JP2020074912A - 遠心ポンプ制御装置、遠心ポンプ及び遠心ポンプ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】血液循環装置において、安定して送血制御することが可能な遠心ポンプ制御装置、遠心ポンプ及び遠心ポンプ制御方法を提供すること。【解決手段】血液循環装置に用いられる遠心ポンプにおいて、遠心ポンプ本体の回転駆動を制御する遠心ポンプ制御装置であって、前記遠心ポンプ本体に出力する制御量を算出する遠心ポンプ制御量算出部を備え、前記遠心ポンプ制御量算出部は、前記遠心ポンプ本体の駆動回転数を増減することにより前記血液循環装置における送血流量を設定された目標送血流量に近づける送血流量制御モードを備え、前記送血流量制御モードにおいて、前記送血流量と前記目標送血流量とから算出される送血流量差の大きさに基づいて、前記遠心ポンプ本体に対する駆動回転数の変動速度を制御することを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、血液循環装置に用いられる遠心ポンプを制御するための遠心ポンプ制御装置、遠心ポンプ及び遠心ポンプ制御方法に関する。

周知のように、心臓手術等において、必要に応じて人工心肺や補助循環等の血液循環装置が広く使用されている。
血液循環装置は、例えば、脱血した血液をリザーバに貯留し、リザーバに貯留した血液を送血ポンプによって人工肺に送血して、その後、人工肺から人体（患者）に送血するようになっている。送血ポンプとしては、例えば、ローラポンプや遠心ポンプが用いられている（例えば、特許文献１、２参照。）。

人工心肺装置に送血ポンプとして遠心ポンプを用いる場合、送血する際の送血負荷（人体における末梢抵抗等）によって送血流量が変動する。したがって、遠心ポンプは、ローラポンプのように、回転数に基づいて一定の送血流量で送血することは困難である。そのため、送血流量センサによって送血流量を確認しながら、回転数を手動で調整する回転数調整制御による送血制御が一般的である。

回転数調整制御による送血は、操作に高度な知識、技術が必要なことから、例えば、医師の指示に基づいて、臨床工学技士が手動で遠心ポンプの駆動回転数を調整することが一般的である。

一方、近年、回転数調整制御とともに、人工心肺装置に流れる血液の送血流量を送血流量センサによって検出し、検出した送血流量に基づいて、予め設定した目標送血流量に自動で調整して送血させる送血流量制御が普及しつつある。

また、送血流量制御で送血する血液循環装置は、状況に応じて手動で回転数調整により送血する必要が生じる場合があり、送血流量制御に加えて回転数調整制御が可能とされていることが一般的である。そして、回転数制御は、アナログボリュームの設定位置に応じた駆動回転数で遠心ポンプを駆動する。

特開２００４−１８７９４２号公報 特開２００６−３２５７５０号公報

しかしながら、遠心ポンプによる送血量制御は、実際の送血流量と目標とする送血流量との送血流量差（送血流量の乖離）が生じることを前提とするものであり、安定した送血にはこの送血流量差を小さくすることが必要である。

また、送血流量制御と回転数調整制御が可能な血液循環装置では、送血制御を、送血流量制御から回転数調整制御に切換えた場合に、遠心ポンプの駆動回転数がアナログボリュームの設定と適合していないと、遠心ポンプの駆動回転数が急に変動してスムースな切換えが困難であるという問題があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、血液循環装置において安定して送血制御することが可能な遠心ポンプ制御装置、遠心ポンプ及び遠心ポンプ制御方法を提供することを目的とする。
具体的には、送血流量制御において、送血流量がオーバーシュートするのを抑制しつつ送血流量を短時間で目標送血流量に近づけること、送血流量制御から回転数調整制御にスムースに切換わることが可能とされ、回転数調整制御において安定して送血すること、の少なくともいずれか一方を可能とすることを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に記載の発明は、血液循環装置に用いられる遠心ポンプにおいて、遠心ポンプ本体の回転駆動を制御する遠心ポンプ制御装置であって、前記遠心ポンプ本体に出力する制御量を算出する制御量算出部を備え、前記制御量算出部は、前記遠心ポンプ本体の駆動回転数を増減することにより前記血液循環装置における送血流量を設定された目標送血流量に近づける送血流量制御モードを備え、前記送血流量制御モードにおいて、前記送血流量と前記目標送血流量とから算出される送血流量差の大きさに基づいて、前記遠心ポンプ本体に対する駆動回転数の変動速度を制御することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、血液循環装置に用いられる遠心ポンプにおいて、遠心ポンプ本体の回転駆動を制御する遠心ポンプ制御方法であって、前記遠心ポンプ本体の駆動回転数を増減することにより前記血液循環装置における送血流量を設定された目標送血流量に近づける送血流量制御モードにおいて、前記送血流量と前記目標送血流量とから算出される送血流量差の大きさに基づいて、前記遠心ポンプ本体に対する駆動回転数の変動速度を制御することを特徴とする。

この発明に係る遠心ポンプ制御装置、遠心ポンプ制御方法によれば、遠心ポンプ本体の駆動回転数を増減することにより血液循環装置における送血流量を設定された目標送血流量に近づける送血流量制御モードにおいて、送血流量と目標送血流量とから算出される送血流量差の大きさ（送血流量と目標送血流量との乖離）に基づいて、遠心ポンプ本体に対する駆動回転数の変動速度を制御するので、送血流量制御において、送血流量がオーバーシュートするのを抑制しつつ送血流量を短時間で目標送血流量に近づけることができる。
その結果、遠心ポンプを備えた血液循環装置において安定した送血制御を行うことができる。

