JP2009011767A - 人工心臓ポンプシステム及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】人工心臓ポンプでは従来の主流である拍動型ポンプに比べて、最近注目されているターボ型ポンプは小型軽量などの点で優れているが、血流が安定しないことや、特に、細胞の機能や血管のホメオスタシス維持に必要な生理活性物質の産生に不可欠な「拍動」が無いデメリットがある。
【解決手段】ターボ型血液ポンプの出口に弾性チューブを設け該チューブをを外部から圧迫してポンプ出口の開口面積を周期的に縮小させることによって血流に「拍動」を生ぜしめること、更に該開口面積を圧迫する周期と圧迫時間の長さを制御して血液流量を制御することによって、血流を安定化し且つ無拍動の欠点を解消する。
【選択図】図１

Description

本発明は、遠心ポンプや軸流ポンプなどのターボ型ポンプを用いた体内植え込み型の人工心臓ポンプシステム及び装置に係わる。

近年、体内植え込み型の人工心臓として、従来の主流であった大型高価な拍動型ポンプに比べて小型軽量のターボ型ポンプが世界的に注目されつつあり、わが国でも優れた特長を有する遠心ポンプ例えば「エバハート」などが開発されている（例えば、非特許文献１参照）。しかしターボ型ポンプはシンプルで小型化しやすいが、血流量が変化しやすく安定しないなどのデメリットがあるといわれる（例えば、非特許文献２参照）。

特に、非拍動型心臓ポンプの基本的問題点は、拍動で生ずる血管のメカニカルストレスが実は細胞の機能を維持する為に不可欠であること（例えば、非特許文献３参照）や、拍動による血管の伸展張力で様々な生理活性物質が産生され血管のホメオスタシス［体内環境の平衡安定化］が維持されていること（例えば、非特許文献４参照）、などの拍動の有する重要な機能を失うことである。即ち、人工心臓ポンプとして拍動の無い連続流のターボ型ポンプを長期に亘って使用することは、細胞の機能を維持し且つ体内循環の平衡安定化に必要な各種生理活性物質を産生する上で、好ましくないことは明らかである。

埼玉医科大学雑誌第３１巻第１号「次世代型補助人工心臓ＥＶＡＨＥＡＲＴによる末期重症心不全症のＤｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ Ｔｈｅｒａｐｙ／山崎健二」、ほか 週間医学界新聞第２３２９号「人工心臓開発の新たな可能性／妙中義之」 東京大学大学院工学系研究科・研究現況・機械工学専攻０２Ｄ−４「細胞のメカニカルストレス感知機構の解明／牛田多加志ほか」 九州大学−研究者情報「メカニカルストレスと血管障害に関する研究／栗原俊之教授」

以上に鑑み本発明は、遠心ポンプや軸流ポンプなどのターボ型の血液ポンプを用いる連続流の人工心臓ポンプの欠点を解消することを課題とする。

上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、ターボ型血液ポンプの出口開口面積を周期的に縮小させることによって血流に拍動を生ぜしめることを特徴とする人工心臓ポンプシステムである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の人工心臓ポンプシステムにおいて、ターボ型血液ポンプの出口開口面積を縮小する周期と縮小時間の割合を制御することによって血液流量を最適制御することを特徴としている。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の人工心臓ポンプシステムにおいて、ターボ型血液ポンプの出口に弾性チューブを設け、該チューブを外部から圧迫して開口面積を縮小せしめることを特徴としている。

また、請求項４に記載の発明は、ターボ型血液ポンプの出口に弾性チューブを設けると共に、該チューブを周期的に外部から圧迫するチューブ圧迫装置を設けて血流に拍動を生ぜしめ得るように配備したことを特徴とする人工心臓ポンプ装置である。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の人工心臓ポンプ装置において、チューブを圧迫する周期と圧迫時間の長さを制御する制御装置を体内若しくは体外に設けて血液流量を最適制御することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、従来の大型高価な拍動型血液ポンプに比べて小型軽量なターボ型血液ポンプの利点を生かしつつ血流に拍動を与えることによって、小型軽量であると共にターボ型血液ポンプの欠点である無拍動の悪影響のない人工心臓ポンプシステムを構成することができる。

請求項２に記載の発明によれば、開口面積の縮小周期と縮小時間の割合を制御することは容易であり、煩雑なターボ型血液ポンプの回転数制御などを必要とせずに血液流量を常に安定した状態で最適制御するシステムを構成することができる。

請求項３に記載の発明によれば、ポンプの出口開口面積を縮小するチューブ圧迫機構は血液に接することがないので抗血栓性が高く、且つコンパクトなシステムを構成することができる。

請求項４に記載の発明によれば、従来の大型高価な拍動型血液ポンプに比べて小型軽量なターボ型血液ポンプの利点を生かしつつ、血液に接することがなく抗血栓性の高いコンパクトなチューブ圧迫機構によって血流に拍動を生ぜしめることができるので、小型軽量で且つターボ型ポンプの欠点である無拍動の悪影響のない人工心臓ポンプ装置を構築することができる。

