JP2807786B2 - 人工心臓用ポンプ - Google Patents
人工心臓用ポンプInfo
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は遠心ポンプ型の人
工心臓用ポンプに関し、更に詳しくはインペラを磁気的
に非接触状態で浮上支持する遠心ポンプ型の人工心臓用
ポンプの改良に関するものである。
工心臓用ポンプに関し、更に詳しくはインペラを磁気的
に非接触状態で浮上支持する遠心ポンプ型の人工心臓用
ポンプの改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】人工心臓用ポンプに要求される仕様の1
つとして血液凝固(血栓)の防止がある。血液凝固(血
栓)を防止するためには人工心臓用ポンプ内の血流の流
路内に流れの障害の原因となり得る構造材が少ないこ
と、その流路の径を大きくとることが可能なこと、人工
心臓用ポンプの運転が安定して行えて、可動構成材の偏
寄等が少ないこと等が望まれる。また他に要求される仕
様として、血球破壊(溶血)の防止がある。血球破壊
(溶血)防止には、流路の長さが短いこと及び可動部材
の回転速度が低いことが望まれる。
つとして血液凝固(血栓)の防止がある。血液凝固(血
栓)を防止するためには人工心臓用ポンプ内の血流の流
路内に流れの障害の原因となり得る構造材が少ないこ
と、その流路の径を大きくとることが可能なこと、人工
心臓用ポンプの運転が安定して行えて、可動構成材の偏
寄等が少ないこと等が望まれる。また他に要求される仕
様として、血球破壊(溶血)の防止がある。血球破壊
(溶血)防止には、流路の長さが短いこと及び可動部材
の回転速度が低いことが望まれる。
【0003】人工心臓用ポンプとしては種々の形式のも
のが公知であるが、ダイヤフラム型、チューブ型、ロー
ラ圧型、半径流で作動させる型、等種々の形式に分類で
きる。これらの中で半径流で作動させるものとして代表
的なものが、遠心ポンプ型の人工心臓ポンプである。
のが公知であるが、ダイヤフラム型、チューブ型、ロー
ラ圧型、半径流で作動させる型、等種々の形式に分類で
きる。これらの中で半径流で作動させるものとして代表
的なものが、遠心ポンプ型の人工心臓ポンプである。
【0004】遠心ポンプ型の人工心臓ポンプは、一般に
ケーシングと回転自在に前記ケーシングの中に設けられ
血液流路を介して流れてきた血液に遠心力を与えるため
のインペラと、該インペラを回転させるためのモータ
と、血液を導入して案内するための血液流路とを備えて
いる。
ケーシングと回転自在に前記ケーシングの中に設けられ
血液流路を介して流れてきた血液に遠心力を与えるため
のインペラと、該インペラを回転させるためのモータ
と、血液を導入して案内するための血液流路とを備えて
いる。
【0005】このような遠心ポンプ型の人工心臓ポンプ
の一例として、図5に示すものが提案されている。即
ち、図5に示す人工心臓ポンプ101では、ケーシング
102内にインペラ103を備えている。インペラ10
3は中空をなしていて、この中空部が血流の流路122
を構成する。
の一例として、図5に示すものが提案されている。即
ち、図5に示す人工心臓ポンプ101では、ケーシング
102内にインペラ103を備えている。インペラ10
3は中空をなしていて、この中空部が血流の流路122
を構成する。
【0006】インペラ103のインペラ軸部114は内
側支持用磁石123及び外側支持用磁石124をもつ2
組の磁気支持装置104によって、外周をケーシング1
02内に非接触で回転可能に支持されている。また、イ
ンペラ103のインペラ部115の底部はピボット12
5で支持されている。
側支持用磁石123及び外側支持用磁石124をもつ2
組の磁気支持装置104によって、外周をケーシング1
02内に非接触で回転可能に支持されている。また、イ
ンペラ103のインペラ部115の底部はピボット12
