DE19840399A1 - Zentrifugalfluidpumpenanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifugalfluidpumpenanordnung zum Pumpen eines medizinischen Fluids, üblicherweise Blut.

Bei der modernen medizinischen Behandlung werden Zentrifugalblutpumpen häufig in künstlichen Herz-Lungen-Einheiten zur extrakorporalen Blutzirkulation verwendet. Üblicherweise werden Zentrifugalpumpen vom Typ mit magnetischer Kopplung verwendet, bei denen das Antriebsdrehmo­ ment eines externen Motors durch magnetische Kopplung auf ein Lauf- oder Flügelrad übertragen wird. Sie werden deshalb verwendet, weil eine körper­ liche Verbindung zwischen der Blutkammer der Pumpe und der Außen­ umgebung vollständig ausgeschlossen werden kann und so das Eindringen von Bakterien vermieden werden kann.

Im allgemeinen umfassen Zentrifugalblutpumpen ein Gehäuse mit einer Bluteinlaßöffnung und einer Blutauslaßöffnung sowie ein drehbar in dem Gehäuse untergebrachtes Laufrad, welches das Blut durch die bei der Rota­ tion entstehende Zentrifugalkraft fördert. An dem Laufrad sind perma­ nentmagnetische Magnetstücke angeordnet. Es wird durch einen Rotations­ momenterzeugungsmechanismus in Drehung versetzt, der einen Rotor mit Magneten zum Anziehen der Magnetstücke des Laufrads sowie einen Motor zum Drehen des Rotors umfaßt.

Fig. 11 zeigt ein Beispiel einer künstlichen Herz-Lungen-Einheit, die eine solche Blutpumpe verwendet. Die künstliche Herz-Lungen-Einheit 100 um­ faßt eine Blutpumpe 101, eine künstliche Lunge 102 sowie einen Druck­ messer 103, der als Meßeinrichtung dient. Wenn die Blutpumpe 101 eine Zentrifugalpumpe ist, ist es notwendig, die Herz-Lungen-Einheit 100 mit einem Durchflußmesser 104 auszustatten. Die Meßgeräte, wie der Druck­ messer 103 und der Durchflußmesser 104, sind teuer. Zudem ist es not­ wendig, die künstliche Herz-Lungen-Einheit 100 mit zahlreichen Anschluß­ teilen für die Meßgeräte zu versehen, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, daß das Blut koaguliert.

Bei Verwendung einer solchen Blutpumpe für die künstliche Herz-Lungen- Einheit wird in Intervallen einer bestimmten Zeitdauer Blut gesammelt, um mittels eines Geräts den Zustand des Bluts zu untersuchen. Bei der Unter­ suchung werden der Hämatokritwert und die Viskosität des Bluts verändert, indem ein Blutverdünnungsmittel verwendet wird. Die Viskosität des Bluts ändert sich zudem in Abhängigkeit von der Temperatur des Bluts. Bei einer Änderung der Blutviskosität ändert sich außerdem die Strömungsgeschwin­ digkeitsverteilung des in einem Durchflußkanal fließenden Bluts. Änderungen des Hämatokritwerts und der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung stellen Fehlerfaktoren vieler Durchflußmesser dar.

Als Durchflußmesser für künstliche Herz-Lungen-Einheiten wird ein elek­ tromagnetischer Durchflußmesser oder ein Doppler- Ultraschalldurchflußmesser verwendet. Bei einem elektromagnetischen Durchflußmesser beeinflußt die dielektrische Konstante des Fluids die Ausgangsspannung stark. Der Hämatokritwert beeinflußt die dielektrische Konstante des Fluids stark. Ein sich ändernder Hämatokritwert ist somit ein Fehlerfaktor. Bei einem Doppler-Ultraschalldurchflußmesser stellt eine sich ändernde Strömungsgeschwindigkeitsverteilung einen Hauptfehlerfaktor dar. Weil sich die Viskosität des Bluts mit der Strömungsgeschwindigkeitsvertei­ lung ändert, beeinflußt die Viskosität des Bluts die Meßgenauigkeit. Es ist möglich, die Werte zu korrigieren, indem der Durchflußmesser für jeden Hämatokritwert und jede Viskosität geprüft wird. Weil der Hämatokritwert und die Blutviskosität schubweise gemessen werden, was das Sammeln des Bluts erfordert, war es unmöglich, diese Korrektur in Echtzeit dur­ chzuführen.

Wenn eine Blutpumpe in den menschlichen Körper eingesetzt wird, ist es schwierig, einen Durchflußmesser und einen Druckmesser daran anzubrin­ gen, weil der Raum zu deren Unterbringung klein ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zentrifugalfluidpumpenanordnung bereitzustellen, die eine Viskositätsberechnungsfunktion besitzt, mit der die Viskosität des Fluids einfach und zuverlässig berechnet werden kann.

Erfindungsgemäß ist hierzu eine Zentrifugalfluidpumpenanordnung vor­ gesehen, umfassend:

• - ein Gehäuse mit einer Bluteinlaßöffnung und einer Blutauslaßöffnung,
• - einen Zentrifugalfluidpumpenteil mit einem Laufrad, an dem magnetisches Material angeordnet ist und das drehbar in dem Gehäuse ohne Kontakt mit diesem angeordnet ist, zum Fördern eines Fluids durch Zentrifugalkraft, die bei seiner Drehung entsteht,
• - einen Laufradrotationsmomenterzeugungsteil mit einem Rotor, der eine Magnetanordnung aufweist, um das magnetische Material des Laufrads anzuziehen, und mit einem Motor zum Drehen des Rotors,
• - einen Laufradpositionssteuerteil mit einer Elektromagnetanordnung und
• - eine Steuereinheit mit einer Laufradschwebepositionssteuerfunktion zum Ändern der Schwebeposition des Laufrads in dem Gehäuse mit Hilfe des Laufradpositionssteuerteils, ferner mit einer Funktion zum Messen eines elektrischen Stroms zur Ansteuerung des Motors und mit einer Fluidviskosi­ tätsberechnungsfunktion zum Berechnen der Viskosität des Fluids unter Verwendung eines Änderungsbetrags des elektrischen Stroms für die Moto­ ransteuerung, der durch Ändern der Schwebeposition des Laufrads mit Hilfe der Laufradschwebepositionssteuerfunktion erhalten wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der erfindungs­ gemäßen Zentrifugalfluidpumpenanordnung,

Fig. 2 eine Vorderansicht eines Beispiels eines Pumpenkörpers der erfin­ dungsgemäßen Zentrifugalfluidpumpenanordnung,

Fig. 3 einen horizontalen Querschnitt durch den in Fig. 2 gezeigten Pumpenkörper, der dadurch erhalten wurde, daß dieser an der Posi­ tion eines Laufrads horizontal durchgeschnitten wurde,

Fig. 4 einen vertikalen Schnitt durch den in Fig. 2 gezeigten Pumpenkör­ per bei einem Schnitt durch das Laufrad längs der in Fig. 3 gezeigten strichpunktierten Linie,

Fig. 5 eine Draufsicht auf den in Fig. 2 gezeigten Pumpenkörper der erfindungsgemäßen Zentrifugalfluidpumpenanordnung,

Fig. 6 die Beziehung zwischen dem Änderungsbetrag einer Laufradschwe­ beposition und dem elektrischen Strom zur Ansteuerung eines Mo­ tors bei der erfindungsgemäßen Zentrifugalfluidpumpenanordnung,

Fig. 7 die Beziehung zwischen dem Änderungsbetrag des elektrischen Motoransteuerstroms und der Fluidviskosität bei der erfindungs­ gemäßen Zentrifugalfluidpumpenanordnung,

Fig. 8 die Beziehung zwischen der Ausströmrate der Zentrifugalfluidpum­ penanordnung und dem elektrischen Strom zur Motoransteuerung,

Fig. 9 die Charakteristik der Zentrifugalfluidpumpenanordnung, die man bei Untersuchung der Beziehung zwischen dem elektrischen Strom zur Motoransteuerung und der Durchflußrate bei konstanter Motor­ drehzahl erhält, und zwar für verschiedene Viskositäten,

Fig. 10 die Charakteristik der Pumpenausströmrate bezogen auf den Pum­ penausströmdruck bei verschiedenen Drehzahlen des Motors und

Fig. 11 eine herkömmliche künstliche Herz-Lungen-Einheit mit einer Blut­ pumpe.

Es wird nun ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zentrifugal­ fluidpumpenanordnung 1 bei Anwendung auf eine Blutpumpe unter Be­ zugnahme auf die beigefugten Zeichnungen beschrieben.

