CN103585683B - 一种可植入式左心室辅助*** - Google Patents
一种可植入式左心室辅助*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种可植入式左心室辅助***，包括体内模块和体外模块，体内模块与体外模块之间无任何传输线；所述的体外模块包括强电供电单元、供电端功率变换单元、谐振变换单元、松耦合变压器的原边线圈，供电端弱电供电单元、供电端控制器、开关管驱动单元、光耦隔离单元、电流采样单元、供电端信号调理单元、保护单元、电池状态显示模块以及用于接收电池状态信息的解调器；所述的体内模块包括松耦合变压器的副边线圈、受电端谐振变换单元、受电端功率变换单元及受电端控制器、电池充电管理模块、电池、调制器和血泵。本发明结构简单紧凑，体积小、重量轻，避免了在患者皮下钻导线孔。
Description
技术领域
本发明属于一种医疗器械，具体涉及一种可植入式左心室辅助***。
背景技术
左心室辅助装置***（Left Ventricular Assist Devices System,简称：LVADS）主要用于治疗冠状动脉粥样硬化性心脏病、高血压性心脏病、心肌病等充血性心力衰竭的病人。LVADS是将血液从病人的左心室抽出，经血泵加压输送至主动脉的装置。该装置由泵主体、控制***和供电***三大部分组成。其用途是部分或完全代替心脏功能维持血液循环；其一减轻心脏负荷，增加冠脉流量，使衰竭的心脏得以在低代谢、卸负荷的状态下恢复功能；其二是保证全身重要生命器官的灌注，防治多器官功能衰竭，以保证进一步治疗之有效。
现有的左心室辅助装置***的体内部分与体外部分通过连接线连接，患者需要永久随身携带电池包，由于具有连接线，需用在手术时在患者皮下钻导线孔，增加了术后感染的风险，不利于患者恢复。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供了一种结构简单紧凑，体积小、重量轻的无线电能传输的可植入式左心室辅助***，避免了在患者皮下钻导线孔，更易于将血泵植入体内；大大提高患者生活自由度，无感染风险，提高了患者术后愈合速度，降低患者术后维护成本。
本发明包括如下技术方案：
一种可植入式左心室辅助***，包括体内模块和体外模块，体内模块与体外模块之间无任何传输线；所述的体外模块包括强电供电单元、供电端功率变换单元、谐振变换单元、松耦合变压器的原边线圈，供电端弱电供电单元、供电端控制器、开关管驱动单元、光耦隔离单元、电流采样单元、供电端信号调理单元、保护单元、电池状态显示模块以及用于接收电池状态信息的解调器；
所述的体内模块包括松耦合变压器的副边线圈、受电端谐振变换单元、受电端功率变换单元及受电端控制器、电池充电管理模块、电池、调制器和血泵；
强电供电单元的输出端分别与供电端功率变换单元、供电端弱电供电单元和保护单元相连；供电端功率变换单元分别与谐振变换单元的输入端、开关管驱动单元的输出端相连；谐振变换单元的输出端分别与松耦合变压器的原边线圈、解调器和电流采样单元相连；强电供电单元将市电整流为直流电，所述直流电具有母线电流和母线电压；强电供电单元分别将母线电流和母线电压输入至保护电路，并将产生的直流电分别输入至供电端功率变换单元和供电端弱电供电单元；供电端弱电供电单元将接收的直流电进行功率变换以便为光耦隔离单元、供电端控制器、保护单元、信号调理单元供电；供电端功率变换单元在开关管驱动单元的控制下将接收的直流电转换为高频交流电，并将所述高频交流电输入至谐振变换单元；谐振变换单元将接收的高频交流电进行调理获得功率因数更高的高频交流电，并将所述功率因数更高的高频交流电输入至松耦合变压器的原边线圈；松耦合变压器的原边线圈将接收的功率因数更高的高频交流电发送至松耦合变压器的副边线圈；
