JP4340182B2 - 血液ポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、血液を送液するための血液ポンプ装置に関する。

最近では、人工心肺装置における体外血液循環に遠心式血液ポンプを使用する例が増加している。遠心ポンプとしては、外部とポンプ内の血液室との物理的な連通を完全に排除し、細菌等の侵入を防止できることにより、外部モーターからの駆動トルクを磁気結合を用いて伝達する方式のものが用いられている。
そして、このような遠心式血液ポンプとして、特開平４−９１３９６号公報（特許文献１）に示されるターボ形ポンプがある。この特許文献１に開示されるものでは、インペラの一方面に設けられた第１の永久磁石とハウジングを介して対向する第２の永久磁石とで磁気カップリングを形成し、この第２の永久磁石を取り付けたロータを回転することにより、インペラが回転駆動する。そして、インペラは、ロータ側に吸引されるが、動圧溝を有するため、動圧溝とハウジング内面間に形成される動圧軸受効果により、若干であるが、ハウジング内面より離れ、非接触状態にて回転する。

そして、このような動圧軸受ポンプの場合、動圧溝が発生する負荷容量（負荷容量とは軸受の用語であり力の次元を持つ）と、それに対抗する力、例えば、磁力によって送液用のインペラを周囲の面と非接触に保って、溶血や血栓の発生を防いでいる。
また、本件出願人は、特開２００３−２０１９９２号公報（特許文献２）を提案している。この遠心式液体ポンプ装置１は、ハウジング２０内で回転するインペラ２１を有するポンプ 部２とインペラ吸引用磁石３３を備えるロータ３１とロータを回転させるモーター３４とインペラを吸引するための電磁石４１とインペラ位置検出用センサ４２とハウジング２０の内面に設けられた動圧溝３８を備える本体部５と制御機構６を備える。制御機構６は、位置センサ 出力モニタリング機能５６と、電磁石電流モニタリング機能５７と、モーター電流モニタリング機能を備え、位置センサ 出力モニタリング機能および電磁石電流モニタリング機能を用いてセンサ不調および電磁石不調を判断し、不調検知時に作動し、動圧溝を利用してインペラを回転させる非常用インペラ回転機能を備える。

特開平４−９１３９６号公報 特開２００３−２０１９９２号公報

動圧軸受ポンプはインペラが血液中で非接触の状態を保っている。しかし、上記特許文献１のポンプ装置では、インペラの位置を知ることができなかった。したがって、周囲のハウジング面と所定の距離を保って非接触に回転しているかを確認することができない。また、特許文献２のポンプ装置における動圧溝は、センサ不調などの際の非常時用のものであり、常時動圧溝による動圧力を用いてインペラを回転させるタイプのものではなく、また、センサは、動圧溝による動圧力によりインペラがハウジングに非接触状態にて回転する状態における、インペラの位置を測定するものでもない。
そこで、本発明の目的は、磁気浮上タイプの血液ポンプではなく、いわゆる動圧溝を利用して実質的にハウジングにインペラを非接触状態にて回転させる血液ポンプ装置であって、インペラの位置を確認することができる血液ポンプ装置を提供するものである。

上記目的を達成するものは、以下のものである。
（１） 血液流入ポートと血液流出ポートとを有するハウジングと、磁性体を備え、前記ハウジング内で回転し血液を送液するインペラを有するポンプ部と、前記ポンプ部の前記インペラを吸引しかつ回転させるためのインペラ回転トルク発生部とを有し、さらに、前記ポンプ部は、前記インペラ回転トルク発生部側のハウジング内面もしくは前記インペラの前記インペラ回転トルク発生部側の面に設けられた動圧溝を備え、前記ハウジングに対して前記インペラが非接触状態にて回転する血液ポンプ装置であって、前記ポンプ部は、前記動圧溝による動圧力により前記インペラが前記ハウジングに非接触状態にて回転する状態における、前記インペラの位置を測定するためのセンサと、前記インペラの前記磁性体または該磁性体と別に設けられた第２の磁性体を前記インペラ回転トルク発生部による吸引方向と反対方向に吸引する永久磁石と、前記永久磁石側のハウジング内面もしくは前記インペラの前記永久磁石側の面に設けられた第２の動圧溝とを備える血液ポンプ装置。
（２） 前記センサは、前記インペラの前記ハウジング内における浮上距離を測定するためのものである上記（１）に記載の血液ポンプ装置。
（３） 前記センサは、前記インペラの中心軸に対して等角度となるように少なくとも３つ設けられている上記（１）または（２）に記載の血液ポンプ装置。

