CN102438673A - 心脏泵 - Google Patents

Abstract

泵是一种轴流式旋转泵，适合于植入人体心脏或血管系统内，并且包括：伸长的管状套管(1，2)，其限定血液入口(4)；从入口纵向隔开的血液出口(5)；和沿管套内部从入口至出口的主要基本轴向的血液流道(6)，管套包括电动机定子(7)。具有设置来装入套管内的伸长的可旋转元件(3)，可旋转元件的外表面和套管的内表面之间有间隙。管状可旋转元件包括被设置由电动机定子驱动的电动机转子部分(10)和用于沿血液流道推动血液的旋转推进器(11)。管套由具有开口的前端的上游管状构件(2)和具有开口的前端和后端的下游管状构件(1)形成，上游管状构件包括定子，并且环绕推进器的下游管状构件具有以流体密封方式装入上游管状构件的后端。

Description

心脏泵

技术领域

本发明涉及适合于植入人体心脏或血管系统内的小型心脏泵。

背景技术

心力衰竭是主要的全球健康问题，每年导致成千上万的人死亡。直到最近为止治疗晚期心力衰竭的唯一途径是心脏移植或植入人工心脏。不幸地，捐赠者的心脏仅仅只能满足很小一部分的需求，并且由于与全人工心脏相关的技术性困难，全人工心脏尚未获得广泛地接受。

过去三十年来，心室辅助装置(VADs)主要作为移植装置的桥已经逐步得到接受。心室辅助装置被长期植入而且与患病的心脏一同工作以便提高心脏的输出量并在等待移植的同时保持患者的生命和/或给予更好的生活质量。这些装置的使用在一些患者中已经产生了意想不到的效果：超过时间的心脏张力的降低已经使得左心室有效的自动痊愈。这给了许多患者以希望，对他们而言可以不需要使用捐赠者的心脏，因为实际上可能更早植入心室辅助装置使得他们在疾病达到最末期之前可以恢复健康状况。即使捐献心脏是可获得的，相比承受移植而言，可能更加可取的结果是让人们拥有一颗自己的恢复健康的心脏。

目前，阻碍心室辅助装置作为更常规基础进行安装的主要原因是安装该装置所必需的大创伤手术。为了安装心室辅助装置，典型的胸骨切开手术、全心肺分流，以及到达心脏和胸主动脉的主要措施均是必需的。目前除了对那些处于心力衰竭末期的人而言，这种手术的费用和风险不能被证明是合理的。如果长期植入心室辅助装置或等同的循环辅助装置(CAD)能够以更小的创伤外科手术完成，理想地排除进行胸骨切开手术和心肺分流的需要，那么利用循环辅助装置治疗早期心力衰竭将变得更加广泛和常规。

用于循环辅助装置的更小创伤植入手术的关键是使得装置尽可能的小以便其能够利用锁孔类手术被植入，其可以免除上述创伤手术的需要。

阻碍循环辅助装置广泛使用的另一个主要原因是目前装置的高价格。通常，高度特定的材料和制造工艺被用于制造这些装置导致非常昂贵的最终产品。

发明内容

由于上述考虑因素的结果，存在开发适合于移植至人体心脏或血管系统内的小型心脏泵的需要，其使得低成本的制造成为可能。

期望的是提供这样的泵，该泵适合于最小地有创植入人体心脏或血管系统内，并且其能够被低成本的制造方式制造。

通常，公知类型的适合植入人体心脏或血管系统的轴流式旋转泵包括，伸长的管状管套，其限定血液入口，从入口纵向分隔开的血液出口和沿管套内部由入口至出口的基本轴向血液流道，管套包括电动机定子，被设置来安装在套管内的伸长的可旋转元件，在可旋转元件的外表面与管套的内表面之间有间隔，管状可旋转元件包括设置来由电动机定子驱动的电动机转子部分，和用于将血液从入口推至出口的旋转推进器。