ここで、駆動回転数の変動速度とは、駆動回転数が単位時間あたりに変化する変動量（例えば、（ｒｐｍ／ｓｅｃ））をいう。
また、送血流量差の大きさに基づいて遠心ポンプ本体に対する駆動回転数の変動速度を制御するとは、例えば、送血流量差が予め設定した送血流量差（設定流量差）より大きくなった場合に増減した変動速度により駆動回転数を増減させることのほか、送血流量差を予め設定した演算式に代入して算出した変動速度によって駆動回転数を増減させること、また、血液循環装置の状態に応じて送血流量差に基づいて算出される変動速度によって駆動回転数を増減させること等を含むものとする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の遠心ポンプ制御装置であって、前記制御量算出部は、前記送血流量差が、設定した送血流量差より大きくなった場合に、前記遠心ポンプ本体に対する駆動回転数の変動速度を大きくすることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の遠心ポンプ制御方法であって、前記送血流量差が、設定した送血流量差より拡大した場合に、前記遠心ポンプ本体に対する駆動回転数の変動速度を大きくすることを特徴とする。

この発明に係る遠心ポンプ制御装置、遠心ポンプ制御方法によれば、送血流量差が設定した送血流量差より大きくなった場合に、遠心ポンプ本体に対する駆動回転数の変動速度を大きくするので、簡単な構成により安定した送血流量制御を実現することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の遠心ポンプ制御装置であって、
送血制御モード切換部と、操作開始位置からの変位量と、操作開始位置から変位した時間と、の少なくともいずれかに基づいて操作信号を出力する操作信号入力器と、を備え、前記制御量算出部は、前記操作信号入力器から入力された操作信号に基づいて、前記遠心ポンプ本体の駆動回転数を調整する回転数制御モードを備え、前記送血制御モード切換部によって、前記送血流量制御モードから前記回転数制御モードに切換えられた際に、前記遠心ポンプ本体の前記送血流量制御モードにおける駆動回転数を基準として、前記操作信号入力器から入力された操作信号に基づいて前記遠心ポンプ本体の駆動回転数を増減することを特徴とする。

この発明に係る遠心ポンプ制御装置によれば、送血流量制御モードにおける遠心ポンプ本体の駆動回転数に関わりなく、送血流量制御モードから回転数制御モードにスムースに切換えることができる。また、回転数制御における遠心ポンプ本体の回転駆動を安定して調整することができる。
その結果、遠心ポンプを備えた血液循環装置において安定した送血制御を行うことができる。

ここで、操作開始位置からの変位量に基づいて操作信号を出力する操作信号入力器としては、例えば、つまみの回転角度に応じて出力されるパルス信号に応じて操作量を出力するエンコーダや、スティックの傾き角度に応じて操作量を出力するジョイスティック等をいい、操作開始位置から変位した時間に基づいて操作信号を出力する操作信号入力器としては、例えば、つまみの回動、スティックの傾動、（＋）と（−）のいずれかの押動作等により増減指示が可能とされ、その増減指示が行われている操作時間に応じて操作量を出力するスイッチ等、上記変動量と出操作時間の双方に応じた操作量が出力される機器等、種々の入力機器を適用することが可能である。

請求項４に記載の発明は、血液循環装置に用いられる遠心ポンプにおいて、遠心ポンプ本体の回転駆動を制御する遠心ポンプ制御装置であって、前記遠心ポンプ本体に出力する制御量を算出する制御量算出部と、送血制御モード切換部と、操作開始位置からの変位量と、操作開始位置から変位した時間と、の少なくともいずれかに基づいて操作信号を出力する操作信号入力器と、を備え、送血制御モード切換部によって、前記遠心ポンプ本体の駆動回転数を増減することにより前記血液循環装置における送血流量を、設定された目標送血流量に近づける送血流量制御モードから、前記操作信号入力器から入力された操作信号に基づいて、前記遠心ポンプ本体の駆動回転数を調整する回転数制御モードに、切換えられた際に、前記制御量算出部は、前記遠心ポンプ本体の前記送血流量制御モードにおける駆動回転数を基準として、前記操作信号入力器から入力された操作信号により前記遠心ポンプ本体の駆動回転数を増減することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、血液循環装置に用いられる遠心ポンプにおいて、遠心ポンプ本体の回転駆動を制御する遠心ポンプ制御方法であって、前記遠心ポンプ本体の駆動回転数を増減することにより前記血液循環装置における送血流量を設定された目標送血流量に近づける送血流量制御モードから、操作信号入力器から入力された操作信号に基づいて、前記遠心ポンプ本体の駆動回転数を調整する回転数制御モードに、切換えた際に、前記回転数制御モードにおいて、操作開始位置からの変位量と、操作開始位置から変位した時間と、の少なくともいずれかに基づいて操作信号を出力する操作信号入力器を用いて、前記遠心ポンプ本体の前記送血流量制御モードにおける駆動回転数を基準として、前記操作信号入力器から入力された操作信号により前記遠心ポンプ本体の駆動回転数を増減することを特徴とする。

この発明に係る遠心ポンプ制御装置、遠心ポンプ制御方法によれば、遠心ポンプ本体の駆動回転数を増減することにより送血流量を目標送血流量に近づける送血流量制御モードから、操作信号入力器から入力された操作信号に基づいて遠心ポンプ本体の駆動回転数を調整する回転数制御モードに切換えた際に、回転数制御モードにおいて、操作開始位置からの変位量と、操作開始位置から変位した時間と、の少なくともいずれかに基づいて操作信号を出力する操作信号入力器を用いて、遠心ポンプ本体の送血流量制御モードにおける駆動回転数を基準として、操作信号入力器から入力された操作信号により遠心ポンプ本体の駆動回転数を増減するので、送血流量制御モードにおける遠心ポンプ本体の駆動回転数に関わりなく、回転数制御モードにスムースに切換えることができる。また、回転数制御における遠心ポンプ本体の回転駆動を安定して調整することができる。

