JPH0956812A - 血液ポンプの制御方法 - Google Patents

血液ポンプの制御方法

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JPH0956812A
JPH0956812A JP7214760A JP21476095A JPH0956812A JP H0956812 A JPH0956812 A JP H0956812A JP 7214760 A JP7214760 A JP 7214760A JP 21476095 A JP21476095 A JP 21476095A JP H0956812 A JPH0956812 A JP H0956812A
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motor
blood
pump
impeller
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Tsuguto Nakaseki
嗣人 中関
Akinori Akamatsu
映明 赤松
Toshihiko Nojiri
利彦 野尻
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NTN Corp
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Terumo Corp
NTN Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧力負荷の変動に対して血液ポンプの流量変
化を小さくし得る制御方法を提供する。 【解決手段】 電流を設定すると、ＰＩ制御部２１で比
例積分制御し、電力増幅回路２２で電力増幅してモータ
２３に流れる電流が一定となるように制御し、制御ルー
プに回転数の変化成分を正帰還させて加算器２４によっ
て設定電流の加算し、粘度検出回路２５によって血液の
粘度を検出し、基準値と等しくなるように補正量演算回
路２６で補正量を演算して加算器２４に加算する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は血液ポンプの制御
方法に関し、特に、人工心臓や人工心肺などの医療機器
に用いられ、インペラを磁気軸受によって支持するよう
な血液ポンプの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】遠心ポンプ，軸波ポンプ等のターボポン
プは、容積式の拍動流型ポンプに比べて小型化高能率化
が可能であることから人工心臓などの血液ポンプへの利
用が進みつつある。このようなターボポンプにおいて、
一般に流量制御はポンプの回転数を変えることによって
行なわれる。
【０００３】図５は遠心ポンプの流量−圧力特性を示す
図である。図５に示すように、遠心ポンプにおいては、
流量が中以下であれば圧力の変化が少ないという特徴が
ある。
【０００４】図６は血液ポンプの使用例を示す図であ
り、生体心１にバイパス２，３を設け、血液ポンプ４に
よって術後の心臓を補助する例を示す。肺７からの血液
はバイパス３を介して血液ポンプ４に供給され、血液ポ
ンプ４で圧力がかけられて大動脈１５に戻される。ま
た、血液は大動脈１５から毛細血管５，６を介して右心
房１３に流れ、右心房１３から右心室１４を介して肺７
に流れ、左心房１２に戻る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この場合、生体心１の
吐出圧力や血管の流路抵抗の変化による圧力負荷の変動
によりポンプ流量が大きく変化することになる。ポンプ
流量の減少はポンプ内に血栓を生じ、過大流量は生体に
悪影響を及ぼす。流量変化を避けるために、管路をしぼ
り図５の点線で示す特性にすることが考えられるが、当
然ながらポンプ効率が低下してしまう。そこで、これを
避けるために図５のＡで示すように、一定の傾きを持っ
た直線であれば、上述の問題点をなくすることができ
る。
【０００６】それゆえに、この発明の主たる目的は、圧
力負荷の変動に対して血液ポンプの流量変化を小さく抑
えることのできるような血液ポンプの制御方法を提供す
ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
生体心をバイパス接続して補助あるいは完全置換する血
液ポンプの制御方法であって、血液ポンプを駆動するた
めのモータに流れる電流を一定に制御することによっ
て、圧力負荷の変動に対して血液ポンプの流量変化を小
さく抑えることができる。
【０００８】請求項２に係る発明では、血液ポンプを駆
動するためのモータに流れる電流を一定に制御しかつ回
転数成分を正帰還させて電流指令値に加算することによ
り、正帰還ゲインを調整して理想的なポンプ特性を得
る。
【０００９】請求項３に係る発明では、血液ポンプの制
御をアナログ回路によって行なうことにより、ソフト処
理による暴走などの危険性をなくすことができる。
【００１０】請求項４に係る発明では、血液粘度を検出
して基準値と比較し、補正量を算出してその補正値をモ
ータの電流指令値に加算することによって、流量制御の
精度を向上させる。
【００１１】請求項５に係る発明では、血液ポンプのイ
ンペラを磁気軸受によって支持し、磁気カップリングに
よりモータの回転力で回転させる。
【００１２】請求項６に係る発明では、２組の磁気軸受
によってインペラが支持される。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の実施の形態を示
すモータ制御のブロック図である。図１において、１点
鎖線で示したブロック２３は直流サーボモータの伝達関
数をブロック線図で示したものである。モータを駆動す
るための電流が設定されると、ＰＩ制御部２１は比例積
分制御を行ない、その出力に基づいて、電力増幅回路２
２は電力増幅を行なってブロック２３で示されるサーボ
モータが駆動される。ブロック２３において、１／（ｓ
Ｌ＋Ｒ）は電圧を電流に変換することを示し、Ｋｔは電
流をトルクＴに変換することを示しており、１／ｓＪは
ロータの動特性を示し、Ｋｅは逆起電力定数を示してい
る。
【００１４】また、ポンプ負荷トルクは回転数Ｎに負荷
トルク定数Ｋ（Ｑ）ｎを乗じたものとして表わされる。
特に、磁気浮上型の場合、接触部分がないため、血栓が
できにくく長時間にわたって負荷トルク定数Ｋ（Ｑ）ｎ
が安定になるという特徴がある。ここで、トルクＫ
（Ｑ）ｎは流量Ｑの関数である。一定電流制御された定
常状態の場合、モータ電流に比例した一定のトルクがポ
ンプに作用し、モータがＴ＝Ｋ（Ｑ）ｎ・Ｎを満足する
回転数で回転する。血液配管系の流量抵抗が大きくなる
方向に変化した場合、流量の減少に伴って負荷トルクが
減少する。定電流制御（定トルク）では、ポンプ回転数
が駆動トルクと一致するまで回転数が増加する。流量抵
抗が減少した場合には、この逆の動作をする。
【００１５】図２は遠心ポンプの流量圧力特性を示す図
である。図２に示す曲線Ａは電流が一定の場合の流量と
圧力との関係を示し、回転数が一定の場合の曲線と比べ
て曲線の傾きが大きくなる。
【００１６】次に、図１の点線で示した回転数の正帰還
の作用について説明する。流路抵抗の増大による回転数
の増加分が点線で示すループを介して加算器２４によっ
て電流指令値に加算され、モータ電流が増加する。この
ため、回転数はさらに増加し、負荷トルクと釣り合うま
で回転数が上昇する。このため、正帰還ゲインが大きす
ぎると、制御系が不安定になる。図２に示す曲線Ｂ，Ｃ
は正帰還を持つ場合の特性であり、正帰還ゲインにより
任意の特性が得られ、図５に示した一定の傾きを持った
直線Ａを有する流量圧力特性を持たせることができる。
【００１７】なお、図１において、粘度検出回路２５は
血液の粘度を検出するものであって、検出された粘度デ
ータは基準血液粘度と比較され、補正量演算回路２６に
よって流量を一定にするための補正量が計算され、加算
器２４によって電流指令値に加算される。これらの一連
の制御回路はアナログ回路によって実現できる。
【００１８】図３はこの発明が適用される磁気浮上型ポ
ンプとその制御回路を示す図である。図３において、磁
気浮上型ポンプ３０はモータ部３１とポンプ部４０と磁
気軸受部５０とから構成される。ポンプ部４０のケーシ
ング４１内にはインペラ４２が設けられる。ケーシング
４１は非磁性部材からなり、インペラ４２は非制御式磁
気軸受を構成する永久磁石４３を有する非磁性部材４４
と、制御式磁気軸受のロータに相当する軟鉄部材４５と
を含む。永久磁石４３はインペラ４２の円周方向に分割
されていて、互いに隣接する磁石が互いに反対方向に着
磁されている。
【００１９】インペラ４２の永久磁石４３を有する側に
対向するようにして、ケーシング４１外部には軸４６に
軸支されたロータ４７が設けられる。ロータ４７はモー
タ３２によって駆動されて回転する。ロータ４７にはイ
ンペラ４２の永久磁石４３に対向しかつ吸引力が作用す
るようにインペラ４２側と同数の永久磁石４８が設けら
れている。一方、インペラ４２の軟鉄部材４５を有する
側に対向するようにして、ケーシング４１において永久
磁石４３と４８の吸引力に打ち勝ってインペラ４２をケ
ーシング４１の中心に保持するように電磁石５１と図示
しない位置センサとが磁気軸受部５０に設けられてい
る。
【００２０】上述のごとく構成された磁気浮上型ポンプ
３０において、ロータ４７に埋込まれている永久磁石４
８はインペラ４２の駆動や半径方向を支持し、インペラ
４２に設けられている永久磁石４３との間の軸方向の吸
引力を生じさせる。この吸引力と釣り合うように電磁石
５１のコイルに電流が流され、インペラ４２が浮上す
る。そして、ロータ４７がモータ３１の駆動力によって
回転すると、永久磁石４３と４８とが磁気カップリング
を構成し、インペラ４２が回転して、血液は注入口から
図示しない吐出口に送り込まれる。インペラ４２はケー
シング４１によってロータ４７から隔離されておりかつ
電磁石５１からの汚染を受けることがないので、磁気浮
上型ポンプ３０から吐出された血液はクリーンな状態を
保持する。
【００２１】制御回路６０はＣＰＵ回路６１と回転数制
御回路６２と磁気軸受制御回路６３とを含む。回転数制
御回路６２は前述の図１に示すように構成され、ＣＰＵ
回路６１からの指令を受け、モータ３１の回転数を制御
し、磁気軸受制御回路６３は図示しない位置センサの信
号をもとに電磁石５１を制御する。さらに、制御部６０
には、回転数を表示する表示器７１と流量を表示する表
示器７２と圧力を表示する表示器７３とが必要に応じて
設けられる。
【００２２】なお、この図３に示した磁気浮上型ポンプ
の全体の動作については、本願出願人が先に出願した特
