DE19840399B4

DE19840399B4 - Zentrifugalfluidpumpenanordnung

Info

Publication number: DE19840399B4
Application number: DE19840399A
Authority: DE
Inventors: Teruaki Akamatsu; Toshihiko Nojiri; Takayoshi Iwata Ozaki; Minoru Iwata Suzuki
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1997-09-05
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 2011-06-09
Anticipated expiration: 2018-09-05
Also published as: US6142752A; CA2246826A1; DE19840399A1; JP3919896B2; JPH1176394A

Abstract

Zentrifugalfluidpumpenanordnung, umfassend:
• ein Gehäuse (20) mit einer Bluteinlaßöffnung (22) und einer Blutauslaßöffnung (23),
• einen Zentrifugalfluidpumpenteil (2) mit einem Laufrad (21), an dem magnetisches Material (25) angeordnet ist und das drehbar in dem Gehäuse (20) ohne Kontakt mit diesem angeordnet ist, zum Fördern eines Fluids durch Zentrifugalkraft, die bei seiner Drehung entsteht,
• einen Laufradrotationsmomenterzeugungsteil (3) mit einem Rotor (31), der eine Magnetanordnung (33) aufweist, um das magnetische Material (25) des Laufrads (21) anzuziehen, und mit einem Motor (34) zum Drehen des Rotors (31),
• einen Laufradpositionssteuerteil (4) mit einer Elektromagnetanordnung (41) und
• eine Steuereinheit (6) mit einer Laufradschwebepositionssteuerfunktion zum Ändern der Schwebeposition des Laufrads (21) in dem Gehäuse (20) mit Hilfe des Laufradpositionssteuerteils (4), ferner mit einer Funktion zum Messen eines elektrischen Stroms zur Ansteuerung des Motors (34) und mit einer Fluidviskositätsberechnungsfunktion,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Fluidviskositätsberechnungsfunktion zum Berechnen der...

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifugalfluidpumpenanordnung zum Pumpen eines medizinischen Fluids, üblicherweise Blut.
Bei der modernen medizinischen Behandlung werden Zentrifugalblutpumpen häufig in künstlichen Herz-Lungen-Einheiten zur extrakorporalen Blutzirkulation verwendet. Üblicherweise werden Zentrifugalpumpen vom Typ mit magnetischer Kopplung verwendet, bei denen das Antriebsdrehmoment eines externen Motors durch magnetische Kopplung auf ein Lauf- oder Flügelrad übertragen wird. Sie werden deshalb verwendet, weil eine körperliche Verbindung zwischen der Blutkammer der Pumpe und der Außenumgebung vollständig ausgeschlossen werden kann und so das Eindringen von Bakterien vermieden werden kann.
Im allgemeinen umfassen Zentrifugalblutpumpen ein Gehäuse mit einer Bluteinlaßöffnung und einer Blutauslaßöffnung sowie ein drehbar in dem Gehäuse untergebrachtes Laufrad, welches das Blut durch die bei der Rotation entstehende Zentrifugalkraft fördert. An dem Laufrad sind permanentmagnetische Magnetstücke angeordnet. Es wird durch einen Rotationsmomenterzeugungsmechanismus in Drehung versetzt, der einen Rotor mit Magneten zum Anziehen der Magnetstücke des Laufrads sowie einen Motor zum Drehen des Rotors umfaßt.
11 zeigt ein Beispiel einer künstlichen Herz-Lungen-Einheit, die eine solche Blutpumpe verwendet. Die künstliche Herz-Lungen-Einheit 100 umfaßt eine Blutpumpe 101, eine künstliche Lunge 102 sowie einen Druckmesser 103, der als Meßeinrichtung dient. Wenn die Blutpumpe 101 eine Zentrifugalpumpe ist, ist es notwendig, die Herz-Lungen-Einheit 100 mit einem Durchflußmesser 104 auszustatten. Die Meßgeräte, wie der Druckmesser 103 und der Durchflußmesser 104, sind teuer. Zudem ist es notwendig, die künstliche Herz-Lungen-Einheit 100 mit zahlreichen Anschlußteilen für die Meßgeräte zu versehen, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, daß das Blut koaguliert.
Bei Verwendung einer solchen Blutpumpe für die künstliche Herz-Lungen-Einheit wird in Intervallen einer bestimmten Zeitdauer Blut gesammelt, um mittels eines Geräts den Zustand des Bluts zu untersuchen. Bei der Untersuchung werden der Hämatokritwert und die Viskosität des Bluts verändert, indem ein Blutverdünnungsmittel verwendet wird. Die Viskosität des Bluts ändert sich zudem in Abhängigkeit von der Temperatur des Bluts. Bei einer Änderung der Blutviskosität ändert sich außerdem die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des in einem Durchflußkanal fließenden Bluts.
Änderungen des Hämatokritwerts und der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung stellen Fehlerfaktoren vieler Durchflußmesser dar.
Als Durchflußmesser für künstliche Herz-Lungen-Einheiten wird ein elektromagnetischer Durchflußmesser oder ein Doppler-Ultraschalldurchflußmesser verwendet. Bei einem elektromagnetischen Durchflußmesser beeinflußt die dielektrische Konstante des Fluids die Ausgangsspannung stark. Der Hämatokritwert beeinflußt die dielektrische Konstante des Fluids stark. Ein sich ändernder Hämatokritwert ist somit ein Fehlerfaktor. Bei einem Doppler-Ultraschalldurchflußmesser stellt eine sich ändernde Strömungsgeschwindigkeitsverteilung einen Hauptfehlerfaktor dar. Weil sich die Viskosität des Bluts mit der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung ändert, beeinflußt die Viskosität des Bluts die Meßgenauigkeit. Es ist möglich, die Werte zu korrigieren, indem der Durchflußmesser für jeden Hämatokritwert und jede Viskosität geprüft wird. Weil der Hämatokritwert und die Blutviskosität schubweise gemessen werden, was das Sammeln des Bluts erfordert, war es unmöglich, diese Korrektur in Echtzeit durchzuführen.
Wenn eine Blutpumpe in den menschlichen Körper eingesetzt wird, ist es schwierig, einen Durchflußmesser und einen Druckmesser daran anzubringen, weil der Raum zu deren Unterbringung klein ist.
Die DE 196 34 180 A1 zeigt eine Zentrifugalfluidpumpenanordnung auf, umfassend:

– ein Gehäuse mit einer Bluteinlaßöffnung und einer Blutauslaßöffnung,
– einen Zentrifugalfluidpumpenteil mit einem Laufrad, an dem magnetisches Material angeordnet ist und das drehbar in dem Gehäuse ohne Kontakt mit diesem angeordnet ist, zum Fördern eines Fluids durch Zentrifugalkraft, die bei seiner Drehung entsteht,
– einen Laufradrotationsmomenterzeugungsteil mit einem Rotor, der eine Magnetanordnung aufweist, um das magnetische Material des Laufrads anzuziehen, und mit einem Motor zum Drehen des Rotors,
– einen Laufradpositionssteuerteil mit einer Elektromagnetanordnung und
– eine Steuereinheit mit einer Laufradschwebepositionssteuerfunktion zum Ändern der Schwebeposition des Laufrads in dem Gehäuse mit Hilfe des Laufradpositionssteuerteils, ferner mit einer Funktion zum Messen eines elektrischen Stroms zur Ansteuerung des Motors und mit einer Fluidviskositätsberechnungsfunktion.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zentrifugalfluidpumpenanordnung bereitzustellen, die eine Viskositätsberechnungsfunktion besitzt, mit der die Viskosität des Fluids einfach und zuverlässig berechnet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Zentrifugalfluidpumpenanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:
1 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zentrifugalfluidpumpenanordnung,
2 eine Vorderansicht eines Beispiels eines Pumpenkörpers der erfindungsgemäßen Zentrifugalfluidpumpenanordnung,
3 einen horizontalen Querschnitt durch den in 2 gezeigten Pumpenkörper, der dadurch erhalten wurde, dass dieser an der Position eines Laufrads horizontal durchgeschnitten wurde,
4 einen vertikalen Schnitt durch den in 2 gezeigten Pumpenkörper bei einem Schnitt durch das Laufrad längs der in 3 gezeigten strichpunktierten Linie,
5 eine Draufsicht auf den in 2 gezeigten Pumpenkörper der erfindungsgemäßen Zentrifugalfluidpumpenanordnung,
6 die Beziehung zwischen dem Änderungsbetrag einer Laufradschwebeposition und dem elektrischen Strom zur Ansteuerung eines Motors bei der erfindungsgemäßen Zentrifugalfluidpumpenanordnung,
7 die Beziehung zwischen dem Änderungsbetrag des elektrischen Motoransteuerstroms und der Fluidviskosität bei der erfindungsgemäßen Zentrifugalfluidpumpenanordnung,
8 die Beziehung zwischen der Ausströmrate der Zentrifugalfluidpumpenanordnung und dem elektrischen Strom zur Motoransteuerung,
9 die Charakteristik der Zentrifugalfluidpumpenanordnung, die man bei Untersuchung der Beziehung zwischen dem elektrischen Strom zur Motor-ansteuerung und der Durchflußrate bei konstanter Motordrehzahl erhält, und zwar für verschiedene Viskositäten,
10 die Charakteristik der Pumpenausströmrate bezogen auf den Pumpenausströmdruck bei verschiedenen Drehzahlen des Motors und
11 eine herkömmliche künstliche Herz-Lungen-Einheit mit einer Blutpumpe.
Es wird nun ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zentrifugalfluidpumpenanordnung 1 bei Anwendung auf eine Blutpumpe unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die Zentrifugalfluidpumpenanordnung 1 umfaßt einen Pumpenkörper 5, in dem ein Laufrad 21 rotiert, ohne ein Gehäuse 20 zu berühren, sowie eine Steuereinheit 6. Der Pumpenkörper 5 umfaßt das Gehäuse 20, welches eine Bluteinlaßöffnung 22 und eine Blutauslaßöffnung 23 aufweist. Er umfaßt ferner einen Zentrifugalfluidpumpenteil 2 mit dem Laufrad 21, an dem magnetisches Material 25 angeordnet ist und das drehbar in dem Gehäuse 20 untergebracht ist, ohne das Gehäuse 20 zu berühren, um durch die bei seiner Drehung entstehende Zentrifugalkraft ein Fluid zu fördern. Ferner umfaßt der Pumpenkörper 5 einen Laufradrotationsmomenterzeugungsteil 3 mit einem Rotor 31, der eine Magnetanordnung 33 aufweist, um das magnetische Material 25 des Laufrads 21 des Zentrifugalfluidpumpenteils 2 zu sich anzuziehen, und mit einem Motor 34 zum Drehen des Rotors 31. Außerdem umfaßt der Pumpenkörper 5 einen Laufradpositionssteuerteil 4 mit einer Elektromagnetanordnung 41.
Die Steuereinheit 6 ist mit einer Laufradschwebepositionssteuerfunktion ausgestattet, um die Schwebeposition des Laufrads 31 innerhalb des Gehäuses 20 mit Hilfe des Laufradpositionssteuerteils 4 zu beeinflussen, ferner mit einer Funktion zum Messen des elektrischen Stroms für die Ansteuerung des Motors 34 und schließlich mit einer Fluidviskositätsberechnungsfunktion, um die Viskosität des Fluids anhand eines Änderungsbetrags des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung zu berechnen, der dadurch erhalten wird, daß die Schwebeposition des Laufrads 21 mit Hilfe der Laufradschwebepositionssteuerfunktion verändert wird.
Da die erfindungsgemäße Fluidpumpenanordnung typischerweise als Blutpumpe zur Anwendung kommt, beziehen sich die folgenden Beschreibungsteile auf ihre Ausgestaltung als Blutpumpe.
In den 2 bis 5 erkennt man den Pumpenkörper 5 der Zentrifugalfluidpumpenanordnung mit dem Gehäuse 20, das die Bluteinlaßöffnung 22 und die Blutauslaßöffnung 23 aufweist, ferner mit dem Zentrifugalfluidpumpenteil 2, der das in dem Gehäuse 20 rotierende Laufrad 21 zur Blutförderung durch die bei dessen Drehung erzeugte Zentrifugalkraft enthält, ferner mit dem Laufradrotationsmomenterzeugungsteil 3 (ungesteuerter Magnetlagerteil) für das Laufrad 21 und schließlich mit dem Laufradpositionssteuerteil 4 (gesteuerter Magnetlagerteil) für das Laufrad 21.
Der ungesteuerte Magnetlagerteil 3 und der gesteuerte Magnetlagerteil 4 wirken derart zusammen, daß das Laufrad 21 rotiert, während es gleichzeitig in dem Gehäuse 20 in seiner Lage gehalten wird.
Das Gehäuse 20 mit der Bluteinlaßöffnung 22 und der Blutauslaßöffnung 23 ist aus einem nicht-magnetischen Material gebildet. In dem Gehäuse 20 ist eine Blutkammer 24 gebildet, die in Fluidverbindung mit der Bluteinlaßöffnung 22 und der Blutauslaßöffnung 23 steht. Das Laufrad 21 ist in dem Gehäuse 20 untergebracht. Die Bluteinlaßöffnung 22 steht nahe der Mitte der Oberseite des Gehäuses 20 von diesem in im wesentlichen vertikaler Richtung ab. Die Blutauslaßöffnung 23 steht von einer Seitenfläche des allgemein zylindrischen Gehäuses 20 in tangentialer Richtung ab.
Das scheibenartige Laufrad 21 weist in seiner Mitte ein Durchgangsloch auf und ist in der Blutkammer 24 des Gehäuses 20 untergebracht. Das Laufrad 21 umfaßt ein scheibenartiges Element oder unteres Deckblech 27, welches die Unterseite des Laufrads 21 bildet, ein plattenförmiges Ringelement oder oberes Deckblech 28, welches die Oberseite des Laufrads 21 sowie die Öffnung in dessen Mitte bildet, und eine Mehrzahl (im dargestellten Ausführungsbeispiel sechs) Flügel 18 (siehe 3), welche zwischen dem unteren und dem oberen Deckblech 27, 28 angeordnet sind.
Die Flügel 18 begrenzen eine entsprechende Mehrzahl (im dargestellten Ausführungsbeispiel sechs) von Blutpassagen 26 jeweils zwischen zwei benachbarten Flügeln und zwischen dem unteren und dem oberen Deckblech. Jede Blutpassage 26 verläuft gekrümmt von der Mittelöffnung zum Außenrand des Laufrads 21. Die Flügel 18 sind also zwischen benachbarten Blutpassagen 26 gebildet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Flügel 18 und die Blutpassagen 26 in im wesentlichen gleichen Winkelabständen angeordnet und besitzen jeweils im wesentlichen die gleiche Form.
In das Laufrad 21 ist eine Mehrzahl (im dargestellten Ausführungsbeispiel sechs) magnetischer Materialien 25 eingebettet. Die magnetischen Materialien 25 sind Permanentmagnete und dienen als Folgemagnete. Die magnetischen Materialstücke 25 sind vorgesehen, um mittels der Permanentmagnetanordnung 33 am Rotor 31 des Rotationsmomenterzeugungsteils 3 das Laufrad 21 von der Bluteinlaßöffnung 22 weg zu ziehen und ein Rotationsmoment von dem Rotationsmomenterzeugungsteil 3 auf das Laufrad 21 zu übertragen. Die Einbettung mehrerer solcher diskreter Magnetstücke 25 gewährleistet eine magnetische Kopplung mit dem Rotor 31. Jedes Magnetstück 25 besitzt vorzugsweise einen kreisförmigen Horizontalquerschnitt.