Die Zentrifugalfluidpumpenanordnung 1 umfaßt einen Pumpenkörper 5, in dem ein Laufrad 21 rotiert, ohne ein Gehäuse 20 zu berühren, sowie eine Steuereinheit 6. Der Pumpenkörper 5 umfaßt das Gehäuse 20, welches eine Bluteinlaßöffnung 22 und eine Blutauslaßöffnung 23 aufweist. Er umfaßt ferner einen Zentrifugalfluidpumpenteil 2 mit dem Laufrad 21, an dem magnetisches Material 25 angeordnet ist und das drehbar in dem Gehäuse 20 untergebracht ist, ohne das Gehäuse 20 zu berühren, um durch die bei seiner Drehung entstehende Zentrifugalkraft ein Fluid zu fördern. Ferner umfaßt der Pumpenkörper 5 einen Laufradrotationsmomenterzeugungsteil 3 mit einem Rotor 31, der eine Magnetanordnung 33 aufweist, um das magnetische Material 25 des Laufrads 21 des Zentrifugalfluidpumpenteils 2 zu sich anzuziehen, und mit einem Motor 34 zum Drehen des Rotors 31. Außerdem umfaßt der Pumpenkörper 5 einen Laufradpositionssteuerteil 4 mit einer Elektromagnetanordnung 41.

Die Steuereinheit 6 ist mit einer Laufradschwebepositionssteuerfunktion ausgestattet, um die Schwebeposition des Laufrads 31 innerhalb des Ge­ häuses 20 mit Hilfe des Laufradpositionssteuerteils 4 zu beeinflussen, ferner mit einer Funktion zum Messen des elektrischen Stroms für die Ansteuerung des Motors 34 und schließlich mit einer Fluidviskositäts­ berechnungsfunktion, um die Viskosität des Fluids anhand eines Änderungsbetrags des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung zu berech­ nen, der dadurch erhalten wird, daß die Schwebeposition des Laufrads 21 mit Hilfe der Laufradschwebepositionssteuerfunktion verändert wird.

Da die erfindungsgemäße Fluidpumpenanordnung typischerweise als Blut­ pumpe zur Anwendung kommt, beziehen sich die folgenden Beschrei­ bungsteile auf ihre Ausgestaltung als Blutpumpe.

In den Fig. 2 bis 5 erkennt man den Pumpenkörper 5 der Zentrifugal­ fluidpumpenanordnung mit dem Gehäuse 20, das die Bluteinlaßöffnung 22 und die Blutauslaßöffnung 23 aufweist, ferner mit dem Zentrifugalfluidpum­ penteil 2, der das in dem Gehäuse 20 rotierende Laufrad 21 zur Blutförde­ rung durch die bei dessen Drehung erzeugte Zentrifugalkraft enthält, ferner mit dem Laufradrotationsmomenterzeugungsteil 3 (ungesteuerter Magnet­ lagerteil) für das Laufrad 21 und schließlich mit dem Laufradpositions­ steuerteil 4 (gesteuerter Magnetlagerteil) für das Laufrad 21.

Der ungesteuerte Magnetlagerteil 3 und der gesteuerte Magnetlagerteil 4 wirken derart zusammen, daß das Laufrad 21 rotiert, während es gleichzeitig in dem Gehäuse 20 in seiner Lage gehalten wird.

Das Gehäuse 20 mit der Bluteinlaßöffnung 22 und der Blutauslaßöffnung 23 ist aus einem nicht-magnetischen Material gebildet. In dem Gehäuse 20 ist eine Blutkammer 24 gebildet, die in Fluidverbindung mit der Bluteinlaßöff­ nung 22 und der Blutauslaßöffnung 23 steht. Das Laufrad 21 ist in dem Gehäuse 20 untergebracht. Die Bluteinlaßöffnung 22 steht nahe der Mitte der Oberseite des Gehäuses 20 von diesem in im wesentlichen vertikaler Richtung ab. Die Blutauslaßöffnung 23 steht von einer Seitenfläche des allgemein zylindrischen Gehäuses 20 in tangentialer Richtung ab.

Das scheibenartige Laufrad 21 weist in seiner Mitte ein Durchgangsloch auf und ist in der Blutkammer 24 des Gehäuses 20 untergebracht. Das Laufrad 21 umfaßt ein scheibenartiges Element oder unteres Deckblech 27, welches die Unterseite des Laufrads 21 bildet, ein plattenförmiges Ringelement oder oberes Deckblech 28, welches die Oberseite des Laufrads 21 sowie die Öff­ nung in dessen Mitte bildet, und eine Mehrzahl (im dargestellten Aus­ führungsbeispiel sechs) Flügel 18 (siehe Fig. 3), welche zwischen dem unteren und dem oberen Deckblech 27, 28 angeordnet sind.

Die Flügel 18 begrenzen eine entsprechende Mehrzahl (im dargestellten Ausführungsbeispiel sechs) von Blutpassagen 26 jeweils zwischen zwei benachbarten Flügeln und zwischen dem unteren und dem oberen Deckblech. Jede Blutpassage 26 verläuft gekrümmt von der Mittelöffnung zum Außen­ rand des Laufrads 21. Die Flügel 18 sind also zwischen benachbarten Blut­ passagen 26 gebildet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Flügel 18 und die Blutpassagen 26 in im wesentlichen gleichen Winkel­ abständen angeordnet und besitzen jeweils im wesentlichen die gleiche Form.

In das Laufrad 21 ist eine Mehrzahl (im dargestellten Ausführungsbeispiel sechs) magnetischer Materialien 25 eingebettet. Die magnetischen Materia­ lien 25 sind Permanentmagnete und dienen als Folgemagnete. Die magneti­ schen Materialstücke 25 sind vorgesehen, um mittels der Permanentma­ gnetanordnung 33 am Rotor 31 des Rotationsmomenterzeugungsteils 3 das Laufrad 21 von der Bluteinlaßöffnung 22 weg zu ziehen und ein Rotations­ moment von dem Rotationsmomenterzeugungsteil 3 auf das Laufrad 21 zu übertragen. Die Einbettung mehrerer solcher diskreter Magnetstücke 25 gewährleistet eine magnetische Kopplung mit dem Rotor 31. Jedes Magnet­ stück 25 besitzt vorzugsweise einen kreisförmigen Horizontalquerschnitt.

Das Laufrad 21 umfaßt ferner ein Magnetelement 28, das entweder selbst das obere Deckblech bildet oder an dem oberen Deckblech angebracht ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das obere Deckblech vollständig von dem Magnetelement 28 gebildet. Das Magnetelement 28 ist vorgesehen, damit die Elektromagnetanordnung 41 des Laufradpositionssteuerteils 4 das Laufrad 21 zu der Bluteinlaßöffnung 22 hin magnetisch anziehen kann. Das Magnetelement 28 kann aus rostfreiem Magnetstahl, Nickel oder Weicheisen gebildet sein.

Der Laufradpositionssteuerteil 4 und der Rotationsmomenterzeugungsteil 3 bilden ein kontaktfreies Magnetlager, welches das Laufrad 21 von gegen­ überliegenden Seiten her so magnetisch anzieht, daß das Laufrad 21 an einer geeigneten Position außer Kontakt mit der Innenfläche des Gehäuses 20 stabil gehalten wird, so daß das Laufrad 21 in dem Gehäuse 20 rotieren kann, ohne dessen Innenfläche zu berühren.

In dem Rotationsmomenterzeugungsteil 3 sind das Gehäuse 20, der in dem Gehäuse 20 untergebrachte Rotor 31 sowie der Motor 34 (dessen interner Aufbau in Fig. 4 nicht gezeigt ist) zum Drehen des Rotors 31 enthalten. Der Rotor 31 umfaßt ein rotierendes Scheibenteil 32 sowie eine Mehrzahl von Permanentmagenten 33, welche auf einer (der Fluidpumpe zugewandten) Seite des rotierenden Scheibenteils 32 angeordnet sind. Der Rotor 31 ist in seiner Mitte fest mit der Drehwelle des Motors 34 verbunden. Die Perma­ nentmagnete 33 sind in Übereinstimmung mit den Magnetstücken 25 des Laufrads 21 mit gleichen Winkelabständen verteilt angeordnet, d. h. Zahl und Lage der Permanentmagnete 33 stimmen mit Zahl und Lage der Magnet­ stücke 25 (die ebenfalls Permanentmagnete sind) überein.

