(57)【要約】図１に示すポンプシステム１０は生理的な拍動流を生じ、コントローラ１２１と、モータ１２に連結されたポンプ駆動ヘッド５０と、少なくとも１個の出入口６０を有する流体ハウジング５２を備えている。出入口６０はボール弁保持器領域６９と、弁座７３と、ボール弁保持器領域６９内に配置されたオクルダーボール７１を備えている。運転中、モータ１２は流体を流体ハウジング５２の中または外へ圧送し、オクルダーボールを第１の位置から第２の位置に移動させる。第１の位置からの移動によって、流体は出入口６０を通過できなくなる。第２の位置への移動によって、流体はオクルダーボール７１に、そしてオクルダーボールの周りに移動する。この移動はわずかな逆戻りを生じ、この逆戻りは血液凝固を“破壊”する。ポンプシステムは人工心肺システム、補助人工心臓装置（ＶＡＤ）および／または心臓ポンプの一部として使用可能である。
2005518491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１個のモータと、
前記モータに連結された少なくとも１個のポンプ駆動ヘッドと、
流体を収容する変形可能な流体室を形成する少なくとも１個の流体ハウジングとを備え、この流体ハウジングが少なくとも１個の出入口を備え、この出入口がボール弁保持器領域と、弁座と、前記ボール弁保持器領域内に配置されたオクルダーボールを備え、前記ポンプ駆動ヘッドが変形可能な前記流体室を変形し、前記流体室内に圧力差を生じ、それによって前記流体室の容積を変更し、前記流体室の中または外へ前記流体を圧送し、前記圧力差が前記オクルダーボールを前記ボール弁保持器領域内の第１の位置から前記ボール弁保持器領域内の第２の位置に移動させ、第１の位置からの移動によって、流体が前記出入口を通過できなくなり、第２の位置への移動によって、前記オクルダーボール７１が前記弁保持器に抗して押され、前記流体が前記のオクルダーボールの周りに環状に移動し、第１の位置から第２の位置への前記オクルダーボールの前記移動が、前記流体の流れ内にわずかな逆戻りを生じることを特徴とする、流体を圧送するためのポンプ。
【請求項２】
前記モータが前記ポンプ駆動ヘッドに連結されたリニア電磁モータを備え、それによって前記ポンプ駆動ヘッドが直線方向に移動可能であることを特徴とする、請求項１記載のポンプ。
【請求項３】
前記リニア電磁モータが、
空隙を形成するコアと、
前記空隙の近くの前記コアの少なくとも一部の周りに配置された少なくとも１個のコイルと、
前記空隙内に配置され前記直線方向に移動可能である磁石部材とを備えていることを特徴とする、請求項２記載のポンプ。
【請求項４】
前記ポンプ駆動ヘッドが前記磁石部材に連結されていることを特徴とする、請求項３記載のポンプ。
【請求項５】
前記流体ハウジングが第１の出入口と少なくとも１個の第２の出入口を備え、前記第１の出入口が前記流体室内に前記流体を流すことができ、前記第２の出入口が前記流体室から外に前記流体を流すことができることを特徴とする、請求項１記載のポンプ。
【請求項６】
前記ポンプが、
第１、第２、第３および第４のポンプに連結され、このポンプを形成する少なくとも第１と第２のモータと、
前記の少なくとも第１と第２のモータに連結された少なくとも１個のポンプ駆動ヘッドと、
第１、第２、第３および第４の流体ハウジングとを備え、前記流体が血液を含み、前記の第１のポンプが静脈容器から熱交換器と酸素供給器に前記血液を圧送し、前記の第２のポンプが前記酸素供給器から前記第２のポンプの前記出口近くに配置された動脈フィルタを経て患者の動脈系に前記血液を圧送し、前記第３のポンプが前記第２のポンプの前記出口から前記動脈血液の一部を圧送して、前記動脈血液の一部を心停止液と混合し、前記第４のポンプが血液と心停止液の前記混合物を、前記第４のポンプの前記出口近くに配置された第２の熱交換器を経て前記動脈系に圧送することを特徴とすることを特徴とする、請求項５記載のポンプ。
【請求項７】
前記ポンプが第１と第２の流体ハウジングと、それぞれ前記モータの第１と第２の端部に連結された第１と第２のポンプ駆動ヘッドとを備え、前記の第１と第２のポンプ駆動ヘッドが互いに位相を１８０°外して動くことを特徴とする、請求項１記載のポンプ。
【請求項８】
前記流体が血液を含み、前記ポンプが拍動バランス流を生じる心臓ポンプを備え、前記心臓ポンプがコントローラを備え、前記ポンプ駆動ヘッドが前記流体室と相対的に予め定めた位置に達するまで、前記コントローラが前記モータに電流を供給し、それによって予め定めた量の血液が前記流体室内に移動し、使用者調節可能な予め定めた血液圧力が患者の動脈系内に発生することを特徴とする、請求項１記載のポンプ。
【請求項９】
前記ポンプが管によって前記の変形可能な流体ハウジングに連結されたアクチュエータハウジングを備え、前記アクチュエータハウジングが作動流体を有するアクチュエータ室と、前記ポンプ駆動ヘッドの近くの変形可能な壁を形成し、前記流体ハウジングが圧送すべき前記流体を収容し、かつ入口と出口を備え、前記ポンプ駆動ヘッドが前記アクチュエータ室の変形可能な壁を変形して、前記作動流体を前記管に流し、そして前記の変形可能な流体ハウジングを変形し、それによって前記流体ハウジング内に圧力差を生じ、この圧力差が圧送すべき前記流体を前記入口と出口に流すことを特徴とする、請求項１記載のポンプ。
【請求項１０】
第１、第２、第３および第４のポンプを備え、更に、
少なくとも第１と第２のモータと、
前記の少なくとも第と第２のモータに連結された少なくとも１個のポンプ駆動ヘッドと、
