DE112004000729T5

DE112004000729T5 - Künstliche Herzpumpe

Info

Publication number: DE112004000729T5
Application number: DE112004000729T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Okubo; Toshiyuki Osada; Yasuharu Yamamoto; Takeshi Sano; Yusuke Miyamoto; Kazuyoshi Miyagawa
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Nipro Corp
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2004-04-23
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2024-04-24
Also published as: US20060183962A1; JP4108054B2; DE112004000729B4; WO2004096320A1; JP2004346930A; US7502648B2

Abstract

Künstliche Herzpumpe mit einem Gehäuse (1), einem dreh-/schwenkbar in Bezug auf einen in dem Gehäuse (1) befestigten Axialkörper (2) gelagerten Flügelrad (3) und einem Antriebsmechanismus zum Drehen des Flügelrads (3), wodurch Blut von der Vorderseite des Flügelrads (3) angesaugt bzw. aufgenommen und zu der Rückseite des Flügelrads (3) entlang einer Axialrichtung durch Drehen des Flügelrads (3) mittels des Antriebsmechanismus zwangsgefördert wird,
wobei der Axialkörper (2) mit einem vorderseitigen befestigten Körper (5) und einem rückseitigen befestigten Körper (7) verbunden und zwischen diesen sandwichartig angeordnet ist, wobei der vorderseitige befestigte Körper (5) an einer Ausrichtplatte (4) befestigt ist, die von einer Innenwand des Gehäuses (1) an einer Vorderseite bezüglich des Flügelrads (3) vorsteht, und der rückseitige befestigte Körper (7) an einem plattenartigen Diffuser (6) befestigt ist, der von der Innenwand des Gehäuses (1) an einer Rückseite in Bezug auf das Flügelrad (3) vorsteht,
wobei das Flügelrad (3) eine Annenumfangsfläche umfasst,...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine künstliche Herzpumpe für die Zwangsförderung von Blut als Ersatz oder als Hilfseinrichtung für ein Herz eines lebenden Körpers.
Nach dem Stand der Technik umfasst eine künstliche Herzpumpe ein drehbares Flügelrad, das zur Zwangsförderung von Blut verwendet wird. Im allgemeinen können künstliche Herzpumpen in eine Gruppe von Axialströmungs-Flügelradpumpen (axial flow propeller pumps) und eine Gruppe von Rotations-/Zentrifugalpumpen (rotary/centrifugal pumps) unterteilt werden. Beim Vergleich der beiden Gruppen hat die Gruppe der Axialströmungs-Flügelradpumpen einen Vorteil hinsichtlich der Miniaturisierung. Nachstehend wird eine künstliche Herzpumpe mit einer Axialströmungs-Flügelradpumpe beschrieben.
Beispielsweise umfasst eine herkömmliche künstliche Herzpumpe einen Rotor, wie z.B. ein Flügelrad, bei dem beide Enden des Rotors drehbar in einem Gehäuse gelagert sind und ein polarer anisotroper Permanentmagnet in dem Rotor installiert ist, und einen Motorstator, wie z.B. einen Rotations-Magnetflussgenerator, wobei der Motorstator von einem Umfang des Rotors umgeben ist und in dem Gehäuse installiert ist. Durch magnetische Korrelation zwischen dem polaren anisotropen Permanentmagneten und dem Motorstator kann der Rotor in Bezug auf das Gehäuse gedreht werden. Mit einem solchen Aufbau kann eine Eigenschaft einer künstlichen Herzpumpe, die eine typische Axialströmungs-Flügelradpumpe umfasst, erhalten werden. Das heißt, es wird Blut an der Vorderseite aufgenommen und durch Drehen des Flügelrads zur Rückseite zwangsgefördert.
Bei dem obigen Stand der Technik umfasst ein Rotor ein axiales Drehelement, von dem die beiden Seiten gelagert sind, sowie Flügelrad-Flügelkomponenten, die von einer Außenumfangsfläche des axialen Drehelements vorstehen [z.B. japanische Patentveröffentlichung 2001-523983 (Seiten 23-26, 4 und 9)]. Ein weiterer Rotor umfasst ferner eine Ummantelung („shroud"), die an einer Außenumfangsfläche des Flügelrads angefügt ist und koaxial in Bezug auf das axiale Drehelement positioniert ist [z.B. USP 6053705). Im ersteren Fall ist ein polarer anisotroper Permanentmagnet in dem axialen Drehelement installiert. In dem letzteren Fall ist ein polarer anisotroper Permanentmagnet in der Ummantelung installiert. Im ersteren Fall der künstlichen Herzpumpe ist die Ummantelung nicht notwendig, und eine Struktur desselben kann vereinfacht werden. Daher ergibt sich ein Vorteil hinsichtlich der Miniaturisierung. Andererseits können in dem letzteren Fall der künstlichen Herzpumpe der anisotrope Permanentmagnet und der Motorstator alternierend und eng aneinander angeordnet sein bzw. werden. Daher ergibt sich ein Vorteil hinsichtlich einer Motorantriebskraft zum Drehen eines Rotors.
Bei den oben beschriebenen herkömmlichen künstlichen Herzpumpen sind jedoch die beiden Seiten des Rotors durch feststehende Aufnahmeteile des Gehäuses in einer Kontaktbeziehung gelagert. Somit verschleißen die beiden Seiten und verbrennen. Es kommt zu mechanischem Verlust und Schaden. Außerdem kann Blut um Abriebstaub als Kern herum anhaften/kondensieren. Schließlich wird ein Blutströmungsweg, wie z.B. ein Blutgefäß, enger und es kommt zu einer Thrombusbildung.
In Anbetracht solcher Probleme stellen die Erfinder eine künstliche Herzpumpe mit einem Gehäuse bereit, in dem ein Rotor drehbar in einer kontaktlosen Beziehung gelagert ist. Eine von den Erfindern bereitgestellte verbesserte künstliche Herzpumpe wird im folgenden mit Bezug auf 3 beschrieben.
Wie in 3 gezeigt ist, umfasst die verbesserte künstliche Herzpumpe ein zylindrisches Gehäuse 101, einen drehbar in dem Gehäuse 101 in einer kontaktlosen Beziehung gelagerten Rotor 103, mehrere plattenförmige Diffuserkomponenten 106, die von einer Innenwand des Gehäuses 101 an einer Rückseite in Bezug auf den Rotor 103 vor- bzw abstehen, einen rückseitigen befestigten Körper 107, der mit einem Innenseitenrand des Diffusers 106 verbunden ist, und einen an einer Vorderendfläche 107a des rückseitigen befestigten Körpers 107 befestigten Axialkörper 102. Dadurch ist ein feststehender Axialkörper 102 koaxial in Bezug auf eine Mittelachse X' in dem Gehäuse 101 angeordnet.
Der Axialkörper 102 hat eine Außenumfangsfläche 102a, auf die eine Annenumfangsfläche 108a einer Hülse 108 kreisförmig aufgesetzt ist. Die Hülse 108 ist drehbar und beweglich in Bezug auf den Axialkörper 102 entlang einer Axialrichtung gehaltert. Mehrere Flügelrad-Flügelkomponenten 109 stehen von einer Außenumfangsfläche der Hülse 108 vor und sind an diese angefügt. Ferner ist an einem Außenrand des Flügelrads eine zylindrische Ummantelung 120 koaxial in Bezug auf die Hülse 108 angesetzt. Das Gehäuse 101 umfasst eine kreisförmige Ummantelung-Aufnahmenut bzw. -rille 101a, in der die Ummantelung 120 installiert ist. Eine Innenwand der kreisförmigen Ummantelung-Aufnahmenut 101 liegt mit geringem Abstand einer Außenumfangsfläche der Ummantelung 120 gegenüber. Der Rotor 103 ist durch die Hülse 108, das Flügelrad 109 und die Ummantelung 120 gebildet.
