JPH07184992A - 人工心臓用ポンプ - Google Patents

人工心臓用ポンプ

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JPH07184992A
JPH07184992A JP5053081A JP5308193A JPH07184992A JP H07184992 A JPH07184992 A JP H07184992A JP 5053081 A JP5053081 A JP 5053081A JP 5308193 A JP5308193 A JP 5308193A JP H07184992 A JPH07184992 A JP H07184992A
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magnet
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blood
rotating
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Abstract

(57)【要約】 【目的】小形化が得られると同時に血液の流量を増大さ
せ、血液の滞留を低減させ、溶血が低減すると共に、回
転子が常時正常な姿勢を保持するようにした人工心臓用
のポンプを提供する。 【構成】ケ−シングの内面と回転子との間に筒状の固定
子が設けられ、固定子の外面とケ−シングの内面との間
に血液流路が形成され、回転磁石及び固定磁石が回転軸
方向にＮ−Ｓ極を着磁され、回転磁石と固定磁石との回
転子回転軸方向の長さが異なって形成され、回転磁石の
Ｎ−Ｓ極の境界線が固定磁石のＮ−Ｓ極の境界線よりピ
ボット寄りに位置している人工心臓用ポンプ。

Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明は遠心ポンプ型の人工心臓
用ポンプに関し、更に詳しくは、回転子を磁気的に非接
触状態で浮上支持する遠心ポンプ型の人工心臓用ポンプ
の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】人工心臓用ポンプとしては種々の形式の
ものが公知であるが、ダイヤフラム型、チュ−ブ型、ロ
−ラ圧型、半径流で作動させる型、等の種々の型式に分
類できる。これらの中で、半径流で作動させるものとし
て代表的なものが、遠心ポンプ型の人工心臓ポンプであ
る。
【０００３】遠心ポンプ型の人工心臓ポンプは、一般
に、ケ−シングと、該ケ−シングの中に配設された回転
子と、該回転子を回転させるためのモ−タと、血液を導
入して案内するための血液流路と、前記回転子と一体回
転自在に前記ケ−シングの中に設けられ血液流路を介し
て流れてきた血液に遠心力を与えるための羽根車とを備
えている。従来、遠心ポンプ型人工心臓は、羽根車を設
けた回転子を回転自在に支持するために、玉軸受を用い
ていた。しかしながら、このものでは、玉軸受の箇所で
血液流れの滞留が生じてしまう。一般に、血液の滞留は
血液凝固（血栓）を起こす大きな理由の一つと考えられ
ており、このような滞留がが生じやすいということは人
工心臓用のポンプとしては重大な問題点であった。この
問題点を解消するため、回転子を磁気的に非接触状態に
浮上支持させることが提案されている。
【０００４】その一例として、電磁石により浮上支持し
たものが公知である。電磁石による浮上支持装置では、
電磁石に送られる電流を制御して該電磁石の磁力の強さ
を制御し、もって回転子が常に正しい姿勢になるように
制御している。しかしながら、この電磁石による浮上支
持装置においては、稼働中に制御系統に乱れが生じて、
回転子の姿勢が狂い、正常な血液流れに支障が生じるお
それがあった。
【０００５】そこで、図４に示すように、永久磁石を用
いて回転子を浮上支持するようにしたものも公知であ
る。即ち、回転子２１に永久磁石２２を設け、該回転子
２１の外側に位置するケーシング２６に永久磁石２３を
設け、それぞれの永久磁石２２、２３を互いに対向させ
て配設することにより回転子２１を磁気的に浮上支持
し、それと共に回転子２１の端部に設けられた羽根車２
４の裏側中心にピボット２５を設け、回転子２１をピボ
