泵转子的制作方法

本申请实施例涉及医疗中的泵技术，尤其涉及一种血泵转子。

背景技术：

目前，在一些大型手术特别涉及心脏手术时，在保障对心脏进行手术操作的同时，还要使医疗对象的血液正常运转，保证医疗对象的血液正常流通，使医疗对象维持正常的生命体征。

目前常用血泵装置来促使手术中的医疗对象的血液正常流通，即将血泵装置具有血泵的一端等插入医疗对象的心室内，血泵装置的另一端插入心脏的动脉中，通过血泵的运转，将心脏心室内的血液抽向医疗对象的动脉中，从而保证医疗对象的正常血液循环，以在对医疗对象进行心脏相关手术时，仍能使医疗对象的血液正常流通。

但是，目前的血泵装置中的血泵，由于是需泵抽血液，这对泵特别是泵的转子的要求特别高，不仅需要保证泵转子的运转效率，还需要保证泵送对象即血液的生理指标不受影响，这里，血液的生理指标主要包括白细胞指标、红细胞指标、血红蛋白指标、血清结合珠蛋白指标、血小板指标等主要指标，而血泵在高速旋转过程中，在对血液泵送的同时，也会对血液中的生理指标造成影响，如泵转子的叶片在高速旋转过程中，会对血液中的血红细胞的细胞壁进行破坏，而血液中的大量血红细胞的细胞壁被破坏后，会导致血液的溶血效应，导致医疗对象处于溶血并发症，严重的危及生命。

但是，目前的血泵装置一般只关注泵送效率，但对于泵送血液的生理指标并不关注，主要原因是目前血泵装置中的血泵由于要置入医疗对象的体内，因此血泵的体积较小，一般均是关注血泵的工作效率，对血泵的泵送对象血液的生理指标关注较少。但是，血泵装置由于直接作用于医疗对象的血液，难免会对血液造成相应的破坏，对于一些溶血耐受差的医疗对象，特别是有并发症的医疗对象，血液生理指标的微小改变，对于有并发症的医疗对象而言都是致命的。遗憾的是，目前的血泵装置均是关注血泵的泵送效率及血泵装置的尺寸等，而对于血泵装置对血液生理指标的关注几乎没有。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请实施例的一个方式提供一种泵转子，能够为医疗对象泵送足够的血液，且几乎不会破坏血液的各项生理指标。

本申请实施例提供一种泵转子，包括：柱形转轴和叶片；所述叶片具有硬质部和柔性部，所述硬质部和所述柔性部一体平滑连接；所述叶片的硬质部固定于所述柱形转轴的周缘上，而使所述叶片分布于所述柱形转轴的周缘；所述柔性部的材质的弹性模量为8mpa至80mpa；

所述柱形转轴旋转时，泵送对象能对所述叶片施加反作用推力，基于所述反作用推力，所述叶片的柔性部形变而具有一曲度。

作为一种实现方式，所述叶片的柔性部和硬质部在所述柱形转轴的径向的长度比为1:8至2:1。

优选地，所述叶片的柔性部和硬质部在所述柱形转轴的径向的长度比为:7：53、10：57、9:43、3:11、4:9或11:15。

作为一种实现方式，所述叶片的硬质部的弹性模量为90mpa至195mpa。

作为一种实现方式，所述叶片的柔性部所述叶片的柔性部的弹性模量为40mpa至58mpa。

作为一种实现方式，所述叶片的柔性部所述叶片的柔性部的弹性模量为47.93mpa至48.67mpa。

作为一种实现方式，所述叶片为1至6片。

作为一种实现方式，所述叶片为1片时，所述叶片从所述柱形转轴一端的周缘处呈向所述柱形转轴的另一端运动的方式绕设于所述柱形转轴的另一端的周缘上；所述叶片绕设所述柱形转轴的周缘的周数为0.2至5周。

作为一种实现方式，所述叶片为2片至6片时，所述叶片从所述柱形转轴一端的周缘处的等分处呈向所述柱形转轴的另一端运动的方式，各叶片以平行方式绕设于所述柱形转轴的另一端的周缘的对应等分处；所述叶片绕设所述柱形转轴的周缘的周数为0.1至5周。

