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JP2003501155A - 磁気浮上支持式血液ポンプ - Google Patents

磁気浮上支持式血液ポンプ

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JP2003501155A
JP2003501155A JP2001501280A JP2001501280A JP2003501155A JP 2003501155 A JP2003501155 A JP 2003501155A JP 2001501280 A JP2001501280 A JP 2001501280A JP 2001501280 A JP2001501280 A JP 2001501280A JP 2003501155 A JP2003501155 A JP 2003501155A
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JP
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blood
pump
axial
axis
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JP2001501280A
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ゴルドースキー、マイケル・ピー
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Original Assignee
Individual
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Abstract

(57)【要約】 本発明は血液を推進するための非接触式軸流ターボポンプであり、ポンプ軸を規定し相対する両軸線端に入口開口と出口開口を備えたポンプハウジング（２４）と、ロータ軸及び相対するロータ軸先端を定めるロータユニット（１７）とを有する。ポンプは、両ロータ軸先端においてポンプハウジング内にてロータを磁気的に浮上支持し、ハウジングとの間の物理的接触を回避するとともに、ロータ軸線端と磁気浮上支持要素（１３）（１３’）との間に流体ギャップを画定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の背景） （発明の技術分野） 本発明は、人の胸にインプラント可能であって、血液をポンプする上で人間の
心臓を補助するために用い得るような回転血液ポンプに関し、特に磁気浮上支持
を用いたこのような形式の血液ポンプに関する。
【０００２】 （従来技術の説明） 心臓を補助するために現在開発されている最近の技術に基づくインプラント可
能な血液ポンプは、ターボポンプである。それらは、JARVIK 2000のような軸流
式のものや、Cleveland Clinicにより開発されている遠心式のものや、ピッツバ
ーグ大学により開発されている“ストリームライナー（Streamliner）”のよう
な混合形式のものがある。これらは、全て、数千ｒｐｍの速度で回転する高速回
転インペラを用いる。JARVIK 2000を含む多くのものは、ロータを支持するため
に個体接触を伴うジャーナル軸受けを用いる。このような軸受けの使用は、血液
損傷や血栓の原因となり得ることから好ましくない。個体接触軸受けの問題を回
避するために 最近では、“ストリームライナー”ポンプなどのように、磁気軸
受けが用いられてる。これら磁気軸受けは非接触軸受けであり、血液における剪
断応力（shear stress）を減少するように軸受けの隙間を大きく保ち得ることか
ら、血液に対する損傷を最小化することができる。しかしながら、新鮮な血液で
軸受けの隙間を洗い流さなければならないという問題は依然として存在する。こ
の洗い流しは、血栓の形成をなくすために重要である。
【０００３】 磁気軸受けは、ポンプのサイズを最小化するために小さなスペース内にパッケ
ージされなければならいが、これを達成するのは困難である。磁気軸受けポンプ
の多くは、あまりにも大型であるため広く受け入れられるには至っていない。
【０００４】 インプラント可能な血液ポンプに必要なもう１つの事項は、電力消費が小さい
ことである。磁気軸受けを用いるポンプは、電力の消費が大きいことが知られて
おり、軸受けのためだけでも２０ワットもの電力が必要となる（通常は、５ワッ
ト程度）。左心室補助装置（ＬＶＡＤ）に於いて血液に伝達されるパワーは約３
ワットであって、従って磁気軸受けのために１．０ワットを越える追加の電力を
消費することは望ましくない。
【０００５】 磁気軸受けの多くは、ロータを半径方向に直接浮上支持するために半径方向の
磁界を形成するべく永久磁石または電磁石を用いる。しかしながら、磁石により
生成されるような比較的小さなエアギャップ磁界を用いて得られる軸受けの半径
方向“剛性（stiffness）”は、高くない。従って、小さな半径方向の変位を伴
うのみで加えられる不可を支持するためには、大きな軸受けが必要となる。
【０００６】 Ernshawの法則として知られているように、半径方向に受動的な（passive）磁
気軸受けは基本的に軸線方向に不安定である。従って、このような軸受けにより
浮上支持されたロータを安定化するためには能動的な（active）軸線方向制御が
必要となる。特に、ロータに対してかなりの軸線方向力が加わるような軸流式タ
ーボポンプでは、能動コイルにより消費される電力が過大となり得る。“実質ゼ
ロ電力（virtually zero power: ＶＺＰ）”制御ループが、電力消費を低減す
るために利用される場合がある。この制御はＶＺＰ制御として一般に知られ、磁
気浮上支持の技術の創始者の一人であるJ. Lymanにより１９７０年代に最初に使
用されたものである。
【０００７】 インプラント可能なターボ血液ポンプは、通常一定の回転速度で運転される。
なぜなら、患者周りのループを閉じ且つ患者の必要に応じてポンプの流量を生理
学的に変化させるのは困難だからである。基本的な流量を提供することによって
、活動レベルに応じた血流に対する需要の増大は、患者自身の心臓により補われ
る。しかしながら、病んだ心臓は、大きな需要には応えることができず、従って
、患者の活動レベルが制限される。多少とも患者の心臓により心臓の出力に対す
る需要を補うことは、患者の左心室に対して好ましくない負荷を与えることにな
る。生理学的にポンプの出力流を制御するためには、患者の生理学的なパラメー
タを測定するために追加のセンサがしばしば用いられる。このようなものとして
は、ポンプの出口圧力やポンプの差圧を測定するための血圧トランスデューサが
ある。このような追加的なセンサの導入は、血栓の原因となったり、長期的な血
流力学的信頼性の問題を引き起こし得ることから極めて好ましくない。ある公知
のＬＶＡＤは、その出力血圧を直接測定することができないため、生体内に侵入
するように配置された一連の超音波流量計を用いてポンプの流量を測定する。
【０００８】 自然心臓は、脈流を発生する。実験によれば、流れのパターンが常に変化する
ことから、このような一定しない流れは、人体の大きな動脈に於ける血栓の発生
を最小化することが示されている。脈流式のポンプに於いては、ポンプの出口に
於ける患者の動脈ばかりではなくポンプ自体の内部においても流れの淀み部分が
最小化或いは完全に除去される。現在のターボポンプは脈流を発生しない直流（
ＤＣ）即ち一定流ポンプ装置をなしている。患者の心臓が回復し、人体に対して
或る程度の脈流を提供し得るようになった場合でも、ＬＶＡＤ血液ポンプが患者
の心臓の負荷を軽減していることから、脈流の度合いは、自然の心臓のみによる
場合に比較してかなり小さくなる。“回復への架け橋（Bridge To Recovery）”
としての長期的なインプラントのためには、ＬＶＡＤから脈流を提供し得ること
が極めて好ましい。
【０００９】 （発明の要約） 従って、本発明の目的は、軸受けに於ける血栓の形成をなくすため、磁気軸受
けのギャップを新鮮な血液により洗い流すような新規な手段を提供することであ
る。
【００１０】 本発明の別の目的は、ポンプを流れる血流の量が小さい場合でも、軸受けを洗
い流し得るようにすることである。
【００１１】 本発明の更に別の目的は、軸受け用非接触能動的洗い流し手段を提供すること
である。
【００１２】 本発明の更に別の目的は、鬱血領域が形成されるのを防止するために血流によ
り容易に洗い流し得るような磁気軸受け構造を提供することである。
【００１３】 本発明の更なる目的は、大人であっても子供であっても利用し得る様な様々な
型式のターボポンプのとともにパッケージ可能であるような、構造が簡単な、小
型の軸受けシステムを提供することである。
【００１４】 本発明の更なる目的は、本明細書に開示されているような高負荷軸受けととも
に用いられた場合でも電力消費が非常に小さくてすむような制御システムを提供
することである。
【００１５】 本発明の更なる目的は、別途センサを付加することなくポンプの差圧を直接的
に測定し得るようにすることである。
【００１６】 本発明の更なる目的は、軸線方向負荷を支持するために殆ど電力を消費しない
ような能動コイル及び磁石構造を提供することである。
【００１７】 本発明の更なる目的は、ポンプ内を血液が逆流するような好ましくない状態を
回避し得るような脈流形成に於ける安全性を確保することにある。
【００１８】 本発明の更なる目的は、磁気ベアリングにより直接決定されるポンプの差圧を
用いて信頼性高く脈流を提供することにある。
【００１９】 本発明の更なる目的は、最小限のオーバーラップを伴うような複数の平行流ブ
