離心血泵的制作方法

本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2013年10月11日，申請(qǐng)?zhí)枮?01380053302.9，發(fā)明名稱為“離心血泵”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

背景技術(shù)：

本發(fā)明涉及一種離心血泵，即具有旋轉(zhuǎn)葉輪的泵，血液通過(guò)離心血泵在向外的徑向方向輸送。

血泵特別地適合于長(zhǎng)期的血液運(yùn)輸，但同樣地可僅暫時(shí)使用，且提供每分鐘至少4升且多達(dá)10升的輸出速率。

例如美國(guó)專利6,623,475b1中描述了用于長(zhǎng)期使用的離心血泵。為了使得血泵適合于長(zhǎng)期使用，這類的血泵省略了機(jī)械軸承，以避免軸承的磨料顆粒污染血液的危險(xiǎn)且進(jìn)一步防止血栓形成在軸承處。另外，軸承磨損通常是血泵的最重要的壽命縮短參數(shù)。反而，泵的葉輪在泵殼體中的有限的間隙內(nèi)自由地可移動(dòng)。葉輪通過(guò)外部電磁驅(qū)動(dòng)器與設(shè)置在葉輪的葉片上的磁體配合而旋轉(zhuǎn)。葉輪的徑向定中心是由于葉輪磁體與驅(qū)動(dòng)裝置軸向配合而形成。然而，葉輪磁體的磁力趨于朝向電磁驅(qū)動(dòng)器軸向牽拉葉輪，且由此，抵靠將驅(qū)動(dòng)器與葉輪分離的壁。為了克服這樣的軸向吸引力，葉輪葉片包括支撐表面，其在旋轉(zhuǎn)期間流體動(dòng)力學(xué)地提升葉輪，以使得葉輪在流體緩沖上滑動(dòng)，流體緩沖即血液緩沖，由此與所述壁保持軸向距離。以此方式，葉輪無(wú)需任何軸承且無(wú)需任何葉輪安裝軸即可在徑向和軸向兩者上在泵殼體中定中心。

前述所提出的類型的血泵可與左心室的心尖部附接。血泵的流出移植物可與升主動(dòng)脈或降主動(dòng)脈附接。一旦就位，來(lái)自左心室的血液流動(dòng)通過(guò)血泵進(jìn)入主動(dòng)脈且循環(huán)進(jìn)入身體。電力地驅(qū)動(dòng)泵，驅(qū)動(dòng)纜線接近患者的皮膚且將植入的泵連接至戴在外部的控制器，該控制器可由電池供電。所需要的耗電量低于10w，在生理學(xué)相關(guān)的操作條件下優(yōu)選地在6w的范圍內(nèi)，使得即使當(dāng)構(gòu)造為電池供電的便攜式設(shè)備或當(dāng)與無(wú)線tet(經(jīng)皮能量輸送)或teit(經(jīng)皮能量和信息輸送)設(shè)備一起使用時(shí)，泵也具有長(zhǎng)使用壽命。

電磁驅(qū)動(dòng)器的類馬蹄形電磁鐵的磁極在葉輪的磁體的各自的磁極上方和下方設(shè)置在泵殼體的外側(cè)。電磁體的磁極的循環(huán)改變引起它們形成沿葉輪運(yùn)送的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)電磁體的磁極的改變協(xié)調(diào)地接近極限轉(zhuǎn)矩時(shí)，即，在運(yùn)送的電磁體和葉輪的各自承載的磁體之間具有相對(duì)大距離，此類型的電磁驅(qū)動(dòng)器可達(dá)到最大效率。然而，這具有副作用：在電磁體和葉輪磁體之間的軸向吸引力變得相對(duì)小，以使得葉輪上的徑向自動(dòng)定中心效果同樣小。由此，為了維持徑向自定中心效果，血泵不以其最大效率運(yùn)行。

為了增加現(xiàn)有技術(shù)的葉輪上的轉(zhuǎn)矩，可增加葉輪磁體的強(qiáng)度，即葉輪上的磁性材料的總量，但這由于血泵的尺寸和最大重量而被限制，對(duì)于本發(fā)明，血泵的尺寸和最大重量不應(yīng)當(dāng)超過(guò)40mm的直徑和12mm的高度且其重量應(yīng)少于50克，優(yōu)選地少于40克。另外，磁體越強(qiáng)，使泵啟動(dòng)越難，因?yàn)樵趩?dòng)階段葉輪的磁體依附電磁驅(qū)動(dòng)裝置的類馬蹄電磁體。

可替換地，可增加供應(yīng)至電磁體的能量。但這難以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楸玫哪芰肯膽?yīng)當(dāng)保持為低于10w，優(yōu)選地不超過(guò)6w，以使得當(dāng)構(gòu)造為電池供電的便攜式設(shè)備時(shí)泵具有長(zhǎng)使用壽命，或使其可由tet或teit設(shè)備驅(qū)動(dòng)。

由此存在普遍問(wèn)題：增加血泵的葉輪上的轉(zhuǎn)矩的同時(shí)保證葉輪軸向和徑向保持居中而不使用任何機(jī)械軸承。

如上所述的一般類型的離心血泵以馬薩諸塞州(massachusetts)福雷明罕(framingham)市的heartware國(guó)際公司(heartwareinternationalinc.)為熟知。葉輪一方面使用居中設(shè)置在泵殼體中的靜態(tài)磁體，另一方面使用安裝在葉輪的內(nèi)部周邊上的排斥磁體由被動(dòng)磁力徑向居中。然而，用于葉輪的徑向居中的附加磁體的設(shè)置實(shí)質(zhì)上增加泵的總重量。另外，葉輪的排斥磁體趨于朝向驅(qū)動(dòng)裝置的電磁體軸向吸引。因此，這樣的泵僅保證少數(shù)啟動(dòng)。另外，軸向磁力高達(dá)徑向平衡力的兩倍。這樣大量的軸向力不得不由軸向流體動(dòng)力學(xué)的提升力浮起，這限制了泵的最大旋轉(zhuǎn)速度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此本發(fā)明的主要目的是提供一種重量輕且可在葉輪上提供高轉(zhuǎn)矩的離心血泵，其中葉輪軸向和徑向居中而沒(méi)有任何機(jī)械軸承。本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種在泵啟動(dòng)時(shí)具有減小的摩擦力的離心血泵。

