JP2529984B2 - 両心室用循環支援システム - Google Patents

両心室用循環支援システム

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、循環支援システムに関する。更に詳細に
は、本発明は系統的な循環を増強するための左心室の補
助のポンプ作用の技術と肺動脈循環を増強するための骨
格筋の肉茎の刺激の技術とを組合せる全体に埋込み可能
な循環支援システムに関する。
心機能を与えあるいはこれを補助するため患者の体内
に埋込むことができる色々な形式の人工器官の装置が公
知である。外科的に取出された心臓を完全に交換するた
め企画された心臓の完全埋込みは、ある成功率を以て行
なわれており、広く交差されてきた。
心臓と完全に置換する埋込み装置における現在の問題
は、このような装置の動力の要求および胸郭の腔部の限
られた容積のため、該装置に対して全体に埋込み可能な
動力の補給装置を提供することの実用性を防げあるいは
これを不可能にしていることである。従って、このよう
な装置を作動させるための経皮的な空圧管路が用いられ
るのが典型的であった。患者を比較的大きな外部の装置
に拘束した状態で維持する必要は、恒久的な経皮的な動
力管路に伴なう諸問題と共に、この種の装置の使用を著
しく望ましくないものにしている。
人間の心臓の左心室は一般に心臓の総ポンピング負荷
の約85％を支えているため、左心室機能を支援すること
に限定される装置を使用することが提起されている。１
つのこのような形式の装置は、本発明の譲受人に対して
譲渡された1984年７月３日発行の米国特許第4,457,673
号において示され記載されている。上記の米国特許に記
載されたポンプは患者の腹腔部内に埋込まれ、左心室の
攣縮即ち心収縮と同時にこのポンプが左心室から血液を
受取ることにより充満状態となるように結合されてい
る。心収縮の停止と同時に、ポンプは患者の動脈系統に
対してその内容物を排出するため収縮する。このため、
ポンプは血液を受取る心室の負荷を一部あるいは完全に
引受けることにより心室の負担を軽減する。
ここで述べたポンプ形式の主な利点は、その動力要件
が比較的小さいことにある。このため、この装置は再充
電可能なバッテリを含む全体に埋込み可能な電源を介し
て給電され、このバッテリを所謂帯／皮膚型変圧器シス
テムを介して経皮的に送られる電力で再充電することが
できる。このようなシステムについては、本発明の譲受
人に譲渡された米国特許第4,143,661号に記載されてい
る。
上記の左心室支援システムの試みは、左心室にかかる
全負荷までを引受けることに成功したが、右心室は（通
常の肺動脈の心室抵抗の状況下においてのみ）単に間接
的に補助されるに過ぎない。これは、右心室が著しく損
なわれない状態においては満足できる。しかし、右心室
機能が左心室機能と共に著しく損傷がある場合には、右
心室に対して同様な補助システムを取付けることは、胴
体の腔部容積における制限のため非常に困難であるかあ
るいは不可能である。
本発明の目的は、両心室用の、即ち人間の患者の左と
右の両心室を負荷を支えることが可能な改善された循環
支援システムの提供にある。
本発明の別の目的は、完全に埋込み可能な電源システ
ムから駆動することができる改善された両心室用循環支
援システムの提供にある。
本発明の他の目的は、両心室の循環作用を支援するた
めの改善された方法の提供にある。
本発明の他の目的については、添付図面に関して以降
の記述を参照することにより当業者には明らかになるで
あろう。
第１図は、人間の患者の体内に埋込まれる如き両心室
用の循環支援システムを示す概略図、および 第２図は、第１図のシステムのブロック図である。
全体的にみると、本発明の両心室用循環支援システム
は、患者の左心室のポンピング負荷の少なくとも一部を
引受けるための第１のポンプ手段を含んでいる。この第
１のポンプ手段は、患者の左心室と動脈の（系統的な）
循環系との間に結合され、これに与えられる電気的信号
に応答して出縮して血液を送る。患者の右心室のポンピ
ング負荷の少なくとも一部を引受けるための第２のポン
プ手段もまた埋込まれる。この第２のポンプ手段は、神
経および血液供給系はそのままで外科的に用意された骨
格筋の肉茎を含み、右心室自体もしくは適当な材料およ
び形態のポンプの嚢の周囲に配設される。筋肉茎は、こ
れに加えられる電気的信号に応答して収縮し、第２のポ
ンプのポンプ作用を生じる。制御システムは、電気的信
号をある所定の関係において第１と第２のポンプ手段の
各々に対して加える。
次に、特に第１図においては、左心室用の補助装置11
