CN108025120A - 优选用于辅助心脏的血液泵 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种血液泵，该血液泵包括：壳体，该壳体具有布置在上游的入口(4)、布置在下游的出口(6)；以及具有轴线(15)和叶轮(28)的可旋转地安装的转子(20)。所述转子进一步包括圆筒状衬套或圆筒(24)，并且所述叶轮布置在所述圆筒的外表面上。所述转子磁性地安装在轴向方向上，并且包括至少第一环(32)，该第一环固定至所述叶轮，径向地环绕所述叶轮的外部，并且在轴向方向上被磁化。该转子进一步包括第二磁化环部分(14)，该第二磁化环部分环绕所述第一环的外部，以形成轴向磁性轴承。

Description

优选用于辅助心脏的血液泵

本申请涉及一种根据第一方面的前序部分的血液泵。

在心功能不全或血管弱化的患者中使用例如用于辅助心脏的血液泵。本申请中描述的血液泵可以例如用作心室辅助装置(VAD)以便辅助左心室、右心室或者在系统具有两个泵的情况下辅助左、右两个心室。

在现有技术中已知血液泵。例如，US 2014/0322020描述了一种具有径向泵的VAD。径向泵具有带有叶片的转子，其中叶片从泵入口到泵出口径向变宽。

轴向泵在现有技术中充分已知。例如，文献US 8 668 473 B2提出了一种具有流体动力地安装的转子的泵。其中永磁体视情况结合在转子的叶片内。轴向泵的轴向安装由于流体动力和磁性轴承的组合而成为可能。

本申请的目的是提供一种简单结构的流体动力泵。

根据本发明，例如通过根据第一方面所述的血液泵实现该目的。

在一个实施方式中，血液泵包括：壳体，该壳体具有布置在上游的入口和布置在下游的出口；以及转子，该转子具有轴线和叶轮并且可旋转地安装在所述入口和所述出口之间。所述转子在轴向方向上以磁性方式安装。

所述转子还包括圆筒状衬套或圆筒或毂，其中所述叶轮布置在所述圆筒状衬套或圆筒的外表面上。圆筒状衬套与圆筒的不同之处在于，在从轴线考虑时，圆筒状衬套具有圆筒状或截头圆锥形凹槽。在一些变型中，所述转子可以具有从其布置在上游的端部到其布置在下游的端部的圆筒状形状。在其它示例性实施方式中，所述圆筒或圆筒状衬套可以从所述叶轮的布置在上游的端部到达所述叶轮的布置在下游的端部。在一些示例性实施方式中，所述转子可以朝向其布置在下游的端部圆锥形地渐缩。圆筒或圆筒状衬套具有沿着限定所述圆筒或所述圆筒衬套的至少一个内壁或外壁的一部分的与转子轴线同轴地延伸的高度，其中所述内壁和/或外壁距离所述转子轴线的径向距离基本恒定。具体而言，在一些示例性实施方式中设置成使得所述叶轮至少部分地布置在类似圆筒形或圆筒状衬套的部分上。

所述转子还包括第一环，该第一环固定至所述叶轮，在径向外部围绕所述叶轮延伸，并且在轴向方向上被磁化。与此对应地，还布置有围绕所述第一环外部地延伸的第二磁化环部分，该第二环部分容纳在所述壳体的第一轴向壳体部分中。固定至所述叶轮的第一磁化环与所述第二磁化环部分一起形成了磁性轴向轴承。

这里，在一些示例性实施方式中还设置成使得所述第一环至少部分地布置在类似圆筒形或圆筒状衬套的部分中。在一些示例性实施方式中，所述第一环与所述转子的外壁平行地布置。在一些示例性实施方式中，还设置成使得所述第一环以圆筒状衬套的形式的存在。所述第一环的内壁到所述转子的外壁的距离也基本恒定。

在其它示例性实施方式中，设置成使得所述叶轮存在于所述转子的外壁和所述第一环之间。这里，所述第一环优选不在叶轮的整个轴向范围上延伸，而是仅在所述叶轮的轴向部分上延伸。这里，当从上游考虑时，所述第一环可以与所述叶轮齐平地延伸，并且所述转子可以在所述转子的下游侧之后轴向地延伸。