典型地，这样的泵将存在于心脏的左心室内并且将作为左心室辅助装置(LVAD)运行，尽管其可能适合支持心脏的其他腔。这种泵的例子是由集成的电动机驱动的轴流式旋转泵。

根据本发明，套管是由具有开口的前端的上游(后)管状构件，和具有开口的前端和后端的下游(前)管状构件组成，上游管状构件包括定子，且环绕推进器的下游管状构件具有一后端，该后端(且优选在内地)被安装到上游管状构件。心脏泵优选特征由附加的权利要求进行限定。

下游管状构件的后端和上游管状构件之间的装配应该是在两个管状构件之间基本上没有流体通道并且极少有线路，尖锐的边缘或其他血流障碍。

优选地上游管状构件和下游管状构件中的每一个，和同样可选择的可旋转元件，每个均包括经过选择的生理可接受的、杀菌的、可模制的工程塑料材料，例如聚醚醚酮(PEEK)或高性能聚酰胺。可供选择地使用其他可模制材料，如生物相容性陶瓷或金属。尤其优选地，每个上游管状构件和下游管状构件均是单一模制件，并且同样优选地每个管状构件具有纵轴对称性和/或免于模制件底切。下游管状构件、上游管状构件和可旋转构件的每一个的材料可以相同或不同。

上游管状构件优选通过如二次成型的公知的工艺形成单一模制件，其中电动机定子被封装在上述的可塑材料内。

优选地上游管状构件在其前端有嘴，嘴成形为接收下游管状构件的后端的形状。下游管状构件可以滑动装入嘴内，或者嘴可以具有用于与绕下游管状构件的后端圆周的对应结构互补连接的结构，如此，例如，它们可以相互压入配合或扣合。特别地在后者的实施例中，优选地下游管状构件有可能具有环绕的卡圈，来阻止其过度插入。

优选地上游管状构件的前端的嘴具有比在上游管状构件的后端的开口更大的直径。进一步优选地嘴具有比上游管状构件的后端的外径更大的外径。这一特征允许上游管状构件作为单一模制件(如上面描述的绕定子二次成型)被形成在两部分模具中，不用底切。

进一步优选地上游管状构件具有一系列的绕其圆周环形间隔的血液入口。这样的入口可以通过一系列纵向延伸的肋相互分隔开，肋优选地从入口的上游延伸至其下游。进一步优选地，这样的肋设有基本上环绕上游管状构件的圆周延伸的机械加强。

在本发明的进一步优选的实施例中，可旋转元件可以设置圆周延伸表面，该延伸表面是位于朝向上游管状构件的嘴的互补的圆周表面上的。互补的表面可以是，例如，近似地垂直于可旋转元件的轴，或为钝角(即到可旋转元件的轴的角度大于90°但小于180°)。互补的表面可以设置合适的轴承元件，如下参考附图图示的实施例在下面被描述。

附图说明

本发明的实施例，和其优选的特征，将被更详细地描述，参考附图，其中相似的部分始终被标示相似的参考数字。其中：

图1是根据本发明的泵的第一实施例的透视图；

图2是图1的泵的透视剖面图；

图3是图1的泵的全剖图；

图4是图1的泵的拆分图；

图5是根据本发明的泵的第二实施例的透视剖面图；

图6是图5的泵的全剖图；

图7是根据本发明的泵的第三实施例的全剖图；

图8是根据本发明的泵的第四实施例的全剖图；

图9是根据本发明的泵的第五实施例的全剖图；

图10是根据本发明的泵的用于制造管状管套的典型工具的示意剖面图；以及

图11是以到图10的截面直角的工具的另一剖面图。

具体实施方式

参考图1到图4，示出了用于血液的微型的轴流式电动机驱动的旋转泵，该泵包括前(下游)纵向延伸的空心管状管套1，同轴的后(上游)纵向延伸的管状管套2，和纵向延伸的可旋转元件3，可旋转元件沿前管套1和后管套2的公共轴线配置旋转间隙。血液入口4设置在后管套2的侧面并且血液出口5设置在被前管套1限定的泵的端部。主要的血液流道6被限定在入口4和出口5之间。

