JPS6026545B2 - サツク型血液ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は人工心臓用血液ポンプ装置に関し、更に詳わし
くは気体圧によって駆動されるサック型血液ポンプの改
良に関するものである。

近年、関心手術やその他の手術の際に、体外において補
助的かつ一時的に心臓の機能を代替するための人工心臓
の開発が進められている。

気体圧によって駆動されるサック型の人工心臓の研究は
、我国でも世界に先がけて研究されており、山羊を使っ
た長期生存記録では良い結果が縛られているが、実際に
患者に対しての臨床応用への道は未だ開かれていず、殊
に問題となるのは、人工心臓内部での血栓生成問題であ
って、抗血栓性を如何に付与するかは、きわめて困難な
問題とされ、材質、ポンプのデザイン、表面の平滑性、
駆動時の血液ポンプ等の問題、更には血液チャンバー内
の血液パターンの問題などが複雑に関与していると考え
られる。

本発明は、殊にサック型の血液ポンプの変形する挙動や
血液チャンバー内の血液の流れに留意して、発明がなさ
れたものである。

第１図から第４図はサック型血液ポンプ及び血液チャン
バーの基本的形態を示すものであり、また第５図及び第
６図は空気圧の加減を伴う血液チャンバーの変形状態を
示すものである。

サック型血液ポンプは、耐圧性（たとえばポリカーボネ
ート製）のハウジングアウターケース１と、偏平袋状で
底辺が円弧状に形成された血液チャンバー２とから構成
されている。

この血液チャンバー２の上部には、血液導入管３と血液
排出管４とが上向きに、そして略々平行に形成してあり
、かつ上部周囲にはフランジ５が取付けてある。また図
は省略したが、前記血液導入管３と血液排出管４との内
部には、血液の逆流を防止する公３由の弁が施してあり
、これにより血液導入管３から血液チャンバー２内に導
入された血液は、血液排出管３より排出されるようにな
っている。前記血液チャンバー２は、第１図に示す状態
の下に前記ハウジングアウターケースーの内に収納され
、フランジ５によって気密に保持される。そしてハウジ
ングアウターケースーの底部側面に設けたボート７を経
て、ハウジングアウターケース内に圧送された空気によ
り縮少して容積の減少を起す。本発明は上記の如きサッ
ク型の空勤式人工心臓の動物実験において、血液チャン
バー２内の血栓の生成条件を種々検討し、血液チャンバ
ー２内にて血栓が生じない、長時間にわたり使用可能な
血液ポンプの開発を試みた結果得られたものである。

本発明者等の検討に依れば、動物実験において血栓の発
生する場所は概ね決っており、血液チャンバー２内では
、血液導入管３及び血液排出管４に近いところには血栓
の生成が皆無であり、血液チャンバ−２の底部、殊に底
部に近い両脇（相対する狭面積側面側）に血栓発生が多
くみられることが分った。

本発明者等は、更にこの現象の原因について検討と観察
とを進めたところ「血液の流れの比較的速いところでは
、血栓の生成はきわめて少ないが、血流が多少とも滞留
するところには、血栓発生の可能性が高いことをも知っ
た。

これは導管付近は当然血液の出入れがあるところであり
、血液の流れが速く、したがって血栓生成が少ないので
ある。一方血液チャンバー２の底部付近は、ややもすれ
ば血液が滞留するからである。本発明者等は、この本質
的に血液が滞留し易い血液チャンバー２の底部付近の血
液の滞留を、出来るだけ無くすことについて種々検討を
行った結果、ついに本発明に到達し、血液チャンバー内
での血栓生成を防止することに成功したのである。

これまでの血液チャンバー２における周壁の肉厚は、第
３〜４図に例示するように略々均一であった。このよう
な血液チャンバー２を、第１図に示すハウジングアウタ
ーケース１内にて、空気の圧力により圧縮すると、第５
図ＡからＢへと容積が変化して行く。第５図Ａは、第３
図に示す無負荷状態のものにハウジングァゥターケース
１内にて空気圧を加えた際の変化状態を示すものである
。

