一种叶轮及心室辅助装置的制作方法

1.本技术涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种叶轮及心室辅助装置。


背景技术：

2.可经皮植入的人工心室辅助装置(plvad，以下简称为导管泵)是一种小型化的泵血装置，可以被引入心脏中并且可以被构造为通过血液的循环泵送或连续泵送来辅助或代替自然的心脏功能，为心源性休克和急性心力衰竭提供血流动力支持。导管泵的血流动力来源于叶轮的高速旋转，叶轮的结构设计对导管泵的水力性能和溶血性能产生重要影响。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术的目的在于提出一种叶轮，包括轮毂和至少一个固定于所述轮毂外周的叶片，所述轮毂包括进口端和出口端，所述叶片包括作用面，所述作用面的轮廓线包括远离所述轮毂的外缘型线，所述外缘型线靠近所述进口端的端点为型线始点，所述外缘型线靠近所述出口端的端点为型线终点；所述外缘型线为平滑的空间曲线，所述外缘型线沿所述轮毂轴向的曲率由所述型线始点至所述型线终点的过程中逐渐减小，同时，所述外缘型线沿所述轮毂轴向的曲率变化率也逐渐减小。
4.可选的，所述型线始点的切线与切向速度的夹角为所述外缘型线的进口夹角；所述型线始点的轴向速度和切向速度的合速度为相对速度，所述型线始点的相对速度与切向速度的夹角为所述外缘型线的进口安装角，所述进口夹角大于所述进口安装角。
5.可选的，所述进口夹角与所述进口安装角的角度差不大于5
°
。
6.可选的，所述进口安装角计算公式为：
[0007][0008]
式中，am为所述进口安装角，va为所述型线始点的轴向速度，v
t
为所述型线始点的切向速度；
[0009]
所述型线始点的轴向速度的计算公式为：
[0010][0011]
式中，q为预设流量，a为用于安装所述叶轮的导管管孔的截面面积，d为所述导管的内径；
[0012]
所述型线始点的切向速度的计算公式为：
[0013][0014]
式中，ω为所述叶片的预设转速。
[0015]
可选的，所述进口夹角的角度为25
°
至35
°
。
[0016]
可选的，所述外缘型线为高斯曲率渐变的螺旋曲线，公式为：
[0017][0018][0019]
可选的，所述型线始点所在轴面和所述型线终点所在轴面的夹角为叶片偏转角，所述叶片偏转角的角度为90
°
至150
°
。
[0020]
可选的，所述作用面的轮廓线还包括与所述型线始点相交的进口边线；所述叶轮沿所述轮毂的轴向投影时，所述进口边线与所述型线始点的轴向的夹角为切向前掠角，所述切向前掠角的角度为2
°
至8
°
。
[0021]
可选的，所述作用面的轮廓线还包括与所述型线始点相交的进口边线；所述叶轮沿所述轮毂的径向投影时，所述进口边线与水平线的夹角为轴向前掠角，所述轴向前掠角的角度为10
°
至26
°
。
[0022]
可选的，在所述叶轮的同一径向截面内，所述叶片外径与所述轮毂外径的比值为1.25至3.25。
[0023]
可选的，沿所述轮毂的轴向，所述叶片的长度与所述轮毂的长度比值为0.86至0.87，且所述型线终点靠近所述出口端。
[0024]
基于同一发明构思，本技术还提供了一种心室辅助装置，包括导管和设置于所述导管中的所述叶轮。
[0025]
从上面所述可以看出，本技术提供的叶轮及心室辅助装置，作用面的外缘型线沿轴向从型线始点到型线终点光滑过渡，且外缘型线沿轮毂轴向的曲率及曲率变化率均逐渐减小，使血液在流经叶片作用面时流动顺畅、流速变化平缓且分布均匀，有助于提高叶轮所能实现的水力性能，降低血液的流动损失、降低血液损伤以及避免流动死区的形成。
附图说明
[0026]
为了更清楚地说明本技术或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]
图1为本技术实施例的叶轮的主视图；
[0028]
图2为本技术实施例的叶轮的侧视图；
[0029]
图3为本技术实施例的叶轮的俯视图；
[0030]
图4为本技术实施例的叶轮的入流攻角分别为0
°
和5
°
两种结构的压差的比对柱状图；
