CN103191476A - 一种单支点磁动力离心式血泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种单支点磁动力离心式血泵，所述的血泵设有泵体和驱动装置，所述的泵体包括顶盖、底座、叶轮和外磁钢，所述的底座设有至少三层凸台，顶端的凸台设有凹槽，凹槽内安放滚珠，底座的底部中央设有***孔；所述的叶轮设有叶片和环状连接，环状连接的内圈设有连接杆，连接杆于中央汇集，汇集处底部形成圆弧形的中央凹槽，中央凹槽与凸台凹槽内的滚珠配合构成单支点轴承；所述的外磁钢设于叶片内部；所述的驱动装置包括传动轴和设有电机转子的驱动电机，传动轴套于电机转子上，并***在***孔中，传动轴的内部设有内磁钢。本发明血泵的优点是：预充量少，可有效降低血栓和溶血的发生率，结构简单稳固，安装方便，成本低。

Description

一种单支点磁动力离心式血泵
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体地说，是一种单支点磁动力离心式血泵。
背景技术
心脑血管疾病在发达国家早已位居人类死亡原因的首位，约占46%的死亡率，美国统计资料显示每年心脏手术数量约为35万例。目前国内每年心内直视手术数量约为10万台，随着经济的高速发展和医疗水平的不断提高，国内心脏外科手术数量必将有一个不断增加的过程。根据统计资料显示，心脏手术以后有部分病人（0.6-2%）因心功能受损严重，即使在药物支持下仍不能维持机体最低要求。这部分病人不得不采用辅助循环设备暂时支持心脏功能，维持生命，等待心功能恢复。其中部分患者还需要使用长期循环辅助设备替代心脏功能。此外，治疗慢性不可逆心功能衰竭的最有效方法是心脏移植，但供体心脏的不足限制心脏移植疗法在临床的普遍应用，基因工程、细胞工程等新疗法在可见的将来尚不能大范围开展。因此，心室辅助技术在很多时候也成为了唯一的选择。
血泵（又名心脏泵）是心脏辅助循环装置的核心，近年来，一直是发达国家辅助循环研究的重点，并取得了一定的进展。
最早的第一代血泵是仿照心脏研制的搏动泵，此类血泵采用气动或电动挤压泵腔，通过泵腔容积的改变搏出血液。第二代连续流叶轮血泵兴起于上世纪80年代早期，此类血泵的叶片通过机械轴承安装在血泵转子上，转子带动叶片旋转从而推动血液沿螺旋线方向前向运动。第三代血泵以悬浮技术为特点，因此凡采用磁悬浮和／或液悬浮技术研发的血泵都称为第三代血泵。
第三代血泵一般具有悬浮和驱动两个***：悬浮***使叶轮悬浮，叶轮直接永磁化或在塑形的叶轮内嵌入永磁体。血泵的定子或泵壳内置入永磁或电磁线圈，通过磁化的叶轮与定子或泵壳之间轴向及径向磁场相互作用，使叶轮悬浮于泵壳中间；驱动***驱动叶轮旋转。在定子或泵壳内置入另一组电磁线圈，通过电磁线圈电流的变化产生磁力推动磁化的叶轮旋转。
第三代血泵有三个发展阶段：第一个阶段是悬浮和驱动***分离的外马达间接驱动叶轮阶段。血泵的悬浮技术较为简单，悬浮***与驱动***分离，血泵采用外马达驱动技术，叶轮是由一个独立的外马达来驱动；外马达通过机械轴承旋转连接磁化的外叶轮，外叶轮通过磁力驱动另一个悬浮的磁化内叶轮旋转；内叶轮是主要的驱动部分，它的旋转可推动血液流动。第二个阶段是悬浮和驱动***分离的马达直接驱动叶轮阶段，采用血泵马达直接驱动叶轮悬浮技术。悬浮***与驱动***也是分离的，但马达取消了外叶轮，将悬浮叶轮直接作为马达的转子，马达直接通过磁力的变化驱动悬浮的叶轮转动来推动血液流动。泵仍需要另外一个独立的磁悬浮***来悬浮血泵叶轮。第三阶段是悬浮与驱动***融合阶段，即血泵的悬浮与驱动***融合起来，血泵设计将悬浮与驱动***的电磁线圈融合组成定子，用一个定子来兼做驱动与悬浮叶轮的功能，因此泵的设计更加简洁，其代表血泵为VentrAssist。
