JP2977911B2 - 人工心臓システム用過大陰圧防止装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、補助人工心臓駆動装置
に関し、特に補助人工心臓（血液ポンプ）を生体心臓の
拍動に同期して駆動する駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に補助人工心臓は、手術後の生体心
臓の機能回復が充分でなく、必要な血液循環が維持でき
ないような患者で、従来の補助循環機器（例えば、大動
脈内バルーンポンピング：ＩＡＢＰ等）では有効的な処
置ができない場合に使用される。

【０００３】これらの補助人工心臓としては、例えば特
開昭５９─２８９６９号公報に開示されたものがある。
このものは、血液ポンプ（補助人工心臓）を収縮、拡張
させる作動媒体として、気体又は液体を用いるものであ
る。そして、この作動媒体を吸引、圧縮する動力源とし
てリニアモータを備え、このリニアモータの往復運動に
より圧縮、拡張する袋を備えている。この袋は血液ポン
プに接続されており、リニアモータの往復運動に応じて
袋内の作動媒体が圧縮、拡張を繰り返すことにより、補
助人工心臓が駆動される。この例では、袋を拡張させる
際の駆動手段を備えていないが、これは上記リニアモー
タ及び袋をケーシング内に配して、一つの袋が収縮する
際に生ずる陰圧により他方の袋が拡張するように構成さ
れている。この時、ケーシングの内部が過度の陰圧にな
らないように、例えばベローズのようなダンパー機構並
びに空気ポンプ及び圧力センサから成る陰圧調整機構を
有しており、ケーシングの内部の陰圧が常に必要な値に
なるように自動調節される。

【０００４】更にこの装置においては、作動媒体の駆動
圧を圧力センサにより測定し、作動媒体の駆動圧が常に
適切な値になるようにポンプを駆動して作動媒体をリザ
ーバから袋へ注入或いは抽出することにより、自動的に
駆動圧を調整する機構を備えている。

【０００５】しかしながら上記のような機械駆動式人工
心臓にあっては、駆動圧をコントロールするためにポン
プを用いるため、システムが高価になる、システムが複
雑になり信頼性が減少する、消費電力が増える等の問題
に加え、血液ポンプ内に血液を生体心臓から吸入する場
合、脱血部位（例えば左心房）に十分な血液が無いと、
この吸引力により脱血用カニューレが脱血部位の組織を
吸引して傷付けることがあった。

【０００６】そこで本発明者らは、装置の小型化を図り
ながら吸引時に脱血用カニューレによる生体の損傷を防
止するために、血液ポンプの作動液体室（出力ポート）
の吸引圧を圧力検出手段により検出し、この吸引圧が設
定範囲を外れると電流制御手段が血液ポンプ駆動用のリ
ニアモータの電気コイルへの通電電流値の漸増を停止
し、吸引圧の増加速度を低下させるようにした人工心臓
のポンピング装置を提案した（特願平２─２５３７１５
号）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記提案し
た人工心臓のポンピング装置にあっては、吸引圧力が設
定値よりも大きすぎる場合（つまり吸引力が強すぎる場
合）には人工心臓のポンプの駆動用リニアモータの電流
コイルを停止し、再び吸引圧力が設定値より小さくなっ
た時に前記の電流コイルへの印加電圧を一定の割合で漸
増するようにしてポンプの吸引動作を徐々に行なうよう
にしている。しかし、この装置もまだポンプの吸引動作
の制御が不充分であるため、生体側の条件によっては脱
血部位の組織を吸引し、傷付けるという問題点があっ
た。そこで本発明ではポンプの吸引制御を更にきめ細か
く行なうようにして、脱血部位の組織がカニューレによ
って吸引損傷されるのを防止することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、流体
出力ポートに連通し非圧縮性の液体が収納された流体空
間を縮小／拡大する往復動部材、該往復動部材を往復駆
動するための電気コイル、及び該電気コイルの延びる方
向と直交する方向の磁界を該電気コイルに与え該電気コ
イルに正／逆通電方向に対応する往／復方向の移動力を
発生させる磁界発生手段を有するリニアモータ駆動の液
体ポンプ；前記液体出力ポート若しくはそれに連通する
流路の圧力を検出する圧力手段；前記電気コイルに正／
逆通電する通電手段；前記電気コイルの正／逆通電の少
なくとも一方において前記通電手段を介して前記圧力検
出手段が検出した圧力が設定範囲を外れた時にはこの漸
増を停止し、前記圧力検出手段が設定範囲に復帰した時
には、一定時間前記コイルの通電電流値の割合を通常時
より低い割合で漸増するようにした電流値制御手段；を
備え、これを課題解決のための手段とするものである。

【０００９】血液ポンプ内のシリコンオイルが設定値以
下になると、パルス発生回路が定められた周期でＯＮ─
ＯＦＦするパルスを発生する。このパルス発生回路はシ
リコンオイル圧が設定圧以上に復帰した後も一定時間作
動する。ポンピングコントローラは一定間隔時間でパル
ス発生回路から発生するパルスをモニターし、ＯＮの時
にはリニアモータ３０のコイルに加える電圧を吸引力の
増大を停止するべく制御する。またＯＦＦの時にはオイ
ル圧が設定圧復帰した後も一定時間陰圧の増加を制御
し、これによって吸引圧制御を一段ときめ細かく行な
う。従ってポンプ内の陰圧制御が実際の心臓の陰圧制御
に一段と近づき、過大陰圧にカニューレなどによる生体
の損傷が防止できる。

