KR20080085911A

KR20080085911A - 회전 혈액 펌프

Info

Publication number: KR20080085911A
Application number: KR20087019783A
Authority: KR
Inventors: 제프리 에이. 라로즈; 리차드 케이. 왬플러; 비트로트 인드라부드
Original assignee: 하트웨어, 인코포레이티드
Priority date: 2006-01-13
Filing date: 2007-01-12
Publication date: 2008-09-24
Also published as: US7976271B2; JP5539441B2; AU2007207782B2; JP2014140754A; JP6067606B2; EP1977110B8; CN101371041B; KR101356414B1; US20140046118A1; CA2636418A1; EP3477103A1; JP2009523488A; IL192649A; US20120063942A1; WO2007084339A2; US20180010608A1; US9242032B2; JP2012210415A; US20080031725A1; US20160138597A1

Abstract

회전 혈액 펌프는 펌핑 챔버를 규정하는 케이스를 포함한다. 상기 펌핑 챔버는 혈액 유입구 및 접선 방향의 혈액 유출구를 포함한다. 1개 이상의 모터 고정자는 펌핑 챔버의 외부에 설치되어 있다. 상기 펌핑 챔버 내에는 회전가능한 임펠러가 있고, 이것은 펌핑 챔버에 유입되는 혈액을 혈액 유출구로 이동시키도록 적합화되어 있다. 상기 임펠러는 1개 이상의 자기 영역을 가진다. 또, 상기 임펠러는 1개 이상의 모터 고정자에 자기 결합에 의해 회전 시 반경 방향으로 구속되고, 해당 임펠러 상의 1개 이상의 유체 동압 추력 베어링면에 의해 회전 시 축방향으로 구속된다.

회전 혈액 펌프, 펌핑 챔버, 임펠러

Description

회전 혈액 펌프{ROTARY BLOOD PUMP}

본 발명은 회전 펌프에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 원심 회전 혈액 펌프 및 이러한 펌프를 이용한 치료 지원 방법에 관한 것으로, 이때 해당 펌프 내에 있는 임펠러(impeller)는 무마모 유체 동압(wearless hydrodynamic) 베어링 및 자기 베어링 상에서 회전하며, 이들 베어링에 의해서 혈액을 상기 펌프 내에서 혈액의 부피에 대해서만 접촉시켜 상기 임펠러에 의해 펌프 유입구로부터 펌프 유출구로 이동시키는 것이 가능해진다.

심장 이식에 대한 가교로서 혹은 말기 치료 기법으로서 말기 심장 질환 환자를 지원하기 위한 심실 보조 기구의 임상 적용은 심혈관 의술에 있어서 허용된 임상적 관행으로 되었다. 35,000명 이상의 말기 심부전 환자가 심장 지원 요법의 후보인 것으로 추정되고 있다.

심실 보조 기구는 환자의 혈액에 힘을 부여하기 위한 혈액 펌프를 이용함으로써 혈액을 보다 높은 압력으로 구동시킬 수 있다. 심실 보조 기구의 일례로는 좌심실 보조 기구(LVAD: Left Ventricular Assist Device)가 있다. LVAD는 해당 LVAD의 혈액 유입구를 통해 LVAD에 산소화 혈액(oxygenated blood)을 유입시키는 환자의 심장의 좌심실에 부착된다. LVAD는 이어서 혈액에 힘을 부여한다. LVAD의 혈액 유출구를 환자의 대동맥에 연결함으로써, 펌핑된 혈액을 환자의 순환계통에 재유입시킬 수 있다.

LVAD와 같은 심실 보조 기구는 지금까지는 용적형 펌프(positive displacement pump)와 회전 펌프를 이용하고 있었다. 용적형 펌프는 제1실의 부피를 저감시키면서 제2실의 부피를 증가시켜 해당 제2실 속으로 혈액을 끌어들임으로써 제1실로부터 제2실로 혈액을 강제로 보낸다. 이러한 펌프는 단지 1방향으로 흐름을 허용하는 체크 밸브를 구비하며, 이것은 통상 크고 기계적 마모되기 쉽다. 인간의 심장은 용적형 펌프의 특유의 예이다. 회전 펌프는 해당 펌프 내에서 임펠러의 회전에 의해 혈액을 강제로 보낸다. 공지된 유형의 펌프는 임펠러를 이용해서, 혈액을 미는 프로펠러형 임펠러 블레이드의 사용을 통해 혈액에 힘을 부여한다.

회전 혈액 펌프는 원심 혹은 축류(혹은 축방향) 형태일 수 있다. 원심 혈액 펌프에 있어서, 혈액은 그의 회전축을 따라 펌프에 유입되고 회전축에 수직으로 펌프에서 유출된다. 축류 혈액 펌프에 있어서, 혈액은 그의 회전축을 따라 펌프에 유입되고, 그의 회전축을 따라 펌프에서 유출된다.

전통적으로, 회전 혈액 펌프는 샤프트 및 해당 샤프트에 연결된 임펠러로 이루어진 회전자를 포함한다. 기계적 베어링은 회전자를 축상으로 혹은 반경 방향으로(혹은 방사상으로) 안정시키는 데 이용되며, 따라서, 임펠러는 축 방향 및 반경 방향으로 구속되면서 원활하게 회전하도록 자유롭게 유지될 수 있다. 혈액의 부피 내에서의 기계적 베어링은 혈전증의 원인으로 된다. 게다가, 펌핑 챔버를 넘어 샤 프트의 돌출을 수반하는 기계적 베어링의 사용에 따라, 펌핑 챔버로부터 혈액의 누출을 방지하기 위해 봉인(seal)을 필요로 한다. 이것은 또한 조기 마모뿐만 아니라, 혈전증, 나아가서는 때로는 용혈의 원인으로 된다.

회전 혈액 펌프에 있어서의 기계적 샤프트에 대한 봉인의 사용은, 해당 봉인이 혈액의 혈전증을 초래하고 또한 조기에 마모시킬 수 있으므로 차선책으로 보여져왔다. 혈전증 및 봉인 실패의 위험성을 최소화하기 위해서, 무봉인(sealless) 회전 혈액 펌프가 개발되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 제5,695,471호(Wampler) 및 미국 특허 제6,846,168호(Davis et al.)('168 특허)는 무봉인 회전 혈액 펌프에 관한 것으로, 이들 특허문헌은 참조로 본 명세서에 병합된다. 이러한 무봉인 회전 혈액 펌프에 있어서, 회전자 및/또는 임펠러는 자력 및/또는 유체력(fluid force)의 사용에 의해 펌핑 챔버 내에 매달려 있을 수 있다.

펌핑 챔버 내에 임펠러를 매다는 데 사용되는 자력 및/또는 유체력은 임펠러를 안정화시켜, 과도한 축방향 혹은 반경 방향 운동을 방지하면서 회전을 가능하게 하는 역할을 한다. 임펠러의 무마모 안정화는 자기 베어링 및 유체 동압 베어링에 의해 달성될 수 있다. 이와 같이 해서, 자력은 자기 베어링을 형성하고, 유체력은 유체 동압 베어링을 형성한다.

몇몇 형태의 자기 베어링이 개발되어 있다. 일 형태에 있어서, 영구 자석 형태의 수동 자기 베어링은 회전자 및 펌프 하우징의 양쪽 모두에 매립되어 펌프 케이스 내의 적소에 임펠러가 매달려 있게 할 수 있는 자기 결합을 제공할 수 있다. 회전자 및 펌프 케이스의 양쪽 모두에 매립된 이러한 영구 자석은 펌프 케이 스 내에 임펠러가 매달려 있게 할 수 있는 반발력을 제공한다. 이러한 자기 베어링은 임펠러를 적절하게 중심에 위치되도록 하는 데 어떠한 제어도 이용하지 않으므로 수동 자기 베어링이라 칭한다. 수동 자기 베어링은 1방향, 예를 들어 반경 방향으로 임펠러를 매달리게 하는 데 유효할 수 있지만, 이러한 수동 자기 베어링은 단독으로 축방향 및 반경 방향의 양쪽 모두에 임펠러를 매달리게 할 수 없는 것으로 판명되어 있다.

전자석 형태의 능동 자기 베어링은 예를 들어 펌프 하우징 내 혹은 펌프 하우징상에 임펠러와 자기적으로 결합해서 해당 임펠러를 구동시키는 데 이용될 수 있다. 그 외에, 전자석에의 파워는 필요에 따라 변경시켜, 임펠러가 적소에 유지될 수 있도록 하는 변위에 응해서 자계를 조정시키는 것도 가능하다.

전자석은 예를 들어 펌프 케이스에서 반발 자력을 제공하는 데 이용될 수도 있다. 이들 베어링은 자계가 적절한 임펠러 위치를 유지하도록 적극적으로 제어되므로 능동 자기 베어링이라 불린다.

능동 자기 베어링의 복잡성 때문에, 회전 혈액 펌프는 수동 자기 베어링과 유체 동압 베어링의 양쪽 모두를 사용해서 무봉인 회전 혈액 펌프에서 임펠러를 매달리게 하도록 개발되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 제6,234,772호(Wampler et al.)('772 특허)는 수동 자기 베어링과 유체 동압 베어링을 구비한 무봉인 회전 혈액 펌프에 관한 것으로, 이 특허 문헌은 참조로 본 명세서에 병합된다. '772 특허에 있어서, 반경 방향의 매달림(즉, 현가)은 임펠러 샤프트 내의 일련의 자기 디스크 및 펌프 케이스 내의 대응하는 일련의 자기 링에 의해 가능해진다. '168 특허 에 있어서, 반경 방향의 현가는 임펠러의 중앙에 있는 구멍을 통해 돌출하는 스핀들 내의 일련의 자기 링에 의해 가능해진다. 대응하는 일련의 자기 디스크는 임펠러 내에 구비되어 있고, 이에 따라 해당 임펠러는 회전 동안 스핀들을 중심으로 해서 매달려 있게 된다. '772 특허에 있어서, 축방향 현가는 임펠러 상의 유체 동압 추력 베어링면의 세트에 의해 가능해진다.

보다 작고 보다 효과적인 회전 혈액 펌프에 대한 요구는 여전히 남아 있다. 특히, 펌핑 중인 혈액 중에서 용혈 및 혈전증의 위험성을 더욱 감소시키기 위해 유체 동압 베어링 및 해당 펌프 내의 개량된 연속 유체 유로를 구비한 무마모 원심 펌프에 대한 요구는 여전히 남아 있다. 유체 동압 베어링 및 수동 자기 베어링을 구비한 더욱 정교한 회전 혈액 펌프 임펠러를 개발함으로써, 회전 혈액 펌프의 물리적 크기, 성능 및 효율을 일관되고 신뢰성 있는 치료 지원이 제공될 수 있는 지점까지 향상시킬 수 있다.

