JPS5849152A - 血液ポンプ - Google Patents

血液ポンプ

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JPS5849152A
JPS5849152A JP57095582A JP9558282A JPS5849152A JP S5849152 A JPS5849152 A JP S5849152A JP 57095582 A JP57095582 A JP 57095582A JP 9558282 A JP9558282 A JP 9558282A JP S5849152 A JPS5849152 A JP S5849152A
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    • Y10T137/7879—Resilient material valve
    • Y10T137/7888—With valve member flexing about securement
    • Y10T137/7891—Flap or reed

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は人体外の循環系を通して血液を移送すルタめに
、血液室を出入するダイヤプラム往復動を利用する血液
ポンプに関する。従来は、人体外の血液浄化処理中置に
血液を移送するために主としてローラポンプが用いられ
てきた。このようなローラポンプは１通常、総体円弧状
に配設された一連の血液チューブを含有し、ローラが回
転中核チュー゛プを圧縮しつつ緩慢な往復脈流で血液を
移送している。このような嬬動型ポンプは満足すべきも
のではあるが、米国特許第４，２３１，８７１号に示す
改良一体形中空ファイバ人工腎臓に容易に適用して使用
はできない、 人工腎臓の現在の血液透析医療用途および血液浄化処理
中の人体外面液循環制御装置の関係当業者は、信頼性の
ある血液ポンプで該ポンプが人工腎臓と一体で使用後肢
腎臓と共に庭棄可能なほど安価に製作できないかという
希望を長い間抱いてきた。
本発明の血液ポンプはこの要求を充足し、米国特許第４
．２３１，８７１号に示す形式の中空ファイバ人工腎臓
内に一体要素として組込むのにとくに適した血液ポンプ
を提供する、本発明のポンプは。
可撓ダイヤフラムおよび人口ならびに出口の低抵抗弁を
具備した小形軽量単一血液室からなり、該弁は血液室を
入口または出口血液導通路のいずれかと交互に結合する
。
概説すれば、ダイヤフラムポンプは気化器および燃料ポ
ンプ技術において古い。可撓ダイヤスラムは気化器に燃
料を供給するための２以上の室を有する燃料ポンプにて
すでに使用され、ある種の構造は気化器へのガソリン流
を制御するために可撓ダイヤプラムと一体のちょう形弁
を使用してきた。この形式のポンプはダイヤフラムの作
動動力源としてクランクケース圧力の変化を利用し、ダ
イヤフラムを毎分２０００ないし９０００回という速さ
で作動するためにエンジンの高速回転に依存している。
この形式の装置は米国特許第２．７６９，８３８号、第
３，０４５，６０５号および第３．２５０．２２４号に
示されている。これらの構造は、ガソリンが気化器に供
給されるところの高速でフラップし１幅広で慣性が大き
く高抵抗ヒンジ領域を有するちょう形弁を一体に具備じ
−た可撓ダイヤフラムを有する多室装置である。血液が
このような装置を通してポンプ移送されると血液は溶血
現象（ｈｅｍｏｌｙｓｉｓ　、血液が破壊されてヘモグ
ロビンが溶出する現象）で破壊されるので、このような
装置は血液に使用するには不適当である。
フラ゛ツバがダイヤフラム面から実質的にあるいは自由
に離れないように制限するウェッブフィンガで拘束され
、小環状通路を介して流体を通過させるちょう形弁を用
いた可撓ダイヤフラムを使用する単−室燃料ポンプが米
国特許第２，９８０，０３２号に示されている。この構
