JP2013128792A - Artificial heart control device and artificial heart system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an artificial heart control device, an artificial heart system and a method for controlling an artificial heart, capable of optimum load control for recovery of functions of a user's own heart.SOLUTION: The artificial heart control device 60 for controlling a blood pump for assisting the flow of blood of the heart includes: a timing detection part 80 for detecting reference timing in a cardiac cycle of the heart, and a blood pump control part 62 for controlling the rotational frequency of the blood pump. The blood pump control part 62 controls the rotational frequency of the blood pump to be a rotational frequency corresponding to a given control pattern based on the reference timing detected by the timing detection part 80.

Description

本発明は、人工心臓制御装置、人工心臓システム及び人工心臓の制御方法に関する。   The present invention relates to an artificial heart control device, an artificial heart system, and an artificial heart control method.

近年の医療技術の進歩によって、これまで深刻であると考えられてきた心臓疾患も治療できるケースが増えている。その一方で、心臓疾患が重症になると、今のところ心臓移植しか治療法がないケースもあり、移植待機患者が、適合するドナーを待たなければならない状況にある。そのため、心臓移植を迅速に行うことができずに生命の維持に重大な支障をもたらすこともある。   Recent advances in medical technology are increasing the number of cases that can treat heart diseases that have been considered serious. On the other hand, when the heart disease becomes severe, there are cases in which only heart transplantation is currently available, and the patient waiting for transplantation has to wait for a suitable donor. As a result, heart transplantation cannot be performed quickly, which may cause a serious obstacle to the maintenance of life.

このような状況において、最近では、BTT(Bridge To Transplant)を目的として移植待機患者に人工心臓を埋め込んで血液の循環を補助することで、移植待機患者が、長期間に亘って適合するドナーを待機できるようになっている。しかも、現在では、人工心臓の安定性や信頼性等の向上により、自己心臓の機能の回復を目指すBTR(Bridge To Recovery)を目的とした人工心臓の使用が注目されるようになり、実際に、人工心臓を埋め込むことによって自己心臓の機能が回復した例が多く報告されている。   In such a situation, recently, an artificial heart is implanted in a patient waiting for transplantation for the purpose of BTT (Bridge To Transplant) and blood circulation is assisted, so that a patient waiting for transplantation becomes a donor who can be adapted for a long period of time. You can wait. Moreover, at present, the use of artificial heart for the purpose of BTR (Bridge To Recovery) aiming at recovery of the function of the self-heart has been attracting attention by improving the stability and reliability of the artificial heart. Many cases have been reported in which the function of the self-heart is restored by implanting an artificial heart.

このようなBTRの使用を目的とした人工心臓の使用により自己心臓の機能の回復を促進させる手法は、未だ確立されていないものの、自己心臓の機能の回復を図るために必要な人工心臓の制御技術がいくつか開示されている。   Although the technique for promoting the recovery of the function of the self-cardiac by using the artificial heart for the purpose of using the BTR has not been established yet, the control of the artificial heart necessary for the recovery of the function of the self-cardiac is not yet established. Several techniques are disclosed.

例えば特許文献1には、心室からの駆出血液を一時貯留するための後負荷調整室を設けることで、心室の負荷を調整する人工心臓が開示されている。また、例えば特許文献2には、定常流型血液ポンプの正常動作範囲から逸脱する急激な変化に対し、血液ポンプの回転数を調整する人工心臓が開示されている。更に、例えば特許文献3には、脱血カニューレの吸い付きの発生の有無に応じて、心臓ペーシング機能により心室をペーシングして、人工心臓の装着時にも一定数以上の自己心臓の心拍数を維持させることで、脱血カニューレの吸い付き、血栓や徐脈の発生等を防止する人工心臓が開示されている。更にまた、例えば特許文献4には、血液ポンプの血液流量を測定して心機能を評価する心機能評価装置が開示されている。また、例えば特許文献5には、大動脈弁周辺の血栓形成を抑制するために血液ポンプの回転数を下げる人工心臓が開示されている。また、例えば非特許文献1には、定常流型血液ポンプの回転数を変更したときの振る舞いをモデル化した計算機シミュレーションに関する技術が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses an artificial heart that adjusts a load on a ventricle by providing a post-load adjustment chamber for temporarily storing ejected blood from the ventricle. For example, Patent Document 2 discloses an artificial heart that adjusts the rotation speed of a blood pump in response to a rapid change that deviates from the normal operating range of a steady flow blood pump. Further, for example, in Patent Document 3, the ventricle is paced by a cardiac pacing function in accordance with whether or not the blood removal cannula is sucked, and the heart rate of a certain number of self-hearts is maintained even when an artificial heart is worn. Thus, an artificial heart is disclosed that prevents the blood removal cannula from sucking, the thrombus and the bradycardia from occurring. Furthermore, for example, Patent Literature 4 discloses a cardiac function evaluation device that evaluates cardiac function by measuring the blood flow rate of a blood pump. Further, for example, Patent Document 5 discloses an artificial heart that reduces the rotation speed of a blood pump in order to suppress thrombus formation around the aortic valve. Further, for example, Non-Patent Document 1 discloses a technique related to a computer simulation that models the behavior when the rotational speed of a steady flow blood pump is changed.

国際公開第99/51285号パンフレットWO99 / 51285 pamphlet 特開2005−66013号公報JP 2005-66013 A 特開2000−126282号公報JP 2000-126282 A 特開2002−224066号公報JP 2002-224066 A 米国特許出願公開第2005/0071001号明細書US Patent Application Publication No. 2005/0071001

Vandenverghe S. et. al., “Unloading Effect of a Rotary Blood Pump Assessed by Mathematical Modeling”, Artificial Organs, 27(12), pp.1094-1101, 2003Vandenverghe S. et. Al., “Unloading Effect of a Rotary Blood Pump Assessed by Mathematical Modeling”, Artificial Organs, 27 (12), pp.1094-1101, 2003

しかしながら、特許文献1〜特許文献5及び非特許文献1に開示された技術では、自己心臓の心周期の長さにかかわらず一定の心周期を前提に血液ポンプの回転数を変化させたりするため、自己心臓にとって過剰又は不十分な負荷を与えてしまい、自己心臓の機能の回復を阻害する場合や血液を十分に循環させることができない場合があるという問題がある。   However, in the techniques disclosed in Patent Literature 1 to Patent Literature 5 and Non-Patent Literature 1, the rotation speed of the blood pump is changed on the assumption of a constant cardiac cycle regardless of the length of the cardiac cycle of the own heart. However, there is a problem that an excessive or insufficient load is applied to the self-heart, and the recovery of the function of the self-heart is inhibited or the blood cannot be circulated sufficiently.

本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、自己心臓の機能回復にとって最適な負荷制御を可能とする人工心臓制御装置、人工心臓システム及び人工心臓の制御方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the technical problems as described above, and an object of the present invention is to provide an artificial heart control device, an artificial heart system, and an artificial heart system capable of optimal load control for restoring the function of the own heart. It is to provide a method for controlling an artificial heart.

上記課題を解決するために本発明は、心臓の血液の流れを補助する血液ポンプを制御するための人工心臓制御装置であって、前記心臓の心周期内の基準タイミングを検出するタイミング検出部と、前記血液ポンプの回転数を制御する血液ポンプ制御部とを含み、前記血液ポンプ制御部が、前記タイミング検出部により検出された前記基準タイミングを基準に、所与の制御パターンに対応した回転数となるように前記血液ポンプの回転数を制御する人工心臓制御装置に関係する。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides an artificial heart control device for controlling a blood pump that assists the blood flow of the heart, comprising a timing detection unit that detects a reference timing within the cardiac cycle of the heart; A blood pump control unit that controls the number of rotations of the blood pump, and the number of rotations corresponding to a given control pattern based on the reference timing detected by the timing detection unit. It is related with the artificial heart control apparatus which controls the rotation speed of the said blood pump so that it may become.

本発明によれば、心臓の心周期内の基準タイミングを検出し、該基準タイミングを基準に、所与の制御パターンに対応した回転数となるように血液ポンプの回転数を制御するようにしたので、心臓の心周期に合わせて心室の負荷を低減させることができ、心臓の機能回復を促進させることができるようになる。   According to the present invention, the reference timing within the cardiac cycle of the heart is detected, and the rotation speed of the blood pump is controlled so that the rotation speed corresponds to a given control pattern based on the reference timing. Therefore, the load on the ventricle can be reduced in accordance with the cardiac cycle of the heart, and the recovery of the function of the heart can be promoted.

また本発明に係る人工心臓制御装置では、前記基準タイミングは、前記心周期内の収縮期の開始タイミングであってもよい。   In the artificial heart control device according to the present invention, the reference timing may be a start timing of a systole within the cardiac cycle.

本発明によれば、例えば一般的な心電図計測器等の容易に使用可能な手段からの検出信号を用いて、高精度で、且つ容易に基準タイミングを検出できるようになるので、高精度で、且つ容易に心臓の心周期に合わせて心室の負荷を低減させることができ、心臓の機能の回復をより一層促進させることができるようになる。   According to the present invention, it becomes possible to detect the reference timing with high accuracy and easily using a detection signal from an easily usable means such as a general electrocardiogram measuring instrument. In addition, the load on the ventricle can be easily reduced in accordance with the cardiac cycle of the heart, and the recovery of the function of the heart can be further promoted.

また本発明に係る人工心臓制御装置では、前記基準タイミングは、前記心周期内の拡張期の開始タイミングであってもよい。   In the artificial heart control device according to the present invention, the reference timing may be a start timing of a diastole within the cardiac cycle.

本発明によれば、例えば血圧計測器等の容易に使用可能な手段からの検出信号を用いて、高精度で、且つ容易に基準タイミングを検出できるようになるので、高精度で、且つ容易に心臓の心周期に合わせて心室の負荷を制御することができ、心臓の機能の回復をより一層促進させることができるようになる。   According to the present invention, for example, the reference timing can be detected with high accuracy and easily by using a detection signal from an easily usable means such as a blood pressure measuring instrument. The load on the ventricle can be controlled in accordance with the cardiac cycle of the heart, and the recovery of the function of the heart can be further promoted.

また本発明に係る人工心臓制御装置では、前記血液ポンプ制御部が、前記基準タイミングを基準に、前記心臓の心室内の血流が変化するように前記血液ポンプの回転数を制御することができる。   Further, in the artificial heart control device according to the present invention, the blood pump control unit can control the rotation speed of the blood pump so that the blood flow in the ventricle of the heart changes based on the reference timing. .

本発明によれば、心臓の心室内における血液の滞留を抑制できるようになり、容易に血栓形成を防止できるようになる。   According to the present invention, the retention of blood in the heart's ventricle can be suppressed, and thrombus formation can be easily prevented.

また本発明に係る人工心臓制御装置では、前記血液ポンプ制御部が、前記基準タイミングを基準に、前記心臓の1又は複数の心周期内で所与の周期関数に従って前記血液ポンプの回転数を変化させる制御を行うことができる。   In the artificial heart control device according to the present invention, the blood pump control unit changes the rotation speed of the blood pump according to a given periodic function within one or a plurality of cardiac cycles of the heart with reference to the reference timing. Can be controlled.

本発明によれば、基準タイミングを基準に、心臓の1又は複数の心周期内で所与の周期関数に従って血液ポンプの回転数を変化させるようにしたので、心臓の機能の回復の度合いに応じて、心臓の心周期に合わせて心室の負荷を低減させて、心臓の機能回復を促進させることができるようになる。   According to the present invention, the rotation speed of the blood pump is changed according to a given periodic function within one or a plurality of cardiac cycles of the heart with reference to the reference timing. Thus, the load on the ventricle can be reduced in accordance with the cardiac cycle of the heart, and the functional recovery of the heart can be promoted.

また本発明に係る人工心臓制御装置では、前記血液ポンプ制御部が、前記基準タイミングを基準に、前記心臓の拡張期において前記血液ポンプの回転数を下げ、且つ前記心臓の収縮期において前記血液ポンプの回転数を上げるように前記血液ポンプの回転数を制御することができる。   Further, in the artificial heart control device according to the present invention, the blood pump control unit reduces the rotation speed of the blood pump in the diastole of the heart based on the reference timing, and the blood pump in the systole of the heart. The rotation speed of the blood pump can be controlled to increase the rotation speed of the blood pump.

本発明によれば、心周期内の収縮期において心筋を補助する一方、心周期内の拡張期において心筋の動きを妨げずに済み、収縮期及び拡張期の各期毎に、それぞれ最適な補助を行うことで心臓の機能の回復を促進させることができるようになる。   According to the present invention, while assisting the myocardium in the systole within the cardiac cycle, it is not necessary to disturb the movement of the myocardium during the diastole within the cardiac cycle, and optimal assistance is provided for each systole and diastole. By doing this, it becomes possible to promote the recovery of the function of the heart.

また本発明に係る人工心臓制御装置では、前記血液ポンプ制御部が、前記基準タイミングを基準に、前記心臓の収縮期において前記血液ポンプの出力流量が0となり、且つ前記心臓の拡張期において前記血液ポンプの逆流量が0となるように前記血液ポンプの回転数を制御することができる。   Further, in the artificial heart control device according to the present invention, the blood pump control unit sets the output flow rate of the blood pump to 0 in the systole of the heart based on the reference timing, and the blood in the diastole of the heart. The rotation speed of the blood pump can be controlled so that the reverse flow rate of the pump becomes zero.

本発明によれば、血液ポンプが連続流型である場合でも、これまで容易に実現できなかった、いわゆるオフポンプテストを容易に実現できるようになり、患者にとっての危険性を低減できるようになる。   According to the present invention, even when the blood pump is a continuous flow type, a so-called off-pump test, which could not be easily realized so far, can be easily realized, and the risk for the patient can be reduced.

また本発明に係る人工心臓制御装置では、前記血液ポンプを制御中の異常状態を検出する異常検出部を含み、前記血液ポンプ制御部が、前記異常検出部により前記異常状態が検出されたとき、一定の指示回転数となるように前記血液ポンプの回転数を制御することができる。   Further, the artificial heart control device according to the present invention includes an abnormality detection unit that detects an abnormal state during control of the blood pump, and when the abnormal state is detected by the abnormality detection unit, the blood pump control unit, It is possible to control the rotation speed of the blood pump so as to be a constant command rotation speed.