발명의 간단한 개요

심장막(혹은 심낭) 공간 내의 이식용 원심 회전 혈액 펌프는 펌핑 챔버를 규정하는 하우징을 포함한다. 상기 펌핑 챔버는 축방향 유입구, 및 혈액 유출구를 규정하는 접선방향의 나선형 부분(volute)을 가진다. 1개 이상의 자기 모터 고정자는 펌핑 챔버의 외부에 구비되어 있다. 회전가능한 임펠러는 펌핑 챔버 내에 있고, 펌핑 챔버에 유입되는 혈액을 가압해서 혈액 유출구에서 유출시키도록 적합화되어 있다. 임펠러는 1개 이상의 자기 영역을 가진다. 상기 임펠러는 해당 임펠러 및 임펠러의 상부면에 설치된 1개 이상의 유체 동압 추력 베어링에 대해 작용하는 자속의 수동원 및 능동원에 의해 작성된 자력에 의해 회전시 반경 방향 및 축방향으로 매달려 있게 된다. 하우징 조립체는 상부 혹은 정면 케이스 및 배면 혹은 하부 케이스를 가질 수 있고, 이들은 조립시 실질적으로 원통형 펌핑 챔버와, 접선방향의 혈액 유출구를 가진 나선형 부분을 형성한다. 일 실시형태에 있어서, 하우징은 조립된 경우 실질적으로 원통형 펌핑 챔버를 규정한다. 상대적으로 짧은 유입 캐뉼러는 상부 케이스와 일체화되어, 심장의 심실 속으로 삽입을 위해 적합화되어 있다. 상기 유출구는 유입 캐뉼러의 축에 수직으로 향한다. 혈액 유입 캐뉼러는 직선이거나 곡선이거나 혹은 휘어져서 환자의 흉강 속으로의 혈액 펌프의 끼워맞춤을 용이하게 하거나, 또는 혈류 특성을 향상시킬 수 있다.

펌프를 구동하기 위한 전자식 모터는 펌핑 챔버 내에 유체 압력을 생성하도록 적합화된 펌핑 챔버 내에 혈류 영역 및 인접한 회전가능한 임펠러 외부에 고정식의 전자석 고정자부로 이루어져, 혈액을 유입구로부터 유출구로 이동시킨다. 일 실시형태에 있어서, 모터는 공간적으로 떨어진 모터 고정자 사이의 펌핑 챔버 내에 위치된 임펠러를 가진 이중 고정자 축류(axial flux) 간극 설계로 되어 있다. 상부 모터 고정자는 상부 혹은 정면 케이스와 인접하게 혹은 그 위에 위치되고, 하부 모터 고정자는 하부 혹은 배면 케이스에 인접하게 위치된다. 각 모터 고정자는 임펠러가 펌핑 챔버 내에서 회전되도록 임펠러의 대응하는 자기 영역과 효율적인 전자석 결합을 위해 실질적으로 원형인 철심 부재 상에 배치된 복수의 전기 코일 혹은 권선을 포함한다. 상부 모터 고정자는 하부 모터 고정자보다 임펠러에 가깝게 위치되어 임펠러 상에 축방향 자성 예비부하(preload)를 부여하여, 하부 모터 고정자의 임펠러에 대한 자기 충격에 반격할 수 있도록 한다. 소정의 상황에 있어서, 단일의 고정자는 동일한 목적을 위해 상부 케이스 위에 혹은 그에 인접하게 배치된다. 일 실시형태에 있어서, 각 모터 고정자는 임펠러의 회전축과 공축이다. 임펠러 및 각 모터 고정자는 수평 방향 단면에서 본질적으로 원형이고, 펌프의 동작 동안 회전중인 임펠러의 반경 방향의 강직성(stiffness)을 돕기 위해 실질적으로 동일한 직경을 가질 수 있다. 전력은 길게 뻗은 가요성 실린더 내에 수용된 복수의 전력 케이블에 의해 코일 권선에 전달된다. 일 실시형태에 있어서, 상기 가요성 실린더는 실리콘으로 제작되고, 우레탄 외피를 가질 수도 있다. 가요성 실린더는 그 안에 복수의 내강(lumen)을 가지며, 이들 각 내강은 전력 케이블을 수용하고 있다. 일 실시형태에 있어서는 이러한 내강이 6개 있다.

상기 임펠러는 실질적으로 원형의 원주를 가지며, 강자성 물질로 형성되어 있을 수 있다. 강자성 물질은 엄격하게 강자성인 재료뿐만 아니라 페리자성 재료일 수도 있다. 적절한 강자성 물질은 예를 들어 압축 접합된 네오디뮴 또는 알니코(Alnico)(알루미늄-니켈 합금)일 수 있다. 강자성 임펠러는 원하는 형상으로 임펠러의 각종 영역의 자화를 가능하게 한다. 강자성 임펠러는 회전자 둘레에 기밀 밀봉을 형성함으로써 산화를 방지하기 위해 예컨대 파릴렌(Parylene) 등의 유기 중합체 또는 실리콘의 입체조형성 보호 중합체 코팅으로 처리되어 있을 수 있다. 이것의 정상부에, 상기 입체조형성 중합체 코팅 위에 경질의 윤활성 보호 코팅을 도포하여 마모 및 마손에 대해 보호하도록 해도 된다. 이러한 코팅으로는 질화 크롬, 질화 티탄 또는 기타 시판의 코팅, 예컨대 ME92, Med Co 2000 또는 DLC를 들 수 있다. 적절한 강자성 물질은 생체적합성이고, 예를 들어, 백금-코발트 합금이 이용될 수 있다. 자석 재료가 생체적합성인 경우, 상기 임펠러는 생체적합성 재료로 코팅되어 있을 필요는 없다. 일 실시형태에 있어서, 상기 임펠러는 평면과 만곡된 측벽면의 조합을 가진 복수개의 상승된 단단한 혹은 중공의 몸체로 이루어져 있고, 이때의 몸체들은 임펠러 주변 둘레에 공간적으로 떨어져 있다. 상기 몸체들의 각각의 외주 측벽은 임펠러의 전체적인 원형 원주에 상당하는 곡률 반경을 가진 채 반경 방향으로 볼록하다. 평면은 평탄하고, 2개의 직선 측벽은 동일하지 않은 길이로 되어 있다. 동일하지 않은 길이의 측벽은 대략 90°의 각도로 교차하도록 상기 몸체의 볼록형 주변 측벽으로부터 안쪽으로 뻗어 있다. 상기 임펠러 몸체들은 유사하게 형성되어 있다. 각 경우에 있어서, 그들의 부피는 상기 2개의 직선 측벽의 교점으로부터 그들의 볼록형 주변 측벽까지 증가한다. 임펠러는 중심부에서 개방되어 있어, 상기 펌핑 챔버의 바닥벽까지 축방향 혈류 통로를 규정한다. 상기 임펠러 몸체의 교차하는 측벽은 혈전증 및 용혈을 최소화하도록 둥글게 되어 있다. 임펠러 몸체는 상승된 몸체의 측벽에 의해 규정되는 이들 사이의 유체 유로에 의해 공간적으로 떨어져 있다. 임펠러 몸체는 자화되어 모터 고정자에 의해 부과된 자력과 상호작용하여, 임펠러를 펌핑 챔버 내에서 회전시킬 수 있게 된다. 상기 임펠러는 상기 펌프가 작동 중인 경우 펌프 하우징과 반경 방향 및 축방향의 양쪽 방향으로 접촉하는 것을 자기적으로 또한 유체 동압적으로 중지시킨다. 1방향으로 작용하는 유체 동압 축방향 추력은 상부 펌프 케이스의 내부면에 인접한 상승된 몸체들 중 적어도 하나의 상부 돌출면에 형성된 적어도 하나의 경사진 혹은 테이퍼진 표면 영역에 의해 펌프의 작동 중에 생성된다. 몇몇 실시형태에 있어서, 이러한 베어링면 중의 하나는 이러한 복수의 테이퍼진 표면 영역을 필요에 따라 활용할 수 있도록 각각의 상부 돌출면 위에 형성되어 있을 수 있다. 이러한 테이퍼진 표면 영역은 각각 유체 동압 베어링면을 규정한다. 임펠러가 회전함에 따라, 혈액은 베어링면의 비교적 저압 선두 단부에서 베어링면을 차지하고, 경사진 베어링면에 의해 상부 펌프 케이스의 내부면에 대해서 압축됨으로써, 보다 고압 출구 혹은 후미 단부(trailing end)를 생성하여, 임펠러 상에 축방향으로 작용하는 유체 압력의 증가를 초래한다. 유체 누설을 방지하기 위해서 테이퍼진 표면 영역의 안쪽 및 바깥쪽에 보호막(shroud)이 형성되어 있어도 된다. 또, 각 경사진 베어링면의 출구 단부의 하류 및 그에 인접한 임펠러 상에 압력 완화면이 형성되어 있어도 된다. 압력 완화면은 상기 경사진 베어링면으로부터 갈라지도록 테이퍼진 상태로 되고, 이에 따라 임펠러의 상승된 몸체들 사이의 수개의 유체 유로들 중 하나 속으로 혈액이 향하도록 하는 보다 낮은 유체 압력 영역을 형성한다. 임펠러의 바닥부는 펌핑 챔버의 바닥벽에 대해서 평행한 실질적으로 평탄하고 평활한 디스크에 의해 덮여 있다. 인접한 임펠러 몸체 사이의 각 유로는 원주 폭에 있어서 실질적으로 균일하다. 하나의 임펠러 몸체의 보다 긴 측벽은 이들 사이에 유체 유로를 규정하면서 횡단하는 인접한 임펠러 몸체의 짧은 측벽과 대면한다. 이들 보다 긴 측벽과 보다 짧은 측벽은 각 유체 유로의 측면들을 규정한다. 본 실시형태에 있어서, 각 유로의 길이 방향 축은 대략 90°의 측면 상에서 그에 인접한 각 유로의 길이 방향 축과 소정의 각도를 형성한다.

