CN107347250A - 血液泵 - Google Patents

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Abstract

一种血液泵(1)，包括具有由通路(7)连接的血流入口(5)和血流出口(6)的泵壳体(2)，以及布置在所述泵壳体(2)中以围绕旋转轴线(9)可旋转的叶轮(3)。叶轮(3)设置有叶片(4)，叶片(4)的尺寸和形状设计成沿通路(7)从血流入口(5)到血流出口(6)输送血液，叶轮(3)由在叶轮(3)的第一轴向端处的第一轴承(10)和与第一轴承(10)轴向间隔开的第二轴承(20)可旋转地支撑在泵壳体(2)中。第一轴承(10)包括沿旋转轴线(9)延伸并连接至叶轮(3)和泵壳体(2)中的一个的突起(11),以及在叶轮(3)和泵壳体(2)中的另一个中的空腔(13)，突起(11)包括接合空腔(13)的扩展部(12)，使得第一轴承(10)和第二轴承(20)布置成沿相同的轴向方向承担轴向力。

Description

血液泵
背景技术
本发明涉及待植入患者体内以支撑患者的心脏的血液泵。特别地，血液泵可以被用作“桥接到治愈”的装置，血液泵借此暂时性地支撑患者的心脏，直到患者的心脏已被充分治愈。
不同类型的血液泵是公知的，诸如轴向血液泵、离心血液泵或血液流动是由轴向力和径向力两者导致的混合式血液泵。血液泵可以借助于导管被***患者的诸如主动脉的血管中，或可以被设置在胸腔中。血液泵通常包括具有由通路连接的血流入口和血流出口的泵壳体。为了引起血液沿着通路从血流入口流动到血流出口，叶轮被可旋转地支撑在泵壳体内，并且叶轮设置有用于输送血液的叶片。
叶轮借助于至少一个轴承被支撑在泵壳体内，根据血液泵的预期用途，例如血液泵旨在仅用于短期使用(几小时或几天)还是用于长期使用(几周或几年)，可以具有不同类型的轴承。各种轴承是公知的，诸如接触型轴承和非接触型轴承。在非接触型轴承中，轴承表面相互不接触，例如在磁性轴承中，轴承表面由于排斥磁力而“悬浮”。总地，接触型轴承可以包括所有类型的轴承，轴承中的轴承表面可以在泵的操作期间的任何时候(即，始终或间歇地)至少部分地接触，例如在滑动轴承、枢转轴承、动压轴承、静压轴承、滚珠轴承等中或其组合中。特别地，接触型轴承可以是“血液浸没轴承”，其中轴承表面具有血液接触。接触型轴承,诸如枢转轴承，可以在使用期间升温并受到机械磨损。通过在泵的电机和叶轮之间的用于驱动叶轮的磁耦合可以增加机械磨损。当接触型轴承和磁性轴承设置在叶轮的相同轴向端时，由于磁耦合吸引叶轮，轴承的机械磨损可能增加，从而增加轴承表面上的接触压力。这可能导致小轴承表面(例如在导管泵中的枢转轴承中，例如直径在1毫米的范围内)上的高负载(例如10牛顿)。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种具有叶轮的血液泵，叶轮借助于轴承支撑在泵壳体中，其中轴承的机械磨损可以减小。特别地，本发明的另一个目的是缓解血液泵中的轴承的过度负载。
根据本发明的主要目的通过具有独立权利要求1的特征的血液泵来实现。本发明的优选实施方式和进一步改进在依赖于权利要求1之上的权利要求中指定。
类似于公知的血液泵，根据本发明的血液泵包括具有由通路连接的血流入口和血流出口的泵壳体。叶轮或转子布置在泵壳体中以围绕旋转轴线可旋转，旋转轴线可以是叶轮的纵向轴线，其中叶轮设置有叶片，叶片的尺寸和形状设计成沿通路从血流入口到血流出口输送血液。叶轮由在叶轮的第一轴向端处的第一轴承和与第一轴承轴向间隔开的第二轴承可旋转地支撑在泵壳体中。
