JP2022134741A - 血液ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】患者の負担を軽減できる血液ポンプを提供することを目的とする。【解決手段】血液ポンプ１００は、人工血管ｖの途中に埋め込まれ、人工血管ｖに連なる流入口１１及び流出口１２を有する袋状構造体１０と、生体Ｐに移植され、袋状構造体１０に隣接する筋組織２０と、筋組織２０を収縮又は弛緩させる電気刺激を送る制御装置３０と、を備える。筋組織２０は、袋状構造体１０を挟んで対向する、第１筋組織２１と第２筋組織２２と、を含む。流入口１１又は流出口１２は、流体ダイオード４０を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、血液ポンプに関する。

従来、患者の心臓が備える血液ポンプ機能を補助する補助人工心臓がある。補助人工心臓は、体内に埋め込まれるアクチュエータを作動させるための電池等の動力源と、エアポンプ等の駆動部を、患者の体外に設けている（特許文献１）。

特表２０２０－５０３１６５号公報

しかしながら、従来の補助人工心臓は、患者の体表を貫通する管、電線等を必要としていた。これにより、患者の生活や活動が制限される問題があった。また、この管、電線等が体表を貫通することにより、体表に感染症又は炎症等の疾病が生じる場合もあった。

本発明は、患者の負担を軽減できる血液ポンプを提供することを目的とする。

本発明は、以下の態様を有する。
（１）本発明に係る一態様の血液ポンプは、人工血管と、前記人工血管の途中に埋め込まれ、前記人工血管に連なる流入口及び流出口を有する袋状構造体と、生体に移植され、前記袋状構造体に隣接する筋組織と、前記筋組織を収縮又は弛緩させる電気刺激を送る制御装置と、を備える。
（２）上記（１）において、前記筋組織は、前記袋状構造体を挟んで対向する、第１筋組織と第２筋組織と、を含んでよい。
（３）上記（１）又は（２）において、前記筋組織と前記袋状構造体とは、機械的接合手段によって結合されていてよい。
（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、前記流入口又は前記流出口は、流体ダイオードを有してよい。

本発明によれば、患者の負担を軽減できる血液ポンプを提供できる。

血液ポンプが取り付けられた患者の説明図である。 袋状構造体が収縮している状況を示す第１実施形態に係る血液ポンプの説明図である。 袋状構造体が膨張している状況を示す第１実施形態に係る血液ポンプの説明図である。 袋状構造体が収縮している状況を示す第２実施形態に係る血液ポンプの説明図である。 袋状構造体が膨張している状況を示す第２実施形態に係る血液ポンプの説明図である。 心臓に取り付けられた第３実施形態に係る血液ポンプの説明図である。

以下、実施形態に係る血液ポンプ１００を説明する。図１は、血液ポンプ１００が取り付けられた患者の説明図である。図２は、袋状構造体１０が収縮している状況を示す第１実施形態に係る血液ポンプ１００の説明図である。図３は、袋状構造体１０が収縮している状況を示す第１実施形態に係る血液ポンプ１００の説明図である。なお、図２から図５において、筋組織２０に連なる生体Ｐの図示は省略されている。なお、図２から図５において、矢印は、筋組織２０の変形の方向を示す。

［第１実施形態］
図１に示すように、第１実施形態に係る血液ポンプ１００は、患者の生体Ｐの体内に埋め込まれる。なお、血液ポンプ１００は、一人の患者に複数設けてもよい。
血液ポンプ１００は、図１に示すように、人工血管ｖと、人工血管ｖの途中に埋め込まれ、人工血管ｖに連なる流入口１１及び流出口１２を有する袋状構造体１０と、生体Ｐに移植され、袋状構造体１０に隣接する筋組織２０と、筋組織２０を収縮又は弛緩させる電気信号を送る制御装置３０と、を備えている。なお、人工血管ｖは、その両端を生体Ｐの血管ＰＶの途中を繋げるように接続してよく、心臓Ｈに直接的に接続してもよい。
このように、筋組織２０は、袋状構造体１０に隣接しているので、筋組織２０を制御装置３０からの電気信号によって筋組織２０をアクチュエータとして働かせて収縮又は弛緩させることにより、袋状構造体１０を変形させ、袋状構造体１０の容積を変化させることができる。よって袋状構造体１０を、人工血管ｖを流れる血液を脈動させるポンプとして作用させることができる。
また、筋組織２０を収縮又は弛緩させるために必要なエネルギーは、生体Ｐから生化学的作用によって供給されるので、生体Ｐの外部から供給する必要がない。したがって、実施形態に係る血液ポンプ１００を構成する袋状構造体１０、筋組織２０及び制御装置３０は、全て、患者の生体Ｐの内部に収めることができる。よって、患者の体表を貫通させる管、電線等を必要としないので、患者の負担を軽減できる。