第１、第２、第３および第４の変形可能な流体ハウジングとを備え、この流体ハウジングがそれぞれ、流体を収容する流体室を形成し、前記流体ハウジングが入口と出口を備え、この入口と出口がそれぞれ前記血液を前記流体ハウジングの中または外へ流すことができ、各々の入口と出口が第１と第２の位置を有するボール弁を備え、この第１の位置において前記流体が前記入口または出口を流れることができ、第２の位置において流れることができず、前記ポンプ駆動ヘッドが前記の変形可能な流体室を変形し、前記の変形可能な流体室内に圧力差を生じ、この圧力差が前記ボール弁を前記の第１の位置から第２の位置に移動させ、前記流体のわずかな逆戻りを生じ、前記第１のポンプが前記の血液を静脈容器から熱交換器と酸素供給器に圧送し、前記の第２のポンプが前記血液を前記酸素供給器から前記の第２のポンプの前記出口の近くに配置された動脈フィルタを経て患者の動脈系に圧送し、前記第３のポンプが前記の動脈血液の一部を、前記の第２のポンプの出口から圧送し、前記の動脈血液の一部を心停止液と混合し、前記の第４のポンプが血液と心停止液の前記混合物を、前記の第４のポンプの前記出口の近くに配置された第２の熱交換器を経て前記動脈系に圧送することを特徴とする人工心肺システム。
【請求項１１】
前記モータが前記ポンプ駆動ヘッドに連結されたリニア電磁モータを備え、それによって前記ポンプ駆動ヘッドが直線方向に移動可能であることを特徴とする、請求項１０記載の人工心肺システム。
【請求項１２】
前記リニア電磁モータが、
空隙を形成するコアと、
前記空隙の近くの前記コアの少なくとも一部の周りに配置された少なくとも１個のコイルと、
前記空隙内に配置され前記直線方向に移動可能である磁石部材とを備えていることを特徴とする、請求項１１記載の人工心肺システム。
【請求項１３】
前記ポンプ駆動ヘッドが前記磁石部材に連結されていることを特徴とする、請求項１２記載の人工心肺システム。
【請求項１４】
第１と第２のポンプ駆動ヘッドが前記の第１のモータの第１と第２の端部に連結され、互いに位相を１８０°外して運動し、前記の第１と第２のポンプ駆動ヘッドがそれぞれ、前記の第１と第２のポンプの前記の第１と第２の変形可能な流体ハウジング内で圧力差を交互に生じることを特徴とする、請求項１０記載の人工心肺システム。
【請求項１５】
前記ポンプが更にコントローラを備え、前記ポンプ駆動ヘッドが変形可能な前記各流体室と相対的に予め定めた位置に達するまで、前記コントローラが前記モータに電流を供給し、それによって予め定めた量が変形可能な前記流体室内に移動し、使用者調節可能な予め定めた血液圧力が患者の動脈系内に発生することを特徴とする、請求項１０記載の人工心肺システム。
【請求項１６】
前記の各ポンプが管によって前記の変形可能な流体ハウジングに連結されたアクチュエータハウジングを備え、前記各アクチュエータハウジングが作動流体を有するアクチュエータ室と、前記ポンプ駆動ヘッドの近くの変形可能な壁を形成し、前記ポンプ駆動ヘッドが前記アクチュエータ室の変形可能な壁を変形して、前記作動流体を前記管に流し、そして前記の変形可能な流体ハウジングを変形し、それによって変形可能な前記流体ハウジング内に圧力差を生じ、この圧力差が圧送すべき前記流体を前記入口と出口に流すことを特徴とする、請求項１０記載の人工心肺システム。
【請求項１７】
生理的な拍動流を生じる、最小侵襲性の体外の補助人工心臓装置（ＶＡＤ）であって、このＶＡＤがポンプと流体室を備え、この流体室が弁を備えていない少なくとも１つの出入口を有し、前記の最小侵襲性の体外のＶＡＤが経皮カニューレを用いて患者に接続され、前記ポンプのタイミングが前記患者のＥＫＧを読み取るとによって制御され、それによって自然の心臓の収縮期の間、前記ポンプが前記流体室を血液で満たし、前記の患者の動脈系にわずかな真空を作用させ、それによって後負荷を減少させかつ心拍出量を増大させ、自然の心臓の拡張期の間、前記ポンプが前記流体室から血液を排出し、前記患者の動脈系の前記圧力を増大させることを特徴とする補助人工心臓装置。
【請求項１８】
前記モータが前記ポンプ駆動ヘッドに連結されたリニア電磁モータを備え、それによって前記ポンプ駆動ヘッドが直線方向に移動可能であることを特徴とする、請求項１７記載のＶＡＤ。
【請求項１９】
前記リニア電磁モータが、
空隙を形成するコアと、
前記空隙の近くの前記コアの少なくとも一部の周りに配置された少なくとも１個のコイルと、
前記空隙内に配置され前記直線方向に移動可能である磁石部材とを備えていることを特徴とする、請求項１８記載のＶＡＤ。
【請求項２０】
前記ポンプ駆動ヘッドが前記磁石部材に連結されていることを特徴とする、請求項１９記載のＶＡＤ。
【請求項２１】
流体室と、弁を備えていない単一出入口とを有する補助人工心臓装置（ＶＡＤ）を、前記の弁を備えていない単一出入口を介して、患者の動脈系に接続し、
自然の心臓収縮期の間、前記の弁を備えていない単一出入口から、前記流体室に血液を充填し、
自然の心臓拡張期の間、前記の弁を備えていない単一出入口を経て、前記流体室から前記血液を排出し、前記の流体室の充填作用が患者の動脈系にわずかな真空を生じ、それによって後負荷を減少し、心拍出量を増大させ、前記の流体室を排出する前記作用が、患者の前記動脈系の圧力を増大させる心臓補助する方法。
【請求項２２】
