JP2002535047A - クロスフロー原理を使用する血液ポンプ - Google Patents
クロスフロー原理を使用する血液ポンプInfo
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Abstract
Description
液ポンプに関する。
る。こうした患者は、最小出力が3リットル/分の機械的な循環支援装置による
利点を受けることが有益である。多くの患者は、救急車で緊急搬送される間に、
一時的な心臓の支援を必要とする。
理想的な装置は、(1)大腿動脈のような末梢動脈を介して挿入し得るようにす
ることができるように、12フレンチ(French)以下の断面を有し、(2
)動脈内で作用し且つ外科医の支援を必要とせずに、心臓病専門医が挿入可能で
あり、(3)本来の左心室の助けを受けずに、規則的な圧力にて少なくとも3リ
ットル/分の流れを提供することができるものである。大動脈内バルーンポンプ
(IABP)が長年に亙って使用されており且つ挿入が容易で、しかも外科手術
を必要としないため、業界の標準となっている。このポンプは、心臓病専門医が
大腿動脈内に容易に挿入できるが、その圧送能力は制限され、多少の心臓機能が
残っている患者にしか使用できない。IABPの流れは、約1.5リットル/分
乃至2.0リットル/分に制限され、多少の機能が残らなければならない左心室
との同調状態に依存する。
対し一時的な最小侵入型のポンプを提供する努力が為されてきた。ヘモ(Hem
o)ポンプは、血流の基準(約5リットル/分)に適合する軸流血液ポンプであ
るが、心臓病専門医が容易に挿入するためには、過大である(14乃至22フレ
ンチ)。より小型のヘモポンプも製造可能ではあるが、ポンプがより小型になる
と、入口面積が小さくなるため、物理的条件が流れを制限することになる。入口
面積の縮小に伴って、ポンプ内の損失は、急速な非線形状態にて増大する。これ
らの急速な増大する損失を補償するため、ロータ速度は指数関数的に早くしなけ
ればならない。十分な流れは実現できるが、溶血性は、許容し得ない程度にまで
増大する。
/分の従来のプロペラポンプ又は遠心型ポンプを作る上で理論上及び技術上の難
点に直面している。入口面積の縮小による物理的制約を解消する1つの方法は、
ポンプを膨張可能にすることである。このようにして、ポンプを挿入した後、大
きい面積が実現可能であるため、入口の減少及び軸速度を最小にすることができ
る。動脈系内に挿入した後、展開するヒンジ式プロペラを使用する、ケーブル駆
動の軸流血液ポンプが記載されている。しかし、溶血性は、この着想を臨床的装
置として適用することを制限している。挿入後に膨張又は展開するポンプに対す
るその他の着想が提案されている。しかし、これらの極小型の膨張可能なポンプ
は、製造が容易でなく、また、信頼性の高い機構を実現することは難しい。
に配置することを必要とすることによりポンプの設計に制約を加えている。その
結果、入口面積の増加は、また、ポンプの直径をも増大させることになろう。
張可能とすることを必要とせずに、大きい入口面積の利点を実現することである
。
び出力の損失が少ない血液ポンプを提供することである。 本発明の更に別の目的は、従来技術の血液ポンプに伴う上述した問題点を緩和
する血液ポンプを提供することである。
血管内に経皮的に挿入することを許容するのに十分に小さい直径を有する血液ポ
ンプを提供することである。
液ポンプを提供することである。 本発明のその他の目的及び有利な点は、説明が進むにつれて明らかになるであ
ろう。
願人は、クロスフローエアブロアの原理は血液ポンプのヘッドに効果的に使用可
能であることが分かった。
ンプが提供される。本明細書で使用するように、「クロスフローの形態」は、入
口がハウジングの側部に画成され、出口がハウジングの側部に画成されたハウジ
ングを利用し、入口から出口までの流れがハウジング内のインペラの回転軸線の
周り且つ/又はその回転軸線を横断するようにしたものである。入口と出口との
間の流れは、インペラの回転軸線に対して全体として垂直な方向へ向かうことが
好ましいが、必ずしもそうでなくてもよい。
ング部分を有している。該ハウジング部分は、1つの表面に血液入口ポートを画
成し、1つの表面に血液出口ポートを画成する。入口ポートから出口ポートまで
の血液のクロスフローを提供するため、ハウジング部分内にインペラが配置され
