JPS63288162A - 人工心臓駆動装置 - 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、ブフツヤープレートにより作動流体室と心室
とに仕切られた右心室ポンプ及び左心室ポンプを有する
流体圧駆動型の人工心臓に作動流体を供給して、前記各
心室ポンプから血液を拍出させる人工心臓駆動装置に関
する。

〔従来の技術〕

現在実用化されている人工心臓は、右心室ポンプ及び左
心室ポンプが、夫々善心室内の血液を作動流体室内に供
給される作動流体によって作動するプッシャープレート
によって圧し出すように成された流体圧駆動によるもの
が多い。

この人工心臓の各作動流体室に空気等の作動流体を供給
して人工心臓を駆動する人工心臓駆動ｉ置として、従来
より閉鎖型の駆動装置が知られている。

これは、例えば右心室ポンプ用シリンダと左心室ポンプ
用シリンダの二本のシリンダを使用し、夫々のシリンダ
を所定長さのチューブを介して右心室ポンプ及び左心室
ポンプの空気室と接続し、複駆動することにより、空気
（作動流体）の吐出と吸入を繰り返し行うことによって
、右心室ポンプ及び左心室ポンプのプッシャープレート
を往復駆動するようになされている。

したがって、各シリンダのピストンを例えばモータの動
力を利用して往復駆動すれば、人工心臓を駆動すること
ができるので、駆動装置を携帯可能な大きさにすること
ができる。

〔解決しようとする技術的課題〕

しかしながら、従来の人工心臓駆動装置は、携帯可能と
いっても、車イスの上に載せた状態で運搬しているのが
現状であり、人工心臓を使用する患者が自ら持ち運ぶこ
とはできず、行動範囲が限られていた。

人工心臓を使用する患者が自由に行動できるようにする
ためには、右心室ポンプと左心室ポンプに空気を供給す
る駆動装置を、自ら持ち歩くことができる程度に、例え
ば肩掛は型のバッグやアタッシュケース等に収容できる
程度に小型軽量化する必要がある。

即ち、従来はモータの回転シャフトにクランクシャフト
を接続し、当該クランクシャフトに連結されたピストン
ロンドを介してピストンを往復させたり、モータの回転
シャフトにボールねじを形成し当該ボールネジ螺合され
たナツトにピストンロンドを固定して前記ボールねじを
駆動するモータを一定周期で反転することによりピスト
ンを往復させるようにしていたため、モータの回転運動
を直！ｉｌ動に変換するための機構がモータ外部に配設
されることとなり、その機構を配置するためのスペース
を確保しなければならず小型化しようとしても限界があ
った。

さらに、上述のボールねじを使用する場合は、右心室ポ
ンプと左心室ポンプのプッシャープレートを往復駆動す
るために正逆切り換えて駆動するだけでなく、夫々の往
復ポンプごとに一台のモータを必要とし、右心室ポンプ
と左心室ポンプを駆動するためには二台のモータが必要
となり、小型軽量化を図ることができなかった。

〔問題を解決するための手段〕

そこで、本発明は、クランクシャフトやボールねじを使
用することな（、しかも一つのモータによって右心室ポ
ンプ及び左心室ポンプを駆動することができる非常に小
型で且つ軽量な人工心臓駆動装置を提供することを目的
とする。

この目的を達成するために、本発明は、血液を拍出させ
る右心室ポンプと左心室ポンプが、夫々心室内の血液を
作動流体室内に供給される作動流体によって作動するプ
ッシャープレートで圧し出すように成された人工心臓の
前記各作動流体室に、ピストンの往復運動によって作動
流体の吸引と吐出を繰り返す往復ポンプが夫々所定長さ
のチューブを介して接続され、当該各往復ポンプがモー
タによって駆動されるように成された人工心臓駆動装置
において、前記モータが、円筒状ロータの内側にその回
転運動を左右の直線往復運動に変換する無端状の案内溝
を形成した円筒カムを取り付けた構成とされ、当該円筒
カム内に、その左右両側から前記各往復ポンプのピスト
ンロンドが挿入されて夫々前記案内溝に係合されている
ことを特徴とする。

〔発明の作用〕

本発明による人工心臓駆動装置は、モータの円筒状ロー
タの内側に回転運動を左右の直線往復運動に変換する円
筒カムが設けられており、当該円筒カムの回転によって
各往復ポンプのピストンロッドが直接的に往復運動され
るから、モータの回転運動を直線往復運動に変換する機
構として、従来の如きクランクシャフトやボールねし等
が一切不要となり、前記円筒カム自体もモータ内に取り
付けられて場所をとらない構成となっている。

また、各往復ポンプのピストンロッドが円筒カムの左右
両側から案内溝に係合されて、モータの左右両側に往復
ポンプを直接連結することができるので、駆動装置を著
しく小型化することができる。

さらに、二つの往復ポンプのピストンロッドを往復駆動
するモータが一つで足りるので、人工心臓駆動装置の小
型化だけでなく軽量化を図ることができる。

したがって、例えば、患者の体内に埋めこまれた人工心
臓と往復ポンプとを所定長さのチューブで連結した人工
心臓駆動装置を、アタッシュケース等の携帯用バンク内
に収納して、患者臼らが持ち歩くこともでき、患者の行
動範囲を広げることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す具体的な実施例に基づいて説
明する。

第１図は本発明による人工心臓駆動装置の一例を示すフ
ローシートである。

図中ＩＲ及びＩＬは体内埋込型人工心臓の右心室ポンプ
及び左心室ポンプであって、プッシャープレート２Ｒ及
び２Ｌを介して夫々心室３と空気室（作動流体室）４が
形成されている。

各心室３には血液流入口３ａ及び流出口３ｂが形成され
ると共に、各空気室４には作動流体としての空気の供給
口４ａが形成されており、空気室４に供給される空気の
圧力によってプッシャープレート２Ｒ及び２Ｌが押圧さ
れて心室３がら血液が圧し出されるようになされている
。

Ｋは、アタッシュケース等の小型の携帯用ケース５内に
収納された人工心臓駆動装置であって、前記各心室ポン
プＩＲ及びＩＬの空気室４及び４に空気を供給する往復
ポンプを形成するシリンダ６Ｒ及び６Ｌと、当該各シリ
ンダ６Ｒ及び６Ｌのピストン７Ｒ及び７Ｌを往復駆動す
るためのモータ８とからなる。

前記各シリンダ６Ｒ及び６Ｌは、モータ８の左右両側に
モータハウジング８ａと一体に形成されており、その先
端部に形成された各ボート６ａと前記空気室４の供給口
４ａが、所定長さのチューブ９を介して接続されている
。

また、前記モータ８は、ステータｌＯ内に円筒状ロータ
１１が回動自在に配設され、当該ロータ１１の内側には
、その回転運動を直線往復運動に変換する無端状の案内
溝１３を形成した円筒カム１２を取り付けた構成とされ
ている。

そして、前記円筒カム１２の案内溝１３は、該円筒カム
１２が一回転の運動を一往復の直線運動に変換できるよ
うに、例えば第２図に示すように円筒カム１２を展開し
た状態で３６０　”のサインカ＝ブとされ、当該円筒カ
ム１２の内周面に沿って刻設されている。

一方、前記各シリンダ６Ｒ及び６Ｌのピストン７Ｒ及び
７Ｌに連設されたピストンロッド１５Ｒ及び１５Ｌは、
いずれも端部が円筒状に形成され、ピストンロッド１５
Ｒがピストンロッド１５Ｌ内に挿入されてカップリング
を形成している（第３図図示）。

ピストンロッド１５Ｌは、その先端側に円筒カムＩ２の
案内溝Ｉ３に係合するローラＩ６が突設されると共に、
外周面上に軸方向に沿って回転防止用のキー溝１７が形
成され、当該キー溝１７にはモータハウジング８ａに固
定されたガイ′ドアーム１８が摺動自在に係合されて、
ピストンロッド１５Ｌが円筒カム１２と共に回転するこ
とを防止している。

また、前記ピストンロッド１５Ｌに挿入されるピストン
ロッド１５Ｒは、先端側に円筒カム１２の案内溝１３に
係合するローラ１９が突設され、該ローラ１９は、°前
記ピストンロッド１５Ｌの円筒状部分にその軸方向に沿
って形成されたすり割り２０を介してピストンロッド１
５Ｌから突設されて前記円筒カム１２の案内溝１３に係
合されている。

前記ローラ１９は、当８亥ピストンロッド１５Ｒが外側
のピストンロッド１５Ｌと対称的に往復運動をするよう
にローラ１６に対し１８０　”の位相差をもって前記案
内溝１３に係合されている。

即ちミ前記案内溝１３はサインカーブに刻設され、各ロ
ーラ１９及び１６が１８０　”の位相差で案内溝１３に
係合されているので、円筒カム１２が回転すると、各ピ
ストンロッド１５Ｒ及び１５Ｌは対称的に移動し、内側
のピストンロッド１５Ｒが右方向に移動してシリンダ６
Ｒのピストン７を押圧するときには、外側のピストンロ
ッド１５Ｌは左方向に移動してシリンダ６Ｌのピストン
７を押圧する。

したがって、前記モータ８を起動させると、円筒カム１
２が回転されて、ピストンロッド１５Ｒ及び１５Ｌが直
接的に且つ対称的に往復運動されることとなり、各シリ
ンダ６Ｒ及び６Ｌのピストン７Ｒ及び７Ｌを同時に進退
させ、右心室ポンプＩＲ及び左心室ポンプＩＬに空気を
供給し、各プッシャープレート２Ｒ及び２Ｌを同時に加
圧して血液を同時に拍出させることができ、また供給し
た空気を吸引することにより空気室４及び４内が減圧さ
れて心室３及び３内に血液が充満されることになる。

なお、２１は、ピストンロッド１５Ｒ及び１５Ｌを円滑
に往復運動させるために、ピストンロッド１５Ｒの外周
に取り付けたベアリングである。

２５は、各ポンプｌＲ及びＩＬへの血液流入圧の変化に
応じてモータ８の回転を制御する制御装置であって、そ
の入力側に各プッシャープレート２Ｒ及び２Ｌに取り付
けられた磁石２６によりその位置を検出するホールセン
サ２７Ｒ及び２７Ｌと、モータ８により駆動されるピス
トン７Ｒに取り付けられた磁石２８によりその位置を検
出するホールセンサ２９が接続され、出力側にモータ８
の駆動回路３０が接続されている。

前記制御装置２５は、ホールセンサ２７Ｒ及び２７Ｌの
検出信号に基づいて各ポンプＩＲ及びｌＬの血液充満時
を求め、いずれか早く血液が充満した方の血液充満時に
トリガー信号発生手段２５ａによりトリガー信号が出力
され、当該トリガー信号が例えばＰ　Ｗ　Ｍ　’？ｆｌ
　４Ｌ回路２５ｂに入力されると駆動回路３０に制御信
号を出力しモータ８を一回転だけ駆動させる。

また、ＰＷＭ制御回路２５ｂには、ピストン７Ｒの位置
を検出するホールセンサ２９からの検出信号が人力され
、ピストン７Ｒが最も後退した時点でモータ８を停止す
る制御信号を駆動回路３０に出力する。

即ち、右心室ポンプＩＲ又は左心室ポンプＩＬの一方に
血液が充満した時点で、トリガー信号発生手段２５ａか
ら出力されるトリガー信号によりモータ８が起動され血
液の拍出が開始されることとなるので、各ポンプＩＲ及
びＩＬへの血液流入圧が上昇して血液が早く充満しトリ
ガー信号の間隔が狭くなれば心拍数も前記流入圧に応じ
て上昇され、血液流入圧が降下してトリガー信号の間隔
が長くなれば心拍数も血圧に応じて降下することとなる
。

この場合、トリガー信号は、右心室ポンプＩＲ又は左心
室ポンプＩＬのいずれか一方が先に充満した時点で出力
されるから、血液は常に両方のポンプＩＲ及びＩＬ内に
流入し又はポンプから拍出されていることになり、血液
が前記ポンプ内に滞留することがなく、血栓が形成され
る等の弊害を防止することができる。

以上が本発明の一例構成であり、次にその作用について
説明する。

体内に埋め込んだ各心室ポンプＩＲ及びＩＬの空気室４
及び４と各シリンダ６Ｒ及び６Ｌとを夫々チューブ９で
接続すると共に、各ポンプＩＲ及びＩＬのブツシャ−プ
レー）２Ｒ及び２Ｌの位置を検出するホールセンサ２７
Ｒ及び２７Ｌの信号線を制御装置２５に夫々接続する。

そして、モータ８が起動されロータ１１が回転すると、
円筒カム１２によってその回転運動が直接的に直線往復
運動に変換されて、該円筒カム１２の案内溝１３に夫々
のローラ１６及び１９が係合された各ピストンロッド１
５Ｒ及び１５Ｌが、対称的に往復運動され、前進すると
きに各シリンダ６Ｒ及び６Ｌのピストン７Ｒ及び７Ｌが
進出されて各ポンプＩＲ及びＩＬの空気室４及び４に作
動空気を供給し、心室３及び３内の血液を同時に拍出し
た後、ピストン７及び７が後退されて前記空気室４及び
４内が減圧されて心室３及び３内に血液が充満されるま
で待機する。

そして、心室３及び３内に血液が流入されるとプッシャ
ープレート２Ｒ及び２Ｌが移動し、各ホールセンサ２７
Ｒ及び２７Ｌからプッシャープレート２Ｒ及び２Ｌの位
置を出力する検出信号が制御装置２５に入力され、検出
信号に基づいて各ポンプＩＲ及びＩＬの血液充満時が求
められる。

このとき、右心室ポンプＩＲ及び左心室ポンプＩＬに同
時に血液が流入されるが、各ポンプＩＲ及びＩＬへの血
液流入圧の相違によって血液充満時が前後する場合があ
る。

そして、例えば右心室ポンプＩＲが先に充満されると、
左心室ポンプＩＬが充満する前であっても、その時にト
リガー信号が出力されモータ８が起動されて、右心室ポ
ンプｌＲ及び左心室ポンプＩＬから同時に血液の拍出が
開始される。

したがって、いずれか早く血液が充満した心室ポンプの
血液充満時に同期して血液の拍出が開始されることとな
り、各ポンプＩＲ及びＩＬ内の血液は常に流入及び拍出
を繰り返しているから、ポンプｌＲ及びＩＬ内に血液が
滞留することなく、血液の滞留による血栓の形成等の弊
害を防止することができる。

また、血液流入圧の変動に応じて血液拍出のタイミング
が制御されるので、当該流入圧が高くなるとトリガー信
号の出力間隔が短くなってモータ８の回転数が上昇され
心拍数が自動的に増加し、逆に血液流入圧が低くなった
場合には心拍数が自動的に低下されることとなる。

このように、各心室ポンプＩＲ及びＩＬの血液充満時を
検出していずれか早く充満した時に同期させてモータ８
を駆動し血液の拍出を開始させる制御装置を使用すれば
、各心室ポンプＩＲ及びＩＬへの血液流入圧の変化に応
じて心拍数が自動的に変化されて単位時間当たりの拍出
量が変化することとなるので、生体の血圧に応じた最適
の血液流量に維持することができる。

なお、上記実施例の説明では、各心室ポンプｌＲ及びＬ
Ｌに空気を供給する往復ポンプとしてシリンダ６Ｒ及び
６Ｌを使用した場合について説明したが、本発明はこれ
に限らず例えばベローズその他の往復ポンプを使用する
場合であってもよい。

