一种高温超导磁悬浮轴流式血泵的制作方法

1.本技术涉及医疗器械领域，尤其涉及一种高温超导磁悬浮轴流式血泵。


背景技术：

2.目前，心衰的发病率和死亡率均比较高，是大多数心血管疾病患者死亡的重要原因，全世界将近有1.17亿人患有该疾病。心衰全称为心力衰竭，是指由于心脏的收缩功能或者舒张功能发生障碍，造成静脉的回心血不能充分排出体外，从而导致静脉系统血液淤积，动脉系统供血不足，最终引发心脏循环系统障碍，据估计，我国急性心肌梗死的发病率约为十万分之四十五到十万分之五十五，目前还呈现上升趋势。由于心衰的发展过程比较缓慢，大多数是由于患者各种病症日积月累很多年后，心脏逐渐失去泵血功能，各方面功能逐渐减弱，并伴有心脏扩大，以左心室扩大为主，给患者的生活质量和临床治疗带来很大的负面影响。现有的治疗方案包括药物治疗、辅助器械以及心脏移植，但是不同的治疗方法均面临很大的挑战，比如现有的轴流式血泵大多采用滑动轴承及滚珠轴承等为血泵稳定旋转提供径向支撑，但由于血泵转速较高，随着运行时间的增加，磨损残渣及摩擦产生的热量较高，虽有灌注液进行冷却及带走部分磨损物，仍易触发血栓等并发症。
3.专利cn201410467663.4描述了一种磁悬浮轴流式血泵，为“泵—机一体化”，主要由泵壳、铁芯、线圈绕组、泵管、永磁轴承、叶轮、转子磁钢、前、后导流叶组成，叶轮轮毂前端内镶嵌一个凸头磁锥，前导流叶轮毂内镶嵌一个一头为凹窝的磁锥，两个磁锥均为轴向磁向，且同性磁极相对，二者配合成一对“前永磁悬浮轴承”；叶轮轮毂后端内镶嵌也一个凸头磁锥，后导流叶轮毂内镶嵌一个一头为凹窝的磁锥，两个磁锥均为轴向磁向，且同性磁极相对，二者配合成一对“后永磁悬浮轴承”，两对“永磁悬浮轴承”将叶轮完全悬浮起来；所述的叶轮轮毂内的永磁转子磁钢两头各有一个用于屏蔽转子磁钢与两头的凸头磁锥的磁场干扰的软磁铁圈；该方案的技术缺陷在于：为保证叶轮保持“全悬浮”状态，该血泵泵壳内设置了铁芯、线圈绕组，导致血泵的重量与体积大，对心脏产生的负担重大，同时，泵体内还存在焦耳热损耗，容易引起溶血甚至血栓的问题。
4.因此，本领域的技术人员致力于开发一种高温超导磁悬浮轴流式血泵，主要解决以下问题：磁悬浮轴流式血泵自身的重量大、体积大的问题与焦耳热损失导致的溶血甚至血栓等并发症。


技术实现要素：

5.鉴于以上以及其它更多的构思而提出了本技术。
6.本技术的目的之一是克服现有技术的不足，针对例如磁悬浮轴流式血泵自身的重量大、体积大、热损大导致溶血、血栓等问题提供了一种高温超导磁悬浮轴流式血泵。
7.根据本技术的另一方面，提供了一种高温超导磁悬浮轴流式血泵，包括：驱动系统、叶轮组件与连接所述驱动系统和所述叶轮组件的传动系统，所述传动系统包括磁轴承、超导体与输送导管，所述输送导管包括内管，所述磁轴承与所述内管连接，所述超导体连接
在所述输送导管上，所述内管在所述磁轴承与所述超导体二者的作用下保持“悬浮”状态。
8.根据一实施例，所述输送导管还包括外鞘和和多腔管，所述外鞘设置在所述输送导管的最外层；并且，所述超导体连接在所述多腔管上。
9.根据一实施例，在所述输送导管的横截面方向上，所述内管、磁轴承与超导体由内而外地布置；并且，所述内管、所述磁轴承、所述超导体的中心轴线重合。
10.根据一实施例，所述内管包括转动轴、柔性传动轴和驱动轴，所述转动轴、柔性传动轴与驱动轴由近端朝远端地连接设置。
