JPH0462749B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プツシヤープレートにより作業流体
室と心室室とに仕切られた右心室ポンプ及び左心
室ポンプを有する流体圧駆動型の人工心臓に作動
流体を供給して、前記各心室ポンプから血液を拍
出させる人工心臓駆動装置に関する。

〔従来の技術〕

現在実用化されている人工心臓は、右心室ポン
プ及び左心室ポンプが、夫々各心室内の血液を作
動流体室内に供給される作動流体によつて作動す
るプツシヤープレートによつて圧し出すように成
された流体圧駆動によるものが多い。

この人工心臓の各作動流体室に空気等の作動流
体を供給して人工心臓を駆動する人工心臓駆動装
置として、従来より閉鎖型の駆動装置が知られて
いる。

これは、例えば右心室ポンプ用シリンダと左心
室ポンプ用シリンダの二本のシリンダをを使用
し、夫々のシリンダを所定長さのチユーブを介し
て右心室ポンプ及び左心室ポンプの空気室と接続
し、復駆動することにより、空気（作動流体）の
吐出と吸入を繰り返し行うことによつて、右心室
ポンプ及び左心室ポンプのプツシヤープレートを
往復駆動するようになされている。

したがつて、各シリンダのピストンを例えばモ
ータの動力を利用して往復駆動すれば、人工心臓
を駆動することができるので、駆動装置を携帯可
能な大きさにすることができる。

〔解決しようとする技術的課題〕

しかしながら、従来の人工心臓駆動装置は、携
帯可能といつても、車イスの上に載せた状態で運
搬しているのが現状であり、人工心臓を使用する
患者が自ら持ち運ぶことはできず、行動範囲が限
られていた。

人工心臓を使用する患者が自由に行動できるよ
うにするためには、右心室ポンプと心室ポンプに
空気を供給する駆動装置を、自ら持ち歩くことが
できる程度に、例えば肩掛け型のバツグやアタツ
シユケース等に収容できる程度に小型軽量化する
必要がある。

即ち、従来はモータの回転シヤフトにクランク
シヤフトを接続し、当該クランクシヤフトに連結
されたピストンロツドを介してピストンを往復さ
せたり、モータの回転シヤフトにボールねじを形
成し当該ボールネジ螺合されたナツトにピストン
ロツドを固定して前記ボールねじを駆動するモー
タを一定周期で反転することによりピストンを往
復させるようにしていたため、モータの回転運動
を直線運動に変換するための機構がモータ外部に
配設されることとなり、その機構をを配置するた
めのスペースを確保しなければならず小型化しよ
うとしても限界があつた。

さらに、上述のボールねじを使用する場合は、
右心室ポンプと左心室ポンプのプツシヤープレー
トを往復駆動するために正逆切り換えて駆動する
だけでなく、夫々の往復ポンプごとに一台のモー
タを必要とし、右心室ポンプと左心室ポンプを駆
動するためには二台のモータが必要となり、小型
軽量化を図ることができなかつた。

さらにまた、空気圧により右心室ポンプと左心
室ポンプを駆動する場合は、血液が充満してから
拍出を開始させるまでの僅かな時間ではあるが、
その間血液が滞留するので血栓形成の原因とな
る。

そこで、本発明は、クランクシヤフトやボール
ねじを使用することなく、しかも一つのモータに
よつて右心室ポンプと左心室ポンプを駆動するこ
とができると同時に、血液滞留による血栓形成な
どの幣害を未然に防止することができ、しかも非
常に小型で且つ軽量に形成できるようにすること
を技術的課題としている。