レードを提供することにより、アルキメデスのねじ（Archimedes screw）式の軸
流インペラの長さを短縮することにある。本発明が意図されるような小型サイズ
の血流ポンプでは、ポンプの軸線方向長さを最小化することは、特に女性や子供
のための用途に於いて望ましい。
【００２０】 本発明の更なる目的は、インペラに於ける圧力の回復の間に血液に対して損傷
を与えないようなコンパクトな短い軸線方向長さを有するステータを提供するこ
とにある。
【００２１】 上記目的、及び、以下の説明から明らかになるような他の目的を達成するため
、本発明に基づく血液ポンプは、ポンプ軸線を定め、相対する軸線端に入口開口
及び出口開口を有するポンプハウジングを含む。ロータ軸線及び相対するロータ
軸線端を定めるロータが提供される。ポンプの作動中、ロータ軸線をポンプ軸線
に概ね一致した状態に維持するようにロータの半径方向の安定性を受動的に維持
するとともに、ロータを磁気的に浮上支持するため、ポンプハウジング内におい
て両ロータ軸線端に磁気浮上支持手段が設けられる。前記ロータが外的に加えら
れる負荷を吸収し、前記ロータの前記ポンプハウジング内での接触を回避するこ
とができるように、前記ロータの軸線方向の安定性を維持するための制御手段が
提供される。前記ロータに設けられるインペラ手段は、ロータの回転に伴い、血
液を入口開口から吸い込み、出口開口から吐き出すよう機能する。ロータ及びイ
ンペラ手段を回転させることにより血液をポンプするための駆動手段が設けられ
、ロータ軸線端と磁気浮上支持手段との間に流体ギャップが形成される。更に、
前記ロータの回転中、流体ギャップに血液を継続的に流し、流体ギャップに於け
る血栓の形成を防止するため、血液洗い流し手段が提供される。
【００２２】 好適には、洗い流し手段は血液の淀みが生じ得る流体ギャップに血液を積極的
または能動的に流す。本発明の別の特徴に基づくと、駆動手段はインペラ手段を
選択された回転速度で駆動し、ポンプハウジング内の差圧を検出するとともに前
記駆動手段の選択された回転速度に周期的な変動を与え、ポンプを通って患者の
循環系へと流れる血液の脈動流を生成するための手段が提供される。また、洗い
流しのための一構造は、流れ自体を用いることで受動的に軸受けギャップに加え
られる差圧を生成することに依存する。別の構造では、ロータの前及び後ろにア
ルキメデスのねじが取り付けられ、軸受けギャップを通るように能動的に血液が
ポンプされる。心臓の補助を受けている患者の約３０％で、ＬＶＡＤを１年若し
くは２年使用した後、自然の心臓の十分な回復がみられ、ポンプが不要となる。
装置を取り出すよりむしろ、ポンプを置いたままにして最小の流量及び電力消費
の状態で作動させることもあり得る。能動ねじ式ポンプは、ポンプがスリープ状
態に置かれ最小限に使用されている場合においても、軸受けギャップの洗い流し
を適切に行うことを可能とする。
【００２３】 本発明の重要な特徴は、半径方向には本来的に安定な磁気的に浮上支持された
ロータにインペラ手段を設けるとともに、ロータを軸線方向に安定させるために
有用な直接的なフィードバック信号を提供することである。この特徴によって、
ポンプの設計及び構造が大幅に簡略化され、製造コストが低減されるとともに長
い使用期間に渡って大幅に信頼性が向上される。
【００２４】 小型の高い半径方向剛性を備えた磁気軸受けは、ポンプのロータを半径方向に
受動的に支持するために軸線方向の周縁リング磁界を用いる。この磁界は永久磁
石から周縁リング内に集束または集中され、小さなサイズにおいて、非常に大き
な半径方向負荷容量（load capacity）を提供する。これは、半径方向の磁界を
用いる通常の半径方向受動的磁気浮上支持装置と異なっている。能動的な軸線方
向制御は、“実質ゼロ電力”制御フィードバックループを用いて軸受けの安定化
を図る。消費電力が小さく小型であることにより、この軸受けを、特にインプラ
ントに適した軸流型または他の構造の血液ポンプに適用することができる。軸受
けの流体ギャップにかかる差圧は、強制的、積極的または能動的にギャップを新
鮮な血液で洗い、血栓及び流れ淀みが生じないようにする。磁気軸受けにかかる
ロータの力は、軸受け制御系で測定することができる。これにより、ポンプ両端
の差圧の直接的な決定が可能となる。このパラメータを用いて脈動流を得たり、
患者の活動レベルに合うようにポンプ出力に生理学的制御を加えたりすることが
できる。
【００２５】 本発明では、非常に高い半径方向剛性を有する軸受けが得られる。これは、半
径方向に向いた磁界よりも大きな半径方向負荷容量を有する軸線方向に向いた周
縁リング磁界を用いることにより達成される。これにより、以前には不可能であ
ったような小径の軸受けを用いることが可能となる。高い負荷容量によって消費
電力も小さくなる。
【００２６】 本発明以前には、ターボポンプの差圧を直接的に決定することはできなかった
。ターボポンプの差圧は、一例として、患者の活動レベル及び心拍数からの要望
に応えるように、ポンプ流量に生理学的制御を加えるのに用いることができる。
【００２７】 本発明は、好適実施例に基づき、更なる目的及び利点とともに、以下の詳細な
説明において添付の図面を参照しつつより具体的に説明される。
【００２８】 （発明の詳細な説明） 以下の本発明に基づく軸流及び遠心式のポンプの説明に於いて、磁気軸受けの
構造、及び、流路、磁気回路などの他の共通の要素は同じものである。これら共
通要素に対しては、同一或いは′付きの符号を付した。
【００２９】 図１は、ポンプ軸線ＡＰを規定する軸流ポンプＰを表し、このポンプは、ロー
タ軸線Ａrを有するロータＲ、及び、以下に詳しく説明するようにポンプ軸線Ａ
Ｐ周りに回転し得るように取り付けられた複数の螺旋状に湾曲したインペラブレ
ード４を有する。インペラブレード４は、ロータハウジング１７に取り付けられ
ており、このハウジングは血液との適合性に優れた薄壁のチタンからなる。流体
により濡れる全ての部分はチタンその他の適当な非磁性体材料からなる。ロータ
Ｒの各軸線方向端には、鉄その他の強磁性体材料からなる磁気軸受け極片１２、
１２′が設けられている。軸線方向に向けて磁化された環状の永久磁石１３、１
３′が対応する極片１２、１２′とロータＲの軸線方向端壁３０、３０′との間
に同軸的に配置されている。ロータＲは、極片１２、１２′をロータハウジング
１７内に密封するような円筒形をなす薄肉のチタンからなるシェルにより構成さ
れている。ロータハウジング１７は、ポンプの固定部に対して物理的に何ら接触
することがない。
【００３０】 磁気軸受けＢ、Ｂ′が、ロータＲの各軸線方向端に設けられ、その片側は、磁
石１３、１３′及び極片１２、１２′を含み、他方の側は鉄からなる固定された
ヨーク２８、２８′からなる。磁束５０、５０′の経路が波線の輪郭により示さ
れており、図示した面内に於いて閉ループをなしている。磁束は、流体流れギャ
ップ２０、２０′を軸線方向に通る。ヨークは、出口フェアリング（outlet fai
ring）６及び入口フェアリング（inlet fairing）２９内にシールされている。
各フェアリングは、ロータＲの近傍に於いてヨーク２８、２８′及び能動軸受け
コイル１４、１４′を収容するための環状領域６ａ、２９ａを有し、各環状領域
は、壁６ｂ、２９ｂによりシールされることにより、対応するロータの軸線方向
端壁３０、３０′と共働して、半径方向流体ギャップ２０、２０′を画定する。
壁６ｂ、２９ｂは約０．０１０インチの厚さを有し、非磁性体エアギャップの寸
法Ｇａを最小化するように薄く定められている。図５に最も良く示されているよ
うに、流体ギャップ２０、２０′は、ロータの最大ｒｐｍに応じて、血液の剪断
応力が溶血性レベル以下（subhemolytic）となるように、約４ミルから３０ミル
の範囲の寸法Ｇfを有している。ロータＲの両軸線方向端に於ける流体ギャップ
２０、２０′は概ね等しく選ばれるのが一般的であるが、図１５に示されるよう
に、非磁性体エアギャップは異なるようにしても良い。図１５の場合、上流側の
エアギャップＧaが下流側のエアギャップＧa′よりも大きく、両流体ギャップＧ f 、Ｇf′が、壁Ｗ１〜Ｗ４の厚さを変えることにより概ね等しくなるように維持
されている。また明らかなように、壁の厚さを同じにし且つ流体ギャップ２０を
同じにしつつ、極片１２、１２′を物理的に移動し、これらの極片の１つまたは
複数を対応する壁から離し、所望に応じてエアギャップを等しくしたり、或いは
異なるものとすることにより、ポンプの通常の動作中に於いて、ロータに作用す
る平均的な力を補償することによって、同様の結果を得ることも可能である。
【００３１】 流体の剥離（flow separation）や乱流を生じることがないように、入口フェ
アリング２９は、符号２９ｃにより示される部分に於いて半径方向外向きにテー
パが付けられることにより流線形をなしている。これらは入口ガイドベーン３３
を介してポンプハウジング２４に取り付けられている。これらのベーンは、通常
真っ直ぐであるが、螺旋状に湾曲したものであってもよい。４つの湾曲したベー
ン３３ａ〜３３ｄが図２に示されている。これら入口ベーンの間には周方向に間
隔３１が設けられている。入口フェアリング２９及びその尖った先端部３２の端
面図が図２に示されている。同様に、流線形をなす出口フェアリング６は、符号
６ｃの部分に於いて半径方向内向きにテーパが付けられ、幾つかの等間隔に配置
された整流ベーン５が、出口フェアリング６を、ポンプハウジング１７に対して
中心位置に保持している。ベーン５とロータハウジング１７との間には半径方向
隙間８が設けられている。図３は、周方向に間隔３１′を置いて設けられた４つ
の整流ベーン５ａ〜５ｄ及び、出口フェアリング６の先鋭な端部７を示している
。