（４） 前記血液ポンプ装置は、前記センサの出力を用いて血液粘度を算出する血液粘度算出機能を備えている上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の血液ポンプ装置。
（５） 前記血液粘度算出機能は、前記インペラ回転数を一時的に所定回転数に低下させる回転数一時的低下機能と、前記センサを用いて、前記回転数一時的低下機能により所定回転数にインペラの回転数が低下した状態における該インペラの揺動幅を検知し、該揺動幅を用いて、血液粘度を算出する血液粘度算出機能を備えている上記（４）に記載の血液ポンプ装置。
（６） 前記血液粘度算出機能は、前記所定回転数における前記インペラの揺動幅と血液粘度との関係データもしくは該関係データより算出した粘度算出式を記憶する記憶部と、前記センサの出力より得られる揺動幅データと前記記憶部が記憶する前記関係データもしくは粘度算出式より粘度を演算する粘度演算機能を備えるものである上記（５）に記載の血液ポンプ装置。
（７） 前記インペラ回転トルク発生部は、前記インペラの第１の磁性体を吸引するための磁石を備えるロータと、該ロータを回転させるモーターとを備えるものである上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の血液ポンプ装置。
（８） 前記インペラ回転トルク発生部は、前記インペラの前記磁性体を吸引するとともに該インペラを回転させるために円周上に配置された複数のステーターコイルを備えるものである上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の血液ポンプ装置。

本発明の血液ポンプ装置は、血液流入ポートと血液流出ポートとを有するハウジングと、磁性体を備え、前記ハウジング内で回転し血液を送液するインペラを有するポンプ部と、前記ポンプ部の前記インペラを吸引しかつ回転させるためのインペラ回転トルク発生部とを有し、さらに、前記ポンプ部は、前記インペラ回転トルク発生部側のハウジング内面もしくは前記インペラの前記インペラ回転トルク発生部側の面に設けられた動圧溝を備え、前記ハウジングに対して前記インペラが非接触状態にて回転する血液ポンプ装置であって、前記ポンプ部は、前記動圧溝による動圧力により前記インペラが前記ハウジングに非接触状態にて回転する状態における、前記インペラの位置を測定する機能を有するセンサ４５を備えている。
このため、いわゆる動圧溝を利用して実質的にハウジングにインペラを非接触状態にて回転させる血液ポンプ装置であって、インペラの位置を確認することができる。

図１は、本発明の血液ポンプ装置を遠心式血液ポンプ装置に応用した実施例の制御機構を含むブロック図である。図２は、本発明の血液ポンプ装置を遠心式血液ポンプ装置に応用した実施例の正面図である。図３は、図２に示した血液ポンプ装置の平面図である。図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。図５は、図４のＢ−Ｂ線断面図である。図６は、図４のＢ−Ｂ線断面図よりインペラを取り外した状態を示す断面図である。図７は、図４のＣ−Ｃ線断面図よりインペラを取り外した状態を示す断面図である。図８および図９は、動圧溝の形態を説明するための説明図である。

本発明の血液ポンプ装置１は、血液流入ポート２２と血液流出ポート２３とを有するハウジング２０と、磁性体２５を備え、ハウジング２０内で回転し血液を送液するインペラ２１を有するポンプ部２と、ポンプ部２のインペラ２１を吸引しかつ回転させるためのインペラ回転トルク発生部３とを有する。さらに、ポンプ部２は、インペラ回転トルク発生部３側のハウジング内面もしくはインペラ２１のインペラ回転トルク発生部３側の面に設けられた第１の動圧溝３８を備える。そして、ハウジング２０に対して、インペラ２１は非接触状態にて回転する。そして、ポンプ部２は、動圧溝３８による動圧力によりインペラ２１がハウジング２０に非接触状態にて回転する状態における、インペラ２１の位置を測定する機能を有するセンサ４５を備える。

