專利名稱：一種用于心臟輔助的鑲套式永磁葉輪軸流式血泵及其輔助方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)工程范疇，是用于治療終末期心衰的人工心臟機(jī) 械輔助裝置及其輔助方法。 背聚技術(shù)多種心臟病都會(huì)導(dǎo)致心臟泵功能的衰竭，其威脅著病人的生命。心臟 輔助是利用機(jī)械裝置維持全身血液循環(huán)，使受損的心臟得到休息，衰竭的 心臟功能得以恢復(fù)。雙心輔助或全人工心臟是同時(shí)支持肺循環(huán)和體循環(huán)的 雙心室機(jī)械輔助裝置。輔助循環(huán)和人工心臟己經(jīng)成為心源性休克、心臟手 術(shù)后不能脫離人工心肺機(jī)或術(shù)后危重患者的最后救治手段，也可用于心臟 移植的過渡階段。血泵治療心衰的作用大小與血泵的種類和輔助方式息息相關(guān)。實(shí)踐證 明，葉輪式血泵比容積式血泵具有比較明顯的優(yōu)點(diǎn)，葉輪式血泵的結(jié)構(gòu)簡單，體積小，易于植入；與血液接觸面積小，抗血栓性能好；因可植入， 感染問題也可較好地得到解決；還有財(cái)久性好，功耗低等優(yōu)點(diǎn)。葉輪式血 泵包括離心泵和軸流泵，已在臨床上應(yīng)用較多，如國外的DeBakey、 Jarvik2000、 BerlinHeart、 HeartMate等，但其輔助的連接方式大多采用并 聯(lián)式，即將血泵從心尖連接到主動(dòng)脈(左心輔助由左心室一升主動(dòng)脈，右 心輔助由右心室一肺動(dòng)脈)。雖然葉輪式血泵優(yōu)點(diǎn)較多，但仍不能盡如人意，最突出的問題是血液 相容性問題，血泵經(jīng)過長時(shí)間使用仍會(huì)形成血栓，甚至栓塞。其主要原因
是材料的血液相溶性不夠；導(dǎo)流系統(tǒng)較繁雜，前導(dǎo)流葉片一般為多葉片， 異物面積大，導(dǎo)流錐與轉(zhuǎn)子軸頸的接口處縫隙較大，這些都造成了血流陰 面和血流死角，增大了血液與異物接觸面積。相容性問題還與血泵的連接 方式有關(guān)，目前的葉輪泵大多采用與心室并聯(lián)式的連接方式，即從心尖插 管引流血液至主動(dòng)脈，這不僅會(huì)造成心肌損傷，還會(huì)因?yàn)闇p少了心室內(nèi)血 流沖刷，容易造成血栓形成。軸流血泵的驅(qū)動(dòng)原理同無刷電機(jī)，當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，血液沿著螺旋 線運(yùn)動(dòng)向后傾斜拋出，經(jīng)過后擴(kuò)散導(dǎo)流葉后沿軸向流動(dòng)。主體結(jié)構(gòu)由定子、 轉(zhuǎn)子組成，轉(zhuǎn)子由葉片和輪轂及中心軸(有固定軸或轉(zhuǎn)動(dòng)軸兩種)組成， 形似渦輪、渦桿；定子由外殼、鐵芯、線圈、信號(hào)控制器及中心管道等部 件組成。中心管道是一個(gè)置于定子中間的無縫管道，管道中間裝有葉輪轉(zhuǎn) 子和前、后導(dǎo)流葉。在此結(jié)構(gòu)中，葉輪轉(zhuǎn)子既是一個(gè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁鋼，又 是一個(gè)能夠傳輸血液的葉輪。目前進(jìn)入臨床應(yīng)用的軸流式血泵基本采用兩 種轉(zhuǎn)子磁鋼結(jié)構(gòu) 一種是在葉輪輪轂上的金屬葉輪中間鑲上葉片狀磁鋼-, 另一種是由一個(gè)圓柱狀或棗核狀的磁鋼外面包裹著螺旋狀金屬葉輪葉片。 