專利名稱：泵機(jī)合一植入式微型軸流血泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種心室輔助裝置，特別涉及一種可植 入式心室輔助裝置。
背景技術(shù)：
心力衰竭是心血管出院病人最常見的診斷，也是醫(yī)療費(fèi)用最高的疾病，國(guó)際上已將心 衰作為本世紀(jì)需要解決的一項(xiàng)重要課題。由于供體的缺乏，大約30%準(zhǔn)備接受心臟移植的 病人在等待供心過程中死于心功能惡化，心室輔助裝置(VAD)的出現(xiàn)和發(fā)展，使得心衰 的治療有新的途經(jīng)，從1981年開始，美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院(NIH)起動(dòng)RFDs計(jì)劃(a Request For Proposals)用于發(fā)展"用于長(zhǎng)期心臟支持的可植入式能使病人自由移動(dòng)，電動(dòng)能源的心 室輔助裝置"。到目前為止共投入超過400億美元的資金以支持心室輔助裝置的研發(fā)。2006 年歐洲心衰指南已將心室輔助裝置作為心衰治療的方法之。經(jīng)過多年的研究，目前國(guó)際上 已經(jīng)有數(shù)種產(chǎn)品應(yīng)用于臨床，主要用于心臟移植的過渡。心功能的恢復(fù)甚至永久性替代治 療，但進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格昂貴，使得心室輔助裝置的國(guó)產(chǎn)化研制迫在眉睫，泵體合一可植入式 軸流血泵則是心室輔助裝置的關(guān)鍵核心部件。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型發(fā)明的目的在于提供一種可應(yīng)用于手術(shù)治療心衰終末期可植入式心室輔 助裝置的關(guān)鍵核心部件，泵機(jī)合一可植入式微型軸流血泵。
由于這種心室輔助裝置要植入體內(nèi)，因此對(duì)其主要部件的泵機(jī)合一微型軸流血泵的重 量和尺寸限制苛刻。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的泵機(jī)合一植入式軸流血泵，設(shè)計(jì)方案如下-
1.新型的血液流道設(shè)計(jì)
一般心室輔助裝置的泵系統(tǒng)(DeBakeyVAD， Berlin Heart Incor I和國(guó)產(chǎn)VZ-IIA型)
其電機(jī)磁鋼轉(zhuǎn)子和血泵轉(zhuǎn)子同置于血液流道中，這樣在血液流道中多了個(gè)轉(zhuǎn)子磁鋼，減小 了血液流道面積，影響了血流量，而且電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子間的氣隙也增大，所需功率也增大。 本實(shí)用新型的流道特點(diǎn)是血液由置于電機(jī)轉(zhuǎn)子圓柱磁鋼5內(nèi)孔的微型血泵轉(zhuǎn)子-軸一
體化的串列轉(zhuǎn)子9驅(qū)動(dòng)，形成^ 10 11mm的主流道和間隙為^0.2 0.25mm的支流道。在 主流道內(nèi)沒有電機(jī)磁鋼轉(zhuǎn)子，流道阻礙小，流道面積大，可保證大血流量從主流道通過，
即從園子圓柱磁鋼5的內(nèi)孔通過，轉(zhuǎn)子圓柱磁鋼5的內(nèi)孔直徑為10-llmm;在支流道內(nèi)沒 有任何阻礙物阻礙血液流過，且由于支流道間隙很小，無(wú)刷電機(jī)定子線圈3和轉(zhuǎn)子圓柱磁 鋼5的氣隙也很小，從而顯著減小無(wú)刷直流電機(jī)本機(jī)和軸流血泵的體積和重量，適合于植 入式心臟輔助裝置。(圖1)
2. 轉(zhuǎn)子葉片的設(shè)計(jì)；
有鑒于泵機(jī)合一軸流血泵其流道狹長(zhǎng)，轉(zhuǎn)子的葉片直徑受到限制，且流道又分為主流 道和支流道。本實(shí)用新型采用了船用螺旋槳特種推進(jìn)器中的串列螺旋槳概念，將軸流血泵 的轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)為串列轉(zhuǎn)子形式。所謂串列轉(zhuǎn)子是指兩只不同轉(zhuǎn)子安裝在同一根軸上，且按同 一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，這類串列轉(zhuǎn)子形式特別適用于植入式軸流血泵流道狹長(zhǎng)，轉(zhuǎn)子直徑受限制的 情況。具體來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型中串列轉(zhuǎn)子9由前置小轉(zhuǎn)子8和后置大轉(zhuǎn)子10同軸固定組 成，見圖3所示。前置小轉(zhuǎn)子8在前，直徑為10-llmm，軸向長(zhǎng)度為21-22mm，螺距為 35-37mm，后置大轉(zhuǎn)子IO在后，直徑為18-19mm，軸向長(zhǎng)度為10-llmm，螺距為27-28mm， 軸的直徑為4-5mm。
