JPS60207667A - 医療機器駆動装置 - 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】 〔技術分野〕 本発明は、人工心臓や大動脈内バルーンポンプのような
医療機器を駆動する装置に関し、特に指定されたパラメ
ータに応して規則的に流体圧を変化させる流体駆動装置
に関する。

〔従来技術〕

人工心臓は、生体の心臓の脈動によく似た脈動ｉ％Ｅを
血液に与えるように駆動することが安全性の而で重要で
ある。人工心臓はダイアフラム型、ザック型、ピストン
型等種々のものが知られているが、これらは一般に空気
等の流体から所定の圧力を受りて、駆動される。生体の
状態に応じた最良の条件で人工心臓を駆動するた“めに
は、その条件に応した正確な圧力を所定のタイミングで
出力する駆動装置が必要である。すなわち、心拍数、陽
圧（正圧）、陽圧（ｆＬ圧）、陽圧および陽圧を人工心
臓に印加する継続時間（Ｄｕｒａｔｉｏｎ）又はデユー
ティ比等を全て正確に、しかもすばやく所定値にセット
しうる駆動装置がよい。従来の人工心臓駆動装置では、
正確な圧力を得るための手段として機械式減圧弁等が陽
圧系と陽圧系にそれぞれ用いられている。そして、人工
心臓駆動装置においては、人工心臓に陽圧と陽圧を交互
に印加するために陽圧系の出力端と陽圧系の出力端が互
いに接続されており、陽圧と陽圧を切換えるために、陽
圧系の出力α１１．１と陽圧系の出力端にそれぞれ開閉
制御用の電磁弁が設けられている。これらの電磁弁は制
御ａｌｌ装置により、設定心拍数に応じた所定のタイミ
ングで交互に開閉を切換えるように制御されるところが
、゛上記電磁弁は機械的変位により開閉を切換える弁で
あるため、切換時に完全に開閉が切換わるまでに時間を
要する。このため陽圧系の電磁弁と陽圧系の電磁弁とを
同時に切換制御すると、両電磁弁が同時に開状態となる
過渡的時間が生じる。この時には、陽圧アキュームレー
タと陽圧アキュームレータが連通した状態となり、陽圧
アキュームレータに蓄圧された気体が直接陽圧タンクに
流入するためロスが生じる。従って、陽圧アキュームレ
ータおよび陽圧アキュームレータの容積はロス分だけ余
裕のあるものが必要だった。

また、陽圧および陽圧は所定値にセットして、正確な圧
力を得る必要があるが、電磁弁の切換時に陽圧アキュー
ムレータと陽圧アキュームレータが連通ずると、陽圧お
よび陽圧の変動がその分だけ大きくなるため、陽圧およ
び陽圧を調整する減圧弁等の作動頻度が増すこととなる
。

〔目的〕

本発明は、陽圧系の電磁弁と陽圧系の電磁弁とが同時に
開状態とならない様にして、流体圧のロスをなくすこと
を目的とする。

〔構成〕

・　このために、本発明は、陽圧系の電磁弁を閉制御し
、これより所定時間経過後に陽圧系の電磁弁を開１１ｉ
１］御し、陽圧系の電磁弁を閉制御し、これより所定時
間経過後に陽圧系の電磁弁を開制御するこれによれば、
前記所定時間をそれぞれ陽圧系の電磁弁および陽圧系の
電磁弁が完全に閉となるのに要する時間とすることによ
り、陽圧系の電磁ブ「と陽圧系の電磁弁が同時に開状態
となることが防止できる。

〔効果〕

本発明によれば、上記の如く陽圧系の電磁弁と陽圧系の
電磁弁とが同時に開状態とはならないことから、切換時
の流体圧のロスがなくなる。このため、電磁弁切換時に
陽圧および陽圧の変動が従来に比し小さくできる。従っ
て、陽圧および陽圧が安定するとともに、圧力を１ｌｉ
ｌ整する減圧弁等の作動頻度が少なくなり、陽圧源およ
び陽圧椋も容量が小さなものでよい。

