CN116637293A - 一种叶轮、泵头及磁悬浮心室辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叶轮、泵头及磁悬浮心室辅助装置，包括转子和叶片，转子包括由上至下连续设置的锥形端和柱形端，转子具有沿其旋转轴线贯穿的泄压通孔，柱形端内部具有环绕所述泄压通孔的环形腔体，环形腔体内设置有永磁铁，叶片设置有多片，多片叶片沿转子的旋转轴线圆周阵列安装在所述锥形端的外锥面上，且叶片靠近泄压通孔的一端向远离泄压通孔的一端径向延伸。一方面，通过转子顶端锥形端的设计，减少了叶轮的轴向力，使得叶轮在高转速下能够保证有合理的叶顶间隙；另一方面，通过双分流叶片的优化设计，进一步控制了泵头内的二次流和摩擦问题，避免了二次流引起的血液破坏,同时有助于血液的快速通过。

Description

一种叶轮、泵头及磁悬浮心室辅助装置

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种叶轮、泵头及磁悬浮心室辅助装置。

背景技术

血泵分为植入式、体外式和介入式，其中离心泵技术多用于植入式和体外式血泵。经过三代技术的演变，第三代磁悬浮式血泵是公认血液相容性最好的泵。磁悬浮心室辅助装置中叶轮的悬浮一般是靠磁悬浮电机内部释放的电磁场将含有永磁铁的转子悬浮在泵壳内并且由位于磁悬浮电机中的定子产生的旋转场驱动叶轮高速旋转，从而驱动血液流动。

离心血泵中高速旋转的叶轮会对血液成分造成破坏，影响血液破坏的主要因素是剪切力的大小以及血液在泵内停留的时间,主要的设计指标是低剪切力和血液在泵内停留的时间(是否快速通过)，这样就能保证对血液的破坏最小。对于离心血泵，叶轮内的损失主要是二次流动和摩擦生热，其中，二次流动主要发生在叶轮流道中，而摩擦主要在叶轮叶片进口位置，通常，二次流动会引起血液二次破坏，摩擦生热会引起平均剪切力增大。

另外，由于叶轮在泵壳中的位置主要受轴向载荷控制，随着转速的提高对应的叶顶间隙(叶片的顶部与泵壳内壁之间的间隙)慢慢变小。叶顶间隙主要影响血液在叶轮中的流动状态，叶顶间隙越小引起叶轮和泵壳之间血液摩擦破坏越大，同时叶顶间隙越大会造成叶轮内二次流引起的二次破坏。所以亟需解决以上描述存在的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种叶轮、泵头及磁悬浮心室辅助装置，一方面通过对叶轮结构的优化设计可以很好的降低叶轮剪切力阈值和剪切力面积,控制泵头内的二次流流动引起的血液破坏,同时有助于血液的快速通过，另一方面减少叶轮的轴向力(叶轮轴向的悬浮力)，使得叶轮在高转速下能够保证有合理的叶顶间隙。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种叶轮，包括：

转子，所述转子包括由上至下连续设置的锥形端和柱形端，所述转子具有沿其旋转轴线贯穿的泄压通孔，所述柱形端内部具有环绕所述泄压通孔的环形腔体，所述环形腔体内设置有永磁铁；

叶片，所述叶片设置有多片，多片叶片沿转子的旋转轴线圆周阵列安装在所述锥形端的外锥面上，且所述叶片由靠近泄压通孔的一端向远离泄压通孔的一端径向延伸。

作为本发明的进一步改进，所述锥形端轴向上的高度为柱形端在轴向上的高度的22％-45.7％。

作为本发明的进一步改进，所述锥形端的锥面角度为13-18度。

作为本发明的进一步改进，所述叶片包括交替排布的第一叶片和第二叶片，所述第一叶片的一端延伸到泄压通孔的孔边缘，另一端延伸到锥形端与柱形端的连接处，所述第二叶片的一端与泄压通孔的孔边缘之间设置有间隙，另一端延伸到锥形端与柱形端的连接处。

作为本发明的进一步改进，所述间隙的距离为3.5mm-5.5mm。

作为本发明的进一步改进，所述第一叶片和第二叶片均为偶数个，且第一叶片和第二叶片依次间隔设置。

作为本发明的进一步改进，所述第一叶片和第二叶片均设置为3个或4个。

作为本发明的进一步改进，所述第一叶片为奇数个，第二叶片为偶数个，且相邻两个第一叶片之间设置两个第二叶片。

作为本发明的进一步改进，所述第一叶片设置为3个，第二叶片设置为6个。

作为本发明的进一步改进，每片所述第一叶片和第二叶片均包括一体成型的连接部和延伸部，所述连接部设置在转子的顶端，所述延伸部径向延伸到所述转子的外侧，且所述延伸部远离连接部的一端均位于同一旋转平面上。