〔課題を解決するための手段〕

この課題を解決するために、本発明は、人工心
臓が血液を拍出させる右心室ポンプと左心室ポン
プとからなり、各心室ポンプが作動流体の圧力に
よつて往復運動するプツシヤープレートを挟んで
心室と稼動流体室に仕切られ、前記各作動流体室
にピストンの往復運動によつて作動流体の吸引と
吐出を繰り返す往復ポンプが夫々所定長さのチユ
ーブを介して接続され、当該各往復ポンプがモー
タによつて駆動されるように成された人工心臓駆
動装置において、前記モータは、円筒状のロータ
の内側に、当該ロータの一回転を一往復の直線運
動に変換する案内溝を形成した円筒カムが取り付
けられた構成とされ、当該円筒カム内に、その左
右両側から前記各往復ポンプのピストンロツドが
夫々挿入されて同時に伸縮するように前記案内溝
に係合され、右心室ポンプ及び左心室ポンプには
心室の拡張末期を検出するセンサが夫々取り付け
られると共に、往復ポンプの各ピストンロツドを
収縮させた状態でモータ停止させ、前記各センサ
の検出信号に基づいて、右心室ポンプ又は左心室
ポンプのいずれか早く血液が充満した心室の血液
充満時にモータを一回転させる制御装置を備えた
ことを特徴とする。

〔発明の作用〕

本発明による人工心臓駆動置は、モータの円筒
状ロータの内側に回転運動を左右の直線往復運動
に変換する円筒カムが設けられており、当該円筒
カムの回転によつて各往復ポンプのピストンロツ
ドが直接的に往復運動されるから、モータの回転
運動を直線往復運動に変換する機構として、従来
の如くきクランクシヤフトやボールねじ等が一切
不要となり、前記円筒カム自体もモータ内に取り
付けられて場所をとらない構成となつている。

また、各往復ポンプのピストンロツドが円筒カ
ムの左右両側から案内溝に係合されて、モータの
左右両側に往復ポンプを直接連結することができ
るので、駆動装置を著しく小型化することができ
る。

さらに、二つの往復ポンプのピストンロツドを
往復駆動するモータが一つで足りるので、人工心
臓駆動装置の小型化だけでなく軽量化を図ること
ができる。

したがつて、例えば、患者の体内に埋めこまれ
た人工心臓と往復ポンプとを所定長さのチユーブ
で連結した人工心臓駆動装置を、アタツシユケー
ス等の携帯用バツク内に収納して、患者自らが持
ち歩くこともでき、患者の行動範囲を広げること
ができる。

そして、まず、各ピストンロツドが同時に収縮
されると、右心室ポンプ及び左心室ポンプの作動
流体室の作動流体が往復ポンプ内に流入し、作動
流体室は陰圧となるので、心室内に血液が流入さ
れる。

ピストンロツドを同時に伸長させると、往復ポ
ンプ内の作動流体が右心室ポンプ及び左心室ポン
プの作動流体室に流入し、作動流体室が陽圧とな
るので、心室内の血液が拍出される。

このとき、右心室及び左心室に流入する血液の
血圧が異なる場合は、双方の心室が拡張末期に達
するまでに時間差が生じ、先に拡張された心室内
に血液が滞留するおそれがあるが、本発明では、
いずれか一方の心室が拡張末期に達したときにモ
ータを一回転させて、すぐ拍出を開始するように
しているので、先に拡張された心室内に血液が滞
留することがない。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す具体例な実施例に基
づいて説明する。

第１図は本発明による人工心臓駆動装置の一例
を示すフローシートである。

図中１Ｒ及び１Ｌは体内埋込型人工心臓の右心
室ポンプ及び左心室ポンプであつて、プツシヤー
プレート２Ｒ及び２Ｌを介して夫々心室３と空気
室（作動流体室）４が形成されている。

各心室３には血液流入口３ａ及び流出口３ｂが
形成されると共に、各空気室４には作動流体とし
ての空気の供給口４ａが形成されており、空気室
４に供給される空気の圧力によつてプツシヤープ
レート２Ｒ及び２Ｌが押圧されて心室３から血液
が圧し出されるようになされている。