【００１０】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。図１に本発明の１実施例を人工心臓に結合した態
様で示す。人工心臓１は外容器内の作動室３にダイアフ
ラム２を収納しており、ダイアフラム２によって形成さ
れた内空間４に吸引用逆止弁５を介して第１カニューレ
７が連通されており、また吐出用逆止弁６を介して第２
カニューレ８が連通されている。この人工心臓１は公知
の構造のものであり、図示状態では第１カニューレ７を
生体心臓の左心房１０に接続し、第２カニューレ８を大
動脈１１に接続している。人工心臓１のシリコンオイル
３を収納した作動室３は、チューブ９を介してリニアモ
ータ駆動の流体ポンプ１２の出力ポート１５に接続され
ている。この作動室３の圧力を圧力センサ６１が検出
し、検出圧に対応するレベルの電圧をポンピングコント
ローラ４２に与える。

【００１１】図１にはもう１組の人工心臓１０１を生体
心臓に接続した態様を示している。この人工心臓１０１
の作動室はチューブ９を介して、もう１つの流体ポンプ
１２０１の出力ポート１５０１に接続されている。流体
ポンプ１２０１は流体ポンプ１２の構造と全く同一構造
であり、かつ同一寸法である。人工心臓１０１の作動室
の圧力を圧力センサ６１０１が検出し、これを示す信号
（電圧）をポンピングコントローラ４２０１に与える。

【００１２】図２にリニアモータ駆動の流体ポンプ１２
の拡大縦断面を示し、図３に図２のＩＩＢ〜ＩＩＢ線断
面を示す。これらの図面を参照すると、流体出力ポート
１５が形成された端部材１４は、外ケース１６と共に、
リング１３に固着されている。リング１３には大略円筒
状のベローズ１９の右端が固着されている。ベローズ１
９の左端には、隔壁部材１７が固着されている。これら
端部材１４、ベローズ１９及び隔壁部材１７で出力ポー
ト１５に連通する流体空間５０が区画されている。

【００１３】隔壁部材１７の中心には、ロッド１８の右
端が固着されている。このロッド１８を右／左に往／復
駆動することにより、流体空間５０が縮小／拡大し、出
力ポート１５より流体空間５０のシリコンオイルが人工
心臓１の作動室３に供給され、また作動室３のシリコン
オイルが出力ポート１５を通して流体空間５０に吸入さ
れる。

【００１４】外ケース１６の左端壁には、リニアモータ
の端板５１ｐが固着されており、この端板５１ｐの中心
点を間に置いて、相対向する２つの磁性体の支持板２
１、２２の右端が磁性体の端板５１ｐに固着されてい
る。支持板２１、２２の左端はもう１つの磁性体の端板
５２ｐに固着されている。支持板２１、２２でそれらの
間に第１及び第２の軸受２０Ａ及び２０Ｂが支持されて
おり、これらの軸受２０Ａ及び２０Ｂをロッド１８が貫
通している。支持板２１の上面には永久磁石板２５が、
支持板２２の下面には永久磁石板２６が固着されてい
る。

【００１５】端板５１ｐ及び５２ｐの上端には磁性体の
支持板２３が、また端板５１ｐ及び５２ｐ下端には磁性
体の支持板２４が固着されており、支持板２３の下面に
は永久磁石板２７が、支持板２４の上面には永久磁石板
２８が固着されている。永久磁石板２５と２７の間、及
び永久磁石板２６と２８の間には、コイルボビン２９が
通る空間があり、そこにコイルボビン２９が配設されて
いる。このコイルボビン２９を永久磁石板２５、支持板
２１、ロッド１８、支持板２２及び永久磁石板２６が貫
通している。コイルボビン２９には電気コイル３０が巻
回されている。またこのコイルボビン２９には、図３に
示すように、支持板２１と２２の間の空隙を通るアーム
２９Ａが一体になっており、このアーム２９Ａにロッド
１８が固着されている。従って、コイルボビン２９が左
右に移動することによりロッド１８が左右に移動し、隔
壁部材１７が左右に駆動され、流体空間５０が縮小／拡
大し、出力ポート１５より流体空間５０のシリコンオイ
ルが人工心臓１の作動室３に供給され、また作動室３の
空気が出力ポート１５を通して流体空間５０に吸入され
る。

【００１６】永久磁石板２５は上表面がＮ極に、下表面
がＳ極になるように均一に永久磁化しており、永久磁石
板２７は上表面がＮ極に、下表面がＳ極になるように均
一に永久磁化しており、永久磁石板２５と２７の間の空
間即ち電気コイル３０が移動する空間には永久磁石板２
５側がＮ極で、永久磁石板２７側がＳ極の、実質上均一
な磁界（平行磁界）が形成されている。磁束は永久磁石
板２５の上面─永久磁石板２７の下面─永久磁石板２７
の上面─支持板２３─端板５１、５２─支持板２１─永
久磁石板２５の下面─永久磁石板２５の上面、という経
路で流れる。

