JPS5958A - 人工心臓弁 - 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】 本発明は人工心臓弁に関しより詳細には人体に移植する
ための双葉型の心臓弁に関する。

多くの人工心臓弁が破損した心臓弁に代えて人体の心臓
弁に植え込むために設計されている。

心臓弁は開いて通常のすなわち下流側の方向へ血液を流
し、また閉じて逆方向すなわち上流側の方向への血液の
逆流を防止する単なる逆止弁ではあるが、人体に植え込
むために設計される心臓弁の細部の設計および改善のた
めの多くの努力がなされてきた。

弁は開位置において血液流が最小の抵抗および渦流で自
由に弁を通過するように、大きなかつ良好な流量特性を
提供するものでなければならない。

心臓弁は通常の方向の血液流に応答して迅速に開きまた
血液流の逆流に応答して閉じて血液の逆流を防止するよ
うに血液流に反応するものでなければならない。心臓弁
は勿論生体適合性を、有しかつ抗血栓性でなければなら
ずこの観点から突発的な凝血を１き起す血液の停滞を防
止するために全ての表面が血液で洗われることが重要で
ある。弁の開閉は溶血（血液細胞の破壊）を起さないよ
うに十分におだやかになされなければならない。

無数の回数の開閉動作に耐えなければならない心臓弁は
極度な摩耗を防止するように設計されなければならず、
特に、枢動点および停止部の如き荷重支持面が患者の存
命中に極度に摩耗しないように注意を払わなければなら
ない。機械的な心臓弁の研究によって心臓弁の摩耗の主
要部分は閉止する時に起ることが判明した。閉止する時
の荷重は、圧力勾配および本質的な流体運動量（水撃）
の両方が閉止時に弁部材に作用するので、大きなもので
ある。

本発明は内側壁に形成される細長い凹部を有する環状の
弁体と、この凹部の内部に係合し弁部材を閉および開位
置の間で枢軸および遷移運動に案内するガイドゝすなわ
ち凸部を有する１対の弁部材と、を包含する人工心臓弁
を提供する。凹部はくの字型の形状をしており、弁体の
中心線に対してほぼ平行な上流側部分と、上流側部分か
ら傾斜している下流側部分と、を包含している。下流側
部分は中心線に対して傾斜しており弁部材の開位置を決
定するための当接部材が設けられる。開位置においては
、弁部材のガイドすなわち凸部が凹部の下流側端部にあ
り、弁部材の弧状の縁部の中間点は互に最も近接した点
に位置し、したがって２つの中間点は弁部材が上流側に
移動する最初の閉止連動の間に互に接近しないようにな
される。凹部の上流１１１１部分は、凸部が凹部の上流
側端部に向つて移動した後に弁部材と弁座との接触が弁
部材のてこ作用を生ずるように、閉位置の弁座に対して
位置決めされる。このてこ作用は弁部材が完全に閉止し
た時に凹部の中の凸部の中間点に対する僅かな下流側へ
の移動を引き起こす。血液の逆流圧力１てよって作り出
１．される凹部に対するガイドの荷重（この荷重は弁部
材のガイドが閉位置において凹部の上流側端部に接して
着座すると起る。）はこれによって解放される。上流側
部分、臀よび下流側部分が互に関して傾斜している凹部
のくの字型の形状がこれらの目的を達成する。

第１図に示すのは心臓弁１１であってこの心臓弁は環状
の弁体すなわちハウジング１６を有しており、このハウ
ジングは１対の枢動する葉状片すなわち弁部材１５を支
持している。１対の弁部材１５は開閉して中央通路１７
を通る血液流を制御する。血液の通常の流れは第６図に
矢印１８で示す方向において下流側である。心臓弁１１
はいかなる配置においても作動し重力の影響をあまり受
けないことは理解されることであるがここにおいては説
明を簡単にするために弁はその下流側が下方に向ってい
ることにして図示しかつ説明を行う。

弁体１６の内側壁１６は通路１７を画定する。通路１７
は直径方向において向い合っている１対の平坦面１９の
領域な除いてはぼ円形状の断面を有しており平坦面１９
は内側壁の残余の部分を１対の弧状部分２２に分割して
いる。内側壁の弧状部分２２の下流側に設けられる径を
拡大された領域すなわち拡張領域２４は平坦面１９０間
で伸長し下流側に面する１対の弧状シートすなわち弁座
２６を提供する。平坦面１９は１対の向い合う柱２０の
中へ下流側へ伸長しており柱２０は環状の弁体かも下流
側へ突出している。