대안적으로는, 상기 임펠러 몸체는 중공의 티타늄 케이스로서 형성될 수 있다. 이러한 케이스는 각각 영구 자석이 끼워맞춤될 수 있는 내부 공동을 규정한다. 각 삽입된 자석은 캡 요소에 의해 혹은 임펠러의 바닥을 덮는 원형 디스크에 의해 그의 연관된 공동 내에 유지된다. 어느 경우에도, 캡 혹은 디스크는 예컨대 레이저 용접 등에 의해 케이스에 기밀 밀봉된다. 중공의 케이스 사이의 단단한 벽은 임펠러의 중량을 변경하여 한결같은 회전을 제공하도록 복수의 천공(bore)을 포함할 수도 있다. 수동 자기 베어링은 펌프의 동작 동안 중앙 기둥과 접촉하는 일없이 하우징 내에 상기 중앙 기둥 둘레에 임펠러의 회전을 위해 반경방향의 임펠러 지지를 제공한다. 일 실시형태에 있어서, 임펠러용의 자기 베어링은 대응하는 영구 자석에 의해 제공되는 자기 벡터의 반발력에 의해 생성된다. 임펠러 내에 위치된 1개 이상의 이러한 영구 자석에 의해 생성된 자기 벡터는 중앙 기둥 내에 위치된 1개 이상의 영구 자석에 기인하는 자기 벡터에 반발하도록 적합화되어 있고, 이에 따라, 임펠러는 펌프 작동 동안 접촉하는 일없이 이 중앙 기둥을 중심으로 해서 회전한다. 이러한 구성은 회전 중인 임펠러에 대해서 반경 방향의 강직성을 제공하며, 임펠러와 중앙 기둥 사이에 개방 공간을 남겨, 상기 중앙 기둥은 임펠러를 통해 수개의 유체 유로들 중의 다른 것의 일부를 규정한다.

일 실시형태에 있어서, 임펠러 내의 자석과 중앙 기둥 내의 자석 간의 축방향 얼라인먼트(alignment)는 유체 동압 추력의 결과로서 임펠러에 가해진 축방향 힘에 대해서 대향하는 축방향으로 임펠러에 작용하는 반발성의 자성 예비부하력을 제공하도록 조절가능하다. 상기 자성 예비부하력은 임펠러가 그의 바닥면과 하부 펌프 케이스의 내부면 간의 접촉을 피할 수 있도록 해준다. 이것에 의해, 임펠러 둘레에 또 다른 혈액 유로를 확보하여, 혈액이 임펠러 아래쪽으로부터 임펠러와 해당 임펠러가 둘레를 회전하는 중앙 기둥 사이의 환형상 공간을 통해 이동하기 때문에 이동시 펌핑 챔버 내의 유체 압력이 임펠러 아래로 혈액을 유지할 수 있게 한다. 상기 자성 예비부하는 또한 상당한 충격 이벤트를 받는 그의 원래 위치로 임펠러를 복원시키는 데 충분할 수도 있다. 모터 전자석 힘은 또한 보조적인 반경 방향의 임펠러 지지뿐만 아니라 보조적인 축방향 자성 예비부하를 제공할 수 있다. 자성 예비부하는 임펠러가 그의 바닥면과 하부 폄프 하우징 케이스의 하부 내부면 사이의 접촉을 피할 수 있게 해준다. 작동 중, 임펠러 몸체의 상부 돌출면 상의 유체 동압 추력 베어링면에 의해 생성된 축방향 힘은 임펠러를 하우징의 상부벽으로부터 멀리 이동시키지만, 임펠러의 하부 돌출면과 하우징의 하부벽 사이에 혈액 유로를 허용한다. 펌핑 챔버 내의 유체 압력은 이동시 혈액을 임펠러 아래로 유지시킨다. 혈액은 임펠러가 회전함에 따라 임펠러의 아래쪽으로부터 임펠러의 개방 중심을 통해 이동한다.

일 실시형태에 있어서, 모터 고정자는 임펠러와 동심이고, 실질적으로 동일한 직경을 지니므로, 모터 고정자와 임펠러의 자기 영역 사이의 자기 상호작용은 반경 방향의 임펠러 강직성 생성을 원조한다. 임펠러에 대한 축방향 예비부하는 임펠러에 근접해서 상부 펌프 하우징 케이스 상에 모터 고정자를 위치시킴으로써 제공될 수도 있다. 이중 모터 고정자 실시형태에 있어서, 임펠러에 대한 축방향 예비 부하는 하부 모터 고정자보다 임펠러에 가깝게 상부 모터 고정자를 위치시킴으로써 제공될 수도 있다. 임펠러의 독특한 구조 및 임펠러에 대한 축방향으로 반대 방향으로 작용하는 밸런스 힘의 결과로서, 임펠러는 펌프의 작동 동안 펌프 하우징의 상하부 케이스 사이에 효과적으로 동적으로 매달려 있다. 이에 따라, 혈액은 용혈이나 혈전증 없이 펌핑 챔버를 통해서 그리고 임펠러에 대해서 강제로 이동하게 된다. 자력은 영구 자석에 의해, 전자석 회로에 의해 또는 이러한 자성 힘의 공급원의 양쪽 모두의 조합에 의해 제공될 수 있는 것임을 이해할 수 있을 것이다. 임펠러의 독특한 구조 및 임펠러에 대한 축방향으로 반대 방향으로 작용하는 밸런스 힘의 결과로서, 임펠러는 펌프의 작동 동안 펌프 하우징의 상하부 케이스 사이에 효과적으로 동적으로 매달려 있다. 이에 따라, 혈액은 용혈이나 혈전증 없이 펌핑 챔버를 통해서 그리고 임펠러에 대해서 강제로 이동하게 된다. 자력은 영구 자석에 의해, 전자석 회로에 의해 또는 이러한 자성 힘의 공급원의 양쪽 모두의 조합에 의해 제공될 수 있는 것임을 이해할 수 있을 것이다.

작동 방법은 임펠러와 기계적 접촉 없이 임펠러의 그 내부의 회전을 일으킴으로써 펌핑 챔버 내에 유입되는 혈액을 가압하고; 상기 회전중인 임펠러를 상기 유입되는 혈액에 완전히 잠기도록 상기 챔버 내에 위치시켜 매달고; 상기 유입되는 혈액이 상기 임펠러 내 및 해당 임펠러 둘레에서 적어도 3개의 유로를 횡단하도록 함으로써 펌핑 챔버 내의 압력이 펌핑 챔버의 유입으로부터 유출까지의 혈액의 연속 흐름을 초래하고; 유출되는 혈액이 튜브 이식편을 통해 대동맥으로 향하도록 하는, 심장의 좌심실 속에 짧은 유입 캐뉼러의 정점 이식을 포함한다.

본 발명의 추가의 이해를 위해서, 본 발명의 속성과 부수적인 이점이 용이하게 이해되도록 첨부 도면을 참조해서 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 회전 혈액 펌프의 전개도;

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 임펠러의 외부면 영역의 사시도;

도 3은 유체 동압 베어링면을 수용하는 도 2의 임펠러의 외부면 영역의 단면의 사시도;

도 4는 도 2의 임펠러의 아래쪽의 사시도;

도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 조립된 회전 혈액 펌프의 횡단면도;

도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 임펠러의 수동 자기 베어링 구조체의 부분의 단면도;

도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 임펠러를 지지 및 구동하기 위한 자기 조립체의 전개도;

도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 고정자의 상부 평면도;

도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른 이식된 회전 혈액 펌프의 시스템도;

도 10은 전력 케이블을 수용하는 가요성 실린더가 부착된 본 발명의 일 실시형태에 따른 회전 혈액 펌프의 상부 평면도;

도 11은 전력 케이블을 내부에 수용하기 위한 복수의 내강을 예시한 본 발명의 가요성 실린더의 횡단면도.

발명의 상세한 설명

도면에 예시된 본 발명의 실시형태를 설명함에 있어서, 명확하게 하기 위해 특정 용어를 이용한다. 그러나, 본 발명은 그렇게 선택된 특정 용어로 한정시키고자 의도된 것은 아니고, 각 특정 요소는 마찬가지 방법으로 작동하는 모든 기술적인 등가물을 포함하는 것임을 이해할 필요가 있다.

이제, 도 1을 참조하면, 상부 펌프 케이스(1)와 서로 맞물려 이들 사이에 폐쇄된 펌핑 챔버를 형성하도록 동일한 직경의 실질적으로 원형의 정면 또는 상부 펌프 케이스(1) 및 실질적으로 원형의 배면 또는 하부 펌프 케이스(2)로 이루어진 펌프 하우징을 가진 회전 혈액 펌프(10)가 도시되어 있다. 상부 및 하부 펌프 케이스의 형태는 조립된 펌프 하우징이 그 안에 실질적으로 원통형상의 펌핑 챔버(3)를 규정하도록 되어 있다(도 5). 일 실시형태에 있어서, 펌핑 챔버는 45cc의 교체 부피(displaced volume)를 가진다. 상부 펌프 케이스(1)는 하부 펌프 케이스(2)의 주변으로부터 돌출하는 대응하는 복수개의 위치결정용 핀(6)을 수용하기 위한 복수의 주변 위치결정용 구멍(4)을 가질 수 있다. 상기 위치결정용 구멍(4) 및 위치결정용 핀(6)의 형태는 회전 혈액 펌프(10)가 조립된 경우 상부 펌프 케이스(1) 및 하부 펌프 케이스(2)가 정확한 위치에서 상호 맞물리는 것을 확실하게 한다. 상부 펌프 케이스(1)와 하부 펌프 케이스(2) 사이의 접촉 영역은 예를 들어 나사 혹은 화학 밀봉제를 이용해서 봉인될 수도 있다.

도 1에 표시된 실시형태에 있어서, 혈액은 심실 속에 정점 삽입을 위해 적합화된 축상 입구 캐뉼러(7)를 통해 펌프에 공급된다. 상기 캐뉼러(7)는 상부 펌프 케이스에 부착되거나 또는 해당 상부 펌프 케이스와 일체로 되어 있을 수 있으며, 또한, 펌프(10)의 펌핑 챔버(3)와의 유체 흐름을 연통시킨다. 도 5의 횡단면도에 나타낸 바와 같이, 유입 캐뉼러(7)의 일 실시형태는 외부 원통형 구역(8)과 공축 내부 원통형 구역(9)으로 이루어진 2부품 설계로 되어 있다. 유입 캐뉼러(7)의 외부 원통형 구역(8)은 상부 펌프 케이스(1)의 외부면과 적절하게 밀봉가능한 방식으로 용접되어 있을 수 있다. 내부 원통형 구역(9)은 펌프가 설치된 경우 및 동작 시 혈액을 위한 유입구 채널(11)을 규정한다. 이들 구역(8), (9)은 도 1에 나타낸 바와 같이 캐뉼러의 외부 단부(12)에서 함께 레이저 용접되어 있을 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 외부 구역(8)의 외경은 약 0.81 인치인 반면, 내부 구역(9)의 내경은 약 0.50 인치이다.