前記のＶＡＤと患者の動脈系を接続する前記作用が、経皮カミューレを用いた、前記のＶＡＤと前記患者の動脈系の接続を含んでいることを特徴とする、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記の流体室の前記の充填と排出作用が、前記患者のＥＫＧを読み取ることによって制御されることを特徴とする、請求項２１記載の方法。
【請求項２４】
室内の血液を移動させるモータを備えた心臓ポンプを作動させる方法であって、
この方法が
前記ポンプによって移動させられる血液の量を指定し、
ポンプ拡張期の間前記室内で維持すべき拡張圧力を指定し、
前記血液の量が前記室から移動するまで、前記拡張圧力を維持するために前記モータに拡張電流を供給し、
ポンプ収縮期の間前記室内で維持すべき収縮圧力を指定し、
前記血液の量が前記室から移動するまで、前記収縮圧力を維持するために前記モータに収縮電流を供給し、前記拡張電流と前記収縮電流が前記ポンプに供給される時間の長さがそれぞれ、ポンプの前負荷とポンプの後負荷に依存することを特徴とする方法。
【請求項２５】
前記モータがポンプ駆動ヘッドに連結されたリニア電磁モータであり、それによって前記ポンプ駆動ヘッドが前記血液量を移動させるために直線方向に移動可能であることを特徴とする、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
電気機械的および生理的な血液流れを生じるためにシステムにおいて、
電気機械的なポンプ装置が、
コイルと動く部材を備えた少なくとも１個のモータと、
前記モータの前記の動く部材に連結された少なくとも１個の血液ポンプとを備え、前記モータの前記の動く部材に連結されているときに前記血液ポンプが生理系な血液流れを生じることを特徴とするシステム。
【請求項２７】
少なくとも１個のモータと、
拍動流を生成するために前記モータに電流波形状を発生するためのアルゴリズムを備えた、前記モータと通信するコントローラと、
前記モータに連結された少なくとも１個のポンプ駆動ヘッドと、
流体を収容する変形可能な流体室を形成する少なくとも１個の流体ハウジングとを備え、この流体ハウジングが少なくとも１個の出入口を備え、この出入口が前記流体ハウジングの中または外への前記流体の流れを可能にすることを特徴とする流体を圧送するためのポンプ。
【請求項２８】
前記モータが前記ポンプ駆動ヘッドに連結されたリニア電磁モータを備え、それによって前記ポンプ駆動ヘッドが直線方向に移動可能であることを特徴とする、請求項２７記載のポンプ。
【請求項２９】
前記リニア電磁モータが、
空隙を形成するコアと、
前記空隙の近くの前記コアの少なくとも一部の周りに配置された少なくとも１個のコイルと、
前記空隙内に配置され前記直線方向に移動可能である磁石部材とを備えていることを特徴とする、請求項２８記載のポンプ。
【請求項３０】
前記ポンプ駆動ヘッドが前記磁石部材に連結されていることを特徴とする、請求項２９記載のポンプ。
【請求項３１】
前記出入口がそれを通る前記流体の流れを制御するために弁を備えていることを特徴とする、請求項２７記載のポンプ。
【請求項３２】
前記弁がボール弁を備え、このボール弁がボール弁保持器領域と、弁座と、前記ボール弁保持器領域内に配置されたオクルダーボールを備え、前記ポンプ駆動ヘッドが変形可能な前記流体室を変形し、前記流体室内に圧力差を生じ、それによって前記流体室の容積を変更し、前記流体室の中または外へ前記流体を圧送し、前記圧力差が前記オクルダーボールを前記ボール弁保持器領域内の第１の位置から前記ボール弁保持器領域内の第２の位置に移動させ、第１の位置からの移動によって、流体が前記出入口を通過できなくなり、第２の位置への移動によって、前記オクルダーボールが前記弁保持器に抗して押され、前記流体が前記のオクルダーボールの周りに環状に移動し、第１の位置から第２の位置への前記オクルダーボールの前記移動が、前記流体の流れ内にわずかな逆戻りを生じることを特徴とする、請求項３１記載のポンプ。
【請求項３３】
前記コントローラが生理的な拍動流を生成するための電流波形状を生じることを特徴とする、請求項２７記載のポンプ。
【請求項３４】
前記コントローラが使用者によってプログラミング可能な拍動流を生成するための電流波形状を生じることを特徴とする、請求項２７記載のポンプ。
【請求項３５】
前記コントローラが任意の流れを生成するための電流波形状を生じることを特徴とする、請求項２７記載のポンプ。
【請求項３６】
前記ポンプが第１と第２の流体ハウジングと第１と第２のポンプ駆動ヘッドを備え、この第１と第２のポンプ駆動ヘッドがそれぞれ前記のモータの第１と第２の端部に連結され、それによって前記の第１と第２のポンプ駆動ヘッドが互いに位相を１８０°外して運動することを特徴とする、請求項２７記載のポンプ。
【請求項３７】
前記のポンプが管によって前記の変形可能な流体ハウジングに連結されたアクチュエータハウジングを備え、前記アクチュエータハウジングが作動流体を有するアクチュエータ室と、前記ポンプ駆動ヘッドの近くの変形可能な壁を形成し、前記流体ハウジングが圧送すべき前記液体を収容し、かつ入口と出口を備え、前記ポンプ駆動ヘッドが前記アクチュエータ室の変形可能な壁を変形して、前記作動流体を前記管に流し、そして前記の変形可能な流体ハウジングを変形し、それによって前記流体ハウジング内に圧力差を生じ、この圧力差が圧送すべき前記流体を前記入口と出口に流すことを特徴とする、請求項２７記載のポンプ。
【請求項３８】
第１、第２、第３および第４のポンプに連結され、このポンプを形成する少なくとも第１と第２のモータと、
前記の少なくとも第１と第２のモータに連結された少なくとも１個のポンプ駆動ヘッドと、