造もまた。このポンプを使用することによる急激な方向
変化および曲りくねった流路に起因する溶血現象により
血液をポンプ移送するには不適当である。この型の流れ
は、本発明の血液ポンプのｌイヤフラム内の自由開閉可
能で、低慣性、非拘束ちょう形弁を通過して生ずる平滑
でほぼ一方向な流れとは対照的である。
液体の静脈内吐出に用いられる他の形式のダイヤプラム
ポンプは米国特許第３，９７６，４０２号および第４．
１６５，２０８号に示されている。これらのポンプは、
液体供給室内へ往復動するピストンのための細菌遮断被
膜として可撓ダイヤフラムを使用し、供給室から同様な
弁を具備する吐出室へフロート式または重力式制御弁を
介して液体を通過させている。
本発明の血液ポンプは可撓ダイヤスラムを具備した単−
室の小形装置であり、該ダイヤプラムは血液室の一側面
を形成し、上部および下部本体部材をシールして間隔を
なして配設された入口および出口導通路を一体に有する
液密封血液室を形成する。ダイヤフラム部分は、下部本
体部材内の中央に配設されたダイヤプラム被覆開口の側
部から該導通路部分をシールして隔離する。ダイヤフラ
ムはまた入口および出口導通路内の上端開口上に横設す
る一体のちょう形弁を具備し、これらのちょう形弁は入
口導通路から血液室への血液流および血液室から出口導
通路への血液流の方向の長手軸線上に配設された薄肉単
一ウニツブでダイヤフラムに装着されている。血液導通
路の内壁および血液室の内壁面は平滑でなだらかな曲面
であって、鋭敏なエツジまたはポンプ内血液流通路内に
伸長する突起物はない。フラツノ髪の自由端の開き過ぎ
を防止し、血液室内の空洞への該ダイヤフラムの進入お
よび脱出のたびに該導通路開口上に７ラツパ部分を迅速
に容易に完全閉止させるよう該低慣性ちょう形弁には平
滑な丸みを有するフランバストツバが配設されている。
ポンプは小形で、総体円形で直径が約１−２インチの血
液室を具備したものが典型例であり、血液に適した成型
可能プラスチックおよび本発明のポンプ組立体に容易に
成型可能な安価な可撓ダイヤプラム部品から製作される
。操作上米国特許第４．２３１，８７１号に示す形式の
人工腎臓の一体部品であることが好ましく、該ダイヤフ
ラムは容積式往復駆動ピストン装置により撓みを受ける
が該ピストンはダイヤフラムに固定装着されることが好
ましく、その往復動は毎分５０−２０　ｒｌ　ａ復σ】
範囲の遅い速度で患者の動脈から人工腎臓へそして再び
患者の静脈へとほぼ一定速度の低サイクル正弦波の血液
流パターンを堤供する。該ポンプは、不満足な、すなわ
ち医療的に不合格な程度の溶血現象や凝固を生ずること
なく血液を静かに移送し、一般的には長期使用で医療的
に合格である情動形ポンプとして血液ｖ！素に対し少（
とも同様に保１１に−的である。
第３図でよくわかるように総体を１０で指示する組立体
は、凹なる上部本体）−ウジフグ１２．ａ体を１４で指
定する下部本体および該上部ならびに下部本体部材の接
面間に挿着固定され総体を１６で指示する可撓ダイヤフ
ラムシー　リング部材を含有する。上部本体は第８図に
示すよ５に２つの分割成型品として製作され、総体を１
８で指示するダイヤフラムサポートをすべての接縁面Ｋ
Ｇって上部ハウジング１２に対しシールして第３図にみ
られるように一体の単一部品上部本体１２を形成する結
果となる。下部本体１４はダイヤフラムプランジャ開口
３２の両側に配設された一体の血液人口導通路２８およ
び出口導通路３０．ヘノミリン（ｈｅｐａｒｉｎ　＊凝
結防止剤）等の注入のための注入口３６および人工腎臓
への組立゛Ｃを確実にするための取付翼６５すなわちフ
ランジを含む一体成型品を具備する− 組立てたとき、血液空洞２０は上部ノ・ウジング１２の
内壁１７．ダイヤフラムサポート１８の上面およびダイ
ヤフラム１６の露出上面１９で形成される。血液空洞２
０は、それぞれその側部で人口導通路２８および出口導
通路６０に隣接するところの入口部分２４を一方側に出
