JPH06254155A - 人工心臓装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 抗血栓性が高く、小型且つ安価な人工心臓装
置を提供する。 【構成】 回転軸部（７ａ）及び回転軸部に対して一定
の傾角をなす対称軸部（７ｂ）を有する駆動軸（７）の
対称軸部に、円板状の可動部材（８）を回動自在に支持
する。ハウジング（２，３）によって、可動部材の駆動
軸回りの歳差運動範囲を囲繞するポンプ室（４）を郭成
すると共に、ポンプ室に連通する第１及び第２の開口
（５，６）を設ける。また、ハウジングの内側面から駆
動軸に向かって、第１の開口と第２の開口を区画する区
画手段（２ｅ）を設け、可動部材のハウジングに対する
回動を規制する回転規制手段を設ける。そして、第１及
び第２の開口に夫々第１及び第２の流路（５１，５２）
並びに第３及び第４の流路（６１，６２）を連通接続
し、各流路に第１乃至第４の逆止弁（３１〜３４）を介
装する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は人工心臓装置に関し、特
に可逆的に回転可能なポンプを備えた人工心臓装置に係
る。

【０００２】

【従来の技術】生体心臓の機能回復が不十分な場合等に
おいて必要な血液循環を確保すべく、種々の人工心臓装
置が提案されている。例えば、特願平３−７８３４２号
の出願においては、従前の人工心臓装置が拍動流を得る
ためにポンプに不連続回転や往復動をさせることとして
いるため、アクチュエータの効率が低くなること、左心
室用、右心室用として二室のポンプチャンバーを要する
ことなどの問題点に鑑み、一個の連続回転式のポンプを
左右両系統の機能を果たすべく共用できるようにした人
工心臓装置が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、上記出願に
記載の人工心臓装置においては、血液ポンプとして遠心
ポンプが用いられているので回転軸回りのシール部分で
血栓が生じ易い。また、血流切換弁として用いられてい
るスプールバルブも血栓が生じ易いので何等かの対策が
必要となる。

【０００４】そこで、本発明は、抗血栓性が高く、小型
且つ安価な人工心臓装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の人工心臓装置は、回転駆動手段に連結する
回転軸部及び該回転軸部に対して一定の傾角をなす対称
軸部を有する駆動軸と、前記対称軸部に回動自在に支持
し前記回転軸部を中心に歳差運動を行なう円板状の可動
部材と、前記回転軸部を回動自在に支持し、前記可動部
材の前記駆動軸回りの歳差運動範囲を囲繞するポンプ室
を郭成すると共に、該ポンプ室に連通する第１の開口及
び第２の開口を設けて成るハウジングと、該ハウジング
の内側面から前記駆動軸に向かって前記第１の開口と前
記第２の開口を区画する区画手段と、前記可動部材の前
記ハウジングに対する前記回転軸部回りの回動を規制す
る回転規制手段とを備え、前記第１の開口に連通接続す
る第１の流路に、前記第１の開口側への血液流を許容し
逆方向の血液流を阻止する第１の逆止弁を設け、前記第
１の開口に連通接続する第２の流路に、前記第１の開口
側への血液流を阻止し逆方向の血液流を許容する第２の
逆止弁を設け、前記第２の開口に連通接続する第３の流
路に、前記第２の開口側への血液流を許容し逆方向の血
液流を阻止する第３の逆止弁を設け、且つ前記第２の開
口に連通接続する第４の流路に、前記第２の開口側への
血液流を阻止し逆方向の血液流を許容する第４の逆止弁
を設けることとしたものである。

【０００６】前記区画手段を、前記ハウジングの内側面
から前記駆動軸に向かって延出する隔壁によって構成
し、該隔壁に嵌合するように前記可動部材の外周側から
前記駆動軸に向かって前記可動部材の半径方向に切欠を
形成し、前記隔壁を介して一方側の前記ハウジングの側
面に前記第１の開口を形成すると共に、他方側の前記ハ
ウジングの側面に前記第２の開口を形成するとよい。

【０００７】

【作用】上記の構成になる人工心臓装置において、先ず
ポンプの作動を説明する。回転駆動手段によって駆動軸
が回転駆動されると、ポンプ室内の可動部材に対し回転
軸部を中心とする歳差運動が行なわれる。この場合にお
いて、可動部材は対称軸部に回動自在に支持されている
が、回転規制手段によってハウジングに対する回転軸部
回りの回動が規制されているので、駆動軸に対して相対
的に回転するのみでハウジングに対して回転することは
なく、ポンプ室内面との間で線状の微小間隙を以て近接
し、この線状近接部を駆動軸の回転方向に移動させなが
ら円滑に揺動する。一方、例えば可動部材に切欠を形成
すると共に、この切欠に嵌合する隔壁をハウジングに形
成した区画手段が構成されているので、第１の開口と第
２の開口は区画手段によって区画され、この区画手段及
び上記線状近接部によって可動部材とポンプ室内面との
間の空間が区画される。この空間に第１の開口又は第２
の開口を介して血液が流入し、可動部材の歳差運動に伴
う上記線状近接部の移動により第１の開口又は第２の開
口から送り出される。

