JP2005528184A - 導管の螺旋構造の螺旋角度を決定する方法 - Google Patents

Abstract

導管の螺旋角度を決定する方法。導管（１）内の螺旋構造（４）の螺旋角度を決定する方法。方法は、導管（１）の内部寸法と、導管（１）を通る所望の流体質量流量を指定することを含む。螺旋角度は、指定された内部寸法と所望の流体質量流量を有する導管（１）の圧力降下と乱流運動エネルギーから決定される。

Description

本発明は、導管、詳細には、限定されるものではないが、血流チューブの螺旋構造の螺旋角度を決定する方法に関する。

導管中の螺旋構造を用いて導管内における流体の望ましい流動パターンを促進することが多数の文献により提案されてきた。そのような螺旋構造は、パイプラインおよび血流チューブを含む広範囲の様々な用途に提案されてきた。一般に、螺旋構造の目的は、導管内の流体に渦巻流を発生させて、導管内の乱流と滞流部を低減することである。

渦巻流パターンの発生を促進することは導管内の流体の流動に有益であるために、螺旋構造を用いることが提案されているが、適切な渦巻流パターンを作り出すために必要な螺旋構造の物理的特性、または設計についての情報は少ないか皆無である。明らかに、いくつかの螺旋構造の設計は渦巻流を作り出す効果がなく、他のものは有益な渦巻流を作り出さない。例えば、大きな螺旋角度を有する螺旋構造は、適切な渦巻流よりも乱流を作り出す傾向がある。

本発明の第1の態様によれば、導管用の螺旋構造が提供され、この螺旋構造は少なくとも螺旋の一部を画定し、螺旋構造によって画定される螺旋の角度は、導管の内部寸法、導管の流体質量流量、導管に沿う圧力降下、および導管内の乱流運動エネルギーから決定される。

本発明の第２の態様によれば、導管用の螺旋構造の角度を決定する方法が提供され、この方法は、導管の内部寸法および導管を通る流体の所望の質量流量を指定し、この指定された内部寸法および所望の流体質量流量を有する導管の、圧力降下および乱流運動エネルギーから、螺旋角度を決定することから成る。

本願明細書で用いられる用語「螺旋（ｈｅｌｉｃａｌ）」、「螺旋（ｈｅｌｉｘ）」および「渦巻（ｓｐｉｒａｌ）」は、螺旋の数学的な定義、および螺旋と渦巻の数学的な定義の任意の組み合わせを包含する。

一般に、圧力降下および乱流運動エネルギーは螺旋角度を決定する前に無次元化される。

螺旋角度は、無次元圧力降下と無次元乱流運動エネルギーが実質上等しくなる螺旋角度に決定することが好ましい。しかし、螺旋角度は、導管の種類、流体および／または用途に応じて、無次元圧力降下と無次元乱流運動エネルギーが等しくない螺旋角度に決定することができる。

螺旋構造は５°〜５０°の間の螺旋角度を有することができる。例えば、螺旋構造は、特に、しかし非排他的に、脚部の動脈移植片における動脈内の流れに対して、約８°の螺旋角度を有することができる。

一般に、導管によって運ぶべき流体は液体を含む。流体は、完全な液体、粒子状固体との液状混合物、または液化固体とすることができる。例えば、導管が血管である場合、液体は血液である。

一般に、螺旋構造は、使用中に導管内で流体の回転流を達成することができる。回転流は螺旋および／または渦巻流れ成分を含むことができる。

螺旋構造は、展延部材を含むことができることが好ましい。一般に、展延部材は内方向に展延する部分を含む。

本発明の一実施形態では、螺旋構造は導管内に恒久的にまたは一時的に装着するようにされた挿入物の形にすることができる。

本発明の他の実施形態では、螺旋構造は導管の一体化した部分とすることができ、例えば、導管の側壁を変形させることによって成形することができる。

螺旋構造は、乱流を無くすまたは低減するように、および／または導管中の滞流領域を無くすまたは低減するように、螺旋および／または渦巻流れを達成することができる。それらの流れを達成する螺旋角度は、導管の直径、流体の長手方向の速度および回転速度、および粘度および流体の他の特性に依存する。

導管は配管を含むことができる。例えば、導管はそれぞれ管移植片または血管などの人工または天然の血流チューブを含むことができる。チューブは、血液治療、または送達装置、例えば心肺機器、透析機器、または投薬セット（ｇｉｖｉｎｇ ｓｅｔ）に使用することができる。チューブは、産業装置、例えばホース、パイプ、消火ホースにも使用することができる。

