(57)【要約】血液ポンプを駆動する電気モーターを含む、心臓の心室への経皮的挿入に用いる血液ポンプであって、当該電気モーターは、少なくとも３個のモーター巻線部を含み、各モーター巻線部は、各々のモーター巻線部端に接続された２本の別々の相供給線を介して電源に個別に接続可能である。血液ポンプの電気モーターを駆動および制御するモーターコントローラであって、当該モーターコントローラは、血液ポンプの電気モーターの各モーター巻線部の対応する相供給線駆動部を含んでいて、当該相供給線駆動部は、対応する２本の相供給線を介して対応するモーター巻線部と接続されている。血液ポンプおよびモーターコントローラを含む血液ポンプシステム。血液ポンプのモーター巻線部への電力供給を制御する制御方法であって、本方法は、複数のモーター巻線部のうち１個の故障を検出するステップと、不良モーター巻線部を検出した場合、不良モーター巻線部の対応する相供給線駆動部をスイッチオフして、残りのモーター巻線部により電気モーターを引き続き動作させるか、代替的に、不良モーター巻線部の駆動パラメータを調整した上で全てのモーター巻線部により電気モーターを引き続き動作させるステップを含んでいる。経皮的挿入に用いる血液ポンプを駆動する電気モーター内における少なくとも３個の独立したモーター巻線部の使用法であって、当該モーター巻線部が、当該少なくとも３個のモーター巻線部のうち１個のモーター巻線部端の各々に接続された２本の別々の対応する相供給線を介して対応する電源に個別に接続されている。
2020506658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
血液ポンプ（５０）を駆動する電気モーター（５１）を含み、前記電気モーター（５１；５１−２）が、少なくとも３個のモーター巻線部（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）を含んでいて、各モーター巻線部（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）が、各々のモーター巻線部端（ＬｕＥ１，ＬｕＥ２；ＬｖＥ１，ＬｖＥ２；ＬｗＥ１，ＬｗＥ２）に接続された別々の相供給線（Ｌｕ１，Ｌｕ２；Ｌｖ１，Ｌｖ２；Ｌｗ１，Ｌｗ２）を介して電源に個別に接続されるように配置および構成されている血液ポンプ（５０）。
【請求項２】
前記電気モーター（５１；５１−２）が永久磁石励起同期モーターである、請求項１に記載の血液ポンプ（５０）。
【請求項３】
前記電気モーター（５１；５１−２）が３個のモーター巻線部（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）を含み、各モーター巻線部（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）が対応する相供給線（Ｌｕ１，Ｌｕ２；Ｌｖ１，Ｌｖ２；Ｌｗ１，Ｌｗ２）に接続されている。請求項１または２に記載の血液ポンプ（５０）。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の血液ポンプ（５０）の電気モーター（５１；５１−２）を駆動および制御するモーターコントローラ（１００）であって、各モーター巻線部（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）に対し、前記対応する相供給線（Ｌｕ１，Ｌｕ２；Ｌｖ１，Ｌｖ２；Ｌｗ１，Ｌｗ２）を介して前記モーター巻線部（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）のうち１個と接続された、対応する相供給線駆動部（ＤＨ１，ＤＨ２，ＤＨ３；ＤＬ１，ＤＬ２，ＤＬ３）を含んでいるモーターコントローラ（１００）。
【請求項５】
各々の相供給線駆動部（ＤＨ１，ＤＨ２，ＤＨ３；ＤＬ１，ＤＬ２，ＤＬ３）が、対応するモーター巻線部（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）に供給される電力を協調制御すべく切り替え可能に構成された２個の対応するハーフブリッジ装置により実装されている、請求項４に記載のモーターコントローラ（１００）。
【請求項６】
対応するモーター巻線部（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）を通って流れる電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）の実際の値を測定する各々の相電流測定部（Ｒｕ，Ｒｖ，Ｒｗ）と、
全てのモーター巻線部（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）を通って流れる全電流（Ｉｔｏｔａｌ）の実際の値を測定する全電流測定部（Ｒｔｏｔａｌ）と、
駆動されていないモーター巻線部（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）に対する、各々の誘導された  逆起電力ＣＥＭＦを測定すべく構成された各々の測定部のうち少なくとも１個を更に含んでいる、請求項４または５に記載のモーターコントローラ（１００）。
【請求項７】
電気モーター（５１；５１−２）を動作させるべく、好適には前記電気モーター（５１；５１−２）の回転速度、前記電気モーター（５１；５１−２）の回転方向、および前記電気モーター（５１；５１−２）により生じるトルクのうち少なくとも一つを駆動および制御すべく前記相供給線駆動部（ＤＨ１，ＤＨ２，ＤＨ３；ＤＬ１，ＤＬ２，ＤＬ３）を制御すべく構成された制御部（１２０）を含んでいる、請求項４〜６のいずれか１項に記載のモーターコントローラ（１００）。
【請求項８】
前記制御部（１２０）が、前記モーター巻線部（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）のうち１個の故障を検出すべく構成されていて、不良モーター巻線部を検出した場合、
