旋轉(zhuǎn)式血泵的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種旋轉(zhuǎn)式血泵，包括限定泵室的殼體。所述泵室具有血液進(jìn)口和切向血液出口。一個(gè)以上的電機(jī)定子設(shè)在所述泵室外部?？尚D(zhuǎn)葉輪在所述泵室內(nèi)，并用于使進(jìn)入所述泵室的血液運(yùn)動(dòng)到血液出口。所述葉輪具有一個(gè)以上的磁性區(qū)。通過(guò)與一個(gè)以上的電機(jī)定子的磁耦合使所述葉輪的旋轉(zhuǎn)在徑向上受到限制，并且通過(guò)所述葉輪上的一個(gè)以上的液力推力軸承面使所述葉輪的旋轉(zhuǎn)在軸向上受到限制。
【專(zhuān)利說(shuō)明】旋轉(zhuǎn)式血泵
本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2007年I月12日、發(fā)明名稱(chēng)為“旋轉(zhuǎn)式血泵”的申請(qǐng)?zhí)枮?00780003014.7專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)式泵，更具體而言，涉及離心式旋轉(zhuǎn)血泵以及使用這種泵進(jìn)行治療性支持的方法，其中所述泵內(nèi)的葉輪在無(wú)磨損液力軸承和磁軸承上旋轉(zhuǎn)，從而通過(guò)使所述葉輪僅與所述泵內(nèi)的血液體積接觸，就允許血液從泵進(jìn)口運(yùn)動(dòng)到泵出口。
【背景技術(shù)】
[0002]在心血管醫(yī)學(xué)中，心室輔助裝置作為心臟移植的橋梁或作為終期治療形式來(lái)支持晚期心臟病患者的臨床應(yīng)用已成為可接受的臨床實(shí)踐。據(jù)估計(jì)，多于35，000個(gè)患有晚期心臟衰竭的病人是心臟支持療法的候選者。
[0003]心室輔助裝置可以使用血泵為患者的血液提供動(dòng)量，從而將血液推向更高壓力。心室輔助裝置的一個(gè)例子是左心室輔助裝置(LVAD)。LVAD與患者心臟的左心室連接，在那里含氧血液通過(guò)LVAD的血液進(jìn)口進(jìn)入LVAD。然后，LVAD為血液提供動(dòng)量。通過(guò)將LVAD的血液出口與患者的主動(dòng)脈連接，泵送的血液可以重新進(jìn)入患者的循環(huán)系統(tǒng)。
[0004]迄今為止，心室輔助裝置例如LVAD使用正位移泵和旋轉(zhuǎn)式泵。正位移泵通過(guò)減小第一室的容積，同時(shí)增大第二室的容積，而將血液吸入第二室中，從而迫使血液從第一室進(jìn)入第二室。這種泵通常設(shè)有只允許沿一個(gè)方向流動(dòng)的止回閥，并且通常很大，而且容易機(jī)械磨損。人類(lèi)的心臟是正位移泵的一個(gè)天然例子。旋轉(zhuǎn)式泵通過(guò)泵內(nèi)葉輪的旋轉(zhuǎn)迫動(dòng)血液。已知類(lèi)型的泵經(jīng)使用推動(dòng)血液的螺旋槳型葉輪葉片而利用葉輪為血液提供動(dòng)量。
[0005]旋轉(zhuǎn)式血泵可以是離心式的`或軸向式的。在離心式血泵中，血液沿著泵的旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)入泵并垂直于旋轉(zhuǎn)軸退出泵。在軸向式血泵中，血液沿著泵的旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)入泵并沿旋轉(zhuǎn)軸退出泵。
[0006]傳統(tǒng)上，旋轉(zhuǎn)式血泵包括由主軸和與主軸連接的葉輪構(gòu)成的轉(zhuǎn)子。機(jī)械軸承用來(lái)在軸向和徑向上穩(wěn)定轉(zhuǎn)子，因此使葉輪可以保持自由而平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在軸向和徑向上受到限制。血液體積內(nèi)的機(jī)械軸承已成為血栓的來(lái)源。此外，由于使用機(jī)械軸承必須使主軸突出而超出泵室，因而要求密封以防止血液從泵室逸出。這也成為血栓和有時(shí)溶血的來(lái)源，以及過(guò)早磨損的來(lái)源。
[0007]由于密封可能會(huì)導(dǎo)致血液的血栓和可能過(guò)早磨損，因而在旋轉(zhuǎn)式血泵中密封機(jī)械軸的使用已經(jīng)被表明不是最佳的。為使血栓的風(fēng)險(xiǎn)和無(wú)效密封最小化，已經(jīng)研發(fā)了無(wú)密封的旋轉(zhuǎn)式血泵。例如，在本文中引入作為參考的Wampler的美國(guó)專(zhuān)利N0.5，695，471和Davis等人的美國(guó)專(zhuān)利N0.6，846，168 ( ‘168專(zhuān)利)均涉及無(wú)密封的旋轉(zhuǎn)式血泵。在這種無(wú)密封的旋轉(zhuǎn)式血泵中，經(jīng)使用磁力和/或流體力，可以使轉(zhuǎn)子和/或葉輪懸浮。
[0008]用于使泵室內(nèi)的葉輪懸浮的磁力和/或流體力可以用來(lái)穩(wěn)定葉輪，使其旋轉(zhuǎn)并同時(shí)防止軸向或徑向的過(guò)度運(yùn)動(dòng)。通過(guò)磁軸承和液力軸承，可以實(shí)現(xiàn)葉輪的無(wú)磨損穩(wěn)定化。按此方式,磁力形成磁軸承,流體力形成液力軸承。
[0009]已經(jīng)研發(fā)了幾種形式的磁軸承。在一種形式中，永久磁鐵形式的被動(dòng)磁軸承可以同時(shí)嵌在轉(zhuǎn)子和泵殼體中，以提供可以使葉輪在泵殼內(nèi)的位置保持懸浮的磁耦合。這種同時(shí)嵌在轉(zhuǎn)子和泵殼中的永久磁鐵提供可以使葉輪在泵殼內(nèi)保持懸浮的排斥力。由于沒(méi)有使用控制來(lái)保持葉輪在適宜的中心位置，因而這種磁軸承被稱(chēng)作被動(dòng)磁軸承。盡管被動(dòng)磁軸承可以在一個(gè)方向上(例如在徑向方向上)有效地保持葉輪懸浮，但是已經(jīng)表明，單獨(dú)這種被動(dòng)磁力軸承不能保持葉輪同時(shí)在軸向和徑向懸浮。
[0010]例如，在泵殼體中或其上，可以使用電磁鐵形式的主動(dòng)磁軸承，使其與葉輪磁耦合并驅(qū)動(dòng)葉輪。電磁鐵的電力可以視需要變化，以響應(yīng)于位移調(diào)節(jié)磁場(chǎng)，從而可以使葉輪保持在適當(dāng)位置。例如，還可以在泵殼中使用電磁鐵，以提供排斥磁力。由于磁場(chǎng)被主動(dòng)控制以保持適當(dāng)?shù)娜~輪位置，因而這些軸承被稱(chēng)作主動(dòng)磁軸承。
[0011]由于主動(dòng)磁軸承的復(fù)雜性，因而已經(jīng)研發(fā)了同時(shí)使用被動(dòng)磁軸承和液力軸承的旋轉(zhuǎn)式血泵，用于在無(wú)密封的旋轉(zhuǎn)式血泵中使葉輪懸浮。例如，在本文中引入作為參考的Wampler等人的美國(guó)專(zhuān)利N0.6，234，772 (‘772專(zhuān)利)涉及一種具有被動(dòng)磁軸承和液力軸承的無(wú)密封的旋轉(zhuǎn)式血泵。在‘772專(zhuān)利中，通過(guò)葉輪主軸內(nèi)的一系列磁盤(pán)和泵殼內(nèi)的相應(yīng)一系列磁環(huán)使得能夠徑向懸浮。在‘168專(zhuān)利中，通過(guò)經(jīng)葉輪中心的孔突出的心軸內(nèi)的一系列磁環(huán)使得能夠徑向懸浮。在葉輪內(nèi)設(shè)有相應(yīng)的一系列磁盤(pán)，由此葉輪在旋轉(zhuǎn)中繞心軸懸浮。在‘772專(zhuān)利中，通過(guò)葉輪上的一組液力推力軸承面使得能夠軸向懸浮。
