TW202245866A - 血管內血液泵轉子及包含其的血管內血液泵 - Google Patents

Abstract

揭示血液泵轉子及利用其之血管內血液泵。血液泵轉子組態圍繞旋轉軸旋轉，且包含遠端及近端部分。遠端部分包括在遠端方向上漸縮的轉子轂，其具有自轉子轂向外延伸之葉片，且其之遠端向遠處延伸超出該葉片之最遠端部分。近端部分具有配置形成產生磁場的經修改海爾貝克陣列之永久磁鐵，磁場大於遠端方向上之磁通的近端方向之磁通。海爾貝克陣列經修改，使(a)軸向磁化磁鐵具有表面之最近端點或部分，其與圓周磁化磁鐵之表面之最近端點或部分相比與遠端的距離不同，(b)軸向磁化磁鐵具有不同於圓周磁化磁鐵之對應實體尺寸的實體尺寸，或(c)其組合。

Description

血管內血液泵轉子及包含其的血管內血液泵

[相關申請案之交互參考]

本申請案主張在2021年4月8日申請之美國臨時申請案第63/172,393號之優先權，該美國臨時申請案係以全文引用之方式併入本文中。

本揭示內容係關於一種血液泵，詳言之一種用於血管內血液泵之轉子，該血液泵經皮插入至患者的血管中，以支援患者的血管中之血液流動。該血液泵具有經改良轉子，該經改良轉子允許提高效率且減小該血液泵的外徑。

已知不同類型之血液泵，諸如軸向血液泵、離心(即，徑向)血液泵或混合型血液泵，其中血液流動係由軸向力及徑向力兩者導致。血管內血液泵係藉助於導管而插入至諸如主動脈的患者之血管中。血液泵典型包含泵殼，該泵殼具有由通路連接之血流入口及血流出口。為了造成沿著從血流入口至血流出口之通路的血液流動，轉子可旋轉地支撐在泵殼內，其中該轉子具備用於輸送血液之葉片。

血液泵典型由驅動單元來驅動，該驅動單元可為電動馬達。舉例而言，US 2011/0238172 Al揭示具有動葉輪之體外血液泵，該動葉輪可磁耦合至電動馬達。轉子包含磁鐵，該等磁鐵鄰近於電動馬達中之磁鐵安置。由於動葉輪中及馬達中之磁鐵之間的吸力，馬達之旋轉傳遞至轉子。為了減少旋轉部件之數目，亦自US 2011/0238172 Al得知利用旋轉磁場，其中驅動單元具有圍繞旋轉軸配置之複數個靜止柱，且每一柱帶有線圈繞組且充當磁芯。控制單元順序地將電壓供應至線圈繞組以產生旋轉磁場。為了提供足夠強之磁耦合，磁力必須足夠高，此可藉由供應至驅動單元之足夠高電流或藉由提供大的磁鐵來達成，然而，大的磁鐵引起血液泵之大的全直徑。然而，高能量消耗及發熱可在此等驅動單元中發生。

為了提高驅動效率，血液泵典型利用磁軛，磁軛一般由鐵磁性鐵組成且置放在轉子-定子組合之任一側。舉例而言，US 8,870,552揭示一種旋轉血液泵，該血液泵具有夾在前繞組與後繞組之間的轉子，其中泵使用在前繞組外之錐形鐵磁性鐵軛及在後繞組外之環狀鐵磁性鐵軛。

因此，本揭示內容之一目的為提供一種血液泵，較佳為一種血管內血液泵或經血管血液泵，該血液泵在驅動單元與動葉輪之間具有磁耦合，其中該血液泵具有緊湊設計，特別地具有足夠小的外徑，以允許經血管地、經靜脈地、經動脈地或跨瓣膜地插入該血液泵。本揭示內容之另一目的為減少血液泵之熱及能量消耗，此對血液泵在不需要任何磁軛的情況下可由電池供電，以為患者提供行動性的長期應用特別有用。

此目的係根據本揭示內容藉由具有獨立實施形態之特徵的血液泵轉子達成。本揭示內容之較佳實施例及進一步發展係在依賴於其之實施形態中指定。

根據本揭示內容，該血液泵轉子經組態以圍繞旋轉軸旋轉。該血液泵轉子包含一遠端部分及一近端部分。該遠端部分包括一轉子轂，該轉子轂在一遠端方向上漸縮。該轉子轂具有自該轉子轂向外延伸之至少一個葉片。此外，該轉子轂之一遠端向遠處延伸超出該至少一個葉片之一最遠端部分。連接至該遠端部分之該近端部分具有經配置以形成一經修改海爾貝克陣列(modified Halbach array)之永久磁鐵，該經修改海爾貝克陣列產生具有大於遠端方向上之磁通的近端方向上之磁通的磁場，該第一磁通大於該第二磁通。

該經修改海爾貝克陣列利用軸向磁化磁鐵及圓周磁化磁鐵之交替配置，其中海爾貝克陣列可用三種方式中之一種修改。

在第一態樣中，至少一個軸向磁化磁鐵具有最近端表面，該最近端表面與至少一個圓周磁化磁鐵之一最近端表面相比，與該遠端的距離不同。在第一態樣之較佳實施例中，每一圓周磁化磁鐵之表面上的最近端點比每一軸向磁化磁鐵之表面上的最近端點更接近遠端，一般更接近的範圍在1 mm與7 mm之間。換言之，軸向磁化磁鐵經組態以比圓周磁化磁鐵更接近該血液泵之一電驅動單元。此外，儘管近端表面可正交於旋轉軸，但在一些施例中，磁鐵之近端表面可為成型的，且因此近端表面可不正交於旋轉軸，且在一些實例中，圓周磁化磁鐵中之至少兩個可不共面。

在未經修改海爾貝克配置中，陣列中之每一磁鐵的實體尺寸相同，且僅磁化方向不同。在經修改海爾貝克陣列之第二態樣中，至少一個軸向磁化磁鐵具有不同於至少一個圓周磁化磁鐵之對應實體尺寸的實體尺寸。舉例而言，在一些實施例中，每一永久磁鐵包含遠離旋轉軸徑向延伸之兩個側表面，且每一磁鐵之該兩個側表面形成(a)兩個平行之平坦表面、(b)兩個不平行之平坦表面或(c)一凹形彎曲表面及一凸形彎曲表面。

