JP2023178157A - Wireless assistance artificial heart system - Google Patents

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Abstract

To provide an artificial heart system that can solve a problem with a transcutaneous energy transmission system, which is a mainstream technology of a wireless artificial heart, such as positional deviation, increase in a coil temperature, and difficulty in dealing with a machine failure, and a problem with a magnetic drive pump, which is another wireless artificial heart, that an extracorporeal device restricts activities of a user.SOLUTION: Two kinds of artificial hearts operated by magnetic force and electric power are used. In the magnetic artificial heart, positional deviation hardly occurs thanks to suction force acting between magnets. An intracorporeal battery is recharged while the magnetic artificial heart is being driven. Low output power transmission does not affect output of the artificial heart so that increase in a coil temperature can be suppressed. Furthermore, since the magnetic artificial heart is of a simple structure that does not use electronic equipment, a failure hardly occurs. Also, while the electric power artificial heart is being driven by the intracorporeal battery, an extracorporeal device is not required and a user's activities are not restricted.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、患者の体から経皮的に延びる電力供給ケーブルが不要な、埋め込み型ワイヤレス補助人工心臓システムに関する。 The present invention relates to an implantable wireless ventricular assist device system that eliminates the need for power supply cables extending percutaneously from a patient's body.

既存の体内埋め込み型の補助人工心臓(例えば、末期心不全患者の治療として用いられる、補助循環装置の一つである、左心補助人工心臓(LVAD)(Left Ventricular Assist Device)。)は、再充電可能に埋め込まれた体内バッテリーまたは体内外部の電源から供給される電流によって駆動される。通常、これらの機器は、患者の体内から経皮的に延びる電力供給ケーブル線を通して、補助人工心臓に体内外部の電源を直接接続することが行われている。 Existing implantable ventricular assist devices (for example, the left ventricular assist device (LVAD), which is a type of auxiliary circulatory device used to treat patients with end-stage heart failure) are rechargeable. Powered by electrical current, possibly from an implanted internal battery or a power source external to the body. Typically, in these devices, a power supply external to the patient's body is directly connected to the auxiliary artificial heart through a power supply cable line that extends percutaneously from within the patient's body.

しかし、この手法では、ケーブル線等のドライブライン周辺の部位からの細菌感染であるドライブライン感染、及びそれに伴う、敗血症、凝固障害の合併症の恐れがあるため、患者の生活の質を著しく低下させる。
そのため、経皮にケーブル線などのドライブラインを用いない、ワイヤレス補助人工心臓システムが望まれている。
However, with this method, there is a risk of driveline infection, which is a bacterial infection from areas around the driveline such as cable lines, and associated complications such as sepsis and coagulopathy, which significantly reduces the patient's quality of life. let
Therefore, a wireless ventricular assist device that does not use a percutaneous drive line such as a cable line is desired.

ケーブル線等のドライブラインを用いない、ワイヤレス補助人工心臓システムのひとつに、経皮を介して、エネルギーを伝送、伝達して、給電する電磁誘導方式を用いる(経皮エネルギー伝達システム(TETS)ものがある。
この手法には、主に、外部送信機を用いて高周波エネルギーを伝達することで、埋め込まれた装置に給電する手法と、電磁的な送信コイルを使用する手法がある。前者は、エネルギー伝達効率が、経皮を経ることによる損失のため、あまり良くない。後者は、体表に設置した1次コイルと体内に埋め込んだ2次コイル間の電磁誘導作用を利用して、経皮的に電気エネルギーを体内に送ることができるものである。この電気エネルギーを利用して体内バッテリーの充電を行い、また、体内の補助人工心臓を駆動することができる(例えば、特許文献1。)。
One of the wireless ventricular assist devices that do not use a drive line such as a cable line uses an electromagnetic induction method that transmits energy and supplies power through the skin (transcutaneous energy transfer system (TETS)). There is.
The main methods include using an external transmitter to transmit radio-frequency energy to power the implanted device, and using an electromagnetic transmitter coil. The former is not very good because of the loss of energy transfer efficiency through the skin. The latter uses electromagnetic induction between a primary coil installed on the body surface and a secondary coil implanted inside the body to transmit electrical energy transcutaneously into the body. This electrical energy can be used to charge an internal battery and drive an auxiliary artificial heart within the body (for example, Patent Document 1).

別の手法のワイヤレス補助人工心臓システムとして、永久磁石と結合したインペラを持つ、埋め込み型補助人工心臓を、体表に設置した回転磁性体によって回転させる磁気駆動ポンプがある(例えば、特許文献2。)。 Another type of wireless artificial heart assist system is a magnetically driven pump in which an implantable artificial heart that has an impeller combined with a permanent magnet is rotated by a rotating magnetic body placed on the body surface (for example, Patent Document 2). ).

特表2000-505681号公報Special Publication No. 2000-505681 国際公開2012-008383号International Publication No. 2012-008383

引用文献1等に記載の経皮エネルギー伝達システムは、コイル間に距離があると、電力を供給できない。そのため、表皮近くで用いることになるが、駆動中に給電するため、15W近くの大電力を継続的に補助人工心臓に供給しなくてはいけないため、コイルの位置ずれによる出力低下やコイルの発熱による皮膚の熱傷などの問題点を抱えている。また、埋め込んだ機器の故障が起こりやすく、故障の時には開胸などの侵襲的な処置なしには対応ができない。これらの問題点が経皮エネルギー伝達システムを用いたワイヤレス補助人工心臓の実用化を妨げている。 The transcutaneous energy transfer system described in Cited Document 1 etc. cannot supply power if there is a distance between the coils. Therefore, although it is used near the epidermis, it is necessary to continuously supply a large amount of power of nearly 15 W to the auxiliary artificial heart during operation, resulting in a drop in output due to positional deviation of the coil and heat generation of the coil. There are problems such as skin burns caused by Additionally, implanted devices are prone to failure, and in the event of a failure, it cannot be dealt with without invasive procedures such as thoracotomy. These problems hinder the practical application of wireless ventricular assist devices using transcutaneous energy transfer systems.

一方、引用文献2等に記載の埋め込み型磁気駆動ポンプは、熱傷などはなく、シンプルな構造のため故障の可能性はするないものの、常に外部から磁界を与える回転磁性体を携帯しなくてはいけないため、スポーツや入浴といった活動が制限され、患者の生活の質を損なってしまう。 On the other hand, the implantable magnetically driven pump described in Cited Document 2 does not cause any burns and has a simple structure, so there is no possibility of failure, but it requires a rotating magnetic body that applies an external magnetic field to be carried around at all times. This restricts activities such as sports and bathing, which impairs the patient's quality of life.

本発明は、上記の課題を解決するもので、電力で駆動する従来の人工心臓と共に、磁力で駆動する人工心臓も埋め込むことで、経皮エネルギー伝達システムや、磁気駆動ポンプの問題点を克服した新しいワイヤレス補助人工心臓システムを提供することにある。 The present invention solves the above problems by implanting an artificial heart driven by magnetic force in addition to the conventional artificial heart driven by electric power, thereby overcoming the problems of transcutaneous energy transfer systems and magnetically driven pumps. The objective is to provide a new wireless ventricular assist device system.

本発明のワイヤレス補助人工心臓装置は、心臓と人工血管を介して接続し心臓の活動を補助する電気駆動ポンプと、電気駆動ポンプと人工血管を介して接続し、且つ、大動脈と人工血管を介して接続する磁気駆動ポンプと、磁気駆動ポンプと電気駆動ポンプの出力を制御する制御部と、を有する。 The wireless ventricular assist device of the present invention includes an electrically driven pump that is connected to the heart via an artificial blood vessel and assists the activity of the heart, and an electrically driven pump that is connected to the artificial blood vessel via the aorta and the artificial blood vessel. The pump has a magnetically driven pump that is connected to the magnetically driven pump, and a control section that controls the output of the magnetically driven pump and the electrically driven pump.

本発明のワイヤレス補助人工心臓システムは、安全で、患者の生活の質を損なうことないワイヤレス補助人工心臓を患者に提供することができる。 The wireless ventricular assist device system of the present invention can provide a patient with a safe wireless ventricular assist device that does not impair the patient's quality of life.