Innerhalb der Ummantelung 120 sind polare anisotrope Permanentmagnete 110 radial in Bezug auf die Mittelachse X' angeordnet. An einer Vorderseite derselben ist eine ringförmige Ummantelung 120 in der Ummantelung 120 installiert. Die polaren anisotropen Permanentmagnete erzeugen einen Magnetfluss senkrecht zu der Außenumfangsfläche der Ummantelung 120. Der Permanentmagnet 110 erzeugt einen Magnetfluss parallel zu der Außenumfangsfläche der Ummantelung 120. Andererseits ist in dem Gehäuse 101 ein Motorstator 11 an einem Umfangsabschnitt eines Ummantelung-Aufnahmenutabschnitts 101a so angeordnet, dass er die Ummantelung 120 umgibt, wobei der Motorstator 111 eine elektromagnetische Spule zum Erzeugen eines Magnetflusses zu der Außenumfangsfläche der Ummantelung 120 hin umfasst. Vor der Ummantelung-Aufnahmenutabschnitt 101 in dem Gehäuse ist ein ringförmiger Permanentmagnet 122 so installiert, dass er einen Magnetfluss senkrecht zu der vorderen Endfläche der Ummantelung 120 erzeugt.
Gemäß einer solchen verbesserten künstlichen Herzpumpe wird Drehkraft auf die polaren anisotropen Permanentmagnete 110 des Motorstators 111 durch Leiten eines elektrischen Stroms mit unterschiedlichen Phasen, wie z.B. ein dreiphasiger elektrischer Strom, in einer elektromagnetischen Spule übertragen. Somit werden die Hülse 108, das Flügelrad 109 und die Ummantelung 120 des Rotors integral um den feststehenden Axialkörper 102 in dem Gehäuse 102 gedreht. Dadurch wird Blut von der Vorderseite angesaugt und in das Gehäuse 101 aufgenommen. Das Blut wird durch das Flügelrad 109 mit Druck beaufschlagt und strömt in den Diffuser 106. Ein hydrodynamischer Zustand wird in einen statischen Zustand umgewandelt, während das Blut zu einer Rückseite ausgetragen wird. In 3 ist ein Blutströmungsweg als weiße Pfeile dargestellt.
Ein Blutdruckpegel an einer Rückseite (stromab) in Bezug auf das Flügelrad 109 ist höher als an dessen Vorderseite (stromauf). Unter dem obigen strukturellen Zustand wird eine Last auf den Rotor selbst in einer Richtung von der Rückseite zur Vorderseite aufgebracht. Infolgedessen wird die Vorderendfläche der Ummantelung 120 zu einer Vorderendfläche des Ummantelung-Aufnahmenutabschnitts 101a in dem Gehäuse bewegt. Es wird jedoch eine Abstoßkraft zwischen den Permanentmagneten 121 und dem Permanentmagnet 122 erzeugt, da die gleichen Magnetpole einander zugewandt sind. Somit kann ein Kontakt/eine Kollision zwischen der Ummantelung 120 und dem Gehäuse 101 verhindert werden. Ein Teil des stark druckbeaufschlagten Blutes am rückseitigen Abschnitt der Flügelräder 109 strömt zu einer Endfläche des Ummantelung-Aufnahmenutabschnitts 101a des Gehäuses 101, einer rückseitigen Fläche der Ummantelung 120, einer Außenumfangsfläche der Ummantelung 120 und einem Spalt zwischen der Vorderendfläche und dem Gehäuse 101, indem ein Blutdruckgefälle genutzt wird. Somit verbindet sich der Blutstrom mit Blut am Vorderseitenabschnitt der Flügelräder 109, das heißt mit dem in das Gehäuse 101 aufgenommenen Blut.
Die Blutdruckdifferenz nach obiger Beschreibung wird dazu benutzt, den Rotor 103 zu haltern. Das heißt, die Hülse 108 wird in Bezug auf den Axialkörper 102 in einer kontaktlosen Beziehung gehaltert. Der Teil des Blutes unter hohem Druck am rückseitigen Abschnitt des Flügelrads 109 wird in einen Mikrospalt zwischen einer Außenumfangsfläche 102a des Axialkörpers 102 und einer Innenumfangsfläche 108a der Hülse 108 von einer Rückseite bezüglich der Hülse 108 durch einen Spalt bzw. Zwischenraum zwischen der Vorderendfläche 107a des hinteren befestigten Körpers 107 und der hinteren Endfläche 108c der Hülse 108 eingeleitet. Dann wird das Blut mit dem in das Gehäuse aufgenommenen Blut zusammengeführt, in dem das Blut durch den Mikrospalt zwangsweise nach vorne gefördert wird. Während der Rotor 103 sich dreht, wird entsprechend Blut in den Spalt zwischen dem Axialkörper 102 und der Hülse 108 als Schmierfluid eingeleitet. Der sich drehende Rotor 103 ist in Bezug auf den Axialkörper 102 in der kontaktlosen Beziehung gelagert.
Wie oben beschrieben wurde, wird bei der obigen verbesserten künstlichen Herzpumpe der Rotor 102 in dem Gehäuse 101 in der kontaktlosen Beziehung gehaltert und gedreht, so dass ein mechanischer Verlust (Beschädigung) und eine Thrombusbildung, die bei der herkömmlichen künstlichen Herzpumpe vorkam, bei der ein Rotor in einer Kontaktbeziehung gehaltert ist, weitgehend vermieden werden kann.
Die verbesserte künstliche Herzpumpe nach obiger Beschreibung umfasst jedoch eine Ummantelung 120 als eine seiner Komponenten. Daher bestehen folgende Nachteile. Die Ummantelung 120 ist eine äußerste Wand des Rotors in Bezug auf eine Radialrichtung. Zunächst wird, solange nicht auch in der Ummantelung 120 ein Gewichtsausgleichszustand hergestellt ist, eine dynamische Unwucht des Rotors unter einem Drehzustand sehr stark. Der Rotor kann nicht gleichmäßig gedreht werden, eine solche Situation beeinträchtigt die kontaktlose Beziehung und der Rotor ist Vibrationen ausgesetzt. Die Ummantelung 120 ist die äußerste Wand des Rotors in Bezug auf die Radialrichtung. Ein mechanischer Verlust und eine Beschädigung, die durch Drehen des Rotors im Blut verursacht wird, kann nicht vernachlässigt werden. Insbesondere sind die polaren anisotropen Permanentmagnete 110, welche den Rotor 103 drehen, indem sie dem Motorstator 111 gegenüberliegen, in dem Rotor installiert. Daher kommt es leicht zu einem Ungleichgewichtszustand in dem Rotor, auch wenn ein Grad des Ungleichgewichts gering ist.
Zweitens wird, während der Rotor 103 gedreht wird, Blut (in umgekehrter Richtung) in einen Spalt bzw. Zwischenraum zwischen der Ummantelung-Aufnahmenutabschnitt 101a und der Ummantelung 120 im Gehäuse eingeleitet, so dass ein Wirkungsgrad der Pumpe eingeschränkt wird. Falls der Spalt zwischen der Ummantelung-Aufnahmenutabschnitt 101a und der Ummantelung 120 enger wird, um den Wirkungsgrad der Pumpe zu verbessern, wirkt eine starke Scherkraft auf das darin strömende Blut ein, da eine Umfangsdrehgeschwindigkeit der Ummantelung 120 höher ist als die des Ummantelung-Aufnahmenutabschnitts 101a. Die starke Scherkraft hängt von einer Drehgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der Ummantelung 120 und der Ummantelung-Aufnahmenutabschnitt 101a ab. In dieser Situation wird eine Außenumfangsmembran roter Blutkörperchen beschädigt, so dass ein spezifischer Effekt des roten Blutkörperchens selbst verloren geht und Blut aufgelöst wird.
Eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben beschriebenen Nachteile zu beseitigen. Eine künstliche Herzpumpe gemäß der Erfindung kann den obigen mechanischen Verlust, basierend auf einer Struktur, bei der ein Flügelrad in einem Gehäuse in einer kontaktlosen Beziehung gehaltert und gedreht wird, reduzieren und den Wirkungsgrad der Pumpe verbessern.
Um die obige Zielsetzung zu erfüllen, umfasst eine künstliche Herzpumpe gemäß der Erfindung die Merkmale des Anspruchs 1. Die erfindungsgemäße Herzpumpe umfasst demnach ein Gehäuse, ein dreh-/schwenkbar in Bezug auf einen in dem Gehäuse befestigten Axialkörper gehaltertes Flügelrad und einen Antriebsmechanismus zum Drehen des Flügelrads, wobei Blut von der Vorderseite des Flügelrads aufgenommen und zur Rückseite des Flügelrads entlang einer Axialrichtung durch das von dem Antriebsmechanismus gedreht Flügelrad zwangsgefördert wird, wobei das Axialkörper zwischen einem befestigen vorderseitigen Körper und einem befestigten rückseitigen Körper verbunden und sandwichartig eingefügt ist, wobei der vorderseitige befestigte Körper an einer Ausrichtplatte befestigt ist, die von einer Innenwand des Gehäuses an einer Vorderseite in Bezug auf das Flügelrad vorsteht, und der rückseitige befestigte Körper an einem plattenförmigen Diffuser befestigt ist, der von der Innenwand des Gehäuses an einer Rückseite in Bezug auf das Flügelrad vorsteht, wobei das Flügelrad eine Annenumfangsfläche aufweist, die einer Außenumfangsfläche des Axialkörpers mit einem Mikrospalt dazwischen gegenüberliegt, eine Hülse, von der beide Endflächen einer rückseitigen Endfläche des vorderseitigen befestigten Körpers sowie einer vorderen Endfläche des rückseitigen befestigten Körpers mit einem Mikrospalt dazwischen gegenüberliegen, und Flügelrad-Flügelkomponenten, die von einer Außenumfangsfläche der Hülse vorstehen, wobei der Antriebsmechanismus polare anisotrope Permanentmagnete aufweist, die in der Hülse installiert sind, sowie einen Rotations-Magnetflussgenerator, der in dem Gehäuse installiert ist und einen Umfangsabschnitt des Flügelrads umgibt.
Dadurch wird Drehkraft auf die polaren anisotropen Permanentmagnete aufgebracht, während ein Rotations-Magnetflussgenerator angetrieben wird. Durch Drehen des Flügelrads wird Blut von einer Vorderseite des Flügelrads in das Gehäuse aufgenommen, und das verwirbelte Blut wird durch eine Ausrichtplatte gesteuert und durch das Flügelrad in einen hydrodynamischen Zustand komprimiert. Der Großteil des Blutes wird durch die Diffuser in einen statischen Status zurückgeführt und zur Rückseite des Flügelrads ausgetragen.
In einem solchen Fall wird ein Teil des stark unter Druck stehenden Blutes hinter dem Flügelrad in einen Mikrospalt zwischen einer vorderen Endfläche f eines rückseitigen befestigten Körpers und einer hinteren Endfläche einer Hülse eingeleitet. Das Blut wird über einen Mikrospalt zwischen einer Außenumfangsfläche des Axialkörpers und einer Innenumfangsfläche der Hülse in den Mikrospalt zwischen der hinteren Endfläche des vorderen befestigten Körpers und der vorderen Endfläche der Hülse geleitet. Infolgedessen wird das Blut mit dem in das Gehäuse geförderten Blut zusammengeführt. Demgemäß wird, während sich das Flügelrad dreht, Blut als Schmierfluid in Mikrospalte eingeleitet, die zwischen der Hülse und dem rückseitigen befestigten Körper, dem rückseitigen befestigten Körper und dem Axialkörper sowie dem Axialkörper und dem vorderseitigen befestigten Körper in dieser Reihenfolge ausgebildet sind, eingeleitet. Somit wird, während sich das Flügelrad dreht, eine Radiallast desselben durch den Axialkörper in einer kontaktlosen Beziehung getragen und eine Schublast wird durch den rückseitigen befestigten Körper und den vorderseitigen befestigten Körper in einer kontaktlosen Beziehung aufgenommen.
Ferner sind die polaren anisotropen Permanentmagnete zum Drehen des Flügelrads, in dem sie einem Rotations-Magnetflussgenerator gegenüberliegen, mit Hülse als Komponente des Flügelrads umgeben. Daher umfasst die Pumpe gemäß der Erfindung keine Ummantelung, die bei der herkömmlichen verbesserten künstlichen Herzpumpe eingesetzt werden muss. Demgemäß ist auch dann, wenn ein Unwuchtzustand an der sich an der innersten Stelle des Flügelrads in Bezug auf eine Radialrichtung befindlichen Hülse auftritt, ein schädigender Einfluss gegenüber dem dynamischen Gleichgewicht für ein sich drehendes Flügelrad sehr gering und das Flügelrad vibriert nicht so stark. Ein Außendurchmesser des Flügelrads kann verkürzt werden, und ein mechanischer Verlust und Beschädigungen können vermieden werden. Außerdem wird eine umgekehrte Blutströmung von der Ummantelung, die bei der herkömmlichen verbesserten künstlichen Herzpumpe oft vorkommt, vollkommen ausgeschlossen, so dass der Wirkungsgrad der Pumpe verbessert werden kann.
Es ist hierbei vorzuziehen, hydrodynamische Schub- bzw. Druckerzeugungsnuten bzw. -rillen zum Tragen einer Schublast des Flügelrads vorzusehen, wobei die hydrodynamischen schuberzeugenden Nuten an der hinteren Endfläche des vorderseitigen befestigten Körpers und der vorderen Endfläche des rückseitigen befestigten Körpers vorgesehen sind. Sie liegen jeweils den beiden Endflächen der Hülse gegenüber.
Ferner wird, während sich das Flügelrad dreht, eine Last auf das Flügelrad von einer Rückseite zu einer Vorderseite infolge des Blutdruckspalts zwischen der Vorderseite und der Rückseite aufgebracht. Dadurch nähert sich die vordere Endfläche der Hülse der hinteren Endfläche des vorderseitigen befestigten Körpers an. Falls die vordere Endfläche der Hülse sich der hinteren Endfläche des vorderseitigen befestigten Körpers stark annähert, kann der Mikrospalt nicht ausreichend vorgesehen werden. Unter dieser Bedingung kann Blut als Schmierfluid nicht reibungslos strömen. Falls der Spalt kleiner bzw. enger wird, wird der mechanische Verlust und der Schaden erheblich und die Menge an aufgelöstem Blut erhöht sich. Um die obigen Probleme zu vermeiden, ist es vorzuziehen, einen ringförmigen magnetischen Körper zu installieren, der einer Endfläche der Hülse an dem rückseitigen befestigten Körper gegenüberliegt. Dadurch werden polare anisotrope Permanentmagnete, die in einer Hülse installiert sind, zu einem an einem rückseitigen befestigten Körper installierten Magnetkörper gezogen. Ein Flügelrad wird gegen die von der Blutdruckdifferenz bewirkte und in einer Vorwärtsrichtung aufgebrachte Last nach hinten gezogen. Daher nähert sich eine vordere Endfläche der Hülse einer hinteren Endfläche des vorderseitigen befestigten Körpers nicht zu stark an, so dass ein Mikrospalt sicher erhalten werden kann.