5で支持されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来の人
工心臓ポンプ101はインペラ軸部114の回転軸方向
の長さが長いので、血流の流路も長くなり血球破壊が生
じ易い。また、この形式は2つの磁石の中間に駆動モー
タを置くことを想定したものであるが、この駆動方法で
は回転の安定化を図ることが難しい。
工心臓ポンプ101はインペラ軸部114の回転軸方向
の長さが長いので、血流の流路も長くなり血球破壊が生
じ易い。また、この形式は2つの磁石の中間に駆動モー
タを置くことを想定したものであるが、この駆動方法で
は回転の安定化を図ることが難しい。
【0008】従来の人工心臓ポンプの他の例としては、
インペラ軸部を中空でなく、中実棒状体で構成し、この
インペラ軸部の外周面とケーシングの内周面との間に血
流の流路を形成することも考えられているが(人工臓器
24(2)、第323〜326頁(1995))、設計
によっては、磁気支持装置の外側支持用磁石が流路内に
位置する結果となる場合があり、このことは流れの淀み
によって血液凝固を促進する場合があるので望ましくな
い。
インペラ軸部を中空でなく、中実棒状体で構成し、この
インペラ軸部の外周面とケーシングの内周面との間に血
流の流路を形成することも考えられているが(人工臓器
24(2)、第323〜326頁(1995))、設計
によっては、磁気支持装置の外側支持用磁石が流路内に
位置する結果となる場合があり、このことは流れの淀み
によって血液凝固を促進する場合があるので望ましくな
い。
【0009】この発明は上記の如き事情に鑑みてなされ
たものであって、血流の流路内に流れの障害の原因とな
り得る構造材がなく、その流路の径を大きくとることが
可能で、その流路の長さが短く、安定的な運転が可能で
あり、かつ構造が簡単で、小型化が可能である人工心臓
ポンプを得ることを目的とする。
たものであって、血流の流路内に流れの障害の原因とな
り得る構造材がなく、その流路の径を大きくとることが
可能で、その流路の長さが短く、安定的な運転が可能で
あり、かつ構造が簡単で、小型化が可能である人工心臓
ポンプを得ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この目的に対応して、こ
の発明の人工心臓用ポンプは、ケーシングと前記ケーシ
ングのポンプ室内に回転可能に配置されているインペラ
と、前記インペラを前記ケーシングに対して回転可能に
回転軸に垂直な方向から支持する磁気支持装置と、前記
インペラを前記ケーシングに対して回転可能に回転軸方
向に支持するピボット軸受と、及び前記インペラにモー
タの回転を伝達する磁気カップリング装置とを有し、前
記インペラは回転軸に沿って形成されて血流の流路を構
成する軸中空部を有するインペラ軸部と放射方向に形成
されて前記軸中空部と連通して血流の流路を構成するイ
ンペラ中空部を有するインペラ部とを有し、前記磁気支
持装置は、前記インペラ軸部の外周に取り付けた一方の
支持用磁石と前記ケーシングの内周に取り付けた他方の
支持用磁石とを有し、前記ピボット軸受は、前記インペ
ラ部の底面において前記回転軸上に取り付けた1個のピ
ボットと前記ハウジングに取り付けたピボット受とを有
し、前記磁気カップリングは、前記磁気インペラ部の底
面に取り付けた一方のカップリング磁石群と流体密な隔
壁を間にして前記一方のカップリング磁石群と対向して
位置する他方のカップリング磁石群とを有することを特
徴としている。
の発明の人工心臓用ポンプは、ケーシングと前記ケーシ
ングのポンプ室内に回転可能に配置されているインペラ
と、前記インペラを前記ケーシングに対して回転可能に
回転軸に垂直な方向から支持する磁気支持装置と、前記
インペラを前記ケーシングに対して回転可能に回転軸方
向に支持するピボット軸受と、及び前記インペラにモー
タの回転を伝達する磁気カップリング装置とを有し、前
