[发明专利]旋转式血泵

说明书

技术领域

本发明涉及旋转式泵，更具体而言，涉及离心式旋转血泵以 及使用这种泵进行治疗性支持的方法，其中所述泵内的叶轮在无磨损液 力轴承和磁轴承上旋转，从而通过使所述叶轮仅与所述泵内的血液体积 接触，就允许血液从泵进口运动到泵出口。

背景技术

在心血管医学中，心室辅助装置作为心脏移植的桥梁或作为 终期治疗形式来支持晚期心脏病患者的临床应用已成为可接受的临床实 践。据估计，多于35,000个患有晚期心脏衰竭的病人是心脏支持疗法的 候选者。

心室辅助装置可以使用血泵为患者的血液提供动量，从而将 血液推向更高压力。心室辅助装置的一个例子是左心室辅助装置(LVAD)。 LVAD与患者心脏的左心室连接，在那里含氧血液通过LVAD的血液进 口进入LVAD。然后，LVAD为血液提供动量。通过将LVAD的血液出口 与患者的主动脉连接，泵送的血液可以重新进入患者的循环系统。

迄今为止，心室辅助装置例如LVAD使用正位移泵和旋转式 泵。正位移泵通过减小第一室的容积，同时增大第二室的容积，而将血 液吸入第二室中，从而迫使血液从第一室进入第二室。这种泵通常设有 只允许沿一个方向流动的止回阀，并且通常很大，而且容易机械磨损。 人类的心脏是正位移泵的一个天然例子。旋转式泵通过泵内叶轮的旋转 迫动血液。已知类型的泵经使用推动血液的螺旋桨型叶轮叶片而利用叶 轮为血液提供动量。

旋转式血泵可以是离心式的或轴向式的。在离心式血泵中， 血液沿着泵的旋转轴进入泵并垂直于旋转轴退出泵。在轴向式血泵中， 血液沿着泵的旋转轴进入泵并沿旋转轴退出泵。

传统上，旋转式血泵包括由主轴和与主轴连接的叶轮构成的 转子。机械轴承用来在轴向和径向上稳定转子，因此使叶轮可以保持自 由而平稳旋转，同时在轴向和径向上受到限制。血液体积内的机械轴承 已成为血栓的来源。此外，由于使用机械轴承必须使主轴突出而超出泵 室，因而要求密封以防止血液从泵室逸出。这也成为血栓和有时溶血的 来源，以及过早磨损的来源。

由于密封可能会导致血液的血栓和可能过早磨损，因而在旋 转式血泵中密封机械轴的使用已经被表明不是最佳的。为使血栓的风险 和无效密封最小化，已经研发了无密封的旋转式血泵。例如，在本文中 引入作为参考的Wampler的美国专利No.5,695,471和Davis等人的美国 专利No.6,846,168(‘168专利)均涉及无密封的旋转式血泵。在这种无密 封的旋转式血泵中，经使用磁力和/或流体力，可以使转子和/或叶轮悬浮。

用于使泵室内的叶轮悬浮的磁力和/或流体力可以用来稳定 叶轮，使其旋转并同时防止轴向或径向的过度运动。通过磁轴承和液力 轴承，可以实现叶轮的无磨损稳定化。按此方式，磁力形成磁轴承，流 体力形成液力轴承。

已经研发了几种形式的磁轴承。在一种形式中，永久磁铁形 式的被动磁轴承可以同时嵌在转子和泵壳体中，以提供可以使叶轮在泵 壳内的位置保持悬浮的磁耦合。这种同时嵌在转子和泵壳中的永久磁铁 提供可以使叶轮在泵壳内保持悬浮的排斥力。由于没有使用控制来保持 叶轮在适宜的中心位置，因而这种磁轴承被称作被动磁轴承。尽管被动 磁轴承可以在一个方向上(例如在径向方向上)有效地保持叶轮悬浮，但是 已经表明，单独这种被动磁力轴承不能保持叶轮同时在轴向和径向悬浮。

例如，在泵壳体中或其上，可以使用电磁铁形式的主动磁轴 承，使其与叶轮磁耦合并驱动叶轮。电磁铁的电力可以视需要变化，以 响应于位移调节磁场，从而可以使叶轮保持在适当位置。例如，还可以 在泵壳中使用电磁铁，以提供排斥磁力。由于磁场被主动控制以保持适 当的叶轮位置，因而这些轴承被称作主动磁轴承。

由于主动磁轴承的复杂性，因而已经研发了同时使用被动磁 轴承和液力轴承的旋转式血泵，用于在无密封的旋转式血泵中使叶轮悬 浮。例如，在本文中引入作为参考的Wampler等人的美国专利No. 6,234,772(‘772专利)涉及一种具有被动磁轴承和液力轴承的无密封的旋 转式血泵。在‘772专利中，通过叶轮主轴内的一系列磁盘和泵壳内的相 应一系列磁环使得能够径向悬浮。在‘168专利中，通过经叶轮中心的孔 突出的心轴内的一系列磁环使得能够径向悬浮。在叶轮内设有相应的一 系列磁盘，由此叶轮在旋转中绕心轴悬浮。在‘772专利中，通过叶轮上 的一组液力推力轴承面使得能够轴向悬浮。