JP6533047B2 - 医療用遠心ポンプ及び該医療用遠心ポンプを有する人工補助心臓 - Google Patents

Description

本発明は、医療用遠心ポンプ及び該医療用遠心ポンプを有する人工補助心臓に関する。

心臓等、臓器の機能不全等に陥った患者の血液の循環を補助する装置として、人工補助心臓等、血液ポンプ装置が知られている。血液ポンプ装置には様々な種類が存在するが、例えば、インペラの回転による遠心力で流体を吸引・排出する遠心ポンプが用いられた血液ポンプ装置がある。この遠心ポンプ式の血液ポンプ装置の一例として、特許文献１には、血液流入ポートと血液流出ポートを有するハウジングと、該ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラを有する遠心式血液ポンプ装置が開示されている。

特開平０９−２０６３７２号公報

しかし、血液等の体液はタンパク質を含んでおり、インペラの回転のために生じる熱によって、インペラと、ポンプ室内の内壁や軸との間に入り込んだタンパク質が熱変性を生じて、インペラの回転不良を生じるおそれがある。すなわち、インペラとポンプ室の内壁との間の狭い隙間に血液が入り込み、インペラを回転させる電動モータの熱や、インペラ回転時の摩擦等により、狭い隙間内で血液中のタンパク質が熱変性してしまうと、インペラが回転し難くなるおそれがある。したがって、インペラが回転不良となる可能性を低減させる必要がある。

そこで、本発明はかかる問題点に鑑みて、タンパク質の熱変性による回転不良を防止する医療用遠心ポンプ及び人工補助心臓の提供を目的とする。

本発明の医療用遠心ポンプは、回転軸と、前記回転軸を回転させる駆動部を有するポンプ基体と、吸入口と吐出口とを有し、前記ポンプ基体とで前記吸入口から吸入した体液が流入するポンプ室を形成するハウジングと、前記ポンプ室内に収容され、前記回転軸を軸とするインペラとを備えた遠心ポンプであって、前記ポンプ基体に磁気発生源を有し、前記回転軸は前記ポンプ基体から前記ポンプ室に突出し、回転可能に前記ポンプ基体に軸支され、前記ポンプ基体、前記回転軸、及び前記インペラとの間に形成された間隙のうち、少なくとも１箇所に磁性流体が配置されることを特徴とする。

また、前記駆動部がモータであり、前記磁気発生源が前記モータであることが好ましい。

また、前記ポンプ基体と前記インペラとの間に形成された間隙のうち、前記インペラの外周側に前記磁性流体が配置されることが好ましい。

また、本発明の人工補助心臓は、上記医療用遠心ポンプを有し、前記駆動部がモータであり、前記ポンプ基体及び前記ハウジングが体内に埋め込み可能に形成されることを特徴とする。

本発明の医療用遠心ポンプ及び人工補助心臓によれば、磁性流体により、インペラにより形成された間隙をシールすることで、タンパク質の熱変性によるインペラの回転不良を防止することができる。

本発明の医療用遠心ポンプの一実施形態を模式的に示した部分断面図である。 本発明の医療用遠心ポンプの他の実施形態の一部を模式的に示し、二重構造の回転軸とインペラとの間に磁性流体が配置された部分断面図である。 図１の医療用遠心ポンプのハウジングを外した状態で、ポンプ基体及びインペラを図１中、上側から見た上面図である。

以下、図面を参照し、本発明の医療用遠心ポンプ及び人工補助心臓について詳細に説明する。

図１に示されるように、本実施形態の医療用遠心ポンプ１は、回転軸２と、回転軸２を回転させる駆動部３を有するポンプ基体４と、吸入口Ｉと吐出口Ｏとを有し、ポンプ基体４とで吸入口Ｉから吸入した体液が流入するポンプ室Ｃを形成するハウジング５と、ポンプ室Ｃ内に収容され、回転軸２を軸とするインペラ６とを備えている。

医療用遠心ポンプ１は、吸入口Ｉから吸入した体液を吐出口Ｏから吐出し、血液等の体液を送出する。医療用遠心ポンプ１は、例えば、人工補助心臓や人工心肺装置等、血液等の体液を循環させるために用いることができる。人工補助心臓が医療用遠心ポンプ１を有する場合、駆動部３をモータとし、ポンプ基体４及びハウジング５を体内に埋め込み可能に形成した、埋め込み型の人工補助心臓とすることができる。