また、アキュームレータを備える場合にも、流体圧のロ
スがないことより、アキュームレータの容量を小さなも
のとすることができる。

この種の人工心臓駆動装置においては、コンプレッサ、
真空ポンプ、タンク（アキュームレーク）、電磁弁、制
御装置等多くの機器を備えなければならないために、装
置がかなり大型になることから、これらの圧力源である
コンプレッサ、真空ポンプおよびアキュームレータを小
型化することにより、装置自体も小型なものとすること
ができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図に人工心臓駆動装置のシステム構成を示す。第１
図を参照すると、６０Ｌおよび６０Ｒが人工心臓であり
、６０Ｂは大動脈内バルーンポンプである。流体駆動ユ
ニットＦｌ）Ｕには３つの流体駆動出力端が備わってい
るが、実際には人工心臓６０Ｌおよび６０　Ｒとバルー
ンポンプ６０Ｂを同時に使用する状況は考えられないの
で、そのうちの２つのみが同時に作動しうる構成になっ
ている。流体駆動ユニツ１−ＦＤＵを制御する電子制御
ユニツＩ−Ｅ　ＣＵには、リモート操作ボードＲＥＭが
接続されている。

第２図に、第１図の流体駆動ユニツ）ＦＤＵの構成を示
す。まず概略を説明すると、このユニツ）ＦＤＵにはコ
ンプレッサ７１．真空ポンプ７２、空気圧制御機構ＡＤ
ＵＬおよびＡ　’Ｄ　Ｕ　Ｒ、ガス駆動機構ＧＤｔＪＬ
、ＧＤＵＲＡ、ＧＤＵＲＢ、ヘリウムガスタンクＨＴＡ
および減圧弁６１が備わっている。ガス駆動機構ＧＤＵ
Ｌの入力端は空気圧制御機構ＡＤＵＬの出力端に接続さ
れており、ガス駆動機構ＧＤＵＲＡおよびＧＤＵＲＢの
入力端は空気圧制御機構ＡＤＵＲの出力端に共通に接続
されている。ガス駆動機構ＧＤＵＬ、ＧＤＵＲＡおよび
ＧＤＵＲＨの出力端は、それぞれ人工心臓６０Ｌ、６０
Ｒおよびバルーンポンプ６０Ｂに接続されている。

空気圧制御機構ＡＤＵＬを説明する。この機構には、６
つの電磁弁５１．　５２．　５３．　５４．　５５およ
び５６が備わっている。電磁弁５１．５２および５３が
正圧生成用に使用され、電磁弁５４．５５および５６が
負圧生成用に使用される。電磁弁５１および５２はアキ
ュームレータＡＣＩの内部に備わっており、電磁弁５４
および５５はアキュームレータＡＣ２の内部に備わって
いる。電磁弁５１および５３の入力端がコンプレッサ７
１の出力端に接続されており、電磁弁５４および５６の
入力端（流体の流れ方向に関しては下流側）が真空ポン
プ７２の負圧出力端に接続されており、電磁弁５２，５
３．５５および５６の出力端が空気圧制御機構ＡＤＵＬ
の出力端に接続されている。ＰＳｌおよびＰＳ２は、そ
れぞれアキュームレークＡＣＩおよびＡＣ２内部の圧力
を検出するための圧力センサである。空気室制御機構Ａ
ＤＵＲの構成はＡＤＵＬと同一である。

