心脏泵控制器制造技术

一种用于心脏泵的控制器，所述控制器包括处理系统，该处理系统用于：确定叶轮在空腔中沿着第一轴向的运动，所述空腔包括至少一个入口和至少一个出口，并且所述叶轮包括用于从所述入口向所述出口促动流体的叶片；使得磁性承载件在相反于所述第一轴向的第二轴向移动所述叶轮，所述磁性承载件包括至少一个线圈用来控制所述叶轮在所述空腔中的轴向位置；确定表示所述磁性承载件所用功率的指示器；和使得所述磁性承载件根据所述指示器来控制所述叶轮的轴向位置，从而控制所述入口和所述出口之间的流体流量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于心脏泵的控制器以及控制心脏泵的方法。
技术介绍
本说明书中引用任何在先出版物(或者从中获得的信息)，或者已知的任何事实，并不是并且不应该被认为是认可或者承认或者以任何形式暗示这些在先出版物(或者从中获得的信息)或者已知事实形成本说明书所涉及的研究领域的公知一般知识的一部分。由于普遍人口老龄化并且用于心脏移植的捐赠器官数量有限，使用机械设备疗法来治疗心脏衰竭逐渐盛行。设备可以用来桥接患者与心脏移植、复原，或者实际上作为最终的替代方案。后者支持战略要求机械耐用性/寿命增加的设备。机械耐用性取决于设备的功能，特别是取决于实施的承载件的类型。第一代起搏设备需要接触部件，这限制了它们可预测的机械寿命低于3年。第二代非起搏旋转叶轮设备减小的尺寸已经加速了它们到达VAD发展的最前沿。但是，最初用于叶轮支持的技术也对设备寿命带来严重的制约，因为它们要求轴、密封件和承载件US4589822。后续的改进导致设备依靠浸入血液的枢转支撑件US5601418，但是预测寿命仍然低于5年。从那以后，已经研制了若干技术来改善设备寿命，这些技术从完全磁性悬浮US6575717到被动血液动力悬浮US6227797。这些第三代设备消除了接触磨损并且减少了运动部件的数量，潜在地将寿命延长到超过10年。这些最新一代的悬浮技术消除了任何点到点的接触，这也可以改善所述泵的溶血性能。许多商用设备以及研究设备采用血液动力或磁性承载件技术。例如，Ventrassit(Ventracor，Sydney，NSW，AU)和HVAD(Heartware，Sydney，NSW，AU)都包含利用血液动力学作用力完全或部分悬浮并利用电磁马达驱动的叶轮，分别见US6227797和US6688861。Duraheart(Terumo，Ann Arbor，MI，USA)采用带有永磁耦接马达的轴向磁性承载件US6575717。Heartmate III(Thoratec，Woburn，MA，USA)采用相组合的自支撑马达US6351048，而Levacor(Worldheart，Ottawa，ON，Canada)采用轴向磁性承载件以及电磁耦接马达US6394769。上述全部这些设备提供左心室协助(LVAD)。但是，大量患者也需要用于右心室协助(RVAD)的设备。双心室衰竭的发生并不总是最初出现于心脏衰竭患者身上，并且右心室心脏衰竭可能在高达40％的接受LVAD协助的患者中发生。用于临床实践的最成功的BiVAD技术之一采用两个Thoratec PVA设备体外连接。较小的第二和第三代旋转系统也已经提出，它们使用两个单独的旋转泵，诸如相组合的Coraide和DexaideUS5890883和两个Gyro泵US5601418。但是，所有目前可用的双心室协助系统都要求使用两个设备，带有单独的控制器，这可能引入左侧和右侧输出流控制问题，特别是对于第二和第三代设备来说。双设备方案还增大了植入尺寸以及治疗成本。已经设计了单一旋转泵来增加衰竭心脏的两个心室的功能，正如在US5725357、US6220832、WO2004098677和WO2006053384A1中所述。这些设备每一个包括双侧叶轮，这种叶轮以共同的速度转动，叶轮的每一侧分别配置地用于左心和右心协助。这样有效地引入了有关独立控制能力以及平衡来自设备左侧和右侧的输出流的固有问题，即叶轮转速增大将产生来自两个空腔的输出流的相应增加。WO2006053384A1通过在所述空腔中引入轴向位移旋转叶轮的能力，从而同时改变设备每一侧的相对效率，来解决这个问题。但是，该申请描述了用于实现这种轴向位移的控制方法为主动式的，因此需要使用来自压力传感器等的反馈信号来主动地控制并保持期望的设定轴向位置。这种控制方法会固有地消耗过多的电功率。在BiVAD系统的左侧和右侧输出流之间保持平衡的能力对于成功的设备操作至关重要。可能干扰这种平衡的血液动力学参数包括分支流量、全身和肺血管阻力中的相对变化、左侧和右侧心室收缩能力的相对变化、肺或全身阻塞以及心室塌陷。