JP2012512363A - オフセットされたボリュートを備えた渦巻きポンプ - Google Patents

Abstract

ポンプが開示されており、(a)第１端と第２端とを有した長形ポンプハウジングと、(b)１軸周囲で回転するように長形ハウジング内に配置されており、それら外側先端部が共にインペラ平面を形成している複数の羽根を含んでいるプライマリインペラと、(c)プライマリインペラと通流状態に設置されているインレットと、(d)プライマリインペラおよびアウトレットと連絡状態であり、インペラ平面とは、軸方向にオフセットされている環状ボリュートハウジングとを含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般的にポンプに関し、特には、医療用として利用される渦巻きポンプに関する。

左あるいは右心室補助装置（“ＬＶＡＤ”または“ＲＶＡＤ”）としても知られる心臓補助装置として渦巻きポンプを利用することは知られている。このような利用形態においては、ポンプは、動力源および制御システムと共に患者の体内に埋め込まれる。あるいは動力源と制御システムは体外に保たれる。

渦巻きポンプは、インレットを備えるハウジング内に収容される回転インペラと、そのインペラを包囲する環状チャンバとを含む。この環状チャンバは、一般的には“ボリュート”と呼称される。流体は、インペラにその中央付近から流入し、インペラの周囲から流出する。インペラから流出する流体は、ボリュートで回収され、アウトレットにまで送達される。従来の渦巻きポンプは、ボリュートセクションをインペラの外径部と軸方向整合状態に配置している。このような設計によってインペラおよびボリュート内での流体滞留時間は、非常に短く、ポンプのさらに遠方部で再循環する流体の滞留時間を長くする。

心室補助システムのための血液ポンプとして利用されるとき、ポンプ内での血液滞留時間の延長は、望ましくない血栓（凝結）形成、並びに溶血（赤血球損傷）を引き起こす可能性がある。

従来技術のこれら、および他の欠点は、流体の滞留時間を最短化する渦巻きポンプを提供する本発明によって対処される。

本発明の一実施態様によれば、ポンプは、(a)第１端と第２端とを有した長形ポンプハウジングと、(b)１軸の周囲を回転するようにハウジング内に搭載されており、その外端部がインペラ平面を提供している複数の羽根を含んだプライマリ（一次）インペラと、(c)プライマリインペラと通流状態で提供されているインレットと、(d)プライマリインペラおよびアウトレットと連絡する環状ボリュートハウジングとを含んでいる。このボリュートハウジングは、インペラ平面と軸方向でオフセットされている。

本発明の別の実施態様によれば、心臓補助装置は、(a)第１端と第２端とを有した長形ハウジングと、(b)１軸の周囲を回転するようにハウジング内に搭載されており、インペラ平面を提供しているプライマリインペラと、(c)プライマリインペラと通流状態で提供されているインレットと、(d)プライマリインペラおよびアウトレットと連絡する環状ボリュートハウジングとを含んでいる。このボリュートハウジングは、インペラ平面と軸方向で離れている。これらハウジング、プライマリインペラ、インレット、およびボリュートハウジングは、生物学的適合材料により製作されている。

本発明は、添付の図面を参考にして以下の説明を読めば十分に理解できよう。

図１は、本発明の１実施例により構築された渦巻きポンプの側面図である。 図２は、図１の渦巻きポンプの断面図である。 図３は、従来の渦巻きポンプの断面図である。

図１と図２は、血液等を送るのに利用される渦巻きポンプ１０を図示する。ポンプ１０は、両側に提供されている第１端１４と第２端１６とを備え、中心軸Ａを有したポンプハウジング１２を含む。

図示の実施例では、ポンプハウジング１２は、本体１８と別体のカバープレート２０とに分割される。カバープレート２０は、第２端１６を閉鎖し、固定手段によって本体１８に固定されている。

ポンプハウジング１２の中央部は、略円筒形である。ポンプハウジング１２の第１端１４は、内在通路２４を含んだ従来形状である中央軸整合状態のインレット２２と略錐形部２６とを有している。

