JPH06102087B2

JPH06102087B2 - 人工心臓

Info

Publication number: JPH06102087B2
Application number: JP4334589A
Authority: JP
Inventors: 健二山崎; 信孝伊藤; 敏夫森; 治雄飯山
Original assignee: Nok Corp; Sun Medical Technology Research Corp
Current assignee: Nok Corp; Sun Medical Technology Research Corp
Priority date: 1992-12-15
Filing date: 1992-12-15
Publication date: 1994-12-14
Anticipated expiration: 2009-12-14
Also published as: JPH06181983A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人体の心臓の心室、す
なわち左心室または右心室内に埋設して使用される体内
埋設形の補助的な人工心臓に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の人工心臓は、ダイヤフラム形、サ
ック形、軸対称形、遠心形、プッシャプレート形等、各
種の形式のものがある。しかし、いずれも人体の心臓に
代わって、あるいは人体の心臓をバイパスして血液を送
る形式のものである。

【０００３】ところで、最近では人体の心臓の心室内に
埋設され、大動脈弁等を貫通するノズルの先端からこの
心室内の血液を大動脈内に送る補助的な人工心臓が開発
されている。このような人工心臓は、これを埋設しても
心臓の機能を損なうことがなく、心臓の鼓動だけでは不
足する血液を動脈に送るように構成されている。このよ
うな人工心臓は、心臓の鼓動によっても血液が送られる
ため、万一この人工心臓が停止しても心臓の鼓動により
血液が送られるため安全性が高く、また患者の負担も少
ない等の利点がある。

【０００４】上記のような人工心臓は、当然のことなが
ら、心臓の心室内に挿入される部分の容積がこの心室の
最小収縮容積より小さくなければならない。このため、
このような人工心臓では、ポンプ本体が円筒状の軸流形
のポンプ部と、その先端に設けられたノズル部と、この
ポンプ部の基端部に設けられた駆動部とから構成されて
いる。そして、心臓の心室の心尖部を切開して短円筒状
の心尖部リングを埋め込み、この心尖部リングを貫通し
て上記のポンプ部とノズル部を心室内に挿入し、ノズル
部の先端部を大動脈弁等を貫通して大動脈内に挿入し、
容積の大きい駆動部はこの心臓の外側の胸腔内に埋設す
るように構成される。

【０００５】しかしながら、上記のような人工心臓にお
いては、上記のポンプ部と駆動部との間の軸シール機構
が問題となる。すなわち、このような人工心臓では、上
記の駆動部内にはモータ等が内蔵され、この駆動部から
ポンプ部まで延長された駆動軸を介してポンプ部のロー
タが駆動される。そして、このポンプ部内は血液が流通
し、またこの血液には血圧が作用する。一方、上記の駆
動部内の空間部には血液が流入することが許されない。
万一この駆動部内の空間に血液が侵入すると、この血液
が凝固してモータ等の作動を阻害する不具合を生じる。

【０００６】このような駆動部内への血液の侵入を防止
するには、この駆動部とポンプ部の間に、上記の駆動軸
の液封をなすシール機構を設ける必要がある。しかし、
このような人工心臓は人体内に埋設されるものであるか
ら、長期間の間、保守等なしで確実に作動する必要があ
り、このような長期間にわたって完全なシールを維持す
る軸シール機構を提供するのは現在の技術では容易では
ない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の事情に
基づいてなされたもので、上記のような人工心臓におい
て、駆動部内に血液が侵入するのを長期間にわたって完
全に防止することができる軸シール機構を備えた人工心
臓を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、人体の心臓の
心室内に挿入して使用される補助的な人工心臓であっ
て、人体の心臓の心尖部を切開してこの心尖部に埋設固
定される筒状の心尖部リングと、人工心臓本体とを備
え、この人工心臓本体は、上記の心尖部リング内を貫通
して人体の心臓の心室内に挿入される円筒状の軸流形の
ポンプ部と、このポンプ部の先端部に突設され人体の心
臓の動脈弁を介して動脈内に挿入されるノズル部と、上
記のポンプ部の基端部に設けられ駆動軸を介して上記の
ポンプ部を駆動するとともに上記の人体の心臓の外側に
設けられる駆動部とを備えている。

