CN114191704A - 一种带有自适应导流装置的血泵 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带有自适应导流装置的血泵，用于人工心脏和体外生命支持系统，属于生物医学工程领域。该装置通过在血泵叶片前端增加带有自适应的导流功能设计的导流叶片和引导头，导流叶片横截面的轴线根据血泵的实际工况，其轴线自适应的与水平面成一个夹角，使流入血泵的血液通过导流叶片后，提前产生一个与血泵叶片旋转方向相近的切向速度，可以在提高血泵效率的同时，让血液速度的增量更加平缓，减小血泵叶片对血液的冲击破坏。通过上述结构，本发明能够有效的提高血泵在不同工作情况下的工作效率，同时使血液在流入血泵叶片的过程中受力均匀，减小血泵对血液的破坏。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学工程领域，特别是涉及一种血泵，用于体内或体外的生命支持。
背景技术
心血管疾病的发病率成逐年上升趋势，心源性休克，心脏功能衰竭属危重病患死亡率极高，人工心室辅助装置(血泵)无论作为治疗措施，还是作为心脏移植的过渡性支持都具有十分重要的临床价值。血泵作为一种血液供给的辅助机械，依靠气动、电动或磁力使血液产生压力差，为人体的循环系统提供辅助支持。
目前，常见的血泵类型有轴流式、离心式还有混流式，其中离心式血泵较为常见，它的原理是将叶片装在血泵转子上，转子在动力源驱动下高速旋转，将血泵内部的血液沿血泵叶片抛至外沿，在这一过程中叶片对血液做工形成血泵出入口的压力差，从而驱动血液循环泵出，提供血液参与循环所需要的压力，该压力的大小主要取决于叶片的转速，一般情况下，转速越高所形成的压力越高，血液的流速也越快。
目前，离心血泵常见的结构为中国专利CN104703637A、201710804289.6和201210274047.8公开的血泵，它采用一种重量轻且可以在叶轮上提供高转矩的血泵，其中叶轮轴向和径向居中而没有任何的机械轴承，这是一种典型的血泵，虽然这一类血泵在水力学性能上有着不俗的表现，能够充分满足使用中高压差、大流量的使用需求。但是在实际使用中还存在着一定的问题；这一类结构的叶轮在叶片高转速时，血液中的红细胞在进入血泵内部时，会高速撞向血泵的叶片，同时在切线上的速度急速增加，这一急速的变化大大增加了血液的损伤，在使用后会出现各种和血液损伤相关的并发症；同时，对于磁悬浮式的血泵，血液流入血泵后对叶片会产生撞击，影响其叶片在高速旋转时的稳定性，这就需要控制系统消耗额外的能量去维持叶片转子的稳定性；此外，血液在流入血泵时，只有轴向的速度，没有切向的速度，之后由转子叶片做功提供一个切向的速度，在这一过程中，由于速度变化剧烈而迅速，大大增加了血液的损伤。此外，血泵在设计过程中，只是针对某一个特定的工作状态进行设计与优化，而实际使用时往往因为病人的不同以及临床需求的不同，血泵往往会工作做非额定状态，这就会大大增加血泵的功耗，加重对血液的损伤。
发明内容
为克服上述问题，本发明提供了一种带有自适应导流装置的血泵。导流叶片通过导流叶片轴承与导流叶片转轴相连接，导流叶片轴承采用高精度低滚阻的轴承，可以有效降低导流叶片的转动阻力。血液在血泵转子附近时，由于血泵转子的转动，会有一定的切向速度，并且这一切向速度的大小会随着血泵的工作状态的变化而发生改变。导流叶片的横截面是具有一定导流作用的流线型，因此，在靠近工作时的血泵转子一端，也就是导流叶片的尾缘，会因为带有切向速度的流动的血液，产生一个指向切向方向的力，从而使得导流叶片旋转一定的角度。从而在有一定角度的导流叶片的作用下，流入血泵内的血液，在进入转子叶片之前，预先产生一个与转子叶片旋转方向相同的速度，并且随着血泵的工作状态的变化，导流叶片的转动角度会自适应的发生变化，从而是使流入血泵的血液在流经导流叶片后，切向方向增加的速度自适应的发生相应的变化，使血液切向上速度的变化更加平缓，能够提高血泵不同工作状态时的效率，同时相应的减小转子叶片对血液的破坏。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种带有自适应导流装置的血泵；包括：引导头主体，位于血泵叶片前端，在血泵工作时不与血泵叶片同时旋转；导流叶片转轴，连接引导头主体和血泵外壳的内壁，起支撑导流叶片的作用；导流叶片轴承，连接导流叶片转轴和导流叶片，使导流叶片旋转平顺，减小导流叶片的旋转阻力；导流叶片，通过导流叶片轴承与导流叶片转轴相连接，随着血泵工作状态的不同，导流叶片可以自适应的转动一定的角度。
