ES2310054T3 - Bomba de sangre rotativa con elementos ceramicos. - Google Patents
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Abstract
Una bomba de sangre rotativa (10), que comprende: un alojamiento (12) de la bomba; un rotor (17) montado para que gire dentro de dicho alojamiento de la bomba, teniendo dicho rotor un impulsor (20); un motor de rotor, incluyendo dicho motor una pluralidad de imanes permanentes (20a, 20b) portados por dicho impulsor (20) y un estator de motor (24, 26) situado dentro de dicho alojamiento de la bomba; y un elemento estructural (28, 30) que comprende un material cerámico biocompatible y resistente a la corrosión que está situado entre dichos imanes permanentes portados por dicho impulsor y dicho estator de motor, caracterizada porque dicho elemento estructural proporciona soporte estructural para dicho estator.
Description
Bomba de sangre rotativa con elementos
cerámicos.
La presente invención se refiere a bombas de
sangre. Más concretamente, la invención se refiere a bombas de
flujo rotativo de diseño rotativo, que pueden resultar adecuadas
para su implantación en seres humanos, para su uso como
dispositivos de asistencia ventricular crónica.
La Patente US No. 5.840.070 de Wampler describe
una bomba de flujo continuo de diseño rotativo, adecuada para su
implantación en seres humanos, para su uso como un dispositivo de
asistencia ventricular crónica. El dispositivo descrito utiliza
cojinetes radiales magnéticos, pasivos, para mantener un impulsor y
su árbol de soporte para que gire alrededor de un eje, eliminándose
así la necesidad de disponer una junta en el árbol motriz.
En la modalidad de las figuras
11-14 de la Patente US No. 5.840.070 de Wampler, la
bomba cardiaca implantable utiliza dos estatores, cada uno en lados
opuestos del impulsor y teniendo cada uno de ellos un número de
bobinas de estator y piezas de polos. De este modo, el mecanismo de
accionamiento implica un acoplamiento electromagnético entre los
imanes permanentes del impulsor y las bobinas de accionamiento de
los estatores. Se ha comprobado que es conveniente proporcionar un
elemento estructural entre el impulsor y los estatores para aportar
un soporte estructural y un sellado hermético. Es deseable que este
elemento estructural sea biocompatible, no trombogénico y
resistente a la corrosión. Ha llegado a considerarse la formación de
estos elementos estructurales en metal, tal como titanio o aleación
de titanio o aleación de
cobalto-cromo-níquel. Sin embargo,
se ha comprobado que el campo magnético variable con el tiempo en
la estructura que surge de los imanes rotativos, induce corrientes
parásitas en la estructura metálica, causando pérdida de energía.
Además, dicha pérdida por corrientes parásitas produce también una
disipación del calor, lo cual se puede traducir en un deterioro de
la sangre, trombosis y tromboemolismo.
Por tanto, un objeto de la presente invención
consiste en proporcionar una bomba de sangre rotativa en donde se
mitigan las corrientes parásitas tales como aquellas inducidas en
una estructura metálica.
Otro aspecto de la presente invención consiste
en proporcionar una bomba de sangre rotativa que tiene un mecanismo
de accionamiento acoplado electromagnéticamente con un soporte
estructural y un sellado hermético entre el impulsor y el
estator.
Otro objeto más de la presente invención
consiste en utilizar componentes cerámicos en la bomba de sangre de
accionamiento electromagnético para mejorar la eficiencia de energía
y la biocompatibilidad.
Otro objeto de la presente invención consiste en
proporcionar una nueva bomba de sangre que es lo suficientemente
compacta para poder ser implantada en el cuerpo humano y que utiliza
componentes cerámicos para aportar ventajas estratégicas.
Otro objeto de la presente invención consiste en
proporcionar una nueva bomba de sangre rotativa que es de una
construcción pequeña, ligera y sencilla y relativamente fácil de
fabricar.
Otros objetos y ventajas de la presente
invención llegarán a ser evidentes a medida que proceda la
descripción.