[0031]
图5为本技术实施例的叶轮的入流攻角分别为0
°
和5
°
两种结构的平均标量剪应力的比对柱状图；
[0032]
图6为本技术实施例的叶轮的入流攻角分别为0
°
和5
°
两种结构的溶血指数的比对柱状图；
[0033]
图7为本技术实施例的叶轮的入流攻角分别为0
°
和5
°
两种结构的三维流场比对图；
[0034]
图8为本技术实施例的叶轮的入流攻角分别为0
°
和5
°
两种结构的径向截面流场比对图；
[0035]
图9为本技术实施例的叶轮的入流攻角分别为0
°
和5
°
两种结构的径向截面压力比对图；
[0036]
图10为本技术实施例的叶轮的入流攻角分别为0
°
和5
°
两种结构的径向截面涡量比对图；
[0037]
图11为本技术实施例的叶轮的入流攻角分别为0
°
和5
°
两种结构的径向截面标量剪应力比对图；
[0038]
图12为本技术实施例的叶轮的入流攻角分别为0
°
和5
°
两种结构的径向截面溶血指数比对图；
[0039]
图13为本技术实施例的叶轮的入流攻角分别为0
°
和5
°
两种结构的另一径向截面流场比对图；
[0040]
图14为本技术实施例的叶轮的入流攻角分别为0
°
和5
°
两种结构的另一径向截面压力比对图；
[0041]
图15为本技术实施例的叶轮的入流攻角分别为0
°
和5
°
两种结构的另一径向截面涡量比对图；
[0042]
图16为本技术实施例的叶轮的入流攻角分别为0
°
和5
°
两种结构的另一径向截面标量剪应力比对图；
[0043]
图17为本技术实施例的叶轮的入流攻角分别为0
°
和5
°
两种结构的另一径向截面溶血指数比对图；
[0044]
图18为本技术实施例的叶轮的叶片偏转角分别为90
°
、110
°
和180
°
三种结构的压差的比对柱状图；
[0045]
图19为本技术实施例的叶轮的叶片偏转角分别为90
°
、110
°
和180
°
三种结构的平均标量剪应力的比对柱状图；
[0046]
图20为本技术实施例的叶轮的叶片偏转角分别为90
°
、110
°
和180
°
三种结构的溶血指数的比对柱状图；
[0047]
图21为本技术实施例的叶轮的叶片偏转角分别为90
°
、110
°
和180
°
三种结构的三维流场比对图；
[0048]
图22为本技术实施例的叶轮的叶片偏转角分别为90
°
、110
°
和180
°
三种结构的径向截面流场比对图；
[0049]
图23为本技术实施例的叶轮的叶片偏转角分别为90
°
、110
°
和180
°
三种结构的径向截面压力比对图；
[0050]
图24为本技术实施例的叶轮的叶片偏转角分别为90
°
、110
°
和180
°
三种结构的径向截面涡量比对图；
[0051]
图25为本技术实施例的叶轮的叶片偏转角分别为90
°
、110
°
和180
°
三种结构的径向截面标量剪应力比对图；
[0052]
图26为本技术实施例的叶轮的叶片偏转角分别为90
°
、110
°
和180
°
三种结构的径向截面溶血指数比对图；
[0053]
图27为本技术实施例的叶轮的叶片偏转角分别为90
°
、110
°
和180
°
三种结构的另
一径向截面流场比对图；
[0054]
图28为本技术实施例的叶轮的叶片偏转角分别为90
°
、110
°
和180
°
三种结构的另一径向截面压力比对图；
[0055]
图29为本技术实施例的叶轮的叶片偏转角分别为90
°
、110
°
和180
°
三种结构的另一径向截面涡量比对图；
[0056]
图30为本技术实施例的叶轮的叶片偏转角分别为90
°
、110
°
和180
°
三种结构的另一径向截面标量剪应力比对图；
[0057]
图31为本技术实施例的叶轮的叶片偏转角分别为90
°
、110
°
和180
°
三种结构的另一径向截面溶血指数比对图。
[0058]
附图标记说明：
[0059]
1、轮毂；11、进口端；12、出口端；
[0060]
2、叶片；21、作用面；211、外缘型线；212、进口边线；213、出口边线；214、型线始点；215、型线终点；216、轮毂型线。
具体实施方式