【００３２】 再度図１を参照すると、特に２つの磁気軸受けの構造を示す部分に示されてい
るように、ヨーク２８及び極片１２は、その外周部に於いて、軸線方向に対して
は同軸をなし、半径方向については互いに整合する２つの薄い周縁リング１０、
１０′及び１１、１１′が設けられている。このような周縁リングは１つであっ
ても複数であってもよい。半径方向の剛性及び負荷容量は、エアギャップに於け
る磁束密度が一定であるとするとリングの数に応じて増大する。対応する互いに
相対する周縁リング間の軸線方向磁界は、永久磁石１３、１３′の磁界よりもか
なり強い。なぜなら磁石１３、１３′よりも小さな断面積を有する細幅の即ち半
径方向に薄い周縁リングのエアギャップを横切るように磁束が集中するからであ
る。これは、大きな受動的な半径方向負荷容量即ち復元力を発生する。しかしな
がら、軸線方向磁界は、ロータが軸線方向に中心位置決めされていない時、不安
定な軸線方向剛性或いは力を発生する。これは、各端に等しくないエアギャップ
がある場合に発生する。血液をポンプしている間にロータに加わる負荷は軸線方
向力を発生するが、ロータがフェアリング６、２９と接触することがないように
、この力に対して対抗するる必要がある。
【００３３】 過渡的な対抗力は、ヨークの内径を取り囲む能動軸受けコイル１４、１４’に
より得られる。電流がコイルを流れると、磁石の磁界に対して重ね合わさるよう
に直列に磁界が形成され、磁石による磁界を変更する。図１の矢印Ａの方向に見
た時に上流側の軸受けコイル１４に於ける時計回り方向電流は、磁束を増大させ
、反時計方向の電流は磁束を減少させる。このようにして、エアギャップの磁束
を増大させて力を増強することにより、上流側軸受けＢはロータＲを図１に於い
て右方向に引き寄せることができる。下流側の軸受けは、磁界を減少させる向き
に電流を流すことにより、ロータＲをより小さな力をもって左方向に引き寄せる
ようにできる。これにより、正味の結果として右向きの正の力が発生する。両電
流を逆転させることにより、正味として左方向の力を発生することができる。
【００３４】 ロータの軸線方向位置の偏差信号に基づいてコイル電流を制御するような閉ル
ープ制御システムを用いることにより、ロータの軸線方向運動を許容範囲内に抑
えることができる。しかしながら、ロータに対して外力が加わった場合には、こ
のような外力に対抗するために或る程度の電力がコイル内で消費されることにな
る。
【００３５】 本軸受け構造では、位置検出以外の制御方法を用いることで、コイルの代わり
に永久磁石１３により定常的な或いは徐々に変化する外力に対抗またはそれを中
和するのを可能とすることにより、このような問題も回避される。ロータが適切
な距離をもって軸線方向に変位され得る場合、軸受けの軸線方向の不安定力によ
って外力に対抗することができる。コイルは、実質ゼロ電力（ＶＺＰ）フィード
バックループを用いて軸線方向位置を安定化するのみでよい。この制御ループが
行うことは、別個の制御ループに於いて、ロータの軸線方向速度をゼロになるよ
うにまたコイル電流をゼロになるように駆動することである。負荷が加わった状
態に於いて軸線方向位置が安定している場合、周縁の軸線方向力は負荷と釣り合
い、ロータは何れの軸線方向にも変位しない。即ち、ロータの軸線方向速度はゼ
ロとなり、ＤＣ負荷を支持するために何れのコイルに対しても何らＤＣ電流を供
給する必要がない。
【００３６】 ＶＺＰ制御方法を実施するためには、ロータの軸線方向速度信号が必要である
が、これには、少なくとも１つのコイル１４に於いて発生する逆起電力を利用す
ることができる。なぜなら、コイル１４に生成される逆起電力はロータの軸線方
向速度に正比例し、方向に関して長期的に安定であるからである。従って、軸線
方向速度を決定するために追加のセンサを必要としない。
【００３７】 軸線方向に接触している軸受けを最初に浮上支持するためには、接触端部に於
ける軸線方向力は一般に大きいことから、対抗するコイルは、ロータを引き離す
のに十分な力を発生することができない。この問題を解決するためには、初期Ｄ
Ｃ電流が一時的に各コイルに流され、各磁石からの磁束に対抗する磁束が生成さ
れる。これにより、軸線方向不安定力を最小化し、コイルを電流制御し、ロータ
を中心位置決めするのが可能となる。ロータが中心位置決めされれば、磁石に反
発するための電流をゼロに減らすことができる。
【００３８】 ＶＺＰループに代わる位置制御ループを用いて初期に軸受けを浮上支持するこ
とも可能である。このためには、軸線方向位置信号が必要である。これは、低レ
ベルのＡＣ電流を重畳することによりコイルのインダクタンスを測定することに
より得ることができる。インダクタンスは、磁気回路の軸線方向ギャップに反比
例する。従って、コイル１４を位置センサとしても利用することができる。一旦
軸受けが浮上すると、制御をＶＺＰモードに切り替えることができる。ポンプの
全寿命に渡って、この位置制御モードを定期的に選択してもよく、それにより、
軸線方向位置の長期に渡る安定性を維持することができる。これは、ＶＺＰ制御
のバックアップでもありその確認を行う機能をも果たす。
【００３９】 図１に於ける軸流ポンプは、JARVIK 2000に於けるものと同様の一定な直径を
有するインペラブレード４を用いている。この一定直径インペラは、本明細書に
開示された磁気軸受けに用いるのに理想的である。何故なら、ロータが、ＶＺＰ
ループにより指示された通りに、負荷を支持するべく、一定直径のハウジング内
にて任意の距離をもって軸線方向に変位できるからである。十分な軸線方向ギャ
ップ２５、２６及び２０、２０’が用いられる。それに対して、混合流形式のタ
ーボポンプでは、その長さ方向に渡って半径方向のテーパのつけられたインペラ
が用いられる。インペラは、テーパのつけられたハウジングボア内に近接して配
置される。従って、ハウジングと接触することなく軸線方向に変位し得る量がず
っと限られており、そのためＶＺＰモードに於ける軸受けの軸線方向力の容量が
限定される。
【００４０】 血液ポンプの設計に於ける最も重要な目的は、血栓の形成を回避するために流
体が淀む部分をなくすことである。流速がゼロとなるような流れの淀んだ部分（
特に表面）や、逆流により流速が殆どゼロとなるような部分に於いて血栓の形成
が開始され得る。このことは、磁気浮上支持軸受けに於ける、長年に渡る問題で
あった。何故なら、ロータを完全に浮かせると、新鮮な血液により洗い流すのが
困難であるような流体ギャップ、ギャップまたは通路が形成されるからである。
この問題は、本発明によれば、強制的に血流がこれらの領域を通過するようにす
ることで解決される。図１を参照すると、血液は矢印Ａの方向に沿ってポンプに
導入される。血液は、淀み点圧力に近い圧力をもって、即ち高い圧力を受けた状
態で真っ直ぐな或いはテーパの付けられた孔１から導入される。血液は、先鋭な
ピンからなる変向手段またはディフレクター１６に流れ、そこから半径方向に向
けられて、ロータとステータとを分離するギャップである流体ギャップ２０を通
過する。この流れは、また、ギャップのやや下流側に位置する回転インペラ４の
入口に於いて生成されるサクションにより、符号１５により示されるギャップの
外周部に於いて吸い出される。この差圧は、ギャップ２０を洗い流すような、強
制された流れを引き起こす。
【００４１】 ロータの出口端即ち下流端に於けるギャップ２０’は、ギャップ２０’にほぼ
等しい半径方向高さＨを有する小さな周方向リップ即ちスクープ９の補助により
洗い流される。このスクープ９は、インペラブレード４の下流に於ける高速流の
一部を、ギャップ２０’に向けて半径方向に送り出す。スクープ９に於いては、
管路１９の出口圧力に比較して高い淀み点圧力が存在する。この差圧により、軸
受けギャップ２０’の洗い流しが能動的になされる。先鋭な集束点１８を有する
出口コーンは、シャープなエッジ１８があることにより、殆ど淀み点を発生する
ことなく半径方向ギャップを通る流れを軸線方向管路１９に向けて合流させる。
先端部１８に於ける淀みを更に減少させるために、先端部を回転軸線即ちポンプ
軸線の中心に対して若干ずらしてもよい。これにより速度がゼロとなることが回
避される。入口に於ける先端の尖ったディフレクター１６も、ポンプ軸線に対し
て若干中心をずらすことにより同様の効果を達成することができる。
【００４２】 開示された構造に於いては、軸受けの隙間即ち流体ギャップ２０、２０’に於
ける逆流の領域は、これら左右のギャップに一方向的な差圧が存在するため、生
じない。これにより、一方向的な洗い流しのための強制された流れが引き起こさ
れる。このように、淀み領域が存在しないために、血栓が発生する確率が低減さ
れる。回転するロータＲは、効率の低い遠心ポンプのようにも機能し、ギャップ
２０、２０’に於いて半径方向外向きのポンプ作用を発揮する。しかしながら、
この効果は、強制圧力流よりもずっと小さいため、後側のギャップ２０’に於い
て逆流が生じることはない。前側のギャップ２０に於いては、半径方向流れが遠
心作用によって強められる。図１６、１７に示されるように、上流側のギャップ
２０に於いて血液を半径方向外向きに流す上での効率は、軸線方向端壁３０の外
面上に適当な形状が与えられた半径方向フィンＦを設けることにより向上させる
ことができる。これらのフィンＦは、ギャップ２０内にその幅の何分の１かの割
合で突出する。その大きさは数ミルのオーダーである。このようなフィンＦは、
入口ギャップ２０に於いて血液を半径方向外向きに能動的に移送する。特定の良
好な結果を生み出すようなフィンのサイズ、形状、向き及び／或いは位置は、当
業者には良く知られている。
【００４３】 本発明の重要な特徴は、差圧を発生するユニークな洗い流し流構造及び両方向
に能動的な力を生成する能力を備えた磁気軸受け構造にある。ブラシレスモータ