本発明によれば、異常状態が検出されたことを条件に、一定の指示回転数となるように血液ポンプの回転数を制御するようにしたため、患者の心臓の心周期に合わせて心室の負荷を低減させて、自己心臓の機能回復を促進させることができると共に、信頼性を向上させることができるようになる。   According to the present invention, on the condition that an abnormal state is detected, the rotation speed of the blood pump is controlled so as to be a constant indicated rotation speed, so that the load on the ventricle is matched to the cardiac cycle of the patient's heart. As a result, the recovery of the function of the self-heart can be promoted and the reliability can be improved.

また本発明に係る人工心臓制御装置では、前記血液ポンプが動作中の人体の状態を検出するセンサからの検出信号に基づいて、前記制御パターンを決定する制御パターン決定部を含み、前記血液ポンプ制御部が、前記タイミング検出部により検出された前記基準タイミングを基準に、前記制御パターン決定部により決定された前記制御パターンに対応した回転数となるように前記血液ポンプの回転数を制御することができる。   The artificial heart control device according to the present invention further includes a control pattern determination unit that determines the control pattern based on a detection signal from a sensor that detects a state of the human body in which the blood pump is operating, and the blood pump control A control unit configured to control the number of rotations of the blood pump so that the number of rotations corresponds to the control pattern determined by the control pattern determination unit based on the reference timing detected by the timing detection unit; it can.

本発明によれば、血液ポンプが動作中の人体の状態を検出するセンサからの検出信号に基づいて制御パターンを決定し、基準タイミングを基準に、該制御パターンに対応した回転数となるように血液ポンプの回転数を制御するようにしたので、患者の心臓の心周期に合わせた心室の負荷の低減制御を動的に行うことができ、心臓の機能回復をより一層促進させることができるようになる。   According to the present invention, the control pattern is determined based on the detection signal from the sensor that detects the state of the human body in which the blood pump is operating, and the rotation speed corresponding to the control pattern is set based on the reference timing. Since the rotation speed of the blood pump is controlled, it is possible to dynamically control the reduction of the ventricular load according to the cardiac cycle of the patient's heart so that the recovery of the function of the heart can be further promoted. become.

また本発明は、心臓の血液の流れを補助する血液ポンプと、前記血液ポンプが動作中の人体の状態を検出するセンサと、前記センサからの検出信号に基づいて、前記血液ポンプを制御する上記のいずれか記載の人工心臓制御装置とを含む人工心臓システムに関係する。   The present invention also provides a blood pump for assisting a blood flow in the heart, a sensor for detecting a state of a human body in which the blood pump is operating, and the blood pump based on a detection signal from the sensor. The artificial heart system including the artificial heart control device according to any one of the above.

本発明によれば、自己心臓の機能回復にとって最適な負荷制御を可能とする人工心臓システムを提供できるようになる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the artificial heart system which enables optimal load control for the function recovery | restoration of the own heart can be provided now.

また本発明に係る人工心臓システムでは、前記血液ポンプが、前記心臓の左心室内に挿入されるカニューレ先端部を有し、前記左心室内の血液を大動脈に送ることができる。   In the artificial heart system according to the present invention, the blood pump has a cannula tip inserted into the left ventricle of the heart, and can send blood in the left ventricle to the aorta.

本発明によれば、自己心臓の機能回復にとって最適な負荷制御が可能な左心室補助装置として機能する血液ポンプを有する人工心臓システムを提供できるようになる。   According to the present invention, it is possible to provide an artificial heart system having a blood pump that functions as a left ventricular assist device capable of optimal load control for restoring the function of the own heart.

また本発明は、心臓の血液の流れを補助する血液ポンプを制御するための人工心臓の制御方法であって、前記心臓の心周期内の基準タイミングを検出するタイミング検出ステップと、前記タイミング検出ステップにおいて検出された前記基準タイミングを基準に、所与の制御パターンに対応した回転数となるように前記血液ポンプの回転数を制御する血液ポンプ制御ステップとを含む人工心臓の制御方法に関係する。   The present invention is also a method for controlling an artificial heart for controlling a blood pump for assisting a blood flow in the heart, the timing detecting step for detecting a reference timing in the cardiac cycle of the heart, and the timing detecting step And a blood pump control step for controlling the rotation speed of the blood pump so that the rotation speed corresponds to a given control pattern on the basis of the reference timing detected in step 1.

また本発明に係る人工心臓の制御方法では、前記基準タイミングは、前記心周期内の収縮期の開始タイミングであってもよい。   In the artificial heart control method according to the present invention, the reference timing may be a start timing of a systole within the cardiac cycle.

また本発明に係る人工心臓の制御方法では、前記基準タイミングは、前記心周期内の拡張期の開始タイミングであってもよい。   In the artificial heart control method according to the present invention, the reference timing may be a start timing of a diastole within the cardiac cycle.

また本発明に係る人工心臓の制御方法では、前記血液ポンプ制御ステップが、前記基準タイミングを基準に、前記心臓の心室内の血流が変化するように前記血液ポンプの回転数を制御することができる。   In the artificial heart control method according to the present invention, the blood pump control step may control the rotation speed of the blood pump so that the blood flow in the ventricle of the heart changes based on the reference timing. it can.

また本発明に係る人工心臓の制御方法では、前記血液ポンプ制御ステップが、前記基準タイミングを基準に、前記心臓の1又は複数の心周期内で所与の周期関数に従って前記血液ポンプの回転数を変化させる制御を行うことができる。   Further, in the artificial heart control method according to the present invention, the blood pump control step sets the rotation speed of the blood pump according to a given periodic function within one or a plurality of cardiac cycles of the heart with reference to the reference timing. Control to change can be performed.

また本発明に係る人工心臓の制御方法では、前記血液ポンプ制御ステップが、前記基準タイミングを基準に、前記心臓の拡張期において前記血液ポンプの回転数を下げ、且つ前記心臓の収縮期において前記血液ポンプの回転数を上げるように前記血液ポンプの回転数を制御することができる。   Further, in the artificial heart control method according to the present invention, the blood pump control step reduces the rotation speed of the blood pump in the diastole of the heart and the blood in the systole of the heart based on the reference timing. The rotation speed of the blood pump can be controlled to increase the rotation speed of the pump.

また本発明に係る人工心臓の制御方法では、前記血液ポンプ制御ステップが、前記基準タイミングを基準に、前記心臓の収縮期において前記血液ポンプの出力流量が0となり、且つ前記心臓の拡張期において前記血液ポンプの逆流量が0となるように前記血液ポンプの回転数を制御することができる。   In the artificial heart control method according to the present invention, the blood pump control step may be configured such that the blood pump output flow rate is 0 in the systole of the heart and the diastole of the heart is based on the reference timing. The rotation speed of the blood pump can be controlled so that the reverse flow rate of the blood pump becomes zero.

また本発明に係る人工心臓の制御方法では、前記血液ポンプを制御中の異常状態を検出する異常検出ステップを含み、前記血液ポンプ制御ステップが、前記異常検出ステップにおいて前記異常状態が検出されたとき、一定の指示回転数となるように前記血液ポンプの回転数を制御することができる。   The artificial heart control method according to the present invention further includes an abnormality detection step of detecting an abnormal state during control of the blood pump, wherein the blood pump control step is performed when the abnormal state is detected in the abnormality detection step. The rotation speed of the blood pump can be controlled so as to be a constant indicated rotation speed.

また本発明に係る人工心臓の制御方法では、前記血液ポンプが動作中の人体の状態を検出するセンサからの検出信号に基づいて、前記制御パターンを決定する制御パターン決定ステップを含み、前記血液ポンプ制御ステップが、前記タイミング検出ステップにおいて検出された前記基準タイミングを基準に、前記制御パターン決定ステップにおいて決定された前記制御パターンに対応した回転数となるように前記血液ポンプの回転数を制御することができる。   The artificial heart control method according to the present invention further includes a control pattern determination step for determining the control pattern based on a detection signal from a sensor that detects a state of the human body in which the blood pump is operating, the blood pump Controlling the rotation speed of the blood pump so that the control step has a rotation speed corresponding to the control pattern determined in the control pattern determination step based on the reference timing detected in the timing detection step. Can do.

上記のいずれかの発明によれば、自己心臓の機能回復にとって最適な負荷制御を可能とする人工心臓の制御方法を提供できるようになる。   According to any one of the above-described inventions, it is possible to provide a method for controlling an artificial heart that enables optimal load control for restoring the function of the own heart.

本発明に係る実施形態における人工心臓システムの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the artificial heart system in embodiment which concerns on this invention. 本実施形態における血液ポンプの説明図。Explanatory drawing of the blood pump in this embodiment. 本実施形態における血液ポンプの断面図の一例を示す図。The figure which shows an example of sectional drawing of the blood pump in this embodiment. 本実施形態におけるセンサの説明図。Explanatory drawing of the sensor in this embodiment. 本実施形態における人工心臓制御装置の構成例のブロック図。The block diagram of the structural example of the artificial heart control apparatus in this embodiment. 図5のタイミング検出部の構成例のブロック図。FIG. 6 is a block diagram of a configuration example of a timing detection unit in FIG. 5. 図5の制御パターン決定部の構成例のブロック図。The block diagram of the structural example of the control pattern determination part of FIG. 本実施形態における人工心臓制御装置のハードウェア構成例のブロック図。The block diagram of the hardware structural example of the artificial heart control apparatus in this embodiment. 図8の人工心臓制御装置の処理例のフロー図。FIG. 9 is a flowchart of a processing example of the artificial heart control device in FIG. 8. 図9のステップS18の詳細な処理例のフロー図。FIG. 10 is a flowchart of a detailed processing example of step S18 in FIG. 9. 本実施形態における図8の人工心臓制御装置の他の処理例のフロー図。FIG. 9 is a flowchart of another processing example of the artificial heart control device of FIG. 8 in the present embodiment. 本実施形態における心電図と心周期との一般的な関係を模式的に示す図。The figure which shows typically the general relationship between the electrocardiogram and cardiac cycle in this embodiment. 図13(a)〜図13(e)は本実施形態における制御パターンの例を示す図。Fig.13 (a)-FIG.13 (e) are the figures which show the example of the control pattern in this embodiment. 図14(a)、図14(b)は本実施形態における人工心臓制御装置の異常検出時に処理例を示す図。FIG. 14A and FIG. 14B are diagrams illustrating a processing example when an abnormality is detected in the artificial heart control device according to the present embodiment. 本実施形態における自己心臓と血液ポンプとを模式的に示す図。The figure which shows typically the self-heart and blood pump in this embodiment.

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成のすべてが本発明の必須構成要件であるとは限らない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. Also, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.

図1に、本発明に係る実施形態における人工心臓システムの構成例を示す。   FIG. 1 shows a configuration example of an artificial heart system according to an embodiment of the present invention.

本発明に係る実施形態における人工心臓システム(広義にはポンプシステム、モータシステム)100は、血液ポンプ(ポンプ、モータ、人工心臓ポンプ)10と、コントロールユニット20と、センサ30とを含み、血液ポンプ10とコントロールユニット20とはケーブル40を介して接続される。また、センサ30は、血液ポンプ10が動作中の患者(人体)の状態を検出するものであり、患者の体内に埋め込まれたり、患者の身体や臓器の表面に貼り付けられたりして、センサ30の検出結果に対応した検出信号が、有線又は無線の伝送媒体を介してコントロールユニット20に送信されるようになっている。   An artificial heart system (pump system, motor system in a broad sense) 100 according to an embodiment of the present invention includes a blood pump (pump, motor, artificial heart pump) 10, a control unit 20, and a sensor 30. 10 and the control unit 20 are connected via a cable 40. The sensor 30 detects the state of the patient (human body) in which the blood pump 10 is operating, and is embedded in the patient's body or attached to the surface of the patient's body or organ. A detection signal corresponding to 30 detection results is transmitted to the control unit 20 via a wired or wireless transmission medium.

血液ポンプ10は、自己心臓200の左心室の機能を補助する左心室補助装置(Left Ventricular Assist Device:LVAD)として機能する。この血液ポンプ10は、循環させる血液の流れが連続する連続流型の血液ポンプである。   Blood pump 10 functions as a left ventricular assist device (LVAD) that assists the function of the left ventricle of self-heart 200. The blood pump 10 is a continuous flow type blood pump in which a circulating blood flow is continuous.

コントロールユニット20は、電源装置50と、人工心臓制御装置60とを含み、体外に設けられる。電源装置50は、AC電源、内蔵バッテリ及び非常用バッテリのいずれかからの電源電圧を、電源ラインVLを介して人工心臓制御装置60に供給する。人工心臓制御装置60は、電源装置50から電源電圧が与えられた状態で、センサ30からの検出信号を用いて、血液ポンプ10を駆動する駆動電流(広義には駆動信号)を生成する。より具体的には、人工心臓制御装置60は、センサ30からの検出信号を用いて生成した駆動電流により、血液ポンプ10の回転数を制御する。ケーブル40は、コントロールユニット20から血液ポンプ10に供給される駆動電流が伝送される信号線を有する。   The control unit 20 includes a power supply device 50 and an artificial heart control device 60, and is provided outside the body. The power supply device 50 supplies a power supply voltage from any one of an AC power supply, a built-in battery, and an emergency battery to the artificial heart control device 60 via the power supply line VL. The artificial heart control device 60 generates a drive current (drive signal in a broad sense) for driving the blood pump 10 using the detection signal from the sensor 30 in a state where the power supply voltage is applied from the power supply device 50. More specifically, the artificial heart control device 60 controls the rotation speed of the blood pump 10 by using a drive current generated using a detection signal from the sensor 30. The cable 40 has a signal line through which a drive current supplied from the control unit 20 to the blood pump 10 is transmitted.

図2に、本実施形態における血液ポンプ10の説明図を示す。図2において、自己心臓200と体内の循環系とを模式的に示す。   FIG. 2 is an explanatory diagram of the blood pump 10 in the present embodiment. In FIG. 2, the self-heart 200 and the circulatory system in the body are schematically shown.

