JPH06296687A - 透過膜装置一体型ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 人工肺などの透過膜を介して物質の移動を行
なう透過膜装置と、その装置内を移動する液体（例えば
血液）を移送するポンプを一体化したことにより液体の
流れ方向を変えることなく、又、流路の急拡大・縮小す
ることもなくポンプから均一に出た脈動流を効果的に透
過膜に伝えることができる透過膜装置一体型ポンプを提
供する。 【構成】 一端を吸込側に連通し他端を吐出側に連通し
内部に揚液の圧力により開閉する弁を備えた振動管１を
長手方向に振動させて振動管１内を経て揚液させるよう
にした振動ポンプＳ_P と、内部に透過膜１２を備え振動
ポンプＳ_P によって揚液された液体との間で透過膜１２
を介して物質の移動を行う透過膜装置とを一体に接続し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は透過膜装置一体型ポンプ
に係り、特に振動ポンプと、この振動ポンプによって揚
液された液体との間で透過膜を介して物質の移動を行な
う膜型人工肺などの透過膜装置とを一体化した透過膜装
置一体型ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から血液を移送する血液ポンプと膜
を媒介として血液中の二酸化炭素と酸素のガス交換を行
う人工肺を一体化する人工肺一体型血液ポンプが提案さ
れている。

【０００３】特公昭５７−４３４６号公報に開示されて
いるように膜型人工肺に血液ポンプを内在させ人工肺自
体をポンプとしたものがある。また特開平２−１６１９
５３号公報、特開平３−１８７４号公報等に開示されて
いるように人工肺内にダイアフラムを設置し、そのダイ
アフラムを作動させることで人工肺内の血液に脈動を与
えガス交換効率を発揮し得るようにするとともにポンプ
作用するものがある。

【０００４】また特開平３−１２６４６５号公報等に開
示されているように人工肺の前方に血液貯蔵部とダイア
フラムを有する血液ポンプとを設置し、脈動を与えられ
た血液が人工肺に送られることによりガス交換効率を発
揮し得るようにしたものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した特公昭５７−
４３４６号公報に開示されている膜型人工心肺装置は血
液の流路を直接圧縮・弛緩させることで脈動流を発生せ
しめており脈動流の発生には都合が良いが酸素に接する
血液の面積が少なくガス交換効率が低いという問題点が
あった。

【０００６】一方、特開平３−１８７４号公報に開示し
た人工肺一体型血液ポンプでは人工肺内への血液流入口
と流出口が同一線上にないため、人工肺内で血液の流れ
方向が変化し渦流が発生し血液の滞留・血小板の破壊が
起こり、血栓形成や血球破壊の原因となる問題点があっ
た。

【０００７】また特開平２−１６１９５３号公報に開示
した人工肺内臓人工心臓では人工肺内への血液流入口と
流出口を同一線上にしているが酸素の流れる中空糸束を
縦方向に配列しているため、血液の流路である横方向に
比較し縦方向長さが長くなる。従って血液流入口より流
路は急拡大されるため流入口直後に過流が発生し血液の
滞留・血小板の破壊が起こり、血栓形成や血球破壊の原
因となる問題点があった。また人工肺内のダイアフラム
により脈動流を発生させる機構では血液に脈動を起こす
ことは可能であるが、ダイアフラムは一ヶ所であるため
人工肺内での血液の膜に対する偏流は避けられずガス交
換効率が低下するという問題点もあった。

【０００８】さらに、特開平３−１２６４６５号公報に
開示した人工心肺装置ではポンプと人工肺をチューブで
接続するため、やはり人工肺内に流入する血液は過流の
発生で血液の滞留が起こり、血栓形成や血球破壊の原因
となる問題点があった。

【０００９】また上記のいずれの発明も血液ポンプが容
積型であるため、血液流出後の回路内に狭窄閉鎖が起こ
ると回路の破壊が起こるという問題点やポンプ入口およ
び出口に弁を２個設置する必要があるため、血栓形成部
位が多いという問題点があった。

【００１０】本発明は上述の事情に鑑みなされたもの
で、人工肺などの透過膜を介して物質の移動を行なう透
過膜装置と、その装置内を移動する液体（例えば血液）
を移送するポンプを一体化したことにより液体の流れ方
向を変えることなく、又、流路の急拡大・縮小すること
もなくポンプから均一に出た脈動流を効果的に透過膜に
伝えることができる透過膜装置一体型ポンプを提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ため、本発明の透過膜装置一体型ポンプは、一端を吸込
側に連通し他端を吐出側に連通し内部に揚液の圧力によ
り開閉する弁を備えた振動管を長手方向に振動させて該
振動管内を経て揚液させるようにした振動ポンプと、内
部に透過膜を備え前記振動ポンプによって揚液された液
体との間で透過膜を介して物質の移動を行う透過膜装置
とを一体に接続したことを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】前述した構成からなる本発明によれば、振動ポ
ンプは通常５〜５０Ｈｚの周波数で加振され揚液作用を
得るが、振動ポンプから吐出された流体（例えば血液）
は前記周波数を持つ脈動流となり透過膜装置（例えば人
工肺）へと流入する。この際、振動ポンプから透過膜装
置への流路は直線状であり、流れ方向の転換又は流路の
急拡大・縮小がないため、ポンプから均一に出た脈動流
を効果的に膜に伝えることができる。透過膜装置が人工
肺の場合には、人工肺に流入した血液は人工肺内のガス
透過膜を介してガス交換を効率的に行うことができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明に係る透過膜装置一体型ポンプ
の一実施例を図面を参照して説明する。本実施例におい
ては透過膜装置として人工肺を例にとり人工肺一体型血
液ポンプとして説明する。

