KR20230169247A - 혈관 내 혈액 펌프 로터 - Google Patents

Abstract

혈액 펌프 로터, 및 로터를 이용하는 혈관 내 혈액 펌프가 개시된다. 혈액 펌프 로터는 회전축을 중심으로 회전하도록 구성되며, 원위 부분과 근위 부분을 포함한다. 원위 부분은 원위 방향으로 테이퍼지는 로터 허브를 포함한다. 로터 허브는 로터 허브로부터 바깥쪽으로 연장되는 적어도 하나의 블레이드를 갖는다. 또한, 상기 로터 허브의 원위 단부는 적어도 하나의 블레이드의 가장 원위 부분을 넘어 원위 방향으로 연장된다. 상기 원위 부분에 연결된 근위 부분은, 근위 방향의 자속이 원위 방향의 자속보다 크고, 상기 제1 자속이 상기 제2 자속보다 큰 자기장을 생성하는 수정된 할바흐 어레이를 형성하도록 배열된 영구 자석을 갖는다. 할바흐 어레이는, (a) 적어도 하나의 축 방향 자화 자석이 적어도 하나의 원주 방향 자화 자석의 표면의 가장 근위 지점 또는 부분과 비교하여 상기 원위 단부와 다른 거리를 갖는 표면의 가장 근위 지점 또는 부분을 갖거나, (b) 적어도 하나의 축 방향 자화 자석이 적어도 하나의 원주 방향 자화 자석의 대응하는 물리적 치수와 다른 물리적 치수를 갖거나, (c) 이들의 조합이 되도록 수정된다.

Description

혈관 내 혈액 펌프 로터

관련 출원과의 상호 참조

본 출원은 2021년 4월 8일에 출원된 미국 가출원 제63/172,393호에 대한 우선권을 주장하며, 이 출원은 본 출원에 그 전체가 참조로 통합되어 있다.

본 개시는 혈액 펌프, 특히 환자의 혈관에 경피적으로 삽입하여 환자의 혈관의 혈류를 지원하기 위한 혈관 내 혈액 펌프용 로터에 관한 것이다. 이 혈액 펌프는 효율을 높이고 혈액 펌프의 외경을 줄일 수 있는 개선된 로터를 갖는다.

축 방향 혈액 펌프, 원심(즉, 방사형) 혈액 펌프 또는 축 방향 및 방사형 힘에 의해 혈류가 발생하는 혼합형 혈액 펌프와 같은 다양한 유형의 혈액 펌프가 알려져 있다. 혈관 내 혈액 펌프는 카테터를 통해 대동맥과 같은 환자의 혈관에 삽입된다. 혈액 펌프는 일반적으로 통로로 연결된 혈류 출구 및 혈류 입구를 갖는 펌프 케이스를 포함한다. 혈류 입구에서 혈류 출구로 통로를 따라 혈류가 흐르도록 하기 위해, 로터는 펌프 케이싱 내에서 회전 가능하게 지지되며, 로터에는 혈액을 이송하기 위한 블레이드가 제공된다.

혈액 펌프는 일반적으로 전기 모터일 수 있는 구동 유닛에 의해 구동된다. 예를 들어, US 2011/0238172 Al은 전기 모터에 자기적으로 결합될 수 있는 임펠러를 갖는 체외 혈액 펌프를 개시한다. 로터는 전기 모터의 자석에 인접하여 배치되는 자석을 포함한다. 임펠러와 모터의 자석 사이의 인력으로 인해, 모터의 회전이 로터에 전달된다. 회전 부품의 수를 줄이기 위해, 회전 자기장을 활용하는 것도 US 2011/0238172 Al에서 알려져 있으며, 구동 유닛은 회전 축을 중심으로 배열된 복수의 정적 포스트를 가지며, 각각의 포스트는 와이어 코일 권선을 보유하고 자기 코어로서 작용한다. 제어 유닛은 코일 권선에 순차적으로 전압을 공급하여 회전 자기장을 생성한다. 충분히 강한 자기 결합을 제공하려면, 자기력이 충분히 높아야 하는데, 이는 구동 유닛에 충분히 높은 전류를 공급하거나 큰 자석을 제공함으로써 달성할 수 있지만, 이 경우 혈액 펌프의 전체 직경이 커지게 된다. 그러나, 이러한 구동 유닛에서는 높은 에너지 소비와 열 발생이 발생할 수 있다.

구동 효율을 높이기 위해, 혈액 펌프는 일반적으로 강자성 철로 구성되고 로터-스테이터 조합의 양쪽에 배치되는 마그네틱 요크를 사용한다. 예를 들어, US 8,870,552는 로터가 전면 권선과 후면 권선 사이에 끼워진 회전식 혈액 펌프를 개시하고 있는데, 이 펌프는 전면 권선 외부에 원추형 강자성 철 요크를 사용하고, 후면 권선 외부에 환형 철 강자성 요크를 사용한다.

따라서, 본 발명의 목적은 구동 유닛과 임펠러 사이에 자기 커플링을 갖는 혈액 펌프, 바람직하게는 혈관 내 혈액 펌프 또는 판막 경유 혈액 펌프를 제공하는 것이며, 여기서 혈액 펌프는 컴팩트한 디자인, 특히 혈액 펌프가 혈관 내, 정맥 내, 경동맥 또는 판막 경유로 삽입될 수 있도록 충분히 작은 외경을 갖는 혈액 펌프를 제공하는 것이다. 또한, 본 개시의 목적은, 혈액 펌프가 자기 요크 없이 환자에게 이동성을 제공하기 위해 배터리로 구동될 수 있는 장기 애플리케이션에 특히 유용한 혈액 펌프의 열 및 에너지 소비를 감소시키는 것이다.

본 개시에 따르면, 이러한 목적은 독립 청구항의 특징을 갖는 혈액 펌프 로터에 의해 달성된다. 본 개시의 바람직한 실시예 및 추가 개발은 이에 종속되는 청구항들에 명시되어 있다.

본 개시에 따르면, 혈액 펌프 로터는 회전축을 중심으로 회전하도록 구성된다. 이는 원위 부분과 근위 부분을 포함한다. 원위 부분은 원위 방향으로 테이퍼지는 로터 허브를 포함한다. 로터 허브는 로터 허브로부터 바깥쪽으로 연장되는 적어도 하나의 블레이드를 갖는다. 또한, 상기 로터 허브의 원위 단부는 적어도 하나의 블레이드의 가장 원위 부분을 넘어 원위 방향으로 연장된다. 상기 원위 부분에 연결된 근위 부분은, 근위 방향의 자속이 원위 방향의 자속보다 크고, 상기 제1 자속이 상기 제2 자속보다 큰 자기장을 생성하는 수정된 할바흐 어레이를 형성하도록 배열된 영구 자석을 갖는다.

수정된 할바흐 어레이는 축 방향 자화 자석과 원주 방향 자화 자석의 교대 배열을 활용하며, 여기서 할바흐 어레이는 세 가지 방식 중 하나로 수정될 수 있다.

제1 양상에서, 적어도 하나의 축 방향 자화 자석은 적어도 하나의 원주 방향 자화 자석의 가장 근위 표면과 비교하여 원위 단부로부터 다른 거리를 갖는 가장 근위 표면을 갖는다.

제1 양상의 바람직한 실시예에서, 각각의 원주 방향 자화 자석의 표면 상의 가장 근위 지점은 각각의 축 방향 자화 자석의 표면 상의 가장 근위 지점보다 원위 단부에 더 가깝고, 일반적으로 1mm 내지 7mm 범위에서 더 가깝다. 달리 말하면, 축 방향 자화 자석은 원주 방향 자화 자석보다 혈액 펌프의 전기 구동 유닛에 더 가깝도록 구성된다. 또한, 근위 표면은 회전 축에 직교할 수 있지만, 일부 실시예에서 자석의 근위 표면은 형상화될 수 있고, 따라서 근위 표면은 회전 축에 비-직교할 수 있으며, 일부 경우에, 원주 방향 자화 자석 중 적어도 2개는 동일 평면이 아닐 수 있다.