ポンプ基体４は、医療用遠心ポンプ１の駆動部３を収容する。駆動部３は、例えば電動モータであり、磁力により駆動されるロータ（図示せず）により回転力を生じさせ、回転軸２を回転させる。ポンプ基体４は、回転軸２が挿通される回転軸挿通部４１を有し、回転軸挿通部４１に挿通された回転軸２はポンプ基体４からポンプ室Ｃに突出し、例えば図示しない軸受等により、回転可能にポンプ基体４に軸支されている。

ポンプ室Ｃに突出した回転軸２が駆動部３により駆動されると、インペラ６が回転する。回転軸２とインペラ６とは、一体的に形成されてもよいし、それぞれを別体として形成した後、互いに接続されてもよい。また、回転軸２は駆動部３の駆動により回転するものであればよく、内部が中実であってもよいし、内部を中空としてもよい。また、図２に示されるように、回転軸２を、軸本体２１と、軸本体２１の周りに形成された筒状体２２とを備えた二重構造としてもよく、筒状体２２の内部を軸本体２１が回転するように構成し、ポンプ基体４の回転軸挿通部４１に挿通するようにしてもよい。

ポンプ基体４は、磁気透過性の非磁性体から形成される。ポンプ基体４は、図１及び図３に示される実施形態では、略円筒状に形成されているが、ポンプ基体４の形状は特に限定されるものではない。また、ポンプ室Ｃの一部となるポンプ基体４の上面４ａ（インペラ６の基部６１の底面６１ａと対向する面）は、図１では平面状に示されているが、インペラ６の形状に応じて傾斜させても構わない。

ハウジング５は、ポンプ基体４とともに、血液等の体液が流入するポンプ室Ｃを形成する。ポンプ室Ｃは、例えばハウジング５と、ポンプ基体４とを液密に接続することにより形成してもよいし、ハウジング５をポンプ基体４と一体に形成しても構わない。本実施形態では、ハウジング５は、ポンプ室Ｃに体液を吸入するための吸入口Ｉと、吸入口Ｉから吸入した体液が、インペラ６により送出される吐出口Ｏとを有し、吸入口Ｉと吐出口Ｏとの間にポンプ室Ｃが形成される。ハウジング５の形状は、吸入口Ｉ及び吐出口Ｏを有し、インペラ６を収容することができ、血液等の体液を満たして目的とする機能を発揮するポンプ室を形成できれば特に限定されない。

ポンプ室Ｃ内に収容されるインペラ６は、吸入口Ｉから流入する体液を吐出口Ｏから送出する。インペラ６は、駆動部３により回転軸２が回転することにより、回転軸２の軸周りに回転する。本実施形態では、インペラ６は、図３に示されるように、ポンプ基体４の上面４ａと対向する略円板状の基部６１と、基部６１上に設けられた複数の翼６２とを有し、インペラ６の回転時に、翼６２により吐出口Ｏ側に体液を送出する。なお、インペラ６の基部６１の形状や、インペラ６の翼６２の形状、枚数等は、図１及び図３に示す実施形態に限定されるものではない。

ポンプ室Ｃ内にインペラ６が配置された医療用遠心ポンプ１には、ポンプ基体４、回転軸２、及びインペラ６との間、すなわち、ポンプ基体４とインペラ６との間に間隙Ｓ１が、ポンプ基体４と回転軸２との間に間隙Ｓ２が、図２に示されるような回転軸２を二重構造とした場合等には、回転軸２とインペラ６との間に間隙Ｓ３（図２参照）が形成されることがある。また、機械的なシール部材を有する場合には、特に回転する２つの部材間において、ポンプ基体４、回転軸２、及びインペラ６との間に、わずかな隙間（例えば０．５〜２．５μｍ）が必要となる。これらの隙間には血液等、タンパク質を含む体液が浸入する可能性がある。そのため、本発明の医療用遠心ポンプ１は、ポンプ基体４に磁気発生源を有し、ポンプ基体４、回転軸２、及びインペラ６との間に形成された間隙のうち、少なくとも１箇所に磁性流体７が配置されている。

磁性流体７は、ポンプ基体４の磁気発生源により吸着され、所定の位置でポンプ基体４、回転軸２、及びインペラ６との間に形成された間隙や、それらの間に設けられた互いに回転するシール部材の間に形成された間隙をシールする。磁性流体７は、体液のうち、タンパク質など熱により固着する成分が間隙内に入り込まないようにシールすることができればよい。例えば図３に示されるように、磁性流体７が環状に配置されるように、磁気発生源を配置することが好ましい。磁気発生源としては、例えば、駆動部３がモータである場合に、モータを磁気発生源とすることができる。なお、磁性流体７と磁気発生源との磁力の関係に影響を及ぼさないように、ハウジング５及び／又はポンプ基体４を非磁性体として構成することもできる。

