(57)【要約】【課題】  位置センサを用いることなく、インペラ軸方向浮上量を容易かつ確実に算出できる算出機能を備えた血液ポンプ装置を提供する。【解決手段】  血液ポンプ装置１は、本体部５と、制御機構６を備える。本体部５は、ハウジング２０と、ハウジング内で回転するインペラ２１と、インペラ２１を回転させるためのモータ３４を備える。ポンプ装置１は、モータ電流値、血液粘度値、インペラ回転数値およびあらかじめ測定した多数のインペラ軸方向浮上量における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、各入力層データに関するインペラ浮上量を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて算出した入力層データとインペラ浮上量との関係式であるインペラ軸方向浮上量関連関係式を用いて、インペラ軸方向浮上量を演算する演算部５８を有する。【選択図】    図１
2006280573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
血液流入ポートと血液流出ポートとを有するハウジングと、磁性体を備え、前記ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラとを有する遠心ポンプ部と、前記遠心ポンプ部の前記インペラを吸引しかつ回転させるためのインペラ回転トルク発生部とを備える遠心式血液ポンプ装置であり、かつ、前記インペラ回転トルク発生部側のハウジング内面もしくは前記インペラの前記インペラ回転トルク発生部側の面に設けられた動圧溝形成部を備え、前記ハウジングに対して前記動圧溝によりインペラが非接触状態にて回転する遠心式血液ポンプ装置であって、
該血液ポンプ装置は、血液粘度値またはヘマトクリット値を入力する血液測定データ入力部と、インペラ回転数測定機能もしくはインペラ回転数算出機能と、モータ電流値計測機能と、インペラ軸方向の浮上量を演算する演算部を備えており、
該演算部は、あらかじめ測定した多数のインペラ軸方向浮上量における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、前記各入力層データに関するインペラ軸方向浮上量を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて算出した入力層データとインペラ軸方向浮上量との関係式であるインペラ浮上量関連関係式を記憶する関係式記憶部と、
前記インペラ浮上量関連関係式、前記血液測定データ入力部に入力された血液粘度値もしくは入力されたヘマトクリット値より演算された血液粘度値、前記インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、前記モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値とを用いて、前記血液粘度値および前記モータ電流測定値ならびに前記インペラ回転数値におけるインペラ軸方向浮上量を演算するインペラ軸方向浮上量演算機能を備えていることを特徴とする血液ポンプ装置。
【請求項２】
前記血液ポンプ装置は、前記インペラ回転トルク発生部の磁力発生源による吸引方向と反対方向に前記インペラを吸引する磁石を有し、かつ、前記磁石側のハウジング内面もしくは前記インペラの前記磁石側の表面に設けられた第２の動圧溝を備えるものである請求項１に記載の血液ポンプ装置。
【請求項３】
前記血液測定データ入力部は、血液粘度測定値入力部である請求項１または２に記載の血液ポンプ装置。
【請求項４】
前記血液測定データ入力部は、ヘマトクリット値入力部であり、前記血液ポンプ装置は、入力されたヘマトクリット値より粘度を演算する粘度演算機能を備えている請求項１または２に記載の血液ポンプ装置。
【請求項５】
前記血液測定データ入力部は、ヘマトクリット値入力部であり、前記血液ポンプ装置は、入力されたヘマトクリット値より粘度を演算する粘度演算機能および比重を演算する比重演算機能を備えている請求項１または２に記載の血液ポンプ装置。
【請求項６】
前記血液ポンプ装置は、比重入力部もしくは比重演算機能と、前記モータ電流測定値を該比重入力部により入力されたもしくは前記比重演算機能により演算された比重を用いて補正した値をモータ電流測定値とするモータ電流測定値補正機能を備えている請求項１ないし５のいずれかに記載の血液ポンプ装置。
【請求項７】
前記血液ポンプ装置は、モータ特性による補正機能を備えており、前記モータ電流測定値を当該モータ特性補正機能により補正した値をモータ電流測定値とするモータ電流測定値補正機能を備えている請求項１ないし６のいずれかに記載の血液ポンプ装置。
【請求項８】
前記関係式記憶部は、あらかじめ測定した多数のインペラ揺動量における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、前記各入力層データに関するインペラ揺動量を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて算出した入力層データとインペラ揺動量との関係式であるインペラ揺動量関連関係式を記憶しており、前記演算部は、該インペラ揺動量関連関係式、前記血液測定データ入力部に入力された血液粘度値もしくは入力されたヘマトクリット値より演算された血液粘度値、前記インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、前記モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値とを用いて、前記血液粘度値および前記モータ電流測定値ならびに前記インペラ回転数値におけるインペラ揺動量を演算するインペラ揺動量演算機能を備えている請求項１ないし７のいずれかに記載の血液ポンプ装置。
【請求項９】
前記関係式記憶部は、あらかじめ測定した多数の血液吐出流量における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、前記各入力層データに関する血液吐出流量を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて算出した入力層データと血液吐出流量との関係式である血液吐出流量関連関係式を記憶しており、前記演算部は、該血液吐出流量関連関係式、前記血液測定データ入力部に入力された血液粘度値もしくは入力されたヘマトクリット値より演算された血液粘度値、前記インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、前記モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値とを用いて、前記血液粘度値および前記モータ電流測定値ならびに前記インペラ回転数値における血液吐出流量を演算する血液吐出流量演算機能を備えている請求項１ないし８のいずれかに記載の血液ポンプ装置。
【請求項１０】
前記関係式記憶部は、あらかじめ測定した多数のポンプ揚程における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、前記各入力層データに関するポンプ揚程を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて算出した入力層データとポンプ揚程との関係式であるポンプ揚程関連関係式を記憶しており、前記演算部は、該ポンプ揚程関連関係式、前記血液測定データ入力部に入力された血液粘度値もしくは入力されたヘマトクリット値より演算された血液粘度値、前記インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、前記モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値とを用いて、前記血液粘度値および前記モータ電流測定値ならびに前記インペラ回転数値におけるポンプ揚程を演算するポンプ揚程演算機能を備えている請求項１ないし８のいずれかに記載の血液ポンプ装置。
【請求項１１】
前記請求項１ないし１０のいずれかに記載の血液ポンプ装置の製造方法であって、該製造方法は、あらかじめ測定した多数のインペラ軸方向浮上量における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、前記各入力層データに関する血液吐出流量を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて、入力層データと吐出流量との関係式を算出するインペラ軸方向浮上量関連関係式算出工程と、該インペラ軸方向浮上量関連関係式算出工程により得られたインペラ軸方向浮上量関連関係式を前記演算部が利用可能となるように前記血液ポンプ装置に記憶させる記憶工程とを行うことを特徴とする血液ポンプ装置の製造方法。
【請求項１２】
前記血液ポンプ装置の製造方法は、前記血液測定データ入力部に入力された血液粘度値もしくは入力されたヘマトクリット値より演算された血液粘度値、前記インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、前記モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値とを用いてインペラ揺動量を演算する演算部を備える血液ポンプ装置の製造方法であって、
あらかじめ測定した多数のインペラ揺動量における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、前記各入力層データに関するインペラ揺動量を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて、入力層データとインペラ揺動量との関係式を算出するインペラ揺動量関連関係式算出工程と、該インペラ揺動量関係式算出工程により得られたインペラ揺動量関連関係式を前記演算部が利用可能となるように前記血液ポンプ装置に記憶させる記憶工程とを行うものである請求項１１に記載の血液ポンプ装置の製造方法。
【請求項１３】
前記血液ポンプ装置の製造方法は、前記血液測定データ入力部に入力された血液粘度値もしくは入力されたヘマトクリット値より演算された血液粘度値、前記インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、前記モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値とを用いて血液吐出流量を演算する演算部を備える血液ポンプ装置の製造方法であって、
あらかじめ測定した多数のインペラ揺動量における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、前記各入力層データに関する血液吐出流量を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて、入力層データと血液吐出流量との関係式を算出する血液吐出流量関係式算出工程と、該血液吐出流量関係式算出工程により得られた血液吐出流量関連関係式を前記演算部が利用可能となるように前記血液ポンプ装置に記憶させる記憶工程とを行うものである請求項１１または１２に記載の血液ポンプ装置の製造方法。
【請求項１４】
前記血液ポンプ装置の製造方法は、前記血液測定データ入力部に入力された血液粘度値もしくは入力されたヘマトクリット値より演算された血液粘度値、前記インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、前記モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値とを用いてポンプ揚程を演算する演算部を備える血液ポンプ装置の製造方法であって、