図２ないし図７に示すように、この実施例の血液ポンプ装置１は遠心式血液ポンプ装置であり、血液流入ポート２２と血液流出ポート２３を有するハウジング２０と、ハウジング２０内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラ２１を有する遠心式血液ポンプ部２と、インペラ２１のためのインペラ回転トルク発生部３とを備える。
なお、本発明の血液ポンプ装置は、上記のような遠心式のポンプ装置に限定されるものではない。例えば、軸流式、斜流式などの血液ポンプ装置であってもよい。

そして、この実施例の遠心式血液ポンプ装置１では、インペラ回転トルク発生部３は、インペラ２１の磁性体２５を吸引するための磁石３３を備えるロータ３１と、ロータ３１を回転させるモーター３４を備えるものとなっている。
インペラ２１は、図４に示すように、回転時に動圧溝により発生する圧力により、ハウジング内面に接触することなく回転する。
ハウジング２０は、血液流入ポート２２と血液流出ポート２３とを備え、非磁性材料により形成されている。ハウジング２０内には、血液流入ポート２２および血液流出ポート２３と連通する血液室２４が形成されている。このハウジング２０内には、インペラ２１が収納されている。血液流入ポート２２は、ハウジング２０の上面の中央付近よりほぼ垂直に突出するように設けられている。なお、血液流入ポートは、このようなストレート管に限定されるものではなく、湾曲管もしくは屈曲管であってもよい。血液流出ポート２３は、図３、図５ないし図７に示すように、ほぼ円筒状に形成されたハウジング２０の側面より接線方向に突出するように設けられている。

図４に示すように、ハウジング２０内に形成された血液室２４内には、中央に貫通口を有する円板状のインペラ２１が収納されている。インペラ２１は、図３および図４に示すように、下面を形成するドーナツ板状部材（下部シュラウド）２７と、上面を形成する中央が開口したドーナツ板状部材（上部シュラウド）２８と、両者間に形成された複数（例えば、７つ）のベーン１８を有する。そして、下部シュラウドと上部シュラウドの間には、隣り合うベーン１８で仕切られた複数（７つ）の血液通路２６が形成されている。血液通路２６は、図４に示すように、インペラ２１の中央開口と連通し、インペラ２１の中央開口を始端とし、外周縁まで徐々に幅が広がるように延びている。言い換えれば、隣り合う血液通路２６間にベーン１８が形成されている。なお、この実施例では、それぞれの血液通路２６およびそれぞれのベーン１８は、等角度間隔にかつほぼ同じ形状に設けられている。

そして、図４および図５に示すように、インペラ２１には、複数（例えば、１０〜４０個）の磁性体２５（永久磁石、従動マグネット）が埋設されている。この実施例では、磁性体２５は、下部シュラウド２７内に埋設されている。インペラに埋設された磁性体２５（永久磁石）は、後述するインペラ回転トルク発生部３のロータ３１に設けられた永久磁石３３により血液流入ポート２２と反対側に吸引されるとともに、ロータとのカップリングおよびインペラ回転トルク発生部が発生する回転トルクをインペラに伝達する。
また、この実施例のようにある程度の個数の磁性体２５を埋設することにより、後述するロータ３１との磁気的結合も十分に確保できる。磁性体２５（永久磁石）の形状としては、円形であることが好ましい。
インペラ回転トルク発生部３は、図４に示すように、ハウジング２０内に収納されたロータ３１とロータ３１を回転させるためのモーター３４を備える。ロータ３１は、血液ポンプ部２側の面に設けられた複数の永久磁石３３を備える。ロータ３１の中心は、モーター３４の回転軸に固定されている。永久磁石３３は、インペラ２１の永久磁石２５の配置形態（数および配置位置）に対応するように、複数かつ等角度ごとに設けられている。

また、インペラとモーター間の永久磁石のカップリングにおいて、外力によりカップリングが外れ、インペラとモーター間が脱調しても必ず両者間に吸引力が発生するように永久磁石を配置することが好ましい。このようにすることにより、カップリングが外れ、インペラとモーター間が脱調しても、両者間に吸引力が発生しているため、カップリングが容易に復帰する。
そして、図３および図４に示すように、この実施例では、インペラ２１は、リング状の永久磁石２９を備えている。この実施例では、永久磁石２９は、上部シュラウド２８内に埋設されている。埋設された永久磁石２９は、第２の永久磁石４１により、インペラ２１をインペラ回転トルク発生部３（具体的には、ロータ）と反対側に吸引される。永久磁石２９は、第２の永久磁石４１との間に吸引力が生じる極性となるように配置される。また、永久磁石２９は、複数（例えば、１０〜４０個）の永久磁石からなるものであってもよい。

