血液泵送装置

摘要

公开一种血液泵送装置(1)，其包括至少第一泵(2)和第二泵(3)以及用于引发身体循环系统中的血液流动的第一和第二泵致动装置。每个泵(2、3)包括具有入口通道(10)的一个上部腔(9)和具有出口通道(13)的一个下部腔(12)。上部和下部腔(9、12)被可移动的阀平面(7)分开，该阀平面设有阀(14)。泵致动装置被配置成响应于来自控制单元的控制信号使阀平面(7)沿向上和向下方向在上部和下部腔(9、12)之间移动，从而使得当阀平面(7)沿向上方向移动时，设置在阀平面(7)中的阀(14)处于打开位置，容许血液从上部腔(9)流到下部腔(12)，并且当阀平面(7)沿向下方向移动时，阀(14)处于关闭位置并且血液通过出口通道(13)从下部腔(12)喷射出。下部腔(12)的底部设有袋形部分(20)。

权利要求

1.一种血液泵送装置(1)，其包括用于引发身体循环系统中的血液流动的至少第一泵(2)和至少第一泵致动装置，所述第一泵包括具有入口通道(10)的一个上部腔(9)和具有出口通道(13)的一个下部腔(12)，所述上部腔(9)和下部腔(12)被可移动的阀平面(7)分开，所述阀平面(7)设有阀(14)，并且所述第一泵致动装置被配置成响应于来自控制单元的控制信号使所述阀平面(7)沿向上和向下方向在所述上部腔(9)和下部腔(12)之间移动，从而使得当所述阀平面(7)沿向上方向移动时，设置在所述阀平面(7)中的阀(14)处于打开位置，容许血液从所述上部腔(9)流到所述下部腔(12)，并且当所述阀平面(7)沿向下方向移动时，所述阀(14)处于关闭位置并且血液通过所述出口通道(13)从所述下部腔(12)喷射出，其特征在于

所述下部腔(12)的底部设有袋形部分(20)，所述袋形部分(20)弯曲90°至340°之间。

2.如权利要求1所述的血液泵送装置(1)，其中，所述下部腔(12)及其底部处的所述袋形部分(20)的剖面具有三角形形状、椭圆形形状或圆形形状。

3.如权利要求1所述的血液泵送装置(1)，其中，所述出口通道(13)具有减小的直径。

4.如权利要求1所述的血液泵送装置(1)，其中，所述出口通道(13)和所述下部腔(12)的内壁具有粗糙的内表面。

5.如权利要求1所述的血液泵送装置(1)，其中，所述上部腔(9)和下部腔(12)设有柔性内衬材料(15)。

6.如权利要求1所述的血液泵送装置(1)，其中，所述出口通道(13)设有出口阀(19)。

7.如权利要求1所述的血液泵送装置(1)，其中，所述第一泵还包括一个外部缸(4)以及设有所述阀平面(7)和阀(14)的一个内部缸(6)，所述内部缸(6)被可移动地布置在所述外部缸(4)内，并且所述第一泵致动装置被配置成响应于来自所述控制单元的控制信号使所述内部缸(6)沿向上和向下方向移动，从而使得当所述内部缸(6)沿向上方向在所述外部缸(4)内移动时，设置在所述阀平面(7)中的阀(14)处于打开位置，容许血液从所述上部腔(9)流到所述下部腔(12)，并且当所述内部缸(6)沿向下方向在所述外部缸(4)内移动时，所述阀(14)处于关闭位置并且血液通过所述出口通道(13)从所述下部腔(12)喷射出。

8.如权利要求7所述的血液泵送装置(1)，其中，所述内部缸(6)的外壁和所述外部缸(4)的内壁设有滑动表面。

9.如权利要求7所述的血液泵送装置(1)，其中，所述第一泵致动装置是设有外部钝齿轮(27)和内部螺纹(25)的驱动缸(23)，所述外部钝齿轮(27)被布置成与一机电马达(26)的马达钝齿轮(28)协作，并且所述内部螺纹(25)被布置成与设置在所述内部缸(6)的外侧上的外部螺纹(24)协作。

10.如权利要求7所述的血液泵送装置(1)，其中，所述第一泵致动装置是设有内部螺纹(36)的定子缸(33)，所述内部螺纹(36)被布置成与设置在所述内部缸(6)上的外部螺纹(37)协作，所述协作布置使得所述内部缸(6)能够在所述外部缸(4)内上下线性移动。

11.如权利要求7所述的血液泵送装置(1)，其中，所述第一泵致动装置是缸致动器组件(37)，其连接到所述内部缸(6)并且借助运动发生器提供动力，以使得所述内部缸(6)能够在所述外部缸(4)内线性地上下运动。

12.如权利要求11所述的血液泵送装置(1)，其中，所述运动发生器是液压或气动缸(46)，其当借助缸致动器组件(37)连接到所述内部缸(6)时使得所述内部缸(6)能够在所述外部缸(4)内上下运动。

13.如权利要求11所述的血液泵送装置(1)，其中，所述运动发生器是滚珠丝杠或滚柱丝杠(42)，其将旋转动力源所提供的旋转运动转化成所述内部缸(6)在所述外部缸(4)内的线性上下运动。

14.如权利要求1所述的血液泵送装置(1)，其中，为所述第一泵致动装置提供动力的能量由可移植的充电电池或由外部能量源供应。

15.如权利要求14所述的血液泵送装置(1)，其中，所述外部能量源将需要的动力直接提供给所述第一泵致动装置和经由缆线或借助感应或超声波充电的可移植的充电电池。

16.如权利要求1所述的血液泵送装置(1)，其中，由移植的微计算机或电子芯片控制所述第一泵致动装置。

17.如权利要求1所述的血液泵送装置(1)，其中，所述血液泵送装置(1)包括与所述第一泵(2)相同的第二泵(3)和与所述第一泵致动装置相同的第二泵致动装置。

18.如权利要求17所述的血液泵送装置(1)，其中，所述血液泵送装置(1)设有与所述第一泵致动装置和所述第二泵致动装置相独立地发挥功能的至少一个额外的泵致动装置。

19.如权利要求1所述的血液泵送装置(1)，其中，所述袋形部分(20)弯曲100°至300°之间。

20.如权利要求1所述的血液泵送装置(1)，其中，所述袋形部分(20)弯曲105°至200°之间。

21.如权利要求1所述的血液泵送装置(1)，其中，所述袋形部分(20)弯曲110°至150°之间。

说明书

血液泵送装置

技术领域

[0001] 本发明涉及血液泵送装置，诸如全人工心脏(TAH)，其可完全地或部分地代替天然心脏的功能。本发明还涉及可永久地或暂时地用作左心室辅助装置(LVAD)、右心室辅助装置(RVAD)或心肺转流装置的血液泵送装置。

背景技术

[0002] 人体内心脏的主要功能是使血液循环通过血管，以便将氧、营养物质和废物运输到身体细胞或从身体细胞运输它们。许多疾病可影响心脏，诸如心肌梗塞、高血压、瓣膜功能不全以及各种心肌疾病。这类疾病的最终结果可以是心脏衰竭，这意味着心脏已经失去了将足够的血液泵送到肺和身体组织的能力。

[0003] 心脏衰竭的症状是气促、水肿和疲劳。患有晚期心脏衰竭的患者可以得到的唯一治疗选项是心脏移植。但是，由于缺少足够数量的捐献心脏，大多数晚期心脏衰竭患者会在等待心脏移植手术时死亡。

[0004] 为此，过去50年里对于研制可以完全代替患病心脏的机械心脏做出了大量努力。直到现在，仅研制出了几种能够完全代替患病心脏的全人工心脏(TAH)，即机械心脏/心脏假体。TAH与心脏辅助装置不同，后者仅辅助并支撑心脏的患病部分。这意味着心脏辅助假体与患者自己的心脏平行操作，不需要代替心脏，而对于全人工心脏来说需要代替心脏。市场上存在许多心脏辅助假体，作为左心室辅助装置(LVAD)、右心室辅助装置(RVAD)或双心室辅助装置。

[0005] 当前在市场上被证明的现有TAH的一个主要并发症是形成血凝块，当血凝块作为栓塞形成在身体的关键器官中时可引起中风、其他损伤、甚至死亡。其他并发症可以是流血和感染。当在等待心脏移植时仅短时间将TAH用作桥的情况下也会出现这些并发症。

[0006] 健康的人类心脏通常贯穿人的寿命勤劳无缺陷地工作，而不会引起任何并发症。因此，为了成功地研制能够代替人类心脏的心脏假体，人工心脏有利地被设计成人类心脏。
因此，重要的是，理解心脏的解剖学结构以及它在生理学上如何发挥功能。现有TAH都未根据天然人类心脏的生理学和解剖学来构造，并且这可能是这些TAH都不能永久地代替人类心脏的功能的原因。

[0007] 天然心脏实际上可被看作由两个泵构成，右泵和左泵。每个泵由一个心房和一个心室构成，因此天然心脏由两个心房和两个心室构成。心脏的右侧泵是低压系统，并且左侧泵是高压系统。脱氧血液从身体流入右心房，然后经由右心室进入肺循环，在该处血液在肺部中被充氧。充氧血液从肺循环流回心脏，在该处进入左心房，穿过左心室，并且之后离开心脏，继续再次进入身体。

[0008] 在过去三十年期间，已经修改了关于人类心脏的功能以及人类心脏如何在身体中循环血液的知识。直到近来，人们相信心脏借助心室肌肉的挤压运动泵送血液，但是这种相信在Stig 及其他研究者提出他们的研究之后得到修改，所述研究认为房室(AV)平面的移动是心脏将血液泵送通过血管的原理性方法。在心脏每侧处，心房和心室被AV平面分开。AV平面在左侧和右侧都配备有瓣膜，以防止血液在循环系统中逆流。当AV平面通过心脏肌肉(心肌)的收缩而朝向心室向下移动时，瓣膜关闭，引起心室内压力迅速增大，其将血液推入心脏左侧和右侧的动脉。AV平面的活塞式功能产生血液的脉动流，其对于维持许多身体器官的功能来说是重要的。因此心脏更像活塞泵而非挤压泵。

[0009] 活塞泵送原理的另一个重要作用是它向心房提供连续的血液流入，而在两个循环静脉系统中不存在任何停滞。在AV平面朝向心室的向下移动期间，心房的体积增大并且血液从静脉循环系统被排入心房中。在AV平面随后的向上移动期间，AV平面中的瓣膜打开并且聚集在心房内的血液流到心室，同时容许新的血液进入心房，因此产生进入心脏的连续血液流入，同时在心脏外产生脉动血液流出。这种(AV)平面移动形成本文公开的血液泵送装置的基础原理。

发明内容

[0010] 本文描述的血液泵送装置的设计与天然心脏的解剖学结构相当，由此使得血液泵送装置能够以与天然心脏类似的方式泵送血液。由于血液泵送装置与天然心脏在生理学上相当，因此将血液泵送装置用作天然心脏的永久性或暂时性代替品时的并发症可简直最少。

[0011] 在第一方面，本文描述的血液泵送装置包含与天然心脏的两个心房和两个心室类似的四个腔，并且可以有利地用作全人工心脏(TAH)移植物并完全代替有需要的对象体内的患病心脏。四腔血液泵送装置还可用作脉动循环支持装置以在对对象进行心脏手术期间暂时接管心脏的功能，或替代性地作为双心室辅助装置(Bi-VAD)以部分地或完全地代替病变心脏的功能。

[0012] 在第一方面，公开了包括至少第一和第二泵以及用于在身体血管系统中引发血液流动的第一和第二泵致动装置的四腔血液泵送装置。每个泵包括具有入口通道的一个上部腔和具有出口通道的一个下部腔。

