JP4076478B2

JP4076478B2 - 人工心臓ポンプシステム

Info

Publication number: JP4076478B2
Application number: JP2003168137A
Authority: JP
Inventors: 尚也杉浦
Original assignee: TRUMO KABUSHIKI KAISHA
Current assignee: TRUMO KABUSHIKI KAISHA
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2023-06-12
Also published as: JP2005000434A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工心臓用のポンプシステムに関し、特に人工心臓用のポンプを制御するためのシステムコントローラとそれに用いられるユーザインターフェイスモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、人工心臓に用いられる血液ポンプ装置としては、ポンプ本体とコントローラの互換性を持たせるために、インペラ（羽根車）の浮上位置を判別するセンサ回路をポンプ本体に内蔵させるもの（例えば、特許文献１参照。）や、人工心臓や人工心肺などに用いられ、生体心をバイパス接続して補助あるいは完全置換する血液ポンプの制御方法であって、血液ポンプに流れる電流を一定に制御することにより圧力負荷の変動に対して血液ポンプの流量変化を小さく抑えるようにしたもの（例えば、特許文献２参照。）が知られている。また、モータに流れる電流と流量の関係、及び電流と圧力との関係を予め求めておき、ＣＰＵからの指令によって、これらの相関関係に基づいてモータの回転数を可変制御し、流量または圧力を制御する磁気浮上型ポンプも知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００３】
これらの先行技術文献に記載された装置においても、全体システムのコントローラは表示部等のユーザインターフェイスを含んでいる。例えば、特許文献２及び特許文献３に記載の磁気浮上型ポンプの制御回路（コントローラ）においても、インペラの回転数を表示する回転数表示部、血液の流量を表示する流量表示部、及び吐出圧力を表示する圧力表示部が設けられている。これらのコントローラは通常は患者が携帯して利用するものであり、患者はポンプの作動状況の確認や条件変更等の操作を行うために、コントローラを直接見に行くか、直接操作を加えることが必要となることがある。
【０００４】
図４は、従来の人工心臓ポンプシステムの例を示す。この人工心臓ポンプシステムでは人間の体の中に埋め込まれる機器部分と、人間の体の外部に保有する機器部分を含んでいる。人間の体の中に埋め込まれる部分は血液ポンプ５０の部分である。そして、外部に保有する部分は、携帯用コントローラ５１とその携帯用コントローラ５１に電力を供給する２個のバッテリ５２と５３である。コントローラ５１にはユーザインターフェイス用の表示部５４が設けられている。血液ポンプ５０とコントローラ５１は皮膚を貫通するケーブル５５で接続されている。
【０００５】
図５は、一般的に用いられる従来の人工心臓ポンプシステムのブロック構成図を示すものである。この人工心臓ポンプシステムは、人体内に埋め込まれた血液ポンプ１００と、この血液ポンプ１００の稼動状態を制御するコントローラ１０１及びコントローラ１０１の電源回路に電力を供給するためのバッテリ１０２から構成される。そして、コントローラ１０１は、コントローラ全体の制御を司るプロセッサ１０３と、血液ポンプの稼動状態の監視結果及び血液ポンプの稼動条件等を保存するメモリ装置１０４と、血液ポンプ１００を構成するインペラを磁気的に浮上させる磁気浮上制御回路１０５と、インペラを回転させるモータを駆動させるモータ駆動回路１０６と、プロセッサ１０３、メモリ装置１０４、磁気浮上制御回路１０５、モータ駆動回路１０６に電力を供給する電源回路１０７と、血液ポンプのインペラの回転数、血液の流量、または吐出圧力を表示する液晶表示部（ＬＣＤ）１０８と、血液ポンプ及び前記コントローラの動作状態を表示する発光素子（ＬＥＤ）１０９と、血液ポンプ及び前記コントローラの異常を知らせるブザー１１０と、プロセッサ１０３に対して血液ポンプの稼動状態の変更を指示する指示ボタン１１１を備えている。
【０００６】
