JP2002102334A

JP2002102334A - 連続流型人工心臓システム

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Publication number: JP2002102334A
Application number: JP2000295035A
Authority: JP
Inventors: Mitsutoshi Yaegashi; 光俊八重樫
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2002-04-09
Anticipated expiration: 2020-09-27
Also published as: JP4391680B2

Abstract

(57)【要約】【課題】正規のコントローラから非常用コントローラ
への運転制御の移行を迅速に行う連続流型人工心臓シス
テムを提供する。【解決手段】体内に埋め込まれているポンプと該ポン
プを体外にて制御するコントローラとを有する連続流型
人工心臓システムにおいて、正規のコントローラとは別
の非常用コントローラと、前記正規のコントローラの故
障時に、前記ポンプへの、前記正規のコントローラから
前記非常用コントローラへの交換を、実質的な身体への
影響なしに実施可能とするするコントローラ交換部１
０，２０，２３とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は連続流型人工心臓シ
ステム、特に非常用コントローラを有する連続流型人工
心臓システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】人工心臓は心臓の代行を行う人工臓器で
ある。人工心臓の方式には大きく分けて、拍動流式と連
続流式の２つがある。

【０００３】この内、拍動流式は、１回の拍出ごとに定
量の血液を送出する方式である。一方、連続流式は、回
転機構により、連続的に血液を送出する方式である。連
続流式のポンプにはインペラに羽根を有する遠心ポンプ
のタイプが数社で開発されているが、医療器として承認
されたものはまだなく、いずれも第１段階としてポンプ
のみを埋め込み、その制御部（コントローラ）は体外に
置くシステムを考えている。

【０００４】これは、ポンプ以外にコントローラまで体
内に埋め込んだ場合、コントローラに内蔵されている電
池の充電を経皮的に行う必要が生じること、コントロー
ラの小型化が難しい等のためである。

【０００５】このような遠心式血液ポンプ装置の例が本
出願人による特開平１１−２４４３７７号に、その制御
方法の例が本出願人による特開平９−５６８１２号に示
されている。

【０００６】この外部のコントローラの役割としては、
以下のような制御がある。イ）インペラを適当な磁気浮上位置に浮上させておく。ロ）モータとインペラ間の脱調（カップリング脱調）が
起きたとき、一度回転を停止して再回転を行う。ハ）ポンプの状態をモニタして、異常であれば知らせ
る。モニタ内容は、例えば、コントローラ内温度、モー
タ電流、回転数、インペラ位置、磁気浮上用電流等であ
る。

【０００７】普通、連続流型人工心臓ポンプの運転で
は、コントローラを体内に埋め込まれているポンプと接
続した後、外部から回転開始、回転停止のアクション
と、各モードにおけるパラメータの設定、例えば、１）回転数一定の制御を行うのであれば、使用者に応じ
た回転数の設定、２）モータ電流一定の制御を行うのであれば、使用者に
応じた電流値の設定、を行う必要がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従って、例えば、コン
トローラにおいて、初期故障（部品不良、ハンダ付不
良）、使用中故障（水にどっぷりつかった、交通事故で
予想以上の衝撃を受けた）等の原因で、イ）磁気浮上の駆動回路が壊れた場合、ロ）モータの駆動回路が壊れた場合、ハ）上記２つを制御している部分（具体的に制御してい
るアナログ回路や、制御コマンドを出しているＣＰＵ，
ＦＰＧＡのデジタル部）が壊れた場合、などのように、
それまでに使用していたコントローラが故障してポンプ
の運転が異常になり、コントローラの交換が必要になっ
た場合に、交換作業は迅速に行う必要がある。

【０００９】これは、例えば、回転が止まった場合には
血栓が生じてしまう、また、回転が異常になって、内部
のインペラがポンプのハウジングに衝突するという不具
合が生じる恐れがあるからである。

【００１０】したがって、非常用コントローラについて
は、ポンプとの接続後、迅速に運転を開始することが望
まれる。

【００１１】本発明の目的は、前記従来の問題点に鑑
み、正規のコントローラから非常用コントローラへの運
転制御の移行を迅速に行う連続流型人工心臓システムを
提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の連続流式人工心臓システムは、体内に埋
め込まれているポンプと該ポンプを体外にて制御するコ
ントローラとを有する連続流型人工心臓システムにおい
て、正規のコントローラとは別の非常用コントローラ
と、前記正規のコントローラの故障時に、前記ポンプへ
の、前記正規のコントローラから前記非常用コントロー
ラへの交換を、実質的な身体への影響なしに実施するコ
ントローラ交換手段とを備えることを特徴とする。

