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搏动轴流血泵的制作方法

2026-02-03 23:28:10
作者:小编
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  在心脏辅助装置的近半个世纪的研究过程中,其材料、结构、制作工艺、功能和使用寿命等方面在不断地改进、发展,出现了气动、电动、电液压等不同驱动方式,所产生的血流也更接近生理心脏。心脏辅助装置是危重病人维持生命的重要手段。分为最终替代、等待移植和降低心脏负荷、促进功能恢复三种方式。

  据统计,我国有400万心衰患者。随着医学科学的不断发展,急性心功能衰竭、心脏手术后不能脱离体外循环机、等待心脏移植和终末期心脏病人越来越多,急需心脏辅助短期过渡或维持较长时间等待心脏供体或长期辅助。因此,要求辅助装置不仅要有良好的耐久性,极小的血液破坏性,还要具有低噪音、低耗能、小型化、可植入等特性。轴流泵恰好具有上述优点,一般放置在心脏外,在左心室心尖部和升主动脉或降主动脉,右上肺静脉插入左房和升主动脉建立通路,将左室或左房血液打入主动脉,以维持全身血液供应。常用的心脏辅助装置有离心泵和轴流泵,轴流泵对血液的破坏程度要比离心泵更加轻微,且具有体积小,携带方便等优点,因此,研究可植入体内、轴流式心室辅助装置,成为目前研究的热点课题。动压液浮技术首次在轴流泵中应用,进一步推动了轴流泵的研究和发展,使心脏辅助装置逐步完善成为可能。

  目前常用的轴流泵有(1)MicroMed DeBakey型心室辅助泵,用于等待心脏移植的患者,临床已有五年的经验;(2)Nimbus公司设计的HeartMate II;(3)Jarvik 2000,在临床应用中,取得了良好的效果;(4)由日本Terumo公司的Akamatsu设计研制的轴流泵在动物实验中取得了满意的进展;(5)Yamazaki等设计的放置在心室内的轴流泵。(6)德国制berlin Heart型轴流血泵。(7)以改善心源性休克病人的血流动力学和减轻左室负荷,促进心脏功能恢复的轴流泵—hemopump。所述传统的轴流泵难于解决叶片转动过程中和转子轴端切割血液造成对血液和凝血机制破坏的难题。

  通常使用的心脏辅助装置可导致各种细菌甚至真菌的感染,血栓形成,破坏血液,降低免疫功能。长期应用轴流泵进行平流灌注仍有一定的争议,实验证明,长期应用无搏动血流可导致主动脉管壁结构变薄以及血管收缩功能下降。搏动血流更符合人体生理需要。且轴流泵的轴颈部与其支承间磨损,导致血液的破坏和血栓的形成。应用动压液浮技术使转子悬浮,工作状态中,轴与支承间形成流动的血膜,避免轴与支承间的摩擦,可减少血液破坏和防止血栓形成,明显延长泵的使用寿命。

  轴流血泵在心室辅助方面的进展很快。如Jarvik 2000轴流泵;Cleveland Clinic离心泵;Streamliner混合血泵。这些血泵都是由高速旋转的推进器驱动血流,而起到心室辅助的作用。就Jarvik 2000而言,轴与血液的密切接触,可能产生血液破坏,且易于形成血栓。应用动压液浮技术使轴与支承间形成流动的血膜,可产生最小的血液破坏。轴内流动的血液对轴的冲刷,减少了血栓形成的机会。转子悬浮,明显减少能量消耗。

  本发明的目的是轴端应用动压液浮技术使转子悬浮。通过定子绕组的电流、电压、脉宽、频率变化产生脉动转速,形成搏动血流,驱动永磁转子带动螺旋推进装置高速转动。应用心率和心电活动与电机同步控制原理,形成适合个体的搏动血流和频率,推动血液单向流动,辅助或完全代替心脏泵血。

