JPH04176471A - 循環補助ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は血液ポンプに関する。さらに詳しくは、この
発明は患者の血管システムの中に挿入し、運動障害（ｄ
ｙｉｋｉｎｅｔｉｃ’、のある心臓の左心室あるいは右
心室に対して一時的な循環補助を行うために使用される
一時的な循環補助ポンプに関する。

〔従来の技術〕

心臓疾患による死亡や廃疾は大部分、梗塞を起こした左
心室あるいは右心室のポンピング作用が不適切なためで
ある。こうした状態にある患者の心臓は、患者の生存を
維持するために十分な血流が提供できないことを除けば
、その他の点では正常に機能する。

一時的な循環補助が必要とされる他の分野は、同種移植
心臓置換（ａｌｌＢ＋ａ！ｔ　ｅａ＋ｄｉａｃｒｅｐｌ
ａｃｅｍｅｎｔ）や心臓移植である。心臓移植を行った
後の１年の生存率は現在では８０％に達しているか、一
方において移植を待っている間に多くの患者が死亡して
いる。同様に、免疫反応抑制剤が移植された心臓の拒絶
反応と闘っている間に循環補助を行なえば助かったかも
しれない２０％もの人か死亡している。移植を行い、同
種移植片か安定するまで患者の生命を維持するために、
有効な循環補助ポンプに対する必要性が非常に高まって
いる。米国の平均予測寿命が増加し続けるにつれて、冠
状動脈疾患及び慢性うっ血性心マヒは機械的な循環補助
の利用を増大させることか予想される。機械的循環補助
に対する潜在的な候補者の数の実際的な評価は、米国に
おいて毎年患者的３０ｏ、ｏｏｏ人になるであろう。こ
の数は”ヘヒ−フーム□Ｂｂｙ　ｂｏｏｍｅｚ）”人口
が２０２０年頃にピークに達するまで年間６％の割合で
増加するであろう。

心臓の循環補助に関する方法及び装置は従来から存在す
る。米国特許第４．６２５．７１２号には高性能な血管
内血液ポンプが開示されている。ポンプは大腿部動脈を
介して心臓へ挿入され、外部の電源からとられた可とう
性を有するケーブルを介して駆動される。駆動ケーブル
はポンプに取り付けられたカテーテルの中に収容されて
いる。ポンプは１０．０００＋ｐｍから２０．０００＋
ｐｍの範囲で回転され、１分間に約４１のオーダで血流
を発生する。

米国特許第３．５０５．９８７号には冠状動脈を助ける
ためのカウンターパルセーションシステムか開示されて
いる。このシステムは患者の大動脈の中に設置された拡
張可能なインペラを有する。インペラは膨張及び収縮を
行なうと同時に、大動脈の中で往復運動を行って心臓の
ボンピング動作と同期して心臓収縮のときに大動脈の血
圧を下げたり、心臓拡張のときに大動脈の血圧を上げた
りする。

米国特許第３．６６７、０６９号には右心室の代わりを
したり補助を行なったりするための移植可能なジェット
ポンプが開示されている。このジェットポンプは細長い
管状の構造を有し、上流に駆動ノズルを備えている。こ
の駆動ノズルからは加圧状態の大動脈血流が吸引ノズル
の中に排出され、減圧状態を発生する。この結果、静脈
血は駆動流の中へ吸引されて混合され、肺循環へ分配さ
れる。ジェットポンプは左心室あるいは左心室に代わる
人工装置から圧送される血液によって駆動される。

米国特許第４．０５１．８４０号には、胸部大動脈の中
へ手術によって移植される大動脈片が開示されている。

大動脈片は規則正しく膨張、収縮を行なって血流の中に
圧力波を発生する。発生された圧力波は、人体への血液
循環を強くして心臓を助ける。

一般に、心臓の循環補助に利用可能な方法は装置を移植
するための大手術を必要とし、このことは患者の生存に
とって大きな危険を意味している。

米国特許第４．６２５．７１２号に開示されている装置
は、腸骨・大腿部動脈（ｉｌｉｏｆｅｍｏ＋ａｌ　ａｌ
ｌｅｙ）を介して心臓の中へ挿入される。従って、大手
術を行なわないので、患者への危険は小さい。しかし、
正確な血流を発生するためには、大腿部動脈や大動脈の
曲がりや急激な曲線部を通してポンプや駆動シャフトを
非常な高速で回転する必要がある。従って、大腿部動脈
の中にホットスポットが形成されないように厳重な注意
が必要である。

