(57)【要約】  ポンプ(10)は、ステーター筐体(22)、該筐体内部に支持されるステーター(20)、および、ローターアッセンブリ(30)を含む。ローターアッセンブリ(30)は、軸(12)の周囲をステーター(20)に対して回転するように、該筐体内部に支持されるローター(32)を含む。ローターアッセンブリ(30)はまた、軸(12)の周囲をローターと共に回転するように、ローター(32)の第1軸末端に動作可能に結合される第1インペラー(34)を含む。ローターアッセンブリはさらに、軸(12)の周囲をローターと共に回転するように、第1軸末端とは反対側の、ローター(32)の第2軸末端に動作可能に結合される第2インペラー(36)を含む。ローターアッセンブリ(30)は、ポンプ(10)の水圧性能特性を調節するために、軸(12)にそって筐体に対し移動可能である。【選択図】図１
2011501028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体；
該筐体内部で支持されるステーター；および
ローターアッセンブリ、
を含むポンプであって、
該ローターアッセンブリが、
軸の周囲を該ステーターに対し回転するための、該筐体内部で支持されるローター；
該軸の周囲に該ローターと共に回転するための、該ローターの第1軸端に動作可能に結合された第1インペラー；および、
該軸の周囲に該ローターと共に回転するための、該第1軸端とは反対側の、該ローターの第2軸端に動作可能に結合された第2インペラー、を含み、
該ローターアッセンブリが、該ポンプの水圧性能特性を調節するために、該軸にそって該筐体に対して移動可能である
ことを特徴とする、ポンプ。
【請求項２】
前記ローターが中性浮遊状態にあり、前記ローターアッセンブリが、該中性浮遊状態による位置的姿勢に対して無反応であることを特徴とする、請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記筐体が：
内部で前記第1インペラーが前記軸の周囲に回転するために支持される第1ポンプ駆動チェンバーの画定に与る、第1ポンプ筐体部分；および、
内部で前記第2インペラーが前記軸の周囲に回転するために支持される第2ポンプ駆動チェンバーの画定に与る、第2ポンプ筐体部分；
を含み、
該第1インペラーは、該第1ポンプ筐体部分に対し該軸にそって移動可能であり；
該第2インペラーは、該第2ポンプ筐体部分に対し該軸にそって移動可能であり；
該第1および第2インペラーは、該軸にそって該ローターアッセンブリと共に移動させられると、該ポンプの水圧性能特性を調節するために、該第1および第2ポンプ筐体部分に対して移動する
ことを特徴とする、請求項１に記載のポンプ。
【請求項４】
前記ポンプの所望の水圧性能特性を実現するために、前記ローターアッセンブリの軸位置を調節するように作動可能なアクチュエーターをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のポンプ。
【請求項５】
前記アクチュエーターが電気ソレノイドを含むことを特徴とする、請求項４に記載のポンプ。
【請求項６】
前記第1および第2インペラーが、それぞれ、背板、および、該背板から放射状に延びる複数の羽根を含み、該羽根が、該背板の外縁を超えて放射状に延びる末端部分を有することを特徴とする、請求項３に記載のポンプ。
【請求項７】
前記第1背板に作用する流体圧は、主に、前記軸にそう第1方向において、前記ローターアッセンブリに対し軸方向水圧力を及ぼす入力圧であるように、前記第1背板が、前記第1ポンプ筐体部分の第1ポンプ流入口に対して、軸揃えされ、かつ直面し、かつ、
前記第2背板に作用する流体圧は、主に、第1方向とは反対の、前記軸にそう第2方向において、前記ローターアッセンブリに対し軸方向水圧力を及ぼす入力圧であるように、前記第2背板が、前記第2ポンプ筐体部分の第2ポンプ流入口に対して、軸揃えされ、かつ直面する
ことを特徴とする、請求項６に記載のポンプ。
【請求項８】
前記筐体内部の前記ローターアッセンブリの軸位置は、該ローターアッセンブリに印加される軸力に応じて変動することを特徴とする、請求項７に記載のポンプ。
【請求項９】
任意のポンプ速度について、前記第1および第2背板に印加される軸力が互いに等しくかつ反対向きとなるような、前記ローターアッセンブリの軸位置が存在することを特徴とする、請求項７に記載のポンプ。
【請求項１０】
前記第1インペラーによって産み出される出口圧が、主に、該第1インペラーの羽根の末端部分において発生し；かつ、
前記第2インペラーによって産み出される出口圧が、主に、該第2インペラーの羽根の末端部分において発生する、
ことを特徴とする、請求項６に記載のポンプ。
【請求項１１】
前記第1および第2インペラーの羽根が、流入が低角度であって放出が放射状である一次羽根および分岐羽根を含むことを特徴とする、請求項６に記載のポンプ。
【請求項１２】
前記第1インペラーに作用する流入圧が、前記ローターアッセンブリに対し、前記軸にそって第1方向に軸力を及ぼし、前記第2インペラーに作用する流入圧が、前記ローターアッセンブリに対し、前記軸にそって、前記第1方向とは反対の、第２方向に軸力を及ぼすように構成されることを特徴とする、請求項１に記載のポンプ。
【請求項１３】
前記第1および第2インペラーに作用する流入圧によって前記ローターアッセンブリに印加される軸力が、該第1および第2インペラーに作用する流入圧のバランスが得られるように、該ローターアッセンブリの軸位置を調節することを特徴とする、請求項１２に記載のポンプ。
【請求項１４】
前記ポンプの水圧性能が、前記第1および第2インペラーの内の少なくとも一つのインペラー羽根と、前記筐体の背面との間の後方隙間を調節することによって調節されることを特徴とする、請求項１に記載のポンプ。
【請求項１５】
前記ポンプの水圧性能が、前記ローターの、前記筐体に対する相対的軸移動に応じて、前記第1および第2インペラーの内の少なくとも一つを、ポンプ駆動チェンバーから引き出して、隣接チェンバーに納めることによって調節されることを特徴とする、請求項１に記載のポンプ。
【請求項１６】
前記ポンプの水圧性能が、前記ローターの、前記筐体に対する相対的軸移動に応じて、ポンプ駆動開口のサイズを調節することによって調節されることを特徴とする、請求項１に記載のポンプ。
【請求項１７】
ステーター、および、軸の周囲に、該ステーターに対して回転可能なローターを含むモーター；
第1ポンプ筐体、および、該第1ポンプ筐体内部で該軸の周囲に該ローターと共に回転可能な第1インペラーを含む第1ポンプ段階；および、
第2ポンプ筐体、および、該第2ポンプ筐体内部で該軸の周囲に該ローターと共に回転可能な第2インペラーを含む第2ポンプ段階、
を含むポンプであって、
該ポンプは、該第1および第2ポンプ段階間の入力圧差に応じて、該第1および第2ポンプ段階の水圧性能特性を調節するために、該第1筐体における該第1インペラーの軸位置、および該第2筐体における該第2インペラーの軸位置を調節するように構成される
ことを特徴とする、ポンプ。
【請求項１８】
ステーター、および、軸の周囲に、該ステーターに対して回転可能なローターを含むモーター；
第1ポンプ筐体、および、該第1ポンプ筐体内部で該軸の周囲に該ローターと共に回転可能な第1インペラーを含む第1ポンプ段階；および、
第2ポンプ筐体、および、該第2ポンプ筐体内部で該軸の周囲に該ローターと共に回転可能な第2インペラーを含む第2ポンプ段階、
を含むポンプであって、
第1ポンプ段階は、流量の増大と共に急激に減少する圧上昇を有するように構成され、したがって、第1ポンプ段階の流量は、主に、ポンプ速度の関数となり；
第2ポンプ段階は、主にポンプ速度の関数であって、実質的に流量とは無関係である圧上昇を有する
ように構成されることを特徴とする、ポンプ。
【請求項１９】
第1および第2ポンプ筐体を画定する筐体と；
該筐体内部に支持され、軸の周囲に回転可能なローター
を含むポンプであって、
該ローターは、該第1ポンプ筐体内部に配される第1インペラー、および、該第2ポンプ筐体内部に配される第2インペラーを含み；
第1インペラーに作用する入力圧が、該ローターを、該筐体に対し該軸にそって第1方向に移動させ、かつ、第2インペラーに作用する入力圧が、該ローターを、該筐体に対し、該軸にそって第1方向とは反対の、第2方向に移動させる
ように構成されることを特徴とする、ポンプ。
【請求項２０】
前記第1ポンプ筐体および第1インペラーは、前記ポンプの第1ポンプ駆動段階の画定に与り、前記第2ポンプ筐体および第2インペラーは、前記ポンプの第2ポンプ駆動段階の画定に与り、前記軸にそう前記ローターの移動が、該第1および第2ポンプ駆動段階の水圧性能特性を変えることを特徴とする、請求項１９に記載のポンプ。
【請求項２１】
ポンプ駆動チェンバーを含む筐体と；
該筐体内部で支持され、軸の周囲に回転可能なローター；
を含むポンプであって、
該ローターは、該ポンプチェンバーの内部に少なくとも部分的に配されるインペラーを含み、
該ローターは、該筐体に対し、該軸に平行な軸方向に移動可能であり；
該ポンプの水圧性能特性を変えるために、該インペラーが、該ローターの軸移動によって、該ポンプ駆動チェンバーと隣接するチェンバーとの間を軸方向に移動させられる
ように構成されることを特徴とする、ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二つの液流をバランスさせなければならない流体処理応用において使用することが可能なポンプに関する。さらに詳細には、本発明は、血液を、脈動性連続流としてポンプ駆動する性能を果たす、二段階式ターボ型ポンプの構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
