DE4105278A1 - Centrifugal pump used as blood pump - uses fluid pressure bearing to hold impeller in required position - Google Patents

Centrifugal pump used as blood pump - uses fluid pressure bearing to hold impeller in required position

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Abstract

The centrifugal pump is used as a blood pump. It has a housing (10) forming the pump chamber (13) which has an inlet (11) and an outlet (13). The pump chamber encloses an impeller (15) which is equipped with vanes (14) and is mounted on bearings (17). The bearing system supports the impeller (15) so that a gap (21) is formed between the impeller and the housing (10). This gap is filled with a special fluid supplied from a source (30). A sensor (33) senses the boundary between the special fluid and the blood and controls the pressure of the fluid source in order to keep the boundary between blood and fluid in a defined position. USE/ADVANTAGE - Blood pump, with impeller supported in a fluid bearing with separate fluid to reduce friction and minimise damage to blood.

Description

Die Erfindung betrifft eine Blutpumpe als Kreiselpumpe, mit einem im Pumpenraum rotierenden Flügelrad, welches das Blut von einem Einlaß zu einem Auslaß befördert.The invention relates to a blood pump as a centrifugal pump, with an impeller rotating in the pump chamber, which the blood is transported from an inlet to an outlet.

Bei Kreiselpumpen, die einen Rotor mit Flügelrad auf­ weisen, kommt ein Teil des Fördermediums mit Lagern oder Dichtungen in Berührung. Werden solche Kreisel­ pumpen als Blutpumpe zum Fördern von Blut eines Patienten eingesetzt, so kann die Berührung des Blutes mit Lagern oder Wellendichtungen zu Blutschädigungen führen, indem Blutzellen zerstört werden oder Fremd­ materialien von Lagern oder Dichtungen in das Blut hin­ eingelangen. Ferner können durch lokale Temperatur­ erhöhungen oder Totwassergebiete Thromben im Dichtungs­ bereich auftreten, die zu Funktionsstörungen an der Blutpumpe und zur Gefährdung des Patienten führen.In centrifugal pumps that have a rotor with an impeller point, a part of the pumped medium comes with bearings or seals in contact. Become such gyroscopes pump as a blood pump to deliver blood one Patients used, so can touch the blood with bearings or shaft seals to blood damage cause by destroying blood cells or foreign materials from bearings or seals into the blood arrived. Furthermore, by local temperature elevations or dead water areas thrombi in the seal occur that lead to malfunctions on the Blood pump and endanger the patient.

Aus WO 85/01 436 ist eine Blutpumpe bekannt, bei der entlang der das Flügelrad tragenden Welle ein konti­ nuierlicher Strom aus einem blutkompatiblen Reinigungs­ fluid fließt, der am Wellenende in den Pumpenraum ein­ mündet. Das Reinigungsfluid hält Verunreinigungen vom Blut fern und spült den die Welle umgebenden Ringspalt. Nachteilig ist, daß das Reinigungsfluid in das Blut gelangt und daß somit dem Blut notwendigerweise Fremd­ stoffe zugeführt werden.From WO 85/01 436 a blood pump is known in which along the shaft carrying the impeller  Nuclear electricity from a blood compatible cleaning fluid flows into the pump chamber at the shaft end flows. The cleaning fluid keeps contaminants away Blood and rinses the ring gap surrounding the shaft. The disadvantage is that the cleaning fluid in the blood arrives and that the blood is therefore necessarily foreign substances are supplied.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Blut­ pumpe zu schaffen, bei der keine reibenden Teile vor­ handen sind, die mit dem Blut in Berührung kommen können, und bei dem die Möglichkeit des Eindringens von fremdem Fluid in das Blut auf ein Mindestmaß verringert ist.The invention has for its object a blood pump to create, with no rubbing parts in front that come into contact with the blood can, and where the possibility of intrusion of foreign fluid in the blood is reduced to a minimum is.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.This object is achieved with the invention the features specified in claim 1.