【０００８】而して、例えばポンプが一方の回転方向に
回転駆動されると、例えば左心房からの血液が第１の流
路及び第１の逆止弁を介してポンプの第１の開口に流入
し、第２の開口から第４の逆止弁及び第４の流路を介し
て例えば大動脈に送り出される。この間、第２の逆止弁
及び第３の逆止弁では血液流が阻止され、例えば肺動脈
及び右心房に至る第２の流路及び第３の流路は遮断され
ている。これに対し、ポンプが他方の回転方向に回転駆
動されると、例えば右心房からの血液が第３の流路及び
第３の逆止弁を介してポンプの第２の開口に流入し、第
１の開口から第２の逆止弁及び第２の流路を介して肺動
脈に送り出される。この間、第１の逆止弁及び第４の逆
止弁では血液流が阻止され、左心房及び大動脈に至る第
１の流路及び第４の流路は遮断されている。このような
作動が繰り返されポンプの左心室機能と右心室機能が交
互に発揮される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１に示すように、人工心臓装置１は
ポンプ１ａに第１及び第２の流路５１，５２並びに第３
及び第４の流路６１，６２が接続されたもので、各流路
に第１乃至第４の逆止弁３１乃至３４が介装されてい
る。ポンプ１ａの構造は図３及び図４に示されており、
以下同図を参照して詳細に説明する。ポンプ１ａのハウ
ジングは、ケース２と蓋体３から成り、両者によりポン
プ室４が郭成されている。ケース２の底面２ａは、後述
する可動部材８の運動範囲を囲繞し得るように、円錐台
形状に形成されると共に、内側面２ｄは凹曲面に形成さ
れている。底面２ａの中央部には凹部２ｂが形成され、
この凹部２ｂの中心に孔２ｃが穿設されている。また、
ケース２の内側面２ｄからポンプ室４の中心に向かって
延出すると共に、底面２ａから立上るように隔壁２ｅが
形成されている。更に、隔壁２ｅの両側で内側面２ｄに
開口する第１の開口５及び第２の開口６が形成されてい
る。

【００１０】ポンプ室４を郭成する蓋体３の内面３ａ
は、ケース２の底面２ａと略同一形状に形成されてい
る。即ち、内面３ａは円錐台形状に形成されており、中
央部には凹部３ｂが形成され、この中心に孔３ｃが穿設
されている。ケース２の隔壁２ｅの頂面は蓋体３の内面
３ａに密着するように形成されており、ケース２の開口
端に蓋体３が接合されると、ポンプ室４が郭成される。

【００１１】上記ケース２及び蓋体３の孔２ｃ及び３ｃ
には夫々軸受１２及び１３が嵌着され、これらの軸受１
２，１３を介して駆動軸７が回動自在に支持される。駆
動軸７は、モータＭに連結される回転軸部７ａと、この
回転軸部７ａに対して一定の傾角αをなすように回転軸
部７ａの中間に形成された対称軸部７ｂを有する。対称
軸部７ｂには、軸受１１及び傘歯車２２を介して可動部
材８が支持されている。この可動部材８は円板状で、そ
の外周から中心に向かって隔壁２ｅと嵌合する切欠８ａ
が形成されており、その板面が対称軸部７ｂの軸に対し
直交するように支持されている。従って、可動部材８の
板面は回転軸部７ａの軸に対し傾角αをなしている。傘
歯車２２は環状で、その内側面が軸受１１の外輪に嵌着
されると共に、その外側面が可動部材８に接合される。
尚、可動部材８を軸受１１の外輪に直接嵌着することと
し、傘歯車２２を可動部材８の板面に接合することとし
てもよい。

【００１２】一方、ケース２の凹部２ｂに冠歯車２１が
収容され、その歯部が蓋体３方向に向くように配設され
凹部２ｂの底面に固着されている。尚、冠歯車は、周知
のように傘歯車のピッチ円錐角が９０°の歯車で、クラ
ウンギヤとも呼ばれている。本実施例では、冠歯車２１
の中心に駆動軸７が挿通する開口が形成され、傘歯車２
２と噛合するように配設されている。而して、これら冠
歯車２１と傘歯車２２から成る歯車機構２０を介してハ
ウジングたるケース２と可動部材８が連結され、回転規
制手段が構成されている。尚、この歯車機構２０を設け
ることなく、隔壁２ｅと切欠８ａによって回転規制手段
を構成することとしてもよい。

