用于流體泵的可膨脹的轉動元件的制作方法

用于流體泵的可膨脹的轉動元件的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于流體泵(1)的轉動元件(2、15)，尤其應用于醫療領域，所述轉動元件是可收起的，用以被送到需使用的地方，隨后再展開。通過設置腔體(27、28、29)、另外特別是所述轉動元件至少部分由泡沫體制造，由此輔助收起能力。
【專利說明】
用于流體泵的可膨脹的轉動元件
技術領域
[0001]本發明屬于機械工程領域，尤其是精密工程領域，并且涉及用于流體栗的轉動元件。
【背景技術】
[0002]旋轉栗是公知常識，但這些栗正在不斷地改進，特別是用于特殊應用。因此，已經公知具有轉動元件的軸流栗，該轉動元件在殼體內沿軸向輸送流體，所述轉動元件和殼體是可形變的，有利地，是可收起的，以便在操作之前將它們送到難以到達的所需使用地方，并在那里展開并操作。
[0003]這種栗例如可以微構造形式用于醫療中，以便例如經由血流引入病人體內，并在血管或心室內操作。
[0004]這種栗可被收起，從而它們可以被推進通過血管，然后能夠在較大的體腔內展開，以便使轉動元件打開并且實現高輸送功率。
[0005]例如，在US 6 860 713中已知一種可收起的轉動元件。
[0006]在US7 393 181 B2中已知另一種轉動元件。已知的方案或者基于轉動元件材料的彈性和可形變性，或者基于機械構造，例如設置彎曲處或接頭以折疊和打開各個元件。
[0007]這些構造的缺陷是往往具有有限的收起能力，例如，由于轉動元件的輪轂保持不變，所以必須提供在操作過程中被穩定住的復雜接頭，并且部分使用超彈性材料，例如，受環境溫度的作用而改變其形狀的記憶合金。
[0008]這些構造往往必須使用復合材料，因此，在支撐構造的制造過程中，很容易阻礙待輸送流體的流動，并完全消除對流體的損害是非常困難的。這在輸送的血液中含有高功能性和機械敏感性成分時尤為重要。

【發明內容】

[0009]針對本領域的【背景技術】，本發明的目的是以最簡單的方式制造一種轉動元件，其具有在構造上簡單的結構、而且可逆地高度收起，且操作可靠。
[0010]所述目的通過用于流體栗的可收起的轉動元件實現，所述轉動元件具有至少一個葉片，并具有至少一個可形變的腔體，該腔體中填充有或者能夠填充有流體，其中，所述至少一個可形變的腔體是封閉的，并且所述至少一個可形變的腔體至少部分由部分滲透膜界定。
[0011]根據本發明的用于流體栗的轉動元件具有至少一個葉片以及填充有或者能夠填充有流體的至少一個可形變的腔體。
[0012]結果，產生轉動元件的體積收起能力，這本身已經導致在收起過程中減小了轉動元件體積并且能夠減小轉動元件直徑。此外，轉動元件的各個組件，例如葉片，仍可以在轉動元件軸的方向上彎曲和收起，以便進一步減小直徑。
[0013]因此，由材料混合物或能夠通過收起從第一較低密度或第一較低比重轉換成第二較高密度或較高比重的材料使得所述轉動元件的特點突出。所述多個腔體因此可是封閉的，并且填充有氣體，例如空氣或者氮氣，或者能夠受壓力易被壓縮的惰性氣體或其他生物惰性氣體。
[0014]這些封閉的腔體在沒有外部壓力的情況下由于氣體彈性再次展開，以使得所述轉動元件一進入所需使用的地方后，就能夠再次自動打開。而所述打開運動至少由所述氣體彈性輔助。
[0015]此外，還可以為所述轉動元件設置多條氣體管線，所述氣體管線終止于一個或多個腔體中，并且主動允許所述腔體膨脹。用于收起的氣體還能夠經由相同的管線被吸出。
