JP2002533167A - セラミック部材を有する回転血液ポンプ - Google Patents

セラミック部材を有する回転血液ポンプ

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Abstract

(57)【要約】 ポンプハウジング内で回転可能に取り付けられたロータを有する埋め込み可能な回転血液ポンプである。ロータは、軸部分と、該軸部分により支持されたインペラとを備えている。ロータモータには、インペラにより支持された複数の永久磁石と、インペラ両側部に設けられたモータステータとを有するモータが設けられる。構造的支持体及び密閉的密封効果を提供し得るようにインペラとステータとの間に構造部材が設けられる。構造部材は、渦電流損失を緩和する生体適合性、耐食性、非導電性のセラミック材料から成っている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、血液ポンプに関する。より具体的には、本発明は、慢性の心室疾患
の支援装置として使用するため、人体内に埋め込むのに適した回転型の連続流れ
ポンプに関する。
【０００２】
【発明の背景】
ワンプラー（Ｗａｍｐｌｅｒ）の米国特許第５，８４０，０７０号において、
慢性の心室疾患の支援装置として使用すべく人体内に埋め込むのに適した、回転
型の連続流れポンプが開示されている。この開示された装置は、インぺラ及びそ
の支持軸を軸線の周りで回転し得るように保つ受動型磁気ラジアルベアリングを
使用し、これにより、駆動軸シールを不要にする。
【０００３】 その開示内容を参考として引用し、本明細書に含めた、ワンプラーの米国特許
第５，８４０，０７０号の実施の形態の図１１乃至図１４において、埋め込み可
能な心臓ポンプは、各々がインペラの両側部に設けられ且つ各々が多数のステー
タコイル及び極片を有する２つのロータを利用する。このように、駆動機構は、
インペラ内の永久磁石とステータ内の駆動コイルとの間に電磁継手を使用する。
構造的に支持し且つ密閉的密封効果を可能にするためインペラとステータとの間
に構造部材を提供することが望ましいことが分かった。この構造部材は、生体適
合性、非凝塊形成性（ｎｏｎ−ｔｈｒｏｍｂｏｇｅｎｉｃ）、及び耐食性である
ことが望ましい。チタン又はチタン合金、又はコバルト−ニッケル合金のような
金属でこれらの構造部材を形成することが考えられた。しかし、回転する磁石か
ら生じる構造体内で時間と共に変化する磁界は、金属構造体内に渦電流を発生さ
せてエネルギ損失を生じさせることが分った。更に、かかる渦電流損失は、血液
を傷付け、血栓症及び血栓塞栓症を生じる可能性のある熱の放散を引き起こす。
【０００４】 このため、本発明の１つの目的は、金属構造体内で生じた渦電流が緩和される
回転血液ポンプを提供することである。 本発明の別の目的は、インペラとステータとの間に構造的支持体及び密閉的密
封機能を有する電磁的に結合した駆動機構を備える回転血液ポンプを提供するこ
とである。
【０００５】 本発明の更に別の目的は、エネルギ効率及び生体適合性を向上させるため、電
磁的に駆動される血液ポンプ内でセラミック構成要素を使用することである。 本発明の更なる目的は、人体内に埋め込み可能であるように十分にコンパクト
であり且つ戦略的利点を提供し得るように、セラミック構成要素を使用する新規
な血液ポンプを提供することである。
【０００６】 本発明の更なる目的は、小型、軽量で且つ構造が簡単であり、しかも、製造が
比較的容易である、新規な回転血液ポンプを提供することである。 本発明の他の目的及び有利な点は、本説明が進むにつれて明らかになるであろ
う。
【０００７】
【発明の概要】
本発明によれば、回転血液ポンプが提供される。該ポンプは、ポンプハウジン
グと、該ハウジング内で回転し得るように取り付けられたモータとを備えている
。ロータは、軸部分と、該軸部分により支持されたインペラとを備えている。ロ
ータモータが提供される。該モータは、インペラにより支持された複数の永久磁
石と、ハウジング内に配置されたモータステータとを備えている。生体適合性で
耐食性のセラミック材料から成る構造部材がインペラとステータとの間に配置さ
れる。
【０００８】 一例としての実施の形態において、セラミック材料は、酸化アルミニウム、酸
化ジルコニウム、イットリアで部分的に安定化させたジルコニア（ｚｉｒｃｏｎ
ｉａ）、マグネシアで部分的に安定化したジルコニア、酸化セリウムで部分的に
安定化したジルコニア、酸化チタン、マグネシア、ジルコニア強化アルミナ、ル
ビー、サファイア、単結晶アルミナ、立方晶系ジルコニア、石英、溶融シリカ、
窒化シリコン及び窒化アルミニウムから成る群から選ばれる。
【０００９】 一例としての実施の形態において、回転血液ポンプハウジングは、人体内に埋
め込むのに十分にコンパクトである。該ポンプは、軸部分により支持されたラジ
アル磁気ベアリングと、ハウジングにより支持されたラジアル磁気ベアリングと
を備えている。構造部材は、構造的支持体及び密閉的密封効果を提供し且つ非凝
塊形成性、非導電性のセラミック材料を利用する。
【００１０】 一例としての実施の形態において、ポンプハウジングは、熱分解炭素のような
セラミック材料からも成っている。インペラは、ジャーナルベアリングの面を有
するインペラハウジングを備え、ポンプハウジングは、インペラハウジングのジ
