CN113730793A - 一种带进出口导叶的植入式磁悬浮轴流血泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带进出口导叶的植入式磁悬浮轴流血泵，包括：透明泵壳组件、前导叶轮、转子叶轮和后导叶轮；所述转子叶轮包括转子叶片、转子叶轮轴、永磁体套筒及内置于永磁体套筒中的永磁体组件，所述转子叶轮与透明泵壳组件的侧边布置有回流狭缝，可为透明泵壳内表面提供有效冲洗，抑制血栓形成；采用包含永磁体套筒的转子叶轮可有效避免叶顶间隙内形成较大的速度梯度，进而缓解血液损伤，避免了传统血泵易形成血栓的缺陷；所采用的内置于永磁体套筒内部的永磁体组件与安装在透明泵壳组件外侧的电磁控制系统之间的距离更近，更利于电磁控制系统对转子叶轮的控制，进而提升血泵的运转稳定性。

Description

一种带进出口导叶的植入式磁悬浮轴流血泵
技术领域
本发明涉及人工心脏泵技术领域，尤其涉及一种带进出口导叶的植入式磁悬浮轴流血泵。
背景技术
人工心脏发展至今，其安全性与可靠性已有显著提升，但由于红细胞破碎所导致的溶血以及由于血小板激活凝结而成的血栓等血液相容性问题依然存在。解决溶血与血栓问题是当前人工心脏泵研究的重点方向。现有轴流血泵多是依靠机械轴承固定转子叶轮的轴向位置和径向位置，由于高速旋转，对机械轴承而言，会造成磨损、摩擦热及密封装置污染血液等问题，易产生血栓，危害患者的生命；对流场而言，转子叶轮高速旋转会形成较强的间隙泄漏涡，在叶顶间隙处会产生较大的剪切应力，易导致红细胞膜破裂而引发严重的溶血及血液损伤。因此，亟需通过改型设计以降低血泵内的剪切应力以及旋涡强度，提升血泵的血液相容性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带进出口导叶的植入式磁悬浮轴流血泵，可提供中长期循环支持并降低患者血液损伤，保证患者的生命安全，进而降低临床死亡率。
本发明所采用的技术方案是：一种带进出口导叶的植入式磁悬浮轴流血泵，包括：透明泵壳组件、前导叶轮、转子叶轮和后导叶轮；所述透明泵壳组件的材质为聚氨酯；所述透明泵壳组件包括前导叶轮泵壳、转子叶轮泵壳和后导叶轮泵壳；所述前导叶轮位于所述透明泵壳组件内，与所述前导叶轮泵壳固定连接；所述前导叶轮包括前导叶轮叶片、前导锥、前导叶轮轴，其中，所述前导叶轮叶片为螺旋式，共4片，交替等间隔分布于所述前导叶轮泵壳与所述前导叶轮轴之间；所述转子叶轮位于所述透明泵壳组件内，且所述转子叶轮和所述透明泵壳组件的侧边布置有回流狭缝；所述转子叶轮包括转子叶片、转子叶轮轴、永磁体套筒和永磁体组件，其中，所述永磁体组件内置于所述永磁体套筒中，且所述永磁体组件包括前轴向环形永磁体、径向环形永磁体及后轴向环形永磁体，所述前轴向环形永磁体和所述后轴向环形永磁体用于所述转子叶轮的轴向定位，所述径向环形永磁体用于所述转子叶轮的径向定位；所述转子叶片为螺旋式，共4片，交替等间隔分布于所述永磁体套筒与所述转子叶轮轴之间，且所述转子叶片与所述永磁体套筒、所述转子叶轮轴之间固定连接；所述后导叶轮位于透明泵壳组件内，与所述后导叶轮泵壳固定连接；所述后导叶轮包括后导叶轮叶片、后导叶轮轴和后导锥，其中，所述后导叶轮叶片为螺旋式，共4片，交替等间隔分布于所述后导叶轮泵壳与所述后导叶轮轴之间；所述前导叶轮泵壳的前端为血液入口，所述后导叶轮泵壳的后端为血液出口。
