CN112807564B - 一种微创介入式人工心脏轴流血泵 - Google Patents
一种微创介入式人工心脏轴流血泵 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112807564B CN112807564B CN202110109123.9A CN202110109123A CN112807564B CN 112807564 B CN112807564 B CN 112807564B CN 202110109123 A CN202110109123 A CN 202110109123A CN 112807564 B CN112807564 B CN 112807564B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rotor
- rear guide
- blood pump
- guide vane
- sleeve
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 title claims abstract description 45
- 239000008280 blood Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 title abstract 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 6
- 210000000709 aorta Anatomy 0.000 claims description 2
- 210000001105 femoral artery Anatomy 0.000 claims description 2
- 210000005240 left ventricle Anatomy 0.000 claims description 2
- 210000000601 blood cell Anatomy 0.000 abstract description 8
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 abstract description 5
- 230000009545 invasion Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005779 cell damage Effects 0.000 abstract 1
- 208000037887 cell injury Diseases 0.000 abstract 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 2
- 206010019280 Heart failures Diseases 0.000 description 1
- 210000002376 aorta thoracic Anatomy 0.000 description 1
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 description 1
- 230000004087 circulation Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
- A61M2205/04—General characteristics of the apparatus implanted
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- External Artificial Organs (AREA)
Abstract
一种微创介入式人工心脏轴流血泵，用于辅助衰竭心脏的血液循环。该血泵包括前置导管、套筒以及设置在套筒内的泵体和微型电机，微型电机固定在套筒上；泵体包括转子轮毂、转子叶片、后导叶轮毂和后导叶叶片。该血泵的主要特点该采用渐变内径，渐变内径的最小截面积与转子中部流场区域的截面积相同，且转子轮毂与后导叶轮毂之间通过齿状密封结构连接。本发明在保证转子区域流场截面积基本不变的情况下，有效降低了因流场区域截面积变化带来的能量损失，从而提高了血泵的工作效率。同时避免了缝隙区域血细胞的侵入，解决了现有微创介入式轴流血泵转子轮毂和后导叶轮毂的缝隙区域血细胞损伤较大的问题，从而显著增强了血泵的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种微创介入式人工心脏轴流血泵，可用于辅助衰竭心脏的血液循环，属于生物医学工程技术领域。
背景技术
植入式人工心脏血泵是治疗终末期心衰的有效途径之一，但是现在临床应用的人工心脏血泵都是开胸进行安装，手术难度大，创伤面积大；采用微创技术从股动脉介入微型轴流血泵提供了更安全有效的技术手段，前置导管从主动脉下探至左心室，然后导管穿过动脉瓣，血流经过泵提升压力和流量进入主动脉弓，从而降低心脏负荷，为全身提供血液辅助流动。但由于微创介入式轴流血泵尺寸较小，导致流速较大，进而容易导致较大的能量损失，主要表现为在套筒入口处截面积变化带来的损失、转子和后导叶区域的损失、出流口处的扰动带来的损失。另一方面，微创介入式轴流血泵体积较小、流速较大、能量损失较大的特点导致需要达到更高的转速(20000-30000rpm)才能满足人体循环的要求，会增加转子轮毂和后导叶轮毂的缝隙区域血细胞的损伤。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种微创介入式人工心脏轴流血泵，使其在保证转子区域流场截面积基本不变的情况下，有效降低因流场区域截面积变化带来的能量损失，进而提高血泵的工作效率；同时避免缝隙区域血细胞的侵入，解决现有微创介入式轴流血泵转子轮毂和后导叶轮毂的缝隙区域血细胞损伤较大的问题，从而增强血泵的可靠性，保证病人的生命安全。
