CN109985285A - 心室辅助用离心泵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了心室辅助用离心泵，包括上下泵壳，下泵壳安装有定子、转子部分，转子部分包括上下安装的旋转杆和套筒，旋转杆通过第一滑动轴承安装；套筒内通过第二滑动轴承安装有滚针轴，滚针轴下端穿过第二安装孔伸出定子套外；定子部分沿第一滑动轴承、第二滑动轴承转动；滚针轴连接有水管接头，水管接头上连接有进水、出水接口；滚针轴内设置有第一液体输送长孔，第一液体输送长孔与进水、出水接口连通；旋转杆内设置有第二液体输送长孔，所述滚针轴上设置有液体输送孔，第一、第二液体输送长孔内液体通过液体输送孔向第一滑动轴承输送；本发明缩小了尺寸，通过密封设计将血液腔与轴承腔隔绝，减少轴承对血细胞的破坏。
Description
技术领域
本发明涉及一种离心泵，具体是一种心室辅助用离心泵，属于医疗器械技术领域。
背景技术
心力衰竭是世界性的公共卫生问题，发病率高，治疗预后差，疾病经济负担重。全球30岁-65岁人群发病率为1.5-2％，大于65岁人群发病率为6-10％，且发病率在持续上升中。心力衰竭疗包括药物治疗、心脏再同步化治疗、心脏移植及机械辅助循环等。虽然心衰的药物治疗不断优化，但研究表明总体的5年生存率不超过50％，其中终末期心衰的生存率更低。
心室辅助装置能减少心脏作功，提供循环支持，自20世纪60年代用于临床以来，不仅用于手术期急性心衰的治疗，也可用于过渡至心脏移植治疗(bridge to transplant英文缩写BTT)从而改善患者生活质量、促进心功能的恢复，提高生存率，在一部分可逆性心力衰竭患者中应用心室辅助装置，患者心功能可能得到恢复。
心室辅助装置按照血泵类型分为第一代、第二代、第三代心室辅助装置。第一代心室辅助装置通过气动或电动周期性推压血囊产生搏动血流，因此也被称为容积泵、移位泵。优势：能够产生搏动性血流并进行双心室辅助。缺陷：①体积大，不适合身材矮小者；②结构复杂，需要导线、电缆及排气孔；③植入手术复杂，多数需体外循环(CPB)，创伤大；④能耗大，效率低；对血泵材料要求高；⑤部件的机械寿命短；⑥血泵控制系统复杂。第二代心室辅助装置包括有轴承支承的轴流泵及离心泵，通过旋转叶轮产生恒定血流。离心泵的工作原理是利用高速旋转的叶轮产生离心力驱动血液流动，血流方向与转动轴方向不一致。轴流泵则利用叶轮直接在血液内高速旋转，推动血液沿着与转动轴平行的方向流动，主要提供以连续性血流为主。轴流泵体积小，仅由叶轮及定子组成，无血腔。优点：①体积小、重量轻，适合身材矮小(体表面积＜1.5m2)的病人；②内部活动部件少，简化了系统，耐久性强；③无血囊或隔膜，无需顺应腔，适宜完全植入；④减少了血液破坏；⑤能耗小；⑥植入简单；⑦易于操作控制；⑧提高患者生活质量。缺陷：①前负荷和外周阻力的增加会影响流量；②轴承浸在血液中，此处易发生血栓和栓塞；③需要长期抗凝；④常有不同程度的溶血；⑤经皮导线感染；⑥设备故障耐久性有待进一步优化。第二代心室辅助装置是目前临床使用的最多的，技术最为成熟的心室辅助装置，设备耐久度，稳定性较第一代心室辅助装置有很大的提升。具有代表性的设备：HeartMateII、Jarvik2000泵、DeBakey VAD(MicroMed,Houston,TX)。第三代心室辅助装置是通过磁悬浮技术替代轴承，实现定子与转子间的无接触支撑，从而进一步减少血细胞破坏。优势：在第二代心室辅助装置的基础上进一步减少溶血的风险。缺陷：启动功率、磁悬浮控制及技术难度高，设备价格高尚未常规应用。具有代表性的设备：HeartMate III LVAS(Thoratec Corp,Pleasanton,CA)。