[0012]仍然需要更小和更有效的旋轉(zhuǎn)式血泵。尤其是，仍然需要無(wú)磨損的離心式泵，其具有液力軸承并且泵內(nèi)的連續(xù)流體流路得以改善，從而進(jìn)一步減少被泵送血液中溶血和血栓的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)研發(fā)具有液力軸承和被動(dòng)磁軸承的更完善的旋轉(zhuǎn)式血泵葉輪，旋轉(zhuǎn)式血泵的物理尺寸、性能和效率可以改進(jìn)到能夠提供一致和可靠的治療性支持的程度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]一種用于在心 包空間內(nèi)植入的離心式旋轉(zhuǎn)血泵，它包括限定泵室的殼體。所述泵室具有軸向血液進(jìn)口和限定血液出口的切向渦殼。一個(gè)以上的磁性電機(jī)定子設(shè)在所述泵室外部?？尚D(zhuǎn)葉輪在所述泵室內(nèi)，并用于對(duì)進(jìn)入所述泵室的血液增壓以使其在所述血液出口退出。所述葉輪具有一個(gè)以上的磁性區(qū)。作用在所述葉輪上的被動(dòng)和主動(dòng)磁通量源所產(chǎn)生的磁力以及設(shè)在所述葉輪上表面上的一個(gè)以上的液力推力軸承，使所述葉輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)在徑向和軸向上懸浮。所述殼體組件可以具有上或前殼和后或下殼，當(dāng)組裝時(shí)它們形成基本上圓柱形的泵室和具有切向血液流出口的渦殼。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)組裝時(shí)，所述殼體限定基本上圓柱形的泵室。相對(duì)較短的流入插管與所述上殼一體形成，并用于插進(jìn)心臟的心室。所述流出口垂直于所述流入插管的軸。所述血液流入插管可以是直的、曲的或被彎曲成促進(jìn)所述血泵裝入患者的胸腔或改進(jìn)血液流動(dòng)特性。
[0014]驅(qū)動(dòng)泵的電磁電機(jī)由血液流動(dòng)區(qū)外的固定的電磁定子部和所述泵室內(nèi)的鄰近可旋轉(zhuǎn)葉輪構(gòu)成，所述可旋轉(zhuǎn)葉輪用于在所述泵室內(nèi)產(chǎn)生流體壓力，從而使血液從流入口運(yùn)動(dòng)到流出口。在一個(gè)實(shí)施例中，所述電機(jī)是雙定子軸向磁通間隙設(shè)計(jì)，其中所述葉輪位于所述泵室內(nèi)并在分開(kāi)的電機(jī)定子之間。上電機(jī)定子鄰近所述上或前殼或位于其上，下電機(jī)定子鄰近所述下或后殼。每個(gè)電機(jī)定子包括配置在基本上圓形鐵芯元件上的多個(gè)電線圈或繞組，用于與所述葉輪的相應(yīng)磁性區(qū)有效地電磁耦合以使所述葉輪在所述泵室內(nèi)旋轉(zhuǎn)。所述上電機(jī)定子可以比所述下電機(jī)定子更接近所述葉輪，以在所述葉輪上賦予軸向磁性預(yù)載荷，從而抵抗對(duì)所述下電機(jī)定子的葉輪的磁性影響。在一些情況下，出于相同目的，單個(gè)定子置于所述上殼上或與其鄰近。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)電機(jī)定子與所述葉輪的旋轉(zhuǎn)軸同軸。所述葉輪和每個(gè)電機(jī)定子具有基本上圓形的水平截面，并可以具有基本上相同的直徑，從而有助于泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中所述旋轉(zhuǎn)葉輪的徑向剛度。通過(guò)伸長(zhǎng)的柔性圓筒中收容的多個(gè)電纜將電力輸送到所述線圈繞組。在一個(gè)實(shí)施例中，所述柔性圓筒由硅樹(shù)脂制成，并可以具有聚氨酯護(hù)鞘。所述柔性圓筒中具有多個(gè)管腔，每個(gè)管腔均收容電纜。在一個(gè)實(shí)施例中，有6個(gè)這種管腔。
[0015]所述葉輪具有基本上圓形的周邊，并可以由鐵磁物質(zhì)形成。鐵磁物質(zhì)可以是嚴(yán)格鐵磁性的材料和亞鐵磁性的材料。適合的鐵磁物質(zhì)可以是例如壓縮粘結(jié)的釹或Alnico(鋁-鎳合金)。鐵磁葉輪允許所需結(jié)構(gòu)的葉輪的各區(qū)域磁化?？梢杂糜袡C(jī)聚合物如Parylene (聚對(duì)二甲苯)或娃樹(shù)脂的共形保護(hù)性聚合物涂料處理鐵磁葉輪，以通過(guò)在轉(zhuǎn)子周?chē)纬擅芊舛乐寡趸?。在其上，可以在所述共形的聚合物涂層上涂布硬質(zhì)光滑的保護(hù)性涂料，以防止磨耗和磨損。這種涂料可以包括氮化鉻、氮化鈦或其他市售涂料，如ME92、Med Co2000或DLC。適合的鐵磁物質(zhì)是生物可相容的，例如，可以使用鉬-鈷合金。如果所述磁鐵材料是生物可相容的，那么不需要用生物可相容的材料涂布所述葉輪。在一個(gè)實(shí)施例中，所述葉輪由具有平和曲側(cè)壁面的多個(gè)凸起的實(shí)心或中空主體構(gòu)成，所述各主體繞所述葉輪外圍分開(kāi)。所述各主體的外圍側(cè)壁沿徑向方向凸出，其曲率半徑與所述葉輪的總體圓周相應(yīng)。所述平面是平坦的，并且兩個(gè)直側(cè)壁是不等長(zhǎng)的。所述不等長(zhǎng)的側(cè)壁從所述主體的凸出外圍側(cè)壁向內(nèi)延伸并以約90度的角相交。所述各葉輪主體呈相似形狀。在每種情況下，它們的體積從所述兩個(gè)直側(cè)壁的相交點(diǎn)向它們的凸出外圍側(cè)壁增大。所述葉輪是中央開(kāi)放的，從而限定到達(dá)所述泵室的底壁的軸向血液流道。所述葉輪主體的相交側(cè)壁被形成圓形，以使血栓和溶血最小。所述各葉輪主體被其間的流體流路分開(kāi)，而所述流體流路由所述凸起主體的側(cè)壁限定。所述葉輪主體可以被磁化以與所述電機(jī)定子施加的磁力相互作用，從而允許所述葉輪在所述泵室內(nèi)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)所述泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，所述葉輪在磁力和液力作用下在徑向和軸向懸浮而不與所述泵殼體接觸。通過(guò)至少一個(gè)所述凸起主體的上突出面上形成的與所述上泵殼的內(nèi)表面鄰近的至少一個(gè)傾斜或斜削的表面區(qū)，在所述泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，產(chǎn)生在一個(gè)方向作用的液 力軸向推力。在一些實(shí)施例中，這種軸承面中的一個(gè)可以形成在每個(gè)上突出面上，使得根據(jù)需要可以使用多個(gè)這樣的斜削表面區(qū)。每個(gè)這樣的斜削表面區(qū)限定液力軸承面。隨著所述葉輪旋轉(zhuǎn)，血液在所述軸承面的相對(duì)較低壓力的前端處與所述軸承面配合，并被所述傾斜軸承面壓向所述上泵殼的內(nèi)表面，從而產(chǎn)生較高壓力的退出端或尾端，這樣使軸向作用在所述葉輪上的流體壓力增大。側(cè)板可以形成在所述斜削表面區(qū)的內(nèi)和外側(cè)上以防止流體漏出。減壓面可以形成在所述葉輪上并在各傾斜軸承面下游且鄰近所述退出端。所述減壓面傾斜并從所述傾斜軸承面分岔，從而形成較低的流體壓力區(qū)，這樣允許血液被導(dǎo)入所述葉輪的各凸起主體之間的所述幾個(gè)流體流路之一。所述葉輪的底部被與所述泵室的底壁平行的基本上平坦、光滑的圓盤(pán)所覆蓋。鄰近各葉輪主體之間的各流路具有基本上一致的圓周寬度。一個(gè)葉輪主體的較長(zhǎng)側(cè)壁對(duì)著交叉的鄰近葉輪主體的較短側(cè)壁，并在其間限定流體流路。所述較長(zhǎng)和較短的側(cè)壁限定所述各流體流路的側(cè)面。在本實(shí)施例中，各流路的縱向軸和與其鄰近的任一側(cè)流路的縱向軸所成角度被限定為約90度。