Más información referente al estado de la
técnica puede encontrarse en la Patente US 5.332.374 que describe
una bomba magnética acoplada axialmente y que tiene un alojamiento
de una longitud mínima para el motor, incluyendo una lámina de
junta libre de corrientes parásitas interpuesta entre el rotor y el
estator, y que sella el alojamiento de la bomba hacia el exterior
del rotor. Además, describe que la placa de junta es preferentemente
de un material no magnético eléctricamente inerte, tal como un
laminado de resina y fibra de vidrio o similar, con el fin de
evitar la existencia de corrientes parásitas durante el
funcionamiento del motor y del impulsor, evitando con ello un
calentamiento indeseado de los mismos o el bombeo de cualquier
fluido relativamente sensible al calor.
La EP 0 291 780 describe, inter alia, una
bomba que comprende un cuerpo que tiene dos partes que forman un
conjunto estanco y un dispositivo rotativo fijado en el interior de
dicho cuerpo, en donde las dos partes ensambladas del cuerpo y el
dispositivo rotativo son de un material cerámico, constituido
principalmente por aluminio (Al_{2}O_{3}), óxido de zirconio
(ZrO_{2}), nitruro de silicio (Si_{3}N_{4}) o carburo de
silicio (SiC).
La presente invención proporciona una bomba de
sangre rotativa de acuerdo con la reivindicación independiente 1.
En las reivindicaciones dependientes quedan reflejadas modalidades
preferidas de la invención.
En la modalidad ilustrativa, se proporciona una
bomba de sangre rotativa que comprende un alojamiento de la bomba y
un rotor montado para girar dentro del alojamiento, teniendo el
rotor un impulsor. Está previsto un motor del rotor que incluye una
pluralidad de imanes permanentes portados por el impulsor y un
estator de motor situado dentro del alojamiento. Un elemento
estructural que aporta soporte estructural para dicho estator del
motor está situado entre los imanes permanentes portados por el
impulsor y el estator. Este elemento estructural comprende un
material cerámico biocompatible y resistente a la corrosión.
En la modalidad ilustrativa, el material
cerámico se elige del grupo consistente en óxido de aluminio, óxido
de zirconio, zirconia estabilizada parcialmente con itria, zirconia
estabilizada parcialmente con magnesia, zirconia estabilizada
parcialmente con ceria, óxido de titanio, magnesia, alúmina
fortalecida con zirconia, rubí, zafiro, alúmina monocristalina,
zirconia cúbica, cuarzo, sílice fundida, nitruro de silicio y
nitruro de aluminio.
En la modalidad ilustrativa, el alojamiento de
la bomba de sangre rotativa es lo suficientemente compacto para
poderse implantar en el cuerpo humano. La bomba incluye cojinetes
magnéticos radiales portados por la porción del árbol y cojinetes
magnéticos radiales portados por el alojamiento. El elemento
estructural proporciona soporte estructural y un sellado hermético
y utiliza materiales cerámicos no trombogénicos y no conductores de
la electricidad.
En la modalidad ilustrativa, el alojamiento de
la bomba comprende también material cerámico tal como carbono
pirolítico. El impulsor incluye un alojamiento del impulsor que
tiene una superficie de chumacera y el alojamiento de la bomba
tiene una superficie de chumacera para cooperar con la superficie de
chumacera del alojamiento del impulsor.
En lo que sigue y en las reivindicaciones
adjuntas se ofrece una explicación más detallada de la invención
que es ilustrada en el dibujo adjunto.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura es una vista en sección transversal,
longitudinal, de una bomba de sangre implantable construida de
acuerdo con los principios de la presente invención.
\vskip1.000000\baselineskip
Con referencia al dibujo, se ilustra en el mismo
un dispositivo de asistencia ventricular o bomba de sangre 10 de
accionamiento electromagnético. Las bombas de sangre accionadas
electromagnéticamente presentan la ventaja de ofrecer un tamaño
compacto y ser eficientes en cuanto a energía en comparación con los
sistemas accionados neumática o hidráulicamente. La bomba de sangre
10 es con preferencia lo suficientemente compacta para poderse
implantar en el cuerpo humano. La bomba es de cualquier diseño
rotativo, incluyendo, pero no de forma limitativa, diseños
centrífugos, de flujo axial o de flujo híbrido.
La presente modalidad aquí ilustrada utiliza dos
estatores, cada uno en lados opuestos del impulsor y teniendo cada
uno de ellos un número de bobinas de estator y piezas de polos. Un
ejemplo de una bomba cardiaca implantable con dos estatores es la
modalidad de las figuras 11-14 de la Patente US No.