[0013] 泵中的上部和下部腔对应于天然心脏的心房和心室。每个泵中的上部和下部腔被可移动的阀平面分开，该阀平面设有阀。阀平面对应于天然心脏的心房和心室之间的房室(AV)平面(即纤维组织的平面)。有利地，第一泵和第二泵相同，并且设置在每个泵的阀平面中的阀对应于天然心脏的左侧上的二尖瓣和右侧上的三尖瓣。阀平面将泵的内侧划分成两个隔室或腔，一个上部腔和一个下部腔。腔有利地由生物兼容材料制成，诸如硅树脂、聚氨酯、钛、陶瓷、聚四氟乙烯(PTFE)涂布的金属、金刚石涂布的金属或其组合。

[0014] 泵致动装置被配置成响应于控制单元的控制信号致动沿向上和向下方向在上部和下部腔之间的移动，从而使得当所述阀平面沿向上方向移动时设置在阀平面中的阀处于打开位置，容许血液从上部腔流动至下部腔，并且当阀平面沿向下方向移动时阀处于关闭位置并且血液通过出口通道从下部腔喷射出。

[0015] 为了模拟天然心脏的形状，下部腔的内侧底部设有袋形部分。天然心脏的心室具有使得血液能够在离开心室之前在尖端水平处撞击停止表面的设计。心室的内部结构具有在心室底部处(即在天然心脏的尖端处)的尖锐弯曲，其形成约110-150°的弯曲。这意味着当血液到达尖端的底部时，它撞击停止表面，并且存储在已经通过打开的瓣膜从心房涌入心室的流动血液中的动能被短时间传递到心脏，并且之后当AV平面向下移动并从心室推动血液时被传递回到血液。接着，血液通过主动脉瓣和肺动脉瓣离开心脏并继续进入主动脉或肺动脉。

[0016] 考虑到必须在整个循环系统各处泵送大体积的血液，在尖端处心室内的急转弯处的停止表面使得心脏使用的能量少于预期。血液运动时存储在血液中的大部分动能在从新房移动到心室的血液速度减小时被传递到心脏，并且在血液在心室内尖端处的停止表面处撞击尖锐的弯曲时停止。当AV平面朝向心室移动时，此动能被再次传递回血液，以通过主动脉瓣和肺动脉瓣将血液泵送到大动脉。因此，存在一定量能量，其从血液被传递到心脏并且在心室内尖端处的弯曲处再次被传递回血液。同时，心室内血液流的减速和加速产生放置血凝块形成的动态流。

[0017] 在本文描述的四腔血液泵送装置中，下部腔的袋形设计模仿天然心脏的尖端的设计，从而使得在下部腔的底部处血液流突然停止并且骤然改变方向。在下部腔底部处的袋形部分内侧的转弯形成约90-340°的弯曲，更优选在100-300°之间，更优选在105-200°之间，最优选在110-150°之间的弯曲，这类似于天然心脏的心室的弯曲内侧。之后血液继续进入出口通道，随后穿过出口阀进入大动脉。

[0018] 下部腔和下部腔底部部分处的袋形部分的剖面有利地具有三角形形状。当在本文中使用时，用语“三角形形状”包括经修改的三角形形状，具体是具有圆形转角并优选具有略微弧形的侧面的形状。在通过位于内部缸的阀平面中的阀进入下部腔之后并且当它继续进入下部腔的袋形部分并且之后进入出口通道时，三角形使得血液最佳地流动。与在天然心脏中一样，三角形剖面促进在下部腔的腔室内形成若干通道，以容许血液在改变方向并通过出口通道离开之前从不同角度撞击下部腔中袋形形状的底部处的停止表面。在三角形剖面区域内形成通道还可防止不同的血液流彼此碰撞。下部腔和下部腔底部处的袋形部分的剖面也可具有椭圆形形状或圆形形状。

[0019] 下部腔的内壁以及出口通道可设有粗糙表面，以模拟心肉柱，即交叉并从天然心脏的心室的内壁突出的肌肉脊。粗糙表面最小化靠近下部腔壁的血液流中的涡流的形成，很像当水流过河中的障碍物时。利用平坦的腔壁，移动的血液在靠近壁表面处产生多个血液漩涡。这些血液漩涡与主血液流相反的流动，破坏流并且减小下部腔中的血液速度。在下部腔内侧和出口通道上的粗糙表面因此将最小化血液漩涡的形成，并进一步增大四腔血液泵送装置的下部腔内的血液速度。

[0020] 在天然心脏中心室的出口的直径朝向主动脉和肺动脉连续减小。有利地，下部腔的出口通道的直径也可与天然心脏中心室出口的设计类似地连续减小。粗糙的内表面与出口通道的减小直径一起将显著增大离开四腔血液泵送装置的下部腔内的血液流的速度。

[0021] 为了使四腔血液泵送装置能够以无泄漏方式循环血液，上部和下部腔的内侧设有由塑料或橡胶制成的柔性内衬材料。柔性膜还可由两层或更多层膜材料构成，以提高其强度。柔性内衬材料有利地由生物兼容材料制成，如硅树脂、聚氨酯或另一种生物兼容材料。

[0022] 四腔血液泵送装置的出口通道设有出口阀，以防止血液在已经通过出口通道喷射出之后返回下部腔。出口通道阀分别对应于天然心脏的主动脉瓣或肺动脉瓣。

[0023] 四腔血液泵送装置的每个泵还可包括设有阀平面的一个内部缸以及一个外部缸，其中，内部缸可移动地布置在外部缸内。在本实施例中，被阀平面分开的上部和下部腔被容纳在内部缸内。内部缸的上部形成与天然心脏的心房相对应的上部腔，并且内部缸的下部形成下部腔并对应于天然心脏的心室。阀平面被布置在内部缸中，从而使得阀平面将内部缸划分成两个部分，一个上部和一个下部。阀平面对应于天然心脏的心房和心室之间的房室(AV)平面(即纤维组织的平面)。

[0024] 具有阀平面的内部缸可移动地布置在外部缸内。泵致动装置被配置成响应于来自控制单元的控制信号使阀平面沿向上和向下方向移动，从而使得当内部缸沿向上方向在外部缸内移动时，设置在阀平面中的阀处于打开位置，容许血液从上部腔流到下部腔，并且当内部缸沿向下方向在外部缸内移动时，阀处于关闭位置并且血液通过出口通道从下部腔喷射出。

[0025] 内部和外部缸有利地由硬材料制成，诸如例如生物兼容材料，诸如铝、钛、或陶瓷、聚四氟乙烯(PTFE)涂布的金属、金刚石涂布的金属或其组合。

[0026] 为了实现四腔血液泵送装置的高效泵送功能，重要的是内部缸在外部缸4内移动时以无泄漏方式移动。因此，有利地通过在上部和下部腔内提供由塑料或橡胶制成的柔性内衬材料，使得内部缸无泄漏地配合在外部缸内。柔性内衬材料有利地由生物兼容材料制成，如硅树脂、聚氨酯或另一种生物兼容材料。柔性膜还可由两层或更多层膜材料构成，以提高其强度。

[0027] 为了实现四腔血液泵送装置的高效且节能的操作，重要的是内部缸在外部缸4内移动时以几乎无摩擦的方式移动。内部缸的外壁以及外部缸的内壁优选彼此分离或设有滑动表面。滑动表面有利地由陶瓷材料、钛、钢、碳纤维或使得内部缸能够在外部缸内以基本无泄漏无摩擦的方式移动的任何其他材料制成。

[0028] 泵致动装置可有利地是设有外部钝齿轮的驱动缸，其中，外部钝齿轮被布置成与机电马达的马达钝齿轮协作，从而使得当机电马达旋转马达钝齿轮时，所述马达钝齿轮与驱动缸上的外部钝齿轮协作并旋转驱动缸。

[0029] 在此情形中，内部缸的向上和向下移动有利地借助设置在驱动缸上的内部螺纹实现，内部螺纹转而被布置成与设置在内部缸的外表面上的外部螺纹协作。驱动缸包围内部缸，从而使得当驱动缸旋转时，驱动缸内壁上的内部螺纹和内部缸外表面上的外部螺纹之间的协作性布置使得内部缸能够在外部缸内线性地上下移动，这产生泵的泵送作用。向上或向下移动依赖于驱动缸的旋转移动是沿顺时针方向还是逆时针方向。

[0030] 在另一个实施例中，驱动缸的旋转和内部缸随后的向上和向下移动可借助具有集成的定子线圈的定子缸实现。定子线圈被固定到定子缸，后者连接到外部缸，以防止定子缸旋转。定子缸包围驱动缸。一个或多个永磁体与驱动缸的外表面镶嵌并集成在一起，以使得当电流被应用通过定子线圈时内部缸能够旋转。在本实施例中，整个驱动缸用作机电马达中的转子，并且因此定子缸与驱动缸一起作为机电马达工作。

[0031] 泵致动装置可以有利地是缸致动组件，其连接到内部缸并借助运动发生器提供动力，以使得内部缸能够在外部缸内线性地上下运动。

[0032] 缸致动组件设有围绕外部缸的至少一部分延伸的臂，并且所述臂通过外部缸的壁中的矩形开口连接到内部缸的相反侧。优选地，臂达到外部缸的圆周的至少一半。缸致动组件由运动发生器提供动力，以使得内部缸能够在外部缸内上下移动。有利地，通过位于缸致动组件的臂上的至少两个稳定构件使缸致动组件的上下移动稳定。有利地，所述稳定构件由无摩擦材料制成，诸如陶瓷、陶瓷、聚四氟乙烯(PTFE)涂布的金属(如钛)或金刚石涂布的金属(钛)，以使得缸致动组件能够无摩擦地上下移动。

[0033] 运动发生器为缸致动组件的上下移动提供动力。重要的是运动发生器能够提供缸致动组件的以稳固节奏进行的稳定可靠的运动。

[0034] 有利地，运动发生器可以是滚珠丝杠或滚柱丝杠，其将动力源提供的旋转运动转化成内部缸在外部缸内的线性上下运动。

[0035] 滚珠丝杠或滚柱丝杠是在摩擦很小的情况下将旋转运动转化成线性运动的机械线性致动器。在滚珠丝杠中，螺纹轴杆为用作精密丝杠的滚珠轴承提供螺旋跑道。它们被制成为紧公差(close tolerance)，并且因此适合用于需要高精确度的情况。当螺纹轴杆是丝杠时，滚珠组件用作螺母。滚柱丝杠是与滚珠丝杠类似的机械致动器，其使用滚柱作为螺母和丝杠之间的载荷传递元件，而非滚珠。滚柱通常是带螺纹的，但是也可带凹槽，这依赖于滚柱丝杠的类型。由于在给定体积内提供比滚珠丝杠多的轴承点，滚柱丝杠对于给定的载荷容量可以更小型，同时在低速至中速下提供类似的效率(75％-90％)，并且在高速下维持相对高的效率。

[0036] 典型的滚柱丝杠的三个主要元件是丝杠轴杆、螺母和滚柱。丝杠(其是具有多头V形螺纹的轴杆)为围绕丝杠沿径向列队并且被螺纹螺母封装的多个滚柱提供螺旋跑道。丝杠的螺纹通常与螺母的内部螺纹相同。滚柱与丝杠和螺母相接触地转动并且用作丝杠和螺母之间的低摩擦传递元件。滚柱通常具有单头螺纹，单头螺纹具有限制滚柱与丝杠和螺母接触处的摩擦的凸侧翼。与导丝杠或滚珠丝杠相同，螺母的旋转导致丝杠行进，并且丝杠的旋转导致螺母行进。

[0037] 在本实施例中，滚珠丝杠或滚柱丝杠的螺母有利地是缸致动组件的集成部分。滚珠丝杠或滚柱丝杠的螺母形成基底，缸致动组件的两个臂从基底围绕外部缸的圆周的至少一部分延伸，以通过外部缸壁中的矩形开口连接到内部缸的相反侧。滚珠或滚柱丝杠的丝杠有利地设有钝齿轮，该钝齿轮与动力源(诸如例如机电马达)的马达钝齿轮形成协作性布置。当动力源旋转马达钝齿轮时，所述马达钝齿轮余设置在滚珠或滚柱丝杠的丝杠上的钝齿轮协作并且旋转所述丝杠。当丝杠旋转时，其旋转移动被转化成具有臂的缸致动组件(即螺母)的线性移动，其根据机电马达的旋转方向沿向上方向或向下方向移动。每个泵包含泵致动装置，并且心脏的两个泵同时沿相同方向操作。

