JP7150617B2 - impeller and blood pump - Google Patents
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Description
本発明は、変形可能なインペラ及びこれを備えた血液ポンプに関する。 The present invention relates to a deformable impeller and a blood pump having the same.
心不全とは、心機能低下のために、全身組織における代謝に必要な血液量を心臓から駆出できない状態をいう。心機能が著しく低下した際には、心拍出を補助することが必要である。近年、経皮的に心臓に挿入する血液ポンプ(補助ポンプ)が開発されている。 Heart failure refers to a state in which the heart cannot pump out the amount of blood required for metabolism in systemic tissues due to decreased cardiac function. When cardiac function is severely compromised, it is necessary to assist cardiac output. In recent years, blood pumps (auxiliary pumps) that are percutaneously inserted into the heart have been developed.
米国特許第7393181号明細書には、流体ポンプ用のインペラとして、拡張可能なインペラが開示されている。当該インペラは、ハブと、ハブによって支持された複数の羽根とを備えるとともに、羽根がハブから離れて延在する展開状態と、羽根が半径方向に圧縮され羽根の遠位端がハブ側に移動した格納形態とを有する。 US Pat. No. 7,393,181 discloses an expandable impeller for a fluid pump. The impeller comprises a hub and a plurality of vanes supported by the hub, and having a deployed condition in which the vanes extend away from the hub and a radial compression of the vanes to move the distal ends of the vanes toward the hub. and storage form.
米国特許第7393181号明細書のインペラは、展開状態と格納状態との間で羽根の外径が変化するが、回転中には羽根の外径や角度は変化しない。このため、ポンプ性能の向上を図りにくい。 The impeller of US Pat. No. 7,393,181 changes the outer diameter of the blades between the deployed and retracted states, but does not change the outer diameter or angle of the blades during rotation. Therefore, it is difficult to improve pump performance.
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、ポンプ性能を効果的に向上させることが可能なインペラ及びこれを備えた血液ポンプを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an impeller capable of effectively improving pump performance and a blood pump having the impeller.
上記の目的を達成するため、本発明は、回転駆動されるハブと、前記ハブから放射状に延出した弾性体からなる複数の羽根とを有するインペラであって、前記複数の羽根の各々は、回転時に流体力に応じて前記複数の羽根の各々の径方向長さが変化するように構成されるとともに、前記流体力が大きくなる程、前記径方向長さが大きくなる形状を有することを特徴とする。 To achieve the above objects, the present invention provides an impeller having a rotationally driven hub and a plurality of blades made of an elastic body radially extending from the hub, each of the plurality of blades comprising: It is characterized by being configured such that the radial length of each of the plurality of blades changes according to fluid force during rotation, and having a shape in which the radial length increases as the fluid force increases. and
上記構成を備えた本発明のインペラによれば、回転時に流体力が大きくなるに従って羽根の径方向長さが大きくなるため、羽根にかかる流体力と剛性を調整することで任意の特性カーブをデザインすることができ、ポンプ性能を向上させることが可能となる。 According to the impeller of the present invention having the above configuration, the radial length of the blades increases as the fluid force increases during rotation, so an arbitrary characteristic curve can be designed by adjusting the fluid force and rigidity applied to the blades. It is possible to improve the pump performance.
また、本発明は、回転駆動されるハブと、前記ハブから放射状に延出した弾性体からなる複数の羽根とを有するインペラであって、前記複数の羽根の各々は、回転時に流体力に応じて前記複数の羽根の各々の軸方向に沿った長さが変化するように構成されるとともに、前記流体力が大きくなる程、回転軸と前記羽根の基端で形成される角度の変化が大きくなる形状を有することを特徴とする。 Further, the present invention is an impeller having a rotationally driven hub and a plurality of blades made of an elastic material radially extending from the hub, wherein each of the plurality of blades responds to fluid force during rotation. The length of each of the plurality of blades along the axial direction changes as the fluid force increases, and the change in the angle formed between the rotating shaft and the base end of the blade increases. It is characterized by having a shape of
上記構成を備えた本発明のインペラによれば、回転時に流体力が大きくなるに従って羽根の軸方向長さが変化するため、流れに対する羽根の前面と背面の間に発生する圧力差を低減することで、キャビテーションの発生を抑制でき、よりポンプ性能を向上させることが可能となる。 According to the impeller of the present invention having the above configuration, the axial length of the blades changes as the fluid force increases during rotation. Therefore, the occurrence of cavitation can be suppressed, and the pump performance can be further improved.
前記複数の羽根の各々は、軸方向から見て弧状の湾曲形状を有してもよい。 Each of the plurality of blades may have an arcuate curved shape when viewed from the axial direction.
これにより、流体力が大きくなるに従って湾曲形状の曲率が小さくなるため、流体力に応じて羽根の径方向長さを連続的に変化させることができ、任意の特性カーブを容易にデザインすることが可能となる。 As a result, the curvature of the curved shape decreases as the fluid force increases, so the radial length of the blades can be changed continuously according to the fluid force, and an arbitrary characteristic curve can be easily designed. It becomes possible.
前記複数の羽根の各々は、回転方向側の面に凹形状を有してもよい。 Each of the plurality of blades may have a concave shape on a surface on the rotational direction side.
これにより、流体力が大きくなる程、径方向長さが大きくなる羽根を簡易構成で実現できる。 As a result, a blade having a radial length that increases as the fluid force increases can be realized with a simple configuration.
