JPS59218159A - サツク型血液ポンプ - 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】 本発明は拍動型の血液ポンプの改良に関し、更にはサッ
ク型の血液ポンプであった、人工心臓又は補助人工心臓
、あるいは人工心肺にも用いることの出来る新しい型の
拍動型血液ポンプである。

近年、心臓外科術の進歩は著るしく、重症患者の手術も
人工心臓などの新しく開発された医療器具によって可能
な時代を迎えようとしている。人工心臓の開発は主とし
て牛、山羊、犬等の動物を用いて開発が行われ、臨床応
用としては現在数は少なく世界でも約２００例を数える
に過ぎない。

臨床応用が拡大して、重症患者に福音を与えるには、人
工心臓又は補助人工心臓に未だ改良されねばならぬ点が
多い。なかでも重要なのは血液ポンプの抗血栓性である
。人工心臓又は補助人工心臓を患者に適用するとき、そ
の使用中に血液ポンプ内に血栓を生じると、血栓生成の
初期であっても、その一部が検子となって剥離し、血液
の中に混じると、その検子は人工心臓からの血液の拍出
に伴って全身に運ばれ、この時脳の動脈血管に入ってこ
れを塞栓するといわゆる脳塞４全をお・こす。又、腎臓
に至れば腎臓の血管を塞栓し血液が流れにくくなって腎
不全の原因となる。このように血栓から生じる幹干の危
険は計９知れず、患者の内臓の各機能不全の原因となる
。

したがって、人工心臓又は補助人工心臓の実用化のため
には血栓生成の抜本的な解決が強く要望されている。

人工心臓又は補助人工心臓の抗血栓向上には、（１）材
料、（２）デザイン、（３）組立技術などが大きく影響
する。

本発明はこのうち特にデザインをポンプの拍動に伴う変
形ないし動作挙動との関連で追求した結果得られた知見
をもとにしてなされたものでおる。

人工心臓又は補助人工心臓を患者に適用する場合、血液
ポンプ内の血液の流れの状態が重要であり、この血液の
流れがいつも定常的に理想のバメーンで流れること、換
言すれば血液の流れに不均質な渦の発生がないことや滞
留する局所がないこと等が要求され、このためには血液
ポンプのデザインと血液チャンバーの変形挙動が重要と
なる。又、補助人工心臓を用いたとき、これは通常患者
の自然心臓の１００チないし２０チの補助のため一時的
（数時間〜２週間位）に使用するものであるが、患者の
自然心臓が回復するにつれ、補助人工心臓で補助する血
流量は減少する。血栓は血流が速い程おこりにくく、逆
に血液の流れがおそくなったシ滞留したシすると血栓生
成の危険は増大することが知られている。補助人工心臓
を用いて患者の自然心臓が回復するとこれに伴って補助
人工心臓の補助量は低下するが、逆に補助人工心臓の血
液チャンバー内の血液の流れはおそくなる。

本発明はこのようなときに血液ポンプ内に血栓生成を防
止するために、出来るだけ血液の滞留を防ぐようにした
血液ポンプであって、血液拍出時に血液チャンバー内の
大部分の血液を排出させ、血液ボング内の血液の置換効
率を高めた新しいデザインに係る血液ポンプに関するも
のであり、その要旨は、血液導入用管と血液排出用管に
連通して形成された血液チャンバーが流体の導入用と排
出用のためのポートをそなえた耐圧性ハウジング内に収
められ、前記血液導入用管及び血液排出用管の内部、又
は前記血液導入用管、血液排出用管から血液チャンバー
に至る任意の位置に血液導入用弁、血液排出用弁が装着
され、前記耐圧性ハウジング内に導入又は排出される流
体の圧力変化によって血液チャンバーを拍動させ、これ
によって前記血液導入用弁と血液排出用弁を開閉させて
血液を拍出する血液ポンプにおいて、血液チャンバーの
広面積側面が相対する曲率の異なる曲面によって構成さ
れて訃シ、血液チャンバーの主たる可動部が曲率の大き
い（曲率半径の小さい）曲面となるようにしたサック型
血液ポンプである。

