JPH09122228A

JPH09122228A - 遠心ポンプ駆動制御装置および体外循環血液回路用送血装置

Info

Publication number: JPH09122228A
Application number: JP7303834A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Oshiyama; 広明押山
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1995-10-27
Filing date: 1995-10-27
Publication date: 1997-05-13

Abstract

(57)【要約】【課題】迅速に送血量を目的とする送血量に変更でき
る遠心ポンプ駆動制御装置およびそれを備えた体外循環
血液回路用送血装置、さらに、血液の逆流を防止できる
体外循環血液回路用送血装置を提供する。【解決手段】体外循環血液回路送血装置１を用いた血
液回路は、上流側より、脱血チューブ１８、貯血槽３
３、第１の送血チューブ１７ａ、遠心ポンプ２、逆止弁
８、第２の送血チューブ１７ｂ、人工肺３、返血チュー
ブ１９の順に備えている。そして、遠心ポンプ２には、
遠心ポンプ駆動部６が、さらに駆動部６には、遠心ポン
プ駆動制御装置７が接続されている。駆動制御装置７
は、血液量入力部３１より入力された血液量より遠心ポ
ンプの回転数を演算し、その回転数を基準にして遠心ポ
ンプの駆動制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、体外循環血液回路
に用いられる送血装置に関する。特に、体外血液補助循
環回路、人工心肺用体外循環回路、人工透析用体外循環
回路などに使用される送血装置およびそれを備える体外
循環血液回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、狭心症や弁膜症などの患者に
対して、開心術における心停止中には、人工心肺用体外
血液循環が行われ、肺および心臓機能を代替している。
また、心臓移植準備中の患者には、心臓機能を補助する
ために体外補助循環が行われている。これら体外循環に
用いられるポンプとしては、ローラーポンプが一般的で
あったが、最近では、血液損傷が少ないことなどより、
遠心ポンプが用いられるようになってきている。遠心ポ
ンプは通常定圧ポンプである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】遠心ポンプでは、回転
数しか制御できないため、流量と回転数の関係がわから
ず、一般的には、遠心ポンプより下流に設けた流量計に
より測定された実測流量をフィードバックし、実測流量
が目的流量に近づくように、回転数を制御するという方
法がとられる。しかし、この方法では、回転数をどれだ
け変化させると、どれだけ流量が変化するか解らないた
め、徐々に変化させなければならず、対応が遅く、急激
な脱血量の減少が起きた場合、迅速に対応しないと、貯
血槽内の血液量が０になり、空気を送る危険性もある。

【０００４】そこで、本発明の目的は、迅速に送血量を
目的とする送血量に変更できる遠心ポンプ駆動制御装置
および体外循環血液回路用送血装置を提供するものであ
る。さらに、急激な送血量の低下を生じさせると、一時
的に、ポンプの吐出圧が後負荷（ポンプ以降の圧力、例
えば、患者の動脈圧）より低くなった場合、また、何ら
かの原因で遠心ポンプを一時的に停止させる場合に、逆
流を生じる危険性がある。そこで、本発明の目的は、迅
速に送血量を目的とする送血量に変更でき、かつ、逆流
を生じることがない遠心ポンプ駆動制御装置および体外
循環血液回路用送血装置を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するもの
は、遠心ポンプを回転させるための遠心ポンプ駆動部
と、該遠心ポンプ駆動部を制御するための遠心ポンプ制
御部とを備える遠心ポンプ駆動制御装置であって、前記
遠心ポンプ制御部は、体外循環血液回路における血流量
と回転数との関係式記憶機能と、任意に血流量を入力で
きる血流量入力部と、該血液量入力部より入力された血
液量より上記関係式記憶部に記憶された関係式を用いて
回転数を演算する回転数演算機能と、該回転数演算機能
により演算された演算回転数を用いて遠心ポンプ駆動部
を制御する駆動部制御機能とを備えることを特徴とする
遠心ポンプ駆動制御装置。また、上記目的を達成するも
のは、上記の遠心ポンプ駆動制御装置と、該駆動装置に
よって駆動される遠心ポンプを備える体外循環血液回路
用送血装置である。

【０００６】また、上記目的を達成するものは、遠心ポ
ンプと、遠心ポンプ駆動部と、該遠心ポンプ駆動部を制
御するための遠心ポンプ制御部と、体外循環回路内の圧
力を検知するための圧力検知部とを備える体外循環血液
回路用送血装置であって、前記遠心ポンプ制御部は、体
外循環血液回路における血流量と回転数との関係式記憶
機能と、任意に血流量を入力できる血流量入力部と、前
記圧力検知部により検知された圧力値より送血圧および
落差圧を演算する演算機能と、前記演算機能により演算
された圧力値（送血圧および落差圧）と前記該血液量入
力部より入力された血液量と上記関係式記憶部に記憶さ
れた関係式を用いて回転数を演算する回転数演算機能
と、該回転数演算機能により演算された演算回転数を用
いて遠心ポンプ駆動部を制御する駆動部制御機能とを備
える体外循環血液回路用送血装置である。

【０００７】また、上記目的を達成するものは、遠心ポ
ンプと、遠心ポンプ駆動部と、該遠心ポンプ駆動部を制
御するための遠心ポンプ制御部と、体外循環回路中での
遠心ポンプの送血圧を検知するための第１の圧力検知部
と、体外循環回路での使用時の落差圧を検知するための
第２の圧力検知部とを備える体外循環血液回路用送血装
置であって、前記遠心ポンプ制御部は、体外循環血液回
路における血流量と回転数との関係式記憶機能と、任意
に血流量を入力できる血流量入力部と、前記第１の圧力
検知部により検知された圧力値より送血圧を演算する送
血圧演算機能と、前記第２の圧力検知部により検知され
た圧力値より落差圧を演算する落差圧演算機能と、前記
送血圧演算機能により演算された送血圧と前記落差圧演
算機能により演算された落差圧と前記該血液量入力部よ
り入力された血液量と上記関係式記憶部に記憶された関
係式を用いて回転数を演算する回転数演算機能と、該回
転数演算機能により演算された演算回転数を用いて遠心
ポンプ駆動部を制御する駆動部制御機能とを備える体外
循環血液回路用送血装置である。

