JP2006346440A - Artificial pump driving device - Google Patents

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Yoshiyuki Myonaka
義之 妙中
Eisuke Tatsumi
英介 巽
Akihiko Honma
章彦 本間
Shigeru Hamada
茂 浜田
Hiroshi Koubayashi
宏 向林
Wataru Iwaoka
亙 岩岡
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NAT CARDIOVASCULAR CT
Iwaki Co Ltd
Japan National Cardiovascular Center
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NAT CARDIOVASCULAR CT
Iwaki Co Ltd
Japan National Cardiovascular Center
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To attain miniaturization of the entire device by simplifying the structure and control. <P>SOLUTION: An artificial pump driving device 1 operates a piston 112 back and forth by transmitting rotary driving force generated by a motor 12 through a reducer 14 and a non-circular gear mechanism 15 to the crank shaft 115 of an air cylinder mechanism 11. Thus, the air cylinder mechanism 11 repeats the discharge and suction of air, and by transmitting the discharge and suction of the air through an air hose 16 to an air chamber 23 on the primary side of a blood pump 2, the blood pump 2 is directly driven. A pressure pattern generated by the air cylinder 11 is imparted by the shape of the gear of the non-circular gear mechanism 15. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、人工心臓等に利用する血液ポンプや心臓機能を補助するためのバルーンポンプ等の人工ポンプを駆動するための人工ポンプ駆動装置に関する。   The present invention relates to an artificial pump driving device for driving an artificial pump such as a blood pump used for an artificial heart or the like, or a balloon pump for assisting a heart function.

従来から、高度心不全患者に対して補助人工心臓が用いられている。この補助人工心臓は、例えば特許文献1等に開示されており、図8に示すように、血液ポンプ2とこれを駆動するための人工ポンプ駆動装置5とにより構成される。人工ポンプ駆動装置5は、血液ポンプ2を駆動するための油圧ポンプ52を備え、この油圧ポンプ52による駆動力を、アイソレータ51を介して血液ポンプ2に伝達する。アイソレータ51は、その内部空間が、可撓性を有するフッ素ゴム等からなるダイアフラム511によって一次側室512と二次側室513とに画成されている。アイソレータ51の一次側室512には、低粘度で生体への影響が少ないシリコンオイル等の液媒体が封入され、アイソレータ51の二次側室513には、空気が封入されている。   Conventionally, an auxiliary artificial heart has been used for patients with advanced heart failure. This auxiliary artificial heart is disclosed in, for example, Patent Document 1 and the like, and includes a blood pump 2 and an artificial pump driving device 5 for driving the blood pump 2 as shown in FIG. The artificial pump driving device 5 includes a hydraulic pump 52 for driving the blood pump 2, and transmits the driving force by the hydraulic pump 52 to the blood pump 2 via the isolator 51. The internal space of the isolator 51 is defined into a primary side chamber 512 and a secondary side chamber 513 by a diaphragm 511 made of flexible fluoro rubber or the like. The primary side chamber 512 of the isolator 51 is sealed with a liquid medium such as silicon oil having a low viscosity and little influence on the living body, and the secondary side chamber 513 of the isolator 51 is sealed with air.

油圧ポンプ52は、モータ523によってインペラ520を、図中Aで示す方向とBで示す方向に交互に回転させることにより、液媒体を、第2ポート521bから配管62を介してリザーブポンプ54に送り込む吸引期間と、液媒体を、第1ポート521aから配管51を介してアイソレータ51の一次側室512に送り込む拍出期間とを繰り返す。吸引期間では、アイソレータ51の一次側室512の容積は縮小され、二次側室513の容積は拡張される。二次側室513はその容積の拡張に伴って減圧するが、この圧力減少は配管63を介して血液ポンプ2の流体室23に伝達され、流体室23が減圧して容積を縮小させるので、血液室24内に血液が送り込まれる。一方、拍出期間では、アイソレータ51の一次側室512の容積は拡張され、二次側室513の容積は縮小される。二次側室513はその容積の縮小に伴って増圧するが、この圧力上昇は配管63を介して血液ポンプ2の流体室23に伝達され、流体室23が増圧して容積を拡張させるので、血液室24内から血液が送り出される。   The hydraulic pump 52 sends the liquid medium from the second port 521b to the reserve pump 54 via the pipe 62 by rotating the impeller 520 alternately in the direction indicated by A and the direction indicated by B in the figure by the motor 523. The suction period and the pumping period during which the liquid medium is sent from the first port 521a to the primary chamber 512 of the isolator 51 through the pipe 51 are repeated. During the suction period, the volume of the primary side chamber 512 of the isolator 51 is reduced, and the volume of the secondary side chamber 513 is expanded. Although the secondary side chamber 513 is depressurized as its volume is expanded, this pressure decrease is transmitted to the fluid chamber 23 of the blood pump 2 via the pipe 63, and the fluid chamber 23 is depressurized to reduce the volume. Blood is fed into the chamber 24. On the other hand, in the ejection period, the volume of the primary side chamber 512 of the isolator 51 is expanded, and the volume of the secondary side chamber 513 is reduced. As the volume of the secondary side chamber 513 increases, the pressure increases, but this increase in pressure is transmitted to the fluid chamber 23 of the blood pump 2 via the pipe 63, and the fluid chamber 23 increases the pressure to expand the volume. Blood is pumped out of the chamber 24.