[0061]
为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本技术进一步详细说明。
[0062]
需要说明的是，除非另外定义，本技术实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0063]
根据前述背景技术部分的内容可知，导管泵的水力性能和溶血性能与叶轮的结构具有密切关系。
[0064]
水力性能，是指在目标体积和工作条件下，导管泵所能达到的流量和扬程。
[0065]
为了使导管泵能够满足不同患者的血液循环需求，根据每分钟血液输出量区分，导管泵可以有多种类型，比如2.5l/min、3.5l/min、5.0l/min型导管泵。
[0066]
溶血是指血液中的红细胞破裂，使得红细胞内的血红蛋白溢出而溶于血液的现象。溶血会导致红细胞形态学以及生物化学特性发生改变、寿命缩短甚至完全破裂，从而使红细胞向组织和器官输送氧气的能力降低。此外，溶血后血浆游离血红蛋白浓度升高，多余的游离血红蛋白需要通过肾脏排出，可能会导致肾功能损伤以及多器宫衰竭。
[0067]
因此，在对医疗对象进行血液泵送时，防止被泵送血液的溶血是非常重要的。泵送时若血液溶血，将会危及医疗对象的生命安全。
[0068]
为了保证导管泵的使用安全，需要对溶血性能进行考量，所谓溶血性能即为血液在流经导管泵后，由于血细胞破碎损伤发生溶血的概率。
[0069]
为了满足水力性能和溶血性能的要求，一些相关技术中的叶轮采用微型轴流式结
构。
[0070]
申请人研究发现，由于导管泵使用场景的特殊性，叶轮的设计和制造仍存在两个关键的技术难题：其一是为了降低植入操作对人体正常生理的影响，叶轮外径被限制在适于通过血管的7mm以内，这就使得叶轮及叶轮上的叶片体积受到严格限制，进而造成叶轮能够实现的水力性能难以达标；其二是为了满足人体血液循环要求的压力值，需要通过增加叶轮转速来提高泵血性能，但叶轮的高速旋转又会加大血液流场剪切应力，导致血细胞破碎，进而出现机械性溶血的情况。
[0071]
由此可知，导管泵叶轮的结构需要兼顾水力性能和溶血性能。对于水力性能的考量条件主要是输出流量和导管泵进口端与出口端的压差，而对于溶血性能的考量条件主要是血液在泵送过程中所受到的剪应力以及血液的流动平稳程度。通过对叶轮结构的优化和改进，达到提升水力性能同时，降低溶血造成的血液损伤。
[0072]
有鉴于此，如图1和图2所示，本技术实施例提供了一种叶轮，包括轮毂1和至少一个固定于轮毂1外周的叶片2，轮毂1包括进口端11和出口端12；叶片2包括作用面21，作用面21的轮廓线包括远离轮毂1的外缘型线211，外缘型线211靠近进口端11的端点为型线始点214，外缘型线211靠近出口端12的端点为型线终点215；外缘型线211为平滑的空间曲线，外缘型线211沿轮毂1轴向的曲率由型线始点214至型线终点215的过程中逐渐减小，同时，外缘型线211沿轮毂1轴向的曲率变化率也逐渐减小。
[0073]
在叶片2随轮毂1旋转时，叶片2的作用面21对血液产生泵送作用，因此作用面21的结构对叶轮乃至导管泵的整体性能起到关键性的作用，而当作用面21的轮廓线确定后，作用面21的整体曲面结构即可确定。
[0074]
作用面21的轮廓线包括与轮毂1外周连接的轮毂型线216，它和外缘型线211一同构成叶片2的主要流线结构。轮毂型线216的始点(即轮毂型线216靠近进口端11的端点)和外缘型线211的始点(即外缘型线211靠近进口端11的端点)之间的连接线为进口边线212。同理，轮毂型线216的终点(即轮毂型线216靠近出口端12的端点)和外缘型线211的终点(即外缘型线211靠近出口端12的端点)之间的连接线为出口边线213。
[0075]
外缘型线211为平滑的空间曲线，表示作用面21由靠近进口端11的一侧到靠近出口端的一侧光滑过渡，在血液由叶轮进口流向出口的过程中，沿作用面21的曲面结构顺畅流动，有助于降低流动损失。同时，血液在沿作用面21流动的过程中速度变化平缓且分布均匀有助于减小流动死区，降低血液损伤。
[0076]
