JPS6113964A - 拍動型血液ポンプ - 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】 産業上の利用分野 本発明は血液チャンバーの容積変化に伴って血液を拍出
する拍動型の血液ポンプの改良に関し、更に詳しくは、
可動の血液チャンバーにリブを付設した拍動型の血液ポ
ンプに係り、補助心臓又は完全人工心臓として有用に用
いられるものである。

従来の技術 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。

流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優れた結果が得られている。しかし
実際に患者に対しての臨床応用への道は始まったばかり
であり改良の望まれる点も多い。殊に完全な抗血栓性の
付与は、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、血液ポンプの血液チャンバー　部の変形する
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図はサック型血液ポンプ及び血液チャンバーの公知
例の基本的形態を示すものであり、また第２図は空気圧
の加減に伴う血液チャンバーの変形状態を示すものであ
る。第１図に示す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と血液拍出管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が取付けである。また図は省略したが、前記血液
導入管３と血液拍出管４との内部には、血液の逆流を防
止する公知の弁が施してあり、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、血液抽出
管４より拍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１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１の底部側面に設けたポート７を経て、ハウジ
ングアウターケース内に陽圧、除圧を交互に作用させ、
これに伴って血液チャンバーの容積を交互に膨張、収縮
をくり返させて拍動ポンプとして機能するようにしであ
るＯ 発明が解決しようとする問題点 本発明は上記の如きサック型の生動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、低吐出量で運転した動物実
験において、血栓の発生する場所は概ね決まっており、
血液チャンバー２の底部、あるいは血液チャンバーの両
脇（相対する狭面積側面ｆ！ＩＪ）に血栓発生が多（み
られることが分った（第１図××印部分）。

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、血液チャンバー内の血液の流れと相
関があり、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。すなわち血液チャン
バー２の底部付近や両脇（相対する狭面積側面側）は、
ややもすれば血液が滞留もしくは、血液の流速が他の部
分より小さく、このこと＼血栓生成とは相関しているこ
とを知った。

本発明者等は、この本質的に血液が滞留し易い底部及び
両脇付近の血液の滞留を、出来るだけ無　　　　　　　
）くずことについて種々検討を行った結果、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を、第１図に示すハウジン
グアウターケース１内で、空気の圧力により圧縮すると
、第２図ＡからＢへと容積が変化して行く。

第２図Ｂは、第２図Ａに示す無負荷状態のものに空気圧
を加えた際の変化状態を示すものである。

これによれば、血液チャンバー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
両人面積側面の中央部付近の変化が局所的にまず生じ、
そのような変化状態の下に、圧力の増加に伴う容積の減
少が周囲に伝播して行く（第２図Ｊ３＋Ｏ）　ｏこの結
果、上方の血液は直接的に血液拍出管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
、当然その部分は容積変化が他の部分と比べると少いわ
けであり、そこに滞留が生じ易くなる。加えて血液チャ
ンバー２の周辺の押し潰しは、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、この
ため底部付近や両脇に未密着部（第２図０．Ｋ）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
ひしゃげる中央部よりも大きい０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２図りに示す
ように容積が膨張したとき、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。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２
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。

問題点を解決するための手段・作用 本発明者らは流体圧、殊に空気圧によって血液チャンバ
ー２が圧縮され、容積が減少する際に、血液チャンバー
の中央部が局所的に極端に変形することを避けて、変形
が底部及び両脇に広げることを種々検討した結果、血液
チャンバーにリブすなわち線状突起を設けることにより
、このリブが変形力を周囲に伝達し、理想的な血液チャ
ンバ−の変形をうろことが出来ることを確認し、本発明
に到達したものであって、その要旨は、拍動型血液ポン
プの血液チャンバーにリブを付設してなる拍動型血液ポ
ンプに係る。

リブは血液チャンバーの外面、内面いずれに付設されて
もよいが、実際の血液の流れをスムースにするためには
内面に突起を有することは余り好ましいことではなく、
シたがってリブは血液チャンバーの外面に付設されるこ
とが望ましい。