自己心臓200は、左心房、左心室、右心房及び右心室に区分されており、右心房及び右心室は肺循環系に血液を循環させる機能を有し、左心房及び左心室は体循環系に血液を循環させる機能を有する。即ち、体循環系から上下大静脈を通って戻された血液は右心房に蓄えられた後、右心室に送り込まれる。右心室に送り込まれた血液は、右心室の拍動によって肺動脈を通って肺循環系を循環して酸素を含んだ状態となる。肺循環系から肺静脈を通って戻された血液は左心房に蓄えられた後、左心室に送り込まれる。左心室に送り込まれた血液は、左心室の拍動によって大動脈を通って体循環系を循環する。本実施形態における血液ポンプ10は、左心室の機能を補助するために、左心室に送り込まれた血液を吸引し、大動脈に送り出す。   The self-heart 200 is divided into a left atrium, a left ventricle, a right atrium, and a right ventricle. The right atrium and the right ventricle have a function of circulating blood in the pulmonary circulatory system, and the left atrium and the left ventricle are in the systemic circulatory system. Has the function of circulating blood. That is, blood returned from the systemic circulation through the upper and lower vena cava is stored in the right atrium and then sent to the right ventricle. The blood fed into the right ventricle circulates in the pulmonary circulatory system through the pulmonary artery due to the pulsation of the right ventricle and becomes oxygenated. The blood returned from the pulmonary circulation system through the pulmonary veins is stored in the left atrium and then sent to the left ventricle. The blood fed into the left ventricle circulates through the systemic circulation through the aorta by the pulsation of the left ventricle. In order to assist the function of the left ventricle, the blood pump 10 in the present embodiment sucks blood sent into the left ventricle and sends it out to the aorta.

図3に、本実施形態における血液ポンプ10の断面図の一例を示す。図3は、血液ポンプ10の断面構成例を示すが、本実施形態が図3の構成の血液ポンプに限定されるものではない。   In FIG. 3, an example of sectional drawing of the blood pump 10 in this embodiment is shown. FIG. 3 shows an example of a cross-sectional configuration of the blood pump 10, but the present embodiment is not limited to the blood pump having the configuration of FIG.

血液ポンプ10は、円筒形のモータを有する駆動部11と、駆動部11に接続されるポンプ部12とを有している。ポンプ部12は、モータの回転軸を介して駆動されるインペラ13と、このインペラ13を覆うように駆動部11に接続されるポンプケーシング14とを有している。自己心臓の左心室内の血液が血管(人工血管)及び流入口15を経てポンプケーシング14内に流入すると、インペラ13により流動エネルギーを付与された後、ポンプケーシング14の側面に設けられた流出口16及び血管(人工血管)を経て大動脈に流出するように構成されている。   The blood pump 10 has a drive unit 11 having a cylindrical motor and a pump unit 12 connected to the drive unit 11. The pump unit 12 includes an impeller 13 that is driven via a rotating shaft of a motor, and a pump casing 14 that is connected to the drive unit 11 so as to cover the impeller 13. When the blood in the left ventricle of the own heart flows into the pump casing 14 through the blood vessel (artificial blood vessel) and the inflow port 15, the flow energy is given by the impeller 13 and then the outflow port provided on the side surface of the pump casing 14. 16 and the blood vessel (artificial blood vessel) to flow into the aorta.

また、血液ポンプ10においては、駆動部11とポンプ部12との間にメカニカルシール部17が設けられている。このため、ポンプ部12と駆動部11とが摺動自在に、かつ、良好にシールされることになり、ポンプ部12から駆動部11に血液が洩れることが極力抑制される。その結果、血栓の形成が抑制されるようになり、ポンプ動作の停止やその動作状態の変化が抑制されるようになる。   In the blood pump 10, a mechanical seal portion 17 is provided between the drive portion 11 and the pump portion 12. For this reason, the pump part 12 and the drive part 11 are slidably and satisfactorily sealed, and the leakage of blood from the pump part 12 to the drive part 11 is suppressed as much as possible. As a result, the formation of thrombus is suppressed, and the stoppage of the pump operation and the change in the operation state thereof are suppressed.

ポンプ部12は、軸流ポンプの場合よりも大きな血流量が期待できる遠心式のポンプであり、インペラ13を駆動するモータとしてDCモータを用いることができる。   The pump unit 12 is a centrifugal pump that can be expected to have a larger blood flow than in the case of an axial pump, and a DC motor can be used as a motor that drives the impeller 13.

血液ポンプ10が図3の構成を有する場合、図1のコントロールユニット20は、更に、メカニカルシール部の血液の凝固や駆動部11及びポンプ部12の発熱を抑えるクールシール液を循環させる手段を有する。この場合、ケーブル40を介してクールシール液の循環経路が形成される。   When the blood pump 10 has the configuration of FIG. 3, the control unit 20 of FIG. 1 further has means for circulating a cool seal liquid that suppresses coagulation of blood in the mechanical seal part and heat generation of the drive part 11 and the pump part 12. . In this case, a circulation path of the cool seal liquid is formed via the cable 40.

以上のような構成を有する血液ポンプ10は、患者の自己心臓の心周期に対応してその回転数が制御される。そのため、人工心臓制御装置60は、センサ30からの検出信号により患者の自己心臓の心周期に応じて血液ポンプ10の回転数を制御することができるようになっている。   The blood pump 10 having the above configuration is controlled in rotation speed in accordance with the cardiac cycle of the patient's own heart. Therefore, the artificial heart control device 60 can control the number of rotations of the blood pump 10 according to the cardiac cycle of the patient's own heart based on the detection signal from the sensor 30.

図4に、本実施形態におけるセンサ30の説明図を示す。図4において、図1と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。図4は、患者の身体へのセンサ30の取り付け例を模式的に示しており、本発明に係るセンサ30が図4に示すものに限定されるものではない。   FIG. 4 is an explanatory diagram of the sensor 30 in the present embodiment. In FIG. 4, the same parts as those in FIG. FIG. 4 schematically shows an example of attaching the sensor 30 to the patient's body, and the sensor 30 according to the present invention is not limited to that shown in FIG.

本実施形態におけるセンサ30は、検出対象に応じて患者の身体や血液ポンプ10等に取り付けられ、例えば自己心臓200の心電図、血流量、血圧、血液ポンプ10の動作状態、及びその他の心周期と高い相関を持つ計測値の少なくとも1つを検出することが望ましい。   The sensor 30 in the present embodiment is attached to the patient's body, blood pump 10 or the like according to the detection target. For example, the electrocardiogram, blood flow, blood pressure, operating state of the blood pump 10, and other cardiac cycles of the self-heart 200 It is desirable to detect at least one of the measured values with high correlation.

例えば図4に示すように、自己心臓200の左心室に挿入されるカニューレの固定部品又はその周辺である位置P1にセンサ30として心電リード及び特殊カニューレを取り付け、コントロールユニット20の人工心臓制御装置60内に心電アンプを設けてセンサ30からの検出信号を増幅することで、人工心臓制御装置60において自己心臓200の心電図に対応した検出信号を取得できる。   For example, as shown in FIG. 4, an electrocardiogram lead and a special cannula are attached as a sensor 30 to a fixed part of a cannula inserted into the left ventricle of the self-heart 200 or a position P1 around the fixed part. By providing an electrocardiographic amplifier in 60 and amplifying the detection signal from the sensor 30, the artificial heart control device 60 can acquire a detection signal corresponding to the electrocardiogram of the own heart 200.

或いは、例えば患者の自己心臓200に近い体表である位置P2にセンサ30として心電リード及び特殊カニューレを取り付け、コントロールユニット20の人工心臓制御装置60内に心電アンプを設けてセンサ30からの検出信号を増幅することで、人工心臓制御装置60において自己心臓200の体表心電図に対応した検出信号を取得できる。   Alternatively, for example, an electrocardiographic lead and a special cannula are attached as the sensor 30 at the position P2 which is the body surface close to the patient's own heart 200, and an electrocardiographic amplifier is provided in the artificial heart control device 60 of the control unit 20 to By amplifying the detection signal, the artificial heart control device 60 can acquire the detection signal corresponding to the body surface electrocardiogram of the own heart 200.

このように患者の体内又は体表で計測された心電図又は体表心電図は自己心臓200の拍動により変化するため、心電図又は体表心電図に基づいて自己心臓200の心周期を検出することが可能となる。   Since the electrocardiogram or the body surface electrocardiogram measured in the body or body surface of the patient in this way changes depending on the pulsation of the self-heart 200, the cardiac cycle of the self-heart 200 can be detected based on the electrocardiogram or the body surface electrocardiogram. It becomes.

また、例えば図4に示すように、自己心臓200から脱血した血液を血液ポンプ10で大動脈に送液するカニューレの位置P3にセンサ30として超音波・電磁流量計を取り付け、コントロールユニット20の人工心臓制御装置60内に流量計アンプを設けてセンサ30からの検出信号を増幅することで、人工心臓制御装置60において血液ポンプ10の吐出量に対応した検出信号を取得できる。   For example, as shown in FIG. 4, an ultrasonic / electromagnetic flow meter is attached as a sensor 30 to a position P3 of a cannula for delivering blood removed from the self-heart 200 to the aorta using the blood pump 10, and By providing a flow meter amplifier in the heart control device 60 and amplifying the detection signal from the sensor 30, the detection signal corresponding to the discharge amount of the blood pump 10 can be acquired in the artificial heart control device 60.

或いは、例えば自己心臓200の大動脈の位置P4にセンサ30として超音波・電磁流量計を取り付け、コントロールユニット20の人工心臓制御装置60内に流量計アンプを設けてセンサ30からの検出信号を増幅することで、人工心臓制御装置60において自己心臓200の大動脈の血流量に対応した検出信号を取得できる。   Alternatively, for example, an ultrasonic / electromagnetic flow meter is attached as the sensor 30 to the position P4 of the aorta of the own heart 200, and a flow meter amplifier is provided in the artificial heart control device 60 of the control unit 20 to amplify the detection signal from the sensor 30. Thus, the artificial heart control device 60 can acquire a detection signal corresponding to the blood flow volume of the aorta of the own heart 200.

血液ポンプ10の吐出量は自己心臓200の心周期内の収縮期や拡張期に応じて変化し、大動脈の血流量もまた自己心臓200の心周期内の収縮期や拡張期に応じて変化するため、血液ポンプ10の血流量又は大動脈の血流量に基づいて自己心臓200の心周期を検出することが可能となる。なお、肺動脈の血流量を検出し、その検出信号に基づいて自己心臓200の心周期を検出するようにしてもよい。   The discharge amount of the blood pump 10 changes according to the systole and diastole within the cardiac cycle of the self-heart 200, and the blood flow rate of the aorta also changes according to the systole and diastole within the cardiac cycle of the self-heart 200. Therefore, the cardiac cycle of the self-heart 200 can be detected based on the blood flow volume of the blood pump 10 or the blood flow volume of the aorta. Note that the blood flow volume of the pulmonary artery may be detected, and the cardiac cycle of the self-heart 200 may be detected based on the detection signal.

また、例えば図4に示すように、血液ポンプ10又はコントロールユニット20内の所定位置P5にセンサ30として回転数計測器や電流センサを取り付けることで、人工心臓制御装置60において血液ポンプ10の実測回転数に対応した検出信号、血液ポンプ10の消費電力に対応した検出信号又は血液ポンプ10の推定流量に対応した検出信号を取得できる。   Further, for example, as shown in FIG. 4, a rotation speed measuring device or a current sensor is attached as a sensor 30 to a predetermined position P5 in the blood pump 10 or the control unit 20, so that the artificial heart control device 60 can actually measure the rotation of the blood pump 10. The detection signal corresponding to the number, the detection signal corresponding to the power consumption of the blood pump 10 or the detection signal corresponding to the estimated flow rate of the blood pump 10 can be acquired.

血液ポンプ10の実測回転数、血液ポンプ10の消費電力又は血液ポンプ10の推定流量は自己心臓200の心周期内の収縮期や拡張期に応じて変化するため、血液ポンプ10の消費電力、血液ポンプ10の消費電力又は血液ポンプ10の推定流量に基づいて自己心臓200の心周期を検出することが可能となる。   The actual rotation speed of the blood pump 10, the power consumption of the blood pump 10, or the estimated flow rate of the blood pump 10 changes according to the systole or diastole in the cardiac cycle of the self-heart 200. It becomes possible to detect the cardiac cycle of the self-heart 200 based on the power consumption of the pump 10 or the estimated flow rate of the blood pump 10.

また、例えば図4に示すように、自己心臓200の大動脈の位置P6にセンサ30として圧トランスデューサを取り付け、コントロールユニット20の人工心臓制御装置60内に圧トランスデューサアンプを設けてセンサ30からの検出信号を増幅することで、人工心臓制御装置60において大動脈圧に対応した検出信号を取得できる。   For example, as shown in FIG. 4, a pressure transducer is attached as a sensor 30 to a position P6 of the aorta of the own heart 200, and a pressure transducer amplifier is provided in the artificial heart control device 60 of the control unit 20 to detect a detection signal from the sensor 30. , The detection signal corresponding to the aortic pressure can be acquired in the artificial heart control device 60.

或いは、例えば患者の体表の位置P7にセンサ30として圧トンランスデューサを取り付け、コントロールユニット20の人工心臓制御装置60内に圧トランスデューサアンプを設けてセンサ30からの検出信号を増幅することで、人工心臓制御装置60において動脈圧に対応した検出信号を取得できる。   Alternatively, for example, a pressure transducer is attached as a sensor 30 to the position P7 on the patient's body surface, and a pressure transducer amplifier is provided in the artificial heart control device 60 of the control unit 20 to amplify the detection signal from the sensor 30. The artificial heart control device 60 can acquire a detection signal corresponding to the arterial pressure.

大動脈圧や動脈圧は自己心臓200の心周期内の収縮期や拡張期に応じて変化するため、大動脈圧又は動脈圧に基づいて自己心臓200の心周期を検出することが可能となる。なお、心室圧を検出し、その検出信号に基づいて自己心臓200の心周期を検出するようにしてもよい。   Since the aortic pressure and the arterial pressure change according to the systole and the diastole within the cardiac cycle of the self-heart 200, the cardiac cycle of the self-heart 200 can be detected based on the aortic pressure or the arterial pressure. Note that the ventricular pressure may be detected, and the cardiac cycle of the own heart 200 may be detected based on the detection signal.