【００１７】永久磁石板２６は下表面がＮ極に、上表面
がＳ極になるように均一に永久磁化しており、永久磁石
板２８は上表面がＳ極に、下表面がＮ極になるように均
一に永久磁化しており、永久磁石板２６と２８の間の空
間即ち電気コイル３０が移動する空間には永久磁石板２
６側がＮ極で、永久磁石板２８側がＳ極の、実質上均一
な磁界が形成されている。磁束は永久磁石板２６の下面
─永久磁石板２８の上面─永久磁石板２８の下面─支持
板２４─端板５１ｐ、５２ｐ─支持板２２─永久磁石板
２６の上面─永久磁石板２６の下面、という経路で流れ
る。

【００１８】今、電気コイル３０にそれの永久磁石２５
─２７間の部分で図２紙面を表から裏に抜ける方向の電
流（正方向電流）が流れると、フレミングの左手の法則
により電気コイル３０の永久磁石２５─２７間の部分、
並びに永久磁石２６─２８間の部分に右方に向かう電磁
力が作用し、電気コイル３０、つまりコイルボビン２９
が図２で右方に移動し、ロッド１８が右方に駆動される
（吐出）。電気コイル３０に上記とは逆方向の電流（逆
方向電流）が流れると、コイルボビン２９が左方に移動
し、ロッド１８が左方に駆動される（吸入）。

【００１９】電気コイル３０はモータドライバ３１に接
続されている。モータドライバ３１及びそれの通電制御
を行なうポンピングコントローラ４２の構成を図３に示
す。

【００２０】図４を参照すると、前述のリニアモータの
電気コイル３０の一端は、スイッチングトランジスタＴ
ｒ１ｐ又はＴｒ２ｎを通して、プラス電源線Ｐｓｐ又は
マイナス電源線Ｐｓｎに接続され、電気コイルの他端
は、スイッチングトランジスタＴｒ１ｎ又はＴｒ２ｐを
通して、プラス電源線Ｐｓｐ又はマイナス電源線Ｐｓｎ
に接続される。電気コイル３０にはサージ電圧短絡用の
ゼナーダイオード３２が並列に接続されている。プラス
電源線Ｐｓｐは、リレー３５により＋２４Ｖの電源端子
に接続され、マイナス電源線Ｐｓｎは、電流検出用の低
抵抗器３７を介して機器アースに接続されている。リレ
ー３５のコイルは、リレードライバ（増幅器）３４に接
続されている。

【００２１】ポンピングコントローラ４２のＲ／Ｓフリ
ップフロップ５２の出力Ｑが高レベルＨになると、フォ
トカプラ３２ｐの発光ダイオードが点灯して、スイッチ
ングトランジスタＴｒ１ｐ及びＴｒ２ｐが導通（オン）
し、電気コイル３０に正方向の電流が流れて、電気コイ
ル３０が図２で右方に移動し、出力ポート１５より流体
空間５０のシリコンオイルが吐出される（正圧期間：吐
出期間）。Ｒ／Ｓフリップフロップ５２の出力ＱがＨの
ときには、それがインバータ３３で反転されてフォトカ
プラ３２に与えられるので、フォトカプラ３２の発光ダ
イオードは点灯せず、スイッチングトランジスタＴｒ１
ｎ及びＴｒ２ｎは非導通（オフ）である。

【００２２】ポンピングコントローラ４２のＲ／Ｓフリ
ップフロップ５２の出力Ｑが低レベルＬになると、イン
バータ33の出力がＨになるので、フォトカプラ３２ｎの
発光ダイオードが点灯して、スイッチングトランジスタ
Ｔｒ１ｎ及びＴｒ２ｎが導通し、電気コイル３０に逆方
向の電流が流れて、電気コイル３０が図２で左方に移動
し、出力ポート１５より流体空間５０にシリコンオイル
が吸引される（負圧期間：吸引期間）。

【００２３】電気コイル３０を流れる電流は、電流検出
用の低抵抗器３７を流れる。この低抵抗器３７の電圧
（コイル電流信号：電気コイル３０の電流Ｉｃに比例す
る電圧）がローパスフィルタ３８を通してポンピングコ
ントローラ４２の増幅器３９に与えられ、そこでレベル
校正されてホールド回路４０に与えられる。ホールド回
路４０の保持電圧は、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４
３でデジタルデータに変換されてそれに読込まれる。

【００２４】なお、リレー３３の切換え信号は、ＣＰＵ
４３がモータドライバ３１に与える。

【００２５】ポンピングコントローラ４２は、ＣＰＵ４
３及び操作・表示ボード４４を含む。操作・表示ボード
４４には、図示しないが各種駆動パラメータの調整を支
持する多数のキースイッチ、スタート指示のためのキー
スイッチ及びストップ指示のためのキースイッチと、そ
の時の各パラメータの値を表示する様々な表示部が備わ
っている。調整可能なパラメータとしては、人工心臓１
に印加する駆動流体（シリコンオイル）を駆動する力
（正、逆通電電流値）、正圧を印加する期間及び拍動周
期が含まれる。またこの例では、人工心臓１に正圧を印
加するタイミングと負圧を印加するタイミングとをＣＰ
Ｕ４３の内部で生成する（内部同期）か、又は外部から
印加される同期信号（図４の「外部同期」）に同期する
かを切換え可能になっている。

