JP6339023B2 - 軸流血液ポンプ - Google Patents
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Description
一方、ローラーポンプは、患者消耗品がチューブのみという経済性が長所であるが、チューブの疲労破壊のため1週間以上の長期連続使用は困難であるといった問題がある。
また、従来、血液ポンプとして使用されている軸流ポンプとして、軸流ポンプの外周にステータを配置する構成が知られている。しかしながら、軸流ポンプ自体が直径方向に大きくなるので、装置が大型化するといった問題がある。
上述の如く、特許文献3に開示された軸流血液ポンプの構成では、ハウジング12の構造が複雑であり、モータ固定子22の取り外しが困難である。
かかる構成によれば、固定子と電力供給装置が取り外し容易であり、血液が触れるポンプの部材、すなわち、固定子と電力供給装置とを除いた部品である第一ケーシングと第二ケーシングとインペラを使い捨てできる。
しかしながら、携帯性・利便性・小型化を図るべく、固定子は円筒形状であることが好ましい。固定子を円筒形状にすることで、第一ケーシングの外周部と嵌合固着できると共に、固定子を第一ケーシングから指輪のように取り外し可能にできる。すなわち、固定子を第一ケーシングから指輪のように取り外したり、第一ケーシングに挿し込んだりと、組立・分解が容易に行える。
また、第二ケーシングの内周面に案内羽根(ディフューザ)を設け、インペラの回転による旋回状に流れる液体の流れを、旋回から直進に戻す。
上述の固定子と同様、携帯性・利便性・小型化を図るべく、ソケット部材は円筒形状であることが好ましい。ソケット部材を円筒形状にすることで、第二ケーシングの外周部と嵌合固着できると共に、ソケット部材を第二ケーシングから指輪のように取り外したり、第二ケーシングに挿し込んだりと、組立・分解が容易に行える。
また、第一ケーシングと第二ケーシングの接合部にOリングが設けられることにより、接合部の密閉性を高めることができる。
1)軸線回りに回転するインペラであって、周側面に軸流羽根と、内部に永久磁石と、動圧軸受もしくはピボット軸受とを備えたインペラ
2)インペラの周側を囲み、吸込口を備えた第一ケーシング
3)インペラに回転磁界を発生させる固定子であって、第一ケーシングの外周部から軸方向に指輪のように取り外し可能に固着され、血流に接触しないリング状の固定子
4)吐出口と、内周面に案内羽根(ディフューザ)とを備えた第二ケーシング
5)第二ケーシングの外周部と固着し、かつ、前記固定子と接合し得る接合部を備えたソケット部材
上記構成においては、リング状の固定子の磁力によって、内部の羽根車(インペラ)が回転する。このインペラの回転力によって、ケーシングの吸込口から吐出口に向けて、血液を押し出すポンピング力を作り出しポンプを形成する。ポンプの小型化を図るために、羽根は軸流型を使用する。
また、ピボット軸受の場合、第一ケーシングの内部において、インペラを回転軸方向に支持するピボット軸受を形成する。ピボット軸受の形状は、液体の流れの妨げを極力小さくすべく、例えば、第一ケーシングの内径の長さを持ち幅が小さい棒状とする。
また、第二ケーシングは硬質の筒状であり、筒の中に流れを旋回から直進に戻す羽根(ディフューザ)が接合されている。第二ケーシングの内周面に案内羽根(ディフューザ)を設けるのは、インペラの回転による旋回状に流れる液体の流れを、旋回から直進に戻すためである。
さらに、インペラが第一ケーシング内部に収納可能なテーパ形状にすることで、インペラ自体の脱落を防止することができる。
軸流羽根に、翼型を使用しない溝型の軸流羽根を用いることにより、インペラの外表面に流通する流体によって、インペラの外表面とインペラを収容する第一ケーシングの内周部の壁面との間に動圧を効率よく発生させることができ、インペラが第一ケーシングと安定して非接触回転を行うことができる。
インペラの外表面は、多円弧型の動圧軸受となる。
軸流血液ポンプの軽量化のために、駆動モータ・永久磁石・電線以外の部材、すなわち、インペラ本体部材、ケーシング部材、ソケット部材には、上述したポリマーを使用する。
1)軸線回りに回転するインペラであって、周側面に軸流羽根21と、内部に永久磁石と、動圧軸受部22とを備えたインペラ2
2)インペラ2の周側を囲み、吸込口11を備えた円筒状の第一ケーシング5
3)インペラ2に回転磁界を発生させる固定子であって、第一ケーシング5の外周部と嵌合固着し得るリング状の固定子6
4)吐出口12と、内周面に案内羽根(ディフューザ)31と、を備えた円筒状の第二ケーシング3
5)円筒状の第二ケーシング3の外周部と嵌合固着し、かつ、リング状の固定子6と接合し得る接合部を備えた円筒状のソケット部材4
インペラ2の回転によって、旋回状に流れる血液の流れを、旋回から直進に戻すために、第二ケーシング3の中には、血液の流れを旋回から直進に戻す羽根(ディフューザ)が接合されている。