进一步，所述透明泵壳组件的内表面、所述前导叶轮的表面、所述转子叶轮的表面以及所述后导叶轮的表面喷涂有抗凝涂层以降低血小板激活凝结形成血栓的风险。
进一步，所述前导锥的型线与所述前导叶轮轴之间圆滑过渡。
进一步，所述永磁体套筒的轴向长度等于所述转子叶片的轴向长度。
进一步，所述后导叶轮轴的型线与所述后导锥之间圆滑过渡。
本发明的有益效果在于：本发明所提供的一种带进出口导叶的植入式磁悬浮轴流血泵，采用包含永磁体套筒的转子叶轮代替了传统的转子叶轮，通过磁悬浮的连接形式，可有效避免叶顶间隙内形成较大的速度梯度，进而缓解血液损伤，并为透明泵壳内表面提供有效冲洗，抑制血栓形成；避免了传统血泵设计中转子叶轮依靠机械轴承固定轴向、径向位置导致的轴承摩擦损耗、血液污染以及形成血栓的缺陷；所采用的内置于永磁体套筒内部的永磁体组件与安装在透明泵壳组件外侧的电磁控制系统之间的距离更近，更利于电磁控制系统对转子叶轮的控制，进而提升血泵的运转稳定性。
附图说明
图1为本发明装置的剖视图；
图2为本发明装置的正视图；
图3位本发明装置的前视图；
图4为本发明装置的后视图；
图5为本发明中前导叶轮图；
图6为本发明中后导叶轮图；
图7为本发明中转子叶轮图；
图8为本发明中永磁体套筒图；
图9为本发明内部流动示意图；
其中，1：透明泵壳组件；2：前导叶轮；3：转子叶轮；4：后导叶轮；5：前导叶轮泵壳；6：转子叶轮泵壳；7：后导叶轮泵壳；8：前导叶轮叶片；9：前导锥；10：前导叶轮轴；11：回流狭缝；12：转子叶片；13：转子叶轮轴；14：永磁体套筒；15：永磁体组件；16：前轴向环形永磁体；17：径向环形永磁体；18：后轴向环形永磁体；19：后导叶轮叶片；20：后导叶轮轴；21：后导锥；22：血液入口；23：血液出口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，所举实例只用于说明本发明，并非用于限制本发明的范围。
如图1、图2所示，一种带进出口导叶的植入式磁悬浮轴流血泵，包括：透明泵壳组件1、前导叶轮2、转子叶轮3和后导叶轮4；所述透明泵壳组件1的材质为聚氨酯；所述透明泵壳组件1包括前导叶轮泵壳5、转子叶轮泵壳6和后导叶轮泵壳7；前导叶轮2位于所述透明泵壳组件1内，与所述前导叶轮泵壳5固定连接；前导叶轮2包括前导叶轮叶片8、前导锥9和前导叶轮轴10，其中，前导叶轮叶片8为螺旋式，共4片，交替等间隔分布于前导叶轮泵壳5与前导叶轮轴10之间；转子叶轮3位于透明泵壳组件1内，且转子叶轮3和透明泵壳组件1的侧边布置有回流狭缝11，回流狭缝11的宽度为0.5至1.5毫米，血液在回流狭缝11内的流动主要受到转子叶轮3上游和下游压差的影响，回流狭缝11的流动转折处采取倒圆设计，有效减少流动分离，降低旋涡强度，提升回流狭缝11处的血液相容性；在临床工况下，回流狭缝11内的血液可以对壁面进行有效的冲洗，减小血小板激活形成血栓的风险；转子叶轮3包括转子叶片12、转子叶轮轴13、永磁体套筒14和永磁体组件15，其中，永磁体组件15内置于永磁体套筒14中，且永磁体组件15包括前轴向环形永