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JP2004008586A - Fluid circulating apparatus - Google Patents

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JP2004008586A
JP2004008586A JP2002167836A JP2002167836A JP2004008586A JP 2004008586 A JP2004008586 A JP 2004008586A JP 2002167836 A JP2002167836 A JP 2002167836A JP 2002167836 A JP2002167836 A JP 2002167836A JP 2004008586 A JP2004008586 A JP 2004008586A
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blood
fluid
circulation
drive pump
flow
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JP2002167836A
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Mitsuo Umetsu
梅津 光生
Kiyotaka Iwasaki
岩▲崎▼ 清隆
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Waseda University
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Waseda University
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluid circulating apparatus with which a circulation state is made to resemble that of blood in a living body, and the blood compatibility of an artificial organ and a base material is easily and reliably evaluated, or the like, even when an animal experiment is not performed or the number of the experiments is reduced compared with a conventional method. <P>SOLUTION: This fluid circulating apparatus 10 includes: a drive pump 12 for generating a beat stream; and a circulation flow path 13 which is arranged between the flow-out port 19 and the flow-in port 20 of the drive pump 12. The circulation flow path 13 is constituted to allow blood discharged from the flow-out port 19 of the drive pump 12 to flow into the flow-in port 20 by non-contact with outer air. The apparatus 10 also includes: a resistance giving means 23 for giving flow resistance to the blood; and a second connection pump 30 which is arranged on the downstream side of the means 23, so as to attenuate the pressure pulse of the blood. Thus, the blood is circulated in the state resembling the circulation of the blood in the living body. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体循環装置に係り、更に詳しくは、生体内の血液の循環状況に擬似させることができ、人工臓器や素材材料における血液適合性の調査等に適した流体循環装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
人体の血液に接触する人工臓器及び素材材料(以下、人工臓器等と称する)は、血液に対する適合性が良好でなければならず、当該血液適合性を製品化前に十分に調査することが必要である。ここで、前記血液適合性の調査手法としては、所定のポンプと血液パックとをチューブで接続してなる循環流路の途中に人工臓器等を配置し、前記循環流路内の血液を定常流状態で循環させて人工臓器等の血液適合性を調査及び評価する手法が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、人体内を循環する血液は、心臓の拍動や末梢抵抗等によって、動脈内で所定の拍動流が発生する一方、静脈から心臓に戻る際の脈圧が略0mmHgとなっている。このため、定常流下で行われる前述の調査手法にあっては、人体における血液の循環状況に従って調査できないことから、以下のような不都合を招来する。つまり、前述の調査手法で血液適合性が良好と判断された人工臓器等であっても、生体内の血液の循環状況下においては不適合となる場合、例えば、前述の調査手法により坑血栓性が高いと判断される材料でも、拍動流下では血栓が生じる場合がある。従って、人工臓器の血液適合性を確実に評価するには、前記手法で調査した後、人体における血液の循環状況に近い状態で調査できる動物実験が不可欠となる。ところが、このようにすると、血液の適合性調査が二度手間になるばかりか、動物実験では、動物の確保や動物に対する人工臓器等の装着等に手間がかかり、人工臓器等の血液適合性を簡単に調査できないという不都合がある。また、多数の動物が犠牲となるという倫理的な問題もある。
【0004】
【発明の目的】
本発明は、このような不都合に着目して案出されたものであり、その目的は、生体内の血液の循環状況に擬似させることができ、動物実験を行わなくても、若しくは、動物実験の回数を従来より減らしても、人工臓器や素材材料の血液適合性の評価等を簡単且つ確実に行うことができる流体循環装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、拍動流を生成する駆動ポンプと、この駆動ポンプの流出口及び流入口間に配置された循環流路とを備え、前記駆動ポンプの作動により、前記循環流路内の流体を循環させる流体循環装置において、
