JP7419933B2 - Balloon pumping drive device - Google Patents

Balloon pumping drive device Download PDF

Info

Publication number
JP7419933B2
JP7419933B2 JP2020064766A JP2020064766A JP7419933B2 JP 7419933 B2 JP7419933 B2 JP 7419933B2 JP 2020064766 A JP2020064766 A JP 2020064766A JP 2020064766 A JP2020064766 A JP 2020064766A JP 7419933 B2 JP7419933 B2 JP 7419933B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pressure
balloon
pumping
movable
pumping drive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020064766A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021159394A (en
Inventor
克明 高橋
秀洋 黒木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zeon Corp
Original Assignee
Zeon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zeon Corp filed Critical Zeon Corp
Priority to JP2020064766A priority Critical patent/JP7419933B2/en
Publication of JP2021159394A publication Critical patent/JP2021159394A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7419933B2 publication Critical patent/JP7419933B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明は、バルーンポンピング駆動装置に関し、特に補助循環法による循環器系の機能補助装置の駆動に好適な医療用のバルーンポンピング駆動装置に関する。 The present invention relates to a balloon pumping drive device, and more particularly to a medical balloon pumping drive device suitable for driving a circulatory system function assisting device using an auxiliary circulation method.

医療用のバルーンポンピング駆動装置は、例えば大動脈内バルーンポンピング(以下、IABPという)装置のように、循環器系疾患の治療現場において心臓のポンプ機能の低下や不全を一時的に補う機能補助装置を駆動するのに使用されている。 Medical balloon pumping drive devices, such as intra-aortic balloon pumping (hereinafter referred to as IABP) devices, are functional auxiliary devices that temporarily compensate for the decline or failure of the heart's pumping function in the treatment of circulatory system diseases. used for driving.

従来のバルーンポンピング駆動装置としては、例えば図11に示すように、バルーン201に連通するガス圧力室202と陽圧や陰圧を導入可能な空気圧力室203との間にダイアフラム204を設けた圧力伝達隔壁手段205と、その圧力伝達隔壁手段205を介してバルーン201をポンピング駆動するための陽圧と陰圧をそれぞれコンプレッサ206で発生して陽圧タンク207および陰圧タンク208に蓄圧し、陽圧と陰圧を電磁バルブ209A、209Bの切替えにより交互に空気圧力室203に印加する圧力印加手段210とを備えるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a conventional balloon pumping drive device, for example, as shown in FIG. 11, a diaphragm 204 is installed between a gas pressure chamber 202 communicating with a balloon 201 and an air pressure chamber 203 into which positive pressure or negative pressure can be introduced. The compressor 206 generates positive pressure and negative pressure for pumping and driving the balloon 201 through the transmission partition means 205 and the pressure transmission partition means 205, and stores the pressure in the positive pressure tank 207 and the negative pressure tank 208. A device is known that includes a pressure applying means 210 that alternately applies pressure and negative pressure to the air pressure chamber 203 by switching electromagnetic valves 209A and 209B (for example, see Patent Document 1).

また、ダイアフラムの中央部をプレートに固着させ、そのプレートをボールねじ機構で移動させることで、バルーンをポンピング駆動するもの(例えば、特許文献2参照)や、バルーンに連通するガス圧力室をベローズで構成し、そのベローズの閉止端部をボールねじ機構で移動させることによりベローズを伸縮させて、バルーンをポンピング駆動するものも知られている(例えば、特許文献1、段落0057および第3図参照)。 In addition, the central part of the diaphragm is fixed to a plate and the plate is moved by a ball screw mechanism to pump the balloon (for example, see Patent Document 2), and the gas pressure chamber communicating with the balloon is driven by bellows. It is also known that the balloon is pumped by moving the closed end of the bellows using a ball screw mechanism to expand and contract the bellows (see, for example, Patent Document 1, paragraph 0057 and FIG. 3). .

特開平9-173442号公報Japanese Patent Application Publication No. 9-173442 特開平3-280969号公報Japanese Patent Application Publication No. 3-280969

しかしながら、コンプレッサ206を用いて陽圧と陰圧を発生させて、その陽圧と陰圧を電磁バルブ209A、209Bにより切り替える従来の前者のバルーンポンピング駆動装置においては、圧力印加手段210側に陽圧側と陰圧側のタンク207、208やコンプレッサ206、電磁バルブ209A、209B等をそれぞれ設ける必要から、装置構成が複雑になってしまうという問題があった。 However, in the former conventional balloon pumping drive device in which positive pressure and negative pressure are generated using the compressor 206 and the positive pressure and negative pressure are switched by electromagnetic valves 209A and 209B, the positive pressure side is placed on the pressure applying means 210 side. Since it is necessary to provide tanks 207 and 208 on the negative pressure side, a compressor 206, electromagnetic valves 209A and 209B, etc., there is a problem that the device configuration becomes complicated.

また、ボールねじ機構等の回転から直線運動への運動変換機構を用いる従来の後者のバルーンポンピング駆動装置にあっては、運動変換機構の構造上、べローズを伸縮駆動する大きな推力が得られるものの、ベローズに急峻な動きを生じさせることが容易でなく、高応答性の要求に十分に応えることができないという問題があった。 In addition, in the conventional latter balloon pumping drive device that uses a motion conversion mechanism such as a ball screw mechanism that converts rotation to linear motion, due to the structure of the motion conversion mechanism, it is possible to obtain a large thrust force that drives the bellows to extend and contract. However, there was a problem in that it was not easy to cause the bellows to make a steep movement, and it was not possible to sufficiently meet the demand for high response.

これに対し、例えば電磁式のリニアモータ等を用いて圧力付与手段を構成することで急峻な動きが可能な高応答性を得ることが考えられるが、その場合には、運動変換機構を用いる場合のような十分な推力を得ることが困難であるという問題があった。 On the other hand, it is possible to obtain high responsiveness that allows steep movements by configuring the pressure applying means using an electromagnetic linear motor, etc., but in that case, if a motion conversion mechanism is used The problem was that it was difficult to obtain sufficient thrust.

本発明は、前述のような従来の未解決の課題を解決すべくなされたものであり、十分な推力と高応答性を有する構成の簡素なバルーンポンピング駆動装置を提供することを目的とする。 The present invention was made to solve the conventional unresolved problems as described above, and an object thereof is to provide a simple balloon pumping drive device having sufficient thrust and high responsiveness.

本発明のバルーンポンピング駆動装置は、上記目的達成のため、バルーンに接続されるガス圧力室を形成するとともに少なくとも一部の可動部が残部の固定部に対し相対変位可能な容積可変の圧力容器と、前記ガス圧力室内のガスに前記可動部を介して陽圧および陰圧を印加するポンピング駆動機構と、を備えたバルーンポンピング駆動装置であって、前記ポンピング駆動機構が、前記圧力容器を挟んで互いに接近および離隔可能に対向配置された一方および他方の出力軸を有する複数のリニアアクチュエータと、前記一方および他方の出力軸の変位に応じた駆動操作力を前記可動部に伝達して前記ガス圧力室内に前記陽圧および陰圧を発生させる圧力伝達要素と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the balloon pumping drive device of the present invention includes a variable volume pressure vessel which forms a gas pressure chamber connected to the balloon and in which at least a part of the movable part can be displaced relative to the remaining fixed part. , a pumping drive mechanism that applies positive pressure and negative pressure to the gas in the gas pressure chamber via the movable part, the pumping drive mechanism sandwiching the pressure vessel. A plurality of linear actuators each having one output shaft and the other output shaft facing each other so as to be able to approach and separate from each other, and transmitting a driving operation force corresponding to the displacement of the one output shaft and the other output shaft to the movable part to increase the gas pressure. It is characterized by having a pressure transmission element that generates the positive pressure and negative pressure in the room.

この構成により、本発明では、圧力容器を挟んで配置されたアクチュエータの一方および他方の出力軸の変位に応じて、圧力伝達要素を介し、両出力軸の接近および離隔方向の駆動操作力が交互に圧力容器の可動部に伝達され、ガス圧力室内に陽圧および陰圧が交互に発生することとなる。したがって、アクチュエータの一方および他方の出力軸からの往復方向の推力や両出力軸の相対変位に基づいてバルーンポンピングのための駆動操作力が得られ、バルーンポンピングのための十分な推力と高応答性を有する構成の簡素なバルーンポンピング駆動装置となる。 With this configuration, in the present invention, depending on the displacement of one output shaft and the other output shaft of the actuator disposed on both sides of the pressure vessel, the drive operating force in the direction of approaching and separating the two output shafts is alternately transmitted via the pressure transmission element. This is transmitted to the movable part of the pressure vessel, and positive pressure and negative pressure are alternately generated within the gas pressure chamber. Therefore, the drive operation force for balloon pumping can be obtained based on the reciprocating thrust from one and the other output shaft of the actuator and the relative displacement of both output shafts, and sufficient thrust and high response for balloon pumping can be obtained. This is a simple balloon pumping drive device having a simple configuration.

本発明においては、前記圧力伝達要素が、前記一方および他方の出力軸の変位に応じた流体の圧力を前記駆動操作力として前記可動部に受圧させる構成となっているとよい。このようにすると、圧力容器の可動部を可撓性もしくは弾性変形可能な膜体等で構成しつつ、その可動部に所要の駆動操作力を迅速・的確に伝達できることになる。 In the present invention, it is preferable that the pressure transmission element is configured to cause the movable part to receive fluid pressure corresponding to the displacement of the one output shaft and the other output shaft as the driving operation force. In this way, the movable part of the pressure vessel can be constructed of a flexible or elastically deformable membrane, and the required driving force can be quickly and accurately transmitted to the movable part.

本発明においては、前記圧力伝達要素が、前記圧力容器と前記一方および他方の出力軸との間に介装されるとともに、前記流体を収容する少なくとも1つの操作圧力室を画成する一方および他方のベローズを有しており、前記一方および他方のベローズの一端部がそれぞれ前記圧力容器の前記固定部に結合されて前記圧力容器により閉止される一方、前記一方および他方のベローズの他端部がそれぞれ閉止されつつ前記一方および他方の出力軸によって可動に支持されている構成としてもよい。その場合、さらに、可動部をベローズと一体化することで操作圧力室とガス圧力室を一体化することもでき、あるいは、ダイアフラム状の可動部の内外にガス圧力室と操作圧力室とをそれぞれ画成することも可能である。 In the present invention, the pressure transmission element is interposed between the pressure vessel and the one and the other output shafts, and defines at least one operating pressure chamber containing the fluid. one end of the one and the other bellows is respectively coupled to the fixed part of the pressure vessel and closed by the pressure vessel, while the other end of the one and the other bellows is It may be configured such that each of the output shafts is closed and movably supported by the one and the other output shafts. In that case, the operating pressure chamber and the gas pressure chamber can be integrated by integrating the movable part with the bellows, or the gas pressure chamber and the operating pressure chamber can be installed inside and outside the diaphragm-like movable part, respectively. It is also possible to define.

