JPH0472551B2 - - Google Patents

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JPH0472551B2
JPH0472551B2 JP50370684A JP50370684A JPH0472551B2 JP H0472551 B2 JPH0472551 B2 JP H0472551B2 JP 50370684 A JP50370684 A JP 50370684A JP 50370684 A JP50370684 A JP 50370684A JP H0472551 B2 JPH0472551 B2 JP H0472551B2
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purge
fluid
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Jon Shiii Moizu
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NIMUBASU Inc
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Publication of JPH0472551B2 publication Critical patent/JPH0472551B2/ja
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    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/10—Shaft sealings
    • F04D29/106—Shaft sealings especially adapted for liquid pumps
    • F04D29/108—Shaft sealings especially adapted for liquid pumps the sealing fluid being other than the working liquid or being the working liquid treated
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Description

請求の範囲 １ ａ ポンプを経て血流を搬送するのに共働
し、両者間の界面が前記血流に曝される回転子
手段および固定子手段；と ｂ 前記回転子手段および前記固定子手段を相対
的に回転するように支持する軸受手段の少なく
とも近傍から、血液と共存し得るパージ流体
を、前記界面から前記血流中に連続的に流すた
めのパージシール手段； とを具えている凝血抑制血液ポンプ。
２ 前記回転子が羽根車手段と該羽根車手段を駆
動させるための軸手段とから構成されるととも
に、該軸手段と前記固定子手段との間に前記軸受
手段が形成され、前記羽根車手段はハウジングの
一部を構成する羽根車チヤンバ内に収納され、前
記ハウジング内で、前記羽根車チヤンバの外に前
記軸手段を駆動する駆動手段が設けられ、前記羽
根車手段と前記羽根車チヤンバとにより前記羽根
車チヤンバ内を通過する血液の渦巻流を形成する
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の血液
ポンプ。
３ 前記固定子手段と前記回転子手段とがハウジ
ング内に収納され、前記固定子手段が前記ハウジ
ングを細長形に規定するとともに、前記回転子手
段が、前記ハウジング内に軸回転するように取付
られて前記ハウジングの軸方向に血流を搬送し、
前記固定子手段との間にて前記血流と接触する界
面を規定することを特徴とする請求の範囲第１項
に記載の血液ポンプ。
４ 前記パージシール手段が前記血流と前記軸受
手段との間の流体シールを構成することを特徴と
する請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに
記載のポンプ。
５ 前記パージ流体を、前記軸受手段を滑らかに
するのに用いられる軸受流体とすることを特徴と
する請求の範囲第４項に記載の血液ポンプ。
６ 前記軸受手段を流体力学タイプのものとし、
かつ前記軸受手段と前記パージシール手段との間
に再循環手段を設けて、流体力学軸流が前記パー
ジシール手段に再循環作用を引き起こさなくする
ことを特徴とする請求の範囲第５項に記載の血液
