CN115068808A - 一种离心血泵 - Google Patents

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CN115068808A CN202210803036.8A CN202210803036A CN115068808A CN 115068808 A CN115068808 A CN 115068808A CN 202210803036 A CN202210803036 A CN 202210803036A CN 115068808 A CN115068808 A CN 115068808A
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blood
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wall
centrifugal
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陈增胜
李�远
樊瑜波
邓小燕
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Beihang University
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Beihang University
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Abstract

本发明提出一种离心血泵，包括：血泵转子，包括转子本体和设在转子本体一端的叶片组；血泵外壳，具有容纳腔，血泵转子位于容纳腔内；回流通孔，贯穿转子本体轴向的两端；转子本体与血泵外壳之间具有间隙，回流通孔与间隙连通，以形成血液的二次流道；多个扩压部设置在血泵外壳的内壁面上；相邻扩压部之间形成扩压流道，扩压流道由血泵外壳的中心向外周逐渐变宽；进液口，设于血泵外壳的一端；出液口，设在进液口的外围，且出液口与进液口均位于血泵外壳的同一端；进液口与扩压流道和二次流道连通，扩压流道与出液口连通。本发明的离心血泵，减少因血液循环流转而反复受到叶片搅动导致血液损伤，同时，减小二次流的循环量和提高二次流速度。

Description

一种离心血泵
技术领域
本申请涉及医疗器械领域，具体涉及一种离心血泵。
背景技术
血泵是体外膜肺氧合(ECMO)系统的核心部件，代替心脏泵血促进血液循环的功能。血泵也是心室辅助装置的重要组成部分，用来部分或完全替代心衰心脏的功能。目前临床常用的离心血泵系统为磁耦合驱动，由血泵和血泵外部的磁耦合驱动装置组成。血泵内部由高速旋转的转子和外壳组成。以往的血泵复杂构型和机械运动不可避免的使血泵中存在复杂的流动和导致血液损伤，如：血泵高速旋转和复杂流场导致非生理剪切力的产生，尤其是现有血泵的血液容易在血泵转子旋转外周与外壳之间循环流转，增加了血液损伤的风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种离心血泵，为解决血泵高速旋转和复杂流场导致非生理剪切力的产生,尤其是现有血泵的血液容易在血泵转子旋转外周与外壳之间循环流转，增加了血液损伤的风险。
为解决上述技术问题，根据一些实施例，本申请提供了一种离心血泵，其特征在于，包括：
血泵转子，包括转子本体和设在所述转子本体一端的叶片组；
血泵外壳，具有容纳腔，所述血泵转子位于容纳腔内；
回流通孔，贯穿所述转子本体轴向的两端；
转子本体与血泵外壳之间具有间隙，所述回流通孔与所述间隙连通，以形成血液的二次流道；
多个扩压部设置在所述血泵外壳的内壁面上；
相邻扩压部之间形成扩压流道，扩压流道由血泵外壳的中心向外周逐渐变宽；
进液口，设于所述血泵外壳的一端；
出液口，设在所述进液口的外围，且出液口与所述进液口均位于所述血泵外壳的同一端；
进液口与扩压流道和二次流道连通，扩压流道与出液口连通。
进一步地，所述血泵外壳的内壁面包括同轴心的第一内壁和第二内壁；
所述第一内壁的半径大于所述第二内壁的半径；
所述第一内壁一端为贯通口，另一端通过环形的第一底面与所述第二内壁的一端连接；
所述第二内壁的另一端通过第二底面封闭；所述扩压部设在所述第一底面上，并沿所述第一内壁轴向延伸。
所述转子本体，与所述第二内壁面、第二底面形成的腔体适配。
进一步地，血泵外壳包括：上壳体和下壳体；
