JP2002514942A - 医療用流体ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 壁部を形成するフレキシブルなダイヤフラムと、ドライブロッドとを備える内部が無菌のポンプチャンバを有する医療用ポンプ装置。ドライブロッドはダイヤフラムを貫通し、ポンプチャンバ内に配設された回転ベーン内に延伸する。モーターが回転フックを回転させる。このフックは、ポンプユニット内でベーンを駆動するためにドライブロッドに係合している。ドライブロッドを耐水状態でフレキシブルダイヤフラムに貫通させて取り付けることによって、ポンプチャンバはモーターから絶縁される。流体はベーンの中空軸を介してポンプチャンバの引入れ口にポンプ送りされ、ベーンの流体コンジットを介して外に排出され、その後ポンプチャンバの排出口から排出される。

Description

【発明の詳細な説明】 医療用流体ポンプ 技術分野 本発明は医療用流体ポンプに関し、特に、関節手術を受ける関節の中に洗浄液 をポンプ送りするための無菌の遠心ポンプに関する。 発明の背景 患者の体内に流体をポンプ送りするときはいつでも、流体を無菌環境にのみ通 すことが不可欠である。それ故に、ポンプがこういった環境で有用であるために 、ポンプの機構が流路から隔離されているようにしておく必要がある。 米国特許No．３,８６４,０５５（Kletschka他）は、回転子がチャンバ内で回 って液体をチャンバの排出口を介して液推進させる医療用流体ポンプを開示する 。チャンバ内の回転子は、ベアリングで支承される駆動軸に取り付けられている 。ベアリング内に支承されるシャフトは精密に支承される必要があり、このこと はポンプのコストを高くする。Ｏリングのシールがチャンバからの漏れを防止す るために使われる。Ｏリングのシールは、漏れが生じるまで摩耗しない限り、漏 水防止機能を果たすであろう。米国特許No．５,１７８,５１５（Tsuchya他）が 、他方、ダイヤフラムを介して駆動される医療用ポンプを開示する。ロッカーが ダイヤフラムを介して設けたシャフトに接続されている。シャフトはロッカーを チャンバ内で揺動させるように駆動され、これにより流体をチャンバを介して回 転させてチャンバの排出口を通して排出する。ドイツのOffenlegungsschraft２ ９１８３２５（Sempio）のどおりに、引入れ口を介して流体が供給されるポンプ チャンバはリングを有し、このリングはチャンバ内で揺動し流体を排出口を通し て追い出す。リングの駆動軸は、チャンバを駆動機構から密封シールするために ダイヤフラム内に吊されているようである。 発明の概要 本発明は無菌の使い捨ての遠心ポンプユニット備える医療用流体ポンプに関す る。ポンプユニットは、内部が無菌のチャンバ内で回転するベーンあるいはイン ペラを備える。ベーンは、ポンプチャンバの入口に連通する中空軸回りに回転す る。フレキシブル（柔軟）なダイヤフラムがポンプチャンバの壁部を形成する。 ドライブロッドはダイヤフラムを貫通して延伸し、ドライブロッドの一端が上記 中空軸の回転軸から半径方向にオフセットしたベーン上の位置においてベーンに 係合する。ベーンの回転は、ポンプチャンバから外に延伸するドライブロッドの 端部を回転させることによって成し遂げられる。ベーンの回転によりポンプチャ ンバ内の流体の圧力が増し、流体は排出口を介して外に押し出される。流体が流 体源から引入れ口を介して中空軸の中に引き込まれ、そして回転ベーンの端部の 外に引き出される。ポンプユニットを操作する機械的な装置は、一般的にモータ と、ドライブロッドの外端と係合する回転フックとを含む。 液密（耐水性）を維持するようにドライブロッドがダイヤフラムを貫通するよ うに取り付けられることで、汚染物質がポンプチャンバに入らないようにポンプ ユニットをポンプモーターの下にシールした状態に維持することができる。ポン プユニットは低コストの使い捨てのユニットであるといった利点を有する。本発 明の他の目的及び利点は、図面と関連してなされる以下の発明の好ましい実施態 様の説明により明白になるであろう。 