JP3351199B2 - 偏心型血液ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は血液を体外循環させ
るときに使用する血液ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】心臓手術などを行なうばあい、一般に血
液を体外循環させる。その際血液ポンプで体内より脱血
し、人工肺で酸素化したのち、体内に戻している。

【０００３】このような血液の体外循環のために、現在
広く使用されている血液ポンプはローラータイプのポン
プである。このポンプでは、ローラーに血液回路の一部
である血液ポンプヘッドチューブ部分をセットし、ロー
ラーの回転によってチューブをしごいて血液を体外循環
させている。

【０００４】また最近では小型化した遠心ポンプが開発
され実用化されている。この遠心ポンプはコーン型をし
た外側のハードケースと、同様な材料からなる内部ハー
ドインペラからなり、このインペラに外部の駆動装置と
連動させるための永久磁石または永久磁石を組み込んだ
磁性体を配置して、インペラを回転させ、その遠心力で
血液を送るものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ローラータイプの血液
ポンプは装置が大きいという問題、ローラー部分でチュ
ーブをしごくため血液中の血球の破壊や溶血が見られる
という問題、また、生体や送血ライン上に何らかのトラ
ブルが発生したときでも、ローラーで強制的に血液を送
ってしまい、生体にとって大きな負担となること、さら
にライン上のチューブの破裂や接続部の抜けにより血液
を流失させる事態が発生するなど種々の問題があった。
そのために操作者は常に血液ポンプの側を離れることが
できない。

【０００６】これらの問題を解決するために前記遠心ポ
ンプが開発され実用化されるようになった。遠心ポンプ
はローラータイプと違い遠心力で血液を送るために、送
血側にトラブルが発生したとしても内部のインペラが空
回りする状態になり、ローラータイプにおけるようなト
ラブルには発展しない。しかし、遠心ポンプの内部に外
部駆動装置と連動させるのに必要な永久磁石を組み込む
ために、装置を小型化するのに限界があった。また、遠
心ポンプは３０００回／分前後という回転で使用するた
めに、常に血液中の血球の破壊や溶血という問題をかか
えている。

【０００７】本発明は、血液中の血球の破壊や溶血が極
力抑えられ、吐出側の圧力が一定値以上になったばあい
に生体への負担がなく、さらに小型化が可能な血液ポン
プを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、(1)血液吸込
口と血液吐出口を有する硬質ケーシングと、該硬質ケー
シングの内部に偏心して設けられたロータとからなり、
該ロータはその外周部が前記ケーシングの内周面と摺動
接触するように弾性的に変形可能である偏心型血液ポン
プであって、吐出側に一定値以上の圧力が発生したばあ
いに、前記ロータが、血液を実質的に送り出すことなく
空回りするように変形させるための制御手段が設けられ
てなることを特徴とする偏心型血液ポンプに関する。

【０００９】本発明はさらに、(2)前記ロータの回転軸
が前記硬質ケーシングの外部に延びており、駆動装置の
駆動軸に結合されて、該駆動軸の回転により前記ロータ
が回転するように構成されてなることを特徴とする前記
(1)項記載の偏心型血液ポンプに関する。

【００１０】本発明はさらに、(3)前記硬質ケーシング
の、前記ロータの外周部が対向する内周面に環状突起が
設けられてなることを特徴とする前記(1)または(2)項記
載の偏心型血液ポンプに関する。

【００１１】本発明はさらに、(4)前記ロータの両側面
上に複数のフインが設けられ、該フインの先端と前記硬
質ケーシングの内平面との間隔が０．５ｍｍ以下である
ことを特徴とする前記(1)、(2)または(3)項記載の偏心
型血液ポンプに関する。

【００１２】

【発明の実施の形態】前記(1)項記載の発明にかかわる
偏心型血液ポンプは１種の容積式ポンプであり、前記遠
心ポンプにくらべて低速回転で所望の血液量を循環でき
るため、血球の破壊や溶血が防止される。また吐出側圧
力が一定値以上になったばあい、ロータが血液を送り出
さないように変形するため、ローラータイプの血液ポン
プにくらべて、血液に大きな圧力を与えることなく、溶
血を防止すると共に、生体の負担を少なくし、かつ接続
部の抜けなどの事態の発生を防止できる。

【００１３】前記(2)項記載の発明によれば、外部駆動
軸とロータの回転軸が連結されていることで、前記遠心
ポンプにくらべて装置を小型化できる。

【００１４】前記(3)項記載の発明によれば、ケーシン
グの内周面に設けた環状突起により、ロータ外周部とケ
ーシング内周面との接触面積を少なくすることができ、
溶血を極力抑えることができる。

