CN111097077A - 一种体外磁驱动液悬浮轴流式血泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种体外磁驱动液悬浮轴流式血泵，体外磁驱动液悬浮轴流式血泵包括：体外驱动系统和植入式血泵；植入式血泵包括：血泵装置和附件；由外科手术将植入式血泵植入胸腔内，由体外驱动系统耦合磁力驱动植入式血泵工作，实现心室辅助的功能。体外磁驱动液悬浮轴流式血泵是一种泵与电机分离的装置，无电源植入，杜绝了植入式血泵因电气造成的故障，植入式血泵不需要定子绕组和铁芯，体内没有电发热的问题，重量与体积可以大大减小。

Description

一种体外磁驱动液悬浮轴流式血泵

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种体外磁驱动液悬浮轴流式血泵。

背景技术

心脏病是人类第一杀手，各种心脏病最终都表现为心衰，目前治疗晚期心衰仍没有简单高效的办法，只有心脏移植和人工心脏两种外科治疗手段最有效，由于心脏移植受到供体来源的严重制约，成为了一项象征性技术，因此人工心脏就成了绝大多数心衰患者挽救生命的最后一线希望了。人工心脏简称为“血泵”，包括全人工心脏、辅助性人工心脏(或称为“心室辅助装置”)，目前国际上辅助性血泵已经有几种产品获得临床批准，大量应用于临床，一般是用心室辅助装置将血液从左心室抽出，加压输送至主动脉，以此辅助心脏做功。

以轴流式血泵和离心式为代表的血泵，以其血液破坏性小、适于胸腔内安装等优点已成为植入性血泵的研究重点，但是，已经公开的血泵的缺点是都是有源植入，电气容易出现故障，还有发热大，结构复杂，有死角，容易造成血栓。血泵在工作时，由于转速都高，支撑部件容易磨损，严重影响血泵的寿命，二代血泵是用滑动轴承来支撑叶轮工作，由于轴承受力面积小，摩损速度快；三代血泵，采用磁悬浮轴承，虽然可以避免磨损，但是结构复杂，造成血泵体积较大、故障率高等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种体外磁驱动液悬浮轴流式血泵，是一种泵与电机分离的装置，无电源植入，杜绝了植入式血泵因电气造成的故障，植入式血泵不需要定子绕组和铁芯，体内没有电发热的问题，重量与体积可以大大减小，安全性和实用性高。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种体外磁驱动液悬浮轴流式血泵，所述体外磁驱动液悬浮轴流式血泵包括：体外驱动系统和植入式血泵，所述体外驱动系统用于驱动所述植入式血泵工作，所述植入式血泵包括：血泵装置和附件；

所述血泵装置包括泵壳、叶轮、前导叶、后导叶；

所述叶轮包括前球头、叶片、叶轮顶檐、轮毂、转子磁钢；所述叶片为三叶螺旋式；所述叶轮顶檐设置在所述叶片顶端的背面，数量为叶片对应的三片；所述前球头镶嵌在所述轮毂的前端；所述锥轮毂是所述轮毂的后端；

所述转子磁钢置于所述叶轮的轮毂内，位于所述前球头与所述锥轮毂之间的位置。所述泵壳包括前端入口、泵腔与后端出口，所述叶轮设置在所述泵腔内，位于所述前端入口与所述后端出口之间；

所述泵腔包括一个中空圆管、前中空管和后中空管，所述中空圆管为等直径的空心管；所述前中空管和所述后中空管都一头大一头小，管壁倾斜，所述前中空管的管壁与轴线的夹角在0°-25°内，所述后中空管的管壁与轴线的夹角在0°-25°内。

所述前端入口内部设置所述前导叶；所述后端出口内部设置所述后导叶；

轮毂的后端所述前球头与所述前导叶配对，形成第一滑动轴承，所述后导叶与所述锥轮毂配对，形成第二滑动轴承；

所述附件包括心尖插管、缝合环、血泵前连接管、血泵后连接管、人工瓣膜；

所述心尖插管、所述血泵前连接管和所述前端入口依次连接；所述血泵后连接管与所述后端出口连接；所述心尖插管与左心室连接；所述血泵后连接管与主动脉连接；

所述缝合环套设在所述心尖插管后端外，用于固定所述心尖插管与连接的所述血泵装置；

所述血泵后连接管中段设置所述人工瓣膜。

所述体外驱动系统包括体外驱动装置、控制器、电源和体外驱动装置附件；

所述控制器与所述体外驱动装置连接，用于调控所述体外驱动装置；

所述电源分别与所述体外驱动装置和所述控制器连接，用于为所述体外驱动装置和所述控制器提供工作电力。

可选的，所述叶轮顶檐与所述泵壳的内壁的夹角为1°-15°。

可选的，所述前导叶的外形为环状，环内壁设置三片导叶，每一所述导叶均在法线方向上且悬于内壁，相邻两片导叶成120°夹角，所述三片导叶的中心前端开放，中心后端形成球窝状并与所述前球头配对。

