CN101732769B - 采用被动悬浮轴承的可植入式血泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用被动悬浮轴承的可植入式血泵。将内孔中开有引流槽的T形转子嵌入到泵上壳和泵下壳之间，转子的大端为4、6或8片有倾角的叶片构成的叶轮，泵下壳内壁四周嵌有驱动电磁线圈，泵下壳内壁的驱动电磁线圈上下对称嵌有悬浮永磁外环，转子外圈四周嵌有驱动永磁磁环，转子外圈的驱动永磁磁环上下对称嵌有悬浮永磁内环，泵下壳上的悬浮永磁外环和驱动电磁线圈与转子上的悬浮永磁内环和驱动永磁磁环对应，泵上壳和泵下壳上部连接处为泵出口；与转子小端相对应的下泵壳的底面为有倾角的4、6或8片凸起结构。本发明血泵磨损少，功耗小，抗冲击能力强，减少血泵的能量输入，减少血泵的附加重量，有利于血泵向轻型化、便携式方向发展。

Description

采用被动悬浮轴承的可植入式血泵

技术领域

本发明涉及医疗器械，尤其是涉及一种采用被动悬浮轴承的可植入式血泵。

背景技术

机械式血泵是全球范围内认可的治疗晚期心肌衰竭的有效装置。从1953年Dr.John Gibbon成功将他研制的人工心肺机应用到临床发展到目前世界上有多家血泵制造公司，机械式血泵在技术上的变革也经历了从模拟自然心脏的搏动式到反自然规律的连续流动旋转式。旋转式血泵从被证实可以用作心脏辅助到目前成为人工心脏的主流发展方向大致经历的三代的技术革新：第一代从1965年到1990年，主要为机械轴密封式血泵，以体外辅助循环为目标，代表性装置有Biopump BP-80，Hemopump，Kyocera Gyro等；第二代从1990年到2000年，大多采用接触式轴承并采用无密封结构，以植入人体进行心脏辅助为目标，代表性装置有MicroMed公司的DeBakey VAD，Jarvik 2000，Thoratec公司的HeartMate II等；第三代从2000年至今，主要为采用非接触式轴承的血泵，以10年植入体内进行辅助循环为目标的磁悬浮式或液力悬浮式血泵，代表产品有Thoratec公司的HeartMateIII，WorldHeart公司的Levacor VAD，Arrow公司的CorAide，VentraCor公司的VentrAssist等。第三代血泵由于没有机械轴承或者接触轴承，因此在长期植入时，可以避免材料的磨损，从而降低血栓和溶血发生的概率，成为世界各国竞相研究的热点。

磁悬浮式血泵(例如参见美国专利US6716157B2和美国专利US6264635B1)已被成功地应用于临床，但磁悬浮式血泵需要复杂的机械结构，控制方法复杂并且为了保持转子的悬浮还需要消耗额外的能量，因此，体积大、功耗高成为制约磁悬浮式血泵发展的瓶颈。液力悬浮式血泵或永磁磁浮血泵因具有无需主动控制且结构简单、体积小、功耗小、抗冲击能力强等特点被认为是可植入式第四代血泵。本发明是采用被动悬浮的液力悬浮与永磁磁浮相结合轴承型式的可植入式血泵。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用被动悬浮轴承的可植入式血泵。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

本发明包括中心开有泵进口的泵上壳和泵下壳、T形转子、悬浮永磁外环和悬浮永磁内环、驱动永磁磁环和驱动电磁线圈；将内孔中开有引流槽的T形转子嵌入到泵上壳和泵下壳之间，T形转子的大端为4、6或8片有倾角的叶片构成的叶轮，泵下壳内壁四周嵌有驱动电磁线圈，泵下壳内壁的驱动电磁线圈上下对称嵌有悬浮永磁外环，T形转子外圈四周嵌有驱动永磁磁环，T形转子外圈的驱动永磁磁环上下对称嵌有悬浮永磁内环，泵下壳上的悬浮永磁外环和驱动电磁线圈与T形转子上的悬浮永磁内环和驱动永磁磁环一一对应，泵上壳和泵下壳上部连接处为泵出口，泵下壳设有泵接线管；与T形转子小端相对应的下泵壳的底面为有倾角的4、6或8片凸起结构；血液从泵进口处流入，一路血液通过T形转子的旋转从泵出口处流出，另一路血液通过上泵壳的内表面与T形转子的叶轮上下表面的间隙，泵下壳的内表面与T形转子侧面，泵下壳与T形转子的小端面的间隙以及T形转子内孔形成一个封闭的回路，与入口处的血液汇合。

所述T形转子的叶片，每片上表面沿叶轮旋转方向上的厚度均逐渐变小，叶轮顶面与水平线之间的夹角α为0.2°～0.5°。每片下表面沿叶轮旋转方向上的厚度均逐渐变小，叶轮底面与水平线之间的夹角β为0.2°～0.5°。