前記複数の羽根の各々は、前記流体力に応じて、羽根全体が変形してもよい。 Each of the plurality of blades may deform as a whole in accordance with the fluid force.
前記複数の羽根の各々は、前記ハブとの接続部である内端から、前記ハブから最も離れた外端に亘って、前記湾曲形状の曲率が一定であってもよい。 Each of the plurality of blades may have a constant curvature of the curved shape from an inner end, which is a connecting portion with the hub, to an outer end farthest from the hub.
これにより、流体力に応じた径方向長さ変化を良好に生じさせることができる。 Thereby, it is possible to satisfactorily cause a radial length change according to the fluid force.
前記複数の羽根の各々は、前記ハブとの接続部である内端から、前記ハブから最も離れた外端に亘って、厚さが一定であってもよい。 Each of the plurality of blades may have a uniform thickness from an inner end where it connects with the hub to an outer end farthest from the hub.
これにより、流体力に応じた径方向長さ変化を良好に生じさせることができる。 Thereby, it is possible to satisfactorily cause a radial length change according to the fluid force.
前記複数の羽根の各々は、前記ハブとの接続部である内端から、前記ハブから最も離れた外端に亘って、厚さが変化していてもよい。 Each of the plurality of blades may vary in thickness from an inner end where it connects with the hub to an outer end farthest from the hub.
これにより、流体力に応じて、軸方向に対して前記羽根の径方向長さが変化することで、流れに対して接する羽根の面積が増大するため、ポンプ性能を効果的に向上させることができる。 As a result, the radial length of the vane changes with respect to the axial direction in accordance with the fluid force, so that the area of the vane in contact with the flow increases, thereby effectively improving the pump performance. can.
前記複数の羽根の各々は、回転時に流体力に応じて前記複数の羽根の軸方向に沿った長さが変化するように構成されるとともに、前記流体力が大きくなる程、回転軸と前記羽根の基端で形成される角度の変化が大きくなる形状を有してもよい。 Each of the plurality of blades is configured such that the length along the axial direction of the plurality of blades changes according to the fluid force during rotation, and the greater the fluid force, the more the rotation shaft and the blades move. may have a shape with a greater change in angle formed at the proximal end of the .
上記構成によれば、回転時に流体力に応じて羽根の軸方向長さが変化するため、流れに対する羽根の前面と背面の間に発生する圧力差を低減することで、キャビテーションの発生を抑制でき、よりポンプ性能を向上させることが可能となる。 According to the above configuration, since the axial length of the blade changes according to the fluid force during rotation, it is possible to suppress the occurrence of cavitation by reducing the pressure difference generated between the front surface and the back surface of the blade against the flow. , it becomes possible to further improve the pump performance.
前記インペラは、遠心ポンプ用のインペラであってもよい。 The impeller may be an impeller for a centrifugal pump.
一般にポンプは同等の吐出量であれば、軸流型<斜流型<遠心型の順に、羽根に作用する流体力が大きくなるため、回転時に羽根が変形しやすい。従って、本発明は、遠心ポンプ用のインペラに適用される場合に、特に有用である。 In general, if the discharge amount of a pump is the same, the fluid force acting on the blades increases in the order of axial flow type<diagonal flow type<centrifugal type, so the blades tend to deform during rotation. Therefore, the present invention is particularly useful when applied to impellers for centrifugal pumps.
また、本発明は、回転駆動されるハブと、前記ハブから放射状に延出した弾性体からなる複数の羽根とを有するインペラを備えた血液ポンプであって、前記複数の羽根の各々は、回転時に流体力に応じて前記複数の羽根の各々の径方向長さが変化するように構成されるとともに、前記流体力が大きくなる程、前記径方向長さが大きくなる形状を有することを特徴とする。 Further, the present invention is a blood pump comprising an impeller having a rotationally driven hub and a plurality of blades made of an elastic material radially extending from the hub, wherein each of the plurality of blades rotates. It is characterized in that it is configured such that the radial length of each of the plurality of blades changes depending on the fluid force, and that the radial length increases as the fluid force increases. do.
また、本発明は、回転駆動されるハブと、前記ハブから放射状に延出した弾性体からなる複数の羽根とを有する血液ポンプであって、前記複数の羽根の各々は、回転時に流体力に応じて前記複数の羽根の軸方向に沿った長さが変化するように構成されるとともに、前記流体力が大きくなる程、回転軸と前記羽根の基端で形成される角度の変化が大きくなる形状を有することを特徴とする。 Further, the present invention is a blood pump having a rotationally driven hub and a plurality of blades made of an elastic material radially extending from the hub, wherein each of the plurality of blades is affected by fluid force during rotation. Accordingly, the length of the plurality of blades along the axial direction changes, and the greater the fluid force, the greater the change in the angle formed between the rotating shaft and the proximal ends of the blades. It is characterized by having a shape.
本発明のインペラ及び血液ポンプによれば、ポンプ性能を効果的に向上させることが可能である。 According to the impeller and blood pump of the present invention, pump performance can be effectively improved.
以下、本発明に係るインペラ及び血液ポンプの好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。 Preferred embodiments of an impeller and a blood pump according to the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings.
