JPH11504549A - 受動磁気ラジアル軸受と血液中に浸漬されたアキシャル軸受とを有する無シール型回転血液ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、軸シールの無い、埋込み可能な回転血液ポンプである。該ポンプは、一端にポンプインペラー（３８）を有する回転要素（１８）を備えている。該回転要素及び該インペラーは、それぞれの受動磁気軸受（２３、２４）により半径方向に整合した状態に保たれる。

Description

【発明の詳細な説明】 受動磁気ラジアル軸受と血液中に浸漬されたアキシャル軸受とを有する 無シール型回転血液ポンプ発明の分野 本発明は、全体として、血液ポンプの分野に関する。より具体的には、本発明 は、恒久的な心室補助装置として使用するため、人体内に恒久的に埋め込むのに 適した、回転型の連続流れポンプに関する。発明の背景 左心室に著しい疾患のある多数の心臓病患者にとって、心臓移植が有効であろ う。しかしながら、ドナー心臓の不足のため、こうした患者の多くは、入退院を 繰り返し、ひどい身体的障害、及び充血性疾患又は心臓性ショックにより死亡す ることを特徴として短命である。恒久的に使用するため、左心室補助装置（ＬＶ ＡＤ」）が利用可能であるならば、こうした患者の多くは、長く且つ有意義な生 活に復帰することが可能であろう。 現在、臨床試験中である従来技術のＬＶＡＤは、心臓内を流れる本来の脈動す る血液流を模擬し得る設計とされて、周期的な血液、即ち脈動する血液を吐出す るものである。この設計の形態は、各種の解剖学的及び技術上の問題点を生じさ せている。周期的な吐出システムは、物理的に大形となりがちであり、ある患者 への埋込みが困難、又は不可能である。また、周期的な吐出システムは、材料、 寿命及び性能の点で特殊な条件が要求される人工弁をも使用している。こうした 特徴の全てのため、周期的な血液ポンプ装置は複雑で且つ高価なものとなる。 血液が脈動して流れる必要が無くなれば、ＬＶＡＤは、遥かに小型で、より簡 単で、しかもより低廉なものとなることは明らかである。回転ポンプは、遠心型 、又はアキシャルフロー設計のものかどうかを問わずに、略連続的な液体流を提 供し、周期的な吐出システムに優る多数の顕著な利点を有する可能性がある。し かしながら、従来技術は、回転ポンプの駆動軸のシールに関する特殊な問題点の ため、耐久性に富む回転血液ポンプを開発するに至っていない。かかる駆動軸シ ールは、血液の環境内にあるとき、寿命が短く、ポンプの過早の故障の原因とな る。また、従来技術の駆動軸シールは、塞栓を生じて、発作又は患者の死をも招 く可 能性がある。 従って、本発明の一つの目的は、駆動軸のシールを不要にすることにより、改 良された回転血液ポンプを提供することである。 本発明の別の目的は、受動磁気ラジアル軸受を使用して、インペラー及びその 支持軸を軸線の周りで回転可能な状態に保つ、コンパクトな回転血液ポンプを提 供することである。 本発明の更に別の目的は、インペラー及び支持軸が単一体として、２つの所定 の軸方向位置の間を往復する、２つの安定的な作用を有する回転血液ポンプを提 供することである。 本発明の別の目的は、塞栓を防止するため、新たな血液流によって規則的に洗 浄される、血液に浸漬したアキシャルスラスト軸受を提供することである。 本発明の更に別の目的は、モータの磁石及びラジアル軸受磁石の双方を収容し 、また、狭小で且つ深い血液流路を有する、独特の厚さの厚いブレードが設けら れたポンプインペラーを提供することである。 本発明の更に別の目的は、低流量にて、血液のような粘性な液体を効果的に圧 送し、また、幾つかのポンプインペラーブレードのみを使用することにより、血 液の溶血を最小にする、ポンプインペラーを提供することである。発明の概要 本発明によれば、回転血液ポンプは、ハウジングと、ポンプロータとを備えて いる。遠心ポンプのインペラーが、ポンプロータを形成し得るように、インペラ ーの支持軸、又は回転軸に取り付けられる。ポンプハウジングは、該軸を取り巻 く長い入口管と、排出口を有して、インペラーを取り囲む、スクロール形のケー シング、又は渦巻き室とを有する。 該軸及び該インペラーは、ハウジング内で特殊な状態に懸垂されている。受動 型のラジアル磁気軸受が支持軸及びインペラーを回転軸の周りに保つ。軸を懸垂 する磁気軸受は、入口管の取り巻き部分に沿って配置された複数の永久リング磁 石及び極片と、その軸自体の内部に設けられた、複数の永久ディスク磁石及び極 片とを備えている。こうした半径方向に隣接する対の磁石は、同一の極性である 。インペラーを回転軸線の周りに保つ磁気軸受の一部分は、インペラーのブレー ド セクタの周りで隔てた円形の形態に配置された、複数の永久ロッド、又は円弧状 磁石を有する。軸受のもう一方の部分は、インペラーの片側にてケーシングの外 側に設けられた一対の永久リング磁石を有する。ロッド及びリング磁石の隣接す る部分は、逆の極性をしている。 