进液口设在所述上壳体上；
所述上壳体还具有血液输出壁和连接所述进液口与所述血液输出壁的过渡部；
所述血液输出壁与位于所述下壳体上的第一内壁形成所述出液口。
进一步地，所述叶片组的外周半径大于所述转子本体的外周半径。
进一步地，所述叶片组包括：主叶片和分流叶片；
主叶片沿径向的长度大于分流叶片；
主叶片和分流叶片交替排布。
进一步地，所述扩压部具有沿所述第一内壁轴向延伸形成导流部；
所述多个导流部，将所述出液口分隔出多个导流道；
相邻主叶片间的叶片流道和所述导流道构成血液输出流道。
进一步地，每相邻两个所述扩压部之间形成的扩压流道呈螺旋形。
进一步地，所述回流通孔设在相邻的所述主叶片之间；
所述回流通孔所在圆周半径大于所述主叶片到所述血泵转子轴心的距离，且小于所述分流叶片到所述血泵转子轴心的距离。
进一步地，所述转子本体上具有导流锥，所述导流锥的直径沿轴向靠近第二底面的一端逐渐增大，所述叶片组排布在所述导流锥上。
进一步地，离心血泵还包括进液管；
所述进液管一端与所述进液口连接，另一端穿过氧合器的中心位置；或，
进液管的一端与所述进液口连接，所述进液管的另一端穿过扩压部，且所述进液管突出于所述血泵外壳的外周。
本发明提供了一种离心血泵，包括：血泵转子，包括转子本体和设在所述转子本体一端的叶片组；血泵外壳，具有容纳腔，所述血泵转子位于容纳腔内；回流通孔，贯穿所述转子本体轴向的两端；转子本体与血泵外壳之间具有间隙，所述回流通孔与所述间隙连通，以形成血液的二次流道；多个扩压部设置在所述血泵外壳的内壁面上；相邻扩压部之间形成扩压流道，扩压流道由血泵外壳的中心向外周逐渐变宽；进液口，设于所述血泵外壳的一端；出液口，设在所述进液口的外围，且出液口与所述进液口均位于所述血泵外壳的同一端；进液口与扩压流道和二次流道连通，扩压流道与出液口连通。
本发明的上述技术方案至少具有如下有益的技术效果：
(一)本申请提供的离心血泵，一方面可以使得血泵可以直接与氧合器连接，可以使得血液从各个方向均匀的进入到氧合器中，减小ECMO系统的体积和提高便携性。
(二)本申请实施例的血泵可以减少因血泵蜗壳引起血液循环流转而反复受到叶片搅动导致的血液损伤。同时，减小二次流的循环量和提高二次流速度，提高血泵效率，减小血液损伤和血液淤积的风险。
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是本发明的一个实施例的离心血泵半剖面示意图；
图2是本发明的一个实施例的血泵转子立体示意图；
图3是本发明的一个实施例的离心血泵立体示意图；
图4是本发明的另一个实施例的离心血泵立体示意图；
图5是本发明的一个实施例中离心血泵的立体解剖示意图；
图6是本发明的另一个实施例的离心血泵剖面示意图。
附图标记：
101、进液口；102、进液管；103、血液输出壁；210、第一内壁；212；第一底面；220、第二内壁；222、第二底面；230、扩压部；300、血泵转子；310、转子本体；320、叶片组；321、主叶片；322、分流叶片；330、回流通孔；400、出液口；500、血泵外壳。
具体实施方式
目前，现有技术中离心血泵的血液容易在离心血泵转子旋转外周与外壳之间循环流转，循环流转区域的血液反复受到叶片搅动易导致血液损伤；同时，离心血泵的二次流循环流量大但速度低，导致离心血泵效率低，血液损伤和血液淤积风险高；离心血泵与氧合器多个端口装配，出现故障的几率增加。
为解决上述问题，本发明一实施例提供了一种离心血泵，包括：血泵转子300，包括转子本体310和设在所述转子本体310一端的叶片组320；血泵外壳500，具有容纳腔，所述血泵转子300位于容纳腔内；回流通孔330，贯穿所述转子本体310轴向的两端；转子本体310与血泵外壳500之间具有间隙，所述回流通孔330与所述间隙连通，以形成血液的二次流道；多个扩压部230设置在所述血泵外壳500的内壁面上；相邻扩压部230之间形成扩压流道，扩压流道由血泵外壳500的中心向外周逐渐变宽；进液口101，设于所述血泵外壳500的一端；出液口400，设在所述进液口101的外围，且出液口400与所述进液口101均位于所述血泵外壳500的同一端；进液口101与扩压流道和二次流道连通，扩压流道与出液口400连通。
