CN114364429A - 用于磁耦合心脏泵的输出枢轴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旨在浸没在流体中的泵，所述泵包括–壳体(13、14)；‑无刷电机单元，该无刷电机单元由以下形成：‑定子(14)，其中设置有第一磁性元件(22)，‑转子(21)，其包括用于与定子的第一磁性元件(22)磁耦合的第二磁性元件(23)；‑传动轴(20)，其连接到转子并在其顶部构成涡轮，其特征在于，涡轮在其顶点处包括输出枢轴，该输出枢轴能够与固定到壳体(13)上的导向件(37、34)相互作用，该导向件具有与输出枢轴的形状互补的形状，以使该输出枢轴在转动时保持稳定，并在输出枢轴与导向件之间形成空间(35a、35b)，并且该导向件包括在输出枢轴的转动轴线上的中央开口(35)，用于使流体经由空间和开口从壳体的内部流到外部的通道(35a、35b)。

Description

用于磁耦合心脏泵的输出枢轴

本发明涉及一种旨在浸没在流体中的泵，尤其是轴流泵。

本发明更特别地但不排他地涉及一种用于心室辅助的泵。例如，其涉及一种由电池供电并旨在插入人体以帮助血液循环的泵。

心力衰竭(HF)(即心脏逐渐无法提供个人日常生活中代谢需要所必需的血流)是西方国家的第二大死亡原因。心力衰竭的治疗(包括根据患者的需要适当增加血流量)正在取得进展，但仍然不够。

因此，文献US6234772是已知的，其描述了一种可植入的转动泵。该泵为磁力驱动型，能够在防止任何滞留区域的同时增加血液循环。该文献未提及任何泵的有效安装。

文献EP2734251 B1也是已知的，其描述了一种适用于心脏植入的微型泵。在该文献中强调，通过泵的血液循环必须保持恒定流量，不存在可能会导致血栓形成的流动停滞区域。建议用持续供应的新鲜血液清洗轴承，因为这些区域的热量和几何限制潜在地使它们容易形成血栓。

现有技术的这两篇文献涉及离心式心脏泵和在心脏外部创建旁路。

本发明的目的是一种心室内泵，该心室内泵将血液吸入心脏内并且也在心脏内部沿瓣膜的方向排出该血液。

本发明的目的也是一种心室内泵，其操作防止任何血栓的形成。

这些目的中的至少一个通过一种旨在浸没在流体中的泵来实现，该泵包括：

-壳体，

-由以下形成的无刷电机单元：

-定子，第一磁性元件设置在所述定子中，

-转子，其包括用于与定子的第一磁性元件磁耦合的第二磁性元件，

-传动轴，其连接到所述转子并在其顶部构成叶轮。

根据本发明，叶轮包括在其顶点处的出口枢轴，该出口枢轴能够与固定到壳体的导向件配合，该导向件具有与出口枢轴的形状互补的形状，以使该出口枢轴在转动时保持稳定并且在出口枢轴和导向件之间形成间隙。根据本发明，该导向件包括在出口枢轴的回转轴线内的中央开口，用于使流体经由间隙和开口从壳体的内部流向外部的通道。

间隙能够具有20至80μm的宽度。作为示例，能够设想50μm的间隙和4000rpm的电机运行速度。

根据根据本发明的泵，导向件中的中央开口允许流体通过并且防止当导向件没有开口时流体滞留在该导向件的中空部中。根据本发明，在出口枢轴与导向件之间产生空隙，用于使流体在泵运行时通过。有利地，因此在该空隙中保持流动，使得特别是血液的流体不会在其中滞留。

这种布置不会以任何方式妨碍导向件的功能，该导向件在转动期间将叶轮保持在其轴线内并保持在壳体内。

在操作中，在叶轮的头部与导向件之间存在间隙。该间隙允许传动轴转动，同时允许该传动轴保持在其回转轴线内。

优选地，出口枢轴包括进入导向件的中央开口的突出部。

突出部使得能够有效地引导流体通过中央开口。

根据本发明，导向件能够由矫直器和/或导流器的至少一个叶片构成。事实上，该泵能够配备有布置在叶轮顶点的水平处的壳体内部的矫直器和/或导流器。因此，可以单独使用矫直器、单独使用导流器、使用矫直器和导流器，或者使用用作矫直器和导流器的单个部件。矫直器和/或导流器固定到壳体并包括用于心室内泵的叶片，将出口流体引向主动脉。