作为本发明的进一步改进，所述连接部和延伸部均以径向向外的方向沿着锥形端的外锥面直线延伸。

作为本发明的进一步改进，所述连接部和延伸部的顶端为自靠近旋转轴线的一端向远离旋转轴线的一端呈连续延伸的平滑曲面，其中连接部的轴向高度大于延伸部轴向的高度。

作为本发明的进一步改进，所述叶片的转角处均设置有圆弧倒角，所述圆弧倒角的直径为1.9mm-3.1mm。

作为本发明的进一步改进，所述叶片的旋转平面的直径为42.5mm-45mm。

作为本发明的进一步改进，所述叶片的厚度沿着径向向外延伸的方向逐渐变大。

一种泵头，包括：

叶轮；

泵壳，所述叶轮位于所述泵壳内部的导流腔体内，并可沿着导流腔体轴向位移，且所述叶轮可在导流腔体内悬浮和旋转，所述泵壳的顶端设置有血液入口，所述泵壳的侧壁设置有血液出口；

其中，当所述叶轮转动时，驱动血液从血液入口输送到血液出口。

作为本发明的进一步改进，所述导流腔体包括由上至下依次贯通设置的锥形腔体、环状腔体以及与转子相适配的柱形腔体。

作为本发明的进一步改进，所述泵壳包括密封连接的第一壳体和第二壳体，所述第一壳体与血液入口合围形成锥形腔体，所述第一壳体和第二壳体合围形成环状腔体。

作为本发明的进一步改进，所述环状腔体边缘设置有弧形过渡面，且位于上端的弧形过渡面的直径大于下端的弧形过渡面的直径。

作为本发明的进一步改进，所述转子的外周壁与柱形腔体内壁的间隙为0.3mm-0.8mm。

一种磁悬浮心室辅助装置，包括：

泵头；

磁悬浮电机，所述磁悬浮电机用于驱动叶轮在泵壳内悬浮和旋转，所述泵头可拆卸安装在磁悬浮电机的顶端设置的安装槽内。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明的叶轮，通过转子顶端锥形端的设计，增加了转子顶端的表面积，从而增大了液体给转子向下的轴向力，抵消了一部分叶轮向上的轴向悬浮力，使得叶轮在高转速下能够保证有合理的叶顶间隙，避免摩擦和二次流引起的血液破坏。

2、本发明的叶轮，通过双分流叶片的优化设计，使叶轮流场回流区明显变小，进一步控制了泵头内的二次流和摩擦问题，流速变化更加平稳均匀，避免了二次流引起的血液破坏,同时有助于血液的快速通过。

3、本发明的叶轮，通过九叶片结构的优化,进一步降低了和血液接触的叶片的剪切力，包括剪切力的阈值，平均剪切力水平，高剪切力水平的应力面积，降低了溶血情况的发生。

4、本发明的叶轮，通过合理的叶顶间隙的设置，进一步使叶轮具有更小的剪切力，在保证泵血性能的同时也减少了溶血的情况发生。

附图说明

图1为本发明6叶片叶轮结构示意图；

图2为本发明6叶片叶轮结构俯视图；

图3为本发明8叶片叶轮结构示意图；

图4为本发明8叶片叶轮结构俯视图；

图5为现有技术8叶片叶轮结构示意图；

图6为现有技术8叶片叶轮结构俯视图；

图7为本发明9叶片叶轮第一种实施方式结构示意图；

图8为本发明9叶片叶轮第二种实施方式结构示意图；

图9为本发明9叶片叶轮第三种实施方式结构示意图；

图10为本发明9叶片叶轮结构俯视图；

图11为本发明9叶片叶轮结构侧视图；

图12为本发明转子结构侧视图；

图13为本发明泵头结构示意图；

图14为本发明泵头结构俯视图；

图15为本发明泵头结构爆炸图；

图16为本发明叶轮悬浮状态示意图；

图17为本发明叶轮静止状态示意图；

图18为本发明泵壳结构剖视图；

图19为本发明第一壳体结构示意图；

图20为本发明第二壳体结构示意图；

图21为本发明CFD模拟下，6叶片子午面流线图；

图22为本发明CFD模拟下，8叶片子午面流线图；

图23为本发明CFD模拟下，9叶片子午面流线图；

图24为本发明CFD模拟下，6叶片剪切力云图；

图25为本发明CFD模拟下，8叶片剪切力云图；

图26为本发明CFD模拟下，9叶片剪切力云图；

图27为本发明CFD模拟下，9叶片叶顶间隙为1.5mm对应剪切力云图；

图28为本发明CFD模拟下，9叶片叶顶间隙为4mm对应剪切力云图；

图29为本发明CFD模拟下，9叶片叶顶间隙为2.5mm对应剪切力云图；

附图中：

100、叶轮；110、转子；1110、泄压通孔；1120、锥形端；1130、柱形端；1140、永磁铁；120、叶片；1210、第一叶片；1220、第二叶片；120-1、连接部；120-2、延伸部；

