CN103702693A - 心脏泵 - Google Patents

Abstract

心脏泵，适合于植入人类心脏的心室内，具有穿过外罩的主要的血液流动通道，设置在外罩内用于导致血液沿主要流动通道流动的可旋转的泵部件，泵部件旋转地连接到外罩的上游轴承和下游轴承附近。泵部件包括限定与主要流动通道流体交互作用的第二流动通道的叶轮盖板。下游轴承包括旋转的轴承构件和为轴承构件所用的静止的轴承座，在轴承座与轴承构件之间有圆周过渡，圆周过渡设置在第二流动通道内并且被设置由沿第二流动通道流过的血液冲刷。

Description

心脏泵

技术领域

本发明涉及适合植入到人类心脏或血管系统内的微型泵。

背景技术

心力衰竭是主要全球健康问题，其每年导致成千上万的死亡。直到最近，医疗上治疗晚期心力衰竭的唯一方式是心脏的移植或全人工心脏的植入。不幸地，捐赠的心脏只能满足需求中的极微小部分，并且由于与全人工心脏相关的技术困难，全人工心脏尚有待于获得广泛的接受。

心室辅助装置（VADs）在过去十年主要作为移植装置的桥梁已经获得了不断增加的接受。该装置被长期植入并在患病的心脏一侧工作以便促进其输出并让在等待移植的同时保持病人活着和/或赋予更高的生活质量。

这些装置的使用已经显示在许多病例中，一旦装置被植入，心力衰竭将不再进一步发展而且病人重新获得较好的生活质量。在病例中一些没有可用的心脏移植的病人安装了心室辅助装置而无重大并发症的情况下存活了几年。

因此，心室辅助装置被认为是可行的替代心脏移植的选择，并给成千上万的对于其而言捐赠心脏是不可用的心力衰竭的病人提供了希望。

目前，阻止心室辅助装置作为常规基础进行安装的主要原因是安装该装置所需要的微创外科手术，以及装置本身的昂贵的费用。

就手术而言，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，胸主动脉和腹腔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，这种手术的风险不能被证明是合理的。

就费用而言，目前的装置具有典型的复杂结构，并且由于其结构要求专门而昂贵的制造工艺。安装它们所需要的手术由于其是长时间而精细的手术所以同样是昂贵的。

如果长期植入心脏辅助装置或者等同的循环辅助装置在较小微创外科手术条件能够被完成，无疑地排除了到达腹腔的步骤，并且理想地排除了胸骨切开手术和全心肺分流的必要，而且该装置的费用能够被显著降低，那么针对治疗心力衰竭的心室辅助装置的使用能够变得更加广泛且常规化。

用于心室辅助装置的较少的微创植入手术的关键是使得装置尽可能地小以便其能够被彻底地植入在心包腔内，排除用于到达腹腔的任何手术的需要。此外，装置足够小以致能够经由胸廓切开术被植入，相对于完全的胸骨切开术将更加有利于适合这种途径的那些病例。

对于降低手术危险同样重要，因此这有利于使用现有的技术，在可能之处改进它们。很好的经过验证的植入目前的心室辅助装置的方法是直接将装置固定到左心室的心尖部，带有到达存在于心室内的装置的入口以及位于心脏外部的装置的出口。这消除了单独的流入套管的需要，降低潜在并发症。泵（叶轮，电动机，等等）的运行根据装置的设计可以大部分存在于心室内，跨越心室壁，或者大多部分存在于心室外面。

心室辅助装置设计的重要因素是穿过泵的血液通道必须是持续的而没容易形成血栓的流动停滞的区域。特别重要的是轴承是用不断的新鲜血液供给冲刷的，因为在这些区域的热量和几何约束使得它们可能容易形成血栓。

不重要的但是心室辅助装置的极有利的需求是其运行的有效性要尽可能高而且是通过电动机效率和泵效率结合来完成的。高效提供的好处例如延长电池寿命，更小的电线以及利用经由可植入的感应线圈的泵的经皮动力的可能性。

由于上述的考虑，存在开发适用于植入到人类心脏或血管系统内的微型心脏泵的需要。另外，这样的微型装置通过采用已知的低风险的外科手术来安装他们而获益。另外的需求是泵的轴承用血液良好的冲刷来降低在运行中形成血栓的机会。更有利的是泵将尽可能地有效率。更进一步的需求是泵足够小以便能够被完全植入心包腔而不需要到达腹腔的手术。

美国专利US5092879（加维科，Jarvik）公开了心室内人工心脏，其包括电动泵泵送身体的血液。加维科公开的泵包括可旋转连接到支撑轮毂的叶轮；供给支撑轮毂的血液流来冲刷在支撑轮毂上的血液来维持合适的血液流动。然而，供给支撑轮毂的血液源于血液流动通道的连接点，该血液流动通道导致血液流向分为两个流向而且利用复杂的双面叶轮和磁推轴承在朝向泵出口的相同方向来泵送两个流。