[0016]可選擇地，所述葉輪主體可以形成作為中空鈦殼。每個(gè)這樣的殼限定可以裝配永久磁鐵的內(nèi)腔。每個(gè)插入的磁鐵通過(guò)帽元件或通過(guò)覆蓋所述葉輪底部的圓盤(pán)收容在其相關(guān)的腔室內(nèi)。在任一種情況下，所述帽或圓盤(pán)被密封到所述殼，例如通過(guò)激光焊接。所述中空殼之間的實(shí)心壁可以包括多個(gè)鉆孔，以改進(jìn)所述葉輪的重量并提供均勻旋轉(zhuǎn)。在泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，被動(dòng)磁軸承對(duì)繞所述殼體內(nèi)的中心柱旋轉(zhuǎn)但不與所述柱接觸的所述葉輪提供徑向葉輪支承。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)相應(yīng)永久磁鐵提供的磁矢量的排斥力產(chǎn)生所述葉輪的磁軸承。在泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，位于所述葉輪內(nèi)一個(gè)以上的這種永久磁鐵產(chǎn)生的磁矢量用于抵抗由位于所述葉輪繞其旋轉(zhuǎn)但不接觸的所述中心柱內(nèi)的一個(gè)以上的永久磁鐵所產(chǎn)生的磁矢量。這種配置為旋轉(zhuǎn)葉輪提供徑向剛度，并在所述葉輪和所述中心柱之間留下開(kāi)放空間，所述空間限定通過(guò)所述葉輪的幾個(gè)流體流路中另一個(gè)的一部分。
[0017]在一個(gè)實(shí)施例中，所述葉輪內(nèi)的磁鐵和所述中心柱內(nèi)的磁鐵之間的軸向排列是可調(diào)節(jié)的，以提供沿軸向方向作用在所述葉輪上的磁性預(yù)載荷排斥力，從而抵抗因液力推力而施加在所述葉輪上的軸向力。所述磁性預(yù)載荷使得能夠避免所述葉輪在其底面和所述下泵殼的內(nèi)表面之間的接觸。這樣確保產(chǎn)生繞著所述葉輪的另一個(gè)血液流路，它使得所述泵室內(nèi)的流體壓力能夠?qū)⑦\(yùn)動(dòng)的血液保持在所述葉輪之下，因?yàn)檠簭乃鋈~輪之下向上運(yùn)動(dòng)通過(guò)所述葉輪和所述葉輪繞其旋轉(zhuǎn)的中心柱之間的環(huán)形空間。如果發(fā)生明顯的震動(dòng)事件，所述磁性預(yù)載荷還可以充分地使所述葉輪回復(fù)到其初始位置。電機(jī)電磁力還可以提供補(bǔ)充的軸向磁性預(yù)載荷以及補(bǔ)充的徑向葉輪支承。磁性預(yù)載荷使得能夠避免所述葉輪在其底面和所述下泵殼的內(nèi)表面之間的接觸。在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，由所述葉輪主體的上突出面上的液力推力軸承面產(chǎn)生的軸向力使所述葉輪遠(yuǎn)離所述殼體的上壁運(yùn)動(dòng)，但允許在所述葉輪的下突出面和所述殼體的下壁之間產(chǎn)生血液流路。所述泵室內(nèi)的流體壓力將運(yùn)動(dòng)的血液保持在所述葉輪之下。隨著所述葉輪的旋轉(zhuǎn)，血液可以從所述葉輪之下向上運(yùn)動(dòng)通過(guò)所述葉輪的開(kāi)放中心。
[0018]在一個(gè)實(shí)施例中，所述電機(jī)定子與所述葉輪同心并具有基本上相同的直徑，使得所述電機(jī)定子和所述葉輪的磁性區(qū)之間的磁性相互作用有助于產(chǎn)生徑向葉輪剛度。還可以通過(guò)將電機(jī)定子置于所述上泵殼上并與所述葉輪緊鄰來(lái)提供所述葉輪上的軸向預(yù)載荷。在雙電機(jī)定子實(shí)施方案中，可以 通過(guò)將所述上電機(jī)定子設(shè)置成比所述下電機(jī)定子更接近所述葉輪來(lái)提供所述葉輪上的軸向預(yù)載荷。由于沿軸向的反方向作用在所述葉輪上的平衡力以及所述葉輪的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，在泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，所述葉輪可有效地動(dòng)態(tài)懸浮在所述泵殼體的上殼和下殼之間。因此，血液被迫使繞著所述葉輪運(yùn)動(dòng)并通過(guò)所述泵室，而不會(huì)產(chǎn)生溶血或血栓。應(yīng)該理解，可以通過(guò)永久磁鐵、通過(guò)電磁電路或通過(guò)這兩種磁力來(lái)源的組合來(lái)提供磁力。由于沿軸向的反方向作用在所述葉輪上的預(yù)載荷和液力以及所述葉輪的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，在泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，所述葉輪可有效地動(dòng)態(tài)懸浮在所述泵殼體的上殼和下殼之間。因此，血液被迫使繞著所述葉輪運(yùn)動(dòng)并通過(guò)所述泵室，而不會(huì)產(chǎn)生溶血或血栓。應(yīng)該理解，可以通過(guò)永久磁鐵、通過(guò)電磁電路、通過(guò)磁化過(guò)程或通過(guò)這些磁通量場(chǎng)來(lái)源的組合來(lái)提供磁力。
[0019]操作方法包括將短的流入插管頂部式植入心臟的左心室，通過(guò)在不與葉輪機(jī)械接觸下使所述葉輪在泵室內(nèi)旋轉(zhuǎn)而對(duì)泵室內(nèi)流入的血液流體增壓，使旋轉(zhuǎn)的葉輪懸浮在所述泵室內(nèi)而使其完全浸沒(méi)在流入的血液流體中，使所述流入的血液流體穿過(guò)所述葉輪內(nèi)和其周?chē)闹辽偃齻€(gè)流路，由此所述泵室內(nèi)的壓力使所述血液從所述泵室的流入口連續(xù)流到流出口，并將流出的血液通過(guò)管狀移植物導(dǎo)向主動(dòng)脈。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]為進(jìn)一步理解本發(fā)明，可以參照附圖，從中將易于理解本發(fā)明的本質(zhì)優(yōu)點(diǎn)和附加優(yōu)點(diǎn)，在附圖中:
[0021]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)式血泵的分解圖；
[0022]圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的葉輪外表面區(qū)的立體圖；
[0023]圖3是圖2所示的包括液力軸承面的葉輪外表面區(qū)域的剖視立體圖；
[0024]圖4是圖2所示的葉輪下側(cè)的立體圖；
[0025]圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的已裝配的旋轉(zhuǎn)式血泵的剖視圖；
[0026]圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的被動(dòng)磁軸承結(jié)構(gòu)一部分的部視圖；
[0027]圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于支承和驅(qū)動(dòng)葉輪的磁組件的分解圖；
[0028]圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電機(jī)定子的俯視平面圖；
[0029]圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的植入的旋轉(zhuǎn)式血泵的系統(tǒng)圖；
[0030]圖10是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的與收容電纜的柔性圓筒連接的旋轉(zhuǎn)式血泵的俯視平面圖；以及.
