JP2681059B2 - ポンピング駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、正，負の駆動用流体圧が交互に加えられる
ことにより他の流体をポンプ給送するポンピング装置
に、該正，負の駆動用流体圧を交互に供給するポンピン
グ駆動装置に関し、特に、人工心臓にそれをポンピング
するための正，負の駆動流体圧を印加する駆動装置の駆
動圧力制御に関する。 （従来の技術） 例えば、特開昭58−169460公報に開示された人工心臓
駆動装置は、所定正圧の空気と、所定負圧の吸引圧を交
互に人工心臓に供給する。エアーコンプレッサの吐出空
気が第１正圧開閉弁を介して正圧アキュムレータに供給
され、正圧アキュムレータの圧力が圧力センサで検出さ
れ、正圧アキュムレータの圧力が所定圧力範囲にあるよ
うに、該第１正圧開閉弁がオン／オフ制御される。正圧
アキュムレータの正圧空気は、人工心臓の収縮期間に第
２正圧開閉弁を開にすることにより該第２正圧開閉弁を
介して人工心臓に供給される。一方、デコンプレッサ
（真空引き装置）の負圧が負圧アキュムレータに第１負
圧開閉弁を介して印加され、、負圧アキュムレータの圧
力が圧力センサで検出され、負圧アキュムレータの圧力
が所定圧力範囲にあるように、該第１負圧開閉弁がオン
／オフ制御される。負圧アキュムレータの負圧は、人工
心臓膨張期間に第２負圧開閉弁を開にすることにより該
第２負圧開閉弁を介して人工心臓に印加される。 人工心臓に交互に加えられる正圧と負圧は、それぞれ
正圧アキュムレータおよび負圧アキュムレータの圧力に
実質上等しい。つまり、第１正圧開閉弁および第１負圧
開閉弁と正圧センサおよび負圧センサを用いて、収縮駆
動正圧と膨張駆動負圧を定め、第２正圧開閉弁と第２負
圧開閉弁で、人工心臓に該正圧と負圧を交互に切換供給
する。 （発明が解決すようとする問題点） 正，負圧アキュムレータの容量が大きいと、第２正，
負圧開閉弁が閉から開に切換わったときの、アキュムレ
ータ内圧の低下が小さく、また、第１正，負開閉弁の開
閉による、人工心臓供給圧の変動が小さい。しかし、ア
キュムレータの容量を小さくすると、あるいはアキュム
レータを省略すると、第２開閉弁が閉から開に切換わっ
てから人工心臓に与える圧力が所定圧に立上げるときの
オーバハンチングが大きくなり、第１開閉弁の調圧用の
開閉による、人工心臓供給圧の変動が大きい。したがっ
て上記従来例では、アキュムレータを例えば4000cc程度
の容量として、第２開閉弁が閉から開に切換わってから
人工心臓に与える圧力を所定圧に立上がるきのオーバハ
ンチングを小さくしかつ、第１開閉弁の調圧用の開閉に
よる、人工心臓供給圧の変動を小さくしている。アキュ
ムレータの容量を300cc程度あるいはそれ以下にする
と、収縮期間および膨張期間において人工心臓に印加さ
れる圧力の変動が大き過ぎる。 本発明はポンピング装置に供給する圧力の変動が小さ
く、しかも、アキュムレータの容量を小さくしうるある
いはアキュムレータを実質上省略しうるポンピング駆動
装置を提供することを目的とする。 〔発明の構成〕 （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために本出願の第１発明にポンピ
ング駆動装置は：駆動室、および、該駆動室の圧力に応
じてそれが高いときには駆動室を拡げポンピング対象流
体が流れる流路を縮め、低いときには駆動室を縮め該流
路を拡げるように動く運動体を備えるポンピング装置
の、該駆動室と、正圧流体源との間に介挿された正圧開
閉弁装置； 前記駆動室の負圧源との間に介挿された負圧開閉弁装
置； 前記正，負圧開閉弁装置から前記駆動室を含むポンピ
ング装置駆動用の流体空間の流体圧を検出する圧力検出
手段； 前記ポンピング対象流体が流れる流路の縮めを指示す
る収縮期間信号と拡げを指示する膨張期間信号を交互に
発生する信号発生手段；および、 収縮期間信号がある間、前記圧力検出手段が検出する
圧力が第１所定値以下の間は前記正圧開閉弁装置を連続
開とし第１所定値を越えると該正圧開閉弁装置を所定デ
ューティで開閉し、膨張期間信号がある間、前記圧力検
出手段が検出する圧力が第１所定値よりも低い第２所定
値以上の間は前記負圧開閉弁装置を連続開とし第２所定
値未満になると該負圧開閉弁装置を所定デューティで開
閉する調圧制御装置； を備える。 【作用】 収縮期間信号がある収縮期間では、前記正圧開閉弁装
置を開にしてポンピング装置な正圧アキュムレータ（こ
れがないときには正圧力源）の圧力を印加するが、ポン
ピング装置に与えられる圧力を圧力検出手段が検出し、
調圧制御手段が、圧力検出手段が検出する圧力が第１所
定値以下の間は正圧開閉弁装置を連続開とし第１所定期
間を越えると閉とし未満であると正圧開閉弁装置を所定
デューティで開閉する。 したがって、収縮期間になり、正圧開閉弁装置が開
に、負圧開閉弁装置が閉になってポンピング装置の駆動
室の圧力が体１所定値になるまでは、正圧開閉弁装置が
連続開で該駆動装置に与えられる圧力が急速に高くな
る。第１所定値になると正圧開閉弁装置が所定デューテ
ィで開閉するので圧力上昇が緩やかになり正圧のオーバ
ハンチングを生じない。 膨張期間信号がある膨張期間では、正圧開閉弁装置を
閉に負荷開閉弁装置を開にしてポンピング装置に負圧ア
キュムレータ（これがないときには負圧源）の圧力を印
加するが、ポンピング装置に与えられる圧力を圧力検出