[0038] 在替代性实施例中，运动发生器可以是液压或气动泵送系统，其在借助缸致动器连接到内部缸时使得内部缸能够在外部缸内上下移动。

[0039] 液压缸(也被称作线性液压马达)是用于通过单向冲程给予单向力的机械致动器。液压缸从加压的液压流体(通常是油)获得它们的动力。液压缸由缸筒构成，在缸筒中，连接到活塞杆的活塞前后移动。筒一端被缸底部(也被称作帽)封闭，并且另一端被缸盖(也被称作压盖)封闭，在该处活塞杆从缸出来。活塞具有滑动环和密封件。活塞将缸内侧划分成两个腔，底部腔(帽端)和活塞杆侧腔(杆端/盖端)。

[0040] 气动缸(有时被称作空气缸)是利用压缩气体的动力产生往复线性运动中的力的机械装置。与液压缸类似，一些东西推挤活塞以沿期望方向移动。活塞是盘或圆柱，并且活塞杆将它产生的力传递到待移动的物体。

[0041] 在本实施例中，液压或气动泵送系统的液压或气动缸杆直接连接到缸致动组件并使得缸致动组件能够线性地上下移动。缸致动组件的两个臂围绕外部缸的圆周的只是一部分延伸，以通过外部缸壁中的矩形开口连接到内部缸的相反侧。当液压或气动缸操作时，即，当液压或气动缸中的活塞杆移入和移出时，缸致动组件与活塞杆同时移动并且由此使得内部缸能够在外部缸内上下移动。每个泵包含泵致动装置，并且心脏的两个泵同时沿相同方向操作。

[0042] 四腔血液泵送装置还可由于安全原因而设有至少一个额外的泵致动装置，其与第一和第二泵致动装置相独立地发挥功能。额外的泵致动装置可以与第一和第二泵致动装置相同或者是其简化版本。它有利地被设计成被动地跟随第一和第二泵致动装置的节奏。但是，在第一和/或第二泵致动装置发生故障的情形中，额外的泵致动装置将立刻被激活并且控制血液泵送行为，直到可以提供必要的医疗辅助。有利地，当第一和/或第二泵致动装置示出故障信号时，警报系统立刻发出警报，并且可以不延迟地开始补救任何问题的必要步骤。

[0043] 在一个方面，四腔血液泵送装置可用作代替对象体内的天然心脏的全人工心脏(TAH)移植物。如本文使用的，用语“对象”指的是需要治疗或易患涉及心脏病的病症的活着的动物或人。用语对象包括但不限于人、非人灵长类(诸如黑猩猩及其他猿类和猴类)、家畜(诸如牛、绵羊、猪、山羊和马)、家养哺乳动物(诸如狗和猫)、实验动物(包括啮齿动物，诸如小鼠、大鼠和豚鼠)等。所述用语不表示特定的年龄或性别。因此，成年和新生对象以及胎儿无论是雄性还是雌性都意图被涵盖。在优选实施例中，对象是哺乳动物，包括人和非人哺乳动物。在最优选的实施例中，对象是人。

[0044] 在已经从对象移除天然心脏之后，四腔血液泵送装置的出口和入口通道连接到通常通过标准血管植入物进入和离开心脏的天然血管。血管植入物有利地通过缝合连接到血管并且借助快速连接件或胶合连接到四腔血液泵送装置的出口和入口通道。当被移植在对象体内时，四腔血液泵送装置由肋骨和胸骨支撑并且有利地通过缝合或接线被紧固到其上。

[0045] 为泵致动装置提供动力的能量可经由穿过皮肤的缆线由外部源供应或者替代性地由移植的电池供应。可经由缆线或借助感应或超声波从外侧为移植的电池充电。

[0046] 泵致动装置有利地由移植的微计算机或电子芯片控制。计算机的输入信息有利地经由起搏器类型的电极从窦房结(其在移除患病心脏之后仍在身体内)提供。但是，微计算机或电子芯片也可从位于大动脉周围的压力传感器接收信号。当患者改变其物理行为时，血压将反映情况。微计算机或电子芯片将会向泵致动装置发送信息，以相应地改变其泵送行为。如果由于一些原因微计算机或电子芯片未接收到任何输入信息，则泵致动装置将继续进行恒定水平的行为，并且相反，患者将必须调整其物理行为。在体力消耗大时，随物理行为增加的体温也可用于激活泵致动装置。

[0047] 在另一方面，四腔血液泵送装置可在例如开胸手术期间暂时被用作体外循环支持系统一些小时或一些天，例如，当心脏需要从严重的疾病恢复时。在本替代性方案中，体外循环支持系统作为心转流脉动泵。对象体内的天然肺部照例对血液充氧。四腔血液泵送装置的出口和入口通道连接到通常通过标准血管植入物进入和离开心脏的天然血管。血管植入物有利地通过缝合连接到血管并且借助快速连接件或胶合连接到四腔血液泵送装置的入口/出口通道。

[0048] 代替将血管植入物连接到肺部静脉或上腔或下腔静脉，血管植入物有利地直接连接到或缝合到心房或心室。血液泵送装置的上部腔的入口通道连接到来自心房或心室的血管植入物，将血液从天然心脏直接排出到四腔血液泵送装置的上部腔。充氧血液从左心房或心室被排出到第一泵的上部腔的入口通道。脱氧血液从右心房或心室被排出到第二泵的上部腔的入口通道。

[0049] 血管植入物容易地被缝合到主动脉和肺，后两者中的每个都连接到下部腔的出口通道。

[0050] 在本发明的另一方面，在某些情况下，有利地仅使用如上所述的血液泵送装置的一个泵。

[0051] 因此，第二方面，本文描述的血液泵送装置包含与天然心脏的一个心房和一个心室类似的两个腔，并且可有利地被用作脉动循环支持装置以在对对象进行心脏手术期间暂时接管心脏功能，或替代性地用作左心房辅助装置(LVAD)或右心房辅助装置(RVAD)以部分地或完全地代替病变心脏的功能或当心脏一侧发生病变时用作LVAD或RVAD。

[0052] 本发明的另一方面因此涉及包括一个泵以及用于在身体血管系统中引发血液流动的至少第一泵致动装置的血液泵送装置。泵包括具有入口通道的一个上部腔和具有出口通道的一个下部腔。

[0053] 两个腔对应于天然心脏的心房和心室，并且上部和下部腔被可移动的阀平面分开，该阀平面设有阀。阀平面对应于天然心脏的心房和心室之间的房室(AV)平面(即纤维组织的平面)。阀设置在泵的阀平面中。如果两腔血液泵送装置被用作LVAD，则所述阀对应于天然心脏中的二尖瓣，并且如果两腔血液泵送装置被用作RVAD，则所述阀对应于三尖瓣。阀平面将泵的内侧划分成两个部分或腔，一个上部(腔)和一个下部(腔)。腔有利地由生物兼容材料制成，诸如钛、陶瓷、聚四氟乙烯(PTFE)涂布的金属或金刚石涂布的金属或任何其他生物兼容材料。

[0054] 泵致动装置被配置成响应于控制单元的控制信号致动沿向上和向下方向在上部和下部腔之间的移动，从而使得当所述阀平面沿向上方向移动时设置在阀平面中的阀处于打开位置，容许血液从上部腔流动至下部腔，并且当阀平面沿向下方向移动时阀处于关闭位置并且血液通过出口通道从下部腔喷射出。

[0055] 下部腔的内侧底部设有模仿天然心脏的尖端的设计的袋形部分，从而使得在腔的底部处血液流突然停止并且骤然改变方向。在下部腔底部处的袋形部分内侧的转弯形成约90-340°的弯曲，更优选在105-300°之间，更优选在105-200°之间，最优选在110-150°之间的弯曲，这类似于天然心脏的心室的弯曲内侧。之后血液继续进入出口通道，随后穿过出口阀进入大动脉。以上联系四腔心脏解释了下部腔底部处的弯曲对于两腔血液泵送装置内的血液流动的有利之处。

[0056] 下部腔和下部腔底部部分处的袋形部分的剖面有利地具有三角形形状。当在本文中使用时，用语“三角形形状”包括经修改的三角形形状，具体是具有圆形转角并优选具有略微弧形的侧面的形状。以上联系四腔心脏描述了下部腔和袋形部分的三角形剖面的有利之处。下部腔和下部腔底部处的袋形部分的剖面也可具有椭圆形形状或圆形形状。

[0057] 下部腔的内壁以及在出口通道中可设有粗糙表面，以模拟心肉柱，即交叉并从天然心脏的心室的内壁突出的肌肉脊。以上联系四腔心脏描述了未下部腔和出口通道提供粗糙表面的有利之处。下部腔的出口通道的直径也可与天然心脏中心室出口的设计类似地连续减小。粗糙的内表面与出口通道的减小直径一起将显著增大离开两腔血液泵送装置的下部腔内的血液流的速度。

[0058] 为了使两腔血液泵送装置能够以无泄漏方式循环血液，上部和下部腔的内侧设有由塑料或橡胶制成的柔性内衬材料。柔性膜还可由两层或更多层膜材料构成，以提高其强度。柔性内衬材料有利地由生物兼容材料制成，如硅树脂、聚氨酯或另一种生物兼容材料。

[0059] 两腔血液泵送装置的出口通道设有出口阀，以防止血液在已经通过出口通道喷射出之后返回下部腔。出口通道阀分别对应于天然心脏的主动脉瓣或肺动脉瓣。

[0060] 两腔血液泵送装置的泵还可包括设有阀平面的一个内部缸以及一个外部缸，其中，内部缸可移动地布置在外部缸内。在本实施例中，被阀平面分开的上部和下部腔被容纳在内部缸内。内部缸的上部形成与天然心脏的心房相对应的上部腔，并且内部缸的下部形成下部腔并对应于天然心脏的心室。阀平面被布置在内部缸中，从而使得阀平面将内部缸划分成两个部分，一个上部和一个下部。阀平面对应于天然心脏的心房和心室之间的房室(AV)平面(即纤维组织的平面)。

[0061] 具有阀平面的内部缸可移动地布置在外部缸内。泵致动装置被配置成响应于来自控制单元的控制信号致动阀平面沿向上和向下方向的移动，从而使得当内部缸沿向上方向在外部缸内移动时，设置在阀平面中的阀处于打开位置，容许血液从上部腔流到下部腔，并且当内部缸沿向下方向在外部缸内移动时，阀处于关闭位置并且血液通过出口通道从下部腔喷射出。

[0062] 内部和外部缸有利地由硬材料制成，诸如例如生物兼容材料，诸如钛、陶瓷、聚四氟乙烯(PTFE)涂布的金属、金刚石涂布的金属或其组合。

[0063] 为了实现两腔血液泵送装置的高效泵送功能，重要的是内部缸在外部缸4内移动时以无泄漏方式移动。因此，有利地通过在上部和下部腔内提供由塑料或橡胶制成的柔性内衬材料，使得内部缸无泄漏地配合在外部缸内。柔性内衬材料有利地由生物兼容材料制成，如硅树脂、聚氨酯或另一种生物兼容材料。柔性膜还可由两层或更多层膜材料构成，以提高其强度。

[0064] 为了实现两腔血液泵送装置的高效且节能的操作，重要的是内部缸在外部缸内移动时以几乎无摩擦的方式移动。内部缸的外壁以及外部缸的内壁优选彼此分离或设有滑动表面。滑动表面有利地由陶瓷材料、钛、钢、碳纤维或使得内部缸能够在外部缸内以基本无泄漏无摩擦的方式移动的任何其他材料制成。