前記不良モーター巻線部の対応する相供給線駆動部（ＤＨ１，ＤＨ２，ＤＨ３；ＤＬ１，ＤＬ２，ＤＬ３）をスイッチオフして、残りのモーター巻線により前記電気モーター（５１；５１−２）を引き続き動作させるか、または
前記不良モーター巻線部のパラメータを調整した上で全てのモーター巻線により前記電気モーター（５１；５１−２）を引き続き動作させるべく構成されている、請求項７に記載のモーターコントローラ（１００）。
【請求項９】
前記不良モーター巻線部が特定されるのは、前記モーター巻線部の導線、または前記モーター巻線部の対応する相供給線（Ｌｕ１，Ｌｕ２；Ｌｖ１，Ｌｖ２；Ｌｗ１，Ｌｗ２）の断線、前記モーター巻線部から前記電気モーター（５１）の筐体への漏電、および前記モーター巻線部の巻線間の短絡のうち少なくとも一つが生じた場合であり、前記制御部（１２０）が更に、前記モーター巻線部（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）を通って流れる各々の実電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）、または前記モーター巻線部（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）の実際の電圧の比較のうち少なくとも一つに基づいて、前記不良モーター巻線部を検出すべく構成されている、請求項７に記載のモーターコントローラ（１００）。
【請求項１０】
前記モーター巻線部の故障が、前記モーター巻線部（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）のうち２個の導線間の短絡により特定され、
前記制御部（１２０）が、前記２個の不良モーター巻線部を通って流れる実電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）の比較に基づいて、前記２個の不良モーター巻線部を検出すべく構成されていて、
前記制御部（１２０）が、前記２個の不良モーター巻線部のうち１個を、対応する前記相供給駆動部（ＤＨ１，ＤＨ２，ＤＨ３；ＤＬ１，ＤＬ２，ＤＬ３）をスイッチオフすべき不良モーター巻線部として判定すべく構成されている、請求項７に記載のモーターコントローラ（１００）。
【請求項１１】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の血液ポンプ（５０）および請求項４〜１０のいずれか１項に記載のモーターコントローラ（１００）を含む血液ポンプシステム。
【請求項１２】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の血液ポンプ（５０）のモーター巻線部（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）への電力供給を制御する制御方法であって、
（ｉ）前記モーター巻線部（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）のうち１個の故障を検出するステップと、
（ｉｉ）不良モーター巻線部を検出した場合、
前記不良モーター巻線部の対応する相供給線駆動部（ＤＨ１，ＤＨ２，ＤＨ３；ＤＬ１，ＤＬ２，ＤＬ３）をスイッチオフして、残りのモーター巻線の相供給線駆動部（ＤＨ１，ＤＨ２，ＤＨ３；ＤＬ１，ＤＬ２，ＤＬ３）を制御することにより前記電気モーター（５１；５１−２）を引き続き動作させ、または代替的に、
前記不良モーター巻線部の駆動パラメータを調整した上で全てのモーター巻線（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）により前記電気モーター（５１；５１−２）を引き続き動作させるステップを含む方法。
【請求項１３】
前記モーター巻線部（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）のうち１個の故障を検出するステップが、
（ａ）前記不良モーター巻線部の導線、または前記不良モーター巻線部の対応する相供給線（Ｌｕ１，Ｌｕ２；Ｌｖ１，Ｌｖ２；Ｌｗ１，Ｌｗ２）の断線、
（ｂ）前記不良モーター巻線部から前記電気モーター（５１；５１−２）の筐体への漏電、
（ｃ）前記不良モーター巻線部の巻線間の短絡、
（ｄ）前記モーター巻線部（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）のうち２個の導線間の短絡、のうち少なくとも一つを検出するステップを含んでいる、請求項１２に記載の制御方法。
【請求項１４】
前記モーター巻線部（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）のうち１個の故障を検出するステップが、
（ａ）前記モーター巻線部（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）を通って流れる各々の実電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）、
（ｂ）前記モーター巻線部（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）における実際の電圧低下の比較、および
（ｃ）前記不良モーター巻線部を通って流れる実電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）の比較のうち少なくとも一つに基づいている、請求項１２または１３に記載の制御方法。
【請求項１５】
