專利名稱：免清洗的小型旋轉(zhuǎn)式泵的制作方法
免清洗的小型旋轉(zhuǎn)式泵
背景技術(shù)：
本發(fā)明的實施例總體涉及，但不限于，提供和使用醫(yī)療設(shè)備，并且更具體地涉及提 供和使用小型的、可植入式的血泵以協(xié)助或補充心臟功能
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的至少一些方面和實施例涉及用于協(xié)助人心臟功能的系統(tǒng)和方法。特別 地，一個實施例涉及使用具有管狀殼體的小型血泵來泵血的系統(tǒng)和方法，所述殼體包括支 撐葉輪的驅(qū)動單元，其中該驅(qū)動單元無需使用清洗液而保持不具有血塊或其他血液沉淀 物?，F(xiàn)有的小型血泵，諸如美國專利No. 6，942，611，采用清洗液以保持電機組沒有會 損害性能或長期導(dǎo)致泵卡死的障礙物。盡管清洗液的配置比較有效，當(dāng)其長期使用時，例如 超過30天時，其所需的附加結(jié)構(gòu)可能增加泵失靈的風(fēng)險。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例包括血泵，其可包括其中定位電動驅(qū)動單元的管狀殼 體。該驅(qū)動單元可同軸布置在殼體中，在驅(qū)動單元和殼體的內(nèi)表面之間的環(huán)形空間形成主 要的血流通道。在這種構(gòu)造中，血液被布置在驅(qū)動單元上游側(cè)的葉輪通常以螺旋運動驅(qū)動， 沿著流動通道流通并且從橫向分支的出口管排出殼體。殼體和出口管可具有L形構(gòu)造，籍此泵可插入到形成在心臟壁的端口中，而出口 管可與目標(biāo)血管連接。在這種構(gòu)造中，血泵可起到暫時支撐心臟的作用而不像較大的心內(nèi) 血泵一樣完全插入到心臟內(nèi)。本發(fā)明的一個方面涉及無需使用清洗液而保持不具有血塊或其他血液沉淀物或 堆積物的小型血泵。該血泵可包括環(huán)形的、構(gòu)造在轉(zhuǎn)子和定子之間的次要流動通道，血流通 過該通道持續(xù)沖洗轉(zhuǎn)子和定子的相對移動部分之間的區(qū)域。該次要血流可大致與主要血流 反向。本發(fā)明的另一方面涉及小型軸向血泵，其中承載葉輪的轉(zhuǎn)子不需要在軸向方向上 的支撐。該血泵可應(yīng)用在軸向方向上支撐轉(zhuǎn)子和葉輪的磁軸承。在一些實施例中，該軸向 磁軸承可以至少部分是有源的。本發(fā)明的另一個方面提供了基于導(dǎo)管的泵，其應(yīng)用清洗液使如上所述布置的次要 血流通道暢通。在該裝置中，主要血流定向為朝外并且緊接在葉輪后面圍繞殼體，并且另一 個端口定位在轉(zhuǎn)子后面允許血液流入以形成次要血流。本發(fā)明的另一個方面可提供基于導(dǎo)管的泵，其應(yīng)用磁軸承以控制承載葉輪的轉(zhuǎn)子 的軸向位置。該磁軸承可以是有源的，或無源的或兩者均可。本發(fā)明另一個方面涉及通過使用小型血泵來提供心臟輔助的方法，所述血泵包括 殼體、定位在殼體內(nèi)并且具有轉(zhuǎn)子和定子的驅(qū)動單元、定位在驅(qū)動單元一端并且與轉(zhuǎn)子連 接的葉輪，以及從殼體最靠近葉輪的一端延伸的套管?？蛇\行該泵以產(chǎn)生圍繞驅(qū)動單元的 主要血流以及形成在轉(zhuǎn)子和定子之間的環(huán)形空間內(nèi)的次要血流。該次要血流可大致與主要 血流反向?？赏ㄟ^機械軸承及/或通過有源或無源磁軸承提供軸向支撐。


附圖并非想要按比例繪制。在附圖中，在不同圖中顯示的每個相同或幾乎相同的 組件由相同數(shù)字表示。為了清晰的目的，可能不是每個組件在每個圖中均被標(biāo)識。圖中圖1為根據(jù)本發(fā)明的血泵的一個實施例的橫截面示意圖；以及圖2為根據(jù)本發(fā)明 的基于導(dǎo)管的血泵的一個實施例的橫截面示意具體實施例方式現(xiàn)在將參考附圖更詳細(xì)地描述各種實施例和它們的各方面。應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的應(yīng) 用并不限于在下面描述中所闡述或附圖所示的關(guān)于組件構(gòu)造及布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能具有 其他實施例并且能以各種方式實施或?qū)崿F(xiàn)。