Das Laufrad 21 umfaßt ferner ein Magnetelement 28, das entweder selbst das obere Deckblech bildet oder an dem oberen Deckblech angebracht ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das obere Deckblech vollständig von dem Magnetelement 28 gebildet. Das Magnetelement 28 ist vorgesehen, damit die Elektromagnetanordnung 41 des Laufradpositionssteuerteils 4 das Laufrad 21 zu der Bluteinlaßöffnung 22 hin magnetisch anziehen kann. Das Magnetelement 28 kann aus rostfreiem Magnetstahl, Nickel oder Weicheisen gebildet sein.
Der Laufradpositionssteuerteil 4 und der Rotationsmomenterzeugungsteil 3 bilden ein kontaktfreies Magnetlager, welches das Laufrad 21 von gegenüberliegenden Seiten her so magnetisch anzieht, daß das Laufrad 21 an einer geeigneten Position außer Kontakt mit der Innenfläche des Gehäuses 20 stabil gehalten wird, so daß das Laufrad 21 in dem Gehäuse 20 rotieren kann, ohne dessen Innenfläche zu berühren.
In dem Rotationsmomenterzeugungsteil 3 sind das Gehäuse 20, der in dem Gehäuse 20 untergebrachte Rotor 31 sowie der Motor 34 (dessen interner Aufbau in 4 nicht gezeigt ist) zum Drehen des Rotors 31 enthalten. Der Rotor 31 umfaßt ein rotierendes Scheibenteil 32 sowie eine Mehrzahl von Permanentmagenten 33, welche auf einer (der Fluidpumpe zugewandten) Seite des rotierenden Scheibenteils 32 angeordnet sind. Der Rotor 31 ist in seiner Mitte fest mit der Drehwelle des Motors 34 verbunden. Die Permanentmagnete 33 sind in Übereinstimmung mit den Magnetstücken 25 des Laufrads 21 mit gleichen Winkelabständen verteilt angeordnet, d. h. Zahl und Lage der Permanentmagnete 33 stimmen mit Zahl und Lage der Magnetstücke 25 (die ebenfalls Permanentmagnete sind) überein.
Es ist verständlich, daß der Laufradrotationserzeugungsteil 3 nicht beschränkt ist auf einen solchen mit Rotor und Motor, wie er erläutert wurde. Beispielsweise kann eine Anordnung von Statorspulen verwendet werden, solange sie die magnetischen Materialien oder Teile (aus Permanentmagneten) 25 des Laufrads 21 anziehen kann, um das Laufrad zur Drehung anzutreiben.
Der Laufradrotationsmomenterzeugungsteil 3 ist mit einem Sensor 35 zur Erfassung der Drehzahl des Motors 34 oder des Rotors 31 versehen. Optische oder magnetische Sensoren können für den Sensor 35 verwendet werden. Die Drehzahl des Motors 34 oder des Rotors 31 kann durch eine elektromotorische Zählerkraft erfaßt werden, die an den Motorspulen erzeugt wird.
In dem Laufradpositionssteuerteil 4 sind mehrere Elektromagnete 41, welche in dem Gehäuse 20 untergebracht sind und das Magnetelement 28 des Laufrads 21 zu sich hinziehen, sowie eine Mehrzahl von Positionssensoren 42 zur Erfassung der Position des Magnetelements 28 des Laufrads 21 enthalten. Die Mehrzahl (typischerweise drei) der Elektromagnete 41 sowie die Mehrzahl (typischerweise drei) der Sensoren 42 sind in dem Laufradpositionssteuerteil 4 jeweils mit gleichen Winkelabständen angeordnet, wobei der Winkel zwischen einem Elektromagnet 41 und einem benachbarten Sensor 42 jeweils gleich ist. Die Elektromagnete 41 bestehen jeweils im wesentlichen aus einem Kern und einer Spule. Bei dem Ausführungsbeispiel sind drei Elektromagnete 41 vorgesehen. Es können auch mehr als drei Elektromagnete, beispielsweise vier Elektromagnete, vorgesehen sein. Indem in später erläuterter Weise die elektromagnetischen Kräfte der Elektromagnete 41 nach Maßgabe der Erfassungsergebnisse der Positionssensoren 42 eingestellt werden, können die auf das Laufrad in Richtung einer Mittelachse (z-Achse) einwirkenden Kräfte im Gleichgewicht gehalten werden und die Momente um die zur Mittelachse (z-Achse) orthogonalen x- und y-Achsen gleich gehalten werden.
Die Positionssensoren 42 erfassen jeweils die Weite eines Zwischenraums zwischen der Elektromagnetanordnung 41 und dem Magnetelement 28 und erzeugen ein Erfassungsausgangssignal, das zu einem Steuerteil 63 rückgeführt wird, um den an die Spulen der Elektromagnetanordnung 41 jeweils angelegten elektrischen Strom zu steuern. Auch dann, wenn eine Radialkraft, bedingt etwa durch Schwerkraftwirkung, auf das Laufrad 21 einwirkt, wird das Laufrad 21 durch Rückstellkräfte des magnetischen Flusses zwischen der Permanentmagnetanordnung 25 des Laufrads 21 und der Permanentmagnetanordnung 33 des Rotors 31 und durch Rückstellkräfte des magnetischen Flusses zwischen der Elektromagnetanordnung 41 und dem Magnetelement 28 in der Mitte des Gehäuses 20 gehalten.
Es wird nun die Steuereinheit 6 mit Bezug auf 1 erläutert.
Die Steuereinheit 6 ist mit einer Laufradpositionssteuerfunktion, einer Laufradrotationsmomentsteuerfunktion, der Laufradschwebepositionssteuerfunktion zum Ändern der Laufradschwebeposition des Laufrads 21 in dem Gehäuse 20 mit Hilfe der Laufradpositionssteuerfunktion, der Strommeßfunktion zum Messen des elektrischen Stroms für die Ansteuerung des Motors 34 und der Fluidviskositätsberechnungsfunktion zum Berechnen der Viskosität des Fluids unter Verwendung eines Änderungsbetrags des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung ausgestattet, der durch Änderung der Schwebeposition des Laufrads 21 mittels der Laufradschwebepositionssteuerfunktion erhalten wird.
Im speziellen weist die Steuereinheit 6 eine Steuerzentrale 61, einen Motortreiber 62 sowie den Steuerteil 63 zum Steuern der Position des Laufrads 21 auf. Der Motortreiber 62 gibt entsprechend der Drehzahl (Drehgeschwindigkeit) des Motors 34 eine Spannung aus, die ihm von der Steuerzentrale 61 übermittelt wird, um den Motor 34 in Drehung zu versetzen. Der Steuerteil 63 steuert den elektrischen Strom und/oder die Spannung, der bzw. die an die Elektromagnetanordnung 41 angelegt wird, und zwar so, daß die von dem Steuerteil 63 ausgegebene Schwebeposition des Laufrads 21 eingehalten wird. Die Signale, die das Ergebnis angeben und durch die Erfassung seitens der drei Positionssensoren 42 erhalten werden, werden zu dem Steuerteil 63 übertragen. Bei Empfang dieser Signale steuert der Steuerteil 63 den durch die drei Elektromagnete 41 fließenden elektrischen Strom so, daß die in Richtung der Mittelachse (z-Achse) des Laufrads 21 wirkenden Kräfte miteinander im Gleichgewicht stehen und die Momente um die zur Mittelachse (z-Achse) orthogonalen x- und y-Achsen zueinander gleich sind. Es ist möglich, das von den Positionssensoren 42 erfaßte Ergebnis an die Steuerzentrale 61 zu übertragen, so daß die Steuerzentrale 61 Ausgangsspannungen an die drei Elektromagnete 41 ausgibt.
Die Steuerzentrale 61 umfaßt einen Speicherteil (ROM) 64, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 65, einen Anzeigeteil 66 sowie einen Eingabeteil 67. Der Anzeigeteil 66 umfaßt einen Bereich 71 zur Anzeige einer Soll-Ausströmrate, einen Bereich 72 zur Anzeige einer Ausführungs-Ausströmrate, einen Bereich 73 zur Anzeige eines Soll-Ausströmdrucks, einen Bereich 74 zur Anzeige eines Ausführungs-Ausströmdrucks, einen Bereich 75 zur Anzeige der Fluidtempratur, einen Bereich 76 zur Anzeige der Fluidviskosität sowie einen Bereich 77 zur Anzeige der Drehzahl des Laufrads 21. Der Eingabeteil 67 umfaßt einen Bereich 68 zur Eingabe der Soll-Ausströmrate sowie einen Bereich 69 zur Eingabe des Soll-Ausströmdrucks.
Die Steuerzentrale 61 besitzt den Datenspeicherteil 64 zum Speichern von relationalen Daten, welche den Zusammnehang Fluidviskosität-Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung betreffen und dadurch erhalten werden, daß im voraus die Beziehung zwischen der Fluidviskosität und dem Änderungsbetrag des sich infolge einer Verschiebung der Laufradschwebeposition ändernden elektrischen Stroms für die Motoransteuerung gemessen wird, oder von relationalen Formeldaten (beispielsweise Daten über eine Korrelationsgleichung oder Daten über eine Viskositätsberechnungsgleichung), die anhand der relationalen Daten betreffend den Zusammenhang Fluidviskosität-Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung ermittelt werden. Die Fluidviskositätsberechnungsfunktion berechnet die Fluidviskosität anhand der in dem Speicherteil 64 gespeicherten Daten (den relationalen Daten oder den relationalen Formeldaten) und des Änderungsbetrags des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung, der durch Ändern der Schwebeposition des Laufrads 21 mittels der Laufradschwebepositionssteuerfunktion erhalten wird.