技術を用いた回転モータ構造はこの技術分野に於いて良く知られており、ここで
は詳しい説明を省略する。永久磁石２１が、ロータ内の波線で示された領域２１
に配置されている。このロータ磁石の磁界は、ポンプハウジングを取り囲む複数
のステータコイル２２により発生する回転磁界と相互作用し、コイルをコミュー
テートするに伴い回転トルクを発生する。それ以上の詳しい記述は省略する。し
かしながら、回転モータにより発生する副次的な負荷は、磁気ベアリングに対し
て好ましくない負荷を加えないように最小化されるべきである。
【００４４】 本明細書に開示された軸受け構造は、軸線方向に互いに離間して配置された２
つの別個の磁気軸受けＢ、Ｂ’を備えている。このように軸線方向に分かれてい
ることにより、浮上支持されたロータＲにモーメントまたはコッキングに対する
安定性が与えられる。ロータの重心２３は、図示されているように、理想的には
両軸受けのほぼ中点に位置する。これにより、ロータの重量または衝撃負荷によ
り軸受けに加わる半径方向負荷を均等化することができる。また、モータの半径
方向力も等しく分配される。
【００４５】 以上軸流及び混合流形式のターボポンプの好適実施例について説明したが、次
に、同様な軸受け設計及び洗い流し差圧をどのように遠心ターボポンプに適用す
ることができるか説明する。図５に於いて、典型的な遠心ポンプは、渦巻きハウ
ジング４９に対して接線方向に配置された流体出口開口２７’を備えている。よ
り小さな直径を有する軸受けハウジング４６が、ロータを支持する２つの磁気軸
受けを収容している。ポンプの内部が図５に示されている。ここでは、遠心イン
ペラブレード３９の下部のみが断面により示されている。上部ブレードは、ブレ
ード間において断面をとることによって示されている。互いに間隔を置いて設け
られた磁気軸受けは、前記したものとほぼ同様な基本構造を有しているが、変形
実施例として１つの相違点を有している。即ち、環状磁石１３が、ロータの極で
はなく、ステータのヨーク内に配置されている。このようにして、これら磁石は
回転することがなく、遠心力を受けることがない。回転する鉄製の極片１２及び
ロータＲ’のバランスをより完全にし、構造をより単純化することができる。こ
の例では磁気軸受けコイル１４は磁石を直接外囲するが、前記したのと同様に磁
石の磁束を好適に変更することができる。
【００４６】 図６に於いて、流体の流れの方向は矢印Ａにより示されている。血液は、入口
フェアリング２９に衝当し、軸流ポンプの場合と同様に管路１内に導入される。
血液は、先鋭なピン１６により半径方向に変向され、軸受け流体ギャップ２０内
に流れ込む。エッジ３２に於ける静的な流体圧力は、その流速が小さいことによ
り通路２０の出口に於ける圧力よりも高い。これは、ベルヌイの定義により計算
し得るようにして、入口通路４７の断面積を、環状通路４４の断面積よりも大き
くすることにより達成される。ギャップ２０は、このような圧力差ばかりでなく
、複数の半径方向ブレードを有する遠心インペラ３９によりギャップ２０に於い
て生成されるサクションによっても強制的に洗い流される。フェアリング２９は
、均等に配列された薄いベーン３７によりポンプハウジング４６に結合されてい
る。ポンプ出口に於ける右側即ち下流側磁気軸受けヨーク２８は、出口ベーン３
６によりハウジングに対して中心位置決めされ保持されている。出口ベーン３６
は、インペラベーンの内径部に向けて最適な流体の導入がなされるよう真直であ
っても或いは螺旋型に湾曲していてもよい。流体は、インペラベーン３９により
半径方向外向きに押し出され、周方向に延在する渦巻き室４５に導入される。渦
巻き室４５は、流体出口開口２７’に連通している。
【００４７】 右側すなわち出口側の軸受け軸線方向ギャップ２０は、スクープ９を用いるこ
とにより入口流れの一部を半径方向にギャップ内へと導くことにより洗い流され
る。このスクープ９は、軸流ポンプについて前記したように、高さＨを以てチタ
ン製のロータハウジング１７の上方に延出する。スクープ９にはインペラに起因
するサクションが存在するが、遠心ハウジング４９内のインペラブレード３９の
基部にも等しいサクションが存在する。したがって、このサクションによっては
、スロット２０を通過する流れは生じない。スクープ９には、淀み点圧力に近い
高い流体圧力が存在する。インペラ３９の中実の中心部にて、ギャップ４３及び
４３’につながるギャップの後縁部に於いては、ギャップでの粘性抵抗により引
き起こされる遠心力によってギャップ４３、４３’の洗い流しがなされる。これ
は、管路１９に於いて追加的な負圧を生成する。スクープ９における淀み点圧力
に対するこのような差圧によって、ギャップ２０に於ける流れが引き起こされる
。流れ変向部１８は、淀み点を生じることなく半径方向流れから軸線方向流れへ
の円滑な変移を達成する。先端部１８は、先端部に於ける淀みをなくすため中心
に対して若干ずらして配置することができる。このようにして管路１９に於いて
中心からずらして配置された先端部により形成される非対称な流れは管路１９に
隣接するハウジング４９を洗い流す渦流を形成する。そのような渦流がない場合
にはハウジング４９内において流れの淀みが生じ得る。インペラ軸３８内の複数
の通路４１によって、ギャップ２０と管路１９との間の連通が可能となっている
。インペラ軸３８は、固定された軸受けに対して半径方向の隙間４２を有してお
り、この隙間は血液に溶血性レベル以下の剪断応力が生じるのを回避するよう十
分な大きさを有する。ギャップ２０、４３、４３’は同様なサイズを有する。軸
３８は好ましくはチタンからなり、極片１２を密封すると同時にそれら極片を支
持する。血液に接触する全ての表面は、軸流ポンプの設計に於いても、この設計
に於いてもチタンからなるのが好ましい。チタンは、生体適合性を増大したり、
軸受けの故障や過大な衝撃的負荷により軸受け面に接触したときに焼きつくこと
のないように、バイオライトカーボン（biolite carbon）あるいは対摩耗性の窒
化チタンコーティングまたはその他のコーティングを有していてもよい。
【００４８】 本明細書に開示された磁気浮上式軸受けに於いて、浮上支持されるロータは、
制御システムの故障が起きた場合にハウジングにタッチダウンまたは接触するこ
とができる。これは、故障部品を交換するまでの間継続して機能することを可能
とする設計上のフェールセーフを提供する。軸受けを始動する際には、接触を回
避するために軸線方向制御システムが最初に起動される。そうしてロータが所望
のｒｐｍにされる。
【００４９】 上記したように、磁気軸受けＢ、Ｂ’は本来的に軸線方向に不安定である。そ
のために、ＶＺＰコイル制御システムが必要とされる。この不安定力は、ロータ
に働く軸線方向力を決定するために好適に利用される。ロータに働く差圧は、こ
の力をロータの有効断面積で除することにより直接的に計算される。これが図８
のブロック図に示されている。軸線方向軸受け位置が、コイルインダクタンスを
測定するなどして、符号６０により示される部分でモニタされ、関連する力が決
定される。得られた力を符号６４に於いてロータの面積で除することにより、目
的の差圧ＤＰが計算される。非線形データについて有用であるようなルックアッ
プ力テーブルは、実用上は必要とされない。なぜなら、大きな周縁リング血液ギ
ャップが用いられる場合には、軸受け力は十分に線形であるからである。図１８
を参照されたい。過渡的な力を得るためには、正味の外力を得るべく、ロータの
慣性質量の力への貢献分が差し引かれる。
【００５０】 上記したように、図１に於けるコイル１４のインダクタンスは、ロータの軸線
方向位置をモニタするために利用することができる。ロータ位置を決定するため
のコイルの電子回路は、図７に示される別個の小さな補助位置コイル５４を用い
ることにより単純化することができる。理想的には、コイル５４は、図７に示さ
れるように主軸受けコイル１４の下側に巻かれる。位置コイルは１つあれば足り
るので、図７は入口軸受けＢ内に配置された一つの位置コイル５４を示している
が、もう一つの冗長な位置コイル５４’を出口軸受けＢ’に配置してもよい。こ
れに比べると、別個の非接触型超音波式或いは磁気的軸線方向位置センサをポン
プに一体化するのは望ましくない。ポンプの差圧が判明すれば、この情報を用い
て、患者の活動レベルに応じ、ポンプの生理学的な制御の基礎を提供したり正確
な脈流を提供したりすることができる。
【００５１】 人にインプラントされた状態に於いて、所定の周波数を以てポンプのｒｐｍを
周期的に変化させることにより、この周波数を以てポンプの差圧を変動させるこ
とができる。心臓から血液を抜き出すときのポンプの入口のゲージ圧は比較的一
定であって低いことから（数ミリhg）、差圧は、より高いポンプの突出圧のよい
尺度を与える。変動するポンプのｒｐｍは、ポンプの流量を瞬間的に変化させ、
この変化は例えば血液を大動脈に送り込むような場合に於いて人体に対する出口
圧力を変化させる。ポンプの差圧は軸受けによりモニタされる。ポンプの差圧の
大きさに於ける誤差は、フィードバックループにより修正され、それによって所
望の圧力変動が得られるまでポンプのｒｐｍがファインチューニングされる。こ
れが図９の制御システムに模式的に示されている。図９に於いて、所望の周期的
な差圧変動が入力され、また符号６６により示される部分に於いて周波数が設定
される。周波数分別器６８が、異なる周波数の自然な心臓の拍動により引き起こ
される圧力変動からポンプによる差圧の変動を分離する。ポンプの両端に発生す
る差圧の大きさは、比較器７０に於いて設定点差圧と比較される。比較器の出力
に於ける偏差信号は、選択されたゲインＫを有する比例増幅器７０に入力され、
それによって駆動モータのｒｐｍ７４を制御し、それは関連する圧力の変化のた
め、符号７６に於けるロータの軸線方向位置に於ける変動を反映することになる
