JP2664706B2 - 人工心臓弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は人工心臓弁、詳しくはその内部で横断方向に
延びかつリング軸から離間した旋回軸に旋回可能に閉鎖
弁体を支持したバルブリングから成り、該旋回軸と垂直
な面に延びる閉鎖弁体の骨格線が湾曲している人工心臓
弁に関する。

（従来技術） 天然心臓弁は３尖弁または２尖弁型式のものであり、
技術的に言えば血液を単一方向に流動させる一方、その
逆流を阻止する逆止弁として機能する。天然心臓弁が単
尖弁または２尖弁を挿入した振り子型または傾斜ディス
ク型の機械的人工器官で置換されると、そこでは各心口
部に縫い付けて固定されたバルブリング内の弁状閉鎖弁
体が血圧または血液流により運動せしめられる。しかし
ながら、このような人工心臓弁を長時間使用するとなる
と、患者に抗凝血薬の摂取または当該人工器官の交換を
生涯課す等の重大な問題が生じる。

従来の１尖弁型人工心臓弁においては、閉鎖弁体は平
面状又は湾曲状の航空機翼に類似した形態とされる。

西ドイツ特許公報第2753129号のクレーム１の技術的
前提部分に記載される人工心臓弁は旋回軸を横断して延
びる骨格線が主流体流動方向から偏在するように形成さ
れた閉鎖弁体を用いて構成され、該閉鎖弁体により開口
角度の拡大化が図られている。

上記従来形式の１尖弁型人工心臓弁に共通した欠点
は、完全な開位置において、流体を片側に偏らせて十分
な開きモーメントを発生させ、該開きモーメントにより
該閉鎖弁体をアバッチメントに押し付けて実質的に流体
流の流動方向を変化させるようにしなければならないこ
とである。このため、大きな開口角度とするための主要
な条件として、閉鎖弁体により強力な流動方向の偏向を
生じさせることが要求される。大動脈弁を取り替えた場
合、得られる流動形態が非生理学的なものとなる。その
結果、圧力損失が比較的高くかつ上行大動脈における死
流域が広大なものとなる。流体の乱れが強力であり、ま
た主流体流の流動相において、流体流放境界部に発生し
た渦巻が不規則に浮動するため、流体流が大いに動揺し
て不安定なものとなる。大動脈洞の上方部において、片
側に流体停滞領域を形成して大動脈壁を圧迫する。

（発明の目的） 本発明の目的は、バルブリングを有し、該バルブリン
グの内部で該バルブリングの長手軸から横方向に離間し
た旋回軸の回りに旋回可能に閉鎖弁体を支持し、該閉鎖
弁体の骨格構造図の中心線を示す骨格線が上記旋回軸と
直交する平面において湾曲している形式の人工心臓弁に
おいて、開位置において大動脈壁に向かう血液流の偏向
を過大に惹起することなく、効率的に開きモーメントが
大きくなるように改良した人工心臓弁を提供することに
ある。

（問題点を解決する手段） 本発明によれば、上記閉鎖弁体の骨格線がＳ字形とな
るように形成し、閉位置で上記閉鎖弁体の骨格線におけ
る旋回軸側の線部分が主流体流動方向に向かって湾曲す
る一方、該旋回軸から離間した骨格線の線部分が上記主
流体流動方向と反対方向に向かって湾曲するようにして
上記種々の問題点を完全に解決しようとするものであ
る。

本発明の人工心臓弁においては、閉鎖弁体の骨格線、
すなわち該閉鎖弁体の骨格形態又は外形の中心線が旋回
軸を横断して延びる該閉鎖弁体の中心断面においてＳ字
形を成すようにされる。このようにして、流体は予め定
められた開口角度において閉鎖弁体の前縁部と平行に広
がる一方、該流体は閉鎖弁体中心部または偏心配置され
た旋回軸の下流の範囲内で偏向させられ、その結果、開
きモーメントは専ら閉鎖弁体の中央部に生じる。また、
後縁部は主流動方向と平行に指向させられる。閉鎖弁体
をＳ字形に湾曲した構造体としたことにより、該閉鎖弁
体の吸入口部には安定した閉じた渦が形成される結果、
上行大動脈における死流域の縮小化が有利に行われる。
流体は凸−凹閉鎖構造体におけるよりも偏向されず、そ
の結果再び大動脈軸と平行に導入され、開閉のための旋
回動作は可成りの圧力損失を大幅に減少させる。一般に
開口角度は80゜とされるが、本発明の人工心臓弁では72
゜とされる。さらに、閉鎖弁体で流路がより好ましいも
のにすることより、大動脈壁に対する衝撃圧力が低減さ
せられる。