5.840.070 de Wampler, cuya descripción se incorpora aquí solo con
fines de referencia. Sin embargo, ha de entenderse que no se intenta
imponer limitación alguna con respecto a la bomba cardiaca
particular a la cual se puede aplicar el presente sistema.
Como se ilustra en la figura, la bomba de sangre
rotativa 10 incluye un alojamiento delantero 12 de la bomba que
tiene cojinetes magnéticos radiales en forma de imanes anulares 34
portados por el alojamiento delantero 12, rodeando a un tubo de
entrada alargado 13 con un extremo de admisión 13' y una carcasa del
impulsor o una voluta 14. Un tubo de descarga 16 comunica con la
periferia interior de la carcasa 14. El tubo 16 presenta una
orientación tangencial con respecto al radio de la carcasa 14, para
canalizar de un modo eficaz la salida de sangre de la bomba.
Un rotor 17 de la bomba está situado dentro del
alojamiento 12 e incluye un árbol de soporte 18 unido a un impulsor
20. El impulsor 20, el árbol de soporte 18 y el rotor 17 tienen un
alojamiento 21 del impulsor. Existe un recorrido de flujo de sangre
22 entre el rotor 17 y las paredes laterales interiores 23 del tubo
de entrada 13.
El rotor 17 está dispuesto para girar alrededor
de un eje longitudinal que se extiende tanto a través del árbol 18
como a través del impulsor 20. El impulsor 20 tiene un número de
sectores de paletas que son relativamente gruesos en la dirección
axial. El impulsor grueso 20 tiene la capacidad de utilizar piezas
magnéticas permanentes 20a y 20b y otros elementos, que se
introducen de un modo que permite que un par de estatores 24 y 26 se
encuentren en lados opuestos del impulsor 20. Un primer estator 24
del motor que comprende bobinas conductoras y piezas de polos está
situado cerca del impulsor 20 sobre un elemento estructural 28. Un
segundo estator 26 del motor que comprende arroyamientos y piezas
polares, está situado en el lado delantero del impulsor 20 sobre el
elemento estructural 30. Aunque (para simplificar, en la figura
solo se ilustran dos bobinas en cada lado del impulsor, ha de
entenderse que es preferible que se encuentren 6 arroyamientos y
piezas de polos en cada lado del impulsor, si bien se pueden
emplear otras disposiciones, si así se desea.
En el rotor 17 están previstos cojinetes
magnéticos en forma de imanes de núcleo permanentes 32 y los
cojinetes magnéticos en forma de imanes anulares 34 son portados
por el alojamiento para levitar el rotor 17 y mantenerlo en
alineación radial adecuada con respecto a su eje longitudinal.
El alojamiento delantero 12 es contiguo con una
porción de alojamiento 36, que es contigua con la cubierta 38 del
alojamiento posterior. Los alojamientos 12, 36 y 38, el alojamiento
21 del impulsor, los elementos estructurales 28 y 30 y el tubo de
descarga 16, están formados preferentemente de materiales cerámicos
resistentes a la corrosión. Por ejemplo, los elementos
estructurales 28 y 30, que separan el impulsor respecto del estator,
están hechos de materiales cerámicos biocompatibles, no
trombogénicos, no conductores de la electricidad y resistentes a la
corrosión, tales como óxido de aluminio, óxido de zirconio, zirconia
estabilizada parcialmente con itria, zirconia estabilizada
parcialmente con magnesia, zirconia estabilizada parcialmente con
ceria, óxido de titanio, magnesia, alúmina fortalecida con
zirconia, rubí, zafiro, alúmina monocristalina, zirconia cúbica,
cuarzo, sílice fundida, nitruro de silicio y nitruro de aluminio.
Estos materiales cerámicos presentan una excelente
biocompatibilidad y resistencia a la corrosión para su aplicación en
implantes. Dado que la resistividad eléctrica es extremadamente
alta en comparación con los metales, la pérdida de potencia
eléctrica, relacionada con corrientes parásitas es mínima. La
hermeticidad de las estructuras que contienen material cerámico se
puede mantener mediante la unión del elemento cerámico a una
aleación metálica mediante cobresoldadura, estañosoldadura, unión
por difusión o unión mediante adhesivo.
