JP2000510929A - Hybrid centrifugal pumping apparatus and method suspended and rotated by magnetic force - Google Patents

Hybrid centrifugal pumping apparatus and method suspended and rotated by magnetic force

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Abstract

(57)【要約】 (i)電磁石(52,54)によって全体が磁気的に支持され且つ回転される一体化されたインペラ及びローター(21)、(ii)流体流及び包囲体のためのポンプハウジング及び弓形の通路(32,34,36)、(iii)前記ポンプハウジングに埋め込まれ且つ一体化されたブラシレス駆動モーター(40)、(iv)電力供給源、(v)特有の電子検知及び制御アルゴリズム、(これらは全て堅固に組み合わせられて効率的で寿命が長くメンテナンスガ少なくて済む動作を提供する)、を含む、敏感な生物学的流体を圧送するための遠心ポンプ(10)のための装置及び方法。特別に設計されたインペラとポンプハウジングとが流体の乱れが少なく流体ポンプを通ってポンプ出力ポートへと流体を搬送し且つ給送する機構を提供する。 (57) Summary (i) Integrated impellers and rotors (21), which are entirely magnetically supported and rotated by electromagnets (52, 54), (ii) Pumps for fluid flow and enclosure Housing and arcuate passages (32, 34, 36); (iii) a brushless drive motor (40) embedded and integrated in the pump housing; (iv) a power supply; (v) unique electronic sensing and control. Algorithms for centrifugal pumps (10) for pumping sensitive biological fluids, including algorithms, all of which are tightly combined to provide efficient, long-lasting, low maintenance operation. Apparatus and method. A specially designed impeller and pump housing provide a mechanism for transporting and delivering fluid through the fluid pump to the pump output port with low fluid turbulence.

Description

【発明の詳細な説明】 磁力で懸垂且つ回転されるハイブリッド型遠心圧送装置及び方法 発明の背景 1.発明の分野 本発明は、磁力で支持且つ回転されるロータ、より特定的には、ディスク状の インペラが非接触状態にて磁力で懸垂且つ回転され、流体圧力及びインペラの位 置決めアルゴリズムによってインペラの回転速度が電子的に制御され且つ変化す るようにした、遠心圧送装置及び方法に関する。 2.背景技術 歴史的に見て、流体ポンプは、多数且つ多岐に亙る型式及び形態のものがあり 、その全ては、基本的に同一の最終目的を果たす、すなわち、1つの箇所から別 の点まで流体を移動させる機能を果たす。全てのポンプは、ポンプの作動によっ て生じた負圧により流体が容器又は管を通じてポンプ内に吸引される点にて同様 の特徴を有する。主たる負圧に加えて、重力、インペラの慣性力、又は存在する パイプ/容器の流体圧力のような二次的な力も流体の流れに作用を及ぼす。圧送 機構を作動させると、流体圧力及び/又は流体速度が生じ、これらは、その後、 流体をポンプの入口ポートを通じてポンプ内に吸引する負圧を発生させる。入口 ポートからの流体は、ポンプ機構によってポンプ全体に亙って運ばれ、そのポン プ機構は、その後、流体をポンプの出口ポートに向ける。 流体ポンプの形態は、主として、機能への適応によって相違する。例えば、吸 い上げポンプ及び押し上げポンプは、往復運動動作を利用して流体を移動させる 一方、真空ポンプは、流体を移動させるのに使用される負圧を発生させる。回転 する軸流ポンプは、回転する軸に取り付けられたプロペラ状の羽根を利用して、 流体の移動を達成する。ジェットポンプは、ジェット流イジェクタを利用する。 このジェット流イジェクタは、ポンプ内の狭小なチャンバに入って低圧領域を形 成し、この低圧領域は、これに対応して、流体を入口ポートからチャンバ内に吸 引する吸引力を発生させる。その他の型式のポンプも特定することができるが、 ポンプの寸法及び幾何学的形態が臨界的な環境に対しより容易に適合可能である 、血液のような敏感な流体用の流体ポンプについて以下に特に言及して説明する 。 回転遠心型ポンプは、本来、より厳密な形態とされ且つ敏感な流体を圧送する ために容易に適応可能である。血液流ポンプは、多くの通常の産業用のものと比 べて、比較的低流量の性能特性を有するが、顕著に圧力が上昇することが必要条 件とされる。遠心型ポンプは、軸流ポンプ又はその他の設計のものよりもかかる 用途に良く適している。このため、本発明の好適な実施の形態用として遠心型ポ ンプの設計を使用することになる。このポンプは、インペラに取り付けられた幾 つかのリブ又は羽根を有しており、この羽根の回転力によって流体が遠心力によ ってロータの外側に推進される。遠心型ポンプは、従来、流体に浸漬させた、軸 に取り付けられたインペラを備えており、この場合、軸は、シール及び軸受装置 を通って駆動機構まで伸長している。インペラの回転する羽根が回転軸線の中心 付近に部分負圧を生じさせ、この部分負圧は、これに対応して、ポンプの吹き込 み開口部を通じて流体を吸引する。インペラの出口からポンプの出口通路までの 圧送される流体の滑らかな流れを確実にするため、ポンプの固定構成要素内に滑 らかなポンプボリュートが配置されている。このボリュートは、ポンプインペラ から出るポンプの流れを蓄積させ、流体の運動エネルギ(速度)をポテンシャル エネルギ(圧力又は頭圧)に変換することにより流体圧力(ヘッド)を上昇させ る働きをする。遠心型ポンプは、流体を動かすための弁を必要としないが、入口 開口部を通じて吸引された流体がポンプ機構内で流動を続け、また、内部の流体 の漏れ又は効率の低下を伴うことなく、出口ポートへの流れを続けるようなポン プの幾何学的形態でなければならない。 これらの従来技術のポンプには、問題点があることが公知である。例えば、従 来の遠心型ポンプにおける形態とされた軸シールは、摩耗、疲労し、更に、特定 の流体によって衝撃を受け易い不利益な点があり、その結果、漏洩の問題が生じ ることが広く文献に記載されている。また、ある種の流体用のポンプは、より慎 重な設計上の考慮を必要とし、流体の損傷、汚染及びその他の望ましくない状態 を回避するため特有の圧送技術を必要とすることも周知である。例えば、腐食性 流体(酸又は苛性アルカリ)のような流体、又は血液のような敏感な流体は、シ ールが漏洩して、これにより流体の完全性が失われないようにする特殊の考慮を 必要とする。定常流ポンプによって、血液のような敏感な流体を圧送するために は、回転するインペラを支持するため極めて信頼性が高く且つ傷付けることのな い軸受を必要とする。従来技術のポンプは、インペラが回転するとき、該インペ ラを支持するのに必要な軸受に関して極めて重大な問題点がある。ボール軸受及 びその他の転がり要素軸受は、軸シールによって敏感な流体(血液)から隔離さ れ且つ体液以外で潤滑されている場合に限って採用することができる。この状況 において、上述した全ての密封上の問題点が当て嵌まる。従来のボール軸受又は その他の転がり要素軸受が敏感な流体を潤滑液として採用するならば、血液中の 赤血球のような敏感な流体は軸受内の転がり構成要素の間にてすり潰されるため 、その生体上の特徴は、短時間にて破壊される。幾つかの従来技術ポンプにて敏 感な流体により潤滑されるスラスト及びラジアル流体膜軸受が採用されている。 これらの軸受は、性能が劣化し且つ/又は回転する構成要素が固定構成要素に固 着するため、故障し、血栓(血塊)を形成し、凝血作用(高せん断力)に起因す る敏感な流体の損傷、及びその他の問題を生ずる。また、流体膜軸受は、将来の ポンプ性能に対する生理学的必要性に適合するように、モータの速度を制御すべ く採用することのできる瞬間的なポンプ圧力及び流量に関する何らの情報も提供 しない。従来のボール軸受及び流体膜のスラスト軸受並びにラジアル軸受は、血 液ポンプのように、流体の静止及び流体の大きいせん断応力を回避しなければな らないポンプにおいて必要とされる長期間に亙る信頼性は、有していない。更に 、ボール軸受は、敏感な流体の圧送に採用されるとき、寿命が短く、外部の潤滑 流体によって潤滑しなければならないことがしばしばであり、この外部の潤滑流 体は、潤滑流体を保持するためにシールを必要とする。軸受用の潤滑流体を輸送 し且つ保持することは、ポンプハウジングの全体寸法を増大させ、また、潤滑流 体の供給及び冷却のために余分な容器及び機構を使用するため、作動の複雑さが 増し、このため、本来の心臓機能に置換すべく使用する場合に、そのポンプ装置 を埋め込むことができなくなる。このため、軸及び従来の軸受を有する流体ポン プの寿命が比較的短いため、そのポンプは、本来の心臓機能を置換すべく長期間 に亙って体腔内に埋め込むのに不適当なものとなる。 更に、血液の圧送は、流体の空洞部が滞留及び過剰な熱を受け易いため、イン ペラ型の血液ポンプ用の軸シールに典型的に関連する特定の公知の危険性を伴う 。 更に、血液のような敏感な流体を圧送するためには、インペラ羽根及びポンプハ ウジングの幾何学的形態を慎重に考慮する必要がある。血液の過剰な物理的作用 及び加熱は、凝血及びタンパク質の変性により血液成分を破壊することになり、 このことは、血液の凝固及び血栓を生じさせることになる。 ポンプ作動による血液の損傷効果を回避することは、本来の心臓機能により最 も良く実現される。本来の心臓は、その各側が異なる圧送機能を果たす2つの基 本的な機能を有している。本来の心臓の右側は、身体からの血液を受け取り且つ その血液を肺に圧送する一方、本来の心臓の左側は、肺から血液を集め且つその 血液を身体に圧送する。本来の心臓の拍動は、心臓弁と組み合わさって、拍動可 能で、極めて滑らかで且つ流動する仕方にて血液の圧送動作を提供する。本来の 心臓の血液流(心臓出力)は、その他、ポンプの前負荷として公知の静脈の戻り 流によって主として調節される。しかしながら、病気又は事故のため、本来の心 臓機能の一部又は全部が失われる可能性がある。本来の心臓機能に置換すべく開 発された機械的な装置は、歴史的に、最も初期の心肺装置又はポンプ酸素発生装 置からより最近の装置までの寸法範囲のものが機能しており、これらより最近の 装置の寸法及び機能は、本来の心臓のものにより正確に類似するものとなってい る。 全心臓の置換に加えて、その他の機械的な装置の開発は、病気又はその他の損 傷により弱った左心室を支援する心室支援装置のような、本来の心臓の機能の一 部を代替えすることに重点が置かれている。心臓の一部、又は全部であるかどう かを問わずに、心臓の機能に置換するための主たる考慮事項は、装置の全体に亙 って血液を穏やかに、非加熱状態及び非破壊的な方法にて圧送しなければならな いことである。例えば、機械的な軸受によって支持されたポンプインペラが血液 と接触するならば、軸受の部分同士の相対的な動きの結果、血液の機械的な作用 が過度のものとなり、そのため血液細胞が分裂し、凝血を生じさせることになる 。血液を傷付ける可能性のあるもう1つの機械的な効果は、血液が略滞留し、又 は十分に血液を交換せずに、血液が渦流を生じさせる箇所である、領域を形成し 、このため血液の滞留に相当する状態を作り出すことである。血液が滞留する結 果、血液が凝血することがしばしばであり(血栓)、これに対応して、血液は全 く流動 しなくなる。血液を傷付ける可能性のあるもう1つの効果は、血液がポンプを通 って流れるとき、ポンプの側壁、又はその他の圧送機構の摩擦力によって過度に 加熱することである。具体的には、ポンプの内部の幾何学的形状が急角度で変化 することに起因する側壁の摩擦力は、方向を著しく変更する血液の流れであるこ とを必要とし、このことは、血液細胞を分裂させ、すなわち血液の血小板を活性 化して、これに対応して凝血及び血栓を生じさせることになる。血液を傷付ける 可能性のある別の効果は、ポンプの非効率的な作動に起因するものであり、これ により、ポンプ装置に供給されるエネルギの大部分は、血液中に排出され、その 結果、過熱及び凝血によって血液を傷付ける熱として現れる。重要なことは、血 液のアルブミンが42℃にて変性し始めるため、血液を過熱することになる、ポ ンプ作動の非効率さは、極めて重大で且つ生命を脅かす状態を招来することであ る。 上述した滞留状態、ポンプの急激な幾何学的形態、乱流及び/又は加熱は、血 液の血小板を活性化し且つ/又は酸素を運ぶ赤血球の細胞を傷付ける。血液が傷 付くと、血管を詰まらせる可能性のある血栓を形成する連鎖的な反応を生じさせ 、その血管により栄養が供給される組織を栄養不足にし、生命を脅かす重大な状 態を引き起こすことになる。血液の圧送に関連する上記の問題点を回避するため の多数の試みは、ローラポンプ内に可撓性のダイヤフラム及び圧縮可能な管を使 用することにより行われている。しかしながら、ダイヤフラム及び/又は管の材 料が不断に撓むことは、血液に接触する材料の性質を変化させ、材料が疲労し、 可撓性材料から成る内壁を脱落させ、また、その脱落部分により塞栓が血管流内 に押し出されることになることが公知である。 血液を圧送する上記の必要条件に加えて、インペラの回転速度が敏感な血管の 安定性及び構造に対して顕著な影響を及ぼす。ポンプの前負荷圧力により調節さ れていないインペラの回転作動は、ポンプの入口ポートの直前の敏感な血管内に 心房吸引力を発生させ、インペラの回転速度が血管壁の強さを上廻るとき、血管 は潰れる。従来技術の圧送装置は、インペラの回転速度に対して迅速に調節する ことが好ましくない影響を与えないことを確実にするのに十分な程度まで制御コ ントローラを一体化していない。 クレチャッカ(Kletschka)の’005号(米国特許第5,055, 005号)には、対向する流体により浮遊させた流体ポンプが開示されている。 対向する流体によりインペラを安定させるだけでは、インペラをポンプハウジン グ内で正確な位置に保つのに十分ではなく、また、高圧の流体ジェットにより、 血液は血液の機械的作用に起因する上述した血液の凝固が生ずることになる。 クレチャッカの’877号(米国特許第5,195,877号)には、流体に 対するインペラとして機能する磁力で浮遊させたロータにより取り巻かれた堅固 に取り付けた軸を利用する、磁力で浮遊させたインペラを備える流体ポンプが開 示されている。この発明の軸は、軸と回転するインペラとの接続部に液圧軸受及 びシールを採用することを必要とし、この接続部により、血液又はその他の敏感 な流体は軸受領域にて加熱状態及び滞流状態が生ずることになる。 25年以上に亙って、当業者は、完成された人工心臓として使用されるポンプ を提供し、実験的に動物に埋め込んでいる。これらの研究は血液圧送装置の相対 的な有効性の有用なフィードバック情報を提供している。これらのポンプは拍動 的又は非拍動的な流れを発生させる型式のものとして分類することができる。拍 動的な流体動作を発生させるポンプ(定容積)は、本来の心臓により提供される 流体の動作により正確に類似したものである。必要な生理学的利点を得るために 拍動的な流体動きが必要であるか否か、又は、拍動的な流体の動きを主として心 筋の非回転的な性質に起因するものであるか否かは今日までの情報で明らかにさ れていない。殆どの拍動ポンプは、共通して、本来的な機械的問題点及び制約を 伴う弁(機械的又は組織)を必要とする。 従来技術の非拍動型ポンプにて弁装置は不要であるが、非拍動式ポンプは種々 の軸受及びシールを通る回転軸を必要とする。これらの軸は、血液の滞流、汚染 及び望ましくない加熱状態という性質上の問題点を生じさせ、これにより、本来 の心臓の機能を置換すべくポンプを長期間に亙って使用することを実現不可能に する。殆どの早期の従来技術の回転式の非拍動式装置は、短期間、心臓を支援す るために身体の外部に設置され、その成功の程度も限られたものである。 1つの血液圧送装置は完成された人工心臓である。この完成された人工心臓は 、生理学的に治療不能な心室に対する恒久的な置換体としても5名の患者に使用 さ れ、また、心臓移植のため一時的なつなぎとして300名の患者に使用されてい る。完成された人工心臓で支持した最長期間は795日である。例えば、心臓の 外科手術の間、心肺バイパスから離すことのできない患者に対し、又は、その一 方の心室のみが不全となった患者に対し心室支援装置のようなその他の血液圧送 装置が使用されている。本来の心臓の機能の最も一般的な機械的な置換は、心室 支援装置により心臓移植の一時的なつなぎとして使用することであり、1250 名以上の患者に対しかかる一時的な心室支援装置が適用されている。 歴史的に見て、血液圧送装置は多数の問題点がある。例えば、往復運動する完 成された人工心臓の圧送機構(ダイヤフラム)は、気体(空圧装置)、流体(液 圧装置)、電気(モータ、ソレノイド等)及び骨格筋肉で作動させている。エネ ルギ源及び関連する搬送装置は、装置全体の複雑さを増し、これにより、全体と して信頼し得ないものにする、更なる構成要素を備えている。また、完成された 人工心臓に対する従来技術の装置の寸法は、患者の動きに対して極めて制限的で あり、患者の生活の質を向上させるものではない。従来技術の装置により完全に 解決されていないもう1つの制約ファクタは、エネルギ変換装置の寸法が過大で あること及びその複雑さ並びにポンプ全体の設計が利用可能な身体部分のスペー スよりも大きいことである。更に、これらの従来技術の往復運動装置の殆どは、 (i)騒音特性、(ii)振動、(iii)反力(スラスト力)が異常に大きい。 従来技術の回転式ポンプの問題点の多くは、敏感な流体(血液のような)を圧 送する上述した必要条件に適合する機能を備えるようにポンプを対応させること により当業者により解決が図られている。これらのポンプの適用化は、インペラ が軸シール又は潤滑装置が無くとも回転可能であるように、インペラ及びハウジ ングに配置された電磁石を通じてインペラを支持することにより実現することが できる。ある型式の更なる支持体を使用しない永久磁石は、インペラのような1 つの対象物を完全に懸垂することはできず、安定した懸垂を達成するため、一部 の軸線内に追加的な調節可能な支持体又は力を必要とする。これは、永久磁石か らのみ成る懸垂装置は安定しないことを示すアーンショウ(Earnshaw) の理論に基づくものである。しかしながら、あらゆる運動の自由度に対して対象 物を安定させ且つ支持するために、能動的に制御された電磁石を使用することが できる。従って、電磁石は、計算された位置決めによって、ある対象物(すなわ ち遠心型流体ポンプの場合、インペラ)を安定的に懸垂することができる。磁気 的に支持されたインペラにおける唯一の消費エネルギは、インペラを安定させ且 つ回転させるために利用される電磁エネルギである。インペラを懸垂し且つ回転 させるための電磁石は、安定的で且つ効率的なポンプの作動を生じさせる。 過去10年以内の従来技術の特許には、限られた程度しか成功していない、磁 力で懸垂且つ回転させるロータが開示されている。これらの従来技術の形態は、 血液に対する危険性を軽減するため、部分的な磁力懸垂を利用している。磁力で 懸垂した従来技術の装置は、回転軸の摩擦の危険性の一部を具合良く軽減するが 、従来技術の装置は、依然として寸法、複雑さ及び最適でないインペラの位置決 め、位置の検出及び速度の制御の点にて、全心臓の置換のために埋め込むのに実 用的ではない。これら従来技術の発明の過度の寸法、インペラの正確な位置及び 速度を保つことの困難性は、大部分、円筒状、球状又はその他の大部分三次元的 性質のインペラの幾何学的形態が原因である。 上記のことに鑑みて、磁力で懸垂且つ回転される遠心型圧送装置を改良し、こ れにより、インペラのその寸法を小さくし且つインペラの位置決めの精度を増し 且つ速度の制御を向上させることができるならば、当該技術分野において、顕著 な進歩となるであろう。また、軸、転がり要素又は流体膜軸受、メカニカルシー ル又は物理的な近接センサが存在しない遠心型圧送装置を提供し、これにより、 機械的な接触、摩耗、流体軸受の固着に起因する故障、血栓又はせん断による損 傷を生じさせない完全に一体化したポンプ設計が可能であるならば、当該技術分 野にて1つの進歩となるであろう。ポンプの出力ポートを含んで、ポンプ機構の 全体に亙って流体を効率的に且つ低乱流状態にて輸送するようなインペラ及びポ ンプハウジングの幾何学的形態を有する遠心型圧送ポンプを提供し得るならば、 当該技術分野において更なる進歩となるであろう。更に、拍動式又は非拍動モー ドの何れかにて作動する多機能の遠心型圧送装置を提供し得るならば、当該技術 分野にて1つの進歩となるであろう。 発明の目的及び概要 本発明の主たる目的は、敏感な流体用の回転式の遠心流体ポンプを改良するこ とである。 本発明の別の目的は、効率的な非接触式の電磁軸受及び効率的なモータを使用 する流体ポンプを改良することである。 本発明の1つの目的は、身体部分に埋め込むことを可能にする比較的コンパク トな寸法の遠心圧送装置を提供することである。 本発明の更に別の目的は、製品寿命が長く且つ最少の保守で済む遠心圧送装置 及び方法を提供することである。 本発明の更に別の目的は、部分的又は全心臓機能を置換するために使用される 遠心流体ポンプを改良することである。 本発明の更に別の目的は、ポンプ設計の幾何学的形態により、ポンプの全体に 亙って、出口ポートを僅かに越えて低乱流出力であることを含む、効率的で且つ 低乱流状態の輸送を可能にし且つ敏感な流体の出力を提供する、遠心圧送装置及 び方法を実現することである。 本発明の更に別の目的は、流体圧力及び出力流体量が特定の流体圧力及び位置 決めアルゴリズムを介して制御され且つ電子的に変化するようにした、遠心型圧 送装置及び方法を提供することである。 本発明の更に別の目的は、拍動式又は非拍動式モードの何れかにて作動可能で ある遠心型圧送装置及び方法を提供することである。 本発明の更に別の目的は、全心臓置換のため心室支援装置又は対の装置の何れ かとして適用可能である遠心型圧送装置及び方法を提供することである。 上記の目的、及び特に明示しなかったその他の目的は、鋭感な生物学的流体を 圧送する遠心型流体ポンプの装置及び方法により実現される。該装置は、(i) 一体化された電磁軸受により完全に支持され且つ一体のモータによって回転され る一体のインペラ及びロータと、(ii)ポンプハウジング及び流体を流し且つ保 持するための弓状通路と、(iii)埋め込まれ且つ該ポンプハウジングと一体の ブラシレス駆動モータと、(iv)電源と、(v)電磁軸受の電流及びモータ逆起 電力emfからの入力に基づき、モータ速度及びポンプ性能に対する自己検出法 及び生理学的制御アルゴリズムを使用してインペラの位置、速度又は加速度を特 定の電子式に検出することとを備えている。これらは全て、効率的で長寿命、低 メンテナン スのポンプの作動を実現し得るように、共に確実に接続されている。特殊な設計 のインペラ及びポンプハウジングは、ポンプからポンプ出口ポートまで流体の乱 流が少ない状態にて流体を輸送し且つ供給するための機構を提供する。 本発明の上記及びその他の目的並びに特徴は、添付図面及び請求の範囲の記載 と共に、本発明の好適な実施の形態及びその他の実施の形態を記載した以下の説 明から容易に明らかになるであろう。 図面の簡単な説明 本発明の上記及びその他の目的、特徴及び有利な点は、添付図面に関して掲げ た以下の詳細な説明を検討することにより明らかになるであろう。添付図面にお いて、 図1は、磁力で支持且つ回転される本発明の圧送装置の斜視図である。 図2は、1つの電磁軸受により完全に支持され且つ本発明の電気モータによっ て回転される圧送装置の分解側面図である。 図3は、線3−3に沿った図1の断面図である。 図4Aは、線Aに沿った図3の平面図である。 図4Bは、線Aに沿った図3の断面図である。 図5Aは、線Bに沿った図3の平面図である。 図5Bは、線Bに沿った図3の断面図である。 図6Aは、線Cに沿った図3の好適な実施の形態の平面図である。 図6Bは、図3の線Cに沿った断面図である。 図7Aは、図3の線Dに沿った平面図である。 図7Bは、図3の線Dに沿った断面図である。 図8は、図1のポンプインペラ及びハウジングの拡大部分断面図である。 図9は、明確化のため、半透視モードにて示した、本発明のポンプインペラの 斜視図である。 図10は、図9の線A−Aに沿ったポンプインペラの断面図である。 図11は、囲い板組立体を除去した、図9の線B−Bに沿ったポンプインペラ の正面図である。 図12Aは、本発明に記載されたポンプの磁気的に懸垂されたインペラの磁性 部品の部分断面図である。 図12Bは、ポンプの断面の寸法を示している、本発明に記載されたポンプの 磁性部品と磁気的に懸垂されたインペラとの両方の断面図である。 図12Dは、本発明において記載されたポンプの磁気的に懸垂されたインペラ の部分断面図である。 図13は、本発明のポンプに対する6つの電磁作動方向を示す座標系及び記号 を示す図である。 図14は、インペラの面にスラスト/モーメント軸受け形状を形成するために 使用された8つの馬蹄形磁石の円形の列の平面図である。 図15Aは、ポンプのステータにラジアル/スラスト軸受け形状を形成するた めに使用された4つの馬蹄形磁石の円形の列の平面図である。 図15Bは、ポンプのラジアル/スラスト軸受け形状を形成するために使用さ れた4つの馬蹄形磁石の円形の列の断面図である。 図16Aは、ステータの隙間領域内にてインペラの位置を制御する電子的フィ ードバックを提供する電子回路図である。 図16Bは、ステータ隙間領域内にてインペラの位置を制御する電子フィード バックを提供する、図16Bの電子回路の更に詳細を示す図である。 図17は、電源の電圧、スイッチ周波数、デューティサイクルの変化、及び電 子雑音又は磁力雑音の効果を除去する一方にて、流体ギャップの寸法の情報を取 り込みフィルタである、本発明の自己検出部分からの電子フィルタを示す図であ る。 図18は、信号が図17のフィルタを透過するときの信号のグラフの表である 。 図19は、その利得が評価されたギャップを示す指標となるアナログマルチプ ライヤによって制御される積分器回路の概略線図である。 図20は、モータの電流及び速度に基づく生理学的な電子フィードバック制御 回路の概略線図である。 図21は、軸受電流に基づく生理学的電子フィードバック制御回路の概略線図 である。 図22は、前負荷及び後負荷信号に対してモータ速度を制御する生理学的電子 フィードバック制御回路の図である。 詳細な説明 次に、図面を参照するが、この場合、本発明の趣旨の要素が所定の参照番号で 表示し、本発明は、当業者が本発明を実施し且つ使用することができるように説 明する。以下の説明は本発明の原理の単なる一例にしか過ぎず、請求の範囲を限 定するものであると解釈すべきでないことを理解されるべきである。全体的な説明 永久磁石及び電磁軸受の組み合わせにより完全に支持され且つ電気モータによ り回転されるインペラを備える回転遠心型ポンプに対する背景となる目的は、 (1)過剰な熱、(2)滞流、(3)凝血(血栓)、又は(4)急なポンプ機構 又は幾何学的形態に起因する流体の乱流又は機械的な作用によって生ずる流体の 不安定さを原因とする流体又は血液成分の高せん断力(凝血)に起因する血液又 はその他の敏感な流体が傷つくのを防止することである。更に、本発明の装置の 寸法は、本来の心臓全体の置換又は心室を支援するために使用される場合、利用 可能な身体部分のスペース内に取り付けることができる。 血液ポンプとして適するように、該ポンプが全心臓置換のための心室又は両心 室支援装置の生理学的還流の必要性に十分に適合し得るものでなければならない 。全心臓置換装置として、ポンプは利用可能な身体部分のスペース内に埋め込む のに十分に小さい寸法且つ質量でなければならず、また、過剰な装置の重量に起 因してその周囲の器官に何らかの不利益を与えるものであってはならない。更に 、本発明のインペラの円板形状は、圧送装置は、圧送装置の寸法及び複雑さを著 しく減少する。本発明の圧送装置は、心臓の機能を支援し、又は一部の心臓の機 能を置換する心室支援装置として単独で使用し、または、一対の装置を組み合わ せて機械的な全心臓置換体を形成することができる。全心臓置換体において、2 つの装置を組み合わせた寸法は、本来の心臓の寸法に略等しく、これにより、既 存の身体部分のスペース内に埋め込むことを可能にする。 本発明のインペラはそのポンプハウジング内に完全に懸垂且つ包み込まれてお り、これにより、ポンプインペラとポンプの任意のその他の部分との間で非接触 状態にて作動する。該ポンプインペラは、電磁軸受内に懸垂されている。電気モ ータがポンプインペラを回転させ、流体の圧送機能を果たし、且つポンプハウジ ングに対するインペラの位置決めの調節を提供する。軸、ボール軸受、軸シール 又はその他の汚染源が明らかに存在しないことは、本発明の圧送装置の製品寿命 を著しく引き伸ばし、これにより、長期間に亙って本来の心臓の置換体となるこ とを可能にする。 該ポンプインペラは、軸線の周りを回転するが、本明細書にてポンプインペラ の回転軸線に対して平行な方向を表示するため、「軸方向」という語を採用する 。本明細書において、「半径方向」という語は、軸方向に対して垂直な方向を示 すために使用する。本発明は、磁気材料及びその他の材料から成る電磁軸受から 成っており、これらの軸受は、軸受の磁性構成要素の周りに巻かれたコイル内の 電流により作動される。