CN109862925A - 单件式蜗壳 - Google Patents

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Abstract

一种血泵壳体包括整件式主体。该整件式主体限定有入口腔室，该入口腔室沿着第一轴线延伸并具有垂直于第一轴线的第一半径。过渡腔室连接于入口腔室并且具有沿围绕第一轴线的周向延伸的壁，该壁具有距第一轴线的大半径和小半径，大半径大于第一半径。柱沿着第一轴线从过渡腔室延伸到入口腔室中，该柱沿绕第一轴线的方向朝向入口腔室渐缩。出口连接于过渡腔室并且沿着横向于第一轴线的第二轴线延伸。

Description

单件式蜗壳
技术领域
本发明涉及一种泵壳体，并具体地涉及一种用于机械循环支持装置或“MCSD”的泵壳体。
背景技术
泵壳体用于收集由上游位置处的叶轮所引入的流体，并将该流体引导至位于下游位置处的出口。泵壳体中的流体流动路径通常被设计成将动态能量(速度)转换成压力能量，即，将从叶轮传递的泵能量转换成压力能量。
尺寸不正确和/或制造不当的壳体可能占整个泵损失的很大一部分。泵壳体中流体流动路径的正确设计对于确保总体泵性能以及使泵能量消耗最小是至关重要的。这对于MCSD中用于辅助心脏泵送作用的泵尤其如此。用于MCSD的泵壳体通常是蜗壳形的，其中蜗壳(流动通道)的横截面沿排放的周向方向增大，以便保持恒定的流体速度。蜗壳形流动路径设计成保持恒定角动量(CAM)或恒定平均速度(CMV)。
具有复杂流动通道以实现所需流动特性的泵壳体具有复杂的内壁，并且不容易通过常用方法制造。在MCSD中使用的泵壳体比大多数其它应用中使用的泵壳体小得多，以便允许将MCSD植入患者体内。MCSD泵壳体的微小的尺寸进一步使得通过常规方法制造这些泵壳体的努力变得复杂。具有在MCSD中使用的尺寸的泵壳体通常制造成两个或更多个部件，这些部件在稍后彼此附连。这进一步增加了制造这些泵壳体的劳力。
发明内容
本发明有利地提供了一种包括整件式主体的血泵壳体。该整件式主体限定有入口腔室，该入口腔室沿着第一轴线延伸并具有垂直于第一轴线的第一半径。过渡腔室连接于入口腔室并且具有沿围绕第一轴线的周向方向延伸的壁，该壁具有距第一轴线的大半径和小半径，大半径大于第一半径。柱沿着第一轴线从过渡腔室延伸到入口腔室中，该柱沿围绕第一轴线的方向朝向入口腔室渐缩。出口连接于过渡腔室并且沿着横向于第一轴线的第二轴线延伸。
在该实施例的另一方面，主体包括聚合物。
在该实施例的另一方面，小半径等于或大于第一半径。
在该实施例的另一方面，柱是锥形的。
在该实施例的另一方面，出口包括封闭通道，封闭通道具有第一部段和第二部段，该第一部段具有横向于第二轴线的基本上矩形的横截面并与过渡腔室连通，该第二部段具有横向于第二轴线的基本上圆形的横截面并与第一部段连通。
在该实施例的另一方面，第一轴线垂直于第二轴线。
在该实施例的另一方面，主体包括在入口腔室的轴向范围的至少一部分上围绕入口腔室的内部的第一壁以及围绕第一壁的外部的第二壁，第一壁和第二壁限定出环形空间。
在该实施例的另一方面，入口腔室是柱形的。
在另一种实施例中，机械循环支持装置包括整件式主体。该整件式主体限定有入口腔室，该入口腔室沿着第一轴线延伸并具有垂直于第一轴线的第一半径。过渡腔室连接于入口腔室并且具有沿围绕第一轴线的周向方向延伸的壁，该壁具有距第一轴线的大半径和小半径，大半径大于第一半径。柱沿着第一轴线从过渡腔室延伸到入口腔室中，该柱沿围绕第一轴线的方向朝向入口腔室渐缩。出口连接于过渡腔室并且沿着横向于第一轴线的第二轴线延伸。壳体连接于入口腔室，转子被配置在壳体内并构造成将血液推动到入口腔室中。
在该实施例的另一方面，柱是锥形的。
在该实施例的另一方面，出口包括封闭通道，封闭通道具有第一部段和第二部段，该第一部段具有横向于第二轴线的基本上矩形的横截面并与过渡腔室连通，该第二部段具有横向于第二轴线的基本上圆形的横截面并与第一部段连通。