Es ist verständlich, daß der Laufradrotationserzeugungsteil 3 nicht beschränkt ist auf einen solchen mit Rotor und Motor, wie er erläutert wurde. Beispielsweise kann eine Anordnung von Statorspulen verwendet werden, solange sie die magnetischen Materialien oder Teile (aus Perma­ nentmagneten) 25 des Laufrads 21 anziehen kann, um das Laufrad zur Drehung anzutreiben.

Der Laufradrotationsmomenterzeugungsteil 3 ist mit einem Sensor 35 zur Erfassung der Drehzahl des Motors 34 oder des Rotors 31 versehen. Optische oder magnetische Sensoren können für den Sensor 35 verwendet werden. Die Drehzahl des Motors 34 oder des Rotors 31 kann durch eine elektromotori­ sche Zählerkraft erfaßt werden, die an den Motorspulen erzeugt wird.

In dem Laufradpositionssteuerteil 4 sind mehrere Elektromagnete 41, welche in dem Gehäuse 20 untergebracht sind und das Magnetelement 28 des Laufrads 21 zu sich hinziehen, sowie eine Mehrzahl von Positionssensoren 42 zur Erfassung der Position des Magnetelements 28 des Laufrads 21 enthal­ ten. Die Mehrzahl (typischerweise drei) der Elektromagnete 41 sowie die Mehrzahl (typischerweise drei) der Sensoren 42 sind in dem Laufradposi­ tionssteuerteil 4 jeweils mit gleichen Winkelabständen angeordnet, wobei der Winkel zwischen einem Elektromagnet 41 und einem benachbarten Sensor 42 jeweils gleich ist. Die Elektromagnete 41 bestehen jeweils im wesentlichen aus einem Kern und einer Spule. Bei dem Ausführungsbeispiel sind drei Elektromagnete 41 vorgesehen. Es können auch mehr als drei Elektromag­ nete, beispielsweise vier Elektromagnete, vorgesehen sein. Indem in später erläuterter Weise die elektromagnetischen Kräfte der Elektromagnete 41 nach Maßgabe der Erfassungsergebnisse der Positionssensoren 42 eingestellt werden, können die auf das Laufrad in Richtung einer Mittelachse (z-Achse) einwirkenden Kräfte im Gleichgewicht gehalten werden und die Momente um die zur Mittelachse (z-Achse) orthogonalen x- und y-Achsen gleich gehalten werden.

Die Positionssensoren 42 erfassen jeweils die Weite eines Zwischenraums zwischen der Elektromagnetanordnung 41 und dem Magnetelement 28 und erzeugen ein Erfassungsausgangssignal, das zu einem Steuerteil 63 rückge­ führt wird, um den an die Spulen der Elektromagnetanordnung 41 jeweils angelegten elektrischen Strom zu steuern. Auch dann, wenn eine Radialkraft, bedingt etwa durch Schwerkraftwirkung, auf das Laufrad 21 einwirkt, wird das Laufrad 21 durch Rückstellkräfte des magnetischen Flusses zwischen der Permanentmagnetanordnung 25 des Laufrads 21 und der Permanentmagne­ tanordnung 33 des Rotors 31 und durch Rückstellkräfte des magnetischen Flusses zwischen der Elektromagnetanordnung 41 und dem Magnetelement 28 in der Mitte des Gehäuses 20 gehalten.

Es wird nun die Steuereinheit 6 mit Bezug auf Fig. 1 erläutert.

Die Steuereinheit 6 ist mit einer Laufradpositionssteuerfunktion, einer Laufradrotationsmomentsteuerfunktion, der Laufradschwebepositions­ steuerfunktion zum Ändern der Laufradschwebeposition des Laufrads 21 in dem Gehäuse 20 mit Hilfe der Laufradpositionssteuerfunktion, der Strom­ meßfunktion zum Messen des elektrischen Stroms für die Ansteuerung des Motors 34 und der Fluidviskositätsberechnungsfunktion zum Berechnen der Viskosität des Fluids unter Verwendung eines Änderungsbetrags des elektri­ schen Stroms für die Motoransteuerung ausgestattet, der durch Änderung der Schwebeposition des Laufrads 21 mittels der Laufradschwe­ bepositionssteuerfunktion erhalten wird.

Im speziellen weist die Steuereinheit 6 eine Steuerzentrale 61, einen Motor­ treiber 62 sowie den Steuerteil 63 zum Steuern der Position des Laufrads 21 auf. Der Motortreiber 62 gibt entsprechend der Drehzahl (Drehgeschwindigkeit) des Motors 34 eine Spannung aus, die ihm von der Steuerzentrale 61 übermittelt wird, um den Motor 34 in Drehung zu ver­ setzen. Der Steuerteil 63 steuert den elektrischen Strom und/oder die Spannung, der bzw. die an die Elektromagnetanordnung 41 angelegt wird, und zwar so, daß die von dem Steuerteil 63 ausgegebene Schwebeposition des Laufrads 21 eingehalten wird. Die Signale, die das Ergebnis angeben und durch die Erfassung seitens der drei Positionssensoren 42 erhalten werden, werden zu dem Steuerteil 63 übertragen. Bei Empfang dieser Signale steuert der Steuerteil 63 den durch die drei Elektromagnete 41 fließenden elektri­ schen Strom so, daß die in Richtung der Mittelachse (z-Achse) des Laufrads 21 wirkenden Kräfte miteinander im Gleichgewicht stehen und die Momente um die zur Mittelachse (z-Achse) orthogonalen x- und y-Achsen zueinander gleich sind. Es ist möglich, das von den Positionssensoren 42 erfaßte Ergebnis an die Steuerzentrale 61 zu übertragen, so daß die Steuerzentrale 61 Aus­ gangsspannungen an die drei Elektromagnete 41 ausgibt.

Die Steuerzentrale 61 umfaßt einen Speicherteil (ROM) 64, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 65, einen Anzeigeteil 66 sowie einen Eingabeteil 67. Der Anzeigeteil 66 umfaßt einen Bereich 71 zur Anzeige einer Soll- Ausströmrate, einen Bereich 72 zur Anzeige einer Ausführungs-Ausströmra­ te, einen Bereich 73 zur Anzeige eines Soll-Ausströmdrucks, einen Bereich 74 zur Anzeige eines Ausführungs-Ausströmdrucks, einen Bereich 75 zur Anzeige der Fluidtemperatur, einen Bereich 76 zur Anzeige der Fluidviskosität sowie einen Bereich 77 zur Anzeige der Drehzahl des Laufrads 21. Der Eingabeteil 67 umfaßt einen Bereich 68 zur Eingabe der Soll-Ausströmrate sowie einen Bereich 69 zur Eingabe des Soll-Ausströmdrucks.

Die Steuerzentrale 61 besitzt den Datenspeicherteil 64 zum Speichern von relationalen Daten, welche den Zusammenhang Fluidviskosität - Änderungs­ betrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung betreffen und dadurch erhalten werden, daß im voraus die Beziehung zwischen der Fluid­ viskosität und dem Änderungsbetrag des sich infolge einer Verschiebung der Laufradschwebeposition ändernden elektrischen Stroms für die Motoran­ steuerung gemessen wird, oder von relationalen Formeldaten (beispielsweise Daten über eine Korrelationsgleichung oder Daten über eine Viskositäts­ berechnungsgleichung), die anhand der relationalen Daten betreffend den Zusammenhang Fluidviskosität - Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung ermittelt werden. Die Fluid­ viskositätsberechnungsfunktion berechnet die Fluidviskosität anhand der in dem Speicherteil 64 gespeicherten Daten (den relationalen Daten oder den relationalen Formeldaten) und des Änderungsbetrags des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung, der durch Ändern der Schwebeposition des Laufrads 21 mittels der Laufradschwebepositionssteuerfunktion erhalten wird.

Mit anderen Worten speichert der Speicherteil 64 der Steuerzentrale 61 die relationalen Daten, die den Zusammenhang Fluidviskosität - Änderungs­ betrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung betreffen und durch eine vorhergehende Messung des Zusammenhangs zwischen der Fluidviskosität und dem Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung erhalten werden, der sich durch eine Verschiebung der Laufradschwebeposition ändert, oder die Daten über die Korrelationsglei­ chung (Daten über die Viskositätsberechnungsgleichung), die anhand der Daten ermittelt werden, welche den Zusammenhang Fluidviskosität - Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung betref­ fen.