本発明の実施例におけるワイヤレス補助人工心臓システム100の構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram of a wireless ventricular assist device system 100 in an embodiment of the present invention. 本発明の補助人工心臓装置1における磁気駆動ポンプ31と電気駆動ポンプ21の概略図である。 FIG. 2 is a schematic diagram of a magnetically driven pump 31 and an electrically driven pump 21 in the ventricular assist device 1 of the present invention. 本発明に係るワイヤレス補助人工心臓システム100を実際に患者に接続した際の模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram when the wireless ventricular assist device system 100 according to the present invention is actually connected to a patient. 本発明における磁気駆動ポンプ31のインペラ33、インペラに結合する永久磁石34、ハウジング35、給電制御装置4の一部となる回転磁性体46、回転駆動部47および卓上試験時の磁気駆動ポンプ31周辺の実際の写真である。 The impeller 33 of the magnetically driven pump 31 in the present invention, the permanent magnet 34 coupled to the impeller, the housing 35, the rotating magnetic body 46 that becomes part of the power supply control device 4, the rotating drive section 47, and the vicinity of the magnetically driven pump 31 during the tabletop test This is an actual photo. 本発明における電気駆動ポンプ21のインペラ23、ハウジング24、コイル25、ケーシング28および電気駆動ポンプ21の実際の写真である。 It is an actual photograph of the impeller 23, housing 24, coil 25, casing 28, and electrically driven pump 21 of the electrically driven pump 21 in the present invention. 本発明のワイヤレス補助人工心臓システム100を用いた卓上耐久試験時の実際の写真である。 It is an actual photograph during a tabletop durability test using the wireless ventricular assist device system 100 of the present invention. 本発明のワイヤレス補助人工心臓システム100を用いた卓上耐久試験の結果をまとめた表である。 1 is a table summarizing the results of a desktop durability test using the wireless ventricular assist device system 100 of the present invention.

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。なお、本発明の実施形態は、下記した事項に限られることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲において、発明を適用する場面に応じて適宜変更することができる。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the embodiments of the present invention are not limited to the matters described below, and can be modified as appropriate depending on the situation in which the invention is applied within the scope of the invention described in the claims.

〔第1実施形態に係る補助人工心臓システム〕
図1は、本発明に係るワイヤレス補助人工心臓システム100の構成図である。
図1に示すように、ワイヤレス補助人工心臓システム100は、補助人工心臓装置1と、給電制御装置4とから構成される。
[Auxiliary artificial heart system according to the first embodiment]
FIG. 1 is a configuration diagram of a wireless ventricular assist device system 100 according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the wireless artificial heart system 100 includes a ventricular assist device 1 and a power supply control device 4.

最初に、補助人工心臓装置1について説明する。
補助人工心臓装置1は、左心補助人工心臓(LVAD)用のものであり、人工血管10と、電気駆動ポンプ21、磁気駆動ポンプ31の2種類のポンプ及び電気駆動ポンプ21、磁気駆動ポンプ31を制御する内部制御部50、体内バッテリー51及び給電制御装置4から伝送されたエネルギーを受け取る内部コイル52とからなる。
First, the ventricular assist device 1 will be explained.
The ventricular assist device 1 is for a left ventricular assist device (LVAD), and includes an artificial blood vessel 10, two types of pumps: an electrically driven pump 21, a magnetically driven pump 31, and an electrically driven pump 21 and a magnetically driven pump 31. It consists of an internal control unit 50 that controls the internal control unit 50 , an internal battery 51 , and an internal coil 52 that receives energy transmitted from the power supply control device 4 .

人工血管10は、電気駆動ポンプ21、磁気駆動ポンプ31を直列に接続する形で接続され、また、電気駆動ポンプ21、磁気駆動ポンプ31に接続されていない一方が、図3に示すように、心臓近傍の大動脈16に接続され、もう一方が心臓の左心室12に接続される。なお、電気駆動ポンプ21、磁気駆動ポンプ31の接続の順序は逆であってもよい。現在の補助人工心臓を取り付ける際に、電気駆動ポンプ21を左心室12付近に取り付けることが一般に行われており、また、磁気駆動ポンプ31の取り付け位置も考慮すれば、体内のスペースを考慮すると、左心室12、電気駆動ポンプ21、磁気駆動ポンプ31、大動脈16の順序が好適であるが、取り付け位置の問題がなければ、電気駆動ポンプ21、磁気駆動ポンプ31の接続の順序は特に限定されない。
人工血管10の材質としては、安定な生体適合材料である、ポリエステルやテトラフルオロエチレン等が用いられる。
The artificial blood vessel 10 has an electrically driven pump 21 and a magnetically driven pump 31 connected in series, and the one that is not connected to the electrically driven pump 21 and the magnetically driven pump 31, as shown in FIG. One end is connected to the aorta 16 near the heart, and the other end is connected to the left ventricle 12 of the heart. Note that the order of connection of the electrically driven pump 21 and the magnetically driven pump 31 may be reversed. When installing the current auxiliary artificial heart, the electrically driven pump 21 is generally installed near the left ventricle 12, and if the mounting position of the magnetically driven pump 31 is also taken into account, considering the space inside the body, Although it is preferable to connect the left ventricle 12, the electrically driven pump 21, the magnetically driven pump 31, and the aorta 16 in this order, the order in which the electrically driven pump 21 and magnetically driven pump 31 are connected is not particularly limited as long as there is no problem with the mounting position.
As the material of the artificial blood vessel 10, stable biocompatible materials such as polyester and tetrafluoroethylene are used.

図2は、本発明の補助人工心臓装置1における磁気駆動ポンプ31と電気駆動ポンプ21の概略図である。
図2(a)は、磁気駆動ポンプ31の中心軸線での断面図であり、図2(b)は、電気駆動ポンプ21の中心軸線での断面図である。
図4は、本発明における磁気駆動ポンプ31のインペラ33(図4A)、インペラに結合する永久磁石34(図4B)、ハウジング35(正面:図4C、底面:図4D)、給電制御装置4の一部となる回転磁性体46(図4E)、回転駆動部47(図4F)および卓上試験時の磁気駆動ポンプ31周辺の実際の写真(図4の右図)である。
図5は、本発明における電気駆動ポンプ21のインペラ23(図5G)、ハウジング24(正面:図5H、底面:図51)、コイル25、ケーシング28(図5下左図)および電気駆動ポンプ21の実際の写真(図5下右図)である。
FIG. 2 is a schematic diagram of the magnetically driven pump 31 and the electrically driven pump 21 in the ventricular assist device 1 of the present invention.
2(a) is a sectional view of the magnetically driven pump 31 along the central axis, and FIG. 2(b) is a sectional view of the electrically driven pump 21 along the central axis.
FIG. 4 shows the impeller 33 (FIG. 4A) of the magnetically driven pump 31 of the present invention, the permanent magnet 34 coupled to the impeller (FIG. 4B), the housing 35 (front: FIG. 4C, bottom: FIG. 4D), and the power supply control device 4. It is an actual photograph (right view of FIG. 4) of the rotating magnetic body 46 (FIG. 4E), the rotational drive unit 47 (FIG. 4F), and the vicinity of the magnetically driven pump 31 during the desktop test.
FIG. 5 shows the impeller 23 (FIG. 5G), housing 24 (front view: FIG. 5H, bottom surface: FIG. 51), coil 25, casing 28 (bottom left diagram in FIG. 5), and the electric drive pump 21 in the present invention. This is an actual photograph (Figure 5, bottom right).

電気駆動ポンプ21は、図2(b)、図5にも示すように、電気駆動ポンプのインペラ23、電気駆動ポンプのハウジング24、電気駆動ポンプのコイル25と、コイル25を保持するケーシング28からなる。 As shown in FIGS. 2(b) and 5, the electrically driven pump 21 includes an electrically driven pump impeller 23, an electrically driven pump housing 24, an electrically driven pump coil 25, and a casing 28 that holds the coil 25. Become.

〔電気駆動ポンプ〕
電気駆動ポンプ21は、電気的に駆動する遠心型のポンプである。電力は、体内バッテリー51から供給される。
[Electric drive pump]
The electrically driven pump 21 is an electrically driven centrifugal pump. Power is supplied from the internal battery 51.

図2(b)、図5Gに示す、インペラ23は、上部に設けられた複数の永久磁石26を保持する永久磁石保持部27と、下部に設けられた、流路となる間隙の開いた回転軸を中心に、複数の羽が放射的に複数配置された部位とからなる回転子である。永久磁石保持部27は、回転軸を中心に複数の永久磁石26を放射状に保持する複数の部位を有する。永久磁石26は、円周面方向で隣接する保持部毎にS極、N極が、交互に埋め込まれている。永久磁石26は、ケーシング28に設けられた電磁石となるコイル25と、ケーシング28がハウジング24を収容した際に、対向する位置に設けられる。これにより、コイル25に電流を流した時、ブラシレスモーターの原理で、回転力が与えられ、インペラ23は回転する。永久磁石26の数はいくつでも良い。コイル25の数と同じであってもよいし、多くても、少なくてもよく、回転子として作動すれば、数は限られない。 The impeller 23 shown in FIG. 2(b) and FIG. 5G includes a permanent magnet holding part 27 provided at the upper part that holds a plurality of permanent magnets 26, and a rotating part provided at the lower part with a gap serving as a flow path. A rotor consisting of a shaft and a portion in which a plurality of blades are arranged radially. The permanent magnet holding section 27 has a plurality of parts that hold a plurality of permanent magnets 26 radially around the rotation axis. In the permanent magnet 26, S poles and N poles are alternately embedded in each holding portion adjacent in the circumferential direction. The permanent magnet 26 is provided at a position facing the coil 25 provided in the casing 28 and serving as an electromagnet when the casing 28 accommodates the housing 24 . As a result, when current is passed through the coil 25, rotational force is applied based on the principle of a brushless motor, and the impeller 23 rotates. The number of permanent magnets 26 may be any number. The number may be the same as the number of coils 25, more or less, and the number is not limited as long as it operates as a rotor.