第三代血泵多数设计成离心泵，少数为轴流泵，有代表性的第三代血泵有数种，例如：（1）Berlin Heart Incor泵：是由Berlin Heart公司研发的磁悬浮轴流泵，血泵由钛合金制成，泵体内唯一运动的叶轮设计成阿基米德螺旋，叶轮通过轴向及径向磁力悬浮于泵壳内，通过电磁场的变化，驱动悬浮的叶轮轴向旋转，从而推动血液向前流动；（2）HeartWare 泵：泵的叶轮通过磁悬浮与液悬浮技术使泵叶悬浮，泵的总定子由2个相互独立的线圈组合而成，在运转时2个线圈可以同时工作，也可以单独工作；（3）VentrAssist泵：泵与血液接触的部位均有热解碳涂层，可减少血栓发生率，但该泵流入道较长，因此，植入后仍需在后腹直肌鞘或腹直肌后制作小囊袋放置泵体；（4）NovacorVAD泵：具有特殊的流入***，该泵的流入管道与泵体平行设计，外形成扁平形状。
血栓是由血小板的聚集和沉积形成的，血泵中一般发于较少受血流冲刷的滞塞区和与血液接触面的低速区。溶血是指湍流运动或机械运动产生的高速或高压破坏了血液内的红细胞，致使血红蛋白分散到血浆中，主要由不规则的流动和湍流运动区内高剪切应力引起。溶血和血栓现象对病人的危害巨大，在临床应用中，心脏辅助循环装置引起的血栓和溶血会导致患者生理紊乱，进而引发患者在术中和术后的并发症，甚至危及患者生命，尤其是对于需要长期辅助循环支持的患者的影响更大。可见，减少心脏泵的血栓和溶血的发生是辅助循环***研发中亟待解决的问题。
第三代血泵相比于第一和第二代血泵，由于应用磁悬浮技术，叶轮悬浮于血泵体内，没有摩擦和挤压，溶血明显减少，血栓的发生率显著降低，同时无轴承磨损问题，提高了血泵使用的耐久性，更适合于长期的循环辅助。
而目前的第三代血泵的结构还较为复杂，与血液接触面大，容易产生血液的滞留区，引发血栓。此外，血泵属于一次性用品，应结构简单，成本低廉；还应当尽量减少血泵的预充量；针对婴儿及新生儿患者，还应当具备低预充量的优点。而目前关于结构更为简单、可有效降低血栓发生率、预充量小、低流量、成本低的血泵还未见报道。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种单支点磁动力离心式血泵。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种单支点磁动力离心式血泵，设有泵体和驱动装置，所述的泵体包括顶盖、底座、叶轮和外磁钢，所述的底座设有至少三层凸台，顶端的凸台设有凹槽，所述的凹槽内安放滚珠，所述底座的底部中央设有***孔；所述的叶轮设有叶片和环状连接，所述的环状连接的内圈设有连接杆，所述的连接杆于中央汇集，底部形成圆弧形的中央凹槽，所述的中央凹槽与凸台凹槽内的滚珠配合构成单支点轴承；所述的外磁钢设于叶片内部；所述的驱动装置包括传动轴和设有电机转子的驱动电机，所述的传动轴套于电机转子上，并***在底座的***孔中，传动轴的内部设有内磁钢，所述的内磁钢与外磁钢数量相同正对安放，相邻磁极交错排列；
所述的外磁钢为长方体或圆柱体；
所述的内磁钢为长方体或圆柱体；
所述的底座设有三层凸台；
所述的滚珠为球形或半球形；
所述的滚珠由陶瓷制成；
所述的叶片为直叶片或沿血液流动方向向后弯曲；
所述的叶片的数量为四片或六片；
所述的驱动电机外部设有泵体安放装置，所述的泵体安放装置为一凹台。
