JP2015506798A - 血液ポンプ - Google Patents

Abstract

表面を有する陥凹部８を内側に有し、凹部を覆う可撓性膜１０を有するカートリッジであって、陥凹部と可撓性膜が入口１４と出口１６を有するポンプチャンバ１２を形成し、可撓性膜が、表面から離間される第１の位置でありポンプチャンバが最大容積を有する第１の位置と、表面にほぼ隣接する第２の位置であり、ポンプチャンバが最小容積を有する第２の位置との間で移動できる、カートリッジと、カートリッジと相互作用するように配置されるポンプドライバ機構１８であって、ドライバが、使用中に血液をチャンバから送出するために、可撓性膜を凹部に第１の方向で移動させ、使用中に血液をチャンバ内へ引き込むために、可撓性膜を凹部から離れるように第２の方向で移動させる、ポンプドライバ機構とを備え、ポンプドライバは、膜が陥凹部の表面に近づくにつれて膜が移動している速度が減少するように、可撓性膜の第１の方向への移動を制御する、血液ポンプ２。【選択図】図１

Description

本発明は、体外血液ポンプに関し、特に、低溶血体外血液ポンプに関する。

血液の体外循環のための血液ポンプは、幾つかの医療用途において、例えば血液透析において使用される。一般に、血液は、そのような回路内では、蠕動型ポンプを使用して送出され、また、これらのポンプは、信頼できるとともに、医療産業内で受け入れられるが、何らかの溶血を引き起こし、その結果、ヘマトクリット値レベルが低下する。外部回路内での処理後に患者へ戻されると、低下したヘマトクリット値レベルは、酸素を身体に効果的に運ぶことができる患者の能力を低下させる。この結果として、体外血液治療を受ける多くの患者は、損傷した赤血球に取って代わるべく新たな赤血球の再生を促すためにエリスロポエチン（ＥＰＯ）を用いて治療される。身体のホルモン要件に釣り合わせるためにＥＰＯを用いて患者を治療する必要がある、透析などの幾つかの状況では、血球の損傷により、投与されるべき必要があるＥＰＯの量が増大する。また、病状に起因して、例えば末期腎不全に起因して、患者が必然的に低いヘマトクリット値レベルを有する場合、病状の治療によって引き起こされる赤血球の損傷は特に望ましくない。アフェレーシスなどの他の体外血液処理では、様々な血球が効果的に分離され得るように原形を保つことも重要である。

本発明の目的は、前述した問題の少なくとも一部を軽減するとともに、血球の損傷を最小限に抑える血液送出手段を生み出すことである。

本発明によれば、
表面を有する陥凹部を内側に有するとともに、前記凹部を覆う可撓性膜を有するカートリッジであって、陥凹部と可撓性膜とがポンプチャンバを形成し、前記ポンプチャンバが入口と出口とを有し、前記可撓性膜が、前記表面から離間される第１の位置であって、そのような位置ではポンプチャンバが最大容積を有する第１の位置と、前記表面にほぼ隣接する第２の位置であって、前記第２の位置ではポンプチャンバが最小容積を有するようになっている第２の位置との間で移動できる、カートリッジと、
カートリッジと相互作用するように配置されるポンプドライバ機構であって、前記ドライバが、使用中に血液をチャンバから送出するために、可撓性膜を凹部に第１の方向で移動させるようになっているとともに、使用中に血液を前記チャンバ内へ引き込むために、可撓性膜を凹部から離れるように第２の方向で移動させるようになっている、ポンプドライバ機構と
を備え、
ポンプドライバは、膜が陥凹部の表面に近づくにつれて膜が移動している速度が減少するように、可撓性膜の第１の方向への移動を制御する、血液ポンプが提供される。

膜が陥凹部の表面に近づくにつれて膜の速度を減少させることにより、膜と陥凹部の表面との間の減少する隙間を通じて、血球が加速する際に血球に作用する剪断力が減少され、したがって、血球の損傷が減少される。

１つの好ましい構成において、入口および出口は、１つの共通のポートを凹状面に形成する。

好ましくは、ポンプドライバは、膜が第１の位置に近づくにつれて膜の速度が減少されるように、膜の第２の方向への移動を制御する。

膜が膜の第１の位置に近づくにつれて膜の速度を減少させることにより、膜が膜の第１の位置に達してポンプへの流体流れが停止する際に血液中の流体圧スパイクが減少される。すなわち、膜が停止する際に流体ハンマが減少される。