あらかじめ測定した多数のインペラ揺動量における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、前記各入力層データに関するポンプ揚程を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて、入力層データとポンプ揚程との関係式を算出するポンプ揚程関連関係式算出工程と、該ポンプ揚程関係式算出工程により得られたポンプ揚程関連関係式を前記演算部が利用可能となるように前記血液ポンプ装置に記憶させる記憶工程とを行うものである請求項１１ないし１３のいずれかに記載の血液ポンプ装置の製造方法。
【請求項１５】
前記ニューラルネットワークは、入力層、中間層、出力層の３層からなる３層フィードフォワード型ニューラルネットである請求項１１ないし１４のいずれかに記載の血液ポンプ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血液などの医療用血液を搬送するための血液ポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近では、人工心肺装置における体外循環に遠心式血液ポンプを使用する例が増加している。遠心ポンプとしては、外部とポンプ内の血液室との物理的な連通を完全に排除し、細菌等の進入を防止できることにより、外部モータからの駆動トルクを磁気結合を用いて伝達する方法のものが用いられている。
そして、このような遠心式血液ポンプとして、特開平４−９１３９６号公報（特許文献１）に示されるターボ型ポンプがある。この特許文献１に開示されるものでは、インペラの一方面に設けられた第1の永久磁石とハウジングを介して対向する第2の永久磁石とで磁気カップリングを形成し、この第2の永久磁石を取り付けたロータを回転することにより、インペラが回転駆動する。そして、インペラはロータ側に吸引されるが、動圧溝を有するため、動圧溝とハウジング内面間に形成される動圧軸受効果により、若干であるがハウジング内面より離れ、非接触状態にて回転する。
そして、このような動圧軸受ポンプの場合、動圧溝が発生する負荷容量（負荷容量とは軸受の用語であり力の次元を持つ）と、それに抗する力、例えば磁力によって送液用のインペラを周囲の面と非接触に保って溶血と血栓の発生を防いでいる。
また、特開２００３−２０１９９２号公報（特許文献２）で提案されている遠心式血液ポンプ装置は、ハウジング２０内で回転するインペラ２１を有するポンプ部２とインペラ吸引用磁石３３を備えるロータ３１とロータを回転させるモータ３４とインペラを吸引するための電磁石４１とインペラ位置検出用センサ４２とハウジング２０の内面に設けられた動圧溝３８を備える本体部５と制御機構６を備える。制御機構６は、位置センサ出力モニタリング機能５６と、電磁石電流モニタリング機能５７と、モータ電流モニタリング機能を備え、位置センサ出力モニタリング機能および電磁石電流モニタリング機能を用いてセンサ不調および電磁石不調を判断し、不調検知時に作動し、動圧溝を利用してインペラを回転させる非常時用回転機能を備える。
【０００３】
【特許文献１】特開平４−９１３９６号公報
【特許文献２】特開２００３−２０１９９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
動圧軸受ポンプはインペラが血液中で非接触の状態を保っている。しかし、上記特許文献１のポンプ装置では、インペラの位置を知ることができなかった。したがって、周囲のハウジング面と所定の位置を保って非接触に回転しているかを確認することができない。また、特許文献２のポンプ装置における動圧溝は、センサ不調などの際の非常時用のものであり、常時動圧溝による動圧力を用いてインペラを回転させるタイプのものではなく、また、センサは、動圧溝による動圧力によりインペラがハウジングに非接触状態にて回転する状態におけるインペラの位置を測定するものでもない。
インペラの位置情報であるインペラ浮上量（インペラ端面とハウジング内面間のギャップ）とインペラの揺動（Peak-to-Peak値）は、このような血液ポンプが正常に動作していることを把握するための重要なパラメータである。インペラの位置情報の計測は、リラクタンス式センサ、渦電流式センサなどの専用の位置センサを用いた直接計測も考えられるが、ポンプの構造上センサの取り付けが困難な場合や位置センサの故障、センサとコントローラを繋ぐケーブルの断線などのリスクがある。また、位置センサの実装に伴う部品点数の増加は装置の大型化につながる。体内埋め込み式血液ポンプの場合、長期間ポンプを患者の体内に埋め込むため、患者に対する負担を考慮して如何に小型化するかが課題となっている。また、ポンプのコントローラを体外に設置した構成のポンプシステムの場合、ポンプとコントローラを接続するケーブルが皮膚を貫通することになり、ケーブルを介した感染のリスク（トンネル感染）がある。位置センサをなくせばその分ケーブル径を細くすることができるため、感染のリスクは著しく低下する。このため、ケーブルの細径化も重要な課題である。
そこで、本発明の目的は、磁気浮上タイプの遠心ポンプではなく、いわゆる動圧溝を利用して実質的にハウジングにインペラを非接触状態にて回転させる血液ポンプ装置であって、位置センサを用いることなく、インペラの位置情報を容易かつ確実に算出できるインペラ位置算出機能を備えた血液ポンプ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するものは、以下のものである。
（１）  血液流入ポートと血液流出ポートとを有するハウジングと、磁性体を備え、前記ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラとを有する遠心ポンプ部と、前記遠心ポンプ部の前記インペラを吸引しかつ回転させるためのインペラ回転トルク発生部とを備える遠心式血液ポンプ装置であり、かつ、前記インペラ回転トルク発生部側のハウジング内面もしくは前記インペラの前記インペラ回転トルク発生部側の面に設けられた動圧溝形成部を備え、前記ハウジングに対して前記動圧溝によりインペラが非接触状態にて回転する遠心式血液ポンプ装置であって、
該血液ポンプ装置は、血液粘度値またはヘマトクリット値を入力する血液測定データ入力部と、インペラ回転数測定機能もしくはインペラ回転数算出機能と、モータ電流値計測機能と、インペラ軸方向の浮上量を演算する演算部を備えており、
該演算部は、あらかじめ測定した多数のインペラ軸方向浮上量における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、前記各入力層データに関するインペラ軸方向浮上量を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて算出した入力層データとインペラ軸方向浮上量との関係式であるインペラ浮上量関連関係式を記憶する関係式記憶部と、
前記インペラ浮上量関連関係式、前記血液測定データ入力部に入力された血液粘度値もしくは入力されたヘマトクリット値より演算された血液粘度値、前記インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、前記モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値とを用いて、前記血液粘度値および前記モータ電流測定値ならびに前記インペラ回転数値におけるインペラ軸方向浮上量を演算するインペラ軸方向浮上量演算機能を備えている血液ポンプ装置。
【０００６】
（２）  前記血液ポンプ装置は、前記インペラ回転トルク発生部の磁力発生源による吸引方向と反対方向に前記インペラを吸引する磁石を有し、かつ、前記磁石側のハウジング内面もしくは前記インペラの前記磁石側の表面に設けられた第２の動圧溝を備えるものである上記（１）に記載の血液ポンプ装置。
（３）  前記血液測定データ入力部は、血液粘度測定値入力部である上記（１）または（２）に記載の血液ポンプ装置。
（４）  前記血液測定データ入力部は、ヘマトクリット値入力部であり、前記血液ポンプ装置は、入力されたヘマトクリット値より粘度を演算する粘度演算機能を備えている上記（１）または（２）に記載の血液ポンプ装置。
（５）  前記血液測定データ入力部は、ヘマトクリット値入力部であり、前記血液ポンプ装置は、入力されたヘマトクリット値より粘度を演算する粘度演算機能および比重を演算する比重演算機能を備えている上記（１）または（２）に記載の血液ポンプ装置。
（６）  前記血液ポンプ装置は、比重入力部もしくは比重演算機能と、前記モータ電流測定値を該比重入力部により入力されたもしくは前記比重演算機能により演算された比重を用いて補正した値をモータ電流測定値とするモータ電流測定値補正機能を備えている上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の血液ポンプ装置。
（７）  前記血液ポンプ装置は、モータ特性による補正機能を備えており、前記モータ電流測定値を当該モータ特性補正機能により補正した値をモータ電流測定値とするモータ電流測定値補正機能を備えている上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の血液ポンプ装置。
【０００７】
（８）  前記関係式記憶部は、あらかじめ測定した多数のインペラ揺動量における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、前記各入力層データに関するインペラ揺動量を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて算出した入力層データとインペラ揺動量との関係式であるインペラ揺動量関連関係式を記憶しており、前記演算部は、該インペラ揺動量関連関係式、前記血液測定データ入力部に入力された血液粘度値もしくは入力されたヘマトクリット値より演算された血液粘度値、前記インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、前記モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値とを用いて、前記血液粘度値および前記モータ電流測定値ならびに前記インペラ回転数値におけるインペラ揺動量を演算するインペラ揺動量演算機能を備えている上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の血液ポンプ装置。
（９）  前記関係式記憶部は、あらかじめ測定した多数の血液吐出流量における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、前記各入力層データに関する血液吐出流量を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて算出した入力層データと血液吐出流量との関係式である血液吐出流量関連関係式を記憶しており、前記演算部は、該血液吐出流量関連関係式、前記血液測定データ入力部に入力された血液粘度値もしくは入力されたヘマトクリット値より演算された血液粘度値、前記インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、前記モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値とを用いて、前記血液粘度値および前記モータ電流測定値ならびに前記インペラ回転数値における血液吐出流量を演算する血液吐出流量演算機能を備えている上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の血液ポンプ装置。