弁体１ろには外側面の囲りに周囲溝２８が形成されてお
りこの周囲溝２Ｂは従来周知の種々の形状の縫合リング
（図示せず）を収容する。勿論縫合リングは心臓弁１１
の心臓相識に対する縫合を容易にする。

升部月１５は弁の通路１７を通る血液流を閉鎖するよう
に釣り合わされておりまた閉位置において弧状シート２
６と当接する弧状の大きな縁部２６と、はぼ平坦な小さ
な縁部２５と、を有しており、小さな縁部２５は閉位置
において互に接近して位置１７好ましくは互に当接して
通路１７を確実に閉鎖する。第８図に最も良く示される
ように弁部材の好ましい形態はほぼ正楕円形円筒管の１
部であり弁部材の垂直中心線２７は楕円の短軸に沿って
いる。管状の弁部材は、弁体の中に凸面２９を上流側に
向けて配置されると、第２図に最も良く示されるように
開位置において弁部材１５の間に開いたほぼ楕円状の中
央の領域を提供しこの領域は血液流に対してほとんど抵
抗を示さない。弁部材は平坦なある℃・はド−ム状の他
の形状を有することができる。弁部材中心線２７の各々
の端部の両側の短い平行な平坦部分６１は大きな縁部２
ろと小さな縁部２５の間の距離を伸びている。

平坦な部分３１は内側壁の向い合う平坦面１９の間の距
離よりもわずかに短い間隔をもって隔部されておりまた
弁部材が開および閉位置の間を横方向に枢動して移動す
る間の荷重支持面の役割を果す。

弁部材１５と弁体１ろの間の枢軸的な相互結合は弁体の
各々の平坦面１９に設けられる１対の細長い凹部ろろと
弁部材１５の内側端部１５の平坦部分６１から外方へ伸
長しかつ凹部６３の中に収容される相対向する１対のガ
イドすなわち凸部６５とによってもたらされる。各々の
凸部ろ５の形状はほぼ球の１部をしており、また凹部６
３は凸部の半径よりもわずかに大きな半径の弧状の断面
積を有している。したがつ℃凸部は四部の中に幾分ゆる
く嵌合する。ともかく凹部ろろの深さは凸二部３５の外
力への伸長長さよりも大きくしたがって凸部ろ５よりも
むしろ弁部材の平坦部分６１が荷重支持面の役割を果し
し゛たがって凸部における摩耗を軽減する。したがって
曲率牛後は凸部の深さの調整が本来的に全ての方向にお
いて同様の間隙を与えるので同一にすることができる。

弁部材の大きな弧状の縁部２ろはそれらの上流側の面２
９が閉位置においてシート２６に当接するように寸法法
めされる。図示の実施例において、弁部材はほぼ半円形
状の大きな縁部２６を有しておりその半円形の直径は内
側壁の拡大された直径領域２４の直径よりも僅かに小さ
い。弁部材は閉位置において大きな縁部２３を通路の中
心線に対してほぼ直角な面においてシート２６と当接す
る。

弁部材の開位置は１対の当接部材すなわち停止部材４１
によって決定される。停止部材Ｉ！１１は柱２０の下流
側端部から径方向で内方に伸長Ｉ２て弁部材の下流側の
面と係合する。停市部＃４１は端面４４を有するのが好
ましくこの端面ば中心線面に対して所望の角度で設けら
れる。こ〜において、中心線面とは通路の中心線を通り
両側の平坦面１９に対して直角な面を言う。

凹部ろろは細長くされていて弁部材１５が開および閉位
置Ω間を移動する時に枢軸運動と同様に遷移運動に案内
する。遷移運動は心臓弁においては望ましいことが判明
した。なぜならば弁体および弁部材の相互係合部の継続
的な摺動は狭い領域に蓄積する血液をかき出ししたがっ
て血液の停滞およびひき続いて起り弁の機能を損わせる
血液の凝結を防止する役割を果すからである。更に遷移
路を通る血液流に対する制限を少なくする。