（袋状構造体）
袋状構造体１０は、中空の構造体である。袋状構造体１０は、変形により容積を変化させることができる構造体である。袋状構造体１０は、例えば、中空の球体に近い形状から、中空の円筒体に近い形状まで変形できる。袋状構造体１０は、例えば、塩化ビニル、合成ゴム等のプラスチック製である。
袋状構造体１０は、血液が流入する流入口１１及び血液が流出する流出口１２を有している。そして、流入口１１に静脈人工血管ｖ１が接続される。また、流出口１２に動脈人工血管ｖ２が接続される。なお、袋状構造体１０は、生体Ｐの心臓Ｈに連なる人工血管ｖの途中に、血液循環経路と並列的に設けられてよく、直列的に設けられてもよい。

（筋組織）
筋組織２０は、線維状で、収縮能をもつ細胞の集まりである。筋組織２０は、例えば、心筋、骨格筋又は平滑筋である。筋組織２０は、袋状構造体１０に隣接して配置される。筋組織２０は、採取後直ちに、又は、体外にて培養後に、生体Ｐに移植される。なお、移植される筋組織２０は、患者から採取されたものでよく、患者の親族又は他人から採取されたものであってもよい。患者本人から採取された筋組織２０（培養されたものを含む。）を血液ポンプ１００に利用することは、拒絶反応を抑止する観点から望ましい。

筋組織２０は、袋状構造体１０に対して、袋状構造体１０を変形させる作用が可能なように、袋状構造体１０に隣接している。筋組織２０は、一つの袋状構造体１０に対して一つ設けてよく、一つの袋状構造体１０に対して複数設けてもよい。一つの袋状構造体１０に対して、３つ以上の筋組織２０でその袋状構造体１０を取り囲んでもよい。このように、複数の筋組織２０で袋状構造体１０を取り囲むことで、膨張時と収縮時の間の袋状構造体１０の容積の変化（ギャップ）を大きくでき、袋状構造体１０を三次元的に効果的に安定的に膨張及び収縮させることができる。

筋組織２０は、袋状構造体１０を挟んで対向する、第１筋組織２１と第２筋組織２２と、を含んでよい。また、第１筋組織２１及び第２筋組織２２における収縮及び弛緩の動作を同期させることが好ましい。これにより、筋組織２０は、第１筋組織２１及び第２筋組織２２の一方から袋状構造体１０に作用する力の反力を、他方が受けるので、袋状構造体１０の変形を安定させることができ、袋状構造体１０の容積の変化を大きくできる。よって、１回の脈動当たりにおける吸込量及び吐出量を、安定させることができ、大きくできる。

筋組織２０は、袋状構造体１０を変形させることができるように隣接していれば、袋状構造体１０と接していればよい。筋組織２０が弛緩した際に元の形に戻ろうとする自然な復元力を補う観点から、筋組織２０と袋状構造体１０とは、糸等による縫合等、適宜の機械的接合手段５０によって結合されていてもよい。

（制御装置）
制御装置３０は、ペースメーカ本体３１と、ペースメーカ本体３１から延びる導線であるリード３２と、を備えている。
制御装置３０は、手術により生体Ｐの体内に完全に植込まれる、いわゆる、植込み型のペースメーカであってよい。
ペースメーカ本体３１は、筋組織２０に送る電気刺激の動力となる電池等の電源３４と、その電気刺激の大きさ、周期等を制御するための電気回路（不図示）を内蔵している。なお、電気刺激の周期は、生体Ｐの心臓Ｈによる血液の吐出力を補助する観点から、心臓Ｈの脈動の周期と同期させることが好ましい。
リード３２は、電気を流すための導線である。リード３２は、一方がペースメーカ本体３１に接続される。リード３２は、他方の先端に、筋組織２０に接する電極３３を有している。