うっ血性心不全(CHF)は、循環系障害および早死の一原因であり、次第に一般的になりつつある。医学治療における進歩にも拘らず、末期のうっ血性心不全患者に対する、主な治療指針は心臓移植である。しかしながら、ドナー心臓の入手は限られるので、CHF患者は、適切なドナー器官が求められるまで、やむを得ず待たされる場合がある。心室補助デバイス（VAD)および完全人工心臓（TAH)と呼ばれる血液ポンプ駆動デバイスを、もしそれがなければ、適切なドナー器官が求められるまで生存できないであろうと思われる、CHFおよびその他の心臓疾患を抱える患者を救済するために、移植までの橋渡し選択肢として使用することが可能である。最終的には、このような血液ポンプ駆動デバイスが、移植に対する、恒久的または長期の代替治療として継続利用されることになろう。
【発明の概要】
【０００３】
本発明は、ポンプ駆動しながら入力圧バランス調節器として機能することによって、電子的介在無しに左右の循環を自律的にバランスさせることが可能な、バルブ無し・センサー無しの、脈動性連続流を駆動する完全人工心臓に関する。左右の循環系は、ブラシ無し・センサー無しのＤＣモーター巻線内部において回転する、単一の可動部分によって駆動される。この回転アッセンブリは、水圧環境に反応して軸方向に自由に動くことができ、それによって、二つの対向するターボ型ポンプ段階における複数の隙間を変え、相対的性能に影響を及ぼし、入力圧をバランスさせる。別の実施態様では、ソレノイド型要素などの電動力を介して回転アッセンブリの位置を制御するために、外部電子制御が用いられる。本発明のポンプ構成はさらに、入力圧のバランス調節が望まれるような、他の流体処理用途にも応用することが可能である。
【０００４】
本発明は、筐体、該筐体の内部に支持されるステーター、およびローターアッセンブリを含む血液ポンプに関する。このローターアッセンブリは、軸の周囲をステーターに対して回転するように筐体内部に支持される、ローターを含む。このローターアッセンブリはさらに、ローターの第1軸末端に対し、該軸の周囲にローターと共に回転するように動作可能に結合される、第1インペラーを含む。ローターアッセンブリはさらに、第1軸末端とは反対側の、ローターの第2軸末端に対し、該軸の周囲にローターと共に回転するように動作可能に結合される、第2インペラーを含む。ローターアッセンブリは、ポンプの水圧性能特性を調節するために、該軸にそって、筐体に対し移動することが可能である。
【０００５】
本発明はさらに、ステーターと、該ステーターに対して軸の周囲に回転することが可能なローターとを含む血液ポンプに関する。第1ポンプ段階は、第1ポンプ筐体、および、該第1ポンプ筐体内部で該軸の周囲にローターと共に回転可能な第1インペラーを含む。第2ポンプ段階は、第2ポンプ筐体、および、該第2ポンプ筐体内部で該軸の周囲にローターと共に回転可能な第2インペラーを含む。本血液ポンプは、第1および第2ポンプ段階の水圧能力特性を調節するために、第1筐体における第1インペラーの軸位置、および、第2筐体における第2インペラーの軸位置を調節するように適応される。第1および第2段階の軸運動は、等しく、かつ、反対向きである。
【０００６】
本発明はさらに、ステーターと、軸の周囲に、該ステーターに対して回転することが可能なローターとを含むモーターを有する、血液ポンプに関する。本血液ポンプはさらに、第1ポンプ筐体と、該第1ポンプ筐体内部で軸の周囲にローターと共に回転することが可能な第1インペラーとを含む、第1ポンプ段階を含む。本血液ポンプはさらに、第2ポンプ筐体と、該第2ポンプ筐体内部で軸の周囲にローターと共に回転することが可能な第2インペラーとを含む、第2ポンプ段階を含む。第1ポンプ段階は、流量の増加と共に急激に減少する圧上昇を有するように構成される；したがって、第1ポンプ段階の流量は、主に、ポンプ速度とインペラー位置の関数である。第2ポンプ段階は、主にポンプ速度とインペラー位置の関数であって、実質的に流量とは無関係な、圧上昇を有するように構成される。
【０００７】
本発明はさらに、第1および第2ポンプ筐体を画定する筐体を含むポンプに関する。ローターが、筐体内部で支持され、軸の周囲に回転が可能である。ローターは、第1ポンプ筐体内部に配される第1インペラー、および、第2ポンプ筐体内部に配される第2インペラーを含む。第1インペラーに作用する流入圧が、ローターを、筐体に対して相対的に、軸にそって第1方向に動かし、かつ、第2インペラーに作用する流入圧が、ローターを、筐体に対して相対的に、軸にそって、第1方向とは反対の第2方向に動かすように、本ポンプは構成される。
【０００８】
本発明はさらに、ポンプ駆動チェンバーを含む筐体と、該筐体内部に支持され、軸の周囲に回転可能なローターとを含むポンプに関する。ローターは、ポンプチェンバーの内部に少なくとも部分的に配されるインペラーを含む。ローターは、上述の軸に対して平行な軸方向に、筐体に対して移動することが可能である。ローターの軸移動によって、ポンプ駆動チェンバーと隣接チェンバーの間における、インペラーの軸方向移動が産み出され、それによって、ポンプの水圧性能を変えることが可能となるように、本ポンプは構成される。
【０００９】
前述の特徴およびその他の特徴は、付属の図面を参照しながら下記の説明を読むことによって、当業者には明白となろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施態様による血液ポンプの斜視図である。
【図２】全体として、図１の直線2-2にそって得られた本血液ポンプの断面図である。
【図３】本血液ポンプの分解図である。
【図４】本血液ポンプの部分の平面図である。
【図５】本血液ポンプの部分の平面図である。
【図６】本発明の第２実施態様による血液ポンプを示す断面図である。
【図７】本発明の第３実施態様による血液ポンプを示す断面図である。
【図８】図７の血液ポンプの性能特性を示すグラフである。
【図９】本発明の第４実施態様による血液ポンプの斜視図である。
【図１０】図９の血液ポンプの立面図である。
【図１１】図９の血液ポンプの一部の斜視図である。
【図１２】全体として図９の直線12-12にそって得られた血液ポンプの断面図である。
【図１３】図９の血液ポンプの性能特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、血液ポンプに関する。図１は、本発明の第１実施態様による血液ポンプ10を示す。本発明によれば、血液ポンプ10は、ヒトの、不全または損傷心臓を置換することが可能な完全人工心臓（TAH)である。しかしながら、当業者であれば、この血液ポンプ10は、TAH以外の実施策としても、例えば、両心室補助機構としても適切である可能性のあることを了解するであろう。さらに、当業者であれば、本ポンプは、血液のポンプ駆動以外の目的、例えば、圧バランス特性を持つ、二重または2段階式流体処理ポンプが望まれる実施策においては、それがいずれのものであれ、適切である可能性のあることを了解するであろう。図示の実施態様では、血液ポンプ10は、2段階式遠心ポンプであり、これについてはさらに詳しく後述する。しかしながら、この血液ポンプ10は、ターボ型ポンプ（rotodynamic pump）であるならば、いずれの所望の構成を持つものであってもよい。
【００１２】
図１〜３を参照すると、本血液ポンプ10は、ステーターアッセンブリ20、ローターアッセンブリ30、左側ポンプ筐体40、および右側ポンプ筐体50を含む。血液ポンプ10の組み立て済み条件下（図１および３）では、ローターアッセンブリ30は、軸12の周囲を回転するように、ステーターアッセンブリ20によって支持される。ポンプ筐体40および50は、ようにステーターアッセンブリ20に固定されて、ローターアッセンブリ30を包みこむ。ローターアッセンブリ30は、モーターローター32、第1のまたは左側のインペラー34、および、第2のまたは右側のインペラー36を含む。
【００１３】
モーターローター32は、その上にリング状永久磁石62が登載されるコア60を含む（図２）。低密度の透磁性充填物質64を用いて、モーターローター32上の磁石62を支持し、そうすることによって、回転アッセンブリを中性浮動状態にし、ポンプアッセンブリの姿勢に対して無反応とさせてもよい。左側および右側インペラー34および36は、公知の手段、例えば、接着剤または機械的締結具によってコア60に固定される。それとは別に、インペラー34および36は、コア60と共に単一材料として形成（例えば、金型成形）してもよい。
【００１４】
ステーターアッセンブリ20は、モーターステーター24を支持するステーター筐体22を含む。モーターステーター24は、図２に、それぞれ、26および28として模式的に描かれるステーターコアおよびモーター巻線を含む。モーター巻線28は、導管74を通じてステーター筐体22に入り、充填物質76によって封印される、制御ケーブル72の、3本の制御ワイヤー70に対して電気的に接続される。
【００１５】
血液ポンプ10は、組み立てられると、遠心式の、第1のまたは左側のポンプ駆動段階またはポンプ42を含む。左側ポンプ42は、左側インペラー34、および、該左側インペラーが収納される左側ポンプチェンバー44を含む。左側ポンプチェンバー44は、少なくとも部分的に、左側ポンプ筐体40およびステーターアッセンブリ20によって画定される。左側ポンプ42はさらに、左側ポンプ流入口46および左側ポンプ流出口48を含み、これらの入口および出口は、図示の実施態様では、左側ポンプ筐体40の一体化部分として形成される。左側ポンプ筐体40は、流入口46と流体的に連通した左側ポンプチェンバー44の入口部分92の画定に与る、入口表面90を含む。左側ポンプ筐体40はさらに、流出口48と流体的に連通した左側ポンプチェンバー44の回転部分96の画定に与る、回転表面94を含む。
【００１６】
血液ポンプ10はさらに、組み立てられると、遠心式の、第2のまたは右側のポンプ駆動段階またはポンプ52を含む。右側ポンプ52は、右側インペラー36、および、該右側インペラーが収納される右側ポンプチェンバー54を含む。右側ポンプチェンバー54は、少なくとも部分的に、右側ポンプ筐体50およびステーターアッセンブリ20によって画定される。右側ポンプ52はさらに、右側ポンプ流入口56および右側ポンプ流出口58を含む。これらの入口および出口は、図示の実施態様では、右側ポンプ筐体50の一体化部分として形成される。右側ポンプ筐体50は、流入口56と流体的に連通した右側ポンプチェンバー54の入口部分102の画定に与る、入口表面100を含む。右側ポンプ筐体50はさらに、流出口58と流体的に連通した右側ポンプチェンバー54の回転部分106の画定に与る、回転表面104を含む。