根据本发明的有利特征，出口枢轴能够是凸形的，其具有半球形、圆锥形或金字塔形的形状。

根据本发明的泵能够是轴流泵。即流体的位移平行于转子的转动轴线，推力是轴向的。

电机单元能够有利地是具有外部转子的无刷电机。

根据本发明的有利特征，在泵中：

-壳体能够设有形成朝向顶端推进流体的推进腔室的顶部，以及形成定子并以固定方式连接到所述顶部的底部，

-泵能够包括顶部与底部之间的至少一个侧开口，并能够形成用于使流体从外部进入到推进腔室的入口腔室。

-转子能够是至少部分地覆盖定子的头部的钟形件的形式，该钟形件能够在其顶部具有至少一个开口，以产生流体的经由转子与定子之间的通道从入口腔室直到定子的基部的反向流动，以及

-传动轴能够包括至少一个连接臂，该连接臂使得能够将钟形件保持在定子之上，传动轴的轴线能够与钟形件的转动轴线重叠。

利用根据本发明的泵，产生了与旨在通过泵的主流的反向流动。传统的流体循环回路开始于由入口腔室的进入，通过上壳体，然后将一定量的有用流体向顶部出口的孔推进。此外，本发明特别值得注意的是，其布置使得能够产生与主流相反方向上的流动。这种反向流被朝向定子的基部喷射，从而起到清洁流的作用。换句话说，通过在钟形件中仔细布置开口，为主流提供的转动运动用于产生反向流动。

钟形件和定子有利地构成具有外部转子的无刷电机。在本发明中为钟形件的移动部件因此位于定子外部并连接到传动轴，如下文将指出的，该传动轴用作推进的装置或叶轮，以朝向壳体的头部推进流体，然后朝向外部推进流体。

优选地，钟形件与传动轴之间的连接是刚性的。

根据本发明的有利特征，泵能够包括布置在钟形件与传动轴之间并旨在引导转子与定子之间的通道中的反向流动的侧叶片。

这些侧叶片能够是定向的或具有弯曲。这种实施方式使得能够在转子与定子之间的通道中有效地引导流体，从而产生反向流体。叶片的尺寸和形状能够被确定为使得获得连续或脉冲流、层流且无气穴。通过电机的配置，根据叶片的转动速度以及电机的转动速度，可以达到15至60cm/s的速度。优选地，转子与定子之间的通道具有0.4至1mm的宽度，例如0.6mm。

根据本发明的有利特征，连接臂构成所述侧叶片。这些侧叶片能够布置在钟形件内壁与传动轴之间，但它们也能够被实现在钟形件顶端的延长部分中，类似于在其中已开孔的封闭的钟形件，其留有连接翅片。能够设想其他实施例使钟形件和传动轴成为一体，无论是否直接使用叶片。

优选地，开口具有围绕传动轴的圆形形状。

根据一个有利的实施例，根据本发明的泵能够是旨在固定在心尖的心室内心脏泵，转子与定子之间的通道直接通入心室的内壁与定子外壁相交的区域。因此，转子与定子之间的通道通入血栓形成风险高的区域中。反向流体的作用是在该区域产生流体循环，以防止任何滞留。

此外，泵能够具有如下尺寸，使得入口腔室位于距顶点1至3cm的距离处，并且泵的出口孔位于主动脉瓣上游1至3cm距离处的心室内部中。这种实施方式涉及结合到心室中的心脏泵领域，在心脏中朝向主动脉瓣的方向泵送和喷射血液。

根据本发明的有利特征，在操作中，钟形件和传动轴旨在借助于磁性元件而处于磁悬浮状态，然后传动轴的底端和定子的顶端能够配合以便在转动阶段将传动轴保持在其回转轴线内。

环和轴承的系统能够用于将传动轴保持在定子的水平处，但本发明优选地使用通过枢轴来保持悬置。

根据本发明，定子的顶端能够包括凹形枢轴区域，该凹形枢轴区域能够容纳传动轴的称为入口枢轴的凸形底端。通过这样的实施方式，在操作中，流体在入口枢轴与枢轴区域之间通过，以尽可能防止血栓形成，同时保持对凹形定子与凸形转子部件之间的该空隙的永久冲洗。