凹部ろ５　（’！　＜の字型に曲った形状をしていて各
々の四部はほぼ中心線面に平行な上流側部分４５と中心
線面から離れる角度を有する下流側部分４７とを有して
いる。閉位置において、弁部材は凸部６５を上流側部分
４５と下流側部分４７の交叉部近くの中間位置４９（第
９図）に位置して着座する。

弁１１は流動する血液に応答して逆市弁として作用する
。通常すなわち下流側方向への血液の流れは弁部材１５
を開位置の方へ押しかつ枢動させまた血液の逆流は弁部
材にけん引力を与えて弁部材を閉位置に移動させる。相
互に係合する凸部６５および凹部３６は弁体１６の中心
線に近接して設けられ、したがって凸部を通る枢動軸に
関すする各々の弁部材の大きな部分は通路中心線に対し
て末端となり開閉動作における迅速な応答を確実にして
いる。

対応する心室が収縮すると大動脈に設けられている心臓
弁１１の各々の弁部材１５の末端の大きな部分に対して
大きな力が加えられ、したがって弁部材はその大きな縁
部２６が大きな弧を描いて下流側に向って揺動する。細
長い凹部ろろは遷移運動をもたらしまた通常の血液流に
応答して弁部材が開位置へ枢動すると凸部６５は凹部の
下流側端部５３へ移動する。

行程の最後に対応する心室がゆるんでより多くの血液を
大動脈から心房へ引き入れる。大動脈からの血液の逆流
（第４図に矢印１８′で示す方向）が弁部月１５の末端
部分にけん引力を与え各々の弁部材を閉位置に向けて迅
速に揺動させる。逆流が十分なけん引力を生み出して弁
部材を閉位置へ迅速に移動させるためには弁部材を開位
置において中心線面に対して幾分角度を持たせるのが望
ましい。図示の実施例において、弁部材は凸部ろ５を凹
部の下流側端部５３に置きかつ下流側の面４３を中心線
面から約１０°乃至６５°の間の角度で傾いている停止
部材４１の端面４４に当接させて開位置に停止する。

閉位置は各々の弧状の弁部材の縁部２６の中間点４８が
酸も離れて位置することを意味する。これに対して開位
置においては弁部材は停止部材４１に当接しまた凸部３
５は凹部ろ６の下流側端部５３に位置１−シたがって弧
状の縁部の中間点４８は最も接近した点に位置する。そ
の後血液の逆流によって引き起こされるけん引力は最初
に弁部材を上流側に移動させ第６図に示すように凸部を
凹部の最も上流側の端部５５に位置させる。

くの字型の形状をした凹部の下流側部分４７は中心線面
に対して傾斜しておりしたがって、凸部が下流側部分４
７の中で上流側へ動く初期の閉止段階の間は、弧状縁部
の中間点が互に接近するような弁部材の開運動は実質的
に防止される。別の表現をすると、反対にもし凹部が通
路の中心線に対して平行に真直に伸長しているならば、
凸部の第６図に示す位置から上流側への初期の移動の間
に弁部材の下流側面４６が停止部材４１と連続的に接触
して摺動しながら弁部材の瞬間的な枢動が起り弁部材は
完全に開いた状態よりも通路中心線とより接近して整合
する位置に枢動するであろう。

このように弧状の縁部の中間点４８が瞬間的にけん引さ
れて互に接近する弁部材のより以上の開１コは弁部材の
閉止けん引力を僅かに減少させまた弁部材の瞬間的な開
口はまず停止しついで仄転されなければならないので弁
部材の迅速な閉止動作を減少させる。

本発明によれば閉止の初期段階の間の弁部材のより以上
の開口は凹部の下流側部分４７を中心線面に対して停止
部材４４の位置および傾斜に基いて適宜な角９度で傾斜
させることによってほぼ防止される。傾斜が十分である
ため凸部の初期の上流側への転移、の間に弁部材の停止
部材４１に対する向きはほぼ同一に維持されしたがって
弧状の縁部２６の中間点４８の互に接近する枢軸運動は
起らない。この初期段階の間の中間点４８の僅かな外方
への枢軸運動は望ましい。