【０００８】そして、前記遠心ポンプの血液流出口もし
くは遠心ポンプより下流側の血液回路中に設けられ、下
流側への血液の流れを許容し、上流側への血液の流れを
阻止する逆止弁を備えることが好ましい。さらに、前記
遠心ポンプにより吐出された血液の流量を検知するため
の流量検知部を備えることが好ましい。また、上記目的
を達成するものは、上述の体外循環血液回路用送血装置
と、前記遠心ポンプと連通する脱血チューブと、前記逆
止弁と連通する返血チューブを備える体外循環血液回路
である。また、上記目的を達成するものは、上述の体外
循環血液回路用送血装置と、前記遠心ポンプにより血液
が灌流される人工肺と、遠心ポンプより上流側回路を形
成する脱血チューブと、前記逆止弁より下流側回路を形
成する返血チューブとを備える体外循環血液回路であ
る。また、前記逆止弁は、前記返血チューブに取り付け
られていてもよい。前記人工肺は、例えば、遠心ポンプ
と逆止弁の間に設けられている。また、前記人工肺は、
例えば、遠心ポンプより上流側に設けられている。ま
た、前記人工肺は、例えば、逆止弁より下流側に設けら
れている。

【０００９】

【発明の実施の形態】そこで、本発明の遠心ポンプ駆動
制御装置および体外循環血液回路用送血装置を図面を用
いて説明する。本発明の遠心ポンプ駆動制御装置は、遠
心ポンプを回転させるための遠心ポンプ駆動部６と、遠
心ポンプ駆動部６を制御するための遠心ポンプ制御部７
とを備える。遠心ポンプ制御部７は、体外循環血液回路
における血流量と回転数との関係式記憶機能と、任意に
血流量を入力できる血流量入力部３１と、血液量入力部
３１より入力された血液量より上記関係式記憶部に記憶
された関係式を用いて回転数を演算する回転数演算機能
と、回転数演算機能により演算された演算回転数を用い
て遠心ポンプ駆動部を制御する駆動制御機能とを備え
る。

【００１０】本発明の体外循環血液回路用送血装置１
は、上記の遠心ポンプ駆動制御装置と、この駆動装置に
よって駆動される遠心ポンプ２を備える。そこで、図１
に示す実施例を用いて、本発明の体外循環血液回路用送
血装置を説明する。図１は、本発明の実施例の遠心ポン
プ駆動制御装置およびそれを備えた送血装置を用いた体
外循環血液回路の一を示す概念図である。送血装置１
は、上流側より、脱血チューブ１８、貯血槽３３、第１
の送血チューブ１７ａ、遠心ポンプ２、逆止弁８、第２
の送血チューブ１７ｂ、人工肺３、返血チューブ１９の
順に備えている。そして、遠心ポンプ２には、遠心ポン
プ駆動部６が、さらに駆動部６には、遠心ポンプ制御部
７が接続されている。第２の送血チューブ１７ｂには、
流量検知部５が設けられている。第１の送血チューブ１
７ａ、第２の送血チューブ１７ｂ、返血チューブ１９の
それぞれには、圧力検知部４ａ，４ｂ，４ｃが設けられ
ている。

【００１１】貯血槽３３は、内部に形成された貯血空間
である貯血部と、この貯血部の上部と連通する血液流入
口、貯血部の下部と連通する血液流出口を備える。血液
流入口には、脱血チューブ１８が接続されており、血液
流出口には、第２の接続チューブ１７ａが接続されてお
り、この貯血槽３３と遠心ポンプ２とを接続している。
貯血槽３３としては、硬質材料に形成された開放型貯血
槽、軟質材料により形成された密閉型貯血槽のいずれで
もよい。遠心ポンプ２、遠心ポンプ駆動部６および遠心
ポンプ制御部７については、後述する。

【００１２】逆止弁８としては、血液回路の下流側への
血液の流れを許容し、上流側への血液の流れを阻止する
ものであればどのようなものでもよい。例えば、ボール
弁タイプの逆止弁、生体弁の形状に近似した三尖弁もし
くは二尖弁などが好適である。三尖弁は、基端が固定さ
れ、閉塞状態では先端が違いに密着する３つの可動片を
有する。二尖弁は、同様に２つの可動片を有する。そし
て、これら弁は、下流側に血液が流れる場合には、それ
ぞれの可動片の先端部は、互いに離間する方向に変形
し、形成される３つもしくは２つの可動片の先端部の間
隙から、血液の流出を許容し、逆に上流側に血液が流れ
ようとする場合には、それぞれ可動片の先端部は、互い
に密着する方向に変形し、血液の流通を阻止する。逆止
弁としては、開放圧力が低いこと、言い換えれば圧力損
失が少ないこと、耐久性が高いことなどの点より、ボー
ル弁タイプのものが好適である。好適なボール弁タイプ
の逆止弁については、後述する。逆止弁８の取付け位置
としては、遠心ポンプの血液流出口より下流側であれば
どこでもよい。例えば、遠心ポンプの血液流出口、人工
肺の血液流入口または血液流出口、血液回路中（第２の
送血チューブ１７ｂ）、返血チューブ１９のいずれかに
取り付けることが考えられる。

