JPH06269494A - 人工心臓 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、小型軽量で、血液の流れが円滑に行
われ、必要な流量が確保できる効率の高い人工心臓を提
供するものである。 【構成】本発明による人工心臓は、人工心臓本体のポン
プは、最大径が１４ｍｍ以下で形成し外周に３箇所以上
の円形もしくは楕円形を基調とした形状の吸込口を設け
た円筒状のケーシングと、前記駆動軸の先端側を支承す
る軸受をシール機構で封止させ、軸受を係止するボス部
と、３枚以上の前置静翼と、２枚以上のプロペラと、２
枚以上のガイドベーンとをケーシング内に配置させてな
ることを特徴とするものである。

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。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。また、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に安全性が高く、
また患者の負担も少ない等の利点がある。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、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
挿入される人工心臓本体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とから、ポンプ部
の最大径は心臓の心室の収縮末期より径小の１４ｍｍ以
下とする必要がある。また、駆動軸の先端側を支承する
軸受が血液の流路内にある場合には、軸と軸受の隙間に
入った血液が凝固し軸の焼付き、回転不能等が発生し、
これにより血栓も生じている。さらに、心臓の心室内に
埋設される人工心臓本体は、自己心の鼓動による圧変動
の影響を常に受ける上に、収縮末期には心室壁が吸込口
に覆いかぶさり、血液の引込みが妨げられる状況にな
る。さらにまた、ノズル部の先端は、大動脈弁を貫通さ
せて動脈内に挿入されることから、最大径９ｍｍ程度以
下に縮径しなければならず、ポンプ効率上の大きな制約
条件となっている。その上、ノズル側の動脈圧（後負
荷）は０ｍｍＨｇから２００ｍｍＨｇ程度に変動してお
り、ポンプはこの圧力に抗して血液を送りださなければ
ならず、この様な条件下で、補助人工心臓として機能さ
せるためには、最低１００ｍｍＨｇ以上の出力と、２〜
３リットル／分以上の流量が要求されている。以上のよ
うな環境下において、上記のすべての条件を満たすよう
な小型ポンプは今日までまだ実現されていない。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明による人工心臓
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、前記人工心臓本体は、前記心尖部リン
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、前記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、前記ポンプ部の基端部側に設けられ駆動軸を介
して前記ポンプ部を駆動するとともに前記人体の心臓の
外側に配設される駆動部と、前記駆動部と前記ポンプ部
との間に設けられ前記駆動軸の液密を維持し前記ポンプ
部側から駆動部側に血液が進入するのを防止するシール
機構と、前記駆動軸を前記駆動部内と先端側とで支承す
る軸受とを有してなる人工心臓において、前記ポンプ部
は、最大径が前記心臓の心室の収縮末期より径小の１４
ｍｍ以下で形成され外周に３箇所以上の円形もしくは楕
円形を基調とした形状の吸込口が設けられている円筒状
のケーシングと、前記吸込口の近傍の中心部に配置され
前記駆動部と延長部で係合し他端の突出部に前記駆動軸
の先端側を支承する軸受が係止されるボス部と、前記ボ
ス部の外周側で前記ケーシングの内周に配設される３枚
以上の前置静翼と、前記駆動軸の先端側が係止されるプ
ロペラボスに一体成形された２枚以上のプロペラと、前
記ケーシングの内周に固定されるガイドベーンボスに一
体成形された２枚以上のガイドベーンとを前記ケーシン
グ内に配置させてなり、前記駆動軸の先端側を支承する
軸受は、前記駆動軸と係合するシール機構により封止さ
れ前記ボス部の突出部内に係止されてなり、前記吸込口
と隣合う吸込口との間に形成されるブリッジ部を太鼓橋
状に張り出して形成させてなり、前記ポンプ部のケーシ
ング内に配設され前記軸受が係止されるボス部、前記プ
ロペラが成形されるプロペラボス、前記ガイドベーンが
成形されるガイドベーンボスの外径をそれぞれ等しく形
成させてなることを特徴とするものである。