好ましくは、ポンプドライバは、膜の速度が第１の位置での静止状態から徐々に増加されるように、膜の第１の方向への移動を制御する。これに代えて、あるいはこれに加えて、ポンプドライバは、膜の速度が第２の位置での静止状態から徐々に増加されるように、膜の第２の方向への移動を制御する。

膜の停止位置から膜の速度を徐々に増加させることにより、第１の方向および／または第２の方向での膜の移動が始められる際に、血液中の流体圧スパイクが最小限に抑えられる。すなわち、膜が移動し始める際、流体ハンマが減少される。

好ましくは、血液ポンプは、膜の移動を制御するためにポンプドライバを制御するように構成されるコントローラを更に備える。

好ましくは、ポンプドライバ機構は、膜を第１の位置と第２の位置との間で移動させるために、流体圧を膜に印加するための駆動流体を備える。より好ましくは、ポンプドライバ機構は、膜を第１の方向に移動させるために第１の圧力を印加するとともに、膜を第２の方向に移動させるために第２の、より低い圧力を印加するようになっている。好ましくは、血液ポンプは、膜への駆動流体の流れを変えるためにコントローラによって制御される弁手段を更に備える。

好ましい構成において、血液ポンプは、入口内の血液入口弁と、出口内の血液出口弁とを更に備え、前記血液入口弁および前記血液出口弁がコントローラによって制御され、前記コントローラは、膜が第１の方向に移動されるときに血液入口弁が閉じられて血液出口弁が開かれ、膜が第２の方向に移動されるときに血液入口弁が開かれて血液出口弁が閉じられるように、血液入口弁および血液出口弁を開閉するべく構成される。

好ましくは、膜が膜の第１の方向の移動を完了し、また、膜の第２の方向への移動を開始するに先立って、血液出口弁が閉じられる前に血液入口弁が開かれる。

好ましくは、膜が膜の第２の方向の移動を完了し、また、膜の第１の方向への移動を開始するに先立って、血液入口弁が閉じられる前に血液出口弁が開かれる。

好ましくは、血液出口弁は、膜が第１の方向への移動を始める前に開かれる。好ましくは、血液入口弁は、膜が第１の方向への移動を始める前に開かれる。

血液ポンプは使い捨てできてもよい。

次に、以下の図面を参照して、本発明の実施形態を単なる一例として説明する。

本発明に係る血液ポンプの図である。 時間に対する、ポンプチャンバに出入りする血液の流量を示すグラフである。

図１を参照すると、本発明の第１の実施形態は、ポンプカートリッジ４を備える血液ポンプ２を提供し、ポンプカートリッジ４は、可撓性膜１０によって覆われる陥凹部８を有するプラスチックシェル６を備える。凹部８および可撓性膜１０はポンプキャビティ１２を形成し、ポンプキャビティ１２は、該キャビティに入り、およびキャビティから出る入口１４および出口１６をそれぞれ有する。カートリッジ４は、内側に凹状面２２と、流体ポート２４とを有するプラテン２０を備えるポンプドライバ１８と当接する。使用中、プラテン２０は、凹状面２２と可撓性膜１０とが駆動チャンバ２６を形成するようにカートリッジ４とシール係合する。流体ポート２４は、流体が駆動キャビティ２６に流入できるか、あるいは駆動キャビティ２６から流出できるようにするために、コントローラ３４により制御される弁３２を介して、陽圧流体源２８および陰圧流体源３０と接続できる。弁３２は、可変サイズのオリフィスを内部に有する比例弁であり、この比例弁は、オリフィスのサイズを変えるように制御でき、それにより、弁を通過する流量を制御する。陽圧流体源２８および陰圧流体源３０は、それぞれ加圧ポンプおよび真空ポンプである。流体が、陽圧流体源２８から駆動チャンバ２６内に流入できるように弁３２が作動されると、膜１０が凹状面８へ向けて移動され、ポンプキャビティ１２内にある血液が出口１６を介して放出される。流体が駆動チャンバ２６から陰圧流体源３０に流出できるように弁３２が作動されると、膜１０が凹状面８から離れて面２２へ向けて移動され、血液が入口１４からポンプキャビティ１２内に引き込まれる。