11.根据一实施例，所述驱动系统包括电机，所述叶轮组件包括桨叶；并且，所述转动轴与所述电机连接，所述驱动轴与所述桨叶连接或一体成型。
12.根据一实施例，所述电机包括电机轴，所述电机轴与所述转动轴固定连接。
13.根据一实施例，所述驱动轴与所述桨叶为粘接或者过盈配合连接。
14.根据一实施例，所述磁轴承连接在所述驱动轴上，所述超导体连接在所述输送导管的远端部分；并且，所述超导体套设在所述磁轴承外。
15.根据一实施例，所述磁轴承连接在所述转动轴上，所述超导体连接在所述输送导管的近端部分；并且，所述超导体套设在所述磁轴承外。
16.根据一实施例，所述磁轴承与所述超导体为配套设置，所述磁轴承数量与所述超导体数量一致，所述磁轴承的数量为一个、两个或多个。
17.根据一实施例，所述磁轴承可设置在所述叶轮组件上，或者所述内管上的任一位置。
18.根据一实施例，所述传动系统还包括制冷装置、传递装置和恒温保持器；并且，所述恒温保持器设置在所述超导体外，所述制冷装置为所述恒温保持器提供冷源，所述传递装置传递冷源。
19.根据一实施例，所述制冷装置是一种微型低温制冷机，其性能为2w@77k，包含冷头、膨胀机、压缩机和电插头，所述冷头具备77k的温度，给恒温保持器提供持续的冷源，所述制冷装置通过压缩机压缩热，在膨胀机部分获取冷量，在冷头部分传递冷量。
20.根据一实施例，所述制冷装置包括压缩机、膨胀机和冷头； 所述传递装置包括蒸发单元、柔性单元与冷凝单元；并且，所述冷头与所述蒸发单元耦合，所述冷凝单元与所述恒温保持器耦合。
21.根据一实施例，所述传递装置内通有氮气。
22.根据一实施例，冷源由所述蒸发单元流至所述柔性单元，在所述冷凝单元形成液氮。
23.根据一实施例，氮气由所述蒸发单元流至所述柔性单元，在所述冷凝单元形成液氮。
24.根据一实施例，所述制冷装置为液氮供应机，所述液氮供应机为所述恒温保持器提供液氮以保证所述超导体的低温。
25.根据一实施例，所述传递装置设置在所述多腔管的内腔。
26.根据一实施例，所述柔性单元为柔性热管。
27.根据一实施例，所述柔性热管选用高分子材料，所述高分子材料包括聚丙烯、聚酰亚胺、液晶聚合物、 聚对苯二甲酸乙二醇酯以及硅橡胶。
28.根据一实施例，所述传动系统还包括真空保持装置，所述真空保持装置包括真空抽嘴，所述真空抽嘴与所述恒温保持器连接。
29.根据一实施例，所述超导体为钇钡铜氧材料；并且，所述恒温保持器保持的温度为77k及以上，同时，应当理解，能够使用任何临界温度大于77k的超导材料。
30.根据一实施例，所述超导体与所述磁轴承的径向长长度相等。
31.根据一实施例，所述恒温保持器为密封结构。
32.根据一实施例，所述恒温保持器外壳为不锈钢材料，内侧布有聚酰亚胺多层编织，并在编织层外侧镀金，这样设计的好处在于：可以减少辐射漏热。
33.根据一实施例，所述恒温保持器与所述超导体之间设有导热材料。
34.根据一实施例，所述恒温保持器与所述超导体通过导热材料连接后，所述恒温保持器、超导体以及导热材料均通过隔热材料进行包覆。
35.根据一实施例，所述导热材料为导热硅脂或导热垫。
36.根据一实施例，所述磁轴承包括聚磁体和永磁体，所述超导体在恒温77k的环境下为所述磁轴承提供静磁悬浮力。
37.根据一实施例，所述聚磁体与所述永磁体为间隔布置。
