(57)【要約】本発明は、誘引性軸方向磁気軸受けおよび流体力学軸受けを備えた回転血液ポンプを提供する。本発明による一実施形態では、回転ポンプは、軸方向磁気軸受けおよび流体力学軸受けによってポンプハウジングアセンブリ内に支持された、インペラアセンブリを含む。軸方向磁気軸受けは、互いに引き寄せるように配向された、少なくとも２つの磁石を含む。１つの磁石は、ポンプハウジングのスピンドル内に配置され、もう１つの磁石は、ロータアセンブリ内に配置され、スピンドルに隣接する。この点において、２つの磁石は、ロータアセンブリの相対的な軸方向位置を少なくとも部分的に維持する、誘引性軸方向力を形成する。流体力学軸受けは、ロータアセンブリの下に狭い隙間を形成する傾斜表面間に形成される。
2009532131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入ポートおよび流出ポートを有するポンプチャンバを画定するポンプハウジングと、
該ポンプハウジング内に配置されたロータと、
該ポンプチャンバ内に配置されて、該ロータを少なくとも部分的に支持する軸方向磁気軸受けと
を備えている、血液ポンプであって、
該軸方向磁気軸受けは、第１の磁石を含み、該第１の磁石は、該第１の磁石の質量中心が該軸方向磁気軸受けの軸からオフセットされるように形成され、該第１の磁石は、特定の半径方向に磁力を発生する、血液ポンプ。
【請求項２】
スピンドルをさらに備え、前記第１の磁石が該スピンドル内に配置される、請求項１に記載の血液ポンプ。
【請求項３】
前記軸方向軸受けは、第２の磁石をさらに備え、該第２の磁石は、該第２の磁石の質量中心が該軸方向磁気軸受けの軸と整合するように形成され、該第２の磁石は、前記ロータ内に配置される、請求項２に記載の血液ポンプ。
【請求項４】
前記第１の磁石の断面は、非円形である、請求項１に記載の血液ポンプ。
【請求項５】
前記第１の磁石の非円形の断面は、実質的に「Ｄ」字形断面である、請求項４に記載の血液ポンプ。
【請求項６】
流入ポートおよび流出ポートを有するポンプチャンバを画定するポンプハウジングと、
該ポンプチャンバ内に配置されたスピンドルと、
該ポンプハウジング内、かつ該スピンドルを少なくとも部分的に囲むように配置された、第１の磁石を含むロータと、
該スピンドル内に配置された第２の磁石であって、該第２の磁石は、該第２の磁石の質量中心が該スピンドルの軸からオフセットされるように形成され、該第２の磁石は、該第２の磁石から外方への所定の方向に、減少させた半径方向の磁力を提供する、第２の磁石と
を備えている、血液ポンプであって、該第１の磁石および該第２の磁石は、軸方向磁気軸受けを構成する、血液ポンプ。
【請求項７】
前記第１の磁石の質量中心は、前記ロータの軸と整合される、請求項６に記載の血液ポンプ。
【請求項８】
前記第１の磁石は、環状である、請求項７に記載の血液ポンプ。
【請求項９】
前記第２の磁石は、非円形の断面形状を有する、請求項７に記載の血液ポンプ。
【請求項１０】
前記第１の磁石は、前記第２の磁石の極とは反対方向に配向された極を含む、請求項９に記載の血液ポンプ。
【請求項１１】
血液を循環させるための血液ポンプを提供するステップと、
該血液ポンプを通じて血液の移動を生じさせるように、該血液ポンプ内の軸方向磁気軸受け上でロータを回転させるステップであって、該血液の移動が、該ロータ上の半径方向のバイアスを生じさせる、ステップと、
該半径方向のバイアスと実質的に反対の方向および大きさを有する磁力を発生させるステップであって、該磁力は、該軸方向磁気軸受けの軸から間隔をあけて質量中心を有するように形成された磁石によって発生する、ステップと
を含む、血液ポンプの半径方向のバイアスを補償する方法。
【請求項１２】
前記磁力を発生させるステップは、非円形の断面を有する磁石を提供するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記非円形の断面を有する磁石を提供するステップは、「Ｄ」字形断面を有する磁石を提供するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
力を発生させるステップは、インペラがその周りを回転するスピンドルを提供するステップと、該スピンドル内に磁石を提供するステップとをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
内部空間を含むハウジングアセンブリと、
該内部空間内に配置されたロータと、
軸方向磁気軸受けであって、
該ロータ内に配置され、Ｎ極およびＳ極有する第１の磁石と、
該ロータの中心付近の該内部空間内に配置され、Ｎ極およびＳ極有する第２の磁石と
から構成された軸方向磁気軸受けと
を備える、血液ポンプ。
【請求項１６】
前記ハウジングアセンブリ内に配置されたスピンドルをさらに備え、前記第２の磁石がスピンドル内に配置される、請求項１５に記載の血液ポンプ。
【請求項１７】
前記第１の磁石のＮ極およびＳ極は、前記第２の磁石のＮ極およびＳ極とは反対方向に配向される、請求項１５に記載の血液ポンプ。
【請求項１８】
前記第２の磁石に連結された位置調整アセンブリをさらに備え、前記第１の磁石に対する該第２の磁石の位置を修正する、請求項１５に記載の血液ポンプ。
【請求項１９】
第１のハウジング部材および第２のハウジング部材を備えたハウジングアセンブリであって、該第１のハウジング部材が、１つの連続した、組み立てられていない部分の材料から形成され、該ハウジング部材が、内部表面を有するポンプチャンバを画定する、ハウジングアセンブリと、
該第１のハウジング部材の内部表面上に一体的に形成された複数のリフトであって、該リフトは、該血液ポンプの動作中に、ロータに流体力学軸受け表面を提供する、リフトと
を備える、血液ポンプ。
【請求項２０】
前記第１のハウジング部材はステータチャンバを含む、請求項１９に記載の血液ポンプ。
【請求項２１】
前記ステータチャンバは、前記血液ポンプの外部から該ステータチャンバに選択的にアクセスするための取り外し可能なアクセスカバーを備える、請求項２０に記載の血液ポンプ。
【請求項２２】
前記複数のリフトのそれぞれは、細長い傾斜表面を備える、請求項１９に記載の血液ポンプ。
【請求項２３】
前記複数のリフトのそれぞれは、前記細長い傾斜表面と同一の広がりを持つ、短縮された平坦面をさらに備える、請求項２２に記載の血液ポンプ。
【請求項２４】
内部表面を有する内側ポンプチャンバを画定するハウジングと、
該内側ポンプチャンバ内に配置されたロータと
を備えた、血液ポンプであって、該ロータの下側の内部表面は、該ハウジングの下部部分を構成する１つの連続した、組み立てられていない材料から形成され、該内部表面から一体的に形成された複数のリフトを有し、該リフトは、該ロータの底面によって流体力学軸受けを形成する、血液ポンプ。
【請求項２５】
前記血液ポンプの外部からアクセス可能なステータチャンバをさらに備える、請求項２４に記載の血液ポンプ。
【請求項２６】
前記リフトは細長い傾斜表面を備える、請求項２４に記載の血液ポンプ。
【請求項２７】
前記リフトは前記細長い傾斜表面と同一の広がりを持つ、短縮された平坦面をさらに備える、請求項２６に記載の血液ポンプ。
【請求項２８】
ハウジングアセンブリと、
該ハウジングアセンブリ内に配置されたインペラと、
該ハウジングアセンブリから形成され、流入口および流出口を有するポンプチャンバと、
円環形状を形成する該ポンプチャンバの外周を囲むように配置された第１の溝を含む流出路と、該第１の溝および該流出口に接続する第２の溝と
を備えた、血液ポンプであって、該第２の溝のサイズは該第１の溝のサイズよりも大きく、該第１の溝は、該流出口の上流側の流れの流量を調節するようにサイズ設定され、それによって、該インペラと該ハウジングアセンブリとの間に漏出流を生じさせる、血液ポンプ。
【請求項２９】
前記第２の溝は、前記流出口へ向かって漸進的にサイズが増加する、請求項２８に記載の血液ポンプ。
【請求項３０】
前記漏出流は、ロータと、前記ハウジングアセンブリのスピンドルとの間を流れる、請求項２９に記載の血液ポンプ。
