JPH07112492B2 - 生物学的流体用ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、生物学的流体、特に血液を吸上げるためのポ
ンプに関するものである。

発明にしたがったポンプは、たとえば、外科手術、透
析、酸素処理などとともに、肉体外の血液ポンプとして
使用するために本来的には開発されてきたものである。
しかしながら、発明に従ったポンプが、人工心臓として
患者に移植され得るように組立てられることもまた考え
られることである。

外科的処置、透析、血液酸素処理などとともに今日用い
られる肉体外の血液ポンプは、ほとんど全く、ぜん動性
のローラポンプの形式のもののみである。しかしなが
ら、ぜん動性のポンプは現在の状況で用いられるとき、
多くの重大な欠点で妨げとなっている。たとえば、ロー
ラで作動するぜん動性ポンプの助けによって血液を吸い
出すとき、血液が導入されるホースがローラの圧力を受
けやすいと、吸い出される血液内の血球に対する損傷を
防ぐことは困難である。そのため、ホースはその上に作
用するローラによって圧縮されるので、存在する血球の
部分が押し潰され、破壊されないようにすることは困難
である。たとえ圧縮ローラが完全にホースに接近しない
としても、狭い通路を残し、この狭い通路内に発生する
流速は非常に高速なので、それを通して吸い出される血
液内の血球に対して損傷を引き起こす。もう１つの重大
な問題は、そのようなポンプを使用すると、たとえば、
ポンプを血管へ連結するカテーテルの終端部において閉
塞される結果として、ポンプの入口側への血液の流れが
急進的に減少し、または完全に止められる場合に遭遇す
るものである。そのような閉塞は、比較的容易に起こり
がちで、たとえば、カテーテルのオリフィスが前述の血
管の壁面と隣接する結果として起こるものである。この
ように場合において、ぜん動性のポンプは、ポンプ作用
を実行し続け、そしてそうすることでポンプの入口側に
非常に大きな副圧力を作り出すので、ポンプに連結され
た患者に対して重大な損傷を引き起こすであろう。さら
に、ぜん動性ポンプの流動および圧力特性を、生理学的
見地からふさわしいと考えられ得るものに適合させるこ
とは困難である。肉体外の血液ポンプとして特に考案さ
れた遠心力利用のポンプを使用することもまたある程度
まで試みられてきた。そのようなポンプは吸い出された
血液に極端に高いせん断力を受けさせ、そのせん断力は
血球に対して損傷を与えやすいものである。高い圧力を
達成するために、極端に高い回転速度を与えることが必
要である。

したがって、本発明の目的が、本来的には肉体外の使用
を意図したものであり、しかもまた考えられるところで
は、移植用の人工心臓として組立てられ得る、改善され
た血液ポンプを提供することである。

発明に従ったポンプの特徴は以下の請求の範囲で示され
る。

発明は、多くの例示する実施例を参照してより詳細に説
明され、それらの実施例は、概要図として添付図面の第
１図、第２図、第３図において軸方向に沿う断面で図解
されている。

第１図で図解される発明に従ったポンプは、ある適当な
材料から作られ、入口端部1aと出口端部1bとを有するシ
リンダ１を備えている。シリンダ１はその長さを通じて
連続的な横断面を有する。シリンダ１内で軸方向に間隔
を保っているのは、２つのディスクまたはプレート２と
３であり、それらは実質的にはシリンダの全横断面積を
覆うものである。ディスク2,3の各々はそれぞれのスピ
ンドル４および５によって支えられ、各スピンドルは軸
方向の運動のためにそれぞれの静止ホルダ６および７に
軸受されており、そのホルダはシリンダ１内に形成さ
れ、配置されているので、２つのディスクにシリンダ１
内に予め決定された距離の間往復運動させることができ
る。ディスクは、それぞれのスプリング８および９によ
ってその一方向の運動に有利に作動されてもよく、示さ
れていない適当な駆動手段によって反対方向の運動に駆
動されてもよい。これらの駆動手段は、シリンダ１の外
部に位置し、電磁気的にまたは永久磁石によって作動さ
れてもよい。ディスク２と３は磁性材料または永久磁石
材料を部分的に備えるように組入れるとき、外部に位置
する駆動手段は電磁石または可動永久磁石を含んでもよ
く、それによって２つのディスク２と３が、シリンダ壁
面を通して磁気駆動相互作用によってシリンダ１内にお
いて前方および後方に駆動され得る。しかしながら、デ
ィスクはたとえば、機械的にまたは空気力学的に他の方
法で、シリンダ１の外部に位置する適当な駆動手段の助
けによって駆動され得ることが理解されるであろう。好
ましくは、ディスク駆動手段は、２つのディスク２と３
を互いに個々に駆動させることができるように、ディス
クの相互運動パターンを望ましいものに変えることがで
きるように組立てられる。