可选的，所述前导叶的外形为环状，环内壁设置四片导叶，每一所述导叶均在法线方向上且悬于内壁，相邻两片导叶成90°夹角，所述四片导叶的中心前端开放，中心后端形成球窝状与所述前球头配对。

可选的，所述后导叶包括三个导流叶片或四个导流叶片。

可选的，所述前导叶、所述后导叶、所述前球头和所述锥轮毂均为陶瓷材质。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明公开的体外磁驱动液悬浮轴流式血泵包括：体外驱动系统和植入式血泵，体外驱动系统用于驱动植入式血泵工作；植入式血泵包括：血泵装置和附件；由外科手术将植入式血泵植入胸腔内，由体外驱动系统耦合磁力驱动植入式血泵工作，实现心室辅助的功能。体外磁驱动液悬浮轴流式血泵是一种泵与电机分离的装置，无电源植入，杜绝了植入式血泵因电气造成的故障，植入式血泵不需要定子绕组和铁芯，体内没有电发热的问题，重量与体积可以大大减小；并且叶轮工作在正常转速范围内，轴承没有摩擦，可降低溶血，减少血栓并发症，安全性与实用性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明体外磁驱动液悬浮轴流式血泵工作方式示意图；

图2为本发明血泵装置结构剖视图的正视图；

图3为本发明血泵装置结构剖视图的左视图；

图4为本发明血泵装置内部三维示意图；

图5为本发明血泵装置各工作状态下的剖面三维示意图；

图6为本发明液动压叶轮径向受力分析图；

图7为本发明叶轮轴向受力分析图；

图8为本发明前导叶的三维示意图；

标号说明：泵壳-1、叶轮-2、叶轮顶檐-3、转子磁钢-4、前球头-5、前导叶-6、喇叭口-7、锥轮毂-8、后导叶-9、楔形槽-10、血泵装置-11、体外驱动系统-12、人工瓣膜-13、心尖插管-14、缝合环-15、血泵前连接管-16、血泵后连接管-17。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种体外磁驱动液悬浮轴流式血泵，该装置体积小，实用性强，结构简单，安全性高。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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所示，为本发明体外磁驱动液悬浮轴流式血泵工作方式示意图；该装置包括体外驱动系统12和植入式血泵，体外驱动系统12用于驱动植入式血泵工作。

植入式血泵具体包括血泵装置11和相应的附件；所述相应的附件包括人工瓣膜13、心尖插管14、缝合环15、血泵前连接管16和血泵后连接管17；心尖插管14、血泵前连接管16、血泵装置11和血泵后连接管17依次连接，心尖插管14与左心室连接，血泵后连接管17与主动脉连接；缝合环15设在心尖插管14后端外，用于固定心尖插管14与所连接的血泵装置11。

如图2所示为血泵装置结构剖视图的正视图，图4为本发明血泵装置内部三维示意图，所述血泵装置11包括泵壳1、叶轮2、前导叶6和后导叶9；

所述叶轮2包括前球头5、叶片、叶轮顶檐3、轮毂、转子磁钢4；所述叶片为三叶螺旋式；所述叶轮顶檐3设置在所述叶片顶端的背面，数量为叶片相应的三片；所述前球头5镶嵌在所述轮毂的前端；所述锥轮毂8是所述轮毂的后端；

所述转子磁钢4置于所述叶轮2的轮毂内，位于所述前球头5与所述锥轮毂8之间的位置。所述泵壳1包括前端入口、泵腔与后端出口；所述叶轮2设置在泵腔内，位于前端入口与后端出口之间；前端入口内部设置所述前导叶6；后端出口内部设置所述后导叶9；

所述前球头5与所述前导叶6配对，形成第一滑动轴承；所述后导叶9与所述锥轮毂8配对，形成第二滑动轴承。

所述血泵装置11和所述相应的附件具体连接的方式是：血泵前连接管16与前端入口连接，血泵后连接管17与后端出口连接。

所述体外驱动系统12包括体外驱动装置、控制器、电源和与相应的附件。

所述控制器与所述体外驱动装置连接，用于调控体外驱动装置；

所述电源分别与所述体外驱动装置和所述控制器连接，用于为体外驱动装置和控制器提供工作电力。

在实际应用过程中，由外科手术将植入式血泵植入胸腔内，由体外驱动系统12从胸壁外耦合磁力驱动植入式血泵工作，实现心室辅助的功能。体外磁驱动液悬浮轴流式血泵是一种泵与电机分离的装置，无电源植入，杜绝了植入式血泵因电气造成的故障；植入式血泵不需要定子绕组和铁芯，体内没有电发热的问题，重量与体积可以大大减小；并且叶轮工作在正常转速范围内，轴承没有摩擦，可降低溶血，减少血栓并发症，安全性与实用性高。