（１０）  前記関係式記憶部は、あらかじめ測定した多数のポンプ揚程における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、前記各入力層データに関するポンプ揚程を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて算出した入力層データとポンプ揚程との関係式であるポンプ揚程関連関係式を記憶しており、前記演算部は、該ポンプ揚程関連関係式、前記血液測定データ入力部に入力された血液粘度値もしくは入力されたヘマトクリット値より演算された血液粘度値、前記インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、前記モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値とを用いて、前記血液粘度値および前記モータ電流測定値ならびに前記インペラ回転数値におけるポンプ揚程を演算するポンプ揚程演算機能を備えている上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の血液ポンプ装置。
【０００８】
また、上記目的を達成するものは、以下のものである。
（１１）  上記（１）ないし（１０）のいずれかに記載の血液ポンプ装置の製造方法であって、該製造方法は、あらかじめ測定した多数のインペラ軸方向浮上量における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、前記各入力層データに関する血液吐出流量を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて、入力層データと吐出流量との関係式を算出するインペラ軸方向浮上量関連関係式算出工程と、該インペラ軸方向浮上量関連関係式算出工程により得られたインペラ軸方向浮上量関連関係式を前記演算部が利用可能となるように前記血液ポンプ装置に記憶させる記憶工程とを行う血液ポンプ装置の製造方法。
（１２）  前記血液ポンプ装置の製造方法は、前記血液測定データ入力部に入力された血液粘度値もしくは入力されたヘマトクリット値より演算された血液粘度値、前記インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、前記モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値とを用いてインペラ揺動量を演算する演算部を備える血液ポンプ装置の製造方法であって、
あらかじめ測定した多数のインペラ揺動量における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、前記各入力層データに関するインペラ揺動量を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて、入力層データとインペラ揺動量との関係式を算出するインペラ揺動量関連関係式算出工程と、該インペラ揺動量関係式算出工程により得られたインペラ揺動量関連関係式を前記演算部が利用可能となるように前記血液ポンプ装置に記憶させる記憶工程とを行うものである上記（１１）に記載の血液ポンプ装置の製造方法。
【０００９】
（１３）  前記血液ポンプ装置の製造方法は、前記血液測定データ入力部に入力された血液粘度値もしくは入力されたヘマトクリット値より演算された血液粘度値、前記インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、前記モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値とを用いて血液吐出流量を演算する演算部を備える血液ポンプ装置の製造方法であって、
あらかじめ測定した多数のインペラ揺動量における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、前記各入力層データに関する血液吐出流量を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて、入力層データと血液吐出流量との関係式を算出する血液吐出流量関係式算出工程と、該血液吐出流量関係式算出工程により得られた血液吐出流量関連関係式を前記演算部が利用可能となるように前記血液ポンプ装置に記憶させる記憶工程とを行うものである上記（１１）または（１２）に記載の血液ポンプ装置の製造方法。
（１４）  前記血液ポンプ装置の製造方法は、前記血液測定データ入力部に入力された血液粘度値もしくは入力されたヘマトクリット値より演算された血液粘度値、前記インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、前記モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値とを用いてポンプ揚程を演算する演算部を備える血液ポンプ装置の製造方法であって、
あらかじめ測定した多数のインペラ揺動量における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、前記各入力層データに関するポンプ揚程を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて、入力層データとポンプ揚程との関係式を算出するポンプ揚程関連関係式算出工程と、該ポンプ揚程関係式算出工程により得られたポンプ揚程関連関係式を前記演算部が利用可能となるように前記血液ポンプ装置に記憶させる記憶工程とを行うものである上記（１１）ないし（１３）のいずれかに記載の血液ポンプ装置の製造方法。
（１５）  前記ニューラルネットワークは、入力層、中間層、出力層の３層からなる３層フィードフォワード型ニューラルネットである上記（１１）ないし（１４）のいずれかに記載の血液ポンプ装置の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
この血液ポンプ装置によれば、位置センサを備えないため、装置の小型化が可能となるとともにセンサに起因するポンプ不良の発生がなく、かつ、位置センサを用いて直接計測したときと同等の精度にて位置を確認することができる。そして、位置の算出にニューラルネットワークにて算出した関係式を用いているので、未経験の入力に対しても正しく計算できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の血液ポンプ装置および血液ポンプ装置の製造方法を実施例を用いて説明する。
図１は、本発明の血液ポンプ装置の実施例のブロック図である。図２は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の実施例の正面図である。図３は、図２に示した遠心式血液ポンプ装置の平面図である。図４は、図２に示した実施例の遠心式血液ポンプ装置の縦断面図である。図５は、図２の遠心式血液ポンプ装置のＡ−Ａ線断面図である。図６は、図２の遠心式血液ポンプ装置のＡ−Ａ線断面図よりインペラを取り外した状態を示す断面図である。
本発明の血液ポンプ装置１は、液体流入ポート２２と液体流出ポート２３とを有するハウジング２０と、内部に磁性体２５を備え、ハウジング２０内で回転し、回転時の遠心力によって液体を送液するインペラ２１を有する遠心ポンプ部２と、遠心ポンプ部２のインペラ２１の磁性体２５を吸引しかつ回転させるためのインペラ回転トルク発生部３とを備える遠心式血液ポンプ装置であり、かつ、遠心ポンプ部２のインペラ回転トルク発生部３側のハウジング内面もしくはインペラ２１のインペラ回転トルク発生部３側の面に設けられた動圧溝３８を備え、ハウジング２０に対して動圧溝３８によりインペラ２１が非接触状態にて回転する遠心式血液ポンプ装置である。
【００１２】
本発明の血液ポンプ装置１は、血液測定データ入力部（血液粘度値もしくはヘマトクリット値入力部）５７と、インペラ回転数測定または算出機能と、モータ電流値計測機能と、インペラ軸方向の浮上量を演算する演算部５８を備えている。
演算部５８は、あらかじめ測定した多数のインペラ軸方向浮上量における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、前記各入力層データに関するインペラ軸方向浮上量を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて算出した入力層データとインペラ軸方向浮上量との関係式であるインペラ浮上量関連関係式（シグモイド関数を利用する）を記憶する関係式記憶部６０と、インペラ浮上量関連関係式、血液測定データ入力部に入力された血液粘度値もしくは入力されたヘマトクリット値より演算された血液粘度値、インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値とを用いて、当該血液粘度値および当該モータ電流測定値ならびに当該インペラ回転数値におけるインペラ軸方向浮上量を演算するインペラ軸方向浮上量演算機能を備えている。
【００１３】
また、この血液ポンプ装置は、インペラ揺動量演算機能を備えることが好ましい。
この場合、関係式記憶部６０は、あらかじめ測定した多数のインペラ揺動量における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、前記各入力層データに関するインペラ揺動量を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて算出した入力層データとインペラ揺動量との関係式であるインペラ揺動量関連関係式（シグモイド関数を利用する）を記憶する。そして、演算部５８は、インペラ揺動量関連関係式、血液測定データ入力部に入力された血液粘度値もしくは入力されたヘマトクリット値より演算された血液粘度値、インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値とを用いて、当該血液粘度値および当該モータ電流測定値ならびに当該インペラ回転数値におけるインペラ揺動量を演算するインペラ揺動量演算機能を備えるものとなる。
【００１４】
また、この血液ポンプ装置は、吐出流量演算機能を備えることが好ましい。この場合、関係式記憶部６０は、あらかじめ測定した多数の血液吐出流量における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、各入力層データに関する血液吐出流量を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて算出した入力層データと吐出流量との関係式である吐出流量関連関係式（シグモイド関数を利用する）を記憶する。そして、演算部５８は、この吐出流量関連関係式、血液測定データ入力部５７に入力された血液粘度値もしくは入力されたヘマトクリット値より演算された血液粘度値、インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値とを用いて、当該血液粘度値および当該モータ電流測定値ならびに当該インペラ回転数値における血液吐出流量を演算する吐出流量演算機能を備えるものとなる。
また、この血液ポンプ装置１は、ポンプ揚程演算機能を備えることが好ましい。この場合関係式記憶部６０は、あらかじめ測定した多数のポンプ揚程における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、各入力層データに関するポンプ揚程を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて算出した入力層データとポンプ揚程との関係式であるポンプ揚程関連関係式（シグモイド関数を利用する）を記憶する。そして、演算部５８は、ポンプ揚程関連関係式、血液測定データ入力部に入力された血液粘度値もしくは入力されたヘマトクリット値より演算された血液粘度値、インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値とを用いて、当該血液粘度値および当該モータ電流測定値ならびに当該インペラ回転数値におけるポンプ揚程を演算するポンプ揚程演算機能を備えるものとなる。
【００１５】