【０００９】そして、上記の駆動部とポンプ部との間に
は上記の駆動軸の液密を維持し上記のポンプ側から駆動
部側に血液が侵入するのを防止するシール機構が設けら
れており、また上記のシール機構より上記の駆動部側の
部分には上記の駆動軸の周囲を囲んで形成された密封液
室が形成されており、この密封液室内には密封液が充填
されている。

【００１０】また、好ましい実施例によれば、上記の密
封液としては生理食塩水またはヘパリン等の血液凝固防
止剤を含んだ液が用いられ、上記の密封液室は、人体内
に埋設され内部に密封液が充填された可撓性の材料から
なる密封液バッグに接続されている。

【００１１】また、上記のシール機構は、弾性材料から
形成され弾性変形により前記の駆動軸の周面に密着する
とともに、この駆動軸の周面との間に前記の密封液の潤
滑膜を形成するオイルシールを備えている。

【００１２】

【作用】上記のポンプ部は、駆動部内に内蔵されている
モータ等によって駆動され、このポンプ部は心臓の心室
内の血液を吸入し、その先端部のノズル部から大動脈弁
等をバイパスして大動脈内に吐出される。したがって、
心臓の鼓動による血液の送り出しに加えて、この人工心
臓によっても血液が大動脈に送られる。よって、この心
臓による血液の送り出し量の不足を補い、必要な血液の
送り出し量を確保する。また、このポンプ部の容積は心
室の最収縮時の容積より小さく、心臓の自然な鼓動を妨
げることがない。

【００１３】そして、上記のポンプ部内の血液が駆動部
内に侵入することが、上記のシール機構によって防止さ
れる。この場合、このシール機構より駆動部側には密封
液室が形成され、この密封液室内には生理食塩水等の密
封液が充填されている。よって、この密封液により、こ
のシール機構の密封や潤滑等が確保され、血液がこのシ
ール機構から駆動部側に侵入することが確実に防止され
る。

【００１４】また、万一シール機構の劣化等により、血
液が侵入しても、この侵入した血液はこの密封液室内の
密封液に混入するので、この血液が凝固することはな
く、この人工心臓の作動を妨げることはない。

【００１５】また、実施例によれば、このシール機構は
オイルシールを備えている。このオイルシールは、駆動
軸の外周面に弾性的に密着し、血液の侵入を確実に防止
するとともに、駆動軸の外周面との間に密封液の潤滑膜
が形成され、磨耗することがなく耐久性が高い。さら
に、このようなオイルシールは、その設計によって、こ
のオイルシールと駆動軸の外周面との間に形成される密
封液の潤滑膜がポンプ部側に一方的に送られるように設
計することができる。したがって、この駆動部側に血液
が侵入するのを確実に防止することができる。

【００１６】また、好ましい実施例によれば、上記の密
封液室は人体の胸腔等に埋設された密封液バッグに連通
しているので、この密封液バッグから密封液の補給がな
され、長期間にわたってこの密封液室内に密封液を供給
することが可能である。

【００１７】

【実施例】以下、図を参照して本発明の実施例を説明す
る。図１ないし図４は本発明の第１の実施例を示す。図
１には本発明の人工心臓が人体の心臓Ａの左心室Ｂに埋
設された状態を示す。なお、Ｃは心尖部、Ｄは左心房、
Ｅは僧帽弁、Ｆは大動脈弁、Ｇは大動脈である。

【００１８】この人工心臓１は、心尖部リング２と、人
工心臓本体部３とから構成されている。この心尖部リン
グ２は、鍔部を有する短い円筒状をなし、心臓Ａの心尖
部Ｃを切開し、この心尖部Ｃを貫通して埋め込まれる。
また、上記の本体３は、ポンプ部４と、このポンプ部４
の先端部に設けられたノズル部６と、このポンプ部４の
基端部に設けられた駆動部５とから構成されている。そ
して、このポンプ部４とノズル部６は上記の心尖部リン
グ２を貫通して左心室Ｂ内に挿入され、ノズル部６はさ
らに大動脈弁Ｆの中心部を貫通して大動脈Ｇ内に挿入さ
れている。なお、上記の心尖部リング２とこの本体部３
との間は、通常のシール機構、たとえばシール部材８に
よって液密が確保されている。

