(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表裏両面の中央部に設けられた吸込部から吸入した血液を外周部より吐出する羽根車と、前記羽根車を納めるケーシングと、を有し、
前記ケーシングには回転磁界を発生する磁極とコイルが配置され、前記羽根車には永久磁石が配置され、前記ケーシングが電動機のステータ、前記羽根車が電動機のロータとして機能し、
前記羽根車には、前記吸込部内の羽根車回転中心の表裏両面にすりばち状にへこんだ支持穴が設けられ、
前記ケーシングには、前記表裏両面の支持穴のそれぞれに向けて、羽根車の回転軸線に沿って支持ピボットが突出して設けられ、
前記支持穴と前記支持ピボット先端が点接触し、前記羽根車はその回転中心において支持ピボットに点接触にて支持され、
前記ケーシングには、前記羽根車の回転軸線の横方向から延び、途中で分岐して一方が表面の前記吸込部に前記支持ピボットの軸線の横方向から延び、他方が裏面の前記吸込部に前記支持ピボットの軸線の横方向から延びる吸込管が設けられた、
両吸込型血液ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載の血液ポンプにおいて、前記永久磁石は前記羽根車の外周付近に配置され、前記磁極は羽根車半径方向の、前記永久磁石に対向する位置に配置される、血液ポンプ。
【請求項３】
請求項２に記載の血液ポンプにおいて、前記羽根車は、前記支持ピボットによりルーズに支持される、血液ポンプ。
【請求項４】
請求項２または３に記載の血液ポンプにおいて、隣接する前記磁極の間の少なくとも一つには、前記羽根車より吐出された血液が流れる導液路が配置される、血液ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体の心臓に代わって、またはこれを補助して血液を送り出す血液ポンプに関し、特に定常流にて血液を送出するポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
生体の心臓の機能低下を補う目的で、血液を送り出す血液ポンプが使用されている。他の流体を取り扱うポンプに比して、血液ポンプにおいて特に問題となる点に、溶血と血栓の問題がある。溶血は、赤血球の細胞膜が破壊され、内部のヘモグロビン等が流れ出す現象である。また血栓は、血流中で血液の成分が凝集（凝血）した固まりである。血栓が形成され成長し、剥離すると血管中に流出し、毛細血管等で、血液の流れの妨げとなる場合があるという問題がある。
【０００３】
血液ポンプの形態には、大別して拍動流を形成するものと、定常流を形成するものとがある。拍動流を形成するポンプとしては、血液が滞留する箇所が少ないことを理由に、サック型やチューブ型のポンプが使用される。
【０００４】
定常流を形成するポンプには、ギアポンプおよびベーンポンプなどの容積型ポンプ並びに遠心ポンプ、斜流ポンプおよび軸流ポンプなどのターボポンプがある。前者は、血液が滞留しやすい部分が多く、血栓が生じやすいという問題があり、通常血液ポンプとしては用いられることはない。一方、後者のターボポンプは、弁は不要で、血栓発生の可能性が低く、吐出量も比較的大きいので、小型化が可能である。このような特徴から、ターボポンプ、特に遠心ポンプは、生体内に長期間にわたり埋め込むことができる可能性がある血液ポンプとして注目されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、遠心ポンプにおいて、より長期間の連続使用をする場合、凝血、血栓などの問題が必ずしも解決されたとはいえない。羽根車裏面、特にその中央部分は、血流の遅い部分が形成され、このため血栓が生じる可能性がある。
【０００６】
本発明は、前記の問題点を考慮してなされたものであり、血栓の発生を抑制することができる血液ポンプを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明にかかる血液ポンプは、表裏両面に設けられた両吸込部から吸入した血液を外周部より吐出する羽根車と、前記羽根車を納めるケーシングと、を有し、前記ケーシングは回転磁界を発生する磁極とコイルを有し、前記羽根車には永久磁石が配置され、前記ケーシングが電動機のステータ、前記羽根車が電動機のロータとして機能し、前記羽根車は、その回転中心においてケーシングに設けられた支持点により、点接触にて支持されている。