口部分２６を他方側に有して中央に配設された半球部分
２２を有する。
ダイヤフラム１６は、接面する下部本体１４の上部接面
部分とダイヤフラムサポートｉｓの下部接面部分との間
に保持され固定される。組立゛Ｃたとき、ダイヤフラム
１６はダイヤフラムとシールガスケットの２つの機能を
有し、入口および出口導通路２８，３０を血液空洞２０
とダイヤフラム１６の中央の膨張部分１９とから遮断し
、該ダイヤフラムは下部本体１４内のプランジャ開口３
２上に横設してＩ４４図に示す実線から点線へと血液空
洞２０内に進入する。
第８図からよくわかるように、下部本体１４はその上面
に、入口導通路２８上端の開口５６を囲む円形Ｖ形溝６
４および出口導通路３０上端の開口４０を囲む同様なＶ
形溝３８が配設されている。
ダイヤプラムサｚ−）１８が上部本体ハウジング１２の
一体下縁部分として組立てられたとき、該ダイヤフラム
サポート１８の下面は、溝３４，３８の各々と同一垂直
位置に配設されたＶ形１ｆｌ！４２．４４を提示する。
対となる溝３４．４２および３８．４４は、ダイヤフラ
ム１６の両面上のやや大なるＶ字形突起４６．４８を受
けて噛み合いシール結合を形成するような寸法となって
いる。館３図に示すようにダイヤフラム１６が組立てら
れたとき、液密封シールがこのように形成されて血液空
洞２０を導通路２８．３ｏがら隔離するが、後に詳細に
説明するように、一体のちょう形弁３７および４１が作
動したときだけその結果として交互に連絡して運転され
る。
下部本体１４の上面にはまた開口３２より直径がやや大
なる円弧状溝５０が配設されている。第３図に示すよう
に組立てたとき、溝５ｏはダイヤフラム１６上）１８ｇ
下面内の対向する円弧状溝５２と協働してダイヤフラム
１６上のやや大ナル球状突起５４とシール結合をなして
保持する。突起５４の側部はダイヤフラム１６の両面か
ら外方に伸長〕−截頭半球の断面形状を有する。
第４図および第８図でよくゎかるよ５Ｋ、ダイヤフラム
サポート１８内の溝５２は、ダイヤフラムサポート１８
の内方に伸長する壁部５５で形成される内部開口５７の
やや外側［間隔をなして配設されている。開口５７は下
部本体部材１４内の開口３２より直径がやや大で壁５５
はその下面で急な丸みをとった隅部５６で終端し、端面
の電線から半径方向への傾斜は約１５ないし３５°の範
囲であることが好ましい。ダイヤフラム１６の膨張部１
９が空洞内に突出すると、隅部５６は上部接面１９を保
持するごとく結合し、第４図の点線部分で示すようにダ
イヤフラムを空洞２０内に平滑な円弧状に膨張させる。
ちょう形弁３７．４１は第１８図でよくわかるように各
々円形フラッパ部分５４．５６を具備し。
各フラッパ部分はそれぞれウェッブ５８．６０でダイヤ
フラム１６に装着されている。
ウェッブ５８．６０はダイヤフラムの厚さに比べて薄く
、フラッパ部分５４．５６に比べて小さ。
く、導通路６６．４０を開閉するピボット運動に対し抵
抗の少ないきわめて可撓なピボットを介して該フラッパ
部分をダイヤプラムに固着する。かくしてちょう形弁６
７．４１は、ダイヤフラム１６の往復動方向変換時の血
液流すなわち圧力の小変化に超因する小さな力に応答し
て開閉する。各ウェッブ５８．６０は第３図および第５
図のように。
その付属血液導通路２８．３０の長手軸と同一線上でか
つその中心線上に配設されている。ウニツノ６６のこの
配置はちょう形弁４１のフラッパ部分５６を自由にピボ
ット回転させ、第５図の出口導通路６０の出口開口４０
を囲む上部本体１２の下部周縁閉止面６２と接するその
閉位置から第２０図のようなストッパ６６と接する開位
置まで該フラッパ部分を可動される。同様に、ウェッブ
５８の同一線上配置はフラッパ部分５４を自由にピボッ
ト回転し、同時に第１９図のストツノ６８と接するその
開位置から第６図の下部本体１４の下部周縁閉止面６４
と接するその閉位置まで該フラッパ部分を可動させる。
ダイヤフラム１６は可撓で、伸長セットにも抵抗性を有
