一種用于治療心臟功能衰竭的心尖植入式離心泵的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于治療心臟功能衰竭的心尖植入式離心泵，包括下泵殼（12）、上泵殼（13）、下定子罩（6）、上定子罩（16）、內(nèi)磁軸承（2）、外磁軸承（9）、葉輪（5）、下定子軛（10）、下定子繞組（11）、上定子繞組（14）和上定子軛（15）；葉輪（5）整體結(jié)構(gòu)采用鉑鈷永磁合金熔煉成型；葉輪（5）大體成圓盤形，在葉輪（5）的一側(cè)端面圓周方向均布四條傾斜的弧形導(dǎo)流槽（21）和四個(gè)凸起的葉輪主體；在葉輪（5）的另一側(cè)端面形成五個(gè)微型槳葉（26）；上定子軛（10）和下上定子軛（15）采用鈷基非晶帶材形成。本發(fā)明的泵整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積較小，功耗較低、發(fā)熱較小，能夠保證血液流場(chǎng)中無低流速區(qū)和渦流區(qū)。
【專利說明】一種用于治療心臟功能衰竭的心尖植入式離心泵
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種可植入式的醫(yī)療器械，具體涉及一種用于治療心臟功能衰竭的心尖植入式尚心栗。
【背景技術(shù)】
[0002]治療晚期心功能衰竭的較好辦法是心臟移植。據(jù)美國(guó)統(tǒng)計(jì)，每年需要心臟移植的患者多達(dá)5萬人，但臨床所能提供的心臟供體僅能達(dá)到2000枚。因此，長(zhǎng)期可植入式的左心室輔助裝置就成為心衰患者迫切需要的替代設(shè)備。左心室輔助裝置通過泵將血液從左心室抽出，加壓輸送至主動(dòng)脈。
[0003]離心泵以其血液破壞性小、適于胸腔內(nèi)安裝等優(yōu)點(diǎn)已成為植入性血泵的研究重點(diǎn)。但是，已經(jīng)公開的離心泵的缺點(diǎn)是功耗較大，發(fā)熱大，容易造成血栓的形成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種功耗低、發(fā)熱小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的用于治療心臟功能衰竭的心尖植入式離心泵，具有將血液從左心室抽出，力口壓輸送至主動(dòng)脈的泵血功能；能夠保證血液流場(chǎng)中無低流速區(qū)和渦流區(qū)。
[0005]本發(fā)明包括如下技術(shù)方案:
[0006]一種用于治療心臟功能衰竭的心尖植入式離心泵，包括入口管、出口管、下泵殼、上泵殼、下定子罩、上定子罩、內(nèi)磁軸承、外磁軸承、葉輪、下定子軛、下定子繞組、上定子繞組和上定子軛；下泵殼和上泵殼組成泵室；葉輪位于泵室內(nèi)，下定子罩具有中心柱；葉輪安裝在中心柱外部；通過磁軸承調(diào)節(jié)螺釘將內(nèi)磁軸承固定在中心柱內(nèi)部；外磁軸承嵌于葉輪的內(nèi)部腔體；上定子罩位于上泵殼上部，上定子繞組和上定子軛位于上泵殼內(nèi)，上定子繞組與葉輪相對(duì)，上定子軛位于上定子繞組上方；下定子罩位于下泵殼下方，下定子繞組和下定子軛位于下定子罩內(nèi)，下定子繞組與葉輪相對(duì)，下定子軛位于下定子繞組下方；入口管插入泵室的方向與出口管離開泵室的方向垂直；其特征在于，葉輪整體結(jié)構(gòu)采用鉬鈷永磁合金熔煉成型；葉輪大體成圓盤形，在葉輪的一側(cè)端面圓周方向均布四條傾斜的弧形導(dǎo)流槽和四個(gè)凸起的葉輪主體，每個(gè)凸起的葉輪主體上形成楔形的液體動(dòng)壓止推軸承面和出口區(qū)，楔形的液體動(dòng)壓止推軸承面從入口端向上盤旋到出口區(qū)；在葉輪的另一側(cè)端面形成五個(gè)微型槳葉；上定子繞組和下定子繞組均由六個(gè)扇形線圈構(gòu)成，六個(gè)扇形線圈在圓周上均勻布置；每個(gè)扇形線圈內(nèi)部具有扇形軟磁材料鐵芯；上定子軛和下上定子軛采用鈷基非晶帶材形成。
[0007]入口管外部形成了無毒性的粗糙顆粒表面。