（流体ダイオード）
袋状構造体１０の流入口１１又は流出口１２は、流体ダイオード４０を有する。流体ダイオード４０は、流入口１１の流体ダイオード４０は、袋状構造体１０に向かう流れとは反対側に向かう流れを阻むように設けられる。流出口１２の流体ダイオード４０は、袋状構造体１０に向かう流れを阻むように設けられる。流体ダイオード４０は、血液を一方向にのみに流すことができる逆止弁であるか、又は、血液が一方向に流れる場合とその反対方向に流れる場合との間で、流動抵抗又はエネルギー損失が異なるようにしたものであってよい。なお、流体ダイオード４０は、流入口１１及び流出口１２の両方に設けられていると、ポンプ圧を効率的に発生させる観点及び血液の逆流を確実に防ぐ観点において好ましい。このように、袋状構造体１０の流入口１１又は流出口１２は、流体ダイオード４０を有するので、袋状構造体１０による血液の吐出力を効率的に発生させることができるとともに、血液の逆流を防ぐことができる。
なお、流体ダイオード４０は、流入口１１又は流出口１２の近傍において、生体Ｐの人工血管ｖの内部に設けられてもよい。

（作用）
次に、図２及び図３を用いて、第１実施形態に係る血液ポンプ１００の作用を説明する。なお、図２及び図３において、筋組織２０に連なる生体Ｐの図示は省略されている。なお、図２及び図３において、矢印は、筋組織２０の変形の方向を示す。

血液ポンプ１００は、生体Ｐに埋め込まれている。具体的には、袋状構造体１０は、人工血管ｖの途中に設けられる。制御装置３０は、リード３２の短縮のため、袋状構造体１０にできるだけ近い場所において、生体Ｐに埋め込まれている。
第１実施形態に係る血液ポンプ１００の筋組織２０は、袋状構造体１０における流入口１１と流出口１２との間の中間部に隣接して、生体Ｐに移植されている。

（Ａ１）吐出時の作用
第１実施形態に係る血液ポンプ１００による血液の吐出時の作用を、図２を用いて説明する。
図２に示すように、制御装置３０の電気回路上に設けられたスイッチＳＷがＯＮになると、電源３４からの電流がリード３２を伝わり、電極３３を経て、筋組織２０に電気刺激として与えられる。なお、スイッチＳＷのＯＮ（又はＯＦＦ）のタイミング、周期等は、制御装置３０によって制御されている。
すると、筋組織２０は、電気刺激をきっかけとして、生体Ｐから生化学的作用によって供給されるエネルギーを用いて、収縮する。ここで、筋組織２０に隣接する袋状構造体１０は、筋組織２０の収縮による力を受けて、潰れるように変形する。すなわち、袋状構造体１０の容積は減少する。
袋状構造体１０の容積が減少すると、袋状構造体１０は、袋状構造体１０の内部にある血液を流出口１２から吐出する。なお、この際、袋状構造体１０の流入口１１には、流体ダイオード４０が設けられており、血液を静脈人工血管ｖ１側に逆流させないようになっている。
このように、生体Ｐの心臓Ｈによる血流に、血液ポンプ１００による吐出力を加えることができるので、心臓Ｈを補助できる。

（Ａ２）吸込時の作用
次に、第１実施形態に係る血液ポンプ１００による血液の吸込時の作用を、図３を用いて説明する。
図３に示すように、制御装置３０の電気回路上に設けられたスイッチＳＷがＯＦＦになると、筋組織２０への電気刺激がなくなる。なお、スイッチＳＷのＯＦＦ（又はＯＮ）のタイミング、周期等は、制御装置３０によって制御されている。
すると、筋組織２０は、弛緩して、元の形に戻ろうとする。ここで、筋組織２０に隣接する袋状構造体１０は、筋組織２０の収縮による力が取り除かれるので、潰れる前の元の形に変形し、膨張する。すなわち、袋状構造体１０の容積は増大する。
袋状構造体１０の容積が増大すると、袋状構造体１０は、袋状構造体１０の内部に血液を流入口１１から吸い込む。なお、この際、袋状構造体１０の流出口１２には、流体ダイオード４０が設けられており、血液を動脈人工血管ｖ２から逆流させないようになっている。