[0065] 泵致动装置可以有利地是缸致动组件，其连接到内部缸并借助运动发生器提供动力，以使得内部缸能够在外部缸内线性地上下运动。

[0066] 缸致动组件设有围绕外部缸的至少一部分延伸的臂，并且所述臂通过外部缸的壁中的矩形开口连接到内部缸的相反侧。优选地，臂达到外部缸的圆周的至少一半。缸致动组件由运动发生器提供动力，以使得内部缸能够在外部缸内上下移动。有利地，通过位于缸致动组件的臂上的至少两个稳定构件使缸致动组件的上下移动稳定。有利地，所述稳定构件由无摩擦材料制成，诸如陶瓷、聚四氟乙烯(PTFE)涂布的金属(如钛)或金刚石涂布的金属(钛)，以使得缸致动组件能够无摩擦地上下移动。

[0067] 运动发生器为缸致动组件的上下移动提供动力。重要的是运动发生器能够提供以稳固节奏进行的稳定可靠的运动。

[0068] 有利地，运动发生器可以是滚珠丝杠或滚柱丝杠，其将动力源提供的旋转运动转化成内部缸在外部缸内的线性上下运动。以上联系四腔血液泵送装置描述了滚珠或滚柱丝杠的功能。

[0069] 在本实施例中，滚珠丝杠或滚柱丝杠的螺母有利地是缸致动组件的集成部分。滚珠丝杠或滚柱丝杠的螺母形成基底，缸致动组件的两个臂从基底围绕外部缸的圆周的至少一部分延伸，以通过外部缸壁中的矩形开口连接到内部缸的相反侧。滚珠或滚柱丝杠的丝杠有利地设有钝齿轮，该钝齿轮与动力源(诸如例如机电马达)的马达钝齿轮形成协作性布置。当动力源旋转马达钝齿轮时，所述马达钝齿轮余设置在滚珠或滚柱丝杠的丝杠上的钝齿轮协作并且旋转所述丝杠。当丝杠旋转时，其旋转移动被转化成具有臂的缸致动组件(即螺母)的线性移动，其根据机电马达的旋转方向沿向上方向或向下方向移动。

[0070] 在替代性实施例中，运动发生器可以是液压或气动泵送系统，其在借助缸致动器连接到内部缸时使得内部缸能够在外部缸内上下移动。以上联系四腔血液泵送装置描述了液压或气动缸的功能。

[0071] 在本实施例中，液压或气动泵送系统的液压或气动缸活塞杆直接连接到缸致动组件并使得缸致动组件能够线性地上下移动。缸致动组件的两个臂围绕外部缸的圆周的只是一部分延伸，以通过外部缸壁中的矩形开口连接到内部缸的相反侧。当液压或气动缸操作时，即，当液压或气动缸中的活塞杆移入和移出时，缸致动组件与活塞杆同时移动并且由此使得内部缸能够在外部缸内上下移动。

[0072] 泵致动装置可有利地是设有外部钝齿轮的驱动缸，所述外部钝齿轮被布置成与机电马达的马达钝齿轮协作，从而使得当机电马达旋转马达钝齿轮时，所述马达钝齿轮与驱动缸上的外部钝齿轮协作并旋转驱动缸。

[0073] 在此情形中，内部缸的向上和向下移动有利地借助设置在驱动缸上的内部螺纹实现，内部螺纹转而被布置成与设置在内部缸的外表面上的外部螺纹协作。驱动缸包围内部缸，从而使得当驱动缸旋转时，驱动缸内壁上的内部螺纹和内部缸外表面上的外部螺纹之间的协作性布置使得内部缸能够在外部缸内线性地上下移动，这产生泵的泵送作用。向上或向下移动依赖于驱动缸的旋转移动是沿顺时针方向还是逆时针方向。

[0074] 在另一个实施例中，驱动缸的旋转和内部缸随后的向上和向下移动可借助具有集成的定子线圈的定子缸实现。定子线圈被固定到定子缸，后者连接到外部缸，以防止定子缸旋转。定子缸包围驱动缸。一个或多个永磁体与驱动缸的外表面镶嵌并集成在一起，以使得当电流被应用通过定子线圈时内部缸能够旋转。在本实施例中，整个驱动缸用作机电马达中的转子，并且因此定子缸与驱动缸一起作为机电马达工作。

[0075] 两腔血液泵送装置还可由于安全原因而设有至少一个额外的泵致动装置，其与第一泵致动装置相独立地发挥功能。额外的泵致动装置可以与第一泵致动装置相同或者是其简化版本。它有利地被设计成被动地跟随第一泵致动组件的节奏。但是，在第一泵致动装置发生故障的情形中，额外的泵致动装置将立刻被激活并且控制血液泵送行为，直到可以提供必要的医疗辅助。有利地，当第一泵致动装置示出故障信号时，警报系统立刻发出警报，并且可以不延迟地开始补救任何问题的必要步骤。

[0076] 在本发明的另一方面，两腔血液泵送装置涉及心室辅助装置(VAD)。VAD是用于支持对象(其具有部分患病的心脏，诸如例如，病变的心室)的心脏功能的机械泵。所述装置从心脏的患病心室获得血液并且帮助将血液泵送到主动脉(如果心脏的患病部分是左心室的话)或泵送到肺动脉(如果心脏的患病部分是右心室的话)。如果一个或两个心室由于心脏病而未能良好工作，则可使用VAD。VAD可帮助暂时支持心室直到患病心室恢复，或者永久地作为扩张治疗(如果患病心室不能恢复的话)。VAD还可用作移植的桥，直到患者接收移植的心脏。在本文件的其他地方解释了用语对象。

[0077] 在一个方面，两腔血液泵送装置可以在患有影响左心室功能的心脏病的对象体内用作用于移植的左心室辅助装置(LVAD)。LVAD帮助左心室将血液泵送到主动脉。

[0078] 在本发明的另一方面，两腔血液泵送装置可以在患有影响右心室功能的心脏病的对象体内用作用于移植的右心室辅助装置(RVAD)。RVAD帮助左心室将血液泵送到肺动脉。

[0079] 两腔血液泵送装置的入口通道连接到通常通过标准血管植入物进入和离开心脏的血管。血管植入物通过快速连接件或通过缝合连接到血管。植入物可借助由玻璃纤维强化硅树脂或用于此目的的其他材料制成的阻挡条连接到出口和/或入口通道。为泵致动装置提供动力的能量可经由穿过皮肤的缆线由外部源供应或者替代性地由移植的电池供应。可经由缆线或借助感应或超声波从外侧为移植的电池充电。

[0080] 泵致动装置有利地由移植的微计算机或电子芯片控制。计算机的输入信息有利地经由起搏器类型的电极从窦房结提供。但是，微计算机或电子芯片也可从位于大动脉周围的压力传感器接收信号。当患者改变其物理行为时，血压将反映情况。微计算机或电子芯片将会向泵致动装置发送信息，以相应地改变其泵送行为。如果由于一些原因微计算机或电子芯片未接收到任何输入信息，则泵致动装置将继续进行恒定水平的行为，并且相反，患者将必须调整其物理行为。在体力消耗大时，随物理行为增加的体温也可用于激活泵致动装置。

[0081] 当被移植在对象体内时，两腔血液泵送装置由肋骨和胸骨支撑并且有利地通过缝合或接线被紧固到其上。

[0082] 在另一方面，两腔血液泵送装置在对对象进行手术期间可被用作心肺转流(CPB)补充泵。涉及打开胸腔的操作需要使用CPB以支持该期间身体内的血液的基本循环。CPB机械地为身体循环血液并对血液充氧，同时对心脏和肺部进行转流。CPB使得血液能够在外科医生在无血手术领域工作时灌注其他身体器官。

[0083] CPB泵自身常被称作心脏肺部机器。CPB是体外循环的一种方式。此技术的缺点是在心肺转流术中血液连续泵送回到身体。连续的血液流不利于身体的重要器官(特别是肾和大脑)的功能，这将会将心肺转流装置与循环系统的连接时间限制至几小时并由此限制手术时间。通常，当使用心脏肺部机器时，通过将插管放置在右心房、腔静脉或股静脉中，血液被排出到容器，并且通过采用滚子泵和人工肺部(氧合器或换气器)充氧地返回插有插管的动脉系统。用于返回充氧血液的插管通常被插入升主动脉中，但是它也可被插入股动脉中。

[0084] 本文公开的两腔血液泵送装置可以有利地与现有心肺转流技术联用，以将连续血液流改变成脉动血液流。两腔血液泵送装置可用于常规的CPB(心肺转流)以实现脉动性，并由此获得所有正面的生理学作用，特别是对肾和大脑。CPB单元包括可膨胀rexpanda、两腔血液泵送装置、血液过滤器和安全分流系统。CPB单元被插入CPB的动脉管路中。

附图说明

[0085] 图1是本文描述的四腔血液泵送装置的视图。

[0086] 图2示出四腔血液泵送装置的剖视图。

[0087] 图3示出经过下部腔的袋形部分区域到达出口通道的血液流，并且图3a-c示出下部腔的袋形部分的不同的有利剖面形状。

[0088] 图4是下部腔内侧上的粗糙表面的细节图。

[0089] 图5是覆盖上部和下部腔内侧的柔性内衬的视图。

[0090] 图6示出设置在四腔血液泵送装置的内部缸的外壁和外部缸的内壁上的滑动表面的剖视图。

[0091] 图7示出与作为运动发生器的驱动缸配合的四腔血液泵送装置的剖视图。

[0092] 图8是与作为运动发生器的驱动缸配合的四腔血液泵送装置的视图。

[0093] 图9示出与设有集成定子线圈的缸配合的四腔血液泵送装置的剖视图。

[0094] 图10是与设有集成定子线圈的缸配合的四腔血液泵送装置的视图。

[0095] 图11是与缸致动组件配合的四腔血液泵送装置的视图。

[0096] 图12是与液压或气动泵送系统配合的四腔血液泵送装置的视图。

[0097] 图13是四腔血液泵送装置的剖视图，示出了内部缸向上移动以及血液从上部腔流过打开的阀并流入下部腔的方式。

[0098] 图14是四腔血液泵送装置的剖视图，示出了内部缸向下移动以及血液通过出口通道从下部腔喷射出的方式。

[0099] 图15是本文描述的两腔血液泵送装置的视图。

[0100] 图16示出设置在两腔血液泵送装置的内部缸的外壁和外部缸的内壁上的滑动表面的侧视图和剖视图。

[0101] 图17示出与作为运动发生器的驱动缸配合的两腔血液泵送装置的侧视图和剖视图。

[0102] 图18示出与设有集成定子线圈的缸配合的两腔血液泵送装置的侧视图和剖视图。

[0103] 图19是与缸致动组件配合的两腔血液泵送装置的视图。

[0104] 图20是与作为运动发生器的滚珠或滚柱丝杠配合的两腔血液泵送装置的视图。

[0105] 图21是与液压或气动泵送系统配合的两腔血液泵送装置的视图。

[0106] 图22是两腔血液泵送装置的剖视图，示出了内部缸向上移动以及血液从上部腔流过打开的阀并流入下部腔的方式。

[0107] 图23是两腔血液泵送装置的剖视图，示出了内部缸向下移动以及血液通过出口通道从下部腔喷射出的方式。

[0108] 图24示出当被插入CPB的动脉管路中时包括两腔血液泵送装置的CPB补充弹药。

具体实施方式

[0109] 具有四个腔的血液泵送装置

[0110] 图1公开了具有四个腔的血液泵送装置1。四腔血液泵送装置1包括两个泵，第一泵2和第二泵3，以及用于在身体循环系统中引发血液流动的第一和第二泵致动装置。第一和第二泵2、3的构造相同，并且现在将详细描述四腔血液泵送装置1的泵的总体设计。

[0111] 每个泵包括上部腔9和下部腔12，见图2，图2中示出了四腔血液泵送装置的剖视图。上部腔9具有容许血液进入上部腔9的入口通道10。所述上部腔对应于天然心脏的心房。下部腔12设有容许血液离开下部腔12的出口通道13。所述下部腔12对应于天然心脏的心室。