この電流は、軸方向及び径方向の力の両方を発生させる 。インペラの周りに配置された適当な形態とした複数の磁気軸受は、ポンプの作 動中にインペラを中心決めし且つ回転構成要素と静止構成要素とが接触するのを 防止するために必要とされる。3つの並進及び3つの回転という、インペラの6 つの自由度を制御しなければならない。この非接触状態に作動することは、摩耗 又は摩擦による損失を伴わずに軸受が作動することを可能にする。 本発明のインペラの位置及び回転速度は、特定のアルゴリズムによって制御さ れ、該特定のアルゴリズムは、流体の圧力と、ポンプハウジング内のポンプイン ペラの6つの軸方向位置とを検出し、これに対応して、回転速度及び/又はイン ペラの位置を調節し、完全に一体化された生理学的制御コントローラを提供する 。インペラの回転速度は、ポンプの前負荷圧力(入口圧力)及び/又は出口圧力 にて流体の圧力に対応し、ポンプの流量の増減又は圧力の上昇に対する体液の必 要性に適合するように調節する。 本発明の圧送装置の幾何学的設計は、ポンプ機構の全体に亙って滑らかで非乱 流状態且つ非加熱状態にて流体を移動させる。インペラの回転は、特殊な湾曲し たインペラの羽根により流体を遠心力により移動させる。該湾曲したインペラの 羽根は、ディスク状インペラの中心から伸長し且つインペラの外側に向けて伸長 し、これと同時に、インペラの回転軸線付近の領域に部分負圧を発生させる。こ の部分負圧が更なる流体を入口ポート内に吸引する。血液又はその他の敏感な流 体は、戻り流体がインペラの側部に沿って流れるため、圧送装置内の任意の位置 にて滞流することはなく、該インペラの側部は、滞流空所、軸受又はシールによ って流れが妨害されることなく流体をインペラの中心に戻す。重要なことは、ポ ンプハウジング、インペラの羽根、出口ポート及び本発明の圧送装置のその他の 全ての特徴部分が、滞流、過剰な熱、乱流、及び流体の過剰な機械的作用に起因 して敏感な流体を傷付けることがないように保護されるようにすることである。 流体は、急角度で流れの方向が変更されることなく、圧送装置の全体に亙って輸 送される。ポンプハウジングの形態は、螺旋状ボリュート曲線にて設計され、こ のため、ポンプハウジング全体に亙って湾曲勾配が同一であることは、方向角度 を何ら急激に変えて、これに対応して熱摩擦を増大させることなく、また、ポン プの側壁との摩擦によりエネルギを失うことなく、流体をポンプハウジング内に て輸送することを可能にする。 本発明の圧送装置の別の重要な特徴は、拍動式又は非拍動式モードの何れかに て作動可能な点である。インペラの回転速度が周期的に変化することにより、ポ ンプは拍動式モードにて作動し、このことは、本来の心臓の圧送動作により正確 に類似する一方、インペラの均一な回転速度はポンプを非拍動式モードにて作動 させる。拍動式から非拍動式に又はその逆に作動モードが変化することは、ポン プの作動設定を変化させることを通じて行われ、これにより、拍動式又は非拍動 式の何れかから変更することが好適な作動モードであると判断されたときに、全 圧送装置を置換することに伴う外傷を回避する。好ましい実施形態 図1を参照すると、本発明による、磁気的に懸垂され且つ回転せしめられる遠 心ポンプ装置が構造体10として全体的に示されている。構造体10は、第1の ポンプハウジング半体12と第2のポンプハウジング半体14とによって形成さ れていると共に、以下において詳細に説明する他のポンプ構成部品の包囲体のた めの領域を形成するためにハーメチックシール28を備えている。作動に必要な 電子コントローラ及び作動のためのバッテリ又はその他の動力源は示されていな い。構造体10には、図1に示された1以上のポンプ入口容器が設けられており 、好ましい実施形態として一つの入口容器19を備えている。ポンプ入口容器1 9 は、継ぎ目無しに且つ第1のポンプハウジング半体12と一体に形成されており 且つポンプ構造体10に入りつつある流体のための包囲体を提供する入口貫通孔 20を含んでいる。流体は、入口の流入貫通孔20による流体のための包囲体及 び供給口を提供するポンプ入口容器19を介してポンプ構造体10内に入り、ポ ンプ構造体10の中心軸線に近接した領域に達する。出口容器15が、構造体1 0の外径から接線方向に配置されており、この出口容器は、第1のポンプハウジ ング半体12と第2のポンプハウジング半体14との組み合わせによって形成さ れており且つポンプ出口貫通孔16が設けられ且つハーメチックシール28によ ってシールされている包囲壁を備えている。 図2は、本発明の磁気的に支持され且つ回転せしめられるポンプ装置の分解側 面図である。この分解図は、ポンプ入口19、第1のポンプ半体12、軸受け板 100、インペラ囲い板104、インペラハブ108、インペラ入口112、イ ンペラ羽根116、モーターのローター120、出口容器15及びポンプ出口貫 通孔16を示している。図2には、組み合わせられた軸線方向スラスト及びモー メント軸受けハウジング124並びに組み合わせられたラジアル及び軸線方向ス ラスト軸受けハウジング126も示されている。 図3を参照すると、螺旋状のボリュートの出口18が、第1のポンプハウジン グ半体12及び第2のポンプハウジング半体14の組み合わせによって形成され ており、且つハーメチックシール28によってシールされている。重要な事は、 本発明の対数的に変わる螺旋状のボリュートの出口18の形状は、螺旋状のボリ ュートの曲線形式を利用していてインペラーから出口容器15まで移動する間に おける突然で且つ激しい方向の変化を流体の流れに与えるのを排除して、上記し たような感知流体への損傷を避けている。第1のポンプハウジング半体12及び 第2のポンプハウジング半体14の組み合わせは、ハーメチックシール28と共 に以下に詳細に説明する内側インペラ21及びインペラチャンバ27A,27B ,27D及び27dのための包囲体をも形成している(図9参照)。流体は、第1 の戻り流れチャンバ32及び第2の戻り流れチャンバ34を介してインペラ21 の全周を流れる。 図4Aは、図3の部分Aの平面図である。部分Aは、第2のポンプ(又は構造 体)10のハウジング半体14の一部分である。図4Bは、第2のポンプハウジ ング半体14部分Aの断面部分を示している。この構造における巻線54は、明 確に視認することができ且つポンプ10のこの部分の製作を可能にする。図4A およ4Bには、円錐形の極面51も示されている。 図5A及び5Bは、同様に、ポンプ10の一部分を示しているが、図5Aは、 第1のポンプハウジング半体12の部分B(図3参照)の平面図であり、図5B は、図3の部分Bの断面図である。ここでも再び当業者がポンプ10を作ること を可能にするために巻線(すなわち制御コイル)52及びバイアスコイル53が 示されている。 図6Aは、同様に、モーター40のステータ80を示すために図3の部分Cを 平面図で示している。図6Bは、巻線84を示すために部分Cを断面図で示して いる。モーター40は、以下において更に詳細に説明する。 図7Aは、モーター40のローター又はインペラ21を示すため及びローター 上の永久磁石92の配列を示すために、図3の部分Dを平面図で示している。磁 石92は、図7Aに示されている円形の配列が完成されるまで、N極91、S極 93、N極91、S極93のように交互に正しく配列されている。図7Bは、ロ ーター21を示すために部分Dを断面図で示している。ローター21は以下にお いてより詳細に説明する。 図8は、図1のポンプインペラ及びハウジングの拡大破断断面図である。図8 は、図3において示された断面図の一部分に焦点を合わせており、図3に関して なされた開示に対してより明確さを提供するために図3の上記の説明中に参照す ることができる。 ポンプインペラ21は、図9に示された2つ以上のインペラ羽根26a,26 b,26c,26d、好ましい実施形態においては4つのインペラ羽根26a, 26b,26c,26d及び26a,26b,26c,26db及び26a,2 6b,26c,26dc及び26a,26b,26c,26ddによって形成さ れる。インペラ羽根26a,26b,26c,26dの各々は、インペラチャン バ27a,27b,27c,27dが形成されるように、インペラ囲い板22と インペラハブ24との間に取り付けられている。インペラ羽根26a,26b, 26c,26d及び26a,26b,26c,26db及び26a,26b,2 6c,26dc及び26a,26b,26c,26ddの各々は、各々、インペ ラチャンバ27a,27b,27c,27dに対応している。 図9,10及び11を参照すると、インペラ羽根26a,26b,26c,2 6dは、螺旋状の曲線によって形成されていて、インペラ21の回転によってイ ンペラ羽根26a,26b,26c,26dが圧送される流体と接触状態とされ 、それによって、流体が螺旋状のボリュートの出口18に向かって径方向に移動 するようになされている(図3参照)。インペラ21が遠心的に回転することによ って、流体が、構造体10の中心軸線の領域から螺旋状のボリュートの出口18 に向かって運ばれ、これに対応して、インペラの流入開口部30の領域に部分的 な負圧が形成され、流入容器19(図1)を介して更に流体が引き込まれる。特 に、図11に示すように、インペラは、入口から出口へ向かう流れのベクトルの 滑らかな遷移を許容するように設計されている。これは、入口Aにおけるブレー ドの基部において17°のブレード角度を採用している一つの特別な実施形態に おいて達成される。ブレード角度は、入口Bにおけるブレードの頂部における1 1°の角度まで徐々に減少している。従って、ブレードは、入口の近くでは軸線 方向において真っすぐではない。ブレードは、同ブレードの中間点Dの近くで3 7°の角度で軸線方向において真っすぐになるまで徐々に遷移している。この3 7°の角度は、出口の点Dまで維持されている。全てのブレードの角度は、イン ペラの中心を中心とする円への接線に対するブレードの内側角度である。図2を 参照すると、比較的高速でのインペラの排出口から、ポンプから出て行く前に流 体が低速化されるポンプの出口通路へと圧送される流体の滑らかな流れを提供す るために、ポンプのボリュートは、ポンプの固定部品内に配置されている。ボリ ュートは、流体の運動エネルギ(速度)を位置エネルギ(圧力又は頭圧)に変え ることによって、流体圧(頭圧)を増加させる。 一つの特定の実施形態においては、インペラ21の周囲のクリアランスは、表 面の良好な洗浄を可能にするために0.030インチに維持される。クリアラン ス通路内の流れの方向のどのような変更も、層流を保つために曲率半径を最大化 することによってなされる。 図3及び8を再度参照すると、一つの実施形態においては、インペラ21によ って圧送される流体の一部が、インペラ21の両側に沿った螺旋状のボリュート 18の近くの高圧領域から、第1のインペラ戻りチャンバ32及び第2のインペ ラ戻りチャンバ34を介してインペラの流入開口部30の近くの低圧領域まで逆 流として戻る。第2のインペラ戻りチャンバ34に沿って戻る流体は、インペラ 戻り開口部36をも通過し、それによって、内側圧力を等しくする役目を果たす 。インペラの戻りチャンバ32及び34の幅は、流体がポンプ内で滞留せず且つ 不必要な非効率性を有することがないように、初期の流体の流れと逆流の流れと の正確な均衡を採ることによって計算される。 ポンプのインペラ21は、電磁軸受けの組52,54によってポンプハウジン グ内に懸垂されている。電磁軸受けの組の好ましい実施形態は、インペラ21の 軸線方向スラスト及び角度方向のモーメントのインペラ21の軸線方向の位置及 び角度方向の変位との組み合わせを制御し、一方、電磁軸受けの組54は、組5 2と協働して、インペラ21の軸線方向のスラストを軸線方向位置とラジアル方 向の力及び位置の組み合わせを制御する。インペラ21が完全に電磁的に懸垂さ れ且つ電気モーターによって回転されることにより、接触がない動作が提供され 、これは、製品全体の寿命及び信頼性を高め且つ上記したような敏感な流体の損 傷を避ける。電磁軸受けの組52,54は、流体モーター力、インペラのジャイ ロスコープ力学による作用、重力負荷、加速力及びその他の付随する力によって 付与される軸線方向及び径方向の力並びにモーメントに対抗するのに必要な軸線 方向、径方向及びモーメントの制御された力を提供する。 上記したように、図6A及び6Bは、モーター40のステーター80の平面図 及び断面図である。モーター40は、三相のブラシレスモーターであり且つポン プのインペラすなわちローター21を始動させ且つ回転させるための電磁力を提 供する。図7A及び7Bに示されているように、モーター40は、遠心ポンプ又 は混流ポンプのハブ内に埋め込まれた永久磁石92を備えた永久磁石のローター 21からなる。磁石92は、円形のローターを形成するようにくさび形状で配列 されている。磁石92は、永久磁石の磁化がローター21の周囲に沿ってN極及 びS極が交互に変わるように配列されている。図6A及び6Bを参照すると、モ ーターのステーター80は、電子コントローラからの電流によって励起される巻 線84を有している。永久磁石92と相互作用してローター21にトルクを発生 させる磁場を形成する。 モーターのステータ80は、トルク、速度及び軸受けの要件に依存する少なく とも3つの形状内に懸垂され得るけれども、図6A及び6Bの形状は、モーター のステータのための鉄製部品を含まない形状を示しており、ステータ80は、飽 和可能な磁性材料を有しておらず、従って、モーターによって形成されるスラス ト方向の力を最小にしている。図6Aに示されているように、線材84は、別個 の固定部材上に巻かれてエポキシ又はこれと同様の材料を使用してローター80 上の定位置に固定される。 上記の形状は、背景技術のところで説明したように、必要とされる遠心又は混 合のための医療装置用のフローポンプのための特有の臨界条件に合致している。 ローター内に永久磁石を使用することによって、モーターのローターとステータ との間の機械的な接触が生じない。電磁軸受けの組52,54は、ローター/イ ンペラ21がステータ80との接触が全くない状態で回転するのを可能にする。 モーターの幾何学的構造は、血液の滞留が最少の状態で流れのギャップ内に層流 を提供しつつ効率的な方法でモーターがポンプを駆動するのを許容する要件に合 致している。このことは、曲率半径を大きく保つことによって実現される。 図12A、12B、12Cは、磁気的に懸垂されたインペラの一つの実施形態 のレイアウトを示している。各図は、同じ実施形態の異なる部分を示している。 図12Aは、ポンプの磁気的構成部品のみを示している。電磁石52,54は、 ステータ(回転しない構成部品)上に取り付けられており、磁性板92は、イン ペラ(回転する構成部品)上に配置されている。流れの経路32,34,36を 強調するために、ポンプハウジング又はステータによって包囲されたインペラ2 1のみを示している。明確なシャフトはなく、インペラは直接支持され且つモー ターで駆動され、それによって、インペラの再循環経路の長さ及び複雑さを減少 させ且つ装置を極めてコンパクトにしている。図12Bは、ポンプのより詳細な 断面図である。ポンプの大きさの理解を簡単にするために、グラフの線120, 121が示されている。一つの実施形態においては、グラフの線120は、ほぼ 3インチの長さである。グラフの線121は、グラフの線120と比例した大き さになされている。グラフの線120及び121に対して他の長さも可能である けれども、本発明は、典型的に、心臓の機能を支援するための胸の内側に組み込 まれたポンプ装置を有する患者の胸郭内に嵌合する大きさとされている。ポンプ が他の用途に使用される場合には、この好ましい実施形態の大きさと異なる大き さとすることができる。 図13は、必要な6つの方向すなわち3つの並進方向(x,y,z)及び3つ の回転方向(φ,ψ,θ)においてインペラ21の磁気的な作動を規定するため の座標系を示している。3つの並進方向の変位(x,y,z)及び2つの回転方 向(2つの軸を中心とするピッチング動作)(φ,ψ)は全て、磁気的な力によ ってステータに対して空間内に保持されほぼ固定されている。z軸を中心とする 最後の回転作動(θ)はモーターによって達成される。 好ましい実施形態においては、磁気軸受けは、2つの部分すなわち1)スラス ト/モーメント形状及び2)ラジアル/スラスト形状で形成されている。まず最 初に、図14に示されているように、スラスト/モーメント軸受け形状は、イン ペラの入口面に配向された8つの馬蹄形電磁石からなる円形の列である。この実 施形態においては、4つの四分円部品のアクチュエータを形成するために多くの 構造が使用されるけれども、8つのコイルが作動コイルと共に使用され且つ4つ の制御四分円部品が存在するように対で巻かれている。このことは、軸線方向の 作動(z)とピッチングモーメント(φ,ψ)との組み合わせを提供する。スラ スト方向の力(z)は、電磁軸受け内の各磁極が軸受け板上に同じ力を付与する ように、全てのコイルに等しいコイル電流を付与することによって発生される。 角度方向のピッチング作動力(モーメント)もまた、インペラの中心線の上方及 び下方への作動(φ角度変位)及びインペラの左方及び右方への作動(ψ角度変 位)のための対向するコイルに異なるコイル電流を付与することによって発生さ れる。電子コントローラの機能は、これらの軸を制御するためには、どのような 電流の組み合わせが採用されなければならないかを判断することである。 第2に、図4Aおよび5Aと同様に、図15Aは、ラジアル/スラスト及びス ラスト/モーメントの軸受け形状の平面図である。ラジアル/スラスト軸受けは 、 4つの馬蹄形(8つの磁極面301〜308を含む)を含んでいる。スラスト/ モーメントの軸受けの8つの極面が309〜316に示されている。図15Bは 、傾斜が付けられた磁性の面(図7Bにおいて208で詳細に示されている)を 備えたラジアル/スラスト軸受け板である板208を示しているインペラ21の 側面図である。図15Bはまた、スラスト/モーメント軸受け板である別の板1 00をも示している。この磁気軸受け形状は、軸線方向(z)、径方向(x,y) 及び角度方向の変位(φ,ψ)において制御された力を付与することができる。 これらの2つの磁気軸受け形状、スラスト/モーメント形状及びラジアル/スラ スト形状は、インペラを中心決めされた位置に保持し且つ制御下に保つのに必要 とされる必要な電磁力及びモーメントを形成する8つの独立した電磁コイル電流 を提供する。 本実施形態における電磁石の馬蹄形の動作は、バイアス電流を採用することに より簡素化され且つ増大せしめられている。このバイアス電流は、全てのコイル において採用されているが、軸受け形状毎に相違させてもよい。バイアス電流は 、軸受けが静止状態のバイアス電流近辺で直線状である制御コイル電流によって 作動することが可能になる。また、このバイアス電流は、磁気的な軸受け形状の ほぼ運動力学的力発生能力を提供する。この用途においては、大きなバイアス電 流が高い熱の発生を生じるであろう。この高い発熱は、血液のような人間の敏感 な流体において使用するには望ましくない。従って、熱の発生を減らす為には、 低バイアス電流が採用される。 本発明においては、電子コントローラは、電磁軸受けの組52及び54内の作 動軸受けコイル電流を自動的に調節するために設けられており、この作動軸受け コイル電流は、次いで、付与される力及びモーメントに応答して磁性軸受けによ って回転インペラ21にかけられる制御力及びモーメントを調節する。このよう な電子コントローラには、作動中に、ポンプのフレームの内側に提供されるクリ アランス空間内における回転インペラの、位置又は速度又は加速度又は位置、速 度及び加速度の組み合わせ、に関係する電子信号が連続的に供給される。本発明 はまた、磁性軸受け内の電磁アクチュエータを作動させるのに必要なスイッチン グ又は直流電力増幅器及び電力供給源をも提供する。 図16A及び16Bは、ステータのクリアランス領域内でのインペラの位置を 電子的フィードバック制御するための電子回路の実施形態を示している。抵抗、 キャパシタ、増幅器等によって形成された電子回路は、比例積分微分制御方法又 は状態空間(state space)、mu合成(mu synthesis)、線形パラメータ変動制 御及びスライディングモード制御のような非線形制御アルゴリズムを使用してイ ンペラの運動力学を制御するために組み合わせられる。インペラの堅固な本体の ジャイロスコープ力学的な力、流体の剛性、制動及び大きさが、インペラの位置 、回転速度、圧力上昇及び流速に依存する慣性特性を考慮に入れるために、特別 な制御アルゴリズムが使用される。一つの実施形態においては、物理的な回路が 、表面取り付け技術、超大規模集積回路(VLSI)設計及びその他の手段を使 用して小型化されている。 ここに示した実施形態においては、制御アルゴリズムは、3つの変位(x,y ,z)及び2つの角度的変位(φ,ψ)を制御する8つのコイル電流を形成して いる。コントローラのアルゴリズムの設計は、流体剛性、制動及び慣性、ジャイ ロスコープ力学作用、磁力等のようなインペラに作用する力の不確定性を考慮に 入れるために丈夫なものとされている。制御アルゴリズムは、子供から体の大き な大人までの種々の大きさの人間への種々の用途のための種々の肉体的必要性を 考慮に入れるために調整可能なパラメータ変数の実行を行うことができる専用の マイクロプロセッサに対して与えられている。 本発明においては、制御出力電圧によって決定されるような電磁軸受けのため の所望のコイル電流を発生するために電力増幅器が採用されている。85〜95 %の範囲の効率を有する電力増幅器は極めて効率的であるので、ポンプのインペ ラの回転周波数よりもはるかに高い周波数でオンかオフに切り換えられる電圧に よって作動するスイッチング増幅器の一つの実施形態がこの装置内において利用 されている。この電子的な電力回路は、抵抗及びインダクタンスを伴う磁気コイ ル、抵抗、キャパシタ、半導体構成要素から構成される。コイルは、低い抵抗を 有する線材を使用して作られる。 これらの電力回路は、再生式であるように設計されている。すなわち、電力が 可能にする磁気軸受けが磁気コイルインダクタ間を前後にキャパシタまで移動 し、 唯一の損失は低いコイル抵抗によってのみ起こる(オーム損失)。磁気コイル回路 内に存在する高い電力は、公称電力供給能力のほんの小さい部分であり、公称電 力供給能力は、コイル内のスイッチング平均電流に供給電圧を掛けたものとして 定義される。これらの低出力スイッチング増幅器及び再生式のコイル電力回路に よって、血液の不所望の加熱が最も低く維持される。 本発明は、以下のうちの一つを介して、回転インペラの位置、速度又は加速度 に関係した電子信号を発生するように設計されている。すなわち、(i)渦電流 、インダクション、オプティカル(optical)、キャパシタンス又はその他のアプ ローチのような物理的素子又は(ii)磁気軸受け内の作動コイルに提供される電 流及び電圧の組み合わせ、のうちの一つを介して電子信号を発生するように設計 されている。フレームと回転インペラとの間のクリアランスギャップの近くにお いてポンプのフレームに配置された物理的センサの場合には、電子的な位置、速 度又は加速度信号が、信号調節電子部品及び磁気軸受けのための電子コントロー ラ内への信号の入力のために設けられた配線から得られる。 自己検知信号の場合には、信号調節が、物理的な素子無しで回転インペラの位 置、速度又は加速度を判定するために設けられ、このことにより、電磁アクチュ エータと電子コントローラとの間の配線経路内に必要とされる線材が最少数でよ くなる。 本発明の検知機能の好ましい実施形態は、自己検知形状である。自己検知形状 は、ステータ内における物理的センサの使用を避け、ポンプの大きさを最小にし 、作動に必要な線材の数を最少にする。図16Aおよ16Bに示された一つの実 施形態においては、位置の検知は、電磁コイルのうちのいくつかのための電圧と 電流との切り換え波形(上記したスイッチング電力増幅器によって採用されてい る)を検査することによって達成される。各コイルは、高い搬送周波数(kHz 程度)を備えたスイッチング電力増幅器によって駆動される。結果的に得られる 電流波形(一つの態様が図18に示されている)は、比較的低周波数の命令され た波形(インペラを位置決めするために必要な制御力を発生するために)と、高 周波数の搬送による高周波数の三角波形との組み合わせである。この命令された 波形の振幅(大きさ)は、回路のインダクタンス(磁気軸受けの磁性材料特性及 び流体のギャップによるインダクタンスが結合されたインダクタンス)、スイッ チング周波数及びスイッチング増幅器のデューティ比(所望の制御力を発生する ために増幅器内に採用されたオフ電圧に対するオン電圧の比)の関数である。 図17は、電力供給電圧、スイッチング周波数、デューティサイクルの変化及 び電子又は磁気ノイズの作用を除去しながら、流体のギャップの大きさの情報を 取り出すために本発明の自己検知部分に設けられている電子フィルタの実施形態 を示している。パラメータ評価方法は、信号を復調し且つ流体のギャップの大き さを判定するために採用されている。フィルタの包囲体の一つの実施形態が採用 されており、これは、バイアス電流を除去するためのハイパスフィルタと、波形 を厳密に正にするための精密整流器と、残りの信号の変動を除去するためのロー パスフィルタと、からなる。図17に示された実施形態は、流体のギャップの大 きさの自己検知信号による判定に適した高バンド幅の低ノイズセンサを提供して いる。 図18は、フィルタを通過するときの一連の信号形態を示しており、このグラ フは、180において供給コイル電圧を示しており、182において典型的な実 際のコイルの電流波形を示しており、184において外部から付加された力及び モーメントの制御によるコイル電流の変化を除去する(図19に詳細に示されて いる)積分器からの電流信号出力を示しており、186において184の整流態 様を示しており、188においてローパス電子フィルタを使用して取り出された 186の時間平均を示している。 図19は、外部から付加された力及びモーメントの制御によるコイル電流の変 化を取り出す回路を示している。これは、利得が評価されたギャップを示す指標 となるアナログ掛け算器によって制御される積分器を含む負のフィードバック回 路の好ましい実施形態に示されている。このフィードバック回路は、比例積分器 を含んでおり、この比例積分器においては、評価された変位と評価された変位の 積分値とが結合されて負のフィードバック信号を形成し、次いで、元の電圧波形 と比較されて、インペラの変位に比例する所望の電流波形を提供する。 敏感な用途のためにポンプを使用することは、しばしば、生理学的条件が著し く変化する人工心臓のような流速及び圧力上昇の調節を必要とする。例えば、人 体が歩行のような運動をしているときはより高い流速及び圧力上昇を必要とする けれども、人体が休んでいるか眠っているときは、むしろ低い流速及び圧力上昇 が必要とされるかもしれない。本発明においては、流速及び圧力上昇を調節する 主たる方法は、モーター速度を変えることによってなされる。生理学適用とにお いては、ポンプ入口圧力は前負荷(preload)と称され、ポンプ出口圧力は後負荷 (afterload)と称される。 生理学的コントローラの第2の実施形態は、ポンプの入口からポンプの出口ま での圧力上昇(すなわちPout−Pin)の間接的な測定を使用している。所与の 流速においては、ポンプを横切る圧力の変化は、患者の循環系内の系の抵抗の変 化を示すものである。系の抵抗の変化は、人間の高い肉体運動の一つの指示とし て知られている。従って、出口から入口までの圧力の差の測定は、生理学的コン トローラのための基準として使用される。 入口から出口までの圧力差の測定は、(1)モーターの電流とポンプの速度と の測定、又は(2)軸受け電流の測定又はこれらのある組み合わせである2つの 方法によって間接的に測定することができる。生理学的な用途においては、ポン プ入口の圧力は、前負荷(preload)と称され、一方、ポンプ出口の圧力は、後負 荷(afterload)と称されている。 圧力を測定する第1の方法は、モーター電流及びポンプ速度の測定を間接的に 使用する方法である。これらの測定は、電子コントローラにおいて同コントロー ラ内に電気的に記憧された方程式及び/又は表に基づいて圧力を導くために使用 される。電流、速度及び圧力上昇の間の関係は、作動前に特性を与えられ且つ較 正されて、コントローラのための基準を提供する。コントローラの実行のための ブロック図が図20に示されている。 圧力上昇を測定するための第2の方法は、磁気軸受け電流を間接的に使用する 。能動的な磁気軸受け内の電流は、ローターに働く力に直接的に比例することが 良く知られている。ポンプの出口と入口との間の圧力差は、圧力差によって結果 的にインペラに働く力の総和から直接導くことができる。従って、軸受け電流は 、ポンプの出口から入口までの圧力差を導くために電子コントローラにおいて使 用することができる。このコントローラの実行のブロック図が図21に示されて い る。 図22は、生理学的電子フィードバック制御回路の別の実施形態を示しており 、この制御回路は、本発明においては、前負荷及び後負荷信号に関するモーター 速度を調節してモーター速度を正しく制御するために設けられている。生理学的 制御回路は、生物学的要件に合致するようにポンプの流速及び圧力上昇を調節す るために設けられている。参照番号220は、所望の速度信号がモーターの整流 子に送られ且つ実際の速度信号が生理学的コントローラに送られるように、生理 学的コントローラとモーターの整流子との間のインターフェースを示している。 従って、図22に示した実施形態は、生理学的パラメータに基づいたモーター制 御を示している。 ポンプの内部にかかる前負荷の力及び後負荷の力に関する電子信号に加えて、 電磁軸受け内の作動コイル電流からの電子信号は、重力作用による負荷並びに動 作の始動及び停止に関する加速作用のような他の力に関係している。また、加速 度に関する電子信号は、ポンプハウジング或いはその他の場所であってポンプに 対して既知の位置において、一つ、二つ又は三つの直交する方向における加速度 を検知することによって得られる。