JP7426753B2 - 体外血液ポンプのためのモータ、体外血液ポンプ、および体外血液ポンプシステム - Google Patents

Description

本開示は、一般に、医療器具の分野に関する。より詳細には、本開示は、体外血液ポンプ用モータ、そのモータを含む体外血液ポンプ、およびその体外血液ポンプと制御ホストとを含む体外血液ポンプシステムに関する。

［背景技術］
心臓が血液を送り出す機能を失った場合（停止した心臓の手術、急性心原性ショックなど）、心臓に代わって血液ポンプが用いられ、人体の血液循環の維持が補助されることがある。血液ポンプは、その埋込性や臨床的用途により、埋め込み型血液ポンプと体外血液ポンプに分類されることがある。体内埋め込み型血液ポンプは、患者の体内に埋め込んで一時的または長期的に体内の血液循環を維持することができ、主に末期心不全患者の移植代替治療に使用される。体外血液ポンプは、体外で使用することにより、より少ない外傷で経過的な生命維持や治療を行うことができる。

図１に示すように、体外血液ポンプシステム全体は、典型的には、ポンプヘッド１と、ポンプヘッド１を駆動するためのモータ２と、モータ２を制御するための制御ホスト３と、ポンプヘッド１と患者５との間の血液連絡を可能にするためのパイプ４と、を含む。モータ２と制御ホスト３とは、再利用可能な機器であり、ポンプヘッド１とパイプ４とは、血液と接触する使い捨ての物品である。

ポンプヘッド１は、その内部にインペラを備え、液体を移動させるための回転などの機械的な動きによって血液の流れを促進し、心臓が血液の循環を維持するのを補助または代替するようにしたものである。

モータ２は、その内部にアクチュエータが設けられている。アクチュエータは、電磁界を誘導することによって力を発生させることができるコイルであってもよいし、他の形態の力発生器であってもよく、モータ２が磁気カップリングまたは直接駆動によってポンプヘッド１内のインペラを回転駆動することができるようにすることができる。ポンプヘッド１内のインペラを回転駆動するために、モータ２の内部には、典型的には、接触型機械軸受、アクティブまたはパッシブ磁気懸垂軸受、または他の形式の懸垂軸受がさらに含まれる。

制御ホスト３は、システムコントローラおよびユーザインタフェースを含んでもよい。システムコントローラは、体外血液ポンプシステム全体の中核として、モータの動作、ユーザインタフェースの表示、データ処理および電力管理を制御し、クリニックが必要とする様々な警報およびプロンプト機能を実行するために使用される。ユーザインタフェースは、入力構成要素６とディスプレイ７とを含むことができる。入力構成要素６は、ユーザがモータを制御したり、他の機能を実行するための入力操作を行うために用いられ、ディスプレイ７は、患者５の重要な血行動態パラメータ（血圧、流量など）やアラーム情報を表示するために用いてもよい。

制御ホスト３は、外部のＡＣ電源と接続される必要がある。場合によっては、無停電電源装置（例えば、充電式電池のようなＤＣ電源）を制御ホスト３内に設けてもよい。ＡＣまたはＤＣ電源装置は、システムコントローラと接続し、システムコントローラを介して制御ホスト自体および／またはモータに電力を供給するようにしてもよい。

使用時には、ポンプヘッド１とパイプ４をカニューレを介して患者の循環系に接続し、医療スタッフが制御ホスト３のユーザインタフェースを操作して補助モードと程度を設定し、制御ホスト３は設定された補助モードと程度に従って対応する制御信号をモータ２に送信し、モータ２を制御して対応する動作を行わせる。

しかしながら、現在の体外血液ポンプ装置では、制御ホスト３が故障しやすく、制御ホスト３とモータ２との間で通信障害がしばしば発生し、体外血液ポンプ装置全体の正常動作が不能となり、患者の生命に危険が及ぶことが実際に判明している。このことから、現状では、コントロールホスト３とモータ２を一式交換することしか対策がない（使用中に故障が発生した場合、正確な故障原因の把握は一般的に困難であり、緊急性が高いため、コントロールホスト３とモータを一式交換することしか対策はない）。リスクコントロールの観点からは、このような対策は、コントロールホストとモータのバックアップを常時用意する必要があることを意味する。これは、体外血液ポンプの臨床的使用を制限するだけでなく（例えば、通常、救急車内に２組の制御ホストを配置する余地はない）、交換作業中に患者が死亡する危険性を高め、体外血液ポンプの使用コストを増加させるものである。

本開示の目的の１つは、上記の問題の１つ以上を解決し、他の追加の利点を実現することである。

本開示の第１の態様では、体外血液ポンプ用モータが提供される。体外血液ポンプ用モータは、ハウジングと、ハウジング内に位置し、体外血液ポンプのポンプヘッド内のインペラを駆動するために用いられるアクチュエータと、ハウジング内に位置する少なくとも１つのセンサと、ハウジング内に位置し、モータの動作を制御するために用いられるモータ駆動制御アセンブリとを備えてもよい。

本開示の一実施形態によれば、モータ駆動制御アセンブリは、センサ相互作用回路およびモータコントローラを備えてもよく、センサ相互作用回路は、センサから感知信号を受信し、感知信号をモータコントローラに送信し、モータコントローラは、受信した感知信号に基づいて、アクチュエータに対応する制御信号を送信する。

本開示の一実施形態によれば、モータ駆動制御アセンブリは、モータコントローラからの制御信号を増幅し、次に増幅された制御信号をアクチュエータに送信する増幅器をさらに含んでもよい。

本開示の実施形態によれば、モータは、ハウジングに一体化されたバックアップ電源をさらに含んでもよく、バックアップ電源は、外部電源の故障時にモータの正常動作を維持するためにモータ駆動制御アセンブリおよびアクチュエータに電力を供給する。