心室辅助装置应用于人体时主要存在的问题为血液破坏、血栓形成、机械故障。血液破坏程度根本上取决于血细胞在叶轮及轴承处受到的机械剪切力和应力暴露时间。血栓形成取决于血腔及轴承间隙的血流淤滞或死腔形成。第二代心室辅助装置较第一代心室辅助装置很大程度优化了机械故障问题，但仍然存在血液与轴承接触问题。第三代心室辅助装置由于应用时间较短，装置控制系统复杂，其机械故障问题尚未得到明确阐述。
心室辅助装置按照是否植入体内分为植入辅助型和经皮辅助型，其中早期植入型心室辅助装置由于体积较大无法容纳在胸腔内，需要在放置在腹腔内，植入手术需要胸腹联合切口，打开膈肌，腹腔内制作囊袋，手术创伤大，感染风险大，病人死亡率高，术后相关并发症较多。如重庆利龙科技产业集团有限公司与日本HI-LEX株式会成立的合资公司生产的“永仁心”植入式左心室辅助装置其血泵安置于腹腔，引流管需穿过膈肌连接于心脏。又如公开号为US006123726A专利文献公开的便携式人工心脏驱动系统，其公开的系统体积更大，采用拉杆箱式携带。又如sun medical株式会社(サンメディカル株式会社)研发的血液泵，该血液泵在机械密封处，密封结构(密封圈、垫圈等)置于叶轮腔内，加大了血液泵的体积，不利于血泵的小型化，同时也增大了与血液的接触面。而且，更重要的是，该血液泵冷却密封液(净化液)的管路设置在泵体周向，即在泵体轴向(转子轴向)上，泵体内不仅需要设置定子、转子，还需要设置冷却密封液(净化液)的管路，进一步地增加泵体的高度，加大了血液泵的体积。
发明内容
针对现有技术的不足，为解决上述至少一个技术问题，本发明提供一种符合医疗需求，体积较小可置入胸腔，低血液破坏，低血栓形成风险的，结构简单，造价优廉的心室辅助用离心泵。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
心室辅助用离心泵，其包括上泵壳和下泵壳。
所述下泵壳由定子盖和定子套构成第一封闭空间，所述定子盖上设置有第一安装孔和用于安装电源线的螺口，螺口上通过接头密封圈安装有螺帽，所述定子套底部设置有第二安装孔。
所述上泵壳安装在下泵壳上，所述上泵壳上设置有血液进口和血液出口，所述上泵壳与定子盖之间形成第二封闭空间，所述第二封闭空间内安装有叶轮；为进行密封，上泵壳与定子盖和定子套之间设置有第一密封圈。
所述第一封闭空间内安装有定子部分和转子部分，所述定子部分和转子部分构成旋转驱动部件，即定子部分和转子部分的结合工作，使转子部分旋转工作，实现带动叶轮旋转，此为现有技术，为离心泵的工作原理。具体地，所述定子套内设置有定子内套，所述定子内套将第一封闭空间分割成内外两部分；在第一封闭空间内，所述定子部分设置在定子内套外，所述转子部分设置在定子内套内。所述定子内套具有第三安装孔，所述第三安装孔(突出)位于第二安装孔内，所述滚针轴穿过第三安装孔伸出定子套外。
同样，为了进行密封，所述定子内套与定子套之间设置有第二密封圈，所述定子内套与定子盖之间设置有第三密封圈，所述定子内套与滚针轴之间设置有第四密封圈。
所述转子部分包括旋转杆和套筒，所述套筒安装在旋转杆下方，所述旋转杆穿过第一安装孔进入第二封闭空间与叶轮连接。转子部分转动时，带动叶轮旋转，通过血液进口将血液吸入，然后从血液出口排出，实现血液的泵送。
在第一安装孔内，所述旋转杆通过第一滑动轴承安装在定子盖上，为进行密封，所述第一滑动轴承与第一安装孔之间设置有第一密封圈。所述套筒内通过第二滑动轴承安装有滚针轴，所述滚针轴下端穿过第二安装孔伸出定子套外。