通過(guò)具有獨(dú)立權(quán)利要求1的特征的離心血泵實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的主要目標(biāo)。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式和進(jìn)一步的發(fā)展在從屬于權(quán)利要求1的權(quán)利要求中詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明的沒(méi)有機(jī)械軸承的離心血泵具有泵殼體，泵殼體有中心軸線、沿所述中心軸線設(shè)置的血液流入口和設(shè)置在泵殼體的周邊上的血液流出口，如從us6,623,475b1中所公知的。此外，離心血泵具有葉輪，葉輪繞所述中心軸線旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在泵殼體中且具有徑向延伸的葉片，葉片在其之間限定通道，用于徑向血液流動(dòng)。葉輪在有限的軸向間隙和有限的徑向間隙內(nèi)可自由地軸向和徑向移動(dòng)。葉輪設(shè)置有永磁體或永久磁化的磁性區(qū)域，其與電磁驅(qū)動(dòng)器配合以使得葉輪可被設(shè)定繞所述中心軸線旋轉(zhuǎn)，同樣如從us6,623,475b1中所公知的。根據(jù)本發(fā)明，徑向間隙由葉輪的外周邊和繞中心軸線以圓形設(shè)置在泵殼體內(nèi)的多個(gè)壁區(qū)段或圓形壁的內(nèi)表面限定，葉輪在徑向間隙中自由地可移動(dòng)。徑向間隙為100μm或小于100μm，以在泵殼體中為葉輪提供流體動(dòng)力學(xué)的徑向軸承。優(yōu)選地，徑向間隙為50μm或小于50μm。通過(guò)大約50μm的間隙，可以保證不變的提升力，同時(shí)允許足夠的血液經(jīng)過(guò)狹窄空隙以清洗所有泵和葉輪的表面。流體動(dòng)力學(xué)的徑向軸承使省掉任何機(jī)械徑向軸承成為可能且進(jìn)一步使省掉靜態(tài)磁性徑向軸承或至少減少靜態(tài)磁性徑向軸承的尺寸成為可能。

在葉輪和壁或壁區(qū)段之間的徑向間隙優(yōu)選地包括多個(gè)區(qū)段，當(dāng)從葉輪的旋轉(zhuǎn)方向看時(shí)，間隙徑向地匯聚在區(qū)段中。換句話說(shuō)，這些區(qū)段中，由葉輪和壁或壁區(qū)段之間的徑向間隙限定的空隙在周邊方向變得更小。結(jié)果是當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，血液被運(yùn)輸進(jìn)入間隙且由于間隙在葉輪的旋轉(zhuǎn)方向的匯聚，血液趨于促使葉輪遠(yuǎn)離壁或壁區(qū)段，從而有助于葉輪繞泵殼體的中心軸線的徑向居中同時(shí)使時(shí)間最小化，在該時(shí)間期間血液成分遭受顯著的剪切力。

匯聚區(qū)段可通過(guò)在壁或壁區(qū)段的徑向內(nèi)表面設(shè)置相應(yīng)的凹陷或通過(guò)給葉輪的外周邊表面設(shè)置各自的凹陷或坡道，或通過(guò)在葉輪的外周邊表面和壁或壁區(qū)段的徑向內(nèi)表面上設(shè)置凹陷或坡道的組合而實(shí)現(xiàn)。

為了防止葉輪由于在葉輪的永磁體和電磁體之間作用的吸引力而軸向地依附至相鄰的壁，優(yōu)選地提供具有無(wú)鐵磁芯的線圈的電磁驅(qū)動(dòng)器。在此情形中，為了使線圈生成必須的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)通常由貫穿現(xiàn)有技術(shù)的線圈的鐵磁芯提供，線圈(沒(méi)有芯)設(shè)置在與葉輪軸向間隔的平面中，即緊貼在葉輪磁體之上或之下，或優(yōu)選地以最小距離在葉輪磁體之上或之下。例如，將線圈與葉輪分離的壁可由100μm厚或甚至更薄的陶瓷盤(pán)組成。沒(méi)有鐵磁芯的情況下，當(dāng)電磁驅(qū)動(dòng)器不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪的磁體不會(huì)被磁性地吸引至電磁驅(qū)動(dòng)器。這基本上減少葉輪和軸向相鄰的壁之間的摩擦，不僅在葉輪設(shè)定旋轉(zhuǎn)時(shí)而且在其運(yùn)轉(zhuǎn)期間，因?yàn)閮商纂姶膨?qū)動(dòng)器線圈在葉輪的兩側(cè)為完全的鏡像，因此平衡了軸向力。因此，與現(xiàn)有技術(shù)的葉輪磁體相比，葉輪上的磁體可更強(qiáng)，因此進(jìn)一步增加可由電磁驅(qū)動(dòng)器施加至葉輪上的最大可能轉(zhuǎn)矩。

陶瓷盤(pán)的厚度選擇為使得其不嚴(yán)重地影響由線圈創(chuàng)建的磁場(chǎng)，但足夠強(qiáng)以抵抗與葉輪的滑動(dòng)接觸。因此，陶瓷盤(pán)的優(yōu)選厚度為在50至150μm的范圍中，優(yōu)選地為80至120μm，更優(yōu)選地為大約100μm。

