JP2008248884A - 体液の軸方向搬送のための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流入区域及び流出区域で流れを方向転換させても流れの剥離が起こらないで、ほぼ順調な流線が維持されるように、アキシャルポンプの流入区域及び流出区域を形成する。
【解決手段】ポンプケーシング８の中で中空体１の外側にあるモーター固定子３により回転させられる支承付き回転翼５が軸方向に整列して内設され、入口ベンド１２が前部案内６の方向に断面が縮小し、出口ベンド１３が流れ方向に出口円筒１９に至るまで断面が縮小し、入口及び出口ベンド１２、１３と入口及び出口カニューレ１７、１８が柔軟な材料からなるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は請求項１の上位概念に基づく体液の軸方向搬送のための装置に関する。

例えば乳液や分散液のように特にエネルギーの取り込みによって不可逆的変化をこうむる体液、例えば血液は適当な装置例えばポンプで搬送するときに、不安定領域に移行する欠点がある。

特に敏感な流体系は血液である。脊椎動物のこの不透明な赤色の体液は完結した脈管系を循環し、その際心臓の律動的な収縮が血液を生体の様々な領域に押し込む。この場合血液は呼吸ガス、酸素及び二酸化炭素、栄養物、代謝産物及び身体固有の作用物質を輸送する。心臓を含む血管系はこの場合外界から密閉遮断されているから、健康な生体では血液が心臓により身体に圧送されるときに変化を生じることはない。

血液が身体固有でない物質との接触で又は外部エネルギーの作用により溶血及び血栓形成の傾向があることは知られている。血栓形成は広く分岐した血管系に閉塞を招くので、生体にとって致死的である。溶血とは、体内の赤血球が生理的限度を超えて溶解−破壊−される状態をいう。溶血の原因は機械的又は代謝的種類のものである。溶血の増大は様々な器官障害をもたらし、ヒトの死に至ることがある。

他方では特定の構造的前提のもとで心臓のポンプ能力を支援し、又は自然の心臓を人工心臓と交換することさえ原則として可能であることが判明した。ところが埋設した心臓支援系又は人工心臓の持続的使用は、現在のところ限られた範囲でしかできない。なぜならこの人工製品と血液及び全生体との相互作用が依然として血液及び生体の不都合な変化をもたらすからである。

実質的に円筒形の管からなり、外側に隣接するモーター固定子の回転子として形成された搬送部材が上記の管の中にある軸流血液ポンプは先行技術で周知である。いわゆるブレード配列を有する回転子が、モーター固定子により回転されるに従って液体を軸方向に搬送する。

国際特許公開公報第ＷＯ００／６４０３０号では単相又は多相流体の入念な搬送のための装置が説明される。この装置では流れ方向に見て搬送部材（回転子）の前に前部案内が、流れ方向に見て搬送部材の下流に後部案内が配置されている。血液はポンプ貫流区域では実質的に不利な変化をこうむらないが、しかしポンプの前部案内の上流の流入区域と後部案内の下流の流出区域で乱流が形成され、血液の変化を招く欠点があることが判明した。米国特許第４,９９４,０７８号明細書では、出口及び入口区域が断面縮小又は拡張を特徴とする特定の流れ断面を有する心臓ポンプが説明される。ところがそこで示唆された血液のこの流れの経過は不十分にしか示されていないので、流出区域で血流がどのように移送されるかを明確に認識することができない。
国際特許公開公報第ＷＯ００／６４０３０号 米国特許第４,９９４,０７８号

本発明の根底にあるのは、流入区域及び流出区域で流れを方向転換させても流れの剥離が起こらないで、ほぼ順調な流線が維持されるように、アキシャルポンプの流入区域及び流出区域を形成するという課題である。

