JPH0441867Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、人体に使用する循環器系の人工臓
器の耐久性を試験し或いは研究するために使用す
る人工臓器試験用拍動流発生装置に関する。

〔従来の技術〕

ある一定の圧力範囲で周期的に所定の圧力変動
を生じる流体の流れを拍動流という。例えば人体
の血液が心臓から人体の各所へ流れ再び心臓へ入
る循環器系の流れは拍動流による流れである。拍
動流は無拍動に比べて臓器循環や末梢循環を良好
に維持出来るため、心機能の面からも有利である
とされている。

従来、医療機器技術の分野では心臓手術の際人
体の各所へ血液を送る必要から短期間心臓の機能
を立替させるための拍動流発生装置がいくつか提
案されて来た、ローラポンプを使用した拍動流発
生装置もそのようなものの一つである。第５図は
ローラポンプの概略図であるが、原理はこの図に
示すようにローラＲとポンプチエンバーＷとを回
転の途中まで接触させてローラＲを回転させつつ
ポンプチエンバーＷをしごくものである。例えば
医器学〔VoL.56，No，５（1986）〕において提案
されている拍動流発生装置は、このようなローラ
ポンプを電圧制御機器及び演算回路に接続し、ロ
ーラＲが一回転する間の一回か二回或る角度範囲
で回転速度を急に早めて拍動流を発生させる装置
である。前記研究論文によればこの装置によつて
比較的簡単に良好な拍動流の発生が可能であるこ
とが確認されている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

上記するローラポンプによる拍動流発生装置は
拍動流の発生は可能であるが、人体の実際の生理
的現象、例えば心筋拘束状態の血管、高血圧状
態、高圧と低圧との拍動流状態の変動等を再現す
ることは複雑な制御をしなければ出来ない。人工
臓器は現在開発の段階にあり、上記する拍動流発
生装置も人体に必要がある場合、例えば手術など
のときに短時間使用されされているだけである。
それ故人工臓器そのものの耐久性はあまり問題に
ならず、耐圧性のような静的な強度の短期間的性
能を問題としていた。しかしながら人工臓器の性
能が完成されれば、その次に問題となつて来るの
は長期間の使用による耐久性である。

かかる耐久性は使用している素材、強度設計等
が重要な要素となるが、特に疲労強度が最も重要
な課題となる。素材そのものの強度試験や疲労試
験は種々考案されて利用出来るが、内圧により発
生する応力を考慮した人工臓器の強度試験や疲労
試験を行う方法は未だ開発されていない。従つ
て、今後人体の生理的現象と同等もしくは近い状
態、特に拍動流を含む状態での人工臓器の耐久試
験が問題となつてくる。

〔考案の目的〕

この考案は上記の問題点に鑑みてなされたもの
でありその目的とするところは、人工臓器を人体
に装着した場合と同様な条件で疲労試験を行うこ
とのできる試験機、特に人体と同一或いは類似の
循環器系の機構を想定して、病理的現象の再現を
含め実際の条件に近い拍動流が発生でき、且つ、
拍動流の圧力変動を意図的に容易に変更すること
のできる人工臓器試験用拍動流発生装置を提供す
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の人工臓器試験用拍動流発生装置は、
上記の目的を達成するために、タンクに収容され
た液体をカムが交換可能なカム機構で駆動される
プランジヤポンプで送液し、プランジヤポンプよ
り吐出された液体をアキユムレータを至て人工臓
器に提供すると共に人工臓器を出た液体を前記タ
ンクに導くリターン管路に流路断面積調節弁を設
けたことを特徴とする。

〔作用〕

駆動装置であるカム機構によつてプランジヤポ
ンプが駆動されると吐出された液体は一定の圧力
幅で変動しつつアキユムレータを通り人工臓器へ
送り出される。このプランジヤポンプからの吐出
による急な圧力上昇はアキユムレータで吸収され
る。そして変動する圧力幅はアキユムレータのバ
ネ荷重で決定される。また管路の圧力変動の基準
設定は流路断面積調節弁の調節によつて行う、即
ち調節弁を絞ると管路の圧力は高くなり、この状
態はアキユムレータによつて持続される。

圧力変動の周期はプランジヤポンプを駆動する
モーターの回転数を変化させることによつて変化
させることが出来る。

駆動装置のカム機構はカムの回転によつてプラ
ンジヤロツドにカム形状に応じた往復運動を発生
させる。このような往復運動は直接プランジヤポ
ンプに伝達され吐出量を時間に対して変化させ
る。また管路の圧力もこの吐出量の時間に対する
変化に対応して変化する。このカム機構のカムは
テストしようと予め意図する圧力変動を生じさせ
るようなカム形状を有するカムに交換することが
出来る。

〔実施例〕

以下この発明の具体的実施例について図面を参
照して説明する。

第１図はこの発明にかかる装置の全体概略図で
ある。１は液体タンク、３はプランジヤポンプ、
５はアキユムレータ、７は人工臓器、９はバルブ
でありこれらは管路１０によつて連結され一つの
循環回路を構成している。

タンク１内の液体２は血液に相当するものであ
り、このタンク１は心房に相当する。

プランジヤポンプ３は、液体２を液送するため
の機構であり、モータ１１に直結させたカム１４
を介してプランジヤロツド４を上下させるレシプ
ロ方式で駆動するようになつている。またこのプ
ランジヤポンプ３は部屋の入口と出口に弁６と弁
８を設け図に示すように一方向にのみ流れるよう
になつている。即ちこのプランジヤポンプ３は人
体で言えば心臓に相当するものである。

アキユムレータ５にはバネ１９があり、このバ
ネ１９は荷重を調整するネジ２０の一端に連結さ
れ、このネジ２０はブラケツト２１に螺合され支
持されている。このアキユムレータ５は人体で言
えば血管の弾力性に相当する。

７は耐久試験用人工臓器であり、液体流入口に
圧力計３０を設置し液圧Ｐを測定する。

バルブ９は液体２の流れる流路断面積を拡大し
たり縮小したり調節するための管路に設けたオリ
フイスの役目をするものであり、管路に抵抗を付
与する作用をする。即ちこのバルブ９は人体で言
えば末梢血管における血圧の高い状態と低い状態
を再現するためのものである。

以上のように構成した循環回路において、モー
タ１１を作動させてカム機構を駆動するとカム１
４は連結ロツド１７、レバー１５を介してプラン
ジヤポンプ３のプランジヤロツド４を上下させ液
体２を吐出させる。上記したようにこのプランジ
ヤポンプ３はタンク１から入つた液体２をアキユ
ムレータ５の一方向にのみ吐出し逆流はさせな
い。

そしてプランジヤロツド４にカム１４の形状に
応じた往復運動を発生させる。かかる往復運動は
吐出量を時間に対して変化させ、また管路の圧力
もこの吐出量の時間に対する変化に対応して変化
させる。従つて、カム１４の形状を予め意図する
ような圧力変動を生じるような形状としておけば
試験目的に応じた任意の圧力変動を生じさせるカ
ムを交換して使用することが出来る。

液体２は管路１０の途中に設けたアキユムレー
タ５に入る。このアキユムレータ５はプランジヤ
ポンプからの吐出による急な圧力上昇を吸収する
役目と、バルブ９のオリフイスの液体２の流通断
面籍を拡大したり縮小したりした場合の管路での
圧力をある一定水準に維持する役目をする。

そして液体２はアキユムレータ５から人工臓器
７に入り、この人工臓器７を出てバルブ９を通り
タンク１に入る。ここでバルブ９を絞り流路断面
積を小さくすると管路１０の圧力は上昇し、アキ
ユムレータ５により圧力変動の基準設定も高く持
続される。

