JP2018522600A - 媒体をポンプにより搬送する方法、並びにロータ、ケーシングおよび駆動部を備えるポンプ - Google Patents

Abstract

本発明は、血液またはプライミング液を媒体として血液ポンプにより搬送する方法に関するものであり、当該方法では、ポンプへの供給管内において、該ポンプ内において、または該ポンプで媒体中のガスが測定され、ポンプ出力が測定されたガスに応じて短時間高められる。さらに本発明は、ロータ、ケーシングおよび駆動部を備える血液ポンプ、とりわけ遠心ポンプまたは斜流ポンプに関するものであり、該ポンプは、ガスの検知の際に駆動部に作用するガス検出器を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、血液またはプライミング液を媒体として血液ポンプにより搬送する方法、並びにロータ、ケーシングおよび駆動部を備えるポンプに関する。

ポンプ、とりわけ遠心ポンプまたは斜流ポンプが、医療技術分野では血液を搬送するために使用される。これらのポンプは、ローラーポンプに対して血液を傷付けないという格段の利点を有する。遠心ポンプの欠点は、遠心ポンプに達する空気をさらに搬送できないことである。空気は多くの場合、ロータで捕捉され、遠心ポンプの能力を損なう。それどころかロータベアリングに過熱が発生することがあり、これは血液ポンプおよび血液の損傷を引き起こし得る。

大型のロータリーポンプに関しては非特許文献１に、ポンプは特定の搬送流に合わせて制御することができ、この場合ガス気泡は必然的に搬送能力を高める、と記載されている。この種の制御は、血液ポンプの場合、ポンプ内にガスがあると搬送能力が高まり、血液の損傷を引き起こすこととなる。

Johann Friederich Guellich著: Kreiselpumpen. 3. Auflage. Heidelberg: Springer, 2010. 298, 680-681, 772-780. ISBN 978-3-642-05478-5

本発明の基礎とする課題は、とりわけ遠心ポンプまたは斜流ポンプのような血液ポンプにより媒体を搬送する方法を提案し、この方法によりこの種の損傷が排除されるようにすることである。さらに本発明の基礎とする課題は、上位概念によるポンプを、この種の損傷を最早恐れる必要がないようにさらに発展することである。

この課題は、方法技術的観点において請求項１の構成要件により、装置的観点において請求項１８の構成要件により解決される。

回転数の上昇によりポンプの出力を短時間上昇させるだけで、ロータベアリングの領域に集積する気泡を外へ遠心分離するのに十分であり、これによりこの気泡が血液の流れと共にポンプから外部に搬送されることが判明した。したがって、搬送される媒体中でガスを測定し、測定されたガスに応じてポンプの出力を短時間だけ上昇させることが提案される。これにより、出力低下またはポンプ損傷を引き起こし得るガス混入を早期に識別し、短時間の速度上昇によりポンプブレードの加速を介して、集積したガス気泡を外部に遠心分離することが可能であり、またはガスの集積を早めに回避することが可能である。

本発明の方法は、流体がロータにより駆動され、流入部から流出部に搬送される何れのポンプに対しても使用することができる。好ましくは本方法は、遠心ポンプまたは斜流ポンプにおいて使用するために用いられる。

ポンプないし血液流においてパルス状のモードが特に有利である。これにより容積流量が低下する短時間の間に、空気はロータから解離する可能性を獲得する。血液流の上昇による引き続く衝撃が気泡を、血液流出部を通してポンプから搬出する。これにより簡単にポンプには空気がなくなる。

早期にガス混入に対応できるようにするため、ガスはポンプへの供給管内で測定することができる。測定装置は、ガス気泡の特異的な直径に合わせて調整することができる。この特異的な直径とは、この直径の気泡はポンプ内に付着する恐れがあるような直径である。さらに測定では、時間にわたって累積的に血液ポンプに供給される血液容積を加算することができる。これにより所定の限界値からポンプの出力を短時間上昇させ、これによりポンプ内に集積した空気をポンプから搬出することができる。

択一的にまたは追加的に、ガスはポンプ内において、またはポンプにおいて、例えばポンプケーシングにおいて測定されることが提案される。このことは、臨界量を上回る際にこれに対してポンプ出力の上昇により対応するために、実際にポンプに付着するガス量の検出を容易にする。

ポンプ出力の上昇はとりわけ遠心力を引き起こし、この遠心力は血液だけでなく、血液ポンプに集積するガスも半径方向で外側に遠心分離し、通流する血液と共に連れ去って行く。さらに通常は、ポンプ出力を短時間だけ高めることで十分である。したがって血液ポンプとして、最大１０，０００回転／分の回転数において約０から８リットル／分を搬送するポンプが提案される。