由于本實(shí)用新型泵機(jī)合一植入式軸流血泵的流道分為主流道和支流道，而且主流道和 支流道大小尺寸懸殊，采用前置小轉(zhuǎn)子在前，后置大轉(zhuǎn)子在后，可保證血液在進(jìn)入流道時(shí) 先受到小轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)葉片的作用，保證絕大部分血液在進(jìn)入流道時(shí)，從主流道通過，而微量 血液則借助于設(shè)置在后面的大轉(zhuǎn)子的葉梢部分作用通過，這樣可以保證血液在主、支流道 內(nèi)順利分叉，流暢通過，不產(chǎn)生擁塞血栓現(xiàn)象。
為進(jìn)一步提高植入式軸流血泵的效率，增大壓頭，本實(shí)用新型大、小串列轉(zhuǎn)子葉片的 葉切面采用船用導(dǎo)管螺旋槳的機(jī)翼形葉片切面形式(見圖4)，取代一般泵的平板葉切面形 式。機(jī)翼形葉切面相比平板形葉切面，由于血液流過機(jī)翼形葉切面時(shí)，葉切面葉面上出現(xiàn) 正壓，葉切面葉背上出現(xiàn)負(fù)壓，葉面、葉背的壓力差可提高血泵效率，增大壓頭。
3. 電機(jī)定子的設(shè)計(jì)
心室輔助裝置不但要求體積小，重量輕，而且還要求裝置運(yùn)轉(zhuǎn)必須平衡、振動(dòng)小、噪 聲低，以提高使用時(shí)的舒適性。如圖2所示，本實(shí)用新型泵機(jī)合一植入式軸流血泵的無(wú)刷 電機(jī)本體的定子采用了二相導(dǎo)通、三相六狀態(tài)的導(dǎo)電模型，這樣不但提高了繞組的利用率， 縮小了體積和重量，而且減小了磁狀態(tài)角，減小了無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的換流帶來(lái)的本質(zhì)上的轉(zhuǎn)動(dòng) 波動(dòng)；定子繞組采用空心杯繞組，不但解決了小尺寸的定子下線困難的問題，而且定子鐵 芯不再有齒槽，徹底消除了齒諧波磁場(chǎng)帶來(lái)的本質(zhì)上的轉(zhuǎn)動(dòng)波動(dòng)。
無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子采用具有剩磁感應(yīng)強(qiáng)度高的釹鋼硼永磁材料，且采用徑向充磁、 一對(duì)極 的園柱形柱鋼，從而可在空心杯繞組這種大的電磁氣隙下，仍能產(chǎn)生強(qiáng)的氣隙磁場(chǎng)，縮小
了電動(dòng)機(jī)的體積和重量， 一對(duì)極的整體園柱形磁鋼更易保證質(zhì)量的均勻，減小了高速運(yùn)動(dòng) 下的動(dòng)不平衡，且因不存在單邊磁拉力，故運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，提高了使用的舒適性。
考慮到此專用的泵機(jī)合一植入式軸流血泵用于植入式心室輔助裝置，對(duì)結(jié)構(gòu)的密封性 有高的要求，若采用常規(guī)的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)位置傳感器，則因傳感器定子霍爾元件出線過 多(至少5根)，帶來(lái)引線密封以及引線材料與人體排異的作用，本實(shí)用新型采用電路實(shí) 現(xiàn)可鑒別轉(zhuǎn)子位置和自起動(dòng)的功能，起到了位置傳感器的功能，可以取消常規(guī)無(wú)刷常流電 動(dòng)機(jī)必備的位置傳感器，這樣既減小密封的難度，提高了可靠性，又簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，縮小了 體積。