経皮的挿入に用いる血液ポンプ（５０）を駆動する電気モーター（５１；５１−２）内における少なくとも３個の独立したモーター巻線部（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）の使用法であって、前記モーター巻線部（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）が、少なくとも３個のモーター巻線部（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）のうち１個の各々のモーター巻線部端（ＬｕＥ１，ＬｕＥ２；ＬｖＥ１，ＬｖＥ２；ＬｗＥ１，ＬｗＥ２）に接続された２本の別々の対応する相供給線（Ｌｕ１，Ｌｕ２；Ｌｖ１，Ｌｖ２；Ｌｗ１，Ｌｗ２）を介して、対応する電源（１１０）に個別に接続されている使用法。
【請求項１６】
前記電気モーター（５１；５１−２）が、患者の体内に経皮的に完全に挿入されるよう構成された前記血液ポンプ（５０）と一体化された要素であり、前記血液ポンプ（５０）が患者に挿入された際に、前記電気モーター（５１；５１−２）に電力を供給して制御する前記モーターコントローラ（１００）が患者の体外に配置されていて、前記電気モーター（５１；５１−２）に電力を供給して動作を制御するための接続部がカテーテル（１０）を通して前記血液ポンプ（５０）に渡される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の血液ポンプ（５０）、請求項４〜１０のいずれか１項に記載のモーターコントローラ（１００）、請求項１１に記載の血液ポンプシステム、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の制御方法、または請求項１５に記載の使用法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は経皮的挿入用の補助人工心臓（ＶＡＤ）の分野に関する。特に、本発明は経皮的に挿入可能な血液ポンプ、例えば血管内回転血液ポンプ等、ＶＡＤのモーター内のモーター巻線部の回路構成、およびそのようなＶＡＤの制御並びに制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モーター巻線を有する電気モーターにより駆動されるＶＡＤが一般に知られている。経皮的に挿入可能な血液ポンプ等のＶＡＤの特定の一例として、心機能を回復するまで補助すべく数時間または数日間にわたり血管を通して心臓内に直接配置または植設すべく構成されたカテーテルを主体とする回転血液ポンプがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５９１１６８５Ａ号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
米国特許第５９１１６８５Ａ号に例示的な血管内回転血液ポンプが開示されている。しかし、電気モーターを含む他の種類のＶＡＤも存在する。
【０００５】
ＶＡＤを駆動する電気モーターは、ＶＡＤの機能に関してＶＡＤの一つの重要な構成要素であって、患者の心臓に必要な補助を提供するものである。モーターの故障は深刻な問題を引き起こす恐れがあり、たとえＶＡＤが交換可能であっても、そのような交換により不要なリスクが生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の目的は、電気モーターが故障するリスクを減らし、特に電気モーターの完全停止を回避できる、ＶＡＤの改良された電気駆動方式を提供することである。
【０００７】
更に、本発明の第２の目的は、モーター巻線が故障した場合でも電気モーターを引き続き動作させるべく、第１の目的を実現する改良された電気モーターのための改良された制御方法および装置を提供することである。
【０００８】
上述の目的の少なくとも一つは、各々の独立請求項の特徴により実現される。更なる実施形態が各々の従属請求項により規定される。
【０００９】
本発明の中核的発想は、モーター巻線間で一切回路相互接続が生じないようにする回路構成にモーター巻線が構成されているＶＡＤを駆動する電気モーター、特に血管内回転血液ポンプ等の経皮的に挿入可能な血液ポンプを用いることである。好適には、全てのモーター巻線は、別々の供給線を介して個別に動作する。有利な特徴として、電気モーターは、いずれかのモーター巻線に不具合があっても、影響を受けたモーター巻線を動作から外すか、または影響を受けたモーター巻線のパラメータを調整した上で動作させることにより、引き続き動作させることができる。例えば、いずれかのモーター巻線への相供給線のうち１本が断線しても、残りのモーター巻線により電気モーターを引き続き動作させることができる。例えば、特定の２本の巻線間に短絡が生じた場合、影響を受ける１本の巻線を動作から外して、残りのモーター巻線により電気モーターを引き続き動作させることができる。例えば、特定の１本の巻線内で短絡（例：巻間短絡）が生じた場合、影響を受ける巻線を動作から外すか、またはパラメータを調整した上で動作させて、残りのモーター巻線により電気モーターを引き続き動作させることができる。例えば、特定の巻線からポンプの筐体へ故障電流が流れた場合、影響を受ける巻線を動作から外して、残りのモーター巻線により電気モーターを引き続き動作させることができる。
【００１０】
本発明の第１の態様は、例えば血管内適用等の経皮的挿入に用いる血液ポンプを提供する。血液ポンプは、当該血液ポンプを駆動する電気モーターを含んでいる。電気モーターは、少なくとも３個のモーター巻線部を含んでいる。各モーター巻線部は、１本が２個のモーター巻線部端の一方に接続され、他の1本がモーター巻線端の他方に接続されている２本の対応する別々の相供給線を介して電源に個別に接続されるように配置および構成されている。
【００１１】
特定のモーター巻線部は、対応する少なくとも１本のモーター巻線を含むが、特定の１本の巻線だけに限定されない。すなわち、モーター巻線部は複数の巻線を含んでいてよい。特に、１個のモーター巻線部が、互いに平行に接続された複数のモーター巻線を含んでいてよい。例えば、１個のモーター巻線部が多層巻線を含み、異なる層に複数の巻線が実装され、且つ平行に接続されてモーター巻線部を形成していてよい。例えば、１本の巻線が、異なる層に配置されていて、平行に接続されて各モーター巻線部を形成する２本の平行に接続された巻線を含んでいてよい。
