[发明专利]一种轴向反馈控制磁悬浮轴流血泵

说明书

本发明涉及一种轴向反馈控制磁悬浮轴流血泵，叶轮轮毂中包埋有前转子径向悬浮磁体、后转子径向悬浮磁体，以及驱动电机转子；泵筒壁外包绕有前轴向控制绕组，前定子径向悬浮磁环，后定子径向悬浮磁环和后轴向控制绕组，分别与前轴向控制磁体、前转子径向悬浮磁体、后转子径向悬浮磁体和后轴向控制磁体位置对应。形成叶轮的前径向磁悬浮轴承、后径向磁悬浮轴承。前轴向控制磁体、后轴向控制磁体在前轴向控制绕组、后轴向控制绕组控制下限制叶轮轮毂的轴向位置。后导流椎内的前端包埋霍尔传感器，输出位置信号到轴向反馈控制电路。

技术领域

本发明涉及一种生物医学工程领域的轴向反馈控制磁悬浮轴流血泵。

背景技术

心脏辅助装置是治疗晚期心衰的有效手段，而轴流血泵作为可长期植入人体的心脏辅助装置具有诸多优势，近年来发展迅速。轴流血泵的唯一运动部件是高速旋转的“叶轮”，而支撑“叶轮”的轴承是关键技术之一。理想的轴流血泵轴承是能在血液中长期连续工作，不被沉淀蛋白所阻塞，没有大量摩擦产热而致局部温度升高，无机械磨损并有良好的血液相容性。滚珠轴承不能用于轴流血泵，因为轴承浸泡在血液中，滚动体的滚动可破坏血细胞，且血液中蛋白沉积可最终导致滚珠堵塞。滑动轴承利用两个互相接触的光滑表面之间的相对运动来实现对叶轮的支撑。两个机械接触面的物理性质，包括硬度，耐磨性，耐腐蚀性，光洁度，润滑条件等均会影响到轴承的工作状况，采用高硬度材料制成的“球-窝”结构式滑动轴承在轴流血泵中虽然获得较好的应用效果，但目前还没有完美的用于血液环境的滑动轴承，仍然不能完全防止机械摩擦和磨损。由此可见，轴流血泵的轴承系统的探索改进具有重要的意义。

采用磁悬浮或“磁-液”联合悬浮支撑叶轮的技术，可完全去除叶轮的机械支撑点，近年来迅速发展。“磁-液”悬浮不需要专门的控制系统，无能量耗损，实施时可不增加心脏辅助装置的体积，这些独特的优点使其得到了较成功的应用，如美国的“HeartWare HVAD”心脏辅助装置。但是，“磁-液”联合悬浮技术的缺点是需要在叶轮和泵壳内壁之间设置“流体悬浮间隙”，此间隙是产生流体动力悬浮所不可缺少的，由于过大的液悬浮间隙往往导致叶轮悬浮不稳定，所以悬浮间隙不宜太大。狭小的悬浮间隙可使局部剪切力增加，加重血细胞的破坏，还可导致血小板的大量激活，这一缺点限制了提高血泵血液相容性的优化改进。另外，由于悬浮间隙的精度要求极高，所以加工制造成本也难以降低。

采用完全的磁悬浮结构可形成较大的悬浮间隙，降低血液成份的破坏。根据物理学原理，实现旋转叶轮的五自由度全磁悬浮需要至少在一个运动自由度方向上采用反馈电磁控制机构，需要传感器、信号处理和反馈控制电路系统；在轴流血泵，转子的磁悬浮比较困难，实现高效率轴向反馈控制需要在转子的两端设置具有反馈调节性能的电磁轮毂，因此叶轮轮毂和前、后导叶的轮毂端面较大，相对面间可形成“裂隙样”悬浮间隙,此间隙往往成为很难被液流冲刷的“死区”，易于血栓形成。德国的“Berlin Heart INCOR”轴流泵是目前已经应用于临床的磁悬浮轴流血泵，其采用的轴向反馈控制磁悬浮结构就有可能降低泵内的血流冲刷。图4为另一个类似于“Berlin Heart INCOR”轴流泵结构的发明专利(专利申请公布号CN 102151341 A)示意图。由图可见，前导叶轮毂及后导叶轮毂与叶轮轮毂之间存在裂隙样悬浮间隙，由于前导叶轮毂中包埋有实现轴向反馈控制磁悬浮的电磁轴承绕组及铁芯，其直径不易缩小，端面较大，使悬浮间隙血流冲刷不良。为保证较强的轴向悬浮刚度，前悬浮间隙和后悬浮间隙必须尽可能小，进一步导致裂隙样结构内的血液无法得到充分冲刷，成为血流极其缓慢的“死区”，增加了血栓形成的几率。

为了避免血泵内血流“死区”的形成，本发明提供一种新型轴向反馈控制磁悬浮轴流血泵，采用泵壳外定子磁环悬浮技术，不同于现有的磁悬浮轴流血泵，用于磁悬浮支撑的前、后定子径向悬浮磁环和前、后轴向控制绕组均以环状结构设置在轴流泵的泵壳外，使前、后导叶的轮毂及叶轮轮毂相对端呈椎体状，悬浮间隙减小、血流冲刷改善；同时在实现稳定的转子径向悬浮的同时，转子轴向悬浮位置在程序控制下不断变化，使悬浮间隙内血液不断更新流动，泵内结构得到更充分的血流冲刷，防止血栓形成。

发明内容