【００１３】人工肺３としては、例えば、熱交換器付人
工肺が用いられる。熱交換器付人工肺は、熱交換器部と
人工肺部からなる。人工肺は、血液流入口と血液流出口
とガス流入口とガス流出口を備える。血液流入口は、遠
心ポンプの血液流出口と第２の送血チューブ１７ｂを介
して接続されている。血液流出口には、返血チューブ１
９が接続されている。人工肺３としては、例えば、上流
側に熱交換器部があり、下流側に人工肺部があるものが
使用される。熱交換器は熱交換媒体（温水もしくは冷
水）流入口および流出口を備える。人工肺３の血液流入
口より流入した血液は、この熱交換器部により温度調整
がされた後、人工肺部に流入し、血液への酸素付加およ
び二酸化炭素除去が行われ、ガス交換（酸素付加）され
た血液は血液流出口より返血チューブ１９に送られ、患
者に返還される。

【００１４】人工肺３としては、どのようなタイプの人
工肺でもよく、好ましくは、膜型人工肺であり、特に好
ましくは、中空糸膜型人工肺である。中空糸膜型人工肺
としては、ハウジングと、ハウジング内に挿入された血
液処理用部材であるガス交換用中空糸膜と、中空糸膜束
の両端部をハウジングの両端部に液密に固定する隔壁
と、ハウジングの両端部付近にそれぞれ設けられ、血液
処理用部材である中空糸膜の外面とハウジングの内面と
隔壁とにより形成される空間（酸素室）に連通する血液
処理用流体であるガスの流入口およびガス流出口と、ハ
ウジングの両端部にそれぞれ取り付けられた血液流入口
を有する血液流入ポートおよび血液流出口を有する血液
流出ポートとを有するものが好適に使用できる。筒状体
のハウジング内に収納されている中空糸束としては、ガ
ス交換用中空糸膜が１０，０００〜６０，０００本程度
を束ねたものが使用されており、ガス交換用中空糸膜と
しては、多孔質膜であり、貫通する多数の微細孔を有し
ている。ガス交換用中空糸膜としては、内径１００〜１
０００μｍ、好ましくは１００〜３００μｍ、肉厚５〜
８０μｍ、好ましくは１０〜６０μｍ、空孔率２０〜８
０％、好ましくは３０〜６０％、また微細孔の孔径は
０．０１〜５μｍ、好ましくは０．０１〜１μｍ程度の
ものが好適に使用される。また、中空糸膜に限らず平膜
状のものであってもよい。ガス交換用中空糸膜の材質と
しては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリテトラフ
ルオロエチレン、ポリスルホン、ポリアクリロニトリ
ル、セルロースアセテート等の高分子材料が使用でき、
好ましくは、疎水性高分子であり、特に好ましくは、ポ
リオレフィン系樹脂であり、より好ましくは、ポリプロ
ピレンであり、延伸法または相分離法などにより微細孔
を形成させたポリプロピレンが望ましい。

【００１５】脱血チューブ１８、第１および第２の送血
チューブ１７ａ，１７ｂ、返血チューブ１９としては、
例えば、塩化ビニル樹脂、シリコーンゴムなどの透明性
を有する可撓性合成樹脂製管が好適に使用できる。流量
検知部５としては、半導体圧力センサ（例えば、拡散型
半導体圧力センサ）、歪ゲージなどが使用される。ま
た、圧力検知部４ａ，４ｂ，４ｃとしては、血液に直接
接触することなく、送血管の内部を流れる血液の流量を
測定出来るものが好ましく、例えば、超音波流量計、電
磁流量計などが好適に使用される。

【００１６】送血装置の回路構成は、図１に示すものに
限られない。例えば、図２に示すように、人工肺３もし
くは人工肺より下流に逆止弁８を設けてもよく、さら
に、貯血槽３を設けなくてもよい。この送血装置は、補
助人工心肺回路に用いられる。さらに、図３に示すよう
に、貯血槽、人工肺ともに設けないものとしてもよい、
この送血装置２０は、補助血液循環回路に用いられる。
さらに、本発明の送血装置１は、抗凝固剤を用いる事な
く血液循環ができることが好ましい。このために、送血
装置中の血液接触面、例えば、貯血槽３３、遠心ポンプ
２、人工肺３、脱血チューブ１８、第１および第２の送
血チューブ１７ａ，１７ｂ、返血チューブ１９の血液接
触面に抗血栓性材料を固定することが好ましい。特に、
図２および図３に示すような、貯血槽を備えない体外循
環回路では、特に、抗凝固剤を用いる事なく血液循環が
できることが望まれる。

【００１７】抗血栓性材料としては、ヘパリン、ポリア
ルキルスルホン、エチルセルロース、アクリル酸エステ
ル系重合体、メタアクリル酸エステル系重合体（例え
ば、ポリＨＥＭＡ［ポリヒドロキシエチルメタクリレー
ト］）、疎水性セグメントと親水性セグメントの両者を
有するブロックまたはグラフト共重合体（例えば、ＨＥ
ＭＡ−スチレン−ＨＥＭＡのブロック共重合体、ＨＥＭ
Ａ−ＭＭＡ［メチルメタアクリレート］のブロック共重
合体、ＨＥＭＡ−ＬＭＡ［ラウリルメタアクリレート］
のブロック共重合体、ＰＶＰ［ポリビニルピロリドン］
−ＭＭＡのブロック共重合体、ＨＥＭＡ−ＭＭＡ／ＡＡ
［アクリル酸］のブロック共重合体、さらにこのブロッ
ク共重合体にアミノ基を有するポリマーを混合したブレ
ンドポリマー、および含フッ素樹脂などが使用できる。
好ましくは、ＨＥＭＡ−スチレン−ＨＥＭＡのブロック
共重合体、ＨＥＭＡ−ＭＭＡ［メチルメタアクリレー
ト］のブロック共重合体、ＨＥＭＡ−ＭＭＡ／ＡＡ［ア
クリル酸］のブロック共重合体などが好ましい。そし
て、上記のヘパリンを除く親水性樹脂を血液接触面に被
覆した後、さらにその上にヘパリンを固定することが好
ましい。この場合、ヘパリンをこの親水性樹脂の表面に
固定するためには、親水性樹脂は、水酸基、アミノ基、
カルボキシル基、エポキシ基、イソシアネート基、エポ
キシ基、チオシアネート基、酸クロリド基、アルデヒド
基および炭素−炭素二重結合のうちのいずれかを有する
か、もしくは容易にこれらの基に変換可能な基を有して
いることが好ましい。特に好ましくは、上記親水性樹脂
にアミノ基を有するポリマーを混合したブレンドポリマ
ーを用いることであり、アミノ基を有するポリマーとし
ては、ポリアミン、特にＰＥＩ［ポリエチンイミン］が
好ましい。