図５に示される従来の人工心臓ポンプシステムの動作を説明する。血液ポンプ１００内に設けられるインペラ（羽根車）は磁気浮上制御回路１０５によって磁気的に浮上されるように制御され、かつモータ駆動回路１０６により安定な回転数で回転するように制御される。このインペラを回転させるモータの回転数は、患者の血液の粘度や吐出流量等を勘案して医師が設定するものであるが、通常は1800rpm〜2200rpm程度とされる。（例えば、特許文献３を参照。）
【０００７】
また、プロセッサ１０３は、磁気浮上制御回路１０５及びモータ駆動回１０６から信号を受け取り、メモリ装置１０４に必要な情報を記憶させるとともに、液晶表示装置（ＬＣＤ）１０８にその血液ポンプ１００の制御状態を表示するようにしている。このＬＣＤ１０８の表示内容としては、インペラの回転数、血液の流量、及び血液ポンプの吐出圧力等が考えられる。
【０００８】
更に、プロセッサ１０３は血液ポンプ１００の異常を検出した場合には、ＬＥＤ１０９の表示色を、例えば緑から赤に変更したり、ブザー１１０を作動させて警報音を発生させたりしている。また、メモリ装置１０４には、血液ポンプ１００の稼動状態が記憶されるのみならず、予め血液ポンプ１を稼動させる設定条件が記憶されており、プロセッサ１０３はこのメモリ装置１０４に記憶されている設定値を読み込んで、血液ポンプ１００の稼動状態を制御するようにしている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−３２７５９５号公報
【特許文献２】
特開平９−５６８１２号公報
【特許文献３】
特開平８−２７０５９５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記各従来技術に記載される人工心臓用のコントローラ１０１を携帯した患者（ユーザ）は、コントローラ１０１の表示内容の確認あるいは設定変更するなどの操作を行う場合、コントローラを外部に露出しなければならないという問題があった。また、コントローラが衣服等の下にある状態でアラームが鳴動してもユーザは聞き取ることが困難であることが多かった。更に、コントローラの表示及び操作部、すなわちユーザインターフェイス部分はユーザが直接操作を行う部分であるため最も故障しやすい箇所の1つであると考えられるが、従来のコントローラではユーザインターフェイスが故障した場合に一度システムを停止してコントローラを全て交換しなければならないという不都合があった。
本発明は、上記問題点を解決し、コントローラを外部に露出させることなくコントローラの表示内容をユーザが確認できるようにするとともに、ブザー等のアラームが発生した場合にユーザが確実に聞き取れるようにした人工心臓ポンプシステムとそれに用いられるユーザインターフェイスユニットを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し本発明の目的を達成するため、本発明の人工心臓ポンプシステムは、体内に埋め込まれる血液ポンプと、体外に携帯して配置される前記血液ポンプを制御するコントローラと、このコントローラに指令するユーザインターフェイスユニットを備えた人工心臓ポンプシステムである。この人工心臓ポンプシステムに用いられるユーザインターフェイスユニットは、血液ポンプの稼動状態を監視する表示部及び血液ポンプの制御状態を変更するための指示部と、血液ポンプのインペラの回転数、血液の流量、または吐出圧力を表示する液晶表示部と、血液ポンプ及びコントローラの動作状態を表示するＬＥＤ発光素子と、血液ポンプ及び前記コントローラの異常を知らせるブザーとを、備えている。そして、ユーザインターフェイスユニットとコントローラとは、それぞれ独立してプロセッサと電源回路を備え、ユーザインターフェイスユニットは、コントローラと分離されて、有線または無線の通信ラインによりコントローラに接続される、ようになっている。
【００１５】
本発明の人工心臓ポンプシステムによれば、システムのコントローラとは別個にユーザインターフェイスユニットを設けることにより、表示の確認や操作の時にコントローラを露出させる必要がなくなるとともに、ユーザインターフェイス部にアラーム機能を搭載することにより手元でアラームが鳴動するため、アラームの聞き逃しを防止することが可能である。
更に、このモジュールを着脱可能なものにすることにより、ユーザインターフェイス部分が故障したときにコントローラを停止することなくそのユーザインターフェイスユニットだけを交換することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の人工心臓ポンプシステムを携帯させた場合の全体構成を示すものであり、人間の体内に埋め込まれる血液ポンプ１と、皮膚を貫通するケーブル７により血液ポンプ１と接続され、例えばベルト部分のような体外に携帯されるコントローラ２と、コントローラ２への電力供給源としてのバッテリ３，４及び血液ポンプ１の稼動状態を表示するユーザインターフェイスユニット５から構成される。この血液ポンプ１は、心臓の左心室に血液ポンプ1の流入口を接続し、流出口を大動脈に接続することで血液をバイパスし、心臓の機能が低下した患者の血流を確保するようにしている。
