JPH0447581B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

イ 産業上の利用分野 本発明は血液ポンプ装置に関し、例えば人工心
臓用のサツク型血液ポンプ装置に関するものであ
る。 ロ 従来技術 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。例えば
第６図に示すように、生体の心臓１０の右心房と
肺動脈との間や、左心房と大動脈との間に夫々サ
ツク型血液ポンプ装置１１が連結される。 第７図〜第９図は、第６図の人工心臓を構成す
るサツク型血液ポンプ及び血液チヤンバーの基本
的形態を示すものである。このサツク型血液ポン
プは、耐圧性（たとえばポリカーボネートあるい
はポリウレタン製）のハウジングアウターケース
１と、このハウジングアウターケース内に気密に
収納される偏平袋状のサツク型の血液チヤンバー
２とから成る。この血液チヤンバー２の上部に
は、血液チヤンバーに連通して血液導入管３と血
液排出管４とが上向きにかつ略々平行に形成され
ている。血液チヤンバー部の上部周囲には、ハウ
ジングの一部をなすフランジ部５を設けてあり、
このフランジ部５によつて血液チヤンバー２はハ
ウジングアウターケース１内に気密に収納され
る。また、血液導入管３と血液排出管４との各内
部には、血液１２の逆流を防止する公知の逆止弁
６，７が装着してあり、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１２
は、血液排出管４より拍出されるようになつてい
る。血液の拍出は、ハウジングアウターケース１
の底部に設けられたポート８を通じて流体、例え
ば圧縮空気の導入、排出を交互に行ない、血液チ
ヤンバー外圧の変化に伴つて血液チヤンバー２が
膨張、収縮をくり返すことによつてなされるもの
である。 第１０図には、上記した血液ポンプの要部拡大
断面（第８図の―線に沿う主要部外側の断
面）を示す。ここで、ハウジングアウターケース
１は金属製固定用プレート１３を介してビス１４
によつて上記フランジ部５に固定され、また血液
チヤンバー２は図示の如くにその外側面がほぼ直
角の状態でフランジ部５に一体に連設されてい
る。 本発明者は、上記の如きサツク型の人工心臓に
ついて、機械装置での模擬実験において、ポンプ
の耐久性の実地テストをくり返して行ない、長時
間にわたり使用可能な血液ポンプを検討した。 この結果、下記表―１に示すデータが得られ
た。

【表】 ＊ 上記拍動時間経過時点での状態
この表―１に示す結果から、次のことが理解さ
れる。即ち、この模擬実験におけるように拍動数
を多くしたり、変形量が過度になつた場合、サツ
クに亀裂を生じるようになり、第１０図における
特に血液チヤンバー２の付け根部２ａに亀裂が入
る現象が観察された。 この現象について本発明者が検討したところ、
第１０図に示したように、血液チヤンバー２の外
側面がフランジ部５の下端面の隣接部位に対して
ほぼ直角に連設されているために、一点鎖線の如
くに血液チヤンバー２が伸張、更には収縮する際
にその付け根部２ａに応力が集中し易く、この部
分での破断が進行し易いからであることをつき止
めたのである。 ハ 発明の目的 本発明は上記の如き状況をふまえてなされたも
のであつて、その目的は、破断が生じず、耐久性
が著しく向上した血液ポンプ装置を提供すること
にある。 ニ 発明の構成 即ち、本発明による血液ポンプ装置は、血液チ
ヤンバーを形成する伸縮可能なサツク部が、この
サツク部を包囲するアウターケース部とフランジ
部とからなるハウジング部の前記フランジ部に一
体に連設されている血液ポンプ装置において、前
記ハウジング部に対する前記サツク部の付け根部
の外側面に隣接して、前記フランジ部の内側面に
前記サツク部の全周に亘つて溝が形成されてい
て、この溝の内壁面と前記付け根部の外側面とが
90゜を超える角度をなしており、これによつて、
前記付け根部は前記溝の深さ方向へ行くに従つて
断面が拡大されながら前記フランジ部に一体に連
設されていることを特徴とするものである。 ホ 実施例 以下、本発明を人工心臓用サツク型血液ポンプ
装置に適用した実施例を第１図〜第５図について
詳細に説明する。但、本実施例による血液ポンプ
装置は、その使用状態及び外観形状が第６図〜第
９図に示したものと基本的に同様であるから、そ
の主要部のみを第１図〜第５図（第１図及び第３
図〜第５図はいずれも第１０図と同じ部分の断面
図、第２図は第９図の―線に沿う対応した部