【００１８】ヘパリン固定は、血液補助循環回路の血液
接触面に上記の親水性樹脂を被覆したのち、その表面に
ヘパリン水溶液を接触させた後、グルタールアルデヒ
ド、テレフタルアルデヒド、ホルムアルデヒドなどのア
ルデヒド類、ジフェニルメタンジイソシアネート、２，
４−トリレンジイソシアネート、カルボジイミド変性ジ
フェニルメタンジイソシアネート、エピクロルヒドリ
ン、１，４−ブタンジオールジグリシジルエーテル、ポ
リエチレングリコールジグリシジルエーテルなどの固定
化剤と接触させることにより、上記の親水性樹脂に共有
結合させ固定することができる。

【００１９】次に、本発明に好適に使用される遠心ポン
プ２および遠心ポンプ駆動部６について説明する。図４
は、遠心ポンプ２の部分断面図であり、図５は、平面図
である。遠心ポンプ２は、アクリル樹脂、ポリカーボネ
ートなどの透明硬質樹脂により形成されたハウジング１
６と、このハウジング１６内に収納された回転体１１を
備える。ハウジング１６は、中央より上方に突出する血
液流入ポート１３ｂを備える。また、ハウジング１６の
側面には、接線方向に延びる血液流出ポート１３ａが設
けられている。回転体１１は、ボールベアリング１５に
よりシャフト９に回転可能に軸支されており、かつ、シ
ール部材１０により、回転体１１はシャフト９に対して
液密状態で回転する。回転体１１の上面は円錐状となっ
ており、さらに、回転体１１には、回転体１１のほぼ中
央であり、血液流出流入ポートの接線方向に延びる複数
の血液誘導路１２が形成されている。血液流入ポートよ
り流入した血液は、回転体１１の頂点部分にて分散され
た後、回転体１１の回転により遠心力が与えられて、血
液誘導路１２内を流れ、回転体１１の側面とハウジング
１６の側面間を経て、血液流出ポート１３ａより流出す
る。回転体１１の内部には、回転体１１に外部より回転
力を伝達するためのマグネット１４が複数設けられてい
る。この遠心ポンプ２では、回転体１１は、０〜３００
０ｒｐｍ程度まで回転可能なものが使用される。

【００２０】遠心ポンプ駆動部６としては、公知のもの
が使用できる。駆動部６は、通常、モーターと、このモ
ーターの回転軸に固定された回転部材（例えば、回転
板）と、この回転板に取り付けられたマグネットを備え
る。マグネットは、回転体１１に設けられらマグネット
に対応する位置に設けられる。このため、駆動部６の回
転板は遠心ポンプの回転板１１にそれぞれのハウジング
を介して磁気的吸引力により接続される。そして、モー
ターが回転することにより、回転板が回転し、回転板の
回転につられて回転体１１も回転する。モーターとして
は、ＡＣモーター、ＤＣモーターなどいずれでもよい
が、可変速モーターが好適である。さらに、流量の制御
が容易なものが好ましく、例えば、ＡＣモーターである
ステッピングモーターが好適である。

【００２１】次に、遠心ポンプ制御部７について説明す
る。遠心ポンプの実回転数、吐出流量、吐出圧は相関し
ており、これらの関係を実験式を用いて示すことが可能
である。即ち、ある回転数とある血液流量で血液循環を
行っている場合、その時の遠心ポンプは出している圧力
を算出することができる。また、遠心ポンプが発生しな
ければならない吐出圧は、体外循環回路の流体抵抗、患
者への送血のための圧力（送血圧）、落差圧［遠心ポン
プの血液流入口側の大気開放液面（貯血槽の液面）と患
者の送血部位間の落差）を用いて表すことができる。遠
心ポンプはいわゆる定圧ポンプであるため、所定流量に
おける送血圧は一定であり、血液の流れに影響されるこ
とがない。さらに、体外循環回路の流体抵抗も特別な事
情（例えば、回路の狭窄など）が起きなければ、変化せ
ず、血液の流れに影響されない。このため、体外循環回
路の回路特性（パラメータ）は、血液流量と相関し、、
これらすべての圧力は流量の関係式で表される。よっ
て、体外血液循環中の送血圧と落差圧が解れば遠心ポン
プの実回転数と血液流量から循環回路の回路抵抗および
回路抵抗の係数（パラメータ）を導き出すことができ
る。さらには、循環回路の回路抵抗が既知であって、循
環回路における流量変動が伴えば、送血圧と落差圧との
和が算出可能である。よって、遠心ポンプのポンプ特性
式と循環回路の回路特性式を用いて、遠心ポンプの実回
転数を制御することにより、迅速かつ安定した対応がで
き、安定した血液流量制御が行える。