定子部分沿第一滑动轴承、第二滑动轴承转动。
具体地，所述定子部分包括定子铁芯，所述定子铁芯外通过线圈骨架缠绕有线圈。所述转子部分还包括磁钢和转子铁芯，所述转子铁芯、磁钢依次设置在套筒外。
作为进一步的结构优化，所述转子部分包括转子套和转子内套，所述转子套套设在转子内套外与转子内套构成一体，所述转子套和转子内套之间设置有第五密封圈。所述转子内套包括旋转杆和套筒，所述套筒外连接有挡圈，所述转子套与挡圈之间形成有环形转子腔，所述转子腔内设置有磁钢和转子铁芯，所述磁钢设置在转子铁芯外。
在定子套外，所述滚针轴连接有水管接头，所述水管接头上连接有进水接口和出水接口；进水接口接入的液体进入水管接头后，可以从出水接口排出。
所述滚针轴内设置有第一液体输送长孔，所述第一液体输送长孔与进水接口、出水接口连通；所述旋转杆内设置有第二液体输送长孔，所述第一液体输送长孔与第二液体输送长孔连通；在所述第一滑动轴承处，所述滚针轴上设置有液体输送孔，所述液体输送孔与第二液体输送长孔连通，所述第二液体输送长孔内液体通过液体输送孔向第一滑动轴承输送。这样，进水接口接入的液体(如生理盐水)进入水管接头后，通过第一液体输送长孔、第二液体输送长孔、液体输送孔进入第一滑动轴承，为第一滑动轴承润滑、冷却；同时，液体进入到第一滑动轴承与旋转杆之间，由于液体具有一定的压力，当液体的压力与血液的压力平衡时，能够有效阻止第二封闭空间内的血液进入第一滑动轴承内，从而起到密封的作用。
而且，液体通过第一液体输送长孔进入到第一液体输送长孔与第二液体输送长孔的接触处(即滚针轴与旋转杆接触处)，为第二滑动轴承润滑、冷却，然后液体从出水接口排出，形成循环。
为了有利于液体循环，所述滚针轴内具有两个第一液体输送长孔，所述滚针轴上设置有进水孔和出水孔，一个第一液体输送长孔通过进水孔与进水接口连通，另一个第一液体输送长孔通过出水孔与出水接口连通。此时，进水接口接入的液体(如生理盐水，起到冷却、密封的作用)通过进水孔进入水管接头后，通过一个第一液体输送长孔进入第二液体输送长孔，然后从第二液体输送长孔返回到另一个第一液体输送长孔，通过出水孔流向出水接口。
为了便于装配安装水管接头，所述滚针轴表面设置有环形的进水槽和出水槽，所述进水孔位于进水槽内，所述出水孔位于出水槽内。这样，在安装水管接头和滚针轴时，只要保证进水接口与进水槽对应(即连通)，出水接口与出水槽对应，即可保证液体循环路径的畅通(导通)。此时，水管接头和滚针轴水平旋转多少角度均不会影响导通。
为了减小磨损，所述旋转杆外套设有第一耐磨环，所述第一耐磨环位于第一滑动轴承与叶轮之间。
为了减小磨损，同时起到密封作用，所述旋转杆外由上向下依次套设有第二耐磨环、硅胶垫片和密封盖，所述第二耐磨环、硅胶垫片和密封盖位于第一滑动轴承与套筒之间。
本发明心室辅助用离心泵通过对转子、冷却润滑结构的设计，将转子部分与冷却润滑结构相结合，避免将冷却密封液(净化液)的管路设置在泵体主体上，缩小了泵体的尺寸，实现血液泵的小型化，装置可以直接置入胸腔，避免置入腹腔带来的感染和出血等风险。同时，冷却润滑结构的设计，冷却密封液(净化液)的管路，不需经过转子外围，减少冷却密封液(净化液)对转子转动的阻力，而且避免转子部分浸泡在液体中腐蚀转子部件。本发明心室辅助用离心泵属于第二代机械轴承式心室辅助装置，通过密封设计及叶轮设计将血液腔(第二封闭空间)与轴承腔(第一封闭空间)隔绝，避免血液进入轴承腔，减少轴承对血细胞的破坏，降低血液与轴承接触而产生血栓和炎性因子的风险。
附图说明
图1为上泵壳示意图。