本申请实施例的泵转子结构，泵转子的叶片部分采用柔性材质制成，叶片具有柔性部和硬质部，柔性部和硬质部一体平滑连接；叶片的柔性部设置于硬质部上，硬质部固定于柱形转轴的周缘上而使叶片分布于柱形转轴的周缘。本申请实施例通过对泵转子的叶片的材质进行相应的选材，使泵转子在旋转时，使泵转子的叶片的边缘处的柔性部产生形变而具有一曲度。本申请实施例中，由于泵转子的叶片的边缘处为柔性部，而对血液破坏较大的部分恰恰在叶片的边缘部分，这样，在泵旋转过程中，泵转子的叶片在泵送血液时会有弯曲变形，这对于血液的生理指标而言破坏较小，几乎不会破坏血红细胞，因此可保证泵送血液的生理指标，能适用于任何的医疗对象，特别是具有并发症的医疗对象。

附图说明

图1为本申请实施例的泵转子组成结构示意图；

图2为本申请实施例的泵转子的叶片的组成结构示意图；

图3为本申请实施例的泵转子的叶片柱形转轴设计示意图；

图4为本申请实施例的泵转子的叶片柱形转轴设计示意图；

图5为本申请实施例的泵转子的叶片角沿程分布图；

图6为本申请实施例的泵转子的柱形转轴的设计曲线图。

具体实施方式

以下结合附图，详细阐明本申请实施例技术方案的实质。

图1为本申请实施例的泵转子组成结构示意图，如图1所示，本申请实施例的泵转子包括：柱形转轴10和叶片20。

图2为本申请实施例的泵转子的叶片的组成结构示意图，图3为本申请实施例的泵转子的叶片柱形转轴设计示意图，如图2、图3所示，所述叶片20具有柔性部202和硬质部201，所述柔性部202和所述硬质部201一体平滑连接；所述叶片20的硬质部201固定于所述柱形转轴10的周缘上而使所述叶片20分布于所述柱形转轴10的周缘。

本申请实施例中，通过叶片20与柱形转轴10的连接部分设置为硬质部，而叶片20的边缘部分设置为柔性部202，这样，当泵转子转动而带动叶片20转动时，当叶片20与泵送对象如血液接触后，在泵送对象施加的作用力下，柔性部202产生变形，从而在泵转子高速转动的情况下，由于柔性部202的质地较为柔软，对泵送对象具有一定的保护作用，叶片对泵送对象如血液中的血红细胞等破坏较小，在将泵送对象泵送至目标方向时，泵送对象如血液等生理指标并不会被破坏。

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，因为泵送时若血液溶血，将会危及医疗对象的生命安全。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，因此可能会导致肾功能损伤以及多器宫衰竭。

溶血量估算是根据实验测量得到的筒单流场内流动参数与溶血破坏量的定量关系，经过合理地假设、变形，建立适用于复杂流场的溶血模型。目前，大部分进行定量溶血估算的研究都是建立在幂律方程的基础之上的。幂律方程描述的是简单流场中溶血指数(hi)与剪切力(τ)、曝光时间(texp)的关系：

其中，溶血指数hi定义为血浆游离血红蛋白浓度的增量(△hb)与全血血红蛋白浓度(hb)的比值。c,α,β是通过实验数据进行回归分析后得到的常数。

综上所述，溶血的大小与剪切力与曝光时间有关，而泵转子的叶片的叶尖位置，是导致溶血较为严重的区域，而本申请实施例的泵转子针对这一现象，将叶片的径向叶尖部分设置为一定弹性模量的柔性材料时，泵转子的叶片会沿旋转方向相反的方向弯曲，使得在叶片的叶尖处的旋转速度分布得到改善，从而减小叶尖位置剪切力的大小，降低了叶片的叶尖位置血液溶血的可能性。