【請求項３１】
前記第２の溝は、本体と共に前記流出口と連通する流出路を形成する、請求項２８に記載の血液ポンプ。
【請求項３２】
流入ポートおよび流出ポートを有するポンプチャンバを画定するポンプハウジングと、
該ポンプハウジング内に配置されたロータと、
該ポンプハウジングによって画定された円環状渦巻と
を備えた、血液ポンプであって、該渦巻は、該ポンプチャンバを囲むように円周方向に配置され、該流出ポートと連通する流出路を形成し、該流出ポートへ向かって直径が増加し、該円環状渦巻は、該流出口の上流側の流れの流量を調節するようにサイズ設定され、それによって、該ロータと該ポンプハウジングとの間に漏出流を生じさせる、血液ポンプ。
【請求項３３】
前記渦巻は、前記ポンプチャンバの外周全体を囲むように配置される、請求項３２に記載の血液ポンプ。
【請求項３４】
前記渦巻は、前記ポンプハウジングの嵌合部分の整合溝を備える、請求項３２に記載の血液ポンプ。
【請求項３５】
前記流出路は、実質的に円形の断面を有する、請求項３２に記載の血液ポンプ。
【請求項３６】
ポンプチャンバを画定するポンプハウジングを提供するステップと、
該ポンプハウジング内の流入口から、該ポンプチャンバのインペラを通じて、該ポンプハウジングの流出口へ血液を移動させるステップと、
該インペラの嵌合表面と該ポンプハウジングとの間に血液の漏出流を生じさせるように、該流出口の上流側のポンプチャンバ内の該血液の圧力を増加させるステップと
を含む、血液を給送する方法。
【請求項３７】
前記ポンプチャンバ内の前記血液の圧力を増加させるステップは、該ポンプチャンバ内のスロットリング渦巻を通じて血液を通過させるステップを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記ポンプチャンバ内のスロットリング渦巻を通じて血液を通過させるステップは、約２〜５ｍｍの直径を有する該渦巻を通じて血液を通過させるステップを含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記ポンプチャンバ内のスロットリング渦巻を通じて血液を通過させるステップは、約５０％〜約１００％、前記流出口に対する前記ポンプ内部の圧力を増加させるステップを含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
流入口および流出口を有するポンプチャンバを画定するポンプハウジングと、
該ポンプチャンバ内に回転可能に配置されたロータと、
該ロータと共に流体力学軸受け表面を形成するように、該ポンプチャンバの表面に配置された少なくとも１つのリフトと
を備えた、血液ポンプであって、該リフトは、該ポンプチャンバからある角度を成して延在する第１の表面と、該第１の表面に接続され、該ポンプチャンバの表面に実質的に平行に延在する第２の表面と
を含み、該第１の表面は該第２の表面より少なくとも長い、血液ポンプ。
【請求項４１】
複数のリフトをさらに備える、請求項４０に記載の血液ポンプ。
【請求項４２】
前記第１の表面は、前記ポンプチャンバからある角度を成し、該角度は、約０．５°〜約３°である、請求項４０に記載の血液ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００６年３月３１日出願の米国仮出願第６０／７８７，７３８号（名称「Ｒｏｔａｒｙ  Ｂｌｏｏｄ  Ｐｕｍｐ」）に対する優先権を主張し、該仮出願は、本明細書において参考として援用される。
【背景技術】
【０００２】
血液ポンプは、依然として心臓の疾患および特に心不全の治療に特に有用である。一般的に、血液ポンプは、患者の体内に埋め込まれ、補助人工心臓として、または、状況によっては人工心臓として患者の循環系に接続される。しかし、血液の脆弱性およびポンプの信頼性の絶対的必要性は、より完璧な血液ポンプの設計に数多くの障害を呈している。
【０００３】
例えば、大部分の血液ポンプは、血液にポンプハウジングを出入りさせる、インペラのような可動部品を収容している。これらの可動部品が適切に設計および調整されていなければ、ポンプを通過する血液に損傷を与え、溶血または血栓を生じさせる可能性がある。さらに、これらの可動部品は、互いに摩耗するので、部品の不具合や、血液に伝えられる熱が増加する可能性を増大させる。
【０００４】
最近の血液ポンプの２つの例は、Ｗａｍｐｌｅｒらの特許文献１およびＷｏｏｄａｒｄらの特許文献２に見出すことができる。Ｗｏｏｄａｒｄの特許には、流体力学軸受けによって排他的に支持されたインペラを含む、回転血液ポンプが記載されている。Ｗａｍｐｌｅｒの特許には、流体力学支持軸受けと、反発磁力を用いた半径方向磁気軸受けとを含む回転血液ポンプが記載されている。
【０００５】
いずれの特許の場合も、血液ポンプのインペラは、インペラの羽根内に配置された電動磁石を収容する。電磁石は、ポンプハウジング内に配置され、電動磁石の回転を駆動することによってインペラを駆動する、磁場を生成する。
【０００６】
どちらの血液ポンプも、モータロータ磁石を収容する必要のある大きな非従来的なインペラ羽根のジオメトリの少なくとも一部による、液圧の非効率性が欠点である。これらの設計には、インペラのモータ回転子と、電磁石の裏当の鉄片との間の自然な引力によって、更なる非効率性が生じる。加えて、これらの血液ポンプの設計は、軸方向の支持のために、流体力学軸受けに排他的に依存し、これは、血液に損傷を与え、また、患者の健康状態に内科的合併症を生じさせうる、過剰なせん断力をもたらす可能性がある。
【０００７】
上記説明に照らして、従来技術の限度を克服する血液ポンプが必要なことは明らかである。特に、ポンプの不具合や、血液の損傷をもたらす可能性のある従来技術のポンプ設計における固有の非効率性を減じた、血液ポンプが必要である。
【特許文献１】米国特許第６，２３４，７７２号明細書
【特許文献２】米国特許第６，２５０，８８０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、従来技術の限界を克服することである。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、従来技術の設計よりも長い寿命を有する回転ポンプを提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、患者の血液に与える損傷を最小限に抑えた回転ポンプを提供することである。
【００１１】
本発明のさらに別の目的は、従来技術の設計よりも電力消費を減じた回転ポンプを提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、患者の循環系を通じて、より効率的に血液を送給する回転ポンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、軸方向磁気軸受けおよび流体力学軸受けの両方を備えた回転血液ポンプを提供することによって、これらの目的を達成しようとするものである。本発明による一実施形態では、回転ポンプは、軸方向磁気軸受けおよび流体力学軸受けによってポンプハウジングアセンブリ内に支持された、ロータアセンブリを含む。軸方向磁気軸受けは、互いに引き寄せるように配向された、少なくとも２つの磁石を含む。１つの磁石は、ポンプハウジングのスピンドル内に配置され、もう１つの磁石は、ロータアセンブリ内に配置され、スピンドルに隣接する。この点において、２つの磁石は、ロータアセンブリの相対的な軸方向位置を少なくとも部分的に維持する、誘引性軸方向力を形成する。流体力学軸受けは、ロータアセンブリの下に狭い隙間を形成する傾斜表面間に形成される。血液がポンプに入るときに、流体力学軸受けはロータアセンブリに上向きの軸方向力を生成する。したがって、動作中、ロータアセンブリ全体の位置は、動作中のポンプハウジングとの物理的な接触が最小またはゼロに維持される。
【００１４】
