JP5427620B2 - 血液ポンプの流量推定方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、熱希釈法による血流計、色素希釈法による血流計、電磁血流計、超音波血流計などの血流計は、患者の体内に設置することが必要であり、患者への負担も大きい。このため、これらの血流計を患者の体内に設置できるのは実際上、手術後一定期間に限られることになり、その後は、これらの血流計を用いることなく血液ポンプの流量を知る方法が必要となる。
また、経食道エコーによる血流計、経胸壁エコーによる血流計、電気的インピーダンス法による血流計などの血流計は、血流測定のための手順が実際上煩雑で患者に与える負担も大きいため、やはりこれらの血流計を用いることなく血液ポンプの流量を知る方法が必要となる。
従来の血液ポンプシステム901は、図14及び図15に示すように、モータ934の回転力を駆動源としてインペラ921を回転させて血液を送液する血液ポンプ905と、所定液体粘度における異なる複数のインペラ回転数の複数のモータ電流吐出量関係データからなる所定粘度関連吐出流量データを異なる複数の所定粘度について記憶する粘度回転数モータ電流吐出流量関連データ記憶部960と、血液パラメータ入力部957と、インペラ921の回転数を測定するインペラ回転数測定・算出機能としてのセンサ回路955と、モータ934に供給される電流を測定するモータ電流値計測機能と、液体粘度、インペラ回転数、モータ電流及び粘度回転数モータ電流吐出流量関連データ(所定粘度関連吐出流量データテーブル。図15参照。)を用いて液体粘度、モータ電流及びインペラ回転数から液体吐出流量を演算する吐出流量演算部958とを備えている。
また、血液ポンプシステム901によれば、図14及び図15に示すように、所定粘度関連吐出流量データテーブルに基づいて血液吐出流量を演算することとしている、すなわち、必要な精度を満たす最小限の個別データをデータテーブルとして記憶し、演算対象電流値等に近いデータを用いて血液吐出流量を演算することとしているため、インペラ回転数、モータ電流、血液の粘度及び血液ポンプの流量の関係式から血液吐出流量を演算する場合に比べて、正確な流量を容易に得ることができるとされている(例えば、特許文献1参照。)。
また、後述する「複数の血液ポンプ」とは、「血液ポンプ実機」と同じ規格・型番の血液ポンプのうち予め血液ポンプの特性(後述する一般流量推定情報など)を測定したり評価したりする任意の複数の血液ポンプのことである。
このような方法とすることにより、この流量推定式に、第2ステップで測定されたモータの回転数N及びモータの消費電流I並びに患者の血液の属性データZを代入することにより、容易に当該血液ポンプの流量推定を行うことができる。
このような方法とすることにより、第2ステップで測定されたモータの回転数N及びモータの消費電流I並びに患者の血液の属性データZに近似する流量推定テーブルの該当箇所を参照するとともに適当な補完計算を行うことにより、容易に当該血液ポンプの流量推定を行うことができる。
しかしながら、上記(4)に記載の血液ポンプの流量推定方法によれば、試験液を用いて流量推定情報を作成することとしているため、このように煩雑で手間のかかる第1ステップを出荷前に済ませておくことができるようになる。
また、このように煩雑で手間のかかる第1ステップを患者の体内に血液ポンプ実機を埋め込む前に行うことができるようになるため、患者への負担が大きくなることもない。
さらにまた、流量推定情報の作成を血液ポンプ実機毎に行っておけば、当該血液ポンプ実機を患者の体内に埋め込んだらすぐに、当該血液ポンプ実機についての流量推定を精度よく行うことができるようになる。
また、このように煩雑で手間のかかる第1ステップを患者の体内に血液ポンプ実機を埋め込む前に行うことができるようになるため、患者への負担が大きくなることもない。
さらにまた、流量推定情報の作成を血液ポンプ実機毎に行っておけば、当該血液ポンプ実機を患者の体内に埋め込んだらすぐに、当該血液ポンプ実機についての流量推定を精度よく行うことができるようになる。
しかしながら、本発明の血液ポンプの流量推定方法によれば、血液ポンプ実機毎に流量推定情報を作成することとしているため、このように血液ポンプ特性に比較的大きな個体差があったとしても、このような個体差の影響をなくすることができ、結果として、血液ポンプ特性の個体差によって流量推定結果の精度が劣化することを効果的に抑制することができるようになる。