Fig. 6 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Änderungsbetrag der Schwebeposition des Laufrads 21 mit einem Durchmesser von 50 mm und dem elektrischen Strom für die Motoransteuerung für den Fall, daß sich der Motor 34 (Laufrad) mit einer konstanten Geschwindigkeit von 2000 U/min dreht und die Durchflußrate 5 l/min beträgt bei Verwendung von Fluiden (Blut) mit Viskositäten von 2, 3 und 4 cSt. Die entlang der untersten Linie der Abszisse angegebenen Ziffern sind Eingangsspannungen zur Vorgabe einer Laufradschwebeposition (nachfolgend Befehls- oder Vorgabeeingangs­ spannung genannt). Die Steuerzentrale 61 stellt den durch die Elektroma­ gnete 41 fließenden elektrischen Strom über den Steuerteil 63 derart ein, daß sich das Laufrad 21 an einer Laufradschwebeposition befindet, welche der Vorgabeeingangsspannung entspricht. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die längs der obersten Linie der Abszisse der Fig. 6 gezeigten Ziffern den Änderungsbetrag der der Vorgabeeingangsspannung entsprechenden Lau­ fradschwebeposition dar. Die Instruktion auf der (+)-Seite in Fig. 6 gibt an, daß das Laufrad 21 zur Motorseite hin (zum Laufradrota­ tionsmomenterzeugungsteil 3 hin) verschoben wird, wogegen die Instruktion auf der (-)-Seite in Fig. 6 angibt, daß das Laufrad 21 zur Elektromagnetseite hin (zum Laufradpositionssteuerteil 4 hin) verschoben wird. Speziell beträgt bei dem Ausführungsbeispiel der Zwischenraum zwischen der Unterseite des Laufrads 21 und der Innenseite des Gehäuses 20 auf Seiten des Laufradrota­ tionsmomenterzeugungsteils 3 in axialer Richtung 0,25 mm, wenn der Wert der Eingangsspannung zum Ändern der Laufradschwebeposition (Spannungsänderungsbetrag für eine Positionsänderung) 0 ist (Normalzustand, nämlich zu einem Zeitpunkt, wenn die Viskosität nicht gemessen wird). Wenn die Laufradschwebeposition um 0,15 mm zur Motor­ seite hin verschoben wird, beträgt der Zwischenraum zwischen der Unter­ seite des Laufrads 21 und der Innenseite des Gehäuses 20 auf Seiten des Laufradrotationsmomenterzeugungsteils 3 in axialer Richtung des Laufrads 21 0,1 mm.

Die von dem Fluid auf das Laufrad 21 ausgeübte Reibkraft ändert sich entsprechend einer Verschiebung der Laufradschwebeposition. Die Folge ist eine Änderung des dem Motor zugeführten elektrischen Stroms zur Laufrad­ rotation. Der Änderungsbetrag des Reibmoments oder der Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung wird durch die Fläche der Ober- und Unterseite des Laufrads 21, durch den Zwischenraum zwischen dem Laufrad 21 und der Innenseite des Gehäuses 20 in dessen axialer Richtung und durch die Viskosität des Bluts beeinflußt. Bei größerer Blut­ viskosität ist der elektrische Strom für die Motoransteuerung größer. Wenn der Zwischenraum zwischen dem Laufrad 21 und der Innenseite des Ge­ häuses 20 in dessen Achsrichtung als Folge einer Annäherung der Laufrad­ schwebeposition an den Gehäuseboden auf der Motorseite kleiner wird, wird der elektrische Strom für die Motoransteuerung ebenfalls größer. Die Fläche der Ober- und der Unterseite des Laufrads 21 ist konstant. Somit kann die Viskosität des Bluts anhand des Änderungsbetrags des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung bei Verschiebung der Laufradschwebeposition bestimmt werden.

Der Zusammenhang zwischen dem Zwischenraum zwischen dem Laufrad 21 und der Innenseite des Gehäuses 20 in dessen Achsrichtung und dem Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung ändert sich nicht linear, sondern parabolisch, wie in Fig. 6 gezeigt. Es ist möglich, einen ausreichenden elektrischen Stromänderungsbetrag auch für den Fall zu erhalten, daß das Fluid eine Viskosität von etwa 2 cSt besitzt, und zwar indem der Änderungsbetrag des Zwischenraums zwischen dem Laufrad 21 und der Innenseite des Gehäuses 20 in dessen axialer Richtung auf 0,10 mm oder mehr und vorzugsweise auf 0,15 mm oder mehr festgelegt wird. Vorzug­ sweise wird dieser Zwischenraum auf 0,05 mm oder mehr gehalten, um zu vermeiden, daß das Laufrad 21 die Innenseite des Gehäuses 20 berührt.

Weil der Wert des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung von der Durchflußrate des Fluids abhängt, ist es schwierig, die Viskosität des Fluids anhand des Werts des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung selbst zu berechnen. Der Änderungsbetrag des Werts des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung, der sich bei einer Änderung der Laufradschwebepo­ sition einstellt, hängt aber nicht von der Fluiddurchflußrate ab. Somit ist es möglich, die Fluidviskosität mit Hilfe des Änderungsbetrags des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung zu berechnen. Der Änderungsbetrag der Laufradschwebeposition ist im Vergleich zur Größe der Pumpe so klein, daß er vernachlässigt werden kann. Der durch den Änderungsbetrag der Lauf­ radschwebeposition gegebene Einfluß auf die Leistung der Pumpe kann daher vernachlässigt werden. Insbesondere ändert sich die Durchflußrate kaum, wenn die Laufradschwebeposition verschoben wird. Die Änderung des Werts des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung hängt lediglich von den sich ändernden Reibungsverlusten zwischen der Innenseite des Gehäuses 20 und der Ober- und der Unterseite des scheibenartigen Laufrads 21 ab. Die Laufradschwebeposition hängt von der Vorgabeeingangsspannung, nicht von der Fluidviskosität oder der Drehzahl des Motors 34 ab.

Fig. 7 zeigt den Zusammenhang zwischen der Fluidviskosität (Blutviskosi­ tät) und dem Änderungsbetrag des elektrischen Stromwerts für die Motor­ ansteuerung, der man dadurch erhält, daß man den elektrischen Stromwert für die Motoransteuerung dann, wenn die Vorgabeeingangsspannung für die Laufradschwebeposition 0 ist (der Änderungsbetrag der Laufradschwebepo­ sition beträgt 0 mm; der Zwischenraum zwischen der Unterseite des Laufrads 21 und der Innenseite des Gehäuses 20 auf Seiten des Laufradro­ tationsmomenterzeugungsteils 3 in axialer Richtung beträgt 0,25 mm), von dem elektrischen Stromwert für die Motoransteuerung dann, wenn der Änderungsbetrag (erhöhter Spannungsbetrag) der Vorgabeeingangsspannung 2,5 V beträgt (der Änderungsbetrag der Laufradschwebeposition beträgt 0,15 mm; der Zwischenraum zwischen der Unterseite des Laufrads 21 und der Innenseite des Gehäuses 20 auf Seiten des Laufradrotations­ momenterzeugungsteils 3 in axialer Richtung beträgt 0,10 mm), subtrahiert (dividiert). Fig. 7 zeigt, daß die Fluidviskosität (Blutviskosität) linear mit dem Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung zunimmt. Anhand der relationalen Daten über den Zusammenhang Fluid­ viskosität - Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoran­ steuerung können ferner eine Gleichung, die eine Korrelationsgleichung (Regressionslinie) ist, sowie eine Viskositätsberechnungsgleichung erhalten werden. Bei der Pumpe dieses Ausführungsbeispiels läßt sich die Viskosi­ tätsberechnungsgleichung wie folgt ausdrücken:

Viskosität (n, cSt) = 24,63 × Änderungsbetrag des elektrischen Motoransteuerstroms (A) + 0,90.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel speichert das ROM 64 die Viskositätsberechnungsgleichung. Das ROM 64 kann auch lediglich die relationalen Daten über den fluidviskositätsabhängigen Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung (Rohdaten) speichern, wobei die CPU 65 die Korrelationsgleichung (Viskositätsberechnungsgleichung) vor der Berechnung der Viskosität berechnen kann. In diesem Fall besitzt die Steuereinheit 6 eine Funktion zur Berechnung der Korrelationsgleichung und der Viskositätsberechnungsgleichung.

Um die Viskosität mit Hilfe der Viskositätsberechnungsgleichung zu berech­ nen, wird der Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoran­ steuerung oder der Wert des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung in die CPU 65 eingegeben.