カバープレート２０と一体であるステータ（固定子）ハウジング２８は、カバープレート２０からポンプハウジング１２の中央にまで延びている。ステータハウジング２８の先端は、錐形面３０を提供する。複数のコイル巻部を含む電気ステータ３２は、ステータハウジング２８の内部に収容されている。カバープレート２０を貫通するケーブル３４は、ステータ３２に電力、制御およびセンサー機能のための電気接続を提供する。

ロータ（回転子）３６がポンプハウジング１２内に配置され、ステータハウジング２８を包囲している。ロータ３６は、略円筒形であり、第１端部３８と第２端部４０は、ポンプハウジング１２の第１端１４と第２端１６に対応する。ロータ３６は、第１端部３８にプライマリインペラ４１を含む。これは、インレット２２と錐形面３０との間に位置する環状アレイ形態の羽根を含む。プライマリインペラ４１の羽根の外側先端は、一般的にインペラ平面内に存在する。イン
ペラ平面は、図２において“Ｐ”で示されている。永久磁石４２がロータ３６の壁部内で環状アレイ内に配置されている。環状アレイの羽根を含んだセカンダリ（二次）インペラ４４は、ロータ３６の第２端部４０に配置されている。ロータ３６とステータ３２は、従来式にケーブル３４を通じたステータ３２への変動電流の適用を通してブラシレスＤＣモータとして機能する。

ポンプハウジング１２とロータ３６とを含んだ、血液または組織と接触するポンプ１０の全部材は、チタン、医療品質ポリマー、等々の知られた生物学的適応材料により製作される。

ステータハウジング２８とロータ３６は共同で、作動中のロータ３６のための流体力学ベアリングとして機能するように設計されている。特にセカンダリインペラ４４は、プライマリインペラ４１を流れる少量の血液を軸方向に流してカバープレート２０に送り、放射内側方向にセカンダリインペラ４４を通して流し、ロータ３６とステータハウジング２８との間でプライマリインペラ４１側へ軸方向に流す。このベアリングと再循環機能は、ホルバス他のＵＳ特許７１８９２６０にてさらに詳細に解説されている。

ポンプハウジング１２は、プライマリインペラ４１から流出する流体を回収し、１つのアウトレット４６（図１）へと送る環状通路を含む。この通路は、“ボリュート”またはボリュートハウジング４８と呼称される。図２で示すようにボリュートハウジング４８の軸位置は、プライマリインペラ４１の平面Ｐからカバープレート２０側にオフセットされている。

インペラ平面Ｐとボリュートハウジング４８の中央面“Ｖ”との間の距離“Ｄ”である実際のオフセット距離は、決定的に重要な寸法ではないが、一般的には、ボリュートハウジング４８は、ポンプハウジング１２およびボリュートハウジング４８の壁部の物理的制約範囲内でカバープレート２０側に可能な限り大きくオフセットされる。図示の実施例では、ボリュートハウジング４８の中央面Ｖは、インペラ平面Ｐとポンプハウジング１２の第２端１６とのほぼ中間に位置する。

ボリュートハウジング４８のこの配置は、従来の渦巻きポンプのデザインとは対照的である。例えば図３は、ポンプハウジング１１２、プライマリインペラ１４１およびボリュートハウジング１４８を有した従来の渦巻きポンプ１１０を図示する。ボリュートハウジング１４８とプライマリインペラ１４１の羽根の外側先端は、１面“Ｐ”で実質的に整合されている。

驚くことにボリュートハウジング４８のオフセット位置は、ポンプ１０の作動中の流体滞留時間を大きく短縮させることが発見された。この“滞留時間”とは、インレット２２に入ってからアウトレット４６から出るまで、特定の決定可能な体積の流体がポンプ１０内に滞在する時間のことである。滞留時間は、平均質量や体積流量に必ずしも関係しない。例えば、従来ポンプ１１０は、比較的に長い滞留時間を示すであろう。流体の可視化試験によってポンプ１０内の最長滞留時間は、従来ポンプ１１０の最長滞留時間と較べて約半分に短縮されることが発見された。

従来とは異なる配置にも拘わらず全体的なポンプ性能は、その作動範囲に亘って維持される。ポンプ１０のメカニカルな効率もボリュートハウジング４８を動かすことで実質的に変更なく維持される。