【００１５】前記(4)項記載の発明によれば、ロータの
側面上に設けたフインにより、血液の滞留を防ぎ、血栓
などを防止できる。

【００１６】つぎに本発明の偏心型血液ポンプの一実施
例を図面に基づいて説明する。

【００１７】図１は本発明の偏心型血液ポンプの一実施
例を示す側面図、図２は駆動軸側硬質ケーシングを取外
した状態を示す平面図、図３は図２のＸ−Ｘ線断面図、
図４はロータの断面図である。

【００１８】図１〜３において、１０は硬質ケーシング
本体、２０は駆動軸側硬質ケーシングであり、これらで
硬質ケーシングを構成している。ケーシング本体１０に
は血液吸込口１２と血液吐出口１３が設けられている。
吸込口１２および吐出口１３には、図示されていない
が、血液回路が接続されるようになっている。

【００１９】ケーシング本体１０の内周面１４には、好
ましくは、１個または複数個の環状突起１１が設けられ
ている（本実施例では２個の環状突起が設けられてい
る）。この環状突起１１はロータ外周部とケーシング本
体１０の内周面１４との接触面積を少なくして、溶血を
極力抑えるためのものである。

【００２０】３０はロータであり、ロータ３０の軸３３
は、ケーシング本体１０内の円筒状空間（ロータ回転空
間）の中心に対して偏心して設けられている。

【００２１】ロータ３０は、硬質のロータ中心体３１
と、該中心体３１を囲繞する軟質ロータ本体３４とから
構成されている。硬質のロータ中心体３１にはケーシン
グ本体１０側の軸３２と駆動軸側の軸３３が設けられて
いる。ケーシング本体１０には、該軸３２に対応して軸
受１６が設けられている。駆動軸側硬質ケーシング２０
には、前記軸３３の軸受２２が設けられている。２３は
軸受２２の抜出しを防止するための蓋である。前記軸３
３には外部駆動装置の駆動軸が連結され、ロータ３０を
回転させるように構成されている。

【００２２】ロータ３０の両側の平面上には、好ましく
は、複数のフイン３７が設けられている（本実施例では
４個のフイン３７が設けられている）。フイン３７は、
ロータ３０の両側面とケーシング本体１０の内平面１５
および駆動軸側ケーシング２０の内平面２１との間に血
液の流れを強制的に起させ、血液が滞留するのを防ぎ、
血栓などを防止するために設けられる。

【００２３】図４は、血液ポンプに組込む前のロータ３
０を示す断面図である。図４において、円Ａはロータ３
０の中心とケーシング本体１０の内周面１４（正確には
環状突起１１の先端１１ａ、以下同様）との最小距離を
半径とする円であり、円Ｂはロータ３０の中心とケーシ
ング本体１０の内周面１４との最大距離を半径とする円
である。Ｌは前記最大距離と最小距離の差である。

【００２４】３８はロータ本体３４の一般外周面であ
り、この一般外周面３８は円Ａに接している。ロータ本
体３４からは複数の翼部３６が半径方向にかつ回転方向
と反対方向に突出しており（翼部３６の先端３６ａは一
般外周面３８から半径方向に距離Ｌだけ突出してい
る）、翼部３６の先端３６ａは円Ｂに接している（以
下、翼部３６のこのような状態を翼部３６が開いた状態
という）。ロータ本体３４には、翼部３６の後方（回転
方向と反対方向）に切欠き部３９が設けられている。こ
の切欠き部３９の体積と翼部３６の体積はほぼ同じであ
り、翼部３６がロータ３０の中心とケーシング本体１０
の内周面１４との距離が最小になる位置の近傍に来たと
きは、翼部３６が変形して切欠き部３９に収まり、翼部
３６の外周面が一般外周面３８と一致するようになる
（以下、翼部３６のこのような状態を翼部３６が閉じた
状態という）。

【００２５】ロータ本体３４には、翼部３６の変形を制
御するための板バネ１００が各翼部３６に延びるように
埋込まれている。前記のごとく閉じた状態の翼部３６が
ロータ３０の中心とケーシング本体１０の内周面１４と
の距離が最大となる位置の近傍に来たときは、板バネ１
００の反揆力により元の形に復帰させられ、開いた状態
となる。