图2为叶轮示意图。
图3为下泵壳示意图。
图4为定子铁芯示意图。
图5为线圈骨架示意图。
图6为定子内套示意图。
图7为转子部分示意图。
图8为滚针轴示意图。
图9为水管接头示意图。
图10为心室辅助用离心泵剖面图。
图11为心室辅助用离心泵另一视角剖面图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-11所示，心室辅助用离心泵，包括上泵壳1和下泵壳，所述上泵壳1上设置有血液进口2和血液出口3。
如图3所示，所述下泵壳由定子盖7和定子套8构成第一封闭空间，所述定子盖7上设置有第一安装孔9，所述定子套8底部设置有第二安装孔10和螺口11(用于安装电源线)，螺口11上通过接头密封圈46安装有螺帽45。第一安装孔9、第二安装孔10用于安装固定转子部分。
所述上泵壳1安装在下泵壳上，具体地，定子套8上设置有外螺纹，上泵壳上设置有内螺纹，上泵壳1通过螺纹旋拧在定子套8上。所述上泵壳1与定子盖7、定子套8之间分别设置有第一密封圈33，34(密封圈为O型密封圈，下同)，第一密封圈33，34分别设置在定子盖7上设置的两个密封槽内。上泵壳1与定子盖7之间形成第二封闭空间，所述第二封闭空间内安装有叶轮4(如图2所示，叶轮4包括叶片5和安装座6)。
所述定子套8内设置有定子内套15，如图6所示，所述定子内套15将第一封闭空间分割成内外两部分，所述定子内套15与定子盖7之间设置有第三密封圈35，第三密封圈35分别设置在定子盖7上设置的密封槽内。所述定子内套15具有第三安装孔16，所述第三安装孔16(突出)位于第二安装孔内10，所述定子内套15与定子套8(第二安装孔10)之间设置有第二密封圈43，第二密封圈43设置在定子内套15上设置的密封槽内。这样，在第一封闭空间内，定子内套15外设置有定子部分，定子内套15内设置转子部分。定子部分和转子部分构成旋转驱动部件，即定子部分和转子部分工作，使转子部分旋转，此为现有技术，不再赘述。
所述定子部分包括定子铁芯12(如图4所示)，所述定子铁芯12外通过线圈骨架(如图5所示，包括上线圈骨架13、下线圈骨架14)缠绕有线圈。
如图7所示，所述转子部分包括转子套18和转子内套17，所述转子套18套设在转子内套17外与转子内套17构成一体，具体地，转子套18通过螺纹旋拧在转子内套17上，所述转子套18和转子内套17之间设置有第五密封圈36,49，分别位于转子套18与挡圈21外缘之间，以及转子套18与套筒20之间。第五密封圈36设置在挡圈21外缘上设置的密封槽内，第五密封圈49设置在套筒20上设置的密封槽内。所述转子内套17包括旋转杆19和套筒20，所述套筒20安装在旋转杆19下方，所述旋转杆19穿过第一安装孔9进入第二封闭空间与叶轮4连接。转子部分转动时，带动叶轮4旋转，通过血液进口2将血液吸入，然后从血液出口3排出，实现血液的泵送。所述套筒外20连接有挡圈21，所述转子套18与挡圈21之间形成有环形转子腔，所述转子腔内设置有磁钢47和转子铁芯48，所述磁钢47设置在转子铁芯48外。
在第一安装孔9内，所述旋转杆19通过第一滑动轴承50安装在定子盖7上，为进行密封，所述第一滑动轴承50与第一安装孔9之间设置有第一密封圈37，第一密封圈37设置在第一滑动轴承50上设置的密封槽内。旋转杆19外套设有第一耐磨环38，所述第一耐磨环38位于第一滑动轴承50与叶轮4之间。旋转杆19外由上向下依次套设有第二耐磨环39、硅胶垫片40和密封盖41，所述第二耐磨环39、硅胶垫片40和密封盖41位于第一滑动轴承50与套筒20之间，起到减小磨损，同时起到密封作用。这样的结构设计，第二封闭空间与第一封闭空间隔绝，避免血液进入第二封闭空间，减少轴承对血细胞的破坏，降低血液与轴承接触而产生血栓和炎性因子的风险。