在该实施例的另一方面，第一轴线垂直于第二轴线。
在该实施例的另一方面，主体包括在入口腔室的轴向范围的至少一部分上围绕入口腔室的内部的第一壁以及围绕第一壁的外部的第二壁，第一壁和第二壁限定出环形空间。
在该实施例的另一方面，入口腔室是柱形的。
在另一种实施例中，一种制造血泵壳体的方法包括通过增材制造工艺(additivemanufacturing process)形成血泵壳体的主体，壳体的主体是整件式的。该整件式主体限定有入口腔室，该入口腔室沿着第一轴线延伸并具有垂直于第一轴线的第一半径。过渡腔室连接于入口腔室并且具有沿围绕第一轴线的周向方向延伸的壁，该壁具有距第一轴线的大半径和小半径，大半径大于第一半径。柱沿着第一轴线从过渡腔室延伸到入口腔室中，该柱沿绕第一轴线的方向朝向入口腔室渐缩。出口连接于过渡腔室并且沿着横向于第一轴线的第二轴线延伸。
在该实施例的另一方面，增材制造工艺包括立体光刻。
在该实施例的另一方面，壳体的主体由树脂聚合物制成。
在该实施例的另一方面，增材制造工艺包括熔融沉积成型。
在该实施例的另一方面，增材制造工艺包括喷墨打印。
在该实施例的另一方面，增材制造工艺包括粉末床技术。
附图说明
通过参照结合附图考虑的以下详细的说明书，将更完整地理解本发明，并且将更容易地理解本发明的附带优点及其特征，附图中：
图1是本公开的一种实施例的泵壳体的立体图；
图2是图1的泵壳体的俯视图；
图3是图1的泵壳体的侧视图；
图4是沿着图2中的线A--剖取的剖视图；
图5是沿着图2中的线B--剖取的剖视图；
图6是沿着图2中的线C--剖取的剖视图；
图7是沿着图3中的线D--剖取的剖视图；
图8是沿着图3中的线E--剖取的剖视图；
图9A是包括图1的泵壳体的机械循环支持装置的剖视图；以及
图9B是图9A的机械循环支持装置的正视图。
具体实施方式
现在参照附图，其中类似的附图标记指代类似的元件，在图1-8中示出了根据本发明的一种实施例的并且总地标记为“100”的泵壳体。泵壳体100具有整体的、即整件式的主体，该主体限定有入口腔室102、过渡腔室104和出口106。入口腔室102和过渡腔室104彼此相连接并且绕第一纵向轴线L1配置。出口104绕第二轴线L2延伸，该第二轴线L2垂直于第一轴线L1。可以是锥形或任何形状的柱114(在图4中最佳地看到)沿着纵向轴线L1从过渡腔室104的基部延伸到入口腔室102中。
如图3和图5中最佳所示，主体包括内壁108和入口端口122，内壁108限定了入口腔室102的上游部分，入口端口122用于接纳在入口腔室102的上游端处泵送的流体。在一种构造中，入口腔室102基本上为柱形，其半径R1是从第一轴线L1到壁108的内表面所测得的。一对O形环凹槽103(图5)设置在入口端口122附近的壁108的内表面中。主体还具有外壁110，该外壁110与内壁108径向向外地间隔开并且绕轴线L1延伸，使得内壁和外壁限定出环形空间112(图7)。如下所述，环形空间112可用于容纳其它泵部件和/或可有助于将泵壳体102附连至其它泵部件。
过渡腔室104位于入口腔室104的下游。主体包括绕轴线L1周向地延伸并限定出过渡腔室104的径向范围的壁128(图5、6和8)。如图8最佳所示，过渡腔室104提供涡旋形流动路径。换言之，从轴线L1到壁的内表面测量出的过渡腔室104的半径沿周向方向变化。最小半径R2被配置在位于至出口106的入口处的舌部120处。该半径沿图8中箭头122所示的向前周向方向逐渐增大到邻近舌部120的最大半径R3(图8)。如图6所示，半径R5大于半径R4。涡旋形流动路径设计成改变流动路径的横截面积，由此(在最小半径R2处的)最狭小的面积位于舌部120处，并且(在最大半径R3处的)最大横截面积位于大约360度的方位角处，该方位角在由图8中的方向箭头122所指示的向前周向方向上。