CN117100996A - 心室辅助血泵 - Google Patents

Abstract

本发明是一种心室辅助血泵，包括导管及其泵送组件，所述泵送组件包括电机，电机的转轴与叶轮相连，所述的叶轮包括同轴布置的前置叶轮和后置叶轮，且前置叶轮和后置叶轮的旋转方向相反。与传统单级叶轮相比，本发明的叶轮包括前置叶轮和后置叶轮，前后置叶轮反向旋转，后置叶轮不仅可以回收前置叶轮出口的动能，同时给血流二次加功，具有流量大、扬程高的效果且气蚀性好；当原始参数中设计流量和设计扬程不变时，该血泵的转速仅仅是普通血泵转速的0.6倍左右，因此能够减小对血液的机械损伤；减小整个血泵的尺寸，减小对血管的损伤；还能够进一步减小整个血泵的晃动量，使得血泵的位置始终居中，防止压迫主动脉瓣，引起反流现象。

Description

心室辅助血泵

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种心室辅助血泵。

背景技术

血泵作为心室辅助装置的一种，可以经皮引入心脏中并且可以被构造为通过血液的循环泵送或连续泵送来辅助或代替自然的心脏泵功能，为心源性休克和急性心力衰竭提供血流动力支持。血泵的水力性能和溶血性能是衡量血泵性能最重要的指标。对于水力性能的考量条件主要是输出流量、扬程以及进出口压差，而对于溶血性能的考量条件主要是血液在泵送过程中所受到的剪应力以及血液的流动平稳程度。

发明内容

本发明的目的是提供一种流量大、扬程大且水力效率高的心室辅助血泵。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种心室辅助血泵，包括导管及其泵送组件，所述泵送组件包括电机，电机的转轴与叶轮相连，所述的叶轮包括同轴布置的前置叶轮和后置叶轮，且前置叶轮和后置叶轮的旋转方向相反。

所述的电机为双转子对转电机，所述前置叶轮与双转子对转电机的内转子轴连接；所述后置叶轮与双转子对转电机的外转子轴连接。

前置叶轮的转动速度大于后置叶轮的转动速度。

所述的前置叶轮包括前置轮毂和至少一个固定于所述前置轮毂外周的叶片，前置轮毂前端为球形圆顶或者为通过对圆柱体外缘进行倒圆角处理获得的近似球形圆顶的尖端，所述前置轮毂主体为半径由远端到近端逐渐增大的锥形结构，叶片的延伸方向为连续的螺旋形。

所述的后置叶轮包括后置轮毂和布设在后置轮毂外周面上的导叶，后置轮毂为半径由远端到近端逐渐增大的圆台状，导叶的延伸方向为连续的螺旋形。

导叶的扭转方向与前置叶轮的叶片的扭转方向相反。

后置轮毂远端直径与前置轮毂近端直径相等。

导叶和叶片设置的片数互为质数。

导叶设置2片，叶片设置3片。

所述叶片包括作用面，所述作用面的轮廓线包括远离所述前置轮毂的外缘型线，所述外缘型线靠近所述进口端的端点为型线始点，所述外缘型线靠近所述出口端的端点为型线终点；所述外缘型线为平滑的空间曲线，所述外缘型线沿所述轮毂轴向的曲率由所述型线始点至所述型线终点的过程中逐渐减小，所述外缘型线沿所述轮毂轴向的曲率变化率也逐渐减小。

所述导叶与所述叶片的间距为所述后置轮毂直径的0 .01～0.05倍。

叶轮的外周罩设有血液流出笼，血液流出笼的远端通过套管与血液流入笼相连，血液流入笼的远端还设置有猪尾管。

上述方案至少具备以下几点有益效果：

1、与传统单级叶轮相比，本发明的叶轮包括前置叶轮和后置叶轮，前后置叶轮反向旋转，后置叶轮不仅可以回收前置叶轮出口的动能，同时给血流二次加功，具有流量大、扬程高的效果；

