離心泵裝置的葉輪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及離心栗裝置、特別是血液栗裝置的葉輪，葉輪包括能夠圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的盤(pán)狀主體，主體包括:上表面；下表面；在上表面和下表面之間沿著旋轉(zhuǎn)軸線的方向延伸的中心通道，以用于當(dāng)主體在栗的栗室中旋轉(zhuǎn)時(shí)引導(dǎo)流體、特別是血液沿著軸向方向通過(guò)主體；以及由上表面支承以用于當(dāng)主體在栗的栗室中旋轉(zhuǎn)時(shí)栗送流體、特別是血液的多個(gè)葉片；處于下表面上的多個(gè)螺旋凹槽，每個(gè)凹槽具有底部和兩個(gè)側(cè)壁并且在軸向方向上打開(kāi)、融入主體的周向表面以及從該周向表面延伸至中心通道，以至少用于當(dāng)主體在栗的栗室中旋轉(zhuǎn)時(shí)將流體、特別是血液從周向表面栗送至中心通道；集成在主體中的用于借助于磁場(chǎng)而驅(qū)動(dòng)葉輪的永磁體，磁場(chǎng)由位于栗室的外側(cè)上并且圍繞旋轉(zhuǎn)軸線布置的磁驅(qū)動(dòng)器(例如，電磁驅(qū)動(dòng)器)產(chǎn)生。
[0002]本發(fā)明還涉及旋轉(zhuǎn)栗，并且更特別地涉及利用水力承載部和磁承載部的組合或者水力承載部的離心旋轉(zhuǎn)血液栗，以用于非接觸地懸浮和旋轉(zhuǎn)這種葉輪。這允許不磨損地進(jìn)行栗操作，因而延長(zhǎng)了使用壽命。
【背景技術(shù)】
[0003]已經(jīng)廣泛地證明用于治療末期心力衰竭的具有左心室輔助裝置(LVAD)的機(jī)械循環(huán)支持裝置具有有益的結(jié)果。對(duì)于長(zhǎng)期應(yīng)用(例如，目標(biāo)療法或待移植的長(zhǎng)期橋接)而言，完全可植入的心室輔助裝置最為適合。
[0004]包括離心、軸向和混流栗的旋轉(zhuǎn)血液栗的優(yōu)點(diǎn)在于其尺寸小，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)完全的心臟支持，特別是最新的第三代裝置是具有非接觸懸浮式葉輪的旋轉(zhuǎn)栗。
[0005]與軸向或混流栗相比，離心栗在更低的旋轉(zhuǎn)速度時(shí)具有最佳的液壓效果。非接觸式懸浮技術(shù)、被動(dòng)磁力和主動(dòng)磁力以及水力均具有一定的優(yōu)點(diǎn)和需要克服的限制。被動(dòng)磁承載部能夠產(chǎn)生大的力，以允許在大隙距的情況下進(jìn)行操作，而可能的能量損耗最低；與主動(dòng)磁承載部相比，被動(dòng)磁承載部也相對(duì)較不復(fù)雜。
[0006]然而，完全被動(dòng)的磁承載部在物理上不能放置在血液栗中，因而需要與第二種不同的懸浮類型承載部組合。主動(dòng)磁承載部也能夠在大隙距的情況下進(jìn)行操作，但是由于其內(nèi)在的不穩(wěn)定性而需要精密的控制和反饋系統(tǒng)，這導(dǎo)致能耗高。而且，主動(dòng)磁承載部可能存在電子部件發(fā)生故障和/或傳感器偏移的問(wèn)題。主動(dòng)磁承載部還需要額外的空間以用于承載部系統(tǒng)部件，包括電子器件、線圈和傳感器。
[0007]另一方面，水力承載部完全是被動(dòng)的，并且無(wú)需主動(dòng)控制器。它們確實(shí)需要耗能，主要是由于感生的粘性流動(dòng)損耗。原則上，水力承載部包括小的隙距以形成壓力積累，所述壓力積累在葉輪上產(chǎn)生了懸浮力。
[0008]然而，這些小的隙距增大了流動(dòng)阻力，因而降低了承載部的沖走流動(dòng)。即使對(duì)于沖走性而言，通過(guò)各承載部部分的充足且連續(xù)的流體流動(dòng)通道也是很重要的。通過(guò)減少流體對(duì)高剪切應(yīng)力區(qū)域的暴露時(shí)間以及避免低流量或流動(dòng)停滯區(qū)域，它們能夠減少溶血和血栓的風(fēng)險(xiǎn)。
