JP2003052809A - 血液ポンプ - Google Patents

血液ポンプ

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    • Y10S415/90—Rotary blood pump

Abstract

(57)【要約】 【課題】特にボス周面、及び翼の底部とポンプ基部表面
との隙間の流れを円滑にし、血栓の発生を防止する血液
ポンプを提供する。 【解決手段】一端が開口した第１のケーシング（１）
と、吸入口（４）及び吐出口とを有する第２のケーシン
グ（２）と、前記第１のケーシング内に収納され、先端
がボス（９）である回転軸（８）を駆動させる駆動部
（７）と、前記第１のケーシングに、これの開口を覆っ
て取着され、前記両ケーシングを仕切るように設けら
れ、中央に前記回転軸（８）が貫通したポンプ基部
（５）と、前記ボス部の外周面から径方向に突設され、
かつ周方向に互いに離間された複数の翼（１１）を有
し、前記第２のケーシング内に収納されたポンプ部
（３）とを具備し、前記複数の翼（１１）は、それぞれ
翼の平面に、一部切欠した開窓部（１３）を備えてい
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、例えば人工心臓に
用いられる血液ポンプに関し、特に、血栓の発生を抑制
する構造を有する血液ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、人工心臓用のターボ型血液ポ
ンプとしては、軸流式、斜流式、遠心式のものが知られ
ている。これらの血液ポンプは、いずれも体内に埋設し
得るように小型でなければならないので、内容積に対す
る表面積の割合、及び翼とケーシングとの隙間の直径に
対する割合が大きい。このため、大幅なエネルギー損失
を招き、一般産業用の大型ポンプに比べ、ポンプ効率が
著しく低い。
【０００３】上記血液ポンプの内、遠心式ポンプは、吸
入された血液がポンプ基部へ垂直に衝突し、遠心力で直
角に曲げられ円周方向に向けられる。このように、遠心
式ポンプは、遠心力を利用することにより流れの運動エ
ネルギーを圧力エネルギーに効率よく変換でき、また周
速度が軸流式より低いので溶血の低減が期待できる。
【０００４】また、遠心式ポンプは、一般に、翼板（バ
ックプレート）の有無によって、オープンベーンタイ
プ、セミオープンベーンタイプ及びクローズドタイプに
分類される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】血液ポンプは、当然血
液の性質による制約を受ける。血液は、よどんだり、異
物や空気との長時間の接触、もしくは高温下にあるなど
の理由により凝固し、血栓を形成する。そして、血栓
は、さらにこれを足場に成長する。このような血液の性
質は、血液ポンプの構造を限定する要因となっている。
【０００６】上述のクローズドタイプ、もしくはセミオ
ープンタイプのポンプは、バックプレートに翼が取着さ
れた構造となっており、このバックプレートとポンプ基
部の間にはポンプ機能が働かない。このため、クローズ
ド、もしくはセミオープンタイプのポンプを血液ポンプ
として用いると、バックプレートの裏側で血液がよどん
でしまい、血栓の発生の要因となるので適当ではない。
【０００７】これに対し、図７（Ａ）に示したようなオ
ープンベーンタイプの遠心式ポンプは、回転シャフトの
先端に翼が直接取着され、バックプレートが無いので、
バックプレートを有するタイプのポンプでは血栓が発生
しやすかった部分に、血液の流れを生じさせることがで
きる。
【０００８】しかし、従来型の血液ポンプでは、高いポ
ンプ効率が得られるように、翼がボス周面から一様な平
面で延出した構造となっており、図７（Ｂ）のように、
２点鎖線の円で示したボス部（ボスとメカニカルシール
など）周面付近の血液は、径方向外側の血液に比べて速
度が遅く、ボス部とほぼ等しい速度を有する。したがっ
て、２点鎖線の円内では、血液にとって異物となるもの
（例えば、ボスや翼）と接触している時間が長くなるの
で血栓が生じやすい。血栓が回転部分と固定部分との間
にできてしまうと、血液ポンプの翼の回転は阻害され
る。また、血栓が飛散して体内に流れ出てしまうと、血
管を詰まらせてしまう。例えば、血栓が脳に到達する
と、脳血栓症を引き起こす。
【０００９】また、従来型のポンプは、血液の流路が急
激に変化し、必ずしも流体力学的に好ましい形状ではな
い。例えば、従来型の血液ポンプのポンプ基部は、ポン