ポンプ。
７ 前記界面における前記パージ流体の前記血流
への流れを、血液要素が前記界面に侵入するのを
防ぐのに丁度十分な流れとすることを特徴とする
請求の範囲第４項に記載の血液ポンプ。
８ 前記パージシール手段を円筒状シールとする
ことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の血液
ポンプ。
９ 前記パージシール手段をフエースシールとす
ることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の血
液ポンプ。
１０ パージシール手段を球状シールとすること
を特徴とする請求の範囲第４項に記載の血液ポン
プ。
１１ 前記パージ流体を無蛋白質血液ろ液から成
るものとすることを特徴とする請求の範囲第４項
に記載の血液ポンプ。
１２ 前記ろ液を蛋白質−ろ過半透膜手段により
獲得し、前記半透膜手段の高圧側を前記血液ポン
プの出口側における前記血液と効果的に接触さ
せ、かつ前記半透膜手段の低圧側を前記パージシ
ール手段と効果的に連続して、前記半透膜の低圧
側に捕集される無蛋白質ろ液流体が前記パージシ
ール手段に対するパージ流体源を構成することを
特徴とする請求の範囲第１１項に記載の血液ポン
プ。
１３ 前記羽根車手段をシユラウドのないものと
することを特徴とする請求の範囲第２項に記載の
ポンプ。
１４ 前記羽根車手段がハブおよび複数枚の羽根
を具え、前記ハブの表面および前記羽根車チヤン
バの壁部が前記ハブ手段と前記壁部との間の界面
にて本来連続的な平滑面を形成することを特徴と
する請求の範囲第１３項に記載の血液ポンプ。
１５ 前記羽根車手段が回転する際に前記界面を
掃引すべく前記羽根を配置することを特徴とする
請求の範囲第１４項に記載の血液ポンプ。
１６ 前記駆動手段を前記軸受流体中に浸すこと
を特徴とする請求の範囲第２項に記載の血液ポン
プ。
１７ 前記軸受流体を前記軸受手段に付与する点
と前記羽根車チヤンバとの間に、前記軸受手段に
隣接する前記軸手段を囲むプレナム手段も具える
ことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の血液
ポンプ。
１８ 前記プレナム手段に低インピーダンスの軸
受流体源を接続することを特徴とする請求の範囲
第１７項に記載の血液ポンプ。
１９ 前記羽根車チヤンバに隣接する前記パージ
シール手段の〓間をほぼ2.5μmとすることを特徴
とする請求の範囲第２項に記載の血液ポンプ。
２０ 前記界面に隣接する固定子および回転子面
が前記血流によつて掃引される本来連続的な平滑
面を形成することを特徴とする請求の範囲第３項
に記載の血液ポンプ。
技術分野 本発明は連続送出血液ポンプ、特に血液凝固を
殆ど、或いは全く起さず、しかも信頼度の高い移
植可能な血液ポンプに関するものである。
背景技術 心臓機能を助ける用途に用いられる連続送出血
液ポンプは、常時吸入排出し、かつ高速度で作動
し得るために循環式送出血液ポンプよりも本来遥
かに優れている。外部から心臓機能を一時的に助
ける用途には、血液を連続的に送出させるために
カニユーレの寸法を小さくする。移植可能ポンプ
の場合には、ポンプそのものの寸法を小さくし
て、解剖による配置規制を和らげて、他の方法で
は不可能とされる配置を可能にする。しかし、連
続送出血液ポンプには所定の欠点がある。羽根車
とハウジングとの相対運動によつて引き起される
剪断力は溶血（すなわち、赤血球細胞膜の破壊）
を起生し得る。羽根車シエラウドの下側の渦巻に
て捕えられるか、または羽根車が掃引しない凹所
内で停滞している血液要素は凝血する（すなわ
ち、危険な血の固まりの形成）傾向にある。この
ような問題を抗凝固剤を用いて克服することは必
ずしも医学的に常に賢明な策とは云えない。
慣例の連続送出血液ポンプは、繊細な軸受に血
液要素が入つて、そこにたまることにより軸受を
詰まらせて、結局はその軸受を動かさなくするた
めに、信頼度の上で重要な問題も呈する。従来技
術では（ライツヒ（Reich）による米国特許第
4135253号およびドーマン（Dorman）による米
国特許第4608088号に見られるように）、流体力学
軸受を用いて目詰りを低減させる試みが成されて
いるが、摩擦軸シールにはいずれも小さな凹所ま
たは隙間があり（または遅かれ早かれ発生する）、
これらの個所に血液要素が捕えられて凝固し、か
つ目詰りし始める。羽根車、ハウジングおよび軸