請求項５に記載の発明は、遠心ポンプであって、請求項１〜４のいずれか一項に記載の遠心ポンプ制御装置と、前記遠心ポンプ本体と、を備えることを特徴とする。

この発明に係る遠心ポンプ制御装置、遠心ポンプ、遠心ポンプ制御方法によれば、遠心ポンプを備えた血液循環装置において安定して送血制御することができる。

本発明の第１実施形態に係る遠心ポンプを用いた人工心肺装置の概略構成を説明する回路図である。 第１実施形態に係る遠心ポンプの制御部の概略構成を説明するブロック図である。 第１実施形態に係る遠心ポンプの送血制御モード切換手順の一例を説明するフローチャートである。 第１実施形態に係る遠心ポンプの制御パターン設定手順の一例を説明するフローチャートである。 第１実施形態に係る遠心ポンプの送血流量制御モードにおける遠心ポンプ制御量算出の一例を説明するフローチャートである。 第１実施形態に係る遠心ポンプの回転数制御モードにおける遠心ポンプ制御量の算出手順の一例を説明するフローチャートである。

＜第１実施形態＞
以下、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る人工心肺装置（血液循環装置）について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る遠心ポンプを用いた人工心肺装置の概略構成を説明する回路図であり、符号１００は人工心肺装置（血液循環装置）を、符号１０７は送血流量センサを、符号１１０は遠心ポンプを、符号１１１は遠心ポンプ本体を、符号１２０は制御部（遠心ポンプ制御装置）を、符号１５０は目標送血流量設定部を、符号１６０は回転数調整部を、符号１７０は送血制御モード切換部を、符号１８０は回転数記憶部を示している。

人工心肺装置（血液循環装置）１００は、図１に示すように、例えば、脱血ライン１０１と、リザーバ１０２と、血液ライン１０３と、第１の送血ライン（送血ライン）１０４と、人工肺１０５と、第２の送血ライン（送血ライン）１０６と、遠心ポンプ１１０と、脱血レギュレータ（流量調整手段）２１０と、送血レギュレータ（流量調整手段）２２０と、を備えている。
また、遠心ポンプ１１０は、遠心ポンプ本体１１１と、制御部（遠心ポンプ制御装置）１２０と、を備えている。

また、脱血ライン１０１、リザーバ１０２、血液ライン１０３、遠心ポンプ本体１１１、第１の送血ライン１０４、人工肺１０５、第２の送血ライン１０６は、この順に接続されている。また、脱血ライン１０１には脱血レギュレータ２１０が配置され、第１の送血ライン１０４には送血レギュレータ２２０、送血流量センサ１０７がこの順に配置されている。
そして、脱血ライン１０１を介して脱血した血液は、遠心ポンプ本体１１１によって、第１の送血ライン１０４、第２の送血ライン１０６を介して患者（人体）Ｐに循環されるようになっている。

脱血ライン１０１は、例えば、ポリ塩化ビニル等の樹脂製チューブにより形成され、一端が患者Ｐに接続可能とされ、静脈から受け取った血液をリザーバ１０２に移送する。
なお、血液ライン１０３、第１の送血ライン１０４、第２の送血ライン１０６も同様に樹脂製チューブにより形成されている。

リザーバ１０２は、内部に槽を有していて、移送されてきた血液を一時的に貯留する。
血液ライン１０３は、樹脂製チューブにより構成され、上流がリザーバ１０２に接続され下流が遠心ポンプ本体１１１に接続されていて、リザーバ１０２から受け取った血液を遠心ポンプ本体１１１に移送する。

第１の送血ライン１０４は、上流が遠心ポンプ本体１１１に接続され、下流が人工肺１０５に接続されていて、遠心ポンプ本体１１１から送り出された血液を人工肺１０５に移送するようになっている。

人工肺１０５は、例えば、気体透過性に優れた中空糸膜または平膜などを備えており、血液中の二酸化炭素を排出して酸素を付加するように構成されている。
なお、人工肺１０５は、例えば、血液の温度を調整するための熱交換器が一体に形成されている。
第２の送血ライン１０６は、人工肺１０５から受け取った血液を患者Ｐの動脈に移送する。

送血流量センサ（送血流量測定手段）１０７は、例えば、超音波によって血液の流速を測定する超音波センサが用いられており、測定した送血流量信号（送血流量パラメータ信号）を制御部１２０に送るようになっている。
なお、送血流量センサ１０７は、送血流量そのものを測定する測定手段、送血流量を特定するための種々の送血流量パラメータ測定手段を含むものとする。

脱血レギュレータ２１０は、例えば、操作者が、操作部２１１を操作してクランパ２１２のクランプ量（挟込量）を調整して、脱血ライン１０１の断面積を変化させ畄ことにより脱血ライン１０１を流れる脱血流量を調整する構成とされている。
また、送血レギュレータ２２０は、操作部２２１と、クランパ２２２を備え、送血レギュレータ２２０と同様の構成とされている。

