(57)【要約】【課題】新規な人工心臓の提案【解決手段】  ここで提案される人工心臓ユニット１０は、筐体１１と、筐体１１に張り渡され、ポンプ室１１Ａ、１１Ｂを区画する薄膜１６と、ポンプ室１１Ａ、１１Ｂに接続された流入管１２Ａ、１２Ｂと、ポンプ室１１Ａ、１１Ｂに接続された流出管１４Ａ、１４Ｂと、磁石１７とを備えている。ここで、流入管１２Ａ、１２Ｂには第１逆流防止弁１３Ａ、１３Ｂが設けられ、流出管１４Ａ、１４Ｂには第２逆流防止弁１５Ａ、１５Ｂが設けられている。また、磁石１７は、ポンプ室１１Ａ、１１Ｂの内壁にＮ極またはＳ極を向けて、薄膜１６の中央部に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体に張り渡され、ポンプ室を区画する薄膜と、
前記ポンプ室に接続された流入管と、
前記ポンプ室に接続された流出管と、
前記流入管に設けられ、前記流入管から前記ポンプ室へ液体が流入するのを許容するが、前記ポンプ室から前記流入管への前記液体が流出するのを抑止する第１逆流防止弁と、
前記流出管に設けられ、前記ポンプ室から前記流出管へ前記液体が流出するのを許容するが、前記流出管から前記ポンプ室へ前記液体が流入するのを抑止する第２逆流防止弁と、
前記ポンプ室の内壁にＮ極またはＳ極を向けて、前記薄膜の中央部に配置された磁石と
を備えた、
人工心臓ユニット。
【請求項２】
前記筐体は、前記薄膜を挟んで前記ポンプ室が２つ形成されており、
前記２つのポンプ室のそれぞれに、前記流入管と、前記流出管と、前記第１逆流防止弁と、第２逆流防止弁とが設けられている、請求項１に記載された人工心臓ユニット。
【請求項３】
請求項１または２に記載された人工心臓ユニットと、
前記薄膜に対向するように配置され、前記薄膜に向けてＮ極とＳ極を交互に生じるように磁力を作用させる磁石ユニットと
を備えた、
人工心臓。
【請求項４】
前記磁石ユニットは、
前記薄膜に向けて磁極が生じるように配置された磁石と、
前記磁石のＮ極とＳ極を交互に反転させる反転機構と、
前記磁石のＮ極とＳ極が、予め定められたタイミングで反転するように、前記反転機構を操作する制御機構と
を備えた、請求項３に記載された人工心臓。
【請求項５】
前記磁石ユニットは、
前記薄膜に向けて磁極が生じるように配置されたコイルと、
前記コイルに電気を通電する電源と、
前記コイルに通電される電流の向きを変える制御装置と
を備えた、請求項３に記載された人工心臓。
【請求項６】
磁石と、
前記磁石のＮ極とＳ極を交互に反転させる反転機構と、
前記磁石のＮ極とＳ極が、予め定められたタイミングで反転するように、前記反転機構を操作する制御機構と
を備えた、磁石ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は人工心臓に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工心臓は、心臓のポンプ機能を代行する装置である。かかる人工心臓には、ダイヤフラムを備えた拍動型の人工心臓や、軸流型や遠心型のポンプを備えた無拍動のポンプを用いた人工心臓が提案されている。ダイヤフラムを備えた拍動型の人工心臓は、例えば、特開平０７−２８９６３１号公報（特許文献１）や特開２００６−２０４３４３号公報（特許文献２）に提案されている。また、例えば、特開２０１１−７２５３３号公報（特許文献３）には、遠心ポンプを用いた人工心臓が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−２８９６３１号公報
【特許文献２】特開２００６−２０４３４３号公報