前一種結(jié)構(gòu)，由于該葉片狀磁鋼體積小，形狀各異，加工及制造中很難保 證轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)均勻性、對(duì)稱性和重力平衡性，因此常會(huì)造成轉(zhuǎn)子扭矩大， 不平衡，從而導(dǎo)致血泵機(jī)械穩(wěn)定性差，功能下降；后一種結(jié)構(gòu)，往往不能 在較小的體積下提供足夠的磁矩。從理論上講，轉(zhuǎn)子磁鋼與定子間的間隙 越小，間隙中的磁通密度就越大，驅(qū)動(dòng)性能就越高，電機(jī)整體體積也更小。發(fā)明內(nèi)容為了克服傳統(tǒng)軸流式血泵的缺點(diǎn)以及并聯(lián)式連接方式的不足，本發(fā)明
提供了一種人造血管鑲套式永磁葉輪軸流血泵；并提出采用串聯(lián)式連接的 心臟輔助方式。該血泵轉(zhuǎn)子為整體磁性葉輪或磁葉片葉輪，大大提高了血 泵氣隙中磁場(chǎng)強(qiáng)度；葉輪外表再進(jìn)行有效的表面防護(hù)技術(shù)和包裹處理；同 時(shí)血泵管腔采用血液相容性好的材料制成；簡化了前導(dǎo)流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；為 防止泵的抽吸作用降低冠狀動(dòng)脈的灌注壓，可施行"冠狀動(dòng)脈一主動(dòng)脈旁 路移植術(shù)"。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是將永磁材料，如釹鐵硼、 釤鈷、鋁鎳鈷、鐵氧體、鉑鈷合金等磁性材料加工制作或拼接制成整體葉 輪(葉片及輪轂均為磁性材料〉，或用磁葉片(葉片為磁性材料)鑲嵌在輪 載上組成渦輪狀葉輪，，轉(zhuǎn)子充磁方向?yàn)閺较?，為一?duì)N、 S極，在轉(zhuǎn)子葉 片外周端的磁場(chǎng)最強(qiáng)，以達(dá)到微型電機(jī)的技術(shù)要求。葉輪表面設(shè)置保護(hù)層， 表面鍍(涂)覆金屬、陶瓷、沉積碳、高分子材料等薄層，也可用以上材 料薄膜直接包裹處理；血液相容性處理包括離子注入、薄膜沉積、生物 化學(xué)處理等表面改性。血泵管腔由鈦、鈦合金、熱解碳、不銹鋼等血液相 容性好的材料制成，在血泵管腔進(jìn)口端壁內(nèi)設(shè)置單懸臂支撐的前導(dǎo)流錐， 即單懸臂由管壁伸向管中心，支持位于中心的前導(dǎo)流錐，在管腔出口端設(shè) 置后擴(kuò)散導(dǎo)葉。管腔內(nèi)排列位置為前導(dǎo)流錐、轉(zhuǎn)子、后擴(kuò)散導(dǎo)葉，前導(dǎo) 流錐與后擴(kuò)散導(dǎo)葉既有導(dǎo)流作用，又起到轉(zhuǎn)子定位作用。血泵管腔外面或 兩端鑲套著人造血管，再置于電機(jī)定子鐵芯及繞組內(nèi)，轉(zhuǎn)子與定子鐵芯及 繞組位置對(duì)應(yīng)。軸流血泵采用與心室串聯(lián)的輔助方法，血泵管腔的兩端為進(jìn)口和出口， 在植入人體時(shí)，管腔兩端的人造血管直接與人體的動(dòng)脈血管進(jìn)行端一端吻
合或套接。當(dāng)用于左心輔助時(shí)，將升主動(dòng)脈段截?cái)?較長時(shí)可切除一段， 下同)，將該血泵的進(jìn)、出口人造血管與升主動(dòng)脈的近、遠(yuǎn)端血管連接，形 成與心賍的左心室串聯(lián)式連接。當(dāng)用于右心輔助時(shí)，將主肺動(dòng)脈段截?cái)?，將該血泵的迸出口Ait血管與主肺動(dòng)脈的近，遠(yuǎn)端血管連接，形成與心臟 的右心室串聯(lián)式連接。當(dāng)用于雙心輔助時(shí)，可同時(shí)實(shí)施上述兩種植入。