JP2002085554A

JP2002085554A - ターボ式血液ポンプ

Info

Publication number: JP2002085554A
Application number: JP2000281018A
Authority: JP
Inventors: Kenji Araki; 賢二荒木; Hirobumi Anai; 博文穴井; Hiroyuki Maeda; 裕之前田; Masafumi Sato; 雅郁佐藤
Original assignee: JMS Co Ltd
Current assignee: JMS Co Ltd
Priority date: 2000-09-14
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2002-03-26
Anticipated expiration: 2020-09-14
Also published as: JP4779193B2

Abstract

(57)【要約】【課題】小型（血液充填量が小さく）で、
微量の流量調整・流量維持が可能な医療用送液ポンプを
提供すること。また、（所定の駆出能を得るために必要
な）実用上の高回転域で使用しても、溶血の少ない医療
用送液ポンプを提供すること。【解決手段】血液導入口および血液出口とを備
えたハウジングの内部に回転自在となるようにインペラ
を配置した血液ポンプにおいて、前記インペラが回転軸
と、複数のベーン（羽根）と、各ベーンの出口部側が連
結される環状連結部と、１つ以上の前記ベーンを回転軸
に連結する支持手段（支持柄）とを有し、ベーン入口部
とベーン出口部とがねじれの位置にあることを特徴とす
るターボ式血液ポンプ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、医療用送液ポンプ
に関し、特にインペラの回転によって血液に推力を与え
て、送血するターボ式血液ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】人工心肺手術等の血液体外循環におい
て、従来ではローラー式血液ポンプが多く使用されてき
たが、最近では遠心型血液ポンプを使用する比率が高く
なっている。それは、ローラー式血液ポンプに比べ、遠
心型血液ポンプは血液損傷が少ない等、様々な利点があ
るからである。また、従来の大型のローラー式血液ポン
プの駆動部に比べれば、遠心型血液ポンプのそれは小さ
くて済むため、設置や移動が非常に簡便となる。

【０００３】しかし、遠心型ポンプは臨床使用の際に、
以下に記載するような問題点もあり、未だ充分に満足す
べきものではなかった。第１に、遠心型ポンプの血液充
填量の問題があった。遠心型血液ポンプでは、溶血を低
減するために、低回転での駆動が望ましい。しかし、回
転数を下げると、同じ駆出能（送液量）を得るためには
ポンプを大型化する必要があった。ところが、血液ポン
プを大型化すると、血液充填量が増加し、その結果体外
循環血液量が増え、患者の負担は大きいものとなる。

【０００４】逆に、ポンプを小型化して充分な血液流量
を得るためには、インペラを高速回転させなくてはなら
ず、溶血（血液損傷）等の問題があった。また、回転
数、液駆出量、充填量等の規格において、成人用に設計
された遠心ポンプを、小児や血液循環量の多く取れない
患者に適用すると、低回転域で使用しなくてはならず、
低流量の調整や維持が困難であった。

【０００５】さらに、従来の遠心型ポンプはモーターの
回転をインペラの回転軸に伝えるため、血液の流入・流
出するポンプ室と駆動手段、或いは前記ポンプ室と駆動
伝達のための従動磁石を収納した空間とを遮断する軸シ
ールを有するものが多かったが、この軸シールが有る
と、血液リークの対策を考慮しなくてはならず、また軸
シール部分が発熱の原因になったり、血栓形成の誘引と
なったりして望ましくなかった。一方、軸シールが無い
場合でも、従来の遠心ポンプは滞留し易い部分が少なく
なかったので、血栓が形成し易く、長時間の体外循環に
使用することが困難であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は既述し
たような様々な問題を解決した血液ポンプを提供するこ
とである。即ち、第１に小型（血液充填量が小さく）
で、微量の流量調整・流量維持が可能なターボ式血液ポ
ンプを提供すること。第２に、（所定の駆出能を得るた
めに必要な）実用上の高回転域で使用しても、溶血の少
ないターボ式血液ポンプを提供すること。