38.根据一实施例，所述超导体在恒温77k的环境下，同时具备迈斯纳效应及钉扎效应；所述磁轴承在所述超导体的作用下形成抗磁性并提供静磁悬浮力，钉扎效应为所述磁轴承提供稳定力，所述磁轴承转动过程中的回复力与刚度取决于磁通的钉扎程度；这样设计的好处在于：与所述磁轴承连接的驱动轴和转动轴可保持“悬浮”状态，所述驱动轴与所述转动轴受到的径向振动小，运行稳定性高。
39.根据一实施例，所述磁轴承为线圈。
40.根据一实施例，所述聚磁体为硅钢片。
41.根据一实施例，所述永磁体材料为钕铁硼。
42.根据一实施例，所述传动系统还包括磁轴承托和磁轴承托端盖，所述磁轴承托和所述磁轴承托端盖配合将所述磁轴承连接在所述内管上。
43.根据一实施例，所述磁轴承端盖将所述磁轴承密封。
44.根据一实施例，所述传动系统还包括超导体托，所述超导体通过所述超导体托连接在所述输送导管上。
45.根据一实施例，所述传动系统包括轴承座，所述磁轴承与所述驱动轴连接，所述磁轴承与所述轴承座之间保持0.1-0.2mm的间隙。
46.根据一实施例，所述超导体与所述轴承座连接。
47.根据一实施例，所述驱动轴与所述柔性传动轴为焊接或粘接。
48.根据一实施例，所述磁轴承与所述多腔管连接。
49.根据一实施例，所述多腔管内层附有ptfe膜或者其他耐磨材料。
50.根据一实施例，所述传动系统还包括减震构件，所述减震构件包括减震圈，所述减震圈的减震材料为聚四氟乙烯或硅橡胶。
51.根据一实施例，所述血泵还包括灌注系统，所述灌注系统为所述输送导管灌注清洗液或葡萄糖溶液。
52.根据一实施例，所述灌注系统为全封闭系统。
53.根据一实施例，所述叶轮组件还包括支架，所述支架套设在所述桨叶外。
54.根据一实施例，所述支架具有自适应，所述支架能发生扩张或收缩。
55.根据一实施例，所述支架与所述轴承座连接。
56.根据一实施例，所述支架分为扩张状态与收缩状态。
57.根据一实施例，所述叶轮组件经股动脉、降主动脉、主动脉弓、升主动脉、主动脉瓣进入左心室。
58.根据一实施例，所述多腔管、所述柔性单元与所述柔性传递轴均具有自适应性，在所述输送导管进入所述左心室过程中，所述输送导管会发生弯曲。
59.与现有技术相比，本技术的技术方案的优点至少包括如下：1.现有技术中，磁悬浮轴流式血泵泵体内设有磁钢、铁芯、线圈绕组等零部件，导致血泵的质量大、体积大，增加了心脏负担，不具备足够的安全性和稳定性，且由于焦耳热损耗，易出现血溶甚至血栓等并发症；本发明的一实施例中，采用了高温超导磁悬浮轴流式血泵，该血泵包括驱动系统、叶轮组件和传动系统，其中，传动系统包括磁轴承、输送导管和超导体，磁轴承在超导体的作用下形成抗磁性并提供静磁悬浮力，通过磁通钉扎效应保证悬浮位置的自稳定，同时，磁轴承与输送导管的内管连接且磁轴承套设在内管外，内管可在磁轴承的带动下保持“悬浮”的状态；另一方面，由于超导体磁体电流密度比常规磁体高，本技术的血泵不需要线圈、铁芯或其他零件，减小了血泵的质量与体积，而且超导体、磁轴承没有焦耳热损耗，能获得远大于常规磁体的磁场，效率更高；综上所述，本技术的内管在磁轴承与超导体二者的作用下保持“悬浮”状态的结构，有利于血泵进入心脏和保持在心脏内，且血泵内不会发生热损耗及磨损，大大减少了溶血及血栓问题，提升了血液相容性，有利于延长血泵使用期限，进而提高患者的生存率，临床意义重大。
60.2.根据本技术的一个构思，考虑到超导体需要套设在所述磁轴承外，输送导管还设有多腔管，超导体与磁轴承座均连接在多腔管上，且多腔管的管件为同轴线设置，由此实现了磁轴承与超导体的中心轴线重合，又由于内管与磁轴承连接，内管可得到稳定又平衡的径向支撑力，提升了血泵的整体性与稳定性。