【００２６】この実施例では、電気コイル３０の通電電
流値は、１周期Ｔ（６４μｓｅｃ）の間のＴｐ区間は電
気コイル３０に正方向通電し、Ｔ─Ｔｐ区間は電気コイ
ル３０に逆方向通電して、Ｔｐ／Ｔで定めるようにして
いる。例えば図７に示すようにフリップフロップ５２の
出力ＱをＴ周期でＨ／Ｌに切換えてＨ区間Ｔｐを順次に
短くすると、電気コイル３０には出力ＱがＨのときに＋
２４Ｖの電圧（正方向通電電圧）が、Ｌのときに−２４
Ｖの電圧（逆方向通電電圧）が加わり、時系列の平均化
（平滑化）電圧がプラスからマイナスに順次に変化す
る。この電圧に対応した電流が電気コイル３０に流れ
る。即ち、この実施例では、一種のデューティコントロ
ールで電気コイル３０の通電電流値の絶対値及び極性を
定めるようにしている。

【００２７】このデューティコントロールの周期Ｔは、
６４μｓｅｃであり、これは４ＭＨｚの発振器５０の発
生パルスを、カウント値が２５６になるとキャリーパル
スを発生し自動的にカウント値０に戻ってまたカウント
アップを行なうサイクリックカウンタ５１のキャリーパ
ルス、即ち、発振器５０が発生する０．２５μｓｅｃ周
期のパルスを２５６個カウントしたときに発生するパル
ス（周期Ｔ＝０．２５μｓｅｃ×２５６＝６４μｓｅ
ｃ）で、フリップフロップ５２をセットすることにより
定めている。周期Ｔの間の正方向通電区間Ｔｐは、Ｔｐ
を示すデータＶｏをプリセットカウンタ４９に与え、プ
リセットカウンタ４９が、カウンタ５０のキャリーパル
スに応答してデータＶｏをロードして、それから発振器
５０が発生するパルスをカウントダウンして、カウント
データが零（Ｖｏのカウント完了）になったときにボロ
ーパルスを発生して、このボローパルスでフリップフロ
ップ５２をリセットすることにより定めている。従っ
て、ＣＰＵ４３が入出力ポート４５を介してプリセット
カウンタ４９のプリセットデータ入力端に与えるＶｏデ
ータを変更することにより、周期Ｔにおける正方向通電
区間Ｔｐの長さ、即ちデューティが変化する。

【００２８】拍周期は、外部から与えられる同期信号で
定められる（外部同期モード）か、或いは操作・表示ボ
ード４４から入力された拍周期データＴｃ（ｍｓｅｃ単
位）により定められる（内部同期モード）。内部同期モ
ードのときには、ＣＰＵ４３は、１ｍｓｅｃの時間経過
毎にタイマ５３が発生するタイムオーバ信号（キャリー
パルス）に応答して割込処理を実行し、この割込処理で
タイムオーバ信号の到来数をカウントして、カウント値
がＴｃになると、プリセットカウンタ４９へのプリセッ
トデータＶｏを吐出期の駆動電圧Ｖｐ（Ｔｐを示す８ビ
ットデータ）に切換え、カウント値を初期化（クリア）
する。外部同期モードのときには、外部から同期信号が
到来したときにこのように切換える。

【００２９】ロッド１８の吐出ストロークは、プリセッ
トカウンタ４９にＶｏ＝Ｖｐを与えている間、電気コイ
ル３７の電流値Ｉｃを積分して積分値により把握し、こ
れが予め操作・表示ボード４４より入力された吐出期ス
トローク指定値Ｌｐになる（吐出期が終了する）と、Ｃ
ＰＵ４３はそこで前述の割込処理でプリセットデータＶ
ｏを１小さい値に更新する（デューティを１ステップづ
つ下げる）。図７に示すように、電気コイル３０に印加
する電圧は＋２４Ｖ〜−２４Ｖであり、この間に２５６
ステップ（８ビットテータの最高値）を割り当てている
ので、１ステップは４８／２５６Ｖであり、前述の割込
処理でプリセットデータＶｏを１小さい値に更新するの
で、このときの電圧低下速度は、（４８／２５６）×１
０００Ｖ／ｓｅｃとなる。プリセットデータＶｏが操作
・表示ボード４４で予め入力された吸引期の最低電圧
（絶対値では、吸引期の最高電圧）指定値Ｖｎ以下にな
ったときに、そこでプリセットデータＶｏの更新（低
減）を停止する。最低電圧指定値Ｖｎ以下になるまでで
も、圧力センサ６１の検出圧がポテンショメータ４８で
指定された設定圧以下（吸引期であるので、検出圧は負
圧である。圧力の絶対値で表現すると、検出圧が設定圧
以上となる）になったときには、そこで設定圧を越える
までプリセットデータＶｏの更新（低減）を停止する。

【００３０】なお、図１に示すモータドライバ３１０１
の構成もモータドライバ３１の構成と同一であり、また
ポンピングコントローラ４２０１の構成もポンピングコ
ントローラ４２の構成と同一である。

【００３１】図５に図４に示すＣＰＵ４３の制御動作の
概要を示す。電源が投入される（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、ＣＰＵ４３は初
期化（２）を行なう。即ち、内部メモリの内容をクリア
し、出力ポートには待機時の出力信号レベルを出力し、
内部メモリの各種パラメータ値を書込む領域（レジス
タ）に予め定めている初期値（標準値）を設定（書込
み）する。

