專利名稱:一種用作人工心臟的雙泵的制作方法
人工心臟屬于公知并在心-肺機(jī)等裝置中已被廣泛采用。美國(guó)3097366號(hào)專利介紹了一種心臟泵，它的兩個(gè)模擬心室共用一個(gè)馬達(dá)，馬達(dá)帶動(dòng)一塊圓盤，使心室輪番收縮與舒張，泵室形狀象橡皮包，接納來自心房的血液，心房起穩(wěn)壓器的作用，即保持血液流量的一致性，兩個(gè)泵象“正排量”泵那樣，施力于向外流動(dòng)的血液，泵內(nèi)的工作容量或沖程量是不變的，只有節(jié)律(頻率)是可調(diào)的。
美國(guó)3783453號(hào)專利介紹了一種雙泵，其心室形如橡皮包，每個(gè)心室分別放在一個(gè)硬箱里，心室外受到出入于箱體的工作液體的作用力。泵包受力后輪番排吸，有一個(gè)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)泵包的這種排吸功能，使得在單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過兩個(gè)泵排吸的血液總量相同，利用單獨(dú)的泵包容量傳感器來進(jìn)行控制。
本發(fā)明來自發(fā)明人的如下發(fā)現(xiàn)人的心臟并不是按人們通常想象的方式工作。由于這個(gè)發(fā)現(xiàn)構(gòu)成了本發(fā)明的背景，所以要簡(jiǎn)單介紹一下這個(gè)發(fā)現(xiàn)，便于加深對(duì)本發(fā)明的理解。
用超聲波分析心臟時(shí)發(fā)現(xiàn)，心臟跳動(dòng)時(shí)，心臟容量的變化往往小于其總?cè)萘康?0%;內(nèi)流血液沒有什么大的脈沖，而外流血液卻有強(qiáng)烈脈沖。由此可見，而且也可從臨床驗(yàn)證，當(dāng)心肌收縮時(shí)，帶動(dòng)心房中隔(包括心瓣膜)向下，朝心尖方向移動(dòng);當(dāng)心肌舒張時(shí)，瓣膜平面被壓向上移，不過這不是肌肉的力量，而是輸來的血液內(nèi)在的舒張壓力在起作用。還有心臟內(nèi)外具有彈性的部份在起作用。在收縮階段，心室容積減小，而心房的容積增大，二者容積的總和減少甚微，心臟的外形小了些。因此，收縮階段排出的血液比進(jìn)入的血液多。這時(shí)，血液繼續(xù)向心房流動(dòng)。因?yàn)樾姆康娜萘渴窃黾?。在舒張階段，主動(dòng)脈和肺靜脈的瓣膜是關(guān)閉的。血液之所以繼續(xù)流向心房，是因?yàn)樾呐K的總?cè)萘柯杂性黾?，而且瓣膜平面再次向上移?dòng)，這或多或少取決于流入心房的血液量。則在下一次收縮階段心臟的容量取決于上一次舒張與收縮階段的供血量。上述發(fā)現(xiàn)以及關(guān)于心室中隔的調(diào)節(jié)作用的另一個(gè)發(fā)現(xiàn)可以說都是出乎預(yù)料的?？梢栽O(shè)想，這些發(fā)現(xiàn)會(huì)引起這門特殊科學(xué)的一系列變革。
在這些新發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，人們還注意到，人的心臟的一種特定的自然的方式來調(diào)節(jié)吸入心臟兩大部分的血液量并達(dá)到必要的平衡。心室中隔的靈活性起這種調(diào)節(jié)作用，收縮階段，兩個(gè)心室的容量減小。在通往肺靜脈的右心室出口測(cè)到的反壓也小了。因?yàn)檠h(huán)系統(tǒng)里肺內(nèi)流動(dòng)的阻力小于血液循環(huán)系統(tǒng)通過主動(dòng)脈在周身流動(dòng)所遇到的阻力。心室中隔一直要占據(jù)特定的位置，而在心肌收縮時(shí)，它會(huì)向右心室偏。另一方面，在舒張階段，心室中隔不管在兩個(gè)入口的壓力大小，都能居于不定的位置，這就可以對(duì)排吸的血液量起平衡作用。心腔的這種平衡作用極為重要。例如，人們發(fā)現(xiàn)，心室中隔的梗死，比右心室或左心室的梗死所產(chǎn)生的預(yù)兆更危險(xiǎn)。這似乎是因?yàn)樾氖抑懈粼谑湛s階段不再起穩(wěn)定作用，變得僵硬了，不能移動(dòng)。因此，從右心室排出的血液量增加，同時(shí)，從左心室流出的血量相等地減少，使得血液游集肺泡，造成肺水腫。