所述套筒20内通过第二滑动轴承51安装有滚针轴22(如图8所示)，所述滚针轴22下端穿过第三安装孔16伸出定子套8外，所述定子内套15(第三安装孔16)与滚针轴22之间设置有第四密封圈42，第四密封圈42设置在滚针轴22上设置的密封槽内。
针对上述定子部分的设计，这样定子部分沿第一滑动轴承50、第二滑动轴承51转动。具体地，定子部分上方通过旋转杆19在第一滑动轴承50上转动，定子部分下方通过滚针轴22在第二滑动轴承51上转动。
在定子套8外，所述滚针轴22连接有水管接头28(如图9所示)，滚针轴22通过螺纹旋拧在水管接头28上，由于定子内套15通过第二安装孔10伸出，即定子内套15的第三安装孔16通过第二安装孔10伸出，水管接头28也套设在第三安装孔16上，水管接头28与第三安装孔16之间也设置有密封圈44。
所述水管接头28上连接有进水接口29和出水接口30。所述滚针轴22内具有两个第一液体输送长孔23,24，同时滚针轴22上设置有进水孔27和出水孔，一个第一液体输送长孔23通过进水孔27与进水接口29连通，另一个第一液体输送长孔24通过出水孔与出水接口30连通。所述旋转杆19内设置有第二液体输送长孔31，两个第一液体输送长孔23,24与第二液体输送长孔31连通。
此时，进水接口29接入的液体(如生理盐水)通过进水孔27进入水管接头28后，通过一个第一液体输送长孔23进入第二液体输送长孔31，然后从第二液体输送长孔31返回到另一个第一液体输送长孔24，通过出水孔流向出水接口30。
在所述第一滑动轴承50处，所述滚针轴22上设置有液体输送孔32，所述液体输送孔32与第二液体输送长孔31连通，所述第二液体输送长孔31内液体通过液体输送孔32向第一滑动轴50承输送，起到冷却润滑作用。
这样，进水接口29接入的液体(如生理盐水)进入水管接头28后，通过第一液体输送长孔23,24、第二液体输送长孔31、液体输送孔32进入第一滑动轴承50，为第一滑动轴承50润滑、冷却，同时通过第一液体输送长孔23,24进入到第一液体输送长孔23,24与第二液体输送长孔32的接触处(即滚针轴22与旋转杆19接触处)，为第二滑动轴承51润滑、冷却，然后液体从出水接口30排出，形成循环。
通过上述对转子结构、冷却润滑结构的设计，缩小了转子部分尺寸，实现装置可以直接置入胸腔，避免置入腹腔带来的感染和出血等风险。
为了便于装配安装水管接头28，所述滚针轴22表面设置有环形的进水槽25和出水槽26，所述进水孔27位于进水槽25内，所述出水孔位于出水槽26内。这样，在安装水管接头28和滚针轴22时，只要保证进水接口29与进水槽25对应(即连通)，出水接口30与出水槽26对应，即可保证液体循环路径的畅通(导通)。此时，水管接头28和滚针轴22水平旋转多少角度均不会影响导通。
上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。
Claims (16)