この加速度電子信号は、本発明において、次 いで、上記した前負荷及び後負荷信号からその信号を差し引くために採用される 。この結果得られた差信号は、次いで、上記の生理学的コントローラのために使 用される。 モーター速度は、ポンプの生理学的性能に関する。モーターのフィードバック emf(起電力)は、ポンプインペラ軸を中心に回転しているモータの回転速度 を検知し且つインペラの回転速度に比例する電子信号を作るために使用される。 このインペラ回転速度信号は、上記した電子的な生理学的フィードバックコント ローラに与えられる。本モーターの回転速度は、将来のモーター速度を調節し、 生理学的ポンプの流速及び人体の必要条件に基づいた圧力上昇の必要性に合致さ せるために、前記の前負荷及び後負荷信号と組み合わせて使用される。方法 構造体10の構成部品は、心室支援機として単一モードで又は人工心臓全体の ために対の状態で作動することができる。構造体10を2つ使用する完成した人 工心臓の場合には、構造体10の各々は、他方の構造体から全く独立して機能し 、それによって、複雑な制御装置を排除し且つ両方の構造体が組み合わされる場 合に必要とされる回路を排除している。 生理学的コントローラ(図示せず)は、取り込み容器19の内側の流体圧力を 検知し、電子コントローラ(図示せず)によって決定される特定のアルゴリズム に従って、モーター40の回転速度を修正するための電気信号を発生する。生理 学的コントローラは、モーター40の回転速度の変化の信号を発して、取り込み 容器19の内側の流体圧力の変化を補償し、しかも、容器を潰れさせるような過 剰のモーター回転速度を避けることができる。モーター40の回転速度の制御の 他に、生理学的コントローラ(図示せず)は、渦電流、インダクション、オプテ ィカル、キャパシタンス又はその他の自己検知電子信号を介して、インペラ21 の位置、速度及び/又は加速度情報を検知し且つ電気信号を発生する。この電気 信号は、電子コントローラ(図示せず)に送られ、これに対応して電磁軸受けの 組52,54内の電流に対する調節を提供し、それによって、制御力に対する調 節を提供する。電磁軸受けの組52,54への調節は、流体、モーターの力、重 力作用による負荷、加速力及びその他の付随する力によって付加される力を補償 する。 インペラ21の回転は、インペラの羽根26a,26b,26c,26dを圧 送される流体と接触する状態とし、それによって、流体を、螺旋状のボリュート の出口18に向かって移動させる。構造体10の軸線中心における領域から螺旋 状のボリュートの出口に向かう流体の遠心的な移動に対応して、インペラの取り 込み開口部30の領域に部分的な真空が形成され、取り込み容器19を介して付 加的な流体力句1き込まれる。螺旋状ボリュートの出口18のこの特有の対数的 な螺旋形状は、次いで、敏感な流体を、滑らかで、乱れがなく、低温の形態で、 構造体10の外周に近い領域に沿って出口容器15まで運ぶ。出口容器15は、 解剖学的な容器又はその他の機構に接続される。 インペラ21によって圧送される流体の一部分は、インペラ21の両側に沿っ た螺旋状ボリュート18の近くの高圧領域から、第1のインペラ戻りチャンバ3 2及び第2のインペラ戻りチャンバ34を介して、逆方向の流体流の形態で、イ ンペラの取り込み開口部30の近くの低圧領域まで戻る。第2のインペラ戻りチ ャンバ34に沿って戻る流体はまた、インペラの戻り開口部36を通過し、それ によって、内部流体圧を等しくする役目及びクリアランス通路内の流れが敏感な 流体の滞留を起こすのを防止する。 構造体10が脈動モードで作動せしめられる場合には、インペラ21の回転速 度は、モーター40内の電流を調節する電子コントローラ(図示せず)によって 変化せしめられ且つ制御され、それによって、インペラ21の回転を加速或いは 減速し、流体を脈動形態で圧送する。 本発明は、その精神又は本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態 で実施態様化しても良い。上記した実施形態は、全ての点において、単に例示的 なものであり且つ限定的なものではないと考えられるべきものである。従って、 本発明の範囲は、上記の説明よりもむしろ添付の請求の範囲によって示されてい る。各請求項の意義及び等価範囲に含まれる全ての変更は、これらの請求項の範 囲に包含されるべきものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Hybrid centrifugal pumping apparatus and method suspended and rotated by magnetic force Background of the Invention Field of the invention The present invention relates to a rotor supported and rotated by magnetic force, more specifically, a disk-shaped impeller is suspended and rotated by magnetic force in a non-contact state, and the rotation speed of the impeller is controlled by a fluid pressure and an impeller positioning algorithm. Centrifugal pumping apparatus and method that is controlled and varied in a controlled manner. 2. Background art Historically, fluid pumps are of many and varied types and forms, all of which serve essentially the same end purpose, i.e., move fluid from one point to another. Fulfills the function of causing All pumps have similar features in that the negative pressure created by the operation of the pump draws fluid into the pump through a container or tube. In addition to the main negative pressure, secondary forces such as gravity, impeller inertia, or existing pipe / vessel fluid pressure also affect the fluid flow. Activating the pumping mechanism creates fluid pressure and / or fluid velocity, which then creates a negative pressure that draws fluid through the inlet port of the pump into the pump. Fluid from the inlet port is conveyed across the pump by a pump mechanism, which then directs the fluid to the pump outlet port. The configuration of the fluid pump mainly depends on the adaptation to the function. For example, suction pumps and push-up pumps use reciprocating motion to move fluid, while vacuum pumps generate a negative pressure used to move fluid. Rotating axial pumps utilize a propeller-like blade mounted on a rotating shaft to achieve fluid transfer. Jet pumps utilize jet flow ejectors. The jet flow ejector enters a narrow chamber within the pump to create a low pressure region that correspondingly generates a suction that draws fluid from the inlet port into the chamber. Other types of pumps can also be identified, but the following is for fluid pumps for sensitive fluids such as blood, where the dimensions and geometry of the pump are more easily adaptable to critical environments. This will be described with particular reference. Rotary centrifugal pumps are inherently more rigid and easily adaptable to pump sensitive fluids. Blood flow pumps have relatively low flow performance characteristics compared to many conventional industrial uses, but require significant pressure build-up. Centrifugal pumps are better suited for such applications than axial pumps or other designs. This results in the use of a centrifugal pump design for the preferred embodiment of the present invention. The pump has a number of ribs or vanes attached to the impeller, and the rotational force of the vanes drives the fluid out of the rotor by centrifugal force. Centrifugal pumps conventionally include an impeller mounted on a shaft immersed in a fluid, where the shaft extends through a seal and bearing device to a drive mechanism. The rotating blades of the impeller create a partial negative pressure near the center of the axis of rotation, which correspondingly draws fluid through the blow opening of the pump. A smooth pump volute is located within the stationary components of the pump to ensure a smooth flow of the pumped fluid from the impeller outlet to the pump outlet passage. The volute serves to build up the flow of the pump from the pump impeller and increase the fluid pressure (head) by converting the kinetic energy (velocity) of the fluid into potential energy (pressure or head pressure). Centrifugal pumps do not require a valve to move the fluid, but the fluid aspirated through the inlet opening continues to flow in the pump mechanism, and without internal fluid leakage or loss of efficiency. The pump geometry must be such that it continues to flow to the outlet port. These prior art pumps are known to have problems. For example, shaft seals configured in conventional centrifugal pumps have the disadvantage that they are subject to wear, fatigue, and are more susceptible to shock by certain fluids, resulting in leakage problems. It is described in. It is also well known that pumps for certain fluids require more careful design considerations and require unique pumping techniques to avoid fluid damage, contamination and other undesirable conditions. . For example, fluids such as corrosive fluids (acids or caustic) or sensitive fluids such as blood require special considerations to prevent the seal from leaking and thereby losing fluid integrity. And The pumping of sensitive fluids, such as blood, by a steady-flow pump requires extremely reliable and non-damaging bearings to support the rotating impeller. Prior art pumps have very significant problems with the bearings required to support the impeller as it rotates. Ball bearings and other rolling element bearings can be employed only if they are isolated from sensitive fluids (blood) by a shaft seal and are lubricated other than body fluids. In this situation, all the sealing problems mentioned above apply. If a conventional ball bearing or other rolling element bearing employs a sensitive fluid as the lubricating fluid, the sensitive fluid, such as red blood cells in the blood, will be crushed between the rolling components in the bearing, and so Biological features are destroyed in a short time. Some prior art pumps employ thrust and radial fluid film bearings lubricated by sensitive fluids. These bearings may fail, form thrombi (clots), and form sensitive fluids due to clotting action (high shear forces) due to poor performance and / or rotating components sticking to stationary components. Causes damage and other problems. Also, fluid film bearings do not provide any information about the instantaneous pump pressure and flow that can be employed to control the speed of the motor to meet the physiological needs for future pump performance. Conventional ball bearings and fluid film thrust bearings and radial bearings require the long-term reliability required in pumps, such as blood pumps, which must avoid fluid static and fluid high shear stresses. I do not have. Further, when ball bearings are employed for pumping sensitive fluids, they have a short life and often must be lubricated by an external lubricating fluid, which is used to hold the lubricating fluid. Need a seal. Transporting and retaining the lubricating fluid for the bearings increases the overall size of the pump housing and increases the complexity of operation due to the use of extra vessels and mechanisms for lubricating fluid supply and cooling. Therefore, when used to replace the original heart function, the pump device cannot be implanted. Because of this, the relatively short life of a fluid pump having a shaft and conventional bearings renders the pump unsuitable for implantation in a body cavity for an extended period of time to replace its natural heart function. . In addition, pumping of blood involves certain known risks typically associated with shaft seals for impeller-type blood pumps because the fluid cavity is susceptible to stagnation and excessive heat. In addition, pumping sensitive fluids such as blood requires careful consideration of the impeller blade and pump housing geometry. Excessive physical action and heating of the blood will destroy blood components by coagulation and protein denaturation, which will cause blood to clot and clot. Avoiding the damaging effects of pumping blood is best achieved by intrinsic heart function. The natural heart has two basic functions, each side of which performs a different pumping function. The right side of the natural heart receives blood from the body and pumps it to the lungs, while the left side of the natural heart collects blood from the lungs and pumps the blood to the body. The natural heart beat, in combination with a heart valve, provides a pumping action of blood in a beating, extremely smooth and flowing manner. The natural heart blood flow (cardiac output) is otherwise regulated primarily by venous return flow, known as pump preload. However, some or all of the original heart function may be lost due to illness or accident. Mechanical devices that have been developed to replace the original heart function have historically functioned in the size range from the earliest cardiopulmonary or pump oxygen generators to more recent devices. The dimensions and function of modern devices are more closely analogous to those of the natural heart. In addition to whole heart replacement, the development of other mechanical devices will replace some of the functions of the original heart, such as ventricular assist devices that support the left ventricle weakened by illness or other damage. The emphasis is on The primary consideration for replacing the function of the heart, whether part or all of the heart, is to gently, non-heated and non-destructively circulate the blood throughout the device. It must be pumped at For example, if a pump impeller supported by a mechanical bearing comes into contact with blood, the relative movement of the parts of the bearing will result in excessive mechanical action of the blood, which may cause blood cells to divide. Will cause blood clots. Another mechanical effect that can damage blood is that it forms a region where blood substantially stagnates or does not exchange enough blood, causing blood to swirl, and thus To create a state corresponding to the stagnation. The blood often clots as a result of the stagnant blood (thrombus), and correspondingly the blood does not flow at all. Another effect that can damage the blood is that it overheats as the blood flows through the pump due to the frictional forces of the side walls of the pump or other pumping mechanism. Specifically, the frictional forces on the side walls due to the sharp change in the internal geometry of the pump require that the blood flow change direction significantly, which means that the blood cells , I.e., activate the platelets of the blood, causing a corresponding clotting and thrombus. Another effect that can damage the blood is due to the inefficient operation of the pump, whereby most of the energy supplied to the pump device is pumped into the blood, Appears as heat that damages the blood due to overheating and clotting. Importantly, the inefficiency of the pump operation, which overheats the blood as the albumin of the blood begins to denature at 42 ° C., can be very serious and life-threatening. The stagnation described above, the rapid geometry of the pump, turbulence and / or heating can damage the red blood cell cells that activate blood platelets and / or carry oxygen. When blood is damaged, it causes a chain reaction that forms blood clots that can clog blood vessels, causing the tissues that are nourished by those blood vessels to become undernourished, causing serious, life-threatening conditions. Become. Many attempts to circumvent the above problems associated with pumping blood have been made by using flexible diaphragms and compressible tubing in roller pumps. However, the constant flexing of the diaphragm and / or tubing material alters the nature of the material in contact with the blood, causing the material to fatigue, causing the inner wall of flexible material to fall off, and It is known that emboli will be pushed into the vascular stream. In addition to the above requirements for