次に人工臓器入口の圧力計に表示される管路の
圧力Ｐの変化について説明する。

第２図は、第５図に示す形状を有するカムを例
に取り、人工臓器７の入口に設置した圧力計３０
の圧力Ｐの変化を示すものである。この圧力Ｐの
振幅Ｌはアキユムレータ５のバネ１９のバネ荷重
によつて決まる。バネ１９にかける荷重はネジ２
０により調節可能で、このネジ２０の調節で振幅
Ｌを変更できる。圧力変動の周期はモータ１１の
回転数によつて決定される。

第３図は、第２図の状態でモータ１１の回転数
を上げたり下げたりした場合の圧力変動の状態を
示す。このようにモータ１１の回転数を変化させ
ることによつて圧力変化の周期Ｈ即ち周波数を変
化させることが出来る。

第４図は圧力変動の基準位置の移動を示すもの
である。即ちこの基準となる位置はバルブ９によ
つて流路断面積をしぼると、上の方にＺだけ移動
し、拡げると下の方に位置するようになる。

しかして基本的には人工臓器入口での圧力は以
上のように変動するが、カム機構によつて駆動さ
れプランジヤポンプ３から吐出された液体はアキ
ユムレータ５の圧力が元に戻るまでにプランジヤ
ポンプ３で次の吐出が行われ、意図する拍動流が
得られる。尚、第１図においてアキユムレータ５
は人工臓器７とバルブ９との間に配置しても良
い。

更に管路１０に異なる圧力変動を生じさせよう
と意図する場合は、その意図する別なカムを取り
替えて使用すれば良いのである。

〔発明の効果〕

以上詳述したようにこの発明の人工臓器試験用
拍動流発生装置は、タンク内に収容された液体の
送液にカム機構で駆動されるプランジヤポンプを
用い、プランジヤポンプで送液された液体をアキ
ユムレータを経由して人工臓器に供給するように
し、人工臓器を出た液体を前記タンクに返えすリ
タン管路に流路断面積調節弁を配設した構成とし
たので、タンクが心房に、プランジヤポンプが心
臓に、アキユムレータが血管の弾性に流路断面積
調節弁が血圧に対応するので、人体での構造や機
能に近いシステムによる拍動流が得られる。ま
た、プランジヤポンプはカム機構で駆動するの
で、カムの形状で実際の心臓からの圧力変化のよ
うに一周期の中でも細かく複雑に変化する拍動流
を自由に発生させることが出来る。このようにこ
の考案では、複雑な圧力変化を生じさせる拍動流
発生装置を簡単な機構で且つ安価に制作すること
が可能である。１周期中での複雑な圧力変動を繰
り返すにはカムが最も安定し且つ信頼性の高い機
構である。またカム交換により必要なパターンの
変更が簡単に出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案にかかる拍動流発生装置の全
体概略図を示す。第２図は人工臓器７の入口に設
置した圧力計３０の圧力Ｐの変化を示し、第３図
は第２図の状態でモータ１１の回転数を上げたり
下げたりした場合の圧力変動の状態を示す。第４
図は圧力変動の基準位置の移動を示す。第５図は
具体的形状を有する実施例として挙げたカムの
例、第６図はローラポンプの原理図を示す。 １……液体用タンク、３……プランジヤポン
プ、４……プランジヤロツド、５……アキユムレ
ータ、６，８……弁、９……バルブ、１０……管
路、１１……モータ、１３……クランク、１４…
…駆動用カム、１５……プランジヤポンプ駆動用
レバー、１６……プランジヤポンプ駆動用レバー
回転支点、１９……アキユムレータ用バネ、２０
……調節ネジ、２１……調節ネジ用取付ブラケツ
ト、３０……圧力計。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 液体を収容するタンクから人工臓器を経て前記
   タンクに至る循環管路を形成し、前期タンクから
   前記人工臓器に至る管路にカム機構によつて駆動
   される送液用のプランジヤポンプとアキユムレー
   タを順次配設すると共に前記人工臓器から前記タ
   ンクに至る管路に流路断面積調整弁を配設したこ
   とを特徴とする人工臓器試験用拍動流発生装置。