用于轴流泵的叶轮的制作方法
【专利说明】用于轴流泵的叶轮 相关申请的交叉引用
[00011 本申请要求于2013年8月14日提交的美国临时专利申请61/865672以及于2014年6 月17日提交的美国临时专利申请62/013271的申请日之权益，其公开的内容在此通过参考 引入本文。
【背景技术】
[0002] 本发明涉及用于血栗的转子和具有这种转子的血栗。
[0003] 植入式血栗被用作心室辅助装置，以协助患者或动物受试者的病变心脏的机能。 当血栗被用作左心室辅助装置或"LVAD"时，栗的入口与病人心脏的左心室连通，而栗的出 口与主动脉瓣下游的主动脉连通。因此，该栗与患者的左心室并行工作，从而推动血液从心 室流入主动脉。在典型的人受试者中用作LVAD的栗应该能够提供大量的血流量，例如每分 钟几升或更高，以克服对应于该受试者血压的压头(pressure head)。例如，在典型的运行 状态下，LVAD可以在75毫米汞柱压头（即，栗出口处的压力比栗入口处的压力要高75毫米汞 柱)的情况下每分钟栗送5升的血液。
[0004] 其它血栗应用为右心室辅助装置。在本申请中，栗的入口连接到受试者心脏的右 心室，而栗的出口则连接到一个肺动脉。双栗可用于提供左、右心室辅助，或者甚至用作完 整的人工心脏。
[0005] 植入式血栗要小巧紧凑，以便于将该栗安装在患者体内。它们在病人体内也应当 要能够提供长时间（最为典型的是运行几年、甚至几十年)使用的高可靠性。植入式血栗也 应当是高效的，以便最大限度地减少栗运转所需的电力。这对于栗通过在病人身体上或体 内携带的便携式电池或其它便携式电源进行供电的情况(这也是大多数应用的情况)显得 尤为重要。此外，栗应当设计为尽可能地减少对患者血液的损害。它应该要限制承受相对较 高剪切应力（例如150Pa或以上）的血液的量，以尽可能地减少对血液成分的损害。
[0006] 美国专利7699508、7972122、8007254和8419609公开了一种能够满足需要的血栗 的形式，上述专利已全部转让给本受让人。前述专利的公开内容通过引用而并入本文。这种 类型的血栗通常被称为宽叶片轴流血栗。该栗包括具有内腔的壳体和设置在内腔中的转 子。所述转子具有沿轴线延伸的轮毂和从轮毂向外突伸的叶片。叶片绕轴线彼此间隔开，从 而所述叶片共同限定了在相邻叶片之间延伸的通道。所述通道大致呈螺旋形，沿轴线延伸 的同时还部分地环绕该轴线。叶片的外端部具有末端表面，末端表面朝向远离轴线的向外 的方向。这些末端表面具有相当大的面积。末端表面包括流体动力承载面。典型地，转子是 有磁性的，其包括两个或更多个的磁极。电气线圈围绕壳体排列。这些线圈由电源供电，以 便提供使转子旋转的旋转磁场。当转子旋转时，它轴向地推动壳体中的血液沿着轴线的下 游方向流动。流体动力承载面在位于该承载面与壳体内壁之间的血液膜上支撑所述转子。 换句话说，流体动力承载使该转子与内腔保持同轴并抵抗横穿转子轴线的载荷，例如，当患 者的运动而使栗倾斜时所产生的重力或陀螺力施加的载荷。转子与线圈施加的磁场之间的 磁相互作用抵抗转子的轴向运动。在其它变化形式中，还可以提供另外的元件，例如另外的 磁体或另外的流体动力承载，以抵抗转子相对于壳体的轴向运动。
[0007] 根据上述专利的优选的宽叶片轴流栗可以非常地紧凑小巧。例如，适合用作左心 室辅助装置的栗可具有直径约为0.379英寸（9.63毫米）的转子和轴向长度约为0.5英寸 (12.7毫米)的叶片。转子的总长度(包括从叶片沿上游和下游方向伸出的轮毂)约为0.86英 寸(21.8毫米）。壳体的内径仅比转子的直径稍大。电气线圈、壳体和转子可以容纳在一个直 径约为0.7英寸（18毫米)和长度约为1英寸(25毫米)的外壳内。在一种布置中，壳体的出口 或下游端被连接到蜗壳，其用作将该出口端连接到流出插管，而壳体的入口或上游端则通 过心脏壁上的一个小孔插入患者的左心室。在其它布置中，整个栗可放置在左心室内，其中 壳体的出口端可连接到延伸穿过主动脉瓣的流出插管。可参见公开号为20090203957A1的 美国专利申请，其公开的内容被并入本文。
