JPH0411225B2

JPH0411225B2 -

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Publication number: JPH0411225B2
Application number: JP57020242A
Authority: JP
Priority date: 1982-02-10
Filing date: 1982-02-10
Publication date: 1992-02-27
Also published as: JPS58138466A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は拍動型の血液ポンプに関し、更に詳し
くは流体圧特に気体圧によつて駆動されるサツク
型血液ポンプの改良に関する。

近年、開心手術やその他の手術の際に、体外に
おいて補助的かつ一時的に心臓の機能を代替する
ための人工心臓の開発が進められている。

気体圧によつて駆動されるサツク型の人工心臓
の研究は、我国でも世界に先がけて研究されてお
り、山羊を使つた長期生存記録では良い結果が得
られているが、実際に患者に対しての臨床応用へ
の道は未だ開かれていず、殊に問題となるのは、
人工心臓内部での血栓生成問題であつて、抗血栓
性を如何に付与するかは、きわめて困難な問題と
され、材質、ポンプのデザイン、表面の平滑性、
駆動時の血液ポンプ等の問題、更には血液チヤン
バー内の血液パターンの問題などが複雑に関与し
ていると考えられる。

本発明は、サツク型の血液ポンプの成形上の問
題を解決し、かつ治療に実際に用いるときの血液
チヤンバー内の血液の流れが理想的となるように
形成されたサツク型の血液ポンプに関する。

本願発明に関し添付の図面にもとづき以下に説
明する。

第１図から第４図はサツク型血液ポンプ及び血
液チヤンバーの基本的形態の例を示すものであ
る。

第１図に示すサツク型血液ポンプは、耐圧性
（たとえばポリカーボネート製）のハウジングア
ウターケース１と、偏平袋状で底面が円弧状に形
成された血液チヤンバー２とから構成されてい
る。この血液チヤンバー２の上部には、血液導入
管３と血液排出管４とが上向きに、そして略々平
行に形成してあり、かつ上部周囲にはフランジ５
が取付けてある。また図は省略したが、前記血液
導入管３と血液排出管４との内部には、血液の逆
流を防止する公知の弁が施してあり、これにより
血液導入管３から血液チヤンバー２内に導入され
た血液は、血液排出管４より排出されるようにな
つている。

前記血液チヤンバー２は、第１図に示す状態の
下に前記ハウジングアウターケース１の内に収納
され、フランジ５によつて気密に保持される。そ
してハウジングアウターケース１の底部側面に設
けたパイプ７を経て、ハウジングアウターケース
内に圧送された空気の圧力の変化により血液チヤ
ンバー２の容積が縮少、膨張を交互にくり返して
ポンプとして機能する。

本発明は上記の如きサツク型の空動式人工心臓
の動物実験において、血液チヤンバー２内の血栓
の生成条件およびポンプの機能を種々検討し、血
液チヤンバー２内にて血栓が生じず、長時間にわ
たり使用可能な血液ポンプの開発とポンプのより
高い機能性を追求し、本願発明に至つたものであ
る。

第２図に人工心臓用血液ポンプとして現在最も
すぐれたもののひとつとされているサツク型の血
液ポンプを示す。この従来のサツク型の血液ポン
プは、第２図に示すように血液チヤンバー２を形
成する広面積側面６は大部分平面状で形成されて
いる。この血液ポンプにおける欠点として、ポン
プ成形上の問題がある。血液ポンプを人工心臓と
して用いるためには、血液接触部が優れた抗血栓
性を有することが不可欠であつて、通常この目的
のために抗血栓性物質をポンプの血液接触面にコ
ーテイングすることが行われている。この抗血栓
性物質を血液ポンプの内面にコーテイングする場
合、抗血栓性物質を、血液ポンプを構成する物質
との共通の溶剤に溶解して、血液ポンプ内面に接
触させる方法が好ましく用いられる。この場合、
血液ポンプの内面が溶剤によつて一部膨潤しその
状態ですなわち共通溶剤の存在下で抗血栓性物質
とポンプ内面が接触するので抗血栓性物質は極め
て理想的にポンプの血液接触面に強固にコーテイ
ングされる。たとえば血液ポンプがポリ塩化ビニ
ル製のときは抗血栓性物質を、共通の溶剤である
テトラヒドロフラン，ジオキサン，ジメチルホル
ムアミドのような溶剤にとかしてコーテイングす
ればよい。血液ポンプがポリウレタン製のときは
共通溶剤としてジメチルアセトアミド、ジメチル
ホルムアミド、ヘキサメチルホスホロアミドなど
を主成分とするものを用いることができる。

