CN212651227U - 一种磁悬浮血泵装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种磁悬浮血泵装置。该装置具有上壳、叶轮、下壳，其中，上壳具有沿着转轴方向设置的流体进口管道以及从流体进口管道下端向四周延伸的上盖；叶轮上表面设置有多个叶片，该多个叶片围绕转轴分布并向远离转轴的方向延伸；各叶片顶部与上盖之间形成有叶顶间隙；叶轮下方设置有环形槽，环形槽内嵌有环形磁转子；下壳具有围绕所述环形槽设置的环形腔、与环形腔的内侧面连接的导流锥；环形腔与环形槽之间的间隙构成二次流道；导流锥以转轴为对称轴，设置在流体进口管道的正下方；在上壳和下壳之间设有蜗壳和流体出口管道，流体出口管道由蜗壳侧壁沿切向引出。本实用新型可实现凝血、溶血等血液相容性性能和水力学性能之间的良好平衡。

Description

一种磁悬浮血泵装置

技术领域

本实用新型涉及一种磁悬浮血泵装置，属于医疗器械技术领域。

背景技术

心衰是各种心脏疾病发展的终末阶段，手术和药物治疗很难凑效。近年来，人工心脏已经逐渐取代心脏移植，成为治疗心衰的有效手段。随着人工心脏和ECMO(体外膜肺氧合装置)等机械循环支持装置临床应用的普及，血液机械损伤及其引起的并发症已经成为临床应用上的严峻挑战。美国INTERMACS(机械循环支持跨部门注册中心)对最近5年植入人工心脏的16411例患者进行了统计，发现在植入人工心脏一年之内后，共计发生113804起并发症，80％的患者因此而再入院，这些并发症大都是由血液机械损伤造成的。人工心脏治疗的临床效益和成本效益因此受到很大影响。随着人工心脏临床应用数量的持续增长，亟需大幅降低因血液机械损伤引起的不良事件率，以增加患者的预期寿命，提高生活质量，降低治疗成本。

血液机械损伤的主要原因是人工心脏中复杂的几何结构和机械运动，使血细胞经受比正常人体内高出数十倍的非生理性应力(non-physiological stress，NPS)，发生不可逆的损伤，主要表现为溶血、凝血、出血等。其中溶血是指血红细胞破裂，血红蛋白释放到血浆中的过程。溶血会引发贫血，释放的有害物质会引起中毒及肾衰竭。凝血的成因比较复杂。早期的旋转式血泵多采用机械轴承，密封和发热会加剧血液损伤；机械轴承的存在也难以避免流动死区，增加凝血风险。磁悬浮轴承无机械接触，可避免因机械轴承摩擦造成的血液损伤，避免流场死区导致的凝血，因而具有优异的血液相容性。转子依赖磁力在血液中，使得定子和转子之间形成大的间隙，由此可以极大地减小所述NPS，减小血液损伤。

然而人工心脏整体的血液相容性仍有赖于良好的流体力学和血液相容性设计。尽管存在机械接触，传统采用机械轴承的血泵采用生理盐水冲刷、流体力悬浮等手段，可在一定程度上缓解因轴承接触带来的额外损伤。如果血液相容性设计欠佳，磁悬浮人工心脏的血液损伤水平仍有可能高于采用机械轴承的人工心脏。前人研究显示，磁悬浮人工心脏CentriMag的血液相容性不及采用传统机械轴承的Rotaflow。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种磁悬浮血泵装置，通过改进叶轮和流道结构，实现凝血、溶血等血液相容性性能和水力学性能之间的良好平衡。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种磁悬浮血泵装置，该装置具有上壳、叶轮、下壳，其中，所述上壳具有沿着转轴方向设置的流体进口管道以及从流体进口管道下端向四周延伸的上盖；所述叶轮上表面设置有多个叶片，该多个叶片围绕转轴分布并向远离转轴的方向延伸；各叶片顶部与上盖之间形成有叶顶间隙；所述叶轮下方设置有环形槽，该环形槽内嵌有环形磁转子；所述下壳具有围绕所述环形槽设置的环形腔、与环形腔的内侧面连接的导流锥；所述环形腔与所述环形槽之间的间隙构成二次流道；所述导流锥以转轴为对称轴，设置在流体进口管道的正下方；在所述上壳和所述下壳之间设有蜗壳和流体出口管道，流体出口管道由蜗壳侧壁沿切向引出。

优选地，所述环形腔内、外侧面与环型槽内、外侧面共轴；所述环型槽的外侧面和所述环形腔构成了所述二次流道的外侧间隙，所述环形槽的底部表面和所述环形腔构成了所述二次流道的底部间隙；所述环形槽的内侧面和所述环形腔构成了所述二次流道的内侧间隙。