【０００７】第３に送血時に血栓の形成が極力抑えら
れ、長時間の体外循環に適応できる血液ポンプを提供す
ること。第４に長時間使用しても、安定した送液ができ
る血液ポンプを提供すること。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、血液導入口
および血液出口とを備えたハウジングの内部に回転自在
となるようにインペラを配置した血液ポンプにおいて、
前記インペラが回転軸と、複数のベーン（羽根）と、各
ベーンの出口部側が連結される環状連結部と、１つ以上
の前記ベーンを回転軸に連結する支持手段（支持柄）と
を有し、ベーンの入口上部端とベーン入口下部端とを結
ぶベーン入口線ｋが、回転軸に対し、ねじれの位置にあ
り、ベーンの出口上部端とベーン出口下部端とを結ぶベ
ーン出口線ｌもベーン入口線ｋに対し、ねじれの位置に
あることを特徴とするターボ式血液ポンプによって、上
記課題を解決した。

【０００９】また、本発明は以下のような種々の実施態
様によって、さらなる利点を得ることができる。その１
つは、前記ベーン出口線ｌが回転軸に対し、実質的に平
行である前記記載のターボ式血液ポンプである。この血
液ポンプにおいて、或いは出口線ｌが回転軸に対し、平
行でない前記記載の血液ポンプにおいて、前記ベーン入
口線ｋと回転軸とのなす角度が、前記ベーン出口線ｌと
回転軸とのなす角度より大きいものが好ましい。

【００１０】第２に、ベーンの入口上部端とベーン出口
上部端とを結ぶベーン上面線ｍと回転軸とのなす角度
（α）が、ベーンの入口下部端とベーン出口下部端とを
結ぶベーン下面線ｎと回転軸とのなす角度（β）よりも
小さいものである前記記載のターボ式血液ポンプ。

【００１１】第３に、前記ベーン上面線ｍと、ベーン入
口上部端を通るインペラと同心円のベーン入口における
接線ｐとのなす角度θが、前記ベーン下面線ｎと、ベー
ン出口下面におけるインペラ外周との接線ｑとのなす角
度εより小さいものである前記記載のターボ式血液ポン
プ。

【００１２】第４に、インペラのプロフィールが、ベー
ン入口線ｋとベーン出口線ｌとを滑らかにつないだ曲面
形状をしており、回転軸に対してねじれの位置にあるベ
ーンの入口線を、半径外方向に沿って、回転軸に平行に
なるように回旋させた軌跡を持つ前記記載のターボ式血
液ポンプ。

【００１３】第５に、インペラが、面積の異なる２種類
のベーンがそれぞれ回転対称となるように交互に配置さ
れたものであり、さらに前記ベーンの総数が４〜８の範
囲のものである前記記載のターボ式血液ポンプ。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図によって本発明の医療用
送液ポンプの実施態様を簡単に説明する。図１は、本発
明の血液ポンプについて、１つの実施態様の内部構造を
示す断面図である。１はハウジングであり、血液を通過
させ流動させるためのポンプ室２を有する。ハウジング
１には、ポンプ室２の上部に連通する入口ポート３と、
ポンプ室２の側部に連通する出口ポート４とが設けられ
ている。ポンプ室２内には、インペラ５が配置されてい
る。

【００１５】インペラ５は複数枚（本例では、６枚）の
ベーン６、回転軸７、及びリング状の環状連結部８を有
する。ベーン６の幾つかの中心部は支持柄４０によっ
て、回転軸に結合されており、ベーン６の全ての周縁部
は環状連結部８に結合されている。ベーンの数が多けれ
ば、それだけ駆出能が向上するが、流路の確保が困難と
なり、溶血を引き起こすもとになる。また、ベーンの数
が多ければ、製造する上でもより困難になる。従って、
より好ましいベーンの数は４〜８程度である。

【００１６】本例では、図１、３に示すように、３枚の
ベーン６ａは大きめに形成され、それらの中心部が回転
軸に結合されているが、残りの３枚のベーン６ｂは小さ
めに形成され、回転軸には結合されていない。ベーン６
ｂは、ベーンの下端部が環状連結部８に結合されている
だけである。

