JPH0634823B2 - 血液ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は遠心ポンプ型の血液ポン
プに関し、さらに詳しくは、小型にして軽量かつ製造が
容易であり、溶血の発生が少なく、吐出効率も良好で、
長時間に渉って安全に使用することのできる血液ポンプ
に関する。

【０００２】

【従来技術と発明が解決しようとする課題】近年、人工
心肺装置や開心術後の心補助循環装置などの体外循環回
路用の血液ポンプとして、遠心ポンプ型の血液ポンプが
普及するようになった。

【０００３】遠心ポンプ型の血液ポンプとは、入口およ
び出口ポートを有するポンプ室内で羽根車を回転させ
て、羽根車の回転数とポンプの前後差圧とに応じて平滑
流を供給する血液ポンプのことである。

【０００４】この遠心ポンプ型の血液ポンプは、拍動ポ
ンプ型の血液ポンプのように高価な人工弁を必要とせ
ず、同期装置も必要としないので、小型化，軽量化，低
コスト化が可能であり、しかもローラポンプ型の血液ポ
ンプと違ってチューブの破壊などがなく、長時間の連続
運転に充分に耐えるものである。

【０００５】従来の遠心ポンプ型の血液ポンプとして
は、主に図６および図７に示すようなものが知られてい
る。

【０００６】図６の血液ポンプは、ハウジング16の空間
内に、円錐状の上端面を有する円柱状の台座11とその外
周面に放射状に設けられた複数個の羽根12とからなる羽
根車を備え、図示しないモーターによりシャフト14が回
転すると、血液が図中の血液流13のように流れる構造に
なっている。

【０００７】しかしながら、この血液ポンプは台座11の
外周付近において渦流15が発生し、血球に非常に大きな
応力がかかるので、血球が破壊されて溶血が生じるとい
う問題点を有する。

【０００８】一方、図７に示す血液ポンプは、ハウジン
グ19の空間内に、全体が略円錐形になっている台座17と
その曲面上に台座17の頂点より一定の距離離れた位置か
ら放射状に設けられた複数個の板状の羽根18とからなる
羽根車を備え、図示しないモーターによりシャフト20が
回転すると、血液が図中の血液流21のように流れる構造
である。この血液ポンプにおいては、前記台座17の底面
がこの台座17を収納するハウジング12の内底面のほぼ全
体を覆う程度の面積を有するので、前記図６に示す血液
ポンプにおけるような渦流の発生が見られない。

【０００９】しかしながら、この血液ポンプでも、溶血
の発生を満足すべきレベルまで効果的に抑えられないう
らみがあり、また血液の吐出効率も十分ではない。さら
に、その羽根18が湾曲板（上方からみて）であるので、
台座17との一体成形に際し、製造が難しいという問題が
あった。本発明は前記事情を改善するためになされたも
のである。

【００１０】すなわち、本発明の目的は、小型にして軽
量かつ製造が容易であり、溶血の発生が少なく、吐出効
率も良好で、長時間に渉って安全に使用することのでき
る血液ポンプを提供することにある。

【００１１】

【前記課題を解決するための手段】前記目的を達成する
ための本発明は、略円錐状の台座の曲面に複数個の羽根
を台座の頂点より一定の距離をもって離れた位置からほ
ぼ放射状に立設してなる羽根車をハウジング内に備えた
遠心ポンプ型の血液ポンプにおいて、前記台座の底面が
前記ハウジングの内底面のほぼ全体を覆う直径３０〜５
５ｍｍの円形に形成されていると共に、前記複数個の羽
根が各々入り口角が２０〜５０度であるストレート板で
構成されており、かつ前記羽根の前記曲面に沿う長さＬ
と、前記放射状に配置された羽根の放射方向先端におけ
る、羽根車の回転軸に平行な高さＨとの比（Ｌ／Ｈ）が
２．５〜６．０であることを特徴とする血液ポンプであ
る。