以下に添付の図面にもとづき本発明を説明する。

第１図は公知のサック型補助ポンプの断面図である。本
例のポンプは偏平型の血液チャンバー（４）を有してお
り、第１図（ａ）は前記偏平型の狭面積側面よりみた断
面図であり、第１図（ｂ）は広面積側面よシみた断面図
である。点線４Ｉでモデル的に血液チャンバーが収縮し
た状態を、一点鎖線ノ、で血液チャンバーが膨張した時
の状態を示した。クロス斜線で示した部分は血液を拍出
したとき血液チャンバー内に血液が残る部分であり、こ
の部分の血液は排出することが出来ない。この斜線の部
分を少なくすること、換言すれば、血液チャンバー内の
血液の置換効率をあげることが殊に補助人工心臓による
患者の自然心臓の補助が効果的に表われ、補助人工心臓
の役割が終り、補助流量をおとすときに極めて重要とな
る。

本発明は、前記第１図（、）に示すクロス斜線部分を極
力少なくし、血液の置換効率をあげたものであるＯ 第２図は本発明に係る血液ポンプの一実施例である０本
発明に係る血液ポンプはサック型であり、血液導入用弁
（６）を内蔵する血液導入用管（８）、血液排出用弁（
５）を内蔵する血液排出管（７）と、それと連通して形
成される血液チャンバー（４）が耐圧性の７・ウジング
（アウターケース）（１）の内部に位置し、耐圧性のハ
ウジング（１）につけられた流体導入、排出用の管（２
ンから圧入又は排出される流体によって耐圧性ハウジン
グ内の空間（３）の圧力の変化を生起させ、血液チャン
バー（４）が膨張、収縮を交互にぐシ返すことによって
、血液チャンバー内への血液の導入と血液チャンバーか
らの血液の排出を行うようにした血液ポンプであって、
血液チャンバーは第２図（ａ）に示す如く２つの曲面ｐ
（上面）ｒ　　ｑ（下面〕が一体になって形成されてお
り、曲面ｐ（上向面という）を形成する任意部分の曲率
半径が曲面ｑ（下重量という〕を形成する曲面の任意の
部分の曲率半径よシ小さく設定されておシ、かつ、この
上向面ｐが血液チャンバーの主たる可動部を構成してい
ることを特徴としている。

この場合、下重量（ｑ）の任意の曲率半径は無限大（す
なわち平面でこの場合も本発明に含まれる）から１３０
ｍｍ、上向面（ｐ）の任意の曲率半径が５關〜１５０ｗ
１１の範囲にある。この上向面ｐの曲率半径が５−より
小さいと必然的に血液チャンバーの容積が小さくなって
幼児用といえども小さすぎるようになり、逆に１５０叫
より大きくなると血液チャンバーが大きくなるが、余シ
に偏平になシすぎて血液チャンバー内での血液の流れが
不規則となって好ましくない。

又下重量ｑの曲率が１００ｗＲよシ小さくなると、血液
チャンバーの変形挙動が不安定となって好ましくない。

この場合大切なのは上面を形成する曲率半径が下面を形
成する曲率半径よシ小さいことが必要である。

本発明においてこの上面を形成する曲面を主たる可動部
分とする方法として以下の方法がとられる。

（１）上向面ｐを形成する膜の厚みを下重量ｑを形成す
る膜厚よシ薄くする。

（２）　　上向面ｐを形成する膜をより可撓性とする。

（３）　　血液チャンバーの位置を第２図（−）に示す
ように下重量ｑと耐圧性ハウジング＋１１との無負過状
態における最大間隔ｄ、を上向面ｐと耐圧性ハウジング
との間の無負過状態における最大間隔ｄ。

よシ小さくする。すなわち同図においてａ、＞ａ。

とする（ａ、−Ｏのときは下重量ｑと耐圧性ハウジング
とが接している状態である）。

（４）下重量の少なくとも一部を耐圧性ハウジングに接
着もしくは一体化する。

このように曲率半径の小さい曲面を有する部分を可動膜
とすると、第２図（２Ｌ）のクロス斜線で示した部分に
表わされるように血液チャンバー（４）が圧縮されたと
き（破線り、−＋Ｌ、で示された状態となる）の未排出
血液の容量が少なく、はとんどの血液チャンバーがつぶ
れて大部分の血液が排出可能となる。この場合において
実線Ｐで示した上向面と破線鳥で示した上向面とは同じ
長さく面積）で圧縮される０次に、血液チャンバー内に
血液を導入するときは、本来の形態が曲率の大きい曲面
をなしているので僅かの外圧の減圧で本来の姿、すなわ
ちふくらんだ状態（第２図（ｔＬｌにおける一点鎖線り
。

で示す状態）にもどシ易く、又、時間的にも短い時間で
ふくらむので血液導入に有利であシ、小さい容積であり
なから、比較的大量の血液の導入が可能であって、血液
チャンバーの容積効率がよくなる。換言すれば、本発明
のような形状とすることによって、ポンプの吐出量を大
きくして使用するときも、又小さくして使用するときも
、血液チャンバー内の血液の滞留を少なく出来るのであ
る。

