JP2005058617A - Blood flow pump - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、人工心肺装置等に用いられる血流ポンプに関し、詳しくは、回転数の制御により回転軸を軸受けに対して非接触状態にして運転できるようにした遠心ポンプに関するものである。 The present invention relates to a blood flow pump for use in an oxygenator or the like, and more particularly to a centrifugal pump that can be operated with a rotating shaft in a non-contact state with respect to a bearing by controlling the number of rotations.
近年、機能不全に陥った体内の心臓を人工心臓で代替ないし補完させる研究は、過去数十年にわたり内外で精力的になされてきている。
人工心臓の実用化における重要な課題として、まず、人工心臓内部で発生する血栓の防止が挙げられる。 また、人工心臓の耐久性の向上もその実用化にあたり不可欠な課題である。
In recent years, research on replacing or complementing a dysfunctional heart with an artificial heart has been vigorously conducted in and out of the past decades.
An important issue in the practical application of an artificial heart is, first, prevention of thrombus generated in the artificial heart. In addition, improvement of the durability of the artificial heart is an indispensable issue for its practical use.
当初、人工心臓の研究開発は人間の心臓と類似した拍動機能を有するベローズポンプその他の拍動型ポンプを中心になされていたが、近年になって、小型化が容易なうえ構造が簡単で耐久性にも優れていることから、拍動を生じない連続流形式の遠心ポンプが注目されるようになっている。
すなわち、遠心ポンプは小型化、軽量化が容易なため、本来の心臓と並列的に体内に配置し本来の心臓の補完手段としての使用に適していること、あるいは、ポンプによる送液が連続流であっても、人体の生理学的要因により生体が対応できることが明らかになったこと等により、遠心ポンプに関して種々の研究開発が進行している。
Initially, the research and development of artificial hearts was centered on bellows pumps and other pulsating pumps that have a pulsating function similar to that of the human heart. Due to its excellent durability, a continuous flow centrifugal pump that does not cause pulsation has been attracting attention.
That is, the centrifugal pump is easy to reduce in size and weight, so it is suitable for use as a complementary means for the original heart placed in parallel with the original heart Even so, various research and developments on centrifugal pumps are in progress due to the fact that the living body can be handled by physiological factors of the human body.
例えば、日本では、遠心ポンプを用いた体外型補助循環ポンプが法的な審査をパスして実用化の段階にある。 この体外型補助循環ポンプは、1か月以内の使用期間を想定しているため、血栓の発生もさほど問題にはなっていない。 For example, in Japan, an extracorporeal auxiliary circulation pump using a centrifugal pump passes the legal examination and is in the stage of practical use. Since this extracorporeal auxiliary circulation pump is assumed to be used within one month, the occurrence of thrombus is not a problem.
一方、米国では、拍動型ポンプの実用化研究が活発であり、拍動型ポンプによる人工心臓の完全埋め込みの臨床例が、2001年には7例報告されている。
しかしながら、拍動型人工心臓の小型化は困難で、このため、拍動型人工心臓は体重85Kg以上の成人への適用に限定されている。 これに対して遠心ポンプによる連続流人工心臓は小型化が容易であり、適用対象となる患者の体格的な制限は特に必要とされない利点を有している。
However, it is difficult to reduce the size of the pulsating artificial heart. For this reason, the pulsating artificial heart is limited to application to adults weighing 85 kg or more. On the other hand, a continuous flow artificial heart using a centrifugal pump is easy to miniaturize, and has an advantage that the physique limitation of a patient to be applied is not particularly required.
以上のように、遠心ポンプによる連続流形式の血液ポンプに関しては、多くの先行技術が開示されているが、長期間にわたり使用できる条件としての以下の2点が解決されているとは言い難いのが現状である。
すなわち、
(a)血栓の発生の抑制。
(b)回転軸の軸受け部における摩耗を防止していかに安定回転を維持する、等である。
本願発明は上記従来の状況に鑑みてなされたもので、
血流ポンプにおいて、
インペラと、吸入部および吐出部を有しインペラを回転可能に収納するケーシングと、インペラが具える磁石にケーシング外から磁気的に作用してインペラを回転させる磁気駆動手段と、前記磁気的作用による吸引力を調節するための磁気吸引力調整手段と、前記磁気駆動手段の回転数制御手段と、インペラの回転軸の両端ピボットを支持する一対のピボット軸受とを具え、前記両ピボット軸受の軸受け面間の距離をインペラの回転軸長より大きく設定するとともに、インペラの回転数を前記回転数制御手段により所定数に制御してインペラをケーシング内の血流中に浮上させインペラの回転軸の両端ピボットと前記両ピボット軸受の軸受け面とを非接触状態に維持するように構成して、上記従来の課題を解決しようとするものである。
As described above, many prior arts have been disclosed for a continuous flow blood pump using a centrifugal pump, but it is difficult to say that the following two points as conditions that can be used over a long period of time have been solved. Is the current situation.