該軸及び該インペラーは、機械的なスラスト軸受、又は押え具接地部（touchd own）と組み合わせて、磁力及び液圧力によって軸方向に拘束される。入口管及 び軸内の磁気軸受の磁石は、僅かに軸方向にずらした位置に配置され、ロータの 長手方向軸線に沿って、並進する荷重力、又は偏倚力を生じさせる。この偏倚力 は、回転するインペラーの液圧スラスト力に起因する軸方向への力に実質的に略 反作用する。しかしながら、この液圧スラスト力は、心臓サイクルの関数として 変化するため、ポンプの作動が安定的で且つ制御されていることを確実にすべく 更に拘束することが望まれる。この目的のため、血液に浸漬させた一対のスラス ト軸受が提供される。これらのスラスト軸受は、その他の配置も具体化可能であ るが、ロータの一端に配置することができる。 一方のスラスト軸受は、支持軸の上流端に設けられ、もう一方のスラスト軸受 は、インペラーの底部、又は下流側に設けられる。入口管内のスパイダーは、押 え具、又はスラスト面を有しており、軸の端部がこの押え具、又はスラスト面に 周期的に接触する。別の接地部が、インペラーの下流の端部に隣接する位置にて ケーシングの底部の内面上に設けられる。ユーザの心臓サイクルに応答して、軸 ／インペラー組立体が前後に往復運動し得るようにするため、その２つの押え具 の間に所定の程度の間隔が設けられている。この往復運動は、圧送作用を生じさ せ、その接地領域内の血液を循環される新たな血液と頻繁に交換する。この圧送 動作は、血液を許容可能な温度に保ち且つスラスト軸受の空隙内でのその血液の 滞留時間を短くすることにより、スラスト領域内に塞栓が生じる可能性を最小に する。 該インペラーは、本出願の特殊な必要条件のため、独特の形態及び特徴を有す る。従来の遠心ポンプの設計と異なり、本発明は、全体として、パイ形のセクタ に類似した、インペラーブレードを比較的、少数、使用する。更に、これらのブ レードは、軸方向に極めて厚いように形成され、血液がインペラーを通って流れ 得るように、隣接するブレードの間に深く且つ狭小な円弧状の通路を有する。こ れらのブレードは、相当な高さを有するため、比較的大きいブレードの作用面が 得られ、効率の良いポンプの作動が確実となる。こうした構造上の特徴のため、 極めて少ないインペラーブレードを使用して、ポンプの有効な効率を保ちつつ、 血液の溶血を少なくすることができる。 インペラーの密度を小さくするため、厚いインペラーブレード内には、密封し た中空のチャンバが提供される。これらのチャンバは、スラスト軸受に作用する 重力荷重を軽減する一方、スラスト軸受は、軸受の潤滑に使用される血液が塞栓 を生ずる可能性を軽減する。 また、この厚いインペラーブレードは、ポンプの駆動系に使用される磁石を収 容するためにも有利に使用される。インペラーブレードセクタの各々内に埋め込 んだ円弧状の永久磁石セグメントと、ケーシングに取り付けられた円形の電磁ス テータとの間の磁力の相互作用によって、インペラーにトルク駆動力が付与され る。ブラシレスモータ・ステータの整流のため、後方ＥＭＥ検出が利用され、磁 石セグメントに吸引力及び反発力を提供する。ユーザが装用する制御装置及び携 帯型の電源がポンプの駆動系を駆動する。この制御装置は、モータの速度及び駆 動サイクルをユーザの身体の活動又は状態によってプログラム化し、又は相互作 用可能に設定することを可能にする。図面の簡単な説明 図１は、本発明の血液ポンプの左前方斜視図である。 図２は、磁気軸受組立体の一部を備える複数のリング磁石を示す、図１のポン プの概略図的な断面図である。 図３は、軸及びインペラーを示す、図１のポンプの部分断面図である。 図４は、軸及びインペラーをハウジングから除去した状態で示す、図１の同様 の斜視図である。 図５は、人間の左心室に埋め込まれたポンプを示す、人間の心臓の簡略化した 概略図である。 図６は、図１の線６−６に沿って示した、ハウジング、インペラー及びインペ ラーチャンバの横断面図である。 図７は、図１に図示した線７−７に沿って示した、ポンプの縦断面図である。 図８は、受動型磁気軸受の磁石及び極片のそれぞれの極性を示し、また、ロー タ磁石及びモータステータを含む、ポンプモータの要素を示す、ポンプの簡略化 した概略図的な縦断面図である。好適な実施の形態の詳細な説明 次に、図面を参照すると、無シール型回転血液ポンプ１１は、長い入口管１３ と、スクロール形のインペラーケーシング又は渦巻き室１４とを有する、ハウジ ング１２を備えている。排出管１６が該ハウジングを貫通して伸長し、ケーシン グ１４の内周と連通している。該排出管１６は、ポンプから吐出された血液を効 率良く流動させるべくケーシングの半径に関して接線方向に方向決めされている 。 ポンプロータ１７は、ハウジング１２内に配置され、該ポンプロータは、ディ スク形のインペラー１９に取り付けられた、長い直円柱状の支持軸又は回転軸１ ８を有する。ロータ１７は、軸１８及びインペラー１９の双方を貫通して伸長す る長手方向軸線の周りに回転可能に取り付けられている。