更に、例えば図4に示すように、センサ30として自己心臓200の心室内の容積を測定するコンダクタンスカテーテルを取り付け、コントロールユニット20の人工心臓制御装置60内にコンダクタンスカテーテル装置を設けることで、人工心臓制御装置60において心室の容積に対応した検出信号を取得できる。   Further, for example, as shown in FIG. 4, a conductance catheter for measuring the volume in the ventricle of the own heart 200 is attached as the sensor 30, and the conductance catheter device is provided in the artificial heart control device 60 of the control unit 20. The control device 60 can acquire a detection signal corresponding to the volume of the ventricle.

心室の容積は自己心臓200の心周期内の収縮期や拡張期に応じて変化するため、心室の容積に基づいて自己心臓200の心周期を検出することが可能となる。なお、その他に、例えば光電脈波を検出し、その検出信号に基づいて自己心臓200の心周期を検出するようにしてもよい。   Since the volume of the ventricle changes according to the systole or diastole within the cardiac cycle of the self-heart 200, it is possible to detect the cardiac cycle of the self-heart 200 based on the volume of the ventricle. In addition, for example, a photoelectric pulse wave may be detected, and the cardiac cycle of the own heart 200 may be detected based on the detection signal.

以上のような患者の体内若しくは体表等に取り付けられるセンサ30からの検出信号は、コントロールユニット20の人工心臓制御装置60に対して出力され、人工心臓制御装置60において心周期を特定するための基準タイミングが検出される。   The detection signal from the sensor 30 attached to the body or body surface of the patient as described above is output to the artificial heart control device 60 of the control unit 20, and the artificial heart control device 60 specifies the cardiac cycle. A reference timing is detected.

図5に、本実施形態における人工心臓制御装置60の構成例のブロック図を示す。
図6に、図5のタイミング検出部80の構成例のブロック図を示す。図6において、図5と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。
図7に、図5の制御パターン決定部68の構成例のブロック図を示す。図7において、図5と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。
FIG. 5 shows a block diagram of a configuration example of the artificial heart control device 60 in the present embodiment.
FIG. 6 shows a block diagram of a configuration example of the timing detection unit 80 of FIG. In FIG. 6, the same parts as those in FIG.
FIG. 7 shows a block diagram of a configuration example of the control pattern determination unit 68 of FIG. 7, the same parts as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

図5に示すように、人工心臓制御装置60は、タイミング検出部80と、血液ポンプ制御部62と、制御パターン記憶部64と、血液ポンプ駆動制御部66と、制御パターン決定部68と、異常検出部70とを含む。   As shown in FIG. 5, the artificial heart control device 60 includes a timing detection unit 80, a blood pump control unit 62, a control pattern storage unit 64, a blood pump drive control unit 66, a control pattern determination unit 68, an abnormality And a detection unit 70.

タイミング検出部80は、図4に示す取り付け位置に取り付けられたセンサのうち少なくとも1つのセンサからの検出信号を取得し、該検出信号に基づいて自己心臓200の心周期内の基準タイミングを検出する。この基準タイミングを1心周期内に1つ決めることで、自己心臓200の心周期を特定できるようになる。   The timing detection unit 80 acquires a detection signal from at least one of the sensors attached to the attachment position shown in FIG. 4, and detects a reference timing within the cardiac cycle of the own heart 200 based on the detection signal. . By determining one reference timing within one cardiac cycle, the cardiac cycle of the self-heart 200 can be specified.

なお、心周期内における基準タイミングは、センサ30の検出対象に応じて心周期内において適宜選択されることが望ましい。例えばセンサ30が心周期の開始タイミングの検出が容易である場合には、基準タイミングとして心周期の開始タイミングを採用することが望ましい。また、心周期は、いわゆる収縮期と拡張期とを有しているため、例えばセンサ30が心周期内の収縮期の開始タイミングの検出が容易である場合には、基準タイミングとして心周期内の収縮期の開始タイミングを採用し、例えばセンサ30が心周期内の拡張期の開始タイミングの検出が容易である場合には、基準タイミングとして心周期内の拡張期の開始タイミングを採用することが望ましい。   The reference timing within the cardiac cycle is preferably selected as appropriate within the cardiac cycle according to the detection target of the sensor 30. For example, when the sensor 30 can easily detect the start timing of the cardiac cycle, it is desirable to employ the start timing of the cardiac cycle as the reference timing. Since the cardiac cycle has a so-called systole and diastole, for example, when the sensor 30 can easily detect the start timing of the systole within the cardiac cycle, When the systolic start timing is employed, for example, when the sensor 30 can easily detect the start timing of the diastole within the cardiac cycle, it is desirable to employ the start timing of the diastole within the cardiac cycle as the reference timing. .

本実施形態では、図6に示すように、タイミング検出部80は、第1〜第5の基準タイミング検出部81〜85、選択処理部86を含み、複数種類の検出方法により検出された基準タイミングの中から心周期内の1つの基準タイミングを選択し、該基準タイミングを用いて心周期を特定する。   In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the timing detection unit 80 includes first to fifth reference timing detection units 81 to 85 and a selection processing unit 86, and is a reference timing detected by a plurality of types of detection methods. One reference timing within the cardiac cycle is selected from the above, and the cardiac cycle is specified using the reference timing.

第1の基準タイミング検出部81には、第1の検出信号DET1(例えば心電図計測信号)が入力され、第1の基準タイミング検出部81は、第1の検出信号DET1に基づいて自己心臓200の心周期内の基準タイミングを検出する。第2の基準タイミング検出部82には、第2の検出信号DET2(例えば血流量計測信号)が入力され、第2の基準タイミング検出部82は、第2の検出信号DET2に基づいて自己心臓200の心周期内の基準タイミングを検出する。第3の基準タイミング検出部83には、第3の検出信号DET3(例えば血圧ポンプの消費電力計測信号)が入力され、第3の基準タイミング検出部83は、第3の検出信号DET3に基づいて自己心臓200の心周期内の基準タイミングを検出する。第4の基準タイミング検出部84には、第4の検出信号DET4(例えば血圧計測信号)が入力され、第4の基準タイミング検出部84は、第4の検出信号DET4に基づいて自己心臓200の心周期内の基準タイミングを検出する。第5の基準タイミング検出部85には、第5の検出信号DET5(例えば心室容積計測信号)が入力され、第5の基準タイミング検出部85は、第5の検出信号DET5に基づいて自己心臓200の心周期内の基準タイミングを検出する。なお、検出信号として、心室内圧を検出するセンサからの心室内圧計測信号を用いてもよい。   The first reference timing detection unit 81 receives a first detection signal DET1 (for example, an electrocardiogram measurement signal), and the first reference timing detection unit 81 detects the self-heart 200 based on the first detection signal DET1. The reference timing within the cardiac cycle is detected. A second detection signal DET2 (for example, a blood flow measurement signal) is input to the second reference timing detection unit 82, and the second reference timing detection unit 82 receives the self-heart 200 based on the second detection signal DET2. The reference timing within the cardiac cycle is detected. The third reference timing detector 83 receives a third detection signal DET3 (for example, a blood pressure pump power consumption measurement signal), and the third reference timing detector 83 is based on the third detection signal DET3. A reference timing within the cardiac cycle of the self-heart 200 is detected. A fourth detection signal DET4 (for example, a blood pressure measurement signal) is input to the fourth reference timing detection unit 84, and the fourth reference timing detection unit 84 detects the self-heart 200 based on the fourth detection signal DET4. The reference timing within the cardiac cycle is detected. A fifth detection signal DET5 (for example, a ventricular volume measurement signal) is input to the fifth reference timing detection unit 85, and the fifth reference timing detection unit 85 is based on the fifth detection signal DET5. The reference timing within the cardiac cycle is detected. As the detection signal, a ventricular pressure measurement signal from a sensor that detects the intraventricular pressure may be used.

選択処理部86は、第1〜第5の基準タイミング検出部81〜85の各基準タイミング検出部により検出された基準タイミングの中から1つの基準タイミングを、図示しない選択制御信号に基づいて選択する。選択制御信号としては、上述のようにタイミング検出の容易さやタイミング検出の精度に基づいて、例えば第1〜第5の基準タイミング検出部81〜85の優先順位に従って優先度が最も高い基準タイミング検出部が検出した基準タイミングの選択を指示するようにしてもよい。   The selection processing unit 86 selects one reference timing from the reference timings detected by the reference timing detection units of the first to fifth reference timing detection units 81 to 85 based on a selection control signal (not shown). . As the selection control signal, the reference timing detection unit having the highest priority according to the priority order of the first to fifth reference timing detection units 81 to 85, for example, based on the ease of timing detection and the accuracy of timing detection as described above. The selection of the reference timing detected by may be instructed.

なお、図6では、5種類の基準タイミング検出部により検出された基準タイミングから1つの基準タイミングを選択するものとして説明したが、2〜4種類又は6種類以上の基準タイミング検出部により検出された基準タイミングから1つの基準タイミングを選択するようにしてもよい。また、タイミング検出部80が1つの基準タイミング検出部のみを含み、該基準タイミング検出部により検出された基準タイミングをタイミング検出部80の出力として採用してもよい。   In FIG. 6, the description has been made assuming that one reference timing is selected from the reference timings detected by the five types of reference timing detection units. However, the detection is performed by two to four types or six or more types of reference timing detection units. One reference timing may be selected from the reference timing. Further, the timing detection unit 80 may include only one reference timing detection unit, and the reference timing detected by the reference timing detection unit may be adopted as the output of the timing detection unit 80.

図5において、血液ポンプ制御部62は、タイミング検出部80により検出された基準タイミングを基準に、所与の制御パターンに対応した回転数となるように血液ポンプ10の回転数を制御する。より具体的には、血液ポンプ駆動制御部66が血液ポンプ制御部62からの指示内容に対応した駆動電流を生成し、該駆動電流を用いて血液ポンプ10の回転数が制御される。血液ポンプ制御部62は、このような血液ポンプ駆動制御部66の機能を内蔵していてもよい。   In FIG. 5, the blood pump control unit 62 controls the number of rotations of the blood pump 10 so that the number of rotations corresponds to a given control pattern with reference to the reference timing detected by the timing detection unit 80. More specifically, blood pump drive control unit 66 generates a drive current corresponding to the instruction content from blood pump control unit 62, and the rotational speed of blood pump 10 is controlled using the drive current. The blood pump control unit 62 may incorporate such a function of the blood pump drive control unit 66.

血液ポンプ制御部62が参照する制御パターンは、制御パターン記憶部64に記憶されている。制御パターンは、例えば心周期内を分割した複数の期間の各期間毎に、血液ポンプ10の回転数を指定する制御情報が設定されたパターンとすることができる。このような制御パターンは、臨床上の医師の所見に基づく設定情報として制御パターン記憶部64に直接設定されてもよいし、制御パターン決定部68により決定されてもよい。   The control pattern referred to by the blood pump control unit 62 is stored in the control pattern storage unit 64. For example, the control pattern may be a pattern in which control information for specifying the number of rotations of the blood pump 10 is set for each of a plurality of periods divided within the cardiac cycle. Such a control pattern may be directly set in the control pattern storage unit 64 as setting information based on the clinical doctor's findings, or may be determined by the control pattern determination unit 68.

図7に示すように、制御パターン決定部68は、制御パターン算出部90を含み、図4に示す取り付け位置に取り付けられたセンサのうち少なくとも1つのセンサからの検出信号、又は臨床上の医師の所見に基づく設定情報を取得し、該検出信号又は該設定情報に基づいて、所与のパターン決定関数(パターン決定アルゴリズム)に従って制御パターンを決定し、該制御パターンを制御パターン記憶部64に格納する。   As shown in FIG. 7, the control pattern determination unit 68 includes a control pattern calculation unit 90, and a detection signal from at least one of the sensors attached to the attachment position shown in FIG. Setting information based on the findings is acquired, a control pattern is determined according to a given pattern determination function (pattern determination algorithm) based on the detection signal or the setting information, and the control pattern is stored in the control pattern storage unit 64 .

制御パターン算出部90は、第1〜第5の検出信号DET1〜DET5により特定される検出値(測定値)に基づいて、1又は複数の心周期内において血液ポンプ10の回転数を制御するための制御パターンを算出する。例えば、制御パターン算出部90は、血液ポンプ10の回転数の最大値、最小値、周期、基準タイミングを基準とした回転数の制御開始タイミングまでの位相ずれ、回転数の変化のさせ方を指定する波形、X(Xは1以上の自然数)拍にY(YはX以下の自然数)回だけ血液ポンプ10の回転数を変化させるといった頻度等が特定される制御パターンを算出する。このように算出された制御パターンは、制御パターン記憶部64に格納される。   The control pattern calculation unit 90 controls the rotation speed of the blood pump 10 within one or a plurality of cardiac cycles based on detection values (measurement values) specified by the first to fifth detection signals DET1 to DET5. The control pattern is calculated. For example, the control pattern calculation unit 90 specifies the maximum value, the minimum value, the period, the phase shift until the control start timing of the rotational speed based on the reference timing, and how to change the rotational speed of the blood pump 10. A control pattern is calculated that specifies the waveform, the frequency at which the rotation speed of the blood pump 10 is changed Y (Y is a natural number less than or equal to X) times in X (X is a natural number of 1 or more) beats, and the like. The control pattern calculated in this way is stored in the control pattern storage unit 64.

なお、図7では、5種類の検出信号から制御パターンを算出するものとして説明したが、2〜4種類又は6種類以上の検出信号から制御パターンを算出するようにしてもよい。また、制御パターン算出部90が、1つの検出信号のみに基づいて上述の制御パターンを算出するようにしてもよい。   In FIG. 7, the control pattern is calculated from five types of detection signals. However, the control pattern may be calculated from two to four types or six or more types of detection signals. Further, the control pattern calculation unit 90 may calculate the above-described control pattern based on only one detection signal.

