BOMBA CENTRIFUGA.

Bomba centrífuga, en especial para sangre en dispositivos de sustitución del corazón o de asistencia ventricular,

con un rotor (14) de la bomba dispuesto sin contacto y giratorio, dentro de una carcasa (11) cerrada herméticamente a lo líquidos y a los gases, excepto en al menos una abertura (12) de entrada y al menos una abertura (13) de salida, cuyo rotor es al mismo tiempo el rotor de un motor de accionamiento, y presenta una o varias zonas magnetizadas permanentemente distribuidas en forma uniforme por su periferia, estando dispuesto por fuera de la carcasa (11) y por debajo del rotor (14), un estator (18, 19) del motor de accionamiento, de manera que los estatores (18, 19) producen en la hendidura entre sí y la o las zonas magnetizadas permanentemente del rotor (14), un flujo magnético rotativo, estando configurado el rotor (14) simétrico respecto a su plano medio, y presentando una cubierta (16, 17, 16'', 17'') superior e inferior, caracterizada porque el rotor (14) y/o la carcasa (11) de la bomba, están conformados de tal manera que las distancias axiales entre la cubierta (16, 17, 16'', 17'') superior e inferior, y la pared superior e inferior de la carcasa, se reducen radialmente hacia dentro de forma continua, de tal manera que en la zona radial interior del rotor (14), cada uno de los espacios (26, 26'', 27, 27'') laterales del rotor, presenta una hendidura (116, 117) de choque, las cuales en el funcionamiento, influyen las corrientes de reflujo dirigidas radialmente hacia dentro en los espacios (26, 26'', 27, 27'') laterales del rotor, de tal manera que en caso de una desviación axial del rotor (14), generan por encima y por debajo del rotor (14) distribuciones diferentes de presión, con lo que se producen fuerzas que actúan sobre la mayoría de la superficie de las cubiertas (16, 16'', 17, 17''), que provocan una estabilización axial del rotor (14), y en igual forma son eficaces contra un ladeamiento del rotor (14) en la carcasa (11)

Bomba centrífuga.

La invención se refiere a una bomba centrífuga, en especial para sangre en dispositivos de sustitución del corazón o de asistencia ventricular, según el preámbulo de la reivindicación 1. En especial, la invención se refiere a una bomba rotativa accionada eléctricamente del tipo radial/centrífugo, para la implantación permanente en enfermos con insuficiencia terminal del corazón, que necesitan una asistencia mecánica de su circulación sanguínea.

En las bombas de sangre, en especial en bomba de sangre o en bombas para otros líquidos sensibles, hay que ajustar exigencias especiales:

Las bombas de sangre del tipo constructivo convencional, en las que el accionamiento del rotor se lleva a cabo mediante un motor eléctrico con árbol con rodamientos, que atraviesa la carcasa de la bomba y está provisto con una junta del árbol, no son apropiadas para la implantación permanente. Carcasas obturadas herméticamente, a través de cuya pared se pone en rotación el rotor de la bomba mediante un acoplamiento magnético, eliminan ciertamente las fugas, pero siempre necesitan todavía un motor eléctrico externo. Además, el rotor de la bomba se tiene que guiar mediante ranguas bañadas por la sangre, las cuales se desgastan y desnaturalizan la albúmina de la sangre mediante calentamiento local, y pueden activar el sistema de coagulación, lo cual puede conducir a embolias por abrasión y coágulos.

Se puede conseguir una rotación totalmente sin contacto, del rotor de la bomba en la sangre, mediante apoyos magnéticos pasivos y activos, apoyos lisos hidrodinámicos, o una combinación de estos principios.