【００１３】更に、筒状のシール膜９ａの一端が可動部
材８の中央部の傘歯車２２の周縁部に接合されると共
に、他端がケース２の凹部２ｂの周縁部に接合され、こ
れにより駆動軸７及び歯車機構２０が囲繞されポンプ室
４から遮蔽される。同様に、筒状のシール膜９ｂが傘歯
車２２の周縁部と蓋体３の凹部３ｂの周縁部との間に接
合され、駆動軸７及び軸受１１，１３部分もポンプ室４
から遮蔽される。

【００１４】而して、可動部材８は、常にその両面の径
方向の一部がポンプ室４の内面即ちケース２の底面２ａ
及び蓋体３の内面３ａの母線に近接し、図３に明らかな
ように線状の微小間隙（以下、線状近接部ＣＰという）
を残すのみとなっている。このため、可動部材８の上方
及び下方の空間は、何れも隔壁２ｅで区画されると共に
上記の線状近接部ＣＰで区画され、各々の区画された空
間が夫々第１の開口５及び第２の開口６に連通すること
となる。尚、可動部材８が底面２ａ及び内面３ａに摺接
するように構成してもよい。また、可動部材８に切欠８
ａを設けることなく、区画手段として、隔壁２ｅに替え
て、可動部材８とケース２との間にベローズ（図示せ
ず）を設けることとしてもよい。

【００１５】上記の構成になるポンプ１ａの第１の開口
５には、図１に示すように第１及び第２の流路５１，５
２が連通接続されており、各々の流路に第１及び第２の
逆止弁３１，３２が介装されている。また、第２の開口
６には第３及び第４の流路６１，６２が連通接続されて
おり、各々の流路に第３及び第４の逆止弁３３，３４が
介装されている。第１及び第３の逆止弁３１，３３は、
ポンプ１ａ方向への血液の流れを許容し逆方向の流れを
阻止する逆止弁であり、第２及び第４の逆止弁３２，３
４はポンプ１ａ方向への血液の流れを阻止し逆方向の流
れを許容する逆止弁である。上記第１及び第２の流路５
１，５２並びに第３及び第４の流路６１，６２は、図１
に示すように一体的に形成されており、左心房に連通す
る第１の流路５１と右心房に連通する第３の流路６１は
ダイヤフラム５６を介して隣接している。

【００１６】一方、ポンプ１ａの駆動軸７には回転駆動
手段たるモータＭが接続されている。モータＭはコント
ローラＣに電気的に接続されており、このコントローラ
ＣによってモータＭの起動、停止、正逆切換及び回転速
度が制御される。即ち、左心系循環時には可動部材８が
図１の反時計方向に回転駆動（正転とする）され、右心
系循環時には可動部材８が時計方向に回転駆動（逆転と
する）されるように、モータＭの回転方向が切換えられ
る。

【００１７】上記モータＭによってポンプ１ａの可動部
材８が図１の反時計方向に回転駆動されたときのポンプ
作用を、図３乃至図１２を参照して説明する。モータＭ
により駆動軸７が回転駆動されると、回転軸部７ａは軸
受１２，１３によって図３の鉛直方向に支持されている
ので、鉛直軸を中心に回転運動をするが、鉛直軸に対し
て傾角αをなす対称軸部７ｂは首振運動をする。一方、
可動部材８は対称軸部７ｂに回動自在に支持されてお
り、また可動部材８に固定された傘歯車２２が冠歯車２
１に噛合しているが、この冠歯車２１はケース２に固定
されているので、可動部材８のケース２に対する回転運
動が阻止される。このため、対称軸部７ｂの首振運動に
伴い可動部材８は図３の上下方向に揺動する。而して、
対称軸部７ｂ回りを相対的に回転する可動部材８が、鉛
直軸（回転軸部７ａの軸）の回りを歳差運動することに
なる。