[0009]因而，通過(guò)開(kāi)發(fā)用于旋轉(zhuǎn)血液栗中的葉輪的更精密承載部設(shè)計(jì)，所述更精密承載部設(shè)計(jì)組合了足夠的負(fù)荷和動(dòng)量能力以及通過(guò)各承載部部分的充足且連續(xù)的沖走流動(dòng)，應(yīng)當(dāng)會(huì)改進(jìn)具有旋轉(zhuǎn)血液栗的連續(xù)治療支持裝置的可靠性和安全性。
[0010]同一申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)PCT/EP 2012/002722公開(kāi)了一種離心血液栗裝置，其包括具有入口端、出口端、以及連接這些端口的栗腔的殼體和葉輪，葉輪位于栗腔內(nèi)并且能夠圍繞與入口端同軸的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，葉輪具有與入口端連通的中心軸向開(kāi)口 /通道、多個(gè)葉片以及位于葉片之間的自由空間(特別是徑向打開(kāi)并且經(jīng)由圍繞葉輪的螺旋體而與中心軸向開(kāi)口和出口端連通的自由空間)和磁驅(qū)動(dòng)器，所述磁驅(qū)動(dòng)器通過(guò)與集成在葉輪中的永磁體交互作用而驅(qū)動(dòng)葉輪并且借助于位于葉輪下表面中的多個(gè)螺旋凹槽而驅(qū)動(dòng)水力承載部，所述葉輪下表面與栗室的下壁的匹配內(nèi)表面相對(duì)。而且，該離心血液栗使用上述類型的葉輪以用于推送血液。
[0011]在操作期間，支承在葉輪的上表面上的旋轉(zhuǎn)葉片或翼片從入口端栗送血液通過(guò)葉輪主體的內(nèi)部中心開(kāi)口或通道而栗送至出口端。除了這個(gè)第一血液流動(dòng)通道之外，由于位于葉輪主體的下表面中的螺旋凹槽和位于該下表面和栗殼體之間的間隙，還存在一個(gè)在旋轉(zhuǎn)期間存在的二級(jí)內(nèi)部流動(dòng)通道。這些凹槽將血液從上表面栗送經(jīng)過(guò)葉輪主體的周向表面而沿著下表面栗送至中心通道/開(kāi)口。
[0012]由于這種已知葉輪主體的凹槽從周向表面延伸至中心通道/開(kāi)口并且在中心開(kāi)口的前方終結(jié)，在下表面和栗室的相對(duì)壁之間在中心開(kāi)口附近形成了升高的血壓，這提供了非接觸式懸浮的水力葉輪，而無(wú)需任何機(jī)械承載部。
[0013]此外，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)徑向穩(wěn)定時(shí)，可以存在非接觸的徑向軸頸承載部。
[0014]盡管這種結(jié)構(gòu)允許非接觸懸浮式的葉輪以及血液的沖走效果，但是當(dāng)向栗施加意外的振動(dòng)力時(shí)，沒(méi)有足夠的傾斜恢復(fù)。結(jié)果，存在位于栗室/殼體中的旋轉(zhuǎn)葉輪觸底的風(fēng)險(xiǎn)，除非存在其它電或磁傾斜恢復(fù)機(jī)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的是改善這種已知的葉輪和栗，通過(guò)使用這種葉輪以便于仍然提供非接觸式水力懸浮以及提供更好的傾斜恢復(fù)，而無(wú)需或設(shè)置較少的額外電和/或磁傾斜恢復(fù)機(jī)構(gòu)。