本発明においては、前記圧力容器の前記固定部が、前記可動部を往復動可能に支持するとともに、前記圧力容器の前記可動部が、前記一方および他方の出力軸の変位に応じた流体の圧力を受圧する受圧面を有している構成とすることもできる。すなわち、可動部をピストンやダイアフラム等で構成することにより、圧力容器内に可変容積のガス圧力室を形成する構成とすることができる。 In the present invention, the fixed part of the pressure vessel supports the movable part so as to be able to reciprocate, and the movable part of the pressure vessel supports the pressure of the fluid according to the displacement of the one and the other output shafts. It is also possible to have a configuration having a pressure receiving surface that receives pressure. That is, by configuring the movable part with a piston, a diaphragm, or the like, it is possible to form a variable volume gas pressure chamber within the pressure vessel.

本発明においては、前記圧力容器の前記固定部が、少なくとも前記ガス圧力室側に円環板状部分を有するとともに、前記圧力容器の前記可動部が前記固定部の前記円環板状部分の両面側にそれぞれ支持された一方および他方のダイアフラムを有する構成とすることもできる。このようにすると、円環板状部分の内径や板厚に応じてバルーンに連通する二次側のガス圧力室の容積を必要十分に抑えつつ、一次側の操作圧力室内の陽圧や陰圧をガス圧力室に迅速・的確に伝達し、かつ、心臓の拍動等に対応する所要の収縮時間や膨張時間に亘って十分な陽圧や陰圧を印加し続けることができる。 In the present invention, the fixed part of the pressure vessel has an annular plate-shaped part at least on the gas pressure chamber side, and the movable part of the pressure vessel has both sides of the annular plate-shaped part of the fixed part. It is also possible to have one and the other diaphragm supported on each side. In this way, the volume of the gas pressure chamber on the secondary side communicating with the balloon can be suppressed as necessary and sufficient depending on the inner diameter and thickness of the annular plate-shaped portion, while the positive pressure and negative pressure in the operating pressure chamber on the primary side can be suppressed. It is possible to quickly and accurately transmit the pressure to the gas pressure chamber, and to continue applying sufficient positive pressure or negative pressure over the required contraction time and expansion time corresponding to heart beats, etc.

本発明においては、前記ポンピング駆動機構の前記複数のリニアアクチュエータを、所定の入力信号に従って前記一方および他方の出力軸を同一軸線上で互いに逆方向に駆動し、両出力軸の接近および離隔により前記ガス圧力室内のガスに前記可動部を介して陽圧および陰圧を印加するポンピング制御部を有する構成とすることができる。この場合、心電図波形や動脈圧波形等に対応する所定の入力信号に従ってバルーンの拡張・収縮タイミングが的確に制御可能となる。 In the present invention, the plurality of linear actuators of the pumping drive mechanism are driven in accordance with a predetermined input signal so that the one and the other output shafts are driven in mutually opposite directions on the same axis, and the two output shafts approach and separate from each other. The structure may include a pumping control section that applies positive pressure and negative pressure to the gas in the gas pressure chamber via the movable section. In this case, the timing of expansion and deflation of the balloon can be accurately controlled in accordance with a predetermined input signal corresponding to an electrocardiogram waveform, an arterial pressure waveform, or the like.

本発明においては、前記可動部および前記出力軸のうち少なくとも何れかの位置を検出する位置センサをさらに備え、前記ポンピング制御部が、前記位置センサで検出された前記位置に基づいて、前記複数のリニアアクチュエータをフィードバック制御する構成とすることができる。この場合、振動を低減しつつ、バルーンの動作を制御することができる。 The present invention further includes a position sensor that detects the position of at least one of the movable portion and the output shaft, and the pumping control unit detects the position of the plurality of positions based on the position detected by the position sensor. The linear actuator can be configured to perform feedback control. In this case, the operation of the balloon can be controlled while reducing vibrations.

なお、前記圧力容器の前記固定部が、シリンダ状に形成されるとともに、前記圧力容器の前記可動部が、ピストン状に形成されている構成とすることも考えられる。 Note that it is also conceivable that the fixed part of the pressure vessel is formed in a cylindrical shape, and the movable part of the pressure vessel is formed in a piston shape.

本発明によれば、バルーンポンピングのための十分な推力と高応答性を有する構成の簡素なバルーンポンピング駆動装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a simple balloon pumping drive device having sufficient thrust and high responsiveness for balloon pumping.

本発明の第1実施形態に係るバルーンポンピング駆動装置および同装置でポンピング駆動される大動脈内バルーンポンピングカテーテルの全体略図である。1 is an overall schematic view of a balloon pumping drive device and an intra-aortic balloon pumping catheter pumped and driven by the device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係るバルーンポンピング駆動装置の要部概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of main parts of a balloon pumping drive device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係るバルーンポンピング駆動装置におけるポンピング駆動機構の動作説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of the operation of the pumping drive mechanism in the balloon pumping drive device according to the first embodiment of the present invention. (a)本発明の第1実施形態に係るバルーンポンピング駆動装置におけるポンピング駆動機構の対向する一対の可動部の動作説明図、(b)はそのポンピング駆動機構の一対の可動部における可動板の往復変位に応じた可動位置の時間変化を示すチャートである。(a) An explanatory diagram of the operation of a pair of opposing movable parts of the pumping drive mechanism in the balloon pumping drive device according to the first embodiment of the present invention, (b) is a reciprocating diagram of the movable plate in the pair of movable parts of the pumping drive mechanism It is a chart showing a change in movable position over time according to displacement. 本発明の第1実施形態に係るバルーンポンピング駆動装置における一対の可動部の可動板の往復変位に対応する可動位置の時間変化を示すチャートで、図4(b)に示す一態様とは可動板の往復変位パターンを異ならせた変形態様を示している。FIG. 4(b) is a chart showing a change over time in the movable position corresponding to the reciprocating displacement of the movable plates of the pair of movable parts in the balloon pumping drive device according to the first embodiment of the present invention. This figure shows deformation modes with different reciprocating displacement patterns. 本発明の第1実施形態に係るバルーンポンピング駆動装置におけるポンピング駆動のための出力軸の移動方向切替え制御の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the movement direction switching control of the output shaft for pumping drive in the balloon pumping drive device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係るバルーンポンピング駆動装置の作動ガスの制御系の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a working gas control system of a balloon pumping drive device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に係るバルーンポンピング駆動装置の要部概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of main parts of a balloon pumping drive device according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第3実施形態に係るバルーンポンピング駆動装置の要部概略構成図である。FIG. 7 is a schematic configuration diagram of main parts of a balloon pumping drive device according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第4実施形態に係るバルーンポンピング駆動装置の要部概略構成図である。FIG. 7 is a schematic configuration diagram of main parts of a balloon pumping drive device according to a fourth embodiment of the present invention. 従来例のバルーンポンピング駆動装置の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a conventional balloon pumping drive device.

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1ないし図7は、本発明の第1実施形態に係るバルーンポンピング駆動装置の構成を示しており、本発明を大動脈内バルーンポンピングカテーテルのバルーンポンピング(IABP(intra-aortic balloon pumping))に使用する場合を例示している。
(First embodiment)
1 to 7 show the configuration of a balloon pumping drive device according to a first embodiment of the present invention, and the present invention is used for balloon pumping of an intra-aortic balloon pumping catheter (IABP (intra-aortic balloon pumping)). This example shows a case where

まず、その構成について説明する。 First, its configuration will be explained.

図1および図2に示すように、本実施形態のバルーンポンピング駆動装置10は、大動脈内バルーンポンピングカテーテル2(要部のみ図示する)の所定容積のバルーン1に接続されるガス圧力室11を形成する圧力容器12と、ガス圧力室11内のガス、例えばヘリウムガスに外部気圧より高圧な陽圧および外部気圧より低圧な陰圧を交互に印加することができるポンピング駆動機構13と、を具備している。 As shown in FIGS. 1 and 2, the balloon pumping drive device 10 of this embodiment forms a gas pressure chamber 11 connected to a balloon 1 of a predetermined volume of an intra-aortic balloon pumping catheter 2 (only the main part is shown). and a pumping drive mechanism 13 that can alternately apply a positive pressure higher than the external atmospheric pressure and a negative pressure lower than the external atmospheric pressure to the gas in the gas pressure chamber 11, for example, helium gas. ing.

図2に示すように、圧力容器12は、例えば少なくとも内周部が円環板状をなす環状の固定部21と、その固定部21の両面側に結合された一方および他方の可動部22A、22Bとによって構成されており、各可動部22Aまたは22B(以下、単に可動部22ともいう)の少なくとも一部が残部側である固定部21に対して相対的に変位する容積可変の密閉可能な容器となっている。固定部21には、バルーン1内に連通させるための連通孔21aが形成されている。 As shown in FIG. 2, the pressure vessel 12 includes, for example, an annular fixed part 21 having at least an annular plate shape at the inner periphery, one movable part 22A and the other movable part 22A connected to both surfaces of the fixed part 21, 22B, and at least a part of each movable part 22A or 22B (hereinafter also simply referred to as movable part 22) is a variable-volume, sealable part that is displaced relative to the fixed part 21 on the remaining part side. It is a container. A communication hole 21 a is formed in the fixing part 21 to communicate with the inside of the balloon 1 .

ポンピング駆動機構13は、圧力容器12を間に挟んでその中心軸線C上で互いに軸対向するように配置された一方および他方のリニアアクチュエータ30A、30Bと、各リニアアクチュエータ30Aまたは30B(以下、単にリニアアクチュエータ30ともいう)を圧力容器12に対し突き当て結合する結合手段(一突当て部のみ図示する)16A、16Bとを含んで構成されている。 The pumping drive mechanism 13 includes one and the other linear actuators 30A and 30B, which are arranged to be axially opposed to each other on the central axis C with the pressure vessel 12 in between, and each linear actuator 30A or 30B (hereinafter simply referred to as The linear actuator 30 is coupled to the pressure vessel 12 by coupling means (only one abutting portion is shown) 16A and 16B.

また、一方および他方のリニアアクチュエータ30A、30Bは、圧力容器12を間に挟んでその中心軸線C上で互いに接近および離隔可能なそれぞれの出力軸31を有しており、各リニアアクチュエータ30は、圧力容器12のガス圧力室11内のヘリウムガスに対し、対応する可動部22を介して陽圧および陰圧を印加することができるようになっている。 Moreover, one and the other linear actuators 30A and 30B have respective output shafts 31 that can approach and separate from each other on the central axis C with the pressure vessel 12 in between, and each linear actuator 30 has Positive pressure and negative pressure can be applied to the helium gas in the gas pressure chamber 11 of the pressure vessel 12 via the corresponding movable parts 22.

具体的には、各可動部22は、それぞれ圧力容器12の固定部21の内径に近い外径を有する円板状の可動板23と、両端部が可動板23および固定部21の内周部近傍にそれぞれ気密的に結合されたベローズ24とを有している。 Specifically, each of the movable parts 22 includes a disc-shaped movable plate 23 having an outer diameter close to the inner diameter of the fixed part 21 of the pressure vessel 12, and a movable plate 23 having both ends connected to the movable plate 23 and the inner peripheral part of the fixed part 21. The bellows 24 are airtightly connected to each other in the vicinity.

