JP4015196B2 - 血液ポンプ - Google Patents

Description

本発明は血液ポンプに関し、好ましくは左および／または右側の心臓の機能を維持または置換するための埋め込み可能な血液ポンプに関する。
米国特許第4,994,078号によって、埋め込み可能血液ポンプは知られており、これは巻貝の殻のような形状であり、モータのステータはポンプハウジングと一体になっているのに対し、ロータはポンプのインペラーホイールに固着されており、そして血液流によって洗われる。従って、血液はモータの内側を通過することになり、モータによって形成される環状チャネルの一方の壁は静止しているのに対し、他方の壁は回転する。このことは、そこで発生する剪断力によって惹き起こされる血液に対する損傷の危険を生じさせる。
欧州特許第0 611 580 A2号は人工心臓ポンプであって、血液もまたモータのロータおよびステータの周囲を流れるものを記載している。出口側において、ポンプのインペラーホイールは、ラジアルポンプとして設計され、血液はステータに沿って軸方向で周囲の環状チャネル内に引き込まれ、そこから血液は接線方向に出て行くようにアレンジされている。ここには、２本の吸引パスが存在する。すなわち、主吸引パスはステータを取り囲んでおり、比較的狭い環状チャネルがステータとロータ間に存在する。ここでも、剪断力による血液損傷の危険が存在する。
最後に、血液ポンプはWO 94/09274号によって知られており、これはステータを取り囲む螺旋形ロータを備えている。
本発明の目的は、血液に対する損傷および血栓形成が実質的に回避される血液ポンプを提供することである。
本発明によれば、その目的は請求項記載の１の特徴によって解決される。
本発明の血液ポンプにおいて、そのモータは細長いポンプハウジングの内側に自己収容性ユニットとして同軸的に配置されており、環状チャネルがポンプハウジングとモータハウジングとの間に形成されており、このチャネルを介して血液が流れる。ポンプのインペラーホイールはモータの入口端部に整列されており、またポンプハウジングの移行部分と共にポンプを形成し、これは斜めに延びており、モータハウジングの周囲を環状に流れる旋回軸流を生成する。従って、モータの領域内で血液は２つの固定部、すなわちポンプハウジングおよびモータハウジング間を流れ、それによってポンプブレードの回転部外側の血液の付加的剪断応力は回避される。モータハウジングを進んで流れる血液は、モータが作動している限りモータの定常的な冷却をもたらす。従って、モータはそれを通って行く血液により冷却される。このポンプハウジングは細長く、そして実質的に管状であり、かつ如何なる回転環状チャネルまたは他の拡張部をも伴うことなく形成される。これが生理学的境界条件を考慮に入れて、心臓の近傍における簡単かつコンパクトな埋め込みを許容する。
ポンプハウジングに沿う軸方向の血液流は周辺のコンポーネント、すなわちモータハウジングの周囲を螺旋状に流れる血液であってもよい。そのポンプハウジングは長さ約５乃至１０ｃｍ、外径約２乃至３ｃｍを有している。入口および出口はポンプハウジングの外径に対してテーパーが付されている。
血液ポンプの好ましい実施態様において、出口はポンプハウジングの側に突出する。ここで、ポンプハウジングの出口端部において端部壁が設けられていてもよく、この壁は、そこに存在する流れの角度において出口に導かれる螺旋形チャネルを含んでいる。この種の血液ポンプは、左心室の不可逆性心機能不全を有する患者に特に適している。この場合、接続部位は心室内に挿入されるので、血液を取り込むことから解放される。この接続部位はポンプ入口に接続されるのに対し、ポンプの出口は大動脈に連結される。入口に対し約９０°シフトされた本実施態様の出口は左心房および大動脈間の挿管法にとってもまた生理学的に有利である。
心房と血液ポンプ入口との接続はその接続部位を除去した後、再び閉じてもよい。その結果、心臓はそれ自体で再び作業に復帰する。心臓について長期間に及ぶ回復のチャンスがある場合、あるいは減少した度合いであるにせよ、依然として活動している心臓のための不断の支持ポンプとして機能することが意図されるポンプの場合に、この方法は好ましい。
血液ポンプの他の実施態様において、その出口はポンプハウジングから軸方向に突出する。
以下は図面に関連する本発明の実施態様についての詳細な説明である。
図面において、
図１は血液ポンプの第一実施態様による長手方向断面図であり、
図２ａおよび２ｂは心臓に対する血液ポンプの実施を概略的に示す図であり、そして
図３は軸方向を指向する入口および出口を備えた血液ポンプの第二実施態様である。
図１の血液ポンプＢＰは入口部材１１を備えた一端を有する細長い管状ポンプハウジング１０を有している。入口部材１１は入口１２を有し、その内径はポンプハウジング１０の内径よりも小さい。入口部材にアーチ状の管状移動部１３が形成され、そしてＳ字形のねじれを伴うこと無く、入口１２の直径からポンプハウジング１０の内径にスムーズに延びている。入口１２に対向するポンプハウジング１０の一端において、端部壁１４がポンプハウジングを孤立させるために設けられている。この端部壁１４に固定されているのは、モータ１６のモータハウジング１５であり、そのモータは電気モータである。モータハウジング１５は端部壁１４から突き出ている。それは完全に封止されており、電線が通路１７を介してモータハウジング１５内に延びている。
出口１８は、横方向に端部壁１４から接線方向に延びる管状出口片１９において設けられている。端部壁１４内で、螺旋チャネル２０は２１から出口１８への旋回軸流の方向においてもっぱら軸方向に延在している。
ポンプハウジング１０の入口部分１１内にアレンジされているのは、ポンプのインペラーホイール２２である。これはハブ２３を含んで成り、これからブレード２４が突出している。ポンプ・インペラーホイール２２は、磁気クラッチであって回転端部クラッチ２５または回転中央クラッチであってよいものを介してモータ１６により駆動される。このクラッチは、モータ１６のロータと連結され、かつモータハウジング１５内に包囲された第一クラッチ部材２５ａと、ポンプ・インペラーホイール２２のハブ２３内に設けられた第二クラッチ部材２５ｂとを含んで構成される。両カップリング部材２５ａ、２５ｂはマグネット２８を含み、これは第一クラッチ部材２５ａが回転される場合には、第二クラッチ部材２５ｂをそれと共に回転させる。
モータハウジング１５は非磁性、非導電性キャップ２６によって閉じられ、その上に球形の組み合わせアキシアル／ラジアルベアリング２７が支持される。このベアリングはポンプ・インペラーホイール２２のハブを支持する。回転端部クラッチ２５のマグネット２８は軸方向保持力を生成し、これはポンプ・インペラーホイール２２を回転する際生成される反力よりも大きいので、ポンプ・インペラーホイール２２はモータ１６に向かって引っ張られ、かつ磁力によりベアリング２７に対して押圧される。クラッチ２５の軸方向保持力は、ベアリング２７との組み合わせにおいて別のアキシアルベアリング・サポート２５ｄによりキャップ２６上で中心方向に補償されるので、モータ２６のベアリングも、薄いキャップ２６のベアリングもそれらの周囲壁２６ｂおよび前方端部面２６ａ内でこの力を吸収する必要は無い。入口側でポンプ・インペラーホイール２２を中心に置くために、入口１２にポンプ・インペラーホイール２２のハブ２３内で軸方向に係合するジャーナル３０を有するスパイダー２９が装着される。このスパイダー２９は、ジャーナル３０を取り囲むとともに流入軸流をハブ２３に向かって僅かに半径方向に偏向させる中心に置かれたヘッド部材３１を備えている。
ポンプ・インペラーホイール２２の案内ブレード２４は、流入端部２４ａにおいて、入口１２の直径に略相当する外径を有しているので、この位置においてポンプ・インペラーホイールは入口チャネルの直径全体をカバーする。この入口端縁２４ａは凹形アーチ状周縁部２４ｂに延長し、これは小さな空隙をもってポンプハウジングの移行部１３の形に従う。それに隣接して、ポンプブレード２４は、ポンプ・インペラーホイール２２に対面する端部において、略モータハウジング１５の外径ほどの大きさの直径を備えた部分２４ｃを含む。斜めのポンプブレード２４の外径は、移行部１３の全体的直径によって可能な限り大きくするものとする。その結果、必要とされる流体動力を比較的低い回転数

