BOMBA DE SANGRE ROTATIVA SIN SELLADO CON COJINETES RADIALES MAGNÉTICOS PASIVOS Y COJINETES AXIALES SUMERGIDOS EN SANGRE.

Bomba de sangre rotativa que comprende un alojamiento de bomba (12) que tiene una entrada (13) y una salida (16),

un rotor (17) montado para su rotación dentro de dicho alojamiento (12), teniendo dicho rotor un rodete (19), y un motor de rotor (53, 54, 56), incluyendo dicho motor de rotor (53, 54, 56) una pluralidad de imanes permanentes (54) dentro de dicho rodete (19) y un estator de motor (56) que incluye una bobina eléctricamente conductora (57) ubicada dentro de dicho alojamiento (12), con interacción magnética entre dichos imanes permanentes (54) dentro de dicho rodete (19) y dicho estator (56), que se hace funciona para transmitir un par motor para accionar dicha bomba de sangre; y dicho rodete (19) se retiene axialmente por fuerzas hidrodinámicas, caracterizada porque dicho rodete (19) tiene forma de disco y es grueso en la dirección axial y tiene una pluralidad de sectores de cuchillas (49), separándose cada uno de dichos sectores de cuchillas (49) de un sector adyacente por un canal axial (51) que se extiende completamente a través de dicho rodete (19) en dicha dirección axial

Campo de la invención

La invención se refiere generalmente al campo de bombas de sangre. Más específicamente, la invención se refiere a bombas de flujo continuo de diseño rotativo, adecuadas para su implantación permanente en seres humanos, para su uso como dispositivos de asistencia ventricular crónica.

Antecedentes de la invención

Miles de pacientes con afecciones cardíacas que padecen insuficiencia cardiaca grave del ventrículo izquierdo podrían beneficiarse de un trasplante cardiaco. Sin embargo, debido a la escasez de donantes de corazones, la mayoría de estos pacientes enfrentan una esperanza de vida acortada caracterizada por hospitalizaciones frecuentes, discapacidad física grave, y muerte por insuficiencia congestiva o choque cardiogénico. Si un dispositivo de asistencia ventricular izquierdo (“LVAD”) estuviera disponible para su uso crónico, muchos de estos pacientes podrían volver a sus vidas prolongadas y productivas.

Algunos LVAD de la técnica anterior, ahora en ensayos clínicos, proporcionan un suministro de sangre cíclico o pulsado, diseñados para emular el flujo sanguíneo pulsátil y natural a través del corazón. Este enfoque del diseño dio como resultado una diversidad de problemas anatómicos y de ingeniería. Los sistemas de suministro cíclicos tienden a ser físicamente grandes, haciendo que la implantación sea difícil o imposible para algunos pacientes. Los sistemas de suministro cíclicos también emplean válvulas artificiales, que tienen requisitos especiales de material, longevidad y rendimiento. Todas estas características hacen que los dispositivos de bombeo de sangre cíclicos sean tanto complejos como caros.

Es evidente que si se elimina el requisito de flujo sanguíneo pulsátil, el LVAD podría ser mucho más pequeño, sencillo y económico. Las bombas rotativas, tales como las del documento US 5443503, ya sean de diseño de flujo axial o centrífugo, proporcionan flujo de líquido sustancialmente continuo, y potencialmente aprovecha varias ventajas indicadas con respecto a sistemas de suministro cíclico. Sin embargo, la técnica anterior no ha desarrollado una bomba de sangre rotativa duradera, debido a problemas únicos con el sellado del árbol de accionamiento de la bomba rotativa. En un entorno con sangre, tales sellados de árbol de accionamiento tienen una vida útil corta, y contribuyen a un fallo prematuro de la bomba. Los sellados de árbol de accionamiento de la técnica anterior también pueden provocar embolias, que dan como resultado un accidente cerebrovascular o incluso la muerte para el paciente.

Por consiguiente, un objeto de la presente invención es proporcionar una bomba de sangre rotativa mejorada, eliminando la necesidad de un sellado del árbol de accionamiento.

Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar una bomba de sangre rotativa y compacta usando cojinetes radiales magnéticos pasivos para mantener un rodete y su árbol de soporte para su rotación alrededor de un eje.