【０００５】

【作用】最大径が心臓の心室の収縮末期より径小で形成
されている軸流型のポンプを使用することにより、構造
がシンプルでかつ小型化が図られ最大径１４ｍｍ以下の
小型軸流ポンプで１００ｍｍＨｇ以上の出力と２〜３リ
ットル／分以上の流量を確保することができる。また、
ポンプ部内で駆動軸の先端側を支承する軸受は、駆動軸
と係合するシール機構により封止され吸込口近傍の中心
部に配置されるボス部の突出部内に係止させたことによ
り、引込まれた血液がポンプ部側から軸受に進入するこ
とがないので、駆動軸の焼付き、回転不能を起こすこと
がなく、血栓も生じない。さらに、吸込口と隣合う吸込
口との間に形成されるブリッジ部を太鼓橋状に張り出し
て形成させたことにより、吸込口の強度が維持されると
ともに、心臓の収縮末期でも心室壁と吸込口との間には
隙間が保たれるのでポンプの引込み効率を低下させるこ
とがない。さらにまた、ポンプ部のケーシング内に配設
されるボス部、プロペラボス、ガイドベーンボスの外径
をそれぞれ等しく形成させたことにより、段差のない血
液流路が形成されてポンプ効率がよくなるとともに血液
の滞留がない。

【０００６】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施例における人体の心臓の左心室に
人工心臓が装着された状態を示す拡大断面図である。図
１においてＡは心臓、Ｂは左心室、Ｃは心尖部、Ｄは左
心房、Ｅは僧帽弁、Ｆは大動脈弁、Ｇは大動脈であり、
１は左心室Ｂに埋設された人工心臓である。人工心臓１
は、心尖部リング２と、人工心臓本体３とから構成され
ており、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、心尖部Ｃを貫通して
埋め込まれる。人工心臓本体３は、ポンプ部４と、ポン
プ部４の先端部に設けられたノズル部６と、ポンプ部４
の基端部に設けられた駆動部５とから構成されており、
ポンプ部４とノズル部６は心尖部リング２を貰通して左
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。また、
心尖部リング２と人工心臓本体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。

【０００７】ポンプ部４は、最大径が心臓の心室の収縮
末期より径小の１４ｍｍ以下の円筒形をしており、その
容積は左心室Ｂの最収縮時の最小容積より小さく形成さ
れ、心臓Ａの自然の鼓動を妨げないようになっている。
ポンプ部４内には、小形の軸流ポンプが内蔵されてお
り、駆動部５内に内蔵されたモータによって駆動され、
ポンプ部４の外周に形成された３箇所以上の円形もしく
は楕円形を基調とした形状の吸込口７から左心室Ｂ内の
血液を吸入し、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。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、大動脈弁
Ｆの中心部を貫通するとともに、大動脈弁Ｆの機能を損
なわず、かつ大動脈弁Ｆに損傷を与えないように構成さ
れている。駆動部５は、心臓Ａの外側の胸腔内に埋設さ
れており、駆動部５内にはモータ等が内蔵され、必要に
応じて電池および制御電子部品も内蔵される。また、駆
動部５は、図示されてない電線を介して非接触形の電極
に接続され、この電極を介して外部の電源装置から必要
な電力が供給されるように構成されている。なお、電極
は人体の皮膚の近傍に埋設されている。

【０００８】図２は、本発明の実施例における人工心臓
の拡大断面図である。人工心臓本体３のポンプ部４は、
最大径が心臓の心室の収縮末期より径小の１４ｍｍ以下
の円筒状のケーシング１１で形成され、基端部は延長部
９で駆動部５に接続されるボス部１６に係合し、中央部
の外周には３箇所以上の円形もしくは楕円形を基調とし
た形状の吸込口７が配設されており、先端部には細径に
縮径されたノズル部６が形成されている。ケーシング１
１内には、吸込口７の近傍の中心部に位置し駆動軸１５
の先端側を支承する軸受２１ｂが係止されるボス部１６
と、ボス部の外周側でケーシング１１の内周に配設され
吸込口７より流入した血液の整流作用をする３枚以上よ
りなる前置静翼１４と、前記駆動軸の先端部が係止され
るプロペラボスに一体成形された２枚以上のプロペラ
と、前記ケーシングの内周に固定されるガイドベーンボ
スに一体成形された２枚以上のガイドベーンとが配置さ
れており、吸込口７からノズル６に至るまで、ケーシン
グ１１の内部に円滑な血液の流路が形成されている。プ
ロペラボス１７には駆動軸１５の先端部が係止され、他
端部は延長部９を経て駆動部５の内部まで延長されてい
る。駆動部５内には、モータが内蔵されており、モータ
の回転によってプロペラ１２に速度エネルギーが与えら
れ、血液を送り出すことが出来る。