根据本发明，第一轴承包括沿旋转轴线延伸并连接至叶轮和泵壳体中的一个的突起,以及在叶轮和泵壳体中的另一个中的空腔。术语“空腔”可以包括任何类型的空腔、中空空间、凹部、开口或孔。突起包括接合空腔的扩展部，使得第一轴承和第二轴承布置成沿相同的轴向方向承担轴向力。例如，扩展部可以被空腔支撑或被封装在空腔中。换句话说，第一轴承通过承载作用在第二轴承的轴承表面上的轴向力的至少一部分来缓解第二轴承。由于两个轴承沿相同的“承担方向”支撑叶轮，每个轴承上的负载可以被降低。它们“共享”所述负载。这是通过设置以具有扩展部和对应空腔的突起的形式的简单机械装置，使得叶轮在某种程度上由第一轴承“悬挂”来实现的。优选地，突起和扩展部被包括在叶轮中，且空腔是静止的并是泵壳体的一部分。空腔可以设置在泵壳体的支撑结构中。然而，可以理解，上述布置反之亦然，而不会影响功能性。
优选地，空腔在尺寸和形状上对应于扩展部。这可以改善轴承性能，因为如果空腔和扩展部在尺寸和形状上适应彼此，可以降低或避免叶轮沿轴向方向或沿径向方向或沿这两个方向的位移。特别地，第一轴承可以布置成沿两个相反的轴向方向承担轴向力。然而，空腔在尺寸和形状上对应于扩展部并不是必需的，只要第一轴承可以沿与第二轴承相同的轴向方向承担轴向力。例如，在相反的轴向方向上，即在远离第二轴承的方向上，空腔可以是开放的或者可以至少提供足够的空间，使得叶轮沿这一方向的移动是可能的。
优选地，扩展部在形状上至少部分地为球形。例如，扩展部可以为球形盖。因此，空腔也可以至少部分地为球形。然而，扩展部可以具有适合于实现本发明构思的任何形状。特别地，旋转对称并且具有承担轴向力的凸缘的任何形状均可以适合于第一轴承。扩展部可以为诸如圆柱形或圆锥形。扩展部可以卡扣配合进入空腔，而这是安装第一轴承的简单方法。扩展部或空腔或两者的材料可以具有足够的回弹性能以允许卡扣配合连接。在另一个实施方式中，空腔或扩展部可以通过在由例如金属或陶瓷或类似的材料制成的先前存在的部分上模制而形成，并允许模制塑料的收缩以产生动态接合。
在一个实施方式中，第二轴承可以是包括叶轮的轴承表面的接触型轴承，叶轮的轴承表面面向泵壳体的轴承表面，优选地为枢转轴承。枢转轴承允许旋转移动以及一定程度的枢转运动。
血液泵可以进一步包括轴，轴沿旋转轴线延伸并且围绕旋转轴线可旋转，并且具有安装在轴上的叶轮，轴具有形成第一轴承的一部分的第一端部以及形成第二轴承的一部分的第二端部。特别地，轴的第一端部可以包括扩展部，诸如球形盖。轴可以具有与扩展部的外径基本上相等的外径，突起形成布置在轴和扩展部之间的颈部。这允许紧凑的布置并有利于卡扣配合连接。轴的第二端部可以包括第二轴承的轴承表面，轴承表面是例如球形的凹形，例如形成枢转轴承的一部分。可以理解，轴可以与叶轮分别地形成或一体地形成。进一步可以理解，轴的部分与血液直接接触，以用于改善向周围血液的传热。优选地，轴由导热材料(金属、碳化硅、或类似的材料)制成，这样的话，在轴承的部分内产生的热量可以被很好地传递至周围的血液，以将温度限制至55摄氏度或以下。
在一个实施方式中，空腔的壁可以包括由间隙隔开的至少两部分，例如两部分、三部分或四部分。间隙可以与通路流体连接以允许血液进入空腔。这使得第一轴承能够被流动通过血液泵的血液或任何其他清洗流体冲洗。
在一个实施方式中，第一轴承的扩展部可以包括至少一个磁体，并且泵壳体，优选为空腔，也可以包括至少一个磁体。磁体可以布置成使得产生指向远离第二轴承的轴向方向的排斥磁力。这一布置允许缓解第二轴承，因为第一轴承的磁力沿远离第二轴承的方向牵拉叶轮。除了这个，由于第一轴承设计为磁性轴承，可以避免第一轴承沿轴向方向的机械磨损。