また、ソケット部材4の内周部もテーパ形状にし、テーパ形状チューブの第二ケーシング3の外周部に取り外し可能に嵌合固着する。第二ケーシング3の外周部とソケット部材4の内周部とが共にテーパ形状であることによって、ソケット部材4の内径と第二ケーシング3の外径とから決まる一義的な位置に、ソケット部材4と第二ケーシング3を確実に嵌合固着できる。
上記3)の固定子6と、固定子6の電力を供給する電力供給装置(8,81,82)とがコネクタ83で接続され、これらは軸流血液ポンプ本体から取り外しかつ再使用可能であり、固定子6と電力供給装置(8,81,82,83)とを除いた部品(インペラ2,第一ケーシング5,ソケット部材4,第二ケーシング3,Oリング7,案内羽根(ディフューザ)31)は使用後に使い捨てできる。インペラ2やソケット部材4も、第一ケーシング5や第二ケーシング3と同様に、硬質のポリマーであるポリカーボネートやPEEK等で形成されている。また、固定子6はステンレスやフェライトコアで形成されている。
実施例1の軸流血液ポンプにおける溝型の軸流羽根のインペラ(以下、溝型インペラという)に関して、翼型の軸流羽根のインペラ(以下、翼型インペラという)を比較例として、ポンプ揚程曲線を比較する。
比較実験では、円筒状のケーシングとして、内径Dが15mmの塩化ビニールチューブを用い、試験対象のインペラ、ソフトリザーバで閉回路を構成し、通常の水道水を用いて、上流側と下流側の流圧2点と、流量1点の計測を行った。
回転数12500rpm、流量5リットル/分を共通条件として比較すると、比較例(翼型インペラ)の発生圧が6kPaであるのに対し、実施例(溝型インペラ)では13kPaであり、比較例(翼型インペラ)よりも同一回転数で2倍程度高い圧力を発生していることがわかる。
逆に、所定圧力を発生させるには低い回転数で十分であり、溶血特性の改善が期待できる。実施例(溝型インペラ)では、圧力100mmHgに対応して回転数12500rpm,周速度9.8m/sであったので、比較例(翼型インペラ)の回転数15000rpm,周速度11.8m/sと比べて20%低減されたことになる。
実施例1の軸流血液ポンプでは、ポンプ部分が200g以下、電源供給装置8を含めたポンプシステム全体重量でも400g以下であり、重量は現行の遠心ポンプのおおよそ1/4で実現できている。
2−1)軸線回りに回転するインペラであって、周側面に軸流羽根21と、内部に永久磁石と、ピボット軸25とを備えたインペラ2
2−2)インペラ2の周側を囲み、吸込口11を備えた円筒状の第一ケーシング5
2−3)インペラ2に回転磁界を発生させる固定子であって、第一ケーシング5の外周部と嵌合固着し得るリング状の固定子6
2−4)吐出口12と、内周面に案内羽根(ディフューザ)31と、を備えた円筒状の第二ケーシング3
2−5)円筒状の第二ケーシング3の外周部と嵌合固着し、かつ、リング状の固定子6と接合し得る接合部を備えた円筒状のソケット部材4
実施例1と異なる点は、インペラ2が動圧軸受でなく、ピボット軸受である点である。
また、ピボット軸25の形状は、円錐状を呈するものである。
図6に示すように、実施例2の軸流血液ポンプのピボット軸受は、第一ケーシング5の内部に、インペラ2を回転軸方向に支持するピボット軸受10が形成されている。ピボット軸受10の形状は、第一ケーシング5の内部を流れる血液の流れの妨げを極力小さくすべく、第一ケーシング5の内径の長さで幅が小さい棒状である。
実施例4の場合、第一ケーシング5や第二ケーシング3の形状にテーパは設けない。また、固定子6の内周部にもテーパは設けない。第一ケーシング5が吸込口11から湾曲したチューブ形状であるので、固定子6は第一ケーシング5が吸込口11の反対側の端から装着、取り外しを行う。
また、固定子6に係止部67が設けられ、円筒状の第二ケーシング3の外周縁部に螺子ヤマを有する係止部35が設けられ、袋ナット41が、固定子6の係止部67と係合し、第二ケーシング3の外周縁部の係止部35の螺子ヤマと螺子溝44とが螺合することで、第一ケーシング5と第二ケーシング3を接合させる。
なお、円筒状の第二ケーシング3の外周部に係止部35を設け、固定子6の外周縁部に螺子ヤマを設け、螺子溝を有する袋ナット41が、第二ケーシング3の外周部の係止部と係合し、固定子6の螺子ヤマと螺合することで、第一ケーシング5と第二ケーシング3を接合させることでも構わない。
この場合、固定子6は、第一ケーシング5と第二ケーシング3とが一体成型されたケーシングの第二ケーシング3の端から挿入・取り出しすることになる。そのため、第一ケーシング5と第二ケーシング3は、同一径の円筒状で、かつテーパが形成されていないことが前提条件になる。
1a,1b 血液の流れ方向
2 インペラ
3 第二ケーシング
4 ソケット部材
5 第一ケーシング
6 固定子(モータステータ)
7 Oリング
8 電力供給装置
10,10a ピボット軸受
11 吸込口
12 吐出口
21 軸流羽根
22 動圧軸受部
23 溝部
25,26,28,29 ピボット軸