手段が検出し、調圧制御手段が、圧力検出手段が検出す
る圧力が第２所定値以上であると負圧開閉弁装置を連続
開とし未満になると負圧開閉弁装置を所定デューティで
開閉する。しがって、膨張期間になり、負圧開閉弁装置
が開に、正圧開閉弁装置が閉になってポンピング装置の
駆動室の圧力が第２所定値に低下するまでは、負圧開閉
弁装置が連続開で該駆動装置に与えられる圧力が急速に
低くなる。第２所定値になると負圧開閉弁装置が所定デ
ューティで開閉するので圧力低下が緩やかになり負圧の
オーバハンチングを生じない。したがって、従来の調圧
用の第１正圧開閉弁および第１負圧開閉弁を省略するこ
とができるし、正負圧アキュムレータを小容量としても
あるいは省略しても、これらアキュムレータ（又は圧力
源）の圧力（の絶対値）を、ポンピング装置駆動用の圧
力よりも比較的に高くすることにより、所定圧をポンピ
ング装置に供給し得る。 上記目的を達成する本出願の第２発明では、駆動室、
および、該駆動室の圧力に応じてそれが高いときには駆
動室を拡げポンピング対象流体が流れる流路を縮め、低
いときには駆動室を縮め該流路を拡げるように動く運動
体を備えるポンピング装置の、該駆動室と、正圧流体源
との間に介挿させた正圧開閉弁装置； 正圧流体源と該正圧開閉弁装置の間にあってそれらの
間の流体通流路を開閉し該正圧流体源から該正圧開閉弁
装置に供給する流体圧を調整する正圧調整弁装置； 該正圧調整弁装置と前記正圧開閉弁装置の間の流体圧
を検出する第１圧力検出手段； 前記駆動装置に負圧を供給するための負圧開閉弁装
置； 負圧源と該負圧開閉弁装置の間にあってそれらの間の
流体通流路を開閉し該負圧源から該負圧開閉弁装置に供
給する負圧を調整する負圧調整弁装置； 該負圧調整弁装置と前記負圧開閉弁装置の間の流体圧
を検出する第２圧力検出手段； 第１圧力検出手段の検出圧が第１所定値以下の間は前
記正圧調整弁装置を連続開とし第１所定値を越えると該
正圧調整弁装置を所定デューティで開閉し、第２圧力検
出手段の検出圧が第１所定値より小さい第２所定値以上
の間は前記負圧調整弁装置を連続開とし第２所定値より
下がると該負圧調整弁装置を所定デューティで開閉する
調圧制御手段； 前記ポンピング対象流体が流れる流路の縮めを指示す
る収縮期間信号と拡げを指示する膨張期間信号を交互に
発生する信号発生手段；および、 前記収縮期間信号がある間、前記正圧開閉弁装置を開
として前記負圧開閉弁装置を閉とし、前記膨張期間信号
がある間、前記正圧開閉弁装置を閉として前記負圧開閉
弁装置を開とする、圧力切換制御手段； を備える。 【作用】 収縮期間信号がある収縮期間では圧力切換制御手段
が、正圧調整弁装置を開に、負圧開閉弁装置を閉にする
ので、正圧がポンピング装置の駆動室に供給される。ま
た、膨張期間信号がある膨張期間では圧力切換制御手段
が、正圧調整弁装置を閉に、負圧開閉弁装置を開にする
ので、負圧がポンピング装置の駆動室に供給される。こ
のような動作は、前述の従来例と同様である。また、機
構要素も前述の従来例と同様であるが、次の点が異な
る。 すなわち、正圧アキュムレータ（それがないときには
その位置に対応する位置）の圧力が第１所定置以下であ
るときには、調圧制御手段が正圧調整弁装置を連続開と
し、第１所定値を越えると正圧調整弁装置を所定デュー
ティで開閉する。これにより、正圧開閉弁の閉から開に
より正圧アキュムレータの圧力が急速に低下したとき、
正圧アキュムレータの圧力復帰が速く、またオーバシュ
ートを生じない。負圧アキュムレータ（それがないとき
にはその位置に対応する位置）の圧力が第２所定値以上
であるときには、調圧制御手段が負圧調整弁装置を連続
開とし、第２所定値未満になると負圧調整弁装置を所定
デューティで開閉する。これにより、負圧開閉弁の閉か
ら開により負圧アキュムレータの圧力が急速に上昇（負
圧は低下）したとき、負圧アキュムレータの圧力の負圧
復帰が速く、またオーバシュートを生じない。 したがって、正，負圧アキュムレータを小容量として
もあるいは省略しても、これらのアキュムレータ（又は
圧力線）の圧力（の絶対値）を、ポンピング装置駆動用
の圧力よりも比較的高くすることにより、所定圧をポン
ピング装置に供給し得る。 本出願の発明の他の目的および特徴は、図面を参照し
た以下の実施例の説明より明らかになろう。 （実施例１） 第１図に本発明の一実施例を示す。この実施例は人工
心臓駆動装置である。右用人工心臓11Rおよび左用人工
心臓11Lは、ポンピング対象流体、この実施例では生体
血液、が流れる流路である吸引室と駆動空気を導入する
駆動室との間を運動体である可撓性膜で区切ったもので
ある。吸引室と血液吸引パイプの間には該パイプから吸
引室への流体の通流は許すがその逆は阻止する逆支弁が
あり、吸引室と血液吐出パイプの間には吸引室から該パ
イプへの流体の通流は許すがその逆は阻止する逆支弁が
ある。駆動室に高圧空気を供給すると可撓性膜が吸引室
を圧縮し、吸引室の流体が血液吐出パイプに流出する。
駆動室を負圧吸引すると、可撓性膜が吸引室を広げ、吸
引室に血液吸引パイプの流体が流入する。したがって、
駆動室に正圧空気と負圧を交互に切換え供給することに
より、人工心臓は吸引パイプから流体（血液）を吸引し
吐出パイプに送出するポンピングを行なう。 人工心臓11Rの駆動室には、チューブ12を介して、正
圧開閉弁15の主力ポートを負圧開閉弁20の入力ポート