That is,
(A) Suppression of thrombus generation.
(B) How to maintain stable rotation by preventing wear at the bearing portion of the rotating shaft.
The present invention has been made in view of the above-described conventional situation.
In the blood flow pump,
An impeller, a casing having a suction portion and a discharge portion, which rotatably stores the impeller, a magnetic driving means for rotating the impeller magnetically acting from outside the casing on a magnet provided in the impeller, and the magnetic action A magnetic attraction force adjusting means for adjusting the attraction force; a rotational speed control means for the magnetic drive means; and a pair of pivot bearings for supporting pivots at both ends of the rotating shaft of the impeller. The distance between them is set to be larger than the rotation shaft length of the impeller, and the rotation speed of the impeller is controlled to a predetermined number by the rotation speed control means so that the impeller floats in the blood flow in the casing and pivots at both ends of the rotation shaft of the impeller And the bearing surfaces of the two pivot bearings are maintained in a non-contact state to solve the above-described conventional problems.
上記血流ポンプにおいて、両ピボット軸受の軸受け面間の距離とインペラの回転軸長との差は、0.4mm以上に設定することがある。 In the blood flow pump, the difference between the distance between the bearing surfaces of both pivot bearings and the rotation shaft length of the impeller may be set to 0.4 mm or more.
また、上記いずれかの血流ポンプにおいて、ケーシング、インペラをチタン若しくはチタン合金により構成し、ケーシング、インペラにおいて血液接触箇所のチタン若しくはチタン合金の表面粗さを0.5ミクロン以下に研磨することがある。 Further, in any one of the blood flow pumps, the casing and impeller may be made of titanium or a titanium alloy, and the surface roughness of titanium or titanium alloy at the blood contact portion in the casing or impeller may be polished to 0.5 microns or less. is there.
さらに、上記いずれかの血流ポンプにおいて、吸入部は、インペラの回転軸に対して所定角度を有してケ−シング上部に連結されるチタン又はチタン合金からなるパイプで構成し、パイプ内面の表面粗さは0.5ミクロン以下に研磨することがある。 Further, in any one of the above blood flow pumps, the suction portion is constituted by a pipe made of titanium or a titanium alloy having a predetermined angle with respect to the rotation axis of the impeller and connected to the upper portion of the casing, The surface roughness may be polished to 0.5 microns or less.
さらにまた、上記いずれかの血流ポンプにおいて、インペラの回転軸の両端ピボットを支持する一対のピボット軸受の軸受け面は超高分子材で形成することがある。 Furthermore, in any one of the blood flow pumps described above, the bearing surfaces of a pair of pivot bearings that support the pivots at both ends of the impeller rotation shaft may be formed of an ultra-polymer material.
あるいはまた、上記いずれかの血流ポンプにおいて、インペラの回転軸の両端ピボットはセラミック材で形成することがある。 Alternatively, in any one of the above-described blood flow pumps, the pivots at both ends of the rotation shaft of the impeller may be formed of a ceramic material.
そして、上記いずれかの構成において、ピボット軸受け部の軸受け面の曲率は、インペラの回転軸のピボットの曲率より大きく設定することがある。 In any of the above-described configurations, the curvature of the bearing surface of the pivot bearing portion may be set to be larger than the curvature of the pivot of the rotation shaft of the impeller.
本願発明は、以上に開示した構成・作用により、血栓を抑制でき、しかも長期間の使用に耐える小型かつ軽量な血流ポンプを得ることができる。 The present invention can obtain a small and lightweight blood flow pump that can suppress thrombus and can withstand long-term use by the configuration and action disclosed above.