在该技术方案中，如图1所示，转子本体310内部设有磁体容纳腔，磁体容纳腔用于固定永磁体；永磁体与离心血泵外部的磁耦合驱动装置形成磁耦合，使离心血泵转子300悬浮在离心血泵外壳500内，并带动血泵转子300转动，为离心血泵提供动力。多个扩压部230设置在所述离心血泵外壳500的内壁面上，相邻扩压部230之间形成由离心血泵外壳500中心向外周逐渐变宽的扩压流道，由于在压强相同时，压力与面积成正比，血液在截面积较小处与截面积较大处相比，压力较小；血液在离心血泵转子300的叶片组320带动下产生离心运动，相邻扩压部230形成的扩压流道可以使流动的血液增压，将速度能转化为压力能。进液口101，设于所述离心血泵外壳500的一端；出液口400，设在所述进液口101的外围，设在所述进液口101的外围，且出液口400与所述进液口101均位于所述血泵外壳500的同一端，可以使得离心血泵直接与氧合器在一端一体连接，减小ECMO系统的体积，提高ECMO系统的便携性，还可以使得血液从各个方向均匀的进入到氧合器中。另一方面，回流通孔330贯穿所述转子本体310轴向的两端；转子本体310与血泵外壳500之间具有间隙，所述回流通孔330与所述间隙连通，以形成血液的二次流道；避免动力流失，减少因血液循环流转而反复受到叶片搅动导致血液损伤；同时还改善了离心血泵中的低速二次流流动，提高了离心血泵的效率，降低了血液损伤和血液淤积的风险。
在本发明的一个实施例中，所述血泵外壳500的内壁面包括同轴心的第一内壁210和第二内壁220；所述第一内壁210的半径大于所述第二内壁220的半径；所述第一内壁210一端为贯通口，另一端通过环形的第一底面212与所述第二内壁220的一端连接；所述第二内壁220的另一端通过第二底面222封闭；所述扩压部230设在所述第一底面212上，并沿所述第一内壁210轴向延伸。
在该技术方案中，转子本体310的下部，与第二内壁220、第二底面222形成的腔体适配，其中，转子本体310的下部与所述腔体为规则的柱状结构，有助于转子本体310稳定的悬浮在转子本体310的容纳腔内，减小血液流动对血泵转子300的位置的影响。血液从进液口101进入到离心血泵，叶片组320使血液产生离心力，血液进入到第一内壁210上的扩压部230增压，然后由出液口400流出，并进入到与离心血泵连接的氧合器中。
在本发明的一个实施例中，血泵外壳500包括：上壳体和下壳体；进液口101设在所述上壳体上；所述上壳体还具有血液输出壁103和连接所述进液口101与所述血液输出壁103的过渡部；所述血液输出壁103与位于所述下壳体上的第一内壁210形成所述出液口400。
在该技术方案中，
在本发明的一个实施例中，所述叶片组320的外周半径大于所述转子本体310的外周半径，使得离心血泵在相同的转速下产生更大的离心力，进而输出更高压差。优选地，叶片组320的外周的半径大于第二内壁220的半径，可以使叶片的外端伸出到第一底面212的区域内，外延的叶片有利于增强叶片的做功能力。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，所述叶片组320包括：主叶片321和分流叶片322；主叶片321沿径向的长度大于分流叶片322；主叶片321和分流叶片322交替排布。
在该技术方案中，长短交错的叶片组320构成在提高离心血泵转子300做功能力，同时，较短的分流叶片322使主叶片321之间形成的叶片流道进行分流，有利于减小叶片边缘的流动损失和叶片吸力面侧的流动分离，提高离心血泵效率，避免叶片前缘非生理剪切力的产生血液损伤以及吸力面侧的流动分离导致的血液淤积和血栓的形成。
在本发明的一个实施例中，所述扩压部230具有沿所述第一内壁210轴向延伸形成导流部；所述多个导流部，将所述出液口400分隔出多个导流道；相邻主叶片321间的叶片流道和所述导流道构成血液输出流道；进一步地，所述血液输出壁103与多个导流部适配；所述多个导流部，将所述血液输出壁103与所述第一内壁210之间分隔成多个导流道，可以减小血液流出时在轴向上的旋度，使得流出的血液的旋转分量较小，从而减小血液在出液口400的滞留时间，避免离心血泵出口血栓的发生。同时也可以减小离心血泵血液与氧合器的碰撞，进一步减小因血液碰撞而导致的离心血泵出液口400(氧合器的血液入口)的非生理剪切力，减小对红细胞的破坏和对血小板的激活。优选的，扩压部230与离心血泵外壳500一体成型。
在本发明的一个实施例中，如图3、图4和图5所示，所述每相邻两个扩压部230之间形成的扩压流道呈螺旋形；优选地，扩压流道弯曲方向与血液流动方向相同。扩压流道由第一底面212的中心方向向外周方向逐渐变宽，血液作为流体从截面较小的处流向截面较大处，可以使血流截面较大处实现增压，进而可以减小血液在扩压器中的流动损失，提高离心血泵的效率。