所述泵下壳的凸起结构，每片沿叶轮旋转方向上的厚度均逐渐变大，泵下壳凸起上表面与泵下壳内壁底面之间的夹角γ为0.2°～0.5°。

所述的T形转子的内孔引流槽为四头等螺距螺旋引流槽，等螺距螺旋引流槽从T形转子的小端面等距向上顺时针的开设。

本发明具有的有益效果是：

由于采用了被动悬浮的液力悬浮与永磁悬浮相结合的轴承结构，在长期保持轴承性能的同时，能够保证轴承磨损少，发热量小，功耗小，抗冲击能力强，使得心室辅助的结构简单、体积小并且避免了复杂控制系统的设计，减少了血泵的能量输入，有效的减少血泵的附加重量，有利于血泵向轻型化、便携式方向发展。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图。

图2是本发明的整体结构示意图。

图3是本发明的T形转子结构原理图。

图4是图3T形转子单叶片结构示意图。

图5是图3T形转子结构俯视图。

图6是下泵壳俯视图。

图7是图6下泵壳侧视图。

图8是图6下泵壳底部结构示意图。

图9是径向悬浮原理示意图。

图10是轴向悬浮原理示意图。

图11是图10轴向底部悬浮原理示意图。

图12是图10轴向顶部叶轮悬浮原理示意图。

图13是本发明流体运动原理图。

图中：1、泵上壳，1A、泵上壳内壁，2、T形转子，2A、叶片侧面，2B、叶片顶面，2C、叶片底面，2D、等螺距螺旋引流槽，3、泵出口，4、悬浮永磁外环，5、泵下壳，5A、泵下壳凸起上表面，5B、泵下壳内壁底面，5C、泵下壳内壁凹面，6、悬浮永磁内环，7、驱动永磁磁环，8、驱动电磁线圈，9、T形转子内孔，10、泵进口，11、泵接线管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明包括包括中心开有泵进口10的泵上壳1和泵下壳5、T形转子2、悬浮永磁外环4和悬浮永磁内环6、驱动永磁磁环7和驱动电磁线圈8；将内孔中开有引流槽的T形转子2嵌入到泵上壳1和泵下壳5之间，T形转子2的大端为4、6或8片有倾角的叶片构成的叶轮，泵下壳5内壁四周嵌有驱动电磁线圈8，泵下壳5内壁的驱动电磁线圈8上下对称嵌有悬浮永磁外环4，T形转子2外圈四周嵌有驱动永磁磁环7，T形转子2外圈的驱动永磁磁环7上下对称嵌有悬浮永磁内环6，泵下壳5上的悬浮永磁外环4和驱动电磁线圈8与T形转子2上的悬浮永磁内环6和驱动永磁磁环7一一对应，泵上壳1和泵下壳5上部连接处为泵出口3，泵下壳5设有泵接线管11；与T形转子2小端相对应的下泵壳5的底面为有倾角的4、6或8片凸起结构；血液从泵进口10处流入，一路血液通过T形转子2的旋转从泵出口3处流出，另一路血液通过上泵壳1的内表面与T形转子2的叶轮上下表面的间隙，泵下壳5的内表面与T形转子2侧面，泵下壳5与T形转子2的小端面的间隙以及T形转子内孔9形成一个封闭的回路，与入口处的血液汇合。所述的泵上壳1和泵下壳5，两部分构件之间的接合面为平面，连接方式采用螺钉紧固。

如图2所示，所述本发明整体结构示意图。泵的接线管11为圆台形出口与下泵壳5连成一体，从连接处到接线管11的出口端面管径逐渐变小。

如图3和图4所示，所述T形转子2的叶片，每片上表面沿叶轮旋转方向上的厚度均逐渐变小，叶片顶面2B与水平线之间的夹角α为0.2°～0.5°。每片下表面沿叶轮旋转方向上的厚度均逐渐变小，叶片底面2C与水平线之间的夹角β为0.2°～0.5°。

如图5所示，所述的T形转子2的内孔9引流槽为四头等螺距螺旋引流槽2D，等螺距螺旋引流槽2D从T形转子2的小端面等距向上顺时针的开设。

如图6～图8所示，分别为泵下壳5的俯视图、侧视图以及底面图。所述泵下壳5的凸起结构，每片沿叶轮旋转方向上的厚度均逐渐变大，泵下壳5凸起上表面5A与泵下壳内壁底面5B之间的夹角γ为0.2°～0.5°。