本開示の一実施形態によれば、モータ駆動制御アセンブリは、回路基板に一体化されてもよい。

本開示の一実施形態によれば、回路基板は、一体構造として構成されてもよい。

本開示の実施形態によれば、回路基板は、円形、長方形、または不定形な形状でアクチュエータの周囲に配置されてもよい。

本開示の一実施形態によれば、回路基板は、アクチュエータの周囲に垂直方向または水平方向に配置されてもよい。

本開示の一実施形態によれば、回路基板は、アクチュエータの一方の側に平らに置かれてもよい。

本開示の一実施形態によれば、回路基板は、少なくとも２つの剛体部と、少なくとも２つの剛体部を接続するための接続要素とを含んでもよい。

本開示の実施形態によれば、剛体部の各々は、モータ駆動制御アセンブリの駆動制御機能の一部を実行するために使用されてもよい。

本開示の実施形態によれば、接続要素は、少なくとも２つの剛体部の間で信号および／または電力を送信するためのフレキシブル回路基板として構成されてもよい。

本開示の実施形態によれば、接続要素は、少なくとも２つの剛体部の間で信号および／または電力を送信するための接続プラグとして構成されてもよい。

本開示の一実施形態によれば、接続要素は、モータ駆動制御アセンブリの駆動制御機能の一部を実行するためのフレキシブル回路基板として構成されてもよい。

本開示の実施形態によれば、少なくとも２つの剛体部の各々は、剛体回路基板層と拡張されたフレキシブル回路基板層とを含んでもよく、剛体回路基板層はフレキシブル回路基板層の少なくとも一方の側に配置され、フレキシブル回路基板層は接続素子を介して互いに接続されている。

本開示の実施形態によれば、回路基板は、剛体回路基板層と拡張されたフレキシブル回路基板層とを含んでもよく、剛体回路基板層は、フレキシブル回路基板層の少なくとも一方の側に配置され、回路基板がフレキシブル回路基板層によって曲げられるか折り畳まれるように、互いに分離された２つ以上の剛体部を含む。

本開示の実施形態によれば、拡張されたフレキシブル回路基板層は、信号および／または電力を送信するために使用され、剛体回路基板層は、モータ駆動制御アセンブリの駆動制御機能の一部を実行するために使用されている。

本開示の実施形態によれば、回路基板は、一般的なＵ字形状、または長方形、円形、半円形、または不定形な形状でアクチュエータの周囲に配置されてもよい。

本開示の一実施形態によれば、回路基板は、アクチュエータの一方の側に平らに積層されてもよい。

本開示の一実施形態によれば、モータ駆動制御アセンブリは、トランジスタおよび／または電力集積回路を備えてもよく、トランジスタおよび／または電力集積回路は、回路基板に搭載される。トランジスタおよび／または電力集積回路は、トランジスタおよび／または電力集積回路からの熱がハウジングを通して放散されるように、ハウジングと接触していてもよく、代替的に、回路基板は、トランジスタおよび／または電力集積回路からの熱が回路基板およびハウジングに形成された熱路を通して放散されるように、ハウジングと接触していてもよい。

本開示の実施形態によれば、放熱強化構造は、ハウジングの外側に配置されてもよい。

本開示の一実施形態によれば、放熱強化構造は、少なくとも１つの放熱フィンまたはリブを含んでもよい。

本開示の一実施形態によれば、ハウジングは、Ｔ字型の構造であってもよい。

本開示の一実施形態によれば、ハウジングは、一体に構成されてもよい。

本開示の一実施形態によれば、ハウジングは、複数の構成要素で形成されてもよい。

本開示の実施形態によれば、ハウジングは、第１ハウジングと第２ハウジングとを含み、第２ハウジングの外周は、第１ハウジングの外周より小さくてもよい。

本開示の一実施形態によれば、モータ駆動制御アセンブリは、少なくとも部分的に第２ハウジングに配置されてもよい。

本開示の実施形態によれば、ハウジングは、双方がＴ字型構造を有する第１ハウジングおよび第２ハウジングを含んでもよい。

本開示の一実施形態によれば、センサは、変位センサを含んでもよい。

本開示の一実施形態によれば、センサは、温度センサを含んでもよい。

本開示の実施形態によれば、モータは、インペラのロータを懸垂するための磁気懸垂軸受を有する磁気懸垂モータとして構成されてもよい。

本開示の一実施形態によれば、センサは、ロータの回転速度を感知するための回転変位センサを備えてもよい。

本開示の一実施形態によれば、センサは、ロータの懸垂位置を感知するための軸方向位置および／または変位センサ、および／または半径方向位置および／または変位センサを含む。

本開示の一実施形態によれば、軸方向位置および／または変位センサ、および／または半径方向位置および／または変位センサは、渦電流誘導型位置および／または変位センサである。

本開示の一実施形態によれば、モータは、ユーザインタフェースを含んでもよい。ユーザインタフェースは、入力構成要素および出力構成要素を含んでもよい。

本開示の一実施形態によれば、入力構成要素は、モータの速度調整および／またはモータの起動および停止を実施するための速度設定要素を含んでもよい。

本開示の実施形態によれば、出力構成要素は、ディスプレイ、インジケータ、およびアラームのうちの少なくとも１つを含んでもよい。

本開示の一実施形態によれば、モータは、信号変換器をさらに含んでもよい。

本開示の第２の態様では、体外血液ポンプが提供される。体外血液ポンプは、ポンプヘッドと、本開示による体外血液ポンプ用モータと、を含んでもよい。ポンプヘッドは、ロータを有するインペラを含んでよく、モータは、ロータを介してインペラを回転するように駆動する。

本開示の一実施形態によれば、ポンプヘッドおよびモータは、互いに分離可能に構成されてもよい。

本開示の一実施形態によれば、ポンプヘッドは、２つのハーフシェルを含んでもよい。インペラは、２つのハーフシェルによって形成される内部空間に収容されてもよい。

本開示の第３の態様では、体外血液ポンプシステムが提供される。体外血液ポンプシステムは、制御ホストと、本開示による体外血液ポンプとを含んでもよい。制御ホストは、電力およびコマンド信号を体外血液ポンプに送信するための電力エレクトロニクス回路を含んでもよい。