[0016]這個(gè)目的通過(guò)前述葉輪而得以實(shí)現(xiàn)，而且前述葉輪還通過(guò)如下結(jié)構(gòu)而得以改善，即每個(gè)凹槽還融入至中心通道中，每個(gè)凹槽的側(cè)壁中的一個(gè)在凹槽底部的上方比其它側(cè)壁更高，特別是相對(duì)于常規(guī)旋轉(zhuǎn)方向的引導(dǎo)側(cè)壁比從動(dòng)側(cè)壁更高，并且相應(yīng)的表面區(qū)域設(shè)置在每?jī)蓚€(gè)相鄰凹槽之間并且連接相鄰凹槽的引導(dǎo)側(cè)壁和從動(dòng)側(cè)壁。
[0017]通過(guò)這個(gè)表面區(qū)域，在每對(duì)相鄰凹槽和栗室上的相對(duì)表面之間形成了傾斜墊。這形成了傾斜墊承載部的懸浮能力與已知類型的螺旋凹槽承載部的高沖走性的結(jié)合。
[0018]這個(gè)目標(biāo)還通過(guò)在栗裝置、特別是在心臟輔助期間栗送血液的離心栗裝置中使用這種葉輪而得以實(shí)現(xiàn)。
[0019]根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，每個(gè)表面區(qū)域沿著周向方向可以分成為兩個(gè)部分，即第一部分和第二部分，所述第一部分與凹槽的較高側(cè)壁相鄰并且沿著周向方向形成高臺(tái)，而所述第二部分在高臺(tái)和相鄰凹槽(前一凹槽)之間延伸，第二部分的高度在周向方向上朝向相鄰凹槽(前一凹槽)降低。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，這種結(jié)構(gòu)至少位于葉輪主體的外部徑向位置處，優(yōu)選地還位于中心通道和周向表面之間的區(qū)域中。
[0021]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是這樣的挑戰(zhàn)，即提供用于軸向和傾斜恢復(fù)位于旋轉(zhuǎn)血液栗中的葉輪的高負(fù)荷能力，同時(shí)向承載部區(qū)域提供足夠的沖走性。當(dāng)承載部區(qū)域(其中形成水力壓力的區(qū)域)處于所謂的二級(jí)流動(dòng)通道中時(shí)，這種沖走性尤為重要。而且，在盡可能靠近馬達(dá)定子且溫度被提高的表面處，大沖走性會(huì)是有利的。
[0022]在旋轉(zhuǎn)血液栗中，由于小間隙而引起的裝置中血液的溫度提高、滯留時(shí)間延長(zhǎng)和剪切應(yīng)力提高會(huì)引起并發(fā)癥，例如血栓形成和溶血。降低滯留時(shí)間和剪切應(yīng)力以及增大熱量散逸因而可以降低所提及的并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)增大沖走流動(dòng)可以獲得低的滯留時(shí)間和高的熱散逸，而通過(guò)大的間隙可以獲得低的剪切力，所述大間隙極大地通過(guò)力和動(dòng)量能力而確定。
[0023]本發(fā)明是關(guān)于水力斜切承載部的設(shè)計(jì)，由于水力斜切承載部的設(shè)計(jì)而提供了最佳的負(fù)荷能力和較大的沖走性。這是通過(guò)形成具有特別設(shè)計(jì)的凹槽的斜切承載部而實(shí)現(xiàn)的，所述凹槽呈特定螺旋形，從而在旋轉(zhuǎn)時(shí)栗送流體朝向中心。斜切承載部的工作原理即由于傾斜表面相對(duì)于對(duì)應(yīng)表面的相對(duì)移動(dòng)而形成提高的壓力，所述傾斜表面和對(duì)應(yīng)表面一起在流體流動(dòng)通過(guò)其中的方向上形成縮小的間隙。
[0024]本發(fā)明斜切承載部的所示設(shè)計(jì)在幾何結(jié)構(gòu)和尺寸、壓力條件和流體屬性方面對(duì)于離心旋轉(zhuǎn)血液栗而言是尤為優(yōu)化的。
[0025]典型的幾何結(jié)構(gòu)是栗送流體的轉(zhuǎn)子翼片、以及覆蓋翼片頂側(cè)或底側(cè)或這兩者的罩。特別地，另一結(jié)構(gòu)包括以一定方式形成在翼片上的內(nèi)部流動(dòng)入口區(qū)域，所述內(nèi)部流動(dòng)入口區(qū)域主要呈圓筒形