일 실시형태에 있어서, 펌핑 챔버는 펌프의 동작 중 혈압이 증가함에 따라 반경 방향으로 임펠러의 위치의 변경을 피하기 위해 나선형 부분 또는 확산기(diffuser) 부분과 유체 흐름 연통 상태에 있다. 상부 펌프 케이스(1) 및 하부 펌프 케이스(2)는 함께 각각 상부 및 하부 하우징 케이스의 일부로서 형성된 1쌍의 상보적인 상부 및 하부 하프-라운드(half-round) 구역(14), (16)에 의해 상기 확산기를 규정한다. 상기 구역(14), (16)은 함께 단부가 개방된 짧은 원통형 확산기 튜브를 규정한다. 확산기는 접선방향의 출구(13)에서 종결되는 펌프의 원주 둘레를 완전히 뻗고 있다(도 5). 일 실시형태에 있어서, 확산기 부분의 횡단면은 그의 길이를 따라 입구 단부로부터 유출구(13)에서 최대치로 확대된다. 혈액은 입구 캐뉼러(7)의 길이방향 축에 실질적으로 수직인 방향으로 유출구(13)를 통해 펌핑 챔 버(3)에 존재하고, 이 구성은 심장막 공간에 펌프를 위치시키기 위해 해부학적으로 유리한 것으로 밝혀졌다. 상기 펌프가 설치되고 동작 중인 경우, 유출구(13)는 도 19에 표시된 바와 같이 유출 이식편(17)에 연결되도록 적합화되어 있고, 이것은 이어서 대동맥(18)에 적절하게 접속된다. 일 실시형태에 있어서, 펌프 하우징 또는 케이스 및 캐뉼러는 티타늄, 생체적합성 티타늄 합금 또는 생체적합성 세라믹 재료로 이루어져 있을 수 있다. 펌프 구조체는 티타늄 또는 그의 합금으로부터 기계가공되어 있을 수 있다. 대안적으로는, 캐뉼러를 포함하는 펌프 구조체는 세라믹 재료로부터 전체적으로 형성되어 있어도 된다.

캐뉼러(7)의 심실에 대한 봉인(즉, 밀봉)은 상부 펌프 케이스(1) 근방의 캐뉼러의 외부 원통면에 형성된 주변 링 홈부(peripheral ring groove)(19)(도 5)의 지원으로 달성될 수 있다. 상기 링 홈부는 예를 들어 미국 특허 제6,732,501호에 기재된 유형의 심실 연결기[도시 생략]의 봉합 링에 누설 방지 봉인(leak proof seal)을 제공하도록 환상의 O-링으로 끼워맞춤된다. 다른 실시형태에 따르면, 주변 링 홈부는 불필요하고, 캐뉼러를 둘러싸는 O-링이 누설 방지 봉인을 확실하게 하도록 봉합 링 속에 편입될 수도 있다.

도 1을 참조하면, 모터 회전자 또는 펌프 임펠러(22)는 상부 펌프 케이스(1)와 하부 펌프 케이스(2) 사이의 펌핑 챔버(3) 내에 위치되어 있다. 임펠러(22)는 횡단면이 원형이고, 1인치 혹은 1과 1/4인치의 직경을 가질 수도 있다. 임펠러에는 중앙 구멍(23)이 형성되어 있다. 중앙 기둥 또는 스핀들(24)은 하부 펌프 케이스(2)에 부착되고, 펌프가 후술하는 방식으로 임펠러의 회전을 지지하도록 조립된 경우 그의 축방향 중심으로부터 임펠러 구멍(23)을 통해 돌출한다. 중앙 기둥(24)에는 주변 하부 플랜지(26)가 설치되어 있고, 이것에 의해 하부 환형상 세라믹 디스크(27)가 하부 펌프 케이스(2)의 내부면에 유지된다. 일 실시형태에 있어서, 중앙 기둥(24)의 외경과 임펠러 구멍(23)의 직경 간의 간극은 0.019 인치 내지 0.029 인치 범위이다. 중앙 기둥(24)의 정상부는 원추면(28)으로서 형성된다. 중앙 기둥의 원추면(28)의 상당한 부분은 펌프의 동작 중에 임펠러 구멍(23) 위쪽으로 돌출한다. 일 실시형태에 있어서, 원뿔 형상의 곡률 반경은 비교적 일정한 0.389 인치이다. 상기 원뿔의 선단은 반드시, 일 실시형태에 있어서, 블렌딩 반경 0.010 인치를 가진 첨예한 지점일 필요는 없다.

작동 시, 심실로부터 캐뉼러(7)에 유입된 혈액은 중앙 기둥(24)의 원뿔면을 거쳐 축방향으로 펌핑 챔버(3) 속으로 통과하고, 이 펌핑 챔버(3)에서 회전 중인 임펠러에 의해 결합된다. 캐뉼러(7)로부터 펌핑 챔버에 유입되는 혈액은 캐뉼러를 나가는 축방향 흐름으로부터 반경 방향 흐름으로 재차 향하게 되고, 이 반경 방향 흐름 내에서 임펠러(22)가 잠긴다. 회전 중인 임펠러는 이하에 상세히 기재된 회전 임펠러의 구성의 결과로서 소용돌이 운동으로 혈액을 방사상으로 가압하고, 유출구(13)에 대해서 펌핑 챔버의 주변에서 확산기 내로 이동한다.

상부 펌프 케이스(1)는 전기적 피드-스루(feed-through) 접속기 그리고 전력 및 제어 케이블용 헤더의 상반부(29)를 포함하여 전력을 펌프의 전기 모터에 공급할 수 있다. 하부 펌프 케이스(2)는 전기 헤더의 대응하는 하반부(31)를 포함할 수 있다. 펌프가 조립된 경우, 상반부(29)와 하반부(31)가 맞물려 헤더를 형성하 고, 이 헤더를 통해서 피드-스루 전선이 전자식 모터 고정자에 접속된다. 일 실시형태에 있어서, 피드-스루 전선은 백금이다. PEEK 헤더는 외부 구동 케이블에 피드-스루 전선을 접속하는 데 사용될 수 있다. 상기 헤더는 PEEK 등의 재료, 또는 테코탄(Tecothan)이나 폴리설폰 등의 적절한 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 상기 헤더는 또한 의학적 등급의 에폭시로 이루어져 있어도 된다. 도 10을 참조하면, PEEK 정면 펌프 헤더의 상반부(29)는 응력 완화 구역(81)을 통해 전력선 케이블에 접속된 것이 도시되어 있다. 상기 응력 완화 부분은 이어서 길게 뻗은 가요성 실린더("케이블 튜브"라고도 칭함)(82)에 접속되고, 이 실린더는 적절한 외부 전원에 도달하도록 가능한 한 길게 되어 있을 수 있고, 이것은 제어기(도시 생략)의 출력일 수도 있다. 전원에 접속하기 위한 접속기 및 로킹 플러그 장치(83)는 그의 말단부에서 튜브(82)에 부착된다. 가요성 실린더는 펌프에 전력을 운반하도록 복수의 전력 케이블을 수용하도록 적합화되어 있다. 일 실시형태에 있어서, 가요성 실린더는 실리콘으로 이루어져 있다. 상기 가요성 실린더는 필요 이상의 내마모성을 위한 얇은 우레탄 외피(도시 생략)로 덮여 있을 수도 있다. 당업자라면 본 발명의 범위로부터 벗어나는 일없이 우레탄 등의 기타 생체적합성 재료가 가요성 실린더에 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 도 11을 참조하면, 가요성 실린더(82)는 원형 횡단면을 가진 복수의 내강(84)을 포함하고, 이들 각각의 내강을 통해서 개별의 전력 케이블이 관통하고 있다. 일 실시형태에 있어서, 일반적으로 원형 형태로 그의 주변에 인접한 원통의 중심 둘레에서 이러한 내강 6개가 이간되어 있다. 각 내강의 중심은 대략 60° 떨어져 있다. 일 실시형태에 있어서, 가 요성 실린더의 직경은 약 0.138 인치이고, 각 내강의 직경은 대략 약 0.034 인치이다. 이러한 내강은 약 0.029 인치의 직경을 가진 전력 케이블을 유지하는 데 이용될 수 있다. 케이블 튜브(82) 내에 개별의 내강을 사용하는 것은 개별의 전력 케이블이 함께 마찰될 수 없으므로 필요 이상의 피로 내성의 이득을 가진다. 또한, 교체가 필요한 경우, 펌프의 어떠한 정지 시간도 최소화하기 위해서, 하나의 전력 케이블이 한번에 교체될 수 있기 때문에 제자리에서의(in situ) 교체가 가능해진다. 응력 완화 기구(86)는 말단의 접속기 및 로킹 플러그 기구에 인접해서 사용될 수 있다.

이제, 도 2를 참조하면, 임펠러(22)가 더욱 상세하게 도시되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 임펠러는 실질적으로 원형의 횡단면이고, 그 위의 원주 상에 복수의 동일한 실질적으로 중공의 상승된 임펠러 몸체(32)가 배열되어 있다. 상기 상승된 임펠러 몸체(32)는 각각 임펠러의 원주의 일부를 규정하는 만곡된 사변을 가진 채 수평방향 평면에 일반적으로 직삼각형 단면을 가진다. 일 실시형태에 있어서, 이러한 상승된 임펠러 몸체는 4개 있고, 그의 중간 지점은 대략 90° 떨어져 있다.

상승된 임펠러 몸체(32)는 임펠러의 중앙부로부터 둘레의 펌핑 챔버까지 혈액의 흐름을 허용하도록 적합화된 유동 슬롯 혹은 채널(33)에 의해 분리되어 있다. 일 실시형태에 있어서, 각 슬롯(33)의 폭은 약 0.150 인치이다. 유동 슬롯(33)은 임펠러의 직경으로부터의 오프셋(offset)에 대해서 평행하게 뻗은 불균일한 길이의 수직방향 평면 측벽(33a), (33b)에 의해 규정된다. 일 실시형태에 있어서, 임펠러 의 직경과 가장 가까운 측벽, 예를 들어, 도 2의 측벽(33a)은 약 0.164 인치만큼 직경으로부터 오프셋된다. 각 슬롯(33)은 아래쪽으로 경사진 바닥면(33c)을 가지며, 이것은 수평방향으로 약 32°의 각도를 형성하는 경사진 램프(ramp)를 구성한다. 임펠러의 원주에서 유동 슬롯(33)의 출구 지점은 대략 90° 떨어져 있다. 각 램프 면(33c)은 어느 한쪽 상의 유동 슬롯의 대응하는 길이 방향 축과 길이 방향으로 직각을 이룬다.

유입 캐뉼러(7)에 유입하는 혈액에 대한 주된 유로는 중앙 기둥(24)의 원추면(28)에 충돌하고, 유동 슬롯 혹은 채널(33)을 통과해서 펌핑 챔버를 채우도록 한다. 표시된 바와 같이, 회전 중인 임펠러는 펌핑 챔버 내의 유체 압력을 증가시켜, 유입구(11)로부터 유출구(13)로 혈액의 연속적인 이동을 증가시키게 된다.