电流采样单元将采集的所述功率因数更高的高频交流电的电流iac输入至信号调理单元，信号调理单元对电流iac进行调理后获得调理后的电流idc，调理后的电流idc输入至供电端控制器；供电端控制器根据所述调理后的电流idc输出用于调整开关管驱动单元的控制信号；保护单元根据所述母线电流、母线电压和直流电流idc输出保护信号至供电端控制器，供电端控制器根据所述保护信号确定是否对功率变换单元进行保护；供电端控制器输出的控制信号通过光耦隔离单元发送至开关管驱动单元；
松耦合变压器的副边线圈将接收的电能发送至受电端谐振变换单元、受电端谐振变换单元进行无功功率补偿后发送至受电端功率变换单元，受电端功率变换单元进行电能变换后发送至受电端控制器；受电端控制器通过电池充电管理模块向电池充电，同时受电端控制器与血泵相连，以便控制血泵的运转；电池向血泵供电，血泵用于辅助心脏工作；
电池输出的电池状态信息通过调制器调制后发送至受电端控制器，受电端控制器根据调制后的电池状态信息控制受电端功率变换单元使得受电端功率变换单元输出搭载电池状态信息的高频交变的电流，所述搭载电池状态信息的高频交变的电流通过受电端谐振变换单元和副边线圈发送至原边线圈，原边线圈与供电端谐振变换单元将接收的搭载电池状态信息的高频交变的电流发送至解调器，通过解调器进行解调获得解调后的电池状态信息，解调后的电池状态信息送入供电端控制器，通过供电端控制器控制电池状态显示模块显示电池状态信息，以便进行及时充电。
所述血泵包括入口管、出口管、下泵壳、上泵壳、下定子罩、上定子罩、内磁轴承、外磁轴承、叶轮、下定子轭、下定子绕组、上定子绕组和上定子轭；下泵壳和上泵壳组成泵室；叶轮位于泵室内，下定子罩具有中心柱；叶轮安装在中心柱外部；通过磁轴承调节螺钉将内磁轴承固定在中心柱内部；外磁轴承嵌于叶轮的内部腔体；上定子罩位于上泵壳上部，上定子绕组和上定子轭位于上泵壳内，上定子绕组与叶轮相对，上定子轭位于上定子绕组上方；下定子罩位于下泵壳下方，下定子绕组和下定子轭位于下定子罩内，下定子绕组与叶轮相对，下定子轭位于下定子绕组下方；入口管***泵室的方向与出口管离开泵室的方向垂直；其特征在于，叶轮整体结构采用铂钴永磁合金熔炼成型；叶轮大体成圆盘形，在叶轮的一侧端面圆周方向均布四条倾斜的弧形导流槽和四个凸起的叶轮主体，每个凸起的叶轮主体上形成楔形的液体动压止推轴承面和出口区，楔形的液体动压止推轴承面从入口端向上盘旋到出口区；在叶轮的另一侧端面形成五个微型桨叶；上定子绕组和下定子绕组均由六个扇形线圈构成，六个扇形线圈在圆周上均匀布置；每个扇形线圈内部具有扇形软磁材料铁芯；上定子轭和下上定子轭采用钴基非晶带材形成。
所述受电端控制器根据调理后的电流idc输出电池充满状态信息至电池状态显示模块。
所述用于调整开关管驱动单元的控制信号为PWM信号，所述受电端控制器根据调理后的电流idc输出用于调整开关管驱动单元的控制信号的方法如下：判断当前周期的idc是否大于前一周期的值；
如果当前周期的idc大于前一周期的值时，判断当前频率是否大于前一个周期的频率，如果大于前一个周期的频率，则提高PWM信号的工作频率，如果小于前一个周期的频率，则降低PWM信号的工作频率；
如果当前周期的idc小于前一周期的值时，判断当前频率是否大于前一个周期的频率，如果大于前一个周期的频率，则降低PWM信号的工作频率，如果小于前一个周期的频率，则提高PWM信号的工作频率。
所述供电端功率变换单元包括电感L、电容C和功率管Q；电容C的一端与功率管Q的集电极相连，电容C的另一端与功率管Q的发射极两端，电感L的一端作为输入，电感L的另一端与功率管的集电极相连；功率管Q的基极与开关管驱动单元的输出端相连；电容C的两端分别与谐振变换单元的输入端相连。
所述的松耦合变压器的原边线圈和副边线圈均为匝数为15匝、直径为50mm的多股绞合线线圈。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明中所涉及的无线电能传输技术，利用了电磁感应式无线电能传输技术，体外模块与体内模块相互之间无任何电线连接，分别处于患者的体内与体外。患者摆脱了可植入式左心室辅助***体内部分与体外部分的连接线，避免了在患者皮下钻导线孔，更易于将血泵植入体内；大大提高了患者生活自由度，无感染风险，提高了患者术后愈合速度，降低了患者术后维护成本；结构简单，可实现高速，长期和连续运行。本发明具有结构简单紧凑，运行可靠，维护方便，效率高，患者无感染风险，不影响患者日常生活等特点，尤其是体积小和重量轻，特别适用于对体积，重量和温升都有苛刻要求的左心室辅助***。