本発明の好適な一実施形態は、流入ポートおよび流出ポートを有するポンプチャンバを画定するポンプハウジングと、該ポンプハウジング内に配置されたロータと、該ポンプチャンバ内に配置されて、該ロータを少なくとも部分的に支持する軸方向磁気軸受けとを含み、該軸方向磁気軸受けは、第１の磁石を含み、該第１の磁石は、該第１の磁石の質量中心が該軸方向磁気軸受けの軸からオフセットされるように形成され、該第１の磁石は、特定の半径方向に磁力を発生する。
【００１５】
この好適な実施形態の別の側面は、スピンドルをさらに備えることができ、該第１の磁石は、該スピンドル内に配置される。
【００１６】
この好適な実施形態の別の側面では、該軸方向軸受けは、第２の磁石をさらに備え、該第２の磁石は、該第２の磁石の質量中心が該軸方向磁気軸受けの該軸と整合するように形成され、該第２の磁石は、該ロータ内に配置される。
【００１７】
この好適な実施形態の別の側面では、該第１の磁石の断面は、非円形である。
【００１８】
この好適な実施形態の別の側面では、該第１の磁石の該非円形の断面は、実質的に「Ｄ」字形断面である。
【００１９】
本発明の別の好適な実施形態は、流入ポートおよび流出ポートを有するポンプチャンバを画定するポンプハウジングと、該ポンプチャンバ内に配置されたスピンドルと、該ポンプハウジング内に配置され、該スピンドルを少なくとも部分的に囲む、第１の磁石を含むロータと、該スピンドル内に配置された第２の磁石であって、該第２の磁石は、該第２の磁石の質量中心が該スピンドルの軸からオフセットされるように形成され、該第２の磁石は、該第２の磁石から外方への所定の方向に、減少させた半径方向の磁力を提供する第２の磁石と、を備えた血液ポンプであって、該第１の磁石および該第２の磁石は、軸方向磁気軸受けを構成する、血液ポンプを含む。
【００２０】
この好適な実施形態の別の側面では、該第１の磁石の該質量中心は、該ロータの軸と整合される。
【００２１】
この好適な実施形態の別の側面では、該第１の磁石は、環状である。
【００２２】
この好適な実施形態の別の側面では、該第２の磁石は、非円形の断面形状を有する。
【００２３】
この好適な実施形態の別の側面では、該第１の磁石は、該第２の磁石の極とは反対方向に配向された極を含む。
【００２４】
本発明の別の好適な実施形態は、血液を循環させるための血液ポンプを提供するステップと、該血液ポンプを通じて血液の移動を生じさせるように、該血液ポンプ内の軸方向磁気軸受け上でインペラを回転させるステップであって、該血液の移動が、該ロータに半径方向のバイアスを生じさせるステップと、該半径方向のバイアスと実質的に反対の方向および大きさを有する磁力を発生させるステップであって、該磁力は、該軸方向磁気軸受けの軸から間隔をあけて質量中心を有するように形成された磁石によって発生するステップとを含む、血液ポンプの半径方向のバイアスを補償する方法を含む。
【００２５】
この好適な実施形態の別の側面では、該磁力を発生させるステップは、非円形の断面を有する磁石を提供するステップを含む。
【００２６】
この好適な実施形態の別の側面では、該非円形の断面を有する磁石を提供するステップは、「Ｄ」字形断面を有する磁石を提供するステップを含む。
【００２７】
この好適な実施形態の別の側面では、力を発生させるステップは、該インペラがその周りを回転するスピンドルを提供するステップと、該スピンドル内に磁石を提供するステップとをさらに含む。
【００２８】
本発明の別の好適な実施形態は、内部空間を含むハウジングアセンブリと、該内部空間内に配置されたロータと、軸方向磁気軸受けであって、該ロータ内に配置され、Ｎ極およびＳ極有する第１の磁石と、該ロータの中心付近の該内部空間内に配置され、Ｎ極およびＳ極有する第２の磁石とで構成された軸方向磁気軸受けとを含む、血液ポンプを含む。
【００２９】
この好適な実施形態の別の側面は、該ハウジングアセンブリ内に配置されたスピンドルをさらに備えることができ、該第２の磁石がスピンドル内に配置される。
【００３０】
この好適な実施形態の別の側面では、該第１の磁石の該Ｎ極およびＳ極は、該第２の磁石の該Ｎ極およびＳ極とは反対方向に配向される。
【００３１】
本発明の別の好適な実施形態は、該第２の磁石に連結された位置調整アセンブリをさらに備えることができ、該第１の磁石に対する該第２の磁石の位置を修正する。
【００３２】
本発明の別の好適な実施形態は、第１のハウジング部材および第２のハウジング部材を備えたハウジングアセンブリであって、該第１のハウジング部材が、１つの連続した、組み立てられていない材料部分から形成され、該ハウジング部材が、内部表面を有するポンプチャンバを画定するハウジングアセンブリと、該第１のハウジング部材の内部表面上に一体的に形成された複数のリフトであって、該リフトは、該血液ポンプの動作中に、ロータに流体力学軸受け表面を提供するリフトとを備える、血液ポンプを含む。
【００３３】
この好適な実施形態の別の側面では、該第１のハウジング部材は、ステータチャンバを含む。
【００３４】
この好適な実施形態の別の側面では、該ステータチャンバは、該血液ポンプの外部から該ステータチャンバに選択的にアクセスするための取り外し可能なアクセスカバーを備える。
【００３５】
この好適な実施形態の別の側面では、該複数のリフトのそれぞれは、細長い傾斜表面を備える。
【００３６】
この好適な実施形態の別の側面では、該複数のリフトのそれぞれは、該細長い傾斜表面と同一の広がりを持つ、短縮された平坦面をさらに備える。
【００３７】
本発明の別の好適な実施形態は、内部表面を有する内側ポンプチャンバを画定するハウジングと、該内側ポンプチャンバ内に配置されたロータと、を備えた血液ポンプであって、該ロータの下方の該内部表面は、該ハウジング底部を構成する１つの連続した、組み立てられていない材料から形成され、該内部表面から一体的に形成された複数のリフトを有し、該リフトは、該ロータの底面によって流体力学軸受けを形成する、血液ポンプを含む。
【００３８】
この好適な実施形態の別の側面は、該血液ポンプの外部からアクセス可能なステータチャンバをさらに備えることができる。
【００３９】
この好適な実施形態の別の側面では、該リフトは、細長い傾斜表面を備える。
【００４０】
この好適な実施形態の別の側面では、該リフトは、該細長い傾斜表面と同一の広がりを持つ、短縮された平坦面をさらに備える。
【００４１】
本発明の別の好適な実施形態は、ハウジングアセンブリと、該ハウジングアセンブリ内に配置されたインペラと、該ハウジングアセンブリから形成され、流入口および流出口を有するポンプチャンバと、円環形状を形成する該ポンプチャンバの外周を囲むように配置された第１の溝を含む流出路と、該第１の溝および該出口に接続する第２の溝とを備えた血液ポンプであって、該第２の溝のサイズは、該第１の溝のサイズよりも大きく、該第１の溝は、該出口の上流側の流れの流量を調節するようにサイズ設定され、それによって、該インペラと該ハウジングアセンブリとの間に漏出流を生じさせる、血液ポンプを含む。
【００４２】
この好適な実施形態の別の側面では、該第２の溝は、該流出口へ向かって漸進的にサイズが増加する。
【００４３】
この好適な実施形態の別の側面では、該漏出流は、該インペラと、該ハウジングアセンブリのスピンドルとの間を流れる。
【００４４】
この好適な実施形態の別の側面では、該第２の溝は、該本体と協働して、該流出口と連通する流出路を形成する。
【００４５】
本発明の別の好適な実施形態は、流入ポートおよび流出ポートを有するポンプチャンバを画定するポンプハウジングと、該ポンプハウジング内に配置されたロータと、該ポンプハウジングによって画定された円環状渦巻と、を備えた血液ポンプであって、該渦巻は、該ポンプチャンバを囲むように円周方向に配置され、該流出ポートと連通する流出路を形成し、該流出ポートへ向かって直径が増加し、該円環状渦巻は、該流出口の上流側の流れの流量を調節するようにサイズ設定され、それによって、該ロータと該ポンプハウジングとの間に漏出流を生じさせる、血液ポンプを含む。
【００４６】
この好適な実施形態の別の側面では、該渦巻は、該ポンプチャンバの外周全体を囲むように配置される。
【００４７】
この好適な実施形態の別の側面では、該渦巻は、該ポンプハウジングの嵌合部分の整合溝を備える。
【００４８】
この好適な実施形態の別の側面では、該流出路は、実質的に円形の断面を有する。
【００４９】
本発明の別の好適な実施形態は、ポンプハウジング内の流入口から、ポンプチャンバのインペラを通じて、該ポンプハウジングの流出口へ血液を移動させる該ポンプチャンバを画定する、ポンプハウジングを提供するステップと、該インペラの嵌合表面と該ポンプハウジングとの間に血液の漏出流を生じさせるように、該流出口の上流側の該ポンプチャンバ内の該血液の圧力を増加させるステップとを含む、血液を給送する方法を含む。
【００５０】
この好適な実施形態の別の側面では、該ポンプチャンバ内の該血液の圧力の該増加させるステップは、該ポンプチャンバ内のスロットリング渦巻を通じて血液を通過させるステップを含む。
【００５１】
この好適な実施形態の別の側面では、該ポンプチャンバ内のスロットリング渦巻を通じて血液を通過させるステップは、約２〜５ｍｍの直径を有する該渦巻を通じて血液を通過させるステップを含む。
【００５２】
この好適な実施形態の別の側面では、該ポンプチャンバ内のスロットリング渦巻を通じて血液を通過させるステップは、約５０％〜約１００％、該流出口に対する該ポンプ内部の圧力を増加させるステップを含む。
【００５３】
本発明の別の好適な実施形態は、流入口および流出口を有するポンプチャンバを画定するポンプハウジングと、該ポンプチャンバ内に回転可能に配置されたロータと、該ロータによって流体力学軸受け表面を形成するように、該ポンプチャンバの表面に配置された少なくとも１つのリフトとを備えた血液ポンプであって、該リフトは、該ポンプチャンバからある角度を成して延在する第１の表面と、該第１の表面に接続され、該ポンプチャンバの該表面に実質的に平行に延在する第２の表面とを含み、該第１の表面は、該第２の表面より少なくとも長い、血液ポンプを含む。
【００５４】
この好適な実施形態の別の側面は、複数のリフトをさらに備えることができる。
【００５５】
この好適な実施形態の別の側面では、該第１の表面は、該ポンプチャンバからある角度を成し、該角度は、約０．５°〜約３°である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
図１は、本発明による回転血液ポンプ１００の好適な一実施形態を示す図である。回転血液ポンプ１００は、患者の循環系に連結され、血液は、流入口１１０を通じて入り、その少し後に、流出口１０８を通じて出る。
【００５７】
図２に示されるように、血液は、主に、ハウジングアセンブリ１０１内のロータアセンブリによって、回転血液ポンプ１００を通じて駆動される。ロータアセンブリ１０５は、ハウジングアセンブリ１０１に物理的に接続されていない。代わりに、ロータアセンブリ１０５は、スラストプレート１１４とロータアセンブリ１０５の底面との間に形成された軸方向の流体力学軸受けと、ロータアセンブリ１０５の内径とスラストプレート１１４のスピンドル部分の外径との間（または、別様には、ロータアセンブリ１０５の外側とハウジングアセンブリ１０１の内径との間）の半径方向の流体力学軸受けと、スピンドル磁石１１９とロータ軸方向磁石１２４との間に形成された軸方向磁気軸受けとによって支持される。これらの軸受けの性質は、米国特許出願第１０／９４０，４１９号に詳述されており、参照することにより本願明細書に援用される。したがって、動作中、ロータアセンブリ１０５とハウジングアセンブリ１０１との間の接触が最小限に抑えられ、また、一実施形態では接触がゼロとなり、それによって、従来技術の設計よりも、摩擦が減じられ、熱の発生が最小限に抑えられ、また、所要動力が減じられる。
【００５８】
図２を参照すると、この分解図は、回転血液ポンプ１００を構成する３つの主なアセンブリ、ポンプハウジングアセンブリ１０１、モータアセンブリ１０３、およびロータアセンブリ１０５を示す。
【００５９】
概して、ポンプハウジングアセンブリ１０１は、回転血液ポンプ１００の本体を構成し、ハウジング上部１０２と、ハウジング中央１０６の上部および底部側に溶接によって固定され、位置合わせピン１１２によって整合させたハウジング底部１０４とを含む。図３Ａは、側部領域を通って部分的に配置された流出路１０２Ｂを含む、ハウジング上部１０２の斜視図である。図３Ｂは、流入路１０２Ｃを収容する隆起領域１０２Ａを有するハウジング上部１０２の側面図である。
【００６０】
図４Ａ〜４Ｃは、ハウジング中央１０６の種々の図であり、該ハウジングは、収縮した渦巻形状を形成する流出溝１０６Ａ溝に接続するハウジング中央１０６の開口部の外周を囲むように配置された溝１０６Ｂを含む。溝１０６Ａおよび１０６Ｂは、ハウジング上部１０２が図４Ａに示される上面にボルトで固定（あるいは溶接）されたときに、どちらも隆起部分１０２Ａと協働して、流出路１０２Ｂを完成する。溝１０６Ｂは、比較的一定の幅または形状を含むが、流出溝１０６Ａは、その端部に向かって（すなわち、流出口の出口点へ向かって）幅が増加する。
【００６１】
概して、この渦巻形状は、ロータアセンブリ１０５の後方に安定した「漏出」を提供して、流れの停滞を防止することによって、血栓形成のリスクを最小限に抑える。図１６、１７Ａ、および１７Ｂに最良に見られるように、この漏出は、ロータアセンブリ１０５の外径と、ハウジング中央１０６の内径との間の円筒状の間隙内に始まり、ロータアセンブリ１０５の背面へと軸方向に流れる。次に、血液は、スラストプレート１１４と、ロータアセンブリ１０５の背面との間を、ロータアセンブリ１０５の中央に向かって流れる。最後に、血液は、ロータアセンブリ１０５の内径とスピンドル１１４Ｄの外径との間の隙間に向かって流れ、スピンドル１１４Ｄの上部に還流する。したがって、ロータアセンブリ１０５の中央よりもロータアセンブリ１０５の外周において圧力が高くなる、圧力勾配を発生させることによって、この血液循環経路による低流速を達成することができる。
【００６２】
典型的な遠心ポンプの通常動作では、液体がロータブレードの流出口に接近する時に圧力が上昇するように、圧力勾配を発生させる。典型的な左心室補助デバイス（ＬＶＡＤ）の埋め込みでは、この圧力は、上述した流路に類似した、ロータの周りの良好な漏出を確実にするのに十分高いものとなる。このような構成では、インペラ外周の静圧は、ポンプ放出ノズルにおける圧力未満である。これは、渦巻および放出ノズルが、速度水頭を静水頭に変換し、ポンプの水力効率を改善するように形成されたことによるものである。
【００６３】
しかし、好適な本実施形態の設計では、流入口に対するポンプの流出口における圧力水頭を高く構成していないアプリケーションを考慮している。より具体的には、好適な本実施形態の「作用水頭」は低いので、効率的で最適化された渦巻および放出ノズル（すなわち、流出口１０８）を使用した場合は、駆流体力学力は、漏出経路全体の十分な漏出を確実にするものとはならない。
【００６４】
その点を考慮して、好適な本実施形態では、上述したように、収縮した渦巻形状で流量を調節することによって、ポンプハウジング内の圧力を上昇させて、漏出経路全体の駆流体力学力を増加させる。円環状渦巻の直径は非常に小さい（例、約２〜５ｍｍ）ので、渦巻内に大幅な圧力損失が生じる。渦巻内のこれらの損失は、ポンプ１００内部のポンピングチャンバと比較して、流出口１０８の圧力をより低くする。ロータアセンブリ１０５の外周において得られる高圧力は、十分な駆流体力学力（例えば、所与の設計点（例、１．３ｌｐｍ）において約１００ｍｍＨｇ、所与の設計点（例、０．７ｌｐｍ）において約２５ｍｍＨｇ、および所与の設計点（例、２ｌｐｍ）において約２００ｍｍＨｇ）、および漏出流を提供して、血栓形成のリスクを最小限に抑える。例えば、ロータアセンブリ１０５が、約２５００ＲＰＭ〜６０００ＲＰＭで回転している時には、流出口で測定した圧力よりも約５０％〜１００％、圧力が上昇する。
【００６５】
図５Ａ〜５Ｇは、本明細書において後述するモータアセンブリ１０３を受ける、環状の凹部、または区画１０４Ａ（図５〜５Ｇに最良に示される）を画定する、ハウジング底部１０４を示す図である。図に示されるように、区画１０４Ａは、ポンプ１００の底部において、底部カバー１１５によって密閉（例、レーザ溶接）される（図１６に最良に示される）。
【００６６】
モータアセンブリ１０３に加えて、区画１０４Ａもスラストプレート１１４（図７Ａ〜７Ｄ）のスピンドル１１４Ｄの内側へのアクセスを可能にするが、該プレートは、スピンドル磁石１１９（図５Ｈ、図６Ｄ、および６Ｅに示される）と、ポンプの軸方向軸受けを部分的に構成する軸アセンブリ１０９Ａ（図５Ｈおよび５Ｉ）を収容する。図５Ｈに最良に示されるように、スピンドル磁石１１９の中央開口部は、図ピンドル軸１０９Ｂの上を摺動し、軸支された基部１０９Ｃによって支持される。軸アセンブリ１０９Ａのねじ付き部分１０９Ｄは、スピンドル磁石１１９がスピンドル１１４Ｄの内側に配置されるように、ねじ付きの中央通路１０４Ｃ内にねじ込まれる。このねじ付きの機構が軸アセンブリ１０９Ａの位置を維持している間、ユーザもまた、スピンドル１１４Ｄの内側のスピンドル磁石１１９の軸方向の高さを調整することができる。すなわち、ユーザは、軸アセンブリ１０９Ａを回転させて、スピンドル軸１１９を軸方向に移動させる（マーカ１０９Ｅによってアセンブリ１０９Ａの回転を視覚的に追跡する）ことができる。したがって、ユーザは、必要に応じて軸方向磁気軸受けを微調整して、ポンプ１００の性能を最適化することができる。
【００６７】
別の好適な実施形態（図示せず）では、ハウジング底部１０４の区画１０４Ａは、上部または内部表面からアクセス可能なものとすることができる。より具体的には、スラストプレート１１４は、非統合または取り外し可能なものとすることができ、ポンプ１００の外側からのアクセスを防止する。
【００６８】
図７Ａ〜７Ｄに示されるように、ハウジング底部１０４の上面は、上述したスピンドル磁石１１９を収容するスピンドル１１４Ｄを含む、統合したスラストプレート１１４を含む。スラストプレート１１４は、少なくとも３つのリフト１１４Ａを有し、それぞれ、細長い傾斜表面１１４Ｂおよび隆起して、短縮された平面１１４Ｃで構成される。一例では、細長い斜面１１４Ｂは、スラストプレート１１４の上面に対して、約０．５°〜約３°である。これらのリフト１１４Ａは、ロータアセンブリ１０５と、スラストプレート１１４のリフト１１４Ａとの間の隙間が所定の閾値を下回ったときに、流体力学軸受けを生成する。一実施形態では、所定の閾値は、約０．０００２インチ（約０．００５ｍｍ）〜０．００１インチ（０．００２５ｍｍ）である。流体力学軸受けの更なる例は、Ｗｏｏｄａｒｄらの米国特許第６，２５０，８８０号に見出すことができ、その内容は参照することにより本願明細書に援用される。
【００６９】
図２、８、９Ａ、および９Ｂに最良に示されるように、密閉された環状の区画１０４Ａ内には、モータアセンブリ１０３が着座する。モータアセンブリ１０３は、図９Ｃ〜９Ｅに示されるように、コイル１３０のワイヤ１３０Ａを通じて電気を通すことによって、磁場を発生させる。各コイル１３０のワイヤ１３０Ａは、図８に最良に示されるように、フレキシブル回路上の接点１３２Ａに接続される。フレキシブル回路１３２は、図２に最良に示されるように、概して、薄い円形状であり、３つの接点１３２Ｂを経て、ハウジング底部１０４の円形の区画１０４Ａの壁内の通路１３３を通じて送られ、ポンプ１００を出るリード線１３１の細長い領域に接続される。ワイヤ１３１の外側の細長い領域の端部は、次いでケーブル（図示せず）に接続され、最終的に、コントローラ（同じく図示せず）に接続され、該コントローラは、ロータアセンブリ１０５を駆動する所望の磁場を発生させるのに必要な電力を提供する。フレキシブル回路１３２上の接点１３２Ａの位置は、種々の異なる構成で配列することができるものと理解されたい。例えば、フレキシブル回路１３２の外周近くの接点１３２Ａは、回路１３２の中央にさらに近付けて配置して、接点１３２Ａをより良好に電気的に絶縁することができる。
【００７０】
スラストプレート１１４がハウジング底部１０４と統合されていない（例えば、スラストプレート１１４が、結合剤またはエポキシによって取り付けられた）別の好適な実施形態では、コイル１３０の上側は、ハウジング底部１０４に溶接されたチタン箔によって覆われて、血液とモータアセンブリ１０３との間の気密封止を提供する。スラストプレート１１４（同じくチタンで構成することもできる）を、ハウジング底部１０４に追加的に溶接することができる。スラストプレート１１４がハウジング底部１０４の一体部分である好適な実施形態では、チタン箔は不要である。
【００７１】
モータアセンブリ１０３は、円形区画１０４Ａに類似した円形形状を有する、裏当の鉄片１３４も含む。裏当の鉄片１３４は、フレキシブル回路１３２の下に配置して、コイル１３０が発生する磁場を高めることが好ましい。モータアセンブリ１０３は、動作すると、スラストプレート１１４の上に配置されたロータアセンブリ１０５の回転を駆動する磁場を発生する。
【００７２】
加えて、モータアセンブリ１０３は、外側部材１３５Ｂと、内側部材１３５Ａと、上部部材１３７とを含むが、これらは、非導電性材料で構成してコイル１３０を電気的に絶縁することが好ましい。
【００７３】
ロータアセンブリ１０５の外形は、図１０Ａおよび１０Ｂに示されたロータハウジング底部１２６と、図１１Ａ〜１１Ｄに示されたロータ上部１１８によって画定される。ロータ上部１１８およびロータハウジング底部１２６は、いずれも、スラストプレート１１４のスピンドル１１４Ｄの外周を囲んで嵌合するようにサイズ設定された中央開口部を含む。ロータ上部１１８は、流入した血液を流出口１０８の外へ駆動する湾曲したインペラ羽根１１８Ａを含む。各羽根１１８Ａは、所望の流れおよび圧力要件を満たすようにサイズ設定された高さおよび曲線を有することが好ましい。また、ロータアセンブリ１０５は、ポンプが動作するように設計された好適な流量範囲に対する所望の公称流量および圧力水頭に基づいて、サイズ設定および形成される。好適な一実施形態では、流量範囲は、約０．５〜２．０リットル／分であり、最適な流量は、約１．３リットル／分である。図１１Ｄに最良に示されるように、ロータ上部１１８の上面１１８Ｂは、全体が傾斜したランプ形状を含む。いくつかの従来技術デザインとは異なり、上面１１８の角度は比較的浅く、全体的により薄いプロファイルを提供する。例えば、上面１１８Ｂは、水平面に対して、約１０°未満の角度を有すること、より具体的には、約３．８０°〜４．００°の範囲にあることが好ましい。
【００７４】
ロータアセンブリ１０５は、３つ主な構成要素、ロータ軸方向の磁石アセンブリ１２４、モータロータ磁石１２２、および裏当の鉄片（ｂａｃｋ  ｉｒｏｎ）１２０を収容する。図２および１６に最良に示されるように、裏当の鉄片１２０およびモータロータ磁石１２２は、ほぼ同じ直径を有し、裏当の鉄片１２０をモータ磁石１２２の上に着座させて、磁場を高めることができる。図１３Ａおよび１３Ｂに示されたロータ軸方向の磁石アセンブリ１２４は、図１６に最良に示されるように、ロータアセンブリ１０５の内径を囲むように、また、モータ磁石１２２および裏当の鉄片１２０の中央開口部内に配置される。スペーサ１２３も、ロータハウジング底部１２６内の内側空間の外周周辺を囲むように含まれて、モータロータ磁石１２２および裏当の鉄片１２０の位置をハウジング底部１２６内に維持することが好ましい。
【００７５】
好適な一実施形態では、モータロータ磁石１２２は、図１２Ａおよび１２Ｂに示されるように、交互極性を有する複数の磁気領域１２２Ａで構成される。電力がモータアセンブリ１０３に加えられると、コイル１３０は、モータ磁石１２２を駆動する磁場を発生し、したがって、ロータアセンブリ１０５が回転する。
【００７６】
モータロータ磁石１２２は、モータアセンブリ１０３の裏当の鉄片１３４に引き寄せられる永久磁石であることが好ましい。この引力は、ロータアセンブリ１０５をスラストプレート１１４の方へ引っ張る傾向があり、ロータアセンブリ１０５への有意な軸方向荷重を形成する。米国特許第６，２３４，７７２号および第６，２５０，８８０号に見られるような従来の回転ポンプ設計では、主に流体力学スラスト軸受けに依存して、この負荷力に打ち勝つようにしている。しかし、これらの流体力学軸受けは、ロータとスラストプレートとの間の血液の薄層を用いるので、通過する血液は、この軸方向荷重の全ての力を支持しなければならない。結果的に、血球は、強力なせん断力によって損傷を受けやすくなり、溶血および凝固のような重大な合併症を形成する可能性がある。さらに、荷重が増加するにつれて、流体力学軸受けを支持するのに必要な電力が増加する。したがって、荷重の大きな流体力学軸受けは、有意な電力ペナルティをポンプに課す可能性がある。
【００７７】
本発明では、米国特許出願第１０／９４０，４１９号（既に、参照することにより援用されている）に詳述されているように、流体力学軸受けと軸方向磁気軸受けとの間の軸方向の荷重力を分散させている。しかし、本出願においてこの構成を詳述することは有用である。
【００７８】
上述のように、流体力学軸受けは、スラストプレート１１４上に３つのスラストテーパまたはリフトを含み、ロータの底面とスラストテーパ１１４との間の相対運動により、スラストプレート１１４に所定の距離まで近づいたときに、ロータアセンブリ１０５に上向きの力を形成する。好適な一実施形態では、全てのリフト１１４Ａの累積総面積は、スラストプレート１１４の総面積の約４０％〜９０％である。本構成における３つのリフトは、発明的ポンプに必要な流体力学軸受け効果を提供することが見出されている。
【００７９】
図１４、１６、１７Ａ、および１７Ｂに示されるように、軸方向の磁気軸受けは、ロータ軸方向の磁石１２４とスピンドル磁石１１９とを含む。図１４に示された好適な一実施形態では、軸方向の磁石１２４およびスピンドル磁石１１９は、軸方向に相対して配列した磁場を有する。その結果、磁石１１９および１２４は、絶えず互いに軸方向に引き寄せ合い、それによって、ロータアセンブリ１０５への軸方向荷重が減じられる。図１４Ａは、磁石１１９および１２４の極性を逆にした、図１４の実施形態に類似した好適な実施形態を示す図である。
【００８０】
磁石１１９および１２４によって生成された軸方向の予荷重またはバイアス力は、軸方向の磁気軸受けのアセンブリ中に調整することができる。ロータアセンブリ１０５を安定させ、最高速度での不適当な運動を防ぐために、十分な正の力をポンプの後方に向かってロータに加えることが好ましい。過剰な力は、（本願明細書の他の場所で述べたように）流体力学スラスト軸受けにおける電力損失を増加させ、溶血を増加させることになるので、最小限の力を加えることで、この予荷重を達成するべきである。
【００８１】
スピンドル磁石１１９の最適な位置は、模擬循環ループでの血液類似体による機能試験中に、経験的に決定できることが好ましい。最高速度は、複数のポンプの液圧性能を特徴づけることによって決定される。最高速度が確立されると、複数のポンプのうちの各ポンプは、流量２．０ｌｐｍおよび圧力１０５ｍｍＨｇに調整され、ロータアセンブリ１０５の不安定性が検出されるまで（例えば、ポンプハウジングアセンブリ１０１の生成された音の変化を聞き取ることによって検出される）、軸方向磁石１１９の位置が調整される。この不安定性の閾値が検出されたときに、シャフトアセンブリ１０９Ａをこの閾値以下で回転させる（すなわち、ハウジング底部１０４の方へ移動させる）ことができる。したがって、スピンドル磁石１１９は、最終的に、ロータ軸方向の磁石１２４に対して多数の異なる高さのうちの１つに配置することができる。
【００８２】
図１５は、磁石１１９および１２４のそれぞれが、２つの相異なる磁気領域で構成され、一方の極が他方の同じ極に向かって整合するように配置した、軸方向の磁気軸受けの別の好適な実施形態を示す図である。例えば、ロータ軸方向の磁石１２４の上部磁気領域１２４Ａは、そのＮ極が、底部磁気領域１２４ＢのＮ極に向かって下方を指すように配置される。同様に、スピンドル磁石１１９の上部磁気領域１１９Ａは、そのＳ極が、底部磁気領域１１９ＢのＳ極に向かって下方を指すように配向される。この点において、軸方向の磁気軸受けは、ロータ軸方向の磁石１２４の中央部（すなわち、極の類）とスピンドル磁石１１９との間に引力を形成し、かつ一方の磁石の端部と他方の磁石の中央部との間に反発力を形成することによって、軸方向荷重を減じる。例えば、ロータ軸方向の磁石１２４の外側のＳ極は、スピンドル磁石１１９の内側のＳ極への反発力を生成する。この点において、引力および反発力の両方が、磁石１１９と１２４との間に形成され、それによって、さもなければロータアセンブリ１０５にかかる軸方向荷重の少なくとも一部に対抗する。
【００８３】
他の好適な実施形態では、磁石１１９および１２４は、領域の複数の異なる組み合わせで構成することができる。例えば、図１５Ｂに示されるように、一方の磁石１１９が単一のＮ−Ｓ領域を有し、他方の磁石１２４が上部にＳ−Ｎ領域を、その下にＳ−Ｎ領域を有することができる。同様に、図１５Ｃに示されるように、一方の磁石１１９が上部にＮ−Ｓ領域を、その下にＳ−Ｎ領域を有し、他方の磁石１２４が単一のＳ−Ｎ領域を有することもできる。
【００８４】
図１４、および１５Ａ〜１５Ｃに示される実施形態のうちのいずれかにおいて、軸方向磁気軸受けによって発生した力は、磁石１１９および１２４をより磁力の強い、または弱い磁石と置き換えることによって、または単純に、ハウジング底部１０４の中央通路１０４Ｃを通じて配置されたねじ付き軸１０９を調整することによって、ポンプ１００内のスピンドル磁石１１９の高さを調整して、調整することができる。スピンドル磁石１１９は、図１４および１５Ａに示されるように、ロータ軸方向の磁石１２４よりも高くなるように配置して、ロータアセンブリ１０５への上向きの軸方向力を最大化するか、またはより低くなるように配置して、ロータアセンブリ１０５へのあらゆる上向きの軸方向力を最小化することができる。
【００８５】
本発明のさらに他の実施形態では、ロータ軸方向の磁石１２４を永久磁石とし、一方で、スピンドル磁石１１９を強磁性材料とするか、またはその逆とすることができる。同様に、スピンドル磁石１１９および軸方向の磁石１２４は、一方を永久磁石材料で作製し、他方を強磁性材料で作製した、２つの別個の領域で構成することができる。当然、これらの実施形態のうちのいずれかにおける磁性材料の極性は、本発明に関連して述べたような軸方向の軸受け荷重を提供するために、上述した実施形態のうちの１つに適合する。
【００８６】
本発明によって、軸方向磁気軸受けの更なる実施形態が起こりうることに留意されたい。例えば、ロータ軸方向の磁石１２４を、ロータアセンブリ１０５の外周付近に配置し、一方で、スピンドル磁石１１９を、ハウジング中央１０６の側壁内に埋め込むことができる。この点において、異なる位置の磁石は、軸方向力を生成して、ロータアセンブリ１０５の下向きの予荷重を補償することもできる。
【００８７】
図１６に最良に示されるように、血液は、流入口通路１０２Ｃを通じてポンプ１００に入り、インペラ羽根１１８Ａによってロータの上部全体に分配されて、渦巻に入ってポンプ１００の側部上の流出口１０８の外へ駆動されるか、またはロータアセンブリ（流体力学スラスト軸受けに流体を供給する）の下のロータアセンブリの外側を囲むように駆動され、その後、スピンドルとジャーナル軸受けに流体を供給するロータアセンブリ１０５との間の間隙を上昇する。
【００８８】
場合によっては、ポンプ１００を通じた血流の移動によって、ロータアセンブリ１０５に働く半径方向のバイアスが存在する場合がある。例えば、血液がポンプ１００から排出されたときに、流出口の流出口圧力が上昇して、ロータアセンブリ１０５への上述のバイアスを生じさせる可能性がある。図５Ｇ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、および１８Ｂに示された好適な一実施形態では、半径方向のバイアスの補償は、軸方向磁気軸受け内に、半径方向に非対称の、または非円形のスピンドル磁石１１９を使用して、非対称な磁場を形成することによって達成することができる。例えば、スピンドル磁石は、図６Ｄおよび６Ｅに示されたスピンドル磁石１１９および図６Ｃに示されたスピンドル磁石１１７の「Ｄ」字形状のような、非対称または非円形の断面形状を有することができる。この形状は、所定の方向および大きさで、バイアス力とは逆方向の磁力を増加させるように配置することができる。特に、スピンドル磁石１１９の湾曲した領域は、平坦面に対してより大きな磁場を生成する。すなわち、スピンドル磁石１１９は、その質量中心が軸方向磁気軸受けの回転軸からオフセットされ、したがって、ロータアセンブリ１０５のロータ軸方向の磁石１２４に対してオフセットもされるように形成される。したがって、より大きな磁場を有するスピンドル磁石１１９の領域は、バイアス力の反対方向に配向させて（磁石１１９の平坦面を指すバイアス力）、その方向においてでロータ軸方向の磁石１２４上により多くの力を生成させ、それによって、ロータアセンブリへのバイアス力の影響を減じるか、または実質的に排除することができる。