図5において、異常検出部70は、血液ポンプ10を制御中の異常状態を検出する。このような異常状態として、例えばセンサ30からの検出信号の値の範囲が正常値の範囲外である状態や、センサ30からの検出信号の値の揺らぎが閾値を超えた状態がある。そして、血液ポンプ制御部62は、異常検出部70により異常状態が検出されたとき、指示回転数となるように血液ポンプ10の回転数を制御する。ここで、指示回転数は、一定の回転数であることが望ましい。このようにセンサ30からの検出信号に基づく心周期内における血液ポンプ10の回転数を制御しているときに異常状態が検出された場合に、検出された基準タイミングにかかわらず、一定の指示回転数で血液ポンプ10の制御を継続させることで、血液ポンプ10による自己心臓200の血液の流れを補助させる機能を継続させて患者が危険な状態に陥ることを防止することができる。   In FIG. 5, the abnormality detection unit 70 detects an abnormal state during the control of the blood pump 10. As such an abnormal state, for example, there is a state where the value range of the detection signal from the sensor 30 is out of the normal value range, or a state where the fluctuation of the value of the detection signal from the sensor 30 exceeds a threshold value. Then, when an abnormal state is detected by the abnormality detection unit 70, the blood pump control unit 62 controls the rotation speed of the blood pump 10 so as to become the indicated rotation speed. Here, it is desirable that the designated rotational speed is a constant rotational speed. Thus, when an abnormal state is detected while controlling the rotation speed of the blood pump 10 within the cardiac cycle based on the detection signal from the sensor 30, a constant command rotation is performed regardless of the detected reference timing. By continuing the control of the blood pump 10 by the number, the function of assisting the blood flow of the self-heart 200 by the blood pump 10 can be continued and the patient can be prevented from falling into a dangerous state.

なお、本実施形態において、人工心臓制御装置60は、図5のブロックのうち1又は複数のブロックが省略された構成を有していてもよい。例えば、人工心臓制御装置60は、図5の構成のうち制御パターン決定部68が省略された構成を有していてもよい。   In the present embodiment, the artificial heart control device 60 may have a configuration in which one or more blocks of the blocks in FIG. 5 are omitted. For example, the artificial heart control device 60 may have a configuration in which the control pattern determination unit 68 is omitted from the configuration in FIG.

次に、以上のような構成を有する人工心臓制御装置60の動作について説明する。本実施形態における人工心臓制御装置60の機能は、ハードウェアにより実現されてもよいし、ソフトウェアにより実現されてもよい。以下では、本実施形態における人工心臓制御装置60の機能が、ソフトウェア処理により実現されるものとする。   Next, the operation of the artificial heart control device 60 having the above configuration will be described. The function of the artificial heart control device 60 in the present embodiment may be realized by hardware or may be realized by software. In the following, it is assumed that the function of the artificial heart control device 60 in the present embodiment is realized by software processing.

図8に、本実施形態における人工心臓制御装置60のハードウェア構成例のブロック図を示す。   FIG. 8 shows a block diagram of a hardware configuration example of the artificial heart control device 60 in the present embodiment.

人工心臓制御装置60は、CPU300、I/F回路302、読み出し専用メモリ(Read Only Memory:ROM)304、ランダムアクセスメモリ(Random Access Memory:RAM)306、バス308を有し、バス308を介して、CPU300、I/F回路302、ROM304、RAM306は電気的に接続されている。   The artificial heart control device 60 includes a CPU 300, an I / F circuit 302, a read only memory (ROM) 304, a random access memory (RAM) 306, and a bus 308. The CPU 300, the I / F circuit 302, the ROM 304, and the RAM 306 are electrically connected.

例えばROM304又はRAM306には、人工心臓制御装置60の機能を実現するプログラムが記憶される。CPU300は、ROM304又はRAM306に記憶されたプログラムを読み出し、該プログラムに対応した処理を実行することで、人工心臓制御装置60を構成する各部の機能をソフトウェア処理で実現できる。即ち、ROM304又はRAM306に記憶されたプログラムを読み込んで該プログラムに対応した処理を行うCPU300により、以下の処理が実現される。なお、RAM306は、CPU300による処理の作業エリアとして用いられたり、I/F回路302やROM304のバッファエリアとして用いられたりする。I/F回路302は、図4に示すように患者の体内又は体表に取り付けられる1又は複数のセンサとの間の入出力インタフェース処理を行う。   For example, the ROM 304 or the RAM 306 stores a program that realizes the function of the artificial heart control device 60. The CPU 300 reads out a program stored in the ROM 304 or the RAM 306 and executes processing corresponding to the program, thereby realizing the functions of each unit constituting the artificial heart control device 60 by software processing. That is, the following processing is realized by the CPU 300 that reads a program stored in the ROM 304 or the RAM 306 and performs processing corresponding to the program. Note that the RAM 306 is used as a work area for processing by the CPU 300 or as a buffer area for the I / F circuit 302 or the ROM 304. As shown in FIG. 4, the I / F circuit 302 performs input / output interface processing with one or a plurality of sensors attached to the patient's body or body surface.

図9に、図8の人工心臓制御装置60の処理例のフロー図を示す。
図10に、図9のステップS18の詳細な処理例のフロー図を示す。
FIG. 9 shows a flowchart of a processing example of the artificial heart control device 60 of FIG.
FIG. 10 shows a flowchart of a detailed processing example of step S18 of FIG.

例えば図8のROM304又はRAM306には、図9及び図10に示す処理を実現するためのプログラムが格納されており、CPU300がROM304又はRAM306に格納されたプログラムを読み出して該プログラムに対応した処理を実行することで、図9及び図10に示す処理をソフトウェア処理により実現できる。   For example, the ROM 304 or RAM 306 in FIG. 8 stores a program for realizing the processing shown in FIGS. 9 and 10, and the CPU 300 reads the program stored in the ROM 304 or RAM 306 and performs processing corresponding to the program. By executing, the processing shown in FIGS. 9 and 10 can be realized by software processing.

まず、人工心臓制御装置60は、図4に示すように患者の体内や体表等に取り付けられた1又は複数のセンサからの検出信号を取得する(ステップS10)。ここで、人工心臓制御装置60は、異常検出ステップとして、異常検出部70において、例えばセンサからの検出信号の値が、該検出信号の種類に応じて定められた正常値の範囲内か否かを判別することで、異常検出処理を行う(ステップS12)。   First, as shown in FIG. 4, the artificial heart control device 60 acquires detection signals from one or more sensors attached to the patient's body or body surface (step S10). Here, as the abnormality detection step, the artificial heart control device 60 determines whether the value of the detection signal from the sensor, for example, is within the range of normal values determined according to the type of the detection signal in the abnormality detection unit 70. Is detected, abnormality detection processing is performed (step S12).

ステップS12において異常状態が検出されなかったとき(ステップS12:N)、人工心臓制御装置60は、タイミング検出ステップとして、タイミング検出部80においてステップS10で取得された検出信号に基づいて、心周期内の基準タイミングを検出する基準タイミング検出処理を行う(ステップS14)。   When an abnormal state is not detected in step S12 (step S12: N), the artificial heart control device 60 performs the intracardiac cycle based on the detection signal acquired in step S10 in the timing detection unit 80 as a timing detection step. A reference timing detection process for detecting the reference timing is performed (step S14).

ステップS14において心周期内の基準タイミングが検出されたとき(ステップS16:Y)、人工心臓制御装置60は、制御パターン決定ステップとして、制御パターン決定部68において、血液ポンプが動作中の人体の状態を検出するセンサからの検出信号に基づいて制御パターンを決定し、該制御パターンを制御パターン記憶部64に格納する(ステップS18)。   When the reference timing in the cardiac cycle is detected in step S14 (step S16: Y), the artificial heart control device 60 uses the control pattern determination unit 68 as the control pattern determination step to state the human body in which the blood pump is operating. The control pattern is determined based on the detection signal from the sensor that detects the error, and the control pattern is stored in the control pattern storage unit 64 (step S18).

続いて、人工心臓制御装置60は、血液ポンプ制御ステップとして、血液ポンプ制御部62において、制御パターン記憶部64に記憶された制御パターンを読み出して、該制御パターンに対応して血液ポンプ10の回転数を制御し(ステップS20)、ステップS10に戻る(リターン)。   Subsequently, as a blood pump control step, the artificial heart control device 60 reads the control pattern stored in the control pattern storage unit 64 in the blood pump control unit 62 and rotates the blood pump 10 in accordance with the control pattern. The number is controlled (step S20), and the process returns to step S10 (return).

ステップS20では、図10に示すように、人工心臓制御装置60は、血液ポンプ制御部62において、ステップS14で検出された心周期内の基準タイミングに基づいて、自己心臓200の心周期を検出して心周期の開始タイミングを特定する(ステップS30)。続いて、血液ポンプ制御部62では、ステップS30で検出された心周期とステップS18で決定された制御パターンとに基づいて、目標となる回転数となるように現在の血液ポンプ10の回転数を決定し(ステップS32)、該回転数となるように血液ポンプ10の駆動電流を生成する制御を行う(エンド)。即ち、血液ポンプ制御部62は、タイミング検出ステップにおいて検出された基準タイミングを基準に、制御パターン決定ステップにおいて決定された制御パターンに対応した回転数となるように血液ポンプの回転数を制御する。   In step S20, as shown in FIG. 10, the artificial heart control device 60 detects the cardiac cycle of the self-heart 200 based on the reference timing in the cardiac cycle detected in step S14 in the blood pump control unit 62. Then, the start timing of the cardiac cycle is specified (step S30). Subsequently, in the blood pump control unit 62, based on the cardiac cycle detected in step S30 and the control pattern determined in step S18, the current rotation speed of the blood pump 10 is set so as to be a target rotation speed. Determination is made (step S32), and control is performed to generate the drive current of the blood pump 10 so as to achieve the rotation speed (end). That is, the blood pump control unit 62 controls the rotation speed of the blood pump so that the rotation speed corresponds to the control pattern determined in the control pattern determination step with reference to the reference timing detected in the timing detection step.

一方、ステップS14において心周期内の基準タイミングが検出されなかったとき(ステップS16:N)、人工心臓制御装置60は、血液ポンプ10の回転数を制御することなくそのままステップS10に戻る(リターン)。   On the other hand, when the reference timing in the cardiac cycle is not detected in step S14 (step S16: N), the artificial heart control device 60 returns to step S10 as it is without controlling the rotation speed of the blood pump 10 (return). .

また、ステップS12において異常状態が検出されたとき(ステップS12:Y)、人工心臓制御装置60は、血液ポンプ制御ステップとして、血液ポンプ制御部62において、一定の指示回転数となるように血液ポンプの回転数を制御し(ステップS22)、ステップS10に戻る(リターン)。   When an abnormal state is detected in step S12 (step S12: Y), the artificial heart control device 60 performs a blood pump control step so that the blood pump control unit 62 has a constant indicated rotational speed as a blood pump control step. Is controlled (step S22), and the process returns to step S10 (return).

なお、図9では、基準タイミングが検出できたことを条件に制御パターンを決定するものとして説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、ステップS10においてセンサからの検出信号が取得された後に、人工心臓制御装置60は、制御パターン決定ステップとして、制御パターン決定部68において、血液ポンプが動作中の人体の状態を検出するセンサからの検出信号に基づいて制御パターンを決定し、該制御パターンを制御パターン記憶部64に格納するようにしてもよい。   In FIG. 9, the control pattern is determined on the condition that the reference timing has been detected. However, the present embodiment is not limited to this. For example, after the detection signal from the sensor is acquired in step S10, the artificial heart control device 60 uses a control pattern determination unit 68 as a control pattern determination step from a sensor that detects the state of the human body in which the blood pump is operating. It is also possible to determine a control pattern based on the detected signal and store the control pattern in the control pattern storage unit 64.

また、図9及び図10では、センサからの検出信号を用いて制御パターンを決定するものとして説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、臨床上の医師の所見や、各種の検出信号の値に対応して、予め1又は複数種類の制御パターンを用意しておき、臨床上の医師の所見や各種の検出信号の値に基づいて1つの制御パターンを選択するようにしてもよい。   9 and 10, the control pattern is determined using the detection signal from the sensor, but the present embodiment is not limited to this. For example, one or more types of control patterns are prepared in advance corresponding to clinical doctor findings and various detection signal values, and based on clinical doctor findings and various detection signal values. One control pattern may be selected.

図11に、本実施形態における図8の人工心臓制御装置60の他の処理例のフロー図を示す。図11において、図9と同一ステップには同一符号を付し、適宜説明を省略する。   FIG. 11 shows a flowchart of another processing example of the artificial heart control device 60 of FIG. 8 in the present embodiment. In FIG. 11, the same steps as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

この場合、例えば図8のROM304又はRAM306には、図10及び図11に示す処理を実現するためのプログラムが格納されており、CPU300がROM304又はRAM306に格納されたプログラムを読み出して該プログラムに対応した処理を実行することで、図10及び図11に示す処理をソフトウェア処理により実現できる。   In this case, for example, the ROM 304 or RAM 306 in FIG. 8 stores a program for realizing the processing shown in FIGS. 10 and 11, and the CPU 300 reads out the program stored in the ROM 304 or RAM 306 and corresponds to the program. By executing the above processing, the processing shown in FIGS. 10 and 11 can be realized by software processing.

図11に示す処理フローが図9に示す処理フローと異なる点は、ステップS18が省略されている点である。即ち、ステップS14において心周期内の基準タイミングが検出されたとき(ステップS16:Y)、人工心臓制御装置60は、血液ポンプ制御ステップとして、血液ポンプ制御部62において、制御パターン記憶部64に検出信号に対応して予め記憶された制御パターンを読み出して、該制御パターンに対応して血液ポンプ10の回転数を制御し(ステップS20)、ステップS10に戻る(リターン)。   The processing flow shown in FIG. 11 is different from the processing flow shown in FIG. 9 in that step S18 is omitted. That is, when the reference timing in the cardiac cycle is detected in step S14 (step S16: Y), the artificial heart control device 60 detects the blood pump control unit 62 in the control pattern storage unit 64 as a blood pump control step. A control pattern stored in advance corresponding to the signal is read out, the number of rotations of the blood pump 10 is controlled corresponding to the control pattern (step S20), and the process returns to step S10 (return).

ところで、この種の人工心臓制御装置を含む人工心臓システムで自己心臓の血液の流れが補助されている患者が、稀にその自己心臓の機能が十分に回復する事例が報告されている。そのため、人工心臓システムを用いて、患者の自己心臓の機能の回復の促進を図ることも重要になってきている。   By the way, a case where a patient whose blood flow of the self-heart is assisted by an artificial heart system including this type of artificial heart control device rarely has been reported to sufficiently recover its function. For this reason, it has become important to promote recovery of the function of the patient's own heart using an artificial heart system.