【００１９】上記のポンプ部４は、比較的小形の円筒形
をなし、その容積はこの左心室Ｂの最収縮時の最小容積
より小さく形成され、この心臓の自然の鼓動を妨げない
ように構成されている。このポンプ部４内には、小形の
軸流ポンプが内蔵され、上記の駆動部５内に内蔵された
モータによって駆動される。そして、このポンプ部４
は、その外周面に形成された吸込口７から左心室Ｂ内の
血液を吸入し、先端のノズル部６の先端部から大動脈弁
Ｆをバイパスして大動脈Ｇ内に吐出するように構成され
ている。

【００２０】上記のノズル部６は、軟質の合成樹脂材料
から形成された柔軟なもので、上記の大動脈弁Ｆの中心
部を貫通するとともに、この大動脈弁Ｆの機能を損なわ
ず、かつこの大動脈弁Ｆに損傷を与えないように構成さ
れている。

【００２１】また、上記の駆動部５は、この心臓Ａの外
側の胸腔内に埋設されている。そして、この駆動部５内
にはモータ等が内蔵され、また必要に応じて電池、およ
び制御電子部品が内蔵されている。この駆動部５は電線
９を介して非接触形の電極１０に接続され、この電極１
０は人体の皮膚Ｈの近傍に埋設されている。そして、こ
の電極１０を介して、外部の電源装置（図示せず）から
必要な電力が供給されるように構成されている。

【００２２】また、この駆動部５は、可撓性の管１１を
介して密封液バッグ１２に接続されている。この密封液
バッグ１２は可撓性の材料から形成され、生理食塩水等
の密封液が充填されている。そして、この密封液バッグ
１２はたとえば胸腔または腹腔内の適宜の部位に埋設さ
れている。

【００２３】次に、上記の本体３の構成を図２を参照し
て説明する。上記のポンプ部４は円筒状のケーシング２
１を備えており、このケーシング２１の先端部は細径に
縮径されて上記のノズル部６を形成し、また基端部は延
長部２４を介して前記の駆動部５に接続されている。そ
して、このケーシング２１内には、軸流形のポンプ、た
とえばプロペラ２２および整流作用をなす複数のガイド
ベーン２３が配置されている。そして、このケーシング
２１の外周面には上記の吸込口７が形成され、この吸込
口７から上記のプロペラ２２、ガイドベーン２３を介し
て先端部のノズル部６に至るまで、このケーシング２１
の内部に円滑な血液の流路が形成されている。

【００２４】また、上記のノズル部６には可撓性の合成
樹脂材料からなる薄肉円筒状のノズルチューブ２５が取
り付けられている。このノズルチューブ２５は、前述の
ように、大動脈弁Ｆとの接触を改善し、この大動脈弁Ｆ
の損傷を防止し、またこの大動脈弁Ｆの機能を損なわな
いように構成されている。さらに、このノズルチューブ
２５は、柔軟性を有する薄肉の筒状をなしているため、
万一この人工心臓が故障した場合に、大動脈Ｇ内の血圧
によって潰れ、このノズル部６を介して大動脈Ｇから左
心室Ｂ内に血液が逆流することを防止する逆止弁の作用
をなすように構成されている。

【００２５】また、上記のプロペラ２２には駆動軸２６
の先端部が接続されている。この駆動軸２６は、上記の
延長部２４内を通り、上記の駆動部５内まで延長されて
いる。そして、この駆動部５内にはモータが内蔵され、
３２はそのステータコイル、３３はロータである。そし
て、上記の駆動軸２６の基端部は上記のロータ３３に接
続されている。なお、３４はこの駆動部５を密閉する蓋
部材である。

【００２６】また、この駆動軸２６の先端部はセラミッ
ク材料製の軸受２８によって支承され、また基端部は駆
動部５内のセラミック材料製の動圧軸受３５，３６によ
って支承されている。また、この駆動軸２６の先端部に
はシール機構３１が設けられ、このシール機構によって
上記のポンプ部４内と駆動部５内との間の軸封がなさ
れ、上記のポンプ部４内の血液がこの駆動部５内に侵入
するのを防止するように構成されている。