200、泵头；210、泵壳；2110、第一壳体；2110-1、凸起部；2120、第二壳体；2120-1、凹槽部；220、导流腔体；2210、锥形腔体；2220、环状腔体；2220-1、弧形过渡面；2230、柱形腔体；230、血液入口；240、血液出口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-2示出的是本发明一种叶轮100一实施方式的结构示意图，其主体部分包括转子110和叶片120。

转子110位于泵壳210内，转子110包括由上至下连续设置的锥形端1120和柱形端1130，所述转子110具有沿其旋转轴线贯穿的泄压通孔1110，柱形端1130内部具有环绕所述泄压通孔1100的环形腔体，环形腔体内设置有永磁铁1140。其中转子110的内部为空腔结构，柱形端1130的底部设置有可分离的底盖，底盖中间位置设置的通孔和锥形端1120顶端设置的通孔构成泄压通孔1110，在转子110的内空腔内还设置有与泄压通孔1110贯通的柱形立柱，此时柱形端1130的内壁与柱形立柱的外壁之间构成一个环形腔体，永磁铁1140套设在柱形立柱上，且永磁铁1140的形状与环形腔体相适配，永磁铁1140的外周壁与柱形端1130的内周壁固定，泄压通孔1100与环形腔体不连通。其中，泄压通孔1110可以实现血液的倒流，防止血液在泵壳210内聚集，形成流场死区。叶轮100在泵壳210中的位置主要受轴向载荷控制，随着转速的提高，对应的叶顶间隙(叶片的顶部与泵壳内壁之间的间隙)慢慢变小。叶顶间隙主要影响血液在叶轮中的流动状态，间隙越小引起叶轮和泵壳之间血液摩擦破坏越大，同时间隙越大会造成叶轮内二次流引起的二次破坏。在本实施方式中，通过转子100顶端锥形端1120的设计，增加了转子110顶端的表面积，从而增大了液体给转子110向下的轴向力，抵消了一部分叶轮100的轴向悬浮力，使得叶轮在高转速下能够保证有合理的叶顶间隙，避免摩擦和二次流引起的血液破坏。

叶片120设置有多个，多个叶片120沿转子的轴线圆周阵列安装在所述锥形端1120的外锥面上，且所述叶片120靠近泄压通孔1110的一端向远离泄压通孔1110的一端径向延伸。锥形端1120的外锥面为叶片120与转子110的安装面，其安装面与转子110的旋转轴线形成一个夹角。在本实施方式中，叶片120数量设置为6片，且相邻的两片叶片120之间旋转平面的夹角a为60度。其中，转子110和叶片120均由塑料材质制成，优选的，采用聚碳酸酯(PC)材质，具备高强度及弹性系数、高冲击强度、耐疲劳性佳等优点，能同时满足较高的泵血性能以及保持叶轮100持续旋转数小时。

作为优选，在本实施方式中，叶片120包括交替排布的第一叶片1210和第二叶片1220，所述第一叶片1210的一端延伸到泄压通孔1100的孔边缘，另一端延伸到锥形端1120与柱形端1130的连接处，所述第二叶片1220的一端与泄压通孔1100的孔边缘之间设置有间隙，间隙的距离为3.5mm-5.5mm，另一端延伸到锥形端1120与柱形端1130的连接处。总体来说，第二叶片1220的径向长度小于第一叶片1210的径向长度。在本实施方式中，第一叶片1210的径向长度可以设置为14.5mm-16.8mm,第二叶片1240的径向长度可以设置为11mm-13.3mm，比如第一叶片1210的径向长度设置为15.75mm,第二叶片1220的径向长度设置为12.25m，第一叶片1210和第二叶片1220沿径向向外延伸到转子110外边缘的长度相等，比如延伸部120-2径向向外的距离设置为5.05mm。第一叶片1210和第二叶片1220的延伸端的底部同时也构成了血液通过的间隙，第一叶片1210与第二叶片1220的顶端为自靠近旋转轴线的一端向远离旋转轴线的一端呈连续延伸的平滑曲面，通过交错设置的第一叶片1210和第二叶片1220，起到双分流作用，能够增加有效流通面积，稳定流场。

作为优选，在本实施方式中，第一叶片1210靠近泄压通孔1110一端的轴向高度为5.8mm-6.8mm之间，这个高度远低于现有技术的8.9mm-9.5mm，本发明的设计，使流道面积变小，流体流动受到进一步约束，可以更加有效的控制血液流动。

