(57)【要約】      （修正有）【課題】生体の内圧にかかわらず、常に、右側血液ポンプの血液の拍出量と左側血液ポンプの血液の吸引量とを異ならせることができる人工心臓システムを提供すること。【解決手段】左右の油圧配管に接続された容積可変機構１１を、大プッシャープレート２３Ｒを持つ大ダイアフラム２１Ｒと、小プッシャープレート２３Ｌを持つ小ダイアフラム２１Ｌと、これらのプッシャープレート２３Ｌ，２３Ｒを結合するロッド２２と、右側油圧配管のみに連通するとともに大ダイアフラム２１Ｒによって分隔される右側容積可変室３１Ｒと、左側油圧配管のみに連通するとともに小ダイアフラム２１Ｌによって分隔される左側容積可変室３１Ｌと、大小のダイアフラム２１Ｌ，２１Ｒによって分隔される中央容積可変室３２と、コンプライアンスチャンバーに連通するベントチューブ１３が接続されるベントポート１５などから構成する。【選択図】  図３
2005052240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
右側血液室と右側油圧室とが右側弾性部材で区画された右側血液ポンプと、前記右側血液ポンプの右側油圧室に連通する右側油圧配管と、左側血液室と左側油圧室とが左側弾性部材で区画された左側血液ポンプと、前記左側血液ポンプの左側油圧室に連通する左側油圧配管と、前記右側油圧配管を介して前記右側血液ポンプの右側油圧室に対し作動流体の吐出・吸込を行うと同時に前記左側油圧配管を介して前記左側血液ポンプの左側油圧室に対し作動流体の吸込・吐出を行う油圧ポンプと、を有し、前記右側血液ポンプと前記左側血液ポンプとが略同一の形状体であるとともに、前記右側油圧配管及び前記左側油圧配管に前記油圧ポンプが吸込・吐出する作動流体の量が相等しい人工心臓システムにおいて、
前記右側油圧配管と前記左側油圧配管とに連通する容積可変機構を備え、
前記容積可変機構には、
前記右側油圧配管のみに連通することにより作動流体が充填されるとともに右側移動部材で区画された右側容積可変室と、
前記左側油圧配管のみに連通することにより作動流体が充填されるとともに左側移動部材で区画された左側容積可変室と、が設けられ、
前記右側容積可変室の容積と前記左側容積可変室の容積とが異なるとともに、前記右側移動部材及び前記左側移動部材が作動流体から受ける油圧の大小関係により、前記右側移動部材及び前記左側移動部材が差動すること、を特徴とする人工心臓システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液圧駆動方式の人工心臓システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
生体の心臓では、全身を循環した血液が、図６に示すように、静脈１０６から右心房１０３を経由して右心室１０２へ、さらに、右心室１０２から肺動脈１０７を経由して左右の肺１０８へ送血され、その後、左右の肺１０８でガス交換された血液は、肺静脈１０９を経由して左心房１０５へ、さらに、左心房１０５から左心室１０４を経由して大動脈１１０へ送血され、その後、全身を循環する。
【０００３】
但し、生体の心臓が病気などによって置換以外に救命の手段がないと判断される場合には、例えば、生体の心臓を切除して体内に人工心臓システムを埋め込み、かかる人工心臓システムの機械的手段によって血液の循環が代行される。この点、体内埋め込み型人工心臓システムでは、左右の血液ポンプや、それらを駆動する駆動部、その駆動部を制御するコントローラ、電源系など、全ての部品を患者の体内に埋め込んでおり、患者の皮膚を貫通するチューブや電線を廃しているので、感染の危険性を低減するとともに患者の移動性も向上させるなど、ＱＯＬが高い。
【０００４】
特に、体内埋め込み型人工心臓システムのうち、拍動型の人工心臓システムは、生体の心臓と同様に脈拍を持つため、より生体適合性が高い。そして、この拍動型人工心臓システムでは、システム全体を小型化できるため、モーター駆動方式が主流になっている。また、このモーター駆動方式には、モーターの回転力をボールネジ機構などにより直線運動に変換し、ダイアフラムを押し引きする電気機械式と、モーターにより油圧ポンプを駆動し、この油圧により血液ポンプのダイアフラムを押し引きする電気油圧式とがある。
【０００５】
この点、電気機械式では、往復運動するボールネジの両端により、左右の血液ポンプを交互に拍出させるため、左右の血液ポンプと駆動機構が一体になっていることから、小型化および自然心臓を切除した空間へのフィティングが難しい。一方、電気油圧式では、油圧ポンプと血液ポンプの油圧室間を油圧配管で接続するため、各々を分離して配置することが可能となり、特に、欧米人と比較して小柄な東洋人にも埋め込むことができるので、小型のシステムを構築するのに好適である。
【０００６】
そこで、ここでは、体内埋め込み型で拍動型の人工心臓システムのうち、電気油圧式の一例（以下、単に「人工心臓システム」という）について説明する。図７は、人工心臓システム２００の概要を示した図である。図７に示すように、人工心臓システム２００は、電源２０１や、制御回路２０２、モーター２０３、インペラ２０５を有した油圧ポンプ２０４、左右の油圧配管２０６Ｌ，２０６Ｒ、左右の血液ポンプ２０７Ｌ，２０７Ｒなどで構成されている。さらに、左右の血液ポンプ２０７Ｌ，２０７Ｒには、左右のダイアフラム２０８Ｌ，２０８Ｒが内設されるとともに、左右の逆止弁２０９Ｌ，２０９Ｒが２個ずつ内設され、また、左右のグラフト２１０Ｌ，２１０Ｒと左右のカフ２１１Ｌ，２１１Ｒとが付設されている。
尚、ここでは、符号の「Ｒ」は「右側」を意味し、符号の「Ｌ」は「左側」を意味する。そして、人工心臓システム２００では、左右の油圧配管２０６Ｌ，２０６Ｒ及び左右の血液ポンプ２０７Ｌ，２０７Ｒなどは、略左右対称の形状体をなしている。
【０００７】
そして、生体の心臓を切除して体内に人工心臓システム２００を埋め込む場合には、図８に示すようにして行う。すなわち、右心房１０３と左心房１０５の一部及び肺動脈１０７と大動脈１１０の一部を切除し、左心房１０５と右心房１０３の一部に対しては左右のカフ２１１Ｌ，２１１Ｒをそれぞれ縫い合わせるとともに、大動脈１１０と肺動脈１０７の一部に対しては左右のグラフト２１０Ｌ，２１０Ｒをそれぞれ縫い合わせる。
【０００８】
従って、図７及び図８によれば、制御回路２０２及びモーター２０３により、油圧ポンプ２０４が一方向に回転すると、右側油圧配管２０６Ｒを介して、右側血液ポンプ２０７Ｒから作動油が油圧ポンプ２０４に吸い込まれ、右側血液ポンプ２０７Ｒ内の右側ダイアフラム２０８Ｒが右側油圧配管２０６Ｒの方向に移動するので、右心房１０３の一部及び右側カフ２１１Ｒを介して、静脈１０６の血液が右側血液ポンプ２０７Ｒ内に吸引される。その後、制御回路２０２及びモーター２０３により、油圧ポンプ２０４が他方向に回転すると、右側油圧配管２０６Ｒを介して、右側血液ポンプ２０７Ｒに作動油が油圧ポンプ２０４から吐き出され、右側血液ポンプ２０７Ｒ内の右側ダイアフラム２０８Ｒが右側油圧配管２０６Ｒの反対方向に移動するので、右側グラフト２１０Ｒ及び肺動脈１０７の一部を介して、右側血液ポンプ２０７Ｒ内の血液が左右の肺１０８に拍出される。
尚、静脈１０６の血液が右側血液ポンプ２０７Ｒ内に吸引される際には、肺動脈１０７の血液が右側血液ポンプ２０７Ｒ内に吸引されることはなく、また、右側血液ポンプ２０７Ｒ内の血液が肺動脈１０７に拍出される際には、右側血液ポンプ２０７Ｒ内の血液が静脈１０６に拍出されることはないが、それらの血液の流れは、右側血液ポンプ２０７Ｒに内設された２個の右側逆止弁２０９Ｒによって行われる。
【０００９】
その一方で、制御回路２０２及びモーター２０３により、油圧ポンプ２０４が他方向に回転したときは、左側油圧配管２０６Ｌを介して、左側血液ポンプ２０７Ｌから作動油が油圧ポンプ２０４に吸い込まれ、左側血液ポンプ２０７Ｌ内の左側ダイアフラム２０８Ｌが左側油圧配管２０６Ｌの方向に移動するので、左心房１０５の一部及び左側カフ２１１Ｌを介して、左右の肺１０８の血液が左側血液ポンプ２０７Ｌ内に吸引される。その後、制御回路２０２及びモーター２０３により、油圧ポンプ２０４が一方向に回転したときは、左側油圧配管２０６Ｌを介して、左側血液ポンプ２０７Ｌに作動油が油圧ポンプ２０４から吐き出され、左側血液ポンプ２０７Ｌ内の左側ダイアフラム２０８Ｌが左側油圧配管２０６Ｌの反対方向に移動するので、左側グラフト２１０Ｌを介して、左側血液ポンプ２０７Ｌ内の血液が動脈１１０に拍出される。
尚、左右の肺１０８の血液が左側血液ポンプ２０７Ｌ内に吸引される際には、動脈１１０の血液が左側血液ポンプ２０７Ｌ内に吸引されることはなく、また、左側血液ポンプ２０７Ｌ内の血液が動脈１１０に拍出される際には、左側血液ポンプ２０７Ｌ内の血液が肺静脈１０９に拍出されることはないが、それらの血液の流れは、左側血液ポンプ２０７Ｌに内設された２個の左側逆止弁２０９Ｌによって行われる。
【００１０】
もっとも、生体の心臓では、左心室１０４から拍出された血液の一部は、気管支を循環し、ここでガス交換され、さらに、右心系を経由せずに左心房１０５に帰還している。従って、この気管支循環があるため、右心系の血液の拍出量と左心系の血液の拍出量とを比較すると、左心系の血液の拍出量が右心系の血液の拍出量よりも数％程度多い。
【００１１】
この点、図７及び図８で示した人工心臓システム２００では、上述したように、油圧系に充填された作動油が左右の血液ポンプ２０７Ｌ，２０７Ｒを行き来することにより、左右の血液ポンプ２０７Ｌ，２０７Ｒにおいて血液を交互に吸引・拍出しているので、右側血液ポンプ２０７Ｒにおける血液の拍出量は、左側血液ポンプ２０７Ｌにおける血液の吸引量に等しくなる。従って、このままでは、左心房１０５に流れ込む血液量（＝右側血液ポンプ２０７Ｒの血液の拍出量＋血液の気管支循環量）に対して、左側血液ポンプ２０７Ｌの血液の吸引量（＝右側血液ポンプ２０７Ｒの血液の拍出量）が足りないので、左心房１０５に血液が溜まり、肺静脈１０９の内圧が上昇して、肺１０８に致命的な損傷を与える恐れがある。
【００１２】
そこで、従来技術では、
（１）逆止弁２０９Ｒを加工して、逆止弁２０９Ｒの閉鎖時の漏量を増加させることにより、右側血液ポンプ２０７Ｒの血液の拍出量を低下させる（例えば、非特許文献１参照）。
（２）右心房１０３の一部と左心房１０５の一部との間に人工的なシャントを構成し、左心房１０３の一部から右心房１０３の一部に血液を漏れさせることにより、すなわち、右側血液ポンプ２０７Ｒが拍出した血液が左側血液ポンプ２０７Ｌを経由せず右側血液ポンプ２０７Ｒに戻ることにより、左心房１０５の一部における内圧の上昇を避ける（例えば、非特許文献１参照）。
（３）左側カフ２１１Ｌに拡張・収縮するオイルチャンバーを設けて、右側オイルチャンバーへ流入するオイルの一部をここへ導くことにより、右側血液ポンプ２０７Ｒの血液の拍出量を低下させる（例えば、特許文献１参照）。
などの手段が考え出されていた。
【００１３】
【非特許文献１】
アンソニー・Ｐ・リオイ他、能動的に充満する電気油圧式人工心臓における自動制御の検討、「アーティフィシャル  オーガンズ」、米国、レーペンプレスリミテッド、１９８８、１２（２）、ｐ．１５２−１６２
【特許文献１】
米国特許第４８８８０１１号明細書
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術（１）の手段では、逆止弁２０９Ｒの隙間を血液が高速で漏れて流れるため、溶血が増加する恐れがあり、また、逆止弁２０９Ｒに加工を施すことにより、逆止弁２０９Ｒが持つ本来の機能（特に耐久性、抗血栓性）を損ない、さらに、人工的な心不全状態を形成するので、生理的でないなどの問題点があった。
また、上述した従来技術（２）の手段では、静脈系（右心系）で形成した血栓が肺１０８を経由せずシャントを通過して動脈系（左心系）へ流れる恐れがあり、さらに、人工的な心不全状態を形成するので、生理的でないなどの問題点があった。
また、上述した従来技術（３）の手段では、左側カフ２１１Ｌが巨大となり手術性が損なわれ、患者の体格に合わせて左側カフ２１１Ｌをトリミングする際に最小サイズが制限され、結果として体格の小柄な患者への使用が制限され、さらに、左側カフ２１１Ｌが作動油が流れる配管で連結されており手術性が損なわれるなどの問題点があった。
【００１５】
ところで、生体の循環系の内圧は陽圧であり、一般的には、左心房１０５及び右心房１０３の内圧は１０〜２０ｍｍＨｇ程度、肺動脈１０７の内圧は１０〜３０ｍｍＨｇ程度、大動脈１１０の内圧は８０〜１２０ｍｍＨｇ程度である。そこで、図７及び図８で示した人工心臓システム２００では、左右の血液ポンプ２０７Ｌ，２０７Ｒ内の作動油の油圧に対し、この循環系の圧力をほぼ反映させており、血液を吸引する時は、左心房１０５又は右心房１０３の内圧にほぼ等しい圧力であり、また、血液を拍出する時は、肺動脈１０７又は大動脈１１０の内圧にほぼ等しい圧力であり、この結果、油圧系内は常に陽圧となる。一方、図７及び図８で示した人工心臓システム２００が設置された生体の胸腔又は腹腔の内圧は、陰圧呼吸（横隔膜を下げるなどして胸腔内を陰圧にし、空気を肺１０８へ吸い込む）を行っているため、基本的には陰圧である。
【００１６】
従って、油圧系に単純な可変チャンバーを設け、油圧系外との差圧で作動油量の変化を期待しても、この可変チャンバーは常に拡張しきった状態にあり、左右の血液ポンプ２０７Ｌ，２０７Ｒにおいて血液を交互に吸引・拍出する際において、左右の血液ポンプ２０７Ｌ，２０７Ｒに吐出され又は左右の血液ポンプ２０７Ｌ，２０７Ｒから吸込される作動油量に変化が起きることはないので、右側血液ポンプ２０７Ｒの血液の拍出量に対して、血液の気管支循環量の分だけ、左側血液ポンプ２０７Ｌの血液の吸引量を大きくさせることはできない。
【００１７】
そこで、本発明は、上述した点を鑑みてなされたものであり、生体の内圧にかかわらず、常に、右側血液ポンプの血液の拍出量と左側血液ポンプの血液の吸引量とを異ならせることができる人工心臓システムを提供することを課題とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために成された請求項１に係る発明は、右側血液室と右側油圧室とが右側弾性部材で区画された右側血液ポンプと、前記右側血液ポンプの右側油圧室に連通する右側油圧配管と、左側血液室と左側油圧室とが左側弾性部材で区画された左側血液ポンプと、前記左側血液ポンプの左側油圧室に連通する左側油圧配管と、前記右側油圧配管を介して前記右側血液ポンプの右側油圧室に対し作動流体の吐出・吸込を行うと同時に前記左側油圧配管を介して前記左側血液ポンプの左側油圧室に対し作動流体の吸込・吐出を行う油圧ポンプと、を有し、前記右側血液ポンプと前記左側血液ポンプとが略同一の形状体であるとともに、前記右側油圧配管及び前記左側油圧配管に前記油圧ポンプが吸込・吐出する作動流体の量が相等しい人工心臓システムにおいて、前記右側油圧配管と前記左側油圧配管とに連通する容積可変機構を備え、前記容積可変機構には、前記右側油圧配管のみに連通することにより作動流体が充填されるとともに右側移動部材で区画された右側容積可変室と、前記左側油圧配管のみに連通することにより作動流体が充填されるとともに左側移動部材で区画された左側容積可変室と、が設けられ、前記右側容積可変室の容積と前記左側容積可変室の容積とが異なるとともに、前記右側移動部材及び前記左側移動部材が作動流体から受ける油圧の大小関係により、前記右側移動部材及び前記左側移動部材が差動すること、を特徴としている。
【００１９】
このような特徴を有する本発明の人工心臓システムにおいては、油圧ポンプが右側油圧配管を介して右側血液ポンプの右側油圧室に作動流体の吐出を行うと同時に左側油圧配管を介して左側血液ポンプの左側油圧室から作動流体の吸込を行うと、右側血液ポンプの右側弾性部材の変形により、右側血液ポンプの右側血液室から血液が拍出されるとともに、左側血液ポンプの左側弾性部材の変形により、左側血液ポンプの左側血液室に血液が吸引され、油圧ポンプが右側油圧配管を介して右側血液ポンプの右側油圧室から作動流体の吸込を行うと同時に左側油圧配管を介して左側血液ポンプの左側油圧室に作動流体の吐出を行うと、右側血液ポンプの右側弾性部材の変形により、右側血液ポンプの右側血液室に血液が吸引されるとともに、左側血液ポンプの左側弾性部材の変形により、左側血液ポンプの左側血液室から血液が拍出される。
【００２０】
この点、右側血液ポンプと左側血液ポンプとが略同一の形状体であるとともに、右側油圧配管及び左側油圧配管に油圧ポンプが吸込・吐出する作動流体の量が相等しいことからすれば、右側血液ポンプの右側油圧室に右側油圧配管から作動流体が流入する量及び、右側血液ポンプの右側油圧室から右側油圧配管に作動流体が流出する量、左側血液ポンプの左側油圧室に左側油圧配管から作動流体が流入する量、左側血液ポンプの左側油圧室から左側油圧配管に作動流体が流出する量は同じとなるので、右側血液ポンプの右側血液室から血液が拍出される量及び、右側血液ポンプの右側血液室に血液が吸引される量、左側血液ポンプの左側血液室から血液が拍出される量、左側血液ポンプの左側血液室に血液が吸引される量も同じとなるはずである。
【００２１】
しかしながら、本発明の人工心臓システムでは、油圧ポンプにより、右側油圧配管を介して右側血液ポンプの右側油圧室に対し作動流体の吐出・吸込を行ったり、左側油圧配管を介して左側血液ポンプの左側油圧室に対し作動流体の吸込・吐出を行ったりする際には、右側油圧配管及び左側油圧配管を介して、容積可変機構の右側容積可変室及び左側容積可変室に作動流体が流入したり、容積可変機構の左側容積可変室及び右側容積可変室から作動流体が流出したりする。そして、容積可変機構における作動流体の流入・流出は、右側容積可変室を区画する右側移動部材及び左側容積可変室を区画する左側移動部材が右側容積可変室及び左側容積可変室内の作動流体から受ける油圧の大小関係により、右側移動部材及び左側移動部材が差動することにより行われれる。従って、油圧ポンプが右側油圧配管を介して右側血液ポンプの右側油圧室に作動流体の吐出を行うと同時に左側油圧配管を介して左側血液ポンプの左側油圧室から作動流体の吸込を行うと、容積可変機構の右側容積可変室に右側油圧配管から作動流体が流入するとともに左側容積可変室から左側油圧配管に作動流体が流出し、また、油圧ポンプが右側油圧配管を介して右側血液ポンプの右側油圧室から作動流体の吸込を行うと同時に左側油圧配管を介して左側血液ポンプの左側油圧室に作動流体の吐出を行うと、容積可変機構の右側容積可変室から右側油圧配管に作動流体が流出するとともに左側容積可変室に左側油圧配管から作動流体が流入する。
【００２２】
ここで、容積可変機構における作動流体の流入・流出は、上述したように、右側容積可変室を区画する右側移動部材及び左側容積可変室を区画する左側移動部材が右側容積可変室及び左側容積可変室内の作動流体から受ける油圧の大小関係により、右側移動部材及び左側移動部材が差動することにより行われることから、生体の内圧に影響されることがなく、また、容積可変機構の右側容積可変室に右側油圧配管から作動流体が流入する量と容積可変機構の右側容積可変室から右側油圧配管に作動流体が流出する量とが同じとなり、容積可変機構の左側容積可変室に左側油圧配管から作動流体が流入する量と容積可変機構の左側容積可変室から左側油圧配管に作動流体が流出する量とが同じとなる。
【００２３】
但し、本発明の人工心臓システムでは、容積可変機構の右側容積可変室の容積と容積可変機構の左側容積可変室の容積とが異なることから、容積可変機構の右側容積可変室に右側油圧配管から作動流体が流入する量（容積可変機構の右側容積可変室から右側油圧配管に作動流体が流出する量）と、容積可変機構の左側容積可変室に左側油圧配管から作動流体が流入する量（容積可変機構の左側容積可変室から左側油圧配管に作動流体が流出する量）とは異なることになる。
【００２４】
そのため、右側血液ポンプと左側血液ポンプとが略同一の形状体であるとともに、右側油圧配管及び左側油圧配管に油圧ポンプが吸込・吐出する作動流体の量が相等しくても、右側血液ポンプの右側油圧室に右側油圧配管から作動流体が流入する量（右側血液ポンプの右側油圧室から右側油圧配管に作動流体が流出する量）と、左側血液ポンプの左側油圧室に左側油圧配管から作動流体が流入する量（左側血液ポンプの左側油圧室から左側油圧配管に作動流体が流出する量）とは異なるので、右側血液ポンプの右側血液室から血液が拍出される量（右側血液ポンプの右側血液室に血液が吸引される量）と、左側血液ポンプの左側血液室から血液が拍出される量（左側血液ポンプの左側血液室に血液が吸引される量）も異なることになる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照にして説明する。本実施の形態の人工心臓システムは、図７及び図８に示した人工心臓システム２００を改良したものであるので、同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。図１及び図２は、本実施の形態の人工心臓システム１の概要を示した図である。そして、図１は、油圧ポンプ２０４が他方向に回転したときのものであり、図２は、油圧ポンプ２０４が一方向に回転したときのものである。図１及び図２に示すように、本実施の形態の人工心臓システム１には、配管接合部１２Ｌ，１２Ｒを介して、容積可変機構１１が左右の油圧配管２０６Ｌ，２０６Ｒに接続されており、さらに、容積可変機構１１に対しては、ベントチューブ１３を介して、コンプライアンスチャンバー１４が接続されている。
【００２６】
尚、図１及び図２では、図７のモーター２０３及びインペラ２０５を省略している。
また、符号２１２Ｒは右側血液室を、符号２１３Ｒは右側油圧室を、符号２１２Ｌは左側血液室を、符号２１３Ｌは左側油圧室をそれぞれ意味している。そして、右側血液ポンプ２０７Ｒでは、右側ダイアフラム２０８Ｒにより、右側血液室２１２Ｒと右側油圧室２１３Ｒとが分隔されている。同様にして、左側血液ポンプ２０７Ｌでは、左側ダイアフラム２０８Ｌにより、左側血液室２１２Ｌと左側油圧室２１３Ｌとが分隔されている。従って、「左右の血液ポンプ２０７Ｌ，２０７Ｒ内の血液」とは、より正確に言えば、「左右の血液室２１２Ｌ，２１２Ｒ内の血液」を意味する。また、「左右の血液ポンプ２０７Ｌ，２０７Ｒ内の作動油」とは、より正確に言えば、「左右の油圧室２１３Ｌ，２１３Ｒ内の作動油」を意味する。
【００２７】
ここで、左右の血液ポンプ２０７Ｌ，２０７Ｒには、１回の血液の拍出量が８０ｃｃである左右ダイアフラム型血液ポンプを使用している。また、油圧ポンプ２０４には、正逆転駆動が可能な摩擦ポンプを使用している。尚、油圧ポンプ２０４については、その他にも、正逆転駆動が可能な軸流ポンプや、ギヤポンプ、トロコイドポンプ、遠心ポンプと流路切替弁を併用したものなどを使用してもよい。さらに、左右の血液ポンプ２０７Ｌ，２０７Ｒと油圧ポンプ２０４との間には、左右の油圧配管２０６Ｌ，２０６Ｒが接続されており、左右の油圧室２１３Ｌ，２１３Ｒと左右の油圧配管２０６Ｌ，２０６Ｒと油圧ポンプ２０４との中（但し、容積可変機構１１は除かれる。以下、「全油圧系」という）には、右側血液ポンプ２０７Ｒ内の血液が完全に拍出されたときに左側血液ポンプ２０７Ｌ内に血液が完全に吸引されるように、逆に言えば、左側血液ポンプ２０７Ｌ内の血液が完全に拍出されたときに右側血液ポンプ２０７Ｒ内に血液が完全に吸引されるように、作動油がその量を調節された状態で充填されている。また、左右の油圧配管２０６Ｌ，２０６Ｒに接続された容積可変機構１１のベントポート１５には、ベントチューブ１３を介して、コンプライアンスチャンバー１４が接続されているが、このコンプライアンスチャンバー１４は、変形が可能な空気チャンバーとなっている。
尚、以下では、右側油圧室２１３Ｒと右側油圧配管２０６Ｒの中（但し、容積可変機構１１は除かれる。）を「右側の油圧系」といい、左側油圧室２１３Ｌと左側油圧配管２０６Ｌの中（但し、容積可変機構１１は除かれる。）を「左側の油圧系」という。
【００２８】
次に、容積可変機構１１の概要を図３を用いて説明する。図３に示すように、容積可変機構１１は、直径６０ｍｍの大プッシャープレート２３Ｒを持つストローク１０ｍｍの大ダイアフラム２１Ｒと、直径２０ｍｍの小プッシャープレート２３Ｌを持つストローク１０ｍｍの小ダイアフラム２１Ｌと、互いに向かい合って設置されたこれらのプッシャープレート２３Ｌ，２３Ｒを結合するロッド２２と、右側油圧配管２０６Ｒのみに連通するとともに大ダイアフラム２１Ｒによって分隔される右側容積可変室３１Ｒと、左側油圧配管２０６Ｌのみに連通するとともに小ダイアフラム２１Ｌによって分隔される左側容積可変室３１Ｌと、大小のダイアフラム２１Ｌ，２１Ｒによって分隔される中央容積可変室３２と、コンプライアンスチャンバー１４に連通するベントチューブ１３が接続されるベントポート１５からなる。
【００２９】
この点、左側容積可変室３１Ｌでは、小ダイアフラム２１Ｌの１ストロークで３．１ｃｃの容積変化が起こる。また、右側容積可変室３１Ｒでは、大ダイアフラム２１Ｒの１ストロークで２８．３ｃｃの容積変化がおきる。また、大小のダイアフラム２１Ｌ，２１Ｒは、大小のプッシャープレート２３Ｌ，２３Ｒを結合するロッド２２で連結されている。従って、左側容積可変室３１Ｌが拡張した時は右側容積可変室３１Ｒは収縮し、右側容積可変室３１Ｒが拡張した時は左側容積可変室３１Ｌは収縮する。そして、左右の容積可変室３１Ｌ，３１Ｒは、左右の油圧配管２０６Ｌ，２０６Ｒのみにそれぞれ連通しているため、結果として、左右の容積可変室３１Ｌ，３１Ｒの容積和分だけ、全油圧系の作動油の量が変化する。尚、容積可変機構１１の大小のダイアフラム２１Ｌ，２１Ｒの移動に伴い中央容積可変室３２の容積は変化するので、その変化分により、ベントポート１５で連通するコンプライアンスチャンバー１４の容積も変化する。
【００３０】
次に、本実施の形態の人工心臓システム１の油圧系について説明する。本実施の形態の人工心臓システム１では、左右の血液ポンプ２０７Ｌ，２０７Ｒが交互に血液を拍出・吸引する。さらに、詳しく言えば、左側血液ポンプ２０７Ｌは肺静脈１０９から左心房１０５の一部に還流した血液を吸引し、大動脈１１０へ拍出する（図８参照）。このとき、左心房１０５の内圧は１０〜２０ｍｍＨｇ程度であり、また、大動脈１１０の内圧は８０〜１２０ｍｍＨｇ程度である。このため、左側血液ポンプ２０７Ｌを駆動する左側の油圧系の油圧は、血液吸引時は左心房１０５の内圧程度、また、血液拍出時は大動脈１１０の内圧程度となる。一方、右側血液ポンプ２０７Ｒは大静脈１０６から右心房１０３の一部に還流した血液を吸引し、肺動脈１０７に拍出する（図８参照）。このとき、右心房１０３の内圧は１０〜２０ｍｍＨｇ程度であり、また、肺動脈１０７の内圧は１０〜３０ｍｍＨｇ程度である。このため、右側血液ポンプ２０７Ｒを駆動する右側の油圧系の油圧は、血液吸引時は右心房１０３の内圧程度、血液拍出時は肺動脈１０７の内圧程度となる。
【００３１】
ここで、説明の便宜上、左心房１０５の内圧を１０ｍｍＨｇ、右心房１０３の内圧を１０ｍｍＨｇ、大動脈１１０の内圧を１００ｍｍＨｇ、肺動脈１０７の内圧を２０ｍｍＨｇとすると、図２の左側血液ポンプ２０７Ｌの拍出時（＝右側血液ポンプ２０７Ｒの吸引時）では、左側の油圧系の油圧は１００ｍｍＨｇ、右側の油圧系の油圧は１０ｍｍＨｇとなる。このとき、図５に示すように、容積可変機構１１の小ダイアフラム２１Ｌには、小プッシャープレート２３Ｌの面積×左側の油圧系の油圧の力（白矢印Ｌ）が作用し、容積可変機構１１の大ダイアフラム２１Ｒには、大プッシャープレート２３Ｒの面積×右側の油圧系の油圧の力（黒矢印Ｒ）が作用し、ロッド２２のリンク機構によりお互いに相手を押すことになる。従って、面積と油圧の関係から、小ダイアフラム２１Ｌに作用する力（白矢印Ｌ）のほうが大きく、左側容積可変室３１Ｌが拡張し右側容積可変室３１Ｒが収縮する。この結果、全油圧系の作動油の全容量は、拡張時の左側容積可変室３１Ｌ＋収縮時の右側容積可変室３１Ｒの容積和だけ減少する。一方、図１の左側血液ポンプ２０７Ｌの吸引時（＝右側血液ポンプ２０７Ｒの拍出時）では、左側の油圧系の油圧は１０ｍｍＨｇ、右側の油圧系の油圧は２０ｍｍＨｇである。このとき、図４に示すように、容積可変機構１１の小ダイアフラム２１Ｌには、小プッシャープレート２３Ｌの面積×左側の油圧系の油圧の力（黒矢印Ｌ）が作用し、容積可変機構１１の大ダイアフラム２１Ｒには、大プッシャープレート２３Ｒの面積×右側の油圧系の油圧の力（白矢印Ｒ）が作用し、ロッド２２のリンク機構によりお互いに相手を押すことになる。従って、面積と油圧の関係から、小ダイアフラム２１Ｌに作用する力（黒矢印Ｌ）のほうが小さく、結果として、左側容積可変室３１Ｌが収縮し右側容積可変室３１Ｒが拡張する。この結果、全油圧系の作動油の全容量は、拡張時の右側容積可変室３１Ｒ＋収縮時の左側容積可変室３１Ｌの容積和だけ減少する。
【００３２】
次に、全油圧系の作動油の全容量の減少の作用について、左右の血液ポンプ２０７Ｌ，２０７Ｒにおける左右のダイアフラム２０８Ｌ，２０８Ｒの動作に着目して説明する。本実施の形態の人工心臓システム１では、容積可変機構１１を設けていない場合には、従来技術の欄で説明したように、左右の血液ポンプ２０７Ｌ，２０７Ｒの１回当たりの血液の拍出量は等しくなるはずである。また、油圧ポンプ２０４に接続された左右の油圧配管２０６Ｌ，２０６Ｒについては、左右の血液ポンプ２０７Ｌ，２０７Ｒにおける左右の油圧室２１３Ｌ，２１３Ｒとそれぞれ連通させている。
そして、この密閉された全油圧系内には作動油が充填されるが、この点、作動油の量は、左側血液ポンプ２０７Ｌが拍出しきった状態（エンドシストール：以下、「ＥＳ」と略記する）としたときに、右側血液ポンプ２０７Ｒが吸引しきった状態（エンドダイアストール：以下、「ＥＤ」と略記する）となるように充填する。逆に言えば、作動油の量は、左側血液ポンプ２０７Ｌが「ＥＤ」のときに、右側血液ポンプ２０７Ｒが「ＥＳ」となるように充填する。
【００３３】
しかしながら、本実施の形態の人工心臓システム１では、上述したように、左右の油圧配管２０６Ｌ，２０６Ｒに対して容積可変機構１１を設け、油圧ポンプ２０４の回転方向によって、全油圧系の作動油の全容量が、拡張時の左側容積可変室３１Ｌ＋収縮時の右側容積可変室３１Ｒの容積和だけ又は、拡張時の右側容積可変室３１Ｒ＋収縮時の左側容積可変室３１Ｌの容積和だけ減少するようにしている。すなわち、図２の左側血液ポンプ２０７Ｌの拍出時（＝右側血液ポンプ２０７Ｒの吸引時）では、全油圧系の作動油の全容量が拡張時の左側容積可変室３１Ｌ＋収縮時の右側容積可変室３１Ｒの容積和だけ減少するので（図５参照）、右側血液ポンプ２０７ＲがＥＤになった際に、左側血液ポンプ２０７ＬがＥＳになることはない。一方、図１の右側血液ポンプ２０７Ｒの拍出時（＝左側血液ポンプ２０７Ｌの吸引時）では、全油圧系の作動油の全容量が拡張時の右側容積可変室３１Ｒ＋収縮時の左側容積可変室３１Ｌの容積和だけ減少するので（図４参照）、左側血液ポンプ２０７ＬがＥＤになった際に、右側血液ポンプ２０７ＲがＥＳになることはない。
【００３４】
ここで、説明の便宜上、収縮時の右側容積可変室３１Ｒの容積及び収縮時の左側容積可変室３１Ｌの容積を「０」とすると、図２の左側血液ポンプ２０７Ｌの拍出時（＝右側血液ポンプ２０７Ｒの吸引時）では、左側の油圧系の作動油の全容量が拡張時の左側容積可変室３１Ｌだけ減少し（図５参照）、図１の右側血液ポンプ２０７Ｒの拍出時（＝左側血液ポンプ２０７Ｌの吸引時）では、右側の油圧系の作動油の全容量が拡張時の右側容積可変室３１Ｒだけ減少する（図４参照）。
そして、拡張時の左側容積可変室３１Ｌ＞拡張時の右側容積可変室３１Ｒとすると、右側血液ポンプ２０７Ｒにおける拡張時の右側油圧室２１３Ｒの容積は、左側血液ポンプ２０７Ｌにおける拡張時の左側油圧室２１３Ｌの容積よりも大きくなり、そのため、右側血液ポンプ２０７Ｒの血液の拍出量（右側血液ポンプ２０７Ｒの血液の吸引量）に対して、左側血液ポンプ２０７Ｌの血液の吸引量（左側血液ポンプ２０７Ｌの血液の拍出量）を小さくさせることができる。
一方、拡張時の左側容積可変室３１Ｌ＜拡張時の右側容積可変室３１Ｒとすると、右側血液ポンプ２０７Ｒにおける拡張時の右側油圧室２１３Ｒの容積は、左側血液ポンプ２０７Ｌにおける拡張時の左側油圧室２１３Ｌの容積よりも小さくなり、そのため、右側血液ポンプ２０７Ｒの血液の拍出量（右側血液ポンプ２０７Ｒの血液の吸引量）に対して、左側血液ポンプ２０７Ｌの血液の吸引量（左側血液ポンプ２０７Ｌの血液の拍出量）を大きくさせることができる。
【００３５】
もっとも、本実施の形態の人工心臓システム１では、拡張時の左側容積可変室３１Ｌの容積変化（３．１ｃｃ）は、拡張時の右側容積可変室３１Ｒの容積変化（２８．３ｃｃ）よりも小さいので、右側血液ポンプ２０７Ｒの血液の拍出量（右側血液ポンプ２０７Ｒの血液の吸引量）に対して、左側血液ポンプ２０７Ｌの血液の吸引量（左側血液ポンプ２０７Ｌの血液の拍出量）を大きくさせることができる。これにより、右側血液ポンプ２０７Ｒの血液の拍出量に対して、血液の気管支循環量の分だけ、左側血液ポンプ２０７Ｌの血液の吸引量を大きくさせることが可能となる。このとき、全油圧系の作動油の容量を変化させることにより行っているので、体内の血圧に影響されることなく、左右の血液ポンプ２０７Ｒにおける血液量の差を常に一定に維持することができる。
【００３６】
また、本実施の形態の人工心臓システム１では、左右の油圧配管２０６Ｌ，２０６Ｒに対して容積可変機構１１を設けているので、容積可変機構１１やベントチューブ１３やコンプライアンスチャンバー１４の設置場所を限定しない。すなわち、容積可変機構１１やベントチューブ１３やコンプライアンスチャンバー１４を、容積的に限られた胸腔内ではなく余裕のある腹腔内に設置することが可能となるので、より生体適合性に優れている。
【００３７】
また、本実施の形態の人工心臓システム１では、コンプライアンスチャンバー１４である空気チャンバーの容積を、左右の血液ポンプ２０７Ｒにおける血液量の差にかかわらず、大きめに設定することが可能となるので、長期間の埋め込みでも空気を補充する必要がない。
【００３８】
また、本実施の形態の人工心臓システム１では、従来技術の欄で記載した問題点を生じさせることなく、右側血液ポンプ２０７Ｒの血液の拍出量に対して、血液の気管支循環量の分だけ、左側血液ポンプ２０７Ｌの血液の吸引量を大きくさせることが可能となる。
すなわち、本実施の形態の人工心臓システム１では、逆止弁２０９Ｒに加工を施すことがない。従って、逆止弁２０９Ｒの隙間を血液が高速で漏れて流れることがなく、溶血が増加する恐れがない。また、逆止弁２０９Ｒが持つ本来の機能（特に耐久性、抗血栓性）を損なうことがない。さらに、人工的な心不全状態を形成することがない。
また、本実施の形態の人工心臓システム１では、右心房１０３の一部と左心房１０５の一部との間に人工的なシャントを設けていない。従って、静脈系（右心系）で形成した血栓が肺１０８を経由せずシャントを通過して動脈系（左心系）へ流れる恐れがない。さらに、人工的な心不全状態を形成しない。
また、本実施の形態の人工心臓システム１では、左側カフ２１１Ｌが巨大となることがない。従って、手術性が披なわれない。また、患者の体格に合わせて左側カフ２１１Ｌをトリミングする際に最小サイズが制限されることにより、体格の小柄な患者への使用が制限されることはない。また、本実施の形態の人工心臓システム１では、左側カフ２１１Ｌが作動油が流れる配管で連結されていないので、手術性が披なわれるない。
【００３９】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、本実施の形態の人工心臓システム１において、容積可変機構１１を以下のいずれかの構成にすることもできる。
（１）大プッシャープレート２３Ｒを持つ大ダイアフラム２１Ｒと、小プッシャープレート２３Ｌを持つ小ダイアフラム２１Ｌとを並設させ、互いに横に並んで設置されたこれらのプッシャープレート２３Ｌ，２３Ｒを結合するロッド２２をシーソー型のリンク機構とする構成。
（２）大小のダイアフラム２１Ｌ，２１Ｒに代えて異径のピストンを互いに向かい合わせて設置し、これらの異径のピストンを結合させる構成。
（３）大小のダイアフラム２１Ｌ，２１Ｒに代えて異径のピストンを並設させ、互いに横に並んで設置されたこれらの異径のピストンをリンク機構で結合する構成。
（４）大小のダイアフラム２１Ｌ，２１Ｒに代えて大小のベローズを使用する構成。
（５）大小のダイアフラム２１Ｌ，２１Ｒに代えて、ストローク長の異なるダイアフラム、ピストン、ベローズなどを用い、不等長リンク機構を使用してこれらを結合する構成。
【００４０】
また、本実施の形態の人工心臓システム１において、容積可変機構１１に対し、大小のダイアフラム２１Ｌ，２１Ｒのストローク量の制限を変更する機構（例えば、ソレノイド、モーターなど）を設けれていれば、本実施の形態の人工心臓システム１を体外に取り出すことなく、左右の血液ポンプ２０７Ｒにおける血液量の差を体外から接触せずに制御することが可能である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の人工心臓システムでは、生体の内圧にかかわらず、常に、右側血液ポンプの血液の拍出量と左側血液ポンプの血液の吸引量とを異ならせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による人工心臓システムの概要を示した図である。
【図２】本発明の一実施形態による人工心臓システムの概要を示した図である。
【図３】本発明の一実施形態による人工心臓システムに設けられた容積可変機構の概要を示した図である。
【図４】本発明の一実施形態による人工心臓システムに設けられた容積可変機構の概要を示した図である。
【図５】本発明の一実施形態による人工心臓システムに設けられた容積可変機構の概要を示した図である。
【図６】生体の心臓の概要を示した図である。
【図７】従来技術の人工心臓システムの概要を示した図である。
【図８】従来技術の人工心臓システムが生体に取り付けられた際の概要を示した図である。
【符号の説明】
１    人工心臓システム
１１    容積可変機構
１２Ｌ，１２Ｒ  左右の配管接合部
１３    ベントチューブ
１４    コンプライアンスチャンバー
１５    ベントポート
２１Ｌ，２１Ｒ  大小のダイアフラム
２２            ロッド
２３Ｌ，２３Ｒ  大小のプッシャープレート
３１Ｌ，３１Ｒ    左右の容積可変室
３２                        中央の容積可変室
２０４        油圧ポンプ
２０６Ｌ，２０６Ｒ  左右の油圧配管
２０７Ｌ，２０７Ｒ    左右の血液ポンプ
２０８Ｌ，２０８Ｒ    左右のダイアフラム
２１２Ｌ，２１２Ｒ    左右の血液室
２１３Ｌ，２１３Ｒ    左右の油圧室
【図１】
2005052240.tif 000003
【図２】
2005052240.tif 000004
【図３】
2005052240.tif 000005
【図４】
2005052240.tif 000006
【図５】
2005052240.tif 000007
【図６】
2005052240.tif 000008
【図７】
2005052240.tif 000009
【図８】
2005052240.tif 000010