61.3. 根据本技术的一个构思，内管包括转动轴、柔性传动轴和驱动轴，转动轴与电机连接，驱动轴与桨叶连接，由于高温超导体提供的回复力和刚度大，驱动轴在转动过程中不会发生振动或者振动极小，使得桨叶的振动也极小，由此减小了桨叶与支架内侧剐蹭的风险，在血泵运动过程中，桨叶可稳定地旋转。
62.4. 根据本技术的一个构思，磁轴承和超导体为配套设置，磁轴承设置在转动轴或驱动轴或叶轮组件上，且磁轴承可多个设置，使得在内管带动桨叶的过程中，得到稳定的径向支撑力，提升了高温超导磁悬浮轴流式血泵的整体稳定性。
63.5. 根据本技术的一个构思，磁轴承连接在转动轴上，转动轴得到了稳定的径向支撑力，且转动轴与电机连接，实现了转动轴在“悬浮”状态下稳定转动的目的，同时，转动轴与柔性传动轴连接，转动轴将动力稳定传递给了柔性传动轴，柔性传动轴带动驱动轴转动，在转动轴、柔性传动轴和驱动轴转动过程中，三者均不会受到输送导管的阻碍，有助于驱动轴带动桨叶稳定旋转，结构设计巧妙，实用性强。
64.本技术的实施例能够实现其它未一一列出的有利技术效果，这些其它的技术效果在下文中可能有部分描述，并且对于本领域的技术人员而言在阅读了本技术后是可以预期
和理解的。
附图说明
65.通过参考下文的描述连同附图，这些实施例的上述特征和优点及其他特征和优点以及实现它们的方式将更显而易见，并且可以更好地理解本技术的实施例，在附图中：图1a～1c为本发明高温超导磁悬浮轴流式血泵的整体结构示意图与内管和桨叶连接的结构示意图。
66.图2a～2d为本发明内管的结构示意图、转动轴和电机连接的结构示意图与恒温保持器、真空保持装置、减震构件的结构示意图。
67.图3a～3b为本发明制冷装置和传递装置的结构示意图。
68.图4为本发明磁轴承与超导体布置的另一实施方式。
69.附图中各数字所指代的特征如下：1-驱动系统，11-电机，2-传动系统，21-输送导管，211-内管，2111-驱动轴，2112-柔性传动轴，2113-转动轴，212-多腔管，213-外鞘管，22-磁轴承，221-聚磁体，222-永磁体，23-超导体，24-制冷装置，241-压缩机，242-膨胀机，243-冷头，25-传递装置，251-蒸发单元，252-柔性单元，253-冷凝单元，26-恒温保持器，27-真空保持装置，28-减震构件，281-减震圈，3-叶轮组件，31-桨叶，32-支架。
具体实施方式
70.在以下对附图和具体实施方式的描述中，将阐述本技术的一个或多个实施例的细节。从这些描述、附图以及权利要求中，可以清楚本技术的其它特征、目的和优点。
71.应当理解，所图示和描述的实施例在应用中不限于在以下描述中阐明或在附图中图示的构件的构造和布置的细节。所图示的实施例可以是其它的实施例，并且能够以各种方式来实施或执行。各示例通过对所公开的实施例进行解释而非限制的方式来提供。实际上，将对本领域技术人员显而易见的是，在不背离本技术公开的范围或实质的情况下，可以对本技术的各实施例作出各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分而图示或描述的特征，可以与另一实施例一起使用，以仍然产生另外的实施例。因此，本技术公开涵盖属于所附权利要求及其等同要素范围内的这样的修改和变型。