[0112] 上部腔9和下部腔12被可移动的阀平面7分开。阀平面对应于天然心脏的心房和心室之间的房室(AV)平面(即纤维组织的平面)。阀14被布置在阀平面7中，阀14根据它所位于的泵是在肺回路中还是在主动脉回路中起作用而对应于三尖瓣或二尖瓣。

[0113] 下部腔12的底部有利地被设计成具有与天然心脏中心室的解剖学形状类似的形状。在四腔血液泵送装置1中，下部腔12的底部具有被设计成模仿天然心脏中心室的内部形状的袋形形状20(见图3)。从上部腔9通过阀14进入下部腔12的血液流(箭头)撞击袋形形状20的底部处的停止表面21并且突然停止，此时流骤然改变方向并沿出口通道13继续。在下部腔12的底部处袋形部分20的内侧处的转弯形成约90-340°的弯曲，更优选在100-300°之间，更优选在105-200°之间，最优选在110-150°之间的弯曲，这类似于天然心脏的心室的弯曲内侧。之后血液继续进入出口通道13。

[0114] 在下部腔12的底部处的袋形部分20的剖面有利地具有三角形形状(见图3a)，以使得血液能够从下部腔12最佳地流入出口通道13。与在天然心脏中一样，三角形剖面促进在下部腔12的腔室内侧形成流通道，从而使得血液从不同角度到达袋形部分20的停止表面21，停止，改变方向，进入出口通道13，随后通过出口阀19离开血液泵送装置。替代性地，下部腔12的内侧构造的剖面可具有椭圆形(图3b)或圆形剖面(图3c)。

[0115] 下部腔12的底部处的内壁以及出口通道13有利地设有粗糙表面，以模拟心肉柱，即交叉并从天然心脏的心室的内壁突出的肌肉脊。脊和突起排列在所述粗糙表面上，从下部腔12表面突起约0.01-3mm，优选0.5-2mm。出口通道13和下部腔12的底部也可具有光滑表面。下部腔12的出口通道13也可具有连续减小的直径，类似于天然心脏中心室出口的设计(见图4)。

[0116] 为了防止血液从四腔血液泵送装置1泄漏，上部和下部腔9、12的内侧设有由柔性塑料或橡胶样材料制成的柔性内衬15。图5示出从腔中被移除时的内衬。柔性内衬15还可由两层或更多层膜材料构成，以提高其强度。柔性内衬15有利地由生物兼容材料制成，如硅树脂、聚氨酯或另一种生物兼容材料。

[0117] 有利地，四腔血液泵送装置1的每个泵2、3还包括设有阀平面7的一个内部缸6以及一个外部缸4，其中，内部缸6可移动地布置在外部缸4内。在本实施例中，被阀平面7分开的上部和下部腔9、12被容纳在内部缸6内。内部缸6的上部形成与天然心脏的心房相对应的上部腔9，并且内部缸6的下部形成下部腔12并对应于天然心脏的心室。阀平面7对应于天然心脏的心房和心室之间的房室(AV)平面(即纤维组织的平面)。所述阀平面7设有阀14，阀14根据它所位于的泵是在肺回路中还是在主动脉回路中起作用而对应于三尖瓣或二尖瓣(见图2)。

[0118] 具有阀平面7的内部缸6可移动地布置在外部缸4内，从而使得当内部缸6及其阀平面7沿上下方向在外部缸4内线性移动时产生泵送作用。当内部缸6沿向上方向移动时，位于阀平面7中的阀14打开并且血液通过阀14从上部腔9流入下部腔12。当内部缸6沿向下方向移动时，阀14关闭并且聚集在下部腔12中的血液通过出口通道13喷射出。因此，内部缸6及其阀平面7的向上和向下移动产生了四腔血液泵送装置1的泵送功能。

[0119] 内部和外部缸6、4有利地由硬材料制成，诸如例如生物兼容材料，诸如钛、陶瓷、聚四氟乙烯(PTFE)涂布的金属、金刚石涂布的金属或其组合。

[0120] 为了实现四腔血液泵送装置1的高效且节省能量的泵送功能，内部缸6在外部缸4内移动时必须以无泄漏以及无摩擦的方式移动。有利地，内部缸6的外壁以及外部缸4的内壁设有滑动表面，其使得内部缸6能够高度精确地以几乎无摩擦无泄漏的方式移动(见图6，其中示出了滑动表面)。滑动表面有利地由陶瓷材料、钛、钢、碳纤维或使得内部缸6能够在外部缸4内以基本无泄漏无摩擦的方式移动的任何其他材料制成。

[0121] 可以通过在上部和下部腔9、12内提供由生物兼容材料(如硅树脂、聚氨酯或另一种生物兼容材料)制成的柔性内衬15使得内部缸6无泄漏地配合在外部缸4内(见图5)。

[0122] 入口通道10的孔口设有入口套箍18，入口套箍18被设计成连接到体回路的体静脉或肺回路的肺静脉。入口套箍18优选由生物兼容材料制成，诸如塑料、橡胶或金属、硅树脂、聚氨酯、钛、钢或任何其他生物兼容材料(见图2和6)。

[0123] 下部腔12的出口通道13有利地设有出口阀19，与在天然心脏中一样。出口阀19将阻止血液在已经通过出口通道13喷射出之后返回下部腔12。出口阀19根据它所位于的泵是在肺回路中还是在主动脉回路中起作用而对应于天然心脏的主动脉瓣或肺动脉瓣(见图2和6)。

[0124] 为了促进出口通道13和肺回路的肺动脉或体回路的主动脉之间的连接，出口通道13的孔口设有将用作动脉植入物的出口套箍22(见图2和6)。

[0125] 泵致动装置被配置成响应于来自控制单元的控制信号致动阀平面7沿上下方向在所述上部和下部腔9、12之间的移动，从而使得当阀平面7沿向上方向移动时，设置在阀平面7中的阀14处于打开位置，容许血液从上部腔9流到下部腔12，并且当阀平面7沿向下方向移动时，阀14处于关闭位置并且血液通过出口通道13从下部腔12喷射出。存在很多完成四腔血液泵送装置1的泵送移动的替代方式，并且现在将描述泵致动装置如何实现阀平面7的这种线性移动的许多可行实施例。但是，技术人员应该意识到所描述的实施例不是完成泵送作用的唯一方式。

[0126] 泵致动装置

[0127] 将驱动缸用作运动发生器

[0128] 可借助驱动缸23完成内部缸6的线性移动，如在图7和8中所见。内部缸6的外表面设有外部螺纹24，外部螺纹24被布置成与设置在驱动缸23的内表面上的内部螺纹25协作。在驱动缸23旋转时，内部缸6及其阀平面7根据驱动缸23是沿顺时针还是逆时针方向旋转而在外部缸4内向下或向上线性移动。借助外部和内部螺纹24、25之间的协作性布置发生内部缸6的这种向上和向下移动。滚珠29可以有利地被布置在驱动缸23的内部螺纹25内，以模拟滚珠丝杠，在其中，螺母(即驱动缸)的旋转产生丝杠(在本构造中其由内部缸6代表)的线性移动。有利地，滚珠29可以被滚柱代替，以产生如滚柱丝杠的结构。滚珠29和滚柱都改进内部缸6在驱动缸23内的无摩擦式移动。

[0129] 有利地借助一个或多个机电马达26操作驱动缸23。驱动缸23有利地在其外表面上还设有外部钝齿轮27(见图8)，其被布置成与连接到一个或多个机电马达26的旋转轴上的马达钝齿轮28协作。当借助机电马达26操作驱动缸23时，机电马达26的马达钝齿轮28与位于驱动缸23的外表面上的外部钝齿轮27协作，并且使驱动缸23的旋转沿顺时针或逆时针方向交替。

[0130] 在一个替代性方案中，每个泵可由单独的机电泵26a和26b(未示出)操作。在本实施例中，第一机电马达26a沿一个方向，例如顺时针方向，旋转第一泵2的驱动缸23，这将引起第一泵2的内部缸6沿第一线性方向移动。为了改变内部缸6的线性移动方向，机电马达26a将沿相反方向，即逆时针方向，旋转驱动缸23，这将引起内部缸6沿与第一线性方向相反的第二线性方向移动。第二机电马达26b以类似方式操作第二泵3。第一和第二机电马达
26a、26b电耦接到彼此并且彼此同步以沿相同方向以相同速度同时移动两个泵2、3。

[0131] 替代性地，单个机电马达26操作第一和第二泵2、3两者。这意味着单个机电马达26沿第一方向，例如顺时针方向，旋转用于第一和第二泵2、3两者的第一和第二驱动缸23a、23b，这将引起第一和第二内部缸6a和6b沿第一线性方向移动。之后，同一机电马达26沿相反方向，例如逆时针方向，旋转用于第一和第二泵2、3两者的第一和第二驱动缸23a、23b，这将引起第一和第二内部缸6a和6b沿与第一线性方向相反的第二线性方向移动。这意味着单个机电马达26将在顺时针和逆时针方向之间交替，以使得内部缸6a、6b能够上下移动。

[0132] 替代性地，两个机电马达26a、26b操作两个泵2、3，其中，电马达26a、26b中的每个仅沿一个方向操作两个泵2、3的内部缸6a、6b(见图4和5)。第一机电马达26a沿第一方向，例如顺时针方向，旋转两个泵2、3的驱动缸23a、23b，这将引起两个泵2、3的内部缸6a和6b沿第一线性方向移动。第二机电马达26b沿相反方向，例如逆时针方向，旋转两个泵2、3的驱动缸23a、23b，这将引起两个泵2、3的内部缸6a和6b沿与第一线性方向相反的第二线性方向移动。在本实施例中，两个机电马达26a、b将使它们的操作交替，即，当第一机电马达26a操作时第二机电马达26b休息，反之亦然。

[0133] 此外，存在至少一个内部缸防旋转构件，其防止内部缸6因驱动缸23的作用而旋转，以仅容许内部缸6的上下移动。内部缸防旋转构件可由至少一个杆51代表，杆51连接到外部缸，在内部缸壁中的纵向凹槽52内延伸。

[0134] 将定子缸34用作泵致动装置

[0135] 内部缸6的上下移动，即泵送功能，也可借助具有集成定子线圈33的缸来完成(见图9和10)。定子线圈33被固定到定子缸34，定子缸连接到外部缸4，以防止定子缸旋转的任何可能性。一个或多个永磁体35与驱动缸23的外表面镶嵌并集成在一起，以使得当电流被应用通过定子线圈33时内部缸6能够旋转。在本实施例中，整个驱动缸23用作机电马达26中的转子，并且因此定子缸34与驱动缸23一起作为机电马达26工作。外部螺纹24设置在内部缸6的外表面上，这使得内部缸6能够旋转到设置在驱动缸23的内表面上的内部螺纹25旋转。

[0136] 在驱动缸23旋转时，内部缸6及其阀平面7根据驱动缸23是沿顺时针还是逆时针方向旋转而在外部缸4内向下或向上线性移动。借助外部和内部螺纹24、25之间的协作性布置发生内部缸6的这种向上和向下移动。滚珠29可以有利地被布置在驱动缸23的内部螺纹36内，以产生如滚珠丝杠的构造，在其中，螺母(驱动缸23)的旋转产生丝杠(在本构造中其由内部缸6代表)的线性移动。有利地，滚珠29可以被滚柱代替，以产生如滚柱丝杠的结构。滚珠29和滚柱都改进内部缸6在驱动缸23内的无摩擦式移动。

[0137] 通过磁场作用完成上下移动，磁场产生在定子缸34和驱动缸23表面上的永磁体35之间。因此，内部缸6的线性移动由驱动缸23的旋转产生，该旋转由内部缸6的外壁上的外部螺纹24和设置在驱动缸23的内表面上的内部螺纹36之间的协作性接合实现。

