CN114681789A - 离心血泵转子及离心血泵 - Google Patents

Abstract

本发明提出的本申请提供了一种离心血泵转子及离心血泵，包括:转子本体；所述转子本体具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面上设有主叶片和所述第二表面设有背叶片；所述主叶片用于产生驱动血液沿所述转子本体的运动的离心力；所述背叶片用以加快所述第二表面外周的血液流动；所述转子本体上形成有通孔，所述通孔连通所述第一表面和第二表面，能够使所述主叶片推动的部分血液在所述转子本体外周、所述背叶片、所述通孔及所述主叶片之间流通；避免在血泵转子的上、下端和外周产生滞止区和减小转子下端的压力，进而减少对红细胞的破坏和对血小板的激活，避免血液淤积，减少对红细胞的损伤和形成血栓的风险。

Description

离心血泵转子及离心血泵

技术领域

本申请涉及医疗器械领域，尤其涉及一种离心血泵转子及离心血泵。

背景技术

血泵是用来辅助人体血液循环的医疗器械，可作为心室辅助装置(VentricularAssist Device，VAD)用于治疗重症心衰，也用于在体外膜肺氧合(ExtracorporealMembrane Oxygenation，ECMO)技术中，与氧合器联合，代替心肺功能。目前临床常用的血泵为离心式磁耦合驱动血泵。这种血泵由泵头和磁耦合驱动装置组成。泵头内部几何构型复杂，由高速旋转的转子和外壳组成，转子上设有叶片，转子中心位置开设通孔，与上下外壳之间形成二次流道。血泵在工作时，磁耦合驱动装置驱动泵头内的转子高速旋转，通过叶片推动血液循环，但同时也会在泵头内部引起复杂流场，同时也会产生流动滞止区(如二次流道区域，转子和外壳接触点支撑处等)，导致血液中的物质沉积(如血小板、红细胞和纤维蛋白原等)，引发血栓生成；同时，离心血泵转子的高速旋转以及血泵中的复杂流场也会产生极高的非生理剪切力(往往大于100Pa)，会导致红细胞的破坏和血小板的激活和凝血剂(如ADP,TXA2等)的释放，进一步加大了溶血和血栓的形成的风险。

目前，应用较广泛血泵有半开式叶轮和闭式叶轮。其中，半开式叶轮有两个机械轴承，可以较好的平衡血泵转子在其轴向上的升力，但在机械轴承区域会产生大量的流动滞止区，极大的提高血栓发生的可能性，且该滞止区与叶轮之间会产生较大的压力，对红细胞的破坏较大；闭式叶轮，上盖板的使用可以较好的减少轴向的升力，但会导致转子与血液接触面积增加，从而引起剪切力的增加，使得闭式叶轮对红细胞的破坏增加并导致溶血。机械轴承的使用虽然可以平衡轴向力，保持转子轴向稳定，但机械轴承在旋转过程中所产生的高热和高剪切力会极大的破坏红细胞和激活血小板，导致血液损伤。此外，无论是现有的闭式还是半开式叶轮，血液在下空腔的流速都相对缓慢，导致血液容易在血泵的下空腔淤积，从而导血栓的发生。

发明内容

本申请是为了克服在血泵机械轴承之间的摩擦和二次流道中血流缓慢等导致的红细胞破坏，血小板激活和血栓生成等血液损伤。

本申请第一个方面提出了一种离心血泵转子，包括:

转子本体；

所述转子本体具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面上设有主叶片和所述第二表面设有背叶片；所述主叶片用于产生血液沿所述转子本体的离心力；

所述背叶片用以加快所述第二表面外周的血流流动；所述转子本体上形成有通孔，所述通孔连通所述第一表面和第二表面，能够使所述主叶片推动的部分血液在所述转子本体外周、所述背叶片、所述通孔及所述主叶片之间流通。