本発明を第１の実施例によって説明する。

第６図Ａはサック型の軟質塩化ビニル製の血液チャンバ
〜であり、該血液チャンバー２の最も変形しやすい中央
部より放射状にリブ１０を付設した例である。このリブ
は血液チャンバーの広面積側面の両面（正面、背面）に
付設されている。

本例のリブ１０の断面は第３図囚のＸ−Ｘ’の断面図で
ある第３図（Ｂ）に示す如（アールをもった三角形状で
ある。血液チャンバーの材質は可塑剤としてジオクチル
フタレートを含むポリ塩化ビニルであり、その組成はポ
リ塩化ビニル１００重量部に対してジオクチルフタレー
トを８０重量部含んだものである０これに対してリブを
構成する材質は可塑剤の種類は同じであるが、可塑剤の
含量を少くしてあり、本例では可塑剤のジオクチルフタ
レートの割合をポリ塩化ビニル１００重量部に対して５
５重量部にしである。

このように設定することによって、本来最も変形し易い
血液チャンバー中央部の変形はリブによって緩和され、
逆にリブの作用によって変形力が周辺に及んでゆくため
に変形の形態は第３図（蜀の２−２′線の断面をあられ
した第４図に示すように、第２図（Ｃ）のＸ−Ｘ’線の
断面をあられした第２図（Ｅｌに示す従来のものと比べ
て周辺部の変形が太きくなり、全体に一様に変形するよ
うになる。

このリブは前記した如（血液チャンバーと同種の材質で
あってもよいし、又材質が変ってもよい。

たとえば、血液チャンバ一部がポリエーテル系ポリウレ
タンであり、リブ部がポリエステル系ポリ　　　　　　
へウレタンであってよい。又、血液チャンバ一部がポリ
エーテル系ポリウレタンであって、リブ部が可塑剤含有
ポリ塩化ビニルであってよい。又逆に血液チャンバーが
可塑剤含有ポリ塩化ビニルであってリブ部がポリウレタ
ンであってよい。・又、全く異種の材料たとえば、金属
を血液チャンバーの壁膜内にインサートしてもよいし、
他の芯材をイン丈−トしてもよい。勿論、血液チャンバ
ーもリブもポリ塩化ビニルとその可塑剤で構成されてい
てもよい。この場合可塑剤の含量はリブ部の方が少いこ
とが望ましい。その場合はリブの方が剛直となって本発
明の効果をより効果的に発揮するからである。しかし、
このリブが全く弾性のない剛性体では２リブの何遍に局
所的に歪がかかり、血液チャンバーが（り返しの変形に
よって破損するおそれがあり、ある程度弾性のあるもの
が望ましい。

ポリウレタンや可塑剤含有のポリ塩化ビニルがこの要求
に合致する。

リブの形態は、リブの断面で前記の三角形の他、四角形
、台形状のものであってよく、それらの例を第５図に示
す。第５図（蜀は三角形、（Ｂ）は四角形、（Ｃ）は台
形の各リブの断面を示したものである〇リブの断面は、
リブの全体を通して同じ大きさであってよいが、中心部
からリブの先端（この場合サックの両脇、すなわち狭面
積側面側）へゆく程、リブの断面が小さくなり先端でリ
ブが自然になくなるようにするのがよい。又リブの先端
へゆくに従ってリブの高さくん）を減じ、リブの巾（ｄ
）を増して末広がりにし、リブが周辺では消滅するよう
にしてもよい（第６図）。このようにすれば力の伝達が
スムースになり、局所的な歪がかからず本発明の目的を
有効に発揮することが出来る。

リブの大きさは第５図に示すように、血液チャンバーの
膜厚Ｗに対し、リブの巾（ｄ、）および高さ仏）がリブ
の最大断面において、 ５Ｗ≧ｈ≧Ｗ／２　　　　五〇謁≧Ｗ≧０．１　ｍ１５
Ｗ≧ｄ≧Ｗ／２ 好ましくは ６Ｗ≧ん≧０．５Ｗ　　　２．０１ｌｌ≧Ｗ≧０．２１
＠６Ｗ≧ｄ≧Ｏ，ＳＷ なる関係を満すことが好ましい。

