PL227022B1 - Mikropompa pulsacyjna napedzana elektromagnetycznie - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest mikropompa pulsacyjna napędzana elektromagnetycznie do pulsacyjnego przetłaczania krwi człowieka, umieszczona wewnątrz lub poza organizmem człowieka.

Obecnie w medycynie stosowane są urządzenia wspomagające pracę lewej komory serca typu

LVAD, ang. Left Ventricular Assist Device oraz całkowicie sztuczne serca typu TAH, ang. Total Artificial Heart. Postęp medycyny sprawia, że w coraz większym stopniu stosuje się urządzenia wymuszające lub wspomagające krążenie krwi w organizmie człowieka przy leczeniu chorób układu krążenia.

Dotychczas znana jest osiowo przepływowa pompa rotacyjna DeBakey 2G LVAD zaprojektowana przez firmę MicroMed Technology, która jest urządzeniem wspomagającym lewą komorę serca. Napędem tej pompy jest nowatorski silnik z magnesami trwałymi umieszczonymi w łopatkach wirnika. Odpowiednio ukształtowane czoło wirnika w tej konstrukcji umożliwia wygładzenie strumienia cieczy przy wlocie pompy. Układ wylotowy natomiast wyposażony jest w dyfuzor strumienia. Pompa tego typu charakteryzuje się prędkością obrotową w zakresie od 8000 do 12000 obr/min oraz przepływem krwi do 10 L/min. Ponadto, znana centryfugalna pompa wirowa DuraHeart 3G, opracowana przez japońską korporację Terumo DuraHeart jest kombinacją pompy centryfugalnej i technologii lewitacji magnetycznej. Silnik napędzający pompę jest trójfazowym, ośmiobiegunowym bezszczotkowym silnikiem elektrycznym z magnesami trwałymi NdFeB umieszczonymi w wirniku.

W odróżnieniu od pomp osiowo przepływowych, pompy centryfugalne charakteryzują się prostopadłym umiejscowieniem wlotu oraz wylotu względem siebie. Moc użyteczna silnika to 4,5 W, a prędkość obrotowa wynosi 2000 obr/min i wytwarza moment 0,0215 Nm. Przepływ regulowany jest w zakresie 2-8 L/min. AbioCor Artificial Heart zaprojektowany przez firmę Abiomed jest w całości wszczepialnym ortotopowo sztucznym sercem, zaopatrzonym w wewnętrzny akumulator zasilający. Innowacyjny system przezskórnego bezprzewodowego przesyłania energii umożliwia doładowanie akumulatora. Urządzenie to składa się z komór wraz z zastawkami oraz silnikiem napędowym osiągającym od 4000 do 8000 obr/min oraz przepływie do 12 L/min.

Dotychczas spośród wielu prezentowanych w literaturze oraz dostępnych rozwiązań konstrukcyjnych nie ma takiego rozwiązania technicznego.

Celem wynalazku jest konstrukcja nowatorskiego rozwiązania urządzenia elektrohydraulicznego mikropompy pulsacyjnej napędzanej elektromagnetycznie , służącego do przetaczania krwi o pulsacyjnym charakterze przepływu krwi, zbliżonym lub tożsamym z rzeczywistym przepływem krwi w organizmie człowieka, przeznaczonym do instalacji wewnątrz lub poza organizmem człowieka.

Cel został osiągnięty poprzez skonstruowanie mikropompy, która zapewni możliwość jej długotrwałej pracy, przy jednoczesnym ograniczeniu kosztów jej wytwarzania.

Mikropompa pulsacyjna według wynalazku charakteryzuje się tym, że zbudowana jest dwóch systemów, przy czym system elektromagnetyczny składa się z cewek ułożonych wzdłuż łuku ściany łączącej mieszka, mieszka magnesów trwałych umieszczonych nad zespołem cewek połączonych trwale z ścianą boczną nad prawym mieszkiem prawej komory i z ścianą boczną nad lewym mieszkiem lewej komory oraz systemu hydraulicznego składającego się z układu dwóch niezależnie pracujących komór, prawej komory połączonej z kanałem wlotowym/wylotowym, lewej komory połączonej z kanałem wlotowym/wylotowym.

Mikropompa pulsacyjna napędzana elektromagnetycznie to urządzenie służące do przetaczania krwi o pulsacyjnym charakterze przepływu, zgodnym z naturalnym cyklem ludzkiego serca. Charakteryzuje się prostą, modułową budową, odpowiedni jej kształt zbliżony do kształtu ludzkiego serca, gabaryty oraz zewnętrzny worek osierdziowy, umożliwia ortotopowe wszczepienie. Ponadto charakteryzuje się niską awaryjnością, wysoką niezawodnością oraz dużą odpornością na zakłócenia sterowania. Pulsacyjny charakter przetaczanej cieczy umożliwia odwzorowanie naturalnego cyklu hemodynamicznego ludzkiego serca, którego nie posiadają pompy wirowe o stałym przepływie przetaczanej krwi. Zastosowanie układu sterowania napędu, przełączającego prąd elektryczny pomiędzy cewkami, umożliwia dowolne kształtowanie charakterystyki ciśnień wylotowych, niezależnie dla każdej z komór lub synchronicznie dla obu komór. Tego typu sterowanie umożliwia w szczególności modelowanie naturalnego cyklu hemodynamicznego ludzkiego serca. Zastosowanie dodatkowego magnesu trwałego w górnej części układu napędowego skutkuje zwiększeniem momentu obrotowego i tym samym zwiększenie ciśnień wylotowych dla obu komór. Wykorzystanie w konstrukcji napędu jarzma magnetycznego wykonanego z polilaktydu PLA z domieszką materiału ferromagnetycznego umożliwia zamknięcie pola magnetycznego i tym samym dodatkowe zwiększenie momentu obrotowego.

