КРОВЯНОЙ НАСОС С РОТОРОМ
BLOOD PUMP WITH ROTOR

Изобретение относится к кровяному насосу с ротором, установленным в корпусе насоса с помощью подшипника.
Такие кровяные насосы известны в разных вариантах выполнения. Вначале различались радиальные и аксиальные насосы. Особенно хорошие результаты были достигнуты при диагональном потоке. Поэтому изобретение относится, в частности, к области диагональных насосов.
Важной областью применения таких кровяных насосов является перекачка крови человека в рамках экстракорпоральных контуров. В этом случае кровяной насос полностью или частично принимает на себя функцию сердца по перекачке крови и может быть использован для поддержки сердца, для регенерации или шунтирования на период времени в несколько дней. Такое использование осуществляется во взаимодействии с обычными клиническими компонентами, как то: шланговая система из ПВХ, оксигенаторы, артериальные фильтры, а при необходимости различные резервуары. Вместо шланговой системы из ПВХ могут использоваться также силиконовые коннекторы, вплоть до целых силиконовых шланговых систем.
Для управления, энергоснабжения и контроля служат специальные консоли, которые могут также взять на себя привод.
Предпочтительным для таких насосов является использование принципа магнитного сцепления для развязки стороны крови от стороны привода. Это дает возможность максимально минимизировать кровопроводящие поверхности. Компактная конструкция обеспечивает щадящее, приближенное к пациенту применение.
В таких кровяных насосах ротор предпочтительно устанавливается на подшипнике с шариком из керамики или из оксида алюминия. В области подшипника действуют силы, которые могут привести к нагреву или повреждению насоса.
Поэтому в основу изобретения положена задача усовершенствования такого кровяного насоса.
Эта задача решается с помощью кровяного насоса, рассмотренного вначале рода, в котором корпус содержит металлический штифт, направленный от его наружной стенки к внутренней стороне корпуса.
Такой штифт из стабильного и теплопроводного материала, с одной стороны, обеспечивает теплоотвод от стенки корпуса, а с другой стороны, стабилизацию деталей корпуса, выступающих из корпуса внутрь. При этом кровяной насос не требует ни вала, ни динамических уплотнений.
Особенно предпочтительно, чтобы штифт был выполнен коническим. Тем самым он позволяет воспринимать тепло от особой точки внутри корпуса и отводить его к наружной стороне корпуса. Кроме того, коническая форма штифта обеспечивает особую механическую прочность.
Для предотвращения соприкосновения штифта с кровью, протекающей в корпусе, предлагается, чтобы штифт был установлен в коническом корпусном образовании. Таким образом, штифт может отводить тепло изнутри корпуса и, в частности, из области подшипника, не соприкасаясь с самой кровью. При этом особенно предпочтительно, чтобы штифт для теплоотвода из области подшипника и ее стабилизации находился поблизости от подшипника.
Для максимально близкого позиционирования подшипника относительно впускного отверстия для крови предлагается, чтобы коническое корпусное образование располагалось в пределах лопастей и, предпочтительно, по всей длине лопастей. Благодаря этому обеспечивается расположение лопастей ротора радиально за пределами конического штифта и радиально за пределами конического корпусного образования. Таким образом, посредством металлического штифта отводится тепло, выделяющееся между стационарным коническим корпусным образованием и ротором.
Ротор может вращаться непрерывно или периодически. В частности, для быстрого ускорения ротора предлагается, чтобы диаметр ротора был менее 30 мм, предпочтительно менее 28 мм. Малый диаметр уменьшает силы инерции и облегчает тем самым ускорение. Таким образом, ротор может быть идеально использован также в импульсном режиме. В импульсном режиме предлагается число оборотов от 100 до 2500 1/мин с шагом 100 1/мин. В этом случае частота составляет 40-90 1/мин.