以下、本願発明の実施形態を説明する。 インペラの回転速度は、必要とされる血液流量に対応して設定する必要があるが、前記回転数はインペラを浮上させること、すなわちインペラの回転軸の両端ピボット軸をピボット軸受けの軸受け面に非接触状態となすことにも密接に関係し、所定の血液流量の確保に併せてインペラの浮上を実現する回転数の設定は容易ではない。 したがって、当該実施形態では、予め実験により知見できたデータを基に作成した指標により所望の回転数を設定するようにしている。 この場合の指標とは、ポンプ駆動の制御手段にファームウエアとして組み込まれるコンピュータプログラムに書き込まれたものをも意味している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. The rotational speed of the impeller needs to be set in accordance with the required blood flow rate, but the rotational speed causes the impeller to float, that is, the pivot shafts at both ends of the impeller's rotational shaft are not on the bearing surface of the pivot bearing. It is also closely related to the contact state, and it is not easy to set the number of revolutions that realizes the impeller to rise in conjunction with securing a predetermined blood flow rate. Therefore, in this embodiment, a desired number of revolutions is set by an index created based on data that can be found in advance through experiments. The index in this case also means an index written in a computer program incorporated as firmware in the pump drive control means.
ポンプの構成材料において、所要箇所に純チタンあるいはTi4A16Vなどのチタン合金を用いることにより生体適合性を高め、さらにはポンプ内部で血液が接触する面の表面粗さを0.5μm以下、望ましくは0.2μm以下となるように研磨して長期に渡り血栓発生を防止する。 By using pure titanium or a titanium alloy such as Ti4A16V in a required part of the pump constituent material, the biocompatibility is improved, and the surface roughness of the surface in contact with blood inside the pump is 0.5 μm or less, preferably 0 Polishing to 2 μm or less to prevent thrombus formation over a long period of time.
本願発明で、インペラの回転軸のピボット軸はとピボット軸受けの軸受け面はインペラの浮上時には、非接触状態となるが回転の開始時と終了時には接触は不可避である。 この接触時における摩耗を防止するために、軸受け面はポリエチレン等の高分子材で形成し、ピボット部を含むインペラ回転軸は高純度アルミナ燒結材等のセラミックを使用する。 In the present invention, the pivot shaft of the impeller rotating shaft and the bearing surface of the pivot bearing are in a non-contact state when the impeller is lifted, but contact is unavoidable at the start and end of rotation. In order to prevent wear during this contact, the bearing surface is made of a polymer material such as polyethylene, and the impeller rotating shaft including the pivot portion is made of ceramic such as a high-purity alumina sintered material.
インペラが浮上するには、インペラの回転軸長さと一対の軸受け面間の距離との間にクリアランスを必要とするが、クリアランスの値をあまり小さくする血液滞留が生じて血栓の防止が困難となる。他方、クリアランスの値を大きくとりすぎると軸受けによる軸の支持が安定しない。実験によれば、クリアランス値Cは、0.4mm≦C≦1mmの範囲にある場合が、血栓防止効果やインペラの安定的浮上、ピボット軸の軸受けからの逸脱防止等の見地から最も好ましいものと評価される。 In order for the impeller to rise, a clearance is required between the impeller's rotational shaft length and the distance between the pair of bearing surfaces. However, it is difficult to prevent thrombus due to blood retention that makes the clearance value too small. . On the other hand, if the clearance is too large, the shaft support by the bearing will not be stable. According to experiments, the clearance value C is in the range of 0.4 mm ≦ C ≦ 1 mm, which is most preferable from the viewpoints of thrombus prevention effect, stable impeller floating, prevention of deviation from the pivot shaft bearing, and the like. Be evaluated.
実験データによれば、インペラの回転数、前記クリアランスおよびケーシング内におけるインペラの挙動の関係は、概ね次のようになっていて、クリアランスの値の大きいほうが、より広い回転数の範囲でインペラの浮上を維持できる。
A: クリアランスが0.4mmの場合
(a)1000回転/分:インペラは浮上せず、したがって回転軸の下端ピボット軸と軸受け面は接触しており、上端ピボット軸は軸受け面に非接触の状態にある。
(b)1400回転/分:インペラは浮上して、上下のピボット軸は軸受け面に非接触の状態にある。
(c)1600回転/分:インペラは浮上しており、上下のピボット軸は軸受け面に非接触の状態にある。ただし、インペラ下端とケーシング底部の距離は,前記(b)より増大しているが、未だその距離はクリアランスの値0.4mmには達していない。
(d)1800回転/分:インペラは、前記(c)の位置から上昇して、上端のピボット軸は軸受け面に接触した状態にある。 したがって、下端ピボット軸と軸受け面との距離は、理論的にはクリアランスの値0.4mmとなるが、実際には上端ピボット軸と軸受け面とは接触、非接触を繰り返す状態になるので、下端ピボット軸と軸受け面との距離が常時0.4mmを維持されることにはならない。
According to the experimental data, the relationship between the rotation speed of the impeller, the clearance, and the behavior of the impeller in the casing is generally as follows. The larger the clearance value, the higher the impeller rises over a wider rotation speed range. Can be maintained.