インペラ23の羽の形状は、ポンプの役割を果たせるのであればどのような形状であってもよい。インペラ23の材質は好適にはアクリル樹脂が用いられるが、これに限らず、生体適合性の材質であればどのようなものでも用いることができる。
インペラ23は、コイル25に電流を流すことにより、モーターの原理で、電気駆動ポンプのハウジング24内で回転駆動することにより、血液を押し出し、ポンプの役割を果たす。
The blades of the impeller 23 may have any shape as long as they can function as a pump. The impeller 23 is preferably made of acrylic resin, but is not limited to this, and any biocompatible material can be used.
The impeller 23 plays the role of a pump by passing current through the coil 25 and driving the impeller to rotate within the housing 24 of the electrically driven pump on the principle of a motor.

図2(b)、図5H,Iに示す、ハウジング24は、軸心方向に延びる吸入口と遠心方向に延びる吐出口を備え、電気駆動ポンプ21の外形構成し、インペラ23を内包する。吸入口は、中心軸中央に設けられ、吐出口は、インペラ23の羽の周囲の遠心方向に設けられる。材質は好適にはアクリル樹脂が用いられるが、これに限らず、生体適合性の材質であればどのようなものでも用いることができる。 The housing 24 shown in FIGS. 2(b), 5H, and 5I includes an inlet port extending in the axial direction and a discharge port extending in the centrifugal direction, forms the outer shape of the electrically driven pump 21, and houses the impeller 23. The suction port is provided at the center of the central axis, and the discharge port is provided in the centrifugal direction around the blades of the impeller 23. Although acrylic resin is preferably used as the material, the material is not limited to this, and any biocompatible material can be used.

図2(b)、図5下左図に示す、コイル25は、ケーシング28内に保持されて設けられる。複数の電磁コイル25が、ケーシング28内に設けられる。
コイル25は、鉄心に銅線を巻いて構成される。電磁モーター等用いられているものを用いてもよい。
The coil 25 shown in FIG. 2(b) and the lower left diagram in FIG. 5 is held and provided within the casing 28. A plurality of electromagnetic coils 25 are provided within the casing 28.
The coil 25 is constructed by winding a copper wire around an iron core. A conventional motor such as an electromagnetic motor may be used.

また、図2(b)に示すように、コイル25の近傍には、インペラ25の回転数を検出する、第一回転数検出手段22が設けられる。第一回転数検出手段22は、ホール素子等、モーターなどの回転数を検出するものであればどのようなものでもよい。第一回転数検出手段22は、内部制御部50に接続され、電気駆動ポンプ21の回転数を内部制御部50に送る。 Further, as shown in FIG. 2(b), a first rotation speed detection means 22 for detecting the rotation speed of the impeller 25 is provided near the coil 25. The first rotational speed detecting means 22 may be any device such as a Hall element as long as it detects the rotational speed of a motor or the like. The first rotation speed detection means 22 is connected to the internal control section 50 and sends the rotation speed of the electrically driven pump 21 to the internal control section 50 .

ケーシング28は、図5下右図に示すように、複数のコイル25を内部に保持するとともに、電気駆動ポンプ21のハウジング24のうち、永久磁石26が保持されたインペラ23の上部を覆う。ケーシング28は、ハウジング24を覆ったときに、インペラ23内の永久磁石26に対向する位置に複数のコイル25が位置するように内包する。ケーシング28内に設けられるコイル25の数はいくつでも良い。永久磁石26の数と同じであってもよいし、多くても、少なくてもよく、インペラ23を回転させることができれば、数は限られない。 As shown in the lower right view of FIG. 5, the casing 28 holds the plurality of coils 25 therein, and covers the upper part of the impeller 23 in which the permanent magnet 26 is held in the housing 24 of the electrically driven pump 21. The casing 28 encloses the plurality of coils 25 so as to be located at positions facing the permanent magnets 26 in the impeller 23 when the casing 28 covers the housing 24 . Any number of coils 25 may be provided within the casing 28. The number may be the same as the number of permanent magnets 26, more or less, and the number is not limited as long as the impeller 23 can be rotated.

電気駆動ポンプ21は、コイル25に電流を流せば、既存のブラシレスモーターと同じ原理でインペラ23が回転し、遠心型ポンプとして機能する。左心室12近傍の所定の場所に人工血管を装着し、血液を電気駆動ポンプ21に流すことで人工心臓となる。 When electric current is passed through the coil 25, the electrically driven pump 21 rotates the impeller 23 on the same principle as an existing brushless motor, and functions as a centrifugal pump. An artificial heart is created by attaching an artificial blood vessel to a predetermined location near the left ventricle 12 and allowing blood to flow through the electrically driven pump 21.

以上のように、電気駆動ポンプ21について好適な例について説明したが、電気駆動ポンプ21は、この形態に必ずしも限られない。本発明では、遠心型のポンプで説明したが、軸心型のポンプであってもよい。外部からの電力により、回転駆動して補助人工心臓の機能を果たせばどのような電気ポンプでもよい。 Although a preferred example of the electrically driven pump 21 has been described above, the electrically driven pump 21 is not necessarily limited to this form. Although the present invention has been described using a centrifugal pump, an axial type pump may also be used. Any electric pump may be used as long as it can be rotated by external electric power and performs the function of an auxiliary artificial heart.

〔磁気駆動ポンプ〕
磁気駆動ポンプ31は、図2(a)、図4にも示すように、磁気駆動ポンプのインペラ33、磁気駆動ポンプの永久磁石34、磁気駆動ポンプのハウジング35とからなる。
磁気駆動ポンプ31は、遠心型のポンプであり、電気的な回路(電気的な駆動力)を必要とせず、永久磁石34を外部から給電制御装置4の回転磁性体46で回転させることで駆動する
また、磁気駆動ポンプ31とは別体であってもよいが、磁気駆動ポンプ31の近傍に配置され、磁気駆動ポンプ31の回転数を検出する第二回転数検出手段32を備える。。
[Magnetic drive pump]
As shown in FIGS. 2A and 4, the magnetically driven pump 31 includes a magnetically driven pump impeller 33, a magnetically driven pump permanent magnet 34, and a magnetically driven pump housing 35.
The magnetically driven pump 31 is a centrifugal pump that does not require an electric circuit (electrical driving force) and is driven by rotating a permanent magnet 34 from the outside with a rotating magnetic body 46 of the power supply control device 4. In addition, although it may be separate from the magnetically driven pump 31, a second rotational speed detection means 32 that is arranged near the magnetically driven pump 31 and detects the rotational speed of the magnetically driven pump 31 is provided. .

図2(a),図4Aに示す、インペラ33は、上部が流路となる間隙の開いた回転軸に複数の羽が取り付けられ、下部に永久磁石34を保持する部位をもうけた回転子である。羽の形状は特に限定されず、ポンプの機能を果たせるのであればどのような形状であってもよい。羽の材質は好適にはアクリル樹脂が用いられるが、これに限らず、生体適合性の材質であればどのようなものでも用いることができる。 The impeller 33 shown in FIGS. 2(a) and 4A is a rotor in which a plurality of blades are attached to a rotating shaft with a gap in which the upper part serves as a flow path, and a part for holding a permanent magnet 34 is provided in the lower part. be. The shape of the vanes is not particularly limited, and may be any shape as long as it can fulfill the function of a pump. Acrylic resin is preferably used as the material for the wings, but the material is not limited to this, and any biocompatible material can be used.

図2(a),図4Bに示す、永久磁石34は、インペラ33を構成する羽部の下部等に一体に接合された部材の内部に設けられる。永久磁石は、磁極が回転面の半分がN極の永久磁石であり、もう半分がS極の永久磁石であり、回転面となる位置の磁極の異なる二つの永久磁石を接合して用いられる。なお、この実施例では2つの永久磁石34を用いているが、二つ以上の永久磁石を用いてもよい。永久磁石34としてはネオジム磁石等の強い磁力を持つものが用いられる。
永久磁石34は、給電制御装置4の回転磁性体46の磁力によって回転駆動される。
The permanent magnet 34 shown in FIGS. 2A and 4B is provided inside a member that is integrally joined to the lower part of the blade portion of the impeller 33, etc. A permanent magnet is a permanent magnet whose magnetic pole is a north pole on one half of the rotating surface, and a permanent magnet whose magnetic pole is an south pole on the other half, and is used by joining two permanent magnets with different magnetic poles on the rotating surface. Although two permanent magnets 34 are used in this embodiment, two or more permanent magnets may be used. As the permanent magnet 34, a magnet having strong magnetic force such as a neodymium magnet is used.
The permanent magnet 34 is rotationally driven by the magnetic force of the rotating magnetic body 46 of the power supply control device 4 .

