JPS59177057A - 脈動発生装置 - Google Patents

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】 本発明は膜を内蔵した膜モジュールヘローラーポンプで
液体を供給する際、該膜モジュールの入口側または出口
側に接続された径路に取シ付けたバルブを作動させて径
路を周期的に開閉して膜モジュールへ脈動状態の液体を
供給する脈動発生装置に関するものである。本発明装置
は特に血液透析、血液濾過、血漿分離などの血液処理器
、腹水濾過、腹水濃縮、膨水濃縮などの腔水処理器に好
適に使用することができる０ 近年中空糸状あるいは平板状の血液透析膜を収容した膜
モジュールを用いて腎不全、肝不全などの患者の血液中
に存在する有毒物質を除去する血液透析治療の発達は目
ざましく患者の救命、延命も可能となってきている。し
かし、患者の社会復帰、短時間治療を達成させるにはよ
りいっそう膜モジュールの性能を向上させなければなら
ない。

膜モジュー尤の性能を向上させる一つの方法として、最
近Ｐｕ１ｓａｔｉｌｅ　　ｐｕｍｐを用いて脈動状態の
血液を膜モジュールへ供給することが提案された。

（人工臓器１０巻１号ｐ８５〜ｐｓｓ、　１９８１　）
血液透析に用いられているローラーポンプは血液回路を
ローラーが圧潰しつつ移行するため血液にわずかながら
脈動が生じることは自明であるが、かかる方法は膜モジ
ュールにローラーポンプによる脈動よシも更に大きな脈
動状態の血液を供給することにより、物質移動抵抗の減
少と血液の偏流やチャンネリングを是正して有効膜面積
の増大を計ることができその結果透析効率が約１０係向
玉するといわれている。また本発明者らの治験では上述
の透析効率の向上ばかりでなく、減ヘパリン透析、無ヘ
パリン透析においては膜モジユール内での凝血、残血も
ある程度減少させるという優れた効果を有していること
が判明した。しかしながら従来の装置はローラーポンプ
を間欠的に回転させたり、おるいは偏心ローラーを用い
ているため既設のローラーポンプを改造する必要があり
、かつローラー　ポンプで形成される脈動波形はなだら
かなカーブを描くため脈動が回路で吸収されて脈動効果
が減少するという問題があった。

したがって本発明の目的は既設のローラーポンプを改造
せずに脈動を発生させることのできる構造が簡単で故障
の少い脈動発生装置を提供することにある。

本発明の他の目的は鋭い脈動波形を描くことにより脈動
効果を充分発揮することのできる脈動発生装置を提供す
ることにある。

更に本発明の目的はローラーポンプの回転数と無関係に
常に一定の振巾の脈動波形を発生することのできる脈動
発生装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は脈動波形の振巾を容易に変更
することのできる脈動発生装置を提供することにある。

本発明の脈動発生装置はローラーポンプと、膜を内蔵し
た膜モジュールとこのポンプで移送される液体の流路を
断接するバルブと、ローラーポンプの回転軸に取り付け
た、マグネットを収容した固定回転板と、上記ポンプの
ロータリーガイドに着脱自在な移動板に設けた近接スイ
ッチからなる上記バルブへバルブ閉止信号を間欠的に発
信する加圧開始信号入力手段と、この信号の周期を電圧
値またはパルス計数値に変換する同期モニタ回路と、上
記加圧開始入力信号の周期に相関する加圧期間を設定す
る加圧期間設定回路と、加圧開始時点から積算される電
圧値またはパルス計数値が上記モニタ値と同一になるま
での期間バルブ閉止信号を出力する比較回路からなる脈
動発生装置であるＱ 次に本発明装置の一実施例を図面にて説明するＯ第１図
は本発明装置の説明図であり、この装置はローラーポン
プ１、液体移送管１１、膜モジュール３０、バルブ２、
加圧開始信号入力手段３および脈動発生用の制御回路１
２で構成されている。

ローラーポンプ１はロール２０をチューブ２１へ押付け
て圧潰しつつ移行させチューブ内の液体′ｌｃ順次移送
させるポンプで液体の移送量によりローラー数を適宜決
定することができる０例えば血液ポンプの場合通常２０
−ラー型ポンプが使用される。

液体移送管１１はステンレス管、樹脂管あるいは可撓性
のプラスチックチューブなどを使、用することができる
。血液などの移送には通常軟質塩ビチューブが使用され
る。かかる可撓性チューブの場合バルブでチューブを閉
止している期間にチューブ内に加圧される圧力はチュー
ブの膨張で吸収することができるが、ステンレス管など
の剛性を有する管では圧力吸収手段がないためバルブの
閉止期間が長いとポンプの破壊を招く恐れがある。

