JP3038041B2 - 血液ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人工心肺用血液ポン
プ、心臓代用血液ポンプ、補助心臓、人工心臓等に使用
する血液ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、人工心肺用血液ポンプ、心臓代用
血液ポンプ、補助心臓、人工心臓等に使用される血液ポ
ンプとしては、特願平２−４４８００号で提案されてい
る揺動型ポンプや国際公開公報ＷＯ８６／０４９６２号
に示すようなポンプが使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述のような血液ポン
プでは、流入口から吸引した流体を揺動子により旋回流
に変換する時に、流体の流れをおよそ９０°曲げてい
る。そこで、流れの向きを変えるために揺動子に加わる
負荷が増加し、余分なエネルギ−が必要となり、ポンプ
の効率が低下するという問題がある。

【０００４】本発明は上記課題に着目してなされたもの
であり、その目的は揺動子に加わる負荷を低減し、効率
の良い血液ポンプを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題は以下の手段に
よって解決される。すなわち、その手段としての血液ポ
ンプは、略偏平で円筒状のポンプ室と、このポンプ室の
側面の中心部付近に設けられた流入口と、前記ポンプ室
の周面部に設けられた流出口と、前記ポンプ室内に配設
され、ポンプ室の内周面と略同心円状の揺動子と、この
揺動子に揺動運動を与え、前記ポンプ室内の血液に回転
流を起こすための揺動子駆動手段とを具備し、前記流入
口内に揺動子の揺動方向と同方向の回転流を発生させる
回転流発生手段を設けたことを特徴としている。

【０００６】

【作用】本発明では、回転流発生手段を流入口内に形成
したことにより、流入口内において血液の流れ方向が、
揺動子によって発生する回転流の方向へ変換され、揺動
子に加わる負荷が減少し、その結果、揺動子を駆動する
ために消費されるエネルギ−が低減する。

【０００７】

【実施例】以下図面を参照しながら本発明の実施例につ
いて説明する。

【０００８】図１及び図２は、本発明に係わる血液ポン
プの第１の実施例を示している。

【０００９】図１に示すように、血液ポンプ１はポンプ
ヘッド２と揺動子駆動部３より構成されている。そし
て、ポンプヘッド２と揺動子駆動部３は、着脱ねじ部４
により互いに着脱自在に装着されている。

【００１０】ポンプヘッド２は、第１のカバ−５と第２
のカバ−６とで構成され、第１のカバ−５と第２のカバ
−６は、その間にＯリング７を介挿して係合部９によっ
て結合されている。そして、第１のカバ−５と第２のカ
バ−６によりポンプ室１２が形成されている。

【００１１】図１に示すように、第１のカバ−５にはポ
ンプ室１２の側面の中心部付近に流入口１３が形成さ
れ、第２のカバ−６にはポンプ室１２の内周面に接する
ように流出口１４が設けられている。そして、流入口１
３内には、後述する揺動子１５の揺動運動と同じ向きに
ポンプ室１２へ向う螺旋状の案内溝（回転流発生手段）
２１が設けられている。

【００１２】第２のカバ−６は、その中心に軸部１０を
有し、ポンプ室１２内において、軸部１０に対して弾性
部材よりなる揺動子保持ラバ−１６が止めねじ１１によ
って固定され、この揺動子保持ラバ−１６により円板状
の揺動子１５が揺動自在に保持されている。揺動子１５
は、鉄等の磁性材料で形成されている。また、揺動子１
５及び揺動子保持ラバ−１６も含めて、ポンプ室１２の
全ての内面には抗血栓性のコ−ティングが施されてい
る。

【００１３】一方、揺動子駆動部３には複数の電磁石１
７が配設されている。そして、揺動子駆動部３の電磁石
１７は図２に示すように、外部の制御装置１８にケ−ブ
ル１９を介して接続され、制御装置１８からの信号によ
り駆動制御される。また、流入口１３及び流出口１４に
は、それぞれカテ−テル２０が接続され、これらのカテ
−テル２０は、患者の血管に各々接続されている。そし
て、カテ−テル２０を通して血液の移送が行われる。