根據(jù)上述設(shè)計(jì)，本實(shí)用新型的泵機(jī)合一植入式軸流血尖的具體結(jié)構(gòu)如圖l所示。它由 外殼l、定子鐵芯2、定子線圈3、電機(jī)支架4、轉(zhuǎn)子圓柱磁鋼5、漿軸一體化串列轉(zhuǎn)子9、 左旋出口定子13和右旋入口定子15組合構(gòu)成；其中，槳軸一體化串列轉(zhuǎn)子9由前置小轉(zhuǎn) 子8和后置大轉(zhuǎn)子10同軸固定組成，外殼l內(nèi)依次是定子鐵芯2、轉(zhuǎn)子線圈3;漿軸一體 化串列轉(zhuǎn)子9穿過轉(zhuǎn)子圓柱磁鋼5的中心洞孔，軸的兩端由陶瓷軸承14分別固定于左旋 出口定子13和右旋入口定子15中，左旋出口定子13、右旋入口定子15分別與電機(jī)支架 4兩端固定。轉(zhuǎn)子圓柱磁鋼5設(shè)置于轉(zhuǎn)子線圈3內(nèi)中間部位，對(duì)應(yīng)于串列轉(zhuǎn)子9的前置小 轉(zhuǎn)子8的位置，并與前置小轉(zhuǎn)子8固定成一體；串列轉(zhuǎn)子9與轉(zhuǎn)子線圈3的內(nèi)壁和轉(zhuǎn)子圓 柱磁鋼5的中心洞孔內(nèi)壁構(gòu)成血液的主流道11和12，轉(zhuǎn)子圓柱磁鋼5的外壁與定子線圈3 的內(nèi)壁之間構(gòu)成血液的支流道6和7。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖示(剖面圖)。
圖2為本實(shí)用新型的衆(zhòng)軸承一體化串列轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖。
圖3為本實(shí)用新型的漿軸承一體化串列轉(zhuǎn)子的葉切面及受力圖示。
圖4本實(shí)用新型定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的徑向剖面圖示。
圖中標(biāo)號(hào)1.外殼，2.定子鐵芯，3.定子線圈，4.電機(jī)支架，5.轉(zhuǎn)子圓柱磁鋼， 6、 7.支流道，8.前置串列小轉(zhuǎn)子，9.漿軸一體化串列轉(zhuǎn)子，10.后置串列大轉(zhuǎn)子，11、 12.主流道，13.左旋出口定子，14.陶瓷軸承，15.右旋入口定子，16.血流方向，17.轉(zhuǎn) 子軸，18.轉(zhuǎn)子葉片葉切面的葉面，19.轉(zhuǎn)子葉片葉切面的葉背，20.葉面的壓力分布線， 21.葉背的壓力分布線。
具體實(shí)施方式

如附圖l所示，泵機(jī)合一軸流血泵由無(wú)刷電機(jī)和軸流血泵二大部分組成。無(wú)刷電機(jī)由 固定在外殼1和電機(jī)支架4上的定子鐵芯2、定子線圈3和轉(zhuǎn)子圓柱磁鋼5組成；軸流血
泵由漿軸一體化串列轉(zhuǎn)子9通過陶瓷軸承14與左旋出口定子13和右旋入口定子15連接。 電機(jī)轉(zhuǎn)子圓柱磁鋼5與前置串列小轉(zhuǎn)子8固定連成一體；左旋出口定子13和右旋入口定 子15與電機(jī)支架4連成一體，從而成為泵機(jī)合一軸流血泵。當(dāng)電機(jī)的定子線圈3通電后， 在定子線圈3的內(nèi)圓與轉(zhuǎn)子圓柱磁鋼5的外圓之間的氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子圓柱磁 鋼5旋轉(zhuǎn)，并驅(qū)動(dòng)與轉(zhuǎn)子圓柱磁鋼5連成一體的漿軸一體化串列轉(zhuǎn)子9一起轉(zhuǎn)動(dòng)，血液便 從泵體的進(jìn)口吸入，從出口流出。由于軸流血泵的串列轉(zhuǎn)子9由前置串列小轉(zhuǎn)子8和后置 串列大轉(zhuǎn)子IO組成，血液進(jìn)入泵體內(nèi)先受到前置串列小轉(zhuǎn)子8的作用，絕大部分從主流 道ll、 12通過，而微量血液則借助于設(shè)置在后面的后置串列大轉(zhuǎn)子10的葉梢部分作用從 支流道6、 7通過，這樣可以保證進(jìn)入泵體內(nèi)的血流在進(jìn)入主、支流道時(shí)順利分叉，流暢 通過，不產(chǎn)生血液擁堵血栓現(xiàn)象。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)制造了一種泵機(jī)合一植入式軸流血泵，其尺寸為^29.6mmx72mm，
重量158g。其中軸流泵尺寸為^18.5mmx72mm，前置串列小轉(zhuǎn)子8為^ 10mmx21mm，后
置串列大轉(zhuǎn)子10為^ 18mmxlOmm，轉(zhuǎn)子圓柱磁鋼5內(nèi)徑為^ 10mm，外徑為^ 17.6mm，