し、血液にも適合し、反復撓みに対しても高い疲労抵抗
を有することを必要とする。シリコンゴムはダイヤフラ
ム形成に好ましい材料ではアルが、エチレン−プロピレ
ンゴムのような他の可撓；トリマ材料もまた満足すべぎ
材料である。ダイヤフラムの■撓性はその厚さと開口６
２の直径で異なり、−例としてシリコンゴムに対しては
開口６２の約１ないし２インチの直径に対し約０．５０
８〜２．０３２ｔａｍ　（０，０２０〜ｏ、ｏｓｏイン
チ）の厚さとしてよい。典型的なフラッパ５４゜５６は
４．７６〜７．９３鮎（３／１６〜５／１６インチ）の
直径を有し、１．０２龍（０，０４０インチ）の厚さの
好ましいダイヤフラムに対してはウェッブの厚さは約２
．０３〜３．８１順（０，００８〜０．０１５インチ）
の範囲内で好ましくは約０．２５４　ｉｎ　（’０．０
１０インチ）と薄くし、ウェッブ長さはその厚さの約３
ないし６倍で好ましくは約１．２７１ｍ　（０，０５イ
ンチ）とすることが有利である。ちょう形弁ストツノ１
！６６．６８はフラン・ぞが閉位置にあるときの隣接面
かられずかの空間を設ける比較的近接位置にある開位置
をフラッパ４１および３７が占るよう、ちょう形弁スト
リッパ６６．６８は該フラッパの過大なピボット運動を
防止する。このような近接位置でも開口４０．３６を通
過して自由で制限を受けない血液流を可能とし、同時に
ちょう形弁３７，４１１Ｃ対しきわめてわずかな血液流
方向転換で完全な閉止を確保する。ストッパ６６．６８
）ま平滑な面で形成され、第３図、第５図および第６図
のように内壁１７および出口導通路６０の内面からのな
だらかな曲線投影を提供する。ちょう形弁４１および３
７の各々がその開位置にあるとキ、　スｔ、　ｙ　Ｊは
、ウェッブ６０および５８と同一線上で該フラッパξを
二等分する直径方向平面に沿ってフラッパ部分５６．５
４を支持する。
本発明による血液ポンプは驚くはと小型で軽量であり、
６個のプラスチック成型部品と１個の弾性ダイヤフラム
とから比較的容易に製作される。
血液透析処理の４ないし６時間の間、毎分１５０ないし
３５０　ａｍ３の割合で血液をポンプ移送し、しかも１
回以上の処理に使用可能であることを考慮するとそのポ
ンプサイズは驚く−べきものである。
多数の成型プラスチック材料がポンプ製作用に遍してい
る。最も重要な要求は血液との適合性、成きた。
ダイヤフラム１６の好ましい形状を第８図に示す。そこ
泥水されているダイヤフラムは、ダイヤフラムに往復ｉ
１？Ｉ）プランジャ８０を着脱可能に取付けるための一
体の装着装置７８を含有するように変更さねている。こ
の構造ｉ、正確なストロ−り長さの再現とその結果の往
復動毎の血液空洞２０内へのダイヤフラムの正確な進入
量とを可ｈトと１−１か＜　１．て各サイクル毎に血液
の同−容撞を定常的に排出することを確実にする。正確
で定常的な均一速度の血液波はかくしてプランジャｆ】
長さまたは往復動の速度を変更するだけで得られる。
この好ましいプランジャの確実装着は、血液空洞２０内
への幅広いより均一な円弧状進入を行わせる利点を有し
、該進入はプランジャＪ】中央部σ１内部撓み距離がよ
り小さくても血液の１１１積量を増加し、これによりプ
ランジャの端に隣接する付近での疲労あるいは局部伸張
を瀘少する。
＃′８図に外・す変更されたダイヤフラムはシリコンぜ
ムの単一成型品である。膨張部分１９は外側フラノ・ξ
支持部分に比較して厚さを増し、その下側に槍先形状空
洞８２を含む成型伸長部７８を具備し、該槍先形状空洞
は同形状のプランジャを着脱可能に装着可能になってい
るｌ’８図に示すようにシランジャ８０は槍先形状頭部
８１および環状リング８３を具備し、それらは、プラン
ジャヘッド８１の前方曲面縁が空洞８２の内側伸長７ラ
ンジ部分８８とロック結合するようにスナップ挿入され
るとき頭部８１を空洞８２内に強制挿入１２て翼部分８
４．８６を横に広げることによりダイヤフラムに装着さ
れる。その他の確実装着装置、たとえば他の形状のプラ