記インペラは回転軸に沿って形成されて血流の流路を構
成する軸中空部を有するインペラ軸部と放射方向に形成
されて前記軸中空部と連通して血流の流路を構成するイ
ンペラ中空部を有するインペラ部とを有し、前記磁気支
持装置は、前記インペラ軸部の外周に取り付けた一方の
支持用磁石と前記ケーシングの内周に取り付けた他方の
支持用磁石とを有し、前記ピボット軸受は、前記インペ
ラ部の底面において前記回転軸上に取り付けた1個のピ
ボットと前記ハウジングに取り付けたピボット受とを有
し、前記磁気カップリングは、前記磁気インペラ部の底
面に取り付けた一方のカップリング磁石群と流体密な隔
壁を間にして前記一方のカップリング磁石群と対向して
位置する他方のカップリング磁石群とを有することを特
徴としている。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、この発明の詳細を一実施の
形態を示す図面について説明する。図1及び図2におい
て、1は人工心臓ポンプである。人工心臓ポンプ1はケ
ーシング2とインペラ3と磁気支持装置4とピボット軸
受5と磁気カップリング装置6とモータ7とを有する。
ただし、モータとは後述するようにコイルのみで構成さ
れ、可動部の無いものも指す。
形態を示す図面について説明する。図1及び図2におい
て、1は人工心臓ポンプである。人工心臓ポンプ1はケ
ーシング2とインペラ3と磁気支持装置4とピボット軸
受5と磁気カップリング装置6とモータ7とを有する。
ただし、モータとは後述するようにコイルのみで構成さ
れ、可動部の無いものも指す。
【0012】ケーシング2は、ポンプ室8と、それに連
通する流入口11及び流出口12とポンプ室8の底部を
流体密に閉じる隔壁13とを有する。
通する流入口11及び流出口12とポンプ室8の底部を
流体密に閉じる隔壁13とを有する。
【0013】ポンプ室8内には、インペラ3が回転可能
に配置されている。インペラ3はインペラ軸部14とイ
ンペラ部15を一体として備えている。
に配置されている。インペラ3はインペラ軸部14とイ
ンペラ部15を一体として備えている。
【0014】インペラ軸部14は、血流流路を構成する
軸中空部16を回転軸17に沿って形成している。イン
ペラ部15は、回転軸方向に中央部から周辺部にわたる
中空部であるインペラ中空部18を有し、そのインペラ
中空部18がベーン21によって区画されて放射方向に
複数の流路22を形成している。インペラ部15にはイ
ンペラ中空部18とインペラ部15の底面と隔壁13と
の間の隙間19を連通させるウォッシュアウトホール2
0が貫通形成されている。
軸中空部16を回転軸17に沿って形成している。イン
ペラ部15は、回転軸方向に中央部から周辺部にわたる
中空部であるインペラ中空部18を有し、そのインペラ
中空部18がベーン21によって区画されて放射方向に
複数の流路22を形成している。インペラ部15にはイ
ンペラ中空部18とインペラ部15の底面と隔壁13と
の間の隙間19を連通させるウォッシュアウトホール2
0が貫通形成されている。
【0015】磁気支持装置4は、インペラ3を回転軸1
7に垂直な方向からケーシング2に対して非接触で回転
可能に支持するもので、インペラ3の外周に取り付けた
内側支持用磁石23とケーシング2の内周に取り付けた
外側支持用磁石24とを有している。内側支持用磁石2
3と外側支持用磁石24とは互いに反発する磁石によっ
て構成されており、この反発する磁石によってインペラ
3とケーシング2に対して回転可能に非接触で支持して
いる。
7に垂直な方向からケーシング2に対して非接触で回転
可能に支持するもので、インペラ3の外周に取り付けた
内側支持用磁石23とケーシング2の内周に取り付けた
外側支持用磁石24とを有している。内側支持用磁石2
3と外側支持用磁石24とは互いに反発する磁石によっ
て構成されており、この反発する磁石によってインペラ
3とケーシング2に対して回転可能に非接触で支持して
