微型轴流式血泵外磁场驱动方法的探讨

   0  引言

    在血泵的研究过程中，面临的主要问题之一是血泵系统的能源提供方式。由于血泵使用的特殊性，在传统的血泵系统中，大多采用体内储能方式或通过导线(管) 向体内血泵提供能量，以维持血泵系统的能量供给。然而，无论体内储能还是外部导人能量方式，都存在许多弊端，主要表现在:对于体内储能方式，由于目前大容 量高能电池的发展受到限制，不可能长时间向血泵提供足够的能量，限制了整个系统使用的连续性，同时由于整个系统植人体内，受到人体排异的可能性很大，病人 的生活质量也受到严重的影响，因此，利用这种供能方式的系统主要应用于过渡性的心脏功能辅助。至于通过导线(管)将外部能量导人血泵的方式，虽然解决了能 量供给不足的间题，但由于导线(管)穿透人体，极容易产生感染和排异现象，大大降低了病人的生活质量。此外，_匕述驱动方式中，由于驱动源在体内，必然存 在着密封和润滑问题。

    外磁场驱动方式的研究是从全新角度研究血泵的能源供给方式。这种能源提供方式不仅有效解决以往血泵供能系统的不足，同时也为新一代血泵研究提出了方向。外 磁场驱动的关键问题是，在体内泵“叶轮一转子”周围产生可调频的交变强磁场，通过交变磁场驱动体内泵的转动。产生可变频交变磁场的方法有许多种，本文结合 血泵的特殊要求，从不同的角度提出几种可用于血泵外磁驱动的交变磁场的产生方式。

     1   外磁场驱动轴流式血泵工作原理

    外磁场驱动轴流式血泵系统与国内外其他类型的“人工心脏”相比，具有重要的创新性。它吸取并融合了机械心脏瓣膜和“轴流式”血泵的结构特点，确定了动脉腔 内的“叶轮一永磁转子体”结构设计及植人方法，大大简化了植人部分的结构。轴流式血泵是目前人工心脏结构研究的热点，它具有体积小、效率高、结构简单且性 能稳定等多种优点。血泵系统腔内部分的工作原理采用了与轴流泵汗卜轮相同的机制，而驱动力的产生则通过体外可控交变磁场穿透人体和主动脉壁驱动动脉腔内的 “口一卜轮一永磁转子体”，从而实现非接触式动力传递，避免了密封、渗漏以及人体排异性等一系列传统泵结构难以克服的工程和医学上的困难。在结构设计上， 为了适应外磁场驱动的要求，将传统的轴流式泵泵壳省去，使血泵整个运动的机械部分只有“定子”和“叶轮一永磁转子体”两部分。叶轮一永磁转子体部分采用一 体化设计，并可固定在支架笼内的转轴上灵活转动。叶轮一永磁转子采用稀土永磁材料径向充磁，磁极对数为1对。产生交变驱动磁场的“定子”置于体外，通过传 感器采集相应的人体自身信号和周围环境信号，在驱动控制装置控制下，通过适当的交变磁场向体内传递能量，血泵内的永磁转子将其转化为机械能，传递给涡轮的 叶轮。在驱动力的持续带动下血泵可不断将血液由左心室腔提升到主动脉腔，达到心脏辅助的目的。