本発明の遠心式血液ポンプ装置１は、血液流入ポート２２と血液流出ポート２３を有するハウジング２０と、磁性体２５を備え、ハウジング２０内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラ２１と、インペラ２１を吸引しかつ回転させるためのインペラトルク発生部３を有する。さらに、ポンプ部２は、インペラ回転トルク発生部３側のハウジング内面に設けられた第一の動圧溝３８を備える。そして、動圧溝３８が形成されているハウジング内面とインペラ間に発生する動圧軸受効果により、インペラ２１はハウジング２０に対して非接触状態にて回転し、ポンプ部２はインペラ２１の位置を演算する機能を有するインペラ位置演算部５８を備える。そして、この実施例の遠心式血液ポンプ１では、インペラトルク発生部３は、インペラ２１の磁性体２５を吸引するための磁石３３を備えるロータ３１とロータ３１を回転させるモータ３４を備えるものとなっている。
【００１６】
図２ないし図４に示すように、この実施例の遠心式血液ポンプ本体部５は、血液流入ポート２２と血液流出ポート２３を有するハウジング２０と、ハウジング２０内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラ２１を有する遠心式血液ポンプ部２と、インペラ２１のためのインペラ回転トルク発生部３を備える。インペラ２１は、図４に示すように、インペラ回転トルク発生部３および動圧溝３８が形成されているハウジング内面とインペラ間に発生する動圧軸受効果により、ハウジング２０内の所定位置に保持され、ハウジング内面に接触することなく通常は回転する。ハウジング２０は、血液流入ポート２２と血液流出ポート２３とを備え、非磁性材料により形成されている。ハウジング２０内には、血液流入ポート２２および血液流出ポート２３と連通する血液室２４が形成されている。このハウジング２０内には、インペラ２１が収納されている。血液流入ポート２２は、ハウジング２０の上面の中央付近よりほぼ垂直に突出するように設けられている（曲がり管にすることも可能）。血液流出ポート２３は、図３および図５に示すように、ほぼ円筒状に形成されたハウジング２０の側面より接線方向に突出するように設けられている。
【００１７】
図５に示すように、ハウジング２０内に形成された血液室２４内には、中央に貫通口を有する円板状のインペラ２１が収納されている。インペラ２１は、図４に示すように、下面を形成するドーナツ板状部材（下部シュラウド）２７と、上面を形成する中央が開口したドーナツ板状部材（上部シュラウド）２８と、両者間に形成された複数（例えば、７つ）のベーン１８を有する。そして、下部シュラウドと上部シュラウドの間には、隣り合うベーン１８で仕切られた複数（７つ）の血液通路２６が形成されている。血液通路２６は、図５に示すように、インペラ２１の中央開口と連通し、インペラ２１の中央開口を始端とし、外周縁まで徐々に幅が広がるように延びている。言い換えれば、隣り合う血液通路２６間にベーン１８が形成されている。なお、この実施例では、それぞれの血液通路２６およびそれぞれのベーン１８は、等角度間隔にかつほぼ同じ形状に設けられている。
【００１８】
そして、図４に示すように、インペラ２１には、複数（例えば、２４個）の第１の磁性体２５（永久磁石、従動マグネット）が埋設されている。この実施例では、第１の磁性体２５は、下部シュラウド２７内に埋設されている。埋設された磁性体２５（永久磁石）は、後述するインペラ回転トルク発生部３のロータ３１に設けられた永久磁石３３によりインペラ２１を血液流入ポート２２と反対側に吸引され、インペラ回転トルク発生部３の回転トルクをインペラ２１に伝達するために設けられている。また、この実施例のようにある程度の個数の磁性体２５を埋設することにより、後述するロータ３１との磁気的結合も十分に確保できる。磁性体２５（永久磁石）の形状としては、円形であることが好ましい。あるいは、リング状のマグネットを多極（例えば、２４極）に分極したもの、言い換えれば、複数の小さな磁石を磁極が交互となるように、かつ、リング状に並べたものでもよい。
【００１９】
インペラ回転トルク発生部３は、図４に示すように、ハウジング２０内に収納されたロータ３１とロータ３１を回転させるためのモータ３４を備える。ロータ３１は、血液ポンプ部２側の面に設けられた複数の永久磁石３３を備える。ロータ３１の中心は、モータ３４の回転軸に固定されている。永久磁石３３は、インペラ２１の永久磁石２５の配置形態（数および配置位置）に対応するように、複数かつ等角度ごとに設けられている。インペラ回転トルク発生部３としては、上述のロータおよびモータを備えるものに限られず、例えば、インペラ２１の永久磁石２５を吸引し、かつ回転駆動させるための複数のステーターコイルからなるものでもよい。
そして、本発明のポンプ装置１は、インペラ回転トルク発生部３側のハウジング内面もしくはインペラ２１のインペラ回転トルク発生部３側の面に設けられた第１の動圧溝３８を備える。動圧溝３８は、図７に示す周縁部の幅B０と、隣り合う動圧溝３８の周縁間の動圧溝非存在部（ランド部）幅B１と上記幅B０の和B（B＝B０＋B１）より算出される溝幅関連値ｓ（ｓ＝B０/B）が、０．６〜０．８となるように形成されていることが好ましい。
【００２０】
また、本発明のポンプ装置では、インペラ回転時の動圧溝形成部の動圧溝部３８におけるインペラとハウジング間距離ｈ１とインペラ回転時の動圧溝形成部の動圧溝非存在部（ランド部）におけるインペラとハウジング間距離ｈ２より算出される溝深さ関連値a（a＝ｈ１/ｈ２）が１．５〜２．５となるように形成されていることが好ましい。
そして、動圧溝３８が、上述した溝幅関連値ｓ（ｓ＝B０/B）が０．６〜０．８であって、かつ、溝深さ関連値a（a＝ｈ１/ｈ２）が１．５〜２．５となるように形成されていることにより、同じ個数の動圧溝を備える対数螺旋溝に比べて溝幅が大きく、また、溝深さも浅いため、溶血の発生が少ないものとなる。
なお、動圧溝としては、図９に示すような対数螺旋溝であってもよい。そして、対数螺旋溝の場合は、溝外半径：ｒ２、溝内半径：ｒｂ、溝流入角：α、溝部とランド部の溝の比：a1/a2、溝の個数：N、溝深さ：ｈ１、回転数：ω、粘度：μを与えることによって負荷容量が計算できる。しかし、それ以外の動圧溝形状では、流体の流れを3次元問題として解析して、負荷容量を求めて適するパラメータを決めるか、２次元問題（動圧溝の断面形状のみを考慮し、その断面と直行する長さ方向は断面の幅に対して十分長いとして考えることができる問題）に簡略化して解析した結果を用いることになる。この実施例においては、後者の設計方法を用いた。
【００２１】
図４に示す遠心ポンプ装置では、
（１） インペラとロータ間の磁気カップリングによってインペラをロータ側に引く力が働く。
（２） 動圧溝が発生する負荷容量によってインペラをロータ側と逆方向に動かす力が働く。
（１）と（２）の力が釣り合って、インペラはハウジング内で周囲と非接触に位置を保つ。
【００２２】
図６の形状（動圧断面方向の長さはLとする）の動圧溝の場合を考えると、圧力ｐは、
領域１（  ０≦ｘ≦Ｂ０  ）の場合：
2006280573.tif 000003
領域２（  Ｂ０≦ｘ≦Ｂ  ）の場合：
2006280573.tif 000004
となる（ｐのｙ方向の変化は小さく、無視できる）。
【００２３】
ここで、
2006280573.tif 000005
である。ここで、a，sは、
ａ＝ｈ1／ｈ2，  ｓ＝Ｂ０／Ｂ
である。すると、ａ，ｓについてのＷd-lessの変化は図８のようになる。
１個の溝が発生する負荷容量Wは、
2006280573.tif 000006
である。
【００２４】
このWをμULB２／ｈ２２で除して無次元化したWd-lessは、
2006280573.tif 000007
である。
【００２５】
式（３）、（４）、（５）より、
2006280573.tif 000008
となる。
これより、負荷容量Wは、流体の粘度μとインペラ回転速度Uに比例することがわかる。本発明の遠心ポンプの構成は、インペラ回転トルク発生部側のハウジング底面もしくは前記インペラの前記インペラ回転トルク発生部側の面に動圧溝形成部を備え、インペラをインペラ回転トルク発生部側（すなわちロータ側）のみから吸引する片側溝・片側カップリングモデルである。この構成の場合、インペラの浮上位置は、インペラ−ロータ間の磁気カップリング力と動圧力の釣り合いで決まる。動圧力は動圧溝が発生する負荷容量に依存する。式（６）より、負荷容量は血液粘度μとインペラの回転速度U（インペラの回転数Nに比例）に比例するため、動圧力は血液粘度μと回転数Nに概ね比例する。
本発明のポンプのインペラ浮上量と流体の粘度μおよび回転数Nとの関係の一例を、それぞれ図１７、図１８に示す。
【００２６】
そして、血液ポンプ装置１は、制御機構（コントローラ）６を備えている。
制御機構６は、図１に示すように、磁気カップリング用のモータ３４のためのパワーアンプ５２およびモータ制御回路５３、制御部５１、電源部５６、血液測定データ入力部（言い換えれば、血液パラメータ入力部）５７、演算部５８、表示部５９を備える。制御部５１は、モータ電流モニタリング機能およびインペラ回転数モニタリング機能を備える。
血液測定データ入力部（血液パラメータ入力部）５７としては、例えば、血液粘度測定値入力部である。好ましくは、図１に示すように、血液粘度測定値入力部と比重入力部を備えることが好ましい。この場合、血液粘度および比重は使用者より採血した血液より外部機器を用いて測定される。
【００２７】
また、血液測定データ入力部（血液パラメータ入力部）５７としては、図１の括弧内に示すように、ヘマトクリット値入力部であってもよい。この場合、血液ポンプ装置は、入力されたヘマトクリット値より粘度を演算する粘度演算機能を備えているものとなる。つまり、演算部５８は、粘度演算機能を備えるものとなる。粘度演算方法は以下のとおりである。
ｖ＝ａ３Ｈｃｔ３＋ａ２Ｈｃｔ２＋ａ１Ｈｃｔ＋ａ０
ｖ［ｍＰａ・ｓ］は粘度、Ｈｃｔ［％］はヘマトクリット値、ａ０〜ａ３＝係数
【００２８】
さらに、血液ポンプ装置は、入力されたヘマトクリット値より比重を演算する比重演算機能を備えていることが好ましい。つまり、吐出流量演算部５８は、比重演算機能を備えるものとなる。比重計算方法は、以下のとおりである。
ρ＝ｂ３Ｈｃｔ３＋ｂ２Ｈｃｔ２＋ｂ１Ｈｃｔ＋ｂ０
ρは比重、Ｈｃｔ［％］はヘマトクリット値、ｂ０〜ｂ３＝係数
また、血液ポンプ装置１は、インペラ回転数測定機能（モータ回転数測定器）もしくはインペラ回転数算出機能（モータ回転数算出機能）を備えている。この場合、制御装置６は、モータ回転数モニタリング機能を備えるものとなる。
【００２９】
また、モータ電流値の比重による補正は、下記式により行うことができる。
モータ電流補正値＝モータ電流実測値／比重
また、血液ポンプ装置は、温度による補正機能を備えていることが好ましい。温度による補正は、測定されるモータ電流値を温度により補正することにより行うことができる。モータ電流値の温度による補正は、下記式により行うことができる。
Icomp=f(T,Imeas,a1,a2,..,an)
Icomp：温度補正後のモータ電流値
f：補正用の変換関数
T：コントローラ温度
Imeas：測定されるモータ電流値
a1,a2,..an：予め製品コントローラ毎に測定された補正用の係数
【００３０】
また、血液ポンプ装置は、モータ特性による補正機能を備えていることが好ましい。モータ電流値のモータ特性による補正は、下記式により行うことができる。
Is＝gmotor(Ip,N,c1,c2,..,cn)
Ip：測定されたモータ電流値
gmotor：モータ電流値の変換に使用する関数
Is：モータ特性による補正後のモータ電流値
N：回転数
c1,c2,..,cn：予め製品コントローラ毎に測定された補正用の係数
この式のIpに測定されたモータ電流値を代入することで、モータ電流値の補正を行うことができる。
【００３１】