【００１２】本発明の血液ポンプにおいては、前記台座
の直径（Ｒ；単位はｍｍ）と前記比（Ｌ／Ｈ）とが下記
の関係を満たすのが好ましい。 ３０≦Ｒ≦５５、 ２．５≦Ｌ／Ｈ≦６、 Ｌ／Ｈ≧０．１３３Ｒ−２．３３、 Ｌ／Ｈ≦０．１３３Ｒ＋０．５１。

【００１３】さらに、本発明の好適な態様である血液ポ
ンプにおいては、前記略円錐状の台座がその上面から下
面までを貫通する血液流通孔を有する。

【００１４】

【作用】本発明の血液ポンプにおいては、円錐状の台座
の底面がハウジングの内底面のほぼ全体を覆うので、血
液の渦流の発生がなく、したがって、血液にかかる応力
が少ない。

【００１５】また、台座が略円錐形であり、この曲面に
羽根としてストレート板が立設されているので、血液の
流れが円滑であり、血液ポンプ内を流れる血液にたとえ
ば剪断力や渦による応力のかかりが少ない。さらに、台
座の底面が直径３０〜５５ｍｍの略円形に形成されてい
るから、溶血の発生が効果的に抑制されている。

【００１６】また、羽根の前記曲面に沿う長さＬと前記
放射状に配置された羽根の放射方向先端における、羽根
車の回転軸に平行な高さＨとの比（Ｌ／Ｈ）が２．５〜
６であるので、ポンプの吐出効率が良好である。

【００１７】さらに、本発明では、図２に示すように血
液流入側の先端を連ねる円の接線と、血液流入側の羽根
の接線とのなす角度、すなわち入口角βが２０〜５０度
であるので、良好なポンプ吐出効率を維持しながら、溶
血の発生を抑えることができる。

【００１８】以下、本発明を図面を参照しながら詳しく
説明する。図１は本発明の一実施態様である血液ポンプ
を示すもので、この血液ポンプは遠心ポンプ型に属す
る。

【００１９】１はハウジング、２は羽根車を収納する空
間、３は血液の入り口ポート、４は血液の出口ポート、
５は円錐状の台座、６はストレート板で構成された羽
根、７はシャフト、８はベアリング、９はＶリング、10
はＯリングである。

【００２０】ハウジング１の空間２内には台座５および
羽根６で構成される羽根車が回転自在に収納され、シャ
フト７を介して図示しないモーターで回転されると、血
液が入口ポート３から空間２内に流入し、出口ポート４
より吐出されるように構成されている。

【００２１】羽根車は図２にも示すように略円錐状の台
座５の曲面上に複数の羽根６が略放射状に立設された構
造となっており、各羽根６は台座５の頂点より一定距離
ｄだけ離れた位置から台座５の外周端縁付近まで形成さ
れている。

【００２２】羽根車の構成材料は、軽量で十分な強度を
有し、溶血を減少させるものであれば何でも良い。

【００２３】その好適な例としてポリカーボネート樹
脂、硬質塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン等のプラスチ
ック、中でも特にポリカーボネート樹脂を好ましいプラ
スチックとして挙げることができる。

【００２４】そして台座５と羽根６とは、かかるプラス
チックを用いて一体成形で製造することが好ましい。

【００２５】なお、プラスチックと言っても、従来の血
液ポンプでよく用いられるアクリル樹脂などでは、ひび
が入ることがあるので好ましくない。本発明では、台座
５の底面は直径３０〜５５ｍｍの略円形であり、それは
前記ハウジング１の内底面のほぼ全体を覆う。

【００２６】台座５の底面が上記範囲の略円形に形成さ
れていると、通常、溶血を０．１〜ｇ／１００リットル
以下に、時には０．０５ｇ／１００リットル以下にさえ
抑えることができる。

【００２７】台座５の底面の直径が３０ｍｍ未満では溶
血が生じ易く、たとえば２６ｍｍであると、０．１０９
ｇ／１００リットル前後の溶血となる。

【００２８】また、台座５の底面の直径が５５ｍｍを超
えると、プライミング量が大になるので好ましくない。
略円錐状の台座５の頂角αについては、１２０〜１６０
度とするのが良い。頂角αが１２０度未満ではポンプ効
率が悪くなり、１６０度を超えると血液の流入時に不要
な渦流が発生し易くなるからである。