アイソレータ51の一次側室512には一次側圧力センサ64が、二次側室513には二次側圧力センサ65がそれぞれ取り付けられている。一次側圧力センサ64で計測された一次側室内の圧力及び、二次側圧力センサ65で計測された二次側室内の圧力は、制御回路53に伝達される。制御回路53は、センサ64,65で検出された圧力に基づき、アイソレータ51の二次側圧力が、血液ポンプに求められる特殊な圧力カーブを描くように、油圧ポンプ52のモータ523の回転方向及び回転速度を制御すると共に吸排気用開閉バルブ66を開閉制御する。圧力カーブは、血液ポンプの場合、陽圧期間が陰圧期間よりも短く、陽圧期間のピーク値が陰圧期間のピーク値よりも大きい曲線となる。
特開2003−70906号公報(段落0016〜0024、図1、図17)
A primary side pressure sensor 64 is attached to the primary side chamber 512 of the isolator 51, and a secondary side pressure sensor 65 is attached to the secondary side chamber 513. The pressure in the primary chamber measured by the primary pressure sensor 64 and the pressure in the secondary chamber measured by the secondary pressure sensor 65 are transmitted to the control circuit 53. Based on the pressure detected by the sensors 64 and 65, the control circuit 53 determines the rotational direction of the motor 523 of the hydraulic pump 52 and the secondary pressure of the isolator 51 so as to draw a special pressure curve required for the blood pump. The rotational speed is controlled and the intake / exhaust open / close valve 66 is controlled to open / close. In the case of a blood pump, the pressure curve is a curve in which the positive pressure period is shorter than the negative pressure period and the peak value of the positive pressure period is larger than the peak value of the negative pressure period.
JP 2003-70906 A (paragraphs 0016 to 0024, FIGS. 1 and 17)

上述したような人工ポンプ駆動装置の場合、可搬性を考慮すると極力小型であることが望まれる。しかしながら、上述した従来の人工ポンプ駆動装置では、特殊な圧力カーブに合わせるために、油圧ポンプを正逆回転させて液媒体をアイソレータとリザーブポンプとの間で往復動させる構造であるため、駆動部分の構成が複雑で、且つ制御回路による油圧ポンプの制御も複雑であった。このため、装置全体の小型化を図ることができないという問題がある。   In the case of the artificial pump driving device as described above, it is desirable that the artificial pump driving device is as small as possible in consideration of portability. However, in the above-described conventional artificial pump drive device, in order to adjust to a special pressure curve, the hydraulic pump is rotated forward and backward to reciprocate the liquid medium between the isolator and the reserve pump. The configuration of the hydraulic pump is complicated, and the control of the hydraulic pump by the control circuit is also complicated. For this reason, there exists a problem that size reduction of the whole apparatus cannot be achieved.

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、構造及び制御が簡単で装置全体の小型化を図ることができる人工ポンプ駆動装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide an artificial pump drive device that is simple in structure and control and can be downsized as a whole.

本発明に係る人工ポンプ駆動装置は、人工ポンプの一次側に接続されて前記人工ポンプの一次側の圧力が陽圧過程と陰圧過程とを交互に繰り返す所定の圧力パターンとなるように、駆動流体の吐出と吸引とを繰り返すことにより前記人工ポンプを駆動する人工ポンプ駆動装置において、回転軸を一定の所定速度で回転させるモータと、このモータの回転軸に直接又は減速機を介して連結された非円形歯車機構と、この非円形歯車機構を介して伝達された前記モータの回転駆動力によって回転駆動されるクランクシャフトと、このクランクシャフトに連結されて往復動するピストンと、このピストンを内部に往復動自在に収容するシリンダと、このシリンダの一端を塞いで前記シリンダ及びピストンと共に前記駆動流体が収容される駆動流体室を形成すると共に前記駆動流体の入出力口を備えたシリンダカバーと、前記駆動流体室の入出力口に接続されて前記駆動流体室と前記人工ポンプの一次側とを連通させて駆動流体路を形成する駆動流体ホースとを備え、前記非円形歯車機構が、前記人工ポンプの一次側に予め設定された前記陽圧過程及び陰圧過程のピーク値及び時間比となる前記所定の圧力パターンを付与するように前記ピストンを駆動させる形状の複数の非円形歯車により構成されていることを特徴としている。   The artificial pump driving device according to the present invention is connected to the primary side of the artificial pump so that the pressure on the primary side of the artificial pump has a predetermined pressure pattern in which a positive pressure process and a negative pressure process are alternately repeated. In an artificial pump driving device that drives the artificial pump by repeating discharge and suction of fluid, a motor that rotates a rotating shaft at a constant predetermined speed is connected to the rotating shaft of the motor directly or via a speed reducer. A non-circular gear mechanism, a crankshaft that is rotationally driven by the rotational driving force of the motor transmitted through the noncircular gear mechanism, a piston that is connected to the crankshaft and reciprocates, and an internal piston. And a driving fluid chamber in which one end of the cylinder is closed and the driving fluid is accommodated together with the cylinder and the piston. And a cylinder cover having an input / output port for the drive fluid and a drive fluid path connected to the input / output port of the drive fluid chamber to communicate the drive fluid chamber and the primary side of the artificial pump. And the non-circular gear mechanism provides the predetermined pressure pattern which is a peak value and a time ratio of the positive pressure process and the negative pressure process preset on the primary side of the artificial pump. As described above, the piston is configured by a plurality of non-circular gears configured to drive the piston.

