JP3420588B2 - 人工心肺装置における脈動流発生 - Google Patents

人工心肺装置における脈動流発生

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は人工心肺装置に関し、更に詳細には、人工心
肺装置の血液出口で自然の心臓の心拍パターンをシミュ
レートするための方法及び装置に関する。
発明の背景 自然の状態の人間の心臓は、心臓の様々な室の充填及
び排出(拍動)と対応する脈動する血液流を身体に提供
する。血液の瞬間的な流量は、複雑な周期的方法でほぼ
ゼロから任意の最大流量まで変化し、血液の全流量は時
間に基づいた平均値である。
開心手術(open−heart surgery)で使用される人工
心肺装置の心肺バイパス回路(cadiopulmonary bypass
circuits)は、血液を循環させる動力を提供するため、
代表的には、遠心ポンプ又は容量型ポンプ(即ちローラ
ー型)を使用する。これらのポンプは、回路を通して常
に本質的に一定の流量で血液を提供し、瞬間的流量と平
均流量はほぼ同じである。
医学的研究によれば、脈動流は一定流よりも生理学的
に正しく、体外灌注(extracorporeal perfusion)の効
力に有用な影響を及ぼす。これにより、心臓バイパス手
術後の患者の状態が改善される結果がもたらされる。
人工心肺装置で心臓の自然の脈動流をまねるための様
々な方法が提案されてきたが、これらのうち、満足のい
くものは一つとして無かった。脈動流を提供するための
最も簡単な方法は、人工心肺装置の動脈ポンプの入口ラ
イン又は出口ラインのクランプ−クランプ解除を周期的
に行うことである。ポンプの入口をクランプすること
は、入口内に非常に高い吸引圧力を発生させ、これによ
り赤血球が損傷を受けるため、又は場合によっては血流
中に気泡を発生させるキャビテーションを引き起こすた
め、望ましくない。更に、低流量期又は休止期間中にポ
ンプのロータが流体の滞留容積内で回転し、これによっ
て血液細胞が機械的に傷つけられる場合がある。ポンプ
の出口をクランプすることは、遠心ポンプでは、このよ
うに血液細胞が傷つけられるため、望ましくない。ポン
プの出口をクランプすることは、容量型ポンプでは、ラ
イン内の圧力の急速な上昇により、連結部又はチューブ
が破裂し、収拾の付かない事態を招く可能性があるた
め、望ましくない。
脈動流を発生するための適当な方法は、ポンプの速度
を周期的に変化させることである。これは、ポンプ制御
装置によって容易に電子的に行うことができる。しかし
ながら、ポンプの回転エレメントの慣性により、得られ
た波形は、自然の心拍波形というよりも正弦波形とな
り、波の周期が自然の周期よりも長くなる。更に、ポン
プの下流にある酸素付加器や脈動フィルタ等のバイパス
回路構成要素もまた、それらの滞留容積により、脈動を
減衰する。
発明の概要 本発明は、連続的に作動するポンプにより、チェック
バルブを通った血液で弾性ブラダーを充填することによ
って脈動流を発生する。ブラダーは、断続的に作動でき
る出口バルブを通して血液出口に連結されている。出口
バルブは、弾性ブラダーの膨張及び収縮によってトリガ
ーされる。出口バルブは、好ましくはヒステリシスを伴
って、即ちブラダーが所定容積を越えて膨張するときに
全開し、ブラダーが収縮して別のかなり小さい容積より
も下に容積が減少したときに全閉するように作動する。
本発明の第1実施例では、適当なトグル機構を備えた
機械式出口バルブがブラダーに直接的に連結されてい
る。そのため、ブラダーが一杯に膨張したときにぽんと
開き、ブラダーがほぼ空になったときにぽんと閉じる。
血液は、ブラダーの弾性により、出口バルブを通して圧
送される。第2実施例では、ブラダーの膨張によりスイ
ッチ又はセンサがトリップし、これによって制御装置が
出口バルブを開放し、圧力機構を作動し、ブラダーを機
械的に圧縮して血液を放出する。同様の作用の他の周知
の機構も使用できる。
図面の簡単な説明 第1図は、本発明を使用して人工心肺装置の概略図で
あり、 第2A図乃至第2D図は、本発明の第1実施例の四つの動
作段階を示す概略図であり、 第3A図乃至第3D図は、本発明の第2実施例の四つの動
作段階を示す概略図であり、 第4図は、第2実施例の変形態様を示す概略図であ
る。
好ましい実施例の説明 第1図は、本発明が使用される一般的な環境を簡単な
形態で示す。冠状バイパス手術中、人工心肺装置10は、
患者12の血液を大静脈14からリザーバ16内に逸らす。ポ
ンプ18が血液をリザーバから酸素負荷器20及びフィード
バック21を通して患者12の大動脈22に戻す。
ポンプ18は、代表的には、実質的に一定の速度で作動
するローラーポンプである。これは、酸素負荷器20の適
正な機能にとって望ましい。本発明によれば、第2a図乃
至第4図に更に詳細に示すブラダーアッセンブリ(a bl
adder assembly)26を酸素負荷器20と大動脈22との間に
配置することによって、自然の心臓の脈動作用をシミュ
レートできる。
第2A図乃至第2D図は、本発明の第1の好ましい実施例
の作動を示す。弾性ブラダー28は、第1図の酸素負荷器
20から血液を一定の流量で受け入れる。血液がブラダー
28に流入すると、ブラダー28が膨張し、その内部で圧力
が上昇する。圧力が所定の値に達すると、トグル式出口
バルブ30が開放(第2B図の矢印32参照)し、ブラダー28
の弾性押圧力により、血液の塊(bolus of blood)33を
動脈ライン34内に推進する(第2C図参照)。トグル作用
により、出口バルブ30はブラダー28が本質的に弛緩する
まで開放状態のままである。次いで、バルブ30が閉鎖
(第2D図の矢印36参照)し、サイクルを繰り返す。第2C
図に示す状態中の動脈ライン34内の流れ33は、ポンプ18
によってブラダー28内に圧送される流れよりもかなり大
きいということは理解されよう。
第3A図乃至第3D図は、本発明の更に複雑な実施例を示
す。この実施例では、ブラダー28は固定プレート38上に
配置されており、酸素負荷器20からチェックバルブ40を
として血液を受け取る。電気的に、空気圧により、又は
機械的に制御されるサーボ型バルブ42は、通常は、動脈
ライン34を塞ぐ。
ブラダー28が第3A図に示すその休止状態から膨張する
と、最終的には第3B図の位置に至り、ここで、制御装置
46により作動される可動プレート44と接触する。第3B図
の位置では、適当な制限スイッチ又はセンサ(図示せ
ず)が制御装置46を賦勢する。これにより、制御装置46
がバルブ42を開放し、可動プレート44を下方に駆動し、
ブラダー28を絞る(第3B図に矢印48で示す)。可動プレ
ート44が所定の距離に亘って下方に移動した後、制御装
置46が出口バルブ42を遮断し、可動プレート44をその元
の位置まで引っ込め(第3C図に矢印50で示す)、サイク
ルを繰り返す(第3D図参照)。
第3A図乃至第3D図の実施例の利点は、プレート44を駆
動する従来の機構を制御するマイクロプロセッサを適当
にプログラムすることによって、可動プレート44の下降
速度を所望の通りに変化させることができるということ
である。第4図はそのような構成を例示する。第4図で
は、動脈ライン34に圧力トランスジューサ52が設けられ
ている。動脈ライン34内の血液の圧力を示す信号をマイ
クロプロセッサ54に加える。このマイクロプロセッサ
は、フィードバックループ内の検出圧力を予めプログラ
ムされた時間−振幅パターンと比較し、予めプログラム
されたパターンに従ってプレート駆動装置56を作動す
る。このようにして、第4図の装置は(安価であるが信
頼性が高く、血液出力が常に減少指数曲線に従う第2A図
乃至第2D図の装置とは異なり)、プレート44の機構の機
械的慣性が許す限り自然の拍動に近付くようにプログラ
ムできる。
本明細書中に説明し且つ添付図面に示す人工心肺装置
で脈動する血液流を発生するための例示の装置は、本発
明の現在の好ましい実施例を表すに過ぎないということ
は理解されよう。確かに、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく、このような実施例に様々な変更及び追
加を行うことができる。他の変更及び追加は当業者には
明らかであり、本発明を様々な異なる用途で使用するよ
うに行うことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パラーモ,ヘンリー・ダブリュー アメリカ合衆国カリフォルニア州91506, バーバンク,ノース・パリッシュ・プレ イス 220 (56)参考文献 特開 昭52−105695(JP,A) 特開 昭63−143076(JP,A) 特開 昭58−190447(JP,A) 特公 平5−37654(JP,B2) 特表 昭63−501929(JP,A) 特表 昭55−500305(JP,A) 特表 昭62−500006(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61M 1/10 - 1/12