ポンプ１０をＬＶＡＤまたはＲＶＡＤである心室補助システムのための埋め込み型血液ポンプとして使用するとき滞留時間の短縮は特に有利である。なぜなら血栓（凝結）形成および溶血（赤血球損傷）を回避するために血液の滞留時間を最短にすることが望まれるからである。しかしながら、ここで解説する概念は、作用流体が全血、血漿、血清あるいは複合分子を含む他の治療用流体のごとき、せん断およびメカニカル損傷に対して敏感であるような他の流体送達形態であっても有効である。

以上、渦巻きポンプを解説した。本発明の特定の実施例を解説したが、本発明の精神と範囲とから逸脱せずにそれら実施例に様々な変更を加えることが可能であることを専門家であれば理解するであろう。従って、上述は、本発明の好適実施例の説明であり、本発明の説明のみを目的として提供されており、本発明の限定は意図されていない。

Claims (14)

1. ポンプであって、
   (a)第１端と第２端とを有した長形ポンプハウジングと、
   (b)１軸周囲で回転するように前記長形ハウジング内に配置されており、それら外側先端部が共にインペラ平面を形成している複数の羽根を含んでいるプライマリインペラと、
   (c)前記プライマリインペラと通流状態に設置されているインレットと、
   (d)前記プライマリインペラおよびアウトレットと連絡状態であり、前記インペラ平面とは、軸方向にオフセットされている環状ボリュートハウジングと、
   を含んでいることを特徴とするポンプ。
2. プライマリインペラは、略円筒形ロータの第１端部に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載のポンプ。
3. 前記ロータの第２端部に取り付けられているセカンダリインペラをさらに含んでいることを特徴とする請求項２記載のポンプ。
4. 前記ロータは、ポンプハウジング内に設けられたステータハウジング周囲に設置されていることを特徴とする請求項２記載のポンプ。
5. (a)電気ステータのコイル巻部は、ステータハウジング内に収容されており、
   (b)前記ロータは、少なくとも１つの磁石を内在させている、
   ことを特徴とする請求項４記載のポンプ。
6. ステータハウジングは、その１端に錐形面を含んでおり、プライマリインペラは、該錐形面と前記インレットとの間に配置されていることを特徴とする請求項４記載のポンプ。
7. ボリュートハウジングは、インペラ平面とポンプハウジングの前記第２端との間の略中央に配置されていることを特徴とする請求項１記載のポンプ。
8. 心臓補助装置であって、
   (a)第１端と第２端とを有した長形ポンプハウジングと、
   (b)１軸周囲で回転するように前記長形ハウジング内に配置されており、インペラ平面を形成しているプライマリインペラと、
   (c)前記プライマリインペラと通流状態に設置されているインレットと、
   (d)前記プライマリインペラおよびアウトレットと連絡状態であり、前記インペラ平面とは、軸方向に離れている環状ボリュートハウジングと、
   を含んでおり、前記長形ハウジング、前記プライマリインペラ、前記インレットおよび前記ボリュートハウジングは、生物学的適合材料で製作されていることを特徴とする心臓補助装置。
9. プライマリインペラは、略円筒形ロータの第１端部に取り付けられていることを特徴とする請求項８記載の心臓補助装置。
10. 前記ロータの第２端部に取り付けられているセカンダリインペラをさらに含んでいることを特徴とする請求項９記載の心臓補助装置。
11. 前記ロータは、ポンプハウジング内に設けられたステータは、ハウジング周囲に設置されていることを特徴とする請求項９記載の心臓補助装置。
12. (a)電気ステータのコイル巻部は、ステータハウジング内に収容されており、
    (b)前記ロータは、少なくとも１つの磁石を内在させている、
    ことを特徴とする請求項１１記載の心臓補助装置。
13. ステータハウジングは、その一端に錐形面を含んでおり、プライマリインペラは、該錐形面と前記インレットとの間に配置されていることを特徴とする請求項１１記載の心臓補助装置。
14. ボリュートハウジングは、インペラ平面とポンプハウジングの前記第２端との間の略中央に配置されていることを特徴とする請求項８記載の心臓補助装置。

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