そして、この実施例の遠心式血液ポンプ装置１では、ハウジング２０は、図６に示すように、インペラ２１を収納するとともに血液室２４を形成するハウジング内面を備え、ロータ３１側のハウジング内面２０ａに設けられた第１の動圧溝３８を備えている。そして、インペラ２１は、所定以上の回転数により回転することにより発生する動圧溝３８とインペラ２１間に形成される動圧軸受効果により、非接触状態にて回転する。
また、遠心ポンプ部２は、図３および図４に示すように、磁性体２５とは別に設けられたインペラの磁性体２９（上部シュラウド２８内に埋設された）を吸引するための固定された少なくとも１つの永久磁石４１を備えている。具体的には、図３に破線で示すように、永久磁石４１としては、複数の円弧状のものが用いられている。インペラ２１は、ロータの永久磁石３３と永久磁石４１の両者により、相反する方向に吸引される。複数の永久磁石は、インペラの中心に対して等角度となるように配置されている。永久磁石４１は、３個以上、例えば、４つでもよい。

そして、遠心ポンプ部２は、インペラ２１の位置測定機能を有するセンサ４５を備える。具体的には、ハウジング２０内に収納された複数の位置センサ４５を有する。複数（例えば、３つ）の位置センサ ４５は、それぞれインペラの中心に対して、等角度間隔にて設けられており、上述した永久磁石４１と位置センサ４５も等角度間隔にて設けられている。このように３つの位置センサ４５を設けることにより、インペラ２１の回転軸（ｚ軸）方向、回転軸（ｚ軸）に直交するｘ軸およびｙ軸まわりの傾きを測定できる。位置センサ４５は、位置センサ４５と磁性体２９との隙間の間隔を検知する。図１に示すように位置センサ４５の検知出力は、モーター電流を制御する制御装置６の制御部５１に送られる。
そして、制御装置６は、センサ４５のためのセンサユニット５７、制御部５１、モーターのためのパワーアンプ５２，モーター制御回路５３、モーター電流モニタリング部５５を備える。

また、血液ポンプ装置は、位置センサ４５の出力を用いて血液粘度を算出する血液粘度算出機能を備えていることが好ましい。具体的には、制御装置６が、粘度測定機能を備えるものとなる。血液粘度算出機能としては、例えば、インペラ回転数を一時的に所定回転数に低下させる回転数一時的低下機能と、センサを用いて、回転数一時的低下機能により所定回転数にインペラの回転数が低下した状態における該インペラの揺動幅を検知し、揺動幅を用いて、血液粘度を算出するものがある。そして、血液粘度算出機能は、所定回転数における前記インペラの揺動幅と血液粘度との関係データもしくは該関係データより算出した粘度算出式を記憶する記憶部と、前記センサの出力より得られる揺動幅データと前記記憶部が記憶する前記関係データもしくは粘度算出式より粘度を演算する粘度演算機能を備えるものが好ましい。

具体的に説明すると、この実施例の血液ポンプ装置１では、制御装置６は、モータ電流を調整することにより、モータ回転数を所定回転数に低下させる機能を備え、所定回転数におけるインペラの揺動（インペラの上下動で、μｍ Peak to Peakであらわす）の関係を、異なる血液粘度について記憶しており、センサ検知結果およびモータ回転数より血液粘度を算出する機能を備えている。
動圧軸受で回転しているインペラについて、図３のように１２０度間隔の位置センサ４５によって、位置センサとインペラ間の距離を検知すると、センサ出力は回転数の周期（例えば、１２００ｒｐｍなら0.05秒）でサイン波状に変動する。サイン波のPeak to Peakがインペラの揺動である。この揺動は、例えば、直径４０ｍｍのインペラの遠心式動圧軸受ポンプの場合、下記表１のようになる。