前記所定の圧力パターンは、例えば前記陰圧過程が前記陽圧過程よりも期間が長くピーク値が小さくなる圧力パターンである。   The predetermined pressure pattern is, for example, a pressure pattern in which the negative pressure process has a longer period than the positive pressure process and the peak value becomes smaller.

本発明の一実施形態においては、前記駆動流体室に接続されて前記駆動流体室の陰圧が所定圧力を超えたときに前記駆動流体路に駆動流体を導入する陰圧制御弁を備えている。また、本発明の他の実施形態においては、前記駆動流体室に接続されて前記駆動流体室の陽圧が所定圧力を超えたときに前記駆動流体路から駆動流体を吐出する陽圧制御弁を備えている。   In one embodiment of the present invention, a negative pressure control valve is provided that is connected to the driving fluid chamber and introduces the driving fluid into the driving fluid passage when the negative pressure in the driving fluid chamber exceeds a predetermined pressure. . In another embodiment of the present invention, there is provided a positive pressure control valve that is connected to the driving fluid chamber and discharges the driving fluid from the driving fluid passage when the positive pressure in the driving fluid chamber exceeds a predetermined pressure. I have.

なお、これら陽圧制御弁及び陰圧制御弁には、それぞれ逆止弁を直列に設けることが望ましい。   In addition, it is desirable to provide a check valve in series with each of the positive pressure control valve and the negative pressure control valve.

また、本発明の更に他の実施形態では、前記人工ポンプの一次側の圧力を検出する圧力センサと、この圧力センサで検出された圧力から前記人工ポンプの一次側の陽圧及び陰圧が予め設定された設定値に達しているか及び予め設定された上限値及び下限値を超えていないかを判定する判定手段と、この判定手段の判定結果を表示する表示手段とを更に備えている。   In still another embodiment of the present invention, a pressure sensor for detecting the pressure on the primary side of the artificial pump, and a positive pressure and a negative pressure on the primary side of the artificial pump are previously determined from the pressure detected by the pressure sensor. The apparatus further includes determination means for determining whether the set value has been reached and whether or not the preset upper limit value and lower limit value have been exceeded, and display means for displaying the determination result of the determination means.

本発明によれば、モータの回転駆動力を、非円形歯車機構を介してピストンに伝達し、ピストン、シリンダ及びカバーからなる流体シリンダ機構が駆動流体の吐出、吸引を繰り返すことにより、人工ポンプを直接駆動するようにしている。その際の圧力パターンは、非円形歯車の形状により付与される。このため、本発明によれば、従来のように、油圧ポンプと人工ポンプとの間に液媒体で駆動されるアイソレータを介在させたり、リザーブポンプを設けたり、モータを所定の速度パターンに従って往復駆動するための制御機構が全く不要となり、装置の大幅な小型化を図ることができる。   According to the present invention, the rotational driving force of the motor is transmitted to the piston through the non-circular gear mechanism, and the fluid cylinder mechanism including the piston, the cylinder, and the cover repeatedly discharges and sucks the driving fluid. Direct drive. The pressure pattern at that time is given by the shape of the non-circular gear. Therefore, according to the present invention, as in the prior art, an isolator driven by a liquid medium is interposed between the hydraulic pump and the artificial pump, a reserve pump is provided, or the motor is driven back and forth according to a predetermined speed pattern. Therefore, a control mechanism is not required at all, and the apparatus can be greatly reduced in size.

以下、添付の図面を参照して、この発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係る人工ポンプ駆動装置の構成を示す図である。また、図2は、同装置の要部を示す図で、(a)は断面図(一部は(b)のA−A′断面図)、(b)は(a)のB−B′断面図である。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an artificial pump driving device according to an embodiment of the present invention. 2A and 2B are diagrams showing the main part of the apparatus, wherein FIG. 2A is a cross-sectional view (partially a cross-sectional view taken along the line AA 'in FIG. It is sectional drawing.

この人工ポンプ駆動装置1は、人工ポンプである血液ポンプ2の一次側に接続されて、血液ポンプ2を所定の圧力パターンで直接駆動する。人工ポンプ駆動装置1は、エアーシリンダ機構11と、このエアーシリンダ機構11の駆動源となるモータ12とを有する。   This artificial pump drive device 1 is connected to the primary side of a blood pump 2 which is an artificial pump, and directly drives the blood pump 2 with a predetermined pressure pattern. The artificial pump drive device 1 includes an air cylinder mechanism 11 and a motor 12 that is a drive source of the air cylinder mechanism 11.