一方および他方の可動部22A、22Bのベローズ24は、圧力容器12の固定部21と一方および他方のリニアアクチュエータ30A、30Bの出力軸31との間に伸張および収縮可能に介装されている。そして、両ベローズ24は、圧力容器12側のそれぞれの一端で圧力容器12の固定部21に結合される一方、それぞれの他端側で可動板23により閉止されつつ可動板23を介し一方または他方の出力軸31に可動に支持されている。これにより、両ベローズ24の拡張および収縮により容積を変化させることができるガス圧力室11が画成されている。 The bellows 24 of the one and the other movable parts 22A, 22B are interposed between the fixed part 21 of the pressure vessel 12 and the output shafts 31 of the one and the other linear actuators 30A, 30B so as to be expandable and contractible. Both bellows 24 are connected to the fixed part 21 of the pressure vessel 12 at one end on the pressure vessel 12 side, and are closed by the movable plate 23 at the other end side of the bellows 24 at one end or the other via the movable plate 23. It is movably supported by an output shaft 31 of. This defines a gas pressure chamber 11 whose volume can be changed by expansion and contraction of both bellows 24.

このガス圧力室11は、ヘリウムガス(圧縮性流体)を収容しつつ拡張および収縮により容積を変化させることで、バルーン1内のガス圧力およびガス量を変化させることができる、バルーンポンピング用の少なくとも1つの操作圧力室となっている。 This gas pressure chamber 11 accommodates helium gas (compressible fluid) and changes its volume through expansion and contraction, thereby changing the gas pressure and gas amount within the balloon 1. It has one operating pressure chamber.

また、本実施形態のバルーンポンピング駆動装置10には、2つの可動部22A、22Bの可動板23(以下、可動板23A、23Bともいう)に対応して、2つの位置センサ25A、25Bが設けられている。位置センサ25Aは、可動板23Aの軸方向の位置(変位)を検出する。位置センサ25Bは、可動板23Bの軸方向の位置(変位)を検出する。後で詳細に説明するが、位置センサ25Aは、可動板23Aの位置に基づいて、リニアアクチュエータ30Aの動作をフィードバック制御(詳細は後述する)するために利用され、位置センサ25Bは、可動板23Bの位置に基づいて、リニアアクチュエータ30Bの動作をフィードバック制御するために利用される。 Furthermore, the balloon pumping drive device 10 of this embodiment is provided with two position sensors 25A and 25B corresponding to the movable plates 23 (hereinafter also referred to as movable plates 23A and 23B) of the two movable parts 22A and 22B. It is being The position sensor 25A detects the axial position (displacement) of the movable plate 23A. The position sensor 25B detects the axial position (displacement) of the movable plate 23B. As will be explained in detail later, the position sensor 25A is used to feedback control the operation of the linear actuator 30A (details will be described later) based on the position of the movable plate 23A, and the position sensor 25B is used to control the operation of the linear actuator 30A based on the position of the movable plate 23A. is used to feedback control the operation of the linear actuator 30B based on the position of the linear actuator 30B.

一方および他方のリニアアクチュエータ30A、30Bは、各出力軸31の先端部31aに円板状の可動板23を一体に結合または一体に形成することで、両出力軸31の相対的な変位に応じた駆動操作力を対応する可動部22に伝達し、ガス圧力室11内に陽圧および陰圧を発生させることができる圧力伝達要素を、各出力軸31の先端部31aに一体的に装着した構成となっている。 One and the other linear actuators 30A, 30B have a disc-shaped movable plate 23 integrally coupled or integrally formed with the tip 31a of each output shaft 31, so that the linear actuators 30A and 30B respond to relative displacement of both output shafts 31. A pressure transmission element capable of transmitting the drive operating force to the corresponding movable part 22 and generating positive pressure and negative pressure in the gas pressure chamber 11 is integrally attached to the tip 31a of each output shaft 31. The structure is as follows.

これにより、リニアアクチュエータ30A、30Bの出力軸31の先端部31a(圧力伝達要素)は、それぞれの出力軸31の相対的な変位に応じた駆動操作力圧力容器12の各可動部22に伝達するようになっている。 As a result, the tips 31a (pressure transmission elements) of the output shafts 31 of the linear actuators 30A and 30B apply a drive operation force to each movable part 22 of the pressure vessel 12 in accordance with the relative displacement of the respective output shafts 31. It is meant to be transmitted .

図2および図3に示すように、各リニアアクチュエータ30は、前述の出力軸31と、その出力軸31を軸方向に往復変位可能に収納するケース32と、出力軸31の軸方向中央側に一体的に装着され出力軸31の径方向に延びるインナーコア36とインナーコア36の両端側に巻回されたコイル37A、37Bとを有する駆動コイル部33と、出力軸31を往復変位方向である軸方向の所定位置に付勢する復帰板ばね38と、出力軸31を軸方向に往復変位可能に案内する軸受39と、インナーコア36の略方形の両端面上に平行に固着されるとともに出力軸31の径方向内外にそれぞれ短冊状の磁極面を有する複数対の永久磁石41、42とを有している。 As shown in FIGS. 2 and 3, each linear actuator 30 includes the aforementioned output shaft 31, a case 32 that accommodates the output shaft 31 so as to be able to reciprocate in the axial direction, and a case 32 located on the axial center side of the output shaft 31. A driving coil section 33 having an inner core 36 integrally attached and extending in the radial direction of the output shaft 31 and coils 37A and 37B wound around both ends of the inner core 36 and the output shaft 31 are reciprocated in the direction of displacement. A return leaf spring 38 that biases the output shaft 31 to a predetermined position in the axial direction, a bearing 39 that guides the output shaft 31 so as to be reciprocally displaceable in the axial direction, and a bearing 39 that is fixed in parallel to both ends of the substantially rectangular shape of the inner core 36 and is fixed to the output shaft A plurality of pairs of permanent magnets 41 and 42 each having a strip-shaped magnetic pole surface are provided inside and outside the shaft 31 in the radial direction.

ここで、インナーコア36は、長手方向中央部で出力軸31を貫通させるとともに長手方向両端側でそれぞれコイル37A、37Bを巻回可能なボビン形状をなしており、複数の磁性体プレートを積層したものとなっている。 Here, the inner core 36 has a bobbin shape that allows the output shaft 31 to pass through the central portion in the longitudinal direction and around which coils 37A and 37B can be wound respectively at both end sides in the longitudinal direction, and has a plurality of laminated magnetic plates. It has become a thing.

また、ケース32は、駆動コイル部33を出力軸31の径方向両側から挟む略コの字形をなすとともに両端部がインナーコア36に近接するよう互いに対向する一対のアウターコア45と、アウターコア45を出力軸31の先端部31a側から一体的に保持する一方のカバーケース46と、アウターコア45を出力軸31の後端側から一体的に保持するとともに復帰板ばね38を支持する他方のカバーケース47と、復帰板ばね38の背面側を覆うエンドカバー48とを有している。 The case 32 also has a substantially U-shape that sandwiches the drive coil portion 33 from both sides in the radial direction of the output shaft 31, and a pair of outer cores 45 that face each other so that both ends are close to the inner core 36; One cover case 46 integrally holds the outer core 45 from the rear end side of the output shaft 31 and the other cover supports the return leaf spring 38. It has a case 47 and an end cover 48 that covers the back side of the return leaf spring 38.

各アウターコア45は、略コの字形の複数の磁性体プレートを積層したものとなっており、その略コの字形の内奥側に対応する一方および他方の永久磁石41、42に所定のギャップを隔てて近接する突条部45aを有している。 Each outer core 45 is made by laminating a plurality of approximately U-shaped magnetic plates, and has a predetermined gap between one and the other permanent magnets 41 and 42 corresponding to the inner back side of the approximately U-shape. It has protrusions 45a that are adjacent to each other with a distance between them.

さらに、複数対の永久磁石41、42のうち一方の永久磁石41は、それぞれ出力軸31の径方向内方側にN極を、出力軸31の径方向外方側にS極を有しており、複数対の永久磁石41、42のうち他方の永久磁石42は、それぞれ出力軸31の径方向外方側にN極を、出力軸31の径方向内方側にS極を有している。永久磁石41、42のいずれも、一対の磁極板を貼り合せたものであってもよい。 Further, one of the plurality of pairs of permanent magnets 41 and 42 has an N pole on the radially inner side of the output shaft 31 and an S pole on the radially outer side of the output shaft 31, respectively. The other permanent magnet 42 of the plurality of pairs of permanent magnets 41 and 42 has an N pole on the radially outer side of the output shaft 31 and an S pole on the radially inner side of the output shaft 31, respectively. There is. Both of the permanent magnets 41 and 42 may be made by bonding a pair of magnetic pole plates.

なお、図2、図3中では、図示の便宜上、出力軸31を太く図示しているが、各リニアアクチュエータ30は、具体的には、例えば特開2013-121275号公報に記載のような構成を有しており、インナーコア36側が軽量になっている。 Note that in FIGS. 2 and 3, the output shaft 31 is shown thick for convenience of illustration, but each linear actuator 30 specifically has a configuration as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-121275. The inner core 36 side is lightweight.

このようなリニアアクチュエータ30は、各コイル37A、37Bに通電されない状態では、例えば図3(a)に示すように、出力軸31を復帰板ばね38により軸方向の所定位置である中立位置に付勢するとともに、複数対の永久磁石41、42の磁力が中立位置で釣り合う状態で、ディテントフォースにより、出力軸31がケース32に対し静止し得るものとなる。 In such a linear actuator 30, when the coils 37A and 37B are not energized, the output shaft 31 is set at a neutral position, which is a predetermined position in the axial direction, by the return leaf spring 38, as shown in FIG. 3(a), for example. At the same time, the output shaft 31 can come to rest with respect to the case 32 due to the detent force in a state where the magnetic forces of the plurality of pairs of permanent magnets 41 and 42 are balanced at the neutral position.

各コイル37A、37Bに所定方向に通電される状態では、コイル37A、37Bの励磁による磁束によって、複数の永久磁石41、42のうちいずれか片方の永久磁石41または42の磁化方向と同方向の磁力が増大し、例えば図3(b)に示すように、出力軸31および駆動コイル部33が出力軸31の先端部31a側に移動する。 When each coil 37A, 37B is energized in a predetermined direction, the magnetic flux generated by the excitation of the coils 37A, 37B causes the magnetic flux to move in the same direction as the magnetization direction of one of the plurality of permanent magnets 41, 42. The magnetic force increases, and the output shaft 31 and the drive coil section 33 move toward the tip 31a of the output shaft 31, as shown in FIG. 3(b), for example.

各コイル37A、37Bへの通電方向が切り替えられると、コイル37A、37Bの励磁による磁束が反転し、複数の永久磁石41、42のうち他の片方の永久磁石42または41の磁化方向と同方向の磁力が増大し、例えば図3(c)に示すように、出力軸31および駆動コイル部33が出力軸31の後端側に移動する。 When the direction of energization to each coil 37A, 37B is switched, the magnetic flux due to the excitation of the coils 37A, 37B is reversed, and the direction of magnetization is the same as that of the other permanent magnet 42 or 41 among the plurality of permanent magnets 41, 42. The magnetic force increases, and the output shaft 31 and the drive coil portion 33 move toward the rear end of the output shaft 31, as shown in FIG. 3(c), for example.

駆動コイル部33のコイル37A、37Bは、一方および他方のリニアアクチュエータ30A、30Bの出力軸31が互いに同期して逆向きに変位するように、制御手段であるポンピング制御部50によって同期駆動されるようになっている。 The coils 37A, 37B of the drive coil unit 33 are synchronously driven by a pumping control unit 50, which is a control means, so that the output shafts 31 of one and the other linear actuators 30A, 30B are displaced in opposite directions in synchronization with each other. It looks like this.