【００２７】また、このシール機構３１より駆動部５側
の部分、例えば上記のケーシング２１の延長部２４内に
は、この駆動軸２６を囲んで密封液室３０が形成されて
いる。そして、この密封液室３０内には、密封液、たと
えば生理食塩水が充填されている。なお、この食塩水に
は必要に応じてヘパリン等の血液凝固防止剤、およびそ
の他の必要な薬剤が添加される。

【００２８】また、上記の軸受２８の外周面とケーシン
グ２１の内周面との間には軸方向の溝２７が形成され、
上記のシール機構３１の駆動部５側の空間はこの溝２７
を介して上記の密封液室３０と連通しており、この空間
は密封液で満たされ、実質的に上記の密封液室３０の一
部となっている。また、上記の動圧軸受３５の外周面と
ケーシング２１の内周面との間にも軸方向の溝３７が形
成され、この溝３７は上記の密封液室３０内に連通し、
また駆動部５の壁に形成された細径の通路３８に連通し
ている。そして、この密封液室３０は、この溝３７、通
路３８および前述の管１１を介して前述して密封液バッ
グ１２に連通している。

【００２９】次に、上記のシール機構３１について説明
する。この実施例では、このシール機構３１としてオイ
ルシールが用いられている。このオイルシールは、合成
ゴム等の弾性材料で形成され、弾性的に変形可能なリッ
プ部を有する部材であり、このリップ部が上記の駆動軸
２６の外周面に当接し、液密を維持する。このオイルシ
ールは、駆動軸２６との間に上記の密封液の潤滑膜が形
成されることが特徴であり、この潤滑膜により確実なシ
ール性を発揮し、またこの駆動軸２６の外周面との直接
の接触が防止され、長期間にわたって磨耗が防止され
る。

【００３０】図３には、このシール機構３１の好ましい
構成を示す。このものは、合成ゴム等のオイルシール４
１を備え、このオイルシール４１は弾性的に変形可能な
リップ部４２を有している。そして、このリップ部４２
の内周面が上記の駆動軸２６の外周面に接触している。
また、このものは、上記のリップ部４２と駆動軸２６の
外周面との接触圧力を安定させるために、ガータースプ
リング４３を備えている。このようなオイルシール４１
は、上記のように、リップ部４２の内周面と駆動軸２６
の外周面との間に密封液の薄い潤滑膜が形成されるよう
に設計される。この潤滑膜として介在した密封液は、駆
動軸２６の回転によってシール面内を循環するように設
計される。また、この実施例では、この潤滑膜として介
在した密封液は、一方的にポンプ部４側に流れ、微量ず
つこのポンプ部４内に流出するように設計される。した
がって、このような密封液の挙動により、ポンプ部４側
から血液がこのオイルシール４１と駆動軸２６との間の
シール面に侵入することが確実に防止される。

【００３１】なお、この密封液は食塩水であり、またポ
ンプ部４内に流出する量は微量であるため、人体にはま
ったく影響がない。なお、この密封液の流出量はたとえ
ば１か月につき数ｃｃ程度で十分であり、流出した密封
液は前述の密封液バッグ１２から供給される。したがっ
て、たとえば上記の密封液バッグ１２の容量を数十ｃｃ
程度にしておけば、約１年間以上の期間にわたって外部
から密封液を補給する必要はない。

【００３２】なお、このシール機構３１は上記のような
オイルシールに限定されず、条件が許せば、ラビリンス
パッキン等、その他の形式のシール機構が適用できるこ
とはもちろんである。

【００３３】また、次に図４を参照して前記の動圧軸受
３５，３６の構成を説明する。この動圧軸受は、上記の
駆動軸２６の基端部側を回転自在に支承するとともに、
上記の密封液室３０と、駆動部５内の空間との間のシー
ル作用とを兼用している。