エアーシリンダ機構11は、円筒状のシリンダ111の内部に、円筒状のピストン112をシリンダ111の軸心に沿って往復動自在に同軸配置したものである。シリンダ111の基端側には矩形状のクランクケース113が設けられ、このクランクケース113の両側面から内側に延びる軸受け114にクランクシャフト115が回転自在に支持されている。クランクシャフト115は、偏心位置にクランクピン116を有し、このクランクピン116とピストン112とがコンロッド117を介して連結されている。シリンダ111の先端側には、シリンダ111の先端を塞いでシリンダ111及びピストン112と共にエアー室118を形成すると共にエアー入出力口119aが形成されたシリンダカバー119が設けられている。   The air cylinder mechanism 11 is a cylindrical piston 111 in which a cylindrical piston 112 is coaxially disposed so as to reciprocate along the axis of the cylinder 111. A rectangular crankcase 113 is provided on the base end side of the cylinder 111, and a crankshaft 115 is rotatably supported by bearings 114 extending inward from both side surfaces of the crankcase 113. The crankshaft 115 has a crankpin 116 at an eccentric position, and the crankpin 116 and the piston 112 are connected via a connecting rod 117. A cylinder cover 119 is provided on the distal end side of the cylinder 111 so as to close the distal end of the cylinder 111 and form an air chamber 118 together with the cylinder 111 and the piston 112 and an air input / output port 119a.

モータ12は、回転数設定器13によって設定された速度で定速回転する。モータ12には、回転数を減速させる減速機14が連結されている。減速機14から出力される回転駆動力は、非円形歯車機構15を介してクランクケース113の側面を貫通して外部に突出したクランクシャフト115の一端に伝達される。非円形歯車機構15は、2つの非円形歯車151,152を所定の相対角度で組み合わせたもので、血液ポンプ2の一次側に所定の圧力パターンを付与するようにピストン112を駆動させる形状に形成されている。   The motor 12 rotates at a constant speed at a speed set by the rotation speed setting unit 13. The motor 12 is connected to a speed reducer 14 that reduces the rotational speed. The rotational driving force output from the speed reducer 14 is transmitted to one end of the crankshaft 115 that protrudes outside through the side surface of the crankcase 113 via the non-circular gear mechanism 15. The non-circular gear mechanism 15 is a combination of two non-circular gears 151 and 152 at a predetermined relative angle, and is formed in a shape for driving the piston 112 so as to give a predetermined pressure pattern to the primary side of the blood pump 2. Has been.

シリンダカバー119のエアー入出力口119aと血液ポンプ2の一次側との間には、エアーシリンダ機構11のエアー室118と血液ポンプ2の一次側とを連絡する駆動流体であるエアーの流路を形成するエアーホース16が接続されている。エアーホース16には、それから分岐する分岐ホース17が接続され、この分岐ホース17の先端に陰圧制御弁18及び陽圧制御弁19が接続されている。陰圧制御弁18は、エアーホース16内のエアー圧力が所定圧を下回ったときに、大気からエアーをエアーホース16内に導入する。陽圧制御弁19は、エアーホース16内のエアー圧力が所定圧を上回ったときに、大気にエアーを放出する。   Between the air input / output port 119a of the cylinder cover 119 and the primary side of the blood pump 2, a flow path of air that is a driving fluid that communicates between the air chamber 118 of the air cylinder mechanism 11 and the primary side of the blood pump 2 is provided. The air hose 16 to be formed is connected. A branch hose 17 that branches from the air hose 16 is connected to the air hose 16, and a negative pressure control valve 18 and a positive pressure control valve 19 are connected to the tip of the branch hose 17. The negative pressure control valve 18 introduces air from the atmosphere into the air hose 16 when the air pressure in the air hose 16 falls below a predetermined pressure. The positive pressure control valve 19 releases air to the atmosphere when the air pressure in the air hose 16 exceeds a predetermined pressure.

血液ポンプ2は、ハウジング21と、このハウジング21内に取り付けられたダイアフラム22とを備えている。ダイアフラム22によってハウジング21内の空間は一次側のエアー室23と二次側の血液室24とに分割されている。血液室24には、人間の血管に繋がる逆止弁付きの吸入口25及び吐出口26が設けられている。   The blood pump 2 includes a housing 21 and a diaphragm 22 attached in the housing 21. A space in the housing 21 is divided into a primary air chamber 23 and a secondary blood chamber 24 by the diaphragm 22. The blood chamber 24 is provided with a suction port 25 and a discharge port 26 with a check valve connected to a human blood vessel.

次に、このように構成された本実施形態に係る人工ポンプ駆動装置の動作について説明する。   Next, the operation of the artificial pump driving apparatus according to this embodiment configured as described above will be described.