【００３２】この初期化（２）において、吐出期に電気
コイル３０に印加する電圧データＶｐ（平均電圧Ｖｐを
電気コイル３０に印加するための、Ｔｐ区間長を示すデ
ータ；単位は発振器50が発生するパルスの周期０．２５
μｓｅｃであり、該パルスをカウント数を示す８ビット
データ）を書込むレジスタＶｐに標準値Ｖｐｓを書込
み、吐出期ストローク（吐出期間）データＬｐを書込む
レジスタＬｐに標準値Ｌｐｓを、吸入期に電気コイル３
０に印加する電圧データＶｎ（上記Ｖｐと同様な８ビッ
トデータ）を書込むレジスタＶｎに標準値Ｖｎｓを、内
部同期駆動の場合の拍周期データＴｃ（単位は１ｍｓｅ
ｃであり、タイマ５３のタイムオーバ回数) を書込むレ
ジスタＴｃに標準値Ｔｃｓを、電気コイル３０の温度変
化による抵抗値変化によるストローク計算値の誤差を補
正する係数データＡ（Ａ＝Ｒ／Ｒｓ；Ｒは時々刻々のコ
イル抵抗、Ｒｓは標準温度でのコイル抵抗）を書込むレ
ジスタＡに標準値Ａｓ（Ａｓ＝１）を、電気コイル３０
が移動を開始する直前の電流値Ｉｏ（通電レベルを次第
に上げたときコイル３０が停止を維持する最高電流値)
を書込むレジスタＩｏに標準値Ｉｏｓを、ストローク計
算式中のＲ／Ｂ・Ｌ）を表わすデータＤを書込むレジス
タＤに標準値Ｄｓ＝Ｒｓ／（Ｂ・Ｌ）を、またコイル電
流検出用抵抗３７の抵抗値Ｒ₃₇を書込むレジスタＲ₃₇に
標準値Ｒ₃₇ｓを書込む。

【００３３】初期化（２）を終えるとＣＰＵ４３は、操
作ボード４２に備わった各種キースイッチの入力操作の
読取りと入力に応じた設定値（上記各種レジスタの内
容）の変更、及びその時の各種パラメータの設定値の操
作ボード４２への表示出力処理を行なう（４）。

【００３４】操作ボード４２のスタートキースイッチが
操作されると、ＣＰＵ４３は拍動回数カウント用のレジ
スタＰの内容を１として（６）、割込みを許可して
（７）、リレー３５に通電して、プラス電源ラインＰｓ
ｐを＋２４Ｖ電源端に接続して（８Ａ）、プリセットカ
ウンタ４９に、Ｖｏ＝Ｖｐを与える（８Ｂ）。これによ
り吐出期の電圧Ｖｐが、電気コイル３０に印加され、電
気コイル３０に正方向電流が流れる（図２の流体空間５
０が縮小され、高圧が人工心臓１に印加される）。

【００３５】割込みの許可（７）によりタイマ５３がタ
イムオーバ信号を発生する（１ｍｓｅｃの時間経過毎）
と、ＣＰＵ４３は図６に示す割込処理（２０）を実行す
る。

【００３６】ＣＰＵ４３は、その後はメインルーチン
（図５）においては、操作・表示ボード４４に新たな入
力があるのを待つ（９）。新たな入力があると、それが
操作パラメータであるときには、それを格納しているレ
ジスタの内容を今回入力のものに更新して表示もそれに
変更する（１０、１１）。ストップ入力があったときに
は、リレー３５を非通電（これによりモータドライバ31
の電源がオフになって、リニアモータ１２が停止）にし
て（１２、１３）、割込みを禁止する（１４）。この割
込みの禁止により、ＣＰＵ４３は図６の割込み処理を実
行しなくなる。そしてＣＰＵ４３は、再度スタート入力
があるのを待つ（４、５）。

【００３７】図６に示す割込処理（２０）を参照して、
ＣＰＵ４３のポンピング制御を説明する。なお、この割
込処理（２０）は、タイマ５３がタイムオーバ信号を１
ｍｓｅｃ周期で発生し、この信号に応答して実行される
ので、１ｍｓｅｃ周期で実行される点に注意されたい。
またこの割込処理（２０）は、内部同期モードが指定さ
れている場合に実行されるものである。外部同期モード
が指定されているときには、メインルーチン（図５）で
操作ボード入力を持っているとき（９）に外部同期信号
が到来すると、その到来を示す信号をあるレジスタに書
込み、割込処理では図６のステップ２１Ａ及び２１Ｂの
代わりに、該レジスタの内容を参照して、それに外部同
期信号の到来を示す信号があると、該レジスタをクリア
して後述のステップ３０に進み、外部同期信号の到来を
示す信号がない時には、後述のステップ２１Ｂに進む。
その他の点では、内部同期モードと外部同期モードの制
御動作は同様である。