Aún un objeto adicional de la presente invención es proporcionar una bomba de sangre rotativa que tiene un funcionamiento biestable, en la que el rodete y el árbol de soporte se desplazan como una unidad, entre dos posiciones axiales predeterminadas.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar cojinetes de empuje axial sumergidos en sangre que se lavan regularmente por un flujo de sangre fresca para evitar que se produzca una trombosis.

Aún otro objeto de la presente invención es proporcionar un rodete de bomba con cuchillas espeso y único, que aloja tanto imanes de motor como imanes de cojinete radiales, e incluye pasos de flujo sanguíneo profundos y estrechos.

Aún otro objeto de la presente invención es proporcionar un rodete de bomba que es eficaz para bombear líquidos viscosos, tales como sangre, a velocidades de flujo bajas, y que minimiza la hemólisis de la sangre usando sólo unas cuantas cuchillas del rodete de bomba.

Sumario de la invención

Según la presente invención, una bomba de sangre rotativa incluye un alojamiento y un rotor de bomba. Se une un rodete de bomba centrífugo a un árbol de soporte de rodete, o husillo, para formar el rotor de bomba. El alojamiento de bomba incluye un tubo de entrada alargado que rodea el árbol, y una carcasa en forma de rollo, o voluta, con una salida de descarga, que encierra el rodete.

El árbol y el rodete están suspendidos especialmente dentro del alojamiento. Los cojinetes magnéticos radiales de diseño pasivo, mantienen el árbol de soporte y el rodete alrededor de un eje rotacional. El cojinete magnético que levita el árbol incluye una pluralidad de imanes de anillo permanentes y piezas polares dispuestos a lo largo de partes circundantes del tubo de entrada, y una pluralidad de imanes de disco permanentes y piezas polares dentro del propio árbol. Los pares radialmente adyacentes de estos imanes son de igual polaridad. Una parte del cojinete magnético, que mantiene el rodete alrededor de un eje rotacional, incluye una pluralidad de imanes de varilla o arqueados permanentes dispuestos en una relación circular y espaciada alrededor de sectores de cuchillas del rodete; otra parte del cojinete incluye un par de imanes de anillo permanentes fuera de la carcasa, a ambos lados del rodete. Las partes adyacentes de los imanes de varilla y anillo son de polaridad opuesta.

El árbol y rodete están limitados axialmente por fuerzas magnéticas e hidrodinámicas en combinación con cojinetes de empuje mecánicos, o tomas de contacto. Los imanes del cojinete magnético en el tubo de entrada y el árbol pueden estar dispuestos en una relación axial ligeramente desviada, para producir una fuerza de carga de traslación, o desviación, a lo largo del eje longitudinal del rotor. Esta desviación contrarresta sustancialmente la fuerza axial resultante del empuje hidráulico del rodete de rotación. Sin embargo, el empuje hidráulico variará como función del ciclo cardiaco y se desean restricciones adicionales para garantizar que el funcionamiento de la bomba sea estable y controlado. Para este propósito, se proporciona un par de cojinetes de empuje sumergidos en sangre. Estos cojinetes de empuje pueden ubicarse a ambos extremos del rotor, aunque otras disposiciones sean factibles.

Se incluye un cojinete de empuje en el extremo aguas arriba del árbol de soporte, y el otro cojinete de empuje se ubica en la parte inferior, o en el lado aguas abajo del rodete. Una araña dentro del tubo de entrada incluye una toma de contacto, o superficie de empuje, contra la que toca periódicamente el extremo del árbol. Se proporciona otra toma de contacto en una superficie interna de la base de la carcasa, adyacente a un extremo aguas abajo del rodete. Se incluye una cantidad predeterminada de espaciado entre las dos tomas de contacto, para permitir que el conjunto de árbol/rodete se desplace axialmente hacia atrás y hacia adelante, en respuesta al ciclo cardiaco del usuario. Este movimiento de desplazamiento producirá una acción de bombeo, intercambiando sangre frecuentemente en el área de toma de contacto con sangre fresca desde la circulación. Esta acción de bombeo minimiza la probabilidad de la trombosis sanguínea en la región de empuje, manteniendo la sangre a una temperatura aceptable y reduciendo su tiempo de residencia en el espacio del cojinete de empuje.