図画の簡単な説明 図１は、本発明の医療用ポンプ装置のレイアウトを示す。 図２は、本発明のモータ及びポンプユニットの側面図であり、ポンプユニット の断面を示す。 図３は、本発明のポンプユニットに用いられる回転ベーンの端面図である。 図４は、図３の回転ベーンの断面側面図である。 図５は、図３の回転ベーンの下面図である。 図６は、本発明のポンプチャンバの壁に使われるダイヤフラムの断面図である 。 図７は、本発明のモーターに取り付けられた回転フックの平面図である。 図８は、図７の回転フックの側面図である。 好ましい実施態様の詳細な説明 図１に言及し、医療用ポンプ装置の永久使用部分は、主制御器１２によって電 気コントロールされるモーター１０を含む。もし望まれるなら、主制御器につな がる配線あるいは無線の接続を使った遠隔操作装置１４を含むことができる。回 転フック１６はモーター１０に連結されて回転する。フック１６は、ドライブロ ッドを回転させる開ループ、閉ループ、スロットあるいはその他の同等な係合機 構とすることができる。主制御器１２あるいは遠隔操作装置１４は回転フック１ ６の回転速度を操作する。回転フックの速度増加がポンプ内の流体の圧力を増大 させる。 使い捨てのポンプユニット２０は取り外し去可能なアタッチメントとしてモー ター１０に備えられる。ポンプユニット２０はモーター１０の下にぶらさげたポ ンプチャンバ２２を含む。図１に示すフック２６のような従来のアタッチメント を用いてモーターの下にポンプユニットをぶらさげてもよい。ポンプチャンバ２ ２は外側へ延伸するドライブロッド２４を有する。ドライブロッド２４は回転式 のフック１６を使用する。ポンプチャンバ２２の内部は無菌であり、ポンプチャ ンバは無菌でない環境から隔離されるようにシールされた状態に維持される。 使い捨てポンプユニット２０は、さらに、チャンバ２２内に流体を供給する引 入れ管３０を含む。ポンプの流体源はＩＶポールからぶらさげられた流体のバッ ク（袋）によって供給することができる。図１に示すように、引入れ管３０は、 ２袋が連結されるように、Ｙ字接続を備えることができる。１つの袋が空になっ た時、他の袋は引入れ管３０に流体を供給するために使われる。 引入れ管３０上にスライドクランプ３４を設けることによって１つの袋３２か ら他方の袋へスイッチすることができる。空の袋から流体の満ちた袋に取って代 わられるので、ポンプ送り動作が空の袋によって中断されることがない。 排出管（洗浄管）４０がポンプチャンバ２２の排出口に取り付けられている。 引入れ管３０と排出管４０はＰＶＣ管から作ることができる。排出管４０を関節 鏡、カニューレあるいはその他同種のものに連結するため、端部接続管４１を排 出管４０の出力端部に取り付けることとしても良い。端部接続管４１上に設けた ピンチクランプ４２を用いて医務員は適切な時まで管を閉じておくことができる 。 本発明のポンプ装置は関節鏡術をうける関節に圧力洗浄液を配送することに適 する。しかしながら、本発明装置を他のポンプ医療処置に用いる利点もある。手 術において、あるいは、患者に注入するために使う流体は無菌であることが非常 に重要であるので、本発明のとおりに、ポンプユニットと、取り付けられた管は 内部無菌の使い捨てのユニットとして供給されることが有利である。モーターと 制御器は再利用され、その他のポンプセットと共に使用され、すべての患者に対 して新しい清潔なポンプユニットが使用されることになる。そのようにして、労 力とエネルギーを消費する滅菌処理を回避することができる。 図２を参照し、本発明のポンプユニットについてさらに詳細に説明する。ポン プチャンバ２２の内部は無菌である。チャンバは殺菌可能な低コスト材料から作 られている。ポンプチャンバのための１つの適当なプラスチック材料はCyrolite のようなアクリルである。排出口４６と引入れ口４８は、流体がポンプチャンバ ２２に出入りすることができる唯一の手段である。引入れ口４８は、ダイヤフラ ム５０の反対側であるポンプチャンバ２２の底部に位置している。ダイヤフラム ５０はドライブロッド２４を保持する。ディスク（円盤状の）リング５１をダイ ヤフラム５０に密着するようにチャンバ壁に取り付けることができる。