[0016]類似地，該操作可以利用引入到腔體中的液體實現。如果液體位于所述腔體內，則腔體通常不太會被壓縮得很小，但是通過適當選擇與旋轉元件的其它構造部分相配合的粘度，從而能夠具有高運動能力以及壓縮能力，但是由于轉動元件展開后的不可壓縮性，能夠在操作過程中支持轉動元件具有一定的穩定性。
[0017]所述腔體還可以具有開放式設計，因此同樣提供了高收起能力。于是界定腔體的材料必須具有相應的彈性構造。例如可以設置開孔泡沫體。
[0018]本發明還可以通過由部分滲透膜至少部分界定所述一個或多個腔體而有利地實現。
[0019]為此，由開孔泡沫體構成的主體在其外部可被半滲透膜至少部分密封，或者，閉孔泡沫體可以由部分滲透材料構成。通過這些膜，可以分別具體實現材料運輸，所述材料運輸使得所述一個或多個腔體填充或變空，因此實現或輔助主體的展開/收起。
[0020]腔體可以填充有液體，與所使用的膜以及其中能夠插入栗的液體(特別是人類血液)的功能相結合，所填充述液體由于滲透作用允許向所述一個或多個腔體中的擴散，這導致壓力增加并使轉動元件膨脹。
[0021]同樣地，還可以使用這樣的材料用作界定腔體的材料或者作為腔體的填充物:這種材料與待輸送液體接觸后，由于吸收液體導致溶脹過程，因此借助體積的增加而輔助轉動元件的展開。
[0022]作為用于界定所述腔體的部分可滲透膜，根據腔體所用的填充材料以及允許通過或阻擋用的材料，可以使用微濾膜(0.5?0.Ιμπι顆粒尺寸)、超濾膜(0.1?0.Ο?μπι顆粒尺寸)和納濾膜(1-1Onm)。與顆粒尺寸無關地，基本上可以使用生物膜或合成膜材料，例如，諸如銅仿(Cuprophan)、血仿(Hemophan)或三醋酯纖維的生物材料，諸如聚四氟乙稀(Teflon)或戈爾特克斯(Goretex)合成膜。
[0023]合成材料通常具有較高的透水性，并且其本身通常是疏水的。聚砜(polysylphone)、聚酰胺、聚丙烯腈及其共聚物以及聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和其衍生物可以用作合成材料。
[0024]有利地，使用高通量的膜，其允許通過分子量達50，000道爾頓的分子并確保快速材料運輸。
[0025]有利地，選擇能夠防治病菌/細菌/微生物污染或感染的材料。
[0026]在滲透作用的情況下，所述腔體能夠填充有鹽或者鹽溶液，其鹽濃度高于待輸送液體的濃度。
[0027]有利地，還可以設置成所述腔體的至少主要部分被轉動元件的固體材料包圍，并且經由開口彼此連接。在這種情況下，在收起過程中，流體運輸可以經過所述腔體發生，并且還可以從轉動元件流走，從而相應腔體可以很容易地完全收起。
[0028]所述轉動元件例如可以部分由多孔材料，例如泡沫體，特別是聚氨酯制成。這種泡沫體可以是開孔或閉孔的。在開孔泡沫體的情況下，彈性基于包圍多個孔且在收起后自動移回其原始形態的支撐材料，和/或如果開孔泡沫體的主體被不滲透或部分滲透的外層完全包圍，則泡沫體的彈性基于填充氣體的彈性。由于所述腔體/孔彼此相連處的流動截面受限，因此可以在具體限制范圍內選擇收起/展開的時間常數。這就確保在栗操作過程中防止由于不規范的機械加載導致轉動元件的突然形變。
[0029]有利地，本發明還可以提供，所述轉動元件具有至少一個腔體，其在第一方向上具有比在與其基本垂直的其他方向上更大的延展性。
[0030]設置這種具有恰當定位的各向異性的腔體，還能夠使轉動元件具有各向異性的機械性能。結果，能夠將轉動元件設計成以簡單的方式并利用很小的力在徑向上收起，而不會出現在操作過程中由于待輸送流體的動態阻力導致的輕微形變。
