JP5170751B2 - 血液ポンプ装置 - Google Patents
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Description
なぜなら、血栓が血管を閉塞すると、閉塞した血管の部位の機能不全が起こる。特に脳の血管の場合は脳梗塞を生じ、心臓の場合は心筋梗塞につながってくるため、患者に大きなダメージを与えることになる。また、血液ポンプ内部に血栓が残留した場合はポンプの機能不全を引き起こすことにもなりかねない。
この特許文献1に記載の技術は、血液層にレーザ光または発光ダイオード光をパルス光として照射し、このパルス光の各パルスに対する反射光または透過光の光量を計測して、その計測データから血液中の血栓を計測するものである。
一方、脳内の血管を流れる血流のエコー信号に基づいてパワースペクトラムを表示することもできる。ここで、パワースペクトラムとは、横軸を時間軸、縦軸を速度軸としたグラフであって、このパワースペクトラムから、ドプラ成分のパワーに相当する輝度が検出される。ここでドプラ成分のパワーは、血流の速度に関係する。あくまでも血液の流速から血流量を測り、それに基づいて、パワースペクトラムを得ている。輝度を表わす縦軸を速度軸というのは、血栓の移動速度を考慮しているからである。つまり、全ての瞬時ピークを画像化するのではなく、血栓の移動速度を考慮して、所定の速度条件を満たす瞬時ピークのみを特定するのである。
また、この超音波診断装置に用いられる超音波周波数は5〜10MHzと考えられ、血液及び体組織中の超音波の速度を1500m/secとすると、波長が150〜300μmになる。これでは、血液中に存在している50μm以下の血栓を検出することができない。
本発明の血液ポンプ装置は、体外循環用あるいは埋込型の人工心臓用に有効に用いられるものである。
ア)血液ポンプの入口と出口で、同程度のカウント数なら、血液ポンプ内で、血液ポンプの故障や経年変化に起因する血栓は生じていないことがわかる。
イ)血液ポンプの入口に比較して出口のカウント数が多ければ、血液ポンプに起因する血栓が生じていると想定される。
ウ)血液ポンプの入口に比較して出口のカウント数が少なければ、血液ポンプ以外の原因で血栓が発生していることが想定され、かつ、その血栓が血液ポンプ内に残留していると想定される。
また、超音波トランスデューサを体表ではなく血液流入ポートと血液流出ポートに設置することで、血液中の血栓とトランスデューサとの距離を小さくし超音波の減衰を小さくすることができる。これによりドプラ変位を利用する必要はなくなり、直接、血栓からのエコーを高いSN比で検出できるので、後段の処理は検波、対数圧縮の信号処理のみでよいという利点がある。したがって、特許文献2に記載のもののように、直交検波器、ウォールモーションフィルタ、自己相関器は不要となるので、送受信部を含めても、血栓検出部を携行可能な大きさにすることができる。
図1は、本発明の血液ポンプ装置の第1の実施の形態を示す埋込型左心補助人工心臓血液ポンプ装置の全体構成を示している。図1に示す人工心臓血液ポンプ装置1は、血液ポンプ2と、第1及び第2の接続管3,4と、携帯型のコントローラ5と、ケーブル6と、後述する第1及び第2の超音波トランスデューサ7,8とを備えている。
上述したように、血液ポンプ2の血液流入ポートと血液流出ポートには、それぞれ第1及び第2の接続管3,4が接続されている。血液ポンプ2には、接続管3を経由して左心室から吐出した血液が流入する。そして、血液ポンプ2から流出する血液は、接続管4を経由して大動脈に送出されるようになっている。
通常、超音波プローブあるいは超音波トランスデューサといわれるものは、対象物に超音波を与え、その反射波のドプラ効果から流速を測定して、流速を介して血栓の位置や量を測定している。
図3(a)は、超音波トランスデューサ7,8の配置を示す説明図である。ここでは、超音波トランスデューサ1個で送受信を兼用する場合を示している。