【００１７】
ユーザインターフェイスユニット５は、ケーブル６によりコントローラ２と接続されており、コントローラ２からの信号を受けて、血液ポンプ１の稼動状態、すなわち、インペラの回転数、血液の流量、及び吐出圧力等の表示を行う表示部を備えている。また、患者であるユーザまたは医師が本システムに対して稼動条件の設定変更等を行う場合に使用される指示ボタンも具備している。
【００１８】
図２は、本発明の人工心臓ポンプシステムの全体構成を示すブロック図である。図４に示される従来の人工心臓ポンプシステムと異なるところは、ユーザインターフェイスユニット５がコントローラ２から独立して設けられている部分である。
このユーザインターフェイス５は、図１に示すケーブル６によりコントローラ２と接続されているが、この接続は無線ＬＡＮ等で接続することも可能である。
【００１９】
コントローラ２は、血液ポンプ1及びコントローラ全体の制御を司るプロセッサ８と、血液ポンプの稼動状態の監視結果及び血液ポンプの稼動条件等を保存するメモリ装置９と、血液ポンプ１内のインペラを磁気的に浮上させる磁気浮上制御回路１０と、インペラを回転させるモータを駆動するモータ駆動回路１１と、プロセッサ８、メモリ装置９、磁気浮上回路１０、モータ駆動回路１１に電力を供給する電源回路１２から構成される。
【００２０】
一方、コントローラ２とケーブルまたは無線ＬＡＮ等で接続されるユーザインターフェイスユニット５は、コントローラ２のプロセッサ８と接続されるユーザインターフェイス用のプロセッサ１３と、血液ポンプ１のインペラの回転数、血液の流量、または吐出圧力等を表示する液晶表示部（ＬＣＤ）１４と、血液ポンプ及び前記コントローラの動作状態を表示する発光素子（ＬＥＤ）１５と、血液ポンプ及び前記コントローラの異常を知らせるブザー１６と、プロセッサ１３に対して血液ポンプの稼動の変更を指示する指示ボタン１７と、プロセッサ１３及びＬＣＤ１４に電力を供給する電源回路１８と、電源回路１８の駆動源としてのバッテリ１９を備えている。図２において、電源の供給は太い実線の矢印で、制御信号の流れは細い実線の矢印で、データの流れは点線の矢印で示されている。
【００２１】
次に、本発明の人工心臓ポンプシステムの動作について、図３に示すフロー図に基づいて説明する。まず、図３のフロー図において、プロセッサ８により磁気浮上制御回路１０から磁気浮上データが取得される（ステップＳ１）。プロセッサ８はこの取得したデータに基づいて血液ポンプ1内のインペラの浮上状態を制御出力を算出し（ステップＳ２）、これを磁気浮上制御回路１０に出力する（ステップＳ３）。このステップＳ１からステップＳ３まででインペラの磁気浮上制御が完了する。
【００２２】
次に、プロセッサ８において、モータ駆動回路１１よりモータの回転データが取得される（ステップＳ４）。制御プロセッサ８は、この取得したデータに基づいてモータの回転制御データを算出し（ステップＳ５）、これをモータ駆動回路１１に供給する（ステップＳ６）。このステップＳ４からステップＳ６まででモータの回転制御が完了する。
【００２３】
インペラの磁気浮上制御及びモータの回転制御が終了すると、次に、プロセッサ８は取得したデータをメモリ装置９に格納する（ステップＳ７）。その後、ユーザインターフェイスユニット５のＬＣＤ１４に表示するデータを変更するか否かが判断される（ステップＳ８）。表示データを変更する必要がある場合は、ユーザインターフェイスユニット５のボタン１７あるいは不図示のキーボードまたはタッチパネルから表示データの変更をユーザインターフェイスユニット５のプロセッサ１３に指示し、データ表示を更新させる（ステップＳ９）。ステップＳ７からステップＳ９の処理がデータ処理ステップである。
【００２４】
続いて、表示データに異常があるかどうかが判断される（ステップＳ１０）。表示データに異常がある場合（エラー有り）は、ユーザインターフェイスユニット５のＬＥＤ１５の発光色を、例えば緑から赤色に変えるなどのエラー表示を行うとともに（ステップＳ１１）、ブザー１６を鳴動させる（ステップＳ１２）。そして、エラーデータはコントローラ２のプロセッサ８を通してメモリ装置９に格納する（ステップＳ１３）。判断ステップＳ１０でエラーが無いと判断された場合は、最初のステップＳ１に戻り、磁気浮上データの取得が行われる。
【００２５】