本发明的技术方案如下：一种微创介入式人工心脏轴流血泵，该血泵包括前置导管、套筒、泵体和微型电机，泵体和微型电机设置在套筒内，微型电机固定在套筒上，在套筒上设有出流口；所述泵体包括转子和后导叶，转子包括转子轮毂和转子叶片，所述的后导叶包括后导叶轮毂和后导叶叶片；微型电机输出轴与后导叶和转子连接，其特征在于：在套筒入口处设有渐变内径，该渐变内径包括渐缩段和渐扩段，渐变内径的最小截面积与转子中部流场区域的截面积相同，渐缩段变化曲线和渐扩段变化曲线整体光滑，开始和结束处导数为0。
上述技术方案中，所述渐缩段变化曲线通过使用FLUENT软件计算套筒入口压力10000Pa、流量4L/min时渐缩段内的能量损失，并基于能量损失最小的优化得到渐缩段变化曲线为：y＝0.6468x2-0.1467x3-0.0258x4；渐扩段延伸至转子处，并基于流场截面面积恒定优化得到渐扩段变化曲线为：y＝1-0.2132x2+0.0441x3-0.0016x4；
上述公式中，x表示轴向坐标，x＝0表示曲线开始的位置，单位为mm；y表示内径的减小量，单位为mm。
进一步地，所述转子轮毂与后导叶轮毂之间通过齿状密封结构连接。
进一步地，所述转子轮毂、后导叶轮毂、转子叶片与后导叶叶片采用一体化流线型结构；所述出流口为流线自适应结构。
本发明的技术特征还在于：微型电机输出轴与后导叶和转子连接的方式是微型电机输出轴贯穿后导叶与转子相连，转子被微型电机输出轴单侧支撑。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性技术效果：①套筒入口处设计有渐变内径，可以有效降低因截面积带来的能量损失，最终提高血泵的工作效率为30％；同时可以在极端情况发生时保证转子不会脱离套管，进一步保证病人的生命安全；②转子轮毂与后导叶轮毂之间存在齿状密封结构，可以在起到润滑作用的同时，防止血细胞的流入与破坏，显著增强了血泵的可靠性；③转子轮毂、后导叶轮毂、转子叶片与后导叶叶片均为一体化流线型设计，可以避免后导叶区域产生的漩涡；④出流口的流线自适应性设计可以有效的降低血液流出时的阻力与扰动，进一步提高血泵的机械效率。
附图说明
图1为本发明提供的一种微创介入式人工心脏轴流血泵的结构简图。
图2为转子部分的结构图。
图3为后导叶部分的结构图。
图4为转子轮毂与后导叶轮毂之间存在的齿状密封结构示意图。
图5为套筒入口压力10000Pa、流量4L/min条件下优化得到的渐缩段曲线。
图6为套筒入口压力10000Pa、流量4L/min条件下优化得到的渐扩段曲线。
图中：1－前置导管；2－套筒；3－微型电机；4－转子轮毂；5－转子叶片；6－后导叶轮毂；7－后导叶叶片；8－经皮导线；9-微型电机输出轴；10－出流口；11－渐变内径；12-齿状结构；13-渐缩段；14-渐扩段。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体结构、原理和工作过程做详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种微创介入式人工心脏轴流血泵，该血泵包括前置导管1、套筒2、设置在套筒内的泵体和微型电机3，微型电机3与套筒2连接；所述的泵体包括位于套筒内的转子以及固定在套筒内的后导叶，转子包括转子轮毂4和转子叶片5；所述的后导叶包括后导叶轮毂6和后导叶叶片7。微型电机由经皮导线8供电，微型电机输出轴9贯穿后导叶与转子相连，转子被微型电机输出轴单侧支撑，微型电机输出轴带动转子旋转，从而驱动血液从前置导管1吸入，然后到套筒后端的出流口10流出。
所述血泵套筒入口处设计有渐变内径11，该渐变内径包括渐缩段13和渐扩段14，可以减少流动截面积降低带来的流动损失，并提高血泵在极端状况下的可靠性。所述血泵由股动脉进入人体并插入左心室与主动脉之间，相对于传统血泵由转子内导磁材料和套管外电磁线圈驱动的方式，由微型电机直接驱动的方式提高了血泵的输出效率，且稳定性更佳，安装与加工的难度降低。出流口10的流线自适应性结构设计可以有效的降低血液流出时的阻力与扰动，进一步提高血泵的机械效率。
如图1、图4所示，所述转子轮毂4和后导叶轮毂6之间存在齿状密封结构12，可以在起到润滑作用的同时，避免血细胞的破坏，显著增强了血泵的可靠性。
如图2、图3所示，所述血泵的转子轮毂4、后导叶轮毂6、转子叶片5与后导叶叶片7均采用一体化流线型设计，可以有效的降低血液流经转子和后导叶时的阻力与扰动，提高血泵的机械效率。
图5和图6分别表示套筒入口处压力10000Pa、流量4L/min条件下优化得到的渐缩段曲线和渐扩段曲线，所述渐缩段曲线和渐扩段曲线满足以下条件：
①最小截面积与转子中部流场区域的截面积相同；
②曲线整体光滑，开始和结束处导数为0；
③使用FLUENT仿真模拟，设置套筒入口压力10000Pa、流量4L/min，并基于渐缩段整体能量损失最小优化曲线，最终得到渐缩段曲线y＝0.6468x2-0.1467x3-0.0258x4。所述渐扩段曲线基于流场截面积恒定优化，即套筒内径随着转子轮毂直径的增加逐渐增加，保证流场截面积基本恒定，避免截面积变化带来的能量损失，最终得到渐扩段曲线y＝1-0.2132x2+0.0441x3-0.0016x4；公式中，x表示轴向坐标，x＝0表示曲线开始的位置，单位为mm；y表示内径的减小量，单位为mm。