この方法によつて抗血栓性物質を極めてスムー
スにコーテイング出来、かつ共通溶剤を用いるた
めコーテイングされた抗血栓性物質が血液ポンプ
構成物質と一体化して、ポンプ使用時の激しい繰
返し拍動によつても剥離など生じず極めて優れた
ものであるが、前記した如く血液ポンプ成形上の
欠点がある。第３図に示す如く、共通溶剤に接触
した血液ポンプの第３図ａに示す血液チヤンバー
は前記溶剤を吸収して第３図ｂに示す如く一旦膨
潤拡張し、ひきつづいて乾燥過程（溶剤蒸発過
程）で第３図ｃに示す如く収縮するが、その収縮
過程で血液チヤンバーが変形、通常内へ向つて凹
状に変形（第３図ｃに示す如き）する。このよう
な変形は血液チヤンバーの容積が減少し、ポンプ
の所用吐出量が達成されないばかりでなく、血液
ポンプの実際の使用においてポンプの容積拡大期
に大きい真空度が必要であり、そのために血液ポ
ンプの駆動装置の容量が不足することともなる。
また上記人工心臓用の血液チヤンバーの内側への
凹みの変形度も一定しないため品質コントロール
が難かしく、不良品が多発し商品としての実用化
が困難とされていた。この変形は血液チヤンバー
の厚みが薄いほど起り易い。厚みを1.5mm〜2.0mm
程度の場合は軽減するが、逆に血液ポンプの作動
に支障を来してしまう。すなわち駆動装置による
血液チヤンバーの外圧の変化に対する感応性が著
しく低下し性能面で問題を生ずるからである。従
つて血液チヤンバーの厚みは1.5mm以下が好まし
く、更には1.2mm以下が好ましい。しかし前記し
た変形の問題を生じてしまう。

本発明はこれらの問題を解決したものであり、
血液ポンプの基体（抗血栓材をコーテイングする
前の成形状態）の成形時に血液チヤンバーの広面
積側面を外に向つて弧状に膨出させた形状、すな
わち前記血液ポンプの血液チヤンバーの底部から
上部へ２／3L（Ｌは血液チヤンバーの中心線上に
おける全高をいう）の範囲における横断面（血液
の導入・排出口の方向に直角な線で切つた断面）
の相対する長辺が外に向つて対称な弧状の曲線を
有し、この曲線の大部分が80R〜300R、好まし
くは100R〜200Rであるように形成してなること
を特徴とするものである。

ここでnRとは半径ｎmmの円の一部であること
を示す（JIS規定による）。

上記曲線が80Rより小さいと血液チヤンバーが
丸くなりすぎてポンプ作動時にポンプ内での血流
パターンが一定せず、ポンプ内での血液凝固や血
液損傷（溶血等）を生じさせ易く好ましくない。

又300Rより大きいと本発明の効果が現れ難く、
抗血栓材をコーテイングしたのち、乾燥すると変
形がみられ、本発明の目的を達しなくなる。

また上記曲線は血液チヤンバーの底部から上部
にむけて2/3の範囲における相対する長辺の壁面
に対称に形成される。上記範囲としたのは第３図
ｃに見られる凹状の収縮がおうむね底部から2/3
の高さの範囲で形成されること及び血液チヤンバ
ーの成形の容易性からである。上記相対向する長
辺とは第２図ｃに示す相対向する直線部分をい
う。

このように抗血栓材をコーテイングする前の血
液チヤンバーを上記条件に合うように形成する
と、おどろくことに抗血栓材塗布時に共通溶剤を
前記血液ポンプ基体に接触させ、前記溶剤によつ
て血液チヤンバーが膨潤，拡張を経て乾燥する過
程に於て血液チヤンバーに変形を来さず常に一定
の原形状を保つことを見出したものである。抗血
栓材のコーテイング前の形状がこれほど重要な支
配力をもつことは全く従来の知見では考えられな
かつたことである。更に本発明の大きい特長のひ
とつは、本発明によつて変形を来すことなく抗血
栓材を付加した血液ポンプの優れた機能性であ
る。すなち、血液ポンプの駆動は血液チヤンバー
の外圧変化によつて血液チヤンバーが圧縮，膨脹
を交互にくり返すことにより、容積を変化し、こ
れに伴つて血液ポンプ内に血液を導入、又は拍出
を行つて、拍動ポンプとしての機能を果すのであ
るが、本発明による血液ポンプは、血液チヤンバ
ーの広面積側面が外に向つて弧状の曲面を呈して
おり、血液チヤンバーに対して無加重の状態では
この形状で安定している。換言すれば極めて軽い
真空度を与えただけで血液チヤンバーの形状の復
元力、すなわち自然の拡張力が働らき、駆動装置
の作用で血液チヤンバー外圧が減圧になると従来
品より遥かに敏感に反応し、高機能性を発揮す
る。すなち血液ポンプ内での血液の導入，拍出が
極めて理想的に行われることを見出したものであ
り、本発明によつて従来のサツク型血液ポンプの
機能性は大巾に改良される。血液が血液チヤンバ
ー内で拍動毎に常に一定のパターンで流れるため
には血液チヤンバーの基本的な形状が以下の条件
下になることがさらに望ましい。