長(zhǎng)度為21mm，這樣主流道^10mm，支流道間隙0.25mm。該實(shí)例已成功地應(yīng)用于植入小 牛胸腔內(nèi)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，泵轉(zhuǎn)速為卯00轉(zhuǎn)/分時(shí)，血流量達(dá)5升/分，完全適合于植入式心室 輔助裝置的應(yīng)用。
無(wú)刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖4所示，定子采用二相導(dǎo)通，三相六狀態(tài)的導(dǎo)電模式，定子鐵芯 2中的定子線圈3分為三塊B-Y線圈，A-X線圈，C-Z線圈，定子繞組采用空心杯繞組 形式，轉(zhuǎn)子圓柱磁鋼5采用釹鋼硼永磁材料，由徑向充磁。
權(quán)利要求1、一種泵機(jī)合一植入式微型軸流血泵，包括無(wú)刷電機(jī)和微型血泵二部分，其特征在于它由外殼(1)、定子鐵芯(2)、定子線圈(3)、電機(jī)支架(4)、轉(zhuǎn)子圓柱磁鋼(5)、漿軸一體化串列轉(zhuǎn)子(9)、左旋出口定子(13)和右旋入口定子(15)組合構(gòu)成，其中，漿軸一體化串列轉(zhuǎn)子(9)由前置小轉(zhuǎn)子(8)和后置大轉(zhuǎn)子(10)同軸固定組成，外殼(1)內(nèi)依次是定子鐵芯(2)、轉(zhuǎn)子線圈(3)；漿軸一體化串列轉(zhuǎn)子(9)穿過轉(zhuǎn)子圓柱磁鋼(5)的中心洞孔，軸的兩端由陶瓷軸承(14)分別固定于左旋出口定子(13)和右旋入口定子(15)中，左旋出口定子(13)、右旋入口定子(15)分別與電機(jī)支架(4)兩端固定；轉(zhuǎn)子圓柱磁鋼(5)設(shè)置于轉(zhuǎn)子線圈(3)內(nèi)中間部位，對(duì)應(yīng)于串列轉(zhuǎn)子(9)的前置小轉(zhuǎn)子(8)的位置，并與前置小轉(zhuǎn)子(8)固定成一體；串列轉(zhuǎn)子(9)與轉(zhuǎn)子線圈(3)的內(nèi)壁和轉(zhuǎn)子圓柱磁鋼(5)的中心洞孔內(nèi)壁構(gòu)成血液的主流道(11和12)轉(zhuǎn)子圓柱磁鋼(5)的外壁與定子線圈3的內(nèi)壁之間構(gòu)成血液的支流道(6和7)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的泵機(jī)合一植入式微型軸流血泵，其特征在于所述漿軸一體 化的串列轉(zhuǎn)子(9)的葉切面采用機(jī)翼形。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的泵機(jī)合一植入式微型軸流血泵，其特征在于無(wú)刷直流電機(jī) 本體的定子采用二相導(dǎo)通、三相六狀態(tài)的導(dǎo)電模式，定子線圈(3)采用空心杯繞組，轉(zhuǎn) 子圓柱磁鋼(5)采用銣鐵硼永磁材料。
專利摘要本實(shí)用新型屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種泵機(jī)合一植入式軸流血泵。它由無(wú)刷電機(jī)和軸流血泵二大部分組成。無(wú)刷電機(jī)由固定在外殼1和電機(jī)支架4上的定子鐵芯2、定子線圈3和轉(zhuǎn)子圓柱磁鋼5組成；軸流血泵由漿軸一體化串列轉(zhuǎn)子9通過陶瓷軸承14與左旋出口定子13和右旋入口定子15連接組成。電機(jī)轉(zhuǎn)子圓柱磁鋼5與前置串列小轉(zhuǎn)子8固定連成一體；左旋出口定子13和右旋入口定子15與電機(jī)支架4連成一體，從而成為泵機(jī)合一軸流血泵。本實(shí)用新型泵機(jī)合一，體積小，重量輕，血液由主流道和支流道分叉，流動(dòng)順暢，無(wú)擁塞血栓現(xiàn)象，運(yùn)轉(zhuǎn)平衡，使用舒適，完全適合于用作植入式心室輔助裝置。
文檔編號(hào)A61M1/10GK201208423SQ200820054809
公開日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2008年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月17日
發(fā)明者劉中民, 亮 葉, 周連第, 范慧敏, 董隆予, 譚茀娃, 金如麟, 陳應(yīng)生 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)附屬東方醫(yī)院