本申请实施例中，制作柔性部202的柔性材质具有一定的弹性要求，该材质具有一定弹性和柔韧性，其中，所述柔性部202的材质的弹性模量为8mpa至80mpa；优选地，所述叶片的柔性部所述叶片的柔性部的弹性模量为40mpa至58mpa。所述硬质部201的材质的弹性模量为90mpa至195mpa。

本申请实施例中，出于对泵送对象的成分的保护的考量，在柔性部202的选材中，选用材质的弹性模量越小越好，但也要考虑泵转子的泵送效率，因此，在满足对泵送对象例如血液的生理指标不造成破坏的前提下，也要保证泵送效率尽可能地高。在对柔性材质的实验过程中，柔性部202的材质的弹性模量优选为45.7mpa至51.6mpa。在柔性材质为该弹性模量的区间时，对泵送对象如血液的生理指标破坏较小，且能保证泵转子的泵送效率。如当采用上述弹性模量为45.7mpa至51.6mpa的柔性材质时，本申请实施例的泵转子的泵送效率，能达到采用全硬质的泵叶片的泵送效率的97.39％，泵转子的泵送效率几乎没有下降，而对于泵送的泵送对象如血液而言，在目标方向端的采样中，几乎未见血红细胞的破坏，基本杜绝了溶血的发生。另外，对于目标侧的血液中的白细胞指标、血红蛋白指标、血清结合珠蛋白指标、血小板指标等，均未见有任何的破坏。

本申请实施例中，由于叶片20的下半部分仍然为硬质材料制成的硬质部201，可以根据需要，将柔性部202在所述柱形转轴10的径向方向的长度设置的小一些，这样，对泵转子的泵送效率影响较小，且通过在叶片20的边缘部分设置为柔性部202，又能对泵送对象的成分进行有效保护，避免泵送对象如血液的生理指标在泵送后有所破坏。

另外，作为一种实现方式，本申请实施例中的柔性部202的材质的弹性模量再优选为47.93mpa至48.67mpa之间。

本申请实施例中，柔性部202的材质并无硬性要求，可以是满足上述弹性模量要求的合金材料，或者为满足上述弹性模量要求的树脂，合成树脂，混合树脂等材质。本申请实施例中，上述柔性部的柔性材质优选为树脂材质。

本申请实施例中，对于所述硬质部201的材质也无相应要求，只要满足所述硬质部201的材质的弹性模量大于柔性部202的材质的弹性模量。在保证硬质部201和柔性部202一体加工的条件下，硬质部201的材质的弹性模量与柔性部202的材质的弹性模量之间的差值最好在40mpa至60mpa。本申请实施例中，当柔性部202的材质选用树脂时，硬质部201的材质最好也选用硬度更高的树脂等同类材质。当柔性部202的材质选用合金时，硬质部201的材质最好也选用硬度更高的合金或金属等。

本申请实施例中，所述柱形转轴10旋转时，泵送对象能对所述叶片20施加反作用推力，所述叶片20的柔性部202形变而具有一曲度。

如图3所示，本申请实施例中，所述叶片20的柔性部202和硬质部201在所述柱形转轴10的径向的长度比为1:8至2:1。作为一种优选方式，图2中柔性部202在所述柱形转轴10的径向的的长度与硬质部201之间的比例位于1:5至1:1之间。作为一种实现方式，所述叶片的柔性部和硬质部在所述柱形转轴的径向的长度比为:7：53、10：57、9:43、3:11、4:9或11:15。

本申请实施例中，作为一种实现方式，所述叶片为1至6片。

所述叶片20为1片时，所述叶片20从所述柱形转轴10一端的周缘处呈向所述柱形转轴10的另一端运动的方式绕设于所述柱形转轴10的另一端的周缘上；所述叶片20绕设所述柱形转轴10的周缘的周数为0.2至5周。当所述叶片20为1片时，所述叶片20绕设所述柱形转轴10的周缘的周数最好为一周以上，所绕所述柱形转轴10的周缘的周数越多，泵送效率也就越高。