【０００８】
さらに、前記永久磁石は前記羽根車の外周付近に配置され、前記磁極は羽根車半径方向の、前記永久磁石に対向する位置に配置されるものとすることができる。
【０００９】
さらに、前記磁極の間の少なくとも一つには、前記羽根車より吐出された血液が流れる導液路が配置されるものとすることができる。
【００１０】
また、前記磁極に対してポンプ軸方向にずれた位置に、前記羽根車より吐出された血液が流れる導液路が配置されるものとすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。図１〜図４には、本発明を適用した血液ポンプの一例が示されている。図１は主にポンプの軸に直交する平面で破断した断面図、図２は主にポンプの軸を含む面で破断した断面展開図、図３は正面図、図４は側面図である。より詳細に説明すれば、図１は、血流ポンプ１０の羽根車１２については、シュラウド１４を一部省略した状態で示しており、ケーシング１６については、羽根車１２の軸方向の中心点を通る軸直交平面での断面を示している。また、図２は、部分ごとに破断面が変わっている。羽根車は羽根中心を通る面を破断面としている。ケーシングは、中心線の左半分が磁極中心を通る面を破断面とし、右半分は血流の流線に沿った面を破断面としている。具体的には、中心線左側が、ほぼ図１に示すＯＣＢＡ面での断面展開図、右側がほぼＯＨ面またはＯＤＥＦ面での断面展開図である。したがって、部分によって、縮尺が変更されている。
【００１２】
羽根車１２は、図示されるように両吸込型であり、表側の面（以下、表面と記す。）と裏側の面（以下、裏面と記す。）のそれぞれのほぼ中央部に吸込口１８を有している。以下の説明において、特にこれらを区別する場合には、図２において上方の吸込口を表面吸込口１８ａで、下方を裏面吸込口１８ｂと記す。また、同様に、表裏両方に同一の部材が存在し、これらを区別する場合において、添え字ａ，ｂをもって区別する。羽根車１２のボス２０は中心部が厚い円板状であり、その表裏双方に羽根２２が設けられている。表裏両面の羽根２２は、半径方向外側に向かって、軸方向の寸法が減少し、外周部付近では一体となっている。表面羽根２２ａの図において上方、裏面羽根２２ｂの図において下方には、それぞれ略円環板状の表面シュラウド１４ａ、裏面シュラウド１４ｂが配置されている。これらのシュラウド１４ａ，１４ｂの円環の内側部分の開口が前記の吸込口１８ａ，１８ｂとなる。シュラウド１４には、円周方向に４個の永久磁石２４が等間隔で配置されている。また、隣どうしの磁石２４の外周側の極性は、異なる極性となっている。羽根車１２の中心の表裏両面には、周辺部よりすりばち状にややへこんだ支持穴２６が設けられている。
【００１３】
ケーシング１６の、羽根車の支持穴２６に対向する位置には、支持ピボット２８が突出しており、その先端が前記支持穴２６に略点接触し、羽根車１２を支持している。ケーシング１６は吸込管３０を有し、吸込管３０は途中で分岐し、一方が羽根車の表面吸込口１８ａに、他方が裏面吸込口１８ｂに向かって延びている。ケーシング１６の、羽根車の半径方向外側には、６個の導液路３２が設けられている。導液路３２は、羽根車１２から吐出される血流の方向に沿って半径方向に対し斜めに配置され、さらに軸方向にも曲げられて、軸方向にややオフセットした位置に配置される周部吐出管３４に向かって延びている。周部吐出管３４は、その終端が吐出管３６に接続されている。吐出管３６は、吸込管３０の近傍にほぼ同一の方向を向いて配置されている。
【００１４】
ケーシング１６の、羽根車の半径方向外側には、６個の磁極３８が配置され、電動機のステータを構成する。ステータのコアは、円環部と、これから内側に向かって突出する歯４０を有し、軸直交方向の断面形状と同形状の電磁鋼板を積層して形成されている。歯４０は、半径方向に対してやや傾いて配置されており、この傾きによって、前述の導液路３２との干渉を防止している。歯４０の先端は、羽根車１２の表裏に配置された永久磁石２４に対向する位置がやや突出し、間の部分は、羽根車１２から吐出された血液を導液路３２まで導く流路となっている。
【００１５】
歯４０には、導線が巻回されてコイル４２が形成されている。これらの歯４０とコイル４２は、血液と直接接触しないように、ケーシングの中に埋設されている。
【００１６】