プ部側においてほぼ水平な表面を有するので、その構造
上、ポンプ基部と翼との隙間で血液がよどんでしまい、
やはり血栓が生じやすい。
【００１０】このような血栓問題の解決は、他の流体ポ
ンプと異なり、血液ポンプの最大の課題となっている。
【００１１】上記事情を鑑み、本発明は、血栓の発生を
防止し得る血液ポンプを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係わる血液ポンプは、先端が開口した第１
のケーシングと、先端に設けられた吸入口と、任意の位
置に設けられた吐出口とを有する第２のケーシングと、
一端が前記第１のケーシングの先端に、これの開口を覆
うように取着され、他端が前記第２のケーシングの基端
に、前記第１及び第２のケーシングを仕切るように、取
着されたポンプ基部と、前記第１のケーシング内に収納
され、前記ポンプ基部のほぼ中央を貫通して延出し、か
つ先端にボスが設けられた回転軸を駆動させる駆動部
と、前記ボスの外周面から径方向に突設され、かつ周方
向に互いに離間された複数の翼と、これら複数の翼及び
前記第２のケーシングにより構成されたポンプ部とを具
備し、前記複数の翼は、それぞれ翼の平面に、一部切欠
した開窓部を有する構成となっている。
【００１３】好ましくは、前記ポンプ基部の先端と前記
ボスの基端との間に、このボスの基端とほぼ同じ径を備
えたメカニカルシールが設けられ、前記開窓部は、前記
ボスに支持された位置から前記メカニカルシールの回転
側を避けるように切欠し、この終端が前記メカニカルシ
ールの摺動面の高さに合わせて形成されている。
【００１４】図４は、本発明に係る血液ポンプが４枚の
翼を有する場合の、開窓部の位置４―４におけるボスも
しくはメカニカルシールと翼の横断面を概略的に示した
断面図である。この断面では、２点鎖線の円内で血液が
開窓部を通過でき、図４中、中央の円で示された回転す
るメカニカルシールの回転側と、２点鎖線の円内の流れ
の遅い血液との相対速度が大きい。
【００１５】図５は、本発明に係る血液ポンプが４枚の
翼を有する場合の、メカニカルシール摺動面の位置５―
５におけるメカニカルシールと翼横断面を概略的に示し
た断面図である。この断面では、翼の内端縁が再びボス
部に近づけられており、２点鎖線の円内の血液に、翼に
よって運動エネルギーが与えられ、図５中、中央の円で
示された回転しないメカニカルシールの固定側（ポンプ
基部）と、２点鎖線の円内の流れの速い血液との相対速
度が大きい。
【００１６】したがって、血液はボス部周面でよどむこ
とがなく、ボス部や翼の血液接触表面における血栓の形
成が抑制される。
【００１７】さらに好ましい態様においては、前記第２
のケーシングの内壁は、先端の前記吸入口から基端に向
かってテーパー状に内側へ狭窄され、前記翼の外端縁に
できる限り近づけられた形状を有し、前記ボス及び翼
は、この内壁に囲繞されて吸入口の近くまで突出してい
る。
【００１８】この場合、吸入口がディフューザとして働
き、血液は、流路断面積の急激な変化がないように第２
のケーシング内に取り込まれ得る。そして、ボス部及び
翼が吸入口に近づけられて突出しているので、血液は、
血流速度が大きいままポンプ部に送られる。これによっ
て、血栓の形成をさらに効果的に予防することができ
る。
【００１９】他の態様において、前記ポンプ基部は、第
２のケーシング側に突出した凸部を有し、この凸部の側
面は、なだらかに傾斜し、前記翼の内端縁にできる限り
近づけられて形成されている。
【００２０】このような態様では、ポンプ部において自
然に血液の流れが生じるようになっており、かつ、血液
の急な流路の変化もない。そして、図５のように、翼と
ポンプ基部ができる限り近づけられて形成されているの
で、ポンプ基部表面においてもポンプ機能が働く。した
がって、効率よく血液に流れを生じさせることができ、
血液がよどんでしまうという構造上の問題が、自然に解
消されるようになっている。
【００２１】本発明の血液ポンプにおいて、翼の開窓部
の形状、もしくはポンプ基部の凸部の傾斜の程度は、血
液の流れがスムーズになればよく、請求項もしくは技術
的思想の範囲で限定されない。
【００２２】また、本発明は、先端が開口した第１のケ
ーシングと、先端に設けられた吸入口と、任意の位置に
設けられた吐出口とを有する第２のケーシングと、一端
が前記第１のケーシングの先端に、これの開口を覆うよ
うに取着され、他端が前記第２のケーシングの基端に、
前記第１及び第２のケーシングを仕切るように、取着さ
れたポンプ基部と、前記第１のケーシング内に収納さ
