(57)【要約】【課題】ポンプ内部での血栓の発生を防止することができる人工心臓ポンプの提供。【解決手段】血液が流動される血液流路１と、該血液流路１内に設けられた羽根車２を回転駆動する駆動機構１２を備え、該回転駆動機構１２が体液により満たされ、密閉容器６内に収納される構成の人工心臓ポンプにおいて、前記羽根車２下流に、中空糸２４が束ねられた中空糸フィルタ２５が設けられ、血液を濾過し体液を集液部２１に集め、該体液を駆動機構１２の密閉容器６に補充する構成とし、密閉容器６内の余分の体液は駆動軸５のシール部先端１６より、羽根車２上流の血液中に排出させる事を特徴とする人工心臓ポンプ。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
血液が流動される血液流路と、該血液流路内に設けられた羽根車を回転駆動する駆動機構を備え、該駆動機構が体液により満たされ、密閉容器内に収納される構成の人工心臓ポンプにおいて、
前記羽根車下流に、中空糸が束ねられた中空糸フィルタが設けられ、血液を濾過し体液を集液部に集め、該体液を駆動機構を収納する密閉容器に供給する構成とし、密閉容器内の余分の体液は駆動軸のシール部先端より、羽根車上流の血液中に排出させることを特徴とする人工心臓ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載の人工心臓ポンプにおいて、
前記中空糸は、一端が前記体液集液部に接続され、他端は前記血液流路内に位置されているとともに閉鎖されていること、もしくは中空糸の両端が前記体液集液部に接続され、中空糸のほぼ中央が血流内で転向していることを特徴とする人工心臓ポンプ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の人工心臓ポンプにおいて、
前記駆動機構は、ロータと、該ロータの外周に臨んで配置されたステータとにより構成され、前記集液部からの体液は、該密閉容器内の前記ロータの回転中心部に向けて、駆動機構内に導入され、該ロータ側壁、さらに前記ステータとロータとの間を通ることを特徴とする人工心臓ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工心臓ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
医療用の代替心臓として、羽根車の回転により血液を圧送する人工心臓ポンプが開発実用化されようとしている。しかし、人工心臓ポンプが取り扱う血液は生命を守る為の様々な仕組みで構成されており、その注目される性質一つは血液の凝固（血栓）である。
血液の凝固（血栓）は複雑なメカニズムで構成されており、血液に含まれる、赤血球、血小板及び各種タンパク質が複雑に働き凝固（血栓）する。
血液の凝固（血栓）が発生すれば、最悪のケースポンプの停止又はその血圧の昇圧機能の低下、血栓による毛細血管閉塞等により、人工心臓ポンプの役割りを果たさなくなり、患者の生命を脅かす状況となる。
血液の凝固（血栓）を発生させない方法は、赤血球、血小板等の血球を損傷もしくは破壊させないことであるが、従来から人工心臓ポンプには以下の方式が検討／採用されている。
▲１▼　血液流路中の全ての回転部品（羽根車、駆動軸及び駆動機構のロータ等）を静止部品から、必要隙間以上で浮かせ、血球を損傷もしくは破壊させない構成とする。このため電磁機構による、磁気浮上方式を採用する。
▲２▼　▲１▼と同様血液流路中の全ての回転部品を浮かせるため、動圧軸受け機構を採用する。
▲３▼　人工心臓ポンプとして血液流路中での必須部品は、羽根車のみであり、その他の回転部品（駆動機構のロータ及び軸等）を血栓を発生しないシール液が充填された密閉容器に収納する。
▲４▼　回転部軸受けにピボット軸受けを採用したポンプも考案されているが、この方式は血球の損傷／破壊を最小とすることを目的としており、血栓をゼロとすることは出来ない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
▲１▼の磁気浮上方式は駆動装置とは別に、回転体を浮かせるため、回転体に複数の永久磁石、回転体の周囲静止部に複数の電磁石を設け、永久磁石と電磁石の反発力を利用して回転体を浮かせる方式を一般に採用している。
この方式の問題点は電磁石の制御が複雑で信頼性が確立していないこと、装置が大きく重くなることと、磁気浮上に必要な電源が大きいこと等である。
▲２▼の方式の動圧軸受けは、回転体と静止部間の隙間に潤滑液（血液）を押し込みその圧力により、回転体を浮かせる方式である。
この方式の問題点は、隙間の大きさが血球のサイズに比しあまり大きく出来ず、血球の損傷／破壊を完全に回避できていないのが現状である。
▲３▼の駆動装置シール方式は軸受け等の摺動部は密閉容器内にあり完全に血栓を発生させない構成と出来るが、羽根車駆動のための軸を、密閉容器壁を貫通させねばならず、貫通部から血液が密閉容器内に流入すれば、血栓発生となる。
この対策として体内もしくは体外にシール液補充タンク等を配置し、シール液を供給することにより、シール部からシール液を常に血液流路中へ排出する必要がある。シール液の補充を、本案のごとく血液からフィルタにより濾過する案も提案されているが、フィルタ差圧、面積等十分検討された方式でなく実用化が難しい段階にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に記載の人工心臓ポンプは、血液が流動される血液流路と、該血液流路内に設けられた羽根車を回転駆動する駆動機構を備え、該駆動機構が体液により満たされ、密閉容器内に収納される構成の人工心臓ポンプにおいて、前記羽根車下流に、中空糸が束ねられた中空糸フィルタが設けられ、血液を濾過し体液を集液部に集め、該体液を駆動機構の密閉容器に供給する構成とし、密閉容器内の余った体液は駆動軸のシール部先端より、羽根車上流の血液中に排出させる事を特徴とする。
【０００５】
この発明においては、圧力の高い羽根車下流側に血液を濾過して体液を分離する中空糸フィルタ及び体液集液部が配置されて、駆動機構密閉容器に導入され、駆動機構密閉容器からの余分な体液は駆動軸シール先端より、圧力の低い羽根車上流側に排出される。この構成により、駆動機構密閉容器内に血液が流入してしまうことが防止される。また駆動機構密閉容器内の体液は中空糸フィルタによって血液から血球やタンパク質が分離された液体であり、密閉容器内で血栓を起こすことはなく、さらに駆動機構の潤滑液、及び冷却液としての機能も有することとなる。
加うるに、密閉容器シール部先端から排出される体液は元々血液から濾過されたものであり血液中に戻しても問題はない。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の人工心臓ポンプにおいて、前記中空糸は、一端が前記体液集液部に接続され、他端は前記血液流路内に位置されているとともに閉鎖されていること、もしくは中空糸のほぼ中央が血流内で転向し（折り返され）、両端が前記体液集液部に接続されていることを特徴とする。
【０００７】
この発明においては、中空糸フィルタの中空糸が血液流路内に位置しているため、取り除かれた血球やタンパク質は中空糸フィルタの外表面に残るが、比較的流速の速い血流に容易に流されることにより、中空糸フィルタの外表面に付着または凝固しにくい。また万一血球が中空糸の外表面に付着することがあっても、血球及びタンパク質は体液を構成する成分の分子にたいし遙かに大きくフィルタの濾過機能を低下させることはあり得ない。
また、中空糸フィルタは血液流路に沿って位置され、動脈内まで延長出来ることから、自由に長さを設定することができるので必要濾過面積の確保が容易となる。
さらに中空糸の集液部他端は閉鎖されているか、もしくは折り返されており、血液がそのまま中空糸内に流入することが確実に防止される。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の人工心臓ポンプにおいて、前記駆動機構は、ロータと、該ロータの外周に臨んで配置されたステータとにより構成され、前記集液部からの体液は、該密閉室内の前記ロータの回転中心部に向けて、密閉容器内に導入され、該ロータ側壁、さらに前記ステータとロータとの間を通ることを特徴とする。
【０００９】
この発明においては、ロータが回転することにより、ロータの回転中心部に向かって導入された体液がロータ側壁と相対する密閉容器の壁とによるポンプ効果により昇圧されるので血液から体液を分離する中空糸フィルタの機能をさらに向上する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の人工心臓ポンプの一実施形態を、図面を参照しながら以下に説明するが、本発明がこれのみに限定解釈されるものでないことは勿論である。
【００１１】
図１に示した人工心臓ポンプは、羽根車２が内蔵され、血液が流動される血液流路１と、羽根車２を回転駆動するための、駆動機構１２とから構成されている。駆動機構１２は体液が充填された密閉容器６に収納されている。
羽根車２は、複数の羽根２ａを備えており、回転することにより血液流路１の上流から下流（図では左側から右側）に血液を圧送するようになっている。
また、密閉容器６内の駆動機構１２は、回転部品である永久磁石で構成されたロータ１０と駆動軸５及び、静止部品であるステータ１１、軸受け７と軸シール８から構成されている。図示省略の電源により、回転磁界を発生するステータと、回転する永久磁石のロータ１０は同期電動機を構成する。
なお電動機形式は本方式に限る必要なく、誘導電動機等他の形式の採用も可能である。
【００１２】
本図では、軸受け７のみが、体液を潤滑剤として駆動軸５により回転部品を軸支する構成であるが、軸受けは密閉容器６内にあれば、複数であっても良いし、ロータ１０の羽根車２の反対側に、ピボット軸受け等を設けスラスト軸受け機能を持たせても良い。
【００１３】
羽根車２下流の血液流路１内に複数の中空糸２４が束ねられた中空糸フィルタ２５が設けられている。中空糸２４は、その一端が集液部２１に接続されている。中空糸２４の他端は閉鎖されており、中空糸２４により血液から分離血球及びタンパク質を分離濾過された体液は集液部２１に集められる構成となっている。また中空糸２４は、ほぼ中央を血流中で転向（折り返）し、両端を集液部２１に接続する構成としても良い。集液部２１に集められた体液はチューブ２０ａを介し駆動機構１２を収納する密閉容器６に導入される。
密閉容器６内に導入された体液は、ロータ１０とロータ１０に相対する密閉容器６の内壁との間を通過する時に、ロータ１０が回転していることによるポンプ効果により昇圧され、次いでロータ１０とステータ１１間の隙間を経由し、次いでチューブ２０ｂを介してシール液室１８に流入する。
シール液室１８の体液の一部は軸受け７と駆動軸５の隙間を通ることにより潤滑液の役割を果たし、次いでロータ１０の羽根車２側の側壁と相対する密閉容器側壁間の隙間を通ってロータ１０とステータ１１間の隙間を流れる体液に合流し、チューブ２０ｂを経てシール液室１８に戻る。この循環流はロータ１０の回転によるポンプ効果により発生する。
シール液室１８の体液は、軸シール８を通って羽根車２の上流へ排出される。
【００１４】
このように構成された人工心臓ポンプは、以下のように動作する。
羽根車２が駆動機構１２によって回転されると、血液流路１内の血液が図の矢印Ａ方向に圧送される。このとき、羽根車２の回転によって運動エネルギーが付加されることで、上流から下流に向かう血液の流れが生成されるとともに、下流側の血圧が高くなる。これにより中空糸２４の外壁と内壁間に差圧が生成され、中空糸フィルタ２５の濾過機能が働き、血液から血球及びタンパク質が分離された体液を集液部２１に集めることが出来る。
【００１５】
集液部２１に集められた体液は、駆動機構１２を内蔵する密閉容器６のロータ１０の中心部へチューブ２０ａを介して導入される。
密閉容器６内に導入された体液は、ロータ１０とロータ１０に相対する密閉容器６内壁との間を通過する時に、ロータ１０が回転していることによるポンプ効果により昇圧され、ロータ１０とステータ１１間の隙間を経由し次いでチューブ２０ｂを介してシール液室１８に流入する。最終的に体液はシール液室１８から軸シール８を通って羽根車２の上流へ排出される。
これにより、血液流路１内の血液が軸シール８を逆流して駆動機構１２内に流入してしまうことが防止される。したがって、駆動機構１２内での血栓の発生を防止することができ、ロータ１０、駆動軸５等の回転部品の円滑な回転を維持することができる。
【００１６】
また、羽根車２の上流・下流の差圧に加え、ロータ１０側壁によるポンプ効果が加わることにより、中空糸フィルタ２５に作用する血液の差圧を大きくすることができる。
血液流路１から中空糸フィルタにより分離された体液は、軸シール８を介して再び血液流路１内に戻されるが、この体液は元々血液から分離されたものであるから人体には安全である。
中空糸フィルタ２５の下流端は血液流路１内に固定されず血流中に漂う状態であるため、血液流路１内において自由に長さを設定することができる。したがって、中空糸フィルタ２５を長くすることで、血液流路１から濾過分離する体液量の調節が可能となる。
【００１７】
なお、図２は図１の軸流ポンプに対する変形例である。図２の人工心臓ポンプは、遠心型の羽根車２’を備えている。血液流路１’は、羽根車２’の下流側において、羽根車２’の接線方向に延びている。本変形例でも、上記と同様に血液流路１’から中空糸フィルタ２５により体液を集液部２１に分離濾過し、密閉容器６へ供給する構成となっている。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては以下の効果を得ることができる。
請求項１に記載の発明によれば、中空糸フィルタにより血液から血球及びタンパク質等の血栓の素になる成分を分離して体液とし、回転摺動する駆動機構を収納する密閉容器に供給することによって、密閉容器内及びその排液が動脈内での血栓を回避することが出来る。
請求項２に記載の発明によれば、中空糸フィルタは比較的流速の高い血流中に配置され、分離された血球やタンパク質は容易に血流に流されることにより、中空糸フィルタの外表面に付着または凝固して中空糸フィルタの性能が低下してしまうことを防止することができる。
請求項３に記載の発明によれば、駆動機構を収納する密閉容器内に流入した体液はロータと密閉容器の側壁により生成されるポンプ効果により昇圧される。したがって、高い中空糸フィルタへの差圧を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】同人工心臓ポンプを示す図であって、羽根車の回転軸線を含む断面で見た場合の断面図である。
【図２】同人工心臓ポンプの変形例を示した断面図である。
【符号の説明】
１　　血液流路
２　　羽根車
２ａ　羽根
５　　駆動軸
６　　密閉容器
７　　軸受け
８　　シール
１０　ロータ（永久磁石）
１１　ステータ（回転磁界発生装置）
１２　駆動機構
１８　シール液室
２１　集液部
２４　中空糸
２５　中空糸フィルタ
【図１】
2004016426.tif 000003
【図２】
2004016426.tif 000004