Ｋは、アタツシユケース等の小型の携帯用ケー
ス５内に収納された人工心臓駆動装置であつて、
前記各心室ポンプ１Ｒ及び１Ｌの空気室４及び４
に空気を供給する往復ポンプを形成するシリンダ
６Ｒ及び６Ｌと、当該各シリンダ６Ｒ及び６Ｌの
ピストン７Ｒび７Ｌを往復駆動するためのモータ
８とからなる。

前記各シリンダ６Ｒ及び６Ｌは、モータ８の左
右両側にモータハウジング８ａと一体に形成され
ており、その先端部に形成された各ポート６ａと
前記空気室４の供給口４ａが、所定長さのチユー
ブ９を介して接続されている。

また、前記モータ８は、ステータ１０内に円筒
状ロータ１１が回動自在に配設され、当該ロータ
１１の内側には、その回転運動を直線往復運動に
変換する無端状の案内溝１３を形成した円筒カム
１２を取り付けた構成とされている。

そして、前記円筒カム１２の案内溝１３は、該
円筒カム１２が一回転の運動を一往復の直線運動
に変換できるように、例えば第２図に示すように
円筒カム１２を展開した状態で360゜のサインカー
ブとされ、当該円筒カム１２の内周面に沿つて刻
設されている。

一方、前記各シリンダ６Ｒ及び６Ｌのピストン
７Ｒ及び７Ｌに連設されたピストンロツド１５Ｒ
及び１５Ｌは、いずれも端部が円筒状に形成さ
れ、ピストンロツド１５Ｒがピストンロツド１５
Ｌ内に挿入されてカツプリングを形成している
（第３図図示）。

ピストンロツド１５Ｌは、その先端側に円筒カ
ム１２の案内溝１３に係合するローラ１６が突設
されると共に、外周面上に軸方向に沿つて回転防
止用のキー溝１７が形成され、当該キー溝１７に
はモータハウジング８ａに固定されたガイドアー
ム１８が摺動自在に係合されて、ピストンロツド
１５Ｌが円筒カム１２と共に回転することを防止
している。

また、前記ピストンロツド１５Ｌに挿入される
ピストンロツド１５Ｒは、先端側に円筒カム１２
の案内溝１３に係合するローラ１９が突設され、
該ローラ１９は、前記ピストンロツド１５Ｌの円
筒状部分にその軸方向に沿つて形成されたすり割
り２０を介してピストンロツド１５Ｌから突設さ
れて前記円筒カム１２の案内溝１３に係合されて
いる。

前記ローラ１９は、当該ピストンロツド１５Ｒ
が外側のピストンロツド１５Ｌと対称的に往復運
動をするようにローラ１６に対し180゜の位相差を
もつて前記案内溝１３に係合されている。

即ち、前記案内溝１３はサインカーブに刻設さ
れ、各ローラ１９及び１６が180゜の位相差で案内
溝１３に係合されているので、円筒カム１２が回
転すると、各ピストンロツド１５Ｒ及び１５Ｌは
対称的に移動し、内側のピストンロツド１５Ｒが
右方向に移動してシリンダ６Ｒのピストン７を押
圧するときには、外側のピストンロツド１５Ｌは
左方向に移動してシリンダ６Ｌのピストン７を押
圧する。

したがつて、前記モータ８を起動させるとと、
円筒カム１２が回転されて、ピストンロツド１５
Ｒ及び１５Ｌが直接的に且つ対称的に往復運動さ
れることとなり、各シリンダ６Ｒ及び６Ｌのピス
トン７Ｒ及び７Ｌを同時に進退させ、右心室ポン
プ１Ｒ及び左心室ポンプ１Ｌに空気を供給し、各
プツシヤープレート２Ｒ及び２Ｌを同時に加圧し
て血液を同時に拍出させることができ、また供給
した空気を吸引することにより空気室４及びび４
内が減圧されて心室３及び３肉に血液が充満され
ることになる。

