热解碳循环辅助血泵的制作方法
【专利摘要】一种热解碳循环辅助血泵，它由热解碳材料制造，它包括有入流弯管、线圈外壳、泵管、后导叶管、后导叶、出流弯管、前转轴、前轴承端盖、转子前段、转子前导叶、转子后段、后转轴、后轴承端盖；流道为U形；该转子前段和转子后段相连接形成转子；该入流弯管的血流入口垂直于转子轴线，该出流弯管的血流出口垂直于转子轴线，前轴承固定于入流弯管的外侧壁内，后轴承固定于出流弯管的外侧壁内。本发明用热解碳材料代替传统的钛合金材料，以消除金属物质的感应磁滞效应，从而提高循环辅助泵的输出效率；同时带来加工制造和结构特点上的突破，进一步提高循环辅助泵的综合性能和性价比。
【专利说明】热解碳循环辅助血泵
【技术领域】
[0001]本发明涉及医疗仪器【技术领域】，是一种热解碳循环辅助血泵，它由生物相容性好的、没有感应磁滞效应的热解碳材料制造，流道为U形(带弯管的)的辅助血泵，采用该种材质和结构可以大幅度地提高输出效率，同时降低血栓形成风险。
【背景技术】
[0002]心力衰竭造成心脏的泵血能力减弱后，安装循环辅助血泵可以延长患者的生命。循环辅助血泵可以补偿或替代心脏功能，降低心脏的前负荷和做功，恢复和平衡心肌代谢和营养，有利于恢复心功能，辅助循环血泵在心源性休克救治、心脏移植前过渡支持治疗、心力衰竭、心肺复苏方面有巨大的应用潜力。
[0003]目前辅助血泵主要零件均由TC4钛合金制造，TC4虽然生物相容性较好，但存在感应磁滞损耗大、质量大、制造成本高、长期使用可能腐蚀的问题。这是因为钛合金虽不是磁性材料，但是其电阻率相对较小，高速旋转的磁场切割形成的感应磁滞消耗大部分能量。由于技术层面的原因，在血泵的设计中，至今还没有人考虑采用热解碳代替TC4钛合金制造血泵。如果采用热解碳材料，其电阻率是钛合金的10倍以上，感应磁滞就非常小。另外，由于热解碳的模量高，在强度范围内，结构稳定性更好，泵体管壁可做得比钛合金更薄，经过优化可以使总能耗较大幅度地降低到现有任何一款辅助泵水平以下。使用热解碳结构带来的能耗降低，对外围能源系统同样起到降低成本的作用，最直接的效果是电缆更细，电池更轻，便于携带。
[0004]目前主流的连续流动循环辅助血泵分为轴流式和离心式两种，其中轴流血泵流道内主要包括前导、叶轮转子、后导。血泵通过叶轮转子旋转对血液做功，叶轮转子的轴支撑于前、后导的轴承上，这样就形成了两个转静交界面——叶轮转子与前导交界面、叶轮转子与后导交界面，血泵的血栓形成主要集中于或诱发于转静交界面，目前还没有能完全消除转静交界面的新型血泵结构，本申请采用将转子叶轮的轴直接安装到管壁上、取消前导叶、将后导叶固定在管壁上(如图1所示)的结构，达到消除两个转静交界面的效果。
[0005]采用热解碳制造血泵存在血液相容性更好、感应磁滞损耗小(效率高)、质量轻、长期使用更耐腐蚀的优势。结合热解碳的制造工艺特点，采用流入、流出管道与叶轮转子区血流方向形成角度，流道内只有叶轮转子和后导叶两个零件，叶轮转子的轴支撑于血泵壳体轴承上的新型血泵结构，完全消除了血泵内的转静交界面，降低溶血和血栓风险。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种热解碳循环辅助血泵，它用热解碳材料代替传统的钛合金材料，以消除金属物质的感应磁滞效应，从而提高循环辅助泵的输出效率；同时带来加工制造和结构特点上的突破，进一步提高循环辅助泵的综合性能和性价比。