【００２２】開心術中では、出血を抑制するために低体
温で行い、終了付近に通常体温に復帰させる。流体抵抗
は、流れる液体の温度によって変化し、温度が低いほう
が抵抗が高く、温度が高い方が抵抗が少ない。このた
め、開心術中では、血液の温度変化により、血流量が変
動する。遠心ポンプ２における、回転数をＴ（ｒｐ
ｍ）、流量をＱ（Ｌ／ｍｉｎ）、遠心ポンプの吐出圧を
Ｐ（ｍｍＨｇ）としたとき、それらの関係は、実験的に
式１の通り表される。なお、ここでは、ヘマトクリット
値（Ｈｔ）３５％、温度３５℃の牛血を用いた場合であ
る。

【００２３】

【式１】Ｐ＝９３×（Ｔ／１０００）²−３．５×Ｑ（１）また、体外循環血液回路の流体特性は、一般に式２によ
り表される。

【００２４】

【式２】△Ｐｃ＝ａ×Ｑ^b （２）

【００２５】△Ｐｃは、体外循環血液回路の回路抵抗
（ｍｍＨｇ）、Ｑは、流量（Ｌ／ｍｉｎ）、ａは回路長
や回路断面積などに起因するパラメータ、ｂは流れの乱
れなどに起因するパラメータであり、１≦ｂ≦２の範囲
の値である。流体力学の実験式では、直管内を流体が層
流で流れる場合ｂ＝１であり、乱流で流れる場合ｂ＝
１．７５とされている。上記式２を考慮すると、体外循
環血液回路において、遠心ポンプは送出（出力）しなけ
ればならない吐出圧は、式３により表される。

【００２６】

【式３】Ｐ＝△Ｐｃ＋Ｐａｏ＋Ｐｓｔ＝ａ×Ｑ^b＋Ｐａｏ＋Ｐｓｔ（３）

【００２７】ここで、Ｐａｏは、送血圧で、Ｐｓｔは、
落差圧である。さらに、式１を考慮すると、式４が導か
れる。

【００２８】

【式４】Ｐ＝９３×（Ｔ／１０００）²−３．５×Ｑ＝ａ×Ｑ^b＋Ｐａｏ＋Ｐｓｔ（４）

【００２９】したがって、Ｐａｏ、Ｐｓｔを一定で血液
循環を行うものとし、パラメータａ，ｂをあらかじめ求
めておけば、流量Ｑは、回転数Ｔの関数となり、体外循
環血液回路の流量を回転数Ｔにより制御することができ
る。例えば、遠心ポンプ２の回転数２０００ｒｐｍで流
量４Ｌ／ｍｉｎである体外循環回路中を血液を循環させ
ている場合、遠心ポンプの吐出圧は、３５８ｍｍＨｇで
あった。また、送血圧が８０ｍｍＨｇ、落差圧が３０ｍ
ｍＨｇとし、パラメータｂを１．５とすると、式３よ
り、パラメータａは、３１となる。この条件で、体外循
環を行っている時に、血液量を３Ｌ／ｍｉｎに変更する
場合、式４より演算すると、回転数Ｔは、１７４０ｒｐ
ｍとなる。

【００３０】次に、図６に示す遠心ポンプ駆動制御装置
のブロックを用いて、駆動制御装置を説明する。この駆
動制御装置は、ＲＯＭ２４、ＲＡＭ２５、ＬＥＤ駆動回
路２６、このＬＥＤ駆動回路に接続された表示部２７お
よび回転数表示部２８、スイッチパネル３４および血液
量設定入力部（血液量入力スイッチ）３１が接続された
キーボードインターフェース回路２１、これらにバス３
２を介して接続されたＣＰＵ２２と、モーター駆動回路
２９、カウンタ２３を備える。さらに、駆動制御装置の
ＣＰＵ２２は、外部に設けられる流量検知部５、圧力検
知部４とも接続されている。また、モーター駆動回路２
９は、遠心ポンプの回転数検出器３０およびモーター６
２とも接続されている。

【００３１】スイッチパネル３４には、電源スイッチ
ａ、遠心ポンプのスタートスイッチｂ、遠心ポンプ停止
スイッチｃなどを備える。ＲＯＭ２４は、遠心ポンプ駆
動制御装置の各種制御を行うためのプログラムととも
に、上述したパラメータａおよびｂも記憶しており、こ
のＲＯＭ単体もしくはＣＰＵと共同して、体外循環血液
回路における血流量と回転数との関係式記憶機能を発揮
し、ＣＰＵは、この関係式と血液量入力スイッチ３１よ
り入力された血液量値より、遠心ポンプの回転数を演算
する。ＲＡＭ２５は、遠心ポンプ駆動制御装置の駆動制
御を行う上で必要とされる各種データを一時的に記憶す
るためのメモリである。

【００３２】表示部２７は、血液量、圧力など各種情報
を表示し、回転数表示部２８は、遠心ポンプの実測回転
数を表示する。これら表示部２７，２８はＬＥＤ駆動回
路によって制御されている。キーボードインターフェー
ス回路２１は、スイッチパネルのスイッチおよび血液量
入力スイッチ３１より入力された信号をＣＰＵに送り、
ＣＰＵ２２を介してＲＯＭ２４に記憶された制御情報に
基づいてモーター駆動回路２９を制御する。モーター駆
動回路２９は、インターフェース回路２１より出力され
る信号に基づいて、モーター６２を回転させる。このモ
ーター６２の回転は、遠心ポンプ２に伝達され、遠心ポ
ンプ内のロータが回転し、血液を送血する。また、遠心
ポンプの回転数検出器３０としては、ロータリーエンコ
ダーなどが用いられ、検出器３０により検出された遠心
ポンプの回転数は、モーター駆動回路２９に入力され、
遠心ポンプが設定回転数で回転しているか判断され、相
違する場合には、駆動回路２９が適宜補正を行う。