しかしながら、この種の人工心臓制御装置では、常に一定の指令回転数で血液ポンプを動作させたり、心周期にかかわらず血液ポンプの回転数を変化させたりするため、心周期内の収縮期又は拡張期において、過剰又は不十分な心室の負荷低減を行ってしまい、却って自己心臓の機能の回復を阻害する事態となっていた。   However, in this type of artificial heart control device, the blood pump is always operated at a constant command speed, or the speed of the blood pump is changed regardless of the cardiac cycle. In the period, excessive or insufficient ventricular load reduction was performed, and on the contrary, recovery of the function of the self-heart was hindered.

そこで、本実施形態では、上述のように、心周期内の基準タイミングを検出し、該基準タイミングに基づいて制御パターンに対応した血液ポンプ10の制御を行うことで、患者の自己心臓の心周期に合わせて心室の負荷を低減させて、自己心臓の機能回復を促進を図ることができる。   Therefore, in the present embodiment, as described above, the reference timing in the cardiac cycle is detected, and the blood pump 10 corresponding to the control pattern is controlled based on the reference timing, so that the cardiac cycle of the patient's own heart Accordingly, the load on the ventricle can be reduced and the recovery of the function of the own heart can be promoted.

以下では、本実施形態における人工心臓制御装置60の具体的な動作例について説明する。なお、説明の便宜上、センサ30が心電図測定器の1つのみであり、タイミング検出部80が心電図測定器からの検出信号のみに基づいて基準タイミングを検出するものとする。   Below, the specific example of operation | movement of the artificial heart control apparatus 60 in this embodiment is demonstrated. For convenience of explanation, the sensor 30 is only one of the electrocardiogram measuring devices, and the timing detection unit 80 detects the reference timing based only on the detection signal from the electrocardiogram measuring device.

図12に、本実施形態における心電図と心周期との一般的な関係を模式的に示す。   FIG. 12 schematically shows a general relationship between the electrocardiogram and the cardiac cycle in the present embodiment.

自己心臓200の1心拍は、洞結節で発生した電気的な信号が伝達される様子を計測することで特定できる。例えば、洞結節で発生した電気的な信号は心房筋に伝達されて心房を収縮させて図12のP波を発生させる。これにより心房が収縮されて内部の圧力が上昇し、心室の収縮期間に合わせてQRS波が発生する。その後、心室が拡張するときにT波が発生する。   One heartbeat of the self-heart 200 can be specified by measuring how an electrical signal generated in the sinus node is transmitted. For example, an electrical signal generated in the sinus node is transmitted to the atrial muscle and contracts the atrium to generate the P wave of FIG. As a result, the atrium is contracted to increase the internal pressure, and a QRS wave is generated in accordance with the contraction period of the ventricle. Thereafter, a T wave is generated when the ventricle expands.

ここで、RからT波の終了までが心周期内の収縮期と呼ばれ、収縮期の終わりから次の心拍のRまでが心周期内の拡張期と呼ばれる。収縮期は、動脈弁及び心房と心室の間の弁が閉じた状態で心筋にテンションがかかっている期間である等容性収縮期と、その後に心房と心室の間の弁が閉じた状態で動脈弁が開いて心室から血液を送り出している期間である駆出期とを含む。また、拡張期は、動脈弁及び心房と心室の間の弁が閉じた状態で心室が弛緩している期間である等容性弛緩期と、動脈弁が閉じた状態で心房と心室の間の弁が開いて心室内に血液を貯める期間である充満期とを含む。   Here, the period from R to the end of the T wave is called a systole in the cardiac cycle, and the period from the end of the systole to the next heartbeat R is called a diastole in the cardiac cycle. The systole is an isovolumetric systole, a period in which the heart muscle is under tension with the arterial valve and the valve between the atrium and the ventricle closed, and then the valve between the atrium and the ventricle is closed. And ejection period, which is a period in which the arterial valve is open and blood is being pumped from the ventricle. In addition, the diastole is an isovolumetric relaxation period in which the ventricle is relaxed with the arterial valve and the valve between the atrium and the ventricle closed, and a period between the atrium and the ventricle with the arterial valve closed. And a full period, which is a period in which the valve is opened and blood is stored in the ventricle.

図12から明らかなように、センサ30として心電図計測器を採用した場合、図12のRを検出することが容易である。そのため、この場合には、基準タイミングとして、心周期内の収縮期(等容性収縮期)の開始タイミングの検出が容易となり、その検出を高精度に行うことができる。   As is apparent from FIG. 12, when an electrocardiogram measuring instrument is employed as the sensor 30, it is easy to detect R in FIG. Therefore, in this case, it is easy to detect the start timing of the systole (isovolumetric systole) within the cardiac cycle as the reference timing, and the detection can be performed with high accuracy.

なお、本実施形態における基準タイミングは、収縮期の開始タイミングに限定されるものではない。例えば、基準タイミングとして心周期内の拡張期の開始タイミングを検出するようにしてもよい。この場合、大動脈圧や動脈圧等の血圧に基づいて基準タイミングを検出することで、拡張期の開始タイミングの検出が容易となる上に、その検出を高精度に行うことができる。このように心周期内の基準タイミングとしてどのタイミングを検出するかについては、センサ30の種類に応じて適宜選択されることが望ましい。   Note that the reference timing in the present embodiment is not limited to the start timing of the systole. For example, the start timing of the diastole within the cardiac cycle may be detected as the reference timing. In this case, by detecting the reference timing based on the blood pressure such as the aortic pressure or the arterial pressure, it becomes easy to detect the start timing of the diastole, and the detection can be performed with high accuracy. As described above, it is desirable that the timing to be detected as the reference timing in the cardiac cycle is appropriately selected according to the type of the sensor 30.

図13(a)〜図13(e)に、本実施形態における制御パターンの例を示す。図13(a)〜図13(e)は、それぞれ横軸が時間軸を示し、縦軸が心電図の波形と血液ポンプ10の回転数を指示する制御パターンとを示している。図13(a)〜図13(e)に示す制御を行うための制御パターンは、臨床上の医師の所見に基づく設定情報として制御パターン記憶部64に直接記憶させたり、制御パターン決定部68において決定させたりすることができる。   FIG. 13A to FIG. 13E show examples of control patterns in the present embodiment. In each of FIGS. 13A to 13E, the horizontal axis represents the time axis, and the vertical axis represents the electrocardiogram waveform and the control pattern indicating the rotation speed of the blood pump 10. The control pattern for performing the control shown in FIGS. 13A to 13E is directly stored in the control pattern storage unit 64 as setting information based on the clinical doctor's findings, or in the control pattern determination unit 68. Can be determined.

本実施形態では、人工心臓制御装置60の血液ポンプ制御部62が、図13(a)〜図13(e)に示すように、自己心臓の心周期内の基準タイミングを基準に、心臓の1又は複数の心周期内で所与の周期関数に従って血液ポンプ10の回転数を変化させる制御を行う。そのため、血液ポンプ制御部62を制御するための制御パターンが、以下のように血液ポンプ10の回転数の変化を指示するものであることが望ましい。   In the present embodiment, the blood pump control unit 62 of the artificial heart control device 60, as shown in FIGS. 13 (a) to 13 (e), 1 of the heart based on the reference timing within the cardiac cycle of the own heart. Or the control which changes the rotation speed of the blood pump 10 according to a given periodic function within a some cardiac cycle is performed. Therefore, it is desirable that the control pattern for controlling the blood pump control unit 62 is to instruct a change in the rotation speed of the blood pump 10 as follows.

図13(a)は、心周期内の収縮期と拡張期の各期間に血液ポンプ10の回転数を変化させる制御パターンの例である。より具体的には、心電図計測器からの検出信号に基づいて心周期が特定された場合に、心周期内の収縮期に血液ポンプ10の回転数がR1(R1は正の数)となり、該心周期内の拡張期に血液ポンプ10の回転数がR2(R1>R2>0、R2は正の数)となるように指示する制御パターンの例である。即ち、図13(a)は、心周期内の拡張期の血液ポンプの回転数を減少させる制御を指示する制御パターンである。   FIG. 13A is an example of a control pattern in which the rotation speed of the blood pump 10 is changed during each period of systole and diastole in the cardiac cycle. More specifically, when the cardiac cycle is specified based on the detection signal from the electrocardiogram measuring instrument, the rotation speed of the blood pump 10 becomes R1 (R1 is a positive number) during the systole within the cardiac cycle, This is an example of a control pattern for instructing the rotation speed of the blood pump 10 to be R2 (R1> R2> 0, R2 is a positive number) during the diastole within the cardiac cycle. That is, FIG. 13A shows a control pattern for instructing control to decrease the rotation speed of the diastolic blood pump in the cardiac cycle.

このように、基準タイミングを基準に、心臓の拡張期において血液ポンプ10の回転数を下げ、且つ心臓の収縮期において血液ポンプ10の回転数を上げるように血液ポンプ10の回転数を制御することで、収縮期において心筋を補助する一方、拡張期において心筋の動きを妨げずに済み、自己心臓の過剰な負荷を与えることなく自己心臓の機能の回復を促進させることができるようになる。   As described above, based on the reference timing, the rotation speed of the blood pump 10 is controlled so as to decrease the rotation speed of the blood pump 10 in the diastole of the heart and to increase the rotation speed of the blood pump 10 in the systole of the heart. Thus, while assisting the myocardium in the systole, it is not necessary to disturb the movement of the myocardium in the diastole, and the recovery of the function of the self heart can be promoted without applying an excessive load on the self heart.

図13(b)は、心周期内の収縮期と拡張期の各期間に血液ポンプ10の回転数を変化させ、且つその変化タイミングをシフトさせた制御パターンの例である。より具体的には、心電図計測器からの検出信号に基づいて心周期が特定された場合に、心周期内の収縮期の開始タイミングから所定期間だけ遅らせて血液ポンプ10の回転数がR3(R3は正の数)となり、該心周期内の拡張期の開始タイミングから所定期間だけ遅らせて血液ポンプ10の回転数がR4(R3>R4>0、R4は正の数)となるように指示する制御パターンの例である。   FIG. 13B is an example of a control pattern in which the rotation speed of the blood pump 10 is changed during the systole and diastole periods in the cardiac cycle, and the change timing is shifted. More specifically, when the cardiac cycle is specified based on the detection signal from the electrocardiogram measuring instrument, the rotation speed of the blood pump 10 is delayed by a predetermined period from the start timing of the systole within the cardiac cycle by R3 (R3 Is a positive number), and the blood pump 10 is instructed to be R4 (R3> R4> 0, R4 is a positive number) after a predetermined period from the start timing of the diastole within the cardiac cycle. It is an example of a control pattern.

このように、自己心臓の心周期に合わせて負荷を変化させる一方で、そのタイミングをシフトさせることで、自己心臓の現在の機能に合わせて適切な負荷制御と機能回復の促進とを両立させることができるようになる。   In this way, while changing the load according to the cardiac cycle of the self heart, by shifting the timing, it is possible to achieve both appropriate load control and promotion of functional recovery according to the current function of the self heart. Will be able to.

図13(c)は、心周期内の収縮期と拡張期の各期間に血液ポンプ10の回転数を変化させ、図13(a)よりも回転数の変化域を大きくした制御パターンの例である。より具体的には、心電図計測器からの検出信号に基づいて心周期が特定された場合に、心周期内の収縮期に血液ポンプ10の回転数がR5(R5>R1、R5は正の数)となり、該心周期内の拡張期に血液ポンプ10の回転数がR6(R2>R6、R5>R6>0、R6は正の数)となるように指示する制御パターンの例である。   FIG. 13C shows an example of a control pattern in which the rotation speed of the blood pump 10 is changed during each systole and diastole period in the cardiac cycle, and the change range of the rotation speed is larger than that in FIG. is there. More specifically, when the cardiac cycle is specified based on the detection signal from the electrocardiogram measuring instrument, the rotation speed of the blood pump 10 is R5 (R5> R1, R5 is a positive number during the systole within the cardiac cycle) This is an example of a control pattern instructing the rotational speed of the blood pump 10 to be R6 (R2> R6, R5> R6> 0, R6 is a positive number) during the diastole within the cardiac cycle.

このように、自己心臓の現在の機能に合わせて、血液ポンプ10の回転数の変化域を変えて血液ポンプ10の回転数を制御することが望ましい。   As described above, it is desirable to control the rotation speed of the blood pump 10 by changing the change range of the rotation speed of the blood pump 10 in accordance with the current function of the self-heart.

図13(d)は、2(=X)心拍毎に1(=Y)回だけ血液ポンプ10の回転数を変化させる制御パターンの例である。より具体的には、心電図計測器からの検出信号に基づいて心周期が特定された場合に、2心周期の最初の心周期内の収縮期に血液ポンプ10の回転数がR7(R7、R7は正の数)となり、該心周期内の拡張期と次の心周期の収縮期及び拡張期に血液ポンプ10の回転数がR8(R7>R8>0、R8は正の数)となるように指示する制御パターンの例である。   FIG. 13D is an example of a control pattern in which the rotation speed of the blood pump 10 is changed by 1 (= Y) times every 2 (= X) heartbeats. More specifically, when the cardiac cycle is specified based on the detection signal from the electrocardiogram measuring instrument, the rotation speed of the blood pump 10 is R7 (R7, R7) during the systole in the first cardiac cycle of the two cardiac cycles. Is a positive number), and the rotational speed of the blood pump 10 is R8 (R7> R8> 0, R8 is a positive number) during the diastole and the systole and diastole of the next cardiac cycle. FIG.

このように、本実施形態における制御パターンは、心周期毎に血液ポンプ10の回転数を制御させるものでなくてもよく、患者の自己心臓200の機能の回復の度合いによって、血液ポンプ10の回転数の制御期間を短縮させるようにしてもよい。   Thus, the control pattern in this embodiment does not have to control the rotation speed of the blood pump 10 for each cardiac cycle, and the rotation of the blood pump 10 depends on the degree of recovery of the function of the patient's own heart 200. The number of control periods may be shortened.