コイル４２に、三相交流電力が供給されると、回転磁界が形成されて羽根車１２が回転する。このように、血液ポンプ１０は、ケーシング１６をステータ、羽根車１２をロータとする電動機のように作動する。したがって、通常のポンプのように、羽根車１２を外部から駆動するためのシャフトが存在せず、シャフトのシールも必要ない。シャフトのシール部分は、血液が滞留しやすく、血栓を発生しやすい部分であるが、血液ポンプ１０は、このような部分がない。
【００１７】
羽根車１２が回転すると、吸込管３０から吸込口１８へ血液が流れ、さらに羽根２２に沿って半径方向外側へ送り出される。羽根車１２より吐出した血液は、導液路３２を通って周部吐出管３４へ、さらに吐出管３６へ送られる。
【００１８】
以上のように、血液ポンプ１０は両吸込型であるため、血液が滞留しやすい羽根車背面が存在せず、従来問題となっていた羽根車背面での凝血を抑制することができる。また、羽根車１２が、表裏対称な形状をしているので、スラスト力が発生せず、支持穴２６および支持ピボット２８から構成される軸受部分の荷重が少なく、軸受の耐久性能が向上している。さらに、吸込管３０の先端と、吐出管３６の先端が略同一の方向に配置されているので、生体内の配置が容易である。
【００１９】
また、血液ポンプ１０のように、羽根車外周側にステータを配置することにより、羽根車１２が軸方向にずれようとしたときに、これを元の位置に戻す復元力を作用させるようにできる。これによっても、軸受部分の荷重を減少させ、軸受の耐久性を向上させることができる。
【００２０】
さらに、羽根車１２の半径方向の変位を検出する手段と、検出された変位に基づき羽根車１２に復元力を付与する手段を設けることができる。前記変位を検出する手段は、羽根車１２の外周付近に設けられた金属環と、羽根車半径方向に、この金属環に対向するようにケーシングに配置された変位センサを含む。変位センサは、渦電流型または静電容量型のギャップセンサを用いることができ、羽根車１２の半径方向の移動に応じて変化する金属環との間の距離を検出する。前記復元力を付与する手段は、駆動用コイルと同じ位置に重ねて配置された制御用コイルを含む。この制御用コイルに、羽根車１２の半径方向変位に応じた電力を供給し、磁力による復元力を付与する。これによれば、羽根車の軸受部分の荷重を軽減することができる。さらには、ポンプ動作中は、羽根車１２を浮上させるようにすることもできる。また、羽根車に内蔵される永久磁石と磁極との位相関係は、コイルに生じる逆起電力に基づき算出することができる。また、レゾルバを用いることも可能である。さらに、永久磁石に対向する位置にホール素子を設け、位相を求めることもできる。
【００２１】
以上のように、磁力制御により、羽根車中立位置に復元するような力を発生する場合には、表面側、裏面側の支持ピボット２８の間隔を広げ、羽根車１２をややルーズに支持するようにすることも可能である。支持ピボット２８と支持穴２６の間に血液の滞留が発生することをより抑制することができる。
【００２２】
図５および図６には、他の実施形態の血液ポンプ１１０が示されている。図１などに示された血液ポンプ１０と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略し、また、対応する構成については１００を加えた符号を付す。図５は、羽根車１２に関しては、シュラウド１４ａを一部排除した状態を示し、ケーシング１１６に関しては、上半分が羽根車１２の対称面を通る軸直交断面、下半分が血流の流線に沿った断面図となっている。
【００２３】
羽根車１２は、図１などに示されたものと全く同一である。血液ポンプ１１０の特徴の一つは、導液路１３２が３個であり、その半径方向に対する角度が血液ポンプ１０に比して大きくなっている点である。歯１４０は、導液路１３２を通すために、その先端の中央部が大きくへこんでいる。導液路１３２は、この内部の血流の流速エネルギが圧力エネルギに効率よく変換されるように、外に向かって、徐々に通路断面積が大きくなるように形成されている。また、大きな円弧を描くように形成され、内部の血流が、周部吐出管３４の血流に滑らかに合流するようになっている。周部吐出管３４の末端の導液路１３２の延長上に吐出管１３６が形成され、この導液路１３２に対して周部吐出管３４の末端が結合するようになっている。吸込管１３０は、吐出管１３６と反対側、すなわち図６において、羽根車１２より下側に配置されている。しかし、この配置については、血液ポンプ１０と同様に両者を一方の側に配置することも可能である。