線圈優(yōu)選地鑄封在聚合物基質(zhì)中以使他們穩(wěn)定且保護(hù)他們不被腐蝕。優(yōu)選地將線圈優(yōu)選地直接地或可替換地間接地安裝在上述的陶瓷盤(pán)上，這限制了葉輪的軸向運(yùn)動(dòng)，以使得線圈和陶瓷盤(pán)形成整體部件。鑄封(potted)有線圈的聚合物材料可直接鑄在陶瓷盤(pán)上。

線圈優(yōu)選地具有非圓形軸向橫截面，更優(yōu)選地具有基本上橢圓或梯形橫截面，以便更好地裝填可用空間，或換句話說(shuō)，以便增加線圈組的整體軸向橫截面。由于增加的線圈橫截面，可創(chuàng)建更強(qiáng)的磁場(chǎng)，且由此，可增加葉輪上的轉(zhuǎn)矩。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，葉輪葉片的徑向外表面和圓形壁或圓形設(shè)置的壁區(qū)段一起可限定流體動(dòng)力學(xué)的徑向間隙。在這些例子中，當(dāng)葉輪葉片的徑向外表面覆蓋葉輪的外周邊的大部分時(shí)是有益的。由此，至少一個(gè)或所有的葉輪葉片的周邊尺寸優(yōu)選地徑向增加，以使得葉輪的軸向橫截面可概略地具有三角形或梯形的形式。如上所述，葉輪葉片的徑向外表面可具有凹陷，該凹陷與圓形壁或圓形設(shè)置的壁區(qū)段的內(nèi)表面一起形成匯聚區(qū)段，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，血液被傳輸?shù)皆搮R聚區(qū)段中以便促使葉輪遠(yuǎn)離壁或壁區(qū)段。

如在葉輪的旋轉(zhuǎn)方向可見(jiàn)的，如果葉輪葉片具有相對(duì)于葉片的徑向延伸凸出的前沿表面，則進(jìn)一步有益。這種設(shè)計(jì)支持葉輪的徑向居中，且與具有直或凹面葉片的葉輪相比提供更加層狀的血液流。這進(jìn)一步在葉輪內(nèi)提供了更高的主要壓力增加。

已發(fā)現(xiàn)如果葉輪的縱橫比(即直徑與高度的比例)為4:1或更大，優(yōu)選地為6:1或更大則特別有益。縱橫比越大，葉輪關(guān)于繞旋轉(zhuǎn)軸線的擺動(dòng)越穩(wěn)定。

如果限定在葉輪葉片之間的徑向血液流動(dòng)通道相對(duì)寬，則總體進(jìn)一步有益。因此，代替為每個(gè)葉輪提供一個(gè)磁體或一個(gè)磁性區(qū)域，優(yōu)選的在一個(gè)葉輪葉片中結(jié)合兩個(gè)磁體或磁性區(qū)域。以此方式，葉輪葉片的數(shù)量可減半，從而使得葉輪葉片的寬度以及在其間的血液流動(dòng)通道的寬度加倍。因此，在優(yōu)選實(shí)施方式中，將每個(gè)具有北磁極和南磁極的第一磁體或磁性區(qū)域和第二磁體或磁性區(qū)域結(jié)合在一個(gè)葉輪葉片中，第一磁體或磁性區(qū)域的北磁極和南磁極相對(duì)于第二磁體或磁性區(qū)域的北磁極和南磁極顛倒設(shè)置。

由于根據(jù)本發(fā)明的血泵設(shè)計(jì)為長(zhǎng)期使用，因此必須保護(hù)葉輪的磁性材料不因與血液接觸而腐蝕。因此，優(yōu)選地用金屬整個(gè)地覆蓋葉輪的磁體或磁性區(qū)域，金屬諸如鈦或不會(huì)引起排斥的貴金屬。為了不無(wú)度地減少磁體的有效性，其厚度優(yōu)選地不多于50μm，更優(yōu)選地不多于20μm。

如果圓形壁設(shè)置在泵殼體內(nèi)部以與葉輪的外周邊一起限定流體動(dòng)力學(xué)的徑向間隙，則這樣的壁優(yōu)選地具有多個(gè)周邊地間隔的通口，用于血液從葉輪朝向泵殼體的血液流出口流動(dòng)。然而，在一個(gè)實(shí)施方式中，圓形壁可再分為在轉(zhuǎn)子的每一側(cè)上的兩個(gè)圓形環(huán)，其消除了對(duì)這樣的開(kāi)口的需求且導(dǎo)向360°環(huán)狀開(kāi)口。取決于兩個(gè)圓形壁環(huán)的壁厚度的360°流動(dòng)通口可以附加地用作提供第一壓力增加的第一擴(kuò)壓器。同樣地，周邊地間隔的通口可用作第一擴(kuò)壓器。當(dāng)用繞泵殼體的中心軸線設(shè)置成圓形的壁區(qū)段替代圓形壁時(shí)，不需要這樣的通口，因?yàn)檫@種情況中通口由相鄰的壁區(qū)段之間的空隙形成。

假如壁的厚度用于提供第一擴(kuò)壓器，壁的厚度優(yōu)選地為至少2mm。優(yōu)選地，環(huán)狀開(kāi)口或間隔的開(kāi)口的橫截面在徑向向外方向上增加，其中開(kāi)口或多個(gè)開(kāi)口的開(kāi)口角度優(yōu)選地不超過(guò)7°。更大的開(kāi)口角度會(huì)引起流的脫離且導(dǎo)致不期望的湍流。開(kāi)口沿圓形壁的周邊可相同和/或壁厚可為不變的。在一個(gè)實(shí)施方式中，開(kāi)口的高度、寬度和/或直徑可不同和/或壁厚(即開(kāi)口的長(zhǎng)度)可沿著圓形壁的周邊改變。這意味著血液在第一擴(kuò)壓器中的減速可為不變的或沿圓形壁的周邊改變。這樣，通過(guò)第一擴(kuò)壓器可實(shí)現(xiàn)沿葉輪的周邊的不變的壓力，以使得徑向流體動(dòng)力學(xué)的軸承為穩(wěn)定的且不由于泵入口處的壓力變化而震蕩或振動(dòng)。盡管擴(kuò)壓器效應(yīng)還可通過(guò)增加葉輪的直徑而實(shí)現(xiàn)，以使得通道作為擴(kuò)壓器，但優(yōu)選的是在圓形壁或壁區(qū)段中提供擴(kuò)壓器，因?yàn)槿~輪的更大的直徑導(dǎo)致在葉輪的外周邊處更大的剪切力。