pumping blood, the rotational speed of the impeller has a significant effect on the stability and structure of sensitive blood vessels. Rotation of the impeller, which is not regulated by the preload pressure of the pump, creates an atrial suction in the sensitive blood vessel just before the inlet port of the pump, and when the rotation speed of the impeller exceeds the strength of the vessel wall, Blood vessels collapse. Prior art pumping devices do not integrate the controller to a sufficient degree to ensure that rapid adjustment to the rotational speed of the impeller does not have an undesirable effect. Kletschka '005 (U.S. Pat. No. 5,055,005) discloses a fluid pump suspended by an opposing fluid. Just stabilizing the impeller with the opposing fluid is not enough to keep the impeller in the correct position in the pump housing, and the high pressure fluid jet causes the blood to dislodge the aforementioned blood due to the mechanical action of the blood. Solidification will occur. Klechakka '877 (U.S. Pat. No. 5,195,877) includes a magnetically suspended impeller utilizing a rigidly mounted shaft surrounded by a magnetically suspended rotor that acts as an impeller for the fluid. A fluid pump comprising: The shaft of the present invention requires the use of hydraulic bearings and seals at the connection between the shaft and the rotating impeller, which allows blood or other sensitive fluids to become heated and stagnant in the bearing area. Flow conditions will occur. For over 25 years, those skilled in the art have provided pumps for use as completed artificial hearts and have experimentally implanted them in animals. These studies provide useful feedback information on the relative effectiveness of the blood pump. These pumps can be categorized as types that produce pulsatile or non-pulsatile flow. A pump (constant volume) that produces pulsatile fluid motion is more exactly analogous to the fluid motion provided by the natural heart. Whether pulsatile fluid movement is necessary to obtain the required physiological benefit, or whether the pulsatile fluid movement is primarily due to the non-rotating nature of the myocardium Is not disclosed in information to date. Most pulsatile pumps commonly require valves (mechanical or tissue) with inherent mechanical problems and limitations. While no valve arrangement is required in prior art non-pulsating pumps, non-pulsating pumps require a rotating shaft through various bearings and seals. These shafts create a problem with the nature of blood stagnation, contamination and undesirable heating conditions, which makes the use of the pump prolonged to replace the function of the heart proper. Make it unfeasible. Most early prior art rotary non-pulsatile devices have been installed outside the body to assist the heart for a short period of time and have had limited success. One blood pumping device is a completed artificial heart. This completed artificial heart has also been used in five patients as a permanent replacement for a physiologically incurable ventricle and as a temporary bridge for heart transplantation in 300 patients. I have. The longest period supported by a completed artificial heart is 795 days. For example, other blood pumping devices, such as ventricular assist devices, have been used for patients who cannot stay away from cardiopulmonary bypass during cardiac surgery, or for patients whose only ventricle has failed. I have. The most common mechanical replacement of intrinsic heart function is to use the ventricular assist device as a temporary tie for heart transplantation, and this temporary ventricular assist device applies to more than 1250 patients. Have been. Historically, blood pumps have a number of problems. For example, the pumping mechanism (diaphragm) of a completed reciprocating artificial heart is operated by gas (pneumatic device), fluid (hydraulic device), electricity (motor, solenoid, etc.) and skeletal muscle. The energy source and the associated transport device comprise additional components that increase the overall complexity of the device and thus make it unreliable as a whole. Also, the size of the prior art device relative to the completed prosthesis is very limited with respect to patient movement and does not improve the patient's quality of life. Another limiting factor that has not been completely solved by prior art devices is the oversize and complexity of the energy conversion device and the overall design of the pump is greater than the available body part space. is there. In addition, most of these prior art reciprocating devices have an abnormally large (i) noise characteristic, (ii) vibration, and (iii) reaction force (thrust force). Many of the problems of the prior art rotary pumps are solved by those skilled in the art by adapting the pump to provide the ability to pump sensitive fluids (such as blood) to meet the above requirements. ing. The application of these pumps can be realized by supporting the impeller through an electromagnet disposed on the impeller and the housing such that the impeller can rotate without a shaft seal or a lubricating device. Some types of permanent magnets that do not use an additional support cannot completely suspend one object, such as an impeller, and have additional adjustments in some axes to achieve stable suspension. Requires possible support or force. This is based on Earnshaw's theory showing that suspensions consisting solely of permanent magnets are not stable. However, actively controlled electromagnets can be used to stabilize and support the object for all degrees of freedom of movement. Accordingly, the electromagnet can stably suspend an object (that is, an impeller in the case of a centrifugal fluid pump) by the calculated positioning. The only energy dissipated in a magnetically supported impeller is the electromagnetic energy used to stabilize and rotate the impeller. The electromagnet for suspending and rotating the impeller produces a stable and efficient operation of the pump. Prior art patents within the last decade have disclosed magnetically suspended and rotating rotors with only limited success. These prior art forms utilize partial magnetic suspension to reduce the risk to blood. While magnetically suspended prior art devices successfully mitigate some of the risks of rotary shaft friction, prior art devices still have size, complexity and sub-optimal impeller positioning, position detection and speed. In terms of control, it is not practical to implant for whole heart replacement. The over-dimensions of these prior art inventions, and the difficulty in maintaining the exact position and speed of the impeller, are largely due to the impeller geometry of cylindrical, spherical, or other mostly three-dimensional nature. It is. In view of the above, an improved centrifugal pumping device that is suspended and rotated by magnetic force can be improved, thereby reducing the size of the impeller, increasing the accuracy of positioning the impeller, and improving the speed control. Then would be a significant advance in the art. It also provides a centrifugal pumping device that is free of shafts, rolling elements or fluid film bearings, mechanical seals or physical proximity sensors, thereby providing mechanical contact, wear, failure due to fluid bearing sticking, thrombus. Or, a completely integrated pump design that would not cause shear damage would be an advance in the art. A centrifugal pump with an impeller and pump housing geometry to efficiently and low turbulently transport fluid throughout a pump mechanism, including an output port of the pump. If obtained, it would be a further advance in the art. Further, it would be an advance in the art to provide a multifunctional centrifugal pumping device that operates in either a pulsating or non-pulsating mode. OBJECTS AND SUMMARY OF THE INVENTION The main object of the present invention is to improve a rotary centrifugal fluid pump for sensitive fluids. It is another object of the present invention to improve a fluid pump using an efficient non-contact electromagnetic bearing and an efficient motor. It is an object of the present invention to provide a centrifugal pump of relatively compact dimensions that allows it to be implanted in a body part. It is yet another object of the present invention to provide a centrifugal pumping apparatus and method that has a long product life and requires minimal maintenance. Yet another object of the present invention is to improve centrifugal fluid pumps used to replace partial or total cardiac function. It is a further object of the present invention to provide efficient and low turbulence, including low turbulence output slightly beyond the outlet port throughout the pump due to the geometry of the pump design. It is an object of the present invention to provide a centrifugal pumping device and method that enables transport of a state and provides a sensitive fluid output. It is yet another object of the present invention to provide a centrifugal pumping apparatus and method wherein the fluid pressure and output fluid volume are controlled and electronically changed via a specific fluid pressure and positioning algorithm. . It is yet another object of the present invention to provide a centrifugal pumping apparatus and method operable in either a pulsating or non-pulsating mode. It is yet another object of the present invention to provide a centrifugal pumping device and method applicable as either a ventricular assist device or a twin device for total heart replacement. The above objectives, and other objectives not specifically set forth, are achieved by a centrifugal fluid pump apparatus and method for pumping a sharp biological fluid. The apparatus comprises: (i) an integral impeller and rotor fully supported by an integral electromagnetic bearing and rotated by an integral motor; and (ii) an arcuate passage for flowing and retaining the pump housing and fluid. (Iii) a brushless drive motor embedded and integral with the pump housing; (iv) a power supply; and (v) motor speed and pump performance based on input from electromagnetic bearing current and motor back emf. Electronically detecting the position, velocity or acceleration of the impeller using self-sensing methods and physiological control algorithms. All of these are securely connected together so that efficient, long life, low maintenance pump operation can be achieved. Specially designed impellers and pump housings provide a mechanism for transporting and supplying fluid with low turbulence from the pump to the pump outlet port. The above and other objects and features of the present invention will be readily apparent from the following description of preferred and other embodiments of the present invention, along with the accompanying drawings and claims. Would. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from a review of the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings. In the accompanying drawings, FIG. 1 is a perspective view of a pumping device of the present invention supported and rotated by magnetic force. FIG. 2 is an exploded side view of a pumping device completely supported by one electromagnetic bearing and rotated by the electric motor of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of FIG. 1 along line 3-3. FIG. 4A is a plan view of FIG. 3 along line A. FIG. 4B is a cross-sectional view of FIG. FIG. 5A is a plan view of FIG. 3 along line B. FIG. 5B is a cross-sectional view of FIG. FIG. 6A is a plan view of the preferred embodiment of FIG. FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line C of FIG. FIG. 7A is a plan view along the line D in FIG. FIG. 7B is a sectional view taken along line D in FIG. FIG. 8 is an enlarged partial sectional view of the pump impeller and the housing of FIG. FIG. 9 is a perspective view of the pump impeller of the present invention shown in semi-transparent mode for clarity. FIG. 10 is a cross-sectional view of the pump impeller along the line AA in FIG. FIG. 11 is a front view of the pump impeller along line BB of FIG. 9 with the shroud assembly removed. FIG. 12A is a partial cross-sectional view of a magnetic component of a magnetically suspended impeller of a pump according to the present invention. FIG. 12B is a cross-sectional view of both the magnetic components of the pump and the magnetically suspended impeller according to the present invention, showing the cross-sectional dimensions of the pump. FIG. 12D is a partial cross-sectional view of a magnetically suspended impeller of the pump described in the present invention. FIG. 13 is a diagram showing a coordinate system and symbols indicating six electromagnetic operation directions for the pump of the present invention. FIG. 14 is a plan view of a circular row of eight horseshoe magnets used to form a thrust / moment bearing shape on the face of the impeller. FIG. 15A is a plan view of a circular row of four horseshoe magnets used to form a radial / thrust bearing configuration on a pump stator. FIG. 15B is a cross-sectional view of a circular row of four horseshoe magnets used to form the radial / thrust bearing shape of the pump. FIG. 16A is an electronic circuit diagram that provides electronic feedback to control the position of the impeller within the clearance region of the