血泵及包括其的全人工心臟的制作方法
【專利說(shuō)明】血泵及包括其的全人工心臟
[0001]本發(fā)明申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?01080055324.5 (國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/EP2010/006863)、發(fā)明名稱為“血栗”、申請(qǐng)日為2010年11月8日的發(fā)明申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及血栗領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]這里和在下文中的血栗待被理解為用于在人體或動(dòng)物體內(nèi)支持或產(chǎn)生血流的栗，并且適于植入人或動(dòng)物的胸腔并且位于心臟外部。通過(guò)左心室輔助裝置(LVAD)，在左半心臟和血栗的進(jìn)口之間以及在血栗的出口和離開心臟的主動(dòng)脈之間存在連接，用于支持或產(chǎn)生通過(guò)身體的血液循環(huán)(體循環(huán))。通過(guò)右心室輔助裝置(RVAD)，在右半心臟與通向左、右肺動(dòng)脈的肺動(dòng)脈干之間存在連接(或者在RVAD與左肺動(dòng)脈和/或右肺動(dòng)脈之間存在直接連接)，用于支持或產(chǎn)生通過(guò)肺的血液循環(huán)(肺循環(huán))。血栗內(nèi)的血液被引導(dǎo)通過(guò)為栗殼的一部分或者被設(shè)置在這種栗殼中的空心體。具有用于產(chǎn)生壓力和由此引起的血流的葉片裝置的回轉(zhuǎn)葉輪被設(shè)置在空心體中。所謂的全人工心臟(全心臟栗)包括左心室輔助裝置和右心室輔助裝置(血栗)，用于支持或產(chǎn)生完全血液循環(huán)。柔性連接管或連接管道以及(視需要)流動(dòng)彎曲部或彎頭被用于產(chǎn)生血栗和心臟或血管之間的上述連接。而且，至少一個(gè)電纜線路有必要用于能量供給和(視需要)用于控制血栗，所述電纜線路將血栗連接到能量存儲(chǔ)器和(視需要)連接到控制單元。
[0004]植入和使用這種血栗(具體地，全人工心臟)的主要問(wèn)題是這種血栗和柔性連接管路以電纜線路在心臟附近的胸腔空間中的空間需求。
[0005]另一困難在于破壞血細(xì)胞(溶血)的危險(xiǎn)，這是由于血栗(特別是在葉輪的機(jī)械軸承處)沿血液流過(guò)血栗的方向變窄和突然變化、以及血栗內(nèi)的大的壓力梯度造成的。為此目的在設(shè)計(jì)血栗時(shí)，常常用磁力軸承和/或液力軸承來(lái)代替葉輪的機(jī)械軸承。
[0006]另外的問(wèn)題在于以下事實(shí)，S卩，與體循環(huán)相比，對(duì)于肺循環(huán)需要產(chǎn)生顯著較小的血壓，然而，需要通過(guò)體循環(huán)和肺循環(huán)運(yùn)輸每次相同的血量。由血栗產(chǎn)生的血壓取決于血栗的葉輪的旋轉(zhuǎn)速度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，難以設(shè)計(jì)這樣的栗，該栗適于設(shè)定在大約5mmHg至大約15OmmHg的范圍內(nèi)的顯著不同的血壓值，并且具有適于生理?xiàng)l件的在01/min至201/min之間的穩(wěn)定的、恒定容積流量，并且由此該栗可以作為RVAD以及LVAD應(yīng)用，或該栗適于全人工心臟的設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，本發(fā)明的目的在于提出一種血栗以及全人工心臟，該血栗以及全人工心臟解決或至少減少了上述問(wèn)題。因此相應(yīng)的血栗或全人工心臟應(yīng)具有盡可能低的空間需求并且適于以對(duì)血液盡可能溫和的方式支持或產(chǎn)生血壓。而且，它應(yīng)該適于以盡可能合適的容積流量覆蓋大的血壓范圍。