【００１８】上記の可動部材８の歳差運動に伴い、可動
部材８とポンプ室４の内面との間の線状近接部ＣＰが駆
動軸７の回転方向に移動する。従って、隔壁２ｅ及び線
状近接部ＣＰによって区画された可動部材８とポンプ室
４の内面との間の空間に対し、第１の開口５を介して血
液が流入し、駆動軸７の回転に応じて線状近接部ＣＰが
移動するに伴い、ポンプ室４内の血液は第２の開口６方
向に移動する。図５は図３及び図４の状態を示し、可動
部材８の端部が第１の開口５の下方に位置しており、線
状近接部ＣＰが隔壁２ｅ近傍に位置しているので（図５
では隔壁２ｅに重合するように示した）、図中、点描で
示した血液Ｂはポンプ室４内に流入する。図５の位置か
ら駆動軸７が反時計方向に９０°回転すると、図３の可
動部材８の左側端部が図３の手前中央に移動し、従って
線状近接部ＣＰが図５の下方に移動し、図６に示すよう
に血液Ｂがポンプ室４の右方に移動する。このようにし
て駆動軸７が一回転すると、図９に示すようにポンプ室
４内の可動部材８の上方空間に血液Ｂが充填される。そ
して、更に駆動軸７が反時計方向に回転駆動されると、
血液Ｂは図１０乃至図１２に示すように第２の開口６か
ら送り出され図５の位置に戻る。

【００１９】尚、以上の説明は、ポンプ室４内の可動部
材８の上方の空間に関するものであるが、可動部材８の
下方の空間についても同様に行なわれる。即ち、可動部
材８が図９の位置にあるときに第１の開口５から血液Ｂ
の流入が開始し、図３の位置で血液Ｂが下方の空間内に
充填され、図６乃至図９で送り出される。このようにし
て上方及び下方の空間から送り出される血液が第２の開
口６で合流し、連続した定常流となる。そして、コント
ローラＣの制御に応じ駆動軸７を断続的に回転駆動する
ことにより、所期の拍動流を得ることができる。

【００２０】而して、本実施例の人工心臓装置１によれ
ば、ポンプ１ａの正転時には駆動軸７が図１の反時計方
向に回転駆動され、前述のように反時計方向の血液流が
生ずる。即ち、左心房からの血液ＬＡが第１の流路５１
及び第１の逆止弁３１を介してポンプ１ａの第１の開口
５に流入し、第２の開口６から第４の逆止弁３４及び第
４の流路６２を介して大動脈に送り出される。この間、
第２の逆止弁３２及び第３の逆止弁３３は閉じており、
血液の流れが阻止されるので、肺動脈及び右心房に至る
第２の流路５２及び第３の流路６１は遮断されている。

【００２１】また、ポンプ１ａの逆転時においては、駆
動軸７が時計方向に回転駆動される。而して、図２に示
すように、右心房からの血液ＲＡが第３の流路６１及び
第３の逆止弁３３を介してポンプ１ａの第２の開口６に
流入し、第１の開口５から第２の逆止弁３２及び第２の
流路５２を介して肺動脈に送り出される。この間、第１
の逆止弁３１及び第４の逆止弁３４は閉じており、左心
房及び大動脈に至る第１の流路５１及び第４の流路６２
は遮断されている。このような作動が繰り返されること
により、ポンプ１ａの左心室機能と右心室機能が交互に
発揮される。

【００２２】以上のように、本実施例におけるポンプ１
ａに関しては、可動部材８は歯車機構２０を介してケー
ス２に連結されているので、駆動軸７の対称軸部７ｂに
対する相対回転に伴い、仮に可動部材８に回転力が加わ
っても、歯車機構２０を介してケース２で吸収され、可
動部材８の切欠８ａの端面が隔壁２ｅに接触することは
ない。しかも、駆動軸７の回転部分はシール膜９ａ，９
ｂによってポンプ室４から遮蔽されており、これらのシ
ール膜９ａ，９ｂに対しては図３の上下方向の撓みが生
ずるだけであるので、安定したシール機能を確保するこ
とができる。

【００２３】また、第１乃至第４の逆止弁３１乃至３４
は血液流によって開閉する受動弁であるので血栓が生じ
難く、しかもポンプ１ａに関しても、ポンプ室４内で可
動部材８が回転することはなく、シール膜９ａ，９ｂに
よって駆動軸７をポンプ室４から完全に遮蔽することが
できるので、抗血栓性に優れる。更に、可動部材８の駆
動軸７に対する支持構造並びにこれらのケース２及び蓋
体３に対する支持構造が、前述のように構成されてお
り、駆動軸７を回転することによって可動部材８の歳差
運動が得られるので、ポンプを小型に形成することがで
き、ひいては人工心臓装置を小型に形成することができ
る。尚、第１及び第２の流路５１，５２並びに第３及び
第４の流路６１，６２を別体とし、夫々柔軟な管体で構
成することとしてもよい。