[0007]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:
[0008]一种热解碳循环辅助血泵，它由热解碳材料制造，它包括有入流弯管(I)、线圈外壳(2)、泵管(4)、后导叶管(5)、后导叶(51)、出流弯管(6)、前转轴(71)、前轴承端盖(8)、转子前段(9)、转子前导叶(91)、转子后段(11)、后转轴(121)、后轴承端盖(13);流道为U形；
[0009]该转子前段(9)和转子后段(11)相连接形成转子；
[0010]该入流弯管(I)的血流入口垂直于转子轴线(14)，该出流弯管(6)的血流出口垂直于转子轴线，前轴承(7)固定于入流弯管(I)的外侧壁内，后轴承(12)固定于出流弯管
(6)的外侧壁内。
[0011]前转轴(71) —端插在转子前段(9)的端头内，另一端插在前轴承(7)内，在前轴承(7)的外端设有前轴承端盖(8);后转轴(121) —端插在转子后段(11)的端头内，另一端插在后轴承(12)内，在后轴承(12)的外端设有后轴承端盖(13)。
[0012]转子前导叶(91)设在转子的中部，与转子前段(9)的外侧壁连接，在转子前段(9)内设有永久磁体(10)，在转子前导叶(91)的外圆周上设有薄壁的泵管(4)，该泵管(4) 一端与入流弯管(I)的内侧口连接，另一端与后导叶管(5)的一端连接，该后导叶管(5)的另一端与出流弯管(6)的内侧口连接。
[0013]在导叶管(5)的内侧壁连接有后导叶(51)。
[0014]在泵管(4)的外壁上设有驱动线圈(3)，该驱动线圈(3)径向与永久磁体(10)相对应。
[0015]在入流弯管(I)的内侧口的转子轴线平行的外端设有入流弯管环槽(101)，在出流弯管￠)的内侧口的转子轴线平行的外端设有出流弯管环槽(61)，在入流弯管环槽(101)和出流弯管环槽(61)之间套接有线圈外壳(2)。
[0016]本发明采用材料为热解碳，轴承固定于管壁，流入、流出口(与叶轮转子区血流方向形成适合植入部位解剖的角度)垂直于叶轮转子区血流方向，采用消除流道内转静交界面的新型血泵结构。
[0017]本发明的技术方案是:将血泵临床应用需要配置的弯管整合到泵体的结构上，减少零部件数量，同时，利用弯管侧壁，制造支撑叶轮转子结构的轴承结构。本血泵的组成部分包括入流弯管(I)、线圈外壳⑵、驱动线圈(3)、泵管(4)、后导叶(51)、出流弯管(6)、前轴承(7)、前轴承端盖(8)、转子前段(9)、永久磁体(10)、转子后段(11)、后轴承(12)、后轴承端盖(13)。入流弯管(I)与泵管(4)、后导叶(5)、出流弯管(6)采用经过精密加工子母口套接连接在一起，套接接口外部采用生物相容性优良的胶粘剂密封。套接口内部保证平滑过渡无台阶。线圈外壳(2)作为主承力部件，卡在入流弯管(I)出流弯管(6)外壁的环槽内，通过粘接等方式，使3个部件成为一体，使泵管(4)、后导叶(5)的壳体不会在使用中承受弯矩。装配完成后的线圈外壳(2)内部中空，提高泵在体液环境下的悬浮效果。
[0018]转子外形采用有益于流体的纺梭型，叶轮转子位于转子中部，正对泵管(4)，转子由前轴承(7)转子前段及叶轮转子(9)、永久磁体(10)、转子后段(11)、后轴承(12)组成，均采用经过精密加工子母口套接镶嵌在一起，套接接口内部采用生物相容性优良的高强度胶粘剂连接。转子采用薄壁结构，保证必要强度和刚性前提下，内部空心，以减轻重量。
[0019]转子外壳、叶轮转子与泵管(4)后导叶套(5)之间，保持稳定可靠的间隙，以保证血泵流体性能的稳定，并具有低的溶血。
