JP2660793B2 - 体内に設ける血液循環補助ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、柔構造で吐出量の多い
小口径の体内に設ける血液循環補助ポンプに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、柔構造で小口径の体内に設ける血
液循環補助ポンプを、心臓近傍の大動脈内に設置して心
臓補助用ポンプとして用いることが研究されている。こ
の心臓補助用ポンプは、大腿部の動脈等から動脈内を通
して心臓近傍まで移動させるため、ポンプの最大外形が
動脈の内径で制限される。

【０００３】この種の従来のポンプとして、昭和６１年
特許出願公表第５０００５９号公報や平成４年特許出願
公開第１７６４７１号公報および平成４年特許出願公開
第１５６８５６号公報等で提案されたものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】現時点において、心臓
補助用ポンプとして商品化されているものは、最大外形
が８ｍｍ程度であり、大柄な人種に対して実用できる
が、小柄な日本人には適用することができず、より小口
径のものが望まれていた。

【０００５】ところで、心臓補助用ポンプとして用いる
ためには、移送するための動脈を傷付けないように柔構
造でなければならず、羽根車とケーシング等の回転体と
固定体の隙間の維持が極めて困難であり、ポンプ効率を
高くすることが難かしい。また、心臓の代用とするため
に、圧力１００〜１５０ｍｍＨｇで吐出流量３リットル
／分程度のポンプ性能が要求される。

【０００６】そこで、従来の商品化された心臓補助用ポ
ンプを日本人の体格に適するようにより一層小口径とす
るならば、所望のポンプ性能が得られず、心臓を代用す
ることができない。そこで、ポンプ性能を向上させるた
めに、羽根車の回転数を大きくすれば良いが、羽根車を
体外に設けた駆動モータと駆動連結する駆動軸を安定し
て軸支することが困難となり、体内で異常な発熱や振動
を生じさせ易く、むやみに大きくすることもできない。

【０００７】また、従来の構造にあっては、羽根車等の
構造が複雑であり、多軸ＮＣ加工機を用いて製造しなけ
ればならず、安価に量産できない等の問題も有する。

【０００８】本発明は、上述のごとき事情に鑑みてなさ
れたもので、羽根車が簡単な構造であり、しかも所定の
ポンプ性能が得られるようにした体内に設ける血液循環
補助ポンプを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の体内に設ける血液循環補助ポンプは、動
脈内を通過できる小口径であるとともに軸方向に長い円
筒形状のケーシングの一端を全面開口して流入ポートと
なし、このケーシングの周壁に軸方向に長い吐出し穴を
複数穿設し、この吐出し穴に臨んで前記ケーシング内に
軸方向に長い板状の複数枚の羽根を軸に放射状に突設す
るとともに羽根車外径より羽根軸方向長さを大きくした
羽根車を軸回りに回転自在に挿入し、この羽根車を前記
ケーシングの他端側で回転駆動軸に連結して構成されて
いる。

【００１０】また、前記羽根車の軸方向の長さを、前記
吐出し穴の軸方向の長さと同じまたはこれより長く形成
し、前記吐出し穴の軸方向の全長にわたり前記羽根車が
対向するように構成しても良い。

【００１１】さらに、前記羽根の前記流入ポート側部分
の縁を軸に対して斜めに形成し、前記羽根の幅を前記流
入ポート側で小さくなるように構成することもできる。

【００１２】

【作用】軸方向に長い羽根車の回転によりケーシング内
の流体に遠心力が与えられ、全面開口されたケーシング
の一端より小さな圧力損失で流入した流体がケーシング
の軸方向に長い複数の吐出し穴より小さい圧力損失で吐
き出されるので、羽根車および吐出し穴の軸方向長さを
適宜に設定することにより、血液循環補助ポンプとして
所望のポンプ性能が得られる。そして、羽根車は、羽根
車外径より羽根軸方向長さが大きくなるように軸方向に
長い板状の複数の羽根を軸に放射状に突設してなり、そ
の構造が簡単である。そこで、柔構造でしかも小口径の
ポンプを容易に製造し得る。