각 임펠러 블록(32)의 상부면에는 축방향 유체 동압 베어링 면을 규정하는 만곡되어 테이퍼진 혹은 경사진 램프(34)가 형성되어 있다. 일 실시형태에 있어서, 각 램프 면(34)은 비교적 낮은 유체 압력 입구 영역(36)으로부터 비교적 높은 유체 압력 출구 영역(37)까지 시계방향으로 위쪽으로 나선형상으로 된다. 베어링면(34)의 경사 각도는 수평 방향에 대해서 1° 미만이다. 임펠러(22)가 회전 중인 경우, 측벽(33a)은, 상부 펌프 케이스(1)의 인접한 내부면에 대항해서 힘을 증가시킴에 따라 유체 동압 베어링면 위로 통과하는 혈액이 압축되도록 선두 가장자리를 규정하고, 그 결과, 순수 축방향 하향 압력은 각 상승된 임펠러 몸체의 상부 돌출면에 작용하게 된다. 작동 시, 베어링면(34)과 인접한 하우징 면 사이의 혈액 층의 두께는 유체 속도, 임펠러 회전 속도 및 임펠러 베어링의 기하학적 형태의 함수 이다. 유체 속도가 증가함에 따라 유체층 두께가 증가한다. 회전 속도가 증가함에 따라 유체층 두께가 증가하며, 또한, 임펠러에 대한 순수 축방향 유체 동압 압력, 그리고 임펠러가 이하에 설명하는 자성 예비부하에 의해 일부 펌핑 챔버 내에 매달려 있다는 사실 때문에, 각 베어링면(34)으로부터 인접한 상부 케이스 면까지의 거리는 회전 속도 및 유체 속도에 따라 변화될 수 있다. 그러나, 일 실시형태에 있어서 그 거리는 0.003 인치 내지 0.020 인치의 범위 내일 것이다.

각 상승된 임펠러 몸체(32)는 베어링면(34)의 하류에 압력 완화 면(38)을 형성하는 쐐기 형상 영역을 가질 수도 있다. 압력 완화 면(38)은 혈액 전단 응력 및 용혈을 최소화하도록 유체 동압 압력의 제어된 예측가능한 저하를 확실하게 한다. 또한, 각 압력 완화면은 펌핑 챔버 내에 혈액용의 제2유로를 규정하는 데 원조하고, 이에 따라, 베어링면(34)을 나가는 혈액은 인접한 압력 완화면을 거쳐 그 다음의 하류 임펠러 유량 슬롯 또는 채널(33) 속으로 재유입되고, 그로부터 펌핑 챔버의 확산기 부분을 규정하는 횡방향 환형상 공간 속으로 재유입된다.

각 임펠러 몸체의 상부면 상의 비교적 평탄한 표면 영역은 베어링면(34)의 각 출구 단부(37)와 관련된 압력 완화 면(38) 사이에서 실질적으로 평탄한 가교면(39)을 규정한다. 일 실시형태에 있어서, 가교면(39)의 각각의 폭은 그의 가장 좁은 지점에서 ± .028 인치의 적합한 허용 범위를 가진 약 0.050이다. 이러한 실시형태에 있어서, 압력 완화 면(38)은 2 내지 4°의 각도로 수평방향에 대해서 경사져 있을 수 있다.

이제, 도 3을 참조하면, 유체 동압 베어링면(34)의 사시도가 도시되어 있다. 각 베어링면은 입구 영역(36)으로부터 대략 균일한 폭으로 되어 있고, 이것은 출구 영역(37)에 대해서 실질적으로 수직 방향의 측벽, 예를 들어 슬롯(33)(도 2)의 측벽(33a)을 가진 접합 가장자리(41)를 규정한다. 일 실시형태에 있어서, 상기 접합 가장자리(41)는 0.010 인치 미만의 최대 곡률 반경을 가진 비교적 첨예하고, 0.005 인치 이하로 작게 되어 있을 수 있다. 표시된 바와 같이, 각 베어링면(34)은 수평 방향에 대해서 1° 미만의 각도로 입구 단부(36)로부터 위쪽으로 경사져 있고, 대략 평탄한 가교면(39)에서 종결한다.

일 실시형태에 있어서, 각 베어링면(34)은 각각 내부 및 외부 보호막(43) 및 (44)에 의해 대향 측면 상에 그의 길이를 따라 둘러싸여 있다. 외부 보호막의 외부면은 임펠러의 주위 면의 일부를 규정한다. 작동 시, 내부 보호막(43) 및 외부 보호막(44)은 베어링면의 측면으로부터 누출하는 유체 누설을 효과적으로 최소화함으로써, 베어링면을 차지하는 혈액의 체류를 도와서, 유체층 두께를 최소화하면서 유체 전단 응력을 최소화한다. 상기 보호막들은 또한 베어링면의 출구 단부(37)를 향해 혈액을 유도하는 역할을 하여, 상기 출구 단부로부터 압력 완화 면(38) 위에 혈액이 흐르고 그 다음의 하류 유동 슬롯(33) 속으로 흐르게 된다. 보호막(43) 및 (44)의 각각의 정상 면은 비교적 평면 혹은 평탄하고, 일 실시형태에 있어서, 이들 각각은 0.020 인치 이하의 폭을 가진다. 보호막(43) 및 (44)의 각각의 정상 면은 베어링면(34)의 입구 단부(36)보다 약 0.230 인치만큼 높을 수 있다. 베어링면의 출구 단부(37)에서, 보호막(43) 및 (44) 및 베어링면의 정상 면은 평면 가교면(39) 속으로 합류될 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상승된 임펠러 몸체(32)의 각각에는 내부 보호막(43)의 안쪽에 안쪽으로 대향하면서 아래쪽으로 테이퍼진 만곡 구역(46)이 형성되어 있다. 각 구역(46)의 축방향 낙하 거리는 약 0.012 인치이고 테이퍼의 각도는 약 8°이다. 상기 구역(46)은 중앙 기둥(24)의 원추면(28)으로부터 임펠러의 중앙부까지 편향된 혈액을 향하도록 돕고, 그 후, 혈액은 이곳으로부터 임펠러 몸체(32) 사이에 형성된 슬롯(33) 속으로 흐르게 된다.

상부 펌프 케이스(1)의 내부면에는 하부 펌프 케이스(2)의 내부면 상에 하부 세라믹 디스크(27)와 마찬가지의 상부 환형상 세라믹 디스크(도시 생략)가 설치되어 있다. 상기 상부 환형상 세라믹 디스크는 펌프의 기동시 마찰을 최소화하는 역할을 한다. 캐뉼러(7)의 내부 원통형 구역(9)의 내부 단면에 형성된 환형상 플랜지(40)(도 5)는 적소에 상부 세라믹 디스크를 유지시키는 역할을 한다. 상기 세라믹 디스크는 임펠러 내에 회전자 자석과 모터 고정자(이하에 설명함) 사이의 전기적 손실을 감소시킬 뿐만 아니라, 임펠러 정상면 상에 유체 동압 추력 베어링용의 매우 평탄한 면을 제공한다. 임펠러가 휴지 상태인 경우, 상부 세라믹 디스크의 면에 대해서 위치한다. 회전 속도가 기동 시 임펠러에 부여된 경우, 임펠러는 상부 세라믹 디스크를 상승시키고, 후술하는 바와 같이 충분히 매달려 있게 된다. 임펠러는 기동시 및 펌프의 정지 과정에서 마모를 최소화시키도록 질화 티타늄으로 피복되어 있어도 된다.

임펠러는 자기 등방성 합금으로 이루어진 단일의 일체 구조이어도 된다. 전술한 유형의 일체형의 임펠러의 재료는 임펠러 혹은 보조 조립체를 피복하는 것을 피하도록 생체적합성일 수 있다. 적절한 자기 등방성의 생체적합성 재료의 예로는 대략 백금 77.6중량%와 코발트 22.4중량%의 합금이 있다. 이러한 일체형의 임펠러는 다수의 부품으로 형성된 임펠러보다도 더욱 용이하고 저렴하게 제조할 수 있다. 각각의 상승된 임펠러 몸체(32)는 자화된 부분을 가질 수 있다. 이러한 임펠러의 자화는 당업계에 공지된 기술, 예컨대 비교적 강한 자계에의 노출에 의해 수행될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 임펠러 몸체의 각각의 상승된 돌출면이 자화되어 자극을 제공할 수도 있다. 임펠러의 자극은 모터 고정자(69)(도 5)에 의해 제공된 자극과 자기적으로 결합하고, 이에 따라 고정자의 한쪽 또는 양쪽 모두에 의해, 임펠러를 펌핑 챔버 내에서 회전시키도록 하는 자기 구동력과 자기 축방향 및 반경 방향 지지부의 양쪽 모두를 제공할 수 있게 된다. 일 실시형태에 있어서, 모든 다른 상부 돌출면은 동일한 자극으로 자화되는 한편, 이들 사이의 돌출면은 반대 자극을 갖도록 자화된다. 예를 들어, 상부 돌출면이 북쪽(즉, N극)의 자극을 가질 경우, 어느 한쪽 상의 각 돌출면은 남쪽(S극)의 자극을 가진다. 자극의 특정 배열은 본 발명의 범위로부터 벗어나는 일없이 필요에 따라 결정될 수 있다. 임펠러를 구동하는 모터 고정자 코일은 임펠러 상에 이용되는 것과 상보적인 패턴으로 자극을 제공하는 것임을 이해할 수 있을 것이다.

이제, 도 4를 참조하면, 각 상승된 임펠러 몸체(32)가 중공으로 되어 복수의 내부 공동 또는 포켓(47)을 규정하는 임펠러(22)의 아래쪽의 사시도를 나타내고 있다. 횡단면에 있어서, 각 포켓(47)은 그의 경계를 규정하는 상승된 임펠러 몸체에 대해서 크기 및 형상과 실질적으로 대응한다. 이러한 각 상승된 임펠러 몸체의 상 부 돌출면은 그 아래쪽의 내부 동공의 정상을 규정하는 유체 동압 베어링면을 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 이들 포켓의 각각의 외부 만곡 경계는 임펠러와 동심이고, 임펠러의 중심에 대해서 약 56.5°의 각도로 마주 보고 있다. 임펠러의 중심에 대한 이러한 포켓의 각각의 내경은 약 0.4 인치이고 외경은 약 0.665 인치이다. 포켓은 임펠러의 주변 둘레에서 약 90°로 떨어져서 위치되어 있다. 이하에 상세히 설명하는 바와 같이, 포켓(47)은 임펠러의 모터 구동 시스템의 회전자 자석 형성부를 수용하도록 적합화되어 있다. 상기 포켓(47)은 임펠러와 일체로 형성되고 만곡된 가장자리 부분(51)에서 방사상으로 안쪽으로 종결되는 실질적으로 수평방향의 평탄한 하부면 또는 선반(49)을 규정하는 복수개의 실질적으로 동일한 크기의 안쪽으로 돌출한 벽 부재(48)에 의해 분리되어 있다. 일 실시형태에 있어서, 이러한 벽 부재는 4개 있고, 이들은 각각 2개의 포켓 사이에 위치되어 있다. 각 벽 부재 및 포켓은 대응하는 벽 부재 또는 포켓에 완전히 대향해서 위치되어 있다. 상기 가장자리 부분(51)은 임펠러의 원주와 실질적으로 동심인, 실질적으로 수직방향의 안쪽으로 대면하고 있는 만곡된 면(52)의 경계를 규정한다.

