(57)【要約】      （修正有）【課題】人工肺と血液ポンプを一体化して経皮的心肺補助装置の小型化を図るべく、単一のピボット軸受けで動作する磁気継手駆動方式による血液用再生ポンプを提供する。【解決手段】第１のケーシング４、第２のケーシング５、羽根車６、駆動部７、分離板５１、流路部材５２、第２のケーシングの第１、第２の流路に設けられた流出ポート、第１、第２の流路に設けられた流入ポート、羽根車の内部に配置された磁石６２、第２のケーシングの第１、第２の流路８ａ、８ｂ、駆動軸７１、駆動部に配置された磁石７２を持つ。駆動軸７１を回転させると、駆動部７に配置された磁石７２が回転し、磁石７２と羽根車６の内部に配置された磁石６２とで形成される磁気継ぎ手を介して羽根車６が回転する。羽根車６の回転に伴い、羽根車内の血液が遠心力で外方向へ移動し、流路の中を循環し、再び羽根車６に戻ってくる。【選択図】図２
2014004303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（イ）円周状の流路を有する第１のケーシングと、中心から点対称となる半周に満たない２つの不完全な円周状の流路を有する第２のケーシングによりポンプ室を形成する。
（ロ）羽根車を第１のケーシング内に設置する。
（ハ）羽根車の羽根部分に対面する分離板を第２のケーシングに設ける。
（ニ）第２のケーシングのそれぞれの流路に、流入ポートと流出ポートを設ける。
（ホ）羽根車の片面の中心位置に設けられたピボット状の軸端部と、第１のケーシングの中心位置に設けられた受け部により羽根車の軸受を構成する。
（ヘ）羽根車の軸端部付近に羽根車の両面を貫通する複数個の孔を設ける。
（ト）羽根車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羽根車を駆動する。
以上のごとく構成された血液用再生ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、血液用として好適な新しい構造の再生ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】  経皮的心肺補助装置は、心臓と肺の機能が著しく低下もしくは停止した場合に、心肺機能が回復するまでの間、一定期間心肺機能を補助して生命を維持する装置である。経皮的心肺補助装置は、心臓に代わる血液ポンプとガス交換を行う人工肺で構成され、大腿静脈から抜き出した血液をガス交換し、大腿動脈から体内に戻すことが行われる。【０００３】  経皮的心肺補助装置における課題として、小型化の問題や耐久性の問題がある。一般的に経皮的心肺補助装置では、血液ポンプとして遠心ポンプが使用されている。遠心ポンプは、その原理上、流出ポートが周方向に開口する。たとえば特許文献１に記載の遠心ポンプでは、軸方向に流入ポートが、周方向に流出ポートが記載されている。従って、人工肺の流入ポートと血液ポンプの流出ポートの位置関係が合わないため、それぞれのポートをつなぐ血液回路が必要となり、人工肺に血液ポンプを組み込んで一体化し小型化することが困難である。【０００４】  人工肺と血液ポンプを一体化し小型化するためには、血液ポンプの流出ポートが軸方向に開口していることが望ましい。人工肺と血液ポンプを一体化して小型化を図る方法として、特許文献２には、波動ポンプ（揺動式容積移動形連続流血液ポンプ）を用いる方法が、また特許文献３には、再生ポンプ（コアリング付羽根車式再生ポンプ）を用いる方法が記載されている。いずれのポンプも、原理的に軸方向に流出ポートを持つため、人工肺と血液ポンプの一体化が容易である。しかし、特許文献２に記載の波動ポンプでは、ポンプ室をシールする膜の耐久性に難があり実用化に至っていない。また、特許文献３に記載の再生ポンプでは、軸に偏心的なトルクがかかるために軸受けが摩耗し、同様に耐久性に難があるため実用化に至っていない。
【特許文献１】特開２００７−２２２６７０号公報
【特許文献２】特開２００４−１５４４２５号公報
【特許文献３】特開２０１１−２０６０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  本発明は、従来の血液ポンプにおけるこうした問題点を解消し、再生ポンプを人工肺と一体化できる高耐久性血液ポンプとして好適なものとすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  本発明は、
（イ）円周状の流路を有する第１のケーシングと、中心から点対称となる半周に満たない２つの不完全な円周状の流路を有する第２のケーシングによりポンプ室を形成する。
（ロ）羽根車を第１のケーシング内に設置する。
（ハ）羽根車の羽根部分に対面する分離板を第２のケーシングに設ける。
（ニ）第２のケーシングのそれぞれの流路に、流入ポートと流出ポートを設ける。
（ホ）羽根車の片面の中心位置に設けられたピボット状の軸端部と、第１のケーシングの中心位置に設けられた受け部により羽根車の軸受を構成する。
（ヘ）羽根車の軸端部付近に羽根車の両面を貫通する複数個の孔を設ける。
（ト）羽根車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羽根車を駆動する。
以上のごとく構成された再生ポンプである。
【発明の効果】
【０００７】  本発明によれば、流出ポートを軸方向に開口できるために、人工肺と血液ポンプを一体化することが可能となる。また、第２のケーシングの２つの流路は点対象となっているために、ポンプ内の圧分布は軸を中心として点対称に釣り合う。従って、軸に偏心的なトルクがかからないため、軸受けの摩耗を防止できる。さらに、軸受けを単一のピボット軸受けとすることにより、摩耗部分が最小限となり、かつ、羽根車の上下にピボット軸受けを設ける一般的な方法と比較して、ピボット部における溶血（赤血球破壊）が半減する。ピボット部における溶血は摩擦による発熱で発生するが（これ以外にも羽根車の高回転によるシアストレスでも発生する）、軸端部付近に設けた羽根車の両面を貫通する複数個の孔を通じて羽根車の下面から上面に血液が流れ、これにより軸端部が血液で冷却されることにより、ピボット部の摩擦による発熱を防止でき、よってピボット部における溶血を最小限にできる。【０００８】  第２のケーシングに設けられた分離板は無くてもポンプ作用を発揮するが、分離板が無い場合には、羽根車と第２のケーシングの第１の流路と第２の流路の間の仕切りの部分における羽根車と第２のケーシングとの間隙を最小限にして、ポンプ内のシャントを防止しなくてはならない。しかし、単一のピボット軸受けでは、羽根車にピボットを支点とした若干の傾斜が生じ、第２のケーシングの仕切りの部分において羽根車が第２のケーシングに接触し、摩擦による溶血が発生する可能性がある。羽根車が第２のケーシングに接触しないようにするためには、羽根車と第２のケーシングの仕切りの部分における羽根車と第２のケーシングとの間隙を大きくしなければならないが、この間隙を大きくするとポンプ内のシャントが増大して性能が低下する。本発明では、第２のケーシングに羽根車に向き合う分離板を設けたため、大きなポンプ内シャントが発生する間隙が無くなり、かつ分離板と羽根車との間に羽根車の若干の傾斜を許容する間隙ができるため、羽根車の若干の傾斜による羽根車の第２のケーシングへの接触が防止できる。なお、羽根車は、磁気継手を介して駆動されるために、ポンプ内は完全に外部と遮蔽され、よって細菌感染等の心配がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】  本発明の基本構成は４つの要素からなる。１つは、再生ポンプの原理を使用したことにより、低回転で高揚程がとれるという再生ポンプの特性により、遠心ポンプで問題となる高回転に伴う溶血という問題点を解決できること、２つめは、一般的に再生ポンプではポンプ内に圧の不均衡が発生するため軸に偏心的なトルクがかかるが、第２のケーシングの流路を点対称に２つに分けることによりポンプ内の圧力分布を点対称にバランスさせて軸に偏心的なトルクがかからないようにしたこと、３つめは軸受けを単一のピボット軸受けとすることにより摩耗部分を最小限としたこと、４つめは羽根車のピボットを支点とした若干の傾斜に伴うポンプ内部のシャントを低減させるために、第２のケーシングに羽根車に向き合う分離板を設けたことである。
【実施例１】
【００１０】  本発明の実施例を図面により説明する。図１は実施例の再生ポンプを人工肺と一体化した経皮的心肺補助装置の概略図である。１は人工肺、２は実施例の再生ポンプ、３は実施例の再生ポンプを駆動するモータであり、実施例の再生ポンプを用いると人工肺と血液ポンプを一体化し小型化できる。１１は血液の出口、１２は血液の入り口であり、それぞれ大腿動脈、大腿静脈に接続される。１３は酸素の入り口、１４は酸素の出口であり、人工肺に酸素を供給する。なお、モータは脱着式となっているが、図示は省略した。【００１１】  図２は実施例の再生ポンプの断面図、図３はこれを分解して示す断面図、図４はこれを分解して示す斜視図、図５はこれを流出ポートの部分で切った断面図、図６はこれを流入ポートの部分で切った断面図、図７はこれを第２のケーシングの仕切りの部分で切った断面図、図８は第２のケーシングをさらに分解して示す斜視図で、４は第１のケーシング、５は第２のケーシング、６は羽根車、７は駆動部、４１は軸の受け部、５１は分離板、５２は流路部材、５３ａは第２のケーシングの第１の流路に設けられた流出ポート、５３ｂは第２のケーシングの第２の流路に設けられた流出ポート、５４ａは第２のケーシングの第１の流路に設けられた流入ポート、５４ｂは第２のケーシングの第２の流路に設けられた流入ポート、５５は第２のケーシングの仕切りの部分、６１は羽根車の軸端部、６２は羽根車の内部に配置された磁石、６３は羽根車の軸端部付近に設けられた貫通孔、８ａは第２のケーシングの第１の流路、８ｂは第２のケーシングの第２の流路、７１は駆動軸、７２は駆動部に配置された磁石である。