また、ポンプ装置としては、図１６に示すようなシステム構成のものであってもよい。この実施例の血液ポンプ装置１００は、血液ポンプ本体部５とこれと電気的に接続された制御機構（言い換えれば、コントローラ）６からなる血液ポンプ本体と、演算器７とに分離している。そして、コントローラ６と演算器７とは、それぞれが備える通信機能８によりデータ通信可能となっている。具体的には、通信機能８は、制御機構側通信インターフェース８８（コントローラ側通信インターフェース）と、吐出流量演算器側通信インターフェース８９により構成されている。少なくとも、制御機構側通信インターフェース８８（コントローラ側通信インターフェース）は、モータ電流値もしくはその関連信号およびインペラ回転数もしくはその関連信号を発信する機能を備えている。演算器側通信インターフェース８９は、制御機構側通信インターフェース８８より発信されたモータ電流値もしくはその関連信号およびインペラ回転数もしくはその関連信号を受信する機能を備えている。なお、両者間の通信は、アナログ通信、デジタル通信のいずれでもよい。通信形式は、公知のものが使用できる。この実施例の血液ポンプ装置１００と上述した血液ポンプ装置１との相違は、制御機構より演算器が分離された点のみであり、その他の構成については上述した血液ポンプ装置１と同じである。
【００３２】
この実施例の血液ポンプ装置１００における制御機構６は、図１６に示すように、磁気カップリング用のモータ３４のためのパワーアンプ５２およびモータ制御回路５３、制御部５１、電源部５６、制御機構側通信インターフェース８８を備えている。制御部５１は、モータ電流モニタリング機能およびインペラ回転数モニタリング機能を備える。
演算器７は、血液測定データ入力部（言い換えれば、血液パラメータ入力部）５７、演算部５８、表示部５９、電源部６２、演算器側通信インターフェース８９を備える。
血液測定データ入力部（血液パラメータ入力部）５７としては、例えば、血液粘度測定値入力部である。好ましくは、図１６に示すように、血液粘度測定値入力部と比重入力部を備えることが好ましい。この場合、血液粘度および比重は使用者より採血した血液より外部機器を用いて測定される。
また、血液測定データ入力部（血液パラメータ入力部）５７としては、図１６の括弧内に示すように、ヘマトクリット値入力部であってもよい。この場合、血液ポンプ装置は、入力されたヘマトクリット値より粘度を演算する粘度演算機能を備えているものとなる。つまり、演算部５８は、粘度演算機能を備えるものとなる。
【００３３】
また、本発明の血液ポンプ装置に用いられる血液ポンプ本体部としては、図１０ないし図１５に示すようなものであってもよい。
図１０は、本発明の遠心式血液ポンプ装置に用いられるポンプ本体の他の例の正面図である。図１１は、図１０に示した遠心式血液ポンプ装置の平面図である。図１２は、図１０のＢ−Ｂ線断面図である。図１３は、図１２のＣ−Ｃ線断面図である。図１４は、図１２のＣ−Ｃ線断面図よりインペラを取り外した状態を示す断面図である。図１５は、図１２の遠心式血液ポンプ装置のＤ−Ｄ線断面図よりインペラを取り外した状態を示す断面図である。
この血液ポンプ本体５０は、血液流入ポート２２と血液流出ポート２３とを有するハウジング２０と、内部に第１の磁性体２５または第１の磁性体２５と第２の磁性体２９を備え、ハウジング２０内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラ２１を有する遠心ポンプ部２と、遠心ポンプ部２のインペラ２１の第１の磁性体２５を吸引するとともにインペラ２１を回転させるためのインペラ回転トルク発生部３と、インペラ２１の第１の磁性体２５または第２の磁性体２９をインペラ回転トルク発生部３の磁力発生源による吸引方向と反対方向に吸引する第３の磁性体４１とを備える。そして、血液ポンプ本体５０は、第３の磁性体側のハウジング内面もしくは前記インペラの前記第３の磁性体側の表面に設けられた第２の動圧溝７１を備えている。
【００３４】
インペラ２１の非回転時には、インペラ２１には、インペラ回転トルク発生部３の磁力発生源による吸引力と第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）による吸引力が作用する。このため、インペラ２１に対して一方向にしか吸引力を作用させないものに比べて、インペラ２１の非回転時のインペラ２１とハウジングとの接触圧力は小さいものとなる。このため、インペラ２１の回転起動時に発生するインペラ２１とハウジングとの摩擦抵抗は小さくなり、インペラ２１のスムーズな回転起動が可能となる。
このポンプ本体５０では、インペラ回転トルク発生部３は、インペラ２１の第１の磁性体２５を吸引するための磁石３３を備えるロータ３１と、ロータ３１を回転させるモータ３４を備えている。
【００３５】
図１０ないし図１５に示すように、ポンプ本体５０は、血液流入ポート２２と血液流出ポート２３を有するハウジング２０と、ハウジング２０内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラ２１を有する遠心式血液ポンプ部２と、インペラ２１のためのインペラ回転トルク発生部３と、インペラ２１をインペラ回転トルク発生部３と反対方向に補助吸引する補助吸引部を備える。なお、補助吸引部は、第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）を備える。
インペラ２１は、図１２に示すように、回転時に動圧溝３８により発生する圧力により、ハウジング内面に接触することなく回転する。特に、このポンプ本体５０では、第３の磁性体（永久磁石）によりインペラをロータと反対方向に吸引するため、通常の動圧溝により得られるインペラとハウジング間距離よりもさらに離間した状態にて回転する。
ハウジング２０は、血液流入ポート２２と血液流出ポート２３とを備え、非磁性材料により形成されている。ハウジング２０内には、血液流入ポート２２および血液流出ポート２３と連通する血液室２４が形成されている。このハウジング２０内には、インペラ２１が収納されている。血液流入ポート２２は、ハウジング２０の上面の中央付近よりほぼ垂直に突出するように設けられている。血液流出ポート２３は、図１１および図１３に示すように、ほぼ円筒状に形成されたハウジング２０の側面より接線方向に突出するように設けられている。
【００３６】
図１３に示すように、ハウジング２０内に形成された血液室２４内には、中央に貫通口を有する円板状のインペラ２１が収納されている。インペラ２１は、図３に示すように、下面を形成するドーナツ板状部材に形成された下部シュラウド２７と、上面を形成する中央が開口したドーナツ板状部材に形成された上部シュラウド２８と、両者間に形成された複数（例えば、７つ）のベーン１８を有する。そして、下部シュラウドと上部シュラウドの間には、隣り合うベーン１８で仕切られた複数（７つ）の血液通路２６が形成されている。血液通路２６は、図１３に示すように、インペラ２１の中央開口と連通し、インペラ２１の中央開口を始端とし、外周縁まで徐々に幅が広がるように延びている。言い換えれば、隣り合う血液通路２６間にベーン１８が形成されている。なお、この実施例では、それぞれの血液通路２６およびそれぞれのベーン１８は、等角度間隔にかつほぼ同じ形状に設けられている。
【００３７】
そして、図１２に示すように、インペラ２１には、複数（例えば、１４〜２４個）の第１の磁性体２５（永久磁石、従動マグネット）が埋設されている。この実施例では、第１の磁性体２５は、下部シュラウド２７内に埋設されている。埋設された磁性体２５（永久磁石）は、後述するインペラ回転トルク発生部３のロータ３１に設けられた永久磁石３３によりインペラ２１を血液流入ポート２２と反対側に吸引され、ロータとのカップリングおよび回転トルクをインペラ回転トルク発生部より伝達するために設けられている。
また、この実施例のようにある程度の個数の磁性体２５を埋設することにより、後述するロータ３１との磁気的結合も十分に確保できる。磁性体２５（永久磁石）の形状としては、円形であることが好ましい。あるいは、リング状のマグネットを多極（例えば、２４極）に分極したもの、言い換えれば、複数の小さな磁石を磁極が交互もしくは同一となるように、かつ、リング状に並べたものでもよい。
【００３８】
また、インペラ２１は、上部シュラウドそのものもしくは上部シュラウド内に設けられた第２の磁性体２９を備える。第２の磁性体としては、永久磁石が好ましく、形態としては、リング状であることが好ましい。第２の磁性体２９は、第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）によりインペラ２１をロータ３１と反対側、言い換えれば血液流入ポート２２側に吸引（言い換えれば、付勢）するために設けられている。
インペラ回転トルク発生部３は、図１２に示すように、ハウジング２０内に収納されたロータ３１とロータ３１を回転させるためのモータ３４を備える。ロータ３１は、血液ポンプ部２側の面に設けられた複数の永久磁石３３を備える。ロータ３１の中心は、モータ３４の回転軸に固定されている。永久磁石３３は、インペラ２１の永久磁石２５の配置形態（数および配置位置）に対応するように、複数かつ等角度ごとに設けられている。
【００３９】
インペラ補助吸引部は、図１１および図１２に示すように、インペラの磁性体２９を吸引するための固定された少なくとも１つの第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）を備えている。具体的には、ハウジング２０内に収納された複数の第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）を有する。また、複数の第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）は、それぞれ等角度間隔にて設けられている。第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）は、この実施例では、３個設けられている。磁性体４１としては、リング状のものを１つもしくは同心的に複数設けてもよく、また、図示するように、２以上の磁性体４１をほぼ等角度に配置してもよい。この場合、磁性体の数としては、２〜８個が好ましく、特に、３〜６個が好ましい。
さらに、このポンプ本体５０では、ハウジング２０は、図１２および図１４に示すように、インペラ２１を収納するとともに血液室２４を形成するハウジング内面を備え、ロータ３１側のハウジング内面２０ａに設けられた動圧溝３８を備えている。そして、インペラ２１は、所定以上の回転数にて回転することにより発生する動圧溝３８とインペラ２１間に形成される動圧軸受効果により、非接触状態にて回転する。
【００４０】
動圧溝３８は、図１４に示すように、インペラ２１の底面（ロータ側面）に対応する大きさに形成されている。この実施例のポンプ本体５０では、ハウジング内面２０ａの中心より若干離間した円形部分の周縁（円周）上に一端を有し、渦状に（言い換えれば、湾曲して）ハウジング内面２０ａの外縁付近まで、幅が徐々に広がるように延びている。また、動圧溝３８は複数個設けられており、それぞれの動圧溝３８はほぼ同じ形状であり、かつほぼ同じ間隔に配置されている。動圧溝３８は、凹部であり、深さとしては、０．００５〜０．４ｍｍ程度が好適である。動圧溝としては、６〜３６個程度設けることが好ましい。この実施例では、１２個の動圧溝がインペラの中心軸に対して等角度に配置されている。この実施例のポンプ装置における動圧溝３８は、いわゆる内向スパイラル溝形状となっており、インペラが反時計方向に回転することにより、この動圧溝が図７に示すように圧力を発生し、インペラ２１とこの動圧溝を形成しているハウジング２０間に反発力が得られ、これが動圧力となる。
【００４１】
なお、動圧溝は、ハウジング側ではなくインペラ２１のロータ側の面に設けてもよい。この場合も上述した動圧溝と同様の構成とすることが好ましい。