磁体16、径向环形永磁体17及后轴向环形永磁体18，其中，前轴向环形永磁体16和后轴向环形永磁体18用于转子叶轮3的轴向定位，径向环形永磁体17用于转子叶轮3的径向定位，保障转子叶轮3的运行稳定性，避免当转子叶轮3旋转时产生振荡导致回流狭缝11的宽度变化，抑制由于间隙变化导致的速度梯度过大所诱发的溶血的产生；转子叶片3为螺旋式，共4片，交替等间隔分布于永磁体套筒14与转子叶轮轴13之间，且转子叶片12与永磁体套筒14、转子叶轮轴13之间固定连接；后导叶轮4位于透明泵壳组件1内，与后导叶轮泵壳7固定连接；后导叶轮4包括后导叶轮叶片19、后导叶轮轴20和后导锥21，其中，后导叶轮叶片19为螺旋式，共4片，交替等间隔分布于后导叶轮泵壳7与后导叶轮轴20之间；前导叶轮泵壳5的前端为血液入口22，后导叶轮泵壳5的后端为血液出口23。
透明泵壳组件1的内表面、前导叶轮2的表面、转子叶轮3的表面以及后导叶轮4的表面喷涂有抗凝涂层以降低血小板激活凝结形成血栓的风险。
前导锥9的型线与前导叶轮轴10之间圆滑过渡，避免流动在曲率较大的位置发生分离。
永磁体套筒14的轴向长度等于转子叶片12的轴向长度。
后导叶轮轴20的型线与后导锥21之间圆滑过渡，避免流动在曲率较大的位置发生分离。
如图3、图4所示，前导叶轮叶片8和后导叶轮叶片19的投影扇形角度相同，均小于90°。如图5、图6所示，前导叶轮叶片8共有4片且尺寸相同，后导叶轮叶片10共有4片且尺寸相同。如图7、图8所示，转子叶片12共有4片且尺寸相同；永磁体套筒14为等厚度圆管，且永磁体套筒14与转子叶片12的轴向尺寸相等。
特别地，如图9所示，血液由血液入口22轴向流入血泵，在前导锥9的引导下流入前导叶轮2，在前导叶轮叶片8的作用下改变流动方向，以合适的液流角流入转子叶轮3，在转子叶轮3内增速增压后，流经后导叶轮4并重新调整流动方向为轴向，最终通过血液出口23流出血泵；少部分血液流出转子叶轮3后，在转子叶轮3上游和下游压差的影响下，通过回流狭缝11重新回流至转子叶轮3的前侧，并与主流汇合，再次流入转子叶轮3。
实施例一：临床稳定循环工况
在临床稳定循环工况，血液由血液入口22轴向流入血泵，在前导锥9的引导下流入前导叶轮2，在前导叶轮叶片8的作用下改变流动方向，以合适的液流角流入转子叶轮3。转子叶轮3的旋转受泵外的电磁系统控制，前轴向环形永磁体16、径向环形永磁体17及后轴向环形永磁体18均由相应的电磁来控制，通过控制前轴向环形永磁体16及后轴向环形永磁体18控制转子叶轮3的轴向位置，通过控制径向环形永磁体17控制转子叶轮3的径向位置，保证转子叶轮6旋转时的稳定性，血液在转子叶轮3内增速增压后，流经后导叶轮4，并重新调整流动方向为轴向，流经后导锥21，最终通过血液出口23流出血泵；少部分血液流出转子叶轮3后，受转子叶轮3下游高压以及转子叶轮3上游低压的影响，通过回流狭缝11重新回流至转子叶轮3前侧，并在转子叶轮3前侧与主流汇合，重新流入转子叶轮3。在回流狭缝11内，血液的流动状态受转子叶轮3旋转的影响，以一定的周向速度与转子叶轮3同向旋转；血液所受离心力方向与转子叶轮3前后两侧压差方向垂直，因此回流狭缝11内血液的轴向回流速度未受转子叶轮3旋转的影响，进而对回流狭缝11起到冲洗的效果，抑制回流狭缝11中血栓的产生。