[0031]圖11是本發(fā)明柔性圓筒的截面圖，用來(lái)說(shuō)明在其中收容電纜的多個(gè)管腔。
【具體實(shí)施方式】
[0032]在描述于附圖中闡明的本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為描述清楚使用特定術(shù)語(yǔ)。然而，本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容并不局限于所選擇的特定術(shù)語(yǔ)，應(yīng)該理解的是，每個(gè)特定元件包括以相似方式操作的所有技術(shù)等同物。
[0033]現(xiàn)在參照?qǐng)D1，圖1示出具有泵殼體的旋轉(zhuǎn)式血泵10，其中，該泵殼體由基本上圓形的前或上泵殼I和基本上圓形等直徑的后或下泵殼2構(gòu)成，下泵殼2與上泵殼I連接在一起從而在它們之間形成封閉泵室。上和下泵殼的結(jié)構(gòu)使得裝配的泵殼體于其內(nèi)限定基本上圓柱形的泵室3(圖5)。在一個(gè)實(shí)施例中，該泵室具有45立方厘米的排出容積。上泵殼I可以具有多個(gè)外圍定位孔4，用于接收從下泵殼2的外圍突出的相應(yīng)的多個(gè)定位銷(xiāo)6。在裝配旋轉(zhuǎn)式血泵10時(shí)，定位孔4和定位銷(xiāo)6的構(gòu)造確保上泵殼I和下泵殼2在正確的位置上連接。例如可以使用螺絲或化學(xué)密封劑來(lái)密封上泵殼I和下泵殼2之間的接觸區(qū)域。
[0034]在圖1所示的實(shí)施例中，血液經(jīng)適于頂部式插入心室的軸向流入插管7供到泵。插管7與該上泵殼連接或者可以與該上泵殼成為一體，并且與泵10的泵室3流體連通。如圖5的剖視圖所示，流入插管7的實(shí)施例屬于兩件設(shè)計(jì)，由外圓筒部8和同軸內(nèi)圓筒部9構(gòu)成?？梢赃m合的密封方式將流入插管7的外圓筒部8焊接到上泵殼I的外表面上。在安裝和運(yùn)轉(zhuǎn)泵的時(shí)候，內(nèi)圓筒部9限定血液的進(jìn)口通道11。如圖1所示，圓筒部8和圓筒部9可以在該插管的外端12處通過(guò)激光焊接到一起。在一個(gè)實(shí)施例中，外圓筒部8的外徑為約0.81英寸，內(nèi)圓筒部9的內(nèi)徑為約0.50英寸。
[0035]在一個(gè)實(shí)施例中，泵室與渦殼或擴(kuò)散部流體連通，以防止在泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中隨著血壓增加而導(dǎo)致葉輪沿徑向方向的位置改變。上泵殼I和下泵殼2 —起通過(guò)一對(duì)互補(bǔ)的上和下半圓部14和16來(lái)限定擴(kuò)散部，其中，上和下半圓部14和16分別形成作為上和下泵殼的一部分。半圓部14和16 —起限定短的開(kāi)口端圓柱形擴(kuò)散管。該擴(kuò)散部完全繞著泵的圓周延伸并在切向出口 13處終止(圖5)。在一個(gè)實(shí)施例中，擴(kuò)散部的截面沿其長(zhǎng)度從進(jìn)口端擴(kuò)大，并在出口 13處達(dá)到最大。血液沿基本上垂直于流入插管7縱向軸的方向經(jīng)出口 13流出泵室3，已發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)在解剖學(xué)上有利于將泵置于心包空間內(nèi)。如圖9所示，在安裝泵和運(yùn)轉(zhuǎn)泵的時(shí)候，出口 13與流出移植物17相連接，其中，移植物17與主動(dòng)脈18連接。在一個(gè)實(shí)施例中，泵殼體或殼以及插管可以由鈦、生物可相容的鈦合金或生物可相容的陶瓷材料制成。泵結(jié)構(gòu)可以由鈦或其合金加工制成?？蛇x擇地，包括插管在內(nèi)的泵結(jié)構(gòu)可以完全由陶瓷材料形成。
[0036]可以借助于在靠近上泵殼I的插管外圓面中形成的外圍環(huán)形凹槽19來(lái)完成插管7到心室的密封(圖5)。該環(huán)形凹槽設(shè)有環(huán)形O形圈，從而對(duì)例如在共同擁有的美國(guó)專(zhuān)利6，732，501中所記載類(lèi)型的心室連接器的縫合環(huán)[圖未示]提供防漏密封。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，不需要外圍環(huán)形凹槽，并且圍繞插管的O形圈可以并入縫合環(huán)中以確保防漏密封。
[0037]參照?qǐng)D1，電機(jī)轉(zhuǎn)子或泵葉輪22位于上泵殼I和下泵殼2之間的泵室3內(nèi)。葉輪22具有圓形截面，其直徑可以為I英寸或1.25英寸。葉輪22設(shè)有中心孔23。中心柱或心軸24與下泵殼2連接，并且在裝配泵時(shí)按照下面詳細(xì)說(shuō)明的方式經(jīng)葉輪孔23從其軸向中心伸出，以支承葉輪的旋轉(zhuǎn)。中心柱24設(shè)有外圍下凸緣26，通過(guò)下凸緣26將下環(huán)形陶瓷盤(pán)27保持在下泵殼2的內(nèi)表面。在一個(gè)實(shí)施例中，中心柱24的外徑和葉輪孔23的直徑之間的間隙為0.019英寸?0.029英寸。中心柱24的頂部形成為錐形面28。在泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，中心柱的錐形面28的主體部分伸出并超過(guò)葉輪孔23。在一個(gè)實(shí)施例中，圓錐的曲率半徑是相對(duì)恒定的0.389英寸。圓錐的尖端不必需尖銳點(diǎn)，在一個(gè)實(shí)施例中，接合半徑為0.010英寸。
[0038]在操作中，從心室進(jìn)入插管7的血液通過(guò)旋轉(zhuǎn)的葉輪軸向流過(guò)中心柱24的錐形面進(jìn)入相配合的泵室3。從插管7進(jìn)入泵室3的血液從流出該插管的軸向流被再次引導(dǎo)成在其中浸沒(méi)葉輪22的徑向流。根據(jù)下面詳細(xì)說(shuō)`明的旋轉(zhuǎn)葉輪的結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)的葉輪將血液徑向加壓成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并在該泵室外周處的擴(kuò)散部運(yùn)動(dòng)到出口 13。
[0039]上泵殼I可以包括用于向泵的電動(dòng)電機(jī)供應(yīng)電能的電源和控制電纜的電饋通連接器和插頭的上半部29。下泵殼2可以包括電插頭的相應(yīng)下半部31。當(dāng)裝配泵的時(shí)候，上半部29和下半部31連接形成插頭,饋通電線經(jīng)插頭與電磁電機(jī)定子連接。在一個(gè)實(shí)施例中，饋通電線是鉬?？梢允褂镁勖衙淹?PEEK)插頭將饋通電線與外部驅(qū)動(dòng)電纜連接。插頭可以由諸如PEEK或適合的塑料(如Tecothane或聚砜)等材料制成。插頭也可以由醫(yī)用級(jí)環(huán)氧樹(shù)脂制成。參照?qǐng)D10，PEEK前泵插頭的上半部29通過(guò)應(yīng)變消除部81與電纜連接。該應(yīng)變消除部與其長(zhǎng)度可以根據(jù)需要到達(dá)適合的外部電源的伸長(zhǎng)柔性圓筒82連接，其中適合的外部電源可以是控制器(圖未示)的輸出。用于連接電源的連接器和鎖閉插銷(xiāo)裝置83與管82的遠(yuǎn)端連接。柔性圓筒適于收容用于向泵傳送電力的多根電纜。在一個(gè)實(shí)施例中，柔性圓筒由硅樹(shù)脂制成。柔性圓筒可以被薄的聚氨酯護(hù)鞘(圖未示)覆蓋，以防過(guò)度磨損。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，對(duì)于柔性圓筒可以使用諸如聚氨酯等其他生物可相容的材料，而不會(huì)背離本發(fā)明的范圍。參照?qǐng)D11，柔性圓筒82包括具有圓形橫截面的多個(gè)管腔84，每根電纜穿過(guò)各管腔84。在一個(gè)實(shí)施例中，存在6個(gè)這樣的管腔，它們繞圓筒中心分開(kāi)并接近圓筒外圍，總體呈圓形結(jié)構(gòu)。每個(gè)管腔的中心相隔大約60°。在一個(gè)實(shí)施例中，柔性圓筒的直徑為約0.138英寸，每個(gè)管腔的直徑為約0.034英寸。可以使用這樣的管腔來(lái)容納直徑約0.029英寸的電纜。因?yàn)閱胃娎|不能摩擦，所以電纜管82內(nèi)單獨(dú)管腔的使用有利于抗過(guò)度疲勞。此外，當(dāng)電纜需要更換時(shí)，由于一次可以更換一根電纜而使泵的停止時(shí)間最小，所以能夠進(jìn)行原位更換?？梢栽卩徑h(yuǎn)端連接器和鎖閉插銷(xiāo)裝置83處使用應(yīng)變消除機(jī)構(gòu)86。