向前周向方向对应于操作期间泵送血液的流动方向。沿流动方向增大的横截面积确保了静态压力保持恒定，这使泵叶轮上的径向推力最小化。本实施例的涡旋形流动路径的横截面积是基于实现恒定平均速度(CMV)而构造的，其它实施例可以利用其它方法，包括利用恒定角动量(CAM)方法来设计涡旋形流动通道。在这一实施例中，过渡腔室104的小半径R2略大于入口腔室102的半径R1，而最大半径R3基本上大于R1。因此，主体限定有台阶129，该台阶129在入口腔室102和过渡腔室104的交汇部处具有面向下游方向(朝向图5和6中的图的底部)的表面。
主体还包括限定过渡腔室104的端表面的基壁126。该端面是大致平面的并且垂直于入口腔室的轴线L1。柱114从基壁126向上游突出，穿过过渡腔室104并进入到入口腔室102中。柱114呈围绕轴线L1的回转体的形式，其具有沿下游方向朝向壁126逐渐增加的半径。在所示的具体实施例中，柱114基本上是锥形的，在其上游端具有圆形末端。如参考图5和6可以最好地理解的，由壁126、台阶129和周向壁128限定的端面赋予过渡腔室的周界部分基本上矩形的横截面形状。
主体还限定有与过渡腔室连通的管状出口106(图2、4和8)。管状出口包括部段116和部段118，部段116具有从出口和过渡腔室的交汇部处延伸的大致矩形的横截面形状，部段118呈从部段118延伸的大致圆形的横截面形状。部段118的横截面积可大于部段116的横截面积，以降低排放速度。舌部120(图8)表示在过渡腔室104的涡旋形轮廓与管状出口106的相交部处形成的边缘。舌部下方的流动被引导回过渡腔室104，而舌部上方的流动则受迫而进入到出口106中。
图9A和9B示出了包含以上结合图1-8讨论的泵壳体100的MCSD。MCSD400的部件可大致如美国专利第7,972,122号；第8,007,254号；和第8,419,609号中所公开的那样，其公开内容以参见的方式纳入本文。MCSD 400可包括管状内壳402，该管状内壳402连接于壳体100的上游开口122，并由O形环402密封于内壁108。入口配件300连接于内壳402的上游端。如美国专利申请第62/270,189号中更全面地公开的，入口配件300可以是可拆卸的，以允许将转子插入和放置到内壳402内；该文献公开内容以参见的方式纳入本文。
大致柱形的中空外壳408围绕内壳402。外壳与内壳间隔开，使得内壳和外壳在它们之间共同地限定出环形空间408。外壳406的上游端由诸如O形环410之类的密封件密封于内壳402的外部。外壳的下游端密封地连接于壳体100的外壁110。例如，外壁110可焊接或胶合至外壳406，或者可在这些元件之间提供诸如O形环(未示出)之类的弹性密封件。由壳体的外壁110和内壁108限定的空间112与外壳406内的空间408连通。一组电线圈412和铁磁定子框架414被配置在空间408内。连接于线圈412的电配线(未示出)也被配置在空间408内。该配线连接于通常被称为“驱动线”(未示出)的电缆，其延伸穿过外壳406中的端口418。该端口由适当的密封件(未示出)封闭，使得空间406和112密封于外壳外部的环境。附加的电气和电子部件(未示出)也可设置在空间408内、空间112内或两者内。在操作中，空间406和112还与流过泵的血液隔离。磁转子416被配置在内壳402内。
在操作中，MCSD连接于患者的循环系统。例如，入口配件300可连接于患者心脏的心室，而壳体100的出口106可连接于动脉，比如连接于主动脉。MCSD可植入到患者体内。转子416由包含在转子中的流体动力轴承(未示出)悬置于内壳402内，与内壳的壁不接触。施加于线圈的交流电产生旋转磁场，该旋转磁场驱动转子416旋转。旋转的转子迫使血液朝向壳体100流向下游。
