CN104208764A - 一种磁液悬浮式轴流泵心脏辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种心脏辅助装置，具体的说是一种生物医学工程领域的植入人体的磁液悬浮式轴流泵心脏辅助装置，其特征在于：包裹着叶轮叶片中段的外环将该段流道分为内、外两个流道，环外壁刻有螺旋齿纹，齿纹顶壁呈倾斜状，使得外流道的迎流口大，出流口小，叶轮旋转时受到液动压作用，被“径向悬浮”；齿纹的侧壁有一道开口；叶轮轮毂后端及后导叶轮毂内镶嵌一对“凸—凹磁锥”，二者为轴向磁向，异极相吸，对叶轮产生向后的拉力，以对抗旋转叶轮受到的血液向前推力，加上定子铁芯的约束力，叶轮被“轴向悬浮状态”，因此叶轮被“全悬浮”；叶轮及前、后导叶轮毂分别镶嵌着两对“滑动轴承”，它保护了磁锥、叶片和泵管内壁，定位、帮助了叶轮悬浮。

Description

一种磁液悬浮式轴流泵心脏辅助装置

技术领域

本发明涉及一种心脏辅助装置，具体的说是一种生物医学工程领域的植入人体的磁液悬浮式轴流泵心脏辅助装置。

背景技术

心脏病是人类的第一杀手，各种心脏疾病发展到一定阶段均可影响到心脏的泵血功能，导致“心衰”。治疗严重心衰是目前临床医学的一个难题，用人造的机械血泵来帮助或代替衰竭的心脏是一种最有效的治疗方法，这种机械血泵通常称为“心脏辅助装置”或“人工心脏”。目前欧美国家有几种性能好的“心脏辅助装置”获准临床应用，其中体积小的可植入式的轴流泵心脏辅助装置应用最多。轴流泵又分为“有轴轴流泵”和“悬浮轴流泵”。临床应用中发现：“有轴轴流泵”因轴承高速磨损容易导致机械故障，并且轴承摩擦会产生“机械性溶血和血栓”等不良效应；“悬浮轴流泵”基本上是“主动磁悬浮轴流泵”，这种泵虽然没有机械摩擦与故障，但是其结构复杂，血流死角多，血栓问题严重，并且体积大，影响植入。

由此可见，减小泵的体积，采用好的轴承支撑系统，提高泵的稳定性和工作寿命，减少血流冲刷死角，降低溶血和血栓等并发症，是轴流泵技术改进的目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种能降低并发症、寿命长、植入式的磁液悬浮式轴流泵心脏辅助装置。

本发明是由泵及驱动电机两大系统组成的“泵—机一体化装置”，其特征在于：叶轮上有一个外环，外环包裹着叶轮叶片的中段，并将该段流道分为内、外两个流道，即主流道与支流道；外环的外壁刻有螺旋齿纹，齿纹顶壁呈倾斜状，使得支流道的迎流口大，出流口小；齿纹的侧壁有一道开口，内流道的血液因受到离心的作用可以从此处进入外流道，为外流道补充流体；叶轮轮毂后端内镶嵌一个凸头磁锥，后导叶轮毂内镶嵌一个一头为凹窝的磁锥，两个磁锥均为轴向磁向，且异性磁极相对，二者相互吸引，对叶轮产生一个轴向向后的拉力，可以对抗、平衡血液对旋转叶轮的轴向向前的推力上述的“前永磁悬浮轴承”比“后永磁悬浮轴承”质量与磁力都大，便于对抗和平衡旋转叶轮受到的血液向前推力，使得叶轮悬浮起来。

上述的叶轮轮毂前端口镶嵌着一个陶瓷凸轴，前导叶轮毂端口镶嵌着一个宝石凹窝，“凸轴—凹窝”间隙配合成为一对“前滑动轴承”；叶轮轮毂后端口镶嵌着一个陶瓷凸盖，后导叶轮毂端口镶嵌着一个宝石凹盖，“凸盖—凹盖”间隙配合成为一对“后滑动轴承”。

上述的转子磁钢为钕铁硼永磁材料，磁向为径向。

上述的叶轮轮毂内的转子磁钢与凸头磁锥间有一个软磁铁圈的磁屏蔽圈。

上述的泵管后段的管径呈流线型的渐变缩口。

本发明与现有的技术相比有如下优点：

本发明虽然结构简单，但是旋转叶轮能平稳地被动“径向液压悬浮”和“轴向永磁悬浮”，机械摩擦小，延长了轴承及泵的寿命，同时降低了机械性溶血和血栓等并发症；并且因为结构简单，泵的可靠性与稳定性好，泵体积小，易植入；内外分流，血流更流畅，提高了效率。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构剖视图。

图2是叶轮及后导叶立体示意图。

图3是图2的A-A剖视图。

图中： 1.叶轮，2.叶轮叶片，3.叶轮轮毂，4.转子磁钢，5.外环，6.齿纹顶壁，7.齿纹侧壁开口，8.陶瓷凸轴，9.宝石凹窝，10.前导叶，11.前导叶轮毂，12.磁屏蔽圈，13.凸头磁锥，14.陶瓷凸盖，15.宝石凹盖，16.凹窝磁锥，17.后导叶，18.后导叶轮毂，19.内流道，20.外流道，21.迎流口，22.出流口，23.泵管内壁，24.旋转方向，25.泵管，26.泵壳，27.定子铁芯，28.线圈绕组，29.泵入口，30.泵出口。