这些条件意味着需要用于平衡左侧和右侧VAD液压输出的技术，用于长期支持。为了操作和控制来自每个血液泵的液压输出，需要参数诸如马达功率、速度、差异压力(入口-出口)和流量。虽然确定马达功率和速度相对容易，但是检测剩余参数通常需要额外的仪器，诸如压力传感器和流量计。这些部件增加了设备失效的可能性，因为这些设备具有有限的长期可靠性。此外，它们添附于所述设备可能引起血液与其他外来材料的额外接触，加重了血液受损的可能性。先前调节来自每个设备的输出流并平衡左侧/右侧输出流需求的尝试通常依靠使用压力传感器来检测左心房压力(LAP)。然后，在存在降低的LAP的情况下，采用反馈机构降低LVAD速度或者增大RVAD速度。另一种技术包括在左右心房之间引入分流器，以安全地防止流体可能在任一心房发生灾难性累积。作为替代，US6527698包括联系右心房到左心房的导管，通过该导管经由可变的闭塞阀来改变流量。但是，这种技术引入了额外的接触血液的导管，以及涉及主动反馈控制的复杂性，诸如需要传感器。此外，这种方案可以协助平衡流体分布，但是不能提供控制设备输出流变化的方法。如上所述，改变BiVAD左侧和右侧输出流的能力非常重要，特别是在术后期间当神经介质自动调节机制被麻醉和严重疾病所最少部分侵蚀的时候。存在许多用于主动抬升磁性承载件系统的控制算法。虽然大多数着眼于保持居中的马达位置，但是也存在替代的技术，着眼于使功耗最小。后一种控制器使用磁性回路中的永磁体被动产生的作用力来抵消否则需要来自电磁线圈的功率的外部作用力。这导致叶轮从居中的位置移动，直到外部作用力和永磁作用力达到平衡。因此，主动式电磁线圈的功耗返回到最小状态。多个旋转血液泵设计实现了这种形式的零功率控制。Masuzawa等人(2004)实现了在磁阻式径向磁性马达承载件中的零功率控制，以便悬浮离心血液泵的马达。所述系统将磁性材料同心地放置在马达周围，并且包括永磁体来向磁性回路提供额外的偏置通量。较之中心位置控制器而言，这些磁体被零功率控制器用来降低功耗。在操作期间，向马达施加径向液压作用力将导致马达向着垂直于旋转轴线的方向并且相反于所施加的作用力平移。但是，随着这种移动，没有观察到对于泵输出流存在明显影响，因为变化的径向间隙对于液压效率只有最小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.04.16 AU 20099016201.一种用于心脏泵的控制器，所述控制器包括处理系统，该处理系
统用于：
a)确定叶轮在空腔中沿着第一轴向的运动，所述空腔包括至少一个
入口和至少一个出口，并且所述叶轮包括用于从所述入口向所述出口促
动流体的叶片；
b)使得磁性承载件在相反于所述第一轴向的第二轴向移动所述叶
轮，所述磁性承载件包括至少一个线圈用来控制所述叶轮在所述空腔中
的轴向位置；
c)确定表示所述磁性承载件所用功率的指示器；和
d)使得所述磁性承载件根据所述指示器来控制所述叶轮的轴向位
置，从而控制所述入口和所述出口之间的流体流量。
2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述控制器用于：
a)将所述指示器与阈值比较；和
b)使得所述磁性承载件根据所述比较的结果停止所述叶轮在所述第
二轴向上的运动。
3.根据权利要求1或2所述的控制器，其特征在于，所述控制器
用于使所述磁性承载件所用的功率最小化。
4.根据权利要求1至3任一项所述的控制器，其特征在于，所述控
制器用于：
a)将所述叶轮的轴向位置与位置极限相比较；和
b)控制所述磁性承载件，以保持所述叶轮的轴向位置处于所述位置
极限内。
5.根据权利要求1至4任一项所述的控制器，其特征在于，所述控
制器用于：
a)确定所述空腔至少一部分内的压力变化；和
b)响应所述压力变化控制所述叶轮的轴向位置。
6.根据权利要求5所述的控制器，其特征在于，所述控制器用于通
过检测所述叶轮的轴向运动来确定所述压力变化。
7.根据权利要求1至6任一项所述的控制器，其特征在于，所述轴
向位置确定所述叶片和空腔表面之间的间隔，所述间隔用于控制从所述
入口到所述出口的流体流量。
8.根据权利要求1至7任一项所述的控制器，其特征在于，所述控
制器用于：
a)检测由所述空腔至少一部分内的流体压力变化导致的所述叶轮的
运动；和
b)使得所述磁性承载件控制所述叶轮的轴向位置，从而为所述空腔
的至少一部分改变从所述入口到所述出口的流体流量。
9.根据权利要求8所述的控制器，其特征在于，所述控制器用于以
下至少一项：
a)使得所述承载件减小所述叶片和所述空腔表面之间的所述间隔，