図2(a),図4C,Dに示す、ハウジング35は、軸心方向に延びる吸入口と遠心方向に延びる吐出口を備え、磁気駆動ポンプ31の外形構成し、インペラ33等を内包する。吸入口は、中心軸中央に設けられ、吐出口は、インペラ33の羽の周囲の遠心方向に設けられる。材質は好適にはアクリル樹脂が用いられるが、これに限らず、生体適合性の材質であればどのようなものでも用いることができる。 The housing 35 shown in FIGS. 2A, 4C, and D includes an inlet port extending in the axial direction and a discharge port extending in the centrifugal direction, forms the outer shape of the magnetically driven pump 31, and houses the impeller 33 and the like. The suction port is provided at the center of the central axis, and the discharge port is provided in the centrifugal direction around the blades of the impeller 33. Although acrylic resin is preferably used as the material, the material is not limited to this, and any biocompatible material can be used.

図2(a)に示す、磁気駆動ポンプ31の近傍に設けられた、第二回転数検出手段32は、コイルからなり、磁気駆動ポンプ31の永久磁石34の回転によって発生する磁界の変化による誘導起電力により発生する交流電流を検出することで、磁気駆動ポンプ31の回転数を検出する。第二回転数検出手段32は、内部制御部50に接続され、磁気駆動ポンプ31の回転数を内部制御部50に送る。 The second rotation speed detecting means 32, which is provided near the magnetically driven pump 31 shown in FIG. The rotational speed of the magnetically driven pump 31 is detected by detecting the alternating current generated by the electromotive force. The second rotation speed detection means 32 is connected to the internal control section 50 and sends the rotation speed of the magnetically driven pump 31 to the internal control section 50 .

磁気駆動ポンプ31は磁気駆動ポンプの永久磁石34の磁極面が、対外側に向くようにして胸骨の裏側や肋骨間に固定する。皮膚11の外表面に設置した給電制御装置4の回転磁性体46を回転駆動機構45で回転させ、この回転に磁気駆動ポンプ31の永久磁石34を同期させることで磁気駆動ポンプ31のインペラ33が回転し、遠心型ポンプとして機能する。
人工血管を所定の部位に装着し、血液を磁気駆動ポンプ31に流すことで人工心臓となる。
The magnetically driven pump 31 is fixed to the back side of the sternum or between the ribs with the magnetic pole surface of the permanent magnet 34 of the magnetically driven pump facing outward. The rotary magnetic body 46 of the power supply control device 4 installed on the outer surface of the skin 11 is rotated by the rotary drive mechanism 45, and the impeller 33 of the magnetically driven pump 31 is rotated by synchronizing the permanent magnet 34 of the magnetically driven pump 31 with this rotation. It rotates and functions as a centrifugal pump.
An artificial heart is created by attaching an artificial blood vessel to a predetermined site and causing blood to flow through the magnetically driven pump 31.

以上のように、磁気駆動ポンプ31について好適な例について説明したが、磁気駆動ポンプ31とは、この形態に必ずしも限られない。本発明では、遠心型のポンプで説明したが、軸心型のポンプであってもよい。電力の供給なく、外部からの磁力により、回転駆動して補助人工心臓の機能を果たせばどのような磁気駆動ポンプでもよい。 As mentioned above, although a preferred example of the magnetically driven pump 31 has been described, the magnetically driven pump 31 is not necessarily limited to this form. Although the present invention has been described using a centrifugal pump, an axial type pump may also be used. Any magnetically driven pump may be used as long as it can perform the function of an auxiliary artificial heart by being rotationally driven by external magnetic force without power supply.

〔内部制御部〕
内部制御部(コントローラー)50は、電気駆動ポンプ21を制御する部位である。内部制御部50はCentral Processing Unit(CPU)等のワンボードマイクロコンピュータで構成される。内部制御部50はCPUに限らず各種、同様の制御ができればどのようなものを用いてもよい。また、内部制御部50は不図示のメモリー等の記憶媒体を備えていてもよい。記憶媒体に、制御プログラムや、電気駆動ポンプ21の制御情報、第一回転数検出手段22からの回転数の情報、第二回転数検出手段32からの回転数の情報などを記憶してもよい。
[Internal control section]
The internal control unit (controller) 50 is a part that controls the electrically driven pump 21. The internal control unit 50 is composed of a one-board microcomputer such as a central processing unit (CPU). The internal control section 50 is not limited to the CPU, but may be any other device that can perform similar control. Further, the internal control unit 50 may include a storage medium such as a memory (not shown). The storage medium may store a control program, control information for the electrically driven pump 21, rotation speed information from the first rotation speed detection means 22, rotation speed information from the second rotation speed detection means 32, etc. .

内部制御部50は電気駆動ポンプ21を制御する一方で、電気駆動ポンプ21の回転数を内部制御部50に接続された第一回転数検出手段22から検出する。内部制御部50は、さらに、第二回転数検出手段32に接続され、第二回転数検出手段32から、磁気駆動ポンプ31の回転数を得る。内部制御部50は、補助人工心臓の出力が所定の範囲内になるように、電気駆動ポンプ21の回転数、磁気駆動ポンプ31の回転数の合計が所定の値の範囲になるように、電気駆動ポンプ21を制御する。
内部制御部50は体内バッテリー51を内包し、或いは、接続されており、体内バッテリー51の電気エネルギーで駆動される。
The internal control section 50 controls the electrically driven pump 21 and detects the rotational speed of the electrically driven pump 21 from the first rotational speed detection means 22 connected to the internal control section 50 . The internal control unit 50 is further connected to the second rotation speed detection means 32 and obtains the rotation speed of the magnetically driven pump 31 from the second rotation speed detection means 32 . The internal control unit 50 controls the electric current so that the output of the auxiliary artificial heart falls within a predetermined range, and the sum of the rotation speeds of the electrically driven pump 21 and the magnetically driven pump 31 falls within a predetermined value range. Controls the drive pump 21.
The internal control unit 50 includes or is connected to an internal battery 51, and is driven by the electrical energy of the internal battery 51.

内部バッテリー51は、電気駆動ポンプ21及び内部制御部50に電力を供給するもので、また、内部コイル52から電力の供給を受け、充電されるものである。具体的な内部バッテリー51は充放電可能な小型で容量のある二次電池であるのが望ましく、好適にはリチウムイオン二次電池が用いられる。 The internal battery 51 supplies power to the electrically driven pump 21 and the internal control unit 50, and is also charged by receiving power from the internal coil 52. Specifically, the internal battery 51 is desirably a small rechargeable and dischargeable secondary battery with a large capacity, and preferably a lithium ion secondary battery is used.

内部コイル52は、体内バッテリー51に接続され、体内バッテリー51を充電する電力を給電制御装置4から受け取るものである。内部コイル52は、給電制御装置4の外部コイル42と間の電磁誘導作用を利用して経皮的にエネルギーを受け取り、給電することができる。 The internal coil 52 is connected to the internal battery 51 and receives power for charging the internal battery 51 from the power supply control device 4 . The internal coil 52 can transcutaneously receive energy and supply power using electromagnetic induction between the internal coil 52 and the external coil 42 of the power supply control device 4 .

〔給電制御装置〕
次に、給電制御装置4について説明する。
給電制御装置4は、外部電源41、内部コイル52に、電気エネルギーを伝送する外部コイル42、回転駆動機構45及び回転磁性体46とからなる。
給電制御装置4は外部コイル42を用いて、内部コイル52を介し、体内バッテリー51を充電し、回転磁性体46を用いて、永久磁石34を回転させることで、磁気駆動ポンプ31を電力なしに駆動するものである。
[Power supply control device]
Next, the power supply control device 4 will be explained.
The power supply control device 4 includes an external power source 41 , an external coil 42 that transmits electrical energy to an internal coil 52 , a rotational drive mechanism 45 , and a rotating magnetic body 46 .
The power supply control device 4 uses the external coil 42 to charge the internal battery 51 via the internal coil 52, and uses the rotating magnetic body 46 to rotate the permanent magnet 34, so that the magnetically driven pump 31 can be operated without electric power. It is something that is driven.

外部電源41は、給電制御装置4の電源であり、電力を供給することができればどのようなものでも良い。ポータブル性を高めるためには、電池等を用いてもよい。 The external power supply 41 is a power supply for the power supply control device 4, and may be any type of power supply as long as it can supply power. A battery or the like may be used to increase portability.

外部コイル42は、外部電源41と接続され、体内に埋め込まれた内部コイル52が存在する皮膚11の近傍に接近させ、経皮的に、外部コイル42と内部コイル52と間の電磁誘導作用を利用して電力を伝送するものである。この手法としては現在、経皮エネルギー伝達システム(TETS)で用いられているものを用いればよい。 The external coil 42 is connected to an external power source 41 and brought close to the skin 11 where the internal coil 52 implanted in the body is present, so that the electromagnetic induction effect between the external coil 42 and the internal coil 52 is transcutaneously induced. It is used to transmit electricity. As this method, one currently used in transcutaneous energy transfer systems (TETS) may be used.

ただし、従来の手法では、15W近くの大電力を継続的に加える必要があった。しかし、本発明では、磁気駆動ポンプ31が設けられているため、電気駆動ポンプ21を停止させても問題ないため、外部コイル42が体温より非常に大きくなることのない、5W以下の低電力で電力を供給し充電することができる。そのため、患者の熱傷の恐れをほとんどなくすことができる。 However, in the conventional method, it was necessary to continuously apply a large power of nearly 15W. However, in the present invention, since the magnetically driven pump 31 is provided, there is no problem even if the electrically driven pump 21 is stopped, so the external coil 42 can be operated at a low power of 5 W or less without becoming much larger than the body temperature. It can supply power and charge. Therefore, the risk of burns to the patient can be almost eliminated.