[0008]外磁軸承或內(nèi)磁軸承均采用多磁環(huán)陣列結(jié)構(gòu)，多磁環(huán)陣列結(jié)構(gòu)中的N極、S極相斥安放。
[0009]外磁軸承和內(nèi)磁軸承的材料為釤鈷2:17磁鋼。
[0010]整個(gè)葉輪外表面沉積氮化鈦膜；整個(gè)泵室內(nèi)表面沉積CNx膜。[0011]所述微型槳葉的高度為12 μ m，槳葉入口角為58°，槳葉出口角為26，槳葉片包角為112°，槳葉寬度為1.1mm。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0013]本發(fā)明的葉輪采用整體結(jié)構(gòu)的鉬鈷永磁合金材料，上定子軛和下上定子軛采用鈷基非晶帶材，使得整個(gè)泵功耗低于5w、發(fā)熱小于1.5°C。本發(fā)明的泵整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積較小，適于作為全植入式左心室輔助裝置中的一部分。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明所提供的泵的剖面圖。
[0015]圖2是本發(fā)明所提供的葉輪端面止推軸承結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖3是本發(fā)明所提供的葉輪端面微槳葉結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖4是本發(fā)明所提供的永磁軸承示意圖。
[0018]圖5是本發(fā)明所提供的MEMS線圈繞組示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面就結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。
[0020]如圖1所示，本發(fā)明的泵包括入口管1、出口管4、下泵殼12、上泵殼13、下定子罩
6、上定子罩16、內(nèi)磁軸承2、外磁軸承9、葉輪5、下定子軛10、下定子繞組11、上定子繞組14和上定子軛15 ;下泵殼12和上泵殼13組成泵室；葉輪5位于泵室內(nèi)，下定子罩6具有中心柱7 ;葉輪5安裝在中心柱7外部；通過磁軸承調(diào)節(jié)螺釘8將內(nèi)磁軸承2固定在中心柱7內(nèi)部；外磁軸承9嵌于葉輪5的內(nèi)部腔體；上定子罩16位于上泵殼13上部，上定子繞組14和上定子軛15位于上泵殼13內(nèi)，上定子繞組14與葉輪5相對(duì)，上定子軛15位于上定子繞組14上方；下定子罩6位于下泵殼12下方，下定子繞組11和下定子軛10位于下定子罩6內(nèi)，下定子繞組11與葉輪5相對(duì)，下定子軛10位于下定子繞組11下方；入口管I插入泵室的方向與出口管4離開泵室的方向垂直。上定子繞組14、下定子繞組11設(shè)置在泵室外部，結(jié)構(gòu)上與泵室內(nèi)部的血液流場(chǎng)完全隔離。葉輪是泵室內(nèi)部唯一的運(yùn)動(dòng)部件。葉輪在泵室內(nèi)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生流場(chǎng)壓差，實(shí)現(xiàn)泵血功能。
[0021]上泵殼13、下泵殼12的結(jié)構(gòu)限定了泵室內(nèi)部的流場(chǎng)和入口管1、出口管4的位置。泵室容積約20ml。上泵殼13、下泵殼12在徑向上均為一種類漸開線渦旋的結(jié)構(gòu)。左心室血液通過入口管I沿血泵軸向流入，經(jīng)過泵體增壓，經(jīng)出口管4沿血泵切向流出。入口管I和出口管4之間的夾角，便于泵在左心室心尖位置植入，也便于人工血管與主動(dòng)脈之間的連接。泵室內(nèi)部流場(chǎng)無渦流區(qū)和低速緩流區(qū)，血液在血泵流場(chǎng)中所受外力的強(qiáng)度和作用時(shí)間滿足血細(xì)胞不受破壞的生理環(huán)境要求。入口管I為中空的短圓柱型結(jié)構(gòu)，從左心室心尖位置直接插入到左心室內(nèi)。泵的流入口部分無需人工血管與左心室連接，泵體與心臟緊密貼合，極大限度地減小了離心泵體積，利于血泵植入左心室。