本发明优点在于：
1、采用单支点轴承作为转动轴，该滚珠轴承与血液接触面积十分之小，减少了转动轴与血液的接触面，进而减少了血液滞留区，能有效降低血栓发生率；
2、所述的外磁钢与血液流道处于同一腔体中，通过将外磁钢置于叶片内、将内磁钢置于传动轴内，解决了共同腔体的磁钢摆放问题，同时令本发明的血泵结构简单，具备低预充量的优点，适用于小儿先心病手术后心室辅助循环，同时也可在手术中体外循环使用；
3、所述的滚珠是半球形，令单支点轴承结构更稳固；
4、所述的底座设有凸台，能够有效减少预充量；
5、所述的底座设有***孔，方便传动轴的安放；
6、所述的叶轮的形状为前端沿血液流动方向向后弯曲，顺应血液流动方向，能有效减少对血液中红细胞的剪切力，减少溶血的发生几率；
7、体积小，便于外科植入，同时可显著降低成本。
附图说明
附图1是本发明的单支点磁动力离心式血泵装配图。
附图2是本发明的单支点磁动力离心式血泵泵体装配图。
附图3是图2的俯视图。
附图4是本发明单支点磁动力离心式血泵叶轮二等测轴视图。
附图5是图4的仰视图。
附图6是本发明单支点磁动力离心式血泵驱动装置二等测轴视图。 
附图7是本发明单支点磁动力离心式血泵另一种叶轮二等测轴视图。
附图8是本发明单支点磁动力离心式血泵另一种驱动装置二等测轴视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的具体实施方式作详细说明。
附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：
1.顶盖             101.入口
102.出口           103.上壁
104.外壁           2.底座
201.第一凸台       2011.第一凸台顶部
2012.第一凸台主体  202.第二凸台
203.第三凸台       204.凹槽
205.滚珠           206.***孔
3.叶轮             301.叶片
302.环状连接       303.连接杆
304.中央凹槽       305.外磁钢
3051.外磁钢顶面    306.接合部
4.驱动电机         401.电机转子
5.传动轴           501.内磁钢
6.泵体安放装置
实施例1
请参照图1，图1是本发明的单支点磁动力离心式血泵装配图。所述的单支点磁动力离心式血泵设有泵体和驱动装置，所述的泵体包括顶盖1、底座2、叶轮3和外磁钢305，所述的驱动装置包括驱动电机4、传动轴5和内磁钢501。
请参照图2，图2是本发明的单支点磁动力离心式血泵泵体装配图。所述的顶盖1设有入口101、出口102、上壁103和外壁104。所述的外壁104为圆柱形，底端设有内螺纹（未图示）；所述的上壁103为锥形，设于外壁104的顶端；所述的入口101位于上壁103顶端的中心位置；所述的出口102与入口101呈直角，从图3（图3是图2的俯视图）可见，所述的出口102沿流出道切线方向置于外壁104表面。
再请参照图2，所述的底座2包括第一凸台201、第二凸台202和第三凸台203。所述的第一凸台201的第一凸台顶部2011为锥形，中心处设有凹槽204，所述的凹槽204内安放有滚珠205，所述的滚珠205为半球形，所述的第一凸台201的第一凸台主体2012为中空圆柱体；所述的第二凸台202也为中空圆柱体，其外壁设有外螺纹（未图示），第二凸台202的顶端与第一凸台201相连，底端与第三凸台203的顶端相连，第二凸台202的直径大于第一凸台主体2012的直径；所述的第三凸台203也为中空圆柱体，其直径大于第二凸台202直径，同时大于外壁104的直径；所述的第一凸台主体2012、第二凸台202和第三凸台203的中空的内部形成***孔206，即底座2的底部设有***孔206。