（負圧の観点では出力ポート）が連通している。 人工心臓11Rの駆動室に連通するエアー流路の圧力
（駆動圧力）を、圧力センサ23が検出する。 正圧開閉弁15の入力ポートは正圧アキュムレータ16
に、負圧開閉弁20の入力ポートは負圧アキュムレータ21
に、それぞれ連通してしる。正圧アキュムレータ16に
は、直流モータ14で駆動されるエアーコンプレッサ13が
圧縮空気を供給し、直流モータ19で駆動されるデコンプ
レッサ（真空引き装置）18が負圧アキュムレータ21の空
気を吸引する。エアーコンプレッサ13の吐出圧は、人工
心臓11Rの所要正圧力範囲（第３図のｈ）よりも高く、
デコンプレッサ18の吸引圧（絶対値）は人工心臓11Rの
所要負圧力範囲（第３図のｈ）よりも低い。 開閉弁15および20は前記特開昭58−169460号公報に、
構造が詳細に開示された電磁弁と実質上同じ構造の電磁
弁であり、それらに備っている電気コイルを通電（オ
ン）すると開（流通）となり、通電を遮断する（オフ）
と閉（遮断）となる。 圧力センサ23は信号処理回路31に接続されている。信
号処理回路31は、圧力センサ23が検出した圧力を示すア
ナログ信号をパルス化調圧回路37pおよび37nに与える。 ソノレイドドライバ27および28は公知のものであり、
パルス化調圧回路37pおよび37nがそれぞれに高レベルＨ
を与えると、それぞれ正圧開閉用の電磁弁15および負圧
開閉用の電磁弁20の電気コイルに通電（弁開）する。低
レベルＬを与えられたときには通電を遮断（オフ：弁
閉）する。 モータドライバ25および26は、駆動トルク調整用の操
作子（ポテンシヨメータ）を有するものであり、、CPU
（マイクロプロセッサ）34がそれぞれに高レベルＨを与
えると、それぞれモータ14および19に、操作子で指定さ
れた電流（トルク）を通電する。 CPU34は、インターフェイス33を介してマスタユニッ
ト60に接続されている。 心臓医療においては通常、一人の患者の心臓補助又は
心臓代替に、右用と左用の２つの人工心臓11Rおよび11L
が必要である。そこで右（Ｒ）用人工心臓（11R）駆動
装置と、それと全く同じ構成の左（Ｌ）用人工心臓駆動
装置50が、マスタユニット60に接続されている。 マスタユニット60はキヤラクタディスプレイ，表示灯
およびブザーを含む表示装置、操作ボード、インターフ
ェイス、CPU、ROM45、RAM、システムコントローラ、等
を有するコンピュータシステムである。マスタユニット
60のCPUには、インターフェイスを介して、人工心臓を
接続した患者の各器官の状態を検出又はモニタする、心
電計およびその他の医療機器が接続される。マスタユニ
ット60のCPUは、操作ボードから入力された駆動圧力
（Ｒ正圧,L正圧,R負圧,L負圧）,R比（右用人工心臓の圧
縮期間と膨張期間との比）,L比（左用人工心臓の圧縮期
間と膨張期間との比）、および、心拍数（回／分：心電
計が接続されていないとき必要）又は心電計からの心電
パルス、に基づいて、右用人工心臓11Rと左用人工心臓1
1Lのそれぞれについての収縮期開始タイミング（＝膨張
期終了タイミング）および膨張期開始タイミング（＝収
縮期終了タイミング）を演算し、収縮期開始タイミング
を示すパルス（IN1割込パルス）と膨張期開始タイミン
グを示すパルス（IN2割込パルス）を、Ｒ（右用人工心
臓11R）とＬ（左用人工心臓11L）のそれぞれについて作
成して右（Ｒ）用人工心臓駆動装置10と左（Ｌ）用人工
心臓駆動装置50に与える。また、駆動装置10にはＲ正圧
（Ｒの正圧目標値）およびＲ負圧（Ｒの負圧目標値）を
送信し、駆動装置50にはＬ正圧（Ｌの正圧目標値）およ
びＬ負圧（Ｌ負圧目標値）を送信する。これらの送信は
操作ボードにより、これらの入力があったときに行な
う。 駆動装置10のCPU34は、Ｒ正圧（Ｒの正圧目標値）を
受けると、これをラッチ36pにラッチし、負圧（Ｒの負
圧目標）を受けるとこれをラッチ36nにラッチする。 駆動装置10のCPU34は、マスタユニット60からIN1割込
パルスを受けてからIN2割込パルスを受けるまでの間Ｈ
の弁15開指示信号（収縮期間信号）をインターフェイス
33の出力ポートｐを介してパルス化調圧回路37pに与
え、また、マスタユニット60からIN2割込パルスを受け
てからIN1割込パルスを受けるまでの間Ｈの弁20開指示
信号（膨張期間信号）をインターフェイス33の出力ポー
トｎを介してパルス化調圧回路37nに与える。 パルス化調圧回路37pには、弁15開指示信号（収縮期
間信号）の他に、ラッチ36pからＲ正圧データが、パル
ス発振器38からデューティが75％のパルスａが、また、
インバータ39からは、パルスａの反転信号である、デュ
ーティが25％のパルスｂが印加される。 パルス化調圧回路37nには、弁20開指示信号（膨張期
間信号）の他に、ラッチ36nからＲ負圧データが、パル
ス発振器38からデューティが75％のパルスａが、また、
インバータ39からはデューティが25％のパルスｂが印加
される。 第２図に、パルス化調圧回路37pおよび37nの構成を示
す。 まずパルス化調圧回路37pの構成と動作を説明する。
ラッチ36pから与えられるＲ正圧（正圧目標値Rrp）はD/
A変換器40pで、1.05Rrpのレベルのアナログ信号ｃ（第
３図参照;1.05は係数;PrpがＲ正圧データが示す値）に
変換され、比較器41pの逆相入力端に印加される。一
