JP2000102605A

JP2000102605A - 遠心型血液ポンプ

Info

Publication number: JP2000102605A
Application number: JP10275298A
Authority: JP
Inventors: Akira Fujisawa; 章藤沢; Kenzou Makinouchi; 謙三牧野内; Michihiro Yokogawa; 道博横川; Yoichiro Ohara; 洋一郎大原; Yukihiko Nose; 之彦能勢; Kinichi Nakada; 金一中田
Original assignee: Kyocera Corp; Baylor College of Medicine
Current assignee: Kyocera Corp; Baylor College of Medicine
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2000-04-11
Anticipated expiration: 2018-09-29
Also published as: JP3689567B2

Abstract

(57)【要約】【課題】生体内又は生体該で血液循環に使用される遠
心型血液ポンプに関し、血液ポンプからの供給血液流量
の測定を簡便に且つ長期に亘り安定して実施できる耐久
性の高い血液ポンプを提供する。【解決手段】遠心型血液ポンプの回転するインペラー
に速度検出用磁石が固定され、ポンプハウジングには磁
石による回転磁界を検出する磁気センサが固定され、磁
気センサによりインペラーの回転数を検出するようにす
る。磁気センサには、誘導コイル又はホール素子を使用
し、速度検出用磁石は、外部回転磁場によりインペラー
を回転駆動させるための磁石と兼用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生体内又は生体該
で血液循環に使用される遠心型血液ポンプに関し、特
に、ポンプのインペラーの回転数を監視するようにした
遠心型血液ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】血液ポンプは、心臓による血液循環機能
を代行ないし補助する装置として、生体内に埋め込まれ
たり、生体外に配置され、ポンプの入口側と出口側の配
管を生体の対応する動脈に接続されて利用される。遠心
形血液ポンプは、ポンプケーシング内に複数の羽根を形
成したインペラーを回転させて、インペラーの回転によ
る遠心流れにより血液を供給する輻流ポンプの一種であ
る。

【０００３】インペラーの回転には、小型モータをポン
プケーシングに取りつけて、モータの回転軸をケーシン
グに貫通させてインペラーの回転軸に固定し、インペラ
ーを回転駆動するタイプが知られている。また、ポンプ
ケーシングの外側に磁石を回転させる機構を設け、その
回転磁場をインペラーに固定した磁性体に作用させて、
インペラーを回転駆動させるタイプがある。後者のタイ
プの遠心型血液ポンプについては、既に、特開平７−７
５６６７号公報により開示している。

【０００４】血液ポンプの使用中には、血液ポンプから
の血液流量を監視し制御する必要が生じるが、血液流量
の測定には、従来、流体の磁気的性質を利用した電磁流
量計や、例えば、図７に示すように、超音波を利用して
流体の流れ方向とその反対方向とでは、伝播速度が異な
ることを利用した小型の超音波流量計が用いられてい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の電磁流量計や超
音波流量計は、極めて微小な信号を検出するので、長期
の使用時には、測定感度や精度の変動や誤差が生じ、検
査や較正が必要となる。血液ポンプが体内に埋め込まれ
て長期に使用される場合には、これらの流量計も生体内
に埋め込む必要があり、この場合には、流量計内のセン
サが血液に直接接するのでセンサに血栓を生じて誤差原
因となり、さらに、使用中の周囲の生体組織の付着やこ
れに伴うセンサ一の微妙な位置ずれにより、測定感度の
変動が生じる可能性が大きく、これらの誤差要因を補正
するには、事実上困難である。

【０００６】また、血流の測定を血液ポンプのモータの
駆動電力ないし諸費電力から推定することも可能ではあ
るが、血圧の変動が消費エネルギーにも影響するので、
モータとポンプの動力の伝達で問題を発生している場合
には、この方法は極めて不正確になる。

【０００７】本発明は、血液ポンプからの供給血液流量
の測定を簡便に且つ長期に亘り安定して実施できる耐久
性の高い血液ポンプを提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の遠心型血液ポン
プは、ポンプ内のインペラーの回転を磁気的に検出し
て、インペラーの回転数を求め、回転数からポンプから
の供給血流を求めるものである。即ち、本発明の遠心型
血液ポンプにおいては、遠心型血液ポンプの回転するイ
ンペラーに磁石が固定されて、ポンプには磁石の回転を
検出する磁気センサが固定され、この磁気センサからの
電気信号によりインペラーの回転数を検出する。

【０００９】インペラー即ち回転翼は、ポンプ内で回転
されて、血液をポンプ入口に吸引して出口に加圧して供
給するが、インペラー回転数によりその供給量が定ま
る。そこで、インペラーには磁石が固定されてインペラ
ーの回転に伴い回転磁界を周囲に形成する。ポンプ固定
側には、磁気センサが固定されて、インペラーの回転に
よる回転磁界を検出して、信号を出力する。磁気センサ
からの信号を処理することによりインペラーの回転数が
計測することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明が適用される遠心型血液ポ
ンプの一例として、ポンプケーシングの内面がほぼ円錐
状をなして、インペラーが配置され、ケーシング頂部に
は入口部を、また底部の周縁部に出口部を有している。
インペラー２は、図１に示すように、ケーシング内に軸
支されて、ほぼ外面円錐状のロータ２１と、このロータ
外面に植立されてロータ２１の円周方向に概ね放射状に
延びる複数のフィン２２とから成り、ロータ外周のフィ
ン２２は、その突端がケーシング内面に近接してロータ
２１の外面とケーシング内面との空所を回転し、これに
より、ポンプケーシング上部の入口からの血液を吸引し
て、加圧し、ポンプケーシング底部に形成した出口から
血液を送り出す。

【００１１】インペラー２は、ポンプケーシング１０の
外側に固定されたモータにより直接又は間接的に回転を
駆動されるが、図１に示す例は、ケーシング１０の底部
外側にモータ（不図示）により駆動される磁石５１を配
置し、この駆動側の磁石５１に対向して磁力が作用する
ようにインペラー２のロータ２１に磁性体５、例えば、
磁石が固定され、駆動側の磁石５１を回転させることに
よって、インペラー２を回転させる構造のものである。

【００１２】本発明の遠心型血液ポンプに使用するセン
サは、インペラー内部に固定して磁石の回転によって生
じる磁界変化を検出できるセンサが使用される。このよ
うなセンサには、誘導コイルやホール素子が使用され
る。誘導コイルやホール素子は、インペラーの磁性体５
の回転軌跡に近接した位置に配置して、インペラー２の
回転による磁界変化を、交流として出力し、この交流の
電流・電圧の振動数から、回転数を求めるものである。
このため、センサは、リードにより増幅器と回転数変換
器に接続され、増幅器からの信号から回転数換算され
る。

【００１３】他方、上記の速度検出用磁石５は、独立し
て、インペラーに固定されてもよいが、インペラーを回
転させるための従動用磁性体と兼ねることもできる。こ
の場合には、ポンプハウジングの外側にモータにより回
転駆動される別体の駆動用磁石５１を含むインペラー駆
動装置５０（不図示）が、駆動用磁石５１が、従動用磁
性体（即ち、速度検出用磁石５）に対置して、従動用磁
性体に回転に要する磁力を及ぼすように、配置される。
インペラー駆動装置５０の駆動用磁石の回転により、こ
の従動用磁性体を介して、インペラーを回転させる。磁
気センサ８は、この従動用磁性体５の回転に応じた回転
磁界を検出する。

【００１４】本発明において、このましくは、磁気セン
サ８は、インペラー２に固定した磁石５に近いポンプハ
ウジング１０の位置に固定されるが、磁気センサ８が、
ポンプハウジングの外面に固定されることもでき、ま
た、ポンプハウジングの壁体の内部に固定されてもよ
い。磁気センサ８が、生体適合性材料により被覆若しく
は埋没されているのが好ましい。

【００１５】生体適合性材料としては、生体に対する為
害性のない材料であるが、特に、アクリル樹脂、ポリカ
ーボネート、シリコーン樹脂、ポリサルフォン、ポリエ
ーテルサルフォン、ポリプロピレン、ポリウレタン等の
ポリマーが使用される。また、この生体適合性材料に
は、アルミナ、ジルコニア、カーボン、窒化硅素、炭化
硅素等のセラミックスも利用できる。

【００１６】磁気センサ８が、ハウジング１０の外面に
固定される場合には、磁気センサ８は、生体適合性材料
により塗着あるいは被覆されて、外面１１に取着され
る。このようなポンプは、生体中に埋め込まれて使用で
きる。

【００１７】さらに、磁気センサ８は、ポンプハウジン
グの内部に一体の埋め込まれてもよい。この場合には、
ポンプハウジングの一部が、ポリマー又はセラミックス
から形成されて、磁気センサを固定して該センサと磁石
５との間に回転磁界を導通するようにする。ポリマー又
はセラミックスには、上記の生体適合生材料で構成され
る。

【００１８】磁気センサ８を固定するポンプハウジング
１０の一部は、該センサ８と磁石５との間の回転磁界の
導通可能に、ポリマー又はセラミックスから形成されて
いるいるのが好ましい。このためのポリマー又はセラミ
ックスは、ポンプハウジングを形成する一般的な材料が
選ばれる。

【００１９】以下に具体的に、磁気センサ８の構造と配
置を示すと、図２は、ケーシング１０の外面１１に外周
近くに誘導コイル８１を配置したもので、この例は、ケ
ーシング１０が非金属材料、例えば、上記のポリマー又
はセラミックス材料で形成されているときに利用でき
る。

【００２０】コイル８１は、インペラー２内部の磁石５
の回転面の上方で（即ち、駆動側の磁石５１の反対側
で）、且つ、コイル８１の内側が磁石５の回転軌跡を包
含するように配置されている。この配置は、回転駆動側
の磁石から離して、インペラー内部の固定磁石５に近接
して配置される。この配置により、駆動側の磁石５１の
磁界変化の影響を少なくして、インペラー２に固定した
磁石５の回転に伴う磁界変化に感応してコイル８１に電
圧を生じさせる。

【００２１】コイル８１は、ケーシング１０の外面１１
上に接着材料７により直接貼着され且つ覆われて、コイ
ルと生体組織との接触が防止されている。接着材料７
は、生体適合性材料の中から、例えば、上記のアクリル
系樹脂が使用され得る。

【００２２】図２の示すコイルの配置の例では、インペ
ラーの中に回転直径３５ｍｍ位置に６極の磁石５を固定
し、コイルを直径４５ｍｍで２ターンにし、回転数３０
００ｒｐｍでインペラー２を回転させた時、１０ｍＶで
周波数１８００Ｈｚの交流信号を発生させることができ
た。図６には、インペラー２の回転数とコイル８１から
の出力電圧との間には、直線関係があることを示すが、
この関係から、コイル出力電圧を測定すれば、回転数か
判る。

【００２３】図３は、磁気センサ８として、小型のコイ
ル８１がケーシング１０の外面の一部に接着材料７によ
り貼着された構造であるが、インペラー２の回転により
各磁石５がコイルに近づいて離れる際のコイル位置にお
ける磁界変化を検出して、磁石５の回転周期に対応する
周期を有する交流電圧を生じる。

【００２４】図４は、磁気センサ８としてコイル８１が
ケーシング１０の内部に埋設された構造である。ケーシ
ング１０は、インペラー２の外縁に近い位置で、上下に
区分され、ケーシング上部１１と底部１３の間に、リン
グ状の中間体６が介装され、リング状の中間体６がポリ
マーで形成されて、内部に磁気センサ８としてのコイル
８１が同心円状に一体に埋設されている。中間体６の両
端面は、Ｏリング６１を介して、ケーシング上部１１と
底部１３の間に水密的に介装されている。この配置は、
中間体６がポリマーで形成されているので、ケーシング
１０がポリマーである場合の他に金属製である場合にも
適用できる。インペラー２の回転により、インペラー内
部の磁石５が回転して、コイル８１に交流電圧を生じ
る。

【００２５】図５は、磁気センサ８として、ホール素子
８２を使用する例であるが、この例では、３個のホール
素子８２が、ポリマー製のケーシング１０の外面１１に
接着材（不図示）により覆われて貼着されており、イン
ペラー２の回転により磁石５がホール素子８２に近づい
て離れる際のホール素子位置における磁界変化を検出し
て、磁石５の回転周期に対応する周期を有する交流電圧
をリード８４に生じさせる。

【００２６】以上述べたセンサ８は、センサ８からのリ
ード８４を増幅器と回転数変換器に接続され、増幅器か
らの信号から回転数換算される。回転数変換器は、セン
サ８から出力電圧又は電流がインペラー内の磁石５の回
転速度に比例することを利用して、回転数に変換しても
よい。また、センサ８から出力電圧の周波数が、インペ
ラー内の磁石５の回転速度に比例することを利用して、
出力電圧をパルス化して、カウンタにより周波数をデジ
タル出力することもできる。増幅器と回転数変換器は、
体外に配置することもでき、体内のポンプ近傍に小型発
振器と共に配置して、コードレス化することもできる。

