[發(fā)明專利]一種體外生命支持血液流轉(zhuǎn)裝置及其流道設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010180800.1
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號(hào): CN111228598A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石悅;付天翔;孫志全;劉鴻簫
• 申請（專利權(quán)）人: 美茵（北京）醫(yī)療器械研發(fā)有限公司
• 主分類號(hào): A61M1/36
• 分類號(hào): A61M1/36;A61M1/38;A61M1/10
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51241
• 代理人: 宋紅賓

1.一種體外生命支持血液流轉(zhuǎn)裝置，包括殼體，其特征在于：殼體表面設(shè)有觸摸屏(1)、調(diào)節(jié)旋鈕(2)、開關(guān)(3)、提手(4)、固定座(5)、床旁固定架(6)、離心泵驅(qū)動(dòng)座(7)、氧合器固定座(8)、離心泵(9)、氧合器(10)、屏軸(11)和電源(12)；

觸摸屏(1)用于顯示血液流轉(zhuǎn)系統(tǒng)的工作信息和觸屏控制；

調(diào)節(jié)旋鈕(2)用于調(diào)節(jié)離心泵(9)轉(zhuǎn)速；

開關(guān)(3)用于血液流轉(zhuǎn)系統(tǒng)的電源開關(guān)；

固定座(5)的形狀為環(huán)形，水平固定于殼體底部，用于血液流轉(zhuǎn)系統(tǒng)擺放桌面時(shí)，穩(wěn)定整個(gè)裝置，防止裝備歪斜；

床旁固定架(6)的形狀為環(huán)形，固定于殼體側(cè)面，用于將血液流轉(zhuǎn)系統(tǒng)固定在患者床邊；

離心泵驅(qū)動(dòng)座(7)和氧合器固定座(8)設(shè)置在殼體背面或頂面；

離心泵(9)裝配在離心泵驅(qū)動(dòng)座(7)上，離心泵(9)與離心泵驅(qū)動(dòng)座(7)電路(12)連接，離心泵驅(qū)動(dòng)座(7)與電源(12)電路連接；

氧合器(10)固定于氧合器固定座(8)上，氧合器固定座(8)與電源電路連接；

所述電源(12)用于為血液流轉(zhuǎn)系統(tǒng)所有部件的供電；

殼體內(nèi)部設(shè)有流道環(huán)路、血氧模塊、微泡模塊、壓力傳感器、流量傳感器、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)；

血液從流道環(huán)路的進(jìn)口進(jìn)入，流道環(huán)路依次通過離心泵(9)、氧合器(10)、血氧模塊、微泡模塊、保護(hù)系統(tǒng)，最后血液從流道環(huán)路的出口流出送回人體；

其中離心泵(9)與氧合器(10)之間的流道環(huán)路設(shè)有壓力傳感器和流量傳感器，用于反映離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，顯示離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；

微泡模塊與保護(hù)系統(tǒng)之間的流道環(huán)路設(shè)有壓力傳感器和流量傳感器，用于監(jiān)測離心泵后經(jīng)過氧合器氧合作用之后的壓力及流量，反映送回人體的血液壓力及當(dāng)前流量，用于醫(yī)生調(diào)節(jié)狀態(tài)；

血氧模塊的作用是血氧監(jiān)測，帶有血氧監(jiān)控探頭，監(jiān)測血液內(nèi)血氧含量比例；

微泡模塊為微栓、微泡過濾器，過濾流道中血液的細(xì)小血栓及氣泡；

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作用是離心泵的驅(qū)動(dòng)，包括控制離心泵的轉(zhuǎn)速、流量、運(yùn)轉(zhuǎn)模式；

監(jiān)測系統(tǒng)用于接收流道環(huán)路內(nèi)的壓力傳感器和流量傳感器發(fā)出的信號(hào)，進(jìn)行整合處理，通過觸摸屏(1)對外顯示；

保護(hù)系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)值、預(yù)設(shè)參數(shù)，在監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)流道環(huán)路內(nèi)出現(xiàn)異常參數(shù)時(shí)發(fā)出警報(bào)，同時(shí)通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)離心泵模式，使離心泵處于“0”流量狀態(tài)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種體外生命支持血液流轉(zhuǎn)裝置，其特征在于：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為底座模塊和控制模塊，底座模塊接口為交流輸入220V，主要包括三個(gè)部分：AC/DC模塊、UPS、電池；

AC/DC模塊主要實(shí)現(xiàn)交流220V到直流24V的轉(zhuǎn)換工作，轉(zhuǎn)換完成的24V輸出到UPS，同時(shí)直流24V兩塊電池輸出到UPS，UPS接收到外部24V和電池24V后輸出不間斷的直流19V電源到控制模塊；

控制模塊主要包括六個(gè)部件：DC/DC直流隔離轉(zhuǎn)換模塊、冗余模塊、歐姆龍UPS、PLC、觸摸屏、電機(jī)驅(qū)動(dòng)板；

DC/DC直流隔離轉(zhuǎn)換模塊主要功能是將底座輸出的19V～24V電壓規(guī)整到24V輸出，輸出到冗余模塊，之后冗余模塊再輸出到歐姆龍UPS，歐姆龍UPS自帶電池模塊，因此當(dāng)控制器沒有連接底座，且外部沒有24V直流輸入時(shí)，承擔(dān)供電工作，歐姆龍UPS輸出到PLC、屏幕、電機(jī)驅(qū)動(dòng)板進(jìn)行供電；兩個(gè)歐姆龍UPS模塊連接PLC，將電池電量信號(hào)傳輸?shù)絇LC，進(jìn)行電池電源的規(guī)劃；

PLC為可編程邏輯控制器用于控制離心泵、氧合器、觸摸屏、血氧模塊、微泡模塊、壓力傳感器、流量傳感器、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)的工作。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種體外生命支持血液流轉(zhuǎn)裝置，其特征在于：觸摸屏(1)通過屏軸(11)固定在殼體上，屏軸(11)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)觸摸屏(1)角度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種體外生命支持血液流轉(zhuǎn)裝置，其特征在于：所述殼體長寬高為：290mm*260mm*160mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的任意一項(xiàng)所述的一種體外生命支持血液流轉(zhuǎn)裝置的流道環(huán)路設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，首先需建立數(shù)值模型，數(shù)值模型的設(shè)置包括設(shè)置流體三維建模、流體網(wǎng)格構(gòu)建、流體湍流模型；

步驟2，設(shè)置血液物理屬性；將血液視為牛頓流體，設(shè)置其密度為1044kg/m³，粘度為0.00365kg·m^-1·s^-1；

步驟3，設(shè)置原始模型參數(shù)，原始模型參數(shù)包括工況、模型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，具體包括離心泵轉(zhuǎn)速、流量、揚(yáng)程和幾何尺寸，氧合器流速、壓降、幾何尺寸和交換區(qū)域面積；

步驟4，設(shè)置流體屬性及邊界條件，邊界條件設(shè)置包括壓力邊界條件、流量邊界條件、壓差邊界條件，壁面設(shè)置，壁面有包括靜止壁面設(shè)置、轉(zhuǎn)動(dòng)壁面設(shè)置、多孔介質(zhì)設(shè)置，時(shí)間步長與空間步長設(shè)置，收斂條件設(shè)置；

步驟5，依據(jù)計(jì)算結(jié)果提取流場內(nèi)各個(gè)物理量分布，判定當(dāng)前流道設(shè)計(jì)是否滿足需求。