在空闲阶段，传动轴能够置于定子上，在这种情况下，入口枢轴和枢轴区域尤其是接触的。但是在操作中，入口枢轴与枢轴区域之间存在间隙。该间隙允许传动轴的转动，同时允许该传动轴保持在其回转轴线内。

根据一个变型，定子的顶端能够包括凸形枢轴区域，该凸形枢轴区域能够容纳传动轴的称为入口枢轴的凹形底端。在入口枢轴为凸形的情况下，工作原理保持相同。能够设想具有或多或少复杂形状的其他布置，但要同时允许传动轴的自由转动并保持在其回转(或转动)轴线内。

根据本发明的一个有利实施例，传动轴能够包括或连接到配备有叶片(例如螺旋叶片)的顶部，以允许将主流体从入口腔室抽吸到泵的出口。

特别地，除了上述之外，根据本发明的泵能够包括：

-引导器，其在壳体顶部的入口处，配备有导向叶片以使流体在朝着传动轴的顶部的方向线性流动；

-叶轮，其包括具有向外扩展形状的中心体，并且用于产生动能；

-至少一个螺旋叶片，其围绕所述中心体制造；该螺旋叶片具有向外扩展的外部轮廓并且包括具有趋于无穷大的增加的绕组节距的匝；该壳体的内部空间与所述至少一个螺旋叶片的向外扩展的形状互补。

然后，传动轴驱动配备有叶片的叶轮或螺旋桨，以有效地从入口腔室中抽吸流体并在泵的出口处将其排出。因此，泵用于使流体在主方向上循环。同时，反向流体使得能够搅动定子的基部中存在的流体，从而防止滞留，即潜在血栓的来源。

有利地，根据本发明的泵能够是旨在固定在左心室或右心室或全身心室的心尖的心室内心脏泵。

本发明的其他优点和特征将通过检查绝非限制性的实施例的详细描述以及根据附图而变得显而易见，其中：

图1是根据本发明的心室内心脏泵的总体视图，

图2是根据本发明的泵的底部的示意图，

图3是根据本发明的叶轮的示意图，

图4是根据本发明的包括叶轮的转动枢轴的泵的顶部的示意图，

图5是根据本发明的矫直器的非常简化的示意图，

图6是泵的顶部部分的示意图，其示出了根据本发明的叶轮的转动枢轴的另一个实施例。

下文将描述的实施例决不是限制性的；本发明的变型能够特别地实施为仅包括下文描述的特征的选择，与描述的其他特征隔离，只要该特征的选择足以赋予技术优势或相对于现有技术的状态区分本发明。该选择包括至少一个优选功能性的没有结构细节的特征，或者仅具有一部分结构细节，只要仅该部分就足以赋予技术优势或相对于现有技术的状态来区分本发明。

特别地，如果从技术角度不反对，则所描述的所有变型和所有实施例旨在以任何组合组合在一起。

在附图中，同属于多个附图的元件具有相同的附图标记。

图1示出了心室内心脏泵。

心脏作为整体由附图标记1表示。示出了右心室2，其具有经由半月瓣4向肺动脉3喷射血液的功能。左心室5具有通过经由半月瓣7向主动脉6喷射含氧血液来进行体循环的功能。

右心房8经由心房肺动脉瓣9向右心室2供给血液。左心房10经由心房肺动脉瓣11向左心室5供给血液。

根据本发明的泵作为整体被标记为12。该泵固定在左心室5的顶点处。该泵能够有线或无线地连接到心脏外部的管理单元(未示出)。该泵能够连接到一个或更多个探针或传感器(未示出)以检测心率或其他。

容纳电机的泵的底部能够部分位于心脏外部、部分位于心尖的厚度内或完全位于心脏内。在图1的示例中，泵的底部部分地位于心脏外部，这能够尤其有利于电机的维护。

泵包括由顶部13构成的壳体，该顶部通过连接元件15刚性附接到底部14。这些连接元件能够包括一个或更多个杆件15，所述杆件连接两个部分13和14，同时为血液留出宽阔的通道。