いる。
【0016】ピボット軸受5は、インペラ部15の底面
において回転軸17上に取り付けられたピボット25と
隔壁13上に取り付けたピボット受26からなってい
る。一方、ケーシング2の下部にはモータ収容室27が
設けられ、モータ収容室27にはモータ7が取り付けら
れている。
において回転軸17上に取り付けられたピボット25と
隔壁13上に取り付けたピボット受26からなってい
る。一方、ケーシング2の下部にはモータ収容室27が
設けられ、モータ収容室27にはモータ7が取り付けら
れている。
【0017】このモータ7の出力軸28の回転は磁気カ
ップリング装置6によってインペラ3に伝達される。た
だし、モータ7の出力軸28及び磁気カップリング装置
6を構成する磁石群32は電流のスイッチングにより永
久磁石と同等の回転磁界を生じるコイルのみで構成して
もよい。
ップリング装置6によってインペラ3に伝達される。た
だし、モータ7の出力軸28及び磁気カップリング装置
6を構成する磁石群32は電流のスイッチングにより永
久磁石と同等の回転磁界を生じるコイルのみで構成して
もよい。
【0018】磁気カップリング装置6はインペラ3の底
面に取り付けた一方のカップリング磁石群31とモータ
7の出力軸28の先端に取り付けられて隔壁13を介し
て、一方のカップリング磁石群31と対向して位置する
他方のカップリング磁石群32とで構成される。磁気支
持装置4における内側支持用磁石23及び外側支持用磁
石24並びに磁気カップリング装置6の一方のカップリ
ング磁石群31及び他方のカップリング磁石群32の設
計条件は図3に示すように、 ΔM1 :磁気支持装置4によるモーメント,ΔM2 :磁
気カップリング装置6によるモーメント,Δθ:インペ
ラ軸の傾角,Mc :脱調トルク,ω:回転数,P:血流
の圧力,Q:血流の流量, として、 (ΔM1 +ΔM2 )/Δθ<0 Mc >PQ/ω である。
面に取り付けた一方のカップリング磁石群31とモータ
7の出力軸28の先端に取り付けられて隔壁13を介し
て、一方のカップリング磁石群31と対向して位置する
他方のカップリング磁石群32とで構成される。磁気支
持装置4における内側支持用磁石23及び外側支持用磁
石24並びに磁気カップリング装置6の一方のカップリ
ング磁石群31及び他方のカップリング磁石群32の設
計条件は図3に示すように、 ΔM1 :磁気支持装置4によるモーメント,ΔM2 :磁
気カップリング装置6によるモーメント,Δθ:インペ
ラ軸の傾角,Mc :脱調トルク,ω:回転数,P:血流
の圧力,Q:血流の流量, として、 (ΔM1 +ΔM2 )/Δθ<0 Mc >PQ/ω である。
【0019】このように構成された人工心臓ポンプ1の
動作は次の通りである。磁気支持装置4の内側支持用磁
石23と外側支持用磁石24とのN極、S極どうしの間
に磁気的反発力を生じさせることによって、インペラ3
がケーシング2に対して回転軸17に垂直な方向から非
接触で回転可能に支持される。
動作は次の通りである。磁気支持装置4の内側支持用磁
石23と外側支持用磁石24とのN極、S極どうしの間
に磁気的反発力を生じさせることによって、インペラ3
がケーシング2に対して回転軸17に垂直な方向から非
接触で回転可能に支持される。
【0020】このように、インペラ3がケーシング2に
対して非接触で支持された状態でモータ7によって回転
させられる。このモータ7の出力軸28の回転は磁気カ
ップリング装置6の他方のカップリング磁石群32から
一方のカップリング磁石群31に伝達される。他方のカ
ップリング磁石群32の漏洩磁束は、隔壁13を透して
一方のカップリング磁石群31に達し、一方のカップリ
ング磁石群31を吸引してカップリングを形成する。イ
ンペラ3が回転するとケーシング2の流入口11から血
液が吸い込まれる。この吸い込まれた血液はインペラ軸
部14の軸中空部16を流れてインペラ部15に達し、