在此提供特定實施方式的范例僅僅為了說明的 目的而并非想要進行限制。特別地，針對任何一個或多個實施例所述的動作、元件及特征并 非想要在任何其他實施例中排除類似的作用。同樣，在此使用的措辭和術(shù)語是為了描述的 目的并且不應(yīng)被認(rèn)作限制?！鞍ā薄ⅰ鞍?、“具有”、“含”、“包括了”以及它們的變型的使用 是為了包圍其后所列的項以及它們的等價物和其他項。圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的血泵的橫截面示意圖。該示意性實施例的血泵100具有細(xì)長的、基本圓柱狀的殼體200，其中基本同軸地 定位驅(qū)動單元210。該驅(qū)動單元210包括具有定子部分300和轉(zhuǎn)子部分400的電動機。穿 過導(dǎo)管230的電導(dǎo)體220對電動機提供電能及控制信號。在驅(qū)動單元210和殼體的內(nèi)部之間的環(huán)形空間形成主要的血流通道240。在一個 實施例中，主要血流通道的內(nèi)徑和外徑可分別大約為7.0和10. 0mm，在主要血流通道中提 供大約160mm2的橫截面。定子部分300包括一對永久定子軸承磁體310a、310b。一個定子軸承磁體310a靠 近定子的上游端定位，而另一個定子軸承磁體310b靠近下游端固定。定子軸承磁體310a、310b與永久轉(zhuǎn)子軸承磁體410a、410b配合以形成一對徑向磁 軸承。該徑向軸承允許轉(zhuǎn)子相對于定子轉(zhuǎn)動而沒有明顯的徑向接觸并產(chǎn)生環(huán)形空間以實現(xiàn) 次要血流通道255。該定子軸承磁體310a、310b和轉(zhuǎn)子軸承磁體410a、410b可包括疊層薄 盤磁體、具有軸向磁化的管狀磁體或任何其他合適的磁體布置。在所示的實施例中，次要血流通道255的內(nèi)徑和外徑可分別大約為3. 2和3. 8mm, 提供大約3. 3mm2的橫截面。定子電機磁體320位于定子部分300上的定子軸承磁體310a、310b之間。該定子 電機磁體320結(jié)合轉(zhuǎn)子電機磁體420以形成可由常規(guī)裝置驅(qū)動以使轉(zhuǎn)子400旋轉(zhuǎn)的電磁電 機。在該實施例中，葉輪500連接在轉(zhuǎn)子400上。葉輪500包括轂510和多個從轂510 突出的葉片520。所述葉片可以為任何合適的形狀并且可以是任何合適的數(shù)目。葉輪500 在圓柱狀泵環(huán)530中旋轉(zhuǎn)，該泵環(huán)的直徑與葉輪500的包絡(luò)線的直徑大約相同。泵環(huán)530的 上游端具有包括輸入斜面545的軸向入口 540。緊跟著泵環(huán)530的下游端的為不含葉輪的 過渡區(qū)域550，其中內(nèi)側(cè)直徑從泵環(huán)530到圍繞驅(qū)動單元210的殼體200的內(nèi)徑連續(xù)變大。轉(zhuǎn)子400的操作產(chǎn)生向前，即在與血流相反的方向上，牽引轉(zhuǎn)子的力。為了防止轉(zhuǎn)子400被向前牽引得太遠以至于接觸殼體，軸向液壓軸承260可定位在包括了葉輪500的 轉(zhuǎn)子400的一端。軸向液壓軸承260起到阻止轉(zhuǎn)子400向前移動的作用。在該實施例中， 軸向液壓軸承260提供有多個允許血液通過軸承的開口。在一些實施例中，軸向軸承也可 構(gòu)造為接觸球軸承，從而物理地阻止轉(zhuǎn)子400的向前運動，特別在外力施加在裝置上的地 方或當(dāng)轉(zhuǎn)子啟動或逐漸結(jié)束時。