套筒入口处设计的渐变内径，可以有效降低因截面积带来的能量损失，出流口的流线自适应结构可以进一步提升血泵的工作效率，最终可提高30％；因此只需将转速设置为20000－30000转/分，便可以产生不少于4L/min的流量和不少于80－100mmHg的压力提升，驱动血液进行循环流动。同时转速的降低，以及转子轮毂和后导叶轮毂之间存在齿状密封结构，可以进一步的降低血泵对血细胞的破坏，从而显著增强了血泵的可靠性。
Claims (4)
1.一种微创介入式人工心脏轴流血泵，该血泵包括前置导管(1)、套筒(2)、泵体和微型电机(3)，泵体和微型电机(3)设置在套筒内，微型电机固定在套筒上，在套筒上设有出流口(10)；所述泵体包括转子和后导叶，转子包括转子轮毂(4)和转子叶片(5)，所述的后导叶包括后导叶轮毂(6)和后导叶叶片(7)；微型电机输出轴(9)穿过后导叶与转子连接，其特征在于：在套筒入口处设有渐变内径(11)，该渐变内径包括渐缩段(13)和渐扩段(14)，渐变内径的最小截面积与转子中部流场区域的截面积相同，渐缩段变化曲线和渐扩段变化曲线整体光滑，开始和结束处导数为0；转子轮毂与后导叶轮毂之间通过齿状密封结构(12)连接；所述出流口(10)采用流线自适应结构；所述血泵由股动脉进入人体并插入左心室与主动脉之间。
2.如权利要求1所述的一种微创介入式人工心脏轴流血泵，其特征在于：所述渐缩段变化曲线通过使用FLUENT软件计算套筒入口压力10000Pa、流量4L/min时渐缩段内的能量损失，并基于能量损失最小的优化得到渐缩段变化曲线为：y＝0.6468x2-0.1467x3-0.0258x4；渐扩段延伸至转子处，并基于流场截面积恒定优化得到渐扩段变化曲线为：y＝1-0.2132x2+0.0441x3-0.0016x4；
上述公式中，x表示轴向坐标，x＝0表示曲线开始的位置，单位为mm；y表示内径的减小量，单位为mm。
3.如权利要求1所述的一种微创介入式人工心脏轴流血泵，其特征在于：所述转子轮毂、后导叶轮毂、转子叶片与后导叶叶片采用一体化流线型结构。
4.如权利要求1所述的一种微创介入式人工心脏轴流血泵，其特征在于：微型电机输出轴(9)贯穿后导叶与转子相连，转子被微型电机输出轴单侧支撑。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110109123.9A CN112807564B (zh) | 2021-01-27 | 2021-01-27 | 一种微创介入式人工心脏轴流血泵 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110109123.9A CN112807564B (zh) | 2021-01-27 | 2021-01-27 | 一种微创介入式人工心脏轴流血泵 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112807564A CN112807564A (zh) | 2021-05-18 |
| CN112807564B true CN112807564B (zh) | 2022-03-22 |
Family
ID=75859630
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110109123.9A Active CN112807564B (zh) | 2021-01-27 | 2021-01-27 | 一种微创介入式人工心脏轴流血泵 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112807564B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115591105B (zh) * | 2021-07-07 | 2023-08-15 | 上海焕擎医疗科技有限公司 | 一种心脏辅助装置的叶轮及心脏辅助装置 |
| CN113769260B (zh) * | 2021-09-16 | 2024-09-27 | 苏州心岭迈德医疗科技有限公司 | 一种辅助泵血系统 |
| CN114699596B (zh) * | 2022-03-21 | 2023-05-23 | 河海大学 | 一种倍数型线流道的同向差速三级调压输液泵 |
| CN114768085A (zh) * | 2022-03-21 | 2022-07-22 | 深圳核心医疗科技有限公司 | 血泵 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6186665B1 (en) * | 1999-01-26 | 2001-02-13 | Nimbus, Inc. | Motor rotor bearing assembly for a blood pump |
| EP1402907A1 (en) * | 2002-09-30 | 2004-03-31 | Terumo Kabushiki Kaisha | Blood pump system |
| CN103635210A (zh) * | 2011-05-05 | 2014-03-12 | 柏林心脏有限公司 | 血泵 |
| CN105636619A (zh) * | 2013-08-14 | 2016-06-01 | 哈特威尔公司 | 用于轴流泵的叶轮 |