在另一个示例性实施方式中，所述第一环平行于所述入口的内壁延伸，在所述转子的区域中，该入口可以描述为均匀直径的入口。

此外，所述转子进一步包括永磁体，所述永磁体用来通过所述定子旋转地设置所述转子。这些永磁体与所述环的磁化部分不同。这些磁化部分并不用来驱动，而是作为轴承。

将在径向外部围绕所述叶轮延伸的第一环与和该第一环对应地定向的第二环部分一起使用考虑到环的对称性以及所述第一环和所述第二环部分之间的小的轴向距离提供了特别良好的联接，因此，提供了能够特别容易地进行的轴向安装。在一些示例性实施方式中，除了磁性安装之外，所述转子在所述壳体中的轴向安装不包括任何其它轴承，如流体动力轴承。在其它变型中，除了磁性轴向轴承之外，还可以设置其它轴承，例如流体动力轴承。

在一些实施方式中，所述第一环或所述第二环部分例如可以由软铁或永磁体构成，或者包含软铁或永磁体。这里，在一些实施方式中，所述第一环和所述第二环部分的两个元件中的至少一个由永磁体构成，以便在所述第一环和所述第二磁化环部分之间实现改进的联接。

在一些实施方式中，所述第一环布置在所述转子的上游端处。这里，所述环可以与所转子的圆筒形部分的布置在上游的起点在轴向方向上齐平或基本齐平。在另一个实施方式中，所述第二磁化环部分同样可以形成为闭合环。在这种情况下，所述第一环和第二环相对于彼此的布置可以特别容易地实现。所述第一环的轴向磁化作用应该与另一个环的磁化作用方向偏离180°。结果形成了被动轴向磁性安装。

在另一个实施方式中，所述第一环在轴向方向上的长度小于所述第二环部分在轴向方向上的长度。

在另一个实施方式中，第一壳体部分(所述转子的上游部分布置在该第一壳体部分中)基本形成为圆筒状衬套。这样，可以以特别简单的方式安装所述泵，特别是在没有设置另一个入口引导叶轮或出口引导叶轮的实施方式中。转子可以相当容易地“插入”到所述入口内并固定在期望位置。

在另一个实施方式中，所述血液泵包括另一个转子部分，该另一个转子部分设置有第三环部分，优选设置有第三环。与所述第三环部分对应地，与该第三环部分对应的第四环部分在第二轴向壳体部分中布置在所述壳体中。在存在另一个环对的情况下，能够强化轴向轴承的作用。在另一个实施方式中，所述第一和第三环部分彼此轴向间隔开。这里，所述第一环部分可以布置在所述叶轮的上游端，所述第三环部分可以布置在所述叶轮的下游端。

在另一个实施方式中，所述叶轮以至少一个螺旋的形式构成。在当前示例中，螺旋应该理解为是指围绕转子外表面螺旋形延伸的叶轮。这里，在一些实施方式中，有利的是当所述叶轮包括两个或更多个螺旋时，当在圆周方向上考虑时，所述螺旋以距离彼此的规则距离布置在所述圆筒状衬套或圆筒的外表面上。

在一些示例性实施方式中，还设置成使得螺旋在每种情况下都沿着所述转子延伸至少360°的环绕角度。

在另一个实施方式中，所述叶轮的厚度小于所述流动通道的宽度，该流动通道在两个螺旋之间延伸，所述流体通过该流动通道输送。这里，横向于所述转子的轴线测量两个螺旋之间的距离。这里，该距离比所述螺旋中的一个螺旋的厚度宽。

在另一个实施方式中，所述转子唯一地通过所述轴向磁性轴承安装在所述轴向方向上。这里，术语“唯一地”应该理解为是指与马达相关的轴承作用也受轴向磁性轴承的影响。这里，所述轴向磁性轴承可以为被动轴向磁性轴承，即不对位置进行主动控制，或者形成为主动轴向磁性轴承。在主动轴向磁性轴承的情况下，例如在所述第二环部分的上游和/或下游在所述壳体中布置控制线圈，通过该控制线圈可以调节作用在磁化第一环上的磁性力，因此同样可以调节所述转子的位置。在其它实施方式中，可以替换所述磁性轴承或除了所述磁性轴承之外还设置另一个轴承，例如，流体动力轴承或机械轴承或由这些轴承组合而成的轴承。

在另一个实施方式中，所述轴向磁性轴承以使得所述叶轮的下游端完全安装在所述流动出口的上游的方式形成。该实施方式在纯轴向泵(该轴向泵在与入口同轴地布置的出口中传送流体)的情况下和所谓的切向泵(该切向泵的出口相对于入口旋转大于45°优选在80°和100°之间的角度)的情况下都是可能的。这里，假定血液仅仅通过附加径向部件就能够被推到出口内，则将所述泵的邻接所述圆筒形部分(所述血液泵的转子安装在该圆筒形部分中)的部分称为出口。在一个实施方式中，转子与螺旋出口邻接，该螺旋出口具体地接收速度的圆周分量并且通过速度减速而恢复静态压力。

在另一个实施方式中，所述叶轮以使得所述转子的下游端位于所述叶轮的下游端的方式布置在所述转子上。换言之，所述转子比所述叶轮更远地向下游延伸，即所述转子的下游部分没有叶轮。这尤其可以具有能够使流动状态稳定的优点。

在另一个实施方式中，所述壳体的内表面和所述第一环部分的外表面之间的径向距离使得在所述壳体的内表面和所述第一环部分的外表面之间形成流体动力轴承。该流体动力轴承作用在径向方向上并使转子径向稳定。这里，“轴承”应该理解为是指流体动力轴承能够独自实现径向支承。在其它变型中，流体动力轴承可以以其除另一个径向轴承(如磁性径向轴承)以外附加地设置的方式形成。

在另一个实施方式中，所述壳体的内表面和所述第一环的外表面之间的径向距离使得在所述壳体的内表面和所述第一环的外表面之间没有形成流体动力轴承。例如，当所述外表面和内表面之间的距离较大时，就可能是这种情况。然而，在这种情况下，所述环用作径向阻尼构件，这是因为作用在所述转子上而导致所述转子振动的冲击由所述环流体动力地阻尼，并使得所述转子的运动稳定。因而，轴承现在是唯一支撑还是仅仅是阻尼构件取决于所述壳体的内表面和所述第一环的外表面之间的距离以及环对的轴向尺寸。

在一些示例性实施方式中，心轴布置在所述入口和所述出口之间，该心轴优选从所述出口上游延伸。所述转子还具有圆筒状衬套，并且可旋转地布置在所述心轴上。这种类型的血液泵的示例例如可以在具有相同申请日并且内部参考为157EP0367的申请中找到。这里，所述心轴经常形成为以圆筒形方式延伸到所述壳体内的心轴。在其上游端，所述心轴可以是圆形的，以便给待传送的流体形成较低流动阻力。在设置心轴(所述转子可旋转地安装在该心轴上)的实施方式中，在一些变型中可以在所述心轴的外表面和所述转子的内表面之间形成流体动力轴承。这种流体动力轴承优选实现所述转子在所述血液泵内的径向安装。在设置心轴的实施方式中，驱动所述转子的定子可以布置在所述心轴中。此外，在具有心轴和不具有心轴的实施方式中，所述定子都可以以在径向外部围绕所述转子延伸的方式布置在所述第一壳体部分中。在一些示例性实施方式中，还设置成使得所述定子布置在所述转子的近侧，即布置在所述转子的下游。