【００２４】

【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で以下に記載の効果を奏する。即ち、本発明の人工心臓
装置は、簡単な構造で正転逆転が可能な容積型のポンプ
が構成され、その第１の開口に第１及び第２の流路が連
通接続されると共に第２の開口に第３及び第４の流路が
連通接続され、各々の流路に逆止弁が介装されているの
で、抗血栓性に優れ、小型且つ安価に形成することがで
きる。

【００２５】また、可動部材に切欠を形成すると共に、
この切欠に嵌合する隔壁によって区画手段を構成したも
のにあっては、耐久性に優れ、良好な組付性が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の人工心臓装置の一実施例の断面図であ
る。

【図２】本発明の人工心臓装置の一実施例におけるポン
プ逆転時の状態を示す断面図である。

【図３】本発明の一実施例におけるポンプの断面図であ
る。

【図４】本発明の一実施例におけるポンプの蓋体を外し
た状態を示す平面図である。

【図５】本発明の一実施例におけるポンプ作用を模式的
に示す平面図である。

【図６】本発明の一実施例におけるポンプ作用を模式的
に示す平面図である。

【図７】本発明の一実施例におけるポンプ作用を模式的
に示す平面図である。

【図８】本発明の一実施例におけるポンプ作用を模式的
に示す平面図である。

【図９】本発明の一実施例におけるポンプ作用を模式的
に示す平面図である。

【図１０】本発明の一実施例におけるポンプ作用を模式
的に示す平面図である。

【図１１】本発明の一実施例におけるポンプ作用を模式
的に示す平面図である。

【図１２】本発明の一実施例におけるポンプ作用を模式
的に示す平面図である。

【符号の説明】

１ 人工心臓装置 １ａ ポンプ Ｍ モータ（回転駆動手段） ２ ケース（ハウジング） ２ｅ 隔壁（区画手段） ３ 蓋体（ハウジング） ４ ポンプ室 ５ 第１の開口 ６ 第２の開口 ７ 駆動軸 ７ａ 回転軸部 ７ｂ 対称軸部 ８ 可動部材 ９ａ，９ｂ シール膜 １１〜１３ 軸受 ２０ 歯車機構（回転規制手段） ２１ 冠歯車 ２２ 傘歯車 ３１ 第１の逆止弁 ３２ 第２の逆止弁 ３３ 第３の逆止弁 ３４ 第４の逆止弁 ５１ 第１の流路 ５２ 第２の流路 ６１ 第３の流路 ６２ 第４の流路

フロントページの続き (72)発明者 井街 宏 埼玉県上福岡市西１丁目５番地２号 (72)発明者 阿部 裕輔 東京都文京区目白台１丁目23番地７号

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転駆動手段に連結する回転軸部及び該
   回転軸部に対して一定の傾角をなす対称軸部を有する駆
   動軸と、前記対称軸部に回動自在に支持し前記回転軸部
   を中心に歳差運動を行なう円板状の可動部材と、前記回
   転軸部を回動自在に支持し、前記可動部材の前記駆動軸
   回りの歳差運動範囲を囲繞するポンプ室を郭成すると共
   に、該ポンプ室に連通する第１の開口及び第２の開口を
   設けて成るハウジングと、該ハウジングの内側面から前
   記駆動軸に向かって前記第１の開口と前記第２の開口を
   区画する区画手段と、前記可動部材の前記ハウジングに
   対する前記回転軸部回りの回動を規制する回転規制手段
   とを備え、前記第１の開口に連通接続する第１の流路
   に、前記第１の開口側への血液流を許容し逆方向の血液
   流を阻止する第１の逆止弁を設け、前記第１の開口に連
   通接続する第２の流路に、前記第１の開口側への血液流
   を阻止し逆方向の血液流を許容する第２の逆止弁を設
   け、前記第２の開口に連通接続する第３の流路に、前記
   第２の開口側への血液流を許容し逆方向の血液流を阻止
   する第３の逆止弁を設け、且つ前記第２の開口に連通接
   続する第４の流路に、前記第２の開口側への血液流を阻
   止し逆方向の血液流を許容する第４の逆止弁を設けたこ
   とを特徴とする人工心臓装置。
2. 【請求項２】 前記区画手段が、前記ハウジングの内側
   面から前記駆動軸に向かって延出する隔壁から成り、該
   隔壁に嵌合するように前記可動部材の外周側から前記駆
   動軸に向かって前記可動部材の半径方向に切欠を形成
   し、前記隔壁を介して一方側の前記ハウジングの側面に
   前記第１の開口を形成すると共に、他方側の前記ハウジ
   ングの側面に前記第２の開口を形成したことを特徴とす
   る請求項１記載の人工心臓装置。