【００１３】ここで、前記非常用コントローラはサブコ
ントローラであって、前記コントローラ交換手段は、前
記正規のコントローラから前記サブコントローラへ自動
的に切り替える自動切替手段を含む。また、前記コント
ローラ交換手段は、前記正規のコントローラから前記非
常用コントローラへの交換の間、前記ポンプの運転を維
持する運転維持手段を含む。また、前記運転維持手段
は、前記ポンプにどのコントローラも接続していない場
合に前記ポンプ内で運転を維持する手段、及び／又は、
前記ポンプに前記非常用コントローラが接続された後、
前記非常用コントローラをデフォルトの運転パラメータ
で動作させる手段を含む。また、前記コントローラは前
記ポンプの運転パラメータを有し、前記コントローラ交
換手段は、前記非常用コントローラが前記正規のコント
ローラの運転パラメータを取得する運転パラメータ取得
手段を含む。また、前記ポンプの運転パラメータが使用
者に対応して前記ポンプ内に記憶されており、前記運転
パラメータ取得手段は、前記正規のコントローラから前
記非常用コントローラへの交換後に、前記ポンプから運
転パラメータを取得する。また、前記コントローラは、
前記ポンプからの動作状態の検出情報を外部のコンピュ
ータ装置に発信する発信部と、前記ポンプへの運転制御
情報を外部の前記コンピュータ装置から受信する受信部
と、前記運転制御情報に基づいて前記ポンプの運転信号
を出力する信号出力部からなる携帯ユニットと、前記携
帯ユニットから受信した前記ポンプの動作状態の検出情
報に基づいて運転制御情報を算出し、前記算出された運
転制御情報を前記携帯ユニットに送信する前記コンピュ
ータ装置とを含み、前記コントローラの交換は前記携帯
ユニットの交換により行われる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照して詳細に説明する。

【００１５】＜本実施の形態の連続流型人工心臓システ
ムの構成例＞図１は、本実施の形態が適用される磁気浮
上型ポンプとその制御回路を示す図である。

【００１６】図１において、磁気浮上型ポンプ３０は、
モータ部３１とポンプ部４０と磁気軸受部５０とから構
成される。ポンプ部４０のケーシング４１内にはインペ
ラ４２が設けられる。ケーシング４１は非磁性部材から
なり、インペラ４２は非制御式磁気軸受を構成する永久
磁石４３を有する非磁性部材４４と、制御式磁気軸受の
ロータに相当する軟鉄部材４５とを含む。永久磁石４３
はインペラ４２の円周方向に分割されていて、互いに隣
接する磁石が互いに反対方向に着磁されている。

【００１７】インペラ４２の永久磁石４３を有する側に
対向するようにして、ケーシング４１外部には軸４６に
軸支されたロータ４７が設けられる。ロータ４７はモー
タ３２によって駆動されて回転する。ロータ４７にはイ
ンペラ４２の永久磁石４３に対向しかつ吸引力が作用す
るようにインペラ４２側と同数の永久磁石４８が設けら
れている。一方、インペラ４２の軟鉄部材４５を有する
側に対向するようにして、ケーシング４１において永久
磁石４３と４８の吸引力に打ち勝ってインペラ４２をケ
ーシング４１の中心に保持するように電磁石５１と図示
しない位置センサとが磁気軸受部５０に設けられてい
る。

【００１８】上述のごとく構成された磁気浮上型ポンプ
３０において、ロータ４７に埋込まれている永久磁石４
８はインペラ４２の駆動や半径方向を支持し、インペラ
４２に設けられている永久磁石４３との間の軸方向の吸
引力を生じさせる。この吸引力と釣り合うように電磁石
５１のコイルに電流が流され、インペラ４２が浮上す
る。そして、ロータ４７がモータ３１の駆動力によって
回転すると、永久磁石４３と４８とが磁気カップリング
を構成し、インペラ４２が回転して、血液は注入口から
図示しない吐出口に送り込まれる。インペラ４２はケー
シング４１によってロータ４７から隔離されておりかつ
電磁石５１からの汚染を受けることがないので、磁気浮
上型ポンプ３０から吐出された血液はクリーンな状態を
保持する。制御回路６０は、ＣＰＵ回路６１と回転数制
御回路６２と磁気軸受制御回路６３とを含む。回転数制
御回路６２は、ＣＰＵ回路６１からの指令を受け、モー
タ３１の回転数を制御し、磁気軸受制御回路６３は図示
しない位置センサの信号をもとに電磁石５１を制御す
る。さらに、制御部６０には、回転数を表示する表示器
７１と流量を表示する表示器７２と圧力を表示する表示
器７３とが必要に応じて設けられる。