において得ることが出来、それによってポンプのベアリング構成要素の寿命が増大される。
ポンプハウジング１０とモータハウジング１５との間には長手方向に延びる環状チャネル３５が存在する。この環状チャネル３５はその断面積を入口から出口に向かって増加させることによりディフューザ（diffusor）として設計されている。これが血液流をスローダウンさせ、それによって圧力を増加させる。環状チャネル３５の断面積の拡大は、ポンプハウジング１０およびモータハウジング１５の壁厚における対応する変化によって得られる。
モータ１６はポンプ・インペラーホイール２２を回転させ、このポンプ・インペラーホイールのブレード２４は形状において螺旋状である。それにより、血液は入口１２から軸方向に取り込まれ、回転周縁構成要素によって環状チャネル２５内に運ばれる。そこから血液は螺旋状チャネル２０を通過して横方向出口１８に至るが、そのチャネルのコースおよびピッチは回転する血液流のそれに適合するようにされている。
図２ａは図１の血液ポンプＢＰが心臓の近くに埋め込まれた状態で示している。ホースが血液ポンプＢＰの入口１２を左心室ＬＶに設けた口４０に連結する。図において、大動脈ＡＯ、大動脈弁４１、左心房ＬＡおよび僧帽弁４２が識別できる。血液ポンプＢＰの出口１８は大動脈ＡＯの口４３に連結される。
代わりに、図２ｂの血液ポンプＢＰを左心房に形成された口４０ａに連結し、血液を口４３ａを介して大動脈ＡＯ内に運んでもよい。
図２から、ポンプハウジング１０からの出口１８の横方向延長部が、心臓近傍の血液ポンプのアレンジメントおよび一方における心臓／前庭への接続、また他方における大動脈への接続を容易とすることは明白である。
図３に示す血液ポンプにおいて、出口１８は入口１２に対し同軸に整列されている。それは入口部材１２と同様に形成された出口部材５０の一部分であり、流れに関して有利であるような態様において環状チャネル３５から出口１８に導かれるアーチ状移行部５１を有している。同じ目的のために、モータハウジング１５の後端部は流れの方向に連続するテーパーを付した突起部５２を備えている。
ポンプハウジング１０内で中心に置かれたモータハウジング１５を保持するために、ラジアル案内ブレード５３、５４が設けられ、これは一方で、モータハウジングを保持し、また他方で回転血液流を案内するために供される。部分５３ａにおいて、案内ブレード５３は（軸方向に対して）相対的に大きな迎え角を有しており、これはその案内ブレードが、如何なる流れの分離を伴うこともなく作動されるように選択される。後端部５３ｂにおいて、迎え角は一層小さい。その結果、回転エネルギーの大部分はポンプ・インペラーホイール２２からやって来る血液から引き出され、はっきりと圧力に変換される。案内ブレード５４は一層小さな迎え角を有している。これらの迎え角はそれらの各位置における流れの回転に略対応している。それ以外は、図３の血液ポンプは図１の血液ポンプと同様に構成されている。ポンプ・インペラーホイール２２を駆動するための磁気カップリング２５が設けられている。代替例として、ポンプ・インペラーホイール２２をモータシャフト１６ａに直接連結してもよいが、モータハウジングにおいてシャフトの封止を要する。