本明細書に開示した好 適な実施の形態は、インペラーと、遠心型の設計のケーシングとを備えることを 認識すべきである。しかしながら、本発明の多数の構造的特徴及び作動の形態は 、アキシャルフロー型の回転血液ポンプにも有利に応用することができる。 本発明のポンプ１１は、前方磁気軸受２１と、ロータ１７を懸垂し且つ該ロー タをその長手方向軸線に関して適正に半径方向に整合した状態に保つ後方磁気軸 受２２とを備えている。ラジアル磁気軸受の構造は、ワッソン（Wasson）の米国 特許第4,072,370号に記載されている。この米国特許第4,072,370号は、本明細書 に参考として組み入れられている。当該前方磁気軸受２１は、上記の米国特許第 4,072,370号の教示に完全に従って形成することが可能である。しかしながら、 この米国特許第4,072,370号に記載された構造の幾つかの簡略化及び改良点が本 明細書に開示されている。例えば、上記の米国特許第4,072,370号の半径方向へ の極を有するリング磁石（参照番号４４、４６）は、本発明が良好に機能する上 で必要ではない。更に、以下に説明するように、当該米国特許第4,072,370号の 軸方向に磁化されたリング磁石（参照番号２２）に代えて、本発明の目的上、軸 方向に磁化されたディスク磁石を有利に使用することができる。 従って、前方磁気軸受２１は、強磁性極片２３と、軸方向への極を有する永久 磁石２４とを含む複数のリングを備えている。図７及び図８に最も明確に図示す るように、これらの極片２３及び磁石２４は、任意の交互に現れる形態にて配置 され且つ入口管１３の外側壁２６と内側壁２７との間に配置されている。対向す る磁石の極は等しく、その間のそれぞれの極片内に同一の極を生じさせる。高強 度の接着剤と取り巻く管の側壁とを組み合わせることは、リング磁石を分離する ように付勢する強力な磁石の力に拘わらず、磁石及び極片を不確定の関係（cont ingent relation）に保つ。 また、前方磁気軸受２１は、強磁性の極片２８と軸方向に極が形成された永久 磁石とから成る複数のディスクを備えている。また、これらの極片２８及び磁石 ２９は、不確定で交互になる形態にて配置され、取り巻くリングのそれぞれの極 片及び磁石の極及び軸方向位置の鏡像の形態となる磁性構造体を形成する。この 磁性構造体は、最初に、組み立てて且つ高強度の接着剤を使用して共に固着し、 その後、軸又は回転軸１７の中空の容積内に取り付ける。磁性極を形成すること 、及び磁石及び前方磁気軸受２１の極片により発生される反発力は、それらによ り、支持軸１８が磁力で懸垂されるようなものとする。 ロータ１７を更に半径方向に拘束するため、後方磁気軸受２２も設けられる。 該軸受２２は、ケーシング１４の外壁上に取り付けられた第一のリング磁石３１ と、円形のケーシング基部３３内に埋め込まれた第二のリング磁石３２とを備え ている。ケーシング１４の底部分は、インペラー１９に対して流体不透過性の囲 い物を形成し得るように、基部３３に取り付けられ且つ該基部３３に密封されて いる（図７参照）。磁石３１、３２の双方は、軸方向に極が形成されているが、 その磁石の各々は、インペラー１９に向けた異なる極を有する。また、軸受２２ は、上面部分３６からインペラー１９の下面部分３７まで横断状に伸長する複数 のロッド状磁石３４も備えている。ロッド状磁石３４は、インペラー１９の外周 ３８に隣接して隔てた円形の形態に配置されている。磁石３４の端部と磁石３１ 、３２の隣接する面との間の極は、それぞれ反対であり、吸引作用があり、等し く且つ反対方向への磁力を発生させ、この磁力がインペラーに作用する。このよ う にして、後方磁気軸受２２は、ロータ１７のインペラー端部を軸方向に整合した 状態に保つ働きをする。 また、後方磁気軸受２２を形成する構成要素に対して、その他の形態、位置、 数及び極方向を採用することが可能であることも認識すべきである。例えば、磁 石３４は、ロッド状ではなくて円弧状セグメントとしてもよい。また、磁石３１ 、３２、３４の極は、本明細書に特に開示された吸引力ではなくて、それぞれの 反発力を発生させ得るような配置にしてもよい。 図面には、その部分が血液内に直接、浸漬されるかのように磁石３２、３４が 図示されているが、実際に実施する場合、磁石と血液との接触を防止するため、 肉厚の薄い非磁性外装又はプラスチック被覆をこれらの部分の上に施すことにな る。上記のような接触が許容されるならば、血液に有害である、望ましくない化 学的反応が生じる可能性がある。しかしながら、明確化のため、上記の外装又は 被覆は、図面に図示していない。 ロータが軸方向に並進動作しないように機械的に制限するため、第一のスラス ト軸受３９及び第二のスラスト軸受４１が設けられている。第一のスラスト軸受 ３９は、ケーシングの基部３３内に取り付けられたねじ付き栓４２を有する。該 栓４２は、ロータ１７の長手方向軸線に沿ってねじ調節可能であり、また、該栓 は、凹状の軸受面４３を有する。