図1に示す本実施形態に係る血液ポンプ10は、例えば心不全のように心機能が著しく低下した患者の心臓内に経皮的に挿入され、心臓の心拍出を補助するために使用される。血液ポンプ10は、インペラ12と、インペラ12を囲む中空筒状のハウジング14と、インペラ12を回転駆動する駆動シャフト16と、駆動シャフト16が挿通されたカテーテル18と、カテーテル18が挿通されたシース20とを備える。血液ポンプ10は、全体として可撓性を有する長尺なデバイスである。
A
インペラ12は、該インペラ12の中心部を構成するハブ22と、ハブ22に設けられた羽根構造23とを有し、弾性変形可能に構成されている。インペラ12は、弾性体からなり、羽根構造23を構成する複数の羽根26が軸方向に倒れつつ捩じれて折り畳み可能に構成されている。
The
インペラ12を構成する弾性体としては、天然ゴム、ブチルゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン-ブタジエンゴム、シリコーンゴムのような各種ゴム材料や、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、オレフィン系、スチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、あるいはそれらの混合物等、又は熱処理により形状記憶効果や超弾性が付与されるNi-Ti系、Cu-Al-Ni系、Cu-Zn-Al系の形状記憶合金、ステンレス、チタン、ゴムメタル等の弾性力を有する金属、カーボンファイバー等が挙げられる。各羽根26は同一素材、同一硬度で構成されていなくても良く、部位によって素材や硬度等を変更することにより、剛性を調整してもよい。また、インペラ12は、ハブ22と複数の羽根26とが一体成形されていることが望ましいが、ハブ22と羽根26が同一素材で構成されていなくてもよい。
As the elastic body constituting the
本実施形態において、インペラ12は、軸方向の流れを径方向に偏向させるように構成されている。従って、本実施形態に係る血液ポンプ10は遠心ポンプとして構成されている。なお、血液ポンプ10は、インペラ12によって吐き出される流れが軸方向と平行な軸流ポンプ、又はインペラ12によって吐き出される流れが軸方向に対して傾斜した斜流ポンプとして構成されてもよい。
In this embodiment, the
ハブ22は、駆動シャフト16の先端部16aに連結及び固定されており、駆動シャフト16によってその軸aを中心に回転駆動される。なお、インペラ12の軸は、ハブ22の軸aと一致するため、以下では「インペラ12の軸a」という場合もある。
The
図3及び図5に示すように、ハブ22は、先端側に向かって細くなる(外径が小さくなる)部分を有する。より具体的には、ハブ22は、軸方向に沿って外径が一定の(ストレート状の)基部22aと、基部22aの先端から先端方向に延出するとともに先端側に向かって細くなる(外形が小さくなる)テーパ部22bとを有する。テーパ部22bの先端部22cは、丸く形成されている。すなわち、テーパ部22bの先端部22cは、先端方向に膨出した湾曲形状を有する。
As shown in FIGS. 3 and 5, the
図3及び図5に示すように、羽根構造23は、軸方向に複数段の羽根26を有するとともに、各段において、周方向に間隔を置いて複数の羽根26が配置されている。各段における複数の羽根26により羽根列25が構成されている。すなわち、羽根構造23は、軸方向に複数段(本実施形態では、2段)の羽根列25を備える。以下、本実施形態では、相対的に先端側に配置された羽根列25を「先端側羽根列25A」とも称し、相対的に基端側に配置された羽根列25を「基端側羽根列25B」とも称する。
As shown in FIGS. 3 and 5, the
図4に示すように、各羽根列25A、25Bにおいて、羽根26は、周方向に等間隔(本実施形態では90°間隔)に配置されている。なお、羽根26は等間隔に配置されていれば良く、羽根列25は2枚以上の羽根26で構成され、羽根列25Aと羽根列25Bがそれぞれ異なる羽根枚数であってもよい。また、羽根構造23は、軸方向に3段以上の羽根列25を有していてもよい。羽根構造23は、軸方向に1段だけ羽根列25を有していてもよい。複数段の羽根列25(羽根26)は、軸方向位置が完全に異なる場合だけでなく、羽根26の軸方向位置が部分的に重複する場合も含む。
As shown in FIG. 4, in each of the
各羽根26は、回転時に流体力(流体圧)に応じて複数の羽根26の各々の径方向長さ(インペラ12の直径/羽根列25の直径)が変化するように構成されるとともに、流体力が大きくなる程、当該径方向長さが大きくなるように曲がった形状を有する。
Each
図4に示すように、展開状態の羽根26(羽根列25)は、流量ゼロ時(インペラ停止時)又は低流量時(高揚程発生時)に最小直径D1を有し、高流量時(最大流量時)に最大直径D2を有する。羽根26(羽根列25)は、中流量時に、最小直径D1と最大直径D2との間の直径を有する。 As shown in FIG. 4, the deployed blades 26 (blade row 25) have a minimum diameter D1 when the flow rate is zero (when the impeller is stopped) or when the flow rate is low (when a high lift occurs), and when the flow rate is high (maximum at flow rate) has a maximum diameter D2. The vane 26 (blade row 25) has a diameter between the minimum diameter D1 and the maximum diameter D2 at medium flow rates.
