JP3682068B2 - 医療用流体ポンプ - Google Patents

Description

技術分野
本発明は医療用流体ポンプに関し、特に、関節手術を受ける関節の中に洗浄液をポンプ送りするための無菌の遠心ポンプに関する。
発明の背景
患者の体内に流体をポンプ送りするときはいつでも、流体を無菌環境にのみ通すことが不可欠である。それ故に、ポンプがこういった環境で有用であるために、ポンプの機構が流路から隔離されているようにしておく必要がある。
米国特許No.３，８６４，０５５（Kletschka他）は、回転子がチャンバ内で回って液体をチャンバの排出口を介して液推進させる医療用流体ポンプを開示する。チャンバ内の回転子は、ベアリングで支承される駆動軸に取り付けられている。ベアリング内に支承されるシャフトは精密に支承される必要があり、このことはポンプのコストを高くする。０リングのシールがチャンバからの漏れを防止するために使われる。０リングのシールは、漏れが生じるまで摩耗しない限り、漏水防止機能を果たすであろう。米国特許No.５，１７８，５１５（Tsuchya他）が、他方、ダイヤフラムを介して駆動される医療用ポンプを開示する。ロッカーがダイヤフラムを介して設けたシャフトに接続されている。シャフトはロッカーをチャンバ内で揺動させるように駆動され、これにより流体をチャンバを介して回転させてチャンバの排出口を通して排出する。ドイツのOffenlegungsschraft２９１８３２５（Sempio）のとおりに、引入れ口を介して流体が供給されるポンプチャンバはリングを有し、このリングはチャンバ内で揺動し流体を排出口を通して追い出す。リングの駆動軸は、チャンバを駆動機構から密封シールするためにダイヤフラム内に吊されているようである。
発明の概要
本発明は無菌の使い捨ての遠心ポンプユニット備える医療用流体ポンプに関する。ポンプユニットは、内部が無菌のチャンバ内で回転するベーンあるいはインペラを備える。ベーンは、ポンプチャンバの入口に連通する中空軸回りに回転する。フレキシブル（柔軟）なダイヤフラムがポンプチャンバの壁部を形成する。ドライブロッドはダイヤフラムを貫通して延伸し、ドライブロッドの一端が上記中空軸の回転軸から半径方向にオフセットしたベーン上の位置においてベーンに係合する。ベーンの回転は、ポンプチャンバから外に延伸するドライブロッドの端部を回転させることによって成し遂げられる。ベーンの回転によりポンプチャンバ内の流体の圧力が増し、流体は排出口を介して外に押し出される。流体が流体源から引入れ口を介して中空軸の中に引き込まれ、そして回転ベーンの端部の外に引き出される。ポンプユニットを操作する機械的な装置は、一般的にモータと、ドライブロッドの外端と係合する回転フックとを含む。
液密（耐水性）を維持するようにドライブロッドがダイヤフラムを貫通するように取り付けられることで、汚染物質がポンプチャンバに入らないようにポンプユニットをポンプモーターの下にシールした状態に維持することができる。ポンプユニットは低コストの使い捨てのユニットであるといった利点を有する。本発明の他の目的及び利点は、図面と関連してなされる以下の発明の好ましい実施態様の説明により明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の医療用ポンプ装置のレイアウトを示す。
図２は、本発明のモータ及びポンプユニットの側面図であり、ポンプユニットの断面を示す。
図３は、本発明のポンプユニットに用いられる回転ベーンの端面図である。
図４は、図３の回転ベーンの断面側面図である。
図５は、図３の回転ベーンの下面図である。
図６は、本発明のポンプチャンバの壁に使われるダイヤフラムの断面図である。
図７は、本発明のモーターに取り付けられた回転フックの平面図である。
図８は、図７の回転フックの側面図である。