第１、第２、第３および第４の流体ハウジングとを備え、この流体ハウジングがそれぞれ血液を収容する変形可能な流体室を形成し、かつ血液を前記流体室内にまたは流体室から外に流すことができる第１と第２の出入口を備え、前記の第１のポンプが静脈容器から熱交換器と酸素供給器に前記血液を圧送し、前記の第２のポンプが前記酸素供給器から前記第２のポンプの前記出口近くに配置された動脈フィルタを経て患者の動脈系に前記血液を圧送し、前記第３のポンプが前記第２のポンプの前記出口から前記動脈血液の一部を圧送して、前記動脈血液の一部を心停止液と混合し、前記第４のポンプが血液と心停止液の前記混合物を、前記第４のポンプの前記出口近くに配置された第２の熱交換器を経て前記動脈系に圧送することを特徴とする、流体を圧送するための心肺ポンプ。
【請求項３９】
前記出入口がそれを通る前記血液の流れを制御するために弁を備えていることを特徴とする、請求項３８記載のポンプ。
【請求項４０】
前記弁がボール弁を備え、このボール弁がボール弁保持器領域と、弁座と、前記ボール弁保持器領域内に配置されたオクルダーボールを備え、前記ポンプ駆動ヘッドが変形可能な前記流体室を変形し、前記流体室内に圧力差を生じ、それによって前記流体室の容積を変更し、前記流体室の中または外へ前記流体を圧送し、前記圧力差が前記オクルダーボールを前記ボール弁保持器領域内の第１の位置から前記ボール弁保持器領域内の第２の位置に移動させ、第１の位置からの移動によって、流体が前記出入口を通過できなくなり、第２の位置への移動によって、前記オクルダーボールが前記弁保持器に抗して押され、前記流体が前記のオクルダーボールの周りに環状に移動し、第１の位置から第２の位置への前記オクルダーボールの前記移動が、前記流体の流れ内にわずかな逆戻りを生じることを特徴とする、請求項３９記載の心肺ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプに関し、更に詳しくは特に無菌流体のために適した、電磁リニアモータを使用する流体ポンプに係る。
【背景技術】
【０００２】
流体ポンプは、例えば血液と他の種類の無菌流体を圧送するために、医療産業で使用されている。現在の或る流体ポンプは空気圧で駆動される。現在の他の流体ポンプはステッピングモータまたはスクリュー形モータを使用する。これらの流体ポンプは往々にして高価であり、信頼性がなく、騒音が大きく、そして血液や血液製品に損傷を与え、および／または流体流れを正確に制御することが不可能である。ポンプと流体流れの正しい制御は特に、流体ポンプが凝固しやすい血液を圧送するために例えば補助人工心臓装置（ＶＡＤ）で使用されるときに重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、圧送を正確に制御することができる信頼性のあるリニアモータによって駆動される流体ポンプが必要とされる。更に、例えば血液の凝固を防止するために、所望な流体の流れを生じることができる低コストの流体ポンプが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の特徴に従い、ポンプシステムが設けられる。このポンプシステムは少なくとも１個のリニア電磁モータを備えている。このモータは空隙を形成するコアと、空隙の近くでコアの少なくとも一部の周りに巻付けられた少なくとも１個のコイルと、１個以上の磁石からなり、空隙内にリニア方向（直線方向）に移動可能に配置された磁石部材とを備えている。更に、１個以上の磁石を定置配置し、ワイヤコイルを空隙内を移動させることができる。少なくとも１個のポンプ駆動ヘッドは移動部材に連結され、それによってポンプ駆動ヘッドはリニア方向に移動可能である。ポンプシステムは更に、流体を収容するための流体室を形成する少なくとも１個の流体ハウジングを備えている。この流体ハウジングは可動の壁と１つ以上の出入口を備えている。ポンプ駆動ヘッドは可撓性のダイヤフラムに接触してこのダイヤフラムを動かす。それによって、流体が出入口を経て駆動される。
【０００５】
本発明の他の特徴によれば、流体ポンプが設けられている。この流体ポンプは流体を収容するための流体室を形成する流体ハウジングを備えている。この流体ハウジングから出入口が延びている。出入口は例えば弁を備えているかまたは弁に接続されている。この弁は例えばボール弁のような受動的な弁である。この弁は出入口を経て一方向にのみ流体を流すことができる。流体ポンプは好ましくは可撓性のダイヤフラムを備え、このダイヤフラムはその中に鋳込まれたポンプ駆動ヘッドを備えている。
【０００６】
本発明の他の特徴に従い、上記のように弁を備えた流体ポンプは、流体の生理的な拍動流を生じる、リニアモータを備えたポンプシステムで使用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明のこれらのおよび他の特徴と効果は、図と共に次の詳細な説明を読むことによって一層理解されるであろう。
【０００８】
図１，２に示すリニアモータ流体ポンプシステム１０は、本発明の或る特徴に従って、液体またはガスのような流体を圧送するために使用される。本発明によるポンプシステムは、血液のような無菌の流体を圧送するために特に適している。流体ポンプシステム１０は制御された一定の流体流れを提供し、流体を無菌状態に維持することができる。従って、流体ポンプシステム１０は医学的な用途で無菌の流体を圧送するため、例えば詳細に後述するような補助人工心臓装置（ＶＡＤ）で血液を圧送するために適している。しかし、流体ポンプシステム１０は他の用途で多くの他の種類の流体を圧送するために使用可能である。