[0138] 缸致动组件

[0139] 在另一有利实施例中，泵致动装置包括缸致动组件37(见图11)，该组件连接到内部缸并且借助运动发生器提供动力。

[0140] 图11示出四腔血液泵送装置1，其中，泵2、3设有缸致动组件37。在本实施例中，缸致动组件37是具有连接器臂38的装置，连接器臂围绕外部缸4的至少一半圆周延伸。外部缸4设有在内部缸6的每侧上的矩形开口39，通过所述开口，连接器臂38的端部被直接固定到内部缸6上。外部缸每侧上的矩形开口39的形状和大小被调节成使得缸致动组件37能够在外部缸4线性地上下移动内部缸6。

[0141] 缸致动组件37还包括至少两个稳定构件40，在有利实施例中，稳定构件是延伸并伸展通过位于缸致动组件37的每个连接器臂38中的轴承支架(bearing support)41的杆。所述稳定构件40平行于内部缸6的移动方向伸展。稳定构件40使缸致动组件37的线性上下移动稳定并且使得它能够高度精确地沿外部缸4的外壁移动。稳定构件40和轴承支架41的内侧都有利地由诸如陶瓷的无摩擦材料制成，以使得泵致动构件能够无摩擦地上下移动。

[0142] 缸致动组件37由运动发生器提供动力，以使得内部缸6能够在外部缸4内上下移动。

[0143] 将滚珠或滚柱丝杠用作运动发生器

[0144] 在一个有利的实施例中，运动发生器可以是滚珠或滚柱丝杠42或类似装置。

[0145] 在滚珠或滚柱丝杠42运动发生器中，滚珠丝杠或滚柱丝杠用作摩擦很小地将动力源(诸如例如机电马达26)产生的旋转运动转化成线性运动的线性致动器(见图1和2)。在本实施例中，滚珠或滚柱丝杠42的螺母43与(上述)缸致动组件37集成在一起，缸致动组件与其连接器臂38一起围绕外部缸4延伸并且通过外部缸4每侧上的矩形开口39直接连接到内部缸6。

[0146] 滚珠或滚柱丝杠42的丝杠44有利地设有钝齿轮45，钝齿轮45与机电马达26的马达钝齿轮28形成协作性布置。当机电马达26旋转马达钝齿轮28时，所述马达钝齿轮28与滚珠或滚柱丝杠的丝杠44上的钝齿轮45协作并旋转所述丝杠44。当丝杠44旋转时，其旋转移动被转化成具有连接器臂38的缸致动组件37(即螺母43)的线性移动，其根据机电马达26的旋转方向沿向上方向或向下方向移动。

[0147] 当机电马达26沿第一方向旋转滚珠或滚柱丝杠42的丝杠44时，缸致动组件37(和内部缸6)沿第一线性方向沿滚珠或滚柱丝杠42的丝杠44移动。当机电马达26沿第二方向旋转滚珠或滚柱丝杠42的丝杠44时，缸致动组件37(和内部缸6)沿第二线性方向沿滚珠或滚柱丝杠42的丝杠44移动。所述第二方向与第一方向相反。机电马达26在第一和第二旋转之间交替其旋转，由此使得内部缸6能够上下泵送运动。每个泵包含具有运动发生器的缸致动组件37，并且两个泵2、3沿相同方向同时操作。

[0148] 将液压或气动泵送系统作为运动发生器

[0149] 在替代性实施例中，运动发生器可以是液压或气动泵送系统，其在借助缸致动组件37连接到内部缸6(如本文描述的)时使得内部缸6能够在外部缸4内上下移动(见图12)。

[0150] 在本实施例中，通过液压或气动缸46的推动和拉动作用产生内部缸6的向上和向下线性移动(见图12和2)。液压或气动泵送缸46的缸杆(未示出)直接连接到缸致动组件37，并且缸致动组件37的两个连接器臂38围绕外部缸4的至少部分圆周延伸，以通过外部缸4的壁中的矩形开口39连接到内部缸6的相反侧面上。当液压或气动缸46操作时，即，当液压或气动缸46内的活塞杆移入和移出时，缸致动组件37与活塞杆同时移动，并且由此使得内部缸6能够在外部缸4内上下移动。

[0151] 由设置在例如对象腹腔内或替代性地对象体外的液压泵(未示出)操作液压缸46。液压管(未示出)经由设置在液压缸46上的两个连接接头47将液压泵连接到液压缸46，以在液压泵和液压缸46之间运输液压油。两个液压缸46可仅借助一个液压泵操作，这意味着它们彼此同步并且沿相同方向以相同速度一起移动，或替代性地由两个液压泵操作。通过由外部源供应的压缩气体为气动缸提供动力。

[0152] 血液泵送装置的每个泵2、3包含借助作为运动发生器的液压或气动泵送系统提供动力的缸致动组件。心脏的两个泵同时沿相同方向操作。

[0153] 四腔心脏的泵送作用

[0154] 现在将描述四腔心脏的泵送作用。第一和第二泵2、3相同并且因此现在描述的泵送提供动力应用于两个泵(见图13和14)。

[0155] 血液通过入口通道10进入四腔血液泵送装置1的上部腔9中。在一个泵运动循环中，脱氧的血液从体回路到达，进入第一泵3，并且充氧的血液从肺回路到达，进入第二泵2。当上部腔9已经充满血液时，当内部缸6沿第一线性方向在外部缸4内向上移动时，位于内部缸6的阀平面7中的阀14切换到打开位置(见图13)。当内部缸6向上移动时，聚集在上部腔9中的血液流过位于阀平面7中的开口阀14并且进入下部腔12中。可以如本文件中其他地方所描述的那样实现内部缸6的线性移动。

[0156] 在下部腔12充满血液之后，位于阀平面7中的阀14关闭。内部缸6现在在外部缸4内向下沿第二线性方向移动，并且朝向下部腔12的底部推动血液(见图14)。当血液朝向下部腔12的底部被推动时，它进入袋形部分20并且撞击停止表面21，停止，改变方向，并且通过出口通道13离开下部腔12。位于出口通道的孔口处的出口阀19在血液流出期间打开，并且之后关闭以防止血液通过出口通道13再次进入下部腔12中(图3)。

[0157] 将四腔血液泵送装置用作全人工心脏移植物

[0158] 四腔血液泵送装置1可用作代替对象体内的天然心脏的全人工心脏(TAH)移植物。

[0159] 为了将血液泵送装置移植在患者体内，外科医生移除患病心脏，但保留右心房和左心房壁的一些部分，包括将血液供给到天然心脏的心房中的静脉出口。心房的其余部分被缝合到四腔血液泵送装置1的入口套箍18上。所述入口套箍18的第一端有利地由一条宽血管植入组织制成，该植入组织包围被缝合到心房的其余壁部分上的上部腔9的入口通道10。入口套箍18的第二端有利地与快速连接件配合，诸如由玻璃纤维强化的硅树脂或用于此目的的其他材料制成的阻挡条，或者可使用其他快速连接件。所述快速连接件连接到四腔血液泵送装置1的入口通道10。替代性地，套管套箍18可胶合到四腔血液泵送装置1的入口通道10。

[0160] 借助缝合到出口套箍22(其有利地也由血管植入材料制成)上，四腔血液泵送装置1的出口通道13连接到主动脉和肺动脉。有利地，出口套箍22也与快速连接件配合，诸如由玻璃纤维强化的硅树脂或用于此目的的其他材料制成的阻挡条，或者可使用其他快速连接件。所述快速连接件连接到四腔血液泵送装置1的出口通道13。替代性地，出口套箍22可胶合到四腔血液泵送装置1的出口通道13。

[0161] 为泵致动装置提供动力的能量可由外部源经由穿过皮肤的缆线供应或替代性地由移植的电池供应。移植的电池可经由缆线或借助感应或超声波从外部充电。

[0162] 为泵致动装置提供动力的能量由可移植的充电电池(未示出)或由外部能量源(诸如例如，围绕手腕放置或包括在对象穿着的夹克中的充电电池)提供。外部能量源将需要的能量直接给予泵致动装置和经由缆线或借助感应或超声波充电的移植电池。如果由于一些原因，对象短时间移除外部能量源，例如去洗澡，则内部电池将在短时间内为泵致动装置供应足够的能量。

[0163] 泵致动装置有利地由移植的微计算机或电子芯片控制。计算机的输入信息有利地经由起搏器类型的电极从窦房结(其在移除患病心脏之后仍在身体内)提供。但是，微计算机或电子芯片也可从位于大动脉周围的压力传感器接收信号。当患者改变其物理行为时，血压将反映情况。微计算机或电子芯片将会向泵致动装置发送信息，以相应地改变其泵送行为。如果由于一些原因微计算机或电子芯片未接收到任何输入信息，则泵致动装置将继续进行恒定水平的行为，并且相反，患者将必须调整其物理行为。在体力消耗大时，随物理行为增加的体温也可用于激活泵致动装置。

[0164] 猪体内进行的四腔血液泵送装置测试

[0165] 试验1

[0166] 在第一试验中，在不移除天然心脏的情况下，将包括两个相同的泵的四腔血液泵送装置连接到猪。重约50千克的猪被麻醉并且背朝下安置。用于测量血液中氧饱和度的脉搏血氧计连接到尾巴上。胸腔被打开并且露出心脏。心肺转流装置(心脏-肺部机器)连接到猪并且接管心脏和肺部的功能。四个血管植入物被缝制到心脏和心脏的较大血管上；第一植入物被缝制到左心房，第二植入物被缝制到离开左心室的主动脉，第三植入物被缝制到右心房，并且第四植入物被缝制到离开右心室的肺动脉。所有血管植入物都充满血液和盐溶液并且在自由端处被止血钳封闭。

[0167] 之后，血液泵送装置借助四个血管植入物连接到身体。左心房血管植入物连接到第一泵中的上部腔的入口通道。左心房血管植入物连接到第二泵中的上部腔的入口通道。主动脉血管植入物连接到第一泵中的下部腔的出口通道，并且肺动脉血管植入物连接到第二泵中的下部腔的出口通道。所有血管植入物都借助束带连接到四腔血液泵送装置。

[0168] 在将血液泵送装置连接到猪的心脏之后，血液被允许通过装置。借助将插管放置在下部腔的出口通道血管植入物中，同时在上部和下部腔之间手动地移动阀平面，来完成泵送装置的通风。完整的通风花费约10-15分钟，之后计算机连接到血液泵送装置以控制该装置。

[0169] 在四腔血液泵送装置的通风完成之后，关闭心肺装置并且通过应用夹钳压缩心脏以停止天然心脏的功能。四腔血液泵送装置被起动并被容许以每分钟100次跳动的频率进行泵送，其中收缩阶段长度为200毫秒(ms)，舒张阶段长度为400ms(即，总时间为600ms/每次跳动)。记录血压、氧饱和度和中心静脉系统中的压力。计算机记录每次跳动的收缩和舒张期间的动力消耗。

[0170] 富氧血液从猪的天然心脏的左心房进入第一泵(即在体回路中起作用的泵)的上部腔。当阀平面朝向上部腔沿向上方向移动时，充氧血液继续通过打开的阀并且进入下部腔。之后，当阀平面(在阀关闭的情况下)朝向下部腔沿相反方向移动时，血液通过出口通道从下部腔喷射到主动脉中。

[0171] 脱氧血液从猪的天然心脏的右心房进入第二泵(即在肺回路中起作用的泵)的上部腔。当阀平面朝向上部腔沿向上方向移动时，脱氧血液继续通过打开的阀并且进入下部腔。之后，当阀平面(在阀关闭的情况下)朝向下部腔沿相反方向移动时，血液通过出口通道从下部腔喷射到肺动脉和肺部中。

[0172] 四腔血液泵送装置给予与天然心脏的流很像的通过循环系统的脉动式血液流。猪具有良好的氧饱和度，其指示足够的血液流过肺部。在停止之前泵送持续16-17分钟。断开血液泵送装置的连接，并且使猪在仍处于麻醉下的情况下入睡。