可选的，所述的引导头导流叶片，其横截面为流线型或轴对称图形。
优选的，所述的引导头导流叶片，导流叶片，沿其中心线方向，可以是分段并且相互独立的，即每一段可以单独自适应的偏转一定角度。
优选的，所述的导流叶片，其每一段叶片的导流能力是不同的，即由引导头主体向外，分段的叶片的导流能力逐渐增加。
优选的，所述的导流叶片，其每一段之间的过渡，可以是柔性的膜结构，保持不同分段之间的过渡的平滑。
优选的，所述的导流叶片，其内部可以是空心结构或者蜂窝结构，减小导流叶片的自重。
本发明的有益效果是：本发明能够使血泵在不同的工作状态时，自适应的是血液沿血泵的轴线，均匀的流入血泵叶片内部，减小血液对血泵转子叶片的撞击，减小转子叶片内部湍流的产生，降低血栓的生成和血细胞的破坏，能够有效提高不同工作状态时血泵的血液相容性；同时，本发明能够自适应的预先增加流入血泵内血液的切向速度，有效提高血泵在不同工作状态时的工作效率。
附图说明
图1是本发明一种带有导流装置的血泵的结构示意图。
图2是自适应导流叶片的结构示意图。
附图中各部件的标记如下：1、导流叶片；2、引导头主体；3、血泵叶片；4、血泵入口；5、导流叶片轴承；6、导流叶片转轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1，本发明实施例：一种带有自适应导流装置的血泵。
如图1所示，所述引导头主体2，通过导流叶片转轴6血泵外壳相连，1为导流叶片，3为转子叶片，4为血泵入口，5为导流叶片轴承；血液经过血泵入口4后，流入血泵内，并与引导头主体2和导流叶片1接触；血液在3转子叶片附近有一个较低的切向速度，使得导流叶片1的尾缘指向流动的切向方向，导流叶片偏转一定的角度；血液经过偏转后的导流叶片1，可以产生一个与转子叶片3旋转方向相同的切向速度；之后血液与转子叶片3接触，并被加速到和转速叶片相同的转速，最后沿转子叶片切向方向流出。
导流叶片1的横截面的轴线，自适应的随血泵的转速和工况的变化而发生角度上的改变。导流叶片1的横截面为轴对称的水滴形，具有一定的导流作用，且其沿中心线方向不同截面位置的投影是等大小且重合的。
通过体外研究实验发现，同样转子叶片设计的血泵，在增加导流装置后，可以减少10％的游离血红蛋白的产生，减小了血液的损伤；同时血泵的效率增加了8％左右。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种带有自适应导流装置的血泵；其特征在于，包括：引导头主体，位于血泵叶片前端，在血泵工作时不与血泵叶片同时旋转；导流叶片转轴，连接引导头主体和血泵外壳的内壁，起支撑导流叶片的作用；导流叶片轴承，连接导流叶片转轴和导流叶片，使导流叶片旋转平顺，减小导流叶片的旋转阻力；导流叶片，通过导流叶片轴承与导流叶片转轴相连接，随着血泵工作状态的不同，导流叶片可以自适应的转动一定的角度。
2.根据权利要求1所述的导流叶片，其特征在于，其横截面为流线型或轴对称图形。
3.根据权利要求2所述的导流叶片，其特征在于，沿其中心线方向，可以是分段并且相互独立的，即每一段可以单独自适应的偏转一定角度。
4.根据权利要求3所述的导流叶片，其特征在于，其每一段叶片的导流能力是不同的，即由引导头主体向外，分段的叶片的导流能力逐渐增加。
5.根据权利要求4所述的导流叶片，其特征在于，其每一段之间的过渡，可以是柔性的膜结构，保持不同分段之间的过渡的平滑。
6.根据权利要求2～5所述的导流叶片，其特征在于，其内部可以是空心结构或者蜂窝结构，减小导流叶片的自重。
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| CN104564833A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-04-29 | 珠海格力电器股份有限公司 | 导叶组件、离心式压缩机和空调器 |
| US20170152860A1 (en) * | 2015-11-30 | 2017-06-01 | Borgwarner Inc. | Compressor inlet guide vanes |
| CN109915418A (zh) * | 2019-03-18 | 2019-06-21 | 江苏大学 | 一种叶片前伸式立式离心泵导流栅及使用该导流栅的离心泵 |
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2021
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