分拡大断面図である。）に示している。 第１図〜第３図に示す第１の実施例によれば、
ハウジングの一部をなすフランジ部５の隣接部位
に対してサツク型血液チヤンバー２が一体に連設
されるが、その付け根部（又は付け根領域）２ａ
の外側面に隣接して、フランジ部５の内側面に断
面ほぼ半円形の溝２０が血液チヤンバー２の全周
に亘つて形成されている。従つて、血液チヤンバ
ー２の付け根部２ａの外側面には円弧状のテーパ
ー２１が付け根部２ａと90゜を超える角度をなし
て存在し、このテーパーによつて付け根部２ａは
断面が連続的に拡大されながらハウジング側に一
体に連設されることになる。また、血液チヤンバ
ー２ａの内側面側の領域には、既述した血液導入
管３と血液排出管４（いずれも第７図も参照）と
を連結する肉厚の連結部２２がフランジ部５に対
し、渦流を防ぐために円滑な面を形成しながら一
体に設けられている。従つて第１〜５図に示す実
施例については、いずれの場合も、チヤンバー内
面での血流はスムーズで血栓等を惹起しない構造
となつている。 このように、血液チヤンバー２の付け根部２ａ
が上記テーパー２１によつて連続的に断面が拡大
されつつ（換言すれば肉厚が漸次拡大されつつ）
ハウジング側に連設されているために、第３図に
一点鎖線で示す如くにサツク部２が伸張したとき
（更にはその伸張状態から収縮するとき）、付け根
部２ａはテーパー２１の曲面の曲率を小さくする
（或いは大きくする）方向になめらかに弾性変形
するだけである。従つて、第１０図に示した場合
に比べ、付け根部２ａに加わる応力若しくは応力
の集中が著しく緩和され、苛酷な駆動条件下でも
耐久性が大きく向上し、５〜10倍以上もの長時間
に亘つて使用に耐えるものとなる。 こうした顕著な作用効果を得る上で、上記した
溝２０又はテーパー２１の形状、サイズは次のよ
うに設定するのが望ましい。即ち、第３図におい
て、溝２０の直径をＲ、溝２０の下縁位置におけ
る付け根部２ａとフランジ部５に対するケース１
の嵌合位置との間の距離をｌとすれば、 ０＜Ｒ≦３／４ｌ であるのが望ましく、 １／４ｌ≦Ｒ≦１／２ｌ であるのが更に望ましい。Ｒが３／４ｌを越えて大 きくなりすぎると、フランジ部５に対するケース
１の固定状態が不安定で長期に亘る駆動条件下で
は機密性が低下し易くなり、Ｒ≦３／４ｌ、更には、 Ｒ≦１／２ｌとすれば、上記したテーパー２１の機 能とケース１の固定安定性との双方を共に充二分
に実現することができる。また、Ｒは一般にはＲ
＞０であればよいが、テーパー２１の効果を十二
分にするにはＲ≧１／４ｌとするのが望ましい。 具体的には、Ｒ＝４〜８mmφ、ｌ＝８〜16mmと
してよい。また、溝２０の下縁位置における付け
根部２ａの厚みｔは最大３mm（血液チヤンバー２
の肉薄部分２ｂの厚みは0.6〜1.4mm）、フランジ
部５の最大厚みt′は７〜10mmとしてよい。 なお、上記の溝２０を形成するには、血液導入
管及び血液排出管と一体にフランジ部５付きのハ
ウジング上部をモールド成形する際に、溝２０に
対応するリブが金型に予め存在するように加工し
ておけばよい。このようなリブ加工された金型
（下型）を用い、通常の成形プロセスによつて、
まずハウジング上部を作成する。次に、このハウ
ジング上部（又はハウジング上蓋部）を容器状の
スラツシユ成形用金型に液密に装着し、この金型
内にポリ塩化ビニルのプラスチゾルを装入し、金
型の外側からの伝熱によつて、ハウジング上部に
対して上記の血液チヤンバー２を一体成形する。
このように袋状成形物を内面シームレスに一体化
する手法は、すでに本発明者らが特願昭55−
175257号で提案した方法を使うことが出来る。 上記の溝２０又はテーパー２１を設けたことに
よる効果は、最大ストローク容量17c.c.のタイプを
用いた下記表―２に示す実験によつて確認され
た。

【表】 この結果において、本発明に基いて、血液チヤ
ンバー２の付け根部２ａに溝２０を設けると、苛
酷な駆動条件（拍動数は150又は200：但、血液吐
出量を２〜3.5／minとする。）で使用する際
に、サツクに亀裂が発生するに至るまでの日数は
約３倍にも増え、耐久性が著しく向上することが
分る。この事実は、上記の如き苛酷な条件下での
使用において驚くべきことであり、本発明に基く
血液ポンプの優位性、及び充分な実用性を如実に
示している。 本実施例によれば、上述した顕著な効果は、サ
ツク部２をフランジ部５に一体に連設し、サツク
部２の付け根部２ａの全周に溝２０を90゜を超え
る角度で形成することにより確実に達成でき、か
つ、接着剤等の手段を一切使用せずにサツク部２