回転駆動機構45は、図4Eに示されるように、外部電源41からの電力により回転する機構である。回転により回転磁性体46を回転させることができる。回転駆動機構45は、例えば、電動モーター等のもので構成することができる。 The rotational drive mechanism 45 is a mechanism that rotates using electric power from the external power source 41, as shown in FIG. 4E. The rotation allows the rotating magnetic body 46 to rotate. The rotational drive mechanism 45 can be composed of, for example, an electric motor.

回転磁性体46は、図4Eに示されるように、回転駆動機構45により回転する部材である。回転磁性体は、図4Fに示される永久磁石が、二つ埋め込まれたものである。埋め込まれた二つの永久磁石は、皮膚11に押し当てられる磁石表面の磁場が、S極と、N極というように別の極となるように配置されている。永久磁石は、ネオジム磁石などの強力な磁力を持つものであるのが好ましい。なお、埋め込まれる磁石は二つ以上であってもよい。
回転磁性体46は、体内に埋め込まれた磁気駆動ポンプ31の永久磁石34が存在する皮膚11の近傍に接近させ、経皮的に、磁界を与えることで、永久磁石34と磁気カップリングさせて磁気駆動ポンプ31を駆動するものである。このため、磁気駆動ポンプ31は、電力を必要としない。
The rotating magnetic body 46 is a member that is rotated by the rotational drive mechanism 45, as shown in FIG. 4E. The rotating magnetic body has two embedded permanent magnets shown in FIG. 4F. The two embedded permanent magnets are arranged so that the magnetic fields on the surface of the magnets pressed against the skin 11 have different poles, such as the south pole and the north pole. Preferably, the permanent magnet has a strong magnetic force, such as a neodymium magnet. Note that two or more magnets may be embedded.
The rotating magnetic body 46 is brought close to the skin 11 where the permanent magnet 34 of the magnetically driven pump 31 implanted in the body exists, and is magnetically coupled to the permanent magnet 34 by applying a magnetic field transcutaneously. It drives the magnetically driven pump 31. Therefore, the magnetically driven pump 31 does not require electric power.

〔第1実施形態に係る補助人工心臓システムの実際の使用〕
図3は、本発明に係るワイヤレス補助人工心臓システム100を実際に患者に接続した際の模式図である。
[Actual use of the auxiliary artificial heart system according to the first embodiment]
FIG. 3 is a schematic diagram when the wireless ventricular assist device system 100 according to the present invention is actually connected to a patient.

図3に示す皮膚11は、補助人工心臓装置1が埋め込まれた近傍の皮膚を示し、右側が体内側、左側が対外側を意味する。
図3の12~17は、心臓周辺の模式図であり、左心室12、右心室13、左心房14、右心房15、大動脈16、肺動脈17をあらわす。
The skin 11 shown in FIG. 3 shows the skin in the vicinity where the ventricular assist device 1 is implanted, and the right side means the inside of the body and the left side means the outside.
Reference numerals 12 to 17 in FIG. 3 are schematic diagrams of the surroundings of the heart, and represent the left ventricle 12, right ventricle 13, left atrium 14, right atrium 15, aorta 16, and pulmonary artery 17.

図3では、本発明の補助人工心臓装置1の人工血管10の電気駆動ポンプ21に接続された逆の端部を左心室12に接続し、磁気駆動ポンプに接続された人工血管10の逆の端部を大動脈16に接続している。 In FIG. 3, the opposite end of the artificial blood vessel 10 of the ventricular assist device 1 of the present invention connected to the electrically driven pump 21 is connected to the left ventricle 12, and the opposite end of the artificial blood vessel 10 connected to the magnetically driven pump is connected to the left ventricle 12. The end is connected to the aorta 16.

図3の例では、電気駆動ポンプ21は、人工血管10を介して左心室12の近傍に接続される。
磁気駆動ポンプ31は、前述のように、永久磁石34の面を胸骨の裏側や肋骨間に固定する。
In the example of FIG. 3, the electrically driven pump 21 is connected to the vicinity of the left ventricle 12 via the artificial blood vessel 10.
As described above, the magnetically driven pump 31 fixes the surface of the permanent magnet 34 on the back side of the sternum or between the ribs.

図3において、本発明の補助人工心臓装置1の人工血管10を左心室12と、大動脈16との間に接続することで、人工血管10、電気駆動ポンプ21,磁気駆動ポンプ31に血液が流れる。
この状態で、電気駆動ポンプ21、磁気駆動ポンプ31を前述の手法により駆動することで、それぞれが、遠心型ポンプとなり、補助人工心臓の役割を果たす。
In FIG. 3, by connecting the artificial blood vessel 10 of the auxiliary artificial heart device 1 of the present invention between the left ventricle 12 and the aorta 16, blood flows to the artificial blood vessel 10, the electrically driven pump 21, and the magnetically driven pump 31. .
In this state, by driving the electrically driven pump 21 and the magnetically driven pump 31 by the method described above, each becomes a centrifugal pump and plays the role of an auxiliary artificial heart.

このとき、補助人工心臓装置1全体の補助人工心臓のポンプとしての出力が一定になるようにする必要がある。つまり、電気駆動ポンプ21の出力と磁気駆動ポンプ31の出力の合計が一定になる必要がある。 At this time, it is necessary to ensure that the output of the entire auxiliary artificial heart device 1 as a pump is constant. In other words, the sum of the output of the electrically driven pump 21 and the output of the magnetically driven pump 31 needs to be constant.

一つの手法として、出力は、電気駆動ポンプ21の回転数と磁気駆動ポンプ31の回転数の合計で決定される。磁気駆動ポンプ31が高回転のときは、電気駆動ポンプ21は低回転ないしは無回転であり、磁気駆動ポンプ31が低回転ないしは無回転のときは、電気駆動ポンプ21は高回転となる。
内部制御部50により、電気駆動ポンプ21の回転数と磁気駆動ポンプ31の回転数の合計が一定の範囲内になるように制御される。
As one method, the output is determined by the sum of the rotation speed of the electrically driven pump 21 and the rotation speed of the magnetically driven pump 31. When the magnetically driven pump 31 rotates at a high speed, the electrically driven pump 21 rotates at a low speed or does not rotate, and when the magnetically driven pump 31 rotates at a low speed or does not rotate, the electrically driven pump 21 rotates at a high speed.
The internal control unit 50 controls the total number of rotations of the electrically driven pump 21 and the magnetically driven pump 31 to be within a certain range.

回転数の制御は、前述のように、内部制御部50により行われる。内部制御部50は、電気駆動ポンプ21の回転数を検出する第一回転数検出手段22と、磁気駆動ポンプ31の回転数を検出する第二回転数検出手段32との情報から、電気駆動ポンプ21と磁気駆動ポンプ31の回転数の合計が、所定の範囲内になるように制御する。 The rotation speed is controlled by the internal control section 50, as described above. The internal control unit 50 detects the electrically driven pump based on information from the first rotational speed detection means 22 that detects the rotational speed of the electrically driven pump 21 and the second rotational speed detection means 32 that detects the rotational speed of the magnetically driven pump 31. 21 and the magnetic drive pump 31 so that the total number of rotations is within a predetermined range.

第二回転数検出手段32により磁気駆動ポンプ31の回転数の情報を得た内部制御部50は、全体の出力が維持される所定の範囲の回転数に対しての差分を求め、電気駆動ポンプ21を駆動する回転数を決定し、電気駆動ポンプ21を制御するデューティ比の矩形パルス波の信号を送り、矩形パルス波のデューティ比に応じた信号の回転数で電気駆動ポンプ21の回転数を変動させ、電気駆動ポンプ21と、磁気駆動ポンプ31との全体の回転数が所定の範囲になるように制御する。 The internal control unit 50, which has obtained information on the rotation speed of the magnetically driven pump 31 by the second rotation speed detection means 32, calculates the difference between the rotation speed within a predetermined range in which the overall output is maintained, and 21, sends a rectangular pulse wave signal with a duty ratio to control the electric drive pump 21, and controls the rotation speed of the electric drive pump 21 at the rotation speed of the signal according to the duty ratio of the rectangular pulse wave. The rotational speed of the electrically driven pump 21 and the magnetically driven pump 31 is controlled so that the overall rotational speed is within a predetermined range.

体内バッテリー51への給電は、体内バッテリー51の充電と、電気駆動ポンプ21の駆動に伴う放電を行う場合、大電力が必要となるため、磁気駆動ポンプ31が動いている間に(電気駆動ポンプ21が停止している間に)経皮エネルギー伝送システムによって行われるのが好ましい。 Power supply to the internal battery 51 requires a large amount of power when charging the internal battery 51 and discharging it when the electrically driven pump 21 is driven. 21) is preferably performed by a transcutaneous energy delivery system.