In die Steuerzentrale 61 (eigentlich in den Motortreiber 62) wird ein Signal eingegeben, das die von dem Sensor 35 des Laufradrotationsmomenterzeu­ gungsteils 3 erfaßte oder anhand einer elektromotorischen Zählerkraftwel­ lenform erfaßte Drehzahl des Motors 34 betrifft. Der Motortreiber 62 wandelt das Signal in ein die Drehzahl des Motors 34 angebendes Signal um. Das die Drehzahl des Motors 34 angebende Signal wird zur CPU 65 übertragen. Die Anweisung der Laufradschwebeposition kann schrittweise oder linear oder nichtlinear ansteigend von der CPU 65 ausgegeben werden.

Die Steuereinheit 6 kann den Datenspeicherteil 64 zur Speicherung von relationalen Daten betreffend den fluidviskositätsabhängigen Änderungs­ betrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung besitzen, welche dadurch erhalten werden, daß im voraus für mehrere (mindestens zwei) Drehzahlen des Motors 34 jeweils der Zusammenhang zwischen der Fluid­ viskosität und dem Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Moto­ ransteuerung untersucht wird, der sich durch eine Verschiebung der Lau­ fradschwebeposition ändert, oder von relationalen Formeldaten (bei­ spielsweise Daten über die Viskositätsberechnungsgleichung), welche anhand der relationalen Daten bestimmt werden, die den fluidviskositätsabhängigen Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoranteuerung betreffen. Diese Ausbildung erlaubt eine Änderung der Drehzahl des Motors 34 nahe zu einer der in dem Datenspeicherteil 64 gespeicherten Pumpendrehzahlen hin, was die Notwendigkeit beseitigt, beim Messen der Blutviskosität die Drehzahl des Motors 34 stark verändern zu müssen. Ferner ist es möglich, die Blut­ viskosität jeweils für mehrere Drehzahlen des Motors 34 zu berechnen und einen Mittelwert der Blutviskosität zu bestimmen.

Die Steuerzentrale 61 gibt ein Aiarmsignal aus, wenn die mittels der Blut­ viskositätsberechnungsfunktion ermittelte Blutviskosität kleiner als ein erster festgelegter Wert ist. Speziell weist die Steuerzentrale 61 eine Lampe 81 zur Abgabe eines Alarms auf, wenn die Blutviskosität reduziert ist, sowie einen Summer 82. Insbesondere gibt die CPU einen Befehl aus, daß die Alarmlampe 81 blinken soll und der Summer 82 ertönen soll, wenn die Blutviskosität kleiner als der erste festgelegte Wert ist.

Die Steuerzentrale 61 gibt ein Alarmsignal aus, wenn die mittels der Blut­ viskositätsberechnungsfunktion ermittelte Blutviskosität größer als ein zweiter festgelegter Wert ist. Speziell weist die Steuerzentrale 61 eine Lampe 83 zur Abgabe eines Alarms auf, wenn die Blutviskosität zunimmt. Insbeson­ dere gibt die CPU einen Befehl aus, daß die Alarmlampe 83 blinken soll und der Summer 82 ertönen soll, wenn die Blutviskosität größer als der zweite festgelegte Wert ist. Der Summer 82 wird gemeinsam benutzt, wenn die Blutviskosität kleiner als der erste oder größer als der zweite festgelegte Wert ist. Es kann ein Summer verwendet werden, der einen einzelnen Alarmton oder eine Mehrzahl von Alarmtönen abgibt. Um Abnahme und Anstieg der Viskosität zu unterscheiden, gibt der Summer 82 vorzugsweise unterschiedli­ che Alarmtöne ab, abhängig jeweils vom Zustand der Blutviskosität.

Wenn die Blutviskosität groß wird, können Thrombosen entstehen. Eine Blutung kann einen Abfall der Blutviskosität verursachen. Weil die Steuer­ zentrale 61 ein Alarmsignal abgibt, wenn die gemessene Viskosität verglichen mit der zulässigen Viskosität zu groß oder zu niedrig ist, können Ärzte oder Patienten rasch eine medizinische Behandlung vornehmen.

Die Steuerzentrale 61 speichert relationale Daten welche die Ausströmrate betreffen und dadurch erhalten werden, daß im voraus der Zusammenhang zwischen dem elektrischen Strom für die Motoransteuerung, der Drehzahl des Motors 34 und der Ausströmrate untersucht wird, oder relationale Formeldaten, welche dadurch erhalten werden, daß die obigen relationalen Daten berechnet werden. Die Steuerzentrale 61 ist mit einer Ausströmraten­ berechnungsfunktion zur Berechnung der Ausströmrate unter Verwendung eines Ist-Werts des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung, der Drehzahl des Motors 34 und der relationalen Daten ausgestattet. Insbeson­ dere besitzt die Steuerzentrale 61 eine Ausströmratenberechnungsfunktion zur Berechnung der Ausströmrate unter Verwendung des Ist-Werts des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung, der Ist-Drehzahl des Motors 34, der relationalen Formeldaten und der mittels der oben erwähnten Fluidviskositätsberechnungsfunktion ermittelten Fluidviskosität.

Fig. 8 zeigt den Zusammenhang zwischen der Ausströmrate einer Zen­ trifugalpumpe vom Magnetschwebetyp und dem elektrischen Strom für die Motoransteuerung, untersucht bei Änderung der Drehzahl des Motors 34. Die in Fig. 8 gezeigte Charakteristik der Magnetschwebezentrifugalpumpe ändert sich in Abhängigkeit von dem in Fig. 4 gezeigten Zwischenraum in Achsrichtung zwischen dem Gehäuse 20 und dem Laufrad 21 und der Fluid­ viskosität. Es ist jedoch möglich, die Ausströmrate anhand des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung und der Drehzahl des Motors 34 zu erhal­ ten, indem diese für jede Pumpe im voraus verifiziert werden, wie in Fig. 8 gezeigt.

Wie oben beschrieben, speichert die Steuerzentrale 61, um die Ausströmrate ohne Messung derselben zu erhalten, die die Ausströmrate betreffenden relationalen Daten, die dadurch erhalten werden, daß im voraus der Zusam­ menhang zwischen dem elektrischen Strom für die Motoransteuerung, der Drehzahl des Motors 34 und der Ausströmrate untersucht wird, oder die relationalen Formeldaten, die durch Berechnen der relationalen Daten erhalten werden. Die Ausströmrate wird anhand des elektrischen Ist-Stroms für die Motoransteuerung, der Drehzahl des Motors 34 und der relationalen Formeldaten berechnet.

Wenn im speziellen vermittels der Funktion zum Steuern der Drehzahl des Motors 34 ein konstanter elektrischer Strom und eine konstante Spannung dem Motor 34 zugeführt werden, um das Laufrad 21 mit einer konstanten Geschwindigkeit von 2200 U/min zu drehen, kann die Durchflußrate aus der Drehzahl des Motors 34 und dem elektrischen Strom für die Motoransteue­ rung ermittelt werden, wie in Fig. 8 gezeigt, die die Charakteristik der Magnetschwebezentrifugalpumpe zeigt. In diesem Fall steuert der Motor­ treiber 62 den Motor 34 auf Basis eines von der CPU 35 der Steuereinheit 6 ausgegebenen Befehls derart an, daß die Drehzahl des Motors 34 2200 U/min beträgt.

Wie in Fig. 9 gezeigt, die die Charakteristik der Magnetschwebezentrifugal­ pumpe angibt, die man erhält, wenn der Zusammenhang zwischen dem elektrischen Strom für die Motoransteuerung und der Durchflußrate bei einer konstanten Motordrehzahl unter Änderung der Blutviskosität unter­ sucht wird, sind bei der Berechnung der Durchflußrate aus dem elektrischen Strom für die Motoransteuerung und aus der Drehzahl des Motors 34 jedoch die Werte des elektrischen Stroms, bei denen eine konstante Durchflußrate erhalten wird, in Abhängigkeit von Blutviskositäten n = 1, 2, 3 und 4 vone­ inander verschieden, auch dann, wenn sich der Motor mit einer konstanten Geschwindigkeit von 2000 U/min dreht. Der Änderungsbetrag der Blut­ viskosität verursacht somit einen Fehler.

Um dieses Problem zu lösen, ist die Steuerzentrale 61 mit der Ausströmra­ tenberechnungsfunktion zum Berechnen der Ausströmrate unter Verwen­ dung des Ist-Werts des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung, der Drehzahl des Motors 34, der relationalen Formeldaten und der Fluidviskosi­ tät ausgestattet, die durch die mittels der Fluidviskositätsberechnungs­ funktion ausgeführte Berechnung erhalten wird, wodurch eine Viskositäts­ korrektur erfolgt und eine korrekte Ausführungs-Ausströmrate ermittelt wird.