【００１７】ベーン６の全てを回転軸に結合すると、支
持柄の数が多くなって、インペラを製造し難くなる。ま
た、支持柄が多いと流路の妨げになるため、好ましくな
い。支持柄はインペラの回転を（回転）軸に伝える上
で、最小限の数を有していれば良い。また、ベーンの大
きさを異なったものにしたのは、流路の確保、流体の乱
れの低減等といった理由からである。

【００１８】ベーン６（６ａ，６ｂとも）の形状は３次
元曲面形状であり、流体に接触（衝突？）する入口部の
回転軸に対する傾斜角度γを所定の値（20〜40度）に設
定することによって、ベーン後面で発生するキャビテー
ション（流れの剥離，渦流？）を抑制し、溶血を低減化
している。そして、出口部の回転軸に対する傾斜角度δ
を０°、即ち回転軸と平行に近くなるようにすることに
よって、駆出能を向上させている。すなわち、図５に示
すように、インペラのベーン入口とインペラ回転軸との
なす角度γは、前記ベーン出口とインペラ回転軸とのな
す角度δより大きく形成されている。より詳細には、以
下のような構成が望ましい。

【００１９】図２に示すように、ベーン６の入口上部端
と出口上部端とを結ぶ線（ベーン上面線ｍ）と回転軸と
のなす角度αは、ベーン６の入口下面と出口下面を結ぶ
線（ベーン下面線ｎ）と回転軸とのなす角度βよりも小
さいものである。ベーン上面線ｍは回転軸に対して、45
°〜 °の角度を形成し、また、ベーン下面線ｎは回転
軸に対して、６0°〜 °の角度を形成する。その結
果、インペラでの血液の流れは回転軸に対して、垂直で
も平行でもなく、斜めの流れとなる。

【００２０】図３のようなインペラを上方からみた図、
またベーン上面線ｍ、下面線ｎを位置関係を模式的に示
した図６において、ベーン上面線ｍと（ベーン入口上部
端を通過するインペラと同心円のベーン入口における）
接線ｐとのなす角度θが、ベーン下面線ｎと（ベーン出
口下面におけるインペラ外周との）接線ｑとのなす角度
εより小さいものである。また、インペラのベーン入口
線ｋ（即ち、入口上部端と入口下部端とを結ぶ線分）は
回転軸（仮想線）ｏに対して約30°になるように角度γ
を形成し、インペラベーン出口線ｌ（即ち、出口上部端
と出口下部端とを結ぶ線分）は仮想線ｏに対して０°、
即ち回転軸に平行になるように角度δを形成する。上記
のような構成をとることによって、充分な駆出能を有し
ながら、溶血の低減した血液ポンプが実現できる。

【００２１】また、複数のベーン６を下部の環状連結部
８で連結し、インペラをフルオープン構造にすることに
よって、中央のスペース４１にも血液が流通し、血液の
滞留を防止することができる。

【００２２】インペラ及びハウジングの素材として、軽
量化、易成型性、強度、寸法安定性等の点からポリカー
ボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルフォ
ン等の合成樹脂が望ましい。

【００２３】回転軸７は、ハウジング１に設けた上部軸
受け９及び下部軸受け１０により、回転自在に支持され
ている。軸受けの素材は耐摩耗性の大きいものであれば
良く、例えば超高分子量ポリエチレン、ポリエーテルエ
ーテルケトン（以下、ＰＥＥＫともいう）等の高耐久性
プラスチックが好適に利用できる。環状連結部８には、
複数個の従動磁石１２が一定間隔でもって埋設、固定さ
れている。ハウジングの下部にはロータ１３が配置され
ている。ロータ１３は、互いに結合された駆動軸１４と
略円柱状の軸結合部１５を有する。図１に示されるよう
に、軸結合部の上面部にはインペラの環状連結部８下方
に埋設された従動磁石１２と磁気結合できるように、駆
動磁石１６が埋設されている。

【００２４】前述の各磁石を埋設された環状連結部下面
と磁気結合部上面部は、強力な磁気結合を得ると同時
に、溶血性や滞留部位の低減を実現するため、回転軸に
対して斜め方向に対面している。図示しないが、ロータ
ーにモーターを結合し、モーターを回転させることによ
って、ローターやインペラを回転させ、その結果推力に
よって血液が送液される。