请参照图4，图4是本发明单支点磁动力离心式血泵叶轮二等测轴视图。所述的叶轮3设有环状连接302，所述的环状连接302为环形圈，其内圈设有三支连接杆303，所述的三支连接杆303于叶轮3的中央汇集形成接合部306，所述的接合部306为环形圈，其中心底部为中央凹槽304，所述的中央凹槽304为圆弧形。所述的环状连接302的下端设有四个叶片301，所述的四个叶片301阵列排放，由环状连接302连接为一个整体，形成半碟形流道，叶片3的前端沿血液流动方向向后弯曲。所述的叶片301的后端内部设有外磁钢305，所述的外磁钢305为片状结构。请参照图5，图5是图4的仰视图，所述的外磁钢顶面3051为长方形，即所述的外磁钢305为长方体。
再请参照图1，所述的驱动装置包括驱动电机4和传动轴5，所述的驱动电机4外部设有泵体安放装置6，所述的泵体安放装置6为一凹台，其内径与底座2的第三凸台203的外径相等；所述的驱动电机4的上端为电机转子401。请参照图6，图6是本发明单支点磁动力离心式血泵驱动装置二等测轴视图。所述的传动轴5外套在电机转子401上，传动轴5内安放内磁钢501，所述的内磁钢501为圆形片状磁钢，与外磁钢305数量相同。
请参照图1，当本发明的单支点磁动力离心式血泵装配完成时，所述的外壁104底端的内螺纹（未图示）与第二凸台202的外螺纹（未图示）配合，令顶盖1和底座2形成内部腔体，所述的叶轮3位于该内部腔体中，并装配于第一凸台201之上，所述的中央凹槽304与凹槽204内的滚珠205相配合，构成单支点轴承；所述的叶轮3的中心轴线与第一凸台201的中心轴线重合，各个叶片301的后端与第一凸台201间隔相同的距离，并且与第一凸台201的切线方向平行；所述的外磁钢305的外磁钢顶面3051与第一凸台201的中心轴线相平行，并与第一凸台201的径向垂直，而垂足位于外磁钢顶面3051的中心；所述的内磁钢501与外磁钢305数量相同并正对安放，相邻磁极交错排列。所述的传动轴5***在底座2的***孔206中，传动轴5的直径小于***孔206的直径，所述的泵体安装装置6卡住第三凸台203，将整个泵体固定住。
实施例2
本实施例的单支点磁动力离心式血泵与实施例1基本相同，不同之处仅在于：请参照图7，图7是本发明单支点磁动力离心式血泵另一种叶轮二等测轴视图，所述的叶轮3设有六个叶片301，所述的叶片301为直叶片。
实施例3
    本实施例的单支点磁动力离心式血泵与实施例1基本相同，不同之处仅在于：请参照图8，图8是本发明单支点磁动力离心式血泵另一种驱动装置二等测轴视图，所述的内磁钢501为圆体片状磁钢。对应的，所述的外磁钢305（未图示）的外磁钢顶面3051为圆形，即所述的外磁钢305为片状圆柱体。
针对上述实施例1-3，需要说明的是：
所述的圆弧形的中央凹槽304与底座2的凹槽204中的半球形滚珠205相配合，构成单支点轴承，所述的半球形滚珠205起到轴向支撑叶轮3和径向固定叶轮3的作用，该单支点轴承结构简单，能有效减少与血液接触面积，进而减少血液滞留区，显著降低血栓发生率；所述的滚珠205设计成半球形，可令底座2和叶轮3通过单支点轴承构成的整体结构更稳固；所述的滚珠205可采用不易磨损材料制成，如陶瓷；