美国专利US5399074（京瓷，Kyocera）公开了体外循环泵，其中的一个实施例包括叶轮盖板后的通道来允许血液冲刷盖板后面并且返回至主血液通道。然后该通道没有促进血液流过轴承，将轴承保留在一个容易形成血栓（凝块）的血液停滞的区域。

概括地，适合于植入人类心脏的心室的心脏泵，公知的是包括包含血液入口、血液出口以及在入口和出口之间延伸的主要的血液流动通道的外罩；和设置在外罩内的旋转的泵构件，其用于导致血液沿主要的血液流动通道从入口流动到出口。

在这样公知的装置中，泵构件可以可旋转地连接到外壳各自的上游和下游轴承，并且可以包括叶轮，叶轮具有在泵构件与外壳之间限定第二血液流动通道的叶轮后盖。

发明内容

根据本发明，提供了适合于植入人类心脏的心室的心脏泵，该泵限定在权利要求1。特别地，下游轴承包括可旋转的轴承构件和有助于轴承构件的静止的轴承座，在轴承座与轴承构件之间有圆周过渡，该圆周过渡被设置在第二血液流动通道内并且被安排被流经第二血液流动通道的血液冲刷。

本发明优选的特征是在从属权利要求中以及在接下来的描述中被阐述。

本文所使用的，术语“下游”是有关在主要流动通道内的主要流动的方向。任何接近外壳的入口的部分（就是，靠近穿过泵的血液流动的源头的）被认为是上游，并且（例如所描述的下游轴承）到在入口和出口之间的通道上的血液流动的任何部分被认为是“下游”。

根据本发明的泵能够通过附加到心脏的顶端被植入，而且能足够小到完全被植入在心包腔内。相对于主要的流动通道，第二流通进口和离口的配置确保叶轮被设置旋转所绕的轴承被足够的冲刷。

如权利要求1，泵构件通过上游轴承和下游轴承可旋转连接到外罩。优选地至少下游轴承包括凹槽和用于容纳于凹槽内的互补形状的凸起，通过第二流动通道冲刷在凹槽与凸起之间的过渡。

这样的轴承的优选的例子是球和窝（球和杯）轴承，在轴承内凸的凸起（球）被容纳在互补形状的凹的窝（杯）内。

特别优选的是，下游轴承在可旋转的泵构件上具有球或等同的凸起，和在外罩内的窝。

另一方面，优选的是，上游轴承在可旋转的泵构件上具有窝而且在外罩内具有球或等同的凸起。

泵优选地，受制于制造公差的约束，在可旋转泵构件以及毗邻下游轴承的旋转轴承构件和静止轴承座之间过渡的外壳的表面具有光滑连续的轮廓，所描述的优选的是以球和窝的形式。在轴承构件和轴承座之间的过渡因此被在流过这些光滑连续的轮廓的第二血液流动通道内的血液不间断流动冲刷。

在轴承构件和轴承座之间的过渡的冲刷降低了血液停滞和停留在该区域或其附近区域的可能性，因为在泵内的血液量不断地被敦促沿位于叶轮和叶轮盖板之间的第二流动通道的移动和流动。毗邻轴承构件和轴承座之间的过渡的光滑连续的轮廓同样有助于避免中断，该中断能够导致停滞区域或紊流并且能导致血栓。

可以设想的是提供的冲刷作用也将出现在位于第二流动通道内以及叶轮被设置绕之旋转的其他类型的轴承上。

离开第二流动通道的血液优选地被设置流回进入主要流动通道，而且第二流动通道的离口优选地被设置为以基本上沿临近该离口的主要流动通道的血液流动方向一致的方向引导血液流入主要流动通道内。

第二流动的进口相对于在主要流动通道内的第二流动的离口的配置避免了在主要流动通道内用于分开的血液流动的结合的需要，以及避免了随后的叶轮设计的复杂性。

在本发明的优选的实施例中，泵包括叶轮和设置在心脏外面的出口，以及连接的电动机和横跨心室壁并且延伸入心室本身内的入口管段。

电动机转子组件可以连接到叶轮并延伸进入入口管段内。电动机定子组件可被连接进入毗邻转子组件的入口管段内。

根据本发明的泵的设计提供了明显优势并且使得之前讨论的考虑可以被实现：叶轮的配置在心脏外面，而那的可用空间使得用来利用提高效率的大直径的叶轮成为可能。电动机组件整合进入入口管段为电动机提供便利的位置而不用增加泵的整体尺寸。