  本发明所述的一种搏动轴流血泵,它由定子、转子组成。定子由定子绕组和定子壳组成。转子由高能级的磁体与推进装置组成,其推进装置由螺旋转子、中心轴和固定在转子上互成60°三对柱状磁体组成,形成一个螺旋密封的血液单向推进通道;转子通过中心轴两圆柱形轴端置入支承轴套内,轴端应用动压液浮技术使转子悬浮。通过定子绕组的电流、电压、脉宽、频率变化产生脉动转速,产生同步搏动血流,驱动永磁转子带动螺旋推进装置高速转动,应用心率和心电活动与电机同步控制原理,形成适合个体的搏动血流和频率,推动血液单向流动,辅助或完全代替心脏泵血。所述转子的两端分别为泵的入口和出口。

  如上所述的搏动轴流血泵,在转子轴端应用动压液浮技术(转子轴端支承部分刻有10°-90°的螺旋槽,槽数1-20条,槽深0.05微米-50微米),使转子悬浮。

  如上所述的搏动轴流血泵,转子上由互成60°三对柱状磁体组成,沿径向粘接,按N-S排列构成,表面应用无磁不锈钢或钛合金。

  如上所述的搏动轴流血泵,其柱状螺旋叶片由互成120°的三片组成,按等螺距排列,固定于转子上;其螺距和叶片角度的设计,以满足对血液产生最小摩擦阻力和最小涡流的要求。

  如上所述的搏动轴流血泵,位于定子内套两端,固定中心轴的圆柱形轴端的支承,是由互成90°的四条或120°的三条支承结构组成。

  如上所述的搏动轴流血泵,在所述转子内套、柱状永磁材料、螺旋叶片和中心轴的表面上均覆盖有肝素生物涂层。

  如上所述的搏动轴流血泵,通过定子绕组的电流、电压、脉宽、频率变化产生脉动转速,驱动永磁转子带动螺旋推进装置高速转动,产生搏动血流。

  如上所述的搏动轴流血泵,应用心率和心电活动与电机同步控制原理,形成适合个体的搏动血流和频率,推动血液单向流动。

  本发明的优点和积极的效果如下1.本发明提供一种转子轴端动压液浮技术使转子悬浮,应用动压液浮技术使轴与支承间形成流动的血膜,可产生最小的血液破坏。轴内流动的血液对轴的冲刷,减少血栓形成的机会。转子悬浮,可明显减少能量消耗。

  2.本发明提供转子轴端动压液浮技术使转子悬浮,应用动压液浮技术使轴与支承间形成流动的血膜,可明显提高轴流血泵的使用寿命,使血泵长期植入成为可能。

  3.本发明提供的搏动轴流血泵,通过定子绕组的电流、电压、脉宽、频率变化产生脉动转速,驱动永磁转子带动螺旋推进装置高速转动,形成搏动血流,更适合人体需要。

  4.本发明提供的搏动轴流血泵,应用心率和心电活动与电机同步控制原理,产生和个体同步的搏动血流,明显改善组织灌注。

  本发明所述的搏动轴流血泵,包括(1)定子绕组缠绕在定子铁芯上;(2)一个圆柱形转子位于轴流泵的中央;(3)转子上由多对柱状磁体组成,位于流出道;(4)多条螺旋叶片固定于转子的表面,位于流入道;(5)转子通过中心轴两圆柱形轴端置入支承轴套内,轴端应用动压液浮技术使转子悬浮。(6)定子绕组用环氧树脂密封在外壳体内,用激光焊接密封外壳体。(7)通过计算机软件控制直流无刷电机线路板,实现定子绕组的电流、电压、脉宽、频率变化产生脉动转速,驱动永磁转子带动螺旋推进装置高速转动,形成搏动血流。(8)应用心率和心电活动与电机同步控制原理,产生和个体同步的搏动血流,辅助或完全代替心脏泵血。此装置可用作短期或长期心室辅助,适用于急性心脏功能衰竭和终末期心脏病患者。

  可以参见图1和图2。图1是本发明的结构示意图,它包括动压液浮支承(1)、转子(2)、外壳(3)、定子(4)、内壳(5)五部分组成。其中定子的结构由定子壳和定子绕组组成。转子的具体结构由转子体,转子上的多对柱状磁体和多条螺旋叶片固定于转子的表面。本装置的电机转数在5000-15000转/分范围内可调节。左右支承三至八条为支承筋固定在内壳体内,位于圆柱形轴套的两端。一端为血液的入口和另一端为血液的出口,形成一个密封的螺旋血液推进通道。所述推进装置中的螺旋血液推进通道内壁表面上均覆盖有肝素化生物涂层。所述中心轴的两端部为圆柱形,置于支承筋的轴套内,轴端应用动压液浮技术,并使其满足转子悬浮。