所述的外磁钢305置于叶片301内，所述的内磁钢501置于传动轴5内作为驱动磁钢，解决了驱动磁钢与血液流道处于同一腔体时的磁钢摆放问题，同时令本发明单支点磁动力离心式血泵的结构更加简单；所述的外磁钢305和内磁钢501数量相同正对安放，相邻磁极交错排列，可防止转动时失同步；所述的外磁钢305的厚度为1-2mm，其形状优选为长方体；所述的内磁钢501的厚度为1-2mm，其形状优选为长方体；
所述的叶轮3的叶片301的数量通常设计为偶数个，但不仅限于四或六个；叶片301的后端距离叶轮3中心轴线的距离为5-10mm，叶片301的长度<30mm；装配完成时，所述的叶片301的后端与第一凸台201之间的间隙宽度为0.5mm；所述的叶片301的形状优选为前端沿血液流动方向向后弯曲，可有效减少对血液中红细胞的剪切力，防止溶血。
所述的中央凹槽304的形状优选为半球形；所述的底座2的凸台的数量至少为三个，但不仅限于三个，该凸台的设计能够有效减少预充量；所述的外壁104和第二凸台201之间不仅限于螺纹连接，任何连接方式均可，如粘性胶封闭；所述的外壁104的外径为40-60mm；所述的泵体安放装置6凹凸带销，其作用是固定泵体，防止泵体随驱动轴5旋转，因此该部件是可以省略的。
本发明的单支点磁动力离心式血泵的工作原理是：电机转子401转动，带动传动轴5转动，置于传动轴5内部的内磁钢501跟随转动，进而驱动外磁钢305转动，置于叶片301内部的外磁钢305带动叶轮转动，血液由入口101进入到顶盖1和底座形成的腔体中，由叶轮3的连接杆303之间的空隙处流下，在叶轮3的离心作用下，从出口102泵出。该单支点磁动力离心式血泵具备低预充量的优点，预充量可达到23ml以内，可有效降低血栓和溶血的发生率，同时结构简单稳固，安装方便，成本低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种单支点磁动力离心式血泵，设有泵体和驱动装置，其特征在于，
所述的泵体包括顶盖、底座、叶轮和外磁钢，所述的底座设有至少三层凸台，顶端的凸台设有凹槽，所述的凹槽内安放滚珠，所述底座的底部中央设有***孔；所述的叶轮设有叶片和环状连接，所述的环状连接的内圈设有连接杆，所述的连接杆于中央汇集，底部形成圆弧形的中央凹槽，所述的中央凹槽与凸台凹槽内的滚珠配合构成单支点轴承；所述的外磁钢设于叶片内部；
所述的驱动装置包括传动轴和设有电机转子的驱动电机，所述的传动轴套于电机转子上，并***在底座的***孔中，传动轴的内部设有内磁钢，所述的内磁钢与外磁钢数量相同正对安放，相邻磁极交错排列。
2.根据权利要求1所述的单支点磁动力离心式血泵，其特征在于，所述的外磁钢为长方体或圆柱体。
3.根据权利要求1所述的单支点磁动力离心式血泵，其特征在于，所述的内磁钢为长方体或圆柱体。
4.根据权利要求1所述的单支点磁动力离心式血泵，其特征在于，所述的底座设有三层凸台。
5.根据权利要求1所述的单支点磁动力离心式血泵，其特征在于，所述的滚珠为球形或半球形。
6.根据权利要求1所述的单支点磁动力离心式血泵，其特征在于，所述的滚珠由陶瓷制成。
7.根据权利要求1所述的单支点磁动力离心式血泵，其特征在于，所述的叶片为直叶片或沿血液流动方向向后弯曲。
8.根据权利要求1所述的单支点磁动力离心式血泵，其特征在于，所述的叶片的数量为四片或六片。
9.根据权利要求1所述的单支点磁动力离心式血泵，其特征在于，所述的驱动电机外部设有泵体安放装置，所述的泵体安放装置为一凹台。
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