但し、ｈは血液チャンバー外面よりの突出の高さであり
、ｄは血液チャンバー外面にリブが接触している部分で
の測定値である。ｈが６Ｗより大きくても増加に伴う効
果は余りなく、Ｗ／２　　より小さくては効果が少いか
らである。

このようにリブを付したサック型血液ポンプは、血液チ
ャンバー内での血液の置換効率がよ（、又目立つ血流の
滞留部分もないために血液チャンバー内での血液の流れ
が全体にわたってむらがな（なって血栓が生じにくい。

次に第２〜第５の実施例を第７図によって説明する。

リブの形態は前記第５図に示した。第７図（蜀はリブが
横方向に複数本配設したものであり、第７図（Ｂｌはリ
ブを縦方向に複数本配設したもの、第７１図（Ｃ）は放
射状のリブに同心円状のリブをからませたものであり、
第７図（口は斜下方に向けて左右をほぼ対称的とし、で
配設した別のリブの形状を示したものである。

リブのパターンはここに例示した以外に種々の組合せが
可能なことは本発明の原理に照らして当然可能であり、
所望の効果を得るために、リブの形状を選択することが
出来る。

なお、血液チャンバーにリブを付設する方法としては、
例えば、血液チャンバー成形金型に所望の形状のリブに
相当する堀込みを設はスラッシュ成形を行うか、リブの
部分の硬度を高くしたい場合には、まずリブに相当する
金型掘込み部分を、たとえば可塑剤の量の少い塩ビペー
ストを用いてゲル化し、つづいて可塑剤含量を多（した
塩ビベーストゾルを用いてスラッシュ成形法でチャンバ
一部を成形する２段階成形法によって付設してもよく、
またあらかじめ金型内に所望形状のリブ体を煮付設置し
、しかる後血液チャンバーのスラッシュ成形を行なって
リブを付設してもよい。さらに別途に作った所望形状の
リブを血液チャンバー外表面に接着又は溶着し、付設し
てもよい。

本発明はこのように血液チャンバーにリブを付設するこ
とによって血液チャンバーの作動を・ン　　　　　　　
）トロールし、このようにリブを付設することによって
対称的な作動を可能にし、いつも一定のパターンで血液
チャンバーを作動させることを可能にする。このだめに
たとえば血液チャンバーの外壁の一部にセンサーたとえ
ば磁気センサーをつけ、このセンサーで血液チャンバー
の変形を正確にとらえて吐出量を定量することも可能で
ある。

以上の説明は主として生動式のサックタイプの血液ポン
プについて説明して来たが、これは他のタイプ、たとえ
ばプッシャープレート法タイプやチューブラ−タイプの
血液ポンプにも当然に適用され、これらの改良にもつな
がる。

第８図に従来のプッシャープレート法による血液ポンプ
を示す。このタイプは駆動部１２につながったプレート
１１で、膜面を強制的に動かして血液チャンバー２′の
容積を変化させるものであり、小型にでき、また血液チ
ャンバーの収縮期（点線で示した状態）にデッドスペー
スを他のタイプのポンプに比べて極小に出来るので、埋
込用の完全人工心臓として将来性にとむものであるが、
グレート１１で血液チャンバーの膜壁を押すためにプレ
ート周辺部や膜の周辺（Ｃ＋印）に局所的な交互歪がか
かり、この部分にマイクロクラックが生じ、膜の破損や
、破損に至らなくても、使用中に生じたマイクコク２ツ
ク部位にカルシウムが沈着したり、又この部位に血栓を
生じたりするためにこの問題の解決が大きい課題となっ
ている。

本発明のリブを有する血液チャンバーを利用すれば、プ
レートを押さなくても中心部分のみを局部的に押すだけ
で、リブの作用によって血液チャンバー膜をスムースに
動かすことが可能である。第９図にその例を示す。

第９図（Ａ）は血液チャンバ一部のみをとり出した図で
血液チャンバーの中央に円板状の突起１３があってこれ
を中心にしてこの突起と一体にリブ１０′が放射状に伸
びて血液チャンバーとも一体に成形されている。