ている。クロスフローポンプヘッドを駆動するモータが提供される。
形の形態を有している。血液入口ポートは、血液出口ポートよりも大きく、血液
入口ポート及び出口ポートは、両面に画成されている。
り、血液入口ポートは、80°乃至180°の円弧を画成し、血液出口ポートは
、80°以下の円弧を画成する。インペラは、その直径の少なくとも2倍の軸方
向長さを有し、インペラは、入口及び出口ポートを画成する円筒状面に対して正
接状態にて回転するブレードを有している。
ラは、0°乃至80°の前方角度を有する複数のブレードと、一対の軸方向に隔
たったシュラウドとを有している。ブレードの軸方向端部は、軸方向に隔たった
シュラウドに取り付けられる。
軸を有している。同軸状の軸をハウジング内で支持するベアリングが設けられて
いる。血液を軸の周りで動かすのを助け、血栓の沈着の可能性を最小にするため
、シュラウドの外面にリッジ又は溝の何れかを有するワイパーが設けられる。
中間に1つのシュラウドが配置される。更なる実施の形態において、ブレードの
一端にのみ1つのシュラウドが配置される。1つの実施の形態において、インペ
ラ軸は、モータに磁力で接続される。別の実施の形態において、モータは、撓み
軸を介してインペラ軸に取り付けられ、モータはエアモータである。
挿入することを許容するのに十分に小さい外径を有している。折りたたみ可能な
重合系の排出管が設けられ且つポンプの血流出口に接続され、また、血液を患者
の左心室から大動脈弁を通して大動脈まで指向し得るようにされている。
上に血液入口ポートを画成し且つ1つの表面上に血液出口ポートを画成する長い
ハウジング部分を有するクロスフローポンプヘッドを提供するステップと、入口
ポートから出口ポートまで血液のクロスフローを提供すべく上記ハウジング部分
内にインペラを提供するステップと、インペラを回転させ且つ血液をハウジング
部分内で入口ポートから加速するモータによりクロスフローポンプヘッドを駆動
するステップとを備えている。
添付図面に図示されている。
示されている。血液ポンプ10は、全体として円筒状のポンプヘッド16と、磁
気継手18と、空気駆動又は電気駆動の何れかのモータ20と、空気駆動モータ
用の空気駆動管又は電気駆動モータ用の電線である駆動ライン22とを備えてい
る。ポンプヘッド16は、患者の動脈内に挿入するのに十分に小さく、ヘッド1
6は3フレンチ乃至12フレンチの範囲の直径を有する。1つの具体的な例とし
て、何ら限定することを意図するものではないが、ポンプヘッド16の直径は約
10乃至12フレンチとし、その長さは約25.4mm(1インチ)とすること
が好ましい。
置されている。次に、図1aを参照すると、ポンプヘッド16は患者の左心室内
に配置される一方、モータ20が患者の大動脈内に配置される本発明の別の形態
が図示されている。図1aにおいて、ポンプヘッド16は、軸ジャケット23及
び磁気継手18により取り囲まれた撓み軸21によりモータ20に接続されてい
る。
の1つは、ポンプヘッド16の長さを増すことを許容する点である。より大きい
出力であるためには、全体として、ポンプの半径方向寸法をより大きくすること
を必要とする従来技術の血液ポンプと相違して、より大きい出力を実現し得るよ
う本発明によるクロスフローポンプを使用することにより、インペラ及びハウジ
ングの長さが長くなり且つより大きい半径方向寸法を提供する必要性は解消され
る。
4が血液をポンプから案内し得るようポンプヘッド16の出口26に接続されて
いる。この折りたたみ可能なディフューザ管24はハウジングの排出開口部26
の壁に取り付けられる。ディフューザ管24は、血液を左心室から心臓弁膜上方
の大動脈まで輸送するのに十分な長さである。折りたたみ可能なディフューザ管
24の断面積は図2に図示するように漸進的に増大し、僅か4.0mmに過ぎな
いポンプの最初の直径よりも遥かに大きくすることができる。
に伸びている。心臓がポンプ作用を行なうと、大動脈弁28はディフューザ管2
4の外側で閉じられ、逆流を防止する。
ンプヘッドは、全体として円筒状の長いハウジング32を備え且つクロスフロー
ポンプを形成する。この目的のため、ポンプハウジング32は、その双方が矩形
の形状であることが好ましい入口ポート28及び出口ポート30を画成する。入
口ポート28は出口ポート30よりも実質的に大きい。何ら限定することを意図
するものではないが、一例として、入口ポートはポンプヘッド16を80°乃至