Die CPU 65 gibt einen Befehl an den Anzeigeteil aus, die Drehzahl des Motors 34 anzuzeigen, und ebenso an den Bereich 72 zur Anzeige derjenigen Ausführungs-Ausströmrate, die durch Berechnung inklusive der Korrektur der Blutviskosität erhalten wird.

Bei der Pumpenanordnung 1 der Erfindung besitzt die Steuerzentrale 61, um das Fluid mit einer Soll-Durchflußrate zu fördern, eine Funktion zur Eingabe der Soll-Durchflußrate und zum Speichern der Soll-Durchflußrate sowie eine Ausströmratensteuerfunktion zum Steuern der Ausströmrate derart, daß die Ausströmrate der Soll-Durchflußrate angenähert ist, indem die Ausströmra­ te, die durch die mittels der Ausströmratenberechnungsfunktion ausgeführte Berechnung erhalten wird, mit der Soll-Durchflußrate verglichen wird und die Drehzahl des Motors 34 unter Verwendung des bei dem Vergleich erhal­ tenen Ergebnisses gesteuert wird.

Es kann eine Rückführsteuerung (Regelung) benutzt werden, um die Steue­ rung der Ausströmrate auszuführen. Bei der Rückführsteuerung wird die Drehzahl des Motors 34 erhöht, wenn die Ausführungs-Ausströmrate (berechneter Wert) kleiner als die Soll-Ausströmrate ist. Wenn die Aus­ führungs-Ausströmrate (berechneter Wert) größer als die Soll-Ausströmrate ist, wird die Drehzahl des Motors 34 kleiner gemacht. Die Steuerzentrale 61 ist mit einer Funktion zum Vergleichen der Ausströmrate, die durch die mittels der Ausströmratenberechnungsfunktion durchgeführte Berechnung erhalten wird, mit der Soll-Durchflußrate und zum Berechnen einer der Differenz hierzwischen entsprechenden Drehzahl des Motors 34 ausgestattet. Die Steuerzentrale 61 steuert die Ausströmrate, indem die Drehzahl des Motors 34, die durch die Funktion zur Berechnung der dieser Differenz entsprechenden Drehzahl des Motors 34 erhalten wird, zu der momentan vorgegebenen bzw. befohlenen Drehzahl des Motors 34 addiert wird oder indem die auf diese Weise erhaltene Drehzahl des Motors 34 von der momen­ tan vorgegebenen Drehzahl des Motors 34 abgezogen wird.

Die Steuerzentrale 61 besitzt außerdem eine Ausströmdruckberechnungs­ funktion. Dies bedeutet, daß die Steuerzentrale 61 die Ausströmdruckbe­ rechnungsfunktion besitzt, um den Ausströmdruck unter direkter oder indirekter Verwendung der Fluidviskosität zu berechnen, die durch die Berechnung erhalten wird, welche mittels der Fluidviskositätsberechnungs­ funktion durchgeführt wird. Speziell speichert das ROM 64 der Steuerzen­ trale 61 relationale Daten betreffend den Ausströmdruck, die dadurch erhalten werden, daß im voraus der Zusammenhang zwischen dem elek­ trischen Strom für die Motoransteuerung, der Drehzahl des Motors 34 und dem Ausströmdruck untersucht wird, oder relationale Formeldaten, die durch Berechnen der obigen relationalen Daten erhalten werden. Die Steuerzentrale 61 berechnet den Ausströmdruck unter Verwendung der berechneten Ausströmrate (einschließlich der Viskositätskorrektur), der Ist- Drehzahl des Motors 34 und der Daten (der relationalen Daten oder der relationalen Formeldaten) und gibt eine Ausgabe an den Bereich 74, um den erhaltenen Ausströmdruck anzuzeigen.

Fig. 10 zeigt die Charakteristik zwischen Pumpenausströmrate und -ausströmdruck jeweils bei verschiedenen Drehgeschwindigkeiten (Drehzah­ len) des Motors 34. Die in Fig. 10 gezeigte Charakteristik der Magnet­ schwebezentrifugalpumpe ändert sich abhängig von der Fluidviskosität. Wie allerdings in Fig. 9 gezeigt, kann die Ausströmrate aus dem elektrischen Strom für die Motoransteuerung und der Drehzahl des Motors 34 erhalten werden. Der Ausströmdruck kann dann aus der Ausströmrate und der Drehzahl des Motors 34 ermittelt werden, wie in Fig. 10 gezeigt.

Wie oben erläutert, kann die viskositätskorrigierte Ausführungs-Ausström­ rate mittels der Ausströmratenberechnungsfunktion berechnet werden. Ein Ausführungs-Ausströmdruck kann unter Verwendung der Ausführungs-Aus­ strömrate und der in der Steuerzentrale 61 gespeicherten relationalen Daten betreffend den Ausströmdruck berechnet werden, die dadurch erhalten wer­ den, daß im voraus der Zusammenhang zwischen dem elektrischen Strom für die Motoransteuerung, der Drehzahl des Motors 34 und der Ausströmrate untersucht wird, oder der relationalen Formeldaten, die durch Berechnen der obigen relationalen Daten erhalten werden. Es ist daher möglich, einen korrekten viskositätskorrigierten Ausführungs-Ausströmdruck zu erhalten, ohne diesen zu messen.

Bei der Pumpenanordnung 1 der Erfindung ist die Steuerzentrale 61, um das Fluid mit einem Soll-Druck zu fördern, mit einer Funktion zur Eingabe des Soll-Ausströmdrucks und zum Speichern des Soll-Ausströmdrucks ausge­ stattet. Ferner vergleicht die Steuerzentrale 61 den Ausströmdruck, der durch die mittels der Ausströmdruckberechnungsfunktion durchgeführte Berechnung erhalten wird, mit dem Soll-Ausströmdruck und steuert die Drehzahl des Motors 34 unter Verwendung des bei diesem Vergleich erhal­ tenen Ergebnisses. Dies bedeutet, daß die Steuerzentrale 61 eine Ausström­ drucksteuerfunktion zum derartigen Steuern des Ausströmdrucks besitzt, daß der Ausströmdruck dem Soll-Ausströmdruck angenähert ist.

Es kann eine Rückführsteuerung benutzt werden, um die Steuerung des Ausströmdrucks durchzuführen. Bei der Rückführsteuerung wird die Dreh­ zahl des Motors 34 erhöht, wenn der Ausführungs-Ausströmdruck (berech­ neter Wert) kleiner als der Soll-Ausströmdruck ist. Wenn der Ausführungs- Ausströmdruck (berechneter Wert) größer als der Soll-Ausströmdruck ist, wird die Drehzahl des Motors 34 kleiner gemacht. Die Steuerzentrale 61 besitzt eine Funktion zum Vergleichen des Ausströmdrucks, der durch die mittels der Ausströmdruckberechnungsfunktion durchgeführte Berechnung erhalten wird, mit dem Soll-Ausströmdruck und zum Berechnen einer Drehzahl des Motors 34, die der Differenz hierzwischen entspricht. Die Steuerzentrale 61 steuert den Ausströmdruck, indem sie die Drehzahl des Motors 34, die mittels der Funktion zum Berechnen der dieser Differenz entsprechenden Drehzahl des Motors 34 erhalten wird, zur momentan vorgegebenen Drehzahl des Motors 34 addiert oder die hierdurch erhaltene Drehzahl des Motors 34 von der momentan vorgegebenen Drehzahl des Motors 34 subtrahiert.

Bei der Zentrifugalfluidpumpenanordnung 1 der Erfindung besitzt der Pumpenteil 2 einen Bluttemperaturdetektor 29 (Temperatursensor). Die Steuerzentrale 61 ist mit einer Hämatokritwertberechnungsfunktion ausge­ stattet, um den Hämatokritwert unter Verwendung der von dem Bluttempe­ raturdetektor 29 erfaßten Bluttemperatur und der mittels der Blut­ viskositätsberechnungsfunktion berechneten Blutviskosität zu berechnen. Tabelle 1 zeigt ein Ergebnis, das durch Messen des Zusammenhangs zwischen der Viskosität des menschlichen Bluts, des Hämatokritwerts und der Blut­ temperatur mit Hilfe eines konischen Drehviskosimeters erhalten wurde. Man erkennt, daß es möglich ist, den Hämatokritwert aus der Bluttempera­ tur und der Blutviskosität abzuschätzen.

Tabelle 1

Nachstehend wird kurz der Viskositätsberechnungsschritt bei der Zen­ trifugalfluidpumpenanordnung 1 der Erfindung erläutert.