Diferentes porciones de la bomba pueden estar
hechas de diferentes materiales cerámicos. Por ejemplo, el
alojamiento 21 del impulsor y el alojamiento delantero 12 de la
bomba pueden estar hechos de carbono pirolítico, que es un
conductor. Similarmente, el alojamiento 36, la cubierta del
alojamiento posterior 38 de la bomba y el tubo de descarga 16
pueden estar hechos de los mismos materiales cerámicos que los
elementos estructurales 28 y 30 o pueden estar hechos de los mismos
materiales estructurales que el alojamiento delantero 12 de la
bomba.
La parte posterior central del impulsor 20
comprende una superficie de chumacera 40 para cooperar con una
superficie de chumacera 42 sobre el elemento estructural 28. Puede
verse que el elemento estructural 28 está constituido por un número
de piezas contiguas, cada una de las cuales puede estar formada de
un material cerámico. Las superficies cerámicas de chumacera 40 y
42 pueden comprender un revestimiento de diamante
policristalino.
Puede verse que se ha mostrado y descrito una
nueva bomba de sangre implantable, la cual es adecuada para
implantarse en seres humanos y que contiene materiales cerámicos
biocompatibles, no trombogénicos y resistentes a la corrosión para
mitigar las corrientes parásitas.
Aunque se ha mostrado y descrito una modalidad
ilustrativa de la invención, ha de entenderse que los expertos en
la materia podrán llevar a cabo diversas modificaciones y
sustituciones sin desviarse por ello del alcance de la presente
invención tal como queda definida en las reivindicaciones.
Claims (9)
1. Una bomba de sangre rotativa (10), que
comprende:
- un alojamiento (12) de la bomba;
- un rotor (17) montado para que gire dentro de dicho alojamiento de la bomba, teniendo dicho rotor un impulsor (20);
- un motor de rotor, incluyendo dicho motor una pluralidad de imanes permanentes (20a, 20b) portados por dicho impulsor (20) y un estator de motor (24, 26) situado dentro de dicho alojamiento de la bomba; y
- un elemento estructural (28, 30) que comprende un material cerámico biocompatible y resistente a la corrosión que está situado entre dichos imanes permanentes portados por dicho impulsor y dicho estator de motor,
caracterizada porque
- dicho elemento estructural proporciona soporte estructural para dicho estator.
2. Una bomba de sangre rotativa según la
reivindicación 1, en donde dicho material cerámico se elige del
grupo consistente en óxido de aluminio, óxido de zirconio, zirconia
estabilizada parcialmente con itria, zirconia estabilizada
parcialmente con magnesia, zirconia estabilizada parcialmente con
ceria, óxido de titanio, magnesia, alúmina fortalecida con
zirconia, rubí, zafiro, alúmina monocristalina, zirconia cúbica,
cuarzo, sílice fundida, nitruro de silicio y nitruro de
aluminio.
3. Una bomba de sangre rotativa según la
reivindicación 1 o 2, en donde dicho alojamiento (12) de la bomba es
lo suficientemente compacto para poderse implantar en el cuerpo
humano.
4. Una bomba de sangre rotativa según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho elemento
estructural proporciona soporte estructural y sellado hermético, y
en donde dicho material cerámico es no trombogénico y no conductor
de la electricidad.
5. Una bomba de sangre rotativa según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho alojamiento de
la bomba comprende también un material cerámico.
6. Una bomba de sangre rotativa según la
reivindicación 5, en donde dicho material cerámico del alojamiento
de la bomba comprende carbono pirolítico.
7. Una bomba de sangre rotativa según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho impulsor incluye
un alojamiento (21) del impulsor que tiene una superficie de
chumacera (40) y dicho alojamiento de la bomba tiene una superficie
de chumacera (42) para cooperar con dicha superficie de chumacera
del alojamiento del impulsor.
8. Una bomba de sangre rotativa según la
reivindicación 7, en donde dicha superficie de chumacera del
impulsor y dicha superficie de chumacera del alojamiento comprenden
un revestimiento de diamante policristalino.
9. Una bomba de sangre rotativa según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho estator de motor
incluye un primer estator de motor (24) situado en uno de los lados
de dicho impulsor y un segundo estator de motor (26) situado en un
lado opuesto de dicho impulsor.
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