ここで、流出ポートの状態は、ポンプの場合に、よく使われる条件のOpenとCloseの場合について示している。そして、流入ポート側の動圧効果が発現しない低回転数（この場合は１０００ｒｐｍ）では、粘度が高いほど揺動は小さくなる。逆に１５００ｒｐｍになると流入ポート側の動圧効果の発現により、揺動の差は小さいものとなる。この関係を所定回転数（具体的には、８００〜１２００ｒｐｍ）における複数の粘度（例えば、2〜5ｍＰａ・ｓで1ｍＰａ・ｓ間隔）についてあらかじめ測定しておき、そのデータもしくはデータより求めた関係式データを記憶しておき、実際に測定される揺動値と上記のデータより、粘度を算出する。揺動は流出ポートの状態によって若干変化するが、生体の補助人工心臓として使用する場合には、モータ電流の変化からOpenまたはCloseに近い状態がわかるので、その際の揺動を選択すればよい。

（表１）
┌─────┬─────────────┬─────────────┐
│流出ポート│ Ｏｐｅｎ │ Ｃｌｏｓｅ │
├─────┼──────┬──────┼──────┬──────┤
│ 粘度 │２ｍＰａ・ｓ│４ｍＰａ・ｓ│２ｍＰａ・ｓ│４ｍＰａ・ｓ│
│ 1000rpm │ 20 │ 18 │ 25 │ 18 │
│ 1500rpm │ 25 │ 25 │ 27 │ 28 │
└─────┴──────┴──────┴──────┴──────┘

そして、本発明のポンプ装置１は、インペラ回転トルク発生部３側のハウジング内面もしくはインペラ２１のインペラ回転トルク発生部３側の面に設けられた第１の動圧溝３８を備える。
第１の動圧溝３８は、図６に示すように、インペラ２１の底面（ロータ側面）に対応する大きさに形成されている。さらに、動圧溝３８は、図８に示すように、ハウジング内面２０ａの中心より若干離間した円形部分の周縁（円周）上に一端を有し、渦状に（言い換えれば、湾曲して）ハウジング内面２０ａの外縁付近（動圧溝形成部３９）まで、幅が徐々に広がるように延びている。また、動圧溝３８は、孤立した多数の動圧溝からなる動圧溝群により構成されている。そして、それぞれの動圧溝３８はほぼ同じ形状であり、かつほぼ同じ角度間隔に配置されている。動圧溝３８は、凹部であり、深さとしては、０．０５〜０．４ｍｍ程度が好適である。動圧溝としては、６〜３６個程度設けることが好ましい。この実施例では、１６個の動圧溝がインペラの中心軸に対して等角度に配置されている。

なお、動圧溝は、ハウジング側ではなくインペラ２１のロータ側の面に設けてもよい。この場合も上述した動圧溝と同様の構成とすることが好ましい。
インペラ回転トルク発生部３側に吸引されるが、上述のように動圧溝を有するため、ハウジングの動圧溝３８とインペラ２１の底面間（もしくはインペラの動圧溝とハウジング内面間）に形成される動圧軸受効果により、若干であるが、ハウジング内面より離れ、非接触状態にて回転し、インペラの下面とハウジング内面間に血液流路を確保するため、両者間での血液滞留およびそれに起因する血栓の発生を防止する。
そして、このポンプ装置では、動圧溝３８は、図５および図８に示すように、動圧溝形成部３９の周縁から中央側に延びるとともに向かい合う第１の辺３８ａおよび第２の辺３８ｂと、第１の辺３８ａおよび第２の辺３８ｂの一端間を結ぶ第３の辺３８ｃと、第１の辺３８ａおよび第２の辺３８ｂの他端間を結ぶ第４の辺３８ｄとを備えている、そして、第１の辺３８ａと第２の辺３８ｂは、中心の異なる円弧により形成されている。

特に、この実施例では、第１の辺３８ａと第２の辺３８ｂは、中心が異なるとともに半径も異なる円弧により形成されている。なお、同じ中心において半径の異なる円弧により動圧溝を形成したもの、また、異なる中心で同じ半径の円弧により動圧溝を形成したものであってもよい。しかし、上記のように中心および半径が異なる円弧により動圧溝を形成することにより、同じ中心において半径の異なる円弧により動圧溝を形成した場合および異なる中心で同じ半径の円弧により動圧溝を形成した場合に比べて、動圧溝の動圧溝形成部の周縁部における幅を広いものとできる。
また、この実施例では、第３の辺３８ｃと第４の辺３８ｄは、同じ中心を有し、半径が異なる円弧により形成されている。