stator. FIG. 16B is a diagram illustrating further details of the electronic circuit of FIG. 16B that provides electronic feedback for controlling the position of the impeller within the stator clearance region. FIG. 17 shows a filter that captures fluid gap dimension information while removing the effects of power supply voltage, switch frequency, duty cycle changes, and electronic or magnetic noise, from the self-sensing portion of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing an electronic filter of FIG. FIG. 18 is a table of a graph of a signal when the signal passes through the filter of FIG. FIG. 19 is a schematic diagram of an integrator circuit controlled by an analog multiplier whose gain is an indicator of the evaluated gap. FIG. 20 is a schematic diagram of a physiological electronic feedback control circuit based on motor current and speed. FIG. 21 is a schematic diagram of a physiological electronic feedback control circuit based on bearing current. FIG. 22 is a diagram of a physiological electronic feedback control circuit that controls motor speed in response to pre-load and post-load signals. DETAILED DESCRIPTION Reference will now be made to the drawings, in which case elements of the present invention will be designated by certain reference numbers, and the present invention will be deemed to enable those skilled in the art to make and use the invention. explain. It is to be understood that the following description is only illustrative of the principles of the present invention, and should not be construed as limiting the scope of the claims. Overall description The background objectives for rotary centrifugal pumps with impellers fully supported by a combination of permanent magnets and electromagnetic bearings and rotated by an electric motor are: (1) excessive heat, (2) stagnant flow, (3) blood clotting. (Thrombus), or (4) high shear forces on fluid or blood components (coagulation) due to fluid instability caused by turbulence or mechanical action of the fluid due to sudden pumping mechanisms or geometries. ) To prevent blood or other sensitive fluids from being damaged. Further, the dimensions of the device of the present invention can be mounted within the available body part space when used to support a natural whole heart replacement or ventricle. To be suitable as a blood pump, the pump must be sufficiently adaptable to the physiological return needs of a ventricular or biventricular assist device for total heart replacement. As a whole heart replacement device, the pump must be small in size and mass small enough to be implanted in the space of the available body part, and some inconvenience may occur in the surrounding organs due to excessive device weight. It must not be profitable. Moreover, the disk shape of the impeller of the present invention significantly reduces the size and complexity of the pumping device. The pumping device of the present invention can be used alone as a ventricular assist device that supports the function of the heart or replaces a portion of the function of the heart, or forms a mechanical whole heart replacement by combining a pair of devices. can do. In a total heart replacement, the combined dimensions of the two devices are approximately equal to the dimensions of the original heart, which allows it to be implanted in the space of an existing body part. The impeller of the present invention is completely suspended and wrapped within its pump housing so that it operates in a non-contact manner between the pump impeller and any other part of the pump. The pump impeller is suspended in an electromagnetic bearing. An electric motor rotates the pump impeller, performs the pumping function of the fluid, and provides for adjusting the positioning of the impeller with respect to the pump housing. The apparent absence of shafts, ball bearings, shaft seals or other sources of contamination significantly increases the product life of the pumping device of the present invention, thereby providing a long-term natural heart replacement. enable. Although the pump impeller rotates about an axis, the term "axial" is used herein to indicate a direction parallel to the axis of rotation of the pump impeller. In this specification, the term "radial" is used to indicate a direction perpendicular to the axial direction. The present invention consists of electromagnetic bearings made of magnetic and other materials, which are actuated by current in a coil wound around the magnetic components of the bearing. This current produces both axial and radial forces. A plurality of appropriately configured magnetic bearings disposed around the impeller are required to center the impeller during pump operation and prevent contact between rotating and stationary components. . You have to control the impeller's six degrees of freedom, three translations and three rotations. Operating in this non-contact state allows the bearing to operate without loss due to wear or friction. The position and rotational speed of the impeller of the present invention is controlled by a specific algorithm that detects and responds to the fluid pressure and the six axial positions of the pump impeller in the pump housing. To adjust the rotational speed and / or the position of the impeller to provide a fully integrated physiological control controller. The rotational speed of the impeller corresponds to the pressure of the fluid at the preload pressure (inlet pressure) and / or the outlet pressure of the pump and is adjusted to meet the need for bodily fluids to increase or decrease the pump flow or increase the pressure. . The geometric design of the pumping system of the present invention moves fluid in a smooth, non-turbulent and non-heated state throughout the pump mechanism. The rotation of the impeller causes the fluid to move by centrifugal force by means of a special curved impeller blade. The blades of the curved impeller extend from the center of the disk-shaped impeller and extend toward the outside of the impeller, and at the same time, generate a partial negative pressure in a region near the rotation axis of the impeller. This partial vacuum draws additional fluid into the inlet port. Blood or other sensitive fluid will not stagnate anywhere in the pumping device as the return fluid will flow along the side of the impeller, and the side of the impeller will have a stagnant cavity, The fluid returns to the center of the impeller without flow interruption by bearings or seals. Importantly, the pump housing, impeller vanes, outlet ports and all other features of the pumping device of the present invention are due to stagnant flow, excessive heat, turbulence, and excessive mechanical action of the fluid. To protect sensitive fluids from damage. Fluid is transported throughout the pumping device at steep angles without a change in direction of flow. The configuration of the pump housing is designed with a helical volute curve, so that the same curvature gradient throughout the pump housing means that the direction angle can change any sharply and the corresponding thermal friction And allows fluid to be transported within the pump housing without increasing energy and losing energy due to friction with the side walls of the pump. Another important feature of the pumping device of the present invention is that it can operate in either a pulsating or non-pulsating mode. The pump operates in a pulsatile mode by periodically changing the rotation speed of the impeller, which more accurately resembles the original heart pumping action, while the uniform rotation speed of the impeller causes Operate in non-pulsatile mode. Changing the operating mode from pulsatile to non-pulsatile or vice versa is accomplished through changing the operating settings of the pump, thereby changing from either pulsatile or non-pulsatile. Avoids the trauma associated with replacing the entire pumping device when it is determined that this is the preferred mode of operation. Preferred embodiment Referring to FIG. 1, a magnetically suspended and rotated centrifugal pump device according to the present invention is shown generally as a structure 10. The structure 10 is formed by a first pump housing half 12 and a second pump housing half 14 and forms an area for an enclosure of other pump components, which will be described in detail below. A hermetic seal 28 is provided. The electronic controller required for operation and the battery or other power source for operation are not shown. The structure 10 is provided with one or more pump inlet vessels as shown in FIG. 1 and comprises one inlet vessel 19 as a preferred embodiment. The pump inlet vessel 19 includes an inlet through hole 20 formed seamlessly and integrally with the first pump housing half 12 and providing an enclosure for the fluid entering the pump structure 10. In. Fluid enters the pump structure 10 via a pump inlet container 19 which provides an enclosure and supply for the fluid by the inlet inflow through hole 20 and reaches a region proximate the central axis of the pump structure 10. . An outlet container 15 is disposed tangentially from the outer diameter of the structure 10, the outlet container being formed by the combination of the first pump housing half 12 and the second pump housing half 14. And an enclosing wall provided with a pump outlet through hole 16 and sealed by a hermetic seal 28. FIG. 2 is an exploded side view of the magnetically supported and rotated pump device of the present invention. This exploded view shows the pump inlet 19, the first pump half 12, the bearing plate 100, the impeller shroud 104, the impeller hub 108, the impeller inlet 112, the impeller vanes 116, the rotor 120 of the motor, the outlet vessel 15 and the pump outlet through hole. 16 is shown. FIG. 2 also shows a combined axial and axial thrust bearing housing 124 and a combined radial and axial thrust bearing housing 126. Referring to FIG. 3, a spiral volute outlet 18 is formed by the combination of the first pump housing half 12 and the second pump housing half 14 and is sealed by a hermetic seal 28. Importantly, the shape of the logarithmically changing spiral volute outlet 18 of the present invention utilizes the curvilinear form of the spiral volute and the sudden and violent direction during travel from the impeller to the outlet vessel 15. To avoid damaging the sensing fluid as described above. The combination of the first pump housing half 12 and the second pump housing half 14 together with the hermetic seal 28 provides an enclosure for the inner impeller 21 and the impeller chambers 27A, 27B, 27D and 27d, which will be described in detail below. (See FIG. 9). Fluid flows all around the impeller 21 via the first return flow chamber 32 and the second return flow chamber 34. FIG. 4A is a plan view of part A of FIG. Part A is a part of the housing half 14 of the second pump (or structure) 10. FIG. 4B shows a cross section of the second pump housing half 14 part A. The winding 54 in this configuration is clearly visible and allows for the fabrication of this part of the pump 10. 4A and 4B, conical pole faces 51 are also shown. 5A and 5B similarly show a portion of the pump 10, but FIG. 5A is a plan view of portion B (see FIG. 3) of the first pump housing half 12, and FIG. It is sectional drawing of the part B of No. 3. Again, windings (ie, control coils) 52 and bias coils 53 are shown to enable one skilled in the art to make the pump 10. FIG. 6A also shows part C of FIG. 3 in plan view to show stator 80 of motor 40. FIG. 6B shows section C in cross-section to show winding 84. Motor 40 is described in further detail below. FIG. 7A shows part D of FIG. 3 in plan view to show the rotor or impeller 21 of the motor 40 and to show the arrangement of the permanent magnets 92 on the rotor. The magnets 92 are alternately arranged correctly like the north pole 91, the south pole 93, the north pole 91, and the south pole 93 until the circular arrangement shown in FIG. 7A is completed. FIG. 7B shows section D in cross section to show rotor 21. The rotor 21 will be described in more detail below. FIG. 8 is an enlarged cutaway sectional view of the pump impeller and the housing of FIG. FIG. 8 focuses on a portion of the cross-sectional view shown in FIG. 3 and may be referenced during the above description of FIG. 3 to provide more clarity to the disclosure made with respect to FIG. it can. The pump impeller 21 includes two or more impeller blades 26a, 26b, 26c, 26d shown in FIG. 9, and in a preferred embodiment four impeller blades 26a, 26b, 26c, 26d and 26a, 26b, 26c, 26db. And 26a, 26b, 26c, 26dc and 26a, 26b, 26c, 26dd. Each of the impeller blades 26a, 26b, 26c, 26d is mounted between the impeller enclosure plate 22 and the impeller hub 24 so that the impeller chambers 27a, 27b, 27c, 27d are formed. Each of the impeller blades 26a, 26b, 26c, 26d and 26a, 26b, 26c, 26db and 26a, 26b, 26c, 26dc and 26a, 26b, 26c, 26dd is respectively connected to the impeller chambers 27a, 27b, 27c, 27d. Yes, it is. Referring to FIGS. 9, 10 and 11, the impeller blades 26a, 26b, 26c, 26d are formed by spiral curves, and the rotation of the impeller 21 causes the impeller blades 26a, 26b, 26c, 26d to be pressure-fed. The fluid is brought into contact with the fluid so that the fluid moves radially toward the