ディスク２と３は各々、それぞれのスルーポート10と11
を備えており、各々のポートにはそれぞれ逆止弁がその
中に取付けられている。その逆止弁は図解された実施例
においてフラップ弁12と13の形式を有し、それらはシリ
ンダ１の入口端部1aから出口端部1bへの、実質的には一
方向のみにディスク２と３を通して流体が流れることを
許容する。

ディスク2,3の直径は、好ましくは、それぞれのディス
クの周辺エッジまたはリムがシリンダ１の内壁表面に届
かないように終わっているものである。それは、シリン
ダの内壁表面を封じるためではなく、ディスク・リムと
上記壁表面との間に十分な隙間を残すためであり、それ
によって血球がシリンダの範囲内におけるディスクの往
復運動によって押し潰されないことを確実にしている。

シリンダ１の入口端部1aは、好ましくは、可変な容積を
持つ流体容器、たとえば、自由に曲げやすいホース壁面
を有するホース接続部14の形式の容器に連結される。ホ
ース接続部14の壁面は弾力性がなく、「ぐにゃぐにゃし
た」曲げやすいものであるとき、１つの利点が与えら
れ、それによってホース接続部14の内容積は、自由に、
ある範囲内で変えることができ、封入される流体に感知
可能な圧力をホース壁面が及ぼすことはない。

シリンダ１の出口端部1bは、弾性的に変化し得る容積を
有する流体容器、たとえば、弾性的なホース壁面を有す
るホース接続部15の形式の容器に接続されるのが好都合
である。その弾性的なホース壁面は、ホース内に封入さ
れる流体に対して可変の圧力を及ぼすものであり、ホー
スが引き伸ばされる程度に依存するものである。

図解された例示の実施例の場合では、曲げることができ
ないリング16と17がホース接続部14と15のそれぞれの出
口端部にぴったり合うように取付けられている。リング
16,17は動かないように取付けられており、シリンダ１
もまたそのように取付けられているが、ポンプが働くべ
き流体回路に連結され得る。

ホース接続部または容器14は、ポンプによって吸い出さ
れる流体の流れにおける脈動を補正する体積均等または
補正管として働き、それによってポンプに連結される回
路に通じる流体の滑らかな、実質上より一様な流れを得
ている。同様に、ホース接続部または容器15もまた、ポ
ンプによって生じる圧力における脈動の不規則性を吸収
する圧力均等または補正管として働き、それによって実
質的にただ単に小さな脈動のみが、ポンプに連結される
回路内において起こるものとなる。

ポンプの流体輸送特性は、２つのディスク2,3の運動パ
ターンを変更することによって幅広い範囲内で変化させ
ることができる。

その入口から出口側へポンプを通じる流体の最大で実質
上連続的な流れは、相互に反対方向に、すなわち、互い
が交互に向かい離れるように、同時に２つのディスク2,
3を駆動させることによって達成することができる。