В частности, в сочетании с малым диаметром предпочтительно, чтобы вес ротора был как можно меньшим. В результате силы инерции массы уменьшаются, что облегчает ускорение. В предпочтительном варианте выполнения ротор весит менее 10 кг, предпочтительно даже менее 8,5 кг.
Соответствующим образом диаметр ведомого диска ротора может быть менее 32 мм, предпочтительно менее 30 мм.
Специальное исполнение ротора и ведомого диска также является существенным для изобретения независимо от других признаков изобретения.
Другой существенный признак изобретения, также не зависящий от других признаков, заключается в выполнении корпуса. Чтобы простым способом отделить унифицированный узел привода от «кровяного участка», предлагается, чтобы корпус содержал радиальную наружную стенку корпуса и входящую в нее приемную деталь для двигателя. Благодаря этому двигатель может легко отделяться от корпуса, а корпус одновременно может использоваться в качестве держателя двигателя.
Особенно компактная конструкция достигается за счет того, что между радиальной наружной стенкой корпуса и приемной деталью для двигателя выполнен кольцевой зазор. В этом кольцевом зазоре может протекать кровь, текущая от ротора к выпускному отверстию для крови. Благодаря разделению кровяного и приводного участков унифицированный узел привода может быть использован многократно, а кровопроводящая поверхность может быть весьма малой. При этом материал насоса выбирается таким образом, чтобы он имел покрытие из материала, препятствующего свертыванию крови, как, например, реопарин или биолин (гепариновое покрытие).
Предпочтительно, чтобы ротор для бесконтактной передачи крутящего момента с двигателя на ротор содержал по меньшей мере один сцепляющий магнит. Для этого могут быть использованы установленные в роторе сегментные магниты или кольцевой магнит. Использование кольцевого магнита также является существенным для изобретения независимо от вышеупомянутых признаков. При этом сцепляющий магнит в одном из предпочтительных примеров выполнения имеет магнитное обратное замыкание. Поскольку передняя сторона ротора обращена к двигателю, обратное замыкание происходит с задней стороны ротора. Обратное замыкание соединяет сегментные магниты и обеспечивает возможность появления между ротором и приводными магнитами магнитного поля, напряженность которого позволяет передавать усилие свыше 20 Н.
Кроме того, предпочтительно, чтобы ротор содержал проточное отверстие, ведущее к подшипнику.
В подшипнике возникает сильное трение, следствием которого является обильное тепловыделение. Это тепло, как описано выше, может отводиться штифтом с хорошей теплопроводностью, изготовленным предпочтительно из стали. В порядке альтернативы или дополнения предлагается, чтобы ротор был установлен в корпусе насоса с помощью подшипника с шаровым сегментом во вкладыше подшипника. При этом радиус шарового сегмента для надежной установки в подшипнике не должен превышать радиус вкладыша подшипника. Предпочтительно, чтобы радиус шарового сегмента был меньше радиуса вкладыша подшипника, так чтобы получалась точечная опора. При этом шаровой сегмент может быть частью шарика. Выполнение подшипника также является существенным для изобретения независимо от вышеупомянутых признаков.
При этом шаровой сегмент может быть выполнен на штифте и на роторе. Оказалось предпочтительным, если ротор содержит шаровой сегмент.
Для обеспечения возможно меньшего износа и хорошей теплопроводности предлагается, чтобы часть подшипника изготавливалась из PTFE (политетрафторэтилена), стали, керамики или стекла, предпочтительно из боросиликатного стекла. Этой частью предпочтительно являются шаровой сегмент или шарик, в то время как штифт предпочтительно изготовлен из стали. Выбор материала также является существенным для изобретения независимо от вышеупомянутых признаков.
Поскольку в корпусе температуры свыше 200°С могут иметь место прежде всего в области подшипника, предлагается, чтобы по меньшей мере часть корпуса была изготовлена из полиэфиркетона. Это стойкие к высоким температурам термопластичные пластмассы, как, например, полиэфирэфиркетон (РЕЕК). Этот признак также является существенным для изобретения независимо от вышеупомянутых признаков.
