JPS6042724B2 - 蠕動ポンプ組立体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 化装置に使用される、２つの本体及び１つのモーターを
有し固定子がない回転自在蛎動ポンプに関する。

この型のポンプは、米国特許第３１７２３６７号及び同
第３５０２０３４号により既に知られている。

これらの米国特許に示されたポンプは適量吐出ポンプ、
従つて容積型ポンプである。一般に、蛎動ポンプは体外
血液回路には適していない。

というのは、その容積特性が患者にとつ・て危険な吸入
度に特に関係しているからである。このため、例えばフ
ランス国特許第２０６３６７７号に示された流量及び吸
入圧制限器を有する自己調整蛎動ポンプを用いる必要が
ある。後述のようないくつかの体外血液回路においては
、酸素化装置の如き血液処理装置の内部で血液の圧力を
充分に定めた値に維持することが必要である。

このために、取出しカテーテルと上記装置の入口との間
に第１ポンプを配置し、上記装置の出口と再注入装置と
の間に第２ポンプを配置すればよい。米国特許第２９２
７５８汚及び第３０１７８８５号にはこのような組立体
が開示されているが、これらの組立体では、ポンプの流
量は一般的に動作の際こわれやすく取り扱いにくい複雑
な装置によつて制御される。本発明は、簡単且つ丈夫で
確実に作動するコンパクトなポンプ組立体を提供するこ
とを目的とするものである。

本発明に従うと、第１及び第２のポンプ本体の有効内部
容量の双方が、最小値と最大値との間を、入口の圧力に
実質的に比例して変化する。第１ポンプ本体の有効内部
容量の最大値４及び第２ポンプ本体の有効内部容量の最
小値の双方が、入口の圧力が実質的に大気圧に等しい時
に達成される。これは螺動ポンプのバイブの形状、材料
、寸法等を適切に選定することによつて達成される。こ
れによつて、静脈圧の過度の増大及び，減少を防ぐこと
ができると共に、酸素化器内の圧力を自動的に適切な値
に維持できることができる。本発明によれば、単一の駆
動軸と、該駆動軸と共に回転できるように設置された第
１回転子と、ｊ該駆動軸と共に回転できるように設置さ
れた第２回転子と、入口及び出口を有し、張力が加えら
れた状態で該第１回転子のまわりを延びている第１蛎動
ポンプ本体を形成する第１管と、入口及び出口を有し、
張力が加えられた状態で該第２回転子ｌのまわりを延び
ている第２螺動ポンプ本体を形成する第２管とを具備し
、該第１蛎動ンプ本体の有効内部容量及び該第２螺動ポ
ンプ本体の有効内部容量の双方が、最小値と最大値との
間を、該入口の圧力に実質的に比例して変化し、該第１
蛎動ポンプ本体の有効内部容量の最大値及び該第２螺動
ポンプ本体の有効内部量の最小値の双方が、それぞれの
ポンプ本体の該入口における圧力が実質的に大気圧力に
等しいときに、達成せしめられることを特徴とする固定
子のない蛎動ポンプ組立体が提供される。

上記の駆動軸を駆動するモータの速度は、一定であつて
も可変てあつてもよい。

第２ポンプ本体の流れ容量は、第１ポンプ本体のそれよ
りも大きくすることが好ましい。これを達成するために
、第２ポンプ本体用にそのローラーが第１ポンプ本体の
回転子ローラーの描く円よりも大きい直径の円を描くよ
うな回転子を用い、２つのポンプ本体の内周は実質上等
しくなるようにすることができる。また、２つのポンプ
本体の各々に同一の回転子又は共通の単一の回転子を用
いることもでき、この場合には、第２ポンプ本体として
その断面が第１ポンプ本体の断面よりも大きい内径を有
するものを選ぶことができる。当然、上記２つの配置を
組み合せることもできる。 また、第２ポンプ本体の流
れの最小容量は第１ポンプ本体のそれより小さくするこ
とが得策である。

