JPH0558745B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 遮断部材１０を収容する円形ケージ９を有
し、該遮断部材がそれを開閉させる切換装置１１
を介してケージ９と連係する人工心臓弁であつ
て、上記切換装置１１は実質的に突起部１３と溝
部１５である二つの連関する部材より成り、上記
部材の一方の部材１３は円形ケージ９の内部表面
１４上に位置するとともに、上記部材の他方の部
材１５は遮断部材１０の側面部１８の反対側１
６，１７にそれぞれ位置する人工心臓弁におい
て、 上記一方の部材１３が、上記表面１４の周囲に
沿うように環状に形成されてなり、 上記遮断部材１０は二つの尖頭１２状に形成さ
れ、該尖頭は正の血流方向に面する凹部表面２３
を有する外皮の一部を成し、D₀を円形ケージ９
の最小内径とするとき中間面２９の曲率半径Ｒが
不等式≦10・D₀を満足することを特徴とする人
工心臓弁。

２ 上記一方の部材が実質的に突起部１３である
とともに、上記他方の部材は実質的に折れ線のよ
うに見える二つの側面を有する開放溝部１５であ
り、上記溝部１５の対向面の折れ線１９，２０の
第一部分２１，２２，２１ａ，２２ａは正の血流
方向に面する遮断部材１０の表面２３上に現れる
一方、上記折れ線１９，２０の第二部分２５，２
６，２５ａ，２６ａは上記第一部分２１，２２，
２１ａ，２２ａに対して鈍角θをなすとともに血
液の逆流方向に面する遮断部材１０の表面２７に
現れ、上記溝部１５の対向面の折れ線１９，２０
の第一部分２１，２２，２１ａ，２２ａと第二部
分２５，２６，２６ａ，２５ａは互いに平行であ
り、上記遮断部材１０の側面部１８の反対側１
６，１７に位置する溝部１５の側面の折れ線１
９，２０各部２１，２１ａ，２２，２２ａ，２
５，２５ａ，２６，２６ａの長さはそれぞれ異な
り、上記鈍角θは、αは上記遮断部材が開位置か
ら閉位置へ回転するまでの角度であり約15゜から
約90゜までの角度とするときに、θ＝180゜−αの
関係によつて決定されることを特徴とする請求項
１記載の人工心臓弁。

３ 上記二つの尖頭１２はその開位置において、
上記尖頭間に円形ケージ９の垂直軸３１と直角に
交わる平面内で測られる所定の距離を確保するた
めの手段３０をそれぞれ備え、上記手段はカム表
面３２状に形成されると共に、上記二つの尖頭１
２の該カム表面は、その断面部３４と互いに対向
接触してなることを特徴とする請求項１記載の人
工心臓弁。

４ 正の流血方向から視て上記遮断部材１０の切
換装置１１の上記環状部材の下方に位置するケー
ジ９の内部表面３５は実質的に徐々に拡散した湾
曲壁を有するデイフユーザであり、該デイフユー
ザの拡張角ψは不等式 ２・（θ−β−90゜）≦ψ≦ 2.5・（θ−β−90゜）、 を満足し、ここでβは遮断部材１０の閉位置への
回転軸に対して垂直な径方向平面による断面内に
ある尖頭１２の中間面２９の各端部である二つの
点を連結した直線と、円形ケージ９の軸３１に対
して垂直な平面との成す角であつて0゜と60゜の間
であり、β＋αは約30゜から約90゜の間の角度であ
り、ここでαは上記遮断部材が開位置から閉位置
へ回転するまでの角度であり、 θは開放端溝部１５側面の折れ線部１９，２０
の第一部分２１，２２，２１ａ，２２ａと第二部
分２５，２６，２５ａ，２６ａとの成す角であ
り、正の血流方向から視て遮断部材１０の切換装
置１１の環状部材の前に位置するケージ９の内部
表面３６は徐々に収斂してなることを特徴とする
請求項１記載の人工心臓弁。