れ、前記ポンプ基部のほぼ中央を貫通して延出し、かつ
先端にボスが設けられた回転軸を駆動させる駆動部と、
前記ボスの外周面から径方向に突設され、かつ周方向に
互いに離間された複数の翼と、これら複数の翼及び前記
第２のケーシングにより構成されたポンプ部とを具備
し、前記複数の翼は、前記吸入口側の各端に、各翼に対
して所定の角度傾いて設けられたインデューサを備えて
いる構成となっている。好ましくは、前記インデューサ
は、前記吸入口に近づけられている。
【００２３】図３は、本発明に係る血液ポンプが４枚の
翼を有する場合の、翼の支持部の位置３―３におけるポ
ンプ基部と翼の横断面を概略的に示した断面図である。
この図に示したように、ボスに翼が支持されている横断
面においては、部分的に開窓部がない翼と等しく、２点
鎖線の円内の血液は、ボスやメカニカルシール、もしく
は翼とほぼ同じ回転速度で回転されるため、これらとの
相対速度が微小になる。したがって、血液は、血液にと
っての異物と長時間接触することとなり、血栓を生ずる
恐れがある。
【００２４】そこで、本発明の構成のように、翼にイン
デューサを設け、吸入口から開窓部への血液の流れを強
制的に作ることにより、血液を翼の支持部付近に留まら
せず、吸入口から連続した流れとして開窓部へ血液を送
ることができる。
【００２５】すなわち、インデューサが設けられた本発
明の血液ポンプにおいては、翼の支持部が無いのと同じ
状態である。したがって、翼の支持部付近のボス周面に
おける血液のよどみがなく、血栓の形成を抑えることが
できる。
【００２６】また、このインデューサにより、流体力学
的に自然な流れのまま血液を取り込み得るので、流れの
中での衝撃や、急な流れの変化を抑えられ、溶血を防
ぐ、もしくは低減することが可能である。
【００２７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施の形態に
おける血液ポンプの断面図であり、以下この図を参照し
て、本発明に係る血液ポンプを詳しく説明する。全体を
通して、符号１は、一端が開口した円筒形の第１のケー
シング、符号２は、後で詳細に記述するポンプ部３を収
納している第２のケーシングである。この第２のケーシ
ング２の先端には、血液を吸い込む吸入口４が、また、
円周には、ポンプにより血液が吐出される吐出口（図１
において、２点鎖線で概略だけ示した）が設けられ、先
端に設けられた吸入口４から基端に向かって、内壁がテ
ーパー状に内側へ狭窄された形状になっている。また、
この第２のケーシング２は、血液の色や状態が視覚的に
確認できるように、透明な素材により構成されても良
い。
【００２８】そして符号５は、一端が前記第１のケーシ
ング１の先端に、これの開口を覆うように、第１のケー
シング１に、他端が前記第２のケーシング２の基端に、
これら第１及び第２のケーシングを仕切るように、例え
ばねじ結合により取着されたポンプ基部である。このポ
ンプ基部５は、第２のケーシング２側のほぼ中央に、コ
ーン状に盛り上げられた凸部６が形成された円盤形状で
ある。この凸部６の側面は、なだらかに傾斜しており、
好ましくは、中央側に湾曲している。
【００２９】第１のケーシング１内には、例えばモータ
などによってポンプを駆動させる駆動部７が収容されて
おり、この駆動部７の回転軸８は、ポンプ基部２の前記
凸部６のほぼ中心を貫通してポンプ部３まで延出し、先
端にはボス９が設けられている。
【００３０】そして、前記凸部６の先端とボス９の基端
との間には、回転軸８の軸受け内への血液の流入を防止
するメカニカルシール１０の回転側が設けられ、このメ
カニカルシールの固定側は、凸部３の側面の傾斜に合わ
せてスムーズにつながるように形成されている。また、
このメカニカルシール１０は、摺動面が凸部６の先端に
位置するように形成されている。これらボス９の基端、
メカニカルシール１０の回転側並びに凸部６の先端の各
横断面は、ほぼ等しい径を有する円形状で、同心に設け
られている。
【００３１】ボス９は、第２のケーシング２に囲繞さ
れ、基端がメカニカルシール１０の他端に取着されてこ
れの回転側と共に回転し、先端は第２のケーシング２の
吸入口４の近くまで突出している。また、このボス９
は、吸入口４から吸入してくる血液の流れが自然になる
ように、縦断面の形状がほぼ放物線状である、流体力学
的に好ましい形状で設計されている。
【００３２】このボス９の外周面から径方向に突設さ
れ、かつ周方向に互いに等間隔離間した複数の翼１１
が、支持部１２で支持されている。これら翼の支持部１