先端側羽根列25Aの羽根26aは、基端側羽根列25Bの羽根26bよりもインペラ12の回転方向(矢印R方向)側に位置する。先端側羽根列25Aを構成する羽根26aは、回転時に流体力に応じて先端側羽根列25Aの直径が変化するように構成されるとともに、流体力が大きくなる程、直径が大きくなるように曲がった形状を有する。
The
先端側羽根列25Aの各羽根26aは、軸方向から見て弧状の湾曲形状を有する。各羽根26aは、回転方向側の面に凹形状を有するとともに、回転方向と反対側の面に凸形状を有する。具体的に、各羽根26aは、軸方向から見て円弧状に湾曲している。すなわち、各羽根26aは、ハブ22との接続部である内端から、ハブ22から最も離れた外端に亘って、湾曲形状の曲率が略一定である。なお、各羽根26aは、軸方向から見て径方向中間部分で折れ曲がった形状(V字形状)を有していてもよい。
Each
図3及び図5に示すように、先端側羽根列25Aは、ハブ22のテーパ部22bに設けられている(テーパ部22bから突出している)。先端側羽根列25Aを構成する各羽根26aは、インペラ12の径方向外側に向かって軸方向長さが短くなる三角形状又は台形状を有する。各羽根26aの先端縁部28は、径方向外側に向かって基端方向に変位する。これにより、羽根列25Aが折り畳まれやすい構成となっているが、軸方向長さL2が十分に短ければ、先端縁部28が径方向外側に向かって基端方向に増大していてもよく、また変位せずともよい。図5において、各羽根26aの基端縁部29は、インペラ12の軸aに対して垂直な方向に延在する。各羽根26aの基端縁部29は、インペラ12の軸aに対して、先端側又は基端側に傾斜していてもよい。
As shown in FIGS. 3 and 5, the tip-
図3及び図5に示すように、各羽根26aの先端部22atは、ハブ22の先端部よりも先端方向に突出している。各羽根26aの先端部22atは、各羽根26aの径方向内端を構成している。従って、複数の羽根26aの先端部22at間には、空間30が形成されている。当該空間30は、ハブ22の先端部22cよりも先端側に形成されている。図5に示すように、ハブ22と羽根列25A(各羽根26a)との接続部27の軸方向長さL1は、羽根列25A(各羽根26a)の軸方向長さL2(最大軸方向長さ)よりも短い。なお、軸方向長さL1は軸方向長さL2と同じ長さであってもよい。この場合、空間30は形成されない。
As shown in FIGS. 3 and 5, the tip 22at of each
基端側羽根列25Bは、ハブ22の基部22aに設けられている(基部22aから突出している)。図4に示すように、インペラ12の軸方向から見て、複数の基端側羽根列25Bを構成する複数の羽根26bは、先端側羽根列25Aを構成する複数の羽根26a間にそれぞれ配置されている。なお、羽根26aと羽根26bは同軸上に配置されていてもよい。
The
基端側羽根列25Bを構成する各羽根26bは、回転時に流体力に応じて基端側羽根列25Bの直径が変化するように構成されるとともに、流体力が大きくなる程、直径が大きくなるように曲がった形状を有する。
Each
基端側羽根列25Bの各羽根26bは、軸方向から見て弧状の湾曲形状を有する。各羽根26bは、回転方向側の面に凹形状を有するとともに、回転方向と反対側の面に凸形状を有する。具体的に、各羽根26bは、軸方向から見て円弧状に湾曲している。すなわち、各羽根26bは、ハブ22との接続部である内端から、ハブ22から最も離れた外端に亘って、湾曲形状の曲率が略一定である。なお、各羽根26bは、軸方向から見て径方向中間部分で折れ曲がった形状(V字形状)を有していてもよい。
Each
図5に示すように、各羽根26bは、ハブ22との接続部である径方向内端部34を除き、インペラ12の径方向外側に向かって軸方向長さが略一定の形状を有する。各羽根26bは、径方向に沿う長軸を持つ長方形状を有する。なお、各羽根26bは、インペラ12の径方向外側に向かって軸方向長さが減少又は増大してもよい。
As shown in FIG. 5 , each
基端側羽根列25Bを構成する各羽根26bの先端縁部31及び基端縁部32は、インペラ12の軸aに対して垂直な方向に延在する。各羽根26bをその厚さ方向から見たとき、羽根26bの先端縁部31と、羽根26bの基端縁部32とは略平行である。なお、羽根26bの先端縁部31及び基端縁部32は、インペラ12の軸aに対して、先端側又は基端側に傾斜していてもよい。各羽根26bをその厚さ方向から見たとき、羽根26bの先端縁部31と、羽根26bの基端縁部32とは非平行であってもよい。
A tip
図5に示すように、各羽根26bの径方向内端部34(ハブ22との接続部)には切欠部36が設けられている。このため、各羽根26bの径方向内端部34の軸方向長さL3は、羽根26bの他の部分の軸方向長さL4(最大軸方向長さ)よりも短い。具体的に、切欠部36は、各羽根26bの径方向内端部34の基端部に設けられている。
As shown in FIG. 5, a
図2に示すように、羽根構造23を構成する複数の羽根26は、先端方向に捩じれて折り畳み可能に構成されている。具体的に、先端側羽根列25Aを構成する複数の羽根26aは、先端方向に捩じれて折り畳まれる。基端側羽根列25Bを構成する複数の羽根26bは、先端側羽根列25Aの羽根26a間に捩じれて折り畳まれる。