ディスク リング５１はダイヤフラム５０が圧力により膨張することを防止する。ドライブ ロッド２４は、ポンプチャンバ内で力学的エネルギーをモーター１０から回転ベ ーン５２まで伝達するために使われる。ベーン５２は中空軸（中空シャフト）５ ４上で回転する。中空軸５４は、引入れ口４８に導く筒状チャネル５６内に配置 される。従って、中空軸５４は引入れ口４８に連通する。回転ベーン５２は、筒 状チャネル５６と直角をなし回転ベーンの一端から他端まで延伸する流体コンジ ット５８を含む。回転ベーン５２が中空軸５４の軸回りに回転すると、流体は引 入れ口４８を介してベーン５２の両端の外側の中空軸５４内に引き揚げられる。 流体は中空軸５４を介して流体コンジット５８の中に移動する。回転ベーン５２ （あるいはインペラ）の構造について、図３、４及び５に言及してさらに詳細に 説明する。回転ベーン５２の目的はポンプチャンバ２２内の流体圧を増すことで ある。しかしながら、ベーンの回転によるポンプチャンバ２２内に創成される乱 流をできる限り避けることが望ましい。乱流は前進抵抗（抗力）を増加させる。 回転ベーンに作用する抗力を減らすことによって、ポンプモーターの消費電力を 減らすことができる。抗力と電力消費量を減らすために、ベーンの流体力学的な デザインは図３に示すようなものであることが望ましい。本発明の回転ベーン５ ２は一対の翼によって形成される。それぞれの翼は肉厚の薄い外側エッジ６２ を有する。翼は、エッジ６２から流体コンジット５８のまわりの肉厚部分に近づ くにつれて、次第に厚くなっている。厚い部分におけるエッジは翼の前縁として 働き、そして流体コンジット５８の半径より大きい曲率半径を有する。上の側面 と下の側面の翼のカーブは、ベーンの回転によりベーンを筒状チャンバ５６の外 側へ引っ張るような揚力を作らないように、ほぼ平しくされるべきである。ベー ンの２つの翼は中空軸５４からそれぞれ反対方向に延伸する。各翼の薄いエッジ ６２は、ベーンが回転を始めた際にそれぞれの翼の薄いエッジ６２が回転翼の後 縁となるように、その向きが定められている。図４に示すように、流体コンジッ ト５８は中空軸５４と連通する。流体コンジット５８は中空軸５４に対して直角 をなすように設けられている。流体コンジット５８はベーン５２の１端から反対 の端部まで延伸する。流体は中空軸５４を介して引き込まれ、２方向、即ち、ベ ーンの１端に向かう方向と、ベーンの他端に向かう方向に別れる。 ベーン５２は傾斜スロット６６を備える。傾斜スロット６６は中空軸５４から 半径方向にオフセットした（ずれた）位置にある。スロット６６はドライブロッ ド２４を使用するために設けられている。ドライブロッド２４が傾斜スロット内 に遊嵌して回転できるように傾斜スロット６６の径はドライブロッド２４の径よ りも僅かに大きく設けられている。スロットの径を０.０１５インチ（約0.38mm ）だけ大きくしてやれば十分に作動することがわかった。モーターがドライブロ ッド２４の一端を回転させると、ドライブロッド２４の他端は中空軸回りに回る 。このようにして、ベーン５２はシャフトの回りに回転する。中空軸５４は筒状 チャネル５６内で回転する。筒状チャネル５６に対する中空軸５４の嵌合はすき まばめであり、よって、ポンプチャンバ内の流体が回転運動の間にシャフトの周 りにしみこみ摩擦を減ずるように設けている。ベーン５２と筒状チャンバの少な くとも一方を低摩擦係数材料から作ることによって、摩擦をさらに減少させるこ とができる。この好ましい実施態様では、ベーン５２はデルリン（Delrin、登録 商標）から作られている。中空軸５４は０.４０８インチ（約10.36mm）の外径を 有する、そして引入れ口４８は０.４１６インチ（約10.56mm）の内径を有する。 図６にダイヤフラム５０の詳細を示す。ダイヤフラム５０はドライブロッドを 液密（耐水）状態にベーン５２上に吊り下げるように保持する。ダイヤフラム５ ０は、ポンプチャンバ２２の壁の１部を形成するフレキシブル（柔軟）なウエブ ６８を含む。好ましい実施例のウエブ６８は環状の輪状の波あるいはリブ６９を 含む。