JPH069662Y2 - 血液ポンプ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、血液ポンプに関する。さらに詳しくは、小
型，軽量，低コストで、溶血の発生が少なく、長時間に
渡って安全に使用可能であり、たとえば人工心肺装置や
開心術後の心補助循環装置などの体外循環回路に好適に
利用することができる血液ポンプに関する。

［従来技術と考案が解決しようとする課題］ 従来、人工心肺装置や開心術後の心補助循環装置などの
体外循環回路用の血液ポンプとしては、拍動流を供給す
る拍動ポンプ型の血液ポンプ、および、平滑流を供給す
るローラポンプ型や遠心ポンプ型の血液ポンプなどが知
られている。

前記拍動ポンプ型の血液ポンプは、自然心の心室の代り
をする血液チャンバの内容積を、空気圧あるいはプッシ
ャープレートなどの機械的手段によって変化させること
により、血液の拍動流を供給するものであり、前記血液
チャンバの形状および容積変化の手段により、ダイヤフ
ラムタイプ、サックタイプ、プッシャープレートタイプ
などに分類される。

このような拍動ポンプ型の血液ポンプは、ローラポンプ
型や遠心ポンプ型の血液ポンプに比較して自然心の血液
拍出パターンに近似した流量波形で血液を供給可能であ
る。

しかしながら、前記拍動ポンプ型の血液ポンプは、血液
チャンバの出入口のそれぞれ１個づつに非常に高価な人
工弁を必要とするので、コスト高となり、また、この人
工弁の耐久性が充分でなく、人工弁の周囲に血栓が形成
されることがあるという問題点を有している。この問題
点は、現在でも充分に解決されておらず、補助循環装置
の分野における課題になっている。

さらに、前記拍動ポンプ型の血液ポンプは、自然心の負
荷を軽減するために、血液ポンプ本体の他に、自然心と
拍動ポンプ型血液ポンプの血液抽出のタイミングを適切
に同調させる制御装置が必要である。前記拍動ポンプ型
の血液ポンプは、この制御装置を用いることにより血液
ポンプの装置全体が大型化，高重量化し、また、さらに
コスト高になるという問題点を有している。

ローラポンプ型の血液ポンプは、塩化ビニルなどの弾性
材料によって形成されたチューブを一個あるいは複数個
のローラにより圧搾し、チューブをしごいて、チューブ
内の血液を吐出させる血液ポンプであり、拍動ポンプ型
や遠心ポンプ型の血液ポンプに比較して、操作が容易で
あるため、広く補助循環装置の分野に使用されている。

しかしながら、前記ローラポンプ型の血液ポンプは、チ
ューブ内の血液をしごいて、血液を吐出させるので、血
球破壊が生じて溶血量が多くなるという問題点がある。
また、長時間使用すると、チューブのしごく部分が壊
れ、血液が外部に流出してしまうことがあり、長時間の
連続運転に使用するには無理があるという問題点もあ
る。

一方、遠心ポンプ型の血液ポンプは、入口および出口ポ
ートを有するポンプ室内で羽根車を回転させることによ
り、羽根車の回転数とポンプの前後差圧とに応じて、平
滑流を供給する血液ポンプである。

この遠心ポンプ型の血液ポンプは、拍動ポンプ型の血液
ポンプのように高価な人工弁を必要とせず、制御装置も
必要としないので、血液ポンプの小型化，軽量化，低コ
スト化が可能であり、ローラポンプ型の血液ポンプのよ
うにチューブ破壊などがなく、血液ポンプの耐久性が充
分であり、長時間の連続運転に充分に使用することがで
きる。

したがって、この遠心ポンプ型の血液ポンプは、人工心
肺装置や開心術後の心補助装置の体外循環回路用の血液
ポンプとして、近年、頻回に使用されるようになってき
ている。

従来の遠心ポンプ型の血液ポンプとしては、たとえば、
第４図に示すような遠心ポンプ型の血液ポンプや、第５
図に示すような遠心ポンプ型の血液ポンプがある。

第５図の血液ポンプは、円錐状の上端面を有する円柱状
の台座６ｌとその外周面に放射状に設けられた複数個の
羽根6mとを有する羽根車を備え、血液が図中の血液流34
のように流れる構造になっている。