５ 正の流血方向から視て上記遮断部材１０の切
換装置１１の上記環状部材の下方に位置するケー
ジ９の内部表面３５は実質的に徐々に拡散した湾
曲壁を有するデイフユーザであり、該デイフユー
ザの拡張角ψは不等式 ２・（θ−β−90゜）≦ψ≦ 2.5・（θ−β−90゜）、 を満足し、ここでβは遮断部材１０の閉位置への
回転軸に対して垂直な径方向平面による断面内に
ある尖頭１２の中間面２９の各端部である二つの
点を連結した直線と、円形ケージ９の軸３１に対
して垂直な平面との成す角であつて約0゜と60゜の
間であり、β＋αは約30゜から約90゜の間の角度で
あり、ここでαは上記遮断部材が開位置から閉位
置へ回転するまでの角度であり、 θは開放端溝部１５側面の折れ線部１９，２０
の第一部分２１，２２，２１ａ，２２ａと第二部
分２５，２６，２５ａ，２６ａとの成す角であ
り、正の血流方向から視て遮断部材１０の切換装
置１１の環状部材の前に位置するケージ９の内部
表面３６は徐々に収斂してなることを特徴とする
請求項１記載の人工心臓弁。

６ 上記ケージ９の外表面３７は滑らかな凹面形
になつており、直径に垂直な平面による円形ケー
ジの断面内にある凹面３７の母線の端点を連結す
る直線と、該ケージ９の中心軸３１との成す角を
γ、ケージ９でデイフユーザ状の内部表面３５の
拡張角をψとすると、不等式 0.4ψ≦γ≦0.6ψ を満足してなることを特徴とする請求項４記載の
人工心臓弁。

７ 上記ケージ９の凹形外表面３７の一部に保持
器３８を備え、該保持器の湾曲した内表面４０の
曲率はケージ９の凹形外表面３７の部分３８の曲
率と一致し、保持材３９の外表面４１は10乃至30
度の含み角Ψを有する直円錐台状に形成してなる
ことを特徴とする請求項６記載の人工心臓弁。

８ 上記ケージ９の外表面３７は滑らかな凹面形
になつており、直径に垂直な平面による円形ケー
ジの断面内にある凹面３７の母線の端点を連結す
る直線と、該ケージ９の中心軸３１との成す角を
γ、ケージ９のデイフユーザ状の内部表面３５の
拡張角をψとすると、不等式 0.4ψ≦γ≦0.6ψ、 を満足してなることを特徴とする請求項５記載の
人工心臓弁。

９ 上記ケージ９の凹形外表面３７の一部に保持
器３８を備え、該保持器の湾曲した内表面４０の
曲率はケージ９の凹形外表面３７の部分３８の曲
率と一致し、保持材３９の外表面を、４１は10乃
至30度の含み角ψを有する直円錐台状に形成して
なることを特徴とする請求項８記載の人工心臓
弁。

技術分野 本発明は医用工学技術、特に人工心臓弁に関す
る。

本発明の効用は、人間の冒された大動脈弁及び
僧帽弁の代替物として適用されたとき最大限に発
揮される。又、冒された三尖弁に適用しても同様
の効果が得られる。

背景技術 心臓血管疾患は、近年その高い発生率と危険な
合併症の故に、その治療法の発見が近代外科医学
の最重要な課題の一つとされているにもかかわら
ず、人間の最強の敵の一つとなつている。

人工心臓弁は、本質的には弁の遮断部材を開位
置にして血液を正方向に流すと共に、閉位置で弁
口を遮断することにより血液の逆流を防ぐチエツ
クバルブである。

冒された心臓弁と充分に代替しうる人工心臓弁
の開発はここ30年来の課題となつていたが、人体
の諸要求を満足させる人工心臓弁の構造は未だ開
発されていない。

合併症の中で最も頻繁に発生し且つ脅威となる
ものは、血栓の形成である。この血栓の形成を減
少するためには、充血部位を除去し、全ての弁体
を通過する血流の状態を良好にすると共に血液を
層流にする必要がある。人工心臓弁の移植後二次
的に発生する血栓の形成を防止する試みとして、
US，Ａ，第4308624号がある。この人工弁は、遮
断部材を収容する環状ケージを有し、該遮断部材
はそれを開閉させる手段を介してケージと連係し
ている。遮断部材は二つの弓状尖頭として形成さ
れるとともに、各尖頭の凹形外表面は遮断部材の
閉位置で血流の負方向に面する様になつている。

弁ケージの内表面は円筒形であり、血流の正方
向に面する部分は血流の負方向に面する他の部分
よりも径が小さくなつている。両方の円筒形ケー
ジ部が接合する部分は弁座として機能する。ケー
ジの内表面上に径方向に対向する平坦部がケージ
の全高さにわたつて設けられている。