与后管套2一体的是包括电动机线圈8和叠片9的电动机定子7。可旋转元件3包括至少一个设置与电动机线圈8协作的电动机磁铁10。

可旋转元件3还包括用来产生穿过主要血液流道6的流动的推进器11。前管套1包括流动定子12以便通过推进器11恢复一些传递到血液流动的涡旋，因此提高泵的效率。

除主要血液流道之外，在可旋转元件3和后管套2的内部圆柱面之间限定了第二血液流道13，以不接触的布置方式使得泵在运行中几乎没有磨损成为可能。第二血液流道13由在后管套2的内圆柱面和可旋转元件3之间的径向间隙以及在后管套2的内部台阶表面18和在可旋转元件3上的环形凸缘14之间的圆周间隙形成。

从主要血液流道进入第二血液流道13的入口由在后管套2内的开口端15产生。从第二血液流道至主要血液流道的出口由后管套2的内部台阶表面18和在可旋转元件3上的环形凸缘14之间的间隙产生。

为了确保第二流道13能够有效地将可旋转元件3与前管套1和后管套2隔开或分开，包括轴向液体动压轴承16和径向液体动压轴承17的液体动压轴承布置被设置在这个实施例中。液体动压轴承还将可旋转元件3集中在中央，因此阻止后者接触泵的静止部分。

轴向液体动压轴承16位于可旋转元件3的环形凸缘14上并且起抵靠后管套2上的相应的台阶表面18的作用。因此轴向液体动压轴承16能够抵抗推进器11产生的推力。当泵仅仅在一个方向运行时，且连续运行时，只有单一方向的轴向液体动压轴承16被需要来轴向稳定可旋转元件3。

径向液体动压轴承17位于可旋转元件3和后管套2之间的径向间隙内并且保持可旋转元件3相对于泵的静止部分集中于中央。通常，径向动压轴承17应当被尽可能远地隔开以便提供最佳的集中。

由存在于主要的泵入口4的低压区域内的出口导致穿过第二血液流道13的流动以便血液被驱使穿过第二流道13。如果需要，如小的泵送叶片可以加到第二流道13来提高穿过其的流量。

后管套2包括前面描述的电动机定子7和经由纵向延伸的连接网20整体连接到电动机定子7的前环形套管19。在连接网20之间的纵向延伸的间隔限定泵入口4，当泵完全组装并且阻止入口4施加与心脏的其他构造方向相反地抽吸作用。前环形套管19的内径可大于电动机定子7的外径，其使得利用如二次成型的低成本制造技术制造后管套2成为可能。

参考图4，泵被设置以便容易地去组装因此降低制造成本。可旋转元件3落入后管套2内并且被前管套1挡住。同样适用于第二至第五实施例，现在对其进行更详细地描述。

参考图5和图6，示出了本发明的第二实施例。第二实施例在轴向液体动压轴承部位不用于第一实施例。在第一实施例中轴向液体动压轴承16垂直于可旋转元件3的旋转轴，但是在第二实施例中倾斜的或有角度的轴承21被使用。这个设置具有的优点是当有角度的液体动压轴承21由于推进器11的推力被推入后套管2的相应的倾斜面上时，有角度的液体动压轴承21具有自我集中能力。同时，第二血液流动通道13在第二实施例中更加平滑。

第二实施例的所有其他特征均与第一实施例的那些特征相似。

参考图7，示出了本发明的第三实施例。第三实施例与第一和第二实施例的不同之处在于流动定子12的中心处具有静止的轮毂22。在流动定子12内加入轮毂22提供改进流动方式以便有利于泵的效率的可能性。

带有轮毂22可能的问题是在轮毂22和可转动元件3之间将产生间隙23，间隙可能易于形成血栓。为了解决这个问题，穿过可旋转元件3的中央设置中心孔24以便允许血液穿过间隙23并且穿出泵的开口端15。