本開示の一実施形態によれば、制御ホストは、体外血液ポンプのモータと単に１本の接続リードで接続されてもよい。接続リードは、体外血液ポンプのモータに、電力を送信するだけでなく、コマンド信号を送信することもできる。

本開示の追加的および／または他の態様および利点は、以下の説明で述べられるか、または説明から明らかであるか、または本発明の実施を通じて知ることができるであろう。本開示の様々な技術的特徴は、互いに矛盾しない限り、任意に組み合わせることができる。

添付図面と組み合わせた本開示の特定の実施形態の以下の詳細な説明を参照すると、本開示の上述の特徴および利点ならびに他の特徴および利点ならびにそれらの実施手段がより明らかになるであろう。

図１は、先行技術である体外血液ポンプシステムの概略図である。 図２は、本開示の一実施形態に係る体外血液ポンプシステムの概略図である。 図３は、本開示の他の実施形態に係る体外血液ポンプの概略図である。 図４は、本開示の一実施形態に係る体外血液ポンプの具体的な構造を示す。 図５は、図４の体外血液ポンプのポンプヘッドの具体的な構造を示す。 図６ａおよび図６ｂは、本開示の実施形態に係る体外血液ポンプのモータの外観図を示す。 図７は、本開示の実施形態による体外血液ポンプのモータの内部構造を示す概略図であり、「包囲型」モータ駆動制御アセンブリが示されている。 図８は、図７の「包囲型」モータ駆動制御アセンブリの配置を示す。 図９は、本開示の他の実施形態による「包囲型」モータ駆動制御アセンブリの配置を示す。 図１０は、本開示の他の実施形態による「包囲型」モータ駆動制御アセンブリの配置を示す。 図１１は、本開示の他の実施形態による「包囲型」モータ駆動制御アセンブリの配置を示す。 図１２は、本開示の他の実施形態による「包囲型」モータ駆動制御アセンブリの配置を示す。 図１３は、本開示の他の実施形態による「包囲型」モータ駆動制御アセンブリの配置を示す。 図１４は、本開示の実施形態によるモータ駆動制御アセンブリの具体的な構造を示す。 図１５は、本開示の別の実施形態による体外血液ポンプのモータの内部構造を示す概略図であり、「積層型」モータ駆動制御アセンブリが示されている。 図１６は、本開示のさらなる実施形態による体外血液ポンプのモータの内部構造を示す概略図であり、「平置き型」のモータ駆動制御アセンブリが示されている。

図面において、それぞれの参照符号は、それぞれの構成要素を示している。本明細書に記載された実施例は、本発明の例示的な態様を説明するために使用され、これらの実施例は、本開示の範囲をいかなる形でも限定するものとして解釈されるべきではない。

本開示は、本開示のいくつかの実施形態が示されている図面を参照しながら、以下に説明される。しかしながら、本開示は、多くの異なる方法で実施され得、以下に説明される例示的な実施形態に限定されないことが理解されるべきである。実際、以下に説明する実施形態は、本開示をより完全に開示し、当業者に対して本開示の範囲を適切に説明するためのものである。また、本明細書に開示された実施形態は、様々な方法で組み合わせて、多くの追加の実施形態を提供することができることを理解されたい。

説明の目的のために、用語「上」、「下」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「頂部」、「底部」、「横」、「垂直」およびそれらの派生物は、全て本開示の図面における方向に関する。しかしながら、本開示は、特に明確に示されない限り、様々な代替的な変更を採用することができることを理解すべきである。例えば、図面における装置が裏返されるとき、以前に他の特徴の「下」にあるとして説明された特徴は、このとき他の特徴の「上」にあるとして説明されてもよい。また、装置は、他の向き（９０度回転した、または他の向き）であってもよく、相対的な空間関係は、それに対応して変更されることになる。

本明細書で使用される単数形「ａ／ａｎ」および「ｔｈｅ」は、明確に示されない限り、全て複数形を含む。本明細書で使用される「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ」および「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」という語は、特許請求される特徴の存在を示すが、１つ以上の追加の特徴の存在を排除するものではない。本明細書で使用される「および／または」という文言は、記載された関連項目の１つ以上の任意のおよび全ての組み合わせを含む。

本明細書において、ある要素が他の要素に「ある」、「取り付けられて」、「接続される」、「結合される」、「接触する」等と言及される場合、それは他の要素に直接ある、取り付けられている、接続される、結合される、接触することができ、また介在する要素が存在しても構わない。これに対して、ある要素が、他の要素に「直接的にある」、「直接的に取り付けられる」、「直接的に接続される」、「直接的に結合される」、または「直接的に接触する」と言及される場合、介在する要素は存在しない。本明細書において、別の特徴に「隣接して」配置されている特徴への言及は、隣接する特徴に重なる部分、隣接する特徴の上にある部分、または下にある部分を有してもよい。

出願人はこの研究で、体外血液ポンプシステムが確実に作動するかどうかは、モータを制御するのに使用されるモータ駆動制御アセンブリが鍵を握っていることを発見した。

具体的には、先行技術の体外血液ポンプシステムでは、モータの複雑な構造と体積制限のために、モータ駆動制御アセンブリは全て制御ホストに一体化されている。この配置により、制御ホストの制御情報およびＡＣまたはＤＣ電源が便利かつ効果的にモータ駆動制御アセンブリに送信され、その後、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）信号および電力が接続線を通じてモータのアクチュエータに送信される。

しかし、本出願人は、モータ駆動制御アセンブリが制御ホストに一体化されている場合、モータは制御ホストに強く依存することを見出した。制御ホストが故障したり、制御ホストとモータとの間に通信障害が発生すると、モータは運転を停止して体外血液ポンプシステム全体の正常な運転を不能にする。制御ホストは環境保護レベルが低く、過酷な使用条件に遭遇することが多いため、その故障率は体外血液ポンプでは非常に高く、容易にモータの異常動作につながる。