遠心ポンプ１１０は、上述のよいに、遠心ポンプ本体１１１と、制御部（遠心ポンプ制御装置）１２０と、を備えている。

遠心ポンプ本体１１１は、例えば、ＡＣサーボモータ又はＤＣサーボモータによりインペラ羽根を回転させて、リザーバ１０２に貯留された血液を、血液ライン１０３を介して吸引し、第１の送血ライン１０４を介して人工肺１０５に送血する構成とされている。
また、遠心ポンプ本体１１１は、制御部１２０から出力される制御信号により駆動回転数が増減されて送血するようになっている。

次に、図２を参照して、制御部１２０の概略構成について説明する。
図２は、第１実施形態に係る制御部（遠心ポンプ制御装置）１２０の概略構成を説明するブロック図である。

制御部（遠心ポンプ制御装置）１２０は、図２に示すように、例えば、目標送血流量設定部１５０と、回転数調整部（操作信号入力器）１６０と、送血制御モード切換部１７０と、回転数記憶部１８０と、送血流量表示部１９０とを備えている。また、制御部１２０は、送血流量センサ１０７と、遠心ポンプ本体１１１に接続されている。
また、制御部１２０は、送血制御モード切換部１７０によって、遠心ポンプ本体１２０の回転駆動を、手動操作による回転数制御モードと、自動運転による送血流量制御モードに切換えすることが可能とされている。
なお、制御部１２０の構成は任意に設定することが可能である。

また、制御部１２０は、図２に示すように、例えば、送血流量信号受付部１２１と、送血流量算出部１２２と、設定送血流量信号受付部１２３と、目標送血流量算出部１２４と、回転数調整信号受付部１２５と、送血制御切換設定部１２６と、送血流量差算出部１２７と、補正量算出部１２８と、遠心ポンプ制御量算出部１２９と、遠心ポンプ制御部１３０と、を備えている。

目標送血流量設定部１５０は、遠心ポンプ本体１１１が、送血流量モードにおいて自動運転で送血する際に目標とする送血流量（目標送血流量）を設定するための送血流量設定信号を入力する。目標送血流量設定部１５０の構成は任意に設定することが可能であり、この実施形態では、例えば、エンコーダにより構成されている。なお、例えば、アナログボリューム（可変抵抗器）やテンキー等のデジタルスイッチにより構成してもよい。

回転数調整部（操作信号入力器）１６０は、操作者が送血流量を確認しながら、送血流量を目標とする送血流量（以下、目標送血流量という場合がある）に近づけるために操作する。
この実施形態において、回転数調整部（操作信号入力器）１６０は、例えば、回転角度の変位量に応じて操作量が調整可能なエンコーダ等により構成されている。

エンコーダは、任意の周方向位置（位置）に位置されたつまみを用いて、操作を開始した時の周方向位置を基準として、つまみを回転させた回転角度の変位量に応じてパルス信号を出力して、このパルス信号のカウント数が増減することにより、操作開始位置に対する操作量の増減を出力するようになっている。

送血制御モード切換部１７０は、遠心ポンプ本体１１１の送血制御モード（送血流量制御モード、回転数制御モード）を指示するものであり、例えば、二者択一のスイッチを備えている。
なお、送血制御モード切換部１７０は、例えば、手動による切換えに換えて、タイマーによるカウントアップや人工心肺装置１００の状況に応じたパラメータ（例えば、異常を検出するためのセンサ等が検出した信号等）によって、送血制御モードを切換える構成とされていてもよい。

回転数記憶部１８０は、例えば、外部メモリ等により構成されている。そして、回転数記憶部１８０は、送血流量制御モードにおける遠心ポンプ１１１の最新の駆動回転数を逐次記憶するようになっている。

送血流量表示部１９０は、例えば、また、この実施形態では、例えば、送血制御モード（送血流量制御モード、回転数制御モード）、送血流量制御モードにおける目標送血流量、現在の送血流量、送血流量差、遠心ポンプ本体１１１の現在の駆動回転数（制御量）、駆動回転数の変動速度（増減速度）、を表示して、送血に関する情報を操作者に知らせる。
なお、送血流量表示部１９０を設けるかどうかは任意に設定することが可能であり、表示項目についても任意に設定することができる。また、送血流量モードにおける制御パターンを表示する構成としてもよい。

送血流量信号受付部１２１は、送血流量センサ（送血流量測定手段）１０７と接続されていて、送血流量センサ１０７から送られた送血流量信号（送血流速；送血流量パラメータ信号）を受け取り、送血流量算出部１２２に出力する。

送血流量算出部１２２は、送血流量信号受付部１２１から送られた送血流量信号に基づいて送血流量を算出する。具体的には、例えば、送血流量信号から算出した送血流速（流量パラメータ）と、第１の送血ライン１０４の流路断面積と、を乗じて送血流量を算出する構成とされている。
また、送血流量算出部１２２は、送血流量差算出部１２７、及び送血流量表示部１９０に、算出した送血流量を出力する。

設定送血流量信号受付部１２３は、目標送血流量設定部１５０と接続されていて、目標送血流量設定部１５０から送られた設定送血流量信号（目標とする送血流量の設定値）を受け取り、目標送血流量算出部１２４に出力する。

目標送血流量算出部１２４は、設定送血流量信号受付部１２３から送られた設定送血流量信号に基づいて、目標送血流量（目標とする送血流量）を算出するようになっている。
また、目標送血流量算出部１２４は、算出した目標送血流量を送血流量差算出部１２７と、遠心ポンプ制御量算出部１２９に出力する。

回転数調整信号受付部１２５は、回転数調整部１６０と接続されている。
また、回転数調整信号受付部１２５は、回転数調整部１６０から送られた回転数調整信号（回転数の増減量）を受け取り、遠心ポンプ制御量算出部１２９、回転数記憶部１８０、送血流量表示部１９０に出力する。