实施例二：撤机状态
在撤机状态，本发明的一种带进出口导叶的植入式磁悬浮轴流血泵维持实施例一中的运行过程，通过监测人体循环体征，逐步降低转子叶轮3的转速，逐渐减少血流量，直至血流量为零；待人体完全恢复自主循环后，移除血泵，完成撤机。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种带进出口导叶的植入式磁悬浮轴流血泵，包括：透明泵壳组件(1)、前导叶轮(2)、转子叶轮(3)和后导叶轮(4)；所述透明泵壳组件(1)的材质为聚氨酯；所述透明泵壳组件(1)包括前导叶轮泵壳(5)、转子叶轮泵壳(5)和后导叶轮泵壳(7)；所述前导叶轮(2)位于所述透明泵壳组件(1)内，与所述前导叶轮泵壳(5)固定连接；所述前导叶轮(2)包括前导叶轮叶片(8)、前导锥(9)、前导叶轮轴(10)，其中，所述前导叶轮叶片(8)为螺旋式，共4片，交替等间隔分布于所述前导叶轮泵壳(5)与所述前导叶轮轴(10)之间；所述转子叶轮位于所述透明泵壳组件(1)内，且所述转子叶轮和所述透明泵壳组件(1)的侧边布置有回流狭缝；所述转子叶轮(3)包括转子叶片(12)、转子叶轮轴(13)、永磁体套筒(14)和永磁体组件(15)，其中，所述永磁体组件(15)内置于所述永磁体套筒(14)中，且所述永磁体组件(15)包括前轴向环形永磁体(16)、径向环形永磁体(17)及后轴向环形永磁体(18)，所述前轴向环形永磁体(16)和所述后轴向环形永磁体(18)用于所述转子叶轮(3)的轴向定位，所述径向环形永磁体(17)用于所述转子叶轮(3)的径向定位；所述转子叶片(12)为螺旋式，共4片，交替等间隔分布于所述永磁体套筒(14)与所述转子叶轮轴(13)之间，且所述转子叶片(12)与所述永磁体套筒(14)、所述转子叶轮轴(13)之间固定连接；所述后导叶轮(4)位于透明泵壳组件(1)内，与所述后导叶轮泵壳(7)固定连接；所述后导叶轮(4)包括后导叶轮叶片(19)、后导叶轮轴(20)和后导锥(21)，其中，所述后导叶轮叶片(19)为螺旋式，共4片，交替等间隔分布于所述后导叶轮泵壳(7)与所述后导叶轮轴(20)之间；所述前导叶轮泵壳(5)的前端为血液入口(22)，所述后导叶轮泵壳(7)的后端为血液出口(23)。
2.根据权利要求1所述的一种带进出口导叶的植入式磁悬浮轴流血泵，其特征在于，所述透明泵壳组件(1)的内表面、所述前导叶轮(2)的表面、所述转子叶轮(3)的表面以及所述后导叶轮(4)的表面喷涂有抗凝涂层以降低血小板激活凝结形成血栓的风险。
3.根据权利要求1至2任一项所述的一种带进出口导叶的植入式磁悬浮轴流血泵，其特征在于，所述前导锥(9)的型线与所述前导叶轮叶片(8)之间圆滑过渡。
4.根据权利要求1至2任一项所述的一种带进出口导叶的植入式磁悬浮轴流血泵，其特征在于，所述永磁体套筒(14)的轴向长度等于所述转子叶片(12)的轴向长度。
5.根据权利要求1至2任一项所述的一种带进出口导叶的植入式磁悬浮轴流血泵，其特征在于，所述后导叶轮轴(20)的型线与所述后导锥(21)之间圆滑过渡。
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