本発明で上向面ｐを血液チャンバーの主たる可動部とす
るためには、すでにのべたように上向面をより可撓性と
するのであるが、この方法として、上向面の膜厚を下重
量の膜厚よシ薄くすること以外に材質面からも達成出来
る。本発明に係る血液ポンプを形成する材質としては、
ポリウレタン又は可塑剤を含む軟質ポリ塩化ビニルが用
いられる。

ポリ塩化ビニルを用いたときは、よシ可撓性を与えるべ
き上向面ｐの部分の可塑剤の量を下重量ｑを形成する部
分よシ多くしてもよい。たとえば上向面ｐを形成するポ
リ塩化ビニルに含有する可塑剤の量を９０重量部（対・
ポリ塩化ビニル１００重量部）とし、下重量ｑを形成す
るポリ塩化ビニル中の可塑剤含有量をたとえば５０重量
部としてもよい。このように上向面と下重量の可塑剤の
含有量の異ったものの成形法としては、可塑剤の含量の
異なる２つの軟質塩化ビニルの曲面をスラッシュ法でつ
なぐことも出来るが（たとえば特開昭５７−９９９６３
）、同一可塑剤組成（たとえばポリ塩化ビニル１００重
量部に対して可塑１ｊ　９０重量部を使用）で成形し、
上向面部をたとえばエチルアルコールに一定時間浸漬し
て上向面部の可塑斎１を抽出し形成してもよいＯ 又、血液ポンプを形成する素材がポリウレタンであると
きは、上向面を形成する曲面をよりやわらかいポリエー
テルポリウレタンで形成し、上向面を形成する曲面を、
よシ剛性のあるポリエステルポリウレタンで形成しても
よい。又、上向面。

上向面ともポリエーテルポリウレタンで成形し、上向面
のポリエーテルポリウレタンのポリエーテルセグメント
を、分子量の大きいポリエーテルセグメントノポリエー
テルポリウレタンとし、上向面を形成する曲面部を、分
子量の小さいポリエーテルセグメントのポリエーテルポ
リウレタンとしてもよい。又、上向面を二次転移点の低
いポリエチレンオキサイドからなるポリエーテルセグメ
ントを有するポリウレタンとし、上向面を形成するポリ
ウレタンをよシニ次転移点の高い（ポリ）テトラメチレ
ングリコールセグメントを有するものとしてもよい。

第２図に示すように、血液チャンバー１４１の底端部（
９）杖耐圧性のハウジング（すから一定の距離を有させ
て、血液チャンバーの膨張、圧縮に伴って可動するよう
に形成されている。このようにすることによシ、血液チ
ャンバーの圧縮・膨張に伴って血液チャンバーの膜壁が
のびたル、押えられたシすることによる歪が一ケ所に集
中しないので好ましい。ダイアフラム呈の血液ポンプに
あっては、ダイアフラムの接合点（図示せず）に応力が
集中してこのために使用中にミクロのクラックが生じ、
ここにカルシウムが沈着して好ましくないと報告されて
いるが、本例では応力が局所に集中することはないので
前記の現象の発生のおそれがない。

本発明の別の例を第６図によって説明する。

第３図は本発明の今一つの実施例を示したものであって
、血液チャンバーの上向面ｐは実質的に球面の一部より
形成されており、上向面ｑは耐圧性ハウジング（！）に
接着一体となっている。したがってこの上向面はポンプ
の拍動時には動かない状態となる。血液チャンバー（４
）は耐圧性ハウジング（１）の略中夫に設けられた流体
導入、排出口（２）から流体の導入ないし排出によって
血液チャンバー上面と耐圧性ハウジング壁の間に形成さ
れる空隙（３）の圧力の変化すなわち加圧、減圧によっ
て、血液チャンバーの上向面ｐが第３図（、）に点線孔
、一点鎖線ｅ７．破線もで示したように変化し、血液チ
ャンバー内の血液はわずかの未排出部分（クロス斜線部
）を残して、大部分の血液が血液チャンバーよＱ拍出さ
れる。

本例では血液導入用弁（６）、排出用弁（５）は夫々血
液導入用管（８）、血液排出用管（７）と血液チャンバ
ー（４）との境界の位置に配されてお夛、耐圧性ハウジ
ングｉｌ＋と血液導入用管、血液排出用管の間はポリウ
レタンによって気密に封じられ、弁もこのポリウレタン
部分に埋込み、取付けられている。又、ハウジング内の
空隙（３）の減圧によシ血液チャンバーの上向面ｐは鋭
敏に反応して本来の無荷重の、元の位置（実線で示した
部分）までもどる。