送血制御切換設定部１２６は、送血制御モード切換部１７０と接続されている。
また、送血制御切換設定部１２６は、送血制御モード切換部１７０から送られた送血制御切換信号を受け取り、送血制御モード（送血流量制御モード、回転数制御モード）を設定する。そして、制御モード設定信号を遠心ポンプ制御量算出部１２９に出力する。
送血制御切換設定部１２６における送血制御モードの設定は、例えば、図３に示す手順で行われる。

〔送血制御モード切換手順〕
以下、図３を参照して、１実施形態に係る遠心ポンプの送血制御モード切換手順の一例について説明する。図３は、第１実施形態に係る遠心ポンプの送血制御モード切換手順を説明するフローチャートである。

（１）まず、送血制御切換設定部１２６は、受け取った送血制御切換信号により、送血制御モード切換部が回転数制御モードかどうかを判断する（Ｓ１０１）。
送血制御モードが回転数制御モードである場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）はＳ１０３に移行し、送血制御モードが回転数制御モードでない場合（Ｓ１０１：Ｎｏ）はＳ１０２に移行する。
（２）送血制御切換設定部１２６は、制御モードとして送血流量制御モードを設定する（Ｓ１０２）。
（３）送血制御切換設定部１２６は、制御モードとして回転数制御モードを設定する（Ｓ１０３）。
上記Ｓ１０１からＳ１０３の処理は、遠心ポンプ１１０が回転駆動されている間、所定の周期で実施する。

送血流量差算出部１２７は、送血流量算出部１２２から受け取った送血流量と目標送血流量算出部１２４から受け取った目標送血流量に基づいて、送血流量差（目標送血流量と送血流量の差（＝目標送血流量−送血流量））を算出する。
また、送血流量差算出部１２７は、算出した送血流量差を遠心ポンプ制御量算出部１２９、送血流量表示部１９０に出力する。

制御パターン設定部１２８は、送血流量差算出部１２７から受け取った送血流量差信号に基づいて制御パターンを設定する。
この実施形態において、制御パターンは、送血流量制御モードにおいて設定され、例えば、第１制御パターン（制御パターン１）、第２制御パターン（制御パターン２）、第３制御パターン（制御パターン３）を設定する構成とされている。

制御パターン設定部１２８は、例えば、設定送血流量差Ｋ１≧送血流量差≧設定送血流量差Ｋ１である場合に制御パターン１（微調整）を設定し、送血流量差＜設定送血流量差Ｋ２である場合に送血流量を高速で増加させ制御パターン２（粗調整１）を設定し、送血流量差＞設定送血流量差Ｋ１である場合に送血流量を高速で減少させ制御パターン３（粗調整２）を設定する。
ここで、第１設定送血流量差Ｋ１、第２設定送血流量差Ｋ２は（送血流量−目標送血流量）と対比される送血流量差であり、第１設定送血流量差Ｋ１は正、第２設定送血流量差Ｋ２は負の値である。

第１制御パターンは、例えば、送血流量を微調整で目標送血流量に近づける制御パターンであり、予め設定した増減速度（駆動回転数を変動する速度）で、遠心ポンプ本体１１１の駆動回転数を増減する。

第２制御パターンは、例えば、予め設定した第１制御パターンよりも高速な粗調整１で、遠心ポンプ本体１１１の駆動回転数を増加させて、目標送血流量に近づける制御パターンである。

第３制御パターンは、例えば、予め設定した第１制御パターンよりも高速な粗調整２で、遠心ポンプ本体１１１の駆動回転数を減少させて、目標送血流量に近づける制御パターンである。
制御パターン設定部１２８における制御パターンの設定は、例えば、図４に示す手順で行われる。

〔制御モードの設定〕
（１）まず、制御パターン設定部１２６は、図４に示すように、送血流量差算出部１２７から送られた送血流量差信号を受け取る。そして、送血流量差＞第１設定送血流量差Ｋ１であるかどうかを判断する（Ｓ２０１）。
送血流量差＞第１設定送血流量差Ｋ１でない場合（Ｓ２０１：Ｎｏ）はＳ２０２に移行し、送血流量差＞第１設定送血流量差Ｋ１である場合（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）はＳ２０５に移行する。
（２）次に、制御パターン設定部１２６は、送血流量差＜第２設定送血流量差Ｋ２であるかどうかを判断する（Ｓ２０２）。
送血流量差＜第２設定送血流量差Ｋ２でない場合（Ｓ２０２：Ｎｏ）はＳ２０３に移行し、送血流量差＜第２設定送血流量差Ｋ２である場合（Ｓ２０２：Ｙｅｓ）はＳ２０４に移行する。
（３）制御パターン設定部１２６は、制御パターンを第１制御パターン（微調整）に設定する（Ｓ２０３）。
（４）制御パターン設定部１２６は、制御パターンを第２制御パターン（粗調整１、送血流量を高速で増加）に設定する（Ｓ２０４）。
（５）制御パターン設定部１２６は、制御パターンを第３制御パターン（粗調整２、送血流量を高速で減少）に設定する（Ｓ２０５）。
制御パターン設定部１２６は、上記Ｓ２０１〜Ｓ２０５の処理を、送血流量差算出部１２７から送血流量差信号が送られるごとに繰り返して実施する。