helical volute outlet 18 (see FIG. 3). The centrifugal rotation of the impeller 21 causes fluid to be carried from the region of the central axis of the structure 10 toward the helical volute outlet 18 and correspondingly the region of the impeller inlet opening 30. , A partial vacuum is created and further fluid is drawn through the inflow vessel 19 (FIG. 1). In particular, as shown in FIG. 11, the impeller is designed to allow a smooth transition of the flow vector from the inlet to the outlet. This is achieved in one particular embodiment employing a blade angle of 17 ° at the base of the blade at inlet A. The blade angle gradually decreases to an angle of 11 ° at the top of the blade at inlet B. Thus, the blade is not axially straight near the inlet. The blade is gradually transitioning near its midpoint D at an angle of 37 ° until it is axially straight. This 37 ° angle is maintained up to exit point D. All blade angles are angles inside the blade relative to a tangent to a circle centered on the center of the impeller. Referring to FIG. 2, to provide a smooth flow of fluid pumped from the impeller outlet at a relatively high speed to the pump outlet passage where the fluid is slowed down before exiting the pump. The pump volute is located within the fixed part of the pump. Volutes increase fluid pressure (head pressure) by converting the kinetic energy (velocity) of the fluid into potential energy (pressure or head pressure). In one particular embodiment, the clearance around impeller 21 is maintained at 0.030 inches to allow for good cleaning of the surface. Any change in the direction of flow in the clearance passage is made by maximizing the radius of curvature to maintain laminar flow. Referring again to FIGS. 3 and 8, in one embodiment, a portion of the fluid pumped by the impeller 21 is removed from the high pressure region near the spiral volute 18 along both sides of the impeller 21 by a first pressure. It returns as a backflow through the impeller return chamber 32 and the second impeller return chamber 34 to a low pressure region near the impeller inlet opening 30. Fluid returning along the second impeller return chamber 34 also passes through the impeller return opening 36, thereby serving to equalize the internal pressure. The width of the return chambers 32 and 34 of the impeller balances the initial fluid flow and the countercurrent flow accurately so that the fluid does not stay in the pump and has unnecessary inefficiencies. Is calculated by: The pump impeller 21 is suspended within the pump housing by electromagnetic bearing sets 52,54. The preferred embodiment of the electromagnetic bearing set controls the combination of the axial thrust and angular moment of the impeller 21 with the axial position and angular displacement of the impeller 21, while the electromagnetic bearing set 54 In cooperation with the set 52, the axial thrust of the impeller 21 controls the combination of the axial position and the radial force and position. The impeller 21 is completely electromagnetically suspended and rotated by an electric motor to provide contactless operation, which increases the overall product life and reliability and damages sensitive fluids as described above. Avoid. The set of electromagnetic bearings 52, 54 are designed to resist axial and radial forces and moments imparted by fluid motor forces, the effects of impeller gyroscope dynamics, gravitational loads, acceleration forces and other attendant forces. Provides the required axial, radial and moment controlled forces. 6A and 6B are a plan view and a cross-sectional view of the stator 80 of the motor 40, as described above. Motor 40 is a three-phase brushless motor and provides electromagnetic force to start and rotate pump impeller or rotor 21. As shown in FIGS. 7A and 7B, the motor 40 consists of a permanent magnet rotor 21 with a permanent magnet 92 embedded in the hub of a centrifugal or mixed flow pump. The magnets 92 are arranged in a wedge shape so as to form a circular rotor. The magnets 92 are arranged so that the magnetization of the permanent magnet alternates between the north pole and the south pole along the periphery of the rotor 21. Referring to FIGS. 6A and 6B, the motor stator 80 has a winding 84 that is energized by current from an electronic controller. The magnetic field interacts with the permanent magnet 92 to generate a torque in the rotor 21. Although the motor stator 80 can be suspended in at least three shapes depending on torque, speed and bearing requirements, the shapes of FIGS. 6A and 6B show a shape that does not include iron parts for the motor stator. Thus, the stator 80 has no saturable magnetic material, thus minimizing the thrust force created by the motor. As shown in FIG. 6A, wire 84 is wound on a separate securing member and secured in place on rotor 80 using epoxy or a similar material. The above configuration meets the specific critical conditions for a flow pump for a medical device for the required centrifugation or mixing, as explained in the background. By using permanent magnets in the rotor, there is no mechanical contact between the rotor and the stator of the motor. The set of electromagnetic bearings 52, 54 allows the rotor / impeller 21 to rotate without any contact with the stator 80. The geometry of the motor meets the requirements of allowing the motor to drive the pump in an efficient manner while providing laminar flow within the flow gap with minimal stagnation of blood. This is achieved by keeping the radius of curvature large. 12A, 12B, 12C show the layout of one embodiment of a magnetically suspended impeller. Each figure shows a different part of the same embodiment. FIG. 12A shows only the magnetic components of the pump. The electromagnets 52 and 54 are mounted on a stator (a component that does not rotate), and the magnetic plate 92 is disposed on an impeller (a component that rotates). Only the impeller 21 surrounded by the pump housing or stator is shown to emphasize the flow paths 32, 34, 36. There is no clear shaft, and the impeller is directly supported and driven by a motor, thereby reducing the length and complexity of the impeller recirculation path and making the device extremely compact. FIG. 12B is a more detailed cross-sectional view of the pump. To facilitate understanding of the size of the pump, the lines 120, 121 of the graph are shown. In one embodiment, the line 120 of the graph is approximately 3 inches long. The line 121 of the graph is sized in proportion to the line 120 of the graph. Although other lengths are possible for the lines 120 and 121 of the graph, the present invention will typically be in a patient's thorax with a pump device incorporated inside the chest to assist in heart function. It is sized to fit. If the pump is used for other applications, it may be sized differently than the preferred embodiment. FIG. 13 shows a coordinate system for defining the magnetic operation of the impeller 21 in the necessary six directions, ie, three translation directions (x, y, z) and three rotation directions (φ, ψ, θ). ing. All three translational displacements (x, y, z) and two rotational directions (pitching about two axes) (φ, ψ) are held in space relative to the stator by magnetic forces. It has been almost fixed. The final rotation (θ) about the z-axis is achieved by the motor. In a preferred embodiment, the magnetic bearing is formed in two parts: 1) a thrust / moment configuration and 2) a radial / thrust configuration. First, as shown in FIG. 14, the thrust / moment bearing shape is a circular array of eight horseshoe electromagnets oriented on the impeller inlet face. In this embodiment, although many structures are used to form a four quadrant actuator, eight coils are used with the actuation coil and there are four control quadrants. It is wound in pairs. This provides a combination of axial actuation (z) and pitching moment (φ, ψ). The thrust force (z) is generated by applying equal coil currents to all coils such that each pole in the electromagnetic bearing applies the same force on the bearing plate. The angular pitching actuation force (moment) is also measured by opposing coils for actuation above and below the center line of the impeller (φ angular displacement) and actuation of the impeller to the left and right (ψ angular displacement). To different coil currents. The function of the electronic controller is to determine what combination of currents must be employed to control these axes. Second, like FIGS. 4A and 5A, FIG. 15A is a plan view of a radial / thrust and thrust / moment bearing shape. The radial / thrust bearing includes four horseshoe shapes, including eight pole faces 301-308. The eight pole faces of the thrust / moment bearing are shown at 309-316. FIG. 15B is a side view of the impeller 21 showing the plate 208 being a radial / thrust bearing plate with a beveled magnetic surface (shown in detail in FIG. 7B at 208). FIG. 15B also shows another plate 100 that is a thrust / moment bearing plate. This magnetic bearing shape can provide controlled forces in axial (z), radial (x, y) and angular displacement (φ, ψ). These two magnetic bearing shapes, thrust / moment shapes and radial / thrust shapes, create the necessary electromagnetic forces and moments needed to hold the impeller in a centered position and keep it under control 8. Provides two independent electromagnetic coil currents. The horseshoe-like operation of the electromagnet in this embodiment is simplified and increased by employing a bias current. This bias current is employed in all coils, but may be different for each bearing shape. The bias current is enabled by the control coil current where the bearing is linear near the static bias current. This bias current also provides a near kinematic force generation capability in the form of a magnetic bearing. In this application, a large bias current will result in high heat generation. This high exotherm is undesirable for use in human sensitive fluids such as blood. Therefore, a low bias current is used to reduce heat generation. In the present invention, an electronic controller is provided for automatically adjusting the working bearing coil current in the set of electromagnetic bearings 52 and 54, the working bearing coil current then being provided with the applied forces and moments. , The control force and the moment exerted on the rotary impeller 21 by the magnetic bearing are adjusted. Such an electronic controller, during operation, has a continuous electronic signal relating to the position or velocity or acceleration or a combination of position, velocity and acceleration of the rotating impeller in the clearance space provided inside the frame of the pump. Supplied. The present invention also provides the switching or DC power amplifier and power supply required to operate the electromagnetic actuator in the magnetic bearing. 16A and 16B show an embodiment of an electronic circuit for electronic feedback control of the position of the impeller within the clearance region of the stator. Electronic circuits formed by resistors, capacitors, amplifiers, etc. use proportional-integral-differential control methods or nonlinear control algorithms such as state space, mu synthesis, linear parameter variation control and sliding mode control. And combined to control the kinematics of the impeller. Gyroscope of rigid body of impeller Special control algorithm to take into account inertial properties where mechanical force, fluid stiffness, damping and size depend on impeller position, rotation speed, pressure rise and flow velocity Is used. In one embodiment, the physical circuit is miniaturized using surface mount technology, very large scale integrated circuit (VLSI) design, and other means. In the embodiment shown, the control algorithm forms eight coil currents that control three displacements (x, y, z) and two angular displacements (φ, ψ). The controller algorithm design is robust to take into account the uncertainties in the forces acting on the impeller, such as fluid stiffness, damping and inertia, gyroscope dynamics, magnetic forces, and the like. The control algorithm can perform an implementation of adjustable parameter variables to take into account different physical needs for different uses for humans of different sizes, from children to large adults. Given for a dedicated microprocessor. In the present invention, a power amplifier is employed to generate the desired coil current for the electromagnetic bearing as determined by the control output voltage. One embodiment of a switching amplifier that operates with a voltage that is turned on or off at a frequency much higher than the rotational frequency of the pump impeller, because power amplifiers with efficiencies in the range of 85-95% are very efficient. Are used in this device. The electronic power circuit comprises a magnetic coil with resistance and inductance, a resistor, a capacitor, and semiconductor components. The coil is made using a wire having a low resistance. These power circuits are designed to be regenerative. That is, the power-enabled magnetic bearing moves back and forth between the magnetic coil inductors to the capacitor, and the only loss is caused only by the low coil resistance (ohmic loss). The high power present in the magnetic coil circuit