【特許文献３】特開２０１１−７２５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
人工心臓は、身体の末端まで血液を送るには、血液を送り出すのに相当の圧力が必要になる。このためポンプ室の拡縮を駆動させる駆動機構も大きくなる傾向がある。また、人工心臓は、長期間の耐久性と安定した駆動が求められるので、駆動機構で消費されるエネルギを継続的かつ安定して得る必要がある。かかる人工心臓について、人体に埋め込んだ人工心臓を駆動させ続けるための動力を確保することは難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ここで提案される人工心臓ユニットは、筐体と、筐体に張り渡され、ポンプ室を区画する薄膜と、ポンプ室に接続された流入管と、ポンプ室に接続された流出管と、流入管に設けられ、流入管からポンプ室へ液体が流入するのを許容するが、ポンプ室から流入管への液体が流出するのを抑止する第１逆流防止弁と、流出管に設けられ、ポンプ室から流出管へ液体が流出するのを許容するが、流出管からポンプ室へ液体が流入するのを抑止する第２逆流防止弁と、ポンプ室の内壁にＮ極またはＳ極を向けて、薄膜の中央部に配置された磁石とを備えている。
【０００６】
人工心臓ユニットは、薄膜に配置された磁石に磁力を作用させることによって、薄膜が動き、流入管からポンプ室に液体を引き込み、かつ、ポンプ室から流出管に液体を送り出すことができる。この場合、人工心臓ユニットは、人体に埋め込まれた場合でも、体の外から磁力を作用させることによって、薄膜を動かすことができる。このため、動力の確保が容易になる。
【０００７】
ここで、筐体は、薄膜を挟んでポンプ室が２つ形成されていてもよい。この場合、２つのポンプ室のそれぞれに流入管と、流出管と、第１逆流防止弁と、第２逆流防止弁とが設けられているとよい。
【０００８】
また、人工心臓は、人工心臓ユニットと、薄膜に対向するように配置され、薄膜に向けてＮ極とＳ極を交互に生じるように磁力を作用させる磁石ユニットとを備えていてもよい。
【０００９】
この場合、磁石ユニットは、薄膜に向けて磁極が生じるように配置された磁石と、磁石のＮ極とＳ極を交互に反転させる反転機構と、磁石のＮ極とＳ極が、予め定められたタイミングで反転するように、反転機構を操作する制御機構とを備えていてもよい。
【００１０】
また、磁石ユニットは、薄膜に向けて磁極が生じるように配置されたコイルと、コイルに電気を通電する電源と、コイルに通電される電流の向きを変える制御装置とを備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係る人工心臓を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る人工心臓が動作した状態を示す図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る人工心臓が動作した状態を示す図である。
【図４】図４は、他の形態に係る人工心臓を示している。
【図５】図５は、他の形態に係る人工心臓を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態に係る人工心臓を図面に基づいて説明する。なお、異なる実施形態においても同一の作用を奏する部材、部位には同じ符号を付している。また、各図は概略図であり、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。
【００１３】
《人工心臓ユニット１０》
図１は、本発明の一実施形態に係る人工心臓１００を示す概略図である。人工心臓１００は、人工心臓ユニット１０と、磁石ユニット３０とを備えている。
【００１４】
《人工心臓ユニット１０》
人工心臓ユニット１０は、体内に取り付けられる装置であり、筐体１１と、流入管１２Ａ、１２Ｂと、第１逆流防止弁１３Ａ、１３Ｂと、流出管１４Ａ、１４Ｂと、第２逆流防止弁１５Ａ、１５Ｂと、薄膜１６と、磁石１７とを備えている。
【００１５】
《筐体１１》
ここで、筐体１１は、図１に示すように、液体（具体的には、血液）が流動する空間を形成する部材である。この実施形態では、筐体１１は、半割り型の２つの容器１１１、１１２の開口１１ａを重ね合わせたものである。ここで、筐体１１の２つの容器１１１、１１２の容積はそれぞれ５０ｍＬ〜１００ｍＬ程度であるとよい。また、かかる筐体１１の開口１１ａには、薄膜１６が張られている。ここで、図示は省略するが、筐体１１の開口１１ａは真円でなく、例えば、楕円形状であるとよい。また、筐体１１は、体内に入れても安全で、かつ、所要の剛性を有する材料で成形するとよい。
【００１６】
この実施形態では、半割り型の２つの容器１１１、１１２のうち一方の容器の開口１１ａに薄膜１６を張った状態で、半割り型の２つの容器１１１、１１２の開口１１ａを重ね合わせている。薄膜１６は、半割り型の２つの容器１１１、１１２を完全に仕切っている。これによって、薄膜１６を挟んで２つのポンプ室１１Ａ、１１Ｂが筐体１１に形成されている。２つのポンプ室１１Ａ、１１Ｂには、それぞれ流入管１２Ａ、１２Ｂと、流出管１４Ａ、１４Ｂと、第１逆流防止弁１３Ａ、１３Ｂと、第２逆流防止弁１５Ａ、１５Ｂとが設けられている。
【００１７】
《流入管１２Ａ、１２Ｂ、流出管１４Ａ、１４Ｂ》
この実施形態では、筐体１１の２つの容器１１１、１１２の側周面に、流入管１２Ａ、１２Ｂが取り付けられる流入口１１ｂと、流出管１４Ａ、１４Ｂが取り付けられる流出口１１ｃとがそれぞれ形成されている。ここで、一方のポンプ室１１Ａの流入管１２Ａは、大静脈に接続される配管であり、流出管１４Ａは、肺動脈に接続される配管である。また、他方のポンプ室１１Ｂの流入管１２Ｂは、肺静脈に接続される配管であり、流出管１４Ｂは、大動脈に接続される配管である。流入管１２Ａ、１２Ｂや流出管１４Ａ、１４Ｂは、例えば、人工血管を用いるとよい。
【００１８】
《第１逆流防止弁１３Ａ、１３Ｂ》
第１逆流防止弁１３Ａ、１３Ｂは、流入管１２Ａ、１２Ｂに設けられている。この実施形態では、第１逆流防止弁１３Ａ、１３Ｂは、流入管１２Ａ、１２Ｂの一端、つまり、２つのポンプ室１１Ａ、１１Ｂに形成された流入口１１ｂに、それぞれ設けられている。第１逆流防止弁１３Ａ、１３Ｂは、流入管１２Ａ、１２Ｂからポンプ室１１Ａ、１１Ｂへ液体が流入するのを許容するが、ポンプ室１１Ａ、１１Ｂから流入管１２Ａ、１２Ｂへ液体が流出するのを抑止する。
【００１９】
《第２逆流防止弁１５Ａ、１５Ｂ》
第２逆流防止弁１５Ａ、１５Ｂは、流出管１４Ａ、１４Ｂに設けられている。この実施形態では、第２逆流防止弁１５Ａ、１５Ｂは、流出管１４Ａ、１４Ｂの一端、つまり、２つのポンプ室１１Ａ、１１Ｂに形成された流出口１１ｃに、それぞれ設けられている。第２逆流防止弁１５Ａ、１５Ｂは、ポンプ室１１Ａ、１１Ｂから流出管１４Ａ、１４Ｂへ液体が流出するのを許容するが、流出管１４Ａ、１４Ｂからポンプ室１１Ａ、１１Ｂへ液体が逆流するのを抑止する。
【００２０】
なお、ここで、第１逆流防止弁１３Ａ、１３Ｂと第２逆流防止弁１５Ａ、１５Ｂは、液体が逆流するのを完全に防止するものでなくてよい。凡そ液体の逆流を防止する機能を奏するとよい。例えば、第１逆流防止弁１３Ａ、１３Ｂは、ポンプ室１１Ａ、１１Ｂの１回の脈動において、流入管１２Ａ、１２Ｂからポンプ室１１Ａ、１１Ｂへ流入する液体のうち５％〜２５％程度は、ポンプ室１１Ａ、１１Ｂから流入管１２Ａ、１２Ｂへ逆流するような弁であってもよい。同様に、第２逆流防止弁１５Ａ、１５Ｂは、ポンプ室１１Ａ、１１Ｂの１回の脈動において、ポンプ室１１Ａ、１１Ｂから流出管１４Ａ、１４Ｂへ流出する液体のうち５％〜２５％程度は、流出管１４Ａ、１４Ｂからポンプ室１１Ａ、１１Ｂへ逆流するような弁であってもよい。かかる第１逆流防止弁１３Ａ、１３Ｂや第２逆流防止弁１５Ａ、１５Ｂには、公知の人工弁（例えば、日本ライフライン株式会社製）を採用することができる。
【００２１】
《薄膜１６》
薄膜１６は、筐体１１に張り渡されてポンプ室１１Ａ、１１Ｂを区画しており、薄膜１６を挟んで２つのポンプ室１１Ａ、１１Ｂが筐体１１に形成されている。薄膜１６としては、所要の弾性を有し、かつ、体内に配置されても安全な膜材料を用いるとよい。かかる膜材料としては、例えば、ポリウレタン製の膜を用いることができる。この場合、薄膜１６は、筐体１１を脈動させるのに所要の強度や弾性が得られるように、適当な厚さに設定するとよい。
【００２２】
《磁石１７》
磁石１７は、薄膜１６の中央部に配置されている。ここで、磁石１７は、所要の磁力を発揮する永久磁石を用いるとよい。磁石１７は、Ｎ極とＳ極の一方を筐体１１の内壁に向け、他方を筐体１１の内壁とは反対側へ向けられている。図１に示す例では、磁石１７は、筐体１１の内壁に対向する側にＳ極を向け、反対側にＮ極を向けられている。この実施形態では、磁石１７は、外部に露出しないように薄膜１６で覆われている。これにより、磁石１７は、ポンプ室１１Ａ、１１Ｂの液体に接触しない。
【００２３】
《磁石ユニット３０》
次に、磁石ユニット３０を説明する。ここで、磁石ユニット３０は、人工心臓ユニット１０の薄膜１６に対向するように配置され、薄膜１６に向けてＮ極とＳ極を交互に生じるように磁力を作用させる装置である。
【００２４】
この実施形態では、磁石ユニット３０は、磁石４１と、反転機構４２と、制御機構４３とを備えている。
【００２５】
ここで、磁石４１は、片面がＮ極、他面がＳ極である平板状の磁石であり、Ｎ極とＳ極の中間部に回転軸４１ａが設けられている。この実施形態では、磁石４１は、薄膜１６に向けて磁極が生じるように配置されており、磁石ユニット３０の筐体３５に回転軸４１ａが回転可能に支持されている。
【００２６】
反転機構４２は、磁石４１のＮ極とＳ極を交互に反転させる機構である。制御機構４３は、反転機構４２を操作する機構である。ここでは、制御機構４３は、磁石４１のＮ極とＳ極が、予め定められたタイミングで反転するように反転機構４２を操作する。例えば、反転機構４２は、磁石４１の回転軸４１ａの一端に電磁モータを取り付けて、当該電磁モータを操作する機構である。制御機構４３は、所定の時間毎に間欠的に磁石４１が反転するように電磁モータを制御する。また、回転軸４１ａの一端に、磁石（ロータ）を付けておき、当該磁石の周りにステータコイルを取り付けておく。そして、ステータコイルへの通電を制御することによって、コイルに磁界を発生させて回転軸４１ａ（磁石４１）が所定の向きに向くように回転させてもよい。この場合、制御機構４３は、ステータコイルへの通電を制御する装置で構成されうる。
【００２７】
《人工心臓１００の構成》
人工心臓ユニット１０は、体内、例えば、心臓を切除した心膜内に取り付けられうる。そして、一方のポンプ室１１Ａの流入管１２Ａを大静脈に接続し、流出管１４Ａを肺動脈に接続するとよい。また、他方のポンプ室１１Ｂの流入管１２Ｂを肺静脈に接続し、流出管１４Ｂを大動脈に接続するとよい。
【００２８】
また、磁石ユニット３０は、図１に示すように、体の外側（皮膚Ｈの外側）に取り付けられる。ここで、磁石ユニット３０の磁石４１が、体内に配置された人工心臓ユニット１０の薄膜１６に対向するように取り付けられ、体内に配置された人工心臓ユニット１０の薄膜１６に取り付けられた磁石１７に磁力を作用させる。ここで、人工心臓ユニット１０の薄膜１６に取り付けられた磁石１７は、磁石ユニット３０の磁石４１に、Ｎ極を向けて配置されている。
【００２９】
《人工心臓１００の動作》
図２は、磁石ユニット３０の磁石４１のＳ極が、体内の人工心臓ユニット１０の薄膜１６に向いた状態を示している。この場合、人工心臓ユニット１０の薄膜１６に取り付けられた磁石１７は、磁石ユニット３０の磁石４１に引き付けられる。この際、人工心臓ユニット１０の一方のポンプ室１１Ａは収縮する。そして、第１逆流防止弁１３Ａと第２逆流防止弁１５Ａの作用によってポンプ室１１Ａの血液は流出管１４Ａへ流出する。また、他方のポンプ室１１Ｂは拡張する。そして、第１逆流防止弁１３Ｂと第２逆流防止弁１５Ｂの作用によって流入管１２Ｂからポンプ室１１Ｂに血液が流入する。
【００３０】
図３は、反転機構４２によって磁石ユニット３０の磁石４１が反転し、磁石４１のＮ極が、体内の人工心臓ユニット１０の薄膜１６に向いた状態を示している。この場合、人工心臓ユニット１０の薄膜１６に取り付けられた磁石１７は、磁石ユニット３０の磁石４１に対して反発する。この際、人工心臓ユニット１０の一方のポンプ室１１Ａは拡張する。そして、第１逆流防止弁１３Ａと第２逆流防止弁１５Ａの作用によって、流入管１２Ａからポンプ室１１Ａに血液が流入する。また、他方のポンプ室１１Ｂは収縮する。そして、第１逆流防止弁１３Ｂと第２逆流防止弁１５Ｂの作用によって流入管１２Ｂからポンプ室１１Ｂに血液が流入する。
【００３１】
以上のように、ここで提案される人工心臓ユニット１０は、筐体１１と、筐体１１に張り渡され、ポンプ室１１Ａ、１１Ｂを区画する薄膜１６と、ポンプ室１１Ａ、１１Ｂに接続された流入管１２Ａ、１２Ｂと、ポンプ室１１Ａ、１１Ｂに接続された流出管１４Ａ、１４Ｂと、磁石１７とを備えている。ここで、流入管１２Ａ、１２Ｂには第１逆流防止弁１３Ａ、１３Ｂが設けられ、流出管１４Ａ、１４Ｂには第２逆流防止弁１５Ａ、１５Ｂが設けられている。また、磁石１７は、ポンプ室１１Ａ、１１Ｂの内壁にＮ極またはＳ極を向けて、薄膜１６の中央部に配置されている。第１逆流防止弁１３Ａ、１３Ｂは、流入管１２Ａ、１２Ｂに設けられ、流入管１２Ａ、１２Ｂからポンプ室１１Ａ、１１Ｂへ液体が流入するのを許容するが、ポンプ室１１Ａ、１１Ｂから流入管１２Ａ、１２Ｂへ液体が流出するのを抑止する。また、第２逆流防止弁１５Ａ、１５Ｂは、流出管１４Ａ、１４Ｂに設けられ、ポンプ室１１Ａ、１１Ｂから流出管１４Ａ、１４Ｂへ液体が流出するのを許容するが、流出管１４Ａ、１４Ｂからポンプ室１１Ａ、１１Ｂへ液体が流入するのを抑止する。
【００３２】
この人工心臓ユニット１０は、体内に配置された場合でも、体外に配置される磁石ユニット３０によって駆動させることができる。従って、磁石ユニット３０を継続して適切に駆動させることによって、人工心臓ユニット１０を継続して駆動させることができる。また、人工心臓ユニット１０は、体外から駆動力を得ることができるので、動力源の確保が容易である。
【００３３】