【００２９】本発明における好適な羽根６は、次に示す
条件を満たしている。

【００３０】まずこの羽根６は、湾曲板ではなくてスト
レート板（直板）である。

【００３１】このように羽根６をストレート板で構成す
ると、血液の流れがスムーズになり溶血が少なくなると
ともに、湾曲板の場合と違って台座５との一体成形を容
易に行なうことができる。

【００３２】この羽根６は台座５の曲面上に等間隔に形
成するのが好ましく、羽根の枚数は複数であれば特に限
定はしないが、通常は６枚程度とするのがよい。

【００３３】次に、この羽根６は図２に示すように血液
流入側６ａの先端を連ねる円（破線）の接線と、血液流
入側６ａの接線とのなす角度、すなわち入口角βが２０
〜５０度、好ましくは２０〜３０度の範囲にあることが
必要である。

【００３４】βがこの範囲にあると、良好なポンプ吐出
効率を維持しながら、溶血の発生を抑えることができ
る。

【００３５】βが２０度未満であると、ポンプ効率が悪
くなるので好ましくないし、またβが５０度を超える
と、溶血量が増加するのでこれも好ましくない。

【００３６】さらに、この羽根６は図４に示すように台
座５の曲面に沿う長さＬと放射状に配置された羽根の放
射方向先端における、羽根車の回転軸に平行な高さＨと
の比Ｌ／Ｈが２．５〜６の範囲になければならない。

【００３７】この条件を満たすと、本発明の血液ポンプ
は吐出効率を良好に維持することができる。それに対
し、Ｌ／Ｈが２．５未満の場合は溶血量が増加し、また
６を上回るとポンプ効率が悪くなるので、いずれも好ま
しくない。

【００３８】さらに好ましい羽根６は、前記台座の直径
（Ｒ；単位はｍｍ）と前記比（Ｌ／Ｈ）とが下記の関係
を満たしている。下記の関係を満たす羽根６は、ポンプ
の吐出効率が良好であると共に溶血の防止を図ることが
できる。 ３０≦Ｒ≦５５、 ２．５≦Ｌ／Ｈ≦６、 Ｌ／Ｈ≧０．１３３Ｒ−２．３３、 Ｌ／Ｈ≦０．１３３Ｒ＋０．５１。

【００３９】本発明では上述した条件等の他に次の条件
を満たすことも好ましい。

【００４０】まず、羽根６については、血流に大きな剪
断力を与えず溶血をより少なくするため、図３図３に示
すように血液流入側６ａの先端が鋭角をなす（紙面に垂
直方向から見て）よりは半円（肉厚をＲとすれば半径Ｒ
／２）に丸みを以て形成されていたほうが良く、そして
血液流出側６ｂも、羽根車がＡ方向に回転したとき、血
流が強く接触する片面側Ｂが先端近傍から緩やかに湾曲
して先端で丸みを有している方がよい。

【００４１】次に、本発明では先に台座５の直径を特定
したことから明らかなように、小型の血液ポンプを提供
することが一つの目的である。

【００４２】この目的に適う限りにおいて各構成部分の
寸法は特に限定されないが、たとえば最大血流量が１０
リットル／分程度の小型の血液ポンプを得たいのであれ
ば、血液の入口ポート３の径Ｃを１０ｍｍ前後、出口ポ
ート４の径Ｄを４〜８ｍｍ、台座５の高さｈを６〜１２
ｍｍ、羽根６とハウジング内壁との隙間ｌ（英小文字の
エル）を０．８〜１．５ｍｍ、ハウジング内壁の傾斜角
度γを３０度前後とすることが望ましい。