他方では、２つのディスク2,3が互いに調和して共通の
方向に駆動されるとき、すなわち両ディスクが常に１つ
の同一方向に動くようなとき、ポンプがもたらす効果、
すなわちポンプを通じる正味の流れは、血液のあちこち
への何らかの運動がポンプへ連結される回路内において
それでも発生させられているけれども、実質的には０で
あり、それが生理学的な見地から１つの利点となる。こ
こで次のようなことが観察されるであろう。ポンプが、
患者の血液循環系のような閉じた回路に連結されると
き、ポンプの出口側における一般的な圧力は常に、その
入口側における圧力よりも高く、そのために弁フラップ
12,13は、２つのディスク2,3が同時に入口端部に向かっ
て動くと、閉じられたままとなるであろう。

したがって、ポンプを通じる流れの大きさと流れの脈動
の大きさの両方ともが、前述の２つの極端な場合の間
で、すなわち、それぞれのディスクが相互に反対方向に
動く場合、または相互に同一方向に動く場合、２つのデ
ィスクの相互運動パターンを変えることによって変化さ
せられ得る。ディスク2,3が両方の運動方向において同
一速度で動く必要がないことはこの点で認められるであ
ろう。たとえば、戻り工程は働き工程よりも速くてもよ
い。

体積均等管14と圧力均等管15との特性を都合よく応用
し、２つのディスク2,3の運動パターンを適切に設定す
ることによって、ポンプを通して望ましい流動および圧
力特性を持つ流体の流れを運ぶことが可能である。した
がって、発明に従って組立てられるポンプは、連続的
な、および／または、脈動的な流れを持つ流体を受ける
ことも運ぶこともできる。その結果として、生理学上の
見地からより好ましい流体および圧力特性を達成するこ
とが可能である。

この発明に従ったポンプによって与えられるもう１つの
重要な利点は、副圧力がポンプの入口側において作り出
され得ないことである。ポンプは、弁フラップ12,13に
片寄って働く力を比例調整することによって入口側に作
用する圧力を最小に調整することができる。しかしなが
ら、この最小に作用する圧力は、０よりも小さいことは
あり得ない。ポンプがこのように調整されて、もしポン
プ入口側における圧力が設定値よりも低く下がる傾向が
あるなら、流体は運ばれないであろう。したがって、ポ
ンプの入口側への流体の流れが減少するなら、ポンプは
自動的に利用可能な流れに順応し、それとともにポンプ
に連結される患者への損傷の危険を未然に防ぐであろ
う。このようにしてポンプは自己調節し、利用可能な量
よりも大量の流体を吸い出すことはしない。

発明に従って組立てられるポンプは実質上一定の流れを
連続的に運ぶことができるので、それを通して吸い出さ
れる流体本体を加速または減速することは特に必要でな
いため、ポンプを作動するにはほんの少しのエネルギを
必要とするだけである。

第２図において概要的に図解された、この発明に従った
ポンプの実施例は、第１図で図解された前述の実施例と
次のような点で異なる。まず第１に、第２図の実施例で
は２つのポンプディスク２′と３′はそれを包み入れる
静止ポンプシリンダの範囲内で軸方向に可動ではない。
しかし、これらの２つのディスクはその代わりにシリン
ダに堅く連結されており、シリンダ壁面の部分を構成す
ることができ、それによってこれらの壁面の部分はディ
スク２′,3′とともに往復運動が可能となっている。た
とえば、第２図で概要的に図解されているように、ディ
スク２′,3′は、概要的に図示されている、それぞれの
外側の静止案内手段18と19における軸方向の運動に対し
て案内されてもよい。そして、これらのディスクは、望
ましい、好んで可変に調整可能な運動パターンに従っ
て、２つのディスク２′,3′を後方および前方に独立し
て互いに駆動させるように作用する適当な駆動手段20に
連結されてもよい。この実施例では、２つのディスク
２′,3′を相互に連結するポンプシリンダ１′の中間部
分は、上記のシリンダ部分の長さと、それによって与え
られる体積とを、２つの可動なディスク２′,3′の間の
距離に依存して変化させることができるように組立てら
れる。第２図の実施例においては、このことは、ポンプ
シリンダ１′を伸縮自在の蛇腹のように組立てることに
よって達成されている。しかしながら、次のようなこと
が理解されるであろう。それは、有効なシリンダ容積の
変化に対応して、シリンダの軸方向の長さをディスク
２′,3′によってもたらされるポンプ運動に応じて変化
させることができるために、ディスク２′,3′を連結し
ているポンプシリンダ１′が組立てられ得る方法が多く
あるということである。この発明に従ったポンプのこの
実施例の機能的な作動方法は、第１図を参照して上記で
説明されたポンプの作動方法と完全に一致するけれど
も、第２図で示されるポンプの実施例は２つのディスク
２′,3′の駆動に関しては重要で実用的な利点を与え
る。それは、この実施例のディスクがポンプシリンダの
外部に位置する駆動手段20に直接機械的に連結されるこ
とが可能であるからである。