Claims (14)

1. 細長くかつ管状のポンプハウジング（１０）を備え、モータ（１６）が該ポンプハウジング（１０）内に同心的に整列されるとともに血液の流れに対し封止されているモータハウジング（１５）を含み、該モータによって駆動されるポンプ・インペラーホイール（２２）が入口（１２）に対面するモータハウジング（１５）の端部に配置され、このポンプ・インペラーホイールはポンプハウジング（１０）の移行部（１３）と共にロータリーポンプを形成し、該ポンプハウジング（１０）は固定された壁により包囲され血液の流れを提供する環状チャネル（３５）を備え、またポンプの一端には入口（１２）を、他端には出口（１８）を有する、心臓機能を支持または置換するための血液ポンプにおいて、
   該ポンプは、該環状チャネル（３５）において、該モータハウジング（１５）の周囲を旋回螺旋状に流れ、該ポンプハウジング（１０）から接線方向に出て行く出口（１８）に至る流れを発生させることを特徴とする血液ポンプ。
2. 端部壁（１４）がポンプハウジング（１０）の出口端部に設けられ、その壁は出口（１８）へ向かう螺旋状チャネル（２０）を備えることを特徴とする請求項１記載の血液ポンプ。
3. モータハウジング（１５）が片持ちばり状に端部壁（１４）に固着されることを特徴とする請求項１乃至２記載の血液ポンプ。
4. 出口（１８）へ向かう螺旋状チャネル（２０）が、ポンプハウジング（１０）の直径を増加させることなく、出口（１８）に延びることを特徴とする請求項２記載の血液ポンプ。
5. 螺旋状チャネル（２０）の軸方向ピッチが旋回流のピッチに対応していることにより、如何なるインパクトを伴うことも無く流体が出口（１８）を通過することを特徴とする請求項２に記載の血液ポンプ。
6. 環状チャネル（３５）がディフューザとして形成され、その断面積が出口（１８）に向かって増加することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の血液ポンプ。
7. 案内ブレード（５３、５４）が、ポンプハウジング（１０）とモータハウジング（１５）との間で環状チャネル（３５）内に配置され、これらのブレードはモータハウジング（１０）を保持し、そして螺旋状勾配を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の血液ポンプ。
8. ポンプ・インペラーホイール（２２）の最大直径は少なくともモータハウジング（１５）の最大外径に等しいことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の血液ポンプ。
9. ポンプハウジング（１０）はその全長に亘り略円筒状の外形を有し、入口（１２）および／または出口（１８）はテーパーが付されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の血液ポンプ。
10. モータ（１６）のモーメントは磁気クラッチ（２５）を介してポンプ・インペラーホイール（２２）に伝達されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の血液ポンプ。
11. モーメントが、封止した連続シャフトを介してモータ（１６）からポンプ・インペラーホイール（２２）へ直接伝達されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の血液ポンプ。
12. ポンプ・インペラーホイールが、血液中で機械的に中心に置かれることを特徴とする請求項１１記載の血液ポンプ。
13. ポンプ・インペラーホイール（２２）が、磁気および機械的ベアリング（２７）の組み合わせによって血液中の中心に置かれることを特徴とする請求項１０記載の血液ポンプ。
14. クラッチの軸方向力がキャップ（２６）の中心において直接補償され、それによってこの構成要素およびモータ（１６）のベアリングが実質的により少ない軸方向負荷を受けることを特徴とする請求項１０記載の血液ポンプ。

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