在一些實施例中，可通過定位在轉(zhuǎn)子任一端的軸向磁軸承控制轉(zhuǎn)子400的軸向位 置，包括或不包括另外使用機械接觸球軸承。例如，在一個實施例中，軸向磁軸承可包括永 久軸向殼體磁體270，其定位在殼體200內(nèi)靠近背離葉輪500的轉(zhuǎn)子400 —端，并且與永久 軸向轉(zhuǎn)子磁體410配合，其定位在背離葉輪500的轉(zhuǎn)子一端上。在另一個實施例中，軸向軸 承可包括有源磁軸承，其單獨或與無源磁軸承及/或機械接觸球軸承聯(lián)合操作。在一個實 施例中，軸向磁軸承包括設(shè)計為抵消當(dāng)轉(zhuǎn)子400提速時產(chǎn)生的軸向力的圓柱狀無源磁體， 其由有源磁體圍繞，設(shè)計為補償諸如那些在葉輪預(yù)負(fù)載和后負(fù)載期間所出現(xiàn)的那些額外的 軸向負(fù)載。在一些情況中，可通過測量系統(tǒng)內(nèi)的反電動勢而確定葉輪的軸向位置，因而消除 對附加位置傳感器的需要。在其他情況中，可應(yīng)用單獨的位置傳感器以提供關(guān)于轉(zhuǎn)子位置 的反饋并便于通過有源磁軸承控制。出口管600朝流動通道240的下游端從泵殼200橫向地分出。該出口管600在基 本垂直于流動通道240的方向延伸。在一些實施例中，出口管600的內(nèi)徑可在流動方向上 放大。這種放大可為大約5-10度，或者在一個特定實施例中，大約8度。在特定實施例中，在殼體的內(nèi)壁中可能具有與主要流動通道240連通的壓力探測 開口。從所述壓力探測開口，壓力通道可與延伸通過導(dǎo)管230的軟管的內(nèi)腔連通。壓力傳 感器可連接在導(dǎo)管的近端以探測位于主要流動通道240內(nèi)的壓力探測開口處的壓力。作為 備選，局部壓力傳感器可安裝在血泵100內(nèi)。在一些實施例中，管狀套管700可安裝在泵環(huán)530上并且從殼體200延伸。套管 700可具有圍繞其外圍布置的縱向延伸的槽710，以及/或位于前端的軸向開口 720。在一 些情況中，套管700的長度可不超過包括泵環(huán)530的殼體200的長度。在所示實施例中，殼體200的外徑大約為11mm。殼體在流動通道240區(qū)域的內(nèi)徑 大約為10mm。驅(qū)動單元210具有大約7. Omm的外徑。泵環(huán)530的內(nèi)徑大約為6mm，套管700 的外徑大約為10mm，并且套管700的內(nèi)徑大約為8mm。在該實施例中，包括泵環(huán)530的整個殼體200，具有大約50mm的長度，并且套管 700突出泵環(huán)530的部分具有大約35mm的長度。前述的大約尺寸僅用于所示實施例，并且應(yīng)當(dāng)理解在本發(fā)明其他實施例中，所述 尺寸可成比例地或以其他方式改變。該特定實施例的尺寸期望在泵環(huán)30的區(qū)域產(chǎn)生1. 5到3. Om/s的血流速度，在流 動通道240的區(qū)域產(chǎn)生1. 0到1. 5m/s的血流速度，以及在出口管600的區(qū)域產(chǎn)生0. 5m/s 的血流速度。驅(qū)動單元210構(gòu)造為以10，000到33，OOOrpm的相對高的旋轉(zhuǎn)速度運轉(zhuǎn)。以 那些速度，葉輪500在生理壓力條件下將在每分鐘4到61 (升)的血的范圍內(nèi)移動。可以預(yù)期具有上述尺寸的圖1的示意性裝置，在次要血流通道255中產(chǎn)生大于約 20ml/分鐘的流速，小于150N/m2的剪切率，小于大約200ms的過渡時間，并且其使電機的內(nèi) 表面保持在或低于大約44攝氏度。
為了保持足夠的流體通過次要流動通道以阻止血塊或其他沉淀物堆積在該近似 尺寸及構(gòu)造的小型泵中，已經(jīng)確定了次要流動通道和主要流動通道之間的壓力差應(yīng)當(dāng)不低 于大約60mmHg。在所示實施例中，通過使用上述橫向分支出口管600獲得所需的壓力差，該出口 管造成次要壓力上升。另外，如圖1所示，次要流動通道255可通過定位在葉輪500后面的 小缺口 560而連接在主要流動通道上并且在與通過主要流動通道的流動方向大約垂直的 方向上運行。該缺口 560可有助于產(chǎn)生“水泵”效益，其減小了次要流道255內(nèi)的壓力并且 有助于在與通過主要流動通道240的流動相反的方向上引導(dǎo)血液通過次要流動通道255。圖1的示意性心周血泵可通過心壁中的穿孔插入并且以這樣的方式引入心內(nèi)使 殼體200密封地關(guān)閉穿孔，同時套管700位于心臟內(nèi)部并且出口管600位于心臟外。可以 不移除心壁組織而形成心壁內(nèi)的穿孔。