遠心ポンプ制御量算出部１２９は、例えば、目標送血流量算出部１２４から受け取った目標送血流量信号、回転数調整信号受付部１２５から受け取った回転数調整信号、制御モード設定部１２６から受け取った制御モード設定信号、送血流量差算出部１２７から受け取った送血流量差信号、制御パターン設定部１２８から受け取った制御パターン設定信号、回転数記憶部１８０から受け取った回転数記憶信号、に基づいて、遠心ポンプ１１１に出力する制御量を算出する。そして、遠心ポンプ制御量算出部１２９は、算出した遠心ポンプ制御量を、遠心ポンプ制御部１３０に出力する。

ここで、遠心ポンプ制御量算出部１２９は、例えば、送血制御切換設定部１２６から受け取った制御モード設定信号が送血流量制御モードである場合は、回転数調整信号受付部１２５から送られた回転数調整信号を受け付けずに、送血流量制御を実施する。

遠心ポンプ制御量算出部１２９は、例えば、送血流量制御モードにおける遠心ポンプ制御量を、目標送血流量算出部１２４から受け取った目標送血流量信号と、送血流量差算出部１２７から受け取った送血流量差信号と、制御モード設定部１２６から受け取った制御モード設定信号と、制御パターン設定部１２８から受け取った制御パターン設定信号に基づいて算出する。

また、遠心ポンプ制御量算出部１２９は、例えば、回転数制御モードにおける遠心ポンプ制御量を、回転数調整信号受付部１２５から受け取った回転数調整信号と、回転数記憶部１８０から受け取った回転数記憶信号に基づいて算出する。

遠心ポンプ制御量算出部１２９は、血流量制御モードにおける遠心ポンプ制御量を、例えば、図５に示す手順で算出する。
以下、図５を参照して、送血流量制御モードにおける遠心ポンプ制御量算出手順の概略について説明する。図５は、第１実施形態に係る遠心ポンプの送血流量制御モードにおける遠心ポンプ制御量算出手順の一例を説明するフローチャートである。

〔送血流量制御モードにおける遠心ポンプ制御量算出手順〕
以下、図５を参照して、送血流量制御モードにおける遠心ポンプ制御量算出手順の概略について説明する。図５は、第１実施形態に係る遠心ポンプの送血流量制御モードにおける遠心ポンプ制御量算出手順を説明するフローチャートである。
（１）まず、遠心ポンプ制御量算出部１２９は、目標送血流量算出部１２４から目標送血流量信号を受け取る（Ｓ３０１）。
（２）次いで、遠心ポンプ制御量算出部１２９は、送血流量差算出部１２４から送血流量差信号を受け取る（Ｓ３０２）。
（３）次に、遠心ポンプ制御量算出部１２９は、制御パターン設定部１２８から適用される制御パターンを受け取る（Ｓ３０３）。
（４）次いで、遠心ポンプ制御量算出部１２９は、目標送血流量算出部１２４から受け取った目標送血流量と、送血流量差算出部１２４から受け取った送血流量差と、制御パターン設定部１２８から受け取った制御パターンに基づいて、遠心ポンプ制御量を算出する（Ｓ３０４）。
（５）次に、遠心ポンプ制御量算出部１２９は、Ｓ３０４で算出した遠心ポンプ制御量（駆動回転数信号）を遠心ポンプ制御部１３０に出力する（３０５）。
（６）次いで、遠心ポンプ制御量算出部１２９は、Ｓ３０４で算出した遠心ポンプ制御量（駆動回転数）を、回転数データとして回転数記憶部１８０に出力して記憶させる（３０６）。
上記Ｓ３０１からＳ３０６の処理は、遠心ポンプ１１０が送血流量制御モードで回転駆動されている間、所定の周期で実施する。

遠心ポンプ制御量算出部１２９は、回転数制御モードにおける遠心ポンプ制御量を、例えば、図６に示す手順で算出する。
以下、図６を参照して、回転数制御モードにおける遠心ポンプ制御量算出手順の概略について説明する。図６は、第１実施形態に係る遠心ポンプの回転数制御モードにおける遠心ポンプ制御量算出手順の一例を説明するフローチャートである。

〔回転数制御モードにおける遠心ポンプ制御量算出手順〕
（１）まず、遠心ポンプ制御量算出部１２９は、回転数記憶部１８０に回転数記憶データがあるかどうかを判断する（Ｓ４０１）。回転数記憶データがある場合（Ｓ４０１：Ｙｅｓ）はＳ４０２に移行し、回転数記憶データがない場合（Ｓ４０１：Ｎｏ）はＳ４０４に移行する。
（２）次に、遠心ポンプ制御量算出部１２９は、回転数記憶部１８０から回転数記憶データを読み取る（Ｓ４０２）。
（３）回転数記憶部１８０から読み取った回転数記憶データを遠心ポンプ制御量を算出する際の基準に設定する（Ｓ４０３）。
Ｓ４０３を実行したらＳ４０５に移行する。
（４）「ゼロ」を遠心ポンプ制御量を算出する際の基準に設定する（Ｓ４０４）。
Ｓ４０４を実行したらＳ４０５に移行する。
（５）次に、遠心ポンプ制御量算出部１２９は、回転数調整信号受付部１２５から回転数調整信号を受取る（Ｓ４０５）。
（６）次いで、遠心ポンプ制御量算出部１２９は、受取った回転数調整信号に基づいて遠心ポンプ制御量を算出する（Ｓ４０６）。
遠心ポンプ制御量は、例えば、回転数記憶部１８０から受け取った回転数記憶データに、回転数調整信号受付部１２５から受け取った回転数調整信号（変動量）を加算（増減）して算出する。
上記Ｓ４０１〜Ｓ４０６の処理を、回転数制御モードで駆動される間、所定の周期で繰り返して実行する。