次に、ガス駆動機構ＧＤＵＬを説明する。この機構には
、電磁弁５７．５８，５９．流体アイソレータＡＧＡ等
が備わっている。流体アイソレータΔＧへの１次側（空
気側）には機械式弁ＶＡＩを介して前記空気圧制御機構
ＡＤＵＬの出力端が接続されている。電磁弁５７は入力
端が流体アイソレータＡＧＡの１次側に接続され、出力
端が大気に開放されている。電磁弁５９は入力端が減圧
弁６１の出力端に接続され、出力端が流体アイソレータ
ＡＧＡの２次側に接続されている。電磁弁５８は入力端
が流体アイソレータＡＧＡの２次側に接続され、出力端
が前記アキュームレータＡＣ２の内部に接続されている
。流体アイソレータＡＧＡの１次側および２次側には、
それぞれ圧力センサＰＳ３およびＰＳ４が備わっている
。ガス駆動機構ＧＤＵＲＡおよびＧＤＵＲＢの構成は、
ＧＤＵＬと同様である。

第３図に、ガス駆動機構ＧＤＵＲＢに備わった流体アイ
ソレータＡＧＡの構成を示す。第３図を参照して説明す
る。簡単にいうと、ＡＧＡはハウジング８１および８２
に挟んだダイアフラム８３で１次側ボート８１ａに連通
ずる空間と２次側ボート８２ａ一連通ずる空間をしきる
ものであり、ダイアフラム８３は図の左右方向に偏移可
能になっている。

ダイアフラム８３の中央部には、プレート８４および８
５がそれを挟むように装着されている。

８６がプレート８４と８５を固着するためのボルトであ
る。ハウジング８１の中央部には、プレート８５の偏移
量を調整するための規制部材６３が装着されている。規
制部材６３にはねし６３ａおよび６３ｂが形成してあり
、ねじ６３ｂの部分でハウジング８１に係合している。

規制部材６３を回動すると、係合位置が変化して規制部
材６３が左右に移動する。左側に移動すればプレー１−
８４．８５の移動範囲が大きくなるし、右側に移動すれ
ばプレート８４．８５の移動範囲が小さくなる。Ｍｌは
直流モータである。直流モータＭ１の駆動軸にはウオー
ムギア６２を結合してあり、ウオームギア６２は、ねじ
６３ａに噛み合っている。したがって、モータＭ１を駆
動することにより、プレート８４．８５の移動範囲が変
化する。モータＭ１は、ベースプレート９０を介してハ
ウジング８１のフランジ部分８１ｂ固着しである。８９
ばＯリング、８７および８８はハウジング８１と８２を
固定するためのボルトである。

ガス駆動機構ＧＤＵＬおよびＧＤＵＲＡに備わった流体
アイソレータＡＧＡは、モータＭｌが省略されている他
は第３図のものと同一構成である第４図に、第１図に示
す電子制御ユニツ１−ＥＣＵの構成を示す。第４図を参
照すると、電子制御ユニットＥＣＵは、制御ユニットＣ
０ＮＩ、ＣＯＮ２およびＣ０Ｎ３、リモコン用受信ユニ
ットＳＲＵ、本体側操作ボードＭＯＢおよび表示ユニッ
トＤＳＰＵでなっている。

制御ユニツ１−ＣＯＮＩは、空気圧制御機構ＡＤＵ　Ｌ
およびＡＤＵＲの圧力センサＰｓｉおよびＰＳ２の出力
信号を監視して、アキュームレータＡＣ１およびＡＣ２
内部の圧力が設定された圧力と一致するように、電磁弁
５１および５２を開閉制御する。

制御ユニッ１−ＣＯＮ２は、空気圧制御機構ＡＤＵＬお
よびＡＤＵＲの電磁弁５２，５３．５５および５６を、
設定された心拍周期、左および右のそれぞれの継続時間
（Ｓｙｓｔｏｌｉｃ　Ｄｕｒａｔｉｏｎ　）又はデユー
ティ等に応じた所定タイミングで開閉制御する。

制御ユニツ１−ＣＯＮ３は、ガス駆動機構ＧＤＵＬ、Ｇ
ＤＵＲＡおよびＧＤＵＲＢの電磁弁５７゜５８および５
９を制御する。但し、ＧＤＵＲＡとＧＤＵＲＢを同時に
制御することはない。ＧＤＵＬとＧＤＵＲＡおよびＧＤ
ＵＲＢの制御は、圧力センサＰＳ３およびＰＳ４の出力
信号（ＰＣＩ。