（Ａ３）上記の（Ａ１）及び（Ａ２）を交互に繰り返し、生体Ｐの人工血管ｖを流れる血流を補助する。
このように、第１実施形態に係る血液ポンプ１００は、生体Ｐに作用する。

［第２実施形態］
次に、図４及び図５を用いて、第２実施形態に係る血液ポンプ１００の作用を説明する。
図４は、袋状構造体１０が収縮している状況を示す血液ポンプ１００の説明図である。図５は、袋状構造体１０が膨張している状況を示す血液ポンプ１００の説明図である。
なお、以下、第１実施形態と共通する特徴については、説明を省略している場合がある。
血液ポンプ１００は、生体Ｐに埋め込まれている。具体的には、袋状構造体１０は、人工血管ｖの途中に設けられる。制御装置３０は、リード３２の短縮のため、袋状構造体１０にできるだけ近い場所において、生体Ｐに埋め込まれている。

第１実施形態とは異なり、第２実施形態に係る血液ポンプ１００の筋組織２０は、袋状構造体１０における流入口１１及び流出口１２のそれぞれに隣接して、生体Ｐに移植されている。また、第１筋組織２１は、縫合等の機械的接合手段５０によって袋状構造体１０の流入口１１に接合されている。第２筋組織２２は、縫合等の機械的接合手段５０によって袋状構造体１０の流出口１２に接合されている。

（Ｂ１）吐出時の作用
第２実施形態に係る血液ポンプ１００による血液の吐出時の作用を、図４を用いて説明する。
図４に示すように、制御装置３０の電気回路上に設けられたスイッチＳＷがＯＮになると、電源３４からの電流がリード３２を伝わり、電極３３を経て、筋組織２０に電気刺激として与えられる。なお、スイッチＳＷのＯＮ（又はＯＦＦ）のタイミング、周期等は、制御装置３０によって制御されている。
すると、筋組織２０は、電気刺激をきっかけとして、生体Ｐから生化学的作用によって供給されるエネルギーを用いて、収縮する。ここで、筋組織２０に隣接する袋状構造体１０は、筋組織２０の収縮による力を受けて、機械的接合手段５０を介して両側から引き延ばされるように引っ張られる。そして、袋状構造体１０は、潰れるように変形する。すなわち、袋状構造体１０の容積は減少する。
袋状構造体１０の容積が減少すると、袋状構造体１０は、袋状構造体１０の内部にある血液を流出口１２から吐出する。なお、この際、袋状構造体１０の流入口１１には、流体ダイオード４０が設けられており、血液を静脈人工血管ｖ１側に逆流させないようになっている。
このように、生体Ｐの心臓Ｈによる血流に、血液ポンプ１００による吐出力を加えることができるので、心臓Ｈを補助できる。

（Ｂ２）吸込時の作用
次に、第２実施形態に係る血液ポンプ１００による血液の吸込時の作用を、図５を用いて説明する。
図５に示すように、制御装置３０の電気回路上に設けられたスイッチＳＷがＯＦＦになると、筋組織２０への電気刺激がなくなる。なお、スイッチＳＷのＯＦＦ（又はＯＮ）のタイミング、周期等は、制御装置３０によって制御されている。
すると、筋組織２０は、弛緩して、元の形に戻ろうとする。ここで、筋組織２０に隣接する袋状構造体１０は、筋組織２０の収縮による力が取り除かれるので、潰れる前の元の形に変形し、膨張する。すなわち、袋状構造体１０の容積は増大する。
袋状構造体１０の容積が増大すると、袋状構造体１０は、袋状構造体１０の内部に血液を流入口１１から吸い込む。なお、この際、袋状構造体１０の流出口１２には、流体ダイオード４０が設けられており、血液を動脈人工血管ｖ２から逆流させないようになっている。

（Ｂ３）上記の（Ｂ１）及び（Ｂ２）を交互に繰り返し、生体Ｐの人工血管ｖを流れる血流を補助する。
このように、第２実施形態に係る血液ポンプ１００は、生体Ｐに作用する。