【００３８】（１） 電源オン（１）後最初のスタート
入力（５）に応答した第１拍の吐出期間の制御 レジスタＰが初期化（２）でクリアされているので、そ
の内容Ｐは０である。内容Ｐはポンピング駆動スタート
から第１拍期間が経過している（Ｐ＝１、Ｐ＝０）か否
かを示すデータである。レジスタＳが初期化（２）でク
リアされているので、その内容Ｓは０である。内容Ｓは
吐出期か吸引期かを示すデータであり、Ｓ＝１は吸引期
を、Ｓ＝０は吐出期を示す。内部同期モードで割込処理
（２０）に進むと、ＣＰＵ４３は回数カウントレジスタ
ｎの内容を１インクリメントして（２１Ａ）、回数カウ
ント値ｎが拍周期Ｔｃ以上になったかをチェックし（２
１Ｂ）、なっていないと、レジスタＳの内容Ｓを参照し
（２２）、Ｓ＝０であるので、電気コイル３０の電流値
Ｉｃを読込む（２３）。これにおいては、先ずホールド
回路４０にホールドを指示して、その時点の電流検出信
号を保持させ、Ａ／Ｄ変換入力ポートＡＤのアナログ信
号をデジタル変換して読込む。読込んだ電流値データＩ
ｃは、レジスタＲＩｃに書込む。次にＣＰＵ４３は、１
ｍｓｅｃの間の電気コイル３０（ロッド１８）の移動量
Ｄ・（ＲＩｃ−Ｉｏ）・Ａ・ｄｔ、ｄｔ＝１ｍｓｅｃを
算出して、レジスタＸの内容に加えて（積分して）、加
えた和を該レジスタＸに更新書込みする（２４）。即
ち、ロッド１８の移動量を算出し、レジスタＸの内容を
算出した値に更新する。なお、Ｄ、ＲＩｃ、Ｉｏ及びＡ
は、それぞれ前述のレジスタＤ、ＲＩｃ、Ｉｏ及びＡの
内容であり、ＲＩｃはこの時点のコイル電流値Ｉｃを示
すものである。次にレジスタＸの内容Ｘ (ロッド１８の
右方向移動量）がレジスタＬｐの内容Ｌｐ（ロッド１８
の右方向駆動ストローク設定値；吐出期間）以上になっ
ているかをチェックして（２５）、なっていないとメイ
ンルーチン（図５）に戻る（リターン）。このようにし
て、割込処理（２０）に進むたびに、ステップ２１Ａ─
２１Ｂ─２２─２３─２４─２５─リターンと実行す
る。Ｘ≧Ｌｐになる（スタート指示後、第１拍の吐出期
間が終了する）と、レジスタＳの内容を吸引期を示す１
に更新する（２６）。

【００３９】（２） 電源オン（１）後最初のスタート
入力（５）に応答した第１拍の吸引期間の制御 レジスタＰの内容Ｐは０、レジスタＳの内容Ｓは１であ
る。割込処理（２０）に進むと、ステップ２１Ａ─２１
Ｂ─２２─２7 と進んで、後述するパルス発生回路４８
０の出力をチェックし（２７）、かつプリセットカウン
タ４９への出力データＶｏが吸引期の最低電圧Ｖｎ以下
かをチェックする（２８）。パルス発生回路４８０の出
力がＬ（吸引圧適）であって、しかもＶｏがＶｎよりも
大きい（吸引期の最低電圧Ｖｎまでコイル電圧を下げて
いない）ときには、データＶｏを１小さい数を示すもの
に更新してプリセットカウンタ４９に更新出力する（２
９）。このようにして、吸引圧の絶対値が設定圧の絶対
値よりも低く、しかもコイル電圧をＶｎまで下げていな
い間は、割込処理（２０）では、ステップ２１Ａ─２１
Ｂ─２２─２７─２８─２９を実行する。回数カウント
レジスタｎの内容がＴｃ以上になる（吸引期が終了す
る) と、回数カウントレジスタｎをクリアし（３０）、
レジスタＳをクリアし（３１）、プリセットカウンタ４
９へのプリセットデータＶｏを吐出期のコイル電圧を指
定するＶｐに更新し（３２）、ストロークレジスタＸを
クリアして（３３）、レジスタＰの内容がこの時点では
０であるので、その内容Ｐを１インクリメントする（３
５）。

【００４０】（３） 第２拍以降の吐出期間の制御 上記（１）の制御に同じ。

【００４１】（４） 第２拍以降の吸引期間の制御 回数カウントレジスタｎの内容ｎがＴｃ未満の間の制御
は、上記（２）の制御と同じである。しかし、ｎがＴｃ
以上になったときに、電気コイル３０の抵抗値Ｒを算出
する（３６）。即ち、Ｒ＝Ｖｏ／ＲＩｃ−Ｒ₃₇を算出す
る。なお、Ｖｏは電気コイル３０に印加した電圧、ＲＩ
ｃはレジスタＲＩｃの内容であって、吐出期末尾の電気
コイル３０の電流値Ｉｃ、Ｒ₃₇はレジスタＲ₃₇の内容で
あって、電流検出用抵抗３７の抵抗値である。次にＣＰ
Ｕ４３は、補正係数Ａ＝Ｒ／Ｒｓを算出してレジスタＡ
に更新書込みする（３７）。Ｒｓは電気コイル３０の標
準抵抗値である。このように更新した補正係数Ａは、次
回の吐出期のストロークＸの算出（ステップ１１）で用
いられる。このように抵抗値Ｒを算出するのは、リニア
モータ１２に温度変化があってその抵抗値Ｒが変動し、
コイル電流Ｉｃによる吐出期ストロークＸの算出値が変
動して不正確になるので、これを補償するためである。
スタート直後は、ロッド１８の位置が不明であるので、
ロッドの初期位置が右寄りであったときには正方向通電
（吐出期通電）をしている間に、ベローズ１９が過度に
圧縮されてロッド１８の右移動が停止し、しかもなお正
方向通電が継続するかも知れないし、逆にロッド18の初
期位置が左寄りであったときには、ベローズ19を過度に
圧縮するまでに吐出期間を終了し、まだ圧縮しうるのに
正方向通電を停止するかも知れない。従って、スタート
直後の第１拍の吐出期の電気コイル30負荷、及び移動速
度にはばらつきが予想されるので、第１拍の吐出期の検
出電流（ＲＩｃ）に基づいた電気コイル３０の抵抗値Ｒ
の計算（３６）と抵抗値に基づいた補正係数Ａの変更
（３７）は実行しない。