【００１３】また、吐出し穴の軸方向の全長にわたり羽
根車が対向するようにするならば、吐出し穴から一度吐
出された流体が、再度吐出し穴の端からケーシング内に
吸引されることがなく、ポンプ性能の向上が図れる。

【００１４】さらに、羽根の幅を流入ポート側部分で小
さくするならば、流入ポートから流入する流体が軸方向
に移動するのにともない、羽根車より徐々に大きくなる
遠心力を流体に与え得る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図１０を
参照して説明する。図１は、本発明の体内に設ける血液
循環補助ポンプの一実施例の縦断面図であり、図２は、
図１のＸ矢視部分図であり、図３は、図１のＹ−Ｙ矢視
断面図であり、図４は、図１の羽根車の外観斜視図であ
り、図５は、ケーシングに穿設される吐出し穴の他の実
施例の断面図であり、図６は、羽根車の他の実施例の断
面図であり、図７ないし図９は、それぞれさらに別の実
施例の羽根車の外観斜視図であり、図１０は、本発明の
体内に設ける血液循環補助ポンプのポンプ性能特性図で
ある。

【００１６】まず、図１（ａ）において、シリコンゴム
等からなり動脈内を通過し得る外径７ｍｍの小口径でし
かも軸方向に長い円筒状の両端が開口されたケーシング
１０の中央壁に、図２に示すごとき、軸方向に長い長孔
形状の吐出し穴１２，１２が２つ対向して穿設される。
このケーシング１０内には、図３および図４で示すごと
き、軸方向に長い板状の４枚の羽根１４ａ，１４ａ…が
軸に放射状に突設されるとともにその羽根車外径より羽
根軸方向長さが大きく設定された羽根車１４が、吐出し
穴１２，１２に対応する位置に軸回りに回転自在に挿入
される。この羽根車１４は、例えばステンレスまたはチ
タンまたはポリカーボネイト等で形成される。また、羽
根車１４の軸方向の長さは、吐出し穴１２，１２の軸方
向の長さと同じまたはこれより長く形成されて、吐出し
穴の軸方向の全長にわたり対向するように形成される。
なお、ケーシング１０の羽根車１４が軸支される側と反
対側端部は、全面開口されていて流体が流入する流入ポ
ート１０ａとして作用する。

【００１７】また、羽根車１４の一端部にステンレス等
からなる回転軸１６が固定され、この回転軸１６がケー
シング１０の羽根車１４挿入側の後部に固定されたポリ
カーボネイトまたはＭＣナイロン等からなる軸受１８に
より、回転自在に軸支される。そして、軸受１８の両端
で、回転軸１６と水密構造を形成すべく、テトロン等か
らなるメカニカルシール２０，２２が配設される。さら
に、回転軸１６の他端が、可撓性を有する駆動軸２４の
一端に軸継手２６により駆動連結される。これらの駆動
軸２４および軸継手２６はステンレス等からなる。な
お、図１にあっては、回転軸１６と駆動軸２４の連結
は、軸継手２６のカシメによって行なわれるが、適宜に
銀ろう付け等により連結されても良い。さらに、回転軸
１６の一部および軸継手２６には、メカニカルシール２
２に一端を当接させて押え用シリコンゴム管２８が被せ
られ、メカニカルシール２２の軸方向の移動が規制され
ている。

【００１８】また、ケーシング１０の羽根車１４の挿入
側の後端部に、シリコンゴム等からなる円筒状の外管３
０の一端が挿入固定される。そして、この外管３０内に
テフロン等からなる円筒状の内管３２が同軸心上に挿入
される。そこで、駆動軸２４は、内管３２と外管３０の
二重構造の管内に挿入されることとなる。しかも、外管
３０と内管３２との間、および内管３２と駆動軸２４と
の間に、適宜な隙間が設けられている。