また、作動流体としては空気に限らず、液体その他の流
体を使用する場合であってもよい。

さらに、右心室ポンプＩＲ及び左心室ポンプｌＬのプッ
シャープレート２Ｒ及び２Ｌとしては、板状のものに限
らず、ダイアフラム等の膜状のものであってもよい。

プッシャープレート２Ｒ及び２Ｌとして膜状のものを使
用した場合は、各ポンプＩＲ及びＩＬの血液充満時を検
出する手段としては、ホールセンサ２７Ｒ及び２７Ｌに
よりプッシャープレート２Ｒ及び２Ｌの位置を検出する
代わりに、例えば空気室４及び４の圧力を検出すること
により血液充満時を求めることができる。

また、生体内に埋め込んで使用する人工心臓の駆動装置
として使用する場合に限らず、生体外に設置する補助人
工心臓の駆動装置として使用できることはいうまでもな
い。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、円筒状ロータの内側
に取り付けられた円筒カムの左右両側から、当該円筒カ
ムの案内溝に各往復ポンプのピストンロンドが係合され
ているので、各往復ポンプをモータの左右両側に直接連
続して形成することができ、また一つのモータで二つの
往復ポンプを駆動することができ、さらにモータ外に回
転シャフト等が突出することもなく、装置全体の小型軽
量化を図ることができるという優れた効果を有する。

また、構造が簡単であり製造コストも安いので、循環器
系の病気に関して十分な設備が整わない小規模病院や個
人開業医にも、緊急用の補助人工心臓駆動装置として広
く普及させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による人工心臓を示す断面図、第２図は
その要部を示す展開図、第３図はその要部を示す斜視図
である。 符号の説明 ＩＲ・・・右心室ポンプ、ＩＬ−・−左心室ポンプ、２
Ｒ，２Ｌ・・・プッシャープレート、Ｋ・・・駆動装置
、３・・心室、４・・・空気室（作動流体室）、６Ｒ，
６Ｌ・・・シリンダ、７Ｒ，７Ｌ・・・ピストン、８・
・−モータ、９−・チューブ、１１−・ロータ、１２・
・−円筒カム、１３・・・Ｘ　内？ｎ、１５Ｒ，１５Ｌ
・−・ピストンロンド。 １６．１９−・・ローラ（突起）。 特許出願人　　　　　　　　　高　谷　節　雄センチユ
リ−メディカル株式会社 第　１　図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）血液を拍出させる右心室ポンプと左心室ポンプが
   、夫々心室内の血液を作動流体室内に供給される作動流
   体によって作動するプッシャープレートで圧し出すよう
   に成された人工心臓の前記各作動流体室に、ピストンの
   往復運動によって作動流体の吸引と吐出を繰り返す往復
   ポンプが夫々所定長さのチューブを介して接続され、当
   該各往復ポンプがモータによって駆動されるように成さ
   れた人工心臓駆動装置において、前記モータが、円筒状
   ロータの内側にその回転運動を左右の直線往復運動に変
   換する無端状の案内溝を形成した円筒カムを取り付けた
   構成とされ、当該円筒カム内に、その左右両側から前記
   各往復ポンプのピストンロッドが挿入されて夫々前記案
   内溝に係合されていることを特徴とする人工心臓駆動装
   置。
2. （２）前記円筒カム内に挿入される前記ピストンロッド
   のうち、少なくとも一方のピストンロッドの端部が円筒
   状に形成され、当該円筒内に他方のピストンロッドの端
   部が摺動自在にカップリングされると共に、当該他方の
   ピストンロッドに形成された突起が前記一方のピストン
   ロッドの円筒状部分に形成された軸方向のすり割りを通
   して前記円筒カムの案内溝に係合されて成る前記特許請
   求の範囲第１項記載の人工心臓駆動装置。
3. （３）前記各往復ポンプが、前記ピストンを往復させる
   シリンダからなる前記特許請求の範囲第１項記載の人工
   心臓駆動装置。
4. （４）前記各往復ポンプが、前記ピストンにより伸縮さ
   れるベローズからなる前記特許請求の範囲第１項記載の
   人工心臓駆動装置。