ＰＧ２）又はＰＳ４のみを監視して行なう。又ＧＤＵＲ
Ｂの制御においては、モータＭ１を制御する。

表示ユニットＤＳＰＵは、多数の７セグメント表示器で
なっており、制御ユニットＣ０ＮＩ、ＣＯＮ２およびＣ
０Ｎ３に接続されている。本体側操作ボードＭＯＢは、
制御ユニットＣ０ＮＩ、ＣＯＮ２およびＣ０Ｎ３に接続
されている。リモコン用受信ユニットＳＲＵの各々の出
力ラインは、本体側操作ボードＭＯＩ３の対応する信号
ラインと同様に接続されている。

第５図に、第４図の制御ユニットＣＯＮ２の構成を承ず
。第５図を参照して説明する。この制御ユニットＣＯＮ
２は、マイクロコンピュータユニツ１−ＣＰＵ２を中心
として構成しである。本体側操作ボードＭＯＢおよびリ
モコン用受信ユニットＳＲＵが接続されるコネクタＪ８
は、バッファＢＦ２およびチャタリング除去回路ＣＨ２
を介して、ＣＩ）Ｕ２の入力ボートに接続されている。

コネクタＪ８に印加される信号は、心拍数ＬＩＰ、心拍
数ＤＯＷＮ、Ｒ側デユーティＵＰ、Ｒ側デユーティＤＯ
ＷＮ、Ｌ側デユーティＵＰ、Ｌ側デユーティＩ）　ＯＷ
　Ｎ等の設定指示信号である。ＣＰＵ２の８つの出力ボ
ートに、バッファＺ１５Ｂ。

Ｚ１５Ｃを介して、それぞれソリッドステートリレー５
ＳＲ５〜５ＳＲ１２が接続されている。ソリッドステー
１−リレー５ＳＲ５〜５ＳＲ８は空気圧補償用電磁弁５
２　（Ｌ、Ｒ）および５５（Ｌ。

Ｒ）にそれぞれ接続されており、Ｓ　Ｓ　）；ｌ　９〜
５ＳＲ１２は空気圧補償用電磁弁５３　（Ｌ、Ｒ）およ
び５６　（Ｌ、Ｒ）にそれぞれ接続されている。ＣＰＵ
２の表示信号用出力ボートに表示ドライバＤＤＶ２が接
続されており、ＤＤＶ２の出力端に表示ユニットＤＳＰ
Ｕが接続されている。

マイクロコンピュータユニツｌ−ＣＰ　Ｕ　２の概略動
作を、第６図および第７図に示す。第６図がメインルー
チンであり、第７図が割り込み処理ルーチンである。第
６図および第７図を参照して説明する。

電源がオンすると、マイクロコンピュータＣＰＵ２は、
出力ボートを初期レヘルにセットし、読み書きメモリ　
（ＲＡＭ）の内容をクリアし、読み出し専用メモリ　（
ＲＯＭ）に予め格納されている値を読み出してパラメー
タに初期値をセットするＣＩ）　Ｕ　２のパラメータと
しては、心拍数ＰＲ。

左側人工心臓のデユーティＤＬ、右側人工心臓のデユー
ティＤＲ等があるが、この、例では初期値は、ＰＲが１
１００ｒｐ、ｌ）Ｌが４５％（継続時間２７０ｍ５）、
ＤＲが５５％（継続時間３３０ｍ５）にそれぞれ設定し
である。

次いで、割り込み待も、操作ボードからのキー人力チェ
ック、パラメータ表示等の処理を含む処理ループを実行
する。キー人力があれば、入カキ−の種別を判別し、パ
ラメータ変更希望値の上限値、下限値との比較、演算を
行ない、変更したパラメータと関連のあるパラメータの
演算処理を行なう。これらの処理は、各種ザブリーチン
を実行しながら行なう。