次に、体外血液ポンプのモータには，血液への機械的ダメージを低減するために、アクティブまたはパッシブな磁気懸垂軸受が使用されるようになってきている。従来の接触型機械軸受を用いたモータに比べ、磁気懸垂軸受を用いたモータでは、より多くの自由度制御が行われる必要がある。そのため、より多くのセンサをモータに一体化する必要があり、制御ホストとモータ間の接続線を増やす必要がある。制御ホストとモータ間の接続線を増やすと、接続線の安定性が大幅に低下するため、制御ホストとモータ間の通信障害のリスクが大幅に高まる。

このように、本開示による体外血液ポンプシステムが提供される。図２は、本開示の一実施形態による体外血液ポンプシステムを示す概略図である。体外血液ポンプシステムは、体外血液ポンプ１０と、制御ホスト１１とを含んでもよい。体外血液ポンプ１０は、ポンプヘッド１２と、ポンプヘッド１２を駆動するためのモータ１３とを含んでもよい。制御ホスト１１は、体外血液ポンプ１０のモータ１３を制御するために用いられる。

モータ１３は、モータ１３に一体化されたアクチュエータ１４、センサ１５、およびモータ駆動制御アセンブリ１６を含んでもよい。アクチュエータ１４は、血液の流れを促進するようにポンプヘッド１２のインペラを回転駆動し、その結果、血液の循環を維持するために心臓を補助または代替するために使用される。センサ１５は、モータ１３の制御に必要な情報を感知し、当該情報をモータ駆動制御アセンブリ１６に送信するために用いられる。モータ駆動制御アセンブリ１６は、モータ１３の動作を制御するために用いられる。

本開示による実施形態において、モータ駆動制御アセンブリ１６は、センサ相互作用回路１７と、モータコントローラ１８と、任意選択の増幅器１９とを含んでもよい。モータ駆動制御アセンブリ１６は、モータ１３を閉ループで制御することができる。閉ループ制御中、センサ１５は、感知した情報（インペラの位置、速度および力に関する情報、モータ内の温度に関する情報等）を電気信号の形態でモータ駆動制御アセンブリ１６のセンサ相互作用回路１７に送信する。これらの電気信号は、フィルタリングされ、増幅された後、モータコントローラ１８に送信される。対応するアルゴリズムソフトウェアを有するモータコントローラ１８は、受信した電気信号と目標値とを比較し、対応する制御コマンドを生成する。制御コマンドは、電流、電圧などの形態の制御信号に変換され、制御信号は、増幅器１９によって増幅された後、モータ１３のアクチュエータ１４に送信され、これにより、モータ１３の閉ループ制御が実現され得る。

制御ホスト１１は、システムコントローラ２０およびユーザインタフェース２１を含んでもよい。また、制御ホスト１１は、外部電源の故障時に体外血液ポンプシステムの正常動作を維持するために、制御ホスト１１およびモータ１３に電力を供給するためのバックアップ電源２２を含んでもよい。バックアップ電源２２は、二次電池などの無停電電源装置であってもよい。システムコントローラ２０は、電力電子回路を含んでもよい。電力電子回路は、ＡＣ電力をＤＣ電力に変換し（ＡＣ／ＤＣ変換モジュール）、および／またはパルス幅変調によってＤＣ電力を適切な電圧に変換し（ＤＣ／ＤＣ変換モジュール）、変換後の電力を低帯域幅および高振幅信号の形態でモータ１３のモータ駆動制御アセンブリ１６に送信してもよい。本開示による実施形態では、制御ホスト１１とモータ１３は、単に１つの接続リードによって接続することができる。この接続リードは、電力だけでなく、制御ホスト１１からのコマンド信号もモータ１３に送信することができる。

モータ駆動制御アセンブリ１６をモータ１３に一体化することにより、高帯域幅信号（駆動信号やセンサ信号など）をモータ１３自体で処理し、低帯域幅信号（電力信号やユーザインタフェース信号など）だけを制御ホスト１１で処理することができ、モータ１３の制御ホスト１１への依存度および接続リードの耐干渉性に対する要求が大きく低減される。さらに、モータ駆動制御アセンブリ１６がモータ１３に一体化されていることにより、電力および制御コマンドの送信を達成するために、制御ホスト１１とモータ１３との間で１つの接続リードしか必要とせず、制御ホスト１１とモータ１３との間の通信障害のリスクを大幅に低減でき、したがってモータ１３の異常動作のリスクも低減することが可能である。さらに、制御ホスト１１と比較して、モータ１３は通常、環境保護レベルが高く、通常はより慎重に使用されるので、モータ駆動制御アセンブリ１６をモータ１３に一体化することにより、モータ駆動制御アセンブリ１６を良好に保護することができ、モータ駆動制御アセンブリ１６の誤動作のリスクを大きく低減することができる。

図３は、本開示の他の実施形態による体外血液ポンプ５０を示す概略図である。体外血液ポンプ５０は、ポンプヘッド５１と、ポンプヘッド５１を駆動するためのモータ５２とを含んでもよい。モータ５２は、アクチュエータ５３と、センサ５４と、モータ５２に一体化されたモータ駆動制御アセンブリ５５とを含んでもよい。モータ駆動制御アセンブリ５５は、センサ相互作用回路５６と、モータコントローラ５７と、オプションの増幅器５８とを含んでもよい。モータ駆動制御アセンブリ５５は、モータ５２を閉ループで制御することが可能である。

体外血液ポンプ１０とは異なり、体外血液ポンプ５０のモータ５２は、モータ５２に内蔵されたバックアップ電源５９をさらに含む。バックアップ電源５９は、充電式バッテリなどの無停電電源装置であってもよい。バックアップ電源５９は、外部電源の故障時にモータ５２の正常動作を維持するために、モータ駆動制御アセンブリ５５およびアクチュエータ５３に電力を供給することができる。