リブ６９はディスクリング５１にぶつかる。筒状スリーブ７０がウエブ６ ８の中心部で吊られている。筒状スリーブ７０はドライブロッド２４上を摺動し ドライブロッドとの間に耐水性を維持する。筒状スリーブ７０の対向端部を越え た位置においてドライブロッド２４にストッパの役目をなすこぶを設けてスリー ブがドライブロッドの延伸方法に移動することを防止することができる。好まし くは、ドライブロッド２４はデルリンから作られている。ダイヤフラムは、好ま しくは、Pelethaneのようなウレタンから作られている。ドライブロッド２４が フック１６によって回転されると、ウエブ６８は曲がって伸び、ドライブロッド をダイヤフラムのほぼ中心エリアに保持するとともにドライブロッドがぐらぐら 運動することを許容する。ドライブロッドは筒状スリーブ内で密着保持され、そ の中での回転は許容されない。それ故に、ドライブロッド２４の回転フック１６ との係合及び傾斜スロット６６内での係合においては回転が許容されなければな らない。 回転フック１６を図７及び８に示す。好ましい実施態様では、回転フックはア ルミニウムであり、そして２つのフック部を備え、各フック部はドライブロッド ２４の外端に係合するために用いられる。フックは、ドライブロッド２４の端部 を受け入れる傾斜スロットを有する。傾斜スロットは、ドライブロッドがダイヤ フラムの中心と、フック１６と係合する端部との間に斜めに横たわる角と合うよ うに設けられている。好ましくは、この角はベーン５２内のスロット６６の角と 同じであるべきである。 本発明のポンプは遠心ポンプの原理で作動する。チャンバ内の流体圧はベーン の回転速度の平方に比例する。チャンバ内の流体の圧力が増加するにつれて、排 出管を介して配送された流体の圧力は増加する。ベーンの回転速度を増すことに よってポンプ速度を大きくすることができる。本発明は、内部が無菌の、ポンプ のモータによる制御装置から気密状態に隔離された低コストの使い捨てのポンプ を提供できるという利点を有する。 もちろん、上に記述した好ましい実施態様への種々の変更及び改修は当業者に とって明白であるであろうことは理解されるべきである。例えば、本発明の範囲 に属するような無数のベーンの流体力学的デザインが可能であろう。同じく、回 転フックは、モーターが回転する際に、ドライブロッドの端部を把持するループ 、スロットあるいは他の回転体とすることができる。こういった変更その他の変 更は発明の精神と範囲から外れることなく、また、発明に伴う利点を減ずること なくなされるであろう。従って、以下のクレームにそういった変更、改修を含む ことを意図する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グラント、ケビン・エル アメリカ合衆国、ニュー・ハンプシャー州 03820、ドーバー、メイプル・ストリー ト 14ビー (72)発明者 フォースト、バレンタイン アメリカ合衆国、ニュー・ハンプシャー州 03304、バウ、サウス・バウ・ロード 75 (72)発明者 ラニガン、リチャード・ジェイ アメリカ合衆国、ニュー・ハンプシャー州 03301、コンコード、アンジェラ・ウェ イ ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．引入れ口と排出口を備える内部が無菌のポンプチャンバと、 前記ポンプチャンバに連通する中空軸の回りに回転可能に設けられたベーン であって、ベーン内部全長にわたって延伸し前記中空軸に連通する流体コンジ ットを有するベーンと、 前記ポンプチャンバの壁部を形成するフレキシブルなダイアフラムと、 前記ダイヤフラムを貫通して延伸するドライブロッドであって、該ドライブ ロッドの一端が前記中空軸の回転軸から半径方向にオフセットしたベーン上の 位置において前記ポンプチャンバ内で前記ベーンに係合し、他端が前記ポンプ チャンバの外側へ突出し、前記ドライブロッドは前記ダイアフラムに対して耐 水状態に取り付けられたドライブロッドとを、 含んでなるポンプユニット。 ２．