ット２５のみによってケ−シング２６に一点だけで機械
的支持させたものである。
【０００６】この図４に示す人工心臓用ポンプでは、血
液を導入して羽根車に案内するための血液流路２７が回
転子２１の中心を貫通する孔として設けられており、羽
根車２４の中心付近に血液が流入されるものとなってい
る。
【０００７】
【発明の解決しようとする課題】上記図４に示す公知の
人工心臓用のポンプには、以下のような種々の問題点が
あった。
【０００８】人工心臓用ポンプは、当然のことながら、
血液凝固（血栓）や血液破壊（溶血）を起こすようなも
のであってはならない。血液の凝固（血栓）は血流の滞
留しているところで生じやすい。又、血液破壊（溶血）
はせまい間隙で回転や摺動を起こしている部分に入り込
んだ場合や、血液流の急激な偏向が生じた場合に起こり
やすい。
【０００９】さて、図４に示す人工心臓用のポンプで
は、回転子２１の内部に血液流路２７を形成しているの
で、十分に大きい血液流量を得ることができない。仮
に、血液流量を大きくしようとすると回転子２１の径が
大きくなってしまう。このため、人工心臓用のポンプが
大形化してしまう。
【００１０】又、血液流量を増大させるために回転子２
１の径を大きくすると、その分、回転子２１の外周部の
周速が大きくなり、浮上支持空間２８に入り込んだ血液
に作用する剪断力が一層大きくなり、これが溶血の原因
となってしまう。これに基づく溶血を低減させるには、
浮上支持空間２８の間隙を大きくすれば良いが、そうす
ると浮上し次空間２８に流動や逆流が生じて、流動や逆
流に基づく溶血が生じてしまう。
【００１１】更に、磁気的な浮上支持空間２８の間隙を
大きくすると、磁気的反発力が低減し、回転子２１の正
常な姿勢の維持が困難となってしまうおそれもある。
【００１２】更に又、図４に示すように回転磁石２２及
び固定磁石２３は半径方向の着磁であるため、磁気的な
反発力が弱く、これも回転子２１の姿勢の維持を困難と
する原因となっている。又、図４に示すように回転磁石
２２及び固定磁石２３が半径方向に着磁しているため、
回転子２１の回転軸方向の力が発生しない。このため、
ピボット２５がケーシング２６に接触する方向の力が作
用せず、回転子２１の姿勢が安定化しない。
【００１３】又、回転子２１の内部に血液流路２７を設
けた構造では、血液がせまい流路を乱流状態で流れるの
で、溶血が生ずるおそれがあり、かつ血液が羽根車２４
に衝突した状態で直角に偏向されるのでその時に更に溶
血が発生するおそれがある。
【００１４】そこで、本発明の目的は、十分に大きい血
液流量が得られるようにした遠心ポンプ型の人工心臓用
ポンプを提供することにある。
【００１５】本発明の他の目的は、常時、回転子の正常
な姿勢を保持するようにした遠心ポンプ型の人工心臓用
ポンプを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は次のように構成されている。
【００１７】本発明は、ケ−シングの内面と回転子との
間に筒状の固定子が設けられ、固定子の外面とケ−シン
グの内面との間に血液流路が形成されている。
【００１８】また、本発明は、回転磁石が回転子回転軸
方向にＮ−Ｓ極を着磁され、固定磁石が回転磁石と同一
方向にＮ−Ｓ極を着磁され、回転磁石と固定磁石との回
転子回転軸方向の長さが異なって形成され、回転磁石の
Ｎ−Ｓ極の境界線が固定磁石のＮ−Ｓ極の境界線よりピ
ボット寄りに位置している。
【００１９】
【作用】本発明は次のように作用する。
【００２０】本発明によると、固定子の外面とケ−シン
グの内面との間に形成された血液流路を介して血液が流
れるので、流通する断面積が大きくなって血液流量が増
大するものとなる。
【００２１】また、本発明によると、回転磁石と固定磁
石との間のＮ極どうし及びＳ極どうしに磁気的反発力が
生じ、回転子を浮上支持させる。それと同時に、半径方
向に着磁された回転磁石と固定磁石のバランスのくずれ
によって、ピボットがケ−シング内面に押圧する方向に
回転子に力が作用する。
【００２２】
【実施例】以下に、本発明の一実施例を図を参照して説
明する。図１は、本発明の一実施例に係る遠心ポンプ型
の人工心臓用ポンプの縦断面図である。図２は、図１の
Ａ−Ａ線矢示方向からみた横断面図である。図３は、図
１の一部拡大概略図である。図示された人工心臓用ポン
