血液ポンプ

【要約】
【課題】コンパクトで、かつ溶血量や凝血が少ない血液ポンプを実現する。
【解決手段】タービン形再生ポンプ２と、らせん状の流路を有する円筒状のディストリビュータ８とを組み合わせ、モータと磁気継手を備える駆動ユニット１と取り外し可能に接続して血液ポンプの周辺を構成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工心肺等の医療目的に使用する血液ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
心臓手術の際には、人工心肺装置が使用される。手術中、血液は人工心肺装置を経由して循環し、大静脈から抜き出した血液をガス交換し、温度調節して大腿動脈から体内に戻すことが行われる。したがって人工心肺装置は、心臓に代わる血液ポンプ、ガス交換を行う人工肺、体温調節のための熱交換器などで構成される。
人工心肺装置における課題のひとつとして、回路に充填するプライミング液の容量の問題がある。すなわち、プライミング液の容量を少なくすることができれば、患者の血液が希釈される度合いが小さいので術後の回復が良好である。このため、血液管路を含めた人工心肺装置の容積を小さくしてプライミング液の容量を減少させることが重要であり、人工心肺装置、あるいは血液ポンプのコンパクト化が重要な技術課題となっている。
【０００３】
この他、心臓手術の際の補助用、その他の医療目的にも血液ポンプが使用される。
血液ポンプとして従来一般的に使用されてきたのは、遠心形ポンプである。その一例として、特許文献１に記載のターボ式血液ポンプを図１１に示す。９１はハウジングで、内部に血液を通過させ、流動させるポンプ室９２を有する。ハウジング９１には、ポンプ室９２の上部に連通する流入ポート９３と、ポンプ室９２の側部に連通する流出ポート９４とが設けられている。ポンプ室９２内にはインペラ９５が配置され、９６はその回転軸、９７は上部軸受、９８は下部軸受である。一方、ハウジング９１の下部には、磁石による磁力を介してインペラ９５を駆動する駆動軸９９が配置されている。
【０００４】
また、特許文献２には、熱交換器を組み込んだ筒型の人工肺に、血液ポンプを直列に一体化して組み込み、さらに脱着式の駆動ユニットを直列に一体化して構成した人工心肺装置が記載されている。ここで使用されている血液ポンプは、波動ポンプ（揺動式容積移動形連続流血液ポンプ）である。
特許文献１に記載のような遠心ポンプの場合、ポンプに対する流入ポート、流出ポートの向きが限定されてしまい、コンパクトな組み立てができないという問題点があり、このため、従来の人工心肺装置といえば手術室とは別室に設置しなければならないような大型の装置であり、必要とするプライミング液の容量も多かった。こうした問題点を解消すべく、特許文献２に記載の発明では、熱交換器を組み込んだ人工肺と血液ポンプ、さらに着脱式の駆動ユニットなどを直列に一体化することを目的とし、コンパクトで術野に持ち込むことができ、プライミング液の容量を大幅に減少させることが可能な小型の人工心肺装置の実現を目指している。
【０００５】
図１２はその特許文献２に記載の波動ポンプの構造を示す断面図である。図の右側は駆動ユニット１、左側はポンプ２で、両者は図のＡＡ線で分割でき、ポンプ２から人工肺４までは１回の使用毎に使い捨てられる。駆動ユニット１はコイル１６、ステータ１７でモータを構成し、中央の駆動軸１８を回転させる。駆動軸１８の中心には斜め方向の傾斜軸１９が嵌まっており、駆動軸１３の回転により、自身は回転しないが「すりこぎ運動」（歳差運動、みそすり運動ともいう）を行う。
【０００６】
一方、ポンプ２は半径方向断面で見て外側が扇状に開いたポンプ室２１１を有し、ポンプ室２１１内にドーナッツ状の円板が挿入されており、これを可動子２１３と呼んでいる。可動子２１３の中央部分には皿状の支持板２１２が取り付けられており、駆動ユニット１と組み合わせた状態で、前記の回転駆動軸１３の先端に嵌合する。これにより、回転駆動軸１８のすりこぎ運動に従って可動子２１３がポンプ室２１１内で順次傾斜し、内部の流体を移送する。２２は流入ポート、３３は流出ポートである。
【特許文献１】特開２００７−２２２６７０号公報
【特許文献２】特開２００４−１５４４２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
血液ポンプとして、所定の圧力で所定の流量が得られるということが先ず必要であるが、使用の際に赤血球の破壊や、内部の凝血が少ないことも重要である。これまでの血液ポンプは一般に回転数が高いため、溶血を起こしやすいという欠点が指摘されており、より低い回転数で所要の圧力や流量の得られる血液ポンプが望まれていた。
本発明は、溶血や凝血が少なく、かつコンパクトな血液ポンプを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の本発明は、コアリング付きの羽根車と、この羽根車を収納する第１のケーシングと、羽根車に向き合う第２のケーシングとからなる再生ポンプであって、この第２のケーシングが一周に満たない不完全な円周状で半円形断面の溝を有し、その一端の中心寄り位置に流入ポート、他の一端の外径寄り位置に流出ポートが開口していることを特徴とする血液ポンプである。
【０００９】
請求項２に記載の本発明は、前記コアリング付きの羽根車が、その内部に配置された磁石と、駆動手段に配置された磁石とで構成される磁気継手を介して駆動されるようになっている請求項１に記載の血液ポンプである。
請求項３に記載の本発明は、前記第２のケーシングの流出ポート側に、前記流出ポートに接続する開口を有し、その反対側にはほぼ全周にわたって開口したらせん状の流路が接続されている請求項１または２に記載の血液ポンプである。
【００１０】
請求項４に記載の本発明は、前記羽根車の軸受が、羽根車の両面の中心位置に取り付けたピボット状の軸端部と、両側の第１および第２のケーシングの中心位置に設けた受け部とからなる請求項２または３に記載の血液ポンプである。
請求項５に記載の本発明は、前記羽根車が、その中心付近に、羽根車の両面を貫通する複数個の孔を設けたものである請求項２ないし４のいずれかに記載の血液ポンプである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、小型軽量でプライミング液の必要量も少なく、内部の凝血や溶血も少ない血液ポンプが実現し、心停止などの急患の救命に大きく寄与するという、すぐれた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の救急救命装置を図面により説明する。図１は実施例の血液ポンプならびにその周辺部分を示す断面図で、１は駆動ユニット、１１はモータ、１２はその回転軸に取り付けられたヨーク、１３はモータ１１が取り付けられるベースプレート、１４はベースプレートのポンプ側に設けられた係止爪、１５はヨーク１２に埋め込まれた磁石である。ポンプ２の詳細は追って説明するが、２５は羽根車で、これにも磁石２５３が埋め込まれている。羽根車２５を収容するポンプ２のケーシングは第１のケーシング２３と第２のケーシング２４とに分割されているが、これは組み立てのためであり、使用状態では２つのケーシング２３、２４は一体に接合されている。ポンプ２は第１のケーシング２３と前記の係止爪１４とによってベースプレート１３に直接固定される。したがって、係止爪１４を開くことにより、ポンプ２は、ベースプレート１３と第１のケーシング２３との間で駆動ユニット１から取り外すことができる。
【００１３】
図１においてポンプ２から左の部分にはたとえば人工肺などが接続される。これらの部分には、使用により内部に患者の血液が流れるので、１回の使用毎に使い捨てとしなければならないから、射出成形による樹脂製等で、軽量、小型かつ安価であることが望ましい。
モータ１１の回転軸は直接ポンプ２には届いていないが、相対する磁石１５、２５３で構成される磁気継手によって回転が伝えられる。したがってヨーク１２、ベースプレート１３、ケーシング２３、２４等は磁力線の妨げにならないという意味でも、チタン、樹脂など、非磁性体であることが望ましい。回転軸がケーシングを貫通していないので、ポンプ２内の血液が駆動ユニット１側に洩れだすことはなく、また血液中に潤滑油等の異物が混入する可能性もない。なお、磁力を使用してポンプを駆動すること自体は、さきに示した特許文献１にも記載されている公知事項である。
【００１４】
５は血液の流入管である。脱血カニューレ（Kanule, 挿入管）から送り込まれた血液は流入管５を介してポンプ２に入り、ディストリビュータ８により円周方向に均等に配分されて人工肺に入り、図１には示されていない流出ポートから送血カニューレに送り込まれ患者の体内に戻る。
図２は実施例の再生形ポンプ２の羽根車２５を一部切断して示す斜視図で、２５１は羽根、２５２はコアリングであるが、このようなコアリング付き再生ポンプは、例えば『機械工学便覧』（日本機械学会編）等の文献により公知である。
【００１５】
２５３は前記した磁石、２５４は羽根車２５の中心付近に設けられた羽根車の両面を貫通する複数個の孔、２５５は羽根車２５の両面の中心位置に設けたピボット状の軸端部、この場合は球体である。これらについては追って説明する。
図３は、羽根車に向き合う第２のケーシング２４の平面図である。一周に満たない不完全な円周状で半円形断面の溝２４１を有し、その一端の中心寄り位置に流入ポート２４４、他の一端の外径寄り位置に流出ポート２４５が開口している。２４２はコアリングに対応するコアリング用溝、２４３は追って説明する受け部、この場合は球面状のくぼみである。このくぼみは第１のケーシング２３にも同様に設けてある。
【００１６】
図４はポンプ２のポンプ作用を説明する説明図である。矢印Ａのごとく第２のケーシング２４の流入ポート２４４からポンプ２内に流入した血液は回転する羽根２５１に当たり、遠心力によって矢印Ｂのように回転軸に対して外側に流され、矢印Ｃのように流出ポート２４５から流出する。このとき一部の血液は矢印ａのように羽根車２５の裏側と第１のケーシング２３との隙間にも流入するが、矢印ｂに示すように羽根車２５中心寄りにある前記の孔２５４を通って矢印ｃのように羽根車２５の表側に戻り、全体の流れに合流するので、血液が隙間に滞留して凝血を起こすということがない。
【００１７】
図５はディストリビュータ８をポンプ側から見た斜視図、図６はその反対側（たとえば人工肺側）から見た斜視図である。ディストリビュータは薄切り円筒状で、大きさ（径）はポンプ２の前記流出ポート２４５に対応する。ポンプ側には流出ポート２４５に接続する開口を有し、反対側にはほぼ全周にわたって開口したらせん状の１本の流路８１を設けてある。これにより、たとえば人工肺に対しては全周からほぼ均等に血液が流出するので、円筒状の人工肺のすべてのエレメントにまんべんなく分配することができる。
【００１８】
図７は羽根車と両側のケーシングとの間の軸受構造を示す部分断面図で、２５は羽根車、２５５は羽根車２５の表面の中央位置に取り付けられたピボット状の軸端部、２４３は第２のケーシング２４の中央部分に設けられた受け部である。第１のケーシング２３の側にも同様の受け部がある。すなわち羽根車２５の軸受は、羽根車の両面の中心位置に設けたピボット状の軸端部２５５と、両側の第１および第２のケーシングの中心位置に設けた受け部とで構成される。この例では軸端部２５５は球体、受け部２４３はこれに対応する球面状のくぼみである。球体とくぼみとの間にはほとんどすきまがないので、血液が侵入して凝固することはない。軸端部としてはこのように小さい球体を取り付けるほか、軸そのものの先端を尖らせたり尖ったものを取り付けてもよく、また、受け部はこれに対応する形状とすればよい。球体の場合は鋼球、あるいはセラミックボールなどの硬いもの、受け部は潤滑性のよいもの、たとえばルビー、水晶などの宝石類や金属、樹脂等が望ましい。
【００１９】
受け部２４３は、ケーシングの面から盛り上がった形状が望ましい。図７において、羽根車２５とケーシングとの隙間ｄに対して、受け部２４３の盛り上がり寸法ｅが必要であり、これにより前記図４における血液流が矢印ａから矢印ｂへとなめらかに変換され、滞留が生じないので血液の凝固、溶血が発生しない。
血液ポンプとしては、流量で毎分5〜６リットル、圧力（差圧）で水銀柱500ｍｍ程度が必要とされる。図８は本発明実施例の６枚羽根ポンプの性能試験結果を示すグラフである。前記の性能に対しては毎分1800回転が必要であるが、圧力が50ないし100ｍｍ程度であれば毎分800回転で十分である。図９は同じく本発明実施例の１２枚羽根ポンプの場合で、前記の性能に対しては毎分1600回転が必要であるが、圧力が50ないし100ｍｍ程度であれば同じく毎分800回転で十分であることがわかる。これに対して、図１０は特許文献２に記載の波動ポンプの性能試験結果を示すグラフである。50ないし100ｍｍの圧力を発揮するのにも毎分1200回転が必要であり、前記の本来必要な性能に対しては毎分2400回転が必要である。このように、本発明で使用するタービン形再生ポンプであれば、波動ポンプの２／３程度の回転数で所要の性能を発揮できるので溶血が少なく、障害なく救急処置を行うことができる。
【００２０】
【表１】

【００２１】
表1は流量毎分5リットル、圧力100ｍｍの条件下におけるポンプ毎の溶血量を比較したもので、溶血指数ＮＩＨはフリーヘモグロビンの量、すなわち赤血球の破壊量を示し、小さい方が好ましい。実施例1は本発明実施例のタービン形ポンプ６枚羽根、実施例２は同じく本発明実施例のタービン形ポンプ１２枚羽根、比較例は前記した特許文献２に記載の波動ポンプ、従来例は特許文献１に記載のような従来の心肺装置に使用されている遠心ポンプである。ＮＩＨの数値はポンプの構造と回転量とに対応しているものと認められる。実施例の中で１２枚羽根の方がＮＩＨの数値が低く、溶血性においてすぐれているのは、同じ回転数だと１２枚羽根の方が流量が大きいので、その分回転数を低くすることができるためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明実施例の血液ポンプならびに周辺部分を示す断面図である。
【図２】本発明実施例のタービン形ポンプの羽根車を一部切断して示す斜視図である。
【図３】本発明実施例の第2のケーシングの平面図である。
【図４】実施例のポンプのポンプ作用を説明する説明図である。
【図５】実施例のディストリビュータをポンプ側から見た斜視図である。
【図６】実施例のディストリビュータを人工肺側から見た斜視図である。
【図７】実施例の羽根車の軸受構造を示す部分断面図である。
【図８】本発明実施例のポンプの性能試験結果を示すグラフである。
【図９】同じく本発明実施例のポンプの性能試験結果を示すグラフである。
【図１０】従来の技術におけるポンプの性能試験結果を示すグラフである。
【図１１】従来の技術の遠心形ポンプを示す断面図である。
【図１２】従来の技術の波動ポンプの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１駆動ユニット
２ポンプ
５ａ流入管
８ディストリビュータ
１１モータ
１２ヨーク
１３ベースプレート
１４係止爪
１５、２５３磁石
１６コイル
１７ステータ
１８、９９駆動軸
１９傾斜軸
２２、９３、２４４流入ポート
２３第１のケーシング
２４第２のケーシング
２５羽根車
３３、９４、２４５流出ポート
８１流路
９１ハウジング
９２、２１１ポンプ室
９５インペラ
９６回転軸
９７上部軸受
９８下部軸受
２１２支持板
２１３可動子
２４１溝
２４２コアリング用溝
２４３受け部（くぼみ）
２５１羽根
２５２コアリング
２５４孔
２５５軸端部（球体）

【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアリング付きの羽根車と、この羽根車を収納する第１のケーシングと、羽根車に向き合う第２のケーシングとからなる再生ポンプであって、この第２のケーシングが一周に満たない不完全な円周状で半円形断面の溝を有し、その一端の中心寄り位置に流入ポート、他の一端の外径寄り位置に流出ポートが開口していることを特徴とする血液ポンプ。
【請求項２】
前記コアリング付きの羽根車が、その内部に配置された磁石と、駆動手段側に配置された磁石とで構成される磁気継手を介して駆動されるようになっている請求項１に記載の血液ポンプ。
【請求項３】
前記第２のケーシングの流出ポート側に、前記流出ポートに接続する開口を有し、その反対側にはほぼ全周にわたって開口したらせん状の流路が接続されている請求項１または２に記載の血液ポンプ。
【請求項４】
前記羽根車の軸受が、羽根車の両面の中心位置に設けられたピボット状の軸端部と、両側の第１および第２のケーシングの中心位置に設けた受け部とからなる請求項２または３に記載の血液ポンプ。
【請求項５】
前記羽根車が、その中心付近に、羽根車の両面を貫通する複数個の孔を設けたものである請求項２ないし４のいずれかに記載の血液ポンプ。

【図１】