図2に示すように、このポンピング制御部50は、血圧変動測定器71からの血圧変動信号Pvsおよび心電計測器72からの心電波形信号Pts等の入力信号に基づき、複数のリニアアクチュエータ30A、30Bの駆動コイル部33に駆動制御信号Ms1、Ms2を出力し、一方および他方の出力軸31を同一軸線上で互いに逆方向に駆動し、両出力軸31の接近および離隔によりガス圧力室11内のヘリウムガスに陽圧および陰圧を印加することができるようになっている。 As shown in FIG. 2, the pumping control unit 50 operates the plurality of linear actuators 30A based on input signals such as the blood pressure fluctuation signal Pvs from the blood pressure fluctuation measuring device 71 and the electrocardiographic waveform signal Pts from the electrocardiographic measuring device 72. , 30B, and drive one and the other output shafts 31 in mutually opposite directions on the same axis, and as the two output shafts 31 approach and separate, the gas pressure chamber 11 It is now possible to apply positive and negative pressure to the helium gas inside.

また、ポンピング制御部50には、所定の制御プログラムや設定値情報が予め記憶格納された記憶手段50aが付設されており、ポンピング制御部50は、その制御プログラムに従って心電波形や動脈圧波形における所定の信号変化をトリガ(例えば、心電図トリガ)として検出し、そのトリガの検出周期に対応する周期で変動する目標駆動圧を逐次算出し、その目標駆動圧の変化に対応するガス圧力室11の圧力変化、すなわち、可動部22A、22Bの可動板23(以下、可動板23A、23Bともいう)の変位を生じさせるように、一方および他方のリニアアクチュエータ30A、30Bを作動させるようになっている。 The pumping control unit 50 is also provided with a storage unit 50a in which a predetermined control program and set value information are stored in advance, and the pumping control unit 50 controls electrocardiographic waveforms and arterial pressure waveforms according to the control program. A predetermined signal change is detected as a trigger (for example, an electrocardiogram trigger), a target drive pressure that fluctuates at a cycle corresponding to the detection cycle of the trigger is sequentially calculated, and a change in the gas pressure chamber 11 corresponding to the change in the target drive pressure is performed. One and the other linear actuators 30A and 30B are operated to cause a pressure change, that is, a displacement of the movable plates 23 (hereinafter also referred to as movable plates 23A and 23B) of the movable parts 22A and 22B. .

そして、ポンピング制御部50は、一方および他方のリニアアクチュエータ30A、30Bの作動により、ガス圧力室11内のヘリウムガスに対し所定のタイミングおよび時間の陽圧および陰圧を印加することで、心拡張期開始時における大動脈弁の閉鎖と同時にバルーン1を拡張させてダイアストリックオーグメンテーション効果(冠動脈血流量の増加や平均大動脈圧の維持)を発揮させたり、拡張末期動脈圧が最低値を示すタイミングでバルーン1を収縮させてシストリックアンローディング効果(拡張末期および収縮期の血圧低下による心仕事量の低下や心筋酸素消費量の抑制)を図ったりすることができるようになっている。 Then, the pumping control unit 50 applies positive pressure and negative pressure to the helium gas in the gas pressure chamber 11 at a predetermined timing and time by operating the one and other linear actuators 30A and 30B, thereby causing cardiac expansion. Balloon 1 is inflated at the same time as the aortic valve closes at the beginning of the diastolic period to produce a diastolic augmentation effect (increase in coronary artery blood flow and maintain mean aortic pressure), and the timing when the end-diastolic arterial pressure reaches its lowest value. By deflating the balloon 1, it is possible to achieve a systolic unloading effect (reducing cardiac workload and suppressing myocardial oxygen consumption by lowering blood pressure at end-diastole and systole).

また、ポンピング制御部50は、位置センサ25Aで検出された可動板23Aの位置に基づいて、リニアアクチュエータ30Aの動作を制御し、位置センサ25Bで検出された可動板23Bの位置に基づいて、リニアアクチュエータ30Bの動作を制御するようになっている。図4は、リニアアクチュエータ30A、30Bの動作を説明するための図であり、同図(a)は、それぞれのポンピング駆動機構13を示す模式図、同図(b)は、それぞれの出力軸31の動作によって往復移動される一対の可動板23A、23Bの位置を示すグラフである。図4(a)に示すように、軸方向におけるガス圧力室11の中心Cnを原点とし、中心Cnから右側を+X方向、中心Cnから左側を-X方向と定義する。 The pumping control unit 50 also controls the operation of the linear actuator 30A based on the position of the movable plate 23A detected by the position sensor 25A, and controls the operation of the linear actuator 30A based on the position of the movable plate 23B detected by the position sensor 25B. The operation of the actuator 30B is controlled. FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the linear actuators 30A and 30B, in which (a) is a schematic diagram showing each pumping drive mechanism 13, and (b) is a schematic diagram showing each output shaft 31. It is a graph which shows the position of a pair of movable plates 23A and 23B which are reciprocated by the operation|movement of. As shown in FIG. 4(a), the center Cn of the gas pressure chamber 11 in the axial direction is defined as the origin, the right side from the center Cn is defined as the +X direction, and the left side from the center Cn is defined as the -X direction.

ポンピング駆動機構13では、リニアアクチュエータ30A、30Bの出力軸31によって可動板23A、23Bを軸方向に往復移動させることで、ガス圧力室11内のヘリウムガスに陽圧および陰圧を印加する。このとき、可動板23A、23Bおよび出力軸31の往復移動に伴う反力によって振動が生じる。そこで、図4(b)に示すように、可動板23Aの移動量と可動板23Bの移動量が同等、かつ、移動方向が逆になるように、すなわち可動板23A、23Bの移動速度の時間的な変化量が同等でかつ変位方向が逆になるように、リニアアクチュエータ30A、30Bを前述の目標駆動圧の周期に合わせてフィードバック制御することで、可動板23A、23Bおよび出力軸31の往復移動に伴う反力の合成ベクトルが相殺され、振動を低減することができるようにしている。図4(b)中では、可動板23Aの移動量A2と可動板23Bの移動量B2を同等にしつつ周期的に変動させてフィードバック制御する場合を示したが、図5に示すように、ポンピング制御部50からの制御信号等に応じて、移動量を随時変動させてよい。 In the pumping drive mechanism 13, positive pressure and negative pressure are applied to the helium gas in the gas pressure chamber 11 by reciprocating the movable plates 23A and 23B in the axial direction by the output shafts 31 of the linear actuators 30A and 30B. At this time, vibration occurs due to the reaction force accompanying the reciprocating movement of the movable plates 23A, 23B and the output shaft 31. Therefore, as shown in FIG. 4(b), the moving amount of the movable plate 23A and the moving amount of the movable plate 23B are equal and the moving directions are opposite, that is, the time of the moving speed of the movable plates 23A and 23B is The linear actuators 30A and 30B are feedback-controlled in accordance with the period of the target drive pressure described above so that the amount of change is the same and the direction of displacement is opposite. The resultant vector of reaction forces associated with movement is canceled out, making it possible to reduce vibration. In FIG. 4(b), a case is shown in which feedback control is performed by periodically varying the moving amount A2 of the movable plate 23A and the moving amount B2 of the movable plate 23B while keeping them equal, but as shown in FIG. The amount of movement may be changed at any time according to a control signal from the control unit 50 or the like.

また、本実施形態のバルーンポンピング駆動装置10では、ガス圧力室11の中心Cnを可動板23A、23Bの基準位置として、中心Cnからの可動板23A、23Bの位置情報および前述のトリガ入力周期に基づいてリニアアクチュエータ30A、30Bを制御することで、振動を低減しつつ、ガス圧力室11内の圧力を制御できるようにしている。具体的には、図4(a)に示すガス圧力室11の中心Cnからの可動板23A、23Bの相互に逆向きの変位(+X、-X)を、図4(b)に示すように可動位置A、Bとし、中心Cnから最小位置Amin、Bminまで距離をそれぞれの位置オフセット量A1、B1として、位置オフセット量A1とB1が同等であることに加えて、可動板23Aの移動量A2と可動板23Bの移動量B2が同等、かつ、移動方向が逆になるようにリニアアクチュエータ30A、30Bを同期させつつ前述の目標駆動圧周期に追従させるようにフィードバック制御することで、可動板23A、23Bおよび出力軸31の往復移動に伴う反力を相殺して振動を低減しつつ、可動板23A、23Bの可動位置A、Bに基づいてガス圧力室11内の圧力変動を制御し、それによって、バルーン1の動作を制御することができる。 In addition, in the balloon pumping drive device 10 of this embodiment, the center Cn of the gas pressure chamber 11 is used as the reference position of the movable plates 23A, 23B, and the position information of the movable plates 23A, 23B from the center Cn and the above-mentioned trigger input cycle are used. By controlling the linear actuators 30A and 30B based on this, the pressure inside the gas pressure chamber 11 can be controlled while reducing vibration. Specifically, the mutually opposite displacements (+X, -X) of the movable plates 23A and 23B from the center Cn of the gas pressure chamber 11 shown in FIG. 4(a) are changed as shown in FIG. 4(b). Assuming that the movable positions are A and B, and the distances from the center Cn to the minimum positions Amin and Bmin are the respective position offset amounts A1 and B1, in addition to the fact that the position offset amounts A1 and B1 are equal, the movement amount A2 of the movable plate 23A is By performing feedback control to synchronize the linear actuators 30A and 30B so that the moving amount B2 of the movable plate 23B is the same and the moving direction is opposite, the movable plate 23A is , 23B and the output shaft 31 to reduce vibrations, while controlling pressure fluctuations in the gas pressure chamber 11 based on the movable positions A and B of the movable plates 23A and 23B. Accordingly, the operation of the balloon 1 can be controlled.

次に、ポンピング制御部50によって実行されるリニアアクチュエータ30A、30Bの駆動方向の切替え制御の手順について、図6に示すフローチャートに基づいて説明する。リニアアクチュエータ30A、30Bに対して行われる制御は略同様であるので、ここでは、リニアアクチュエータ30Aに対する制御についてのみ説明するが、リニアアクチュエータ30Bに対しても可動位置Bを基に同様な駆動方向の切替え制御が実行される。まず、位置センサ25Aによりリニアアクチュエータ30Aの可動位置A(可動板23Aの位置)を検出し(ステップS11)、その検出された位置に基づいて可動位置Aを特定する。次に、リニアアクチュエータ30Aの出力軸31の移動方向が-X方向か+X方向かを判断する(ステップS12)。そして、出力軸31の移動方向が+X方向の場合(ステップS12でYESの場合)、可動位置Aが最小位置Aminに一致しているか否かを判断する(ステップS13)。可動位置Aが最小位置Aminに一致している場合(ステップS13でYESの場合)、出力軸31の移動方向を+X方向から-X方向に切り替えるよう、リニアアクチュエータ30Aを制御する(ステップS14)。可動板23Aの位置が最小位置Aminに一致していない場合(ステップS13でNOの場合)、出力軸31の移動方向を+X方向に維持するようリニアアクチュエータ30Aを制御する(ステップS15)。 Next, a procedure for controlling switching of the drive directions of the linear actuators 30A and 30B executed by the pumping control unit 50 will be described based on the flowchart shown in FIG. 6. Since the control performed on the linear actuators 30A and 30B is almost the same, only the control on the linear actuator 30A will be explained here, but the same driving direction will be applied to the linear actuator 30B based on the movable position B. Switching control is executed. First, the movable position A of the linear actuator 30A (the position of the movable plate 23A) is detected by the position sensor 25A (step S11), and the movable position A is specified based on the detected position. Next, it is determined whether the moving direction of the output shaft 31 of the linear actuator 30A is the -X direction or the +X direction (step S12). If the moving direction of the output shaft 31 is the +X direction (YES in step S12), it is determined whether the movable position A matches the minimum position Amin (step S13). If the movable position A matches the minimum position Amin (YES in step S13), the linear actuator 30A is controlled to switch the moving direction of the output shaft 31 from the +X direction to the -X direction (step S14). If the position of the movable plate 23A does not match the minimum position Amin (NO in step S13), the linear actuator 30A is controlled to maintain the moving direction of the output shaft 31 in the +X direction (step S15).