したがって剛性を有する管の場合には管路に圧力吸収用
のチャンバー１３を設けることが好ましい。

膜モジュール３０は中空糸状、円筒状あるいは平板状の
膜を内蔵したものである。このような膜としてはエチレ
ン−ビニルアルコール系共重合体、セルロースアセテー
ト等のセルロース誘導体、ポリオレフィン、ポリアクリ
ロニトリル、ニトリル、ポリアミド、ポリエステル、ポ
リスルホンへからなる膜が知られている。上記膜は公知
の方法でモジュール内に収容される。

と 上記移送管に設けたバルブ２は自動的に径路を開閉する
自動バルブであり通電時に流路が遮断される型式のもの
、すなわち装置不使用時（スイシチを断ったとき）に流
路がつながるものである。

このバルブは血液の場合通常直動式のピンチバルブが使
用されるが、工業用途などでは他の閉ＩＥパル７−　ｓ
　＋’Ｊ　エバホールバルブやスリースバルブナトを用
いることができる。上記゛パルプは膜モジュール３０の
入口側芽たは出口側の移送管に取り付けることができる
０通常膜モジュールの入口側の移送管に取り付けること
が好ましい。

上記バルブの駆動は通常ソレノ・ｆドで行われるが大型
のバルブの場合にはエアシリンダあるいは電気モーター
で行うことができる。上記バルブの駆動の遠隔操作は電
気信号あるいはエア信号で行われる。

加圧開始信号入力手段３はバルブを閉止する信号を制御
回路１２へ出力するもので、この信号は第２図に示すよ
うにローラーポンプ１の回転軸に取着したマグネット１
６′を収容した固定回転板１４とポンプのロータリーガ
イド１７に取り付ける着脱自在な移動板１５に設けた磁
気式の近接スイッチ１６で構成されており、該固定回転
板が回転して移動板に取シ付けた近接スイッチの真下ま
でくるとマグネット１６′の作用によりスイッチが入っ
て加圧開始信号が出力される。

上記手段では軸に固定した固定回転板によりポンプの回
転数に比例した第３図（１）に示すようなパルス（ａ）
が発信される。

脈動発生用の制御回路１２は上記手段（８）で出力され
た信号で閉止したバルブの閉止期間を設定する回路であ
り、波形整形回路４、同期モニタ回路５、加圧期間設定
回路８、比較回路９および駆動回路１０で構成されてい
る。

波形整形回路４では上記加圧開始信号入力手段で発信さ
れるパルスが第３図（２）に示すような短形波（ｂ）に
整形される。

次の同期モニタ回路５は上記波形整形回路４で出力され
た信号（ｂ）の周期を電圧値またはパルス計数値に変換
するもので、電圧値またはパルス計数値を検算する積分
回路と、リセット回路とランプ傾度（′θＯ）のノコギ
リ刃状の基準波形（ｅ）を形成する電圧値またはパルス
計数値変換回路６と、上記積分された電圧値またはパル
ス計数値の最大値（ｄ）を記憶するメモリ回路７で構成
されている。したがってパルス（ａ）の間隔（ｊＬ）が
短い、言い換えればポンプの回転速度が大きいと変換回
路６で変換さ、れたランプ傾度（θ０）のノコギリ刃状
の基準波形＜Ｑ）の間隔が短くなり、この波形の最大値
向は低くなる。

逆に回転速度が小さいと波形の最大値（ｄ）は高くなる
０ 加圧期間設定回路８は径路内の液体が所定の圧力に上昇
するまで弁の閉止する期間を設定するもので、この回路
は上記電圧値またはパルス計数値変換回路６と同じ回路
を用いることができる。すなわち加圧開始信号によりセ
ットされて設定されたランプ傾度（θ）で時間とともに
上昇する電圧値またはパルス計数値（ｅ）を積算する積
分回路とリセット回路で構成されている。上記リセット
回路は上述の変換回路６に設けたリセット回路と共用し
ているため電圧値またはパルス計数値の積算スタート点
を同一とすることができる。加圧期間は加圧開始信号入
力時点から時間に比例して上昇する電圧値またはパルス
計算値のランプ傾度（θ）により設定することができる
。

比較回路９は上記設定回路８で設定された所定のランプ
傾度（θ）で積算される電圧値またはパルス計数値（ｅ
）と、上述のメモリ回路７で記憶された電圧またはパル
ス計数の最大値（Φを比較して電圧値またはパルス計数
値（ｅ）が、記憶された電圧またはパルス計数の最大値
（中を超えるまでの期間バルブを閉じる信号（ｆ）を次
の駆動回路１０に出力する回路である。すなわち上記信
号（ｆ）が出力されている期間はバルブが閉止されてお
り、この期間を過きるとバルブが開となり次のパルスが
発生するとバルブは再び閉止する。