进一步地，背叶片的高度由所转子本体外周向中心方向递减。

进一步地，主叶片的高度由所转子本体外周向中心方向递增。

进一步地，背叶片的数量大于或等于主叶片的数量。

进一步地，背叶片的平均高度小于主叶片的平均高度。

进一步地，背叶片的弯曲方向与主叶片的弯曲方向一致。

进一步地，背叶片的弯曲角度小于或等于主叶片的弯曲角度。

本申请的另一个方面提出了一种离心血泵，离心血泵包括上述技术方案中任一项的血泵转子；

永磁体安装在磁体容纳腔内，用于与外部磁体驱动器磁耦合，并带动血泵转子转动；

外壳，用于容纳血泵转子。

进一步地，所述外壳轴向的一侧通过大倒角与所述进液管相连；

所述外壳周向设置有与所述外壳内部相通的蜗壳流道；所述蜗壳流道上设置有出液管，所述出液管与蜗壳基圆相切。

本申请提供了一种离心血泵转子及血泵，离心血泵转子包括:转子本体；所述转子本体具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面上设有主叶片和所述第二表面设有背叶片；所述主叶片用于产生驱动血液沿所述转子本体运动的离心力；所述背叶片至少用于使所述主叶片推动的部分血液沿所述转子本体边缘向中心方向流动；所述转子本体上形成有通孔，所述通孔连通所述第一表面和第二表面，能够使所述主叶片推动的部分血液在所述转子本体外周、所述背叶片、所述通孔及所述主叶片之间流通。本申请中的血泵转子在旋转过程中，所述主叶片用于产生驱动血液沿转子本体的运动的离心力；背叶片用于避免血液随转子本体旋转和缩短血液在第二表面外周的通过时间；避免在血泵转子的上、下端及外周边缘产生滞止区和高压区，进而减少对红细胞和血小板的破坏，降低了血液淤积的可能性，从而减小了发生溶血和形成血栓的风险。同时，血泵转子的上、下端及外周边缘的高压区的减小，有利于减小血泵转子在轴向上的升力，改善血泵的转子动平衡。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，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申请的一些实施例，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是本申请一个实施例中一种离心血泵的轴向半剖示意图；

图2是本申请一个实施例中一种离心血泵转子的立体示意图。

其中，图1至图2中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1、进液管；2、主叶片；3、蜗壳流道；4、上空腔；5、转子本体；6、下空腔；7、背叶片。

具体实施方式

需要声明的是，本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本发明中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

目前，现有技术中为了平衡血泵的轴向升力和避免流动滞止而使用机械轴承和二次流道。机械轴承的使用使得其接触点存在高热和高剪切力区域，容易造成红细胞破坏和血小板激活。二次流道的存在使得血液在二次流道中的流速缓慢形成流动滞止区，导致血液淤积，增加血栓形成的风险。滞止区与血泵转子之间压力以及流动区与滞止区之间相互作用导致剪切力的增加，破坏红细胞和激活血小板，进一步恶化血泵的血液相容性。

为了在平衡血泵轴向力的同时改善血泵的血液相容性，如图1、图2所示，本申请中一实施例提供了一种无机械轴承式的血泵转子，包括:转子本体5；转子本体5具有相对的第一表面和第二表面，第一表面上设有主叶片2和第二表面设有背叶片7；主叶片2用于产生驱动血液沿转子本体5的运动的离心力；背叶片7至少用于使主叶片2推动的部分血液沿转子本体5边缘向中心方向流动；转子本体5上形成有通孔，通孔连通第一表面和第二表面，能够使主叶片2推动的部分血液在转子本体5外周、背叶片7、通孔及主叶片2之间流通。

在该技术方案中，转子本体5的磁体容纳腔可以固定放置永磁体，磁体与外部磁体驱动器形成磁耦合，在外部磁体驱动器带动下，磁体旋转随之带动转子本体5旋转。转子本体5具有相对的第一表面和第二表面，第一表面上设有主叶片2和第二表面设有背叶片7；主叶片2用于产生驱动血液沿转子本体5的运动的离心力；背叶片7至少用于使主叶片2推动的部分血液沿转子本体5边缘向中心方向流动；根据伯努利原理，流体中:动能+重力势能+压力势能＝常数。其中，流体因受力所得的能量+流体因引力做功所损失的能量＝流体所得的动能，在同一稳定流体系统中，重力势能不变的情况下，血液流动速度越快，所带来的压力势能越小，反之，速度越慢，所带来的压力势能越大。现有技术中，血泵转子在未设置背叶片7的情况下，在血泵的下空腔6容易形成血液滞止区，而上空腔4由于主叶片2带动血液流动形成血液流动区，因此，血泵转子的上端与下端的血液与血泵转子的相对速度不同，下端滞止区产生的压力远大于上端流动区的带来压力，使得转子上下端的压差较大，升力较高，影响转子动平衡。此外，这种压差的存在还会使得转子与血液之间产生极高的非生理剪切力，使得红细胞遭到破坏导致溶血和血小板激活形成血栓。本申请中血泵转子转动，随之主叶片2用于产生血液沿转子本体5的径向推动力；在血泵转子转动时，无论是转子本体5还叶片，越靠近轴心线速度越小，血液与血泵转子间的相对速度也越小，血液与血泵转子的压力势能越大背叶片7至少用于使主叶片2推动的部分血液沿转子本体5边缘向中心方向流动；转子本体5上形成有通孔，通孔连通第一表面和第二表面，能够使主叶片2推动的部分血液在转子本体5外周、背叶片7、通孔及主叶片2之间流通，避免在血泵转子的上、下端和外周边缘产生滞止区，从而避免血液淤积和形成血栓的风险。