As shown in FIG. 2, a plurality of
図4において、先端側羽根列25Aの各羽根26aは、ハブ22との接続部である内端から、ハブ22から最も離れた外端に亘って、厚さT1が一定である。基端側羽根列25Bの各羽根26bは、内端から外端に亘って、厚さT2が一定である。先端側羽根列25Aの羽根26aの厚さT1と基端側羽根列25Bの羽根26bの厚さT2は、略同じである。なお、羽根26aの厚さT1と羽根26bの厚さT2は、異なっていてもよい。また、厚さT1及びT2は、径方向又は軸方向に向かって厚さが変化していてもよい。
In FIG. 4 , each
図5において、羽根26aの厚さ方向から見た羽根26aの大きさ(羽根面積)は、羽根26bの厚さ方向から見た羽根26bの大きさ(羽根面積)よりも大きい。なお、羽根26aの厚さ方向から見た羽根26aの大きさ(羽根面積)は、羽根26bの厚さ方向から見た羽根26bの大きさ(羽根面積)と同じか、それより小さくてもよい。
In FIG. 5, the size (blade area) of the
図1において、ハウジング14は、弾性変形可能であり、先端開口14a及び基端開口14bを有する中空筒状に形成されている。先端開口14aは血液の流入口であり、基端開口14bは、血液の流出口である。ハウジング14の基端部14c内に、インペラ12が回転可能に配置されている。具体的に、ハウジング14の基端部14cは、インペラ12を囲む環状膨出部14dを有する。
In FIG. 1, the
ハウジング14は、例えば、インペラ12の構成材料と同様のゴム材(又はエラストマー材)により構成される。ハウジング14は、ステントグラフトのように、形状記憶合金等の形状復元力に優れた金属(又は樹脂材料)からなる骨格と、骨格に取り付けられた軟質な中空筒状の周壁部材とにより構成されていてもよい。
The
図2に示すように、ハウジング14は、シース20内に収納されているとき、径方向外側への拡張が規制されることで、収縮状態となっているとともに、インペラ12の複数の羽根26を径方向内方側に押圧する。これにより、複数の羽根26は先端方向に折り畳まれた状態となっている。ハウジング14がシース20の外部へと露出すると、シース20はその弾性復元力によって径方向に拡張し、図1のように所定形状に復元する。シース20の拡張に伴い、インペラ12もその弾性復元力によって、複数の羽根26が放射状に突出した所定形状に復元する。
As shown in FIG. 2, the
ハウジング14の先端部には、周方向に配列された複数の連結部材40を介して柔軟先端部材42が連結されている。複数の連結部材40は、柔軟先端部材42を支持している。柔軟先端部材42の先端は湾曲している。複数の連結部材40間には空間41が形成され、血液は当該空間41を通って、先端開口14aからハウジング14内へと流入可能である。
A
ハウジング14の基端部14cとカテーテル18の先端部とは、周方向に配列された複数の連結部材44によって連結されている。複数の連結部材44は、ハウジング14を支持している。複数の連結部材44間には空間45が形成され、ハウジング14の基端開口14bから流出した血液は当該空間45を通って、基端方向へと流動可能である。
The
駆動シャフト16は、カテーテル18内に挿通されている。駆動シャフト16の先端部16aは、カテーテル18の先端から突出しており、当該突出した先端部16aにインペラ12のハブ22が連結されている。駆動シャフト16はカテーテル18の先端部に配置された軸受部46により回転可能に支持されている。駆動シャフト16及びカテーテル18は、血液ポンプ10の基端側まで延在しており、いずれも可撓性を有する長尺な部材である。
Drive
詳細は図示しないが、駆動シャフト16は、血液ポンプ10の基端側(手元側)でアクチュエータ(モータ等)に接続されており、当該アクチュエータによって回転駆動される。
Although not shown in detail, the
シース20は、血液ポンプ10の基端側まで延在した可撓性を有する長尺な管状部材であり、シース20内にカテーテル18が挿通されている。カテーテル18とシース20とは軸方向に相対変位可能である。従って、インペラ12及びハウジング14は、シース20に対して軸方向に相対変位可能であり、図2のようにシース20内に収納されているときは、径方向内側に押圧されることで縮径状態(折り畳み状態)となっており、図1のようにシース20から露出しているときは、弾性復元力により拡張状態(展開状態)となっている。
The
図1の状態からインペラ12及びハウジング14がシース20に対して基端方向に移動すると、図2のようにインペラ12及びハウジング14はシース20内に収納される。その過程で、インペラ12は、ハウジング14を介してシース20によって径方向内側に押圧されて弾性変形し、先端方向に折り畳まれる。その際、まず、基端側羽根列25Bの羽根26bが先端方向に倒れつつ捩じれて、先端側羽根列25Aの羽根26a間に折り畳まれる。次に、先端側羽根列25Aの羽根26aが先端方向に倒れつつ捩じれて折り畳まれる。
1, the
次に、上記のように構成された本実施形態に係る血液ポンプ10の作用を説明する。
Next, the operation of the