各弁尖頭を開閉する手段は実質的に二つの連関
する部材であり、その一方はケージ内表面の平坦
部に位置し、他方は遮断部材の反対側に位置して
いる。

ケージ内表面の平坦部に位置する開閉手段の部
材は、ケージの径方向平面に対して20度の角度を
なす軸を有する二つの細長い凹部として形成され
ている。遮断部材の反対側に位置する開閉手段の
部材は球形の突起部として形成されている。

ケージの外表面には環状溝部が設けられ、それ
ぞれ血流の正方向から見て該溝部は弁の入口及び
出口に位置する二つのカラー内に限定され、弁を
心臓組織に縫い付けるためのカフを収容するよう
になつている。

上記人工心臓弁が機能している間、遮断部材の
尖頭は弁閉鎖と共に弁座、即ちケージ内表面の同
一箇所に連係作用し、その結果ケージ内表面の磨
耗を増大させ、更に遮断部材の開閉手段の各部
材、即ち尖頭上の球状突起とケージ内部表面の平
坦部の凹部とに極度に大きな磨耗を生じさせる。
これら全てが該人工心臓弁の有効寿命に悪影響を
及ぼす。

心臓弁が開位置にある時、その尖頭は人工弁の
全寿命にわたつて弁の中心軸に対して同じ位置を
とり続ける。このため弁尖頭の背後で充血部位が
生じ易く血栓形成を助長する。更に人工弁を通過
する血流の長期にわたる影響により心臓の管道部
分にも幾何的変形をもたらし、これが心筋に合併
症を発生させることになる。

各尖頭の凹形表面は、弁の閉位置で血流の負方
向に面しているので、各尖頭は比較的小さい力の
モーメントを受ける。その結果、弁尖頭の不完全
な開口が生じて人工弁の流水抵抗を増大させると
ともに尖頭の遮断を遅延させる。このため逆流が
増大し、弁の血行力学的特性に悪影響を及ぼす。

弁の開位置において、従来の人工心臓弁の尖頭
は、ケージ内表面に加えて血流の為の二本の導管
部を形成している。その結果、血流が集中するの
で弁の流体抵抗が増大し心臓にかかる負担も大き
くなる。

さらにカフが保持されている上記ケージの外表
面上の２つのつばは事実上、応力集中の原因とな
り、また、これは弁補てん材の全体構造の信頼性
の欠如を意味しており、上記弁ケージの内部に尖
頭を組込む場合や弁操作過程の破損に至り、これ
により弁座表面を大きくすること、すなわち弁流
通断面の直径（断面積）と弁座面の直径（断面
積）との低いほうの比率となる。すなわち、弁の
有効性を妨げることとなる。

発明の開示 本発明は、ケージ内面の周囲に沿つて遮断部材
を移動させるようにした切換装置を配設し、これ
によつて血栓形成を防止するとともに、弁補てん
材の寿命を長期化させた人工心臓弁を提供するこ
とを目的とする。

本発明による人工心臓弁は、遮断部材を収納し
た円形ケージを備えており、この遮断部材はこの
部材を閉位置から開位置に、およびこの逆に切換
える装置を介してケージと協働している。切換装
置は相互作用する２つの部材を含み、これらは突
起と溝部となつている。この部材の一方は円形ケ
ージの内面に配設され、他方は遮断部材の側方の
各対向側に位置している。本発明によれば、円形
ケージの内面に配設された遮断部材を切換える装
置は、内面の周囲に沿うよう環状形状となつてい
る。

人工心臓弁がこのような構成となつているの
で、遮断部材をケージ内面の周囲に沿つて移動さ
せることができ、これによつて遮断部材の角度位
置をいつでも変化させることができる。また充血
領域の発生を防止することができ、これによつて
血栓形成の原因を取除くことができる。切換装置
の部材がケージ内面の周囲に沿うよう環状形状と
なつているので、弁補てん材の寿命を増加させる
ための好条件を生じさせることができる。これは
遮断部材の側面との接触が、ケージ内面の種々の
点において生じるからである。