しかしながら、本発明の上記(6)に記載の血液ポンプの流量推定方法によれば、患者の体内に埋め込まれた血液ポンプ実機から得られる測定データを補正情報に代入して一般流量推定情報から当該血液ポンプ実機における流量推定情報を作成することとしているため、このように血液ポンプの使用環境によって血液ポンプ特性が比較的大きく変動したとしても、このような血液ポンプ特性の変動による影響を効果的に抑制することができ、結果として、使用環境による血液ポンプ特性の変動によって流量推定結果の精度が劣化することを効果的に抑制することができる。
しかしながら、本発明の上記(6)に記載の血液ポンプの流量推定方法によれば、患者の体内に埋め込まれた血液ポンプ実機から得られる測定データを補正情報に代入して一般流量推定情報から当該血液ポンプ実機における流量推定情報を作成することとしているため、このように血液ポンプ特性に大きな経時変化があったとしても、このような血液ポンプ特性の経時変化による影響を効果的に抑制することができ、結果として、血液ポンプ特性の経時変化によって流量推定結果の精度が劣化することを効果的に抑制することができる。
患者の体内に埋め込んだ血液ポンプ実機におけるモータの回転数N及びモータの消費電流I並びに患者の血液の属性データZを測定し、予め作成しておいた血液ポンプ実機における流量推定情報とこれらの値N,I,Zとに基づいて、血液ポンプの流量Qを推定することを特徴とする。
まず、本発明の各実施形態を説明する前に、本発明の各実施形態において用いられる血液ポンプを、図1を用いて説明する。
その一方、この血液ポンプ10においては、メカニカルシール部17が設けられているため、血液ポンプ特性には大きな個体差、使用環境依存性、経時変化が存在するようになる。このため、このような血液ポンプ10の流量推定を精度よく行うのは容易ではなく、従って、このような血液ポンプ10を用いた重症心疾患の治療を適切に行うためには、血液ポンプの流量推定を精度よく行うことのできる血液ポンプの流量推定方法が特に求められることになる。
実施形態1は、本発明の請求項6に記載された血液ポンプの流量推定方法並びにこれが適用される血液ポンプの流量推定装置及び血液ポンプシステムについての実施形態である。
図2は、本発明の実施形態1に係る血液ポンプシステムを説明するために示す図である。血液ポンプシステム100Aは、図2に示すように、モータの回転力を駆動源として血液を送液する血液ポンプ(血液ポンプ実機)10と、この血液ポンプ実機10の動作を制御する外部コントローラ20と、血液ポンプ実機10の流量推定を行う血液ポンプの流量推定装置30Aとを備えている。
外部コントローラ20は、血液ポンプ実機10を駆動するための駆動制御部(図示せず。)と、血液ポンプ実機10におけるメカニカルシール部の潤滑や冷却をするための循環液制御部(図示せず。)とを有し、これに加えて、モータの回転数Nを測定する回転数測定部21と、モータの消費電流Iを測定する消費電流測定部22とをさらに有している。
なお、実施形態1に係る血液ポンプシステム100Aにおいては、外部コントローラ20と血液ポンプの流量推定装置30Aとが別体として構成されているが、本発明はこれに限られず、外部コントローラが血液ポンプの流量推定機能を有するもの(図2中、20Aで示す。)であってもよい。
第1ステップは、補正項を含む一般流量推定式を作成するステップと、血液ポンプ実機10における流量推定式を作成するステップとからなる。
このうち、補正項を含む一般流量推定式を作成するステップは、血液ポンプ実機10と同じ規格・型番を有する複数の血液ポンプを準備し、これら複数の血液ポンプのそれぞれにおけるモータの回転数及びモータの消費電流並びに試験液の属性データをそれぞれ変化させたときの血液ポンプの流量を流量計(図2では図示せず。)を用いて測定することにより、複数の血液ポンプ間における個体差が反映された補正項を含む一般流量推定式を作成するステップである。
試験液としては、例えば、水と、複数の粘度に調整された水及びグリセリンの混合溶液とを用いる。試験液の属性データとしては、粘度μ及び密度ρを用いる。
また、これらのステップのうち、血液ポンプ実機10における流量推定式を作成するステップは、血液ポンプ実機10を患者の体内に埋め込んだ後、当該血液ポンプ実機10を用いて行う。