在另一个实施方式中，所述心轴和所述壳体或由所述壳体限定的内部至少部分地相对于彼此同轴地取向。

将参照如下附图和附图描述说明另一个示例性实施方式和变型，其中：

图1示出了穿过泵的一个实施方式的纵向剖面；

图2以纵向剖面示出了泵的另一实施方式；

图3以纵向剖面示出了泵的另一实施方式；

图4示出了能够在图1或2的泵中使用的转子的剖视图；

图5示出了用于泵的转子的另一实施方式；

图6示出了穿过转子安装在心轴上的泵的纵向剖面；

图7示出了穿过图6的泵的剖视图。

图1示出了穿过泵的一个实施方式的纵向剖面。血液泵1包括壳体2，该壳体2具有布置在上游的入口4和布置在下游的出口6。定子10被布置在第一轴向壳体部分8中并且被构造成旋转地设置转子，如下面将更详细地描述的那样。第一轴向壳体部分8还包括泵控制器12，该泵控制器12被设计成例如控制定子。所图示的血液泵1能够通过电缆经由泵控制器12连接至其它部件，诸如电池、充电装置或控制单元。在第一轴向壳体部分8中，还附加地具有磁化环部分14，该磁化环部分14在轴向方向上被磁化。这里，磁北极位于上游，而磁南极位于下游。壳体2被设计成围绕轴线15旋转对称。对于形成为环的磁化环部分14和定子10都是这样。泵控制器12仅仅横跨轴向壳体部分8内的一部分。转子20布置在壳体2的内部16中，所述转子的轴线22与壳体2的轴线15同轴地延伸。转子20包括圆筒24，叶轮28布置在该圆筒24的外表面26上。叶轮28从转子20的上游端30向下游延伸，然而其中叶轮终止于转子的下游端的上游。然而，叶轮也可以起始于转子的起始点的下游，并且可以沿着毂向下游延伸。叶轮28在本示例中由多个螺旋(例如，三个螺旋)形成。第一环32布置在转子的上游端30处或布置在叶轮28布置在该区域中的部分的上游端30处。该环由例如软铁制成。与磁化环部分14一起，环32形成了轴向磁性轴承34。环32也可以另选地形成为永磁体。这里，在一个实施方式中设置成选择与磁化环部分14的磁化作用方向不同的磁化作用。其它部件布置在转子20的圆筒24内。例如，永磁体36(该永磁体36能够通过定子10旋转地设置转子)可以布置在圆筒24的内部中。这里，当被认为横向于轴线22时，这些永磁体定向在北-南方向或南-北方向上。此外，另一个永磁体38可以布置在圆筒24内并且可以基本作为传感器系统的一部分来使用。另一个永磁体38例如可以与图1中未示出的传感器线圈结合地使用，以检测转子在轴向方向上的位置改变和/或通过至少一个控制线圈(未示出)引发这些改变并且将这些改变转送至泵控制器。

在当前示例性实施方式中，壳体2的内部16和转子20都基本为圆筒状。由于所选择的被动轴向安装，无需使内部16具有任何渐缩。

转子20可以由例如钛或其它生物相容材料制成。钛或其它生物相容材料同样适合于作为壳体的材料。轴向壳体部分8相对于泵外部的周围环境流体紧密。尽管在图1中示出了入口和出口彼此同轴定向的轴向泵，但是转子、定子和轴向磁性轴承可以与入口和相对于该入口旋转的出口一同使用，如例如稍后将在图5中描述的那样。

在图2中示出了替换图1的转子在壳体2的内部中的布置。血液泵100包括具有入口104和出口106的壳体102。入口104和出口106彼此同轴地定向。壳体102的内部108旋转对称地形成为圆筒状，并且被图示为从轴线109仅仅径向向外延伸。定子112布置在壳体部分110中，并且基本执行图1的定子10的功能。此外。壳体部分110包括位于其上游部分114中的磁化环105以及位于其下游部分118中的另一个环120。所述另一个环的磁化作用与环116的磁化作用相反。转子130包括圆筒部132以及上游端134和下游端136，上游端134和下游端136分别采取一段球体的形式。在一些实施方式中，这改善从转子130的中部到径向外部叶轮138的流动。与环116对应地布置的环140布置在叶轮138的上游端处。转子130还包括另一个环142，该另一个环142与环130对应。环140和142均由磁体特别是永磁体形成，并且它们的磁化作用与对应于它们的环的磁化作用相反。另选地，这些环可以包含软铁或其它可磁化材料。

在另一个实施方式中，环116和120在轴向方向上被基本分成两个，并且包括彼此相反地磁化的两个环。这些环的这种布置也形成了被动磁性轴向轴承。

在图2的血液泵100中，附加地布置了传感器线圈144，该传感器线圈144能够基于由转子的轴向运动感生的电压而获得转子的位置。在另一个实施方式中，线圈144为控制线圈，该控制线圈通过利用电流主动供能产生磁场，该磁场例如与环140和142相互作用，因此允许将转子主动定位在内部中。在另一个实施方式中，既设置传感器线圈又设置控制线圈。另外，可以设置两个传感器线圈或还设置两个控制线圈。