しかしながら、このような第５図の血液ポンプは、台座
６ｌの外周付近において渦流36が発生し、血球に非常に
大きな応力がかかり、溶血が生じるという問題点を有す
る。

一方、第４図に示す血液ポンプは、全体が円錐形になっ
ている台座6jと円錐面上に放射状に設けられた複数個の
羽根6kとからなる羽根車を有し、血液が図中の血液流28
のように流れる構造である。この血液ポンプにおいて
は、前記台座6jの底面がこの台座6jを収納するハウジン
グ12の底面のほぼ全体を覆う程度の面積を有するので、
前記第５図に示す血液ポンプにおけるような渦流の発生
がなくて、渦流による溶血の問題はない。

しかしながら、このような第４図に示す血液ポンプは、
この台座6jとハウジング12との間に血液が滞留する淀み
部30が形成され、このためシール部材32に発生した熱が
淀み部30の血液に蓄積されて、羽根車の回転による剪断
力と合わせて、淀み部30における溶血が生じるという新
たな問題点を有する。

このように、従来の遠心ポンプ型の血液ポンプは、拍動
ポンプおよびローラポンプにおける問題点を解決してい
るものの、前記のような遠心ポンプ型の血液ポンプの特
有の問題点の故に、現在、臨床上における充分な性能を
有しているとは言い難い。具体的には、たとえば、血液
ポンプが通常に使用される１〜８／分の血液流量の全
範囲において、溶血量が充分に少なく、かつ長時間に渡
って安定した性能を維持できないという問題点を有す
る。

そこで、人工心肺装置や開心術後の心補助循環装置など
の体外循環回路用の血液ポンプとして、溶血が充分に少
なくて長時間に渡って安定した性能を維持することので
きる遠心ポンプ型の血液ポンプが望まれている。

本考案は前記事情に基いてなされたものである。

すなわち、本考案の目的は、小型，軽量，低コストで、
溶血の発生が少なく、長時間に渡って安全に使用可能で
あり、人工心肺装置や開心術後の心補助循環装置などの
体外循環回路に好適に利用することのできる遠心ポンプ
型の血液ポンプを提供することにある。

［前記課題を解決するための手段］ 前記課題を解決するための請求項１に記載の考案は、台
座に複数個の羽根を設けた羽根車をハウジング内に備え
た遠心ポンプ型の血液ポンプにおいて、前記台座は、そ
の底面がハウジングの底面のほぼ全体を覆うと共に上面
が円錐形に形成されてなると共に、その上面から下面ま
でを貫通する血液流通孔を有することを特徴とする血液
ポンプであり、 前記血液流通孔は、前記台座の上面から下面に向かうそ
の中心線が、羽根車の回転軸に対して５°〜30°の勾配
を有するのが好ましい。（請求項２） ［作用］ 本考案の血液ポンプにおいては、前記台座の底面がハウ
ジングの底面のぼほ全体を覆うように台座が形成されて
いるので、血液の渦流の発生がなく、したがって、羽根
車付近における血液にかかる渦流による応力がない。

さらに、前記台座はその上面から下面に至って貫通する
血液流通孔を複数有するので、台座とハウジングとの間
（台座の羽根を設けない側）における血液が、血液流通
孔を流通して、血液の滞留が減少し、羽根車付近で回転
による熱を血液が蓄積することも減少する。

本考案の血液ポンプは、前記血液流通孔の中心線が、前
記台座の上面から下面に向かって、羽根車の回転軸に対
して５°〜30°の勾配を有すると、羽根車付近での血液
の滞留がより一層減少し、羽根車付近における血液の熱
の蓄積や溶血の発生がさらに減少する。

さらに、台座の上面が円錐形であるので、血液の流れが
円滑であり、血液ポンプ内を流れる血液にたとえば剪断
力や渦による応力のかかりが少ない。

［実施例］ 本考案の一実施例である血液ポンプは、遠心ポンプ型で
あり、たとえば、第１図に示すように、被送液体の入口
ポート１と出口ポート（図示せず。）とを有するキャッ
プ４と、前記キャップ４内に設けられたポンプ室２で回
転し、回転時の遠心力により被送液体を送液するための
羽根6hを、円錐形の台座6gの上面に、円錐頂点6aから台
座6gの外周端までの間に、複数個設けた羽根車と、前記
羽根車を固定すると共に回転力を伝達する機能を有する
シャフト20と、前記羽根車６およびシャフト20を回転可
能にさせる空間を有するハウジング12と、被送液体が前
記ポンプ室２から前記ハウジング12内に設けられたシャ
フト20を回転可能に支持するためのベアリング室16へ流
入するのを防止するシール部材８とで、構成される。

前記羽根車における円錐形の台座6gには、台座上面6bか
ら台座下面6eまでを貫通する血液流通孔6iが複数設けら
れている。

血液流通孔6iの形状については、特に制限はなく、たと
えば第２図に示すような円形の血液流通孔でもよく、四
角の血液流通孔でもよく、その他の形状の血液流通孔で
もよい。

なお、血液流通孔6iの開口面積の大きさが小さ過ぎる
と、羽根車付近での血液の滞留防止の効果が充分に発揮
されないことがある。また、血液流通孔6iの開口面積の
大きさが大き過ぎると、羽根車付近での血液の渦流防止
の効果が充分に発揮されないことがある。もっとも、羽
根車付近での血液の滞留防止の効果が充分に発揮される
ような血液流通孔6iの開口面積は、この血液ポンプの規
模に応じて当業者により実験的に適宜に決定することが
できる。

具体的一例として、人工心肺装置および開心術後の心補
助循環装置などの体外循環回路において用いられるよう
な小型の遠心ポンプ型の血液ポンプにおいては、血液流
通孔6iの形状が、第２図に示すような円形の形状である
場合、血液流通孔6iの直径は、羽根車の外径Ｄの1/15〜
1/8であるのが好ましい。

また、滞留防止の効果を充分に発揮させるため、第２図
に示すように、血液流通孔6iは羽根車の回転軸と同心円
上に等間隔に設けるのが望ましく、血液流通孔6iの位置
は、第１図に示すように、血液流通孔の内側端部6Cが、
シール部材外径部8aと同じ位置になるのが好ましい。

これにより、シール部材外径部8aを通過した流体（血
液）が血液流通孔8iを通つて、羽根車の外径方向に向か
ってスムーズに流れ、滞留防止効果をより高めることが
できる。

さらに、ポンプ内の血液の流れをよりスムーズにするた
めに、血液流通孔6iは第１図および第３図に示すよう
に、前記血液流通孔の、前記台座の上面から前記台座の
下面に向う中心線が、羽根車の回転軸に対して５°〜30
°の勾配Ａを有するのが好ましい。

シール部材８によるシール方式としては、Ｖリング、オ
イルシール、メカニカルシール、あるいは、これらの変
形方式のいずれも好適に使用可能であり、特に制限はな
い。

なお、第１図に示す血液ポンプは、シール部材８とし
て、Ｖリングを使用した構成である。

第１図に示す本考案の一例である血液ポンプは、ハウジ
ング12に対して、羽根車、シャフト20、およびシール部
材８を回転可能にし、前記ハウジング12内に設けられた
ベアリング室16内のベアリング14およびベアリング18に
よってシャフト20を支持している。駆動モータ24からの
回転力は、ピン22とシャフト20との機械的結合により羽
根車６に伝達される。羽根車６が回転することにより発
生する遠心力で血液がキャップ４の入口ポート１からポ
ンプ室２に流入し、出口ポート（図示せず。）から吐出
される。

この第１図〜第３図に示す羽根車を有する本考案の実施
例である血液ポンプは、羽根車付近での血液の滞留防止
および渦流防止の効果が充分に発揮され、羽根車付近で
の血液の滞留および渦流が減じる。

なお、第３図に示す血液ポンプにおいて、矢印は血液の
流れを示す。

（実施例１） このように構成された本考案の血液ポンプを用いて溶血
試験を行ない、溶血量を測定した。

なお、血液ポンプの羽根車としては第２図および第３図
に示すような下記の羽根車を用いた。

羽根車 材質……ポリカーボネート樹脂 羽根車（台座）の外径……26ｍｍ 羽根車の台座の高さ……６ｍｍ 羽根の数……６枚 血液流通孔の数……６ 血液流通孔の直径……２ｍｍ 血液流通孔の中心線の勾配……20度 溶血試験は、以下の条件下で行なった。

(イ)ポンプ前後差圧は100ｍｍＨｇで一定にした。

(ロ)ポンプ流量は１〜５／分について１／分ごとに
行なった。なお、このポンプ流量の範囲は、開心術後の
心補助装置による体外循環量として最も多く使用される
範囲である。

(ハ)５時間連続運転時に、30分毎にサンプリングを行な
い、血漿中の遊離ヘモグロビン量をＳＬＳヘモグロビン
法により測定し、溶血指標（Ｉ．Ｈ＝Index of Hemolys
is）を算出した。なお、Ｉ．Ｈはポンプ吐出量100あ
たりの遊離ヘモグロビンの変化量を表わし、生体応用へ
の許容量は0.1g以下とされている。

結果を第６図に示す。

（比較例１） 第４図に示すような従来の血液ポンプを用いて実施例１
と同様に溶血試験を行ない、溶血量を測定した。なお羽
根車の材質および寸法等は前記実施例１におけるのと同
様である。

結果を第６図に示す。

（比較例２） 第５図に示すような従来の血液ポンプを用いて実施例１
と同様に溶血試験を行ない、溶血量を測定した。なお羽
根車の材質および寸法等は前記実施例１におけるのと同
様である。

結果を第６図に示す。

（評価） 結果は第６図に示すように、従来の血液ポンプではポン
プ流量が低くなるにしたがって溶血量が多くなるのに対
して、本考案の血液ポンプでは、１〜５／分のすべて
の範囲でＩ．Ｈ．の値が許容値である0.1g/100を充分
に達成している。本考案の血液ポンプは、特に低流量域
である３／分以下で従来の血液ポンプと比較して溶血
量の減少が顕著である。

これにより本考案による血液ポンプでは従来の血液ポン
プに比較して、溶血量が充分に低減し、広い流量範囲に
渡って、安全に使用可能であることが確認できる。

［考案の効果］ この考案によると、 (1)遠心ポンプ型の血液ポンプであるので、小型，軽
量，低コストであり、故障も少なくて長時間に渡って安
全に使用可能であり、 (2)血液の渦流の発生をなくすることができて、羽根車
付近における血液にかかる応力を減ずることができるの
で、溶血量が充分に低減し、 (3)さらに、血液の滞留を減じることができて、羽根車
付近における血液の熱の蓄積を減じることができるの
で、溶血が著しく減少し、長時間の使用に対応すること
ができ、 (4)したがって、たとえば人工心肺装置や開心術後の心
補助循環装置などの体外循環回路に好適に利用すること
ができる、 等の利点を有する血液ポンプを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の血液ポンプの一例を示す断面説明図
である。第２図は、本考案の血液ポンプの羽根車の一例
を示す説明図である。第３図は、本考案の血液ポンプの
一例を示す断面説明図である。第４図は、従来の血液ポ
ンプの一例を示す断面説明図である。第５図は、従来の
血液ポンプの一例を示す断面説明図である。第６図は、
実施例において、本考案の血液ポンプを用いた溶血試験
結果および従来の血液ポンプを用いた溶血試験結果を示
すグラフである。 １……入口ポート、２……ポンプ室、４……キャップ、
６……羽根車、6a……台座の頂点、6b……台座上面、6c
……血液流通孔の内側端部、6d……台座の外周端、6e…
…台座下面、6g……台座、6h……羽根、6i……血液流通
孔、6j……台座、6k……羽根、6l……台座、6m……羽
根、８……シール部材、8a……シール部材外径部、10…
…Ｏリング、12……ハウジング、14……ベアリング、16
……ベアリング室、18……ベアリング、20……シャフ
ト、22……ピン、24……駆動モータ、26……血液流、28
……血液流、30……淀み部、32……シール部材、34……
血液流、36……渦流、Ａ……勾配、Ｄ……羽根車の外
径。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】台座に複数個の羽根を設けた羽根車をハウ
   ジング内に備えた遠心ポンプ型の血液ポンプにおいて、
   前記台座は、その底面がハウジングの底面のほぼ全体を
   覆うと共に上面が円錐形に形成されてなると共に、その
   上面から下面までを貫通する血液流通孔を有することを
   特徴とする血液ポンプ。
2. 【請求項２】前記血液流通孔の、前記台座の上面から下
   面に向かう中心線が、羽根車の回転軸に対して５°〜30
   °の勾配を有する請求項１に記載の血液ポンプ。