回転数設定器13によって目標回転数が設定されると、モータ12は内部の図示しない回転制御回路の動作により、設定された回転数で回転軸を定速回転させる。この回転は減速機14及び非円形歯車機構15を介してクランクシャフト115に伝達される。クランクシャフト115が回転すると、ピストン112は、シリンダ111内を往復動する。このピストン112の往復動により、エアーシリンダ機構11は、エアー入出力口119aを介してエアーの吐出と吸い込みを繰り返し、これに連動して血液ポンプ2のダイアフラム22を往復動させる。   When the target rotational speed is set by the rotational speed setting device 13, the motor 12 rotates the rotating shaft at a constant speed at the set rotational speed by the operation of an internal rotation control circuit (not shown). This rotation is transmitted to the crankshaft 115 via the speed reducer 14 and the non-circular gear mechanism 15. When the crankshaft 115 rotates, the piston 112 reciprocates within the cylinder 111. By the reciprocating motion of the piston 112, the air cylinder mechanism 11 repeatedly discharges and sucks air through the air input / output port 119a, and reciprocates the diaphragm 22 of the blood pump 2 in conjunction with this.

図3は、ピストン112が下死点(a)、クランクシャフト115が90度回転(b)、ピストン112が上死点(c)、クランクシャフト115が270度回転(d)の各状態における各部の位置関係を示している。ピストン112が下死点(a)から上昇して上死点(c)に至るまでは、非円形歯車151,152が大きなギア比でピストン112を高速駆動し、上死点(c)から次の下死点(a)までは、非円形歯車151,152が小さなギア比でピストン112を低速駆動する。   FIG. 3 shows each part in a state where the piston 112 is at bottom dead center (a), the crankshaft 115 is rotated 90 degrees (b), the piston 112 is top dead center (c), and the crankshaft 115 is rotated 270 degrees (d). The positional relationship is shown. Until the piston 112 rises from the bottom dead center (a) to the top dead center (c), the non-circular gears 151 and 152 drive the piston 112 at a high gear ratio at a high gear ratio. Until the bottom dead center (a), the non-circular gears 151 and 152 drive the piston 112 at a low speed with a small gear ratio.

これにより、血液ポンプ2のエアー室23の圧力パターンは、図4に示すような圧力パターンとなる。この圧力パターンは、ピーク値が約250mmHgとなる陽圧過程と、ピーク値が約−50mmHgとなる陰圧過程とを交互に繰り返し、陽圧過程が陰圧過程よりも短い期間となっているパターンである。参考までに、従来技術の装置の圧力パターンとsin波に沿った圧力パターンとを示す。   Thereby, the pressure pattern of the air chamber 23 of the blood pump 2 becomes a pressure pattern as shown in FIG. In this pressure pattern, a positive pressure process in which the peak value is about 250 mmHg and a negative pressure process in which the peak value is about −50 mmHg are alternately repeated, and the positive pressure process has a shorter period than the negative pressure process. It is. For reference, a pressure pattern of a prior art device and a pressure pattern along a sine wave are shown.

エアーシリンダ機構11の動作中、ピストン112とシリンダ111の内周面とは摺動するので、この摺動時にエアー室118のエアーは若干リークする。エアーがリークすると、血液ポンプ2のダイアフラム22を駆動するためのエアー量が低下するので、ピストン112の往復運動と血液ポンプ2のダイアフラム22の往復運動とを連動させることが困難になる。そこで、陰圧制御弁18は、一定の真空圧以上に真空度が高くなると作動して大気圧をエアーホース16の内部に取り込んで、エアー量の低下を防止する。これにより、ピストン112とダイアフラム22の往復運動を連動させることが可能になる。   Since the piston 112 and the inner peripheral surface of the cylinder 111 slide during the operation of the air cylinder mechanism 11, the air in the air chamber 118 slightly leaks during this sliding. When the air leaks, the amount of air for driving the diaphragm 22 of the blood pump 2 decreases, so that it is difficult to link the reciprocating motion of the piston 112 and the reciprocating motion of the diaphragm 22 of the blood pump 2. Therefore, the negative pressure control valve 18 operates when the degree of vacuum becomes higher than a certain vacuum pressure and takes in the atmospheric pressure into the air hose 16 to prevent a decrease in the air amount. Thereby, the reciprocating motion of the piston 112 and the diaphragm 22 can be linked.

特に人工心臓用の血液ポンプの場合、吸い込み圧力が−50mmHgよりマイナスになると、心臓壁がカニューレに吸い付く吸い付き現象が発生する。このため、血液ポンプ2が高真空にならないように陰圧制御弁18で陰圧を制御することが必要である。   In particular, in the case of a blood pump for an artificial heart, when the suction pressure becomes negative from −50 mmHg, a sticking phenomenon occurs in which the heart wall sticks to the cannula. For this reason, it is necessary to control the negative pressure with the negative pressure control valve 18 so that the blood pump 2 does not become a high vacuum.