方、アナログ電圧ｃは、可変抵抗器47pで、ｄ＝1.00Rrp
と、ｅ＝1.90Prp（第１所定値）に分圧されて、これら
がそれぞれ比較器42pおよび43pの逆相入力端に印加され
る。比較器41p〜43pの正相入力端には、圧力センサ23の
検出圧（アナログ信号）が印加される。 CPU34から弁15開指示信号（収縮期間信号：第３図に
「33−ｐ」と示す）が与えられているとき圧力センサ23
の検出圧が第１所定値ｅ＝0.90Prp以下である（第３図
の領域）と、比較器41p〜43pの出力がすべて高レベル
Ｈで、アンドゲードA1〜A3のA3のみの出力が高レベルＨ
であり、オアゲートR1およびR2を介してアンドゲードA4
およびA5にＨが加わり、それらがそれぞれの信号ａおよ
びｂをオアゲートR3を与え、オアゲートR3が信号ａとｂ
の和（論理和）、すなわち連続して高レベルＨの開（オ
ン）信号をソノレイドドライバ27に与える。これにより
電磁弁15が連続して開となり、人工心臓11Rに与えられ
る圧力が急上昇する。 圧力センサ23の検出圧が第１所定値 ｅ＝0.90Prpを越える（第３図の領域になる）と、比
較器42pと41pの出力は共に高レベルＨであるが、比較器
43pの出力が低レベルに切換わり、これによりアンドゲ
ードA1〜A3のA2のみがＨを出力し、アンドゲードA4がオ
ンされて信号ａのみがソノレイドドライバ27に与えられ
る。信号ａはパルス発振器38の、周波数は200Hz、デュ
ーティが75％のパルスであり、この周波数およびデュー
ティで電磁弁15が振動的に開閉し、これにより正圧供給
量が少くなり、人工心臓11Rに与えられる正圧の立上り
がゆるやかになる。 圧力センサ23の検出圧が目標値ｄ＝1.00Rrp以上にな
る（第３図の領域）と、比較器41pの出力のみがＨ
で、比較器42pおよび42pの出力のみが低レベルＬとなる
ので、アンドゲードA1〜A3のA1のみがＨを出力し、アン
ドゲードA4が遮断に、A5が導通になって、ソノレイドド
ライバ27に、200Hz、デューティ25％の信号ｂが与えら
れ、この周波数およびデューティで電磁弁15が振動的に
開閉し、これにより正圧供給量が不足となり、人工心臓
11Rに与えられる正圧がゆるやかに低下する。したがっ
て、次には検出圧は領域となり、正圧供給量がゆるや
かに上昇する。このような領域との２つにまたがっ
た制御が継続する。 なお、仮に検出圧がｃ＝1.05Rrp以上（第３図の領域
）になると、アンドゲードA1〜A3のすべての出力がＬ
となり、アンドゲードA4およびA5が共にオフとなって、
電磁弁15は連続閉となり、検出圧は高速で領域に戻
る。 パルス化調圧回路37nの構成も、前述の37pの構成と同
様であるが、CPU34がら弁20開指示信号（膨張期間信
号：第３図に［33−ｎ」と示す）が与えられているとき
検出圧が第２所定値ｆ＝1.05Rrp以上である（第３図に
示す領域）と、圧力を高速で下げるために電磁弁20を
連続開とし、検出圧がｆ＝1.05Rrp未満でしかもＲ負圧
（負圧（負圧目標値）ｇ＝1.00Rrp以上（第３図に示す
領域）であるときには、圧力をゆるやかに下げよるよ
うに、信号ａをソノレイドドライバ28に与え、検出圧が
ｇ＝1.00Prn未満になると、圧力をゆるやかに上げるよ
うに、信号ｂをソノレイドドライバ28に与える。仮に検
出圧がｈ＝0.95Prn以下になると、速く圧力を上げるよ
うに、弁20の閉を指示する信号Ｌをソノレイドドライバ
28に与える。 第４図の表の上半分には、パルス化調圧回路37pに弁1
5開指示信号が与えられているときに、圧力センサ23の
検出圧力（〜：第３図参照）に対応して回路37pが
ソノレイドドライバ27に与える弁付勢信号を示す。弁15
開指示信号が与えられていない（インターフェイス33の
出力ｐが低レベルＬ）ときには、回路37pのアンドゲー
ドA5およびA6が共にオフであり、ソノレイドドライバ27
には、弁閉（オフ）を指示する低レベルＬが与えられ
る。 第４図の表の下半分には、パルス化調圧回路37nに弁2
0開指示信号が与えられているときに、圧力センサ23の
検出圧力（〜）：第３図参照）に対応して回路37n
がソノレイドドライバ28に与える弁付勢信号を示す。弁
20開指示信号が与えられていない（インターフェイス33
の出力ｎが低レベルＬ）ときには、回路37nのアンドゲ
ードA5およびA6が共にオフであり、ソノレイドドライバ
28には、弁閉（オフ）を指示する低レベルＬが与えられ
る。 マスタユニット60からIN1割込パルスとIN2割込パルス
に応答して、CPU34が前述の弁15開指示信号と弁20開指
示信号を交互に発生し、それぞれをパルス化調圧回路37
pおよび37nに与える。CPU34また、マスタユニット60か
らＲ正圧データ（ｄ＝Prp）を受けるとそれをラッチ36p
にラッチし、マスタユニット60からＲ負圧データ（ｇ＝
Prp）を受けるとそれをラッチ36nにラッチする。 第5a図に、右用人工心臓11Rを駆動する装置10のCPU34
の制御動作を示し、第5b図および第5c図に、CPU34の、
マスタユニット60からのタイミングパルス（ＲのIN1割
込パルス）および（ＲのIN2割込パルス）に応答した割
込処理動作を示す。 まず第5a図を参照する。電源がオンになる（ステップ
1:以下カッコ内ではステップという語を省略）と、CPU3
4は、入出力ポートの信号を待機状態（15,20,14,19:オ
フ）に設定し、内部タイマー，カウンタ，レジスタ，フ