［第３実施形態］
次に、図６を用いて、第３実施形態に係る血液ポンプ１００について説明する。第３実施形態の説明において、第１実施形態又は第２実施形態と共通する事項については説明を省略する場合がある。
図６は、心臓Ｈに取り付けられた第３実施形態に係る血液ポンプ１００の説明図である。なお、図６において、筋組織２０の動きを制御する制御装置３０の図示は省略されている。
図６に示すように、第３実施形態に係る血液ポンプ１００は、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、人工血管ｖの途中に埋め込まれ、人工血管ｖに連なる流入口１１及び流出口１２を有する袋状構造体１０と、生体Ｐに移植され、袋状構造体１０に隣接する筋組織２０と、筋組織２０を収縮又は弛緩させる電気信号を送る制御装置（不図示）と、を備えている。
ここで、第３実施形態に係る血液ポンプ１００は、患者の生体Ｐの心臓Ｈに対して、直接的に連結している。
詳細には、血液ポンプ１００における静脈人工血管ｖ１の一端ｖ１ａは、心臓Ｈの一部Ｈａ（例えば、冠動脈）に接続している。血液ポンプ１００における静脈人工血管ｖ１の他端ｖ１ｂは、袋状構造体１０の流入口１１に接続している。血液ポンプ１００における動脈人工血管ｖ２の一端ｖ２ａは、心臓Ｈの他部Ｈｂ（例えば、大動脈）に接続している。血液ポンプ１００における動脈人工血管ｖ２の他端ｖ２ｂは、袋状構造体１０の流出口１２に接続している。すなわち、血液ポンプ１００は、心臓Ｈから生体Ｐを循環する血液の流れに対して並列になるバイパスとなるように、生体Ｐに埋め込まれる。これにより、血液ポンプ１００で心臓Ｈを補助できる。

以上、図面を参照して第１実施形態から第３実施形態について説明したが、本発明は上述のものに限られない。実施形態として挙げられた複数の特徴を、自由に組み合わせてもよい。
本実施形態に係る血液ポンプ１００が備える袋状構造体１０、流体ダイオード４０及び人工血管ｖのそれぞれは、全てあるいは一部を、幹細胞技術等を用いて、人間の細胞から作り出されたものとしてよい。

本実施形態に係る血液ポンプ１００は、人工血管ｖの途中に埋め込まれ、人工血管ｖに連なる流入口１１及び流出口１２を有する袋状構造体１０と、生体Ｐに移植され、袋状構造体１０に隣接する筋組織２０と、筋組織２０を収縮又は弛緩させる電気刺激を送る制御装置３０と、を備えている。これにより、血液ポンプ１００を構成する袋状構造体１０、筋組織２０及び制御装置３０は、全て、患者の生体Ｐの内部に収めることができる。よって、患者の体表を貫通させる管、電線等を必要としないので、患者の負担を軽減できる。

１００ 血液ポンプ
１０ 袋状構造体
１１ 流入口
１２ 流出口
２０ 筋組織
２１ 第１筋組織
２２ 第２筋組織
３０ 制御装置
３１ ペースメーカ本体
３２ リード
３３ 電極
３４ 電源
４０ 流体ダイオード
５０ 機械的接合手段
Ｈ 心臓
Ｐ 生体
ＳＷ スイッチ
ｖ 人工血管
ｖ１ 静脈人工血管
ｖ２ 動脈人工血管

Claims (4)

1. 人工血管と、
   前記人工血管の途中に埋め込まれ、前記人工血管に連なる流入口及び流出口を有する袋状構造体と、
   生体に移植され、前記袋状構造体に隣接する筋組織と、
   前記筋組織を収縮又は弛緩させる電気刺激を送る制御装置と、を備える
   ことを特徴とする血液ポンプ。
2. 前記筋組織は、前記袋状構造体を挟んで対向する、第１筋組織と第２筋組織と、を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の血液ポンプ。
3. 前記筋組織と前記袋状構造体とは、機械的接合手段によって結合されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の血液ポンプ。
4. 前記流入口又は前記流出口は、流体ダイオードを有する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の血液ポンプ。

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