【０００９】軸流ポンプを駆動する駆動軸１５は駆動部
５内に設置された軸受２１ａと、ポンプ部４の内部の中
心部に突出したボス部１６内に設置された軸受２１ｂに
よって支承させる支持構造となっており、ボス部１６の
先端部には、対向するプロペラボス１７の後端面に形成
された円錐状の凹部との間にわずかな隙間をもって、オ
イルシールなどのシール機構１９が駆動軸１５に嵌合さ
れていて、軸受内に血液が進入するのを防止する構造と
なっている。また、ボス部１６、プロペラボス１７、ガ
イドベーンボス１８とは外径がそれぞれ等しく形成され
ているために、外径面とケーシング１１の内周面との間
には段差等ができないので円滑な環状の血液流路が形成
されることから、ポンプの引込み効率がよくなるととも
に血液の滞留する箇所もなくなり血栓等が生じる可能性
が少ない。

【００１０】図３は、本発明の実施例におけるポンプ部
の構成を示す説明図である。吸込口７は、ケーシング１
１の外周に３箇所以上円形もしくは楕円形を基調とした
形状で設けられており、隣合う吸込口の間に形成される
ブリッジ部１０によってつながれている。本実施例にお
ける１つの吸込口の大きさは、７０ｍｍ^２程度としてあ
るが、例えば、ケーシングの外径が１２ｍｍ程度で吸込
口の数が４箇所の場合は、３０ｍｍ^２程度あればよく、
ケーシングの外径が１４ｍｍ程度で吸込口の数が３箇所
の場合は、最大で１００ｍｍ^２程度あればよい。吸込口
７近傍のケーシング内周面には、流入した血液の流れを
整流する３枚以上の前置静翼１４が配設されている。な
お、本実施例における前置静翼１４は、前置静翼として
の効果に大差がないことと、加工上の都合から直線翼と
したがこれに限定されるものではない。前置静翼１４よ
り後のノズル側には、プロペラボス１７に一体形成され
た２枚以上のプロペラ１２が配置されており、駆動軸１
５を介して回転し血液に速度エネルギーを与えている。
プロペラ１２より後のノズル側には、ガイドベーンボス
１８に一体形成されケーシング内周面に固定された２枚
以上のガイドベーン１３がが配置されており、プロペラ
１２によって与えられた血液の速度エネルギーを圧力エ
ネルギーに変換し、ポンプの揚力が得られる。また、本
実施例では吸込口部及びブリッジ部の数は３箇所、前置
静翼は３枚、プロペラは４枚、ガイドベーンは５枚とし
たが、目的とする機能、性能が得られれば最低２枚以上
あればよい。前述のポンプ部、ノズル部を構成する各部
分、各部品の寸法・形状・取付位置関係等は、理論的、
実験的に求められた最適寸法、最適形状となっており、
各部の角には面取り、Ｒ付けが施されている。また、表
面の仕上げの程度も血液に対して最適なものとなってい
る。さらに、前置静翼１４、プロペラ１２、ガイドベー
ン１３などは前後にねじれを持った翼形にすることが望
ましい。

【００１１】図４は、本発明の実施例におけるプロペラ
の翼形状を示す部分拡大図である。図において、１２ａ
はボス部の形状を示し、１２ｂはチップ部の形状を示し
ている。図５は、本発明における吸込口の他の実施例を
示す拡大部分断面図である。心室内に埋設された人工心
臓の場合には、心臓の収縮末期に心室壁が吸込口にかぶ
さりポンプの引込み効率を低下させることがある。これ
を防止するために、吸込口７のブリッジ部２０を太鼓橋
状に張り出させた形状としたものである。なお、吸込口
７のブリッジ部を太鼓橋状に張り出させた形状は、本実
施例に限定されるものではなく、強度を保持し、心臓の
収縮末期に心室壁が吸込口にかびさらないものであれ
ば、例えば、前置静翼と一体にしたものなどであっても
同様な効果が得られる。