【００１２】  図９はポンプ原理を示す断面図で、駆動軸７１を７３のごとく回転させると、駆動部７に配置された磁石７２が回転し、同磁石７２と羽根車６の内部に配置された磁石６２とで形成される磁気継ぎ手を介して羽根車６が回転する。羽根車６の回転に伴い、羽根車内の血液が遠心力で外方向へ移動し、流路の中を８１のごとく循環し、再び羽根車６に戻ってくる。羽根車６に戻ってきた血液は、羽根車６により遠心力でさらに加速され流速が増す。このように、血液は流路の中を８１のごとく循環する度に加速され続け、ポンプ作用を発揮する。【００１３】  本実施例の再生ポンプは、ポンプ全体の直径を１００ｍｍとして設計した。羽根車６の直径は７０ｍｍで、長さ１０ｍｍ、高さ４ｍｍ、厚さ１ｍｍの羽根が２０枚内蔵されている。流路は高さ４ｍｍと一様とした。羽根車６と第１のケーシング４との隙間は、羽根部分の周方向のみ０．５ｍｍとし、それ以外の部分は１ｍｍとした。また、分離板５１と羽根車６との間隔も１ｍｍとした。第１のケーシング４、第２のケーシング５、羽根車６および駆動部７は、いずれもアクリル樹脂を用いて製作した。駆動軸７１は真鍮で製作した。磁気継手に使用する磁石６２および７２は、直径１０ｍｍ、厚さ５ｍｍのネオジウム磁石を、羽根車側および駆動部側ともにそれぞれ１６個ずつ使用した。ピボット軸受けの軸端部は、直径３ｍｍの人工ルビーを用い、また受け部はジュランコン樹脂を用いて製作した。【００１４】  ポンプ特性はドノバン型モック回路を用いて測定した。回路の容量は約４Ｌ��ある。流体には食塩水を用いた。流量は、電磁流量計（日本光電製ＦＴ−１６０Ｔ）を用いて計測した。揚程は、圧力トランスデューサ（日本光電製ＤＸ−３００）を、流入流出両ポートの近傍に取り付け、その差圧をもって計測した。図１０に本実施例のポンプ特性を示す。本実施例の再生ポンプは、人工肺と組み合わせるときに必要な血液ポンプの性能である揚程３５０ｍｍＨｇおよび流量毎分５リットルの条件を、毎分約２３００回転の回転数で実現しているため、十分に実用的な性能を持つポンプであることが実証された。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例の再生ポンプを人工肺と一体化した経皮的心肺補助装置の概略図。
【図２】実施例の再生ポンプの断面図。
【図３】実施例の再生ポンプを分解して示す断面図。
【図４】実施例の再生ポンプを分解して示す斜視図。
【図５】実施例の再生ポンプを流出ポートの部分で切った断面図。
【図６】実施例の再生ポンプを流入ポートの部分で切った断面図。
【図７】実施例の再生ポンプを第２のケーシングの仕切りの部分で切った断面図。
【図８】実施例の再生ポンプの第２のケーシングをさらに分解して示す斜視図。
【図９】実施例の再生ポンプの原理を示す断面図。
【図１０】実施例の再生ポンプのポンプ特性。
【符号の説明】
【００１６】１  人工肺
２  実施例の再生ポンプ
３  実施例の再生ポンプを駆動するモータ
４  第１のケーシング
５  第２のケーシング
６  羽根車
７  駆動部
８ａ  第２のケーシングの第１の流路
８ｂ  第２のケーシングの第２の流路
１１  血液の出口
１２  血液の入り口
１３  酸素の入り口
１４  酸素の出口
４１  軸の受け部
５１  分離板
５２  流路部材
５３ａ  第２のケーシングの第１の流路に設けられた流出ポート
５３ｂ  第２のケーシングの第２の流路に設けられた流出ポート
５４ａ  第２のケーシングの第１の流路に設けられた流入ポート
５４ｂ  第２のケーシングの第２の流路に設けられた流入ポート
５５  第２のケーシングの仕切りの部分
６１  羽根車の軸端部
６２  羽根車の内部に配置された磁石
６３  羽根車の軸端部付近に設けられた貫通孔
７１  駆動軸
７２  駆動部に配置された磁石
７３  駆動軸の回転
８１  血液が流路の中を循環する様子
【図１】
2014004303.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014004303.tif 000009
【図８】
2014004303.tif 000010
【図９】
2014004303.tif 000011
【図１０】
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