CN114099940B - 一种混流式血泵以及体外循环辅助系统 - Google Patents

一种混流式血泵以及体外循环辅助系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种混流式血泵以及体外循环辅助系统，血泵壳内具有转子，转子上设有永磁体，转子的顶部中心与支撑柱底部通过第一滚珠相接触，转子的底部中心与泵壳内底部通过第二滚珠相接触，所述转子能够以第一滚珠和第二滚珠作为旋转支撑点旋转。混流式血泵以及支撑平台组成体外循环辅助系统，支撑平台上设有放置混流式血泵的卡槽和支撑座，驱动线圈设置在卡槽的圆周方向上。该混流式血泵在线圈和叶轮转子的永磁体作用下，转子能够通过两端轴承滚珠的支撑和压紧作用实现转子的高速运行，提高泵血功能。

Description

一种混流式血泵以及体外循环辅助系统
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，具体是涉及一种混流式血泵以及体外循环辅助系统。
背景技术
人工心脏泵是一种心室辅助装置，可通过机械运动辅助心脏，实现泵血功能。近年来旋转式心脏泵在临床上效果愈佳，术后患者存活率几乎接近心脏移植，也得到了众多临床医师的认可。根据安装和辅助方式可以分为植入式人工心脏和体外式人工心脏两种，前者主要用于慢性和终末期心衰的中长期循环辅助治疗，后者主要应用于急性心衰的短期循环辅助治疗。
人工心脏可分为脉动式容积泵和旋转式叶片泵。旋转式心脏泵可进一步分为轴流泵和离心泵。其中，轴流泵结构小巧便于植入，但转子叶轮与后扩散叶的结合区域存在湍流和回流现象；而离心泵通常整体尺寸较大，且存在流动停滞区。目前体外辅助循环治疗常采用磁耦合离心式血泵，体积较大且能耗较高，不利于体外循环辅助系统的小型化和便携化。同时，将现有离心式人工心脏泵应用于心衰患者的体外循环辅助治疗时，需要为整个泵体提供限位及支撑结构，不利于患者的长距离转移，限制循环辅助系统的便携化。此外，离心泵内容易出现流动停滞区导致血栓发生，不利于患者的治疗效果。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种混流式血泵以及便携式体外循环辅助系统。该混流式血泵在驱动线圈和叶轮转子内永磁体作用下，转子能够通过两端轴承滚珠的支撑和压紧作用实现转子的高速稳定运行，提高泵血功能，避免转子叶轮与后扩散叶的结合区域存在湍流和回流现象。
本发明实施例提供了一种混流式血泵，包括泵壳，泵壳内具有转子，转子上设有永磁体，泵壳外部圆周方向上设有若干个驱动线圈，泵壳内顶部设有支撑柱，转子的顶部中心与支撑柱底部通过第一滚珠相接触，转子的底部中心与泵壳内底部通过第二滚珠相接触，所述转子能够以第一滚珠轴承和第二滚珠轴承作为旋转支撑点旋转。
进一步地，转子的顶部与支撑柱之间设有容纳第一滚珠的第一凹陷区域，转子的底部与下盖之间设有容纳第二滚珠的第二凹陷区域，滚珠与凹陷区域通过生物结合剂相结合。
进一步地，第一滚珠与第一凹陷区域以及第二轴承与第二凹陷区域均为过盈配合。
进一步地，泵壳顶部设有血液通道，在所述血液通道内设有环状体，所述支撑柱设置在环状体中心，支撑柱与环状体的内壁之间设有叶片。
进一步地，转子、环状体以及轴承滚珠均为耐磨材料。
本发明实施例还提供了一种便携式体外循环辅助系统，该系统包括上述任一项所述的一种混流式血泵，还包括支撑平台，所述支撑平台上设有容腔，所述容腔上设有放置混流式血泵的卡槽，所述驱动线圈设置在卡槽的圆周方向上，在所述支撑平台上设有与混流式血泵血液出口相对接的支撑座，支撑座上连接出口套管。
进一步地，在所述泵壳内驱动线圈的底部设有控制器，所述控制器与驱动线圈相连接，所述出口套管上设有流量计，所述支撑平台上还设有控制面板，所述控制面板分别连接流量计和控制器。