【００１７】
モーターローター32およびモーターステーター24は、左側および右側ポンプ42および52を駆動する、血液ポンプ10のモーター80の画定に与る。モーター80は、ポンプ42および52を駆動し、所望の性能特性を発揮するのに適切である限り、いずれのタイプの電動モーターであってもよい。例えば、図示の実施態様では、モーター80は、単相または多相のブラシ無し・センサー無しのＤＣモーター構成を持ってもよい。モーターコントローラー82は、ケーブル72を介してモーター80の相巻線28を励磁可能であり、モーター部分の所望の性能、例えば、モーター速度または電流を実現する。例えば、モーターコントローラー82は、所望のモーター／ポンプ性能を実現するために、パルス幅変調電圧をモーター相に印加する。
【００１８】
血液ポンプ10の動作時、ローターアッセンブリ30は、軸12の周囲を、ステーターアッセンブリ20に対して回転する。ローターアッセンブリ30は、ポンプ駆動される流体、すなわち、血液によって形成される、流体力学的または流体状のフィルムベアリングによって支持されるか、または該ベアリングの上に登載される。それとは別に、血液ポンプ10は、ローターアッセンブリ30の回転を促進するために、他のタイプのベアリング特性、例えば、機械的ベアリング、または低摩擦材料から形成されるか、または該材料によってコートされるベアリング面を含むことも可能と考えられる。さらに別の実施態様として、ローターアッセンブリ30は、磁気的に懸垂させることも可能と考えられる。
【００１９】
本血液ポンプ10を構築するのに使用される材料は、血液のポンプ駆動の実施に役立つ材料から形成されてよい。例えば、使用時、血流に暴露される血液ポンプ10の部分、例えば、インペラー34および36、およびポンプ筐体40および50は、生体適合性材料、例えば、ステンレススチール、チタン、セラミック、ポリマー材料、複合材料、またはこれらの材料の組み合わせによって形成、塗布、または包含されてもよい。さらに、使用時、互いに接触し合う可能性のある、血液ポンプ10の面または部分、例えば、左側インペラー34およびポンプ筐体40、または、右側インペラー36およびポンプ筐体50は、低摩擦材料、例えば、フルオロカーボンポリマーコーティング、ダイアモンド様カーボンコーティング、セラミック、チタン、およびダイアモンド塗布チタンによって形成、または塗布されてもよい。
【００２０】
図１を参照すると、ポンプが、患者の心臓（図示せず）の機能を肩代わりする、完全人工心臓(TAH)実施における血液ポンプ10を描くために矢印が使用される。この構成では、左側ポンプ流入口46は左心房に接続され、左側ポンプ流出口48は大動脈に接続され、右側ポンプ流入口56は右心房に接続され、かつ、右側ポンプ流出口58は肺動脈に接続される。動作時、左側ポンプ42は、酸素付加血液を、左心房から大動脈へ輸送し、右側ポンプ52は、脱酸素血液を、右心房から肺動脈へ輸送する。
【００２１】
当業者であれば、TAHシナリオの場合、肺動脈と全身性動脈の血流、および両心房の圧をバランスさせることが重要であることを理解するであろう。例えば、もしも右側ポンプ52が、左側ポンプ42よりも高い流速で血液を輸送するならば、血液は肺に蓄積し、うっ血性心不全を招く可能性がある。例えば、もしも左側ポンプ42が、右側ポンプ52よりも高い流速で血液を輸送するならば、血液は肝臓に蓄積し、肝不全を招く可能性がある。したがって、血液ポンプ10の目標は、肺動脈と全身性動脈の血流、および両心房の圧をバランスさせることである。本発明によれば、血液ポンプ10は、左側（全身性）ポンプ42と右側（肺側）ポンプ52の形状または構成を調節することによって、全身性および肺側の、心房圧および動脈流速をバランスさせる。
【００２２】
本発明によれば、血液ポンプ10は、ステーターアッセンブリ20に対するローターアッセンブリ30の軸方向移動を可能とする、隙間を持つように構成される。図２を参照すると、ローターアッセンブリ30は、この軸性隙間のほぼ中点に位置づけられ、そのため、左側インペラー34とステーター筐体22の間には、"A1"として一般的に特定される軸性背面隙間が、右側インペラー36とステーター筐体22の間には、"A2"として一般的に特定される軸性背面隙間が残される。図２に示す構成では、左側ポンプ42の最大性能は、A1が最小のとき発揮され、右側ポンプ52の最大性能は、A2が最小のとき発揮されることが見出されている。血液ポンプ10の動作時、ローターアッセンブリ30は、左側および右側ポンプ42および52によって創出される、ポンプ駆動の流体力学的力によって、ステーターアッセンブリ20に対し軸方向に移動または往復運動することが可能である。ローターアッセンブリ30は、A1が最大のときの左側インペラー34の左側位置と、A2が最大のときの右側インペラー36の右側位置との間を軸方向に移動することが可能である。
【００２３】
ローターアッセンブリ30が、左側および右側位置の間を軸方向に動くとき、左側および右側ポンプ42および52の構成または形状も変えられる。左側インペラー34の軸位置が変化するにつれて、左側インペラーとステーターアッセンブリ22の間の隙間A1も変化し、これは、左側ポンプ42および左側ポンプチェンバー44の構成および形状を変える。同様に、右側インペラー36の軸位置が変化するにつれて、右側インペラーとステーターアッセンブリ22の間の隙間A2も変化し、これは、右側ポンプチェンバー54の構成および形状、並びに、右側ポンプ52の構成または形状を変える。
【００２４】
隙間A1およびA2が増すにつれて、第1および第2ポンプ42および52は、その水圧出力を減少させる。したがって、ある任意のポンプ速度において、インペラー34および36が、ステーターアッセンブリ22の方に移動するにつれて（すなわち、それぞれ、隙間A1およびA2を減少させるにつれて）、それに応じて、ポンプ42および52は圧および流速を増す。逆に、インペラー34および36が、ステーターアッセンブリ22から遠ざかる方向に移動するにつれて（すなわち、それぞれ、隙間A1およびA2を増すにつれて）、それに応じて、ポンプ42および52は圧および流速を減少させる。
【００２５】
したがって、本発明の血液ポンプ10の単一モーター・2段階式の構成では、左側ポンプ段階42において圧および流量の増大をもたらすローターアッセンブリ30の軸性移動は、同時に、右側ポンプ段階52において圧および流量の減少をもたらす、ということが了解されよう。同様に、右側ポンプ段階52において圧および流量の増大をもたらすローターアッセンブリ30の軸性移動は、同時に、左側ポンプ段階42において圧および流量の減少をもたらす。このことから、血液ポンプ10がいずれの速度であっても、ローターアッセンブリ30の、ステーターアッセンブリ20に対する軸位置が適切な位置に調節されている限り、左側および右側ポンプ段階42および52はバランスさせることが可能ということになる。
【００２６】
この原理に基づき、本血液ポンプ10を用いると、ローターアッセンブリ30の軸位置を調節することによって、全身性および肺側の圧および流量特性を制御することが可能である。本発明によれば、ローターアッセンブリ30の軸位置は、受動的または能動的に制御することが可能である。図１〜５の実施態様は、ローターアッセンブリ30の軸位置の調節、したがって、左側および右側ポンプ42および52の形状または構成の調節のために、受動的制御が用いられる、血液ポンプ10の構成を示す。
【００２７】
血液ポンプ10の受動的制御構成では、ローターアッセンブリ30の軸位置は、動作時、左側および右側ポンプ42および52によって創出される水圧力によって受動的または内在的に制御される。本発明によれば、左側および右側インペラー34および36の構成は、この動作の創出を促進するように選ばれる。図４を参照すると、第1インペラー34は、1枚の背板110と、該背板から放射状に延びる、複数の羽根112を含む。図４の実施態様では、羽根112は、第1または一次羽根114、および第2または分岐羽根116を含み、分岐羽根は、一次羽根よりも短い。図５に示す実施態様では、羽根112は、流入が低角度で放出が放射状になるように構成される。
【００２８】
図５を参照すると、第2インペラー36は、1枚の背板120と、該背板から放射状に延びる、複数の羽根122を含む。図５の実施態様では、羽根122は、第1または一次羽根124、および第2または分岐羽根126を含み、第2羽根は、第1羽根よりも短い。図５に示す実施態様では、羽根122は、流入が低角度で放出が放射状になるように構成される。
【００２９】
第1および第2インペラー34および36の背板110および120は、サイズまたは直径がほぼ等しい。第1インペラー34の羽根112は、第2インペラー36の対応する羽根122よりも長い。図１〜４の実施態様における第1および第2インペラー34および36の構成は、一例のインペラー構成を示すものである。当業者であれば、インペラー34および36は別の構成を取ることも可能であることを了解するであろう。
【００３０】
背板110および120の直径は縮小されており、そのため、それぞれ、羽根112および120は、その外縁を超えて放射方向に延びる。背板110および120は、それぞれ、左側および右側ポンプ流入口46および56に直接向き合う。したがって、背板110および120に対して作用する流体圧は、主に入力圧であり、したがって、ローターアッセンブリ30に対し、主に軸方向の、すなわち、軸12に対して平行な力を及ぼす。血液ポンプ10によって産み出される出力圧は、主に、背板110および120の外径を超えて放射状に位置づけられる、羽根112および122の末端部分において発生する。
【００３１】