ャーナルベアリング面と協働するジャーナルベアリング面を有している。
【００１１】 本発明によれば、回転血液ポンプ内の渦電流損失を少なくする方法が提供され
る。この方法は、ポンプハウジングを提供するステップと、軸部分と、該軸部分
により支持されたインペラとを有するロータをハウジング内で回転可能に提供す
るステップと、インペラにより支持された複数の永久磁石及びモータステータを
有するロータモータを提供するステップと、生体適合性、耐食性のセラミック材
料から成る構造部材をインペラとステータとの間に配置するステップとを備えて
いる。
【００１２】 以下の説明、特許請求の範囲にて本発明をより詳細に説明し且つ添付図面に示
す。
【００１３】
【一例としての実施の形態の詳細な説明】
図面を参照すると、電磁的に駆動される心室支援装置すなわち血液ポンプ１０
が図示されている。電磁的に駆動される血液ポンプは、空圧又は液圧駆動の装置
と比べて、コンパクトな寸法であり且つエネルギ効率的であるという利点を有す
る。血液ポンプ１０は、人体内に埋め込むのに十分にコンパクトであることが好
ましい。ポンプは、非限定的に、遠心型、軸流型又はハイブリッド流れ型の設計
を含む、任意の回転型のものである。
【００１４】 本明細書に記載した好ましい実施の形態は、各々がインペラの両側部に設けら
れ且つ各々が多数のステータコイル及び極片を有する２つのステータを利用する
。２つのステータを有する埋め込み可能な心臓ポンプの一例は、その開示内容を
参考として引用し本明細書に含めた、ワンプラーの米国特許第５，８４０，０７
０号の実施の形態における図１１乃至図１４に示してある。しかし、本発明が適
用される特定の心臓ポンプに関して、何らの限定を付すことを意図するものでは
ないことを理解すべきである。
【００１５】 図面に図示するように、回転血液ポンプ１０は、前側ポンプハウジング１２を
備え、該前側ポンプハウジング１２は、該前側ハウジング１２により支持された
リング磁石３４の形態をしたラジアル磁気ベアリングを有している。このポンプ
ハウジングは、細長い入口管１３を取り巻き、また、入口端１３及びインペラケ
ージング又は渦巻室１４を有している。排出管１６は、ケージング１４の内周と
連通している。管１６は、ポンプからの血液の吐出量を効率的に流動させるべく
、ケーシング１４の半径に対して接線方向を有している。
【００１６】 ポンプロータ１７は、ハウジング１２内に配置され且つインペラ２０に取り付
けられた支持軸１８を有している。インペラ２０、支持軸１８及びロータ１７は
、インペラハウジング２１を有している。ロータ１７と入口管１３の内側壁２３
との間に血液の流路２２がある。
【００１７】 ロータ１７は、軸１８及びインペラ２０の双方を貫通して伸びる長手方向軸線
の周りで回転可能に取り付けられる。インペラ２０は、軸方向に比較的厚い多数
のブレードセクターを有する。厚いインペラ２０は、一対のステータ２４、２６
をインペラ２０の両側部に配置することを可能にする仕方にて挿入された永久磁
石片２０ａ、２０ｂ等を利用することができる。導電性コイル及び極片を備える
第一のモータロータ２４は、構造体部材２８上でインペラ２０の後方に配置され
る。巻き線及び極片を備える第二のモータステータ２６は、構造部材３０上でイ
ンペラ２０の前側部に配置される。図面では、（簡略化のため）、インペラの各
側部に２つのコイルのみが図示されているが、その他の配置も所望に応じて利用
することができるものの、インペラの各側部に６つの巻線及び極片が存在するこ
とが好ましいことを理解すべきである。
【００１８】 永久コア磁石３２の形態をした磁気ベアリングは、ロータ１７上に設けられ、
また、リング磁石３４の形態をした磁気ベアリングは、ロータを浮揚させ且つそ
の長手方向軸線に対して適正に半径方向に整合状態に保つべくハウジングにより
支持されている。
【００１９】 前側ハウジング１２は、後方ハウジングカバー３８に隣接するハウジング部分
３６と隣接している。ハウジング１２、３６、３８、インペラハウジング２１、
構造部材２８、３０及び排出管１６は、耐食性セラミック材料で出来ていること
が好ましい。例えば、インペラをステータから分離する構造部材２８、３０は、
酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、イットリウムで部分的に安定化させたジ
ルコニア、マグネシアで部分的に安定化したジルコニア、酸化セリウムで部分的
に安定化したジルコニア、酸化チタン、マグネシア、ジルコニア強化アルミナ、
ルビー、サファイア、単結晶アルミナ、立方晶系ジルコニア、石英、溶融シリカ
、窒化シリコン及び窒化アルミニウムのような生体適合性、非凝塊形成性及び耐
食性のセラミック材料で出来ている。これらセラミック材料は、インプラントの
適用例において優れた生体適合性及び耐食性を有する。電気抵抗率は金属と比べ
て極めて大きいため、渦電流に関係する電力の損失は最小である。セラミックを
保持する構造体の密閉性は、ろう付け、はんだ付け、拡散接着又は接着剤接合に
よりセラミック材料を金属合金に接合することで保つことができる。
【００２０】 ポンプの異なる部分は、異なるセラミック材料で作ることができる。例えば、
インペラハウジング２１及び前側ポンプハウジング１２は、導体である熱分解炭
素で作ることができる。同様に、ハウジング３６、ポンプの後方ハウジングカバ