。
【００５２】 典型的或いは通常の設定点圧力変動は１２０／８０である。これは、ポンプサ
イクルの間、血圧が１２０ｍｍｈｇ（収縮期）の最大値及び８０ｍｍｈｇ（膨張
期）の最小値に到達することを意味する。正確な収縮期及び膨張期圧力を達成し
得ることにより、ポンプに於ける逆流が回避され、生体内侵入性の流量計その他
のセンサが不要となる。“Ｋ”により示された比例ゲインは、安定かつ正確な大
動脈圧を達成するための制御に於ける好適な感度を与えるものである。
【００５３】 このようにして、ポンプの生理学的な流量制御が差圧に基づき可能となる。例
えば、患者の運動レベルが上昇した場合、運動による末梢部に於ける抵抗が減少
することから、彼もしくは彼女の平均血圧が下降する（心臓の出力が増大しない
場合）。したがって、ポンプの平均ｒｐｍが、通常１００ｍｍｈｇである望まし
い平均血圧が維持されるまで単にフィードバックループ内で増大される。これに
よりＬＶＡＤ流量が自動的に増大し、一定の平均大動脈圧が維持される。
【００５４】 患者の心臓の拍数を、平均大動脈圧及び所望の収縮期／膨張期比を設定するた
めのパラメータとして用いることもできる。患者自身の心臓の拍数は、ペースメ
ーカ装置に於いてなされるように電気的にモニタすることができる。しかしなが
ら、心臓をモニタするための電極を導入する必要を生じさせる点で好ましくない
。本発明によれば、患者の心拍数は、磁気軸受けにかかる力の周波数成分を分析
することにより直接モニタすることができる。脈流を形成するポンプｒｐｍの周
期的な変化が自然の心臓の拍数とはやや異なる周波数でなされるとすると、心臓
の血圧の周波数は、トータルの差圧信号から抽出することができる。そのように
すれば、平均ポンプ出力圧を、既知の生理学的関数である患者の心臓の拍数に対
して比例させることができる。図９に示したのと同様のフィードバックループを
用いることができる。
【００５５】 このように、自然の心臓の出力圧をモニタし、長時間にわたって自然の心臓が
どのようなポンプ作用を行い回復しつつあるかをモニタすることが可能となる。
所望に応じてＬＶＡＤによる血液のポンプ作用の貢献度を徐々に減少させること
により、最終的には患者をＬＶＡＤが不要となる状態に回復させることができる
。得られる心臓、ポンプそれぞれの圧力のデータは機能状態をモニタするのに利
用することができる。これは、長期間にわたってインプラントされる装置にとっ
て大きな利点である。
【００５６】 例えば患者がＬＶＡＤを必要としなくなる程度にまで回復し得るような場合の
ように、ＬＶＡＤによる流量を大幅に減少させることが望まれるような場合でも
、依然として図１及び図７に示されるような軸受けギャップ２０の洗い流しは維
持する必要がある。図７を参照すると、螺旋状の深溝ねじポンプがロータＲの各
端面に取り付けられている。入口ねじ５２及び出口ねじ５１はそれぞれインペラ
に向けて或いはインペラから離れる向きに流体をポンプする。ねじの外周は隙間
を有しており、通常の動作中にハウジングに接触することがないようになってい
る。磁気軸受けにより支持し得ないような半径方向の過渡的な衝撃負荷が加えら
れた場合には、これらのねじが、機械的なバックアップ軸受けとして機能するよ
うにハウジングに接触するべく設計されている。ねじの外周の比較的幅広の軸線
方向ランドは、そのような目的のための低接触圧軸受け面を提供する。ねじ５１
、５２により軸受けギャップ２０、２０’を介して能動的にポンプされる流れは
十分であり、洗い流しのための差圧を発生するためにポンプの流量に依存する必
要がない。これは、図６に示された遠心ポンプの設計についても適用可能である
。
【００５７】 出口軸受けギャップ２０’に於ける図１のスクープ９は、図７に於いては省略
されている。なぜなら、ねじポンプ５１は、スクープなしでも十分な流れを発生
し得るからである。所望に応じてスクープを省略し得ることは、この位置に於け
る血栓の形成を防止する上での設計上のフレキシビリティを提供する。ねじ５１
、５２の先鋭な先端は、そこに血液の淀み領域が発生するのを回避するためにポ
ンプ軸線Ａｐから半径方向にオフセットすることができる。
【００５８】 図１０は、複数の短いブレードを用いる血液ポンプのための改良された軸流ア
ルキメデスのねじ式インペラ８０を示している。低圧の穀物栽培の灌漑用に古代
ギリシャのアルキメデスにより発明された基本的或いは従来形式のアルキメデス
のねじ式ポンプは、いくつもの巻数を有する単一のねじからなっている。インプ
ラント可能な血液ポンプのようにかなりの圧力を発生しなければならないような
場合に於いてこれらのポンプに於けるバックリーク（back leakage）を最小限に
するためには少なくとも１つの完全に３６０度回ったねじが必要となる。特に浅
い螺旋角を以てねじを一回転分形成するためには、ねじの軸線方向長さがかなり
大きくなる。長いインペラは、本発明に於いて教示されているような小型の軸流
ポンプに納めることができない。したがってインペラの長さＬを小さくしなけれ
ばならない。
【００５９】 発明者によるプロトタイプのテストにより、周方向に配置された複数の短いブ
レードを用いることにより全長がかなり短くできる同等の水力学的効率を有する
アルキメデスのねじを製造し得ることが見出された。より多数のブレードを用い
ると、長さをそれだけ短くすることができる。これらのブレードは、単一の長い
ねじと同様な螺旋角を有し、同等の性能を発揮する。互いに部分的にオーバーラ
ップする複数のブレードが用いられていることから、インペラに於けるバックリ
ークは、より長い単一の３６０度にわたる一巻きのねじによるものと同等である
。これは実験的に確認されている。
【００６０】 ブレードの横方向の幅が有限であることから、必要以上に多数のブレードを用
いると、ブレード間の開かれた流れ領域が減少する。これは流量を減少させ、与
えられた流量に於ける血液の剪断応力を好ましくないレベルに増大させる。これ
は、溶血の原因となる。このような理由から、望ましい結果を得るために必要な
最小の数のブレードを用いて、その軸線方向長さを抑制するのが理想的である。
２つのブレードを用いたインペラは軸線方向長さを半減し、３枚のブレードを有
するインペラは軸線方向長さが３分の１となり、４枚のブレードを用いればその
長さが４分の１となるが、ブレードの数が４枚を越えるようになると得られる利
益が小さくなる。
【００６１】 図１０に於けるブレードのオーバーラップＤは、ゼロから理想的には周方向に
ついて数度の範囲であってよい。これにより、１枚のブレードの前縁と隣接する
ブレードの後縁との間に存在し得るようなまっすぐな流体のリーク経路をなくす
ことができる。このようなバックリーク経路があると、インペラの効率を著しく
低下させることとなる。即ち、隙間Ｄが負の場合、高圧時に過大なリークが発生
し、ポンプの効率が低下する。好適なプロトタイプに於いては、０．８０インチ
の外径を有する３枚ブレードのインペラが用いられ、各ブレードは、０．９０イ
ンチの長さを有し、１０度のオーバーラップＤを有する。図１１は、これらのブ
レードをＡ４、Ｂ４及びＣ４として端面図により示す。図示された３枚のブレー
ドは、それぞれ１２０度＋１０度のオーバーラップ＝１３０度の範囲に亘って延
在している。
【００６２】 アルキメデスのねじ式ポンプは、周囲を囲むハウジング内にて前進するねじの
押す働きにより流体をポンプするが、何ら揚力を発生しない。航空機や船舶のプ
ロペラはこのように機能するものではなく、ブレードにより発生する揚力に依存
しており、それらを取り囲むハウジングを用いない。これらのプロペラの設計に
於いては、ブレードをオーバーラップすることは教示されていない。これは、プ
ロペラの羽根が１８０度離して位置され、ブレード間に大きな隙間が設けられて
いるような２枚羽根のプロペラに於いて特に顕著である。揚力を発生するプロペ
ラは、これらの用途には設計として問題がないが、それは、血液ポンプとは異な
り、船舶や航空機の推進のためには高い圧力は発生されないからである。
【００６３】 図１２及び図１３は、インペラからの概ね接線方向の流れをポンプ出口に於い
て放出されるべき軸流に変換（redirect）するために設計された新規な出口ステ
ータ或いはディフューザを示している。ベーンは、殆ど９０度湾曲している。流
体は、殆ど接線方向に導入される。ディフューザに至る入口に於けるベーン間の
流路断面積は、インペラの出口に於けるのとほぼ同様に保たれている。これは、
ディフューザの入口に於いて血液細胞に与えられる損傷を最小化するような血液
の流速に適合する。インペラから流れ出す血液の回転運動エネルギーは、流れが
、流路面積が徐々に増大するベーン間通路を進むに従って、静的圧力に変換され
る。流体が全て軸流となるディフューザの出口に於いては、流速が最小値を取る
。
【００６４】 ベーンの背面に於いて流体の剥離を生ずることなく接線方向流れを軸流に変換
することが重要である。さもないと、乱流による血液の損傷及び血塞詮が発生し
得る。これは、主たる湾曲ベーン５６間により短い補助ベーン５５を介在させる
ことにより達成される。これらの補助ベーン５５は、ベーン入口にはなく、距離
Ｙだけ後方にセットバックされている。ディフューザの入口即ち前方にベーン５
５がないことから、流速のマッチングのための所望の流路断面積を確保するため
に必要な追加の周方向スペースが提供される。このような小径の小型ポンプに於
いては有限の厚さＴを有する主ベーンがかなりのスペースを占めるため、このこ
とは重要である。２次的なベーン５５を追加することにより間隔が狭められたベ
ーン間のスペースは、流体の剥離が発生し易い主ベーンの湾曲が激しくなり始め
る部分に設けられることが意図されている。より狭められたギャップＷは、ベー