在一个实施方式中，第一轴承和第二轴承中的至少一个的轴承表面中的至少一个可以由至少一个弹簧支撑，其中，至少一个弹簧布置成沿从第二轴承朝向第一轴承的轴向方向承担轴向力。具体地，通过设置接收并抑制作用在第二轴承的轴承表面上的负载的一部分的至少一个弹簧可以缓解第二轴承。至少一个弹簧可以设置在第二轴承的背离第一轴承的一侧上。例如，至少一个弹簧可以设置在壳体的支撑第二轴承的静止轴承表面的部分中。弹簧力可以被选择为小于第二轴承上的负载。在这种情况下，第二轴承上的负载被限制至弹簧力的大小，而负载的剩余部分由第一轴承支撑。可选地或附加地，第一轴承可以由至少一个弹簧支撑，特别是泵壳体的构成空腔的部分可以由至少一个弹簧支撑，弹簧借此产生沿远离第二轴承的轴向方向的力。可以理解，弹簧可以由金属材料制成，或者可以由例如采用O型环或相似的形状的与螺旋金属弹簧起到相同作用的高分子材料形成。在一个实施方式中，第二轴承的轴承表面的至少一个可以由在收缩时可以具有已知力的柔性结构支撑。
可以设置用于缓解第二轴承的其他装置。例如，相斥的磁体可以设置在第二轴承的轴承表面中，或者设置在第二轴承的轴承表面附近，例如设置成围绕第二轴承的轴承表面。为了降低或消除由将旋转传递至叶轮的吸引磁力导致的轴向力，磁性驱动布置可以沿径向方向设置，其中磁性驱动围绕叶轮周向布置。同样地，在磁性驱动相对于叶轮沿轴向方向设置的布置中，磁通量可以被偏转，使得其沿径向方向作用在叶轮上。另外，可选地或附加地，支撑轴承可以设置成承载第二轴承的负载的一部分。支撑轴承可以是包括多个滚珠的滚珠轴承，多个滚珠围绕第二轴承布置在叶轮的表面与壳体的表面之间，优选地布置在相应对准的沟槽中。
可以理解，根据本发明，设置了两个机械轴承以使叶轮居中。两个轴承沿旋转轴线的空间分布允许刚性轴承或叶轮的布置。随后允许搏动泵操作，在搏动泵操作中叶轮可以随每个心搏周期从低于临界速度转换。由于由两个机械轴承提供的刚性布置，叶轮在临界速度期间的振动可以被降低。与心脏搏动和同步的泵操作被视为非常有利于实现心脏康复。另外，可以理解，机械轴承由于他们的小尺寸而被使用，机械轴承的小尺寸是由将被放置在患者血管内的任何小尺寸泵所强制要求的。
附图说明
结合附图阅读可以更好地理解前述发明内容以及优选实施方式的以下详细描述。为了示出本公开的目的，作出了附图说明。然而，本公开的范围不限于附图中公开的具体实施方式。附图中：
图1示出了根据本发明的血液泵的截面图。
图2示出了根据另一实施方式的血液泵的截面图。
图3示出了根据又一实施方式的血液泵的截面图。
图4A至图4D示出了第一轴承的不同实施方式。
图5示出了根据一个实施方式的血液泵的截面图，其中血液泵被设计为导管泵。
图6示出了血液泵的第一轴的截面图。
图7示出了血液泵的第二轴的截面图。
图8示出了用于第一轴的支撑结构的截面图。
图9A至图9C示出了根据其他实施方式的用于第一轴的支撑结构的截面图。
图10示出了根据另一实施方式的血液泵的截面图。
图11示出了与图10的实施方式相关的用于第一轴的支撑结构的截面图。
图12示出了根据另一实施方式的血液泵的截面图。
图13示出了根据另一实施方式的血液泵的截面图。
图14示出了根据另一实施方式的血液泵的截面图。
图15示出了根据另一实施方式的血液泵的截面图。
具体实施方式
参考图1，示出了血液泵1的截面图。血液泵1设计为用于体外、心外或腔外使用，并包括具有血流入口5和血流出口6的泵壳体2。在操作期间，泵壳体2设置在患者身体外，并且血流入口5和血流出口6连接至各自的连接器(特别地，来自心脏的流入以及至主动脉的流出)。血液沿连接血流入口5和血流出口6的通路7输送。具有轴14的叶轮3设置成用于沿通路7输送血液，并且借助于第一轴承10和第二轴承20围绕旋转轴线9可旋转地安装在泵壳体2内。优选地，旋转轴线9为叶轮3的纵向轴线。如将在下文更详细描述的那样，轴承10和轴承20均为接触型轴承。第二轴承20是具有允许旋转运动以及一定角度的枢转运动的球型轴承表面的枢转轴承。第一轴承10设置在支撑构件15中以稳定叶轮3的旋转，支撑构件15具有用于血液流动的至少一个开口16。叶片4设置在叶轮3上用于在叶轮3旋转的情况下输送血液。叶轮3的旋转是由与叶轮3的端部37磁耦合的电机8所引起。正如本领域技术人员所理解的，可以使用其他合适的驱动机构。示出的血液泵1是混合型血液泵，其中流动的主要方向是轴向。应当理解，取决于叶轮3，特别是叶片4的布置，血液泵1也可以是完全地轴向血液泵。