【００３３】また、ＣＰＵ２２は、圧力検知部４ａ，４
ｂ，４ｃより、送血圧および落差圧を演算する。圧力検
知部４ａは、遠心ポンプ２より上流側に取り付けられ、
圧力検知部４ｂは、遠心ポンプ２と人工肺３との間に取
り付けられ、圧力検知部４ｃは、人工肺より下流側に取
り付けられている。例えば、血液循環開始当初に、圧力
検知部４ａ，４ｂ，４ｃの測定値より、送血圧と落差圧
の和を測定し、この値を、式４に代入して、式４を完成
させて、この式４を用いて、回転数を演算してもよい。
この場合、式４におけるパラメータａ，ｂはあらかじめ
記憶されている。また、パラメータａ，ｂも、流量計に
より測定される実測流量および上記計測圧力より、演算
してもよい。さらに、血液循環開始当初は、上述した設
定流量より演算された回転数Ｔでモーターを駆動し、こ
の時の実測流量を測定し、設定流量と実測流量との差
（誤差流量）を演算し、この誤差流量と上述の式を用い
て、補正回転数Ｔ’を演算し、この補正回転数でモータ
ーを駆動するものとしてもよい。

【００３４】次に、図１２に示すフローチャートを用い
て、本発明の体外循環血液回路用送血装置の作用を説明
する。電源スイッチをオンすることにより、電源が投入
され（Ｓ１）、プログラムがスタートし、種々の変数が
初期化される。設定流量入力部より設定流量の入力が行
われ、スタートスイッチがオンされると、ＣＰＵは、設
定流量より遠心ポンプの回転数を演算する。スタートス
イッチがオンされると、スタート信号がＣＰＵに入力さ
れ、ＣＰＵは、回転数信号をモーター駆動回路に送り、
モーター駆動回路は、与えられた回転数信号にしたがっ
て、モーターを回転させ、血液の送血を開始する。回路
中に設けられた流量計および圧力計より各計測データが
計測され（Ｓ５）、ＣＰＵに送られる。また、遠心ポン
プの回転数検知部より検知された実測回転数（Ｓ５）は
モーター駆動回路に送られ、設定回転数と比較され、設
定回転数と相違する場合は、モーター駆動回路は電圧も
しくは周波数などを微調整し設定回転数で遠心ポンプが
回転するように調整する。実測血液量と設定血液量とが
相違する場合は、誤差流量を演算し、この誤差流量を用
いて、補正回転数を演算し、以降これによりモーターを
制御する。なお、ある一定時間間隔で実測流量と設定流
量を比較し、両者の差異（誤差流量）が所定値より大き
くなった場合に、再度その時点での誤差流量を用いて、
補正回転数を演算し、以降これによりモーターを制御す
る。

【００３５】そして、実測血液量、遠心ポンプ実測回転
数、各種圧力は、表示部に表示される（Ｓ６）。血液循
環中に血液量を変更したい場合には、設定流量入力部よ
りあらたな設定流量を入力する（Ｓ７）。ＣＰＵは、入
力された設定流量より回転数を演算し、新たな回転数信
号をモーター駆動回路に送る（Ｓ９）。モーター駆動回
路は新たな回転数信号に基づき、モーターの回転数を変
更する。モーターの回転数が変更された後に計測された
実測血液量と設定血液量を比較し、相違する場合には、
ＣＰＵは再度回転数を演算する（Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１
０）。設定血液量にて送血が行われていれば、そのとき
の回転数が維持される。また、常時血液量、圧力、遠心
ポンプの回転数が計測されており、これらは、表示部に
表示される（Ｓ１１）。このようにして、モーターの回
転が維持され（Ｓ１２）、停止スイッチがオンされる
と、モーターが停止し（Ｓ１３）、電源スイッチをオフ
する（１４）ことにより、終了する。

【００３６】次に、本発明の体外循環血液回路用送血装
置に好適に使用されるボール弁タイプの逆止弁について
説明する。図７は、本発明の逆止弁の実施例の断面図で
あり、図８は、図７のＡ−Ａ線断面図である。この逆止
弁４８は、中央に拡径部４８を有する筒状ハウジング４
２と、筒状ハウジング４２の拡径部４８内に移動可能に
収納された球体４３とからなる。筒状ハウジング４２
は、第１管状部材４２ａと、この第１管状部材４２ａと
嵌合する第２管状部材４２ｂとからなる。第１管状部材
４２ａと第２管状部材４２ｂとの接合面４８ｃ，４８ｄ
はそれぞれ対応したテーパー面となっている。第１管状
部材４２ａは、図７に示すように、一端に液体流入口４
４を有し、他端は拡径部４８ａとなっている。第２管状
部材４２ｂは、図７に示すように、一端に液体流出口４
５を有して、他端は拡径部４８ｂとなっている。第１管
状部材４２ａの液体流入口部分および第２管状部材４２
ｂの液体流出口部分は、端部に向かって拡径するテーパ
ー状となっており、ポンプチューブ、液体チューブ、カ
ニューレなどとの接続部の実質的な段差を少なくするこ
とができる。第１管状部材４２ａと第２管状部材４２ｂ
は、それらの拡径部４８ａと４８ｂとが嵌合することに
より接合されている。