수정되지 않은 할바흐 어레이에서, 어레이 내 각각의 자석의 물리적 치수는 동일하며, 자화 방향만 다르다. 수정된 할바흐 어레이의 제2 양상에서는, 적어도 하나의 축 방향 자화 자석은 적어도 하나의 원주 방향 자화 자석의 상응하는 물리적 치수와 다른 물리적 치수를 갖는다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 각각의 영구 자석은 회전축으로부터 방사상으로 연장되는 2개의 측면 표면을 포함하며, 각각의 자석에 대한 2개의 측면 표면은 (a) 2개의 평행한 평평한 표면, (b) 2개의 비-평행한 평평한 표면, 또는 (c) 오목한 곡면과 볼록한 곡면을 형성한다.

자석을 따라 주어진 축 방향 거리에서, 방사형 방향의 각각의 자석의 외부 표면은 일반적으로 호를 형성하며(즉, 외부 표면은 회전축에 대해 원의 호를 형성하는 단면 형상을 가짐), 이는 자석 간에 길이가 다를 수 있다. 일부 실시예에서, 회전축으로부터 각각의 호에 의해 이루어지는 각도는 1° 내지 89°이며, 두 개의 상이한 자석은 상이한 각도를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 각도 중 적어도 하나는 45도보다 크고, 및/또는 각도 중 적어도 하나는 45도보다 작다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 하나 이상의 자석은 어레이 내의 하나 이상의 다른 자석보다 축 방향에서 더 길 수 있다.

제3 양상에서, 제1 양상과 제2 양상이 결합되는데; 즉, 적어도 하나의 축 방향 자화 자석은 적어도 하나의 원주 방향 자화 자석의 가장 근위 표면과 비교하여 원위 단부로부터 상이한 거리를 갖는 가장 근위 표면을 가지며, 적어도 하나의 축 방향 자화 자석은 적어도 하나의 원주 방향 자화 자석의 상응하는 물리적 치수와 상이한 물리적 치수를 갖는다.

이러한 혈액 펌프 로터는 축 방향 혈액 펌프 또는 부분적으로 축 방향 및 부분적으로 방사형으로 펌핑하는 대각선 혈액 펌프일 수 있는 혈관 내 혈액 펌프에 통합될 수 있다(순수 원심 혈액 펌프의 직경은 일반적으로 혈관 내 적용에 비해 너무 크다). 전형적으로, 혈액 펌프는 혈류 입구 및 혈류 출구를 갖는 펌프 케이싱, 혈관 내 혈액 펌프 로터, 및 상기 혈관 내 혈액 펌프 로터와 자기적으로 상호 작용할 수 있는 전기 구동 유닛(2극, 4극 또는 6극 스테이터를 포함할 수 있음)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 원주 방향 자화 자석은 각각의 축 방향 자화 자석보다 전기 구동 유닛의 원위 단부로부터 더 멀리 위치한다.

전기 구동 유닛은 회전 전자기장을 생성하여, 일반적인 전기 모터에 비해 움직이는 부품의 수를 줄임으로써 혈액 펌프의 메커니즘을 단순화할 수 있다. 또한 전기 모터의 접촉 베어링이 필요하지 않으므로 마모도 줄어든다. 구동 유닛과 임펠러 사이의 자기 커플링은 임펠러의 회전을 유발할 뿐만 아니라 임펠러의 정확한 정렬도 가능하게 한다.

구동 유닛의 원위 표면은 평평하거나 또는 회전축에 직각이거나, 비스듬하거나 기울어져 있을 수 있다. 구동 유닛의 원위 표면은 회전축을 포함하는 평면을 따라 단면이 실질적으로 삼각형 또는 사다리꼴일 수 있다. 조립된 상태에서, 구동 유닛의 원위 표면은 원추형 표면 또는 실질적으로 원추형 표면, 예를 들어, 면을 가지지만 대략 원추형 표면을 형성하는 표면을 형성할 수 있다. 일반적으로, 형성된 표면의 형상은 볼록할 수 있다. 예시적으로, 구동 유닛의 부분은 파이 슬라이스처럼 결합되어 원추형 상부 표면을 갖는 원형 배열을 형성할 수 있다.

로터의 자석은 구동 유닛의 원위 표면에 의해 형성된 원추형 표면과 크기 및 모양이 실질적으로 일치하는 원추형 또는 실질적으로 원추형 리세스를 갖거나 형성할 수 있다. 일반적으로, 자석은 구동 유닛에 의해 형성된 볼록한 표면을 향한 오목한 표면을 형성하여 자기 결합을 향상시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 오목 표면과 볼록 표면의 배열은 그 반대일 수 있는데, 즉, 구동 유닛의 원위 표면은 원추형 리세스를 형성하고, 로터 자석은 볼록한 원추형 표면을 형성할 수 있다.

구동 유닛의 원위 표면과 근위 표면 로터는 간극으로 분리된다. 로터와 구동 유닛 사이의 간극의 모양과 치수는 유체 역학적 베어링 성능에 영향을 미칠 수 있다.

할바흐 어레이는 일반적으로 복수의 자석(예: 4개 이상, 바람직하게는 적어도 8개)으로 제공될 것이다. 다양한 실시예는 회전축을 중심으로 임펠러에 배치되는 6개의 자석, 8개, 10개, 12개, 14개, 16개 또는 24개의 자석을 활용한다. 바람직하게는 짝수의 자석이 제공되며, 더 바람직하게는 스테이터의 극의 개수의 배수인 숫자가 데드 존을 피하거나 최소화하는 데 유리하다. 자석은 자성 재료의 양을 증가시키기 위해 개별 자석 사이에 실질적으로 간극이 없는 상태로 배열될 수 있다. 그러나, 자석이 간극, 특히 방사형으로 연장된 간극으로 분리되어 있어도 자기 결합의 효율이 감소하지 않는 것으로 밝혀졌다. 이는 자기장의 특성 및 구동 유닛과 임펠러 사이의 간극 때문이다. 로터의 자석이 서로 가까이 있으면, 한 자석(북쪽)에서 인접한 자석(남쪽)으로 아치형으로 연장되는 가장 안쪽 자기장 선은 구동 유닛과 임펠러 사이의 간극을 넘어 연장되지 않으므로, 구동 유닛에 도달하지 않는데, 즉, 임펠러의 구동에는 기여하지 않는다. 따라서, 임펠러의 자석들 사이에 간극이 제공되어도 효율 손실은 없다. 구동의 효율의 손실 없이 제공될 수 있는 임펠러 내의 자석들 사이의 간극의 크기는 당업자가 계산할 수 있는 임펠러와 구동 유닛 사이의 간극의 크기에 따라 달라진다. 임펠러 자석들 사이의 간극은 예를 들어 워시 아웃 채널로 사용될 수 있다.

로터와 구동 유닛 사이의 간극을 통한 워시 아웃 흐름을 향상시키기 위해, 로터에 보조 블레이드 세트가 제공될 수 있다. 특히, 보조 블레이드는 구동 유닛을 향하는 하나 이상의 자석의 측면, 즉, 로터와 구동 유닛 사이의 간극에 제공될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 원주 방향 자화 자석 중 하나 이상의 원주 방향 자화 자석은 근위 표면으로부터 근위 방향으로 축 방향으로 연장되는, 자석의 근위 표면에 연결되거나 또는 그 위에 형성되는 하나 이상의 보조 블레이드를 포함할 수 있다. 축 방향 및 원주 방향 자화 자석의 근위 표면이 구동 유닛으로부터 상이한 거리에 있는 실시예에서, 보조 블레이드는 바람직하게는 축 방향 자화 자석의 가장 근위 부분을 넘어 연장되지 않는다.

워시 아웃 흐름은 구동 유닛을 향하는 자석의 표면에 오목하게 들어간 채널에 의해 추가적으로 또는 대안적으로 증가될 수 있다. 채널은 예를 들어 방사형 또는 나선형으로 연장될 수 있다.