次に上記制御回路の作動について第４図及び第５図にて
説明する。第４図はランプ傾度（θ１）は−足でローラ
ーポンプの回転速度を遅くした場合の説明図であり、こ
の場合パルス間隔は第４図（１）に示すように（Ｌｌ）
から（Ｌ２）へと長くなる。したがって電圧またはパル
ス計数値変換された変換値（ｄ２）は第４図（２ンに示
すように尤の変換値（ｄｘ）より太きくなる。しかし、
なから電圧値葦たはパルス計数値（ｅ）は設定された同
じランプ傾度で（θ１）で上昇するため上記電圧値また
はパルス計数値が記憶された変換値（ｄｌ）、　（ｄｚ
）と同一になるまでの期間は第４図（８）に示すように
バルブ閉止信号（ｆｌ）ｔ　（ｆｚ）が出力される。し
たがって１サイクル（８す、　（Ｓ２）とこの間にバル
ブが閉止している期間（ｂ）　、　（ｆｚ）との間には
力＝セの関係が成立する。そのため１サイ８１　　８２ クル中でのバルブが閉止している期間はローラーポンプ
の回転速度に関係なく常に一定に保つことができる。貫
い換えれば液体の圧力上昇（脈動の振巾）を常に一定に
保つことができるため、ローラーポンプの回転数を変更
しても異常な圧力が膜モジュールに加えられて膜が破損
することがなく極めて安全である。

さらに回転速度（パルス間隔）が一定（Ｌ）で加圧期間
の設定、言い換えればランプ傾度を（ｄｌ）から（θ２
）に変えた場合を第５図にて説明する。この場合回転速
度が一定なためパルス変換された電圧またはパルス計数
の最大値（ｄ）は第５図（２）に示すように一定である
。上述の説明と同様ランプ傾度（θ１）及び（θりで上
昇する電圧値またはパルス計数値の積算値が上記最大変
換値（ｄ）と同一と々るまでの期間、第５図（答）に示
すようにバルブ、閉止信号（ｂ）、　（ｆｚ）を出力す
る。したがってランプ傾度が小さくなると、それだけバ
ルブ閉止期間を（ｆｌ）から（ｆｚ）へ長くして振巾の
大きな脈動を発生させることができる。したがってラン
プ傾度を変えることにより脈動の振巾を適宜選定するこ
とができる。

上期同時モニタ回路、加圧期間設定回路および比較回路
は、マイクロコンピュータを用いることができる。

第６図は本発明装置を血液透析に適用した例である。血
液透析は人体の動脈より動脈側回路４１に導出した血液
をローラーポンプ１で中空糸３１を内蔵した膜モジュー
ル３０へ供給して該モジュール内に供給された透析液と
物質交換した後、静脈側回路４２からエアーチャンバー
３２をへて人体に帰還する体外循環血液回路を構成する
ものである。上記循環回路のローラーポンプ１と膜モジ
ユール３０間に自動的に径路を開閉する自動ピンチバル
ブ２が取シ付けられている。３７はエアチャンバーに取
り付けられた圧力計である。該ピンチバルブはローラー
ポンプ１に取ｐ句けちれた加圧開始信号入力手段３とバ
ルブの閉止期間を設定する制御回路１２でバルブの開閉
期間（脈動の振巾）が制御される。上記ピンチバルブ２
を閉止すると、バルブとローラーポンプ間で血液が加圧
され、一定期間後バルブを開放すると加圧された血液が
膜モジュール３０へ供給される。したがって周期的にバ
ルブの開閉を行うことに↓り第７図に示すような脈動波
形を得ることができる。第７図では２０−ラー型のロー
ラーポンプを２Ｑ　ｒｐｒｎで２００　ｒｒｔｌ／Ｈｒ
の血液を膜モジュール３０へ供硲し、バルブ閉止期間を
０．５秒に設定した例でめシＡ狽域はバルブ２を開閉し
て脈動を発生させた期間、Ｂ　ＩＪｔ域はバルブ２を開
放し、た期間でめるがローラーポンプでわずかながらの
脈動が住じている。

上記制御回路１２は第８図に示す筐体４０内に収容さオ
している。該筐体の前面パネルには電源スィッチ４６、
′電源表示ランプ４６、出力表示ランプ４７及び加圧期
間設定のダイアル４４が取シ付けられている。また筐体
の両側には該筐体をｏ−−ラーポンプの側壁に着脱自在
に取り伺けるためのマグネット４３が設けられている。