また、エアーホース16を、例えば360cm以上と長くすると、チャンバー効果が得られるので、これによってもピーク的な真空圧の上昇を抑えることができる。   Moreover, since the chamber effect is acquired when the air hose 16 is lengthened, for example to 360 cm or more, the peak vacuum pressure rise can also be suppressed by this.

なお、陰圧制御弁18には、誤ってエアーホース16をつぶしてしまったようなときに高真空になるのを防止するという機能もある。   The negative pressure control valve 18 also has a function of preventing high vacuum when the air hose 16 is accidentally crushed.

一方、誤ってエアーシリンダ機構11と血液ポンプ2とを接続しているエアーホース16が外れてしまった場合には、再度、エアーホース16を接続したのちにエアーホース16内の陽圧が異常に高くなることが予想されるが、陽圧制御弁19は、そのような場合に動作してエアー室23が所定圧を超えないようにする。これにより、エアーホース16が外れた場合でも、モータ12の電源をOFFにしなくても、単にエアーホース16を再接続するだけで、ピストン112の往復運動とダイアフラム22の往復運動とが直ちに連動するようになる。   On the other hand, if the air hose 16 connecting the air cylinder mechanism 11 and the blood pump 2 is accidentally disconnected, the positive pressure in the air hose 16 becomes abnormal after the air hose 16 is connected again. The positive pressure control valve 19 operates in such a case to prevent the air chamber 23 from exceeding a predetermined pressure, although it is expected to become higher. Thereby, even when the air hose 16 is disconnected, the reciprocating motion of the piston 112 and the reciprocating motion of the diaphragm 22 are immediately linked by simply reconnecting the air hose 16 without turning off the power of the motor 12. It becomes like this.

なお、人工心臓用の血液ポンプの場合、血液の吐出圧力は、250mmHg前後に設定する必要がある。従って、陽圧制御弁19は、そのような圧力となるように設定される。   In the case of a blood pump for an artificial heart, it is necessary to set the blood discharge pressure to around 250 mmHg. Therefore, the positive pressure control valve 19 is set to have such a pressure.

また、この場合にも、陽圧制御弁19には、誤ってエアーホース16をつぶしてしまったようなときに高圧になるのを防止するという機能もある。   Also in this case, the positive pressure control valve 19 also has a function of preventing high pressure when the air hose 16 is accidentally crushed.

図5は、本発明の他の実施形態を示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing another embodiment of the present invention.

この実施形態では、陰圧制御弁18及び陽圧制御弁19にそれぞれ逆止弁31,32を直列に接続している。   In this embodiment, check valves 31 and 32 are connected in series to the negative pressure control valve 18 and the positive pressure control valve 19, respectively.

この実施形態によれば、陰圧制御弁18を介して大気にエアーが抜けたり、陽圧制御弁19を介してエアーがエアーホース16内に導入されるという不具合を防止することができる。   According to this embodiment, it is possible to prevent a problem that air is released to the atmosphere via the negative pressure control valve 18 or air is introduced into the air hose 16 via the positive pressure control valve 19.

図6は、本発明の更に他の実施形態を示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing still another embodiment of the present invention.

この実施形態では、血液ポンプ2の一次側の陰圧及び陽圧が、それぞれ陰圧設定値NS及び陽圧設定値PSに達しているか、また、それぞれ下限陽圧NM及び上限陽圧PMを超えていないかを検出するコントローラ4を設けている点が先の実施形態とは異なっている。   In this embodiment, the negative pressure and the positive pressure on the primary side of the blood pump 2 reach the negative pressure set value NS and the positive pressure set value PS, respectively, and exceed the lower limit positive pressure NM and the upper limit positive pressure PM, respectively. This is different from the previous embodiment in that a controller 4 for detecting whether or not there is a controller is provided.

コントローラ4は、分岐ホース17から更に分岐する分岐ホース17aを介して血液ポンプ2の一次側の陽圧及び陰圧をそれぞれ検出する圧力センサ41及び圧力センサ42と、圧力センサ41で検出された圧力と陽圧設定値PS及び上限陽圧値PMとを比較する比較器43と、圧力センサ42で検出された圧力と陰圧設定値NS及び下限陰圧値NMとを比較する比較器44と、これら比較器43,44の比較結果に基づいて血液ポンプ2の一次側の圧力状態を表示する表示器45とを備えて構成されている。なお、陰圧制御弁18及び陽圧制御弁19には、それぞれ圧力調整用のつまみ18a,19aが設けられている。コントローラ4に与えられる陰圧設定値NS及び陽圧設定値PSは、それぞれつまみ18a,19aによる設定値と連動して入力されても良いし、別個に入力されていても良い。   The controller 4 includes a pressure sensor 41 and a pressure sensor 42 that respectively detect a positive pressure and a negative pressure on the primary side of the blood pump 2 via a branch hose 17 a further branched from the branch hose 17, and a pressure detected by the pressure sensor 41. A comparator 43 that compares the positive pressure set value PS and the upper limit positive pressure value PM, and a comparator 44 that compares the pressure detected by the pressure sensor 42 with the negative pressure set value NS and the lower limit negative pressure value NM, A display 45 for displaying the primary pressure state of the blood pump 2 based on the comparison results of the comparators 43 and 44 is provided. The negative pressure control valve 18 and the positive pressure control valve 19 are provided with pressure adjusting knobs 18a and 19a, respectively. The negative pressure set value NS and the positive pressure set value PS given to the controller 4 may be inputted in conjunction with the set values by the knobs 18a and 19a, respectively, or may be inputted separately.