高速回転血液ポンプに関する他の欠点は血球のかなりの
部分を傷つける危険が大きいことである。

傷ついた血球を人体から排出し、それらに代わる新しい
血球を生成しなければならない。これによって、すでに
危険な状態にある患者のシステムにはさらに負担をかけ
ることになる。このように、十分な量の血流を提供して
心臓を助け、心臓か治癒するか、あるいは移植を待って
いる間患者を生存させることができるような、容易に移
植できて危険の少ない一時的な循環補助ポンプが従来は
提供されていなかった。

〔発明の概要〕

この発明は、循環補助を行うために患者の心臓の中に挿
入される小型の一時的な循環補助ポンプに関するもので
ある。この発明の実施例においてポンプは患者の血管シ
ステムの中を通されるカテーテルによって心臓の左心室
の中へ挿入される。

このポンプは、ごく小さな生理学的圧力の範囲内で比較
的低速な血液を大量に分配するために、螺旋形状の薄片
（［ｏｉｌ）インペラを利用している。

この発明の上述した利点及び目的は、以下で添付図面を
参照して説明するこの発明の実施例からより明かになる
であろう。

〔実施例〕

以下、添付図面に基づいてこの発明による循環補助ポン
プの実施例を説明する。まず、第１図及び第２図を参照
する。この発明の血液ポンプは心臓１２の左心室１０の
中に挿入される。血液ポンプは参照番号１４によって表
されており、カテーテル１６の前端部に取り付けられて
いる。実施例例においては、心臓１２へのアクセスは大
腿部動脈１８を通して行われる。大腿部動脈が好ましい
挿入箇所であるけれとも、心臓１２へのアクセスは他の
動脈あるいは他の手術装置を介して行うことができる。

実施例においては血液ポンプ１４は左心室１０の中に設
置されている。しかし、ある場合には血液ポンプ１４を
右心室２０の中に配置することか好ましい。右心室２０
へのアクセスは肺動脈２２を介して行うことかできる。

動作時には、第１図に示されている血液ポンプ１４の流
入端部は左心室１０の中に配置される。血液ポンプ１４
の排出端部あるいは流出端部は大動脈２４の中に配置さ
れている。このように、血液ポンプ１４の一部は心臓弁
２６を介して左心室１０の中に延びている。血液は血液
ポンプ１４を介して左心室１０から矢印２８の方向に大
動脈２４の中へ圧送される。

次に第３図を参照して説明する。この図では血液ポンプ
１４かさらに詳しく描かれている。血液ポンプ１４はカ
テーテル１６の中を延びている可撓性を有する駆動シャ
フト３０によって駆動される。第２図から最もよくわか
るように、駆動シャフト３０は患者の体の外側に配置さ
れたモータ３１によって駆動される。血液ポンプ１４は
カテーテル１６の先端に固定されている。血液ポンプ１
４とカテーテル１６は大腿部の中を通して左心室１０ま
でガイドされる。左心室１０まで到着すると、血液ポン
プ１４は心臓の左心室１０の中に設置される。周知の挿
入技術を利用して、流入端部３２が心臓弁２６を通って
左心室１０の中へ延びるように血液ポンプ１４を設置す
る。血液ポンプ１４の流出端部３４は左心室１０の外側
に配置され、第１図のように、圧送された血液が大動脈
２４の中へ排出される。

第３図に示されているこの発明の実施例においては、血
液ポンプ１４はほぼ円筒形状を有する細長いハウジング
３６を有する。ハウジング３６の流入端部３２は先端が
丸められており、心臓弁やその他の心臓組織を傷めるこ
となく心臓弁２６を通って左心室１０の中へ容易に挿入
できるようになっている。流入端部３２は開口されてお
り、左心室１０の中に集められた血液がポンプ１４の中
へ自在に流れ込むようになっている。ハウジング３６の
中には螺旋形の薄片のインペラ３８が収容されている。