도 1은 혈액 펌프 로터 및 구동 유닛의 실시예에 대한 도면이다.
도 2a는 원통형 할바흐 어레이를 형성하는 자석의 배열을 나타낸 도면이다.
도 2b는 할바흐 어레이를 형성하는 자석의 자화 및 그에 따른 자속을 나타내는 일 실시예의 도면이다.
도 3a는 어레이의 끝 부분에 초점을 맞춘 수정된 할바흐 어레이의 실시예의 투영도이다.
도 3b는 수정된 할바흐 어레이의 일 실시예의 측면도를 단순화한 도면이다.
도 3c는 수정된 할바흐 어레이의 다른 실시예의 측면도를 단순화한 도면이다.
도 3d는 어레이의 끝 부분에 초점을 맞춘 수정된 할바흐 어레이의 다른 실시예의 투영도이다.
도 4a는 수정된 할바흐 어레이의 실시예에서 자석을 단순화한 도면이다.
도 4b 내지 도 4f는 수정된 할바흐 어레이의 실시예에 대한 자석의 대안적인 구성의 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 수정된 할바흐 어레이의 대안적인 실시예의 투영도이다.
도 6a는 원주 방향 자화 자석에 보조 블레이드가 있는 수정된 할바흐 어레이의 한 실시예의 투영도이다.
도 6b 내지 도 6d는 보조 블레이드의 다른 실시예의 단면도를 보여준다.
도 7은 본 개시에 따른 혈액 펌프의 단면을 도시한 단면도이다.
도 8a는 도 7의 혈액 펌프의 확대된 상세도를 도시한다.
도 8b는 대안적인 실시예에 따른 도 8a와 동일한 사시도를 도시한다.

도 1a를 참조하면, 혈관 내 혈액 펌프 로터의 단면도가 설명되어 있다. 로터(1)는 원위 부분(10)와 근위 부분(20)를 가지고 있다. 근위 부분(20)는 원위 부분(10)의 근위 단부에 연결된다.

로터(1)(임펠러라고도 할 수 있음)는 제1 베어링(31) 및 제2 베어링(32)에 의해 회전축(5)을 중심으로 회전하도록 구성된다. 이 실시예에서 두 베어링(31, 32)은 모두 접촉식 베어링이다. 그러나, 베어링(31, 32) 중 적어도 하나는 자기 또는 유체 역학 베어링과 같은 비접촉식 베어링일 수 있다. 제1 베어링(31)은 회전 운동뿐만 아니라 피벗 운동도 어느 정도 허용하는 구형 베어링 표면을 갖는 피벗 베어링이다.

원위 부분(10)은 로터 허브(11)의 가장 원위 단부(12)를 향해 원위 방향으로 테이퍼지는 로터 허브(11)를 포함한다. 제2 베어링(32)은 일반적으로 로터 허브(11)의 가장 원위 단부(12)에서 로터(1)에 연결된다. 로터(1)가 회전하면 혈액을 이송하기 위해 적어도 하나의 블레이드(15)가 로터(1)에 제공된다. 모든 블레이드(15)는 일반적으로 로터 허브(11)에 연결된다. 로터 허브(11)의 원위 단부(12)는 블레이드(15)의 가장 원위 부분을 넘어 원위로 연장된다.

근위 부분(20)은 수정된 할바흐 어레이를 형성하도록 배열된 영구 자석(21)을 포함한다.

도 2a를 간략히 참조하면, 표준 원통형 할바흐 어레이는 일반적으로 복수의 자석(51, 52, 53, 54)으로 구성된다. 각각의 자석은 자화 방향을 제외하고는 일반적으로 동일하다. 표준 원통형 할바흐 어레이에서, 모든 자석의 근위 표면은 일반적으로 정렬되어 있으며, 각각의 자석은 외부 표면(55), 회전축(5)에 가장 가까운 내부 표면(58), 및 회전축(5)으로부터 방사상으로 연장되는 두 개의 측면 표면(56, 57)을 갖는다. 각각의 자석의 외부 표면(55)은 일반적으로 회전축(5)을 중심으로 원의 호를 형성하는 단면 형상을 가지며, 회전축(5)으로부터 각각의 호에 의해 이루어진 각도(59)가 있다.

도 2b를 참조하면, 전통적인 할바흐 어레이(100)는 원주 방향 자화 자석(101)(예를 들어, 두 극(105, 106)이 실질적으로 원주 방향으로 분리되어 있음)과 축 방향 자화 자석(102)(예를 들어, 두 극이 실질적으로 축 방향으로 분리되어 있음)의 교번 배열을 포함한다. 각각의 자석의 근위 표면(103) 및 원위 표면(104)은 어레이 내의 다른 자석의 근위 및 원위 표면과 실질적으로 동일하다(형상 및 축/반경 방향 위치). 모든 자석의 근위 표면(103)은 일반적으로 어레이 내의 어떤 자석의 일부도 어레이 내의 다른 자석의 각각의 부분을 넘어 연장되지 않도록 실질적으로 정렬된다. 이러한 배열에서, 할바흐 어레이는 한쪽에서 상대적으로 강한 자속을 나타내고, 반대쪽에서 상대적으로 약한 자속을 나타낸다.

강/약 자속이 일반적으로 수행되는 바와 같이 방사형 방향으로 생성되는 대신에, 본 개시의 수정된 할바흐 어레이는 이러한 강/약 자속을 축 방향으로 생성한다. 즉, 본 개시된 로터의 수정된 할바흐 어레이는 근위 방향으로 제1 자속(120) 및 원위 방향으로 제2 자속(110)을 갖는 자기장을 생성한다. 제1 자속(120)은 제2 자속(110)보다 크다.

또한, 도 2a 및 도 2b에 도시된 종래의 원통형 할바흐 어레이는 본 개시에 사용하기 위해 세 가지 방법 중 하나에 의해 수정된다.

제1 수정 접근법

제1 수정 접근법은 축 방향으로 자석의 배열을 수정하는 것이다. 이 기술은 할바흐 어레이에서 축 방향 및 원주 방향 자화 자석의 근위 표면의 위치 및/또는 배향에 차이를 생성하는 것을 포함한다.

특히, 도 3a에 도시된 바와 같이, 본 개시의 할바흐 어레이(200)는 회전축(220)을 중심으로 원통형 배열로 교대로 배치된 원주 방향 자화 자석(201) 및 축 방향 자화 자석(202)을 포함할 것이다. 적어도 하나의 축 방향 자화 자석(202)의 근위 표면(212)은 적어도 하나의 원주 방향 자화 자석(201)의 근위 표면(211)과 축 방향을 따라 다른 거리에 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 축 방향 자화 자석의 외부 표면(205)의 일부는 적어도 하나의 원주 방향 자화 자석(201)의 근위 표면(211)을 근위로 연장될 수 있다.

이에 대한 다양한 실시예들이 도 3b, 도 3c 및 도 3d를 참조하여 설명될 수 있다. 이 두 도면은 본 개시에 따른 수정된 할바흐 어레이의 실시예들에서 자석의 가장 근위 부분에 대한 단순화된 예시이다.

특히, 도 3b는 2개의 축 방향 자화 자석(301, 305) 및 하나의 원주 방향 자화 자석(303)의 근위 단부의 측면도를 보여주는 단순화된 도면으로서, 각각의 자석의 가장 근위 표면이 회전축(310)에 직교한다. 이 실시예에서 각각의 자석의 근위 표면은 회전 축에 직교하므로, 근위 표면의 임의의 점 또는 부분이 해당 자석의 가장 근위 점 또는 부분으로 자격이 될 수 있다.

도면에서 가장 근위 표면(302, 304, 305)은 평평하므로, 임의의 점이 가장 근위 부분으로 간주될 수 있고, 따라서 축 방향 자화 자석(301)과 원주 방향 자화 자석(303)의 가장 근위 부분의 축 방향 위치 차이(309)를 쉽게 결정할 수 있다.

자석의 물리적 치수가 동일한 경우, 축 방향 자화 자석의 축 방향 포지셔닝을 원주 방향 자화 자석과 비교하여 간단히 오프셋함으로써 축 방향 포지셔닝의 차이를 생성할 수 있다. 이는 도 3b에 예시되어 있는데, 자석(301)의 가장 원위 표면(307)은 자석(303)의 가장 원위 표면(308)으로부터 축 방향으로 오프셋되어 있다.