上述したように、超音波トランスデューサ7,8としては、圧電振動子31をバッキング材32と音響整合層33とで挟んだものが用いられる。なお、音響整合層33と接続管3,4との間に音響レンズを介在させるようにしてもよい。
図3(b)に示すように、第1及び第2の受信RF信号では、超音波を送信したときの送信ノイズが検出され、その後、超音波トランスデューサ7,8を配置した側の壁からのエコー36aが検出される。続いて、接続管3,4内の血液流とともに存在する血栓34からのエコー37を検出し、最後に、超音波トランスデューサ7,8より遠い側のポートの壁で反射するエコー36bを検出する。
例えば、第1の血栓計数部27aが、所定の計測時間T1内に閾値を超える血栓を「100」カウントしたとする。そして、所定の計測時間T1の開始から所定のズレ時間TLが経過した後に、第2の血栓計数部27bが、所定の計測時間T1と同じ長さである所定の計測時間T2内に閾値を超える血栓を「150」カウントしたとする。
ここで、所定のズレ時間TLとは、血流が第1の超音波トランスデューサ6に対応する位置を通過してから血液ポンプ2を経て第2の超音波トランスデューサ7に対応する位置を通過するまでに要する時間である。
この場合、血液ポンプ2の血液流入ポートを通過する血栓の数が、血液流出ポートを通過する血栓の数よりも少ないことになる。そのため、判断部28は、血液ポンプ2内に血栓が残留していると判断する。
また、第1の血栓計数部27aと第2の血栓計数部27bの計数結果が略同じであれば、判断部28は、血液ポンプ2内での血栓の発生はなく、かつ血栓の残留もないと判断する。
なお、表示部29における表示に代えて、音声により、警告メッセージを発生することも可能である。
第1の血栓計数部27a、あるいは第2の血栓計数部27bの計数結果が所定の値を超えた場合、判断部28は、血栓溶解剤、あるいは血管拡張剤の投与が必要であると判断する。
一方、第1の血栓計数部27a、あるいは第2の血栓計数部27bの計数結果が所定の値を超えていない場合、判断部28は、血栓溶解剤、あるいは血管拡張剤を投与する必要がないと判断する。
これにより、末梢の細い血管をつまらせることを防止することができるとともに、血栓溶解剤、血管拡張剤の投与量を適量にすることができ、血栓の悪影響と投与による副作用の両方を防止できる。
本発明の血液ポンプ装置の第2の実施の形態は、図1〜図3を用いて説明した血液ポンプ装置の第1の実施の形態と同様な構成を有しており、異なるところは、第1及び第2の超音波トランスデューサを複数設けたところである。
送受信部42a〜42hの送信チャンネル(送信CH1〜8)は、コントローラ5のプロセッサ(図示せず)から供給される送信タイミング信号1〜8(各々、送信CH1〜8)に基づいて、超音波トランスデューサ41a〜42hに駆動信号を送信する。
血液中での音速は1500m/secである。一般的に、接続管の半径は、5mm程度に設定されているため、ここでは、計算が簡単になるように、接続管44の半径を4.5mmとする。
4.5×10−3×2/1500
=6×10−6[sec]
=6[μs]
となる。
1500×6.125×10−6/2
=4.59375×10−3[m]
=4.59375[mm]
となる。
6.125×10−6−(4.5×10−3×2−4.59375×10−3)/1500
=6.125×10−6−2.9375×10−6
=3.1875×10−6[sec]
=3.1875[μs]
となる。つまり、超音波トランスデューサ41eの送信を3.1875[μs]以上、遅らせればよい。
6.125−3.2
=2.925[μs]
となる。
これにより、超音波トランスデューサ41eから送信された超音波は、
1500×2.925×10−6
=4.3875[mm]
の位置までしか伝搬していないことになる。したがって、
4.5>(4.59375−4.5)+4.3875
により、超音波トランスデューサ41eから送信された超音波は、超音波トランスデューサ41aの送受信範囲外に位置することになる。
Umax=2Q/(πr2)
で表される。これにより、流量が5[L/min]、接続管44の半径が4.5mmのとき、最大流速Umaxは、
Umax=2×(0.005/60)/(π×0.00452)
=2.62[m/sec]
となる。
2.62×3.2×10−6
=8.384×10−6[m]
=8.384[μm]
となる。これは、超音波の波長30〜50[μm]のおよそ1/4以下であるため、移動する距離を無視して血栓からの超音波エコーを超音波トランスデューサ41a,41eによって受信することができることになる。
4.5×10−3×2×2/1500
=12×10−6[sec]
=12[μs]
である。
これに対し、第2の実施の形態における受信期間は、
6.125+3.2
=9.325[μs]
となる。
例えば、隣接する2個の超音波トランスデューサを同時に送受信させる場合は、超音波トランスデューサ41a,41bを同時に送受信させ、次に、超音波トランスデューサ41b,41cを同時に送受信させる。そして、超音波トランスデューサ41c,41dを同時に送受信させる。このようして、管の全領域をスキャンする。
このような構成においても、同時に送受信するCH数分だけ送受信面積を増加させることができるので、SN比を向上させた受信RF信号を得ることができる。
Claims (7)
- 血液が流入される血液流入ポートと、血液が流出される血液流出ポートを有する血液ポンプと、
前記血液流入ポートに接続された第1の接続管と、
前記血液流出ポートに接続された第2の接続管と、
前記第1の接続管の外周部に配置され、前記第1の接続管内を通る血液に対して超音波を送信し、その反射波を受信して電気信号に変換する第1の超音波トランスデューサと
前記第2の接続管の外周部に配置され、前記第2の接続管内を通る血液に対して超音波を送信し、その反射波を受信して電気信号に変換する第2の超音波トランスデューサと、
前記第1の超音波トランスデューサによって得た電気信号を受信して第1のRF信号に変換する第1の送受信部と、前記第2の超音波トランスデューサによって得た電気信号を受信して第2のRF信号に変換する第2の送受信部と、前記第1の送受信部から供給される前記第1のRF信号を検波し、対数圧縮して第1の検波/対数圧縮信号を得る第1の信号処理部と、前記第2の送受信部から供給される前記第2のRF信号を検波し、対数圧縮して第2の検波/対数圧縮信号を得る第2の信号処理部と、前記第1の信号処理部から供給される前記第1の検波/対数圧縮信号の出力値を所定の閾値と比較し、該閾値を超えた出力値の数を血栓数として計数する第1の血栓計数部と、前記第2の信号処理部から供給される前記第2の検波/対数圧縮信号の出力値を前記所定の閾値と比較し、該閾値を超えた出力値の数を血栓数として計数する第2の血栓計数部と、第1の血栓計数部によって計数された血栓数と前記第2の血栓計数部により計数された血栓数を比較する判断部と、を含むコントローラと、
から構成される血液ポンプ装置。 - 前記判断部は、前記第1の血栓計数部によって計数された血栓数と前記第2の血栓計数部によって計数された血栓数の差に基づいて、前記血液ポンプで血栓が生じているか否かを判断する請求項1に記載の血液ポンプ装置。
- 前記判断部は、前記第1の血栓計数部によって計数された血栓数、あるいは前記第2の血栓計数部によって計数された血栓数が所定の値よりも多いか否かを判断する、請求項1に記載の血液ポンプ装置。
- 更に、前記判断部による判断結果を報知する報知部を備える、請求項1乃至3に記載の血液ポンプ装置。
- 前記報知部は、前記第1の血栓計数部によって計数された血栓数、あるいは前記第2の血栓計数部によって計数された血栓数が所定の値よりも多かった場合に警告を発する、請求項4に記載の血液ポンプ装置。
- 前記第1の超音波トランスデューサ及び前記第2の超音波トランスデューサの周波数は、30〜50MHzである、請求項1に記載の血液ポンプ装置。
- 前記血液ポンプは、体内に埋め込まれる、請求項1に記載の血液ポンプ装置。
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