作为优选，在本实施方式中，每片第一叶片1210和第二叶片1220均包括一体成型的连接部120-1和延伸部120-2，所述连接部120-1设置在转子110的顶端，所述延伸部120-2径向延伸到所述转子110的外侧，且所述延伸部120-2远离连接部120-1的一端均位于同一旋转平面上。叶片120在转子110的作用下进行旋转，叶片120的旋转平面始终与转子110的旋转轴线垂直,防止叶片120撞击泵壳210内壁。通过设置延伸部120-2，加长了叶片120的径向长度，增大了叶片120对血液的作用面，进一步提高了叶轮100的输送效率。叶片120的设置在径向上超出了转子110，在本实施方式中，转子110的直径设置为32.4mm,延伸部120-2径向向外的距离为4.86mm-5.51mm之间，比如超出转子110直径15％-17％，优选的，延伸部120-2径向向外的距离设置为5.05mm。

作为优先，在本实施方式中，为了使血液流动路程更短，使血液快速通过，连接部120-1和延伸部120-2均沿径向向外的方向直线延伸，相比较常规技术的沿弧形延伸，血液在泵壳210内停留的时间更短。连接部120-1和延伸部120-2的顶端为自靠近旋转轴线的一端向远离旋转轴线的一端呈连续延伸的平滑曲面，其中连接部120-1的轴向高度大于延伸部120-2轴向的高度。为了减少对血液的剪切应力，从而最大程度减少对血液的破坏，叶片120的转角处均设置有圆弧倒角，圆弧倒角的直径为1.9mm-3.1mm，在本实施方式中，优选的，叶片120的倒角直径均设置为2mm。叶片120的厚度为0.8mm-1.5mm。在叶轮100旋转时，叶片120径向最外端的部分承受的血液压力最大，为了保证叶片120有一定的刚度，叶片120的厚度也可以沿着径向向外延伸的方向逐渐变大。

实施例2

如图3-4示出的是本发明一种叶轮100一实施方式的结构示意图，其主体部分包括转子110和叶片120。转子110位于泵壳210内，转子110包括由上至下连续设置的锥形端1120和柱形端1130，所述转子110具有沿其旋转轴线贯穿的泄压通孔1110，柱形端1130内部具有环绕所述泄压通孔1100的环形腔体，环形腔体内设置有永磁铁1140。叶片120设置有多个，多个叶片120沿转子的轴线圆周阵列安装在所述锥形端1120的外锥面上，且所述叶片120靠近泄压通孔1110的一端向远离泄压通孔1110的一端径向延伸。在本实施方式中，与实施1不同之处在于,叶片120设置为8个，且相邻的两片叶片120之间旋转平面的夹角a为45度。所述第一叶片1210和第二叶片1220分别设置为4个，且间隔设置在转子110的顶端。

实施例3

如图7-12示出的是本发明一种叶轮100一实施方式的结构示意图，其主体部分包括转子110和叶片120。转子110位于泵壳210内，转子110包括由上至下连续设置的锥形端1120和柱形端1130，所述转子110具有沿其旋转轴线贯穿的泄压通孔1110，柱形端1130内部具有环绕所述泄压通孔1100的环形腔体，环形腔体内设置有永磁铁1140。叶片120设置有多个，多个叶片120沿转子的轴线圆周阵列安装在所述锥形端1120的外锥面上，且所述叶片120靠近泄压通孔1110的一端向远离泄压通孔1110的一端径向延伸。在本实施方式中，与实施1不同之处在于,叶片120设置为9片，且相邻的两片叶片120之间旋转平面的夹角a为40度。具体的，第一叶片1210设置为3片，第二叶片1220设置为6片，第一叶片1210已转子110的圆周方向等间距设置，且相邻两个第一叶片1210之间设置两个第二叶片1220，即相邻的两片第一叶片1210之间旋转平面的夹角a为120度，6片第二叶片1220均匀设置在3片第一叶片1210之间。

通常来说，叶轮的转速越高,对血液的破坏越大,所以一般在保证足够的泵血流量的前提下,希望叶轮的转速越低越好。理论上在一定范围内，叶片数量越多,在同样的泵血效率情况下,可以降低叶轮的转速,从而减少溶血的情况发生，但是，叶片数量也不能过多，过多也会增加血液和叶轮的接触面积从而增大叶片对血液的剪切力，最终导致严重溶血的情况发生。在本实施实施方式中，第一叶片1210作为主叶片，第二叶片1220作为辅叶片，通过设置3个主页片和6个辅叶片双分流叶片的优化设计，进一步控制了泵头内的二次流和摩擦问题，避免了二次流引起的血液破坏,同时有助于血液的快速通过。

为了更好的佐证本发明的技术效果，下面结合相关CFD模拟实验来进一步展示三种不同规格叶片的叶轮旋转所产生的的流场、剪切力的对比。首先，搭建好外部循环回路,启动本发明的心室辅助装置，使血液在循环回路内持续运转，将离心泵电机转速调节到5000rpm/min，进出口压力差为480mmHg。