の形態の血液ポンプが患者の胴体13内に埋込まれた状態
で使用されている。本装置は、米国特許第4,457,673号
および同第4,384,829号に示され記載された形式のもの
が望ましい。このシステムはまた、電子式の電力形成お
よび制御構成要素と、予備の蓄電用バッテリとを含む埋
込まれたモジュール15を含んでいる。
本システムは、外側の伸縮性のある、胴体と一致する
帯17により構成される一次側コイルを備えた帯／皮膚型
変圧器（BST）を介して給電され充電される。これもま
た伸縮性のある二次側コイル21が腰の周囲の皮下に埋込
まれている。一次側コイル17は二次側コイル21に重なり
合い、着用者の腰回りに装着された時、二次側コイル21
と電磁誘導的に結合される。２つの空心コイルの比較的
大きな直径の故に、非常に高い電磁結合係数が、全体に
軽量の鉄材を含まないシステムにおいて達成される。
関連する埋込み電源および外部電源、制御装置および
他の構成要素を含む帯／皮膚変圧器は第１図には詳細に
は示されない。しかし、このような変圧器および他の要
素は、米国特許第4,143,661号および1985年７月22日出
願の米国特許出願第757,786号に記載されたものに従っ
て構成することができる。電力を提供することに加え
て、この変圧器はデータの通信および内部素子の再プロ
グラムのため使用することができる。
埋込まれたモジュール15は、左心室補助装置11に対す
る複数の結線を提供し、この結線は31において示されて
いる。第１図に示されるように、左心室補助装置11は、
全体的に25で示される患者の心臓の左心室と結合された
入力導管23を含む。出力導管27が装置11から延在し、腹
腔上部の大動脈上への埋込み等により患者の系統的な循
環部と結合される。無論、可能な結合措置は当業者には
明らかであろう。導管23は、捻れあるいは圧縮から適当
に保護され、29で示される患者の横隔膜の心膜部分を貫
く織られたダクロン（Dacron登録商標）のチューブの如
き適当な構造でよい。導管23の左心室に対する実際の結
合は、挿入された適当なカニューレ（図示せず）、頂点
部を経て左心室腔部内に至る。流出導管27は織られたダ
クロン（Dacron登録商標）の如き適当な材料でよく、血
管の手術に対する吻合の手順により、腹腔上部の軸（ま
たは他の系統的な動脈）の如き異なる部位における大動
脈に対して結合することができる。
動作においては、血液ポンプ11は、左心室から流入導
管23を介しての流出に対し低い抵抗を与えることによ
り、心室の心収縮期中に充満する。心収縮周期の終り、
その前あるいはその後において心収縮期と同期して、ポ
ンプ11は放出サイクルを開始し、このサイクルにおいて
ポンプは収縮してその内容物を流出する導管27を介して
患者の循環系統へ排出する。付勢信号が、装置11に対し
てモジュール15から適当な電気的な導線31を介して与え
られる。
本発明は、胸郭腔内の大きさ容積を占めないが、電気
的に駆動される機械的な左心室支援システムと、共通の
電力モジュールからの動作との同期が達成できるように
電気的に完全に制御可能である一定の外科技術を、右側
あるいは肺動脈の循環機能を同時に増強させるために用
いることができるという認識からもたらされたものであ
る。使用される外科技術は、参考のため引用する下記の
文献に記載されるものである。即ち、 Davis C.Dinkwater Jr.等著「同期的な刺激を与えた骨
格筋による心臓の補助および心筋の修復」（American C
ollege of Sugeons 1980外科フォーラム、第31巻、271
〜274頁） Michel L.Dewar著等「心筋症状の修復のための同期的刺
激を与えた骨格筋の移植」（The Journal of Thoracic
and Cardiovascular Surgery ,St.Louis、第87巻、第３
号、325〜331頁、1984年３月） Ian R.Neilson等著「心拡張期の増強のための骨格筋付
勢装置を用いた犬における左心室機能の補助」（Heart
Transplantation、第４巻、第３号、343〜347頁、1985
年５月） Adrian Kantrowitz著「補助心室として実験的に使用さ
れた機能自発筋」（State University of New York Col
lege of Medicine and Maimonides Hospital,Brooklyn
NY、305〜307頁） Bert K.Kusserow著等「長期の潅流措置のための小型心
室型ポンプ−骨格筋によりポンプを生物学的に付勢する
試みを含む構成と初期の研究」（Trans.Amer.So.Artif.