図示の実施態様の血液ポンプ10は、従来の遠心ポンプの設計とは、二つの基本的な点で異なる構成を持つ。先ず、本血液ポンプ10は、軸性隙間が非常に大きく、前方および後方軸性隙間が非対称的である開放羽根インペラーを利用する（図２および３を参照せよ）。第2に、放射状羽根は、回転羽根ポンプ(peripheral pump)（または再生ポンプ）に典型的なやり方で、回転セクションの中へ伸展する。この伸展は、受動的性能変調に利用される羽根後方隙間を創出する。さらに、ローター磁石62は、ステーターコア26よりも短いため、回転アッセンブリ30が調節された一定量だけ自由に軸方向に移動することを可能とする。
【００３２】
全身性抵抗が一定の場合、流出量とポンプ速度は直線関係を持つことが判明している。そのため、コントローラー82によって実行される制御アルゴリスムは、指定の全身性流量を供給するようにポンプ速度を調節する。ローターアッセンブリ30の軸位置を調節することによって、全身性流量と肺側流量のバランスが実現される。本発明の第１実施態様によれば、ローターアッセンブリ30の軸調節は、左側および右側インペラー34および36の構成に基づき、水圧によって、内在的に、または自動的に行われる。
【００３３】
インペラー34および36の背板部分110および120に作用する、軸方向の、流体力学的力は、主に、ポンプの入力圧によって創出されるものであるから、ローターアッセンブリ30の軸位置は、左側および右側の入口部分92および102の間の圧差に応じて調節される。ローターアッセンブリ30の軸位置が調節されるとそれにつれて、左側および右側ポンプ42および52の形状および水圧性能も前述のように変化する。これは、左側および右側ポンプ42および52の流出量および圧において対応する変化または調節をもたらし、そのため、二つのポンプの間の圧と流量性能がバランスされる。このようにして、本血液ポンプ10は、左側および右側ポンプ42および52の水圧性能の漸進的変化を通じて、肺側および全身性流量ばかりでなく、心房圧をもバランスさせるのに寄与する、自律調節性ローターアッセンブリ30を持つように構成される。
【００３４】
隙間が大きい状態で動作する場合、ポンプ駆動羽根が、軸性隙間の中点にあるとき（前方および後方隙間が等しいとき）、ポンプ性能は最小となる。したがって、インペラー34および36をどちらかの軸方向に動かすことによって性能を変調することが可能である。図２の自律的バランス取得構成では、後方隙間A1が最小のとき、左側ポンプ42の最高性能が見られ、一方、後方隙間A2が最小のとき、右側ポンプ52の最高性能が見られる。図２の実施態様において実施される受動的制御は、後方隙間A1およびA2を調節することによって性能を変調する。性能を変調するのに後方（内部）辺縁を使用する利点は、回転アッセンブリに作用する水圧力が、受動的制御のために適切な方向の軸性移動を実現し、そのため、能動的軸性制御システムを不要とすることである。
【００３５】
血液ポンプ10をTAHとして操作するに際し、ポンプ速度を正常な脈拍数において変調して脈動流および圧を創出し、患者において正常な血液動態を模倣再現させることが可能である。例えば、±30％の速度変調は、高度に脈動的な状態を実現できることが判明している。さらに、臨床的に望ましい振幅および収縮／拡張タイミングを模倣再現するように、全身圧パルスの特性がそれに合うように、速度波形を調節することが可能である。
【００３６】
好都合なことに、流量は、電流と流速に直接関連するものであるから、各制御サイクルにおいて、流量を阻止するものがあれば、電流波形を分析することによってそのものを判定することが可能である。これは、例えば、左心房または右心房の扁平変形を検出するのに役立つ場合がある。そのような場合、平均速度または脈動速度の大きさの漸増的な低減を自動的に起動してもよい。さらに、速度および稼動サイクルに対応するモーター電流に基づいて、患者の、肺側および全身圧および血管抵抗を計算によって推定し、本システムを、患者の連続モニターとして使用することも可能である。
【００３７】
本発明の第２実施態様を図６に示す。本発明の第２実施態様は、図１〜５に示す、本発明の第１実施態様と同様である。図６を参照すると、血液ポンプ200は、図１〜５のものと同様の、2段階式遠心ポンプ構成を有する。したがって、この血液ポンプ200は、完全人工心臓(TAH)デバイスとして使用されるように構成されてもよい。しかしながら、この血液ポンプ200は、両心室補助などのTAH以外の実施においても、または、圧バランス特性を備えた二重または二段階式流体処理ポンプが要望される任意の実施においても、好適であると考えられる。
【００３８】
図６を参照すると、本血液ポンプ200は、ステーターアッセンブリ220、ローターアッセンブリ230、左側ポンプ筐体240、および右側ポンプ筐体250を含む。組み立て済み条件下では、ローターアッセンブリ230は、軸212の周囲を回転するように、ステーターアッセンブリ220によって支持される。ポンプ筐体240および250は、ステーターアッセンブリ220に固定されて、ローターアッセンブリ230を包みこむ。ローターアッセンブリ230は、モーターローター232、第1のまたは左側のインペラー234、および第2のまたは右側のインペラー236を含む。
【００３９】
モーターローター232は、その上にリング状永久磁石262が登載されるコア260を含む。低密度の透磁性材料などの、充填材料264を用いて、モーターローター232における磁石262の支持を補佐してもよい。左側および右側インペラー234および236は、公知の手段、例えば、接着剤または機械的締結具によってコア260に固定される。それとは別に、インペラー234および236は、コア260と共に単一片の材料として形成（例えば、金型成形）してもよい。
【００４０】
ステーターアッセンブリ220は、モーターステーター224を支持するステーター筐体222を含む。モーターステーター224は、図６に、それぞれ、226および228として模式的に描かれるステーターコアおよびモーター巻線を含む。モーター巻線228は、導管274を通じてステーター筐体222に入り、充填物質276によって封印される、制御ケーブル272の、制御ワイヤー270に対して電気的に接続される。
【００４１】
血液ポンプ200は、組み立てられると、遠心式の、第1のまたは左側のポンプ駆動段階またはポンプ242を含む。左側ポンプ242は、左側インペラー234、および、該左側インペラーが収納される左側ポンプチェンバー244を含む。左側ポンプチェンバー244は、少なくとも部分的に、左側ポンプ筐体240およびステーターアッセンブリ220によって画定される。左側ポンプ242はさらに、左側ポンプ流入口246および左側ポンプ流出口248を含む。これらの入口および出口は、図示の実施態様では、左側ポンプ筐体240の一体化部分として形成される。左側ポンプ筐体240は、流入口246と流体的に連通した左側ポンプチェンバー244の入口部分292の画定に与る、入口表面290を含む。左側ポンプ筐体240はさらに、流出口248と流体的に連通した左側ポンプチェンバー244の回転部分296の画定に与る、回転表面294を含む。
【００４２】
血液ポンプ200はさらに、組み立てられると、遠心式の、第2のまたは右側のポンプ駆動段階またはポンプ252を含む。右側ポンプ252は、右側インペラー236、および、該右側インペラーが収納される右側ポンプチェンバー254を含む。右側ポンプチェンバー254は、少なくとも部分的に、右側ポンプ筐体250およびステーターアッセンブリ220によって画定される。右側ポンプ252はさらに、右側ポンプ流入口256および右側ポンプ流出口258を含む。これらの入口および出口は、右側ポンプ筐体250の一体化部分として形成される。右側ポンプ筐体250は、流入口256と流体的に連通した右側ポンプチェンバー254の入口部分302の画定に与る、入口表面300を含む。右側ポンプ筐体250はさらに、流出口258と流体的に連通した右側ポンプチェンバー254の回転部分306の画定に与る、回転表面304を含む。
【００４３】
モーターローター232およびモーターステーター224は、左側および右側ポンプ242および252を駆動する、血液ポンプ200のモーター280の画定に与る。モーター280は、ポンプ242および252を駆動し、所望の性能特性を発揮するのに適切である限り、いずれのタイプの電動モーターであってもよい。例えば、図示の実施態様では、モーター280は、多相でブラシ無しのＤＣモーター構成を持ってもよい。モーターコントローラー282は、ケーブル272を介してモーター280の相巻線228を励磁可能であり、モーター部分の所望の性能、例えば、モーター速度または電流を実現する。例えば、モーターコントローラー282は、所望のモーター／ポンプ性能を実現するために、パルス幅変調電圧をモーター相に印加する。
【００４４】
血液ポンプ200の動作時、ローターアッセンブリ230は、軸212の周囲を、ステーターアッセンブリ220に対して回転する。ローターアッセンブリ230は、ポンプ駆動される流体、すなわち、血液によって形成される、流体力学的または流体状のフィルムベアリングによって支持されるか、または該ベアリングの上に登載される。それとは別に、血液ポンプ200は、ローターアッセンブリ230の回転を促進するために、他のタイプのベアリング特性、例えば、機械的ベアリング、または低摩擦材料から形成されるか、または該材料によってコートされるベアリング面を含むことも可能と考えられる。さらに別の実施態様として、ローターアッセンブリ230は、磁気的に懸垂させることも可能と考えられる。
【００４５】
本血液ポンプ200を構築するのに使用される材料は、血液のポンプ駆動の実施に役立つ材料から形成されてもよい。例えば、使用時、血流に暴露される血液ポンプ200の部分、例えば、インペラー234および236、およびポンプ筐体240および250は、生体適合性材料、例えば、ステンレススチール、チタン、セラミック、ポリマー材料、複合材料、またはこれらの材料の組み合わせによって形成、塗布、または包含されてもよい。さらに、使用時、互いに接触し合う可能性のある、血液ポンプ200の部分、例えば、左側インペラー234およびポンプ筐体240、または、右側インペラー236およびポンプ筐体250は、低摩擦材料、例えば、フルオロカーボンポリマーコーティング、ダイアモンド様カーボンコーティング、セラミック、チタン、およびダイアモンド塗布チタンによって形成、または塗布されてもよい。