图3中示出了另一个血液泵200。血液泵200的构造与血液泵1类似。然而，血液泵200具有壳体202，除了沿着轴线206延伸的入口204之外，该壳体202具有出口208，该出口208相对于入口旋转90°。出口208包括螺旋腔室210，如在申请US 2014 017 172的图3a、3b、7a、7b、7c和8中所示的那样。该申请所示和描述的细节完全结合到本申请的公开中。螺旋腔室210邻接轴向壳体部分212，定子214和轴向轴承218的磁化环216布置在该轴向壳体部分212中。这里，该螺旋腔室具有径向加宽，并且以螺旋方式从部分219延伸至部分220，延伸至出口222。毂桩224从该螺旋腔室向上游延伸。转子230包括圆筒232和叶轮234以及环236，如已经结合图1和图2所描述的那样。叶轮234从转子230的上游端238延伸至下游端240。这里，转子230以如下方式布置在轴向壳体部分212内，使得毂桩224形成止动部。这里，转子相对于毂桩以如下方式布置，即：转子不突出到螺旋腔室210内。例如，如结合图1或图2描述的，转子因此还能够在血液泵200中使用。毂桩224能够在螺旋腔室210的整个轴向方向上延伸。在另一个示例性实施方式中，转子突出到螺旋腔室内，然而，其中叶轮的下游端不突出到螺旋腔室内。出口208因而布置在转子230的上游端和下游端之间。

在图4中图示了在轴向壳体部分的区域穿过泵1或100或200的剖视图。关于血液泵1，图4因此示出了壳体2和布置在内部16中的转子20。能够看到圆筒24和叶轮28以及围绕叶轮向外延伸的环32。在环和壳体2的的内壁之间存在间隙宽度r的间隙。该间隙宽度限定了是否在环32的外表面和壳体2的内表面之间形成流体动力轴承。另外，磁化环14设置在壳体2中，并且与环32一起在壳体2中提供转子的轴向被动安装。在图4还可以附加地看到转子20的半径R比环32的宽度b大得多。

在本示例中，叶轮28包括三个螺旋50、52和54，这些螺旋在径向方向上测量的高度比转子的半径R小得多。各个螺旋的宽度B在这里是这样的尺寸，即其比两个相邻螺旋即螺旋52和56之间的距离小。在图5中，再次以三维立体图示出了转子20。可以看到圆筒24和环32以及螺旋52，该螺旋52沿着转子20的长度L围绕圆筒24的外表面螺旋形延伸至少270°，优选至少360°。图2中所示的转子因而将相应地设置有位于其下游端的另一个环。

尽管在图1、图2和图3中，布置在轴向壳体部分中的磁化环之前在每种情况下都是完整环，但是它们也可以由各个节段构成。这里，在一些示例性实施方式中，完全封闭的环确实是优选的，然而，也可以使用仅仅环部分，即小于360°或270°、180°或90°的角度节段。

图6中示出了血液泵的进一步实施方式。血液泵300包括具有入口304和出口306的壳体302，该壳体302包括如例如结合图3描述的螺旋腔室308。心轴312沿着轴线310从泵的出口侧端延伸，并具有圆筒部314，该圆筒部134在心轴312的上游端316(以球形节段的形式成形)与螺旋腔室308之间延伸。定子318布置在心轴内部并且与布置在转子330中的永磁体相互作用，以便旋转地设置转子330。

转子330包括圆筒状衬套332，例如在US 2014/0171727中描述的永磁体布置在该圆筒状衬套332内。对此另选地或附加地，在叶轮334中也可以使用永磁体。叶轮334可以例如形成为如在之前的示例中描述的那样。另选地，转子也可以以使得各个螺旋之间的宽度比两个相邻螺旋之间的距离宽的方式形成。第一环336和布置在所述第一环下游的第二环338布置在叶轮334的径向外圆周上。这些环与形成在壳体302中的两个环340和342相互作用。环340和342均包括在相反方向上被轴向地磁化的两个部分(第一部分344和第二部分346)。这种类型的布置确保将转子330保持在心轴上。环336和338分别与环340和342的协作因而形成了被动轴向安装350。环340和342的磁性两部分实施方式也可以在没有心轴的泵中使用。在图6的图示中没有示出泵所需的其它部件。

