CN110603063B - 抗血栓表面电势陶瓷元件 - Google Patents

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Abstract

一种包括壳体的植入式血泵。至少一个定子被设置在该壳体内。转子被设置在该壳体内，该至少一个定子被配置成用于当电流被施加至该定子时旋转该转子。至少一个至少部分压电的盘被设置在该壳体内。

Description

抗血栓表面电势陶瓷元件
技术领域
本公开涉及具有集成的抗血栓元件的血泵。
背景技术
用作机械循环支持设备(或“MCSD”)的植入式血泵包括用于将血液从心脏移出至身体其他部位的泵送机制。泵送机制可以是离心流泵，诸如，由在美国佛罗里达州迈阿密湖的HeartWare公司制造的HVAD@泵。在美国专利No.8,512,013中进一步讨论了HVAD@泵，该专利的公开内容藉此以其整体并入本文。在操作中，血泵从源(诸如患者心脏的右心室、左心室、右心房或左心房)吸取血液并将该血液推动到主动脉(诸如，患者的升主动脉或外周动脉)中。
在示例性
Figure BDA0002245945680000011
泵中，叶轮被定位于壳体内，该壳体具有上游流入插管以及下游出口。叶轮被配置成用于沿着由转子限定的轴旋转以及将血液在上游从流入插管推动至下游出口。在此类配置中，叶轮以与其绕着旋转的轴基本垂直的方向泵送血液。泵中包括双定子，一个在叶轮的上游并且一个在叶轮的下游，并且各自被配置成用于旋转叶轮以用于推动血液。非铁磁陶瓷盘设置在叶轮以及每一个对应的定子之间，该非铁磁陶瓷盘将对应的定子与叶轮分离并且提供了平滑的表面以用于泵送血液。然而，由于每一个陶瓷盘与叶轮之间的小间隙，颗粒可能滞留于叶轮与陶瓷盘之间。
发明内容
一些实施例有利地提供了包括壳体的植入式血泵。至少一个定子被设置在该壳体内。转子被设置在该壳体内，该至少一个定子被配置成用于当电流或电压被施加至该定子时旋转该转子。至少一个至少部分压电的盘被设置在该壳体内。
在本实施例的另一方面中，该至少一个至少部分压电的元件是来自由陶瓷盘以及陶瓷管组成的组中的至少一个。
在本实施例的另一方面中，该至少一个至少部分压电的元件与电源通信。
在本实施例的另一方面中，该至少一个至少部分压电的元件包括由至少一个非压电区域分离的多个压电区域。
在本实施例的另一方面中，电源被配置成用于向多个压电区域中的每一个选择性地施加电压并感应出电流。
在本实施例的另一方面中，该至少一个至少部分压电的元件被配置成用于当电源向该至少一个至少部分压电的元件施加电压并感应出电流时振动。
在本实施例的另一方面中，该至少一个至少部分压电的元件在该血泵的操作期间生成表面电势。
在本实施例的另一方面中，该至少一个至少部分压电的元件包括由至少一个非压电区域分离的多个压电区域。
在本实施例的另一方面中，电源被配置成用于调节多个压电区域的表面电势。
在本实施例的另一方面中，该至少一个至少部分压电的元件是完全压电的。
在另一实施例中，植入式血泵包括壳体，该壳体具有上游端以及下游端。第一定子被设置在该壳体中。转子被设置在壳体内，该第一定子被配置成用于当电压被施加至该第一定子时旋转该转子。该转子被定位于壳体内在该定子下游。第一至少部分压电的盘被设置在该壳体内，该第一至少部分压电的盘被设置在该第一定子以及该转子之间。第二定子被设置在壳体内在该转子下游，该第二定子被配置成用于当电压被施加至该第二定子时旋转该转子。第二至少部分压电的盘被设置在该第二定子以及该转子之间。
在本实施例的另一方面中，该至少一个至少部分压电的元件与壳体外部的电源通信。
在本实施例的另一方面中，该第一至少部分压电的盘以及该第二至少部分压电的盘是由来自由陶瓷盘以及陶瓷管组成的组中的一个组成。
在本实施例的另一方面中，该第一至少部分压电的盘以及该第二至少部分压电的盘包括由至少一个非压电区域分离的多个压电区域。