A: When the clearance is 0.4 mm (a) 1000 revolutions / minute: The impeller does not float, so the lower pivot shaft and the bearing surface of the rotating shaft are in contact with each other, and the upper pivot shaft is not in contact with the bearing surface. It is in.
(B) 1400 revolutions / minute: The impeller is levitated and the upper and lower pivot shafts are not in contact with the bearing surface.
(C) 1600 revolutions / minute: The impeller is floating, and the upper and lower pivot shafts are not in contact with the bearing surface. However, the distance between the lower end of the impeller and the bottom of the casing is greater than that in (b), but the distance has not yet reached the clearance value of 0.4 mm.
(D) 1800 revolutions / minute: The impeller is lifted from the position (c), and the pivot shaft at the upper end is in contact with the bearing surface. Therefore, although the distance between the lower end pivot shaft and the bearing surface is theoretically a clearance value of 0.4 mm, the upper end pivot shaft and the bearing surface are in a state where contact and non-contact are repeated in practice. The distance between the pivot shaft and the bearing surface is not always maintained at 0.4 mm.
B: クリアランスが1.00mmの場合
(a)1000回転/分:インペラは浮上せず、したがって回転軸の下端ピボット軸と軸受け面は接触しており、上端ピボット軸は軸受け面に非接触の状態にある。
(b)1400回転/分:インペラは浮上して、上下のピボット軸は軸受け面に非接触の状態にある。
(c)1600回転/分:インペラは浮上しており、上下のピボット軸は軸受け面に非接触の状態にある。ただし、インペラ下端とケーシング底部の距離は、前記(b)より増大しているが、未だその距離はクリアランスの値1.00mmには達していない。
(d)1800回転/分:インペラは、なおも浮上しており、上下のピボット軸は軸受け面に非接触の状態にある。ただし、インペラ下端とケーシング底部の距離は、前記(c)よりさらに増大しているが、未だその距離はクリアランスの値1.00mmには達していない。
(e)1800回転/分:インペラは、前記(d)の位置からさらに上昇して、上端ピボット軸は軸受け面に接触した状態にある。
したがって、下端ピボット軸と軸受け面との距離は、理論的にはクリアランスの値1.00mmとなるが、実際には上端ピボット軸と軸受け面とは接触、非接触を繰り返す状態になるので、下端ピボット軸と軸受け面との距離が常時1.00mmに維持されることにはならない。
B: When the clearance is 1.00 mm (a) 1000 revolutions / minute: The impeller does not float, so the lower pivot shaft and the bearing surface of the rotating shaft are in contact, and the upper pivot shaft is not in contact with the bearing surface. It is in.
(B) 1400 revolutions / minute: The impeller is levitated and the upper and lower pivot shafts are not in contact with the bearing surface.
(C) 1600 revolutions / minute: The impeller is floating, and the upper and lower pivot shafts are not in contact with the bearing surface. However, although the distance between the lower end of the impeller and the bottom of the casing is greater than that in (b), the distance has not yet reached the clearance value of 1.00 mm.
(D) 1800 revolutions / minute: The impeller is still floating, and the upper and lower pivot shafts are not in contact with the bearing surface. However, the distance between the lower end of the impeller and the bottom of the casing is further increased as compared with the above (c), but the distance has not yet reached the clearance value of 1.00 mm.
(E) 1800 revolutions / minute: The impeller is further raised from the position (d), and the upper end pivot shaft is in contact with the bearing surface.
Therefore, the distance between the lower end pivot shaft and the bearing surface is theoretically a clearance value of 1.00 mm, but in reality, the upper end pivot shaft and the bearing surface are repeatedly in contact and non-contact. The distance between the pivot shaft and the bearing surface is not always maintained at 1.00 mm.
インペラの浮上は、上述のようにインペラ回転数の制御のみで可能であり、すなわち磁気駆動手段の回転数を所定値に設定するだけで、インペラを浮上させるための格別な手段を必要としない。磁気駆動手段の回転数制御手段は、磁気駆動手段の具える回転駆動手段(電動機)により異なるが、同期電動機、誘導電動機等のACモーターを採用する場合はインバータ回路により、DCブラシレスモーターの場合には、パルス幅変調(Pulse
Width Modulation)等のスイッチングによる回転数制御あるいは位相同期制御(Phase Locked Loop) 等の小型、軽量な回路により構成する。
As described above, the impeller can be lifted only by controlling the rotation speed of the impeller, that is, only by setting the rotation speed of the magnetic drive means to a predetermined value, no special means for floating the impeller is required. The rotational speed control means of the magnetic drive means differs depending on the rotational drive means (electric motor) provided in the magnetic drive means. However, when an AC motor such as a synchronous motor or an induction motor is employed, an inverter circuit is used for a DC brushless motor. Is the pulse width modulation (Pulse
It is composed of a small and lightweight circuit such as rotation speed control by switching such as Width Modulation or phase locked loop.