該軸受面４３は、インペラー１９の下面部分に て対応する軸受の先端４４を受け入れ得るように湾曲している。この軸受３９の 特別な形態は、必須のものではなく、この適用例にて、平面状の軸受面とするこ とも可能であることを理解すべきである。 第二のスラスト軸受４１は、入口管１３の血液導入端部内に固着されており、 また、該第二のスラスト軸受は、スパイダ４６と、調節ノブ４７と、ボール４８ とを備えている。該ノブ４７を回せば、ボール４８がロータ１７の長手方向軸線 に沿って並進する。 また、この第二のスラスト軸受４１の代替的な位置及び構造も採用可能である 。例えば、インペラー１９の上面部分３６に隣接して、ケーシング１４の内壁に 環状のスラスト軸受面を設けることも可能である。この配置において、部分３６ は、環状のスラスト軸受の面に摺動可能に接触する。スパイダ４６、及び上流の スパ イダ軸受の関係する構成要素を省略する結果、これらの構造体の面に血液の付着 分が形成される可能性が無くなる。 スラスト軸受３９、４１は、ロータ１７の軸方向への動きを制限するストッパ を提供するのみならず、ポンプの特定の作動形態を調節する効果も提供すること が理解されよう。図面において、支持軸１８の上流端は、ボール４８に接触した 状態にて示してある。しかしながら、ポンプが作動する間、常にかかる状態にあ るとは限らない。例えば、その間の距離がロータの全長よりも僅かに長いように 、その２つのスラスト軸受を調節することが望ましい。このことは、ユーザの各 心臓サイクルと共に、スラスト軸受により提供される軸方向への拘束位置の間で ロータが前後に「往復運動」することを可能にする。そのサイクルの各々は、圧 送作用を生じさせて、新たな血液を接地領域、又はスラストを軸受領域内に吐出 する。 本発明は、ジャーナル軸受をロータの拘束のために使用しない。必然的 に、ジャーナル軸受はロータの支持軸又は回転軸の少なくとも一部を半径方向に 取り巻く。従来技術の装置において軸受内の熱及び過度の滞在時間の結果として 、塞栓が生じる可能性があるのは、この軸と軸受面との間のこの肉厚の薄い環状 容積内である。本発明のポンプ及びロータの双安定状態の作動により、各スラス ト軸受の周りに血液が連続的に流れて、従来技術のジャーナル軸受による塞栓効 果を防止することができる。 また、本明細書に開示した装置のロータと磁気軸受との間には、重要な物理的 関係が存する。この関係は、調節可能なスラスト軸受を適正な軸方向に配置する ことにより設定され且つ維持される。ポンプが作動するとき、回転するインペラ ーにより形成される圧力勾配は、ロータに上流の軸方向への力を付与する。心臓 のパルスがポンプを通じて十分な圧力変化を生じさせて、双安定の状態で作動さ せ得るようにするため、この力を実質的に釣り合わせる必要がある。極片２８及 び磁石２９に関する極片２３及び磁石２４の軸方向への関係を調節することによ り、下流の軸方向への力が発生される。前方磁気軸受２１内の力は、反発力であ るため、軸内の磁石及び極片が入口管内の磁石及び極片から僅かに下流に並進さ れるとき（図７及び図８参照）、望ましい下流方向への荷重又は偏倚力が生ずる 。このように、第二のスラスト軸受４１は、形成される反発的な磁力が回転する ポ ンプインペラーにより発生される、軸方向への液圧運動力を実質的に釣り合わせ るのに十分な程度、ロータを下流に移動させ又はずらす効果がある。 次に、インペラー１９の特殊な設計上の条件及び作動特徴に関して説明する。 特に、図６にて理解されるように、該インペラーは、複数の大形のブレードセク タ４９を備えている。その粘度が比較的高く、また、実質的に熱及び機械的作用 による損傷を受け易いため、血液は圧送することが特に難しい液体である。 一般に、大形の遠心ポンプにおいて、低粘度の液体を流動させるべく、ブレー ドの間に比較的大きい空所又は通路を有する薄く尖鋭なインペラーブレードを相 当な数、備えることが好ましい。しかしながら、かかる従来の設計は、血液のよ うな粘性を有する液体を圧送することを要する小型の遠心ポンプには望ましくな いことである。 血液がインペラーブレードの前縁内まで軸方向に流動すると、その血液はイン ペラーブレードに伴う機械的な作用及び乱流により傷付き易い。このため、本発 明の設計の考慮事項の一つは、インペラーブレードの数を最小にすることにより 、かかる溶血を軽減することである。 ブレード数が少ない小型のポンプの効率を保つためには、ブレードの有効作用 面積を大きくしなければならない。このことは、従来のブレードの寸法、及び２ つの重要な特徴の点にて形態を改変することにより、現在の設計にて実現されて いる。第一に、ブレードセクタ４９は、回転形態を通じて比較的幅を拡げ、又は 拡張可能とされる（図６参照）。換言すれば、各ブレードセクタ４９の外周は、 約80°乃至85°の回転角度となる。本発明に考えられる一つの代替的な設計は、 ２つのブレードセクタのみを備え、そのブレードセクタの各々の回転角度が約17 5°となるようにすることである。