所述泵腔是外形为中间大，两头收敛的腔体，包括一个中空圆管、前中空管和后中空管，前中空管的管壁和后中空管的管壁均为倾斜面，即前中空管的管壁与轴线的夹角在0°-25°内，后中空管的管壁与轴线的夹角在0°-25°内。

如图3所示，所述叶轮2与泵腔间隙配合，叶轮顶檐3与泵腔的内壁的夹角为1°-15°，形成收敛状的楔形槽10，在所述叶轮2旋转时，液体在离心力的作用下，进入楔形槽10，产生液动压(如图6所示)，叶轮2被挤压沿受力的方向偏移，当叶轮2外周液动压的径向分力与负载径向力、重力的径向分力等径向力的合力为零时，即达到平衡状态，叶轮2工作在一定转速范围内，径向力是可以自动平衡，实现径向悬浮。

在所述叶轮2旋转时，因受到液体的向前推力，因此往前位移，贴近所述前中空管的内壁，且转速越高，向前推力越大，就贴得越近，此时叶轮2前段的楔形槽10内的液动压迅速增大，由于前段倾斜，因此液动压作用在顶檐面有一个轴向分力(如图7所示)，该力是一个对叶轮2轴向的向后推力，且转速越高，向后推力越大，当叶轮2工作在一定的转速范围内，并有足够的自由度时，所受到的向前推力与向后推力，以及重力的轴向分力等各轴向力之间，可以自动平衡，即合力为零，就达到轴向悬浮状态。

所述叶轮2受到的径向悬浮效应合并轴向悬浮效应，加上旋转时的陀螺定轴效应，即可达到完全的液悬浮状态。

可选的，所述叶轮2为四叶螺旋式，所述叶轮顶檐3为相应的四片。

如图8所示，所述前导叶6的外形为环状，环内壁有三片导叶，每一导叶在法线方向上且悬于内壁，相邻两片成120°夹角；三片导叶的中心后端形成球窝状，与前球头5间隙配合，三片导叶的中心前端开放，如喇叭口7的形状，这样可以减少血液冲刷不到的阴面与死角，避免在此处形成血栓。

可选的，所述前导叶6的外形为环状，环内壁也可以设置四片导叶，每一导叶均在法线方向上且悬于内壁，相邻两片导叶成90°夹角，四片导叶的中心前端开放，中心后端形成球窝状与前球头5间隙配合。

所述泵壳1的前端入口处设置一个前导叶6，整体材质为硬质陶瓷材料，叶轮轮毂的前后端设有一个陶瓷的前球头5，二者配对可组成一组滑动轴承；所述泵壳1的后端出口处设置一个三叶片式的后导叶9，整体材质为硬质陶瓷材料，叶轮轮毂的后端是一个陶瓷的锥轮毂8，直接与后导叶9配对，组成一组滑动轴承；两组轴承可以起到对叶轮2的支撑、限位、止推与保护作用，防止叶轮2贴壁而摩擦内壁，造成血泵破坏及溶血；设置前导叶6与后导叶9，还可以导流、起到增压与提高效率的作用。

可选的，所述后导叶9为四个导流叶片。

如图5所示，A图为液悬浮状态，叶轮2与前导叶6与后导叶9不接触；B图为叶轮2顶住前导叶6的状态，此为叶轮2启动后的低速运行时的状态，此时液动压较小，不足以抵消向前的推力，由于两端的轴承对叶轮2的限位作用，叶轮2仍可以工作；C图为叶轮2工作时向后位移的状态，可能是液动压的往后推力过大，使得叶轮2往后顶着后导叶9滑动，虽然轴向悬浮效果部分失效，但是叶轮仍可以工作。

图6与图7对所示叶轮2径向和轴向受力做了基本的分析，不过影响叶轮2的悬浮效果的因素还与转速、负载大小、宽径比、叶轮顶檐的倾斜角与形状、轴承的位置与限位距离等诸多因素有关，因此设计液悬浮血泵要因泵而异，经过精细的计算和实际测试，才可以达到更好的应用效果。

所述陶瓷，均为硬质陶瓷，且材料为碳化硅、氮化硅、氧化锆或氧化铝的任意一种。

本发明能够达到的技术效果如下：

叶轮2在正常工作转速下，可以全悬浮，避免机械故障，可以降低因摩擦造成的溶血与血栓并发症；采用外磁驱动方式，植入体内的血泵系统是无源的，没有电器故障与发热问题，安全性更高；血泵装置11没有定子铁芯与定子绕组，体积与重量大大减少，因此可以实现微型化，降低血泵的手术侵犯性，提高血泵的实用性；