Bei der erfindungsgemäßen Blutpumpe sind diejenigen Teile, die beim Pumpenbetrieb in reibender Berührung stehen, wie z. B. die Drehlagereinrichtung, durch ein Spaltsystem von dem Pumpenraum getrennt. In dieses Spaltsystem wird von außen her ein Verdrängungsfluid geleitet, das eine generell feststehende Phasengrenze zwischen Fluid und Blut bildet, welches das Blut von den in Reibberührung stehenden Teilen fernhält. Diese Phasengrenze kommt nur an sehr kleinen Berührungs­ flächen innerhalb des Spaltsystems mit dem Blut in Kon­ takt, so daß die Gefahr des Eindringens von Fremd­ stoffen in das Blut sehr gering ist. Dabei ist zu be­ rücksichtigen, daß die Phasengrenze stationär ist und daß an der Grenze zwischen Blut und Verdrängungsfluid praktisch keine radialen Bewegungen stattfinden. Dennoch sollte das Verdrängungsfluid blutkompatibel sein. Als Verdrängungsfluid eignen sich Flüssigkeiten oder Gase, z. B. Kochsalzlösung, Kohlendioxid oder Helium. Das Blut kommt nur mit solchen Wänden in Be­ rührung, die nicht in Reibkontakt mit irgendeiner Stelle stehen, so daß keine Blutschädigungen durch Scherbeanspruchungen des Blutes oder Eintragen von Fremdkörpern in das Blut zu befürchten sind. Es erfolgt auch keine ständige Strömung des Verdrängungsfluids und insbesondere kein ständiges Eintragen eines Fremdfluids in das Blut.In the blood pump according to the invention there are those Parts that come into frictional contact during pump operation stand, such as B. the pivot bearing device by a Split system separated from the pump room. In this From the outside, the gap system becomes a displacement fluid passed, which is a generally fixed phase boundary between fluid and blood that forms the blood of the parts in contact with friction. These Phase boundary comes only at very little touch areas within the cleft system with the blood in con clocks, so the risk of intrusion by strangers substances in the blood is very low. It is to be take into account that the phase boundary is stationary and that on the border between blood and displacement fluid practically no radial movements take place. Nevertheless, the displacement fluid should be blood compatible be. Liquids are suitable as displacement fluid or gases, e.g. B. saline, carbon dioxide or  Helium. The blood only comes in with such walls touch that is not in frictional contact with any Stand so that no blood damage through Shear stress on the blood or entry of Foreign bodies in the blood are to be feared. It takes place also no constant flow of the displacement fluid and in particular no constant entry of a foreign fluid in the blood.

Die erfindungsgemäße Blutpumpe eignet sich besonders als Einmalartikel, der nach Gebrauch entsorgt wird. Das Pumpengehäuse ist, mit Ausnahme der Anschlüsse für Blut und für das Verdrängungsfluid, vollständig gekapselt. Der Antrieb des Rotors erfolgt von außen durch magne­ tische Kopplung. Auf diese Weise kann die Blutpumpe ohne die zugehörige Antriebsvorrichtung als sehr kostengünstiger Einmalartikel hergestellt werden, der nur aus dem Pumpengehäuse, dem darin enthaltenen Rotor mit Flügelrad und der Drehlagereinrichtung besteht. Der Rotorkörper enthält die für die Antriebskopplung er­ forderlichen Magnete.The blood pump according to the invention is particularly suitable as a disposable item that is disposed of after use. The Pump housing is, with the exception of the connections for blood and for the displacement fluid, fully encapsulated. The rotor is driven from the outside by magne table coupling. This way the blood pump without the associated drive device as very inexpensive disposable items are made, the only from the pump housing, the rotor contained in it with impeller and the pivot bearing device. The The rotor body contains those for the drive coupling required magnets.