【００１４】本実施例の血液ポンプは、例えば肝移植時
のレシピエントの無肝期に、下大静脈および門脈と、左
外頸静脈間のバイパスに用いるポンプシステムとして有
効である。この場合、カテ−テル２０は、患者の下大静
脈、門脈、および左外頸静脈に各々接続される。

【００１５】次に、上記血液ポンプの動作について説明
する。

【００１６】まず、制御装置１８より必要とする送液量
を入力することにより、制御装置１８から揺動子駆動部
３の電磁石１７の駆動信号が出力される。この信号によ
り、電磁石１７は回転方向に順次オン・オフを繰り返し
行い、磁性材料で作られた揺動子１５を順次吸引する。
それにより揺動子１５は、ポンプ室１２内で揺動運動を
開始する。揺動子１５の揺動運動により、ポンプ室１２
内に血液の回転流が生じ、流入口１３より血液を吸引す
ると同時に流出口１４から血液を吐出する。その際、流
入口１３内に形成された螺旋状の案内溝２１により、流
入口１３からポンプ室１２へ入った直後の血流の向き
は、揺動子１５によって起こるポンプ室内の回転流の向
きとある程度一致する。

【００１７】従って、この血液ポンプでは、螺旋状の案
内溝により吸引流の向きを回転流の方向に変換するた
め、揺動子に与えるエネルギ−を少なくすることができ
る。

【００１８】また、弾性部材で形成された揺動子保持ラ
バ−によって揺動子を保持した構造より、揺動子が不用
意にポンプ室内で移動しないので、特に輸送時やセッテ
ィング時にポンプが破損することはなく、ポンプ室内面
の抗血栓性処理にダメ−ジを与えることもない。

【００１９】さらに、揺動子保持ラバ−を弾性材料で形
成しているので、揺動運動の抵抗にもならず、揺動型ポ
ンプの欠点である溶血、凝血等がほとんど起こらない。

【００２０】図３及び図４は、本発明に係わる血液ポン
プの第２の実施例を示している。

【００２１】この第２実施例に示す血液ポンプ１は、揺
動子駆動部３と、この揺動子駆動部３に対して着脱自在
なポンプヘッド２により構成されている。

【００２２】ポンプヘッド２は、流入口１３が設けられ
た第１のカバ−２７と、流出口１４が設けられた第２の
カバ−２９とを備え、第２のカバ−２９は、０リング３
０と押さえリング３１により水密的に装着されている。
すなわち、押えリング３１は、半円状に２分割された形
状を有し、押えリング３１と第２のカバ−２９は、第１
のカバ−２７を挟み込むように固着されている。また、
第２のカバ−２９の他端側には、高伸縮性を有する弾性
膜３２が膜押え３３によって固定されている。そして、
第１のカバ−２７と第２のカバ−２９と弾性膜３２とに
よりポンプ室１２が構成されている。

【００２３】一方、揺動子駆動部３にはハウジング３５
が設けられ、このハウジング３５に対して、２つのボ−
ルベアリングからなる第１の軸受３６を介してモ−タ軸
３７が回転自在に支持されている。そして、このモ−タ
軸３７は図示しないモ−タにより回転される。また、モ
−タ軸３７には揺動軸３８が角度θの傾きを設けて第２
の軸受３９により回転自在に支持され、この揺動軸３８
の先端には円板状の揺動子１５が固定されている。

【００２４】図４に示すように、ポンプヘッド２を揺動
子駆動部３に取り付けた時に、揺動子１５は弾性膜３２
を伸展しながら密着する。そして、図示しないモ−タを
駆動すると、モ−タ軸３７はハウジング３５に対し回転
を開始するが、揺動子１５は弾性膜３２に密着している
ため、その摩擦力により回転することなく揺動運動を行
う。その結果、弾性膜３２を介してポンプ室１２内の血
液は、上記揺動運動により回転流を生じ、この回転流に
よって血液が流出口１４から流出し、流入口１３よりポ
ンプ室内に流れ込む。その際、第１実施例と同様に流入
口内に形成された螺旋状の案内溝により吸引流の向きを
回転流の方向に変換するため、揺動子に与えるエネルギ
−を少なくすることができる。