1.心室辅助用离心泵，其特征在于包括上泵壳和下泵壳，所述下泵壳由定子盖和定子套构成第一封闭空间，所述定子盖上设置有第一安装孔，所述定子套底部设置有第二安装孔；所述第一封闭空间内安装有定子部分和转子部分，所述定子部分和转子部分构成旋转驱动部件；所述上泵壳安装在下泵壳上，所述上泵壳上设置有血液进口和血液出口，所述上泵壳与定子盖之间形成第二封闭空间，所述第二封闭空间内安装有叶轮；所述转子部分包括旋转杆和套筒，所述套筒安装在旋转杆下方，所述旋转杆穿过第一安装孔进入第二封闭空间与叶轮连接；在第一安装孔内，所述旋转杆通过第一滑动轴承安装在定子盖上；所述套筒内通过第二滑动轴承安装有滚针轴，所述滚针轴下端穿过第二安装孔伸出定子套外；定子部分沿第一滑动轴承、第二滑动轴承转动；在定子套外，所述滚针轴连接有水管接头，所述水管接头上连接有进水接口和出水接口；所述滚针轴内设置有第一液体输送长孔，所述第一液体输送长孔与进水接口、出水接口连通；所述旋转杆内设置有第二液体输送长孔，所述第一液体输送长孔与第二液体输送长孔连通；在所述第一滑动轴承处，所述滚针轴上设置有液体输送孔，所述液体输送孔与第二液体输送长孔连通，所述第二液体输送长孔内液体通过液体输送孔向第一滑动轴承输送。
2.根据权利要求1所述的心室辅助用离心泵，其特征在于：所述第一滑动轴承与第一安装孔之间、上泵壳与定子盖和定子套之间均设置有第一密封圈。
3.根据权利要求1所述的心室辅助用离心泵，其特征在于：所述定子套内设置有定子内套，所述定子内套将第一封闭空间分割成内外两部分；在第一封闭空间内，所述定子部分设置在定子内套外，所述转子部分设置在定子内套内。
4.根据权利要求3所述的心室辅助用离心泵，其特征在于：所述定子内套具有第三安装孔，所述第三安装孔位于第二安装孔内，所述滚针轴穿过第三安装孔伸出定子套外。
5.根据权利要求4所述的心室辅助用离心泵，其特征在于：所述定子内套与定子套之间设置有第二密封圈。
6.根据权利要求3所述的心室辅助用离心泵，其特征在于：所述定子内套与定子盖之间设置有第三密封圈。
7.根据权利要求3所述的心室辅助用离心泵，其特征在于：所述定子内套与滚针轴之间设置有第四密封圈。
8.根据权利要求1-7任一项所述的心室辅助用离心泵，其特征在于：所述定子部分包括定子铁芯，所述定子铁芯外通过线圈骨架缠绕有线圈。
9.根据权利要求1-7任一项所述的心室辅助用离心泵，其特征在于：所述转子部分还包括磁钢和转子铁芯，所述转子铁芯、磁钢依次设置在套筒外。
10.根据权利要求9所述的心室辅助用离心泵，其特征在于：所述转子部分包括转子套和转子内套，所述转子套套设在转子内套外与转子内套构成一体；所述转子内套包括旋转杆和套筒，所述套筒外连接有挡圈，所述转子套与挡圈之间形成有环形转子腔，所述转子腔内设置有磁钢和转子铁芯，所述磁钢设置在转子铁芯外。
11.根据权利要求10所述的心室辅助用离心泵，其特征在于：所述转子套和转子内套之间设置有第五密封圈。
12.根据权利要求1所述的心室辅助用离心泵，其特征在于：所述旋转杆外套设有第一耐磨环，所述第一耐磨环位于第一滑动轴承与叶轮之间。
13.根据权利要求1所述的心室辅助用离心泵，其特征在于：所述旋转杆外由上向下依次套设有第二耐磨环、硅胶垫片和密封盖，所述第二耐磨环、硅胶垫片和密封盖位于第一滑动轴承与套筒之间。
14.根据权利要求1所述的心室辅助用离心泵，其特征在于：所述滚针轴内具有两个第一液体输送长孔，所述滚针轴上设置有进水孔和出水孔，一个第一液体输送长孔通过进水孔与进水接口连通，另一个第一液体输送长孔通过出水孔与出水接口连通。
15.根据权利要求14所述的心室辅助用离心泵，其特征在于：所述滚针轴表面设置有环形的进水槽和出水槽，所述进水孔位于进水槽内，所述出水孔位于出水槽内。
16.根据权利要求1所述的心室辅助用离心泵，其特征在于：所述定子套底部设置有用于安装电源线的螺口，所述螺口上通过接头密封圈安装有螺帽。
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