ケーシング内のインペラは、ケーシング外の磁気駆動手段といわゆるマグネットカップリングによりケーシングの底壁越しに結合されて回転するようになっており、インペラと磁気駆動手段との間の磁気吸引力は一定である。
インペラの浮上は、この磁気吸引力に抗してなされるから、ケーシング内のインペラの挙動をコントロールするには磁気吸引力と浮上力とのバランスを調節する磁気吸引力調整手段を具えることが望ましい。インペラは、回転数の制御によりケーシング内で上下に挙動させて血液滞留の防止をなし得るが、この上下挙動は前記バランスの調節によって制御がより容易になる。
The impeller in the casing is rotated by being coupled with the magnetic drive means outside the casing through the so-called magnet coupling through the bottom wall of the casing, and the magnetic attraction force between the impeller and the magnetic drive means is constant. is there.
Since the impeller is lifted against this magnetic attractive force, a magnetic attractive force adjusting means for adjusting the balance between the magnetic attractive force and the floating force may be provided to control the behavior of the impeller in the casing. desirable. The impeller can be made to move up and down in the casing by controlling the number of rotations to prevent blood retention, but this up-and-down behavior can be more easily controlled by adjusting the balance.
ケーシング上部に取り付ける吸入部としてのパイプは、当該ポンプの生体内における解剖学的見地あるいは血液がケーシング内に流入するときの流体力学的および生理的な観点から屈曲部を有している。インレット入口部分が体内組織に物理的損傷を与えない構造を採用する。 The pipe as the suction portion attached to the upper portion of the casing has a bent portion from the anatomical point of view of the pump in vivo or from the hydrodynamic and physiological viewpoint when blood flows into the casing. A structure in which the inlet inlet portion does not physically damage the body tissue is adopted.
ピボット軸受け部の軸受け面の曲率半径は、インペラの回転軸のピボットの曲率半径のほぼ2倍以上に設定すると、インペラのピボット軸はピボット軸受け内において所定の条件下に軸受けの中心の周囲を揺動回転し、このためインペラはの下方部分も揺動(尻振り)運動が可能となり特にケーシング底部での血液滞留を解消する。 When the radius of curvature of the bearing surface of the pivot bearing is set to be approximately twice or more than the radius of curvature of the pivot of the impeller's rotating shaft, the pivot shaft of the impeller swings around the center of the bearing under predetermined conditions in the pivot bearing. Because of this, the lower part of the impeller can also swing (swing), and blood retention at the bottom of the casing is eliminated.
図面に基づいて本願発明の実施例を説明する。 図1は、血流ポンプの1実施例を示す縦断面図である。
図において、1は円錐形状のインペラ、2は前記インペラを回転可能に収納するケーシング、3はケーシング2の下方に設けられた磁気駆動手段、4はケーシング2と磁気駆動手段3との間に介装された磁気吸引力調整手段である。
インペラ1、ケーシング2、磁気駆動装置3の外郭部分38は生体適合材料である純チタンまたはチタン合金であるTi4A16Vなどで形成し、さらにはインペラ1の表側面、ケーシング2の内壁部等、血液に接触する部分は、粗さが0.2μm以下の研磨表面を有して血小坂の付着を抑制するようにしている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of a blood flow pump.