これによれば、血液チャンバ−２における容積の減少は
、その断面形状なりに均等に生ずるというものではなく
、最も変化し易い部分、すなわち、血液チャンバー２の
両広面積側面の中央部付近の変化が優先的に生じ、その
ような変イり伏態の下に、圧力の増加に伴う容積の減少
が周囲に伝播して行くということである。そして更に加
圧されたときには、第５図Ｂに示すように、最も変化し
易い部分がまず互に接触し、この接触が順次上下及び左
右へと拡がって行くのである。この結果、上方の血液は
直接的に血液排出管４の方向へと押出されるが、下方の
血液は両脇に沿って流れることになり、そこに滞留が生
じ易くなる。加えて血液チャンバー２の周辺の押し濃い
ま、弾性を有する周壁の抗力によって、空気圧のみをも
ってしては困難となり、これがため底部付近や両脇に禾
密着部（第５図Ｂ、第６図参照）が生ずるのである。そ
して底部付近及び両脇の血液の滞留の程度は、当然完全
に圧縮によって両側壁が相互に接触してひしやげる中央
部よりも大きい。またこの部分はハウジングアウターケ
ース１内が減圧されて、第５図Ｃに示すように容積が膨
脹したとき、すなわち、拍動毎に新しく導入される血液
との入れ換りも悪い。実際に動物実験の結果・血栓生成
がみられる場所は、第２図のクｏスラィンで示した部分
に限られている。このようなことから、血栓の生成を抑
制するためには、血液チャンバーが圧縮したときに、底
端を始め両脇まで完全に未密着部分が残らぬように、ひ
しやげることがよいことを見出したのである。本発明者
等は、空気圧により血液チャンバ−２が圧縮され、容積
が減少する際に、底部や底部付近または狭面積側面ある
いはその両方にも圧縮が生じ、その圧縮に伴う容積の減
少が、底部や底部付近または狭面積側面あるいはその両
方にも伝播するような圧縮容積変化パターンがよいこと
も見出したのである。

前記圧縮容積変化パターンを得る手段としては、種合の
方法或は構造が考えられるが、血液チャンバー２の基本
的形態、即ち両広面積側面の中央部付近の変化が懐先的
に生じ、圧力の増加に伴う容積の減少が周囲に伝播して
行く機能はそのままにして、上記目的を達成するために
は、従来略々均一に形成されていたチャンバー周壁の肉
厚に変化を持たせることが、最も確実で効果的であるこ
とをも見出したのである。

しかして本発明における血液ポンプの血液チャンバーの
形態は、第２図に例示する偏平状のものでよく、血液チ
ャンバー２の最大中Ｄと、第３図に示す無負荷状態での
最大厚みＷの比Ｄ／Ｗは２．０〜４．０でよい。

また前記血液チャンバー２の中心線上における全高Ｌと
、前記最大中との間に０．８≦Ｄ／Ｌ≦２．０ の比があるのがよい。

このような条件を充足する血液チヤンバーでは、空気圧
によってひしやげるパターンを、拍動毎に一定にするこ
とができる。

しかして、かかるサック型血液ポンプにおいて本発明の
特徴とするところは、前記血液チヤンバーの底部や底部
付近または狭面積側面あるいはその両方の肉厚を、他の
部分の肉厚よりも薄く形成してなることにある。

次にこの発明を第７図以下に示す実施例により更に詳細
に説明する。

なお先に述べた基本的形態と同一の部分については、同
一符号をもって示す。

第７図は、血液チャンバ−２の底部付近から、順次上方
へと容積が減少するように、底部付近の肉厚を他の部分
よりも薄く形成した２つの実施例を示すものである。

第７図１は、血液チャンバー２の広面積側面２ａ及び狭
面積側面２ｂを形成する周壁の肉厚を、特に底部が薄肉
になるように略々全高にわたって、順次薄肉に減じた場
合である。

また第７図ｎ‘よ、血液チャンバー２の底部付近の肉厚
だけを薄肉に減じたものであり、上部は従来と同様に肉
厚を略々均一にした場合である。

上記実施例は、いずれも肉厚を連続的に変化させている
が、本発明では必らずしも厚みを連続的に変化させる必
要はなく、底端から血液チャンバー２の全高の１／２に
至る間、すなわち底部または底部付近が血液チャンバー
２の肩部より薄く形成されていればよい。第８図各図は
、第７図１に例示した血液チャンバー２の変形状態を、
第５図に示した基本的形態における場合の変イＱ伏態と
比較し易いようにして示したものである。

第７図１にて示す無負荷状態のものに、ハウジングアウ
ターケース内にて空気が作用し、そこに圧縮なる現象が
生ずると、血液チャンバー２の圧力の影響を最も受け易
い血液チャンバー２の両広面積側面２ａの中央部付近が
変形し、それにつれて肉厚を薄く減じた底部付近や底部
が変形する。同様に圧縮変化に伴う容積の減少も底部付
近へと伝播し、充分な圧力下においては、まず第８図Ａ
に示すように広面積側面２ａの中央部付近が互に接近し
、更に底壁の薄肉化によって弾性抵抗が小さくなった底
部付近が接近して、最終時には第８図Ｂに示すように、
上記中央部付近より下側が密着するようになる。またこ
の密着は広面積側面２ａのみならず、第９図に示すよう
に狭面積側面２ｂの相互においても生じ、広面積側面相
互及び狭面積側面相互の密着によって、その部分の血液
のすべてが円滑に排出される。