這有利于在將來拔出泵后封閉心壁中的孔。為了泵 更好地軸向固定在心壁上，可在殼體200上提供周邊放大部分290。 通過如上所述布置血泵，殼體200和套管700的長度的主要部分位于心臟的內(nèi)部， 同時殼體200相對短的部分從心臟突出，并且出口管600與連接出口管600的軟管一起緊 靠心臟外側(cè)。因此，血泵不占用胸腔內(nèi)的大量空間。血泵可植入開放的心內(nèi)以在手術(shù)或其他干預(yù)期間提供心臟維持或提供手術(shù)后的 更長時期的維持。小型泵的優(yōu)勢在于在患者胸區(qū)域不需要承受重且體積大的泵。另外，泵很 小且輕，甚至脆弱的右或左心房在使用并且引入該泵時都不會明顯變形。在所有的情況中， 可能以空間節(jié)省的方式影響泵的定位，并且將對進入心的干擾和阻礙盡可能地降至最低。如圖2所示，上述系統(tǒng)還可用于基于導(dǎo)管的血管內(nèi)裝置中。在該實施例中，基于導(dǎo) 管的泵包括承載定子電動磁鐵320以及定子軸承磁鐵310a、310b的殼體200。轉(zhuǎn)子400承 載轉(zhuǎn)子電動磁鐵420、轉(zhuǎn)子軸承磁鐵410a、410b，以及葉輪500。該轉(zhuǎn)子和定子軸承磁鐵配合 以形成前面和后面的徑向磁軸承。在該實施例中，旋轉(zhuǎn)葉輪產(chǎn)生通過主要血流開口 245流過殼體外側(cè)的主要血流。 位于主要血流開口 245的下游的次要血流主要開口 285在轉(zhuǎn)子400和包括定子磁鐵的殼體 200之間形成次要血流通道255。與圖1的實施例一樣，該次要血流通道255通常是與主要 血流通道相反的方向。通過次要血流通道255的血流有助于阻止血塊或其他血液沉淀物堆 積在電機內(nèi)。在該實施例中，軸向磁軸承，其可以是無源的、有源的、或兩者都可，可位于轉(zhuǎn)子后 側(cè)并且如上所述抵消向前牽引轉(zhuǎn)子的力。在其它實施例中，軸向力可通過液壓或接觸球軸 承實現(xiàn)。因此已描述了本發(fā)明至少一個實施例的幾個方面，應(yīng)當(dāng)理解對于本領(lǐng)域技術(shù)人員 來說將容易實現(xiàn)各種改變、修改以及改善。這種改變、修改以及改善將要成為本公開的一部 分，并且要位于本發(fā)明精神和范圍內(nèi)。因此，前面的描述和附圖僅僅是為了舉例。
權(quán)利要求
一種心周血泵，包括管狀殼體；驅(qū)動單元，包括轉(zhuǎn)子和定子，同軸布置在殼體內(nèi)以產(chǎn)生縱向延伸的主要流動通道；葉輪，布置在驅(qū)動單元的一端并且連接轉(zhuǎn)子；泵環(huán)，具有軸向入口，定位在殼體一端并且圍繞葉輪的至少一部分；套管，從殼體最靠近葉輪的一端延伸；以及橫向分支的出口管，定位成與殼體背離葉輪的一端相鄰；其中驅(qū)動單元包括形成在轉(zhuǎn)子和定子之間的次要流動通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的心周血泵，進一步包括大約垂直于主要血流方向布置并且將次要 流動通道設(shè)置成與主要流動通道流體連通的通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的心周血泵，進一步包括靠近葉輪定位在驅(qū)動單元內(nèi)的第一徑向磁 軸承以及朝向驅(qū)動單元背離葉輪的一端定位的第二徑向磁軸承。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的心周血泵，進一步包括與驅(qū)動單元最靠近葉輪的一端相鄰的軸向 液壓軸承。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的心周血泵，其中軸向液壓軸承包括適合允許血液流過軸承的開
6.根據(jù)權(quán)利要求1的心周血泵，進一步包括與驅(qū)動單元背離葉輪的一端相鄰的軸向磁 軸承。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的心周血泵，其中軸向磁軸承至少部分是有源的。