【０００９】
リニアモータ流体ポンプシステム１０はリニアモータ２とポンプ１６を備えている。リニアモータ１２は好ましくは米国特許第５，２１６，７２３号明細書に詳細に開示された種類のようなリニア電磁モータである。この米国特許は参照によってここに完全に組み込まれる。このリニアモータ１２は好ましくは比較的に静かで、高トルクであり、そして低速直線運動を生じる。リニアモータ１２は空隙２２を形成するコア２０を備えている。１個以上のコイル２４が空隙２２に近いコア２０の部分に巻かれている。磁石部材２６は空隙２２内に位置決めされ、矢印２８によって示すように直線方向に移動可能である。
【００１０】
磁石部材支持体３０は好ましくは磁石部材２６とコア２０の間に連結されている。磁石部材支持体３０は可撓性であり、そして空隙２２内で磁石部材２６を支持し、磁石部材２６の線形運動を可能にする。磁石部材３０は好ましくは直線ベアリングまたはそれに類似した案内システムを備えている。後述するように、リニアモータ１２を駆動する目的で電流をコイル２４に供給するために、電源コード４０がコア２０に接続されている。
【００１１】
例示的な実施の形態はリニアモータ１２の１つの構成を示しているが、例えば米国特許第５，２１６，７２３号明細書に記載されているような他の構成（参照によってここに組み込まれる）も本発明の範囲内にある。
【００１２】
実施の形態では、ポンプ駆動ヘッド５０が磁石部材２６に連結されている。ポンプ駆動ヘッドは可動磁石に機械的に連結され、従って磁石は２つの方向で力をポンプ駆動ヘッドに供給し、ポンプ室内に圧力と真空を交互に発生する。それによって、磁石部材２６は矢印２８によって示す直線方向にポンプ駆動ヘッド５０を動かし、ポンプ１６に直接的に作用させる。この実施の形態はドーム形のポンプ駆動ヘッド５０を示しているがしかし、他の形状および構造も本発明の範囲に含まれる。
【００１３】
ポンプ１６は圧送すべき流体を含む流体室５４を画成する流体ハウジング５２を備えている。流体ハウジング５２は好ましくは少なくとも一方の側に可動の壁５６を備えている。ポンプ駆動ヘッド５０は可動の壁５６に接触してこの壁を動かす。それによって、流体室５４が収縮および／または膨張するので、流体が流体室５４から押し出されるかまたは流体室に吸い込まれる。
【００１４】
或る好ましい実施の形態では、ハウジング５２がプラスチック材料からなり、可動の壁５６がエラストマー製の可撓性ダイヤフラムである。可動の壁５６として可撓性ダイヤフラムを使用することにより、ポンプ駆動ヘッド５０が引っ込むときに可動の壁５６は元に位置に戻る。例示的な実施の形態はドーム状のハウジング５２を示しているが、他の形も本発明の範囲に含まれる。
【００１５】
流体を流体ハウジング５２内に供給および／または排出するために、１つ以上の出入口（ポート）６０，６２が流体ハウジング５２から延びている。或る実施の形態では、別個の入口６０と出口６２が流体ハウジング５２から延びている。後述するように流体を所望の位置に案内するために、流入管６４と排出管６６が入口６０と出口６２に接続されている。
【００１６】
入口６０と出口６２は好ましくは、入口６０と出口６２から一方向にのみ流体が流れるようにするために、逆止弁を備えている。好ましい実施の形態では、入口と出口６０，６２はボール弁７０，７２を備えている。ボール弁７０は流体ハウジング５２内への流体の流入のみを可能にし、ボール弁７２は流体ハウジング５２からの流体の流出のみを可能にする。入口６０と出口６２はその代わりに、入口６０や出口６２と流体ハウジング５２の中または外への流れを制御または調整するために、能動弁や受動弁のような、当業者に知られている他の弁を備えていてもよい。弁はこの能動弁や受動弁に制限されない。例えばゲート弁、ピンチ弁、電磁弁、バイリーフレット弁、蝶形弁、ソレノイド等であってもよい。更に、入口６０は所望な量の拍動流を達成するような寸法にすることができる（長さおよび／または容積）。
【００１７】
ボール弁７０，７２の好ましい実施の形態は、ボール保持器領域６９と弁座７３とオクルダーボール７１を有する３個の成形部品を備えている。流れの方向に正の圧力差が存在すると、オクルダーボール７１は弁保持器６９に押し付けられ、流れがオクルダーボール７１の方へ環状に移動し、オクルダーボールの周りに移動する。この圧力差が逆転すると、オクルダーボール７１は弁座７３に押し付けられ、流れが停止するがしかし、圧送される流体の流れに“逆戻り”を生じ、それによって流体の“拍動”流が形成される前に流れが停止することはない。この拍動流は、心臓の鼓動によって生じる普通の生理的な流れに類似している。ボール弁７０，７２の使用はポンプ１６による流体のほぼ連続的な一方向拍動流を可能にする。“逆戻り”の量は、オクルダーボール７１が移動する、弁保持器６９と弁座７３の間隔および／または入口６０と出口６２の容積を変更することによって調節可能である。
【００１８】
血液を圧送するために使用されると、ほぼ連続的で生理的なこの拍動流は、少ない血液流によって生じる凝固を防止し、それに伴い血栓症の危険を低下させ、抗凝固剤の必要性を低減する。更に、本発明によって生じる拍動流が実際に、流体の流れにわずかな“逆戻り”を生じることが判った。流体流れのこの逆戻りは、血液内の境界層を“破壊”し、循環をよくし、血液凝固物の形成を防止する。この血液凝固物はその形成が普通である領域に形成される。ピークの流出圧力は改良された末端器潅流内に生じる最小の毛細血管を開放する。ポンプによって生じた生理的な拍動流は普通の人間の心臓によって生じる自然の生理的拍動流を模倣する。これは次に一層良好に理解されるであろう。