本發(fā)明的目的之一，就是用簡(jiǎn)便方式在一個(gè)雙泵中實(shí)現(xiàn)兩個(gè)泵之間的平衡效應(yīng)，使這種雙泵在一臺(tái)心-肺機(jī)里發(fā)揮效用，或使之用作人工心臟。本發(fā)明的另一目的是設(shè)計(jì)出一種雙泵，在存在脈沖流體外流的情況下使流體的內(nèi)流通暢。誠(chéng)然，根據(jù)已知的一些設(shè)計(jì)，在實(shí)踐中已實(shí)現(xiàn)了某種程度的疏流。因?yàn)榕c人工心臟最相近的血管系統(tǒng)(這種系統(tǒng)可以包括心房的上方)能在一定程度上改變心臟的容量;但是這種疏流效應(yīng)還可改進(jìn)，辦法是利用分隔的模擬心房容量，它們可在一定程度上根據(jù)心室容量的變化而變化。
本發(fā)明的第三個(gè)目的在于，提供了一種雙泵，它不僅使兩股排出的血流間的平衡自我調(diào)節(jié)，而且使兩股血流的絕對(duì)值也能自我調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)不是靠能力作用，以致破壞組織，而是靠“內(nèi)在壓力”。這里，借助于單方向的力壓縮模擬心室。當(dāng)這種力消除后，心室可以靠液壓和填充壓重新填充。在下一次強(qiáng)制加壓階段到來之前正好補(bǔ)充了人體所需要的血量用恰到好處的辦法來探測(cè)何時(shí)達(dá)到了最高填充量，一旦達(dá)此水準(zhǔn)，就能調(diào)節(jié)馬達(dá)，加快心腔跳動(dòng)的頻率;當(dāng)血液需要量下降時(shí)就降低心跳頻率并延長(zhǎng)一段時(shí)間，繼續(xù)讓心臟低頻跳動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明，雙泵適合用作人工心臟，兩個(gè)模擬心室彼此并列，各有一個(gè)流體入口和流體出口，每個(gè)入口和出口內(nèi)部裝有一個(gè)單向閥門。一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置定期反復(fù)減小心室的容量，使流體從各自的出口排出。有一個(gè)公用隔板結(jié)構(gòu)把兩個(gè)心室隔開，這種隔板結(jié)構(gòu)至少有一段可以隨著兩心室的壓差而移動(dòng)，改變兩個(gè)心室的容量并使兩邊的壓力相等。模擬心室的每個(gè)流體入口又分別與有流體入口的模擬心房相連。兩個(gè)模擬心房被一塊共用的隔板分開，隔板至少有一段可隨著兩個(gè)模擬心房的壓差而移動(dòng)。
按照本發(fā)明的一種實(shí)施方案，每個(gè)房室(心房和心室)都有一塊邊板，邊板是可移動(dòng)的，因而能改變房室的容量。雙泵有一邊板同每個(gè)房室外面可移式邊板之間，形成一個(gè)含有氣體的空間。與模擬心室邊板鄰近的空間同模擬心房邊板附近的空間是相通的。這些空間內(nèi)氣體壓力變化所形成的力，使模擬心房容量與模擬心室的容量朝著彼此相反的方向發(fā)生變化。
本發(fā)明的其他可供選擇的特點(diǎn)還包括1、模擬心室的、模擬心房的共同隔板結(jié)構(gòu)以及心室與心房之間的共用隔板結(jié)構(gòu)，都含有兩個(gè)能相互靠攏或分離的可移部分，它們使心房與心室的容量增大或減少。模擬心室中，在驅(qū)動(dòng)力的作用下，兩段活動(dòng)隔板彼此分離。但對(duì)趨于相互靠攏的兩段活動(dòng)隔板并沒有多大影響。