如图21-23所示，分别为6叶片、8叶片和9叶片子午面流线图，图中不同颜色深度的箭头表示流体在流经叶轮时的速度值。通过CFD模拟云图可以看出：9叶片对应的叶轮流场回流区明显小于8叶片和6叶片，同时平均剪切力也明显小于8叶片和6叶片。采用3+6双分流叶片设计来解决叶轮内的二次流和摩擦问题，其中，9叶片能够很好的控制叶轮内的二次流引起的血液破坏，同时有助于血液的快速通过，流速变化更加平稳均匀，对应采用3片主叶片能够很好解决进口摩擦引起的血液破坏问题。

如图24-26所示，分别为6叶片、8叶片和9叶片产生的平均剪切力对比图，图中采用不同颜色表示血液在流经叶轮时的平均剪切力的分布状况。通过CFD模拟结果可知，在压差、转速以及叶轮的规格参数一致情况下，6叶片产生的平均剪切力为97.6Pa，8叶片产生的平均剪切力为112Pa，9叶片产生的平均剪切力为89Pa，由此可知，9叶片叶轮的结构设计，降低了叶轮剪切力的阈值和剪切力面积，叶片产生的平均剪切力最小，尤其在叶轮的锥形端1120的锥面上较为明显，从而得知9叶片叶轮对血液的破坏性最小，降低了溶血情况的发生。

另外，在泵壳规格一样时，叶轮的整体的轴向高度决定了叶顶间隙的大小，即锥形端1120和柱形端1130在轴向上的高度需要设置合理的比例。锥形端1120的轴向高度越高,叶顶间隙就越小，间隙过小引起叶轮和泵壳之间血液摩擦破坏越大，血液的通过性就比较差；锥形端1120的轴向高度越低，叶顶间隙就越大，间隙过大会造成叶轮内二次流引起的二次破坏就不能起到在叶轮高速旋转时降低叶轮100轴向悬浮力的作用。所以，一方面为了能够保证有合理的叶顶间隙，避免摩擦和二次流引起的血液破坏，保证血液在泵头200内的通过性，另一方面可以减少叶轮100轴向的悬浮力，需要对锥形端1120和柱形端1130的轴向高度设置一个合理的参数,来保持两者的平衡。对应的，锥形端1120的锥面角度与锥形端1120的轴向高度呈正比。

具体的，如图27所示，在本实施方式中，锥形端1120和柱形端1130在轴向方向的总体的高度为22mm，锥形端1120在轴向的高度设置为6.9mm，柱形端1130在轴向的高度设置为15.1mm。叶片120的最顶端到柱形端1130的底部之间的轴向高度为26.1mm，锥形端1120的锥面角度为15度，此时叶顶间隙为1.5mm，锥形端1120轴向上的高度为柱形端1130在轴向上的高度比45.7％。

实施例4

如图28所示，实施例4与实施例3不同之处在于，本实施方式中，锥形端1120和柱形端1130在轴向方向的总体的高度为18.3mm，锥形端1120在轴向的高度设置为3.3mm，柱形端1130在轴向的高度设置为15mm。叶片120的最顶端到柱形端1130的底部之间的轴向高度为24.6mm，此时叶顶间隙为4mm，锥形端1120轴向上的高度为柱形端1130在轴向上的高度比22％。

实施例5

如图29所示，实施例5与实施例3不同之处在于，本实施方式中，锥形端1120和柱形端1130在轴向方向的总体的高度为14.8mm，锥形端1120在轴向的高度设置为3mm，柱形端1130在轴向的高度设置为11.8mm。叶片120的最顶端到柱形端1130的底部之间的轴向高度为21.1mm，此时叶顶间隙为2.5mm，锥形端1120轴向上的高度为柱形端1130在轴向上的高度比25.4％。

为了更好的佐证本发明的技术效果，下面结合相关CFD模拟实验来进一步展示叶轮在叶片数量一致时，不同的叶顶间隙，叶片所产生的剪切力的对比情况。首先，搭建好外部循环回路,启动本心室辅助装置，使血液在循环回路内持续运转，将离心泵电机转速调节到5000rpm/min，进出口压力差为480mmHg。

如图27-29所示为不同叶顶间隙对应的剪切力云图，经过CFD模拟可知，同是9叶片的情况下，不同的叶顶间隙，叶轮的剪切力的大小不一样，图27为在叶顶间隙为1.5mm对应的剪切力云图，此时平均剪切力为95Pa，图28为在叶顶间隙为4mm对应的剪切力云图，此时的平均剪切力为102Pa，图29为在叶顶间隙为2.5mm对应的剪切力云图，此时的平均剪切力为89Pa，由此可知在叶顶间隙为2.5mm时叶轮的剪切力阈值和剪切力面积最小，对血液的破坏最小。