[0031]在操作過程中，所述轉動元件相對于軸向作用的力以及在圓周方向上被穩定，同時對徑向收起施加相對小的阻力。
[0032]相應腔體的橫截面可以配置成例如圓形、六邊形、三角形或方形，并例如具有繩股狀，從而它們的截面延其長度方向總體基本相同。結果，所產生的對稱性起到穩定轉動元件的作用。
[0033]所述腔體例如特別有利地可以設置在至少一個葉片中，因為所述腔體一方面擔負轉動元件的最大比例的直徑減小，另一方面在操作過程中承受最大的動力。
[0034]然而，該葉片可以具有這樣的穩固構造:該葉片是自支撐的，甚至可以無需輪轂。這樣的葉片例如可以由扁平體構成，其圍繞軸以螺旋方式彎曲，特別是由泡沫體制成。例如，為了制造該葉片，可以將聚氨酯泡沫板根據需要切割成平板形狀，然后繞軸旋轉，接著硬化或變硬。由此既能使葉片的形狀穩固，又能提供彈性收起能力。
[0035]但是，還可以通過將泡沫體注入到預制模具中來制造這種葉片或者整個轉動元件。
[0036]本發明還可以使用設有輪轂的轉動元件，并且在這種情況下，輪轂本體可以特別地具有根據本發明所述腔體或者至少部分由泡沫體制成。
[0037]如果在轉動元件中設置各向異性的腔體，則有利的是使所述腔體在操作過程中其穩定度最大的方向沿所述轉動元件內產生的力/應力的延長線取向。
[0038]例如，諸如蜂窩體的繩股狀腔體的縱向軸可以垂直于葉片表面定位，以便支撐力作用在該方向或圓周方向上。
[0039]此外，通過用于流體栗的具有至少一個葉片的可收起的轉動元件實現了用于制造一種轉動元件的目的，該轉動元件具有盡可能簡單的結構，可高度收起(特別是可逆的)，且操作可靠，所述轉動元件被構造成其能夠采用收起狀態和展開狀態，并且轉動元件的材料密度在收起狀態和展開狀態之間的平均變化為至少10%。
[0040]由此，作為與現有技術的分界，重要的是:體積變化首先還是由于轉動元件的材料密度變化而引起。因此，這里所涉及的不僅僅是彈性形變過程，在彈性形變過程中，轉動元件材料的平均密度大致不變。上述的密度變化是“由溫度調節”，即，是例如處于36°C的溫熱的轉動元件的密度變化，這是收起狀態和展開狀態的基礎。
[0041]為了產生這種密度變化，可以選擇本應用中所述的途徑。因此考慮可逆的和不可逆的兩種方法。這些方法例如是滲透過程，但是還可以是使用開孔或閉孔泡沫體的過程。
[0042]轉動元件的密度變化無需在所有地方均一致，例如可以是:在輪轂區域或者葉片區域，由于這些地方需要較高的硬度，所以實現密度的較小變化，而在輪轂與葉片之間的虛擬“接頭”區域，發生較強收起。
[0043]優選地，整個轉動元件的密度平均變化還可以更大，例如至少15%，可選擇地，至少20% ο對于塑料材料，例如，在展開狀態密度的起始值是0.01...2g/cm3，在收起狀態是0.05...3g/Cm30
[0044]本發明除了涉及所需類型的轉動元件以外，還涉及具有這種轉動元件的流體栗，其中設置有圍繞該轉動元件的可收起的殼體。
[0045]根據本發明，所述殼體可以至少部分也由包含腔體、特別是諸如聚氨酯的泡沫體的材料構成。如此，所述殼體可以與轉動元件一起簡單地收起和展開。
【附圖說明】
[0046]在附圖中示出本發明，并隨后參考下面的實施例對本發明進行說明。
[0047]在附圖中:
[0048]圖1是軸流栗在病人體內使用時的示意圖，
[0049]圖2是栗的部分縱剖面的放大圖，
[0050]圖3是帶輪轂的轉動元件的三維視圖，
[0051 ]圖4是不帶輪轂的轉動元件的三維視圖，