２は、第２のケーシング２の吸入口４から吸入してくる
血液を、血液の流速が高いままポンプ部３に取り込むよ
うに、ボス９と共に、吸入口４に近い部分に設けられて
いる。
【００３３】また、前記各翼１１には、図２のように、
この翼１１の回転時に、メカニカルシール１０の回転側
の周面を避けるように切欠した開窓部１３が設けられて
いる。この開窓部１３は、この内端縁がボス９の基端、
すなわち翼の支持部１２の下端からポンプ基部５の凸部
６付近にかけて、２つの半弧が点対称に結合されたよう
に形成され、切欠の終端がメカニカルシール１０の前記
摺動面の高さに合うようになっている。
【００３４】ポンプ部３は、上記ボス９、翼１１及び第
２のケーシング２により構成されている。そして、上記
翼１１の内端縁は、メカニカルシール１０の摺動面の高
さ、すなわち上記切欠の終端を始点として、ポンプ基部
５（凸部も含む）の表面に限りなく近づけられて沿い、
翼１１の外端縁は、支持部１２から、第２のケーシング
２のテーパー状の内壁に限りなく近づけられて沿う形状
をなして、それぞれポンプ部３の周方向に延出してい
る。
【００３５】図６は、本発明の好ましい実施の形態にお
いて、インデューサ１４が設けられた翼を概略的に示し
た正面図である。このインデューサ１４は、それぞれ前
記複数の翼１１の支持部１２の吸入口４側に設けられて
いる。各インデューサ１４は、翼１１の平面に対し、所
定の角度で傾斜している。好ましくは、上記ボス９や翼
１１の支持部１２と共に、吸入口４に近い位置に設けら
れている。
【００３６】上記吸入口４から吸入される血液は、吸入
口４からテーパー状に狭窄された第２のケーシング２の
内壁がディフューザ１４として働き、血液の流路断面積
の急激な変化のない状態で血液ポンプに取り込まれる。
そして、流体力学的に好ましい、ほぼ放物線上の縦断面
形状を有するボス９の先端によって、自然な流れのまま
翼１１の支持部１２に送られる。
【００３７】この際、好ましくは、血液がインデューサ
１４によって強制的に開窓部に流し込まれるように取り
込まれ得る。これによって、図３の支持部１２における
横断面において、翼１１とこの翼の支持部１２との間に
おいて血液が滞留しないようになっている。
【００３８】開窓部１３の領域に流し込まれた血液は、
一部は翼１１によって周方向へ押し流され、一部は開窓
部１３へと達する。開窓部１３へ達した血液は、回転し
ているメカニカルシール１０との相対速度が大きいの
で、滞留することなくさらに下方へ送られる。
【００３９】そして、ポンプ基部の低位において、血液
は、遠心式ポンプにより速度及び圧力が増大され、円周
に設けられた吐出口から吐出される。この際、第２のケ
ーシング２は、翼１１の外端縁及びポンプ基部５表面と
できるだけ近づけられた構造になっているので、第２の
ケーシング２の内壁及びポンプ基部５表面の血液は、ポ
ンプの翼１１によって、滞留することなく強制的に流さ
れるウォッシュアウト効果が働く。
【００４０】さらに、ポンプ基部５は、コーン状に盛り
上げられた凸部６を有し、この凸部６の側面が回転軸８
側に湾曲しているので、自然に血液の流れを生じるよう
になっている。
【００４１】以上のように、本発明に係る血液ポンプ
は、血液の流路全体を通して流体力学的に好ましい構造
となっており、かつ、血液が滞留せず血栓の形成を抑え
られ得るので、吸入された血液の流れをスムーズに周方
向に変換することができる。
【００４２】尚、図７において、本発明の参照符号に１
００を加えたものが従来例における参照符号に対応す
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態における血液ポ
ンプの縦断面図である。
【図２】図２は、図１の血液ポンプのポンプ部を示す拡
大断面図である。
【図３】図３は、本発明に係る血液ポンプが４枚の翼を
有する場合の、翼の支持部の位置３―３におけるボスと
翼の横断面を概略的に示した断面図。
【図４】図４は、本発明に係る血液ポンプが４枚の翼を
有する場合の、開窓部の位置４―４におけるメカニカル
シールと翼の横断面を概略的に示した断面図である。
【図５】図５は、本発明に係る血液ポンプが４枚の翼を
有する場合の、メカニカルシール摺動面の位置５―５に
おけるポンプ基部と翼の横断面を概略的に示した断面図
である。
【図６】図６は、翼に設けられたインデューサを概略的
に示した正面図である。
【図７】図7は、従来の血液ポンプの縦断面図、及び断
面７Ｂ―７Ｂを概略的に示した横断面図である。
【符号の説明】