をフランジ部５に一体成形するのみで達成するこ
とができる。 第４図は、本発明の第２の実施例を示すもので
ある。 この実施例では、第１図に示した溝２０に代え
て、直線的に傾斜したテーパー３１を有する溝３
０を形成している。但、血液チヤンバー２の外側
面とテーパー３１とのなす角度θは、θ＞90゜と
すべきであり、130≦θ≦160とするのが望まし
い。この角度が仮に90゜若しくはそれ以下である
と、第１０図に示した従来の装置と同じ欠点が生
じるが、θ＞90゜、即ち鈍角とすることによつて、
第３図で述べたと同様に付け根部２ａの肉厚が漸
次拡大されてハウジング側に連設されることにな
る。この結、付け根部２ａにおける応力集中が緩
和され、耐久性が大幅に向上する。 第５図は、本発明の参考例を示すものである。 この参考例では、第１０図に示した従来の装置
において、血液チヤンバー２の付け根部２ａの外
側面とフランジ部５の下端面とのなす隅部に軟質
ポリ塩化ビニル等の合成樹脂４０を注射器等で塗
布し、これによつて付け根部２ａと一体になつた
合成樹脂塗布部４０の面に曲線状若しくは直線状
のテーパー４１が形成されるようにしている。 この合成樹脂塗布部４０の塗布幅ｗ，w′は上
記テーパー４１が充分に形成されるように設定
し、例えば夫々最小１mmであつてよい。従つて、
この合成樹脂塗布部４０は血液チヤンバー２及び
フランジ部５に強固に付着して完全に一体となる
ため、合成樹脂塗布部４０の存在によつて付け根
部２ａの肉厚がハウジング側に向つて連続的に拡
大されることになり、上述したと同様に応力集中
の緩和による耐久性の向上を実現することができ
る。但し、そのためには塗布部４０を形成する必
要があり、その作業に手間を要するという問題が
ある。 また、第５図において、上述した連結部２２に
対しても付け根部２ａが曲面をなして連設される
が、この曲面によつて、上述したテーパー２１
（又は３１，４１）と相俟つて血液チヤンバー２
がなめらかに弾性的伸縮動作するのが助長され
る。この連結部２２は本来、充分な機械的強度を
有するのが望ましいので、第５図に一点鎖線で示
す位置まで連結部２２を厚くすると、機械的強度
が更に充分となる。連結部２２の厚み増加量ｈは
３〜４mmであつてよい。但、あまり厚くすると、
血液チヤンバー２の伸縮動作がスムーズに起こら
ず、このために内部に血液滞留点が発生し、凝血
現象が生じる場合があるので、これを考慮して上
記ｈを決める必要がある。 このように、連結部２２を厚くした結果、上述
した装置よりも良好な耐久性が得られる場合があ
ることを確認している。例えば、最大ストローク
容量を17c.c.、拍動数を150b.p.m.、駆動圧を＋250
mmHg、−50mmHgとしたときに、サツクに亀裂が
生じるまでの日数（耐久性）が48日から85日へ延
長可能であることが分つた。 なお、上述した各実施例において、血液チヤン
バー２および導管３，４、即ち血液との接触部は
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
が優れている。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で成形されても良
い。この軟質ポリ塩化ビニルに用いることのでき
る適当な可塑剤としては、ジオクチルフタレート
（DOP）、ジブチルフタレート（DBP）、ブチルベ
ンジルフタレート（BBP）、ジオクチルアジペー
ト（DOA）、ブチルフタリルブチルグリコレート
（BPBG）、メチルアセチルリシノレート
（MAR）、アセチルトリブチルサイトレート
（ATBC）等の公知の塩ビ可塑剤が挙げらる。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重量部であるが好ましく、50〜80重
量部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。 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、耐疲労特性及び耐加水分解性の
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。血液チヤンバーには弾性特性、弾性回
復特性及び耐疲労特性が要求されるので、ポリエ
ーテル系ポリウレタンで構成するのが最適であ
る。ポリエーテル系ポリウレタンのポリエーテル
部としては、ポリエチレングリコール、ポリプロ
ピレングリコール、ペンタメチレングリコール、
ジグライム等を用いることができる。 上述の実施例における血液チヤンバー２の膜厚