無 論血泵與左、右或雙心心室串聯(lián)，都要求血泵在外形上適合于植入位置的 幾何形狀，要求泵長度盡可能短，管腔直徑能與血管管徑匹配，人造血管 的直徑與人體的主動(dòng)脈直徑相同(在實(shí)用時(shí)可根據(jù)病人的個(gè)體特征選型或 個(gè)性化定制)，以便于端一端吻合。當(dāng)該泵植入到升主動(dòng)脈位置時(shí)，為防止泵的抽吸作用降低冠狀動(dòng)脈的 灌注壓，可通過"冠狀動(dòng)脈一主動(dòng)脈旁路移植術(shù)"將泵遠(yuǎn)端的人造血管或 主動(dòng)脈腔分別與冠狀動(dòng)脈的右主干及左主干(或前降枝)腔連接起來，并阻斷 左右冠狀動(dòng)脈自然入口，保證血泵工作時(shí)心臟的正常血液灌注。本發(fā)明的有益效果是整體磁性葉輪或磁葉片葉輪均可提高氣隙中磁 場(chǎng)強(qiáng)度，以提高血泵的效率，使其體積更加微型化；單懸臂支持結(jié)構(gòu)減小 了異物面積和體積，可更好地防止血栓形成；葉輪表面設(shè)置保護(hù)層及血液 相容性處理， 一方面防止磁性材料腐蝕，另一方面改善血液相容性；血泵 管腔由相容性好的材料制成，有良好的防止血栓形成特性。與心室串聯(lián)式 連接可増加心室腔內(nèi)的血流沖刷效應(yīng)，有利于防止血栓，并提高血泵的輔 助效果和效率；施行"冠狀動(dòng)脈一主動(dòng)脈旁路移植術(shù)"是為了血泵在工作 時(shí)保證心臟的正常血液灌注。


圖1是本發(fā)明的泵體剖面立體結(jié)構(gòu)圖。
其中l(wèi)一入口人造血管、2—電源導(dǎo)線、3—定子繞組、4—軸流泵管腔、 5—出口人造血管、6—前單懸臂、7—前導(dǎo)流錐、8—中心軸、9~定子鐵芯、 IO"輪轂、ll一葉片、12—后擴(kuò)散導(dǎo)流葉、13—后導(dǎo)流錐。
圖2、圖3是目前公知的兩種應(yīng)用于臨床的軸流式血泵的泵體剖面立體 結(jié)構(gòu)圖。
圖2、圖3中l(wèi)一前導(dǎo)流錐、2—四葉導(dǎo)流葉片、3—中心軸、4一轉(zhuǎn)子 輪轂、5—轉(zhuǎn)子葉片、6—后六葉導(dǎo)流葉片、7—后導(dǎo)流錐、8—流出口、 9 一流入口、 10~電源導(dǎo)線、ll一馬達(dá)定子、12—管道。
圖2中轉(zhuǎn)子部分葉片是用磁性材料加工出來的，然后一片片地鑲嵌 在轉(zhuǎn)子輪轂上，輪轂是磁性材料或非磁性材料。
圖3中轉(zhuǎn)子輪轂是磁性材料，輪轂外面包裹著金屬葉片， 圖4是本發(fā)明血泵實(shí)施雙心輔助時(shí)植入人體的解剖結(jié)構(gòu)圖。 其中l(wèi)一升主動(dòng)脈近端、2—升主動(dòng)脈血管泵、3右冠狀動(dòng)脈主干旁路 移植術(shù)血管、4一升主動(dòng)脈遠(yuǎn)端、5—主肺動(dòng)脈遠(yuǎn)端、6—左冠狀動(dòng)脈主干 旁路移植術(shù)血管、7—主肺動(dòng)脈近端、8—冠狀動(dòng)脈前降枝、9~升主動(dòng)脈血 管泵電源線、IO—右冠狀動(dòng)脈、ll一主肺動(dòng)脈血管泵、12—主肺動(dòng)脈血管 泵電源線。
具體實(shí)施方案
圖1中，本發(fā)明用磁性材料直接加工制作整體葉輪或全磁性葉片葉輪 轉(zhuǎn)子，在對(duì)葉輪轉(zhuǎn)子做了拋光、動(dòng)平衡等工作后，對(duì)葉輪轉(zhuǎn)子進(jìn)行鍍(涂)