图7示出了穿过图6的布置的剖视图。在图7中，可以看到壳体302和心轴312以及转子330。环340被布置成围绕壳体302延伸。转子包括圆筒状衬套302、叶轮334和第一环336，该第一环336与环340一起提供转子330在心轴312上的轴向支承。心轴和转子之间的径向支承借助于心轴312的外表面和圆筒状衬套332的内表面之间的间隙形成。间隙宽度的尺寸使得形成流体动力轴承，该流体动力轴承使转子径向稳定。在图6中可以看到驱动转子的定子318。例如在具有内部文件参考157EP0367的申请中可以发现这里示出的泵的其它示例性实施方式，其中通过将环布置在叶轮的外边缘上而具有轴向支承。

Claims (16)

1.一种血液泵(1；100；200；300)，该血液泵优选用于辅助心脏，其中所述血液泵包括：壳体(2；102；202)，该壳体具有布置在上游的入口(4；104；204)和布置在下游的出口(6；106；208；306)；以及具有轴线和叶轮(28；138；234；334)的可旋转地安装的转子(20；130；230；330)，并且所述转子在轴向方向上优选以磁性方式安装，

其中，设置有至少一个第一环(32；140，142；236；336，338)，该至少一个第一环固定至所述叶轮，在径向外部围绕所述叶轮延伸，并且在轴向方向上被磁化，在第一轴向壳体部分(8；110；212)中还布置有第二磁化环部分(14；116；120；216；340，342)，该第二磁化环部分在外部围绕所述第一环延伸以形成轴向磁性轴承(34；218)，并且所述转子包括圆筒状衬套(332)或圆筒(24；132；232)，其中所述叶轮布置在所述圆筒状衬套或所述圆筒的外表面上。

2.根据权利要求1所述的血液泵，其中，所述叶轮的第二轴向部分具有第三环部分，并且所述第二轴向壳体部分具有对应于所述第三环部分的第四环部分。

3.根据前述权利要求中任一项所述的血液泵，其中，所述环部分中的至少一个形成闭合环。

4.根据前述权利要求中任一项所述的血液泵，其中，所述叶轮包括螺旋(52，54，56)。

5.根据权利要求4所述的血液泵，其中，所述叶轮包括多个螺旋，并且两个相邻螺旋沿着所述转子的外表面具有这样的距离，该距离为所述螺旋的宽度(B)的倍数。

6.根据前述权利要求中任一项所述的血液泵，其中，所述转子唯一地通过所述轴向磁性轴承安装在所述轴向方向上。

7.根据前述权利要求中任一项所述的血液泵，其中，所述轴向磁性轴承以使得所述叶轮的下游端完全布置在所述出口的上游的方式形成。

8.根据前述权利要求中任一项所述的血液泵，其中，所述叶轮以使得所述转子的下游端位于所述叶轮的下游端下游的方式布置在所述转子上。

9.根据前述权利要求中任一项所述的血液泵，其中，所述壳体的内表面和所述第一环的外表面之间的径向距离使得在所述壳体的内表面和所述第一环的外表面之间形成流体动力轴承。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的血液泵，其中，所述壳体的内表面和所述第一环部分的外表面之间的径向距离使得在所述壳体的内表面和所述第一环部分的外表面之间没有形成流体动力轴承。

11.根据前述权利要求中任一项所述的血液泵，其中，所述出口限定相对于所述轴线旋转即倾斜大于45°，优选在80°和100°之间的角的出口方向。

12.根据前述权利要求中任一项所述的血液泵，其中，在所述入口和所述出口之间布置有心轴(312)，所述转子以可旋转的方式安装在所述心轴(312)上。

13.根据权利要求12所述的血液泵，其中，在所述心轴的表面和所述转子的内表面之间形成流体动力轴承。

14.根据权利要求12或13所述的血液泵，其中，驱动所述转子的定子布置在所述心轴中和/或所述第一壳体部分中和/或所述转子附近。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的血液泵，其中，所述心轴和由所述壳体限定的内部至少部分地相对于彼此同轴地取向。

16.根据前述权利要求中任一项所述的血液泵，其中，所述第一环和/或另一个环部分包括软铁。