プは人体に完全に埋め込む型のものである。
【００２３】図１及び図２を参照して説明すると、この
人工心臓用ポンプは、ケ−シング１と、ケ−シング１の
中に配設された回転子２と、回転子２を回転させるため
のモ−タ３と、血液を導入して案内するための血液流路
４ｂと、磁気浮上空間４ａ（この磁気浮上空間４ａを介
して僅かに血液も流れるが）と、回転子２と一体回転自
在にケ−シング１の中に設けられ、血液流路４ｂを介し
て流れてきた血液に遠心力を与えるための羽根車５と、
回転子２に設けられた永久磁石からなる回転磁石６と、
回転磁石６の外周面に対向する位置に設けられ、回転磁
石６との間の磁気的反発力により回転子２を非接触状態
で支持するための永久磁石からなる固定磁石７と、羽根
車５の裏面側中心に設けられ、羽根車５をケ−シング１
の内面に当接支持するためのピボット８とを備えてい
る。
【００２４】ケ−シング１の一端には、血液の吸込口９
が形成されている。ケ−シング１の内周面には、ステ−
１０を介して固定子１１が設けられている。固定子１１
は、断面が略円筒状に形成されている。回転子２の断面
も略円筒状に形成されている。固定子１１と回転子２と
は、同軸上に配設されている。
【００２５】固定子１１と回転子２とには、直流ブラシ
レスモ−タ又は交流インダクションモ−タ等のブラシレ
スモ−タ（ここでは単にモ−タ３と略称する）が設けら
れている。このモ−タ３により回転子２が回転される。
なお、直流ブラシレスモ−タの場合には、常時、所定の
回転数に制御するため、回転数検出器（図示略）等の自
動制御系統を設けることが望ましい。
【００２６】回転磁石６と固定磁石７は、この実施例で
はそれぞれ回転子２及び固定子１１におけるモ−タ３の
両側に配置されている。モータ３の両側に設ける方が回
転子２の安定性の面で効果的である。回転磁石６及び固
定磁石７は、共に環状に形成されている。これを図１及
び図２に図３を併せ参照して説明すると、回転磁石６は
回転子回転軸方向（以下、回転軸方向と略称する）にＮ
−Ｓ極を着磁されている。固定磁石７も回転磁石と同一
方向にＮ−Ｓ極を着磁されている。回転磁石６と固定磁
石７とは、その軸方向の長さが異なって形成されてい
る。この実施例では回転磁石６の方が固定磁石７よりも
短くなっているが、着磁方向はこの実施例に限定される
ものではなく、その逆であっても良い。しかも、回転磁
石６のＮ−Ｓ極の境界線（磁石の回転軸方向長さの中央
部）が固定磁石７のＮ−Ｓ極の境界線（磁石の回転軸方
向長さの中央部）よりピボット８寄りにずらして位置し
ている。
【００２７】回転磁石６と固定磁石７とが互いにずらさ
れて位置されている理由は、このようにずらすことによ
り更に互いにずれる方向の力が働き、回転子２のピボッ
ト８が確実にケーシング１に当接して確実な浮上支持が
得られるものとなるからである。即ち、回転磁石６と固
定磁石７とを互いに境界線を一致させて配置すると、作
用する力の関係がバランスしてずれる方向の力は作用し
ないが、一旦少しでも位置がずれると、バランスが崩れ
て更にずれる方向に力が作用するのである。
【００２８】このような回転磁石６、固定磁石７の構成
により、回転磁石６と固定磁石７との間のＮ極どうし及
びＳ極どうしが磁気的反発力が生じ、回転子２を浮上支
持させると同時に、ピボット８をケ−シング１内面に押
圧するような回転軸方向の力Ｆを回転子２に対して作用
させることになる。
【００２９】本発明では、回転子２の中には血液流路を
形成していない。その代わり、この実施例では、固定子
１１の外周面とケ−シング１の内周面との間に血液流路
４ｂが形成されている。ここで、固定子１１の内周面と
回転子２との間の間隔からなる磁気浮上空間４ａは、僅
かであるが血液が流れる場合があるが、血液の流路とし
ての作用はほとんどない。。
【００３０】羽根車５には前面側と裏面側とを連通させ
る滞留防止用流路１２は、放射状に形成されている。滞
留防止用流路１２は血液流路４ｂからの血液をピボット
８に向けて案内して流通させたり、あるいはピボット８
付近の血液を羽根車５の前面側へ流通させるものであ
り、ピボット８付近での血液の滞留を防止するものであ
る。滞留防止用流路１２の数は、特に限定されるもので
はなく、１本あるいはそれ以上の複数本をく含むもので