2、有一根彈簧使模擬心室的共用活動(dòng)隔板相互靠攏。
3、模擬心房彼此對(duì)峙，放在并排而立的兩個(gè)模擬心室的兩邊。
參照附圖顯示的實(shí)施方案，現(xiàn)對(duì)本發(fā)明作更具體的介紹。
圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方案;圖2A和2B是第二實(shí)施方案，但位置不同;圖3是雙泵的簡(jiǎn)圖。
圖1介紹一種雙泵，裝在一個(gè)堅(jiān)硬的箱子1里，箱內(nèi)有一種隔板結(jié)構(gòu)，其中有兩個(gè)板狀部份2-3，一根與馬達(dá)(未畫出)聯(lián)結(jié)的引線11可擴(kuò)大兩板之間的空間。隔板結(jié)構(gòu)2-3在箱1內(nèi)把空間分成兩個(gè)腔室(17-18)，每個(gè)腔室有一個(gè)入流瓣膜5-5’和一個(gè)出流瓣膜4-4’。引線11拉緊時(shí)，隔板2-3經(jīng)聯(lián)結(jié)系統(tǒng)16向側(cè)面移動(dòng)分開，聯(lián)結(jié)系統(tǒng)16位于隔板之間，通過引線操縱，隔板2-3的位置不是一成不變。由于它們吊在活動(dòng)式風(fēng)箱一樣的組件6上，而組件6又固定在箱的邊板上，所以，當(dāng)引線11被拉緊時(shí)，心室17和18中的壓力就開始增大，使入流瓣膜5和5’關(guān)閉;一旦兩個(gè)心室的壓力超過外界壓力，出流瓣膜4-4’就打開。
兩外界壓力不等時(shí)，一個(gè)出流口先于另一出流口打開。相應(yīng)的泵室也會(huì)先于另一泵室變空，除非外壓增大或活動(dòng)部件6伸展到頂點(diǎn)，繼續(xù)拉引線11，只會(huì)影響另一泵室的容量。引線的壓力取消后，瓣膜4-4’就關(guān)閉，瓣膜5-5’重新打開。泵室根據(jù)進(jìn)入血流的情況從外面接收更多的流體，把雙泵同血液循環(huán)系統(tǒng)聯(lián)結(jié)起來(同一流體在兩條回路中流動(dòng))，填充裝置就自動(dòng)地使泵的工作達(dá)到平衡。例如，一個(gè)泵室排出的血液“過多”，“過?！毖簩⒈黄确祷亓飨蛄硪槐檬业难?，以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。因此，不需復(fù)雜的調(diào)節(jié)裝置就達(dá)到了容量平衡。
雙泵的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(圖上未顯示)可采用電動(dòng)馬達(dá)，馬達(dá)帶動(dòng)引線，經(jīng)過聯(lián)結(jié)系統(tǒng)或類似裝置，作用于一個(gè)房室的邊板就能產(chǎn)生單方向的力量。馬達(dá)也可采用現(xiàn)有的、適當(dāng)?shù)?、人體固有的橫肌形式，通過人造電神經(jīng)信號(hào)器(起搏器)而工作。有時(shí)，驅(qū)動(dòng)源可放在體外，用氣動(dòng)或液壓操作，若用電動(dòng)馬達(dá)牽引，可通過按已知技術(shù)放在皮膚上的電極供電，可采用植于體內(nèi)的可充電池，最好通過植入體內(nèi)的線圈和附加的整流電路充電，這種電路在變壓器效應(yīng)的作用之下，獲取能量，在體外放一個(gè)初級(jí)線圈。通上交流電，即可產(chǎn)生變壓效應(yīng)。
正如圖1實(shí)施方案所示，在每個(gè)模擬心室上加一塊橫向可移隔板12、13就能增加泵效應(yīng)。隔板通過聯(lián)結(jié)系統(tǒng)14、15用引線9、10牽動(dòng)，隔板12、13與固定在盒子1上的活動(dòng)部件7相接。引線可用氣動(dòng)裝置代替。例如，用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)的裝置代替，引線11的情況也是如此，雖然這時(shí)要用單方向作用力按上述方式對(duì)泵抽液體的總量實(shí)行自我調(diào)節(jié)。