遠心力を付与されてベーン21に案内されて複数の流路
22を放射方向に流れ、流出口12から送り出される。
対して非接触で支持された状態でモータ7によって回転
させられる。このモータ7の出力軸28の回転は磁気カ
ップリング装置6の他方のカップリング磁石群32から
一方のカップリング磁石群31に伝達される。他方のカ
ップリング磁石群32の漏洩磁束は、隔壁13を透して
一方のカップリング磁石群31に達し、一方のカップリ
ング磁石群31を吸引してカップリングを形成する。イ
ンペラ3が回転するとケーシング2の流入口11から血
液が吸い込まれる。この吸い込まれた血液はインペラ軸
部14の軸中空部16を流れてインペラ部15に達し、
遠心力を付与されてベーン21に案内されて複数の流路
22を放射方向に流れ、流出口12から送り出される。
【0021】
【実験例】この発明の人工心臓ポンプを作成し、類似血
液として45重量%のグリセリン水溶液,37℃を使用
して実験を行った。その結果、図4に示すように安定し
た特性を有し、人工心臓として必要な、流量5L/mi
n、圧力14kPaが安定して維持できることを確認し
た。
液として45重量%のグリセリン水溶液,37℃を使用
して実験を行った。その結果、図4に示すように安定し
た特性を有し、人工心臓として必要な、流量5L/mi
n、圧力14kPaが安定して維持できることを確認し
た。
【0022】
【発明の効果】この発明の人工心臓ポンプ1では、イン
ペラ3が中空で、その中空部が血流の流路を構成するの
で、流路の形状が単純で横断面積も大きくでき、血流が
円滑に行われ易いだけでなく、血流の流路内に血流の障
害となる磁石その他の構造材が存在しない。
ペラ3が中空で、その中空部が血流の流路を構成するの
で、流路の形状が単純で横断面積も大きくでき、血流が
円滑に行われ易いだけでなく、血流の流路内に血流の障
害となる磁石その他の構造材が存在しない。
【0023】また磁気支持装置4は、内側支持用磁石2
3と外側支持用磁石24の磁石の発反力を利用するもの
であり、磁気カップリング装置6は一方のカップリング
磁石群31と他方のカップリング磁石群32の吸引作用
を利用するものであるが、この性質の異なる2つの磁気
装置を分離し、磁気支持装置4はインペラ3のインペラ
軸部14に配置し、磁気カップリング装置6はインペラ
部15の底部に配置することによって、インペラ3の固
有振動数を高く保つことができ、インペラ3の回転を安
定なものにすることができ、血流の円滑な流れに有効で
ある。しかも磁気カップリング装置6をインペラ3の底
部に配置した結果、インペラ3のインペラ軸部14は回
転軸方向長さを小さくすることができ、結局、人工心臓
ポンプ1を小型化することができる。
3と外側支持用磁石24の磁石の発反力を利用するもの
であり、磁気カップリング装置6は一方のカップリング
磁石群31と他方のカップリング磁石群32の吸引作用
を利用するものであるが、この性質の異なる2つの磁気
装置を分離し、磁気支持装置4はインペラ3のインペラ
軸部14に配置し、磁気カップリング装置6はインペラ
部15の底部に配置することによって、インペラ3の固
有振動数を高く保つことができ、インペラ3の回転を安
定なものにすることができ、血流の円滑な流れに有効で
ある。しかも磁気カップリング装置6をインペラ3の底
部に配置した結果、インペラ3のインペラ軸部14は回
転軸方向長さを小さくすることができ、結局、人工心臓
ポンプ1を小型化することができる。
【0024】以上の説明から明らかな通り、この発明に
よれば血流の流路内に流れの障害の原因となり得る構造
材がなく、その流路の径を大きくとることが可能で、そ
の流路の長さが短く、安定的な運転が可能であり、かつ
構造が簡単で小型化が可能である人工心臓ポンプを得る
ことができる。
よれば血流の流路内に流れの障害の原因となり得る構造
材がなく、その流路の径を大きくとることが可能で、そ