外缘型线211沿轮毂1轴向的曲率越大，则表示外缘型线211的弯曲程度越大，换句话说就是外缘型线211偏离轮毂1轴向线的程度越大。
[0077]
外缘型线211靠近型线始点214的部分曲率变化率较大，能够使血液在叶轮进口沿外缘型线211的切向旋转流入叶片2形成的流道，有助于减少流动扰动，避免产生流动死区和血液损伤。外缘型线211向叶轮出口延伸的过程中，曲率变化率呈线性降低，到型线终点215时外缘型线211沿轮毂1轴向的曲率及曲率变化率均降为最低，使得叶片2在叶轮出口实现对血液泵送做功最大化，有助于提高流量和叶轮2进口和出口的压差。
[0078]
本实施例提供的叶轮，其作用面21的外缘型线211沿轴向从型线始点214到型线终点215光滑过渡，且外缘型线211沿轮毂1轴向的曲率及曲率变化率均逐渐减小，使血液在流经叶片2作用面21时流动顺畅、流速变化平缓且分布均匀，有助于提高叶轮所能实现的水力
性能，降低血液的流动损失、降低血液损伤以及避免流动死区的形成。
[0079]
如图1所示，一些实施例中，型线始点214的切线(图1中虚线)与切向速度v
t
的夹角为外缘型线211的进口夹角α；型线始点214的轴向速度va和切向速度v
t
的合速度为相对速度v，型线始点214的相对速度v与切向速度v
t
(或称圆周、水平线)的夹角为外缘型线211的进口安装角am，进口夹角α大于进口安装角am。
[0080]
当进口夹角α大于进口安装角am时，两者之间即产生角度差，该角度差即为相对速度v与型线始点214的切线所成夹角a，夹角a又称为入流攻角或入流冲角。
[0081]
在血液低速流动下，入流攻角能够抑制血液在流经作用面21时发生流动分离，减少血液进入叶轮时产生的入流流动损失，增加水力性能，同时也有助于降低血液损伤。
[0082]
一些实施例中，进口夹角α与进口安装角am的角度差不大于5
°
。
[0083]
在本技术的典型但非限制性的实施方式中，安装角am的角度为0
°
、1
°
、2
°
、3
°
、4
°
或5
°
。
[0084]
如图4至图17，选取入流攻角的角度为0
°
和5
°
的两种叶轮结构进行模拟实验，以实现对两种叶轮结构所达到的水力性能和溶血性能的比对。
[0085]
由图4可以看出，在入流攻角为5
°
的结构中，叶轮进口处与出口处的压差相较于入流攻角为0
°
的叶轮结构明显提高，相对应的，该种结构下叶轮能够实现较大扬程。相较于入流攻角为0
°
的结构，入流攻角为5
°
的结构的叶轮具有更好的水力性能。
[0086]
由图5可以看出，在入流攻角为5
°
的结构中，叶轮在旋转时所产生的平均标量剪应力相较于入流攻角为0
°
的叶轮结构明显降低。而平均标量剪应力较低的效果也在图6中得以体现，可以看出在入流攻角为5
°
的结构中的溶血指数相较于入流攻角为0
°
的结构具有明显降低，表示入流攻角为5
°
的叶轮结构能够保证泵送的血液具有更好的生理指标，具有更好的溶血性能。
[0087]
在上述数据的基础上，通过图7至图17能够更加直观的展现入流攻角为0
°
和5
°
时两种叶轮结构的水力性能和溶血性能的差距。
[0088]
图7为两种叶轮结构的三维流场对比图，图中不同颜色深度的箭头表示流体在流经叶轮时的速度值。可以看出，血液(即血液)在进入叶轮进口前状态相同，在流出叶轮时入流攻角为0
°
的结构时产生了明显的流动分离，而入流攻角为5
°
的结构则并未发生。相较于入流攻角为0
°
的结构，入流攻角为5
°
的叶轮具有更好的水力性能。
[0089]
图8表示两种叶轮结构的径向截面的流场对比，也是通过不同颜色的箭头表示血液在流经叶轮时的速度值。也能看出在入流攻角为0
°
的结构中，血液在流出叶轮时，发生流动分离，同时血液出现乱流。而在入流攻角为5
°
的结构中，血液的流动则更加平稳均匀，具有更好的水力性能。
[0090]
图9展示出两种叶轮结构的径向截面压力对比，图中采用不同颜色表示流体在流经叶轮时压力的分布状况。可以看出在入流攻角为5
°
的结构中，叶轮出口的位置压力更低，则叶轮的进口和出口之间具有更明显的压力差。相较于入流攻角为0
°
的结构，入流攻角为5
°