【００２４】
図７には、さらに他の実施形態の血液ポンプ２１０が示されている。図１などに示された血液ポンプ１０と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略し、また、対応する構成については２００を加えた符号を付す。また、図７は、図２と同様、羽根車２１２については羽根２２２に沿った面における断面図、ケーシング２１６については、中心線左側が、歯２４０の中心を通る面による断面図、右側が流線に沿った断面図である。
【００２５】
血液ポンプ２１０の特徴の一つは、両吸込型の羽根車２１２のボス２２０に直接永久磁石２２４が埋め込まれ、開放型の羽根車となっている点である。羽根車２１２は、前述の実施形態と同様両吸込型であるが、これに比して軸方向に厚くなっており、外周部に４個の永久磁石が配置されている。ボス部２２に立設される羽根２２２の図中上下方向の端は、直接ケーシング２１６の内面に対向しておりケーシング内面付近の血液は、羽根車２１２内の血流とほぼ同等の流速を有している。ケーシング２１６には、羽根車２１２の外周部の表裏それぞれの側の二つの羽根出口に対向して、導液路２３２が二つ配置されている。導液路２３２は、半径方向に対してやや斜めに配置されて、周部吐出管２３４に向かって延びている。この傾斜の角度は、羽根車から吐出される血液の流線方向に基づき定められている。周部吐出管２３４はケーシング２１６の外周部をほぼ一周にわたって周回しており、末端がさらに外側に突出して、吐出管２３６が形成されている。磁極２３８は、歯２４０とコイル２４２から構成される。歯２４０は、半径方向に対し傾斜して配置され、導液路２３２とコイル２４２が干渉することを防止している。
【００２６】
歯２４０は６個が、永久磁石に対応して配置されており、その、図７においては上下には、導液路２３２が配置されている。このように導液路２３２と歯２４０とは、軸に直交する同一平面上に存在しないので、導液路２３２の配置は、コイル２４２との干渉を考慮するのみで足りる。したがって、流路の断面積を十分大きく取ることが可能である。
【００２７】
血液ポンプ２１０は、コイル２４２とステータのコアで形成される段付き部分に二つの周部吐出管２３４が配置されるが、ステータコアの外側に一つを配置することも可能である。
【００２８】
図８には、さらに他の実施形態の血液ポンプ３１０が示されている。図１などに示された血液ポンプ１０と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略し、また、対応する構成については３００を加えた符号を付す。また、図８は、図２と同様、羽根車３１２については羽根２２に沿った面における断面図、ケーシング３１６については、中心線左側が、歯３４０の中心を通る面による断面図、右側が流線に沿った断面図である。
【００２９】
血液ポンプ３１０の特徴の一つは、電動機としても構成部材、すなわちケーシング３１６に埋設される磁極３３８、羽根車３１２に固定される永久磁石３２４の配置である。両吸込型の羽根車３１２の表面、裏面のシュラウド３１４内には、周方向に６個ずつ永久磁石３２４が配置され、隣の磁石の極性は逆向きとなっている。ケーシング３１６の、羽根車３１２の表側および裏側の永久磁石３２４に対向する部分には、磁極３３８が埋設されている。磁極３３８は、歯３４０とコイル３４２からなり、コイル３４２に３相交流電力を供給することにより、回転磁界が形成される。この回転磁界により、羽根車３１２が回転する。
【００３０】
羽根車３１２の回転により、吸込管３０から血液が吸い込まれ、さらに羽根車３１２の中央部分から吸い込まれ、外周方向に向けて吐出される。吐出された血液は、周部吐出管３３４を通り、吐出管３３６へと送られる。
【００３１】
図９には、さらに他の実施形態の血液ポンプ４１０が示されている。主な構成は、図５および図６に示される血液ポンプ１１０と同様であり、共通する構成についての説明は省略する。また、対応する構成については、図６の符号の下二桁に対し、４００を加えた符号を付す。血液ポンプ４１０は、裏面シュラウド４１４ｂにのみ永久磁石４２４が配置され、磁極４３８についても、この永久磁石４２４に対向するように配置されている。また、磁極４３８を構成するコイルに重ねて、制御用コイルが設けられている。この制御用コイルは、永久磁石４２４との磁力による相互作用によって、羽根車３１２に対して軸直交方向に力を付与することができる。