[0052]圖5是具有多個蜂窩狀腔體的部分葉片的部分打開(opened-up)示意圖，
[0053]圖6是多孔材料的截面，
[0054]圖7是多個腔體的可能形狀的三維視圖，
[0055]圖8是多個腔體的另一可能形狀的三維視圖，
[0056]圖9示出具有多個圓柱形腔體的結構，
[0057]圖10示出具有最密集排列的多個六邊形蜂窩狀腔體的結構，
[0058]圖11示出具有多個八邊形蜂窩狀間隔以及位于其間的多個腔體的結構。
【具體實施方式】
[0059]圖1示出具有轉動元件2和殼體3的軸流栗在心室4內部的示意圖。
[0060]在心室4中，如箭頭6所示方向，血液通過開口 5被栗I吸入。如箭頭8的方向，血液在血管7中再被排出，因此心臟的栗血功能被取代或輔助。
[0061]栗I設置在中空導管8的遠端，該遠端通過血管7插入到心室4內，該中空導管8的近端通過鎖件9伸出血管外，最終到達病人體外。
[0062]在中空導管8中設有驅動軸10，利用設置在體外的馬達11以最大轉速，通常為每分鐘10,000轉以上，激勵該驅動軸10。在栗I中，所述轉動元件2與軸10連接，并且利用該軸10旋轉。
[0063]栗I在心室4內的操作期間的直徑大于在通過血管7被引入期間的直徑。具體地，栗I可以具有比血管的內徑更大的直徑。
[0064]為了從體內移走栗，栗再次被收起，并通過鎖件9縮回。
[0065]圖2示意性地示出了所述栗的放大圖，其中示出中空導管8的端部的下部區域具有收起漏斗狀物12。
[0066]軸10延伸通過中空導管8，并且可旋轉地安裝在所述栗的殼體3的近端處的軸承13中。該軸承可以被設計成具有抗張力的構造，從而使栗的殼體3可以在軸10的方向上縮回到收起漏斗狀物12內的至少一定距離，且因此，同時在徑向上是可收起的。也可以利用延伸通過該中空導管的其他繩使殼體可縮回。
[0067]軸10與轉動元件15的輪轂體14連接，該輪轂本體14部分直接或經由軸伸部16安裝在所述栗的殼體3的遠端上，并且在第二軸承17中也可旋轉。該軸承也可具有抗張力構造，以便利用軸10和轉動元件15將張力傳遞到殼體。
[0068]安裝件17固定在所述栗的殼體3的支撐構造18中，該支撐構造具有足夠大的開口以允許血液或其他體液流向轉動元件。
[0069]用19標示出栗的殼體的前輪廓，該前輪廓具有整齊的柵狀構造，一方面，避免在栗碰撞到機體組織時與轉動元件直接接觸，另一方面，在抽吸過程中避免吸入較大顆粒。
[0070]當引入栗時，首先，所述栗的殼體3和轉動元件15可在徑向上大幅收起，且在中空導管8的遠端處安裝在中空導管8中。在引入心室中后，可以利用軸將栗推出導管8—定距離并因彈性作用自動打開。由此，所述栗的殼體3同時打開到所示直徑，多個葉片20遠離輪轂本體14豎起，并且從旋轉軸21上移開。
[0071]可選擇地或還經由軸10以及利用另外的繩22、23的推力運動來實現將栗I從中空導管8推出，所述繩在所述中空導管中或中空導管上被貼近地引導，因此允許張力運動和壓力運動。這些繩22、23可以固定在病人身體外近端的操作環上，從外部可以推拉這些繩。這些繩可以被引導接近中空導管的外部并在引導中能夠在中空導管的外部進行軸向移動。
[0072]所述栗的殼體3可以包括開孔泡沫體或閉孔泡沫體，因此具有彈性構造。但是，也可以在此處提供多個較大的腔體，它們例如利用在近端與儲氣池或栗連接的軟管24吸出流體或填充流體，以便收起或打開/展開該栗。
[0073]利用殼體的收起運動，轉動元件15也因其上受到的軸向壓力而收起。但是，轉動元件也可以通過從相應腔體吸出流體而自動收起，或者通過這種作用至少可以輔助其收起。