為了避免由血液從葉輪穿過(guò)圓形壁或圓形地設(shè)置的壁區(qū)段朝向泵殼體的血液流出口的流動(dòng)引起的血液流的脈動(dòng)，壁或壁區(qū)段中的相鄰的通口之間的所有距離小于葉輪葉片的徑向外端之間的所有距離。因此，限定在兩個(gè)相鄰的葉輪葉片之間的通道一直對(duì)設(shè)置在圓形壁或圓形地設(shè)置的壁區(qū)段中的至少一個(gè)通口開(kāi)放。

環(huán)形擴(kuò)壓器優(yōu)選地設(shè)置在環(huán)形設(shè)置的壁或壁區(qū)段的外圍，且泵殼體的血液流出口優(yōu)選地切向地設(shè)置在泵殼體的周邊上，即環(huán)形擴(kuò)壓器優(yōu)選地在切向出口中終結(jié)。環(huán)形擴(kuò)壓器的橫截面優(yōu)選地沿其周邊方向線性或以指數(shù)方式增加?？商鎿Q地，環(huán)形擴(kuò)壓器可具有不變的橫截面。

本發(fā)明將進(jìn)一步詳細(xì)地描述關(guān)于兩個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式及他們的一些變形。根據(jù)第一實(shí)施方式，葉輪包括軸向間隔開(kāi)的第一盤(pán)和第二盤(pán)。每個(gè)盤(pán)具有磁性區(qū)域和中心開(kāi)口，中心開(kāi)口設(shè)置為軸向血液流中心地穿過(guò)盤(pán)，諸如軸向血液穿過(guò)第一盤(pán)流入和軸向血液穿過(guò)第二盤(pán)流出，或軸向血液穿過(guò)第一盤(pán)和第二盤(pán)兩者流入。在此第一實(shí)施方式中，葉輪的葉片設(shè)置在兩個(gè)磁盤(pán)之間以使得血液主要在兩個(gè)盤(pán)之間穿過(guò)由葉片限定的通道徑向流動(dòng)。

然而，血液的一小部分在盤(pán)之上和之下流動(dòng)以使得葉輪流體動(dòng)力學(xué)地支撐在其兩個(gè)軸向側(cè)且保證所有的表面被徹底清洗。在兩個(gè)盤(pán)之上和之下的血液流相對(duì)地低，但足夠保持葉輪與泵殼體軸向間隔。盤(pán)的各自表面優(yōu)選地為平面，各自相鄰的壁，諸如上述的陶瓷盤(pán)，同樣優(yōu)選地為平面以使得血液在平面盤(pán)表面和相鄰的平面壁之間流動(dòng)。由此，整體構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單。

然而，如果盤(pán)表面的一個(gè)或兩個(gè)和/或相鄰的壁中的一個(gè)或兩個(gè)設(shè)置繞中心軸線在周邊方向延伸的坡道，則流體動(dòng)力學(xué)的提升效應(yīng)可增加。

葉輪的第一和第二磁盤(pán)的徑向外周邊優(yōu)選地為圓形且形成葉輪的徑向最外周邊的至少一部分或全部，其與壁或多個(gè)壁區(qū)段的內(nèi)表面一起限定形成用于葉輪的流體動(dòng)力學(xué)的徑向軸承的徑向間隙。如上所述，在第一和第二盤(pán)的外周邊為有助于用于葉輪的流體動(dòng)力學(xué)的徑向軸承的單獨(dú)的葉輪部分的情況中，多個(gè)壁區(qū)段可包括上圓形壁區(qū)段和下圓形壁區(qū)段，上圓形壁區(qū)段和下圓形壁區(qū)段軸向間隔，以便形成一個(gè)連續(xù)的周邊通口，用于血液從葉輪朝向泵殼體的血液流出口流動(dòng)。由此，可省略阻擋或妨礙徑向離開(kāi)葉輪的血液的任何壁區(qū)段。結(jié)果是，血液流更具層狀且減少了血液損傷。

然而，如上所述，當(dāng)壁或多個(gè)壁區(qū)段設(shè)置有多個(gè)周邊地間隔的通口以用于血液從葉輪朝向血液流出口流動(dòng)時(shí)，兩個(gè)相鄰的通口之間的所有距離優(yōu)選地小于葉輪葉片的徑向外端之間的所有距離，以避免血液流的脈動(dòng)。以此方式，限定在葉輪葉片之間的所有徑向血液流通道總是與泵殼體的流出開(kāi)口流動(dòng)連通。

根據(jù)第一實(shí)施方式的變形，第一和第二盤(pán)不形成葉輪的外周邊，相反地，第一和第二盤(pán)的一個(gè)或兩個(gè)均由圓形邊緣周邊地圍繞，圓形邊緣從葉輪葉片的一個(gè)軸向側(cè)或多個(gè)軸向側(cè)軸向地延伸且與葉片整體地互相連接。在此變形例中，圓形邊緣形成葉輪的徑向最外周邊的部分或全部，且承擔(dān)相同的流體動(dòng)力學(xué)的軸承功能，該流體動(dòng)力學(xué)的軸承功能在上文關(guān)于第一和/或第二磁盤(pán)的外周邊有助于葉輪的流體動(dòng)力學(xué)的徑向軸承的變形例中已經(jīng)解釋。

除了葉片由磁性材料整體地形成的情況，在第一實(shí)施方式的此變形例中和此實(shí)施方式的其它變形例中以及本發(fā)明的其它實(shí)施方式中，優(yōu)選地將葉輪的所有葉片一起形成為整體注塑成型件。