[0040]現(xiàn)在參照?qǐng)D2，圖2更詳細(xì)地示出葉輪22。在本實(shí)施例中，葉輪具有基本上圓形的截面，并且具有在其上圓周排列的多個(gè)相同的基本上中空的凸起主體32。每個(gè)凸起的葉輪主體32在水平面上具有總體上直角三角形的截面，其中彎曲的斜邊限定了葉輪的圓周的一部分。在一個(gè)實(shí)施例中，存在4個(gè)這樣的凸起的葉輪主體，它們的中間位置相隔大約90度。
[0041]通過(guò)適于使血液從葉輪的中心部流向周?chē)檬业牧鞑刍蛲ǖ?3將各凸起的葉輪主體32分開(kāi)。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)流槽33的寬度為約0.150英寸。通過(guò)平行于葉輪直徑延伸但偏離葉輪直徑的不等長(zhǎng)度的垂直平面?zhèn)缺?3a和33b來(lái)限定流槽33。在一個(gè)實(shí)施例中，最接近葉輪直徑的側(cè)壁，例如圖2中的側(cè)壁33a，偏離直徑約0.164英寸。每個(gè)流槽33都具有向下傾斜的底面33c，傾斜的底面33c構(gòu)成與水平面形成約32度角度的傾斜斜面。流槽33在葉輪圓周處的流出點(diǎn)相隔大約90度。每個(gè)斜面33c在縱向上與任一側(cè)流槽的相應(yīng)縱向軸成直角。
[0042]進(jìn)入流入插管7的血液用的主要流道沖擊中心柱24的錐形面28，并且流經(jīng)流槽或通道33而填充泵室。正如所說(shuō)明的，旋轉(zhuǎn)的葉輪使泵室內(nèi)的流體壓力增加，從而導(dǎo)致血液從流入口 11連續(xù)運(yùn)動(dòng)到流出口 13。
[0043]每個(gè)葉輪主體32的上表面設(shè)有限定軸向液力軸承面的彎曲和斜削的或傾斜的斜面34。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)斜面34沿順時(shí)針?lè)较驈南鄬?duì)較低的流體壓力入口區(qū)36向上盤(pán)旋到相對(duì)較高的流體 壓力出口區(qū)37。軸承面34相對(duì)于水平面的傾斜角小于I度。當(dāng)葉輪22旋轉(zhuǎn)時(shí)，側(cè)壁33a限定前邊緣，使得隨著施加到鄰近的上泵殼I內(nèi)表面上的力增大，流過(guò)液力軸承面的血液被壓縮，因此軸向向下凈壓力被施加到每個(gè)凸起的葉輪主體的上突出面上。在操作中，在軸承面34和鄰近殼體表面之間的血液層的厚度是流體粘度、葉輪轉(zhuǎn)速和葉輪軸承的幾何形狀的函數(shù)。隨著流體粘度的增加，流體層厚度增加。隨著轉(zhuǎn)速增加，流體層厚度增加，并且由于葉輪上的軸向凈液壓和部分地因下述的磁性預(yù)載荷使葉輪懸浮于泵室內(nèi)的事實(shí)，所以從每個(gè)軸承面34到相鄰上殼面的距離可以隨著轉(zhuǎn)速和流體粘度而改變。然而，在一個(gè)實(shí)施例中，該距離的范圍是0.003英寸?0.020英寸。
[0044]每個(gè)凸起的葉輪主體32還可以具有形成軸承面34下游的減壓面38的楔形區(qū)域。減壓面38確保液壓可控制和可預(yù)測(cè)的降低，從而使血液切應(yīng)力和溶血現(xiàn)象降到最低。此夕卜，每個(gè)減壓面有助于限定血液在泵室內(nèi)的次要流道，由此流出軸承面34的血液再被帶出并穿過(guò)相鄰減壓面而進(jìn)入挨著的下游葉輪流槽或通道33，并從那里進(jìn)入限定泵室的擴(kuò)散部的側(cè)向環(huán)形空間。
[0045]在每個(gè)葉輪主體上表面上的相對(duì)平面區(qū)域限定在每個(gè)軸承面34的退出端37和相關(guān)減壓面38之間的基本上平坦的橋接面39。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)橋接面39的寬度在最窄處為約0.050英寸，并且合理公差為±0.028英寸。在這樣的實(shí)施例中，減壓面38相對(duì)于水平面的傾斜角可以為2?4度。
[0046]現(xiàn)在參照?qǐng)D3，圖3示出一個(gè)液力軸承面34的立體圖。每個(gè)軸承面從進(jìn)入?yún)^(qū)36到退出區(qū)37具有大約一致的寬度，其中，進(jìn)口區(qū)36限定具有基本上垂直的前側(cè)壁(例如流槽33的側(cè)壁33a(圖2))的接合邊緣41。在一個(gè)實(shí)施例中，接合邊緣41相對(duì)陡峭，其最大曲率半徑小于0.010英寸，并可以小至0.005英寸以下。正如所說(shuō)明的，每個(gè)軸承面34以相對(duì)于水平面小于I度的角度從進(jìn)入端36向上傾斜，并在大約平坦的橋接面39處終止。
[0047]在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)軸承面34在相對(duì)的兩邊沿其長(zhǎng)度分別由內(nèi)側(cè)板43和外側(cè)板44限制。外側(cè)板的外表面限定葉輪外圍表面的一部分。在操作中，內(nèi)側(cè)板43和外側(cè)板44有效地將流體從軸承面的側(cè)面的漏出減到最少，因此有助于保持與軸承面配合的血液，從而使流體層厚度最大和使流體切應(yīng)力最小。側(cè)板還用于導(dǎo)引血液流向軸承面的退出端37，血液從退出端37流經(jīng)減壓面38并進(jìn)入挨著的下游流槽33。每個(gè)側(cè)板43和44的頂面是相對(duì)平面或平坦的，在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)側(cè)板寬度不小于0.020英寸。每個(gè)側(cè)板43和44的頂面可以比軸承面34的進(jìn)入端36高約0.230英寸。在軸承面的退出端37處，側(cè)板43和44的頂面和軸承面可以合并成平坦的橋接面39。
[0048]在一個(gè)實(shí)施例中，在每個(gè)凸起的葉輪主體32上形成有在內(nèi)側(cè)板43里面的面向內(nèi)和向下傾斜的彎曲部46。每個(gè)彎曲部46的軸向下降距離為約0.012英寸，傾斜角為約8 °。彎曲部46有助于使血液偏離中心柱24的錐形面28而流向葉輪的中心部，然后從中心部流入形成在葉輪主體32之間的流槽33。
[0049]上泵殼I的內(nèi)表面設(shè)有與下泵殼2的內(nèi)表面上的下陶瓷盤(pán)27相似的上環(huán)形陶瓷盤(pán)(圖未示)。上陶瓷盤(pán)用于使泵啟動(dòng)時(shí)的摩擦最小。在插管7的內(nèi)圓筒部9的內(nèi)端處形成的環(huán)形凸緣40用于將上陶瓷盤(pán)保持在適當(dāng)?shù)奈恢?圖5)。陶瓷盤(pán)減少電機(jī)定子(下面說(shuō)明)和葉輪內(nèi)的轉(zhuǎn)子磁鐵之間的電損耗，并為葉輪頂面上的液力推力軸承提供非常平的表面。當(dāng)葉輪靜止時(shí)，它靠在上陶瓷盤(pán)的表面上。當(dāng)葉輪啟動(dòng)期間賦予葉輪轉(zhuǎn)速時(shí)，葉輪升起而離開(kāi)上陶瓷盤(pán)，并且如下 面所述變得完全懸浮。可以用氮化鈦涂布葉輪，以使泵啟動(dòng)和停止過(guò)程中的磨損最小。