进一步地，背叶片7的高度由所转子本体5外周向中心方向递减。在上述技术方案中，每两片背叶片7之间形成背叶片7流道，每个背叶片7流道是由血泵转子轴心向外周方向逐渐变宽，在设置背叶片7的高度由所转子本体5外周向中心方向递减后，可以使背叶片7流道所容纳血液的截面积趋于均匀，进而在形成稳定的流体系统后，背叶片7流道内的血液流动速度也趋于均匀，减少血液加速度对血液的损伤；并且背叶片7是用于使血液能够沿转子本体5边缘向中心方向流动，在背叶片7流道所容纳血液的截面积趋于均匀后，在血泵转子外周的血液更容易流向血泵转子的轴心处。

进一步地，主叶片2的高度由所转子本体5外周向中心方向递增。在上述技术方案中，每两片主叶片2之间形成主叶片2流道，每个主叶片2流道是由血泵转子轴心向外周方向逐渐变宽，在设置背叶片7的高度由所转子本体5外周向中心方向递减后，可以使主叶片2流道所容纳血液的截面积趋于均匀，进而在形成稳定的流体系统后，主叶片2流道内的血液流动速度也趋于均匀，减少血液加速度对血液的损伤。

进一步地，背叶片7的数量大于或等于主叶片2的数量；背叶片7的平均高度小于主叶片2的平均高度。在血泵转子旋转时，转子本体5上端的血液在主叶片2产生向心力的反作用力的带动下，由血泵转子的轴心流向外周方向，一部分血液受到压力由转子本体5的外周流向下端背叶片7所在区域，在背叶片7流道的引导下流向血泵转子的轴心。主叶片2是用于产生驱动血液沿转子本体5运动的离心力；背叶片7用于使血液能够沿转子本体5边缘向中心方向流动；主叶片2是血液流动的源动力，背叶片7是引导受到压力转子本体5下端的血液流向血泵转子的轴心；背叶片7用于使血液能够沿转子本体5边缘向中心方向流动，避免随着背叶片7的转动，血液产生过大的向心力的反作用力与来自血泵转子外周上端的压力等压相冲，导致在血泵转子的外周形成滞止区。优选的，背叶片7远离转子本体5外周一端与轴心的距离，远小于主叶片2远离转子本体5外周一端与轴心的距离，以使背叶片7旋转形成的向心力的反作用力远小于主叶片2旋转的形成的向心力的反作用力，进而使转子本体5外周的血液可以在背叶片7的引导下流向转子本体5的轴心，避免在转子本体5的外周和下端形成滞止区，既可以使血泵转子保持动平衡，减小血泵的振动，又减少了溶血和血栓情况的出现。

进一步地，背叶片7的弯曲方向主叶片2的弯曲方向一致，背叶片7的弯曲角度小于或等于主叶片2的弯曲角度。主叶片2在第一表面上沿径向弯曲方向与背叶片7在第二表面上沿径向弯曲方向一致，可以使下空腔6中血液的流动，避免因背叶片的使用而在下空腔6中形成流动死区。同时也在一定程度上减小了二次流中的正向预旋，从而减小了二次流与主流撞击而造成的能量损失和产生的高剪切力。有利于提高血泵的水力性能和减小对血液的损伤。

进一步地，背叶片7远离转子本体5的一端具有弧形部。由于背叶片7是引导转子本体5周向的血液流向轴心，避免转子本体5下端和外周形成滞止区，因此，叶片远离转子本体5的一端具有弧形部，可以在转子本体5的下端区域形成适当强度的湍流区域，适当强度是指该湍流不会对血液造成损伤，湍流可以使背叶片7表面形成不规则的血液流动，减小叶片的受到正向反作用力，也就减小了血液自身受到的压力；又可以使不在背叶片7旋转区域的血液流动起来，避免在背叶片7旋转范围内、外形成明显的流速的不同的分层现象；优选地，在背叶片7远离转子本体5的一端设置有凸起结构，以使血液可以在转子本体5的下端区域形成适当强度的湍流区域。