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、0.3〜2.0mmであるのが好ましく、0.6〜1.2mm
であるのが更に好ましい。又、血液チヤンバー２
がポリウレタン素材で構成された場合には、0.2
〜1.5mmの膜厚が好ましく、0.5〜1.0mmが更に好ま
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、この膜厚が余り薄
すぎると、血液チヤンバー部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。更に、過大な圧力で駆動させた場合にはサ
ツク部分が破断する危険性が生じる。 上述の実施例に用いられる逆止弁６，７として
は、公知の或いは市販の弁を用いることができ
る。このような公知の或いは市販の弁には、ボー
ル型、デイスク型、リーフレツト型、中心流型等
がある。 上述の実施例の血液ポンプ装置においては、そ
の血液との接触面を抗血栓性に優れた物質でコー
テイングして、血液に対する適合性を向上させる
ことができる。例えば、ジメチルシロキサンによ
る表面処理、ポリエーテル系ポリウレタン―ポリ
ジメチルシロキサンのブロツク共重合体によるコ
ーテイング処理等を行なつて良い。 また、ハウジングアウターケース１は、強度、
透明性が要求されることから硬質ポリ塩化ビニ
ル、ポリカーボネート、ポリスルホン等で形成さ
れる。 以上、本発明を例示したが、上述した例は本発
明の技術的思想に基いて更に変形が可能である。 例えば、上述したテーパー２１，３１の形状、
サイズは種々に変更してよい。また、本発明は人
工心臓以外にも人工心肺等にも適用可能である。 ヘ 発明の作用効果 本発明は上述した如く、血液チヤンバーを形成
する伸縮可能なサツク部の付け根領域が、少なく
ともその外側面に設けたテーパーによつて断面が
拡大されながらハウジング部のフランジ部に連設
されているので、サツク部の伸縮動作時にその付
け根領域の弾性変形がなめらかに生じ、そこへの
応力の集中を効果的に防止できる。従つて、サツ
ク部の破断を防ぎ、長時間に亘つての使用が可能
となり、耐久性が大幅に向上する。しかも、こう
した効果は、サツク部をフランジ部に一体に連設
し、サツク部の付け根部の全周に溝を90゜を超え
る角度で形成することにより確実に達成でき、か
つ、接着剤等の手段を一切使用せずにサツク部を
フランジ部に一体成形するのみで達成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例によるサツク部
血液ポンプ装置の要部拡大断面図、第２図は同血
液ポンプ装置の他の箇所における要部拡大断面
図、第３図は同血液ポンプ装置の要部の動作及び
サイズを説明するための、第１図と同様の断面図
（但、断面ハツチングは図示省略している。）、第
４図は第２の実施例によるサツク型血液ポンプ装
置の要部拡大断面図、第５図は本発明の参考例に
よるサツク型血液ポンプ装置の要部拡大断面図で
ある。第６図〜第１０図は従来例を示すものであ
つて、第６図はサツク型血液ポンプ装置の使用状
態を示す概略正面図、第７図は同血液ポンプ装置
の分解斜視図、第８図は血液チヤンバーを有する
構成要素の正面図、第９図は第８図の右側面図、
第１０図はサツク型血液ポンプ装置の要部拡大断
面図である。 なお、図面に示された符号において、１…ハウ
ジングアウターケース、２…血液チヤンバー（サ
ツク部）、２ａ…付け根部、３…血液導入管、４
…血液排出管、５…フランジ部、８…ポート、１
１…サツク型血液ポンプ装置、２０，３０…溝、
２１，３１，４１…テーパー、２２…連結部、４
０…合成樹脂塗布部である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 血液チヤンバーを形成する伸縮可能なサツク
   部が、このサツク部を包囲するアウターケース部
   とフランジ部とからなるハウジング部の前記フラ
   ンジ部に一体に連設されている血液ポンプ装置に
   おいて、前記ハウジング部に対する前記サツク部
   の付け根部の外側面に隣接して、前記フランジ部
   の内側面に前記サツク部の全周に亘つて溝が形成
   されていて、この溝の内壁面と前記付け根部の外
   側面とが90゜を超える角度をなしており、これに
   よつて、前記付け根部は前記溝の深さ方向へ行く
   に従つて断面が拡大されながら前記フランジ部に
   一体に連設されていることを特徴とする血液ポン
   プ装置。