本发明通过信息、能量同载波传输，不仅可以减小***装置体积，还能避免无线信息收发模块与无线能量传输线圈之间的干扰，使得***工作更加稳定。
本发明的叶轮采用整体结构的铂钴永磁合金材料，上定子轭和下上定子轭采用钴基非晶带材，使得整个泵功耗低于5w、发热小于1.5℃。本发明的泵整体结构简单、体积较小，适于作为全植入式左心室辅助装置中的一部分。
附图说明
图1为本发明的可植入式左心室辅助***组成示意图。
图2为单功率管谐振变换电路示意图。
图3为信号调理单元示意图。
图4为保护单元示意图。
图5为频率跟踪算法示意图。
图6是本发明所提供的血泵的剖面图。
图7是本发明所提供的叶轮端面止推轴承结构图。
图8是本发明所提供的叶轮端面微桨叶结构图。
图9是本发明所提供的永磁轴承示意图。
图10是本发明所提供的MEMS线圈绕组示意图。
具体实施方式
下面就结合附图对本发明做进一步介绍。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本发明的无线电能传输的可植入式左心室辅助***，包括体内模块和体外模块，体内模块与体外模块之间无任何传输线；所述的体外模块包括强电供电单元、供电端功率变换单元、谐振变换单元、松耦合变压器的原边线圈，供电端弱电供电单元、供电端控制器、开关管驱动单元、光耦隔离单元、电流采样单元、供电端信号调理单元、保护单元、电池状态显示模块以及用于接收电池状态信息的解调器；所述的体内模块包括松耦合变压器的副边线圈、受电端谐振变换单元、受电端功率变换单元、受电端控制器、电池充电管理模块、电池、调制器和血泵。
强电供电单元的输出端分别与供电端功率变换单元、供电端弱电供电单元和保护单元相连；供电端功率变换单元分别与谐振变换单元的输入端、开关管驱动单元的输出端相连；谐振变换单元的输出端分别与松耦合变压器的原边线圈、解调器和电流采样单元相连；强电供电单元将市电整流为直流电，所述直流电具有母线电流和母线电压；强电供电单元分别将母线电流和母线电压输入至保护电路，并将产生的直流电分别输入至供电端功率变换单元和供电端弱电供电单元；供电端弱电供电单元将接收的直流电进行功率变换以便为光耦隔离单元、供电端控制器、保护单元、信号调理单元供电；供电端功率变换单元在开关管驱动单元的控制下将接收的直流电转换为高频交流电，并将所述高频交流电输入至谐振变换单元；谐振变换单元将接收的高频交流电进行调理获得功率因数更高的高频交流电，并将所述功率因数更高的高频交流电输入至松耦合变压器的原边线圈；松耦合变压器的原边线圈将接收的功率因数更高的高频交流电发送至松耦合变压器的副边线圈。
电流采样单元将采集的所述功率因数更高的高频交流电的电流iac输入至信号调理单元，信号调理单元对电流iac进行调理后获得调理后的电流idc，调理后的电流idc输入至供电端控制器；供电端控制器根据所述调理后的电流idc输出用于调整开关管驱动单元的控制信号；保护单元根据所述母线电流、母线电压和直流电流idc输出保护信号至供电端控制器，供电端控制器根据所述保护信号确定是否对功率变换单元进行保护；供电端控制器输出的控制信号通过光耦隔离单元发送至开关管驱动单元。
松耦合变压器的副边线圈将接收的电能发送至受电端谐振变换单元、受电端谐振变换单元进行无功功率补偿后发送至受电端功率变换单元，受电端功率变换单元进行电能变换后发送至受电端控制器；受电端控制器通过电池充电管理模块向电池充电，同时受电端控制器与血泵相连，以便控制血泵的运转；电池向血泵供电，血泵用于辅助心脏工作；