在沿著磁鐵之任何給定軸向距離處，在徑向方向上的每一磁鐵之外表面將一般形成弧(即，外表面將具有形成圍繞旋轉軸之圓圈之弧的橫截面形狀)，弧長度在磁鐵之間可以不同。在一些實施例中，從旋轉軸起的每一弧所對向之角在1°與89°之間，且兩種不同磁鐵可具有不同的對向角。在一些實施例中，該等角中之至少一個大於45度，及/或該等角中之至少一個小於45度。另外或替代地，該等磁鐵中之一或多個在軸向方向上可比該陣列中之一或多個其他磁鐵長。

在第三態樣中，將第一態樣及第二態樣組合；即，至少一個軸向磁化磁鐵具有一最近端表面，其與至少一個圓周磁化磁鐵之一最近端表面相比，與遠端距離不同，且至少一個軸向磁化磁鐵具有不同於至少一個圓周磁化磁鐵之對應實體尺寸的一實體尺寸。

這些血液泵轉子可併入至血管內血液泵中，血管內血液泵可為軸向血液泵或對角線血液泵，該等泵部分軸向且部分徑向，(純離心血液泵之直徑對於血管內應用而言通常過大)。典型地，該等血液泵將包括具有一血流入口及一血流出口之一泵殼、該血管內血液泵轉子、及一電驅動單元(其可包含2極定子、4極定子或6極定子)，該電驅動單元能夠與該血管內血液泵轉子磁性地相互作用。在一些實施例中，每一圓周磁化磁鐵距離該電驅動單元之一遠端比每一軸向磁化磁鐵遠。

該電驅動單元產生一旋轉磁場，允許藉由相比於普通電動馬達減少移動部件之數目來簡化血液泵之力學。此亦使磨損減少，此是因為不需要用於電動馬達之接觸軸承。驅動單元與動葉輪之間的磁耦合不僅導致動葉輪之旋轉，而且准許動葉輪之正確對準。

驅動單元之遠端表面可為平坦的或正交於旋轉軸，或可為歪的或傾斜的。在沿著包括旋轉軸之平面的橫截面中，驅動單元之遠端表面為實質上三角形或梯形的。在組裝組態下，驅動單元之遠端表面可形成錐形表面或實質上錐形之表面，例如，具有小面但形成大致錐形表面的表面。一般地，所形成表面之形狀可為凸形的。舉例說明，驅動單元之多個部分可像餅圖一樣放在一起以形成具有錐形頂表面之圓形配置。

轉子之磁鐵可具有或可形成錐形或實質上錐形之凹部，該凹部就大小及形狀而言實質上對應於由驅動單元之遠端表面形成的錐形表面。一般地，磁鐵可形成面向由驅動單元形成之凸形表面的凹形表面，改良磁耦合。在另一實施例中，凹形表面及凸形表面之配置反之亦然，亦即，驅動單元之遠端表面可形成錐形凹部，而轉子磁鐵形成凸形錐形表面。

驅動單元之遠端表面及近端表面轉子將藉由間隙隔開。轉子與驅動單元之間的間隙之形狀及尺寸可有助於液體動力軸承能力。

海爾貝克陣列一般將提供以作為複數個磁鐵，諸如四個或更多個，且較佳為至少八個磁鐵。各種實施例利用六個磁鐵、八個、十個、十二、十四、十六或二十四個磁鐵，該等磁鐵圍繞旋轉軸配置在動葉輪中。較佳地，提供偶數個磁鐵，更佳地，定子之極數目之倍數的數目對避免或最小化死區有利。磁鐵可配置成在各個磁鐵之間實質上沒有間隙，以便增加磁性材料之量。然而，已發現，若磁鐵由間隙、特別地徑向延伸的間隙隔開，則磁耦合之效率並不減小。此是因為磁場之特性及驅動單元與動葉輪之間的間隙。若轉子中之磁鐵彼此接近，則自一個磁鐵(北)至鄰近磁鐵(南)成拱形延伸之最內磁場線並不延伸超出驅動單元與動葉輪之間的間隙，且因此不到達驅動單元，即，該等磁場線對動葉輪之驅動沒有幫助。因此，若間隙設置在動葉輪中之磁鐵之間，則效率沒有損失。動葉輪中之磁鐵之間的間隙(其可設置而不損失驅動之下率)之大小取決於動葉輪與驅動單元之間的間隙之大小，如熟習此項技術者可計算的。動葉輪磁鐵之間的間隙因而可用作例如為沖洗通道。

為了增強通過轉子與驅動單元之間的間隙之沖洗流，葉片之輔助集合可設置在轉子中。特別地，輔助葉片可設置在該磁鐵或該等磁鐵之面向驅動單元之側上，即，在轉子與驅動單元之間的間隙中。在較佳實施例中，圓周磁化磁鐵中之一或多個可包括一或多個輔助葉片，該一或多個輔助葉片連接至磁鐵之近端表面或形成至磁鐵之近端表面上、在近端方向上遠離近端表面軸向延伸。在軸向磁化磁鐵及圓周磁化磁鐵之近端表面與驅動單元具有不同距離的實施例中，輔助葉片較佳不延伸超出軸向磁化磁鐵之最近端部分。

沖洗流可另外或替代地藉由在面向驅動單元的磁鐵之表面中凹陷之通道增加。該等通道可例如徑向或螺旋地延伸。

參考圖1A，圖示出血管內血液泵轉子之橫截面圖。轉子1具有遠端部分10及近端部分20。近端部分20連接至遠端部分10之近端。

轉子1 (其有時可被稱為動葉輪)經組態以藉助於第一軸承31及第二軸承32關於旋轉軸5旋轉。在此實施例中，軸承(31、32)均為接觸型軸承。然而，軸承(31、32)中之至少一者可為非接觸型軸承，諸如磁性或流體動力軸承。第一軸承31為樞軸承，其具有允許一定程度的旋轉移動以及樞轉移動之球面軸承表面。