进一步地，所述控制器上设有转速测量器。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的混流式血泵泵壳内的转子顶部中心与支撑柱通过第一轴承滚珠相接触，转子的底部中心与下盖通过第二轴承滚珠相接触，这样转子能够通过将第一轴承滚珠和第二轴承滚珠作为旋转中心，在外部驱动线圈与叶轮上永磁体的相互配合作用下，通过这两个轴承滚珠支承及压紧作用来保持旋转中心的位置精度，从而实现转子的高速运转，满足在各个工况下运行时转矩的充足供应与流体动力平衡，完成泵血功能，避免转子叶轮与后扩散叶的结合区域存在湍流和回流现象，相比于离心泵，不易出现流动停滞区导致的血栓发生问题。
本发明提供的体外循环系统通过支撑平台卡口槽的扣合结构和驱动线圈对叶轮内部永磁体的磁力作用，可实现混流式血泵安装时的快速准确定位；同时整个体外循环系统便于患者在长距离转移时的携带；驱动线圈与混流式血泵转子内的永磁环之间产生磁力，从而进行转矩输出，提供血流动力能量来源，实现混流式转子在各个工况下运行时转矩的充足供应与流体动力平衡；从而实现循环系统的辅助流动。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种混流式血泵的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的混流式血泵中环状体的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的混流式血泵转子磁环的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的体外循环系统的结构示意图。
其中：1-固定底座，2-支撑平台，3-控制器，4-转速反馈装置，5-驱动线圈，6-混流式血泵，7-入口套管，8-出口支撑座，9-出口套管，10-流量探针，11-控制面板，12-导叶环，120-支撑柱，121-叶片，13-第一轴承滚珠，14-叶轮转子，15-第二轴承滚珠，16-上泵体，17-下泵体，18-磁环，180-永磁体。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例提供了一种混流式血泵，该混流式血泵主要包括上泵体16和下泵体17，其中上泵体16和下泵体17相互对接形成一个具有空腔的泵壳，在泵壳内设有叶轮转子14，在所述泵壳上盖上设有血液入口和血液出口，当内部的叶轮转子14开始转动时候，血液从血液入口进入再从血液出口流出。
进一步地，本实施例中的心脏泵上盖的中心向上形成一个圆柱形通道，所述圆柱形通道竖直设置，血液入口设置在圆周形通道的顶部，在所述圆柱形通道的内部安装有一个导叶环12，所述导叶环12上下贯通，参见如图2所示，导叶环12的中心设有支撑柱120，所述支撑柱与导叶环的内壁之间通过叶片121相连接，这样当泵壳内的叶轮转子14在高速转动的时候，血液通过上盖上血液入口进入圆柱形通道的时候，叶片主要是用于限制转子叶轮入口处出现螺旋流动。
本实施例位于所述泵壳内部的叶轮转子14的顶部通过第一轴承滚珠13与导叶环12中的支撑柱120底部相对接，在所述泵壳内部的叶轮转子14的底部通过第二轴承滚珠15与泵壳内部的底面相对接，所述叶轮转子14能够以第一轴承滚珠13和第二轴承滚珠15作为旋转支撑点进行自转。
所以，本实施例提供的混流式心脏泵内部转子在进行高速运转的时候能够通过血液入口处的环状体来限制血液在转子叶轮入口处出现螺旋流动，同时在泵壳内的转子顶部中心与支撑柱通过第一轴承滚珠相接触，转子的底部中心与下盖通过第二轴承滚珠相接触，这样转子能够通过将第一轴承滚珠和第二轴承滚珠作为旋转中心，通过这两个轴承滚珠支承及压紧作用下保持旋转中心的位置精度，从而实现转子在各个工况下运行时转矩的充足供应与流体动力平衡，完成泵血功能。