[0020]驱动线圈(3)套在泵管(4)外壁上，与转子中的永磁体位置对应。
[0021]不同部件根据不同的性能要求，采用不同的性能的热解碳及特定的工艺制造。其中转子及泵管采用含硅各向同性热解碳制造，实现薄壁并具有高的强度及刚性，同时使驱动线圈(3)与永久磁体(10)间的磁隙减小，提高驱动效率。
[0022]转子前后轴尖均插入弯管侧壁。轴承固定在侧壁的轴承座内，由前轴承端盖(8)及后轴承端盖(13)实现轴向定位。轴承表面不进入血液通道，降低了轴承引起的血栓风险。轴承部位的材料厚度较大，由摩擦产生的热，大部分被周围材料吸收，并传导到外壁，降低了轴承温升造成血栓及溶血的风险。由于前后轴承的承载不同，前轴承采用径向轴向组合轴承，后轴承采用径向轴承。
[0023]本发明的有益效果是:
[0024]1、由于本发明采用热解碳材料制造，提高了血泵的血液相容性，轴承固定于管壁，流入、流出口垂直于叶轮转子区血流方向，消除了流道内的转静交界面，血流从侧面直接冲刷轴及轴承外表面，即消除了血泵内血栓形成风险最大的区域。
[0025]2、前后轴承都固定在流道侧壁上，轴承产生的摩擦热，尤其是前轴承，大部分可以由加厚管壁的热沉吸收并传递到周围组织，减小血液内部分的温升效应，降低由升温引起的血栓风险。
[0026]3、轴承位置和热量传递的变化，使本结构允许前轴承采用更大的直径，而不必如现有直通流道泵，需要将轴承制造的非常纤细。有利于使轴承运行于更加有利的工况，大幅度提高轴承寿命，提高泵结构的稳定性。
[0027]4、本结构装配后的轴承部位是可见的，有利于制造环节保证装配质量。
[0028]5、本结构泵后导叶与泵壳部件实现一体化制造，改变目前钛合金结构泵，后导叶部件与泵壳压配合的装配方式，减少血栓风险。
[0029]6、同时由于热解碳材料磁损耗小，泵的能量利用率可以提高，外壳允许适当增厚，对于热量的传导有利，可以起到降低表面温度，并使温度场更均匀的效果。
[0030]7、血泵采用热解碳制造，本身重量减轻，在体液环境内的下坠力更小，对周围组织的影响更小。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1是本发明的结构示意图。
[0032]附图标号:1、入流弯管；2、线圈外壳；3、驱动线圈；4、栗管；5、后导叶管；51、后导叶；6、出流弯管；61、出流弯管环槽；7、前轴承；71、前转轴；8、前轴承端盖；9、转子前段；91、转子前导叶；10、永久磁体；11、转子后段；12、后轴承；121、后转轴；13、后轴承端盖；14、转子轴线101、入流弯管环槽。
【具体实施方式】
[0033]下面结合实施例对本发明做进一步说明，但并不局限于下面所述内容。
[0034]参见图1所示:
[0035]一种热解碳循环辅助血泵，它由热解碳材料制造，它包括有入流弯管1、线圈外壳
2、泵管4、后导叶管5、后导叶51、出流弯管6、前转轴71、前轴承端盖8、转子前段9、转子前导叶91、转子后段11、后转轴121、后轴承端盖13 ；
[0036]该转子前段9和转子后段11相连接形成转子；
[0037]该入流弯管I的血流入口垂直于转子轴线，该出流弯管6的血流出口垂直于转子轴线，前轴承7固定于入流弯管I的外侧壁内，后轴承12固定于出流弯管6的外侧壁内。
[0038]前转轴71 一端插在转子前段9的端头内，另一端插在前轴承7内，在前轴承7的外端设有前轴承端盖8 ;后转轴121 —端插在转子后段11的端头内，另一端插在后轴承12内，在后轴承12的外端设有后轴承端盖13。