180°の円弧をカバーし、出口ポートは、80°以下の円弧をカバーする。
32は、また、血液が摺動ベアリングの空隙内に流れてベアリングを潤滑するこ
とを許容する開口部34を画成する。その他の形態とすることも許容可能である
が、図4に図示するように、入口開口部28は出口ポート30と反対側の表面に
ある。
、該シュラウド38、40の内部まで軸方向に伸び且つその端部にて該内部に接
続されたインペラブレード42とを備えるインペラ36が提供される。同軸状の
軸44はシュラウド38、40の端部から伸び、一対の複合的摺動ベアリング4
6がインペラを半径方向に且つ軸方向に支持し得るように設けられている。同軸
状軸44は、所望であるならば、インペラの中央を貫通して軸方向に伸びる単一
の単体軸とすることができる。ポンプカバー48が提供される。インペラブレー
ド42は、0°乃至80°の範囲とすることのできる前方角度にて伸びている。
パー50がインペラシュラウド38の上に設けられているのが分かる。該ワイパ
ーは、シュラウドの側部における単一の溝又は単一のリッジとすることができる
。インペラが回転するとき、シュラウド38とハウジング32との間の空隙内に
半径方向の血液の動きが生じる。この血液は、軸44の周りで洗い流され、血栓
が沈着する可能性を最小にする。
て、単一のシュラウド40′はブレード42の一側部においてのみ付与され、こ
のため、ブレード42の端部47は単一のシュラウド40′の内面に取り付けら
れる。
の中間に配置されている。図5cの実施の形態において、ブレード42の上方部
分及び下方部分がシュラウド40′に対して長さの点で等しくないことが望まし
くないことが理解されるが、ブレード42の上方部分42はブレード42の下方
部分42″に等しい。
ら見たポンプの出口ポート30をより明確に示す。 図7において、平坦な形状のインペラブレード42aを備えるポンプヘッドの
断面図が図示されている。2乃至16個のインペラブレードが存在することが好
ましく、また、インペラブレード42bは図8に図示するように湾曲しているこ
とも好ましい。図7及び図8において、ポンプヘッドを通る血液の流路が図示さ
れている。インペラブレードは入口及び出口ポート28、30を画成する円筒形
面にわずかに触れる程度に回転するのが分かる。
24はクロスフローポンプの周りで折りたたまれる。そのディフューザ管が折り
たたまれたクロスフローポンプは適当なガイドカテーテルを介して大腿部大動脈
を通して挿入され、図1に図示するように、ポンプが患者の左心室内に配置され
るようにする。次に、カテーテルを除去し、エアモータ又は電気モータが利用さ
れるかに依存して、ライン22を適当な空気又は電流供給源に接続する。血液は
図1に矢印52で示すようにクロスフローポンプを通り且つ矢印54で示すよう
に管24を通してポンプに入り大動脈内でディフューザ管24の出口56(図2
)から出る。血液のこの最初の圧送は、図1及び図2に図示するように柔軟な折
りたたまれたディフューザ管24がその完全に開放した状態まで膨張することを
可能にする。
ディフューザ管を有するクロスフローポンプは案内カテーテルを使用せずに大腿
部の動脈を通して導入される。
さくする新規な血液ポンプを図示し且つ説明したことが理解できる。 本発明の一例としての実施の形態を図示し且つ説明したが、当業者は、本発明
の新規な精神及び範囲から逸脱せずに色々な改変例及び置換を為すことが可能で
あることを理解すべきである。
た血液ポンプの概略図である。 1aは、その駆動モータが患者の大動脈内に配置された、本発明の別の形態に
よる構造とされた血液ポンプの概略図である。
る。 5bは、本発明の別の実施の形態による構造とされたインペラの斜視図である
。 5cは、本発明の更なる実施の形態による構造とされたインペラの斜視図であ
る。
を示す断面図である。
示す断面図である。
Claims (37)
- 【請求項1】 血液ポンプにおいて、 クロスフローポンプヘッドであって、長いハウジング部分を有し、該ハウジン
グ部分が1つの表面に血液入口ポートを画成し及び1つの表面に血液出口ポート
を画成するクロスフローポンプヘッドと、 回転軸線を有し且つ前記回転軸線の周りで及び/又は該回転軸線を横断して入
口ポートから出口ポートまで血液のクロスフローを提供し得るよう前記ハウジン
グ部分内に配置されたインペラと、 クロスフローポンプヘッドを駆動するモータとを備える、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、前記血液入口ポート