このような動圧溝を有するため、インペラ回転トルク発生部３側に吸引されるが、ハウジングの動圧溝３８とインペラ２１の底面間（もしくはインペラの動圧溝とハウジング内面間）に形成される動圧軸受効果により、若干であるが、ハウジング内面より離れ、非接触状態にて回転し、インペラの下面とハウジング内面間に血液流路を確保するため、両者間での血液滞留およびそれに起因する血栓の発生を防止する。さらに、通常状態において、動圧溝が、インペラの下面とハウジング内面間において撹拌作用を発揮するので、両者間における部分的な血液滞留の発生を防止する。
【００４２】
さらに、動圧溝３８は、その角となる部分が少なくとも０．０５ｍｍ以上のＲを持つように丸められていることが好ましい。このようにすることにより、溶血の発生をより少ないものとすることができる。
そして、ポンプ本体５０は、第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）側のハウジング内面もしくはインペラ２１の第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）側の表面に設けられた第２の動圧溝７１を備えている。
具体的には、図１２ないし図１５に図示するように、ハウジング２０は、インペラ２１を収納するとともに血液室２４を形成するハウジング内面を備え、ロータ３１側のハウジング内面２０ａに設けられた第１の動圧溝３８を備えるとともに、第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）側のハウジング内面２０ｂに設けられた第２の動圧溝７１を備えている。
このため、インペラ２１は、所定以上の回転数により回転することにより発生する第１の動圧溝３８とインペラ２１間に形成される動圧軸受効果により、非接触状態にて回転するとともに、外的衝撃を受けた時また第１の動圧溝３８による動圧力が過剰となった時に、インペラのハウジング内面２０ｂ側への密着を防止する。そして、第１の動圧溝により発生する動圧力と第２の動圧溝により発生する動圧力は異なるものとなっていてもよい。
【００４３】
インペラ２１の上部シュラウド２８とハウジング内面２０ｂとの隙間と、インペラ２１の下部シュラウド２７とハウジング内面２０ａとの隙間とをほぼ同じ状態でインペラ２１は回転するのが望ましい。インペラ２１に作用する流体力等の外乱が大きく、一方の隙間が狭くなる場合には、その狭くなる側に配した一方の動圧溝による動圧力を他方の動圧溝による動圧力より大きくし、両隙間をほぼ同じようにするため、各々溝形状を異なるようにすることが望ましい。インペラ２１に作用する流体力等の外乱が小さい場合には、両動圧溝形状は同一であることが望ましい。
【００４４】
動圧溝７１は、上述した動圧溝３８と同様に、インペラ２１の上面（永久磁石側面）に対応する大きさに形成されている。図示するポンプ本体５０では、ハウジング内面２０ｂの中心より若干離間した円形部分の周縁（円周）上に一端を有し、渦状に（言い換えれば、湾曲して）ハウジング内面２０ｂの外縁付近まで、幅が徐々に広がるように延びている。また、動圧溝７１は複数個設けられており、それぞれの動圧溝７１はほぼ同じ形状であり、かつほぼ同じ間隔に配置されている。動圧溝７１は、凹部であり、深さとしては、０．００５〜０．４ｍｍ程度が好適である。動圧溝としては、６〜３６個程度設けることが好ましい。この実施例では、１２個の動圧溝がインペラの中心軸に対して等角度に配置されている。
【００４５】
なお、第２の動圧溝は、ハウジング側ではなくインペラ２１の永久磁石側の面に設けてもよい。この場合も上述した第２の動圧溝と同様の構成とすることが好ましい。さらに、動圧溝７１は、その角となる部分が少なくとも０．０５ｍｍ以上のＲを持つように丸められていることが好ましい。このようにすることにより、溶血の発生をより少ないものとすることができる。
また、インペラ補助吸引部における磁性体２９と永久磁石４１の吸引力に起因するインペラの剛性低下を防ぐため、対向する磁性体と永久磁石とはその対向面のサイズが異なることが好ましい。図１２に示すものにおいても、第３の磁性体４１（具体的には、永久磁石）は、磁性体２９より小さいものとなっており、両者対向面のサイズが異なっている。これによって、両者間の距離によって変化する吸引力の変化量、すなわち負の剛性を小さく抑えることで、インペラ支持剛性の低下を防いでいる。
図１４および図１５の例では、２つの動圧溝は同じ形状としたが、各動圧溝の形状を変え、各動圧性能を変更してもよい。
【００４６】
次に、本発明の血液ポンプ装置の製造方法および本発明の血液ポンプ装置の演算部に記憶される、ニューラルネットワークを用いるとともに、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値からなる入力層データとし、インペラ浮上量を教師データとして導かれた入力層データとインペラ軸方向浮上量との関係式であるインペラ浮上量関連関係式（シグモイド関数を利用する）について説明する。
本発明の血液ポンプ装置の製造方法は、血液流入ポートと血液流出ポートを有するハウジングと、前記ハウジング内で回転し血液を送液するインペラと、該インペラを回転させるためのモータと、血液測定データ入力部と、インペラ回転数測定または算出機能と、モータ電流値計測機能と、前記血液測定データ入力部に入力もしくは入力された血液測定データにより演算された血液粘度値、インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、前記モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値とを用いてインペラ軸方向浮上量を演算する演算部を備える血液ポンプ装置の製造方法であって、あらかじめ測定した多数のインペラ軸方向浮上量における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、前記各入力層データに関するインペラ浮上量（インペラ軸方向浮上量）を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて、入力層データとインペラ浮上量（インペラ軸方向浮上量）との関係式を算出するインペラ軸方向浮上量関連関係式算出工程と、該インペラ軸方向浮上量関連関係式算出工程により得られたインペラ軸方向浮上量関連関係式を前記演算部が利用可能となるように前記血液ポンプ装置に記憶させる記憶工程とを行うものである。
【００４７】
上記と合わせて、血液ポンプ装置の演算部に記憶される、ニューラルネットワークを用いるとともに、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値からなる入力層データとし、インペラ揺動量を教師データとして導かれた、入力層データとインペラ揺動量との関係式であるインペラ揺動量関連関係式（シグモイド関数を利用する）について説明する。
この血液ポンプ装置の製造方法は、インペラ揺動量を演算する演算部を備える血液ポンプ装置の製造方法であり、あらかじめ測定した多数のインペラ揺動量における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、前記各入力層データに関するインペラ揺動量を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて、入力層データとインペラ揺動量との関係式を算出するインペラ揺動量関連関係式算出工程と、該インペラ揺動量関係式算出工程により得られたインペラ揺動量関連関係式を前記演算部が利用可能となるように前記血液ポンプ装置に記憶させる記憶工程とを行うものである。
【００４８】
説明する実施例では、インペラ浮上量関連関係式およびインペラ揺動量関連関係式を算出する工程と、算出されたインペラ浮上量関連関係式およびインペラ揺動量関連関係式を演算部が利用可能となるように血液ポンプ装置記憶させる記憶工程とを行う。なお、この記憶工程は、演算部５８が備える関係式記憶部６０に上記のインペラ浮上量関連関係式およびインペラ揺動量関連関係式を記憶させるものとなっている。
よって、説明する実施例では、インペラ浮上量およびインペラ揺動量の両者を算出するものであり、インペラのアキシャル方向の浮上量（インペラとハウジング表面間のギャップ）および揺動を演算するインペラ位置演算部５８を備えるもなっている。
【００４９】
関係式の算出は、ニューラルネットワークを用いて行われる。
ニューラルネットワークとしては、３入力２出力の３層のフィードフォワード型ネットワークを用いることが好ましい。３層は、入力層、中間層、出力層で構成される。入力層には血液粘度値とインペラ回転数値およびモータ電流値が入力され、出力層からはアキシャル方向のインペラ浮上量および揺動が出力される。中間層は、複数個の人工素子（非線形素子）より構成される。3層ニューラルネットワークは、「連続性の条件」もしくは「2乗可積分の条件」のいずれかを満たす全ての関数を高い精度で近似できる。ニューラルネットの出力の精度を高めるためには中間層の素子数を増やさなければならないがその分計算量は増える。
本発明において利用するニューラルネットを構成する中間層の素子数は３個から２０個が望ましい。アキシャル方向のインペラ浮上量と揺動の演算に３層フィードフォワード型ニューラルネットを用いることにより、位置センサを用いることなく、インペラの位置情報を容易かつ確実に算出でき、さらに、高次演算式を用いる場合に比べて早く演算することができる。また、本発明の血液ポンプ装置は、上記のような遠心式血液ポンプに限定されるものではない。
【００５０】
入力層データと吐出流量との関係式の算出は以下のように行うことができる。
ニューラルネットは、生体のニューロンを模擬した複数の人工素子を用いて構成される。ここで、ニューラルネットに使われる人工素子は、生体のニューロンを厳密に模倣したものではなく、その特定の機能を抽出し、単純化した工学モデルである。人工素子としては、決定的アナログモデルを使用する。決定的アナログモデルを図１９に示す。これは、出力yを0≦y≦１の範囲のアナログ値として、この出力を入力から決定的に決めるモデルである。まず、他の素子、あるいは外部から与えられる信号がモデルへ入力される。これらの値を{x1, x2, x3, … xN}と記す。これに重み{w1, w2, w3, … wN}を掛け、加え合わせて、細胞内電位に相当する量sを得る。重みはシナプス結線重みに該当する。細胞内電位sから出力yを求める際に、シグモイド関数を用いて連続的な出力を得る。シグモイド関数は以下の式により表される。
【００５１】
2006280573.tif 000009
シグモイド関数のゲインαを大きくすると、シグモイド関数はステップ関数に近づき、出力yは{０,１}の値しかとらなくなる。図２０に、シグモイド関数がゲインαに依存して変化する様子を示す。決定的アナログモデルはゲインを十分大きくした極限モデルにおいて２値モデルとなる。このモデルの出力計算手続きは次式により表される。
2006280573.tif 000010
ここでθは、細胞内電圧の閾値である。
【００５２】
関係式記憶部に記憶される関係式は、フィードフォワード型ニューラルネットにより構成される。これは、上述した素子を図２１に示すように接続し、信号が入力側から出力側に向けて1方向に流れていくように構成したニューラルネットである。本発明で使用するニューラルネットは、入力層、中間層、出力層の３層からなるフィードフォワード型ニューラルネットである。中間層は１層であることが望ましいが、２層以上でも構わない。入力層は３つの素子からなり、それぞれ、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値とモータ回転数値が入力される。中間層は複数の素子からなり、入力層および出力層の各素子と結合している。出力層は２つの素子からなり、アキシャル方向のインペラ浮上量と揺動を出力する。アキシャル方向のインペラ浮上量と揺動の演算精度を高めるためには中間層の素子数を増やす必要があるが、素子数を増やし過ぎると計算が複雑になるため、素子数は３から２０個が望ましい。図２１に示すように、中間層のｊ番目の中間層素子は、入力ｘiに結線の重みwij（１）をかけてi=1,2,３について総和し、まず、細胞内電位（重み付け総和）