ある。
【００３１】ケ−シング１の他端側には、羽根車５によ
り遠心力を付与された血液を吐き出すための吐出口１３
が設けられている。
【００３２】以上のように構成された実施例は、次のよ
うに作用する。
【００３３】固定子１１の固定磁石７と回転子２の回転
磁石６とのＮ極・Ｓ極どうしの間に磁気的反発力が生じ
る。この磁気的反発力は従来のような半径方向の着磁の
ものと比べて大きくなっている。これによって、回転子
２が固定子１１と非接触状態にて支持される。
【００３４】このように回転子２が浮上した状態にて、
モ−タ３により回転子２が回転される。この回転子２と
一体的に羽根車５が回転すると、ケ−シング１の吸込口
９から血液が吸い込まれる。吸い込まれた血液は、血液
流路４ｂを介して羽根車５に向けて流れる。血液流路４
ｂは断面積が大きいため、血液の流量が大きいものとな
る。ピボット８付近は本来血液の滞留が発生しやすい
が、滞留防止用流路１２を介して羽根車５の前面の血液
がピボット８側に向けて流通されたり、あるいはピボッ
ト８側から羽根車５の前面へ向けて流通されるので、羽
根車５の裏側中心のピボット８付近に流れが生じて、血
液の滞留が発生しないものとなる。そして、血液は羽根
車５により遠心力を付与されて、吐出口１３から吐き出
される。
【００３５】又、回転磁石６のＮ−Ｓ極の境界線が固定
磁石７のＮ−Ｓ極の境界線よりピボット８寄りに位置し
ているので、回転軸方向の力のバランスが崩れて、回転
子２に作用する軸方向の力を助長するため、回転子２に
はピボット８をケ−シング１に押圧する回転軸方向の力
Ｆが作用し、ピボット８による回転子２の支持が確実に
行われるものとなる。
【００３６】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、種々の変形例が実施可能である。例え
ば、上記実施例では回転子を浮上させるため永久磁石だ
けを用いたが、永久磁石に併せて電磁石を設けるように
してもよい。また、上記実施例では固定磁石を回転磁石
よりも長く設定したが、逆に回転磁石の方を固定磁石よ
りも長く設定するようにしてもよい。更に、固定磁石及
び回転磁石の形状、数は上記実施例のものに限定される
ものではない。
【００３７】
【発明の効果】以上説明した本発明によれば、次のよう
に医学的に安全で信頼性の高い遠心ポンプ型の人工心臓
用ポンプを実現できる。
【００３８】先ず、固定子の外面とケ−シングの内面と
の間に形成された血液流路を介して血液が流れるので、
血液流量を増大させることができるものとなる。
【００３９】又、磁気的な反発力の大きい浮上支持が得
られると同時に、ピボットを常時ケ−シングに押圧する
力が作用するので、ピボットにより機械的支持させた人
工心臓用ポンプにおいて、稼働中に常時回転子が正常な
姿勢を保持することができるものとなる上、回転子の回
転軸方向の移動がないために振動、騒音がなく、耐久性
が向上するものとなる。
【００４０】又、従来のような回転子内部のせまい血液
流路を通過し、半径方向に偏向される流路のものと比べ
て、血液に作用する剪断力が低減し、それに起因する溶
血を防止できる。
【００４１】磁気的な浮上支持空間が半径方向に小さい
位置にあるので、その部分の回転周速が小さくなり、そ
の分血栓や溶血が低減するものとなる。
【００４２】又、羽根車裏面での血液の滞留が防止でき
ると同時に、従来例のように回転子の中を血液が流れる
ものと比べて回転子の外面の滞留も防止できる。更に、
血液流路からの血液を滞留防止用流路を介してピボット
に向けて流通させるため、従来のように羽根車の裏面中
心とケ−シングの内面との間で血液の滞留が生じること
に起因する血栓を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施例に係る遠心ポンプ型の
人工心臓用ポンプの縦断面図である。
【図２】図２は図１のＡ−Ａ線矢示方向からみた横断面
図である。
【図３】図３は図１の一部拡大概略図である。
【図４】図４は、従来公知の遠心ポンプ型の人工心臓用
ポンプの一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ ケ−シング ２ 回転子 ３ モ−タ ４ｂ 血液流路 ５ 羽根車 ６ 回転磁石 ７ 固定磁石 ８ ピボット １１ 固定子 １２ 滞留防止用流路