別法として、導管はステントを含むことができる。例えば、メッシュ、拡大シートまたはチューブから作られたまたはワイヤスプリング式のステントは、血管の中に挿入して機械的な支持となり、血管の崩壊を防止する。本発明による構造を血管の内部または外部に配置して、血管を通る流れ案内構造を形成させ、維持しおよび／または強化することができる。

本発明はステント（ｓｔｅｎｔ）移植片に使用することができる。すなわち、ステントと移植片の組み合わせである。

導管を通る流れの形態は、一般に、磁気共鳴影像法（ＭＲＩ）、および／またはドップラー超音波などの技術を用いて測定することができ、したがって、流動案内成形体は望ましい流れ形態が達成されるまで修正することができる。流動形態の最初の設計は、上述の修正を加えた数学的なモデル化または試行錯誤によることができる。

導管は、フレキシブル導管などのチューブまたはホース、または金属管またはパイプラインなどの実質上剛体の導管とすることができる。

ここで、付随する図面を参照して、螺旋構造の螺旋角度を決定する方法の実施形態を説明する。

図１は、人間または動物の体に移植するための動脈移植片１の斜視図である。移植片１は、編製または織製ポリエステル材から作製される。しかし、紡糸ポリウレタンマルチモノフィラメント、またはＰＴＦＥ押出品などの任意の適切なフレキシブル材を使用することができる。

移植片１は、側壁に変形部３を有するチューブ２の形状をしており、この変形部３は全体的にチューブ２の縦軸に向かって内方向に展延して、チューブ２の内部表面に螺旋状変形部４を形成する。また、チューブは曲げられ、チューブ２の長さに沿って周囲隆起５を形成する。この周囲隆起はチューブ２に径方向の強度を与え、移植片が、移植の間、およびそれに続く使用の間に崩壊する危険を最小にすることを助ける。

螺旋構造４は、使用中に、移植片１を通過する血液に回転流パターンを作り出すことを意図している。回転流は、乱流の低減および流れ中の滞流部の低減によって動脈疾患の影響を低減し、動脈疾患の予防を助ける有益な効果を有すると信じられている。

本発明者らは、螺旋構造４の螺旋角度を選択することが、乱流と流れ内の滞流部を最小にするのに重要であることを見出した。また、本発明者らは、導管に沿う圧力降下と導管中の乱流運動エネルギーから、所与の内部寸法と特定の螺旋状流動形成体を有する、所与の質量流量を運ぶことを意図する導管に、最適な螺旋角度を決定できることも見出した。

さらに、本発明者らは、特定の螺旋状流動の形成により所与の導管に所与の質量流量を維持するためには、螺旋角度が大きくなると圧力降下が増え、螺旋角度が大きくなると乱流運動エネルギーが小さくなることを見出した。したがって、螺旋角度の選択は圧力降下の最小化と乱流運動エネルギーの最小化の折衷である。圧力降下と乱流運動エネルギーが、従来の数学的技術を用いて無次元化されれば、螺旋角度対無次元圧力降下、および螺旋角度対無次元乱流運動エネルギーの曲線を同じグラフ上にプロットすることができる。動脈移植片について、螺旋角度対無次元圧力降下の曲線５０、および螺旋角度対無次元乱流運動エネルギーの曲線５１が図２に示されている。これらの曲線５０、５１は、従来の技術を使用して移植片１中の圧力降下と乱流運動エネルギーを測定することから得られた。曲線５０、５１は領域５２において交差し、この交差は約８°の螺旋角度で起きることを示している。

また、従来の磁気共鳴影像法技術を用いて移植片１中の流れを分析することによって、所与の質量流量について移植片１の最適螺旋角度は約８°であることが試行錯誤によって見出された。したがって、移植片１の最適螺旋角度は、無次元圧力降下が無次元乱流運動エネルギーに等しいときに生じる。

上述の実施形態においては、螺旋角度は無次元圧力降下が無次元乱流運動エネルギーに実質的に等しいときの角度として決定されたが、無次元圧力降下が無次元乱流運動エネルギーに等しくないように螺旋角度を選択する状況もあり得る。この状況は、例えば、より小さな乱流運動エネルギーが必要とされ、より小さい乱流運動エネルギーを得るためにより大きな圧力降下を容認することを決定した場合に生じ得る。同様に、小さな圧力降下が乱流運動エネルギーよりも重要であれば、より小さな圧力降下を得るためにより大きな乱流運動エネルギーが容認される。したがって、螺旋角度の選択は、特定の用途によって選択することができ、異なる用途は異なる要求事項を有するであろう。