遠端部分10包括轉子轂11，該轉子轂11在遠端方向上朝著轉子轂11之最遠端12漸縮。第二軸承32通常在轉子轂11之最遠端12連接至轉子1。至少一個葉片15設置在轉子1上以用於在轉子1旋轉後即輸送血液。任何葉片15一般連接至轉子轂11。轉子轂11之最遠端12向遠處延伸超出葉片15之最遠端部分。且

近端部分20含有永久磁鐵21，該等永久磁鐵經配置以便形成經修改海爾貝克陣列。

暫時參考圖2A，標準圓柱形海爾貝克陣列典型地由複數個磁鐵51、52、53、54組成。每一磁鐵通常為相同的，磁化方向除外。 在標準圓柱形海爾貝克陣列中，所有磁鐵之近端表面大致上對準，且每一磁鐵具有外表面55、最接近旋轉軸5之內表面58及在徑向上遠離旋轉軸5延伸之兩個側表面56、57。每一磁鐵的外表面55通常具有關於旋轉軸5形成圓圈之弧的橫截面形狀，且存在自旋轉軸5起的每一弧所對向之角59。

參考圖2B，傳統海爾貝克陣列100包含圓周磁化磁鐵101 (例如，兩極105、106在實質上圓周方向上隔開)及軸向磁化磁鐵102 (例如，兩極在實質上軸向方向上隔開)之交替配置。每一磁鐵之近端表面103及遠端表面104(在形狀及軸向/徑向位置上)實質上等同於陣列中之其他磁鐵的近端表面及遠端表面。所有磁鐵之近端表面103通常實質上對準，使得陣列中之任何磁鐵沒有部分延伸超出陣列中之另一磁鐵的相應部分。在此配置中，海爾貝克陣列將在一側呈現相對強之磁通，而在相對側呈現相對弱之磁通。

並非如通常所見的，在徑向方向上產生強/弱磁通，本揭示內容之經修改海爾貝克陣列在軸向方向上產生此等強/弱磁通。此即，在前揭示之轉子中的經修改海爾貝克陣列產生具有近端方向上之第一磁通120及遠端方向上之第二磁通110的磁場。第一磁通120大於第二磁通110。

另外，圖2A及圖2B所示之傳統圓柱形海爾貝克陣列係以三種方式中之一種進行修改以供本揭示內容使用。

第一修改方法

第一修改方法為修改軸向方向上的磁鐵之配置。此技術涉及創造海爾貝克陣列中之軸向磁化磁鐵及圓周磁化磁鐵之近端表面在定位及/或定向上之差異。

特別地，如圖3A所示，本揭示內容之海爾貝克陣列200將含有在旋轉軸220周圍成圓柱形配置之交替的圓周磁化磁鐵201及軸向磁化磁鐵202。至少一個軸向磁化磁鐵202之近端表面212沿著軸向方向與至少一個圓周磁化磁鐵201之近端表面211相隔不同距離。如圖3A中所見，軸向磁化磁鐵的外表面205之一部分可在近端延伸超出至少一個圓周磁化磁鐵201之近端表面211。

此陣列之各種實施例可參考圖3B、圖3C及圖3D來說明。此等兩幅圖為根據本揭示內容之經修改海爾貝克陣列之實施例中的磁鐵之最近端部分的簡化圖示。

特別地，圖3B提供顯示在每一磁鐵之最近端表面正交於旋轉軸310之情況下的兩個軸向磁化磁鐵301、305及一個圓周磁化磁鐵303之近端之側視圖的簡化圖示。請注意，由於此實施例中之每一磁鐵之近端表面正交於旋轉軸，因此近端表面之任何點或部分有資格作為彼磁鐵之最近端點或部分。

由於圖示中之最近端表面302、304、306為平坦的，因此任何點可被視為最近端部分，且因此，可容易地判定軸向磁化磁鐵301及圓周磁化磁鐵303之最近端部分之軸向位置上的差異309。

若磁鐵之實體尺寸相同，則軸向定位上之此差異可藉由僅相比於周邊磁化磁鐵偏移軸向磁化磁鐵之軸向定位來創造。此在圖3B中圖示出，其中磁鐵301之最遠端表面307在軸向上與磁鐵303之最遠端表面308偏移。

圖3B提供類似圖示，但在此實施例中，軸向磁化磁鐵313及圓周磁化磁鐵311、315之最近端表面312、314、316係定型的且未必正交於旋轉軸。在此實例中，定型表面顯示為簡單的斜角平坦表面，但熟習此項技術者將認識到，曲線或複雜形狀視情況可容易地併入。亦提供轉子之旋轉軸320及旋轉方向321以供參考。

如在圖3B中所見，軸向磁化磁鐵313之最近端點或部分318 (此處為磁鐵的後緣)係與圓周磁化磁鐵311之最近端部分317一起經確認。在較佳實施例中，圓周磁化磁鐵之最近端點或部分317與軸向磁化磁鐵之最近端點或部分318在近端表面上具有相同的相對位置。舉例而言，若軸向磁化磁鐵之最近端點或部分318在軸向磁化磁鐵之最外部表面的後緣上(根據轉子之旋轉方向321)，則圓周磁化磁鐵之最近端點或部分317較佳在圓周磁化磁鐵之最外部表面的後緣上。接著可判定最近端點或部分317、318之軸向位置的差異319。類似於圖3A中之實施例，若磁鐵之實體尺寸相同，則軸向定位上之此差異可藉由僅相比於圓周磁化磁鐵偏移軸向磁化磁鐵之軸向定位來定位 。

在較佳實施例中，軸向位置之差在1 mm與7 mm之間。換言之，圓周磁化磁鐵之最近端部分比軸向磁化磁鐵之最近端部分更接近轉子之遠端較佳在1 mm與7 mm之間。在一些實施例中，此差為至少0.5 mm、1 mm、2 mm、3 mm、4 mm或5 mm，且不大於10 mm、8 mm、7 mm、6 mm、5 mm、4 mm、3 mm或2 mm，包括其所有可能的組合及子範圍。