図８を用いて説明すると、この実施例の１つの動圧溝は、第１の辺３８ａは、溝部形成部３９外の点Ｐ２を中心とし、半径Ｒａ円弧により形成されている。第２の辺３８ｂは、溝部形成部３９外の点Ｐ３を中心とし、半径Ｒｂの円弧により形成されている。Ｒａは、ポンプ装置の大きさにより相違するが、３０〜７０ｍｍが好ましい。Ｒｂは、ポンプ装置の大きさにより相違するが、３０〜７０ｍｍが好ましい。また、Ｐ２とＰ３間の距離は、３〜１０ｍｍが好ましい。第３の辺３８ｃは、溝部形成部３９の中心Ｐ１を中心とし、半径Ｒｃの円弧により形成されている。第４の辺３８ｄは、溝部形成部３９の中心Ｐ１を中心とし、半径Ｒｄの円弧により形成されている。Ｒｃは、ポンプ装置の大きさにより相違するが、６〜１８ｍｍが好ましい。Ｒｄは、ポンプ装置の大きさにより相違するが、１５〜３０ｍｍが好ましい。また、Ｒｃは、Ｒｄの０．３〜０．８であることが好ましい。

また、動圧溝３８は、図８に示す、周縁部の幅Ｂｏと、隣り合う動圧溝３８の周縁間の動圧溝非存在部幅Ｂ１と上記幅Ｂｏの和Ｂ（Ｂ＝Ｂｏ＋Ｂ１）より算出される溝幅関連値ｓ（ｓ＝Ｂｏ／Ｂ）が、０．６〜０．８となるように形成されている。
さらに、この実施例のポンプ装置では、動圧溝３８の４つの辺３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄからなる４つの角部３８ｅ，３８ｆ，３８ｇ，３８ｈは、丸められている。そして、４つの角部は、少なくとも０．１ｍｍ以上のＲを持つように丸められていることが好ましい。
また、本発明のポンプ装置では、インペラ回転時の動圧溝形成部の動圧溝部３８におけるインペラとハウジング間距離ｈ１とインペラ回転時の動圧溝形成部の動圧溝非存在部におけるインペラとハウジング間距離ｈ２より算出される溝深さ関連値ａ（ａ＝ｈ１／ｈ２）が、１．５〜２．５となるように形成されている。

そして、動圧溝３８が、上述した溝幅関連値ｓ（ｓ＝Ｂｏ／Ｂ）が、０．６〜０．８であって、かつ、溝深さ関連値ａ（ａ＝ｈ１／ｈ２）が、１．５〜２．５となるように形成されていることにより、同じ個数の動圧溝を備える対数動圧溝に比べて溝幅が大きく、また、溝深さも浅いため、溶血の発生が少ないものとなる。
そして、ポンプ装置１は、永久磁石４１側のハウジング２０の内面もしくはインペラ２１の永久磁石４１側の面に設けられた第２の動圧溝７１を備えることが好ましい。
第２の動圧溝７１は、図７に示すように、外縁形状は、上述した動圧溝３８とほぼ同様に形成することが好ましい。なお、図６および図７にインペラの回転方向を矢印で示してある。これからわかるように、インペラは、図６および図７の動圧溝の表面上に位置する。第１の動圧溝３８と第２の動圧溝７１とは、インペラの回転方向に対する動圧溝群の渦巻き方向が同じものである。この実施例では、動圧溝３８側について、渦巻き方向にインペラは回転し、動圧溝７１についても、渦巻き方向にインペラが回転する。

第２の動圧溝７１は、図７に示すように、インペラ２１の上面（永久磁石側面）に対応する大きさに形成されている。さらに、動圧溝７１は、図８に示したものと同様に、ハウジング内面２０ａの中心より若干離間した円形部分の周縁（円周）上に一端を有し、渦状に（言い換えれば、湾曲して）ハウジング内面２０ａの外縁付近（動圧溝形成部）まで、幅が徐々に広がるように延びている。また、動圧溝７１は、孤立した多数の動圧溝からなる動圧溝群により構成されている。そして、それぞれの動圧溝７１はほぼ同じ形状であり、かつほぼ同じ角度間隔に配置されている。動圧溝７１は、凹部であり、深さとしては、０．０５〜０．４ｍｍ程度が好適である。動圧溝としては、６〜３６個程度設けることが好ましい。この実施例では、１６個の動圧溝がインペラの中心軸に対して等角度に配置されている。
なお、動圧溝は、ハウジング側ではなくインペラ２１の永久磁石側の面に設けてもよい。この場合も上述した動圧溝と同様の構成とすることが好ましい。
そして、第２の動圧溝７１を有するため、外乱また第１の動圧溝による動圧力が過剰となった時等に、インペラが第２の動圧溝側ハウジングに近接することがあっても、第２の動圧溝に起因する動圧力が発生するため、インペラの第２の動圧溝側ハウジングへの接触を防止できる。