具体实施方式

本发明是由泵及驱动电机两大系统组成的“泵—机一体化装置”，泵系统主要由泵管25、前导叶10、后导叶17、两对内置滑动轴承、叶轮1；驱动电机系统主要由转子磁钢4、定子铁芯27、线圈绕组28、电机泵壳26组成；驱动电机系统的转子磁钢4内置在泵系统的叶轮轮毂3内，叶轮上有一个外环5，外环5包裹着叶轮叶片2的中段，并将该段流道分为内流道19、外流道20，前者为主流道，后者为支流道；外环5的外壁刻有螺旋齿纹，齿纹顶壁6呈倾斜状，使得支流道的迎流口21大，出流口22小,血液从大口进小口出，因为血液是不可压缩的流体，其受到了挤压，因此对外环5的外壁产生均匀的液动压，使得外环5及其包裹的叶轮被“径向悬浮”；齿纹的侧壁有一道开口，为齿纹侧壁开口7，叶轮按照旋转方向24旋转，内流道的血液受到离心作用，可以开口处进入，为外流道补充流体，这样既使得外流道液压更大，更均匀，又使得内、外流分流的血流变得更流畅，不易形成血栓，泵的效率更高；叶轮轮毂3的后端内镶嵌着一个凸头磁锥13，后导叶轮毂18内镶嵌着一个一头为凹窝的凹窝磁锥16，两个磁锥均为轴向磁向，且异性磁极相对，二者相互吸引，对叶轮1产生一个轴向向后的拉力，可以对抗、平衡血液对旋转叶轮的轴向向前的推力，加上定子铁芯对叶轮的轴向向前及向后的双向约束力，因此泵在一定的工作转速范围内，叶轮1基本处于“轴向悬浮状态”，即正常工作的叶轮1被“全悬浮”。

上述的叶轮轮毂3的前端口镶嵌着一个陶瓷凸轴8，前导叶轮毂11的端口镶嵌着一个宝石凹窝9，“凸轴—凹窝”间隙配合成为一对“前滑动轴承”；叶轮轮毂3的后端口镶嵌着一个陶瓷凸盖14，后导叶轮毂18的端口镶嵌着一个宝石凹盖15，“凸盖—凹盖”间隙配合成为一对“后滑动轴承”,它保护了磁锥，使之不会直接摩擦和遭受腐蚀；两对“滑动轴承”可以定位叶轮1，得其更平稳地进入“悬浮状态”，并且因此而保护了叶轮叶片2和泵管内壁23，使之不会相互摩擦和碰撞；两对“滑动轴承”自身只是在泵启动及变速时的有一些“滑动摩擦”，当叶轮1悬浮起来，“滑动摩擦”就会从减轻到消失。

上述的转子磁钢4为钕铁硼永磁材料，磁向为径向。

上述的叶轮轮毂3内的径向磁向的转子磁钢4与轴向磁向的凸头磁锥13间有一个软磁铁的磁屏蔽圈12，用于屏蔽二者之间的磁场干扰。

上述的泵管25后段的管径呈流线型的渐变缩口，有利于泵增压和提高效率。

轴流泵植入到心衰病人体内的连接方式为：泵入口29通过连接弯管插入心脏的心尖部切口，泵出口30通过人造血管桥接到主动脉一侧开口。轴流泵的工作原理及工作过程为：驱动电机通电后，线圈绕组28 产生旋转磁场，与转子磁钢4的磁场相互作用，推动叶轮1旋转，心衰病人心室里的血液被抽吸，从泵入口29进入到泵管25，经前导叶10整流，叶轮1推压，再经变径段增压，后导叶17整流后，从泵出口30流出，流经人造血管，进入到人体动脉内，以此实现心脏辅助的功能，甚至是完全代替心脏做功。

Claims (5)

1.一种液磁悬浮式轴流泵心脏辅助装置，为由泵及驱动电机两大系统组成的“泵—机一体化装置”，其特征在于：叶轮上有一个外环，外环包裹着叶轮叶片的中段，将该段流道分为内、外两个流道，即主流道与支流道；外环的外壁刻有螺旋齿纹，齿纹顶壁呈倾斜状，使得支流道的迎流口大，出流口小；齿纹的侧壁有一道开口，内流道的血液因受到离心的作用可以从此处进入外流道，为外流道补充流体；叶轮轮毂后端内镶嵌一个凸头磁锥，后导叶轮毂内镶嵌一个一头为凹窝的磁锥，两个磁锥均为轴向磁向，且异性磁极相对，二者相互吸引，对叶轮产生一个轴向向后的拉力。

2.如权利要求1所述的一种液磁悬浮式轴流泵心脏辅助装置，其特征在于所述的叶轮轮毂前端口镶嵌着一个陶瓷凸轴，前导叶轮毂端口镶嵌着一个宝石凹窝，“凸轴—凹窝”间隙配合成为一对“前滑动轴承”；叶轮轮毂后端口镶嵌着一个陶瓷凸盖，后导叶轮毂端口镶嵌着一个宝石凹盖，“凸盖—凹盖”间隙配合成为一对“后滑动轴承”。

3.如权利要求1所述的一种液磁悬浮式轴流泵心脏辅助装置，其特征在于所述的转子磁钢为钕铁硼永磁材料，磁向为径向。

4.如权利要求1所述的一种液磁悬浮式轴流泵心脏辅助装置，其特征在于所述的叶轮轮毂内的转子磁钢与凸头磁锥间有一个软磁铁的磁屏蔽圈。

5.如权利要求1所述的一种液磁悬浮式轴流泵心脏辅助装置，其特征在于所述的泵管后段的管径呈流线型的渐变缩口。