血液ポンプ10は、例えば、心機能が低下した患者の脚(大腿部)の動脈から挿入される。そして、図6のように、血液ポンプ10の先端部10aが、大動脈48aを介して大動脈弁48bの近傍まで送達される。この場合、図2のように、インペラ12及びハウジング14は、シース20内に収納されて収縮状態とされており、血液ポンプ10の先端部10aの外径は十分に小さくなっているため、血液ポンプ10の先端部10aを生体内の所定位置まで容易に送達することができる。
The
そして、血液ポンプ10の先端部10aを図6のように配置したら、次に、血液ポンプ10の先端部10aを心臓48内(左心室48c内)に挿入する。具体的には、カテーテル18をシース20に対して先端方向に移動させ、図7のように、インペラ12及びハウジング14をシース20よりも先端側に露出させる。これにより、ハウジング14の流入口である先端開口14aを左心室48c内に配置し、ハウジング14の流出口である基端開口14bを大動脈48a内に配置する。インペラ12及びハウジング14は、シース20からの開放に伴って、図1のように弾性復元力によって拡張状態に復元する。
After disposing the
そして、図7において、図示しないアクチュエータの駆動作用下にインペラ12が回転駆動されると、血液ポンプ10は、ハウジング14の先端開口14aから血液を吸引し、ハウジング14の基端開口14bから血液を排出する。このポンプ作用によって、左心房48dの内圧の低下により肺うっ血が解除され、左心室48cの内圧の減少により心筋負担が軽減され、冠血流増加により心筋虚血が軽減され、全身血流増加により末梢循環動態が正常化する。
7, when the
この場合、本実施形態に係る血液ポンプ10は、以下の効果を奏する。
In this case, the
羽根構造23を構成する各羽根26は、回転時に流体力に応じて複数の羽根26の各々の径方向長さ(羽根列25の直径)が変化するように構成されるとともに、流体力が大きくなる程、当該径方向長さが大きくなるように曲がった形状を有する。このため、図4のように、インペラ12(羽根26)は、低流量域では展開時の初期直径である直径D1を維持し、中流量域から高流量域では羽根26が広がって直径D1より大きくなり、最大流量で最大直径D2となる。
Each
従って、図8に示すように、回転時に直径が変化しないインペラ(回転時無変形羽根)と比較して、回転時に直径が変化する本実施形態に係るインペラ12(回転時変形羽根)は、低流量域での揚程が低下し、中・高流量域では、揚程に対して流量が増加する。このため、羽根26にかかる流体力と剛性を調整することで任意の特性カーブ(流量・揚程カーブ)をデザインすることができ、ポンプ性能を向上させることが可能となる。
Therefore, as shown in FIG. 8, compared to the impeller whose diameter does not change during rotation (blades that do not deform during rotation), the
各羽根26は、軸方向から見て弧状の湾曲形状を有する。これにより、流体力が大きくなるに従って湾曲形状の曲率が小さくなるため、流体力に応じて羽根26の径方向長さを連続的に変化させることができ、任意の特性カーブを容易にデザインすることが可能となる。
Each
各羽根26は、回転方向(矢印R方向)側の面に凹形状を有する。これにより、流体力が大きくなる程、径方向長さが大きくなる羽根26を簡易構成で実現できる。各羽根26は、流体力に応じて、羽根全体もしくは一部が変形する。これにより、流体力に応じた径方向長さ変化を良好に生じさせることができる。
Each
各羽根26は、ハブ22との接続部である内端から、ハブ22から最も離れた外端に亘って、前記湾曲形状の曲率が一定である。各羽根は、ハブ22との接続部である内端から、ハブ22から最も離れた外端に亘って、厚さが一定である。これにより、流体力に応じた径方向長さ変化を良好に生じさせることができる。また、各羽根26の厚さは外端に向かって変位していてもよい。これにより流体力に応じて羽根26の径方向長さが変化し、ポンプ性能を向上させることができる。
Each
インペラ12は、遠心ポンプ用のインペラである。一般にポンプは同等の吐出量であれば、軸流型<斜流型<遠心型の順に、羽根に作用する流体力が大きくなるため、回転時に羽根が変形しやすい。従って、本発明は、遠心ポンプ用のインペラ12に適用される場合に、特に有用である。
血液ポンプ10では、複数の羽根26を備えた弾性体からなるインペラ12が軸方向に捩じれて折り畳み可能に構成されている。このため、インペラ12は、拡張状態(図1)と折り畳み状態(図2)との間の外径変化(変形率)を大きくすることができる。従って、所望のポンプ性能を確保しつつ、より小さく折り畳むことが可能となる。すなわち、生体への挿入時には血液ポンプ10の先端部10aの外径を十分に小さくして高い送達性を得つつ、ポンプ動作時にはインペラ12の外径を大きくして所望のポンプ性能を確保することができる。
In the
上述した血液ポンプ10において、図9A~図9Cに示す形態のインペラ50が用いられてもよい。インペラ50は、該インペラ50の中心部を構成するハブ52と、ハブ52に周方向に等間隔に設けられた複数の羽根54(羽根列)とを有し、弾性変形可能である。
In the