【００１９】
電流がリニアモーア１２に供給されると、磁石部材２６は流体ハウジング５２の可動の壁５６の方へ駆動ヘッド５０を動かす。可動の壁５６の運動は流体室５４への流体の供給および／または排出を生じる。リニアモータ１２が機械的なリンク機構を用いないで流体ポンプ１６に直接連結されているので、リニアモータ１２に供給される電流と流体圧力の間に直接的な相関関係がある。リニアモータ１２に供給される電流の変化は、磁石部材２６のストローク運動の速度と力を変更する。従って、リニアモータ１２に供給される電流の簡単な制御によって、流体の流速と圧力を動的に制御することができる。換言すると、流れと圧力はストローク運動中変更可能である。
【００２０】
リニアモータ流体ポンプシステム１０の他の利点は、リニアモータによって供給される力と、ポンプによって吸い込まれる圧力または真空と、可動の壁５６の位置を確実に決定することができることにある。流体ポンプ１６の中および／または外の圧力と流れを測定するために、超音波フロートランスデューサを使用することができる。
【００２１】
或る用途では、リニアモータ１２が例えば約１Ｈｚの周波数を有する正弦波で駆動される。正弦波電流は磁石部材２６の往復運動を確実に生じる。正弦波は例えば関数発生器（図示していない）を使用することによって発生させることができる。
【００２２】
リニアモータポンプシステム１０は更に、プログラミング可能な流れプロファイルを生じることができる。モータによって発生した力と、それに伴ってポンプ内で発生した圧力は、供給される電流に直接関係がある。所定の用途のために特別な圧力の波の形状が要求されるときには、マイクロプロセッサおよび／またはプログラミング可能な関数発生器のような、電流を制御する源から、特別な電流の波の形状を発生することによって直接生じることができる。
【００２３】
図３に示す、流体ポンプ１６′の代替的な実施の形態は、流体を含む管または空気接続部材８４によって、第２の流体ハウジング８２に連結された第１の流体ハウジング８０を備えている。第１の流体ハウジング８０は作動流体（例えば空気）を含む流体室を形成し、流体ハウジング５２に類似した可動の壁を備えている。第２の流体ハウジング８２は圧送される流体（例えば血液）を含む流体室を形成し、流体ハウジング５２に似た入口と出口を備えている。
【００２４】
ポンプ駆動ヘッド５０が第１流体ハウジング８０の可動の壁に係合すると、作動流体が第１流体ハウジング８０から管８４を経て押し出される。作動流体は第２流体ハウジング８２の出口から流体を押し出させる。この実施の形態の場合、リニアモータ１２と第１流体ハウジング８０を離れた場所（例えば制御卓内）に配置し、第２流体ハウジング８２を患者の近くに配置することができる。
【００２５】
図４，５に示す他の実施の形態では、リニアモータ流体ポンプシステムにおいて２個のポンプ１６ａ，１６ｂが使用されている。この２個のポンプ１６ａ，１６ｂは、例えば両心バイパス装置（BiVAD)を形成するために、図４に示すように、単一リニアモータ１２の両側に取付けられている。リニアモータの往復運動は作動室の往復運動を生じる。この作動室は流体流れの単一方向を維持するために真空と圧力を交互に生じる。
【００２６】
２個のポンプ１６ａ，１６ｂは例えば両心バイパス装置（BiVAD)を形成するために、図５に示すように、２個の別個のリニアモータ１２ａ，１２ｂと共に使用可能である。この両実施の形態はBiVADを形成する概念を示しているが、図４の実施の形態はリニアモータを介して互いに連結された２個のポンプ１６ａ／１６ｂを示し一方、図５では２個のポンプが分離され、２個のモータを必要とする。
【００２７】
好ましい実施の形態では、ポンプ駆動ヘッド９０が図６，７に示すように、ポンプ１６の可動の壁９２内に成形されている。この実施の形態はリニアモータ（図示しない）の磁石部材に対する直接的な連結を行う。従って、ポンプ駆動ヘッド９０は流体を駆動するために可動の壁９２を押し引きすることができる。ポンプ駆動ヘッド９０の押圧作用と引張り作用は、外側位置または膨張位置（図６）と内側位置または圧縮位置（図７）との間で可動の壁９２を移動させる。これは入口６０から流体ハウジング５２内への流体の戻りを容易にする。例示的な実施の形態は、成形されたポンプ駆動ヘッド９０を内蔵する可撓性のダイヤフラムとしての可動の壁９２を示しているが、他の形の可動の壁も本発明の範囲に含まれる。可動の壁９２内にポンプ駆動ヘッドを成形することにより、リニアモータは可動の壁９２を非常に速く加速することができる（すなわち、例えば遠心ポンプよりもはるかに速く加速することができる）。従って、ポンプ１６は後述するように、複雑な流れと圧力のダイナミクスまたはパターンを発生することができる。
【００２８】
ＶＡＤ（補助人工心臓装置）で使用される、本発明による血液ポンプ１００の実施の形態が図８，９に詳細に示してある。血液ポンプ１００はボール弁装置１０２と、リニアモータ１０４と、血液室１０６と、駆動ヘッドまたはダイヤフラムプッシャー１０８を備えている。血液室１０６の容積と、プッシャー１０８のストローク運動によって動かされる流体の容積は、患者に依存する。子供や新生児のために例えば５０ｃｃの血液室が使用され、子供のための、プッシャーのストローク運動によって動かされる流体の容積は３５ｃｃ、新生児のための流体の容積は１０〜１５ｃｃである。これに対して、大人のためには、８０ｃｃの流体の容積と、１２０ｃｃの血液室が使用される。電気機械的な要素は好ましくは、流体区画室の外側に設けられ、ユニットの維持管理、清掃および殺菌を簡単かつ容易にする。