これを達成するために、第２ポンプ本体の壁５ を第１
ポンプ本体の壁より柔軟に（全体として薄く）すること
ができる。更に、第２ポンプ本体のチャンネル断面を第
１ポンプ本体のそれよりも小さくすることができ、例え
ば第２ポンプ本体に対しては圧迫されていないとき既に
実質上平たくなｒ つている管を用い、第１ポンプ本
体に対しては円形断面を有する管を用いることができる
。また、第２ポンプ本体のために平たい形状とより柔軟
な壁の双方を組せることもできる。 ある型の蛎動型ポ
ンプ組立体においては、回転ｒ 子の回りに半円形の
プレート、即ち固定子が配置されている。

この型の螺動型ポンプ組立体においては、回転するとき
に、回転子が管をこの半円形のプレートに押し付け、管
を絞るように作用する。 他の型の螺動型ポンプ組立体
においては、このような半円形のプレート、即ち固定子
を有しておらず、管は、その両端が固定されて、回転子
の回りに張力を加えた状態に維持されている。

そして、回転子が回転することによつて、管が絞られ、
ポンプ作用をする。この型の蛎動型ポンプ組成体は、「
固定子のない蛎動型ポンプ組立体」として知られている
。本発明は、この固定子のない蛎動型ポンプ組立体に関
する。 次に、添付図面を参照して本発明の一例を詳細
１に説明する。

第１図を参照すると、体外血液回路は、少なくとも一
つの薄膜（Ｍｅｍｂｒａｎｅ）２を含んでいるそれ自身
公知の血液酸素化器１を患者の静脈一動脈システムに連
結している。

更に詳細に述べると、套管（Ｃａｎｎｕｌａ）３は、
例えば下大静脈（ＪｎｆｅｒｊＯｒｖｅｎａｃａｖａ）
に導かれている。

套管は、その端部近傍に閉塞されていない拡張部を有す
るものを使用するのが好ましい。この拡張部は、静脈壁
を押しつけてそれらを、離フれた位置に保持する３つの
放射状弾性ブランチ５から構成され、そして套管のオリ
フィスをきれいにしている。 套管８は、例えばシリコ
ン●エラストマから作られた可撓性管７を介して血液酸
素化器１の入口に連結されている。

そして、この可撓性管には第１ポンプ本体６が配置され
ている。シリコン・エラストマーから作られた可撓性管
１１は、血液酸素化器１の出口を、大腿部動脈９に縫合
された先の広がつたプロテーゼ（ＰｒＯｓｔｈｅｓｉｓ
）８に連結している。

管１１には、螺動型の第２ポンプ本体１０が配置されて
いる。２つのポンプ本体６及び１０は、共通の軸（破線
で示す）を有するモータ１２によつて駆動される回転子
に結合されている。

ポンプ本体６の入口管に連結されている補助蛎動ポンプ
１３は、静脈４の外周端をドレインするのを可能にし、
そして生じ得る血液損失を償い且つ随意にへバリン（Ｈ
ｅｐａｒｉｎ）のような薬用液体を導入するために、び
ん１６のような血液源から、体外回路に血液の追加量を
導入することを可能にする。

例示した体外血液回路は静脈一動脈型であるので、３つ
の異なつた圧力、即ち、ポンプ６の入口の血圧、酸素化
器内の圧力及び患者の動脈圧を制御してこれらを所望の
値に保持しなければならない。

圧力計１７は、ポンプ本体６の入口のすぐ上流の管７″
に配置されている。

次の記述から分るように、ポンプ６の入口の血圧が分れ
ば、その流量率を知ることが可能である。圧力計１４は
、酸素化器内の血圧をチェックするのを可能にしている
。

更に、患者の動脈圧を測る装置２１は、必要に応じて、
びん１６とポンプ１３の手段により血液の量を変えるこ
とにより、或いは患者の導管抵抗を変えることにより、
動脈圧を、所望の値に保持することを可能にしている。
血液は約３ＴＣの温度で患者に注入されなければならな
い。