[0008] 根据上述专利和公开的专利申请的宽叶片轴流血栗无磨损地运转。在运转中，转 子(该栗的唯一的运动部件)在流体动力承载和磁场作用下保持悬置而不接触壳体。这种栗 理论上具有无限的寿命。此外，根据上述专利的优选的栗可以在无血栓形成的情况下运转 多年。
[0009] 尽管在本领域中已取得显著进展，然而仍然需要做进一步的改进。特别是，在保持 宽叶片轴流血栗优点的同时提供更高的效率、提高栗的性能并且减少对血液的剪切是较为 理想的。这样的改进产生了艰巨的工程挑战。在这种类型的宽叶片轴流栗中，转子叶片的末 端表面必须提供足够的面积以进行有效的流体动力承载。转子的叶片还必须具有所需体积 以容纳足够的磁性材料，以便在转子上提供足够强度的磁极。这些制约因素限制了在这之 前对于转子设计的可能的改进。
【发明内容】
[0010] 本发明的一个方面提供了一种用于血栗的改进的转子。优选地，所述转子具有沿 上游和下游轴线方向延伸的轴线和多个大致呈螺旋形的叶片，所述叶片从转子的流入端延 伸到转子的流出端。较好的是，所述叶片沿叶展方向远离所述轴线向外突伸。所述叶片通常 在轴线方向上具有共同的延伸范围。叶片最好在绕轴线的圆周方向上彼此间隔开，以便限 定相邻叶片之间的大致螺旋形的通道。每个叶片优选地具有面朝向前的圆周方向的压力 面、面朝向后的圆周方向的吸力面以及在所述叶片的压力面和吸力面之间延伸的末端表 面。每个通道的边界优选地由一个叶片的压力面和相邻的下一个叶片的的吸力面所限定。 所述叶片的末端表面最好限定能够悬置所述转子的流体动力承载区域。最好地，所述转子 适于提供以下至少一种： (a) 在75毫米汞柱的压头且V15Q小于25立方毫米的情况下至少5升的血流量;和 (b) 在75毫米汞柱压头且转速为15000转/分钟的情况下至少50000毫米/分钟的特定血 液流速;和 (c) 小于30度的平均流出角。
[0011] 作为替代或补充的方案，每个所述叶片的压力面包括位于叶片的流出端的流出角 部表面，所述流出角部表面在所述叶片的叶展范围的主要部分上延伸。较好地，在所述流出 角部表面沿所述下游轴线方向往向后的圆周方向倾斜。最优选地，所述流出角部表面在叶 片的下游末端处延伸至叶片的吸力面的0.4毫米范围内。
[0012] 本发明的另一方面提供了一种改进的血栗。优选地，所述栗包括如上所述的转子。 较好地，所述栗具有限定了内腔的壳体，所述内腔具有回转曲面形式的内表面，所述转子设 置在壳体内，该转子与所述内腔的内表面同轴线，并且所述内腔的内表面紧密覆盖叶片的 末端表面。所述栗最好包括设置为使所述转子绕其轴线旋转的驱动器。本发明的再一个方 面还提供了改进的栗送血液的方法。根据本发明这个方面的方法优选地包括将上述血栗植 入患者体内的步骤，将所述栗连接到患者的循环系统的步骤以及致动所述栗以便辅助所述 循环系统内的血液流动的步骤。
【附图说明】
[0013] 图1是根据本发明一个实施例的转子的立体图。
[0014] 图2是图1所示转子从另一视角观察时的立体图。
[0015]图3是图1-图2所示转子的正视图。
[0016] 图4是图1-图3所示转子的端视图。
[0017] 图5是图1-图4所示转子的另一端的端视图，并且还示出了根据本发明的一个实施 例的栗的其他组件。
[0018] 图6是图5所示的栗的局部剖面示意图。
[0019] 图7是图1-图6所示的转子的另一个端视图。
[0020] 图8-图13是图1-图7所示转子的其它正视图，为清楚说明图7所显示的直径而移除 了转子的一部分。
[0021] 图14是图1-图13所示转子的另一正视图，其中示出了某些尺寸。
[0022]图15是沿图14的A-A线的剖视图，其中示出了另外的尺寸。
[0023] 图16是包含图1-图15所示转子的栗的局部剖视图。
[0024] 图17是图16当中