也可改動(dòng)圖1的實(shí)施方案，取消兩塊可移式隔板2-3以及附屬的引線11和聯(lián)結(jié)系統(tǒng)16，代之以公用隔板結(jié)構(gòu)。這種隔板有一段是單板，可根據(jù)房室17和18的壓差移動(dòng)，從而改變兩個(gè)房室的容量并實(shí)現(xiàn)等壓。這時(shí)，泵靠動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置牽引，動(dòng)力裝置面可由隔板12和13，聯(lián)結(jié)系統(tǒng)14和15、引線9和10以及馬達(dá)(未畫出)組成，或靠氣動(dòng)裝置。
同引線9、10一樣，引線11也是單向工作，因此只能使模擬心室收縮。在舒張階段，血液靠與引線力無(wú)關(guān)的舒張血壓進(jìn)入心室。允許最好對(duì)充填過程加以控制，辦法是施加一股力，使活動(dòng)隔板朝著增大心室容積的方向運(yùn)動(dòng)，頂住受控的或預(yù)先固有的反壓。例如，當(dāng)隔板2、3(在12和13的背后)之間的空間調(diào)到產(chǎn)生一定的壓力值時(shí)，比如使這部分空間同儲(chǔ)備室(未畫出)相聯(lián)結(jié)，就能克服這種壓力而實(shí)現(xiàn)填充，當(dāng)入流壓過低不能使隔板2-3合攏或者使上述附加隔板12、13向外移動(dòng)時(shí)，就停止填充。
圖2A和2B是根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的人工心臟的一種實(shí)施方案，顯示了這種模擬心臟部件分別在舒張期和收縮期末了的位置。這種實(shí)施方案含有一種硬性盒1’，里面有一隔板把盒一分為二，隔板包括兩個(gè)板結(jié)構(gòu)，每個(gè)結(jié)構(gòu)又包含一對(duì)隔板，形成彼止溝通的，充有氣體(空氣)的空間22和23，隔板結(jié)構(gòu)的24和25部分可以通過聯(lián)結(jié)系統(tǒng)21和一種類似引線的促動(dòng)器30(單向力)彼止分離。在兩個(gè)隔板結(jié)構(gòu)之間，是瓣膜32和32’，而瓣膜31和31’則靠近可分離板24，25與之相對(duì)應(yīng)，隔板的中間部分是固定的，邊緣部份是活動(dòng)的，因此象風(fēng)箱。瓣膜32和32’一方面可以調(diào)節(jié)心室26、27的容量，這就形成了泵，另一方面又可調(diào)節(jié)心房28和29的容量，通過具有密封裝置28的孔伸出箱盒1’的引線30被拉緊時(shí)，隔板24和25就彼此分離。如圖2B所示，經(jīng)過瓣膜31和31’把血液從心室26和27排出來，與此同時(shí)，在隔板24、25和19、20之間的空間22和23的體積總和增大，里面的氣壓下降，在收縮階段，空間23內(nèi)的氣壓下降，便于血液流入心房28、29，當(dāng)心房28、29充滿血液時(shí)，隔板19、20彼此靠攏，當(dāng)流入心房28、29的血液流量不等時(shí)，隔板19和20以不同的速度相互靠攏?？臻g22、23中空氣的彈性使流入心房28、29的血液受到阻抑，從而使內(nèi)流速率保持一致。
心室26、27之間隔板的可動(dòng)部分24、25在收縮階段可以向側(cè)面運(yùn)動(dòng)，或是向同一方向運(yùn)動(dòng)，或二者向不同方向運(yùn)動(dòng)。瓣膜32和32’關(guān)閉時(shí)，迫使血液開始從壓力較低的出口流出，直至一邊的風(fēng)箱擴(kuò)張到極限，然后，未排盡的那部份血液又通過壓力較高的出口而排出。