[0173] 试验2

[0174] 在第二试验中，重复例子1中公开的过程，但是在约1分钟之后泵送频率被降低至每分钟85此跳动，并且收缩阶段长度为200ms，舒张阶段长度为500ms。四腔血液泵送装置在约17分钟之后停止。

[0175] 结果

[0176] 四腔血液泵送装置传送与天然心脏的类似的泵送流和压力。在断开心肺转流装置并打开四腔血液泵送装置之后，动物总体上情况良好。在整个运转期间氧饱和度是理想的，并且实际上当起动四腔血液泵送装置时，在花费在心肺旁路装置上的时间内形成的代谢性酸中毒消失。在以下表1和2中可见两个试验的结果。

[0177] 表1：试验1的结果

[0178]

[0179] 表2：试验2的结果

[0180]

[0181] *仅85次跳动/分钟的平均值

[0182] 当泵传送100次跳动/分钟时，平均电流消耗为5.95安培(A)。当四腔血液泵送装置被加载以血液时，每个冲程的长度(即，阀平面在上部和下部腔之间移动的距离)为17.9mm。当泵传送85次跳动/分钟时，平均电流消耗下降至5.83A，并且于是每个冲程的长度为
17.5mm。对于100次跳动每分钟的频率，实现46mmHg的收缩压和26mmHg的舒张压。当频率下降至85次跳动每分钟时，实现50/50mmHg的压力。血液泵送装置在100次跳动每分钟下产生的平均中心静脉压为18.6mmHg并且在85次跳动每分钟下为21.3mmHg。

[0183] 具有两个腔的血液泵送装置

[0184] 图15公开了具有两个腔的血液泵送装置5。两腔血液泵送装置5包括泵以及用于在身体循环系统中引发血液流动的泵致动装置。现在将详细描述具有两个腔的血液泵送装置5的总体设计。

[0185] 两腔血液泵送装置5的泵包括上部腔9和下部腔12(见图15)。上部腔9具有容许血液进入上部腔9的入口通道10。所述上部腔对应于天然心脏的心房。下部腔12设有容许血液离开下部腔12的出口通道13。所述下部腔12对应于天然心脏的心室。

[0186] 上部腔9和下部腔12被可移动的阀平面7分开。阀平面对应于天然心脏的心房和心室之间的房室(AV)平面(即纤维组织的平面)。阀14被布置在阀平面7中，根据泵是用于在肺回路中还是在主动脉回路中循环血液，阀14对应于三尖瓣或二尖瓣。

[0187] 下部腔12的底部有利地被设计成具有与天然心脏中心室的解剖学形状类似的形状。在两腔血液泵送装置5中，下部腔12的底部具有被设计成模仿天然心脏中心室的内部形状的袋形部分20(见图3)。从上部腔9通过阀14进入下部腔12的血液流(箭头)撞击袋形部分20的底部处的停止表面21并且突然停止，此时流骤然改变方向并沿出口通道13继续。在袋形部分20的内侧处的转弯形成约90-340°的弯曲，更优选在100-300°之间，更优选在105-
200°之间，最优选在110-150°之间的弯曲，这类似于天然心脏的心室的弯曲内侧。之后血液继续进入出口通道13。

[0188] 在下部腔12的底部处的袋形部分20的剖面有利地具有三角形形状(见图3a)，以使得血液能够从下部腔12最佳地流入出口通道13。与在天然心脏中一样，三角形剖面促进在下部腔12的腔室内侧形成流通道，从而使得血液从不同角度到达袋形部分20的停止表面21，停止，改变方向，进入出口通道13，随后通过出口阀19离开两腔血液泵送装置5。替代性地，下部腔12的内侧构造的剖面可具有椭圆形(图3b)或圆形剖面(图3c)。

[0189] 下部腔12的内壁以及出口通道13有利地设有粗糙表面，以模拟心肉柱，即交叉并从天然心脏的心室的内壁突出的肌肉脊。脊和突起覆盖在所述粗糙表面上，从下部腔12表面突起约0.01-3mm，优选0.5-3mm。下部腔12的内壁和出口通道13也可以是光滑的。下部腔12的出口通道13也可具有连续减小的直径，类似于天然心脏中心室出口的设计(见图4)。

[0190] 为了防止血液从两腔血液泵送装置5泄漏，上部和下部腔9、12的内侧设有由柔性塑料或橡胶样材料制成的柔性内衬15(图5)。柔性内衬15还可由两层或更多层膜材料构成，以提高其强度。柔性内衬15有利地由生物兼容材料制成，如硅树脂、聚氨酯或另一种生物兼容材料。

[0191] 有利地，两腔血液泵送装置5的泵2还包括设有阀平面7的一个内部缸6以及一个外部缸4，其中，内部缸6可移动地布置在外部缸4内。在本实施例中，被阀平面7分开的上部和下部腔9、12被容纳在内部缸6内。内部缸6的上部形成与天然心脏的心房相对应的上部腔9，并且内部缸6的下部形成下部腔12并对应于天然心脏的心室。阀平面7对应于天然心脏的心房和心室之间的房室(AV)平面(即纤维组织的平面)。所述阀平面7设有阀14，阀14根据它所位于的泵是在肺回路中还是在主动脉回路中起作用而对应于三尖瓣或二尖瓣。

[0192] 具有阀平面7的内部缸6可移动地布置在外部缸4内，从而使得当内部缸6及其阀平面7沿上下方向在外部缸4内线性移动时产生泵送作用。当内部缸6沿向上方向移动时，位于阀平面7中的阀14打开并且血液通过阀14从上部腔9流入下部腔12。当内部缸6沿向下方向移动时，阀14关闭并且聚集在下部腔12中的血液通过出口通道13喷射出。因此，内部缸6及其阀平面7的向上和向下移动产生了两腔血液泵送装置5的泵送功能。

[0193] 内部和外部缸6、4有利地由硬材料制成，诸如例如生物兼容材料，诸如钛、陶瓷、聚四氟乙烯(PTFE)涂布的金属、金刚石涂布的金属或其组合。

[0194] 为了实现两腔血液泵送装置5的高效且节省能量的泵送功能，内部缸6在外部缸4内移动时必须以无泄漏以及无摩擦的方式移动。有利地，内部缸6的外壁以及外部缸4的内壁设有滑动表面，其使得内部缸6能够高度精确地以几乎无摩擦无泄漏的方式移动(见图16)。滑动表面有利地由陶瓷材料、钛、钢、碳纤维或使得内部缸6能够在外部缸4内以基本无泄漏无摩擦的方式移动的任何其他材料制成。

[0195] 可以通过在上部和下部腔9、12内提供由生物兼容材料(如硅树脂、聚氨酯或另一种生物兼容材料)制成的柔性内衬15使得内部缸6无泄漏地配合在外部缸4内(见图2和5)。

[0196] 入口通道10的孔口设有入口套箍18，入口套箍18被设计成连接到体回路的体静脉或肺回路的肺静脉。入口套箍18优选由生物兼容材料制成，诸如塑料、橡胶或金属、硅树脂、聚氨酯、钛、钢或任何其他生物兼容材料。入口套箍18的一部分也可有利地由血管植入材料制成，以能够容易地植入对象的静脉。

[0197] 下部腔12的出口通道13有利地设有出口阀19，与在天然心脏中一样。出口阀19将阻止血液在已经通过出口通道13喷射出之后返回下部腔12。根据泵2是在肺回路中还是在主动脉回路中起作用，出口阀19对应于天然心脏的主动脉瓣或肺动脉瓣。

[0198] 为了促进出口通道13和肺回路的肺动脉或体回路的主动脉之间的连接，出口通道13的孔口设有将用作动脉植入物的出口套箍22(见图15和16)。有利地，出口套箍22的一部分可由血管植入材料制成，以能够容易地植入对象的动脉。

[0199] 泵致动装置被配置成响应于来自控制单元的控制信号致动阀平面7沿上下方向在所述上部和下部腔9、12之间的移动，从而使得当阀平面7沿向上方向移动时，设置在阀平面7中的阀14处于打开位置，容许血液从上部腔9流到下部腔12，并且当阀平面7沿向下方向移动时，阀14处于关闭位置并且血液通过出口通道13从下部腔12喷射出。存在很多完成两腔血液泵送装置5的泵送移动的替代方式，并且现在将描述泵致动装置如何实现阀平面7的这种线性移动的许多可行实施例。但是，技术人员应该意识到所描述的实施例不是完成泵送作用的唯一方式。

[0200] 泵致动装置

[0201] 将驱动缸用作泵致动装置

[0202] 可借助驱动缸23完成内部缸6的线性移动，如在图17中所见。内部缸6的外表面设有外部螺纹24，外部螺纹24被布置成与设置在驱动缸23的内表面上的内部螺纹25协作。在驱动缸23旋转时，内部缸6及其阀平面7根据驱动缸23是沿顺时针还是逆时针方向旋转而在外部缸4内向下或向上线性移动。借助外部和内部螺纹24、25之间的协作性布置发生内部缸6的这种向上和向下移动。滚珠29可以有利地被布置在驱动缸23的内部螺纹25内，以模拟滚珠丝杠，在其中，螺母(驱动缸23)的旋转产生丝杠(在本构造中其由内部缸6代表)的线性移动。有利地，滚珠29可以被滚柱代替，以产生如滚柱丝杠的结构。滚珠29和滚柱都改进内部缸6在驱动缸23内的无摩擦式移动。

[0203] 有利地借助一个或多个机电马达26操作驱动缸23。驱动缸23有利地在其外表面上还设有外部钝齿轮27(见图17)，其被布置成与连接到一个或多个机电马达26的旋转轴上的马达钝齿轮28协作。当借助机电马达26操作驱动缸23时，机电马达26的马达钝齿轮28与位于驱动缸23的外表面上的外部钝齿轮27协作，并且使驱动缸23的旋转沿顺时针或逆时针方向交替。

[0204] 此外，存在至少一个内部缸防旋转构件，其防止内部缸6因驱动缸23的作用而旋转，以仅容许内部缸6的上下移动。内部缸防旋转构件可由至少一个杆51代表，杆51连接到外部缸，在内部缸壁中的纵向凹槽52内延伸。

[0205] 将定子缸用作泵致动装置

[0206] 内部缸6的上下移动，即泵送功能，也可借助具有集成定子线圈33的缸来完成(见图18)。定子线圈33被固定到定子缸34，定子缸连接到外部缸4，以防止定子缸旋转。一个或多个永磁体35与驱动缸23的外表面镶嵌并集成在一起，以使得当电流被应用通过定子线圈33时内部缸6能够旋转。在本实施例中，整个驱动缸23用作机电马达26中的转子，并且因此定子缸34与驱动缸23一起作为机电马达26工作。外部螺纹24设置在内部缸6的外表面上，这使得内部缸6能够旋转到设置在驱动缸23的内表面上的内部螺纹25旋转。

[0207] 在驱动缸23旋转时，内部缸6及其阀平面7根据驱动缸23是沿顺时针还是逆时针方向旋转而在外部缸4内向下或向上线性移动。借助外部和内部螺纹24、25之间的协作性布置发生内部缸6的这种向上和向下移动。滚珠29可以有利地被布置在驱动缸23的内部螺纹36内，以模拟滚珠丝杠，在其中，螺母(驱动缸23)的旋转产生丝杠(在本构造中其由内部缸6代表)的线性移动。有利地，滚珠29可以被滚柱代替，以产生如滚柱丝杠的结构。滚珠29和滚柱都改进内部缸6在驱动缸23内的无摩擦式移动。

[0208] 当内部缸6沿一个方向，例如顺时针方向旋转时，它沿垂直于其旋转移动的第一方向线性移动，并且当内部缸6沿相反方向，例如逆时针方向旋转时，它沿垂直于其旋转移动并且与第一线性方向相反的第二方向线性移动。通过磁场作用完成上下移动，磁场产生在定子缸34和驱动缸23表面上的永磁体35之间。因此，内部缸6的线性移动由驱动缸23的旋转产生，该旋转由内部缸6的外壁上的外部螺纹24和设置在驱动缸23的内表面上的内部螺纹36之间的协作性接合实现。