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的血栗包括空心體，所述空心體中設(shè)置具有葉片裝置的葉輪，用于產(chǎn)生血液沿著所述葉輪的軸向推進(jìn)力；所述血栗還包括用于所述葉輪的至少部分主動(dòng)穩(wěn)定的磁力軸承裝置和液力軸承裝置，其中，所述葉輪借助定位在所述空心體外的馬達(dá)定子能設(shè)定成繞其旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，并且其中所述空心體包括進(jìn)口和出口，該進(jìn)口用于使血液沿大致平行于所述旋轉(zhuǎn)軸線的流入方向流入所述空心體，該出口用于使血液沿流出方向流出所述空心體，所述出口設(shè)置成相對(duì)于所述葉輪的所述旋轉(zhuǎn)軸線偏移，以用于在所述流入方向和所述流出方向之間產(chǎn)生流出角，該流出角不等于零。
[0009]因此，所述出口被理解為所述空心體的壁中的開口，其中，通常所述出口通過(guò)連接接頭被進(jìn)一步引導(dǎo)到外界。
[0010]本發(fā)明基于通過(guò)使血液的所述流入方向和血液的所述流出方向之間的角度不等于零來(lái)實(shí)現(xiàn)所述血栗(包括必要的柔性連接管)的盡可能小的空間需求的概念，其中通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇該角度，所述植入血栗的所述出口能沿待連接該血栗的血管(因此例如是主動(dòng)脈、肺動(dòng)脈干或其他血管)的方向?qū)R。以該方式，能選擇所述血栗和所述血管之間的特別短的柔性連接管道，這是因?yàn)樗鋈嵝赃B接管道能被以盡可能直線的方式并且在直接通路中引到所述血管，而不是沿著形成迂回路的彎曲部引導(dǎo)。而且，用于使血液的流向偏轉(zhuǎn)的流動(dòng)彎曲部或彎頭的應(yīng)用通常由此變得多余。該角度優(yōu)選地處于30°至大約150°的范圍內(nèi)，特別優(yōu)選地在大約75°至大約105°之間的范圍內(nèi)，其中，在給定90°角的情況下，血液與所述旋轉(zhuǎn)軸線成直角地離開所述血栗，并且在給定0°角的情況下，實(shí)現(xiàn)沿所述軸向方向的流出。
[0011]在應(yīng)用常規(guī)的軸向血栗的情況下，通常，明顯彎曲的柔性連接管道是必需的，這是因?yàn)槌Ｒ?guī)的軸向血栗始終具有軸向出口(即，血液的所述流入方向和所述流出方向之間的角度大約是0° )。
[0012]血液借助所述葉輪的軸向推進(jìn)力的基本原理由根據(jù)本發(fā)明的所述血栗來(lái)實(shí)現(xiàn)。這是有利的，因?yàn)橐脖环Q為軸向栗并且主要對(duì)血液施加軸向力作用且由此主要軸向地加速(血液)的那些血栗因此沿著所述葉輪沿所述旋轉(zhuǎn)軸線的方向以特別溫和的方式輸送血液。與此相比，所謂的徑向栗與所述葉輪的所述旋轉(zhuǎn)軸線相比主要徑向地加速血液。而且徑向栗主要具有徑向出口，所述徑向出口常常帶來(lái)至血管的特別短的連接的優(yōu)點(diǎn)。
[0013]本文提出根據(jù)本發(fā)明的所述血栗因此合并軸流栗和徑向栗的優(yōu)點(diǎn)，所述軸流栗的優(yōu)點(diǎn)在于溫和輸送血液，所述徑向栗的優(yōu)點(diǎn)在于所述血栗和所述血管之間的較短的柔性連接管和因此關(guān)于小的空間需求及改進(jìn)的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)。