[0050]葉輪可以是由磁性的各向同性合金制成的一體結(jié)構(gòu)。上述類(lèi)型的一件式葉輪材料可以是生物可相容的，從而避免必須對(duì)葉輪或子組件進(jìn)行涂布。適合的磁性的各向同性生物可相容材料的例子是大約TL 6%的鉬(按重量計(jì))和22.4%的鈷(按重量計(jì))的合金。這種一件式葉輪可以比由多個(gè)部件形成的葉輪更容易和更低成本地制造。每個(gè)凸起的葉輪主體32可以具有磁化部。這種葉輪的磁化可以通過(guò)本領(lǐng)域已知的技術(shù)進(jìn)行，如暴露于相對(duì)較強(qiáng)的磁場(chǎng)中。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)葉輪主體的凸起的突出面可以被磁化以提供磁極。葉輪的磁極與電機(jī)定子69 (圖5)提供的磁極磁耦合，因此使得一個(gè)或兩個(gè)定子能夠提供使葉輪在泵室內(nèi)旋轉(zhuǎn)的磁性驅(qū)動(dòng)力并提供磁性軸向和徑向支承。在一個(gè)實(shí)施例中，每隔一個(gè)的上突出面被磁化成相同磁極，而在其間的突出面被磁化成具有相反磁極。例如，如果上突出面具有北極，那么其兩側(cè)的突出面具有南極。磁極的特定排列可以根據(jù)需要決定，而不背離本發(fā)明的范圍。應(yīng)該理解，驅(qū)動(dòng)葉輪的電機(jī)定子線圈以與葉輪上使用的磁極互補(bǔ)的形式來(lái)提供磁極。
[0051 ] 現(xiàn)在參照?qǐng)D4，圖4示出葉輪22下側(cè)的立體圖，其中，每個(gè)凸起的葉輪主體32被挖空，以限定多個(gè)內(nèi)腔或凹穴47。在橫截面上，每個(gè)凹穴47在尺寸和形狀上與限定其邊界的凸起的葉輪主體基本相應(yīng)。每個(gè)這樣的凸起的葉輪主體的上突出面均包括限定它下面的內(nèi)腔頂部的液力軸承面。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)凹穴的外彎曲邊界與葉輪同心，并且相對(duì)于葉輪中心的包圍角度約56.5度。每個(gè)這樣的凹穴相對(duì)于葉輪中心的內(nèi)半徑為約0.4英寸，夕卜半徑為約0.665英寸。各凹穴繞葉輪外圍相隔約90度。正如下面詳細(xì)說(shuō)明的，凹穴47適于容納形成葉輪的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一部分的轉(zhuǎn)子磁鐵。凹穴47被多個(gè)基本上等尺寸的向內(nèi)突出的壁元件48隔開(kāi)，該壁元件與葉輪一體形成并限定基本上水平的下表面或架板49，該架板在彎曲邊緣部51處沿徑向向內(nèi)終止。在一個(gè)實(shí)施例中，存在4個(gè)這樣的壁元件，其中每個(gè)均位于兩個(gè)凹穴之間。每個(gè)壁元件和凹穴均沿直徑對(duì)著相應(yīng)的壁元件或凹穴。邊緣部51限定基本上垂直面向內(nèi)并基本上與葉輪的圓周同心的彎曲面52的邊界。
[0052]中空?qǐng)A筒53軸向向內(nèi)突出并限定葉輪的中心孔23。在一個(gè)實(shí)施例中，該中心孔的直徑為約0.437英寸。當(dāng)裝配泵時(shí)，中心柱24延伸穿過(guò)圓筒53進(jìn)入泵室。在一個(gè)實(shí)施例中，圓筒53的內(nèi)徑和中心柱24的外徑之間的徑向間隙為約0.022英寸。
[0053]在中空?qǐng)A筒53和彎曲面52之間形成有環(huán)形腔室或空間54。在本實(shí)施例中，環(huán)形腔室54的內(nèi)徑為約0.437英寸，外徑為約0.575英寸，正如下面詳細(xì)說(shuō)明的，適于容納被動(dòng)磁軸承元件。
[0054]每個(gè)壁元件48可以設(shè)有一個(gè)以上的平衡孔或鉆孔56，形成鉆孔是為了確保在泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中葉輪的平衡和均勻旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)壁元件設(shè)有沿葉輪半徑并排配置的深度不等和大約等直徑的兩個(gè)平衡孔的組。在本實(shí)施例中，最靠近葉輪中心的平衡孔的深度為約0.10英寸，而最外平衡孔的深度為約0.25英寸。每組孔沿直徑對(duì)著另一組孔，由此，相對(duì)的兩組孔中最外孔之間的直徑距離為約1.22英寸，兩組中最內(nèi)孔之間的直徑距離為約1.02英寸。
[0055]參照?qǐng)D5，圖5示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的已裝配的旋轉(zhuǎn)式血泵的剖視圖。上殼I與具有進(jìn)口通道11的流入插管7連接。通過(guò)半圓管狀延伸部14和16的連接形成流出口 13。中心柱24經(jīng)下殼2的底部向上伸出.進(jìn)入泵室。
[0056]參照?qǐng)D5和圖6,在一個(gè)實(shí)施例中，葉輪懸浮系統(tǒng)利用被動(dòng)磁軸承提供相對(duì)于中心柱24的徑向葉輪支承。被動(dòng)磁軸承是可調(diào)節(jié)的，從而提供軸向的定向磁性預(yù)載荷，磁性預(yù)載荷被上述與各葉輪葉片32有關(guān)的液力推力軸承產(chǎn)生的力抵抗。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)封裝在中心柱24內(nèi)的永久軸承磁鐵57的磁堆56形成被動(dòng)磁軸承的一部分。磁堆56可以由相互置于其上并沿泵葉輪22的旋轉(zhuǎn)軸同軸排列的三個(gè)環(huán)形永久磁鐵57組成。每個(gè)環(huán)形磁鐵57的軸向高度小于0.10英寸，外徑為約0.34英寸。
[0057]在一個(gè)實(shí)施例中，參照?qǐng)D6，三個(gè)中心柱軸承磁鐵57的每一個(gè)均可以提供軸向方向的磁矢量，例如北極在上、南極在下(N-S)或者南極在上、北極在下(S-N)。因此，中心柱軸承磁鐵57的磁堆可以交替磁化，使得磁堆內(nèi)磁鐵的磁極根據(jù)需要可以是N-S、S-N、N-S或者S-N、N-S、S-N,由此磁堆56的每個(gè)環(huán)形磁鐵57產(chǎn)生的磁力沿軸向方向作用并排斥它的相鄰磁鐵。
[0058]由于在各磁鐵之間存在排斥力，因此可以通過(guò)與軸向安置的中心柱桿58的配合，按照它們的同軸關(guān)系固定磁鐵或以其他機(jī)械方式保持磁鐵。為確保環(huán)形磁鐵保持在適當(dāng)?shù)奈恢?，每個(gè)磁鐵可以在磁鐵的頂部和底部設(shè)置薄的環(huán)形間隔件或墊圈59，最上面的間隔件在突出的圓形凸緣61的下面配合，該圓形凸緣靠近中心柱桿58的頂部處形成并有助于保持磁鐵同軸排列。間隔件59還可用于減少由堆積的磁鐵相接近引起的退磁。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)這樣的間隔件的厚度均小于0.015英寸?？蛇x擇地，根據(jù)需要，間隔件可以用作磁通集中器，用于改向和沿徑向集中由磁鐵57產(chǎn)生的磁通量。針對(duì)在中心柱24內(nèi)形成磁堆56的永久磁鐵的磁矢量,可以米用其他實(shí)施例而不背離本發(fā)明的范圍。例如，N-S方向可以是徑向的，其中北極在左邊而南極在右邊。