前記循環流路は、前記流体に流れ抵抗を付与する抵抗付与手段と、この抵抗付与手段の下流側に配置されて流体の脈圧を減衰させる脈圧減衰手段とを備え、生体内の血液の循環に擬似した状態で前記流体が循環する、という構成を採っている。このような構成によれば、生体内の血液の循環に擬似した状態で流体が装置内を循環するため、流体の流通する部位に人工臓器や素材材料を設置することで、動物実験を行わなくても、若しくは、動物実験の回数を従来より減らしても、人工臓器や素材材料の血液適合性の評価等を簡単且つ確実に行うことができる。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明において、前記循環流路は、前記抵抗付与手段の上流側で前記脈圧の振幅調整をする振幅調整手段を含む、という構成を採ることが好ましい。このように構成することで、流体の脈圧を任意に変えた種々の状況下で、人工臓器等の血液適合性の調査を行うことができる。ここで、前記振幅調整手段は、肉厚を変えることで前記振幅調整が可能な調整チューブにより構成するとよい。
【0007】
また、前記駆動ポンプは、略円錐状をなす周壁と、この周壁を底側から閉塞するダイアフラムとを備え、
前記周壁は、その頂部に設けられて上端側が前記流出口となる流出ポートと、前記頂部に連なる主部に対して略接線方向に延び、且つ、先端側が前記流入口となる流入ポートとを含み、
前記駆動ポンプは、前記ダイアフラムが変位することにより、前記周壁の内側に形成された空間の容積が変化して、前記空間内に流入した流体が旋回渦流を生じながら吐出する、という構成にすることが好ましい。このような構成によれば、駆動ポンプ内に流れの停滞域が殆ど発生させずに、駆動ポンプ内における流体の流れをスムーズにすることができる。このため、前記流れの停滞域に起因する諸問題、例えば、流体を血液とした場合における血栓の形成等を回避することができ、人工臓器等の血液適合性の評価を一層確実に行うことができる。ここにおいて、前記脈圧減衰手段を前記駆動ポンプと略同一の構成からなるポンプにより構成することで、装置を構成する部品種類を減らすことができ、これによる装置全体のコストダウン化が可能となる。
【0008】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【0009】
図1には、本実施例に係る流体循環装置を模式的に表した構成図が示されている。この図において、流体循環装置10は、人体における血液の循環に擬似した状態で、流体としての血液を所定の流路内で循環可能に設けられており、図示しない人工臓器や素材材料に対する血液適合性の調査等に用いられる。この流体循環装置10は、公知の吸送気装置11と、この吸送気装置11に繋がるポリウレタン製の駆動ポンプ12と、この駆動ポンプ12から吐出した血液が駆動ポンプ12に戻るように配置された閉ループ状の循環流路13とを備えて構成されている。
【0010】
前記吸送気装置11は、駆動ポンプ12に対して吸送気可能に設けられた公知の構造を備えたものであり、ここでは、詳細な説明を省略する。
【0011】
前記駆動ポンプ12は、その内部に収容された血液に対し流れの停滞域を発生させ難い構造を備えた拍動流ポンプであり、吸送気装置11の作動により循環流路13内に血液の拍動流を生成できるようになっている。すなわち、駆動ポンプ12は、図2及び図3に示されるように、略円錐状をなす周壁15と、この周壁15を図2中下端側から閉塞するように当該周壁15に固定されるとともに、外周側から中央に向かって同図中下向きに膨出するキャップ状の底壁16と、これら周壁15と底壁16とで囲まれる内部空間を図3中上下二つの空間A1,A2に区分するダイアフラム17とにより構成されている。ここで、図3中上側に位置する空間A1は、循環流路13側に繋がっており、当該循環流路13内を循環する血液が収容されるようになっている。一方、図3中下側に位置する空間A2は、循環流路13から隔離された状態となっており、前記吸送気装置11に繋がっている。
【0012】
前記周壁15は、底壁16の周縁部16Aとの合せ面になるフランジ状の裾部15Aと、図3中上端側に位置する頂部15Bと、これら裾部15Aと頂部15Bとの間に連なる湾曲面状の主部15Cとにより構成されている。前記頂部15Bと主部15Cには、循環流路13にそれぞれ接続される先端開放筒状の流出ポート19及び流入ポート20が形成されている。頂部15B側に位置する流出ポート19は、空間A1内の血液を循環流路13に吐出させるためのポートであり、先端側が流出口19Aとなっている。流入ポート20は、循環流路13から空間A1内に血液を取り入れるためのポートであり、先端側が流入口20Aとなっている。ここで、流入ポート20は、主部15Cの下端側を基部として、当該主部15Cに対して略接線方向に延びるように形成されており、特に限定されるものではないが、流出ポート19の延出方向に対して60度程度傾斜している。これにより、流入ポート20から空間A1に入った血液は、図3中点線で示されるように、空間A1の下部から上部に向かって流れの停滞域の殆どない旋回渦流を発生させながら上昇可能となる。
【0013】
前記底壁16は、その周面に通気口22が設けられており、この通気口22には、前記吸送気装置11に繋がるチューブTが接続されている。これにより、底壁16の内側に位置する前記空間A2内においては、吸送気装置11の作動による吸排気が交互に行われることになる。
【0014】
前記ダイアフラム17は、可撓性を有する薄肉円盤状に形成されており、その周縁部17Aが、周壁15の裾部15Aと底壁16の周縁部16Aとの間に挟み込まれることで固定されている。このため、ダイアフラム17は、吸送気装置11の作動による空間A2内の吸排気に伴って、周縁部17Aを除く部分が空間A1,A2の何れか一方側に変位し(図3中二点鎖線参照)、略中央を頂部とするドーム状に変化するようになっている。
【0015】
以上の構成の駆動ポンプ12は、吸送気装置11で空間A2内の空気が吸引されると、ダイアフラム17は空間A2の容積を減少させる方向(図3中下向き)に変位し、これによって、空間A1の容積が増大して血液が空間A1内に吸入されるようになっている。一方、吸送気装置11で空間A2内に空気が供給されると、ダイアフラム17は、空間A2の容積を増大させる方向(図3中上向き)に変位し、これによって、空間A1の容積が減少して血液が循環流路13に吐出されるようになっている。そして、以上の動作が繰り返し行われ、循環流路13内に血液の拍動流が生成される。なお、後述するように、循環流路13に第1及び第2の逆止弁36,37(図1参照)が設けられており、空間A1内での血液の逆流が防止される。また、本実施例においては、空間A2内に供給される空気の圧力(陽圧)は、140mmHg〜260mmHg程度に設定される一方、空間A2内から吸引される空気の圧力(陰圧)は、−30mmHg〜−50mmHg程度に設定される。