Cualquier planteamiento posible con respecto a esto, tiene que tener en cuenta el teorema de Earnshaw, según el cual no es posible mantener un cuerpo flotando en el espacio, en una posición estable, mediante campos magnéticos, eléctricos o gravitacionales, constantes. Cualquier posición supuesta de equilibrio es lábil, puesto que el cuerpo se encuentra aquí en un máximo de energía potencial. Por consiguiente se necesita en al menos un eje del espacio, una fuerza estabilizadora que actúe desde el exterior sobre el sistema. Esta tiene que ser tanto mayor cuanto más se aleje el cuerpo del punto del máximo de energía. Por el contrario, se necesitan pequeñas fuerzas antagonistas cuando el sistema se encuentre a priori en la proximidad del equilibrio lábil.

Rotores de bombas apoyados magnéticamente, con paletas abiertas, se describen en el documento US 6,227,817. Aquí se describe una combinación de apoyos magnéticos pasivos para la estabilización radial, y de levitación electromagnética axial, activa, basada en sensores. Junto a la costosa fabricación, esta solución exige una larga hendidura extendida entre rotor y carcasa, con irrigación tan sólo insuficiente, así como un alto consumo de energía para la estabilización axial que tiene que contrarrestar el elevado empuje hidráulico axial, que es producido por una corona móvil abierta.

Bombas de sangre con levitación magnética completa se describen en el documento EP 0819 330 B1 y en el EP 0 860 046 B1. Aquí el rotor de la bomba está realizado como rotor de un motor eléctrico síncrono excitado por un imán permanente. El par motor es producido por un campo electromagnético giratorio del estator, que actúa radialmente, asimismo los controles de posición del rotor en dirección radial. Para ello sirven devanados separados de control del estator, que mediante circuitos electrónicos de regulación, transforman señales de sensores de distancia, en fuerzas de centrado. Debido a los estatores situados exteriores para el accionamiento y a la regulación de la posición, esta bomba necesita relativamente mucho espacio de montaje. La estabilización de los otros tres grados de libertad en el espacio, no controlables activamente, se lleva a cabo mediante fuerzas magnéticas de reluctancia de actuación pasiva. Se desencadenan, además, problemas en las realizaciones con coronas móviles abiertas, por el alto empuje hidrodinámico axial que se presenta inevitablemente. Para remediarlo se proponen apoyos magnéticos adicionales, activos o pasivos, así como medios auxiliares hidrodinámicos en forma de toberas, placas reflectoras, tubos de afluencia, resistencias a la fluencia y hendiduras de retención, que todos juntos elevan la complejidad del sistema, empeoran el rendimiento, crean zonas de aguas muertas, inducen grandes esfuerzos cortantes y, por tanto, son totalmente inapropiados para la realización de una bomba de sangre, en especial para la implantación permanente.

Bombas de sangre sin apoyos, con levitación magnética, con coronas móviles abiertas, se indican, además, en el documento US 6,071,093. No obstante, la transmisión del par motor se lleva a cabo aquí mediante un campo electromagnético giratorio del estator, que actúa axialmente. La posición axial del rotor y el ladeamiento del rotor en la carcasa, se estabiliza mediante actuadores por un retroacoplamiento electromagnético basado en sensores, al mismo tiempo apoyos magnéticos pasivos permanentes, se cuidan del centrado radial. La problemática de la inestabilidad axial de una corona móvil abierta, se resuelve -junto a un retroacoplamiento electromagnético mediante sensores y actuadores- mediante una compensación provocada en el fluido. Esta se basa en cada caso en la acción de una hendidura de choque colocada en el perímetro exterior del rotor, que con independencia de la posición axial del rotor, limita o libera el reflujo en el lado del rotor más alejado de las paletas. También en esta solución existe el peligro de grandes esfuerzos cortantes, y de la producción de zonas de aguas muertas en la cara posterior del rotor.

