专利名称：泵机合一植入式微型轴流血泵的制作方法
技术领域：
本实用新型属于医疗器械技术领域，具体涉及一种心室辅助装置，特别涉及一种可植 入式心室辅助装置。
背景技术：
心力衰竭是心血管出院病人最常见的诊断，也是医疗费用最高的疾病，国际上已将心 衰作为本世纪需要解决的一项重要课题。由于供体的缺乏，大约30%准备接受心脏移植的 病人在等待供心过程中死于心功能恶化，心室辅助装置(VAD)的出现和发展，使得心衰 的治疗有新的途经，从1981年开始，美国国立卫生研究院(NIH)起动RFDs计划(a Request For Proposals)用于发展"用于长期心脏支持的可植入式能使病人自由移动，电动能源的心 室辅助装置"。到目前为止共投入超过400亿美元的资金以支持心室辅助装置的研发。2006 年欧洲心衰指南已将心室辅助装置作为心衰治疗的方法之。经过多年的研究，目前国际上 已经有数种产品应用于临床，主要用于心脏移植的过渡。心功能的恢复甚至永久性替代治 疗，但进口产品价格昂贵，使得心室辅助装置的国产化研制迫在眉睫，泵体合一可植入式 轴流血泵则是心室辅助装置的关键核心部件。 发明内容
本实用新型发明的目的在于提供一种可应用于手术治疗心衰终末期可植入式心室辅 助装置的关键核心部件，泵机合一可植入式微型轴流血泵。
由于这种心室辅助装置要植入体内，因此对其主要部件的泵机合一微型轴流血泵的重 量和尺寸限制苛刻。
本实用新型设计的泵机合一植入式轴流血泵，设计方案如下-
1.新型的血液流道设计
一般心室辅助装置的泵系统(DeBakeyVAD， Berlin Heart Incor I和国产VZ-IIA型)
其电机磁钢转子和血泵转子同置于血液流道中，这样在血液流道中多了个转子磁钢，减小 了血液流道面积，影响了血流量，而且电机定子和转子间的气隙也增大，所需功率也增大。 本实用新型的流道特点是血液由置于电机转子圆柱磁钢5内孔的微型血泵转子-轴一
体化的串列转子9驱动，形成^ 10 11mm的主流道和间隙为^0.2 0.25mm的支流道。在 主流道内没有电机磁钢转子，流道阻碍小，流道面积大，可保证大血流量从主流道通过，
即从园子圆柱磁钢5的内孔通过，转子圆柱磁钢5的内孔直径为10-llmm;在支流道内没 有任何阻碍物阻碍血液流过，且由于支流道间隙很小，无刷电机定子线圈3和转子圆柱磁 钢5的气隙也很小，从而显著减小无刷直流电机本机和轴流血泵的体积和重量，适合于植 入式心脏辅助装置。(图1)
2. 转子叶片的设计；
有鉴于泵机合一轴流血泵其流道狭长，转子的叶片直径受到限制，且流道又分为主流 道和支流道。本实用新型采用了船用螺旋桨特种推进器中的串列螺旋桨概念，将轴流血泵 的转子设计为串列转子形式。所谓串列转子是指两只不同转子安装在同一根轴上，且按同 一转速旋转，这类串列转子形式特别适用于植入式轴流血泵流道狭长，转子直径受限制的 情况。具体来说，本实用新型中串列转子9由前置小转子8和后置大转子10同轴固定组 成，见图3所示。前置小转子8在前，直径为10-llmm，轴向长度为21-22mm，螺距为 35-37mm，后置大转子IO在后，直径为18-19mm，轴向长度为10-llmm，螺距为27-28mm， 轴的直径为4-5mm。
由于本实用新型泵机合一植入式轴流血泵的流道分为主流道和支流道，而且主流道和 支流道大小尺寸悬殊，采用前置小转子在前，后置大转子在后，可保证血液在进入流道时 先受到小转子转动叶片的作用，保证绝大部分血液在进入流道时，从主流道通过，而微量 血液则借助于设置在后面的大转子的叶梢部分作用通过，这样可以保证血液在主、支流道 内顺利分叉，流畅通过，不产生拥塞血栓现象。