【００２５】また、この第２の実施例では、揺動子駆動
部に対して着脱自在な弾性膜を設け、弾性膜に揺動運動
を与えるようにしたので、ポンプヘッド部の構造が非常
に簡単になり、使い捨て部分であるポンプヘッドを安価
に製造できる。また、ポンプ室内に揺動子がないので、
輸送中やセッティング時に揺動子がポンプ室内壁に衝突
し、ダメ−ジを与えることがない。

【００２６】図５（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の
実施例を示している。

【００２７】この第３実施例では、略偏平円筒状のポン
プ室１２を有するケ−シング４０が設けられ、このケ−
シング４０には、ポンプ室１２の中心軸の近傍に位置し
て流入口１３が形成され、ポンプ室１２の円周上に流出
口１４が形成されている。そして、ポンプ室１２の円周
部は図５（ｂ）に示すように次第にその径が大きくなる
流路１２ａが形成され、これは流出口１４に連なってい
る。つまり、渦巻型のケ−シングが形成されている。

【００２８】図５（ａ）に示すように、ポンプ室１２の
内部には揺動運動を行う円板状の揺動子１５が設置さ
れ、揺動子１５の回転軸４１は揺動子１５の中央に直角
に取り付けられている。そして、この揺動子１５は揺動
機構４２に連結されている。

【００２９】揺動機構４２では、ケ−シング４０に一体
形成された本体４３に軸受４４が設けられ、この軸受４
４は、図示しないモ−タに連結したモ−タ軸４５の先端
に設けられた継手部４６を回転自在に支持している。ま
た、揺動子１５の回転軸４１は、モ−タ軸４５と同軸上
で本体４３に設けられた第１の揺動軸受４７と、モ−タ
軸４５の継手部４６に偏心して設けられた第２の揺動軸
受４８にそれぞれ球面対偶で軸支されている。

【００３０】また、ポンプ室１２内において、ケ−シン
グ４０と揺動子１５との間にはゴムなどの弾性薄膜より
なる筒状のシ−ル部材４９が固定され、このシ−ル部材
４９が揺動機構４２と揺動子１５との間に介在している
ことにより、ポンプ室１２と揺動機構４２とが隔絶され
ている。なお、ポンプ室１２の内面、および揺動子１５
の表面には全て抗血栓性のコ−ティングが施されてい
る。

【００３１】さらに、ケ−シング４０の流入口１３に
は、揺動子１５の揺動運動と同じ向きにポンプ室１２へ
向かう螺旋状の案内溝２１が設けられている。この案内
溝２１により、流入口１３からポンプ室１２に吸引され
る血液に、揺動子１５によって起こるポンプ室１２内の
回転流の方向と同方向の流れが発生する。

【００３２】次に、第３実施例の血液ポンプの動作につ
いて説明する。

【００３３】図５（ａ）に示すように揺動子１５は、ポ
ンプ室１２内において斜めに傾斜している。そして、図
示しないモ−タを駆動することによりモ−タ軸４５が回
転すると、モ−タ軸４５の継手部４６に偏心して設けら
れた第２の揺動軸受４８が偏心回転運動を行ない、これ
に球面対偶で軸支された揺動子１５の回転軸４１もその
回転中心の周りに旋回運動しようとする。また、揺動子
１５の回転軸４１は、第１の揺動軸受４７によりその回
転中心上において球面対偶で軸支されているため、第１
の揺動軸受４７を支点として旋回運動をしようとする。
しかし、揺動子１５は、シ−ル部材４９により回転運動
が抑止され、その結果として揺動子１５は第１の揺動軸
受４７を支点とした揺動運動を行なう。