[0014]為了產(chǎn)生血液的軸向推進(jìn)力，根據(jù)本發(fā)明，所述葉輪的所述葉片裝置設(shè)計(jì)為螺旋形件(螺旋形)。這種螺旋形葉片裝置能夠是單頭或多頭的。因此，所述螺旋形件能包括一個(gè)或更多個(gè)(優(yōu)選地，兩個(gè)到六個(gè))單獨(dú)的螺旋形(即螺旋狀)的葉片(葉)。所述葉片裝置的這些葉片中的每個(gè)均相對(duì)于所述葉輪的所述旋轉(zhuǎn)軸線繞該葉輪以一圈的一部分、整圈或若干圈纏繞。優(yōu)選地，單獨(dú)的葉片繞所述葉輪纏繞至少一圈(更優(yōu)選地，至少一又二分之一圈)。此外，指向下游的所述螺旋形件的至少一個(gè)葉片的表面和所述葉輪的所述旋轉(zhuǎn)軸線形成非零角度(葉片角)。所述葉片角與所述葉片裝置的節(jié)距和導(dǎo)程有關(guān)。類似于普通螺紋非術(shù)語(yǔ)，如果所述葉片裝置是單頭葉片裝置，那么所述葉片裝置的所述節(jié)距被定義為葉片的兩個(gè)相鄰纏繞體(winding)之間的軸向距離，如果所述葉片裝置具有兩個(gè)或更多個(gè)單獨(dú)的葉片，那么所述節(jié)距被定義為兩個(gè)相鄰的葉片之間的軸向距離。上述相應(yīng)的距離始終在所述葉片或所述葉片纏繞體沿面向同一軸向方向(并且不彼此面向)的表面之間進(jìn)行測(cè)量。因此，所述葉輪的所述葉片裝置的所述導(dǎo)程能被定義為這樣的軸向距離，當(dāng)所述葉輪被轉(zhuǎn)過(guò)一周時(shí)(為了簡(jiǎn)化忽略體積元的任何切向運(yùn)動(dòng))，使血液的與所述葉片裝置的葉片相鄰的所述體積元軸向前進(jìn)該軸向距離。為了確定在所述葉片裝置的軸向端處的所述節(jié)距和所述導(dǎo)程，能沿軸向外推所述葉片裝置。在恒定節(jié)距的特定情況下，N頭螺旋形葉片裝置的導(dǎo)程等于所述節(jié)距乘N。
[0015]通過(guò)修改所述葉片裝置的局部葉片角、所述節(jié)距和所述導(dǎo)程，能夠調(diào)整所述葉片裝置對(duì)于血液的運(yùn)輸影響。所述葉片角、所述節(jié)距以及所述導(dǎo)程能沿著所述葉輪的軸向范圍(長(zhǎng)度)變化。因此，所述葉輪的給定軸向位置處的所述葉片角、所述節(jié)距或所述導(dǎo)程被分別稱為局部葉片角、局部節(jié)距或局部導(dǎo)程。
[0016]優(yōu)選地，所述葉片裝置沿著其整個(gè)軸向范圍的局部節(jié)距處于2mm至20mm之間的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地處于3mm至15mm之間的范圍內(nèi)。所述葉片裝置沿著其整個(gè)軸向范圍的所述局部導(dǎo)程優(yōu)選地處于2mm至120mm之間的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地處于3mm至40mm之間的范圍內(nèi)。沿著所述葉片裝置的整個(gè)軸向范圍的局部葉片角處于80°和20°之間的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地處于70°和30°之間的范圍內(nèi)。
[0017]所述局部節(jié)距和所述局部導(dǎo)程可以從所述葉片裝置的上游側(cè)到所述葉片裝置的下游側(cè)增大。在所述上游側(cè)處，所述局部節(jié)距能處于2mm至8mm之間的范圍內(nèi)，并且在所述下游側(cè)處所述局部節(jié)距處于1mm至20mm之間的范圍內(nèi)。在所述上游側(cè)，所述局部導(dǎo)程能處于2mm至50mm之間的范圍內(nèi)，并且在所述下游側(cè)所述局部導(dǎo)程處于1mm至120mm之間的范圍內(nèi)。優(yōu)選地所述局部節(jié)距和所述局部導(dǎo)程從所述葉片裝置的所述上游側(cè)到其所述下游側(cè)單調(diào)地增大。所述上游側(cè)處的所述葉片角優(yōu)選地在80°和45°的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在75°和55°的范圍內(nèi)。所述葉片裝置的所述下游側(cè)處的所述葉片角優(yōu)選地在70°和35°的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在60°和40°的范圍內(nèi)。優(yōu)選地所述葉片角從所述葉片裝置的所述上游側(cè)到其所述下游側(cè)單調(diào)地減小。
[0018]沿著所述葉片裝置的軸向范圍取所述