受を慎重に設計することにより、上述したような
影響は低減させることができる。血液ポンプにお
ける回転部と固定部との間における摩擦界面があ
る個所ではどこでも本来凝血現象が存在する。
発明の開示 本発明は本来、パージシールを設け、ポンプの
回転部と固定部との間の界面の周囲に沿うあらゆ
る点における流速が、拡散または他の機構によつ
て上記界面にもたらされる血液の流速よりも僅か
に早い流速で前記パージシールを経て血液と共存
し得る流体を前記界面における血液の流れに導入
させることによつて前記界面での凝血現象をなく
すことにある。
パージシール技法は、粒状または研磨スラリー
の吸入排出に係わる業界における技術分野では、
ハエンテイエンス（Haentjens）による米国特許
第4224008号、モアリス（Morris）による米国特
許第4236867号、クランセイ（Clancey）による
米国特許第4239422号にて既知であるが、これら
の技法で血液ポンプ中の凝血を防止することがで
きると云うことは以前認識されていなかつた。
血流に対し本来平滑な連続面となるように回転
部と固定部との界面を整列させることにより、ポ
ンプ内での血液の停滞がなくなり、しかも界面は
溶血も、凝血も起さない流体領域として血流に出
現する。これと同時に、血流に向けて純正パージ
流を流すことによつて血液要素が軸受に入つて、
それを動かさなくするのを防止する。外部パージ
供給源を設ける場合には、エタノールの如き静菌
性の流体を利用することができ、しかもヘパリン
の如き凝固抑制剤を上記流体に加えて、パージ流
体が血流に入る局部個所での血液の凝固傾向を一
層少なくすることができる。
本発明の他の見地によれば、パージ流体を半透
膜ろ過によつて血流から導出することができ、か
つポンプによつて血流中に形成される圧力を用い
てパージ流体を適切に流し続けることができる。
このようにして、外部パージ流体源がなくてもポ
ンプをパージシールモードで無期限に作動させる
ことができる。
従つて、本発明の目的はパージシールを用い
て、ポンプの回転部と固定部との間の血流中に好
都合な界面を形成する凝血抑制血液ポンプを提供
することにある。
本発明の他の目的は、血栓形成の可能性が最小
となるように、本来平滑で連続的な血流通路が形
成される渦巻または軸流式の連続送出血液ポンプ
を提供することにある。
さらに発明の他の目的は、外部パージ流体源を
必要としない上述したタイプの血液ポンプを提供
することにある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明ポンプの渦巻流の例の部分的概
略垂直断面図； 第２図は第１図に「第２図」と印した線図内に
おける部分の拡大図； 第３図はフエースシールを用いる第１図のポン
プの他の例に係わる第２図と同様な拡大図； 第４ａ図は球状軸受を用いる第１図のポンプの
他の例に係わる第２図と同様な拡大図； 第４ｂ図は球状軸受における条溝パターンを示
している第４ａ図の球状軸受の端面図； 第５図は球状軸受を用いる本発明の軸流式の例
の断片的軸方向断面図； 第６図は血液からのパージ流体の導出法を示す
概略図である。
発明を実施するための最良の形態 第１図には渦巻流の例の本発明ポンプを１０に
て総称して示してある。このポンプの基本構成部
品は、ハウジング１２、モータ１４（これは電動
機として記号的に示してあるが、例えば回転子の
ような他のタイプの回転動力装置とすることもで
きる）、および羽根車チヤンバ１６である。羽根
車１８の一部を第２図にさらに詳細に示してあ
り、この羽根車１８を軸２０によつて駆動させ、
かつその羽根車を羽根車チヤンバ１６の形状に適
合する形状とする。
第２図を参照するに、羽根車１８はハブ２２を
有しており、このハブの表面２４は羽根車チヤン
バ１６の内壁２８の湾曲面２６と連続するように
湾曲させる。軸２０の羽根車端部を形成するハブ
２２は複数枚の羽根３０を支承し、これらの羽根
は、それらの前後いずれにもシユラウドがなく、
しかもそれらの内側縁３２が湾曲面２６に平行で
あるも、回転ハブ２２が固定内壁２８と合する界
面３６の直ぐ近くにおけるハブ２２の個所３４に
て上記内側縁３２が湾曲面２６から離間し始めて
いると云うことを除けば慣例の構造をしている。
血液は中央の血液流入口３７から羽根車チヤンバ
１６を経て矢印３８の方向に血液流出ロボリユー
ト３９へと流れる。ハブ２２には血液をトラツプ
させることのできる凹所がないために、血流は絶
えずハブ表面２４および内壁面２６に沿つて掃引