Die Blutdruckdifferenz erzeugt eine Last von einer Rückseite zu einer Vorderseite, und die Last wird auf ein sich drehendes Flügelrad hin aufgebracht, so dass die Vorderendfläche der Hülse zur hinteren Endfläche des vorderen befestigten Körpers bewegt wird. Falls die vordere Endfläche der Hülse sich sehr nahe zu der hinteren Endfläche des vorderen befestigten Körpers bewegt, kann kein ausreichender Mikrospalt erhalten werden. Das Blut als Schmierfluid kann dann nicht reibungslos oder gleichmäßig und ungehindert strömen. Ferner wird der mechanische Verlust und der Schaden groß und eine Menge an aufgelöstem Blut erhöht sich in dem Fall, in dem der Mikrospalt nicht ausreichend beibehalten werden kann. Um die obigen Probleme zu vermeiden, wird ein erster Magnet, der der hinteren Endfläche des vorderseitigen befestigten Körpers gegenüberliegt, in der Hülse installiert, und ein zweiter Magnet, der der vorderen Endfläche der Hülse gegenüberliegt, wird in dem vorderen befestigten Körper installiert, wobei die gleichen Pole des ersten Magneten und des zweiten Magneten einander gegenüberliegen, um eine Abstoßungskraft zwischen ihnen zu erzeugen. Der erste Magnet ist in der Hülse installiert, und der zweite Magnet ist in dem vorderen befestigen Körper installiert. Somit stoßen die Hülse und der vordere befestigte Körper einander ab. Das heißt, das Flügelrad wird nach vorne gegen die von der Blutdruckdifferenz bewirkte Last abgestoßen und zu seiner Vorderseite verschoben, so dass die vordere Endfläche der Hülse daran gehindert wird, sich der hinteren Endfläche des vorderen befestigen Körpers stark anzunähern, so dass ein Mikrospalt sicher gewährleistet werden kann.
Die obigen Magnete sind vorzugsweise Permanentmagnete. Die Permanentmagnete können ihre magnetische Leistung permanent beibehalten, so dass eine Wartung derselben entfällt. Die obigen Magnete sind vorzugsweise ringförmige Magnete, deren Achse jeweils koaxial mit einer Drehachse des Flügelrads ist. Dadurch kann das Flügelrad reibungslos gedreht werden, und der mechanische Verlust und Schäden können reduziert werden.
Wie oben beschrieben wurde, umfasst gemäß der Erfindung eine künstliche Herzpumpe ein Gehäuse, ein drehbar in Bezug auf einen in dem Gehäuse befestigten Axialkörper gehaltertes Flügelrad und einen Antriebsmechanismus zum Drehen des Flügelrads, wobei Blut von der Vorderseite des Flügelrads aufgenommen und zur Rückseite des Flügelrads entlang einer Axialrichtung durch das von dem Antriebsmechanismus gedrehte Flügelrad zwangsgefördert wird, wobei der Axialkörper zwischen einem befestigen vorderseitigen Körper und einem befestigten rückseitigen Körper verbunden und sandwichartig eingefügt ist, wobei der vorderseitige befestigte Körper an einer Ausrichtplatte befestigt ist, die von einer Innenwand des Gehäuses an einer Vorderseite in Bezug auf das Flügelrad vorsteht, und der rückseitige befestigte Körper an einem plattenförmigen Diffuser befestigt ist, der von der Innenwand des Gehäuses an der Rückseite in Bezug auf das Flügelrad vorsteht, wobei das Flügelrad eine Innenumfangsfläche aufweist, die einer Außenumfangsfläche des Axialkörpers mit einem Mikrospalt dazwischen gegenüberliegt, eine Hülse, von der beide Endflächen einer rückseitigen Endfläche des vorderseitigen befestigten Körpers sowie einer vorderen Endfläche des rückseitigen befestigten Körpers mit einem Mikrospalt dazwischen gegenüberliegt, und Flügelrad-Flügelkomponenten, die von einer Außenumfangsfläche der Hülse vorstehen, wobei der Antriebsmechanismus polare anisotrope Permanentmagnete aufweist, die in der Hülse installiert sind, sowie einen Rotations-Magnetflussgenerator, der in dem Gehäuse installiert ist und einen Umfangsabschnitt des Flügelrads umgibt. Durch Drehen des Flügelrads wird Blut in das Gehäuse von der Vorderseite des Flügelrads eingesaugt, und die Verwirbelungskomponente des Blutes wird durch Passieren einer Ausrichtplatte gesteuert. Dann wird das Blut durch das Passieren des Flügelrads druckbeaufschlagt und in einen Diffuser eingeleitet. In dem Diffuser wird ein hydrodynamischer Status in einen statischen Status umgewandelt, während das Blut zur Rückseite des Flügelrads ausgetragen wird. Der Teil des stark druckbeaufschlagten Blutes hinter dem Flügelrad wird in einen Mikrospalt zwischen der Vorderendfläche des rückseitigen befestigen Körpers und der hinteren Endfläche der Hülse eingeleitet. Infolgedessen wird das Blut in einem Mikrospalt zwischen der hinteren Endfläche des vorderseitigen befestigten Körpers und der vorderen Endfläche der Hülse über einen Mikrospalt zwischen einer Außenumfangsfläche des Axialkörpers und einer Innenumfangsfläche der Hülse eingeleitet und dann mit dem Blut in dem Gehäuse zusammengeführt. Während das Flügelrad sich dreht, strömt Blut als Schmierfluid zu den Mikrospalten zwischen der Hülse und dem rückseitigen befestigten Körper, dem rückseitigen befestigten Körper und einem Axialkörper sowie dem Axialkörper und einem vorderseitigen befestigten Körper in dieser Reihenfolge. Beim Drehen des Flügelrads wird eine Radiallast in Bezug auf das Flügelrad von dem Axialkörper aufgenommen, und eine Schublast in Bezug auf das Flügelrad wird von dem rückseitigen befestigten Körper und dem vorderseitigen befestigten Körper in einer kontaktlosen Beziehung aufgenommen.
Um das Flügelrad zu drehen, sind die polaren anisotropen Permanentmagnete, welche dem Rotations-Magnetflussgenerator gegenüberliegen, in der Hülse als eine der Komponenten des Flügelrads installiert. Daher braucht die künstliche Herzpumpe gemäß der Erfindung keine Ummantelung (shroud), die bei einer herkömmlichen künstlichen Herzpumpe eingesetzt wird. Auch wenn ein Unwuchtzustand an der sich am innersten Abschnitt des Flügelrads entlang der Radialrichtung befindlichen Hülse auftritt, kann ein schädigender Einfluss, der von der hydrodynamischen Unwucht verursacht wird, in Bezug auf das Flügelrad selbst vermieden werden, und auch dessen Vibration kann vermieden werden. Ferner kann eine Länge eines Außenradius des Flügelrads verkürzt werden, so dass ein mechanischer Verlust und Schäden kontrolliert werden können. Außerdem wird eine Rückwärtsströmung von Blut zu einer Ummantelung, die bei einer herkömmlichen künstlichen Herzpumpe oft vorkommt, vollständig ausgeschaltet, so dass ein Wirkungsgrad der Pumpe gemäß der Erfindung verbessert werden kann.