その何れの場合でも、本発明のインペラーブ レードセクタの幅は、公知の従来技術のブレードと著しく相違する。 第二の改変例は、ブレードセクタの厚さ、又は高さに関するものである。特に 、図４及び図７に図示するように、該ブレードセクタ４９は、軸方向に比較的厚 い。かかる改変例の結果として、ブレードセクタ４９の隣接する端縁の間に、狭 小で且つ深いインペラーの血液流路又は通路５１が画成される。ブレードセクタ の厚さを厚くし且つ血液通路の幅を狭くすることにより、ブレードの作用面の面 積と 通路の容積との比が大きくなる。また、ブレードの作用面からの通路内の液体の 平均距離も短くなる。こうした有利な点は共に、血液を傷付けるブレードの数が 少なく、しかも、許容可能な効率を保つ、小型の血液ポンプを提供する。 また、該インペラーブレードの寸法及び形態は、インペラー１９内にて多数の 特徴部分を構造的に直接、一体化することを可能にする。例えば、上述した後方 磁気軸受２２は、相当な長さのロッド状磁石３４を複数、備えている。ブレード セクタの厚さのため、これらの磁石は、これらのセクタ内に容易に受け入れられ る。また、これらのセクタには、インペラーの質量を小さくし且つスラスト軸受 上に作用する重力荷重を小さくするため、それぞれの中空のチャンバ５２を設け ることができる（図６参照）。 最後に、ブラシレスロータモータ５３は、ブレードセクタ４９の上面部分３６ 内に埋め込まれた円弧状の磁性セグメント５４を有している。上述したように、 さもなければ、圧送された血液と流体連通するであろうセグメント５４の部分は 、血液と磁性セグメントとの化学的反応を防止するため、外装、又は被覆（図示 せず）内に囲われる。図６及び図８を参照すると、該セグメント５４は、その極 が交互に変化するようにされ、また、該セグメント５４は、隣接するモータステ ータ５６に向けて方向決めされる。インペラーケーシング１４の上面に取り付け られたステータ５６内には、巻線５７及び円形の極片５８が設けられる。巻線５ ７は、図５に図示するように、経皮的な線によって制御装置５９及び電源６１に 相互に接続されている。制御装置５９及び電源６１は、ユーザの身体の外側に装 用するか、又は代替的に、ユーザの体内に完全に埋め込むようにしてもよい。 制御装置５９は、可変の電圧又は電流制御装置と同様に簡単な回路を有してお り、ポンプの回転速度を設定し得るように、手で調節するか、又はプログラム化 される。しかしながら、該制御装置５９は、相互作用機能及び自動作動機能を具 備することができる。例えば、該制御装置５９は、ユーザの各種の器官に取り付 けられたセンサと相互に接続して、ユーザの身体の活動及び状態に合うようにポ ンプの作動を自動的に且つ瞬間的に設定することができる。 巻線５７は、制御装置５９の電気的出力によって励起されて電磁界を発生させ る。この電磁界は、極片５８によって集中されて、磁石５４及びロータ１７を駆 動し回転させる効果がある。巻線を通過する、磁石５４から生じる後方ＥＭＦは 、制御装置によって検出される。この制御装置は、この後方ＥＭＦ電圧を使用し て、ロータの更なる回転と同期化して電磁界の発生を続ける。次に、ポンプのイ ンペラーブレード内に埋め込まれたステータと磁石との電磁的な相互作用によっ て、モータ５３のブラシレス作動が為される。 軸１８及びインペラー１９を有するロータ１７を回転させると、血液は、矢印 ６２の方向に向けて入口管１３を通って流れる。血液は、通路５１の上端縁から ケーシング１４の内部へ流れ続ける。排出管１６は、血液をケーシングから押し 出して、ユーザの心臓の血管系に入ることを許容する。 ポンプ１１の解剖的な配置位置は、図５に図示されている。人間の心臓６３の 簡略化した形態は左心室６４及び大動脈６７を有する。入口管１６は、流入カニ ューレとして機能し、左心室６４の頂点内に配置される。人工的な血管移植体６ ６は、一端にて、管１６に接続され、他端にて、側部の解剖学部分の端部を介し て大動脈６７に接続される。 ポンプの遠心型の設計は、埋め込む間に、相当な程度の自由度を許容する。ポ ンプの軸方向への流入及び半径方向への流出のため、流れを制限するエルボ接続 具を必要とせずに、血液を90°方向変更させる。更に、該ポンプは、排出管の方 向を調節し、また、血管移植体の捩れ及び液圧の損失を最小にし得るようにその 長手方向軸線上にて回転させることができる。このポンプケーシングは、コンパ クトで且つディスク形をしており、心臓の頂部と隣接する横隔膜との間で良好に 嵌まるため、十分な解剖学的適合性が可能となる。 血栓症を最小にする、磁気軸受及びスラスト軸受の懸架部分と、溶血を最小に し得るように計算された血液の貫通路を有するインペラーとを備える、改良され た無シール型血液ポンプが提供されることが理解されよう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．無シール型血液ポンプにして、 ａ．一端に設けられた長い入口管と、他端に設けられたインペラーケーシング とを有し、該ケーシングが排出管を有する、ポンプハウジングと、 ｂ．