중공의 실린더(53)는 축방향으로 안쪽으로 돌출하여, 임펠러의 중앙 구멍(23)을 규정한다. 일 실시형태에 있어서, 중앙 구멍의 직경은 약 0.437 인치이다. 펌프가 조립된 경우, 중앙 기둥(24)은 실린더(53)를 통해 펌핑 챔버 속으로 뻗는다. 일 실시형태에 있어서, 실린더(53)의 내경과 중앙 기둥(24)의 외경 사이의 반경 방향 간극은 약 0.022 인치이다.

환형상 공동 또는 공간(54)은 중공의 실린더(53)와 만곡면(52) 사이에 형성 되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 환형상 공동(54)의 내공은 약 0.437 인치, 외경은 약 0.575 인치이고, 이하에 상세히 설명하는 바와 같이 수동 자기 베어링 구성 요소를 수용하도록 적합화되어 있다.

벽 부재(48)에는 각각 펌프의 작동 중에 임펠러의 균형잡히고 균일한 회전을 확보하도록 형성된 1개 이상의 밸런스 구멍 혹은 천공(56)이 형성되어 있을 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 각 벽 부재에는 임펠러의 반경을 따라 나란히 위치된 불균일한 깊이와 대략 균등한 직경을 가진 2개의 밸런스 구멍의 세트가 형성되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 임펠러의 중앙에 가장 가까운 밸런스 구멍은 약 0.10 인치인 반면, 가장 바깥쪽의 밸런스 구멍의 깊이는 약 0.25 인치이다. 구멍의 각 세트는 다른 세트와는 완전히 반대쪽에 위치되어 있고, 이에 따라, 구멍의 대향하는 두 세트의 가장 바깥쪽의 구멍 간의 직경 거리는 약 1.22 인치이고, 상기 세트 중의 가장 안쪽 구멍 간의 직경 거리는 약 1.02 인치이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 조립된 회전 혈액 펌프의 횡단면도를 나타내고 있다. 상부 케이스(1)에는 유입구 채널(11)을 가진 유입 캐뉼러(7)가 부착되어 있다. 유출구(13)는 하프-라운드 관형상 연장부(14), (16)의 연결부에 의해 형성된다. 중앙 기둥(24)은 하부 케이스(2)의 바닥부를 통해 펌핑 챔버 속으로 위쪽으로 연장된다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 일 실시형태에 있어서, 임펠러 현가 시스템은 중앙 기둥(24)에 대해서 반경 방향의 임펠러 지지부를 제공하도록 수동 자기 베어링을 활용한다. 수동 자기 베어링은 임펠러 블레이드(32)의 각각과 관련하여 전술한 유체 동압 추력 베어링에 의해 생성된 힘에 의해 견딜 수 있도록 적합화된 축방향의 자성 예비부하를 제공하도록 조정가능하다. 일 실시형태에 있어서, 수동 자기 베어링의 일 부분은 중앙 기둥(24) 내에 둘러싸인 영구 베어링 자석(57)의 적층부(56)에 의해 형성된다. 상기 적층부(56)는 펌프 임펠러(22)의 회전축을 따라 공축으로 배열된 동시에 서로 적층된 3개의 링 형상 영구 자석(57)으로 구성될 수 있다. 링 형상 자석(57)은 각각 0.10 인치 미만의 축방향 높이와, 약 0.34 인치의 외경을 가진다.

일 실시형태에 있어서, 도 6에 가장 잘 도시된 바와 같이, 3개의 중앙 기둥 베어링 자석(57)은 각각 예를 들어 N극이 위쪽이고 S극이 아래쪽인 것(N-S) 또는 S극이 위쪽이고 N극이 아래쪽인 것(S-N)으로 축방향으로 배향된 자기 벡터를 제공할 수 있다. 따라서, 중앙 기둥 베어링 자석(57)의 적층부는 필요에 따라 적층부 내의 자석의 분극화가 N-S, S-N, N-S 또는 S-N, N-S, S-N일 수 있도록 교대로 자화될 수 있고, 이에 따라, 적층부(56)의 각각의 링 형상 자석(57)에 의해 성립된 자력이 작용해서 축방향으로 그의 인접한 자석과 반발한다.

각 자석 간에 반발력이 있으므로, 자석이 고정될 수 있거나 또는 그렇지 않으면 축방향으로 위치된 중앙 기둥 봉(58)과의 적절한 결합에 의해 그들의 공축 관계로 기계적으로 유지될 수 있다. 링 자석이 적소에 유지되는 것을 확실하게 하기 위하여, 각 자석에는, 해당 자석의 상부 및 하부 상에 얇은 링 형상 스페이서 혹은 워셔(washer)(59)가 설치될 수 있고, 가장 위쪽의 스페이서는 그들의 공축 배열에 있어서 자석을 유지하는 것을 돕기 위해서 중앙 기둥 봉(58)의 정상부 근방에 형성 된 돌출한 원형 플랜지(61) 밑에 결합되어 있다. 스페이서(59)는 적층된 자석의 근방에 의해 초래된 탈자화를 최소화하도록 기능할 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 이러한 각각의 스페이서는 0.015 인치 미만의 두께를 가진다. 대안적으로는, 필요한 경우, 스페이서는 자석(57)에 의해 생성된 자속을 반경 방향으로 다시 향하고 집속되는 플럭스 집속기(flux concentrator)로서 작용하도록 적합화되어 있을 수 있다. 중앙 기둥(24) 내에 적층부(56)를 형성하는 영구 자석의 자기 벡터의 대안적인 실시형태는 본 발명의 범위로부터 벗어나는 일없이 이용될 수 있다. 예를 들어, N-S 배향은 왼쪽이 N극 오른쪽이 S극으로 방사상으로 될 수 있다.

임펠러용의 수동 자석 베어링의 다른 부분은 임펠러 내에서 실린더(53) 둘레에 위치된 링 형상 영구 자석(63)의 다른쪽 적층부(62)에 의해 형성된다. 적층부(62)는 3개의 링 형상 영구 자석(63)으로 구성될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 각 임펠러 베어링 자석(63)은 예를 들어 N극이 위쪽이고 S극이 아래쪽인 것(N-S) 또는 S극이 위쪽이고 N극이 아래쪽인 것(S-N)으로 축방향으로 배향된 자기 벡터를 가진다. 일 실시형태에 있어서, 임펠러 자석(63)의 적층부의 자극 배열은 중앙 기둥 베어링 자석(57)의 적층부의 자극 배열에 대응한다. 따라서, 중앙 기둥 베어링 자석(57)의 적층부가 N-S, S-N, N-S 배향된 그의 자기 벡터를 가지면, 임펠러 자석(63)의 인접하는 적층부(62)의 자기 벡터는 N-S, S-N, N-S일 수도 있다. 이러한 자기 벡터의 구성인 충분히 반경 방향으로 배향된 자속 집속부가 형성되어 있고, 그 외에는 대응하는 적층부(56), (62) 사이에 반발력을 가져올 수 있고, 이것에 의해 작동시 회전 중인 임펠러와 그의 고정된 중앙 기둥 사이에 반경 방향으 로 작용하는 자기 베어링을 확립하게 된다. 일 실시형태에 있어서, 임펠러 내의 링 형상 자석(63)의 내경 및 외경은 각각 약 0.44 인치 및 0.52 인치인 반면, 임펠러 내의 링 형상 자석(63)과 중앙 기둥(24) 내의 링 형상 자석(57) 간의 반경 방향 거리는 약 0.050 인치이다.

도 5를 참조하면, 일 실시형태에 있어서, 임펠러 자석 적층부(62)에 대한 중앙 기둥 자석 적층부(56)의 축방향 얼라인먼트는 상부 케이스(1)를 향해 임펠러를 부세시키는(bias) 선택된 축방향 예비부하력을 제공하도록 조정가능하다. 일 실시형태에 있어서, 중앙 기둥(24) 상의 플랜지(26)는 하부 펌프 케이스(2)에 대해서 적소에 중앙 기둥을 유지시킨다. 중앙 기둥 봉(58)은 해당 중앙 기둥을 통해 위쪽으로 뻗고, 상기 봉(58)의 하단부와 나사 결합하는 적절한 조정 나사(66)에 의해 중앙 기둥 내에 축방향으로 이동가능하다. 적절한 나사산 밀도는 1인치당 64개의 나사산 정도일 수 있다.

조정 나사는 임펠러의 아래쪽으로부터 결합가능한 캡(67)을 지녀 중앙 기둥 봉(58)의 축방향 위치를 조정하고, 이에 따라 임펠러와 중앙 기둥 베어링 자석의 얼라인먼트가 실행된다. 이와 같이 해서, 중앙 기둥 봉(58)은 예를 들어 아래쪽으로 이동하고, 이에 따라 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이 임펠러 자석 적층부(62)에 대해서 아래쪽으로 중앙 기둥 자석 적층부(56)를 이동시킨다. 대응하는 자석 적층부(56) 및 (62) 사이의 미스얼라인먼트가 도 5 및 도 6에 나타낸 것에 거의 도달한 경우, 임펠러 적층부의 N-S, S-N, N-S 자기 벡터와 중앙 기둥 적층부의 N-S, S-N, N-S 자기 벡터 간의 반발력이 상부 펌프 케이스(1)를 향하여 임펠러를 부세시 켜 상부 케이스의 내부 면 근방에서 임펠러의 가동을 유지시키는 데 도움을 주는 예비부하 축방향 힘을 제공하는 것은 명백하다. 소망의 자기 얼라인먼트가 확립되면, 캡(67)은 중앙 기둥에 용접되어 기밀 밀봉을 확립하고 조정 나사의 부주의한 이동을 방지할 수 있다. 이와 같이 해서, 상기 조정 나사는 하부 펌프 케이스(2)의 외부면에서 밀봉된다. 상기 적층부(56)의 축방향 위치를 조정하는 데 적합한 기타 기계적인 배열은 본 발명의 범위로부터 벗어나는 일 없이 채용될 수 있다.