In the figure, 1 is a conical impeller, 2 is a casing for rotatably housing the impeller, 3 is magnetic drive means provided below the
The
インペラ1の側部11には、羽根13が設けられていて、インペラ1の回転に伴いケーシング2の吸入部24から流入する血液を吐出部25から吐出させる。 インペラ1の底部12には複数の永久磁石14が埋設され、前記磁気駆動手段3と協動してインペラ1を回転させるようになっている。
A
インペラ1の回転軸15の上下端部にはピボット軸16および17が形成され、それぞれ上部ピボット軸受け26と下部ピボット軸受け27に遊嵌される。
図2に示すように、インペラ1の静止状態において、ピボット軸16の上端と上部ピボット軸受け26の軸受け面との間には所定のクリアランスCが形成され、この実施例ではC=0.6mmに設定されている。 すなわち、インペラ1の回転軸15の長さは、上部ピボット軸受け26および下部ピボット軸受け27の軸受け面の間の距離より0.6mm短くなっている。 なお、実験結果によれば前記クリアランスCの値が、0.4mm未満となると血栓防止の効果は激減する。
As shown in FIG. 2, when the
なお、この実施例において、図3に示すように、ピボット軸受け26、27の軸受け面の曲率半径Rはピボット軸16、17の曲率半径rの2倍に設定し、ピボット軸の軸受け面における揺動(尻振り)運動を容易にしている。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, the radius of curvature R of the bearing surfaces of the
また、回転軸15のピボット軸16および17はセラミックス材により形成されているが、表面のみをセラミックスで被覆してもよい。一方、上部ピボット軸受け26と下部ピボット軸受け27の軸受け面はポリエチレン等の高分子材で形成されている。
Moreover, although the
さらに、図1において、24は円錐形状のケーシング2の上部に固着された吸入部としてのパイプで、水平基部24aとこれから屈曲する開口部24bとからなり、開口部24bはケーシング2内でケーシング2の斜面部21の内壁面とインペラ1の斜面部11にほぼ平行に突出し、これにより吸入部24から吸入された血流が回転軸15、斜面部21の内壁面、インペラ1の斜面部11等に衝突し溶血の発生を防止するようになっている。 また、25はケーシング2の斜面部21に水平に取り付けられた吐出部としてのパイプである。
吸入部24、吐出部25を構成する前記両パイプは、純チタンまたはチタン合金であるTi4A16Vなどで形成され、血液に接触する内側には粗さが0.2μm以下の研磨表面を有して血小坂の付着を抑制するようにしてある。
Further, in FIG. 1,
The pipes constituting the
また、図1において、ケーシング2の下方に設けられた前記磁気駆動手段3は、カップリング磁石31とこのカップリング磁石31をインペラ1の回転軸中心に回転させる回転駆動手段(電気モータ)32とを具えている。 前記カップリング磁石31はインペラ1の複数の永久磁石14と対向して設けられ、両磁石は磁気的に結合し、カップリング磁石31の回転に伴い前記永久磁石14の回転に伴いインペラ1が回転する。 カップリング磁石31は、複数個がシャフト33を中心にそれぞれが対称に設置され、シャフト33にベアリング34、34を介して支持されるローター35の上部に固定されている。このローター35は、DCブラシレスモーターのものと同様のローターであり、36は巻線、37はステーターである。 なお、gは底板23とカップリング磁石31との間に形成される空所である。
In FIG. 1, the magnetic drive means 3 provided below the
回転駆動手段(電気モータ)32の、タイプにより回転数制御手段は種々であるが、回転駆動手段(電気モータ)32がDCモータであればパルス幅変調(Pulse
Width Modulation)等のスイッチングにより、ACモータを採用する場合はインバータ回路によりそれぞれ回転数制御をなすことになり、回転数制御手段は回転駆動手段(電気モータ)32と一体または別体に設けられる。
There are various rotational speed control means depending on the type of the rotation drive means (electric motor) 32, but if the rotation drive means (electric motor) 32 is a DC motor, pulse width modulation (Pulse
When an AC motor is employed by switching such as (Width Modulation), the rotational speed is controlled by an inverter circuit, and the rotational speed control means is provided integrally with or separately from the rotational drive means (electric motor) 32.
さらに図1に示す実施例では、前記ケーシング2と前記磁気駆動手段3との間に磁気吸引力調整手段4が設けられている。 図において、磁気吸引力調整手段4はケーシング2の支持板41と磁気駆動手段3の外郭部38との間に、あるいは支持板41とケーシング2底面との間に着脱可能に介装されるスペーサ42と前記支持板により構成されている。 スペーサ42の着脱によりインペラ1の永久磁石14と磁気駆動手段3のカップリング磁石31との距離を調整して前記両者間の磁気吸引力を調整することになる。 なお、前記両者間の磁気吸引力の調整は、前記スペーサによらず、カップリング磁石31を電磁石で構成し、これに対する励磁電流の調整によりなしてもよい。
Further, in the embodiment shown in FIG. 1, a magnetic attractive force adjusting means 4 is provided between the
本願に係る血流ポンプを体内埋め込み型の完全心臓又は補助心臓として使用する場合、全体的なシステムは、体内に埋め込まれた血流ポンプと、経皮的電力伝達経路と、体外における電源と、システムの制御手段とから構成されるが、以下に生体心臓と併用する補助心臓としての動物実験例を説明する。 When the blood flow pump according to the present application is used as an implantable complete heart or auxiliary heart, the overall system includes a blood flow pump implanted in the body, a percutaneous power transmission path, an external power source, An example of an animal experiment as an auxiliary heart used in combination with a living heart will be described below.