在較佳實施例中，每一圓周磁化磁鐵之最近端部分與轉子之遠端具有相等距離，且每一軸向磁化磁鐵之最近端部分與轉子之遠端具有相等距離。然而，在一些實施例中，彼情況可能並非期望的，且因此想像其他組合。

舉例而言，在一些實施例中，圓周磁化磁鐵之最近端表面與轉子之遠端的距離並不完全相同，而所有軸向磁化磁鐵之最近端表面與轉子之遠端的距離相同。在其他實施例中，相反情況成立；所有圓周磁化磁鐵之最近端表面與轉子之遠端具有相同距離，而軸向磁化磁鐵之最近端表面中的至少一些與轉子之遠端的距離不相同。在另外其他實施例中，圓周磁化磁鐵之最近端表面與轉子之遠端的距離並不完全相同，且所有軸向磁化磁鐵之最近端部分與轉子之遠端的距離亦不相同。

另外，在一些實施例中，圓周磁化磁鐵之最近端表面中的至少兩者不共面。此可自例如磁鐵具有在圓周方向及/或軸向方向上有角度或彎曲之近端表面產生。舉例而言，如在圖3B中所見，(具有相同實體尺寸之)圓周磁化磁鐵311、315之近端表面312、316在圓周方向上有角度，且因此不共面。替代地，明顯地，當磁鐵之近端表面形成圓錐或實質上的圓周表面時，該等近端表面不共面。

在圖3C中，可看到組合在圖3A及圖3B中所見之特徵中之一些的實施例。確切地說，如在圖3D中所見，磁鐵經配置以圍繞中心軸線331在順時針方向332上旋轉。內表面333界定具有第一直徑之中心開口，且外表面334界定磁鐵陣列的外緣，該外緣具有大於第一直徑之第二直徑。在此圖中，幾個第一部分335與幾個第二部分340交替。每一第一部分係實質上平坦的且正交於旋轉軸331。每一第二部分340在軸向上與第一部分335偏移。第二部分具有前導表面344及尾部表面345。

每一第二部分340之最近端表面之第一子部分343可平行於第一部分。即，在一些實施例中，在壓力可分佈在表面上且流體可自第二部分340溢流的情況下，可存在平坦溢出區。

每一第二部分340之最近端表面之第二子部分342可為起伏的。在一些實施例中，輪廓為逆時針方向(與旋轉方向相反)上之上升輪廓。輪廓可自最遠端點349 (諸如靠近前導表面344之點)至最近端點350 (諸如處於或靠近第一子部分343的尾部表面345之點)漸縮距離348。即，第二部分340之最近端表面的一個部分(例如，參考349)在軸向方向上可比該第二部分之最近端表面的的第二部分(例如，參考350)更接近第一部分335距離348。

在一些實施例中，第二子部分342沒有部分與第一子部分343共面。在一些實施例中，第二子部分342包含彎曲表面(例如，凹或凸表面)。在一些實施例中，第二子部分342包含相對於第一部分340成固定角度的實質上平坦之表面。

在一些實施例中，第二子部分340可包括側壁，諸如在尾部表面345處的尾部側壁346，或在陣列之外表面334處的外側壁347。此等側壁可用於控制血流量，從而減少徑向方向上之流量等。

此外，熟習此項技術者將認識到，儘管在圖中圖示之磁鐵顯示為具有尖角，但邊緣可為完全或部分地斜切的、倒角的、圓角的等。

第二修改方法

第二修改方法為將至少一個軸向磁化磁鐵之實體尺寸組態成不同於至少一個圓周磁化磁鐵之對應實體尺寸。即，並非所有磁鐵係大體上相同的(磁化方向除外)，實體尺寸經微調，使得軸向磁化磁鐵實際上不同於圓周磁化磁鐵。

參考圖4A，提供經修改海爾貝克陣列中之各個磁鐵401的圖示。對於每一磁鐵401，存在外表面402、內表面407及遠離旋轉軸499向外徑向延伸之側表面403、404。每一磁鐵亦具有近端表面406。

在較佳實施例中，每一永久磁鐵具有外表面402，該外表面之橫截面形狀形成圍繞旋轉軸499之圓圈之弧。該等弧之實體尺寸使得自旋轉軸499起的每一弧所對向之角405最佳在1˚與89˚之間。在一些實施例中，該角為至少1°、5°、10°、15°或20°，且不大於89°、80°、70°、60°、50°或40°，包括其所有可能組合及子範圍。舉例而言，在一些實施例中，該角在5°與70°之間、在10°與80°之間或在20°與70°之間。

在一些實施例中，當磁鐵配置成經修改海爾貝克陣列時，陣列中之第一磁鐵的外表面之弧所對向的角不同於陣列中之第二磁鐵的外表面之弧所對向的角。在一些實施例中，該等角中之至少一者大於一臨限值，且該等角中之至少一者小於該臨限值。該臨限值等於360°/n，其中n為陣列中之磁鐵之數目。因此，對於由8個磁鐵組成之海爾貝克陣列，臨限值為45°，對於16個磁鐵，臨限值為22.5°，而對於24個磁鐵，臨限值為15°。在一些實施例中，所有軸向磁化磁鐵使其弧所對向之角不同於所有圓周磁化磁鐵。在一些實施例中，所有軸向磁化磁鐵使其弧所對向之角大於所有圓周磁化磁鐵。在一些實施例中，所有軸向磁化磁鐵使其弧所對向之角小於所有圓周磁化磁鐵。

在一些實施例中，用於圓周磁化磁鐵或軸向磁化磁鐵(但非兩者)之角小於40°。在一些實施例中，該角小於30°。在一些實施例中，該角小於20°。在一些實施例中，該角小於10°。

形成弧的外表面402亦具有在磁鐵間可改變之最大弧長408 (即，可由正交於旋轉軸之平面形成的外表面之最長弧長)。在較佳實施例中，陣列中之每一磁鐵之弧長在1 mm與5 mm之間。在一些實施例中，陣列中之每一磁鐵之弧長在1 mm與4 mm之間或在1 mm與3 mm之間。在一些實施例中，陣列中之每一磁鐵之弧長在2 mm與3 mm之間。在使用第二技術之最佳實施例中，至少一個軸向磁化磁鐵之最大弧長不同於至少一個圓周磁化磁鐵之最大弧長。