ラグ等をクリアし、IN1割込およびIN2割込を禁止する
（２）。CPU34は次に、マスタユニット60のCPU（図示せ
ず）にデータを要求する（３）。 CPU34とマスタユニット60のCPUとの間のデータ送受信
は、スタートビット＋データ＋エンドビット＋エラーチ
エックビット、を１フレームとするものであり、ステッ
プ３のデータ要求では、CPU34は、このフレームの「デ
ータ」の項に「レディ」を示すデータを置いて送信す
る。ユニット60のCPUは、CPU34から１フレームを受信す
ると、そのときのCPU34に送信すべきデータがあるとそ
れを１フレームの「データ」の項においてCPU34送信す
る。ユニット60のCPUは、送信すべきデータが無い（現
状態をそのまま継続すべき）ときには「データ」の項に
ACK（アクノレッジ）を置いて１フレームを送信する。 CPU34は、ユニット60のCPUにデータを要求する（３）
と、タイマT₀（プログラムタイマ）をセットし、そのタ
イムオーバを待つ（５）。タイムオーバする（時間T₀が
経過）までにユニット60のCPUから送信があるとステッ
プ６に進む。無かったときには、また１フレームをユニ
ット60のCPUに送信する。 以下、オペレータの、ユニット60にある操作ボードの
キー操作に対応したユニット60のCPUとCPU34の動作を説
明する。 （１）オペレータが、操作ボードで、Ｒ正圧を入力する
と、ユニット60のCPUがこれをCPU34に送信し、CPU34に
はこれを受信すると、ステップ４−６−７−８−11と進
んで、ステップ11で、ラッチ36Pにこれをラッチする。
これは、データセレクタ35を、ラッチ36pへの出力に設
定してデータセレクタ35にＲ正圧データとラッチ指示パ
ルスを送出することにより行なう。Ｌ正圧の駆動装置50
への設定もこれと同様である。 （２）オペレータが、操作ボードで、Ｒ負圧を入力する
と、ユニット60のCPUがこれをCPU34に送信し、CPU34に
はこれを受信すると、ステップ４−６−７−８−９−12
と進んで、ステップ12で、Ｒ負圧ラッチ36nセットす
る。これは、データセレクタ35を、ラッチ36nへの出力
に設定して、データセレクタ35にＲ負圧およびラッチ指
示パルスを与えることにより行なう。Ｌ負圧の駆動装置
50への設定もこれと同様である。 （３）心電計が接続されていない場合は、ユニット60の
CPUは、操作ボードより入力されたＲ比,L比および心拍
数（回／分）より、１拍周期Th,R収縮期間TrcおよびＬ
収縮期間T_lcを演算し、周期Thのパルス（ＲのIN1割込パ
ルス）を、タイマ制御で発生してCPU34のIN1割込ポート
に与え、また、該ＲのIN1割込パルスよりTrc遅れたパル
ス（ＲのIN2割込パルス）を発生してCPU34のIN2割込ポ
ートに与える。更に、マスタユニット60のCPUは、操作
ボードから入力された、Ｒに対するＬの位相ずれデータ
に基づいて、Ｒに対するＬの位相ずれ量Tpdを演算し
て、ＲのIN1割込パルスよりTpdの位相ずれがあるパルス
（ＬのIN1割込パルス）を発生して駆動装置50に与え、
また、このＬのIN1割込パルスよりT_lc遅れたパルス（Ｌ
のIN2割込パルス）を発生してこれを駆動装置50に与え
る。これらのパルス発生は、駆動装置10および50に、
「スタート」を指示する直前から、「ストップ」を指示
した直後まで継続し、このようにパルスを発生している
間に、操作ボードより更新入力があったときには、これ
に対応して、上記演算を再度行って、パルス発生タイミ
ングを更新する。 心電計が接続されてる場合は、マスタユニット60のCP
Uは、ＲのIN1割込パルスを、１拍周期で表われる心電波
（パルス）より、操作ボードで入力された遅延量の遅れ
をもったのとする。他のパルスはこのIN1割込パルスに
基づいて前記の通りに発生する。 （４）操作ボードに「スタート」が入力され、これに応
答してマスタユニット60のCPUのCPU34に「スタート」を
送信すると、CPU34は、ステップ４−６−７−13と進ん
で、IN1,IN2割込を許可し（13）、コンプレッサモータ1
4の付勢を指示する信号をモータドライバ25に出力（出
力ポートにセット）し（14）、モータ起動による過渡高
電流時間T₁の経過を待ち（15）、モータ付勢指示からT₁
が経過するとデコンプレッサモータ19の付勢を指示する
信号をモータドライバ26に出力する（16）。そしてデー
タ要求（３）に進む。マスタユニット60のCPUな駆動装
置50にも同様に「スタート」を指示し、駆動装置50のマ
イクロプロセッサ（図示せず）がCPU34の上記動作と同
様に動作する。 ステップ13で割込を許可したことにより、またマスタ
ユニット60のCPUが、ＲのIN1割込パルスをCPU34の割込
ポートIN1に、ＲのIN2割込パルスをCPU34の割込ポートI
N2に与えることにより、CPU34は、IN1割込パルスを受け
ると第5b図に示すIN1割込（37）を実行し、またＲのIN2
割込パルスを受けると第5c図に示すIN2割込（40）を実
行する。これは、IN1,IN2割込が禁止される（31）ま
で、実行される。 ＲのIN1割込パルスが現われると、CPU34は第5b図に示
すIN1割込（37）に進み、負圧フラグ（膨張期間である
ことを示すデータ）をクリアし（38）、正圧フラグ（収
縮期間であることを示すデータ）をセットする（39）。
そして、メインルーチン（第5a図）の、この割込（37）