体外血液ポンプ５０のモータ５２は、ユーザインタフェースを備えていてもよい。ユーザインタフェースは、入力構成要素と出力構成要素とを含んでもよい。入力構成要素は、ユーザが必要なパラメータを入力するための入力要素を含んでもよい。例えば、入力構成要素は、モータ５２の速度調整および／またはモータ５２の起動および停止のような操作を実施するための速度設定要素６０を含んでもよい。速度設定要素６０は、押しボタン、ノブ、プッシュボタン、ロッカー、またはデジタル設定要素の形態であってもよく、または他の任意の適切な形態であってもよい。出力構成要素は、必要な監視機能を満たすためにユーザに情報を送信することができる任意の出力要素を含んでもよい。例えば、出力構成要素は、例えば、モータの回転速度、温度および動作状態に関する情報をユーザに表示するためのディスプレイを含んでもよい。また、出力構成要素は、光信号や音声信号でユーザに促したり、警告したりするためのインジケータ（発光ダイオード（ＬＥＤ）など）またはアラーム（ブザーなど）を含んでもよい。

体外血液ポンプ５０のモータ５２は、モータ５２に一体化された信号変換器６１を含んでもよい。ユーザがユーザインタフェースの入力構成要素を通じてモータに対する入力操作を行うと、信号変換器６１はこの入力操作をモータコントローラ５７が必要とする制御信号に変換してモータコントローラ５７に送信し、モータコントローラ５７が例えばモータ５２の動作状態をユーザにフィードバックすると、信号変換器６１はモータコントローラ５７がフィードバックした動作状態を対応の指示信号に変換してユーザインタフェースの出力構成要素（ディスプレイ、インジケータ、アラームなど）に指示信号を送信してもよい。

バックアップ電源５９、ユーザインタフェース、および／または信号変換器６１などをモータ５２に一体化することにより、体外血液ポンプ５０に、モータの通常動作に必要なより完全な機能および操作性を与えることができ、制御ホストの突然の故障時にも体外血液ポンプ５０を少なくとも一定期間は独立して安全に動作させることが可能である。

図４～図８は、本開示の一実施形態に係る体外血液ポンプ１００の具体的な構造を示す図である。体外血液ポンプ１００は、ポンプヘッド１０１と、モータ１０２とを含んでもよい。ポンプヘッド１０１は、ロータを有するインペラ１０３と、２つのハーフシェル１０４、１０５（図５に示す）とを含んでもよい。インペラ１０３は、ハーフシェル１０４、１０５によって形成される内部空間に収容される。ハーフシェル１０４、１０５の間であって、インペラ１０３が占有していない内部空間は、血液を流すことができるための血液流路を形成している。ポンプヘッド１０１は、入口１０６および出口１０７を備えていてもよい。血液は、入口１０６からポンプヘッド１０１に流入し、インペラ１０３の回転に駆動されて、血液流路を通って出口１０７から流出し、血液の循環を実現することができる。

図４を参照すると、モータ１０２とポンプヘッド１０１は、モータ１０２が再利用のために異なるポンプヘッド１０１と協働できるように、互いに分離可能に構成されている。医療スタッフは、モータ１０２に新しいポンプヘッド１０１を組み立て、使用済みのポンプヘッド１０１を廃棄するように、現場でモータ１０２とポンプヘッド１０１を組み立てたり分解したりすることが可能である。

モータ１０２は、ハウジングと、アクチュエータ１１２と、センサ１１６と、モータ駆動制御アセンブリ１１８とを含んでもよい。モータ１０２のアクチュエータ１１２およびセンサ１１６は、モータ１０２のハウジングに配置されてもよい。モータ１０２のモータ駆動制御アセンブリ１１８も、モータ１０２のハウジングに一体化されている。

モータ１０２のハウジングは、より大きな上部とより小さな下部を有する概ねＴ字型の構造に構成することができる。このようなＴ字型構造は、ユーザにより良い手持ちスペースを提供することができ、またはユーザが皿を持つのと同じ手段でモータ１０２を握ることができるので、手の形や大きさが異なるユーザが様々な環境下で便利にモータ１０２を握ったりモータ１０２の方向を調節することができ、モータ１０２の使用利便性を大幅に向上させることができる。

モータ１０２のハウジングは、一体的に構成されてもよいし、２つ以上の別部材から構成されるように構成されてもよい。例えば、図４に示す実施形態では、モータ１０２のハウジングは、上部ハウジング１０８および下部ハウジング１０９を含むように構成され、下部ハウジング１０９の外周は、モータ１０２が実質的にＴ字型の構造を取るように、上部ハウジング１０８の外周より小さくてもよい。図６ａおよび図６ｂを参照すると、本開示による実施形態において、上部ハウジング１０８は、実質的に円形の形状の断面を有してもよく、下部ハウジング１０９は、実質的に丸みを帯びた長方形の形状の断面を有してもよい。しかし、本開示はこれに限定されず、下部ハウジング１０９の断面は、正方形、楕円、五角形、六角形、八角形、円、不定形の多角形、不定形の形状等の様々な形状に構成されてもよい。

また、本開示の他の実施形態において、モータ１０２のハウジングは、左ハウジングと右ハウジングとを備えてもよい。左ハウジングおよび右ハウジングはそれぞれ、上部がより大きく、下部がより小さい概ねＴ字型の構造を有していてもよい。さらに、モータ１０２のハウジングは、他の任意の適切な手段で構成されることもできる。

モータ１０２の具体的な構造について、図７を参照して説明する。本開示による実施形態において、モータ１０２は、磁気懸垂モータとして構成されてもよい。磁気懸垂モータのアクチュエータ１１２は、回転アクチュエータ１１０と、懸垂アクチュエータ１１１とを含んでもよい。回転アクチュエータ１１０は、ポンプヘッド１０１のインペラ１０３のロータ１１３を駆動して、インペラ１０３を回転させるために用いられる。懸垂アクチュエータ１１１は、インペラ１０３のロータ１１３を懸垂するための磁気懸垂軸受を含んでもよい。モータ１０２を磁気懸垂モータとして構成した場合、作業工程においてインペラ１０３が他の構成要素と物理的に接触したり擦れたりすることがないため、血液への機械的なダメージを回避することができる。もちろん、モータ１０２は、他のタイプのモータであってもよく、例えば、モータ１０２は、従来の接触型機械軸受を有するモータであってもよい。