[0022]如圖2所示，葉輪5大體成圓盤形結(jié)構(gòu)，在葉輪5的一側(cè)端面圓周方向均布四條傾斜的弧形導(dǎo)流槽21和四個(gè)凸起的葉輪主體，每個(gè)凸起的葉輪主體上形成楔形的液體動(dòng)壓止推軸承面23和出口區(qū)25，楔形的液體動(dòng)壓止推軸承面23從入口端24向上盤旋到出口區(qū)25;在葉輪5的回轉(zhuǎn)軸中心有柱形通孔22。傾斜的弧形導(dǎo)流槽底面與水平面成一定的夾角。止推軸承的設(shè)計(jì)，目的在于要為葉輪提供軸向支撐，每個(gè)楔形的液體動(dòng)壓止推軸承面23也形成了血液在泵室內(nèi)的次要流道，本發(fā)明端面止推軸承與無源磁懸浮軸承的配合使用，抑制旋轉(zhuǎn)葉輪的偏擺和軸、徑向躥動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了葉輪的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定懸浮，減小了摩擦阻力，降低功耗與發(fā)熱，最大程度減弱了機(jī)械碾壓對(duì)血細(xì)胞的破壞。
[0023]如圖3所示，葉輪的另一側(cè)端面形成5個(gè)微型槳葉26。在泵工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)的葉輪不可避免的會(huì)對(duì)血細(xì)胞造成擠壓。本發(fā)明通過優(yōu)化微型槳葉結(jié)構(gòu)，既能在旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生足夠的血液攪動(dòng)效果，帶動(dòng)葉輪底部血液流動(dòng)，避免泵室內(nèi)部低速流場(chǎng)的存在，又盡量減小了血細(xì)胞所受到的剪切力及作用時(shí)間，避免血栓的形成。優(yōu)化后的設(shè)計(jì)參數(shù)有:槳葉高度:12ym，槳葉入口角:58°，槳葉出口角:26°、槳葉片包角112°、槳葉寬度1.1mm等。
[0024]葉輪5整體結(jié)構(gòu)采用鉬鈷永磁合金熔煉成型。鉬鈷合金為鉬基的二元合金，其中鉬的質(zhì)量約占76%。在高溫下，鉬與鈷可無限互溶，其固熔體為立方晶格。鉬鈷整體葉輪與傳統(tǒng)血泵依靠嵌入永久磁鋼來形成永久磁場(chǎng)的設(shè)計(jì)具有本質(zhì)區(qū)別。鉬鈷永磁合金的材料硬度、線膨脹系數(shù)、彈性模量等機(jī)械性能參數(shù)完全能夠達(dá)到血泵葉輪的結(jié)構(gòu)要求。同時(shí)鉬鈷合金作為永磁材料，具有高磁穩(wěn)定性、高磁能積，高矯頑力，高剩磁的特點(diǎn)也滿足葉輪永磁磁極的要求。這種永磁材料整體葉輪的設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)嵌入磁鋼式設(shè)計(jì)相比，最大程度的擴(kuò)大了永磁材料的體積，增大了葉輪磁儲(chǔ)能。減小了血泵對(duì)輸入電能的消耗。
[0025]鉬鈷整體葉輪采用整體充磁方式。葉輪徑向磁性區(qū)域的交替變換，根據(jù)血泵的繞組形式和電機(jī)控制方式確定。充磁極頭的形狀決定了磁性區(qū)域的面積，在顧及漏磁對(duì)葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)影響的情況下，盡量使磁通截面最大化。以提高通過氣隙與電樞繞組交鏈的主磁路磁力線數(shù)量。鉬鈷合金極耐腐蝕，生物相容性好，非常適用于于血液長(zhǎng)期接觸。
[0026]整個(gè)葉輪外表面沉積氮化鈦膜。氮化鈦膜層與基底結(jié)合強(qiáng)度大，不易脫落，膜層致密均勻，具有硬度高，耐磨損、化學(xué)惰性強(qiáng)、生物相容性好的特點(diǎn)。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這種膜層對(duì)阻礙血小板的吸附效果明顯，對(duì)抑制血栓的形成有一定作用。