Zunächst speichert die CPU 65 eine Soll-Durchflußrate oder einen Soll- Ausströmdruck, die bzw. der der Steuerzentrale 61 von deren jeweiligem Eingabebereich eingegeben wird, bevor die extrakorporale Blutzirkulation gestartet wird. Sodann berechnet die CPU 65 eine Drehzahl des Motors 34 und einen elektrischen Strom für die Motoransteuerung, beide entsprechend den Soll-Werten. Die berechneten Werte werden an den Motortreiber 62 ausgegeben, um die Pumpe auf Grundlage dieser Bedingungen in Rotation zu versetzen. Die CPU 65 gibt eine Spannung (Vorgabespannung für die Lau­ fradschwebeposition) aus, die einer solchen Spannung der Elektroma­ gnetanordnung 41 des Laufradpositionssteuerteils 4 entspricht, daß die Laufradschwebeposition die normale Position (viskositätsungezählte Zeit) ist, also der Zwischenraum zwischen der Unterseite des Laufrads 21 und der Innenseite des Gehäuses 20 auf Seiten des Laufradrotationsmoment­ erzeugungsteils 0,25 mm beträgt. Die Förderung des Fluids beginnt auf diese Weise. Nach dem Start der Fluidzirkulation ändert die CPU 65 die Drehzahl des Motors 34 auf die in dem Speicherteil gespeicherte Drehzahl des Motors 34 und ändert ferner die Vorgabespannung für die Laufradschwebeposition, um die Laufradschwebeposition zu ändern. Beispielsweise wird die Vorgabe­ spannung für die Laufradschwebeposition auf 2,5 V geändert. Als Folge bewegt sich das Laufrad 21 um etwa 0,15 mm; der Zwischenraum zwischen der Unterseite des Laufrads 21 und der Innenseite des Gehäuses 20 auf Seiten des Laufradrotationsmomenterzeugungsteils beträgt dann etwa 0,1 mm.

Der Steuerzentrale 61 (CPU 65) werden sequentiell Werte des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung eingegeben. Die CPU 65 berechnet einen Änderungsbetrag des Werts des elektrischen Stroms für die Motoransteue­ rung anhand des Werts des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung vor Änderung der Laufradschwebeposition und des Werts des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung nach Änderung der Laufradschwebeposi­ tion. Sodann gibt die CPU 65, um die Laufradschwebeposition in die normale Position zurückzuführen, eine Anweisung aus, die Vorgabespannung für die Laufradschwebeposition zu ändern. Wenn beispielsweise die Vorgabespan­ nung für die Laufradschwebeposition auf 0 V eingestellt wird, bewegt sich das Laufrad 21 um etwa 0,15 mm, und der Zwischenraum zwischen der Unter­ seite des Laufrads 21 und der Innenseite des Gehäuses 20 auf Seiten des Laufradrotationsmomenterzeugungsteils wird wieder auf etwa 0,25 mm zurückgestellt.

Die CPU 65 berechnet die Viskosität anhand des Änderungsbetrags des Werts des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung und der in dem ROM 64 gespeicherten Viskositätsberechnungsgleichung.

Bei herkömmlichen Strömungsmessern und Druckmessern treten durch Viskositätsänderungen bedingte Fehler auf. Die in der oben beschriebenen Weise ermittelte Viskosität kann jedoch zur Korrektur der Strömungsraten und -drücke verwendet werden. Somit ist es möglich, Ausströmraten und Ausströmdrücke mit hoher Genauigkeit zu erhalten.

Die Zentrifugalfluidpumpenanordnung der Erfindung umfaßt ein Gehäuse mit einer Bluteinlaßöffnung und einer Blutauslaßöffnung, einen Zentrifugal­ fluidpumpenteil mit einem Laufrad, an dem magnetisches Material angeord­ net ist und das drehbar in dem Gehäuse untergebracht ist, ohne das Gehäuse zu berühren, zur Förderung eines Fluids durch Zentrifugalkraft, die bei Drehung des Laufrads entsteht, ferner einen Laufradrotationsmoment­ erzeugungsteil mit einem Rotor, der eine Magnetanordnung aufweist, um das magnetische Material des Laufrads zu sich anzuziehen, und mit einem Motor zum Drehen des Rotors und ferner einen Laufradpositionssteuerteil mit einer Elektromagnetanordnung. Die Steuereinheit umfaßt eine Laufrad­ schwebepositionssteuerfunktion zum Ändern der Schwebeposition des Laufrads innerhalb des Gehäuses mit Hilfe des Laufradpositionssteuerteils, eine Funktion zum Messen des elektrischen Stroms für die Ansteuerung des Motors sowie eine Fluidviskositätsberechnungsfunktion zum Berechnen der Fluidviskosität unter Verwendung des Änderungsbetrags des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung, der bei einer Änderung der Schwebeposi­ tion des Laufrads mittels der Laufradschwebepositionssteuerfunktion erhalten wird.

Durch die obige Ausgestaltung kann die Fluidviskosität ohne Vorsehung eines speziellen Geräts leicht in Echtzeit durch Änderung der Schwebeposi­ tion des Laufrads gemessen werden. Zudem kann die gemessene Viskosität zur Überwachung der Fluidviskosität benutzt werden, beispielsweise um einen Alarm abzugeben, der anzeigt, daß die Viskosität anormal ist, und außerdem zur Korrektur bei der rechnerischen Ermittlung der Ausströmrate und des Ausströmdrucks ohne Verwendung eines Durchflußmessers oder Druckmessers.

Die Steuereinheit speichert relationale Daten betreffend die Ausströmrate, die dadurch erhalten werden, daß im voraus der Zusammenhang zwischen dem elektrischen Strom für die Motoransteuerung, der Drehzahl des Motors und der Ausströmrate untersucht wird, oder relationale Formeldaten, welche durch Berechnen der obigen relationalen Daten erhalten werden. Die Steuereinheit ist mit der Ausströmratenberechnungsfunktion ausgestattet, um die Ausströmrate unter Verwendung der Fluidviskosität zu berechnen, welche aus dem elektrischen Ist-Strom für die Motoransteuerung, der Drehzahl des Motors, den relationalen Formeldaten und der Fluidviskositäts­ berechnungsfunktion ermittelt wird. Daher ist es unter Durchführung von Rechenvorgängen und ohne Verwendung eines Strömungsmessers möglich, die korrekte Durchflußrate mit geringen Fehlern zu bestimmen, auch dann, wenn die gemessenen Viskositäten unterschiedlich sind.

Die Steuereinheit besitzt die Funktion zur Eingabe der Soll-Durchflußrate und zum Speichern der Soll-Durchflußrate sowie die Ausströmratensteuer­ funktion zum Steuern der Ausströmrate derart, daß die Ausströmrate an die Soll-Durchflußrate angenähert ist, indem die Ausströmrate, die durch die mittels der Ausströmratenberechnungsfunktion durchgeführte Berechnung erhalten wird, mit der Soll-Durchflußrate verglichen wird, und zum Steuern der Drehzahl des Motors 34 unter Verwendung des bei diesem Vergleich erhaltenen Ergebnisses. Auf diese Weise kann die Überwachung der Aus­ strömrate leicht erfüllt werden.

Die Steuereinheit ist mit der Ausströmdruckberechnungsfunktion zum Berechnen des Ausströmdrucks unter Verwendung der mittels der Aus­ strömratenberechnungsfunktion erhaltenen, berechneten Ausströmrate, der relationalen Daten betreffend den Ausströmdruck, die dadurch erhalten werden, daß im voraus der Zusammenhang zwischen dem elektrischen Strom für die Motoransteuerung, der Drehzahl des Motors und dem Ausströmdruck untersucht wird, oder der relationalen Formeldaten, die durch Berechnen der obigen relationalen Daten erhalten werden, und der Drehzahl des Motors ausgestattet. Unter Durchführung von Berechnungen und ohne Verwendung eines Durchflußmessers ist es somit möglich, den korrekten Strömungsdruck mit geringen Fehlern zu bestimmen, auch wenn die gemessenen Viskositäten unterschiedlich sind.

Die Steuereinheit besitzt zudem die Funktion zur Eingabe des Soll-Ausström­ drucks und zum Speichern des Soll-Ausströmdrucks, und sie besitzt die Ausströmdrucksteuerfunktion zum Steuern des Ausströmdrucks derart, daß der Ausströmdruck an den Soll-Ausströmdruck angenähert ist, indem der Ausströmdruck, der durch die mittels der Ausströmdruckberechnungs­ funktion durchgeführte Berechnung erhalten wird, mit dem Soll-Ausström­ druck verglichen wird, und zum Steuern der Drehzahl des Motors unter Verwendung des bei dem Vergleich erhaltenen Ergebnisses. Auf diese Weise kann die Überwachung der Ausströmrate leicht erfüllt werden.