好ましい実施態様の詳細な説明
図１に言及し、医療用ポンプ装置の永久使用部分は、主制御器１２によって電気コントロールされるモーター１０を含む。もし望まれるなら、主制御器につながる配線あるいは無線の接続を使った遠隔操作装置１４を含むことができる。回転フック１６はモーター１０に連結されて回転する。フック１６は、ドライブロッドを回転させる開ループ、閉ループ、スロットあるいはその他の同等な係合機構とすることができる。主制御器１２あるいは遠隔操作装置１４は回転フック１６の回転速度を操作する。回転フックの速度増加がポンプ内の流体の圧力を増大させる。
使い捨てのポンプユニット２０は取り外し可能なアタッチメントとしてモーター１０に備えられる。ポンプユニット２０はモーター１０の下にぶらさげたポンプチャンバ２２を含む。図１に示すフック２６のような従来のアタッチメントを用いてモーターの下にポンプユニットをぶらさげてもよい。ポンプチャンバ２２は外側へ延伸するドライブロッド２４を有する。ドライブロッド２４は回転式のフック１６を使用する。ポンプチャンバ２２の内部は無菌であり、ポンプチャンバは無菌でない環境から隔離されるようにシールされた状態に維持される。
使い捨てポンプユニット２０は、さらに、チャンバ２２内に流体を供給する引入れ管３０を含む。ポンプの流体源はＩＶポールからぶらさげられた流体のバック（袋）によって供給することができる。図１に示すように、引入れ管３０は、２袋が連結されるように、Ｙ字接続を備えることができる。１つの袋が空になった時、他の袋は引入れ管３０に流体を供給するために使われる。
引入れ管３０上にスライドクランプ３４を設けることによって１つの袋３２から他方の袋へスイッチすることができる。空の袋から流体の満ちた袋に取って代わられるので、ポンプ送り動作が空の袋によって中断されることがない。
排出管（洗浄管）４０がポンプチャンバ２２の排出口に取り付けられている。引入れ管３０と排出管４０はＰＶＣ管から作ることができる。排出管４０を関節鏡、カニューレあるいはその他同種のものに連結するため、端部接続管４１を排出管４０の出力端部に取り付けることとしても良い。端部接続管４１上に設けたピンチクランプ４２を用いて医務員は適切な時まで管を閉じておくことができる。
本発明のポンプ装置は関節鏡術をうける関節に圧力洗浄液を配送することに適する。しかしながら、本発明装置を他のポンプ医療処置に用いる利点もある。手術において、あるいは、患者に注入するために使う流体は無菌であることが非常に重要であるので、本発明のとおりに、ポンプユニットと、取り付けられた管は内部無菌の使い捨てのユニットとして供給されることが有利である。モーターと制御器は再利用され、その他のポンプセットと共に使用され、すべての患者に対して新しい清潔なポンプユニットが使用されることになる。そのようにして、労力とエネルギーを消費する滅菌処理を回避することができる。
図２を参照し、本発明のポンプユニットについてさらに詳細に説明する。ポンプチャンバ２２の内部は無菌である。チャンバは殺菌可能な低コスト材料から作られている。ポンプチャンバのための１つの適当なプラスチック材料はCyroliteのようなアクリルである。排出口４６と引入れ口４８は、流体がポンプチャンバ２２に出入りすることができる唯一の手段である。引入れ口４８は、ダイヤフラム５０の反対側であるポンプチャンバ２２の底部に位置している。ダイヤフラム５０はドライブロッド２４を保持する。ディスク（円盤状の）リング５１をダイヤフラム５０に密着するようにチャンバ壁に取り付けることができる。ディスクリング５１はダイヤフラム５０が圧力により膨張することを防止する。ドライブロッド２４は、ポンプチャンバ内で力学的エネルギーをモーター１０から回転ベーン５２まで伝達するために使われる。ベーン５２は中空軸（中空シャフト）５４上で回転する。