【００１２】
好適には、電気モーターは同期モーターである。最も好適には、モーターは、永久磁石励起同期モーター、すなわち永久磁石を含むローターを含むモーターである。
【００１３】
好適には、電気モーターは、少なくとも３個のモーター巻線部、および各モーターの巻線部に対応する２本の相供給線を含んでいる。特定の実施形態において、電気モーターは、３個のモーター巻線部を含み、対応するモーター巻線部端の各々が対応する１本の相供給線に接続されている。
【００１４】
本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様による血液ポンプの電気モーターを駆動および制御するモーターコントローラを提供する。モーターコントローラは、各モーター巻線部に対応する切り替え可能な相供給線駆動部を含んでいる。各々の切り替え可能な相供給線駆動部は、対応する２本の相供給線を介してモーター巻線部のうち１個と接続されている。
【００１５】
好適には、相供給線駆動部は、各モーター巻線部に供給される電力を協調制御すべく切り替え可能な２個のハーフブリッジ部により実装される。
【００１６】
好適には、モーターコントローラは、対応するモーター巻線部を通って流れる電流の実際の値を測定する各々の相電流測定部、全てのモーター巻線部を通って流れる全電流の実際の値を測定する全電流測定部、および逆起電力ＣＥＭＦとも呼ばれる、各々の誘導された逆電磁力ＢＥＭＦ、すなわち各モーター巻線部が駆動されない、換言すれば各モーター巻線部が電源から切り離された瞬間での各モーター巻線部の電圧を測定すべく構成された各々の測定部のうち少なくとも１個を含んでいる。
【００１７】
好適には、モーターコントローラは、相供給線駆動部を制御すべく当該駆動部に動作可能に接続されていて、電気モーターの回転速度、電気モーターの回転方向、および電気モーターにより生じるトルクのうち少なくとも一つを駆動および制御すべく構成された制御部を含んでいる。
【００１８】
好適には、制御部は、複数のモーター巻線部のうち１個の故障を検出すべく構成されている。更に、制御部は、不良モーター巻線部を検出した場合、不良モーター巻線部の対応する相供給線駆動部をスイッチオフして、残りのモーター巻線により電気モーターを引き続き動作させるべく構成されている。代替的に、制御部は、パラメータを調整した上で不良モーター巻線部を引き続き駆動して、全てのモーター巻線により電気モーターを引き続き動作させるべく構成されていてよい。すなわち、血液ポンプは、残りのモーター巻線部単独で、または駆動パラメータを調整した上で不良モーター巻線部を動作させた全てのモーター巻線部により、動作状態に保つことができる。
【００１９】
好適には、モーター巻線部が不良と判定されるのは、
（ａ）モーター巻線部の導線、またはモーター巻線部の対応する相供給線のうち少なくとも１本の断線、
（ｂ）モーター巻線部から電気モーターの筐体への漏電、
（ｃ）モーター巻線部の巻線間の短絡
のうち少なくとも一つが生じた場合である。
【００２０】
好適には、制御部は、当該モーター巻線部または複数のモーター巻線部を通って流れる各々の実電流、および当該モーター巻線部または複数のモーター巻線部の実際の電圧の比較のうち少なくとも一つに基づいて、不良モーター巻線部、すなわち上述の故障（ａ）〜（ｃ）の一つを検出すべく構成されている。
【００２１】
代替的に、モーター巻線部の故障は、２個のモーター巻線部の導線間の短絡を含み、結果的に２個のモーター巻線部の不良を引き起こす場合がある。好適には、制御部は、２個の不良モーター巻線部を通って流れる実電流の比較に基づいて、２個の不良モーター巻線部を検出すべく構成されている。好適には、そのような２個の不良巻線部がある場合、制御部は、２個の不良モーター巻線部のうち１個が、対応する相供給線駆動部をスイッチオフすべき、またはパラメータを調整した上で動作させるべき不良モーター巻線部であると判定すべく構成されている。
【００２２】
本発明の第３の態様は、本発明の第１の態様による血液ポンプおよび本発明の第２の態様によるモーターコントローラを含む血液ポンプシステムを提供する。
【００２３】
本発明の第４の態様は、好適には本発明の第１の態様による血液ポンプのモーター巻線部への電力供給を制御する制御方法を提供する。本方法は、（ｉ）複数のモーター巻線部のうち１個の故障を検出するステップと、（ｉｉ）不良モーター巻線部を検出した場合、第１の代替策では、不良モーター巻線部を駆動する、対応する相供給線駆動部をスイッチオフして、残りのモーター巻線の相供給線駆動部を制御することにより電気モーターを引き続き動作させ、第２の代替策では、不良モーター巻線部の駆動パラメータを調整した上で全てのモーター巻線部の相供給線駆動部を制御することにより電気モーターを引き続き動作させるステップを含んでいる。
【００２４】
好適には、複数のモーター巻線部のうち１個の故障を検出するステップは、
（ａ）不良モーター巻線部の導線、または不良モーター巻線部の対応する相供給線の断線、
（ｂ）不良モーター巻線部から電気モーターの筐体への漏電、
（ｃ）不良モーター巻線部の巻線間の短絡、
（ｄ）モーター巻線部のうち２個の導線間の短絡、のうち少なくとも一つを検出するステップを含んでいるが、これに限定されない。
【００２５】
好適には、複数のモーター巻線部のうち１個の故障を検出するステップは、当該複数のモーター巻線部を通って流れる各々の実電流、当該複数のモーター巻線部における実際の電圧低下の比較、および当該複数の不良モーター巻線部を通って流れる実電流の比較のうち少なくとも一つに基づいている。
【００２６】