总体来说，实施例5中通过对叶轮的锥形端1120和柱形端1130合理尺寸的设计，使得叶轮在高转速下能够保证有合理的叶顶间隙，一方面使血液泵壳内的流动更加稳定，从而稳定地调整了转子110轴向的悬浮力，避免叶片120与泵壳210内部的叶顶间隙就变得过于狭窄从而影响血液的通过性以及血液摩擦破坏的问题，另一方面也降低了叶轮对血液的剪切力，减少溶血情况的发生，同时也避免了叶轮内二次流引起的二次破坏问题。

为了进一步说明本发明的叶轮的溶血情况，下面结合溶血实验得出的结论进行佐证说明：首先，搭建好外部循环回路,启动本心室辅助装置，使血液在循环回路内持续运转，离心泵电机转速调节到3200rpm，泵出口压力为100mmHg。表1为几种不同规格的叶片测试并计算出来的血浆内游离血红蛋白每小时增加量ΔfreeHb和标准溶血指数NIH。

表1

从表1可以看出本发明的6叶片和8叶片叶轮的血浆内游离血红蛋白每小时增加量ΔfreeHb和标准溶血指数NIH均大于现有技术技术的8叶片叶轮的指数，但是本发明三种规格的9叶片叶轮的血浆内游离血红蛋白每小时增加量ΔfreeHb和标准溶血指数NIH均小于现有现有技术技术8叶片叶轮的指数，特别是9叶片L3(对应实施例5中叶轮的参数)具有更低的血浆内游离血红蛋白每小时增加量ΔfreeHb和标准溶血指数NIH，从而可以论证本发明9叶片叶轮相对于现有技术可以进一步减少溶血情况的发生。

如图13-20所示，本发明还保护一种泵头200，其主体包括叶轮100和泵壳210，其中叶轮100的结构如实施例5中的描述。

叶轮100位于泵壳210内部的导流腔体220内，可沿着导流腔体220轴向位移，且所述叶轮100可在导流腔体220内悬浮和旋转。

泵壳210的顶端设置有血液入口230，所述泵壳210的侧壁设置有血液出口240，当所述叶轮100转动时，驱动血液从血液入口230输送到血液出口240。其中，血液入口230和血液出口240呈垂直设置，血液入口230和血液出口240分别通过软管与血液连通的回路连接，当离心泵开始工作时，血液首先通过血液入口230沿着泵壳210轴向移动,然后血液被输送到导流腔体220，叶片120旋转将血液径向加速，然后血液发生轴向偏转，再通过血液出口240离开泵壳210，从而实现血液的循环。在本实施方式中，血液入口230的纵向轴线与叶轮100的旋转轴线重合。

具体的，导流腔体220包括由上至下依次贯通设置的锥形腔体2210、环状腔体2220以及与转子110相适配的柱形腔体2230。环状腔体2220与柱形腔体2230的连接处相当于“轴肩”，当转子110为静止状态时，延伸部120-2位于“轴肩”的上方，不与“轴肩”接触，即不与壳体210内部接触，转子110的柱形端1130的底部与柱形腔体2230接触，此时叶片120的顶部与泵壳210的内壁之间有一定的距离，当转子110为工作状态时，转子110沿着柱形腔体2230发生轴向移动，即向上悬浮，此时柱形端1130的底部与柱形腔体2230的底部内壁相分离，转子110悬浮至一定高度。当转子110悬浮状态时,叶片120的顶部与泵壳210内壁之间的叶顶间隙为1.4mm-2.6mm，从而保证有合理的叶顶间隙。

在本实施实施方式中，转子110的锥形端1120在轴向的高度设置为3mm，柱形端1130在轴向的高度设置为11.8mm，在转子110为工作状态时，可以使叶顶间隙保持在一个合理的范围之内，比如1.4mm-2.6mm之间，此时转子110的轴线悬浮力比较稳定，叶顶间隙不会因为因为转子110轴向悬浮力过高而被阻塞导致血液通过性差以及叶顶间隙过小引起叶轮和泵壳之间血液摩擦破坏的问题。

环状腔体2220左右两端的纵截面呈一个大概的“U形”的设计，可以减小流道内的剪切应力对血液的损伤，降低对血液输送的不良影响。作为优选，在本实施方式中，为了使血液快速通过，进一步改善流动状态，环状腔体2220边缘设置有弧形过渡面2220-1，且上端的弧形过渡面的直径大于下端的弧形过渡面的直径。在本实施方式中，泵壳210位于环状腔体2220一侧的外径为65.34mm-69.34mm，泵壳210位于环状腔体2220一侧的内径为56.54mm-60.54mm，其中第一叶片1210和第二叶片1220的旋转平面的直径为42.5mm-45mm，一方面，叶片120的径向外侧端点与环状腔体2220的内壁保留一定的间隙，避免叶片120在旋转时与壳体内壁210发生碰撞，另一方面，血液在叶片120旋转作用下发生轴向偏转，通过对环状腔体2220合理内径的设置，整个流场比较稳定，提高了叶片120对血液的输送能力。