2006280573.tif 000011
を得る。これを重み付け総和と呼ぶ。次に、sj（１）をシグモイド関数に通して、素子の出力
2006280573.tif 000012
を得る。中間層素子がj＝1,2,…、NのN個あるとき、これらの全てについて上述の手続きにより出力を求める。
【００５３】
こうして中間層素子の出力を求めた後、k番目の出力層素子は、中間層素子の出力yj（１）、出力層素子の出力をyk（2）(k=1,2)とすると、これはyj（１）(j=1,2,…、Ｎ)をその入力として受け取り、これに結線の「重み」wjk（２）をかけて総和し、まず、重み付け総和
2006280573.tif 000013
を得る。続いて、sk（２）をシグモイド関数に通して、素子の出力
2006280573.tif 000014
を得る。ここで、yk（2）(k=1,2)はアキシャル方向のインペラの浮上量と揺動であり、具体的には、y1（2）はアキシャル方向のインペラの浮上量であり、y2（2）はアキシャル方向のインペラ揺動量である。
【００５４】
次に、人工ニューラルネットの結線の重みwについて、その値の決定方法について説明する。wの決定には、逐次更新学習法を用いる。本発明では、逐次更新学習法の一つである誤差逆伝搬法（バックプロパゲーション）を用いて、訓練データが与えられる都度、結線重みを微小調整する。実現したい入出力関係の訓練データが複数の入出力対として与えられる。本発明では、訓練データは、入力として用いるモータ回転数値、モータ電流測定値、血液粘度値（もしくはヘマトクリット値）の3入力と、これらの入力に対応するインペラ位置情報（インペラの浮上量および揺動）である。インペラ位置情報は、学習の教師信号として与えられる。今、訓練データがL個あり、そのｍ番目は、入力（x1（m）, x2（m）, x3（m））に対して、出力y（m）を要求するものとする。この方法では、学習を行う前に、モータ回転数、モータ電流、血液粘度（もしくはヘマトクリット値）、吐出流量（血液流量）に関して、予め校正データを取っておく必要がある。具体的には、あらかじめ，１，２，３，４，５［ｍＰａ・ｓ］の各粘度における回転数：１２００，１４００，１６００，１８００，２０００，２２００，２４００，２６００［ｒｐｍ］の各々について，流量１，２，３，４，５，６，７，８，９［Ｌ／ｍｉｎ］での、モータ電流値とインペラの位置情報を実験によって求めておく。ここで、インペラの位置情報は、アキシャル方向のインペラ浮上量と揺動である。
【００５５】
インペラの位置情報を求める必要があるので、校正に使用する遠心ポンプとしては、位置センサを備えるものが用いられる。通常、３つのセンサをインペラの中心に対して等角度に配置されたものを用いることができる。このポンプは、位置センサ部分を除いて図４の動圧軸受型遠心ポンプと同じ構造であり、形状・寸法も同じである。
患者に対して本発明の血液ポンプを適用するときは、上記の位置センサを備えたポンプで校正データを取得し、ニューラルネットの学習により結線の重みwを決定したのち、このポンプの位置センサのみ取り除いて、埋め込むことも可能である。また、各ポンプについて精密な校正を行う場合は、センサ用のコネクタとそれ以外のコネクタ（モータ用等）を別にして、ポンプを組み立てる方法がある。この場合、校正時はコネクタを用いてセンサを駆動して位置情報を得、そのコネクタを封止することによって、患者に埋め込む際にはセンサ用のケーブルはなくなり、細径化が可能となる。
【００５６】
ここで、校正データ点数は、粘度が5通り、回転数が8通り、流量が9通りあるので、5×8×9＝360点である。ここでは、回転数を200rpm間隔、流量を1L/min間隔として校正データを取得しているが、吐出流量の精度を上げることを考慮すれば、測定間隔はできる限り細かくすることが望ましい。しかしながら、校正データ量（測定点数）が多くなると、校正にかなりの時間を要するので、測定の間隔は上記の条件が妥当である。なお、モータ電流測定値は、血液の比重で正規化することが望ましい。
図２２に、誤差逆搬法の学習手続（学習ルーチン）を示す。図２２の内側の繰り返しループは、訓練データに関するループであって、毎度訓練データを選択しては（以下のStep１）、その訓練データに対する誤差評価尺度を小さくするようにパラメータを修正する（以下のStep２，３）。さらに外側のループを全訓練データの誤差評価尺度が十分小さくなるまで繰り返す。
以下、誤差逆伝搬法について詳細に説明する。
【００５７】
＜Step１＞  訓練データの選択
図２２の内側のループの中で、最初の手続きとして、ｍ番目の訓練データを選択し、このデータに対して、以下の2つのステップを実行する。そのｍ番目の入力を、（x1（m）, x2（m）, x3（m））と表記するが、2つのステップの実行中は訓練データを固定するため、右肩の添え字（m）は必要ないため省略する。その代わり、変数の右肩の添え字（m）を層を識別するために用いる。すなわち、変数右肩の添え字（１）は第1層（中間層）の変数であること、添え字（２）は第2層（出力層）の変数であることを示す。入力層は第0層とする。
【００５８】
＜Step2＞  出力の計算
図２３に、入力層、中間層、出力層の3層からなるフィードフォワード型ニューラルネットを示す。入力層は、黒ドットで示されるノード（信号の中継点）からなる。中間層、出力層は、白丸で示される素子（ニューロンの工学モデル）からなる。誤差逆伝搬法では、素子として決定的アナログモデルを用いる。
ここで、この素子の動作を図２５に示す。素子の入力をx0，x１，…，xN，出力をｙ，結合の重みをw 0，w１，…，w N，重み付け総和（細胞内電圧）をsとすると、素子の動作は以下のように定式化できる。
2006280573.tif 000015
【００５９】
なお、ネットワーク中の結線の重み全てに、初期値として、乱数などで発生した無作為な値を割り当てておく。ただし、初期値は全て0としてはならない。  入力ノードに入力を与えた後、j番目の中間層素子は、入力xi（＝yi(0)）に結線の重みwij（１）をかけて、i=1,2,3について総和し、まず、重み付け総和sj（1）を得る。
2006280573.tif 000016
【００６０】
続いて、sj（1）をシグモイド関数に通して、素子の出力
2006280573.tif 000017
を得る。中間層素子がj=1,2,…,Nの N個あるとき、これらの全てについて上述の手続きにより中間層素子の出力を求める。出力層素子の出力yk(2)（k=1,2）は、中間層素子の出力yj(１)（j=1,2,…,N）をその入力として受け取り、結線の「重み」wjk（２）をかけて、重み付け総和
2006280573.tif 000018
を得る。続いて、sk（２）をシグモイド関数に通して、素子の出力
2006280573.tif 000019
を得る。これがネットワークの出力bk （＝yk(２)）となる。  ここで、このネットワークの出力を学習の目標出力と比較する。目標出力をtkとすると，誤差評価尺度Eは、
2006280573.tif 000020
と表される。勾配法の原理により、この評価関数を小さくするように、ネットワーク内部の重みを修正する。
【００６１】
＜Step３＞  結合重みの修正
結合の重みの修正手続きを次に示す。まず、結線の重みの修正時（誤差逆伝搬モード）のネットワークの流れを、図２４に示す。ノード数、素子数、素子間の結線構造、及び結線の重みは、出力計算時（出力計算モード）に用いた図１９と同じであるが、素子の機能と信号の流れる向きが異なる。
誤差逆伝搬モードにおける素子機能を図２６に示す。素子内部にはメモリがあり、Step2で自分の出力y（＝yj(m) 、以下、添え字を省略しyで略記する）を保持しておく。素子の右側から与えられる入力z１，z２，…，zNに、素子の右側の結線の重みw１，w２，…，w Nを掛け、重み付け総和
2006280573.tif 000021
を求めたあと、メモリに保持されているyを用いてα（1−y）yを計算し、これにuを掛け、
2006280573.tif 000022
を出力する。zは左側の層の素子への入力となる。ここで，α（1−y）yは，
2006280573.tif 000023
なる関係で、シグモイド関数の微分が求まることから出てきたものである。以上のように動作する素子を図２４のように接続する。図２４の結線構造と結線の重みは図２３と全く同様である。図２４の右から、Step２で求めたネットワークの出力biと目標出力tiとの誤差bi−tiを加える。この入力に基づき、各層で図２６に示した素子機能が働き、素子出力zi(m)が次々と定まる。こうして、誤差逆伝搬モードで各層の素子出力zi(m) を求めた後、これと出力計算モード（Step2）で求めた各層の素子出力yj(m) を用いて、次式により結線の重みを修正する。
2006280573.tif 000024
wij（m+1）は、第m層の第i素子と第（m＋1）層の第j素子を結ぶ結線の重みである。以上の方法により、結線の重みwij（m+1）を修正する。学習は、図２２に図示した学習手順の外側のループを全訓練データの誤差評価尺度（式２０）が十分小さくなるまで繰り返す。
【００６２】
このようにして、人工ニューラルネットの各素子間の結線の重みwij（m＋１）が、上記の学習方法により最終的に決定される。これにより、インペラ浮上量関連関係式およびインペラ揺動量関連関係式を算出する関係式算出工程が終了する。
そして、上記のように決定された結線の重み項を含む下記式１６ならびに最終的に算出するための他の式１７〜１９からなる関係式が、関係式記憶部６０に記憶される。なお、インペラ浮上量およびインペラ揺動量について、個々の関連関係式が記憶される。
【００６３】
本発明の血液ポンプ装置１では、関係式記憶部６０には、インペラ浮上量関連関係式式（１６）〜式（１９）が記憶されるとともに、インペラ揺動量関連関係式（１６）〜式（１９）（式としては同じであるが、結線重み等は異なる）を記憶する。
そして、血液ポンプ装置１の演算部４８は、実際に与えられる血液測定データ入力部に入力もしくは入力された血液測定データにより演算された血液粘度値、インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値と、上記の各関係式（１６）〜（１９）セットを用いて、インペラ浮上量、インペラ揺動量を演算する機能を備えている。
【００６４】
具体的には、実際に与えられる血液測定データ入力部に入力もしくは入力された血液測定データにより演算された血液粘度値、インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値を用いて下記式（１６）より、中間層素子の重み付け総和sj（1）を算出する。
2006280573.tif 000025
【００６５】
続いて、このsj（1）を下記式１７のシグモイド関数を用いて、中間層素子の出力yj（１）を求める。
2006280573.tif 000026
そして、下記式１８を用いて、出力層素子の重み付け総和s1（2）を求める。
2006280573.tif 000027
そして、下記式１９を用いて算出する。
2006280573.tif 000028
【００６６】
よって、この血液ポンプ装置は、血液粘度値もしくはヘマトクリット値と、モータ電流測定値とモータ回転数値を入力とし、３層フィードフォワード型人工ニューラルネットを用いて得た関係式より、インペラ浮上量およびインペラ揺動量を算出して出力する機能を備えている。
なお、上述した実施例では、インペラ浮上量およびインペラ揺動量の両者を算出するものとなっているが、インペラ浮上量のみを算出するものであってもよい。