ステップS12で出力軸31の移動方向が-X方向の場合(ステップS12でNOの場合)、可動位置Aが最大位置Amaxに一致しているか否かを判断する(ステップS16)。可動位置Aが最大位置Amaxに一致している場合(ステップS16でYESの場合)、出力軸31の移動方向を-X方向から+X方向に切り替えるよう、リニアアクチュエータ30Aを制御する(ステップS17)。可動板23Aの位置が最大位置Amaxに一致していない場合(ステップS16でNOの場合)、出力軸31の移動方向を-X方向に維持するようリニアアクチュエータ30Aを制御する(ステップS18)。 If the moving direction of the output shaft 31 is in the -X direction in step S12 (NO in step S12), it is determined whether the movable position A matches the maximum position Amax (step S16). If the movable position A matches the maximum position Amax (YES in step S16), the linear actuator 30A is controlled to switch the moving direction of the output shaft 31 from the -X direction to the +X direction (step S17). If the position of the movable plate 23A does not match the maximum position Amax (NO in step S16), the linear actuator 30A is controlled to maintain the moving direction of the output shaft 31 in the -X direction (step S18).

リニアアクチュエータ30A、30Bのそれぞれに対して、ステップS11~S18に示すような出力制御が実行されることで、図4(b)や図5に示すように、可動位置A、Bは、ガス圧力室11の中心Cnを基準位置とした絶対値が同等な出力軸変位に対応するものになる。そして、例えば前述の目標駆動圧に対応する可動位置A、Bの目標値と位置センサ25A、25Bからフィードバックされる可動位置A、Bの検出値との偏差に応じてリニアアクチュエータ30A、30Bの出力軸変位を制御することで、振動を低減しつつ、ガス圧力室11内の圧力を制御し、それによって、バルーン1の動作を制御することができる。 By performing output control as shown in steps S11 to S18 for each of the linear actuators 30A and 30B, as shown in FIGS. 4(b) and 5, movable positions A and B are controlled by gas pressure The absolute value with the center Cn of the chamber 11 as the reference position corresponds to the equivalent output shaft displacement. For example, the linear actuators 30A, 30B output according to the deviation between the target values of the movable positions A, B corresponding to the aforementioned target driving pressure and the detected values of the movable positions A, B fed back from the position sensors 25A, 25B. By controlling the axial displacement, it is possible to control the pressure within the gas pressure chamber 11 while reducing vibrations, thereby controlling the operation of the balloon 1.

図7に示すように、バルーン1内に連通するガス圧力室11には、ガス供給源51からパイロット付きのリリーフ弁52および第1電磁切換弁53を介してガスタンク54に供給された所定圧力のヘリウムガスが、第2電磁切換弁55の開閉に応じて供給されるようになっている。 As shown in FIG. 7, a gas pressure chamber 11 communicating with the inside of the balloon 1 has a predetermined pressure supplied from a gas supply source 51 to a gas tank 54 via a relief valve 52 with a pilot and a first electromagnetic switching valve 53. Helium gas is supplied according to the opening and closing of the second electromagnetic switching valve 55.

また、バルーン1を介しガス圧力室11側に連通する二次配管系には、滲入する水分を冷却し結露させる熱電素子、例えばペルチェ素子56が収納されるとともに、その水分をガス圧力室11から排出するよう必要時に開弁するパージバルブ57が接続されている。 Further, a secondary piping system that communicates with the gas pressure chamber 11 via the balloon 1 houses a thermoelectric element, such as a Peltier element 56, that cools and condenses moisture that seeps in, and also removes the moisture from the gas pressure chamber 11. A purge valve 57 is connected which opens when necessary to discharge water.

さらに、圧力容器12にはガス圧力室11内の圧力を検知する圧力センサ58が取り付けられるとともに、図示しない不純物除去フィルタ等を介し二次配管系に漏れ(排気回収のための漏れでもよい)を生じさせる排気バルブ59が接続されている。そして、バルーン1内の圧力が所定圧力を超えると、排気バルブ59が開弁し漏れによる必要量の減圧処理がなされるようになっている。 Furthermore, a pressure sensor 58 that detects the pressure inside the gas pressure chamber 11 is attached to the pressure vessel 12, and also prevents leakage (leakage for exhaust gas recovery) into the secondary piping system via an impurity removal filter (not shown) or the like. An exhaust valve 59 is connected to generate the exhaust gas. When the pressure inside the balloon 1 exceeds a predetermined pressure, the exhaust valve 59 is opened to reduce the required amount of pressure due to leakage.

ガス圧力室11内へのヘリウムガスの供給を制御する第1電磁切換弁53および第2電磁切換弁55は、ガスタンク54内の圧力を検知する圧力センサ61からの圧力情報に基づき、補充制御部60によって開閉制御されるようになっている。 The first electromagnetic switching valve 53 and the second electromagnetic switching valve 55 that control the supply of helium gas into the gas pressure chamber 11 operate based on pressure information from the pressure sensor 61 that detects the pressure inside the gas tank 54. The opening/closing is controlled by 60.

この補充制御部60は、内蔵する記憶手段に格納された補充制御プログラムに従い、圧力センサ58、61からの圧力情報に基づいて第1電磁切換弁53、第2電磁切換弁55および排気バルブ59の開閉を制御することで、二次配管系内のヘリウムガスの初期の充填作業や所定期間経過後のヘリウムガスの入れ替え作業を行うことができるようになっている。 The replenishment control unit 60 operates the first electromagnetic switching valve 53, the second electromagnetic switching valve 55, and the exhaust valve 59 based on pressure information from the pressure sensors 58 and 61 according to a replenishment control program stored in a built-in storage means. By controlling the opening and closing, it is possible to perform the initial filling of helium gas in the secondary piping system and the replacement of helium gas after a predetermined period of time.

このように、本実施形態においては、バルーン1に接続されるガス圧力室11を形成するとともに少なくとも一部の可動部22が残部の固定部21に対し相対変位可能な容積可変の圧力容器12と、ガス圧力室11内のヘリウムガスに可動部22を介して陽圧および陰圧を印加するポンピング駆動機構13とを備えたバルーンポンピング駆動装置が構成されている。そして、そのポンピング駆動機構13が、圧力容器12を挟んで互いに接近および離隔可能に対向配置された一方および他方の出力軸31を有する複数のリニアアクチュエータ30A、30Bと、一方および他方の出力軸31の変位に応じた駆動操作力を可動部22に伝達してガス圧力室11内に陽圧および陰圧を発生させる圧力伝達要素としての先端部31aおよび可動板23とを有している。 In this way, in this embodiment, the gas pressure chamber 11 connected to the balloon 1 is formed, and at least a part of the movable part 22 is a variable volume pressure vessel 12 that can be relatively displaced with respect to the remaining fixed part 21. , and a pumping drive mechanism 13 that applies positive pressure and negative pressure to helium gas in the gas pressure chamber 11 via a movable part 22. The pumping drive mechanism 13 includes a plurality of linear actuators 30A and 30B each having one and the other output shafts 31 which are arranged opposite to each other so as to be able to approach and separate from each other across the pressure vessel 12, and one and the other output shafts 31. The movable plate 23 includes a tip portion 31a and a movable plate 23 as a pressure transmitting element that transmits a driving operation force corresponding to the displacement of the movable portion 22 to the movable portion 22 to generate positive pressure and negative pressure within the gas pressure chamber 11.

また、出力軸31の先端部31aおよびそれと一体の可動板23は、一方および他方の出力軸31の変位に応じた駆動操作力可動部22に伝達することができる圧力伝達要素となっており、その圧力伝達要素が、圧力容器12と一方および他方の出力軸31との間に介装されるとともに、所定の流体、例えばヘリウムガスを収容するガス圧力室11内と同じ1つの操作圧力室を画成する一方および他方のベローズ24を有している。そして、各ベローズ24の一端部がそれぞれ圧力容器12の固定部21に結合されて圧力容器により閉止される一方、両ベローズ24の他端部がそれぞれ閉止されつつ一方および他方の出力軸31により可動に支持されている。 Further, the tip end 31a of the output shaft 31 and the movable plate 23 integrated therewith serve as a pressure transmission element capable of transmitting a drive operation force corresponding to the displacement of one and the other output shafts 31 to the movable part 22. The pressure transmission element is interposed between the pressure vessel 12 and one and the other output shafts 31, and has the same operating pressure as in the gas pressure chamber 11 containing a predetermined fluid, for example, helium gas. It has one and the other bellows 24 defining a chamber. One end of each bellows 24 is connected to the fixed part 21 of the pressure vessel 12 and closed by the pressure vessel, while the other end of both bellows 24 is closed and movable by one and the other output shafts 31. is supported by

さらに、本実施形態においては、圧力容器12の固定部21が、ベローズ24を介して可動板23を往復動可能に支持する可動部22を有するとともに、その可動部22が、一方および他方の出力軸31の変位に応じたガス圧力室11内のヘリウムガス(流体)の圧力を受圧する可動板23の受圧面23aを有している。 Furthermore, in this embodiment, the fixed part 21 of the pressure vessel 12 has a movable part 22 that supports the movable plate 23 reciprocally through the bellows 24, and the movable part 22 has one output and the other output. The movable plate 23 has a pressure receiving surface 23a that receives the pressure of helium gas (fluid) in the gas pressure chamber 11 according to the displacement of the shaft 31.

次に、作用について説明する。 Next, the effect will be explained.

上述のように構成された本実施形態のバルーンポンピング駆動装置では、圧力容器12を挟んで配置されたリニアアクチュエータ30A、30Bの一方および他方の出力軸31の変位に応じて、圧力伝達要素である先端部31aおよび可動板23を介し、両出力軸31の接近および離隔方向の駆動操作力が交互に圧力容器12の可動部22に伝達され、ガス圧力室11内に陽圧および陰圧が交互に発生する。したがって、リニアアクチュエータ30A、30Bの出力軸31からの往復方向の推力や両出力軸31の相対変位に基づくバルーンポンピングのための駆動操作力が迅速・的確に得られ、バルーンポンピングのための十分な推力と高応答性を有する装置となる。 In the balloon pumping drive device of this embodiment configured as described above, the pressure transmission element is Via the tip portion 31a and the movable plate 23, the drive operating forces of both output shafts 31 in the approaching and separating directions are alternately transmitted to the movable portion 22 of the pressure vessel 12, and positive pressure and negative pressure are alternately generated in the gas pressure chamber 11. occurs in Therefore, the drive operation force for balloon pumping based on the reciprocating thrust from the output shafts 31 of the linear actuators 30A, 30B and the relative displacement of both output shafts 31 can be quickly and accurately obtained, and sufficient power for balloon pumping can be obtained. The device has thrust and high responsiveness.