主流動位相時に存在する安定な渦は収縮端部に向けて
反転圧力により増大させられ、このようにして実質的に
閉動作を保持する。閉動作ノイズは渦のダンピング作用
により弱められる。当該弁が閉じると、各大動脈洞は心
弛緩期に大部分が洗い流され、死流域の減少により血栓
形成の危険性がほとんどなくなり、よって患者が抗凝血
薬を生涯摂取しなければならないというような負担は実
質的に軽減される。

骨格線に対し横断方向に閉鎖弁体を付加的に湾曲させ
ることにより、該閉鎖弁体の周囲の側端流が有利なもの
となる。開位置において、閉鎖弁体は旋回軸からリング
軸に向けて湾曲している。このようにして、旋回軸の下
流に存在する各渦は吸入側で強まり、上行大動脈におけ
る死流域は流動方向に拡張する２つの対向する渦頂部に
より洗い流される。この実施例における圧力損失は２次
流の散逸によりわずかに増大するが、これは大形渦機構
の作用効果により補償される。

本発明の他の好ましい形態としては、上記閉鎖弁体の
２つの湾曲部分の外周縁端領域が該閉鎖弁体の骨格線と
角度５゜〜15゜をもって交差する弦を形成するようにす
ること、上記閉鎖弁体の骨格線における２つの湾曲した
第１線部分と第２線部分との変曲点を該骨格線上の旋回
軸と上記第２線部分の一方の末端部間のほぼ中間位置と
すること、上記閉鎖弁体の骨格線における変曲点がほぼ
該閉鎖弁体の弦上における該骨格線の湾曲した第１及び
第２線部分間に位置するようにしたこと、上記閉鎖弁体
の外周縁部が一平面内に存在するようにしたこと、上記
閉鎖弁体が開位置で旋回軸と直交する平面を横断する方
向に該旋回軸からバルブリングの長手軸に向かって大き
く湾曲し、該閉鎖弁体の骨格線により区分される両分割
部分を互いに対称的な形状としたこと等である。

（実施例） 以下に、本発明を添付図面により詳細に説明する。

第１図〜第３図において、人工心臓弁は流動方向に連
続的に漸次収束する回転対称な内面部10aを有する円形
バルブリング10から成る。該バルブリング10は大動脈組
織15い縫に付けられた縫製リング11により包囲される。
閉鎖弁体12はバルブリング10内に旋回可能に支持され、
旋回軸13は偏心した位置、すなわちバルブリング10の長
手軸14から離間した位置に設定される。

閉鎖弁体12は好ましくは全面的に均一の厚みを有する
硬質シート材料により形成される。閉位置において、大
形翼部の外周縁部16はバルブリング10の内面部10aの出
口端部に配置される一方、小形翼部の外周縁部17は該内
面部10aの入口端部に配置される。すなわち、閉位置に
おいて、閉鎖弁体12は第１図に示すようにバルブリング
10の内部に対角状に配置される。開位置において、閉鎖
弁体12の両外周縁部16及び17が存在する主平面はバルブ
リングの端部平面に対し角度65゜〜75゜をもって開口し
ている。図示しないアバットメントにより、バルブリン
グ10に対する閉鎖弁体12の開動作が限定される。旋回軸
13は実体上の軸ではなく、寸法上の軸であり、この旋回
軸13に閉鎖弁体12の対向両端部に外方に突出する軸受ピ
ンが設けられ、これら軸受ピンがバルブリング10の内面
部10aに設けられた対応する継手凹部内に嵌め込まれ
る。単一平面上に存在するようにされた閉鎖弁体12の周
辺縁部18がバルブリング10の内面部10aの形状に合わせ
て実質的に楕円形状される。外周縁部16及び17は該周辺
縁部18の一部分を構成する。

第13図は閉鎖弁体12の骨格線19の軌跡を示す。骨格線
19は旋回軸13を横断して延びる平面、すなわち、該閉鎖
弁体12の中心横断面に存在する輪郭又はプロファイルの
中心線である。上記平面において、閉鎖弁体12のＳ字形
状特性が最も顕著に発現される。すなわち、旋回軸13に
向かって骨格線平面からの間隔が増大するにつれて、Ｓ
字形部分が次第に平坦状となり平面端部18で終ってい
る。