円形ケージの内面に配設された切換装置の部材
は突起状をなしており、また遮断部材の側方の対
向面の各に配設された切換装置の部材は、開放端
溝部形状をなしている。この溝部は折れ線のよう
に示す２つの側面を有している。これによつて対
向溝部面の折れ線の第１部分が正の血流方向に向
う遮断部材の表面に現われるようになつている。
一方、折れ線の第２部分は第１部分との間で鈍角
を形成し、逆の血流方向に向う遮断部材の表面に
現われるようになつている。折れ線の第１部分お
よび第２部分は互いに平行をなし、また遮断部材
の側方の対向側に配設された溝部の側面の折れ線
の同様の部分は長さが異なつている。

円形ケージの内面に配設された切換装置の部材
は環状突起状をなし、遮断部材の対向側面に配設
された切換装置の部材は開放端溝部状をなしてい
るので、提案された心臓弁補てん材をより生産的
な構造とすることができる。さらに、提案された
心臓弁補てん材をこのように構成することによ
り、その寿命を増加させることができる。これは
突起が溝部とその表面の異なる点で接触するた
め、突起の摩擦が最小限に押えられるためであ
る。一方、溝部表面の磨耗は心臓弁補てん材の構
成の信頼性に悪影響を及ぼすことはないが、わず
かに逆流を増加させる。溝部は開放端形状となつ
ているので、血液が溝部を通過して流れるように
なる。このため、血栓形成の原因となる血栓領域
の発生を防止することができる。

上述のような技術的効果を定めた溝部形状によ
つて、遮断部材の開放角度を必要な所定の大きさ
に保持することができ、またケージ内面の周囲に
沿つて遮断部材を強制的に移動させることができ
る。また、補てん材弁ケージおよび遮断部材が不
完全かつ不正確に製造されるために生じる遮断部
材の捕捉および血球の沈殿によつて生じる遮断部
材の捕捉を防止することができる。

遮断部材は２つの尖頭であることが好ましく、
各尖頭は正の血流方向に向う凹面を有する外皮の
一部をなしている。また中央面の曲面半径は不等
式≦10・D₀０に従つている。ここでD₀は円形ケ
ージの最小内径である。

血流方向が弁尖頭を通つて流れると力が生じ、
この力が弁尖頭の回転軸回りのねじり力を形成す
ることは知られている。

弁尖頭に加わるねじり力は、その凹面が正の血
流方向に向く外形の場合最大となる。弁尖頭が上
述のように配設されているので、弁尖頭に加わる
ねじり力の最大値を得ることができ、これによつ
て設定角度に対して弁尖頭を急速に開くことがで
きる。

ねじり力が増加することによる上述した結果
は、弁尖頭がその中央面の曲面半径が、次の式：
Ｒ＝10・D₀に従う場合に生じる。一方、Ｒ＞
10・D₀の場合、弁尖頭に加わるねじり力は増加
するけれども大きくない。弁尖頭が開くと、徐々
に拡散する導管は通過する血流方向用の弁尖頭に
形成される。これによつて弁尖頭を流れる分離さ
れない流れが得られる。弁尖頭の外形は、尖頭が
閉となつた場合、最大ねじりを示す原因となる。
この結果、急速な弁閉鎖が得られるとともに、血
液の逆流が減少する。これらすべてのことが、提
案された心臓弁補てん材の良好な血流特性の原因
となる。

２つの尖頭の各々は開位置において、それらの
間に所定距離を保ための装置を有していることが
好ましい。この所定距離は弁補てん材の軸線に対
して直交する平面内にあり、この装置はカム面形
状をなしている。また２つの尖頭のカム面は、互
いに対向するとともにその外形部において接触し
ている。

開口位置の弁尖頭同士の離れをあらかじめ設定
確立する手段を提供すること、すなわち、カム表
面に所定量の間隔を設けることは、上記間隙を通
じて所定量の中央血流が自由に流れることを保証
し、提案された心臓弁の血流特性を向上し、弁部
材をすべての表面を流れるように血液の状態をよ
り良くするとともに、この部分で血栓の発生可能
性を低くする。互いに接触しているカム表面の輪
郭表面は上記尖頭に作用する血圧が最大となる
時、開口の最初の瞬間に弁尖頭が離れるように形
成されている。正の血流方向に示されたように内
側ケージの表面は切換え手段の遮断要素の環状部
材は、すなわち徐々に分岐する曲面をなす内壁を
有するデイフユーザとして配置され、このデイフ
ユーザの開角は以下の不等式からなるように位置
している。