第三实施例的所有其他特征与前面实施例的那些特征相似。

参考图8，示出了本发明的第四实施例。第四实施例与第三实施例的不同在于在静止的轮毂22内设置与可旋转元件3内的中心孔截然相反的中心孔25。在静止的轮毂22内的中心孔25通过允许血液穿过可旋转元件3和定子轮毂22之间的间隙23流动来实现与第三实施例的可旋转元件3内的中心孔24相同的功能。

第四实施例的所有其他特征与前面实施例的那些特征相似。

参考图9，示出了本发明第五实施例。第五实施例与前面实施例不同之处在于具有安装有枢转轴承26的可旋转元件3。枢转轴承26能够对抗轴向和径向力并且因此不再需要前面实施例的环形凸缘14，轴向液体动压轴承16和径向液体动压轴承17。后管套2上的台阶表面18也不再需要并且入口4因此成形为最佳流线。

第五实施例的所有其他特征与前面实施例的那些特征相似。

参考图10和图11，其将描述同在前面的实施例说明一样的泵几何体是如何经得起考验来由如倒模成形的低成本制造工艺进行制造的。

具体参考图10示出的设置，其示出了后管套2，在后管套2内前环形套管19的内径大于电动机定子截面7的外径，其依次允许后管套2在仅包括前模具半27和后模具半28的模具中容易地形成。当连接网20在任何点都没有产生完整的环面时，其由在后模具半28(未示出)内局部空隙产生，并且沿抽出线(或者模具的分开方向)没有底切。电动机线圈8和电动机叠片9通过常规工艺被封装在合成的单一模制件中，常规工艺是通常公知的如二次成型。免于底切意味着相关部分能够在简单的两部分模具中成型，不需要如可拆卸的核心的特殊的工具特征。

图11显示前套管1如何能够在包括前模具半27′和后模具半28′的两片模具以相似于前面描述的关于后管套2的方式形成。此外，模制件沿抽出线将免除底切，并且导致后管套1能够如前面描述的那样装配进前管套内。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种适合于植入人体心脏或血管系统内的轴流式旋转泵，所述泵包括：

(a)伸长的管状套管(1，2)，其限定血液入口(4)，从所述入口纵向隔开的血液出口(5)，和沿所述套管内部由所述入口至所述出口的主要基本轴向的血液流道(6)，所述套管包括电动机定子(7)，

(b)伸长的可旋转元件(3)，其被设置来装在所述套管内，在所述可旋转元件的外表面与所述套管的内表面之间有间隙，所述管状可旋转元件包括设置由所述电动机定子驱动的电动机转子部分(10)；和用于沿所述血液流道推动血液的推进器(11)，

其特征在于：

套管由具有开口的前端的上游管状构件(2)和具有开口的前端和后端的下游管状构件(1)形成，上游管状构件包括定子，且环绕推进器的下游管状构件具有以流体密封的形式装配到上游管状构件的后端。