表面シュラウド４１４ａの外周部分には、リング状の金属環４４４が配置される。ケーシング４１６の側には、金属環４４４の外周に対向する位置に、すなわち羽根車回転軸に直交し、金属環４４４を含む平面上で、回転軸から等距離の位置に、少なくとも２個のギャップセンサ４４６が配置されている。金属環４４４は、その外周面が、羽根車１２の回転軸を中心とする円筒面となっている。ギャップセンサ４４６の検出対象となる方向は、羽根車中心を通り、交差する二方向とする必要があるが、直交する二方向とすることが好ましい。ギャップセンサ４４６は、渦電流型または静電容量型のセンサを用いることができる。ギャップセンサ４４６の出力に基づき、羽根車４１２の半径方向の位置が検出でき、これがずれていた場合、このずれをなくし、中心位置に復元する力を発生させるように、コイルに供給する電力を制御する。また、磁極４３８と永久磁石４２４の周方向の位置関係を検出するために、円周方向に磁極に対して等間隔に三つのホール素子４４８が配置されている。前記の半径方向の位置制御は、この周方向の位置関係（位相）についても考慮して制御コイルに電力供給が行われる。
【００３２】
支持穴２６と支持ピボット２８は、やや隙間を持って配置されており、前述の半径方向の位置制御を行うことにより、当該血液ポンプ４１０を回転させている間は、ほとんど接触なく回転が維持される。なお、軸方向のずれは、これが発生すると、磁極４３８に永久磁石４２４が引かれる力（復元力）が生じる。したがって、特に積極的な制御を行わなくても、自然に中立位置へと制御される。
【００３３】
また、本実施形態においては、磁極が羽根車の裏面シュラウド４１４ｂ側にオフセットして配置されているので、導液路は、磁極に対して、ポンプ軸方向にずれた位置に配置すればよい。よって、導液路の形状および配置に関する制約が緩和され、設計の自由度が高まる。
【００３４】
血流ポンプ４１０は、永久磁石４２４の数が少なく、磁極も小型であるので、全体の重量を抑えることができる。
【００３５】
以上のように、各実施形態の血液ポンプは両吸込型であるため、血液が滞留しやすい羽根車背面が存在せず、従来問題となっていた羽根車背面での凝血が生じることがない。また、羽根車が、表裏対称な形状をしているので、スラスト力が発生せず、支持穴および支持ピボットから構成される軸受部分の荷重が少なく、軸受の耐久性能が向上している。さらに、通常のポンプのように吸込管が羽根車回転軸方向に、また吐出管は羽根車の半径方向に設けられておらず、両者ともほぼ羽根車半径方向に延びているので、生体内の配置が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施形態の血液ポンプの構成を示す断面図である。
【図２】  図１の血液ポンプの他の破断面による断面図である。
【図３】  図１の血液ポンプの正面図である。
【図４】  図１の血液ポンプの側面図である。
【図５】  他の実施形態の血液ポンプの構成を示す断面図である。
【図６】  図５の血液ポンプの他の破断面による断面図である。
【図７】  さらに他の実施形態の血液ポンプの構成を示す断面図である。
【図８】  さらに他の実施形態の血液ポンプの構成を示す断面図である。
【図９】  さらに他の実施形態の血液ポンプの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１２  羽根車、１６  ケーシング  ２０  ボス、２２  羽根、２４  永久磁石、２６  支持穴、２８  支持ピボット、３０  吸込管、３２  導液路、３６  吐出管、３８  磁極、４０  歯、４２  コイル。
【図１】
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【図２】
0004251732.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004251732.tif 000005
【図５】
0004251732.tif 000006
【図６】
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【図７】
0004251732.tif 000008
【図８】
0004251732.tif 000009
【図９】
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