| CN108778358A (zh) * | 2016-01-06 | 2018-11-09 | 毕瓦克公司 | 心脏泵 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101401981B (zh) * | 2008-11-14 | 2010-09-01 | 清华大学 | 一种植入式微型流线形轴流血泵 |
| US8535212B2 (en) * | 2011-03-30 | 2013-09-17 | Jarvik Robert | Centrifugal blood pumps with reverse flow washout |
| CN103977464B (zh) * | 2014-06-06 | 2016-08-17 | 清华大学 | 一种出口处渐变流动区域的可植入微型轴流血泵 |
| EP3812001A1 (en) * | 2015-03-18 | 2021-04-28 | Abiomed Europe GmbH | Blood pump |
| GB2555435A (en) * | 2016-10-27 | 2018-05-02 | Calon Cardio Tech Ltd | Cardiac pump |
| CN111888552B (zh) * | 2020-07-06 | 2021-05-18 | 河海大学 | 差项迭代曲线流道的单轴变速二级异步心脏泵及使用方法 |
-
2021
- 2021-01-27 CN CN202110109123.9A patent/CN112807564B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6186665B1 (en) * | 1999-01-26 | 2001-02-13 | Nimbus, Inc. | Motor rotor bearing assembly for a blood pump |
| EP1402907A1 (en) * | 2002-09-30 | 2004-03-31 | Terumo Kabushiki Kaisha | Blood pump system |
| CN103635210A (zh) * | 2011-05-05 | 2014-03-12 | 柏林心脏有限公司 | 血泵 |
| CN105636619A (zh) * | 2013-08-14 | 2016-06-01 | 哈特威尔公司 | 用于轴流泵的叶轮 |
| CN108778358A (zh) * | 2016-01-06 | 2018-11-09 | 毕瓦克公司 | 心脏泵 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112807564A (zh) | 2021-05-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112807564B (zh) | 一种微创介入式人工心脏轴流血泵 | |
| US10434232B2 (en) | Blood pump with separate mixed-flow and axial-flow impeller stages and multi-stage stators | |
| CN113543837B (zh) | 血液流速测量系统 | |
| CN103877630B (zh) | 轴向磁力卸载式轴流泵心脏辅助装置 | |
| CN106902404B (zh) | 经皮辅助泵血装置 | |
| CN101401981B (zh) | 一种植入式微型流线形轴流血泵 | |
| CN101361994B (zh) | 逐级提高血压的人工心脏血泵 | |
| CN104208764B (zh) | 一种磁液悬浮式轴流泵心脏辅助装置 | |
| CN104069555B (zh) | 一种心脏辅助轴流式血泵 | |
| CN201894758U (zh) | 一种微型轴流血泵 | |
| CN104162192B (zh) | 一种液磁悬浮轴流式血泵 | |
| CN105498002A (zh) | 泵血叶轮 | |
| CN203842087U (zh) | 轴向磁力卸载式轴流泵心脏辅助装置 | |
| CN204050452U (zh) | 一种心脏辅助轴流式血泵 | |
| CN101822855B (zh) | 人工心脏血液泵的串列叶栅静子结构 | |
| CN106512118B (zh) | 一种全植入式磁液双悬浮轴流血泵 | |
| CN104707194A (zh) | 一种基于血流动压和Pivot支承的可植入轴流式血泵 | |
| CN113153804B (zh) | 一种泵血叶轮及心室辅助装置 | |
| CN114177516A (zh) | 一种用于左心室辅助的大流量两级导管泵及其使用方法 | |
| CN114602055A (zh) | 一种急救型快速微创植入的多级导管血泵 | |
| CN215780980U (zh) | 一种用于磁悬浮血泵的泵头结构 | |
| CN103977463A (zh) | 一种植入式微型抗血栓轴流血泵 | |
| CN216877595U (zh) | 一种幼儿右心心室辅助设备 | |
| CN217015079U (zh) | 无轴磁悬浮心室辅助装置 | |
| CN107456617B (zh) | 一种无后导叶植入式轴流血泵 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |