JPS61500058A - 凝血抑制血液ポンプ - 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】 凝血抑制血液ポンプ 技　術　分　野 本発明は連続通出血前ポ〉・プ、特に面前凝固を殆ど、或いは全く起さず、しか も信頼度の高い移植可能な血液ポンプに関するものである。

背　景　技　術 心臓機能を助ける用途に用いられる連続送出血液ポンプは、常時吸入排出し、か つ高速度で作動し得るために循環式送出血路ポンプよりも木来遥かに優れている 。外部から心臓機能を一時的に助ける用途には、血液を連続的に送出させるアこ めにカニユーレの寸法を小さくする。移植可能ポンプの場合には、ポンプそのも のの寸法を小さくして、解剖による配置規制を和らげて、他の方法では不可能と される配置を可能にする。

しかし、連続送出血液ポンプには所定の欠点がある。

羽根車とハウジングとの相対運動によって引き起される剪断力は溶血（すなわち 、赤血球細胞膜の破壊）を起生し得る。羽根車シェラウドの下側の渦巻にて捕え られるか、または′羽根車が掃引しない凹所内で停滞している血液要素は凝血す る（すなわち、危険な血の固まりの形成）傾向にある。このような問題を抗凝固 剤を用いて克服することは必ずしも医学的に常に賢明な策とは云えない。

慣例の連続送出血液ポンプは、繊細な軸受に血液要素が入って、そこにたまるこ とにより軸受を詰まらせて、結局はその軸受を動かさなくするために、信頼度の 上で重要な問題も呈する。従来技術では（ライッヒ（Ｒｅｉｃｈ）による米国特 許第４．ｔ３５，２５３号およびドーマｙ　（Ｄｏｒｍａｎ）による米国特許第 ４．１３０８．０８８号に見られるように）、流体力学軸受を用いて目詰りを低 減させる試みが成されているが、摩擦軸シールにはいずれも小さな凹所または隙 間があり（または遅かれ早かれ発生する）、これらの個所に血液要素が捕えられ て凝固し、かつ目詰りし始める。羽根車、ハウジングおよび軸受を慎重に設計す ることにより、上述したような影響は低減させることができるも　血液ポンプに おける回転部と固定部との間における摩擦界面がある個所ではどこでも本来凝血 現象が存在する。

発　明　の　開　示 本発明は本来、パージシールを設け、ポンプの回転部と固定部との間の界面の周 囲に沿うあらゆる点における流速が、拡散または他の機構によって上記界面にも たらされる血液の流速よりも僅かに早い流速で前記パージシールを経て血液と共 存し得る流体を前記界面における血液の流れに導入させることによって前記界面 での凝血現象をなくすことにある。

パージシール技法は、粒状または研磨スラリーの吸入排出に係わる業界における 技術分野では、ハエンティエンス（Ｈａｅｎｔｊｅｎｓ）による米国特許第４． ２２４，００８号、モアリス（Ｍｏｒｒｉｓ）による米国特許第４．２３ｆ３． ８１３７号、クランセイ（Ｃ１ａｎｃｅｙ）による米国特許第４，２３９，４２ ２号にて既知であるが、これらの技法で血液ポンプ中の凝血を防止することがで きると云うことは以前認識されていなかった。

血流に対し本来平滑な連続面となるように回転部と固定部との界面を整列させる ことにより、ポンプ内での血液の停滞がなくなり、しかも界面は溶血も、凝血も 起さない流体領域として血流に出現する。これと同時に、血流に向けて純正パー ジ流を澄すことによって血液要素が軸受に入って、それを動かさなくするのを防 止する。外部パージ供給源を設ける場合には、エタノールの如き静菌性の流体を 利用することができ、しかもヘパリンの如き凝固抑制剤を上記流体に加えて、パ ージ流体が血流に入る局部個所での血液の凝固傾向を一層少なくすることが−で きる。

本発明の他の見地によれば、パージ流体を半透膜ろ過によって血流から導出する ことができ、かつポンプによって血流中に形成される圧力を用いてパージ流体を 適切に流し続けることができる。−このようにして、外部パージ流体源がなくて もポンプをパージシールモードで無期限に作動させることができる。

従って、本発明の目的はパージシールを用いて、ポンプの回転部と固定部との間 の血流中に好都合な界面を形成する凝血抑制血液ポンプを提供することにある。

本発明の他の目的は、血栓形成の可能性が最小となるように、本来平滑で連続的 な血清通路が形成される渦巻または軸流式の連続送出血液ポンプを提供すること にある。

さらに発明の他の目的は、外部パージ流体源を必要としない上述したタイプの血 液ポンプを提供することにある。

図面の簡単な説明 第１図は本発明ポンプの渦巻流の例の部分的概略垂直断面図； 第２図は第１図に「第２図」と印した線図内における部分の拡大図； 第３図はフェースシールを用いる第１図のポンプの他の例に係わる第２図と同様 な拡大図；第４ａ図は球状軸受を用いる第１図のポンプの他の例に係わる第２図 と同様な拡大図； 第４ｂ図は球状軸受における条溝パターンを示している第４ｄ図の球状軸受の端 面図； 第５図は球状軸受を用いる本発明の軸流式の例の断片的軸方向断面図； 第６図は血液からのパージ流体の導出法を示す概略図である。

発明を実施するための最良の形態 第１図には渦巻流の例の本発明ポンプを１０にて総称して示しである。このポン プの基本構成部品は、ハウジング１２．モニタ１４　（これは電動機として記号 的に示しであるが、例えば回転子のような他のタイプの回転動力装置とすること もできる）、および羽根車チャンバ１６である。羽根車１８の一部を第２図にさ らに詳細に示してあり、この羽根車１８を軸２０によって駆動させ、かつその羽 根車を羽根車チャンバ１６の形状に適合する形状とする６ 第２図を参照するに、羽根車１８はハブ２２を有しており、このハブの表面２４ は羽根車チャンバ１６の内壁２８の湾曲面２６と連続するように湾曲させる。軸 ２０の羽根車端部を形成するハブ２２は複数枚の羽根３０を支承し、これらの羽 根は、それらの前後いずれにもシュラウドがなく、しかもそれらの内側縁３２が 湾曲面２６に平行であるも、回転ハブ２２が固定内壁２８と合する界面３６の直 ぐ近くにおけるハブ２２の個所３４にて上記内側縁３２が湾曲面２６から離間し 始めていると云うことを除けば慣例の構造をしている。血液は中央の血液流入口 ３７から羽根車チャンバ１６を経て矢印３日の方向に血液流出ロボリュート３９ へとｈｌれる。ハブ２２には血液をトラ２．２プさせることのできる凹所がない ために、軸流は絶えずハブ２４および内壁面２Ｂに沿って掃引される。

軸受４０は流体力学的タイプのものであり、これは軸受流体流入口４３から導管 ４４によって補給される円筒状の軸受プレナム４２からこの軸受に供給された流 体の台いクッション上を回転する。第１図に示したスプリット軸受４０ａ、４０ ｂの代りにモータキャビティ４１から直接補給される単一軸受を使用することも できる。円筒状の等化プレナム４６を軸受４０の羽根車チャンバ端部に設けで、 流体力学軸受特有の軸受流体の端部流を再循環させる。等化プレナム４６は所要 に応じ導管４７によって低インピーダンスの軸受流体源に接続することができる 。

羽根車チャンバの壁部２８は、軸受流体の流れを規制すると共に界面３６の面積 を最小とするような大きさとした軸間隙４８（第２図）を有しているが、規制間 隙４８の軸方向の長さは、軸受作用の結果として軸受流体を再循環させる程には 長くない。

軸受間隙（代表的にはほぼ２．５ｇｍ）および軸受流体圧力は、界面３６に羽根 車チャンバ１Ｂに向ってほぼ０、Ｏ１〜０．１ｍｍ／秒の速度を有するパージ流 体の流れＰ（第２図）ができるように調整する。円形界面３６に沿うあらゆる点 におけるパージ流体の流速は、軸受４ｏの方への血液または血液要素の内向流に 打ち勝′）のに丁度十分な程度とする必要がある。斯かる内向流は軸受流体への 血液要素の拡散速度並びに界面３６の周囲に沿って僅かに変化する他のパラソー タによって決定される。斯かる多少の変化は、軸受流体の密度が血液の密度より 小さい場合に、重力によって血清が軸２ｏの下側の軸受の方へと押しやられるか らである。

実際問題として、斯種の代表的な渦巻血液ポンプにて遭遇される許容度および圧 力は、血流３８内へのパージ流体の流速を１回当りほぼｌｃｃとする必要がある 。

このような微少の流れは、界面３６における血流に対して流体バリヤを設けるの に十分であり、これにより血血流は、この界面３６およびそれに隣接する個所が ハブに沿って羽根車チャンへの壁部２８へと流れる血液によって絶えず掃引され ることにより均一に維持される。

軸受４０の端部−面に流体力学軸受の軸受流体を再循環させるためには、軸受４ ０に沿う軸受流体の流れを界面３６におけるパージ流体の流れよりも多少高くす る必要があることは明らかである。

第３図〜第５図は本発明を実施する他のタイプのパージシールを示したものであ る。特に第３図はフェースシールへの本発明の適用例を示したものである。第１ 図および第２図のポンプのシールはほぼ円筒状をしており、従ってパージ流体を 軸方向に疏す必要があるのに対し、（パージ流体を放射状に外方に向けて血液中 に流す）フェースシールを実際に使用することもできる。第３図に示すように、 フェースシールはスラスト軸受としても随意作用することができる。

フェースシール装置は軸流ポンプにもしはしば有効である。第４ａ図、第４ｂ図 および第５図は渦巻および軸流式の双方のポンプに使用可能な第３タイプのシー ルを示す。この第３タイプのシールは、組合わせ式のジャーナル兼スラスト軸受 として仕える球状軸受の端部に形成した複合シールでちる。本発明の原理は、こ れらすべてのシール構造に同等に適用することができる。

第５図の軸流血液ポンプでは、軸線５４のまわりを回転する回転子５０を固定子 ５２に取付ける。回転子５０は一対の球状軸受５Ｅｉ、５８によって固定子５２ に対して位置付けられる。軸受５Ｊ５８は可動支持ブロック５７および固定支持 ブロック５８にそれぞれ支えられて回転する。ピン６０は支持ブロック５７の回 転を防止するも、それはばね６１のバイアス下で支持プロ・ンク５７を軸方向に 動かせるようにして、軸受５６および（回転子５ｏの全体を左側に押すことによ る）軸受５８の双方における許容公差を密に維持する。

軸受流体は圧力下でカニユーレ６２を経てポンプに供給され、力こユーレは回転 子５０用の駆動軸６３を包含している。軸受流体は潤滑剤として軸受５６を経て から、ばね６１を位置付けるプレナム６４内へと汝れる。そこから軸受流体は軸 受５８および特にそのシール部分７ｏを経て界面６７にて血流６６内へと外方に 流れる。血流６６は回転子羽根６８と固定子羽根６８との相互作用によりポンプ を経て軸方向に推進される。第５図は単一段のポンプを示しているが、本発明は 多段式のポンプに同等に適用し得ることば勿論である。

同じ球状軸受５８を示すも、第１図に示したタイプの渦巻ポンプに関連している 第４ｄ図および第４ｂ図の拡大図に明示したように、本発明の球状パージシール ７ｏは血流に最も近い軸受５８の外側部分で形成される。血流中に導入されるパ ージ流体の量を最小とするために、シール７０における軸受隙間は極めて小さく する必要がある。しかし、シール７０の内側では、支持ブロック５９に半径方向 条溝７１および環状再循環チャンネル７２を設けることによって、軸受潤滑化お よび流体力学的再循環のために多量の軸受流体を扱うことができる。

軸受５６を経て軸受流体を適切に疏すには、支持ブロック５７の表面全体に放射 状にチャンネル７３を延在させることによって確実に行うことができる。

第３図に戻るに、ここでは８１図に示した一般形式の渦巻ポンプにて８２図の円 筒状シールの代りにフェースシールを用いる場合を示している。この変形例では ハブ７４の内側端部が、そのハブを取付ける軸７８の外側端部よりも遥かに広く なっている。円板状のフェースシール７８は所要に応じ軸７６用のスラスト軸受 として用いることもてきる。軸受流体は羽根車チャンバ壁８６におけるダクト８ ４によって補給される環状プレナム８２からジャーナル軸受８０およびフェース シール７８へと供給される。第２図の例のように、半径方向の界面８８はハブ７ ４から羽根８０への血流によって絶えず掃引される。界面８８から軸受流体を半 径方向へと流出させることにより、第２図につき述べたと同じようにして界面を 良性なものとし、かつスラスト軸受７８に血液が浸入しないようにする。

上述した例では軸受流体をパージ流体としても用い、このために軸受流体は血流 内に導入されるから、軸受流体は血液と共存し得るものでなくてはならず、しか も軸受４０に要求される所要の流体力学特性を呈する必要があることは前述した 所から自明なことである。この目的のためにはエタノール、生理食塩水、水およ び他の多くの物質が好適である。ヘパリンまたはストレプトキネスの如き抗凝固 剤を軸受流体に添加して、界面での血栓形成の可能性を一層低減させることがで きる。さらに本発明血液ポンプには、凝血防止面を用いたり、ポンプ全体におけ る停滞個所をなくすような、血栓形成を最小にするための他の適当な技法を利用 することができる。しかし、抗凝固剤の使用は大抵の従来装置では必要とされる が、本発明の構成によれば通常は不要であり、しかも本発明ポンプは出血する問 題のある患者、または抗凝固剤の使用が他の何等かの理由からして禁忌とされる 唐１者にとっては非常に有効である。

大発明をここでは、パージ流体を流体力学軸受を滑らかにするのにも用いる装置 について説明したが、パージシールを軸受とは分離させて、パージ流体をシール 目的にだけ用いることが本発明から逸脱していないことは明らかである。同様に 、所要に応じ流体力学軸受の代りに回転接触軸受を用いることができる。

前述した各パージ流体は、その流速が遅いために、たまにとは云え、時々補給し 得る何等かの外部容器または外部供給源（図示せず）からポンプｌＯに供給する 必要がある。本発明の他の見埠によれば、斯様な外部からのパージ流体を供給す ることの必蘂性は第６図の概略図によって示すような半透膜再循環器１００の使 用によって全くなくすことができる。斯種の装置では、ポンプの出口側の血流１ ０２をろ過半透膜１０６の高圧側

