[发明专利]血泵所用的磁流体支持的电磁驱动机构

说明书

本发明涉及一种为用来支持或者部分直至完全替代心脏的血泵所用的磁流体支持的电磁驱动机构，如美国专利说明书4650485中公开的那样，该机构包括一个或几个电磁铁和力转换装置。

过去几年中，外置式和可植入式的心脏支持系统已被越来越多地用于帮助病人渡过等待移植捐献的心脏的阶段。从这些心脏支持系统获得的经验引发了新的思考，即应该扩展这些支持系统的用途，使其不仅用于渡过心脏移植前的阶段，而且能够成为一种长期措施。这有几个方面的原因：可供移植的器官非常稀少；使用人造支持系统能稳定和改善病人的状况，因此也就使进行这种移植的预备状态更为有利；移植捐献的器官的主要问题即排异反应，不会发生于人造支持系统；人造支持系统也许还能导致受损心脏的修复，从而使病人能以自己的心脏继续生活下去。

已经试验和使用过不同的支持系统。一般说来，它们的区别仅在于驱动机构类型的不同。

电磁系统由一个电磁铁构成，它挤压出一个血囊(blood pouch)以供血。这个方案在美国专利说明书3874002中有详细的描述。电动机械系统靠电动机产生一个旋转动作，这种转动再转化为泵送动作。此外，还有电动液压和电动气压系统，它们利用一个液泵或气泵把液体或气体泵入一个腔内，驱动一个柔性膜来供血。

对在上述美国专利说明书4650485中公开的磁流驱动系统已进行过尝试性开发。用这种现有的血泵，血腔的膜应直接被一个磁流驱动，这个磁流是被一个磁场激励来驱动该膜的。不幸的是，如果所选的励磁线圈系统不够大，这个方案就不能产生其应用目的所需的泵压。因此，这种血泵是不适于植入体内的。

磁流体是具有超磁性的稳定的弥散质。靠表面活性物质使单畴颗粒在可选的溶剂中均匀分布，构成可用的磁流体。这种均匀分布在一个(梯度的)强磁场中仍能保持。DD发明说明书160532详细描述了这样的磁流体。这种被公开和描述的磁流体的初始磁导率高达4，其饱和磁场强度高达100mT。

电磁驱动机构主要由于其简单的结构和与之相伴的稳定性而获得了接受。

关于这种现有的系统，一方面是其尺寸大小，另一方面是与能源消耗相联系的工作效率，均与其设计之间存在着很大差距。除了听觉上的干扰外，这些因素也都会给本来已处于紧张状态的病人增加特别的负担。

本发明就是基于这样一个任务，即为一种用来支持或者部分直至完全取代心脏的血泵造出一种驱动机构，这种血泵的重量和能量密度都接近于天然心脏。与现有系统相比，在这里整体系统的缩小是可行的，同时效率就会有所提高，因而特别适合植入人体。

这个任务是由具有磁流体支持的电磁驱动机构的血泵来完成的。这个驱动机构由一个或几个电磁铁及力转换装置构成，其中至少一个电磁回路的空间部分或全部充满磁流体，其磁极显示出永磁特征。其中使用的磁流体的饱和磁化强度为150到450mT，初始磁导率为5到25。这种磁流体由铁、钴或铁钴合金的单畴颗粒、液态载体和带来单畴颗粒胶体稳定性的表面活性物质构成。

本发明的要点在于由于使用磁流体而增强了空间的作用，因为磁流体(铁磁流体、磁性液体)具有较高的磁导率。这之所以获得成功是因为从高度导磁的回路向流体的转变导致了力(麦克斯韦应力)的增加。此外，在一定的情况下，磁流体的负压还可以被利用。这个负压是由于在磁场的作用下，磁流体的自由表面(如与空气的界面)上出现了方向向外的力密度而产生的。

最后，较低的激励就可以产生足够的泵压。这就允许缩减驱动机构的尺寸并减少消耗。这一改进与初始磁导率和饱和磁化强度的大小有直接关系。由于磁流体的存在，也减小了吸引过程结束时两个磁极间的机械撞击。

本驱动机构可以直接装在单腔血泵上。这种血泵是最简单的设计。在更复杂的设计中，可能有两个腔或者四个腔。在这里，串联或并联的模式都同样是可能的。

因此，本驱动机构能用于简单的冠状循环的支持系统，也能以其尽可能类似生命的对心脏功能的模拟来做为心脏的部分甚至完全替代品。

下面以附图所示的一个实施例对本发明进行详细描述。这个实施例是按一级运行模式设计的。

图1腔被压缩时的人工心脏驱动机构的横剖面，

图2吸入过程中的人工心脏驱动机构的横剖面，

图3完成吸入过程后的人工心脏驱动机构的横剖面，

图4驱动机构的纵剖面，

图5血腔的剖面图。

图1以剖面图示意地表现了用于一个单腔系统的驱动机构的原理。