【００２５】ハウジングの下方内周面部４３と、環状連
結部の出口側周面４４とは所定の距離を置いて配置され
ている。上記の離間距離は血液ポンプの回転数によっ
て、影響される。上記距離が小さ過ぎると、溶血し易く
なるが、逆に多過ぎると、血液充填量が増えるなどの問
題を引き起こす。

【００２６】また、血栓形成を防止するため、ハウジン
グ内やインペラ外面等のポンプ室内で血液と接触する全
ての構成要件を抗血液凝固化しても良い。抗血液凝固の
手段としては、特に限定されないが、抗血栓性ムコ多糖
を血液接触表面にイオン結合させる方法は応用範囲が広
く、且つ効果的である。例えば、本出願人による特願平
11-99485号の明細書中に開示した、ヘパリンと４級化ア
ンモニウム塩との複合体をプラスチック表面にコーティ
ングする方法等が好適に適用される。

【００２７】

【実施例】図４に本発明の、小型で軽量のターボ式血液
ポンプを示す。各構成の図番は既述した実施態様で使用
した図番と一致させている。ポンプの寸法は外径、高さ
がそれぞれ５８ｍｍ、５６ｍｍであり、重量は４３ｇ、
ポンプ室の血液充填量は２０ｍＬである。ハウジング、
インペラの素材はポリカーボネート等であり、回転軸は
ステンレス鋼、上部および下部軸受けは前述のＰＥＥＫ
によって形成されている。

【００２８】ベーンの取付位置について、前述した規定
角度によって説明する。ベーン上面線と回転軸とのなす
角度αが４５°、ベーン下面線と回転軸とのなす角度β
が６０°、ベーン入口線ｋと回転軸とのなす角度γは３
０°、ベーン出口線ｌと回転軸とのなす角度δが０°、
ベーン上面線と接線ｐとのなす角度θが２６°、ベーン
下面線と接線ｑとのなす角度εが９５°である。環状連
結部の外円直径は３９．０ｍｍ、内円直径は２２．０ｍ
ｍ、環状連結部からベーン入口上端部までの長さは２
０．０ｍｍで、回転軸長さは１０．０ｍｍである。

【００２９】

【発明の効果】本発明の医療用送液ポンプを使用するこ
とによって、既述した様々な問題を解消することができ
る。第１に小型（血液充填量が小さく）の送液ポンプで
あっても、高流量の送液が可能である。一方、回転数を
下げることによって、微量の流量調整や設定した低流量
維持も簡易にできる。第２に、本送液ポンプを実用上の
高回転域で駆動しても、溶血度が小さく生体に与えるダ
メージを軽減できる。その結果、長時間の血液体外循環
にも対応可能となる。

【００３０】第３に、送血時での血栓の形成が抑えられ
ること。本願の血液ポンプでは、ポンプ内の滞留し易い
箇所・構造を避け、（滞留し難いように）改善されてい
るため、血栓の形成が抑制できる。そのため、低流量域
の送液においても、血栓の形成が抑えられ、且つ長時間
の使用にも耐え得る。

【００３１】第４に、インペラの回転軸を支える軸受け
が高い摺動特性と寸法安定性を有しているため、長時間
の駆動によっても、疲労する度合いが少なく、良好な耐
久性を示し、その結果、安定した送液能（特性）を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１つの実施形態であるターボ式血液ポ
ンプ本体部の大まかな構造を示す断面的概略図。