図７はまた、モータ１０２のハウジングに配置されたセンサ１１６を示す。本開示による実施形態において、センサ１１６は、変位センサを含んでもよく、例えば、センサ１１６は、さらなる回転速度フィードバック制御のためにロータ１１３の回転速度を感知するための回転変位センサを含んでもよい。モータ１０２が磁気懸垂モータとして構成される場合、センサ１１６は、ロータのさらなる懸垂位置制御のためにロータ１１３の懸垂位置を感知するための半径方向位置および／または変位センサ、並びに軸方向位置および／または変位センサを更に含んでもよい。ロータの懸垂位置制御のための半径方向位置および／または変位センサおよび／または軸方向位置および／または変位センサは、渦電流誘導型位置および／または変位センサであってよく、これは高感度でロータの懸垂位置を感知するために非常に適している。本開示による他の実施形態では、センサ１１６は、温度センサまたは他のパラメータを感知するためのセンサを含んでもよい。

モータ１０２のモータ駆動制御アセンブリ１１８の具体的な構造および配置について、図４、図７および図８を参照しながら説明する。モータ駆動制御アセンブリ１１８は、その占有スペースを最小化するために、「包囲型」の設計を採用してもよい。モータ駆動制御アセンブリ１１８は、回路基板に一体化されてもよい。回路基板は、２つ以上の剛体部と、剛体部を接続するための接続要素とを含むように構成されてもよい。剛体部の各々は、モータ駆動制御アセンブリ１１８の機能の一部を実行するために使用されてもよい。接続要素は、回路基板に様々な構成を与えるために、様々な適切な角度で剛体部を接続してもよい。信号の相互送信は、モータ駆動制御アセンブリ１１８と、モータ１０２のアクチュエータ１１２（回転アクチュエータ１１０および懸垂アクチュエータ１１１を含む）およびセンサ１１６との間で、（図７に矢印付きの点線で示すように）有線または無線方式で行われてもよい。

図４、図７、図８に示す実施形態では、モータ駆動制御アセンブリ１１８が一体化された回路基板は、３つの剛体部１１９、１２０、１２１を含む。モータ駆動制御アセンブリ１１８の構成要素は、異なる機能を実行する３つのグループに分けられ、３つの剛体部上にそれぞれ配置され、３つの剛体部が互いに協力してモータ駆動制御アセンブリ１１８の駆動制御機能全体を果たすようにしてもよい。例えば、モータ駆動制御アセンブリ１１８のセンサ相互作用回路は剛体部１１９に、モータコントローラは剛体部１２０に、増幅器は剛体部１２１に配置されてもよい。あるいは、モータ駆動制御アセンブリ１１８を機能種別に分け、剛体部１１９にモータ駆動制御アセンブリ１１８の包括制御構成要素、剛体部１２０にセンサ駆動構成要素、剛体部１２１に電力管理構成要素を配置してもよい。なお、モータ駆動制御アセンブリ１１８の構成要素は、トランジスタおよび／または電力集積回路などであってもよい。モータ駆動制御アセンブリ１１８の構成要素をグループ化し、回路基板の異なる剛体部にそれぞれのグループの構成要素を配置することにより、一部の敏感な構成要素を高出力構成要素から遠ざけ、構成要素間の相互干渉および発生ノイズを最小化することができる。

図４、図７、図８に示す実施形態では、剛体部１１９、１２０、１２１を接続するための接続素子は、フレキシブル回路基板１２２である。この実施形態では、フレキシブル回路基板１２２は、モータ駆動制御アセンブリ１１８の駆動制御機能を行わず、剛体部１１９、１２０、１２１の間で信号および／または電力を送信する役割のみを果たす。フレキシブル回路基板１２２の存在のおかげで、モータ駆動制御アセンブリ１１８は、モータ駆動制御アセンブリ１１８をモータのハウジングの内部空間によりよく適合させることができるように、任意の適切な形状に曲げたり折り畳んだりすることが可能である。本実施形態では、剛体部１１９、１２０、１２１は、一般的なＵ字形状に構成され、アクチュエータ１１２（図７に示す実施形態では回転アクチュエータ１１０）の周りに垂直に配置されている。もちろん、本開示はこれに限定されるものではなく、剛体部１１９、１２０、１２１は、アクチュエータ１１２の周囲に平らに寝かせるように配置されていてもよいし、その他の仕方で配置しても構わない。

本開示による他の実施形態では、剛体部を接続するための接続要素は、接続プラグであってもよい。接続プラグは、モータのハウジングの内部空間に適合するように、モータ駆動制御アセンブリを適切な形状に構築するように、任意の２つの剛体部を適切な角度で接続できるように構成されてもよい。接続プラグは、剛体部間で信号および／または電力を送信するために使用されてもよい。接続プラグは、剛体であってもよい。

本開示による他の実施形態では、剛体部を接続するための接続要素は、モータ駆動制御アセンブリ１１８の機能の一部を実行するためのフレキシブル回路基板であってもよい。

本開示による実施形態では、モータ駆動制御アセンブリ１１８のトランジスタおよび／または電力集積回路などの構成要素は、トランジスタおよび／または電力集積回路などの構成要素からの熱がモータ１０２のハウジングを介して放散されるように、モータ１０２のハウジングと接触していてもよい。また、モータ駆動制御アセンブリ１１８は、回路基板がモータ１０２のハウジングと接触するように構成され（この例では、回路基板とモータ１０２のハウジングとの間に薄い熱伝導性シートなどの他の熱伝導性材料が存在してもよい）、トランジスタおよび／または電力集積回路などの構成要素からの熱が回路基板とモータ１０２のハウジングに形成された熱路を介して放散されるようにすることができる。回路基板が剛体部を含む場合、回路基板の剛体部をモータ１０２のハウジングに接触させ（この例では、剛体部とモータ１０２のハウジングとの間に薄い熱伝導性シートなどの他の熱伝導性材料があってもよい）、回路基板の剛体部およびモータ１０２のハウジングに形成された熱路を通じて、トランジスタおよび／または電力集積回路などの構成要素からの熱を放熱させることができるようにしてもよい。また、放熱を強化するために、モータ１０２のハウジングの外周側に放熱強化構造１２３（図６に示す）を配置してもよい。放熱強化構造１２３は、少なくとも１つの放熱フィンまたはリブを含んでもよい。放熱強化構造１２３は、モータ１０２のハウジングと一体的に形成されてもよい。放熱強化構造１２３は、より迅速に熱を放散するように、モータ１０２のハウジングの、モータ駆動制御アセンブリ１１８のトランジスタおよび／または電力集積回路などの構成要素と接触している領域、または回路基板の剛体部と接触している領域の外側に配置されてもよい。