第５の本発明の態様は、経皮的挿入に用いる血液ポンプを駆動する電気モーター内における少なくとも３個の独立したモーター巻線部の使用法に関する。各モーター巻線部は、対応するモーター巻線部の２個のモーター巻線部端の各々１個に接続された２本の別々の対応する相供給線を介して電源に個別に接続されるように配置および構成されている。
【００２７】
最後に、本発明の第１の態様の血液ポンプ、本発明の第２態様のモーターコントローラ、第３の本発明の態様の血液ポンプシステム、本発明の第４の態様の制御方法、または本発明の第５の態様の使用に関して、いずれの場合も電気モーターは好適には血液ポンプと一体化された要素である。血液ポンプが患者の体内に経皮的に完全に挿入されるよう構成されているため、血液ポンプが患者に挿入された際に、血液ポンプと一体的な部分としての電気モーターも同様に挿入される。次いで、電気モーターに電力を供給して制御するモーターコントローラは好適には患者の体外に配置されている。電気モーターに電力を供給して動作を制御するための接続部だけが患者の体外から経皮的に患者の体内にカテーテルを通して血液ポンプ、および対応して電気モーターに渡される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
以下、添付の図面を参照しながら本発明について複数の例を用いて説明する。
【図１】電気モーターにより駆動される経皮的挿入用ＶＡＤの一例を示す概要図である。
【図２】（ａ）デルタ構成、（ｂ）星型またはＹ字構成、および（ｃ）導線端が開いた構成を有する３個のモーター巻線部の回路構成図である。
【図３】電源とモーター巻線部の３本の電源線との間の対応するスイッチを変調制御しながら、星型構成の３個のモーター巻線部を有する電気モーターをパルス駆動する原理を示す構成図である。
【図４】経皮的挿入に用いる血液ポンプの電気モーターにおけるモーター巻線部の本明細書で提案する新たな構成の特定の一実施形態を示し、更に電気モーターの駆動段階の基本構成を示す簡素化された模式的回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１に、対応するモーター巻線部を含む電気モーターにより駆動される経皮的挿入用ＶＡＤの一例を示す。ＶＡＤは、マイクロ軸回転血液ポンプ５０、特に患者の血管を通して患者の心臓内に経皮的に挿入するカテーテルを主体とするマイクロ軸回転血液ポンプ（「以下では単に「血液ポンプ５０」と呼ぶ）である。そのような血液ポンプは例えば米国特許５９１１６８５Ａ号で公知である。
【００３０】
血液ポンプ５０は、血管を介して血液ポンプ５０を一時的に患者の心臓の心室内へ導くことができるカテーテル１０を利用する。血液ポンプ５０は、カテーテル１０に加えて、カテーテル管２０の端に固定されたポンピング装置を含んでいる。回転ポンピング装置は、電気モーター５１、および当該電気モーター５１から軸距離に位置するポンプ部５２を含む。送血カニューレ５３が、一端でポンプ部５２に接続されていて、ポンプ部５２から延伸して、他端に位置する流入ケージ５４を有している。流入ケージ５４には柔軟で可撓性の先端５５が取り付けられている。ポンプ部５２は、流出開口部５６を有するポンプ血管を含んでいる。更に、ポンピング装置は、電気モーター５１からポンプ部５２のポンプ筐体内に突出する駆動軸５７を含んでいる。駆動軸５７は、押圧要素としてインペラ５８を駆動する。血液ポンプ５０の動作中、流入ケージ５４を通しい血液を吸引し、駆動軸５７を介して電気モーター５０により駆動される回転インペラ５８により流出開口部５６を通して放出することができる。
【００３１】
カテーテル１０のカテーテル管２０を３本の線、すなわち２本の信号線２８Ａ、２８Ｂ、およびポンピング装置の電気モーター５１に電力を供給する電力供給線２９が貫通する。信号線２８Ａ、２８Ｂ、および電力供給線２９の近位端でポンピング装置を制御すべく制御部（図示せず）に取り付けられている。信号線は２８Ａ、２８Ｂは、対応するセンサヘッド３０、６０を各々有する血圧センサの一部である。電力供給線２９は、モーター部の電気モーター５１の各モーター巻線部に電力を供給する別々の相供給線を含んでいる。電気モーター５１は好適には同期モーターである。例示的な一構成において、電気モーターは、駆動軸５７に結合されたローター（図示せず）を駆動する３個のモーター巻線部を含んでいる。ローターは少なくとも１本の界磁巻線を含んでいてよい。代替的に、ローターは、永久磁石を含んでいて、永久磁石励起同期モーターが得られる。特定の一実施形態において、特定の１個のモーター巻線部は、異なる層に配置され且つ平行に接続された２本の平行に接続された巻線を含んでいる。
【００３２】
血液ポンプ５０はマイクロ軸回転血液ポンプであり、「マイクロ」は心室に至る血管を介して血液ポンプを心臓の心室内に経皮的に挿入できるように充分サイズが小さいことを示す。これはまた、血液ポンプ５０を経皮的挿入用の「血管内」血液ポンプとして定義する。「軸」は、ポンプ部５２を駆動する電気モーター５１の配置が軸構成に配置されていることを示す。「回転」は、ポンプ機能が、回転電気モーター５１により駆動されるトラスト要素、例えばインペラの回動動作に基づいていることを意味する。
【００３３】
好適には、且つ図１に示すように、電気モーター５１は、患者の体内に経皮的に完全に挿入されるように構成された血液ポンプ５０の一要素である。通常、血液ポンプ５０は、例えば患者の心臓の心室に至る血管を介して患者の体内に挿入される。上述のように、血液ポンプ５０は、血管を通して血液ポンプ５０の挿入を実行できる、且つ電気モーター５１に電力を供給して制御すべく電力供給線２９を通すことができるカテーテル１０を利用する。すなわち、電気モーター５１に電力を供給して制御するモーターコントローラ（例：図４の１００）は患者の体外に位置している。従って、モーター５１に電力を供給して動作を制御する接続部（例：２９）だけがカテーテル１０内を貫通する。これは、駆動電気モーターは患者の体外にあってよい一方で、ポンプ部だけが患者の体内に挿入されるようにカテーテル内を通された回転駆動導線を介して駆動される血液ポンプとは全く異なる。この場合、不良電気モーターの交換をより容易に行うことができる。