电池输出的电池状态信息通过调制器调制后发送至受电端控制器，受电端控制器根据调制后的电池状态信息控制受电端功率变换单元使得受电端功率变换单元输出搭载电池状态信息的高频交变的电流，所述搭载电池状态信息的高频交变的电流通过受电端谐振变换单元和副边线圈发送至原边线圈，原边线圈与供电端谐振变换单元将接收的搭载电池状态信息的高频交变的电流发送至解调器，通过解调器进行解调获得解调后的电池状态信息，解调后的电池状态信息送入供电端控制器，通过供电端控制器控制电池状态显示模块显示电池状态信息，以便进行及时充电。
本发明中的所有组成单元均采用硬件电路搭建。
为了减小***体积，所述的供电端功率变换单元由单功率管谐振变换电路组成，该功率变换单元具有开关损耗小，变换效率受发射线圈与接收线圈距离影响较小。如图2所示，所述供电端功率变换单元包括电感L、电容C和功率管Q；电容C的一端与功率管Q的集电极相连，电容C的另一端与功率管Q的发射极两端，电感L的一端作为输入，电感L的另一端与功率管的集电极相连；功率管Q的基极与开关管驱动单元的输出端相连；电容C的两端分别与谐振变换单元的输入端相连。
为了增加***功率容量及无功功率补偿，将高频交流电通过谐振变换单元调理，使得得到的高频交流电具有更高的功率因数。
强电供电单元输出的信号经供电端弱电供电单元进行功率变换，以便达到供电端控制器、光耦隔离单元、供电端信号调理单元和保护单元所需功率等级。供电端弱电供电单元分别与供电端控制器、光耦隔离单元、供电端信号调理单元和保护单元相连并提供电能。为了隔离强电与弱电之间的电磁干扰，供电端控制器输出的PWM信号经过光耦隔离单元，通过开关管驱动单元与供电端功率变换单元相连并控制功率变换单元的功率管Q工作。
如图3所示，信号调理单元包括两个运算放大器Q1与Q2、两个二极管D1与D2、和多个电阻，其中两个二极管的型号为SMBYT01-400，两个运算放大器的型号均选为TL084。通过对电流ia采样，通过二阶低通滤波器加电压提升，将正负变化的交流信号提升为单极性的0～3.3V范围内的信号idc，接入供电端控制器。供电端控制器一方面可以根据所述信号idc调整所述PWM信号的频率；另一方面可以根据信号idc的值向电池状态显示模式输出电池充满信息。
保护电路由母线电流过流保护电路、原边谐振电流过流保护电路，母线欠压保护电路三部分组成。设定母线电流大于母线电流阈值时，产生过流保护信号；原边谐振电流峰值超过原边谐振电流阈值时，产生过流保护信号，直流母线电压低于直流母线电压阈值时，产生欠压保护信号，三路保护信号经过与非门后送到供电端控制器的功率驱动保护中断入口，继而控制器直接封锁所有PWM信号，保护电路上的元器件不被损坏。由于患者在呼吸及运动过程中，会改变发射线圈与接收线圈之间距离，造成***电气特性变化(例如线圈电流iac的变化)。需要设计相应的原边谐振电流过流保护电路，来保证***正常运行。原边谐振电流过流保护电路由滞回比较器构成，如图4所示，当经过调理的线圈电流idc过流时，产生原边谐振电流过流保护信号。图中R6的电阻为变阻器，在电路中根据过流保护的阈值调节电阻值。当信号低于这个阈值时，信号经运算放大后输出，当信号超过阈值时，输出电平翻转。滞回比较器输出原边谐振电流过流保护信号。母线电流过流保护电路，母线欠压保护电路与原边谐振电流过流保护电路类似，再此不再详细描述。
为了将体内的电池状态信息发送回体外模块，通过调制器将电池状态信息搭载到交变电流中，并传回体外模块中。受电端控制器的作用是控制血泵运转在期望工况下。受电端功率变换单元对接收的电能进行变换后发送至受电端控制器，受电端控制器通过电池充电管理模块向电池充电，电池向血泵供电。同时受电端控制器与血泵相连，以便控制血泵的运转，来维持心脏正常运作。
在植入式左心室辅助***中，对体内部分的体积要求非常严格，以往的无线电能传输***，大都用独立的无线收发模块来进行体内部分与体外部分之间的信息通讯。这种方式不仅增加了体内部分的体积，并且容易受到传输能量的松耦合变压器的电磁干扰而发送错误的信息，造成整个***工作不稳定甚至不能工作。本发明将体内模块的电池状态信息通过调制器，将信息搭载到高频交变的电流中，原边线圈接收到交变电流后，通过解调器将信息还原后送入供电端控制器中，通过供电端控制器控制电池状态显示模块显示电池状态信息，所述电池状态信息一般为电池欠电信息，以便提醒用户进行及时充电。