また、本発明の血液ポンプ装置の製造方法としては、血液測定データ入力部に入力された血液粘度値もしくは入力されたヘマトクリット値より算出された血液粘度値、インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値とを用いて血液吐出流を演算する演算部を備える血液ポンプ装置の製造方法であって、あらかじめ測定した多数の血液吐出流量における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、前記各入力層データに関する血液吐出流量を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて、入力層データと血液吐出流量との関係式を算出する血液吐出流量関連関係式算出工程と、この血液吐出流量関連関係式を演算部が利用可能となるようにポンプ装置に記憶させる記憶工程を行うものであってもよい。
【００６７】
そして、このように得られる血液ポンプ装置は、あらかじめ測定した多数の血液吐出流量における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、前記各入力層データに関する血液吐出流量を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて算出した入力層データと血液吐出流量との関係式である血液吐出流量関連関係式を関係式記憶部６０は記憶し、この血液吐出流量関連関係式、前記血液測定データ入力部に入力された血液粘度値もしくは入力されたヘマトクリット値より算出された血液粘度値、前記インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、前記モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値とを用いて、前記血液粘度値および前記モータ電流測定値ならびに前記インペラ回転数値における血液吐出流量を演算する血液吐出流量演算機能を備えるものとなる。
血液吐出流量関連関係式算出工程は、独立して行ってもよいが、上述した吐出流量関連関係式算出工程と同時に行うことが好ましい。これは、ニューラルネットの構成を3層３入力２出力から、3層3入力３出力に変更することにより行うことができる。
【００６８】
そして、血液ポンプ装置１の演算部４８は、実際に与えられる血液測定データ入力部に入力もしくは入力された血液測定データにより演算された血液粘度値、インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値と、下記の関係式（２６）〜（２９）または（３０）を用いて、吐出流量を演算する機能を備えている。この関係式を算出する手順は、上述したインペラ浮上量関係式の算出と同じである。
具体的には、実際に与えられる血液測定データ入力部に入力もしくは入力された血液測定データにより演算された血液粘度値、インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値を用いて下記式（２６）より、中間層素子の重み付け総和sj（1）を算出する。
2006280573.tif 000029
【００６９】
続いて、このsj（1）を下記式２７のシグモイド関数を用いて、中間層素子の出力yj（１）を求める。  
2006280573.tif 000030
そして、下記式２８を用いて、出力層素子の重み付け総和s1（2）を求める。
2006280573.tif 000031
そして、出力層素子が非線形の場合には、下記式２９を用いて、ポンプ流量Ｑを算出する。
2006280573.tif 000032
なお、出力層素子が線形素子の場合には、上記式（２９）ではなく、下記式３０を用いて、ポンプ流量Ｑを算出する。
2006280573.tif 000033
ここで、bは定数である。
よって、この血液ポンプ装置は、血液粘度値もしくはヘマトクリット値と、モータ電流測定値とモータ回転数値を入力とし、３層フィードフォワード型人工ニューラルネットを用いて得た関係式より、吐出流量（血液流量）を算出して出力する機能を備えるものとなる。
【００７０】
また、本発明の血液ポンプ装置の製造方法としては、前記血液測定データ入力部に入力もしくは入力された血液測定データにより演算された血液粘度値、前記インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、前記モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値とを用いてポンプ揚程を演算するポンプ揚程演算部を備える血液ポンプ装置の製造方法であって、あらかじめ測定した多数のポンプ揚程における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、前記各入力層データに関するポンプ揚程を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて、入力層データとポンプ揚程との関係式を算出するポンプ揚程関連関係式算出工程と、このポンプ揚程関連関係式を演算部が利用可能となるようにポンプ装置に記憶させる記憶工程を行うものであってもよい。
【００７１】
そして、このように得られる血液ポンプ装置は、あらかじめ測定した多数の血液吐出流量における、血液粘度値もしくはヘマトクリット値、モータ電流測定値およびモータ回転数値を入力層データとし、前記各入力層データに関するポンプ揚程を教師データとして、ニューラルネットワークを用いて算出した入力層データとポンプ揚程との関係式を記憶するポンプ揚程関連関係式記憶部と、該ポンプ揚程関連関係式、前記血液測定データ入力部に入力もしくは入力された血液測定データにより演算された血液粘度値、前記インペラ回転数測定または算出機能より得られるインペラ回転数値、前記モータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値もしくはその補正値とを用いて、前記血液粘度値および前記モータ電流測定値ならびに前記インペラ回転数値におけるポンプ揚程を演算するポンプ揚程演算機能を備えるものとなる。
【００７２】
ポンプ揚程関連関係式算出工程は、独立して行ってもよいが、上述したインペラ浮上量関連関係式及びインペラ揺動量関連関係式算出工程と同時に行うことが好ましい。これは、ニューラルネットの構成を3層３入力２出力から、3層3入力３出力（上述の吐出流量関連式の算出も行う場合には、3層3入力４出力）に変更することにより行うことができる。
そして、ポンプ揚程関連関係式算出工程に関する、ニューラルネットの学習に必要な訓練データは、入力として用いるモータ回転数値、モータ電流測定値、血液粘度値（もしくはヘマトクリット値）の3入力と，対応する出力であるポンプ揚程である。この場合、ポンプ揚程が教師信号となる。吐出流量演算部58が、吐出流量演算機能に加えて、ポンプ揚程演算機能を備えることで、本発明の血液ポンプ装置は、ポンプの流体出力とポンプ効率を演算、表示する機能を備えたものとすることができる。すなわち、ニューラルネットが出力する算出吐出流量と算出ポンプ揚程を、それぞれＱ，Ｐとするとポンプの流体出力Wは、
W=P×Q                  （３１）
として算出できる。
【００７３】
さらに、モータ出力[Ｗ]，流量出力[Ｗ]，全損失[Ｗ]，ポンプ効率?[％]は，次式により算出可能である。
ポンプ効率  η=PQ/(TN)×100  [％]      （３２）
流体出力＝PQ      [Ｗ]      （３３）
モータ出力＝TN    [Ｗ]       (３４)
ポンプにおける全損失＝ＴＮ−ＰＱ  [Ｗ]    （３５）
ポンプ揚程：P  [Pa]  ｛(760/1.013)×10−５(mmHg)｝
流量：Q  [ｍ３/ｓ]  ｛60×10３(L/min)｝
軸トルク：T  [Ｎｍ]  ｛(1/9.81)×10５(gfcm)｝
回転数：N  [rad/s]  ｛60/(2π)(rpm)｝
ここで、軸トルクTは、モータ電流に比例するため、モータ電流測定値より換算することができる。比例係数は、実験により求めておく必要がある。以上の算出方法により、ポンプ効率、流体出力、モータ出力、ポンプ部における全損失を算出する機能を備えた血液ポンプ装置を提供することができる。定期的にエンジニアがこれらの情報をモニタリングすることで、ポンプに異常がないこと、もし異常があった場合、その状態を知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１は、本発明の血液ポンプ装置の実施例のブロック図である。
【図２】図２は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の実施例の正面図である。
【図３】図３は、図２に示した遠心式血液ポンプ装置の平面図である。
【図４】図４は、図２に示した実施例の遠心式血液ポンプ装置の縦断面図である。
【図５】図５は、図２の遠心式血液ポンプ装置のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】図６は、図２の遠心式血液ポンプ装置のＡ−Ａ線断面図よりインペラを取り外した状態を示す断面図である。
【図７】図７は、動圧溝に関する二次元の理論解析過程を説明するための説明図である。
【図８】図８は、動圧溝に関する二次元の理論解析結果を説明するための説明図である。
【図９】図９は、対数螺旋タイプの動圧溝の形態を説明するための説明図である。
【図１０】図１０は、本発明の遠心式血液ポンプ装置に用いられるポンプ本体の他の例の正面図である。
【図１１】図１１は、図１０に示した遠心式血液ポンプ装置の平面図である。
【図１２】図１２は、図１０のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１３】図１３は、図１２のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１４】図１４は、図１２のＣ−Ｃ線断面図よりインペラを取り外した状態を示す断面図である。
【図１５】図１５は、図１２の遠心式血液ポンプ装置のＤ−Ｄ線断面図よりインペラを取り外した状態を示す断面図である。
【図１６】図１６は、本発明の血液ポンプ装置の他の実施例のブロック図である。
【図１７】図１７は、ポンプのインペラ浮上量と流体の粘度および回転数との関係を示すグラフである。
【図１８】図１８は、ポンプのインペラ浮上量と流体の粘度および回転数との関係を示すグラフである。
【図１９】図１９は、決定的アナログモデルを説明する説明図である。
【図２０】図２０は、シグモイド関数の説明および細胞内電位とインパルス頻度の関係を説明する説明図である。
【図２１】図２１は、フィードフォワード型ニューラルネットを説明する説明図である。
【図２２】図２２は、逐次更新学習法の学習手続を説明する説明図である。
【図２３】図２３は、誤差逆伝搬法で学習するフィードフォワード型ニューラルネットを説明する説明図である。
【図２４】図２４は、誤差逆伝搬法モードの信号の流れを説明する説明図である。
【図２５】図２５は、出力計算モードにおける素子の動作を説明する説明図である。
【図２６】図２６は、誤差逆伝搬モードの素子機能を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００７５】
１  血液ポンプ装置
２  血液ポンプ部
３  インペラ回転トルク発生部
４  インペラ位置制御部
５  血液ポンプ本体部
６  制御機構
２１  インペラ
２５  磁性体
３１  ロータ
３４  モータ
４１  電磁石
２０  ハウジング
５７  血液測定データ入力部
５８  演算部
５９  表示部
６０  関係式記憶部
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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