【００３４】このように揺動子１５がケ−シング４０内
で揺動運動を行なうと、ポンプ室１２内の血液に回転力
が働き、血液は揺動運動と同方向の回転流を発生する。
そして、モ−タの回転数を上げると、揺動子１５は揺動
運動の速さを増し、血液に大きな遠心力を発生し、血液
は大きな運動エネルギを持つようになる。大きな運動エ
ネルギを持った血液は、ケ−シング４０内の流路１２ａ
を通って流出口１４に向かい、流出口１４から吐出され
る。そして、血液の流出口１４方向への移動に伴い、ケ
−シング４０の流入口１３近傍の圧力は低下し、流入口
１３から血液が吸引される。

【００３５】また、流入口１３から血液を吸引する際
に、流入口１３には揺動子１５の揺動運動と同じ向きに
ポンプ室１２へ向かう螺旋状の案内溝２１が設けられて
いるので、この案内溝２１により、流入口１３からポン
プ室１２へ入った直後の流れの向きは、揺動子１５によ
って起こるポンプ室１２内の回転流れの向きへ向けら
る。そのため、揺動子１５を駆動するために必要なエネ
ルギ−が少なくてすむ。従って、モ−タの消費電力を低
減することができる。

【００３６】図６は第３実施例に係わる血液ポンプのケ
−シングの変形例を示している。

【００３７】この変形例では、ケ−シング４０に２つの
流出口１４ａ，１４ｂが反対方向を向いて互いに平行に
設けられている。従って、このように２つの流出口１４
ａ，１４ｂを設けることによって吐出流量が増加し、同
時に吸引流量を増加させることができる。また、流量を
増加させないポンプの場合には、ポンプを小型化するこ
とができる。

【００３８】図７（ａ）及び（ｂ）は本発明の第４の実
施例を示している。

【００３９】この第４実施例では、ケ−シング４０の流
入口１３内において、ポンプ室１２へ近付くにつれてピ
ッチが小さくなる螺旋状の案内溝２１ａが設けられてい
る。その他の構成は第３の実施例と同一である。

【００４０】図７（ｂ）に示すように、この螺旋状の案
内溝２１ａは、そのピッチがａ＜ｂ＜ｃとなっている。
このように案内溝２１ａを形成すると、流入口１３に入
った血液は流入路内を進むに従って徐々に流れの向きを
回転方向へ変えていくので、案内溝２１ａ内で血流が受
ける抵抗はより小さくなる。従って、血液の流れが円滑
になり、血液の損傷をより効果的に防止することができ
る。

【００４１】図８は、図４に示す血液ポンプの変形例を
示している。

【００４２】この変形例では、揺動子駆動部３におい
て、モ−タ５０がハウジング３５内に収納されている。
また、モ−タ５０と別個に形成された回転部材５３がハ
ウジング３５内に第１の軸受け３６によって保持され、
この回転部材５３には揺動軸３８が所定の傾きを設けて
第２の軸受３９により回転自在に支持され、この揺動軸
３８の先端には揺動子１５が固定されている。そして、
モ−タ軸５１が回転部材５３の環状凸部５３ａ内に嵌合
され、止めねじ５２によって固着されている。その他の
構成は、図４に示す第２実施例と同様である。この変形
例では更にモ−タの交換が容易となる。

【００４３】図９は、本発明の第５の実施例を示してい
る。

【００４４】この第５の実施例では、血液ポンプの流入
口部分を除く他の部分が上記第１の実施例と同様に形成
されているので、同一の部材には同一の符号を付して、
その説明は省略する。

【００４５】図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、この
血液ポンプ１では、回転流発生手段として、第１実施例
における流入口１３内に設けられた案内溝２１の代わり
に、流入口１３の中心軸に対し任意の角度傾くと共に偏
心した渦発生流入部６０が設けられている。

