccos(wt)驱动以实现绑缚带在患者肢体上的收紧与放松；

其中，c为电压振幅，w为角频率，t为时间。

优选的，所述的压电陶瓷两个为一组，共设置30组；所述位移放大器的放大倍率为10倍。

优选的，所述罩体的内侧设有一扁平状的水袋。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1、本发明提供的基于超声动力的体外反搏装置，相比于传统的体外反搏，其体积大大减小，整个体外反搏装置的重量大大减小，系统的响应速度大大增加；

2、本发明提供的基于超声动力的体外反搏装置，相比于传统机械式的体外反搏装置，无需经过齿轮进行动力的转换也可以产生高扭力，可直接带动绕绑在患者肢体上的绑缚带的收紧或放松；

3、本发明提供的基于超声动力的体外反搏装置，可保持高转矩，并且容易达到精密的定位，当电压源消失即可停留并保持在相应的位置上；

4、本发明提供的基于超声动力的体外反搏装置，实现驱动的结构小巧，可设计出不同形状的体外反搏装置，在设计上极具弹性；

5、本发明提供的基于超声动力的体外反搏装置，结构简单，在使用的过程中安静，无噪音。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式中予以详细说明。

附图说明

图1为本发明提供的基于超声动力的体外反搏装置的俯视图；

图2为图1中a-a截面的剖视图；

图3为图2中b位置的放大示意图；

图4为本发明中压电定子与压电转子相对移动的原理示意图；

图5为压电陶瓷产生机械振动经耦合后，压电定子产生行进波带齿状结构产生的振动示意图；

图6为压电定子在不同时间的运动状态示意图；

图7为位移放大器的原理示意图；

图中标号说明：10-绑缚带，101-锁紧件，20-罩体，30-压电定子，31-第一金属硅胶，32-压电陶瓷，40-压电转子，41-第二金属硅胶，42-塑料层，50-位移放大器。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体附图，进一步阐明本发明。

结合图1、2、3所示，本发明提供了一种基于超声动力的体外反搏装置，包括绑缚带10、压电定子30、压电转子40和位移放大器50。其中，所述的绑缚带10绕绑在患者肢体上，其一端连接一具有容置空间的罩体20，所述罩体20的开口指向远离绑缚带10的一端；所述的压电定子30设置在所述罩体20内，该压电定子30包括第一金属硅胶31及设置在所述第一金属硅胶31一侧间隔布置的压电陶瓷32；所述的压电转子40包括第二金属硅胶41及设置在所述第二金属硅胶41一侧的塑料层42，所述的塑料层42与所述第一金属硅胶31远离压电陶瓷32的一侧贴靠；所述位移放大器50的一端与所述第二金属硅胶41固定连接，另一端与所述绑缚带10的另一端固定连接，该绑缚带10的另一端是相对于连接罩体20的一端而言。相邻布置的压电陶瓷32上施加有相位差为90°的电压源以实现绑缚带10在患者肢体上的收紧与放松。

作为本发明的一个具体的实施方式，相邻布置的压电陶瓷32上分别利用电压源csin(wt)、ccos(wt)驱动，或分别利用电压源csin(wt)、-ccos(wt)驱动以实现绑缚带10在患者肢体上的收紧与放松；其中c为电压振幅，w为角频率，t为时间。

本发明提供的体外反搏装置的工作原理为：

极化方向相反的压电陶瓷32依次粘接固定在第一金属硅胶31上，当在压电陶瓷32上施加交变电压时，压电陶瓷会产生交替的伸缩变形，在一定的频率和电压条件下，第一金属硅胶31上会产生如图所示的驻波，用方程表示为：

相邻两个压电陶瓷32，如a、b两个产生驻波的振幅同为ε0，二者在时间和空间上分别相差90°，方程分别为：

在第一金属硅胶31中，上述两个驻波合成为一行波：

结合图4所示，将第一金属硅胶31的厚度设为h，若第一金属硅胶31表面上任一点p在未挠曲时的位置为p0，则从p0到p在y方向上的位移为：

其中：θ为第一金属硅胶31在振动时弯曲的角度；

由于行波的振幅比行波的波长小的多，第一金属硅胶31弯曲的角度θ很小，故y方向的位移近似为：

从p0到p在x方向的位移为：

又：

所以：

(椭圆方程)