【００８９】
他の好適な実施形態では、このバイアスは、傾斜表面、テーパ、パッド、またはスラストプレート１１４、ハウジング中央１０６の内周面、またはその両方に沿った他の表面ジオメトリの変化、のような表面特徴によって補償される。これらの特徴を、例えばハウジング中央１０６の一方に不均一に配置することによって、流体力学軸受けがポンプ１００の一方に形成され、半径方向のバイアス力を形成する。これらの半径方向の流体力学軸受けを適切に配置することで、流出口１０８のバイアス力を減じることができる。
【００９０】
他の好適な実施形態では、この半径方向のバイアスは、スピンドル磁石１１６を、スピンドル１１４Ｄの中央およびロータ軸方向の磁石１２４からオフセットすることによって補償される。例えば、図１８Ａは、スピンドル１１４Ｄの中央１４０の一方に配置されたスピンドル磁石１１６を示す図である。磁石１１６および１２４の構成に応じて、オフセットされたスピンドル磁石１１６は、ロータアセンブリ１０５が回転したときに、正味の半径方向の力を生成する。したがって、等しく逆方向の力で半径方向の力を形成することによって、ポンプを出る血液によって導かれた半径方向のバイアスを打ち消すことができる。
【００９１】
本発明の別の側面は、ポンプの静圧の相互作用、モータロータ磁石１２２と、ステータ裏当の鉄片１２０と、軸方向の磁石１２４との間の軸方向荷重、およびスラストプレート１１４によって形成される流体力学軸受けである。これを以下に詳述する。
【００９２】
ポンプ１００の動作中に、ロータ上部１１８の湾曲したインペラ羽根１１８Ａは、静圧を発生させ、その大部分を使用して、流出口１０８を通る有用な流れを形成する。全ての遠心ポンプにおいて、静圧は、ロータおよびハウジングの全ての湿潤表面に加えられる。この静圧の合計は、軸受けが担持しなければならない、ロータへの正味の力を生成する。これらの力は、測定が困難となりうるが、従来技術で既知のように、計算流体力学分析によってより容易に予測することができる。計算流体力学（ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  ｆｌｕｉｄ  ｄｙｎａｍｉｃｓ：ＣＦＤ）は、ポンプ性能のモデリングおよび予測を行うことができる、有限要素法プログラムである。次いで、この分析結果を使用して、液圧性能、効率、得られた力、およびせん断のような特定の設計から予想することができる、当該のパラメータを決定することができる。
【００９３】
１つの市販のＣＦＤプログラム、ＡＮＳＹＳ  ＣＦＸ−５を使用して、本発明によるポンプ１００のＣＦＤモデルを形成した。背面、ハウジング隙間、および流体力学軸受けを有する完成したロータアセンブリ１０５の周期モデルを用いて、ロータアセンブリ１０５に作用する力、およびロータアセンブリ１０５の後方の漏出を評価した。
【００９４】
計算したレイノルズ数は最高２３６であり、これは、十分層流範囲に入っており、遷移範囲の２０００を十分下回っているので、層流モデルを使用した。レイノルズ数は、次式で表される。
【００９５】
Ｒ＝ρＶＤ／μ
式中、ρは密度（１．０ｋｇ／ｌ）、Ｖは速度（６．５ｍ／ｓ）、Ｄは隙間（０．０１２７ｃｍ）、およびμは粘度（３．５ｃｐｓ）である。
【００９６】
図１９は、ロータアセンブリ１０５に作用する静圧の等高線図である。圧力の単位は、パスカル（１パスカル＝０．００７５ｍｍＨｇ）である。ソフトウェアの関数計算では、ロータアセンブリ１０５のハブへの領域平均圧力は、９７５４パスカル、すなわち７３．１５ｍｍＨｇ（１．４１５ｐｓｉ）を示す。ロータアセンブリの環状領域は、１．０４１平方インチ（約６９９．１５平方ミリメートル）であり、ポンプの後方または底部の方へ導かれたハブに作用する正味の軸方向の静液力は、１．４７２ポンド（約６６７．６８７グラム）を示す。
【００９７】
図２０は、ロータアセンブリ１０５の底部（すなわちロータハウジング底部１２６）に作用する静圧および流体力学の等高線図を示す図である。スラストプレート１１４上の３つリフト１１４Ａの概略は、これらの軸受けによって生成された異なる圧力領域として、図２０に見出すことができる。ソフトウェアの関数計算では、３つのリフト１１４Ａの領域の外側の静圧は、８３９５．７２パスカル、すなわち６２．９７ｍｍＨｇ（１．２１９ｐｓｉ）を示す。ロータハウジング底部１２６上の領域も、１．０４１平方インチ（約６９９．１５平方ミリメートル）であり、ポンプの後方から離れる方向において得られた静圧力は１．２７ポンド（約５７６．０６２グラム）となる。
【００９８】
この点において、ＣＦＤの計算は、ロータアセンブリ１０５に作用する正味の軸方向の流体力学力および静圧力（すなわち、ロータアセンブリ１０５の上部に作用する力と、ロータアセンブリ１０５の底部に作用する力との差）は、ポンプの後方へ向かう方向において０．２０２ポンド（約９１．６２５グラム）を示す。この正味の軸方向の流体力学力および静圧力も、モータ磁石１２２および裏当の鉄片１３４の作用によって得られた力と組み合わせられる。モータ磁石１２２および裏当の鉄片１３４の典型的な引力は、約１．１ポンド（約４９８．９５１グラム）である。したがって、リフト１１４Ａによって形成された流体力学軸受けは、正味の流体力学力および静圧力（０．２０２ポンド（約９１．６２５グラム））と、モータ磁石１２２および裏当の鉄片１３４の引力（１．１ポンド（約４９８．９５１グラム））とを組み合わせた、少なくとも１．３０２ポンド（約５９０．５７６グラム）の総軸方向力を補償しなければならない。すなわち、流体力学軸受けは、これらの両方の力を補償するのに十分な量の力を生成するので、通常動作中に、ロータアセンブリ１０５の総合位置を維持し、ハウジングアセンブリ１０１との物理的な接触が最小またはゼロとなる。
【００９９】
最後に、ポンプの動作を説明する。動作に際し、血液ポンプ１００は、流入口１１０および流出口１０８によって患者の循環系に接続される。ユーザは、血液ポンプのコントローラを作動させることによって、血液ポンプ１００を起動させる。コントローラは、適切な電流をフレキシブル回路１３２に供給し、次いでその電流をコイル１３０に分配する。コイル１３０のワイヤ１３０Ａを通じて流れた電流は、モータ磁石１２２と相互作用する磁場を形成し、ロータアセンブリ１０５を駆動して回転させる。スピンドル磁石１１９およびロータ軸方向の磁石１２４の磁場は、軸方向磁気軸受けを形成するように相互作用して、回転中にロータアセンブリ１０５の軸方向位置を維持することを助力する。ロータアセンブリ１０５が回転すると、スラストプレート１１４上のリフト１１４Ａによって形成された流体力学スラスト軸受けによって、更なる軸方向力がロータアセンブリに加えられる。
【０１００】
ロータアセンブリ１０５が回転すると、ロータハウジング上部１１８上のインペラ羽根１１８Ａは、血液を駆動して、流入口１１０および流入口通路１０２Ｃから、流出口１０８を通じて送り出す。この点において、回転ロータアセンブリ１０５は、ポンプ１００を通じて患者の血液を駆動し、血液循環を支援する。
【０１０１】
本発明は、特定の実施形態およびアプリケーションに関して記載したが、当業者は、この教示に照らして、請求項記載の発明の趣旨を逸脱せずに、またはその範囲を超えることなく、更なる実施形態および変形例を生成することができる。したがって、本願明細書の図面および説明は、本発明の理解を容易にするために一例として提供されたものであり、その範囲を制限すべきものではないと理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】図１は、本発明による回転血液ポンプの斜視図である。