72.同样，可以理解，本文中所使用的词组和用语是出于描述的目的，而不应当被认为是限制性的。本文中的“包括”、“包含”或“具有”及其变型的使用，旨在开放式地包括其后列出的项及其等同项以及附加的项。
73.下面将参考本技术的若干方面的不同的实施例和示例对本技术进行更详细的描述。
74.在本技术中，术语“近端”或“近侧”是指离手术操作者较近的一端或一侧，“远端”或“远侧”是指离手术操作者较远的一端或一侧。
75.实施例一如图1a～1c所示，图示了根据本技术一实施例的一种高温超导磁悬浮轴流式血泵，包括：驱动系统1、叶轮组件3与连接所述驱动系统1和所述叶轮组件3的传动系统2，所述传动系统2包括磁轴承22、超导体23与输送导管21，所述输送导管21包括内管211，所述磁轴
承22与所述内管211连接，所述超导体23连接在所述输送导管21上，所述内管211在所述磁轴承22与所述超导体23二者的作用下保持“悬浮”状态。
76.本实施例一中，所述输送导管21还包括外鞘管213和和多腔管212，所述外鞘管213设置在所述输送导管21的最外层；并且，所述超导体23连接在所述多腔管212上，如图1c所示。
77.本实施例一中，所述内管211包括转动轴2113、柔性传动轴2112和驱动轴2111，所述转动轴2113、柔性传动轴2112与驱动轴2111由近端朝远端地连接设置，如图2a所示。
78.本实施例一中，所述驱动系统1包括电机11，所述叶轮组件3包括桨叶31；并且，所述转动轴2113与所述电机11连接，所述驱动轴2111与所述桨叶31连接。
79.本实施例一中，所述磁轴承22连接在所述转动轴2113上，所述超导体23连接在所述输送导管21的近端部分；并且，所述超导体23套设在所述磁轴承22外，如图2b所示。
80.本实施例一中，所述磁轴承22连接在所述驱动轴2111上，所述超导体23连接在所述输送导管21的远端部分；并且，所述超导体23套设在所述磁轴承22外，如图1c所示。
81.本实施例一中，所述磁轴承22与所述超导体23为配套设置，所述驱动轴2111上设有两个磁轴承22，两个超导体23。
82.本实施例一中，所述聚磁体221为硅钢片，所述永磁体222材料为钕铁硼。
83.本实施例一中，所述传动系统2还包括磁轴承托和磁轴承托端盖，所述磁轴承托和所述磁轴承托端盖配合将所述磁轴承22连接在所述内管211上，所述磁轴承22端盖将所述磁轴承22密封。
84.本实施例一中，所述传动系统2还包括超导体托，所述超导体23通过所述超导体托连接在所述多腔管212上。
85.本实施例一中，所述传动系统2包括轴承座，所述磁轴承22与所述驱动轴2111连接，所述磁轴承22与所述轴承座之间保持0.1-0.2mm的间隙，并且，所述超导体23与所述轴承座连接。
86.本实施例一中，所述传动系统2还包括制冷装置24、传递装置25和恒温保持器26；并且，所述恒温保持器26设置在所述超导体23外，所述制冷装置24为所述恒温保持器26提供冷源，所述传递装置25传递冷源。
87.本实施例一中，所述制冷装置24包括压缩机241、膨胀机242和冷态243，如图3a所示； 所述传递装置25包括蒸发单元251、柔性单元252与冷凝单元253，如图3b所示；并且，所述冷态243与所述蒸发单元251耦合，所述冷凝单元253与所述恒温保持器26耦合。
88.本实施例一中，所述传递装置25内通有氮气，所述柔性单元252为柔性热管，所述柔性单元252设置在所述多腔管212内，冷源由所述蒸发单元251流至所述柔性单元252，在所述冷凝单元253形成液氮。