に進む直前のステップに戻る。 ＲのIN2割込パルスが現われると、CPU34は第5c図に示
すIN2割込（40）に進み、正圧フラグをクリアし（4
1）、負圧フラグをセットする（42）。そして、メイン
ルーチンの、この割込（40）に進む直前のステップに戻
る。 なお、マスタユニット60のCPUが、駆動装置50にはＬ
のIN1割込パルスおよびＬのIN2割込パルスを与え、駆動
装置50のCPUも、CPU34の、前述の割込処理（第5b図，第
5c図）と同様に割込処理を実行する。駆動装置50のCPU
の動作は、CPU34の動作と同様であり、駆動装置50の構
成および動作も、駆動装置10の構成および動作と同様で
あるので、以下においては、駆動装置10に関してのみ説
明する。 （５）再度第5a図を参照する。前述のように「スター
ト」の指示を受けて、コンプレッサモータ14およびコン
プレッサモータ19を付勢状態とすると、CPU34は、デー
タ要求（３）を実行し、マスタユニット60のCPUより１
フレームのデータを受信し（４）、操作ボードより更新
入力（動作パラメータの変更）がない限り、該フレーム
のデータはACKであって付加データ（パラメータデー
タ）でないので（６）、CPU34は、ステップ19〜25の
「切換制御」を実行し、そしてデータ要求（３）に戻
る。 操作ボードにより新たな入力がない限り、マスタユニ
ット60のCPUがデータ（パラメータデータ）を送信しな
い〔データ要求（３）に応答してACKのみを送信する〕
ので、CPU34は、ステップ３−４−19−25−３と循環
し、ステップ19〜25の「切換制御」を、実質上定周期で
繰り返ることになる。 （６）ステップ19〜25の「切換制御」では、正圧フラグ
があるか負圧フラグがあるかをチエックし（19,23）、
いずれもないときには、まだ「スタート」を受けていな
い状態であるので、ステップ３に戻る。すなわち「切換
制御」は実質上実行しない。 ここで、正圧フラグがあると、これは第5b図のIN1割
込（37）でセットされたものであって、IN1割込パルス
が現われてからIN2割込パルスが現われるまでの期間、
すなわち現時点が収縮期間（弁15開指示区間）であるこ
とを示す。この場合には、電磁弁20のオフを指示する信
号をインターフェイス33の出力ポートｎにセットし（2
0）、電磁弁15開指示信号（Ｈ）をインターフェイス33
の出力ポートｐにセットする。 負圧フラグがあったときは、これは第5c図のIN2割込
（40）でセットされたものであって、IN2割込パルスが
現われてからIN1割込パルスが現われるまでの期間、す
なわち現時点が膨張期間（弁20開指示区間）であること
を示す。この場合には、電磁弁15をオフとする信号をイ
ンターフェイス33の出力ポートｐに設定し（24）、電磁
弁20をオンする弁20開指示信号（Ｈ）をインターフェイ
ス33の出力ポートｎに設定する（25）。 以上に説明した「切換制御」により、第３図に示す
「33−ｐ」信号および「33−ｎ」信号がそれぞれパルス
化調圧回路37pおよび37nに与えられる。これらの信号に
応じて、パルス化調圧回路37pおよび37nが前述の如くに
調圧制御動作を行なう。このように、収縮期（正圧フラ
グあり）の間は、電磁弁20は閉で、圧力センサ23の検出
圧はＲ正圧（ｄ）になるように電磁弁15が開閉し、膨張
期（負圧フラグあり）の間は、電磁弁15は閉で、圧力セ
ンサ23の検出圧はＲ負圧（ｇ）になるように電磁弁20が
開閉する。このように、正圧系と負圧系のそれぞれに、
１個の開閉電磁弁15および20を備えるのみで、正圧／負
圧の交互切換えと、定正圧（ｄ）制御および定負圧
（ｇ）制御が行なわれる。 （７）上記（６）のように「切換制御」を実行している
間に、すなわち人工心臓11R,11L駆動中に、マスタユニ
ット60の操作ボードに入力があると、前記（１）および
（２）と同様に、ユニット60のCPUがCPU34にデータを送
信し、CPU34がラッチ36p,36nの内容を受信データに更新
し、マスタユニット60のCPUがタイミングを再演算し
て、割込パルスを、演算したデータに基づいたものに変
更する。したがって、上記（６）の「切換制御」このよ
うに変更されたデータおよびパルスに基づいたものに変
化する。 （８）オペレータが操作ボードに「ストップ」を入力す
ると、マスタユニット60のCPUがこれをCPU34に送信す
る。CPU34がこれを受信すると、ステップ４−６−７−
８−９−10−27と進んで、デコンプレッサモータ19を停
止し（27）、停止過渡期間T₂の経過を待って（28）コン
プレッサモータ14を停止し（29）、その停止過渡期間T₃
の経過を待って（30）、IN1,IN2割込を禁止する（3
1）。ここでIN1,IN2割込（第5b図，第5c図）が実行され
なくなる（フラグの更新がなくなる）ので、人工心臓11
Rが停止する。CPU34は次いで、電磁弁15をオンとし（3
2）、コイル通電過渡期間T₄の経過を待って（33）、電
磁弁20をオンとする（34）。両電磁弁15,20が共にオン
となったことにより、正圧アキュムレータ16の圧縮空気
が負圧アキュムレータ21に流れて、両アキュムレータ1
6,21の圧力が共に大気圧に近づく。CPU34は次いで正圧
フラグおよび負圧フラグをクリアし（35）、両アキュム
レータの圧力が中和し合うに十分な時間T₅の経過を待っ
て（36）、データ要求（３）に進む。 前述のように、収縮期には、検出圧が第１所定値