ー３８及び排出管１６は、構造部材２８、３０と同一の材料で作ることができ又
は前側ポンプハウジング１２と同一の構造材料で作ることができる。
【００２１】 インペラ２０の中央後方部分は、構造部材２８上でジャーナルベアリング面４
２と協働するジャーナルベアリング面４０を備えている。構造部材２８は、各々
をセラミック材料で形成することができる多数の隣接する部分から成ることが理
解できる。セラミックジャーナルベアリング面４０、４２は、多結晶ダイヤモン
ド（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｄｉａｍｏｎｄ）被覆を含むことができ
る。
【００２２】 人体内に埋め込むのに適し且つ渦電流を緩和すべく生体適合性、非凝塊形成性
且つ耐食性のセラミック材料を保持する埋め込み可能な新規な血液ポンプを図示
し且つ説明したことが理解できる。
【００２３】 本発明の一例としての実施の形態を図示し且つ説明したが、当業者は、本発明
の新規な精神及び範囲から逸脱せずに、色々な改変例及び置換を成すことが可能
であることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の原理に従って構成された埋め込み可能な血液ポンプの長手
方向断面図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年２月６日（２００１．２．６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ， ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，Ｃ Ｚ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ， ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，Ｌ Ｒ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ， ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，Ｔ Ｒ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 4C077 AA04 CC05 DD10 EE01 FF04 KK04 KK06 KK23 PP24

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転血液ポンプにおいて、 ポンプハウジングと、 該ハウジング内で回転可能に取り付けられ、軸部分と、該軸部分により支持さ
    れたインペラとを有するロータと、 前記インペラにより支持された複数の永久磁石と、前記ハウジング内に配置さ
    れたモータステータとを有するロータモータと、 インペラとステータとの間に配置され、生体適合性、耐食性のセラミック材料
    から成る構造部材とを備える、回転血液ポンプ。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の回転血液ポンプにおいて、前記セラミック
    材料が、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、イットリウムで部分的に安定化
    させたジルコニア、マグネシアで部分的に安定化したジルコニア、酸化セリウム
    で部分的に安定化したジルコニア、酸化チタン、マグネシア、ジルコニア強化ア
    ルミナ、ルビー、サファイア、単結晶アルミナ、立方晶系ジルコニア、石英、溶
    融シリカ、窒化シリコン及び窒化アルミニウムから成る群から選ばれる、回転血
    液ポンプ。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の回転血液ポンプにおいて、前記ポンプハウ
    ジングが人体内に埋め込むのに十分にコンパクトである、回転血液ポンプ。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の回転血液ポンプにおいて、前記軸部分によ
    り支持されたラジアル磁気ベアリングと、前記ハウジングにより支持されたラジ
    アル磁気ベアリングとを有する、回転血液ポンプ。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載の回転血液ポンプにおいて、前記構造部材が
    、構造的支持体及び密閉的密封効果を提供し、前記セラミック材料が非凝塊形成
    性で且つ非導電性である、回転血液ポンプ。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の回転血液ポンプにおいて、前記ポンプハウ
    ジングがセラミック材料をも含む、回転血液ポンプ。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の回転血液ポンプにおいて、前記ポンプハウ
    ジングのセラミック材料が熱分解炭素を含む、回転血液ポンプ。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載の回転血液ポンプにおいて、前記インペラが
    ジャーナルベアリング面を有するインペラハウジングを備え、前記ポンプハウジ