図9A~図9Cに示すように、各羽根54は、回転時に流体力(流体圧)に応じて複数の羽根54の軸方向に沿った長さLwが変化するように構成されるとともに、流体力が大きくなる程、回転軸aと羽根54の基端で形成される角度の変化が大きくなり、当該長さLwの変化が大きくなる形状を有する。例えば、羽根54は、流量ゼロ時(インペラ停止時)又は低流量時(高揚程発生時)に最小長さLw1を有し、高流量時(最大流量時)に最大長さLw2を有する。羽根54は、中流量時に、最小長さLw1と最大長さLw2との間の長さを有する。なお、流量ゼロ時(インペラ停止時)又は低流量時(高揚程発生時)に最大長さLw2となる構造では、高流量時(最大流量時)に最小長さLw1となる。
As shown in FIGS. 9A to 9C, each
各羽根54は、径方向内端55がハブ52に接続された第1翼部54aと、ハブ52との接続部分を持たないとともに第1翼部54aに接続された第2翼部54bとを有する。
Each
第2翼部54bは、第1翼部54aよりも基端側に設けられ、第1翼部54aの基端から基端方向に延出するとともに、自然状態で第1翼部54aに対してインペラ50の回転方向(矢印R方向)側に傾斜している。従って、図9Bに示すように、長さLw1の状態の羽根54は、径方向外方から見て、軸方向の中間位置で折れ曲がった形状を有する。長さLw2の状態の羽根54において、第2翼部54bは、ハブ52の軸aと略平行(第1翼部54aに対する角度θがゼロ)である。すなわち、流量ゼロ時の角度θと最大流量時の角度θの差は、流体力が大きくなるほど、大きくなる。なお、第2翼部54bは、第1翼部54aの基端から基端方向に向かってインペラ50の回転方向側に弧状に湾曲形状、もしくは凹形状であってもよい。
The
上記のように構成されたインペラ50の羽根54は、低流量域では図9Bのように展開時の初期長さである長さLw1を維持する。インペラ50は、中流量域から高流量域では、流体力によって弾性変形することで第1翼部54a(又は回転軸a)に対する第2翼部54bの角度θが小さくなり、軸方向長さが長さLw1より大きくなる。インペラ50は、最大流量では、第1翼部54aに対する第2翼部54bの角度θがさらに小さくなり(ゼロとなり)、図9Cのように最大長さLw2となる。このため、羽根54にかかる流体力と剛性を調整することで、キャビテーションの発生を抑制でき、ポンプ性能を向上させることが可能となる。
The
上述した血液ポンプ10において、図10に示す形態のインペラ60が用いられてもよい。インペラ60は、該インペラ60の中心部を構成するハブ62と、ハブ62に周方向に等間隔に設けられた複数の羽根64とを有し、弾性変形可能である。軸方向に複数段の羽根列66A、66Bが設けられている。羽根列66A、66Bは、それぞれ、周方向に間隔を置いて配置された複数の羽根64により構成されている。
In the
各羽根64は、回転時に流体力(流体圧)に応じて複数の羽根64の軸方向に沿った長さLwa、Lwb(羽根64の径方向外端部の軸方向長さ)が変化するように構成されるとともに、流体力が大きくなる程、当該長さLwa、Lwbの変化が大きくなる形状を有する。具体的に、各羽根64は、軸方向の先端部と基端部とで厚さが異なっている。
Each
例えば、図10のように、先端側の羽根列66Aを構成する各羽根64は、軸方向の先端部の厚さt1が基端部の厚さt2よりも大きく、先端部から基端部に向かって厚さが減少する。また、基端側の羽根列66Bを構成する各羽根64は、軸方向の先端部の厚さt3が基端部の厚さt4よりも大きく、先端部から基端部に向かって厚さが減少する。t1とt2の比率と、t3とt4の比率とは、同じでもよいし、異なっていてもよい。
For example, as shown in FIG. 10, each
例えば、羽根64は、流量ゼロ時(インペラ停止時)又は低流量時(高揚程発生時)に最大長さを有し、高流量時(最大流量時)に最小長さを有する。羽根64は、中流量時に、最小長さと最大長さとの間の長さを有する。なお、図10の構成と異なり、羽根64の初期角度は、流量ゼロ時(インペラ停止時)又は低流量時(高揚程発生時)に最小長さとなり、高流量時(最大流量時)に最大長さとなるように設定されてもよい。また、流量ゼロ時(インペラ停止時)又は低流量時(高揚程発生時)と高流量時(最大流量時)の長さが同じになるように設定されてもよい。
For example, the
インペラ60のその他の部分は、上述したインペラ12(図3等参照)と同様に構成されている。
Other parts of the
上記のように構成されたインペラ60によれば、各羽根64は、回転時に流体力(流体圧)に応じて複数の羽根64の軸方向に沿った長さLwaが変化するように構成されるとともに、流体力が大きくなる程、当該長さLwaの変化が大きくなる形状を有する。すなわち、回転軸aと羽根64の基端で形成される角度の変化が大きくなる。このため、羽根64にかかる流体力と剛性を調整することで、キャビテーションの発生を抑制でき、ポンプ性能を向上させることが可能となる。
According to the
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible without departing from the gist of the present invention.