【００１９】コントローラとポンプ間の信号は、ケーブ
ルとコネクタ８０により接続されている。

【００２０】なお、図１に示した磁気浮上型ポンプの全
体の動作と血液循環との関連などについては、本願の主
題ではないので、その詳細な説明は省略する。

【００２１】＜本実施の形態の非常用コントローラへの
交換例１＞上記連続流型人工心臓用のコントローラとポ
ンプ間を接続するケーブルは、一般に１０数本程度必要
であるが、本実施の形態例では、図２に示すようにポン
プ側のコネクタ１０（例えばプラグ）に検知用のピン２
本１１，１２を用意する。一方、コントローラ側のコネ
クタ２０（レセプタ）では、対応するピン２１，２２を
図２に示す回路２３に接続する。

【００２２】これにより、接続時のチャタリングの影響
を受けずに、接続時：Ｌｏｗ、未接続時：Ｈｉｇｈとなる信号ＣＮＤＡＴＡが得られる。この方式ではポン
プのケーブル内の信号の数は変わらず、コネクタのピン
数が２本増えるだけなので、ケーブルの太さは変わらな
いという利点がある。

【００２３】ＣＮＤＡＴＡという信号が得られたので、
あとは、ＣＰＵのＩ／Ｏ等を使用して、ＣＮＤＡＴＡの
ＨｉｇｈからＬｏｗになる立ち下がりから数秒後に回転
開始命令を出力し（この数秒間に回転を開始できるかど
うかのチェックを行う）、予め設定された運転パラメー
タ（例えば、回転数一定か電流一定かの制御則の選択、
各々の制御則の場合の回転数又は電流など。制御則の選
択信号はデジタル値となる。回転数又は電流の設定値は
よく使用されるＤＣモータの場合、アナログだが、Ｄ−
Ａ変換によって与えることができるので８ビット程度の
デジタル値設定可能である。したがって、全てデジタル
値で設定できる）に移行するようにソフトを作成すれば
よい。

【００２４】図３は、本交換例１における非常用コント
ローラへの交換時のタイミングを示すタイミングチャー
トである。

【００２５】回転制御が停止して非常用コントローラへ
交換した時に、信号ＣＮＤＡＴＡがＨｉｇｈからＬｏｗ
に変化して数秒後には、予め設定された回転数制御信号
と電流値制御信号が非常用コントローラに提供され、ポ
ンプの運転を再開する。

【００２６】この場合の運転パラメータの設定は、コン
トローラ内のプリント基板に用意したＤＩＰスイッチ
（たとえば制御の選択用）又は可変抵抗（たとえば回転
数、電流値の設定用）等で設定を行うことができる。

【００２７】上記実施の形態では、運転パラメータの設
定を、コントローラ内のプリント基板に用意したＤＩＰ
スイッチ又は可変抵抗等で行う例を示したが、装置の信
頼性を高める（埃、水の影響を受けないようにする）こ
とを考えると、ハード的に行うよりは、光、電磁波によ
る非接触の通信を行い、ソフト的に設定することが望ま
しい。

【００２８】＜本実施の形態の非常用コントローラへの
交換例２＞図４及び図５は、コントローラ６０を最小限
の携帯部と、この携帯部と無線通信でデータを送受信す
る外部のパーソナルコンピュータ（以下ＰＣ）とから構
成した例を示す図である。本例においては、図示しない
が、携帯部に非常用コントローラへの自動交換をする構
成を有するのが好ましい。

【００２９】本実施の形態では、携帯部からセンサの検
知データを無線通信で受信して、制御データを演算し、
算出された制御データを該携帯部に送信する。尚、本実
施の形態において、使用者の負荷変動に応じて、回転数
を変化させず、ほぼ流量一定に制御し、負荷変動に応じ
た回転数変化（流量制御）は使用者又は医師が行うシス
テムであっても、実時間で負荷変動に応じた制御をＰＣ
が行う、モニタされる信号（モータ回転数変換電圧、モ
ータ電流変換電圧。これらによって流量が計算される）
と、使用者の負荷を示す信号から、最適な回転数を計算
し、その設定電圧を与えるシステムであってもよい。