第２図に従ったポンプによって与えられるさらに重要な
利点は、２つの可動なディスク２′,3′の中間位置の間
の軸方向の距離、すなわち、２つのディスク２′,3′を
連結するポンプシリンダ１′の中間長さとそれに付随す
る中間体積が変えられ得ることである。これによって、
ポンプを組入れる回路の体積を変えることができ、それ
は、ポンプが患者の血液循環系に連結されるとき非常に
望ましいものとなる。すなわち、この後者の場合では回
路の体積を変化させることによって患者の循環系におけ
る血圧に影響を及ぼし得ることが望ましい。このこと
は、現在用いられている血液ポンプの場合と同様に、血
液の静的補給を必要としないで第２図に従ったポンプを
用いることでたやすく達成され得る。

第３図で概要的に図解されたポンプは、第２図で示され
るポンプの実施例と次のような点で異なる。それは、２
つの可動なポンプディスク２′,3′を相互に連結するポ
ンプシリンダ１″が、この場合、シリンダが実質上Ｕ字
形状の配置になるように曲げられ得るように組立てら
れ、それによってディスク２′,3′がそのＵ字形状のそ
れぞれの先において並行な関係をもって位置するように
組立てられることである。２つのポンプディスク２′,
3′が軸受され、駆動される方法は、簡単化のために示
されていない。それは、このために用いられる手段が多
くの異なる形式をとってもよく、上述の第２図の実施例
を理解する標準的な当業者にとって自明であるからであ
る。第３図に従った実施例は第２図の実施例と同様に作
動し、同一の利点を与える。しかしながら、第３図に従
った実施例によって与えられる付加的な利点は、たとえ
ば、もしこの発明に従うポンプが移植用の人工心臓とし
て組立てられるものなら、変化する実用的な必要条件に
合うように、ポンプの全体の外形の大きさを適合させる
ことが可能であることである。

上述のことから次のようなことが理解されるであろう。
それは、包囲している静止ポンプシリンダの範囲内の、
およびそれに関する軸方向の運動のためにポンプディス
ク2,3が配置されている第１図の実施例の場合でもま
た、２つのディスクのそれぞれの運動行路の間に位置す
るシリンダ１の部分が第２図と第３図に従って組立てら
れてもよい。すなわち、相互に連結するシリンダ部分の
軸方向の長さを変化させ、それとともにその体積も変化
させ、それによってポンプ回路の総容積に対して同量の
変化を与えさせ得るように、または、たとえばＵ字形状
に、相互に連結するシリンダ部分を曲げさせ、それによ
ってポンプの全体の外形の大きさを一般の周囲の状況に
合うように調整することができるように組立てられても
よい。

もし患者の循環系の大きいものと小さいものの両方にお
いて血液循環を補助することが望ましいと考えられる場
合には、この発明に従って組立てられるポンプを２個、
各々の循環系に対して１個ずつ使用することができる。
これらのポンプは、個々に使用することもでき、別々の
または共通の駆動手段によって駆動されるポンプ集合体
を形成するように結合されてもよい。それとともに２つ
のポンプは、２つの循環系各々において望ましい流動と
圧力にたやすく適合させられ得る。