旋回軸13に隣接する骨格線19の線部分19aは、該閉鎖
弁体12が閉位置にある場合、主流体流動方向に向かって
湾曲する一方、旋回軸13から離間した線部分19bは該主
流体流動方向と反対方向に向かって湾曲している。両線
部分19a及び19bはともに円弧を形成している。骨格線19
の線部分19aの曲率半径r₂は線部分19bの曲率半径r₁より
も大きくされる。骨格線19の両端部分19a及び19bは変曲
点19cで互いに滑らかに合体している。弦20は変曲点19c
を通過するとともに外周縁部16および17を横断して延び
る。骨格線19上における２つの外周縁部16及び17間の距
離、すなわち閉鎖弁体12の直径をｄとし、該閉鎖弁体12
の中心軸21から旋回軸13までの距離をｅとし、中心軸21
から変曲点19cまでの距離をｓとする。周辺縁部18が弦2
0に対して成す角度α_ｓは外周縁部16が弦20に対して成
す角度と等しくされる。上記角度α_ｓは好ましくは５゜
〜15゜とされる。比e:dは好ましくは0.15〜0.25とさ
れ、比s:dは好ましくは0.1〜0.2とされる。

骨格線19の湾曲した線部分19b及び19aの曲率半径r₁及
びr₂は下記式で示される。

r₁＝［〔（1/4）−（1/2）・（s/d）〕/Sinα_ｓ］×ｄ r₂＝［〔（1/4）−（1/2）・（s/d）〕/Sinα_ｓ］×ｄ 第１図に、開位置にある閉鎖弁体12の様子とともに該
閉鎖弁体12の開位置での流れ曲線を示す。図示するよう
に、上行大動脈22の入口部に本発明の人工心臓弁が取り
付けられる。上行大動脈22において、上記人工心臓弁の
後方に３つの大動脈洞24が放射状に現れるとともに天然
３小葉心臓弁の尖頭部を包囲する。該天然３小葉心臓弁
を取り除いて上記構成の人工心臓弁で置換すると、大動
脈洞24は血液流に影響を与え、これにより再循環領域ま
たは死流域が形成される。第１図及び第２図に示すよう
に、上記人工心臓弁は開位置の閉鎖弁体12が１つの大動
脈洞24とほぼ平行に延びるように設けられる。明らかな
ように、開位置において、外周縁部16及び17が到達流又
は退出流と平行状に配置される。流体により閉鎖弁体12
の中央領域に加えられた力により、該閉鎖弁体12は開位
置に付勢され、図示しないアバットメントを押圧し続け
る。もし、揺動防止アバットメントに対する開き圧力が
十分に加えられると、開位置とされた閉鎖弁体12により
流体が実質的に偏向させられることがない。特に、血液
流が大動脈壁部の特定位置に集中することがなく、顕著
な淀み点が形成されることもない。閉鎖弁体12の開き角
度が小さくなったにも拘わらず、該閉鎖弁体12により惹
起される圧力損失は一般的な凸凹型閉鎖弁体における場
合よりも少なくされる。旋回角度がより小さくされると
ともに初期還流モーメントによる作用面がより大きくさ
れるため、閉鎖時間及び還流容量が著しく低減させられ
る。

第４図及び第５図に示す人工心臓弁において、バルブ
リング10は第１実施例の人工心臓弁におけるものと同様
に設計されたものである。閉鎖弁体26の骨格線は第１実
施例の閉鎖弁体12の骨格線19と対応している。この第２
実施例のものは第１実施例のものと比べ、第４図の断面
図に対応する閉鎖弁体26の骨格線が更により大きく湾曲
している点が異なる抱けである。このように湾曲させた
ことにより、バルブリング10の内部に閉鎖弁体26により
形成される開口の横断面がより大きくされる。更に、軸
受点において、閉鎖弁体26の表面がバルブリング10の内
面部10aに対して成す角度が好ましくない鋭角となるこ
とが回避される。よって、上行大動脈が良好に洗浄さ
れ、血栓形成の危険性が大幅に低下する。更に、この第
２実施例の他の利点は流体流圧力に対するレバー長が増
大するから、開き及び閉じモーメントが増大することで
ある。この第２実施例においては、周辺縁部25が一平面
内に延びていないが、閉鎖弁体26が閉位置にあるとき流
動方向に延びている。バルブリング10の内周面に隣接し
て該バルブリング10に旋回運動可能に閉鎖弁体26を取り
付ける旋回軸13は該閉鎖弁体26の骨格線の下流側に位置
する一方、第１実施例においては該旋回軸13は骨格線19
の上流側に位置する。この第２実施例において、閉鎖弁
体26の最大開き角度は65゜〜75゜である。