在本实施例的另一方面中，电源被配置成用于向多个压电区域中的每一个选择性地施加电压并感应出电流。
在本实施例的另一方面中，该第一至少部分压电的盘以及该第二至少部分压电的盘被配置成用于当电源向该至少一个至少部分压电的元件施加电压并感应出电流时振动。
在本实施例的另一方面中，该第一至少部分压电的盘以及该第二至少部分压电的盘在血泵的操作期间生成表面电势。
在本实施例的另一方面中，该第一至少部分压电的盘以及该第二至少部分压电的盘包括由至少一个非压电区域分离的多个压电区域。
在本实施例的另一方面中，电源被配置成用于调节多个压电区域的表面电势。
在另一实施例中，一种用于从植入式血泵清除血栓的方法包括向设置在该植入式血泵内的至少部分压电的材料施加电压并感应出电流，该血泵具有转子以及至少一个定子，该至少一个定子被配置成用于旋转该转子，该至少部分压电的材料设置在该转子以及该至少一个定子之间。
附图说明
在结合附图考虑时，通过参考以下详细说明，将更容易地理解本文所述实施例的更完整的理解以及其所伴随的优点和特征，其中：
图1是根据本申请的原理构造的示例性血泵的分解视图；
图2是图1中示出的组装的血泵的横截面视图；
图3是图2中示出的血泵的切片横截面视图；
图4是图1中示出的压电盘的俯视图；以及
图5是图4中示出的压电盘的另一配置的俯视图。
具体实施方式
如本文所使用的，诸如“第一”和“第二”、“顶部”和“底部”等等之类的关系术语可单独地用于将一个实体或要素与另一实体或要素区别开来，而不一定要求或暗示这些实体或要素之间的任何物理或逻辑关系或顺序。
现在参见各附图，其中相同的附图标记表示相同的元件，在图1中示出的是根据本申请的原理构造的并一般地指定成“10”的示例性血泵。根据本公开的一个实施例的血泵10包括容纳血泵10的组件的静态结构或壳体12。在一个配置中，壳体12包括下部壳体或第一部分14、上部壳体或第二部分16以及入口部分或流入插管18，其包括外管18a以及内管18b。第一部分14以及第二部分16协同地限定螺旋(volute)形腔室20，该螺旋形腔室20具有延伸通过第一部分以及流入插管18的主纵向轴22。腔室20限定了围绕轴22逐渐增加到腔室20的外围上的出口位置的半径。第一部分14以及第二部分16限定了与腔室20通信的出口24。第一部分14以及第二部分16还限定了通过磁透(magnetically permeable)壁与螺旋形腔室20分离的隔离腔室(未示出)。
现在参考图1和图2，流入插管18大体上是圆柱形的并且从第一部分延伸并且大体上沿着轴22延伸。流入插管18具有远离第二部分16的上游端或近侧端26以及靠近腔室20的下游端或远侧端28。上文所提到的壳体12的各个部分彼此固定地连接，由此使得壳体12整体限定了连续的封闭流动路径。流动路径在流动路径的上游端处从上游端26延伸至流动路径的下游端处的出口24。在图1中，沿着流动路径的上游和下游方向分别由箭头U以及D指示。沿着轴22将柱30安装至第一部分14。具有中心孔34的大体上为盘形状的铁磁转子32被安装在腔室20内以用于绕着轴22旋转。转子32包括永磁体并且还包括用于将血液从转子32的中心附近转移至转子32的外围的流动通道。在组装的情况下，在转子32的中心孔中接收柱30。具有多个线圈的第一定子36可被设置在转子32下游的第一部分14内。第一定子36可以沿着轴22与转子轴向地对齐，由此使得当将电流施加至第一定子36中的多个线圈时，由第一定子36生成的电磁力旋转转子32并且泵送血液。第二定子38可被设置在转子32上游的第二部分16内。第二定子38可被配置成用于结合第一定子36操作或独立于第一定子36操作以用于旋转转子32。