Hydrodynamische Schub- bzw. Druckerzeugungsnuten bzw. -rillen zum Tragen einer auf das Flügelrad einwirkenden Schublast sind an der hinteren Endfläche des vorderseitigen befestigten Körpers und der vorderen Endfläche des rückseitigen befestigten Körpers vorgesehen, welche jeder der Endfläche der Hülse gegenüberliegen. Während sich das Flügelrad dreht, entsteht ein hydrodynamischer Schub bzw. Druck an dem von der Hülse, dem vorderseitigen befestigten Körper und dem rückseitigen befestigten Körper gebildeten Mikrospalt in dem Blut als Schmierfluid. Damit kann das Blut stabil zum Strömen gebracht werden, und die auf das Flügelrad einwirkende Schublast wird wirksam aufgenommen.
In dem Fall, in dem ein ringförmiger Magnetkörper, der einer Endfläche der Hülse gegenüberliegt, an dem rückseitigen befestigten Körper installiert ist, werden die polaren anisotropen Permanentmagnete, die in der Hülse installiert sind, zu dem an dem rückseitigen befestigten Körper installierten Magnetkörper hin gezogen. Das heißt, das Flügelrad selbst wird gegen die von einer Blutdruckdifferenz bewirkte, nach vorne wirkende Last nach hinten gezogen. Unter diesem Zustand nähert sich die vordere Endfläche der Hülse der vorderen Endfläche des rückseitigen befestigten Körpers nicht zu sehr an, so dass es möglich ist, einen Mikrospalt zu gewährleisten, in dem Blut als Schmierfluid reibungslos strömt.
Ferner ist der erste Magnet, welcher der hinteren Endfläche des rückseitigen befestigten Körpers gegenüberliegt, in der Hülse installiert. Der zweite Magnet, der der vorderen Endfläche der Hülse gegenüberliegt, ist an dem vorderseitigen befestigten Körper installiert. Der erste Magnet und der zweite Magnet sind so installiert, dass ihre gleichen Pole einander gegenüberliegen und eine Abstoßungskraft zwischen dem ersten Magneten und dem zweiten Magneten erzeugt wird. Damit stoßen sich die Hülse, in der der erste Magnet installiert ist, und der vorderseitige befestigte Körper, in dem der zweite Magnet installiert ist, gegenseitig ab. Unter diesem Zustand nähert sich die vordere Endfläche der Hülse nicht zu sehr der vorderen Endfläche des rückseitigen befestigten Körpers an, so dass es möglich ist, einen Mikrospalt zu gewährleisten, in dem Blut als Schmierfluid reibungslos strömt.
Wenn der Magnet ein Permanentmagnet ist, ist jegliche Wartung zum Einhalten spezifischer Funktionen des Magneten unnötig. Falls der Magnet eine Ringform aufweist, und koaxial mit einer Drehachse des Flügelrads angeordnet ist, kann das Flügelrad reibungslos gedreht werden und ein mechanischer Verlust und Schaden kann verhindert werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer künstlichen Herzpumpe gemäß der Erfindung,
2 eine Draufsicht auf eine hintere Endfläche eines vorderseitigen befestigten Körpers und eine vordere Endfläche eines rückseitigen befestigten Körpers zur Darstellung einer hydrodynamischen Schub- bzw. Druckerzeugungsnut bzw. -rille nach einer Ausführungsform einer künstlichen Herzpumpe gemäß der Erfindung,
3 eine Vertikal-Schnittansicht einer herkömmlichen verbesserten künstlichen Herzpumpe, und
4 eine Vertikal-Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer künstlichen Herzpumpe gemäß der Erfindung.
Um einen mechanischen Verlust bzw. Verschleiß und Schäden an einer künstlichen Herzpumpe mit einer Axialpumpe zu verringern und deren Wirkungsgrad zu verbessern, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung strukturelle EXperimente wiederholt, bei denen ein Flügelrad in einem Gehäuse in einer kontaktlosen Beziehung gedreht wird. Demgemäß berücksichtigten die Erfinder eine Form eines Flügelrads und erfanden dann die vorliegende Erfindung. Ein Hauptmerkmal der künstlichen Herzpumpe gemäß der Erfindung besteht darin, eine Ummantelung, die bei einer herkömmlichen verbesserten künstlichen Herzpumpe erforderlich ist, entfallen zu lassen.
<Erste Ausführungsform>
Eine Ausführungsform einer künstlichen Herzpumpe gemäß der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt eine Vertikal-Schnittansicht einer Ausführungsform einer künstlichen Herzpumpe gemäß der Erfindung. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine hintere Endfläche eines vorderseitigen befestigten Körpers und eine vordere Endfläche eines rückseitigen befestigten Körpers zur Darstellung von hydrodynamischen Schub- bzw. Druckrillen oder -nuten bei dieser künstlichen Herzpumpe. In den Zeichnungen sind gleiche Komponenten jeweils mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Daher entfällt deren Beschreibung.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die Ausführungsform der künstlichen Herzpumpe gemäß der Erfindung hauptsächlich ein zylindrisches Gehäuse 1, einen befestigten Axialkörper 2 mit Mittelachse X in dem Gehäuse, einen Rotor 3, der ein Flügelrad ist, welches drehbar in dem Gehäuse in Bezug auf den Axialkörper 2 gelagert ist, und einen Antriebsmechanismus zum Drehen des Rotors 3. Durch Drehung des Rotors 3 wird Blut von einem vorderen Abschnitt des Rotors 3 (rechte Seite in 1) aufgenommen und druckbeaufschlagt. Dann wird das Blut zu einem rückwärtigen Abschnitt des Rotors 3 (linke Seite in 1) entlang einer Axialrichtung zwangsgefördert. In 1 ist eine Hauptblutroute mit weißen Pfeilen angegeben.
Als nächstes wird ein detaillierter Aufbau beschrieben. An einer Innenwand des Gehäuses 1, die sich vor dem Rotor 3 befindet, stehen mehrere Ausrichtplatten-Komponenten vor und sind miteinander zu einer Ausrichtplatte 4 verbunden. An einer Innenseite der Ausrichtplatte 4 ist ein zylindrischer vorderseitiger befestigter Körper 5 koaxial in Bezug auf die Mittelachse X angeordnet und verbunden oder verklebt. Andererseits stehen an einer Innenwand des Gehäuses 1 hinter dem Rotor 3 mehrere plattenförmige Diffuser-Komponenten vor und sind zu einem Diffuser 6 verbunden oder verklebt. An einer Innenseite des Diffusers 6 ist ein zylindrischer rückseitiger befestigter Körper 7 koaxial angeordnet und gebondet. Eine hintere Endfläche 5a des rückseitigen befestigten Körpers 5 und eine vordere Endfläche 7a des rückseitigen befestigten Körpers 7 sind mit dem Axialkörper 2 verbunden. Der Axialkörper 2 kann in dem Gehäuse 1 befestigt sein. Dabei steht jeweils jeder mittlere Abschnitt eines vorderen Endes des vorderseitigen befestigten Körpers 5 und ein hinteres Ende des rückseitigen befestigten Körpers 7 vor. Über den ersten vorstehenden Abschnitt wird angesaugtes Blut eingeleitet, um es an der Ausrichtplatte 4 ohne jeglichen Widerstand zu verteilen. An dem letzeren vorstehenden Abschnitt wird von dem Diffuser 6 einströmendes Blut eingeleitet, damit es mit dem anderen Blut ohne Widerstand zusammengeführt wird.