このステップは、複数の血液ポンプを準備し、これら複数の血液ポンプのそれぞれにおけるモータの回転数及びモータの消費電流並びに試験液の属性データをそれぞれ変化させたときの血液ポンプの流量を流量計(工業用流量計等)を用いて測定することにより、補正項を含む一般流量推定式を作成するステップである。
血液ポンプシステム100Aにおいては、図4に示すように、流量係数φは換算電流ιとほぼ一次の関係にあるため、これらのデータから最小二乗法にて一次式に近似してモータの回転数Nごとにおける関係式(1)を作成することができる。このときの各係数は試験液の粘度μの関数として表すことができる。
C(N)=−1.12×10−11N3+4.83×10−8N2−6.32×10−5N+2.76×10−2
D(N)=6.57×10−5N−9.39×10−3
E(N)=8.85×10−8N+6.34×10−4
F(N)=2.00×10−9N2−8.85×10−6N+1.38×10−2
図6は、モータの回転数を変化させたときのモータの消費電流における実機と任意の血液ポンプとの差(割合)を示す図である。図6に示すように、モータの消費電流における血液ポンプ実機10と任意の血液ポンプとの差(割合)は、モータの回転数によらずほぼ一定であることがわかる。
このステップは、患者の体内に埋め込んだ血液ポンプ実機10におけるモータの回転数及びモータの消費電流並びに患者の血液の属性データを測定するとともに、血液ポンプの流量を血流計50を用いて測定し、得られたデータを補正項に代入して一般流量推定式(3)から血液ポンプ実機における流量推定式を作成するステップである。
この第2ステップは、患者の体内に埋め込んだ血液ポンプ実機10におけるモータの回転数N及びモータの消費電流I並びに患者の血液の属性データZを測定し、流量推定式記憶部35に記憶しておいた流量推定式(4)とこれらの値N,I,Zとに基づいて、血液ポンプの流量Qを推定するステップである。患者の血液の属性データとしては、粘度μ及び密度ρを用いる。
なお、モータの回転数N及びモータの消費電流Iについては、流量推定を行うたびに自動測定を行うことにより測定データを取得し、患者の血液の属性データZ(μ,φ)については、属性データ入力部32を用いて入力することにより測定データを取得する。
実施形態2は、本発明の請求項5に記載された血液ポンプの流量推定方法並びにこれが適用される血液ポンプの流量推定装置及び血液ポンプシステムについての実施形態である。
図10は、本発明の実施形態2に係る血液ポンプシステムを説明するために示す図である。実施形態2に係る血液ポンプシステム100B(及び血液ポンプの流量推定装置30B)は、図10に示すように、血流計との接続部を備えていない点を除いて、実施形態1に係る血液ポンプシステム100A(及び血液ポンプの流量推定装置30A)と同じ構成を有している。
第1ステップは、補正項を含む一般流量推定式を作成するステップと、血液ポンプ実機10における流量推定式を作成するステップとからなる。
このうち、補正項を含む一般流量推定式を作成するステップは、血液ポンプ実機10と同じ規格・型番を有する複数の血液ポンプを準備し、これら複数の血液ポンプのそれぞれにおけるモータの回転数及びモータの消費電流並びに試験液の属性データをそれぞれ変化させたときの血液ポンプの流量を流量計(工業用流量計等)を用いて測定することにより、補正項を含む一般流量推定式を作成するステップである。
試験液としては、例えば、水と、複数の粘度に調整された水及びグリセリンの混合溶液とを用いる。試験液の属性データとしては、粘度μ及び密度ρを用いる。実施形態1に係る血液ポンプの流量推定方法と同様である。
また、これらのステップのうち、血液ポンプ実機10における流量推定式を作成するステップは、実施形態1の場合とは異なり、血液ポンプ実機10の出荷前に、血液ポンプ実機10を用いて行う。
この第2ステップは、患者の体内に埋め込んだ血液ポンプ実機10におけるモータの回転数N及びモータの消費電流I並びに患者の血液の属性データZを測定し、先に作成した血液ポンプ実機10における流量推定式とこれらの値N,I,Zとに基づいて、血液ポンプ実機10における血液ポンプの流量Qを推定するステップである。この第2ステップは、実施形態1の場合と同様である。患者の血液の属性データとしては、粘度μ及び密度ρを用いる。
この第2ステップは、実施形態1の場合と同様に、血液ポンプ実機10を患者の体内に埋め込んだ後に行う。
また、このように煩雑で手間のかかる第1ステップを患者の体内に血液ポンプ実機を埋め込む前に行うことができるようになるため、患者への負担が大きくなることもない。