なお、２１は、ピストンロツド１５Ｒ及び１５
Ｌを円滑に往復運動させるために、ピストンロツ
ド１５Ｒの外周に取り付けたベアリングである。

２５は、各ポンプ１Ｒ及び１Ｌへの血液流入圧
の変化に応じてモータ８の回転を制御する制御装
置であつて、その入力側に各プツシヤープレート
２Ｒ及び２Ｌに取り付けられた磁石２６によりそ
の位置をを検出するホールセンサ２７Ｒ及び２７
Ｌと、モータ８により駆動されるピストン７Ｒに
取り付けられた磁石２８によりその位置を検出す
るホールセンサ２９が接続され、出力側にモータ
８の駆動回路３０が接続されている。

前記制御装置２５は、ホールセンサ２７Ｒ及び
２７Ｌの検出信号に基づいて各ポンプ１Ｒ及び１
Ｌの血液充満時を求め、いずれか早く血液が充満
した方の血液充満時にトリガー信号発生手段２５
ａによりトリガー信号が出力され、当該トリガー
信号が例えばPWM制御回路２５ｂに入力される
と駆動回路３０に制御信号を出力しモータ８を一
回転だけ駆動させる。

また、PWM制御回路２５ｂには、ピストン７
Ｒの位置を検出するホールセンサ２９からの検出
信号が入力され、ピストン７Ｒが最も後退した時
点でモータ８を停止する制御信号を駆動回路３０
に出力する。

即ち、右心室ポンプ１Ｒ又は左心室ポンプ１Ｌ
の一方に血液が充満した時点で、トリガー信号発
生手段２５ａから出力されるトリガー信号により
モータ８が起動され血液の拍出が開始されること
となるので、各ポンプ１Ｒ及び１Ｌへの血液流入
圧が上昇して血液が早く充満しトリガー信号の間
隔が狭くなれば心拍数も前記流入圧に応じて上昇
され、血液流入圧が降下してトリガー信号の間隔
が長くなれば心拍数も血圧に応じて降下すること
となる。

この場合、トリガー信号は、右心室ポンプ１Ｒ
又は左心室ポンプ１Ｌのいずれか一方が先に充満
した時点で出力されるから、血液は常に両方のポ
ンプ１Ｒ及び１Ｌ内に流入し又はポンプから拍出
されていることになり、血液が前記ポンプ内に滞
留することがなく、血栓が形成される等の弊害を
防止することができる。

以上が本発明の一例構成であり、次にその作用
について説明する。

体内に埋め込んだ各心室ポンプ１Ｒ及び１Ｌの
空気室４及び４と各シリンダ６Ｒ及び６Ｌとを
夫々チユーブ９で接続すると共に、各ポンプ１Ｒ
及び１Ｌのプツシヤープレート２Ｒ及び２Ｌの位
置を検出するホールセンサ２７Ｒ及び２７Ｌの信
号線を制御装置２５に夫々接続する。

そして、モータ８が起動されロータ１１が回転
すると、円筒カム１２によつてその回転運動が直
接的に直線往復運動に変換されて、該円筒カム１
２の案内溝１３に夫々のローラ１６及び１９が係
合された各ピストンロツド１５Ｒ及び１５Ｌが、
対称的に往復運動され、前進するときに各シリン
ダ６Ｒ及び６Ｌのピストン７Ｒ及び７Ｌが進出さ
れて各ポンプ１Ｒ及び１Ｌの空気室４及び４に作
動空気を供給し、心室３及び３内の血液を同時に
拍出した後、ピストン７及び７が後退されて前記
空気室４及び４内が減圧された心室３及び３内に
血液が充満されるまで待機する。

そして、心室３及び３内に血液が流入されると
プツシヤープレート２Ｒ及び２Ｌが移動し、各ホ
ールセンサ２７Ｒ及び２７Ｌからプツシヤープレ
ート２Ｒ及び２Ｌの位置を出力する検出信号が制
御装置２５に入力され、検出信号に基づいて各ポ
ンプ１Ｒ及び１Ｌの血液充満時が求められる。