このように構成された人工ポンプ駆動装置によれば、図7に示すように、血液ポンプ2の一次側の陽圧が陽圧設定値PSに達していること、上限陽圧値PMを超えていないこと、また、血液ポンプ2の一次側の陰圧が陰圧設定値NSに達していること、下限陰圧値NMを超えていないことを、それぞれコントローラ4で検出し、表示器45で表示することができる。このため、コントローラ4の表示器45の表示を確認しながら、陰圧制御弁18及び陽圧制御弁19のつまみ18a,19aを調整することにより、血縁ポンプ2の一次側の圧力の設定及び調整が極めて容易になり、且つ、血液ポンプ2が常に最適な圧力で駆動されていることを容易に確認することが可能になる。   According to the artificial pump driving device configured in this way, as shown in FIG. 7, the positive pressure on the primary side of the blood pump 2 has reached the positive pressure set value PS, and has exceeded the upper limit positive pressure value PM. The controller 4 detects that the negative pressure on the primary side of the blood pump 2 has reached the negative pressure set value NS and does not exceed the lower limit negative pressure value NM, and displays on the display 45. can do. Therefore, by adjusting the knobs 18a and 19a of the negative pressure control valve 18 and the positive pressure control valve 19 while confirming the display on the display 45 of the controller 4, the pressure setting and adjustment on the primary side of the blood related pump 2 are performed. And it is possible to easily confirm that the blood pump 2 is always driven at an optimum pressure.

なお、上記実施形態において、コントローラ4は、2つの圧力センサ41,42と、2つの比較器43,44とを用いたが、圧力センサを1つにし、この圧力センサで検出された圧力値の最大値及び最小値から陽圧及び陰圧のピーク値を検出してコンピュータの内部で圧力設定値及び限界値と比較するようにしても良い。   In the above embodiment, the controller 4 uses the two pressure sensors 41 and 42 and the two comparators 43 and 44. However, the pressure sensor detected by the pressure sensor is integrated into one pressure sensor. The peak value of the positive pressure and the negative pressure may be detected from the maximum value and the minimum value, and compared with the pressure set value and the limit value inside the computer.

本発明の一実施形態に係る人工ポンプ駆動装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the artificial pump drive device which concerns on one Embodiment of this invention. 同装置の要部を示す図で、(a)は断面図(一部は(b)のA−A′断面図)、(b)は(a)のB−B′断面図である。It is a figure which shows the principal part of the apparatus, (a) is sectional drawing (a part is AA 'sectional drawing of (b)), (b) is BB' sectional drawing of (a). 同装置の動作を説明するための図である。It is a figure for explaining operation of the device. 同装置の圧力波形を示すグラフである。It is a graph which shows the pressure waveform of the apparatus. 本発明の他の実施形態に係る人工ポンプ駆動装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the artificial pump drive device which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の更に他の実施形態に係る人工ポンプ駆動装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the artificial pump drive device which concerns on other embodiment of this invention. 同装置の圧力波形を示すグラフである。It is a graph which shows the pressure waveform of the apparatus. 従来の人工ポンプ駆動装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional artificial pump drive device.

符号の説明Explanation of symbols

1,5…人工ポンプ駆動装置、2…血液ポンプ、4…コントローラ、11…エアーシリンダ機構、12…モータ、13…回転数設定器、14…減速機、15…非円形歯車機構、16…エアーホース、17…分岐ホース、18…陰圧制御弁、19…陽圧制御弁、41,42…圧力センサ、43,44…比較器、45…表示器、111…シリンダ、112…ピストン、113…ケース、115…クランクシャフト、117…コンロッド。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,5 ... Artificial pump drive device, 2 ... Blood pump, 4 ... Controller, 11 ... Air cylinder mechanism, 12 ... Motor, 13 ... Speed setting device, 14 ... Reduction gear, 15 ... Non-circular gear mechanism, 16 ... Air Hose, 17 ... branch hose, 18 ... negative pressure control valve, 19 ... positive pressure control valve, 41, 42 ... pressure sensor, 43, 44 ... comparator, 45 ... indicator, 111 ... cylinder, 112 ... piston, 113 ... Case, 115 ... crankshaft, 117 ... connecting rod.