そして、図示する実施例では、この動圧溝７１も動圧溝３８と同様に、図６、図８および図９に示すように、動圧溝形成部３９の周縁から中央側に延びるとともに向かい合う第１の辺３８ａおよび第２の辺３８ｂと、第１の辺３８ａおよび第２の辺３８ｂの一端間を結ぶ第３の辺３８ｃと、第１の辺３８ａおよび第２の辺３８ｂの他端間を結ぶ第４の辺３８ｄとを備えている、そして、第１の辺３８ａと第２の辺３８ｂは、中心の異なる円弧により形成されている。特に、この実施例では、第１の辺３８ａと第２の辺３８ｂは、中心が異なるとともに半径も異なる円弧により形成されている。また、この実施例では、第３の辺３８ｃと第４の辺３８ｄは、同じ中心を有し、半径が異なる円弧により形成されている。

次に、本発明の他の実施例の遠心式血液ポンプ装置について説明する。
図１０は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の正面図である。図１１は、図１０に示した実施例の遠心式血液ポンプ装置の縦断面図である。図１２は、図１０の遠心式血液ポンプ装置のＤ−Ｄ線断面図である。図１３は、図１０の遠心式血液ポンプ装置の底面図である。なお、図１０に示した実施例の遠心式血液ポンプ装置の平面図は、図３と同じである。
この実施例のポンプ装置５０と上述した実施例のポンプ装置１との実質的な相違は、インペラ回転トルク発生部３の機構のみである。この実施例のポンプ装置５０におけるインペラ回転トルク発生部３では、いわゆるロータを備えず、直接インペラを駆動するタイプとなっている。この実施例のポンプ装置５０においても、インペラ２１は、回転時に動圧溝により発生する圧力により、ハウジング内面に接触することなく回転する。以下の説明では、相違点のみ説明する。なお、センサ４５，動圧溝３８、７１、制御部６の形態としては、上述した実施例と同じである。

この実施例のポンプ装置５０では、インペラ回転トルク発生部３は、図１１および図１３に示すように、ハウジング２０内に収納された複数のステーターコイル６１を備える。ステーターコイル６１は、円周上にほぼその円周の中心軸に対して等角度となるように複数配置されている。具体的には、６個のステーターコイルが用いられている。また、ステーターコイルとしては、多層巻きのステーターコイルが用いられる。各ステーターコイル６１に流れる電流の方向を切り換えることにより、回転磁界が発生し、この回転磁界により、インペラは吸引されるとともに回転する。
そして、図１２に示すように、インペラ２１には、複数（例えば、６〜１２個）の磁性体２５（永久磁石、従動マグネット）が埋設されている。この実施例では、磁性体２５は、下部シュラウド２７内に埋設されている。インペラに埋設された磁性体２５（永久磁石）は、インペラ回転トルク発生部３のステーターコイル６１により血液流入ポート２２と反対側に吸引され、ステーターコイル６１の作動とカップリングするとともに回転トルクをインペラに伝達する。

また、この実施例のようにある程度の個数の磁性体２５を埋設することにより、ステーターコイル６１との磁気的結合も十分に確保できる。磁性体２５（永久磁石）の形状としては、略台形状であることが好ましい。磁性体２５は、リング状、板状のいずれでもよい。また、磁性体２５の数および配置形態は、ステーターコイルの数および配置形態に対応していることが好ましい。複数の磁性体２５は、磁極が交互に異なるように、かつ、インペラの中心軸に対してほぼ等角度となるように円周上に配置されている。
また、上述したすべての実施例において、動圧溝の外縁形状は、上述したものが好ましいが、これに限定されるものではなく、例えば、図１４に示すような、いわゆる対数螺旋溝であってもよい。