（ｅ）となるまで弁14を連続開とするので人工心臓11R
に与えられる圧力の上昇が速い。第１所定値を越えると
75％デューティで弁14を開閉するので圧力の上昇がゆる
やかになり、Ｒ正圧（ｄ）を越えると25％デューティで
弁14を開閉するので圧力の上昇がゆるやかな下降とな
る。したがって、正圧の立上り時に過オーバシュートを
生ずることがなくなめらかにＲ正圧（ｄ）に安定し、立
上がり期間後の安定期間においても大きな圧力変動を生
じない。これは、弁14に慣性があり、オン／オフ付勢に
対して開閉遅れがある所、収縮期間においては、第１所
定値（ｅ）を越える目標圧力（ｄ）直前の領域ではデ
ューティ75％で弁15を振動的に開閉するので正圧の上昇
速度が遅く、目標圧力（ｄ）になったときに弁15の開閉
を降圧に切換えても、従来のように大きなオーバシュー
トを生ずることがない。目標圧力（ｄ）直後の領域で
はデューティ25％で弁15を振動的に開閉するので正圧の
降下速度が遅く、目標圧力（ｄ）になったときに弁15の
開閉を昇圧に切換えても従来のように大きなアンダーシ
ュートを生ずることがない。膨張期間においても、目標
圧力（ｇ）の前後の領域，で同様に弁20の振動的開
閉が行なわれる。 なお、電磁弁および20は、デューティ100％の通電で
は全開であるが、周波数200Hz、デューティ75％通電で
は、通電により弁体が全開位置に到来するまでに通電が
絶たれるオン／オフ付勢となるので、時経列の弁開度は
70％程度となり、デューティ25％の通電では20％程度と
なる。 （実施例２） 第６図に本出願のもう１つの発明の一実施例を示す。
この実施例は、前述の特開昭58−169460号公報に開示さ
れた如く、正圧調圧用の電磁弁15,正圧アキュムレータ1
6および正圧開閉用の電磁弁17を正圧系に備え、負圧調
圧用の電磁弁20,負圧アキュムレータ21および負圧開閉
用の電磁弁22を備え、第１圧力センサ23でアキュムレー
タ16の圧力を、第２圧力センサ24でアキュムレータ21の
圧力を検出するようにしたものである。正圧アキュムレ
ータ16および負圧アキュムレータ21の容積は、本発明の
実施により、300cc程度の小容量となっている。 この実施例では、上記機構に対応して、電磁弁17およ
び22を、それぞれソレノイドドライバ30および29を介し
て、インターフェイス33の出力ポートｐの収縮期間信号
「33−ｐ」および出力ポートｎの膨張期間信号「33−
ｎ」で通電付勢するようにしている。パルス化調圧回路
37pおよび37nは、第７図に示すように、信号「33−ｐ」
および「33−ｎ」は入力しないものとなっている。 これにより、収縮期間および膨張期間のいずれを問わ
ず、パルス化調圧回路37pは、第１圧力センサ23の検出
圧（第３図の〜）に対応して第４図に示す表の上半
分に示す信号をソレノイドドライバ27に与える。パルス
化調圧回路37nも、収縮期間および膨張期間のいずれを
問わず、第２圧力センサ24の検出圧（第３図の〜）
に対応して第４図に示す表の下半分に示す信号をソレノ
イドドライバ28に与える。 マスタユニット60およびCPU34の動作は、第１図に示
す実施例１のものと全く同じであり、この実施例２にお
いても、実施例１の効果と同様な効果が得られる。 （他の実施例） 上記実施例１および２のいずれにおいても、目標圧
（d,g）の前後に緩増圧領域（，）と緩減圧領域
（，）を設定して、目標圧直前直後のオーバシュー
トおよびアンダーシュートを制御し、正確かつ精細に目
標圧相当の圧力を得るようにしている。しかし、従来、
最も大きな圧力偏差は、膨張期間から収縮期間への切換
時の圧力立上り時のオーバシュート、および、収縮期間
から膨張期間への切換時の圧力の立下りのアンダーシュ
ート（絶対圧ではオーバシュート）で表われ、これが問
題であり、これを抑止することに大きな利点がある。そ
こで、パルス化調圧回路37pおよび37nのD/A変換器40pお
よび40nは、目標圧ｄ＝Prp,g＝Prnをそのまま出力する
ものとし、比較器41p,41n,アンドゲートA3およびオアゲ
ードR1,R2を省略し、アンドゲートA2の出力をアンドゲ
ートA4に与え、かつ、比較器42p,42nには目標圧ｄ＝Pr
p,g＝Prnを、比較器43n,43pには第１所定値e,第２所定
値ｆを与えるようにしてもよい。これによれば、検出圧
が領域，になったときに、弁15,20が閉となる。領
域，での立上りは速度が低いので、膨張期間から収
縮期間への切換時およびその逆の切換時のオーバシュー
トが抑止される。 コンプレッサ13は目標圧ｄより高い所定圧で吐出口と
大気の間を連通とするブリーフ弁を備え、デコンプレッ
サ８も目標圧ｇより低い所定圧で吸気口と大気の間を連
通とするブリーフ弁を備える。前記実施例２の態様で
は、これらのブリーフ弁を電磁弁にして、調圧用の電磁
弁15,20に兼用することができる。この、場合には、前
述の「電磁弁15の閉／開」は「コンプレッサ13の吐出口
の大気への連通／遮断」と同義となり、 「電磁弁20の閉／開」はデコンプレッサ18の吸気口の大
気への連通／遮断」と同義になる。 以上の説明においてはポンピング装置は人工心臓であ
るが、本発明は、上記実施例の制御対象である人工心臓
11Rと同様なポンピング動作を行なう他の生体用ポンピ
ング装置や工業用ポンピング装置な同様に実施できる。 〔発明の効果〕 以上の通り本発明によれば、アキュムレータの容量を