血流ポンプは、生体心臓(正確には心室)に対してバイパスするように埋め込まれる。 このようにして、罹患した生体心臓の負担を所定期間軽減してその間に心臓疾患の回復を図ることになるが、その期間は、拡張性心筋症で約6ヶ月、虚血性心筋症の場合で約2年である。 埋め込みは、一対のポンプをもってなされ、一方(右ポンプ)は生体心臓の右心室と肺動脈との間、他方(左ポンプ)左心室と大動脈との間に埋め込まれる。 The blood flow pump is implanted to bypass the living heart (exactly the ventricle). In this way, the burden on the affected living heart is reduced for a predetermined period to recover the heart disease during that period, which is about 6 months for dilated cardiomyopathy and ischemic cardiomyopathy. About 2 years. Implantation is performed with a pair of pumps, one (right pump) between the right ventricle and the pulmonary artery of the living heart and the other (left pump) between the left ventricle and the aorta.
血流ポンプの前記バイパス埋め込みにより、右ポンプでは約0−50mmHg、左ポンプでは約0−100mmHgの圧差をそれぞれ、1分間に70−100回繰り返し受けることになる。 ここで、圧差とはポンプの吸入部24と吐出部25における圧力の差であり、この圧差が1分間に70−100回生じるということは、生体心臓の拍動の回数だけ前記圧差が生じることを意味している。
Due to the bypass implantation of the blood flow pump, a pressure difference of about 0-50 mmHg for the right pump and about 0-100 mmHg for the left pump is repeatedly received 70-100 times per minute. Here, the pressure difference is a pressure difference between the
このようにして、連続流を発生する遠心ポンプである血流ポンプは、生体心臓が動作している限り拍動流を発生する。 すなわち、遠心ポンプは圧差が低くなれば大流量(心臓の収縮期に相当)を維持するが、圧差が高くなれば少流量(心臓の拡張期に相当)を拍出するためである。 Thus, a blood flow pump that is a centrifugal pump that generates a continuous flow generates a pulsatile flow as long as the living heart is operating. That is, the centrifugal pump maintains a large flow rate (corresponding to the systole of the heart) when the pressure difference is low, but pulsates a small flow rate (corresponding to the diastole of the heart) when the pressure difference is high.
さて、図4は、実験データに基づいてインペラ回転数、血液流量、圧差の関係におけるインペラ1のケーシング2内における位置を示すグラフであり、Y軸は圧差値を、X軸は血液流量を示している。
このグラフにおいて、101、102、103、104、105、106、107、108はそれぞれ、インペラ回転数が1200RPM、1400RPM、1600RPM、1800RPM、2000RPM、2200RPM,2400RPM、2600RPMにおけるインペラ1のケーシング2内における位置を示している。 グラフの斜線Lの左方領域において、上部点線L1より上側の範囲では、トップコンタクトすなわちインペラ1の上端ピボット軸16は上部ピボット軸受け26の軸受け面に接触している状態を示している。 また、下部点線L2より下側の範囲では、ボトムコンタクト、すなわち下端ピボット軸17は下部ピボット軸受け27の軸受け面に接触している状態にあることを示している。
そして、上部点線L1と下部点線L2との間の領域ではインペラ1が浮上状態にある場合を示している。
FIG. 4 is a graph showing the position of the
In this graph,
In the region between the upper dotted line L1 and the lower dotted line L2, the
前記グラフを基に、必要とされる血液流量において、インペラ1の浮上もしくはトップコンタクトを維持するに必要なインペラ回転数を得ることができる。 いま、血液流量が毎分5リッター強を要する場合、インペラ回転数1600RPMではインペラ1は浮上状態にあり、例えば回転数を1800RPMに増すとインペラ1はトップコンタクトの状態を示す。 なお、前述したように圧差と流量の関係は、圧差が増すと流量は小となり、逆に圧差が小となると流量は増加する。インペラ回転数が1600RPMの場合、毎分5リッター強の流量を得るには圧差は50mmHg前後必要となる。圧差がこれ以下の場合は、回転数を増加しないと所定の流量を得ることができない。 このように、上述のグラフを指標として、浮上状態あるいはトップコンタク状態を維持できる回転数を知ることができ、この回転数を回転数制御手段に入力することによりインペラを浮上若しくはトップコンタクトの状態に維持して、血栓の防止その他の本願発明の目的を達成することができる。 図5のグラフに示すように、特に血栓の防止効果は顕著である。 図5(a)は、インペラ1の底面における血小板の粘着を、ボトムコンタクトの場合とトップコンタクトの場合とを比較したグラフである。
トップコンタクトの場合のインペラ1の底面への血小板の粘着は、ボトムコンタクトの場合に比較して27.9%減少している。
また、図5(b)は、ケーシング2の底面における血小板の粘着を、ボトムコンタクトの場合とトップコンタクトの場合とを比較したグラフである。
トップコンタクトの場合のケーシング2の底面への血小板の粘着は、ボトムコンタクトの場合に比較して35.2%減少している。