請求項１のポンプユニットであって、前記フレキシブルなダイヤフラムはフ レキシブルウェブによって吊り下げられた筒状スリーブを含み、前記ドライブ ロッドは前記筒状スリーブ内に耐水状態に固着されたポンプユニット。 ３．請求項１のポンプユニットであって、前記引入れ口は筒状チャネルを有し、 前記中空軸は前記筒状チャネル内で支承されて回転するポンプユニット。 ４．請求項１のポンプユニットであって、前記ベーンが１対の翼によって形成さ れ、前記流体コンジットは前記中空軸と直角に前記ベーンの一端から他端まで 延伸するポンプユニット。 ５．請求項１のポンプユニットであって、前記ベーン流体コンジットは前記ベー ンの一端から他端まで延伸し、前記ベーンは、前記中空軸から前記ベーン一端 まで延伸する第１翼と、前記中空軸から前記ベーン他端まで延伸する第２翼か ら形成され、前記第１及び第２翼は互いに反対側に向けて設けられ、翼の肉厚 部は前記流体コンジットを囲み、かつ、翼は翼後縁に向かって肉厚が徐々に薄 くなっているポンプユニット。 ６．請求項１のポンプユニットであって、前記ベーンは、前記中空軸から半径方 向にオフセットし前記ドライブロッドに係合する傾斜スロットを含むポンプユ ニット。 ７．請求項１のポンプユニットであって、前記引入れ口は前記フレキシブルなダ イヤフラムの反対側で前記ポンプチャンバ内に設けられているポンプユニット 。 ８．モータと、 前記モータに連結されて回転される回転フックと、 引入れ口と、排出口と、ドライブロッドを有し内部が無菌のポンプチャンバ であって、前記ドライブロッドの一端はダイヤフラムから突出し前記回転フッ クと係合して回転されるポンプチャンバと、 前記ポンプチャンバ内に配設され前記ドライブロッドの他端に係合されて回 転軸回りに回転する回転ベーンであって、前記回転軸と同軸の中空軸を有し、 前記回転ベーンの回転を増して前記ポンプチャンバ内の流体圧を増大させ流体 を前記排出口から排出しかつ前記取り入れ口を介して流体を前記中空軸内に取 り入れ前記回転ベーンの外へ送り出せるように前記中空軸は前記ポンプチャン バ引入れ口に連通する回転ベーンとを、 含んでなる医療用ポンプ装置。 ９．請求項８の装置であって、前記回転ベーンは、前記中空軸から半径方向にオ フセットし前記ドライブロッドの他端と係合するスロットをさらに含んでなる 装置。 10．請求項８の装置であって、前記ダイヤフラムは柔軟なウエブによって吊り下 げられた筒状スリーブを含み、前記ドライブロッドは前記筒状スリーブ内に耐 水状態に固定されている装置。 11．請求項８の装置であって、前記取入れ口は筒状チャネルを有し、前記中空軸 は前記筒状チャネル内で支承されて回転する装置。 12．請求項８の装置であって、前記回転ベーンは、前記中空軸に直角にかつ該中 空軸から反対方向に延伸する第１及び第２翼を含んでなる装置。 13．請求項１２の装置であって、前記回転ベーンは、前記中空軸に連通しかつ該 中空軸と直角に前記第１及び第２翼全長にわたって延伸する流体コンジットを さらに含んでなる含む装置。 14．請求項１３の装置であって、前記第１及び第２翼は、流体コンジットのまわ りにおいて肉厚部を有し、該肉厚部から翼後縁まで次第に肉厚が薄くなってい る装置。 15．請求項８の装置であって、前記引入れ口はダイヤフラムの反対側で前記ポン プチャンバ内に配設された装置。 16．請求項８の装置であって、前記ポンプチャンバの上方に流体源と、該流体源 と前記ポンプチャンバ引入れ口を連結する管とをさらに含んでなる装置。 17．患者の体内へ入れる流体を制御する方法であって、 ポンプチャンバ内に設けられシャフトの回りに軸回転する回転ベーンの前記 シャフト内へ流体を流し、 前記ポンプチャンバの壁を形成するダイアフラムから延伸するロッドの一端 を回転させ前記シャフトから半径方向にオフセットした位置に置いて前記回転 ベーンと係合する前記ロッドの他端を回転させて前記回転ベーンを回転させ、 このベーンの回転により流体を前記ポンプチャンバ内から管を介して患者へ送 り出す、 方法。 18．請求項１７の方法であって、前記ポンプチャンバ内の流体圧を制御するため 前記ロッド一端を回転させる速度を調整することを含んでなる方法。