〔第2実施形態に係る補助人工心臓システム〕
本発明の第1実施形態に係るワイヤレス補助人工心臓システム100では、補助人工心臓装置1の電気駆動ポンプ21、磁気駆動ポンプ31は、直列で接続した場合について説明した。
[Auxiliary artificial heart system according to the second embodiment]
In the wireless artificial heart system 100 according to the first embodiment of the present invention, the electrically driven pump 21 and the magnetically driven pump 31 of the artificial heart device 1 are connected in series.

しかし、補助人工心臓装置1の電気駆動ポンプ21、磁気駆動ポンプ31は直列に限らず、並列に接続しても本発明の課題を可能である。
この場合、人工血管10は、心臓近傍の大動脈16に接続されていない側に分岐部を有し、分岐部から延びる人工血管10のそれぞれに、電気駆動ポンプ21、磁気駆動ポンプ31が接続される。そして、電気駆動ポンプ21、磁気駆動ポンプ31のもう一方の接続部に、それぞれ、人工血管10が接続され、それぞれの人工血管10は、別の分岐部で合流し、分岐部から延びる端部が心臓の左心室12に接続される。なお、それぞれの分岐部には、流路を切り替える弁を設けてもよい。
However, the electrically driven pump 21 and the magnetically driven pump 31 of the auxiliary artificial heart device 1 are not limited to being connected in series, but the problems of the present invention can be achieved even if they are connected in parallel.
In this case, the artificial blood vessel 10 has a branch part on the side not connected to the aorta 16 near the heart, and an electrically driven pump 21 and a magnetically driven pump 31 are connected to each of the artificial blood vessels 10 extending from the branch part. . The artificial blood vessels 10 are connected to the other connection parts of the electrically driven pump 21 and the magnetically driven pump 31, respectively, and each artificial blood vessel 10 joins at another branch part, and the ends extending from the branch part are connected to each other. It is connected to the left ventricle 12 of the heart. Note that each branch portion may be provided with a valve for switching the flow path.

並列に電気駆動ポンプ21、磁気駆動ポンプ31を接続した補助人工心臓装置1は、実施例1と同様、内部制御部50で全体の出力が一定になるように、回転数を制御することで補助人工心臓の役割を果たすことができる。 As in the first embodiment, the auxiliary artificial heart device 1, which has an electrically driven pump 21 and a magnetically driven pump 31 connected in parallel, provides assistance by controlling the rotational speed using the internal control unit 50 so that the overall output is constant. It can act as an artificial heart.

一方で、並列に電気駆動ポンプ21、磁気駆動ポンプ31を接続した補助人工心臓装置1は、完全に一方の駆動ポンプの駆動を停止すると、停止した側を流れる血液が滞留し、凝血する恐れがあるので、完全に停止することなく、流れを作る形で、弱い出力でも駆動させ続ける必要がある。或いは、駆動ポンプの駆動を停止した側に、循環流動機構を備え、血液の滞留を抑制してもよい。
また、分岐部に設けた弁で駆動を停止する駆動ポンプ側の流れを停止し、メンテナンスするようにしてもよい。
On the other hand, in the auxiliary artificial heart device 1 in which an electrically driven pump 21 and a magnetically driven pump 31 are connected in parallel, if one of the driving pumps is completely stopped, the blood flowing on the stopped side may stagnate and cause blood clots. Therefore, it is necessary to continue driving even with a weak output in a way that creates a flow without stopping completely. Alternatively, a circulation flow mechanism may be provided on the side where the driving pump is stopped to suppress blood stagnation.
Alternatively, maintenance may be performed by stopping the flow on the driving pump side using a valve provided at the branching portion.

並列に電気駆動ポンプ21、磁気駆動ポンプ31を接続した補助人工心臓装置1は、実施例1と同様の効果を得ることができる一方で、電気駆動ポンプ21、磁気駆動ポンプ31のどちらかに異常があった場合でも、片方の駆動ポンプを停止させて、メンテナンスを行うことができるため、患者を危険にさらす可能性が低くなる。 The auxiliary artificial heart device 1 in which the electrically driven pump 21 and the magnetically driven pump 31 are connected in parallel can obtain the same effect as in the first embodiment, but if there is an abnormality in either the electrically driven pump 21 or the magnetically driven pump 31. Even if something happens, one of the drive pumps can be stopped and maintenance can be performed, reducing the possibility of endangering the patient.

〔第1実施形態に係る補助人工心臓システムの実施例〕
以下に、本発明の実施例について記載する。なお、実施例に記載のものは本発明を実施する上での好適な例であり、大きさや形状は実施例の記載に限られるものではない。
[Example of the auxiliary artificial heart system according to the first embodiment]
Examples of the present invention will be described below. Note that the items described in the Examples are preferred examples for implementing the present invention, and the size and shape are not limited to those described in the Examples.

磁気駆動ポンプ31を以下の部材を用いて作成した。
図4Aに示すように、磁気駆動ポンプのインペラ33をアクリル樹脂で作成した。磁気駆動ポンのインペラ33は図4Aの下部に永久磁石34を収容可能である。また上部にインペラ33の複数の羽を有している。インペラの直径は25.2mm、永久磁石34の収容部からの高さは24.2mmであった。
A magnetically driven pump 31 was created using the following members.
As shown in FIG. 4A, the impeller 33 of the magnetically driven pump was made of acrylic resin. The impeller 33 of the magnetically driven pump can accommodate a permanent magnet 34 in the lower part of FIG. 4A. It also has a plurality of blades of an impeller 33 on the top. The diameter of the impeller was 25.2 mm, and the height of the permanent magnet 34 from the housing part was 24.2 mm.

図4Bに示すように、磁気駆動ポンプの永久磁石34は、半円状の二つの永久磁石を接合したものであり、二つの磁極は異なるようにして接合した。永久磁石はネオジム磁石を用いた。
永久磁石34の直径は23.4mm、高さは10.5mmでインペラ33に収容可能に構成した。
As shown in FIG. 4B, the permanent magnet 34 of the magnetically driven pump is made by joining two semicircular permanent magnets, and the two magnetic poles are joined so that they are different from each other. A neodymium magnet was used as the permanent magnet.
The permanent magnet 34 has a diameter of 23.4 mm and a height of 10.5 mm, and is configured to be housed in the impeller 33.

図4C、Dに示すように、磁気駆動ポンプのハウジング35はインペラ33を収容可能なもので、アクリル樹脂で作成した。ハウジング35の遠心流路部分を含めた直径は45.2mmで、高さは37.4mmであった。 As shown in FIGS. 4C and 4D, the housing 35 of the magnetically driven pump is capable of housing the impeller 33 and is made of acrylic resin. The diameter of the housing 35 including the centrifugal flow path portion was 45.2 mm, and the height was 37.4 mm.

磁気駆動ポンプ31は、インペラ31に、永久磁石34を保持したうえで、ハウジング35に収容して作成した。 The magnetically driven pump 31 was created by holding a permanent magnet 34 in an impeller 31 and housing the permanent magnet 34 in a housing 35.

磁気駆動ポンプ31を駆動する駆動機構は以下のように作成した。
図4Eに給電制御装置4の回転駆動部45と、回転磁性体46とを示す。回転駆動部45は市販のモーター(Maxon製)をもちいた。回転磁性体46は回転駆動部45の回転軸に取り付けた。回転磁性体46はナイロンで構成し、永久磁石34と対向する位置になる部位に、磁極が互いに異なるように配置した二つの永久磁石47が埋め込まれている。回転駆動部45と、回転磁性体46とは直径は38.6mm、長さ56.4mmとなった。図4Fに回転磁性体46に埋め込まれる永久磁石47を示す。永久磁石47はネオジム磁石(表面磁束密度593mT)であり、10mm×20mm×15mmの直方体形状とした。
A drive mechanism for driving the magnetically driven pump 31 was created as follows.
FIG. 4E shows the rotation drive unit 45 and the rotating magnetic body 46 of the power supply control device 4. A commercially available motor (manufactured by Maxon) was used as the rotation drive unit 45. The rotating magnetic body 46 was attached to the rotating shaft of the rotating drive unit 45. The rotating magnetic body 46 is made of nylon, and two permanent magnets 47 are embedded in a portion facing the permanent magnet 34, the magnetic poles of which are arranged to be different from each other. The rotation drive unit 45 and the rotating magnetic body 46 had a diameter of 38.6 mm and a length of 56.4 mm. FIG. 4F shows a permanent magnet 47 embedded in the rotating magnetic body 46. The permanent magnet 47 was a neodymium magnet (surface magnetic flux density 593 mT) and had a rectangular parallelepiped shape of 10 mm x 20 mm x 15 mm.

図4の右に、卓上で実施したときの磁気駆動ポンプ31と給電制御装置4との配置を示す。磁気駆動ポンプ31の永久磁石34と、回転磁性体46の永久磁石47とが対向するように配置した。皮膚に見立てた間隙として、磁気駆動ポンプ31の永久磁石34と、回転磁性体46の永久磁石47を20mm離間して設置した。 The right side of FIG. 4 shows the arrangement of the magnetically driven pump 31 and the power supply control device 4 when implemented on a tabletop. The permanent magnet 34 of the magnetically driven pump 31 and the permanent magnet 47 of the rotating magnetic body 46 were arranged to face each other. The permanent magnet 34 of the magnetically driven pump 31 and the permanent magnet 47 of the rotating magnetic body 46 were placed 20 mm apart to provide a gap similar to the skin.