叶轮3包括径向向外延伸的部分33。部分33可以表示为轭、凸缘部分或端部。至少一个冲洗通道30，优选地两个或更多个，诸如三个、四个、五个或六个冲洗通道30(图1中仅示出了一个)延伸通过叶轮3，特别是延伸通过部分33，以允许冲洗或清洗位于叶轮3和血液泵1的静止部分之间的间隙31，特别是叶轮3和泵壳体2或电机8之间的间隙31，电机8可以被视为与泵壳体2相关联。至少一个冲洗通道30也可以至少部分地延伸进入叶轮3的在部分33之外的主要部分。冲洗通道30具有第一开口34以及第二开口35。第一开口34形成通路7和冲洗通道30之间的流体连接，而第二开口35与间隙31流体连接。特别地，第二开口35与部分33的容纳第二轴承20的中央孔或中央开口32流体连接，使得第二轴承20可以被冲洗和冷却。
第二轴承20包括设置在第一轴14(见图6)的第二端部24处的第一轴承表面23和在第二轴21的端部处的第二轴承表面22，特别是在位于第二轴21(见图7)的中心处的凹部中的第二轴承表面22。轴承表面22和轴承表面23均优选地为球形。由于在电机8和端部37之间的磁耦合，叶轮3被朝向电机8吸引，这增加了第二轴承20的轴承表面22和轴承表面23之间的压力。为了缓解第二轴承20，第一轴承10布置在第一轴14的相反的轴向端部19处，并布置成沿与第二轴承20相同的轴向方向承担轴向负载。
第一轴承10包括扩展部12，扩展部12接合在泵壳体2中的空腔13，特别是在支撑结构15中的空腔13，支撑结构15可以被视为泵壳体2的一部分。特别地，扩展部12可以被空腔13支撑、可以被封装或被夹持在空腔13中。扩展部12可以卡扣配合进入空腔13或以其他方式安装。更具体地，第一轴承10包括在包括扩展部12的轴14的第一端部19处轴向延伸的突起11。在所示实施方式中，扩展部12形成为形状上部分地为球形盖。然而，可以为适于沿与第二轴承20相同的方向承担轴向负载的扩展部12选择任何旋转对称的形状。突起11形成直径小于扩展部12的颈部。如图6所示，扩展部12具有与轴14相同的直径。扩展部12和轴14的直径可以不同。特别地，扩展部12的直径可以小于或大于轴14的直径。颈部也可以被省略。轴14也可以与叶轮3一体地形成。
在图1的实施方式中，空腔13在尺寸和形状上基本上对应于扩展部12。因此，第一轴承10不但沿与第二轴承20相同的轴向方向承担负载，而且在两个轴向方向上支撑叶轮3。在图2的实施方式中，空腔13’开口至背离第二轴承20的一侧。然而，支撑结构15的尺寸和形状设计成对应于颈部11的尺寸和形状，使得叶轮3在两个轴向方向以及径向方向上被支撑。应当理解，支撑结构15可以更小以允许沿远离第二轴承20的方向的一些轴向移动。在图3的实施方式中，叶轮3可以沿远离第二轴承20的轴向方向移动，这可以是由于叶轮3在血液流动中的旋转运动而发生的。在这个实施方式中，空腔13”沿远离第二轴承20的方向轴向地扩大。
图4A至图4D示出了第一轴承10的不同实施方式，特别是示出了扩展部12和空腔13。在图4A中，扩展部是与图1至图3中所示的扩展部类似的大体球形。在支撑结构15中接触空腔13的部分可以具有与扩展部12的剩余部分不同的直径，并可以是凸起的。可选的，这个部分可以是凹形。在图4B的实施方式中，扩展部12是锥形的或菱形的。图4C和图4D示出了类似的实施方式，其中扩展部12具有锥形的或渐缩的部分。这促进了轴承10的装配。在图4C中，扩展部12的在支撑结构15中接触空腔13的部分是球形且凸起的，而其在图4D中是凹形。可以理解，任何旋转对称的形状均可以用于扩展部12。