【0016】
前記循環流路13は、図1に示されるように、駆動ポンプ12の流出ポート19から吐出した血液が、外気に非接触となる状態で流入ポート20に流入可能な流路構成となっている。すなわち、循環流路13は、流出ポート19から吐出した血液に流れ抵抗を付与する抵抗付与手段23と、前記流出ポート19に接続された上流側チューブ24と、この上流側チューブ24よりも下流側に接続された振幅調整手段としての調整チューブ25と、この調整チューブ25よりも下流側に配置された連結チューブ26と、当該連結チューブ26よりも下流側に配置され、且つ、駆動ポンプ12の流入ポート20に接続された下流側チューブ27と、調整チューブ25及び連結チューブ26の間に設けられた第1の接続ポンプ29と、連結チューブ26及び下流側チューブ27の間に設けられた第2の接続ポンプ30とを備えて構成されている。なお、ここにおける各部材23〜30同士の接続には公知のコネクタ34が用いられている。ところで、以下においては、説明の便宜上、循環流路13のうち抵抗付与手段23を境にして上流側を動脈路L1と称し、同下流側を静脈路L2と称する。
【0017】
前記抵抗付与手段23は、人体の末梢抵抗を想定して連結チューブ26の途中一箇所に設けられたものであって、図示省略しているが、連結チューブ26を締め付けるピンチ状部材により構成されている。つまり、抵抗付与手段23による連結チューブ26の締め付けにより、駆動ポンプ12が拍動しても動脈路L1内の最低血圧が0mmHgとならずに、人体の動脈内の血液の流れに擬似させるようになっている。ここで、連結チューブ26の締め付け具合により、動脈路L1内の平均脈圧を所定値に調整することができ、本実施例では、当該平均脈圧として、人体の平均脈圧に略相当する100mmHg程度に調整されている。なお、抵抗付与手段23としては、前述したピンチ状部材の他に、前述した作用を奏する限りにおいて、可変絞り等他の部材を採用することもできる。
【0018】
前記調整チューブ26を除く各チューブは、特に限定されるものではないが、塩化ビニルによって形成されている。ここで、上流側チューブ24内と下流側チューブ27内には、血液が図1中矢印方向に確実に循環するように血液の逆流を防止する第1及び第2の逆止弁36,37が設けられている。なお、図示省略しているが、上流側チューブ24内等に公知の構造の電磁流量計を装着して、動脈路L1における血液の流量を測定することも可能である。
【0019】
前記調整チューブ25は、抵抗付与手段23よりも上流側に配置されて動脈路L1の脈圧の振幅調整をするものである。すなわち、調整チューブ25は、その肉厚を変えることで動脈路L1における脈圧の振幅調整を行うことができる軟質材料により形成されており、例えば、セグメント化ポリウレタンやシリコン等により形成されている。なお、本実施例では、動脈路L1における脈圧の振幅が、人体のように前記平均脈圧(100mmHg)の±20mmHgとなるように設定されている。
【0020】
前記第1及び第2の接続ポンプ29,30は、前記駆動ポンプ12と同一の構成を備えた拍動流ポンプが用いられており、駆動ポンプ12に対して同一若しくは同等の構成部分については同一符号を用いて説明を省略する。なお、各接続ポンプ29,30においても、流入ポート20から血液が流入して当該血液が流出ポート19から排出されるように取り付けられる。ここで、各接続ポンプ29,30の各通気口22は外部に開放しており、血液の流れに応じて前記ダイアフラム17(図2、図3参照)が変位するようになっている。しかも、装置内に充填される血液は、装置が許容する最大充填量よりもやや少ない量となっており、これによって、各接続ポンプ29,30のダイアフラム17の変位量は、物理的に許容される最大変位量よりも僅かに少なくなる。これによって、第1の接続ポンプ29は、ダイアフラム17の素材や大きさを適宜選択することにより、前記調整チューブ25と同様な効果が付与され、動脈路L1内の血液の脈圧の振幅調整をする振幅調整手段として利用可能となる。一方、静脈路L2の途中に設けられる第2の接続ポンプ30は、その内部を血液が通過したときに圧力損失を生じさせるダンパー効果が付与される。従って、第2の接続ポンプ30は、抵抗付与手段23の下流側に配置されて静脈路L2内の血液の脈圧を減衰させる脈圧減衰手段を構成することになる。なお、本実施例では、第2の接続ポンプを通過した血圧が、人体の左心房圧に相当する略0mmHgになるように設定されている。
【0021】
次に、前記流体循環装置10の作用について説明する。
【0022】
吸送気装置11が作動すると、前述したように駆動ポンプ12が拍動し、循環流路13内を血液が循環する。すなわち、駆動ポンプ12から吐出した血液は、動脈路L1内を流れ、当該動脈路L1内では、人体の一般的な大動脈圧に略相当する脈圧となる。そして、人体の末梢抵抗に相当する抵抗付与手段23を通過した血液は、第2の接続ポンプ30を通過後、人体の左心房圧に略相当する略0mmHgの脈圧となって駆動ポンプ12に流入する。
【0023】
なお、駆動ポンプ12及び循環流路13を図示しない恒温槽内に収容すれば、循環する血液を人体の体温(約37℃)程度の温度に維持できる。
【0024】
このような流体循環装置10は、主として、血液と直接接触する素材材料や人工心臓、人工弁、人工血管等の人工臓器の血液適合性を調査するための体外模擬回路(in vitro回路)として用いられる。ここで、素材材料について調査する場合には、各ポンプ12,29,30や各チューブ24〜27の内壁部分に調査したい素材材料を貼付若しくは塗布し、当該内壁部分の状態を評価すればよい。また、人工心臓について調査する場合には、駆動ポンプ12の代わりに調査したい人工心臓を用い、人工弁について調査する場合には、前記逆止弁36,37に代えて、調査したい人工弁を用い、人工血管について調査する場合には、前記何れかのチューブ24〜27に代えて、調査したい人工血管を用いることで、各人工臓器の状態を評価すればよい。
【0025】
従って、このような実施例によれば、人体の血液の循環状況に擬似した流体循環装置10により、動物実験等の二次的な調査実験が不要若しくは従来よりも少なくすることができ、人工臓器や素材材料の血液適合性を簡単且つ確実に調べることができるという効果を得る。
【0026】
なお、本発明における流体循環装置10としては、前記実施例の流路構成に限らず、実質的に同様の作用を奏することができる限りにおいて、種々の流路構成を採ることができる。例えば、接続ポンプ29,30の数を増減したり、駆動ポンプ12を他の構成の拍動流ポンプに代えることも可能である。
【0027】