２（θ−β−90゜）≦φ≦2.5（θ−β−90゜）、 ここで、β−ケージの中心線と直角な直径平面
で回転軸を含むような平面と遮断部材の中心表面
との２点を交差する直線のなす角度； θ−上記溝部の開口端の横断面の第１と第２の
折れ線とのなす鈍角、 このとき、正の血流方向に示されたように内側
ケージの表面は切換え手段の遮断要素の環状部材
の前で徐々に収束するようになつている。このよ
うな弁補てん材の内側表面形状の構造上の配置に
より弁の血流特性は向上する。内側ケージの表面
が正の血流方向の入り口において徐々に収束する
という事実は弁の流体抵抗を減少させると共に、
内側ケージにデイフユーザとして形成された部分
は正の血流方向の出口において攪拌を防止され、
血栓形成を防ぐことができる。したがつて、血流
が上記拡散壁を通過する時、軸方向の速度成分は
別として、心室の壁に向けての半径方向の速度成
分を得ることができる。デイフユーザの開角に加
えられた制限は、この弁の血栓形成を分離不能な
正の血流を形成することにより除去する。すなわ
ち、溶血の可能性と弁の変動圧とを減らすことが
できる。

外側ケージ表面はケージの直径平面と交差する
弁ケージの凹表面の母線の先端点との交差角γが
滑らかに凹形状となり、以下の不等式を満足する
ことを要する： 0.4φ≦γ≦0.6φ、 ここで、φ−デイフユーザ形状をなす弁ケージ
の内側表面の開角。

このような弁補てん材の内側表面形状の構造上
の配置によりケージの外側表面が滑らかに凹形状
をなすという事実より弁の強度特性についてはケ
ージ壁厚を一定にでき、すなわち、応力集中を減
少できる。デイフユーザ形状をなす弁ケージの内
側表面の開角φとケージの直径平面と交差する弁
ケージの凹表面の母線の先端点との交差角γとの
好ましい関係は弁の座表面の直径（面積）に対す
る弁の流通面積の直径（面積）の比を最適に選択
できる。これにより弁効率を増すとともに、埋設
を確実にできる。γ≦0.6φの場合には弁効率は増
し、γ≧0.4φの場合にはカフは弁ケージの表面が
滑るのを防止する。凹形状の外側ケージ部分に形
成された保持部はこの凹形状の外側ケージ部分の
曲率と等しい曲率の内側ケージを形成するととも
に、この保持部の外側ケージは角度が10〜30度の
範囲のφを含むような円錐台形状をなしているこ
とが必要である。

上述の剛性を有し、内側に曲線部が形成された
保持部を外側ケージ表面に備えることは、そのケ
ージの高い剛性により弁補填材の確実性を増し、
人体内に埋設された時に弁の変形を防止できる。

保持部の外側ケージは角度が10〜30度の範囲の
φを含むような円錐台形状をなしているという事
実は手術においての繊維リングの開口中に弁補填
材を導くことを容易にするとともに、この弁補填
材を越えて血液が流出することを防止できる。

本願発明による弁補填材は血栓形成の危険性を
減少させるとともに、血流特性と弁構造の高い信
頼性を確保できる。

【図面の簡単な説明】

以下、図面を参照して各実施例について本願発
明の特徴を説明する。

第１図は、人間の心臓に移植された本願発明の
人工大動脈弁及び人工僧帽弁を示し、左心室の外
側を一部切除した図、 第２図は、人工心臓弁を示したアイソメ図、 第３図は直線−に沿つた拡大断面図で、図
の平面と一致させるために一定角度回転した図、 第４図は、第２図の人工の尖頭を矢印Ａの方向
から見た拡大図で、図の平面と一致させるために
一定角度回転した図、 第５図は、第２図の人工弁の尖頭を矢印Ｂの方
向から見た拡大図、 第６図は、弁の尖頭が開位置にある場合の本願
発明の人工心臓弁を血液の正方向から見た拡大
図、 第７図は、弁の尖頭が閉位置にある場合の本願
発明の人工心臓弁の縦断面図、 第８図は、人工大動脈弁の部分縦断面図 及び第９図は人工僧帽弁の部分縦断面図であ
る。