実験により、ポンプ出力を５秒未満の時間、好ましくは２秒までの時間の間、上昇する場合で十分であることが示された。それぞれの出力上昇により、出力上昇の時間は０秒より大きくなる。実際には出力上昇の時間は０．１秒超であり、約０．１から２秒である。

出力上昇の持続時間の他に、可及的に短い時間内で容積流量の上昇によりガス集積を遠心ポンプから除去するためには、特にポンプ出力の上昇の勾配も重要である。したがってポンプ出力を５秒未満の時間内で、好ましくは２秒までに１００％まで上昇することが提案される。すなわち、ポンプ出力は好ましくは、強力な加速により血液をポンプから搬出するために２秒未満の時間内で２倍の出力まで上昇すべきである。

とりわけこの種の加速を達成するために、かつ搬送される媒体が過度の大きな出力付与によって損傷しないようにするために、上昇の前にポンプ出力を低下することが提案される。上昇前の短時間の低下により、短時間の間の優しい出力上昇が可能になる。それぞれの出力低下により、出力低下の時間は０秒超となる。実際には出力低下の時間は０．１秒超であり、約０．１から２秒である。

出力を上昇する際の動的特性に対応して、上昇の前に出力を急速に低下するとことも有利である。したがってポンプ出力を上昇前に、５秒未満の時間内で、好ましくは２秒までに１００％まで低下することが提案される。これにより短時間のまたは時間的に制限されたパルス状の動作が発生する。

簡単な方法技術的制御では、ポンプ出力をガス混入の検知の際に上昇する。しかしこのことは、多数の小さいガス気泡がある場合には、ポンプ出力を短い間隔で相次いで繰り返し上昇させることを引き起こし得る。したがって、所定のガス量の検知後にポンプ出力を高めることが有利な変形形態として提案される。この所定のガス量は、１つのガス気泡だけにより一度に供給されるガス量とすることができる。または比較的に長期の測定方法の場合では、積算加算されたガス量とすることができる。

とりわけ検知が血液ポンプに対して離れた供給管内で行われる場合、検知器からポンプのロータに達するのに媒体が必要とする時間に相当する時間の後にポンプ出力を上昇すると有利である。したがってロータの加速は、ガス気泡がほぼロータの領域に達する瞬間に行われる。

ガスがポンプ内に集積するのを可能にし、血液ポンプのパルス状の使用頻度を低減するために、最初にガス混入が検知されてから所定時間が経過した後に初めてポンプ出力を上昇することが提案される。この時間は例えば３秒超とすることができ、約５から３０秒とすることができる。

ガス気泡をポンプから駆逐するためには、一度だけの上昇、または好ましくは一度だけの低下とこれに続く容積流量の上昇で十分であり得る。しかし有利にはこの過程は、複数回、相前後して行われる。この場合は、パルス状のポンプ出力と呼ばれる。したがってポンプ出力を、３秒超、好ましくは５秒超の時間にわたってパルス状に制御すると有利である。

１つのポンプにおいてポンプ出力がパルス状に変化される場合、これはパルス状の駆動と呼ばされる。ちょうどポンプに液状媒体を充填する間に、ガス混入の危険性が高まる。したがってプライミングの間、ポンプをパルス状に駆動することが提案される。

ポンプまたは供給管内でガスを検知するために種々の方法がある。ガスまたは空気の封入を検出するためには、例えば容量性センサ、抵抗センサ、熱電対、マルチメータ、超音波センサまたは磁気誘導センサが適する。とりわけ無接触で測定するセンサが適する。血液ポンプとの接続部で使用するのに特によく適するためには、検出器は少なくとも０．２ｍｌ、好ましくは少なくとも０．１ｍｌ、例えば０．５ｍｌを検出できることが望まれる。

ポンプの出力に対するポンプの入力を測定することによる、ガスの検知のための間接的な方法が提供される。例えば搬送される媒体の容積流量が減少し、かつポンプでの消費電流が上昇すると、これはガスがポンプ内部に集積していることに対するサインである。通常、容積流量は一定に保持すべきであるから、ポンプ内部でのガス集積を推定するためには、ポンプの入力の上昇を検知すれば十分である。

択一的にまたは追加的に、ロータベアリングの温度を測定することによりガスを検知することが提案される。ロータベアリングの温度の上昇もガス集積を示唆する。

構造的に本発明の基礎となる課題は、ロータ、ケーシングおよび駆動部を備える遠心ポンプであって、この遠心ポンプは、ガスの検知の際に駆動部に作用するガス検出器を有する、ことによって解決される。