される。
軸受４０は流体力学的タイプのものであり、こ
れは軸受流体流入口４３から導管４４によつて補
給される円筒状の軸受プレナム４２からこの軸受
に供給された流体の薄いクツシヨン上を回転す
る。第１図に示したスプリツト軸受４０ａ，４０
ｂの代りにモータキヤビテイ４１から直接補給さ
れる単一軸受を使用することもできる。円筒状の
等化プレナム４６を軸受４０の羽根車チヤンバ端
部に設けて、流体力学軸受特有の軸受流体の端部
流を再循環させる。等化プレナム４６は所要に応
じ導管４７によつて低インピーダンスの軸受流体
源に接続することができる。
羽根車チヤンバの壁部２８は、軸受流体の流れ
を規制すると共に界面３６の面積を最小とするよ
うな大きさとした軸間隙４９（第２図）を有して
いるが、規制間隙４９の軸方向の長さは、軸受作
用の結果として軸受流体を再循環させる程には長
くない。
軸受間隙（代表的にはほぼ2.5μm）および軸受
流体圧力は、界面３６に羽根車チヤンバ１６に向
つてほぼ0.01〜0.1mm／秒の速度を有するパージ
流体の流れＰ（第２図）ができるように調整する。
円形界面３６に沿うあらゆる点におけるパージ流
体の流速は、軸受４０の方への血液または血液要
素の内向流に打ち勝つのに丁度十分な程度とする
必要がある。斯かる内向流は軸受流体への血液要
素の拡散速度並びに界面３６の周囲に沿つて僅か
に変化する他のパラメータによつて決定される。
斯かる多少の変化は、軸受流体の密度が血液の密
度より小さい場合に、重力によつて血液が軸２０
の下側の軸受の方へと押しやられるからである。
実際問題として、斯種の代表的な渦巻血液ポン
プにて遭遇される許容度および圧力は、血流３８
内へのパージ流体の流速を１回当りほぼ１c.c.とす
る必要がある。このような微少の流れは、界面３
６における血流に対して流体バリヤを設けるのに
十分であり、これにより血液が界面３６の摩擦作
用に曝されて、血液要素を破壊して血栓形成を引
き起すのを防止する。界面３６を横切る血流は、
この界面３６およびそれに隣接する個所がハブに
沿つて羽根車チヤンバの壁部２８へと流れる血液
によつて絶えず掃引されることにより均一に維持
される。
軸受４０の端部一面に流体力学軸受の軸受流体
を再循環させるためには、軸受４０に沿う軸受流
体の流れを界面３６におけるパージ流体の流れよ
りも多少高くする必要があることは明らかであ
る。
第３図〜第５図は本発明を実施する他のタイプ
のパージシールを示したものである。特に第３図
はフエースシールへの本発明の適用例を示したも
のである。第１図および第２図のポンプのシール
はほぼ円筒状をしており、従つてパージ流体を軸
方向に流す必要があるのに対し、（パージ流体を
放射状に外方に向けて血液中に流す）フエースシ
ールを実際に使用することもできる。第３図に示
すように、フエースシールはスラスト軸受として
も随意作用することができる。フエースシール装
置は軸流ポンプにもしばしば有効である。第４ａ
図、第４ｂ図および第５図は渦巻および軸流式の
双方のポンプに使用可能な第３タイプのシールを
示す。この第３タイプのシールは、組合わせ式の
ジヤーナル兼スラスト軸受として仕える球状軸受
の端部に形成した複合シールである。本発明の原
理は、これらすべてのシール構造に同等に適用す
ることができる。
第５図の軸流血液ポンプでは、軸線５４のまわ
りを回転する回転子５０を固定子５２に取付け
る。回転子５０は一対の球状軸受５６，５８によ
つて固定子５２に対して位置付けられる。軸受５
６，５８は可動支持ブロツク５７および固定支持
ブロツク５９にそれぞれ支えられて回転する。ピ
ン６０は支持ブロツク５７の回転を防止するも、
それはばね６１のバイアス下で支持ブロツク５７
を軸方向に動かせるようにして、軸受５６および
（回転子５０の全体を左側に押すことによる）軸
受５８の双方における許容公差を密に維持する。
軸受流体は圧力下でカニユーレ６２を経てポン
プに供給され、カニユーレは回転子５０用の駆動
軸６３を包含している。軸受流体は潤滑剤として
軸受５６を経てから、ばね６１を位置付けるプレ
ナム６４内へと流れる。そこから軸受流体は軸受
５８および特にそのシール部分７０を経て界面６
７にて血流６６内へと外方に流れる。血流６６は
回転子羽根６８と固定子羽根６９との相互作用に
よりポンプを経て軸方向に推進される。第５図は
単一段のポンプを示しているが、本発明は多段式
のポンプに同等に適用し得ることは勿論である。
同じ球状軸受５８を示すも、第１図に示したタ