Mit anderen Worten speichert der Speicherteil 64 der Steuerzentrale 61 die relationalen Daten, die den Zusammenhang Fluidviskosität-Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung betreffen und durch eine vorhergehende Messung des Zusammenhangs zwischen der Fluidviskosität und dem Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung erhalten werden, der sich durch eine Verschiebung der Laufradschwebeposition ändert, oder die Daten über die Korrelationsgleichung (Daten über die Viskositätsberechnungsgleichung), die anhand der Daten ermittelt werden, welche den Zusammenhang Fluidviskosität-Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung betreffen.
6 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Änderungsbetrag der Schwebeposition des Laufrads 21 mit einem Durchmesser von 50 mm und dem elektrischen Strom für die Motoransteuerung für den Fall, daß sich der Motor 34 (Laufrad) mit einer konstanten Geschwindigkeit von 2000 U/min dreht und die Durchflußrate 5 l/min beträgt bei Verwendung von Fluiden (Blut) mit Viskositäten von 2, 3 und 4 cSt. Die entlang der untersten Linie der Abszisse angegebenen Ziffern sind Eingangsspannungen zur Vorgabe einer Laufradschwebeposition (nachfolgend Befehls- oder Vorgabeeingangsspannung genannt). Die Steuerzentrale 61 stellt den durch die Elektromagnete 41 fließenden elektrischen Strom über den Steuerteil 63 derart ein, daß sich das Laufrad 21 an einer Laufradschwebeposition befindet, welche der Vorgabeeingangsspannung entspricht. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die längs der obersten Linie der Abszisse der 6 gezeigten Ziffern den Änderungsbetrag der der Vorgabeeingangsspannung entsprechenden Laufradschwebeposition dar. Die Instruktion auf der (+)-Seite in 6 gibt an, daß das Laufrad 21 zur Motorseite hin (zum Laufradrotationsmomenterzeugungssteil 3 hin) verschoben wird, wogegen die Instruktion auf der (–)-Seite in 6 angibt, daß das Laufrad 21 zur Elektromagnetseite hin (zum Laufradpositionssteuerteil 4 hin) verschoben wird. Speziell beträgt bei dem Ausführungsbeispiel der Zwischenraum zwischen der Unterseite des Laufrads 21 und der Innenseite des Gehäuses 20 auf Seiten des Laufradrotationsmomenterzeugungsteils 3 in axialer Richtung 0,25 mm, wenn der Wert der Eingangsspannung zum Ändern der Laufradschwebeposition (Spannungsänderungsbetrag für eine Positionsänderung) 0 ist (Normalzustand, nämlich zu einem Zeitpunkt, wenn die Viskosität nicht gemessen wird). Wenn die Laufradschwebeposition um 0,15 mm zur Motorseite hin verschoben wird, beträgt der Zwischenraum zwischen der Unterseite des Laufrads 21 und der Innenseite des Gehäuses 20 auf Seiten des Laufradrotationsmomenterzeugungsteils 3 in axialer Richtung des Laufrads 21 0,1 mm.
Die von dem Fluid auf das Laufrad 21 ausgeübte Reibkraft ändert sich entsprechend einer Verschiebung der Laufradschwebeposition. Die Folge ist eine Änderung des dem Motor zugeführten elektrischen Stroms zur Laufradrotation. Der Änderungsbetrag des Reibmoments oder der Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung wird durch die Fläche der Ober- und Unterseite des Laufrads 21, durch den Zwischenraum zwischen dem Laufrad 21 und der Innenseite des Gehäuses 20 in dessen axialer Richtung und durch die Viskosität des Bluts beeinflußt. Bei größerer Blutviskosität ist der elektrische Strom für die Motoransteuerung größer. Wenn der Zwischenraum zwischen dem Laufrad 21 und der Innenseite des Gehäuses 20 in dessen Achsrichtung als Folge einer Annäherung der Laufradschwebeposition an den Gehäuseboden auf der Motorseite kleiner wird, wird der elektrische Strom für die Motoransteuerung ebenfalls größer. Die Fläche der Ober- und der Unterseite des Laufrads 21 ist konstant. Somit kann die Viskosität des Bluts anhand des Änderungsbetrags des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung bei Verschiebung der Laufradschwebeposition bestimmt werden.
Der Zusammnehang zwischen dem Zwischenraum zwischen dem Laufrad 21 und der Innenseite des Gehäuses 20 in dessen Achsrichtung und dem Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung ändert sich nicht linear, sondern parabolisch, wie in 6 gezeigt. Es ist möglich, einen ausreichenden elektrischen Stromänderungsbetrag auch für den Fall zu erhalten, daß das Fluid eine Viskosität von etwa 2 cSt besitzt, und zwar indem der Änderungsbetrag des Zwischenraums zwischen dem Laufrad 21 und der Innenseite des Gehäuses 20 in dessen axialer Richtung auf 0,10 mm oder mehr und vorzugsweise auf 0,15 mm oder mehr festgelegt wird. Vorzugsweise wird dieser Zwischenraum auf 0,05 mm oder mehr gehalten, um zu vermeiden, daß das Laufrad 21 die Innenseite des Gehäuses 20 berührt.
Weil der Wert des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung von der Durchflußrate des Fluids abhängt, ist es schwierig, die Viskosität des Fluids anhand des Werts des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung selbst zu berechnen. Der Änderungsbetrag des Werts des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung, der sich bei einer Änderung der Laufradschwebeposition einstellt, hängt aber nicht von der Fluiddurchflußrate ab. Somit ist es möglich, die Fluidviskosität mit Hilfe des Änderungsbetrags des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung zu berechnen. Der Änderungsbetrag der Laufradschwebeposition ist im Vergleich zur Größe der Pumpe so klein, daß er vernachlässigt werden kann. Der durch den Änderungsbetrag der Laufradschwebeposition gegebene Einfluß auf die Leistung der Pumpe kann daher vernachlässigt werden. Insbesondere ändert sich die Durchflußrate kaum, wenn die Laufradschwebeposition verschoben wird. Die Änderung des Werts des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung hängt lediglich von den sich ändernden Reibungsverlusten zwischen der Innenseite des Gehäuses 20 und der Ober- und der Unterseite des scheibenartigen Laufrads 21 ab. Die Laufradschwebeposition hängt von der Vorgabeeingangsspannung, nicht von der Fluidviskosität oder der Drehzahl des Motors 34 ab.
7 zeigt den Zusammenhang zwischen der Fluidviskosität (Blutviskosität) und dem Änderungsbetrag des elektrischen Stromwerts für die Motoransteuerung, der man dadurch erhält, daß man den elektrischen Stromwert für die Motoransteuerung dann, wenn die Vorgabeeingangsspannung für die Laufradschwebeposition 0 ist (der Änderungsbetrag der Laufradschwebeposition beträgt 0 mm; der Zwischenraum zwischen der Unterseite des Laufrads 21 und der Innenseite des Gehäuses 20 auf Seiten des Laufradrotationsmomenterzeugungsteils 3 in axialer Richtung beträgt 0,25 mm), von dem elektrischen Stromwert für die Motoransteuerung dann, wenn der Änderungsbetrag (erhöhter Spannungsbetrag) der Vorgabeeingangsspannung 2,5 V beträgt (der Änderungsbetrag der Laufradschwebeposition beträgt 0,15 mm; der Zwischenraum zwischen der Unterseite des Laufrads 21 und der Innenseite des Gehäuses 20 auf Seiten des Laufradrotationsmomenterzeugungsteils 3 in axialer Richtung beträgt 0,10 mm), subtrahiert (dividiert). 7 zeigt, daß die Fluidviskosität (Blutviskosität) linear mit dem Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung zunimmt. Anhand der relationalen Daten über den Zusammenhang Fluidviskosität-Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung können ferner eine Gleichung, die eine Korrelationsgleichung (Regressionslinie) ist, sowie eine Viskositätsberechnungsgleichung erhalten werden. Bei der Pumpe dieses Ausführungsbeispiels läßt sich die Viskositätsberechnungsgleichung wie folgt ausdrücken: Viskosität (n, cSt) = 24,63 × Änderungsbetrag des elektrischen Motoransteuerstroms (A) + 0,90