附图说明

本发明的实施例和其优选的特征结合附图将被详细描述，其中：

图1是根据本发明的植入人类心脏的泵的第一个实施例的剖视图；

图2是图1的泵的角度剖视图；

图3是图1的泵的全剖视图；

图4是图3的局部放大详细图；和

图5是根据本发明的泵的第二实施例的全剖图。

具体实施方式

参照附图的图1至图3，其中相似的部件由相似的参考数字表示，示出了心脏泵的第一实施例，包括外罩1和单一的旋转部件2。由外罩1和单一的旋转部件2限定的是泵体腔3，血液入口4和血液出口5。在入口4和入口5之间产生主要血液流动通道6。

泵体腔3位于心室7的顶端的心脏的外面（图1），其出口5连接到流出插管8，该流出插管依次接到降主动脉9上。同样可能的是将流出插管8接到升主动脉10（该连接未示出）。

在心脏外面设置泵体腔3（如图1所示的例子）允许整体的泵可以比如果其完全植入心脏内可能的尺寸更加大。

如图1所示，流入套管13在泵体腔3内延伸，穿过心室的壁14进入心室腔15，以使得入口完全在心室腔15内。

回到图2和图3，泵体腔3进一步包括作为单一旋转部件2的整体部分的叶轮11。叶轮11优选的是径向或混合流式并被蜗壳12环绕，其有助于将动能转化为压能因而提高效率。叶轮11包括由盖板17连接的一套叶轮片16。

如说明的，在心脏外面的泵体腔的设置能够使得叶轮11和涡轮12具有最优的设计来有助于泵体容量和效率两方面。

图1至图4所阐明的实施例中驱动泵的电动机是与流入套管13一体的。电动机转子18与还包括叶轮11的单一的旋转部件2是一体的，电动机转子18从泵体腔3穿过流入套管13的长度方向延伸至泵入口4，并且包含有永磁体19。线圈20和叠片21组成的电动机定子组件被纳入流入套管13的壁内。

单一的转动部件2通过在泵端部的入口4处上游轴承22和在泵端部出口5处的下游轴承23相对于外罩1旋转地悬浮，上游轴承22和下游轴承23均有各自的球24和杯25构件（见图4的下游轴承23的附加的细节）。

应当注意的是，各自的球24和杯25特征能反向颠倒，例如球24能在泵的静止的外罩1内而不是设置在单一的转动部件2内，同时杯25能是单一的转动部件2的部分而不是外罩1的部分。

还应该重视的是，其他轴承类型，例如V形轴承，能够被使用在根据本发明的泵内代替本发明的实施例在此描述所显示的球和杯形轴承。

在叶轮盖板17和外罩1之间的间隙允许在两部分之间的第二血液流动通道27，冲刷下游轴承23。叶轮盖板17，外罩1和下游轴承23的表面提供平滑连续的面（见图4），在其上血液导致流动。通道具有最小的不连续性，以便提供平滑顺畅的流动，没有不良的导致流动停止并导致最终血栓的区域。

关于图4，最可能形成血栓的来源的下游轴承23的区域是旋转的轴承球24和静止的轴承杯25之间的圆周过渡26。因此这个圆周过渡26是直接暴露第二血液流动27以便血液中导致血栓形成的蛋白和细胞成分被阻止在这个区域内聚集。

第二血液流动通道的进口28被限定在叶轮盖板17的顶部和外罩1之间，同时单一转动部件2的离口29允许血液从第二流动通道27重新加入主要流动通道6。离口29可以由连接叶轮11到电动机转子18的一套网30之间的缺口形成，叶轮和电动机转子均是单一转动部件2的部分。

泵通过缝合环31连接到心脏，缝合环31典型地是通过缝合，组织相容性粘合剂，两者结合或其他合适的连接方式被连接到心室7的顶端外面。密封毡（未示出）可以被设置在缝合环31和心室7的顶端来从顶端流入套管13的凸出体形成血液紧密封。

电力通过电线32提供给泵。电线既能经皮至外部控制台和电源，又能够至被植入用来经皮传输电力的有感线圈。

关于图5，示出了根据本发明的第二个实施例。第二实施例主要不同于第一个因为泵使用轴向磁通缺口电动机，而第一实施例中用的是径向磁通缺口电动机。这导致泵具有更大的位于心脏外面的泵体腔103但是具有更小的流入套管113.