ンジャヘッド、その取付装置および弾性材料以外の材料
を有するものを含めて、これらはもｌ〜必要ならば使用
してもよいことは当然である。なぜならば、ダイヤフラ
ムの進入脱出の改良された確実運転は本発明の好ましい
形状で゛あるからである。
ポンプ１０はその底部入口導通路２８から頂部出口導通
路６０まで約５０．８−７６．２ｘｘ（２〜５インチ）
の長さである。入口導通路２８は血液空洞２０にはいる
上端開口６６よりもその吸込部分２９ｖｃおいて実質的
に幅広で、第２図および第３図に示す、ように内方およ
び上方に次第にテーパが付けられ、かくしてもし必要な
らば血液供給装置あるいは一体の血圧測定装置を装着す
るための結合装置としての機能をも有し５る。出口導通
路３０は開口４０から血液チューブ結合開口３１へとな
めらかなテーバが付与され、両テーパ付き導通路の内壁
はポンプ移送される血液の溶血現象あるいは凝結を生じ
させる渦あるいはデッドスポットを形成しないよう、血
液流通路内には鋭い突起は存在しない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明によるポンプ組立体の斜視図、第２図は
第１図に示す好ましいポンプの実施態様の平面図、第３
図はＷ、２図の組立体のｔｌ【２図の線３−３について
の断面図でその間に装着されたダイヤフラムで組立体内
にシールされた上部および下部本体部分を示し、第４図
は第２図のポンプのダイヤフラム被覆中央部分の断面図
で同図の線４−４で切断したもの、Ｗ、５図は上部本体
部材の下部閉止部に対し閉位置である出口ちよ５形弁を
示す出口導通路の断面図で第２図の線５−５で切断した
もの、第６図は下部本体部材の上面の閉止部分に対し閉
位置である入口ちょう形弁を示す入口導通路の断面図で
第２図の線６−６で切断したもの、第７図は第６図の上
部本体部材の土壁内に配設された注入口の断面図で第２
図の線７−７で切断したもの、第８図は第３図の断面組
立体の展開断面図で１組立前に好ましい成型部品および
好ましいダイヤフラムを含有するように変更し、頂部か
ら底部へ注入口、上部本体部材、ダイヤフラム固定リン
グ、ダイヤフラム往復駆動体の固定装着のための一体装
置の好ましい形状を示すダイヤフラム、および下部本体
部材を含有したもの、第９図は第８図の断面で示す上部
本体部材内の内面を見上げた図、第１０図は第８図の断
面で示す下部本体の頂面な見下ろした図で人工腎臓に容
易に装着可能に変更したもの、第１１図は入口導通路を
下に出口導通路を上にした通常使用位置に配置した第２
図の組立ポンプの底面図、第１２図は第８図のダイヤフ
ラム固定リングの平面図、第１６図は第８図のダイヤプ
ラム固定リングの底面図、第１４図は第１２図のリング
の断面図で同図の線１４−１４で切断したもの、第１５
図は第１２図のリングの断面図で同図の線１５−１５で
切１析したもの、第１６図はリングと上部本体部材とを
一体要素に組立て、組立中Ｖこシールを保持するための
第１２図のリング内に設けた溝の拡大図で同図の＠１６
−１６で切断したもの、第１７図は第８図のダイヤフラ
ム上の突起と面接して上部および下部本体部材を単一体
にシールして人口および出口導通路をダイヤプラムの膨
張可能中央部分からシール分離する第１６図のリングの
下面内の溝の１つの拡大図、第１８図は第６図のダイヤ
フラムシールおよびちょう形弁部材の平面図、第１９図
は第６図の左側の入口導通路付近の上部本体部材部分の
断面拡大図で、上部本体部材の下部壁土にあってフラッ
パをダイヤフラムに装着する単一ウニツブの反対側のち
ょう形弁の中央部分に配設されたストッパに当たって開
位置となったちょう形弁を点線で示し、第２０ｆｍは第
５図の下部本体部材の部分の断面拡大図で、出口導通路
の長手軸と同一線上に配設された単一ウェッジでダイヤ
フラムに装着され出口導通路の中央部分のストッパに当
たって開位置となったちよう形弁を点線で示す。 １０・・・白液ポンプ　１２・・・上部本体部材　１４