Int.Organs、74〜78頁、1964年） Kusaba Eisuke等著「左心室機能を増強するための横隔
膜移植−実施可能性の研究」（Trans.Amer.Soc.Artif.I
nt.Organs、第19巻、251〜257頁、1973年） John A.Macoviak等著「横隔膜の骨格筋による心室の心
筋の置換」（J.Thorac Cardiovasc.Surg.81:519〜527
頁、1981年） 特に、使用される外科的手法は、神経および血液供給
系統はそのままで外科的に用意された骨格筋の肉茎（例
えば、闊背筋または腹直筋から用意）の移植を含む。肉
茎は、２つの方法のいずれにおいても使用することがで
きる。右心室の収縮を増強するため右心室の心外膜に直
接配設するか、あるいは右側（肺動脈）の血流を増強す
るため右心房（または右心室）と肺動脈との間に挿置さ
れた、弁を有する嚢型ポンプの周囲に肉茎を配設するこ
とができる。いずれの場合も、適切な間隔で筋肉茎に対
して加えられる電気的パルスが筋肉を収縮させ、右心室
に対する増強されたポンピング機能を提供する。筋肉の
移植部は、33で略図的に示され、電気的な導線35によっ
て刺激が与えられる。
骨格筋の肉茎が右心室の自由壁面に配設されて収縮の
直接的な増強を与える場合（心筋形成外科術と呼ばれる
処置）は、筋肉の刺激および調時は、適切に配設された
心外膜の電極（図示せず）により得られる心電図（EC
G）信号によって制御されること望ましい。一方、もし
筋肉茎が、補助的な右心室の援助用嚢型血液ポンプを動
作させるため用いられるならば、刺激パルスの調時は、
制御モジュール15または関知されたECG信号のいずれか
一方から得ることができる。
次に第２図においては、本発明のシステムの全体ブロ
ック図が示されている。制御手段即ち制御装置15は、本
発明のシステムの左および右の両側における電気的信号
の関係、調時および持続期間を支配するよう適切にプロ
グラム可能である両心室の補助システム（BVAS）の制御
装置40を内蔵することができる。前掲の米国特許におい
て記載される如き左心室制御装置41は、制御装置40に接
続されている。更に、本発明の右心室機能補助部分を制
御するため移植された骨格筋の肉茎の適当な位置に一連
のパルスを与えるため、パルス列発生器を含む適切な右
心室制御装置43が提供される。図に示したように、制御
装置40および左右両補助部41、43に対する埋込まれた電
源は、外部の電源およびモニター47から前記米国特許お
よび米国特許出願に記載された如き帯／皮膚変圧器（BS
T）を介して充電される予備バッテリ45によって給電さ
れる。しかし、バッテリ45が単に予備電池としてしか機
能せず、主たる駆動電力が常に直接外部の電源からBST
を介して得られるシステムを使用することも可能であ
る。
左心室の補助部は、血液は左心室（あるいは左心房）
から大動脈へ送るために装置11を用いる。この装置11
は、ポンプ49と、このポンプを動作させる適切なエネル
ギ変換器51とを含む。適切な吐出量補償装置53もまた、
吐出量の補償のため左心室ポンプと接続されて提供して
もよい。このような装置は、本発明の譲受人に譲渡され
た米国特許第4,152,786号に示され記載されている。
本システムの前に述べた如き右側の機能補助部分に関
しては、右心室制御装置が、検出されたECG信号と同期
された付勢パルスを骨格筋の肉茎に対して与える。これ
により、骨格筋の肉茎の収縮は、55で示される右心室に
直接、あるいは嚢ポンプに影響を与え、血液を右心房
（あるいは右心室）から肺動脈へ流れさせる。
通常は、本発明のシステムの右心室および左心室の補
助部分の制御は心臓周期に応答して、右心室および左心
室から出力する。このため、本分に述べた如きシステム
は１対の要求ポンプとして作動する。しかし、当業者は
本発明の範囲内の他の制御モードについて理解できよ
う。左心室と結合された状態で示されたが、代りに左心