また、前記流体循環装置10は、前述した人工臓器等の血液適合性を調査する用途の他に、血液に代わる流体として所定の培養液等を用いてバイオリアクタに適用することも可能である他、動物組織から脱細胞化する際に用いることもできる。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、生体内の血液の循環状況に擬似した装置で人工臓器や素材材料の血液適合性を調べることができ、動物実験を行わなくても、若しくは、動物実験の回数を従来より減らしても、人工臓器や素材材料の血液適合性の評価等を簡単且つ確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に係る流体循環装置を模式的に示した構成図。
【図2】(A)は、駆動ポンプの概略斜視図であり、(B)は、(A)の分解斜視図である。
【図3】図2(A)のA−A線に沿う駆動ポンプの概略縦断面図。
【符号の説明】
10 流体循環装置
12 駆動ポンプ
13 循環流路
15 周壁
15B 頂部
15C 主部
17 ダイアフラム
19 流出ポート
19A 流出口
20 流入ポート
20A 流入口
23 抵抗付与手段
25 調整チューブ(振幅調整手段)
29 第1の接続ポンプ(振幅調整手段)
30 第2の接続ポンプ(脈圧減衰手段)
A1 空間
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fluid circulating device, and more particularly, to a fluid circulating device that can simulate the circulation state of blood in a living body and is suitable for investigating blood compatibility of artificial organs and raw materials.
[0002]
[Prior art]
Artificial organs and materials that come into contact with the blood of the human body (hereinafter referred to as artificial organs, etc.) must have good compatibility with blood, and it is necessary to thoroughly investigate the blood compatibility before commercialization. It is. Here, as a method for examining blood compatibility, an artificial organ or the like is arranged in the middle of a circulation flow path formed by connecting a predetermined pump and a blood pack with a tube, and blood in the circulation flow path is constantly flowed. There is known a method of investigating and evaluating blood compatibility of an artificial organ or the like by circulating it in a state.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, blood circulating in the human body generates a predetermined pulsatile flow in an artery due to pulsation of the heart, peripheral resistance, and the like, and the pulse pressure when returning from the vein to the heart is approximately 0 mmHg. For this reason, in the above-mentioned investigation method performed under a steady flow, since the investigation cannot be performed according to the blood circulation state in the human body, the following inconveniences are caused. In other words, even if an artificial organ or the like is determined to have good blood compatibility by the above-described investigation method, it becomes incompatible under the circulating state of blood in a living body. Even if the material is judged to be high, a thrombus may occur under pulsatile flow. Therefore, in order to reliably evaluate the blood compatibility of an artificial organ, it is essential to conduct an animal experiment that can be conducted in a state close to the state of blood circulation in the human body after the investigation by the above-described method. However, in this case, not only does blood compatibility investigation become troublesome twice, but also in animal experiments, it takes time to secure animals and to attach artificial organs to the animals. There is a disadvantage that it cannot be easily investigated. There is also an ethical problem that many animals are sacrificed.