Claims (14)

1. Zentrifugalfluidpumpenanordnung, umfassend:

• - ein Gehäuse (20) mit einer Bluteinlaßöffnung (22) und einer Blutauslaßöffnung (23),
• - einen Zentrifugalfluidpumpenteil (2) mit einem Laufrad (21), an dem magnetisches Material (25) angeordnet ist und das drehbar in dem Gehäuse (20) ohne Kontakt mit diesem angeordnet ist, zum För­ dern eines Fluids durch Zentrifugalkraft, die bei seiner Drehung ent­ steht,
• - einen Laufradrotationsmomenterzeugungsteil (3) mit einem Rotor (31), der eine Magnetanordnung (33) aufweist, um das magne­ tische Material (25) des Laufrads (21) anzuziehen, und mit einem Mo­ tor (34) zum Drehen des Rotors (31),
• - einen Laufradpositionssteuerteil (4) mit einer Elektromagnet­ anordnung (41) und
• - eine Steuereinheit (6) mit einer Laufradschwebepositions­ steuerfunktion zum Ändern der Schwebeposition des Laufrads (21) in dem Gehäuse (20) mit Hilfe des Laufradpositionssteuerteils (4), ferner mit einer Funktion zum Messen eines elektrischen Stroms zur An­ steuerung des Motors (34) und mit einer Fluidviskositätsberech­ nungsfunktion zum Berechnen der Viskosität des Fluids unter Ver­ wendung eines Änderungsbetrags des elektrischen Stroms für die Mo­ toransteuerung, der durch Ändern der Schwebeposition des Laufrads (21) mit Hilfe der Laufradschwebepositionssteuerfunktion erhalten wird.

2. Zentrifugalfluidpumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (6) einen Datenspeicherteil (64) zum Speichern relationaler Daten umfaßt, welche den Zusam­ menhang Fluidviskosität-Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung betreffen und dadurch erhalten werden, daß im voraus der Zusammenhang zwischen der Fluidviskosität und dem Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung untersucht wird, der durch eine Verschiebung der Laufradschwebepo­ sition geändert wird, oder relationaler Formeldaten, welche anhand der relationalen Daten betreffend den Zusammenhang Fluidviskosität- Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung ermittelt werden, und daß die Fluidviskositätsberechnungsfunktion die Fluidviskosität unter Verwendung der in dem Datenspeicherteil (64) gespeicherten Daten und des Änderungsbetrags des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung berechnet, der durch Ändern der Schwebeposition des Laufrads (21) mittels der Laufradschwebeposi­ tionssteuerfunktion erhalten wird.

3. Zentrifugalfluidpumpenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (6) einen Datenspeicherteil (64) zum Speichern relationaler Daten umfaßt, welche den Zusam­ menhang Fluidviskosität - Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung betreffen und dadurch erhalten werden, daß im voraus für mehrere Drehzahlen des Motors (34) jeweils der Zusam­ menhang zwischen der Fluidviskosität und dem Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung untersucht wird, der durch eine Verschiebung der Laufradschwebeposition geändert wird, oder relationaler Formeldaten, welche anhand der relationalen Daten betreffend den Zusammenhang Fluidviskosität-Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung ermittelt werden, und daß die Fluidviskositätsberechnungsfunktion die Viskosität des Fluids unter Verwendung der in dem Datenspeicherteil (64) gespeicherten Daten, der Drehzahl des Motors (34) und des Änderungsbetrags des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung berechnet, der durch Ändern der Schwebeposition des Laufrads (21) mittels der Lau­ fradschwebepositionssteuerfunktion erhalten wird.

4. Zentrifugalfluidpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (21) ein magnetisches Element (28) aufweist und daß der Laufradpositionssteuerteil (4) eine Mehrzahl feststehender Elektromagnete (41) zum Anziehen des mag­ netischen Elements (28) des Laufrads (21) und einen Positionssensor (42) zum Erfassen der Position des magnetischen Elements (28) des Laufrads (21) umfaßt.

5. Zentrifugalfluidpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifugalfluidpumpenanord­ nung eine Zentrifugalblutpumpenanordnung ist.

6. Zentrifugalfluidpumpenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifugalblutpumpenanordnung einen Bluttemperaturdetektor (29) umfaßt und daß die Steuereinheit (6) eine Hämatokritwertberechnungsfunktion zum Berechnen des Häma­ tokritwerts unter Verwendung der von dem Bluttemperaturdetektor (29) erfaßten Bluttemperatur und der mittels der Fluidviskositäts­ berechnungsfunktion berechneten Blutviskosität besitzt.

7. Zentrifugalfluidpumpenanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (6) ein Alarmsignal abgibt, wenn die mittels der Fluidviskositätsberechnungsfunktion berechnete Blutviskosität kleiner als ein erster festgelegter Wert ist.

8. Zentrifugalfluidpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (6) ein Alarmsignal abgibt, wenn die mittels der Fluidviskositätsberechnungsfunktion berechnete Blutviskosität größer als ein zweiter festgelegter Wert ist.

9. Zentrifugalfluidpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (6) relationale Daten betreffend die Ausströmrate speichert, welche dadurch erhalten werden, daß im voraus der Zusammenhang zwischen dem elektrischen Strom für die Motoransteuerung, der Drehzahl des Motors (34) und der Ausströmrate untersucht wird, oder relationale Formeldaten, welche dadurch erhalten werden, daß die relationalen Daten berechnet werden, und daß die Steuereinheit (6) auf diese Weise mit einer Aus­ strömratenberechnungsfunktion zum Berechnen der Ausströmrate un­ ter Verwendung eines Ist-Werts des elektrischen Stroms für die Moto­ ransteuerung, der Drehzahl des Motors (34), der relationalen For­ meldaten und der mittels der Fluidviskositätsberechnungsfunktion berechneten Fluidviskosität besitzt.

10. Zentrifugalfluidpumpenanordnung nach Anspruch 9, bei der die Steuereinheit (6) eine Funktion zum Eingeben einer Soll- Durchflußrate und zum Speichern der Soll-Durchflußrate sowie eine Ausströmratensteuerfunktion besitzt, um die Ausströmrate derart zu steuern, daß die Ausströmrate an die Soll-Durchflußrate angenähert ist, indem sie die Ausströmrate, die durch die mittels der Ausström­ ratenberechnungsfunktion durchgeführte Berechnung erhalten wird, mit der Soll-Durchflußrate vergleicht, und um die Drehzahl des Motors (34) unter Verwendung des bei diesem Vergleich erhaltenen Ergebnis­ ses zu steuern.

11. Zentrifugalfluidpumpenanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (6) eine Ausströmdruck­ berechnungsfunktion besitzt, um den Ausströmdruck zu berechnen unter Verwendung der mittels der Ausströmratenberechnungsfunk­ tion erhaltenen, berechneten Ausströmrate, relationaler Daten, welche den Ausströmdruck betreffen und dadurch erhalten werden, daß im voraus der Zusammenhang zwischen dem elektrischen Strom für die Motoransteuerung, der Drehzahl des Motors (34) und dem Ausström­ druck untersucht wird, oder relationaler Formeldaten, welche dadurch erhalten werden, daß die obigen relationalen Daten berechnet werden, und der Drehzahl des Motors (34).

12. Zentrifugalfluidpumpenanordnung nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuereinheit (6) eine Funktion zum Einge­ ben eines Soll-Ausströmdrucks und zum Speichern des Soll-Ausström­ drucks besitzt und eine Ausströmdrucksteuerfunktion besitzt, um den Ausströmdruck so zu steuern, daß der Ausströmdruck an den Soll- Ausströmdruck angenähert ist, indem derjenige Ausströmdruck, der durch die mittels der Ausströmdruckberechnungsfunktion durch­ geführte Berechnung erhalten wird, mit dem Soll-Ausströmdruck verglichen wird, und um die Drehzahl des Motors (34) unter Ver­ wendung des bei diesem Vergleich erhaltenen Ergebnisses zu steuern.

13. Zentrifugalfluidpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (6) eine Funk­ tion zum Steuern der Drehzahl des Motors (34) besitzt, um die Aus­ strömratensteuerfunktion auszuführen.

14. Zentrifugalfluidpumpenanordnung nach Anspruch 12 oder 13, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (6) eine Funktion zum Steuern der Drehzahl des Motors (34) besitzt, um die Ausström­ drucksteuerfunktion auszuführen.