発明を実施するための最良の形態 心臓１（第１図）の冒された自然心臓弁を交換
するとき、人工僧帽弁の繊維リング２の開口部に
人工大動脈弁８を繊維リング６の開口部に配設す
る。繊維リング２は心房３を心室４から隔離し、
繊維リング６は心室４を大動脈から隔離してい
る。人工大動脈弁は遮断部材１０を収容する円形
ケージ９（第２図）を備えている。この遮断部材
１０は２つの尖頭１２よりなり、その開閉位置を
切り変えるための手段１１を介してケージ９と連
係している。遮断部材 １０を開閉するための手段１１は２つの相互作
用する部材、すなわち、突起１３（第３図）は円
形ケージ９の内側表面１４上に配置され、上記表
面１４の周囲に続いて環状に形成されている。ま
た、開口端溝部１５（第４図）が各尖頭１２の側
方表面１８の対向する側部１６，１７（第５図）
の両端に各々形成されている。側方表面１８の側
部１６、（第４図）、１７（第５図）の両端に各々
形成された開口端溝部１５は折れ線１９，２０で
示された２つの側面で制限されている。側部１６
の側方表面１８上に形成された溝部１５の折れ線
１９，２０で示された第１の部分２１（第４図）
と２２は尖頭１２の凹形状の表面２３を形成し、
この部分は斜線の矢印２４に示された正の血流方
向に遭遇する。上記尖頭１２の表面２７の形成さ
れた折れ線２５と２６との第２の部分は矢印２８
に示した逆方向の血流に遭遇する。

折れ線１９と２０とによつて示される部分２１
と２５、及び部分２２と２６は、それぞれ鈍角θ
を形成する。この鈍角θの大きさは関係式 θ≦（180゜−α） により規定される。

ここでαは、遮断部材１０の尖頭１２の開放位
置から閉鎖位置への旋回角度、あるいはその逆方
向の旋回角度である。折れ線１９と２０とによつ
て示され、溝部１５の反対側に位置している部分
２１と２６、及び部分２２と２５とは互いに平行
である。

遮断部材の片方の部材１７の側面１８の溝部１
５（第５図）は残る片方の部材１６の側面１８の
溝部１５（第４図）と形状が類似している。この
両者の相違は、折れ線１９と２０とによつて示さ
れる互いに類似する部分２１と２１ａ（第５図）、
部分２２（第４図）と２２ａ（第５図）、部分２５
（第４図）と２５ａ（第５図）、部分２６（第４図）
と２６ａ（第５図）がそれぞれその長さを異にし
ていることである。

各尖頭１２は事実上半径Ｒの湾曲を有する正中
動脈２９の外皮の一部をなしている。この半径Ｒ
は不等式Ｒ≦10D₀０を満たしている。式中D₀は
円形ケージ９の最小の内径である。正中動脈２９
の外皮の一部を形成する弁の尖頭１２の部分と
は、血液の正流に面する表面と血液の逆流に面す
る表面２７との間が等距離である面をいうのであ
る。なお、各尖頭１２の凹面２３は血液の正流に
面している。心臓弁補填材の遮断部材の各尖頭１
２は手段３０のよつて、予め遮断部材の開放位置
において間隙Ｓを有するように形成されている。
前記間隙Ｓは心臓弁補填材の中心線３１に対して
直角な面において計測され、前記手段３０はカム
表面３２を有するように形成されている。このよ
うなカム表面の数や構成は変えることができる。
以下に述べる心臓弁補填材の実施例においては、
遮断部材の尖頭１２は二つのカム表面３２を有
し、これらは弁補填材の中心線３１に関して正反
対の側に位置するように構成されている。これに
より、尖頭１２の目詰まりの危険性を減少し、か
つ、尖頭１２の間に血液の正流に対して血液を自
由に通過させる中心ギヤツプ３３を形成してい
る。各尖頭１２の前記カム表面３２（第３図）
は、プロフイール部分３４において互いに接して
いる。

ケージ３５の内面３５は、血液の正流方向に沿
つてみたときの円環状突起１３を通過した位置に
おいては、血液が徐々に拡散するように湾曲した
壁面を有するデイフユーザーを形成している。前
記デイフユーザーの拡散角φは下式を満たすよう
に定められる： ２・（θ−β−90゜）≦φ≦2.5・（θ−β−90゜） ここでβ（第７図）は、尖頭１２の回転軸に対
して直角な弁の直径を含む断面における、閉鎖位
置にある尖頭１２の正中動脈２９の外皮の両端を
結ぶ直線と、弁補填材のケージ９の中心線３１に
対して直角な面との角度であり、θ（第４図）は
折れ線１９と２０に示される溝部１５の部分２１
と２５と、及び部分２２と２６とがなす鈍角であ
る。血液の正流の方向からみて、遮断部材の円環
状突起１３の前方に位置するケージ９の内面３６
（第３図）は徐々に拡大している。