[0004]
[Object of the invention]
The present invention has been devised in view of such inconveniences, and its object is to simulate the state of blood circulation in a living body, and to carry out animal experiments without performing animal experiments. It is an object of the present invention to provide a fluid circulating apparatus that can easily and reliably evaluate the blood compatibility of artificial organs and material materials even if the number of times is smaller than in the past.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention includes a drive pump for generating a pulsating flow, and a circulation flow path disposed between an outlet and an inlet of the drive pump, and the drive pump operates to In a fluid circulation device that circulates the fluid in the circulation flow path,
The circulation flow path includes a resistance applying unit that applies a flow resistance to the fluid, and a pulse pressure attenuating unit that is disposed downstream of the resistance applying unit and attenuates a pulse pressure of the fluid. The fluid is circulated in a state simulating circulation. According to such a configuration, since the fluid circulates in the device in a state simulating the circulation of blood in the living body, animal experiments are not performed by installing an artificial organ or a material at a site where the fluid flows. Even if the number of animal experiments is reduced compared to the conventional method, the evaluation of blood compatibility of artificial organs and raw materials can be performed simply and reliably.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the present invention, it is preferable to adopt a configuration in which the circulation flow path includes an amplitude adjusting means for adjusting the amplitude of the pulse pressure on the upstream side of the resistance applying means. With this configuration, it is possible to investigate the blood compatibility of an artificial organ or the like under various conditions in which the pulse pressure of the fluid is arbitrarily changed. Here, it is preferable that the amplitude adjusting means is constituted by an adjusting tube capable of adjusting the amplitude by changing the thickness.
[0007]
Further, the drive pump includes a peripheral wall having a substantially conical shape, and a diaphragm closing the peripheral wall from the bottom side,
The peripheral wall includes an outflow port provided at the top thereof and having an upper end serving as the outflow port, and an inflow port extending substantially tangentially to a main portion connected to the top and having a leading end serving as the inflow port. ,
The drive pump has a configuration in which the displacement of the diaphragm changes the volume of a space formed inside the peripheral wall, and discharges the fluid flowing into the space while generating a swirling vortex. Is preferred. According to such a configuration, the flow of the fluid in the drive pump can be made smooth with almost no stagnation region of the flow in the drive pump. For this reason, it is possible to avoid various problems caused by the stagnation region of the flow, for example, formation of a thrombus when the fluid is blood, and to more reliably evaluate the blood compatibility of an artificial organ or the like. it can. Here, by configuring the pulse pressure attenuating means by a pump having substantially the same configuration as that of the drive pump, the number of types of components constituting the apparatus can be reduced, thereby making it possible to reduce the cost of the entire apparatus. .
[0008]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0009]
FIG. 1 is a configuration diagram schematically illustrating a fluid circulation device according to the present embodiment. In this figure, a fluid circulating device 10 is provided so as to circulate blood as a fluid in a predetermined flow path in a state simulating the circulation of blood in the human body. Used for gender research. The fluid circulating device 10 is provided with a known suction / intake device 11, a polyurethane drive pump 12 connected to the suction / intake device 11, and blood discharged from the drive pump 12 returning to the drive pump 12. And a closed loop circulation channel 13.
[0010]
The suction and air supply device 11 has a known structure provided to be capable of suction and air supply to the drive pump 12, and a detailed description thereof is omitted here.
[0011]
The drive pump 12 is a pulsating flow pump having a structure that does not easily generate a stagnation area of blood with respect to blood contained therein. A pulsatile flow can be generated. That is, as shown in FIGS. 2 and 3, the drive pump 12 is fixed to the peripheral wall 15 having a substantially conical shape and the peripheral wall 15 so as to close the peripheral wall 15 from the lower end side in FIG. A cap-shaped bottom wall 16 swelling downward in the figure from the outer peripheral side toward the center, and an inner space surrounded by the peripheral wall 15 and the bottom wall 16 are divided into two upper and lower spaces A1 and A2 in FIG. It is constituted by the diaphragm 17. Here, the space A1 located on the upper side in FIG. 3 is connected to the circulation flow path 13 side, so that blood circulating in the circulation flow path 13 is accommodated. On the other hand, the space A <b> 2 located on the lower side in FIG. 3 is in a state of being isolated from the circulation channel 13 and connected to the suction / intake device 11.