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel speichert das ROM 64 die Viskositätsberechnungsgleichung. Das ROM 64 kann auch lediglich die relationalen Daten über den fluidviskositätsabhängigen Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung (Rohdaten) speichern, wobei die CPU 65 die Korrelationsgleichung (Viskositätsberechnungsgleichung) vor der Berechnung der Viskosität berechnen kann. In diesem Fall besitzt die Steuereinheit 6 eine Funktion zur Berechnung der Korrelationsgleichung und der Viskositätsberechnungsgleichung.
Um die Viskosität mit Hilfe der Viskositätsberechnungsgleichung zu berechnen, wird der Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung oder der Wert des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung in die CPU 65 eingegeben.
In die Steuerzentrale 61 (eigentlich in den Motortreiber 62) wird ein Signal eingegeben, das die von dem Sensor 35 des Laufradrotationsmomenterzeugungsteils 3 erfaßte oder anhand einer elektromotorischen Zählerkraftwellenform erfaßte Drehzahl des Motors 34 betrifft. Der Motortreiber 62 wandelt das Signal in ein die Drehzahl des Motors 34 angebendes Signal um. Das die Drehzahl des Motors 34 angebende Signal wird zur CPU 65 übertragen. Die Anweisung der Laufradschwebeposition kann schrittweise oder linear oder nichtlinear ansteigend von der CPU 65 ausgegeben werden.
Die Steuereinheit 6 kann den Datenspeicherteil 64 zur Speicherung von relationalen Daten betreffend den fluidviskositätsabhängigen Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung besitzen, welche dadurch erhalten werden, daß im voraus für mehrere (mindestens zwei) Drehzahlen des Motors 34 jeweils der Zusammenhang zwischen der Fluidviskosität und dem Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung untersucht wird, der sich durch eine Verschiebung der Laufradschwebeposition ändert, oder von relationalen Formeldaten (beispielsweise Daten über die Viskositätsberechnungsgleichung), welche anhand der relationalen Daten bestimmt werden, die den fluidviskositätsabhängigen Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoranteuerung betreffen. Diese Ausbildung erlaubt eine Änderung der Drehzahl des Motors 34 nahe zu einer der in dem Datenspeicherteil 64 gespeicherten Pumpendrehzahlen hin, was die Notwendigkeit beseitigt, beim Messen der Blutviskosität die Drehzahl des Motors 34 stark verändern zu müssen. Ferner ist es möglich, die Blutviskosität jeweils für mehrere Drehzahlen des Motors 34 zu berechnen und einen Mittelwert der Blutviskosität zu bestimmen.
Die Steuerzentrale 61 gibt ein Alarmsignal aus, wenn die mittels der Blutviskositätsberechnungsfunktion ermittelte Blutviskosität kleiner als ein erster festgelegter Wert ist. Speziell weist die Steuerzentrale 61 eine Lampe 81 zur Abgabe eines Alarms auf, wenn die Blutviskosität reduziert ist, sowie einen Summer 82. Insbesondere gibt die CPU einen Befehl aus, daß die Alarmlampe 81 blinken soll und der Summer 82 ertönen soll, wenn die Blutviskosität kleiner als der erste festgelegte Wert ist.
Die Steuerzentrale 61 gibt ein Alarmsignal aus, wenn die mittels der Blutviskositätsberechnungsfunktion ermittelte Blutviskosität größer als ein zweiter festgelegter Wert ist. Speziell weist die Steuerzentrale 61 eine Lampe 83 zur Abgabe eines Alarms auf, wenn die Blutviskosität zunimmt. Insbesondere gibt die CPU einen Befehl aus, daß die Alarmlampe 83 blinken soll und der Summer 82 ertönen soll, wenn die Blutviskosität größer als der zweite festgelegte Wert ist. Der Summer 82 wird gemeinsam benutzt, wenn die Blutviskosität kleiner als der erste oder größer als der zweite festgelegte Wert ist. Es kann ein Summer verwendet werden, der einen einzelnen Alarmton oder eine Mehrzahl von Alarmtönen abgibt. Um Abnahme und Anstieg der Viskosität zu unterscheiden, gibt der Summer 82 vorzugsweise unterschiedliche Alarmtöne ab, abhängig jeweils vom Zustand der Blutviskosität.
Wenn die Blutviskosität groß wird, können Thrombosen entstehen. Eine Blutung kann einen Abfall der Blutviskosität verursachen. Weil die Steuerzentrale 61 ein Alarmsignal abgibt, wenn die gemessene Viskosität verglichen mit der zulässigen Viskosität zu groß oder zu niedrig ist, können Ärzte oder Patienten rasch eine medizinische Behandlung vornehmen.
Die Steuerzentrale 61 speichert relationale Daten, welche die Ausströmrate betreffen und dadurch erhalten werden, daß im voraus der Zusammenhang zwischen dem elektrischen Strom für die Motoransteuerung, der Drehzahl des Motors 34 und der Ausströmrate untersucht wird, oder relationale Formeldaten, welche dadurch erhalten werden, daß die obigen relationalen Daten berechnet werden. Die Steuerzentrale 61 ist mit einer Ausströmratenberechnungsfunktion zur Berechnung der Ausströmrate unter Verwendung eines Ist-Werts des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung, der Drehzahl des Motors 34 und der relationalen Daten ausgestattet. Insbesondere besitzt die Steuerzentrale 61 eine Ausströmratenberechnungsfunktion zur Berechnung der Ausströmrate unter Verwendung des Ist-Werts des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung, der Ist-Drehzahl des Motors 34, der relationalen Formeldaten und der mittels der oben erwähnten Fluidviskositätsberechnungsfunktion ermittelten Fluidviskosität.
8 zeigt den Zusammenhang zwischen der Ausströmrate einer Zentrifugalpumpe vom Magnetschwebetyp und dem elektrischen Strom für die Motoransteuerung, untersucht bei Änderung der Drehzahl des Motors 34. Die in 8 gezeigte Charakteristik der Magnetschwebezentrifugalpumpe ändert sich in Abhängigkeit von dem in 4 gezeigten Zwischenraum in Achsrichtung zwischen dem Gehäuse 20 und dem Laufrad 21 und der Fluidviskosität. Es ist jedoch möglich, die Ausströmrate anhand des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung und der Drehzahl des Motors 34 zu erhalten, indem diese für jede Pumpe im voraus verifiziert werden, wie in 8 gezeigt.
Wie oben beschrieben, speichert die Steuerzentrale 61, um die Ausströmrate ohne Messung derselben zu erhalten, die die Ausströmrate betreffenden relationalen Daten, die dadurch erhalten werden, daß im voraus der Zusammenhang zwischen dem elektrischen Strom für die Motoransteuerung, der Drehzahl des Motors 34 und der Ausströmrate untersucht wird, oder die relationalen Formeldaten, die durch Berechnen der relationalen Daten erhalten werden. Die Ausströmrate wird anhand des elektrischen Ist-Stroms für die Motoransteuerung, der Drehzahl des Motors 34 und der relationalen Formeldaten berechnet.
Wenn im speziellen vermittels der Funktion zum Steuern der Drehzahl des Motors 34 ein konstanter elektrischer Strom und eine konstante Spannung dem Motor 34 zugeführt werden, um das Laufrad 21 mit einer konstanten Geschwindigkeit von 2200 U/min zu drehen, kann die Durchflußrate aus der Drehzahl des Motors 34 und dem elektrischen Strom für die Motoransteuerung ermittelt werden, wie in 8 gezeigt, die die Charakteristik der Magnetschwebezentrifugalpumpe zeigt. In diesem Fall steuert der Motortreiber 62 den Motor 34 auf Basis eines von der CPU 35 der Steuereinheit 6 ausgegebenen Befehls derart an, daß die Drehzahl des Motors 34 2200 U/min beträgt.