【００３４】すなわち、この動圧軸受は外側の固定側軸
受３５と内側の回転側軸受３６の２つの部材から構成さ
れており、これらはセラミック材料で形成されている。
そして、これら固定側軸受３５および回転側軸受３６は
それぞれ円筒部３５ａ，３６ａとフランジ部３５ｂ，３
６ｂを備えており、回転側軸受３６の円筒部３６ａは固
定側軸受３５の円筒部３５ａ内に回転自在に密嵌してお
り、またフランジ部３５ｂ，３６ｂは互いに密着して衝
合している。

【００３５】また、上記の回転側軸受３６の円筒部３６
ａの外周面およびフランジ部３６ｂの衝合面には、それ
ぞれ複数の動圧発生溝５１，５２が形成されている。し
たがって、この回転側軸受３６が駆動軸２６とともに回
転している場合に、これらの動圧発生溝５１，５２内に
密封液が侵入すると動圧が発生し、この動圧によってこ
の密封液を所定の圧力で密封液室３０側に戻すように構
成されている。そして、この動圧発生溝５１，５２で発
生する動圧は、上記の密封液室３０内で発生が予想され
る圧力より十分に高い圧力となるように設定されてい
る。したがって、これらの動圧発生溝によって完全なシ
ール機構が構成され、この密封液室３０から駆動部５内
への密封液の侵入は確実に防止される。

【００３６】また、図５を参照して本発明の第２の実施
例を説明する。この実施例は、上記の駆動部５内に収容
されるモータを液漬形のものとし、また密封液を循環す
るように構成したものである。

【００３７】すなわち、この実施例では上記の駆動部５
内の空間は密封液で満たされており、モータのステータ
コイル３２およびロータ３３はこの密封液中に浸漬され
ている。また、上記の駆動部５の基端部側には通路５５
が形成され、管５６を介して上記の密封液バッグ１２に
接続されている。さらに、前記の動圧軸受３５，３６
は、この実施例ではシール作用はなさず、駆動部５内の
密封液を所定の流量で密封液室３０側に送るポンプ作用
をなすように構成されている。

【００３８】この実施例のものは、上記の動圧軸受３
５，３６のポンプ作用により、駆動部５内の密封液が密
封液室３０に送られ、さらに溝３７、通路３８、管１１
を通って密封液バッグ１２に送られ、さらに上記の管５
６および通路５５を通して駆動部５内に戻され、この経
路を循環する。

【００３９】この実施例のものは、駆動部５内が密封液
で満たされているので、モータの抵抗が増加するが、前
述の第１の実施例のように、駆動部５内に密封液が侵入
して作動不良を起こす可能性を考慮する必要がなく、設
計が容易であるとともに信頼性も向上する。また、密封
液が循環するので、モータのステータコイル３２等で発
生した熱を密封液バッグまで搬送し、分散して人体に放
熱させることができる。したがって、この密封液や駆動
部５の温度は人体の体温と略等しい温度に維持される。
このため、駆動部５の表面の温度が体温以上に上昇して
低温火傷を起こす可能性を考慮しなくてもよく、この人
工心臓の放熱設計が容易となり、かつ信頼性も向上す
る。なお、この第２の実施例は上記の点以外は前記の第
１の実施例と同様な構成であり、図５中、第１の実施例
と同様の部分には同じ符号を付してその説明を省略す
る。

【００４０】また、図６には本発明の第３の実施例を示
す。この実施例は、ポンプ部４内での血液の流路を円滑
化したものである。すなわち、この実施例ではポンプ部
４の内部の中心部に、ボス部６１が突出し、このボス部
６１内に前記の軸受２８および駆動軸２６が配置され、
またこのボス部６１の先端部に前記のシール機構３１が
設けられている。なお、このシール部３１は円錐形に突
出したオイルシールを備えている。また、プロペラ２２
のプロペラボス６３の後端面には円錐状の凹部が形成さ
れ、ここに上記のシール機構３１のオイルシールがわず
かな隙間をもって嵌合している。また、このプロペラボ
ス６３の前端面は、ガイドベーン２３のガイドベーンボ
ス６４にわずかの隙間をもって対向している。そして、
これらのボス部６１、プロペラボス６３、およびガイド
ベーンボス６４はこれらの外形が等しく形成され、した
がってこれらの外周面の間には段差等が形成されておら
ず、ケーシング２１の内周面との間に環状の円滑な血液
流路が形成されている。また、前記の吸込口７は上記の
ボス部６１の基端側部に形成され、この吸込口７とプロ
ペラ２２との間には複数の前整流ベーン６２が設けられ
ている。