さらにまた、流量推定式の作成を血液ポンプ実機毎に行っておけば、当該血液ポンプ実機を患者の体内に埋め込んだらすぐに、当該血液ポンプ実機についての流量推定を精度よく行うことができるようになる。
実施形態3は、本発明の請求項4に記載された血液ポンプの流量推定方法並びにこれが適用される血液ポンプの流量推定装置及び血液ポンプシステムについての実施形態である。
図12は、本発明の実施形態3に係る血液ポンプシステムを説明するために示す図である。実施形態3に係る血液ポンプシステム100C(及び血液ポンプの流量推定装置30C)は、図12に示すように、一般流量推定式記憶部33及び流量推定式作成部34を備えていない点を除いて、実施形態2に係る血液ポンプシステム100B(及び血液ポンプの流量推定装置30B)と同じ構成を有している。
第1ステップは、血液ポンプ実機10におけるモータの回転数及びモータの消費電流並びに試験液の属性データをそれぞれ変化させたときの血液ポンプの流量を流量計(工業用流量計等)を用いて測定することにより、血液ポンプ実機10における、モータの回転数、モータの消費電流、血液ポンプの流量及び液体の属性データの関係を記述する流量推定情報としての流量推定式を作成するステップである。試験液としては、例えば、水と、複数の粘度に調整された水及びグリセリンの混合溶液とを用いる。試験液の属性データとしては、粘度μ及び密度ρを用いる。
この第1ステップは、通常、血液ポンプ実機10の出荷前に血液ポンプ実機毎に行う。
第2ステップは、患者の体内に埋め込んだ血液ポンプ実機10におけるモータの回転数N及びモータの消費電流I並びに患者の血液の属性データZを測定し、流量推定式とこれらの値N,I,Zとに基づいて、血液ポンプ実機10における血液ポンプの流量Qを推定するステップである。患者の血液の属性データとしては、粘度μ及び密度ρを用いる。実施形態1及び実施形態2の場合と同様である。
この第2ステップは、血液ポンプ実機10を患者の体内に埋め込んだ後に行う。
しかしながら、実施形態3に係る血液ポンプの流量推定方法によれば、試験液を用いて流量推定式を作成することとしているため、このように煩雑で手間のかかる第1ステップを出荷前に済ませておくことができるようになる。
また、このように煩雑で手間のかかる第1ステップを患者の体内に血液ポンプ実機を埋め込む前に行うことができるようになるため、患者への負担が大きくなることもない。
さらにまた、流量推定式の作成を血液ポンプ実機毎に行っておけば、当該血液ポンプ実機を患者の体内に埋め込んだらすぐに、当該血液ポンプ実機についての流量推定を精度よく行うことができるようになる。
Claims (11)
- 患者の体内に埋め込まれた血液ポンプ実機10における血液ポンプの流量Qを、モータの回転数N、モータの消費電流I及び患者の血液の属性データZに基づいて推定する血液ポンプの流量推定方法であって、
複数の血液ポンプのそれぞれにおけるモータの回転数及びモータの消費電流並びに試験液の属性データをそれぞれ変化させたときの血液ポンプの流量を流量計を用いて測定することにより、補正情報を含む一般流量推定情報を作成するステップと、前記血液ポンプ実機10におけるモータの回転数及びモータの消費電流並びに試験液の属性データを測定するとともに血液ポンプの流量を流量計を用いて測定し、得られた測定データを補正情報に代入して前記一般流量推定情報から前記血液ポンプ実機における「前記血液ポンプ実機10におけるモータの回転数、モータの消費電流及び血液ポンプの流量並びに液体の属性データの関係を記述する流量推定情報」を作成するステップとを実施することにより作成された前記流量推定情報と、
患者の体内に埋め込まれた前記血液ポンプ実機10におけるモータの回転数N及びモータの消費電流I並びに患者の血液の属性データZを測定して得られる値N,I,Zとに基づいて、血液ポンプの流量Qを推定することを特徴とする血液ポンプの流量推定方法。 - 患者の体内に埋め込まれた血液ポンプ実機10における血液ポンプの流量Qを、モータの回転数N、モータの消費電流I及び患者の血液の属性データZに基づいて推定する血液ポンプの流量推定方法であって、