Wie in 9 gezeigt, die die Charakteristik der Magnetschwebezentrifugalpumpe angibt, die man erhält, wenn der Zusammenhang zwischen dem elektrischen Strom für die Motoransteuerung und der Durchflußrate bei einer konstanten Motordrehzahl unter Änderung der Blutviskosität untersucht wird, sind bei der Berechnung der Durchflußrate aus dem elektrischen Strom für die Motoransteuerung und aus der Drehzahl des Motors 34 jedoch die Werte des elektrischen Stroms, bei denen eine konstante Durchflußrate erhalten wird, in Abhängigkeit von Blutviskositäten n = 1, 2, 3 und 4 voneinander verschieden, auch dann, wenn sich der Motor mit einer konstanten Geschwindigkeit von 2000 U/min dreht. Der Änderungsbetrag der Blutviskosität verursacht somit einen Fehler.
Um dieses Problem zu lösen, ist die Steuerzentrale 61 mit der Ausströmratenberechnungsfunktion zum Berechnen der Ausströmrate unter Verwendung des Ist-Werts des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung, der Drehzahl des Motors 34, der relationalen Formeldaten und der Fluidviskosität ausgestattet, die durch die mittels der Fluidviskositätsberechnungsfunktion ausgeführte Berechnung erhalten wird, wodurch eine Viskositätskorrektur erfolgt und eine korrekte Ausführungs-Ausströmrate ermittelt wird.
Die CPU 65 gibt einen Befehl an den Anzeigeteil aus, die Drehzahl des Motors 34 anzuzeigen, und ebenso an den Bereich 72 zur Anzeige derjenigen Ausführungs-Ausströmrate, die durch Berechnung inklusive der Korrektur der Blutviskosität erhalten wird.
Bei der Pumpenanordnung 1 der Erfindung besitzt die Steuerzentrale 61, um das Fluid mit einer Soll-Durchflußrate zu fördern, eine Funktion zur Eingabe der Soll-Durchflußrate und zum Speichern der Soll-Durchflußrate sowie eine Ausströmratensteuerfunktion zum Steuern der Ausströmrate derart, daß die Ausströmrate der Soll-Durchflußrate angenähert ist, indem die Ausströmrate, die durch die mittels der Ausströmratenberechnungsfunktion ausgeführte Berechnung erhalten wird, mit der Soll-Durchflußrate verglichen wird und die Drehzahl des Motors 34 unter Verwendung des bei dem Vergleich erhaltenen Ergebnisses gesteuert wird.
Es kann eine Rückführsteuerung (Regelung) benutzt werden, um die Steuerung der Ausströmrate auszuführen. Bei der Rückführsteuerung wird die Drehzahl des Motors 34 erhöht, wenn die Ausführungs-Ausströmrate (berechneter Wert) kleiner als die Soll-Ausströmrate ist. Wenn die Ausführungs-Ausströmrate (berechneter Wert) größer als die Soll-Ausströmrate ist, wird die Drehzahl des Motors 34 kleiner gemacht. Die Steuerzentrale 61 ist mit einer Funktion zum Vergleichen der Ausströmrate, die durch die mittels der Ausströmratenberechnungsfunktion durchgeführte Berechnung erhalten wird, mit der Soll-Durchflußrate und zum Berechnen einer der Differenz hierzwischen entsprechenden Drehzahl des Motors 34 ausgestattet. Die Steuerzentrale 61 steuert die Ausströmrate, indem die Drehzahl des Motors 34, die durch die Funktion zur Berechnung der dieser Differenz entsprechenden Drehzahl des Motors 34 erhalten wird, zu der momentan vorgegebenen bzw. befohlenen Drehzahl des Motors 34 addiert wird oder indem die auf diese Weise erhaltene Drehzahl des Motors 34 von der momentan vorgegebenen Drehzahl des Motors 34 abgezogen wird.
Die Steuerzentrale 61 besitzt außerdem eine Ausströmdruckberechnungsfunktion. Dies bedeutet, daß die Steuerzentrale 61 die Ausströmdruckberechnungsfunktion besitzt, um den Ausströmdruck unter direkter oder indirekter Verwendung der Fluidviskosität zu berechnen, die durch die Berechnung erhalten wird, welche mittels der Fluidviskositätsberechnungsfunktion durchgeführt wird. Speziell speichert das ROM 64 der Steuerzentrale 61 relationale Daten betreffend den Ausströmdruck, die dadurch erhalten werden, daß im voraus der Zusammenhang zwischen dem elektrischen Strom für die Motoransteuerung, der Drehzahl des Motors 34 und dem Ausströmdruck untersucht wird, oder relationale Formeldaten, die durch Berechnen der obigen relationalen Daten erhalten werden. Die Steuerzentrale 61 berechnet den Ausströmdruck unter Verwendung der berechneten Ausströmrate (einschließlich der Viskositätskorrektur), der Ist-Drehzahl des Motors 34 und der Daten (der relationalen Daten oder der relationalen Formeldaten) und gibt eine Ausgabe an den Bereich 74, um den erhaltenen Ausströmdruck anzuzeigen.
10 zeigt die Charakteristik zwischen Pumpenausströmrate und -ausströmdruck jeweils bei verschiedenen Drehgeschwindigkeiten (Drehzahlen) des Motors 34. Die in 10 gezeigte Charakteristik der Magnetschwebezentrifugalpumpe ändert sich abhängig von der Fluidviskosität. Wie allerdings in 9 gezeigt, kann die Ausströmrate aus dem elektrischen Strom für die Motoransteuerung und der Drehzahl des Motors 34 erhalten werden. Der Ausströmdruck kann dann aus der Ausströmrate und der Drehzahl des Motors 34 ermittelt werden, wie in 10 gezeigt.
Wie oben erläutert, kann die viskositätskorrigierte Ausführungs-Ausströmrate mittels der Ausströmratenberechnungsfunktion berechnet werden. Ein Ausführungs-Ausströmdruck kann unter Verwendung der Ausführungs-Ausströmrate und der in der Steuerzentrale 61 gespeicherten relationalen Daten betreffend den Ausströmdruck berechnet werden, die dadurch erhalten werden, daß im voraus der Zusammenhang zwischen dem elektrischen Strom für die Motoransteuerung, der Drehzahl des Motors 34 und der Ausströmrate untersucht wird, oder der relationalen Formeldaten, die durch Berechnen der obigen relationalen Daten erhalten werden. Es ist daher möglich, einen korrekten viskositätskorrigierten Ausführungs-Ausströmdruck zu erhalten, ohne diesen zu messen.
Bei der Pumpenanordnung 1 der Erfindung ist die Steuerzentrale 61, um das Fluid mit einem Soll-Druck zu fördern, mit einer Funktion zur Eingabe des Soll-Ausströmdrucks und zum Speichern des Soll-Ausströmdrucks ausgestattet. Ferner vergleicht die Steuerzentrale 61 den Ausströmdruck, der durch die mittels der Ausströmdruckberechnungsfunktion durchgeführte Berechnung erhalten wird, mit dem Soll-Ausströmdruck und steuert die Drehzahl des Motors 34 unter Verwendung des bei diesem Vergleich erhaltenen Ergebnisses. Dies bedeutet, daß die Steuerzentrale 61 eine Ausströmdrucksteuerfunktion zum derartigen Steuern des Ausströmdrucks besitzt, daß der Ausströmdruck dem Soll-Ausströmdruck angenähert ist.
Es kann eine Rückführsteuerung benutzt werden, um die Steuerung des Ausströmdrucks durchzuführen. Bei der Rückführsteuerung wird die Drehzahl des Motors 34 erhöht, wenn der Ausführungs-Ausströmdruck (berechneter Wert) kleiner als der Soll-Ausströmdruck ist. Wenn der Ausführungs-Ausströmdruck (berechneter Wert) größer als der Soll-Ausströmdruck ist, wird die Drehzahl des Motors 34 kleiner gemacht. Die Steuerzentrale 61 besitzt eine Funktion zum Vergleichen des Ausströmdrucks, der durch die mittels der Ausströmdruckberechnungsfunktion durchgeführte Berechnung erhalten wird, mit dem Soll-Ausströmdruck und zum Berechnen einer Drehzahl des Motors 34, die der Differenz hierzwischen entspricht. Die Steuerzentrale 61 steuert den Ausströmdruck, indem sie die Drehzahl des Motors 34, die mittels der Funktion zum Berechnen der dieser Differenz entsprechenden Drehzahl des Motors 34 erhalten wird, zur momentan vorgegebenen Drehzahl des Motors 34 addiert oder die hierdurch erhaltene Drehzahl des Motors 34 von der momentan vorgegebenen Drehzahl des Motors 34 subtrahiert.
Bei der Zentrifugalfluidpumpenanordnung 1 der Erfindung besitzt der Pumpenteil 2 einen Bluttemperaturdetektor 29 (Temperatursensor). Die Steuerzentrale 61 ist mit einer Hämatokritwertberechnungsfunktion ausgestattet, um den Hämatokritwert unter Verwendung der von dem Bluttemperaturdetektor 29 erfaßten Bluttemperatur und der mittels der Blutviskositätsberechnungsfunktion berechneten Blutviskosität zu berechnen. Tabelle 1 zeigt ein Ergebnis, das durch Messen des Zusammenhangs zwischen der Viskosität des menschlichen Bluts, des Hämatokritwerts und der Bluttemperatur mit Hilfe eines konischen Drehviskosimeters erhalten wurde. Man erkennt, daß es möglich ist, den Hämatokritwert aus der Bluttemperatur und der Blutviskosität abzuschätzen. Tabelle 1