中空軸５４は、引入れ口４８に導く筒状チャネル５６内に配置される。従って、中空軸５４は引入れ口４８に連通する。回転ベーン５２は、筒状チャネル５６と直角をなし回転ベーンの一端から他端まで延伸する流体コンジット５８を含む。回転ベーン５２が中空軸５４の軸回りに回転すると、流体は引入れ口４８を介してベーン５２の両端の外側の中空軸５４内に引き揚げられる。流体は中空軸５４を介して流体コンジット５８の中に移動する。回転ベーン５２（あるいはインペラ）の構造について、図３、４及び５に言及してさらに詳細に説明する。回転ベーン５２の目的はポンプチャンバ２２内の流体圧を増すことである。しかしながら、ベーンの回転によるポンプチャンバ２２内に創成される乱流をできる限り避けることが望ましい。乱流は前進抵抗（抗力）を増加させる。回転ベーンに作用する抗力を減らすことによって、ポンプモーターの消費電力を減らすことができる。抗力と電力消費量を減らすために、ベーンの流体力学的なデザインは図３に示すようなものであることが望ましい。本発明の回転ベーン５２は一対の翼によって形成される。それぞれの翼は肉厚の薄い外側エッジ６２を有する。翼は、エッジ６２から流体コンジット５８のまわりの肉厚部分に近づくにつれて、次第に厚くなっている。厚い部分におけるエッジは翼の前縁として働き、そして流体コンジット５８の半径より大きい曲率半径を有する。上の側面と下の側面の翼のカーブは、ベーンの回転によりベーンを筒状チャンバ５６の外側へ引っ張るような揚力を作らないように、ほぼ平しくされるべきである。ベーンの２つの翼は中空軸５４からそれぞれ反対方向に延伸する。各翼の薄いエッジ６２は、ベーンが回転を始めた際にそれぞれの翼の薄いエッジ６２が回転翼の後縁となるように、その向きが定められている。図４に示すように、流体コンジット５８は中空軸５４と連通する。流体コンジット５８は中空軸５４に対して直角をなすように設けられている。流体コンジット５８はベーン５２の１端から反対の端部まで延伸する。流体は中空軸５４を介して引き込まれ、２方向、即ち、ベーンの１端に向かう方向と、ベーンの他端に向かう方向に別れる。
ベーン５２は傾斜スロット６６を備える。傾斜スロット６６は中空軸５４から半径方向にオフセットした（ずれた）位置にある。スロット６６はドライブロッド２４を使用するために設けられている。ドライブロッド２４が傾斜スロット内に遊嵌して回転できるように傾斜スロット６６の径はドライブロッド２４の径よりも僅かに大きく設けられている。スロットの径を０．０１５インチ（約0.38mm）だけ大きくしてやれば十分に作動することがわかった。モーターがドライブロッド２４の一端を回転させると、ドライブロッド２４の他端は中空軸回りに回る。このようにして、ベーン５２はシャフトの回りに回転する。中空軸５４は筒状チャネル５６内で回転する。筒状チャネル５６に対する中空軸５４の嵌合はすきまばめであり、よって、ポンプチャンバ内の流体が回転運動の間にシャフトの周りにしみこみ摩擦を減ずるように設けている。ベーン５２と筒状チャンバの少なくとも一方を低摩擦係数材料から作ることによって、摩擦をさらに減少させることができる。この好ましい実施態様では、ベーン５２はデルリン（Delrin、登録商標）から作られている。中空軸５４は０．４０８インチ（約10.36mm）の外径を有する、そして引入れ口４８は０．４１６インチ（約10.56mm）の内径を有する。