An dem Axialkörper 2 ist eine Hülse 8 kreisförmig an- bzw. aufgesetzt, wobei die Hülse 8 eine Annenumfangsfläche 8a aufweist, die einer Außenumfangsfläche 2a des Axialkörpers 2 mit einem Mikrospalt oder -zwischenraum gegenüberliegt, eine vordere Endfläche 8b, die der hinteren Endfläche 5a des rückseitigen befestigten Körpers 5 mit einem Mikrospalt oder -zwischenraum gegenüberliegt, und eine hintere Endfläche 8c, die der vorderen Endfläche 7a des rückseitigen befestigten Körpers 8 mit einem Mikrospalt oder -zwischenraum gegenüberliegt. Während die Hülse 8 gehaltert ist, dreht sich die Hülse 8 in Bezug auf den Axialkörper 2 und ist zwischen der hinteren Endfläche 5a des vorderseitigen befestigten Körpers 5 und der vorderen Endfläche 7a des rückseitigen befestigten Körpers 7 beweglich. Ferner stehen an einer Außenumfangsfläche der Hülse 8 mehrere Flügelrad-Flügelkomponenten 9 vor und sind mit dieser verbunden oder verklebt. Ein äußerer Rand des Flügelrads befindet sich nahe an einer Innenwand des Gehäuses 1. Der Rotor 3 umfasst die Hülse 8 und das Flügelrad 9.
Polare anisotrope Permanentmagnete 10 sind radial in Bezug auf die Mittelachse X angeordnet und in der Hülse 8 installiert. Die polaren anisotropen Permanentmagnete 10 erzeugen einen Magnetfluss senkrecht zu der Außenumfangsfläche der Hülse 8. Andererseits umgibt ein Motorstator 11, der durch eine elektromagnetische Spule zum Erzeugen eines Magnetflusses senkrecht zu der Außenumfangsfläche der Hülse 8 gebildet ist, einen Umfangsabschnitt der Hülse 8 und ist in dem Gehäuse 1 installiert. Ein Antriebsmechanismus zum Drehen des Rotors 3 ist durch die polaren anisotropen Permanentmagnete 10 und den Motorstator 11 gebildet.
Gemäß der künstlichen Herzpumpe nach obiger Beschreibung wird durch Anlegen eines elektrischen Stroms mit verschiedenen Phasen, z.B. eines dreiphasigen elektrischen Stroms, an die elektromagnetische Spule 3 des Motorstators 11 eine Antriebskraft (Drehkraft) zum Drehen der polaren anisotropen Permanentmagnete 10 erzeugt, so dass die Hülse 8 und die Flügelräder 9 des Rotors 3 integral in Bezug auf den befestigten Axialkörper 2 des Gehäuses 1 gedreht werden. Dadurch wird von der Vorderseite angesaugtes Blut in das Gehäuse 1 aufgenommen, und das Blut strömt durch die Ausrichtplatte 4, um eine Wirbelbewegung zu steuern. Das Blut wird von dem Flügelrad 9 druckbeaufschlagt und in den Diffuser 6 eingeleitet, so dass ein hydrodynamischer Status in einen statischen Status zurückgeführt wird und das Blut zur Rückseite ausgetragen wird. Somit ist es möglich, als grundlegende Funktion einer künstlichen Herzpumpe Blut zwangsweise zu fördern.
Der Druck des Bluts ist in Bezug auf das Flügelrad 9 an der Rückseite (stromab) höher als der an der Vorderseite (stromauf). Ein Teil des stark unter Druck stehenden Blutes hinter dem Flügelrad 9 wird in einen Mikrospalt zwischen der vorderen Endfläche 7a des hinteren befestigten Körpers 7 und der hinteren Endfläche 8c der Hülse 8 eingeleitet. Dann wird das Blut in einen Mikrospalt zwischen der hinteren Endfläche 5a des vorderseitigen befestigten Körpers 5 und einer vorderen Endfläche 8b der Hülse 8 über einen Mikrospalt zwischen der Außenumfangsfläche 2a des Axialkörpers 2 und der Innenumfangsfläche 8b der Hülse 8 geleitet. Demgemäß strömt, während sich der Rotor 3 dreht, Blut als Schmierfluid zu einem Spalt zwischen der Hülse 8 und dem rückseitigen befestigten Körper 7, einem Spalt zwischen dem rückseitigen befestigten Körper 7 und dem Axialkörper 2 und einem Spalt zwischen dem Axialkörper 2 und dem vorderseitigen befestigten Körper 5 in dieser Reihenfolge. Hierbei wird eine auf den Rotor 3 einwirkende Radiallast von dem Axialkörper 2 in einer kontaktlosen Beziehung getragen bzw. aufgenommen, und eine Schublast wird durch den rückseitigen befestigten Körper 7 und den vorderseitigen befestigten Körper 5 in einer kontaktlosen Beziehung getragen bzw. aufgenommen.
Die Blutdruckdifferenz nach obiger Beschreibung bringt eine Last auf den sich drehenden Rotor 3 von der Rückseite zur Vorderseite auf. Infolgedessen nähert sich die vordere Endfläche 8b der Hülse 8 der hinteren Endfläche 5a des vorderseitigen befestigten Körpers 5. Falls sich die vordere Endfläche 8b der hinteren Endfläche 5a sehr stark annähert, können der Mikrospalt zwischen der vorderen Endfläche 8b der Hülse 8 und der hinteren Endfläche 5a des vorderseitigen befestigten Körpers 5 nicht ausreichend aufrechterhalten werden. Das Blut als Schmierfluid kann nicht reibungslos strömen. Dabei erhöht sich der mechanische Verlust und der Schaden und auch die Menge an aufgelöstem Blut.
Somit ist bei der Ausführungsform gemäß der Erfindung ein ringförmiger Magnet 12 (z.B. eine Eisenplatte und Eisenmasse), der an einer Stelle angeordnet ist, an der er der hinteren Endfläche 8c der Hülse 8 gegenüberliegt, in dem rückseitigen befestigten Körper 7 installiert. Dadurch werden die polaren anisotropen Permanentmagnete 10, die in der Hülse 8 installiert sind, zu dem magnetischen Körper 12 hingezogen, der in dem rückseitigen befestigten Körper 7 installiert ist. Dementsprechend wird der Rotor 3 gegen die von der Blutdruckdifferenz verursachte, in der Richtung nach vorne einwirkende Last nach hinten gezogen. Daher wird verhindert, dass sich die Vorderendfläche 8b der Hülse 8 der hinteren Endfläche 5a des vorderseitigen befestigten Körpers 5 stark nähert. Ein Mikrospalt, in dem Blut als Schmierfluid stabil und reibungslos strömt, kann dadurch sicher gewährleistet werden.
Ferner wird die nach vorne wirkende Last, die von der Blutdruckdifferenz verursacht wird, oder eine Last, die plötzlich entlang der Mittelachse X variiert, wenn die künstliche Herzpumpe aktiviert und angetrieben wird, als Schublast aufgebracht. Sie kann die Aufrechterhaltung des Mikrospalts zwischen der vorderen Endfläche 8b der Hülse 8 und der hinteren Endfläche 5a des vorderseitigen befestigten Körpers 5 und/oder des Mikrospalts zwischen der hinteren Endfläche 8c der Hülse 8 und der vorderen Endfläche 7a des rückseitigen befestigten Körpers 7 ungünstig beeinflussen.