Zweckmäßigerweise ist eine Sensoreinrichtung vorge­ sehen, die die Grenze zwischen Verdrängungsfluid und Blut in dem Spaltsystem feststellt und die die Fluid­ quelle derart regelt, daß die Grenze stets im Bereich der Sensoreinrichtung verbleibt. Auf diese Weise wird durch Zuführen oder Abführen von Verdrängungsfluid sichergestellt, daß das Blut innerhalb des Spaltsystems bis zu einer genau definierten Stelle vordringt.A sensor device is expediently provided see that the boundary between displacement fluid and Blood is found in the cleft system and the the fluid source regulates in such a way that the border is always in the range the sensor device remains. That way by supplying or removing displacement fluid ensures that the blood is within the cleft system penetrates to a precisely defined point.

Die Drehlagereinrichtung befindet sich im Innern des Rotors in einem Hohlraum, der dem Flügelrad abgewandt ist. Dieser Hohlraum kann durch eine Dichtung gegenüber dem in ihn eindringenden gehäusefesten Schaft, der den Rotor trägt, abgedichtet sein. Die Dichtung befindet sich ebenfalls in dem durch das Verdrängungsfluid vor dem Blut geschützten Bereich.The pivot bearing device is located inside the Rotors in a cavity facing away from the impeller is. This cavity can be opposed by a seal the shaft, which is fixed to the housing and penetrates it  Rotor carries, be sealed. The seal is in place also in the through the displacement fluid the blood protected area.

Die Erfindung ist bei jeder Art von Kreiselpumpen an­ wendbar, nämlich bei Radial-, Axial- oder Diagonal­ pumpen.The invention applies to any type of centrifugal pump reversible, namely with radial, axial or diagonal pump.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die einzige Figur der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung näher erläutert.The following will refer to the only one Figure of the drawing an embodiment of the inven explained in more detail.

Die Zeichnung zeigt einen schematischen Längsschnitt durch die Blutpumpe.The drawing shows a schematic longitudinal section through the blood pump.

Die dargestellte Blutpumpe weist ein geschlossenes Pumpengehäuse 10 auf, das im wesentlichen zylindrisch ist und an einem Ende einen axialen Einlaß 11 hat. Der Einlaß 11 führt in den Pumpenraum 12 hinein, von dem radial der Auslaß 13 abgeht. In dem Pumpenraum 12 be­ findet sich das Flügelrad 14, das Bestandteil des Rotors 15 ist, welcher im Pumpengehäuse drehbar ge­ lagert ist. Der Rotor 15 wird von einem Schaft 16 ge­ tragen, der am Pumpengehäuse 10 fest angebracht ist und in das Gehäuseinnere hineinragt. Der Schaft 16 trägt die Drehlagereinrichtung 17, die aus Kugel lagern oder einem Gleitlager besteht und in einem Hohlraum 18 des Rotors 15 angeordnet. Der Hohlraum 18 ist ein Sackloch, das nur zur Rückseite des Rotors 15 hin offen ist, also zu derjenigen Seite, die dem Einlaß 11 und dem Flügel­ rad 14 abgewandt ist. Der Hohlraum 18 ist dort durch einen Ring 19, die eine Dichtung 20 enthält, verschlos­ sen. Die Dichtung 20 bewirkt die Abdichtung des Hohl­ raums 18 gegen den Durchgang des Schafts 16. The blood pump shown has a closed pump housing 10 which is essentially cylindrical and has an axial inlet 11 at one end. The inlet 11 leads into the pump chamber 12 , from which the outlet 13 extends radially. In the pump chamber 12 be the impeller 14 , which is part of the rotor 15 , which is rotatably supported in the pump housing GE. The rotor 15 is carried by a shaft 16 ge, which is fixedly attached to the pump housing 10 and protrudes into the interior of the housing. The shaft 16 carries the pivot bearing device 17 , which consists of a ball bearing or a slide bearing and is arranged in a cavity 18 of the rotor 15 . The cavity 18 is a blind hole, which is only open to the rear of the rotor 15 , ie to the side facing the inlet 11 and the wing wheel 14 . The cavity 18 is there by a ring 19 , which contains a seal 20 , sen. The seal 20 effects the sealing of the cavity 18 against the passage of the shaft 16th