【００１９】さらに、図１（ａ）のＺ側端が、図１
（ｂ）のＺ端側に繋がり、外管３０の他端が軸封液注入
用分岐管３４の一端に挿入固定され、内管３２と駆動軸
２４が軸封液注入用分岐管３４内に貫通される。そし
て、軸封液注入用分岐管３４と内管３２との間に適宜な
隙間が設けられ、この隙間に連通させて軸封液注入孔３
４ａが設けられる。

【００２０】そしてさらに、軸封液注入用分岐管３４の
他端がシリコンゴム等からなる接続用管３６を介して軸
封液排出用分岐管３８の一端に接続固定される。この接
続用管３６により、軸封液注入用分岐管３４と内管３２
の間の隙間が閉塞される。また、駆動軸２４が軸封液排
出用分岐管３８内に貫通され、軸封液排出用分岐管３８
と駆動軸２４との間に適宜な隙間が設けられ、この隙間
に連通されて軸封液排出孔３８ａが設けられる。さら
に、軸封液排出用分岐管３８の他端に、駆動軸２４が貫
通されるテフロン等からなるメカニカルシール４０が設
けられて水密構造とされ、駆動軸２４に被覆固定される
押え用シリコンゴム管４２によりメカニカルシール４０
の軸方向の移動が規制されている。

【００２１】なお、軸封液排出分岐管３８から突出され
た駆動軸２４の他端が、図示しない駆動モータに駆動連
結されて、駆動回転される。そして、軸封液注入孔３４
ａより、軸封液としてのデキストリン水溶液が注入さ
れ、外管３０と内管３２の隙間を往路とし、内管３２と
駆動軸２４の隙間を復路として軸封液排出孔３８ａから
排出される。また、ケーシング１０から外管３０の中間
部までが、適宜に人体内の動脈等に挿入され、外管３０
の中間部から駆動モータまでが人体外に配設される。

【００２２】かかる構成において、大腿部より動脈を通
じて心臓近傍の大動脈内にケーシング１０が設置される
ようにし、駆動モータを駆動して駆動軸２４を回転駆動
させると、ケーシング１０内に流入した血液に対して羽
根車１４の回転により遠心力が与えられ、吐出し穴１
２，１２から血液が吐出される。そして、この吐出され
た血液の量だけ流入ポート１０ａからケーシング１０内
に血液が流入し、ポンプとして機能する。また、軸封液
注入分岐管３４から注入された軸封液が、外管３０と内
管３２の間の隙間を通過し、また内管３２と駆動軸２４
の間の隙間を通過して軸封液排出分岐管３８から排出さ
れるので、駆動軸２４の高速回転にもかかわらず、摩擦
抵抗を極めて小さなものとするとともに、摩擦等による
発熱を軸封液により体外に排出し、体内での異常発熱を
確実に抑制することができる。そして、この軸封液は血
液の圧力より高い供給圧力となるように設定され、血液
が外管３０内に侵入することがない。

【００２３】上記により本発明の体内に設ける血液循環
補助ポンプの一実施例の構成を説明したが、ポンプ性能
の向上等のために、種々変形させることができる。図５
（ａ）は、ケーシング１０に穿設する吐出し穴１２，１
２を、ケーシング１０の外周側で開口面積が広くなるよ
うにしたものであり、また図５（ｂ）は、吐出し穴１
２，１２の側壁を、羽根車１４の回転径の接線方向に近
くなるようにして、流体の流出方向とほぼ一致するよう
にしたものであり、いずれも吐き出しの際の圧力損失の
低減に効果的である。

【００２４】また、図６（ａ）は、羽根車１４の羽根１
４ａ，１４ａ…を、幅方向で根本部分が先端部分より厚
い台形とし、また先端に丸みを形成したものであり、羽
根１４ａ，１４ａ…を堅牢に形成できるとともに、流体
への当接面が回転方向に対してやや斜めとなり、流体を
効率良く吐出し穴１２，１２から吐出させ得る。しか
も、先端に丸みを形成することで、血液中の赤血球等を
物理的に破損することが抑制される。また、図６（ｂ）
は、羽根１４ａ，１４ａ…の流体への当接面のみを斜め
にしたものである。図６（ａ），（ｂ）のいずれの断面
形状であっても、金型等による成形が容易である。