도 3b는 유사한 예시를 제공하지만, 이 실시예에서, 축 방향 자화 자석(313) 및 원주 방향 자화 자석(311, 315)의 가장 근위 표면(312, 314, 316)은 회전 축에 반드시 직교할 필요는 없는 형상이다. 이 실시예에서, 형상화된 표면은 단순한 각진 평면으로 도시되어 있지만, 숙련된 당업자는 곡선 또는 복잡한 형상이 적절하게 쉽게 통합될 수 있음을 인식할 것이다. 로터의 회전축(320) 및 회전 방향(321)도 참조를 위해 제공된다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 축 방향 자화 자석(313)의 가장 근위 지점 또는 부분(318)(여기서는, 자석의 후행 에지)은 원주 방향 자화 자석(311)의 가장 근위 부분(317)과 함께 식별된다. 바람직한 실시예에서, 원주 방향 자화 자석의 가장 근위 지점 또는 부분(317)은 축 방향 자화 자석의 가장 근위 지점 또는 부분(318)과 근위 표면에서 동일한 상대적 위치에 있다. 예를 들어, 축 방향 자화 자석의 가장 근위 지점 또는 부분(318)이 축 방향 자화 자석의 가장 바깥쪽 표면의 후행 에지(로터의 회전 방향(321)에 따라)에 있는 경우, 원주 방향 자화 자석의 가장 근위 지점 또는 부분(317)은 원주 방향 자화 자석의 가장 바깥쪽 표면의 후행 에지에 있는 것이 바람직하다. 그러면, 가장 근위 지점 또는 부분(317, 318)의 축 방향 위치의 차이(319)가 결정될 수 있다. 도 3a의 실시예와 유사하게, 자석의 물리적 치수가 동일한 경우, 이러한 축 방향 위치의 차이는 원주 방향 자화 자석과 비교하여 축 방향 자화 자석의 축 방향 위치를 단순히 오프셋함으로써 위치될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 축 방향 위치의 차이는 1mm 내지 7mm이다. 달리 말하면, 원주 방향 자화 자석의 가장 근위 부분은 축 방향 자화 자석의 가장 근위 부분보다 로터의 원위 단부에 1mm 내지 7mm 더 가까운 것이 바람직하다. 일부 실시예에서, 이 차이는 가능한 모든 조합 및 그 하위 범위를 포함하여, 적어도 0.5mm, 1mm, 2mm, 3mm, 4mm 또는 5mm, 그리고 10mm, 8mm, 7mm, 6mm, 5mm, 4mm, 3mm 또는 2mm 이하이다.

바람직한 실시예에서, 각각의 원주 방향 자화 자석의 가장 근위 부분은 로터의 원위 단부로부터 동일한 거리이고, 각각의 축 방향 자화 자석의 가장 근위 부분은 로터의 원위 단부로부터 동일한 거리이다. 그러나, 일부 실시예에서, 이는 바람직하지 않을 수 있으며, 따라서 다른 조합이 구상된다.

예를 들어, 일부 실시예에서, 원주 방향 자화 자석의 가장 근위 표면은 모두 로터의 원위 단부로부터 동일하게 멀리 떨어져 있지 않은 반면, 모든 축 방향 자화 자석의 가장 근위 표면은 동일하게 떨어져 있다. 다른 실시예에서는, 그 반대가 적용된다; 모든 원주 방향 자화 자석의 가장 근위 표면은 로터의 원위 단부로부터 동일한 거리에 있는 반면, 축 방향 자화 자석의 가장 근위 표면 중 적어도 일부가 그렇지 않다. 그리고 또 다른 실시예에서, 원주 방향 자화 자석의 가장 근위 표면은 모두 로터의 원위 단부로부터 동일하게 멀리 떨어져 있지 않으며, 모든 축 방향 자화 자석의 가장 근위 표면도 로터의 원위 단부로부터 동일하게 멀리 떨어져 있지 않다.

또한, 일부 실시예에서, 원주 방향 자화 자석의 가장 근위 표면 중 적어도 두 개는 동일 평면이 아니다. 이는 예를 들어, 원주 방향 및/또는 반경 방향으로 각진 또는 곡선인 근위 표면을 갖는 자석으로 인해 발생할 수 있다. 예를 들어, 도 3b에 도시된 바와 같이, (동일한 물리적 치수를 갖는) 원주 방향 자화 자석(311, 315)의 근위 표면(312, 316)은 원주 방향으로 각져 있으며, 따라서 동일평면이 아니다. 대안적으로, 자석의 근위 표면이 원추형 또는 실질적으로 원추형 표면을 형성할 때, 근위 표면은 동일 평면이 아니라는 것이 분명하다.

도 3c에서, 도 3a 및 도 3b에 도시된 특징 중 일부를 결합한 실시예를 볼 수 있다. 구체적으로, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 자석은 중심 축(331)을 중심으로 시계 방향(332)으로 회전하도록 배열되어 있다. 내부 표면(333)은 제1 직경을 갖는 중앙 개구부를 정의하고, 외부 표면(334)은 제1 직경보다 큰 제2 직경을 갖는 자석 어레이의 외부 에지를 정의한다. 이 도면에서, 복수의 제1 부분(335)은 복수의 제2 부분(340)과 교대로 배치된다. 각각의 제1 부분은 실질적으로 평평하고 회전축(331)에 직교한다. 각각의 제2 부분(340)은 제1 부분(335)으로부터 축 방향으로 오프셋된다. 제2 부분은 선행 표면(344)과 후행 표면(345)을 갖는다.

각각의 제2 부분(340)의 가장 근위 표면의 제1 하위 부분(343)은 제1 부분과 평행할 수 있다. 즉, 일부 실시예에서, 압력이 표면 상에 분산될 수 있고 유체가 제2 부분(340)으로부터 흘러나올 수 있는 평평한 런아웃 영역이 있을 수 있다.

각각의 섹션 부분(340)의 가장 근위 표면의 제2 하위 부분(342)은 윤곽이 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 윤곽은 시계 반대 방향(회전 방향의 반대 방향)으로 상승하는 윤곽이다. 윤곽은 가장 원위 지점(349)(예컨대, 선행 표면(344) 근처의 지점)에서 가장 근위 지점(350)(예컨대, 후행 표면(345) 또는 제1 하위 부분(343)의 또는 그 근처의 지점)까지의 거리(348)가 점점 테이퍼질 수 있다. 즉, 제2 부분(340)의 가장 근위 표면의 한 부분(예컨대, 참조 349)은 제2 부분의 가장 근위 표면의 제2 부분(예컨대, 참조 350)보다 축 방향으로 제1 부분(335)에 거리(348)만큼 더 가까울 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 하위 부분(342)의 어떤 부분도 제1 하위 부분(343)과 동일평면이 아니다.

일부 실시예에서, 제2 하위 부분(342)은 곡면(예를 들어, 오목한 표면 또는 볼록한 표면)을 포함한다. 일부 실시예에서, 제2 하위 부분(342)은 제1 부분(340)에 대해 고정된 각도로 실질적으로 평평한 표면을 포함한다.

일부 실시예에서, 제2 하위 부분(340)은 측벽, 예컨대 후행 표면(345)의 후행 측벽(346) 또는 어레이의 외부 표면(334)의 외부 측벽(347)을 포함할 수 있다. 이러한 측벽은 혈액의 흐름을 제어하고, 방사형 방향으로의 흐름을 감소시키는 데 사용될 수 있다.

또한, 당업자는 도면에 도시된 자석이 날카로운 모서리를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 모서리는 완전히 또는 부분적으로 경사지게, 모따기, 둥글게 처리될 수 있음을 인식할 것이다.

제2 수정 접근법

제2 수정 접근법은 적어도 하나의 축 방향 자화 자석의 물리적 치수를 적어도 하나의 원주 방향 자화 자석의 해당 물리적 치수와 다르게 구성하는 것이다. 즉, 모든 자석이 자화 방향을 제외하고 일반적으로 동일한 것이 아니라, 축 방향 자화 자석이 원주 방향 자화 자석과 물리적으로 다르도록 물리적 치수를 조정하는 것이다.

도 4a를 참조하면, 수정된 할바흐 어레이에서 개별 자석(401)의 도면이 제공된다. 각각의 자석(401)에 대해, 외부 표면(402), 내부 표면(407) 및 회전축(499)으로부터 방사상으로 바깥쪽으로 연장되는 측면 표면(403, 404)이 있다. 각각의 자석은 또한 근위 표면(406)을 갖는다.