2.根据权利要求1所述的泵，其中下游管状构件是单一模制件。

3.根据权利要求1或2所述的泵，其中上游管状构件包括封装定子的单一模制件。

4.根据权利要求1至3中任意一权利要求所述的泵，其中每个管状构件均具有纵向轴对称性和/或免于模制底切。

5.根据权利要求1至4中任意一权利要求所述的泵，其中所述可旋转元件和所述推进器共同包含单一模制件。

6.根据权利要求1至5中任意一权利要求所述的泵，其中上游管状构件在其前端有嘴，所述嘴为接收下游管状构件的后端而成形。

7.根据权利要求6所述的泵，其中下游管状构件滑入所述嘴内，或所述嘴具有用于与相对应的环绕下游管状构件的后端的圆周的结构互补连接的结构。

8.根据权利要求7所述的泵，其中所述下游管状构件具有环形卡圈，以便阻止其过度插入。

9.根据权利要求6至8中任意一权利要求所述的泵，其中在上游管状构件的前端的嘴具有比在上游管状构件的后端的开口更大的直径。

10.根据权利要求6至9中任意一权利要求所述的泵，其中在上游管状构件的前端的嘴具有比上游管状构件的后端的外径更大的直径。

11.根据权利要求1至10中任意一权利要求所述的泵，其中上游管状构件具有一系列环绕其圆周环形间隔的血液入口。

12.根据权利要求11所述的泵，其中所述入口被从入口上游延伸至其下游的一系列纵向延伸肋(20)相互分隔开。

13.根据权利要求12所述的泵，其中所述肋设置基本绕上游管状构件圆周延伸的机械加强。

14.根据权利要求1至13中任意一权利要求所述的泵，其中可旋转元件设有位于上游管状构件上的互补的圆周表面(18)上的圆周延伸表面(16)。

15.根据权利要求14所述的泵，其中互补表面基本垂直于可旋转元件的轴，或者与可旋转元件的轴成钝角。

Claims (15)

1. 一种适合于植入人体心脏或血管系统内的轴流式旋转泵，所述泵包括：

   (a)伸长的管状套管(1，2)，其限定血液入口(4)，从所述入口纵向隔开的血液出口(5)，和沿所述套管内部由所述入口至所述出口的主要基本轴向的血液流道(6)，所述套管包括电动机定子(7)，

   (b)伸长的可旋转元件(3)，其被设置来装在所述套管内，在所述可旋转元件的外表面与所述套管的内表面之间有间隙，所述管状可旋转元件包括设置由所述电动机定子驱动的电动机转子部分(10)；和用于沿所述血液流道推动血液的推进器(11)，

   其特征在于：

   套管由具有开口的前端的上游管状构件(2)和具有开口的前端和后端的下游管状构件(1)形成，上游管状构件包括定子，且环绕推进器的下游管状构件具有以流体密封的形式装配到上游管状构件的后端。
2. 根据权利要求1所述的泵，其中下游管状构件是单一模制件。
3. 根据权利要求1或2所述的泵，其中上游管状构件包括封装定子的单一模制件。
4. 根据权利要求1至3中任意一权利要求所述的泵，其中每个管状构件均具有纵向轴对称性和/或免于模制底切。
5. 根据权利要求1至4中任意一权利要求所述的泵，其中所述可旋转元件和所述推进器共同包含单一模制件。
6. 根据权利要求1至5中任意一权利要求所述的泵，其中上游管状构件在其前端有嘴，所述嘴为接收下游管状构件的后端而成形。
7. 根据权利要求6所述的泵，其中下游管状构件滑入所述嘴内，或所述嘴具有用于与相对应的环绕下游管状构件的后端的圆周的结构互补连接的结构。
8. 根据权利要求7所述的泵，其中所述下游管状构件具有环形卡圈，以便阻止其过度插入。
9. 根据权利要求6至8中任意一权利要求所述的泵，其中在上游管状构件的前端的嘴具有比在上游管状构件的后端的开口更大的直径。
10. 根据权利要求6至9中任意一权利要求所述的泵，其中在上游管状构件的前端的嘴具有比上游管状构件的后端的外径更大的直径。
11. 根据权利要求1至10中任意一权利要求所述的泵，其中上游管状构件具有一系列环绕其圆周环形间隔的血液入口。
12. 根据权利要求11所述的泵，其中所述入口被从入口上游延伸至其下游的一系列纵向延伸肋(20)相互分隔开。
13. 根据权利要求12所述的泵，其中所述肋设置基本绕上游管状构件圆周延伸的机械加强。
14. 根据权利要求1至13中任意一权利要求所述的泵，其中可旋转元件设有位于上游管状构件上的互补的圆周表面(18)上的圆周延伸表面(16)。
15. 根据权利要求14所述的泵，其中互补表面基本垂直于可旋转元件的轴，或者与可旋转元件的轴成钝角。

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