このとき、右心室ポンプ１Ｒ及び左心室ポンプ
１Ｌに同時に血液が流入されるが、各ポンプ１Ｒ
及び１Ｌへの血液流入圧の相違によつて血液充満
時が前後する場合がある。

そして、例えば右心室ポンプ１Ｒが先に充満さ
れると、左心室ポンプ１Ｌが充満する前であつて
も、その時にトリガー信号が出力されモータ８が
起動されて、右心室ポンプ１Ｒ及び左心室ポンプ
１Ｌから同時に血液の拍出が開始される。

したがつて、いずれか早く血液が充満した心室
ポンプの血液充満時に同期して血液の拍出が開始
されることとなり、各ポンプ１Ｒ及び１Ｌ内の血
液は常に流入及び拍出を繰り返しているから、ポ
ンプ１Ｒ及び１Ｌ内に血液が滞留することなく、
血液の滞留による血栓の形成等の弊害を防止する
ことができる。

また、血液流入圧の変動に応じて血液拍出のタ
イミングが制御されるので、当該流入圧が高くな
るとトリガー信号の出力間隔が短くなつてモータ
８の回転数が上昇され心拍数が自動的に増加し、
逆に血液流入圧が低くなつた場合には心拍数が自
動的に低下されることとなる。

このように、各心室ポンプ１Ｒ及び１Ｌの血液
充満時を検出していずれか早く充満した時に同期
させてモータ８を駆動し血液の拍出を開始させる
制御装置を使用すれば、各心室ポンプ１Ｒ及び１
Ｌへの血液流入圧の変化に応じて心拍数が自動的
に変化されて単位時間当たりの拍出量が変化する
こととなるので、生体の血圧に応じた最適の血液
流量に維持することができる。

なお、上記実施例の説明では、各心室ポンプ１
Ｒ及び１Ｌに空気を供給する往復ポンプとしてシ
リンダ６Ｒ及び６Ｌを使用した場合について説明
したが、本発明はこれに限らず例えばベローズそ
の他の往復ポンプを使用する場合であつてもよ
い。

また、作動流体としては空気に限らず、液体そ
の他の流体を使用する場合であつてもよい。

さらに、右心室ポンプ１Ｒ及び左心室ポンプ１
Ｌのプツシヤープレート２Ｒ及び２Ｌとしては、
板状のものに限らず、ダイアフラム等の膜状のも
のであつてもよい。

プツシヤープレート２Ｒ及び２Ｌとして膜状の
ものを使用した場合は、各ポンプ１Ｒ及び１Ｌの
血液充満時を検出する手段としては、ホールセン
サ２７Ｒ及び２７Ｌによりプツシヤープレート２
Ｒ及び２Ｌの位置を検出する代わりに、例えば空
気室４及び４の圧力を検出することにより血液充
満時を求めることができる。

また、生体内に埋め込んで使用する人工心臓の
駆動装置として使用する場合に限らず、生体外に
設置する補助人工心臓の駆動装置として使用でき
ることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、円筒状ロー
タの内側に取り付けられた円筒カムの左右両側か
ら、当該円筒カムの案内溝に各往復ポンプのピス
トンロツドが係合されているので、各往復ポンプ
をモータの左右両側に直接連続して形成すること
ができ、また一つのモータで二つの往復ポンプを
駆動することができ、さらにモータ外に回転シヤ
フト等が突出することもなく、装置全体の小型軽
量化を図ることができるという優れた効果を有す
る。

また、構造が簡単であり製造コストも安いの
で、循環器系の病気に関して十分な設備が整わな
い小規模病院や個人開業医にも、緊急用の補助人
工心臓駆動装置として広く普及させることができ
る。

さらに、いずれか早く血液が充満した心室ポン
プの血液充満時に、拍出が開始されるので、、各
ポンプ内の血液は常に流入及び拍出を繰り返して
いるから、血液の滞留による血栓形成等の弊害を
未然に防止することができるという効果がある。