바람직한 실시예에서, 각각의 영구 자석은 상기 회전축(499)을 중심으로 원의 호를 형성하는 단면 형상을 갖는 외부 표면(402)을 갖는다. 호의 물리적 치수는 회전축(499)으로부터 각각의 호에 의해 이루어지는 각도(405)가 가장 바람직하게는 1° 내지 89°가 되도록 한다. 일부 실시예에서, 각도는 가능한 모든 조합 및 그 하위 범위를 포함하여, 적어도 1°, 5°, 10°, 15° 또는 20°이고, 89°, 80°, 70°, 60°, 50° 또는 40° 이하이다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 각도는 5° 내지 70°, 10° 내지 80°, 또는 20° 내지 70°이다.

일부 실시예에서, 자석이 수정된 할바흐 어레이에 배열될 때, 어레이 내의 제1 자석의 외부 표면의 호에 의해 이루어진 각도는 어레이 내의 제2 자석의 외부 표면의 호에 의해 이루어진 각도와 상이하다. 일부 실시예에서, 각도 중 적어도 하나는 임계값보다 크고, 각도 중 적어도 하나는 임계값보다 작다. 임계값은 360°/n과 같으며, 여기서 n은 어레이에 있는 자석의 수이다. 따라서 8개의 자석으로 구성된 할바흐 어레이의 경우, 임계값은 45이고, 16개의 자석의 경우 임계값은 22.5이고, 24개의 자석의 경우 임계값은 15°이다. 일부 실시예에서, 모든 축 방향 자화 자석은 모든 원주 방향 자화 자석보다 호에 의해 이루어지는 각도가 다르다. 일부 실시예에서, 모든 축 방향 자화 자석은 모든 원주 방향 자화 자석보다 호에 의해 이루어진 각도가 더 크다. 일부 실시예에서, 모든 축 방향 자화 자석은 모든 원주 방향 자화 자석보다 호에 의해 이루어진 각도가 더 작다.

일부 실시예에서, 원주 방향 자화 자석 또는 축 방향 자화 자석(둘 모두는 아님)의 각도는 40°보다 작다. 일부 실시예에서, 각도는 30° 미만이다. 일부 실시예에서, 각도는 20° 미만이다. 일부 실시예에서, 각도는 10° 미만이다.

호를 형성하는 외부 표면(402)은 또한 자석마다 다를 수 있는 최대 호 길이(즉, 회전축에 직교하는 평면에 의해 형성될 수 있는 외부 표면의 가장 긴 호 길이)를 가진다. 바람직한 실시예에서, 어레이 내 각각의 자석의 호 길이는 1mm 내지 5mm이다. 일부 실시예에서, 어레이 내 각각의 자석의 호 길이는 1mm 내지 4mm 또는 1mm 내지 3mm이다. 일부 실시예에서, 어레이 내의 각각의 자석의 호 길이는 2 내지 3mm이다. 제2 기술을 사용하는 가장 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 축 방향 자화 자석의 최대 호 길이는 적어도 하나의 원주 방향 자화 자석의 최대 호 길이와 상이하다.

각각의 자석의 근위 표면(406)은 표면적을 가질 것이다. 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 축 방향 자화 자석의 표면적은 적어도 하나의 원주 방향 자화 자석의 표면적과 상이하다.

가장 바람직한 실시예에서, 각각의 축 방향 자화 자석은 (a) 각각의 원주 방향 자화 자석보다 더 큰 최대 호 길이 및 더 큰 표면적을 가지거나, (b) 각각의 원주 방향 자화 자석보다 더 작은 최대 호 길이 및 더 작은 표면적을 가진다.

각각의 자석(401)은 또한 축 방향 길이(409)(즉, 자석의 가장 근위 지점과 자석의 가장 원위 지점 사이의 거리)를 갖는다. 일부 실시예에서, 적어도 하나의 축 방향 자화 자석의 축 방향 길이는 적어도 하나의 원주 방향 자화 자석의 축 방향 길이와 상이하다.

수정된 할바흐 어레이로 배열될 때, 어레이는 실질적으로 원통형 단면을 갖는다. 수정된 할바흐 어레이의 최대 외경은 일반적으로 ≤ 6.75mm 또는 ≤ 6.5mm와 같이 7mm 미만이다. 이 구성에서, 각각의 자석의 내부 표면은 수정된 할바흐 어레이를 통해 적어도 부분적으로 연장될 수 있는 개구부를 형성하며, 바람직하게는 전체 수정된 할바흐 어레이를 통해 연장된다. 개구부는 일반적으로 0.5mm 내지 2mm의 직경을 가질 것이다. 따라서, 각각의 자석의 내부 표면(407)은 일반적으로 회전축(499)으로부터 0.25 mm 내지 1 mm의 거리(410)이다.

또한, 각각의 측면 표면(403, 404)은 내부 표면과 외부 표면 사이에서 연장되는 길이를 가질 것이다. 도 4a에서, 측면 표면(403)은 내부 표면(407)으로부터 외부 표면(402)까지 측정되는 길이(411)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 이 길이는 내부 표면으로부터 외부 표면의 반경 방향 거리와 동일하거나 동일하지 않을 수 있으며, 예를 들어, 측면 표면이 곡면인 경우, 길이(411)는 내부 표면과 외부 표면 사이의 반경 방향 거리보다 클 수 있음을 인식할 수 있을 것이다. 일반적으로, 각각의 자석의 각각의 측면 표면은 1mm 내지 5mm, 예를 들어 1mm 내지 4mm 또는 2mm 내지 4mm의 길이를 가질 것이다.

숙련된 당업자는 이러한 물리적 치수의 차이들 중 일부가 단일 어레이에서 결합될 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 축 방향 자화 자석과 원주 방향 자화 자석 사이에서 호 길이와 축 방향 길이가 모두 다를 수 있다.

도 4b 내지 도 4e를 참조하면, 수정된 할바흐 어레이에서 자석의 다양한 대안적인 물리적 구성이 예시되어 있다.

도 4b에서, 수정된 할바흐 어레이는 회전축(499)을 중심으로 구성된 원주 방향 자화 자석(421) 및 축 방향 자화 자석(431)의 교대 배열을 갖는 것으로 도시되고, 여기서 어레이의 각각의 자석(421, 431)은 각각의 자석의 내부 표면(427)으로부터 회전축(499)으로부터 방사상으로 외측으로 연장되는 2개의 비-평행 평평한 측면 표면(423, 424, 433, 434)을 갖는다. 각각의 자석은 외부 표면(422, 432) 및 가장 근위 표면(426, 436)을 갖는다. 외부 표면들(422, 432)은 상기 회전축(499)을 중심으로 원의 호를 형성하는 단면 형상을 가지며, 각도(405, 415)는 회전축(499)으로부터 각각의 호에 의해 이루어진다. 바람직한 실시예에서, 각각의 측면 표면은 외부 표면에 실질적으로 법면이 되도록 구성되며, 어레이 내의 임의의 주어진 자석의 측면 표면을 따라 연장되는 가상의 평면이 회전각과 교차한다.

도 4b는 축 방향 자화 자석(431)보다 호에 의해 이루어진 각도가 더 크고 및/또는 더 큰 호 길이를 갖는 원주 방향 자화 자석(421)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 숙련된 당업자는 축 방향 자화 자석이 원주 방향 자화 자석보다 호에 의해 이루어진 각도가 더 크고 및/또는 더 큰 호 길이를 가질 수 있다는 그 반대의 경우도 적용될 수 있음을 인식할 것이다.

바람직한 실시예에서, 각각의 측면 표면은 외부 표면에 실질적으로 법선이 되도록 구성되지 않을 것이고; 주어진 자석의 각각의 평평한 측면 표면을 따라 연장되는 가상의 평면은 회전각과 교차하지 않을 것이다.