每一磁鐵之近端表面406將具有表面積。在較佳實施例中，至少一個軸向磁化磁鐵之表面積不同於至少一個圓周磁化磁鐵之表面積。

在最佳實施例中，每一軸向磁化磁鐵(a)具有比每一圓周磁化磁鐵大的最大弧長及表面積，或(b)具有比每一圓周磁化磁鐵小的最大弧長及表面積。

每一磁鐵401亦具有軸向長度409 (即，磁鐵之最近端點與磁鐵之最遠端點之間的距離)。在一些實施例中，至少一個軸向磁化磁鐵之軸向長度不同於至少一個圓周磁化磁鐵之軸向長度。

當配置成經修改海爾貝克陣列時，陣列將具有實質上圓柱形之橫截面。經修改海爾貝克陣列之最大外徑通常小於7 mm，諸如≤ 6.75 mm，或≤ 6.5 mm。在此組態中，每一磁鐵之內表面將形成一開口，該開口可至少部分地延伸穿過經修改海爾貝克陣列，且較佳延伸穿過整個經修改海爾貝克陣列。該開口將通常具有在0.5 mm與2 mm之間的直徑。因此，每一磁鐵的內表面407通常與旋轉軸499相隔在0.25 mm與1 mm之間的距離410。

另外，每一側表面403、404將具有在內表面與外表面之間延伸的長度。在圖4A中，側表面403顯示為具有自內表面407至外表面402量測之長度411。將認識到，此長度與外表面與內表面之徑向距離可以相同或不同；例如，若側表面係彎曲的，則長度411可大於內表面與外表面之間的徑向距離。一般地，每一磁鐵之每一側表面將具有在1 mm與5 mm之間，諸如在1 mm與4 mm或2 mm與4 mm之間，的長度。

熟習此項技術者將認識到，實體尺寸的此等差中之一些全部可在單個陣列中組合。舉例而言，在一些實施例中，弧長及軸向長度兩者在軸向磁化磁鐵與圓周磁化磁鐵之間可以不同。

參考圖4B至圖4E，圖示出經修改海爾貝克陣列中之磁鐵的各種替代性實體組態。

在圖4B中，經修改海爾貝克陣列顯示為具有圍繞旋轉軸499組態的圓周磁化磁鐵421及軸向磁化磁鐵431之交替配置，其中陣列中之每一磁鐵421、431具有兩個不平行的平坦側表面423、424、433、434，該等側表面自每一磁鐵的內表面427遠離旋轉軸499向外徑向延伸。每一磁鐵具有外表面422、432，及最近端表面426、436。外表面422、432通常具有關於該旋轉軸499形成圓圈之弧的橫截面形狀，且具有自旋轉軸499起的每一弧所對向之角405、415。在較佳實施例中，每一側表面經組態以實質上垂直於外表面，使得沿著陣列中之任何給定磁鐵之側表面延伸的虛平面可與旋轉角相交。

圖4B被圖示為具有圓周磁化磁鐵421，其具有比軸向磁化磁鐵431大的角度435及/或弧長所對向的角度425及/或弧長。然而，熟習此項技術者將認識到，相反情況亦將成立-軸向磁化磁鐵可具有比圓周磁化磁鐵大的弧所對向的角及/或弧長。

在較佳實施例中，每一側表面將不組態為實質上垂直於外表面；沿著給定磁鐵之每一平坦側表面延伸的虛平面可不與旋轉角相交。

在圖4C中，經修改海爾貝克陣列顯示為具有圍繞旋轉軸499組態的圓周磁化磁鐵441及軸向磁化磁鐵451之交替配置，但在此，軸向磁化磁鐵451具有平行的平坦側表面453、454，而圓周磁化磁鐵441具有不平行的平坦側表面443、444。熟習此項技術者將認識到，相反情況亦將成立-軸向磁化磁鐵可具有不平行的平坦側表面，而圓周磁化磁鐵具有平行的平坦側表面。

經修改海爾貝克陣列具有藉由旋轉軸499的外表面442、452之弧所對向的角445、455。應認識到，例如角405 (來自圖4B)及角445 (來自圖4C)有可能相同，同時側表面之長度可大不一樣。

在圖4D中，經修改海爾貝克陣列顯示為具有圍繞旋轉軸499組態的圓周磁化磁鐵461及軸向磁化磁鐵471之交替配置，但在此，每一磁鐵461、471具有兩個不平坦的側表面463、464、473、474。特別地，每一磁鐵具有凹形彎曲表面463、473及凸形彎曲表面464、474。

熟習此項技術者將認識到，在各種實施例中，此等變化可組合。舉例而言，如在圖4E中所見，經修改海爾貝克陣列顯示為具有圓周磁化磁鐵482及軸向磁化磁鐵481、483的交替配置。然而，第一磁鐵481具有兩個平行的平坦側表面483、486。第二磁鐵482具有不正交於磁鐵的外表面之一個平坦側表面484 (即，沿著前述平坦側表面延伸的虛平面不會與旋轉軸相交)。第二磁鐵482亦具有凹形彎曲表面487。第三磁鐵483具有凹形彎曲表面488及凸形彎曲表面485。

在圖4F中，看到另一配置。在此，儘管所有磁鐵具有平行的平坦側面，但該等側面不居中，如在圖4C中所見。實情為，由第一磁鐵491的一個側面492界定的平面經組態以與旋轉軸499相交，而由第一磁鐵491的另一側面493界定的平面經組態以與磁鐵之內表面407正切相交。

第三修改方法

第三修改方法組合第一修改方法及第二修改方法。即，除了操縱如藉由第一修改技術達成的近端表面之軸向定位以外，第三修改方法亦包括亦調整磁鐵之實體尺寸。

舉例而言，圖5A顯示每一軸向磁化磁鐵501之近端表面定位成沿著旋轉軸(朝向轉子之近端)比每一圓周磁化磁鐵502之近端表面更遠的配置，且每一軸向磁化磁鐵的外表面具有大於每一圓周磁化磁鐵的外表面之弧長的弧長。每一磁鐵具有兩個不平行的平坦側表面。