另外，血泵装置11可以间歇式工作，重复启动，多次使用，即在病人状态好时，可以移开体外驱动系统12，叶轮2仍可以被动旋转，血液因流动不会形成血栓，人工瓣膜13还可以防止返流，当病人需要心室辅助的时候，又可以启动血泵装置11，继续工作；即使病人的心脏恢复了健康，不需要血泵辅助，也不需要手术取出来，可以长期带在体内作为备用，且不影响心脏做功，因此大大提高了血泵的实用性与安全性，这是其它血泵所不具有的一大优点。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一、第二”等仅用于描述目的，而不理解为指示或暗示的相对重要性。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种体外磁驱动液悬浮轴流式血泵，所述体外磁驱动液悬浮轴流式血泵包括：体外驱动系统和植入式血泵，所述体外驱动系统用于驱动所述植入式血泵工作，其特征在于，所述植入式血泵包括：血泵装置和附件；

所述血泵装置包括泵壳、叶轮前导叶、后导叶；

所述叶轮包括前球头、叶片、叶轮顶檐、轮毂、转子磁钢；

所述叶片为三叶螺旋式；

所述前球头镶嵌在所述轮毂的前端；所述锥轮毂是所述轮毂的后端；

所述转子磁钢置于所述轮毂内，位于所述前球头与所述锥轮毂之间的位置；

所述泵壳包括前端入口、泵腔与后端出口；所述叶轮设置在所述泵腔内，位于所述前端入口与所述后端出口之间；

所述前端入口内部设置所述前导叶；所述后端出口内部设置所述后导叶；

所述前球头与所述前导叶配对，形成第一滑动轴承；所述后导叶与所述锥轮毂配对，形成第二滑动轴承；

所述附件包括心尖插管、缝合环、血泵前连接管、血泵后连接管、人工瓣膜；

所述心尖插管、所述血泵前连接管和所述前端入口依次连接；所述血泵后连接管与所述后端出口连接；所述心尖插管与左心室连接；所述血泵后连接管与主动脉连接；

所述缝合环套设在所述心尖插管后端外，用于固定所述心尖插管和连接的所述血泵装置；

所述血泵后连接管中段设置所述人工瓣膜。

2.根据权利要求1所述的体外磁驱动液悬浮轴流式血泵，其特征在于，所述体外驱动系统包括体外驱动装置、控制器和电源；

所述控制器与所述体外驱动装置连接，用于调控所述体外驱动装置；

所述电源分别与所述体外驱动装置和所述控制器连接，用于为所述体外驱动装置和所述控制器提供工作电力。

3.根据权利要求1所述的体外磁驱动液悬浮轴流式血泵，其特征在于，所述泵腔包括一个中空圆管、前中空管和后中空管；所述中空圆管为等直径的空心管；所述前中空管的管壁与轴线的夹角在0°-25°内；所述后中空管的管壁与轴线的夹角在0°-25°内。

4.根据权利要求1所述的体外磁驱动液悬浮轴流式血泵，其特征在于，所述叶轮顶檐设置在所述叶片顶端的背面，数量与叶片数对应。

5.根据权利要求4所述的体外磁驱动液悬浮轴流式血泵，其特征在于，所述叶轮顶檐与所述泵壳的内壁的夹角为1°-15°。

6.根据权利要求1所述的体外磁驱动液悬浮轴流式血泵，其特征在于，所述前导叶的外形为环状，环内壁设置三片导叶，每一所述导叶均在法线方向上且悬于内壁，相邻两片导叶成120°夹角，所述三片导叶的中心前端开放，中心后端形成球窝状并与所述前球头配对。

7.根据权利要求1所述的体外磁驱动液悬浮轴流式血泵，其特征在于，所述前导叶的外形为环状，环内壁设置四片导叶，每一所述导叶均在法线方向上且悬于内壁，相邻两片导叶成90°夹角，所述四片导叶的中心前端开放，中心后端形成球窝状与所述前球头配对。

8.根据权利要求1所述的体外磁驱动液悬浮轴流式血泵，其特征在于，所述叶片为四叶螺旋式；所述叶轮顶檐为四片。

9.根据权利要求1所述的体外磁驱动液悬浮轴流式血泵，其特征在于，所述后导叶包括三个导流叶片或四个导流叶片。

10.根据权利要求1所述的体外磁驱动液悬浮轴流式血泵，其特征在于，所述前导叶、所述后导叶、所述前球头和所述锥轮毂均为陶瓷材质。

Images