ンの下流側の凸面壁に対して流れを押し付ける働きをし、流体の剥離を最小化す
る。
【００６５】 血栓の発生を最小化するために血液に接触する表面積を最小化するように、ベ
ーンの数を少なくすることも望まれる。ベーンの厚さＴを適切に選択することに
より与えられた数のベーンについて所望の平均通路幅Ｗを達成することができる
。好適実施例に於いては８つの比較的薄いベーンが用いられている。
【００６６】 図１２及び図１３に示されるように、ベーンにおいて極力大きな曲率半径“ｒ
”を用いることによっても流体の剥離を軽減することができる。しかしながら、
大きな曲率半径を用いることは、ディフューザの軸線方向長さを増大させること
につながる。小型ポンプに於いては軸線方向に長いことは好ましくない。血液の
剪断応力を十分低くすることができるのであれば、小さな通路幅Ｗを用い、流体
の剥離を引き起こすことなく、小さな曲率半径“ｒ”を有する短い軸線方向ベー
ンを採用することができる。好適実施例に於いては、Ｗが０．１０〜０．４０イ
ンチの範囲で曲率“ｒ”が実用的な範囲の０．３０〜１．２５インチの範囲であ
れば、流体の剥離が最小化される。
【００６７】 図７に於いて、インペラ４は、図１に示されたものよりも大きな軸線方向長さ
を有するものとして示されている。この構造の利点は、破線により示された箱２
１内に位置するモータのアーマチュア磁石を、インペラブレードの完全に下側に
配置することができる点である。インペラ及び磁石が一体となって回転すること
から、ロータの回転によりブレードに渦電流が発生することがない。極めて短い
インペラが用いられている図１の場合にはそのようにはならない。この構造に於
いては、固定された出口ステータブレードが、回転する磁石の上方の磁界中に配
置されることから、渦電流がこれらのブレード中に発生しエネルギーが消費され
る。これはモータの電力消費増大につながる。
【００６８】 図１４は、周縁リング磁石軸受けの別の実施例を示している。この実施例は、
更なる利点を有するものである。軸受けＢを切断する軸線方向断面図が図１４に
示されている。半径方向に磁化された磁石１３″が用いられ、円形の周縁リング
１１、１１′間に配置されている。この磁石リングは、複数の半径方向に磁化さ
れたパイ状部分からなるものであってよく、或いは単一の磁石として半径方向に
磁化されたものであっても良い。軸受けの軸線方向不安定力は、周縁リングのエ
アギャップの磁束のみによる。磁石は、その磁界が鉄の中に収められることから
何ら不安定力を発生しない。従ってこの構造の１つの利点は、図１に示された軸
線方向に磁化された磁石を用いるものに比較して、軸線方向不安定力を減少し得
る点にある。また、軸受けの内径は、殆ど空のスペースからなり、子供に用い得
るような小型のポンプとして構成することが可能となる。
【００６９】 以上本発明を特定の実施例について説明したが、本明細書で説明され、付属の
特許請求の範囲に於いて定義された本発明の範囲及び概念から逸脱することなく
様々な変形変更が可能であることを了解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ロータを浮遊させるのに２つの磁気ベアリングを用いた軸流ターボポンプのハ
ウジングの中心に沿った長手方向断面図であり、ポンプ内部は内部の流体通路を
示すべく部分的に破断されて示され、またモータのステータコイル及びロータ磁
石は点線で示されている。
【図２】 図１に示されたポンプをＡ方向に見た、入口端における正面立面図である。
【図３】 図１に示されたポンプをＢ方向に見た、出口端における背面立面図である。
【図４】 図１の軸流ポンプと同一の磁気ベアリングを用いた本発明による遠心型ターボ
ポンプの入口端に於ける正面立面図であり、図６のＡ方向より見たものである。
【図５】 インペラハウジング及び流体出口を示す図４に示されたポンプの側面立面図で
、さらに点線で回転モータの固定されたステータコイルを示している。
【図６】 図５に示されたポンプのハウジングの中心に沿った長手方向断面図であり、ポ
ンプ内部はポンプ内部の流体通路を示すべく部分的に破断して示されている。イ
ンペラ及びその軸は２つの磁気ベアリングで接触することなく保持されている。
【図７】 図１と同様の図であるが、磁気浮上支持部とロータの軸方向端面との間に形成
された流体ギャップに血液を能動的に流すべくロータに取り付けられた２つの非
接触型アルキメデスねじ（見やすいように断面にはしていない）を示している。
【図８】 力センサとして磁気ベアリングを用い、ロータにかかる過渡的若しくは定常的
な差圧を計算するための回路のブロック図である。
【図９】 周期的にポンプ差圧を制御するべく、周期的にポンプのｒｐｍを変化させるの
に用いられる電子的フィードバックシステムのブロック図である。
【図１０】 中央ハブより出ている軸流型３枚ブレードインペラの側面立面図であるが、２
つのブレードしか図示していない。
【図１１】 図１０のＣ方向より見た図１０のインペラの端面図であり、本図ではその外径
が円形をなす３つのブレードが全て示されている。
【図１２】 図１に示されたのと同様の軸流構造において出口ディフューザを形成するベー
ン構造の出口端の端部立面図である。
【図１３】 図１２に示されたベーンの側面立面図であり、円筒状ハウジングは断面図とし
て示されている。
【図１４】 代替実施例として軸線方向ではなく半径方向に磁化された磁石を用いた非常に
小型の周縁リング磁気ベアリング構造の部分断面図である。
【図１５】 ロータと磁気ベアリングの境界部分を一部破断して示した拡大断面図であり、
ロータと磁気ベアリングとの間に形成される流体ギャップを示すとともに、ロー
タに働く平均流体力を補償するべく上流または入口端に於ける流体ギャップ及び
エアギャップが下流または出口端に対してどのように変化されるかを示している
。
【図１６】 図１で示されたロータの軸線方向端面の立面図であり、流体ギャップ中の血液
に積極的または能動的に遠心力を与えて血液を流体ギャップ中で循環させ、淀み
を防止するべく、ロータ表面上に形成された複数の半径方向ベーンを示している
。
【図１７】 図１６に示されたロータの部分の側面立面図であり、半径方向ベーンを示して
いる。
【図１８】 磁気ベアリング間において概ね等距離となる位置からのロータの軸線方向変位
と軸線方向不安定力との間の概ね線形な関係を示している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ， ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ， ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ

Claims (44)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内部を通る血液を推進するための血液ポンプであって、 ポンプ軸線を定め、相対する軸線端に入口開口及び出口開口を有するポンプハ
    ウジングと、 ロータ軸線及び相対するロータ軸線端を定めるロータと、 前記ポンプハウジング内において前記両ロータ軸線端に設けられ、前記ポンプ
    の作動中において前記ロータ軸線を前記ポンプ軸線に概ね一致した状態に維持す
    るように前記ロータの半径方向の安定性を概ね維持するとともに、前記ロータが
    前記ハウジングに物理的に接触しないように磁気的に浮上支持し、前記両ロータ
    軸線端との間に流体ギャップを画定する磁気浮上支持手段と、 前記ロータが外的に加えられる負荷を吸収し、前記流体ギャップ及び前記ロー
    タと前記ポンプハウジングとの間の軸線方向の分離を維持し得るように前記ロー
    タの軸線方向の安定性を維持するための制御手段と、 前記ロータの回転に伴い、血液を前記入口開口から吸い込み、前記出口開口か
    ら吐き出すよう機能するべく前記ロータに設けられたインペラ手段と、 前記ロータ及び前記インペラ手段を回転させることにより血液をポンプするた
    めの駆動手段と、 前記ロータの回転中、前記流体ギャップに血液を継続的に流し、前記流体ギャ
    ップに於ける血栓の形成を防止するための血液洗い流し手段とを有することを特
    徴とする血液ポンプ。
  2. 【請求項２】 前記ロータが、前記ロータ軸線に対して同軸をなす円筒壁
    により構成される円筒形ロータハウジングと、各ロータ軸線端に設けられた非磁
    性体の円形横方向壁とを有することを特徴とする請求項１に記載の血液ポンプ。
  3. 【請求項３】 前記円筒壁及び前記横方向壁が、前記ロータハウジング内
    を密封するべく、シール可能に互いに結合されていることを特徴とする請求項２
    に記載の血液ポンプ。
  4. 【請求項４】 前記磁気浮上支持手段が、前記ロータの各軸線端にて前記
    流体ギャップを横切って軸線方向を向く磁界を形成するための磁界形成手段を有
    することを特徴とする請求項１に記載の血液ポンプ。
  5. 【請求項５】 前記磁気浮上支持手段が、前記ポンプハウジング内の中心
    部にて前記ポンプ軸線に沿って、前記流体ギャップを形成するように前記ロータ
    から所定の軸線方向距離だけ離間して前記ロータの各軸線端に設けられた支持部
    材を有し、前記流体ギャップが、前記ロータの各軸線端において、前記ポンプ軸
    線と前記ロータの半径方向最外端との間で延在していることを特徴とする請求項
    ４に記載の血液ポンプ。
  6. 【請求項６】 前記両支持部材が、それぞれ、前記入口及び出口開口に於
    ける乱流及び流体の剥離を低減するべく流線型の輪郭を画定するよう構成された
    入口及び出口フェアリングを有することを特徴とする請求項５に記載の血液ポン
    プ。