的叶轮具有更好的水力性能。
[0091]
图10展示出两种叶轮结构的径向截面涡量对比，图中采用不同颜色表示血液在流经叶轮时的涡量的分布状况。可以看出在入流攻角为5
°
的结构中，涡量在叶轮周围分布的更为均匀，避免了涡旋集中，使血液在流经叶轮时更为平稳，有助于减小流动损失。相较于
入流攻角为0
°
的结构，入流攻角为5
°
的叶轮具有更好的水力性能。
[0092]
图11展示出两种叶轮结构的径向截面标量剪应力对比，图中采用不同颜色流体在流经叶轮时的标量剪应力的分布状况。可以看出入流攻角为5
°
的结构下，标量剪应力相对较小，尤其在叶轮出口较为明显。
[0093]
图12展示出两种叶轮结构的径向截面溶血指数对比，图中采用不同颜色表示流体在流经叶轮时的溶血指数的分布状况。与标量剪应力相对应，在入流攻角为5
°
的结构下，溶血指数更低，尤其在血液流出叶轮后更为明显。相较于入流攻角为0
°
的结构，入流攻角为5
°
的叶轮具有更好的溶血性能。
[0094]
图13至图17是选取叶轮的另一径向截面进行上述图8至图12所进行的模拟实验，以便于在上述入流攻角为0
°
和入流攻角为5
°
这两种叶轮结构下，对叶轮所达到的水力性能和溶血性能进行进一步佐证。图13至图17所展示的实验效果与图8至图12相同，在此不再赘述。
[0095]
经过上述模拟实验可以看出，相比于入流攻角为0
°
的结构，入流攻角为5
°
的叶轮能够实现的更高的水力性能并降低被泵送血液发生溶血状况。
[0096]
一些实施例中，外缘型线211的进口夹角α的角度为25
°
至35
°
。
[0097]
在本技术的典型但非限制性的实施方式中，外缘型线211的进口夹角α的角度为25
°
、26
°
、27
°
、28
°
、29
°
、30
°
、31
°
、32
°
、33
°
、34
°
或35
°
。
[0098]
可选的，进口安装角am，计算公式如下：
[0099][0100]
型线始点214的轴向速度va的计算公式为：
[0101][0102]
式中，q为预设流量，a为导管泵在安装叶轮处的管内截面积，d为导管泵在安装叶轮处的内径。
[0103]
型线始点214的切向速度v
t
的计算公式为：
[0104][0105]
式中，ω为叶片2的预设转速。
[0106]
外缘型线211的进口夹角α的计算公式为：
[0107]
α＝a+am[0108]
以预设流量q为5l/min，导管泵内径d为5mm，预设转速ω为35000rpm(转/分)为例进行进口夹角α的计算说明：
[0109][0110][0111]
[0112]
所得结果0.4338rad为弧度制的表示方式，将其换算为角度值约等于25
°
，即安装角为25
°
。
[0113]
根据前述入流攻角的模拟实验，入流攻角的角度值取5
°
，则
[0114]
α＝a+am≈30
°
[0115]
一些实施例中，外圆型线211为高斯曲率渐变的螺旋曲线。
[0116]
可选的，外缘型线211的公式为：
[0117][0118][0119]
由上述公式可知，外缘型线211具有沿轴向和切向连续可导特性，该特性使得作用面21由进口侧到出口侧光滑过渡。
[0120]
外缘型线211的始点对应于上述公式为z＝0的点，随着z值的逐渐增大(即由型线始点214向型线终点215)，外缘型线211沿轮毂1轴向的曲率和曲率变化率均逐渐减小。
[0121]
此外，进口夹角α的角度值也可通过前述外缘型线211的曲线公式算得，具体过程如下：
[0122]
先对曲线公式进行求导：
[0123][0124]
再对所得结果进行反正切运算：
[0125][0126]
所得角度为型线始点214的切线与z轴方向的夹角，如图1所示，对应的可算出进口夹角α的角度为30
°
[0127]
如图3，一些实施例中，型线始点214所在轴面和型线终点215所在轴面的夹角为叶片偏转角θ，叶片偏转角θ的角度为90
°
至150
°
。
[0128]
在本技术的典型但非限制性的实施方式中，叶片偏转角θ的角度为90
°
、95
°
、100
°
、105
°
、110
°
、115
°
、120
°
、125