【００３４】
図２に、図１の血液ポンプ５０の電気モーター５１の各回路構成を示す。例えば、電気モーターは、３個のモーター巻線部Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗを含んでいる。図２（ａ）において、モーター巻線部Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗは、デルタ回路構成で接続されている。図２（ｂ）において、モーター巻線部Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗは星型またはＹ字回路構成で接続されている。
【００３５】
図２（ｃ）に、一般に「開放端巻線」構成と呼ばれる、開いた配線端を有する構成のモーター巻線部Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗを示す。図示する構成は、３個のモーター巻線部Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗのいずれも他の２個のモーター巻線部との間の回路相互接続が意図されていない、という事実により特徴付けられる。本構成において、３個のモーター巻線部Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗのいずれも他のモーター巻線部から独立に電力供給を受けることができる。
【００３６】
特定のモーター巻線部が少なくとも１本の特定のモーター巻線を含んでいるが、１本の巻線に限定されない点に注意されたい。モーター巻線部は、複数の巻線モーターを含んでいてよい。特に、モーター巻線部は、平行に接続されてモーター巻線部を形成する複数のモーター巻線を含んでいてよい。例えば、１個のモーター巻線部が２本の平行に接続された巻線を含んでいてよい。異なる巻線が異なる層に配置されていてよく、且つモーター巻線部の端を形成する各配線端に平行に接続されていてよい。
【００３７】
図３に、各々が２個の電力供給ノードＵｓ、Ｕｇの一方に、且つ各々が対応する１個のモーター巻線部Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに電力供給する３本の電力供給線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のうち１本だけに接続されている、対応するスイッチの対Ｓｕ１およびＳｕ２、Ｓｖ１およびＳｖ２、Ｓｗ１およびＳｗ２のパルス幅変調制御により、図２（ｂ）の構成の３個のモーター巻線部Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗを有する電気モーター５１−１を駆動する従前方式を示す。
【００３８】
電気モーター５１−１は、米国特許第５９１１６８５Ａ号で公知のマイクロ軸回転血液ポンプに用いられるモーター巻線構成を含んでいる。３個のモーター巻線部Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗは互いに一方の端が星型ノードのＳＮに接続されているのに対し、各モーター巻線部の他方の端は各々、対応する電力供給線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のうち１本を介して、各々が２個の半導体スイッチ、例えばスイッチの対Ｓｕ１およびＳｕ２、Ｓｖ１およびＳｖ２、Ｓｗ１およびＳｗ２として図示する電力ＭＯＳＦＥＴを含む３個のハーフブリッジＨ１、Ｈ２、Ｈ３の各々に対応する各中間ノードＭＮ１、ＭＮ２、ＭＮ３に接続されている。３個のハーフブリッジＨ１、Ｈ２、Ｈ３の各々が、制御部１により制御される各々の相供給線駆動部を画定する。３個のハーフブリッジＨ１、Ｈ２、Ｈ３、すなわち相供給線駆動部は１個の駆動部ＤＵに組み込まれていても、または当該駆動部ＤＵにより実装されていてもよい。
【００３９】
ハーフブリッジＨ１、Ｈ２、Ｈ３の各々は、各スイッチの対Ｓｕ１およびＳｕ２、Ｓｖ１およびＳｖ２、Ｓｗ１およびＳｗ２をパルス幅変調により、特定のモーター巻線部Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗを駆動する電圧の波形が、他の２本のモーター巻線を駆動する各電圧の波形のいずれとも１２０°の位相差を有するように制御すべく構成された制御部１により制御される。
【００４０】
ハーフブリッジＨ１、Ｈ２、Ｈ３は各々、供給電圧Ｕｓおよび基準電圧Ｕｇ（例：接地電圧）も提供する制御部１に接続されている。１個のハーフブリッジＨ１、Ｈ２、Ｈ３のスイッチの各々の制御を、図３に制御部１から各スイッチの対Ｓｕ１およびＳｕ２、Ｓｖ１およびＳｖ２、Ｓｗ１およびＳｗ２への対応する矢印で示す。各ハーフブリッジＨ１、Ｈ２、Ｈ３を切替えることにより、対応するモーター巻線部Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに供給される各電流が切替えられる結果、特定のモーター巻線部により生じる磁場が対応して変化する。これにより、モーター巻線部は、モーター５１−１のローター（図示せず）を動作させる回転磁場を発生させる。励起界磁巻線を含むローターが対応して回転を強いられる。
【００４１】
ハーフブリッジＨ１、Ｈ２、Ｈ３（相供給線駆動部）のスイッチの対Ｓｕ１およびＳｕ２、Ｓｖ１およびＳｖ２、Ｓｗ１およびＳｗ２の対応する制御により、電気モーター５１−１の回転方向および回転速度、並びに電気モーター５１−１により生じるトルクの制御が可能になる。例えば、図１に示す公知の血液ポンプ５０において、３個のモーター巻線部Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗを有する同期モーター５１は星型構成で動作する。従って、カテーテル管２０を貫通する図１に示す供給線２９は、各モーター巻線部に電力を供給する３個の相供給線Ｌ１、Ｌ２およびＬ３を含んでいる。
【００４２】
図４に、図１に示すような経皮的挿入用の血液ポンプの電気モーター５１−２のモーター巻線部の本明細書で提案する新規の構成の特定の一実施形態を示す。更に、電気モーター５１−２の駆動段階の基本構成の簡素化された模式的回路図を図４に示す。
【００４３】
上述および図１に示すように、電気モーター５１−２は血液ポンプ５０と一体化された一要素である。従って、血液ポンプ５０と共に、電気モーター５１−２も経皮的に患者の体内に完全に挿入される。また上述のように、血液ポンプ５０は、血管を通して血液ポンプ５０が挿入され、且つ電気モーター５１−２に電力を供給して制御すべく電力供給線２９が導かれるカテーテル１０に基づいている。電力供給線２９は、６個の別々の相供給線Ｌｗ１、Ｌｖ１、およびＬｕ１、Ｌｗ２、Ｌｖ２、およびＬｕ２（以下に詳述する）を含んでいる。電気モーター５１−２に電力を供給して制御するモーターコントローラ１００は特に、患者の体外に配置される。換言すれば、モーター５１−２に電力を供給して動作制御するための接続部はカテーテル１０内を貫通する。
【００４４】
電気モーター５１−２は、３個のモーター巻線部Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗを含んでいる。３個よりも多くのモーター巻線部を用いてもよい点に注意されたい。各モーター巻線部Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗは個別に各モーター巻線部の両端ＬｗＥ１およびＬｗＥ２、ＬｖＥ１およびＬｖＥ２、ＬｕＥ１およびＬｕＥ２で、１個の別々の相供給線Ｌｗ１、Ｌｖ１、およびＬｕ１、Ｌｗ２、Ｌｖ２、およびＬｕ２に接続されている。特定の１個のモーター巻線部Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗの２本の相供給線の各々が、対応する１個のハーフブリッジ回路ＤＨ１、ＤＨ２、ＤＨ３、ＤＬ１、ＤＬ２、ＤＬ３に接続されている。各ハーフブリッジ回路ＤＨ１、ＤＨ２、ＤＨ３、ＤＬ１、ＤＬ２、ＤＬ３は、図３との関係で述べたように、対応する２個の半導体スイッチの対ＳｗＨ１およびＳｗＨ２、ＳｖＨ１およびＳｖＨ２、ＳｕＨ１およびＳｕＨ２、ＳｗＬ１およびＳｗＬ２、ＳｖＬ１およびＳｖＬ２、ＳｕＬ１およびＳｕＬ２を含んでいる。
【００４５】
例えば、モーター巻線部Ｌｗに関して、第１の巻線部端ＬｗＥ１は第１相供給線Ｌｗ１を介してハーフブリッジ回路ＤＨ１の中間ノードＭＮＨ１に接続されているのに対し、第２の巻線端ＬｗＥ２は第２相供給線Ｌｗ２を介して対応する第２のハーフブリッジ回路ＤＬ１の中間ノードＭＮＬ１に接続されている。２個のハーフブリッジ回路ＤＨ１、ＤＬ１の各々は２個の半導体スイッチの対ＳｗＨ１およびＳｗＨ２、ＳｗＬ１およびＳｗＬ２を含んでいる。２個のハーフブリッジ回路ＤＨ１、ＤＬ１は共にモーター巻線部Ｌｗの相供給線駆動部を画定する。同じことが他のハーフブリッジおよびモーター巻線部にも当てはまる。
【００４６】
図３に示す構成と比較して、図４の電気モーター５１−２は、原理的に２個の駆動部ＤＵ１、ＤＵ２を含むモーターコントローラ１００により駆動および制御される。２個の駆動部ＤＵ１、ＤＵ２の各々は、モーター巻線部Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗの各々の第１の巻線部端に接続されている。特定の実装例において、例えば、駆動部ＤＵ１、ＤＵ２はＴｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社のＤＲＶ８３１２型３相パルス幅変調駆動部等の集積回路（ＩＣ）により実装されていてよい。
【００４７】
特定の１個のモーター巻線部Ｌｗ、Ｌｖ、Ｌｕを通過する実電流Ｉｖ、Ｉｕ、Ｉｗを測定すべく、駆動部ＤＵ１、ＤＵ２は対応するモーター巻線部Ｌｗ、Ｌｖ、Ｌｕと原理的に直列に接続された各電流測定部ＩＭ１、ＩＭ２、ＩＭ３に接続されている。例えば、特定の１個のモーター巻線部Ｌｗ、Ｌｖ、Ｌｕを通過する実電流は、シャント抵抗器等の電流検出素子における電圧低下に対応して判定することができる。図４に示す実施形態において、電流検出部ＩＭ１、ＩＭ２、ＩＭ３は、対応するシャント抵抗器Ｒｗ、Ｒｖ、Ｒｕにより実装されている。
【００４８】
上記に対応するように、モーターコントローラ１００は、巻線全てのモーター部Ｌｗ、Ｌｖ、Ｌｕを通過する全電流の測定部ＩＴＭを含んでいる。全電流測定部ＩＴＭは、電流検出素子を含んでいて、原理的にモーター巻線部自体として互いに平行に接続された全ての相供給線の共通ノードと直列に接続されている。全電流の電流検出部ＩＴＭはシャント抵抗器Ｒｔｏｔａｌにより実装されていて、その電圧低下は測定可能であって全電流Ｉｔｏｔａｌに比例している。
【００４９】
更に、制御部１２０は、個別のモーター巻線部Ｌｗ、Ｌｖ、Ｌｕの各々に対する実電流Ｉｖ、Ｉｕ、Ｉｗおよび全てのモーター巻線部Ｌｗ、Ｌｖ、Ｌｕを通過する全電流Ｉｔｏｔａｌの測定値を受信するための検出入力を含んでいる。更に、制御部１２０は、駆動部ＤＵ１、ＤＵ２を介して供給される実際の電圧を受電する電力供給部１１０に動作可能に接続されている。
【００５０】
更に、対応する電圧測定もまた、駆動部ＤＵ１内の各中間ノードＭＮＨ１、ＭＮＨ２、およびＭＮＨ３および／または駆動部ＤＵ２内のＭＮＬ１、ＭＮＫ２、ＭＮＬ３で、各モーター巻線部が現在駆動されていない、すなわち対応するハーフブリッジのスイッチのいずれかが開いている場合に、各モーター巻線部で誘導された反電磁力ＣＥＭＦ、すなわち電圧を測定すべく実行される。
【００５１】
更に、制御部１２０からハーフブリッジＤＨ１、ＤＨ２、ＤＨ３、ＤＬ１、ＤＬ２、ＤＬ３の各半導体スイッチまで当該ハーフブリッジを制御する出力制御線が延びている。