【００１４】本実施例の人工肺一体型血液ポンプは、血
液ポンプ部Ｓ_Pと人工肺部Ｓ_Lとから構成されている。血
液ポンプ部Ｓ_Pには円筒状の振動管１が設けられてお
り、振動管１の吸込側（図で右側）端部は、伸縮可能な
可撓管に相当するベローズ２を介して静止吸込管３と接
続され、また振動管１の吐出側（図で左側）端部は、伸
縮可能な可撓管に相当するベローズ４を介して人工肺部
Ｓ_Lに接続されている。また振動管１の内部には、揚液
の圧力により一方向に開閉可能な可動弁膜６と、この可
動弁膜６を支持する弁座７とからなる制御弁が設置され
ている。

【００１５】人工肺部Ｓ_Lはベローズ４に一体に接続さ
れた外筒８を備え、この外筒８の吐出側端部は、静止吐
出管９と接続されている。そして、前記静止吸込管３と
静止吐出管９には、吸込み側チューブ１０及び吐出し側
チューブ１１がそれぞれ接続されている。

【００１６】また、外筒８内には、外筒８に固定された
膜支持部２２によって支持された中空糸膜１２が配設さ
れている。外筒８には酸素入口部８ａと酸素出口部８ｂ
とが形成されており、酸素は中空糸膜１２の外側を流通
するようになっている。血液は血液ポンプ部Ｓ_Pによっ
て揚液されて中空糸膜１２の中空部を流れ、血液は中空
糸膜１２の外側を流通する酸素と中空糸膜１２を介して
接触をすることによりガス交換が行われるようになって
いる。

【００１７】図２は制御弁の詳細を示す図であり、図２
（ａ）はその断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のII
（ｂ）矢視図、図２（ｃ）は制御弁の作動状態を示す図
である。図２に示されるように弁座７は円板状をなし、
その外周部が振動管１の内周部に固着されている。弁座
７には扇形の複数の通過孔７ａが形成されており、ま
た、円板の中心部には可動弁膜６を取付けるための取付
部７ｂが形成されている。そして、この円板状の弁座７
上には、柔軟な可撓性の薄膜で形成された可動弁膜６が
載置され、弁座７と可動弁膜６はそれぞれの中心部で止
着具２３によって止着されている。

【００１８】しかして、振動管１の振動によって、血液
は図２（ｃ）に示されるように弁座７の通過孔７ａを通
る。柔軟な薄膜でできた可動弁膜６は血液の順流によっ
て花冠状をなして、生体へ向かう血液の自由な流れを許
容する。血液の逆流時には、図２（ａ）に示すように、
可動弁膜６が拡開して弁座７に密着し、通過孔７ａを閉
塞して血液が振動管１側へ逆流するのを阻止する。

【００１９】一方、図１に示されるように、振動管１は
振動管保持器１３を介して、加振部を構成する外部駆動
装置１４に内蔵された往復加振振動子に連結されてい
る。往復加振振動子は、電磁コイル１６と永久磁石１７
を半径方向に対向させたものを、軸方向に並設して振動
管１の軸方向の振動を制御できるようにしている。そし
て、振動管１と円筒状に巻かれた電磁コイル１６，１６
とは振動管保持器１３を介して接続されている。

【００２０】一方、電磁コイル１６に対向して、その半
径方向内側に、半径方向外方に向かって磁力（束）を生
じるように配置された永久磁石１７が支持体１８に固定
されている。そして、この支持体１８は外部駆動装置１
４のケーシング１９に固定されている。また、ケーシン
グ１９には２対のガイドローラ２０が固定されており、
これらガイドローラ２０が振動管保持器１３に固定され
たガイドレール２１を挟持してこれを摺動案内するよう
になっている。

【００２１】運転時、電磁コイル１６に交番電流を流す
ことにより、該電流と、永久磁石１７によって生じる半
径方向の磁界との作用により電磁コイル１６に往復推力
が作用する。これによって振動管１が、管軸方向に往復
動する。このときの加振振幅は、電磁コイル１６に流れ
る電流を制御することにより行われる。

【００２２】また、血液ポンプ部Ｓ_P の静止吸込管３及
び人工肺部Ｓ_L の外筒８は静止管保持器１５ａ，１５ｂ
によって外部駆動装置１４のケーシング１９に固定され
ている。

【００２３】前述した構成において、往復加振振動子に
よって振動管１を長手方向に振動させると、血液は静止
吸込管３を通って振動管１内に揚液され、揚液の圧力に
より開閉する内部の制御弁を通過して人工肺部Ｓ_L 中に
吐出される。