[0059]通過(guò)放置在葉輪內(nèi)并圍繞圓筒53的環(huán)形永久磁鐵63的另一個(gè)磁堆62形成葉輪的被動(dòng)磁鐵軸承的其他部分。磁堆62可以由三個(gè)環(huán)形永久磁鐵63組成。如圖6所示，每個(gè)葉輪軸承磁鐵63具有軸向方向的磁矢量，例如，北極在上、南極在下(N-S)或者南極在上、北極在下(S-N)。在一個(gè)實(shí)施例中，葉輪磁鐵63的磁堆的磁極排列對(duì)應(yīng)于中心柱軸承磁鐵57的磁堆的磁極排列。因此，如果中心柱軸承磁鐵57的磁堆的磁矢量方向是N-S、S-N、N-S，那么葉輪磁鐵63的相鄰磁堆62的磁矢量也可以是N-S、S-N、N-S。只要存在足夠的徑向磁通量集中，磁矢量的這種排列和其他排列將在對(duì)應(yīng)的磁堆56和62之間產(chǎn)生排斥力，因此，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，在旋轉(zhuǎn)的葉輪和它的固定中心柱之間建立徑向作用的磁軸承。在一個(gè)實(shí)施例中，葉輪內(nèi)的環(huán)形磁鐵63的內(nèi)徑和外徑分別為約0.44英寸和0.52英寸，葉輪內(nèi)的環(huán)形磁鐵63和中心柱24內(nèi)的環(huán)形磁鐵57之間的徑向距離為約0.050英寸。
[0060]參照?qǐng)D5,在一個(gè)實(shí)施例中，可以調(diào)整中心柱磁堆56相對(duì)于葉輪磁堆62的軸向排列，從而提供使葉輪偏向上殼I的經(jīng)選擇的軸向預(yù)載力。在一個(gè)實(shí)施例中，中心柱24上的凸緣26使中心柱保持在相對(duì)于下泵殼2的適當(dāng)位置。中心柱桿58向上延伸穿過(guò)中心柱，并且通過(guò)與桿58的下端螺紋配合的適合調(diào)節(jié)螺絲66而可以在中心柱內(nèi)軸向移動(dòng)。適合的螺紋密度可以是每英寸64個(gè)螺紋。
[0061]調(diào)節(jié)螺絲設(shè)有在葉輪的下面配合的螺帽67，用于調(diào)節(jié)中心柱桿58的軸向位置，從而使葉輪和中心柱軸承磁鐵對(duì)準(zhǔn)。 因此，中心柱桿58可以向下移動(dòng)，例如，相對(duì)于葉輪磁堆62向下移動(dòng)中心柱磁堆56，如圖5和圖6所示。當(dāng)未對(duì)準(zhǔn)的相應(yīng)磁堆56和62達(dá)到如圖5和圖6所示的大約對(duì)準(zhǔn)時(shí)，很顯然在葉輪磁堆的N-S、S-N、N-S磁矢量和中心柱磁堆的N-S、S-N、N-S磁矢量之間的排斥力提供了使葉輪偏向上泵殼I并且有助于保持葉輪在上殼的內(nèi)表面附近運(yùn)轉(zhuǎn)的預(yù)載荷軸向力。當(dāng)建立起所需的磁鐵對(duì)準(zhǔn)時(shí)，可以將螺帽67焊接到中心柱上，從而形成密封并防止調(diào)節(jié)螺絲意外的移動(dòng)。因此，將調(diào)節(jié)螺絲在下泵殼2的外表面處密封?？梢圆捎眠m于調(diào)節(jié)磁堆56的軸向位置的其他機(jī)械結(jié)構(gòu)而不背離本發(fā)明的范圍。
[0062]當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)泵時(shí)，由軸承磁鐵的相應(yīng)磁堆之間的偏移而產(chǎn)生的軸向向上的磁性預(yù)載荷力被由葉輪上表面上的液力推力軸承產(chǎn)生的軸向向下的力平衡。因此，葉輪可以在軸向和徑向懸浮并浸沒(méi)在填充泵室的血液內(nèi)。內(nèi)和外磁鐵軸承組件56和62 —起工作，以提供主要的徑向和軸向剛度，從而避免磨損并確保存在流經(jīng)泵的血液的另一個(gè)開(kāi)放流路。該流路始于在葉輪下面對(duì)從葉輪流槽33流出的流體進(jìn)行收集的殼體，然后向上穿過(guò)由上述被動(dòng)磁軸承保持的中心柱和葉輪之間的環(huán)形間隙，從那里血液再被帶出經(jīng)葉輪流槽33進(jìn)入上述主要流道。僅當(dāng)葉輪在上殼I內(nèi)表面附近運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，上述葉輪液力推力軸承才提供軸向剛度。
[0063]如上所述，本發(fā)明的泵可以包括用于驅(qū)動(dòng)葉輪的三相雙定子軸向磁通間隙電機(jī)。雙定子電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于，如果一個(gè)定子不能工作，那么可以使用另一個(gè)定子使葉輪旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，下定子比上定子更遠(yuǎn)離葉輪22，從而不會(huì)減少由于與上定子的磁性相互作用而產(chǎn)生的葉輪的凈軸向預(yù)載荷。參照?qǐng)D5和圖7，葉輪設(shè)有4個(gè)驅(qū)動(dòng)磁鐵68的組。在葉輪下側(cè)的葉輪凸起部32內(nèi)形成的一個(gè)凹穴或腔室47 (圖4)內(nèi)容納一個(gè)驅(qū)動(dòng)磁鐵68。通過(guò)合適的環(huán)形基板70將驅(qū)動(dòng)磁鐵68封裝在葉輪內(nèi)。
[0064]如圖5所示，一個(gè)定子位于葉輪上方并在上泵殼I上，另一個(gè)定子位于葉輪下方并在下泵殼2上。每個(gè)定子包括多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)繞組69和背鐵環(huán)71。電機(jī)驅(qū)動(dòng)繞組69由導(dǎo)線的線圈構(gòu)成，并且可以具有圓形截面或根據(jù)需要可以具有其他合適的截面結(jié)構(gòu)。在圖8示出的一個(gè)實(shí)施例中，線圈具有圓形截面并且每個(gè)定子由在對(duì)應(yīng)背環(huán)外側(cè)上放置的6個(gè)線圈組成。線圈放置在背環(huán)上，使得線圈軸垂直于環(huán)表面。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，電機(jī)驅(qū)動(dòng)線圈69產(chǎn)生與葉輪驅(qū)動(dòng)磁鐵68的磁場(chǎng)相互作用而使葉輪旋轉(zhuǎn)的電磁場(chǎng)。背鐵環(huán)71用于提高驅(qū)動(dòng)磁鐵產(chǎn)生的磁通量。電機(jī)定子線圈產(chǎn)生的磁力還向葉輪提供次要徑向葉輪和軸向磁性預(yù)載荷支承。結(jié)果是，葉輪在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中在徑向和軸向上處于動(dòng)態(tài)平衡。應(yīng)該理解，僅僅需要一個(gè)定子來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)本發(fā)明的泵電機(jī)。由于如果一個(gè)定子組件不能工作，則另一個(gè)可以運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)，因而優(yōu)選兩個(gè)定子組件，但是運(yùn)轉(zhuǎn)能耗會(huì)增加。
[0065]在定子罩72和73內(nèi)容納各定子。每個(gè)定子罩與相應(yīng)泵殼密封,在一個(gè)實(shí)施例中，定子罩最接近電機(jī)驅(qū)動(dòng)磁鐵68處的薄壁厚度小于0.007英寸。薄壁允許在葉輪和定子之間使用陶瓷盤(pán)。每個(gè)定子罩具有密封的饋通結(jié)構(gòu)，用于與聯(lián)在一起的外部插頭或連接器29和31電連接。