請求項１の特徴部分によって課題の解決が行われる。

ポンプケーシング（８）の中で中空体（１）の外側にあるモーター固定子（３）により回転させられる支承付き搬送部材（２）が軸方向に整列して内設され、搬送部材（２）が回転翼（５）を有し、かつ搬送部材（２）の流れ方向上流及び下流に固定前部及び後部案内（６、７）が配置された、液体を実質的に軸方向に導く管状中空体（１）と、流れ方向を変えるために中空体（１）に取付けられた流入及び流出区域（１０、１１）とからなり、入口ベンド角（１５）を有し、かつ管状中空体（１）に取付けられた入口ベンド（１２）が流入区域（１０）に配置され、出口ベンド角（１４）を有し、かつ中空体（１）に取付けられた出口ベンド（１３）が流出区域（１１）に配置され、入口ベンド（１２）が前部案内（６）の方向に断面が縮小し、出口ベンド（１３）が流れ方向に出口円筒（１９）に至るまで断面が縮小する体液の軸方向搬送のための本発明装置は、入口及び出口ベンド（１２、１３）と入口及び出口カニューレ（１７、１８）が柔軟な材料からなることを特徴とする。

有利な改良が従属請求項に示されている。

出口円筒（１９）の流れ方向下流に流れディフューザー（２５）と出口カニューレ（１７）が配置されている。本発明の改良として、柔軟な材料が実質的にシリコーン及び／又は補強シリコーン（織物）からなる。材料の柔軟性は本発明装置の最適な手術的取付け及び胸腔内でのその機能を可能にする。

本発明の改良として、出口ベンドと入口ベンドは独立区域だけが柔軟な材料からなる。

入口ベンドの半径と入口ベンドの入口の直径は１：２の比率である。流れディフューザーは流れ方向に断面拡張を有する。

類別に基づくアキシャルポンプの流入区域及び流出区域を本発明に基づき構成することにより、乱流状態が発生することなく、流れを穏やかに加速することができる。この場合本発明に基づき特に４５°ないし５０°の入口ベンド角を形成すれば、流れ断面の変化に関して極めて有利であることが実証された。出口ベンド角の大きさは、この場合８５°ないし９５°である。その結果本発明に基づき成立する流れ案内は次の有利な性質を特徴とする。
前部案内に流入する流れを恒常的に加速する入口ベンドの特殊な成形。
前部案内の適当な形状により最適化された搬送部材への流入。
搬送部材での最適化されたエネルギー伝達。
後部案内での流れの調節及び圧力回復。
湾曲区域で流れを恒常的に加速する出口ベンドの特殊な形状。
回転対称なディフューザ−の形のゆるやかな断面拡張を備えた、出口カニューレへの連結片の区域の流れの調節。入口及び出口ベンドのために十分に形状安定な弾性材料を選択することによって、本発明装置は特に有利に構成され、入口及び出口ベンドはこうして心室又は大動脈への装置の接続区域で物理的原因に基づく持続的運動を吸収することができる。

次に図面に基づき発明を詳述する。

図１は入口ベンド１２及び出口ベンド１３を備えた、類別に基づくアキシャルポンプの概略図を示す。入口ベンド１２は入口取付け部２８により円筒形中空体１の流入区域１０に固定される。出口ベンド１３は出口取付け部２９により円筒形中空体１の流出区域１１に固定される。流れ方向に見て、ガイドブレード配列９を有する固定前部案内６と、モーター回転子４、回転翼５、支持リング３０からなる浮支された搬送部材２が円筒形中空体１の中にある。流れ方向に見てモーター回転子４の下流に、後部ガイドブレード配列１６を有する固定後部案内７が配置されている。モーター回転子４はポンプケーシング８の中に配置されたモーター固定子３によって回転させられる。ここに例示するアキシャルポンプでは、出口ベンド１３に流れディフューザー２５が設けられている。搬送される血液は入口カニューレ１８を経て入口ベンド１２の入口円筒２０に入り、次に入口ベンド１２の湾曲２４に従って入口ベンド角だけ流れ方向を転じ、入口取付け部２８に送られる。入口ベンド１２はこの場合下流へ流入区域１０に至るまで持続的に断面が収縮する。次に血液は前部案内６を経てモーター回転子４を通過し、後部案内７を経て円筒形中空体１の流出区域１１に送られる。ここで血液は出口ベンド１３の出口取付け部２９に入り、出口ベンド１３で出口ベンド角１４だけ流れ方向を転換させられる。この場合もやはり出口ベンド１３の断面が収縮する。出口ベンド１３の出口円筒１９はここで例えば流れディフューザー２５に接続する。流れディフューザー２５は下流へ出口カニューレ１７の方向に持続的な断面拡大を有する。入口ベンド角１４で血流の方向を転じる入口ベンド１２を配置し、出口ベンド角１４で血液の方向を転じる出口ベンド１３を配置することによって、流れの円滑な進行が得られる。