底部14构成电机的定子。壳体旨在保持固定。在顶部13与底部14之间存在入口腔室16，该入口腔室是开放空间，仅被连接元件15阻挡。在操作中，泵设置为经由入口腔室16抽吸包含在心室5中的血液，将其输送通过壳体的顶部13，并通过顶部出口将其朝向阀门7喷射。

为了抽吸血液，泵包括叶轮17，该叶轮基于椭圆形体18设计，一个或更多个螺旋叶片19围绕该椭圆形体缠绕。在转动时，叶轮抽吸血液并将其朝向出口推进。这是泵的主要功能。因此，主流是由叶轮17泵送的流。

叶轮由传动轴20承载，该传动轴在与叶轮相对的端部处包括钟形件21。叶轮17、传动轴20和钟形件21的装配是刚性的并且能够进行转动。为此，钟形件21构成与固定定子14形成的电机的转子。该电机14和21是具有外部转子的无刷型电机。这是配备有电子控制系统(未示出)的同步机器，能够从外部进入心脏或不能够从外部进入心脏。

叶轮能够围绕其轴线并相对于保持固定的壳体13、14执行转动运动。入口枢轴31和出口枢轴33位于叶轮的转动轴线内并且当叶轮在转动运动期间处于磁悬浮时将叶轮保持在其轴线内。在变型中(未示出)，两个枢轴区域中的一个或两者能够包括具有允许叶轮转动的轴承的连接件。

图2更详细地示出了入口腔室16和电机14、21。入口腔室16是传动轴20、钟形件21和顶部壳体13之间的开放空间。

定子绕组22布置在靠近布置在钟形件21中的永磁体23的定子14中，该组件被设计成与其他部件，特别是用于构成无刷电机的电子部件(未示出)相结合。

传动轴20借助于侧叶片24刚性连接到钟形件21。通过电子装置激活定子磁场导致钟形件21的转动，从而导致传动轴20以及叶轮17的转动。包含在心室中和泵周围的流体通过入口腔室16进入并经由引导器25在壳体的顶部13中继续。如图2所示，这种向上的流体流动是主流26。根据本发明，钟形件21具有顶部开口27，一部分流体通过该顶部开口进行循环。这涉及根据图2中的图的下降的反向流28。该反向流通过将其朝向存在于钟形件21与定子14之间的通道29引导的侧叶片24保持为连续层流。该通道29将反向流28直接带入到定子下部处的区域30中。该区域30构成了流体(即本示例中的血液)能够在其中滞留的拐角。通过使用叶轮的转动运动产生的这种类型的反向流动能够保持在该拐角中的运动，从而防止血液滞留。因此防止了任何血栓的形成。

侧叶片24具有传动轴20与钟形件21之间的连接功能和将血液朝向通道29引导的功能。该侧叶片24通过一端连接到钟形件21的顶部，在该钟形件之上延伸，并通过另一端连接到传动轴20的下部。这样布置，侧叶片24在入口腔室16中具有中心部分。通道29是转子与定子之间的间隙，并通向顶点的水平处。通道29不包括明显的曲线以避免产生滞留区域。

在转动时，传动轴处于磁悬浮。传动轴的底端包括凸形倒圆区域，并构成入口枢轴31。定子的顶部具有凹形倒圆形状，并构成枢轴区域32。入口枢轴31和枢轴区域32具有能够完美结合在一起的互补的形状。在空闲位置，入口枢轴31置于枢轴区域32中。在转动时，传动轴处于悬置并且在入口枢轴31与枢轴区域32之间产生间隙。然而，枢轴区域32成形为将入口枢轴31保持在其转动轴线内。此外，入口枢轴31的凸形形状允许反向流在入口枢轴31与枢轴区域32之间的间隙中通过。这允许永久清洁该区域并因此降低血液停滞的风险。

图3更详细地示出了叶轮17，其连接到传动轴20和钟形件21。呈半球形状的出口枢轴33位于叶轮的顶点处并且位于转动轴线内。螺旋叶片19从下部包围主体18直到覆盖主体18的大约四分之三。叶轮的顶点没有叶片。