用户在进行无线充电的过程中，由于体内体外线圈的距离随着呼吸、线圈摆放位置、皮肤厚度不同时期的不同，会影响传输效率。无线电能传输技术研究结果表明，当工作频率与谐振频率相等时，***传输效率最高。而原边线圈电流实时反映工作频率与谐振频率的偏差，因此，优选地，采用图5所述的频率跟踪算法实时地调整工作频率，使得***传输效率最高；并且该算法在不增加***硬件的情况下，达到对***的控制。具体方法如下：判断当前周期的idc大于前一周期的值；当当前周期的idc大于前一周期的值时，判断当前频率是否大于前一个周期的频率，如果大于前一个周期的频率，则提高工作频率，如果小于前一个周期的频率，则降低工作频率；当当前周期的idc小于前一周期的值时，判断当前频率是否大于前一个周期的频率，如果大于前一个周期的频率，则降低工作频率，如果小于前一个周期的频率，则提高工作频率；从而获得使得***达到最大效率传输状态的PWM脉冲控制信号。
由于体内部分需要植入患者体内，要求体积小，效率高，发热量少。所述的松耦合变压器选用在高频情况下趋肤效应及邻近效应小的多股绞合线（litz）。具有体积小，散热好等优点。所述的松耦合变压器具体由两个15匝、直径为50mm的litz线圈组成。
在第一次使用时，需要给电池充电，将体外模块接上交流电，然后将体外模块贴近皮肤，通过体外模块向体内模块的电池充电；通过体内模块的电池充电管理模块控制电池充电的不同状态（依次为恒流充电、恒压充电、涓流充电三种状态）。当电池充电在涓流充电状态，原边iac接近于零，当原边iac在接近于零状态下保持15分钟以上，可以认为电池已经充满，此时在电池状态显示模块输出电池充满的信息，用户可以拿掉体外模块，从而可以只利用体内电池对血泵进行供电。当体内电池没电时，通过体外模块的电池状态显示模块进行显示，以便提醒用户将体外模块贴近皮肤，继续为电池充电。
如图6所示，本发明的血泵包括入口管1、出口管4、下泵壳12、上泵壳13、下定子罩6、上定子罩16、内磁轴承2、外磁轴承9、叶轮5、下定子轭10、下定子绕组11、上定子绕组14和上定子轭15；下泵壳12和上泵壳13组成泵室；叶轮5位于泵室内，下定子罩6具有中心柱7；叶轮5安装在中心柱7外部；通过磁轴承调节螺钉8将内磁轴承2固定在中心柱7内部；外磁轴承9嵌于叶轮5的内部腔体；上定子罩16位于上泵壳13上部，上定子绕组14和上定子轭15位于上泵壳13内，上定子绕组14与叶轮5相对，上定子轭15位于上定子绕组14上方；下定子罩6位于下泵壳12下方，下定子绕组11和下定子轭10位于下定子罩6内，下定子绕组11与叶轮5相对，下定子轭10位于下定子绕组11下方；入口管1***泵室的方向与出口管4离开泵室的方向垂直。上定子绕组14、下定子绕组11设置在泵室外部，结构上与泵室内部的血液流场完全隔离。叶轮是泵室内部唯一的运动部件。叶轮在泵室内旋转产生流场压差，实现泵血功能。
上泵壳13、下泵壳12的结构限定了泵室内部的流场和入口管1、出口管4的位置。泵室容积约20ml。上泵壳13、下泵壳12在径向上均为一种类渐开线涡旋的结构。左心室血液通过入口管1沿血泵轴向流入，经过泵体增压，经出口管4沿血泵切向流出。入口管1和出口管4之间的夹角，便于泵在左心室心尖位置植入，也便于人工血管与主动脉之间的连接。泵室内部流场无涡流区和低速缓流区，血液在血泵流场中所受外力的强度和作用时间满足血细胞不受破坏的生理环境要求。入口管1为中空的短圆柱型结构，从左心室心尖位置直接***到左心室内。泵的流入口部分无需人工血管与左心室连接，泵体与心脏紧密贴合，极大限度地减小了离心泵体积，利于血泵植入左心室。