[0074]但是，相應的收起和展開效果還可以僅通過將栗推出中空導管并將其插入到收起連接管12中來實現。
[0075]在圖3中顯示了具有圓周葉片25的轉動元件的三維視圖，轉動元件和葉片能夠制造成一個工件，例如，由諸如聚氨酯構成的泡沫材料制成。可選擇地或附加地，還提供多個較大腔體，尤其在輪轂中，也可以在葉片25中。
[0076]圖4示出葉片26是自支撐的，例如，其由泡沫體構成，并且具有無輪轂設計。該葉片26例如被切成平板材料并繞縱向軸21遠近端互換地旋轉，以便形成相應的螺旋狀。例如，這種葉片可由泡沫體構成，相應地切成平板泡沫材料，接著形成螺旋狀，隨后被加熱，以便在冷卻后使螺旋狀穩固。這樣，主體便足夠穩固以在栗操作過程中保持所需的形狀，而又能夠在被施加相應的收起力時徑向收起。
[0077]在圖5中，示意性地示出了葉片26的截面，其中多個蜂窩狀腔體27其縱向軸33垂直于葉片表面，并具有六邊形構造的橫截面。借此，會產生很強的各向異性的穩定性，這導致如下情況:葉片在垂直于其輸送表面的方向上以及圓周方向上對流體施加很大的力，而無明顯形變，但是葉片在相對于其旋轉軸方向的徑向力的作用下更易收起。
[0078]取代多個蜂窩狀腔體27，還可以想到橫截面形狀不同的其他腔體，如圖7?11中所示。圖7示出了多個立方體腔體的橫截面，圖8示出了成繩股狀(strand shape)排列的具有圓形立方體狀的多個腔體的橫截面，圖9示出了多個圓柱形腔體的橫截面，圖10示出了最密集排列的多個六邊形蜂窩狀腔體的橫截面，并且圖11示出了分散排列的其間具有方形間隔的多個八邊形蜂窩狀腔體的橫截面。
[0079]在例如所示的輪轂本體中，這些腔體例如通過其縱向軸在相對于輪轂的旋轉軸21的圓周方向上對齊。
[0080]圖6放大地示出泡沫體32的顯微表示，該泡沫體32具有閉孔28、29，在變例(腔體28)中，所設置的這些孔之間的壁的材料使用半透膜。這種膜允許特殊液體擴散，例如可用于滲透作用。如果多個腔體/孔28例如填充有溶解了高濃度鹽的液體，并且如果將該泡沫體放入具有較低溶液濃度的液體中，則這種結合的相互作用趨向于使得這兩種液體的濃度彼此接近，使得溶劑從外部通過膜30擴散進入腔體28的內部。結果，產生增加的滲透壓，并且該滲透壓可用于使腔體28膨脹成虛線所示的形狀。結果，能夠使該泡沫體膨脹和變硬。
[0081]這種作用還可特別用于轉動元件主體中的較大腔體。可選擇地，還可以利用溶脹過程使轉動元件展開。
[0082]圖中顯示出與腔體29連接的軟管31，以符號化表示相應的多個腔體還可以經由單獨的或共同的供給線填充有流體，或者將該流體從腔體中吸出，以便控制相應的展開/收起操作。
[0083]因此，本發明制造一種可高度收起的轉動元件，可以使用在其他地方已廣泛使用的材料制造該轉動元件，這些材料在醫療領域內已進行過深度測試。不但具有高度收起的能力，而且還能確保相應流體栗的可靠運行。
[0084]本發明的主題尤其涉及下述方面:
[0085]1、用于流體栗的可收起的轉動元件，具有至少一個葉片，并具有至少一個可形變的腔體，該腔體中填充有或者能夠填充有流體，其特征在于，一個或多個所述腔體至少部分由部分滲透膜界定。
[0086]2、根據上述方面I所述的轉動元件，其特征在于，所述一個或多個腔體是封閉的。
[0087]3、根據上述方面I或2所述的轉動元件，其特征在于，所述至少一個腔體填充有液體，該液體在所述膜以及能夠供栗插入的液體(具體為血液)的共同作用下，造成向所述腔體中滲透擴散，從而使壓力相應的增大。