Claims (8)
前記複数の羽根(26)の各々は、回転時に流体力に応じて前記複数の羽根(26)の各々の径方向長さが変化するように構成されるとともに、前記流体力が大きくなる程、前記径方向長さが大きくなる形状を有し、
前記複数の羽根(26)の各々は、軸方向から見て弧状の湾曲形状を有するとともに、回転方向側の面に凹形状を有し、前記流体力の増大に伴い、前記湾曲形状の曲率半径が大きくなるように弾性変形し、
前記インペラ(12)の直径は、流量ゼロ又は低流量である第1の流量時には最小直径である第1の直径であり、前記第1の流量よりも大きい第2の流量時には前記第1の直径よりも大きい第2の直径となり、前記第2の流量よりも大きい最大流量である第3の流量では前記第2の直径よりも大きい最大直径である第3の直径となる、
ことを特徴とするインペラ(12)。 An impeller (12) having a rotationally driven hub (22) and a plurality of blades (26) made of a rubber material radially extending from the hub (22),
Each of the plurality of vanes (26) is configured such that the radial length of each of the plurality of vanes (26) changes according to fluid force during rotation, and the greater the fluid force, the more Having a shape in which the radial length increases,
Each of the plurality of blades (26) has an arc-shaped curved shape when viewed from the axial direction, and has a concave shape on the surface on the rotational direction side. Elastically deforms so that the radius increases ,
The diameter of the impeller (12) is a first diameter which is the smallest diameter at a first flow rate of zero or low flow rate and said first diameter at a second flow rate which is greater than the first flow rate. and at a third flow rate that is a maximum flow rate greater than the second flow rate a third diameter that is a maximum diameter greater than the second diameter.
An impeller (12), characterized in that:
前記複数の羽根(26)の各々は、前記流体力に応じて、羽根(26)全体が変形する、
ことを特徴とするインペラ(12)。 The impeller (12) of claim 1, wherein
each of the plurality of vanes (26) deforms as a whole according to the fluid force;
An impeller (12), characterized in that:
前記複数の羽根(26)の各々は、前記ハブ(22)との接続部である内端から、前記ハブ(22)から最も離れた外端に亘って、前記湾曲形状の曲率が一定である、
ことを特徴とするインペラ(12)。 The impeller (12) of claim 1, wherein
Each of the plurality of blades (26) has a constant curvature of the curved shape from the inner end where it connects with the hub (22) to the outer end farthest from the hub (22). ,
An impeller (12), characterized in that:
前記複数の羽根(26)の各々は、前記ハブ(22)との接続部である内端から、前記ハブ(22)から最も離れた外端に亘って、厚さが一定である、
ことを特徴とするインペラ(12)。 The impeller (12) of claim 1, wherein
Each of the plurality of vanes (26) has a constant thickness from an inner end where it connects with the hub (22) to an outer end farthest from the hub (22).
An impeller (12), characterized in that:
前記複数の羽根(26)の各々は、前記ハブ(22)との接続部である内端から、前記ハブ(22)から最も離れた外端に亘って、厚さが変化する、
ことを特徴とするインペラ(12)。 The impeller (12) of claim 1, wherein
each of the plurality of vanes (26) varies in thickness from an inner end where it connects with the hub (22) to an outer end farthest from the hub (22);
An impeller (12), characterized in that:
前記複数の羽根(26)の各々は、回転時に流体力に応じて前記複数の羽根(26)の軸方向に沿った長さが変化するように構成されるとともに、前記流体力が大きくなる程、回転軸と前記羽根(26)の基端で形成される角度の変化が大きくなる形状を有する、
ことを特徴とするインペラ(12)。 The impeller (12) of claim 1, wherein
Each of the plurality of blades (26) is configured such that the length along the axial direction of the plurality of blades (26) changes according to the fluid force during rotation, and as the fluid force increases, , a shape that increases the change in the angle formed by the axis of rotation and the proximal end of the blade (26),
An impeller (12), characterized in that:
前記インペラ(12)は、遠心ポンプ用のインペラ(12)である、
ことを特徴とするインペラ(12)。 In the impeller (12) according to any one of claims 1 to 6,
The impeller (12) is an impeller (12) for a centrifugal pump,
An impeller (12), characterized in that:
前記複数の羽根(26)の各々は、回転時に流体力に応じて前記複数の羽根(26)の各々の径方向長さが変化するように構成されるとともに、前記流体力が大きくなる程、前記径方向長さが大きくなる形状を有し、
前記複数の羽根(26)の各々は、軸方向から見て弧状の湾曲形状を有するとともに、回転方向側の面に凹形状を有し、前記流体力の増大に伴い、前記湾曲形状の曲率半径が大きくなるように弾性変形し、
前記インペラ(12)の直径は、流量ゼロ又は低流量である第1の流量時には最小直径である第1の直径であり、前記第1の流量よりも大きい第2の流量時には前記第1の直径よりも大きい第2の直径となり、前記第2の流量よりも大きい最大流量である第3の流量では前記第2の直径よりも大きい最大直径である第3の直径となる、
ことを特徴とする血液ポンプ(10)。 A blood pump (10) comprising an impeller (12) having a rotationally driven hub (22) and a plurality of blades (26) made of rubber material extending radially from the hub (22),
Each of the plurality of vanes (26) is configured such that the radial length of each of the plurality of vanes (26) changes according to fluid force during rotation, and the greater the fluid force, the more Having a shape in which the radial length increases,
Each of the plurality of blades (26) has an arc-shaped curved shape when viewed from the axial direction, and has a concave shape on the surface on the rotational direction side. Elastically deforms so that the radius increases ,
The diameter of the impeller (12) is a first diameter which is the smallest diameter at a first flow rate of zero or low flow rate and said first diameter at a second flow rate which is greater than the first flow rate. a second diameter that is greater than the second diameter and a third diameter that is a maximum diameter that is greater than the second diameter at a third flow rate that is a maximum flow rate greater than the second flow rate;
A blood pump (10) characterized by:
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