イプの渦巻ポンプに関連している第４ａ図および
第４ｂ図の拡大図に明示したように、本発明の球
状パージシール７０は血流に最も近い軸受５８の
外側部分で形成される。血流中に導入されるパー
ジ流体の量を最小とするために、シール７０にお
ける軸受隙間は極めて小さくする必要がある。し
かし、シール７０の内側では、支持ブロツク５９
に半径方向条溝７１および環状再循環チヤンネル
７２を設けることによつて、軸受潤滑化および流
体力学的再循環のために多量の軸受流体を扱うこ
とができる。
軸受５６を経て軸受流体を適切に流すには、支
持ブロツク５７の表面全体に放射状にチヤンネル
７３を延在させることによつて確実に行うことが
できる。
第３図に戻るに、ここでは第１図に示した一般
形式の渦巻ポンプにて第２図の円筒状シールの代
りにフエースシールを用いる場合を示している。
この変形例ではハブ７４の内側端部が、そのハブ
を取付ける軸７６の外側端部よりも遥かに広くな
つている。円板状のフエースシール７８は所要に
応じ軸７６用のスラスト軸受として用いることも
できる。軸受流体は羽根車チヤンバ壁８６におけ
るダクト８４によつて補給される環状プレナム８
２からジヤーナル軸受８０およびフエースシール
７８へと供給される。第２図の例のように、半径
方向の界面８８はハブ７４から羽根９０への血流
によつて絶えず掃引される。界面８８から軸受流
体を半径方向へと流出させることにより、第２図
につき述べたと同じようにして界面を良性なもの
とし、かつスラスト軸受７８に血液が浸入しない
ようにする。
上述した例では軸受流体をパージ流体としても
用い、このために軸受流体は血流内に導入される
から、軸受流体は血液と共存し得るものでなくて
はならず、しかも軸受４０に要求される所要の流
体力学特性を呈する必要があることは前述した所
から自明なことである。この目的のためにはエタ
ノール、生理食塩水、水および他の多くの物質が
好適である。ヘパリンまたはストレプトキネスの
如き抗凝固剤を軸受流体に添加して、界面での血
栓形成の可能性を一層低減させることができる。
さらに本発明血液ポンプには、凝血防止面を用い
たり、ポンプ全体における停滞個所をなくすよう
な、血栓形成を最小にするための他の適当な技法
を利用することができる。しかし、抗凝固剤の使
用は大抵の従来装置では必要とされるが、本発明
の構成によれば通常は不要であり、しかも本発明
ポンプは出血する問題のある患者、または抗凝固
剤の使用が他の何等かの理由からして禁忌とされ
る患者にとつては非常に有効である。
本発明をここでは、パージ流体を流体力学軸受
を滑らかにするのにも用いる装置について説明し
たが、パージシールを軸受とは分離させて、パー
ジ流体をシール目的にだけ用いることが本発明か
ら逸脱していないことは明らかである。同様に、
所要に応じ流体力学軸受の代りに回転接触軸受を
用いることができる。
前述した各パージ流体は、その流速が遅いため
に、たまにとは云え、時々補給し得る何等かの外
部容器または外部供給源（図示せず）からポンプ
１０に供給する必要がある。本発明の他の見地に
よれば、斯様な外部からのパージ流体を供給する
ことの必要性は第６図の概略図によつて示すよう
な半透膜再循環器１００の使用によつて全くなく
すことができる。斯種の装置では、ポンプの出口
側の血流１０２をろ過半透膜１０６の高圧側１０
４に曝らす。蛋白質を除く尿素およびぶどう糖の
如き小さな分子を通す半透膜１０６は約22mmHg
の蛋白誘導浸透圧を発生する。半透膜１０６の低
圧側では、水分と、小分子（例えば、ぶどう糖、
尿素およびアミノ酸）と、半透膜を浸透し得るイ
オンとから成る蛋白質を含まない血液ろ液に似た
軸受流体が再生される。再生軸受流体は半透膜１
０６の低圧側１０８で約78mmHgの圧力ヘツドを
有するようになる。軸受流体系での損失によつて
圧力が約50mmHgにまで下がる傾向にあるが、こ
れでもなお所要のパージ流体を流体力学通路を経
てパージシールに放出させるのには十分適してお
り、界面３６からの放出個所にてパージシールは
約７mmHgの圧力に出会う。利用し得る全パージ
流量は半透膜の面積によつて決定され、従つてそ
の流量は如何なる特定用途にも適合させることが
できる。
本発明は、内部における溶血発生および凝血を
確実に防止することのできる連続送出血液ポンプ
を提供するものであることは明らかである。
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