°
、130
°
、135
°
、140
°
、145
°
、150
°
。
[0129]
型线始点214所在轴面表示型线始点214和轮毂1的中心轴线共同所处的平面，由于该面是由直线(即轮毂1的中心轴线)及直线外一点(型线始点214)共同限定，所以该面是唯一确定的。同理，型线终点215所在轴面表示型线始点214和轮毂1的中心轴线共同所处的平面，也是唯一确定的。
[0130]
结合图3叶片偏转角θ可更为直观的理解为，在叶轮的俯视投影图中，型线始点214与轮毂1轴心的连线，以及型线终点215与轮毂1轴心的连线，两条连线所成夹角即为叶片偏转角θ。叶片偏转角θ的大小反应了每个叶片2在轮毂1上沿圆周延伸的长短。
[0131]
如图18至图31，选取叶片偏转角θ为90
°
、110
°
和180
°
的三种叶轮结构进行模拟实验，以实现对三种叶轮结构所达到的水力性能和溶血性能的比对性能比对。模拟实验所用
的三个叶轮模型均具有均布的两个叶片2。
[0132]
由图18可以看出，在叶片偏转角θ为110
°
的结构中，叶轮进口处与出口处的压差最高，相对应的，该种结构下叶轮能够实现较大扬程。叶片偏转角θ为90
°
的结构次之，而叶片偏转角θ为180
°
的结构则产生了负压差。因此，相较于叶片偏转角θ为90
°
和180
°
的两种结构，叶片偏转角θ为110
°
的叶轮能够实现较好的水力性能。
[0133]
由图19可以看出，在叶片偏转角θ为110
°
的结构中，叶轮在旋转时所产生的平均标量剪应力明显较低。叶片偏转角θ为180
°
的结构次之，叶片偏转角θ为90
°
的结构则产生了最高的平均标量剪应力。而平均标量剪应力较低的效果也在图20中得以体现，可以看出在叶片偏转角θ为110
°
的结构中，溶血指数相比于其他两种结构较低，表示该结构下叶轮能够保证泵送的血液具有较好的生理指标。在叶片偏转角θ为180
°
的结构中，溶血指数相较叶片偏转角θ为110
°
的结构略微升高，两种结构几乎相当。而在叶片偏转角θ为90
°
的结构中，溶血指数产生了明显的升高。
[0134]
在上述数据的基础上，通过图21至图31能够更加直观的展示入叶片偏转角θ为90
°
、110
°
和180
°
时三种叶轮的水力性能和溶血性能的差距。
[0135]
图21为三种叶轮结构的三维流场对比图，图中不同颜色深度的箭头表示流体在流经叶轮时的速度值。可以看出，血液(即血液)在进入叶轮进口前状态相同，在叶片偏转角θ为110
°
的结构中，血液在流经叶轮的过程中，流速变化更加平稳均匀；而在叶片偏转角θ为90
°
的结构中，血液在叶片2的入口侧流速会突然升高，同时血液在流经叶轮的过程中，也产生了较多乱流；在叶片偏转角θ为180
°
的结构中，血液在叶片2的出口侧流速会突然降低，同时血液在流经叶轮的过程中，同样也产生了乱流，但好于叶片偏转角θ为90
°
的结构。
[0136]
图22表示三种叶轮结构的径向截面的流场对比，也是通过不同颜色的箭头表示血液在流经叶轮时的速度值。在叶片偏转角θ为110
°
的结构中，血液在流经叶轮时，流速变化更加平稳均匀，相较于其他两种结构具有更好的水力性能。
[0137]
图23展示出三种叶轮结构的径向截面压力对比，图中采用不同颜色表示血液在流经叶轮时压力的分布状况。可以看出在叶片偏转角θ为110
°
的结构中，叶轮的进口和出口之间具有更明显的压力差。相比于其他两种结构，叶片偏转角θ为110
°
的叶轮具有更好的水力性能。
[0138]
图24展示出三种叶轮结构的径向截面涡量对比，图中采用不同颜色表示血液在流经叶轮时的涡量的分布状况。可以看出在叶片偏转角θ为110
°
的结构中，血液在流经叶轮时产生的涡量最少，且分布较为均匀，避免了涡旋集中，使血液在流经叶轮时更为平稳，有助于减小流动损失。在叶片偏转角θ为180
°
的结构中血液所产生的涡量较多，而在叶片偏转角θ为90
°
的结构中血液所产生的涡量最多。相比于其他两种结构，叶片偏转角θ为110
°
的叶轮具有更好的水力性能。
[0139]
图25展示出三种叶轮结构的径向截面标量剪应力对比，图中采用不同颜色血液在流经叶轮时的标量剪应力的分布状况。可以看出在叶片偏转角θ为110