【００４６】
図６では、ポンプが、患者の心臓（図示せず）の機能を肩代わりする、完全人工心臓(TAH)実施における血液ポンプ200を描くために矢印が使用される。この構成では、左側ポンプ流入口246は左心房に接続され、左側ポンプ流出口248は大動脈に接続され、右側ポンプ流入口256は右心房に接続され、かつ、右側ポンプ流出口258は肺動脈に接続される。動作時、左側ポンプ242は、酸素付加血液を、左心房から大動脈へ輸送し、右側ポンプ252は、脱酸素血液を、右心房から肺動脈へ輸送する。
【００４７】
本発明によれば、血液ポンプ200は、左側（全身性）ポンプ242と右側（肺側）ポンプ252の形状または構成を調節することによって、全身性および肺側の圧および流速をバランスさせる。血液ポンプ200は、ステーターアッセンブリ220に対する、ローターアッセンブリ230の軸方向移動を可能とする隙間を持つように構成される。図６では、ローターアッセンブリ230は、この軸性隙間のほぼ中点に位置づけられ、そのため、左側インペラー234と左側ポンプ筐体240の間には、"B1"として一般的に定義される軸性背面隙間が、右側インペラー236と右側ポンプ筐体250の間には、"B2"として一般的に定義される軸性背面隙間が残される。血液ポンプ200の動作時、ローターアッセンブリ230は、ケーブル272を通じてコントローラー282に接続される、電気ソレノイドなどのアクチュエーター350の電動力によって、ステーターアッセンブリ220に対し軸方向に移動または往復運動することが可能である。ローターアッセンブリ230は、左側インペラー234が、左側ポンプ筐体240に隣接または当接する位置に置かれる左側位置と、右側インペラー236が、右側ポンプ筐体250に隣接する位置に置かれる右側位置との間を軸方向に移動することが可能である。
【００４８】
ローターアッセンブリ230が、左側および右側位置の間を軸方向に動くとき、左側および右側ポンプ242および252の構成または形状も変えられる。左側インペラー234の軸位置が変化するにつれて、左側インペラーと左側ポンプ筐体240の間の隙間B1も変化し、これは、左側ポンプチェンバー244の体積、および左側ポンプ242の構成および形状を変える。同様に、右側インペラー236の軸位置が変化するにつれて、右側インペラーと右側ポンプ筐体250の間の隙間B2も変化し、これは、右側ポンプチェンバー254の体積、および右側ポンプ252の構成または形状を変える。
【００４９】
隙間B1およびB2が増すにつれて、第1および第2ポンプ242および252は、その水圧出力を減少させる。したがって、ある任意のポンプ速度において、インペラー234および236が、それぞれのポンプ筐体240および250の方に移動するにつれて（すなわち、それぞれの隙間B1およびB2を減少させるにつれて）、それに応じて、ポンプ242および252は圧を増し、流量が増す。逆に、インペラー234および236が、それぞれのポンプ筐体240および250から遠ざかるにつれて（すなわち、それぞれの隙間B1およびB2を増すにつれて）、それに応じて、ポンプ242および252は圧を減じ、流量は減少する。
【００５０】
したがって、本発明の血液ポンプ200の、単一モーター・2段階式の構成では、左側ポンプ段階242において圧および流量の増大をもたらすローターアッセンブリ230の軸性移動は、同時に、右側ポンプ段階252において圧および流量の減少をもたらす。同様に、右側ポンプ段階252において圧および流量の増大をもたらすローターアッセンブリ230の軸性移動は、同時に、左側ポンプ段階242において圧および流量の減少をもたらすことが了解されるであろう。このことから、血液ポンプ200がいずれの速度であっても、ローターアッセンブリ230の、ステーターアッセンブリ220に対する軸位置が適切な位置に調節されている限り、左側および右側ポンプ段階242および252はバランスさせることが可能ということになる。
【００５１】
この原理に基づき、本血液ポンプ200を用いると、ローターアッセンブリ230の軸位置を調節することによって、全身性および肺側の圧および流量特性を制御することが可能である。本発明の、この第２実施態様によれば、血液ポンプ200は、ローターアッセンブリ230の軸位置の、したがって、左側および右側ポンプ242および252の形状または構成の、能動的制御を可能とするように構成される。
【００５２】
全身性抵抗が一定の場合、流出量とポンプ速度は直線関係を持つことが判明している。さらに、任意のポンプ速度において、ローターアッセンブリ230の軸位置を調節することによって、左側ポンプ242と右側ポンプ252においてバランスされた流量に一致する電力レベルが得られることが判明している。そのため、コントローラー282によって実行される制御アルゴリスムは、指定の全身性流量を供給するようにポンプ速度を調節し、一方、全身性および肺側のバランスされた流量が、ローターアッセンブリ230の軸位置を調節することによって実現される。本発明の、この第２実施態様によれば、ステーターアッセンブリ220に対する、ローターアッセンブリ230の軸的調節は、ケーブル272を通じてコントローラー282に接続される、ソレノイドなどの電気機械的アクチュエーター350によって実現される。ソレノイド350は、二つの位置、すなわち、第1のまたは左側の位置、および第2のまたは右側の位置、の内の一方に向けて作動することが可能である。左側位置では、ソレノイド350は、ローターアッセンブリ230の軸位置を、第1または左側位置に変位させ、その際、左側インペラー234は、左側ポンプ筐体240の入口表面290に隣接または当接して配置され、そのために、前述のように、効果的に、左側ポンプ段階242の水圧出力は増し、右側ポンプ段階252の水圧出力は減少する。右側位置では、ソレノイド350は、ローターアッセンブリ230の軸位置を、第2または右側位置に変位させ、その際、右側インペラー236は、右側ポンプ筐体250の入口表面300に隣接または接近して配置され、そのために、前述のように、効果的に、右側ポンプ段階252の水圧出力は増し、左側ポンプ段階252の水圧出力は減少する。
【００５３】
ソレノイド350は、種々のやり方でローターアッセンブリ230を左側および右側位置に設置するように構成されてよい。例えば、ソレノイド350は、ラッチ型ソレノイドであってもよい。この構成では、ソレノイド350は、ステーターアッセンブリ220およびアーマチュア354に固定される、二つの別々のコイル、すなわち一つは左側位置を選択するためのものでもう一つは右側位置を選択するためのもの、例えば、ローターアッセンブリ230に固定される、一つ以上の磁石を含んでもよい。このラッチ型構成では、ソレノイド350は、該ソレノイドに電力を定常的に印加しなくとも選択位置にローターアッセンブリ230を維持する、磁気ラッチ機構を含む。コイル352は、動作時には、アーマチュア354を、したがって、ローターアッセンブリ230を、所望の左側／右側位置に移動させるのに十分な大きさおよび持続時間を有するような、短い電流パルスによって通電されてもよい。この時点で、ラッチ機構が作動して、ローター230を該所望位置に維持する。反対側コイルが通電されると、ラッチ機構は、ローターアッセンブリ230を解放し、アーマチュア354上のコイル352の牽引に応じて反対側位置に移動させる。次いで、該機構は、コイル352が遮断されると、ローターアッセンブリ230を磁気的にラッチ（把捉）して、従ってその軸位置を維持する。
【００５４】
別の構成では、ソレノイド350は、パルス左側／パルス右側動作用に構成される、掛け金型またはトグル型ラッチソレノイドであってもよい。この構成では、ソレノイド350は、単一コイル、およびラッチ機構を含んでもよく、該機構は、コイルが通電されると、ローターアッセンブリを、左側および右側位置に交互に把捉する。したがって、動作時、ローターアッセンブリが右側位置にある場合は、次の電気パルスは、ローターアッセンブリを左側位置に置く。さらに次の電気パルスは、ローターアッセンブリを右側位置に置く、などと繰り返す。
【００５５】
さらに別の構成では、ソレノイド350は、非ラッチ型、連続電流ソレノイドであってもよい。この構成では、ソレノイドは、左側および右側位置の一方にバネ変位されるアーマチュアを動かすための単一コイルを含んでもよい。コイルが遮断されると、バネは、左側および右側位置の一方に、アーマチュアを、したがってローターを維持する。コイルが通電されると、アーマチュアおよびローターは、バネ変位に抗して、反対側位置に移動される。アーマチュアおよびコイルは、この位置に、コイルが遮断されるまで維持され、遮断された時点で、バネは、アーマチュアおよびローターを元の位置に戻す。
【００５６】
血液ポンプ200の操作時、モーター速度は、脈動性の流量および圧を創出するために、正常な脈拍数において変調される。全身性および肺側流量のバランス、および動脈圧のバランスは、ソレノイド350によるローターアッセンブリ230の軸位置の能動的調節を通じて、左側および右側ポンプ242および252の水圧性能を調節することによって実現される。このバランスされた流量および圧は、制御サイクル（例えば、10秒）を、左側および右側位置の間に分割することによって実現される。左側および右側流量は、速度、電力消費、および、ローターアッセンブリ230が、左側および右側軸位置の間を交互に移動する際の電力消費の変化から推定される。
【００５７】