  7. 【請求項７】 前記各支持部材が、前記軸線方向磁界の少なくとも一つの
    成分を生成するための能動軸受けコイルを内蔵するとともに、前記ロータの各軸
    線端内に設けられ前記ギャップを横切る前記軸線方向磁界の第２の成分を生成す
    るための永久磁石を備えていることを特徴とする請求項５に記載の血液ポンプ。
  8. 【請求項８】 前記各能動軸受けコイルに関連して、前記軸線方向磁界が
    流れる磁化可能なヨークが設けられ、前記軸線方向磁界が前記流体ギャップを横
    切って前記ロータの各軸線端の外周に整合するように、前記各ヨークが配置され
    ていることを特徴とする請求項７に記載の血液ポンプ。
  9. 【請求項９】 前記軸線方向磁界の第２の成分を、前記ロータの各軸線端
    の外周の近傍に向けるべく、対応する永久磁石と協働する極片が、前記ロータの
    各軸線端に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の血液ポンプ。
  10. 【請求項１０】 前記極片及びヨークが、関連する流体ギャップをはさん
    で軸方向に離間された磁化可能な部分を含み、これらの磁化可能な部分は、ラジ
    アル面における断面積が前記永久磁石の断面積より小さい、半径方向に離間され
    た、概ね同心円状の複数の周縁リングとして形成されており、それによって前記
    関連する半径方向に対向配置された周縁リング間の前記流体ギャップを横切る磁
    束密度が増加されていることを特徴とする請求項９に記載の血液ポンプ。
  11. 【請求項１１】 前記流体ギャップが、前記ロータの両軸線端において血
    液及び洗い流し流量が概ね同じになるように前記ロータの両軸線端において前記
    流体ギャップが概ね同じ寸法となっていることを特徴とする請求項１に記載の血
    液ポンプ。
  12. 【請求項１２】 前記ロータの各軸線端に設けられた前記永久磁石が、前
    記ポンプハウジング軸線及びロータ軸線と概ね一致して延在する磁気軸線を定め
    ることを特徴とする請求項７に記載の血液ポンプ。
  13. 【請求項１３】 前記ロータの各軸線端に設けられた各永久磁石が、半径
    方向に磁化されていることを特徴とする請求項７に記載の血液ポンプ。
  14. 【請求項１４】 前記各支持部材が、前記軸線方向磁界の一つの成分を生
    成するための能動軸受けコイルを内蔵するとともに、前記軸線方向磁界の第２の
    成分を生成するための永久磁石を備えており、前記軸方向磁界に対し前記ロータ
    内への戻り経路を提供するべく前記ロータの各軸線端に磁化可能なヨークが配置
    されていることを特徴とする請求項５に記載の血液ポンプ。
  15. 【請求項１５】 前記入口開口における前記流体ギャップを洗い流すため
    の前記洗い流し手段が、前記ポンプ軸線に概ね沿って設けられ、一方の軸線端に
    おいて前記入口開口の方向に開口し、他方の軸線端において関連する流体ギャッ
    プと連通する入口軸線方向孔を有し、それによって前記入口開口に流入する血液
    のうち少なくとも幾分かが前記入口軸線方向孔及び関連する流体ギャップを通っ
    て流れるよう導かれるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の血液
    ポンプ。
  16. 【請求項１６】 前記出口開口における前記流体ギャップを洗い流すため
    の前記洗い流し手段が、一方の軸線端が前記出口端において流体ギャップと連通
    し他方の軸線端において前記出口開口の方向に開口する出口軸線方向孔と、前記
    インペラ手段によって前記ポンプハウジングを通って流れるようにされた血液の
    少なくとも幾分かを前記関連する流体ギャップへ向けて変向し、それによって血
    液が前記出口開口における前記流体ギャップを通って流れ、前記他方の軸線端を
    通って前記出口開口へと放出されるようにするための変向手段とを有することを
    特徴とする請求項１に記載の血液ポンプ。
  17. 【請求項１７】 前記血液洗い流し手段が、前記流体ギャップ内へと突出
    する前記ロータに設けられた少なくとも一つの突出部を有し、前記突出部によっ
    て前記ロータの回転に伴う血液の遠心流れが強められるようになっていることを
    特徴とする請求項１に記載の血液ポンプ。
  18. 【請求項１８】 前記少なくとも一つの突出部が、少なくとも一つの概ね
    半径方向のフィンの形態であることを特徴とする請求項１７に記載の血液ポンプ
    。
  19. 【請求項１９】 少なくとも前記入口開口において前記流体ギャップ内へ
    と突出する複数の半径方向フィンが前記ロータに設けられており、これら半径方
    向フィンは前記ロータ軸線周りに互いに角度方向に離間されていることを特徴と
    する請求項１８に記載の血液ポンプ。
  20. 【請求項２０】 前記ロータが、前記ロータ軸線に一致して延在する軸線
    を定める円筒壁と前記ポンプハウジングと協働して前記入口開口から前記出口開
    口へと流れる血液に対して環状の流路を形成する外側円筒面とを有する概ね円筒
    形のロータハウジングを有し、 前記インペラ手段が、前記外側円筒面の少なくとも軸方向長さに渡って設けら
    れた軸方向に向けられた複数の螺旋状ブレードを有し、これらブレードは前記ロ
    ータ軸線を中心として角度方向に概ね等しく互いに隔置され且つ前記ロータ軸線
    に沿って見たとき少なくとも部分的に周方向に重なるようなピッチ及び長さを有
    しており、それによりバックリークが低減されていることを特徴とする請求項１
    に記載の血液ポンプ。
  21. 【請求項２１】 ３つの螺旋状ブレードが設けられ、各螺旋状ブレードは
    前記ロータ軸線を中心としてトータル１３０°に渡って延在し、隣接する螺旋状
    ブレードと１０°重なっていることを特徴とする請求項２０に記載の血液ポンプ
    。
  22. 【請求項２２】 前記制御手段が、前記ロータの軸線方向位置の変動を検
    出するべく配置された前記磁気浮上支持手段の一部を形成する能動軸受けコイル
    と、前記変動に基づき前記ロータに働く差圧を確立するための手段とを含むこと
    を特徴とする請求項１に記載の血液ポンプ。
  23. 【請求項２３】 前記制御手段が、検出された前記ロータの軸方向速度及
    びコイル電流に基づいて前記ロータを軸方向に安定化するための“実質ゼロ電力
    ”（ＶＺＰ）制御フィードバックループを含むことを特徴とする請求項２２に記
    載の血液ポンプ。
  24. 【請求項２４】 前記ポンプハウジング及びインペラ手段が、前記入口開
    口と出口開口との間で軸方向に血液をポンプするべく配置されていることを特徴
    とする請求項１に記載の血液ポンプ。
  25. 【請求項２５】 前記ポンプハウジング及びインペラ手段が、血液を半径
    方向に遠心式に放出するべく配置されていることを特徴とする請求項１に記載の
    血液ポンプ。
  26. 【請求項２６】 前記制御手段が、前記ポンプ内に血液の脈動流を生じさ
    せるべく、前記ロータに所望の周期の差圧変動を与える手段を含んでいることを
    特徴とする請求項１に記載の血液ポンプ。
  27. 【請求項２７】 前記制御手段が、脈動流の周波数を設定する手段と、選
    択された設定周波数及び差圧を前記ロータの軸方向位置の関数として検出される
    変動値と比較するフィードバックループとを含むことを特徴とする請求項２６に
    記載の血液ポンプ。
  28. 【請求項２８】 前記ポンプハウジング及びインペラ手段が、血液の軸方
    向流れを生成するべく配置されており、更に、前記インペラ手段の回転により生
    じる血液の接線方向流れを前記出口端において軸方向流れに変換して、前記出口
    端において乱流及び流体の剥離が生じないようにする流れ変換手段を有すること
    を特徴とする請求項１に記載の血液ポンプ。
  29. 【請求項２９】 前記流れ変換手段が、前記出口端に配置された複数の湾
    曲したベーンを含んでおり、隣接するベーンが異なる軸方向長さを有し、それに
    よって、前記流れ変換手段への入口における流速マッチングのために望ましい流
    路断面積を得るのに必要とされる追加的な周方向スペースが提供されていること
    を特徴とする請求項２８に記載の血液ポンプ。
  30. 【請求項３０】 前記駆動手段が、前記ロータ内において概ね軸方向中心
    に配置され前記ロータの重心を定める永久磁石と、前記重心と概ね軸方向に整合
    されて前記ポンプハウジング上に設けられたステータコイルとを含み、それによ
    って、前記磁気的に浮上支持された両軸線端において等しい半径方向負荷が与え
    られることを特徴とする請求項１に記載の血液ポンプ。
  31. 【請求項３１】 前記血液洗い流し手段が、前記ロータの回転中、流体ギ
    ャップを通過するように血液を能動的に動かす手段を含んでいることを特徴とす
    る請求項１に記載の血液ポンプ。
  32. 【請求項３２】 前記血液洗い流し手段が、前記ポンプ入口開口において
    血液を変向し、変向した血液が前記入口開口における流体ギャップを通って流れ
    るように強制するための少なくとも一つのアルキメデスのねじを含むことを特徴
    とする請求項３１に記載の血液ポンプ。
  33. 【請求項３３】 前記血液洗い流し手段が、前記ポンプ出口開口において
    前記流体ギャップから血液を能動的に取り出し、取り出した血液をポンプ出口開
    口へと導くための少なくとも一つのアルキメデスのねじを含むことを特徴とする