[0039]转子前导叶91设在转子的中部，与转子前段9的外侧壁连接，在转子前段9内设有永久磁体10，在转子前导叶91的外圆周上设有薄壁的泵管4，该泵管4 一端与入流弯管I的内侧口连接，另一端与后导叶管5的一端连接，该后导叶管5的另一端与出流弯管6的内侧口连接。
[0040]在导叶管5的内侧壁连接有后导叶51。
[0041]在泵管4的外壁上设有驱动线圈3，该驱动线圈3径向与永久磁体10相对应。
[0042]在入流弯管I的内侧口的转子轴线平行的外端设有入流弯管环槽101，在出流弯管6的内侧口的转子轴线平行的外端设有出流弯管环槽61，在入流弯管环槽101和出流弯管环槽61之间套接有线圈外壳2。
[0043]本发明提供一种微型轴向血流方向的血泵，泵体的结构材料采用生物相容性优良的热解碳材料制造。结合热解碳的特性及制造工艺特点，并考虑在临床应用中与人体解剖相适应的需要。将血流通道所必须的弯管以一体化制造的方式结合到泵体上，并利用结构的特点，将转子的轴承移出血流通道中心，放在弯管侧壁上，减少血流通道内零部件的数量，减少对血流流动的阻碍同时，减少了发生血栓和溶血的几率。
[0044]本实施例由组成部分包括入流弯管1、线圈外壳2、驱动线圈3、泵管4、后导叶套5、出流弯管6、前轴承7、前轴承端盖8、转子前段9、永久磁体10、转子后段11、后轴承12、后轴承端盖13。入流弯管I与泵管4、后导叶5、出流弯管6采用经过精密加工子母口套接连接在一起，套接接口外部采用生物相容性优良的胶粘剂密封。套接口内部保证平滑过渡无台阶。线圈外壳2作为主承力部件，卡在入流弯管1、出流弯管6外壁的环槽内，通过粘接等方式，使3个部件成为一体，使泵管4、后导叶5的壳体不会在使用中承受弯矩。装配完成后的线圈外壳2内部中空，提高泵在体液环境下的悬浮效果。
[0045]转子外形采用有益于流体的纺梭型，叶轮转子位于转子中部，正对泵管4，转子由前轴承7转子前段9、永久磁体10、转子后段11、后轴承12组成，均采用经过精密加工子母口套接镶嵌在一起，套接接口内部采用生物相容性优良的高强度胶粘剂连接。转子采用薄壁结构，保证必要强度和刚性前提下，内部空心，以减轻重量。
[0046]转子与泵管4、后导叶51之间，保持稳定可靠的间隙，以保证血泵流体性能的稳定，并具有低的溶血。
[0047]驱动线圈3套在泵管4外壁上，与转子中的永磁体位置对应。
[0048]不同部件根据不同的性能要求，采用不同的性能的热解碳及特定的工艺制造。其中转子及泵管采用含硅各向同性热解碳制造，实现薄壁并具有高的强度及刚性，同时使驱动线圈3与永久磁体10间的磁隙减小，提高驱动效率。
[0049]转子前后轴尖均插入弯管侧壁。轴承固定在侧壁的轴承座内，由前轴承端盖8及后轴承端盖13实现轴向定位。轴承表面不进入血液通道，降低了轴承引起的血栓风险。轴承部位的材料厚度较大，由摩擦产生的热，大部分被周围材料吸收，并传导到外壁，降低了轴承温升造成血栓及溶血的风险。由于前后轴承的承载不同，前轴承采用径向轴向组合轴承，后轴承采用径向轴承。
[0050]本实施例的血泵，采用带基体的热解碳工艺。制造方法是首先采用性能可以匹配的高强度石墨或碳纤维增强的碳材料制造基体，然后通过适当的碳沉积工艺，在基体表面沉积一定厚度，微观组织均匀致密的热解碳涂层，经过对表面的精密加工和抛光，完成零部件的制造。