また、本実施形態では、一方および他方のベローズ24が、圧力容器12と一方および他方の出力軸31との間に介装されるとともに、操作用の流体を収容する少なくとも1つの操作圧力室がガス圧力室11と一体に形成されているので、構成が非常に簡素となる。 Further, in this embodiment, one and the other bellows 24 are interposed between the pressure vessel 12 and the one and the other output shafts 31, and at least one operating pressure chamber containing operating fluid is provided. Since it is formed integrally with the gas pressure chamber 11, the configuration is extremely simple.

さらに、本実施形態では、一方および他方のベローズ24の一端部がそれぞれ圧力容器12の固定部21に結合されて圧力容器12により閉止される一方、一方および他方のベローズ24の他端部がそれぞれ閉止されつつ一方および他方の出力軸31によって可動に支持され、可動部22がベローズ24と一体化されている。したがって、ガス圧力室11の容積や圧力を迅速・的確に変化させる多様な操作が可能となる。 Further, in this embodiment, one end of the one and the other bellows 24 is respectively coupled to the fixing part 21 of the pressure vessel 12 and closed by the pressure vessel 12, while the other end of the one and the other bellows 24 is While being closed, it is movably supported by one and the other output shafts 31, and the movable portion 22 is integrated with the bellows 24. Therefore, various operations for quickly and accurately changing the volume and pressure of the gas pressure chamber 11 are possible.

加えて、本実施形態では、ポンピング制御部50によってポンピング駆動機構13の複数のリニアアクチュエータ30A、30Bを制御し、一方および他方の出力軸31を同一軸線上で互いに逆方向に駆動し、両出力軸31の接近および離隔によりガス圧力室11内のヘリウムガスに陽圧および陰圧を印加する構成とすることで、心電図波形や動脈圧波形等に対応する所定の入力信号に従ってバルーン1の拡張・収縮タイミングが的確に制御可能となる。 In addition, in this embodiment, the pumping control unit 50 controls the plurality of linear actuators 30A and 30B of the pumping drive mechanism 13, drives one and the other output shafts 31 in mutually opposite directions on the same axis, and both output shafts 31 are driven in mutually opposite directions on the same axis. By applying a positive pressure and a negative pressure to the helium gas in the gas pressure chamber 11 by moving the shaft 31 toward and away from the shaft 31, the balloon 1 can be expanded and expanded in accordance with a predetermined input signal corresponding to an electrocardiogram waveform, an arterial pressure waveform, etc. The contraction timing can be accurately controlled.

さらに加えて、本実施形態では、可動部22A、22Bの軸方向の位置を検出する位置センサ25A、25Bを備え、ポンピング制御部50が、前述のトリガ入力信号に基づく目標駆動圧変化に追従させるよう、位置センサ25A、25Bで検出された位置に基づいて、複数のリニアアクチュエータ30A、30Bをフィードバック制御する構成とすることで、振動を低減しつつ、バルーン1の動作を制御することができる。 Furthermore, in this embodiment, position sensors 25A and 25B are provided to detect the axial positions of the movable parts 22A and 22B, and the pumping control unit 50 causes the pumping control unit 50 to follow the target drive pressure change based on the aforementioned trigger input signal. By configuring the plurality of linear actuators 30A and 30B to be feedback-controlled based on the positions detected by the position sensors 25A and 25B, the operation of the balloon 1 can be controlled while reducing vibrations.

(第2実施形態)
図8は、本発明の第2実施形態に係るバルーンポンピング駆動装置の要部構成を示している。なお、以下の各実施形態は、ガス供給系や補充制御系等の構成が第1実施形態と同様のものであるので、以下、主に各実施形態の第1実施形態との相違点について説明する。
(Second embodiment)
FIG. 8 shows a main part configuration of a balloon pumping drive device according to a second embodiment of the present invention. Note that the configurations of the gas supply system, replenishment control system, etc. in each of the following embodiments are similar to those of the first embodiment, so the differences between each embodiment and the first embodiment will be mainly explained below. do.

図8に示すように、本実施形態のバルーンポンピング駆動装置80は、所定容積のバルーン1に接続されるガス圧力室81を形成する圧力容器82と、ガス圧力室81内のガス、例えばヘリウムガスに外部気圧より高圧な陽圧および外部気圧より低圧な陰圧を交互に印加することができるポンピング駆動機構13と、を具備している。 As shown in FIG. 8, the balloon pumping drive device 80 of this embodiment includes a pressure vessel 82 forming a gas pressure chamber 81 connected to a balloon 1 of a predetermined volume, and a gas in the gas pressure chamber 81, such as helium gas. A pumping drive mechanism 13 is provided which can alternately apply a positive pressure higher than the external atmospheric pressure and a negative pressure lower than the external atmospheric pressure to the external atmospheric pressure.

同図に示すように、第2実施形態では、第1実施形態のように可動部をベローズ24と一体化して操作圧力室とガス圧力室11を一体化するのではなく、ダイアフラム状の可動部の内外にガス圧力室と操作流体の圧力室とを別々に画成している。 As shown in the figure, in the second embodiment, the movable part is not integrated with the bellows 24 to integrate the operation pressure chamber and the gas pressure chamber 11 as in the first embodiment, but a diaphragm-shaped movable part is used. A gas pressure chamber and an operating fluid pressure chamber are separately defined inside and outside the chamber.

すなわち、圧力容器82は、まず、内周部が円環板状をなす環状の固定部91と、その固定部91の両面側に結合されたそれぞれの弾性膜材からなる一方および他方のダイアフラム92A、92B(可動部)とによって、ポンピング駆動機構13の作動停止状態で固定部91の内径および厚さに対応する所定容積の略円板状のガス圧力室81が画成されるようになっている。 That is, the pressure vessel 82 first includes an annular fixing part 91 whose inner periphery is in the shape of an annular plate, and one and the other diaphragms 92A each made of an elastic membrane material coupled to both surfaces of the fixing part 91. , 92B (movable part) define a substantially disk-shaped gas pressure chamber 81 having a predetermined volume corresponding to the inner diameter and thickness of the fixed part 91 when the pumping drive mechanism 13 is inactive. There is.

また、固定部91の両面側には、第1実施形態の一方および他方の可動部22A、22Bと同様の操作用可動部96A、96B(圧力伝達要素)が装着されており、一方および他方のダイアフラム92A、92Bと、一方および他方の操作用可動部96A、96B(以下、単に操作用可動部96ともいう)とによって、ガス圧力室81の両側に一対の容積可変の操作圧力室83A、83Bが画成されている。 Further, on both sides of the fixed part 91, operating movable parts 96A and 96B (pressure transmission elements) similar to the one and the other movable parts 22A and 22B of the first embodiment are attached. A pair of variable volume operation pressure chambers 83A, 83B are formed on both sides of the gas pressure chamber 81 by the diaphragms 92A, 92B and one and the other movable operation parts 96A, 96B (hereinafter also simply referred to as the operation movable parts 96). is defined.

その他の構成は、第1実施形態と同様である。 The other configurations are the same as those in the first embodiment.

本実施形態においても、第1実施形態と同様に、バルーンポンピングのための十分な推力と高応答性を有する構成の簡素なバルーンポンピング駆動装置を提供することができる。 In this embodiment as well, similarly to the first embodiment, it is possible to provide a simple balloon pumping drive device having a sufficient thrust force and high responsiveness for balloon pumping.

また、本実施形態では、操作用可動部96A、96Bが一方および他方の出力軸31の変位に応じた流体の圧力を駆動操作力としてダイアフラム92A、92Bに受圧させる構成となっているので、圧力容器82の可動部を可撓性もしくは弾性変形可能な膜体であるダイアフラム92A、92Bで構成しつつ、その可動部にポンピング駆動機構13からの所要の駆動操作力を迅速・的確に伝達できることになる。 In addition, in this embodiment, the operation movable parts 96A and 96B are configured to cause the diaphragms 92A and 92B to receive the pressure of the fluid corresponding to the displacement of one and the other output shafts 31 as driving operation force. While the movable part of the container 82 is configured with diaphragms 92A and 92B, which are flexible or elastically deformable membrane bodies, the required driving force from the pumping drive mechanism 13 can be quickly and accurately transmitted to the movable part. Become.

さらに、ガス圧力室81の容積を小さく抑えることができるとともに、ダイアフラム92A、92Bを装着した固定部91の形状によりガス圧力室81の容積を容易に変更可能となり、ガス充填や入れ替えの容易化も図ることができる。 Furthermore, the volume of the gas pressure chamber 81 can be kept small, and the volume of the gas pressure chamber 81 can be easily changed due to the shape of the fixing part 91 to which the diaphragms 92A and 92B are attached, making gas filling and replacement easier. can be achieved.

加えて、本実施形態においては、圧力容器82の固定部91が可動部であるダイアフラム92A、92Bを往復動可能に支持するとともに、各ダイアフラム92Aまたは92Bが、一方および他方の出力軸31の変位に応じた流体の圧力を受圧する可動の受圧面92eを有している。したがって、各ダイアフラム92A、92Bは、操作圧力室83A、83B内の操作圧力とガス圧力室81の内圧との差圧に応じて変形させることができる。その結果、圧力容器82の固定部91(円環板状部分)の内径や板厚に応じてバルーン1に連通する二次側のガス圧力室81の容積を必要十分に抑えつつ、一次側の駆動操作用の操作圧力室83A、83B内の陽圧や陰圧をガス圧力室81に迅速・的確に伝達し、かつ、心臓の拍動等に対応する所要の収縮時間や膨張時間に亘って十分な陽圧や陰圧を印加し続けることができる。 In addition, in this embodiment, the fixed part 91 of the pressure vessel 82 supports the diaphragms 92A and 92B, which are movable parts, so as to be able to reciprocate, and each diaphragm 92A or 92B can control the displacement of one and the other output shaft 31. It has a movable pressure receiving surface 92e that receives fluid pressure according to the pressure. Therefore, each diaphragm 92A, 92B can be deformed according to the pressure difference between the operating pressure in the operating pressure chambers 83A, 83B and the internal pressure of the gas pressure chamber 81. As a result, the volume of the gas pressure chamber 81 on the secondary side communicating with the balloon 1 is suppressed as necessary and sufficient according to the inner diameter and plate thickness of the fixed part 91 (annular plate-shaped part) of the pressure vessel 82, while the volume of the gas pressure chamber 81 on the primary side The positive pressure and negative pressure in the operation pressure chambers 83A and 83B for drive operation are quickly and accurately transmitted to the gas pressure chamber 81, and the necessary contraction and expansion times corresponding to heart beats, etc. Sufficient positive pressure or negative pressure can be continuously applied.

(第3実施形態)
図9は、本発明の第3実施形態に係るバルーンポンピング駆動装置の要部構成を示している。
(Third embodiment)
FIG. 9 shows the main part configuration of a balloon pumping drive device according to a third embodiment of the present invention.