該ハウジング内に回転可能に取り付けられたロータであって、前記入口管 の内径よりも小さい横寸法の長い軸部分を有し、更に、 前記軸部分に取り付けられたインペラーを有し、該インペラーが前記インペ ラーケーシング内に配置されているロータと、 ｃ．前記ロータの前記軸部分を前記ハウジングの前記入口管内に同軸状に保つ ラジアル磁気軸受であって、前記軸と前記内径との間の環状容積により血液の流 路を提供するラジアル磁気軸受と、 ｄ．その軸線に沿った所定の位置を超えて並進しないように前記ロータを拘束 するスラスト軸受と、 ｅ．前記インペラーの表面上に設けられたモータロータと、 ｆ．電磁界を発生させ得るように前記インペラーの前記表面に隣接して前記ハ ウジング内に設けられたモータステータとを備える、無シール型血液ポンプ。 ２．請求項１に記載の装置にして、前記ラジアル磁気軸受が前記ロータを前記 スラスト軸受に対して軸方向に偏倚させる、装置。 ３．請求項１に記載の装置にして、前記スラスト軸受手段が、前記ロータを２ つの所定の軸方向位置内に拘束し、前記入口管及び前記出口管における血圧の変 化に応答して、前記ロータが該２つの軸方向位置の間にて往復運動可能である、 装置。 ４．請求項１に記載の装置にして、前記ラジアル磁気軸受が複数の前方ラジア ル磁石を含み、該前方ラジアル磁石が、複数のリングの入口磁石と、対応する複 数のリングの軸磁石とを有し、対応する入口磁石及び軸磁石の同様の極が互いに 向き合うようにした、装置。 ５．請求項４に記載の装置にして、前記ラジアル磁気軸受は、複数の後方ラジ アル磁石を更に備え、該後方ラジアル磁石は、複数のケーシング磁石と、対応す る複数のインペラー磁石とを有し、 前記インペラーが、略ディスク形の形態をしており、前記インペラー磁石が前 記インペラーを貫通して伸長し且つ前記インペラーの外周の周りで円形の形態に 配置され、 前記ケーシング磁石が、それぞれのインペラー磁石に近接して前記インペラー の片側に配置され、 対応するケーシング磁石及びインペラー磁石の反対の極が互いに向き合うよう にした、装置。 ６．請求項１に記載の装置にして、前記モータロータ手段が、前記インペラー の前記面上に略円形の形態に配置された円弧状で、平面状の磁性セグメントを複 数備え、該セグメントが外方を向いた同一極性の極を有する、装置。 ７．請求項６に記載の装置にして、前記モータステータ手段が、前記軸に対し て略同心状に円形に巻かれた導電性の線を備える、装置。 ８．無シール型血液ポンプにして、 ａ．上流端及び下流端を有する長い軸を備え、該軸の該下流端に取り付けられ たインペラーを更に備えるポンプロータと、 ｂ．該軸の横寸法よりも僅かに大きい内径を有する一端に設けられた長い入口 管を有し、前記軸が該管により取り巻かれ且つ該管と同心状であるポンプハウジ ングであって、他端に設けられて、前記インペラーを取り巻くケーシングを更に 有し、該ケーシングが出口管を有するポンプハウジングと、 ｃ．長手方向軸線の周りで回転可能に前記軸を前記ハウジングの前記管状入口 内に同軸状に保つラジアル磁気軸受手段であって、前記軸と前記ハウジングとの 間の環状容積が血液流路を画成するラジアル磁気軸受手段と、 ｄ．前記ケーシング内に設けられた第一のスラスト軸受であって、前記インペ ラーが該第一のスラスト軸受と接触した軸受面を有するスラスト軸受と、 ｅ．前記インペラーの面の上に設けられた永久磁石モータロータと、 ｆ．前記インペラーの前記面に隣接して前記ハウジング内に設けられた電磁モ ータステータと、 ｇ．該モータステータと接続された電気出力部を有する電源とを備える、無シ ール型血液ポンプ。 ９．請求項８に記載の装置にして、前記インペラーが、間に円弧状の溝を有す る複数のブレードを備え、該溝が該ブレードの上流部分からその下流部分まで伸 長し、該溝の各々の前記下流部分がインペラーの回転方向と反対方向に方向決め された、装置。 １０．請求項８に記載の装置にして、前記ラジアル磁気軸受手段が複数の前方ラ ジアル磁石を備え、該前方ラジアル磁石が、複数のリングの入口磁石と、対応す る複数のリングの軸磁石とを備え、対応する入口磁石及び軸磁石の同様の極が互 いに向き合うようにした、装置。 １１．請求項１０に記載の装置にして、前記ラジアル磁気軸受手段が、複数の後 方ラジアル磁石を更に備え、該後方ラジアル磁石が、複数のケーシング磁石と、 対応する複数のインペラー磁石とを備え、前記インペラーが略ディスク形をして おり、前記インペラー磁石が前記インペラーを通して伸長し且つ前記インペラー の外周の周りで円形の形態に配置され、 前記ケーシング磁石が、それぞれのインペラー磁石の１つの極に近接して前記 インペラーの一側部に配置され、対応するケーシング磁石及びインペラー磁石の 反対の極が互いに向き合うようにした、装置。 １２．請求項８に記載の装置にして、前記入口管内に設けられた第二のスラスト 軸受を更に備え、前記軸が、前記上流端に軸受面を該第二のスラスト軸受と接触 して有する、装置。 １３．請求項１２に記載の装置にして、前記第一及び第二のスラスト軸受が、前 記ロータの前記長さよりも僅かに長い距離だけ隔たった位置に配置され、前記入 口管と前記出口管との間の血圧が変化して、前記ロータを前記第一及び第二のス ラスト軸受の間にて往復運動させるようにした、装置。 １４．請求項８に記載の装置にして、前記ラジアル磁気軸受が前記ロータを前記 第一のスラスト軸受に対して軸方向に偏倚させる、装置。 １５．請求項８に記載の装置にして、前記モータロータが、前記インペラーの前 記面の上にて略円形の形態に配置された円弧状で、平面状の磁性セグメントを複 数有し、該セグメントが、同一極性の外方を向いた極を有する、装置。 １６．請求項８に記載の装置にして、前記モータステータが、前記軸と略同心状 である導電性のワイヤーの円形の巻線を備える、装置。 １７．入口管と、インペラーケーシングとを有する遠心ポンプ用ロータであって 、該入口管が、長手方向軸線の周りで回転可能なように該ロータを支持する軸受 を備える、ロータにして、 ａ．前記入口管内に設けられた回転可能な長い支持軸であって、上流端と、下 流端とを有する前記長い支持軸と、 ｂ．該軸の前記下流端に取り付けられ且つ前記ケーシング内に配置された中央 の上面部分を有するディスク形のインペラーであって、複数のブレードセクタを 備え、該セクタの各々が前記上面部分から下面部分まで伸長する円弧状の溝によ り隣接するセクタから分離され、該溝の各々が、前記軸に隣接し且つ前記インペ ラーの回転方向と反対方向に向けて外方に湾曲する前縁から開始し、前記インペ ラーの外周の後縁にて終るようにした、ロータ。 １８．請求項１７に記載の装置にして、前記軸及び前記インペラーを前記回転方 向に向けて回転させるロータモータを更に備える、装置。 １９．モータロータを更に備える、請求項１７に記載の装置にして、前記モータ が、前記インペラーの前記上面部分に設けられた複数の永久磁石と、前記インペ ラーの前記上面部分に隣接して前記ハウジング内に設けられたモータステータで あって、導電性コイルを有する前記モータステータと、該ステータに電力を供給 して、前記ロータに対し前記回転方向に向けてトルクを付与する電源とを備える 、装置。 ２０．請求項１９に記載の装置にして、前記永久磁石が前記セクタの各々に設け られた円弧状の磁性セグメントを備える、装置。 ２１．無シール型血液ポンプにして、 一端に設けられた入口管と、他端に設けられたインペラーケーシングとを有し 、該ケーシングが出口を有する、ポンプハウジングと、 該ハウジング内に回転可能に取り付けられたロータであって、前記入口管の前 記内径よりも小さい横寸法の長い軸部分を有し、更に該軸部分に取り付けられた インペラーを有し、該インペラーが前記インペラーケーシング内に配置されてい るロータと、 前記ロータの前記軸部分を前記ハウジングの前記入口管内に保つラジアル磁気 軸受であって、前記軸と前記内径との間の環状容積により血液流路を提供するラ ジアル磁気軸受と、 前記ロータが軸線に沿った所定の位置を超えて並進しないように拘束するスラ スト軸受とを備え、 該スラスト軸受が、２つの所定の軸方向位置内にて前記ロータを拘束し、前記 入口管及び前記出口における血圧の変化に応答して、該ロータが該２つの所定の 軸方向位置の間を往復運動可能であるようにした、無シール型血液ポンプ。 ２２．請求項２１に記載の無シール型血液ポンプにして、前記スラスト軸受が前 記ロータの両端に配置され、該スラスト軸受間の距離が前記ロータの全長よりも 長いようにした、無シール型血液ポンプ。 ２３．請求項２２に記載の無シール型血液ポンプにして、前記スラスト軸受の少 なくとも一方が調節可能であり、これにより、前記スラスト軸受間の距離が前記 ロータの全長よりも僅かに長いように前記スラスト軸受間の距離が調節され得る ようにした、無シール型血液ポンプ。 ２４．入口管とインペラーケーシングとを有し、該入口管が長手方向軸線の周り で回転可能にロータを支持する軸受を備える無シール型遠心血液ポンプにして、 前記入口管内に設けられた回転可能な長い支持軸を備え、該軸が上流端と、下 流端とを有するロータと、 前記軸の前記下流端に取り付けられた中央の上面部分を有し、前記ケーシング 内に配置されたディスク形のインペラーであって、複数のブレードセクタを有し 、該セクタの各々が、前記上面部分から下面部分まで伸長する溝により隣接する セクタから仕切られているインペラーと、 前記インペラーにより支承された複数の永久磁石とを備える、無シール型遠心 血液ポンプ。 ２５．請求項２４に記載の無シール型遠心血液ポンプにして、前記インペラーが 軸方向に厚く、前記永久磁石が、前記インペラーを略貫通して軸方向に伸長する 磁石をから成る、無シール型遠心血液ポンプ。 ２６．