図９～図１３は、本開示の他の実施形態による「包囲型」モータ駆動制御アセンブリの配置を示す図である。図９に示す実施形態では、モータ駆動制御アセンブリが一体化された回路基板１２４は、モータ１０２のアクチュエータ１１２の対向する２つの側面に均等に配置された４つの剛体部を含んでいる。この４つの剛体部は、接続要素１２６を介して互いに接続されている。図１０に示す実施形態では、モータ駆動制御アセンブリが一体化された回路基板１２４は、２つの剛体部を含んでいる。各剛体部は実質的なＬ字形に構成されているので、２つの剛体部は接続要素１２６によって実質的な長方形に接続されることができる。図１１に示す実施形態では、モータ駆動制御アセンブリが一体化された回路基板１２４は、３つの剛体部を含んでいる。各剛体部は円弧状に構成されているので、３つの剛体部は接続要素１２６によって実質的に円形または半円形の形状に接続することができる。図１２および図１３に示す実施形態では、モータ駆動制御アセンブリが一体化された回路基板１２４は、一体構造を有している。図１２に示す実施形態では、一体構造を有する回路基板１２４は、実質的に長方形の形状に構成され、一方、図１３に示す実施形態では、一体構造を有する回路基板１２４は、円形の形状に構成される。

図９～図１３に示す実施形態において、回路基板１２４または回路基板１２４の各剛体部は、モータ１０２のアクチュエータの周囲に垂直に配置されていてもよいし、モータ１０２のアクチュエータの周囲に水平に配置されていてもよいし、その他の配置であってもよい。また、回路基板１２４は、図９～図１３に示したものとは異なる他の配置、例えば不定形な形状となるように構成されてもよい。さらに、接続素子１２６は、フレキシブルな回路基板として構成されてもよいし、接続プラグとして構成されてもよい。接続プラグは、剛体であってもよい。

図１４を参照すると、本開示による実施形態において、モータ駆動制御アセンブリが一体化された回路基板１２８は、信号および／または電力を送信するための拡張されたフレキシブル回路基板層１３０と、モータ駆動制御アセンブリの駆動制御機能を果たすための剛体回路基板層１３２とを含んでもよい。剛体回路基板層１３２は、フレキシブル回路基板層１３０の少なくとも一方の側に配置され（図１４に示す実施形態では、フレキシブル回路基板層１３０の両側に配置される）、互いに分離した２以上の剛体部を含んでもよい。このような多層構造設計は、回路基板１２８が非破壊手段によって直接分離できない完全な回路システムを形成することを可能にするだけでなく、回路基板１２をより容易に曲げたり折ったりすることを可能にする。このような多層構造設計は、少なくとも次のような利点をもたらす。１）コンパクトな構造で信号間の干渉を回避し、信号送信をよりよく達成できる、２）接続要素（例えば、頻繁に使用すると緩みやすい接続プラグ）の使用を回避し、より高い信頼性を有する、３）空間配置の柔軟性を高め、それによって体積を大幅に削減できる。

回路基板が２つ以上の剛体部を含む実施形態では、各剛体部は、信号および／または電力を送信するための拡張されたフレキシブル回路基板層と、モータ駆動制御アセンブリの駆動制御機能の一部を実行するための剛体回路基板層を含むようにも構成されてもよい。剛体回路基板層は、フレキシブル回路基板層の少なくとも一方の側に配置されてもよい（例えば、フレキシブル回路基板層の両面に配置されて、サンドイッチ構造を形成してもよい）。フレキシブル回路基板層は、剛体部の間の相互接続を実現するように、接続要素を介して一緒に接続されてもよい。このような多層構造設計は、信号間の干渉を回避しつつ、回路基板の柔軟性をさらに高めることができる。

図１５および図１６は、モータ駆動制御アセンブリの２つの他の配置を示す。図１５に示す実施形態では、モータ駆動制御アセンブリが一体化されている回路基板１３４は、複数の剛体部を含む。複数の剛体部は、モータのアクチュエータ１１２の下に平らに、積み重なるように横たわっている。図１６に示す実施形態では、モータ駆動制御アセンブリが一体化されている回路基板１３６は一体構造を有し、回路基板１３６はモータのアクチュエータ１１２の下に平らに横たわっている。

以上、添付図面を参照して本開示の例示的な実施形態を説明したが、当業者は、本開示が開示された特定の構造に限定されないことを理解する必要がある。本発明の精神および範囲から実質的に逸脱することなく、例示的な実施形態に対して複数の変更および修正を行うことができる。従って、全ての変更および修正は、本発明の特許請求の範囲によって定義される保護範囲内に包含される。

Claims (15)