如图7所示，叶轮5大体成圆盘形结构，在叶轮5的一侧端面圆周方向均布四条倾斜的弧形导流槽21和四个凸起的叶轮主体，每个凸起的叶轮主体上形成楔形的液体动压止推轴承面23和出口区25，楔形的液体动压止推轴承面23从入口端24向上盘旋到出口区25；在叶轮5的回转轴中心有柱形通孔22。倾斜的弧形导流槽底面与水平面成一定的夹角。止推轴承的设计，目的在于要为叶轮提供轴向支撑，每个楔形的液体动压止推轴承面23也形成了血液在泵室内的次要流道，本发明端面止推轴承与无源磁悬浮轴承的配合使用，抑制旋转叶轮的偏摆和轴、径向蹿动，实现了叶轮的动态稳定悬浮，减小了摩擦阻力，降低功耗与发热，最大程度减弱了机械碾压对血细胞的破坏。
如图8所示，叶轮的另一侧端面形成5个微型桨叶26。在泵工作时，旋转的叶轮不可避免的会对血细胞造成挤压。本发明通过优化微型桨叶结构，既能在旋转时产生足够的血液搅动效果，带动叶轮底部血液流动，避免泵室内部低速流场的存在，又尽量减小了血细胞所受到的剪切力及作用时间，避免血栓的形成。优化后的设计参数有：桨叶高度：12μm，桨叶入口角：58°，桨叶出口角：26°、桨叶片包角112°、桨叶宽度1.1mm等。
叶轮5整体结构采用铂钴永磁合金熔炼成型。铂钴合金为铂基的二元合金，其中铂的质量约占76%。在高温下，铂与钴可无限互溶，其固熔体为立方晶格。铂钴整体叶轮与传统血泵依靠嵌入永久磁钢来形成永久磁场的设计具有本质区别。铂钴永磁合金的材料硬度、线膨胀系数、弹性模量等机械性能参数完全能够达到血泵叶轮的结构要求。同时铂钴合金作为永磁材料，具有高磁稳定性、高磁能积，高矫顽力，高剩磁的特点也满足叶轮永磁磁极的要求。这种永磁材料整体叶轮的设计，与传统嵌入磁钢式设计相比，最大程度的扩大了永磁材料的体积，增大了叶轮磁储能。减小了血泵对输入电能的消耗。
铂钴整体叶轮采用整体充磁方式。叶轮径向磁性区域的交替变换，根据血泵的绕组形式和电机控制方式确定。充磁极头的形状决定了磁性区域的面积，在顾及漏磁对叶轮运转影响的情况下，尽量使磁通截面最大化。以提高通过气隙与电枢绕组交链的主磁路磁力线数量。铂钴合金极耐腐蚀，生物相容性好，非常适用于于血液长期接触。
整个叶轮外表面沉积氮化钛膜。氮化钛膜层与基底结合强度大，不易脱落，膜层致密均匀，具有硬度高，耐磨损、化学惰性强、生物相容性好的特点。通过实验验证，这种膜层对阻碍血小板的吸附效果明显，对抑制血栓的形成有一定作用。
整个泵室内表面沉积CNx膜。利用脉冲激光真空弧沉积***，生成C与N有一定比例的CNx膜层。该膜层由于N原子的加入，有效地减低了薄膜中的残余应力，减缓了薄膜内应力，相对DLC膜，CNx膜层与基底的结合强度更好。试验结果表明：CNx膜对于纤维蛋白原吸附小，与血液组分的交互反应也弱，是一种较好的抗凝血膜层。
氮化钛膜与CNx膜构成的摩擦副摩擦系数低，减小了起动时的摩擦阻力，提高泵的起动性能。
如图10所示，上定子绕组14和下定子绕组11均由6个扇形线圈61构成，6个扇形线圈在圆周上均匀布置。每个扇形线圈内部具有高磁导率、高磁通饱和的扇形软磁材料铁芯62，铁芯的设计使盘式电机具备了一定程度的齿槽结构，优化了磁路，减弱了叶轮相邻磁极之间交链的漏磁通；增大了盘式电机的气隙磁导，增大气隙磁场储能的同时减小了功率损耗。6组线圈的导通由电机控制器控制，实现轴向的旋转磁场，该旋转磁场与叶轮磁场相耦合，带动叶轮旋转，同时在径向上产生一定的刚度，使叶轮在径向运动上受到限制。
上定子绕组14和下定子绕组11采用MEMS工艺加工。MEMS是一种先进的微机电制造技术，现已实际应用。本发明的定子绕组采用MEMS半导体加工技术中的光刻方式，在铁氧体基片上加工出线圈沟槽，通过金属溅射形成导线。高绝缘、高导磁的铁氧体基片，保证了光刻绕组之间的绝缘，避免了匝间短路，同时应用铁氧体远大于空气隙的磁导特性，减小了传统灌胶式绕组轴向空间的漏磁损耗。MEMS微米级超精密加工，保证了有限空间内绕组的安匝数要求，使线圈的结构尺寸和形位精度得以极大的提高，电机气隙的一致性得以保证，气隙磁场的均匀性更好，叶轮的运转更加平稳。