在圖5B中，每一軸向磁化磁鐵503之近端表面定位成沿著旋轉軸(朝向轉子之近端)比每一圓周磁化磁鐵504之近端表面更遠，且每一軸向磁化磁鐵的外表面具有小於每一圓周磁化磁鐵的外表面之弧長的弧長。

圖5C顯示磁鐵之配置，其中每一磁鐵具有凹形側表面及凸形側表面。每一軸向磁化磁鐵505之近端表面定位成沿著旋轉軸(朝向轉子之近端)比每一圓周磁化磁鐵506之近端表面更遠。每一軸向磁化磁鐵的外表面具有大於每一圓周磁化磁鐵的外表面之弧長的弧長。

另外，可作出其他修改。舉例而言，在一些實施例中，至少一個輔助葉片 設置在至少一個圓周磁化磁鐵之近端表面上，在近端方向上軸向延伸。

海爾貝克陣列之一實施例之近端表面的視圖顯示於圖6A中。特別地，經修改陣列包括具有最近端表面603之軸向磁化磁鐵601，最近端表面603沿著旋轉軸699在近端方向上軸向延伸地比每一圓周磁化磁鐵602之最近端表面604更遠。每一葉片605之最近端表面606較佳不延伸超出每一軸向磁化磁鐵601之最近端表面603。

葉片之橫截面形狀可在徑向及/或軸向方向上改變。舉例而言，在一些實施例中，隨著葉片遠離旋轉軸699延伸，每一葉片605在徑向方向上稍微漸縮。在一些實施例中，隨著葉片遠離圓周磁化磁鐵602之近端表面604延伸，每一葉片605在軸向方向上稍微漸縮。在一些實施例中，葉片在徑向方向及軸向方向兩者上漸縮。在一些實施例中，近端表面606成角度，使得葉片605之近端表面606的最接近旋轉軸之一部分607離圓周磁化磁鐵之近端表面604比葉片605之近端表面606的離旋轉軸699較遠之一部分608更遠。換言之，接近旋轉軸699之部分607處的葉片605之高度大於在徑向上離旋轉軸較遠之部分608處的葉片605之高度。

葉片之整體橫截面形狀可視需要明顯地改變。舉例而言，儘管每一葉片可為大體上矩形的，但其他葉片可具有彎曲形狀、梯形或三角形形狀、卵形形狀或甚至幾何運動場形狀。

在較佳實施例中，每一葉片具有相同形狀，但在一些實施例中，一或多個葉片之形狀可改變。

此外，在一些實施例中，若利用輔助葉片，則每一圓周磁化磁鐵上之輔助葉片之數目較佳相同。然而，在其他實施例中，每一圓周磁化磁鐵可獨立地具有0、1、2或3個葉片。

圖6B圖示看著磁鐵之近端表面611及輔助葉片615時 的圓周磁化磁鐵610之橫截面視圖。葉片之形狀為大體上矩形的，與磁鐵之內表面徑向偏移距離617，且其中葉片的外表面616實質上與磁鐵的外表面612齊平。

應認識到，不要求具有與磁鐵之內表面及/或外表面徑向偏移的葉片，儘管在較佳實施例中，任何葉片與至少內表面徑向偏移。當葉片與內表面及/或外表面偏移時，任何徑向偏移距離較佳小於磁鐵之近端表面之徑向長度的25%，且典型地為1 mm或更小。

圖6C圖示磁鐵620之近端表面621的類似視圖。然而，在此處，磁鐵具有兩個輔助葉片625、626，且每一者形狀不同(在此實施例中，圖示出矩形葉片625及任意彎曲之葉片626)。矩形形狀之葉片625具有與磁鐵620的外表面622實質上齊平的外邊緣或表面627，但任意彎曲之葉片626與該磁鐵之該外表面徑向偏移距離628。葉片均與該磁鐵之內表面徑向偏移。

圖6D圖示磁鐵630之近端表面631的類似視圖。然而，在此處，磁鐵具有兩個相同的輔助葉片635、636，其中每一輔助葉片為幾何運動場形狀。輔助葉片635、636均與磁鐵630之內表面633及外表面632兩者徑向偏移。

此等輔助葉片之使用及磁鐵之近端表面的輪廓或形狀可經組態以減小一或多個軸承上之軸向力。如將理解，軸承上之更大力使由歸因於例如摩擦力之旋轉產生的熱增加。超出泵上的增加之耗損，至血液之熱轉移可引起更多併發症。因此，在一些實施例中，磁鐵之近端表面係起伏的或含有一或多個輔助葉片，輔助葉片可經組態以減小一或多個軸承上之軸向負載。在一些實施例中，在較高旋轉速度下，負載減少更多。

參考圖7，圖示出血液泵700之橫截面圖。 血液泵700包含如上所述之轉子711，及電驅動單元750。血液泵700進一步包含具有血流入口741及血流出口742之泵殼702。血液泵700經設計為血管內泵，亦被稱作導管泵，且藉助於導管745部署至患者之血管中。血流入口741處於可撓插管743之末端，該可撓插管在使用期間可穿過諸如主動脈瓣之心臟瓣膜置放。血流出口742位於泵殼702之側表面內且可置放於諸如主動脈之心臟血管中。血液泵700與延伸穿過導管745之電力線746電氣連接以為血液泵700供應電力，以便藉助於驅動單元750來驅動泵700。

若血液泵700意欲在長期應用中，即在血液泵700經植入至患者體內保持幾周或甚至幾個月的情況下，使用，則電力較佳藉助於電池來供應。此允許患者能夠移動，此係因為患者並非藉助於纜線連接至基地台。電池可由患者攜帶且可例如無線地將電能供應至血液泵700。