請求項５に記載の発明によれば、煩雑なターボ型血液ポンプの回転数制御装置などを設けることなく、体内若しくは体外に設けた開口面積の縮小周期と縮小時間の割合の制御装置によって、血液流量を常に安定した状態で最適制御し得る人工心臓ポンプ装置を構築することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明のコンセプトの説明図で本システムにおける血液流量の経時変化を示すダイアグラム、図２はターボ型ポンプとして遠心ポンプを用いた場合の実施例で弾性チューブが圧迫された状態の構造図、図３は図２のＡ部詳細図、図４は図３のＸ−Ｘ断面図、図５は図２のＡ部詳細図で弾性チューブが復元した状態、図６は図５のＹ−Ｙ断面図、をそれぞれ示す。

図２〜図６において、遠心ポンプ１はモータ２で駆動され血液はポンプ吸い込み口３より吸入されポンプ出口４から排出する衆知の構成であるが、ここでポンプ出口４は弾性チューブ５及びケース１０を介して血管継手６を嵌合固定せしめてある。ケース１０内には圧迫素子７、ばね８、電磁石９を設けて電磁石のオンオフ制御により弾性チューブ５を周期的に圧迫または開放せしめるように配備する。即ち、図３、図４に示すように電磁石９のオフによりばね８と圧迫素子７で弾性チューブ５を扁平に圧迫してポンプ出口の開口面積を縮小して流量を絞り、次いで図５、図６に示すように電磁石９のオンにより圧迫素子７が磁力で吸引され弾性チューブ５が内圧で円形に復元して最大流量が流れるように配備し、これをサイクリックに繰り返すことによって血流が周期的に変動して拍動を生ぜしめることができる。

以上の構成で、図１において、ポンプの最大流量をＱｏ（Ｌ／秒）、ポンプ出口開口面積を縮小した際の流量をＱｓ（Ｌ／秒）、平均流量をＱ（Ｌ／秒）、開口面積縮小時間をＴｓ（秒）、縮小周期をＴ（秒）とすれば、平均流量Ｑ＝Ｑｏ（１−Ｔｓ／Ｔ）＋ＱｓＴｓ／Ｔとなるので、開口面積縮小時間Ｔｓと縮小周期Ｔの割合（Ｔｓ／Ｔ）を制御することによって最適平均流量を維持制御することができる。即ち、体内若しくは体外に設けた（Ｔｓ／Ｔ）の制御装置により、別途検出される血中酸素濃度など衆知の血流制御因子によって最適の血液流量を自動的に維持制御することが可能となる。なお、流量Ｑｓはばね８の剛性を適宜設計して開口面積の縮小量を調整することにより任意に固定できる。

上記の構成では、電磁石９オフ時のばね８の圧縮力で弾性チューブ５を圧迫し電磁石９オンの吸引力で弾性チューブ５を復元しているが、ばね８と電磁石９の作用を逆転し、電磁石９オンの反発力で弾性チューブ５を圧迫し電磁石オフ時にばね８を縮ませて弾性チューブ５を復元させることができることは勿論である。また、弾性チューブ５の圧迫・復元をばねと電磁石によらず、他の方法、例えば衆知の形状記憶合金の電流オンオフ制御（説明省略）によって行うことも可能である。

以上の説明で明らかなように本発明によれば、小型軽量なターボ型ポンプの血流に拍動を与えて無拍動の悪影響を除き得るのみならず、煩雑な回転数制御などを必要とせずに血液流量を常に安定した状態で最適制御することができる。なお、本拍動付加機構は、血液に接することがないので抗血栓性が高く、コンパクトに構成できる。

本発明のコンセプトの説明図で本システムにおける血液流量の経時変化を示すダイアグラム。 ターボ型ポンプとして遠心ポンプを用いた場合の実施例で弾性チューブが圧迫された状態の構造図を示す。 図２のＡ部詳細図を示す。 図３のＸ−Ｘ断面図を示す。 図２のＡ部詳細図で弾性チューブが復元した状態を示す。 図５のＹ−Ｙ断面図を示す。

符号の説明

１ 遠心ポンプ
２ モータ
３ ポンプ吸い込み口
４ ポンプ出口
５ 弾性チューブ
６ 血管継手
７ 圧迫素子
８ ばね
９ 電磁石
１０ ケース

Claims (5)

1. ターボ型血液ポンプの出口開口面積を周期的に縮小させることによって血流に拍動を生ぜしめることを特徴とする、人工心臓ポンプシステム。
2. ターボ型血液ポンプの出口開口面積を縮小する周期と縮小時間の割合を制御することによって血液流量を最適制御することを特徴とする、請求項１に記載の人工心臓ポンプシステム。
3. ターボ型血液ポンプの出口に弾性チューブを設け、該チューブを外部から圧迫して開口面積を縮小せしめることを特徴とする、請求項１に記載の人工心臓ポンプシステム。
4. ターボ型血液ポンプの出口に弾性チューブを設けると共に、該チューブを周期的に外部から圧迫するチューブ圧迫装置を設けて血流に拍動を生ぜしめ得るように配備したことを特徴とする、人工心臓ポンプ装置。
5. チューブを圧迫する周期と圧迫時間の長さを制御する制御装置を体内若しくは体外に設けて血液流量を最適制御することを特徴とする、請求項４に記載の人工心臓ポンプ装置。

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