2、当原始参数中设计流量和设计扬程不变时，前置叶轮和后置叶轮形式的血泵的转速仅仅是普通单级叶轮血泵转速的0.6倍左右，因此能够减小对血液的机械损伤；

3、在同样的设计参数下，本发明的双极反转结构的血泵可以有效缩小泵体尺寸，进而进校整个血泵的尺寸，减小对血管的损伤；

4、在血泵设计扬程不变的前提下，可以减小流道尺寸，进而减小整个血泵的直径，减小对血管的损伤；

5、双极反转结构的血泵效率曲线更加平坦、稳定，高效区范围更宽，且高效区往大流量偏移，高效区范围约为普通血泵的的1.５倍，具有较好的气蚀性能；

6、前置叶轮和后置叶轮反向转动，能够进一步减小整个血泵的晃动量，使得血泵的位置始终居中，防止压迫主动脉瓣，引起反流现象。

附图说明

图1为血泵的整体结构示意图；

图2为泵送组件的结构示意图；

图3为电机轴与叶轮的连接结构示意图；

图4为前置叶轮结构示意图；

图5为后置叶轮结构示意图。

附图标记：

10、导管；20、电机；21、内转轴；22、外转轴；30、叶轮；31、前置叶轮；311、前置轮毂；312、叶片；32、后置叶轮；321、后置轮毂；322、导叶；40、血液流出笼；50、套管；60、血液流入笼；70、猪尾管。

具体实施方式

为了便于理解，首先我们对方位进行定义：“近端”、“近侧”、“后”指的是临近操作者/医生的一侧，“远端”、“远侧”、“前”指的是远离操作者/医生的一侧即临近心脏的一侧，下面结合图1-图5对本发明作进一步详细论述。

一种心室辅助血泵，包括导管10及其泵送组件，所述泵送组件包括电机20，电机20的转轴与叶轮30相连，所述的叶轮30包括同轴布置的前置叶轮31和后置叶轮32，且前置叶轮31和后置叶轮32的旋转方向相反。后置叶轮32在反向旋转的同时，不仅消除了前置叶轮31出口的速度环量并回收动能，而且可以在此基础上再次做功，因而具有体积小、扬程高、空化性能好等特点，且在同样的设计参数下，可以有效缩小泵体尺寸。

血泵的扬程是由前置叶轮31和后置叶轮32同时共同产生的，由于单位时间内通过前置叶轮31与后置叶轮32某一截面的流量是相同的，因此对前置叶轮31的比转数公式为：

；

其中：Qd 为设计流量；

HF为设计扬程；

n为转速；

后置叶轮32的比转数公式为：

；

其中：Qd 为设计流量；

HR为设计扬程；

n为转速；

如果前置叶轮与后置叶轮的转速与扬程相等则可按照两级扬程设计其比转数为：

；

其中：Qd 为设计流量；

Hd为设计扬程；

n为转速；

由此可知，当原始参数中设计流量和设计扬程不变时，前置叶轮31和后置叶轮32形式的血泵的转速仅仅是普通单级叶轮血泵转速的0.6倍左右，因此能够减小对血液的机械损伤。

双极反转结构的血泵效率曲线更加平坦、稳定，高效区范围更宽，且高效区往大流量偏移，高效区范围约为普通血泵的的1.５倍，具有较好的气蚀性能。

在使用时，猪尾管70、血液流入笼60和部分套管50穿过主动脉瓣插入患者左心室后，会对主动脉瓣产生一定的压迫，特别是血泵的工作过程中位置会发生移动，可能会对主动脉瓣在某一方向上的瓣叶的压迫更为严重，若主动脉瓣处于分隔形态，血液在流入主动脉后，基于血流动力学，会发生部分血液从主动脉反流至左心室的现象，使血液流出量部分抵消，从而降低了血泵的辅助效率。因此前置叶轮31和后置叶轮32反向转动，能够进一步减小整个血泵的晃动量，使得血泵的位置始终居中，防止压迫主动脉瓣，引起反流现象。

为了简化血泵的结构以及尺寸，所述的电机20为双转子对转电机，所述前置叶轮31与双转子对转电机的内转子轴21连接；所述后置叶轮32与双转子对转电机的外转子轴22连接。这样实现利用同一个电机驱动同时驱动前置叶轮31和后置叶轮32转动的目的，其中用于驱动前置叶轮31的内转子轴21从外转子轴22内部通过，外转子轴22是中空结构，双转子对转电机的结构为现有技术中的常规结构，这里不再做详细论述。