在舒張階段(圖2A)，隔板24、25在一個(gè)弱彈簧33作用下相互靠攏。彈簧33幫助血液從心房28、29經(jīng)過瓣膜32、32’流出，這時(shí)，空間22被壓小，空間23增大，這是因?yàn)榭諝庥煽臻g22移向空間23的結(jié)果。同隔板19、20的情況一樣，隔板24和25以不同的速度彼此靠近，假如經(jīng)過瓣膜32和32’的血流量不等，這種情況可能導(dǎo)致26和27的容量不等。因而，在下一個(gè)收縮階段，工作容量的大小也不相同，用這種辦法，可以確保壓力不等的內(nèi)流很快達(dá)到平衡。
圖3用截面簡(jiǎn)要介紹了另一種實(shí)施方案，這種方案顯示了同一顆真心臟的相似之處。一種夾層隔板結(jié)構(gòu)把心室42和43分隔開來，夾層隔板包括兩個(gè)可側(cè)向移動(dòng)的硬隔板44和45，它們通過一根同聯(lián)結(jié)裝置55相聯(lián)的引線49而移動(dòng)，引線通過有密封裝置39的孔穿過箱蓋41。隔板通過固定在箱盒41的風(fēng)箱式構(gòu)造在周圍支撐，心室42和43分別經(jīng)由瓣膜40和40’同心房34和35相通，外流瓣膜在圖上并未畫出，它們安裝在通過53和54孔從箱盒41引出的外流管子上，內(nèi)流管經(jīng)過箱盒41的孔47和48與心房34和35相接。
為了能按要求實(shí)現(xiàn)泵效應(yīng)，模擬心房34和35的邊緣一部分就是可移式隔板50和50’，這些隔板是柔性的可以在用實(shí)線表示的外部極限位置和用虛線畫的內(nèi)部極限位置之間移動(dòng)從而能改變心房34和35的容量。隔板50和50’也同箱盒相鄰并鎖住箱盒，空間36和37充滿空氣，這兩個(gè)空間經(jīng)過通道51、52同隔板44、45之間的空間46相通這種安排就實(shí)質(zhì)而言同圖2A和2B實(shí)施方案的工作方式是相同的，但可以做得更加緊湊。
入口47、48和出口53、54用虛線表示，可以設(shè)在箱盒任一端部，如截面圖所示。但是，最好入口和出口在圖紙的兩相對(duì)面因?yàn)檫@樣一來，流動(dòng)模式就不大容易使流體停滯而導(dǎo)致血液凝結(jié)。圖3所示實(shí)施方案可以象一個(gè)二室心臟那樣充分發(fā)揮作用。
在隔板44、45之間已充氣的空間46和在可彎曲的隔板50、50’外邊的空間36和37是附加容量，它們?cè)谌肟?7、48的位置上形成最低壓，促使血液向內(nèi)流，這個(gè)附加容量可以通過限壓閥與另一個(gè)容量相通，就象一個(gè)在泵的周圍對(duì)馬達(dá)起調(diào)節(jié)作用的氣包，這種氣包也可以用來使整個(gè)裝置內(nèi)的氣體密度與胸腔內(nèi)的平均密度相對(duì)應(yīng)，也就是說，使裝置發(fā)生“位移”，這與本專利的主張是無(wú)關(guān)的。
把一根較軟的彈簧(未畫出，但可參見圖2A與2B)放在隔板44、45之間，更有助于充填心房和心室。隔板50和50’也可以是具有彈性的，這種彈性效應(yīng)用來充填模擬心室和排空模擬心房，成為充氣房室中氣體彈性所產(chǎn)生的效應(yīng)的補(bǔ)充，這兩種效應(yīng)可以擴(kuò)大心房對(duì)內(nèi)流血液的阻尼效應(yīng)，這些流入的血流雖熱遇到外流的強(qiáng)脈沖，也可以暢通。
權(quán)利要求