及び前記血液出口ポートが矩形の形態である、血液ポンプ。 - 【請求項3】 請求項1に記載の血液ポンプにおいて、前記血液入口ポート
が前記血液出口ポートよりも大きく、前記血液入口ポートが前記血液出口ポート
と反対側の表面に画成される、血液ポンプ。 - 【請求項4】 請求項1に記載の血液ポンプにおいて、前記ハウジング部分
が全体として円筒状であり、3フレンチ乃至12フレンチの範囲の直径を有する
、血液ポンプ。 - 【請求項5】 請求項1に記載の血液ポンプにおいて、前記ハウジング部分
が全体として円筒状であり、前記血液入口ポートが80°乃至180°の範囲の
円弧を画成し、前記血液出口ポートが80°以下の円弧を画成する、血液ポンプ
。 - 【請求項6】 請求項1に記載の血液ポンプにおいて、前記インペラがその
直径の少なくとも2倍である軸方向長さを有する、血液ポンプ。 - 【請求項7】 請求項6に記載の血液ポンプにおいて、前記軸方向長さがそ
の直径の2乃至10倍である、血液ポンプ。 - 【請求項8】 請求項1に記載の血液ポンプにおいて、前記ハウジング部分
が全体として円筒状であり、前記インペラが、入口及び出口ポートを画成する円
筒状面に対して接するように回転するブレードを有する、血液ポンプ。 - 【請求項9】 請求項1に記載の血液ポンプにおいて、前記インペラが0°
乃至80°の範囲の前方角度を有する複数のブレードを備える、血液ポンプ。 - 【請求項10】 請求項9に記載の血液ポンプにおいて、前記ブレードが湾
曲した形態である、血液ポンプ。 - 【請求項11】 請求項9に記載の血液ポンプにおいて、前記インペラが軸
方向に隔てられた一対のシュラウドを有し、ブレードの軸方向端部がシュラウド
に取り付けられる、血液ポンプ。 - 【請求項12】 請求項11に記載の血液ポンプにおいて、インペラがブレ
ードから外方に伸びる軸方向軸を有し、軸方向軸をハウジング内で支持するベア
リングを含む、血液ポンプ。 - 【請求項13】 請求項12に記載の血液ポンプにおいて、血栓の沈着の可
能性を最小にし得るように血液が軸の周りで動くのを助けるべくシュラウドの外
面に設けられたリッジ及び溝の一方を有するワイパーを備える、血液ポンプ。 - 【請求項14】 請求項1に記載の血液ポンプにおいて、前記インペラが、
頂部シュラウドと、軸方向に隔てられた底部シュラウドと、該頂部シュラウドか
ら前記底部シュラウドまで円形に伸びる複数の軸方向インペラブレードであって
、0°乃至80°の範囲の前方角度を有すると共に、インペラの直径の2倍乃至
10倍の範囲の前記軸方向長さである複数の軸方向インペラブレードとを備える
リスかご形態から成る、血液ポンプ。 - 【請求項15】 請求項9に記載の血液ポンプにおいて、前記インペラがシ
ュラウドを備え、ブレードがシュラウドに取り付けられる、血液ポンプ。 - 【請求項16】 請求項15に記載の血液ポンプにおいて、前記シュラウド
が中央開口部を画成し、軸が該中央開口部を貫通して伸びる、血液ポンプ。 - 【請求項17】 請求項15に記載の血液ポンプにおいて、ブレードの軸方
向端部が前記シュラウドに取り付けられる、血液ポンプ。 - 【請求項18】 請求項15に記載の血液ポンプにおいて、前記シュラウド
が前記インペラブレードの中間に配置される、血液ポンプ。 - 【請求項19】 請求項1に記載の血液ポンプにおいて、前記インペラ及び
前記モータが磁気的に接続される、血液ポンプ。 - 【請求項20】 請求項1に記載の血液ポンプにおいて、前記モータが撓み
軸を介して前記インペラに接続される、血液ポンプ。 - 【請求項21】 請求項1に記載の血液ポンプにおいて、前記モータがエア
モータである、血液ポンプ。 - 【請求項22】 請求項1に記載の血液ポンプにおいて、前記クロスフロー
ポンプヘッドが、ポンプヘッドを経皮的に患者の血管内に挿入するのを許容する
のに十分に小さい外寸法を有する、血液ポンプ。 - 【請求項23】 請求項22に記載の血液ポンプにおいて、前記血液流れ出
口に接続され且つ血液を左心室から大動脈弁を通して大動脈まで指向し得るよう
にされた折りたたみ可能な重合系排出管を備える、血液ポンプ。 - 【請求項24】 血液ポンプにおいて、 ポンプヘッドを経皮的に患者の血管内に挿入するのを許容するのに十分に小さ
い外寸法を有するクロスフローポンプヘッドであって、血液入口ポート及び血液