相对于只设置前置叶轮31的结构而言，即使后置叶轮32不转动，也具有一定的增大扬程、减少能量损失的效果。血泵的水力性能和溶血性能是衡量血泵性能最重要的指标，因此综合考虑水力性能和溶血性能，相反方向转动的前置叶轮31和后置叶轮32与单级叶轮相比，溶血风险或有所增大，但是由于上面已经证明其转速可以降低至0.6倍，因此溶血性能与原先相比，也并没有太大差别，为了进一步减小机械溶血，前置叶轮31的转动速度大于后置叶轮32的转动速度。在增大流量，增大扬程的同时，又能保证溶血性能满足要求。

所述的前置叶轮31包括前置轮毂311和至少一个固定于所述前置轮毂311外周的叶片312，前置轮毂311前端为球形圆顶或者为通过对圆柱体外缘进行倒圆角处理获得的近似球形圆顶的尖端，所述前置轮毂311主体为半径由远端到近端逐渐增大的锥形结构，叶片312的延伸方向为连续的螺旋形。血液从前置叶轮31的远端输送至近端的过程中，由于前置轮毂311直径逐渐变大，因此能够增大血液的流动速度，但是基于轮毂远端11为球形圆顶结构，又能够降低血液的流动损失、降低血液损伤以及避免流动死区的形成，还可以有效调整血液流出方向，使血液沿轴向流出，减少流动的掺混损失，进一步提高泵血效率，增大泵血量。

同样的，所述的后置叶轮32包括后置轮毂321和布设在后置轮毂321外周面上的导叶322，后置轮毂321为半径由远端到近端逐渐增大的圆台状，导叶322的延伸方向为连续的螺旋形。

导叶322的扭转方向与前置叶轮31的叶片312的扭转方向相反。例如，叶片312自远端到近端沿顺时针方向扭转的方式进行设置，前置叶轮31沿逆时针方向转动，使叶片312带动血液自远端向近端流动，血液在叶片312内的旋转方向先沿着叶片312的方向顺时针旋转，之后由于叶片312的逆时针旋转，血液也会沿逆时针旋转，并沿逆时针方向流出前置叶轮31。血液流出前置叶轮31后进入后置叶轮32，导叶322远端沿逆时针方向扭转的方式进行设置，与血液流出前置叶轮31时的旋转方向相同，防止血液与导叶322之间撞击扰乱流场。由于导叶322具有导流的作用，导叶322近端沿轴向延伸，在血液进入后置叶轮32后，导叶322会逐步引导血液沿轴向流动。

后置轮毂321远端直径与前置轮毂311近端直径相等，后置轮毂321和前置轮毂311的衔接顺畅，方便了血液流入前置轮毂311，减少了血液进入前置轮毂311时的能量消耗。

导叶322和叶片312设置的片数互为质数，能够降低导叶322上的不稳定力。

导叶322设置2片，叶片312设置3片，如果将数量设置的太多则会影响血液泵送量。

所述叶片312包括作用面，所述作用面的轮廓线包括远离所述前置轮毂311的外缘型线，所述外缘型线靠近所述进口端的端点为型线始点，所述外缘型线靠近所述出口端的端点为型线终点；所述外缘型线为平滑的空间曲线，所述外缘型线沿所述轮毂轴向的曲率由所述型线始点至所述型线终点的过程中逐渐减小，所述外缘型线沿所述轮毂轴向的曲率变化率也逐渐减小。在叶片312随前置轮毂311旋转时，叶片312的作用面对血液产生泵送作用，因此作用面的结构对前置轮毂311乃至血泵的整体性能起到关键性的作用，而当作用面的轮廓线确定后，作用面的整体曲面结构即可确定。外缘型线为平滑的空间曲线，表示作用面由靠近进口端的一侧到靠近出口端的一侧光滑过渡，在血液由前置叶轮进口流向出口的过程中，沿作用面的曲面结构顺畅流动，有助于降低流动损失。同时，血液在沿作用面流动的过程中速度变化平缓且分布均匀有助于减小流动死区，降低血液损伤。