1.適于用作人工心臟的雙泵包含兩個(gè)彼此毗鄰的模擬心室，每個(gè)心室各有一個(gè)流體入口和一個(gè)流體出口，每個(gè)入口和出口分別含有一個(gè)單向瓣膜。還有動(dòng)力牽引裝置定期往復(fù)地縮小心室容量，以從每個(gè)出口排放流體，其特征在于，一個(gè)共用的隔板結(jié)構(gòu)把心室隔開，結(jié)構(gòu)中至少有一部分能依照兩個(gè)心室中的壓差移動(dòng)，從而改變各自的容量，便壓力相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1，雙泵的特征在于，各模擬心室的流體入口都同相應(yīng)的有一個(gè)流體入口的模擬心房聯(lián)結(jié)，雙泵中模擬心房用一塊共用的隔板隔開，隔板至少有一部分能依照兩個(gè)摸擬心房中的壓差移動(dòng)，從而改變各自的容量，使壓力相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2，雙泵的特征在于，每個(gè)房室有一段邊隔板可以移動(dòng)，從而能改變房室的容量;每個(gè)房室還有隔板裝置，它們同每個(gè)房室外的邊隔板面之間構(gòu)成一個(gè)含有氣體的空間，還有一些裝置把同模擬心室邊隔板相聯(lián)的這些空間和同模擬心房邊隔板相聯(lián)的那些空間連通起來，上述空間的氣壓發(fā)生變化，就產(chǎn)生作用力，使模擬心房的容量與模擬心室的容量朝著相反的方向變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1，雙泵的特征在于，模擬心室的共用隔板結(jié)構(gòu)有兩個(gè)可移動(dòng)部分，可以相互靠攏，也可相互分離，使上述心室的容量相應(yīng)地增大或減小，雙泵中動(dòng)力牽引裝置含有這樣一些裝置它們使兩個(gè)可移動(dòng)部分受力，彼此分離，但對(duì)于兩個(gè)可移動(dòng)部分的相互靠攏并不施加任何有意義的力量。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4，雙泵的特征在于，每個(gè)模擬心室的流體入口都分別與一個(gè)有一個(gè)流體入口的模擬心房相聯(lián)，雙泵中的兩個(gè)模擬心房用一塊共用隔板分開，隔板至少有一部分能依照兩個(gè)模擬心房中壓差而移動(dòng)，從而改變各自的容量，使壓力相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5，雙泵的特征在于，每個(gè)模擬心房含有一部分可以移動(dòng)的邊隔板，因而可以改變心房的容量，還有一種隔板裝置同每個(gè)相應(yīng)的心房外的上述邊隔板面之間形成一個(gè)容量可變的空間;還有些裝置同共用隔板結(jié)構(gòu)的可移部分之間形成一個(gè)容量可變的空間;還有些裝置同上述容量可變的空間相溝通，這些空間含有氣體。由于氣體壓力的變化，這些氣體能產(chǎn)生力量去改變模擬心房的容量，其改變的方向同模擬心室的容量變化方向相反。
7.根據(jù)權(quán)利要求
4，雙泵的特征在于，它具有彈簧裝置，使模擬心室的共用隔板結(jié)構(gòu)中的活動(dòng)部分彼此靠攏。
8.根據(jù)權(quán)利要求
6，雙泵的特征在于，模擬心房彼此相對(duì)地被放在并列的模擬心室的兩邊。
專利摘要
用于人工心臟的雙泵有兩個(gè)帶出入口及相應(yīng)瓣 膜的模擬心室。分隔兩心室的共用隔板有兩個(gè)可在 驅(qū)動(dòng)下彼此分離而使各心室容量減小從而排出液體 的部分，隔板可按兩心室間壓差作側(cè)移而改變兩心 室間的容量比，使收縮和舒張階段間泵的兩個(gè)等分 間保持衡壓。聯(lián)結(jié)裝置由一馬達(dá)通過一引線在加壓 階段施加單向拉力。故上述變化了的容量主要靠入 流液體產(chǎn)生的壓力重新調(diào)整。泵還可有用入口連通 心室的心房，其容量由外部作用氣壓按心室容量變 化而改變。
文檔編號(hào)A61M1/10GK85101779SQ85101779
公開日1987年5月13日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者倫德貝克·施蒂格 申請(qǐng)人:艾斯特勒科技公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan