JP2001178816A - 体内埋込型人工心臓 - Google Patents

体内埋込型人工心臓

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JP2001178816A
JP2001178816A JP36979399A JP36979399A JP2001178816A JP 2001178816 A JP2001178816 A JP 2001178816A JP 36979399 A JP36979399 A JP 36979399A JP 36979399 A JP36979399 A JP 36979399A JP 2001178816 A JP2001178816 A JP 2001178816A
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Mitsuo Uzuka
光男 宇塚
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性が高く実用的な人工心臓を実現可能と
する。 【解決手段】 人工心臓を構成するポンプとモータを分
離し、ポンプ1のみを皮膚2近傍の体内に埋め込む。こ
のポンプ1と体外のモータ3をカップリング用のマグネ
ット15,36により皮膚2を介して駆動する。これに
より、体内に埋め込む部品数が大幅に減り、信頼性が高
まる。また、モータ3やそのドライバが体外に配置され
るため、放熱性が良くなり、低温やけどの虞れは無くな
る。体内に埋め込む部品数が非常に少ないため、患者の
負担が大幅に軽減される。なお、ポンプ1の回転軸13
を血流による動圧軸受を用いてケーシング11に非接触
で支持すれば、ポンプの長寿命化が期待でき、実用的な
人工心臓が実現可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、信頼性が高く実用
的な体内埋込型人工心臓を提供する技術に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】現在、心臓移植を必要としている患者
は、日本だけでも1万人以上はいるといわれている。し
かし、心臓移植にはドナーからの心臓の提供に限界があ
り、需要を満たすことは到底不可能である。このため、
人工心臓の開発に努力が払われているものの、主に手術
用の体外設置型人工心臓が製品化されているにすぎない
のが現状である。
【0003】体外設置型人工心臓の場合、血流が体外を
流れるため感染症の危険があって長期間の使用は困難で
あり、また、生活や行動範囲が制限される問題があっ
て、心臓移植に代わる人工心臓としては、ポンプとポン
プを駆動するモータ部を体内に埋め込み、モータ部を回
転させるエネルギー(電気等)を体外から有線で供給す
るという完全埋め込み型のものが好適であるとして、開
発と長期埋め込みの動物実験が続けられている。
【0004】このような心臓移植に代わる人工心臓とし
ては、左心、右心の両心または片心の補助人工心臓と、
生体心臓を切除して完全置換する全置換人工心臓とが考
えられており、補助人工心臓には小型化に適した連続流
人工心臓を主に、全置換人工心臓には拍動流人工心臓を
主に、開発が進められている。
【0005】図6に、従来の代表的な人工心臓の要部構
成の一例を示す。
【0006】この人工心臓は、一つのケーシング101
内に、ポンプ部102と、モータ部103が隔壁104
により液密に隔てられて収容されている。ポンプ部10
2内には血液をポンプ102内で旋回させて遠心力によ
り押し出すインペラ105が回転軸106に取り付け
れ、その回転軸106はピポット軸受107によりポン
プ部102内に回転可能に支持されている。この回転軸
106には、隔壁104を介してモータ部103のカッ
プリング用マグネット108に対向させたカップリング
用マグネット109が取り付けられており、これらの間
に働く吸引力によって、ポンプ部102がモータ部10
3により駆動される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記完
全埋込型人工心臓には、以下に列記するような実用化を
困難にしている種々な問題がある。 (1)体外から体内へ人工心臓を動かすための外部エネ
ルギーを供給する場合、上述の有線での供給では皮膚を
切開しなければならないため、長期使用を考えた場合に
は感染症の危険がある。それを避けるには、高周波誘導
等による受電装置等を体内に埋め込んで皮膚を介して外
部エネルギーを供給しなければならない。 (2)人工心臓の停止は人体に重大な結果をもたらすた
め、外部エネルギーの一時停止対策は不可欠であり、そ
のために体内にバッテリーを埋め込む必要がある。しか
し、バッテリーには寿命があり、切開手術によって定期
的に交換しなければならない。 (3)ポンプの流量等の変更には皮膚を介したデータの
交信が必要となり、センサ、送信機、受信機、メモリや
マイクロプロセッサ等からなる複雑なモータコントロー
ラを体内に埋め込む必要がある。 (4)重大な故障は人体に重大な結果を招くことを意味
するが、故障した部品等の交換には、切開手術を伴うた
め時間を要し、早期に故障を回復させることが困難であ
る。 (5)以上のように、体内にポンプ、モータ、モータコ
ントローラ、ドライバ、バッテリー、エネルギー受電装
置等が必要となり、重さ、大きさ等で患者に多大な負担
となる。また、部品点数が多いため、故障の確率が高く
なり、信頼性が低下する問題がある。 (6)一例によれば、モータで20〜30W、ドライバ
等で10W程度の発熱を伴い、低温やけど障害を人体に
与える虞れがある。 (7)従来のポンプでは、ポンプの回転軸をピポット軸
受等で支持しているため、マグネットカップリングによ
るスラスト方向の吸引力で軸受の摩耗が発生し、ポンプ
寿命が長期使用の観点からみると比較的短いという問題
があった。
【0008】本発明は、以上の問題を解決して、信頼性
が高く実用的な人工心臓を実現可能とする技術を提供す
ることを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の人工心臓は、体内に埋め込むポンプと、皮
膚またはそれに代わるものを介して体外から前記ポンプ
を駆動する駆動源と、前記駆動源の動作を体外において
制御する制御手段とを、有することを特徴とする。
【0010】あるいは、前記ポンプの一部と前記駆動源
の一部が皮膚を介して嵌合する構造を設けたことを特徴
とする。
【0011】あるいは、前記ポンプは、回転軸を有し、
前記ポンプの回転軸を血流による動圧軸受により非接触
で該ポンプ内に支持するものであることを特徴とする。
【0012】本発明では、人工心臓を構成するポンプと
その駆動源とを分離し、ポンプのみを体内に埋め込み、
皮膚またはそれに代わるもの(例えば人工皮膚等)を介
して体外からそのポンプを駆動することで、体内に埋め
込む部品数を大幅に減らすことにより、信頼性を高め、
発熱による低温やけどの問題を解決し、患者への負担を
軽減する。また、ポンプと駆動源が皮膚等を介して嵌合
する構造を設けることにより、装着時の位置合わせを容
易にし、位置ずれの虞れを無くす。さらに、血流を利用
した動圧軸受を用いてポンプの回転軸を非接触で支持す
ることにより、ポンプの寿命を飛躍的に高め、より一
層、信頼性と実用性を高める。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を用いて詳細に説明する。
【0014】図1は、本発明の人工心臓の第1の実施形
態例を示す要部断面図である。
【0015】1は体内に埋め込まれるポンプ、2は皮
膚、3はポンプ1を皮膚2を介して体外から駆動するモ
ータである。
【0016】ポンプ1は、液密なケーシング11内にイ
ンペラ12が回転軸13により回転可能に取り付けられ
ており、この回転軸13の下部にはフラット部14が形
成され、その下端面にはカップリング用マグネット15
がケーシング11の下面に近接して対向するように固着
されている。インペラ12は、回転することで、ケーシ
ング11内の血液を旋回させて遠心方向の出口から矢印
方向に送り出す。回転軸13は、例えばA〜Gの一部ま
たは全部を摩耗の極めて少ない軸受または非接触の軸受
などによりケーシング11に支持されている。このポン
プ1のみが、カップリング用マグネット15が内側で対
向しているケーシング11の面(フラットに形成されて
いる)を皮膚2側に向けて皮膚2近傍の体内に埋め込ま
れる。
【0017】モータ3は、ケース31内にロータマグネ
ット32が回転軸33で回転可能に軸受34で支持さ
れ、ステータ35によって駆動される。モータ3には、
例えばフラット型のブラシレスモータを用いることがで
きる。このモータ3のフラットな回転面の上側にポンプ
1のカップリング用マグネット15に対向できるような
位置にカップリング用マグネット36が配置され、その
上側のケース31表面はフラットに形成されている。こ
の面が皮膚2に密着するように、かつモータ3の回転軸
33の軸方向がポンプ1の回転軸13の軸方向と一致す
るようにモータ3が装着される。モータ3のカップリン
グ用マグネット36が回転すると、その吸引力でポンプ
1のカップリング用マグネット15が回転し、ポンプ1
が駆動されるようになっている。
【0018】モータ3を駆動するためのモータコントロ
ーラ、ドライバ、エネルギー源等はモータ3とは分離し
て携帯可能にすることができるが、これらの軽量化、小
型化が進めばモータ3と一体構造にしてもよい。
【0019】このように体内にポンプ1のみを埋め込む
構成にすると、体積、重さの点で患者に与える負担が大
幅に軽減されるとともに、埋め込み部品が少ない分、ま
たポンプ1自体が高信頼性の部品である分、信頼性が非
常に高くなる。しかも、その他の部品は体外にあるた
め、メンテナス性は非常に良くなり、定期点検や故障部
品の交換等を体外で容易に行うことができる。また、発
熱するものが体外にあるため放熱性が良くなり、低温や
けどの虞れは無くなる。
【0020】図2は、本発明の人工心臓の第2の実施形
態例を示す要部断面図である。
【0021】基本的な原理、及び構成は第1の実施形態
例と同様である。異なる点は、ポンプ1のカップリング
用マグネット15の位置がフラット部14の周面に形成
され、これと嵌合するようにモータ3のカップリング用
マグネット36が形成されている点である。第1の実施
形態例は、皮膚2への装着時の違和感が少ないが、ポン
プ1の回転軸13とモータ3の回転軸33の位置合わせ
が多少不便に感じられる場合や、位置ずれの心配があ
る。本実施形態例では、ポンプ1を皮膚2から突き出た
状態でモータ3に嵌合させて装着することで、位置合わ
せを容易にし、位置ずれの心配を無くしたものである。
この嵌合の状態は、皮膚2やその近傍の生体組織にダメ
ージを与えないように緩やかなものとすることは当然で
ある。
【0022】図3は、本発明の人工心臓の第3の実施形
態例を示す要部断面図である。
【0023】本実施形態例も第2の実施形態例と同様に
位置合わせを容易にし、位置ずれの心配を無くしたもの
であるが、第2の実施形態例と異なる点は、ポンプ1の
カップリング用マグネット15と、モータ3のカップリ
ング用マグネット36を傾斜させて、斜めに嵌合させる
ことにより、モータ3の装着時の違和感を軽減するよう
にしたものである。
【0024】なお、図1の第1の実施形態例において、
ポンプ1とモータ3の皮膚2を介した接合部分の縁部や
中心部等に嵌合する部分を形成することによっても、位
置決めを容易にし、位置ずれを防止することができる。
【0025】図4(a)〜(d)は、本発明の一実施形
態例の人工心臓のポンプに用いるスラスト動圧軸受の構
造を示す図であり、図5(a)〜(e)は、同じくジャ
ーナル動圧軸受の構造を示す図である。
【0026】動圧軸受は、軸の回転によって流体(本実
施形態例では血液)を細幅の部分に押し込めて圧力を発
生させ、この圧力により非接触で軸方向のスラスト荷重
を支えたり(スラスト動圧軸受)、軸に直角な方向のラ
ジアル荷重を支えたりする(ジャーナル動圧軸受)。こ
の細幅の部分にいたる形状によって、図に例示したよう
な種々の種類の軸受が存在する。
【0027】これらの軸受は、ポンプ1の回転軸13を
非接触でポンプ1内に支えるように、例えば、図1のA
〜Gの箇所の一部もしくは全部に、血液の流れ具合を考
慮して、適宜、種類を選択して形成する。図2、図3の
場合も同様である。これにより、摩耗部分がなくなって
ポンプ寿命が飛躍的に高まる。
【0028】なお、人工心臓のポンプ形式としては種々
の提案がなされているが、本発明の基本原理は、ポンプ
のみを体内に埋め込み、そのポンプを体外から駆動する
というものであるから、ポンプ形式やその駆動源は上記
の実施形態例に限定されるものではない。同様に、本発
明は、連続流人工心臓にも、拍動流人工心臓にも適用可
能である。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、ポンプのみを体内に埋
め込み、皮膚またはそれに代わるものを介して体外から
そのポンプを駆動するようにしたので、体内に埋め込む
部品数が激減し、その結果、信頼性が向上し、モータや
ドライバ等の発熱部品が体外に設置されるため発熱によ
る低温やけどの虞れが無くなり、体内に埋め込むものの
重さ、大きさが激減し患者への負担が軽減される。ま
た、ポンプとその駆動源が皮膚等を介して嵌合できるよ
うにした場合には、ポンプと駆動源の位置あわせが容易
になるとともに、位置ずれの心配が無くなる。さらに、
血流を利用した流体動圧軸受を用いてポンプの回転軸を
非接触で支持するようにした場合には、摩耗部分がなく
なってポンプ寿命が飛躍的に高まり、より一層信頼性が
高まる。以上により、信頼性が高く実用的な人工心臓が
実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の人工心臓の第1の実施形態例を示す要
部断面図である。
【図2】本発明の人工心臓の第2の実施形態例を示す要
部断面図である。
【図3】本発明の人工心臓の第3の実施形態例を示す要
部断面図である。
【図4】(a),(b),(c),(d)は、本発明の
人工心臓のポンプに用いるスラスト動圧軸受の構造例を
示す図である。
【図5】(a),(b),(c),(d),(e)は、
本発明の人工心臓のポンプに用いるジャーナル動圧軸受
の構造例を示す図である。
【図6】従来の人工心臓の要部構成の一例を示す断面図
である。
【符号の説明】
1…ポンプ 12…インペラ 13…回転軸 14…フラット部 15…カップリング用マグネット 2…皮膚 3…モータ 31…ケース 32…ロータマグネット 33…回転軸 34…軸受 35…ステータ 36…カップリング用マグネット

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 体内に埋め込むポンプと、皮膚またはそ
    れに代わるものを介して体外から前記ポンプを駆動する
    駆動源と、 前記駆動源の動作を体外において制御する制御手段と
    を、有することを特徴とする体内埋込型人工心臓。
  2. 【請求項2】 前記ポンプの一部と前記駆動源の一部が
    皮膚を介して嵌合する構造を設けたことを特徴とする請
    求項1記載の体内埋込型人工心臓。
  3. 【請求項3】 前記ポンプは、回転軸を有し、 前記ポンプの回転軸を血流による動圧軸受により非接触
    で該ポンプ内に支持するものであることを特徴とする請
    求項1または2記載の体内埋込型人工心臓。
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