ローターアッセンブリ230の軸位置は、動作時には、ポンプ200の制御サイクルの間（例えば、10秒）、左側および右側位置の間を往復して移動させられる。ローターアッセンブリ230の軸位置が往復するにつれて、左側および右側ポンプ242および252の形状および水圧性能も、前述したように、変化する。これは、左側および右側ポンプ242および252の出力流および圧において、対応する正味の変化、すなわち調節をもたらし、片側のポンプでは出力流および圧を増し、反対側のポンプでは出力流および圧を減らす。したがって、本血液ポンプ200およびコントローラー282は、左側および右側ポンプ242および252の水圧性能の漸増的変化を通じて、肺側および全身性の流量だけでなく、動脈圧もバランスするように構成される。
【００５８】
図６の血液ポンプ200の能動的制御の実施態様は、性能の変調のために前方羽根の隙間を使用する。これは、二つの利点を持つ可能性がある。先ず、より複雑になるという犠牲は強いられるものの、右側／左側性能の偏倚を外部的に制御することが可能となる。第2に、軸性隙間の合計がより小さくなるため、ポンプ効率がより向上する。さらに、ローター磁石262が、ステーターコア226よりも短くなり、そのため、回転アッセンブリ230が調節された一定量だけ自由に軸運動することが可能となる。
【００５９】
血液ポンプ200の動作時、左側および右側心房圧は、数mmHg以内まで平衡する。流量が平衡に近づくにつれて、ポンプ200の流れの引き込み傾向は、稼動サイクル微調節のための調節方向を示す。さらに、ポンプ速度は、正常な脈拍数において変調されて脈動流および圧を創出し、患者において安定な血液動態を模倣再現させることが可能である。例えば、±30％の速度変調は、高度に脈動的な状態を実現できることが判明している。さらに、臨床的に望ましい振幅および収縮／拡張タイミングを模倣再現するように、全身圧パルスの特性がそれに合うように、速度波形を調節することが可能である。
【００６０】
好都合なことに、流量は、電流と流速に直接関連するものであるから、各制御サイクルにおいて、流量を阻止するものがあれば、電流波形を分析することによってそのものを判定することが可能である。これは、例えば、左心房または右心房の扁平変形を検出するのに役立つ場合がある。そのような場合、平均速度または脈動速度の大きさの漸増的な低減を自動的に起動してもよい。さらに、速度および稼動サイクルに基づいて、患者の、肺側および全身圧および血管抵抗を計算によって推定し、本システムを、患者の連続モニターとして使用することも可能である。
【００６１】
本発明の第３実施態様による血液ポンプ400を図７に示す。図７の血液ポンプ400は、図７の実施態様が、動作時、ポンプ形状を変えるために軸方向に移動することがないローターアッセンブリ410を有する点を除いて、図６の実施態様と同様の構成を有する。この構成では、ローター磁石420は、ローターアッセンブリ410の軸位置を磁気的に制限する、ステーターコア422と同じか、またはそれ以上の長さを持つ。
【００６２】
図７の血液ポンプ400は、単一ポンプにおいて右心室補助デバイス(RVAD)および左心室補助デバイス(LVAD)の機能を合わせ持つ、両心室補助デバイス(BiVAD)などのような、心室補助デバイス(VAD)として使用するのに特に好適である可能性がある。RVADの場合、肺動脈の総流量は、VADと生体心室の間で分担されるので、右側／左側ポンプの精密制御は、完全人工心臓の場合ほど重要ではない。性能特性は、ポンプ駆動要素デザインの中に取り込むことが可能であることが判明しているので、BiVADシステムについては、ある程度の、完全受動的調節が可能である。この実施態様では、左側ポンプ442(LVAD)および右側ポンプ452(RVAD)の構成および形状は、図８に示すものと同様の、圧対流量特性を持つように設計してもよい。図８に示すように、左側ポンプ442は、流量の増加と共に急激に減少する圧上昇を持ち、このことから、左側流量は、主に速度の関数であるとされる。右側ポンプ452は、速度の関数であるが、比較的流量と独立した、特徴的な圧上昇を持つ。このようにして、左側ポンプ442は、全身流量のための流れ調節器として働き、一方、右側ポンプ452は、右心室を中等度に負荷解除するための差動圧調節器として働く。
【００６３】
本発明の第４実施態様による血液ポンプ500を図９〜１２に示す。図９〜１２の血液ポンプは、図１〜５および７の実施態様と同様の、2段階式または二重遠心式ポンプ構成を持つ。したがって、血液ポンプ500は、完全人工心臓(TAH)デバイス用として使用されるように構成されてもよい。しかしながら、この血液ポンプ500は、両心室補助などのTAH以外の実施においても、あるいは、圧バランス特性を持つ二重または二段階式流体処理ポンプが要望される任意の実施においても、好適であると考えられる。
【００６４】
図９〜１１を参照すると、本血液ポンプ500は、ステーターアッセンブリ520、ローターアッセンブリ530、左側ポンプ筐体540、および右側ポンプ筐体550を含む。血液ポンプ500の組み立て済み条件下では、ローターアッセンブリ530は、軸512の周囲を回転するように、ステーターアッセンブリ520によって支持される。ポンプ筐体540および550は、ステーターアッセンブリ520に固定されて、ローターアッセンブリ530を包みこむ。ローターアッセンブリ530は、モーターローター532、第1のまたは左側のインペラー534、および第2のまたは右側のインペラー536を含む。
【００６５】
モーターローター532は、その上にリング状永久磁石562が登載されるコア560を含む（図１２）。このコアは、被殻またはケース564によって囲まれるか、またはその他のやり方で包みこまれる。コア560は、低密度の透磁性物質によって構築されてもよく、モーターローター532上に磁石562を支持するのに使用されてもよく、それによって、浮動的回転アッセンブリを中性浮遊状態とし、ポンプアッセンブリの姿勢に対して無反応とさせてもよい。左側および右側インペラー534および536は、公知の手段、例えば、接着剤または機械的締結具によってコア560に固定されてもよいし、あるいは、図９〜１１に示すように、ケース564と共に、単一片の材料として形成（例えば、金型成形）してもよい。
【００６６】
ステーターアッセンブリ520は、モーターステーター524を支持するステーター筐体522を含む。モーターステーター524は、図１２に、それぞれ、526および528として模式的に描かれるステーターコアおよびモーター巻線を含む。モーター巻線528は、導管574および応力緩和物質576を貫いてステーター筐体522に入る、制御ケーブル572の制御ワイヤー570に対して電気的に接続される。
【００６７】
血液ポンプ500は、組み立てられると、遠心式の、第1のまたは左側のポンプ駆動段階またはポンプ542を含む。左側ポンプ542は、左側インペラー534、および、該左側インペラーが収納される左側ポンプチェンバー544を含む。左側ポンプチェンバー544は、少なくとも部分的に、左側ポンプ筐体540およびステーターアッセンブリ520によって画定される。左側ポンプ542はさらに、左側ポンプ流入口546および左側ポンプ流出口548を含む。これらの入口および出口は、図示の実施態様では、左側ポンプ筐体540の一体化部分として形成される。左側ポンプ筐体540は、流入口546と流体的に連通した左側ポンプチェンバー544の入口部分592の画定に与る、入口表面590を含む。左側ポンプ筐体540はさらに、流出口548と流体的に連通した左側ポンプチェンバー544の回転部分596の画定に与る、回転表面594を含む。
【００６８】
血液ポンプ500はさらに、組み立てられると、遠心式の、第2のまたは右側のポンプ駆動段階またはポンプ552を含む。右側ポンプ552は、右側インペラー536、および、該右側インペラーが収納される右側ポンプチェンバー554を含む。右側ポンプチェンバー554は、少なくとも部分的に、右側ポンプ筐体550およびステーターアッセンブリ520によって画定される。右側ポンプ552はさらに、右側ポンプ流入口556および右側ポンプ流出口558を含む。これらの入口および出口は、図示の実施態様では、右側ポンプ筐体550の一体化部分として形成される。右側ポンプ筐体550は、流入口556と流体的に連通した右側ポンプチェンバー554の入口部分602の画定に与る、入口表面600を含む。右側ポンプ筐体550はさらに、流出口558と流体的に連通した右側ポンプチェンバー554の回転部分606の画定に与る、回転表面604を含む。右側ポンプ筐体550はさらに、回転部分606に隣接してチェンバー608を含む。図１２において見て取れるように、ローターアッセンブリ530が軸方向に動くとき、右側インペラー536は、該チェンバー608中に進入する。右側インペラー536は、それがチェンバー608に進入すると、回転部分606を離脱する。
【００６９】
モーターローター532およびモーターステーター524は、左側および右側ポンプ542および552を駆動する、血液ポンプ500のモーター580の画定に与る。モーター580は、ポンプ542および552を駆動し、所望の性能特性を発揮するのに適切である限り、いずれのタイプの電動モーターであってもよい。例えば、図示の実施態様では、モーター580は、単相または多相のブラシ無し・センサー無しのＤＣモーター構成を持ってもよい。モーターコントローラー（図示せず）は、ケーブル572を介してモーター580の相巻線528を励磁可能であり、モーター部分の所望の性能、例えば、モーター速度または電流を実現する。例えば、モーターコントローラーは、所望のモーター／ポンプ性能を実現するために、パルス幅変調電圧をモーター相に印加してもよい。
【００７０】
図１１を参照すると、第1インペラー534は、1枚の背板610と、ローター530から放射状に延びる、複数の羽根612を含む。羽根612は、第1または一次羽根614、および第2または分岐羽根616を含み、分岐羽根は、一次羽根よりも短い。図９〜１２に示す実施態様では、各1対の一次羽根614の間に2本の分岐羽根616が存在する。これらの羽根612は、流入が低角度で放出が放射状になるように構成される。
【００７１】