  轴流血泵设计的一个关键问题是使用寿命问题,在转子轴端应用动压液浮技术使转子悬浮,在轴与支承间形成流动的血膜,减少轴与支承间的摩擦,减少血液破坏,明显提高轴流血泵的使用寿命。同时节省大量能耗,使病人远距离活动成为可能。

  通过定子绕组的电流、电压、脉宽、频率变化产生脉动转速,形成搏动血流。应用心率和心电活动与电机同步控制原理,产生和人体同步的搏动血流,明显改善组织灌注,有效的辅助心脏。

  1.一种搏动轴流血泵,它由定子、转子组成;定子由定子绕组和定子壳组成,转子由高能级的磁体与推进装置组成,其推进装置由螺旋转子、中心轴和固定在转子上互成60°三对柱状磁体组成,形成一个螺旋密封的血液单向推进通道;转子通过中心轴两圆柱形轴端置入支承轴套内,轴端应用动压液浮技术使转子悬浮;通过定子绕组的电流、电压、脉宽、频率变化产生脉动转速,推动血液单向流动,应用心率和心电活动与电机同步控制原理,形成适合个体的搏动血流和频率。

  2.如权利要求1所述的一种搏动轴流血泵,其特征在于在转子轴端应用动压液浮技术(转子轴端支承部分刻有10°-90°的螺旋槽,槽数1-20条,槽深0.05微米-50微米)使转子悬浮。

  3.如权利要求1所述的一种搏动轴流血泵,其特征在于转子轴端应用动压液浮技术使轴与支承间形成流动的血膜,明显减少轴与支承间的摩擦,提高轴流血泵的使用寿命。

  4.如权利要求1所述的一种搏动轴流血泵,其特征在于转子上由互成45°四对、60°三对或90°两对柱状磁体组成,其螺旋角度以最小的涡流要求为标准,沿径向粘接,按N-S排列构成,表面应用无磁不锈钢或钛合金。

  5.如权利要求1所述的一种搏动轴流血泵,其特征在于其柱状螺旋叶片由互成90°的四片、120°的三片或180°的两片组成,按等螺距排列,固定于转子上;其螺距和叶片角的设计,以满足对血液产生最小摩擦阻力和最小涡流的要求。

  6.如权利要求1所述的一种搏动轴流血泵,其特征在于位于定子内套两端,固定中心轴的圆柱形轴端的支承,是由互成60°的六条、90°的四条或120°的三条支承结构组成。

  7.如权利要求1所述的一种搏动轴流血泵,其特征在于内壳材料应用钛合金和无磁不锈钢制成。

  8.如权利要求1所述的一种搏动轴流血泵,其特征在于通过定子绕组的电流、电压、脉宽、频率变化产生脉动转速,形成搏动血流。

  9.如权利要求1所述的一种搏动轴流血泵,其特征在于应用心率和心电活动与电机同步控制原理,产生和人体同步的搏动血流,明显改善组织灌注。

  本发明公开了一种搏动轴流血泵。它由定子、转子组成,定子由定子绕组和定子壳组成;转子由高能级的磁体与推进装置组成,其推进装置由螺旋转子、中心轴和固定在转子上互成60°三对柱状磁体组成,形成一个螺旋密封的血液单向推进通道;转子通过中心轴两圆柱形轴端置入支承轴套内,轴端应用动压液浮技术使转子悬浮。通过定子绕组的电流、电压、脉宽、频率变化产生脉动转速,驱动永磁转子带动螺旋推进装置高速转动,推动血液单向流动,应用心率和心电活动与电机同步控制原理,产生同步搏动血流,形成适合个体的搏动血流和频率,辅助或完全代替心脏泵血。此装置可用作短期或长期心室辅助,适用于急性心脏功能衰竭和终末期心脏病患者。

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