図13(e)は、血液ポンプ10の回転数を正弦波状に変化させる制御パターンの例である。より具体的には、心電図計測器からの検出信号に基づいて心周期が特定された場合に、心周期の収縮期に血液ポンプ10の回転数を正弦波状に徐々に上げてR9(R9、R9は正の数)となり、該心周期内の拡張期に血液ポンプ10の回転数を正弦波状に徐々に下げてR10(R9>R10>0、R10は正の数)となるように指示する制御パターンの例である。なお、図13(e)では、血液ポンプ10の回転数を正弦波状に変化させていたが、その波形に限定されるものではなく、図13(a)〜図13(d)に示すように必ずしも矩形状に回転数を変化させなくてもよい。   FIG. 13E is an example of a control pattern that changes the rotation speed of the blood pump 10 in a sine wave shape. More specifically, when the cardiac cycle is specified based on the detection signal from the electrocardiogram measuring instrument, the rotational speed of the blood pump 10 is gradually increased in a sinusoidal shape during the systole of the cardiac cycle, and R9 (R9, R9 Is a positive number), and during the diastole within the cardiac cycle, the rotational speed of the blood pump 10 is gradually reduced to a sine wave to indicate R10 (R9> R10> 0, R10 is a positive number). It is an example of a pattern. In FIG. 13 (e), the rotation speed of the blood pump 10 is changed to a sine wave shape, but is not limited to this waveform, as shown in FIGS. 13 (a) to 13 (d). It is not always necessary to change the rotational speed to a rectangular shape.

以上のように、本実施形態では、基準タイミングを基準に、心臓の1又は複数の心周期内で所与の周期関数に従って血液ポンプ10の回転数を変化させる制御を行うようにしたので、患者の自己心臓の心周期に合わせて心室の負荷を低減させて、自己心臓の機能回復を促進させることができるようになる。   As described above, in this embodiment, the control for changing the rotation speed of the blood pump 10 according to a given periodic function within one or more cardiac cycles of the heart is performed based on the reference timing. It is possible to reduce the ventricular load according to the cardiac cycle of the self-heart and promote the functional recovery of the self-heart.

また、本実施形態では、万が一、センサ30の故障や制御アルゴリズムの異常等により血液ポンプ10の回転数が制御不能に陥る可能性がある場合には、異常検出部70により異常を検出し、一定の指示回転数により血液ポンプ10を動作させる通常動作状態に強制的に変更する機構を有している。   In the present embodiment, if there is a possibility that the rotation speed of the blood pump 10 may become uncontrollable due to a failure of the sensor 30 or an abnormality in the control algorithm, the abnormality detection unit 70 detects the abnormality and keeps constant. Has a mechanism for forcibly changing the blood pump 10 to the normal operation state in which the blood pump 10 is operated at the indicated rotational speed.

図14(a)、図14(b)に、本実施形態における人工心臓制御装置60の異常検出時に処理例を示す。図14(a)、図14(b)は、それぞれ横軸が時間軸を示し、縦軸が心電図の波形と血液ポンプ10の回転数を指示する制御パターンとを示している。   FIG. 14A and FIG. 14B show a processing example when an abnormality is detected in the artificial heart control device 60 in the present embodiment. 14A and 14B, the horizontal axis represents the time axis, and the vertical axis represents the electrocardiogram waveform and the control pattern for instructing the rotation speed of the blood pump 10.

図14(a)では、例えば心周期内の収縮期の開始タイミングを基準タイミングとして検出し、心周期の収縮期の血液ポンプ10の回転数をR11(R11は正の整数)に上げ、該心周期の拡張期の血液ポンプ10の回転数をR12(R11>R12>0、R12は正の整数)に下げる制御を行う制御動作状態において、時刻T1に異常状態が検出されると、次の基準タイミングが検出された時点から通常動作状態で血液ポンプ10の回転数が制御される。この通常動作状態では、例えば血液ポンプ10の回転数がR13(R11>R13>R12)で一定となるように制御される。なお、R13は、R11より大きくてもよいし、R12より小さくもてよい。   In FIG. 14A, for example, the start timing of the systole within the cardiac cycle is detected as the reference timing, and the rotation speed of the blood pump 10 during the systole of the cardiac cycle is increased to R11 (R11 is a positive integer). When an abnormal state is detected at time T1 in a control operation state in which the rotation speed of the blood pump 10 in the diastolic period is controlled to be reduced to R12 (R11> R12> 0, R12 is a positive integer), The rotation speed of blood pump 10 is controlled in the normal operation state from the time when the timing is detected. In this normal operation state, for example, the rotation speed of the blood pump 10 is controlled to be constant at R13 (R11> R13> R12). R13 may be larger than R11 or smaller than R12.

また、図14(b)では、例えば心周期内の収縮期の開始タイミングを基準タイミングとして検出し、心周期の収縮期の血液ポンプ10の回転数をR14(R14は正の整数)に上げ、該心周期の拡張期の血液ポンプ10の回転数をR15(R14>R15>0、R15は正の整数)に下げる制御を行う制御動作状態において、時刻T2に異常状態が検出されると、異常状態が検出された時点から通常動作状態で血液ポンプ10の回転数が制御される。この通常動作状態では、例えば血液ポンプ10の回転数がR16(R14>R16>R15)で一定となるように制御される。なお、R16は、R14より大きくてもよいし、R15より小さくてもよい。   In FIG. 14B, for example, the start timing of the systole in the cardiac cycle is detected as a reference timing, and the rotation speed of the blood pump 10 in the systole of the cardiac cycle is increased to R14 (R14 is a positive integer) When an abnormal state is detected at time T2 in a control operation state in which the rotation speed of the blood pump 10 in the diastole of the cardiac cycle is controlled to be reduced to R15 (R14> R15> 0, R15 is a positive integer), The rotation speed of blood pump 10 is controlled in the normal operation state from the time when the state is detected. In this normal operation state, for example, the rotation speed of the blood pump 10 is controlled to be constant at R16 (R14> R16> R15). R16 may be larger than R14 or smaller than R15.

以上のように、本実施形態では、異常状態が検出されたことを条件に、血液ポンプ10の指示回転数(例えば回転数が一定)となるように制御される通常動作状態に強制的に変更するため、人工心臓システムの信頼性を向上させると共に、患者の自己心臓の心周期に合わせて心室の負荷を低減させて、自己心臓の機能回復を促進させることができるようになる。   As described above, in the present embodiment, on the condition that an abnormal state is detected, it is forcibly changed to a normal operation state in which the blood pump 10 is controlled to have an indicated rotational speed (for example, the rotational speed is constant). As a result, the reliability of the artificial heart system can be improved and the load on the ventricle can be reduced in accordance with the cardiac cycle of the patient's own heart, thereby promoting the functional recovery of the own heart.

また、上記の構成を有する本実施形態によれば、制御パターンによる回転数の指定方法により、血液ポンプ制御部62が、基準タイミングを基準に、心臓の心室内の血流が変化するように血液ポンプ10の回転数を制御することができる。こうすることで、以下に述べるような効果を奏することができるようになる。   Further, according to the present embodiment having the above-described configuration, the blood pump control unit 62 uses the rotation speed designation method based on the control pattern so that the blood flow in the ventricle of the heart changes based on the reference timing. The rotation speed of the pump 10 can be controlled. By doing so, the following effects can be obtained.

図15に、本実施形態における自己心臓200と血液ポンプ10とを模式的に示す。図15において、図1と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。   FIG. 15 schematically shows the self-heart 200 and the blood pump 10 in the present embodiment. In FIG. 15, the same parts as those in FIG.

図15に示すように血液ポンプ10のカニューレ先端部402は、人工血管としてのカニューレグラフト部400を介して自己心臓200の左心室202内に挿入されている。肺静脈204を介して左心房206に戻された血液は、僧帽弁が開いたときに左心室202に送り込まれる。その後、大動脈弁208が開いて大動脈210に血液が送り出される。大動脈210から体循環系を経由して、上大静脈212及び下大静脈214を介して戻された血液は右心房216に蓄えられ、三尖弁が開いたときに右心室218に送り込まれる。その後、肺動脈弁220が開いて肺動脈222に血液が送り出される。   As shown in FIG. 15, the cannula tip portion 402 of the blood pump 10 is inserted into the left ventricle 202 of the own heart 200 through a cannula graft portion 400 as an artificial blood vessel. Blood returned to the left atrium 206 via the pulmonary vein 204 is pumped into the left ventricle 202 when the mitral valve is opened. Thereafter, the aortic valve 208 is opened and blood is sent out to the aorta 210. The blood returned from the aorta 210 via the systemic circulation system via the superior vena cava 212 and the inferior vena cava 214 is stored in the right atrium 216 and is sent to the right ventricle 218 when the tricuspid valve is opened. Thereafter, the pulmonary valve 220 is opened and blood is sent to the pulmonary artery 222.

ここで、左心房206から左心室202に送り込まれる血液の流れに着目すると、血液ポンプ10の回転数が高回転数のとき、図15に示す流れF1のように、左心房206からそのままカニューレ先端部402に流れる血液が支配的になる。ところが、血液ポンプ10の回転数が低回転数のとき、図15に示す流れF2のように、左心室202の壁に沿って血液が流れる傾向にある。そのため、カニューレ先端部402の挿入付近PLでは、血液が滞留しやすくなり、固まりとなって血栓が形成される可能性が高くなる。   Here, paying attention to the flow of blood sent from the left atrium 206 to the left ventricle 202, when the rotation speed of the blood pump 10 is high, the cannula tip as it is from the left atrium 206 as in the flow F1 shown in FIG. The blood flowing in the part 402 becomes dominant. However, when the rotation speed of the blood pump 10 is low, blood tends to flow along the wall of the left ventricle 202 as in the flow F2 shown in FIG. Therefore, in the vicinity of the insertion of the cannula tip 402, blood tends to stay, and the possibility that the blood clots and a thrombus is formed increases.

そこで、上述のように、血液ポンプ制御部62が、基準タイミングを基準に、心臓の心室内の血流が変化するように血液ポンプ10の回転数を制御することで、カニューレ先端部402の挿入付近PLにおいて血液の滞留を抑制できるようになり、血栓形成を防止できるようになる。   Therefore, as described above, the blood pump control unit 62 controls the rotation speed of the blood pump 10 so that the blood flow in the ventricle of the heart changes based on the reference timing. It becomes possible to suppress the retention of blood in the vicinity PL, and to prevent thrombus formation.

また、一般的な人工心臓システムでは、患者の自己心臓の回復度の度合いを確認するために、血液ポンプを適宜停止させるオフポンプテストが必要となる。ところが、オフポンプテストは、拍動型の血液ポンプの場合には弁の開閉のみで容易に実現できるものの、連続流(定常流)型の血液ポンプの場合には実現が困難であると言われている。   Further, in a general artificial heart system, an off-pump test is required in which the blood pump is appropriately stopped in order to confirm the degree of recovery of the patient's own heart. However, it is said that the off-pump test can be easily realized only by opening and closing a valve in the case of a pulsating blood pump, but is difficult to realize in the case of a continuous flow (steady flow) blood pump. Yes.

しかしながら、上記の構成を有する本実施形態によれば、制御パターンによる回転数の指定方法により、血液ポンプ制御部62が、基準タイミングを基準に、心臓の収縮期において血液ポンプ10の出力流量が0となり、且つ心臓の拡張期において血液ポンプ10の逆流量が0となるように血液ポンプ10の回転数を制御することができる。   However, according to the present embodiment having the above-described configuration, the blood pump control unit 62 determines that the output flow rate of the blood pump 10 is 0 in the systole of the heart based on the reference timing by the method of specifying the number of rotations based on the control pattern. In addition, the rotation speed of the blood pump 10 can be controlled so that the reverse flow rate of the blood pump 10 becomes 0 in the diastole of the heart.

例えば、センサ30として超音波・電磁流量計又は血液ポンプの回転数計測器を採用して、血液ポンプ10の出力流量と逆流量とを検出し、制御パターン決定部68が、その検出結果に基づいて、基準タイミングを基準に、心臓の収縮期において血液ポンプ10の出力流量が0となり、且つ心臓の拡張期において血液ポンプ10の逆流量が0となるように血液ポンプ10の回転数を制御する制御パターンを決定すればよい。そして、この制御パターンに基づいて、血液ポンプ制御部62が血液ポンプ10の回転数を制御する。これにより、人工心臓システムに用いられる血液ポンプ10が連続流型の血液ポンプであっても、これまで容易に実現できなかったオフポンプテストを容易に実現できるようになり、患者にとっての危険性を低減できるようになる。   For example, an ultrasonic / electromagnetic flow meter or a blood pump rotation speed measuring device is used as the sensor 30 to detect the output flow rate and the reverse flow rate of the blood pump 10, and the control pattern determination unit 68 is based on the detection result. Then, based on the reference timing, the rotation speed of the blood pump 10 is controlled so that the output flow rate of the blood pump 10 becomes 0 in the systole of the heart and the reverse flow rate of the blood pump 10 becomes 0 in the diastole of the heart. What is necessary is just to determine a control pattern. And based on this control pattern, the blood pump control part 62 controls the rotation speed of the blood pump 10. As a result, even if the blood pump 10 used in the artificial heart system is a continuous flow blood pump, an off-pump test that could not be easily realized can be easily realized, thereby reducing the risk to the patient. become able to.

以上、本発明に係る人工心臓制御装置、人工心臓システム及び人工心臓の制御方法を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。   As described above, the artificial heart control device, the artificial heart system, and the artificial heart control method according to the present invention have been described based on the above embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and the gist thereof is as follows. The present invention can be implemented in various modes without departing from the scope, and for example, the following modifications are possible.

(1)上記の実施形態では、血液ポンプが連続流型であるものと説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、血液ポンプが、循環させる血液の流れに所定の周期を与える拍動流型の血液ポンプであってもよい。この場合、制御パターンを用いてオフポンプテストを実現する必要がなくなる。   (1) In the above embodiment, the blood pump is described as a continuous flow type. However, the present invention is not limited to this, and the blood pump gives a predetermined cycle to the blood flow to be circulated. It may be a pulsatile blood pump. In this case, it is not necessary to implement an off-pump test using the control pattern.

(2)上記の実施形態における血液ポンプは、3相の駆動信号により駆動されるACモータや、例えば3相以外の駆動信号により駆動されるモータや、DCモータにより実現される。   (2) The blood pump in the above embodiment is realized by an AC motor driven by a three-phase drive signal, a motor driven by a drive signal other than three phases, or a DC motor.

(3)上記の実施形態の人工心臓システム100において、必要に応じてモニタ装置が設けられてもよい。このモニタ装置には、コントロールユニット20の電源電圧、血液ポンプ10の動作状況(血液ポンプ10の駆動電流、目標回転数、実際の動作回転数等)、センサ30からの検出信号の値、自己心臓200の心周期等の医師や患者自身が確認できる情報が表示されることが望ましい。   (3) In the artificial heart system 100 of the above embodiment, a monitor device may be provided as necessary. This monitor device includes the power supply voltage of the control unit 20, the operating state of the blood pump 10 (the driving current of the blood pump 10, the target rotational speed, the actual rotational speed, etc.), the value of the detection signal from the sensor 30, the self-heart It is desirable that information such as 200 cardiac cycles that can be confirmed by the doctor or the patient himself / herself is displayed.