【００２４】前記揚液時の作用を図３を参照して説明す
ると、 （１）弁が振動管１に追随して運動するとき （イ）自吸過程 ポンプ起動時において管路系に血液が充満しておらず、
吸込静止管３内に自由表面がある場合は、弁が振動管１
に追随して運動するようにして、振動管１を往復運動さ
せると、管内気体圧力の変動に伴って管内の液面も往復
運動する。この液面の往復運動は、気柱の弾性と液柱の
質量からなる一種のバネ−質量系の振動現象に伴うもの
であり、従って摩擦などによる減衰が小さいから振動管
１の往復運動の振動数を管内の気柱−液柱系の固有振動
数に設定すると管内気柱の圧力は非常に高くなる。そこ
で、管内の気柱圧力が弁の設定圧力以上になると弁が開
放して、気柱圧力の上限を弁設定圧に保持するので、加
振一周期当たりの気柱圧力の平均値は大気圧以下とな
り、その圧力減少に相当した液柱の移動が起こる。これ
が連続的に起こり液面が振動管１の吐出側端部まで到達
する。 （ロ）液の吐出過程 液面が振動管１の吐出側端に達した後は、振動管１より
管内液柱に作用する慣性力により、液柱が弁を押し上げ
血液が振動管１の吐出側端より流出する。 （２）弁が振動管１に追随せずに運動するとき （イ）振動管１が図３（ａ）において、右方へ移動する
際には、可動弁膜６はこれに追随せず遅れて右方に移動
し、弁座７と可動弁膜６の間に若干の隙間ができる。 （ロ）振動管１が右端にくると、図３（ｂ）に示される
ように可動弁膜６が追いついて弁座７を閉じる。 （ハ）可動弁膜６により弁座７が閉じたまま振動管１が
左へ移動するとき、血液が振動管１と一緒に左に移動す
る。さらに振動管１が右へ移動するときには、振動管１
中の血液は液の慣性の影響により、あまり右へ移動しな
い。同様に（イ）〜（ハ）の状態をくり返す。従ってや
がて振動管１の吐出側端まで血液が達し、振動管１が右
へ移動するときに血液がベローズ４中に溢れ出て、ベロ
ーズ４より人工肺部Ｓ_L へと流入し、膜支持部２２を介
して中空糸膜１２の中空部に流入する。血液は中空糸膜
１２の外側を流通する酸素と中空糸膜１２を介して接触
することによりガス交換が行なわれる。本発明は人工肺
のみならず、人工透析器など膜を媒介として物質を交換
する機器に広く適用できる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば振動
ポンプの吐出し出口と透過膜装置の流入口の流路を直線
形状に連結し一体化することにより、ポンプを流出した
揚液は流路の急な拡大縮小がないため偏流を起こすこと
なく平行流で透過膜装置に流入する。したがって、渦流
の発生をなくすことができ液体中に含まれる粒子の破壊
を防止し、かつポンプで発生した脈動流を透過膜に伝え
効果的に物質移動効率を向上させることができる。

【００２６】透過膜装置として人工肺とした場合には、
血液が滞留せず血栓形成を起こしにくく圧力損失も従来
より少なくなる。併せて血液の損傷も従来より軽微とな
りチャンネリングの改善も出来る。

【００２７】また振動ポンプの周波数を人工肺のインピ
ーダンスが最小になるように選択すれば、振動ポンプを
出た脈動流の効果により人工肺の酸素交換率を上げるこ
とが出来、小型化が可能となる。さらに振動ポンプのポ
ンプ特性は遠心ポンプと同様に後負荷の変化に応じて送
血量が変化するため、血液流出後の回路内に狭窄閉鎖が
起きても一定圧以上にはならず回路の破壊を起こすこと
はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る透過膜装置一体型ポンプの一実施
例を示す部分断面図である。

【図２】本発明に係る透過膜装置一体型ポンプにおける
制御弁を示す図であり、図２（ａ）はその断面図、図２
（ｂ）は図２（ａ）のＩＩ（ｂ）矢視図、図３（ｃ）は
その動作説明図である。

【図３】本発明に係る透過膜装置一体型ポンプのポンプ
部の動作説明図である。

【符号の説明】

Ｓ_P 血液ポンプ部 Ｓ_L 人工肺部 １ 振動管 ２ 吸込側ベローズ ３ 静止吸込管 ４ 吐出側ベローズ ６ 可動弁膜 ７ 弁座 ８ 外筒 ９ 静止吐出管 １２ 中空糸膜 １３ 振動管保持器 １４ 外部駆動装置 １５ 静止管保持器 １６ 電磁コイル １７ 永久磁石

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端を吸込側に連通し他端を吐出側に連
   通し内部に揚液の圧力により開閉する弁を備えた振動管
   を長手方向に振動させて該振動管内を経て揚液させるよ
   うにした振動ポンプと、内部に透過膜を備え前記振動ポ
   ンプによって揚液された液体との間で透過膜を介して物
   質の移動を行う透過膜装置とを一体に接続したことを特
   徴とする透過膜装置一体型ポンプ。