第一金属硅胶31表面任一点p按照椭圆轨迹运动，这种运动使得第一金属硅胶31表面质点对移动体产生一种驱动力，且移动体的运动方向与行波的方向相反。

结合图5所示，压电陶瓷32产生的机械振动经耦合后在第一金属硅胶31上产生行进波带齿状结构产生的振动。

又如图6所示，四条曲线由浅至深分别表示了压电定子30在不同时间下的运动状态，颜色越深时间越晚，可以看出行波是由左向右运动的。分析图6中齿状结构，其运动时按照1-2-3-4的椭圆路径运动，其在顶点1位置的运动方向是从右向左的，顶点1的从右向左搏动，使得上面的压电转子40朝着波的反方向移动。

也就是说，通过本发明的技术方案，将相邻压电陶瓷32上施加的相位差为90°电角度的高频电压转化为第一金属硅胶31内的多组驻波，多组驻波合成一个沿第一金属硅胶31行进的行波，使得压电定子30表面的质点形成一定运动轨迹的超声波微观振动，该运动轨迹通常为椭圆轨迹，其振幅一般为数微米，这种微观振动使得压电定子30与压电转子40之间产生摩擦作用，从而使压电转子40沿某一方向运动。

为了进一步将该压电转子40的运动转化为绑缚带10收紧或放松的动力，该压电转子40上连接一位移放大器50，所述的位移放大器50的作用在于将压电转子40的微小移动转化为宏观的位移，从而收紧绑缚带10使其绕绑在患者肢体上的空间减小，或放松绑缚带10使其绕绑在患者肢体上的空间增大，进而起到反搏的治疗效果。具体的，所述位移放大器50是伸缩材料微振动位移放大结构，包括磁致或电致伸缩体，位移输出杆和刚性结构支架组成。所述位移放大器50的原理如图7所示；其中，a为该位移放大器50的放大倍数，a1为第一级位移放大器，a2为第二级位移放大器；

a＝a1×a2；

a1＝1+l2/l1，a2＝1+l4/l3，代入具体尺寸l1＝4mm，l2＝6mm，l3＝4mm，l4＝12mm，则该位移放大器50的放大倍数a为10。

具体的，本发明中，所述的压电陶瓷32两个为一组，共设置30组；所述的压电陶瓷32每次压电收缩摩擦带动压电转子40的水平位移为100微米，通过位移放大器50放大10倍，即位移距离为1000微米，通过设置30组，每次的位移为3cm，即收缩3cm。

本发明中，为了方便对患者肢体进行绕绑，所述的绑缚带10分为两段，且两段绑缚带10之间设有锁紧件101用于锁紧固定其在患者肢体上的绕绑状态，作为该锁紧件101的一种具体的实施方式，所述的锁紧件101可选择方便拆卸的尼龙搭扣、插扣或魔术贴。

本发明中，所述的绑缚带10需要选择柔性不可伸缩材料，确保在收紧和放松的过程中快速响应，具体的，所述的绑缚带10可以选用尼龙布。

所述的塑料层42需要提供较大的摩擦力，例如可选择酚醛类树脂材料、硅橡胶、软质聚氨酯，更为优选的，所述塑料层42临近第一金属硅胶31的一侧通过处理形成具有纹路的粗糙表面以提高摩擦力。

所述的罩体20采用abs工程材料。

所述的第一金属硅胶31和第二金属硅胶41可采用磷青铜、黄铜、不锈钢或金属钛中的一种，考虑到性价比，所述的第一金属硅胶31优选为不锈钢或黄铜。

所述的压电陶瓷32采用锆钛酸铅二元系压电陶瓷，该压电陶瓷在目前应用最广，用途最宽，产量最大，技术成熟。

根据本发明，所述罩体20的内侧设有一扁平状的水袋，如此，可使其具有降温的功能。

本发明提供的基于超声动力的体外反搏装置，在具体使用时，将绑缚带10绕绑在患者肢体上，通过锁紧件101实现绑缚固定，接着通过采集患者的心电信号以及动脉压信号，经处理后获得触发点，即挤压与释放时机，并将其发送至压电陶瓷32的电路控制系统中，电路控制系统控制压电陶瓷32上电压源的施加，从而在第一金属硅胶31上产生驻波，并进一步驱动压电转子40的移动，通过位移放大器50转化为绑缚带10收紧或释放的宏观运动，对患者肢体进行施压或释压，以达到反搏的治疗效果。

上述体外反搏装置，规避了现有技术中通过庞大的空气压缩机和电磁阀实现对患者肢体进行挤压的气动式体外反搏装置的弊端，噪音小，无抖动，患者在体外反搏的治疗过程中更加舒适；另外，该基于超声动力的体外反搏装置，规避了机械式体外反搏时通过齿轮等传动结构时体积较大，不够小巧的弊端，并且，该基于超声动力的体外反搏装置可以时刻保持高转矩，容易实现精密的定位，即在电压源消失后即停留并保持在相应的位置上。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。