[0088]4、根據上述方面I至3中任一所述的轉動元件，其特征在于，一部分所述腔體被轉動元件的固體材料包圍，并且經由開口與外部連接，和/或所述腔體彼此連接。
[0089]5、根據上述任一方面所述的轉動元件，其特征在于，所述轉動元件至少一部分由多孔材料、具體為泡沫體構成。
[0090]6、根據上述任一方面所述的轉動元件，其特征在于，所述至少一個腔體在第一方向上具有比在與其基本垂直的其他方向上更大的延展性。
[0091]7、根據上述方面6所述的轉動元件，其特征在于，所述一個或多個腔體的橫截面被配置成圓形或多邊形，具體為八邊形、六邊形、三角形或方形。
[0092]8、根據上述方面6或7所述的轉動元件，其特征在于，所述一個或多個腔體具有繩股狀。
[0093]9、根據上述方面7或8所述的轉動元件，其特征在于，所述腔體在操作過程中被定位在所述轉動元件內產生的壓力方向上，朝向其穩定度最大的方向，具體為其縱向軸的方向。
[0094]10、根據上述任一方面所述的轉動元件，其特征在于，所述一個或多個腔體設置在至少一個葉片中。
[0095]11、根據上述任一方面所述的轉動元件，其特征在于，所述葉片被配置成自支撐式且不具有輪轂。
[0096]12、根據上述方面I至11中任一所述的轉動元件，其特征在于，所述一個或多個腔體設置在輪轂本體中。
[0097]13、具有根據上述方面I至12中任一所述的轉動元件的流體栗，其特征在于，設置有圍繞所述轉動元件的可收起的殼體。
[0098]14、根據上述方面13所述的流體栗，其特征在于，至少部分所述殼體由包含腔體、具體為泡沫體的材料構成。
[0099]15、用于流體栗的可收起的轉動元件，具有至少一個葉片，所述轉動元件被構造成其能夠采用收起狀態和展開狀態，并且轉動元件的材料密度在收起狀態和展開狀態之間的平均變化為至少10 %。
【主權項】
1.用于流體栗的可收起的轉動元件，具有至少一個葉片，并具有至少一個可形變的腔體，所述轉動元件被構造成能夠通過材料密度的變化而收起和展開。2.根據權利要求1所述的轉動元件，其特征在于，所述轉動元件的材料能夠通過收起從第一較低密度或第一較低比重轉換成第二較高密度或較高比重。3.根據權利要求1所述的轉動元件，其特征在于，所述至少一個可形變的腔體是封閉的，并且填充有氣體。4.根據權利要求3所述的轉動元件，其特征在于，所述氣體為空氣或者氮氣，或者能夠受壓力易被壓縮的惰性氣體或其他生物惰性氣體。5.根據權利要求4所述的轉動元件，其特征在于，所述至少一個可形變的腔體在沒有外部壓力的情況下由于氣體彈性展開。6.根據權利要求1-5中任一項所述的轉動元件，其特征在于，提供多條氣體管線到所述轉動元件，所述氣體管線終止于一個或多個腔體中。7.根據權利要求1-5中任一項所述的轉動元件，其特征在于，所述轉動元件的材料密度在收起狀態和展開狀態之間的平均變化為至少10 %。8.根據權利要求1-5中任一項所述的轉動元件，其特征在于，所述轉動元件的材料密度的變化不是在所有地方均一致的。9.具有根據權利要求1-8中任一項所述的轉動元件的流體栗，其特征在于，設置有圍繞該轉動元件的可收起的殼體。10.根據權利要求9所述的流體栗，其特征在于，至少部分所述殼體由包含腔體、具體為泡沫體的材料構成。
【文檔編號】F04D29/18GK106039443SQ201610352087
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2010年9月22日
【發明人】約爾格·舒馬赫, 馬里奧·謝科爾, 亨寧·施利希特
【申請人】Ecp發展有限責任公司