89.本实施例一中，所述传动系统2还包括减震构件28，所述减震构件28包括减震圈281，如图2c和2d所示，所述减震圈281的减震材料为聚四氟乙烯或硅橡胶。
90.本实施例一中，所述传动系统2还包括真空保持装置27，所述真空保持装置27包括真空抽嘴271，所述真空抽嘴271与所述恒温保持器26连接。
91.本实施例一中，所述恒温保持器26外壳为不锈钢材料，内侧布有聚酰亚胺多层编织，并在编织层外侧镀金，这样设计的好处在于：可以减少辐射漏热。
92.本实施例一中，所述超导体23为钇钡铜氧材料；并且，所述恒温保持器26保持的温度为77k及以上，同时，应当理解，能够使用任何临界温度大于77k的超导材料。
93.本实施例一中，所述磁轴承22包括聚磁体221和永磁体222，所述超导体23在恒温77k的环境下下为所述磁轴承22提供静磁悬浮力。
94.本实施例一中，所述超导体23在恒温77k的环境下，同时具备迈斯纳效应及钉扎效应；所述磁轴承22在所述超导体23的作用下形成抗磁性并提供静磁悬浮力，钉扎效应为所述磁轴承22提供稳定力，所述磁轴承22转动过程中的回复力与刚度取决于磁通的钉扎程度；这样设计的好处在于：与所述磁轴承22连接的驱动轴2111和转动轴2113可保持“悬浮”状态，所述驱动轴2111与所述转动轴2113受到的径向振动小，运行温度性高。
95.本实施例一中，所述叶轮组件3还包括支架32，所述支架32套设在所述桨叶31外。本实施例一中，所述叶轮组件3经股动脉、降主动脉、主动脉弓、升主动脉、主动脉瓣进入左心室。
96.本实施例一的高温超导磁悬浮轴流式血泵的一个示范性的植入操作过程如下：1.所述叶轮组件3经股动脉、降主动脉、主动脉弓、升主动脉、主动脉瓣进入左心室，所述支架32跨瓣支撑；2.启动制冷装置24、恒温保持器26、真空保持装置27，所述半导体处于77k的环境下，所述内管211保持“悬浮”状态；3. 启动所述驱动系统1的电机11，所述电机11带动所述内管211转动，所述桨叶31在所述驱动轴2111的带动下转动。
97.实施例二实施例二与实施例一大体上相同，不同之处在于磁轴承22与超导体23的布置位置。
98.如图1a和图4所示，图示了根据本技术一实施例的一种高温超导磁悬浮轴流式血泵，包括：驱动系统1、叶轮组件3与连接所述驱动系统1和所述叶轮组件3的传动系统2，所述传动系统2包括磁轴承22、超导体23与输送导管21，所述输送导管21包括内管211，所述磁轴承22与所述内管211连接，所述超导体23连接在所述输送导管21上，所述内管211在所述磁轴承22与所述超导体23二者的作用下保持“悬浮”状态。
99.本实施例二中，所述驱动轴2111与所述桨叶31为一体成型结构，且所述驱动轴2111的最远端位于所述桨叶31的远端。
100.本实施例二中，所述磁轴承22与所述超导体23设置在所述桨叶31的两侧，所述磁轴承22连接在所述驱动轴2111上，所述超导体23设置在所述支架32上。
101.就此而言，实施例二的相关构造和构思类似于实施例一，因此在这里不再重复描述。
102.出于说明的目的而提出了对本技术的对若干个实施例的前文描述。所述前文描述并非意图是穷举的，也并非将本技术限于所公开的精确配置、构造和/或步骤，显然，根据上文的教导，可作出许多修改和变型。本发明的范围和所有的等同者旨在由所附权利要求限定。