湾曲した壁面のデイフユーザーを形成する弁の
ケージの内面の小さな拡散角φは、この拡散角φ
と、角度θ（第４図）と、開放時の正流の血液の
分断することのない流れに寄与する尖頭１２の位
置を定める角度βとの関係とともに、血液の流体
力学的な抵抗を減らすことにより、弁の血液力学
的な諸元を改良する。

ケージ９の外面３７（第３図）は緩やかに凹に
湾曲しており、凹面３７の弁の直径を含む断面の
母線の突起点を結ぶ直線と、弁ケージ９の中心線
３１とがなす角度γは下式を満たしている： 0.4φ≦γ≦0.6φ ここで、φは弁ケージ９のデイフユーザー状の
内面３５の拡散角である。

保持部材３９がケージ９の外側の凹面３７の部
分３８の設けられている。前記保持部材３９は湾
曲した内面４０を有し、この内面４０の湾曲はケ
ージ９の外側の表面３７の凹部の湾曲と一致して
いる。保持部材３９の外面４１は10゜乃至30゜の傾
斜角ψを有する円錐状に形成されている。

大動脈弁８（第１図）において、円錐台３９の
より大きい基部４２（第８図）が矢印２８に示さ
れる逆流方向の血液に面している。

人工僧帽弁５（第１図）において、より大きい
基部４３（第９図）が斜線を施された矢印２４に
よつて示される正流方向の血液に面している。

前記大動脈弁８（第１図）を繊維リング６に固
定するためにカフ４４（第８図）が設けられ、前
記カフ４４はケージ９の外面３７に配置され、ね
じ（図示せず）によつて保持部材３９の両端に固
定されている。

前記人工僧帽弁５を繊維リング２に固定するた
めにカツプ４５（第９図）が設けられ、前記カツ
プ４５ケージ９の外面３７に配置され、ねじ（図
示せず）によつて保持部材３９の両端に固定され
ている。

僧帽弁補てん材５および大動脈弁補てん材８の
植込手術および外科技術は、公知の範囲をこえた
ものである。ケージ９の拡散内面の広がりの角度
ψ（第３図）および凹面３７の母線の端部を連結
した直線とケージ９の中央線３１との角度γとの
関係が、弁座面の直径（面積）に対する弁流れ断
面の直径（面積）の比を最小限にすることができ
るという事実は注目する価値がある。弁効率に追
加する特徴は、保持部材３９の外面４１が10〜
30゜の傾斜Ψを有する円すい形状をなしているこ
とによつて、補てん材５または８を、各々繊維リ
ング２または６の開口内に導入し易くなる一方、
外科手術中、血液が補てん材５および８を越えて
漏洩しなくなることである。

提案された心臓弁補てん材の作用は、大動脈弁
補てん材８に関して説明される（第１図）。心臓
１の心室４の収縮によつて、弁補てん材８の手前
において過度の圧力によつて作用を受けると、尖
頭１２は溝部１５（第４図）および突起１３（第
３図）の相互作用によつて回転する。この回転は
側方１６の側面１８に設けられた溝部１５の折れ
線１９の部分２１および２５の交点（第４図）
と、側方１７の側面１８に形成された溝部 １５の折れ線１９の部分２１ａおよび２５ａの
交点（第５図）を通る想像線回りに行なわれ、ま
た部分２１，２６（第４図）および部分２１ａ，
２６ａ（第５図）が突起１３と相互作用するまで
行なわれる。この回転角は尖頭１２の開放角αの
設定値に対応している。溝部１５の部分２５（第
４図）は他の溝部１５の部分２５ａ（第５図）よ
りも短くなつているので、尖頭１２の側方１６に
おける側面１８の各点（第４図）は、側方１７に
おける側面１８の各点（第５図）よりもその環状
移動距離が短くなつている。このため、尖頭１２
はケージ９の内面１４の周囲に沿つて移動するこ
とができる（第３図）。