複数の血液ポンプのそれぞれにおけるモータの回転数及びモータの消費電流並びに試験液の属性データをそれぞれ変化させたときの血液ポンプの流量を流量計を用いて測定することにより、補正情報を含む一般流量推定情報を作成するステップと、患者の体内に埋め込まれた前記血液ポンプ実機10におけるモータの回転数、モータの消費電流及び患者の血液の属性データについての測定データ並びに血液ポンプの流量についての測定データを補正情報に代入して前記一般流量推定情報から前記血液ポンプ実機における「前記血液ポンプ実機10におけるモータの回転数、モータの消費電流及び血液ポンプの流量並びに液体の属性データの関係を記述する流量推定情報」を作成するステップとを実施することにより作成された前記流量推定情報と、
患者の体内に埋め込まれた前記血液ポンプ実機10におけるモータの回転数N及びモータの消費電流I並びに患者の血液の属性データZを測定して得られる値N,I,Zとに基づいて、血液ポンプの流量Qを推定することを特徴とする血液ポンプの流量推定方法。 - 請求項1又は2に記載の血液ポンプの流量推定方法において、
前記モータがDCモータであることを特徴とする血液ポンプの流量推定方法。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の血液ポンプの流量推定方法において、
前記属性データは、粘度及び密度であることを特徴とする血液ポンプの流量推定方法。 - 請求項4に記載の血液ポンプの流量推定方法において、
前記患者の血液の属性データZとして、患者の血液のヘマトクリット値から換算して得られる「換算粘度及び換算密度」を用いて血液ポンプの流量を推定することを特徴とする血液ポンプの流量推定方法。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の血液ポンプの流量推定方法において、
前記血液ポンプがモータ回転軸の軸封のためのメカニカルシール部を有する血液ポンプであることを特徴とする血液ポンプの流量推定方法。 - 請求項1〜6のいずれかに記載の血液ポンプの流量推定方法において、
前記流量推定情報が流量推定式であることを特徴とする血液ポンプの流量推定方法。 - 請求項1〜6のいずれかに記載の血液ポンプの流量推定方法において、
前記流量推定情報が流量推定テーブルであることを特徴とする血液ポンプの流量推定方法。 - 請求項1に記載の血液ポンプの流量推定方法を実施するために用いる流量推定情報の作成方法であって、
複数の血液ポンプのそれぞれにおけるモータの回転数及びモータの消費電流並びに試験液の属性データをそれぞれ変化させたときの血液ポンプの流量を流量計を用いて測定することにより、補正情報を含む一般流量推定情報を作成するステップと、
前記血液ポンプ実機10におけるモータの回転数及びモータの消費電流並びに試験液の属性データを測定するとともに血液ポンプの流量を流量計を用いて測定し、得られた測定データを補正情報に代入して前記一般流量推定情報から前記血液ポンプ実機における「前記血液ポンプ実機10におけるモータの回転数、モータの消費電流及び血液ポンプの流量並びに液体の属性データの関係を記述する前記流量推定情報」を作成するステップとを含むことを特徴とする流量推定情報の作成方法。 - 請求項2に記載の血液ポンプの流量推定方法を実施するために用いる流量推定情報の作成方法であって、
複数の血液ポンプのそれぞれにおけるモータの回転数及びモータの消費電流並びに試験液の属性データをそれぞれ変化させたときの血液ポンプの流量を流量計を用いて測定することにより、補正情報を含む一般流量推定情報を作成するステップと、
患者の体内に埋め込まれた前記血液ポンプ実機10におけるモータの回転数、モータの消費電流及び患者の血液の属性データについての測定データ並びに血液ポンプの流量についての測定データを補正情報に代入して前記一般流量推定情報から前記血液ポンプ実機における「前記血液ポンプ実機10におけるモータの回転数、モータの消費電流及び血液ポンプの流量並びに液体の属性データの関係を記述する前記流量推定情報」を作成するステップとを含むことを特徴とする流量推定情報の作成方法。 - 請求項1又は2に記載の血液ポンプの流量推定方法を実施するために用いる一般流量推定情報の作成方法であって、
複数の血液ポンプのそれぞれにおけるモータの回転数及びモータの消費電流並びに試験液の属性データをそれぞれ変化させたときの血液ポンプの流量を流量計を用いて測定することにより、補正情報を含む前記一般流量推定情報を作成することを特徴とする一般流量推定情報の作成方法。
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