31 案内羽根(ディフューザ)
35,45,62,66,67 係止部
41,65 袋ナット
42 ソケット
43,63 螺子溝
44,56,61 螺子ヤマ
55 固定子固定部材
81 電線ケーブル
82 コンセント
83 コネクタ
Claims (10)
- 内部を血液が流動する円筒形状の第一ケーシングと、
内周面に案内羽根(ディフューザ)が設けられ、第一ケーシングと結合した第二ケーシングと、
第一ケーシング内に回動自在に配置した軸流羽根となる回転子を有するインペラと、
第一ケーシングの外周部から軸方向に指輪のように取り外し可能に固着され、血流に接触することなく前記回転子に回転力を付加する筒状の固定子と、
を備え、
前記固定子が取り外しかつ再使用可能で、前記第一ケーシングと前記第二ケーシングと前記インペラは部品を使い捨て可能とすることを特徴とする軸流血液ポンプ。 - 内部を血液が流動する円筒形状の第一ケーシングと、
内周面に案内羽根(ディフューザ)が設けられた第二ケーシングと、
第一ケーシング内に回動自在に配置した軸流羽根となる回転子を有するインペラと、
第一ケーシングの外周部に取り外し可能に固着した固定子であって前記回転子に回転力を付加する筒状の固定子と、
第一ケーシングと第二ケーシングとを組立・分解自在に結合する結合部と、
を備え
第一ケーシングが吸込口から拡がるテーパ形状チューブであり、
第二ケーシングが吐出口から拡がるテーパ形状チューブであり、
前記インペラが第一ケーシング内部に収納可能なテーパ形状であり、
前記固定子の内周部がテーパ形状である、
ことを特徴とする軸流血液ポンプ。 - 前記結合部は、第二ケーシングの外周部と固着し、かつ、前記固定子と接合し得るソケット部材から成り、第一ケーシングと第二ケーシングの接合部にOリングが設けられたことを特徴とする請求項2に記載の軸流血液ポンプ。
- 軸線回りに回転するインペラであって、周側面に軸流羽根と、内部に永久磁石と、動圧軸受もしくはピボット軸受とを備えたインペラと、
インペラの周側を囲み、吸込口を備えた第一ケーシングと、
インペラに回転磁界を発生させる固定子であって、第一ケーシングの外周部から軸方向に指輪のように取り外し可能に固着され、血流に接触しないリング状の固定子と、
吐出口と、内周面に案内羽根(ディフューザ)とを備えた第二ケーシングと、
第二ケーシングの外周部と固着し、かつ、固定子と接合し得る接合部とを備えたソケット部材と、
を備え、
前記固定子と電力供給装置が取り外しかつ再使用可能で、前記固定子と電力供給装置とを除いた部品を使い捨て可能とすることを特徴とする軸流血液ポンプ。 - 第一ケーシングが吸込口から拡がるテーパ形状チューブであり、
第二ケーシングが吐出口から拡がるテーパ形状チューブであり、
前記インペラが第一ケーシング内部に収納可能なテーパ形状であり、
前記固定子の内周部がテーパ形状である、
ことを特徴とする請求項4に記載の軸流血液ポンプ。 - 前記接合部がナット構造であり、
前記固定子に係止部が設けられ、
前記ソケット部材の外周縁部に螺子ヤマが設けられ、
ナットが、前記固定子の前記係止部と係合し、前記ソケット部材の前記螺子ヤマと螺合することにより、前記固定子と前記ソケット部材を接合させて、第一ケーシングと第二ケーシングを接合させる、
ことを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の軸流血液ポンプ。 - 前記接合部がナット構造であり、
前記ソケット部材に係止部が設けられ、
前記固定子の外周縁部に螺子ヤマが設けられ、
ナットが、前記ソケット部材の前記係止部と係合し、前記固定子の前記螺子ヤマと螺合することにより、前記固定子と前記ソケット部材を接合させて、第一ケーシングと第二ケーシングを接合させる、
ことを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の軸流血液ポンプ。 - 第一ケーシングが吸込口から湾曲したチューブ形状であり、
第一ケーシングの内周部に前記ピボット軸受が設けられ、
第一ケーシングの外周部に前記固定子を固定する固定子固定部材が設けられた、
ことを特徴とする請求項4に記載の軸流血液ポンプ。 - 前記軸流羽根は溝型であり、
前記インペラの外表面に流通する流体によって、前記インペラの外表面と前記インペラを収容する第一ケーシングの内周部の壁面との間に動圧を発生させる、
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の軸流血液ポンプ。 - 前記インペラ本体、第一ケーシング、第二ケーシングおよび前記ソケット部材は、
ポリカーボネート、PEEK(Polyether ether ketone)、アクリル系樹脂、塩化ビニールから選択される樹脂材から成り、使用後に廃却される、
ことを特徴とする請求項3〜9のいずれかに記載の軸流血液ポンプ。
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