【００２６】図２および図３は、吐出側の圧力が高くな
い定常状態でポンプが運転されている状態を示すもので
ある。

【００２７】ロータ３０の中心とケーシング本体１０の
内周面１４との最大距離と最小距離の差はＬである。ロ
ータ３０の中心とケーシング本体１０の内周面１４との
距離が最大となる側のケーシング本体１０のほぼ左右対
称な位置に血液吸込口１２と血液吐出口１３が設けられ
ている。ロータ３０は矢印方向に回転しており、ロータ
３０の各翼部３６は、ロータ本体３４の一般外周面３８
とケーシング本体１０の内周面１４との間隔（以下、間
隔Ｄという）が大きいところでは、板バネ１００の反揆
力により開いた状態で、ケーシング本体１０の内周面１
４に設けた環状突起１１の先端部１１ａに接触してシー
ルラインを形成している。一方間隔Ｄが小さいところで
は板バネ１００の反揆力に抗して閉じる方向に変形し、
間隔Ｄが最小の位置ではその外周部がロータ本体３４の
一般外周面３８と合致するようになる。

【００２８】間隔Ｄが大きいところにおける隣接する２
つの翼部３６の先端部３６ａはそれぞれシールラインを
形成するから、血液吸込口１２より吸込まれ、隣接する
２つの翼部３６の間に留められた血液はロータ３０の回
転により血液吐出口１３の方に移動され、吐出口１３か
ら吐出される。

【００２９】このようにして定常運転時には血液は吸込
口１２から吸込まれ、吐出口１３から吐出される。

【００３０】図５は、生体や送血ライン上に何らかのト
ラブルが発生し、吐出側の圧力が一定値以上に高くなっ
たばあいの運転状況を示すものである。

【００３１】このような状態において、ロータ変形制御
手段としての板バネ１００の反揆力は吐出側の負荷圧よ
り小さく設定されているため、間隔Ｄが大きいところに
位置する翼部３６が閉じる方向に変形して、ケーシング
本体１０の内周面１４とシールラインを形成しえなくな
り、そのため血液を吸込口１２から吐出口１３の方に送
ることができず、空回りすることになる。

【００３２】しかして、本発明においては、板バネ１０
０の種類を変更することによって血液ポンプの機能を変
化させることが可能となる。たとえば、板バネ１００の
強さを変えることによって、吐出側圧力の設定最大値を
変更することができる。また、板バネ１００の強さを変
えることによって、遠心力（回転数）がある一定値以上
になるまでは翼部３６を閉じさせておき、遠心力が該一
定値以上になったとき翼部３６を開かせて血液を循環さ
せることができるようにすることができる。

【００３３】本発明において、硬質ケーシング本体１
０、駆動軸側硬質ケーシング２０の材料としては、ステ
ンレススチール、チタン合金などの金属、ポリカーボネ
ート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂、ポ
リアミド、ポリウレタンなどの硬質プラスチックスなど
が使用できる。必要があれば、血栓の防止のために内面
にヘパリンなどの硫酸化多糖類、ウロキナーゼ、リン脂
質フォスファジルコリン（ＭＰＣ）、スルフォン化グル
コシルオキシエチルメタクリレート（ＧＥＭＡ）などの
コーティングを施してもよい。

【００３４】ロータ中心体３１の材料としては、ケーシ
ング本体１０、ケーシング２０と同様なものが使用でき
る。

【００３５】ロータ本体３４の材料としては、シリコー
ンゴム、フッ素ゴム、イソプレンゴムなどのゴム類、ポ
リウレタン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化
ビニルなどの軟質プラスチックスなどが使用できる。

【００３６】ロータ３０の回転数は、３０００回／分以
下、なかんづく８００〜２０００回／分の範囲が好まし
く、この範囲の回転数で送血速度を１〜７リットル／分
の範囲とするのが好ましい。回転数が前記範囲より高い
と、血球の破壊や溶血が生じる惧れが大きくなる。一方
回転数が前記範囲より低いと所望の送血速度がえられな
い。

【００３７】ロータ３０における翼部３６の個数は２〜
８個が適当である。

【００３８】ケーシング本体１０の内周面１４に設ける
環状突起１１の高さは、１ｍｍ以下、なかんづく０．２
〜０．７ｍｍの範囲が好ましい。環状突起１１の高さが
前記範囲より大きいと、翼部３６の先端３６ａとケーシ
ング本体１０の内周面１４との間のシールが不充分とな
り、送血速度が低下し、一方前記範囲より小さいと、血
球破壊や溶血が生じやすくなる。環状突起１１の個数は
１個以上であればよいが、通常２〜８個が好ましい。