is only a small part of the nominal power supply capacity, which is defined as the switching average current in the coil multiplied by the supply voltage. With these low power switching amplifiers and regenerative coil power circuits, unwanted heating of the blood is kept at a minimum. The present invention is designed to generate an electronic signal related to the position, speed or acceleration of the rotating impeller via one of the following: One of: (i) a physical element such as eddy current, induction, optical, capacitance or other approach; or (ii) a combination of current and voltage provided to a working coil within a magnetic bearing. It is designed to generate an electronic signal through one. In the case of a physical sensor located on the frame of the pump near the clearance gap between the frame and the rotating impeller, the electronic position, speed or acceleration signal is the signal conditioning electronics and electronic signals for the magnetic bearing. It is obtained from wiring provided for inputting signals into the controller. In the case of a self-sensing signal, signal conditioning is provided to determine the position, speed or acceleration of the rotating impeller without any physical elements, thereby providing a signal path in the wiring path between the electromagnetic actuator and the electronic controller. The required number of wires is reduced to a minimum. A preferred embodiment of the sensing function of the present invention is a self-sensing feature. The self-sensing configuration avoids the use of physical sensors in the stator, minimizes the size of the pump, and minimizes the number of wires required for operation. In one embodiment shown in FIGS. 16A and 16B, position sensing is a voltage and current switching waveform for some of the electromagnetic coils (as employed by the switching power amplifier described above). Is achieved by examining Each coil is driven by a switching power amplifier with a high carrier frequency (of the order of kHz). The resulting current waveform (one embodiment is shown in FIG. 18) has a relatively low frequency commanded waveform (to generate the control force needed to position the impeller) and This is a combination with a high-frequency triangular waveform by high-frequency carrier. The amplitude (magnitude) of the commanded waveform is determined by the inductance of the circuit (inductance of the magnetic material characteristics of the magnetic bearing and the inductance due to the fluid gap), the switching frequency, and the duty ratio of the switching amplifier (the desired control force). (The ratio of the on-voltage to the off-voltage employed in the amplifier to generate). FIG. 17 is provided in the self-sensing portion of the present invention to retrieve fluid gap size information while eliminating the effects of power supply voltage, switching frequency, duty cycle changes and electronic or magnetic noise. 1 shows an embodiment of an electronic filter. Parameter estimation methods have been employed to demodulate the signal and determine the size of the fluid gap. One embodiment of a filter enclosure is employed, which includes a high-pass filter to remove bias currents, a precision rectifier to make the waveform exactly positive, and removes residual signal fluctuations. A low-pass filter. The embodiment shown in FIG. 17 provides a high-bandwidth low-noise sensor suitable for determining the size of the fluid gap by a self-detection signal. FIG. 18 shows a series of signal configurations as they pass through the filter, the graph showing the supply coil voltage at 180, the typical actual coil current waveform at 182, and 184. 19 shows a current signal output from an integrator (shown in detail in FIG. 19) for removing a change in coil current due to control of an externally applied force and moment, and 186 shows a rectification mode of 184. 188 showing the 186 time averages retrieved using the low pass electronic filter at 188. FIG. 19 shows a circuit for extracting a change in coil current due to control of an externally applied force and moment. This is shown in the preferred embodiment of a negative feedback circuit that includes an integrator controlled by an analog multiplier whose gain is indicative of the estimated gap. The feedback circuit includes a proportional integrator, in which the estimated displacement and the integral of the estimated displacement are combined to form a negative feedback signal, and then the original voltage Compared to the waveform, it provides a desired current waveform that is proportional to the impeller displacement. The use of pumps for sensitive applications often requires regulation of flow rates and pressure rises, such as artificial hearts, where physiological conditions change significantly. For example, a human body may require a higher flow rate and pressure increase when performing a movement such as walking, but may require a lower flow rate and pressure increase when the body is at rest or sleeping. unknown. In the present invention, the main way to adjust the flow rate and pressure rise is by changing the motor speed. In physiologic applications, the pump inlet pressure is referred to as preload and the pump outlet pressure is referred to as afterload. A second embodiment of the physiologic controller provides a pressure rise (ie, P P) from the pump inlet to the pump outlet. out −P in ) Uses indirect measurements. At a given flow rate, a change in pressure across the pump is an indication of a change in system resistance in the patient's circulatory system. Changes in system resistance are known as one indicator of high human physical activity. Therefore, the measurement of the pressure difference from the outlet to the inlet is used as a reference for the physiological controller. The measurement of the pressure difference from the inlet to the outlet should be indirectly measured by two methods: (1) measuring the current of the motor and the speed of the pump, or (2) measuring the bearing current or some combination of these. Can be. In physiological applications, the pressure at the pump inlet is called preload, while the pressure at the pump outlet is called afterload. The first way to measure pressure is to use the measurement of motor current and pump speed indirectly. These measurements are used in an electronic controller to derive pressure based on equations and / or tables electronically stored in the controller. The relationship between current, speed and pressure rise is characterized and calibrated before actuation to provide a reference for the controller. A block diagram for the execution of the controller is shown in FIG. A second method for measuring pressure rise uses magnetic bearing currents indirectly. It is well known that the current in an active magnetic bearing is directly proportional to the force acting on the rotor. The pressure difference between the outlet and the inlet of the pump can be directly derived from the sum of the forces acting on the impeller by the pressure difference. Thus, the bearing current can be used in an electronic controller to derive a pressure differential from the outlet to the inlet of the pump. A block diagram of the execution of this controller is shown in FIG. FIG. 22 shows another embodiment of the physiological electronic feedback control circuit, which in the present invention adjusts the motor speed for the preload and afterload signals to properly control the motor speed. It is provided in. Physiological control circuits are provided for adjusting the pump flow rate and pressure rise to meet biological requirements. Reference numeral 220 indicates the interface between the physiological controller and the commutator of the motor such that the desired speed signal is sent to the commutator of the motor and the actual speed signal is sent to the physiological controller. Thus, the embodiment shown in FIG. 22 illustrates motor control based on physiological parameters. In addition to the electronic signals relating to the pre-load and post-load forces applied to the interior of the pump, the electronic signals from the actuation coil currents in the electromagnetic bearings are used to control the load due to gravity and the acceleration effects associated with starting and stopping operation. Related to other forces. Also, the electronic signal relating to the acceleration is obtained by sensing the acceleration in one, two or three orthogonal directions at a location known to the pump in the pump housing or elsewhere. This acceleration electronic signal is then employed in the present invention to subtract that signal from the pre-load and post-load signals described above. The resulting difference signal is then used for the physiological controller described above. Motor speed is related to the physiological performance of the pump. The motor feedback emf (electromotive force) is used to detect the rotation speed of the motor rotating about the pump impeller shaft and to generate an electronic signal proportional to the rotation speed of the impeller. This impeller rotational speed signal is provided to the electronic physiological feedback controller described above. The rotational speed of the motor is combined with the pre-load and post-load signals described above to regulate future motor speeds and to meet the need for pressure increases based on physiological pump flow rates and human body requirements. used. Method The components of the structure 10 can operate in a single mode as a ventricular assist device or in pairs for the entire artificial heart. In the case of a completed artificial heart using two structures 10, each of the structures 10 functions completely independent of the other structure, thereby eliminating complex controllers and eliminating both structures. It eliminates the circuitry required when the bodies are combined. A physiologic controller (not shown) senses the fluid pressure inside the uptake vessel 19 and an electrical signal for modifying the rotational speed of the motor 40 according to a particular algorithm determined by an electronic controller (not shown). Occurs. The physiologic controller can signal a change in the rotational speed of the motor 40 to compensate for changes in fluid pressure inside the uptake container 19 while avoiding excessive motor rotational speeds that could collapse the container. . In addition to controlling the rotational speed of the motor 40, a physiological controller (not shown) may control the position, speed and / or acceleration of the impeller 21 via eddy currents, induction, optical, capacitance or other self-sensing electronic signals. Detect information and generate electrical signals. This electrical signal is sent to an electronic controller (not shown) and correspondingly provides an adjustment to the current in the electromagnetic bearing set 52, 54, thereby providing an adjustment to the control force. Adjustments to the set of electromagnetic bearings 52, 54 compensate for the forces exerted by the fluid, motor forces, gravitational loads, acceleration forces and other attendant forces. Rotation of the impeller 21 places the impeller blades 26a, 26b, 26c, 26d in contact with the fluid being pumped, thereby moving the fluid toward the spiral volute outlet 18. In response to the centrifugal movement of the fluid from the region at the axis center of the structure 10 towards the outlet of the helical volute, a partial vacuum is formed in the region of the impeller intake opening 30 via the intake container 19. One additional fluid phrase is included. This unique logarithmic helical shape of the helical volute outlet 18 then allows the sensitive fluid to flow in a smooth, undisturbed, cooler form and along the area near the outer periphery of the structure 10 to the outlet vessel 15. Carry up to. The outlet vessel 15 is connected to an anatomical vessel or other mechanism. A portion of the fluid pumped by the impeller 21 is reversed from the high pressure region near the helical volute 18 along both sides of the impeller 21 via the first impeller return chamber 32 and the second impeller return chamber 34. Back in the form of directional fluid flow to a low pressure region near the impeller intake opening 30. The fluid returning along the second impeller return chamber 34 also passes through the return opening 36 of the impeller, thereby serving to equalize the internal fluid pressure and cause the flow in the clearance passage to cause a stagnation of sensitive fluid. To prevent When the structure 10 is operated in the pulsating mode, the rotational speed of the impeller 21 is changed and controlled by an electronic controller (not shown) that regulates the current in the motor 40, thereby controlling the impeller 21. The rotation is accelerated or decelerated, and the fluid is pumped in a pulsating form. The present invention may be embodied in other specific forms without departing from its spirit or essential characteristics. The embodiments described above are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive. The scope of the invention is, therefore, indicated by the appended claims rather than by the foregoing description. All changes included in the meaning and equivalent scope of each claim are to be included in the scope of these claims.