도 4c에서, 수정된 할바흐 어레이는 회전축(499)을 중심으로 구성된 원주 방향 자화 자석(441) 및 축 방향 자화 자석(451)의 대안적인 배열을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 여기서 축 방향 자화 자석(451)은 평행한 평평한 측면 표면(453, 454)을 갖는 반면, 원주 방향 자화 자석(441)은 비-평행한 평평한 측면 표면(443, 444)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 숙련된 당업자는 축 방향 자화 자석은 평행하지 않은 평평한 측면 표면을 가질 수 있고, 원주 방향 자화 자석은 평행한 평평한 측면 표면을 가질 수 있다는 반대의 경우도 적용될 수 있음을 인식할 것이다.

수정된 할바흐 어레이는 회전축(499)에 의해 외부 표면(442, 442)의 호에 의해 이루어진 각도 (445, 455)를 갖는다. 예를 들어, 각도(405)(도 4b에서)와 각도(445)(도 4C에서)가 동일할 수 있는 반면, 측면 표면의 길이가 상당히 다를 수 있다는 것을 인식해야 한다.

도 4에서, 수정된 할바흐 어레이는 회전축(499)을 중심으로 구성된 원주 방향 자화 자석(461) 및 축 방향 자화 자석(471)의 교대 배열을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 여기서 각각의 자석(461, 471)은 2개의 비-평평한 측면 표면(463, 464, 473, 474)을 갖는다. 특히, 각각의 자석은 오목한 곡면(463, 473) 및 볼록한 곡면(464, 474)을 갖는다.

숙련된 당업자는 이러한 변형들이 다양한 실시예에서 결합될 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들어, 도 4e에 도시된 바와 같이, 수정된 할바흐 어레이는 원주 방향 자화 자석(482)과 축 방향 자화 자석(481, 483)의 교대 배열을 갖는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 제1 자석(481)은 두 개의 평행한 평평한 측면 표면(483, 486)을 갖는다. 제2 자석(482)은 자석의 외부 표면에 대해 법선이 아닌 하나의 평평한 측면 표면(484)을 갖는다(즉, 평평한 측면 표면을 따라 연장되는 가상의 평면은 회전축과 교차하지 않을 것이다). 제2 자석(482)은 또한 오목한 곡면(487)을 갖는다. 제3 자석(483)은 오목한 곡면(488) 및 볼록한 곡면(485)을 갖는다.

도 4f에서는 또 다른 배열을 볼 수 있다. 여기서 모든 자석은 평행한 평평한 면을 가지지만, 도 4c에서 볼 수 있는 바와 같이 면이 중앙에 있지 않다. 오히려, 제1 자석(491)의 일 측면(492)에 의해 정의된 평면은 회전축(499)과 교차하도록 구성되고, 제1 자석(491)의 다른 일 측면(493)에 의해 정의된 평면은 자석의 내부 표면(407)과 접선적으로 교차하도록 구성된다.

제3 수정 접근 방식

제3 수정 접근 방식은 제1 및 제2 수정 접근 방식을 결합한다. 즉, 제1 수정 기법에 의해 수행된 근위 표면의 축 방향 위치를 조작하는 것 외에도, 자석의 물리적 치수를 조정하는 것도 포함된다.

예를 들어, 도 5a는 각각의 축 방향 자화 자석(501)의 근위 표면이 각각의 원주 방향 자화 자석(502)의 근위 표면보다 회전축을 따라 (로터의 근위 단부를 향해) 더 멀리 위치하고, 각각의 축 방향 자화 자석의 외부 표면이 각각의 원주 방향 자화 자석의 외부 표면의 호 길이보다 큰 호 길이를 갖는 자석의 배열을 나타낸다. 각각의 자석은 두 개의 평행하지 않은 평평한 측면 표면을 가지고 있다.

도 5b에서, 각각의 축 방향 자화 자석(503)의 근위 표면은 각각의 원주 방향 자화 자석(504)의 근위 표면보다 회전축을 따라 (로터의 근위 단부 쪽으로) 더 멀리 위치하며, 각각의 축 방향 자화 자석의 외부 표면은 각각의 원주 방향 자화 자석의 외부 표면의 호 길이보다 작은 호 길이를 가진다.

도 5C는 각각의 자석이 오목한 측면 표면과 볼록한 측면 표면을 갖는 자석의 배열을 보여준다. 각각의 축 방향 자화 자석(505)의 근위 표면은 각각의 원주 방향 자화 자석(506)의 근위 표면보다 회전 축을 따라 (로터의 근위 단부 쪽으로) 더 멀리 위치한다. 각각의 축 방향 자화 자석의 외부 표면은 각각의 원주 방향 자화 자석의 외부 표면의 호 길이보다 큰 호 길이를 갖는다.

또한, 다른 수정이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 적어도 하나의 원주 방향 자화 자석의 근위 표면에 적어도 하나의 보조 블레이드가 제공되며, 이는 근위 방향으로 축 방향으로 연장된다.

할바흐 어레이의 실시예의 근위 표면의 사시도가 도 6a에 도시되어 있다. 특히, 수정된 어레이는 각각의 원주 방향 자화 자석(602)의 가장 근위 표면(604)보다 근위 방향으로 회전축(699)을 따라 축 방향으로 더 연장되는 가장 근위 표면(603)을 갖는 축 방향 자화 자석(601)을 포함한다. 각각의 블레이드(605)의 가장 근위 표면(606)은 각각의 축 방향 자화 자석(601)의 가장 근위 표면(603)을 넘어 연장되지 않는 것이 바람직하다.

블레이드의 단면 형상은 반경 방향 및/또는 축 방향에서 달라질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 각각의 블레이드(605)는 블레이드가 회전축(699)으로부터 멀리 연장됨에 따라 반경 방향으로 약간 테이퍼진다. 일부 실시예에서, 각각의 블레이드(605)는 블레이드가 원주 방향 자화 자석(602)의 근위 표면(604)으로부터 멀리 연장됨에 따라 축 방향으로 약간 테이퍼진다. 일부 실시예에서, 블레이드는 반경 방향 및 축 방향 모두에서 테이퍼진다. 일부 실시예에서, 근위 표면(606)은 회전 축에 가장 가까운 블레이드(605)의 근위 표면(606)의 일부(607)가 회전 축(699)으로부터 더 먼 블레이드(605)의 근위 표면(606)의 일부(608)보다 원주 방향 자화 자석의 근위 표면(604)으로부터 더 멀도록 각이 진다. 달리 말하면, 회전축(699)에 가까운 부분(607)에서의 블레이드(605)의 높이는 회전축으로부터 방사상으로 더 멀리 떨어진 부분(608)에서의 블레이드(605)의 높이보다 크다.

블레이드의 일반적인 단면 형상은 원하는 대로 크게 달라질 수 있다. 예를 들어, 각각의 블레이드는 일반적으로 직사각형일 수 있지만, 다른 블레이드는 곡선 모양, 사다리꼴 또는 삼각형 모양, 타원형 또는 기하학적 경기장 모양을 가질 수 있다.

바람직한 실시예에서, 각각의 블레이드는 동일한 형상을 갖지만, 일부 실시예에서, 하나 이상의 블레이드는 형상이 상이할 수 있다.

또한, 일부 실시예에서, 보조 블레이드가 이용되는 경우, 각각의 원주 방향 자화 자석 상의 보조 블레이드의 수는 바람직하게는 동일하다. 그러나, 다른 실시예들에서, 각각의 원주 방향 자화 자석은 독립적으로 0, 1, 2, 또는 3개의 블레이드를 가질 수 있다.

도 6b는 원주 방향 자화 자석(610)의 단면도로서, 자석의 근위 표면(611) 및 보조 블레이드(615)를 나타낸다. 블레이드의 형상은 일반적으로 직사각형이고, 자석의 내부 표면으로부터 방사상으로 거리(617)만큼 오프셋되며, 블레이드의 외부 표면(616)이 자석의 외부 표면(612)과 실질적으로 평평하다.

바람직한 실시예에서, 모든 블레이드는 적어도 내부 표면으로부터 방사상으로 오프셋되어 있지만, 자석의 내부 및/또는 외부 표면으로부터 방사상으로 오프셋되는 블레이드를 갖는 것은 필요하지 않다는 것을 인식해야 한다. 블레이드가 내부 및/또는 외부 표면으로부터 오프셋되는 경우, 임의의 방사형 오프셋 거리는 바람직하게는 자석의 근위 표면 방사형 길이의 25% 미만이며, 일반적으로 1mm 이하이다.