Based on the graph, it is possible to obtain the impeller rotational speed necessary for maintaining the floating or top contact of the
The adhesion of platelets to the bottom surface of the
FIG. 5B is a graph comparing platelet adhesion on the bottom surface of the
The adhesion of platelets to the bottom surface of the
さて、生体心臓の動作によりケーシング2内では前述したような圧差が生体心臓の拍動に応じて発生し、これによりインペラの上部と下部の間に圧力差が生じる。一方、前述したようにインペラ1の静止状態において、ピボット軸16の上端と上部ピボット軸受け26の軸受け面との間には0.6mmのクリアランスが形成されている。この結果、ケーシング内で回転するインペラには回転数に変動がなくても上下動が生じる。 さらに、前述のように、ピボット軸受け26、27の軸受け面の曲率半径Rはピボット軸16、17の曲率半径rの2倍に設定されているから、ポンプの血液拍出量は生体心臓の拍動に同期して吸入および吐出する量に差異が生じるとインペラには揺動運動(尻振り運動)が発生する。
このようなインペラの上下動、揺動運動(尻振り運動)はケーシング内における血液の滞留部分を流動化し血栓発生の防止に寄与することになる。
By the operation of the living heart, the pressure difference as described above is generated in the
Such an up-and-down movement of the impeller and an oscillating motion (tail-swing motion) fluidize the staying part of the blood in the casing and contribute to the prevention of thrombus generation.
実験において、左心室に6個右心室に5個のポンプを埋め込み1か月〜6か月動作させたところケーシング内に血栓の発生はみられなかった。この実験では、生体心臓の拍動は70〜100回/毎分であり、したがってインペラの前記上下動、揺動運動(尻振り運動)も70〜100回/毎分となり、ケーシング内での血液滞留部分にも70〜100回/毎分で変動が生じたものと思われる。
なお、血栓の抑制は、インペラの前記運動に加えて、インペラの浮上又はトップコンタクトによりピボット軸の下端と下部ピボット軸受の軸受け面との間に間隙が形成されたことによるケーシング底部での血液流動化も寄与している。
In the experiment, when 6 pumps were implanted in the left ventricle and 5 pumps were implanted in the right ventricle and operated for 1 to 6 months, no thrombus was observed in the casing. In this experiment, the pulsation of the living heart is 70 to 100 times / min. Therefore, the above-mentioned vertical movement and swinging motion (tail swinging motion) of the impeller is also 70 to 100 times / min. It is thought that the fluctuation also occurred in the staying portion at 70 to 100 times / minute.
In addition to the above-described movement of the impeller, the thrombus is controlled by the blood flow at the bottom of the casing due to a gap formed between the lower end of the pivot shaft and the bearing surface of the lower pivot bearing by the impeller floating or the top contact. Has also contributed.
前述のインペラにおける上下動、揺動運動(尻振り運動)については、生体心臓の拍動による例を説明したが、磁気吸引力調整手段によりインペラの磁石とカップリング磁石との間の磁気吸引力を連続的に変化させることによっても実現することができる。 As for the above-described vertical movement and swinging movement (tail swinging movement) of the impeller, the example of the pulsation of the living heart has been described. However, the magnetic attractive force between the impeller magnet and the coupling magnet is adjusted by the magnetic attractive force adjusting means. It can also be realized by continuously changing.
1 インペラ
2 ケーシング
3 磁気駆動手段
4 磁気吸引力調整手段
16 ピボット軸(上端)
17 ピボット軸(下端)
26 ピボット軸受け(上部)
27 ピボット軸受け(下部)
DESCRIPTION OF
17 Pivot shaft (lower end)
26 Pivot bearing (top)
27 Pivot bearing (lower part)
Claims (7)
The blood flow pump according to any one of claims 1 to 6, wherein the curvature of the bearing surface of the pivot bearing portion is set larger than the curvature of the pivot of the rotating shaft of the impeller.
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