小さくすることができ、しかもポンピング装置（11R）
に供給する正／負圧の変動が制御される。

【図面の簡単な説明】 第１図は本出願の第１発明の一実施例を示すブロック図
である。 第２図は第１図に示すパルス化調圧回路37pおよび37nの
構成を示すブロック図である。 第３図は、第１図に示す圧力センサ23の検出圧を示すグ
ラフである。 第４図はパルス化調圧回路37pおよび37nの出力信号波形
を示すタイムチヤートである。 第5a図は第１図に示すCPU34の制御動作を示すフローチ
ヤートである。 第5b図および第5c図はCPU34の割込処理動作を示すフロ
ーチヤートである。 第６図は本出願の第２発明の一実施例の構成を示すブロ
ック図である。 第７図は第６図に示すパルス化調圧回路37pおよび37nの
構成を示すブロック図である。 10,50:人工心臓駆動装置、11R:右用人工心臓 11L:左用人工心臓、12:チューブ 13:エアーコンプレッサ（正圧流体源） 14:直流モータ、16:正圧アキュムレータ 15:電磁弁（正圧開閉弁装置−第１図；正圧調整弁装置
−第６図） 17:電磁弁（正圧開閉弁装置−第６図） 18:デコンプレッサ（負圧流体源） 19:直流モータ、21:負圧アキュムレータ 20:電磁弁（負圧開閉弁装置−第１図；負圧調整弁装置
−第６図） 22:電磁弁（負圧開閉弁装置−第６図） 23:圧力センサ（圧力検出手段−第１図；第１圧力検出
手段−第６図） 24:圧力センサ（第２圧力検出手段−第６図） 25,26:モータドライバ、27〜30:ソレノイドドライバ 31,32:信号処理回路、33:インターフェイス 34:マイクロプロセッサ（信号発生手段、圧力切換制御
手段） 35:データセレクタ、36p,36n:ラッチ 37p,37n:パルス化調圧回路（調圧制御手段−第１図，第
６図） 38:パルス発振器、39:インバータ 40p,40n:D/A変換器、41p〜43p,41n〜43n:比較器 47p,47n:可変抵抗器、A1〜A5:アンドゲート R1〜R3:オアゲート、60:マスタユニット

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．駆動室、および、該駆動室の圧力に応じてそれが高
   いときには駆動室を拡げポンピング対象流体が流れる流
   路を縮め、低いときには駆動室を縮め該流路を拡げるよ
   うに動く運動体を備えるポンピング装置の、該駆動室
   と、正圧流体源との間に介挿された正圧開閉弁装置； 前記駆動室と負圧源との間に介挿された負圧開閉弁装
   置； 前記正，負圧開閉弁装置から前記駆動室を含むポンピン
   グ装置駆動用の流体空間の流体圧を検出する圧力検出手
   段； 前記ポンピング対象流体が流れる流路の縮めを指示する
   収縮期間信号と拡げを指示する膨張期間信号を交互に発
   生する信号発生手段；および、 収縮期間信号がある間、前記圧力検出手段が検出する圧
   力が第１所定値以下の間は前記正圧開閉弁装置を連続開
   とし第１所定値を越えると該正圧開閉弁装置を所定デュ
   ーティで開閉し、膨張期間信号がある間、前記圧力検出
   手段が検出する圧力が第１所定値よりも低い第２所定値
   以上の間は前記負圧開閉弁装置を連続開とし第２所定値
   未満になると該負圧開閉弁装置を所定デューティで開閉
   する調圧制御装置； を備えるポンピング駆動装置。 ２．ポンピング装置は人工心臓である前記特許請求の範
   囲第（１）項記載のポンピング駆動装置。 ３．駆動室、および、該駆動室の圧力に応じてそれが高
   いときには駆動室を拡げポンピング対象流体が流れる流
   路を縮め、低いときには駆動室を縮め該流路を拡げるよ
   うに動く運動体を備えるポンピング装置の、該駆動室
   と、正圧流体源との間に介挿された正圧開閉弁装置； 正圧流体源と該正圧開閉弁装置の間にあってそれらの間
   の流体通流路を開閉し該正圧流体源から該正圧開閉弁装
   置に供給する流体圧を調整する正圧調整弁装置； 該正圧調整弁装置と前記正圧開閉弁装置の間の流体圧を
   検出する第１圧力検出手段； 前記駆動室に負圧を供給するための負圧開閉弁装置； 負圧源と該負圧開閉弁装置の間にあってそれらの間の流
   体通流路を開閉し該負圧源から該負圧開閉弁装置に供給
   する負圧を調整する負圧調整弁装置； 該負圧調整弁装置と前記負圧開閉弁装置の間の流体圧を
   検出する第２圧力検出手段； 第１圧力検出手段の検出圧が第１所定値以下の間は前記
   正圧調整弁装置を連続開とし第１所定値を越えると該正
   圧調整弁装置を所定デューティで開閉し、第２圧力検出
   手段の検出圧が第１所定値より小さい第２所定値以上の
   間は前記負圧調整弁装置を連続開とし第２所定値より下
   がると該負圧調整弁装置を所定デューティで開閉する調
   圧制御手段； ポンピング対象流体が流れる流路の縮めを指示する収縮
   期間信号と拡げを指示する膨張期間信号を交互に発生す
   る信号発生手段；および、 前記収縮期間信号がある間、前記正圧開閉弁装置を開と
   して前記負圧開閉弁装置を閉とし、前記膨張期間信号が
   ある間、前記正圧開閉弁装置を閉として前記負圧開閉弁
   装置を開とする、圧力切換制御手段； を備えるポンピング駆動装置。 ４．ポンピング装置は人工心臓である前記特許請求の範
   囲第（３）項記載のポンピング駆動装置。