インペラ３８は駆動シャフト３０へ連結されている。駆
動シャフト３０はシャフトスタビライザ４０によってハ
ウジング３６の流出端部３４内の中央に配置されている
。

第１図の実施例において血液ポンプ１４は心臓１２の左
心室１０の中に設置されており、左心室１０からの血液
はインペラ３８か回転すると大動脈２４の中へ圧送され
る。インペラ３８は液体媒質中を運動する翼（ａｉ＋Ｉ
ｏｉｌｊ　　と同しように機能する。運動中のボディへ
作用する流体力のブラシウス（Ｂｌａｓｉｕ＋）の第１
方程式（Ｂｌａｓｉｕｓ’＋　ｆｉｒｓｔｅｑｕａｔｉ
ｏｎ　Ｏｆ　ｆｌｕｉｄ　１ａｎｃｅｔ　ｏｎ　ａ　ｂ
ｏｄｙ　ｉｎｍｏｔｉｏｎ）によって、液体中のホデイ
に働く力は記述される。この力は運動と垂直な方向（Ｙ
軸）の成分と、運動に平行な成分（Ｘ軸）に分解される
。

これらの力はそれぞれ”揚力（ｌｉｆｔ）”及び”抗力
（ｄ　ｔ　ａ　ｇ）”として知られている。流体力学に
おいて、揚力と抗力はスラスト成分に等しい。円筒形状
のハウジング３６内部に配置された螺旋形状の薄片から
なるインペラ３８が回転する場合、空気流によって発生
する揚力及び牽引力と同じような特性か得られる。すな
わち、ハウジング３６の中で回転する螺旋形状のインペ
ラ３８の両側に高圧力及び低圧力の両方が発生し、それ
がハウジング３６の中に流体運動を励起するスラスト力
を発生する。

次に第６図を参照して説明する。図にはインペラ３８が
二次元平面内に示されている。図かられかるように、イ
ンペラ３８の外形は翼のそれに似ており、前端部４２及
び後端部４４を有する。インペラ３８が回転するにつれ
て、回転するインペラ３８の両側に高圧力及び低圧力の
両方が発生する。高圧側は表面４６によって形成され、
低圧側は表面４８によって形成される。線（ｃｏｔｄ　
ｌｉｎ！：４９は、生理学的圧力レベル（ｐｈｙｓｉｏ
ｌｏｇｌｃａｌｐＩｅｓｓｕｒｅ　１ｅｖｅｌ）におい
て最大の流速を発生するように最適化されたインペラ３
８のアタックライン（ａｔｔａｃｋ　１ｉｎｅｊ　を示
している。

次に第３図を参照する。図かられかるように、インペラ
３８は巻き付けられるか（ｗ＋ａｐｐｅｄｊ　あるいは
ねじられていて螺旋形状に形成されている。

第５図から最もよくわかるように、インペラ３８の前端
部はハウジング３６を横切って延びる先端５０を有する
。第４図に示されているように、インペラ３８は先端５
０から後端部４４まで連続した外形（ｃｏｎｔｏｕｒｌ
　を有する。このインペラの外形は連続した回転流路を
形成しており、血流を流入端部３２における単純な質量
移動（ｍａｓ＋ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）から血液ポ
ンプ１４の流出端部３４における変則的な（＋＋ａｎ＋
ｔｏ＋ｍａｔｉｏｎａｌ）血流に変換する。流出端部３
４における血流はスラストと流線形状を発生する。変則
流（Ｈａｎｓｌｏ＋ｍａ）ｉｏｎａｌｆｌｏｗ）　はジ
ューコラスキ変換（Ｉｏｕｋｏｖｓｋｙｔ「ａｎｓｆｏ
ｒｍａｔｉｏｎ）を利用して計算でき、またグラフ化す
ることができる。従って、ジューコラスキ変換を用いて
ハウジング３６内のインペラ３８の回転運動によっ−で
発生するスラストを計算することができる。インペラ３
８の回転運動がスラスト力を発生し、このスラスト力が
血液を円筒形状のハウジング３６の中に引き込み、シャ
フトスタビライザ４０の中を延びる開口部５２及び流出
端部３４に設けられたボートを介して大動脈２４の中へ
排出して患者の血液システムの中を循環させる。

インペラ３８の後端部４４はその中央部において若干拡
大されており、駆動シャフト３０へ連結されている。し
かし、拡大部分３９はインペラ３８の後端部４４まで外
側ヘテーパ形状を有し、ハウジング３６の流出端部３４
へ流れる血流と干渉しないようになっている。