【００２５】さらに、図７は、羽根車１４の羽根１４
ａ，１４ａ…の流入ポート１０ａ側部分の縁を軸に対し
て斜めに形成し、流入ポート１０ａ側で羽根１４ａ，１
４ａ…の幅が小さくなるように形成されている。全面開
口された流入ポート１０ａからケーシング１０内に流入
する血液に対して、軸方向に移動するのにともない、羽
根車１４から徐々に大きな遠心力が与えられる。そこ
で、血液の赤血球等の細胞も徐々に高速回転されるよう
になり、物理的に破損されることが抑制される。

【００２６】そしてまた、図８は、羽根車１４の羽根１
４ａ，１４ａ…の流入ポート１０ａ側を、ねじれた三次
元形状として、羽根車１４の軸方向に流れる血流の流速
と羽根車１４の周速に合致させた羽根形状としたもの
で、羽根車１４による入口衝突損失を低減させる効果が
ある。さらに、羽根車１４のハブ１４ｂの径を流入ポー
ト１０ａ側が小さくなるようにしたので、このハブ１４
ｂによっても血液の流れが吐出し穴１２，１２方向にい
く分ながら向けることができ、損失が少ない。このハブ
１４ｂの径の変化は、図８に示すごとき直線的でなく、
軸側に向けて凸なる曲線的に変化させても良く、一層損
失が少ないものとなる。

【００２７】そしてさらに、図９は、羽根車１４を、軸
方向に比較的に短かい羽根車素子１４ｃ，１４ｃ…を連
結軸としての回転軸１６に必要な個数組み付けて形成す
るようにしたもので、所望の吐出流量に応じて羽根車１
４の軸方向の長さを適宜に構成し得る。

【００２８】ところで、本発明の体内に設ける血液循環
補助ポンプにあっては、ケーシング１０の最大外径が約
７ｍｍと制限されるため、羽根車１４の最大外径は約６
ｍｍに制限される。しかし、羽根車１４の軸方向の長さ
および羽根１４ａ，１４ａ…の形状および吐出し穴１
２，１２の形状と個数により、ポンプ性能が異なる。図
１０は、駆動軸２４を３７８００ｒｐｍで回転駆動し羽
根車１４と吐出し穴１２，１２を変えて測定したポンプ
特性図である。の特性は、羽根車の軸方向の長さが５
ｍｍで羽根が４枚で吐出し穴が軸方向長さ３ｍｍ×幅２
ｍｍの長孔を４ヶ所均等分周上に穿設したものである。
の特性は、羽根車の軸方向の長さが１０ｍｍで羽根が
２枚で吐出し穴が軸方向長さ８ｍｍ×幅４ｍｍの長孔を
４ヶ所均等分周上に穿設したものである。の特性は、
羽根車の軸方向の長さが１０ｍｍで羽根が４枚で吐出し
穴が８ｍｍ×４ｍｍの長孔を４ヶ所穿設したものであ
る。，，および後述するの特性は、羽根車の断
面が図３に示すものである。の特性は、と同じ条件
で羽根車の断面だけが図６（ａ）に示すものである。そ
して、の特性は、羽根車の軸方向の長さが１７ｍｍで
羽根が４枚で吐出し穴が１５ｍｍ×４ｍｍの長孔を４ヶ
所穿設したものである。

【００２９】図１０に示す測定結果から、本発明の体内
に設ける血液循環補助ポンプは、羽根車の軸方向の長さ
および羽根の枚数によりポンプ特性は大きく影響を受
け、羽根車の軸方向の長さと羽根の枚数を適宜に設定す
ることで、圧力１００〜１５０ｍｍＨｇで吐出流量３リ
ットル／分程度の性能が充分に得られ、心臓補助用ポン
プとして充分機能を奏する。そして、羽根車の軸方向の
長さを長くできれば、駆動軸２４の回転数を小さくする
ことも可能である。