上述の実施形態では、螺旋構造の螺旋角度は移植片１用に決定された。しかし、同じ技術は、流体導管の流れパターンを変更するために螺旋構造を用いることが望ましい他の導管に用いることができる。例えば、同じ技術は、ステントまたは実際にチューブを通過する流体に係わる任意の他の医療用途に用いる螺旋構造の螺旋角度を決定するために用いることもできる。

また、本発明は産業用途にも適している。螺旋構造は、流体の迅速な移動によって効率を向上させ、エネルギー消費を低減させ、またはチューブに沿う圧力勾配を低減して、より低い管内圧力で特定の末端導管圧力／流量を送達することを可能にするチューブ、などの導管にも用いることができる。螺旋構造は、乱流の低減を達成するために使用することもでき、それによって、振動、騒音、および／または導管の疲労が低減され、ポンプではポンプの電力消費を低減することが可能である。また、螺旋構造は、導管から伸びる、例えば家庭用のホースパイプまたは消火ホースからの流体をより遠方へ到達させ、またはより正確な分配パターンを可能にするために用いることもできる。また、本発明は、スラリまたは懸濁液が導管を通して輸送される産業、例えば、スープ、ソースおよび類似製品に係わる食品製造者または配給業者にも有益である。

移植片１の上述の実施形態とともに、これらの他の種類の導管の最適螺旋角度は圧力降下と乱流運動エネルギーから決定することができる。したがって、本発明は、所与の流体を運ぶことを意図した所与の導管サイズを有する螺旋流れ形状の螺旋角度を、導管中の圧力降下と乱流運動エネルギーから決定することが可能になる利点を有する。

螺旋構造を有する動脈移植片を示す斜視図である。 動脈移植片の螺旋角度対圧力降下および螺旋角度対乱流運動エネルギーを示すグラフである。

Claims (22)

1. 導管の螺旋構造の角度を決定する方法であって、導管の内部寸法および導管を通る流体の所望の質量流量を指定し、指定された内部寸法および所望の流体質量流量を有する導管の圧力降下および乱流運動エネルギーから螺旋角度を決定することを含む方法。
2. 前記圧力降下および乱流運動エネルギーが、螺旋角度を決定する前に無次元化される請求項１に記載の方法。
3. 前記螺旋角度が、無次元圧力降下と無次元乱流運動エネルギーが実質上等しくなる螺旋角度に決定される請求項２に記載の方法。
4. 前記螺旋角度が、無次元圧力降下と無次元乱流運動エネルギーが等しくない螺旋角度に決定される請求項２に記載の方法。
5. 前記螺旋角度が、５°〜５０°であるように決定される請求項３または４に記載の方法。
6. 前記螺旋角度が、５°〜２０°であるように決定される請求項５に記載の方法。
7. 前記螺旋角度が、実質上８°であるように決定される請求項６に記載の方法。
8. 前記導管が、血流チューブである請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記螺旋構造が、使用中に導管内の回転流を達成するためである請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
10. 導管の螺旋構造であって、前記螺旋構造が少なくとも螺旋の一部を画定し、前記螺旋構造によって画定される前記螺旋角度が、導管の内部寸法、導管の流体質量流量、導管に沿う圧力降下、および導管内の乱流運動エネルギーから決定される螺旋構造。
11. 前記螺旋角度が、５°〜５０°であるように決定される請求項１０に記載の螺旋構造。
12. 前記螺旋角度が、５°〜２０°であるように決定される請求項１１に記載の螺旋構造。
13. 前記螺旋角度が、実質上８°であるように決定される請求項１２に記載の螺旋構造。
14. 前記螺旋構造が、使用中に導管内の回転流を達成するためである請求項１０から１３のいずれか１項に記載の螺旋構造。
15. 前記螺旋構造が、展延部材を含む請求項１０から１４のいずれか１項に記載の螺旋構造。
16. 前記展延部材が、内方向に展延する部分を含む請求項１５に記載の螺旋構造。
17. 前記螺旋構造が、導管内に装着するようにされた挿入物の形であることのできる請求項１０から１６のいずれか１項に記載の螺旋構造。
18. 前記螺旋構造が、導管の一体化した部分である請求項１０から１６のいずれか１項に記載の螺旋構造。
19. 請求項１０から１８のいずれか１項に記載の螺旋構造を含む導管。
20. 前記導管が、血流チューブである請求項１９に記載の導管。
21. 前記血流チューブが、移植片を含む請求項２０に記載の導管。
22. 前記血流チューブが、ステントを含む請求項２０または２１に記載の導管。

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