この検出器は、ポンプの供給管内に配置するか、またはポンプのケーシング内ないしケーシングに配置することができる。択一的にまたは追加的に、検出器をロータまたはロータ支承部に配置することが提案される。

検出器の有利な構成では、検出器は容量性センサである。この種のセンサは、媒体と接触することなく液体媒体中のガスを測定することができる。

センサと血液ポンプとが、センサの故障時にはポンプが通常動作で駆動されるように接続されていると有利である。これによりポンプは、センサの故障時に持続的にパルス状に駆動されない。このことは、媒体の搬送時にセンサが信号を送信せず、空気混入の際に信号を送信することによって達成される。

本発明の血液ポンプの種々の実施例が図面に示されており、以下、詳細に説明する。

制御部を備えるポンプ頭部の概略図である。 図１に示したポンプ頭部の概略的平面図である。 図１に示したポンプ頭部の概略的断面図である。

図１に示したポンプ１は斜流ポンプである。なぜなら搬送媒体がポンプ軸に対して斜めにホイールから流出するからである。ポンプの構造に応じてホイールの搬送角を変化することができる。これによりそれぞれの適用に適合するためにポンプを全体スペクトルにおいて半径方向から軸方向まで構成することができる。しかしポンプ１は、中央で入口２に流入する血液をロータ３によって出口４に搬送するために主に半径方向に搬送成分を有する。

ここで血液５はケーシング６を通って流れ、一方、駆動部７はロータ３を運動させるためにロータ３の磁石８，９に無接触で作用する。ロータ３は、ボール１０によりピン１１上に支承されている。ピン１１内には金属円錐体１２が配置されており、この金属円錐体は熱をボール１０からケーシングのベース面１３に伝導する。

血液入口２は、本例ではチューブ１５として構成された供給管１４を形成する。このチューブ１５には容量性スイッチセンサ１６が検出器として設けられている。容量性スイッチセンサ１６は、線路１７を介してポンプ制御部１８と接続されており、ポンプ制御部はさらに線路１９を介してロータ３の駆動部７と接続されている。さらに制御部１８はさらなる線路２０を有し、これを介して制御部の値が上位の装置（図示せず）に通知され、そこから制御および調整パラメータが取り出される。制御部は例えばポンプコンソールに設けられている。

オプションとしてのさらなる容量性スイッチセンサ２１が、検出器として、ポンプケーシング６において空気混入を測定し、線路２２を介してこれを制御部１８に通知する。

第３のオプションの検出器として、ケーシング６のベース面１３にある温度測定装置２３が用いられ、この検出器は、金属円錐体１２において温度を取り出すことによりベアリング１０，１１の温度を測定する。この値も線路２４を介して制御部１８にさらに出力することができる。

本例では血液５である媒体と共にガス気泡２５が血液ポンプ１のケーシング６に達する場合、このガス気泡２５をすでにチューブ１５の通過時に検出器１６によって検出することができる。このガス気泡２５を発見するためのさらなる手段を、さらなる容量性スイッチセンサ２１が提供する。ガス気泡が中央でロータ３の支承部の軸の領域に集積すると、これによりポンプ出力が低下し、これを制御部１８は検出することができる。さらに支承部において、温度測定装置23により検出される温度が変化する。

本例では空気集積がピン１１とロータ３の内部領域との間に生じ得る。この空気集積はそこにおいて容量性センサによって検出することができる。そこで捕捉された気泡は、これがそれ以上、出口４にさらに搬送されないように捕まえておくことができる。

そしてパルス状のモードないし血流が制御部１８により駆動部７においてスイッチオンされると、空気は低速の流れの短時間の間にロータから解離する可能性を獲得する。引き続く衝撃は、血液出口４を通してポンプ１から気泡を搬出する。これにより血液ポンプには再び空気がなくなる。有利には、約５から３０秒のパルス状の駆動の全体持続時間に対して低下は０．１から２秒にわたり、上昇は０．１から２秒にわたる。

実際には、出口４から続いて患者に至る管路（図示せず）には多くの場合、すでに気泡検出器の組み込まれた流量センサが、例えばクランプ・オン・トランスデューサＩＰＸ４として存在する。患者を脅かさないようにするため、このセンサはさらに患者に向けて配置すべきである。第２のセンサはポンプ１の直ぐ前方に配置することができる。このセンサが気泡を識別すると、システムは固定的に調節された拍動を形成することができ、これによりロータにある空気をケーシングから搬送する。通常、血液は空気と共にさらに酸素付加器に導かれ、そこで空気は最終的に漏出することができる。空気を駆逐するための拍動は、実施例では１０秒に調節されている。