为进一步提高植入式轴流血泵的效率，增大压头，本实用新型大、小串列转子叶片的 叶切面采用船用导管螺旋桨的机翼形叶片切面形式(见图4)，取代一般泵的平板叶切面形 式。机翼形叶切面相比平板形叶切面，由于血液流过机翼形叶切面时，叶切面叶面上出现 正压，叶切面叶背上出现负压，叶面、叶背的压力差可提高血泵效率，增大压头。
3. 电机定子的设计
心室辅助装置不但要求体积小，重量轻，而且还要求装置运转必须平衡、振动小、噪 声低，以提高使用时的舒适性。如图2所示，本实用新型泵机合一植入式轴流血泵的无刷 电机本体的定子采用了二相导通、三相六状态的导电模型，这样不但提高了绕组的利用率， 縮小了体积和重量，而且减小了磁状态角，减小了无刷电动机的换流带来的本质上的转动 波动；定子绕组采用空心杯绕组，不但解决了小尺寸的定子下线困难的问题，而且定子铁 芯不再有齿槽，彻底消除了齿谐波磁场带来的本质上的转动波动。
无刷电机转子采用具有剩磁感应强度高的钕钢硼永磁材料，且采用径向充磁、 一对极 的园柱形柱钢，从而可在空心杯绕组这种大的电磁气隙下，仍能产生强的气隙磁场，縮小
了电动机的体积和重量， 一对极的整体园柱形磁钢更易保证质量的均匀，减小了高速运动 下的动不平衡，且因不存在单边磁拉力，故运转平稳，提高了使用的舒适性。
考虑到此专用的泵机合一植入式轴流血泵用于植入式心室辅助装置，对结构的密封性 有高的要求，若采用常规的无刷直流电动机位置传感器，则因传感器定子霍尔元件出线过 多(至少5根)，带来引线密封以及引线材料与人体排异的作用，本实用新型采用电路实 现可鉴别转子位置和自起动的功能，起到了位置传感器的功能，可以取消常规无刷常流电 动机必备的位置传感器，这样既减小密封的难度，提高了可靠性，又简化了结构，缩小了 体积。
根据上述设计，本实用新型的泵机合一植入式轴流血尖的具体结构如图l所示。它由 外壳l、定子铁芯2、定子线圈3、电机支架4、转子圆柱磁钢5、浆轴一体化串列转子9、 左旋出口定子13和右旋入口定子15组合构成；其中，桨轴一体化串列转子9由前置小转 子8和后置大转子10同轴固定组成，外壳l内依次是定子铁芯2、转子线圈3;浆轴一体 化串列转子9穿过转子圆柱磁钢5的中心洞孔，轴的两端由陶瓷轴承14分别固定于左旋 出口定子13和右旋入口定子15中，左旋出口定子13、右旋入口定子15分别与电机支架 4两端固定。转子圆柱磁钢5设置于转子线圈3内中间部位，对应于串列转子9的前置小 转子8的位置，并与前置小转子8固定成一体；串列转子9与转子线圈3的内壁和转子圆 柱磁钢5的中心洞孔内壁构成血液的主流道11和12，转子圆柱磁钢5的外壁与定子线圈3 的内壁之间构成血液的支流道6和7。
图1为本实用新型的结构图示(剖面图)。
图2为本实用新型的衆轴承一体化串列转子结构图。
图3为本实用新型的浆轴承一体化串列转子的叶切面及受力图示。
图4本实用新型定子、转子结构的径向剖面图示。
图中标号1.外壳，2.定子铁芯，3.定子线圈，4.电机支架，5.转子圆柱磁钢， 6、 7.支流道，8.前置串列小转子，9.浆轴一体化串列转子，10.后置串列大转子，11、 12.主流道，13.左旋出口定子，14.陶瓷轴承，15.右旋入口定子，16.血流方向，17.转 子轴，18.转子叶片叶切面的叶面，19.转子叶片叶切面的叶背，20.叶面的压力分布线， 21.叶背的压力分布线。
具体实施方式
如附图l所示，泵机合一轴流血泵由无刷电机和轴流血泵二大部分组成。无刷电机由 固定在外壳1和电机支架4上的定子铁芯2、定子线圈3和转子圆柱磁钢5组成；轴流血