割り込み処理を説明する。カウンタＣＯＲおよびＣＯＬ
の値は、割り込み処理を行う度に１つずつカウントアツ
プされる。また、カウント値がＰＲ（心拍数によって定
まる時間のパラメタ）になると、それぞれカウント値が
０にクリアされる。

カウンタＣＯＲの値が０になると、弁５５（Ｒ）を閉（
正圧印加モード）にセットする。カウンタＣＯＲの値が
参照値Ｒｅｆ６（弁５５（Ｒ）が全閉状態とな名までに
必要な時間に相当する値）になると、電磁弁５２（Ｒ）
を開にセットする。カウンタＣＯＲの値がデユーティパ
ラメータの値ＤＲになると、弁５２（Ｒ）を閉（負圧印
加モード）にセットする。カウンタＣＯＲの値がＲｅｆ
５（弁５２（Ｒ）が全閉状態となるまでに必要な時間に
相当する値）になると、電磁弁５５（Ｒ）を開にセット
する。この処理の後、カウンタＣＯＲがカウントアツプ
される。

同様に、カウンタＣＯＬの値が０になると、弁５５（Ｌ
）を閉（正圧印加モード）にセットし、ＣＯＬの値が参
照値Ｒｅｆ６（弁５５（Ｌ）が全閉状態となるまでに必
要な時間に相当する値）になると、電磁弁５２（Ｌ）を
開にセットし、ｃ。

Ｌの値がデユーティパラメータの値Ｄ　Ｌになると、弁
５２（Ｌ）を閉（負圧印加セード）にセットし、ＣＯＬ
の値がＲｅｆ５（弁５２（Ｌ）が全開状態となるまでに
必要な時間に相当する値）になると、電磁弁５５（Ｌ）
を開にセットしてＣＯＬをカウントアツプする。つまり
、第８図に示すように電磁弁５２および５５が作動する
。

第８図では、説明のために圧力の切換を示す圧力タイミ
ング信号が示しである。圧力が負圧から正圧へ切換ると
、弁５５が閉となるが、実際には弁５５が完全に閉とな
るまでに所定の時間（Ｒｅｆ６に相当）が必要なため、
弁５２への開信号は、Ｒｅｆ６に相当する時間だけ遅れ
たものとなる。また、圧力が正圧から負圧へ切換ると、
弁５２が閉となるが、実際には弁５２が完全に閉となる
までに所定の時間（Ｒｅｆ５に相当する）が必要なため
、弁５５への開信号は、Ｒｅｆ５に相当する時間だけ遅
れたものとなる。これにより、圧力が切換る際に、弁５
２および５５が同時に開となる状態が防止される。

なお、この実施例では正圧補償用電磁弁５３および負圧
補償用電磁弁５６を備え、これらの電磁弁を、負圧から
正圧への切換の後、一時的に電磁弁５３を開き、正圧か
ら負圧への切換の後、一時的に電磁弁５６を開くように
制御して、圧力の立ち上がりおよび立ち下がりを急峻に
し、圧力波形が方形波になるようにしているが、これは
、同一出願人が先に出願した特願昭５８−２１３７４８
号に示されたもので良く、ここでは説明を省略する。な
お、圧力を正圧から負圧に切換る場合（立ち下がり）の
速度は人工心臓の駆動に大きな影響を及ぼさないので電
磁弁５６は省略してもよい。

また、第６図および第７図には示してないが、一時停止
指示（Ｓｌ又はＢｌがオン）があると、その指示がある
間だけ電磁弁５２，５３．５５および５６の駆動を停止
する。