１さらにまた、血液流入圧の変動に応じて血液
が心室に充満するまでの時間が変動するので、心
拍数が血液流入圧に応じて自動的に変化すること
となり、生体の血圧に応じた最適の血液流量に維
持することができるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による人工心臓を示す断面図、
第２図はその要部を示す展開図、第３図はその要
部を示す斜視図である。 符号の説明 １Ｒ…右心室ポンプ、１Ｌ…左心
室ポンプ、２Ｒ，２Ｌ…プツシヤープレート、Ｋ
…駆動装置、３…心室、４…空気室（作動流体
室）、６Ｒ，６Ｌ…シリンダ、７Ｒ，７Ｌ…ピス
トン、８…モータ、９…チユーブ、１１…ロー
タ、１２…円筒カム、１３…案内溝、１５Ｒ，１
５Ｌ…ピストンロツド。１６，１９…ローラ（突
起）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 人工心臓が血液を拍出させる右心室ポンプ１
   Ｒと左心室ポンプ１Ｌとからなり、各心室ポンプ
   １Ｒ，１Ｌが作動流体の圧力によつて往復運動す
   るプツシヤープレート２Ｒ，２Ｌを挟んで心室３
   と稼動流体室４に仕切られ、前記各作動流体室４
   にピストン７Ｒ，７Ｌの往復運動によつて作動流
   体の吸引と吐出を繰り返す往復ポンプ６Ｒ，６Ｌ
   が夫々所定長さのチユーブ９を介して接続され、
   当該各往復ポンプ６Ｒ，６Ｌがモータ８によつて
   駆動されるように成された人工心臓駆動装置にお
   いて、前記モータ８は、円筒状のロータ１１の内
   側に、当該ロータ１１の一回転を一往復の直線運
   動にに変換する案内溝１３を形成した円筒カム１
   ２が取り付けられた構成とされ、当該円筒カム１
   ２内に、その左右両側から前記各往復ポンプ６
   Ｒ，６Ｌのピストンロツド１５Ｒ，１５Ｌが夫々
   挿入されて同時に伸縮するように前記案内溝１３
   に係合され、右心室ポンプ１Ｒ及び左心室ポンプ
   １Ｌには心室４の拡張末期を検出するセンサ２７
   Ｒ，２７Ｌが夫々取り付けられると共に、往復ポ
   ンプ６Ｒ，６Ｌの各ピストンロツド１５Ｒ，１５
   Ｌを収縮させた状態でモータ８を停止させ、前記
   各センサ２７Ｒ，２７Ｌ検出信号に基づいて、右
   心室ポンプ１Ｒ又は左心室ポンプ１Ｌのいずれか
   早く血液が充満した心室４の血液充満時にモータ
   ８を一回転させる制御装置２５を備えたことを特
   徴とする人工心臓駆動装置。 ２ 前記円筒カム１２内に挿入された前記ピスト
   ンロツド１５Ｒ，１５Ｌのうち、少なくとも一方
   のピストンロツド１５Ｌの端部が円筒状に形成さ
   れ、当該円筒内に他方のピストンロツド１５Ｒの
   端部が摺動自在にカツプリングされると共に、当
   該他方のピストンロツド１５Ｒに形成された突起
   が前記一方のピストンロツド１５Ｌの円筒状部分
   に形成された軸方向のすり割を通して前記円筒カ
   ム１２の案内溝１３に係合されて成る前記特許請
   求の範囲第１項記載の人工心臓駆動装置。 ３ 前記各往復ポンプが、前記ピストン７Ｒ，７
   Ｌを往復させるシリンダ６Ｒ，６Ｌからなる前記
   特許許請求の範囲第１項記載の人工心臓駆動装
   置。 ４ 前記各往復ポンプが、前記ピストンロツド１
   ５Ｒ，１５Ｌにより伸縮されるベローズからなる
   前記特許請求の範囲第１項記載の人工心臓駆動装
   置。