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Claims (1)

【特許請求の範囲】 1.敏感な生物学的流体を圧送するための装置であって、 外側と、内部に壁を有する中空の内側と、軸線中心と、を有する構造体と、 前記構造体の外側から形成され、流体がその中を通過して同構造体の中空の内 側へと通過するための入口と、 前記構造体の外側から形成され、流体が同構造体の前記中空の内側からその中 を通過するための出口であって、同構造体の軸線方向の中心から径方向に配置さ れた出口と、 前記構造体の内側に同構造体と接触しないで配設された、前記入口から入り同 構造体の中空の内側を通り前記出口から出ていく流体の流れを制御するためのイ ンペラ手段であって、弓形のブレードと弓形の通路とを有し、それによって、同 構造体を通る流体の流れが前記入口から前記出口へと徐々に差し向けられるよう になされたインペラ手段と、 前記構造体の前記中空の内側と接触しない状態てせ前記インペラ手段を懸垂す るための磁性手段と、 前記インペラ手段を選択的に回転させ、それによって当該装置を通る流体の流 れを制御するためのモーター手段と、 を含む装置。 5.請求項1に記載の装置であって、 前記インペラ手段が、前記構造体を通る流体の流れのためのインペラと、前記 モーター手段によって制御されそれによって同モーター手段が前記インペラ手段 の回転を制御することを可能にするローターと、の一体化された組み合わせであ って、第1の戻りの流れチャンバと第2の戻りの流れチャンバとの各々の内側を 形成して、懸垂されたインペラ手段の周囲の流体の流れを可能にする、一体化さ れた組み合わせ、を含む、装置。 6.請求項5に記載の装置であって、 前記第1の戻り流れチャンバを形成している前記インペラの内側が、前記構造 体の中空内側の壁の曲率に対応する曲率を有する第1の部材を含む装置。 7.請求項6に記載の装置であって、 前記インペラが第1の電磁軸受けの組と相互作用するための第1の電磁磁性材 料を含み、 前記第1の電磁軸受けの組は、前記インペラ手段を安定させ且つ同インペラ手 段の軸線方向位置と同インペラ手段に作用する外部のスラスト方向の力及びモー メントを制御する、措置。 8.請求項6に記載の装置であって、 前記インペラが第1の電磁軸受けの組と相互作用するための第1の電磁磁性材 料を含み、 前記第1の電磁軸受けの組は、前記インペラ手段を安定させ且つ同インペラ手 段の軸線方向位置と、2つの自由度の角度方向の変位と、外側スラスト方向の力 と、前記インペラ手段に作用する外部モーメントと、の組み合わせを制御する、 措置。 9.請求項5に記載の装置であって、 前記第2の戻り流れチャンバを形成しているローターの内側は、前記構造体の 中空の内側の壁の曲率に対応する曲率を有する第2の部材を含み、同第2の部材 は、インペラ手段の弓形のブレードによって第1の部材に結合されており、イン ペラのチャンバが(i)弓形のブレードと(ii)第1の部材と(iii)第2の部 材とから形成されていて、前記入口から出口までの流体が徐々に再度指し向けら れるための弓形の通路を形成している、装置。 10.請求項9に記載の装置であって、 前記第2の部材が、第2の電磁スラスト軸受けの組と相互作用するための第2 の磁性材料を含み、 前記第2の電磁軸受けの組は、径方向位置の2つの自由度及び前記インペラ手 段に作用する外側径方向の力、を制御する、装置。 11.請求項9に記載の装置であって、 前記第2の部材が、第2の電磁スラスト軸受けの組と相互作用するための第2 の磁性材料を含み、 前記第2の電磁軸受けの組が、径方向の位置の2つの自由度、軸線方向位置、 外側の径方向の力及び前記インペラ手段に作用する外側スラスト方向の力、の組 み合わせを制御する、装置。 12.請求項10に記載の装置であって、 前記第2の磁性材料が、前記第2の電磁軸受けの組が、径方向の位置の2つの 自由度、軸線方向位置、角度方向の位置の2つの自由度、外側の径方向の力、ス ラスト方向の力及び前記インペラ手段に作用する外側モーメント、の組み合わせ を制御する、装置。 13.請求項9に記載の装置であって、 前記第2の部材がその内部に一体化されて形成されたローターを含み、同ロー ターは、前記モーター手段と相互作用するために配置された複数の永久磁石を有 し、同ローターは、同モーター手段によって回転せしめられ、それによって前記 インペラ手段を回転させる、装置。 14.請求項1に記載の装置であって、 前記磁性手段が、 前記構造体の中空の内側の壁上に設けられた第1の電磁軸受けの組と、 前記構造体の中空の内側の別の壁上に設けられた第2の電磁軸受けの組と、 前記インペラ手段上に設けられ且つ前記第1の電磁軸受けの組に対応する磁性 材料の第1のバーと、 前記インペラ手段上に設けられ且つ前記第2の電磁軸受けの組に対応する磁性 材料の第2のバーと、からなる構造を含み、 同構造は、前記インペラ手段の5つの自由度に対する制御を提供し、 前記インペラ手段は、(i)前記第1の電磁軸受けの組と前記第1の磁性材料 のバーとの間の磁場と、(ii)前記第2の電磁軸受けの組と前記第2の磁性材料 のバーとの間の磁場と、によって、前記構造体の中空の内側に接触するのが阻止 されるようになされた装置。 15.請求項14に記載の装置であって、 前記磁性手段が、前記第1及び第2の電磁軸受けの組内の電流を制御するため の電子コントローラを含む、装置。 16.請求項15に記載の装置であって、 前記電子コントローラが、前記インペラの回転速度を制御して本発明の装置を 使用して同回転速度が人間の生理学的状態に対応するようにするための生理学的 コントローラを含む、装置。 17.請求項14に記載の装置であって、 前記構造が、前記電磁軸受けの組が、前記インペラの2つの自由度を制御する ために使用できるように、前記第1の磁性材料からある角度で位置決めされてい る前記第1の電磁軸受けの組を含む、装置。 22.敏感な生物学的流体を圧送するための連続フローポンプであって、 構造体であって、第1のポンプハウジング半体と、同第1のポンプハウジング 半体に対してハーメチックシールされて同構造体を形成する第2のポンプハウジ ング半体とを含み、中空の内側と軸線中心とを有する構造体と、 前記第1のポンプハウジング半体から形成され、流体がその中を通過して前記 構造体の中空の内側へと通過するための通路のための入口貫通穴を有するポンプ 入口容器と、 前記構造体の軸線中心から径方向に配置され且つ前記第1及び第2のハウジン グ半体から形成され、流体がその中を通過して前記構造体の中空の内側から通過 するための通路のための出口貫通穴を有するポンプ出口容器と、 前記構造体の中空の内側に同構造体と接触しないで配設されたインペラ手段で あって、インペラ取り込み開口部と、インペラチャンバと、同インペラチャンバ を形成するための螺旋状の曲線を有するインペラ羽根とを有し、前記ポンプ入口 容器内への流体の流れ、前記キャビティの中空の内側を通る流体の流れ及び前記 ポンプ出口容器からの流体の流れを制御するインペラ手段と、 前記インペラ手段を前記構造体の中空の内側と接触しない状態で懸垂し且つ前 記インペラ手段を選択的に回転させ、それによって当該連続フローポンプ内を通 る流体の流れを制御するための磁性手段と、 前記インペラ手段の回転速度を制御するモーター手段と、 を含む連続フローポンプ。 22.ポンプを使用して敏感な生物学的流体を圧送するための方法であって、 ポンプのハウジング内に磁気的に懸垂されたインペラを有するポンプ装置であ って、前記インペラは、前記ポンプ内を移動する敏感な流体への衝撃を減少させ るための弓形形状の羽根を有する、ポンプ装置を選定し、 前記インペラを磁気的に懸垂するために使用されている磁性手段から受け取っ た信号に応じて前記ハウジング内に前記インペラを位置決めし、 前記ポンプの入力及び出力から受け取った信号に応じてインペラの回転速度す なわち流体の流速を調節する、ことからなる方法。[Claims]   1. An apparatus for pumping a sensitive biological fluid, comprising:   A structure having an outside, a hollow inside having a wall inside, and an axis center;   A fluid is formed from the outside of the structure, through which fluid passes through the interior of the structure. An entrance for passing to the side,   A fluid is formed from the outside of the structure, and fluid is passed from inside the hollow of the structure Through which are arranged radially from the axial center of the structure. Exit and   Entering through the entrance, disposed inside the structure without contacting the structure. B) to control the flow of fluid through the hollow interior of the structure and out of said outlet; Impeller means having an arcuate blade and an arcuate passage, whereby Fluid flow through the structure is gradually directed from the inlet to the outlet Impeller means,   Suspending the impeller means without contacting the hollow interior of the structure Magnetic means for   The impeller means is selectively rotated, whereby the flow of fluid through the device is increased. Motor means for controlling the   Equipment including.   5. The apparatus according to claim 1, wherein   An impeller for fluid flow through the structure; Controlled by motor means whereby said motor means is said impeller means And a rotor that enables the rotation of the rotor to be controlled. Thus, the inside of each of the first return flow chamber and the second return flow chamber Integrated to form and allow fluid flow around the suspended impeller means Device, including a combination.   6. The apparatus according to claim 5, wherein   The interior of the impeller forming the first return flow chamber has the structure An apparatus comprising a first member having a curvature corresponding to a curvature of a hollow inner wall of a body.   7. The device according to claim 6, wherein   A first electromagnetic magnetic material for the impeller to interact with a first set of electromagnetic bearings Including fees,   The first set of electromagnetic bearings stabilizes the impeller means and provides The axial position of the step and the external thrust forces and motors acting on the impeller means Control measures, measures.   8. The device according to claim 6, wherein   A first electromagnetic magnetic material for the impeller to interact with a first set of electromagnetic bearings Including fees,   The first set of electromagnetic bearings stabilizes the impeller means and provides The axial position of the step, angular displacement in two degrees of freedom, and outward thrust force And a combination of an external moment acting on the impeller means, Measure.   9. The apparatus according to claim 5, wherein   The inside of the rotor forming the second return flow chamber is of the structure A second member having a curvature corresponding to the curvature of the hollow inner wall; Is connected to the first member by the arcuate blade of the impeller means, The chamber of the propeller comprises (i) an arcuate blade, (ii) a first member, and (iii) a second part. And the fluid from the inlet to the outlet is gradually directed again. A device forming an arcuate passageway through which to pass.   10. An apparatus according to claim 9, wherein   A second member for interacting with a second set of electromagnetic thrust bearings; Containing a magnetic material of   The second set of electromagnetic bearings has two degrees of freedom in radial position and the impeller hand. A device that controls the outer radial force acting on a step.   11. An apparatus according to claim 9, wherein   A second member for interacting with a second set of electromagnetic thrust bearings; Containing a magnetic material of   The second set of electromagnetic bearings has two degrees of freedom in radial position, axial position, A combination of an outer radial force and an outer thrust force acting on said impeller means; A device that controls mating.   12. An apparatus according to claim 10, wherein   The second magnetic material is such that the second set of electromagnetic bearings has two radial positions. Degrees of freedom, axial position, angular position, outer radial force, Combination of the last direction force and the outer moment acting on the impeller means To control the device.   13. An apparatus according to claim 9, wherein   The second member includes a rotor integrally formed therein; The motor has a plurality of permanent magnets arranged to interact with the motor means. And the rotor is rotated by the motor means, whereby A device for rotating impeller means.   14. The apparatus according to claim 1, wherein   The magnetic means,   A first set of electromagnetic bearings provided on a hollow inner wall of said structure;   A second set of electromagnetic bearings provided on another wall inside the hollow of the structure;   A magnet provided on the impeller means and corresponding to the first set of electromagnetic bearings; A first bar of material;   A magnet provided on the impeller means and corresponding to the second set of electromagnetic bearings; A second bar of material;   The structure provides control over five degrees of freedom of the impeller means,   The impeller means comprises: (i) a set of the first electromagnetic bearing and the first magnetic material (Ii) the second set of electromagnetic bearings and the second magnetic material Magnetic field between the bars prevents contact with the hollow interior of the structure Equipment made to be done.   15. An apparatus according to claim 14, wherein   The magnetic means for controlling current in the first and second sets of electromagnetic bearings; An apparatus, including an electronic controller.   16. The apparatus according to claim 15, wherein   The electronic controller controls the rotation speed of the impeller to control the device of the present invention. Physiological use to make the rotation speed correspond to human physiological condition An apparatus, including a controller.   17. An apparatus according to claim 14, wherein   The structure is such that the set of electromagnetic bearings controls two degrees of freedom of the impeller. Positioned at an angle from the first magnetic material so that it can be used for An apparatus comprising said first set of electromagnetic bearings.   22. A continuous flow pump for pumping a sensitive biological fluid, comprising:   A structure, comprising a first pump housing half and a first pump housing A second pump housing hermetically sealed to the halves to form the same structure And a structure having a hollow inside and an axis center,   The first pump housing half is formed from which fluid passes therethrough. Pump having an inlet through-hole for a passage for passing into the hollow interior of the structure An inlet container,   The first and second housings are arranged radially from the center of the axis of the structure, and Formed from the halves, through which the fluid passes from inside the hollow of the structure A pump outlet container having an outlet through hole for a passage for   With impeller means arranged inside the hollow of the structure without contacting the same structure The impeller intake opening, the impeller chamber, and the impeller chamber Impeller vanes having a helical curve to form the pump inlet Fluid flow into the vessel, fluid flow through the hollow interior of the cavity and Impeller means for controlling the flow of fluid from the pump outlet vessel,   The impeller means is suspended without contact with the hollow interior of the structure and Selectively rotating the impeller means, thereby passing through the continuous flow pump. Magnetic means for controlling the flow of the fluid,   Motor means for controlling the rotation speed of the impeller means,   Including a continuous flow pump.   22. A method for pumping a sensitive biological fluid using a pump, comprising:   A pump device having a magnetically suspended impeller in a pump housing. Thus, the impeller reduces the impact on sensitive fluid moving in the pump. Select a pump device with a bow-shaped blade for   The impeller received from magnetic means being used to suspend magnetically Positioning the impeller in the housing according to the signal   The rotation speed of the impeller depends on the signals received from the input and output of the pump. That is, a method of adjusting the flow velocity of the fluid.
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