펌프가 작동되는 경우, 베어링 자석의 대응하는 적층부들 사이의 오프셋에 의해 초래된 축방향의 위쪽으로 향한 자성 예비부하력이 임펠러 상부 면 상의 유체 동압 추력 베어링에 의해 생성된 축방향으로의 아래쪽 힘에 대향해서 균형을 이룬다. 따라서, 상기 임펠러는 축방향 및 반경 방향의 양쪽 모두에서 매달려 있을 수 있고, 펌핑 챔버를 채우는 혈액 내에 잠겨 있어도 된다. 내부 및 외부 자석 베어링 조립체(56), (62)는 이와 같이 해서 함께 작용해서 주된 반경 방향 및 축방향 강직성을 제공하여 마모를 피하고, 또한 펌프를 통해 이동 중인 혈액을 위한 또 다른 개방 유로의 존재를 확실하게 한다. 이 유로는 임펠러 유동 슬롯(33)을 빠져나간 후에 유체가 모이는 하우징으로부터, 임펠러 밑에서, 그리고 전술한 바와 같은 수동 자기 베어링에 의해 유지된 임펠러와 중앙 기둥 사이의 환형상 간극을 통해 있고, 이곳으로부터 혈액이 전술한 주된 유로 속으로 임펠러 유동 슬롯(33)을 통해 재유입된다. 전술한 임펠러 유체 동압 추력 베어링은 임펠러가 상부 케이스(1)의 내부면 근방에서 가동 중인 때에만 축방향 강직성을 제공한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 펌프는 임펠러를 구동하기 위해 3상의 이중 고 정자 축류 간극 모터를 포함할 수 있다. 이중 고정자 모터의 이점은 고정자 중 한쪽 고정자가 고장난 경우 다른쪽 고정자가 임펠러를 회전시키는 데 이용될 수 있다고 하는 점이다. 일 실시형태에 있어서, 하부 고정자는 상부 고정자와의 그의 자기 상호작용에 기인한 임펠러의 순수한 축방향 예비 부하를 열화시키지 않도록 상부 고정자보다도 임펠러(22)로부터 훨씬 공간적으로 이격되어 있다. 도 5 및 도 7을 참조하면, 임펠러는 4개의 구동 자석(68) 세트를 구비하고 있다. 각 구동 자석(68)은 임펠러의 아래쪽에서 임펠러의 상승된 부분(32) 내에 형성된 포켓 또는 공동(47)(도 4) 중 한쪽 내에 수용되어 있다. 상기 구동 자석(68)은 적절한 환형상 밑판(70)에 의해 임펠러 내에 둘러싸여 있다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 하나의 고정자는 상부 펌프 케이스(1) 상에 임펠러 위쪽에 위치되는 한편, 다른 쪽의 고정자는 하부 펌프 케이스(2) 상에 임펠러 아래쪽에 위치된다. 각 고정자는 복수의 모터 구동 권선(69) 및 이면 철제 링(back iron ring)(71)을 포함한다. 모터 구동 권선(69)은 필요에 따라 전기 전도성 와이어의 코일로 이루어지고, 단면이 원형일 수 있거나, 또는 다른 적절한 단면 형상을 가질 수 있다. 도 8에 나타낸 일 실시형태에 있어서, 코일은 단면이 원형이고, 각 고정자는 각각의 이면 철제 링의 외부에 놓인 이러한 6개의 코일로 이루어진다. 코일들은 코일 축이 상기 링의 표면에 수직이 되도록 상기 이면 철제 링 상에 놓여 있다. 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 모터 구동 권선(69)은 전자석 장(field)을 발생시켜, 임펠러 구동 자석(68)의 자장과 상호작용하여 임펠러를 회전시킨다. 이면 철제 링(71)은 구동 자석에 의해 생성된 자속을 향상시키 는 역할을 한다. 모터 고정자 코일에 의해 생성된 자기 힘은 또한 2차적인 반경 방향 임펠러 및 임펠러에 대한 축방향 자성 예비부하 지지도 제공한다. 이 결과는 임펠러가 통상의 동작 동안 반경 방향 및 축방향의 양쪽 모두에 있어서 동적으로 균형을 이루는 것을 나타낸다. 오로지 단일의 고정자가 본 발명의 펌프 모터를 작동시키는 데 필요한 것을 이해할 수 있을 것이다. 2개의 고정자 조립체는 동작 전력 소비가 증가하더라도, 1개의 고정자 조립체가 고장난 경우, 다른 것이 모터를 작동시키므로 바람직하다.

각 고정자는 고정자 캔(72), (73) 내에 수용된다. 각 고정자 캔은 그의 각각의 펌프 케이스에 기밀 밀봉되고, 일 실시형태에 있어서, 모터 구동 자석(68)에 가장 가까운 0.007 인치 두께의 얇은 벽을 가진다. 이 얇은 벽은 임펠러와 고정자 사이에 세라믹 디스크의 사용을 가능하게 한다. 각 고정자 캔은 결합된 외부 헤더 또는 접속기(29) 및 (31)에 전기적인 접속을 위해 기밀 피드-스루 배열을 가진다.

도 9는 본 발명의 실시형태에 따른 이식된 회전 혈액 펌프를 예시하고 있다. 유입 캐뉼러(7)는 환자의 심장(76)의 좌심실(74) 속에 정점에서 삽입된다. 혈액 운반 이식편 또는 튜브(17)는 회전 혈액 펌프의 혈액 유출구를 환자의 대동맥(18)에 연결한다. 전력 및 제어 케이블(77)은 전원(79)을 가진 제어기(78)에 연결될 수도 있다. 제어기(78) 및 전원(79)은 환자의 신체 내에 이식되거나 환자가 입을 수도 있다. 제어기는 기구가 어떻게 작동하는 지의 정보를 임상의에게 제공하고, 가동 상태 및 경고 조건을 제공하는 데 사용되고, 또한 필요에 따라 임펠러의 회전 속도를 제어한다. 예를 들어, 임펠러 회전 속도는 구동 펄스가 제로인 경우 펄스 구동 파형을 이용해서 회전자의 역기전력(back emf)을 측정함으로써 제어될 수 있다. 이러한 기술은 국제 출원번호 PCT/US00/40325호(국제 공개 공보 번호 WO 01/05023 Al에 대응함)에 기재되어 있고, 이 특허 문헌은 참조로 본 명세서에 병합된다.

전술한 구체적인 실시형태는 예시적인 것이며, 본 명세서에 개시된 정신 또는 첨부한 특허청구범위의 범주로부터 벗어남이 없이 이들 실시형태에 대해서 많은 변형을 도입할 수 있다. 예를 들어, 예시된 다른 실시형태의 구성요소 및/또는 특징을 본 명세서의 개시 내용 및 첨부한 특허청구범위의 범주 내에서 서로 결합할 수 있고/있거나 서로 치환할 수 있다.

Claims

혈액 유입구와 접선 방향의 혈액 유출구를 가지는 동시에 상부 내부면과 하부 내부면을 구비한 펌핑 챔버를 규정하는 하우징;

상기 펌핑 챔버 내에서 혈압을 증가시켜 혈액을 상기 혈액 유출구로 이동시키도록 적합화되어 있고, 상기 펌핑 챔버의 상기 상부 내부면에 인접한 적어도 하나의 상승된 표면 영역을 가지되, 상기 펌핑 챔버 내에 있는 회전가능한 임펠러;

제1테이퍼 영역과 상기 하우징의 상기 상부 내부면 사이의 간극이 선두부(leading portion)로부터 후미부(trailing portion)로 감소하여, 상기 임펠러가 회전할 때 유체 동압 추력(hydrodynamic thrust load)을 생성해서 상기 하우징의 상기 상부 내부면으로부터 축방향으로 떨어뜨려 상기 임펠러를 부세시키도록, 상기 선두부와 상기 후미부를 가지는 상기 상승된 표면 영역의 제1테이퍼 영역; 및

상기 제1테이퍼 영역의 상기 후미부에 인접한 선두부 및 후미부를 가지는 상기 상승된 표면 영역의 제2테이퍼 영역을 포함하되,

상기 제2테이퍼 영역과 상기 하우징의 상기 상부 내부면 사이의 간극은 상기 제2테이퍼 영역의 상기 선두부로부터 그의 후미부로 증가함으로써, 혈액을 용혈 없이 상기 상승된 표면 영역에 횡단시키는 것인 회전 혈액 펌프.
제1항에 있어서, 상기 임펠러는 회전축에 수직인 평면에서 실질적으로 원형 단면을 가지는 것인 회전 혈액 펌프.
제2항에 있어서, 상기 제1테이퍼 영역 및 제2테이퍼 영역은 각각 상기 임펠러의 주변에 인접하고, 상기 임펠러의 회전 방향에서 테이퍼진(tapered) 상태인 것인 회전 혈액 펌프.
제3항에 있어서, 상기 제1테이퍼 영역은 만곡되어 있고, 상기 임펠러의 원주의 곡률 반경과 실질적으로 동일한 곡률 반경을 가지는 것인 회전 혈액 펌프.
제4항에 있어서, 상기 제2테이퍼 영역은 실질적으로 삼각형이며 그 외부 가장자리는 상기 임펠러의 원주의 일부를 구성하는 것인 회전 혈액 펌프.
제5항에 있어서, 상기 펌핑 챔버의 상기 상부 내부면에 인접한 상기 상승된 표면 영역을 적어도 4개 포함하되, 인접한 상기 상승된 표면 영역은 상기 임펠러의 주변에서 출구를 규정하면서 그 출구까지 연장되는 채널에 의해 분리되는 것인 회전 혈액 펌프.
제6항에 있어서, 상기 상승된 표면 영역은 각각 상기 제1테이퍼 영역 및 제2테이퍼 영역을 각각 구비하고 있는 것인 회전 혈액 펌프.
제7항에 있어서, 상기 제2테이퍼 영역의 각각의 후미부는 상기 채널 중 하나 의 측벽의 정상부를 따라 출구 가장자리를 규정하는 것인 회전 혈액 펌프.
제8항에 있어서, 상기 제1테이퍼 영역의 각각의 선두부는 상기 채널의 다른 쪽의 선두 측벽의 정상부를 따라 입구 가장자리를 포함하고, 상기 입구 가장자리의 각각의 곡률 반경은 약 0.010 인치 미만인 것인 회전 혈액 펌프.
제9항에 있어서, 상기 채널의 출구들은 실질적으로 90° 떨어져 있는 것인 회전 혈액 펌프.
제10항에 있어서, 상기 제1테이퍼 영역의 각각의 테이퍼 각도는 수평방향에 대해서 1° 미만인 것인 회전 혈액 펌프.
제4항에 있어서, 상기 제1테이퍼 영역의 각각의 곡률은 상기 임펠러의 원주와 동심이고, 상기 제1테이퍼 영역의 각각은 그의 길이를 따라 실질적으로 균일한 폭으로 이루어진 것인 회전 혈액 펌프.
제1항에 있어서, 상기 제1테이퍼 영역과 상기 하우징의 상부 내부면 사이의 상기 간극은 대략 0.003 인치 내지 0.020 인치 이하인 것인 회전 혈액 펌프.
제13항에 있어서, 상기 제2테이퍼 영역의 각각의 테이퍼 각도는 수평 방향에 대해서 2 내지 4°의 범위 내에 있는 것인 회전 혈액 펌프.
제6항에 있어서, 상기 채널은 각각 실질적으로 상기 임펠러의 바닥면으로부터 안쪽으로 실질적으로 32°의 각도로 안쪽으로 뻗어 있는 경사진 바닥면을 포함하는 것인 회전 혈액 펌프.
제1항에 있어서, 상기 하우징은 세라믹 재료로 형성되는 것인 회전 혈액 펌프.
제1항에 있어서, 상기 하우징의 상기 상부 내부면은 세라믹 디스크를 포함하는 것인 회전 혈액 펌프.
제1항에 있어서, 상기 하우징의 상기 하부 내부면은 세라믹 디스크를 포함하는 것인 회전 혈액 펌프.
제1항에 있어서, 상기 임펠러는 대략 백금 77.6중량%와 코발트 22.4중량%의 합금으로 이루어진 것인 회전 혈액 펌프.
제1항에 있어서, 복수의 외부 전력 케이블의 근접 단부와의 전기적 접속을 위해 적합화된 전기 접속기를 포함하는 회전 혈액 펌프.
제20항에 있어서, 상기 외부 전력 케이블의 말단부는 상기 혈액 펌프를 구동하기 위한 전원에 전기적으로 접속되는 것인 회전 혈액 펌프.
제21항에 있어서, 상기 전력 케이블이 매립되어 있는 길게 뻗은 가요성 실린더를 포함하는 것인 회전 혈액 펌프.
제22항에 있어서, 상기 가요성 실린더는 실리콘으로 형성되는 것인 회전 혈액 펌프.
제23항에 있어서, 상기 가요성 실린더는 길이 방향의 내강(lumen)을 복수개 포함하되, 상기 내강은 각각 상기 전력 케이블들 중 하나를 수용하는 것인 회전 혈액 펌프.
제24항에 있어서, 상기 가요성 실린더는 상기 내강을 6개 포함하는 것인 회전 혈액 펌프.
제1항에 있어서, 상기 제1테이퍼 영역의 후미부 및 상기 제2테이퍼 영역의 선두부는 실질적으로 동일한 레벨인 것인 회전 혈액 펌프.
혈액 유입구와 접선 방향의 혈액 유출구를 가지는 동시에 상부 내부면과 하부 내부면을 구비한 펌핑 챔버를 규정하는 하우징;