传动轴20牢固地连接到侧叶片24，所述侧叶片中的两个是可见的，第三个是隐藏的。具有三个侧叶片，但可能仅具有一个、两个或多于三个侧叶片。在任何情况下，侧叶片24都必须留有开口27，以便流体能够渗透进到钟形件21的内部。在图中所示的示例中，入口枢轴31位于钟形件21之上，但是能够设想到其他实施例，其中入口枢轴布置在钟形件21的内部。

对于根据本发明的泵，传动轴没有机械地连接到电机的定子。

图4更详细地示出了泵的顶部。能够看到叶轮17，其借助于叶片19将主流26朝向泵的出口推进。通过具有凸形倒圆形状的出口枢轴33的存在确保将叶轮固定到位。这涉及一个半球。该出口枢轴33旨在与叶轮一起执行转动运动，同时保持限制在连接到壳体13的顶部的固定导向件34中产生的壁龛内。该壁龛由在导向件34中产生的切口37形成。壁龛的形状与出口枢轴33的形状互补。能够设想除半球形以外的形状，诸如例如圆锥形。该壁龛构成出口枢轴33的枢轴区域。

两个枢轴区域32和37使得能够将叶轮和传动轴组件保持在其转动轴线内和非常有限的垂直移动区域内(按照图中的方向)。类似地，为了避免导向件34中的血液的滞留，在该导向件的中心处形成开口35以允许血液循环并且不会在导向件中滞留。事实上，在形成导向件的区域37与出口枢轴33之间定位有间隙35a、35b，或者是当泵运行时用于流体通过的空隙。通过电机的作用，在该空隙中保持流动，使得血液不会在其中滞留。创建了从壳体内部经由空隙直接进入开口35的通道35a、35b。

图5是泵出口的非常简化的示意图。示出了导向件34，该导向件是固定到壳体13的内壁的叶片。四个叶片34以十字形布置并在中央区域彼此间隔开，使得该中央区域构成壁龛和开口35。一组叶片34构成布置在泵出口处的矫直器，从而提高速度并使流体在出口处具有预定的轮廓。该矫直器前面能够有一个出口导流器(图4中未示出)，其功能是增加流体的压力，从而通过将转子产生的动能转换为势能来将流体从转子向外排出。

通过这样的实施方式，流体主要作为如图4所示的流26通过，但它也经由开口35通过。

为了改善叶轮的稳定性，在图6所示的实施例中，示出了出口枢轴33，该出口枢轴在其延长部内配备有突出部36。

该突出部36部分地或完全地进入开口35，直到它延伸超过导向件的端部。血流沿着出口枢轴的外壁及其突出部被推进，经由间隙35a和35b穿过开口35。

对于根据本发明的泵，出口枢轴包含在具有中央开口的壁龛中。这种布置使得能够消除任何可能导致血栓形成的血液滞留区域。

泵的优选操作方法是脉冲模式的电机操作。

对于这种操作，可以设想1500至7000rpm的速度。

当然，本发明不限于刚刚描述的实施例，并且在不超出本发明的范围的情况下能够对这些实施例进行许多调整。例如，枢轴中的一个和/或另一个能够与叶轮或传动轴构成一个整体，但是一个和/或另一个也能够由与叶轮和传动轴不同的材料构成；这部分将永久固定并与叶轮和传动轴一起转动。这种材料能够是陶瓷或诸如聚醚醚酮(PEEK)之类的耐热性塑料材料。

定子上的枢轴区域和/或导向件的部分37能够由钛制成的材料构成。

Claims (18)

1.一种旨在浸没在流体中的泵，包括：

-壳体(13、14)，

-无刷电机单元，其由以下形成：

-定子(14)，在所述定子中设置有第一磁性元件(22)，

-转子(21)，所述转子包括旨在与所述定子的第一磁性元件(22)磁耦合的第二磁性元件(23)，

-传动轴(20)，所述传动轴连接到所述转子并在其顶部构成叶轮，

其特征在于，所述叶轮包括在其顶点处的出口枢轴，所述出口枢轴能够与固定到所述壳体(13)的导向件(37、34)配合，所述导向件具有与所述出口枢轴的形状互补的形状，以使该枢轴在转动时保持稳定，并在所述出口枢轴与导向件之间形成间隙(35a、35b)，并且所述导向件包括在出口枢轴的回转轴线内的中央开口(35)，用于使流体经由间隙和开口从壳体的内部流向外部的通道(35a、35b)。