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ケ−シングと、該ケ−シング中に回転自在
    に配設された回転子と、該回転子を回転させるためのモ
    −タと、血液を導入して案内するための血液流路と、前
    記回転子と一体回転自在に設けられ、血液流路を介して
    流れてきた血液に遠心力を与えるための羽根車と、回転
    子に設けられた永久磁石からなる回転磁石と、該回転磁
    石の外周面に対向する位置に設けられ、前記回転磁石と
    の間の磁気的反発力により回転子を非接触状態で支持す
    るための永久磁石からなる固定磁石と、前記羽根車の裏
    面の回転中心に設けられ、前記ケーシングの内面と当接
    して回転子を前記ケ−シングの内面に支持するためのピ
    ボットと、を備えた人工心臓用ポンプにおいて、 前記ケ−シングの内面と前記回転子との間に筒状の固定
    子が設けられ、該固定子の内面に前記固定磁石が設けら
    れ、固定子の外面とケ−シングの内面との間に前記血液
    流路が形成されていることを特徴とする人工心臓用ポン
    プ。
  2. 【請求項２】ケ−シングと、該ケ−シング中に回転自在
    に配設された回転子と、該回転子を回転させるためのモ
    −タと、血液を導入して案内するための血液流路と、前
    記回転子と一体回転自在に設けられ、血液流路を介して
    流れてきた血液に遠心力を与えるための羽根車と、回転
    子に設けられた永久磁石からなる回転磁石と、該回転磁
    石の外周面に対向する位置に設けられ、前記回転磁石と
    の間の磁気的反発力により回転子を非接触状態で支持す
    るための永久磁石からなる固定磁石と、前記羽根車の裏
    面の回転中心に設けられ、前記ケーシングの内面と当接
    して回転子を前記ケ−シングの内面に支持するためのピ
    ボットと、を備えた人工心臓用ポンプにおいて、 前記回転磁石が回転子回転軸方向にＮ−Ｓ極を着磁さ
    れ、前記固定磁石が前記回転磁石と同一方向にＮ−Ｓ極
    を着磁され、前記回転磁石と固定磁石との回転子回転軸
    方向の長さが異なって形成され、前記回転磁石のＮ−Ｓ
    極の境界線が前記固定磁石のＮ−Ｓ極の境界線より前記
    ピボット寄りに位置していることを特徴とする人工心臓
    用ポンプ。
  3. 【請求項３】ケ−シングと、該ケ−シング中に回転自在
    に配設された回転子と、該回転子を回転させるためのモ
    −タと、血液を導入して案内するための血液流路と、前
    記回転子と一体回転自在に設けられ、血液流路を介して
    流れてきた血液に遠心力を与えるための羽根車と、回転
    子に設けられた永久磁石からなる回転磁石と、該回転磁
    石の外周面に対向する位置に設けられ、前記回転磁石と
    の間の磁気的反発力により回転子を非接触状態で支持す
    るための永久磁石からなる固定磁石と、前記羽根車の裏
    面の回転中心に設けられ、前記ケーシングの内面と当接
    して回転子を前記ケ−シングの内面に支持するためのピ
    ボットと、を備えた人工心臓用ポンプにおいて、 前記ケ−シングの内面と前記回転子との間に筒状の固定
    子が設けられ、該固定子の内面に前記固定磁石が設けら
    れ、固定子の外面とケ−シングの内面との間に前記血液
    流路が形成され、 前記回転磁石が回転子回転軸方向にＮ−Ｓ極を着磁さ
    れ、前記固定磁石が前記回転磁石と同一方向にＮ−Ｓ極
    を着磁され、前記回転磁石と固定磁石との回転子回転軸
    方向の長さが異なって形成され、前記回転磁石のＮ−Ｓ
    極の境界線が前記固定磁石のＮ−Ｓ極の境界線より前記
    ピボット寄りに位置していることを特徴とする人工心臓
    用ポンプ。
  4. 【請求項４】前記羽根車の前面と裏面とを連通する滞留
    防止用流路が羽根車に形成されていることを特徴とする
    請求項１ないし請求項３記載の人工心臓用ポンプ。 【０００１】
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