図9に示すように、本実施形態のバルーンポンピング駆動装置110は、所定容積のバルーン1に接続されるガス圧力室111を形成する容積可変の圧力容器112と、ガス圧力室111内のガスに陽圧および陰圧を交互に印加することができるポンピング駆動機構13と、を具備している。 As shown in FIG. 9, the balloon pumping drive device 110 of this embodiment includes a variable volume pressure vessel 112 that forms a gas pressure chamber 111 connected to a balloon 1 of a predetermined volume, and a A pumping drive mechanism 13 that can alternately apply positive pressure and negative pressure is provided.

同図に示すように、第3実施形態では、圧力容器112が、円環板状の固定部121と、これと一体のシリンダ122と、シリンダ122内に摺動可能に収納されつつ互いに対向する一対のピストン123A、123Bとによって構成されている。 As shown in the figure, in the third embodiment, a pressure vessel 112 includes an annular plate-shaped fixing part 121 and a cylinder 122 integrated therewith, which are slidably accommodated in the cylinder 122 and face each other. It is composed of a pair of pistons 123A and 123B.

また、一対のピストン123A、123Bは、図9中の下半部に示すピストン123Bのように平坦な固定の受圧面123eを有するものであってもよいし、図9中の上半部に示すピストン123Aのように凹状のピストンヘッド本体部123hの開口縁部分にダイアフラム123dを装着し、ガス圧力室111の一定以上の内圧変化に応じてダイアフラム123dが変形し得るようにしてもよい。 Further, the pair of pistons 123A and 123B may have a flat fixed pressure receiving surface 123e like the piston 123B shown in the lower half of FIG. A diaphragm 123d may be attached to the opening edge of a concave piston head main body 123h like the piston 123A, so that the diaphragm 123d can be deformed in response to a change in the internal pressure of the gas pressure chamber 111 above a certain level.

前者の場合、ピストン123Bが本発明にいう可動部となり、後者の場合、ピストン123Aおよびそのダイアフラム123dが可動部となる。 In the former case, the piston 123B serves as the movable part according to the present invention, and in the latter case, the piston 123A and its diaphragm 123d serve as the movable part.

本実施形態においても、第1実施形態と同様に、バルーンポンピングのための十分な推力と高応答性を有する構成の簡素なバルーンポンピング駆動装置を提供することができる。 In this embodiment as well, similarly to the first embodiment, it is possible to provide a simple balloon pumping drive device having a sufficient thrust force and high responsiveness for balloon pumping.

また、本実施形態では、圧力容器112の固定部121がシリンダ状に形成されるとともに、圧力容器112の可動部がピストン123A、123Bで構成されているので、操作用圧力の応答性を高めることができる。 Further, in this embodiment, the fixed part 121 of the pressure vessel 112 is formed in a cylindrical shape, and the movable part of the pressure vessel 112 is composed of pistons 123A and 123B, so that the responsiveness of the operating pressure can be improved. I can do it.

(第4実施形態)
図10は、本発明の第4実施形態に係るバルーンポンピング駆動装置の要部構成を示している。
(Fourth embodiment)
FIG. 10 shows the main part configuration of a balloon pumping drive device according to a fourth embodiment of the present invention.

図10に示すように、本実施形態のバルーンポンピング駆動装置130は、所定容積のバルーン1に接続されるガス圧力室131を形成する容積可変の圧力容器132と、ガス圧力室131内のガスに陽圧および陰圧を交互に印加することができるポンピング駆動機構13と、を具備している。 As shown in FIG. 10, the balloon pumping drive device 130 of this embodiment includes a variable volume pressure vessel 132 forming a gas pressure chamber 131 connected to a balloon 1 of a predetermined volume, and a A pumping drive mechanism 13 that can alternately apply positive pressure and negative pressure is provided.

同図に示すように、本実施形態では、圧力容器132が、内周部が円環板状をなす円環板状の固定部141と、その固定部141の両面側に結合されたそれぞれの弾性膜材からなる一方および他方のダイアフラム142A、142B(可動部)とによって、ポンピング駆動機構13の作動停止状態で固定部141の内径および厚さに対応する所定容積の略円板状のガス圧力室131が画成されるようになっている。 As shown in the figure, in the present embodiment, the pressure vessel 132 includes a fixing part 141 having an annular plate shape and an annular plate-shaped inner circumferential part, and a plurality of fixing parts connected to both sides of the fixing part 141. One and the other diaphragms 142A and 142B (movable parts) made of an elastic membrane material generate a substantially disc-shaped gas pressure of a predetermined volume corresponding to the inner diameter and thickness of the fixed part 141 when the pumping drive mechanism 13 is inactive. A chamber 131 is defined.

また、固定部141の両面側には、一方および他方の操作用可動部146A、146B(圧力伝達要素)が装着されており、一方および他方のダイアフラム142A、142B(可動部)と、一方および他方の操作用可動部146A、146Bとによって、ガス圧力室131の両側に一対の容積可変の操作圧力室133A、133Bが画成されている。 Furthermore, movable parts 146A and 146B (pressure transmission elements) for operation of one and the other are attached to both sides of the fixed part 141, and diaphragms 142A and 142B (movable part) of one and the other are connected to each other. A pair of variable volume operation pressure chambers 133A, 133B are defined on both sides of the gas pressure chamber 131 by the operation movable parts 146A, 146B.

ここで、操作用可動部146A、146Bは、固定部141と一体のシリンダ147と、シリンダ147内に摺動可能に収納されつつ互いに対向する一対のピストン143A、143Bと、によって構成されている。 Here, the operating movable parts 146A, 146B are constituted by a cylinder 147 that is integrated with the fixed part 141, and a pair of pistons 143A, 143B that are slidably housed in the cylinder 147 and face each other.

本実施形態においても、第1実施形態と同様に、バルーンポンピングのための十分な推力と高応答性を有する構成の簡素なバルーンポンピング駆動装置を提供することができる。 In this embodiment as well, similarly to the first embodiment, it is possible to provide a simple balloon pumping drive device having a sufficient thrust force and high responsiveness for balloon pumping.

また、本実施形態では、圧力容器132の固定部141およびシリンダ147がシリンダ状に形成されるとともに、圧力容器132の可動部がダイアフラム142A、142Bで構成されているので、各ダイアフラム142A、142Bは、一対の操作圧力室133A、133B内の操作圧力とガス圧力室131の内圧との差圧に応じて変形させることができる。その結果、圧力容器132の固定部141(円環板状部分)の内径や板厚に応じてバルーン1に連通する二次側のガス圧力室131の容積を必要十分に抑えつつ、一次側の駆動操作用の操作圧力室133A、133B内の陽圧や陰圧をガス圧力室131に迅速・的確に伝達し、かつ、心臓の拍動等に対応する所要の収縮時間や膨張時間に亘って十分な陽圧や陰圧を印加し続けることができる。 Further, in this embodiment, the fixed part 141 and the cylinder 147 of the pressure vessel 132 are formed in a cylindrical shape, and the movable part of the pressure vessel 132 is composed of the diaphragms 142A and 142B. , can be deformed according to the pressure difference between the operating pressure in the pair of operating pressure chambers 133A and 133B and the internal pressure of the gas pressure chamber 131. As a result, the volume of the gas pressure chamber 131 on the secondary side communicating with the balloon 1 is suppressed as necessary and sufficient according to the inner diameter and plate thickness of the fixed part 141 (annular plate-shaped part) of the pressure vessel 132, while the volume of the gas pressure chamber 131 on the primary side The positive pressure and negative pressure in the operating pressure chambers 133A and 133B for drive operation are quickly and accurately transmitted to the gas pressure chamber 131, and the pressure is maintained over the required contraction and expansion times corresponding to heart beats, etc. Sufficient positive pressure or negative pressure can be continuously applied.

なお、リニアアクチュエータの構成は、前述の各実施形態において例示した具体的な構成に限定されるものでない。たとえば、運動変換機構(例えばラックピニオン)と回転アクチュエータの組み合わせで、出力軸を直動させるようなことも考えられる。すなわち、ここにいうリニアアクチュエータは、出力軸が軸方向に往復直線運動するものであればよい。ただし、小型化に好適なものが好ましい。 Note that the configuration of the linear actuator is not limited to the specific configurations exemplified in each of the above-described embodiments. For example, it is conceivable to move the output shaft in a linear manner using a combination of a motion conversion mechanism (for example, a rack and pinion) and a rotary actuator. That is, the linear actuator referred to herein may be one in which the output shaft makes reciprocating linear motion in the axial direction. However, it is preferable to use one that is suitable for miniaturization.

また、前述の各実施形態においては、2つの位置センサ25A、25Bは、2つの可動部22A、22Bの可動板23A、23Bの位置を検出するものとしたが、位置センサとして、出力軸31の位置を検出するものを設け、それによって検出された位置に基づいて、リニアアクチュエータ30A、30Bをフィードバック制御するようにしてもよい。 Furthermore, in each of the above-described embodiments, the two position sensors 25A and 25B detect the positions of the movable plates 23A and 23B of the two movable parts 22A and 22B. A device for detecting the position may be provided, and the linear actuators 30A and 30B may be feedback-controlled based on the detected position.

さらに、前述の各実施形態では、一対のリニアアクチュエータ30A、30Bのそれぞれの駆動コイル部33におけるインナーコア36の両端面に各一対の短冊状の磁極面を有する永久磁石を2個1組で配置していたが、往復動方向に隣り合う磁極面を、N極とS極の2つでなく、N、S、N極の3極面、あるいはS、N、S極の3極面か、それ以上の磁極面が往復方向に並列するものとしてもよい。 Furthermore, in each of the above-described embodiments, two permanent magnets each having a pair of strip-shaped magnetic pole surfaces are arranged on both end surfaces of the inner core 36 in each drive coil section 33 of the pair of linear actuators 30A, 30B. However, the magnetic pole surfaces that are adjacent to each other in the reciprocating direction are not two, N and S poles, but three pole surfaces of N, S, and N poles, or three pole surfaces of S, N, and S poles. More magnetic pole surfaces may be arranged in parallel in the reciprocating direction.

また、さらに、前述の各実施形態では、一対のリニアアクチュエータ30A、30Bは、いわゆる可動コイル型のリニアアクチュエータとして構成していたが、他のタイプのリニアアクチュエータで構成してもよく、たとえば、いわゆる可動磁石型のリニアアクチュエータやいわゆる可動鉄心型のリニアアクチュエータを用いることができる。 Further, in each of the above-described embodiments, the pair of linear actuators 30A and 30B are configured as so-called moving coil type linear actuators, but they may be configured with other types of linear actuators, for example, so-called A moving magnet type linear actuator or a so-called moving iron core type linear actuator can be used.

復帰板ばね38や軸受39等の有無、形状および配置数等が任意であることはいうまでもない。また、べローズに代えて筒状や球状の中空ゴム様弾性体を採用できるのも勿論である。 It goes without saying that the presence or absence, shape, number of arrangement, etc. of the return leaf spring 38, bearing 39, etc. are arbitrary. Furthermore, it goes without saying that a hollow rubber-like elastic body in the form of a cylinder or a sphere can be used instead of the bellows.

以上説明したように、本発明は、バルーンポンピングのための十分な推力と高応答性を有する構成の簡素なバルーンポンピング駆動装置を提供することができるものであり、補助循環法による循環器系の機能補助装置の駆動に好適な医療用のバルーンポンピング駆動装置全般に有用である。 As explained above, the present invention can provide a simple balloon pumping drive device having sufficient thrust and high responsiveness for balloon pumping, and can improve the cardiovascular system by using an auxiliary circulation method. It is useful for all medical balloon pump drive devices suitable for driving functional auxiliary devices.