螺旋形状の薄片より成るインペラ３８は、ハウジング３
６の中を流れる血流を最大にする一方、血球を傷める可
能性を極力抑えるように設計されている。インペラ３８
は６．０００＋ｐｍから１０．０００＋ｐｍの範囲で回
転され、１分間におよそ３ないし４１の血流を発生する
。しかし、インペラ３８が連続した外形（ｃｏｎｔｏｕ
ｒ）からなる流路を形成されているため、乱流は最小限
に抑えられている。インペラ３８の高圧側で発生される
スラストによって、血流に発生する乱流を最小限に抑え
つつ、血液ポンプ１４の中を血液が引かれる。インペラ
３８は円筒形状のハウジング３６と協働し、連続した、
滑らかな回転流路を形成し、血液流を血液ポンプ１４の
流入端部３２における単純な質量移動からインペラ３８
の後端部４４における変則流へ変換する。このように、
血球への外傷は最小限に抑えられ、なおかつ患者の生命
を維持するのに十分な血流を発生する。

上述した実施例は単に説明のためのものであり、発明を
制限するものではない。従って、この発明による循環補
助ポンプは発明の精神及び範囲から逸脱しない限り如何
なる形によっても実現が可能である。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示しており、第１図は心臓の
左心室の中に設置されるポンプの好ましい位置を示すた
めに描かれた人間の心臓の断面図、第２図は患者の大腿
部動脈を介するポンプの挿入を示す図、第３図はポンプ
の部分断面図、第４図は第３図の４−４線断面図、第５
図は第３図の５−５線断面図、第６図は二次元平面内に
描かれた螺旋形状の翼インペラを示す図、第７図は第３
図の７−７線断面図である。 １０・・・左心室 １２・・・心臓 １４・・・血液ポンプ ３０・・・駆動シャフト ３１・・・モータ ３６・・・ハウジング ３８・・・インペラ ４０・・・シャフトスタビライザ 出願人　　　　　　　アメリカン・バイオ；ラド・イン
コーボレーテブド代理人　　　弁理士　岡田英彦（外３
名）ＦＩＧ、　７ ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ。 ”　ＦＩＧ、ｔ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも一つの流入ポートと少なくとも一つの流
   出ポートとを有する細長い円筒形状のハウジングと、 患者の心臓を補助するために前記のハウジングの中に設
   けられたポンプ装置と、 このポンプ装置へ連結された血管外の駆動装置と、 前記ポンプ装置を前記駆動装置へ連結するための駆動シ
   ャフトと、 を有し、前記ハウジングが人の血管の中を通して心臓へ
   挿入できるような寸法を有し、前記ポンプ装置がその中
   を血液を圧送するためにインペラ装置を有し、前記ハウ
   ジングが血液を患者の血管システムの中に排出するため
   の排出装置を有し、前記駆動装置が前記インペラ装置を
   駆動する一時的な使用のための循環補助ポンプ。 ２、前記インペラ装置が前記ハウジングの中に配置され
   た螺旋形状の薄片からなるインペラを有し、このインペ
   ラが前記ハウジングと協働して連続した回転流路を形成
   する特許請求の範囲第１項記載の循環補助ポンプ。 ３、前記インペラがその回転により低圧領域及び高圧領
   域を形成するような翼形状を有する特許請求の第２項記
   載の循環補助ポンプ。 ４、前記駆動シャフトを前記円筒形状のハウジングの中
   の中央に支持するための駆動シャフトスタビライザ装置
   が設けられている特許請求の範囲第３項記載の循環補助
   ポンプ。 ５、前記ポンプ装置を有する前記円筒形状のハウジング
   がカテーテルの先端に取り付けられており、このハウジ
   ングが前記カテーテルによって患者の心臓までガイドさ
   れる特許請求の範囲第１項記載の循環補助ポンプ。 ６、前記螺旋形状のインペラが先端から後端部までテー
   パ状の外形を有する特許請求の範囲第３項記載の循環補
   助ポンプ。 ７、前記螺旋形状のインペラが４．０００ｒｐｍから１
   ０，０００ｒｐｍの範囲の回転速度で駆動される特許請
   求の範囲第２項記載の循環補助ポンプ。