【００４３】本発明は前記実施態様に限定されない。

【００４４】たとえば、台座５には、その上面から下面
までを貫通する任意の数の血液流通孔が設けられていて
もよい。

【００４５】図５はその一例として２個の血液流通孔５
ａ、５ａを設けた台座５を示す。

【００４６】また、図１においてハウジング１を上部ハ
ウジング１ａと下部ハウジング１ｂとに分割し、上部ハ
ウジング１ａをキャップとしてハウジング同士を着脱自
在に組み合わせてもよい。

【００４７】さらに、シール方式もＶリング9 、Ｏリン
グ１０の外にオイルシール、メカニカルシール、あるい
はこれらの変形方式を採用することができる。

【００４８】

【実施例】以下、実施例および比較例に基いて本発明を
さらに具体的に説明する。

【００４９】（実施例１） 図１〜図４に示されるように構成された本発明の血液ポ
ンプを用いて、溶血試験を行ない、溶血量を測定した。

【００５０】なお、血液ポンプの羽根車として下記の羽
根車を用いた。

【００５１】羽根車 材質・・・・・・・・ポリカーボネート樹脂 台座の外径・・・・３６ｍｍ 台座の高さ・・・・・７．５ｍｍ 羽根の入口角・・・２０度 羽根長さＬと羽根高さＨとの比（Ｌ／Ｈ）・・３．５ 羽根の数・・・・・・・・・６枚 溶血試験は、以下の条件下で行なった。 (イ) ポンプ前後差圧は１００ｍｍＨｇで一定にした。 (ロ) ポンプ流量は１〜５リットル／分について１リット
ル／分ごとに測定した。 なお、このポンプ流量の範囲は、開心術後の心補助装置
による体外循環量として最も多く使用される範囲であ
る。 (ハ) ５時間連続運転時に、３０分毎にサンプリングを行
ない、血漿中の遊離ヘモグロビン量をＳＬＳヘモグロビ
ン法により測定し、溶血指標（Ｉ．Ｈ＝Index ofHemoly
sis ）を算出した。なお、Ｉ．Ｈはポンプ吐出量１００
リットルあたりの遊離ヘモグロビンの変化量を表わし、
生体応用への許容量は０．１ｇ以下とされている。結果
を図８に示す。

【００５２】次に、前記本発明の血液ポンプを稼動し
て、その出力特性（ポンプ吐出量、ポンプ前後差圧）を
調べた。結果を図９に示す。

【００５３】（比較例１）図６ に示す従来の血液ポンプを用いて実施例１と同様に
溶血試験を行なうとともに、ポンプ出力特性を調べた。
なお羽根車の材質および寸法等は前記実施例１における
のと同様である。

【００５４】溶血試験の結果を図８に、ポンプ出力特性
を図１０に示す。

【００５５】（比較例２）図７に示す従来の血液ポンプ
を用いて実施例１と同様に溶血試験を行なうとともに、
ポンプ出力特性を調べた。なお羽根車の材質および寸法
等は前記実施例１におけるのと同様である。

【００５６】溶血試験の結果を図８に示すとともにポン
プ出力特性を図１１に示す。

【００５７】（実施例２）図１〜図４に示されるように
構成された本発明の血液ポンプを用いて、溶血試験を行
ない、溶血量を測定した。

【００５８】なお、血液ポンプの羽根車として下記の羽
根車を用いた。

【００５９】羽根車 材質・・・・・・・・ポリカーボネート樹脂 台座の外径・・・・５０ｍｍ 台座の高さ・・・・１０ｍｍ 羽根の入口角・・・２０度 羽根長さＬと羽根高さＨとの比（Ｌ／Ｈ）・・５．３ 羽根の数・・・・・・・・・６枚 前記実施例１と同様にして溶血試験をし、またポンプの
出力特性を調べた。結果を図８および図１２に前記実施
例１の結果と合わせて示した。

【００６０】（評価）結果は図８に示すように、従来の
血液ポンプではポンプ流量が低くなるにしたがって溶血
量が多くなるのに対して、本発明の血液ポンプでは１〜
５リットル／分のすべての範囲でＩ．Ｈ．の値が許容値
である０．１ｇ／１００リットルを充分に達成してい
る。