すなわち、本発明における血液ポンプの血液チ
ヤンバーの基本的形状は、第４図に例示する偏平
状のものでよく、血液チヤンバー２の最大巾Ｄ
と、無負荷状態での最大厚みＷの比Ｄ／Ｗが1.5
〜3.0、好ましくは1.6〜2.5、更に好ましくは1.8
〜2.3がよい。

また前記血液チヤンバー２の中心線上における
全高Ｌと、前記最大巾Ｄとの間に 0.8≦Ｄ／Ｌ≦2.0 の比にあるのがよい。

このような条件を充足する血液チヤンバーでは
空気圧によつてひしやげるパターンを、拍動毎に
一定にすることができる。

本発明に用いられる血液チヤンバー部２および
血液の導入及び排出管３，４は高分子弾性材料で
構成することができ、その素材としては、軟質ポ
リ塩化ビニル又はポリウレタンが用いられる。こ
の場合、軟質ポリ塩化ビニルは、ポリ塩化ビニル
と可塑剤組成物よりなる、いわゆるポリ塩化ビニ
ルペーストから成形されても良い。

この場合、可塑剤の混合量は、ポリ塩化ビニル
に対して40〜100重量％であるのが好ましく、50
〜80重量％であるのが更に好ましい。

又、このポリ塩化ビニルは、公知の適当な安定
剤、例えば無毒性のカルシウム−亜鉛有機複合体
等を含有していても良い。ポリ塩化ビニルの重合
度は500〜2000のものを用いるのが好ましい。

本実施例の素材として用いられるポリウレタン
には、大別してポリエーテル系ポリウレタンとポ
リエステル系ポリウレタンとがあり、両者とも使
用可能であるが、弾性特性及び耐疲労特性の点か
らポリエーテル系ポリウレタンを用いるのが好ま
しい。

これらのポリウレタンを用いた成形物には、そ
の機械的強度を増強する為に架橋処理を行なつて
も良い。

ポリエステル系のポリウレタンは、弾性率の高
い、引裂強度の大きい、固いエラストマーを生成
するのに適しているので、導管部、フランジを構
成するのに適している。

架橋剤の割合は、全ポリウレタン成分量に対し
て0.01〜５重量％であるのが好ましく、0.1〜３
重量％が更に好ましい。又、熱処理温度の好まし
い範囲は60〜150℃であり、更に好ましくは80〜
120℃、更に一層好ましくは80〜110℃である。

また本発明に用いられる血液チヤンバー２の肉
厚は、血液チヤンバー２が軟質ポリ塩化ビニルで
構成された場合には、その反発特性と耐疲労性か
ら、0.3〜1.3mmで形成され、好ましくは0.6〜1.2
mmである。また血液チヤンバーがポリウレタン素
材で構成された場合には、0.3〜1.3mmの肉厚で形
成され、0.5〜1.0mmが好ましい。この厚みが余り
大きいと、ハウジングアウターケース１内を加圧
又は減圧した時に、血液チヤンバー２の動作タイ
ミングが遅延したり、その変形時間が長く伸びた
りするので、適当な血液の拍出挙動は得られな
い。逆に、この肉厚が余り薄すぎると、血液チヤ
ンバーの変形挙動が過敏になるので、そのコント
ロールが難かしくなつてしまう。

前記血液チヤンバー２の成形は、公知の成形
法、たとえば射出成形、注型成形、スラツシユモ
ールド成形、ローストワツトなどを用いて行うこ
とができる。

本発明をポリ塩化ビニルプラスチゾルを用いて
成形するときには、次のようにしてもよい。まず
加熱した成型金型をプラスチゾルに浸漬し、この
成形金型の熱量で金型に接した部分のプラスチゾ
ルをゲル化させるのである。ゲル化層の厚さは調
節することはできるから、稜角部の肉厚も成形金
型と熱容量の加減によつて任意に定めることがで
きる。

本発明によつて従来のサツク型血液ポンプの機
能性を大巾に改良することを可能とし、すでに詳
細に述べた成形時の血液チヤンバー変形トラブル
を解消し人工心臓用血液ポンプ実用化への道を開
けたものである。