【００３９】ロータ３０の側平面上に設けられるフイン
３７の高さは１ｍｍ以下、なかんづく０．２〜０．７ｍ
ｍの範囲が好ましい。またフイン３７の先端３７ａとケ
ーシング本体１０の内平面１５または駆動軸側ケーシン
グ２０の内平面２１との間隙は０．５ｍｍ以下、なかん
づく０．２〜０．４ｍｍの範囲が好ましい。前記間隙が
前記範囲より大きいと、血液の流れが生じにくく、血液
の滞留が生じる傾向にある。一方前記間隙が前記範囲よ
り小さいと、血球破壊や溶血が生じやすく、また内平面
１５、２１に血液が付着しやすくなる。

【００４０】フイン３７は、血液の流れを効率よく起さ
せるために、ロータ３０の側面上に半径方向に沿うよう
にかつ回転方向に突出した弓状の形状とするのがよい。
フイン３７の個数は２〜１０個が好ましい。通常翼部３
６の個数と同数設けられる。

【００４１】

【発明の効果】前記(1)項記載の発明の血液ポンプは１
種の容積式ポンプであり、従来の遠心ポンプにくらべて
低速回転で所望の血液量を循環でき、血球の破壊や溶血
が防止される。また吐出側圧力が一定値以上になったば
あい、ロータが血液を送り出さないように変形するた
め、従来のローラータイプの血液ポンプにくらべて、血
液に大きな圧力を与えることなく溶血を防止すると共
に、生体の負担を少なくし、かつ接続部の抜けなどの事
態の発生を防止できる。

【００４２】前記(2)項記載の発明によれば、外部駆動
軸とロータの回転軸が連結されていることで、従来の遠
心ポンプにくらべて装置を小型化できる。

【００４３】前記(3)項記載の発明によれば、ケーシン
グの内周面に設けた環状突起により、ロータ外周部とケ
ーシング内周面との接触面積を少なくすることができ、
溶血を極力抑えることができる。

【００４４】前記(4)項記載の発明によれば、ロータの
側面上に設けたフインより、血液の滞留を防ぎ、血栓な
どを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の偏心型血液ポンプの一実施例を示す側
面図である。

【図２】前記実施例の駆動軸側硬質ケーシングを取外し
た状態を示す平面図である。

【図３】図２のＸ−Ｘ線断面図である。

【図４】前記実施例におけるロータを示す断面図であ
る。

【図５】前記実施例において、吐出側の圧力が一定値以
上になったときの運転状態を示す平面図である。

【符号の説明】

１０ 硬質ケーシング本体 １１ 環状突起 １２ 血液吸込口 １３ 血液吐出口 １４ 硬質ケーシング本体の内周面 ２０ 駆動軸側硬質ケーシング ３０ ロータ ３１ ロータ中心体 ３２ 軸 ３３ 軸 ３４ ロータ本体 ３６ 翼部 ３７ フイン ３９ 切欠き部 １００ 板バネ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−131266（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−9685（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−233794（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−126063（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−322658（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−173338（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61M 1/10 530 A61M 5/142

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 血液吸込口と血液吐出口を有する硬質ケ
   ーシングと、該硬質ケーシングの内部に偏心して設けら
   れたロータとからなり、該ロータはその外周部が前記ケ
   ーシングの内周面と摺動接触するように弾性的に変形可
   能である偏心型血液ポンプであって、吐出側に一定値以
   上の圧力が発生したばあいに、血液を実質的に送り出す
   ことなく空回りするように前記ロータを変形させるため
   の制御手段が設けられてなることを特徴とする偏心型血
   液ポンプ。
2. 【請求項２】 前記ロータの回転軸が前記硬質ケーシン
   グの外部に延びており、駆動装置の駆動軸に結合され
   て、該駆動軸の回転により前記ロータが回転するように
   構成されてなることを特徴とする請求項１記載の偏心型
   血液ポンプ。
3. 【請求項３】 前記硬質ケーシングの、前記ロータの外
   周部が対向する内周面に環状突起が設けられてなること
   を特徴とする請求項１または２記載の偏心型血液ポン
   プ。
4. 【請求項４】 前記ロータの両側面上に複数のフインが
   設けられ、該フインの先端と前記硬質ケーシングの内平
   面との間隔が０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請
   求項１、２または３記載の偏心型血液ポンプ。