入口管とインペラーケーシングとを有し、該入口管が長手方向軸線の周り で回転可能にロータを支持する軸受を有する無シール型遠心血液ポンプにして、 前記入口管内に設けられていて、上流端と下流端とを有する回転可能な長い支 持軸を備えるロータと、 前記軸の前記下流端に取り付けられた中央の上面部分を有し、前記ケーシング 内に配置されたディスク形のインペラーであって、軸方向に厚く且つ複数のブレ ードセクタを有し、該セクタの各々が、前記上面部分から下面部分まで伸長する 溝により隣接するセクタから仕切られているインペラーと、を備え、 前記インペラーブレードセクタが、該インペラーの密度を小さくすべく密封さ れた中空のチャンバを画成する、無シール型遠心血液ポンプ。 ２７．請求項２６に記載の無シール型遠心血液ポンプにして、前記インペラーに より支承された複数の永久磁石を有し、前記インペラーが軸方向に厚く、前記永 久磁石が、前記インペラーを略貫通して軸方向に伸長する磁石から成る、無シー ル型遠心血液ポンプ。 ２８．無シール型血液ポンプにして、 一端に設けられた入口管と、他端に設けられたインペラーケーシングとを有し 、該ケーシングが出口を有するポンプハウジングと、 該ハウジング内で回転可能に取り付けられたロータであって、前記入口管の前 記内径よりも小さい横寸法の長い軸部分を有し、更に、該軸部分に取り付けられ たインペラーを有し、該インペラーが前記インペラーケーシング内に配置されて いるロータと、 前記ロータの前記軸部分を前記ハウジングの前記内側管内に保つ半径方向磁気 軸受であって、前記軸と前記内径との間の環状容積により血液流路を提供する磁 気軸受と、 前記インペラーにより支承された複数の永久磁石と、導電性コイルを有するモ ータステータとを有するロータモータと、を備え、該モータステータがリング形 の形状をし且つ前記ロータを取り巻く、無シール型血液ポンプ。 ２９．請求項２８に記載の無シール型血液ポンプにして、前記リング形のモータ ステータが前記永久磁石と軸方向に整合している、無シール型血液ポンプ。 ３０．請求項２８に記載の無シール型血液ポンプにして、前記リング形のステー タが巻線により取り巻かれた円形の極片を備える、無シール型血液ポンプ。 ３１．請求項２８に記載の無シール型血液ポンプにして、前記インペラーにより 支持された前記磁石が円弧状の磁性セグメントを備える、無シール型血液ポンプ 。 ３２．無シール型血液ポンプにして、 一端に設けられた入口管と、他端に設けられたインペラーケーシングとを有し 、該ケーシングが出口を有するポンプハウジングと、 該ハウジング内に回転可能に取り付けられたロータであって、前記入口管の内 径よりも小さい横寸法の長い軸部分を有し、更に、該軸部分に取り付けられたイ ンペラーを有し、該インペラーが前記インペラーケーシング内に配置されている ロータと、 前記ロータの前記軸部分を前記ハウジングの前記入口管内に保つラジアル磁気 軸受であって、前記軸と前記内径との間の環状容積により血液流路を提供するラ ジアル磁気軸受と、 軸線に沿った所定の位置を超えて並進しないように前記ロータを拘束するスラ スト軸受であって、前記ロータの回転軸線の外側の位置に配置されたスラスト軸 受と、を備える無シール型血液ポンプ。 ３３．請求項３２に記載の無シール型血液ポンプにして、前記ロータの前記回転 軸線の外側にある前記スラスト軸受が、前記インペラーの１つの面に隣接して前 記ケーシング上に設けられた環状のスラスト軸受面を備える、無シール型血液ポ ンプ。 ３４．請求項３３に記載の無シール型血液ポンプにして、前記ケーシングが、内 壁と、外壁とを有し、前記インペラーが、上面と、下面とを有し、前記環状のス ラスト軸受面が、前記インペラーの前記上面に隣接して前記ケーシングの前記内 壁上に配置される、無シール型血液ポンプ。 ３５．請求項３２に記載の無シール型血液ポンプにして、前記ロータを所定の軸 方向位置に拘束し得るように前記第一のスラスト軸受と共に作動する第二のスラ スト軸受を備え、前記入口管と前記出口における血圧の変化に応答して前記ロー タが該所定の軸方向位置の間にて往復運動し得るようにした、無シール型血液ポ ンプ。 ３６．請求項３５に記載の無シール型血液ポンプにして、前記スラスト軸受の少 なくとも一方が調節可能であり、これにより、スラスト軸受間の距離が調節可能 であるようにした、無シール型血液ポンプ。 ３７．無シール型血液ポンプにして、 ポンプハウジングと、 該ハウジング内に回転可能に取り付けられたロータと、 該ロータを前記ハウジング内に保つラジアル磁気軸受と、 軸線に沿った所定の位置を超えて並進しないように前記ロータを拘束するスラ スト軸受と、を備え、該スラスト軸受が、前記ロータを２つの軸方向位置の間に て拘束し、血圧の変化に応答して前記ロータが該２つの軸方向位置の間にて往復 運動するようにした、無シール型血液ポンプ。 ３８．請求項３５に記載の無シール型血液ポンプにして、前記スラスト軸受がロ ータの両端に配置され、該スラスト軸受間の距離が前記ロータの全長よりも長く 、 前記スラスト軸受の少なくとも一方が調節可能であり、これにより、前記スラ スト軸受間の距離が調節され得るようにした、無シール型血液ポンプ。