[0012]
The peripheral wall 15 is a flange-like hem 15A which is a mating surface with the peripheral edge 16A of the bottom wall 16, a top 15B located at the upper end side in FIG. 3, and is connected between the hem 15A and the top 15B. It is composed of a curved surface-shaped main portion 15C. The top portion 15B and the main portion 15C are formed with an open-end cylindrical outlet port 19 and an inflow port 20 which are connected to the circulation channel 13, respectively. The outflow port 19 located on the top 15B side is a port for discharging the blood in the space A1 to the circulation flow path 13, and the tip side is an outflow port 19A. The inflow port 20 is a port for taking blood from the circulation channel 13 into the space A1, and the leading end side is an inflow port 20A. Here, the inflow port 20 is formed so as to extend in a substantially tangential direction with respect to the main portion 15C with the lower end side of the main portion 15C as a base, and is not particularly limited. It is inclined about 60 degrees with respect to the extending direction. Thereby, the blood that has entered the space A1 from the inflow port 20 can rise upward while generating a swirling vortex with almost no stagnant area from the lower part to the upper part of the space A1, as shown by the dotted line in FIG. Become.
[0013]
The bottom wall 16 is provided with a vent 22 on the peripheral surface thereof, and the vent T is connected to a tube T which is connected to the suction / intake device 11. Accordingly, in the space A2 located inside the bottom wall 16, the intake and exhaust by the operation of the intake and air supply device 11 are alternately performed.
[0014]
The diaphragm 17 is formed in the shape of a flexible thin disk, and its peripheral edge 17A is fixed by being sandwiched between a skirt 15A of the peripheral wall 15 and a peripheral edge 16A of the bottom wall 16. I have. Therefore, the diaphragm 17 is displaced toward one of the spaces A1 and A2 except for the peripheral portion 17A in accordance with the suction and exhaust in the space A2 by the operation of the suction and air supply device 11 (two points in FIG. 3). It changes to a dome shape with the top at the approximate center.
[0015]
In the drive pump 12 having the above configuration, when the air in the space A2 is sucked by the suction / intake device 11, the diaphragm 17 is displaced in a direction of decreasing the volume of the space A2 (downward in FIG. 3). The volume of the space A1 increases so that blood is sucked into the space A1. On the other hand, when air is supplied into the space A2 by the suction / intake air device 11, the diaphragm 17 is displaced in a direction of increasing the volume of the space A2 (upward in FIG. 3), whereby the volume of the space A1 decreases. Then, blood is discharged to the circulation channel 13. Then, the above operation is repeatedly performed, and a pulsating flow of blood is generated in the circulation channel 13. As will be described later, first and second check valves 36 and 37 (see FIG. 1) are provided in the circulation flow path 13 to prevent backflow of blood in the space A1. In the present embodiment, the pressure (positive pressure) of the air supplied into the space A2 is set to about 140 mmHg to 260 mmHg, while the pressure (negative pressure) of the air sucked from the space A2 is: It is set to about −30 mmHg to −50 mmHg.
[0016]
As shown in FIG. 1, the circulation flow path 13 has a flow path configuration in which blood discharged from the outflow port 19 of the drive pump 12 can flow into the inflow port 20 in a state where the blood is not in contact with the outside air. . That is, the circulation flow path 13 includes a resistance applying unit 23 that applies flow resistance to blood discharged from the outflow port 19, an upstream tube 24 connected to the outflow port 19, and a downstream side from the upstream tube 24. An adjusting tube 25 as an amplitude adjusting means connected to the control tube 25; a connecting tube 26 disposed downstream of the adjusting tube 25; and a downstream end of the connecting tube 26 A downstream tube 27 connected to the port 20, a first connection pump 29 provided between the adjustment tube 25 and the connection tube 26, and a second connection pump provided between the connection tube 26 and the downstream tube 27. A connection pump 30 is provided. A known connector 34 is used for connecting the members 23 to 30 here. By the way, in the following, for convenience of description, the upstream side of the circulation flow path 13 across the resistance applying means 23 is referred to as an arterial path L1, and the downstream side is referred to as a venous path L2.
[0017]
The resistance applying means 23 is provided at one position in the connecting tube 26 in consideration of the peripheral resistance of the human body, and is constituted by a pinch-like member for tightening the connecting tube 26, although not shown. I have. That is, by tightening the connection tube 26 by the resistance applying means 23, even if the drive pump 12 pulsates, the diastolic blood pressure in the arterial tract L1 does not become 0 mmHg, and the blood flow in the artery of the human body is simulated. Has become. Here, the average pulse pressure in the arterial tract L1 can be adjusted to a predetermined value by the degree of tightening of the connection tube 26. In the present embodiment, the average pulse pressure is 100 mmHg, which is substantially equivalent to the average pulse pressure of the human body. It has been adjusted to the extent. In addition, as the resistance applying means 23, other members such as a variable diaphragm can be adopted as long as the above-described operation is achieved, in addition to the above-described pinch-shaped member.