[0051]后导叶套5的制造是本实施例中难度最大的零件，采用悬臂结构，后导叶套5与泵管4连接环的结合长度，可以满足强度需求，后导叶51的其余长度以悬臂伸出。这种开放性的结构利于热解碳的沉积质量。后导叶套5装配时同时与转子和通道内壁保持均匀的间隙。实现一体化制造是采用热解碳制造泵体的一个技术特色，通过本方案的实施，消除了采用钛合金等金属制造，导叶与泵管压配合不可避免形成的尖角、微缝隙及死流区，减小血栓的风险。
[0052]本实施例的一个特点是前后轴承均是直视可见的，有利于装配时精密调整，同时有利于使用前检查泵的状态。
[0053]本实施例，入流弯管I出流弯管6与转子的轴线垂直，并不局限于这种形式。应用于不同的使用状态和植入部位，以及不同的构建循环通道的方式，入流弯管1、出流弯管6与转子的轴线间的角度随需要进行调整，同时入流弯管1、出流弯管6空间的角度关系，也需要随人体解剖特征进行设定。但上述变化的原则是不能破坏轴承的可视性，如果破坏了可视性，本技术方案的制造难度大增。
[0054]以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。
【权利要求】
1.一种热解碳循环辅助血泵，其特征在于:它由热解碳材料制造，它包括有入流弯管(I)、线圈外壳(2)、泵管(4)、后导叶管(5)、后导叶(51)、出流弯管(6)、前转轴(71)、前轴承端盖(8)、转子前段(9)、转子前导叶(91)、转子后段(11)、后转轴(121)、后轴承端盖(13);流道为U形； 该转子前段(9)和转子后段(11)相连接形成转子； 该入流弯管(I)的血流入口垂直于转子轴线(14)，该出流弯管(6)的血流出口垂直于转子轴线，前轴承(7)固定于入流弯管(I)的外侧壁内，后轴承(12)固定于出流弯管(6)的外侧壁内。
2.根据权利要求1所述的热解碳循环辅助血泵，其特征在于:前转轴(71)—端插在转子前段(9)的端头内，另一端插在前轴承(7)内，在前轴承(7)的外端设有前轴承端盖(8)；后转轴(121) —端插在转子后段(11)的端头内，另一端插在后轴承(12)内，在后轴承(12)的外端设有后轴承端盖(13)。
3.根据权利要求2所述的热解碳循环辅助血泵，其特征在于:转子前导叶(91)设在转子的中部，与转子前段(9)的外侧壁连接，在转子前段(9)内设有永久磁体(10)，在转子前导叶(91)的外圆周上设有薄壁的泵管(4)，该泵管(4) 一端与入流弯管⑴的内侧口连接，另一端与后导叶管(5)的一端连接，该后导叶管(5)的另一端与出流弯管(6)的内侧口连接。
4.根据权利要求3所述的热解碳循环辅助血泵，其特征在于:在导叶管(5)的内侧壁连接有后导叶(51)。
5.根据权利要求4所述的热解碳循环辅助血泵，其特征在于:在泵管(4)的外壁上设有驱动线圈(3)，该驱动线圈(3)径向与永久磁体(10)相对应。
6.根据权利要求5所述的热解碳循环辅助血泵，其特征在于:在入流弯管(I)的内侧口的转子轴线平行的外端设有入流弯管环槽(101)，在出流弯管(6)的内侧口的转子轴线平行的外端设有出流弯管环槽(61)，在入流弯管环槽(101)和出流弯管环槽￠1)之间套接有线圈外壳(2)。
【文档编号】A61M1/12GK104225697SQ201410539856
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年10月14日 优先权日:2014年10月14日
【发明者】周建业, 胡盛寿, 胡春雷, 柳光茂 申请人:中国医学科学院阜外心血管病医院