関連づけられた駆動手段を持つ２つのポンプを備えるこ
のような集合体は、小さな容積をたやすく与えることが
でき、消費するエネルギも非常に少ないので人工心臓移
植として用いられることを可能にする。

この発明に従ったポンプは本来的には血液ポンプとして
の使用のために開発され、主としてこの使用を頭に置い
て前述で説明されてきたけれども、次のようなことも理
解されるであろう。それは、たとえば、ぜん動性のポン
プによって吸い出されるとき、損傷がたやすく与えられ
る細胞または有機体を含む他の生物学的な流体を吸い出
すために、このポンプが用いられ得ることである。以下
のような請求の範囲で限定される発明に従って組立てら
れるポンプはここで図解され、説明されたものとは異な
る多くの形式をとってもよいことが理解されるであろ
う。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】血液等の生物学的流体用ポンプであって、 長手のポンプシリンダと、 そのポンプシリンダの長手方向に互いに間隔を保って前
   記ポンプシリンダ内に配置され、かつ各々が前記ポンプ
   シリンダを通じて一方向にのみ流体を輸送することを可
   能にする逆止弁を有する２つの逆止弁支持体と、 前記ポンプシリンダの長手方向に互いに相対的に往復運
   動するように前記逆止弁支持体を変位させて、前記２つ
   の逆止弁間に封止される前記ポンプシリンダ内の容積を
   周期的に変更するための駆動手段と、 前記ポンプシリンダの入口端部に接続され、容積が可変
   であり、かつ圧力を及ぼす壁面を実質的に有しない第１
   の流体容器と、 前記ポンプシリンダの出口端部に接続され、容積が可変
   であり、かつ圧力を及ぼす壁面を有する第２の流体容器
   とを備えた、生物学的流体用ポンプ。
2. 【請求項２】前記ポンプシリンダは静止しており、前記
   逆止弁支持体は前記ポンプシリンダ内でかつ前記ポンプ
   シリンダに対して可動である、請求の範囲第１項記載の
   生物学的流体用ポンプ。
3. 【請求項３】前記２つの逆止弁支持体は前記ポンプシリ
   ンダの包囲する壁面に堅く接合され、かつ前記２つの逆
   止弁間に配置される前記ポンプシリンダの部分は前記２
   つの逆止弁支持体の相互変位に応じた可変長とそれに相
   応の可変容積を有する、請求の範囲第１項記載の生物学
   的流体用ポンプ。
4. 【請求項４】前記２つの逆止弁間に配置される前記ポン
   プシリンダの部分は選択的に調整可能な中間容積を有す
   る、請求の範囲第１項記載の生物学的流体用ポンプ。
5. 【請求項５】実質的に直線状から実質的にＵ字形状まで
   の間で前記ポンプシリンダの部分の幾何学的な形状を変
   化させることができるように、前記２つの逆止弁間に配
   置される前記ポンプシリンダの部分は曲げやすいもので
   ある、請求の範囲第１項記載の生物学的流体用ポンプ。
6. 【請求項６】前記駆動手段は、互いに独立して前記ポン
   プシリンダの長手方向に往復運動するように前記２つの
   逆止弁支持体のそれぞれを変位させるように適合され
   る、請求の範囲第１項記載の生物学的流体用ポンプ。
7. 【請求項７】前記２つの逆止弁支持体の相互変位のパタ
   ーンは選択的に調整可能である、請求の範囲第６項記載
   の生物学的流体用ポンプ。
8. 【請求項８】前記第１の流体容器は、曲げやすく、ぐに
   ゃぐにゃしたホース壁面を有するホースを含む、請求の
   範囲第１項記載の生物学的流体用ポンプ。
9. 【請求項９】前記第２の流体容器は、曲げやすく、弾力
   性のホース壁面を有するホースを含む、請求の範囲第１
   項記載の生物学的流体用ポンプ。