本申请的另一个方面提出了一种离心血泵，离心血泵上述技术方案中的离心血泵转子，因此，该技术方案中的离心血泵具有上述离心血泵转子的所有优点和有益效果；磁体安装在磁体容纳腔内，与外部磁体驱动器磁耦合，并带动血泵转子动；外壳，用于容纳血泵转子。

进一步地，离心血泵包括外壳；外壳轴向的一侧通过大倒角与进液管1相连，或者是，外壳轴向的一侧通过过渡部与进液管1相连，过渡部的直径在轴向上由进液管1向外壳外周逐渐增大，这有利于抑制血泵旋转在进液管中产生的回流，减小了因回流的存在而产生的血液损伤。外壳周向设置有与外壳内部相通的蜗壳流道3；蜗壳流道上设置有出液管，出液管与蜗壳基圆相切，以保证血液顺利流出，避免因蜗舌处的血液流动分流的存在而导致的血液淤积和血栓形成。

进一步地，血泵转子轴向升力的减小有利减小磁悬浮系统施加给血泵的反作用力，从而减小血泵电机的功耗，避免血泵电机运行过程中因高热而导致的进一步的血液损伤。

离心血泵的工作方式如下：永磁体固定放置在磁体容纳腔内，与外部磁体驱动器形成磁耦合，磁耦合系统对血泵转子施加轴向和径向上的平衡力，这种平衡力与转子的液力、轴向力和径向力精确平衡，保持血泵转子悬浮在转子容纳腔中，并可以随磁体驱动器旋转而稳定转动；血液被从进液管1进入到血泵的外壳内，经过血泵转子上的主叶片2的加速流向外周区域，大部分血液进入到流道内，流向出液管；少部分血液在压力作用下由转子本体5的边缘流向转子本体5的下端，血液在背叶片7的引导下流向血泵转子的轴心，并通过通孔进入主叶片2流道或返回进液管1，重新受到主叶片2的推动作用。血泵内的血液在主叶片2和背叶片7的带动下，可以使各区域血液流动，避免出现滞止区，进而避免溶血和血栓的出现。

应当理解的是，本申请的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本申请的原理，而不构成对本申请的限制。因此，在不偏离本申请的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。此外，本申请所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种离心血泵转子，其特征在于，包括:

转子本体(5)；

所述转子本体(5)具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面上设有主叶片(2)和所述第二表面设有背叶片(7)；

所述主叶片(2)用于产生驱动血液沿所述转子本体(5)运动的离心力；

所述背叶片(7)用以加快所述第二表面外周的血液流动；所述背叶片(7)至少用于使所述主叶片(2)推动的部分血液沿所述转子本体(5)边缘向中心方向流动；

所述转子本体(5)上形成有通孔，所述通孔连通所述第一表面和第二表面，能够使所述主叶片(2)推动的部分血液在所述转子本体(5)外周、所述背叶片(7)、所述通孔及所述主叶片(2)之间流通。

2.根据权利要求1所述的离心血泵转子，其特征在于，所述背叶片(7)的高度由所转子本体(5)外周向中心方向递减。

3.根据权利要求1所述的离心血泵转子，其特征在于，所述主叶片(2)的高度由所转子本体(5)外周向中心方向递增。

4.根据权利要求1所述的离心血泵转子，其特征在于，所述背叶片(7)的数量大于或等于所述主叶片(2)的数量。

5.根据权利要求1所述的离心血泵转子，其特征在于，所述背叶片(7)的平均高度小于所述主叶片(2)的平均高度。

6.根据权利要求1所述的离心血泵转子，其特征在于，所述背叶片(7)的弯曲方向与主叶片(2)的弯曲方向一致，所述背叶片(7)的弯曲角度小于或等于主叶片(2)的弯曲角度。

7.根据权利要求1所述的离心血泵转子，其特征在于，所述背叶片(7)远离所述转子本体(5)的一端具有弧形部。

8.一种离心血泵，其特征在于，所述离心血泵包括权利要求1-7任一项所述的离心血泵转子；

永磁体安装在所述磁体容纳腔内，用于与外部磁体驱动器磁耦合，并带动所述血泵转子转动；

外壳，用于容纳所述血泵转子。

9.根据权利要求8所述的离心血泵，其特征在于，

所述外壳轴向的一侧通过大倒角与所述进液管(1)相连；

所述外壳周向设置有与所述外壳内部相通的蜗壳流道(3)；所述蜗壳流道(3)上设置有出液管，所述出液管与蜗壳基圆相切。

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