8.用于提供心輔助的方法，包括以下步驟提供血泵，其包括細(xì)長的殼體、定位在殼體內(nèi)并且具有轉(zhuǎn)子和定子的驅(qū)動單元、定位在 驅(qū)動單元一端并且與轉(zhuǎn)子連接的葉輪，以及從殼體最靠近葉輪的一端延伸的套管；運行該泵以產(chǎn)生圍繞驅(qū)動單元的主要血流以及在轉(zhuǎn)子和定子之間形成的環(huán)形空間內(nèi) 的次要血流，其中次要血流大致與主要血流反向。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中將次要血流保持在大于約20ml/分鐘的速度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中次要血流的剪切率小于約150N/m2。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中次要血流的過渡時間小于約200ms。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中在主要和次要血流之間的壓差至少為約60mmHg。
13.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中提供血泵包括將血泵植入到心臟中。
14.一種心周血泵，包括管狀殼體，包括縱向延伸的流動通道；驅(qū)動單元，包括轉(zhuǎn)子和定子，同軸布置在殼體內(nèi)；葉輪，定位在驅(qū)動單元的一端并且連接轉(zhuǎn)子；泵環(huán)，具有軸向入口，定位在殼體一端并且圍繞葉輪的至少一部分；套管，從殼體最靠近葉輪的一端延伸；橫向分支的出口管，定位成與殼體背離葉輪的一端相鄰；以及軸向磁軸承，定位在殼體的一端。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的心周血泵，其中軸向磁軸承包括有源磁軸承。
16.一種血管內(nèi)血泵，包括 基于導(dǎo)管的殼體；驅(qū)動單元，包括轉(zhuǎn)子和定子，同軸布置在殼體內(nèi)； 葉輪，定位在驅(qū)動單元的一端，連接轉(zhuǎn)子，并且構(gòu)造為產(chǎn)生主要血流； 主要血流開口，定位在殼體中葉輪的下游以將主要血液導(dǎo)出殼體；以及 次要流動通道，形成在轉(zhuǎn)子和定子之間并且構(gòu)造為在大致與主要血流相反的方向上引 導(dǎo)血液通過驅(qū)動單元。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的血管內(nèi)血泵，進一步包括靠近葉輪定位的第一徑向磁軸承以及 朝向泵背離葉輪的一端定位的次要徑向磁軸承。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的血管內(nèi)血泵，進一步包括軸向液壓軸承。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的血管內(nèi)血泵，進一步包括軸向磁軸承。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的血管內(nèi)血泵，其中所述軸向磁軸承至少部分是有源的。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用免清洗的小型泵來循環(huán)血液的方法和系統(tǒng)。在一個實施例中，提供的泵(100)包括具有位于驅(qū)動單元(210)內(nèi)的轉(zhuǎn)子(400)和定子(300)的殼體(200)。在該實施例中，泵(100)可建立通過驅(qū)動單元(210)和殼體(200)之間的空間的主要血流(240)和位于轉(zhuǎn)子(400)及定子(300)之間的次要血流(255)。在另一個實施例中，提供一種方法來將泵(100)導(dǎo)入體內(nèi)并且使用泵(100)循環(huán)血液。
文檔編號A61M1/12GK101873870SQ200880114288
公開日2010年10月27日 申請日期2008年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月1日
發(fā)明者T·西斯 申請人:阿比奧梅德公司