El rodete tiene una configuración y características únicas, debido a los requisitos especiales de la presente solicitud. A diferencia del diseño de bomba centrífuga convencional, la presente invención usa relativamente pocas cuchillas de rodete, generalmente pareciéndose a sectores circulares. Además, las cuchillas se realizan bastante espesas en una dirección axial, teniendo canales arqueados, estrechos y profundos entre cuchillas adyacentes para el paso de sangre a través del rodete. La altura sustancial de las cuchillas proporciona una superficie de trabajo de cuchilla relativamente grande, garantizando un funcionamiento de bomba eficaz. Estas características estructurales disminuyen la hemólisis de la sangre, mientras se mantiene una eficacia útil en una bomba que usa tan pocas cuchillas de rodete.

Se proporcionan cámaras selladas y huecas dentro de las cuchillas de rodete espesas para reducir la densidad del rodete. Estas cámaras reducen las cargas inducidas por gravedad en los cojinetes de empuje, lo que a su vez reduce la probabilidad de trombosis de la sangre usada para lubricar los cojinetes.

Las cuchillas de rodete... [Seguir leyendo]

1. Bomba de sangre rotativa que comprende un alojamiento de bomba (12) que tiene una entrada (13) y una salida (16), un rotor (17) montado para su rotación dentro de dicho alojamiento (12), teniendo dicho rotor un rodete (19), y un motor de rotor (53, 54, 56),

incluyendo dicho motor de rotor (53, 54, 56) una pluralidad de imanes permanentes (54) dentro de dicho rodete (19) y un estator de motor (56) que incluye una bobina eléctricamente conductora (57) ubicada dentro de dicho alojamiento (12), con interacción magnética entre dichos imanes permanentes (54) dentro de dicho rodete (19) y dicho estator (56), que se hace funciona para transmitir un par motor para accionar dicha bomba de sangre; y

dicho rodete (19) se retiene axialmente por fuerzas hidrodinámicas,

caracterizada porque

dicho rodete (19) tiene forma de disco y es grueso en la dirección axial y tiene una pluralidad de sectores de cuchillas (49), separándose cada uno de dichos sectores de cuchillas (49) de un sector adyacente por un canal axial (51) que se extiende completamente a través de dicho rodete (19) en dicha dirección axial.

2. Bomba de sangre rotativa según la reivindicación 1, en la que dicho rodete (19) es grueso en la dirección axial y dichos imanes permanentes (54) comprenden imanes que se extienden sustancialmente a través de dicho rodete (19) en la dirección axial.

3. Bomba de sangre rotativa según la reivindicación 1, que incluye cámaras selladas y huecas (52) definidas dentro de las cuchillas de rodete (49) para reducir la densidad del rodete (19).

4. Bomba de sangre rotativa según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que incluye una unidad de control

(59) y una fuente de alimentación portátil (61), que lleva el usuario, para suministrar energía al sistema de accionamiento de la bomba; haciéndose funcionar dicha unidad de control (59) para controlar la velocidad de dicho motor en respuesta a la actividad o estado físico del usuario.

5. Bomba de sangre rotativa según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que incluye una cubierta o recubrimiento no magnético de pared delgada que reviste dichos imanes permanentes (54), para evitar el contacto entre los imanes y la sangre.

6. Bomba de sangre rotativa según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que dicho rodete tiene una pluralidad de cuchillas (49) que llevan dichos imanes permanentes (54), teniendo dichos imanes permanentes (54) en cuchillas de rodete adyacentes (49) orientaciones alternas y dirigiéndose hacia dicho estator (56) para proporcionar dicha interacción magnética entre dichos imanes permanentes (54) y dicho estator (56);

estando dicha bobina eléctricamente conductora (57) de dicho estator de motor interconectada por medio de alambres percutáneos a un controlador de motor (59) y una fuente de alimentación (61), estando dicha fuente de alimentación (61) adaptada para llevarse por el usuario externamente o por implantación.

7. Bomba de sangre rotativa según la reivindicación 6, que incluye un sensor para determinar la actividad y/o estado físico del usuario, estando dicho controlador (59) interconectado con dicho sensor para adaptar automáticamente el funcionamiento de dicha bomba a la actividad y/o estado físico del usuario en respuesta a una señal desde dicho sensor.

8. Bomba de sangre rotativa según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que la entrada (12) de dicho alojamiento de bomba (12) está adaptada para acoplarse dentro del vértice del ventrículo izquierdo del usuario y dicha salida (16) de dicho alojamiento de bomba (12) está adaptada para acoplarse a la aorta del usuario.

9. Bomba de sangre rotativa según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en la que los ejes magnéticos de dichos imanes permanentes (54) son sustancialmente paralelos al eje de rotación de dicho rodete (19).