在第一定子36以及第二定子38上分别提供了电连接器41以及43(图1)以用于将线圈连接至电源，诸如控制器(未示出)。控制器被布置成将电力施加至泵的线圈以用于创造旋转的磁场，该旋转的磁场将转子32以预定的第一旋转方向绕着轴22旋转，诸如由图1中的箭头所指示的方向R，即，如从流入插管18的上游看到的逆时针方向。在血泵10的其他配置中，第一方向可以是顺时针的。转子32的旋转沿着流动路径向下游推动血液，由此使得血液以下游方向D沿着流动路径移动并且通过出口24离开。在旋转期间，流体动力以及磁性轴承(未示出)支持转子32并且维持转子32在操作期间不与第一部分14以及第二部分16的元件接触，如下文更加详细地讨论的。上文所描述的组件的一般布置可与本申请的受让人HeartWare,Inc.以HVAD的名义出售的MCSD中所使用的血泵10相似。在此类泵以及大体设计相同的变体中所使用的诸如磁体、电磁线圈以及流体动力轴承之类的组件的布置在美国专利Nos.6,688,861；7,575,423；7,976,271；以及8,419,609中描述，上述专利的公开通过引用结合于此。
现在参考图1-图5，第一非铁磁盘40可被设置在转子32下游的第一部分14内在第一定子36与转子32之间，并且第二非铁磁盘42可被设置在转子32上游的第二部分16内在第二定子38与转子32之间。第一盘40以及第二盘42可至少部分地由压电材料组成，例如，压电陶瓷，该压电材料被配置成用于在存在电压和/或电流的情况下振动、生成电势和/或该二者的组合。第一盘40以及第二盘42可通过利用压电材料涂覆(coated)或具有包括压电材料的多个部分而完全地或至少部分地由压电陶瓷组成。例如，在一个配置中，第一盘40和/或第二盘42可限定由至少一个非压电区域46分离的压电材料组成的多个区域44。非压电区域46的大小可根据特定的应用而变化。例如，如图4中所示出的，多个区域44与至少一个压电区域46大小相等。由此，仅第一盘40以及第二盘42的一部分可以是压电的。如图5中所示出的，多个区域44的大小被设计成基本地涵盖第一盘40以及第二盘42中每一个盘的全部。压电区域44以及非压电区域46的任何组合以及大小可涵盖盘40以及盘42中的一个或其二者。
盘40和/或盘42以及它们相关联的多个区44可电耦合至电压源48，该电压源48被配置成用于将电势同时地和/或顺序地施加至多个区域44中的每一个以及在盘40和/或盘42中感应出电流。电压源48可以与被配置成用于向第一定子36以及第二定子38供电的电压源相同的电压源，或者也可以是单独的电压源。例如，导体41以及43可被分离以用于连接至多个区域44，或者一个或多个单独的导体可连接该多个区域44以用于提供特定的表面电势。例如，如图4中所示出的，向多个区域44施加了由“+”符号所指示的正电势。非压电区域46由“0”指示以用于表示中性电荷。在其他配置中，如图5中所示出的，压电区域44可带负电荷，或可在正电荷以及负电荷之间交替。在一个配置中，电压电势的施加导致盘40以及42振动、生成电势或其二者，其可具有移除(dislodge)分别在盘40以及42的表面上形成的任何血栓的效果。可间歇性地将来自电压源48的表面电势同时地或顺序地施加至每一个盘40以及42。例如，电压源48可被编程以用于以预定的间隔(例如，每5秒，但也可选择任何间隔)施加电压，并由此递送电流。电压源48可进一步被编程以用于选择性地将电压同时地或顺序地施加至多个区域44中的每一个，由此使得可独立于其他区域44地向每一个区域44施加电压电势或与其他区域44同时地向每一个区域44施加电压电势。此外，如图5中所示出的，每一个区域44与相邻区域可具有相同的或可能相反的电势，或具有比相邻区域更大的表面电势。例如，盘40以及42中的一个或其二者中的一个区域44可具有预定电压的表面电势，并且其他区域44可具有该预定电压的一半、两倍、三倍等的表面电势。由此，可创造不同强度的具有不同的电势的振动区域44或区域44的模式，以用于有效地从盘40和/或盘42的表面清洗血栓。盘40和/或盘42可进一步展示压电效应，因为盘40和/或42可响应于随施加的机械应力进行振动而生成表面电势。例如，基于厚度、大小以及其他材料属性，压电盘40和/或42可在泵的操作的期间振动，其导致在盘40和/或盘42的表面上创造表面电势。所生成的表面电势可被配置成用于将血栓从盘40和/或盘42排走(repel)。盘40和/或盘42可在形状以及厚度上不一定一致，并且因此可展现不同的压电效应，可利用该不同的压电效应来有效地减少血栓。例如，特定区域44可比其他区域生成更大的电势，由此创造扫掠效应(sweepingeffect)以用于从盘40和/或盘42的表面清洗血栓或其他颗粒。