第二實(shí)施方式與第一實(shí)施方式的不同之處在于：葉輪僅包括一個(gè)盤(pán)而不是兩個(gè)盤(pán)。單個(gè)盤(pán)具有中心開(kāi)口，其設(shè)置用于軸向血液流穿過(guò)盤(pán)，以及葉輪葉片設(shè)置在盤(pán)上以從盤(pán)的兩個(gè)軸向側(cè)軸向延伸。在此第二實(shí)施方式中，葉輪葉片形成為磁體，即他們整體地由磁性材料形成，或具有磁性區(qū)域。這是重要的，因?yàn)楸P(pán)在葉輪內(nèi)部居中設(shè)置，且因此相對(duì)遠(yuǎn)離磁驅(qū)動(dòng)器的線圈。盤(pán)可因此僅少量有助于通過(guò)血泵可實(shí)現(xiàn)的最大轉(zhuǎn)矩，即使其由磁性材料制成。不過(guò)，根據(jù)第二實(shí)施方式的一個(gè)變形例，盤(pán)和葉片兩者可由鐵磁金屬制成。鐵磁金屬為永久磁化的以使得提供沿葉輪的整個(gè)周邊的交替的磁性區(qū)域，優(yōu)選地不中斷。在此變形例中甚至可能且進(jìn)一步優(yōu)選地將盤(pán)和葉片形成為整體的鐵磁金屬件，包括盤(pán)的所述件被磁化。

由于由金屬制成的盤(pán)實(shí)質(zhì)上增加了血泵的整體重量，所以第二實(shí)施方式的另一個(gè)優(yōu)選變形例提供了包括聚合物材料或整個(gè)由聚合物材料制成的盤(pán)。由此可減少血泵的整體重量。

根據(jù)第二實(shí)施方式的另一個(gè)變形例，盤(pán)和葉輪葉片可由兩個(gè)半殼組成，在兩個(gè)半殼中容置有磁體。殼可注塑成型。

在此第二實(shí)施方式中，圓形壁或圓形設(shè)置的壁區(qū)段可還設(shè)置有多個(gè)周邊間隔的通口，用于血液從葉輪朝向血液流出口流動(dòng)，由此，如已解釋的，為了防止血液流的脈動(dòng)，兩個(gè)相鄰的通口之間的所有距離優(yōu)選地小于葉輪葉片的徑向外端之間的所有距離。

然而，在變形例中，壁可徑向向內(nèi)延伸，以與葉輪盤(pán)的圓形徑向外表面一起形成用于葉輪的流體動(dòng)力學(xué)的徑向軸承。因此，血液可離開(kāi)葉輪朝向泵殼體的血液流出口，血液流出口部分地在徑向延伸壁之上且部分地在徑向延伸壁之下，而沒(méi)有任何壁區(qū)段阻擋或妨礙這樣的血液流。

在第二實(shí)施方式中，類似于在us6,623,475b1中公開(kāi)的現(xiàn)有技術(shù)的血泵，為軸向安裝葉輪設(shè)置有流體動(dòng)力學(xué)的軸承，以便當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，將葉輪從諸如上述的陶瓷盤(pán)的相鄰的壁或多個(gè)壁提升。因此，葉輪葉片具有上下表面，由此，上下表面的一個(gè)或兩個(gè)與各自相鄰的壁一起限定具有區(qū)段的軸向間隙，間隙在區(qū)段中沿周邊方向匯聚。更具體地，上下表面設(shè)置繞中心軸線在周邊方向延伸的坡道，以便在葉輪上創(chuàng)建流體動(dòng)力學(xué)的軸向力。上下表面的一個(gè)或多個(gè)的坡道可形成為各自葉片的逐漸變成直線區(qū)段的彎曲的或錐形的前沿邊，如在葉輪的旋轉(zhuǎn)方向中可見(jiàn)，直線區(qū)段可為水平(即垂直于中心軸線)或傾斜。

附圖說(shuō)明

下文中將參考附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，其中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的血泵的透視圖，