[0018]
Each tube except the adjustment tube 26 is not particularly limited, but is formed of vinyl chloride. Here, in the upstream tube 24 and the downstream tube 27, first and second check valves 36 and 37 for preventing the backflow of the blood so that the blood circulates reliably in the direction of the arrow in FIG. 1 are provided. Is provided. Although not shown, an electromagnetic flowmeter having a known structure may be mounted in the upstream tube 24 or the like to measure the blood flow rate in the arterial tract L1.
[0019]
The adjustment tube 25 is arranged upstream of the resistance applying means 23 and adjusts the amplitude of the pulse pressure of the arterial tract L1. That is, the adjustment tube 25 is formed of a soft material that can adjust the amplitude of the pulse pressure in the arterial tract L1 by changing its thickness, and is formed of, for example, segmented polyurethane or silicon. In the present embodiment, the amplitude of the pulse pressure in the arterial tract L1 is set to be ± 20 mmHg of the average pulse pressure (100 mmHg) like a human body.
[0020]
As the first and second connection pumps 29 and 30, pulsating flow pumps having the same configuration as the drive pump 12 are used, and the same or equivalent components to the drive pump 12 are the same. The description is omitted using the reference numerals. The connection pumps 29 and 30 are also mounted such that blood flows in from the inflow port 20 and is discharged from the outflow port 19. Here, each ventilation port 22 of each connection pump 29, 30 is open to the outside, so that the diaphragm 17 (see FIGS. 2 and 3) is displaced in accordance with the flow of blood. In addition, the amount of blood to be filled in the device is slightly smaller than the maximum filling amount allowed by the device, whereby the displacement of the diaphragm 17 of each connection pump 29, 30 is physically allowed. Slightly smaller than the maximum displacement. Thereby, the first connection pump 29 provides the same effect as that of the adjustment tube 25 by appropriately selecting the material and the size of the diaphragm 17 and adjusting the amplitude of the pulse pressure of the blood in the arterial tract L1. It can be used as amplitude adjusting means for performing the adjustment. On the other hand, the second connection pump 30 provided in the middle of the intravenous line L2 is provided with a damper effect that causes a pressure loss when blood passes through the inside. Therefore, the second connection pump 30 is arranged on the downstream side of the resistance applying means 23 and constitutes a pulse pressure attenuating means for attenuating the pulse pressure of the blood in the venous line L2. In the present embodiment, the blood pressure passing through the second connection pump is set to be approximately 0 mmHg corresponding to the left atrial pressure of the human body.
[0021]
Next, the operation of the fluid circulation device 10 will be described.
[0022]
When the suction / inhalation device 11 operates, the drive pump 12 pulsates as described above, and blood circulates in the circulation channel 13. That is, the blood discharged from the drive pump 12 flows in the arterial tract L1, and has a pulse pressure in the arterial tract L1 which substantially corresponds to a general aortic pressure of a human body. After passing through the resistance applying means 23 corresponding to the peripheral resistance of the human body, the blood passes through the second connection pump 30 and becomes a pulse pressure of approximately 0 mmHg substantially corresponding to the left atrial pressure of the human body. Inflow.
[0023]
If the drive pump 12 and the circulation channel 13 are accommodated in a thermostat (not shown), the circulating blood can be maintained at a temperature of about the human body temperature (about 37 ° C.).
[0024]
Such a fluid circulating device 10 is mainly used as an in vitro circuit for investigating the blood compatibility of artificial organs such as raw materials and artificial hearts, artificial valves, artificial blood vessels, etc. which come into direct contact with blood. Can be Here, when investigating the raw material, the raw material to be investigated may be attached or applied to the inner wall portions of the pumps 12, 29, 30 and the tubes 24 to 27, and the state of the inner wall portions may be evaluated. When investigating an artificial heart, an artificial heart to be inspected is used instead of the drive pump 12, and when investigating an artificial valve, an artificial valve to be inspected is used instead of the check valves 36 and 37. When investigating an artificial blood vessel, the state of each artificial organ may be evaluated by using an artificial blood vessel to be investigated instead of any of the tubes 24 to 27.
[0025]
Therefore, according to such an embodiment, the fluid circulation device 10 simulating the circulation state of the blood of the human body can eliminate or reduce the number of secondary research experiments such as animal experiments. And the blood compatibility of the raw materials can be easily and reliably checked.
[0026]
The fluid circulation device 10 according to the present invention is not limited to the channel configuration of the above-described embodiment, and may employ various channel configurations as long as substantially the same operation can be achieved. For example, the number of connection pumps 29 and 30 can be increased or decreased, or the drive pump 12 can be replaced with a pulsating flow pump having another configuration.
[0027]
Further, the fluid circulation device 10 can be applied to a bioreactor using a predetermined culture solution or the like as a fluid instead of blood, in addition to the above-described use for investigating blood compatibility of an artificial organ or the like. It can also be used for decellularization from animal tissues.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to examine the blood compatibility of artificial organs and material materials with a device simulating the state of blood circulation in a living body, without performing animal experiments, or Even if the number of experiments is reduced as compared with the related art, it is possible to easily and reliably evaluate the blood compatibility of artificial organs and raw materials.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a fluid circulation device according to the present embodiment.
