[发明专利]叶轮交变旋转式悬浮离心血泵

说明书

一种叶轮交变旋转式悬浮离心血泵，由对称结构离心叶轮(29)及对称结构离心泵壳(27)组成；离心叶轮(29)依正、反方向旋转均可产生相同的离心血流输出。叶轮筒(23)外壁与泵筒(26)内壁间隙为血流副流道(22)，叶轮筒内壁(26)中的空腔为血流主流道(2)；轴向控制绕组(6)馈电时可推动轴向控制磁体(5)前、后运动；前转子悬浮磁环(3)和后转子悬浮磁环(21)与前定子悬浮磁环(4)和后定子悬浮磁环(9)形成前、后永磁径向悬浮轴承；叶轮叶片(17)内镶驱动电机转子磁体(16)与离心泵壳前、后壁(10)、(14)外的盘状驱动电机定子(11)、(12)对应。泵筒外壁(7)后端包绕缝合环(20)。

所属技术领域：

本发明涉及一种生物医学工程领域用于心脏辅助的叶轮交变旋转式悬浮离心血泵，由磁悬浮系统、前、后驱动电机盘式定子、以基准面为对称结构的离心叶轮及对称的离心泵壳组成；离心叶轮依顺时针或逆时针方向旋转均可产生相同的离心血流。离心叶轮旋转方向周期性改变，血液接触表面受到对称的血流冲刷，可减少泵内血流缓慢的“死区”，更好地防止血栓形成。采用磁悬浮技术使离心叶轮处于悬浮状态，无机械轴承磨损，可延长血泵的工作寿命，进一步提高血泵内冲刷，减轻对血液成份的破坏。

背景技术：

离心血泵是植入式心脏辅助装置的一种，临床治疗晚期心衰取得了良好效果。但长时间应用此类装置会出现血栓栓塞、出血等严重并发症，是目前阻碍此技术进步的重要困难。克服这些困难需进一步改进和优化离心血泵的结构。离心泵基本结构是离心泵壳和置于离心泵壳腔中的离心叶轮。离心泵壳的外周部位设置泵出口，中心设置泵入口，液流由泵入口进入离心泵壳内，离心叶轮高速旋转驱动液体形成旋转流，在离心力的作用下液体从泵出口流出。通常，离心血泵的离心叶轮、离心泵壳及泵出口均采用不对称设计，泵出口以切线方向与离心泵壳腔相联通，出口的过流面积逐步扩大。这样的设计可在泵出口处利用旋转血流的切向动量和在流道中的扩散过程进一步增加输出压力，有利于提高离心泵的能量转化效率。但这种结构设计要求离心叶轮必须按照特定方向旋转，如果叶轮反向旋转则会导致工作效率严重下降。

离心血泵的结构设计有特殊性，与驱动其他液体的离心泵的结构设计要求不完全一致。比如离心泵结构必须有尽可能良好的血液相容性，即要求良好的抗血栓和尽可能轻微的血液成分损伤的特性。离心血泵的叶轮及离心泵壳腔内壁是与血液直接接触的表面，由于异物与血液中的活性因子接触使这些因子激活，可导致血液凝固并附着在这些异物表面形成血栓。通常在血流缓慢的“死区”更容易形成血栓，也容易形成血液成分的破坏和损伤。去除液流缓慢的“死区”及对异物表面的良好的血流冲刷可防止血栓形成和附着，减小血液成分的破环。由此可见，离心血泵的结构设计应该尽可能防止血流相对缓慢的“死区”形成。

采用传统的离心泵结构，离心叶轮单方向旋转使离心泵壳内的流场形式固定，容易形成一些血流冲刷不良的区域，如叶轮叶片的低压面相对应的区域等，泵内各表面血流冲刷不均匀，这些特点不利于防止泵内血栓形成。为了克服这一缺点，美国的HeartMateIII植入式离心血泵采用了周期性改变叶轮转速的驱动策略，离心泵壳腔内的流场形式可在不同的转速下改变，这样可在一定程度上改善离心泵壳腔内和叶轮各表面的冲刷效果。但这种驱动策略仍然不能使离心泵壳内各个表面等到均等的冲刷。设想离心叶轮可周期性顺时针和逆时针交替旋转，那么，离心泵壳内血流旋转方向将周期性反转，离心叶轮及离心泵壳内各表面均可得到血流的对称冲刷，可最大限度地去除离心泵壳腔内的液流“死区”，提高血泵的抗血栓特性。但这种驱动方式要求离心泵壳及离心叶轮等结构采用对称设计，以便保证叶轮在两个相反方向旋转时流体输出特性相同。本发明提出一种叶轮交变旋转式悬浮离心血泵，可实现上述工作机制。

支撑离心叶轮的轴承是另一关键技术。滑动轴承可作为离心叶轮的支撑结构，但其最大的缺点是滑动接触面的摩擦、磨损和局部温度升高，且在机械轴承周围还可形成血流冲刷不良区域，容易形成血栓。采用磁力控制使旋转叶轮在工作时处于悬浮状态，去除机械磨损使血泵工作寿命进一步延长，没有局部摩擦产热及局部温升更有利于防止血栓形成，这些改进均可进一步改善离心血泵的性能。

发明内容：