[發(fā)明專利]人工心臟血液泵的帶分流葉片的前導流式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010170713.4
• 申請日: 2010-05-06
• 公開（公告）號: CN101822854A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 桂幸民;孫曉峰;金東海;楊曉琛
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: A61M1/10
• 分類號: A61M1/10
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種人工心臟血液泵的帶分流葉片的前導流式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，屬于綜合葉輪機械 技術(shù)與醫(yī)學技術(shù)的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

心力衰竭是各種心臟病發(fā)展的晚期階段，直接威脅著越來越多的病人的生命。目前治療 心衰的方法主要有：藥物治療、外科手術(shù)、機械輔助循環(huán)、心臟移植、細胞移植等。藥物治 療占了其中的絕大部分，但是當病情較重，甚至是心臟功能喪失的時候，就必須采取心臟移 植救治。然而心臟移植的治療方法有著較大的局限性，主要是因為用于移植的健康心臟數(shù)量 很少并且很難及時獲得，而且手術(shù)后可能產(chǎn)生排異反應和機會性感染。所以人造機械血液泵， 即：人工心臟，有著很大的需求。

人造機械血液泵按照工作機理和構(gòu)造的不同可分為：脈動式血液泵和旋轉(zhuǎn)式連續(xù)流的葉 輪式血液泵。相對于脈動式血液泵，旋轉(zhuǎn)式連續(xù)流的葉輪式血液泵具有結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、 無需安裝人工瓣膜等優(yōu)點。葉輪式血液泵又進一步分為葉輪式軸流血液泵、葉輪式離心血液 泵和葉輪式混流血液泵。葉輪式軸流血液泵相比葉輪式離心血液泵，具有體積小、預充量小、 對血液破壞程度輕等優(yōu)點，并且更適于植入人體。

在葉輪式軸流血液泵的設(shè)計中，不僅要考慮滿足人體基本需要的供血壓升需求，而且要 考慮血液泵的抗溶血性能，血液循環(huán)過程中氧氣的輸送是由血紅細胞完成的，過大的切應力 會使血紅細胞的細胞膜撕裂，細胞內(nèi)的血紅蛋白游離到血漿中，導致血紅細胞的攜氧能力喪 失，這就是所謂的溶血現(xiàn)象。大量的溶血會造成血液循環(huán)的氧交換能力大幅下降，引起貧血， 嚴重的還會危及生命。導致溶血的因素有很多，但內(nèi)在的原因是血液的動力學行為?，F(xiàn)有的 研究表明，溶血出現(xiàn)在不符合生理要求的血流中，如湍流，渦流，高剪切應力區(qū)等。溶血好 壞對于血液泵能否成功應用于臨床都有著至關(guān)重要的作用。

葉輪式軸流血液泵主要由導葉部分、轉(zhuǎn)子部分和靜子部分組成，其中轉(zhuǎn)子部分對于提高 來流血液的壓力起了大部分作用，但同時由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較高，即葉尖切線速度較高，會導致 較高的剪切應力，從而引發(fā)溶血問題。所以如何能在提供醫(yī)學需求的供血壓升和降低高的剪 切應力之間尋求一種平衡，同時還要保證轉(zhuǎn)子內(nèi)流動的順暢，這就是設(shè)計血泵轉(zhuǎn)子部分的核 心問題。

一般的葉輪式軸流血液泵的轉(zhuǎn)子部分采用較為單一的轉(zhuǎn)子葉片設(shè)計，這種設(shè)計所帶來問 題為：在提供醫(yī)學需求的供血壓升條件下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速過高，剪切應力過大，從而容易引發(fā)溶 血問題。而該發(fā)明中，轉(zhuǎn)子部分采用了帶分流葉片的前導流式轉(zhuǎn)子葉片，同時應用流線型的 三次樣條曲線的轉(zhuǎn)子輪轂流道，較大的提高了轉(zhuǎn)子的做功能力，從而降低了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子 葉片的葉尖切線速度，同時保證了轉(zhuǎn)子內(nèi)流場的順暢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的研究目的在于提供一種人工心臟血液泵的帶分流葉片的前導流式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。在 本發(fā)明中，設(shè)計流道的輪轂半徑為逐漸增加的過渡形式結(jié)構(gòu)，采用了三次樣條曲線定義，并 且將前導流葉片和大小葉片中的大葉片做成一體式的整體大葉片，同時在整體大葉片的后部 設(shè)計了兩個分流小葉片，結(jié)構(gòu)對比見圖1a、b。該轉(zhuǎn)子發(fā)明在轉(zhuǎn)速范圍為9000-11000rpm下， 流量為2.8-5.0L/min狀態(tài)下能夠?qū)べ|(zhì)為血液的流體提供100mmHg的壓升，滿足醫(yī)學需要 的供血壓升要求。采用葉輪機械常用計算流體動力學(CFD)數(shù)值模擬軟件NUMECA(NUMECA 公司，比利時)計算后，與現(xiàn)有技術(shù)的一般結(jié)構(gòu)相比，該發(fā)明的轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)速為10000rpm時的 供血壓升-流量性能與一般轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)速為12000rpm時的供血壓升-流量性能接近，如圖 2所示，又由于兩者的葉片葉尖直徑均為12.7mm，從而使得葉尖切線速度下降了16.67％， 從而降低了轉(zhuǎn)子葉片對血液的剪切作用；圖3顯示使用該發(fā)明轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)后，轉(zhuǎn)子內(nèi)部流動順 暢，沒有發(fā)生流動分離現(xiàn)象，圖中兩鏤空位置為整體大葉片位置4和分流小葉片位置5。

本發(fā)明為一種人工心臟血液泵的帶分流葉片的前導流式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具體包括轉(zhuǎn)子 輪轂流道及轉(zhuǎn)子葉片：