覆金屬、陶瓷、熱解碳、髙分子材料等防腐及防護(hù)處理，或上述材料薄膜 包裹，然后對(duì)葉輪轉(zhuǎn)子、導(dǎo)流葉片和導(dǎo)流錐、支架的表面及接口等部件進(jìn) 行生化處理；在葉輪轉(zhuǎn)子安裝之前迸行徑向充磁。如圖1所示，本發(fā)明極大地簡化了前導(dǎo)流系統(tǒng)，設(shè)計(jì)為單懸臂，比圖2、 圖3所示的多個(gè)導(dǎo)流葉片簡化了很多，減少了容易造成血栓形成的異物接 觸面積、陰面、死角。如圖1所示，本發(fā)明4為相溶性好的材料制成的無縫薄壁管腔，管腔 外面或兩端鑲套著人造血管，管腔內(nèi)排列著前導(dǎo)流錐、葉輪轉(zhuǎn)子、后導(dǎo)流 錐，葉輪轉(zhuǎn)子中心為軸或軸承，由兩個(gè)導(dǎo)流錐中心的軸承或中心固定軸支 撐。軸承系統(tǒng)可以用懸浮軸承或陶瓷、寶石等耐磨的滑動(dòng)軸承系統(tǒng)。葉輪 轉(zhuǎn)子在定子的轉(zhuǎn)矩推動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，輸送著血液沿軸向流動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)心臟輔助 的目的。如圖4所示，本發(fā)明采用心室串聯(lián)的輔助方法，當(dāng)用于左心輔助時(shí)， 軸流血泵只要與心臟的左心室串聯(lián)式連接；當(dāng)用于右心輔助時(shí)，軸流血泵 只要與心臟的右心室串聯(lián)式連接；當(dāng)用于雙心輔助時(shí)，同時(shí)實(shí)施兩種串聯(lián) 式連接。血泵管腔兩端的人造血管直接與人體的動(dòng)脈血管進(jìn)行端一端吻合 或套接。如圖4所示，當(dāng)該泵植入到升主動(dòng)脈位置時(shí)，防止泵的抽吸作用降低 冠狀動(dòng)脈的灌注壓，為可通過"冠狀動(dòng)脈一主動(dòng)脈旁路移植術(shù)"將泵遠(yuǎn)端 的人造血管或主動(dòng)脈腔分別與冠狀動(dòng)脈的右主干及左主干(或前降枝)腔連 接起來，并阻斷左右冠狀動(dòng)脈自然入口，保證血泵工作時(shí)心臟的正常血液
權(quán)利要求
1、 一種用于心臟輔助的鑲套式永磁葉輪軸流血泵及其輔助方法。其技 術(shù)特征是軸流血泵轉(zhuǎn)子是用磁性材料一體制作或拼接制成的整體磁性葉 輪(葉片及輪轂均為磁性材料)，或磁葉片葉輪(用磁性材料加工的葉片鑲 嵌的葉輪)；葉輪轉(zhuǎn)子表面有防腐及血液相容性良好的材料保護(hù)層， 一方面 防止磁性材料腐蝕，另一方面改善血液相容性。A泵管腔材料要求血液相 容性好，血泵管腔內(nèi)裝著前導(dǎo)流錐、葉輪轉(zhuǎn)子、后擴(kuò)散導(dǎo)葉，前導(dǎo)流錐是 由單懸臂支撐的，即單懸臂由管內(nèi)壁伸向管中心，支持位于中心的前導(dǎo)流 錐，單懸臂支持結(jié)構(gòu)減小了異物面積和體積，可更好地防止血栓形成。血 泵管腔外面或兩端鑲套著人造血管，并置于電機(jī)定子鐵芯及繞組內(nèi)，定子 鐵芯及繞組與管腔內(nèi)的轉(zhuǎn)子位置對(duì)應(yīng)。血泵采用與心室串聯(lián)的輔助方法， 血泵管腔兩端的人造血管端口為血液的進(jìn)口和出口，在植入人體時(shí)，兩端 的人造血管直接與人體的動(dòng)脈血管進(jìn)行端一端吻合或套接。人造血管的直 徑要求與人體的主動(dòng)脈直徑相同(可根據(jù)病人的個(gè)體特征選型或個(gè)性化定 制)。當(dāng)用于左心輔助時(shí)，將病人的升主動(dòng)脈段截?cái)啾┞兜慕?、遠(yuǎn)端血管 與血泵的迸、出口人造血管連接，形成與心臟的左心室串聯(lián)式連接；當(dāng)用 于右心輔助時(shí)，將主肺動(dòng)脈段截?cái)啾┞兜慕?、遠(yuǎn)端血管與血泵的進(jìn)、出口 人造血管連接，形成與心臟的右心室串聯(lián)式連接；當(dāng)用于雙心輔助時(shí)，可 同時(shí)實(shí)施上述兩種植入方法。