PL 227 022 B1

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat budowy mikropompy pulsacyjnej napędzanej elektromagnetycznie.

Mikropompa pulsacyjna napędzana elektromagnetycznie składa się z dwóch systemów, systemu elektromagnetycznego oraz systemu hydraulicznego.

System hydrauliczny składa się z dwóch komór uformowanych w kształcie mieszków, prawego mieszka 3 prawej komory 11 oraz lewego mieszka 4 lewej komory 12. Komory wykonane są z elastycznej membrany, uformowanej na skutek wycięcia wycinka z cylindra. Dwie ściany boczne mieszka mają kształt prostokątny, a kąt pomiędzy nimi jest kątem ostrym. Dwie przeciwległe równoległe ściany mieszka mają kształt wycinka koła, natomiast ściana łącząca ściany boczne i ściany przeciwległe ma kształt prostokąta rozpiętego na łuku wycinka cylindra koła. Część ruchoma komór 9 połączona jest ze stojanem 10 mikropompy za pośrednictwem prawego łożyska 5 i lewego łożyska 6. Układ prawej komory 11 i lewej komory 12 w mikropompie jest wzajemnie niezależny, co umożliwia pracę synchroniczną lub naprzemienną obu komór. W skład systemu hydraulicznego wchodzi prawy wlot/wylot 1, lewy wlot/wylot 2, przy czym oba wloty/wyloty połączone są odpowiednio z prawą komorą 3 oraz lewą komorą 4; natomiast stojan 10 połączony jest z częścią ruchomą prawego mieszka 3 prawej komory 11 za pomocą prawego łożyska 5 i z częścią ruchomą lewego mieszka 4 lewej komory 12 za pomocą lewego łożyska 6.

System elektromagnetyczny składa się z n niezależnie sterowanych cewek 7 o charakterystycznie ukształtowanych czołach tych cewek tak, aby boki cewek 7 leżały na tej samej płaszczyźnie. Tego typu rozwiązanie umożliwia rozmieszczenie większej ilości boków cewek 7 nad każdym biegunem magnesu trwałego 8, co umożliwia zwiększenie momentu obrotowego oraz płynną regulację kąta obrotu. Zmiana położenia kątowego jednej ze ścian bocznych prawego mieszka 3 prawej komory 11 lub lewego mieszka 4 lewej komory 12 mikropompy wpływa na zmianę objętości komory sztucznego serca. Dla pozycji początkowej kąt pomiędzy ścianami bocznymi jest kątem ostrym, objętość jest ₃ maksymalna i wynosi 140 cm³, natomiast przy maksymalnym wychyleniu kąt pomiędzy ścianami bocznymi mieszka maleje do zera, objętość komory jest najmniejsza i następuje całkowity wyrzut cieczy z komory. Magnes trwały 8 przytwierdzony jest na stałe do górnej części prawego mieszka 3 i górnej części lewego mieszka 4 nad ścianą łączącą, rozpiętą na łuku wycinku koła oraz jednej ze ścian bocznych, generującej siłę wyrzutową krwi odpowiednią do siły skurczu mięśnia sercowego ludzkiego serca. W skład systemu elektromagnetycznego wchodzi, magnes trwały 8 neodymowy połączony na sztywno z częścią ruchomą 9 oraz cewek 7 położoną w górnej części prawego mieszka 3 nad ścianą łączącą odpowiednio dla prawej komory 11 oraz położoną w górnej części lewego mieszka 4 nad ścianą łączącą odpowiednio dla lewej komory 12.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Mikropompa pulsacyjna napędzana elektromagnetycznie, znamienna tym, że zbudowana jest dwóch systemów, przy czym system elektromagnetyczny składa się z cewek 7 ułożonych wzdłuż łuku ściany łączącej mieszka 3, mieszka 4 magnesów trwałych 8 umieszczonych nad zespołem cewek 7 połączonych trwale z ścianą boczną nad prawym mieszkiem 3 prawej komory 11 i z ścianą boczną nad lewym mieszkiem 4 lewej komory 12 oraz systemu hydraulicznego składającego się z układu dwóch niezależnie pracujących komór, prawej komory 11 połączonej z kanałem wlotowym/wylotowym 1, lewej komory 12 połączonej z kanałem wlotowym/wylotowym 2.