このように血液チャンバーを曲率の大きい（曲率半径の
小さい）曲面をなす上向面と曲率の小さい上向面よシ構
成され、上向面を血液チャンバーの主たる可動部とする
ことによって、血液チャンバー内の血液の交換効率をあ
げ、未排出部分を極小とすることにより血栓生成を防止
することが出来るＯ 第２図、第３図とも血液排出用管（７）、血液導入用管
（８）がある傾き（θ）を有している。これは使用時の
装着の便宜のためのものであって、この角度が適当であ
るとき、例えば、カニユーレの接続や作業に有利であシ
、又装着したカニユーレが必要以上に長くなることもな
く、しかも所定のところに装着出来又カニユーレの接続
に、たとえば念のためにタイガン（バンドしめつけ具）
で締めつけたシするのに便利である。この傾きの角度（
θ）は０°〜５０°の範囲にあり、５°〜４５°が好ま
しい。

この角度が太きすぎると接続したカニユーレが必要以上
に長くなって、その間の圧損がある上、カニユーレ先端
に至るカニユーレの長さが長くなシ使いにくい。

又血液導入用管と血液排出用管は実質的に平行であって
よく（第２図（ｂ））、又一定の角度をなしていてもよ
い（第３図（１）））。この血液導入用管と血液排出用
管の傾き（π）は００　（すなわち導入用管と排出用管
が平行な状態のことをいう）〜９０°である０９０°を
こえると開きすぎて、これに接続したカニユーレの方向
が太きく離隔し実用的でなくなるからである。

血液ポンプをポリ塩化ビニルで形成するときは、用いら
れるポリ塩化ビニルの重合度は５００〜２０口０のもの
を珀いるのがよい０　又、用いる可塑剤はジオクチルフ
タレート、ジオクチルアジペートなど公知の可塑剤をひ
ろく用いることが出来る。可塑剤の混合量は、ポリ塩化
ビニル１００重量部に対して４０〜１００重量部が好ま
しく、５０〜９０重量部が更に好ましい□ 又、ポリ塩化ビニルは公知の適当な安定剤、たとえば無
毒性のカルシウム−亜鉛有機複合体等を含有していても
よい。ポリウレタンはすでにのべたポリエーテルポリウ
レタン、ポリエステルポリウレタンとも用いられるが、
合成する際にジアミンを用いて鎖延長したいわゆるポリ
ウレタンウレアであってよい。　また強度をあげるため
に上記ポリウレタンを公知の架橋剤を用いて架橋処理を
行ってもよい。

ポリ塩化ビニル製ポンプ、ポリウレタン製のポンプのい
づれも、更に抗血栓性を上げるために血液接触面を抗血
栓性物質でコーティングすることが出来る。

抗血栓材として公知のものがいずれも使用可能であるが
、具体的にはポリウレタンとポリジメチルシロキサンの
ブロック共重合物やポリウレタンとポリジメチルシロキ
サンが一部又互浸入網目構造をなしているようなものが
あげられる。又公知のヘハリン化した抗血栓性材料が用
いられてよい。

耐圧性のハウジングの材質としては、ポリカーボネート
、ポリメチルペンテン、ポリメタクリル酸メチル、アク
リロニトリル−スチレン共重合体、ポリスルホン等があ
る〇 次に本発明の実施例を示す。

実施例１ 本例は第２図に示したタイプであって、耐圧性ハウジン
グ＋１１はポリカーボネ一トで作られ、この壁厚は３朋
である。血液チャンバー（４）はポリ塩化ビニルで作ら
れ、可塑剤として２−エチルへキシルツメレートが用い
られ、またボート部すなわち血液導入用管（８）、血液
排出用管（７）は、前記可塑剤が６５重量部を含むポリ
塩化ビニルで形成され、血液チャンバーは前記可塑剤含
量８０重量部で特開昭５７−９９９６３で示された方法
で成形され、この上向面ｑ部分をエタノールに浸して可
塑剤を抽出して最終的に可塑剤含量をポリ塩化ビニルに
対して約５０重量部となるようにして形成した。

本例では血液チャンバーの上向面は耐圧性ノ・ウジング
に略接して位置しく接着はしていない〕、血液チャンバ
ーの底端部（９）はアウターケース底面より少し離れて
位置している。この上向面は最も曲率の小さいところで
曲率半径５００ｍｇであり、上曲面ｐの曲率半径は、最
小の部分で１０＋＋ｍ、最大の部分で１１０ｍの曲面で
構成されてお９、血液チャンバーの内容積は５３ｍＡ’
である。