第１実施形態に係る遠心ポンプ１１０、遠心ポンプ制御装置１２０、遠心ポンプ制御方法によれば、送血流量制御モードにおいて、送血流量差の大きさに基づいて算出した送血ポンプ制御量に基づいて遠心ポンプ本体１１１を回転駆動するので、送血流量制御において、送血流量がオーバーシュートするのを抑制しつつ送血流量を短時間で目標送血流量に近づけること送血流量を短時間で近づけることができる。
その結果、遠心ポンプを備えた血液循環装置において安定した送血制御を行うことができる。

第１実施形態に係る遠心ポンプ１１０、遠心ポンプ制御装置１２０、遠心ポンプ制御方法によれば、送血流量差が設定した送血流量差より大きくなった場合に、遠心ポンプ本体１１１に対する駆動回転数の変動速度を大きくするので、簡単な構成により安定した送血流量制御を実現することができる。

第１実施形態に係る遠心ポンプ１１０、遠心ポンプ制御装置１２０、遠心ポンプ制御方法によれば、遠心ポンプ本体１１１の送血流量制御モードを、送血流量制御モードから回転数制御モードに切換えた際に、操作開始位置からの変位量と操作開始位置から変位した時間と、の少なくともいずれかに基づいて操作信号を出力する回転数調整部（操作信号入力器）１６０を用いて、遠心ポンプ本体１１１の送血流量制御モードにおける駆動回転数を基準として、遠心ポンプ本体１１１の駆動回転数を増減するので、送血流量制御モードにおける遠心ポンプ本体１１１の駆動回転数に関わりなく、回転数制御モードにスムースに切換えることができる。また、回転数制御における遠心ポンプ本体１１１の回転駆動を安定して調整することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。

例えば、上記実施形態においては、遠心ポンプ制御装置１２０が、送血流量制御モードと、回転数制御モードと、を備える場合について説明したが、例えば、送血流量制御モードのみを備える構成としてもよい。また、送血流量制御モード、回転数制御モード、に加えて他の送血制御モード（例えば、送血流量を脱血流量と連動させる連動送血制御モード）を備える構成としてもよい。

例えば、上記実施形態においては、送血制御切換部１７０を手動で操作することにより、送血流量制御モードから回転数制御モードに切換えられる場合について説明したが、例えば、送血制御切換部１７０が、タイマーや、外部から人工心肺装置１００における状況に基づくパラメータ等を検出して自動で切り換わる構成としてもよい。

また、上記実施形態においては、遠心ポンプ制御部１２０が、送血流量制御モードにおいて、送血流量差の大きさに基づいて駆動回転数の変動速度を調整する場合について説明したが、送血流量制御モードにおける送血制御を上記構成とするかどうか任意に設定することが可能である。

また、上記実施形態においては、遠心ポンプ制御部１２０が、操作開始位置からの変位量と、操作開始位置から変位した時間と、の少なくともいずれかに基づいて操作信号を出力する操作信号入力器を用いる場合について説明したが、操作信号入力部の構成については任意に設定することが可能であり、他の構成の操作信号入力器を適用してもよい。

また、上記実施形態においては、回転数調整部１６０として、エンコーダからなる操作信号入力器を用いる場合について説明したが、エンコーダに換えて、ジョイスティック等の操作量入力器を用いてもよいし、他の種々の操作量入力器を用いることが可能である。

また、上記実施形態においては、目標送血流量設定部１５０、回転数調整部１６０が別々である場合について説明したが、例えば、目標送血流量設定部１５０、回転数調整部１６０を、ともにエンコーダ等の、操作を開始したときの位置を基準として操作量を出力可能な操作信号入力器で構成する場合、目標送血流量設定部１５０と回転数調整部１６０を兼用する構成としてもよい。

また、上記実施形態においては、送血流量制御モードにおいて、設定送血流量差Ｋ１≧送血流量差≧設定送血流量差Ｋ１である場合に制御パターン１（微調整）を設定し、送血流量差＜設定送血流量差Ｋ２である場合に送血流量を高速で増加させ制御パターン２（粗調整１）を設定し、送血流量差＞設定送血流量差Ｋ１である場合に送血流量を高速で減少させ制御パターン３（粗調整２）を設定する場合について説明したが、送血流量制御モードにおける送血流量差の大きさに基づく送血制御は任意に設定することが可能である。例えば、制御パターン１、制御パターン２のいずれか一方、又は双方に複数の設定送血流量差を設定して複数に分割してもよい。

また、例えば、送血流量差を予め設定した演算式に代入して算出した変動速度によって駆動回転数を増減させてもよいし、また、血液循環装置の状態に応じて送血流量差に基づいて算出される変動速度によって駆動回転数を増減させてもよい。
また、送血流量制御モードにおいて、送血流量差の大きさに基づく送血制御に係る構成を備えるかどうかは任意に設定することが可能である。

また、上記実施形態においては、外部メモリからなる回転数記憶部１８０を備える場合について説明したが、回転数記憶部１８０の構成、配置、回転数記憶部１８０を備えるかどうかについては任意に設定することができる。

また、上記実施形態においては、送血流量センサ１０７として、超音波センサを用いる場合について説明したが、超音波センサに代えて、レーザ、赤外線等を用いた周知の種々の流量測定手段を用いてもよい。

また、上記実施形態においては、血液循環装置が人工心肺装置１００である場合について説明したが、血液循環装置の構成、用途については任意に設定することが可能であり、例えば、補助循環装置に適用してもよい。

また、上記実施形態においては、図２に制御部１２０の概略構成を示すブロック図の一例を示したが、制御部１２０の構成は任意に設定することが可能であり、図２に示したブロック図以外の構成としてもよい。