【００３０】図４は、磁気軸受制御回路６３の制御を外
部ＰＣ１００に任せたシステムの構成例を示している。
尚、破線部２００が携帯部の構成を示す。

【００３１】位置センサ３０１〜３０３からの信号は、
センサ出力回路２１１〜２１３からマルチプレクサ２２
０に入力されて選択され、Ａ／Ｄ変換器２３０でデジタ
ルデータに変換される。このデジタルデータは送受信部
２４０を介して無線通信（例えば、電波、赤外線など）
により外部ＰＣ１００に送信される。外部ＰＣ１００で
は、受信した位置センサ３０１〜３０３のデータに基づ
いて、磁気浮上ドライバ２７１〜２７３への制御データ
を演算・生成して、送受信部２４０へ送信する。携帯部
２００で受信された制御データは、Ｄ／Ａ変換器２５０
でアナログデータに変換され、デマルチプレクサ２６０
により分配されて、各磁気浮上ドライバ２７１〜２７３
へ送られる。各磁気浮上ドライバ２７１〜２７３から
は、モニタ用の磁気浮上電流がマルチプレクサ２２０、
Ａ／Ｄ変換器２３０、送受信部２４０を介して外部ＰＣ
１００に送られて、モニタされる。

【００３２】ここで、本例により外部ＰＣ１００に制御
が移されて、位置センサ３０１〜３０３からの信号よ
り、磁気浮上ドライバ２７１〜２７３への制御データを
演算・生成する外部ＰＣ１００が実行する過程は、図８
に示す破線の部分８００である。

【００３３】図５は、回転数制御回路６２の制御を外部
ＰＣ１００に任せたシステムの構成例を示している。
尚、破線部４００が携帯部の構成を示す。

【００３４】モータコントロールＩＣ＆周辺回路４４０
で表わされるワンチップからのモータ回転数変換電圧と
モータ電流変換電圧とは、マルチプレクサ４６０で選択
されて、Ａ／Ｄ変換器４７０でデジタルデータに変換さ
れる。このデジタルデータは送受信部４１０を介して無
線通信（例えば、電波、赤外線など）により外部ＰＣ１
００に送信される。外部ＰＣ１００では、受信したモー
タ回転数変換電圧とモータ電流変換電圧とのデータに基
づいて、モータドライバ４５１〜４５３への制御データ
（回転数設定電圧と回転ＯＮ／ＯＦＦ信号）を演算・生
成して、送受信部４１０へ送信する。携帯部４００で受
信された制御データは、Ｄ／Ａ変換器４２０でアナログ
データに変換され、デマルチプレクサ４３０により分配
されて、モータコントロールＩＣ＆周辺回路４４０に送
られて、生成されたモータドライブ信号が各モータドラ
イバ４５１〜４５３へ送られる。

【００３５】尚、上記モータコントロールＩＣ＆周辺回
路の一部は、外部ＰＣに機能を任せることもでき、外部
ＰＣの果たす機能は本実施の形態に限定されるものでは
ない。ここで、本例により外部ＰＣ１００に制御が移さ
れて、制御データを演算・生成する外部ＰＣ１００が実
行する過程は、上記磁気軸受制御回路６３の説明より明
らかなので、ここでは説明を省く。

【００３６】本実施の形態により、１）携帯されるコントローラの小型化と、２）複雑な制御方法の実現と、が可能になる。

【００３７】（本実施の形態の通信例）図６及び図７
は、本実施の形態の通信部（送信部と受信部）の構成例
を示すブロック図である。ここでは微弱電波による通
信、特にＥＩＡ−２３２の信号の内、ＴＸＤとＲＴＳを
使用した例を示す。

【００３８】はじめに送信部の説明を行う。運転パラメ
ータは、ＰＣ(パソコン）１００で入力あるいは算出さ
れ、送信インターフェイス部６１０でＴＴＬレベルに変
換される。ＴＸＤはＴＸＤＡＴＡにＲＴＳはＴＸ−ＯＮ
−ＯＦＦとなり送信モジュール部６２０に入力される。

【００３９】送信モジュール部６２０では、ＴＸＤＡＴ
ＡがＨｉｇｈのときは６８．１ＭＨｚの発振信号を、Ｌ
ｏｗのときは６８．３ＭＨｚの信号を選択する。その信
号を増幅した後、ＤＢＭ（Double Balanced Mixer）
で、ＰＬＬ回路で作られた周波数とミックスして周波数
変換する。最後に増幅してアンテナ６３０から電波とし
て出力する。なお、ＴＸ−ＯＮ−ＯＦＦ信号がＨのとき
だけ電波を出力する。

【００４０】次に受信部の説明を行う。アンテナ７３０
から入力された電波は受信モジュール部７２０におい
て、増幅された後、ＤＢＭ部でＰＬＬからの周波数とミ
ックスされ、中間周波数４４．２ＭＨｚに変換する。こ
れを増幅した後で検波回路に入力し、ＲＸＤＡＴＡとＣ
Ｄ信号として出力する。