第2インペラー536は、1枚の背板620と、ローター530の端面にそって放射状に延びる、複数の羽根622を含む。羽根622は、第1または一次羽根624、および第2または分岐羽根626を含み、第2羽根は、第1羽根よりも短い。図９〜１２に示す実施態様では、一次羽根624および分岐羽根626は、ローター530の周囲に交互に配置される。これらの羽根622は、流入が低角度で放出が放射状になるように構成される。
【００７２】
第1インペラー534の羽根612は、第2インペラー536の対応する羽根622よりも長い。図９〜１２の実施態様における第1および第2インペラー534および536の構成は、インペラー構成の一例を示す。当業者であれば、これらのインペラー534および536は、別の構成を取ることも可能であることを了解するであろう。
【００７３】
背板610および620は、それぞれ、左側および右側ポンプ流入口546および556に対し軸揃えされる。したがって、背板610および620に対して作用する流体圧は、主に入力圧であり、したがって、ローターアッセンブリ530に対し、主に軸方向の、すなわち、軸512と平行な力を及ぼす。血液ポンプ500によって産み出される出力圧は、主に、羽根612および622の末端部分において発生する。第1インペラー534の羽根612は、背板610の外径を超えて放射状に延びる。
【００７４】
血液ポンプ500の動作時、ローターアッセンブリ530は、軸512の周囲を、ステーターアッセンブリ520に対して回転する。ローターアッセンブリ530は、ポンプ駆動される流体、すなわち、血液によって形成される、流体力学的または流体状のフィルムベアリングによって支持されるか、または該ベアリングの上に登載される。それとは別に、血液ポンプ500は、ローターアッセンブリ530の回転を促進するために、他のタイプのベアリング特性、例えば、機械的ベアリング、または低摩擦材料から形成されるか、または該材料によってコートされるベアリング面を含むことも可能と考えられる。さらに別の実施態様として、ローターアッセンブリ530は、磁気的に懸垂させることも可能と考えられる。
【００７５】
本血液ポンプ500を構築するのに使用される材料は、血液のポンプ駆動の実施に役立つ材料から形成されてよい。例えば、使用時、血流に暴露される血液ポンプ500の部分、例えば、インペラー534および536、およびポンプ筐体540および550は、生体適合性材料、例えば、ステンレススチール、チタン、セラミック、ポリマー材料、複合材料、またはこれらの材料の組み合わせによって形成、塗布、または包含されてもよい。さらに、使用時、互いに接触し合う可能性のある、血液ポンプ500の面または部分、例えば、左側インペラー534およびポンプ筐体540、または、右側インペラー536およびポンプ筐体550、またはローターケース564は、低摩擦材料、例えば、フルオロカーボンポリマーコーティング、ダイアモンド様カーボンコーティング、セラミック、チタン、およびダイアモンド塗布チタンによって形成、または塗布されてもよい。
【００７６】
当業者であれば、TAHシナリオの場合、肺動脈と全身性動脈の血流、および両心房の圧をバランスさせることが重要であることを理解するであろう。例えば、もしも右側ポンプ552が、左側ポンプ542よりも高い流速で血液を輸送するならば、血液は肺に蓄積し、うっ血性心不全を招く可能性がある。別の例として、もしも左側ポンプ545が、右側ポンプ552よりも高い流速で血液を輸送するならば、血液は肝臓に蓄積し、肝不全を招く可能性がある。したがって、血液ポンプ500の目標は、肺動脈と全身性動脈の血流、および両心房の圧をバランスさせることである。本発明によれば、血液ポンプ500は、左側（全身性）ポンプ542と右側（肺側）ポンプ552の形状または構成を調節することによって、全身性および肺側の、心房圧および動脈流速をバランスさせる。
【００７７】
本発明によれば、血液ポンプ500は、ステーターアッセンブリ520に対するローターアッセンブリ530の軸方向移動を可能とする、隙間を持つように構成される。図１２を参照すると、ローターアッセンブリ530は、この軸性隙間のほぼ中点に位置づけられる。血液ポンプ500は、左側インペラー534と左側ポンプ筐体540の間に、"D1"として一般的に特定される軸性背面隙間を有する。図１２に示すように、D1は、左側インペラー534の羽根612と、左側ポンプチェンバー544の背面578との間の隙間であり、この場合、左側ポンプチェンバーは、少なくとも部分的に、ステーターアッセンブリ520か、左側ポンプ筐体540か、またはステーターアッセンブリと左側ポンプ筐体の両方によって画定されてもよい。ポンプ500の動作時、ローターアッセンブリ530が、ステーターアッセンブリ520に対し軸方向に移動すると、左側インペラー534は、左側ポンプチェンバー544の中を軸方向に移動する。
【００７８】
血液ポンプ500は、右側インペラー536と右側ポンプ筐体550との間に、"D2"として一般的に特定される、軸性の前方隙間を有する。この前方隙間D2は、右側インペラー536の背板620と、右側ポンプ筐体550における環状隆起630との間に画定され、ここに、回転表面604は、チェンバー608を画定する表面と交差する。隙間D2は、第2インペラー536の羽根622が、チェンバー608の中に進入し、かつ、回転チェンバー606から抜け出る度合いを示す。さらに、隙間D2は、背板620および隆起630の間に画定される環状の孔または開口632のサイズを示す。開口632は、第2インペラー536が、回転チェンバー606を通じて流体を汲みだす面積を画定する。D2が減少するにつれて、第2インペラー536の羽根622は、回転チェンバー606から離れてまたは延びて、チェンバー608に進入するので、開口632の面積は減少する。逆に、D2が増大するにつれて、第2インペラー536の羽根622は、チェンバー608から離れてまたは延びて、回転チェンバー606中に進入するので、開口632の面積は増大する。
【００７９】
図１２に示す構成では、左側ポンプ542の性能は、D1が減少するにつれて向上し、右側ポンプ552の性能は、D2が増大するにつれて向上する。血液ポンプ500の動作時、ローターアッセンブリ530は、左側および右側ポンプ542および552によって創出される、ポンプ駆動の流体力学的力によって、ステーターアッセンブリ520に対し軸方向に移動または往復運動することが可能である。ローターアッセンブリ530は、D1およびD2が最大となる左側位置と、D1およびD2が最小となる右側位置との間を軸方向に移動することが可能である。
【００８０】
ローターアッセンブリ530が、左側および右側位置の間を軸方向に動くとき、左側および右側ポンプ542および552の構成または形状も変えられる。左側インペラー534の軸位置が変化するにつれて、左側インペラーと、左側ポンプ筐体540の背面578の間の隙間D1も変化し、これは、左側ポンプ542および左側ポンプチェンバー544の構成および形状を変える。右側インペラー536の軸位置が変化するにつれて、右側インペラーと右側ポンプ筐体550の間の隙間D2も変化し、これは、開口632のサイズ、右側ポンプチェンバー554の構成および形状、並びに、右側ポンプ552の構成または形状を変える。
【００８１】
隙間D1が増大し、隙間D2が減少するにつれて、第1および第2ポンプ542および552は、その水圧出力を減少させる。したがって、ある任意のポンプ速度において、インペラー534および536が、ステーターアッセンブリ522の方に移動するにつれて（すなわち、それぞれ、隙間D1を減少させ、D2を増大させるにつれて）、ポンプ542および552は水圧出力を増し、圧および流量もそれに応じて増大する。逆に、インペラー534および536が、ステーターアッセンブリ522から遠ざかる方向に移動するにつれて（すなわち、D1を増大させ、D2を減少させるにつれて）、ポンプ542および552は水圧出力を下げ、圧および流量もそれに応じて減少する。
【００８２】
したがって、本発明の血液ポンプ500の、単一モーター・2段階式の構成では、左側ポンプ段階542において圧および流量の増大をもたらすローターアッセンブリ530の軸性移動は、同時に、右側ポンプ段階552において圧および流量の減少をもたらす、ということが了解されよう。同様に、右側ポンプ段階552において圧および流量の増大をもたらすローターアッセンブリ530の軸性移動は、同時に、左側ポンプ段階542において圧および流量の減少をもたらす。このことから、血液ポンプ500がいずれの速度であっても、ローターアッセンブリ530の、ステーターアッセンブリ520に対する軸位置が適切な位置に調節されている限り、左側および右側ポンプ段階542および552はバランスさせることが可能ということになる。
【００８３】
この原理に基づき、本血液ポンプ500を用いると、ローターアッセンブリ530の軸位置を調節することによって、全身性および肺側の圧および流量特性を制御することが可能である。図９〜１２の実施態様では、ローターアッセンブリ530の軸位置、したがって、左側および右側ポンプ542および552の形状または構成を、受動的に調節することが可能である。
【００８４】
血液ポンプ500の受動的制御構成では、ローターアッセンブリ530の軸位置は、動作時、左側および右側ポンプ542および552によって創出される水圧力によって受動的または内在的に制御される。
【００８５】
コントローラーによって実行される制御アルゴリスムは、動作時には、指定の全身性流量を供給するようにポンプ速度を調節する。ローターアッセンブリ530の軸位置を調節することによって、全身性流量と肺側流量のバランスが実現される。ローターアッセンブリ530の軸調節は、左側および右側インペラー534および536の構成に基づいて、水圧によって、内在的に、または自動的に行われる。図１３を参照すると、ポンプ500の速度の制御は、速度、電力消費、および平衡時出力流の間に見られる、特徴的な数学的関係に基づく。図１３において、正味のワット数は、モーターに供給された電力からベアリングの摺動電力／モーター効率を差し引いたものに等しく、メータ電力からインペラー無しモーター駆動に必要な電力を差し引いて計算され、ここに、全身性血管抵抗(SVR) = 500 - 2000 dyne-sec/cm5、および肺循環血管抵抗(PVR) = 100 - 500 dyne-sec/cm5である。また、図１３において、KRPMは、モーターのrpm/1000である。速度パルスに対する流量反応からも、全身性血管抵抗を推定することが可能であり、これは、速度における電力消費の変化と相関させることが可能である。