駆動部１２からの動力はこの円板状突起部１６に伝達さ
れるが、第９図（Ｂｌに示すようにこの円板状突起部を
押し、又は引く作用のみでリブにより力がチャンバー膜
全面に及ぶため血液チャンバーの局所的な動きがみられ
ず全体があたかも空気圧で動かしたようにスムースに動
（ために極めて無理のない動きを示し、これまでのプツ
ンヤープレートの欠点を克服出来るものである。

第１０図にチューブラ−タイプの血液ポンプにリブを付
設した例を示す。

第１０図（蜀はチューブ状の血液チャンバー２′が耐圧
性のハウジング１′に収納されているが、（Ｃ１，ＣＤ
＋では血液チャンバ一部のみを説明のために取出したも
のである。

すなわち、第１０図（Ａ）には、チューブの長さ方向に
溜って、第１０図（ＡｌのＸ−Ｘ’線の断面図である第
１０図（Ｂｌに示す如（８本のリブが略平行に付設され
た、ポリ塩化ビニル製のチューブラ−血液チャンバーで
、血液チャンバーの部分は可烈剤のジオクチルフタレー
トがポリ塩化ビニルに対して８０重量襲含まれており、
リブ部は同じポリ塩化ビニル製であるが、可盟剤の量は
ポリ塩化ビニルに対して６０重量係である。

この場合、加圧時の血液チャンバーの変形は第１０図（
Ｅｌの如くになり、リブを有しないときの変形第１０図
（Ｃ１と比べて、変形がスムースになる。

発明の効果 このように、血液チャンバーの一部にリブを有する拍動
型血液ポンプはこれまでになく、血液チャンバーの底部
及び両脇部に生成し易い血栓の発生を防止したものでお
り、本発明は人工心臓の実用化に大きい意義を有するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図はサック型血液ポンプの分解斜視図、第２図囚〜
（功は第１図に示す血液チャンバーの容積減少変化及び
膨張変化を順に示す側面図、第２図（Ｅ）は第２図（０
）におけるｘ−ｘ’線断面図、第３図（Ａ）は血液チャ
ンバーに付設したリブの第１の実施例を示す正面図であ
り、第３図（Ｂ）は第３図（蜀におけるＸ−Ｘ’線断面
図、第４図は第３図（Ａ）における２２７線断面図、第
５図囚〜（０）はリブの形態を示す断面図、第６図（Ａ
）は別の形態の末広がり状のリブを付した正面図、第６
図（Ｂ）は第６図囚のｅＬ　　ｌｌ’、”ｂ−ｂ’、ｃ
−ｃ’でのリブの断面図、第７図（Ｎ〜（ＤＪは血液チ
ャンバーに付設したリブの第２〜第５の実施例を示す正
面図、第８図はプッシャープレートタイプの断面図、第
９図（蜀はプッシャープレートタイプの血液チャンバー
にリブを付設した実施例の正面図、第９図（Ｂ＋は駆動
部も示したその側面図であり、第１０図はチューブラ−
タイプの血液ポンプの説明図であり、第１０図（Ｎはそ
の斜視図、（Ｂ）は（Ａ］のｘ　−ｘ’線の断面図、（
０）は血液チャンバーの容積減少の状態図、（旬はリブ
の付設されていない血液チャンバーの容積減少の状態を
示した図である。 特許出願人　　日本ゼオン株式会社 第１図 （Ａ）　　　　　（Ｂ）　　　　　（Ｃ）　　　　　（
Ｄ）−（Ｅ） 第３図 （Ａ） 第４図　　　　饗 第５図 （Ａ）　　　　　　　（Ｂ）　　　　　　　　（Ｃ）第
６図 第７図 （Ａ）（Ｂ） 「− （Ｃ）　　　　　　　　　　　　（Ｄ）第８図 第９図 （Ｂ） 第１０図 （Ｃ） （Ｄ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 拍動型血液ポンプの血液チャンバーにリブを付設したこ
   とを特徴とする拍動型血液ポンプ。