在本实施方式中，转子110的外周壁与柱形腔体2230的内壁的间隙为0.35mm-0.55mm。在离心泵的运行状态下,转子110沿着柱形腔体2230发生轴向移动，并且转子110的一部分持续悬浮和旋转在柱形腔体2230内，通过合理距离的间隙的设计，一方面可以保证转子110在旋转时，转子110的外壁不与柱形腔体2230的内壁发生碰撞，同时也避免间隙设置过大，转子110在血液的作用下，悬浮不稳定的情况，另一方面血液也可以通过间隙，在叶轮100和泵壳210的内壁进入底部柱形腔体2230和转子110之间的腔体内，之后血液可以沿轴向穿过泄压通孔1110流向转子110，实现了血液的倒流。通过设置间隙和转子110上的泄压通孔1110,可以实现轴向推力的流体动力补偿，即补偿沿轴向向上作用在叶轮100上的力，防止在泵壳210内形成流场死区。

具体的，在本实施方式中，泵壳210包括密封连接的第一壳体2110和第二壳体2120，所述第一壳体2110与血液入口230合围形成锥形腔体2210，所述第一壳体2110和第二壳体2120合围形成环状腔体2220。环状腔体2220容纳叶轮100的叶片120，在转子110工作时，叶片120位于环状腔体2220内旋转，在本实施方式中，泵壳210可采用亚力克材质，具有较好的透明性、化学稳定性和耐候性，第一壳体2110密封盖合在第二壳体2120上。血液入口230位于第一壳体2110，血液出口240大部分位于第二壳体2120。第二壳体2120提供一朝上的敞口结构，被第一壳体2110盖合形成血液出口通道。

作为优选，在本实施方式中，为了更好的对第一壳体2110和第二壳体2120进行装配，在第一壳体2110上的底部边缘设置有凸起部2120-1，在第二壳体2120的顶部边缘设置有相适配的凹槽部2120-1，在对第一壳体2110和第二壳体2120进行装配时，将凸起部2120-1和凹槽部2120-1一一对应相卡合，可以根据实际情况设置对应的数量，本发明不做具体显示限制。

本发明还保护一种磁悬浮心室辅助装置，其主体包括泵头200和磁悬浮电机。

磁悬浮电机用于驱动叶轮100在泵壳210内悬浮和旋转，泵头200可拆卸安装在磁悬浮电机的顶端设置的安装槽内。通过磁悬浮电机顶端设置的安装槽，可以将磁悬浮电机与泵头200通过组装使用。使用完毕后，将泵头200拆卸后丢弃，磁悬浮电机因为不与血液直接接触，可重复使用。在磁悬浮电机工作时，磁悬浮电机内设置的电磁铁与转子110内的永磁铁1140通过磁耦合的方式驱动泵头200内的叶轮100旋转，从而带动转子110和叶片120转动，血液经由血液入口230流入泵头200内、在叶轮100的旋转推动下经由血流通道从血液出口240流出，从而实现血液的循环。叶轮100在工作过程中不与任何其它部件进行物理接触或碰擦，从而不会对血液造成机械损伤。另外，为了便于泵头200和磁悬浮心室辅助装置之间的拆装，在磁悬浮电机顶端设置的安装槽内和/或泵壳210的外壁可设置方便拆装的结构。

需要说明的是，本发明的泵头200不仅可以用于磁悬浮心室辅助装置中，也可以与ECMO设备中的膜式氧合器集成，形成一个血泵与氧合器集成式的膜肺装置，磁悬浮电机安装于ECMO主机中，磁悬浮电机驱动泵头200内的叶轮旋转，血液通过设置在膜肺装置外壳上的血液入口进入到氧合器中进行氧合，氧合后的血液再通过血液出口输送到人体内。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (21)

1.一种叶轮（100），其特征在于，包括：

转子（110），所述转子（110）包括由上至下连续设置的锥形端（1120）和柱形端（1130），所述转子（110）具有沿其旋转轴线贯穿的泄压通孔（1110），所述柱形端（1130）内部具有环绕所述泄压通孔（1100）的环形腔体，所述环形腔体内设置有永磁铁（1140）；

叶片（120），所述叶片（120）设置有多片，多片叶片（120）沿转子的旋转轴线圆周阵列安装在所述锥形端（1120）的外锥面上，且所述叶片（120）由靠近泄压通孔（1110）的一端向远离泄压通孔（1110）的一端径向延伸。