【００４１】これらの信号は受信インターフェイス部７
１０でレベル変換されて、ＥＩＡ−２３２のＲＸＤ、Ｄ
ＳＲとして出力されてマイコン１００に入力される（レ
ベル変換せずにＴＴＬで良い場合もある）。マイコン１
００に受信された運転パラメータ（たとえば３２ビッ
ト）のデータはＥＥＰＲＯＭに書き込まれ、コントロー
ラ自体の電源が切断されてもデータの消失は起きない。

【００４２】＜本実施の形態の非常用コントローラへの
交換例３＞上記交換例１及び２では、非常用コントロー
ラへの交換時にポンプの制御を停止して、ポンプの運転
が停止する場合を例に説明したが、非常用コントローラ
への交換時にポンプへの制御信号が途絶えている間、以
前の信号を保持する回路やそれまでの運転を維持する回
路をポンプ側に設けることで、図３に示したようなポン
プの回転制御の空白を無くして制御の連続性を維持する
ことも可能である。この場合の一例としては、ポンプ側
にドライバを移し電源維持回路を設けることが考えられ
る。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、正規のコントローラか
ら非常用コントローラへの運転制御の移行を迅速に行う
連続流型人工心臓システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態における連続流型人工心臓システ
ムのブロック図である。

【図２】本実施の形態の連続流型人工心臓システムの非
常用コントローラへの交換例を示す図である。

【図３】図２における交換時のタイミングチャートであ
る。

【図４】本実施の形態の連続流型人工心臓システムの非
常用コントローラへの他の交換例を実現する構成示す図
である。

【図５】本実施の形態の連続流型人工心臓システムの非
常用コントローラへの他の交換例を実現する構成示す図
である。

【図６】本実施の形態の連続流型人工心臓システムの送
信部の構成例を示す図である。

【図７】本実施の形態の連続流型人工心臓システムの受
信部の構成例を示す図である。

【図８】図４における外部ＰＣの処理を説明するための
図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】体内に埋め込まれているポンプと該ポン
プを体外にて制御するコントローラとを有する連続流型
人工心臓システムにおいて、正規のコントローラとは別の非常用コントローラと、前記正規のコントローラの故障時に、前記ポンプへの、
前記正規のコントローラから前記非常用コントローラへ
の交換を、実質的な身体への影響なしに実施するコント
ローラ交換手段とを備えることを特徴とする連続流型人
工心臓システム。
【請求項２】前記非常用コントローラはサブコントロ
ーラであって、前記コントローラ交換手段は、前記正規
のコントローラから前記サブコントローラへ自動的に切
り替える自動切替手段を含むことを特徴とする請求項１
記載の連続流型人工心臓システム。
【請求項３】前記コントローラ交換手段は、前記正規
のコントローラから前記非常用コントローラへの交換の
間、前記ポンプの運転を維持する運転維持手段を含むこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の連続流型人工心臓
システム。
【請求項４】前記運転維持手段は、前記ポンプにどの
コントローラも接続していない場合に前記ポンプ内で運
転を維持する手段、及び／又は、前記ポンプに前記非常
用コントローラが接続された後、前記非常用コントロー
ラをデフォルトの運転パラメータで動作させる手段を含
むことを特徴とする請求項３記載の連続流型人工心臓シ
ステム。
【請求項５】前記コントローラは前記ポンプの運転パ
ラメータを有し、前記コントローラ交換手段は、前記非
常用コントローラが前記正規のコントローラの運転パラ
メータを取得する運転パラメータ取得手段を含むことを
特徴とする請求項１記載の連続流型人工心臓システム。
【請求項６】前記ポンプの運転パラメータが使用者に
対応して前記ポンプ内に記憶されており、前記運転パラ
メータ取得手段は、前記正規のコントローラから前記非
常用コントローラへの交換後に、前記ポンプから運転パ
ラメータを取得することを特徴とする請求項５記載の連
続流型人工心臓システム。
【請求項７】前記コントローラは、前記ポンプからの
動作状態の検出情報を外部のコンピュータ装置に発信す
る発信部と、前記ポンプへの運転制御情報を外部の前記
コンピュータ装置から受信する受信部と、前記運転制御
情報に基づいて前記ポンプの運転信号を出力する信号出
力部からなる携帯ユニットと、前記携帯ユニットから受
信した前記ポンプの動作状態の検出情報に基づいて運転
制御情報を算出し、前記算出された運転制御情報を前記
携帯ユニットに送信する前記コンピュータ装置とを含
み、前記コントローラの交換は前記携帯ユニットの交換によ
り行われることを特徴とする請求項１記載の連続流型人
工心臓システム。