１，１０１……第１のケーシング ２，１０２……第２のケーシング ３……ポンプ部 ４，１０４……吸入口 ５，１０５……ポンプ基部 ６……ポンプ基部の凸部 ７，１０７……駆動部 ８，１０８……回転軸 ９，１０９……ボス １０，１１０……メカニカルシール １１，１１１……複数の翼 １２……支持部 １３……開窓部 １４……インデューサ １１５……吐出口
───────────────────────────────────────────────────── 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 29/12 Ｆ０４Ｄ 29/12 Ｂ 29/22 29/22 Ｂ 29/24 29/24 Ｃ Ｄ 29/44 29/44 Ｂ Ｆターム(参考） 3H022 AA01 BA01 BA04 BA06 CA23 3H033 AA05 BB01 BB06 CC01 CC03 CC06 DD03 DD06 DD23 3H034 AA05 BB01 BB06 CC01 CC03 CC06 DD05 4C077 AA04 DD08 EE01 KK07

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 先端が開口した第１のケーシングと、 先端に設けられた吸入口と、任意の位置に設けられた吐
    出口とを有する第２のケーシングと、 一端が前記第１のケーシングの先端に、これの開口を覆
    うように取着され、他端が前記第２のケーシングの基端
    に、前記第１及び第２のケーシングを仕切るように、取
    着されたポンプ基部と、 前記第１のケーシング内に収納され、前記ポンプ基部の
    ほぼ中央を貫通して延出し、かつ先端にボスが設けられ
    た回転軸を駆動させる駆動部と、 前記ボスの外周面から径方向に突設され、かつ周方向に
    互いに離間された複数の翼と、 これら複数の翼及び前記第２のケーシングにより構成さ
    れたポンプ部とを具備し、 前記複数の翼は、それぞれ翼の平面に、一部切欠した開
    窓部を有することを特徴とする血液ポンプ。
  2. 【請求項２】 前記ポンプ基部の先端と前記ボスの基端
    との間に、このボスの基端とほぼ同じ径を備えたメカニ
    カルシールが設けられ、前記開窓部は、前記ボスに支持
    された位置からこのメカニカルシールの回転側を避ける
    ように切欠し、この切欠の終端が前記メカニカルシール
    の摺動面の高さに合わせて形成されていることを特徴と
    する請求項１に記載の血液ポンプ。
  3. 【請求項３】 前記第２のケーシングの内壁は、先端に
    設けられた前記吸入口から基端に向かってテーパー状に
    内側へ狭窄され、前記翼の外端縁にできる限り近づけら
    れた形状を有し、前記ボス及び翼は、この内壁に囲繞さ
    れて吸入口の近くまで突出していることを特徴とする請
    求項１もしくは２に記載の血液ポンプ。
  4. 【請求項４】 前記ポンプ基部は、第２のケーシング側
    に突出した凸部を有し、この凸部の側面は、なだらかに
    傾斜し、前記翼の内端縁にできる限り近づけられて形成
    されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
    かの１に記載の血液ポンプ。
  5. 【請求項５】 先端が開口した第１のケーシングと、 先端に設けられた吸入口と、任意の位置に設けられた吐
    出口とを有する第２のケーシングと、 一端が前記第１のケーシングの先端に、これの開口を覆
    うように取着され、他端が前記第２のケーシングの基端
    に、前記第１及び第２のケーシングを仕切るように、取
    着されたポンプ基部と、 前記第１のケーシング内に収納され、前記ポンプ基部の
    ほぼ中央を貫通して延出し、かつ先端にボスが設けられ
    た回転軸を駆動させる駆動部と、 前記ボスの外周面から径方向に突設され、かつ周方向に
    互いに離間された複数の翼と、 これら複数の翼及び前記第２のケーシングにより構成さ
    れたポンプ部とを具備し、 前記複数の翼は、前記吸入口側の各端に、各翼に対して
    所定の角度傾いて設けられたインデューサを備えている
    ことを特徴とする血液ポンプ。
  6. 【請求項６】 前記インデューサは、前記吸入口に近づ
    けられていることを特徴とする請求項５に記載の血液ポ
    ンプ。
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