【００２９】
いろいろな構成によれば、血液ポンプ１００は正しい弁の作動順序による二室連続流れまたは拍動流を生じることができる。２個のポンプが平行に使用され、位相を１８０°ずらすように制御されると、出力はほぼ一定流量である。積極的な弁の作動順序が要求されないと、再びポンプモータの制御と順序だけが要求される。
【００３０】
図１０は患者と共に使用されるＶＡＤにおけるリニアモータポンプシステムを示している。この例では、リニアモータ（図示していない）への電流は、所望な心拍（例えば大人で７０回の心拍数および６リットル／分）で許容される圧送を行うために制御可能である。
【００３１】
ＶＡＤを制御する代替的な方法では、制御アルゴリズムを実施するソフトウェアを実行するマイクロプロセッサを備えた図１１に示すコントローラ１２１あるいは等価値のアナログ回路が、使用者に拡張期血圧、収縮期血圧およびストローク容積を入力するように指示する。コントローラ１２１はこの入力を用いて、所望な拡張期血圧を維持するために、ポンプ拡張中に、予め定めた拡張期電流をモータに供給する。この位置に達した後で、コントローラ１２１は、収縮期血圧を維持するために、予め定めた収縮期電流をモータに供給する。収縮期電流は患者の系１２２に血液を押込む室１４４に対して相対的なポンプ圧力を供給する。拡張期電流と収縮期電流を規定時間供給する代わりに、コントローラ１２１は、予め定めたプランジャ位置（ストローク容積）が達成されるまで、電流を供給することができる。各電流の時間は可変であり、それぞれポンプの前負荷（心房圧力）と後負荷（動脈圧力）に依存する。
【００３２】
従って、コントローラ１２１は、心拍によって発生する普通の流れによく似た、上記の生理的拍動流を発生することができる。しかしながら、コントローラ１２１は、ポンプの電流波形状とプランジャストローク（容積）を変更することによって、あらゆる種類の圧力または流れのダイナミクスまたはパターンを発生することができる。その結果、コントローラ１２１は任意のプログラミング可能な波形状または超生理的な波形状を発生することができる。この場合、高い（または低い）周波数の波形状が標準生理的波形状に加えてあるいは標準生理的波形状を越えて発生させられる。
【００３３】
コントローラ１２１は複雑なこれらの波形状を発生することができるが、ポンプシステム１０のポンプ１６は所望な流れパターンを実際に発生するために充分に速く応答できなければならない。上記の流体ハウジング５２の可動の壁９２内に鋳込まれたポンプ駆動ヘッド５０と組み合わせて、リニアモータ１２を使用することにより、コントローラ１２１によって形成された所望な流れダイナミクスまたはパターンを発生するのに充分な速さでポンプ１６を応答させるかまたは加速することができる。しかしながら、コントロール１２１は、所望な流れダイナミクスまたはパターンを発生することができる他のポンプシステムと組み合わせ可能である。
【００３４】
ポンプシステムがＢｉＶＡＤまたは人工心臓のごとく、左心室と右心室の両方を補助するために使用されるときには、２個のポンプを互いにバランスさせなければならない。このバランスは必ずしも等しい流量にすることを必要としない。その代わりに、等しい心房圧力に補正すべきである。本発明のコントローラが心房圧力に敏感であるので、ポンプは心房圧力変化時に調節され、左心房圧力と右心房圧力を維持することができる。
【００３５】
他の実施の形態では、本発明は、図１１に示した、生理的拍動流を生じる緊急心臓補助のための、最小侵襲性の体外のＶＡＤシステム１１０を含んでいる。最小侵襲性の体外のＶＡＤシステム１１０は、ポンプ１１２、好ましくは上記の可動磁石形リニアモータを備えている。このポンプは流体室１１４と弁を有していない単一ポート１１６を備えている。ポンプ１１２は太腿動脈１２２に至る経皮カニューレ１２０を用いて患者１１８に接続されている。ポンプ１１のタイミングは患者１１８のＥＫＧ１２３を読み取ることによっておよびコントローラ１２１に対するＥＫＧ値に応答してポンプ１１２のフィードバック制御を設けることによって制御可能である。
【００３６】
自然の心臓収縮の間、ポンプ１１２は流体室１１４を流体で満たす。この充填は患者の動脈系１２４にやや真空を生じ、後負荷を減少させ、心拍出量を増大させる。自然の心臓拡張の間、ポンプ１１２は流体室１１４を空にし、患者の動脈系１２４の圧力を増大させる。心拍出量と動脈系１２４の圧力を増大させると、患者１１８を安定させ、適当な介入、外科または他の方法のために患者を準備するために、充分な心臓補助が提供される。
【００３７】
他の実施の形態において、本発明は図１２に示した、一体化された人工心肺（ＣＰＢ）システム１３２をを備えている。この人工心肺システムは、好ましくはサポート面１４０に取付けられた４個のポンプ１３２，１３４，１３６，１３８を備えている。ポンプ１３２，１３４，１３６，１３８は当業者に知られているポンプでもよいがしかし、リニアモータと、この明細書で開示した構造のボール弁を有する入口１４４と出口１４６を備えたポンプが好ましい。
【００３８】