叶片312和导叶322之间需要有一定的间距，避免两者旋转时互相影响，但是这个间隙的选择十分重要，经过大量的试验得到，所述导叶322与所述叶片312的间距为所述后置轮毂321直径的0 .01～0.05倍。在这个范围内的间隙，一方面保证了叶片312和导叶322之间不会互相影响，两一方面保证了血液流出叶片312后能够很好的与导叶322衔接，继续沿导叶322方向流动。

叶轮30的外周罩设有血液流出笼40，血液流出笼40的远端通过套管50与血液流入笼60相连，血液流入笼60的远端还设置有猪尾管70。使用时，猪尾管70和带有血液流入笼6的部分套管50伸入到左心室中，血液流出笼40、电机20等部件位于主动脉管中，电机20工作带动叶轮30转动，将左心室中的血液输送到主动脉管中。

当然，对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而还包括在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现的相同或类似结构。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (12)

1.一种心室辅助血泵，包括导管（10）及其泵送组件，所述泵送组件包括电机（20），电机（20）的转轴与叶轮（30）相连，其特征在于：所述的叶轮（30）包括同轴布置的前置叶轮（31）和后置叶轮（32），且前置叶轮（31）和后置叶轮（32）的旋转方向相反。

2.根据权利要求1所述的心室辅助血泵，其特征在于：所述的电机（20）为双转子对转电机，所述前置叶轮（31）与双转子对转电机的内转子轴（21）连接；所述后置叶轮（32）与双转子对转电机的外转子轴（22）连接。

3.根据权利要求2所述的心室辅助血泵，其特征在于：前置叶轮（31）的转动速度大于后置叶轮（32）的转动速度。

4.根据权利要求1所述的心室辅助血泵，其特征在于：所述的前置叶轮（31）包括前置轮毂（311）和至少一个固定于所述前置轮毂（311）外周的叶片（312），前置轮毂（311）前端为球形圆顶或者为通过对圆柱体外缘进行倒圆角处理获得的近似球形圆顶的尖端，所述前置轮毂（311）主体为半径由远端到近端逐渐增大的锥形结构，叶片（312）的延伸方向为连续的螺旋形。

5.根据权利要求1所述的心室辅助血泵，其特征在于：所述的后置叶轮（32）包括后置轮毂（321）和布设在后置轮毂（321）外周面上的导叶（322），后置轮毂（321）为半径由远端到近端逐渐增大的圆台状，导叶（322）的延伸方向为连续的螺旋形。

6.根据权利要求4或5所述的心室辅助血泵，其特征在于：导叶（322）的扭转方向与前置叶轮（31）的叶片（312）的扭转方向相反。

7.根据权利要求5所述的心室辅助血泵，其特征在于：后置轮毂（321）远端直径与前置轮毂（311）近端直径相等。

8.根据权利要求5所述的心室辅助血泵，其特征在于：导叶（322）和叶片（312）设置的片数互为质数。

9.根据权利要求8所述的心室辅助血泵，其特征在于：导叶（322）共设置3片，叶片（312）设置2片。

10.根据权利要求4所述的心室辅助血泵，其特征在于：所述叶片（312）包括作用面，所述作用面的轮廓线包括远离所述前置轮毂（311）的外缘型线，所述外缘型线靠近所述进口端的端点为型线始点，所述外缘型线靠近所述出口端的端点为型线终点；所述外缘型线为平滑的空间曲线，所述外缘型线沿所述轮毂轴向的曲率由所述型线始点至所述型线终点的过程中逐渐减小，所述外缘型线沿所述轮毂轴向的曲率变化率也逐渐减小。

11.根据权利要求6所述的心室辅助血泵，其特征在于：所述导叶（322）（322）与所述叶片（312）的间距为所述后置轮毂（321）直径的0 .01～0.05倍。

12.根据权利要求1所述的心室辅助血泵，其特征在于：叶轮（30）的外周罩设有血液流出笼（40），血液流出笼（40）的远端通过套管（50）与血液流入笼（60）相连，血液流入笼（60）的远端还设置有猪尾管（70）。