【００４１】この実施例のものは、上記のように血液の
流通する流路が円滑であり、血液の流れが改善されてポ
ンプの効率が向上するとともに、血液の滞留する箇所が
少ないので、血栓等の生じる可能性が少ない。なお、こ
の第３の実施例は上記の点以外は前記の第１の実施例と
同様な構成であり、図６中、第１の実施例と同様の部分
には同じ符号を付してその説明を省略する。

【００４２】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、密封液室の
密封液によってシール機構の密封性や潤滑特性が向上
し、駆動部側への血液の侵入をより確実に防止すること
ができる。また、万一このシール機構から血液が侵入し
ても、この侵入した血液はこの密封液内に混入し、凝固
することがないので、この人工心臓の作動を妨げること
がなく、より信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の人工心臓を左心室内に装着した
状態の断面図。

【図２】第１の人工心臓の本体部分の縦断面図。

【図３】シール機構の部分の縦断面図。

【図４】動圧軸受の分解斜視図。

【図５】第２の実施例の人工心臓の本体部分の縦断面
図。

【図６】第３の実施例の人工心臓の本体部分の縦断面
図。

【符号の説明】

１…本体２…心尖部リング４…ポンプ部５…駆動部６…ノズル部２６…駆動軸３０…密封液室３１…シール機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−126158（ＪＰ，Ａ) 特表平１−501371（ＪＰ，Ａ) 特表平１−501373（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】人体の心臓の心室内に挿入して使用され
る補助的な人工心臓であって、人体の心臓の心尖部を切開してこの心尖部に埋設固定さ
れる筒状の心尖部リングと、人工心臓本体とを備え、こ
の人工心臓本体は、上記の心尖部リング内を貫通して人体の心臓の心室内に
挿入される円筒状の軸流形のポンプ部と、このポンプ部の先端部に突設され人体の心臓の動脈弁を
介して動脈内に挿入されるノズル部と、上記のポンプ部の基端部に設けられ駆動軸を介して上記
のポンプ部を駆動するとともに上記の人体の心臓の外側
に設けられる駆動部とを備えており、上記の駆動部とポンプ部との間には上記の駆動軸の液密
を維持し上記のポンプ側から駆動部側に血液が侵入する
のを防止するシール機構が設けられており、また、上記のシール機構より上記の駆動部側の部分には
上記の駆動軸の周囲を囲んで形成された密封液室が形成
されており、この密封液室内には密封液が充填されてい
ることを特徴とする人工心臓。
【請求項２】前記のシール機構は、弾性材料から形成
され弾性変形により前記の駆動軸の周面に密着するとと
もに、この駆動軸の周面との間に前記の密封液の潤滑膜
を形成するオイルシールを備えていることを特徴とする
請求項１の人工心臓。
【請求項３】前記の密封液室は、人体内に埋設され内
部に密封液が充填された可撓性の材料からなる密封液バ
ッグに接続されていることを特徴とする請求項１の人工
心臓。
【請求項４】前記の駆動部には動圧シール軸受が設け
られ、前記の密封液室はこの動圧シール軸受と前記のシ
ール機構との間に形成されており、この動圧シール軸受
は上記の駆動軸を支承するとともに回転による動圧で前
記の密封液を密封液室側に圧送することにより液密を維
持するものであり、上記の駆動部内は気体が封入されて
いることを特徴とする請求項１の人工心臓。
【請求項５】前記の密封液室は前記の駆動部内まで連
続しており、この駆動部内は密封液が充填されているこ
とを特徴とする前記請求項１の人工心臓。
【請求項６】前記の密封液室は、人体内に埋設され内
部に密封液が充填された可撓性の材料からなる密封液バ
ッグに複数の管を介して連通され、この密封液室と上記
の密封液バッグとの間で密封液が循環することを特徴と
する請求項５の人工心臓。