以下、実施例によつて更に詳細に本発明を説明
する。

比較例１人工心臓として用いるサツク型の血液ポンプを
第２図に示すような血液チヤンバーの広面積側面
が平面である形状のポリ塩化ビニル製成形物（可
塑剤80重量％（対ポリ塩化ビニル）を含む）をつ
くつた。血液ポンプの内容積は80mlであり、サツ
ク部の厚みは1.0mmであつた。これにポリウレタ
ンとポリジメチルシロキサンを構成成分とする抗
血栓性材のテトラヒドロフラン／ジオキサン溶液
（2/1）を塗布した。塗布後、血液ポンプは溶剤を
吸収して膨潤し容積も拡大する。一夜放置すると
溶剤は蒸発して逆に収縮し、血液チヤンバーの広
面積側面は内に向つて凹状に変形（第３図ｃ参
照）した。同じ実験をくり返し36ケの血液ポンプ
を試作したが、上記の如き変形を生じない使用可
能のポンプは４例にすぎず32ケは上記のような変
形を生じた。又その変形の度合は塗布条件が同じ
であるにもかかわらず一定せず、品質上のコント
ロールは不可能であつた。

実施例１第４図に示すような血液チヤンバーを有するポ
リ塩化ビニル製血液ポンプ（可塑剤80重量％：対
ポリ塩化ビニル）をつくつた。本例では血液チヤ
ンバーの広面積側面を外側へ向けてのふくらみを
100Rの曲線を底部から上部へむけて2/3Ｌの範囲
に有せしめて形成し、厚みを1.0mm、ポンプの総
容積を100mlとした。比較例１と同様にテトラヒ
ドロフラン／ジオキサン溶剤に溶解したポリウレ
タンとポリジメチルシロキサンを構成成分とする
抗血栓材でコーテイング処理をした。処理後、血
液ポンプは溶剤を吸収して膨潤し、血液チヤンバ
ーの容積は拡張した。一夜乾燥すると溶剤は蒸発
し収縮したが形状は元の原形に比べて変形せず、
同様の形状を保つていた。同じ例をくり返し行い
28ケの血液ポンプを試作したが、変形をみたもの
は皆無であつた。又血液ポンプの血液チヤンバー
の厚みを0.8mmにしても上記血液チヤンバーの変
形はみとめられなかつた。

実施例２及び比較例２本例では血液ポンプの材質としてポリウレタン
を用い、第４図の如き形状（血液チヤンバーの広
面積側面の曲面を200Rとして、底部から上部へ
２／３Ｌの範囲において形成した）の血液チヤンバ
ーをローストワツクス法でつくつた。ポンプの総
容量は100ml、血液チヤンバーの膜厚は0.8mmであ
る。これに抗血栓材としてポリジメチルシロキサ
ン−ポリウレタン共重合物をジメチルホルムアミ
ドにとかし、上記血液ポンプの内面にコーテイン
グし、乾燥した。乾燥後の変形は全くみられず原
形を保持していた。同様にして18例のポンプを試
作したが、変形を生じたものは僅か１例のみであ
つた。比較のために第２図に示す如き血液チヤン
バーの広面積側面が平面であるポリウレタン製血
液チヤンバー基体をつくり、上記と同様に抗血栓
材を塗布し乾燥したところ、５例中４例に第３図
ｃに示す如き内に向つて凹状の変形が認められ、
変形状態も全て異にしていた。

【図面の簡単な説明】

第１図はサツク型血液ポンプの分解斜視図、第
２図は従来のサツク型血液ポンプを構成する血液
チヤンバーの正面ａ、側面ｂ、平面ｃの各断面
図、第３図は血液チヤンバーに抗血栓材を塗布す
る過程の側断面図を示し、ａは抗血栓材塗布前、
ｂは塗布後の膨潤拡張したとき、ｃは乾燥後収縮
変形したときの形状、第４図は本願発明に係る血
液チヤンバーを弧状に膨出させた側断面図ａとそ
の平面図ｂ及び正面断面図ｃとその平面図ｄであ
る。符号中、１はハウジングアウターケース、２は
血液チヤンバー、３は血液導入管、４は血液排出
管、５はフランジを各示す。

Claims

【特許請求の範囲】

１血液導入管及び血液排出管を並設したフラン
ジに前記血液導入管及び血液排出管に連通して軟
質ポリ塩化ビニル又はポリウレタンから形成され
膜厚が0.3mm〜1.3mmである偏平袋状の血液チヤン
バーが連設され、前記フランジに前記血液チヤン
バーを収納してハウジングアウターケースが気密
に固着されて形成されたサツク型血液ポンプであ
つて、前記血液チヤンバーの底部から上部へ2/3
Ｌ（Ｌ；血液チヤンバーの中心線上における全高）
の範囲における血液チヤンバーの横断面（前記血
液導入管及び血液排出管の方向に直角に切つた断
面）の相対する長辺が外に向つて80R〜300Rの
対称な弧状の曲線を形成し、少なくとも前記血液
チヤンバーの血液接触面に抗血栓性物質を塗布し
成形されることを特徴とする拍動型血液ポンプ。