【００３７】第１管状部材４２ａの拡径部４８ａと第２
管状部材４２ｂの拡径部４８ｂとの接合面４８ｃ，４８
ｄは、ともに対応した（ほぼ同角度の）テーパー面とな
っいる。このようにすることにより、第１管状部材４２
ａと第２管状部材４２ｂを嵌合させ、さらに押圧したと
き、両者の接合面４８ｃ，４８ｄにおいてくさび効果が
生じ、通常の平行面接合に比べ、より緊密に固定され
る。第１管状部材４２ａと第２管状部材４２ｂとの接合
部分の拡大断面図である図９に示すように、第２管状部
材４２ｂの凸状のテーパー面４８ｄの先端部の内径Ｄ１
は、第１管状部材４２ａの凹状のテーパー面４８ｃの内
径Ｄ２と同じあるいは若干小さく成形されていること
（Ｄ１≧Ｄ２）が好ましく、このようにすることによ
り、拡径部４８の内部に微少な突起が形成されることが
ない。

【００３８】図７に示す実施例では、第１管状部材４２
ｂの拡径部４８ｃの内面側端部のテーパー角度が大き
く、第２管状部材４２ｂの拡径部４８ｄの内面側端部の
テーパー角が小さく形成されており、両者を接合すると
ほぼ接合端が直線上になるように成形されている。両者
の形状は、図７に示すものに限られず逆にしてもよい。
好ましくは、図７に示すように、第２管状部材４２ａの
拡径部４８ｄのを鋭角なテーパーを有する端部とし、上
述のように、この拡径部４８ｄの端部の内径を第１管状
部材４２ａの拡径部４８ｃの端部の内径を等しいか若干
小さくすることである。この形状が最も血栓発生を抑制
できるものと考える。

【００３９】さらに、図７に示す実施例の逆止弁４８
は、第１のネジ部５６を備えた環状部材５２を有し、第
１管状部材４２ａもしくは第２管状部材４２ｂいずれか
一方（図７に示す実施例では、第１管状部材４２ａ）に
は、環状部材５２が有する第１のネジ部５６と螺合する
第２のネジ部５７を有し、第１のネジ部５６と第２のネ
ジ部５７の螺合により、第１管状部材４２ａと第２管状
部材４２ｂの接合面が押圧され、固定されている。ま
た、第１管状部材と第２管状部材との固定は、複数（例
えば、６本）のボルトを用いて行ってもよい。

【００４０】第２管状部材４２ｂの上面図である図１０
および図１０のＢ−Ｂ断面図である図１１に示すよう
に、第２管状部材４２ｂの拡径部４８ｂの内面には、拡
径部４８ｂの開口端部付近より液体流出口４５方向に延
び、拡径部４８ｂの終了端部付近に至る突出部４６を有
している。突出部４６は、３つもしくはそれ以上、第２
管状部材４２ｂの軸方向と平行に設けられていることが
好ましい。突出部４６の端部４６ａは、図１１に示すよ
うに、拡径部内面と溝などを形成することなくなだらか
に形成されている。突出部４６の他端部には、図７およ
び図１１に示すように、球体４３の係止部４９が設けら
れている。そして、図１０に示すように、突出部４６
は、拡径部４８ｂの内面にほぼ等間隔離間した距離に設
けられている。さらに、突出部４６の先端が規定する円
（３つの先端が接する円）の半径は、球体４３の半径よ
り若干大きいかほぼ等しいものとなっており、また、突
出部４６に設けられた係止部４９の先端が規定する円
（係止部４９の３つの先端が接する円）の半径は、球体
４３の半径より若干小さいものとなっている。そして、
第１管状部材４２ａの拡径部４８ａの体内流入口側の内
面はほぼ円錐状に形成されており、図７に示すように、
球体４３と接触したとき液密状態に密着可能な形状とな
っている。つまり、接触部４９の内面が形成する円形断
面がその部分に当接する球体４３の外面（図７において
点線にて示す）形状とほぼ合致している。これにより、
液体流出口４５側が陽圧となったとき、球体４３がこの
拡径部４８ａのほぼ円錐状の内面である接触部に接触し
た状態で密着し、液体の流通を阻止する。

【００４１】よって、球体４３は、ハウジングの拡径部
を拡径部の接触部４９から係止部４９に当接するまで移
動可能であり、ハウジング４２内部を開閉し、弁体とし
て機能する。第１管状部材４２ａおよび第２管状部材４
２ｂは、ポリカーボネート、スチレン系樹脂（例えば、
ポリスチレン、ＭＢＳ、ＭＳ）、ポリオレフィン（例え
ば、ポリプロピレン、ポリエチレン）、塩化ビニル樹
脂、ポリウレタン、ポリウレタンエラストマー、シリコ
ーンゴムなどにより形成される。球体４３は、断面がほ
ぼ真円形を有する球体であり、上述のように、拡径部４
８の接触部４９の内径および係止部４９の規定する円の
内径より大きい直径を有している。球体４３は、ポリウ
レタン、シリコーンゴム、ＳＢＳエラストマー、ラテッ
クスゴムなどのゴム材またはエラストマー、また、ポリ
オレフィン（例えば、ポリプロピレン、ポリエチレ
ン）、ポリカーボネイト、ポリスチレンなどの合成樹
脂、さらには、ジルコニア、アルミナ、シリカなどの無
機材料などにより形成される。球体４３は、逆止弁が用
いられる流体（例えば血液）の比重と同程度（液体の比
重の０．７〜１．５倍程度）とすることである。

【００４２】

【発明の効果】本発明の遠心ポンプ駆動制御装置は、上
記目的を達成するものは、遠心ポンプを回転させるため
の遠心ポンプ駆動部と、前記遠心ポンプ駆動部を制御す
るための遠心ポンプ制御部とを備える遠心ポンプ駆動制
御装置であって、前記遠心ポンプ制御部は、体外循環血
液回路における血流量と回転数との関係式記憶機能と、
任意に血流量を入力できる血流量入力部と、該血液量入
力部より入力された血液量より上記関係式記憶部に記憶
された関係式を用いて回転数を演算する回転数演算機能
と、該回転数演算機能により演算された回転数を基準に
して遠心ポンプ駆動部を制御する駆動部制御機能とを備
える。このため、血液量を変更したい場合、血液量入力
部より任意の血液量を入力するれば、その血液量に対応
した回転数が演算され、その回転数により遠心ポンプが
駆動され、迅速に今までの送血量を目的とする送血量に
変更できる。このような迅速な送血量の変更は、患者の
脱血量の低下が生じた場合に有効である。

