[發(fā)明專利]一種用于人工心臟的永磁磁體體外磁場驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910089092.4
• 申請日: 2009-07-28
• 公開（公告）號: CN101618240A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏東
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電工研究所
• 主分類號: A61M1/10
• 分類號: A61M1/10
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 關(guān) 玲;賈玉忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種永磁磁體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，特別涉及用于人工心臟的無接觸式永磁磁體體外磁場驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

由于心臟的生理特性，它是全身中最易受損的器官之一，在發(fā)達(dá)國家，心血管疾病是第一致死的原因，在我國也已上升為第二位。目前心衰的最根本的治療方法是心臟移植，但心臟移植存在供體缺乏、排異反應(yīng)、長期免疫抑制、感染機(jī)會(huì)大等一系列問題。因此對人工心臟需求不斷增加，它的應(yīng)用前景十分看好。

國外人工心臟經(jīng)過數(shù)十年的研究，已有數(shù)種產(chǎn)品問世，并且正在逐步進(jìn)入實(shí)用階段。但從臨床應(yīng)用來看，目前完全代替自然心臟的作用和功能非常困難，許多關(guān)鍵問題并未得到徹底解決。除了血栓和溶血問題之外，突出的有電源問題及電機(jī)發(fā)熱問題。有些裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，植入人體后不僅擠占有限空間，并且壓迫臟器，增加感染機(jī)會(huì)。這些裝置需要在皮膚上做一通道，以導(dǎo)入能量，然而隨之而來的又是致命的感染。患者植入這類人工心臟后，雖然生命得以延續(xù)，但是由于上述種種原因的存在，仍然離不開醫(yī)院，并且行動(dòng)受限，無法恢復(fù)有功能、有價(jià)值的生活。由于長期使用抗菌素，肝、腎等重要臟器的損傷及菌群失調(diào)等副作用日益突出，同時(shí)患者還需不斷承受巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

目前的人工心臟由于存在以上問題，長期植入或永久取代受損的心臟尚需努力，而大量心臟病患者的需求又非常迫切，因此，從應(yīng)用研究的角度來看，研制結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、并發(fā)癥少、經(jīng)濟(jì)可靠、可用做長期植入型的機(jī)械性人工心臟以挽救越來越多的心臟病患者，是臨床的迫切需要。

針對上述問題，申請人采用體外磁場的非接觸式驅(qū)動(dòng)作為血泵的驅(qū)動(dòng)裝置，從根本上克服了以往電驅(qū)動(dòng)需要經(jīng)皮導(dǎo)入通道和體內(nèi)存在實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的發(fā)熱部件等致命缺點(diǎn)。該方案只需將血泵植入體內(nèi)，其余部件都在體外。它相對國外人工心臟來說，還有可大大減少植入體內(nèi)的異物總量、大大降低植入裝置的體積、降低引入體內(nèi)的總能量、大大減輕對機(jī)體的植入創(chuàng)傷、提高整體結(jié)構(gòu)的可靠性、微小的血液接觸面和避免切除自然心臟等優(yōu)點(diǎn)。

眾所周知，永磁體的周圍存在著磁場，由于磁場的存在，可以使磁力無接觸地進(jìn)行傳遞，表現(xiàn)為同性相斥異性相吸。目前，利用磁場從體外驅(qū)動(dòng)的人工心臟的無接觸式動(dòng)力傳遞系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)是兩個(gè)相距一定距離的圓柱型磁體，磁體間的磁偶合力是能量傳遞的基礎(chǔ)。圖1和圖2是這種人工心臟的永磁無接觸式動(dòng)力傳遞系統(tǒng)的主動(dòng)磁體和被動(dòng)磁體，主動(dòng)磁體位于人體外部，由一個(gè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)，被動(dòng)磁體位于人體內(nèi)部，當(dāng)主動(dòng)磁體旋轉(zhuǎn)時(shí)，受主動(dòng)磁體磁場的作用而旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)血泵葉輪的旋轉(zhuǎn)，達(dá)到將機(jī)械能量從人體外部的電動(dòng)機(jī)傳遞到血泵的目的。

由于從體外到位于人體心臟升主動(dòng)脈內(nèi)部的血泵的能量傳遞要跨越較大的空間距離(通常情況下需達(dá)到100-120毫米)，因此這種人工心臟的無接觸式動(dòng)力傳遞系統(tǒng)的主動(dòng)磁體和被動(dòng)磁體之間必須相隔較大的間距。考慮到永磁無接觸式動(dòng)力傳遞的特性，隨著主動(dòng)磁體和被動(dòng)磁體相隔的間距增大，從主動(dòng)磁體到被動(dòng)磁體的轉(zhuǎn)矩傳遞能力將迅速下降。當(dāng)然，增大主動(dòng)磁體和被動(dòng)磁體的體積可使傳遞系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩傳遞能力增加，但這一方案受到了很大的限制。首先，必須對植入心臟升主動(dòng)脈內(nèi)的被動(dòng)磁體的幾何尺寸加以很強(qiáng)的限制，要求體積盡可能的小，以便盡量減小該裝置對人體機(jī)體的解剖結(jié)構(gòu)和生理功能的干擾。理想的狀態(tài)下，體內(nèi)心臟內(nèi)植入的圓柱磁體的直徑和長度都要小于20毫米，才能達(dá)到對機(jī)體的解剖和生理功能無重要影響的目的，但從現(xiàn)有的磁性材料的性能上來看，對這樣微小的磁體傳遞有效的機(jī)械能是非常困難的，這主要是由于體內(nèi)、外的磁體間能傳遞的轉(zhuǎn)矩強(qiáng)度很小。從理論上看，無限制地增大體外主動(dòng)磁體的體積當(dāng)然可以增大傳遞轉(zhuǎn)矩，但體外主動(dòng)磁體的無限增大將使該系統(tǒng)的實(shí)用價(jià)值下降，甚至完全喪失實(shí)際使用的可能。

此外，主動(dòng)磁體和被動(dòng)磁體相隔較大的間距也會(huì)使傳遞系統(tǒng)的不穩(wěn)定性增加。如果主動(dòng)磁體和被動(dòng)磁體間失去同步，它們之間將無法傳遞轉(zhuǎn)矩，這也就意味著人體內(nèi)的血泵將失去動(dòng)力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)兩磁體(主動(dòng)磁體和被動(dòng)磁體)系統(tǒng)存在的轉(zhuǎn)矩傳遞能力小和穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，提供一種用于人工心臟的無接觸式永磁磁體體外磁場驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

本發(fā)明永磁磁體系統(tǒng)由主動(dòng)磁體、第一被動(dòng)磁體和第二被動(dòng)磁體三個(gè)永磁磁體組成。

主動(dòng)磁體由高剩磁永磁材料制成，沿徑向充磁，磁體磁極可以是2極、4極、或更多的偶數(shù)極。在磁體的徑向表面上，N極和S極沿周向相互交替。主動(dòng)磁體位于人體外部，其所受到的空間限制較小，因此它的幾何尺寸可以較大。主動(dòng)磁體被封閉在一個(gè)靜止的殼體內(nèi)，由一個(gè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)。