図６にダイヤフラム５０の詳細を示す。ダイヤフラム５０はドライブロッドを液密（耐水）状態にベーン５２上に吊り下げるように保持する。ダイヤフラム５０は、ポンプチャンバ２２の壁の１部を形成するフレキシブル（柔軟）なウエブ６８を含む。好ましい実施例のウエブ６８は環状の輪状の波あるいはリブ６９を含む。リブ６９はディスクリング５１にぶつかる。筒状スリーブ７０がウエブ６８の中心部で吊られている。筒状スリーブ７０はドライブロッド２４上を摺動しドライブロッドとの間に耐水性を維持する。筒状スリーブ７０の対向端部を越えた位置においてドライブロッド２４にストッパの役目をなすこぶを設けてスリーブがドライブロッドの延伸方法に移動することを防止することができる。好ましくは、ドライブロッド２４はデルリンから作られている。ダイヤフラムは、好ましくは、Pelethaneのようなウレタンから作られている。ドライブロッド２４がフック１６によって回転されると、ウエブ６８は曲がって伸び、ドライブロッドをダイヤフラムのほぼ中心エリアに保持するとともにドライブロッドがぐらぐら運動することを許容する。ドライブロッドは筒状スリーブ内で密着保持され、その中での回転は許容されない。それ故に、ドライブロッド２４の回転フック１６との係合及び傾斜スロット６６内での係合においては回転が許容されなければならない。
回転フック１６を図７及び８に示す。好ましい実施態様では、回転フックはアルミニウムであり、そして２つのフック部を備え、各フック部はドライブロッド２４の外端に係合するために用いられる。フックは、ドライブロッド２４の端部を受け入れる傾斜スロットを有する。傾斜スロットは、ドライブロッドがダイヤフラムの中心と、フック１６と係合する端部との間に斜めに横たわる角と合うように設けられている。好ましくは、この角はベーン５２内のスロット６６の角と同じであるべきである。
本発明のポンプは遠心ポンプの原理で作動する。チャンバ内の流体圧はベーンの回転速度の平方に比例する。チャンバ内の流体の圧力が増加するにつれて、排出管を介して配送された流体の圧力は増加する。ベーンの回転速度を増すことによってポンプ速度を大きくすることができる。本発明は、内部が無菌の、ポンプのモータによる制御装置から気密状態に隔離された低コストの使い捨てのポンプを提供できるという利点を有する。
もちろん、上に記述した好ましい実施態様への種々の変更及び改修は当業者にとって明白であるであろうことは理解されるべきである。例えば、本発明の範囲に属するような無数のベーンの流体力学的デザインが可能であろう。同じく、回転フックは、モーターが回転する際に、ドライブロッドの端部を把持するループ、スロットあるいは他の回転体とすることができる。こういった変更その他の変更は発明の精神と範囲から外れることなく、また、発明に伴う利点を減ずることなくなされるであろう。従って、以下のクレームにそういった変更、改修を含むことを意図する。

Claims (18)

1. 引入れ口と排出口を備える内部が無菌のポンプチャンバと、
   前記ポンプチャンバに連通する中空軸の回りに回転可能に設けられたベーンであって、ベーン内部全長にわたって延伸し前記中空軸に連通する流体コンジットを有するベーンと、
   前記ポンプチャンバの壁部を形成するフレキシブルなダイヤフラムと、
   前記ダイヤフラムを貫通して延伸するドライブロッドであって、該ドライブロッドの一端が前記中空軸の回転軸から半径方向にオフセットしたベーン上の位置において前記ポンプチャンバ内で前記ベーンに係合し、他端が前記ポンプチャンバの外側へ突出し、前記ドライブロッドは前記ダイヤフラムに対して耐水状態に取り付けられたドライブロッドとを、
   含んでなるポンプユニット。
2. 請求項１のポンプユニットであって、前記フレキシブルなダイヤフラムはフレキシブルウェブによって吊り下げられた筒状スリーブを含み、前記ドライブロッドは前記筒状スリーブ内に耐水状態に固着されたポンプユニット。
3. 請求項１のポンプユニットであって、前記引入れ口は筒状チャネルを有し、前記中空軸は前記筒状チャネル内で支承されて回転するポンプユニット。
4. 請求項１のポンプユニットであって、前記ベーンが１対の翼によって形成され、前記流体コンジットは前記中空軸と直角に前記ベーンの一端から他端まで延伸するポンプユニット。