血液沿著連接血流入口741與血流出口742之通路744輸送(血流由箭頭指示)。如上所述之轉子711經設置以用於沿著通路744輸送血液且安裝成藉助於第一軸承731及第二軸承732在泵殼702內圍繞旋轉軸705可旋轉。旋轉軸705較佳為動葉輪(轉子711)之縱向軸線。在此實施例中，軸承(731、732)均為接觸型軸承。然而，軸承(731、732)中之至少一者可為非接觸型軸承，諸如磁性或流體動力軸承。第一軸承731為樞軸承，其具有允許一定程度的旋轉移動以及樞轉移動之球面軸承表面。銷733經設置以用於形成軸承表面之一。第二軸承732安置於支撐部件713中以使動葉輪(轉子711)之旋轉穩定，支撐部件713具有用於血流之至少一個開口714。葉片715設置在轉子711上以在轉子711旋轉後即輸送血液。轉子711之旋轉由驅動單元750造成，該驅動單元磁耦合至在轉子711之近端之磁鐵721。圖示之血液泵700為混合型血液泵，其中主要流動方向係軸向的。將瞭解，血液泵700亦可為純粹的軸向血液泵，此取決於轉子711且詳言之葉片715之配置。

熟習此項技術者將認識到如何將電驅動單元組態成能夠與該血管內血液泵轉子磁性地相互作用。

以便能夠與所揭示之轉子一起工作。電驅動單元應組態成鄰近於轉子711，但與轉子711實體上隔開。在較佳實施例中，電驅動單元包含2極、4極或6極定子或基本上由2極、4極或6極定子組成。

圖8A更詳細地圖示圖7之血液泵之一個實施例的內部。特別地，血液泵801之內部包括動葉輪(轉子811)及驅動單元860。在一些實施例中，驅動單元860包含複數個柱850，諸如六個柱850，該等柱中僅兩個可在圖8A之橫截面圖中看到。柱850具有軸部分851及頭部分852。頭部分852安置成鄰近於轉子811，但與轉子811隔開，以便將驅動單元860磁耦合至轉子811。出於此目的，如上所述，轉子811具有經修改海爾貝克陣列(磁鐵821)。磁鐵821面向驅動單元860地安置於轉子811之末端處。即，磁鐵821在轉子811之近端處。由於驅動單元之形狀，磁鐵821具有實質上反映驅動單元之形狀之傾斜近端表面833。

柱850由控制單元(未示出)順序地控制以便產生用於驅動血液泵800之旋轉磁場。磁鐵821經配置以與旋轉磁場相互作用以導致轉子811圍繞旋轉軸805旋轉。線圈繞組圍繞柱850之軸部分851配置。柱850配置成平行於旋轉軸805，更確切地，柱850中之每一者的縱向軸線平行於旋轉軸805。

為了使磁通路徑閉合，通常使用背板859。背板859位於軸部分851的與頭部分852相反之末端處。柱850充當磁芯且係由合適材料製成，合適材料特別為軟磁材料，諸如鋼或合適的合金，特別地鈷鋼。同樣地，背板859係由諸如鈷鋼之合適軟磁材料製成。背板859增強磁通，此允許減小血液泵800之總直徑，此對血管內血液泵很重要。由於經修改海爾貝克陣列之使用，不需要另一側的轉子磁鐵821上之磁軛。

圖8B圖示實質上類似於圖8A之實施例的替代實施例，以下情況除外：面向磁鐵821之頭部分852之頂表面853不傾斜，而在垂直於旋轉軸之平面中延伸。因此，磁鐵821不具有傾斜之近端表面。磁鐵821之近端表面與驅動單元860之遠端表面之間的最小間隙839可容易量測。在一些實施例中，每一圓周磁化磁鐵之最近端表面離該電驅動單元之遠端比每一軸向磁化磁鐵之最近端表面遠。

熟習此項技術者將認識到或能夠僅使用例行實驗確定本文中描述的本揭示內容之特定實施例之許多等效物。此等等效物意欲由以下申請專利範圍涵蓋。

1:轉子 5,220,310,320,331,499,699,705,805:旋轉軸 10:遠端部分 11:轉子轂 12:最遠端 15,605,715:葉片 20:近端部分 21:永久磁鐵 31:第一軸承 32:第二軸承 51,52,53,54,401,481,482,483,491,620,630:磁鐵 55,205,334,402,422,432,442,452,612,616,622,632外表面 56,57,403,404:側表面 58,333,407,427,632:內表面 59,405,415,445,455:角 100:傳統海爾貝克陣列 101,201,303,311,315,421,441,461,502,504,506,602,610:圓周磁化磁鐵 102,202,301,306,313,431,451,471,501,503,505,601:軸向磁化磁鐵 103,211,212,406,611,621,631:近端表面 104:遠端表面 105,106:極 110,120:磁通 200:海爾貝克陣列 302,304,312,314,316,426,436,603,604,606:最近端表面 307,308:最遠端表面 309:軸向位置上的差異 317,318:最近端點或部分 319:最近端點或部分317、318之軸向位置的差異 321:旋轉方向 332:順時針方向 335:第一部分 340:第二部分 342:第二子部分 343:第一子部分 344:前導表面 345:尾部表面 346:尾部側壁 347:外側壁 348,410,617,628:距離 349:最遠端點 350:最近端點 408:最大弧長 409:軸向長度 411:長度 423,424,433,434,443,444,453,454,463,464,473,474,484,486:側表面 425,435:角度 485:凸形彎曲表面 487,488:凹形彎曲表面 492,493:側面 607,608:部分 615,625,626,635,636:輔助葉片 627:外邊緣或表面 700,800,801:血液泵 702:泵殼 711:轉子 713:支撐部件 714:開口 721:磁鐵 731:第一軸承 732:第二軸承 733:銷 741:血流入口 742:血流出口 743:可撓插管 744:通路 745:導管 746:電力線 750,860:驅動單元 811:轉子 821:磁鐵 833:傾斜近端表面 839:最小間隙 850:柱 851:軸部分 852:頭部分 853:頂表面 859:背板