房に装置11に対する入力を結合することもできることは
明らかであろう。
従って、本発明のシステムは両心室の循環支援のため
の改良された手段を提供することが判るであろう。本シ
ステムは、左心室循環補助用の機械的な形式のポンプ
と、右心室機能に対する骨格筋で付勢される補助作用と
を組合せるものである。本システムは通常の成人となっ
た人間の体内に容易に埋込むことができ、また完全に埋
込まれた制御システムによって動作させることが可能で
ある。
本発明の種々の変更例については、先の記述および添
付図面から当業者には明らかとなろう。このような変更
例は添付の請求の範囲内に該当すべきものである。

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】人間の患者のための両心室循環支援システ
    ムにおいて、 患者の左心室のポンピング負荷の少なくとも一部を引受
    けるため結合され、加えられた第１の電気的信号に応答
    する第１の機械的ポンプ手段と、 患者の右心室のポンピング負荷の少なくとも一部を引受
    けるための第２のポンプ手段であって、神経及び血液供
    給系統は実質的にそのままで外科的に用意された骨格筋
    の肉茎を含み、且つ加えられた第２の電気的信号に応答
    して収縮してポンプ動作をする第２のポンプ手段と、 第１の電気的信号を前記第１のポンプ手段に、第２の電
    気的信号を前記第２のポンプ手段に、所望のポンプ動作
    の位相関係と対応する所定の関係で加える印加手段と、 を備える両心室循環支援システム。
  2. 【請求項２】前記骨格筋の肉茎が、外科的措置により患
    者の右心室の心外膜上に直接配設されて右心室の収縮を
    増強する請求の範囲第１項記載の両心室循環支援システ
    ム。
  3. 【請求項３】前記第２のポンプ手段が、右側の肺動脈の
    流れを増強するために患者の右心房又は右心室と患者の
    肺動脈との間に挿置された、弁を有する嚢型ポンプを含
    み、前記骨格筋の肉茎が前記弁を有する嚢型ポンプの周
    囲に配設される請求の範囲第１項記載の両心室循環支援
    システム。
  4. 【請求項４】前記第１のポンプ手段が機械的に作動され
    る嚢型ポンプを備える請求の範囲第１項記載の両心室循
    環支援システム。
  5. 【請求項５】前記第１のポンプ手段が患者の左心室と大
    動脈との間に結合される請求の範囲第１項記載の両心室
    循環支援システム。
  6. 【請求項６】前記の制御手段が患者の体内に埋め込まれ
    たパルス列発生器を含む請求の範囲第１項記載の両心室
    循環支援システム。
  7. 【請求項７】前記の制御手段が患者からの検出されたEC
    G信号に応答して前記第２の信号を生じる手段を含む請
    求の範囲第１項記載の両心室循環支援システム。
  8. 【請求項８】前記の制御手段が、患者の左側から要求に
    従って前記第１の電気的信号を、また患者の右側からの
    要求に従って前記第２の電気的信号をそれぞれ加える請
    求の範囲第１項記載の両心室循環支援システム。
JP62502390A 1986-04-18 1987-03-31 両心室用循環支援システム Expired - Lifetime JP2529984B2 (ja)

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US06/853,464 US4666443A (en) 1986-04-18 1986-04-18 Biventricular circulatory assist system and method
US853,464 1986-04-18

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