供給管チューブに設けられたクランプ・オン・センサの代わりに、容量性センサ１６をポンプケーシングの表面に配置することができる。この種の容量性スイッチは誘電率の変化を検出し、この変化をスイッチ信号に変換する。例えば空気が５秒超、ロータの領域に存在すると、ポンプ１のパルス状の駆動モードを実行することができる。ここでスイッチ機能は、空気が存在する場合にセンサが作動し、通常の駆動では切りであるようにするのが望ましい（スイッチ機能「オープナー」イエス）。これにより故障の場合には、センサが持続的にパルス状に制御されるというリスクに対抗作用される。

Claims (20)

1. 血液またはプライミング液を媒体として血液ポンプ（１）により搬送する方法であって、
   ポンプへの供給管内において、該ポンプ内において、または該ポンプにおいて媒体（５）中のガスが測定され、ポンプ出力が測定されたガスに応じて短時間、上昇される、ことを特徴とする方法。
2. 請求項1に記載の方法において、
   前記ポンプ（１）は、遠心ポンプまたは斜流ポンプである、ことを特徴とする方法。
3. 請求項1または2に記載の方法において、
   ポンプ出力は、5秒未満の時間の間、好ましくは０から２秒、とりわけ０．１から２秒の時間の間、上昇される、ことを特徴とする方法。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の方法において、
   ポンプ出力は、５秒未満の時間内で、好ましくは０から2秒、とりわけ０．１から２秒の時間内で１００％まで上昇される、ことを特徴とする方法。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の方法において、
   ポンプ出力は、上昇の前に低下される、ことを特徴とする方法。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の方法において、
   ポンプ出力は、上昇の前に5秒未満の時間内で、好ましくは０から2秒、とりわけ０．１から２秒の時間内で１００％まで低下される、ことを特徴とする方法。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の方法において、
   ポンプ出力は、ガス混入の検知の際に上昇される、ことを特徴とする方法。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の方法において、
   ポンプ出力は、所定のガス量の検知後に上昇される、ことを特徴とする方法。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の方法において、
   ポンプ出力は、検出器（１６）からポンプ（１）のロータ（３）に達するのに媒体（５）が必要とする時間に相当する時間の後に上昇される、ことを特徴とする方法。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の方法において、
    ポンプ出力は、最初のガス混入の検知に続いて所定時間（例えば３秒超の時間）が経過した後に上昇される、ことを特徴とする方法。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法において、
    ポンプ出力は、3秒超の時間にわたり、好ましくは５秒超の時間にわたりパルス状に制御される、ことを特徴とする方法。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法において、
    ポンプ（１）は、プライミングの間、パルス状に駆動される、ことを特徴とする方法。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法において、
    ポンプの出力に対するポンプ（１）の入力を測定することによりガス（２５）が検知される、ことを特徴とする方法。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法において、
    ロータ（３）のベアリング（１０，１１）の温度を測定することによりガス（２５）が検知される、ことを特徴とする方法。
15. ロータ（３）、ケーシング（６）および駆動部（７）を備える血液ポンプ（１）、とりわけ遠心ポンプまたは斜流ポンプにおいて、
    該ポンプは、ガス（２５）の検知の際に駆動部（７）に作用するガス検出器（１６，２１，２３）を有する、ことを特徴とする血液ポンプ。
16. 請求項１５に記載の血液ポンプにおいて、
    前記検出器（１６）は、ポンプ（１）への供給管（２）内に配置されている、ことを特徴とする血液ポンプ。
17. 請求項１５または16に記載の血液ポンプにおいて、
    前記検出器（２１）は、ポンプ（１）のケーシング（６）内ないしケーシングに配置されている、ことを特徴とする血液ポンプ。
18. 請求項１５から１７のいずれか一項に記載の血液ポンプにおいて、
    前記検出器（２３）は、ロータ（３）またはロータ支承部（１０，１１）に配置されている、ことを特徴とする血液ポンプ。
19. 請求項１５から１８のいずれか一項に記載の血液ポンプにおいて、
    前記検出器（１６，２１）は、無接触測定センサである、ことを特徴とする血液ポンプ。
20. 請求項１５から１９のいずれか一項に記載の血液ポンプにおいて、 前記検出器（１６，２１，２３）のセンサは、媒体の搬送時には信号を送信せず、空気混入の際に信号を送信する、ことを特徴とする血液ポンプ。

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