°
的结构中，血液在流经叶轮时受到的标量剪应力最少，尤其在叶轮出口较为明显。在叶片偏转角θ为180
°
的结构中血液受到的标量剪应力较多，而在叶片偏转角θ为90
°
的结构中血液受到的标量剪应力最多。
[0140]
图26展示出三种叶轮结构的径向截面溶血指数对比，图中采用不同颜色表示流体
在流经叶轮时的溶血指数的分布状况。与标量剪应力相对应，在叶片偏转角θ为110
°
的结构中，血液在流经叶轮时以及流出叶轮后，相比于其他两种结构溶血指数最低。在叶片偏转角θ为180
°
的结构中，相较于叶片偏转角θ为110
°
的结构溶血指数有所升高，而在叶片偏转角θ为90
°
的结构中溶血指数最高。相比于其他两种结构，叶片偏转角θ为110
°
的叶轮具有更好的溶血性能。
[0141]
图27至图31是选取叶轮的另一径向截面进行上述图22至图26所进行的模拟实验，以便于对上述叶片偏转角θ为90
°
、110
°
和180
°
这三种结构下，叶轮所达到的水利性能和溶血性能进行进一步佐证。图27至图31所展示的实验效果与图22至图26相同，在此不再赘述。
[0142]
经过上述模拟实验可以看出，相比于叶片偏转角θ为90
°
和180
°
的结构，叶片偏转角θ为110
°
的叶轮能够实现更高的水力性能并降低被泵送血液发生溶血状况。
[0143]
如图3所示，一些实施例中，叶轮沿轮毂1的轴向投影时，进口边线212与型线始点214径向的夹角为切向前掠角β，切向前掠角β的角度为2
°
至8
°
。
[0144]
在本技术的典型但非限制性的实施方式中，切向前掠角β的角度为2
°
、3
°
、4
°
、5
°
、6
°
、7
°
或8
°
。
[0145]
如图3，血液在进入叶轮进口时，切向前掠角β能够使切向速度v
t
产生朝向轮毂1中心轴的分速度v1。而该分速度v1能够使血液在由叶轮进口流向叶轮出口旋转流动的过程中向轮毂1聚拢，从而降低血液受到的剪应力，同时避免二次流的产生，使血液的流动更为稳定。
[0146]
所谓二次流是指血液在流动的过程中，因受到横向力(即轮毂1的径向力)的作用，产生了沿轮毂1径向的偏移。二次流是叠加在主流(血液沿轮毂1轴向的流动)之上的介质流动。
[0147]
除横向力外，分离流和旋涡等也会引起相应的二次流。
[0148]
在本实施例的叶轮中，由于叶片2具有切向前掠角β的结构，使血液在流经叶轮的过程中产生朝向轮毂1中心轴的分速度v1，该分速度v1能够对血液产生一定的聚拢效果，使血液保持在轮毂1的圆周流动，形成稳定的流场。有效避免血液在横向力或分离流等因素的影响下产生二次流，有助于减少血液的流动损失，提高叶轮的水力性能，同时降低对血液的损伤，使实施例的叶轮具有更好的溶血性能。
[0149]
如图2所示，一些实施例中，叶轮沿轮毂1的径向投影时，进口边线212与水平线的夹角为轴向前掠角γ，轴向前掠角γ的角度为10
°
至26
°
。
[0150]
在本技术的典型但非限制性的实施方式中，轴向前掠角γ的角度为10
°
、11
°
、12
°
、13
°
、14
°
、15
°
、16
°
、17
°
、18
°
、19
°
、20
°
、21
°
、22
°
、23
°
、24
°
、25
°
或26
°
。
[0151]
如图2，血液在进入叶轮进口时，轴向前掠角γ能够使轴向速度va产生朝向轮毂1中心轴的分速度v2。而该分速度v2能够使血液在由叶轮进口流向叶轮出口旋转流动的过程中向轮毂1聚拢，从而降低血液受到的剪应力，同时避免二次流的产生，使血液的流动更为稳定。
[0152]
在本实施例的叶轮中，由于叶片2具有轴向前掠角γ的结构，使血液在流经叶轮的过程中产生朝向轮毂1中心轴的分速度v2，该分速度v2与前述由于切向前掠角β结构而产生的分速度v1共同作用，能够对血液产生一定的聚拢效果，使血液保持在轮毂1的圆周流动，形成稳定的流场。有效避免血液在横向力或分离流等因素的影响下产生二次流，有助于减
少血液的流动损失，提高叶轮的水力性能，同时降低对血液的损伤，使实施例的叶轮具有更好的溶血性能。
[0153]