Um den Umfang des Rotors 15 erstreckt sich das Spalt­ system 21, das aus dem Zwischenraum zwischen dem Rotor­ umfang und der Innenwand des Pumpengehäuses 10 besteht. Dieses Spaltsystem 21, das mit dem Pumpenraum 12 in Verbindung steht, umgibt den Rotor 15 allseitig. Nur der Schaft 16 überbrückt an einer Stelle dieses Spalt­ system. Das Spaltsystem 21 bildet am Umfang des Rotors einen mäanderförmigen Weg, der dadurch entsteht, daß der Rotor 15 einen radial abstehenden Flansch 22 auf­ weist, der in eine innere Nut 23 des Pumpengehäuses eintaucht. Das Spaltsystem 21 verläuft um den Flansch 22 herum zum Pumpenraum 12.Around the circumference of the rotor 15 extends the gap system 21 , which consists of the space between the rotor circumference and the inner wall of the pump housing 10 . This gap system 21 , which is connected to the pump chamber 12 , surrounds the rotor 15 on all sides. Only the shaft 16 bridges this gap system at one point. The gap system 21 forms a meandering path on the circumference of the rotor, which is created by the fact that the rotor 15 has a radially projecting flange 22 which plunges into an inner groove 23 of the pump housing. The gap system 21 extends around the flange 22 to the pump chamber 12 .

An der dem Flügelrad 14 abgewandten Rückseite des Rotors 15 sind in diesen Magnete 24 eingelassen. Der Antrieb des Rotors 15 erfolgt durch den externen Rota­ tionsantrieb 26, der Magnete 27 aufweist und von einem (nicht dargestellten) Motor gedreht wird. Die Magnete 27 ziehen bei ihrem Umlauf die Magnete 24 mit und be­ wirken dadurch einen magnetische Kopplung zwischen dem Rotationsantrieb 26 und dem Rotor 15. Die Wand des Pumpengehäuses 10 ist für magnetische Felder durch­ lässig, d. h. das Pumpengehäuse besteht z. B. aus Kunst­ stoff.On the back of the rotor 15 facing away from the impeller 14, magnets 24 are embedded in this. The rotor 15 is driven by the external rotary drive 26 , which has magnets 27 and is rotated by a (not shown) motor. The magnets 27 pull in their rotation with the magnets 24 and thereby act a magnetic coupling between the rotary drive 26 and the rotor 15th The wall of the pump housing 10 is permeable for magnetic fields, ie the pump housing consists, for. B. made of plastic.

Das Spaltsystem 21 weist einen am Pumpengehäuse vorge­ sehenen Anschluß 28 auf, der über eine Schlauchleitung 29 mit einer externen Fluidquelle 30, verbunden ist. Diese Fluidquelle besteht bei dem dargestellten Aus­ führungsbeispiel aus einer Spritzenpumpe 31, an welcher eine Spritze 32 befestigt wird. Der Spritzenkolben wird von der Spritzenpumpe 31 vorgeschoben (oder zurückge­ zogen), während der Spritzenzylinder festgehalten wird. Auf diese Weise kann Fluid, das sich in der Spritze 32 befindet, in das Spaltsystem 21 eingepumpt oder aus diesem abgezogen werden.The gap system 21 has a connector 28 provided on the pump housing, which is connected via a hose line 29 to an external fluid source 30 . This fluid source consists in the exemplary embodiment shown from a syringe pump 31 to which a syringe 32 is attached. The syringe plunger is advanced (or retracted) by the syringe pump 31 while holding the syringe barrel. In this way, fluid that is in the syringe 32 can be pumped into or withdrawn from the gap system 21 .