本発明の人工心臓ポンプの実施の形態によれば、人工心臓ポンプのコントローラ２とユーザインターフェイスユニット５を別モジュールとして独立させることにより、コントローラ２からユーザインターフェイス部分を排除することが可能となる。これによりコントローラの表示を確認したり操作を行ったりするときにコントローラに直接アクセスする必要がなくなり、患者はコントローラを衣服の下等に隠しておくことができる。また、ユーザインターフェイスユニット５にブザー１６を含めることによりアラームを耳に近いところで鳴動させることが可能となり、アラームの聞き逃しを防止することができる。
【００２６】
また、コントローラ２とユーザインターフェイスユニット５とは、コネクタを用いて着脱自在に接続することができるので、不要時にはユーザインターフェイスユニット５を取り外してより簡易なシステムとして使用することができる。また、ユーザインターフェイスユニットが故障した場合にも、このコネクタから先だけを交換することによりシステムを停止することなく回復が可能となる。
更に、コントローラ内のハードウェア・ソフトウェアからユーザインターフェイス部分を取り除くことができるため、コントローラ２及びユーザインターフェイスユニット５の両方を簡易なものへと変更することができる。
【００２７】
従って、本発明の人工心臓ポンプシステムに用いられるコントローラ２は、従来よりも小型化が可能であり、そのソフトウェアは生産性・保守性・信頼性を向上させることが可能である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の人工心臓ポンプシステムによれば、血液ポンプ１の作動状況を確認する場合でも、コントローラ２を衣服の外に露出することなく、ユーザインターフェイスユニットのみを手元にとって表示確認・操作等が可能である。また、コントローラからユーザインターフェイス関連のハードウェアを排除することによりコントローラの小型化が可能となる。さらにコントローラ２のプロセッサ８の負荷を低減することができるため比較的安価なプロセッサを選択することが可能になる。
また、ユーザインターフェイスユニット５が故障した場合にも、いちいちコントローラ２を停止する必要がなく、ユーザインターフェイスユニットのみの交換で機能を回復することが可能となる。
本発明の人工心臓ポンプシステムとユーザインターフェイスユニットを採用することにより、操作が簡便で、かつシステムを継続して動作させることのできる信頼性の高い人工心臓補助システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の人工心臓ポンプシステムの構成部分と人体に携帯させるときの配置関係を示す図である。
【図２】本発明の人工心臓ポンプシステムの実施の形態を示すブロック構成図である。
【図３】本発明の人工心臓ポンプシステムの動作を説明するためのフロー図である。
【図４】従来の人工心臓ポンプシステムの構成部分と人体に携帯させるときの配置関係を示す図である。
【図５】従来の人工心臓ポンプシステムを示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１、５０、１００・・・血液ポンプ、２、５１、１０１・・・コントローラ、３、４、１９、５２、５３、１０２・・・バッテリ、５、５４・・・ユーザインターフェイスユニット、６・・・ケーブル、７、５５・・・皮膚貫通ケーブル、８、１３，１０３・・・プロセッサ、９、１０４・・・メモリ装置、１０、１０５・・・磁気浮上制御回路、１１、１０６・・・モータ駆動回路、１２、１８、１０７・・・電源回路、１４、１０８・・・液晶表示装置（ＬＣＤ）、１５，１０９・・・発光素子（ＬＥＤ）、１６，１１０・・・ブザー、１７，１１１・・・ボタン（指示用）

Claims

体内に埋め込まれる血液ポンプと、体外に携帯して配置される前記血液ポンプを制御するコントローラと、該コントローラに指令するユーザインターフェイスユニットを備えた人工心臓ポンプシステムにおいて、
前記ユーザインターフェイスユニットは、前記血液ポンプの稼動状態を監視する表示部及び前記血液ポンプの制御状態を変更するための指示部と、前記血液ポンプのインペラの回転数、血液の流量、または吐出圧力を表示する液晶表示部と、
前記血液ポンプ及び前記コントローラの動作状態を表示するＬＥＤ発光素子と、前記血液ポンプ及び前記コントローラの異常を知らせるブザーとを、備え、
前記ユーザインターフェイスユニットと前記コントローラとは、それぞれ独立してプロセッサと電源回路を備え、前記ユーザインターフェイスユニットは、前記コントローラと分離されて、有線または無線の通信ラインにより前記コントローラに接続される、
ことを特徴とする人工心臓ポンプシステム。