Bluttemperatur (°C) Hämatokritwert (%)

20 30 40 50

20 4,0 5,2 7,8 9,1

30 2,9 3,8 4,6 5,8

37 2,0 3,1 3,9 4,8

Viskositätseinheit cSt
Nachstehend wird kurz der Viskositätsberechnungsschritt bei der Zentrifugalfluidpumpenanordnung 1 der Erfindung erläutert.
Zunächst speichert die CPU 65 eine Soll-Durchflußrate oder einen Soll-Ausströmdruck, die bzw. der der Steuerzentrale 61 von deren jeweiligem Eingabebereich eingegeben wird, bevor die extrakorporale Blutzirkulation gestartet wird. Sodann berechnet die CPU 65 eine Drehzahl des Motors 34 und einen elektrischen Strom für die Motoransteuerung, beide entsprechend den Soll-Werten. Die berechneten Werte werden an den Motortreiber 62 ausgegeben, um die Pumpe auf Grundlage dieser Bedingungen in Rotation zu versetzen. Die CPU 65 gibt eine Spannung (Vorgabespannung für die Laufradschwebeposition) aus, die einer solchen Spannung der Elektromagnetanordnung 41 des Laufradpositionssteuerteils 4 entspricht, daß die Laufradschwebeposition die normale Position (viskositätsungezählte Zeit) ist, also der Zwischenraum zwischen der Unterseite des Laufrads 21 und der Innenseite des Gehäuses 20 auf Seiten des Laufradrotationsmomenterzeugungsteils 0,25 mm beträgt. Die Förderung des Fluids beginnt auf diese Weise. Nach dem Start der Fluidzirkulation ändert die CPU 65 die Drehzahl des Motors 34 auf die in dem Speicherteil gespeicherte Drehzahl des Motors 34 und ändert ferner die Vorgabespannung für die Laufradschwebeposition, um die Laufradschwebeposition zu ändern. Beispielsweise wird die Vorgabespannung für die Laufradschwebeposition auf 2,5 V geändert. Als Folge bewegt sich das Laufrad 21 um etwa 0,15 mm; der Zwischenraum zwischen der Unterseite des Laufrads 21 und der Innenseite des Gehäuses 20 auf Seiten des Laufradrotationsmomenterzeugungsteils beträgt dann etwa 0,1 mm.
Der Steuerzentrale 61 (CPU 65) werden sequentiell Werte des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung eingegeben. Die CPU 65 berechnet einen Änderungsbetrag des Werts des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung anhand des Werts des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung vor Änderung der Laufradschwebeposition und des Werts des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung nach Änderung der Laufradschwebeposition. Sodann gibt die CPU 65, um die Laufradschwebeposition in die normale Position zurückzuführen, eine Anweisung aus, die Vorgabespannung für die Laufradschwebeposition zu ändern. Wenn beispielsweise die Vorgabespannung für die Laufradschwebeposition auf 0 V eingestellt wird, bewegt sich das Laufrad 21 um etwa 0,15 mm, und der Zwischenraum zwischen der Unterseite des Laufrads 21 und der Innenseite des Gehäuses 20 auf Seiten des Laufradrotationsmomenterzeugungsteils wird wieder auf etwa 0,25 mm zurückgestellt.
Die CPU 65 berechnet die Viskosität anhand des Änderungsbetrags des Werts des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung und der in dem ROM 64 gespeicherten Viskositätsberechnungsgleichung.
Bei herkömmlichen Strömungsmessern und Druckmessern treten durch Viskositätsänderungen bedingte Fehler auf. Die in der oben beschriebenen Weise ermittelte Viskosität kann jedoch zur Korrektur der Strömungsraten und -drücke verwendet werden. Somit ist es möglich, Ausströmraten und Ausströmdrücke mit hoher Genauigkeit zu erhalten.
Die Zentrifugalfluidpumpenanordnung der Erfindung umfaßt ein Gehäuse mit einer Bluteinlaßöffnung und einer Blutauslaßöffnung, einen Zentrifugalfluidpumpenteil mit einem Laufrad, an dem magnetisches Material angeordnet ist und das drehbar in dem Gehäuse untergebracht ist, ohne das Gehäuse zu berühren, zur Förderung eines Fluids durch Zentrifugalkraft, die bei Drehung des Laufrads entsteht, ferner einen Laufradrotationsmomenterzeugungsteil mit einem Rotor, der eine Magnetanordnung aufweist, um das magnetische Material des Laufrads zu sich anzuziehen, und mit einem Motor zum Drehen des Rotors und ferner einen Laufradpositionssteuerteil mit einer Elektromagnetanordnung. Die Steuereinheit umfaßt eine Laufradschwebepositionssteuerfunktion zum Ändern der Schwebeposition des Laufrads innerhalb des Gehäuses mit Hilfe des Laufradpositionssteuerteils, eine Funktion zum Messen des elektrischen Stroms für die Ansteuerung des Motors sowie eine Fluidviskositätsberechnungsfunktion zum Berechnen der Fluidviskosität unter Verwendung des Änderungsbetrags des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung, der bei einer Änderung der Schwebeposition des Laufrads mittels der Laufradschwebepositionssteuerfunktion erhalten wird.
Durch die obige Ausgestaltung kann die Fluidviskosität ohne Vorsehung eines speziellen Geräts leicht in Echtzeit durch Änderung der Schwebeposition des Laufrads gemessen werden. Zudem kann die gemessene Viskosität zur Überwachung der Fluidviskosität benutzt werden, beispielsweise um einen Alarm abzugeben, der anzeigt, daß die Viskosität anormal ist, und außerdem zur Korrektur bei der rechnerischen Ermittlung der Ausströmrate und des Ausströmdrucks ohne Verwendung eines Durchflußmessers oder Druckmessers.
Die Steuereinheit speichert relationale Daten betreffend die Ausströmrate, die dadurch erhalten werden, daß im voraus der Zusammenhang zwischen dem elektrischen Strom für die Motoransteuerung, der Drehzahl des Motors und der Ausströmrate untersucht wird, oder relationale Formeldaten, welche durch Berechnen der obigen relationalen Daten erhalten werden. Die Steuereinheit ist mit der Ausströmratenberechnungsfunktion ausgestattet, um die Ausströmrate unter Verwendung der Fluidviskosität zu berechnen, welche aus dem elektrischen Ist-Strom für die Motoransteuerung, der Drehzahl des Motors, den relationalen Formeldaten und der Fluidviskositätsberechnungsfunktion ermittelt wird. Daher ist es unter Durchführung von Rechenvorgängen und ohne Verwendung eines Strömungsmessers möglich, die korrekte Durchflußrate mit geringen Fehlern zu bestimmen, auch dann, wenn die gemessenen Viskositäten unterschiedlich sind.
Die Steuereinheit besitzt die Funktion zur Eingabe der Soll-Durchflußrate und zum Speichern der Soll-Durchflußrate sowie die Ausströmratensteuerfunktion zum Steuern der Ausströmrate derart, daß die Ausströmrate an die Soll-Durchflußrate angenähert ist, indem die Ausströmrate, die durch die mittels der Ausströmratenberechnungsfunktion durchgeführte Berechnung erhalten wird, mit der Soll-Durchflußrate verglichen wird, und zum Steuern der Drehzahl des Motors 34 unter Verwendung des bei diesem Vergleich erhaltenen Ergebnisses. Auf diese Weise kann die Überwachung der Ausströmrate leicht erfüllt werden.
Die Steuereinheit ist mit der Ausströmdruckberechnungsfunktion zum Berechnen des Ausströmdrucks unter Verwendung der mittels der Ausströmratenberechnungsfunktion erhaltenen, berechneten Ausströmrate, der relationalen Daten betreffend den Ausströmdruck, die dadurch erhalten werden, daß im voraus der Zusammenhang zwischen dem elektrischen Strom für die Motoransteuerung, der Drehzahl des Motors und dem Ausströmdruck untersucht wird, oder der relationalen Formeldaten, die durch Berechnen der obigen relationalen Daten erhalten werden, und der Drehzahl des Motors ausgestattet. Unter Durchführung von Berechnungen und ohne Verwendung eines Durchflußmessers ist es somit möglich, den korrekten Strömungsdruck mit geringen Fehlern zu bestimmen, auch wenn die gemessenen Viskositäten unterschiedlich sind.
Die Steuereinheit besitzt zudem die Funktion zur Eingabe des Soll-Ausströmdrucks und zum Speichern des Soll-Ausströmdrucks, und sie besitzt die Ausströmdrucksteuerfunktion zum Steuern des Ausströmdrucks derart, daß der Ausströmdruck an den Soll-Ausströmdruck angenähert ist, indem der Ausströmdruck, der durch die mittels der Ausströmdruckberechnungsfunktion durchgeführte Berechnung erhalten wird, mit dem Soll-Ausströmdruck verglichen wird, und zum Steuern der Drehzahl des Motors unter Verwendung des bei dem Vergleich erhaltenen Ergebnisses. Auf diese Weise kann die Überwachung der Ausströmrate leicht erfüllt werden.