1 バルーン
10、80、110、130 バルーンポンピング駆動装置
11、81、111、131 ガス圧力室
12、82、112、132 圧力容器
13 ポンピング駆動機構
21、91、121、141 固定部
22、22A、22B 可動部
23 可動板
23a、92e、123e 受圧面
24 ベローズ
25A、25B 位置センサ
30、30A、30B リニアアクチュエータ
31 出力軸
31a 先端部(圧力伝達要素)
33 駆動コイル部
36 インナーコア
37A、37B コイル
41、42 永久磁石
45 アウターコア
45a 突条部
50 ポンピング制御部
51 ガス供給源
53 第1電磁切換弁
55 第2電磁切換弁
56 ペルチェ素子(熱電素子)
58、61 圧力センサ
60 補充制御部
71 血圧変動測定器
72 心電計測器
83A、83B、133A、133B 操作圧力室
92A、92B、123d、142A、142B ダイアフラム
96、96A、96B、146A、146B 操作用可動部
122、147 シリンダ
123A、123B、143A、143B ピストン
Ms1、Ms2 駆動制御信号
Pvs 血圧変動信号
Pts 心電波形信号
1 Balloon 10, 80, 110, 130 Balloon pumping drive device 11, 81, 111, 131 Gas pressure chamber 12, 82, 112, 132 Pressure vessel 13 Pumping drive mechanism 21, 91, 121, 141 Fixed part 22, 22A, 22B Movable part 23 Movable plate 23a, 92e, 123e Pressure receiving surface 24 Bellows 25A, 25B Position sensor 30, 30A, 30B Linear actuator 31 Output shaft 31a Tip part (pressure transmission element)
33 Drive coil section 36 Inner core 37A, 37B Coil 41, 42 Permanent magnet 45 Outer core 45a Projection section 50 Pumping control section 51 Gas supply source 53 First electromagnetic switching valve 55 Second electromagnetic switching valve 56 Peltier element (thermoelectric element)
58, 61 Pressure sensor 60 Replenishment control unit 71 Blood pressure fluctuation measuring device 72 Electrocardiogram measuring device 83A, 83B, 133A, 133B Operation pressure chamber 92A, 92B, 123d, 142A, 142B Diaphragm 96, 96A, 96B, 146A, 146B For operation Movable parts 122, 147 Cylinder 123A, 123B, 143A, 143B Piston Ms1, Ms2 Drive control signal Pvs Blood pressure fluctuation signal Pts Electrocardiographic waveform signal

Claims (6)

バルーンに接続されるガス圧力室を形成するとともに少なくとも一部の可動部が残部の固定部に対し相対変位可能な容積可変の圧力容器と、
前記ガス圧力室内のヘリウムガスに前記可動部を介して陽圧および陰圧を印加するポンピング駆動機構と、を備えたバルーンポンピング駆動装置であって、
前記ポンピング駆動機構が、前記圧力容器を挟んで互いに接近および離隔可能に対向配置された一方および他方の出力軸を有する複数のリニアアクチュエータを有し、前記一方および他方の出力軸の変位に応じた駆動操作力を前記可動部に伝達して前記ガス圧力室内に前記陽圧および陰圧を発生させるように構成されていることを特徴とするバルーンポンピング駆動装置。
a variable volume pressure vessel that forms a gas pressure chamber connected to the balloon and in which at least a part of the movable part is movable relative to the remaining fixed part;
A balloon pumping drive device comprising: a pumping drive mechanism that applies positive pressure and negative pressure to helium gas in the gas pressure chamber via the movable part,
The pumping drive mechanism includes a plurality of linear actuators having one and the other output shafts that are arranged opposite to each other so as to be able to approach and separate from each other with the pressure vessel in between, and the pumping drive mechanism has a plurality of linear actuators that have one and the other output shafts that are arranged opposite to each other so as to be able to approach and separate from each other, and the pumping drive mechanism has a plurality of linear actuators that are arranged to face each other so as to be able to approach and separate from each other with the pressure vessel in between. A balloon pumping drive device, characterized in that the drive operation force is transmitted to the movable part to generate the positive pressure and negative pressure in the gas pressure chamber.
前記ポンピング駆動機構が、前記一方および他方の出力軸の変位に応じた流体の圧力を前記駆動操作力として前記可動部に受圧させる圧力伝達要素を有することを特徴とする請求項1に記載のバルーンポンピング駆動装置。 The balloon according to claim 1 , wherein the pumping drive mechanism includes a pressure transmission element that causes the movable part to receive fluid pressure according to the displacement of the one output shaft and the other output shaft as the drive operation force. Pumping drive. 記圧力容器と前記一方および他方の出力軸との間に介装されるとともに、前記ヘリウムガスを収容する前記ガス圧力室としての少なくとも1つの操作圧力室を画成する一方および他方のベローズを有しており、
前記一方および他方のベローズの一端部がそれぞれ前記圧力容器の前記固定部に結合されて前記圧力容器により閉止される一方、前記一方および他方のベローズの他端部がそれぞれ閉止されつつ前記一方および他方の出力軸によって可動に支持されていることを特徴とする請求項に記載のバルーンポンピング駆動装置。
One and the other bellows are interposed between the pressure vessel and the one and the other output shafts and define at least one operating pressure chamber as the gas pressure chamber containing the helium gas . has,
One ends of the one and the other bellows are respectively coupled to the fixing part of the pressure vessel and closed by the pressure vessel, while other ends of the one and the other bellows are respectively closed and the one and the other bellows are closed. The balloon pumping drive device according to claim 1 , wherein the balloon pumping drive device is movably supported by an output shaft.
前記圧力容器の前記固定部が、少なくとも前記ガス圧力室側に円環板状部分を有するとともに、前記圧力容器の前記可動部が前記固定部の前記円環板状部分の両面側にそれぞれ支持された一方および他方のダイアフラムを有することを特徴とする請求項1に記載のバルーンポンピング駆動装置。 The fixed part of the pressure vessel has an annular plate-shaped part at least on the gas pressure chamber side, and the movable part of the pressure vessel is supported on both sides of the annular plate-shaped part of the fixed part. 2. The balloon pumping drive device of claim 1, further comprising one diaphragm and one diaphragm. 前記ポンピング駆動機構の前記複数のリニアアクチュエータを、所定の入力信号に従って、前記一方および他方の出力軸を同一軸線上で互いに逆方向に駆動し、両出力軸の接近および離隔により前記ガス圧力室内の前記ヘリウムガスに前記可動部を介して陽圧および陰圧を印加するポンピング制御部を有することを特徴とする請求項1ないしのいずれか一項に記載のバルーンポンピング駆動装置。 In accordance with a predetermined input signal, the plurality of linear actuators of the pumping drive mechanism drive the one and the other output shafts on the same axis in mutually opposite directions, and as the two output shafts approach and separate from each other, the pressure inside the gas pressure chamber increases. The balloon pumping drive device according to any one of claims 1 to 4 , further comprising a pumping control section that applies positive pressure and negative pressure to the helium gas via the movable section. 前記可動部及び前記出力軸のうち少なくとも何れかの位置を検出する位置センサをさらに備え、
前記ポンピング制御部が、前記位置センサで検出された前記位置に基づいて、前記複数のリニアアクチュエータをフィードバック制御することを特徴とする請求項に記載のバルーンポンピング駆動装置。
further comprising a position sensor that detects the position of at least one of the movable part and the output shaft,
The balloon pumping drive device according to claim 5 , wherein the pumping control section performs feedback control of the plurality of linear actuators based on the position detected by the position sensor.
JP2020064766A 2020-03-31 2020-03-31 Balloon pumping drive device Active JP7419933B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020064766A JP7419933B2 (en) 2020-03-31 2020-03-31 Balloon pumping drive device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020064766A JP7419933B2 (en) 2020-03-31 2020-03-31 Balloon pumping drive device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021159394A JP2021159394A (en) 2021-10-11
JP7419933B2 true JP7419933B2 (en) 2024-01-23

Family

ID=78004172

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020064766A Active JP7419933B2 (en) 2020-03-31 2020-03-31 Balloon pumping drive device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7419933B2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003278652A (en) 2002-03-22 2003-10-02 Sumitomo Heavy Ind Ltd Linear motor drive type compressor and refrigerating machine therewith
JP2006280156A (en) 2005-03-30 2006-10-12 Aisin Seiki Co Ltd Linear motor, linear compressor using the same, and cold accumulating refrigerator
JP2013508094A (en) 2009-10-22 2013-03-07 ニューパルス, インク. Aortic balloon pump and drive device
US20140088499A1 (en) 2012-09-21 2014-03-27 Merit Medical Systems, Inc. Inflation devices and methods of use thereof

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3641865B2 (en) * 1995-12-27 2005-04-27 日本ゼオン株式会社 Medical device drive
US5720415A (en) * 1996-04-02 1998-02-24 American Medical Systems, Inc. Apparatus for delivering fluid at a controlled rate and pressure

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003278652A (en) 2002-03-22 2003-10-02 Sumitomo Heavy Ind Ltd Linear motor drive type compressor and refrigerating machine therewith
JP2006280156A (en) 2005-03-30 2006-10-12 Aisin Seiki Co Ltd Linear motor, linear compressor using the same, and cold accumulating refrigerator
JP2013508094A (en) 2009-10-22 2013-03-07 ニューパルス, インク. Aortic balloon pump and drive device
US20140088499A1 (en) 2012-09-21 2014-03-27 Merit Medical Systems, Inc. Inflation devices and methods of use thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021159394A (en) 2021-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6035590B2 (en) Actuator device, humanoid robot and power assist device
KR100504319B1 (en) Linear compressor
US5089016A (en) Blood pump
TWI513894B (en) Double coupling reciprocating pump
US5346458A (en) Electrohydraulic energy converter for cardiac assist devices and artificial hearts
EP1621129A1 (en) Air pump, living body pressurization air intake and exhaust device, and electronic sphygmomanometer
CN100418470C (en) Air pump, pump system, electronic blood pressure monitor, and massager
JPH084619B2 (en) Blood pump device
JP7419933B2 (en) Balloon pumping drive device
JP6163646B2 (en) Actuator device, humanoid robot and power assist device
EP3136572A1 (en) Actuator, air pump, beauty treatment device, and laser scanning device
CN115143069A (en) Pump system and electronic device
JPS63199965A (en) Rodless cylinder
CN217976812U (en) Fluid actuator
JP6452802B2 (en) Linear actuator and method for operating the linear actuator
JPS63308201A (en) Rodless cylinder
US20230147348A1 (en) Pump control device and pump control system
US11191946B2 (en) Implantable blood pumps comprising a linear bearing
CN114367032B (en) Flexible diaphragm, electromagnetic driving bag type artificial heart and control method
JP5667528B2 (en) Exhaust valve of automatic blood pressure measuring device
JP2004092406A (en) Stirling engine
EP0128197B1 (en) Pump actuator
JPS62227364A (en) Auxiliary circulation machinery driving apparatus
WO2023069660A1 (en) Implantable electromagnetic pumps
Kaufmann et al. Artificial heart with a highly efficient and sensorless fuzzy-controlled energy converter

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220912

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20221007

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20221012

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230524

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230530

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20230724

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230926

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20231212

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20231225

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7419933

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150