図示の実施例において、下流側の部分４７は中心線面か
ら停止部材の傾斜面４４と同じ角度で傾斜しておりその
角度は１０’乃至２０°の間の範囲になされる。凹部の
隣接縁部５１は傾斜面４４とほぼ対応している。しかし
ながら停止部材４４の角度は下流側部分の角度よりも僅
かに大きいのが望ましい。閉止の量弁部材１５は凸部ろ
５を凹部３３によって案内されかつ下流側面を傾斜面４
４に沿って摺動させて上流側へ初期移動ししたがって弁
部材の内方への枢動は起らない。この点におけるいくら
かの僅かの外方への枢動は許容することができるばかり
ではなくむしろ望ましい。

前述の如く心臓弁で起る最も本質的な摩耗は背圧および
逆流が閉止の最終時点に弁部材に作用する時に起る。各
々の凹部３３の上流側部分４５は凸部が全閉位置に位置
する中間位置４９の僅かに上流側へ伸長しておりまた弧
状の縁部領域が密封部すなわちンート２６と接触すると
凸部は閉止の最終時点で荷重を解放される。閉止の間凸
部ろ５は最初に点４９に中心を置く中間位置の上流側へ
非常に短い距離Ｘ（第９図）だけ離れた点６１に中心を
置く凹部ろ６の上流側端部５５に到達し、こｋにおいて
完全に閉じた位置となる。距離又は好ましくは約１ｗｎ
以下であって好ましくは０．５朋以下であり、１実施例
においては約０．２５１１１１１１の移動が約１朋の半
径を有する案内部材に対して有効であることが判明した
。

凸部６５の凹部ろ６の上流側端部５５への初期の移動に
続いて、弁部材１５は弁部材の上流側の面２９が弁座２
６（第５図）の端部呂６と接触するまで外方へ枢動し続
ける。これによって弁座の端部が支点の役割をするてこ
運動が起り凸部ろ５が僅かに下流側へ移動し始める。弁
部材１５が移動して弁座２６と完全な外周の接触をする
と凸部は凹部の上流側の端部から離れしたがって、継続
する血液の逆流圧力と共に、実質的な閉止力が弁部材１
５と弁座２６の上流側面２９の延長界面に沿って生ずる
。凸部を四部の端部に対して押圧する荷重は実質的に存
在せずこの無荷重が凸部６５および凹部６６の摩耗を減
少させて弁の長期間の信頼し得る作動を促進する。

通路１７の中心線に対してほぼ平行に伸長する上流側部
分４５と外方に傾斜された下流側部分とを有する凹部６
３のくの字型の形状が開および閉運動の間の弁部材の運
動を決定する。凸部が中間位置４９へ移動する閉運動の
間弁座２６の端部６３に対する弁部材のてこ運動の間の
凸部６５の運動は上流側の垂直部分が収容する。前述の
如く縁部６６は支点として作用しまた凸部は支点の周り
のてこの端部に移動する。凸部６５が閉止運動の間に凹
部６３の上流側の端部５５によっててこ運動を受けると
凸部はまず下流側の方向へ移動する。てこ運動の結果と
して若干の内方（すなわち第９図において左側）への移
動が起る。しかしながらこれは凸部と凹部の間に詮けら
れる公差によって収容される。もし凹部ろろがその上流
側端部５６から下流側端部５５まで全体に傾斜していた
ら弁部材がてこ運動する時の縁部６３と凸部に対して弁
部材が枢動するような自由な運動は起らすまｆこ凸部は
凹部の隣接する縁部に対して摩擦するであろう。この摩
擦は弁部材の閉止能力に重大な影響を及ぼすものではな
いが、凸部と凹部の隣接する縁部５１の間に十分に大き
な摩擦量を引き起こすであろう。上流側部分の寸法が弁
部材のてこ運動中の凸部の自由な運動を収容ししたがっ
て凹部と凸部の間の潜在的な摩耗点を排除している。

心臓弁体１３は生化学的共存性を有しまた抗血栓性のも
のであれば適宜な強度の高い材料で形成することができ
る。また適宜なコーティダを施すことによって上述の性
質を与えることができる。