圖2示出了如圖1中所示的血泵，沒(méi)有上電磁線圈組和平面陶瓷表面，

圖3示出了如圖2中示出的血泵，沒(méi)有葉輪，

圖4示出了如圖2中示出的血泵，沒(méi)有上泵容置殼且沒(méi)有葉輪的上磁盤(pán)，

圖5示出了可替換的顛倒的上泵容置殼，具有無(wú)流體動(dòng)力學(xué)的袋狀部的壁，

圖6示出了血泵的下泵容置殼，其具有設(shè)置在薄陶瓷盤(pán)上的下電磁線圈組，

圖7示出了圖1的血泵的橫截面視圖，

圖8示出了圖1的血泵的葉輪的葉片轉(zhuǎn)子，

圖9示出了第一可替換的葉片轉(zhuǎn)子，

圖10示出了第二可替換的葉片轉(zhuǎn)子，

圖11示出了第三可替換的葉片轉(zhuǎn)子，

圖12示出了用于圖1的血泵的可替換的葉輪，其整體地由鐵磁材料制成，

圖13圖示性地示出了不同葉片轉(zhuǎn)子形式的俯視圖，

圖14示出了血泵的第二實(shí)施方式的葉輪的第一變形例，

圖15示出了第二實(shí)施方式的葉輪的第二變形例，

圖16示出了第二實(shí)施方式的葉輪的第三變形例，

圖17示出了第二實(shí)施方式的葉輪的第四變形例，

圖18示出了類似于圖5的可替換的顛倒的上泵容置殼，其具有足夠厚度的壁，以使得開(kāi)口可用作擴(kuò)壓器，以及

圖19示出了圖18中示出的上泵容置殼的壁的橫截面視圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出了具有包括上殼2和下殼3的殼體1的離心血泵的第一實(shí)施方式。上殼2和下殼3每個(gè)具有容納在其中的一組六個(gè)電磁線圈5的圓形凹陷4。線圈的數(shù)量可不同且優(yōu)選地可由3除開(kāi)。線圈5不具有任何鐵磁芯。優(yōu)選地，線圈5具有橢圓形狀且可替換地可具有梯形形狀，以完全地利用凹陷4內(nèi)的可用空間。線圈5包封在直接地在非常薄的圓形陶瓷盤(pán)6上的聚合物基質(zhì)中，圓形陶瓷盤(pán)6具有僅大約100μm的厚度。陶瓷盤(pán)6具有構(gòu)成血液流入口的中心孔7，當(dāng)血泵適當(dāng)?shù)剡B接至例如左心室的心尖部時(shí)，血液穿過(guò)中心孔7可進(jìn)入血泵。血液將穿過(guò)血液流出口21離開(kāi)血泵。陶瓷盤(pán)6和安裝在其上的電磁線圈5一起形成單一線圈組件。

圖2示出了沒(méi)有線圈組件5、6的圖1的血泵。如可見(jiàn)，泵殼體1的上殼2中的凹陷4具有壁架8，陶瓷盤(pán)6安置在壁架8上。壁架8在凹陷4內(nèi)限定臺(tái)階或另外的凹陷，其中容納葉輪9以使得葉輪9可繞泵殼體1的中心軸線旋轉(zhuǎn)。葉輪9包括上磁盤(pán)10和下磁盤(pán)(未示出)以及夾在兩個(gè)磁盤(pán)10之間的另外的葉片轉(zhuǎn)子11。葉輪9的上表面和下表面和兩個(gè)線圈組件的上陶瓷盤(pán)和下陶瓷盤(pán)6的軸向內(nèi)表面限定有限的軸向間隙，葉輪9在軸向間隙內(nèi)可自由地軸向移動(dòng)。葉輪9的徑向外周邊和階梯凹陷4的下內(nèi)表面一起限定徑向間隙，葉輪9在徑向間隙內(nèi)可自由地徑向移動(dòng)。

在圖3中可更好地看到凹陷4的限制用于葉輪9的徑向間隙的下壁12。壁12無(wú)需依靠支撐物且具有通口13，由葉輪徑向推進(jìn)的血液可經(jīng)過(guò)該通口13進(jìn)入設(shè)置在壁12的外圍的環(huán)形擴(kuò)壓器20(圖4)中。壁可替換地可包括軸向延伸且間隔開(kāi)的壁區(qū)段，壁區(qū)段在其間設(shè)置有通口，從而代替具有通口13的壁12。

壁12進(jìn)一步設(shè)置有袋狀部14，其構(gòu)造為當(dāng)葉輪繞泵殼體的中心軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，增強(qiáng)葉輪9上的流動(dòng)力學(xué)的徑向軸承效應(yīng)。在袋狀部14的壁區(qū)段，限定在葉輪9的外周邊和壁12的內(nèi)表面之間的徑向間隙徑向匯聚，當(dāng)在葉輪的旋轉(zhuǎn)方向上看時(shí)，這在圖3中以箭頭指示。

圖4示出了具有葉片轉(zhuǎn)子11的下殼3，移除了葉輪9的上和下磁盤(pán)10。如可見(jiàn)，葉片轉(zhuǎn)子11具有由中心圓環(huán)16以及兩個(gè)上下周邊環(huán)17，18一起保持的三個(gè)徑向延伸的葉片15。通道19限定在葉片15之間，用于使血液從血液流入口(對(duì)應(yīng)于中心孔7)徑向流動(dòng)至設(shè)置在葉片轉(zhuǎn)子11的外圍的環(huán)形擴(kuò)壓器20，且進(jìn)一步流至泵殼體的血液流出口21。當(dāng)葉輪9旋轉(zhuǎn)時(shí)，上下周邊環(huán)17，18將沿壁12滑動(dòng)，也就是在壁12的通口13之上和之下，而葉片15的徑向外表面22和限定在其間的通道19會(huì)沿壁12的通口13(見(jiàn)圖3)穿過(guò)。壁12中的兩個(gè)相鄰的通口13之間(或相應(yīng)的軸向延伸壁區(qū)段之間)的距離定尺寸為使得它們小于在葉片轉(zhuǎn)子11的葉片15的徑向外端之間的所有距離。以此方式，可避免血液流動(dòng)穿過(guò)葉輪9的脈動(dòng)，因?yàn)槿~輪的血液流動(dòng)通道在徑向向外方向一直開(kāi)放。

圖5示出了可替換的上殼2’，其不同于圖3中的上殼2之處在于，其具有更多數(shù)量的通口13，以及更重要的，壁12的內(nèi)表面沒(méi)有袋狀部14。然而，一旦葉輪9設(shè)定旋轉(zhuǎn)，將建立流體動(dòng)力學(xué)的徑向軸承?？商鎿Q地(未示出)，壁12可分成形成上殼2的部分的上圓形壁區(qū)段和下殼3的下圓形壁區(qū)段，每個(gè)壁區(qū)段優(yōu)選地設(shè)置有上述的袋狀部14，連續(xù)的圓形通口13形成在兩個(gè)圓形壁區(qū)段之間。

圖6示出了泵殼體1的下殼3，其只有定位在下殼3的凹陷(未示出)中的下線圈組件5，6。線圈組件5，6的中心開(kāi)口7可設(shè)置在一個(gè)或兩個(gè)線圈組件上，由此允許軸向血液從葉輪的僅一側(cè)或兩側(cè)流入。