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】脈動する血液流を人工心肺装置で発生する
    ための装置において、 a)膨張可能なブラダーを有する血液用の回路と、 b)前記ブラダーに連結された血液入口と、 c)前記体外の血液用の回路に連結されていて、実質的
    に一定の流量で前記ブラダーに血液を供給するポンプ
    と、 d)前記ブラダー用の血液出口と、 e)前記ブラダー内の血液の容積が第1の所定レベルま
    で上昇したときに前記ブラダー出口を開放し、前記ブラ
    ダー内の血液の容積が第2の所定のレベルまで降下した
    ときに前記ブラダー出口を閉鎖するように構成されたバ
    ルブと、 を有することを特徴とする装置。
  2. 【請求項2】前記ブラダーは弾性を有し、前記バルブの
    開放時に前記弾性により血液を前記血液出口内に排出す
    るための押圧力のみを提供するように構成された、請求
    項1に記載の装置。
  3. 【請求項3】f)間に置いた前記ブラダーを絞ることが
    できる固定プレート及び可動プレートと、 g)前記バルブを作動し、前記可動プレートを移動し、
    前記バルブが開放している場合に前記ブラダーを絞るよ
    うに構成された制御装置と、 を有する、請求項1に記載の装置。
  4. 【請求項4】h)前記制御装置と関連して、前記ブラダ
    ーを所定のパターンで絞るように前記可動プレートの絞
    り移動を制御するように構成されたマイクロプロセッサ
    を有する、請求項3に記載の装置。
  5. 【請求項5】i)前記血液出口に配置された圧力センサ
    を有し、前記圧力センサは、前記血液出口での血液圧力
    が所定の時間−振幅パターンと一致するように前記マイ
    クロプロセッサにフィードバックループで連結されてい
    る、請求項4に記載の装置。
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