弁体は商標ｐｏｃｏで販売される如きグラファイトで形
成することができ形成した後に商標パイロライト（ＰＹ
ＲＯＬＩＴＥ）で販売されるパイロリティック・カーボ
：ｙ　（Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ　Ｃａｒｂｏｎ　）で被覆
することができる。また弁部材はパイロリティック・カ
ーボンの１体部片として形成することもできる。弁部材
は全てパイロリティック・カーボンで形成することがで
きこれは十分な強度と無数の開閉動作に対する耐摩耗性
を有する薄い応答性のある弁部材を提供する。弁部材は
また被覆された基材で形成することもできる。弁体は十
分に弾力のあるものであってしたがって弁部材を挿入す
るために円形から変形できるものであるが心臓に植め込
まれた後は通常の圧力で変形しない程度の十分な剛性を
有すものである。

本発明１（よる代表的な心臓弁は縫合リングとともに２
５１１１１１１の開口を有する心臓弁の中に挿入される
ようになされており、約２１．３ｍ＋の外径と２ｏ、４
間の内径を有しておりさらに２０．９ｆｌの直径を有す
る弁座を提供する拡大された直径領域を有している。弁
体は４．５削の高さであって垂直支持部材は１．５市下
流側へ突出している。弁体の内側壁の２つの平坦面は１
８．６ｍｍ離れている。弁部材は閉位置において弧状の
縁部と拡大された直径領域の間の間隙が約０．２５ｆｉ
となるように寸法法めされている。平坦な部分の外側表
面は１８．５ｍ１１離れて隔置されており、弁部材が弁
体の平、坦面に対して中心に設けられるときに各々の側
に約０．５　ｒｒｒｍの間隙を与えている。案内部すな
わち凸部はｉｍｉの半径を・有しており弁部材の平坦部
分から外方に約０６２咽伸びている。一方凹部は１間の
水平の半径を有しかつ約０．６８ｍの最大深さを有する
。各々の凹部の傾斜した下流側部分は連結点と下流側端
部との間に約０．５闘の凸部の遷移運動を提供しまた上
流側部分もまた約０．５　Ｍの凸部の遷移運動を提供し
、その一方凸部の中心点が上流側と下流側の位置の間を
移動する距離又は約０．２６Ｍである。

本発明による心臓弁の多くの特徴が理解されるであろう
。心臓弁の薄型形状、大きな中央通路および開位置にお
ける弁体外方への弁部材の遷移が良好な血液の流れに貢
献する。はとんどすべての面が血液流にさらされており
この血液流が面を洗浄しかつ停滞および凝結を防止する
。’％に凹部の開放された形状および凸部の球形状が血
液の停滞および凝結が起りがちな限定された領域を形成
しない。さらに、凹部内での凸部の遷移運動は四部のす
べての面を血液流に露呈しまた凹部に沿う凸部の滑動は
心臓の動作の間に四部の面をこすってきれいにする役割
を果す。凹部の傾斜された下流側部分喋各々の弁部材が
閉止運動中に間隔を広げないようにしており、−力士流
側部分は弁座の端部とともに閉止運動におけ為枢動を解
放するてこ運動を提供する。凹部のくの字型の形状は弁
部材が弁座の端部に向って回動するときの凸部の運動を
収容する領域を提供する。

