(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大動脈弁の遠位側にある大動脈の一部、又は肺動脈弁の遠位側にある肺動脈の一部のいずれかを除去した部分の代わりに埋め込まれる人工心室であって：
血液を受け取るための流入口と；
血液を排出するための流出口と；
前記流入口と前記流出口の間に配置されるチャンバーと；
前記人工心室を拡張形態または収縮形態に作動させる機構であって、前記拡張形態では血液が前記流入口に流入し、前記収縮形態では血液が前記流出口から流出する機構と
を備え、前記チャンバーが弾性外壁を有し、前記人工心室を前記拡張形態または前記収縮形態に作動させる機構が：
前記チャンバーの前記弾性外壁上に直接配置され、かつ磁場発生器を有する第１のパッドと；
前記チャンバーの前記弾性外壁上の、前記第１のパッドとは反対側に配置され、かつ前記磁場発生器が磁場を発生させると前記磁場発生器に引きつけられる材料を有する第２のパッドであって、前記磁場発生器が磁場を発生させると前記第１のパッドと前記第２パッドとが互いに近づく方向に移動し、その結果、前記チャンバーの前記弾性外壁が収縮することにより、前記人工心室を前記収縮形態に作動させ、かつ、前記磁場発生器が磁場を発生させておらず、前記材料が前記磁場発生器に引きつけられないときには、前記チャンバーの前記弾性外壁が前記人工心室を前記拡張形態に作動させる第２のパッドと
を含むことを特徴とする人工心室。
【請求項２】
大動脈弁の遠位側にある大動脈の一部、又は肺動脈弁の遠位側にある肺動脈の一部のいずれかを除去した部分の代わりに埋め込まれる人工心室であって：
血液を受け取るための流入口と；
血液を排出するための流出口と；
前記流入口と前記流出口の間に配置されるチャンバーと；
前記人工心室を拡張形態または収縮形態に作動させる機構であって、前記拡張形態では血液が前記流入口に流入し、前記収縮形態では血液が前記流出口から流出する機構と；
前記チャンバーへの血液の逆流を防ぐ、前記流出口にある一方向弁と
を備え、前記チャンバーが弾性外壁を有し、前記人工心室を前記拡張形態または前記収縮形態に作動させる機構が：
前記チャンバーの前記弾性外壁上に直接配置され、かつ磁場発生器を有する第１のパッドと；
前記チャンバーの前記弾性外壁上の、前記第１のパッドとは反対側に配置され、かつ前記磁場発生器が磁場を発生させると前記磁場発生器に引きつけられる材料を有する第２のパッドであって、前記磁場発生器が磁場を発生させると前記第１のパッドと前記第２パッドとが互いに近づく方向に移動し、その結果、前記チャンバーの前記弾性外壁が収縮することにより、前記人工心室を前記収縮形態に作動させ、かつ、前記磁場発生器が磁場を発生させておらず、前記材料が前記磁場発生器に引きつけられないときには、前記チャンバーの前記弾性外壁が前記人工心室を前記拡張形態に作動させる第２のパッドと
を含むことを特徴とする人工心室。
【請求項３】
前記一方向弁がダイヤフラム弁である、請求項２に記載の人工心室。
【請求項４】
前記チャンバーが卵形である、請求項１または２に記載の人工心室。
【請求項５】
人工心室であって：
前記磁場発生器と電気的に接続されている電気エネルギー供給と；
前記電気エネルギー供給を駆動して前記磁場発生器に通電する、または通電を停止する制御器と；
心室拡張期または心室収縮期にあるときに、前記制御器に信号を送るＥＣＧ信号発生器であって、心室拡張期であるという信号を前記ＥＣＧ信号発生器が前記制御器に送ると、前記制御器が前記電気エネルギー供給を駆動して前記磁場発生器に通電し、かつ、心室収縮期であるという信号を前記ＥＣＧ信号発生器が前記制御器に送ると、前記制御器が前記電気エネルギー供給を駆動して前記磁場発生器への通電を停止するＥＣＧ信号発生器と
をさらに有する、請求項１または２に記載の人工心室。
【請求項６】
大動脈弁の遠位側にある大動脈の一部、又は肺動脈弁の遠位側にある肺動脈の一部のいずれかを除去した部分の代わりに埋め込まれる人工心室であって：
血液を受け取るための流入口と；
血液を排出するための流出口と；
前記流入口と前記流出口の間に配置されるチャンバーと；
前記人工心室を拡張形態または収縮形態に作動させる機構であって、前記拡張形態では血液が前記流入口に流入し、前記収縮形態では血液が前記流出口から流出する機構と