Claims

Zentrifugalfluidpumpenanordnung, umfassend: • ein Gehäuse (20) mit einer Bluteinlaßöffnung (22) und einer Blutauslaßöffnung (23), • einen Zentrifugalfluidpumpenteil (2) mit einem Laufrad (21), an dem magnetisches Material (25) angeordnet ist und das drehbar in dem Gehäuse (20) ohne Kontakt mit diesem angeordnet ist, zum Fördern eines Fluids durch Zentrifugalkraft, die bei seiner Drehung entsteht, • einen Laufradrotationsmomenterzeugungsteil (3) mit einem Rotor (31), der eine Magnetanordnung (33) aufweist, um das magnetische Material (25) des Laufrads (21) anzuziehen, und mit einem Motor (34) zum Drehen des Rotors (31), • einen Laufradpositionssteuerteil (4) mit einer Elektromagnetanordnung (41) und • eine Steuereinheit (6) mit einer Laufradschwebepositionssteuerfunktion zum Ändern der Schwebeposition des Laufrads (21) in dem Gehäuse (20) mit Hilfe des Laufradpositionssteuerteils (4), ferner mit einer Funktion zum Messen eines elektrischen Stroms zur Ansteuerung des Motors (34) und mit einer Fluidviskositätsberechnungsfunktion, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidviskositätsberechnungsfunktion zum Berechnen der Viskosität des Fluids unter Verwendung eines Änderungsbetrags des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung, der durch Ändern der Schwebeposition des Laufrads (21) mit Hilfe der Laufradschwebepositionssteuerfunktion erhalten wird, vorgesehen ist, wobei die Steuereinheit (6) einen Datenspeicherteil (64) zum Speichern relationaler Daten umfaßt, welche den Zusammenhang Fluidviskosität-Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung betreffen und dadurch erhalten werden, daß im voraus der Zusammenhang zwischen der Fluidviskosität und dem Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung untersucht wird, der durch eine Verschiebung der Laufradschwebeposition geändert wird, oder relationaler Formeldaten, welche anhand der relationalen Daten betreffend den Zusammenhang Fluidviskosität-Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung ermittelt werden, und daß die Fluidviskositätsberechnungsfunktion die Fluidviskosität unter Verwendung der in dem Datenspeicherteil (64) gespeicherten Daten und des Änderungsbetrags des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung berechnet, der durch Ändern der Schwebeposition des Laufrads (21) mittels der Laufradschwebepositionssteuerfunktion erhalten wird.
Zentrifugalfluidpumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (6) einen Datenspeicherteil (64) zum Speichern relationaler Daten umfaßt, welche den Zusammenhang Fluidviskosität-Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung betreffen und dadurch erhalten werden, daß im voraus für mehrere Drehzahlen des Motors (34) jeweils der Zusammenhang zwischen der Fluidviskosität und dem Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung untersucht wird, der durch eine Verschiebung der Laufradschwebeposition geändert wird, oder relationaler Formeldaten, welche anhand der relationalen Daten betreffend den Zusammenhang Fluidviskosität-Änderungsbetrag des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung ermittelt werden, und daß die Fluidviskositätsberechnungsfunktion die Viskosität des Fluids unter Verwendung der in dem Datenspeicherteil (64) gespeicherten Daten, der Drehzahl des Motors (34) und des Änderungsbetrags des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung berechnet, der durch Ändern der Schwebeposition des Laufrads (21) mittels der Laufradschwebepositionssteuerfunktion erhalten wird.
Zentrifugalfluidpumpenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (21) ein magnetisches Element (28) aufweist und daß der Laufradpositionssteuerteil (4) eine Mehrzahl feststehender Elektromagnete (41) zum Anziehen des magnetischen Elements (28) des Laufrads (21) und einen Positionssensor (42) zum Erfassen der Position des magnetischen Elements (28) des Laufrads (21) umfaßt.
Zentrifugalfluidpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifugalfluidpumpenanordnung eine Zentrifugalblutpumpenanordnung ist.
Zentrifugalfluidpumpenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifugalblutpumpenanordnung einen Bluttemperaturdetektor (29) umfaßt und daß die Steuereinheit (6) eine Hämatokritwertberechnungsfunktion zum Berechnen des Hämatokritwerts unter Verwendung der von dem Bluttemperaturdetektor (29) erfaßten Bluttemperatur und der mittels der Fluidviskositätsberechnungsfunktion berechneten Blutviskosität besitzt.
Zentrifugalfluidpumpenanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (6) ein Alarmsignal abgibt, wenn die mittels der Fluidviskositätsberechnungsfunktion berechnete Blutviskosität kleiner als ein erster festgelegter Wert ist.
Zentrifugalfluidpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (6) ein Alarmsignal abgibt, wenn die mittels der Fluidviskositätsberechnungsfunktion berechnete Blutviskosität größer als ein zweiter festgelegter Wert ist.
Zentrifugalfluidpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (6) relationale Daten betreffend die Ausströmrate speichert, welche dadurch erhalten werden, daß im voraus der Zusammenhang zwischen dem elektrischen Strom für die Motoransteuerung, der Drehzahl des Motors (34) und der Ausströmrate untersucht wird, oder relationale Formeldaten, welche dadurch erhalten werden, daß die relationalen Daten berechnet werden, und daß die Steuereinheit (6) auf diese Weise mit einer Ausströmratenberechnungsfunktion zum Berechnen der Ausströmrate unter Verwendung eines Ist-Werts des elektrischen Stroms für die Motoransteuerung, der Drehzahl des Motors (34), der relationalen Formeldaten und der mittels der Fluidviskositätsberechnungsfunktion berechneten Fluidviskosität besitzt.
Zentrifugalfluidpumpenanordnung nach Anspruch 8, bei der die Steuereinheit (6) eine Funktion zum Eingeben einer Soll-Durchflußrate und zum Speichern der Soll-Durchflußrate sowie eine Ausströmratensteuerfunktion besitzt, um die Ausströmrate derart zu steuern, daß die Ausströmrate an die Soll-Durchflußrate angenähert ist, indem sie die Ausströmrate, die durch die mittels der Ausströmratenberechnungsfunktion durchgeführte Berechnung erhalten wird, mit der Soll-Durchflußrate vergleicht, und um die Drehzahl des Motors (34) unter Verwendung des bei diesem Vergleich erhaltenen Ergebnisses zu steuern.
Zentrifugalfluidpumpenanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (6) eine Ausströmdruckberechnungsfunktion besitzt, um den Ausströmdruck zu berechnen unter Verwendung der mittels der Ausströmratenberechnungsfunktion erhaltenen, berechneten Ausströmrate, relationaler Daten, welche den Ausströmdruck betreffen und dadurch erhalten werden, daß im voraus der Zusammenhang zwischen dem elektrischen Strom für die Motoransteuerung, der Drehzahl des Motors (34) und dem Ausströmdruck untersucht wird, oder relationaler Formeldaten, welche dadurch erhalten werden, daß die obigen relationalen Daten berechnet werden, und der Drehzahl des Motors (34).
Zentrifugalfluidpumpenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (6) eine Funktion zum Eingeben eines Soll-Ausströmdrucks und zum Speichern des Soll-Ausströmdrucks besitzt und eine Ausströmdrucksteuerfunktion besitzt, um den Ausströmdruck so zu steuern, daß der Ausströmdruck an den Soll-Ausströmdruck angenähert ist, indem derjenige Ausströmdruck, der durch die mittels der Ausströmdruckberechnungsfunktion durchgeführte Berechnung erhalten wird, mit dem Soll-Ausströmdruck verglichen wird, und um die Drehzahl des Motors (34) unter Verwendung des bei diesem Vergleich erhaltenen Ergebnisses zu steuern.
Zentrifugalfluidpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (6) eine Funktion zum Steuern der Drehzahl des Motors (34) besitzt, um die Ausströmratensteuerfunktion auszuführen.
Zentrifugalfluidpumpenanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (6) eine Funktion zum Steuern der Drehzahl des Motors (34) besitzt, um die Ausströmdrucksteuerfunktion auszuführen.