次に、電気駆動ポンプ21を以下の部材を用いて作成した。
図5Gに示すように、電気駆動ポンプのインペラ23は、上部の永久磁石保持部27に、永久磁石26を嵌め込んでいる。永久磁石26は、外周面にS極、N極が交互に現れるように永久磁石保持部27に保持されている。一方、下部には複数の羽を有する。インペラはアクリル樹脂で作成した。インペラ23の高さは27.4mm、外径は22.8mmであった。
Next, an electrically driven pump 21 was created using the following members.
As shown in FIG. 5G, the impeller 23 of the electrically driven pump has a permanent magnet 26 fitted into the upper permanent magnet holding part 27. The permanent magnet 26 is held by a permanent magnet holding portion 27 so that S poles and N poles alternately appear on the outer peripheral surface. On the other hand, the lower part has multiple wings. The impeller was made of acrylic resin. The height of the impeller 23 was 27.4 mm, and the outer diameter was 22.8 mm.

図5H,Iに電気駆動ポンプのハウジング24を示す。ハウジング24は、アクリル樹脂で作成した。ハウジング24の遠心流路部分を含めた直径は44.8mmで、高さは48.4mmであった。 The housing 24 of the electrically driven pump is shown in FIGS. 5H and 5I. The housing 24 was made of acrylic resin. The diameter of the housing 24 including the centrifugal flow path portion was 44.8 mm, and the height was 48.4 mm.

図5の下部に電気駆動ポンプのケーシング28と、ケーシング28に配置された、複数のコイル25を示す。コイル25は鉄心に銅線を巻いて作成した。コイル25はケーシング28で、電気駆動ポンプのハウジング24を覆うように構成される。ケーシング28はハウジング24を内包した際に、コイル25と、インペラ23の永久磁石26が対向する位置になるようコイル25が設けられる。 In the lower part of FIG. 5, a casing 28 of the electrically driven pump and a plurality of coils 25 arranged in the casing 28 are shown. The coil 25 was created by winding copper wire around an iron core. The coil 25 is configured with a casing 28 to cover the housing 24 of the electrically driven pump. When the casing 28 encloses the housing 24, the coil 25 is provided so that the coil 25 and the permanent magnet 26 of the impeller 23 face each other.

電気駆動ポンプ21は、インペラ23をハウジング24に内包した上で、コイル25を配置したケーシング28で覆うように内包させることで作成した。 The electrically driven pump 21 was created by enclosing an impeller 23 in a housing 24 and then enclosing it in a casing 28 in which a coil 25 was disposed.

〔第1実施形態に係る補助人工心臓システムの実施例を用いた実験〕
図6に本発明のワイヤレス補助人工心臓システム100を用いた卓上耐久試験時の実際の写真を示す。
[Experiment using the example of the auxiliary artificial heart system according to the first embodiment]
FIG. 6 shows an actual photograph during a tabletop durability test using the wireless artificial heart assist system 100 of the present invention.

図6の手前(下部)に、本発明のワイヤレス補助人工心臓システム100を配置した。電気駆動ポンプ21は、内部制御部50に相当する部位、体内バッテリー51、内部コイル52に接続されており、経皮的な電力供給(経皮エネルギー伝達システム(TETS))を再現する形で、外部コイル42を用いてエネルギーの伝送を行った。 The wireless ventricular assist device system 100 of the present invention was placed in the front (bottom) of FIG. 6 . The electrically driven pump 21 is connected to a portion corresponding to the internal control unit 50, an internal battery 51, and an internal coil 52, and reproduces transcutaneous power supply (transcutaneous energy transfer system (TETS)). Energy was transferred using an external coil 42.

補助人工心臓装置1は医療用のチューブで人工血管を模擬したものを、心臓周辺の循環系に見立てた密閉アクリルボックス120に接続した。密閉アクリルボックス120は、心臓や、心臓周辺の循環系の条件を模擬的に再現するように構成されいる。開放アクリルボックス114を左心房に見立てている。開放アクリルボックス114の圧力は、電動駆動ポンプ21の吸入口の圧力が5mmHg~10mmHgになるように、水面の高さを調節した。
また、密閉アクリルボックス120内に水栓バルブ121を設け、体血管抵抗に相当するように制御した。
The auxiliary artificial heart device 1 includes a medical tube simulating an artificial blood vessel connected to a sealed acrylic box 120 that resembles a circulatory system around the heart. The closed acrylic box 120 is configured to simulate the conditions of the heart and the circulatory system around the heart. The open acrylic box 114 is likened to the left atrium. The pressure in the open acrylic box 114 was adjusted to the height of the water surface so that the pressure at the inlet of the electrically driven pump 21 was 5 mmHg to 10 mmHg.
In addition, a faucet valve 121 was provided in the sealed acrylic box 120 and controlled to correspond to systemic vascular resistance.

人工血管とした医療用のチューブの部位に、流量計123を設け、医療用のチューブの流量の変化を測定した。
また、密閉アクリルボックス120内の圧力(循環器系内部の圧力に対応)を測定する圧力計122を設けた。
実験では、血液の密度は水とほぼ同じであることから、水を用いて実験を行った。
A flow meter 123 was provided at the site of the medical tube used as the artificial blood vessel, and changes in the flow rate of the medical tube were measured.
Additionally, a pressure gauge 122 was provided to measure the pressure inside the sealed acrylic box 120 (corresponding to the pressure inside the circulatory system).
In the experiment, water was used because the density of blood is almost the same as water.

実験では、3時間、電気駆動ポンプ21を駆動させ、残りの21時間、磁気駆動ポンプ31を駆動させた。電気駆動ポンプ21から、磁気駆動ポンプ31への切り替え時には、出力が所定の範囲内に維持されように、電気駆動ポンプ21と、磁気駆動ポンプ31との回転数を制御して切り替えを行った。 In the experiment, the electrically driven pump 21 was driven for 3 hours, and the magnetically driven pump 31 was driven for the remaining 21 hours. When switching from the electrically driven pump 21 to the magnetically driven pump 31, the rotation speeds of the electrically driven pump 21 and the magnetically driven pump 31 were controlled so that the output was maintained within a predetermined range.

〔第1実施形態に係る補助人工心臓システムの実施例を用いた実験の結果〕
図7に1週間の耐久テストを行ったワイヤレス補助人工心臓システム100を用いた卓上耐久試験の結果を示す。
[Results of experiments using the example of the auxiliary artificial heart system according to the first embodiment]
FIG. 7 shows the results of a tabletop durability test using the wireless artificial heart assist system 100, which was subjected to a one-week durability test.

図7に示す表では横から、流量計123で測定した磁気駆動ポンプ31の流量、圧力計122で測定した磁気駆動ポンプ31の圧較差、電気駆動ポンプ21の流量、電気駆動ポンプ21の圧較差、体内バッテリー51の消費電力、TETSでの供給電力、TETSでの電力供給時間、TETSでの総供給電力、一次コイル(外部コイル42)温度、二次コイル(内部コイル52)温度を示す。 In the table shown in FIG. 7, from the side, the flow rate of the magnetically driven pump 31 measured by the flow meter 123, the pressure range of the magnetically driven pump 31 measured by the pressure gauge 122, the flow rate of the electrically driven pump 21, and the pressure range of the electrically driven pump 21. , the power consumption of the internal battery 51, the power supplied in TETS, the power supply time in TETS, the total power supplied in TETS, the primary coil (external coil 42) temperature, and the secondary coil (internal coil 52) temperature.

耐久テストでは、それぞれの値の変動が経時的にほとんどなかったため、磁気駆動ポンプ31から電気駆動ポンプ21に切り替えてから20~30分前後の時間においての値を1週間の間、記録している。 In the durability test, there was almost no change in each value over time, so the values were recorded for one week around 20 to 30 minutes after switching from the magnetically driven pump 31 to the electrically driven pump 21. .

1週間の耐久テスト期間中、電気駆動ポンプと磁気駆動ポンプともにハウジングやインペラに明らかな損傷は見られなかった。また、磁気駆動ポンプ31と電気駆動ポンプ21の切り替え時も、出力を保ったまま安定して切り替えることができた。また図7に示されるように、1週間の耐久テスト中にポンプの流量、圧力の低下はなく、コイルの温度も体温に近い、40℃以下を保ち充電することができた。経皮エネルギー電送システムによる体内バッテリーへの充電も問題なく行われ、1日のうち3時間は電気駆動ポンプが循環を担った。 During the one-week durability test, there was no obvious damage to the housing or impeller of either the electrically driven pump or the magnetically driven pump. Furthermore, when switching between the magnetically driven pump 31 and the electrically driven pump 21, the switching could be done stably while maintaining the output. Furthermore, as shown in FIG. 7, there was no drop in pump flow rate or pressure during the one-week durability test, and the coil temperature was maintained at 40° C. or lower, close to body temperature, and charging was possible. The transcutaneous energy transmission system was used to charge the body's internal battery without any problems, and an electrically driven pump was responsible for circulation for three hours a day.