しかも容積の減少、更には側面相互の密着は、一定の速
さで進行することから、血液チャンバー全体を均一肉厚
に形成したときのような現象、すなわち、弾性抵抗によ
る底部付近の底部の密着の困難さから生ずる血液の滞留
は著しく減少し、少なくとも底部付近の血液は、圧縮毎
に血液排出導管４へと押出される。そして次にハウジン
グアウターケース内の減圧によって、第８図Ｃに示す状
態に血液チャンバー２が膨脹したとき、底部まで新しい
血液が導入される。このようなことは、血液チャンバー
２が収縮と膨脹を繰返すごとに、すなわち、拍動毎に新
しく導入される血液との入れ換りが良いということであ
り、血液の滞留をきわめて少なくすることが可能で、血
栓生成を抑制することができるということである。事実
、第７図１と同タイプの血液チャンバ−を用いたサック
型人工心臓を、山羊の左心バイパス血液ポンプとしてテ
ストしたところ、１ケ月間にわたる使用においても、血
液チャンバー内に血栓生成は認められなかった。第１０
図及び第１１図１，０‘ま、血液チャンバー２の狭面積
側面２ｂを形成する壁部の肉厚を他の部分より薄肉に形
成して、血液チャンバー２の両脇が確実に密着するよう
にした場合の実施例を示すものである。

第１０図に示す血液チャンバー２は、Ｌ＝斑肋、Ｄ＝６
２肋、Ｗ＝２５ぜ（第１ １図１参照）、平均肉厚０．
８帆で、狭面積側面２ｂの肉厚を０．２肌まで薄減した
ものである。

この肉厚の薄減は、第１１図１に示すように、狭面積側
面中心部にかけて順次肉薄に成形する場合と、第１１図
０１こ示すように狭面積側面の中心部内側に縦溝２ｃを
施して薄肉化する場合などが考えられ、その薄肉化は内
側のみに限定されず、外側からもなすことができる。

なお第１１図１，０‘ま、いずれも第１０図ｘ″−ｘ″
線断面位置を示す。しかして、前記狭面積側面２ｂの薄
肉化は、広面積側面２‐ａの側からみた血液チヤンバ−
２の外部線に沿って形成される。

その形成も外部線全体ａ〜ｉにのみ限定されず、下半分
ｂ〜ｈ、上端部ａ，ｉから下半部ｃ，ｇの間、或は上端
部ａ，１から底部ｄ，ｆの間に沿って形成してもよく、
時には中央部ｂ，ｈから底部ｄ，ｆの間に沿って形成し
ても、その目的を達成することができる。前記実施例で
は、そのいずれにおいても、狭面積側面２ｂが縦方向に
薄肉に形成されていることから、そこにおける圧縮容積
変化パターンは、前記底部付近の場合と同様で、第１１
図ｍのごとく密着する。この結果、血液チャンバー２の
底部付近はもとより、狭面積側面２ｂが占める両脇も確
実に密着して、血液が滞留するスペースが失なわれ、血
栓生成は起り難くなる。また空気圧により全く扇平化さ
れた血液チャンバ−２はハウジングアウターケース内の
圧力が減少するや否や、それ自体の復元性により、容積
が膨脹する。

そしてその復元の過程において新たな皿援が導入される
ことになる。第１２図は広面積側面２ａの容積減少が更
に優先して行われるように、無負荷状態Ａにおいても、
広面積側面２ａの両側が内側に轡曲して存するように形
成した場合を示すものである。

この実施例では、第１２図Ｂ，Ｃ，Ｄの段階を経て、血
液チャンバー２は変化して行き、容積の減少を起す。

そしてＣに示すように中央部が先に接触し、しかるのち
Ｄに示すごとく両脇も接触して、全体が密着することに
なる。また広面積側面２ａの中央部を、比較的薄い肉厚
に設定しても、前記実施例と同様な圧縮容積変化パター
ンを得ることができる。

また血液チャンバー２の肉厚が一定であっても、その厚
みが比較的薄い場合には、当然両側の支えがない中央部
は、加圧によってより変形を受け易く、狭面積側面２ｂ
に薄肉部を設定して置けば、同様の氏縮容積変化パター
ンを画くことも可能である。いずれにしても、血液チャ
ンバー２の底部付近、殊に血液チャンバー２の下半分の
両脇をも、実質的にひしやげるような機能を与えた点は
本発明の大きな特徴と云えるものである。

なお血液チヤンバー２の狭面積側面２ｂの薄肉部２ｃの
厚みは、平均壁厚の２０％〜９５％減が用いられ、好ま
しくは３０％〜９０％減、更に好ましくは５０％〜９０
％減である。また本発明において、狭面積側面２ｂの薄
肉部の形態は、種々変化させることができる。