入口管外部经过加工处理，形成了无毒性的粗糙颗粒表面，利于心室组织牢固附着。心室组织与入口管附着，可以避免血泵金属部分与心室组织的相对运动，避免了摩擦引起的组织相容性危害。有利于抑制血栓的生长和蔓延。入口管外部的粗糙表面由抑制细胞生长的药物浸润。
如图9所示，叶轮内的外磁轴承9和下泵壳内的内磁轴承2磁场耦合组成无源磁悬浮轴承，依靠斥力对叶轮在轴向和径向上产生约束。外磁轴承9或内磁轴承2均采用多磁环阵列结构，多磁环阵列结构的N极、S极相斥安放。无源磁悬浮轴承与叶轮上端面的液体动压止推轴承共同作用，加之叶轮高速旋转产生的陀螺定轴效应，实现了叶轮的无接触稳定悬浮。外磁轴承9和内磁轴承2的材料为钐钴2：17磁钢，该材料广泛应用于航空航天类产品，具有优良的长期时效稳定性和温度稳定性。
上定子轭10和下上定子轭15由钴基非晶带材沿轴向圆周卷绕而成。与传统的叠片式轭铁相比，圆周卷绕式定子轭更适于盘式电机的磁路设计。钴基非晶带材满足盘式电机轴向磁场高磁感、高饱和的要求，最大程度的降低了电机的涡流损耗和漏磁。
本发明未详细描述的内容属于本领域公知常识。
Claims (8)
1.一种可植入式左心室辅助***，包括体内模块和体外模块，其特征在于，体内模块与体外模块之间无任何传输线；所述的体外模块包括强电供电单元、供电端功率变换单元、谐振变换单元、松耦合变压器的原边线圈，供电端弱电供电单元、供电端控制器、开关管驱动单元、光耦隔离单元、电流采样单元、供电端信号调理单元、保护单元、电池状态显示模块以及用于接收电池状态信息的解调器；所述的体内模块包括松耦合变压器的副边线圈、受电端谐振变换单元、受电端功率变换单元及受电端控制器、电池充电管理模块、电池、调制器和血泵；
强电供电单元的输出端分别与供电端功率变换单元、供电端弱电供电单元和保护单元相连；供电端功率变换单元分别与谐振变换单元的输入端、开关管驱动单元的输出端相连；谐振变换单元的输出端分别与松耦合变压器的原边线圈、解调器和电流采样单元相连；强电供电单元将市电整流为直流电，所述直流电具有母线电流和母线电压；强电供电单元分别将母线电流和母线电压输入至保护单元，并将产生的直流电分别输入至供电端功率变换单元和供电端弱电供电单元；供电端弱电供电单元将接收的直流电进行功率变换以便为光耦隔离单元、供电端控制器、保护单元、信号调理单元供电；供电端功率变换单元在开关管驱动单元的控制下将接收的直流电转换为高频交流电，并将所述高频交流电输入至谐振变换单元；谐振变换单元将接收的高频交流电进行调理获得功率因数更高的高频交流电，并将所述功率因数更高的高频交流电输入至松耦合变压器的原边线圈；松耦合变压器的原边线圈将接收的功率因数更高的高频交流电发送至松耦合变压器的副边线圈；
电流采样单元将采集的所述功率因数更高的高频交流电的电流iac输入至信号调理单元，信号调理单元对电流iac进行调理后获得调理后的电流idc，调理后的电流idc输入至供电端控制器；供电端控制器根据所述调理后的电流idc输出用于调整开关管驱动单元的控制信号；保护单元根据所述母线电流、母线电压和直流电流idc输出保护信号至供电端控制器，供电端控制器根据所述保护信号确定是否对功率变换单元进行保护；供电端控制器输出的控制信号通过光耦隔离单元发送至开关管驱动单元；
松耦合变压器的副边线圈将接收的电能发送至受电端谐振变换单元、受电端谐振变换单元进行无功功率补偿后发送至受电端功率变换单元，受电端功率变换单元进行电能变换后发送至受电端控制器；受电端控制器通过电池充电管理模块向电池充电，同时受电端控制器与血泵相连，以便控制血泵的运转；电池向血泵供电，血泵用于辅助心脏工作；
电池输出的电池状态信息通过调制器调制后发送至受电端控制器，受电端控制器根据调制后的电池状态信息控制受电端功率变换单元使得受电端功率变换单元输出搭载电池状态信息的高频交变的电流，所述搭载电池状态信息的高频交变的电流通过受电端谐振变换单元和副边线圈发送至原边线圈，原边线圈与供电端谐振变换单元将接收的搭载电池状态信息的高频交变的电流发送至解调器，通过解调器进行解调获得解调后的电池状态信息，解调后的电池状态信息送入供电端控制器，通过供电端控制器控制电池状态显示模块显示电池状态信息，以便进行及时充电；