在本发明的一个实施例中，如图1、图2和图3所示，所述回流通孔330设在相邻的所述主叶片321之间；所述多个回流通孔330所在圆周半径大于所述主叶片321到所述离心血泵转子300轴心的距离，且小于所述分流叶片322到所述离心血泵转子300轴心的距离。转子本体310，与所述第二内壁220、第二底面222形成的腔体适配，所述转子本体310与所述第二内壁220、所述第二底面222之间的间隙形成血液的回流腔；转子本体310悬浮在离心血泵外壳500内，且与离心血泵外壳500产生相对运动，离心血泵转子300与外壳之间需要存在一定的间隙；现有技术中该间隙的血液无法很好参与到血液流转中去，易形成血液流动滞止区，并且血液流动滞止区受到压力较大，容易产生血栓的。本发明中，多个回流通孔330，与所述转子本体310、所述第二内壁220、所述第二底面222之间的间隙形成血液的回流腔，共同构成血液流通的二次通道；叶片外周的血液离心力大于离心血泵转子300外周血液的离心力，第一内壁210的大于第二内壁220的半径，可以使叶片组320外端与第一底面212之间的血液流向转子本体310与第二内壁220之间，再通过多个回流通孔330流回到离心血泵转子300的上部，进而参与到血液输出流道中去。二次流循环效率的提高可以较好的冲刷离心血泵转子300，进一步避免了转子区域因为血液淤积而导致血栓的形成。此外，本发明对于回流通孔330的设计，还可以减小二次流道施加给转子的压力，从而减小了转子的升力，改善了转子的动平衡。而在离心血泵实际运行过程中，磁耦合系统对离心血泵转子300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，保持离心血泵转子300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；本发明所提供的回流通孔330极大的减小了转子的轴向升力，因此所需要的磁耦合驱动装置中驱动功耗更小，也避免了驱动装置发热而导致的进一步血液损伤。
在本发明的一个实施例中，所述转子本体310上具有导流锥，所述导流锥的直径沿轴向靠近第二底面222的一端逐渐增大，所述叶片组320排布在所述导流锥上。该技术方案中，导向锥可以使经过进液口101进入到离心血泵内的血液流向由轴向逐渐变为径向，使得血液可以更好的进入叶片流道，避免因为流动方向的突然改变而在叶轮流道中产生的不稳定流动和导致的血液损伤。
本发明提供了一种离心血泵，包括：血泵转子300，包括转子本体310和设在所述转子本体310一端的叶片组320；血泵外壳500，具有容纳腔，所述血泵转子300位于容纳腔内；回流通孔330，贯穿所述转子本体310轴向的两端；转子本体310与血泵外壳500之间具有间隙，所述回流通孔330与所述间隙连通，以形成血液的二次流道；多个扩压部230设置在所述血泵外壳500的内壁面上；相邻扩压部230之间形成扩压流道，扩压流道由血泵外壳500的中心向外周逐渐变宽；进液口101，设于所述血泵外壳500的一端；出液口400，设在所述进液口101的外围，且出液口400与所述进液口101均位于所述血泵外壳500的同一端；血液从进液口101进入，经由扩压流道和二次流道，由出液口400流出。本发明提供的离心血泵，一方面可以使得离心血泵可以直接与氧合器连接，可以使得血液从各个方向均匀的进入到氧合器中，避免动力流失。另一方面减少因血液循环流转而反复受到叶片搅动导致的血液损伤。同时还改善了离心血泵中的低速二次流流动，提高了离心血泵的效率，降低了血液损伤和血液淤积的风险。
在本发明的一个实施例中，离心血泵还包括进液管101；所述进液管102一端与所述进液口101连接，另一端穿过氧合器的中心位置；或，进液管102的一端与所述进液口101连接，所述进液管102的另一端穿过扩压部，且所述进液管102突出于所述血泵外壳500的外周。
本发明中通过进液管102连接离心血泵的进液口101有两种实施方式。一种实施方式如图1所示，该连接方式中，离心血泵的进液口101和氧合器的血液出口位于同一侧，且血泵进液口101位于氧合器的轴向中心位置，氧器的血液入口沿氧合器壳体设置为环形；离心血泵的进液管102为直管，用于穿过氧合器的中心位置；出液口400直接与氧合器的环形血液入口适配，通过在氧合器上开设通孔与ECMO插管相接。直管的使用可以极大的减少进液管102中的流动分离，但也会破坏氧合器原有的结构。另一种实施方式如图6所示，离心血泵的进液管102突出于血泵外壳的外周；优选地，进液管102为肘形，依次通过在扩压部230上开设的通孔和血泵外壳500，与ECMO插管连接。由于进液管102为肘形，因此在拐角区域容易出现流动分离，进而诱发血栓，但是这种方法可以避免对氧合器结构的影响。其中，图1和图6中箭头方向表示血液流动方向。