Wie in 2 gezeigt ist, sind bei der Ausführungsform mehrere spiralförmige vordere hydrodynamische Schub- bzw. Druckerzeugungsnuten bzw. -rillen 5aa (in 2 sind sechs Nuten gezeigt) an der rückseitigen Fläche 5a des vorderseitigen befestigten Körpers 5 vorgesehen. Die vorderen hydrodynamischen Schuberzeugungsnuten 5aa vermitteln dem in einen Raum zwischen den Nuten 5aa und der Vorderendfläche 8b der Hülse 8 strömenden Blut einen hydrodynamischen Schub. Dadurch kann die nach vorne wirkende Schublast im Rotor 3 aufgenommen werden.
Desgleichen sind mehrere spiralförmige rückseitige hydrodynamische Schuberzeugungsnuten 7aa an der Vorderendfläche 7a des rückseitigen befestigten Körpers 7 ausgebildet. Die rückseitigen hydrodynamischen Schubnuten 7aa bringen einen hydrodynamischen Schub auf Blut auf, das in einen Raum zwischen dem rückseitigen befestigten Körper 7 und der hinteren Endfläche 8c strömt. Dadurch kann die nach hinten wirkende Schublast im Rotor 3 aufgenommen werden. Insbesondere wirkt der hydrodynamische Schub im Fall des in dem rückseitigen befestigten Körper 7 installierten magnetischen Körpers 12. Eine solche Wirkung erfolgt unmittelbar nach einer Erregung bzw. Aktivierung der künstlichen Herzpumpe. Wenn der Rotor 3 angehalten wird, wird eine Zugkraft zwischen den polaren anisotropen Permanentmagneten 10 und dem Magnetkörper 21 nur im Rotor 3 erzeugt. Zu dieser Zeit wird eine Kontaktbeziehung zwischen der hinteren Endfläche 8c der Hülse 8 und der vorderen Endfläche 7a des rückseitigen befestigten Körpers 7 aufrechterhalten. Zu Beginn, wenn der Rotor aus diesem Zustand angeregt bzw. aktiviert wird, wird der hydrodynamische Schub unmittelbar durch Aufnahme von Blut in einen Spalt zwischen der hinteren Endfläche 8c der Hülse 8 und der vorderen Endfläche 7a des rückseitigen befestigten Körpers 7 erzeugt, um eine Verschiebung in einer kontaktlosen Beziehung zu bewirken.
Wenn der Rotor 3 sich dreht, kommt es demgemäß durch Blut als Schmierfluid zu einem hydrodynamischen Schubdruck an Mikroräumen, die durch die Hülse 8, den vorderseitigen befestigten Körper 5 und den rückseitigen befestigten Körper 7 gebildet sind. Somit kann das Blut stabil strömen, indem diese Mikrospalte sicher gewährleistet werden und eine auf den Rotor 3 einwirkende Schublast wirksam getragen bzw. aufgenommen werden kann.
Wie oben beschrieben wurde, sind bei der künstlichen Herzpumpe gemäß der Erfindung die polaren anisotropen Permanentmagnete 10 in der Hülse 8 gegenüber dem Motorstator 11 als Komponente des Rotors angeordnet, um den Rotor 3 zu drehen. Daher ist es nicht nötig, eine Ummantelung 120 (siehe 3) vorzusehen, der bei einer herkömmlichen verbesserten künstlichen Herzpumpe verwendet wird. Demgemäß wird auch dann, wenn ein Unwuchtzustand an der Hülse 8 auftritt, die sich an einem innersten Abschnitt des Rotors in Bezug auf eine Radialrichtung befindet, ein ungünstiger Einfluss auf ein dynamisches Gleichgewicht des sich drehenden Rotors 3 reduziert und ein Vibrationsgrad des Rotors 3 verringert. Ferner kann eine Länge eines Außendurchmessers des Rotors verkürzt werden, und der mechanische Verlust und Schäden können reduziert werden. Außerdem wird vollkommen vermieden, dass Blut in umgekehrter Richtung zu der bei der herkömmlichen verbesserten künstlichen Herzpumpe verwendeten Ummantelung 120 strömt, und der Wirkungsgrad der Pumpe kann verbessert werden.
Im Vergleich mit der herkömmlichen verbesserten künstlichen Herzpumpe mit der Pumpe gemäß der Erfindung ist ein relativer Abstand zwischen den polaren anisotropen Permanentmagneten 10 und dem Motorstator 11 bei der Erfindung relativ groß. Obwohl die Motorantriebsleistung etwas niedriger wird, wird die auf den Rotor 3 selbst einwirkende Drehkraft nicht wesentlich beeinflusst, da ein elektrischer Strompegel und eine Wicklungszahl einer Elektromagnetspule variieren und die Drehkraft des Rotors 3 durch Koerzitivität der polaren anisotropen Permanentmagnete 10 gesteuert wird.
<Zweite Ausführungsform>
Als nächstes wird die zweite Ausführungsform der künstlichen Herzpumpe gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
4 zeigt eine Schnittansicht zur Darstellung einer Struktur der zweiten Ausführungsform der künstlichen Herzpumpe gemäß der Erfindung. Die Ausführungsform ist eine Abwandlung gegenüber der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, wobei die gleich bezeichneten Komponenten mit den gleichen Bezugsziffern wie bei der ersten Ausführungsform der künstlichen Herzpumpe versehen sind. Deren Erläuterung entfällt.
Wie in den Zeichnungen gezeigt ist, umfasst die zweite Ausführungsform der künstlichen Herzpumpe einen Permanentmagneten 13 als ersten Magneten und einen Permanentmagneten 14 als zweiten Magneten statt des Magnetkörpers 12. Der Permanentmagnet 13 ist in der Hülse installiert, an der der Permanentmagnet 13 einer hinteren Endfläche 5a eines vorderseitigen befestigten Körpers 5 gegenüberliegt. Der Permanentmagnet 14 ist an dem vorderseitig befestigten Körper 5 installiert, an dem der Permanentmagnet 14 einer vorderen Endfläche 8b der Hülse 8 gegenüberliegt. Die Permanentmagnete 13 und 14 haben eine Ringform, und ihre Achse ist koaxial zu einer Drehachse des Rotors (Flügelräder) 3.
Die beiden Permanentmagnete 13 und 14 erzeugen einen Magnetfluss parallel zu der Mittelachse X. Die gleichen Pole derselben sind einander zugewandt, um eine Abstoßungskraft zwischen dem Permanentmagnet 13 und dem Permanentmagnet 14 zu erzeugen. Dementsprechend haben die Permanentmagnete 13 und 14 eine Funktion als Druck- bzw. Schublager entlang einer Axialrichtung der Mittelachse X. Der Rotor 3 wird gegen die von der Blutdruckdifferenz bewirkte und in einer Vorwärtsrichtung aufgebrachte Last nach hinten abgestoßen. Daher nähert sich die vordere Endfläche 8b der Hülse 8 nicht der hinteren Endfläche 5a des vorderseitigen befestigten Körpers 5 allzusehr, so dass ein Mikrospalt sicher gewährleistet werden kann, womit Blut als Schmierfluid stabil strömen kann.
Während die künstliche Herzpumpe angehalten oder mit niedriger Geschwindigkeit angetrieben wird, gleichen sich eine Zugkraft zwischen dem Motorstator 11 und den polaren anisotropen Permanentmagneten 10 und eine Abstoßungskraft zwischen dem Permanentmagnet 13 und dem Permanentmagnet 14 aus. Somit wird der Rotor 3 nach unten bewegt, um so zu verhindern, dass die hintere Endfläche 8c der Hülse 8 in Kontakt mit der vorderen Endfläche 7a des rückseitigen befestigten Körpers 7 kommt.