Особая конструкция позволяет изготавливать такой кровяной насос, в котором всасывающий объем (Primingvolumen) составляет менее 17 мл, предпочтительно менее 15 мл.
Пример выполнения кровяного насоса согласно изобретению изображен на чертежах и ниже поясняется более подробно.
Фиг. 1 изображает вид сбоку кровяного насоса,
фиг. 2 - вид сверху кровяного насоса, показанного на фиг. 1,
фиг. 3 - сечение кровяного насоса, показанного на фиг. 1, по линии С-С,
фиг. 4 - вид сбоку альтернативного варианта выполнения кровяного насоса,
фиг. 5 - вид сверху кровяного насоса, показанного на фиг. 4,
фиг. 6 - сечение кровяного насоса, показанного на фиг. 4, по линии F-F.
Кровяной насос 1, изображенный на фиг. 1, содержит корпус 2 насоса с подводом 3 и отводом 4.
Корпус 2 насоса состоит из радиальной наружной стенки 5 корпуса и заходящей в нее приемной детали 6 для двигателя. Приемная деталь 6 для двигателя соединена с наружной стенкой 5 корпуса с геометрическим замыканием посредством замка 7.
Приемная деталь 6 для двигателя заходит внутрь корпуса таким образом, что между стенкой 5 корпуса и приемной деталью 6 для двигателя образуется кольцевой зазор. Коаксиально подводу 3 на приемной детали 6 для двигателя выполнено коническое корпусное образование 9, в которое конусообразно проходит штифт 10. Штифт 10 с помощью выреза 11 жестко соединен с коническим корпусным образованием 9.
На вершине конического корпусного образования 9 находится шарик 12 подшипника, прочно склеенный с ротором 13. Этот шарик 12 подшипника движется в шаровом сегменте конического корпусного образования 9 с установленным в нем штифтом 10. Благодаря этому ротор 13 установлен в корпусе 2 насоса посредством подшипника 14.
Ротор 13 содержит для бесконтактной передачи крутящего момента (не показан) двигателя на ротор 13 лопасти 15, на которых закреплены сцепляющие магниты 16. Сцепляющие магниты 16 в роторе 13 могут быть выполнены в виде отдельных четвертичных сегментных магнитов. Предпочтительным является кольцевой магнит.
Ротор 13 имеет в диаметре около 26 мм, а вблизи подшипника 14 проточное отверстие 17, через которое кровь протекает от подвода 3 к подшипнику 14.
Между ротором 13 и внутренней стороной 18 корпуса установлен ведомый диск 19 ротора диаметром около 28 мм.
Кровяной насос может использоваться в течение периода времени по меньшей мере в семь дней. Продолжительность использования составляет от шести часов до нескольких недель. На практике до настоящего времени оказалось, что насос без проблем выдерживает непрерывную эксплуатацию на протяжении более 50 дней. Диагональное рабочее колесо, а тем самым диагональное направление потока сочетает преимущества центробежных и аксиальных насосов. Насос в диапазоне числа оборотов от 0 до 10000 об/мин имеет непрерывный или пульсирующий объемный поток от 0 до 8 л/мин при максимальной разности давлений до 650 мм рт. ст. Максимальное давление нагнетания, как правило, составляет несколько менее 600 мм рт. ст.
Головка насоса, поставляемая стерильной и непирогенной, может храниться на протяжении по меньшей мере трех лет и она достаточно защищена от повреждений при транспортировке.
На фиг. 4-6 изображен несколько модифицированный вариант выполнения кровяного насоса 30. В то время как вариант выполнения, изображенный на фиг. 1-3, имеет всасывающий объем (priming) 16 мл, всасывающий объем (priming) этого модифицированного варианта выполнения составляет менее 15 мл. Это достигается за счет укорочения выступающей в насос приемной детали 31 для двигателя.