一体化された人工心肺（ＣＰＢ）システム１３０は、慣用のＣＰＢに類似してセットアップされている。カニューレ挿入は慣用の方法で行うことができる（図示していない）。静脈血液は好ましくは、慣用の方法で重力によって静脈容器に排出される（図示していない）。静脈容器は容積を監視し、低すぎる時または高すぎるときにアラームを発する。血液は、モータとポンプヘッド（図示していない）を用いて真空を近くのポンプ室１４２に加えることにより、静脈容器から管１４０を経て引っ張られる。圧力が近くのポンプ室１４２に加えられると、血液は熱交換器１４８と酸素供給器１５０を経て出口１４６′から押し出される。熱交換器１４８と酸素供給器１５０は好ましくはそれぞれ、温度制御される水浴（図示していない）と酸素源（図示していない）に慣用の方法で接続されている。血液は酸素供給器１５０から、上記と同じ方法で、入口１４４″を経て末端ポンプ１３４内に引っ張れる。圧力が末端ポンプ１３４に供給されると、血液は出口１４６″から押し出され、動脈フィルタ１５２を経て、管１５４から患者の動脈系に戻る。
【００３９】
動脈血液の一部は管１６１，１６７と出入り口１４４″′，１４６″′を経て、心停止血液ポンプ１３６に短絡し、そして好ましくは合流部１５６で心停止液と混合される。心停止液は心停止ポンプ１３８によって計量され、容器（図示していない）か管１６３，１６５と出入り口１４４″″，１４６″″を経て合流部１５６に引っ張られる。血液と心停止液は心停止熱交換器１５８で温度制御され、心筋保護のために管１６０を経て患者の心筋層に圧送される。
【００４０】
近くのポンプと末端のポンプ１３２，１３４は、常に１８０°の位相外れで作動するように連結可能である。これは、近くのポンプ１３２が空のときに、末端のポンプ１３４の充填を可能にする。２個のポンプの間に協力は不要である。近くのポンプ１３２は低圧で回転する。というのは、このポンプが酸素供給器１５０と熱交換器１４８を経て、効率を増大させて圧送するだけであるからである。末端のポンプ１３４は好ましくはプログラムされた波形状で高圧で作動し、パルスを減衰する酸素供給器１５０または熱交換器１４８を通過させずに、上記のすべての方法で生理的拍動流を患者に供給する。心停止ポンプ１３６，１３８は、順行性または逆行性心停止カニューレに圧力を正確に供給するようにセットしなければならない。上述のように、上記の構造のボール弁構造を備えた出入り口１４４，１４６の使用は、血液（流体）流れをやや“逆戻りさせる”ことになる。流体流れのこの逆戻りは血液内の境界層を“破壊”することになり、循環を改善し、血液凝固を防止する。この血液凝固は、その形成が一般的である領域に形成される。
【００４１】
リニアモータポンプシステムの他の実施の形態は本発明の範囲に含まれる。この実施の形態は、ＩＶポンプ内で往復ピストンを駆動するためのリニアモータ１２の使用と、（例えば麻酔またはインシュリン供給のため）シリンジポンプを駆動するためのリニアモータ１２の使用と、透析でのリニアモータ１２の使用と、腹腔、心胸、心肺のバイスおよび関節鏡外科手術のような他の無菌流体圧送用途でのリニアモータ１２の使用を含んでいるが、これらに限定されない。
【００４２】
リニアモータ１２は更に、弁機能のために使用可能である。リニアモータは流体通路を選択的に閉塞または開放するために、モータを使用することによって能動的な弁を形成するために使用可能である。この流体通路は管でもよいし、剛性要素と可撓性要素の組み合わせでもよい。
【００４３】
普通の当業者による変形および置換は本発明の範囲内にあると考えられる。本発明の範囲は、次の特許請求の範囲を除いて制限されない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態によるリニアモータポンプシステムの概略的な斜視図である。
【図２】図１に示したリニアモータポンプシステムを部分的に切断して示す側面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態によるリニアモータシステムの概略的な側面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態によるリニアモータシステムの概略的な斜視図である。
【図５】本発明の他の実施の形態によるリニアモータシステムの概略的な斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態による、流体ポンプで使用される可撓性の壁の断面図である。
【図７】図６に示した可撓性の壁の圧縮状態の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態による血液ポンプの斜視図である。
【図９】図８に示した血液ポンプの部分断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態による、患者と共に使用される血液ポンプの概略的な斜視図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態による、患者と共に使用される最小侵襲性の体外の人工心臓装置の概略的な斜視図である。
【図１２】本発明の他の実施の形態による、一体化された心肺バイパスシステムの概略的な斜視図である。
【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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【国際調査報告】
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