の流路の長さが短く、安定的な運転が可能であり、かつ
構造が簡単で小型化が可能である人工心臓ポンプを得る
ことができる。
【図1】本発明の人工心臓ポンプの縦断面説明図。
【図2】図1におけるB−B部断面図。
【図3】本発明のインペラの縦断面説明図。
【図4】血流の発生圧力と流量の関係を示すグラフ(羽
根直径50mm、4枚羽根の場合)。
根直径50mm、4枚羽根の場合)。
【図5】従来の人工心臓ポンプの縦断面説明図。
1 人工心臓ポンプ 2 ケーシング 3 インペラ 4 磁気支持装置 5 ピボット軸受 6 磁気カップリング装置 7 モータ 8 ポンプ室 11 流入口 12 流出口 13 隔壁 14 インペラ軸部 15 インペラ部 16 軸中空部 17 回転軸 18 インペラ中空部 19 隙間 20 ウォッシュアウトホール 21 ベーン 22 流路 23 内側支持用磁石 24 外側支持用磁石 25 ピボット 26 ピボット受 27 モータ収容室 28 出力軸 31 一方のカップリング磁石群 32 他方のカップリング磁石群 101 人工心臓ポンプ 102 ケーシング 103 インペラ 104 磁気支持装置 114 インペラ軸部115 インペラ部 122 流路 123 内側支持用磁石 124 外側支持用磁石125 ピボット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−78995(JP,A) 特開 平4−336073(JP,A) 特開 平8−71145(JP,A) 特開 平7−75667(JP,A) 特開 平5−71490(JP,A) 特開 平4−224760(JP,A) 実公 平2−121035(JP,Y2) 特表 平7−509156(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) A61M 1/10 535
Claims (1)
- 【請求項1】 ケーシングと、前記ケーシングのポンプ
室内に回転可能に配置されているインペラと、前記イン
ペラを前記ケーシングに対して回転可能に回転軸に垂直
な方向から支持する磁気支持装置と、前記インペラを前
記ケーシングに対して回転可能に回転軸方向に支持する
ピボット軸受と、及び前記インペラにモータの回転を伝
達する磁気カップリング装置とを有し、前記インペラは
回転軸に沿って形成されて血流の流路を構成する軸中空
部を有するインペラ軸部と放射方向に形成されて前記軸
中空部と連通して血流の流路を構成するインペラ中空部
を有するインペラ部とを有し、前記磁気支持装置は前記
インペラ軸部の外周に取り付けた内側支持用磁石と前記
ケーシングの内周に取り付けた外側支持用磁石とを有
し、前記ピボット軸受は前記インペラ部の底面において
前記回転軸上に取り付けた1個のピボットと前記ハウジ
ングに取り付けたピボット受けとを有し、前記磁気カッ
プリングは前記インペラ部の底面に取り付けた一方のカ
ップリング磁極と流体密な隔壁を間にして前記一方のカ
ップリング磁石群と対向して位置する他方のカップリン
グ磁石群とを有することを特徴とする人工心臓用ポン
プ。
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US08/899,337 US6015434A (en) | 1996-07-26 | 1997-07-23 | Artificial heart pump |
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JP8215242A JP2807786B2 (ja) | 1996-07-26 | 1996-07-26 | 人工心臓用ポンプ |
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Family Applications (1)
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