【００１２】

【考案の効果】以上に詳述したごとく、本発明によれ
ば、最大径１４ｍｍ以下の小型軸流ポンプを用いて１０
０ｍｍＨｇ以上の出力と２〜３リットル／分以上の流量
を確保することができる。また、駆動軸の先端側を支承
する軸受を、駆動軸と嵌合するシール機構により封止し
てボス部の突出部内に係止させたことによって、軸受が
直接血液に触れないために血液による駆動軸の焼付きや
回転不能等を起こすことがなく、これによる血栓症も起
こらない。さらに、吸込口と隣合う吸込口との間に形成
されるブリッジ部を太鼓橋状に張り出して形成させたこ
とにより、吸込口の強度が維持されるとともに、心臓の
収縮末期でも心室壁と吸込口との間には隙間が保たれる
のでポンプの引込み効率を低下させることがない。さら
にまた、ポンプ部のケーシング内に配設されるボス部、
プロペラボス、ガイドベーンボスの外径をそれぞれ等し
く形成させたことにより、段差のない血液流路が形成さ
れてポンプ効率がよくなるとともに血液の滞留がない。
その外に、モータの回転数を周期的に変化させれば、拍
動流も可能となるなど従来の人工心臓に比べて優れた効
果を有するものであり、信頼性も高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における人体の心臓の左心室に
人工心臓が装着された状態を示す拡大断面図である。

【図２】本発明の実施例における人工心臓の拡大断面図
である。

【図３】本発明の実施例におけるポンプ部の構成を示す
説明図である。

【図４】本発明の実施例におけるプロベラの翼形状を示
す部分拡大図である。

【図５】本発明における吸込口の他の実施例を示す拡大
部分断面図である。

【符号の説明】 １ ・・・ 人工心臓、 ２ ・・・ 心尖
部リング、３ ・・・ 人工心臓本体、 ４ ・
・・ ポンプ部、５ ・・・ 駆動部、 ６
・・・ ノズル部、７ ・・・ 吸込部、
８ ・・・ シール部材、９ ・・・ 延長
部、 １０，２０ ・・・ ブリッジ部、１１
・・・ ケーシング、 １２ ・・・ プロペ
ラ、１２ａ ・・・ ボス部の形状、 １２ｂ ・・・
チップ部の形状、１３ ・・・ ガイドベーン、
１４ ・・・ 前置静翼、１５ ・・・ 駆動軸、
１６ ・・・ ボス部、１７ ・・・ プ
ロペラボス、 １８ ・・・ ガイドベーンボス、１９
・・・ シール機構、 ２１ａ，２１ｂ ・・・
軸受

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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、前記人工心臓本体
   は、前記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、前記ポンプ
   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、前記ポンプ部の基端部側に
   設けられ駆動軸を介して前記ポンプ部を駆動するととも
   に前記人体の心臓の外側に配設される駆動部と、前記駆
   動部と前記ポンプ部との間に設けられ前記駆動軸の液密
   を維持し前記ポンプ部側から駆動部側に血液が進入する
   のを防止するシール機構と、前記駆動軸を前記駆動部内
   と先端側とで支承する軸受とを有してなる人工心臓にお
   いて、 前記ポンプ部は、最大径が前記心臓の心室の収縮末期よ
   り径小の１４ｍｍ以下で形成され外周に３箇所以上の円
   形もしくは楕円形を基調とした形状の吸込口が設けられ
   ている円筒状のケーシングと、前記吸込口の近傍の中心
   部に配置され前記駆動部と延長部で係合し他端の突出部
   に前記駆動軸の先端側を支承する軸受が係止されるボス
   部と、前記ボス部の外周側で前記ケーシングの内周に配
   設される３枚以上の前置静翼と、前記駆動軸の先端部が
   係止されるプロペラボスに一体成形された２枚以上のプ
   ロペラと、前記ケーシングの内周に固定されるガイドベ
   ーンボスに一体成形された２枚以上のガイドベーンとを
   前記ケーシング内に配置させてなることを特徴とする人
   工心臓。
2. 【請求項２】前記駆動軸の先端側を支承する軸受は、前
   記駆動軸と係合するシール機構により封止され前記ボス
   部の突出部内に係止されてなることを特徴とする請求項
   １記載の人工心臓。
3. 【請求項３】前記吸込口と隣合う吸込口との間に形成さ
   れるブリッジ部を太鼓橋状に張り出して形成させてなる
   ことを特徴とする請求項１記載の人工心臓。
4. 【請求項４】前記ポンプ部のケーシング内に配設され前
   記軸受が係止されるボス部、前記プロペラが成形される
   プロペラボス、前記ガイドベーンが成形されるガイドベ
   ーンボスの外径をそれぞれ等しく形成させてなることを
   特徴とする請求項１記載の人工心臓。