【００４６】図９（ａ）に示すように、渦発生流入部６
０は流入口１３より小径円筒状に形成され、第１のカバ
−５における流入口１３が形成された管状凸部５ａの先
端部分に一体的に連結されている。そして、渦発生流入
部６０は、流入口１３の中心軸に対して半径方向に偏心
して設けられ、さらに、中心軸に対して傾斜している。
渦発生流入部６０の傾斜角度は、揺動子１５の回転数に
応じて最適に設定される。また、流入口１３の中心軸に
対して偏心させて傾斜させる向きは、揺動子１５の揺動
運動と同じ向き、すなわち、図９（ａ）で示すように上
面より見て反時計回りに血液が流入するように設定され
ている。

【００４７】従って、血液が渦発生流入部６０の開口６
２から流入口１３内に流れ込み、流入口１３内で反時計
回りの渦が発生する。そして、揺動子１５の揺動回転と
同じ向きに渦を巻きながらポンプ室１２へ流入する。

【００４８】第５の実施例に係わる血液ポンプでは、こ
のように血液の流れを回転流に変えてポンプ室１２内に
流入させるため、揺動子１５の回転負荷が軽減されて、
揺動子１５を回転させるのに必要なエネルギ−が少なく
てすむ。

【００４９】図１０は、第５の実施例の変形例を示して
いる。

【００５０】この変形例は、図１０に矢印で示すよう
に、第２のカバ−６に対して第１のカバ−５を回転可能
に構成し、流出口１４と渦発生流入部６０の相対位置を
変更できるようにしたものである。従って、流出口１４
と渦発生流入部６０に各々接続されるチュ−ブが絡らま
ないように、適切な相対位置を選択して使用することが
できる。その他の構成及び作用は第５実施例と同様であ
る。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係わる血液
ポンプでは、回転流発生手段を流入口に形成したことに
より、流入口内において血液の流れ方向を揺動子によっ
て発生する回転流の方向へ変換するため、揺動子に加わ
る負荷が減少し、その結果、ポンプを駆動するために消
費されるエネルギ−を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第１実施例に係わる血液ポンプ
の縦断面図である。

【図２】図２は同血液ポンプの使用状態を示す斜視図で
ある。

【図３】図３は本発明の第２実施例に係わる血液ポンプ
のポンプヘッドを示す縦断面図である。

【図４】図４は同血液ポンプの縦断面図である。

【図５】（ａ）は本発明の第３実施例に係わる血液ポン
プの縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面
図である。

【図６】図６は第３実施例におけるケ−シングの変形例
を示す断面図である。

【図７】（ａ）は本発明の第４実施例に係わる血液ポン
プの縦断面図、（ｂ）は（ａ）に示す流入口の拡大断面
図である。

【図８】図８は第２実施例に係わる血液ポンプの変形例
を示す縦断面図である。

【図９】（ａ）は本発明の第５実施例に係わる血液ポン
プの一部を示す平面図、（ｂ）は同血液ポンプの縦断面
図である。

【図１０】図１０は第５実施例に係わる血液ポンプの変
形例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１２…ポンプ室、１３…流入口、１４…流出口、１５…
揺動子、２１，２１ａ…案内溝、６０…渦発生流入部。

フロントページの続き (72)発明者 土屋 喜一 東京都港区南青山２−10−16 (72)発明者 壁井 信之 千葉県千葉市宮野木町1551−131 (56)参考文献 特開 平３−73163（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−2358（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−106373（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−149276（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61M 1/10 530

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略偏平で円筒状のポンプ室と、このポン
   プ室の側面の中心部付近に設けられた流入口と、前記ポ
   ンプ室の周面部に設けられた流出口と、前記ポンプ室内
   に配設され、ポンプ室の内周面と略同心円状の揺動子
   と、この揺動子に揺動運動を与え、前記ポンプ室内の血
   液に回転流を起こすための揺動子駆動手段とを具備した
   血液ポンプにおいて、前記流入口内に揺動子の揺動方向
   と同方向の回転流を発生させる回転流発生手段を設けた
   ことを特徴とする血液ポンプ。