从而增加从所述入口到所述出口的流体流量；和
b)使得所述承载件增大所述叶片和所述空腔表面之间的间隔，从而
减少从所述入口到所述出口的流体流量。
10.根据权利要求1至9任一项所述的控制器，其特征在于，所述
控制器用于：
a)确定所述叶轮离开正常平衡位置的轴向运动；
b)使得所述磁性承载件向所述正常位置移动所述叶轮；
c)监控所述磁性承载件所用的功率；
d)根据所述磁性承载件所用的功率确定新的平衡位置；和
e)使得所述磁性承载件将所述叶轮移动到所述新的平衡位置。
11.根据权利要求10所述的控制器，其特征在于，
所述平衡位置用于保持从所述入口到所述出口的要求的流体流量。
12.根据权利要求1至11任一项所述的控制器，其特征在于，所
述心脏泵包括：
a)具有第一入口和第一出口的第一空腔部分；
b)具有第二入口和第二出口的第二空腔部分；
c)设置在所述叶轮上的第一和第二叶片组，每个叶片组用于从相应
入口向相应出口促动流体。
13.根据权利要求12所述的控制器，其特征在于，所述轴向位置确
定每个叶片组和相应的空腔表面之间的间隔，所述间隔用于控制从所述
入口到所述出口的流体流量。
14.根据权利要求12或13所述的控制器，其特征在于，所述控制
器用于：a)检测由所述空腔部分内的相对流体压力变化导致的所述叶轮
的运动；和b)使得所述磁性承载件控制所述叶轮的轴向位置，从而改变
从所述入口到所述出口的相对流体流量。
15.根据权利要求1至14任一项所述的控制器，其特征在于，所述
控制器用于：
a)确定所述叶轮离开正常平衡位置的轴向运动；
b)使得所述磁性承载件向所述正常位置移动所述叶轮；
c)监控由所述磁性承载件使用的功率；
d)根据所述磁性承载件使用的功率确定新的平衡位置；和
e)使得所述磁性承载件将所述叶轮移动到所述新的平衡位置。
16.根据权利要求15所述的控制器，其特征在于，所述正常平衡位
置用于保持从每个入口到每个出口的要求的流体流量。
17.根据权利要求15或16所述的控制器，其特征在于，所述新的
平衡位置从所述正常平衡位置偏移。
18.根据权利要求17所述的控制器，其特征在于，所述新的平衡位
置用于调节所述入口和所述出口之间的相对流体流量。
19.根据权利要求1至18任一项所述的控制器，其特征在于，所述
指示器利用所述磁性承载件使用的电流的指示来确定。
20.根据权利要求19所述的控制器，其特征在于，所述控制器用于
确定所述磁性承载件使用的电流的变化率，以使所述叶轮发生轴向运动。
21.根据权利要求1至20任一项所述的控制器，其特征在于，所述
控制器用于：
a)确定所述叶轮在第一轴向的运动；
b)控制所述磁性承载件，以便在相反于所述第一轴向的第二轴向移
动所述叶轮，直到以下其中之一为止：
i)所述磁性承载件使用的功率下降到预定量值以下；和
ii)所述叶轮的轴向位置达到位置极限。
22.根据权利要求1至21任一项所述的控制器，其特征在于，所述
心脏泵包括磁性驱动件，所述控制器用于控制所述驱动件，从而使得所
述叶轮围绕旋转轴线转动。
23.根据权利要求22所述的控制器，其特征在于，所述驱动件包括
至少一个线圈，以使在使用中，所述线圈产生磁场，该磁场与所述叶轮
中的磁性材料协作，允许所述叶轮转动。
24.根据权利要求1至23任一项所述的控制器，其特征在于，所述
驱动件定位在所述壳体的第一端，并且所述驱动件和所述叶轮配置成导
致所述驱动件和所述叶轮之间产生吸引力。
25.根据权利要求1至24任一项所述的控制器，其特征在于，在使
用中，所述至少一个线圈产生磁场，该磁场与所述叶轮中的磁性材料协
作，允许所述叶轮的轴向位置受到控制。
26.根据权利要求1至25任一项所述的控制器，其特征在于，所述
磁性承载件定位在所述壳体的第二端，并且所述磁性承载件和所述叶轮
配置成在所述磁性承载件和所述叶轮之间产生吸引力。
27.根据权利要求1至26任一项所述的控制器，其特征在于，所述
叶轮包括：
a)第一磁性材料，用于与所述驱动件协作，以允许所述叶轮转动；
和
b)第二磁性材料，用于与所述磁性承载件协作，以允许所述叶轮的
轴向位置受到控制。
28.根据权利要求27所述的控制器，其特征在于，
a)所述第一磁性材料设置在所述叶轮的第一端；和
b)所述第二磁性材料设置在与所述第一端相反的所述叶轮的第二
端。
29.根据权利要求1至28任一项所述的控制器，其特征在于，
a)所述驱动件定位在所述壳体的第一端，所述驱动件和所述叶轮配
置成导致...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔·蒂姆斯，
申请(专利权)人：毕瓦克私人有限公司，
类型：发明
国别省市：