如图1和图2所示，一些实施例中，轮毂1的外径由进口端11向出口端12逐渐增大，且轮毂1的进口端11为平滑的顶部结构。
[0154]
可选的，进口端11可为球形圆顶或者为通过对圆柱体外缘进行倒圆角处理获得的近似球形圆顶的顶部结构。
[0155]
进口端11为球形圆顶或近似结构，在血液流经进口端11时有助于降低血液所受到的阻力。同时能够使减少湍流的产生，使血液流动更为平稳，也有助于降低流动损失和减少溶血的情况产生。
[0156]
一些实施例中，在叶轮的同一径向截面内，叶片2外径与轮毂1外径的比值为1.25至3.25。
[0157]
可选的，实施例的叶轮中，轮毂1的外径由进口端11到出口端12逐渐增大，而叶片2的外径保持不变。因此，轮毂比由型线始点214向型线终点215逐渐减小。
[0158]
一些实施例中，沿轮毂1的轴向，叶片2的长度与轮毂1的长度比值为0.86至0.87，且型线终点215靠近出口端12。
[0159]
一些实施例中，外缘型线211的安装角和相同轴向位置的轮毂型线216的安装角不同，这使得叶片2为扭式叶片。扭式叶片有助于血液贴合叶轮，增加叶轮所能实现的水力性能，减小特殊流动结构的产生。
[0160]
一些实施例中，叶片2厚度均匀。
[0161]
可选的，叶片2的进口侧与外缘侧的相交处为圆滑过渡结构。
[0162]
叶片2的进口侧为进口边线212所在的叶片2厚度侧面，外缘侧为外缘型线211所在的叶片2厚度侧面，实施例的叶轮在两个侧面的相交处进行倒圆角处理。
[0163]
基于同一发明构思，与上述任意实施例的叶轮相对应的，本技术还提供了一种心室辅助装置。
[0164]
所述心室辅助装置，包括：导管和设置于导管中的如前述任意实施例的叶轮。
[0165]
心室辅助装置的工作原理为，经股动脉途径将心室辅助装置的导管送至左心室，导管的流入口位于左心室流出道，导管的流出口则位于主动脉内。心室辅助装置工作时，通过旋转的叶轮能够将血液从左心室的导管流入口吸入导管，再通过主动脉的导管流出口回输至主动脉，即达到心脏辅助的作用。
[0166]
上述实施例的心室辅助装置依靠前述任一实施例中相应的叶轮实现泵送血液，并且具有相应的叶轮实施例的有益效果，在此不再赘述。
[0167]
需要说明的是，上述对本技术的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
[0168]
本技术中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。
[0169]
本技术的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本技术
限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本技术的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本技术从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
[0170]
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本技术的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本技术的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本技术实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
[0171]
尽管已经结合了本技术的具体实施例对本技术进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。
[0172]
本技术实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本技术实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。