【００４２】以下同様に、第３拍以下の吸引期の終了時
点（ｎがＴｃ以上になったとき) に、抵抗値Ｒの算出
（３６）と補正係数Ａの変更（３７）を実行し、第３拍
の吐出値から算出した補正係数Ａに基づくストロークＸ
の算出（２４）を行なう。第１拍と第２拍の吐出期のス
トロークＸの算出では、そのときレジスタに書込まれて
いる補正係数Ａ＝Ａｓが計算に用いられる。

【００４３】上述のように、電気コイル３０の通電電流
値Ｉｃを積分（２４）してロッド１８のストロークＸを
算出してそれが設定値Ｌｐになると、吐出から吸入に切
換えるので、設定値Ｌｐ及び／又は吐出期印加電圧Ｖｐ
を調整することにより、液体ポンプ１２の吐出流量、つ
まりは人工心臓１の吐出流量が調整される。この調整
は、この実施例では操作ボード４４のキー操作により、
レジスタＬｐ及び／又はＶｐの内容を変更することによ
り可能である。このようにポテンショメータなどの位置
検出手段を用いることなく、吐出流量の調整が可能であ
る。

【００４４】また電気コイル３０の抵抗値Ｒを検出し
て、それに対応してストローク演算式（積分式）の補正
係数Ａを更新するので、即ち電気コイル３０の抵抗値Ｒ
の変動（主に温度変化に原因する）に対応してストロー
ク演算式を修正するので、電気コイル３０の温度変化に
よる抵抗値の変化があっても、正確なストローク、即ち
吐出流量が維持される。

【００４５】吐出期の間、コイル印加電圧Ｖｏ（これは
図７のＴｐを示すデータであり、これによりコイル３０
には図７に示す関係の平均電圧が印加される）はＶｐで
一定であるが、吐出期から吸引期に切換わると、このコ
イル印加電圧Ｖｏが１ｍｓｅｃの経過毎に１ステップ小
さくされて、電圧が（４８／２５６）×１０００Ｖ／ｓ
ｅｃの速度で、正から次第に低下して０となり、続いて
負方向に次第に高くなる（負方向電流の漸増）。そして
ＶｏをＶｎ（吸引電圧の指定値）まで変更すると、そこ
で電圧の変更が停止される（２８、２９）。このように
電圧を正側から負側に低下させ、次いで負側に増大させ
ている間、即ち吸引圧を高くしつつある間に、センサ６
１の検出圧が設定値以下 (負圧絶対値が設定値以上：負
圧オーバ）になった（比較器４７の出力がＨになった)
ときには、以下に述べる本発明において新たに提案され
たパルス発生回路（図８参照）からの信号によりリニア
モータへの通電電流値を制御して吸引圧の増大をコント
ロールする。

【００４６】以下、図８に基づいてパルス発生回路の構
成を説明する。図８においてこのパルス発生回路４８０
は圧力センサ６１からの入力を設定圧４８と比較し、設
定圧よりセンサ圧が低い場合にはＨ１をそれ以外はＬＯ
Ｗ０を出力するコンパレータ４７と、コンパレータから
の出力Ｈ１からＬＯＷ０への変化の瞬間にトリガーさ
れ、予め設定した時間間隔のパルスを出力するパルス発
振器４７１と、常時５００Ｈｚの信号を出力する発振器
４７２とＡＮＤ回路４７３、ＯＲ回路４７４から構成さ
れている。この回路４８０では、圧力センサ６１からの
圧力が設定値を上回り（負圧オーバ）になり、再び圧力
センサの圧力が設定値を下回る（適圧）復帰動作のとき
に、一定時間定められた周期でＯＮ─ＯＦＦパルスを発
振し、これによって吸引力復帰後の陰圧増加を防止する
ようにしている。

【００４７】図９に基づいて作動を説明すると、圧力セ
ンサ６１からの入力をコンパレータ４７にて設定圧４８
と比較し、設定圧よりセンサ圧が低い場合には、コンパ
レータ４７はＨ１を出力し、それ以外はＬＯＷ０を出力
している（図９Ａ点シグナル) 。コンパレータ４７から
の出力がＨ１からＬＯＷ０へ変化すると、その瞬間にパ
ルス発生器４７１がトリガーされ、予め設定した時間間
隔のパルスを出力する（図９Ｂ点）。ＡＮＤ回路４７３
によりこのパルスと発振器４７２で作られた５００Ｈｚ
の信号との論理積を作り（図９Ｄ点）、次にこの信号と
コンパレータ４７から出力された信号の論理和をＯＲ回
路で作り（図９Ｅ点）、ポンピングコントローラの入力
ポートに入力する。従って、パルス発生回路４８０のＯ
Ｎ─ＯＦＦの周波数を５００Ｈｚ、ポンピングコントロ
ーラ４２のモニター周期を１ｍｓｅｃとすると、吸引力
は１ｍｓｅｃ停止、１ｍｓｅｃ吸引力増加となり、これ
によって吸引力の圧力変化は設定復帰後一定時間通常の
１／２となり、吸引力復帰後の陰圧増加を防止できる。