を備え、前記チャンバーが弾性外壁を有し、前記人工心室を前記拡張形態または前記収縮形態に作動させる機構が：
前記チャンバーの前記弾性外壁上に直接付設される磁場発生器と；
前記チャンバーの前記弾性外壁にある、前記磁場発生器が磁場を発生させると前記磁場発生器に引きつけられる材料であって、前記磁場発生器が磁場を発生させると互いに近づく方向に移動し、その結果、前記チャンバーの前記弾性外壁が収縮することにより、前記人工心室を前記収縮形態に作動させ、かつ、前記磁場発生器が磁場を発生させておらず、前記材料が前記磁場発生器に引きつけられないときには、前記チャンバーの前記弾性外壁が前記人工心室を前記拡張形態に作動させる材料と
を含むことを特徴とする人工心室。
【請求項７】
人工心室であって：
前記磁場発生器と電気的に接続されている電気エネルギー供給と；
前記電気エネルギー供給を駆動して前記磁場発生器に通電する、または通電を停止する制御器と；
心室拡張期または心室収縮期にあるときに、前記制御器に信号を送るＥＣＧ信号発生器であって、心室拡張期であるという信号を前記ＥＣＧ信号発生器が前記制御器に送ると、前記制御器が前記電気エネルギー供給を駆動して前記磁場発生器に通電し、かつ、心室収縮期であるという信号を前記ＥＣＧ信号発生器が前記制御器に送ると、前記制御器が前記電気エネルギー供給を駆動して前記磁場発生器への通電を停止するＥＣＧ信号発生器と
をさらに有する、請求項６に記載の人工心室。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は心室補助装置に関し、具体的には、埋め込み型人工心室に関する。
【背景技術】
【０００２】
心機能の補助として、大動脈内バルーンポンプを用いたカウンターパルゼーション法が知られている。しかしながら、大動脈内バルーンポンプは、左心に重度の障害があると、血行動態を維持するのに十分でない場合がある。そのため、慢性心不全患者の心機能を補助する多くの代替的な装置が開発されている。例えば、２００８年３月２５日に公開されたＰｅｔｅｒｓ ｅｔ ａｌ．による特許文献１（その開示内容の全体が参照により本明細書に援用される）は、大動脈を変形させることによってカウンターパルゼーションによる心臓補助を提供する装置を開示している。好ましい実施形態では、変形圧力を周期的に、好ましくは、心臓の拡張期に同期させて加える。変形圧力は、大動脈外壁に、または大動脈壁を切除して作った開口部に当てたパッチに加えることができる。しかしながら、依然として心室補助装置の改善が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７，３４７，８１１号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の目的は、人工心室と、人工心室補助の方法とを提供することである。
【０００５】
血液を受け取るための流入口と、血液を排出するための流出口と、流入口と流出口の間に配置されるチャンバーとを備える人工心室が提供される。人工心室を拡張形態または収縮形態に作動させる機構も提供される。拡張形態では、血液は流入口に流入する。収縮形態では、血液は流出口から流出する。流出口に、チャンバーへの血液の逆流を防ぐ一方向弁を設けてもよい。一方向弁はダイヤフラム弁であってよい。チャンバーは弾性外壁を有していてもよい。チャンバーは卵形であってよい。
【０００６】
人工心室を拡張形態または収縮形態に作動させる機構は、チャンバーの弾性外壁上に配置される第１のパッドと、チャンバーの弾性外壁上の、第１のパッドとは反対側に配置される第２のパッドとを含んでよい。第１のパッドは磁場発生器を有してよく、第２のパッドは、磁場発生器が磁場を発生させると、磁場発生器に引きつけられる材料を有してよい。磁場発生器が磁場を発生させると、第２のパッドは第１のパッドの方向に移動し、その結果、チャンバーの弾性外壁が収縮することにより、人工心室を収縮形態に作動させてよい。磁場発生器が磁場を発生させておらず、材料が磁場発生器に引きつけられないときには、チャンバーの弾性外壁は人工心室を拡張形態に作動させてよい。
【０００７】