需要说明的是，本申请实施例的泵转子结构中的叶片设计仍需采用普通的泵转子叶片的设计原理，即需要设置泵输入角度及输出角度等。

作为一种实现方式，本申请实施例中，如图1所示，泵转子的所述叶片20为2片至5片时，所述叶片20从所述柱形转轴10一端的周缘处的等分处呈向所述柱形转轴的另一端运动的方式，各叶片20以平行方式绕设于所述柱形转轴10的另一端的周缘的对应等分处；所述叶片20绕设所述柱形转轴的周缘的周数为0.1至5周。

图4为本申请实施例的泵转子的叶片柱形转轴设计示意图，如图4所示，确定叶轮外壳直径d2范围小于10mm，本申请实施例取6mm，轮毂比范围大致可为0.15～0.75，本申请实施例取为0.367，得到叶根直径d1为2.2mm，叶片长度l定义为叶根处叶片长度与外壳直径比值范围大致为1～2，这里，取1.333，所以叶片长度为8mm，叶片出口高度b与外壳直径比值为范围大致为0.25～1.5，本申请实施例取0.4167，所以出口长度为2.5mm。

图5为本申请实施例的泵转子的叶片角沿程分布图，如图5所示，出口角度β每一层相同，取与周向夹角范围大致在30°～90°(本申请实施例取60°)。以每一层的进口安装角αm与β，构造叶片角φ沿程分布，叶片角沿轴向从αm至β逐渐变化，获得每一层的叶片中心线，由此获得的叶片绕轴包角每一层可不同，但都不小于90°，所有层上不同包角的差值绝对值最大不超过20°，包角不同的结果为叶片型面是可弯的。

在中心线上叠加厚度分布形成每一层上的叶片曲线，每一层的厚度范围不超过1.5mm(实施例叶根取最大厚度0.8mm，叶尖最大厚度取0.5mm)。将n层叶片曲线积叠获得三维叶片型面，完成叶片设计。

图6为本申请实施例的泵转子的柱形转轴的设计曲线图，如图6所示，在叶片前缘位置取其前后一段形成长度为l1范围0～4mm(本申请实施例取0.95mm)，距旋转中心距离d1/2不变的直线l1，当l1为0时，曲线始终点重合，在叶片前缘位置处。在l1起始点构造流线型曲线l2，沿轴向向上游距旋转中心距离逐渐从d1/2减小至0，轴向长度l2。在l1下游终止点开始构造曲线l3，沿轴向向下游距旋转中心距离逐渐扩大，在叶片根部达到最大距离d3/2，d3不超过叶片转子直径(本申请实施例中，d3取5.6mm)。在l1下游终止点旋转轴斜向角θ(与轴向夹角)为0°，在最大距离处，旋转轴斜向角θ取范围为20°～90°(本申请实施例取50°)，以这两角度为l3曲线始终点的切线角，轴向长度l3。三条曲线连接后旋转一周获得旋转轴实体，考虑加工精度影响，可以把最大直径圆做成有厚度τ的凸台，厚度不超过0.5mm，旋转轴轴向长度为l1+l2+l3+τ，长度为叶片轴向长度的1.1～2倍(本申请实施例取1.5倍，长度12mm)。完成柱形转轴设计。

本申请实施例中，由于泵转子的叶片的边缘处为柔性部，而对血液破坏较大的部分恰恰在叶片的边缘部分，这样，在泵旋转过程中，泵转子的叶片在泵送血液时会有弯曲变形，这对于血液的生理指标而言破坏较小，几乎不会破坏血红细胞，因此可保证泵送血液的生理指标，能适用于任何的医疗对象，特别是具有并发症的医疗对象。

另外，由于泵转子的叶片在转轴的径向设置有柔性部，在将本申请实施例的泵转子输送至医疗对象的身体中如心室中时，可以使泵转子的叶片被束缚而使其整体直径变小，这样更容易将泵转子置放于医疗对象的动脉血管或其他器官中，方便对医疗对象的医疗。

此外，本实用新型的特征和益处通过参考示例性实施例进行说明。相应地，本实用新型明确地不应局限于这些说明一些可能的非限制性特征的组合的示例性的实施例，这些特征可单独或者以特征的其它组合的形式存在。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神以权利要求书为准。