도 6c는 자석(620)의 근위 표면(621)의 유사한 사시도를 도시한다. 그러나, 여기서, 자석은 2개의 보조 블레이드(625, 626)를 가지며, 각각 다른 형상이다(이 실시예에서는, 직사각형 블레이드(625)와 임의로 곡선형 블레이드(626)가 도시되어 있음). 직사각형 모양의 블레이드(625)는 자석(620)의 외부 표면(622)과 실질적으로 평평한 외부 에지 또는 표면을 가지지만, 임의로 곡선형 블레이드(626)는 자석의 외부 표면으로부터 방사상으로 거리(628)만큼 오프셋되어 있다. 두 블레이드는 모두 자석의 내부 표면으로부터 방사상으로 오프셋된다.

도 6d는 자석(630)의 근위 표면(631)의 유사한 도면을 나타낸다. 그러나, 여기서, 자석은 두 개의 동일한 보조 블레이드(635, 636)를 가지며, 각각의 보조 블레이드는 기하학적 경기장 형상이다. 보조 블레이드(635, 636)는 모두 자석(630)의 내부 및 외부 표면 모두로부터 방사상으로 오프셋된다.

이러한 보조 블레이드의 사용 및 자석의 근위 표면의 윤곽 또는 성형은 하나 이상의 베어링에 대한 축 방향 힘을 감소시키도록 구성될 수 있다. 이해되는 바와 같이, 베어링에 가해지는 더 많은 힘은 예를 들어 마찰력으로 인해 회전에 의해 생성되는 열을 증가시킨다. 펌프의 마모가 증가하는 것 외에도, 혈액으로의 열 전달은 추가적인 합병증을 유발할 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 자석의 근위 표면은 윤곽이 있거나 또는 하나 이상의 보조 블레이드를 포함하며, 이는 하나 이상의 베어링의 축 방향 하중을 감소시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 더 높은 회전 속도에서 하중이 더 크게 감소한다.

도 7을 참조하면, 혈액 펌프(700)의 단면도가 도시되어 있다. 혈액 펌프(700)는 전술한 바와 같이 로터(711) 및 전기 구동 유닛(750)을 포함한다. 혈액 펌프(700)는 혈류 입구(741) 및 혈류 출구(742)를 갖는 펌프 케이싱(702)을 더 포함한다. 혈액 펌프(700)는 카테터 펌프라고도 불리는 혈관 내 펌프로서 설계되고, 카테터(745)를 통해 환자의 혈관 내에 배치된다. 혈류 입구(741)는 사용 중에 대동맥 판막과 같은 심장 판막을 통해 배치될 수 있는 유연한 캐뉼라(743)의 단부에 있다. 혈류 출구(742)는 펌프 케이싱(702)의 측면 표면에 위치하며, 대동맥과 같은 심장 혈관 내에 배치될 수 있다. 혈액 펌프(700)는 구동 유닛(750)에 의해 펌프(700)를 구동하기 위해 혈액 펌프(700)에 전력을 공급하기 위해 카테터(745)를 통해 연장되는 전기 라인(746)과 전기적으로 연결된다.

혈액 펌프(700)가 장기적으로 사용되도록 의도된 경우, 즉 혈액 펌프(700)가 환자에게 몇 주 또는 몇 달 동안 이식되는 상황에서는, 전력이 배터리를 통해 공급되는 것이 바람직하다. 이는 환자가 케이블을 통해 기지국에 연결되지 않기 때문에 환자가 이동 가능하게 해준다. 배터리는 환자에 의해 휴대될 수 있으며, 예를 들어 무선으로 혈액 펌프(700)에 전기 에너지를 공급할 수 있다.

혈액은 혈류 입구(741)와 혈류 출구(742)를 연결하는 통로(744)를 따라 이송된다(화살표로 표시된 혈류). 전술한 바와 같이 로터(711)는 통로(744)를 따라 혈액을 이송하기 위해 제공되며, 제1 베어링(731) 및 제2 베어링(732)에 의해 펌프 케이싱(702) 내의 회전 축(705)을 중심으로 회전 가능하도록 장착된다. 회전축(705)은 바람직하게는 임펠러(711)의 종축이다. 이 실시예에서, 두 베어링(731, 732)은 모두 접촉형 베어링이다. 그러나, 베어링(731, 732) 중 적어도 하나는 자기 또는 유체 역학 베어링과 같은 비접촉식 베어링일 수 있다. 제1 베어링(731)은 회전 운동뿐만 아니라 피벗 운동을 어느 정도 허용하는 구형 베어링 표면을 갖는 피벗 베어링이다. 핀(733)이 제공되어 베어링 표면 중 하나를 형성한다. 제2 베어링(732)은 임펠러(711)의 회전을 안정화시키기 위해 지지 부재(713)에 배치되며, 지지 부재(713)는 혈류를 위한 적어도 하나의 개구부(714)를 갖는다. 블레이드(715)는 로터(711)가 회전하면 혈액을 이송하기 위해 로터(711)에 제공된다. 로터(711)의 회전은 로터(711)의 근위 단부에 있는 자석(731)에 자기적으로 결합된 구동 유닛(750)에 의해 발생한다. 예시된 혈액 펌프(700)는 혼합형 혈액 펌프로서, 주요 흐름 방향이 축 방향이다. 혈액 펌프(700)는 로터(711), 특히 블레이드(715)의 배열에 따라 순전히 축 방향 혈액 펌프일 수도 있다는 것을 알 것이다.

당업자는 상기 혈관 내 혈액 펌프 로터와 자기적으로 상호 작용할 수 있도록 전기 구동 유닛을 구성하는 방법을 인식할 것이다.

개시된 로터와 함께 작동할 수 있다. 전기 구동 유닛은 로터(711)에 인접하지만, 물리적으로 분리되도록 구성되어야 한다. 바람직한 실시예들에서, 전기 구동 유닛은 2극, 4극 또는 6극 스테이터를 포함하거나 또는 이것으로 본질적으로 구성된다.

도 8a는 도 7의 혈액 펌프의 일 실시예의 내부를 보다 상세하게 도시한다. 특히, 혈액 펌프(801)의 내부는 임펠러(811) 및 구동 유닛(860)을 포함한다. 일부 실시예에서, 구동 유닛(860)은 복수의 포스트(850)를 포함하며, 예를 들어, 도 8a의 단면도에는 2개만 보이지만, 6개의 포스트(850)를 포함한다. 포스트(850)는 샤프트 부분(851) 및 헤드 부분(852)을 갖는다. 헤드 부분(852)은 구동 유닛(860)을 로터(811)에 자기적으로 결합시키기 위해 로터(811)에 인접하여 배치되지만, 로터(811)로부터 분리되어 배치된다. 이를 위해, 로터(811)는 위에서 설명한 바와 같이 수정된 할바흐 어레이(821)를 갖는다. 자석(821)은 구동 유닛(860)을 향하는 로터(811)의 단부에 배치된다. 즉, 자석(821)은 로터(811)의 근위 단부에 배치된다. 구동 유닛의 형상으로 인해, 자석(821)은 구동 유닛의 형상을 실질적으로 반영하는 경사진 근위 표면을 갖는다.

포스트들(850)은 혈액 펌프(800)를 구동하기 위한 회전 자기장을 생성하기 위해 제어 유닛(도시되지 않음)에 의해 순차적으로 제어된다. 자석(821)은 회전 자기장과 상호 작용하여 회전축(805)을 중심으로 로터(811)를 회전시키도록 배열된다. 코일 권선은 포스트(850)의 샤프트 부분(851)을 중심으로 배열된다. 포스트들(850)은 회전축(805)에 평행하게 배열되며, 보다 구체적으로, 각각의 포스트들(850)의 종축은 회전축(805)에 평행하게 배열된다.