【図２】図２は、図１の血液ポンプの分解図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明によるハウジング上部の斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの線３Ｂ−３Ｂに沿って見た、図３Ａのハウジング上部の側面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明によるハウジング中央の斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの線４Ｂ−４Ｂに沿って見た、図４Ａのハウジング中央の側面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図４Ａのハウジング中央の上面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明によるハウジング底部の斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明による図５Ａのハウジング底部の図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明による図５Ａのハウジング底部の平面図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、本発明による図５Ａのハウジング底部の底面図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、本発明による図５Ａのハウジング底部の底面斜視図である。
【図５Ｆ】図５Ｆは、本発明による好適な実施形態の底面斜視図である。
【図５Ｇ】図５Ｇは、本発明によるハウジング底部の底面図である。
【図５Ｈ】図５Ｈは、図５Ｆの軸アセンブリの斜視図である。
【図５Ｉ】図５Ｉは、図５Ｇの軸アセンブリの側面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明によるスピンドル磁石の上面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａのスピンドル磁石の断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明によるスピンドル磁石の上面図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、本発明によるスピンドル磁石の上面図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、本発明によるスピンドル磁石の斜視図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明によるスラスト軸受けプレートの斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａのスラスト軸受けプレートの拡大斜視図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図７Ａのスラスト軸受けプレートの上面図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、図７Ａのスラスト軸受けプレートの断面図である。
【図８】図８は、本発明によるフレキシブル回路の底面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明によるモータアセンブリの斜視分解図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａのモータアセンブリの断面図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、本発明によるコイルの斜視図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、図９Ｃのコイルの上面図である。
【図９Ｅ】図９Ｅは、図９Ｃのコイルの断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本発明によるロータハウジング底部の上面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図１０Ａのロータハウジング底部の断面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明によるロータハウジング上部の上面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１１Ａのロータハウジング上部の断面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、図１１Ａのロータハウジング上部の拡大断面図である。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、図１１Ａのロータハウジング上部の簡略化した断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明によるモータ磁石の上面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１２Ａのモータ磁石の断面図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明によるロータ軸方向磁石の上面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、図１３Ａのロータ軸方向磁石の断面図である。
【図１４】図１４は、本発明による軸方向磁気軸受けの断面図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、本発明による軸方向磁気軸受けの断面図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、本発明による軸方向磁気軸受けの断面図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、本発明の第２の実施形態による軸方向磁気軸受けの断面図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、本発明の第３の実施形態による軸方向磁気軸受けの断面図である。
【図１６】図１６は、図１の回転血液ポンプの垂直断面図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、図１の回転血液ポンプの斜視断面図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、図１の回転血液ポンプの拡大断面図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、本発明による軸方向磁気軸受けの上部断面図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、本発明による軸方向磁気軸受けの好適な実施形態の上部断面図である。
【図１９】図１９は、本発明によるロータアセンブリに作用する静圧の等高線図である。
【図２０】図２０は、本発明によるロータアセンブリの底部に作用する静圧および流体力学の等高線図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図５Ｉ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１４Ａ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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