所述血泵包括入口管(1)、出口管(4)、下泵壳(12)、上泵壳(13)、下定子罩(6)、上定子罩(16)、内磁轴承(2)、外磁轴承(9)、叶轮(5)、下定子轭(10)、下定子绕组(11)、上定子绕组(14)和上定子轭(15)；下泵壳(12)和上泵壳(13)组成泵室；叶轮(5)位于泵室内，下定子罩(6)具有中心柱(7)；叶轮(5)安装在中心柱(7)外部；通过磁轴承调节螺钉(8)将内磁轴承(2)固定在中心柱(7)内部；外磁轴承(9)嵌于叶轮(5)的内部腔体；上定子罩(16)位于上泵壳(13)上部，上定子绕组(14)和上定子轭(15)位于上泵壳(13)内，上定子绕组(14)与叶轮(5)相对，上定子轭(15)位于上定子绕组(14)上方；下定子罩(6)位于下泵壳(12)下方，下定子绕组(11)和下定子轭(10)位于下定子罩(6)内，下定子绕组(11)与叶轮(5)相对，下定子轭(10)位于下定子绕组(11)下方；入口管(1)***泵室的方向与出口管(4)离开泵室的方向垂直；叶轮(5)整体结构采用铂钴永磁合金熔炼成型；叶轮(5)大体成圆盘形，在叶轮(5)的一侧端面圆周方向均布四条倾斜的弧形导流槽(21)和四个凸起的叶轮主体，四个凸起的叶轮主体由四条倾斜的弧形导流槽(21)隔开；每个凸起的叶轮主体上形成楔形的液体动压止推轴承面(23)和出口区(25)，楔形的液体动压止推轴承面(23)从入口端(24)向上盘旋到出口区(25)；在叶轮(5)的另一侧端面形成五个微型桨叶(26)；上定子绕组(14)和下定子绕组(11)均由六个扇形线圈(61)构成，六个扇形线圈在圆周上均匀布置；每个扇形线圈内部具有扇形软磁材料铁芯(62)；上定子轭(15)和下定子轭(10)采用钴基非晶带材形成；
所述用于调整开关管驱动单元的控制信号为PWM信号，所述受电端控制器根据调理后的电流idc输出用于调整开关管驱动单元的控制信号的方法如下：判断当前周期的idc是否大于前一周期的值；
如果当前周期的idc大于前一周期的值时，判断当前频率是否大于前一个周期的频率，如果大于前一个周期的频率，则提高PWM信号的工作频率，如果小于前一个周期的频率，则降低PWM信号的工作频率；
如果当前周期的idc小于前一周期的值时，判断当前频率是否大于前一个周期的频率，如果大于前一个周期的频率，则降低PWM信号的工作频率，如果小于前一个周期的频率，则提高PWM信号的工作频率。
2.根据权利要求1所述的可植入式左心室辅助***，其特征在于，所述受电端控制器根据调理后的电流idc输出电池充满状态信息至电池状态显示模块。
3.根据权利要求1所述的可植入式左心室辅助***，其特征在于，所述供电端功率变换单元包括电感L、电容C和功率管Q；电容C的一端与功率管Q的集电极相连，电容C的另一端与功率管Q的发射极相连，电感L的一端作为输入，电感L的另一端与功率管的集电极相连；功率管Q的基极与开关管驱动单元的输出端相连；电容C的两端分别与谐振变换单元的输入端相连。
4.根据权利要求1所述的可植入式左心室辅助***，其特征在于，所述的松耦合变压器的原边线圈和副边线圈均为匝数为15匝、直径为50mm的多股绞合线线圈。
5.根据权利要求1所述的可植入式左心室辅助***，其特征在于，入口管外部形成了无毒性的粗糙颗粒表面。
6.根据权利要求1所述的可植入式左心室辅助***，其特征在于，外磁轴承(9)或内磁轴承(2)均采用多磁环阵列结构，多磁环阵列结构中的N极、S极相斥安放。
7.根据权利要求1所述的可植入式左心室辅助***，其特征在于，外磁轴承(9)和内磁轴承(2)的材料为钐钴2：17磁钢。
8.根据权利要求1所述的可植入式左心室辅助***，其特征在于，所述微型桨叶(26)的高度为12μm，桨叶入口角为58°，桨叶出口角为26°，桨叶片包角为112°，桨叶宽度为1.1mm。
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