[0027]整個(gè)泵室內(nèi)表面沉積CNx膜。利用脈沖激光真空弧沉積系統(tǒng)，生成C與N有一定比例的CNx膜層。該膜層由于N原子的加入，有效地減低了薄膜中的殘余應(yīng)力，減緩了薄膜內(nèi)應(yīng)力，相對(duì)DLC膜，CNx膜層與基底的結(jié)合強(qiáng)度更好。試驗(yàn)結(jié)果表明:CNx膜對(duì)于纖維蛋白原吸附小，與血液組分的交互反應(yīng)也弱，是一種較好的抗凝血膜層。
[0028]氮化鈦膜與CNx膜構(gòu)成的摩擦副摩擦系數(shù)低，減小了起動(dòng)時(shí)的摩擦阻力，提高泵的起動(dòng)性能。
[0029]如圖5所示，上定子繞組14和下定子繞組11均由6個(gè)扇形線圈61構(gòu)成，6個(gè)扇形線圈在圓周上均勻布置。每個(gè)扇形線圈內(nèi)部具有高磁導(dǎo)率、高磁通飽和的扇形軟磁材料鐵芯62，鐵芯的設(shè)計(jì)使盤式電機(jī)具備了一定程度的齒槽結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了磁路，減弱了葉輪相鄰磁極之間交鏈的漏磁通；增大了盤式電機(jī)的氣隙磁導(dǎo)，增大氣隙磁場(chǎng)儲(chǔ)能的同時(shí)減小了功率損耗。6組線圈的導(dǎo)通由電機(jī)控制器控制，實(shí)現(xiàn)軸向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與葉輪磁場(chǎng)相耦合，帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在徑向上產(chǎn)生一定的剛度，使葉輪在徑向運(yùn)動(dòng)上受到限制。
[0030]上定子繞組14和下定子繞組11采用MEMS工藝加工。MEMS是一種先進(jìn)的微機(jī)電制造技術(shù)，現(xiàn)已實(shí)際應(yīng)用。本發(fā)明的定子繞組采用MEMS半導(dǎo)體加工技術(shù)中的光刻方式，在鐵氧體基片上加工出線圈溝槽，通過金屬濺射形成導(dǎo)線。高絕緣、高導(dǎo)磁的鐵氧體基片，保證了光刻繞組之間的絕緣，避免了匝間短路，同時(shí)應(yīng)用鐵氧體遠(yuǎn)大于空氣隙的磁導(dǎo)特性，減小了傳統(tǒng)灌膠式繞組軸向空間的漏磁損耗。MEMS微米級(jí)超精密加工，保證了有限空間內(nèi)繞組的安匝數(shù)要求，使線圈的結(jié)構(gòu)尺寸和形位精度得以極大的提高，電機(jī)氣隙的一致性得以保證，氣隙磁場(chǎng)的均勻性更好，葉輪的運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)。
[0031]入口管外部經(jīng)過加工處理，形成了無毒性的粗糙顆粒表面，利于心室組織牢固附著。心室組織與入口管附著，可以避免血泵金屬部分與心室組織的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，避免了摩擦引起的組織相容性危害。有利于抑制血栓的生長(zhǎng)和蔓延。入口管外部的粗糙表面由抑制細(xì)胞生長(zhǎng)的藥物浸潤(rùn)。
[0032]如圖4所示，葉輪內(nèi)的外磁軸承9和下泵殼內(nèi)的內(nèi)磁軸承2磁場(chǎng)耦合組成無源磁懸浮軸承，依靠斥力對(duì)葉輪在軸向和徑向上產(chǎn)生約束。外磁軸承9或內(nèi)磁軸承2均采用多磁環(huán)陣列結(jié)構(gòu)，多磁環(huán)陣列結(jié)構(gòu)的N極、S極相斥安放。無源磁懸浮軸承與葉輪上端面的液體動(dòng)壓止推軸承共同作用，加之葉輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的陀螺定軸效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了葉輪的無接觸穩(wěn)定懸浮。外磁軸承9和內(nèi)磁軸承2的材料為釤鈷2:17磁鋼，該材料廣泛應(yīng)用于航空航天類產(chǎn)品，具有優(yōu)良的長(zhǎng)期時(shí)效穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性。