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 (10)

1.一种离心血泵，其特征在于，包括：
血泵转子(300)，包括转子本体(310)和设在所述转子本体(310)一端的叶片组(320)；
血泵外壳(500)，具有容纳腔，所述血泵转子(300)位于容纳腔内；
回流通孔(330)，贯穿所述转子本体(310)轴向的两端；
转子本体(310)与血泵外壳(500)之间具有间隙，所述回流通孔(330)与所述间隙连通，以形成血液的二次流道；
多个扩压部(230)设置在所述血泵外壳(500)的内壁面上；
相邻扩压部(230)之间形成扩压流道，扩压流道由血泵外壳(500)的中心向外周逐渐变宽；
进液口(101)，设于所述血泵外壳(500)的一端；
出液口(400)，设在所述进液口(101)的外围，且出液口(400)与所述进液口(101)均位于所述血泵外壳(500)的同一端；
进液口(101)与扩压流道和二次流道连通，扩压流道与出液口(400)连通。
2.根据权利要求1所述的离心血泵，其特征在于，所述血泵外壳(500)的内壁面包括同轴心的第一内壁(210)和第二内壁(220)；
所述第一内壁(210)的半径大于所述第二内壁(220)的半径；
所述第一内壁(210)一端为贯通口，另一端通过环形的第一底面与所述第二内壁(220)的一端连接；
所述第二内壁(220)的另一端通过第二底面(222)封闭；
所述扩压部(230)设在所述第一底面(212)上，并沿所述第一内壁(210)轴向延伸。
3.根据权利要求2所述的离心血泵，其特征在于，血泵外壳(500)包括：上壳体和下壳体；
进液口(101)设在所述上壳体上；
所述上壳体还具有血液输出壁(103)和连接所述进液口(101)与所述血液输出壁(103)的过渡部；
所述血液输出壁(103)与位于所述下壳体上的第一内壁(210)形成所述出液口(400)。
4.根据权利要求1所述的离心血泵，其特征在于，所述叶片组(320)的外周半径大于所述转子本体(310)的外周半径。
5.根据权利要求1所述的离心血泵，其特征在于，所述叶片组(320)包括：主叶片(321)和分流叶片(322)；
主叶片(321)沿径向的长度大于分流叶片(322)；
主叶片(321)和分流叶片(322)交替排布。
6.根据权利要求5所述的离心血泵，其特征在于，所述扩压部(230)具有沿所述第一内壁(210)轴向延伸形成导流部；
所述多个导流部，将所述出液口(400)分隔出多个导流道；
相邻主叶片(321)间的叶片流道和所述导流道构成血液输出流道。
7.根据权利要求1所述的离心血泵，其特征在于，每相邻两个所述扩压部(230)之间形成的扩压流道呈螺旋形。
8.根据权利要求5所述的离心血泵，其特征在于，所述回流通孔(330)设在相邻的所述主叶片(321)之间；
所述回流通孔(330)所在圆周半径大于所述主叶片(321)到所述血泵转子(300)轴心的距离，且小于所述分流叶片(322)到所述血泵转子(300)轴心的距离。
9.根据权利要求2所述的离心血泵，其特征在于，所述转子本体(310)上具有导流锥，所述导流锥的直径沿轴向靠近第二底面(222)的一端逐渐增大，所述叶片组(320)排布在所述导流锥上。
10.根据权利要求1所述的离心血泵，其特征在于，还包括进液管(102)；
所述进液管(102)一端与所述进液口(101)连接，另一端穿过氧合器的中心位置；或，
进液管(102)的一端与所述进液口(101)连接，所述进液管(102)的另一端穿过扩压部(230)，且所述进液管(102)突出于所述血泵外壳(500)的外周。
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CN115837118A (zh) * 2022-11-01 2023-03-24 北京航空航天大学 一种磁耦合驱动的离心式血泵

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