同様な理由が他の尖頭１２についても当てはま
る。こうして、二つの尖頭１２がケージ９の内側
面１４の周縁に沿つて動くことで充血層の形成が
阻止され、これによつて、血栓症の原因を取り除
くことができる。尖頭１２が開度αに開く過程
は、この尖頭１２の回転軸回りの高いトルク、す
なわち、血流方向（矢印２４で示されている）の
圧力が凹曲面２３に直接作用する効果によるトル
クによつて促進される。尖頭１２が開くと、カム
面３２の側面部３４は相互作用によつて必要な幅
分の間隙３３（第６図）がこの尖頭１２の間で確
保され、これを通して血液の現在量が流れること
になる。さらに、開いた当初において、尖頭１２
に作用する血圧が最大になつているときは、互い
に接触し合うカム面３２の側面部３４（第３図）
によつてこの尖頭１２が離れているようになる。

人工弁が開くと、矢印２４で示される直接流と
して血液の最大量が流れ込む。血流方向の中央の
流れは、尖頭１２が徐々に流れ方向に拡がる流路
を形成しているため、間隙３３を通る間徐々に拡
がり、これによつて表面２７に沿つて連続的に流
れる血流方向を確保できる。

血液の側部の直接流は、尖頭１２の凹曲面２３
とケージ９の内周面１４とで形成される流路を通
る間、血液の流れ方向に沿つて見てケージ９の環
状突起１３の前方にある内周面３６の部分が拡径
しデイフユーザの形を呈しているので、収束して
いた流れが徐々に拡散し、これによつて、血流方
向は、軸方向の流速成分ばかりでなく、半径方向
の流速成分を得、心臓１の心房壁に流れ込み（第
１図）、かくして、人工弁から出た血液と攪拌さ
れるのが阻止される。

心臓１の心房４が弛緩すると、人工弁８に余剰
の圧力が発生し尖頭１２を急速に閉じさせしめ
る。この圧力は、矢印２８で示されるように凸曲
面２７に血液が逆流する効果に起因するトルクの
値の増加によつてもたらされる。こうして、逆流
する血液の量が減少し、人工弁の密閉した状態が
保たれる。

そこで、人工弁８の一方の尖頭１２は閉じた瞬
間を詳細に考察する。血液の逆流の余剰の圧力が
作用すると、他の尖頭１２も溝部１５（第４図）
と突起１３（第３図）の相互作用によつて回動せ
しめられる。すなわち、他の尖頭１２は、側部１
６の側面１８に形成された溝部１５をなす折れ線
２０の部分２２と２６（第４図）の交点と、側部
１７の側面１８に形成された溝部 １５をなす折れ線２０の部分２２ａと２６ａ
（第５図）の交点とを結ぶ直線を仮想の軸として
この軸回りに、部分２２，２５（第４図）と部分
２２ａ，２５ａ（第５図）が突起１３（第３図）
に接触するまで回動する。溝部１５の部分２６
（第４図）は他の溝部１５の部分２６ａよりも短
いので、側部１６の側面１８上の点は、側部１７
の側面１８上の点よりも短い距離だけ、円周方向
に移動することになる。かくして、尖頭１２（第
３図）は、ケージ９の内周１４の周縁に沿つて動
かされる。同様に以上のことは他の尖頭１２につ
いて当てはまる。

上記の人工弁８の作用は、心臓１の心室４の収
縮においても同様に繰り返される。

僧帽弁における人工弁８の作用も大動脈弁にお
ける人工弁８の作用と同様である。この場合、大
動脈弁の人工弁８が開くと僧帽弁の人工弁８が閉
じることは言うまでもない。そして、静脈の場合
には逆である。

産業上の利用可能性 実験報告によれば、本発明の人工心臓弁は公知
の人工心臓弁に比べて正の流体流れ方向におい
て、最小の圧力減少を示すとともに最小の逆流量
を示した。人体に埋設された場合の30年寿命に相
当するような期間での加速試験装置での試験にお
いても、本弁補填材の寿命と信頼性は示され、ま
つたく破損は観察されなかつた。また、弁同士の
相互作用による摩耗は無視して良く、流体動特性
と機能上の特性とは何ら影響を受けないままであ
る。この人工心臓弁は広範囲の試験に合格した
ら、さらに臨床実験にかけられ、人間の心臓弁に
代わつて使用されたときのこの人工弁の高度の血
栓形成抵抗性と血流特性効率との確認が行われ
る。