1. 体外血液ポンプのためのモータであって、
   ハウジングと、
   前記ハウジング内に配置され、前記体外血液ポンプのポンプヘッド内のインペラを駆動するために使用されるアクチュエータと、
   前記ハウジング内に配置される少なくとも１つのセンサと、
   前記ハウジング内に配置され、前記モータの動作を制御するために使用されるモータ駆動制御アセンブリと、
   を備え、
   前記モータ駆動制御アセンブリは、回路基板に一体化されており、前記回路基板は、少なくとも２つの剛体部と、前記少なくとも２つの剛体部を接続するための接続要素とを含み、前記接続要素は、前記回路基板に様々な構成を与えるために、適切な角度で前記少なくとも２つの剛体部を接続することが可能であり、
   前記少なくとも２つの剛体部の各々の剛体部が前記モータ駆動制御アセンブリの駆動制御機能の一部のみを果たすように使用されるように、前記モータ駆動制御アセンブリの構成要素は、前記少なくとも２つの剛体部の異なる剛体部上にそれぞれ配置される複数のグループに分けられる、
   体外血液ポンプのためのモータ。
2. 前記モータ駆動制御アセンブリは、センサ相互作用回路とモータコントローラとを備え、前記センサ相互作用回路は、前記センサから感知信号を受信して前記モータコントローラに前記感知信号を送信し、前記モータコントローラは、受信した前記感知信号に基づいて前記アクチュエータに対応する制御信号を送信し、
   前記モータ駆動制御アセンブリは、前記モータコントローラからの制御信号を増幅し、増幅された前記制御信号を前記アクチュエータに送信する増幅器をさらに含む、
   請求項１に記載の体外血液ポンプのためのモータ。
3. 前記モータは、前記ハウジングに一体化されたバックアップ電源をさらに含み、前記バックアップ電源は、外部電源の故障時に前記モータの正常動作を維持するために前記モータ駆動制御アセンブリおよび前記アクチュエータに電力を供給する、
   請求項１に記載の体外血液ポンプのためのモータ。
4. 前記接続要素は、前記少なくとも２つの剛体部の間で信号および／または電力を送信するためのフレキシブル回路基板として構成される、または、前記少なくとも２つの剛体部の間で信号および／または電力を送信するための接続プラグとして構成される、または、前記モータ駆動制御アセンブリの駆動制御機能の一部を実行するためのフレキシブル回路基板として構成される、
   請求項１に記載の体外血液ポンプのためのモータ。
5. 前記少なくとも２つの剛体部の各々の剛体部は、剛体回路基板層と拡張されたフレキシブル回路基板層とを含み、前記剛体回路基板層は前記フレキシブル回路基板層の少なくとも一方の側に配置され、前記フレキシブル回路基板層は前記接続要素を介して互いに接続され、
   前記拡張されたフレキシブル回路基板層は、信号および／または電力の送信に使用され、前記剛体回路基板層は、前記モータ駆動制御アセンブリの駆動制御機能の一部を実行するために使用される、
   請求項１に記載の体外血液ポンプのためのモータ。
6. 前記回路基板は、剛体回路基板層と拡張されたフレキシブル回路基板層とを含み、前記剛体回路基板層は、前記拡張されたフレキシブル回路基板層の少なくとも一方の側に配置され、前記フレキシブル回路基板層によって前記回路基板を曲げたり折ったりできるように互いに分離した２以上の剛体部を含み、
   前記拡張されたフレキシブル回路基板層は、信号および／または電力の送信に使用され、前記剛体回路基板層は、前記モータ駆動制御アセンブリの駆動制御機能を実行するために使用される、
   請求項１に記載の体外血液ポンプのためのモータ。
7. 前記回路基板は、一般的なＵ字形状、または長方形、円形、半円形、または不定形な形状で、前記アクチュエータの周囲に垂直または水平に配置される、または、前記回路基板は、前記アクチュエータの一方の側に平らに積層している、
   請求項１に記載の体外血液ポンプのためのモータ。
8. 前記モータ駆動制御アセンブリは、トランジスタおよび／または電力集積回路を含み、前記トランジスタおよび／または電力集積回路は、前記回路基板に搭載され、
   前記トランジスタおよび／または電力集積回路からの熱がハウジングを通して放散されることが可能であるように、前記トランジスタおよび／または電力集積回路は、前記ハウジングに接触している、または、前記トランジスタおよび／または電力集積回路からの熱が前記回路基板および前記ハウジングに形成された熱路を通して放散されるように、前記回路基板は、ハウジングに接触している、
   請求項１に記載の体外血液ポンプのためのモータ。
9. 前記ハウジングの外側には、放熱強化構造が設けられ、前記放熱強化構造は、少なくとも１つの放熱フィンまたはリブを備える、
   請求項８に記載の体外血液ポンプのためのモータ。
10. 前記ハウジングはＴ字型構造であり、前記ハウジングは、一体に構成される、または、複数の構成要素によって形成される、
    請求項１に記載の体外血液ポンプのためのモータ。
11. 前記モータは、前記インペラのロータを懸垂するための磁気懸垂軸受を備えた磁気懸垂モータとして構成される、
    請求項１に記載の体外血液ポンプのためのモータ。
12. 前記センサは、前記ロータの回転速度を感知するための回転変位センサを備える、および／または、
    前記センサは、前記ロータの懸垂位置を感知するための、軸方向位置および／または変位センサ、並びに／或いは、半径方向位置および／または変位センサを含む、および／または、
    前記センサは、温度センサを含む、
    請求項１１に記載の体外血液ポンプのためのモータ。
13. 前記モータは、入力構成要素および出力構成要素を含むユーザインタフェースをさらに含み、前記入力構成要素は、前記モータの速度調整および／または前記モータの起動および停止を実施するための速度設定要素を含み、前記出力構成要素は、ディスプレイ、インジケータ、およびアラームの少なくとも１つを含む、および／または、
    前記モータは、さらに信号変換器を含む、
    請求項１に記載の体外血液ポンプのためのモータ。
14. ポンプヘッドと請求項１に記載の体外血液ポンプのためのモータとを備え、前記ポンプヘッドは、ロータを有するインペラを備え、前記モータは、前記ロータを介して前記インペラを回転駆動する、体外血液ポンプ。
15. 制御ホストと請求項１４に記載の体外血液ポンプとを備え、前記制御ホストは、前記体外血液ポンプに電力とコマンド信号を送信するための電力エレクトロニクス回路を備え、前記制御ホストは、前記体外血液ポンプの前記モータに単に１つの接続リードで接続され、前記体外血液ポンプのモータに電力とコマンド信号を共に送信することができる、体外血液ポンプシステム。

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