弁部材は中心線に対して鋭角をもって閉位置に位置する
ことができこの場合には大きな弧状縁部はわずかに楕円
状になされて円形の弁体形状に合致するようになされる
。弁座リップは連続している必要はなく弁部材のてこ運
動に対する支点を提供する平坦面に密接した突起部を含
む不連続なリップすなわち突状部であってもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の種々の特徴を具体化する双葉型の心臓
弁の斜視図であって開位置にある状態を示す。第２図は
第１図の心臓弁の平面図。第６図は第２図の６−６線に
ほぼ沿った拡大断面図であって１方の弁部材の側面を示
し他方の弁部材は省略しである。第４図は第３図に類似
の断面図であって１方の弁部材が閉止を開始する状態を
示す。 第５図は第６図に類似の断面１図であって１方の弁部側
が閉位置に到達する直前を示す。第６図は第５図に類似
の断面図であって１方の弁部材が完全に閉じた状態を示
す。第７図は第２図の拡大した平面図。第８図は弁部材
の断面図。第９図は１方の凸部を通る拡大断面図であっ
て、この凸部が第５図に示す位置にある状態は実線で示
され第６図にある状態は破線で示されている。 １１・・人工心臓弁、　　　１６・・・弁体、１５・・
・弁部材、　　　　　１６・・・内側壁、１７・・・中
央通路、　　　　１８・・・血液流方向（通常）２ろ・
・・大きな縁部、　　　２５・・・小さな縁部、２６・
・・弁部部材、　　　　６６・・・凹部、ろ５・・・案
内部（凸部）４５・・・上流側部分、４７・・・下流側
部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）はぼ円形の断面を有する中央通路を形成する内側
   壁部を有する環状の弁体と； 閉位置に置かれたときに前記通路を通る血液流を閉鎖す
   るようになされた１対の弁部材と；前記各々の弁部材と
   前記弁体を枢動自在に相互に連結し開位置と閉位置の間
   で相対的に枢動運動させる連結装置と； から成る人工心臓弁であって、 前記各々の弁部材は前記閉位置において前記弁体と当接
   する弧状の大きな縁部およびほぼ平坦な小さな縁部な有
   しており、 前記連結装置は前記内側壁のほぼ相対向する位置に形成
   される１対の凹部および各々の前記弁部材から側方に伸
   長する１対の案内部を有しており。 さらに谷々の前記凹部は前記中央通路の中心線に対し１
   はぼ平行に整合される上流側部分および該上流側部分に
   連結され連結点から外方へ傾斜する下流側部分を有して
   いる人工心臓弁。 （２、特許請求の範囲第１項に記載の人工心臓弁におい
   て、該心臓弁には前記中央通路を通る血液流の通常の方
   向に関して下流側に面する面を有する弧状の弁座装置が
   形成され、該弁座装置は前記凹部の上流側の端部に対し
   て前記案内部と前記凹部の間の血液流による圧力によっ
   て生ずる荷重が前記弁部材が前記閉位置に到達する時に
   解放されるように設けられ、これによって前記連結装置
   の位置における摩耗が最小化され、、ることを特徴とす
   る人工心臓弁。 （３）特許請求の範囲第２項に記載の人工心臓弁におい
   て、前記弁座装置が、゛逆流の開始によって前記弁部材
   の案内部が前記下流側部分の下流側端部かも前記上流側
   部分の上流側端部まで最初に移動しその後最終的に前記
   上流側部分の中で前記弁部材が前記弁座装置と係合する
   時に中間位置へ向けて下流・１ｊｌｌＪへ移動すること
   を特徴とする人工心臓弁。 （４）特許請求の範囲第１項に記載の人工心臓弁におい
   て、各々の前記弁部材の大きな部分が楕円状の断面の管
   の１部の形状を有することを特徴とする人工心臓弁。 （５）特許請求の範囲第４項に記載の人工心臓弁におい
   て、前記弁部材の凸面部が上流側に向けて設けられるこ
   とを特徴とする人工心臓弁。 （６）特許請求の範囲第１項に記載の人工心臓弁におい
   て、前記案内部がほぼ球の１部の形状を有し、ま！こ前
   記凹部が弧状の断面を有することを特徴とする人工心臓
   弁。 （力　特許請求の範囲第１項に記載の人工心臓弁におい
   て、前記弁体には当接装置が設けられ、この当接装置が
   前記弁部材の下流側面と係合して前記開位置において前
   記弁部材を停止するようになされていることを特徴とす
   る人工心臓弁。 （８）特許請求の範囲第７項に記載の人工心臓弁におい
   て、前記凹部の前記下流側部分が中心線面および＋１１
   配当接装置に対して傾斜しており、これによって前記弁
   部材の初期の転移開口運動が前記弁部材を外方へ枢動さ
   せることを特徴とする人工心臓弁。 （９）特許請求の範囲第８項に記載の人工心臓弁におい
   て、前記下流側部分が１０°及至６５°の間の角度で中
   心線面に対して傾斜していることを特徴とする人工心臓
   弁。 ００）特許請求の範囲第１項に記載の人工心臓弁におい
   て、前記凹部の前記上流側部分が閉動作の間前記凸部が
   前記凹部の中の中間位置の上流側へ約０．２５　ｆｌ乃
   至１ｆｉの間の範囲で動くように設けられることを特徴
   とする人工心臓弁。