ポンプ２を通じて血液を送出するために、入口１４には入口弁（図示せず）が関連付けられ、また、出口１６には出口弁（図示せず）が関連付けられる。動作中、流体が陽圧流体源２８から駆動チャンバ２６内に流入できるように弁３２が作動されると、入口弁が閉じられて、出口弁が開かれ、それにより、ポンプキャビティ１２内の血液が出口弁を介して出口１６から出る。また、流体が駆動チャンバ２６から陰圧流体源３０に流出できるように弁３２が作動されると、入口弁が開かれて、出口弁が閉じられ、それにより、開いた入口弁を介して血液が入口１４を通じてポンプキャビティ１２内へ引き込まれる。

入口弁および出口弁は、流体中の圧力スパイクを最小限に抑える方法で作動される。ポンプキャビティ１２を充填から空に変えるときには、出口弁は、流体が駆動チャンバ２６内へ流入できるように弁３２が作動される前に開かれる。このようにすると、流れが始まる前に出口弁が開放するので、普通なら血液中に陽圧スパイクをもたらし得る、出口弁が開くのに要する短い時間にわたる、出口１６の外への流れに抗する抵抗がない。

ポンプキャビティ１２を空から充填に変えるときには、入口弁は、流体が駆動チャンバ２６から流出できるように弁３２が作動される前に開かれる。このようにすると、膜１０が凹状面８から離れるように移動し始めるので、普通なら血液中に陰圧スパイクをもたらし得る、入口弁が開くのに要する短い時間にわたる、入口１４を介したポンプキャビティ１２内への流入に抗する抵抗がない。

入口弁および出口弁は、膜１０が陥凹部８に隣接し、あるいは凹状面２２に隣接する膜１０の移動の一方の末端にあるときに、閉じつつある弁が閉じる前に、開きつつある弁が開くように、すなわち、両方の弁が瞬間的に開いているように、作動されてもよい。例えば、陽圧が膜１０に印加されると、膜は、陥凹部８へ向かう方向に移動し、それにより、開いた出口弁を介して血液を出口１６を通じて移動させる。膜１０が陥凹部８に達すると、入口弁が最初に開かれ、その後、出口１６の出口弁が閉じられ、次いで流体が駆動チャンバ２６から流出できるように弁３２が作動され、それにより、膜は、陥凹部８から離れて凹状面２２へ向かう方向に移動し始める。同様にして、膜１０が凹状面２２に隣接する膜１０の移動の末端に達すると、出口１６の出口弁が最初に開かれ、その後、入口１４の入口弁が閉じられ、次いで流体が駆動チャンバ２６内へ流入できるように弁３２が作動され、それにより、膜は、凹状面２２から離れて陥凹部８へ向かう方向に移動し始める。

コントローラ３４は、流体がチャンバ１２内に流入し始める際または流体がチャンバ１２から流出し始める際に、流れが最初は遅く、その後、流れが徐々に増加するように、弁３２を可変的に開放するようになっている。コントローラ３４はまた、膜１０が膜１０の移動の端部に達する際に、流体の流れが徐々に減少されて急に停止しないように、弁３２を可変的に閉じるように動作可能である。この動作方法により、赤血球の破裂を引き起こす血液中の流体ハンマが回避される。また、膜が凹状面８に近づくにつれて、血液は、減少し続ける隙間を通じて流れ、したがって、膜が単一速度で作動されれば、流れが加速し、それにより、赤血球に作用する流体剪断が増大することになる。ストロークの終わりで膜の速度を低下させると、任意の剪断力の程度が低下され、したがって、血液損傷をあまり引き起こさない。

図２は、キャビティ内へ流入するとともにキャビティから流出する流体の流量のプロファイルを示し、ここで、ｔは時間であり、Ｆｌは流量である。

第２の実施形態において、血液ポンプは、使い捨てできるポンプカートリッジを備える使い捨て血液ポンプである。

以上の説明は、特許請求の範囲に記載される発明を達成する単なる１つの方法にすぎず、他の方法が当業者に明らかであり、例えば、本発明の範囲から逸脱することなく、比例弁３２をパルス幅変調式弁と置き換えることができる。