・・・下部本体部材　１６・・・ダイヤフラム部材　１
８・・・ダイヤフラム固定装置　２０・・・血液室　２
４．２８・・・入口導通路　２６．５０・・・出口導通
路 ６２・・・ダイヤフラム保持開口装置 ３３．７４・　　注入Ｄ　　３７，４１・・・ちょう形
弁装置　５７・・・ダイヤフラム保持開口　６６．６８
・　　ストツノξ装置　８０・・・ダイヤフラム可動装
置 特許８８人　　コープイス・ダウ・コーポレーション号
〃

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ｍ　　（ａ）　　ダイヤフラム部材１６をそれに固定す
    る装置１８を有する凹なる上部本体部材１２、（ｂ）　
    　前記上部本体部材に組合わされ、ダイヤフラム部材を
    それに固定するための介在ダイヤフラム保持開口装置６
    ２で分離された入口２８および出口３０導通路を有する
    下部本体部材１４゜ （ｃ）　　前記開口および前記人口ならびに出口導通路
    の各々の上に横設して前記上部および下部本体の間に装
    着され、前記上部本体部材の内壁と前記ダイヤフラムの
    上面との間に血液室２０を形成するダイヤフラム部１ｆ
    ４１６゜（ｄ）前記血液室と連絡し、介在ダイヤフラム
    保持開口５７で分離された入口２４および出口２６導通
    路、 （ｅ）　　前記上部および前記下部本体部材が協働して
    シールされると、前記ダイヤフラム保持開口に対して液
    密対シール関係となる前記血液室、および （ｆ）　　前記室の内部な各導通路の内部から分離する
    ところの前記人口２８および出口６０導通路内の上端開
    口上に横設し前記ダイヤフラムと一体のちょう形弁３７
    ．４１であって、前記弁部材４１．３７は、前記ダイヤ
    フラムの前記血液室への進入脱出に応じて交互に前記導
    通路３０．２８の内部を前記室２０と連結する位置に可
    動で。 ダイヤフラムが前記室内に進入のとき前記出口弁は開で
    前記入口弁は閉であり、ダイヤフラムが前記室から脱出
    のとき前記入口弁は開で前記出口弁は閉であるちょう形
    弁３７．４１、から成る血液ポンプ。 （２）前”肥土部本体部材の前記内壁上で前記入口導通
    路内の開口に隣接して配設され、前記入Ｌ」導通路内の
    開【］上に横設する前記ちょう形弁の上方運動を制限す
    る機能を有するストツパ装ｆ＃６８を含有する特許請求
    の範囲第１項記載のポンプ。 （３）前記出口導通路内でその開口に隣接して配設され
    、前記出口導通路内の開口上に横設する前記ちょう形弁
    の下方運動を制限する機能を有するストッパ装置６６を
    含有する特許請求の範囲第１項又は第２項記紀のポンプ
    。 （４）前記ちょう形弁装置は前記各開口上に横設する総
    体円形状の閉止部分を具備し、前記開口を通過して血液
    が流れるとき上下に可動する前記閉止部分の反対側で前
    記導通路の長手軸と同軸に配設されたウェッブにより前
    記閉止部分は前記ダイヤプラムにピボット結合で装着さ
    れている特許請求の範囲第１項記載のポンプ。 （５）前記導通路の内面は平滑な曲面で前記導通路内の
    液流路内に鋭い突起がない特許請求の範囲第１項記載の
    ポンプ。 （６）前記ダイヤフラムの前記至内ｌ＼の出入をＩＩ工
    動する装置８０は、前記下部本体部材内の前記介在開口
    上に横設する前記ダイヤプラムの中央部分付近で前Ｆダ
    イヤフラムに一体に固定されている特許請求の範囲第１
    項記載のポンプ。 （７）前記血液室は注入ロア４を具備する特許請求の範
    囲第１項記載のポンプ。 （８）前記出口導通路は注入口３２を具備する特許請求
    の範囲第１項記載のポンプ。
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