优选地，所述外侧间隙的宽度为0.5mm以下，所述底部间隙和内侧间隙的宽度分别为0.5～1.0mm。选择所述二次流道外侧间隙、底部间隙和内侧间隙的尺寸可以使二次流道的应力维持在一个较低的水平，减小血液损伤；使二次流道的流量足够大，增加血泵的血液冲刷，以降低凝血风险。同时所述外侧间隙、底部间隙和外侧间隙的尺寸不会过大，使二次流道的流量不至于过大，以免扰乱主流动、增加血液损伤风险。

其中，所述二次流道的截面形状可以为U形。

每个叶片在靠近转轴处的叶片前缘位于所述叶轮上表面内，叶片前缘处的安装角小于45度，优选为20度以下。

优选地，所述叶顶间隙的宽度从叶片前缘处至叶片尾缘处呈线性变化。

优选地，所述叶顶间隙在叶片前缘处的宽度为1.5mm以下，优选为0.5mm～1mm；所述叶顶间隙在叶片尾缘处的宽度为2mm以下，优选为1mm～2mm。选择以上叶顶间隙尺寸既可以控制叶顶间隙处的应力，降低血液损伤；同时又可以控制叶顶泄露流量，减小对主流动的干扰。

所述多个叶片为4对叶片，每对叶片中包括一个长叶片和一个短叶片，长叶片和短叶片交替分布，各叶片的包角为90度以下。叶片如此布置的有益之处是可减少流动损失，提高流动效率，减少血液损伤的发生；降低了叶片总面积，以减少泵内总的血液接触面积，可减少血小板激活的概率。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的磁悬浮血泵装置采用特定的叶轮和流道结构，既保证了足够的血液冲刷，降低了凝血风险；同时通过控制间隙尺寸和叶片安装角等降低二次流的流量，控制因干扰主流动引起的额外血液损伤和水力学损失；取得了凝血、溶血等血液相容性性能和水力学性能之间良好的平衡。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的磁悬浮血泵装置沿转轴所在平面的剖面图。

图2为本实用新型实施例提供的磁悬浮血泵装置的叶轮所在部分的立体图。

图3为本实用新型实施例提供的磁悬浮血泵装置的叶轮分布示意图。

图4为本实用新型实施例提供的磁悬浮血泵装置中流体流动轨迹的示意图。

附图标记：

1上壳；11进口管道；12上盖；2叶轮；23叶轮叶片；3下壳；31环形腔；32导流锥；33蜗壳；34流体出口管道；4环形槽；5环状磁性转子；61、62、63二次流道；64叶顶间隙；611、621二次流道转角。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型的一个范例，而不是全部的实施方式。基于本实用新型的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

作为本实用新型的磁悬浮血泵装置的一个实施方式，如图1、2所示，该磁悬浮血泵装置具有上壳1、叶轮2、下壳3，其中，上壳1具有沿着转轴方向设置的流体进口管道11以及从流体进口管道11下端向四周延伸的上盖12；叶轮2的上表面设置有多个叶片23，该多个叶片23围绕转轴分布并向远离转轴的方向延伸；各叶片顶部与上盖之间形成有叶顶间隙64，该叶顶间隙64作为主流道发挥作用；叶轮2的下方设置有环形槽4，该环形槽4内嵌有环形磁转子5；下壳3具有围绕环形槽4设置的环形腔31、与环形腔31的内侧面连接的导流锥32；环形腔31与环形槽4之间的间隙构成二次流道；导流锥32以转轴为对称轴，设置在流体进口管道11的正下方；在上壳1和下壳3之间设有蜗壳33和流体出口管道34，流体出口管道34由蜗壳33的侧壁沿切向引出。

如图1所示，二次流道的截面形状为U形。环形腔31的内、外侧面与环型槽4的内、外侧面共轴；环型槽4的外侧面和环形腔31构成了二次流道的外侧间隙63，环形槽4的底部表面和环形腔31构成了二次流道的底部间隙62；环形槽4的内侧面和环形腔31构成了二次流道的内侧间隙61。

如图3所示，采用4对长、短叶片的布局，每对叶片中包括一个长叶片和一个短叶片，长叶片和短叶片交替分布，可减少入口处的堵塞。其中各叶片包角

为90度以下，所谓包角是指以转轴与叶片所在平面的交点为圆心，叶片整体所对的圆心角。如此设计叶片包角

可减少泵内总的血液接触面积，降低血小板激活的概率。由于体外泵的压头(压头就是单位重量流体的能量)较高，二次流道的流量较大，叶片前缘(靠近叶片根部的边缘)液流角较小，因此叶片前缘安装角β₁为20度以下，可减少流动分离，提高水力学效率，降低血液损伤。长叶片进口半径R₁(以转轴与叶片所在平面的交点为圆心，从圆心至叶片前端的距离)大于转子上端环形面内径r₁，进一步减少了叶片的血液接触面积。叶片尾缘进行了削薄，以降低应力集中。为了产生足够的压头，叶片后缘伸出环形槽和环形腔的上表面，叶片23的顶部与上盖12之间形成的叶顶间隙的宽度大小范围为0.5mm～2mm之间。叶顶间隙的宽度从叶片前缘处(进口处)至叶片尾缘处(出口处)基本呈线性变化，进口处的宽度为0.5mm～1mm之间，出口处的宽度为1mm～2mm，如此设计，既可以将叶顶间隙内的应力维持在较低的水平，降低局部最大应力，减小血液损伤；又可以降低叶顶间隙泄露流量，降低流动损失，降低二次流对主流动的干扰，从而降低湍流引起的血液损伤。