Claims (14)

1. 表面を有する陥凹部を内側に有するとともに、前記陥凹部を覆う可撓性膜を有するカートリッジであって、前記陥凹部と前記可撓性膜とがポンプチャンバを形成し、前記ポンプチャンバが入口と出口とを有し、前記可撓性膜が、前記表面から離間される第１の位置であって、前記位置では前記ポンプチャンバが最大容積を有する第１の位置と、前記表面にほぼ隣接する第２の位置であって、前記第２の位置では前記ポンプチャンバが最小容積を有するようになっている第２の位置との間で移動できる、カートリッジと、
   前記カートリッジと相互作用するように配置されるポンプドライバ機構であって、前記ポンプドライバ機構が、使用中に血液を前記ポンプチャンバから送出するために、前記可撓性膜を前記陥凹部に第１の方向で移動させるようになっているとともに、使用中に血液を前記ポンプチャンバ内へ引き込むために、前記可撓性膜を前記陥凹部から離れるように第２の方向で移動させるようになっている、ポンプドライバ機構と
   を備え、
   前記ポンプドライバ機構が、前記可撓性膜が前記陥凹部の前記表面に近づくにつれて前記可撓性膜が移動している速度が減少するように、前記可撓性膜の前記第１の方向への移動を制御する、血液ポンプ。
2. 前記ポンプドライバ機構が、前記可撓性膜が前記第１の位置に近づくにつれて前記可撓性膜の速度が減少されるように、前記可撓性膜の前記第２の方向への移動を制御する、請求項１に記載の血液ポンプ。
3. 前記ポンプドライバ機構が、前記可撓性膜の速度が前記第１の位置での静止状態から徐々に増加されるように、前記可撓性膜の前記第１の方向への移動を制御する、請求項１または２に記載の血液ポンプ。
4. 前記ポンプドライバ機構が、前記可撓性膜の速度が前記第２の位置での静止状態から徐々に増加されるように、前記可撓性膜の前記第２の方向への移動を制御する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の血液ポンプ。
5. 前記可撓性膜の移動を制御するために前記ポンプドライバ機構を制御するように構成されるコントローラを更に備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の血液ポンプ。
6. 前記ポンプドライバ機構が、前記可撓性膜を前記第１の位置と前記第２の位置との間で移動させるために前記可撓性膜に対して流体圧を印加するための駆動流体を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の血液ポンプ。
7. 前記ポンプドライバ機構が、前記可撓性膜を前記第１の方向に移動させるために第１の圧力を印加するとともに、前記可撓性膜を前記第２の方向に移動させるために第２の、より低い圧力を印加するようになっている、請求項６に記載の血液ポンプ。
8. 前記可撓性膜への前記駆動流体の流れを変えるために前記コントローラによって制御される弁手段を更に備える、請求項７に記載の血液ポンプ。
9. 前記入口内の血液入口弁と、前記出口内の血液出口弁とを更に備え、前記血液入口弁および前記血液出口弁がコントローラによって制御され、前記コントローラが、前記可撓性膜が前記第１の方向に移動されるときに前記血液入口弁が閉じられて前記血液出口弁が開かれ、前記可撓性膜が前記第２の方向に移動されるときに前記血液入口弁が開かれて前記血液出口弁が閉じられるように、前記血液入口弁および前記血液出口弁を開閉するべく構成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の血液ポンプ。
10. 前記可撓性膜が前記可撓性膜の前記第１の方向への移動を完了するときには、前記可撓性膜の前記第２の方向への移動を開始するに先立って、前記血液出口弁が閉じられる前に前記血液入口弁が開かれる、請求項８に記載の血液ポンプ。
11. 前記可撓性膜が前記可撓性膜の前記第２の方向への移動を完了するときには、前記可撓性膜の前記第１の方向への移動を開始するに先立って、前記血液入口弁が閉じられる前に前記血液出口弁が開かれる、請求項８に記載の血液ポンプ。
12. 前記血液出口弁が、前記可撓性膜が前記第１の方向への移動を始める前に開かれる、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の血液ポンプ。
13. 前記血液入口弁が、前記可撓性膜が前記第１の方向への移動を始める前に開かれる、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の血液ポンプ。
14. 前記血液ポンプが使い捨てできる、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の血液ポンプ。

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