図２は搬送される血液をポンプ出口２７、流出区域１１及び湾曲部２３を経て出口円筒１９に、さらに流れディフューザー２５及び出口カニューレ１７に導く出口ベンド１３の断面概略図を示す。このような流れ案内によって、流れる血液の出口ベンド１３の内面からの剥離が見事に回避される。

図３に断面概略図で示す入口ベンド１２は、入口カニューレ１８から入口円筒２０を経て到来する血液を入口ベンド角１５だけ向きを転じて入口取付け部２８に導く。この場合下流へ入口取付け部２８に至るまで、持続的に入口ベンド１２の断面が収縮する。次に血液は流入区域１０を経てポンプ入口２６へ送られる。ここで本発明に基づき存在する持続的な流れ断面の収縮により、入口ベンド１２の壁面２１からの流れの剥離は起こらない。

入口及び出口ベンドを有する、類別に基づくアキシャルポンプの断面概略図。 出口ベンドの断面概略図。 入口ベンドの断面概略図。

符号の説明

１ ：中空体
２ ：搬送部材
３ ：モーター固定子
４ ：モーター回転子
５ ：回転翼
６ ：前部案内
７ ：後部案内
８ ：ポンプケーシング
９ ：ガイドブレード配列
１０：流入区域
１１：流出区域
１２：入口ベンド
１３：出口ベンド
１４：出口ベンド角
１５：入口ベンド角
１６：後部ガイドブレード配列
１７：出口カニューレ
１８：入口カニューレ
１９：出口円筒
２０：入口円筒
２１：壁面
２２：壁面
２３：湾曲
２４：湾曲
２５：流れディフューザー
２６：ポンプ入口
２７：ポンプ出口
２８：入口取付け部
２９：出口取付け部
３０：支持リング

Claims (5)

1. ポンプケーシング（８）の中で中空体（１）の外側にあるモーター固定子（３）により回転させられる支承付き搬送部材（２）が軸方向に整列して内設され、搬送部材（２）が回転翼（５）を有し、かつ搬送部材（２）の流れ方向上流及び下流に固定前部及び後部案内（６、７）が配置された、液体を実質的に軸方向に導く管状中空体（１）と、流れ方向を変えるために中空体（１）に取付けられた流入及び流出区域（１０、１１）とからなる体液の軸方向搬送のための装置において、
   入口ベンド角（１５）を有し、かつ管状中空体（１）に取付けられ、前部案内（６）の方向に断面が縮小する入口ベンド（１２）が流入区域（１０）に配置され、
   出口ベンド角（１４）を有し、かつ中空体（１）に取付けられた出口ベンド（１３）が流出区域（１１）に配置されていて上流の出口円筒（１９）の方向に断面が縮小しており、
   入口及び出口ベンド（１２、１３）と入口及び出口カニューレ（１８、１７）が柔軟な材料からなることを特徴とする装置。
2. 出口円筒（１９）の流れ方向下流に流れディフューザー（２５）及び出口カニューレ（１７）が配置されており、該流れディフューザー（２５）は下流の出口カニューレ（１７）の方向に持続的に断面が拡大していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 入口ベンド（１２）の下流端と出口ベンド（１３）の上流端が直線上に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 柔軟な材料が実質的にシリコーン及び／又は織物である補強シリコーンからなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の装置。
5. 出口ベンド（１３）及び入口ベンド（１２）が柔軟な材料からなり、他の構成から独立した領域を形成していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の装置。

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