図１は、本発明の血液ポンプ装置の制御機構を含む実施例のブロック図である。 図２は、本発明の血液ポンプ装置の実施例の正面図である。 図３は、図２に示した血液ポンプ装置の平面図である。 図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。 図５は、図４のＢ−Ｂ線断面図である。 図６は、図４のＢ−Ｂ線断面図よりインペラを取り外した状態を示す断面図である。 図７は、図４のＣ−Ｃ線断面図よりインペラを取り外した状態を示す断面図である。 図８は、動圧溝の形態を説明するための説明図である。 図９は、動圧溝の形態を説明するための説明図である。 図１０は、本発明の血液ポンプ装置の他の実施例の平面図である。 図１１は、図１０の血液ポンプ装置の縦断面図である。 図１２は、図１０の血液ポンプ装置のＤ−Ｄ線断面図である。 図１３は、図１０の血液ポンプ装置の底面図である。 図１４は、対数螺旋タイプの動圧溝の形態を説明するための説明図である。

符号の説明

１ 血液ポンプ装置
２ ポンプ部
３ インペラ回転トルク発生部
２０ ハウジング
２１ インペラ
２５ 磁性体
３１ ロータ
３４ モーター
３８ 動圧溝
４５ センサ

Claims (8)

1. 血液流入ポートと血液流出ポートとを有するハウジングと、磁性体を備え、前記ハウジング内で回転し血液を送液するインペラを有するポンプ部と、前記ポンプ部の前記インペラを吸引しかつ回転させるためのインペラ回転トルク発生部とを有し、さらに、前記ポンプ部は、前記インペラ回転トルク発生部側のハウジング内面もしくは前記インペラの前記インペラ回転トルク発生部側の面に設けられた動圧溝を備え、前記ハウジングに対して前記インペラが非接触状態にて回転する血液ポンプ装置であって、
   前記ポンプ部は、前記動圧溝による動圧力により前記インペラが前記ハウジングに非接触状態にて回転する状態における、前記インペラの位置を測定するためのセンサと、前記インペラの前記磁性体または該磁性体と別に設けられた第２の磁性体を前記インペラ回転トルク発生部による吸引方向と反対方向に吸引する永久磁石と、前記永久磁石側のハウジング内面もしくは前記インペラの前記永久磁石側の面に設けられた第２の動圧溝とを備えることを特徴とする血液ポンプ装置。
2. 前記センサは、前記インペラの前記ハウジング内における浮上距離を測定するためのものである請求項１に記載の血液ポンプ装置。
3. 前記センサは、前記インペラの中心軸に対して等角度となるように少なくとも３つ設けられている請求項１または２に記載の血液ポンプ装置。
4. 前記血液ポンプ装置は、前記センサの出力を用いて血液粘度を算出する血液粘度算出機能を備えている請求項１ないし３のいずれかに記載の血液ポンプ装置。
5. 前記血液粘度算出機能は、前記インペラ回転数を一時的に所定回転数に低下させる回転数一時的低下機能と、前記センサを用いて、前記回転数一時的低下機能により所定回転数にインペラの回転数が低下した状態における該インペラの揺動幅を検知し、該揺動幅を用いて、血液粘度を算出する血液粘度算出機能を備えている請求項４に記載の血液ポンプ装置。
6. 前記血液粘度算出機能は、前記所定回転数における前記インペラの揺動幅と血液粘度との関係データもしくは該関係データより算出した粘度算出式を記憶する記憶部と、前記センサの出力より得られる揺動幅データと前記記憶部が記憶する前記関係データもしくは粘度算出式より粘度を演算する粘度演算機能を備えるものである請求項５に記載の血液ポンプ装置。
7. 前記インペラ回転トルク発生部は、前記インペラの第１の磁性体を吸引するための磁石を備えるロータと、該ロータを回転させるモーターとを備えるものである請求項１ないし６のいずれかに記載の血液ポンプ装置。
8. 前記インペラ回転トルク発生部は、前記インペラの前記磁性体を吸引するとともに該インペラを回転させるために円周上に配置された複数のステーターコイルを備えるものである請求項１ないし６のいずれかに記載の血液ポンプ装置。

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