【００４８】従って、吸引期間の吸引圧の増大に対し
て、カニューレ７の先端部への集血速度が遅く、及び／
又は該カニューレの先端部に対して生体組織があまりに
も接近しているときには、ポンピング装置の吸引工程
で、ポンピング装置の出力ポートの吸引圧の増加速度に
対して人工心臓１の作動室３の空間容積の収縮が遅くな
って、作動室３（出力ポート１５）の吸引圧が増大する
が、このとき圧力センサ６１の検出圧が設定値より低下
し（吸引圧が設定圧以上になる）て比較器４７の出力が
ＬからＨに変化すると、パルス発生回路４８０が作動
し、これに応答してＣＰＵ４３が電圧Ｖｏの変更（逆方
向電流の漸増）を停止する（２７─リターン) ので、そ
こで吸引圧の増加速度が緩やかになり、これに伴ってカ
ニューレの先端部への集血が進み作動室３（出力ポート
１５）の圧力が上昇（吸引圧が低下）する。従って、生
体心臓がカニューレ７に強く吸引されることがなくな
り、生体心臓を傷付ける確率が低減する。

【００４９】なお、上記実施例の液体ポンプ１２は、往
復動部材としてロッド１８及びベローズ１９を用いてい
るが、外ケース１６をシリンダにして、ベローズ１９を
ピストンに代えてもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上の通り、本発明のポンピング装置で
は、リニアモータ駆動の液体ポンプ１２が、その流体出
力ポート１５を通して人工心臓の作動室に非圧縮性の液
体（シリコンオイル）を介して高圧 (吐出圧）と低圧
（吸引圧）を交互に与える。これは、通電手段３１が液
体ポンプ１２の電気コイル３０に交互に正／逆通電する
こと (吐出期と吸引期の切換え) により行なわれる。こ
のように液体ポンプ１２が非圧縮性の作動液体を人工心
臓に供給するので、吸引から吐出への切換わり時の圧力
の立上りが速く、また吐出から吸引への切換わり時の圧
力の立下りが速く、作動流体による圧力吸収がないの
で、従来のポンピング装置の構成要素であるアキュムレ
ータや高、低圧電磁開閉弁を省略して、即ちポンピング
装置の機構要素を低減して、しかも装置体積を小さくで
きる。

【００５１】またシリコンオイル圧が設定圧に復帰した
後、一定時間その吸引圧の増加率を通常の１／２に抑え
たため、シリコンオイル圧が設定圧を上回る時間が長く
なり、平均としてオイル圧の設定精度が向上する。また
従来のものに比べて吸入力の停止が少なくなり、より多
くの血液を吸引することができる。更にポンプを構成す
るロッドのストロークが滑らかになり、システムの耐久
性も向上する上、陰圧を制御することにより脱血部位の
組織を吸いつけ傷付けることがなくなる等の優れた効果
を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の外観を示す側面図である。

【図２】図１に示す液体ポンプの拡大縦断面図である。

【図３】図２のＩＩＢ〜ＩＩＢ線断面図である。

【図４】図１に示すモータドライバ及びポンピングコン
トローラの構成を示す電気回路図である。

【図５】図３に示すマイクロプロセッサの制御動作の概
要を示すフローチャートである。

【図６】図３に示すマイクロプロセッサの割込処理動作
を示すフローチャートである。

【図７】図３に示すフリップフロップの出力と、リニア
モータの電気コイルに印加される電圧との関係を示すタ
イムチャートである。

【図８】パルス発生回路の回路図である。

【図９】パルス発生回路のタイミングチャート図であ
る。

【符号の説明】

１ 血液ポンプ ２ ダイアフラム ３ シリコンオイル ９ ビニールチューブ １２ リニアアクチュエータ １５ ポート １８ 出力軸 １９ ベローズ ２０Ａ、２０Ｂ 軸受 ２３、２４ ヨーク ２５、２６、２７、２８ 永久磁石 ２９ ボビン ３０ コイル ４２ 制御ユニット ６１ 圧力センサ ３０１ リード線 ４８０ パルス発生回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−206469（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−249568（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A61M 1/10

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体出力ポートに連通し非圧縮性の液体
   が収納された流体空間を縮小／拡大する往復動部材、該
   往復動部材を往復駆動するための電気コイル、及び該電
   気コイルの延びる方向と直交する方向の磁界を該電気コ
   イルに与え該電気コイルに正／逆通電方向に対応する往
   ／復方向の移動力を発生させる磁界発生手段を有するリ
   ニアモータ駆動の液体ポンプ；前記液体出力ポート若し
   くはそれに連通する流路の圧力を検出する圧力手段；前
   記電気コイルに正／逆通電する通電手段；前記電気コイ
   ルの正／逆通電の少なくとも一方において前記通電手段
   を介して前記圧力検出手段が検出した圧力が設定範囲を
   外れた時にはこの漸増を停止し、前記圧力検出手段が設
   定範囲に復帰した時には、一定時間前記コイルの通電電
   流値の割合を通常時より低い割合で漸増するようにした
   電流値制御手段；を備える人工心臓システム用過大陰圧
   防止装置。