现在参考图5，其示出了与图1至图3的前述实施方式类似，特别是与图2的前述实施方式类似的实施方式，其区别在于图5中的实施方式设计为导管泵1’。血流入口5’位于柔性套管50的端部，在使用期间，柔性套管50设置成通过诸如主动脉瓣的心脏瓣膜，而血流出口6’设置在泵壳体2’的一侧中并设置在诸如主动脉的心脏血管中。血液泵1’连接至导管51，并且电线52延伸通过导管51以用于驱动泵1’。血液泵1和血液泵1’以相同的方式起作用。可以理解，所有描述的特征可以应用于体外泵和导管泵两者。
现在参考图8，其示出了通过支撑结构15的截面，包括用于允许血液流动通过支撑结构15的开口16。支撑结构15可以提供一个或更多个支柱。在图9A至图9C的实施方式中，空腔13的壁包括由间隙18隔开的段或部分17。间隙18允许血液流入空腔13以冲洗空腔13，特别是为了冷却第一轴承10。部分17可以表示为定子叶片，定子叶片支撑第一轴承的旋转部分。在图8和图9A中，支撑结构15示出为具有三个支柱和三个开口16。支撑结构15可以具有更少的或更多的支柱和开口，诸如一个(图9B)、两个(图9C)、四个、五个、六个或更多个。
图10示出了与前述实施方式基本类似的血液泵1的实施方式。然而，在这个实施方式中，第一轴承10”’设计为磁性轴承，而不是接触型轴承。扩展部12’包括至少一个磁体40，磁体40布置为对布置在支撑结构15中的磁体41产生排斥磁力。扩展部12’设置在接合空腔13”’的突起11’上。排斥磁力有助于缓解第二轴承20。图11描绘了通过血液泵的实施方式的截面图，其中第一轴承10设计为磁性轴承。类似于前述实施方式，支撑结构包括三个支柱15，其中空腔13”’的壁被划分成由间隙18’隔开的三个部分17’。在壁部分17’中，磁体41设置成作用于在扩展部12’中的相应的磁体40(未在图11中示出)上。
图12至图15示出了血液泵1的实施方式，其中第一轴承10或第二轴承20被至少一个弹簧支撑。可以理解，图12的实施方式和图13至图15的实施方式中的至少一个可以被组合在单个实施方式中。如图12所示，弹簧42，诸如螺旋弹簧，设置成支撑轴21’，轴21’与结合图7描述的第二轴21基本上相似，除了轴21’轴向可移动并且更短以对弹簧42提供空间。密封环45设置成防止血液进入电机组件。弹簧42相对较弱，特别是弹簧力小于在没有弹簧42以及没有第一轴承10的情况下作用在第二轴承20上的负载。因此，第二轴承20上的负载被限制至弹簧42的弹簧力的大小。负载的剩余部分由第一轴承10支撑。
可选地或附加地，如图13所示，第一轴承10可以被弹簧支撑，特别是其静止部分可以被弹簧支撑。在这个实施方式中，支撑结构15从泵壳体2分开，并通过由凸缘44保持的诸如螺旋弹簧的弹簧43支撑。弹簧43的弹簧力作用在远离第二轴承20的方向上，以缓解第二轴承20。如图14所示，可以通过诸如聚合物O形环的柔性环46替代弹簧43来实现同样的功能。可选地或附加地，如图15所示，支撑结构15可以由柔性的、回弹性的或伸缩性的材料制成以提供弹簧功能。同样地，弹簧装置可以设置在第一轴14中以缓解第二轴承20。

Claims (15)

1.一种血液泵(1)，包括：
泵壳体(2)，所述泵壳体(2)具有由通路(7)连接的血流入口(5)和血流出口(6)；
叶轮(3)，所述叶轮(3)布置在所述泵壳体(2)中以围绕旋转轴线(9)可旋转，所述叶轮(3)设置有叶片(4)，所述叶片(4)的尺寸和形状设计成沿所述通路(7)从所述血流入口(5)到所述血流出口(6)输送血液；
所述叶轮(3)由在所述叶轮(3)的第一轴向端处的第一轴承(10)和与所述第一轴承(10)轴向间隔开的第二轴承(20)可旋转地支撑在所述泵壳体(2)中。