圖7示出了上述血泵的剖視圖，其中對(duì)所有元件相應(yīng)地標(biāo)號(hào)。如可見(jiàn)，上下線圈組件5，6的尺寸和結(jié)構(gòu)相同。下陶瓷盤(pán)6可支撐在上殼2的壁12的自由端上。如圖7中的剖視圖中所示，在每一側(cè)承載磁盤(pán)10的葉輪9的葉片轉(zhuǎn)子11在一側(cè)通過(guò)葉片15切割，且在另一側(cè)通過(guò)限定在兩個(gè)葉片15之間的通道19切割。從圖7中的剖視圖進(jìn)一步變得明顯的是，在此實(shí)施方式中，環(huán)形擴(kuò)壓器20的橫截面在血泵的周邊方向上增大。

當(dāng)葉輪9旋轉(zhuǎn)，血液徑向流動(dòng)通過(guò)通道19，且還在葉輪9的磁盤(pán)10之上和之下在磁盤(pán)10和陶瓷盤(pán)6之間。他們的相互接觸表面為平面?？商鎿Q地，這些表面的一個(gè)或兩個(gè)可具有在周邊方向延伸的坡道，以便在葉輪上創(chuàng)建流體動(dòng)力學(xué)的提升效應(yīng)。盡管下陶瓷盤(pán)6示出為具有相似于上陶瓷盤(pán)6的中心孔的中心孔，但是下陶瓷盤(pán)6優(yōu)選地不具有中心孔，而是完全地密封以抵抗血液泄漏。

圖8分離地示出了葉片轉(zhuǎn)子11，其包括葉片15和他們的徑向外表面22、限定在葉片15之間的通口13、中心圓環(huán)16以及上下外周邊環(huán)17和18，上下外周邊環(huán)17和18將葉片15連接以形成整體件，其優(yōu)選地注塑成型。葉輪9的葉片15具有軸向延伸的前沿邊23，如在葉輪的旋轉(zhuǎn)方向可見(jiàn)，其呈曲線或呈錐形，以增強(qiáng)徑向外表面22的流體動(dòng)力學(xué)的效應(yīng)并減少血液損傷。葉片15的數(shù)量可以多于三個(gè)，例如四、五或六個(gè)。同樣地，葉片的角度擴(kuò)張α可大于或小于圖8中所示出的。同樣，葉片的內(nèi)直徑可大于或小于圖8中所示出的。

圖9、10和11示出了葉片轉(zhuǎn)子11的第一、第二和第三變形例。圖9中的葉片轉(zhuǎn)子11與圖8中的葉片轉(zhuǎn)子11的不同在于：上和下周邊環(huán)17和18是斷開(kāi)的。主要通過(guò)葉片15的徑向外表面22，此葉片轉(zhuǎn)子11的變形例實(shí)現(xiàn)了用于葉輪9的流體動(dòng)力學(xué)的徑向軸承?？商鎿Q地，可形成磁盤(pán)10(未在圖9中示出)以使得其裝填上下周邊環(huán)17、18的缺失區(qū)段的空間。此處同樣的，如果葉輪的葉片15具有軸向延伸的前沿邊是有利的，如在葉輪的旋轉(zhuǎn)方向可見(jiàn)，該前沿邊為曲線或錐形，以增強(qiáng)葉輪的流體動(dòng)力學(xué)的徑向軸承的流體動(dòng)力學(xué)的效應(yīng)并減少血液損傷。

圖10示出了葉片轉(zhuǎn)子11的第二變形例，其中葉片15形成為直線條，以使得限定在相鄰的葉片15之間的通道19相應(yīng)地增加。

圖11中的葉片轉(zhuǎn)子11由聚合的類墊圈盤(pán)形成，該聚合的類墊圈盤(pán)具有多個(gè)可在葉片轉(zhuǎn)子11的中心區(qū)域重疊的徑向延伸的通道19。徑向通道19可具有不變的橫截面，或如19.1處示出的，可具有朝向外周邊增加的橫截面。

在到目前為止描述的實(shí)施方式中以及實(shí)施方式的所有變形例中，磁盤(pán)10在相反方向的區(qū)段內(nèi)被磁化。每個(gè)區(qū)段在盤(pán)的上側(cè)處具有第一磁極且在盤(pán)的下側(cè)具有相應(yīng)的相反磁極。磁化區(qū)段的數(shù)量?jī)?yōu)選地為八個(gè)但同樣可為四個(gè)或十二個(gè)，且應(yīng)當(dāng)不同于線圈5的數(shù)量。此外，代替上下周邊環(huán)17和18，圓形磁盤(pán)10的徑向尺寸可使得磁盤(pán)的外周邊徑向表面替代上下周邊環(huán)17、18。在此情況中，葉片15僅通過(guò)中心圓環(huán)16相互連接。優(yōu)點(diǎn)是存在更多的磁性材料，以使得由葉輪提供的最大轉(zhuǎn)矩可因此增加。

圖12示出了葉輪的又一個(gè)變形例，其可用于與根據(jù)第一實(shí)施方式的血泵連接。此處葉輪整體地由永久磁化的鐵磁材料制成，即不僅上下磁盤(pán)10，而且徑向延伸的葉片15也是有磁性的。再一次，葉片15具有軸向延伸的前沿邊23，如在葉輪的旋轉(zhuǎn)方向可見(jiàn)，該前沿邊23是曲線或錐形的，以減少血液損傷。為了減少腐蝕的可能性并增加血液相容性，轉(zhuǎn)子可由聚合物或金屬外殼包封或防護(hù)?？稍诰酆夏Ｋ芄に囍谢蛲ㄟ^(guò)金屬電沉積提供包封。

葉片轉(zhuǎn)子11可具有多于三個(gè)的葉片15，且葉片15的形式不需要為三角形或梯形或直線。圖13圖示地示出了多種葉片轉(zhuǎn)子形式的俯視圖。在這些形式中，具有彎曲葉片的葉片轉(zhuǎn)子為優(yōu)選。在葉輪的旋轉(zhuǎn)方向看時(shí)，當(dāng)葉輪葉片15的前沿表面22b相對(duì)于其徑向延伸凸出是特別優(yōu)選的。