자속 경로를 폐쇄하기 위해, 일반적으로 백 플레이트(859)가 사용된다. 백 플레이트(859)는 헤드 부분(852)의 반대편에 있는 샤프트 부분(851)의 단부에 위치한다. 포스트(850)는 자성 코어로서 작용하며, 적절한 재료, 특히 강철 또는 적절한 합금, 특히 코발트 강철과 같은 연자성 재료로 만들어진다. 마찬가지로, 백 플레이트(859)는 코발트 강과 같은 적절한 연자성 재료로 만들어진다. 백 플레이트(859)는 자속을 향상시켜, 혈관 내 혈액 펌프에 중요한 혈액 펌프(800)의 전체 직경을 감소시킬 수 있게 한다. 수정된 할바흐 어레이의 사용으로 인해, 로터 자석(821)의 반대편에 자기 요크가 필요하지 않다.

도 8b는 자석(821)을 향하는 헤드 부분(852)의 상부 표면이 기울어지지 않고 회전축에 수직인 평면에서 연장된다는 점을 제외하고는, 도 8a의 실시예와 실질적으로 유사한 대안적 실시예를 도시한다. 따라서, 자석(821)은 경사진 근위 표면을 갖지 않는다. 자석(821)의 근위 표면과 구동 유닛(860)의 원위 표면 사이의 최소 간극(839)은 쉽게 측정될 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 원주 방향 자화 자석의 가장 근위 표면은 각각의 축 방향 자화 자석의 가장 근위 표면보다 상기 전기 구동 유닛의 원위 단부로부터 더 멀리 위치한다.

당업자는 본 명세서에 기재된 본 개시의 특정 실시예에 대응하는 많은 균등물들을 인식하거나, 일상적인 실험을 통해서만 확인할 수 있을 것이다. 이러한 균등물은 다음 청구범위에 의해 포괄되도록 의도된다.

Claims (19)

1. 혈관 내 혈액 펌프 로터로서:
   원위 방향으로 테이퍼지고 회전축을 중심으로 회전하도록 구성된 로터 허브, 상기 로터 허브로부터 외측으로 연장되는 적어도 하나의 블레이드, 및 상기 적어도 하나의 블레이드의 가장 원위 부분 너머로 원위로 연장되는 상기 로터 허브의 원위 단부를 갖는 원위 부분;
   근위 방향의 제1 자속 및 원위 방향의 제2 자속을 갖는 자기장을 생성하는 수정된 할바흐 어레이(Halbach array)를 형성하도록 배열된 영구 자석을 갖는, 상기 원위 부분에 연결된 근위 부분 ― 상기 제1 자속은 상기 제2 자속보다 크고, 상기 수정된 할바흐 어레이는 축 방향 자화 자석 및 원주 방향 자화 자석의 교번 배열을 포함함 ― 을 포함하고,
   상기 축 방향 자화 자석 중 적어도 하나는, 상기 원주 방향 자화 자석 중 적어도 하나의 자석의 표면의 가장 근위 지점 또는 부분과 비교하여 상기 원위 단부와 다른 거리인 표면의 가장 근위 지점 또는 부분을 갖는, 혈관 내 혈액 펌프 로터.
2. 제1항에 있어서,
   각각의 원주 방향 자화 자석의 근위 표면은 상기 원위 단부로부터 축 방향으로 제1 거리이고, 각각의 축 방향 자화 자석의 근위 표면은 상기 원위 단부로부터 축 방향으로 제2 거리이고, 상기 제2 거리는 상기 제1 거리보다 큰, 혈관 내 혈액 펌프 로터.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 거리와 상기 제2 거리 사이의 차이는 1 내지 7 mm인, 혈관 내 혈액 펌프 로터.
4. 제1항에 있어서,
   상기 원주 방향 자화 자석의 상기 근위 표면 중 적어도 2 개는 동일 평면이 아닌, 혈관 내 혈액 펌프 로터.
5. 혈관 내 혈액 펌프로서,
   혈류 입구 및 혈류 출구를 갖는 펌프 케이싱;
   제1항에 따른 혈관 내 혈액 펌프 로터; 및
   상기 혈관 내 혈액 펌프 로터와 자기적으로 상호 작용할 수 있는 전기 구동 유닛을 포함하는, 혈관 내 혈액 펌프.
6. 제5항에 있어서,
   상기 전기 구동 유닛은 2극, 4극 또는 6극 스테이터를 포함하는, 혈관 내 혈액 펌프.
7. 제5항에 있어서,
   각각의 원주 방향 자화 자석은 각각의 축 방향 자화 자석보다 상기 전기 구동 유닛의 원위 단부로부터 더 멀리 위치하는, 혈관 내 혈액 펌프.
8. 제5항에 있어서,
   상기 혈관 내 혈액 펌프는 축형 혈액 펌프인, 혈관 내 혈액 펌프.
9. 혈관 내 혈액 펌프 로터로서:
   원위 방향으로 테이퍼지고 회전축을 중심으로 회전하도록 구성된 로터 허브, 상기 로터 허브로부터 외측으로 연장되는 적어도 하나의 블레이드, 및 상기 적어도 하나의 블레이드의 가장 원위 부분을 넘어 원위로 연장되는 상기 로터 허브의 원위 단부를 갖는 원위 부분;
   근위 방향의 제1 자속 및 원위 방향의 제2 자속을 갖는 자기장을 생성하는 수정된 할바흐 어레이를 형성하도록 배열된 영구 자석을 갖는, 상기 원위 부분에 연결된 근위 부분 ― 상기 제1 자속은 상기 제2 자속보다 더 크고, 상기 수정된 할바흐 어레이는 상기 축 방향 자화 자석 및 원주 방향 자화 자석의 교번 배열을 포함함 ― 을 포함하고,
   상기 축 방향 자화 자석 중 적어도 하나는 상기 원주 방향 자화 자석 중 적어도 하나의 자석의 대응하는 물리적 치수와 상이한 물리적 치수를 갖는, 혈관 내 혈액 펌프 로터.
10. 제9항에 있어서,
    상기 영구 자석 각각은 상기 회전축으로부터 방사상으로 연장되는 2개의 측면 표면을 포함하며, 상기 복수의 영구 자석 각각에 대한 상기 2개의 측면 표면은 2개의 평행한 평평한 표면, 2개의 비-평행한 평평한 표면, 또는 오목한 곡면과 볼록한 곡면을 형성하는, 혈관 내 혈액 펌프 로터.
11. 제9항에 있어서,
    상기 영구 자석은 각각 상기 회전 축을 중심으로 원의 호를 형성하는 단면 형상을 갖는 외부 표면을 가지며, 상기 회전 축으로부터 각각의 호에 의해 이루어진 각도는 1° 내지 89°인, 혈관 내 혈액 펌프 로터.
12. 제11항에 있어서,
    상기 영구 자석은 제1 자석 및 제2 자석을 포함하고, 상기 제1 자석으로부터의 호에 의해 이루어진 각도는 상기 제2 자석으로부터의 호에 의해 이루어진 각도와 다른, 혈관 내 혈액 펌프 로터.
13. 제12항에 있어서,
    상기 각도 중 적어도 하나가 45° 초과인, 혈관 내 혈액 펌프 로터.
14. 제13항에 있어서,
    상기 각도 중 적어도 하나는 45° 미만인, 혈관 내 혈액 펌프 로터.
15. 제9항에 있어서,
    상기 물리적 직경은 각각의 자석의 외부 표면의 단면에 의해 형성된 호의 길이를 포함하는, 혈관 내 혈액 펌프 로터.
16. 제9항에 있어서,
    상기 물리적 직경은 축 방향으로 각각의 자석의 길이를 포함하는, 혈관 내 혈액 펌프 로터.
17. 제9항에 있어서,
    상기 물리적 치수는 각각의 자석의 외부 표면의 단면에 의해 형성된 호의 길이, 및 축 방향에서의 각각의 자석의 길이를 포함하는, 혈관 내 혈액 펌프 로터.
18. 제9항에 있어서,
    축 방향으로 근위 방향으로 연장되는 적어도 하나의 원주 방향 자화 자석의 근위 표면에 블레이드를 더 포함하는, 혈관 내 혈액 펌프 로터.
19. 혈관 내 혈액 펌프로서,
    혈류 입구와 혈류 출구를 갖는 펌프 케이싱;
    제9항에 따른 혈관 내 혈액 펌프 로터; 및
    상기 혈관 내 혈액 펌프 로터와 자기적으로 상호 작용할 수 있는 전기 구동 유닛을 포함하는, 혈관 내 혈액 펌프.