2.根据权利要求1所述的泵，其特征在于，所述出口枢轴包括进入所述导向件的中央开口(35)中的突出部(36)。

3.根据权利要求1或2所述的泵，其特征在于，所述导向件由矫直器和/或导流器的至少一个叶片构成。

4.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其特征在于，所述出口枢轴是凸形的，其具有半球形、圆锥形或金字塔形的形状。

5.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其特征在于，所述泵是轴流泵。

6.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其特征在于，所述电机单元是具有外部转子的无刷电机。

7.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其特征在于：

-所述壳体设有形成朝向顶端推进流体的推进腔室的顶部，以及形成定子并以固定方式附接到所述顶部的底部，

-所述泵包括顶部与底部之间的至少一个侧开口，并形成用于使流体从外部进入到推进腔室的入口腔室，

-所述转子呈至少部分地覆盖定子的头部的钟形件的形式，所述钟形件在其顶部具有至少一个开口，以产生流体的经由所述转子与定子之间的通道(29)从入口腔室直到定子的基部的反向流动，

-所述传动轴包括至少一个连接臂，所述连接臂使得能够将所述钟形件保持在所述定子之上，所述传动轴的轴线与所述钟形件的转动轴线重叠。

8.根据权利要求7所述的泵，其特征在于，所述泵包括侧叶片，所述侧叶片设置在所述钟形件(21)与传动轴(20)之间，并且用于引导在所述转子与定子之间的通道(29)中的反向流动。

9.根据权利要求8所述的泵，其特征在于，所述侧叶片是定向的或具有弯曲。

10.根据权利要求8或9所述的泵，其特征在于，所述连接臂(24)构成所述侧叶片。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的泵，其特征在于，所述泵是旨在固定在心尖处的心室内心脏泵，所述转子与定子之间的通道(29)直接通向心室的内壁与定子的外壁相交的区域(30)中。

12.根据权利要求11所述的泵，其特征在于，所述泵的尺寸使得所述入口腔室位于距顶点1至3cm的距离处，并且所述泵的出口孔位于主动脉瓣上游1至3cm距离处的心室内部中。

13.根据权利要求7至12中任一项所述的泵，其特征在于，在操作中，所述钟形件和传动轴旨在借助于磁性元件而处于磁悬浮，所述传动轴的底端(31)以及所述定子的顶端(32)协作以在转动阶段将传动轴保持在其回转轴线内。

14.根据权利要求13所述的泵，其特征在于，所述定子的顶端(32)包括凹形枢轴区域，所述凹形枢轴区域能够容纳所述传动轴的称为入口枢轴的凸形底端(31)。

15.根据权利要求13所述的泵，其特征在于，所述定子的顶端包括凸形枢轴区域，所述凸形枢轴区能够容纳所述传动轴的称为入口枢轴的凹形底端。

16.根据权利要求7至15中任一项所述的泵，其特征在于，所述传动轴包括配备有叶片(19)的顶部，其允许主流体能够从所述入口腔室抽吸到所述泵的出口。

17.根据权利要求16所述的泵，其特征在于，所述泵包括：

-引导器，所述引导器在所述壳体的顶部(13)的入口处，配备有导向叶片(25)，以使得流体在朝着所述传动轴的顶部的方向线性流动；

-叶轮，所述叶轮包括具有向外扩展形状的中心体，并且用于产生动能；

-至少一个螺旋叶片(19)，其围绕所述中心体(18)制造；所述螺旋叶片具有向外扩展的外部轮廓并且包括具有趋于无穷大的增加的绕组节距的匝；所述壳体的内部空间与所述至少一个螺旋叶片的向外扩展的形状互补。

18.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其特征在于，所述泵是旨在固定在左心室或右心室或全身心室的顶点处的心室内心脏泵。

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