Im Bereich der Nut 23 befindet sich in der Wand des Pumpengehäuses 10 ein Sensor 33, der zwischen Blut und Verdrängungsfluid unterscheiden kann. Das Ausgangs­ signal des Sensors 33 wird einem Regler 34 zugeführt, welcher die Fluidquelle 30 derart steuert, daß sich die Grenze G zwischen Blut B und Verdrängungsfluid F stets in Höhe des Sensors 33 befindet.In the area of the groove 23 there is a sensor 33 in the wall of the pump housing 10 which can differentiate between blood and displacement fluid. The output signal of the sensor 33 is fed to a controller 34 which controls the fluid source 30 such that the boundary G between the blood B and the displacement fluid F is always at the level of the sensor 33 .

Die Fluidquelle 30 liefert in das Spaltsystem 21 Ver­ drängungsfluid unter Druck. Dieses Verdrängungsfluid treibt das Blut in dem Spaltsystem so weit nach vorne (in Richtung auf den Pumpenraum 12), bis sich die Grenze G auf die Höhe des Sensors 33 einstellt. Wird die Blutpumpe in Funktion gesetzt, also der Rotor 15 durch den Rotationsantrieb 26 angetrieben, so fördert die Blutpumpe Blut von dem Einlaß 11 zum Auslaß 13. Der vordere Bereich des Rotors 15, einschließlich der Vorderseite des Flansches 22, steht mit dem Blut B in Berührung, während der rückwärtige Bereich des Rotors ausschließlich mit dem Verdrängungsfluid F in Berührung kommt. Die einzigen Teile des Rotors 15, an denen Wand­ reibung auftreten kann, sind die Lager der Drehlager­ vorrichtung 17 und die Dichtung 20. Von diesen Teilen wird das Blut durch das Verdrängungsfluid ferngehalten.The fluid source 30 provides in the gap system 21 Ver displacement fluid under pressure. This displacement fluid drives the blood forward in the gap system (in the direction of the pump chamber 12 ) until the limit G adjusts to the level of the sensor 33 . If the blood pump is activated, that is to say the rotor 15 is driven by the rotary drive 26 , the blood pump conveys blood from the inlet 11 to the outlet 13 . The front region of the rotor 15 , including the front of the flange 22 , is in contact with the blood B, while the rear region of the rotor only comes into contact with the displacement fluid F. The only parts of the rotor 15 on which wall friction can occur are the bearings of the pivot bearing device 17 and the seal 20th The blood is kept away from these parts by the displacement fluid.

Die das Spaltsystem 21 bildenden Spalte haben eine solche Breite, daß in ihnen keine Blutschädigung durch Scherbeanspruchungen erfolgen kann, d. h. eine Mindest­ breite von etwa 0,5 mm.The gaps forming the gap system 21 are of such a width that no blood damage due to shear stresses can occur in them, ie a minimum width of approximately 0.5 mm.

Als Verdrängungsfluid kann entweder eine Flüssigkeit oder ein Gas benutzt werden. Sofern das Verdrängungs­ fluid ein Gas ist, sollte dieses ein Gas sein, dessen Eindringen in das Blut unschädlich ist, z. B. Kohlen­ dioxid oder Helium.Either a liquid can be used as the displacement fluid or a gas can be used. Provided that the displacement  fluid is a gas, it should be a gas whose Penetration into the blood is harmless, e.g. B. Coals dioxide or helium.

Claims (8)

