[發明專利]一種軸向反饋控制磁懸浮軸流血泵

有效

• 申請號: 201710612183.6
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN107261231B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 李國榮;朱曉東
• 申請（專利權）人: 中國醫學科學院阜外醫院
• 主分類號: A61M1/12
• 分類號: A61M1/12
• 代理公司: 北京愛普納杰專利代理事務所(特殊普通合伙) 11419
• 代理人: 王玉松

本發明涉及一種軸向反饋控制磁懸浮軸流血泵，葉輪輪轂中包埋有前轉子徑向懸浮磁體、后轉子徑向懸浮磁體，以及驅動電機轉子；泵筒壁外包繞有前軸向控制繞組，前定子徑向懸浮磁環，后定子徑向懸浮磁環和后軸向控制繞組，分別與前軸向控制磁體、前轉子徑向懸浮磁體、后轉子徑向懸浮磁體和后軸向控制磁體位置對應。形成葉輪的前徑向磁懸浮軸承、后徑向磁懸浮軸承。前軸向控制磁體、后軸向控制磁體在前軸向控制繞組、后軸向控制繞組控制下限制葉輪輪轂的軸向位置。后導流椎內的前端包埋霍爾傳感器，輸出位置信號到軸向反饋控制電路。

技術領域

本發明涉及一種生物醫學工程領域的軸向反饋控制磁懸浮軸流血泵。

背景技術

心臟輔助裝置是治療晚期心衰的有效手段，而軸流血泵作為可長期植入人體的心臟輔助裝置具有諸多優勢，近年來發展迅速。軸流血泵的唯一運動部件是高速旋轉的“葉輪”，而支撐“葉輪”的軸承是關鍵技術之一。理想的軸流血泵軸承是能在血液中長期連續工作，不被沉淀蛋白所阻塞，沒有大量摩擦產熱而致局部溫度升高，無機械磨損并有良好的血液相容性。滾珠軸承不能用于軸流血泵，因為軸承浸泡在血液中，滾動體的滾動可破壞血細胞，且血液中蛋白沉積可最終導致滾珠堵塞。滑動軸承利用兩個互相接觸的光滑表面之間的相對運動來實現對葉輪的支撐。兩個機械接觸面的物理性質，包括硬度，耐磨性，耐腐蝕性，光潔度，潤滑條件等均會影響到軸承的工作狀況，采用高硬度材料制成的“球-窩”結構式滑動軸承在軸流血泵中雖然獲得較好的應用效果，但目前還沒有完美的用于血液環境的滑動軸承，仍然不能完全防止機械摩擦和磨損。由此可見，軸流血泵的軸承系統的探索改進具有重要的意義。

采用磁懸浮或“磁-液”聯合懸浮支撐葉輪的技術，可完全去除葉輪的機械支撐點，近年來迅速發展。“磁-液”懸浮不需要專門的控制系統，無能量耗損，實施時可不增加心臟輔助裝置的體積，這些獨特的優點使其得到了較成功的應用，如美國的“HeartWare HVAD”心臟輔助裝置。但是，“磁-液”聯合懸浮技術的缺點是需要在葉輪和泵殼內壁之間設置“流體懸浮間隙”，此間隙是產生流體動力懸浮所不可缺少的，由于過大的液懸浮間隙往往導致葉輪懸浮不穩定，所以懸浮間隙不宜太大。狹小的懸浮間隙可使局部剪切力增加，加重血細胞的破壞，還可導致血小板的大量激活，這一缺點限制了提高血泵血液相容性的優化改進。另外，由于懸浮間隙的精度要求極高，所以加工制造成本也難以降低。

采用完全的磁懸浮結構可形成較大的懸浮間隙，降低血液成份的破壞。根據物理學原理，實現旋轉葉輪的五自由度全磁懸浮需要至少在一個運動自由度方向上采用反饋電磁控制機構，需要傳感器、信號處理和反饋控制電路系統；在軸流血泵，轉子的磁懸浮比較困難，實現高效率軸向反饋控制需要在轉子的兩端設置具有反饋調節性能的電磁輪轂，因此葉輪輪轂和前、后導葉的輪轂端面較大，相對面間可形成“裂隙樣”懸浮間隙,此間隙往往成為很難被液流沖刷的“死區”，易于血栓形成。德國的“Berlin Heart INCOR”軸流泵是目前已經應用于臨床的磁懸浮軸流血泵，其采用的軸向反饋控制磁懸浮結構就有可能降低泵內的血流沖刷。圖4為另一個類似于“Berlin Heart INCOR”軸流泵結構的發明專利(專利申請公布號CN 102151341 A)示意圖。由圖可見，前導葉輪轂及后導葉輪轂與葉輪輪轂之間存在裂隙樣懸浮間隙，由于前導葉輪轂中包埋有實現軸向反饋控制磁懸浮的電磁軸承繞組及鐵芯，其直徑不易縮小，端面較大，使懸浮間隙血流沖刷不良。為保證較強的軸向懸浮剛度，前懸浮間隙和后懸浮間隙必須盡可能小，進一步導致裂隙樣結構內的血液無法得到充分沖刷，成為血流極其緩慢的“死區”，增加了血栓形成的幾率。

為了避免血泵內血流“死區”的形成，本發明提供一種新型軸向反饋控制磁懸浮軸流血泵，采用泵殼外定子磁環懸浮技術，不同于現有的磁懸浮軸流血泵，用于磁懸浮支撐的前、后定子徑向懸浮磁環和前、后軸向控制繞組均以環狀結構設置在軸流泵的泵殼外，使前、后導葉的輪轂及葉輪輪轂相對端呈椎體狀，懸浮間隙減小、血流沖刷改善；同時在實現穩定的轉子徑向懸浮的同時，轉子軸向懸浮位置在程序控制下不斷變化，使懸浮間隙內血液不斷更新流動，泵內結構得到更充分的血流沖刷，防止血栓形成。

發明內容