    ングが前記インペラハウジングのジャーナルベアリング面と協働するジャーナル
    ベアリング面を有する、回転血液ポンプ。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載の回転血液ポンプにおいて、前記インペラの
    ジャーナルベアリング面及び前記ハウジングのジャーナルベアリング面が多結晶
    ダイヤモンド被覆を有する、回転血液ポンプ。
  10. 【請求項１０】 回転血液ポンプにおいて、 ポンプハウジングと、 該ハウジング内で回転可能に取り付けられ、軸部分と、該軸部分により支持さ
    れたインペラとを有するロータと、 前記インペラにより支持された複数の永久磁石と、前記インペラの一側部に配
    置された第一のモータステータと、前記インペラの反対側部に配置された第二の
    モータステータとを有するロータモータと、 インペラとステータとの間に配置され、渦電流損失を緩和し得るようにセラミ
    ック材料から成る構造部材とを備える、回転血液ポンプ。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の回転血液ポンプにおいて、前記セラミ
    ック材料が、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、イットリウムで部分的に安
    定化させたジルコニア、マグネシアで部分的に安定化したジルコニア、酸化セリ
    ウムで部分的に安定化したジルコニア、酸化チタン、マグネシア、ジルコニア強
    化アルミナ、ルビー、サファイア、単結晶アルミナ、立方晶系ジルコニア、石英
    、溶融シリカ、窒化シリコン及び窒化アルミニウムから成る群から選ばれる、回
    転血液ポンプ。
  12. 【請求項１２】 請求項１０に記載の回転血液ポンプにおいて、前記ポンプ
    ハウジングが人体内に埋め込むのに十分にコンパクトである、回転血液ポンプ。
  13. 【請求項１３】 請求項１０に記載の回転血液ポンプにおいて、前記軸部分
    により支持されたラジアル磁気ベアリングと、前記ハウジングにより支持された
    ラジアル磁気ベアリングとを有する、回転血液ポンプ。
  14. 【請求項１４】 請求項１０に記載の回転血液ポンプにおいて、前記構造部
    材が、構造的支持体及び密閉的密封効果を提供し、前記セラミック材料が非凝塊
    形成性、非導電性で且つ耐食性である、回転血液ポンプ。
  15. 【請求項１５】 請求項１０に記載の回転血液ポンプにおいて、前記ポンプ
    ハウジングがセラミック材料をも含む、回転血液ポンプ。
  16. 【請求項１６】 請求項１５に記載の回転血液ポンプにおいて、前記ポンプ
    ハウジングのセラミック材料が熱分解炭素を含む、回転血液ポンプ。
  17. 【請求項１７】 回転血液ポンプにおいて、 セラミック材料から成るポンプハウジングと、 前記ハウジング内で回転可能に取り付けられ、軸部分と、該軸部分により支持
    されたインペラとを有するロータと、 前記インペラにより支持された複数の永久磁石と、前記インペラの一側部に配
    置された第一のモータステータと、前記インペラの反対側部に配置された第二の
    モータステータとを有するロータモータと、 インペラとステータとの間に配置された構造部材であって、前記セラミック材
    料が、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、イットリウムで部分的に安定化さ
    せたジルコニア、マグネシアで部分的に安定化したジルコニア、酸化セリウムで
    部分的に安定化したジルコニア、酸化チタン、マグネシア、ジルコニア強化アル
    ミナ、ルビー、サファイア、単結晶アルミナ、立方晶系ジルコニア、石英、溶融
    シリカ、窒化シリコン及び窒化アルミニウムから成る群から選ばれる、前記構造
    部材と、 前記軸部分により支持されたラジアル磁気ベアリングと、 前記ハウジングにより支持されたラジアル磁気ベアリングと、 構造的支持体及び密閉的密封効果を提供する前記構造部材と、 人体内に埋め込むのに十分にコンパクトである前記ポンプハウジングとを備え
    る、回転血液ポンプ。
  18. 【請求項１８】 回転血液ポンプ内の渦電流損失を軽減する方法において、 ポンプハウジングを提供するステップと、 軸部分と、該軸部分により支持されたインペラとを有するロータを前記ハウジ
    ング内で回転可能に提供するステップと、 前記インペラにより支持された複数の永久磁石とモータステータとを有するロ
    ータモータを提供するステップと、 生体適合性、耐食性のセラミック材料から成る構造部材を前記インペラとステ
    ータとの間に配置するステップとを備える、方法。
  19. 【請求項１９】 請求項１８に記載の方法において、ポンプハウジングを提
    供する前記ステップが、セラミック材料から成るポンプハウジングを提供するス
    テップを含む、方法。
  20. 【請求項２０】 請求項１９に記載の方法において、回転血液ポンプを人体
    内に埋め込むのに十分にコンパクトな寸法に設定するステップを含む、方法。
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