人工心室を拡張形態または収縮形態に作動させる機構は、別法として、チャンバーの弾性外壁と一体になった磁場発生器と、磁場発生器が磁場を発生させると、磁場発生器に引きつけられる、チャンバーの弾性外壁と一体になった材料とを含んでよい。磁場発生器が磁場を発生させると、材料は磁場発生器の方向に移動し、その結果、チャンバーの弾性外壁が収縮することにより、人工心室を収縮形態に作動させてよい。磁場発生器が磁場を発生させておらず、材料が磁場発生器に引きつけられないときには、チャンバーの弾性外壁は人工心室を拡張形態に作動させてよい。
【０００８】
人工心室は、磁場発生器と電気的に接続されている電気エネルギー供給と、電気エネルギー供給を駆動して磁場発生器に通電する、または通電を停止する制御器と、心室拡張期または心室収縮期にあるときに、制御器に信号を送るＥＣＧ信号発生器とをさらに含んでよい。心室拡張期であるという信号をＥＣＧ信号発生器が制御器に送ると、制御器は電気エネルギー供給を駆動して磁場発生器に通電してよい。心室収縮期であるという信号をＥＣＧ信号発生器が制御器に送ると、制御器が電気エネルギー供給を駆動して磁場発生器への通電を停止してよい。
【０００９】
本来の大動脈弁の遠位側にある大動脈の一部を除去するステップと、大動脈の除去部分の代わりに人工心室を埋め込むステップとを含む、左心室補助の方法も提供される。人工心室は、血液を受け取るための流入口と、血液を排出するための流出口と、流入口と流出口の間に配置されるチャンバーとを備える。人工心室を拡張形態または収縮形態に作動させる機構も備える。拡張形態では血液は流入口に流入する。収縮形態では血液は流出口から流出する。心室収縮期に人工心室を拡張形態に作動させ、心室拡張期に人工心室を収縮形態に作動させる。
【００１０】
本来の肺動脈弁の遠位側にある肺動脈の一部を除去するステップと、肺動脈の除去部分の代わりに人工心室を埋め込むステップとを含む、右心室補助の方法がさらに提供される。人工心室は、血液を受け取るための流入口と、血液を排出するための流出口と、流入口と流出口の間に配置されるチャンバーとを備える。人工心室を拡張形態または収縮形態に作動させる機構も備える。拡張形態では血液は流入口に流入する。収縮形態では血液は流出口から流出する。心室収縮期に人工心室を拡張形態に作動させ、心室拡張期に人工心室を収縮形態に作動させる。
【００１１】
以下に、単に一例として本発明の実施形態を説明する。この説明とあわせて添付の図面を参照することにより、本発明がさらに容易に理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】埋め込み型人工左心室と埋め込み型人工右心室が取り付けられた両室不全心臓の部分断面図である。
【図２】図１の人工左心室の斜視図である。
【図３】拡張形態を取る図１の人工左心室の断面図である。
【図４】収縮形態を取る図１の人工左心室の断面図である。
【図５】左心室補助を提供する方法を示す流れ図である。
【図６】右心室補助を提供する方法を示す流れ図である。
【図７】図１の人工心室の働きを示す流れ図である。
【図８】拡張形態を取る別の人工心室の断面図である。
【図９】収縮形態を取る図８の人工心室の断面図である。
【図１０】拡張形態を取る別の人工心室の断面図である。
【図１１】収縮形態を取る図１０の人工心室の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面に関して、まず図１は、埋め込み型人工左心室１２と埋め込み型人工右心室１４が取り付けられた両室不全心臓１０を示す。人工左心室１２は、通常、流入口１６と、流出口１８と、流入口１６と流出口１８の間に配置されるチャンバー２０とを備える。人工左心室１２の流入口１６は、心臓１０の機能不全の左心室２２と流体連通しており、人工左心室の流出口１８は大動脈２４と外科的に接続され、かつこれと流体連通している。したがって、人工左心室１２は、左心室２２から大動脈２４への血流を補助する。より具体的には、本来の大動脈弁（図示せず）の遠位側にある大動脈２４の一部が除去され、人工左心室１２に置き換えられている。人工左心室１２の流入口１６は大動脈２４の近位開口端に接続されている。人工左心室１２の流出口１８は大動脈２４の遠位開口端に接続されている。機能不全の左心室２２は、左心房から大動脈２４への血流の経路として、ならびに以下に説明する貯血槽として機能する。
【００１４】
同様に、人工右心室１４は、通常、流入口２６と、流出口２８と、流入口２６と流出口２８の間に配置されるチャンバー３０とを備える。人工右心室１４の流入口２６は、心臓１０の機能不全の右心室３２と流体連通しており、人工左心室の流出口２８は肺動脈３４と外科的に接続され、かつこれと流体連通している。したがって、人工右心室１４は、右心室３２から肺動脈３４への血流を可能にする。より具体的には、本来の肺動脈弁（図示せず）の遠位側にある肺動脈３４の一部が除去され、人工右心室１４に置き換えられている。人工右心室１４の流入口２６は肺動脈３４の近位開口端と外科的に接続されている。人工右心室１４の流出口２８は肺動脈３４の遠位開口端に接続されている。機能不全の右心室３２は、右心房から肺動脈３４への血流の経路として、ならびに以下に説明する貯血槽として機能する。
【００１５】
人工左心室１２と人工右心室１４は、実質的に同一の構造を有し、実質的に同一の方法で機能する。したがって、人工右心室１４が実質的に同一の構造を有し、実質的に同一の方法で機能するという理解のもとに、本明細書では人工左心室１２についてのみ詳細に説明する。人工左心室１２は、図２に詳細に示すが、その流出口１８に一方向弁３６を備える。一方向弁３６は、本実施例ではダイヤフラム逆止弁であるが、任意の適切な一方向弁を使用してよい。人工左心室１２のチャンバー２０を画定する弾性外壁３８が設けられている。卵形の形状は血栓形成を予防できるため、弾性外壁３８、つまり人工左心室１２は、本実施例では実質的に卵形である。しかしながら、他の実施例では、人工左心室１２は任意の適切な形状を有してよい。
【００１６】
弾性外壁３８の両側に、軟性パッド４０と４２が設けられている。本実施例では、パッド４０および４２は左右対称の形状であるが、一方のパッド４０は、電磁石４４の形態をした磁場発生器を備えているのに対し、もう一方のパッド４２は、電磁石４４が磁場を発生させると、電磁石４４に引きつけられる材料４６を備えている。本実施例では、材料４６は金属であるが、他の実施例では、電磁石４４によって発生する磁場と反対の極性を有する磁場を発生させる磁場発生器であってもよい。電磁石４４と材料４６は、それぞれ軟性パッド４０および４２の上又は内部に配置してよい。別法として、磁場発生器と、磁場発生器が磁場を発生させると磁場発生器に引きつけられる材料は、ともにチャンバーの外壁の壁と一体になっていてよい。
【００１７】
図３および４は、人工左心室１２の働きを示している。図３は、拡張形態を取る人工左心室１２を示す。図４は、収縮形態を取る人工左心室１２を示す。電気エネルギー供給４８、例えば電池は、本実施例では電線５０である導電体を介して、電磁石４４と電気的に接続されている。電気エネルギー供給４８は、ＥＣＧ信号源５４から信号を受信する制御器５２によって駆動される。心室拡張期であるという信号をＥＣＧ信号源５４が送ると、制御器５２は電気エネルギー供給４８を駆動して電磁石４４に通電し、心室収縮期であるという信号をＥＣＧ信号源５４が送ると、制御器５２は電気エネルギー供給４８を駆動して電磁石４４への通電を停止する。電気エネルギー供給４８、制御器５２、およびＥＣＧ信号源５４はすべて、埋め込み型のペースメーカー型装置５６の一部であってよい。
【００１８】
電磁石４４に通電すると、人工左心室１２は拡張形態から収縮形態に変化する。これは、通電すると、それぞれ軟性パッド４０と４２にある電磁石４４と材料４６とが、互いに引き合うからである。人工左心室１２が収縮形態を取ると、圧力差により一方向弁３６が開放し、概して図４の矢印１１０で示すように、チャンバー２０内の血液が流出口１８を通って大動脈２４に流れ込む。電磁石４４への通電を停止すると、人工左心室１２は収縮形態から拡張形態に変化する。これは、それぞれ軟性パッド４０と４２にある電磁石４４と材料４６とが、互いに引き合わなくなり、弾性外壁３８の弾力性が人工左心室１２に働き、拡張形態に変化させるからである。人工左心室１２が拡張形態を取ると、圧力差により一方向弁３６が閉鎖する。したがって、概して図３の矢印１２０で示すように、流入口１６を通ってチャンバー２０に流れ込む血液がチャンバーに貯蔵され、チャンバーが一時的に貯血槽として機能する。
【００１９】
手術では、上行大動脈の一部を外科的に除去し、大動脈の除去部分の代わりに人工左心室１２を埋め込む。２つのパッド４０および４２を、弾性外壁３８の両側で、チャンバー２０の弾性外壁３８上に配置する。一方のパッド４０が電磁石４４を備えているのに対し、もう一方のパッド４２は、電磁石４４が磁場を発生させると、電磁石４４に引きつけられる材料４６を備えている。電磁石４４は、電線５０を介して、埋め込み型のペースメーカー型装置５６に接続されている。埋め込み型のペースメーカー型装置５６は患者のＥＣＧを感知し、患者のＥＣＧに基づいて、電磁石４４に通電したり、通電を停止したりする。ＥＣＧのＲ波が、機能不全の左心室２２の収縮を示すと、電磁石４４は通電を停止し、人工心室１２が収縮形態から拡張形態に変化する。同時に、流出口１８にある一方向弁３６が閉鎖し、チャンバー２０内の圧力が低下する一方で、大動脈弁が開放する。その結果、血液は機能不全の左心室２２から流入口１６を通って、人工左心室１２のチャンバー２０に流れ込む。次いで、ＥＣＧのＴ波が、機能不全の左心室２２の弛緩を示すと、電磁石４４が通電し、人工心室１２が拡張形態から収縮形態に変化する。同時に、流出口１８にある一方向弁３６が開放することで、チャンバー２０に貯蔵されている血液が大動脈２４に流れ込む。そのため、左心室は左心房から人工左心室１２に流れる血液の経路として機能できるにすぎないのに対し、人工左心室１２はポンプとして機能する。
【００２０】
人工右心室１４は、肺動脈幹の一部が外科的に除去され、肺動脈幹の除去部分の代わりに人工右心室１４が埋め込まれていることを除いては、実質的に同じように機能する。そのため、右心室は右心房から人工右心室１４に流れる血液の経路として機能できるにすぎないのに対し、人工右心室１４はポンプとして機能する。
【００２１】
図１〜７に示す実施例では、人工心室を拡張形態または収縮形態に作動させる機構は電磁機構である。しかしながら、他の実施例では、機械的機構、油圧機構、電気的機構などの他の機構を使用し、人工心室を拡張形態または収縮形態に作動させてもよい。例えば、図８および９は、機能不全の左心室（図示せず）に埋め込まれた別の人工心室６０を示す。人工心室６０は、通常、流入口６２と、流出口６４と、流入口６２と流出口６４の間に配置される主チャンバー６６とを備える。人工心室６０の流入口６２は、機能不全の左心室と流体連通しており、人工心室６０の流出口６４は大動脈６８と流体連通している。人工心室６０の流出口６４には一方向弁７０がある。弾性部材７２は、主チャンバー６６を拡張チャンバー７４から分離し、拡張チャンバー７４は、導管７６を介して流体源と流体連通している。
【００２２】
人工心室６０は、拡張チャンバー７４に流体を取り入れることにより、図８に示す拡張形態から、図９に示す収縮形態に作動させることができる。人工心室６０は、拡張チャンバー７４から流体を引き抜くことにより、収縮形態から拡張形態に作動させることができる。人工心室６０が収縮形態を取ると、圧力差により一方向弁７０が開放し、概して図９の矢印１３０で示すように、主チャンバー６６内の血液が流出口６４を通って大動脈６８に流れ込む。人工心室６０が拡張形態を取ると、圧力差により一方向弁７０が閉鎖する。それにより、概して図８の矢印１４０で示すように、流入口６２を通って主チャンバー６６に流れ込む血液がチャンバーに貯蔵され、チャンバーが一時的に貯血槽として機能する。
【００２３】
図１０および１１は、主チャンバー８２が拡張チャンバー８４と８６の間に配置されることを除き、図８および９に示す人工心室６０と概ね類似した別の人工心室８０を示す。
【００２４】
本明細書に開示する人工心室は、完全に埋め込んで、機能不全の末期段階にある心室または完全に機能不全の心室の代わりに機能させることができる。１回当たりの血液拍出量を、形状や収縮方法の設計に組み入れることで、正常な心室の性能水準を実現できる。１回当たりの血液拍出量は、心室性能とは無関係であってよい。人工心室に一方向弁または逆流防止弁を設けて、血液がチャンバーに逆流するのを防ぐことにより、効率を向上させることができる。
【００２５】
上記に示した詳細の多くは一例にすぎず、以下の特許請求の範囲に基づいて定められる本発明の範囲を制限するものではないことが、当業者には理解されよう。
【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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