上記筐体の後端部には電源ブック４８、ｏ−ラーポンプ
に取り付ける移動板１５及びピンチバルブ２に取り付け
られた各リード線を接続する端子が設けられている。ロ
ーラーポンプに取り付ける移動板１５は第９図に示すよ
うに内面に近接スイッチ１６が取シ付けられている。ま
た側壁にはマグネット４９が設けられており、該マグネ
ットによりローラーポンプのロータリーガイドの二隅に
適宜数シ付けることができる。第１０図はローラーポン
プ１に制御回路を収容した筐体４０及び近接スイッチ１
６を収容した移動板１５を取ｐ付けた例であシ、筐体は
側壁に設けたマグネット４３でローラーポンプの側面に
取り付けられている。また移動板１５はロータリーガイ
ド１７の一隅にマグネットにより取り付けられる。一方
ローラーポンプの回転軸にはマグネツ）１６’を収容し
た固定回転板１４が取り付けられ、固定回転板に収容さ
れたマグネット１６′がＳ動板１５に取ｐ付けた近接ス
イッチ１６の真゛ドにくるとバルブ閉止信号が発信され
て制御回路に入力され血液回路４１を挾持するピンチバ
ルブ２が作動して血液回路を一定期間閉止する。ローラ
ーポンプｌの上面には電流計５０．回転敷設だダイアル
５３、電源スィッチ５１及び電源軟水ランプ５２が設け
られている。

以上のように本発明装置はポンプの回転数と加圧期間を
相関させることができるため、常に加圧力を一足に維持
することができるとともに加圧期間設定値をも容易に変
えることができるため圧力上昇による危険をも未然に防
止することができる。

さらに既設のローラーポンプに加圧スタート点を検出す
る加圧開始信号人力手段を付設するだけで脈ｗＪｔ発生
させることができる極めて実用的な装置である。また構
造が簡単なため故障が少なく、かつ安価である。

本発明は血液透析について説明したが、血液透析以外の
ローラーポンプと膜モジュールヲ組み合せた装置に適用
できることは上述の説明から明かである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の電気回路図を示す。第２図は加圧
開始信号人力手段をローラーポンプに取り付けた図であ
る。第３図は第１図に示す各回路での出力を示す波形図
である。第４図はランプ傾度が一定で、ローラーポンプ
の回転数を変えたときの制御回路の中力を示す波形図で
ある。第５図はローラーポンプの回転数が一定でランプ
傾度を変えたときの制御回路の出力を示す波形図である
。第６図は体外循環血液回路のブロック図である。第７
図は本発明装置を使用した場合と使用しない場合での脈
動波形を示す図である。第８図は制御回路を収容した筐
体と該筐体に接続される移動板及びピンチバルブの斜視
図である。第９図は移動板の構造を示す斜視図である。 第１０図はローラーポンプに第８図に示す筐体、移動板
を取ｐ付け、かつ血液回路にピンチバルブを取り付けた
例を示す斜視図である。 １・・・・ローラーポンプ　　　　２・・・・バルブ３
・・・−加圧開始信号入力手段　　５・・・・同期モニ
タ回路８・・・・加圧期間設定回路　　　　　９・・・
比較回路１１・・・・流体の流路　　　　　１４・・・
・固定回転板１５°・・・移動板　　　　　　　　１Ｇ
・・・・近接スイッチ１６’・・・・マグネット３ｏ・
・・・膜モジュール特許出願人株式会社り　ラレ 代理人弁理士本多　堅 ３８９− 鐘　１　図 祠イ卸回路 箭　２　図 ） 箔　３　図 第　４　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ローラーポンプ（１）と、膜を内蔵した膜モジュール−
   とこのポンプで移送される液体の流路回を断接するバル
   ブ（２）と、ローラーポンプ（１）の回転軸に取シ付け
   たマグネツ　ｄを収容した固定回転板０番）と、上記ポ
   ンプのロータリーガイドに着脱自在な移動板部）に設け
   た近接スイッチ（１６）からなる上記バルブへバルブ閉
   止信号を間欠的に発信する加圧開始信号入力手段（８）
   と、この信号の周期を電圧値またはパルス計数値に変換
   する同期モニタ回路（５）と、上記加圧開始入力信号の
   周期に相関する加圧期間を設定する加圧期間設定回路（
   ８）と、加圧開始時点から積算される電圧値またはパル
   ス計数値が上記モニタ値と同一になるまでの期間バルブ
   閉止信号を出力する比較回路（９）からなる脈動発生装
   置。