5. 請求項１のポンプユニットであって、前記ベーン流体コンジットは前記ベーンの一端から他端まで延伸し、前記ベーンは、前記中空軸から前記ベーン一端まで延伸する第１翼と、前記中空軸から前記ベーン他端まで延伸する第２翼から形成され、前記第１及び第２翼は互いに反対側に向けて設けられ、翼の肉厚部は前記流体コンジットを囲み、かつ、翼は翼後縁に向かって肉厚が徐々に薄くなっているポンプユニット。
6. 請求項１のポンプユニットであって、前記ベーンは、前記中空軸から半径方向にオフセットし前記ドライブロッドに係合する傾斜スロットを含むポンプユニット。
7. 請求項１のポンプユニットであって、前記引入れ口は前記フレキシブルなダイヤフラムの反対側で前記ポンプチャンバ内に設けられているポンプユニット。
8. モータと、
   前記モータに連結されて回転される回転フックと、
   引入れ口と、排出口と、ドライブロッドと、ダイヤフラムを有し内部が無菌のポンプチャンバであって、前記ダイヤフラムは前記ポンプチャンバの壁の一部を形成し、前記ドライブロッドの一端は前記ダイヤフラムから突出し前記回転フックと係合して回転されるポンプチャンバと、
   前記ポンプチャンバ内に配設され前記ドライブロッドの他端に係合されて回転軸回りに回転する回転ベーンであって、前記回転軸と同軸の中空軸を有し、前記回転ベーンの回転を増して前記ポンプチャンバ内の流体圧を増大させ流体を前記排出口から排出しかつ前記取り入れ口を介して流体を前記中空軸内に取り入れ前記回転ベーンの外へ送り出せるように前記中空軸は前記ポンプチャンバ引入れ口に連通する回転ベーンとを、
   含んでなるポンプ装置。
9. 請求項８の装置であって、前記回転ベーンは、前記中空軸から半径方向にオフセットし前記ドライブロッドの他端と係合するスロットをさらに含んでなる装置。
10. 請求項８の装置であって、前記ダイヤフラムは柔軟なウエブによって吊り下げられた筒状スリーブを含み、前記ドライブロッドは前記筒状スリーブ内に耐水状態に固定されている装置。
11. 請求項８の装置であって、前記取入れ口は筒状チャネルを有し、前記中空軸は前記筒状チャネル内で支承されて回転する装置。
12. 請求項８の装置であって、前記回転ベーンは、前記中空軸に直角にかつ該中空軸から反対方向に延伸する第１及び第２翼を含んでなる装置。
13. 請求項１２の装置であって、前記回転ベーンは、前記中空軸に連通しかつ該中空軸と直角に前記第１及び第２翼全長にわたって延伸する流体コンジットをさらに含んでなる装置。
14. 請求項１３の装置であって、前記第１及び第２翼は、流体コンジットのまわりにおいて肉厚部を有し、該肉厚部から翼後縁まで次第に肉厚が薄くなっている装置。
15. 請求項８の装置であって、前記引入れ口はダイヤフラムの反対側で前記ポンプチャンバ内に配設された装置。
16. 請求項８の装置であって、前記ポンプチャンバの上方に流体源と、該流体源と前記ポンプチャンバ引入れ口を連結する管とをさらに含んでなる装置。
17. 管内へ入れる流体を制御する方法であって、
    ポンプチャンバ内に設けられシャフトの回りに軸回転する回転ベーンの前記シャフト内へ流体を流し、
    前記ポンプチャンバの壁を形成するダイヤフラムから延伸するロッドの一端を回転させ前記シャフトから半径方向にオフセットした位置において前記回転ベーンと係合する前記ロッドの他端を回転させて前記回転ベーンを回転させ、このベーンの回転により流体を前記ポンプチャンバ内から管へ送り出す、
    方法。
18. 請求項１７の方法であって、前記ポンプチャンバ内の流体圧を制御するため前記ロッド一端を回転させる速度を調整することを含んでなる方法。

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