如图4所示，在本实用新型的磁悬浮血泵装置中，血液的主流动路径如图中箭头所示，血液从流体进口管道11进入后，经由导流锥32，血液的流动方向由轴向变为径向。血液经由叶片23加速，由于蜗壳33内压头较高，驱动血流沿蜗壳流入二次流道，依次流经外侧间隙63、底部间隙62和内侧间隙61，最后从流体出口管道34流出。其中，上盖12沿主流动路径倾斜，倾斜角度控制在10度以下，与导流锥32的曲率相匹配，使得主流道的截面积近似线性变化，因而从入口60处到二次流道的内侧间隙61的出口处，血流速度理论上线性下降，降低流动分离的可能性。二次流道中的内侧间隙61的宽度尺寸为0.5mm以下，底部间隙62和外侧间隙63的宽度尺寸范围为0.5mm～1.0mm。二次流道的尺寸既可以保证良好的血液冲刷，同时较大的间隙保证了良好的血液相容性。二次流道转角611和621处流道内外转角的半径保持匹配，以避免应力集中。在二次流道转角611和621中，环形槽4的外侧转角的半径为0.5mm，下壳3的内侧转角半径的尺寸范围为1mm～1.5mm。流体出口管道34由蜗壳33侧壁沿切向引出，为达到扩压的效果，内部管道为扩张型，角度控制在10度以下。

本实用新型的磁悬浮血泵装置中，非磁体部分的上壳1、叶轮2、下壳3和环形槽4可以采用3D打印、注塑成型等技术加工。

对本领域的普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，在不脱离本实用新型的原理与精神的情况下，对实施方式的改变、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁悬浮血泵装置，其特征在于，该装置具有上壳、叶轮、下壳，其中，所述上壳具有沿着转轴方向设置的流体进口管道以及从流体进口管道下端向四周延伸的上盖；

所述叶轮上表面设置有多个叶片，该多个叶片围绕转轴分布并向远离转轴的方向延伸；各叶片顶部与上盖之间形成有叶顶间隙；

所述叶轮下方设置有环形槽，该环形槽内嵌有环形磁转子；

所述下壳具有围绕所述环形槽设置的环形腔、与环形腔的内侧面连接的导流锥；所述环形腔与所述环形槽之间的间隙构成二次流道；所述导流锥以转轴为对称轴，设置在流体进口管道的正下方；

在所述上壳和所述下壳之间设有蜗壳和流体出口管道，流体出口管道由蜗壳侧壁沿切向引出。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮血泵装置，其特征在于，所述环形腔内、外侧面与环型槽内、外侧面共轴；所述环型槽的外侧面和所述环形腔构成了所述二次流道的外侧间隙，所述环形槽的底部表面和所述环形腔构成了所述二次流道的底部间隙；所述环形槽的内侧面和所述环形腔构成了所述二次流道的内侧间隙。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮血泵装置，其特征在于，所述外侧间隙的宽度为0.5mm以下，所述底部间隙和内侧间隙的宽度分别为0.5～1.0mm。

4.根据权利要求1或2所述的磁悬浮血泵装置，其特征在于，所述二次流道的截面形状为U形。

5.根据权利要求1或2所述的磁悬浮血泵装置，其特征在于，每个叶片在靠近转轴处的叶片前缘位于所述叶轮上表面内，叶片前缘处的安装角小于45度。

6.根据权利要求5所述的磁悬浮血泵装置，其特征在于，每个叶片在靠近转轴处的叶片前缘位于所述叶轮上表面内，叶片前缘处的安装角为20度以下。

7.根据权利要求5所述的磁悬浮血泵装置，其特征在于，所述叶顶间隙的宽度从叶片前缘处至叶片尾缘处呈线性变化。

8.根据权利要求7所述的磁悬浮血泵装置，其特征在于，所述叶顶间隙在叶片前缘处的宽度为1.5mm以下；所述叶顶间隙在叶片尾缘处的宽度为2mm以下。

9.根据权利要求8所述的磁悬浮血泵装置，其特征在于，所述叶顶间隙在叶片前缘处的宽度为0.5mm～1mm；所述叶顶间隙在叶片尾缘处的宽度为1mm～2mm。

10.根据权利要求1或2所述的磁悬浮血泵装置，其特征在于，所述多个叶片为4对叶片，每对叶片中包括一个长叶片和一个短叶片，长叶片和短叶片交替分布，各叶片的包角为90度以下。

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