泵由浆轴一体化串列转子9通过陶瓷轴承14与左旋出口定子13和右旋入口定子15连接。 电机转子圆柱磁钢5与前置串列小转子8固定连成一体；左旋出口定子13和右旋入口定 子15与电机支架4连成一体，从而成为泵机合一轴流血泵。当电机的定子线圈3通电后， 在定子线圈3的内圆与转子圆柱磁钢5的外圆之间的气隙中产生旋转磁场带动转子圆柱磁 钢5旋转，并驱动与转子圆柱磁钢5连成一体的浆轴一体化串列转子9一起转动，血液便 从泵体的进口吸入，从出口流出。由于轴流血泵的串列转子9由前置串列小转子8和后置 串列大转子IO组成，血液进入泵体内先受到前置串列小转子8的作用，绝大部分从主流 道ll、 12通过，而微量血液则借助于设置在后面的后置串列大转子10的叶梢部分作用从 支流道6、 7通过，这样可以保证进入泵体内的血流在进入主、支流道时顺利分叉，流畅 通过，不产生血液拥堵血栓现象。
本实用新型设计制造了一种泵机合一植入式轴流血泵，其尺寸为^29.6mmx72mm，
重量158g。其中轴流泵尺寸为^18.5mmx72mm，前置串列小转子8为^ 10mmx21mm，后
置串列大转子10为^ 18mmxlOmm，转子圆柱磁钢5内径为^ 10mm，外径为^ 17.6mm，
长度为21mm，这样主流道^10mm，支流道间隙0.25mm。该实例已成功地应用于植入小 牛胸腔内的动物实验，泵转速为卯00转/分时，血流量达5升/分，完全适合于植入式心室 辅助装置的应用。
无刷电机的结构如图4所示，定子采用二相导通，三相六状态的导电模式，定子铁芯 2中的定子线圈3分为三块B-Y线圈，A-X线圈，C-Z线圈，定子绕组采用空心杯绕组 形式，转子圆柱磁钢5采用钕钢硼永磁材料，由径向充磁。
权利要求1、一种泵机合一植入式微型轴流血泵，包括无刷电机和微型血泵二部分，其特征在于它由外壳(1)、定子铁芯(2)、定子线圈(3)、电机支架(4)、转子圆柱磁钢(5)、浆轴一体化串列转子(9)、左旋出口定子(13)和右旋入口定子(15)组合构成，其中，浆轴一体化串列转子(9)由前置小转子(8)和后置大转子(10)同轴固定组成，外壳(1)内依次是定子铁芯(2)、转子线圈(3)；浆轴一体化串列转子(9)穿过转子圆柱磁钢(5)的中心洞孔，轴的两端由陶瓷轴承(14)分别固定于左旋出口定子(13)和右旋入口定子(15)中，左旋出口定子(13)、右旋入口定子(15)分别与电机支架(4)两端固定；转子圆柱磁钢(5)设置于转子线圈(3)内中间部位，对应于串列转子(9)的前置小转子(8)的位置，并与前置小转子(8)固定成一体；串列转子(9)与转子线圈(3)的内壁和转子圆柱磁钢(5)的中心洞孔内壁构成血液的主流道(11和12)转子圆柱磁钢(5)的外壁与定子线圈3的内壁之间构成血液的支流道(6和7)。
2、 根据权利要求1所述的泵机合一植入式微型轴流血泵，其特征在于所述浆轴一体 化的串列转子(9)的叶切面采用机翼形。
3、 根据权利要求1所述的泵机合一植入式微型轴流血泵，其特征在于无刷直流电机 本体的定子采用二相导通、三相六状态的导电模式，定子线圈(3)采用空心杯绕组，转 子圆柱磁钢(5)采用铷铁硼永磁材料。
专利摘要本实用新型属于医疗器械技术领域，具体为一种泵机合一植入式轴流血泵。它由无刷电机和轴流血泵二大部分组成。无刷电机由固定在外壳1和电机支架4上的定子铁芯2、定子线圈3和转子圆柱磁钢5组成；轴流血泵由浆轴一体化串列转子9通过陶瓷轴承14与左旋出口定子13和右旋入口定子15连接组成。电机转子圆柱磁钢5与前置串列小转子8固定连成一体；左旋出口定子13和右旋入口定子15与电机支架4连成一体，从而成为泵机合一轴流血泵。本实用新型泵机合一，体积小，重量轻，血液由主流道和支流道分叉，流动顺畅，无拥塞血栓现象，运转平衡，使用舒适，完全适合于用作植入式心室辅助装置。
文档编号A61M1/10GK201208423SQ200820054809
公开日2009年3月18日 申请日期2008年1月17日 优先权日2008年1月17日
发明者刘中民, 亮 叶, 周连第, 范慧敏, 董隆予, 谭茀娃, 金如麟, 陈应生 申请人:同济大学附属东方医院