【００６１】本発明の血液ポンプは、特に低流量域であ
る２リットル／分以下で従来の血液ポンプと比較して溶
血量の減少が顕著である。

【００６２】これにより本発明による血液ポンプでは従
来の血液ポンプに比較して、溶血量が充分に低減し、広
い流量範囲に渡って、安全に使用可能であることが確認
できる。

【００６３】また、図９、図１０、図１１および図１２
から明らかなように、本発明の血液ポンプは従来の血液
ポンプに比べ、ポンプ吐出効率に優れている。

【００６４】

【発明の効果】本発明の血液ポンプは、(1) 遠心ポンプ
型の血液ポンプであるので、小型，軽量，低コストであ
り、故障も少なくて長時間に渉って安全に使用可能であ
ること、(2) 血液の渦流の発生をなくし、血液の流れが
スムーズになるので、溶血量が充分に低減すること、
(3) 羽根車を容易に製造することができること、(4) ポ
ンプの吐出効率が優れていること、などの効果を奏する
ことができる。

【００６５】したがって、本発明の血液ポンプは、たと
えば人工心肺装置や開心術後の心補助循環装置などの体
外循環回路に好適に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の血液ポンプの一例を示す部分的断面正
面図である。

【図２】本発明の血液ポンプの羽根車の一例を示す平面
図である。

【図３】本発明の血液ポンプの一例において、羽根車の
羽根を示す平面図である。

【図４】図１の血液ポンプの要部を示す構成図である。

【図５】本発明の血液ポンプの他例において、羽根車の
台座を示す正面図である。

【図６】従来の血液ポンプの一例を示す断面図である。

【図７】従来の血液ポンプの他の一例を示す断面図であ
る。

【図８】本発明と従来の血液ポンプを用いた溶血試験結
果を示すグラフである。

【図９】本発明の血液ポンプのポンプ出力特性を示すグ
ラフである。

【図１０】従来の血液ポンプ（比較例１）のポンプ出力
特性を示すグラフである。

【図１１】従来の血液ポンプ（比較例２）のポンプ出力
特性を示すグラフである。

【図１２】本発明の血液ポンプのポンプ出力特性を示す
グラフである。

【符号の説明】

１ ハウジング ２ 空間 ３ 入口ポート ４ 出口ポート ５ 台座 ５ａ 血液流通孔 ６ 羽根 ６ａ 血液流入側の羽根 ６ｂ 血液流出側の羽根 ７ シャフト ８ ベアリング ９ Ｖリング １０ Ｏリング １１ 台座 １２ 羽根 １３ 血流 １７ 台座 １８ 羽根 ２１ 血流

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略円錐状の台座の曲面に複数個の羽根を
   台座の頂点より一定の距離をもって離れた位置からほぼ
   放射状に立設してなる羽根車をハウジング内に備えた遠
   心ポンプ型の血液ポンプにおいて、前記台座の底面が前
   記ハウジングの内底面のほぼ全体を覆う直径３０〜５５
   ｍｍの円形に形成されていると共に、前記複数個の羽根
   が各々入り口角が２０〜５０度であるストレート板で構
   成されており、かつ前記羽根の前記曲面に沿う長さＬ
   と、前記放射状に配置された羽根の放射方向先端におけ
   る、羽根車の回転軸に平行な高さＨとの比（Ｌ／Ｈ）が
   ２．５〜６．０であることを特徴とする血液ポンプ。
2. 【請求項２】 前記台座の直径（Ｒ；単位はｍｍ）と前
   記比（Ｌ／Ｈ）とが下記の関係を満たす前記請求項１に
   記載の血液ポンプ。 ３０≦Ｒ≦５５、 ２．５≦Ｌ／Ｈ≦６、 Ｌ／Ｈ≧０．１３３Ｒ−２．３３、 Ｌ／Ｈ≦０．１３３Ｒ＋０．５１
3. 【請求項３】 前記略円錐状の台座がその上面から下面
   までを貫通する血液流通孔を有する請求項１または２に
   記載の血液ポンプ。