[发明专利]植入式血泵的控制器和电源

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年1月4日提交的申请号为61/749038的美国临时专利申请的申请日之利益，同时还要求于2013年12月19日提交的申请号为14/133905的美国专利申请的申请日之利益，其公开内容均以引用的方式并入本文。

发明领域

本发明涉及植入式医疗装置领域。具体来说，本发明涉及电机驱动的植入式医疗装置应用的控制器和电源。

参考引用的申请

公开号为2012/0226350、标题为“植入式血泵的控制器和电源”的美国专利公开说明书在此通过引用并入本文。公开号为2012/0086402、标题为“容错电源”的美国专利公开说明书在此通过引用并入本文。

发明背景

例如心室辅助装置这样的植入式医疗装置，正被开发用于慢性心力衰竭的长期治疗。这种装置需要一个用于促进血液流动的泵送机构。由于其应用的性质，该泵送机构必须具备高度的可靠性。患者的舒适度也是一个重要的考虑因素。

电动泵送机构通常依赖于电机(例如无刷直流电机)来实现。由于不带有易磨损的电刷，在植入式应用中的无刷直流电机在使用维修方面具有优势。由于不带有这些电换流元件和机械换流元件，换流通常由驱动电路以电气的方式实现。

现有技术中，由马萨诸塞州弗雷明汉的哈特威尔公司（HeartWareInc）制造的哈特威尔（HeartWare）心室辅助系统，是植入式心室辅助装置的一个例子。哈特威尔心室辅助系统的核心是一个采用了无刷直流电机的称之为HVAD?泵的小型植入式离心血泵。

在正常情况下植入患者体内时，该泵从左心室吸取血液，并通过连接到患者升主动脉的流出道推动血液。该装置能够产生高达10升/每分钟的血流量。由于只有50cc的排出体积（displacedvolume），所述HVAD泵适合于植入在心包腔中，直接与心脏相邻。在横隔膜上方进行的植入，其手术时间相对较短，并且恢复迅速。

该HVAD泵只有一个运动部件，即泵轮，其转速为每分钟1800转至4000转之间。泵轮是通过被动式磁铁和流体动力止推轴承的组合而实现在泵壳体内的暂停。此流体动力暂停通过泵轮叶片上表面上的平缓斜面来实现。当泵轮旋转时，血液从这些倾斜面上流过，产生泵轮与泵壳之间的“缓冲”。在泵轮与泵壳之间不存在机械轴承或任何接触点。

装置的可靠性是通过采用具有独立驱动电路的双电机定子而增强,其可以根据需要而在双定子模式和单定子模式之间进行无缝转换。该泵的流入套管集成在装置中，并通过手术植入到心脏的心室。这种接近状态预计将便于植入，并有助于确保最佳的血液流动特性。通过采用宽叶片泵轮和经过该系统的清畅的流路，使得泵诱导的溶血（破坏血细胞）或血栓（血液凝固）的风险最小化。

通常，当泵被植入到患者体内时，泵的控制器和驱动器电子器件以及该泵的其他控制子系统（包括电源）位于患者体外，例如，以控制/电源模块的形式，通过经皮电缆连接至整个哈特威尔心室辅助系统的植入式泵。

对于哈特威尔心室辅助系统，外部（对患者而言）控制器包括用于泵的驱动电子器件（直接联接到电机绕组），并提供驱动和控制信号给泵。控制器还能够向患者提供有关装置运行的反馈和报警。无刷直流电机的换流控制由控制器和驱动电子器件以反馈的方式实现。该控制器按照在电机的选定相位采样的反电动势电压（通过联机线感测）为该相位提供换流控制信号。反电动势仅在相应的选定相位驱动电压基本为零的时候进行采样。无刷直流驱动电压的频率根据换流控制信号而变化。在一种形式中，该反电动势相对于指令转子角速度而规格化（normalized）。速度控制器产生对应于指令角速度与从驱动电压频率推断出的角速度之间的差异的速度控制信号。

冗余电源由两个电池提供，或者由一个电池和AC适配器或DC适配器提供。冗余电源提供控制器（尤其是驱动电子器件）的电源。当电池耗尽（例如，在大约6小时之后），该控制器将自动切换到备用电源、电池或适配器，并且替换耗尽的电池。

“患者包”组件包括携带控制器和电源的携带用箱。该携带用箱适于通过患者的肩膀携带或者穿戴于患者的腰部。

尽管现有技术的哈特威尔心室辅助系统能够执行慢性心力衰竭的长期治疗所需的心室辅助功能，总体来看，仍然有必要改进子系统和组件，以增强血液流动效果和改进患者使用的便利性，减轻患者的维护负担，从而改善生活质量。

发明概述