出口ポートを画成するクロスフローポンプヘッドと、 回転軸線を有していて、前記回転軸線の周りで及び/又は前記回転軸線を横断
して入口ポートから出口ポートまで血液のクロスフローを提供する、インペラと
、 クロスフローポンプヘッドを駆動するモータと、 前記血液流れ出口に接続され且つ血液を患者の左心室から大動脈弁を通して患
者の大動脈まで指向し得るようにされた出口管とを備える、血液ポンプ。 - 【請求項25】 請求項24に記載の血液ポンプにおいて、前記クロスフロ
ーポンプヘッドが全体として円筒状の長いハウジング部分を有し、血液入口ポー
トが前記ハウジング部分の表面に画成され、前記血液出口ポートがその反対側の
表面に画成される、血液ポンプ。 - 【請求項26】 請求項24に記載の血液ポンプにおいて、前記出口管が折
りたたみ可能な重合系管を備える、血液ポンプ。 - 【請求項27】 血液を圧送する方法において、 クロスフローポンプヘッドであって、長いハウジング部分を有し、該ハウジン
グ部分が1つの表面に血液入口ポート及び1つの表面に血液出口ポートを画成す
るクロスフローポンプヘッドを提供するステップと、 回転軸線を有し且つ前記回転軸線の周りで且つ/又は該回転軸線を横断して入
口ポートから出口ポートまで血液のクロスフローを提供し得るよう前記ハウジン
グ部分内に配置されたインペラを提供するステップと、 インペラを回転させ且つ血液をハウジング部分内の入口ポートから加速し得る
ようクロスフローポンプヘッドをモータにて駆動するステップとを備える、方法
。 - 【請求項28】 請求項27に記載の方法において、ポンプヘッドを患者の
血管内に挿入するステップを含む、方法。 - 【請求項29】 請求項28に記載の方法において、心臓支援装置を提供す
べくポンプヘッドを患者の心臓に接続するステップを含む、方法。 - 【請求項30】 請求項29に記載の方法において、血液流れ出口に接続さ
れた折りたたみ可能な重合系排出管を提供するステップと、血液を患者の左心室
から大動脈弁を通して患者の大動脈まで指向するステップとを含む、方法。 - 【請求項31】 請求項29に記載の方法において、ポンプヘッド及びモー
タの双方を患者の心室内に配置するステップを含む、方法。 - 【請求項32】 請求項29に記載の方法において、モータが患者の心室の
外部に配置された状態にてポンプヘッドを患者の心室内に配置するステップを含
む、方法。 - 【請求項33】 患者の心臓を支援する方法において、 1つの表面に血液入口ポート及び1つの表面に血液出口ポートを画成する長い
ハウジング部分と、回転軸線を有し且つ前記回転軸線の周りで且つ該回転軸線を
横断して入口ポートから出口ポートまで血液のクロスフローを提供すべく前記ハ
ウジング部分内に配置されたインペラと、クロスフローポンプヘッドを駆動する
モータとを有するクロスフローポンプヘッドを患者の大動脈を通して導入するス
テップと、 前記クロスフローポンプヘッドを患者の心臓に接続するステップとを備える、
方法。 - 【請求項34】 請求項33に記載の方法において、血液を患者の左心室か
ら大動脈弁を通して患者の大動脈まで指向すべく前記血液流れ出口に接続された
排出管を提供するステップを含む、方法。 - 【請求項35】 患者の心臓を支援する方法において、 カテーテルを患者の動脈内に挿入するステップと、 血液入口ポート及び血液出口ポートと、回転軸線を有し、入口ポートから前記
回転軸線の周りで及び/又は該回転軸線を横断するように出口ポートまで血液の
クロスフローを提供するインペラと、クロスフローポンプヘッドを駆動するモー
タと、血液流れ出口に接続された収縮した排出管とを有するクロスフローポンプ
ヘッドを含むクロスフローポンプをカテーテルを通して導入するステップと、 排出管が大動脈弁を通して患者の大動脈内に伸びる状態でクロスフローポンプ
ヘッドを患者の心室内に配置するステップと、 カテーテルを除去するステップと、 モータを作動させ血液を左心室から大動脈まで圧送するステップを備える、方
法。 - 【請求項36】 請求項35に記載の方法において、ポンプヘッド及びモー
タの双方を患者の心室内に配置するステップを含む、方法。 - 【請求項37】 請求項35に記載の方法において、モータが患者の心室外
に配置された状態でポンプヘッドを患者の心室内に配置するステップを含む、方
法。
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