ここで、図１に示すように、筐体１１は、薄膜１６を挟んでポンプ室１１Ａ、１１Ｂが２つ形成されていてもよい。この場合、人工心臓ユニット１０は、ポンプ室１１Ａ、１１Ｂに大静脈、肺動脈、肺静脈、大動脈を接続することができ、人の心臓に取り替えうる。また、人工心臓ユニット１０は、心臓が血液を送り出す力が弱い患者に対して、心臓を補助する補助人工心臓として用いることができる。
【００３４】
また、磁石ユニット３０は、薄膜１６に対向するように配置され、薄膜１６に向けてＮ極とＳ極を交互に生じるように磁力を作用させる装置であるとよい。ここで、磁石ユニット３０は、図１に示すように、磁石４１と、磁石４１のＮ極とＳ極を交互に反転させる反転機構４２と、磁石４１のＮ極とＳ極が、予め定められたタイミングで反転するように、反転機構４２を操作する制御機構４３とを備えているとよい。この場合、磁石４１を反転させる構造であるから、構造が簡単であり、潰れにくく、高い信頼性を確保することができる。
【００３５】
なお、磁石ユニット３０は、これに限定されない。例えば、図４に示すように、磁石ユニット３０Ａは、薄膜１６に向けて磁極が生じるように配置されたコイル５１と、コイル５１に電気を通電する電源５２と、コイル５１に通電される電流の向きを変える制御装置５３とを備えていてもよい。
【００３６】
また、上述した実施形態では、人工心臓ユニット１０の薄膜１６に向けてＮ極とＳ極を交互に生じるように磁力を作用させることができ、人工心臓ユニット１０を駆動させることができる。
【００３７】
以上、本発明の一実施形態に係る人工心臓１００を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されない。
【００３８】
また、図５は、他の形態に係る人工心臓１００Ｂを示している。この人工心臓１００Ｂの人工心臓ユニット１０Ｂは、図５に示すように、筐体１１の開口に薄膜１６が張られて、１つのポンプ室１１Ａが設けられている。この場合、ポンプ室１１Ａには流入管１２を取り付ける流入口１１ｂと、流出管１４を取り付ける流出口１１ｃを設けるとともに、流入管１２に第１逆流防止弁１３を取り付け、流出管１４に第２逆流防止弁１５を取り付けるとよい。
【００３９】
この場合、薄膜１６に取り付けられた磁石１７の磁極を、磁石ユニット３０の磁石４１に向けて配置するとよい。この場合、磁石ユニット３０の磁石４１を反転させることによって、体内の人工心臓ユニット１０のポンプ室１１Ａを収縮させたり、拡張させたりすることができ、血液を送り出すことができる。かかるポンプ室１１Ａが一室の人工心臓ユニット１０Ｂは、例えば、心臓が血液を送り出す力が弱い患者に対して、心臓を補助する補助人工心臓として用いることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０、１０Ｂ  人工心臓ユニット
１１  筐体
１１Ａ、１１Ｂ  ポンプ室
１１ａ  開口
１１ｂ  流入口
１１ｃ  流出口
１２、１２Ａ、１２Ｂ  流入管
１３、１３Ａ、１３Ｂ  第１逆流防止弁
１４、１４Ａ、１４Ｂ  流出管
１５、１５Ａ、１５Ｂ  第２逆流防止弁
１６  薄膜
１７  磁石
３０、３０Ａ  磁石ユニット
３５  筐体
４１  磁石
４１ａ  回転軸
４２  反転機構
４３  制御機構
５１  コイル
５２  電源
５３  制御装置
１００、１００Ｂ  人工心臓
１１１、１１２  容器
Ｈ  皮膚
【図１】
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【図２】
2016054748.tif 000004
【図３】
2016054748.tif 000005
【図４】
2016054748.tif 000006
【図５】
2016054748.tif 000007