圖14示出了血泵的第二實(shí)施方式的葉輪9的第一變形例。在第二實(shí)施方式中的泵殼體1、上殼2、下殼3、凹陷4、包括線圈5和陶瓷盤(pán)6的線圈組件、泵殼體1內(nèi)的壁12或壁區(qū)段、延伸穿過(guò)壁12或在相應(yīng)壁區(qū)段之間的通口13、環(huán)形擴(kuò)壓器20以及血液流出口21與在上述第一實(shí)施方式中的那些相同。在第二實(shí)施方式中唯一的區(qū)別是葉輪9，其僅包括具有中心開(kāi)口7的一個(gè)盤(pán)10，而不是兩個(gè)磁盤(pán)10。第二實(shí)施方式中的盤(pán)10居中設(shè)置，如在軸向方向可見(jiàn)，且可具有磁性或不具有磁性。葉輪9的葉片15從盤(pán)10的兩個(gè)軸向側(cè)軸向延伸且形成為磁體或可具有磁性的區(qū)域。血液流動(dòng)通道19限定在相鄰的葉片15之間。

此外，在第二實(shí)施方式的變形例中，設(shè)置在泵殼體內(nèi)的壁12或壁區(qū)段可形成為水平設(shè)置的徑向向內(nèi)延伸的壁，以與中心盤(pán)10的圓形徑向外表面一起形成上述的流體動(dòng)力學(xué)的徑向軸承。

在圖14中示出的第二實(shí)施方式的第一變形例中，葉輪9的葉片15和盤(pán)10由磁化材料制成。相鄰的磁性區(qū)域之間的邊界由虛線指示。葉輪9的旋轉(zhuǎn)方向由箭頭指示。此處再一次，葉片15的軸向延伸的前沿邊為圓形的或錐形的以增強(qiáng)徑向流體動(dòng)力學(xué)的軸承效應(yīng)并減少血液損傷。此外，葉片15的水平的前沿邊24也是圓形的或錐形的以增強(qiáng)軸向流體動(dòng)力學(xué)的軸承效應(yīng)并減少血液損傷。更進(jìn)一步，盡管從附圖中不易辨認(rèn)，葉片的上下軸向表面25呈輕微錐形以提供周邊地延伸的坡道，以在葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)創(chuàng)造將葉輪從各自相鄰的壁(未示出)提升的流體動(dòng)力學(xué)的軸向力。類似地，如已經(jīng)關(guān)于第一實(shí)施方式解釋的，葉片15的徑向外表面22可同樣地從較小半徑變化至較大半徑，如在葉輪的旋轉(zhuǎn)方向中可見(jiàn)，以與圓形壁12或在泵殼體1中圓形設(shè)置的壁區(qū)段一起形成徑向匯聚間隙區(qū)段，以增強(qiáng)葉輪上的徑向流體動(dòng)力學(xué)的軸承效應(yīng)。

圖15示出了葉輪9的第二變形例，其與圖14中所示出的類似，除了盤(pán)10和葉片15由兩個(gè)半殼26、27組成，磁體容置在兩個(gè)半殼26、27中。半殼26、27可注塑成型。

圖16示出了第二實(shí)施方式中的葉輪9的第三變形例，其與圖15中示出的變形例類似。此處，兩個(gè)磁體容置在每個(gè)葉片15內(nèi)，用n和s指示各自磁體的北極和南極的交替。再一次，如上關(guān)于圖14所描述的，可替換地，葉片15和盤(pán)10可整體地用鐵磁材料形成且以區(qū)段磁化。

最后，圖17中示出了第二實(shí)施方式中的葉輪9的第四變形例。此變形例相似于圖14中示出的變形例，除了盤(pán)10不一定由磁化材料制成。此處替代的，盤(pán)10可由聚合物制成且具有多個(gè)圓形地設(shè)置的軸向通口，葉片15插入軸向通口中以使得他們從盤(pán)10的一個(gè)軸向側(cè)延伸至盤(pán)10的另一個(gè)軸向側(cè)。

在上述的第二實(shí)施方式的所有變形例中，葉片15可具有不同的軸向橫截面，其與圖13中圖示地示出的那些中的一個(gè)類似。然而，在第二實(shí)施方式中，由于只有葉片15的上下軸向表面有助于流體動(dòng)力學(xué)的軸向軸承，因此優(yōu)選葉片15具有大的軸向橫截面。

圖18示出了可替換的上殼2"，其與圖5中的上殼2'的不同在于：無(wú)需支撐的壁12具有更大的厚度且開(kāi)口13在徑向向外方向發(fā)散?？商鎿Q地(未示出)，無(wú)需支撐的壁12可分成形成上殼2的部分的上圓形壁區(qū)段以及下殼3的下圓形壁區(qū)段，連續(xù)的圓形通口形成在兩個(gè)圓形壁區(qū)段之間。連續(xù)的圓形通口還可具有在徑向向外方向發(fā)散或增加的橫截面。在圖19中示出了漸增的橫截面，其示出了圖18的壁在軸向方向的橫截面視圖。血液沿箭頭的方向流動(dòng)。需注意的是在設(shè)置具有周邊地間隔的開(kāi)口13的壁的情況，如在徑向橫截面視圖中可見(jiàn)的，開(kāi)口優(yōu)選地也發(fā)散。為了避免流的脫離，開(kāi)口角度為7°或更小。在此變形例中，開(kāi)口13或圓形開(kāi)口用作為提供壓力增加，即附加的泵效果的第一擴(kuò)壓器。第一擴(kuò)壓器還可通過(guò)保持沿葉輪的周邊的壓力不變而穩(wěn)定葉輪的徑向流體動(dòng)力學(xué)的軸承。為此目的，在第一擴(kuò)壓器中的血液的減速可不變或可隨圓形壁12的周邊變化，例如通過(guò)改變高度、寬度和/或開(kāi)口13的直徑和/或壁厚度(即開(kāi)口13的長(zhǎng)度)。