JPH0356733B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 〔技術分野〕 この発明は血液回路内に取付けられる人工弁ま
たは心臓における大動脈弁又は肺動脈弁等の外科
的置換用又は人工心臓等に用いられる人工弁に関
する。

〔従来技術の説明および問題点〕

従来、この種の人工弁として球状弁もしくは傾
斜デイスク弁すなわち、通常円形をした縫着輪の
開口部に運動自在に球状もしくは円板状可動部材
を配置し、この可動部材の離脱を防ぐため、その
外側に枠状支柱を設けた構造をなし、閉塞時には
この可動部材が縫着輪内に嵌まることにより逆流
を防止し、開放時にはこの可動部材が平行移動又
は傾斜することにより血液通路を形成するものが
知られている。

しかし、この従来の球状弁もしくは傾斜デイス
ク弁においては閉塞時に不自然な逆流を生じた
り、材質の硬さのため大きな音が発生するなどの
欠点がある。

そのほか、生体由来膜により自然弁に類似させ
た三葉弁構造をなしたもの、たとえばIonescn−
Shieley弁、Carpenter−Edwards弁等も知られ
ている。しかし、これらのものは構造が複雑で製
作上困難であり製造コストが高くなるという欠点
がある。

発明の目的 この発明は上記事情に鑑みてなされたものであ
つて、閉塞が容易かつ確実におこなわれるため逆
流が少なく、弁音が静かであつて、容易かつ安価
に製造することができる人工弁を提供することを
目的とする。

〔発明の概要〕

環状体と、各一端が該環状体の内壁面に等間隔
に固定され、各他端が相互に近接して固定された
３本の支柱と、該３本の支柱に支持され、裾部が
上記環状体の内壁面と密着するように設けられた
円錐状の可撓性可動弁膜とを具備し、上記可動弁
膜に加わる圧力が支柱側面の方が高いときに上記
弁膜の裾部が内方に撓み上記弁膜と環状体内壁面
との間に流路を形成し、それ以外の状態のときに
は、上記弁膜が上記環状体の内壁面と密着して液
体の流通を阻止するようにしたことを特徴とする
人工弁を提供するものである。

さらに、好ましくはこの発明は上記基本構造に
おいて、該弁膜の裾部の各支柱間の形状が円弧状
に突出した形をなしているものである。

さらに、前記支柱は３本であることが好まし
い。

さらに、好ましくは縫着輪が各支柱間におい
て、膨み（又は窪み）を有するものである。

さらに、好ましくは上記基本構造において、該
支柱が該弁膜と同一材料を以つて一体的に形成さ
れていることを特徴とする人工弁を提供するもの
である。

発明の具体的説明 以下、この発明を図示の実施例を参照して説明
する。

第１図ないし第３図は本発明の一実施例に係わ
る人工弁を示すもので第１図はその斜視図、第２
図は底面から見た状態、第３図は中央部を切断し
た断面図を示している。この人工弁は第３図から
明らかな如く、テーパ状内壁面２を有する縫着輪
４と、第１図ないし第３図から明らかな如く、各
一端が縫着輪４のテーパ状内壁面２に沿つて等間
隔を以つて固着され、各他端が相互に１点に結合
された状態で上記縫着輪４の一側に設けられた３
本の支柱６と、この支柱６を包むようにして、こ
れら支柱間に張架され、裾部１０ａが上記縫着輪
４のテーパ状内壁面２と密着自在に設けられた可
撓性可動弁膜１０とから構成されている。

縫着輪４は体外循環回路又は生体に取付ける場
合の取付媒体および弁座として機能するものであ
り、もしくは金属、たとえば、ポリウレタン、シ
リコンゴム、ポリカーボネート、塩化ビニル、テ
フロン、ステンレス、チタン等を用いることがで
きる。

支柱６は弁膜１０を支持するとともに弁膜１０
を適当に分割し、弁膜の回動を容易にする機能を
有し、通常３本の組合せにより三角錐を形成する
ように構成される。この三角錐の高さは生体埋め
込み用の場合は比較的低くして生体組織に接触し
ないようにすることが好ましく、高さは直径を超
えない程度が好ましく、具体的には人工弁の直径
（一般に15〜30mm）に対して６〜８割程度が好ま
しい。よつて頭頂角が60°以上が好ましい。また、
頭頂角が大きすぎると開放面積が小さくなり、血
液流入時の抵抗が大きくなりすぎるので90°以下
が好ましい。体外循環用としては高さについて特
に制限はないが、一般に頭頂角が45°以上とする
ことが好ましい。45°以下にしても開放面積（完
全に開いた時の面積）は大きくならず、弁の高さ
が高くなり弁が大きくなるだけであるからであ
る。その材質としては十分な靱性を有する金属、
たとえばステンレス、チタン、又は合成樹脂、た
とえばポリプロピレン、ポリアセタール等を使用
し得る。