【００４３】本発明の体外循環血液回路用送血装置は、
上記の遠心ポンプ駆動制御装置と、該駆動装置によって
駆動される遠心ポンプを備えるので、迅速に送血量の変
更を行うことができる。さらに、遠心ポンプの血液流出
口もしくは遠心ポンプより下流側の血液回路中に、下流
側への血液の流れを許容し、上流側への血液の流れを阻
止する逆止弁を備えれば、急激な送血量の低下を生じさ
せた場合、もしくは、一時的にポンプを停止させた場合
に、ポンプの吐出圧が後負荷（ポンプ以降の圧力、例え
ば、患者の動脈圧）より低くなることがあっても、血液
が逆流することがなく安全である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施例の遠心ポンプ駆動制御
装置およびそれを備えた送血装置を用いた体外循環血液
回路を示す概念図である。

【図２】図２は、本発明の他の実施例の送血装置を用い
た体外循環血液回路を示す概念図である。

【図３】図３は、本発明の他の実施例の送血装置を用い
た体外循環血液回路を示す概念図である。

【図４】図４は、本発明の体外循環血液回路用送血装置
に用いられる遠心ポンプの部分断面図である。

【図５】図５は、図４に示した遠心ポンプの平面図であ
る。

【図６】図６は、本発明の一実施例の遠心ポンプ駆動制
御装置のブロック図である。

【図７】図７は、本発明の逆止弁の一実施例の断面図で
ある。

【図８】図８は、図７のＡ−Ａ線断面図である。

【図９】図９は、図７の逆止弁における第１管状部材と
第２管状部材の接合部分の拡大断面図である。

【図１０】図１０は、図７に示した逆止弁の第２管状部
材の上面図である。

【図１１】図１１は、図１０のＢ−Ｂ線断面図である。

【図１２】図１２は、本発明の体外循環血液回路用送血
装置の作用を説明するためのフローチャートである。

【符号の説明】

１体外循環血液回路用送血装置２遠心ポンプ３人工肺４ａ，４ｂ，４ｃ圧力検知部５流量検知部６遠心ポンプ駆動部７遠心ポンプ駆動制御部８逆止弁１７ａ第１の送血チューブ１７ｂ第２の送血チューブ１８脱血チューブ１９返血チューブ３３貯血槽

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】遠心ポンプを回転させるための遠心ポン
プ駆動部と、該遠心ポンプ駆動部を制御するための遠心
ポンプ制御部とを備える遠心ポンプ駆動制御装置であっ
て、前記遠心ポンプ制御部は、体外循環血液回路におけ
る血流量と回転数との関係式記憶機能と、任意に血流量
を入力できる血流量入力部と、該血液量入力部より入力
された血液量より上記関係式記憶部に記憶された関係式
を用いて回転数を演算する回転数演算機能と、該回転数
演算機能により演算された演算回転数を用いて遠心ポン
プ駆動部を制御する駆動部制御機能とを備えることを特
徴とする遠心ポンプ駆動制御装置。
【請求項２】請求項１に記載の遠心ポンプ駆動制御装
置と、該駆動装置によって駆動される遠心ポンプを備え
る体外循環血液回路用送血装置。
【請求項３】遠心ポンプと、遠心ポンプ駆動部と、該
遠心ポンプ駆動部を制御するための遠心ポンプ制御部
と、体外循環回路内の圧力を検知するための圧力検知部
とを備える体外循環血液回路用送血装置であって、前記
遠心ポンプ制御部は、体外循環血液回路における血流量
と回転数との関係式記憶機能と、任意に血流量を入力で
きる血流量入力部と、前記圧力検知部により検知された
圧力値より送血圧および落差圧を演算する演算機能と、
前記演算機能により演算された圧力値と前記該血液量入
力部より入力された血液量と上記関係式記憶部に記憶さ
れた関係式を用いて回転数を演算する回転数演算機能
と、該回転数演算機能により演算された演算回転数を用
いて遠心ポンプ駆動部を制御する駆動部制御機能とを備
えることを特徴とする体外循環血液回路用送血装置。
【請求項４】前記遠心ポンプの血液流出口もしくは遠
心ポンプより下流側の血液回路中に設けられ、下流側へ
の血液の流れを許容し、上流側への血液の流れを阻止す
る逆止弁とを備える請求項２または３に記載の体外循環
血液回路用送血装置。
【請求項５】前記遠心ポンプにより吐出された血液の
流量を検知するための流量検知部を備える請求項２ない
し４のいずれかに記載の体外循環血液回路用送血装置
【請求項６】請求項２ないし５のいずれかに記載の体
外循環血液回路用送血装置と、前記遠心ポンプと連通す
る脱血チューブと、前記逆止弁と連通する返血チューブ
を備えることを特徴とする体外循環血液回路。
【請求項７】請求項２ないし５のいずれかの体外循環
血液回路用送血装置と、前記遠心ポンプにより血液が灌
流される人工肺と、遠心ポンプより上流側回路を形成す
る脱血チューブと、前記逆止弁より下流側回路を形成す
る返血チューブとを備えることを特徴とする体外循環血
液回路。
【請求項８】前記逆止弁は、前記返血チューブに取り
付けられている請求項６または７に記載の体外循環血液
回路。