在一个配置中，盘40和/或盘42可包括微机电系统(MEMS)设备50，该设备50在盘40和/或盘42的表面上面向它们各自的定子36以及38，该设备50被配置成用于选择性地向盘40和/或盘42施加表面电势或接收来自盘40和/或盘42的电荷。例如，MEMS设备50可以是附着于盘40和/或盘42的粘贴物(sticker)，或者替代地可以被附接至或蚀刻进每一个盘40和/或42的表面中。MEMS设备50可被耦合至电压源48并且可进一步包括无线发射器以及接收器(未示出)，由此使得多个区域44可包括每一个区域44内的独立可控制的阵列。例如，如图4中所示出的，MEMS设备50限定了独立地可控制的部分的网格，其可以串联地、同时地或以预定的模式激活以导致期望的压电效应。MEMS设备50可被设置在盘40和/或盘42的一部分上或涵盖整个盘40和/或盘42。
虽然上文中的实施例是相对于双定子系统描述的，所设想的是，可以以本文中所描述的方式在具有单个定子的轴流泵中使用压电管，所述具有单个定子的轴流泵如在美国专利No.8,007,254以及美国专利申请公开No.2015/0051438A1中所描述的并且由本申请的受让人HeartWare,Inc.以HVAD的名义出售。例如，轴流泵(诸如，MVAD)包括非压电陶瓷管，叶轮在该非压电陶瓷管内旋转。非压电管可包括上文中以压电盘40以及42的功能或任何组合所描述的压电属性。
本领域技术人员应当理解，本实施例不限于以上在本文中已具体示出并描述的内容。另外，除非作出与以上相反的提及，应该注意所有附图都不是按比例的。鉴于以上教示，在不背离以下实施例的范围的情况下，多种修改和变化是可能的：
实施例1.一种植入式血泵，包括：
壳体；
至少一个定子，该至少一个定子设置在该壳体内
转子，该转子被设置在该壳体内，该至少一个定子被配置成用于当电流被施加至该定子时旋转该转子；以及
至少一个至少部分压电的元件，该元件被设置在该壳体内。
实施例2.根据实施例1中的血泵，其中，该至少一个至少部分压电的元件是来自由陶瓷盘以及陶瓷管组成的组中的至少一个。
实施例3.根据实施例1或2中的血泵，其中，该至少一个至少部分压电的元件与电源通信。
实施例4.根据实施例3中的血泵，其中，该至少一个至少部分压电的元件包括由至少一个非压电区域分离的多个压电区域。
实施例5.根据实施例4中的血泵，其中，电源被配置成用于选择性地将电流或电压施加至多个压电区域中的每一个。
实施例6.根据实施例3中的血泵，其中，该至少一个至少部分压电的元件被配置成用于当电源将电流或电压施加至该至少一个至少部分压电的元件时振动。
实施例7.根据实施例3中的血泵，其中，该至少一个至少部分压电的元件在该血泵的操作期间生成表面电势。
实施例8.根据实施例7中的血泵，其中，该至少一个至少部分压电的元件包括由至少一个非压电区域分离的多个压电区域。
实施例9.根据实施例8中的血泵，其中，电源被配置成用于调节多个压电区域的表面电势。
实施例10.根据实施例1中的血泵，其中该至少一个至少部分压电的元件是完全压电的。
实施例11.一种植入式血泵，包括：
壳体，该壳体具有上游端以及下游端；
第一定子，该第一定子被设置在该壳体中；
转子，该转子被设置在该壳体中，该第一定子被配置成用于当电流被施加至该第一定子时旋转该转子，该转子被定位于该壳体内在该第一定子的下游；以及