為防止血泵串聯(lián)工作時(shí)的抽吸作用而降低冠 狀動(dòng)脈的灌注壓，可通過"冠狀動(dòng)脈一主動(dòng)脈旁路移植術(shù)"，即將冠脈開口 移植于泵的遠(yuǎn)端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述，磁性材料包括釹鐵硼、釤鈷、鉑鈷、鋁鎳鈷、釹鐵氮、鐵諷體等磁性材料，充磁方向?yàn)檗D(zhuǎn)子徑向，其特征是這些磁性 材料異形加工的難度大，目前在公知的軸流式血泵中尚沒有應(yīng)用整體磁性 葉輪或磁葉片葉輪(用磁性材料加工的全磁葉片鑲嵌的葉輪)，這兩種葉輪 均比磁轂轆葉輪(輪轂為磁性材料)及部分磁葉片的葉輪大大地提高了血 泵氣隙中的磁場(chǎng)強(qiáng)度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述，對(duì)葉輪設(shè)置保護(hù)層，包括鍍(涂)覆金屬、 陶瓷、沉積碳、高分子材料，也可用以上材料薄膜直接包裹處理；血液相 容性處理包括離子注入、薄膜沉積、生物化學(xué)處理等表面改性，其特征 是轉(zhuǎn)子表面有耐腐蝕性及良好的防血栓特性。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述，軸流血泵管腔由鈦、鈦合金、熱解碳、不銹 鋼等血液相容性好的材料制成，其特征是有良好的防止血栓形成特性。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述，軸流血泵與心室泵形成串聯(lián)連接，血泵進(jìn)、 出口的人造血管在植入人體時(shí)可通過套接、縫合等方法與人體的主動(dòng)脈或 主肺動(dòng)脈的截?cái)鄶嗝鎯啥诉M(jìn)行端一端吻合，其特征是串聯(lián)連接可增加心 室腔內(nèi)的血流沖刷效應(yīng)，防止血栓形成，并提髙輔助效果和效率。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述"冠狀動(dòng)脈一主動(dòng)脈旁路移植術(shù)"將泵遠(yuǎn)端 的人造血管或主動(dòng)脈腔分別與冠狀動(dòng)脈的右主干及左主干(或前降枝)腔連 接起來，并阻斷左右冠狀動(dòng)脈自然入口，其特征是防止血泵工作時(shí)的抽 吸作用降低冠狀動(dòng)脈的灌注壓，以保證心臟的正常血液灌注。
全文摘要
一種用于心臟輔助的鑲套式永磁葉輪軸流血泵及其輔助方法。該血泵轉(zhuǎn)子為整體磁性葉輪或磁葉片葉輪，使得血泵氣隙中磁場(chǎng)強(qiáng)度大大提高。葉輪表面進(jìn)行防護(hù)、包裹及生化處理；血泵管腔由血液相容性好的材料制成；簡化了前導(dǎo)流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，前導(dǎo)流錐由單懸臂支撐，這些都有利于防止血栓形成。輔助方法采用軸流血泵與心臟的心室(左、右心室、或雙心室)串聯(lián)式連接，并要求血泵在外形上適合于植入的升主動(dòng)脈或肺主動(dòng)脈的幾何形狀，管腔及人造血管管徑與自然血管匹配；為防止血泵的抽吸作用降低冠狀動(dòng)脈的灌注壓，可實(shí)施“冠狀動(dòng)脈—主動(dòng)脈旁路移植術(shù)”。
文檔編號(hào)A61M1/12GK101121045SQ200610104319
公開日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2006年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月7日
發(fā)明者彭遠(yuǎn)儀, 朱曉東, 李國榮, 魏先鋒 申請(qǐng)人:李國榮;彭遠(yuǎn)儀;朱曉東