【００３０】なお、本発明の体内に設ける血液循環補助
ポンプは、上記実施例で説明したものに限られず、羽根
車の軸方向の長さおよび羽根の枚数および吐出し穴の形
状および寸法および個数が適宜に設定されれば良い。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の体内に設
ける血液循環補助ポンプは構成されているので、以下の
ごとき格別な効果を奏する。

【００３２】請求項１記載の体内に設ける血液循環補助
ポンプにあっては、ケーシングおよび羽根車の構造が簡
単であり、柔構造でありながらケーシングの最大外径を
小さなものとすることができる。しかも、安価に製造す
ることができ、量産に好適である。また、ケーシングの
一端を全面開口した流入ポートおよび軸方向に長い複数
の吐出し穴により、小さな圧力損失で流体をケーシング
内に流入および流出させることができ、それだけポンプ
効率が向上している。そして、羽根車の軸方向の長さお
よび羽根の枚数を適宜に設定することで、所望のポンプ
性能を得ることができ、設計的自由度が極めて高い。

【００３３】また、請求項２記載の体内に設ける血液循
環補助ポンプにあっては、吐出し穴から一度吐出された
流体が再度吐出し穴の端からケーシング内に吸引される
ことがなく、ポンプ性能の向上が図れる。

【００３４】さらに、請求項３記載の体内に設ける血液
循環補助ポンプにあっては、流入ポートからケーシング
内に軸方向に流入する流体に対して徐々に回転力を与え
ることができ、血液を流体とするときに、赤血球等の細
胞を物理的に破損させることが抑制され、心臓用補助ポ
ンプ等の用途に好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の体内に設ける血液循環補助ポンプの一
実施例の縦断面図である。

【図２】図１のＸ矢視部分図である。

【図３】図１のＹ−Ｙ矢視断面図である。

【図４】図１の羽根車の外観斜視図である。

【図５】ケーシングに穿設される吐出し穴の他の実施例
の断面図である。

【図６】羽根車の他の実施例の断面図である。

【図７】流入ポート側部分の羽根の縁を軸に対して斜め
として流入ポート側の羽根の幅が小さくなるようにした
羽根車の外観斜視図である。

【図８】流入ポート側の羽根をねじれた三次元形状とし
て入口衝突損失を低減させた羽根車の外観斜視図であ
る。

【図９】羽根車素子を必要な個数組み付けるようにした
羽根車の外観斜視図である。

【図１０】本発明の体内に設ける血液循環補助ポンプの
ポンプ性能特性図である。

【符号の説明】

１０ ケーシング １０ａ 流入ポート １２ 吐出し穴 １４ 羽根車 １４ａ 羽根 １６ 回転軸 １８ 軸受 ２４ 駆動軸 ２６ 軸継手

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動脈内を通過できる小口径であるととも
   に軸方向に長い円筒形状のケーシングの一端を全面開口
   して流入ポートとなし、このケーシングの周壁に軸方向
   に長い吐出し穴を複数穿設し、この吐出し穴に臨んで前
   記ケーシング内に軸方向に長い板状の複数枚の羽根を軸
   に放射状に突設するとともに羽根車外径より羽根軸方向
   長さを大きくした羽根車を軸回りに回転自在に挿入し、
   この羽根車を前記ケーシングの他端側で回転駆動軸に連
   結して構成したことを特徴とする体内に設ける血液循環
   補助ポンプ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の体内に設ける血液循環補
   助ポンプにおいて、前記羽根車の軸方向の長さを、前記
   吐出し穴の軸方向の長さと同じまたはこれより長く形成
   し、前記吐出し穴の軸方向の全長にわたり前記羽根車が
   対向するように構成したことを特徴とする体内に設ける
   血液循環補助ポンプ。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の体内に設ける血
   液循環補助ポンプにおいて、前記羽根の前記流入ポート
   側部分の縁を軸に対して斜めに形成し、前記羽根の幅を
   前記流入ポート側で小さくなるように構成したことを特
   徴とする体内に設ける血液循環補助ポンプ。