以上のように本発明のワイヤレス補助人工心臓システム100は、心臓周辺の環境を模擬した状況でも問題なく動作することを確認できた。 As described above, it was confirmed that the wireless artificial heart system 100 of the present invention operates without problems even in a situation simulating the environment around the heart.

〔発明の効果〕
本発明において、磁気駆動ポンプ31については、回転磁性体46と磁気駆動ポンプの永久磁石34間に回転中であっても、磁力による吸引力が働くため位置ずれが起きづらくなる。
〔Effect of the invention〕
In the present invention, with respect to the magnetically driven pump 31, even during rotation, an attractive force due to magnetic force acts between the rotating magnetic body 46 and the permanent magnet 34 of the magnetically driven pump, making it difficult for misalignment to occur.

本発明において、経皮エネルギー伝送システムによる体内バッテリー51への充電は磁気駆動ポンプ31の駆動中に行うため、従来の電気駆動ポンプ21を駆動中に行う場合、充電と放電を両方行うために必要であった大電力の供給が必要とならず、低電力で時間をかけて充電できる。そのため、内部コイル52と、外部コイル42の温度上昇が抑えられる。万が一、高温になっても、磁気駆動ポンプ31が血液循環を担うため、従来のシステムとは違って給電を中止することができる。そのため皮膚の熱傷のリスクが小さい。 In the present invention, charging of the internal battery 51 by the transcutaneous energy transmission system is performed while the magnetically driven pump 31 is being driven. There is no need to supply large amounts of power, which was previously the case, and charging can be done over time with low power. Therefore, temperature increases in the internal coil 52 and the external coil 42 are suppressed. Even if the temperature rises, the magnetic drive pump 31 is responsible for blood circulation, so unlike conventional systems, power supply can be stopped. Therefore, the risk of skin burns is small.

本発明では、磁気駆動ポンプ31については、回転磁性体46を回転駆動体45で回転させ、磁気駆動ポンプ31の永久磁石34と回転磁性体46を同期させて回転させるシンプルな構造のため、機械故障による動作不良が起きづらい。仮に動作不良が起きても、磁石の位置関係が原因なので、切開を伴う侵襲的な処置なしに対応できる可能性が高い。 In the present invention, the magnetic drive pump 31 has a simple structure in which the rotary magnetic body 46 is rotated by the rotary drive body 45, and the permanent magnet 34 of the magnetic drive pump 31 and the rotary magnetic body 46 are rotated in synchronization. Malfunctions due to malfunctions are less likely to occur. Even if a malfunction were to occur, the problem is due to the positional relationship of the magnets, so there is a high possibility that it can be resolved without invasive procedures that require incisions.

本発明では、電気駆動ポンプ21については、体内バッテリー51が体内に存在するため、電気駆動ポンプ21の駆動中は、給電制御装置4の体外のデバイスが不要になり、使用者の行動が制限されない。 In the present invention, for the electrically driven pump 21, since the internal battery 51 is present in the body, the device outside the body of the power supply control device 4 is not required while the electrically driven pump 21 is being driven, and the user's actions are not restricted. .

1: 補助人工心臓装置
4: 給電制御装置
10: 人工血管
11: 皮膚
12: 左心室
13: 右心室
14: 左心房
15: 右心房
16: 大動脈
17: 肺動脈
21: 電気駆動ポンプ
22: 第一回転数検出手段
23: 電気駆動ポンプのインペラ
24: 電気駆動ポンプのハウジング
25: 電気駆動ポンプのコイル
26: 永久磁石
27: 永久磁石保持部
28: ケーシング
31: 磁気駆動ポンプ
32: 第二回転数検出手段
33: 磁気駆動ポンプのインペラ
34: 磁気駆動ポンプの永久磁石
35: 磁気駆動ポンプのハウジング
41: 外部電源
42: 外部コイル
45: 回転駆動機構
46: 回転磁性体
47: 永久磁石
50: 内部制御部
51: 体内バッテリー
52: 内部コイル
100:ワイヤレス補助人工心臓システム
114:開放アクリルボックス
120:密閉アクリルボックス
121:水栓バルブ
122:圧力計
123:流量計
1: Assistive heart artificial heart device 4: Power supply control device 10: Artificial blood vessel 11: Skin 12: Left ventricle 13: Right ventricle 14: Left atrium 15: Right atrium 16: Aorta 17: Pulmonary artery 21: Electrically driven pump 22: First rotation Number detection means 23: Impeller 24 of the electrically driven pump: Housing 25 of the electrically driven pump: Coil 26 of the electrically driven pump: Permanent magnet 27: Permanent magnet holding part 28: Casing 31: Magnetically driven pump 32: Second rotation speed detection means 33: Impeller of magnetic drive pump 34: Permanent magnet of magnetic drive pump 35: Housing of magnetic drive pump 41: External power supply 42: External coil 45: Rotation drive mechanism 46: Rotating magnetic body 47: Permanent magnet 50: Internal control unit 51 : Internal battery 52: Internal coil 100: Wireless auxiliary artificial heart system 114: Open acrylic box 120: Sealed acrylic box 121: Faucet valve 122: Pressure gauge 123: Flow meter

Claims (6)

心臓の活動を補助する補助人工心臓装置において、
心臓と人工血管を介して接続し心臓の活動を補助する電気駆動ポンプと、
前記電気駆動ポンプと人工血管を介して接続し、且つ、大動脈と人工血管を介して接続する磁気駆動ポンプと、
前記磁気駆動ポンプと前記電気駆動ポンプの出力を制御する制御部と、
を有するワイヤレス補助人工心臓装置。
In ventricular assist devices that assist cardiac activity,
An electrically driven pump that connects to the heart via an artificial blood vessel and assists the heart's activity.
a magnetically driven pump connected to the electrically driven pump via an artificial blood vessel and connected to the aorta via the artificial blood vessel;
a control unit that controls outputs of the magnetically driven pump and the electrically driven pump;
Wireless ventricular assist device with.
前記電気駆動ポンプと前記磁気駆動ポンプは、体内に埋め込むポンプであることを特徴とする請求項1に記載のワイヤレス補助人工心臓装置。 The wireless ventricular assist device according to claim 1, wherein the electrically driven pump and the magnetically driven pump are pumps to be implanted in the body. 前記電気駆動ポンプは、吸入口と吐出口とを有するハウジングと、
前記ハウジング内に回転可能に収容され、回転した場合にその外周上に交互に異極が現れるように永久磁石を配置したインペラと、
前記ハウジングの回転軸に対して径方向外側に配置された前記インペラを回転させるコイルと、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の補助人工心臓装置。
The electrically driven pump includes a housing having an inlet and an outlet;
an impeller that is rotatably housed in the housing and has permanent magnets arranged so that different poles alternately appear on the outer periphery of the impeller when rotated;
a coil for rotating the impeller, which is disposed radially outward with respect to the rotation axis of the housing;
The ventricular assist device according to claim 1, comprising:
前記磁気駆動ポンプは、吸入口と吐出口とを有するハウジングと、
前記ハウジング内に回転可能に収容され、磁極が互いに逆向きの一対の永久磁石と結合したインペラと、
前記インペラを回転させる回転駆動機構と、
前記インペラの回転数を検出する回転数検出手段と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載のワイヤレス補助人工心臓装置。
The magnetically driven pump includes a housing having an inlet and an outlet;
an impeller rotatably housed in the housing and coupled to a pair of permanent magnets with magnetic poles oriented in opposite directions;
a rotational drive mechanism that rotates the impeller;
rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the impeller;
The wireless ventricular assist device according to claim 1, characterized in that it comprises:
前記回転数検出手段は、前記磁気駆動ポンプの前記インペラの回転から生じる磁界の変化を検出して交流電流を発生させるコイルを含んでいることを特徴とする請求項4に記載のワイヤレス補助人工心臓装置。 5. The wireless artificial heart assistor according to claim 4, wherein the rotational speed detection means includes a coil that detects a change in the magnetic field caused by the rotation of the impeller of the magnetically driven pump and generates an alternating current. Device. 前記制御部は、発生した前記交流電流の周波数から計算できる前記磁気駆動ポンプの前記インペラの回転数に対し、前記磁気駆動ポンプと前記電気駆動ポンプとの合計の回転数が、所定の範囲内となる駆動信号を前記電気駆動ポンプに送り、前記送られた駆動信号の回転数で前記電気駆動ポンプを駆動させることを特徴とする請求項5に記載のワイヤレス補助人工心臓装置。 The control unit is configured to determine that the total rotational speed of the magnetically driven pump and the electrically driven pump is within a predetermined range with respect to the rotational speed of the impeller of the magnetically driven pump that can be calculated from the frequency of the generated alternating current. 6. The wireless ventricular assist device according to claim 5, wherein a drive signal is sent to the electrically driven pump, and the electrically driven pump is driven at the rotational speed of the sent drive signal.
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