[0066]圖9示出根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)實(shí)施例的植入的旋轉(zhuǎn)式血泵。流入插管7以頂部插入患者心臟76的左心室14。血液輸送移植物或管17將旋轉(zhuǎn)式血泵的血液出口與患者的主動(dòng)脈18連接。電源和控制電纜77可以與具有電源79的控制器78連接?？刂破?8和電源79可以植入患者的體內(nèi)或由患者佩戴。使用控制器為臨床醫(yī)生提供關(guān)于如何操作該裝置的信息，提供運(yùn)行狀態(tài)和警告條件，并可以根據(jù)需要控制葉輪轉(zhuǎn)速。例如，通過(guò)使用脈動(dòng)驅(qū)動(dòng)波形和在驅(qū)動(dòng)脈沖為零時(shí)測(cè)量轉(zhuǎn)子的反電動(dòng)勢(shì)，可以控制葉輪轉(zhuǎn)速。在共同擁有的國(guó)際申請(qǐng)N0.PCT/US00/40325(國(guó)際公布號(hào)為W001/05023A1)中提出了這種技術(shù)，在此引入該申請(qǐng)作為參考。
[0067]上述具體實(shí)施例是說(shuō)明性`的，基于這些實(shí)施例可以在不背離公開(kāi)內(nèi)容的精神或所附權(quán)利要求范圍的情況下引入多種變化。例如，在公開(kāi)內(nèi)容和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，不同說(shuō)明性實(shí)施例的要素和/或特征可以相互組合和/或相互代替。
【權(quán)利要求】
1.一種旋轉(zhuǎn)式血泵，包括: 限定圓柱形泵室的殼體，所述殼體具有連接在一起的上殼和下殼； 在所述泵室內(nèi)的軸上的可旋轉(zhuǎn)葉輪，所述葉輪具有圓形的周邊并具有多個(gè)凸起的主體，各所述主體被其間的流體流路繞所述葉輪的外圍分開(kāi)，各所述主體的外圍側(cè)壁凸出，其曲率半徑與所述葉輪的總體圓周相應(yīng)； 各所述凸起的主體的上表面在所述葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)鄰近所述上殼，在向上的軸方向上傾斜的傾斜表面區(qū)形成在至少一個(gè)所述凸起的主體鄰近所述葉輪的周邊的所述上表面上，并限定液力軸承面，所述液力軸承面具有較低壓力的入口端或前端以及較高壓力的退出端或尾端，使軸向向下作用在所述葉輪上的壓力在所述葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)增大；以及 各所述液力軸承面的所述較高壓力的退出端鄰近下游減壓面的較高壓力的入口端，所述下游減壓面形成在鄰近所述葉輪的所述上凸出面上，所述減壓面在向下軸向上傾斜并從所述液力軸承面分岔，從而在所述葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)形成較低壓力的退出端，所述減壓面的所述較高壓力的入口端通過(guò)其間的平坦的橋接面區(qū)與所述液力軸承面的較高壓力的退出端分開(kāi)。
2.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式血泵，其中各所述凸起的主體具有以約90度的角相交的兩個(gè)不等長(zhǎng)的直側(cè)壁。
3.如權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)式血泵，其中葉輪的所述凸起的主體中較長(zhǎng)的側(cè)壁對(duì)著交叉的鄰近葉輪的所述凸起的主體的較短側(cè)壁，并在其間限定流體流路。
4.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式血泵，其中所述液力軸承面相對(duì)于水平面的傾斜角小于I度。
5.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式血泵，其中所述平坦的橋接面的寬度在最窄處為約0.050英寸。.
6.如權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)式血泵，其中，各所述減壓面的傾斜角度大于各相關(guān)液力軸承面的傾斜角度。
7.如權(quán)利要求6所述的旋轉(zhuǎn)式血泵，其中所述減壓面相對(duì)于水平面傾斜2?4度。
8.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式血泵，其中每個(gè)所述凸起的主體的所述上表面設(shè)置有液力軸承面和相關(guān)的減壓面。
9.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式血泵，其中一個(gè)或多個(gè)所述凸起的主體構(gòu)造為用于磁化。
10.如權(quán)利要求9所述的旋轉(zhuǎn)式血泵，其中一個(gè)或多個(gè)所述凸起的主體適于提供磁極，以與電機(jī)定子I禹合。
11.如權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)式血泵，其中交替所述凸起的主體適于產(chǎn)生一個(gè)磁極，而調(diào)制所述凸起的主體適于產(chǎn)生相反磁極。
12.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式血泵，其中每個(gè)所述液力軸承面包括面向內(nèi)和向下傾斜的內(nèi)側(cè)凹部。
13.如權(quán)利要求12所述的旋轉(zhuǎn)式血泵，其中每個(gè)所述向下傾斜部的軸向下降距離為約0.012英寸，向下傾斜角為約8°。
14.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式血泵，其中一體結(jié)構(gòu)的鐵磁性葉輪由大約77.6%重量的鉬和22.4%重量的鈷的合金制成。
15.—種旋轉(zhuǎn)式血泵,包括: 限定基本上為圓柱形泵室的殼體； 在所述泵室內(nèi)的可旋轉(zhuǎn)的中心孔葉輪，所述葉輪具有圓形截面以及形成為中空鈦殼的多個(gè)凸起的主體，各所述中空鈦殼中的腔室可裝配有永久磁鐵，所述凸起的主體在其中夾著實(shí)心壁繞所述葉輪的外圍相隔約90度，每一壁元件限定每一對(duì)相鄰腔室的徑向邊界并包括一個(gè)或多個(gè)平衡孔或鉆孔，以改進(jìn)所述葉輪的重量并確保所述葉輪在所述血泵操作時(shí)均勻旋轉(zhuǎn)。
16.如權(quán)利要求15所述的旋轉(zhuǎn)式血泵血泵，其中每一所述平衡孔沿直徑對(duì)著含有另一所述平衡孔的壁元件。
17.如權(quán)利要求16所述的旋轉(zhuǎn)式血泵血泵，其中徑向最外的所述平衡孔之間的直徑距離為約1.22英寸。
18.如權(quán)利要求16所述的旋轉(zhuǎn)式血泵血泵，其中徑向最內(nèi)的所述平衡孔之間的直徑距離為約1.02英寸。
19.如權(quán)利要求15所述的旋轉(zhuǎn)式血泵血泵，其中所述平衡孔具有大約相等的直徑。
20.如權(quán)利要求15所述的旋轉(zhuǎn)式血泵血泵，其中每一所述平衡孔的縱向軸基本上平行于所述葉輪的旋轉(zhuǎn)軸延伸。
21.如權(quán)利要求15所述的旋轉(zhuǎn)式血泵血泵，其中每一所述腔室部分由一對(duì)所述實(shí)心壁限制。
【文檔編號(hào)】A61M1/12GK103432637SQ201310285851
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2007年1月12日 優(yōu)先權(quán)日:2006年1月13日
【發(fā)明者】杰弗里·A·拉羅斯, 理查德·K·萬(wàn)普勒, 維特羅特·英德拉維德 申請(qǐng)人:哈特威爾公司