在该实施例中示出的泵壳体100可利用增材制造工艺而被制造为单个整体或整体件。如在本公开中所使用的，术语“增材制造”是指其中形成连续的材料层以产生物品的工艺。通常地，创建数字三维设计数据文件并将其转换成二维图案，每个图案表示要形成的单个层。作为示例，增材制造技术包括其中选择性地沉积材料以形成每个层的熔融沉积成型和喷墨印刷；其中光致聚合物被选择性地固化以形成每个层的立体光刻法；以及其中金属或聚合物粉末被选择性地烧结的粉末床技术；包括医用级立体光刻树脂的合适的生物相容性材料可用于通过立体光刻法制造泵壳体100。
在以上讨论的实施例中，泵壳体界定了容纳诸如线圈414(图9)之类的泵的电气和电子部件的空间406和112。所述空间可以防止湿气进入。例如，在将泵植入患者体内的情况下，壳体的外壁110理想地具有足够低的水蒸气透过率，以在泵的预期寿命期间限制渗透到空间中的湿气的量，这样将不会对容纳在空间内的电气和电子元件造成不可接受的湿气损坏。在泵是为数天、数周或数月级别的短期应用的临时植入物的情况下，水蒸气透过率可能高于永久性MCSD的水蒸气透过率。在这些情况下，泵壳体100可由具有比通常用于制造永久性MCSD的材料相对更高的湿气渗透性的材料制造。一些材料、包括Somos ProtoGenTM18420和XC被发现适用于立体光刻制造以及在临时MCSD中提供所需的渗透性水平的双重目的。尽管这些聚合物树脂可能无法提供永久性MCSD的渗透性保护或耐久性，但这些临时MCSD提供了廉价且临时的替代品。在MCSD旨在用作永久性植入物或者预期寿命为几年的半永久性植入物的情况下，可以使用诸如具有更低渗透性的金属之类的材料。可结合粉末金属、金属合金或其它复合材料来使用诸如使用电子束枪或激光的形状金属沉积工艺之类的其它增材制造工艺。
通过立体光刻制造的整体泵壳可能不需要材料去除，而是在使用之前可能仅需要诸如蒸气抛光之类的清洁工艺。如在本公开中所使用的，诸如泵壳体之类的“整体”元件是整件式材料。通常，整体元件总体上具有均匀的组分。然而，材料的组分可以变化，就像例如在各种层的沉积期间改变增材制造期间使用的材料的组分。而且，整体元件可选地可包括覆盖并与顺应于整体件的一个或多个涂层，所述涂层由整体件在结构上支承，例如是通过电镀或气相沉积形成的涂层。
此外，尽管已经参照具体特征对在此公开的本发明进行了描述，但应当理解的是，这些特征仅是对本发明原理和应用的说明。因此，应当理解的是，可对说明性实施例进行包括本文描述的各种特征的尺寸的变化的多种修改并可设计其它布置而不偏离本发明的精神和范围。在这方面，除了以下段落中阐述的那些具体特征之外，本发明还包括许多附加特征。此外，前述公开内容应当以说明而非限制的方式进行，因为本发明在编号段落的示例中进行了限定，这些段落描述了根据本发明的各种实施例的特征，在以下的权利要求中阐述。
某些实施例包括：
实施例1.一种泵壳体，所述泵壳体包括：
主体，所述主体限定有：
圆柱形的入口腔室，所述入口腔室沿着第一轴线延伸并具有垂直于所述第一轴线的第一半径；
过渡腔室，所述过渡腔室连接于所述入口腔室并且具有沿围绕所述第一轴线的周向方向延伸的壁，所述壁具有距所述第一轴线的大半径和小半径，所述大半径大于所述第一半径，
柱，所述柱沿着所述第一轴线从所述过渡腔室延伸到所述入口腔室中，所述柱沿围绕所述第一轴线的所述方向朝向所述入口腔室渐缩，以及
出口，所述出口连接于所述过渡腔室并且沿着横向于所述第一轴线的第二轴线延伸，所述主体是整体的。
实施例2.如实施例1所述的泵壳体，其中，所述主体通过增材制造工艺制造。
实施例3.如实施例2所述的泵壳体，其中，所述增材制造工艺通过立体光刻制造来执行。
实施例4.如实施例1所述的泵壳体，其中，所述主体包括聚合物。
实施例5.如实施例1所述的泵壳体，其中，所述小半径等于或大于所述第一半径。
实施例6.如实施例1所述的泵壳体，其中，所述柱是锥形的。