弁膜１０は血液の流圧方向に応じて支柱６間で
回動又は捻動し、縫着輪４と協同して弁作用をな
すものであり、そして第１図ないし第３図に示す
ように、常時は、縫着輪４のテーパー状内壁面２
と密着している。弁膜１０の形成に用いられる材
料としては、十分な強度、適当な弾性および抗血
栓性を有する材質、たとえばポリウレタン、シリ
コーンゴム、ポリオレフインゴム、天然ゴム等の
エラストマー、あるいは生体由来の薄膜、たとえ
ば牛等の心嚢膜、ヒト等の脳硬膜等を用いること
ができる。

生体由来の薄膜以外の材料を用いる場合はその
表面に抗血栓材料、たとえばシリコーン、ポリウ
レタン、ポリヒドロキシエチルアクリレート、ポ
リヒドロキシメチルアクリレート、ヒドロキシエ
チルアクリレートとスチレンのブロツクコポリマ
ー、又はポリアミド系共重合体をコーテイングす
ることが好ましい。

この人工弁の製造例について説明すると、ま
ず、ほぼ三角錐なす型表面に弁膜材料溶液を付着
させて、塗膜層を形成し、ついで支柱をこの塗膜
層上の所定位置にセツトし、ついで再び弁膜材料
溶液を付着させたのち、塗膜縁部をトリミング
し、ついで、これを型から離し、これを別途成形
された縫着輪に組み込み支柱を接着剤で固定して
完成される。

なお、支柱と弁膜を同一材料により同時に一体
的に成形することも可能である。

次に、この人工弁の動作について説明する。ま
ず、第５図Ｂに示す如く血液流路１２の適当位置
に人工弁を縫着輪４を介して、弁膜尖端部を上流
に向けて固定する。しかして、たとえば心臓の収
縮（拡張）運動により、弁膜上流圧が下流圧より
大きくなると、この順方向の圧力差により弁膜１
０が第４図Ａ，Ｂに示す如く座屈変形し、縫着輪
４と弁膜１０の裾部１０ａとの間に間隙“Ａ”が
生じ血液が下流に向つて通過する。

次に、心臓の拡張（収縮）運動により弁膜下流
圧が上流圧より大きくなると、第５図Ａ，Ｂに示
す如く、弁膜１０は上流方向への圧力を受け、そ
の裾部１０ａが縫着輪４のテーパ面２に密着して
血液の逆流が防止される。なお可動弁膜１０が弾
性の大きい材質からなる場合は下流圧が上流圧を
上回る以前に、その弾性力が圧力差に基づく力に
打ち勝つて可動弁膜１０の復帰動作（閉塞動作）
が開始されることになる。

発明の作用効果 この人工弁を生体の血管系を力学的にシミユレ
ートしたパルスデユープリケータを用い動作特性
試験をおこなつた結果、弁が規則正しく動作し、
弁閉塞の逆流、閉塞後の液漏れも極めて少ないこ
とが確認され、弁音も自然弁と同程度であつた。

以上詳述したように本発明に係わる人工弁は弁
の閉塞が容易かつ、確実におこなわれるため、逆
流、液もれが少なく、弁音も小さく、製造上も容
易かつ安価であるなど極めて良好な効果を示す。

次に、本発明の人工弁の開閉反復の正確性と、
液漏れ、逆流について、市販の人工弁と比較して
説明する。

まず、本発明の人工弁として第３図に示す形態
のものを用いた。すなわち、縫着輪４としてアク
リル樹脂製で内径“ID”が23mmのものを用い、
支柱６としてステンレスのものを用い、弁膜１０
として膜厚約250μｍのポリウレタンエラストマ
ー（日本ポリウレタン社製）のものを用いた。ま
た弁高“Ｈ”は23mmとし、頭頂角“θ”を60°と
した。

又、従来の市販の人工弁として、内径23mmの
SJM弁（St.Jude Medical 弁）および内径24mm
のBjo¨rk−Shiley分（たとえば、文献、「呼と循」
27巻８号、1979年８月、第825〜837頁参照）を用
いた。

実験回路としては第９図に示す生体の血管系を
力学的にシユミレートしたパルスデユプリケータ
を用いた。なお、第９図中、３０は末梢抵抗要
素、３１は動脈容量要素、３２は慣性要素、３３
は静脈容量要素、３４は人工心臓、３５は弁、３
６は電磁流量計、３７は人工心臓駆動装置を示
す。