第６図は閉鎖弁体26の外周縁部の流体流の流動軌跡を
示す。２つの渦27a及び27bが現れ、流体がバルブリング
10の長手軸と平行に延びる軸の回りに回転し、上行大動
脈における死流域が確実に流失する。渦27a及び27bは旋
回軸13を始端として流動方向に拡張する。

上記人工心臓弁は原理的に大動脈弁として使用するも
のであるが、織物製縫製リング11を適当に変形すること
により僧帽弁として使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の生体に植込まれた人工心
臓弁の断面図であり、 第２図は第１図の線II−II断面図であり、 第３図は幾何学的に説明するための閉鎖弁体の断面図で
あり、 第４図は本発明の第２実施例の生体に植え込まれた人工
心臓弁の断面図であり、 第５図は第４図の線Ｖ−Ｖ断面図であり、 第６図は第４図及び第５図の人工心臓弁における流体渦
構造の説明図である。 10……バルブリング、10a……バルブリングの内面部、 11……縫製リング、12及び26……閉鎖弁体、13……旋回
軸、 14……バルブリングの長手軸、 15……大動脈組織、16及び17……閉鎖弁体端部、18……
平面状端部、 19……骨格線、19a及び19b……骨格線の湾曲部、19c…
…骨格線の変曲点、 20……弦、21……中心軸、22……上行大動脈、24……大
動脈洞、25……側端部、27a及び27b……渦。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バルブリング（10）を有し、該バルブリン
   グ（10）の内部で該バルブリングの長手軸（14）から横
   方向に離間した旋回軸（13）の回りに旋回可能に閉鎖弁
   体（12;26）を支持し、該閉鎖弁体の骨格構造の中心線
   を示す骨格線（19）が上記旋回軸（13）と直交する平面
   において湾曲している、人工心臓弁において、 上記閉鎖弁体（12;26）の骨格線（19）がＳ字形とさ
   れ、閉位置で上記閉鎖弁体（12;26）の骨格線（19）に
   おける旋回軸（13）側の線部分（19a）が流体の主流動
   方向に向かって湾曲する一方、該旋回軸（13）から離間
   した骨格線（19）の線部分（19b）が上記主流動方向と
   反対方向に向かって湾曲するようにしたことを特徴とす
   る、人工心臓弁。
2. 【請求項２】閉鎖弁体（12;26）の２つの湾曲部分の外
   周縁部領域（16、17）が該閉鎖弁体の骨格線（19）と角
   度５゜〜15゜をもって交差する弦（20）を形成するよう
   にした、第１項記載の人工心臓弁。
3. 【請求項３】閉鎖弁体（12;26）の骨格線（19）におけ
   る２つの湾曲した第１線部分（19a）と第２線部分（19
   b）との変曲点（19c）が該骨格線（19）上の旋回軸（1
   3）と上記第２線部分（19b）の一方の末端部間のほぼ中
   間位置とされる、第１項記載の人工心臓弁。
4. 【請求項４】閉鎖弁体（12;26）の骨格線（19）におけ
   る変曲点（19c）がほぼ該閉鎖弁体の弦（20）上におけ
   る該骨格線（19）の湾曲した第１及び第２線部分（19
   a、19b）間に位置するようにした、第２項記載の人工心
   臓弁。
5. 【請求項５】閉鎖弁体（26）の外周縁部が一平面内に存
   在するようにした、第１項記載の人工心臓弁。
6. 【請求項６】閉鎖弁体（26）が開位置で旋回軸（13）と
   直交する平面を横断する方向に該旋回軸（13）からバル
   ブリング（10）の長手軸（14）に向かって大きく湾曲
   し、該閉鎖弁体（26）の骨格線（19）により区分される
   両分割部分を互いに対称的な形状とした、第１項記載の
   人工心臓弁。