[0209] 缸致动组件

[0210] 在另一有利实施例中，泵致动装置包括缸致动组件37(见图19)，该组件连接到内部缸并且借助运动发生器提供动力。

[0211] 图19示出两腔血液泵送装置5，其中，泵设有缸致动组件37。在本实施例中，缸致动组件37是具有连接器臂38的装置，连接器臂围绕外部缸4的至少一半圆周延伸。外部缸4设有在每侧上的矩形开口39，通过所述开口，连接器臂38的端部被直接固定到内部缸6上。外部缸4每侧上的矩形开口39的形状和大小被调节成使得缸致动组件37能够在外部缸4线性地上下移动内部缸6。

[0212] 缸致动组件37还包括至少两个稳定构件40，在有利实施例中，稳定构件是延伸并伸展通过位于缸致动组件37的每个连接器臂38中的轴承支架41的杆。所述稳定构件40平行于内部缸6的移动方向伸展。稳定杆使缸致动组件37的线性上下移动稳定并且使得它能够高度精确地沿外部缸4的外壁移动。稳定杆和轴承支架41的内侧都有利地由诸如陶瓷的无摩擦材料制成，以使得泵致动构件能够无摩擦地上下移动。

[0213] 缸致动组件37由运动发生器提供动力，以使得内部缸6能够在外部缸4内上下移动。

[0214] 将滚珠或滚柱丝杠用作运动发生器

[0215] 在一个有利的实施例中，运动发生器可以是滚珠或滚柱丝杠42或类似装置。滚珠丝杠或滚柱丝杠是摩擦很小地将旋转运动转化成线性运动的机械线性致动器(如以上在本文中描述的)。

[0216] 在滚珠或滚柱丝杠42运动发生器中，滚珠丝杠或滚柱丝杠用作摩擦很小地将动力源(诸如例如机电马达26)产生的旋转运动转化成线性运动的线性致动器(见图20)。在本实施例中，滚珠或滚柱丝杠42的螺母43与(上述)缸致动组件37集成在一起，缸致动组件与其连接器臂38一起围绕外部缸4延伸并且通过外部缸4每侧上的矩形开口39直接连接到内部缸6。

[0217] 滚珠或滚柱丝杠42的丝杠44有利地设有钝齿轮45，钝齿轮45与机电马达26的马达钝齿轮28形成协作性布置。当机电马达26旋转马达钝齿轮28时，所述马达钝齿轮28与滚珠或滚柱丝杠的丝杠44上的钝齿轮45协作并旋转所述丝杠44。当丝杠44旋转时，其旋转移动被转化成具有连接器臂38的缸致动组件37(即螺母43)的线性移动，其根据机电马达26的旋转方向沿向上方向或向下方向移动。

[0218] 当机电马达26沿第一方向旋转滚珠或滚柱丝杠42的丝杠44时，缸致动组件37(和内部缸6)沿第一线性方向沿滚珠或滚柱丝杠42的丝杠44移动。当机电马达26沿第二方向旋转滚珠或滚柱丝杠42的丝杠44时，缸致动组件37(和内部缸6)沿第二线性方向沿滚珠或滚柱丝杠42的丝杠44移动。所述第二方向与第一方向相反。机电马达26在第一和第二旋转之间交替其旋转，由此使得内部缸6能够上下泵送运动。

[0219] 将液压或气动泵送系统作为运动发生器

[0220] 在替代性实施例中，运动发生器可以是液压或气动泵送系统，其在借助缸致动组件37连接到内部缸6(如本文描述的)时使得内部缸6能够在外部缸4内上下移动(见图21)。

[0221] 液压缸(也被称作线性液压马达)是用于通过单向冲程给予单向力的机械致动器(见以上描述)。在本实施例中，通过液压或气动缸46的推动和拉动作用产生内部缸6的向上和向下线性移动(见图21)。液压或气动泵送缸46的缸杆(未示出)直接连接到缸致动组件37，并且缸致动组件37的两个连接器臂38围绕外部缸4的至少部分圆周延伸，以通过外部缸
4的壁中的矩形开口39连接到内部缸6的相反侧面上。当液压或气动缸46操作时，即，当液压或气动缸46内的活塞杆移入和移出时，缸致动组件37与活塞杆同时移动，并且由此使得内部缸6能够在外部缸4内上下移动。

[0222] 由设置在例如对象腹腔内或替代性地对象体外的液压泵(未示出)操作液压缸46。液压管(未示出)经由设置在液压缸46上的两个连接接头47将液压泵连接到液压缸46，以在液压泵和液压缸46之间运输液压油。通过由外部源供应的压缩气体为气动缸提供动力。

[0223] 两腔心脏的泵送作用

[0224] 现在将描述两腔心脏的泵送作用(见图22和23)。

[0225] 血液通过入口通道10进入两腔血液泵送装置5的上部腔9中。在一个泵运动循环中，如果两腔血液泵送装置5连接到肺动脉，则血液从体回路到达并进入泵5，或者替代性地，如果两腔血液泵送装置5连接到主动脉，则充氧的血液从肺回路到达并进入泵。当上部腔9已经充满血液时，当内部缸6沿第一线性方向在外部缸4内向上移动时，位于内部缸6的阀平面7中的阀14切换到打开位置(见图22)。当内部缸6向上移动时，聚集在上部腔9中的血液流过位于阀平面7中的开口阀14并且进入下部腔12中。可以如本文件中其他地方所描述的那样实现内部缸6的线性移动。

[0226] 在下部腔12充满血液之后，位于阀平面7中的阀14关闭。内部缸6之后在外部缸4内向下沿与第一方向相反的第二线性方向移动，并且朝向下部腔12的底部推动血液(见图23)。当血液朝向下部缸12的底部被推动时，它进入袋形部分20并且撞击停止表面21，停止，改变方向，并且通过出口通道13离开下部腔12。位于出口通道的孔口处的出口阀19在血液流出期间打开，并且之后关闭以防止血液通过出口通道13再次进入下部腔12中(见图3)。

[0227] 将两腔血液泵送装置用作心脏辅助装置

[0228] 两腔血液泵送装置可有利地用作对象(其具有部分患病的心脏，诸如例如，病变的心室)体内的心脏辅助装置。所述装置从心脏的患病心室获得血液并且帮助将血液泵送到主动脉(如果心脏的患病部分是左心室的话)或泵送到肺动脉(如果心脏的患病部分是右心室的话)。

[0229] 两腔血液泵送装置5的入口套箍18借助血管植入物连接到患病心室。所述入口套箍18的第一端有利地由一条宽血管植入组织制成，该植入组织包围被缝合到心室上的上部腔9的入口通道10。入口套箍18的第二端有利地与快速连接件配合，诸如由玻璃纤维强化的硅树脂或用于此目的的其他材料制成的阻挡条，或者可使用其他快速连接件。所述快速连接件连接到两腔血液泵送装置5的入口通道10。替代性地，套管套箍18可直接胶合到两腔血液泵送装置5的入口通道10。

[0230] 借助缝合到出口套箍22(其有利地也由血管植入材料制成)上，两腔血液泵送装置5的出口通道13分别连接到主动脉或肺动脉。有利地，出口套箍22也与快速连接件配合，诸如由玻璃纤维强化的硅树脂或用于此目的的其他材料制成的阻挡条，或者可使用其他快速连接件。所述快速连接件连接到两腔血液泵送装置5的出口通道13。替代性地，出口套箍22可胶合到两腔血液泵送装置5的出口通道13。

[0231] 在两腔血液泵送装置5已经被放置就位(例如在腹腔中)之后，入口套箍18需要刺穿隔膜以连接到左心室或右心室。

[0232] 为两腔血液泵送装置5的泵致动装置提供动力的能量可由外部源经由穿过皮肤的缆线供应或借助感应或超声波供应，或替代性地由移植的电池供应。移植的电池可由外部源经由缆线或借助感应或超声波从外部充电。

[0233] 为泵致动装置提供动力的能量由可移植的充电电池(未示出)或由外部能量源(诸如例如，围绕手腕放置或包括在对象穿着的夹克中的充电电池)提供。外部能量源将需要的能量直接给予泵致动装置和经由缆线或借助感应或超声波充电的移植电池。如果由于一些原因，对象短时间移除外部能量源，例如去洗澡，则内部电池将在短时间内为泵致动装置供应足够的能量。

[0234] 泵致动装置有利地由移植的微计算机或电子芯片控制。计算机的输入信息有利地经由起搏器类型的电极从窦房结提供。但是，微计算机或电子芯片也可从位于大动脉周围的压力传感器接收信号。当患者改变其物理行为时，血压将反映情况。微计算机或电子芯片将会向泵致动装置发送信息，以相应地改变其泵送行为。如果由于一些原因微计算机或电子芯片未接收到任何输入信息，则泵致动装置将继续进行恒定水平的行为，并且相反，患者将必须调整其物理行为。在体力消耗大时，随物理行为增加的体温也可用于激活泵致动装置。

[0235] 将两腔血液泵送装置用作心肺转流装置

[0236] 在对对象手术期间，两腔血液泵送装置可用作心肺转流(CPB)补充泵。如在图24中可见的，CPB单元包括可膨胀容器、两腔血液泵送装置5、血液过滤器和安全分流系统。

[0237] 通常，当使用心脏肺部机器时，通过将插管放置在右心房、腔静脉或股静脉中，血液被排出到容器。通过插管从身体移除的静脉血被过滤，冷却或升温，在氧合器或换气器中被充氧，并且返回身体。用于返回充氧血液的插管通常被插入升主动脉中，但是它也可被插入股动脉中。

[0238] 包括两腔血液泵送装置5的CPB补充单元(如在本文件中描述的)被插入CPB的动脉管路中(图24)。通过如上所述地将插管放置在右心房、腔静脉中，血液从身体退出，并且之后血液在氧合器或换气器中被充氧。从心脏肺部机器滚子泵返回的充氧血液(图24中的粗直箭头)连接到可膨胀的无菌容器袋53，其用作安全袋并且减缓CPB(心脏肺部机器)滚子泵和两腔血液泵送装置5之间的任何可能的输出差异。容器袋53连接到两腔血液泵送装置5的入口通道10。容器袋53有利地被放置在比两腔血液泵送装置5高的位置处，以容许血液借助重力进入上部腔9。当上部腔9已经充满血液时，当内部缸6沿第一线性方向在外部缸4内向上移动时，位于内部缸6的阀平面7中的阀14切换到打开位置。当内部缸6向上移动时，聚集在上部腔9中的血液流过位于阀平面7中的开口阀14并且进入下部腔12中。可以如本文件中其他地方所描述的那样实现内部缸6的线性移动。

[0239] 在下部腔12充满血液之后，当内部缸6沿与第一线性方向相反的第二线性方向在外部缸4内向下移动并且朝向下部腔12的底部推动血液时，位于阀平面7中的阀14关闭。当血液朝向下部腔12的底部被推动时，它进入袋形部分20并且撞击停止表面21，停止，改变方向，并且通过出口通道13离开下部腔12。位于出口通道的孔口处的出口阀19在血液流出期间打开，并且之后关闭以防止血液通过出口通道13再次进入下部腔12中。

[0240] 如以上解释的，两腔血液泵送装置5的泵送机构通过内部缸的上下移动来实现，其引起血液以脉动流离开两腔血液泵送装置5。血液穿过过滤器54，并且之后通过连接插管55被喷射(图23中的虚线粗箭头)到升主动脉或股动脉。如图24中所见，CPB补充单元具有安全/紧急分流管56，从而使得如果有任何故障的话，可以在无脉冲流(其由心脏肺部机器滚子泵提供)的情况下以常见方式继续心肺转流。通过安全分流系统的流可由夹钳57控制。