【００８６】
インペラー534および536の背板部分610および620に作用する、軸方向の、流体力学的力は、主に、ポンプの入力圧によって創出されるものであるから、ローターアッセンブリ530の軸位置は、左側および右側の入口部分592および602の間の圧力差に応じて調節される。ローターアッセンブリ530の軸位置が調節されるとそれにつれて、左側および右側ポンプ542および552の形状および水圧性能も前述のように変化する。これは、左側および右側ポンプ542および552の流出量および圧において、対応する変化または調節をもたらし、そのため、二つのポンプの間の圧と流量性能がバランスされる。このようにして、本血液ポンプ500は、左側および右側ポンプ542および552の水圧性能の漸進的変化を通じて、肺側および全身性流量ばかりでなく、心房圧をもバランスさせるのに寄与する、自律調節性ローターアッセンブリ530を持つように構成される。
【００８７】
隙間が大きい状態で動作する場合、ポンプ駆動羽根が、軸性隙間の中点にあるとき（前方および後方隙間が等しいとき）、ポンプ性能は最小となる。したがって、インペラー534および536をどちらかの軸方向に動かすことによって性能を変調することが可能である。後方隙間D1が最小の場合、左側ポンプ542の最高性能が得られ、一方、前方隙間D2が最小の場合、右側ポンプ552の最高性能が得られる。図９〜１２の実施態様において実施される受動的制御は、隙間D1およびD2を調節することによって性能を変調する。性能を変調するために後方（内部）辺縁を使用する利点は、回転アッセンブリに作用する水圧力が、受動的制御のために適切な方向の軸性移動を実現し、そのため、能動的軸性制御システムが不要となることである。
【００８８】
図９〜１２の実施態様では、左側ポンプ542は、急峻な、圧上昇・対・流量特性を持つように、さらに、インペラー羽根の隙間D1を介して性能を調節するように構成され、そのため、左側ポンプ出力は、図１２において見て取れるように、回転アッセンブリが右に移動するにつれて増大する。右側ポンプ552は、インペラー羽根の放出を制御する開口632を創出することによって性能を調節するように構成され、回転アッセンブリが右に移動するにつれて（図１２において）出力を下げ、回転アッセンブリが左に移動するにつれて出力を増す。
【００８９】
好都合なことに、この構成は自律調節的である。変化する血管抵抗に応じて、回転するローターアッセンブリ530は、左側および右側流入口546および556における入力圧間の不平衡を自動的に補正するように、入力圧が最低となる方向に移動する。したがって、例えば、左心房吸着によって入口が閉鎖された場合、左側流入圧は降下し、回転アッセンブリは、左に、すなわち、低圧方向に移動する。これは、右側ポンプ性能の上昇と同時に、左側ポンプ性能の低下をもたらし、吸着条件を自動的に補正する。ポンプ500は、右心房吸着の場合も、同様に動作し、対応的に自律調節すると考えられる。
【００９０】
本発明の上述の説明から、当業者であれば、改良点、変更点、および修正点を感得することであろう。当該技術分野の技量の範囲内にある、そのような改良点、変更点、および修正点は、添付の特許請求の範囲によって包含されることが意図される。
【図１】
2011501028.tif 000003
【図２】
2011501028.tif 000004
【図３】
2011501028.tif 000005
【図４】
2011501028.tif 000006
【図５】
2011501028.tif 000007
【図６】
2011501028.tif 000008
【図７】
2011501028.tif 000009
【図８】
2011501028.tif 000010
【図９】
2011501028.tif 000011
【図１０】
2011501028.tif 000012
【図１１】
2011501028.tif 000013
【図１２】
2011501028.tif 000014
【図１３】
2011501028.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成22年7月8日(2010.7.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1および第2ポンプ筐体を画定する筐体と；
該筐体内部に支持され、軸の周囲に回転可能なローター
を含むポンプであって、
該ローターは、該第1ポンプ筐体内部に配される第1インペラー、および、該第2ポンプ筐体内部に配される第2インペラーを含み；
第1インペラーに作用する入力圧が、該ローターを、該筐体に対し該軸にそって第1方向に移動させ、かつ、第2インペラーに作用する入力圧が、該ローターを、該筐体に対し、該軸にそって第1方向とは反対の、第2方向に移動させ、
該ローターの第1方向及び第2方向への移動が、該ポンプの水圧性能特性を調節する
ことを特徴とする、ポンプ。
【請求項２】
前記第1ポンプ筐体および第1インペラーは、前記ポンプの第1ポンプ駆動段階の画定に与り、前記第2ポンプ筐体および第2インペラーは、前記ポンプの第2ポンプ駆動段階の画定に与り、前記軸にそう前記ローターの移動が、該第1および第2ポンプ駆動段階の水圧性能特性を変えることを特徴とする、請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記ローターが血液中で中性浮遊状態にあり、前記ローターアッセンブリが、該中性浮遊状態による位置的姿勢に対して無反応であることを特徴とする、請求項１に記載のポンプ。
【請求項４】
前記筐体が：
内部で前記第1インペラーが前記軸の周囲に回転するために支持される第1ポンプ駆動チェンバーの画定に与る、第1ポンプ筐体部分；および、
内部で前記第2インペラーが前記軸の周囲に回転するために支持される第2ポンプ駆動チェンバーの画定に与る、第2ポンプ筐体部分；
を含み、
該第1インペラーは、該第1ポンプ筐体部分に対し該軸にそって移動可能であり；
該第2インペラーは、該第2ポンプ筐体部分に対し該軸にそって移動可能であり；
該第1および第2インペラーは、該軸にそって該ローターアッセンブリと共に移動させられると、該ポンプの水圧性能特性を調節するために、該第1および第2ポンプ筐体部分に対して移動する
ことを特徴とする、請求項１に記載のポンプ。
【請求項５】
前記第1ローターが第1背板を含み、該第1背板は、該第1背板に作用する流体圧が、主に、前記軸にそう第1方向において、前記ローターアッセンブリに対し軸方向水圧力を及ぼす入力圧であるように、前記第1ポンプ筐体部分の第1ポンプ流入口に対して、軸揃えされ、かつ直面し、かつ、
前記第2ローターが第2背板を含み、該第2背板は、該第2背板に作用する流体圧が、主に、第1方向とは反対の、前記軸にそう第2方向において、前記ローターアッセンブリに対し軸方向水圧力を及ぼす入力圧であるように、前記第2ポンプ筐体部分の第2ポンプ流入口に対して、軸揃えされ、かつ直面する
ことを特徴とする、請求項１に記載のポンプ。
【請求項６】
あるポンプ速度について、前記第1および第2背板に印加される軸力が互いに等しくかつ反対向きとなるような、前記ローターアッセンブリの軸位置が存在することを特徴とする、請求項５に記載のポンプ。
【請求項７】
前記第1インペラーに作用する流入圧が、前記ローターアッセンブリに対し、前記軸にそって第1方向に軸力を及ぼし、かつ、前記第2インペラーに作用する流入圧が、前記ローターアッセンブリに対し、前記軸にそって、前記第1方向とは反対の第２方向に軸力を及ぼすように構成されることを特徴とする、請求項１に記載のポンプ。
【請求項８】
前記第1および第2インペラーに作用する流入圧によって前記ローターアッセンブリに印加される軸力が、該第1および第2インペラーに作用する流入圧のバランスが得られるように、該ローターアッセンブリの軸位置を調節することを特徴とする、請求項７に記載のポンプ。
【請求項９】
前記ポンプの水圧性能が、前記第1および第2インペラーの内の少なくとも一つのインペラー羽根と、前記筐体の背面との間の後方隙間を調節することによって調節されることを特徴とする、請求項１に記載のポンプ。
【請求項１０】
前記ポンプの水圧性能が、前記ローターの、前記筐体に対する相対的軸移動に応じて、前記第1および第2インペラーの内の少なくとも一つを、ポンプ駆動チェンバーから引き出して、隣接チェンバーに納めることによって調節されることを特徴とする、請求項１に記載のポンプ。
【請求項１１】
前記ポンプの水圧性能が、前記ローターの、前記筐体に対する相対的軸移動に応じて、ポンプ駆動開口のサイズを調節することによって調節されることを特徴とする、請求項１に記載のポンプ。
【請求項１２】
前記第1および第2インペラーが、それぞれ、背板、および、該背板から放射状に延びる複数の羽根を含み、該羽根が、該背板の外縁を超えて放射状に延びる末端部分を有することを特徴とする、請求項１に記載のポンプ。
【請求項１３】
前記第1インペラーによって産み出される出口圧が、主に、該第1インペラーの羽根の末端部分において発生し；かつ、
前記第2インペラーによって産み出される出口圧が、主に、該第2インペラーの羽根の末端部分において発生する
ことを特徴とする、請求項１２に記載のポンプ。
【請求項１４】
前記第1および第2インペラーの羽根が、流入が低角度であって放出が放射状である一次羽根および分岐羽根を含むことを特徴とする、請求項１２に記載のポンプ。
【国際調査報告】
2011501028.tif 000016
2011501028.tif 000017
2011501028.tif 000018