2.根据权利要求1所述的叶轮（100），其特征在于：所述锥形端（1120）在轴向上的高度为柱形端（1130）在轴向上的高度的22%-45.7%。

3.根据权利要求1所述的叶轮（100），其特征在于：所述锥形端（1120）的锥面角度为13-18度。

4.根据权利要求1-3任一所述的叶轮（100），其特征在于：所述叶片（120）包括交替排布的第一叶片（1210）和第二叶片（1220），所述第一叶片（1210）的一端延伸到泄压通孔（1100）的孔边缘，另一端延伸到锥形端（1120）与柱形端（1130）的连接处，所述第二叶片（1220）的一端与泄压通孔（1100）的孔边缘之间设置有间隙，另一端延伸到锥形端（1120）与柱形端（1130）的连接处。

5.根据权利要求4所述的叶轮（100），其特征在于：所述间隙的距离为3.5mm-5.5mm。

6.根据权利要求4所述的叶轮（100），其特征在于：所述第一叶片（1210）和第二叶片（1220）均为偶数个，且第一叶片（1210）和第二叶片（1220）依次间隔设置。

7.根据权利要求6所述的叶轮（100），其特征在于：所述第一叶片（1210）和第二叶片（1220）均设置为3个或4个。

8.根据权利要求4所述的叶轮（100），其特征在于：所述第一叶片（1210）为奇数个，第二叶片（1220）为偶数个，且相邻两个第一叶片（1210）之间设置两个第二叶片（1220）。

9.根据权利要求8所述的叶轮（100），其特征在于：所述第一叶片（1210）设置为3个，第二叶片（1220）设置为6个。

10.根据权利要4所述的叶轮（100），其特征在于：每个所述第一叶片（1210）和第二叶片（1220）均包括一体成型的连接部（120-1）和延伸部（120-2），所述连接部（120-1）设置在转子（110）的顶端，所述延伸部（120-2）径向延伸到所述转子（110）的外侧，且所述延伸部（120-2）远离连接部（120-1）的一端均位于同一旋转平面上。

11.根据权利要求10所述的叶轮（100），其特征在于：所述连接部（120-1）和延伸部（120-2）均以径向向外的方向沿着锥形端（1120）的外锥面直线延伸。

12.根据权利要求10所述的叶轮（100），其特征在于：所述连接部（120-1）和延伸部（120-2）的顶端为自靠近旋转轴线的一端向远离旋转轴线的一端呈连续延伸的平滑曲面，其中连接部（120-1）的轴向高度大于延伸部（120-2）轴向的高度。

13.根据权利要求4所述的叶轮（100），其特征在于：所述叶片（120）的转角处均设置有圆弧倒角，所述圆弧倒角的直径为1.9mm-3.1mm。

14.根据权利要求4所述的叶轮（100），其特征在于：所述叶片（120）的旋转平面的直径为42.5mm-45mm。

15.根据权利要求4所述的叶轮（100），其特征在于：所述叶片（120）的厚度沿着径向向外延伸的方向逐渐变大。

16.一种泵头（200），其特征在于，包括：

权利要求1-15任一项所述的叶轮（100）；

泵壳（210），所述叶轮（100）位于所述泵壳（210）内部的导流腔体（220）内，并可沿着导流腔体（220）轴向位移，且所述叶轮（100）可在导流腔体（220）内悬浮和旋转，所述泵壳（210）的顶端设置有血液入口（230），所述泵壳（210）的侧壁设置有血液出口（240）；

其中，当所述叶轮（100）转动时，驱动血液从血液入口（230）输送到血液出口（240）。

17.根据权利要求16所述的一种泵头（200），其特征在于：所述导流腔体（220）包括由上至下依次贯通设置的锥形腔体（2210）、环状腔体（2220）以及与转子（110）相适配的柱形腔体（2230）。

18.根据权利要求17所述的一种泵头（200），其特征在于：所述泵壳（210）包括密封连接的第一壳体（2110）和第二壳体（2120），所述第一壳体（2110）与血液入口（230）合围形成锥形腔体（2210），所述第一壳体（2110）和第二壳体（2120）合围形成环状腔体（2220）。

19.根据权利要求18所述的一种泵头（200），其特征在于：所述环状腔体（2220）边缘设置有弧形过渡面（2220-1），且位于上端的弧形过渡面的直径大于下端的弧形过渡面的直径。

20.根据权利要求17-19任一所述的一种泵头（200），其特征在于：所述转子（110）的外周壁与柱形腔体（2230）内壁的间隙为0.3mm-0.8mm。

21.一种磁悬浮心室辅助装置，其特征在于，包括：

如权利要求15-20任一项所述的泵头（200）；

磁悬浮电机，所述磁悬浮电机用于驱动叶轮（100）在泵壳（210）内悬浮和旋转，所述泵头（200）可拆卸安装在磁悬浮电机顶端的安装槽内。