【００２７】本発明は、上記の磁気センサ８により、イ
ンぺラーの回転数を計測するものであるが、ポンプを作
動させて、血液を圧送させると、インペラー２の回転速
度が大きくすれば、血液流量が増加する。ポンプの水力
学的な特性から、液体の粘度、密度と、生体内での圧力
−流量特性が判れば、ポンプの回転数から血液流量が定
まってくる。そこで、予め、適用するポンプの特性を知
っておれば、インペラー２の回転数から、血液流量が精
度よく推定できる。

【００２８】さらに、本発明の血液ポンプは、モータと
インペラーの回転の相差を電気的に検出するようにする
ことも可能であり、これにより、インペラーに負荷され
る値から血液輸送に要する力を求めることもでき、その
エネルギーを推定することができる。

【００２９】そして、血液ポンプを人工心臓又は補助心
臓として使用する場合には、インぺラーの回転数は、１
５００〜３０００ｒｐｍの範囲で動作させるが、血液の
流量と圧力とをパラメータとして、患者の年齢、性別、
体重などからその患者の適合する個別的のインペラー回
転数が定められる。

【００３０】

【発明の効果】本発明の血液ポンプにおいては、体内に
埋め込まれて使用される場合に、インペラー回転数を常
時または定期に監視することができ、血液ポンプが適性
に作動しているか否かを判別することができる。また、
インペラー駆動装置の駆動用磁石の回転速度とインペラ
ー２の回転速度とに大きな差があるような脱調している
場合も容易に判断することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に使用される遠心血液ポンプの
断面図。

【図２】本発明の実施例に係る磁気センサとしてコイル
を備えた遠心血液ポンプの正面図（Ａ）と、断面図
（Ｂ）。

【図３】本発明の別の実施例に係る遠心血液ポンプの正
面図（Ａ）と、断面図（Ｂ）。

【図４】本発明の別の実施例に係る遠心血液ポンプの断
面図。

【図５】本発明の別の実施例に係る磁気センサとしてホ
ール素子を備えた遠心血液ポンプの正面図（Ａ）と、断
面図（Ｂ）。

【図６】本発明の実施例に係る遠心血液ポンプにおいて
使用された磁気センサであるコイルの出力とポンプのイ
ンペラー回転数との関係を示す図。

【図７】従来の血液流量を測定するための超音波流量計
の概念を示す正面図（Ａ）と側面図（Ｂ）。

【符号の説明】

１０ポンプハウジング２インペラー２１ロータ２２フィン３底部６中間体８磁気センサ８１コイル８２ホール素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤沢章京都府京都市伏見区竹田鳥羽殿町６番地京セラ株式会社内 (72)発明者牧野内謙三滋賀県蒲生郡蒲生町川合10番地の１京セラ株式会社滋賀工場内 (72)発明者横川道博滋賀県蒲生郡蒲生町川合10番地の１京セラ株式会社滋賀工場内 (72)発明者大原洋一郎京都府京都市伏見区竹田鳥羽殿町６番地京セラ株式会社内 (72)発明者能勢之彦アメリカ合衆国77004テキサス州ヒューストン、スウィート・４エイチ、ハーマン 1400番 (72)発明者中田金一アメリカ合衆国77063テキサス州ヒューストン、ブライアー・フォレスト9449番Ｆターム(参考） 4C077 AA04 BB06 CC09 DD08 EE01 FF04 HH03 HH19 JJ03 JJ19 JJ26 KK25 KK27

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポンプハウジング内で回転自在に保持さ
れたインペラーに速度検出用磁石が固定され、該ポンプ
ハウジングには該磁石による回転磁界を検出する磁気セ
ンサが固定され、磁気センサによりインペラーの回転数
を検出するようになした遠心型血液ポンプ。
【請求項２】磁気センサが、誘導コイルである請求項
１記載の遠心型血液ポンプ。
【請求項３】磁気センサが、ホール素子である請求項
１記載の遠心型血液ポンプ。
【請求項４】磁気センサが、生体適合性材料により被
覆若しくは埋没されている請求項１ないし３いずれかに
記載の遠心型血液ポンプ。
【請求項５】上記の速度検出用磁石は、ポンプハウジ
ングの外側に備えたモータにより回転駆動される別体の
駆動用磁石によりインペラーを回転させるための従動用
磁性体を兼ねる請求項１ないし４のいずれかに記載の遠
心型血液ポンプ。