第一至少部分压电的盘，该第一至少部分压电的盘被设置在该壳体内，该第一至少部分压电的盘被设置在该第一定子以及该转子之间；以及
第二定子，该第二定子被设置在壳体内在该转子下游，该第二定子被配置成用于当电流被施加至该第二定子时旋转该转子；以及
第二至少部分压电的盘，该第二至少部分压电的盘被设置在该第二定子以及该转子之间。
实施例12.一种从植入式血泵清除血栓的方法，包括：
将电流或电压施加至布置在血泵内的至少部分压电的材料，该血泵具有转子以及至少一个定子，该至少一个定子被配置成用于旋转该转子，该至少部分压电的材料被设置在该转子以及该至少一个定子之间。

Claims (14)

1.一种植入式血泵，包括：
壳体；
至少一个定子，所述至少一个定子设置在所述壳体内；
转子，所述转子被设置在所述壳体内，所述至少一个定子被配置成用于当电流被施加至所述定子时旋转所述转子；以及
至少一个至少部分压电的元件，所述至少一个至少部分压电的元件被设置在所述壳体内并且与所述至少一个定子以及所述转子分离；并且
所述至少一个至少部分压电的元件包括由至少一个非压电区域分离的多个压电区域。
2.根据权利要求1中所述的血泵，其特征在于，所述至少一个至少部分压电的元件是来自由陶瓷盘以及陶瓷管组成的组中的一个。
3.根据权利要求2中所述的血泵，其特征在于，所述至少一个至少部分压电的元件与电源通信。
4.根据权利要求3所述的血泵，其特征在于，所述电源被配置成用于将来自由电压以及电流组成的组中的至少一个选择性地施加至所述多个压电区域中的每一个。
5.根据权利要求3所述的血泵，其特征在于，所述至少一个至少部分压电的元件被配置成用于当所述电源将来自由电压以及电流组成的所述组中的至少一个施加至所述至少一个至少部分压电的元件时振动。
6.根据权利要求3中所述的血泵，其特征在于，所述至少一个至少部分压电的元件在所述血泵的操作期间生成表面电势。
7.根据权利要求6中所述的血泵，其特征在于，所述至少一个至少部分压电的元件包括由至少一个非压电区域分离的多个压电区域。
8.根据权利要求7中所述的血泵，其特征在于，所述电源被配置成用于调节所述多个压电区域的所述表面电势。
9.根据权利要求1所述的血泵，其特征在于，所述至少一个至少部分压电的元件是完全压电的。
10.根据权利要求1中所述的血泵，其特征在于，所述至少一个定子包括：
第一定子，所述第一定子设置在所述壳体内，所述第一定子被配置成用于当来自由电压以及电流电压组成的所述组中的至少一个被施加至所述第一定子时旋转所述转子，所述转子被设置在所述壳体内在所述第一定子下游；以及第二定子，所述第二定子设置在所述壳体内在所述转子下游，所述第二定子被配置成用于当电压被施加至所述第二定子时旋转所述转子；并且
其中，所述至少一个压电元件包括：
第一至少部分压电的盘，所述第一至少部分压电的盘被设置在所述第一定子以及所述转子之间；以及下游的第二至少部分压电的盘，所述第二至少部分压电的盘设置在所述第二定子以及所述转子之间。
11.根据权利要求10中所述的血泵，其特征在于，所述第一至少部分压电的盘以及所述第二至少部分压电的盘与在所述壳体外部的电源通信。
12.根据权利要求10中所述的血泵，其特征在于，所述第一至少部分压电的盘以及所述第二至少部分压电的盘由陶瓷盘组成。
13.根据权利要求11中所述的血泵，其特征在于，所述第一至少部分压电的盘以及所述第二至少部分压电的盘各自包括由至少一个非压电区域分离的多个压电区域。
14.根据权利要求13中所述的血泵，其特征在于，所述电源被配置成用于将来自由电压以及电流组成的所述组中的至少一个选择性地施加至所述多个压电区域中的每一个，并且其中所述第一至少部分压电的盘以及所述第二至少部分压电的盘被配置成用于当来自由电压以及电流组成的所述组中的至少一个被施加时振动。
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