WO2012115155A1 - ターボ式血液ポンプ - Google Patents

Abstract

　インペラ（５）は、複数のベーン（６）を有しその一部の内周端が回転軸（７）と結合し、各ベーンの外周端は環状連結部（８）に結合し、ポンプ室（２）内に回転自在に支持されている。台座（１７）は、ハウジング（１）の底部壁が上方に突出して形成され、環状連結部の内側の空間領域に対応する円筒状の外周面を有する。台座の上面部には、インペラの回転軸の下端を支持する下部軸受け（１０）が設けられている。封鎖部材（２０）は、ベーンの下部に配置され、環状連結部の内側領域の空間を、回転軸の周囲の開口部（２１）を残して封鎖している。台座の直径Ｄ、及び環状連結部と台座の間の径方向間隙幅Ｃｒは、１３．５ｍｍ≦Ｄ≦１５．０ｍｍ、及び０．２０≦Ｃｒ／Ｄ≦０．２８の関係を満足する。封鎖部材による下部軸受け近傍における流速を高める効果を確保しながら、インペラ回転に伴う剪断応力に起因する溶血が抑制される。

Description

ターボ式血液ポンプ

　本発明は、血液を搬送するための血液ポンプ、特に、インぺラの回転によって血液に遠心力を与えて流動させるターボ式血液ポンプに関する。

　血液ポンプは、人工心肺装置等における体外血液循環を行うために不可欠である。血液ポンプの一種として、ターボ式血液ポンプが知られている。ターボ式血液ポンプは、ポンプ室内でインペラを回転させることにより、遠心力により、血液を搬送するための差圧を発生させるように構成されている。

　ターボ式血液ポンプは、その動作原理の故に、血液ポンプの小型化、軽量化、低コスト化が可能である。また、ローラポンプ式の血液ポンプのようなチューブの損傷がなく、血液ポンプの耐久性に優れているので、長時間の連続運転に好適である。したがって、ターボ式血液ポンプは、人工心肺装置や開心術後の心補助装置の体外循環回路用として極めて有用である。

　例えば特許文献１に記載されているターボ式血液ポンプは、図５に示すような構造を有する。同図において、１はハウジングであり、血液を通過させ流動させるためのポンプ室２を形成している。ハウジング１には、ポンプ室２の上部に連通する入口ポート３、及びポンプ室２の側部に連通する出口ポート４が設けられている。ポンプ室２内にはインペラ５が配置されている。インペラ５は、６枚のベーン６、回転軸７、及びリング状の環状連結部８を有する。

　インペラ５の上面図を図６に、インペラ５の断面図を図７に示す。図６に示すように、６枚のベーンは２種類の形状のもの、すなわち、主ベーン６ａと、それより短い副ベーン６ｂを含み、それらが交互に配列されている。主ベーン６ａと副ベーン６ｂを総称してベーン６と記述する。主ベーン６ａは、中心側端部が回転軸７に結合し、周縁側端部が環状連結部８に結合している。副ベーン６ｂは、中心側端部が回転軸７には結合せず自由端となっており、周縁側端部のみが環状連結部８に結合している。副ベーン６ｂを混在させることにより、全てのベーン６を回転軸７に結合させた場合と比べて、ベーン６による流路の妨げを軽減している。従って、主ベーン６ａの本数は、インペラ５を回転軸７で支持し、かつ十分な駆出力を得るための最小限の範囲に設定される。但し、通常、ベーン６は周方向に等間隔に配置されるので、主ベーン６ａの本数は少なくとも３本に設定される。なお、図５におけるインペラ５の断面形状は、図示の便宜上、図６に示した主ベーン６ａに沿った形状のみが示されている。

　ベーン６（主ベーン６ａ及び副ベーン６ｂとも）の下端縁は、頂点が上方に向いた円錐面に沿うように配置されている。すなわち、ベーン６は回転軸７に対して傾斜して、斜流ポンプを形成している。また、ベーン６の形状は、３次元曲面に形成されている。それにより、充分な駆出能を有しながら、ベーン６の出口側で発生するキャビテーション（流れの剥離、渦流）を抑制し、溶血の低減した血液ポンプを実現できる。

　図５に示すように、回転軸７は、ハウジング１に設けた上部軸受け９及び下部軸受け１０により、回転自在に支持されている。従って、上部軸受け９と下部軸受け１０により、インペラ５が上下位置で安定な状態に支持され、その回転は安定したものとなる。環状連結部８には磁石ケース１１が設けられ、磁石ケース１１には従動磁石１２が埋設されている。従動磁石１２は、円柱状であり、環状連結部８の周方向に６個、一定間隔をもって配置されている。環状連結部８及び磁石ケース１１を含む部分の内側は、円筒形内周面を形成している。

　ハウジング１の下部には、ロータ１３が配置されている。ロータ１３は、駆動軸１４に略円柱状の磁気結合部１５が設けられた構造を有する。駆動軸１４は、図示しないが、回転自在に支持されるとともに、モータ等の回転駆動源に連結されて回転駆動される。また、ロータ１３とハウジング１とは、図示しない要素により、相互の位置関係が一定に保持されている。磁気結合部１５の上面部には、駆動磁石１６が埋設されている。駆動磁石１６は円柱状であり、周方向に６個、一定間隔をもって配置されている。

　駆動磁石１６は、ハウジング１の底部壁を挟んで従動磁石１２と対向するように配置されている。従って、ロータ１３とインペラ５との間は磁気的に結合され、ロータ１３を回転させることにより、磁気結合を介してインペラ５に回転駆動力が伝達される。

　ベーン６の下端縁が円錐面に沿って配置されているので、従動磁石１２が設置された環状連結部８の上下面も、回転軸７に対して直交せず、同様の円錐面に沿っている。同様に駆動磁石１６が設置された磁気結合部１５の上面も傾斜面である。このように、従動磁石１２と駆動磁石１６とが、インペラ５の回転軸に対して傾斜した面において磁気結合を形成している。これにより、インペラ５とロータ１３の間に作用する磁気吸引力は、インペラ５の回転軸に対して傾斜した方向に発生する。その結果、下部軸受け１０に対する下向きの負荷が軽減される。

　インペラ５は、環状連結部８の内側の領域に空間１７を有し、ベーン６の間を上下に貫通する流路が形成されている。ハウジング１の底面の中央部には、上方、すなわちポンプ室２内部に突出した円筒形外周面を有する台座１８が形成されている。台座１８は、インペラ５の下部の、従動磁石１２および環状連結部８の内側の領域の空間１７を埋めるように形成され、空間の体積を最少限に抑制している。台座１８の上面は、ベーン６の下端縁に沿って、頂点が上方に向いた円錐面状の傾斜面を形成している。台座１８の周囲におけるハウジング１の底面も、同様の傾斜面を形成している。

　台座１８が形成されていることにより、ポンプ室２内の血液充填量が低減される。また、環状連結部８が、ハウジング１の底面全体を覆う大きさではなく、空間１７が形成されていることにより、インペラ５は軽量となり、回転に必要な駆動力が低減される。下部軸受け１０は、台座１８の上面部中央に設けられている。なお、上部軸受け９は、入口ポート３の下端部内に配置された３本の軸受け支柱１９の先端に支持されている。

　上記従来例の構成は、血液の滞留部の解消に効果的である。従来、インペラ５の下部には血液が滞留し易く、血液ポンプの長期使用時（経皮的心肺補助法など）の問題として、血液の滞留部に血栓が形成される惧れがあった。これに対して、上記構成では、回転軸７と環状連結部８の間に亘る領域に、ベーン６の間を上下に貫通する流路が形成されるので、血液の滞留が抑制される。インペラ５の下部に流れてきた血液は、下部軸受け１０の近傍を通過してベーン６に達し、ベーン６の外径方向に向かって流れ出る作用が得られるからである。

　しかしながら、この構造の採用だけでは、回転軸７の周辺、例えば台座１８の上面の下部軸受け１０の近傍に、血栓の形成が多く見られた。インペラ５とハウジング１底面の間の間隙における血液は、インペラ５の中心に向かって流動するものの、環状連結部８の内側と台座１８の側面の間の間隙においては血液流の流速が小さくなるからである。特に、台座１８の上面の下部軸受け１０の近傍では、血液流が十分な速度に達しない。そのため血液が滞留し、下部軸受け近傍では、血栓を形成し易い状態になっている。

　この問題に対処するために、インペラ５は、回転軸７と環状連結部８の間に亘る領域のベーン６の下方に配置された封鎖部材２０を有する。封鎖部材２０は、回転軸７と環状連結部８の間に亘る領域の空間からベーン６の間に貫通する流路を、回転軸７の周囲に一部の開口部２１を残して封鎖している。

　これにより、インペラ５とハウジング１底面の間の間隙における血液は、封鎖部材２０の下面に沿ってインペラ５の中心に向かって流動した後、封鎖部材２０の開口部２１を通って上昇する。そのとき、下部軸受け１０に隣接した部分の回転軸７に沿って、十分な速度の血液流が形成され、血液が滞留するおそれが低減される。このように、血液が滞留する恐れのある領域も、封鎖部材２０を設けることにより常に洗浄される状態になるため、血栓の形成を抑制する効果が得られる。

特開２０１０－２０７３４６号公報

　上記構成の従来例の血液ポンプでは、インペラ５に封鎖部材２０を設置することにより、下部軸受け１０の周辺部での血栓形成の問題は改善されているが、溶血の問題が残されていることが判った。

　すなわち、インペラに封鎖部材を設置した改良モデルの血液ポンプでは、牛血液を使用した溶血試験において、有意に溶血の増加が認められた。 溶血悪化の原因としては、封鎖部材の設置による流動状態の変化と、インペラ５と台座１８の間の間隙の減少に起因するインペラ回転に伴う剪断応力の増加が想定された。

　そこで、本発明は、インペラの回転軸が上下の軸受けで支持された構造において、下部軸受け近傍における血栓の形成の抑制と耐溶血性を両立させたターボ式血液ポンプを提供することを目的とする。

　本発明のターボ式血液ポンプは、ポンプ室を形成し、入口ポートおよび出口ポートが設けられたハウジングと、回転軸、複数のベーン及び環状連結部を有し、前記複数のベーンの少なくとも一部の内周端は前記回転軸と結合し、前記各ベーンの外周端は前記環状連結部に結合しているインペラと、前記ハウジングの底部壁内側を上方に突出させて形成され、前記環状連結部の円筒状の内周面が形成する空間領域に対応する円筒状の外周面を有する台座と、前記インペラの回転軸の上端を回転自在に支持する上部軸受けと、前記台座の上面部に設けられ前記インペラの回転軸の下端を回転自在に支持する下部軸受けと、前記インペラにおける前記ベーンの下部に配置され、前記環状連結部の内側領域の空間を、前記回転軸の周囲の開口部を残して封鎖している封鎖部材と、前記ハウジングの外側下部に配置され、前記環状連結部との磁気結合を介して前記インペラを回転駆動するロータとを備える。

　上記課題を解決するために、本発明のターボ式血液ポンプは、前記台座の円筒状外周面の直径Ｄ、及び前記環状連結部の円筒状内周面と前記台座の円筒状外周面との間に形成された間隙の径方向の寸法である径方向間隙幅Ｃｒについて、前記直径Ｄは１３．５ｍｍ≦Ｄ≦１５．０ｍｍの範囲に設定され、前記径方向間隙幅Ｃｒが前記直径Ｄに対して、０．２０≦Ｃｒ／Ｄ≦０．２８の関係を満足することを特徴とする。

　上記構成によれば、環状連結部と台座の円筒状外周面との間の間隙の状態が適正化され、インペラ回転に伴う剪断応力に起因する溶血が抑制される。その結果、封鎖部材による下部軸受け近傍における流速を高める効果を確保しながら、溶血が抑制される。

図１は、本発明の実施の形態におけるターボ式血液ポンプの断面図である。 図２は、同ターボ式血液ポンプの構成による効果を示す図である。 図３Ａは、同ターボ式血液ポンプの構成による効果を対比するための比較例の構成を示す断面図である。 図３Ｂは、同ターボ式血液ポンプの構成による効果を対比するための他の比較例の構成を示す断面図である。 図４は、同比較例の溶血係数を基準例と比較した結果を示す図である。 図５は、従来例のターボ式血液ポンプの断面図である。 図６は、図５のターボ式血液ポンプのインペラの上面図である。 図７は、同インペラの断面図である。

　本発明のターボ式血液ポンプは、上記構成を基本として以下のような態様をとることができる。

　すなわち、前記径方向間隙幅Ｃｒが、３．０～３．８ｍｍであることが好ましい。

　また、前記ベーンの下端縁は、頂点が上方に向いた円錐面に沿うように前記回転軸に対して傾斜しており、前記台座の上面及びその周囲の前記ハウジングの底部壁は、前記ベーンの下端縁に沿った円錐面に形成されていることが好ましい。それにより、血栓の形成を抑制する効果を得ることができる。

　また、前記封鎖部材の開口部の直径をｄとしたとき、前記開口部の直径ｄは、０．２０≦ｄ／Ｄ≦０．３の範囲に設定されていることが好ましい。それにより、下部軸受けの近傍における血栓の形成を抑制する効果を十分に得ることができる。

　また、前記ベーンはその上縁が屈曲し、屈曲点を境にして外周縁側である外縁部ベーン上縁、及び中心側である中心部ベーン上縁が形成されており、前記外縁部ベーン上縁が前記回転軸方向の下方と成す角度を外縁部ベーン上縁角αと定義し、前記中心部ベーン上縁が前記回転軸方向の下方と成す角度を中心部ベーン上縁角βと定義したとき、前記外縁部ベーン上縁角α及び前記中心部ベーン上縁角βはともに鋭角であって、α＜βであり、前記ベーンの上縁に対向する領域における前記ハウジングの前記ポンプ室内壁面は、前記ベーンの上縁に沿った形状を有することが好ましい。

　また、前記入口ポートから流入する血液が前記ベーンに接触する入口部における前記ベーンの上部端と下部端とを結ぶ線分をベーン入口線Ｋと定義し、血液が前記ベーンから離れる出口部における前記ベーンの上部端と下部端とを結ぶ線分をベーン出口線Ｌと定義したとき、前記ベーンは各々、前記ベーン入口線Ｋが、前記回転軸に対しねじれの位置にあり、かつ前記ベーン出口線Ｌが、前記ベーン入口線Ｋに対しねじれの位置にあるような三次元曲面形状を有することが好ましい。

　以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

　＜実施の形態＞
　図１は、本発明の実施の形態におけるターボ式血液ポンプを示す断面図である。このターボ式血液ポンプの基本的な構造は、図５～図７に示した従来例のものと同様である。従って、図５～図７に示した要素と同様の要素については、同一の参照符号を付して、説明の繰り返しを簡略化する。また、インペラ５の上面図は図６を参照し、インペラ５の断面図は図７を参照する。

　図１に示すターボ式血液ポンプでは、従来例と同様、ハウジング１が形成するポンプ室２内に配置されたインペラ５は、複数のベーン６を有する。その少なくとも一部の内周端部が回転軸７と結合し、外周縁部を形成する環状連結部８に各ベーン６の外周端部が結合している。回転軸７は、上部軸受け９と下部軸受け１０により回転自在に支持されている。

　ハウジング１の底部壁内側の中央部を上方に突出させて形成されている台座１８ａは、環状連結部８の円筒状の内周面が形成する空間領域に対応する円筒状の外周面を有する。台座１８ａの上面は、頂点が上方に向いた円錐面状の傾斜面を形成している。なお、ハウジング１の底面の環状連結部８と対向する面も、環状連結部８に沿った傾斜面となっている。台座１８ａの上面部には下部軸受け１０が設けられている。

　インペラ５は、ベーン６の下方に配置された封鎖部材２０を備えている。封鎖部材２０は、ベーン６の下端縁の傾斜に沿った円錐面状の傾斜面を形成している。封鎖部材２０は、環状連結部８の内側領域の空間を、回転軸７の周囲に開口部２１を残して封鎖している。

　この構成において、台座１８ａの円筒状外周面の直径をＤで表わす。また、環状連結部８の円筒状内周面と台座１８ａの円筒状外周面との間に形成された間隙１７の台座１８ａの径方向の寸法である径方向間隙幅をＣｒで表す。直径Ｄと径方向間隙幅Ｃｒは、下記の（式１）及び（式２）関係を満足するように設定される。

　１３．５ｍｍ≦Ｄ≦１５．０ｍｍ　　　（１）
　０．２０≦Ｃｒ／Ｄ≦０．２８　　　　（２）
　この関係を満足することにより、封鎖部材２０による下部軸受け１０近傍における血栓の形成を抑制する効果を得ながら、封鎖部材２０の設置による耐溶血性の悪化を回避することが可能である。

　（式１）及び（式２）で表される条件を決定するために行った実験の結果を、図２に示す。図２において、横軸は径方向間隙幅Ｃｒ（ｍｍ）、縦軸は溶血係数（ｇ／１００Ｌ）である。環状連結部８の円筒状内周面の直径を２１ｍｍとした。基準例（control）は、封鎖部材２０を設けず、径方向間隙幅Ｃｒは略０としたものであり、従って台座１８ａの直径Ｄは略２１ｍｍ（φ２１）である。封鎖部材２０を設けた本実施の形態に相当する構成については、径方向間隙幅Ｃｒを０．５ｍｍ（φ２０）、２．５ｍｍ（φ１６）、３．５ｍｍ（φ１４）、４．５ｍｍ（φ１２）、５．５ｍｍ（φ１０）としたサンプルを作製して実験を行った。

　図２に示されるように、基準例（control）では、溶血係数が約０．０４ｇ／１００Ｌであり、径方向間隙幅Ｃｒを大きくしていくと溶血係数は増加する。しかし、径方向間隙幅Ｃｒが２．５を超えると、急激に溶血係数が減少し、３．５ｍｍの近傍では、溶血係数が約０．０４ｇ／１００Ｌで、基準例の場合の極小値とほぼ同一になる。さらに径方向間隙幅Ｃｒを大きくしていくと溶血係数は再度増加する。

　これに関して詳細な検討を行なった結果、間隙１７の径方向間隙幅Ｃｒを、３．０～３．８ｍｍの範囲内に設定することで、封鎖部材２０による下部軸受け１０近傍における血栓の形成を抑制する効果を得て、しかも封鎖部材２０の設置による耐溶血性の悪化を回避することについて、良好な結果が得られた。

　更に、ターボ式血液ポンプとして実用可能な寸法の範囲に関して詳細な検討を行なった結果、封鎖部材２０による下部軸受け１０近傍における血栓の形成を抑制する効果が得られ、しかも封鎖部材２０の設置による耐溶血性の悪化を回避するためには、（式１）及び（式２）関係を満足することが効果的であることが判った。なお、封鎖部材２０の開口径ｄは、φ３ｍｍ～φ７ｍｍの範囲が適切であり、軸受け下部１０の流動状態に対する影響を回避するためには、変更しないことが望ましい。従って、上述の検討結果は、開口径ｄをこの範囲に設定して行なった実験によるものである。

　以上のとおり、本発明は、溶血の発生を抑制するために効果的であった実験結果に基づき、インペラ５とハウジング１の間の径方向間隙幅Ｃｒを適切に設定することを特徴とするものである。これに対する比較のため、インペラ５とハウジング１の径方向間隙幅Ｃｒ以外の間隙の大きさを変更したときの、耐溶血性を改善する効果を検討した結果について、図３Ａ及び図３Ｂを参照して説明する。

　図３Ａに示す例は、台座１８ｂの上面の円錐部分の形状を異ならせた場合を示す。すなわち、台座１８ｂの上面の円錐面の傾斜が、封鎖部材２０の円錐面の傾斜よりも緩くなっている。それにより、封鎖部材２０と台座１８ｂの上面の間の斜め間隙は、封鎖部材２０の面に直交する方向の幅（斜め間隙幅Ｃｓ）が最上部で最大となっている。この斜め間隙幅Ｃｓを２．９ｍｍ（＝基準値＋２．１ｍｍ）とした。このとき、同位置での封鎖部材２０と台座１８ｂの上面の間の垂直方向における幅（垂直間隙幅Ｃｖ１）は２．４ｍｍ（基準値＋２．１ｍｍ）であった。

　図３Ｂに示す例は、台座１８ｃの上面の円錐形状の上部を平坦にして、最上部における封鎖部材２０と台座１８ｂの上面の間の垂直方向における幅（垂直間隙幅Ｃｖ２）を増大させた場合を示す。垂直間隙幅Ｃｖ２を、１．９ｍｍ（基準値＋１．５ｍｍ）とした。

　これらの例について、溶血係数を測定した実験の結果を、図４に示す。図４には、図２の場合と同様の基準例（control）の溶血係数を併せて示した。図４から判るように、図３Ａ、及び図３Ｂの例に示した箇所の間隙は、溶血改善に効果が不十分である。

　なお、封鎖部材２０の開口部２１は、下部軸受け１０の近傍における血栓の形成を抑制する効果を十分に得るためには、以下に説明する条件を満足するように設定されることが望ましい。下記の条件は、血栓形成の評価用の試験液として、油絵具６に対してオイルを４の重量比で混合した液体を用い、封鎖部材２０の開口部２１の直径ｄを変えながら、試験液をポンプ駆動により循環させて、台座１８ａの上面に形成された油膜の大きさを検査した結果に基づくものである。

　台座１８ａの円筒面の直径Ｄは２０ｍｍとし、回転軸７の直径は２ｍｍ、環状連結部８の内周面の直径は２２ｍｍとした。従って、開口部２１の直径ｄは、２ｍｍ～２２ｍｍの間で変化させた。ポンプ流量は２．０Ｌ／ｍｉｎ、回転数は４０００ｍｉｎ-1、循環時間は２分とした。

　開口部２１の直径ｄを２２ｍｍ（封鎖部材２０なしの場合の値）から小さくするのに伴い、１３ｍｍ付近から残存油膜の割合が減少し始める。そして、直径ｄ＝６ｍｍになると、直径ｄを小さくすることによる残存油膜の減少の効果が緩やかになる。直径ｄ＝２．４ｍｍ～４．５ｍｍの範囲で、残存油膜の減少の効果が最も大きかった。２．４ｍｍより小さくなると、逆に残存油膜の割合は増大した。これは血液の流路が小さくなりすぎるためである。

　以上のとおり、開口部２１の直径ｄは、血栓の形成を抑制するためには２．４ｍｍ～４．５ｍｍの範囲とすることが最適である。一方、他の条件を考慮して、開口部２１の直径ｄを上記の最適な範囲よりも大きめ、すなわち４．５ｍｍを超えて６ｍｍまでの大きさにしても、血栓の形成を抑制する効果は、実用上は十分に得られる。なお、開口部２１の直径ｄの適当な範囲は、ターボ式血液ポンプの寸法によって若干変わるが、通常用いられる範囲のターボ式血液ポンプであれば、以下のように規格化した範囲とすれば、所望の効果を得ることが可能である。

　すなわち、台座１８ａの円筒面の直径Ｄに対して、開口部２１の直径ｄは、０．１２≦ｄ／Ｄ≦０．３の範囲、好ましくは、０．１２≦ｄ／Ｄ≦０．２２５の範囲に設定すればよい。但し、（式１）の条件を考慮すると下限値はより大きくなり、０．２０≦ｄ／Ｄとすることが望ましい。

　また、ベーン６（主ベーン６ａ及び副ベーン６ｂとも）は、図６に示すような３次元曲面形状を有し、同形状は次のように設定することができる。すなわち、入口ポート３から流入する血液がベーン６に接触（衝突）する入口側（インペラ５の中心側。回転軸７との結合部とは限らない。）における、ベーン６の上部端と下部端とを結ぶ線分をベーン入口線Ｋと称する。また、血液がベーン６から離れる出口側（インペラ５の外周縁部）におけるベーン６の上部端と下部端とを結ぶ線分を、ベーン出口線Ｌと称する。ベーン入口線Ｋはその上端が、回転軸７に対して回転の下流側に倒れる向きにねじれている。ベーン出口線Ｌは、ベーン入口線Ｋに対しそのねじれと反対の向きにねじれている。

　例えば、回転軸７の方向に対してベーン出口線Ｌは平行であるが、ベーン入口線Ｋが成す角度γは、例えば約３０°になるように設定される。このようにして、入口部と出口部の間でベーン入口線Ｋとベーン出口線Ｌの間を結ぶ面により形成されたベーン６は、ねじれた形状の３次元曲面を形成している。これにより、充分な駆出能を有しながら、ベーン６の出口側で発生するキャビテーション（流れの剥離、渦流）を抑制し、溶血の低減した血液ポンプを実現できる。

　上述のとおり、封鎖部材２０は、下部軸受け１０近傍の血栓抑制には効果を発揮する。但し、上部軸受け９の近傍では、封鎖部材２０による洗浄効果はそれ程期待できない。特に従来のターボ式ポンプでは、回転軸７の近傍では流れが澱みやすい状態にあり、洗浄効果が不十分となる。また、インペラ５とハウジング１の上部内壁との間隙が大きいため、いわゆる２次流れによる洗浄効果が弱い。すなわち、ベーン６の出口側から出て、インペラ５の上面とハウジング１の内壁面との間の間隙を通ってベーン６の入口側に戻る血液の流れ（２次流れ）が、上部軸受け９の近傍まで達し難いからである。そのため、上部軸受けの近傍における血栓の形成の抑制は十分とは言えない。

　そこで上部軸受け９近傍での洗浄効果を高めるために、主ベーン６ａ、及び副ベーン６ｂの上縁は、図７に示すように、回転軸７の軸方向における高さが変化する屈曲点２２を有する形状とすることができる。屈曲点２２を境にして、外周縁側を外縁部ベーン上縁２３ａ、中心側を中心部ベーン上縁２３ｂと称する。

　外縁部ベーン上縁２３ａが回転軸７に平行な方向Ｙの下方と成す角度を外縁部ベーン上縁角αと定義し、中心部ベーン上縁２３ｂが方向Ｙの下方と成す角度を中心部ベーン上縁角βと定義する。外縁部ベーン上縁角α及び中心部ベーン上縁角βはともに鋭角であって、α＜βである。言いかえれば、中心部ベーン上縁２３ｂの方が、外縁部ベーン上縁２３ａよりも水平に近い傾斜を形成している。

　上述のようなベーン６の上縁の形状に合わせて、特に、中心部ベーン上縁２３ｂに対向する領域では、ハウジング１のポンプ室２の内壁面は、中心部ベーン上縁２３ｂに沿った形状を有する。中心部ベーン上縁２３ｂがより水平に近くなった結果、中心部ベーン上縁２３ｂに沿った形状を有するハウジング１の内壁面と、上部軸受け９との位置関係は接近する。そのため、入口ポート３も上部軸受け９に近接し、軸受け支柱１９及び上部軸受け９の少なくとも一部は、入口ポート３内に配置された状態になる。

　ベーン６及びハウジング１のポンプ室２の内壁面の形状を、以上のように設定することにより、インペラ５の上部とハウジング１の上部内壁面との間の間隙が狭くなる。これにより、上部軸受け９の近傍における流動状態が改善され、血流による洗浄効果が向上する。何故ならば、インペラ５により駆出力を受けた血液のいわゆる２次流れ、すなわち、ベーン６の出口側から出て、インペラ５の上面とハウジング１のポンプ室２の内壁面との間の間隙を通ってベーン６の入口側に戻る血液の流れが、上部軸受け９の近傍まで達する状態が得られ易くなるからである。

　この構成によれば、ベーン６の上部の翼面の面積が減少することになるが、インペラ５の上部は駆出にあまり影響しないため、ある程度までは、駆出力の面での影響は考慮不要である。上記効果を得るためには、ベーン上縁角αは３０～６０度の間に設定され、ベーン上縁角βは７０～９０度の間に設定されることが望ましい。

　また、上部軸受け９の近傍での流動状態を改善するには、主ベーン６ａのように、中心側端部が回転軸７まで延長されていることが望ましい。これにより、インペラ５の中心部での流動状態が良好になる。但し、ベーン６は、ねじれた３次元曲面形状を有する。そのため、主ベーン６ａを延長して回転軸７に直接結合させる場合、ベーン６のねじれをそのままの状態にして主ベーン６ａの中心側を延長すると、主ベーン６ａの中心側端部は回転軸７から逸れて、相互の結合が困難になる。

　そこで、主ベーン６ａは、その長手方向における所定の位置Ｐを境界として、出口側（インペラ５の外縁側）のねじれ部と、入口側（インペラ５の中心側）の直線部とに区分されている。つまり、主ベーン６ａの外縁端から内縁端に向けて位置Ｐまで上述のようなねじれが形成され、位置Ｐよりも中心側ではねじれを形成することなく直線形状を成している。これにより、主ベーン６ａの中心側端部を容易に回転軸７に結合させることが可能となっている。

　このように、主ベーン６ａにおいてポンプの駆出能や溶血に影響する部分のみ従来と同様の構造とし、回転軸７まで延長する部分はねじれ解消して直線的に延長することにより、送血量（駆出能）の確保、溶血低減、等のポンプの性能を維持しながら、インペラ５の中心部での流動状態を改善することができる。

　本発明のターボ式血液ポンプによれば、下部軸受け近傍における血栓の形成の抑制と耐溶血性を両立させることができるので、人工心肺装置等における体外血液循環を行うための血液ポンプとして好適である。

　１　ハウジング
　２　ポンプ室
　３　入口ポート
　４　出口ポート
　５　インペラ
　６　ベーン
　６ａ　主ベーン
　６ｂ　副ベーン
　７　回転軸
　８　環状連結部
　９　上部軸受け
　１０　下部軸受け
　１１　磁石ケース
　１２　従動磁石
　１３　ロータ
　１４　駆動軸
　１５　磁気結合部
　１６　駆動磁石
　１７　空間
　１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ　台座
　１９　軸受け支柱
　２０　封鎖部材
　２１　開口部
　２２　屈曲点
　２３ａ　外縁部ベーン上縁
　２３ｂ　中心部ベーン上縁

Claims (6)

1. 　ポンプ室を形成し、入口ポートおよび出口ポートが設けられたハウジングと、
   　回転軸、複数のベーン及び環状連結部を有し、前記複数のベーンの少なくとも一部の内周端は前記回転軸と結合し、前記各ベーンの外周端は前記環状連結部に結合しているインペラと、
   　前記ハウジングの底部壁内側を上方に突出させて形成され、前記環状連結部の円筒状の内周面が形成する空間領域に対応する円筒状の外周面を有する台座と、
   　前記インペラの回転軸の上端を回転自在に支持する上部軸受けと、
   　前記台座の上面部に設けられ前記インペラの回転軸の下端を回転自在に支持する下部軸受けと、
   　前記インペラにおける前記ベーンの下部に配置され、前記環状連結部の内側領域の空間を、前記回転軸の周囲の開口部を残して封鎖している封鎖部材と、
   　前記ハウジングの外側下部に配置され、前記環状連結部との磁気結合を介して前記インペラを回転駆動するロータとを備えたターボ式血液ポンプにおいて、
   　前記台座の円筒状外周面の直径Ｄ、及び前記環状連結部の円筒状内周面と前記台座の円筒状外周面との間に形成された間隙の径方向の寸法である径方向間隙幅Ｃｒについて、
   　前記直径Ｄは１３．５ｍｍ≦Ｄ≦１５．０ｍｍの範囲に設定され、
   　前記径方向間隙幅Ｃｒが前記直径Ｄに対して、０．２０≦Ｃｒ／Ｄ≦０．２８の関係を満足することを特徴とするターボ式血液ポンプ。
2. 　前記径方向間隙幅Ｃｒが、３．０～３．８ｍｍである請求項１に記載のターボ式血液ポンプ。
3. 　前記ベーンの下端縁は、頂点が上方に向いた円錐面に沿うように前記回転軸に対して傾斜しており、
   　前記台座の上面及びその周囲の前記ハウジングの底部壁は、前記ベーンの下端縁に沿った円錐面に形成されている請求項１に記載のターボ式血液ポンプ。
4. 　前記封鎖部材の開口部の直径をｄとしたとき、前記開口部の直径ｄは、０．２０≦ｄ／Ｄ≦０．３の範囲に設定されている請求項１に記載のターボ式血液ポンプ。
5. 　前記ベーンはその上縁が屈曲し、屈曲点を境にして外周縁側である外縁部ベーン上縁、及び中心側である中心部ベーン上縁が形成されており、
   　前記外縁部ベーン上縁が前記回転軸方向の下方と成す角度を外縁部ベーン上縁角αと定義し、前記中心部ベーン上縁が前記回転軸方向の下方と成す角度を中心部ベーン上縁角βと定義したとき、前記外縁部ベーン上縁角α及び前記中心部ベーン上縁角βはともに鋭角であって、α＜βであり、
   　前記ベーンの上縁に対向する領域における前記ハウジングの前記ポンプ室内壁面は、前記ベーンの上縁に沿った形状を有する請求項１に記載のターボ式血液ポンプ。
6. 　前記入口ポートから流入する血液が前記ベーンに接触する入口部における前記ベーンの上部端と下部端とを結ぶ線分をベーン入口線Ｋと定義し、血液が前記ベーンから離れる出口部における前記ベーンの上部端と下部端とを結ぶ線分をベーン出口線Ｌと定義したとき、
   　前記ベーンは各々、前記ベーン入口線Ｋが、前記回転軸に対しねじれの位置にあり、かつ前記ベーン出口線Ｌが、前記ベーン入口線Ｋに対しねじれの位置にあるような三次元曲面形状を有する請求項１に記載のターボ式血液ポンプ。

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