FIG. 2A is a schematic perspective view of a drive pump, and FIG. 2B is an exploded perspective view of FIG.
FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view of the drive pump along the line AA in FIG. 2 (A).
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 fluid circulation device 12 drive pump 13 circulation flow path 15 peripheral wall 15B top 15C main part 17 diaphragm 19 outflow port 19A outflow port 20 inflow port 20A inflow port 23 resistance applying means 25 adjusting tube (amplitude adjusting means)
29 1st connection pump (amplitude adjustment means)
30 second connection pump (pulse pressure damping means)
A1 space

Claims (5)

拍動流を生成する駆動ポンプと、この駆動ポンプの流出口及び流入口間に配置された循環流路とを備え、前記駆動ポンプの作動により、前記循環流路内の流体を循環させる流体循環装置において、
前記循環流路は、前記流体に流れ抵抗を付与する抵抗付与手段と、この抵抗付与手段の下流側に配置されて流体の脈圧を減衰させる脈圧減衰手段とを備え、生体内の血液の循環に擬似した状態で前記流体が循環することを特徴とする流体循環装置。
A fluid pump for generating a pulsatile flow, and a circulation channel disposed between an outlet and an inlet of the drive pump, wherein the drive pump operates to circulate fluid in the circulation channel. In the device,
The circulation flow path includes a resistance applying unit that applies a flow resistance to the fluid, and a pulse pressure attenuating unit that is disposed downstream of the resistance applying unit and attenuates a pulse pressure of the fluid. A fluid circulation device, wherein the fluid circulates in a state simulating circulation.
前記循環流路は、前記抵抗付与手段の上流側で前記脈圧の振幅調整をする振幅調整手段を含むことを特徴とする請求項1記載の流体循環装置。The fluid circulation device according to claim 1, wherein the circulation flow path includes an amplitude adjusting unit that adjusts the amplitude of the pulse pressure on an upstream side of the resistance applying unit. 前記振幅調整手段は、肉厚を変えることで前記振幅調整が可能な調整チューブにより構成されていることを特徴とする請求項2記載の流体循環装置。3. The fluid circulating device according to claim 2, wherein the amplitude adjusting means is constituted by an adjusting tube capable of adjusting the amplitude by changing a wall thickness. 前記駆動ポンプは、略円錐状をなす周壁と、この周壁を底側から閉塞するダイアフラムとを備え、
前記周壁は、その頂部に設けられて上端側が前記流出口となる流出ポートと、前記頂部に連なる主部に対して略接線方向に延び、且つ、先端側が前記流入口となる流入ポートとを含み、
前記駆動ポンプは、前記ダイアフラムが変位することにより、前記周壁の内側に形成された空間の容積が変化して、前記空間内に流入した流体が旋回渦流を生じながら吐出することを特徴とする請求項1、2又は3記載の流体循環装置。
The drive pump includes a substantially conical peripheral wall, and a diaphragm closing the peripheral wall from the bottom side,
The peripheral wall includes an outflow port provided at the top thereof and having an upper end serving as the outflow port, and an inflow port extending substantially tangentially to a main portion connected to the top and having a leading end serving as the inflow port. ,
The drive pump is characterized in that, when the diaphragm is displaced, the volume of a space formed inside the peripheral wall changes, and the fluid flowing into the space is discharged while generating a swirling vortex. Item 4. The fluid circulation device according to item 1, 2 or 3.
前記脈圧減衰手段は、前記駆動ポンプと略同一の構成からなるポンプにより構成されていることを特徴とする請求項4記載の流体循環装置。The fluid circulation device according to claim 4, wherein the pulse pressure damping means is configured by a pump having substantially the same configuration as the drive pump.
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JP2006122354A (en) * 2004-10-29 2006-05-18 Univ Waseda Blood flow simulator and flow conversion device
JP2008528099A (en) * 2005-01-25 2008-07-31 グリッピングハート・アクチボラゲット Heart cluster state machine simulating the heart
JP2016002438A (en) * 2014-06-19 2016-01-12 国立大学法人東北大学 Blood circulation simulator equipped with simulated atrium, artificial organ testing method using blood circulation simulator
JP2017040812A (en) * 2015-08-20 2017-02-23 テルモ株式会社 Heart simulation device, control method of heart simulation device and control program of heart simulation device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006122354A (en) * 2004-10-29 2006-05-18 Univ Waseda Blood flow simulator and flow conversion device
JP2008528099A (en) * 2005-01-25 2008-07-31 グリッピングハート・アクチボラゲット Heart cluster state machine simulating the heart
JP2016002438A (en) * 2014-06-19 2016-01-12 国立大学法人東北大学 Blood circulation simulator equipped with simulated atrium, artificial organ testing method using blood circulation simulator
JP2017040812A (en) * 2015-08-20 2017-02-23 テルモ株式会社 Heart simulation device, control method of heart simulation device and control program of heart simulation device

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