圖1為血液泵轉子及驅動單元之圖示。

圖2A為形成圓柱形海爾貝克陣列之磁體之配置的圖示。

圖2B為關於產生海爾貝克陣列之磁體的磁化及所得的磁通之一個實施例的圖示。

圖3A為經修改海爾貝克陣列之一實施例的投影視圖，關注陣列之末端部分。

圖3B為經修改海爾貝克陣列之一個實施例的側視圖的簡化圖示。

圖3C為經修改海爾貝克陣列之一替代實施例的側視圖的簡化圖示。

圖3D為經修改海爾貝克陣列之另一實施例的投影視圖，關注陣列之末端部分。

圖4A為經修改海爾貝克陣列之一實施例中之磁鐵的簡化圖示。

圖4B至圖4F為經修改海爾貝克陣列之實施例的磁鐵之替代組態的橫截面圖示。

圖5A至圖5C為經修改海爾貝克陣列之替代實施例的投影。

圖6A為在圓周磁化磁鐵上具有輔助葉片 的經修改海爾貝克陣列之一個實施例的投影視圖。

圖6B至圖6D顯示輔助葉片之替代實施例的橫截面圖。

圖7顯示根據本揭示內容之血液泵的橫截面圖。

圖8A顯示圖7之血液泵的放大細節。

圖8B顯示根據一替代實施例與圖8A相同的視圖。

1:血液泵轉子

5:旋轉軸

10:遠端部分

11:轉子轂

12:最遠端

15:葉片

20:近端部分

21:永久磁鐵

31:第一軸承

32:第二軸承

Claims (19)

1. 一種血管內血液泵轉子，其包含： 遠端部分，前述遠端部分具有在遠端方向上漸縮且經組態以圍繞旋轉軸旋轉之轉子轂，至少一個葉片自前述轉子轂向外延伸，且前述轉子轂之遠端向遠處延伸超出前述至少一個葉片之最遠端部分；以及 連接至前述遠端部分之近端部分，前述近端部分具有經配置以形成經修改海爾貝克陣列之永久磁鐵，前述經修改海爾貝克陣列產生磁場，前述磁場具有近端方向上之第一磁通及遠端方向上之第二磁通，前述第一磁通大於前述第二磁通，前述經修改海爾貝克陣列包含軸向磁化磁鐵及圓周磁化磁鐵之交替配置， 其中前述軸向磁化磁鐵中之至少一者具有表面之最近端點或部分，前述最近端點或部分與前述圓周磁化磁鐵中之至少一者的表面之最近端點或部分相比，與前述遠端的距離不同。
2. 如請求項1所述之血管內血液泵轉子，其中每一前述圓周磁化磁鐵之近端表面與前述遠端在軸向上具有第一距離，且每一前述軸向磁化磁鐵之近端表面與前述遠端在軸向上具有第二距離，前述第二距離大於前述第一距離。
3. 如請求項1所述之血管內血液泵轉子，其中前述第一距離與前述第二距離之間的差在1 mm與7 mm之間。
4. 如請求項1所述之血管內血液泵轉子，其中前述圓周磁化磁鐵的前述近端表面中之至少兩個不共面。
5. 一種血管內血液泵，其包含： 泵殼，前述泵殼具有血流入口及血流出口； 如請求項1所述之血管內血液泵轉子；以及 電驅動單元，前述電驅動單元能夠與前述血管內血液泵轉子磁性地相互作用。
6. 如請求項5所述之血管內血液泵，其中前述電驅動單元包含2極定子、4極定子或6極定子。
7. 如請求項5所述之血管內血液泵，其中每一圓周磁化磁鐵比每一軸向磁化磁鐵離前述電驅動單元之遠端更遠。
8. 如請求項5所述之血管內血液泵，其中前述血管內血液泵為軸向型血液泵。
9. 一種血管內血液泵轉子，其包含： 遠端部分，前述遠端部分具有在遠端方向上漸縮且經組態以圍繞旋轉軸旋轉之轉子轂，至少一個葉片自前述轉子轂向外延伸，且前述轉子轂之遠端向遠處延伸超出前述至少一個葉片之最遠端部分；以及 連接至前述遠端部分之近端部分，前述近端部分具有經配置以形成經修改海爾貝克陣列之複數個永久磁鐵，前述經修改海爾貝克陣列產生磁場，前述磁場具有近端方向上之第一磁通及遠端方向上之第二磁通，前述第一磁通大於前述第二磁通，前述經修改海爾貝克陣列包含軸向磁化磁鐵及圓周磁化磁鐵之交替配置， 其中前述軸向磁化磁鐵中之至少一者具有不同於前述圓周磁化磁鐵中之至少一者的對應實體尺寸之實體尺寸。
10. 如請求項9所述之血管內血液泵轉子，其中前述複數個永久磁鐵中之每一者包含遠離前述旋轉軸徑向延伸之兩個側表面，前述複數個永久磁鐵中之每一者的前述兩個側表面形成兩個平行之平坦表面、兩個不平行之平坦表面或凹形彎曲表面及凸形彎曲表面。
11. 如請求項9所述之血管內血液泵轉子，其中前述複數個永久磁鐵各自具有橫截面形狀形成圍繞前述旋轉軸之圓圈之弧的外表面，自前述旋轉軸起的每一弧所對向之角在1°與89°之間。
12. 如請求項11所述之血管內血液泵轉子，其中前述複數個永久磁鐵包含第一磁鐵及第二磁鐵，且來自前述第一磁鐵之弧所對向的角不同於來自前述第二磁鐵之弧所對向的角。
13. 如請求項12所述之血管內血液泵轉子，其中前述角中之至少一者大於45°。
14. 如請求項13所述之血管內血液泵轉子，其中前述角中之至少一者小於45°。
15. 如請求項9所述之血管內血液泵轉子，其中前述實體尺寸包含由每一磁鐵的外表面之橫截面形成之弧的長度。
16. 如請求項9所述之血管內血液泵轉子，其中前述實體尺寸包含每一磁鐵在軸向方向上之長度。
17. 如請求項9所述之血管內血液泵轉子，其中前述實體尺寸包含由每一磁鐵的外表面之橫截面形成之弧的長度、及每一磁鐵在軸向方向上之長度。
18. 如請求項9所述之血管內血液泵轉子，其進一步包含葉片，前述葉片在至少一個圓周磁化磁鐵之近端表面上、在近端方向上軸向延伸。
19. 一種血管內血液泵，其包含： 泵殼，前述泵殼具有血流入口及血流出口； 如請求項9所述之血管內血液泵轉子；以及 電驅動單元，前述電驅動單元能夠與前述血管內血液泵轉子磁性地相互作用。

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