    請求項３１に記載の血液ポンプ。
  34. 【請求項３４】 前記入口軸線方向孔内における血液の淀みを防止する手
    段を更に備えていることを特徴とする請求項１５に記載の血液ポンプ。
  35. 【請求項３５】 前記淀み防止手段が、前記ロータから少なくとも部分的
    に前記入口軸線方向孔内へと突出する要素を有し、前記ロータの回転に伴いその
    中の血液を動かすようになっていることを特徴とする請求項３４に記載の血液ポ
    ンプ。
  36. 【請求項３６】 前記要素が前記ロータ軸線に対して偏心して設けられて
    いることを特徴とする請求項３５に記載の血液ポンプ。
  37. 【請求項３７】 前記出口軸線方向孔内における血液の淀みを防止する手
    段を更に備えていることを特徴とする請求項１６に記載の血液ポンプ。
  38. 【請求項３８】 前記淀み防止手段が、前記ロータから少なくとも部分的
    に前記出口軸線方向孔内へと突出する要素を有し、前記ロータの回転に伴いその
    中の血液を動かすようになっていることを特徴とする請求項３７に記載の血液ポ
    ンプ。
  39. 【請求項３９】 前記要素が前記ロータ軸線に対して偏心して設けられて
    いることを特徴とする請求項３８に記載の血液ポンプ。
  40. 【請求項４０】 内部を通る血液を推進するための血液ポンプであって、 ポンプ軸線を定め、入口開口及び出口開口を有するポンプハウジングと、 ロータ軸線及び相対するロータ軸線端を定めるロータと、 前記ポンプハウジング内において前記両ロータ軸線端に設けられ、前記ポンプ
    の作動中において前記ロータ軸線を前記ポンプ軸線に概ね一致した状態に維持す
    るように前記ロータの半径方向の安定性を概ね維持するとともに、前記ロータを
    前記ハウジング内において回転可能に支持し、前記両ロータ軸線端との間に流体
    ギャップを画定する支持手段と、 前記ロータが外的に加えられる負荷を吸収し、前記流体ギャップ及び前記ロー
    タと前記ポンプハウジングとの間の軸線方向の分離を維持し得るように前記ロー
    タの軸線方向の安定性を維持するための制御手段と、 前記ロータの回転に伴い、血液を前記入口開口から吸い込み、前記出口開口か
    ら吐き出すよう機能するべく前記ロータに設けられたインペラ手段と、 前記ロータ及び前記インペラ手段を回転させることにより血液をポンプするた
    めの駆動手段と、 前記ロータの回転中、前記流体ギャップに血液を継続的且つ能動的に流し、前
    記流体ギャップに於ける血栓の形成を防止するための血液洗い流し手段とを有す
    ることを特徴とする血液ポンプ。
  41. 【請求項４１】 内部を通る血液を推進するための血液ポンプであって、 ポンプ軸線を定め、入口開口及び出口開口を有するポンプハウジングと、 ロータ軸線及び相対するロータ軸線端を定めるロータと、 前記ポンプハウジング内において前記両ロータ軸線端に設けられ、前記ポンプ
    の作動中において前記ロータ軸線を前記ポンプ軸線に概ね一致した状態に維持す
    るように前記ロータの半径方向の安定性を概ね維持するとともに、前記ロータを
    前記ハウジング内において回転可能に支持し、前記両ロータ軸線端との間に流体
    ギャップを画定する支持手段と、 前記ポンプの作動中、前記ロータの安定性及び半径方向剛性を与えるように、
    前記流体ギャップを横切る強い軸方向磁界を確立するための永久磁石手段と、 前記ロータが外的に加えられる負荷を吸収し、前記流体ギャップ及び前記ロー
    タと前記ポンプハウジングとの間の軸線方向の分離を維持し得るように前記ロー
    タの軸線方向の安定性を維持するための制御手段と、 前記ロータの回転に伴い、血液を前記入口開口から吸い込み、前記出口開口か
    ら吐き出すよう機能するべく前記ロータに設けられたインペラ手段と、 前記ロータ及び前記インペラ手段を回転させることにより血液をポンプするた
    めの駆動手段と、 前記ロータの回転中、前記流体ギャップに血液を継続的に流し、前記流体ギャ
    ップに於ける血栓の形成を防止するための血液洗い流し手段とを有することを特
    徴とする血液ポンプ。
  42. 【請求項４２】 内部を通る血液を推進するための血液ポンプであって、 ポンプ軸線を定め、入口開口及び出口開口を有するポンプハウジングと、 ロータ軸線及び相対するロータ軸線端を定めるロータと、 前記ポンプハウジング内において前記両ロータ軸線端に設けられ、前記ポンプ
    の作動中において前記ロータ軸線を前記ポンプ軸線に概ね一致した状態に維持す
    るように前記ロータの半径方向の安定性を概ね維持するとともに、前記ロータを
    前記ハウジング内において回転可能に支持し、前記両ロータ軸線端との間に流体
    ギャップを画定する支持手段と、 前記ロータが外的に加えられる負荷を吸収し、前記流体ギャップ及び前記ロー
    タと前記ポンプハウジングとの間の軸線方向の分離を維持し得るように前記ロー
    タの軸線方向の安定性を維持するための制御手段と、 前記ロータの回転に伴い、血液を前記入口開口から吸い込み、前記出口開口か
    ら吐き出すよう機能するべく前記ロータに設けられたインペラ手段と、 前記ロータ及び前記インペラ手段を回転させることにより血液をポンプするた
    めの駆動手段と、 前記ロータの回転中、前記流体ギャップに血液を継続的に流し、前記流体ギャ
    ップに於ける血栓の形成を防止するための血液洗い流し手段とを有し、 前記ロータ手段が、前記ロータ軸線に一致して延在する軸線を定める円筒壁と
    前記ポンプハウジングと協働して前記入口開口から前記出口開口へと流れる血液
    に対して環状の流路を形成する外側円筒面とを有する概ね円筒形のロータハウジ
    ングを有し、 前記インペラ手段が、前記外側円筒面の少なくとも軸方向長さに渡って設けら
    れた軸方向に向けられた複数の螺旋状ブレードを有し、これらブレードは前記ロ
    ータ軸線を中心として角度方向に概ね等しく互いに隔置され且つ前記ロータ軸線
    に沿って見たとき少なくとも部分的に周方向に重なるようなピッチ及び長さを有
    しており、それによりバックリークが低減されていることを特徴とする血液ポン
    プ。
  43. 【請求項４３】 内部を通る血液を推進するための血液ポンプであって、 ポンプ軸線を定め、入口開口及び出口開口を有するポンプハウジングと、 ロータ軸線及び相対するロータ軸線端を定めるロータと、 前記ポンプハウジング内において前記両ロータ軸線端に設けられ、前記ポンプ
    の作動中において前記ロータ軸線を前記ポンプ軸線に概ね一致した状態に維持す
    るように前記ロータの半径方向の安定性を概ね維持するとともに、前記ロータを
    前記ハウジング内において回転可能に磁気的に支持し、前記両ロータ軸線端との
    間に流体ギャップを画定する支持手段と、 前記ロータが外的に加えられる負荷を吸収し、前記流体ギャップ及び前記ロー
    タと前記ポンプハウジングとの間の軸線方向の分離を維持し得るように前記ロー
    タの軸線方向の安定性を維持するための制御手段と、 前記ロータの回転に伴い、血液を前記入口開口から吸い込み、前記出口開口か
    ら吐き出すよう機能するべく前記ロータに設けられたインペラ手段と、 前記ロータ及び前記インペラ手段を回転させることにより血液をポンプするた
    めの駆動手段と、 前記ロータの回転中、前記流体ギャップに血液を継続的に流し、前記流体ギャ
    ップに於ける血栓の形成を防止するための血液洗い流し手段とを有し、 前記ポンプハウジング及びインペラ手段が、血液の軸方向流れを生成するべく
    配置されており、更に、前記インペラ手段の回転により生じる血液の接線方向流
    れを前記出口端において軸方向流れに変換して、前記出口端において流体の剥離
    及び乱流が生じないようにするための流れ変換手段を有することを特徴とする血
    液ポンプ。
  44. 【請求項４４】 内部を通る血液を推進するための血液ポンプであって、 ポンプ軸線を定め、入口開口及び出口開口を有するポンプハウジングと、 ロータ軸線及び相対するロータ軸線端を定めるロータと、 前記ポンプハウジング内において前記両ロータ軸線端に設けられ、前記ポンプ
    の作動中において前記ロータ軸線を前記ポンプ軸線に概ね一致した状態に維持す
    るように前記ロータの半径方向の安定性を概ね維持するとともに、前記ロータを
    前記ハウジング内において回転可能に支持し、前記両ロータ軸線端との間に流体
    ギャップを画定する支持手段と、 前記ロータが外的に加えられる負荷を吸収し、前記流体ギャップ及び前記ロー
    タと前記ポンプハウジングとの間の軸線方向の分離を維持し得るように前記ロー
    タの軸線方向の安定性を維持するための制御手段と、 前記ロータの回転に伴い、血液を前記入口開口から吸い込み、前記出口開口か
    ら吐き出すよう機能するべく前記ロータに設けられたインペラ手段と、 前記ロータ及び前記インペラ手段を回転させることにより血液をポンプするた
    めの駆動手段と、 前記ロータの回転中、前記流体ギャップに血液を継続的に流し、前記流体ギャ
    ップに於ける血栓の形成を防止するための血液洗い流し手段とを有し、 前記制御手段が、一般に収縮期血圧と拡張期血圧との平均差圧に比例する、患
    者の心拍数に応じて生理学的にポンプを制御するため、前記ロータの軸線方向速
    度を検出するべく配置された手段と、前記速度変動に基づき前記ロータに働く差
    圧を確立するための手段とを含むことを特徴とする血液ポンプ。
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