合成的泵的设计是相似于第一实施例，因而将通过相对与第一实施例的不同之处的方式进行主要表述。

在图5中，示出了心脏泵的第二实施例，包括外罩101和旋转部件102。由外罩101和旋转部件102限定的是泵体腔103，血液入口104和血液出口105。在入口104和出口105之间产生主要的血液流动通道106。

就像在第一实施例中，泵体腔103使用时位于心室7的顶端的心脏外面，其出口105与依次接到降主动脉的流出套管连接。泵体腔103包括是旋转部件102的一体部分的叶轮111。叶轮111包括由盖板117连接的一套叶轮片116。叶轮111被有助于使得动能转变为压力能量因而提高效率的涡壳112环绕。

像前面的实施例那样，在第二实施例中，心脏外面的泵体腔103的设置允许其能够相比如果其被植入心脏内可能的尺寸更大，能够使得叶轮111和涡壳112是按照均有利于泵容量和效率的最优化设计。

相比第一实施例，第二实施例中的电动机是与泵体腔103是一体的，并且比邻外罩101，替代了电动机并入输入套管113内。电动机转子118的永磁体119被纳入叶轮盖板117内。两套电动线圈120被设置在外罩101内，以便他们通常轴向缠绕在电动机转子118内的永磁体119来允许磁通量交互作用。两套电动线圈120显示在第二实施例中来平衡在电动机内产生的轴向力而电动机与仅仅电动机转子118的一侧的线圈作用。

像前面实施例那样，第二实施例中，输入套管113从泵体腔103穿过心室的壁114延伸入心室腔15，以使得用于血液入口104完全处于心室腔内（图1）。然而，第二实施例的轴向磁通缺口电机导致比第一实施例中的径向磁通缺口电机更大的心脏外面的泵体腔103，但是其提供更小的输入套管并因此需要制造更小核心用来植入人类心脏的心室内。

第二实施例的泵的其他方面与第一实施例相似。

单一的转动部件102通过上游轴承122和下游轴承123相对于外罩101可旋转悬挂，轴承122和轴承123以各自的球和杯部件形式存在。

在叶轮盖板117和外罩101之间的间隙允许在两部分之间的第二血液流动127，冲刷下游轴承123。

叶轮盖板117，外罩101和下游轴承123的表面提供平滑连续面，致使血液在其上流动。通道具有最小不间断性以便提供平滑的，顺畅的流动，没有导致有害的流动停止及最终的血栓的区域。

至第二流动通道的进口128被限定在叶轮盖板117顶部和外罩101之间，同时在单一的转动部件102内的离口129允许血液从第二流动通道127重新流入主要流动通道106。离口129可以由连接叶轮111到单一的转动部件102的其他部分的一套网130之间的缺口形成。

泵又通过缝合环131（其能够典型地连接到心室的顶端外面）以缝合、组织相容性粘合剂，两者结合或其他合适的连接方式连接到心脏。密封毡（未示出）可以被设置在缝合环131和顶端之间，来从顶端流入套管113的凸出体形成血液紧密封。

电力通过电线32提供给泵。电线32既能路由经皮至外部控制台和电源，又能够至被植入的用来经皮传输电力的有感线圈。

Claims (7)

1.一种适于植入人类心脏的心室的心脏泵，该泵包括：

a）外罩（1，101），其包括血液入口（4，104），血液出口（5，105）和在入口和出口之间延伸的主要的血液流动通道（6，106）；

b）旋转的泵部件（2，102），其被设置在外罩内用来引导血液沿主要的流动通道从入口流动至出口，泵部件旋转地连接到外罩在上游轴承（22，122）和下游轴承（23，123）附近，泵部件包括叶轮（11，111），叶轮包括在泵部件和外罩之间限定的第二流动通道（27，127）的叶轮盖板（17，117），第二流动通道包括进口（28，128）和离口（29，129）；进口和离口与主要的流动通道流体连通，在主要流动通道内的离口相对进口位于上游，以使得沿主要的流动通道的血液流动导致在离口处的压力相对于进口处的压力降低并且血液沿所述第二流动通道流动；

其特征在于：下游轴承包括旋转的轴承构件（24）和为所述轴承构件所用的静止的轴承座（25），在轴承座和轴承构件之间具有圆周过渡（26），所述圆周过渡设置在第二流动通道内并被设置由沿所述第二流动通道流过的血液冲刷。

2.根据权利要求1所述的心脏泵，其特征在于：离口（29，129）包括多个允许血液返回至主要流动通道的开口。

3.根据权利要求1或2所述的心脏泵，其特征在于：离口（29，129）被设置引导离开腔体的血液以沿毗邻离口的主要血液流动通道的血液流动方向进入主要流动通道。

4.根据前述任一权利要求所述的心脏泵，其特征在于：出口设置在叶轮盖板的下游，以使得血液穿过盖板流至进口（28，128）.

5.根据前述任一权利要求所述的心脏泵，其特征在于：外罩包括套管部分（13，113）以及包括泵体腔（3，103）的泵体部分，设置在套管部分上的入口和设置在泵体腔上的出口。

6.根据权利要求5所述的心脏泵，其特征在于：套管部分被设置从心室的内部延伸来横跨心室壁。

7.根据前述任一权利要求所述的心脏泵，其特征在于：还包括转子（18，118）和包括用于驱动叶轮的电动线圈（20，120）的定子。

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