如图9所示，所述血泵的径向悬浮原理图，泵下壳5内壁的驱动电磁线圈8上下对称嵌有悬浮永磁外环4，T形转子2外圈的驱动永磁磁环7上下对称嵌有悬浮永磁内环6，泵下壳5上的悬浮永磁外环4和T形转子2上的悬浮永磁内环6构成一对耦合的永磁悬浮磁环，在径向上产生力F1和F2，起到了径向悬浮的作用，即当T形转子2偏离稳定中心向右运动时，在增大的永磁悬浮力F1的作用下，T形转子2被驱使向左偏移；当T形转子2偏离稳定中心向左运动时，在增大的永磁悬浮力F2的作用下，T形转子2被驱使向右偏移，从而使T形转子2在径向上处于动态平衡中。

如图10～图12所示，图10为血泵的轴向悬浮原理图，图11和图12为轴向悬浮局部示意图，在血泵的上壳内壁1A与叶片顶面2B，叶片底面2C与泵下壳内壁凹面5C，T形转子2底面与泵下壳凸起上表面之间分别形成轴向的液膜，起到了轴向悬浮的作用，使T形转子2在力F3、F4、F5的支撑下在一种不断变化的动平衡中，即当T形转子2偏移稳定中心向上时，在血泵的上壳内壁1A与叶片顶面2B之间形成的液膜力F3会相应的增大驱使T形转子向下运动；当T形转子2偏移稳定中心向下时，叶片底面2C与泵下壳内壁凹面5C，T形转子2底面与泵下壳凸起上表面之间分别形成的液膜力F4、F5会增大从而驱使T形转子向上运动，最终保持T形转子2在泵内稳定悬浮。

如图13所示，所述血泵流体运动原理图。T形转子2转动过程中，一路血液通过T形转子的旋转从泵出口3泵出形成主流道，另一路血液在进出口压差及T形转子等螺距螺旋引流槽2D引流作用下，通过上泵壳1的内表面与T形转子2的叶轮上下表面的间隙，泵下壳5的内表面与T形转子2侧面，泵下壳5与T形转子2的小端面的间隙以及T形转子内孔9形成一个封闭的回路，与入口处的血液汇合，形成具有被动悬浮支撑T形转子作用的副流道。

Claims (4)

1.一种采用被动悬浮轴承的可植入式血泵，其特征在于：包括中心开有泵进口(10)的泵上壳(1)和泵下壳(5)、T形转子(2)、悬浮永磁外环(4)和悬浮永磁内环(6)、驱动永磁磁环(7)和驱动电磁线圈(8)；将内孔中开有引流槽的T形转子(2)嵌入到泵上壳(1)和泵下壳(5)之间，T形转子(2)的大端为4、6或8片有倾角的叶片构成的叶轮，泵下壳(5)内壁四周嵌有驱动电磁线圈(8)，泵下壳(5)内壁的驱动电磁线圈(8)的上下对称嵌有悬浮永磁外环(4)，T形转子(2)外圈四周嵌有驱动永磁磁环(7)，T形转子(2)外圈的驱动永磁磁环(7)的上下对称嵌有悬浮永磁内环(6)，泵下壳(5)上的悬浮永磁外环(4)和驱动电磁线圈(8)与T形转子(2)上的悬浮永磁内环(6)和驱动永磁磁环(7)一一对应，泵上壳(1)和泵下壳(5)上部连接处为泵出口(3)，泵下壳(5)设有泵接线管(11)；与T形转子(2)小端相对应的泵下壳(5)的底面为有倾角的4、6或8片凸起结构；血液从泵进口(10)处流入，一路血液通过T形转子(2)的旋转从泵出口(3)处流出，另一路血液通过泵上壳(1)的内表面与T形转子(2)的叶轮上下表面的间隙，泵下壳(5)的内表面与T形转子(2)侧面，泵下壳(5)与T形转子(2)的小端面的间隙以及T形转子内孔(9)形成一个封闭的回路，与泵进口处的血液汇合。

2.根据权利要求1所述的一种采用被动悬浮轴承的可植入式血泵，其特征在于：所述T形转子(2)的叶片，每片上表面沿叶轮旋转方向上的厚度均逐渐变小，叶片顶面(2B)与水平线之间的夹角α为0.2°～0.5°，每片下表面沿叶轮旋转方向上的厚度均逐渐变小，叶片底面(2C)与水平线之间的夹角β为0.2°～0.5°。

3.根据权利要求1所述的一种采用被动悬浮轴承的可植入式血泵，其特征在于：所述泵下壳(5)的凸起结构，每片沿叶轮旋转方向上的厚度均逐渐变大，泵下壳凸起结构的上表面(5A)与泵下壳内壁底面(5B)之间的夹角γ为0.2°～0.5°。

4.根据权利要求1所述的一种采用被动悬浮轴承的可植入式血泵，其特征在于：所述的T形转子(2)的内孔(9)引流槽为四头等螺距螺旋引流槽(2D)，等螺距螺旋引流槽(2D)从T形转子(2)的小端面等距向上顺时针的开设。

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