其中，所述第一轴承(10)包括沿所述旋转轴线(9)延伸并连接至所述叶轮(3)和所述泵壳体(2)中的一个的突起(11),以及在所述叶轮(3)和所述泵壳体(2)中的另一个中的空腔(13)，所述突起(11)包括接合所述空腔(13)的扩展部(12)，使得所述第一轴承(10)和所述第二轴承(20)布置成沿相同的轴向方向承担轴向力。
2.根据权利要求1所述的血液泵，其中
所述扩展部(12)被封装在所述空腔(13)中。
3.根据权利要求1或2所述的血液泵，其中
所述空腔(13)在尺寸和形状上对应于所述扩展部(12)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的血液泵，其中
所述扩展部(12)在形状上至少部分地为球形。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的血液泵，其中
所述扩展部(13)卡扣配合进入所述空腔(13)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的血液泵，其中
所述第二轴承(20)是包括所述叶轮(3)的轴承表面(23)的接触型轴承，所述轴承表面(23)面向所述泵壳体(2)的轴承表面(22)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的血液泵，其中
所述第二轴承(20)为枢转轴承。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的血液泵，进一步包括
轴(14)，所述轴(14)沿所述旋转轴线(9)延伸并且围绕所述旋转轴线(9)可旋转，并且具有安装在所述轴(14)上的所述叶轮(3)，所述轴(14)具有形成所述第一轴承(10)的一部分的第一端部(19)以及形成所述第二轴承(20)的一部分的第二端部(24)。
9.根据权利要求8所述的血液泵，其中
所述轴(14)的所述第一端部(19)包括所述扩展部(12)。
10.根据权利要求9所述的血液泵，其中
所述轴(14)具有与所述扩展部(12)的外径基本上相等的外径，其中，所述突起(11)形成布置在所述扩展部(12)和所述轴(14)的剩余部分之间的颈部。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的血液泵，其中
所述轴(14)的所述第二端部(24)包括所述第二轴承(20)的轴承表面(23)，所述轴承表面(23)是凹形。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的血液泵，其中
所述空腔(13)的壁包括由间隙(18)隔开的至少两个部分(17)，所述间隙(18)与所述通路(7)流体连接并允许血液进入所述空腔(13)。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的血液泵，其中
所述扩展部(12)包括至少一个磁体(40)，并且所述泵壳体(2)包括至少一个磁体(41)，所述至少一个磁体(41)布置成使得产生在所述磁体(40)和所述磁体(41)之间的指向远离所述第二轴承(20)的轴向方向的排斥磁力。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的血液泵，其中
所述第一轴承(10)和所述第二轴承(20)中的至少一个的轴承表面中的至少一个由至少一个弹簧支撑，其中，所述至少一个弹簧布置成沿从所述第二轴承朝向所述第一轴承的轴向方向承担轴向力。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的血液泵，其中
所述血液泵(1)为轴向血液泵、离心血液泵或混合型血液泵。
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