实施例7.如实施例1所述的泵壳体，其中，所述出口包括封闭通道，所述封闭通道具有第一部段和第二部段，所述第一部段具有横向于所述第二轴线的基本上矩形的横截面并与所述过渡腔室连通，所述第二部段具有横向于所述第二轴线的基本上圆形的横截面并与所述第一部段连通。
实施例8.如实施例1所述的泵壳体，其中，所述第一轴线垂直于所述第二轴线。
实施例9.如实施例1所述的泵壳体，其中，所述主体包括在所述入口腔室的轴向范围的至少一部分上围绕所述入口腔室的内部的第一壁，以及外部的第二壁，所述第二壁围绕所述第一壁，从而所述第一壁和所述第二壁限定出环形空间。
实施例10.一种机械循环支持装置，所述机械循环支持装置包括如实施例1-9中任一项所述的泵壳体、连接于所述入口腔室的壳部、配置在所述壳部内的转子、以及驱动器，所述驱动器可操作地使所述转子旋转，使得所述转子将血液推动到所述壳体的所述入口腔室中。
实施例11.如实施例1-9中任一项所述的制造泵壳体的方法，包括通过增材制造工艺形成所述壳体的所述主体。
实施例12.如实施例11所述的方法，其中，形成所述壳体的所述主体的所述步骤通过立体光刻法来执行。
实施例13.如实施例11所述的方法，其中，所述壳体的所述主体由树脂聚合物制成。

Claims (13)

1.一种血泵壳体，所述泵壳体包括：
整件式主体，所述主体限定有：
入口腔室，所述入口腔室沿着第一轴线延伸并具有垂直于所述第一轴线的第一半径；
过渡腔室，所述过渡腔室连接于所述入口腔室并且具有沿围绕所述第一轴线的周向方向延伸的壁，所述壁具有距所述第一轴线的大半径和小半径，所述大半径大于所述第一半径；
柱，所述柱沿着所述第一轴线从所述过渡腔室延伸到所述入口腔室中，所述柱沿围绕所述第一轴线的所述方向朝向所述入口腔室渐缩；以及
出口，所述出口连接于所述过渡腔室并且沿着横向于所述第一轴线的第二轴线延伸。
2.如权利要求1所述的泵壳体，其特征在于，所述主体包括聚合物。
3.如权利要求1或2所述的泵壳体，其特征在于，所述小半径等于或大于所述第一半径。
4.如权利要求1-3中任一项所述的泵壳体，其特征在于，所述柱是锥形的。
5.如权利要求1-4中任一项所述的泵壳体，其特征在于，所述出口包括封闭通道，所述封闭通道具有第一部段和第二部段，所述第一部段具有横向于所述第二轴线的基本上矩形的横截面并与所述过渡腔室连通，所述第二部段具有横向于所述第二轴线的基本上圆形的横截面并与所述第一部段连通。
6.如权利要求1-5中任一项所述的泵壳体，其特征在于，所述第一轴线垂直于所述第二轴线。
7.如权利要求1-6中任一项所述的泵壳体，其特征在于，所述主体包括在所述入口腔室的轴向范围的至少一部分上围绕所述入口腔室的内部的第一壁以及围绕所述第一壁的外部的第二壁，所述第一壁和所述第二壁限定出环形空间。
8.如权利要求1-7中任一项所述的泵壳体，其特征在于，所述入口腔室是柱形的。
9.如权利要求1-8中任一项所述的泵壳体，其特征在于，还包括连接于所述入口腔室的壳部，所述壳部的尺寸设计成接纳转子，所述转子构造成将血液推动到所述入口腔室中。
10.如权利要求9所述的泵壳体，其特征在于，所述柱是锥形的。
11.如权利要求9或10所述的泵壳体，其特征在于，所述出口包括封闭通道，所述封闭通道具有第一部段和第二部段，所述第一部段具有横向于所述第二轴线的基本上矩形的横截面并与所述过渡腔室连通，所述第二部段具有横向于所述第二轴线的基本上圆形的横截面并与所述第一部段连通。
12.如权利要求9-11中任一项所述的泵壳体，其特征在于，所述第一轴线垂直于所述第二轴线。
13.如权利要求9-12中任一项所述的泵壳体，其特征在于，所述主体包括在所述入口腔室的轴向范围的至少一部分上围绕所述入口腔室的内部的第一壁以及围绕所述第一壁的外部的第二壁，所述第一壁和所述第二壁限定出环形空间。
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