また、上記実施形態においては、図３〜図６に遠心ポンプ１００を制御するためのフローチャートの概略構成の例を説明したが、上記フローチャート以外の方法（アルゴリズム）を用いて制御してもよい。

この発明に係る遠心ポンプ制御装置、遠心ポンプ及び遠心ポンプ制御方法によれば、血液循環装置において、安定して送血制御することができるので、産業上利用可能である。

Ｐ 患者（人体）
１００ 人工心肺装置（血液循環装置）
１０７ 送血流量センサ（送血流量測定手段）
１１０ 遠心ポンプ
１１１ 遠心ポンプ本体
１２０ 制御部（遠心ポンプ制御装置）
１５０ 目標送血流量設定部
１６０ 回転数調整部（操作信号入力器）
１７０ 送血制御モード切換部
１８０ 回転数記憶部

Claims (8)

1. 血液循環装置に用いられる遠心ポンプにおいて、遠心ポンプ本体の回転駆動を制御する遠心ポンプ制御装置であって、
   前記遠心ポンプ本体に出力する制御量を算出する制御量算出部を備え、
   前記制御量算出部は、
   前記遠心ポンプ本体の駆動回転数を増減することにより前記血液循環装置における送血流量を設定された目標送血流量に近づける送血流量制御モードを備え、
   前記送血流量制御モードにおいて、前記送血流量と前記目標送血流量とから算出される送血流量差の大きさに基づいて、前記遠心ポンプ本体に対する駆動回転数の変動速度を制御する
   ことを特徴とする遠心ポンプ制御装置。
2. 請求項１に記載の遠心ポンプ制御装置であって、
   前記制御量算出部は、
   前記送血流量差が、設定した送血流量差より大きくなった場合に、
   前記遠心ポンプ本体に対する駆動回転数の変動速度を大きくする
   ことを特徴とする遠心ポンプ制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の遠心ポンプ制御装置であって、
   送血制御モード切換部と、
   操作開始位置からの変位量と、操作開始位置から変位した時間と、の少なくともいずれかに基づいて操作信号を出力する操作信号入力器と、
   を備え、
   前記制御量算出部は、
   前記操作信号入力器から入力された操作信号に基づいて、前記遠心ポンプ本体の駆動回転数を調整する回転数制御モード
   を備え、
   前記送血制御モード切換部によって、前記送血流量制御モードから前記回転数制御モードに切換えられた際に、
   前記遠心ポンプ本体の前記送血流量制御モードにおける駆動回転数を基準として、前記操作信号入力器から入力された操作信号に基づいて前記遠心ポンプ本体の駆動回転数を増減する
   ことを特徴とする遠心ポンプ制御装置。
4. 血液循環装置に用いられる遠心ポンプにおいて、遠心ポンプ本体の回転駆動を制御する遠心ポンプ制御装置であって、
   前記遠心ポンプ本体に出力する制御量を算出する制御量算出部と、
   送血制御モード切換部と、
   操作開始位置からの変位量と、操作開始位置から変位した時間と、の少なくともいずれかに基づいて操作信号を出力する操作信号入力器と、
   を備え、
   送血制御モード切換部によって、
   前記遠心ポンプ本体の駆動回転数を増減することにより前記血液循環装置における送血流量を、設定された目標送血流量に近づける送血流量制御モードから、前記操作信号入力器から入力された操作信号に基づいて、前記遠心ポンプ本体の駆動回転数を調整する回転数制御モードに、切換えられた際に、
   前記制御量算出部は、
   前記遠心ポンプ本体の前記送血流量制御モードにおける駆動回転数を基準として、前記操作信号入力器から入力された操作信号により前記遠心ポンプ本体の駆動回転数を増減する
   ことを特徴とする遠心ポンプ制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の遠心ポンプ制御装置と、前記遠心ポンプ本体と、を備えることを特徴とする遠心ポンプ。
6. 血液循環装置に用いられる遠心ポンプにおいて、遠心ポンプ本体の回転駆動を制御する遠心ポンプ制御方法であって、
   前記遠心ポンプ本体の駆動回転数を増減することにより前記血液循環装置における送血流量を設定された目標送血流量に近づける送血流量制御モードにおいて、前記送血流量と前記目標送血流量とから算出される送血流量差の大きさに基づいて、前記遠心ポンプ本体に対する駆動回転数の変動速度を制御する
   ことを特徴とする遠心ポンプ制御方法。
7. 請求項６に記載の遠心ポンプ制御方法であって、
   前記送血流量差が、設定した送血流量差より拡大した場合に、前記遠心ポンプ本体に対する駆動回転数の変動速度を大きくすることを特徴とする遠心ポンプ制御方法。
8. 血液循環装置に用いられる遠心ポンプにおいて、遠心ポンプ本体の回転駆動を制御する遠心ポンプ制御方法であって、
   前記遠心ポンプ本体の駆動回転数を増減することにより前記血液循環装置における送血流量を設定された目標送血流量に近づける送血流量制御モードから、操作信号入力器から入力された操作信号に基づいて、前記遠心ポンプ本体の駆動回転数を調整する回転数制御モードに、切換えた際に、前記回転数制御モードにおいて、操作開始位置からの変位量と、操作開始位置から変位した時間と、の少なくともいずれかに基づいて操作信号を出力する操作信号入力器を用いて、前記遠心ポンプ本体の前記送血流量制御モードにおける駆動回転数を基準として、前記操作信号入力器から入力された操作信号により前記遠心ポンプ本体の駆動回転数を増減する
   ことを特徴とする遠心ポンプ制御方法。

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