なお、第１図に示すリモート操作ボードＲＥＭおよび第
４図に示す制御ユニットＣ０ＮＩ、制御ユニットＣ０Ｎ
３．　リモコン用受信ユニッ）ＳＲＵ１本体側操作ボー
ドＭＯＢおよび表示ユニットＤＳＰＵの構成および作動
は、同一出願人が先に出願した特願昭５８−２１３７４
８号に示されたもので良く、ここでは説明を省略する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施する一形式の人工心臓およびバ
ルーンポンプ駆動装置のシステム構成を示すブロック図
である。　・ 第２図は、第１図の流体駆動ユニッ）ＦＬ）Ｕの構成を
示すブロック図である。 第３図は、第２図のガス駆動機構ＧＤＵＲＢに備わった
流体アイソレータＡＧＡの構成を示す縦断面図である。 第４図は、第１図の電子制御ユニッ）ＥＣＵの構成を示
すブロック図である。 第５図は、第４図の制御ユニッ１−ＣＯＮ２の構成を示
すブロック図である。 第６図および第７図は、第５図のＣｕ２の概略動作を示
すフローチャートである。 第８図は、装置の動作タイミング示ず波形図である。 ■・・・人工心臓駆動装置 ２ａ、２ｂ・・・チューブ ５１：電磁弁（第１の電磁弁） ５２：電磁弁（第２の電磁弁） ５３：電磁弁（第６の電磁弁） ５４：電磁弁（第３の電磁弁） ５５：電磁弁（第４の電磁弁） ５６：電磁弁（第７の電磁弁） ５７：電磁弁（第８の電磁弁） ５８．５９＝電磁弁（第５の電磁弁） ６０Ｌ、６０Ｒ：人工心臓、 ６０Ｂ：大動脈内バルーンポンプ ７１：コンプレッサ（正圧源） ７２：真空ポンプ（負圧源） １１ＴＡ：ヘリウムタンク ６１：減圧弁 ＡＧＡ　：流体アイソレータ（医療機器駆動手段）ＰＳ
ｌ：圧力センサ（第１の圧力検出手段）ＰＳ２：圧力セ
ンサ（第２の圧力検出手段）ＰＳ３．ＰＳ４：圧力セン
サ ＣＰＵＩ、ＣＰＵ２．ＣＰＵ３：マイクロコンピュータ
ユニット（電子制御装置） ＭＯＢ：本体側操作ボード（設定手段）ＲＬ　Ｍ　：リ
モー１−操作ボード（設定手段）Ｆ　Ｂ　Ｏｎ光ファイ
バケーブル ＳＰ：スピーカ 特許出願人 １プシシミｆｔ椙稀式会社 代表者中井令夫 株式会社　新産業開発 代表者石井竹男 第６− くブブルー４じ群〉

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のスイッチを備える設定手段；正圧源９人力
   α１１１が正圧源の出力端に接続された第１の電磁弁、
   第１の電磁弁の出力端の圧力を検出する第１の圧力検出
   手段９人力６ｆ：Ｉが第１の電磁弁の出力端に接続され
   た第２の電磁弁、負圧源。 入力端が負圧伽の出力端に接続された第３の電磁弁、第
   ３の電磁弁の出力端の圧力を検出する第２の圧力検出手
   段、入力端が第３の電磁弁の出力端に接続され出力端が
   第２の電磁弁の出力端に接続された第４の電磁弁、を備
   え第２の電磁弁の出力Ｉ／ｉＡｌをその出力端とする圧
   力調整装置；前記設定手段により設定された設定値と第
   １および第２の圧力検出手段の出力信号に応じて第１の
   電磁弁および第３の電磁弁を制御する第１の電子制御手
   段； 第２の電磁弁を閉制御し所定の時間経過後に第４の電磁
   弁を開制御し、第４の電磁弁を閉制御し所定の時間経過
   後に第２の電磁弁を開制御して第２の電磁弁および第４
   の電磁弁をそれぞれ所定のタイミングで開閉制御する第
   ２の電子制御手段；を備える医療機器駆動装置。
2. （２）圧力調整装置は、少なくとも２つのアキュームレ
   ータを備え、第１の電磁弁の出力端および第２の電磁弁
   の入力端を第１のアキュームレータ内に開放し、第３の
   電磁弁の出力端および第４の電磁弁の入力端を第２のア
   キュームレータ内に開放した、前記特許請求の範囲第（
   １）項記載の医療機器駆動装置。