【００５２】
図面を簡単に保つため図４で電流検出線および制御線を模式的にしか示していない点に注意されたい。例えば、モーター巻線Ｌｗ内の実電流Ｉｗの測定値の制御部１２０への入力を表す矢印がシャント抵抗器Ｒｗを有する電流測定部ＩＭ１から制御部１２０まで描かれている。同様に、制御部１２０から駆動部ＤＵ２内のハーフブリッジＤＬ１の半導体スイッチＳｗＬ２までの矢印は、スイッチＳｗＬ２の動作が他のスイッチと同様に制御部１２０の制御下にあることを示す。
【００５３】
原理的に、電気モーター５１−２の回転方向、回転速度、および発生したモータートルクの制御は図３に示す構成の制御と同様である。しかし、本明細書で提案する構成はいくつかの特定の利点をもたらす。
【００５４】
第１に、制御部１２０は、モーター巻線部Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗのいずれかの故障を検出すべく構成されている。特定のモーター巻線部が不良であると検出されたならば、検出された不良モーター巻線部に基づいて、制御部１２０は、不良モーター巻線部に接続されている対応ハーフブリッジＤＨ１、ＤＨ２、ＤＨ３、ＤＬ１、ＤＬ２、ＤＬ３をスイッチオフすべく構成されている。各モーター巻線部Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗの個別の制御に起因して、電気モーター５１−２は更に、残りのモーター巻線部だけにより代替的に、特に対応する残りのハーフブリッジを制御することにより、または全てのモーター巻線部により制御および動作することができ、不良モーター巻線部の駆動パラメータが調整される。
【００５５】
有利な特徴として、後述の回路故障のうち少なくとも１個を検出することにより不良モーター巻線部を特定することができる。
【００５６】
例えば、モーター巻線部の導線、またはモーター巻線部の対応する相供給線に断線が生じ得るが、これは特定のモーター巻線部の故障に対応している。
【００５７】
例えば、複数のモーター巻線部の一つにおける絶縁不良に起因して、モーター巻線と電気モーター５１−２の筐体と間で漏電が生じ得る。
【００５８】
例えば、特定のモーター巻線部の巻線間が短絡した結果、対応するモーター巻線部のインダクタンスが低下し、この場合も不良モーター巻線部を特定する。
【００５９】
上述の故障のケースの全てにおいて、制御部１２０は、複数のモーター巻線部を通って流れる各々の実電流の測定および／またはモーター巻線部での実際の電圧低下の比較に基づいて各々の不良モーター巻線部を検出すべく構成されている。
【００６０】
更に、例えば、２個のモーター巻線部の導線間の短絡によりモーター巻線部の故障を特定することができる。制御部１２０はまた、例えばモーター巻線部を通って流れる実電流との比較に基づいて、そのような２個の不良モーター巻線部を検出すべく構成されている。そのような故障のケースにおいて、制御部１２０は、２個の不良モーター巻線部のうち１個を不良モーター巻線部として特定して、対応するハーフブリッジＤＨ１およびＤＬ１、ＤＨ２およびＤＬ２、またはＤＨ３およびＤＬ３を切替える、および／またはパラメータを調整した上で対応するハーフブリッジを動作させるべく構成されている。従って、上述のように、残りのモーター部により電気モーター５１−２を引き続き動作させることができる。
【００６１】
心臓の心室への皮下挿入に用いる血液ポンプの場合、本明細書に記述した血液ポンプを駆動する電気モーターのモーター巻線部のエラー耐性構成および動作により、血液ポンプの完全停止が患者にもたらすリスクが低下する。更に、新品と交換すべく血液ポンプを患者から取り外すことにより生じるリスクも同様に低下する。
【００６２】
最後に、本開示は、血液ポンプを駆動する電気モーターを含み、電気モーターが少なくとも３個のモーター巻線部を含んでいて、各モーター巻線部が、各モーター巻線部端に接続された２本の別々の相供給線を介して電源に個別に接続可能である経皮的挿入および／または血管内適用のための新規の血液ポンプを提案する。
【００６３】
更に、本開示は、モーターコントローラが血液ポンプの電気モーター各モーター巻線部の対応する相供給線駆動部を含んでいて、当該相供給線駆動部が対応する２本の相供給線を介して対応するモーター巻線部に接続されている、血液ポンプの電気モーターを駆動および制御するモーターコントローラを提案する。
【００６４】
更に、本開示は、血液ポンプおよびモーターコントローラを含む、対応する血液ポンプシステムを提案する。
【００６５】
更に、本開示は、血液ポンプのモーター巻線部への電力供給を制御する、対応する制御方法を提案するものであり、本方法は、複数のモーター巻線部のうち１個の故障を検出し、不良モーター巻線部が検出された場合、不良モーター巻線部の対応する相供給線駆動部をスイッチオフし、残りのモーター巻線の相供給線駆動部を制御することにより電気モーターを引き続き動作させる、または代替的に、不良モーター巻線部の駆動パラメータを調整済み駆動パラメータとして全てのモーター巻線部を引き続き動作させるステップを含んでいる。
【００６６】
最後に、本開示は、血液ポンプの経皮的挿入および／または血管内適用のための血液ポンプを駆動する電気モーターに少なくとも３個の独立したモーター巻線であって、少なくとも３個のモーター巻線のうち１個の各モーター巻線端に接続された、対応する２本の別々の相供給線を介して対応する電源に個別に接続されているモーター巻線を使用することを提案する。
【図１】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図２（ｃ）】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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