En el documento US 5,947,703 se describe asimismo una bomba centrífuga levitada electromagnéticamente. Aquí se lleva a cabo el accionamiento de una corona móvil abierta cubierta, mediante un acoplamiento giratorio frontal de imán permanente, que actúa axialmente por una sola cara, o mediante un campo giratorio del estator, cuyas fuerzas de atracción permiten arrancar el rotor de la bomba en la carcasa, cuando no se regule la posición axial del rotor mediante un retroacoplamiento electromagnético activo basado en sensores. Para el caso del fallo de esta regulación, se prevén apoyos mecánicos de emergencia en forma de ranguas, apoyos lisos, apoyos puntuales y apoyos hidrodinámicos de empuje, que deben impedir una fijación del rotor de la bomba, que amenaza con la muerte. Común a estas propuestas es el desventajoso contacto de la pared entre rotor y carcasa, con las conocidas consecuencias del daño a la sangre.

El documento WO 01/42653 A1 describe una bomba centrífuga con regulación electromagnética activa de la posición del rotor de la bomba, en los seis grados de libertad en el espacio, registrando la posición, velocidad y aceleración del rotor, no mediante sensores, sino derivando de señales de corriente de los apoyos magnéticos activos. Esto condiciona desventajosamente una estructura mecánica extraordinariamente compleja del rotor y de múltiples estatores, así como una electrónica de regulación muy compleja con consumo adicional de energía, porque para la evitación de grandes fuerzas axiales desestabilizadoras, se tiene que utilizar un motor sin núcleo, que debido a su mal rendimiento, se calienta fuertemente.

Los citados inconvenientes del apoyo electromagnético activo...

1. Bomba centrífuga, en especial para sangre en dispositivos de sustitución del corazón o de asistencia ventricular, con un rotor (14) de la bomba dispuesto sin contacto y giratorio, dentro de una carcasa (11) cerrada herméticamente a lo líquidos y a los gases, excepto en al menos una abertura (12) de entrada y al menos una abertura (13) de salida, cuyo rotor es al mismo tiempo el rotor de un motor de accionamiento, y presenta una o varias zonas magnetizadas permanentemente distribuidas en forma uniforme por su periferia, estando dispuesto por fuera de la carcasa (11) y por debajo del rotor (14), un estator (18, 19) del motor de accionamiento, de manera que los estatores (18, 19) producen en la hendidura entre sí y la o las zonas magnetizadas permanentemente del rotor (14), un flujo magnético rotativo, estando configurado el rotor (14) simétrico respecto a su plano medio, y presentando una cubierta (16, 17, 16', 17') superior e inferior, caracterizada porque el rotor (14) y/o la carcasa (11) de la bomba, están conformados de tal manera que las distancias axiales entre la cubierta (16, 17, 16', 17') superior e inferior, y la pared superior e inferior de la carcasa, se reducen radialmente hacia dentro de forma continua, de tal manera que en la zona radial interior del rotor (14), cada uno de los espacios (26, 26', 27, 27') laterales del rotor, presenta una hendidura (116, 117) de choque, las cuales en el funcionamiento, influyen las corrientes de reflujo dirigidas radialmente hacia dentro en los espacios (26, 26', 27, 27') laterales del rotor, de tal manera que en caso de una desviación axial del rotor (14), generan por encima y por debajo del rotor (14) distribuciones diferentes de presión, con lo que se producen fuerzas que actúan sobre la mayoría de la superficie de las cubiertas (16, 16', 17, 17'), que provocan una estabilización axial del rotor (14), y en igual forma son eficaces contra un ladeamiento del rotor (14) en la carcasa (11).

2. Bomba centrífuga según la reivindicación 1, caracterizada porque el centrado radial del rotor (14) se lleva a cabo pasivamente mediante fuerzas de reluctancia.

3. Bomba centrífuga según alguna de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el rotor (14) está fabricado totalmente de material paramagnético y/o ferromagnético.

4. Bomba centrífuga según alguna de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque al menos sus superficies que están en contacto con el líquido, están provistas con un recubrimiento adaptado a las características del líquido.

5. Bomba centrífuga según alguna de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque es una bomba de sangre que se puede implantar en el cuerpo.