願平７−７７８７６号に記載されているので、その詳細
な説明は省略する。
【００２３】図４は、この発明が適用される磁気浮上型
ポンプの他の例を示す図であり、径方向を４軸の能動制
御によりインペラを支持するものである。図４におい
て、インペラ８１は、２個のラジアル磁気軸受８２によ
って能動的に支持される。各ラジアル磁気軸受８２は、
電磁石８３と位置センサ８４とを含む。インペラ８１に
は、永久磁石８５が設けられていて、この永久磁石８５
とこれに対向して設けられたステータ８６とによってＤ
Ｃブラシレスモータが構成され、このＤＣブラシレスモ
ータの駆動力によってインペラ８１が回転する。そし
て、血液は吸入口８７から吸引され、吐出口８８から流
出する。
【００２４】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、血液
ポンプを駆動するためのモータに流れる電流を一定に制
御するようにしたので、圧力負荷の変動に対して血液ポ
ンプの流量変化を小さく抑えることができる。また、正
帰還ゲインの調整により理想的なポンプ特性を得ること
ができ、アナログ回路で制御回路を実現することによ
り、ソフトウェア処理による場合に比べて暴走などの危
険性をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示すモータ制御のブロ
ック図である。
【図２】遠心ポンプの流量圧力特性を示す図である。
【図３】この発明が適用される磁気浮上型ポンプとその
制御回路を示す図である。
【図４】この発明が適用される磁気浮上型ポンプの他の
例を示す図である。
【図５】遠心ポンプの流量−圧力特性を示す図である。
【図６】血液ポンプの使用例を示す図である。
【符号の説明】 ２１ ＰＩ制御部 ２２ 電力増幅回路 ２４ 加算器 ２５ 粘度検出回路 ２６ 補正量演算回路 ３０ 磁気浮上型ポンプ ３１ モータ部 ４０ ポンプ部 ４２，８１ インペラ ５０ 磁気軸受部 ６１ ＣＰＵ回路 ６２ 回転数制御回路 ６３ 磁気軸受制御回路 ７１ 回転数表示器 ７２ 流量表示器 ７３ 圧力表示器 ８２ ラジアル磁気軸受
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野尻 利彦 神奈川県足柄上郡中井町井ノ口1500番地 テルモ株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 生体心をバイパス接続して補助あるいは
    完全置換するための血液ポンプの制御方法であって、 前記血液ポンプを駆動するためのモータに流れる電流を
    一定に制御することを特徴とする、血液ポンプの制御方
    法。
  2. 【請求項２】 生体心をバイパス接続して補助あるいは
    完全置換する血液ポンプの制御方法であって、 前記血液ポンプを駆動するためのモータに流れる電流を
    一定に制御しかつ回転数成分を正帰還させて電流指令値
    に加算するようにしたことを特徴とする、血液ポンプの
    制御方法。
  3. 【請求項３】 前記血液ポンプの制御はアナログ回路に
    よって行なうことを特徴とする、請求項１または２の血
    液ポンプの制御方法。
  4. 【請求項４】 さらに、血液粘度を検出して基準値と比
    較し、補正量を算出してその補正値を前記モータの電流
    指令値に加算して制御を行なうことを特徴とする、請求
    項１または２の血液ポンプの制御方法。
  5. 【請求項５】 前記血液ポンプのインペラを磁気軸受に
    よって支持し、磁気カップリングにより前記モータの回
    転力で回転させることを特徴とする、請求項１または２
    の血液ポンプの制御方法。
  6. 【請求項６】 前記磁気軸受は、２組設けられて前記イ
    ンペラを支持することを特徴とする請求項５の血液ポン
    プの制御方法。
JP7214760A 1995-08-23 1995-08-23 血液ポンプの制御方法 Pending JPH0956812A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7214760A JPH0956812A (ja) 1995-08-23 1995-08-23 血液ポンプの制御方法
DE19634180A DE19634180B4 (de) 1995-08-23 1996-08-23 Verfahren zur Steuerung einer Blutpumpe
US09/013,218 US6129660A (en) 1995-08-23 1998-01-26 Method of controlling blood pump

Applications Claiming Priority (1)

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JP7214760A JPH0956812A (ja) 1995-08-23 1995-08-23 血液ポンプの制御方法

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JPH0956812A true JPH0956812A (ja) 1997-03-04

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