参见图1所示，本实施例中的叶轮转子14以及第一轴承滚珠13和第二轴承滚珠14同轴设置，这样叶轮转子能够保证围绕竖直的轴线进行旋转。
具体地，参见图2所示，本实施例提供的环状体内部中心位置上设有支撑柱120，所述支撑柱120的直径要远远小于环状体的直径，支撑柱与环状体内壁之间设有3个叶片121，所述3个叶片11之间夹角为120度。
优选地，所述叶片121为矩形板材件而不是螺旋叶片，也就是叶片分别垂直中心支撑柱的外壁和环状体的内壁，这样才能限制血液出现螺旋流动。
当然，在本发明中的叶片的数量不仅仅限于本实施例中的三个，也可以多余三个，但数量也不用太多，这样避免血液在环状体附近出现堵塞现象。
在本实施例中的叶轮转子14上设有多个半开式混流式叶片，这样通过顶部环状体内的叶片以及叶轮转子上半开式混流式叶片的双重作用来限制泵内血液流动轨迹。
为了便于所述环状体的固定，在本实施例中的血液入口通道的内壁上设有一个环形槽，所述环形槽的内径大于血液入口通道的直径，所述环状体嵌套到环形槽的内部，这样就实现了环状体的固定，通过环形槽来限制环状体上下移动。
所述环状体、中心支撑柱以及叶片为一体件，在加工的时候可以一体成型，也可以是组装件。
进一步地，本实施例中的支撑柱120的底部中心设有用支撑柱底部凹陷区域，同时在叶轮转子14的顶部中心上设有与支撑柱凹陷区域相同的转子顶部凹陷区域，支撑柱凹陷区域和转子顶部凹陷区域形成第一凹陷区域，所述第一轴承滚珠13设置在第一凹陷区域内。
在本实施例中叶轮转子14的底部中心设有转子底部凹陷区域，在下盖的中心设有下盖凹陷区域，转子底部凹陷区域与下盖凹陷区域形成第二凹陷区域，所述第二轴承滚珠设置在第二凹陷区域内。
在本实施例中，所述第一轴承滚珠与第一凹陷区域以及第二轴承滚珠与第二凹陷区域需要保持一定程度的过盈配合，这样可以避免叶轮转子高速运转时由偏心力造成的摆动，从而影响叶轮与泵内壁面的间隙出现变化。
优选地，本实施例中的第一轴承滚珠以及第二轴承滚珠与凹陷区域通过生物相容性良好的接合剂实现紧固结合，这样防止相对运动的出现。
在本实施例中的环状体12、第一轴承滚珠13和第二轴承滚珠15以及叶轮转子14为生物相容性良好的耐磨材料，这样实现整体结构的精度保持性。
为了实现本实施例中转子在泵壳内的高速旋转，参见图3所示，在本实施例的叶轮转子4内部设有磁环18，磁环沿圆周方向上设有8个永磁体180，永磁体180的充磁方向沿径向排列，这样可以在泵壳的外部圆周方向上设有同等数量的驱动线圈，这样通过分别给这些驱动线圈通电，通过径向吸引产生的牵引力带动内部转子的运转，同时所述转子在两端轴承滚珠的支撑及压紧作用下保持旋转中心的精度，从而完成泵血功能。
优选地，设置在泵壳外部的驱动线圈在轴向方向等高或略低于叶轮转子内永磁体1-5mm，使产生的驱动力沿径向方向为主要分力，减小对下轴承珠的压力与磨损，此外可保证沿轴向也有一定的分力，以抵消叶轮高速运转受到的血流浮力以及出入口压强分布不同产生的压力差。
需要说明的就是，本发明实施例转子上的永磁体180的数量不仅仅限于本实施例中的8个，需要根据转子直径才能确定，在转子直径一定的情况下，安装在转子上的磁铁数量越多越好，这样才能保证转子转动的控制精度和稳定性。
另外，参见图4所示，本发明另外一些实施例还提供了一种小型便携式的体外循环辅助系统，该系统包括上述实施例所述的混流式血泵6以及固定底座1。
其中所述固定底座1上设有支撑平台2，所述支撑平台上的顶部设有一个卡口槽，所述混流式血泵6可以卡入该卡口槽内进行固定。