Hinsichtlich der magnetischen Kraft der Permanentmagnete 13 und 14 ist es vorzuziehen, eine Last nach vorne durch Drehen des Rotors 3 wirken zu lassen. Je nach der Drehgeschwindigkeit des Rotors 3 variiert ein Wert der erzeugten Last. Ausgehend von einer erzeugten Last, die einem Drehgeschwindigkeitsbereich des Rotors 3 entspricht, wird die magnetische Kraft so ausgelegt, dass die Vorderendfläche 8b der Hülse 8 nicht in Kontakt mit der hinteren Endfläche 5a des vorderseitigen befestigten Körpers 5 kommt, auch wenn die MaXimallast erzeugt wird. Auch wenn die Minimallast erzeugt wird, ist beispielsweise die vordere Endfläche 8c der Hülse so gestaltet, dass sie nicht mit der vorderen Endfläche 7a des rückseitigen befestigten Körpers 7 in Kontakt kommt. Im Fall der Einstellung bzw. Anpassung der magnetischen Kraft kann ein bei der ersten Ausführungsform angewandter magnetischer Körper 12 zusammen mit den bei der zweiten Ausführungsform angewandten Permanentmagneten 13 und 14 vorgesehen sein.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Es können verschiedene Änderungen akzeptabel sein, sofern eine Abweichung im Schutzumfang der Erfindung liegt. Beispielsweise ist eine Querschnittsfläche der Innenumfangsfläche 8a der Hülse 8 vorzugsweise ein vollständiger Kreis. Andererseits ist eine Querschnittsfläche des Axialkörpers 2 vorzugsweise eine Offset-Kombination, die durch zwei Halbkreise oder vier Viertelkreise gebildet ist, wobei mehrere Bogenabschnitte eXistieren. In einem solchen Fall kann ein Mikrospalt zwischen einer Außenumfangsfläche 2a des Axialkörpers 2 und einer Innenumfangsfläche 8a der Hülse 8 sicher gewährleistet werden, damit Blut als Schmierfluid reibungslos strömt. Eine Form der vorderseitigen hydrodynamischen Schuberzeugungsnut bzw. -rille 5aa und eine Form der rückseitigen hydrodynamischen Schuberzeugungsnut 7aa ist nicht nur spiralförmig, sondern kann auch radial sein.
Nutzanwendung in der Industrie
Die Erfindung bezieht sich auf eine künstliche Herzpumpe und ist als Ersatz oder als Hilfseinrichtung eines Herzens eines lebenden Körpers von Nutzen.
Zusammenfassung
KÜNSTLICHE HERZPUMPE
Eine künstliche Herzpumpe mit einem Flügelrad (3), das drehbar an einem befestigten Wellenkörper (2) in einem Gehäuse (1) gelagert ist, und einem das Flügelrad (3) drehenden Antriebsmechanismus, wobei Blut von der Vorderseite aufgenommen und zur Rückseite durch die Drehung des Flügelrads (3) zwangsgefördert wird. Der Wellenkörper (2) ist zwischen einem vorderseitigen befestigten Körper (5), der an einer an das Gehäuse (1) an der Vorderseite des Flügelrads (3) angefügten Ausrichtplatte (4) befestigt ist, und einem rückseitigen befestigten Körper (7) verbunden, der an einem mit dem Gehäuse (1) auf der Rückseite des Flügelrads (3) verbundenen Diffuser (6) befestigt ist. Das Flügelrad (3) umfasst ferner eine Hülse (8) mit einer Annenumfangsfläche, die der Außenumfangsfläche des Wellenkörpers (2) über einen winzigen Zwischenraum gegenüberliegt, sowie vordere und hintere Endflächen, die der rückseitigen Fläche des vorderseitigen befestigten Körpers (5) und der vorderen Endfläche des rückseitigen befestigten Körpers (7) über winzige Abstände gegenüberliegen, sowie ein an die Außenumfangsfläche der Hülse (8) angefügtes Flügelrad (9). Der Antriebsmechanismus umfasst ferner einen polaren anisotropen Permanentmagneten (10), der in die Hülse (8) aufgenommen ist, sowie einen Rotationsfeldgenerator (11), der in das Gehäuse (1) aufgenommen ist.

Claims

Künstliche Herzpumpe mit einem Gehäuse (1), einem dreh-/schwenkbar in Bezug auf einen in dem Gehäuse (1) befestigten Axialkörper (2) gelagerten Flügelrad (3) und einem Antriebsmechanismus zum Drehen des Flügelrads (3), wodurch Blut von der Vorderseite des Flügelrads (3) angesaugt bzw. aufgenommen und zu der Rückseite des Flügelrads (3) entlang einer Axialrichtung durch Drehen des Flügelrads (3) mittels des Antriebsmechanismus zwangsgefördert wird, wobei der Axialkörper (2) mit einem vorderseitigen befestigten Körper (5) und einem rückseitigen befestigten Körper (7) verbunden und zwischen diesen sandwichartig angeordnet ist, wobei der vorderseitige befestigte Körper (5) an einer Ausrichtplatte (4) befestigt ist, die von einer Innenwand des Gehäuses (1) an einer Vorderseite bezüglich des Flügelrads (3) vorsteht, und der rückseitige befestigte Körper (7) an einem plattenartigen Diffuser (6) befestigt ist, der von der Innenwand des Gehäuses (1) an einer Rückseite in Bezug auf das Flügelrad (3) vorsteht, wobei das Flügelrad (3) eine Annenumfangsfläche umfasst, die einer Außenumfangsfläche des Axialkörpers (2) mit einem Mikrospalt dazwischen gegenüberliegt, eine Hülse (8), deren beide Endflächen einer hinteren Endfläche des vorderseitigen befestigten Körpers (5) und einer vorderen Endfläche des rückseitigen befestigten Körpers (7) mit einem Mikrospalt dazwischen gegenüberliegen, und Flügelrad-Flügelkomponenten von einer Außenumfangsfläche der Hülse (8) vorstehen, wobei die künstliche Herzpumpe dadurch gekennzeichnet ist, dass der Antriebsmechanismus polare anisotrope Permanentmagnete (10) aufweist, die in der Hülse (8) installiert sind, sowie einen Rotations-Magnetflussgenerator (11), der in dem Gehäuse (1) installiert ist und einen Umfangsabschnitt des Flügelrads (3) umgibt.
Künstliche Herzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass hydrodynamische Schub- bzw. Druckerzeugungsnuten zum Tragen einer auf das Flügelrad (3) einwirkenden Schublast an der hinteren Endfläche des vorderseitigen befestigten Körpers (5) und der vorderen Endfläche des rückseitigen befestigten Körpers (7), welche jeweils jeder Endfläche der Hülse (8) gegenüberliegent, vorgesehen sind.
Künstliche Herzpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein ringförmiger magnetischer Körper gegenüber einer Endfläche der Hülse (8) in dem rückseitigen befestigten Körper (7) installiert ist.
Künstliche Herzpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Magnet, welcher der hinteren Endfläche des rückseitigen befestigten Körpers (7) gegenüberliegt, in der Hülse (8) installiert ist, ein zweiter Magnet, welcher der vorderen Endfläche der Hülse (8) gegenüberliegt, in dem vorderseitigen befestigten Körper (5) installiert ist, wobei der erste Magnet und der zweite Magnet so installiert sind, dass jeweils gleiche Pole der ersten und zweiten Magnete einander gegenüberliegen, und eine Abstoßungskraft zwischen dem ersten Magnet und dem zweiten Magnet erzeugt wird.
Künstliche Herzpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet ein Permanentmagnet ist.
Künstliche Herzpumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet eine Ringform aufweist und koaxial mit einer Drehachse des Flügelrads (3) angeordnet ist.