Claims (7)

人工ポンプの一次側に接続されて前記人工ポンプの一次側の圧力が陽圧過程と陰圧過程とを交互に繰り返す所定の圧力パターンとなるように、駆動流体の吐出と吸引とを繰り返すことにより前記人工ポンプを駆動する人工ポンプ駆動装置において、
回転軸を一定の所定速度で回転させるモータと、
このモータの回転軸に直接又は減速機を介して連結された非円形歯車機構と、
この非円形歯車機構を介して伝達された前記モータの回転駆動力によって回転駆動されるクランクシャフトと、
このクランクシャフトに連結されて往復動するピストンと、
このピストンを内部に往復動自在に収容するシリンダと、
このシリンダの一端を塞いで前記シリンダ及びピストンと共に前記駆動流体が収容される駆動流体室を形成すると共に前記駆動流体の入出力口を備えたシリンダカバーと、
前記駆動流体室の入出力口に接続されて前記駆動流体室と前記人工ポンプの一次側とを連通させて駆動流体路を形成する駆動流体ホースとを備え、
前記非円形歯車機構は、前記人工ポンプの一次側に予め設定された前記陽圧過程及び陰圧過程のピーク値及び時間比となる前記所定の圧力パターンを付与するように前記ピストンを駆動させる形状の複数の非円形歯車により構成されている
ことを特徴とする人工ポンプ駆動装置。
By repeating the discharge and suction of the driving fluid so that the pressure on the primary side of the artificial pump connected to the primary side of the artificial pump has a predetermined pressure pattern that alternately repeats the positive pressure process and the negative pressure process. In the artificial pump driving device for driving the artificial pump,
A motor that rotates the rotating shaft at a constant predetermined speed;
A non-circular gear mechanism connected to the rotating shaft of the motor directly or via a reduction gear;
A crankshaft that is rotationally driven by the rotational driving force of the motor transmitted through the non-circular gear mechanism;
A piston connected to the crankshaft and reciprocating;
A cylinder that accommodates the piston in a reciprocating manner;
A cylinder cover that closes one end of the cylinder to form a driving fluid chamber in which the driving fluid is accommodated together with the cylinder and the piston and includes an input / output port for the driving fluid;
A drive fluid hose connected to the input / output port of the drive fluid chamber to communicate the drive fluid chamber and the primary side of the artificial pump to form a drive fluid path;
The non-circular gear mechanism is configured to drive the piston so as to apply the predetermined pressure pattern that is a peak value and a time ratio of the positive pressure process and the negative pressure process set in advance on the primary side of the artificial pump. An artificial pump drive device comprising a plurality of non-circular gears.
前記所定の圧力パターンは、前記陰圧過程が前記陽圧過程よりも期間が長くピーク値が小さくなる圧力パターンであることを特徴とする請求項1記載の人工ポンプ駆動装置。   2. The artificial pump driving device according to claim 1, wherein the predetermined pressure pattern is a pressure pattern in which the negative pressure process has a longer period than the positive pressure process and a peak value becomes smaller. 前記駆動流体室に接続されて前記駆動流体室の陰圧が所定圧力を超えたときに前記駆動流体路に駆動流体を導入する陰圧制御弁を備えたことを特徴とする請求項1又は2記載の人工ポンプ駆動装置。   3. A negative pressure control valve that is connected to the driving fluid chamber and introduces the driving fluid into the driving fluid passage when the negative pressure of the driving fluid chamber exceeds a predetermined pressure. The artificial pump drive described. 前記駆動流体室に接続されて前記駆動流体室の陽圧が所定圧力を超えたときに前記駆動流体路から駆動流体を吐出する陽圧制御弁を備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の人工ポンプ駆動装置。   4. A positive pressure control valve that is connected to the driving fluid chamber and discharges the driving fluid from the driving fluid passage when the positive pressure of the driving fluid chamber exceeds a predetermined pressure. The artificial pump drive device according to any one of the above. 前記陰圧制御弁と直列に接続されて前記駆動流体を前記駆動流体室に導入する方向にのみ流す第1の逆止弁を設けたことを特徴とする請求項3記載の人工ポンプ駆動装置。   4. The artificial pump drive device according to claim 3, further comprising a first check valve connected in series with the negative pressure control valve and allowing the drive fluid to flow only in a direction of introducing the drive fluid into the drive fluid chamber. 前記陽圧制御弁と直列に接続されて前記駆動流体を前記駆動流体室から吐出する方向にのみ流す第2の逆止弁を設けたことを特徴とする請求項4記載の人工ポンプ駆動装置。   5. The artificial pump drive device according to claim 4, further comprising a second check valve connected in series with the positive pressure control valve and allowing the drive fluid to flow only in a direction of discharging from the drive fluid chamber. 前記人工ポンプの一次側の圧力を検出する圧力センサと、
この圧力センサで検出された圧力から前記人工ポンプの一次側の陽圧及び陰圧が予め設定された設定値に達しているか及び予め設定された上限値及び下限値を超えていないかを判定する判定手段と、
この判定手段の判定結果を表示する表示手段と
を更に備えたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項記載の人工ポンプ駆動装置。
A pressure sensor for detecting the pressure on the primary side of the artificial pump;
It is determined from the pressure detected by this pressure sensor whether the positive pressure and negative pressure on the primary side of the artificial pump have reached preset values and whether preset upper and lower limits have been exceeded. A determination means;
The artificial pump drive device according to any one of claims 1 to 6, further comprising display means for displaying a determination result of the determination means.
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