図は省略したが、血液チャンバーの横断面において漸次
連続的に薄肉化してもよいし、また局所的に薄くしてよ
い。さらにまた、この薄肉部は血液チャンバーの相対す
る狭面積側面内に、血液導入、排出管の長さ方向（縦方
向）に沿って設けられるが、好ましくは前記相対する狭
面積側面の中央部に縦方向に設けられるのがよい。

いずれにしても、そのように構成されたものにあっては
、拍動毎に新しく導入される血液の置換が高く、血液の
滞留は皆無となり、血栓生成を完全に近く抑制すること
ができる。事実、第１０図及び第１１図１に示した型の
血液チャンバーを用いたサック型人工心臓を用いて山羊
の左心バイパス血液ポンプとしてテストを行ったところ
、１ケ月間にわたる使用においても血液チヤンバー内に
血栓生成は認められなかった。

なお本発明に用いられる血液チャンバー部２および血液
の導入及び排出管３，４、即ち血液との接触部は高分子
弾性材料で構成することができ、その素材としては、欧
質ボリ塩化ビニル又はポリウレタンが特に優れている。
この場合、鰍質ポリ塩化ビニルは、ポリ塩化ビニルと可
塑剤組成物よりなる、いわゆるポリ塩化ビニルベースト
で成形されても良い。また本発明に用いられる血液チャ
ンバー部２の肉厚は、血液チャンバ一部２が軟質ポリ塩
化ビニルで構成された場合には、その反発特性と耐疲労
性から、０．３〜２．０肌であるのが好ましく、０．５
〜１．５風であるのが更に好ましく、０．６〜１．２肋
であるのが更に一層好ましい。

又、血液チャンバ−２がポリウレタン素材で構成された
場合には、０．２〜１．５凧の肉厚が好ましく、０．３
〜１．２凧が更に好ましく、０．５〜１．０カま更に一
層好ましい。この厚みが余り大きいと、ハウジングアウ
ターケース１内を加圧又は減圧した時に、血液チャンバ
−２の動作夕ィミングが遅延したり、その変件時間が長
く伸びたりするので、適当な血液の拍出挙動は得られな
い。逆に、この肉厚が余り薄すぎると、血液チャンバー
の変形挙動が過敏になるので、そのコントロールが慾か
しくなってしまう。本発明は上述のように、従来の技大
の難題であったサック型血液ポンプにおける血液チャン
バ−内での血栓防止に大きな効果を有する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明のサック型血液ポンプを例示するもので、
第１図は基本的形態を有する血液チャンバーとハウジン
グアウターケースとの斜視図、第２図は基本的形態から
なる血液チャンバーの正面図、第３図はその側面図、第
４図は同じく横断平面図、第５図Ａ，Ｂ，Ｃは第２図に
示す血液チャンバーの容積減少変化及び膨脹変化を順に
示す側面図、第６図は第５図Ｂにおけるｘ−Ｘ線断面図
、第７図１，０‘ま本発明に係るサック型血液ポンプに
用いられる血液チャンバーの２つの実施例を示す側面図
、第８図は第７図１に示す実施例の容積減少変化及び膨
脹変化を順に示す側面図、第９図は第８図Ｂにおけるｘ
′−ｘ′線断面図、第１０図は本発明の他の実施例を説
明するための血液チヤンバーの正面図、第１１図１，川
ま狭面積側面の２つの例を第１０図Ｘ′′−ＸＩ′線の
位置にて横断して示す平面図で第１１図皿ま１の容積変
形状態を示す横断平面図、第１２図Ａはさらに本発明の
他の実施例の血液チャンバーを示す横断平面図で、第１
２図Ｂ，Ｃ，Ｄはその実施例の容積減少変化を示す平面
図である。 １・・・・・・ハウジングアウターケース、２・・・・
・・血液チャンバー、３・・・・・・血液導入管、４・
・・・・・血液排出管、５・・・・・・フランジ、２ａ
・・・・・・広面積側面、２ｂ・・・・・・狭面積側面
、２ｃ・・・・・・縦溝。 第２図第３図 第１図 第４図 第６図 第９図 第５図 第８図 第７図 第１０図 第１１図 第１２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 気体を導入及び排出するためのポートを有する耐圧
   性のハウジングアウターケース内に、偏平形状の血液チ
   ヤンバーが気密に収納され、気体圧の変化によつて、前
   記血液チヤンバーが拍動し、この拍動に伴つて血液を導
   入および排出する血液導入用の導管と血液排出用の導管
   が前記血液チヤンバーに連通して設けられているサツク
   型血液ポンプにおいて、前記血液チヤンバーの底部や底
   部付近または狭面積側面あるいはその両方の肉厚を、他
   の部分の肉厚よりも薄く形成してなることを特徴とする
   サツク型血液ポンプ。