無荷重状態での上曲面とハウジングとの間隔の距離ｄ、
は１５簡である。ボート部（カ（８）の壁厚は３で、血
液チャンバーの膜厚は上曲面でｔＯａ、上向面で１４鯉
であシ、本例では血液排出用管、導入用管の傾き（θ）
は１８°として各形成した。

実施例２ 次に第２の実施例を第３図に示す。

本例における血液チャンバー（４）はセグメントポリウ
レタンウレアで出来ており、ポリエーテル部はポリテト
ラメチレングリコールで分子量約１．６００、合成に用
いたジイソシアナートはジンエニルメチレンジイソシア
ナートで鎖延長剤としてエチレンジアミンを用いている
０本例では耐圧性のハウジングはポリメタクリル酸メチ
ルでるジ、上向面ｑは第３図（−１に示すようにｆ　−
ｋの間で前記ハウジングに接着されている。血液チャン
バーの上曲面ｐは実質的に曲率半径３２■の球面で構成
され、血液チャンバーの内容積は４２ゴである。本例で
は血液チャンバー上曲面とハウジングとの間隔６は１０
鴎、血液チャンバーの膜厚は０．８■であった０ 又、ポート部の傾きθは３０’であり、ボート部である
血液導入用管と血液排出用管は４０’の角度を有して傾
斜して設けられている。

実施例３及び比較例１ 実施例１でつくられたポリ塩化ビニル製血液ポンプの内
面を抗血栓剤であるアプコ丈ン■でコーティングしたも
のを用い、山羊を使って補助心臓としての実験を行った
。血液は左心房よシ血液導入用管を経て血液チャンバー
内に導入され、該血液チャンバーよシ抽出する血液は血
液排出用管よシ上行大動脈に導かれるように心臓と前記
血液導入用管、血液排出用管とをカニユーレで各接続し
た。補助ポンプの吐出量を１ｏ２／分という低拍出量で
ヘパリンを用いずに一ヶ月の実験を行った後、血液ポン
プを取シはずしたが、ポンプ内に全く血栓を生じていな
かった。

一方、同じ血液チャンバー容ｚ（５３ｙ）の第１図に示
した血液ポンプで補助心臓の実験を本例と同様にして行
ったが、この場合５２／分以上の吐出条件では１ケ月の
使用でも全く血栓を生じなかったが、３！／分未満の吐
出条件では血液チャンバーの一部に３週間口に若干の血
栓がみとめられたＯ 実施例４ 実施例２でつくられた血液ポンプを用いて実施例３と同
様にして山羊を使って補助心臓の実験を行なった。　手
術日取外はヘパリンを使用せず、血液ポンプの吐出量を
２−ｅ／分という低拍出量で５週間自然心臓の補助を行
い、その後ポンプを取はずして血液チャンバーを調べた
ところ、血液チャンバー内には全く血栓がみとめられな
かった。

これらのことから、本発明のポンプは人工心臓として極
めて優れていることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の血液型ポンプの（ａ）は狭面積側面よシ
、（ｂｌは広面積側面よりみた各縦断面図であシ、第２
図は本発明に係る血液ポンプの（、）は側断面図（ｂ）
は平面図で−１、第６図は本発明に係る血液ポンプの他
の例で、（，１は側断面図　（ｂ）は平面図である。 図中、符号１は耐圧性ハウジング、４は血液チャンバー
、ｐは血液チャンバー上曲面、ｑは血液チャンバーの下
面面を各示す〇 特許出願人　　日本ゼオン株式会社 （？） ３甲 ＜ｔｙ＞ ３２２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｔ　血液導入用管と血液排出用管に連通して形成された
   血液チャンバーが耐圧性ハウジング内に収められ、前記
   血液導入用管と血液排出用管の内部又はこれらの管から
   前記血液チャンバーに至る任意の位置にそれぞれ血液導
   入用弁及び血液排出用弁が装着され、前記血液チャンバ
   ーの拍動によって前記血液導入用弁及び血液排出用弁を
   開閉させて血液を拍出するようＫした血液ポンプにおい
   て、前記血液チャンバーの相対する広面積側面が互いに
   曲率の異なる曲面によって構成され、かつ血液チャンバ
   ーの主たる可動部が前記広面積側面の曲率の大きい（曲
   率半径の小さい）曲面であるように構成されたことを特
   徴とするサック型血液ポンプ〇