상기 펌핑 챔버 내에서 혈압을 증가시켜 혈액을 상기 혈액 유출구로 이동시키도록 적합화되어 있고, 상기 펌핑 챔버의 상기 상부 내부면에 인접한 적어도 하나의 상승된 표면 영역을 가지되, 상기 펌핑 챔버 내에 있는 회전가능한 임펠러; 및

제1테이퍼 영역과 상기 하우징의 상기 상부 내부면 사이의 간극이 선두부로부터 후미부로 감소하여, 상기 임펠러가 회전할 때 유체 동압 추력을 생성해서 상기 임펠러를 상기 하우징의 상기 상부 내부면으로부터 축방향으로 떨어뜨려 부세시키도록, 상기 선두부와 상기 후미부를 가지는 상기 상승된 표면 영역의 제1테이퍼 영역을 포함하되,

상기 제1테이퍼 영역은 각각 그의 내부 및 외부 경계의 각각을 따라 상기 선두부로부터 상기 후미부로 뻗어 있는 보호막을 가진 것인 회전 혈액 펌프.
제27항에 있어서, 상기 펌핑 챔버의 상기 상부 내부면에 인접한 상기 상승된 표면 영역을 적어도 4개 포함하되, 인접한 상기 상승된 표면 영역은 상기 임펠러의 주변에서 출구를 규정하면서 그 출구까지 연장되는 채널에 의해 분리되는 것인 회전 혈액 펌프.
제28항에 있어서, 상기 상승된 표면 영역은 각각 상기 제1테이퍼 영역 중 하 나를 구비하고 있는 것인 회전 혈액 펌프.
제29항에 있어서, 상기 제1테이퍼 영역의 각각의 선두부는 상기 채널 중의 하나의 선두 측벽의 정상부를 따라 입구 가장자리를 포함하는 것인 회전 혈액 펌프.
제30항에 있어서, 상기 내부 및 외부 보호막은 각각 상기 입구 가장자리보다 높고 상기 제1테이퍼 영역의 각각의 상기 후미부와 같은 평면에 있는 것인 회전 혈액 펌프.
제31항에 있어서, 상기 보호막의 각각의 정상부 면은 실질적으로 평탄하고 대략 0.230 인치만큼 상기 입구 가장자리보다 높은 것인 회전 혈액 펌프.
제32항에 있어서, 상기 보호막들은 폭이 각각 대략 0.020 인치인 것인 회전 혈액 펌프.
제27항에 있어서, 상기 외부 보호막의 각각의 외부면은 상기 임펠러의 주변의 일부를 규정하는 것인 회전 혈액 펌프.
제27항에 있어서, 상기 하우징은 세라믹 재료로 형성되는 것인 회전 혈액 펌 프.
제27항에 있어서, 상기 하우징의 상기 상부 내부면은 세라믹 디스크를 포함하는 것인 회전 혈액 펌프.
제27항에 있어서, 상기 하우징의 상기 하부 내부면은 세라믹 디스크를 포함하는 것인 회전 혈액 펌프.
제27항에 있어서, 상기 임펠러는 대략 백금 77.6 중량%와 코발트 22.4 중량%의 합금으로 이루어진 것인 회전 혈액 펌프.
제27항에 있어서, 복수의 외부 전력 케이블의 근접 단부와의 전기적 접속을 위해 적합화된 전기 접속기를 포함하는 회전 혈액 펌프.
제39항에 있어서, 상기 외부 전력 케이블의 말단부는 상기 혈액 펌프를 구동하기 위한 전원에 전기적으로 접속되는 것인 회전 혈액 펌프.
제40항에 있어서, 전력 케이블이 속에 매립된 길게 뻗은 가요성 실린더를 포함하는 것인 회전 혈액 펌프.
제41항에 있어서, 상기 가요성 실린더는 실리콘으로 형성되는 것인 회전 혈액 펌프.
제42항에 있어서, 상기 가요성 실린더는 복수의 길이방향 내강을 포함하고, 상기 내강은 각각 상기 전력 케이블 중의 하나를 수용하는 것인 회전 혈액 펌프.
제43항에 있어서, 상기 가요성 실린더는 상기 내강을 6개 포함하는 것인 회전 혈액 펌프.
혈액 유입구와 접선 방향의 혈액 유출구를 가지는 동시에 상부 내부면과 하부 내부면을 구비한 펌핑 챔버를 규정하는 하우징; 및

상기 펌핑 챔버 내에서 혈압을 증가시켜 혈액을 상기 혈액 유출구로 이동시키도록 적합화되어 있고, 상기 펌핑 챔버의 상기 상부 내부면에 인접한 적어도 하나의 상승된 표면 영역을 가지되, 상기 펌핑 챔버 내에 있는 회전가능한 임펠러를 포함하되,

상기 상승된 표면 영역은 상기 하나의 상승된 표면 영역 아래쪽에 공동을 규정하는 복수의 측벽을 가진 중공의 원통형 케이스를 포함하고, 상기 공동은 상기 임펠러를 원활하게 회전시키도록 복수의 나란한 밸런스용 천공(bore)을 가진 적어도 하나의 단단한 벽 부재에 의해 싸여 있는 것인 회전 혈액 펌프.
제45항에 있어서, 상기 임펠러는 복수의 상기 상승된 표면 영역 및 상기 상승된 표면 영역의 각각의 아래쪽에 규정된 공동을 포함하되, 상기 공동은 각각 상기 단단한 벽부재의 적어도 하나에 의해 싸여 있는 것인 회전 혈액 펌프.
제46항에 있어서, 상기 벽 부재는 각각 1쌍의 상기 나란한 천공들을 포함하는 것인 회전 혈액 펌프.
제47항에 있어서, 상기 천공들의 각각의 길이방향 축은 상기 임펠러의 축에 평행하게 뻗어 있는 것인 회전 혈액 펌프.
제48항에 있어서, 상기 나란한 천공들의 각 쌍을 규정하는 천공들은 불균일한 깊이로 되어 있는 것인 회전 혈액 펌프.
제49항에 있어서, 상기 나란한 천공들의 각 쌍을 규정하는 천공들은 상기 임펠러 케이스의 직경을 따라 정렬되어 있는 것인 회전 혈액 펌프.
제46항에 있어서, 상기 공동은 각각 상기 임펠러를 회전시키기 위한 자속을 생성시키도록 적합화된 영구 구동 자석을 수용하는 것인 회전 혈액 펌프.
제50항에 있어서, 상기 각 쌍의 천공들 중 반경 방향으로 가장 안쪽의 천공 의 깊이는 대략 0.10 인치인 것인 회전 혈액 펌프.
제52항에 있어서, 상기 각 쌍의 천공들 중 반경 방향으로 가장 바깥쪽의 천공의 깊이는 대략 0.25 인치인 것인 회전 혈액 펌프.
제46항에 있어서, 상기 단단한 벽 부재 중 4개에 의해 분리된 상기 공동이 4개 있고, 각각의 상기 공동 및 벽 부재는 상기 임펠러의 주변에 인접한 것인 회전 혈액 펌프.
제45항에 있어서, 상기 하우징은 세라믹 재료로 형성되는 것인 회전 혈액 펌프.
제45항에 있어서, 상기 하우징의 상기 상부 내부면은 세라믹 디스크를 포함하는 것인 회전 혈액 펌프.
제45항에 있어서, 상기 하우징의 상기 하부 내부면은 세라믹 디스크를 포함하는 것인 회전 혈액 펌프.
제45항에 있어서, 상기 임펠러는 대략 백금 77.6중량%와 코발트 22.4중량%의 합금으로 이루어진 것인 회전 혈액 펌프.
제45항에 있어서, 복수의 외부 전력 케이블의 근접 단부와의 전기적 접속을 위해 적합화된 전기 접속기를 더 포함하는 회전 혈액 펌프.
제59항에 있어서, 상기 외부 전력 케이블의 말단부는 상기 혈액 펌프를 구동하기 위한 전원에 전기적으로 접속되는 것인 회전 혈액 펌프.
제60항에 있어서, 상기 전력 케이블이 매립된 길게 뻗은 가요성 실린더를 포함하는 회전 혈액 펌프.
제61항에 있어서, 상기 가요성 실린더는 실리콘으로 형성되는 것인 회전 혈액 펌프.
제62항에 있어서, 상기 가요성 실린더는 복수의 길이방향 내강을 포함하고, 상기 내강은 각각 상기 전력 케이블 중의 하나를 수용하는 것인 회전 혈액 펌프.
제63항에 있어서, 상기 가요성 실린더는 상기 내강을 6개 포함하는 것인 회전 혈액 펌프.
제54항에 있어서, 상기 공동은 상기 임펠러의 주변 둘레에서 약 90° 떨어져 서 위치되는 것인 회전 혈액 펌프.