(4)上記の実施形態において、本発明を、人工心臓制御装置、人工心臓システム及び人工心臓の制御方法として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明に係る人工心臓の制御方法の処理手順が記述されたプログラムや、該プログラムが記録された記録媒体であってもよい。   (4) In the above embodiment, the present invention has been described as an artificial heart control device, an artificial heart system, and an artificial heart control method, but the present invention is not limited to this. For example, it may be a program in which the processing procedure of the artificial heart control method according to the present invention is described, or a recording medium on which the program is recorded.

10…血液ポンプ、 11…駆動部、 12…ポンプ部、 13…インペラ、
14…ポンプケーシング、 15…流入口、 16…流出口、
17…メカニカルシール部、 20…コントロールユニット、 30…センサ、
40…ケーブル、 50…電源装置、 60…人工心臓制御装置、
62…血液ポンプ制御部、 64…制御パターン記憶部、
66…血液ポンプ駆動制御部、 68…制御パターン決定部、 70…異常検出部、
80…タイミング検出部、 81…第1の基準タイミング検出部、
82…第2の基準タイミング検出部、 83…第3の基準タイミング検出部、
84…第4の基準タイミング検出部、 85…第5の基準タイミング検出部、
86…選択処理部、 90…制御パターン算出部、 100…人工心臓システム、
200…自己心臓、 202…左心室、 204…肺静脈、 206…左心房、
208…大動脈弁、 210…大動脈、 212…上大静脈、 214…下大静脈、
216…右心房、 218…右心室、 220…肺動脈弁、 222…肺動脈、
300…CPU、 302…I/F回路、 304…ROM、 306…RAM、
308…バス、 400…カニューレグラフト部、 402…カニューレ先端部、
DET1〜DET5…第1〜第5の検出信号、 F1,F2…血液の流れ、
PL…カニューレ先端部の挿入付近
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Blood pump, 11 ... Drive part, 12 ... Pump part, 13 ... Impeller,
14 ... pump casing, 15 ... inlet, 16 ... outlet,
17 ... Mechanical seal part, 20 ... Control unit, 30 ... Sensor,
40 ... cable, 50 ... power supply, 60 ... artificial heart control device,
62 ... Blood pump control unit, 64 ... Control pattern storage unit,
66 ... Blood pump drive control unit, 68 ... Control pattern determination unit, 70 ... Abnormality detection unit,
80 ... timing detection unit, 81 ... first reference timing detection unit,
82: second reference timing detector, 83: third reference timing detector,
84: Fourth reference timing detection unit, 85: Fifth reference timing detection unit,
86 ... Selection processing unit, 90 ... Control pattern calculation unit, 100 ... Artificial heart system,
200 ... Self heart, 202 ... Left ventricle, 204 ... Pulmonary vein, 206 ... Left atrium,
208 ... aortic valve, 210 ... aorta, 212 ... superior vena cava, 214 ... inferior vena cava,
216 ... right atrium, 218 ... right ventricle, 220 ... pulmonary valve, 222 ... pulmonary artery,
300 ... CPU, 302 ... I / F circuit, 304 ... ROM, 306 ... RAM,
308 ... Bath, 400 ... Cannula graft, 402 ... Cannula tip,
DET1 to DET5 ... first to fifth detection signals, F1, F2 ... blood flow,
PL ... Near the tip of the cannula

Claims (20)

心臓の血液の流れを補助する血液ポンプを制御するための人工心臓制御装置であって、
前記心臓の心周期内の基準タイミングを検出するタイミング検出部と、
前記血液ポンプの回転数を制御する血液ポンプ制御部とを含み、
前記血液ポンプ制御部が、
前記タイミング検出部により検出された前記基準タイミングを基準に、所与の制御パターンに対応した回転数となるように前記血液ポンプの回転数を制御することを特徴とする人工心臓制御装置。
An artificial heart control device for controlling a blood pump that assists the blood flow of the heart,
A timing detector for detecting a reference timing in the cardiac cycle of the heart;
A blood pump control unit for controlling the number of rotations of the blood pump,
The blood pump control unit,
An artificial heart control device that controls the number of rotations of the blood pump so that the number of rotations corresponds to a given control pattern based on the reference timing detected by the timing detection unit.
請求項1において、
前記基準タイミングは、
前記心周期内の収縮期の開始タイミングであることを特徴とする人工心臓制御装置。
In claim 1,
The reference timing is
An artificial heart control device characterized by the start timing of a systole in the cardiac cycle.
請求項1において、
前記基準タイミングは、
前記心周期内の拡張期の開始タイミングであることを特徴とする人工心臓制御装置。
In claim 1,
The reference timing is
An artificial heart control device characterized by the start timing of a diastole within the cardiac cycle.
請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記血液ポンプ制御部が、
前記基準タイミングを基準に、前記心臓の心室内の血流が変化するように前記血液ポンプの回転数を制御することを特徴とする人工心臓制御装置。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
The blood pump control unit,
An artificial heart control device characterized by controlling the rotation speed of the blood pump so that the blood flow in the ventricle of the heart changes based on the reference timing.
請求項1乃至4のいずれかにおいて、
前記血液ポンプ制御部が、
前記基準タイミングを基準に、前記心臓の1又は複数の心周期内で所与の周期関数に従って前記血液ポンプの回転数を変化させる制御を行うことを特徴とする人工心臓制御装置。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The blood pump control unit,
An artificial heart control device that performs control to change the rotation speed of the blood pump in accordance with a given periodic function within one or a plurality of cardiac cycles of the heart with reference to the reference timing.
請求項1乃至5のいずれかにおいて、
前記血液ポンプ制御部が、
前記基準タイミングを基準に、前記心臓の拡張期において前記血液ポンプの回転数を下げ、且つ前記心臓の収縮期において前記血液ポンプの回転数を上げるように前記血液ポンプの回転数を制御することを特徴とする人工心臓制御装置。
In any one of Claims 1 thru | or 5,
The blood pump control unit,
Controlling the rotation speed of the blood pump so as to decrease the rotation speed of the blood pump in the diastole of the heart and to increase the rotation speed of the blood pump in the systole of the heart based on the reference timing. An artificial heart control device.
請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記血液ポンプ制御部が、
前記基準タイミングを基準に、前記心臓の収縮期において前記血液ポンプの出力流量が0となり、且つ前記心臓の拡張期において前記血液ポンプの逆流量が0となるように前記血液ポンプの回転数を制御することを特徴とする人工心臓制御装置。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
The blood pump control unit,
Based on the reference timing, the rotation speed of the blood pump is controlled so that the output flow rate of the blood pump is 0 in the systole of the heart and the reverse flow rate of the blood pump is 0 in the diastole of the heart. An artificial heart control device.
請求項1乃至7のいずれかにおいて、
前記血液ポンプを制御中の異常状態を検出する異常検出部を含み、
前記血液ポンプ制御部が、
前記異常検出部により前記異常状態が検出されたとき、一定の指示回転数となるように前記血液ポンプの回転数を制御することを特徴とする人工心臓制御装置。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
Including an abnormality detection unit for detecting an abnormal state during control of the blood pump;
The blood pump control unit,
When the abnormal state is detected by the abnormality detection unit, the artificial heart control device controls the rotation speed of the blood pump so that a constant indicated rotation speed is obtained.
請求項1乃至8のいずれかにおいて、
前記血液ポンプが動作中の人体の状態を検出するセンサからの検出信号に基づいて、前記制御パターンを決定する制御パターン決定部を含み、
前記血液ポンプ制御部が、
前記タイミング検出部により検出された前記基準タイミングを基準に、前記制御パターン決定部により決定された前記制御パターンに対応した回転数となるように前記血液ポンプの回転数を制御することを特徴とする人工心臓制御装置。
In any one of Claims 1 thru | or 8.
A control pattern determining unit that determines the control pattern based on a detection signal from a sensor that detects a state of a human body in which the blood pump is operating
The blood pump control unit,
The number of rotations of the blood pump is controlled so that the number of rotations corresponds to the control pattern determined by the control pattern determination unit based on the reference timing detected by the timing detection unit. Artificial heart control device.
心臓の血液の流れを補助する血液ポンプと、
前記血液ポンプが動作中の人体の状態を検出するセンサと、
前記センサからの検出信号に基づいて、前記血液ポンプを制御する請求項1乃至9のいずれか記載の人工心臓制御装置とを含むことを特徴とする人工心臓システム。
A blood pump that assists in the flow of blood in the heart,
A sensor for detecting a state of a human body in which the blood pump is operating;
An artificial heart system comprising: the artificial heart control device according to any one of claims 1 to 9, which controls the blood pump based on a detection signal from the sensor.
請求項10において、
前記血液ポンプが、
前記心臓の左心室内に挿入されるカニューレ先端部を有し、
前記左心室内の血液を大動脈に送ることを特徴とする人工心臓システム。
In claim 10,
The blood pump is
Having a cannula tip inserted into the left ventricle of the heart;
An artificial heart system characterized in that blood in the left ventricle is sent to the aorta.
心臓の血液の流れを補助する血液ポンプを制御するための人工心臓の制御方法であって、
前記心臓の心周期内の基準タイミングを検出するタイミング検出ステップと、
前記タイミング検出ステップにおいて検出された前記基準タイミングを基準に、所与の制御パターンに対応した回転数となるように前記血液ポンプの回転数を制御する血液ポンプ制御ステップとを含むことを特徴とする人工心臓の制御方法。
A method of controlling an artificial heart for controlling a blood pump that assists in the blood flow of the heart,
A timing detection step for detecting a reference timing within the cardiac cycle of the heart;
And a blood pump control step of controlling the rotation speed of the blood pump so that the rotation speed corresponds to a given control pattern based on the reference timing detected in the timing detection step. Artificial heart control method.
請求項12において、
前記基準タイミングは、
前記心周期内の収縮期の開始タイミングであることを特徴とする人工心臓の制御方法。
In claim 12,
The reference timing is
A method for controlling an artificial heart, which is a start timing of a systole in the cardiac cycle.
請求項12において、
前記基準タイミングは、
前記心周期内の拡張期の開始タイミングであることを特徴とする人工心臓の制御方法。
In claim 12,
The reference timing is
A method for controlling an artificial heart, wherein the timing is a start timing of a diastole within the cardiac cycle.
請求項12乃至14のいずれかにおいて、
前記血液ポンプ制御ステップが、
前記基準タイミングを基準に、前記心臓の心室内の血流が変化するように前記血液ポンプの回転数を制御することを特徴とする人工心臓の制御方法。
In any of claims 12 to 14,
The blood pump control step comprises:
A method for controlling an artificial heart, wherein the number of rotations of the blood pump is controlled so that a blood flow in a heart chamber of the heart changes based on the reference timing.
請求項12乃至15のいずれかにおいて、
前記血液ポンプ制御ステップが、
前記基準タイミングを基準に、前記心臓の1又は複数の心周期内で所与の周期関数に従って前記血液ポンプの回転数を変化させる制御を行うことを特徴とする人工心臓の制御方法。
In any of claims 12 to 15,
The blood pump control step comprises:
A control method for an artificial heart, characterized in that control is performed to change the rotation speed of the blood pump in accordance with a given periodic function within one or more cardiac cycles of the heart with reference to the reference timing.
請求項12乃至16のいずれかにおいて、
前記血液ポンプ制御ステップが、
前記基準タイミングを基準に、前記心臓の拡張期において前記血液ポンプの回転数を下げ、且つ前記心臓の収縮期において前記血液ポンプの回転数を上げるように前記血液ポンプの回転数を制御することを特徴とする人工心臓の制御方法。
In any of claims 12 to 16,
The blood pump control step comprises:
Controlling the rotation speed of the blood pump so as to decrease the rotation speed of the blood pump in the diastole of the heart and to increase the rotation speed of the blood pump in the systole of the heart based on the reference timing. A method for controlling an artificial heart.
請求項12至14のいずれかにおいて、
前記血液ポンプ制御ステップが、
前記基準タイミングを基準に、前記心臓の収縮期において前記血液ポンプの出力流量が0となり、且つ前記心臓の拡張期において前記血液ポンプの逆流量が0となるように前記血液ポンプの回転数を制御することを特徴とする人工心臓の制御方法。
In any one of claims 12 to 14,
The blood pump control step comprises:
Based on the reference timing, the rotation speed of the blood pump is controlled so that the output flow rate of the blood pump is 0 in the systole of the heart and the reverse flow rate of the blood pump is 0 in the diastole of the heart. And a method for controlling an artificial heart.
請求項12乃至18のいずれかにおいて、
前記血液ポンプを制御中の異常状態を検出する異常検出ステップを含み、
前記血液ポンプ制御ステップが、
前記異常検出ステップにおいて前記異常状態が検出されたとき、一定の指示回転数となるように前記血液ポンプの回転数を制御することを特徴とする人工心臓の制御方法。
In any of claims 12 to 18,
Including an abnormality detection step of detecting an abnormal state during control of the blood pump;
The blood pump control step comprises:
A method for controlling an artificial heart, comprising: controlling the rotation speed of the blood pump so that a constant indicated rotation speed is obtained when the abnormal state is detected in the abnormality detection step.
請求項12乃至19のいずれかにおいて、
前記血液ポンプが動作中の人体の状態を検出するセンサからの検出信号に基づいて、前記制御パターンを決定する制御パターン決定ステップを含み、
前記血液ポンプ制御ステップが、
前記タイミング検出ステップにおいて検出された前記基準タイミングを基準に、前記制御パターン決定ステップにおいて決定された前記制御パターンに対応した回転数となるように前記血液ポンプの回転数を制御することを特徴とする人工心臓の制御方法。
In any of claims 12 to 19,
A control pattern determining step for determining the control pattern based on a detection signal from a sensor for detecting a state of a human body in which the blood pump is operating;
The blood pump control step comprises:
The number of rotations of the blood pump is controlled so that the number of rotations corresponds to the control pattern determined in the control pattern determination step on the basis of the reference timing detected in the timing detection step. Artificial heart control method.
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