磁気発生源、例えばモータに用いられる永久磁石（又は電磁石）等により、磁性流体７をシールが必要な所定の位置で吸着して、間隙Ｓ１〜Ｓ３の少なくとも１箇所又は全てをシールすることができる。このため、ポンプ室Ｃ内に流入した血液等の体液が間隙Ｓ１〜Ｓ３に浸入することを抑制することができる。したがって、タンパク質を含む体液由来の物質が熱変性してインペラ６の回転に対する抵抗が増大することを抑制することができ、インペラ６の回転不良や、吐出口Ｏから送出する体液の流量の低下を抑制することができる。通常、ポンプ室Ｃ内において、ポンプ基体４、回転軸２、及びインペラ６との間に形成された間隙は非常に狭く、間隙に入り込む血液等の体液は少量で、循環することもないため、熱を分散することができず、多量で循環している体液よりもタンパク質が熱変性しやすい。この非常に狭い間隙に体液が入り込むことを抑制することで、タンパク質の熱変性によるインペラ６の回転不良を防止して、より安全な医療用遠心ポンプ１とすることができる。

また、図１及び図３に示されるように、ポンプ基体４とインペラ６との間に形成された間隙Ｓ１のうち、インペラ６の外周側に磁性流体７を配置することが好ましい。この場合、間隙Ｓ１内に入り込む体液の量をより減らすことができるため、よりタンパク質の熱変性の可能性を低減させることができる。インペラ６の外周側に磁性流体７を配置するためには、例えばインペラ６の底面６１ａの外周側に対向する位置に、永久磁石等の磁気発生源を設ければよい。なお、上記実施形態では、モータを磁気発生源としたが、モータとは別に、永久磁石等の磁気発生源をポンプ基体４の所定の位置に配置しても構わない。

また、ポンプ基体４及び／又はインペラ６に、磁性流体７が間隙Ｓ１から漏出することを抑制する漏出抑制部を設けてもよい。漏出抑制部を設けることにより、磁性流体７が間隙Ｓ１から漏出することを抑制して、血液等の体液に磁性流体７が混入して循環することを抑制することができる。なお、漏出抑制部として、基部６１の底面６１ａにおける外周の縁に、ポンプ基体４の上面４ａに向かって突出する突部を環状に設けて、物理的手段により磁性流体７が漏出することを防止してもよく、磁力により制御する磁性体配置により磁性流体７が漏出することを防止してもよい。

また、インペラやモータ等に起因する熱を冷却するための循環冷却液を、ポンプ基体４内に供給する供給路を設けても構わない。インペラ６と回転軸２との境界に循環冷却液を供給した場合においては、体液と循環冷却液との界面となる位置を磁性流体７によりシールしてもよい。この場合、体液と循環冷却液とをシールすることができるので、冷却液の成分が体液に混入することも抑制することができる。

１ 医療用遠心ポンプ
２ 回転軸
２１ 軸本体
２２ 筒状体
３ 駆動部
４ ポンプ基体
４１ 回転軸挿通部
４ａ ポンプ基体の上面
５ ハウジング
６ インペラ
６１ 基部
６１ａ 基部の底面
６２ 翼
７ 磁性流体
Ｃ ポンプ室
Ｉ 吸入口
Ｏ 吐出口
Ｓ１ ポンプ基体とインペラとの間の間隙
Ｓ２ ポンプ基体と回転軸との間の間隙
Ｓ３ 回転軸とインペラとの間の間隙

Claims (3)

1. 回転軸と、
   前記回転軸を回転させる駆動部を有するポンプ基体と、
   吸入口と吐出口とを有し、前記ポンプ基体とで前記吸入口から吸入した体液が流入するポンプ室を形成するハウジングと、
   前記ポンプ室内に収容され、前記回転軸を軸とするインペラとを備えた遠心ポンプであって、
   前記ポンプ基体に磁気発生源を有し、
   前記回転軸は前記ポンプ基体から前記ポンプ室に突出し、回転可能に前記ポンプ基体に軸支され、
   前記ポンプ基体、前記回転軸、及び前記インペラとの間に形成された間隙のうち、少なくとも１箇所に磁性流体が配置され、
   前記ポンプ基体と前記インペラとの間に形成された間隙のうち、前記インペラの外周側に前記磁性流体が配置された
   医療用遠心ポンプ。
2. 前記駆動部がモータであり、前記磁気発生源が前記モータである請求項１に記載の医療用遠心ポンプ。
3. 請求項１または２に記載の医療用遠心ポンプを有し、前記駆動部がモータであり、前記ポンプ基体及び前記ハウジングが体内に埋め込み可能に形成された人工補助心臓。

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