所述混流式血泵6上连接入口导管7和出口套管9，其中入口套管7连接心衰患者心脏的左心房，出口套管9连接患者的股动脉，通过血泵出入口的压力差来辅助人体血液循环系统的流动。
所述支撑平台2上设有出口支撑座8，当所述混流式血泵6放置在支撑平台2内的时候，所述混流式血泵6的出口套管9可以放置在出口支撑座8上。
所述支撑平台2内设有一个空腔，在所述空腔内沿着所述卡口槽圆周方向设有驱动线圈5，同时这些驱动线圈的底部设有控制器3，驱动线圈5通过该控制器3进行控制。
需要说明的就是，所述驱动线圈5在轴向方向与叶轮转子永磁体等高或略低于叶轮转子内永磁体1-5mm。
所以，本发明实施例提供了的体外循环系统通过支撑平台的通过支撑平台卡口槽的扣合结构和驱动线圈对叶轮内部永磁体的磁力作用，可实现混流式血泵安装时的快速准确定位；驱动线圈与混流式血泵转子内的永磁环之间产生磁力，从而进行转矩输出，提供血流动力能量来源，实现混流式转子在各个工况下运行时转矩的充足供应与流体动力平衡；从而实现循环系统的辅助流动。
所述控制器5的上方还设有转速反馈装置4，通过该转速反馈装置4可以用于监测血泵的实时运转情况。
进一步地，本实施例提供的体外循环辅助系统还包括控制面板11，所述控制面板11分别与控制器3和流量探针10相连接，这样控制器3和流量探针10的信息传输至控制面板11上，实现患者生理状态的实时监测、反馈和调控，并且，通过体外循环辅助系统的流量监测与转速反馈，可以获得患者心脏实时压差数据，从而为患者治疗提供更多有效生理状态数据。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种混流式血泵，包括泵壳，泵壳内具有叶轮转子，叶轮转子上设有永磁体，泵壳外部设有若干个驱动线圈，其特征在于，泵壳顶部设有血液通道，在所述血液通道内设有环状体，支撑柱设置在环状体中心，支撑柱与环状体的内壁之间设有叶片，叶轮转子的顶部中心与支撑柱底部通过第一滚珠相接触，叶轮转子的底部中心与泵壳内底部通过第二滚珠相接触，所述叶轮转子能够以第一滚珠和第二滚珠作为旋转支撑点旋转，叶轮转子的顶部与支撑柱之间设有容纳第一滚珠的第一凹陷区域，叶轮转子的底部与泵壳内底部设有容纳第二滚珠的第二凹陷区域，通过将第一轴承滚珠和第二轴承滚珠作为旋转中心，在外部驱动线圈与叶轮转子上永磁体的相互配合作用下，通过这两个轴承滚珠支承及压紧作用来保持旋转中心的位置精度，从而实现转子的高速运转。
2.如权利要求1所述的一种混流式血泵，其特征在于，滚珠与凹陷区域通过生物结合剂相结合。
3.如权利要求2所述的一种混流式血泵，其特征在于，第一滚珠与第一凹陷区域以及第二轴承与第二凹陷区域均为过盈配合。
4.如权利要求1所述的一种混流式血泵，其特征在于，叶轮转子、环状体以及轴承滚珠均为耐磨材料。
5.如权利要求1所述的一种混流式血泵，其特征在于，所述驱动线圈在高度方向上等高或低于磁铁1-5mm。
6.一种体外循环辅助系统，其特征在于，包括上述权利要求1-5任一项所述的一种混流式血泵以及支撑平台，所述支撑平台上设有容腔，所述容腔上设有放置混流式血泵的卡槽，驱动线圈设置在卡槽的圆周方向上，在所述支撑平台上与混流式血泵的出口套管相对接的支撑座。
7.如权利要求6所述的一种体外循环辅助系统，其特征在于，在所述泵壳内驱动线圈的底部设有控制器，所述控制器与驱动线圈相连接，所述出口套管上设有流量计，所述支撑平台上还设有控制面板，所述控制面板分别连接流量计和控制器。
8.如权利要求7所述的一种体外循环辅助系统，其特征在于，所述控制器上设有转速测量器。
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