【図２】本発明の一例の血液ポンプにおいて、インペラ
部分の形状を示す側面概略図。

【図３】本発明の一例の血液ポンプにおいて、インペラ
部分の形状を示す平面概略図。

【図４】本発明の他の実施形態であるターボ式血液ポン
プ本体部の大まかな構造を示す断面的概略図。

【図５】本発明の血液ポンプにおいて、ベーンの取付け
位置を示す模式図。

【図６】本発明の血液ポンプにおいて、インペラ上方か
らみたベーンの取付け位置を示す模式図。

【符号の説明】

１．ハウジング２．ポンプ室３．入口ポート４．出口ポート５．インペラ６．ベーン６ａ．ベーン（大）６ｂ．ベーン（小）７．回転軸８．環状連結部９．上部軸受け１０．下部軸受け１２．従動磁石１３．ローター１４．駆動軸１５．軸結合部１６．駆動磁石１７．入口上部端１８．入口下部端１９．出口上部端２０．出口下部端４０．支持柄４１．スペース４３．下方内周面部４４．出口側周面ｋ．ベーン入口線ｌ．ベーン出口線ｍ．ベーン上面線ｎ．ベーン下面線ｏ．回転軸仮想線ｐ．ベーン入口上部端を通るインペラと同心円のベーン
入口における接線ｑ．ベーン出口下面におけるインペラ外周との接線 α．ベーン上面線と回転軸とのなす角度 β．ベーン下面線と回転軸とのなす角度 γ．ベーン入口線ｋと回転軸とのなす角度 δ．ベーン出口線ｌと回転軸とのなす角度 θ．ベーン上面線と接線ｐとのなす角度 ε．ベーン下面線と接線ｑとのなす角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０４Ｄ 29/66 Ｆ０４Ｄ 29/66 ＢＦターム(参考） 3H033 AA01 AA05 AA11 BB01 BB06 BB16 CC01 DD03 DD06 DD12 DD19 DD26 DD30 EE07 EE08 EE14 4C077 AA03 BB10 DD08 KK01 KK06 KK21 KK23 KK27

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】血液導入口および血液出口とを備えたハウ
ジングの内部に回転自在となるようにインペラを配置し
た血液ポンプにおいて、前記インペラが回転軸と、複数
のベーン（羽根）と、各ベーンの出口部側が連結される
環状連結部と、１つ以上の前記ベーンを回転軸に連結す
る支持手段（支持柄）とを有し、ベーンの入口上部端と
ベーン入口下部端とを結ぶベーン入口線ｋが、回転軸に
対し、ねじれの位置にあり、ベーンの出口上部端とベー
ン出口下部端とを結ぶベーン出口線ｌもベーン入口線ｋ
に対し、ねじれの位置にあることを特徴とするターボ式
血液ポンプ。
【請求項２】前記ベーン出口線ｌが回転軸に対し、実質
的に平行であることを特徴とする請求項１に記載のター
ボ式血液ポンプ。
【請求項３】前記ベーン入口線ｋと回転軸とのなす角度
が、前記ベーン出口線ｌと回転軸とのなす角度より大き
いものである請求項１または２のいずれかに記載のター
ボ式血液ポンプ。
【請求項４】ベーンの入口上部端とベーン出口上部端と
を結ぶベーン上面線ｍと回転軸とのなす角度（α）が、
ベーンの入口下部端とベーン出口下部端とを結ぶベーン
下面線ｎと回転軸とのなす角度（β）よりも小さいもの
である請求項１〜３のいずれかに記載のターボ式血液ポ
ンプ。
【請求項５】前記ベーン上面線ｍと、ベーン入口上部端
を通るインペラと同心円のベーン入口における接線ｐと
のなす角度θが、前記ベーン下面線ｎと、ベーン出口下
面におけるインペラ外周との接線ｑとのなす角度εより
小さいものである請求項１〜４のいずれかの項に記載の
ターボ式血液ポンプ。
【請求項６】インペラのプロフィールが、ベーン入口線
ｋとベーン出口線ｌとを滑らかにつないだ曲面形状をし
ており、回転軸に対してねじれの位置にあるベーンの入
口線を、半径外方向に沿って、回転軸に平行になるよう
に回旋させた軌跡を持つ請求項１〜５のいずれかの項に
記載のターボ式血液ポンプ。
【請求項７】インペラが、面積の異なる２種類のベーン
がそれぞれ回転対称となるように交互に配置されたもの
であり、さらに前記ベーンの総数が４〜８の範囲のもの
である請求項１〜６のいずれかの項に記載のターボ式血
液ポンプ。