この実験結果を第１０図ａ，ｂ，ｃおよび第１
１図ａ，ｂに示す。なお、これら図中“Ｑ”は大
動脈流量を示す。又、本発明の人工弁を用いたと
きの第１０図ａ〜ｃの場合、装置のパラメータは
血管が硬くなり、抵抗も大きくなつた、可成りき
びしい状況に対応するようにセツトし、心拍数60
〜120（ビート／分）（第１０図ａは60ビート／分、
同ｂは90ビート／分、同ｃは120ビート／分）の
場合を示している。又、第１１図ａはSJM弁を
用いた場合、第１１図ｂはBjo¨rk−Shiley弁を用
いた場合を示している。

この第１０図ａ〜ｃは本発明の人工弁を用いた
場合、弁が規則正しく動作し、弁閉鎖時の逆流、
液漏れ（すなわち曲線が図中Ｑ＝０の線から下へ
下る部分が従来の人工弁の場合（第１１図ａ，
ｂ）と較べて少ないことを示している。

発明の変形例 なお、本発明は上記第１〜３図に示す実施例の
ものに限らず本発明の趣旨を逸脱しない範囲で
種々変更することが可能である。たとえば第６図
に示す如く人工弁を人工心臓の流路１４に一体的
に設け、弁膜１０の裾部１０ａおよび支柱６末端
を流路１４の内壁面との密着性を良好にするため
に内側に弯曲させてもよい。したがつて、この場
合、この人工心臓の管部１６が上述の縫着輪と概
念的に均等となる。

第６図に示す変形例は同じく人工弁を人工心臓
の流路１４に一体的に設けたものであつて、特異
な点は弁膜１０の裾部１０ａを支柱６間において
それぞれ円弧状に突出させ、これによつて流路内
壁面との密着を図るようにした点にある。

第８図Ａ，Ｂに示す変形例は支柱６間に生体の
バルサルバ洞様の窪み１８を流路１４に付加し、
閉塞時に渦流を顕著に生じさせ弁膜１０表面の洗
浄効果を期待したものである。この場合も窪み１
８を形成した管部２０が上述の縫着輪と概念的に
均等となる。

第１２図に示す変形例は弁高を低く抑えるた
め、支柱６で区切られる３つの弁膜１０を同一の
円錐面とせずに、第８図Ａに示すものと同様に縫
着輪４の中心軸とある程度の角度をなす３つの円
錐面の合成面で形成したものであり、これにより
開口面積も単一円錐面型のものより大きくするこ
とができる。なお、この第１２図の場合は第８図
Ａ，Ｂの場合と異なり、弁膜の外側を円筒面で切
断したものであり、その裾部が第８図Ａ，Ｂの場
合より短くなつている。なお、円筒面との密着性
を増すために、第７図の例のように膜裾部を長く
延ばすようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる人工弁の斜
視図、第２図の１図に示す人工弁を下方から見た
場合の平面図、第３図は第１図に示す人工弁の縦
断面図、第４図Ａは第１図に示す人工弁の開放状
態を示す平面図、第４図Ｂは第４図Ａに対応する
断面図、第５図Ａは第１図に示す人工弁の閉塞状
態を示す平面図、第５図Ｂは第５図Ａに対応する
断面図、第６図および第７図は本発明の変形例を
示す断面図、第８図Ａは本発明の他の変形例を示
す平面図、第８図Ｂは第８図Ａに対応する断面
図、第９図は人工弁の動作を測定するための実験
回路図、第１０図ａ〜ｃ、第１１図ａ，ｂは弁の
動作特性を示す線図、第１２図は本発明の他の変
形例を示す断面図である。 図中、２……テーパ状内壁面、４……縫着輪、
６……支柱、１０……弁膜、１０ａ……弁膜裾
部、１２，１４……血液流路、１６……管、１８
……窪み、２０……管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 環状体と、各一端が該環状体の内壁面に等間
   隔に固定され、各他端が相互に近接して固定され
   た３本の支柱と、該３本の支柱に支持され、裾部
   が上記環状体の内壁面と密着するように設けられ
   た円錐状の可撓性可動弁膜とを具備し、上記可動
   弁膜が加わる圧力が支柱側面の方が高いときに上
   記弁膜の裾部が内方に撓み上記弁膜と環状体内壁
   面との間に流路を形成し、それ以外の状態のとき
   には、上記弁膜が上記環状体の内壁面と密着して
   液体の流通を阻止するようにしたことを特徴とす
   る人工弁。