1. Blutpumpe als Kreiselpumpe mit einem Pumpengehäuse (10), das einen Pumpenraum (12) mit einem Einlaß (11) und einem Auslaß (13) aufweist, einem in dem Pumpenraum (12) rotierenden Flügelrad (14) und einem von dem Pumpengehäuse (10) umschlossenen, mit dem Flügelrad (14) verbundenen Rotor (15), der mit einer Drehlagereinrichtung (17) am Pumpen­ gehäuse gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehlagereinrichtung (17) von dem Pumpen­ raum (12) durch ein Spaltsystem (21) getrennt ist und daß das Spaltsystem an eine Fluidquelle (30) angeschlossen ist, die ihm ein Verdrängungsfluid (F) zuführt und dadurch eine Phasengrenze zwischen Blut und Fluid zum Fernhalten des Blutes (B) von der Drehlagereinrichtung (17) aufrechterhält.1. Blood pump as a centrifugal pump with a pump housing ( 10 ), which has a pump chamber ( 12 ) with an inlet ( 11 ) and an outlet ( 13 ), an impeller ( 14 ) rotating in the pump chamber ( 12 ) and one of the pump housing ( 10 ) enclosed, with the impeller ( 14 ) connected rotor ( 15 ) which is mounted with a rotary bearing device ( 17 ) on the pump housing, characterized in that the rotary bearing device ( 17 ) from the pump chamber ( 12 ) by a gap system ( 21 ) is separated and that the gap system is connected to a fluid source ( 30 ) which supplies it with a displacement fluid (F) and thereby maintains a phase boundary between blood and fluid for keeping the blood (B) away from the rotary bearing device ( 17 ). 2. Blutpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spaltsystem (21) mindestens einen die Grenze (G) zwischen Blut (B) und Verdrängungsfluid (F) feststellenden Sensor (33) aufweist, der die Fluidquelle (30) derart regelt, daß die Grenze (G) im Bereich des Sensors (33) verbleibt.2. Blood pump according to claim 1, characterized in that the gap system ( 21 ) has at least one sensor ( 33 ) which detects the boundary (G) between blood (B) and displacement fluid (F) and which controls the fluid source ( 30 ) in such a way that the limit (G) remains in the area of the sensor ( 33 ). 3. Blutpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (33) im Bereich eines radialen Zweiges des Spaltsystems (21) angeordnet ist, der zwischen einer Ringnut (23) des Pumpengehäuses (10) und einem vom Rotor (15) abstehenden Flansch (22) gebildet ist. 3. Blood pump according to claim 2, characterized in that the sensor ( 33 ) is arranged in the region of a radial branch of the gap system ( 21 ) between an annular groove ( 23 ) of the pump housing ( 10 ) and a flange projecting from the rotor ( 15 ) ( 22 ) is formed. 4. Blutpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Rotor (15) mit einem außerhalb des Pumpengehäuses (10) angeordneten Rotationsantrieb (26) durch eine Gehäusewand hin­ durch magnetisch gekoppelt ist und daß das Pumpen­ gehäuse (10), mit Ausnahme der Anschlüsse für Blut und Verdrängungsfluid, vollständig gekapselt ist.4. Blood pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that the rotor ( 15 ) with an outside of the pump housing ( 10 ) arranged rotary drive ( 26 ) through a housing wall by magnetically coupled and that the pump housing ( 10 ) , with the exception of the connections for blood and displacement fluid, is completely encapsulated. 5. Blutpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Drehlagereinrichtung (17) in einem Hohlraum, (18) an der dem Flügelrad (14) abgewandten Seite des Rotors (15) angeordnet ist.5. Blood pump according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotary bearing device ( 17 ) is arranged in a cavity ( 18 ) on the side of the rotor ( 15 ) facing away from the impeller ( 14 ). 6. Blutpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der die Drehlager­ einrichtung (17) enthaltende Hohlraum (18) mit einer Dichtung (20) gegen eine die Drehlager­ einrichtung (17) tragende Achse (16) abgedichtet ist.6. Blood pump according to one of claims 1 to 5, characterized in that the pivot bearing device ( 17 ) containing cavity ( 18 ) with a seal ( 20 ) against a the pivot bearing device ( 17 ) bearing axis ( 16 ) is sealed. 7. Blutpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Drehlagereinrichtung (17) auf einer am Pumpengehäuse (10) befestigten Achse (16) sitzt.7. Blood pump according to one of claims 1 to 6, characterized in that the rotary bearing device ( 17 ) on an attached to the pump housing ( 10 ) shaft ( 16 ). 8. Blutpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das Spaltsystem (21) von der Innenwand des Pumpengehäuses und der Außen­ fläche des Rotors (15) begrenzt ist.8. Blood pump according to one of claims 1 to 7, characterized in that the gap system ( 21 ) from the inner wall of the pump housing and the outer surface of the rotor ( 15 ) is limited.
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