[发明专利]一种大气隙磁力驱动的全植入式轴流式血泵及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种血泵，特别是涉及一种大气隙磁力驱动的全植入式轴流式血泵，本还涉及该大气隙磁力驱动的全植入式轴流式血泵的控制方法。

背景技术

根据世界卫生组织的报告，心血管疾病每年会夺去数千万人的生命，占全球死亡病因的三分之一，是人类健康的第一杀手，预计到2015年，全球每年将有2000万人死于心血管疾病，心脏移植是治疗终末期心脏病的唯一有效方法。面向人体心脏功能恢复的辅助血泵发展主要分为心室辅助循环装置（VAD）和全人工心脏（FDA），目前国际上共有5款VAD和2款THA通过了美国FDA认证。

美国Thoratec公司生产的HeartMate II轴流泵带有枢轴承，该泵主要构件包括转子、进口和出口处的一对枢轴承和电机。泵长度81mm，直径为43mm，重量375g，目前已有1000人实用；美国MicroMed公司开发的DeBakey VAD轴流泵长度为76.2mm，直径为30.5mm，重量为93g。该泵目前已经通过欧盟认证使用，适用于儿童的目前正在FDA的认证试验过程中，到目前为止，超过440人使用。

刘中民提出一种泵机合一植入式微型轴流血泵（专利号：200820054809.2），它由无刷电机和轴流血泵二大部分组成，整体尺寸为29.6x72mm，血泵永磁转子启动为自启动。

R·J·本科维斯基提出了一种用于一可植入的血泵的生理控制方法和系统（专利号：03805303.9），改方法为以预订速度操作泵，通过检测病人在舒张期泵流动速率来改变预订速度。

白静等提出了微型轴流式血泵的优化非恒速控制方法（专利号：03121948.9），其建立了心输出量、平均转速、心肌供氧量/耗氧量、最大收缩压和最小舒张压的隶属函数，实现血泵不同状态的速度调节。该方法新颖，速度调节缺乏对泵本身力学特性的了解，并且实际实施复杂。

从上述研究可知，目前人工心脏在血泵设计和控制方法研究方面，针对血泵的研究，已应用于临床的人工心脏，大多数都存在体积大无法植入儿童患者体内的问题，仅有两款针对儿童研究的VAD产品，因此小型化是人工心脏的一个重要发展方向；针对控制方法方面，主要集中在稳态速度的基于人体生理参数的控制研究，没有考虑泵启动方面控制方法的问题。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对植入式血泵体积大，主从磁极气隙大造成的驱动能力不强和启动不够快速和平稳的特点，提供一种结构简单、体积小、驱动能力强、温升小、传递效率高的大气隙磁力驱动的全植入式轴流式血泵。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种该大气隙磁力驱动的全植入式轴流式血泵的控制方法。

为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的磁力驱动的全植入式轴流式血泵，输送管内同轴转动安装有转子系统，所述的转子系统由血泵旋转叶轮、血泵前叶轮、血泵后叶轮和永磁体组成，还包括设在所述的输送管上的驱动定子铁芯、固定套及控制系统，所述的驱动定子铁芯由硅钢叠片、绕组及绝缘层组成，定子齿数为3个，沿圆周对称分布，绕组为三个即第一线圈、第二线圈和第三线圈，分别周向等距叠装在三个定子齿上，绝缘层为树脂材料；所述的固定套实现所述的定子铁芯在轴向及圆周方向的固定在所述的输送管上；三组线圈绕组即第一线圈、第二线圈和第三线圈与所述的控制系统功率放大电路连接。

所述的永磁转子的轴向长度为15mm～18mm，其与所述的驱动定子的内径之间的径向气隙为4.5mm～6mm。

所述的定子铁芯由取向硅钢片叠压而成，定子外径为25mm，齿宽厚度为2mm，齿轭宽度为2mm，齿尖角度为100°～112°，齿尖宽度为0.25mm。

所述的固定套由TI4材料制成，所述的固定套由两个半环即第二半固定套和第一半固定套连接，所述的第二半固定套和第一半固定套上均有定子径向和轴向位置的固定柱，所述的第二半固定套和第一半固定套由销钉和半固定套连接件连接，第二半固定套和第一半固定套之间夹持有树脂垫圈。

所述的永磁体为两极平行充磁的钕铁硼材料组成，每极所述的永磁体的充磁角度为180°。

所述的控制系统由控制电路、驱动电路、功率放大电路、电流-电压检测电路、显示电路、PC通信电路、流量-压力检测电路和电源电路组成。