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. １．ａ）ポンプを経て血流を搬送するのに共働し、両者間の界面が前記血流に曝 される回転子手段および固定子手段；と ｂ）血液と共存し得るパージ流体を前記界面から前記血流中に連続的に流すため のパージシール手段； とを具えている凝血抑制血液ポンプ。
2. ２．前記回転子手段および前記固定子手段を軸受手段により相対的に回転するよ うに支持し、かつ前記パージシール手段が前記血流と前記軸受手段との間の流体 シールを構成することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のポンプ。
3. ３．前記パージ流体を、前記軸受手段を滑らかにするのに用いられる軸受流体と することを特徴とする請求の範囲第２項に記載のポンプ。
4. ４．前記軸受手段を流体力学タイプのものとし、かつ前記軸受手段と前記パージ シール手段との間に再循環手段を設けて、流体力学軸流が前記パージシール手段 に再循環作用を引き起さなくすることを特徴とする請求の範囲第３項に記載のポ ンプ。
5. ５．前記界面における前記パージ流体の前記血流への流れを、血液要素が前記界 面に浸入するのを防ぐのに丁度十分な流れとすることを特徴とする請求の範囲第 ２項に記載のポンプ。
6. ６．前記パージシール手段を円筒状シールとすることを特徴とする請求の範囲第 ２項に記載のポンプ。
7. ７．前記パージシール手段をフェースシールとすることを特徴とする請求の範囲 第２項に記載のポンプ。
8. ８．前記パージシール手段を球状シールとすることを特徴とする請求の範囲第２ 項に記載のポンプ。
9. ９．前記パージ流体を無蛋白質血液ろ液から成るものとすることを特徴とする請 求の範囲第２項に記載のポンプ。
10. １０．前記ろ液を蛋白質−ろ過半透膜手段により獲得し、前記半透膜手段の高圧 側を前記血液ポンプの出口側における前記血液と効果的に接触させ、かつ前記半 透膜手段の低圧側を前記パージシール手段と効果的に連続して．前記半透膜の低 圧側に捕集される無蛋白質ろ液流体が前記パージシール手段に対するパージ流体 源を構成することを特徴とする請求の範囲第９項に記載の血液ポンプ。
11. １１．ａ）羽根車チャンバを含むハウジングと；ｂ）前記ハウジング内で、前記 羽根車チャンバの外に設けられる駆動手段と； ｃ）前記羽根車チャンバ内に設けられ、前記羽根車チャンバを経て遠心的に血液 を吸入排出する羽根車手段と； ｄ）前記モータ手段および羽根車手段に関連して前記羽根車手段を駆動させるた めの軸手段と：ｅ）血液と共存し得る軸受流体にて作動する軸受手段によって前 記ハウジング内に回転自在に支持される前記軸手段と； ｆ）前記軸受手段に関連し、前記軸受流体を前記羽根車チャンバ内に十分流して 、血液が前記軸受手段に入るのを防止するパージシール手段：とを具えている凝 血抑制渦巻血液ポンプ。
12. １２．前記羽根車手段をシュラウドのないものとすることを特徴とする請求の範 囲第１項に記載のポンプ。
13. １３．前記羽根車手段がハブおよび複数枚の羽根を具え、前記ハブの表面および 前記羽根車チャンバの壁部が前記ハブ手段と前記壁部との間の界面にて本来連続 的な平滑面を形成することを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の血液ポンプ 。
14. １４．前記羽根車手段が回転する際に前記界面を掃引すべく前記羽根を配置する ことを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の血液ポンプ。
15. １５．前記羽根車チャンバヘの前記軸受流体の流速が、前記軸受手段と前記羽根 車チャンバの壁部との間の界面に沿うあらゆる点において前記軸受手段への血液 または血液要素の流れに打ち勝つのに丁度十分な流速となるようにすることを特 徴とする請求の範囲第１１項に記載の血液ポンプ。
16. １６．前記モータ手段を前記軸受流体中に浸すことを特徴とする請求の範囲第１ １項に記載の血液ポンプ。
17. １７．前記軸受流体を前記軸受手段に付与する点と前記羽根車チャンバとの間に 、前記軸受手段に隣接する前記軸手段を囲むプレナム手段も具えることを特徴と する請求の範囲第１１項に記載の血液ポンプ。
18. １８．前記プレナム手段に低インピーダンスの軸受流体源を接続することを特徴 とする請求の範囲第１７項に記載の血液ポンプ。
19. １９．前記羽根車チャンバに隣接する前記パージシール手段の隙間をほぼ２．５ μｍとすることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の血液ポンプ。
20. ２０．ａ）細長形のハウジングを規定する固定子手段と；ｂ）前記ハウジング内 に軸回転するように取付けられて前記ハウジングの軸方向に血流を搬送し、前記 固定子手段との間にて前記血流と接触する界面を規定する回転子手段と： ｃ）前記固定子手段に前記回転子手段を回転自在に支持するための軸受手段と； ｄ）前記界面における前記軸受手段と前記血流との間に介挿されて、前記界面に おける血流中に前記軸受手段に血液要素が浸入するのを防ぐのに十分なパージ流 体を流出させるためのパージシール手段； とを具える凝血抑制軸流血液ポンプ。
21. ２１．前記界面に隣接する固定子および回転子面が前記血流によって掃引される 本来連続的な平滑面を形成することを特徴とする請求の範囲第２０項に記載のポ ンプ。
22. ２２．血液ポンプの回転部と固定部との間の界面が血液と接触する個所の前記ポ ンプ内のあらゆる点にて前記ポンプにより吸入排出される血液中に血液と共存し 得る流体を流す工程を含むことを特徴とする血液ポンプにおける血栓形成防止方 法。
23. ２３．前記ポンプの作動中前記あらゆる点を絶えず掃引する工程も含むことを特 徴とする請求の範囲第２２項に記載の方法。
24. ２４．前記流体の流速を、前記界面の周囲に沿って前記血液要素が該界面内に拡 散する最大拡散速度よりもごく僅かだけ速くなるように調整する工程も含むこと を特徴とする請求の範囲第２２項に記載の方法。
25. ２５．前記流体の少なくとも前記調整流速を発生するのに十分な圧力で前記血液 から半透膜ろ過によって前記流体を導出する工程も含むことを特徴とする請求の 範囲第２４項に記載の方法。