[0033]上定子軛10和下上定子軛15由鈷基非晶帶材沿軸向圓周卷繞而成。與傳統(tǒng)的疊片式軛鐵相比，圓周卷繞式定子軛更適于盤式電機(jī)的磁路設(shè)計(jì)。鈷基非晶帶材滿足盤式電機(jī)軸向磁場(chǎng)高磁感、高飽和的要求，最大程度的降低了電機(jī)的渦流損耗和漏磁。
[0034]本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于治療心臟功能衰竭的心尖植入式離心泵，包括入口管(I)、出口管(4)、下泵殼(12)、上泵殼(13)、下定子罩(6)、上定子罩(16)、內(nèi)磁軸承(2)、外磁軸承(9)、葉輪(5)、下定子軛(10)、下定子繞組(11)、上定子繞組(14)和上定子軛(15);下泵殼(12)和上泵殼(13)組成泵室；葉輪(5)位于泵室內(nèi)，下定子罩(6)具有中心柱(7);葉輪(5)安裝在中心柱(7)外部；通過磁軸承調(diào)節(jié)螺釘(8)將內(nèi)磁軸承(2)固定在中心柱(7)內(nèi)部；外磁軸承(9)嵌于葉輪(5)的內(nèi)部腔體；上定子罩(16)位于上泵殼(13)上部，上定子繞組(14)和上定子軛(15)位于上泵殼(13)內(nèi)，上定子繞組(14)與葉輪(5)相對(duì)，上定子軛(15)位于上定子繞組(14)上方；下定子罩(6)位于下泵殼(12)下方，下定子繞組(11)和下定子軛(10)位于下定子罩(6)內(nèi)，下定子繞組(11)與葉輪(5)相對(duì)，下定子軛(10)位于下定子繞組(11)下方；入口管(I)插入泵室的方向與出口管(4)離開泵室的方向垂直；其特征在于，葉輪(5)整體結(jié)構(gòu)采用鉬鈷永磁合金熔煉成型；葉輪(5)大體成圓盤形，在葉輪(5)的一側(cè)端面圓周方向均布四條傾斜的弧形導(dǎo)流槽(21)和四個(gè)凸起的葉輪主體，四個(gè)凸起的葉輪主體由四條傾斜的弧形導(dǎo)流槽(21)隔開；每個(gè)凸起的葉輪主體上形成楔形的液體動(dòng)壓止推軸承面(23 )和出口區(qū)(25 )，楔形的液體動(dòng)壓止推軸承面(23 )從入口端(24 )向上盤旋到出口區(qū)25 ;在葉輪(5)的另一側(cè)端面形成五個(gè)微型槳葉(26);上定子繞組(14)和下定子繞組(11)均由六個(gè)扇形線圈(61)構(gòu)成,六個(gè)扇形線圈在圓周上均勻布置；每個(gè)扇形線圈內(nèi)部具有扇形軟磁材料鐵芯(62);上定子軛(10)和下上定子軛(15)采用鈷基非晶帶材形成。
2.如權(quán)利要求1所述的心尖植入式離心泵，其特征在于:入口管外部形成了無毒性的粗糙顆粒表面。
3.如權(quán)利要求1所述的心尖植入式離心泵，其特征在于:外磁軸承(9)或內(nèi)磁軸承(2)均采用多磁環(huán)陣列結(jié)構(gòu)，多磁環(huán)陣列結(jié)構(gòu)中的N極、S極相斥安放。
4.如權(quán)利要求1所述的心尖植入式離心泵，其特征在于:外磁軸承9和內(nèi)磁軸承(2)的材料為釤鈷2:17磁鋼。
5.如權(quán)利要求1所述的心尖植入式離心泵，其特征在于:整個(gè)葉輪外表面沉積氮化鈦膜；整個(gè)泵室內(nèi)表面沉積CNx膜。
6.如權(quán)利要求1所述的心尖植入式離心泵，其特征在于:所述微型槳葉(26)的高度為12μπι，槳葉入口角為58°，槳葉出口角為26，槳葉片包角為112°，槳葉寬度為1.1mm。
【文檔編號(hào)】F04D7/04GK103591028SQ201310503628
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】譚映戈, 劉曉程, 何靜, 才小士, 薛鳳舉, 張杰民, 楊通, 鄭濤, 董君華, 曹勇, 郝永勤 申請(qǐng)人:北京航天控制儀器研究所, 泰達(dá)國(guó)際心血管病醫(yī)院