このために、血液を再熱しその温度を検査する手段が、
例えば管１１に備えてある。この再熱手段は、管１１の
壁内に埋め込まれた電気抵抗１８を含む加熱要素から成
るのが好都合てある。次に、加熱要素１８に下流及びこ
れと同じ位置に配置されたそれ自身公知の型の温度さぐ
り針１９，２０が用いられる。

さぐり針１９は、血液の再熱を検査する（またもし必要
ならば制御する）ことを可能としている。さぐり針２０
は、血液流れが低下したりしばらく停止した場合に起る
であろう血液の局部的過熱を避けることを可能としてい
る。動作について説明すれば、静脈血は大気圧に近い圧
力の下大静脈から、套管３及び管７を通つて、第１の蛎
動ポンプ本体６に流れる。

ポンプ本体６は、装置の圧力降下に打ち勝つ十分な圧力
で酸素化器に血液を運ぶ。血液を貯えるための酸素化器
の区切りはいつぱいに保たれ、そして血液膜Ｂは実質的
には一定の厚さであり、そして圧力計１４により示され
る血圧は所定の範囲内に保たれる。酸素化された血液は
、第２の蛎動ポンプ本体１０によつて酸素化器の出口に
出る。ポンプ本体１０は、その血液を、管１１で適当に
再熱した後プロテーゼ８によつて患者の動脈系統に圧入
され得る圧力にする。上記２つのポンプ本体に共通の平
均血液流量率は、患者の静脈により定まる。

この流量率は、患者の攪乱（特に肺の急性浮腫）の原因
となりうる静脈圧のいかなる増加をも防ぐような方法で
変化しなければならない。この静脈圧の増加を防ぐため
には、ポンプ本体６及び１０の流量率を増加させ、その
反対に静脈あるいは静脈腔のつぶれを引き起し得る静脈
圧力の過度の低下が起つたならば、流量率を減小させる
ことが好都合である。これは、本発明に従うポンプによ
つて達成される。実際、一定の速度を保つために、各ポ
ンプ本体の流量率はポンプ本体の入口における圧力の関
数になつている。これは、第２図に流量率一人口圧力の
特性曲線として不されている。ポンプ本体の入口に於け
る圧力ＰＡに関連して、ポンプ本体は２つの限界値Ｑｍ
，Ｑｍ間の流量率ＱＡを与える。

即ちこの範囲内に於いては、流量率ＱＡは実質上入口の
圧力ＰＡに比例していることが分るであろう。本明細書
の以下の記載では、ポンプ本体の入口における有効最小
圧力及び有効最大圧力をそれぞれＰｍ，ＰＭで示す。

同様に、Ｑｍ及びＱＭは、それぞれ上記圧力に対応する
有効最小流量率及び有効最大流量率てある。有効最小流
量率Ｑｍは、管がつふれて両側の壁が互いに圧しあうほ
どに入口の圧力が低かつた場合のものである。

管の断面は亜鈴（Ｄｕｒｒｌｂ−Ｂｅｌりの形となる。
管の断面はこれを起えて更に平らになり得るが、それは
ポンプ入口のより低い吸入圧力の効果によるものであり
、これは曲線の傾きの急変に相当する。有効最大流量率
ＱＭは、管が円形の断面となるほどポンプ入口の圧力が
十分高い場合に得られる。

これを起えて管は更に拡がり得るが、これはかなり高い
圧力を必要とし、これは曲線の傾きの急変に相当するも
のである。第１図に示されている体外血液回路において
は、ポンプ本体６の流量率は静脈圧に従つて所定の値に
変化する。

套管３のところでは静脈圧は大気圧に近く、そしてポン
プ本体６の入口での血圧は、套管３とポンプ本体６との
間における相違によソー部補償されているが、中間管５
での圧力降下によりそれとは異なり、大気圧よりは一般
に低い。従つて、ポンプ本体６は、その流量率一圧力特
性曲線が好ましくは大気圧より低い圧力範囲に渡つてい
るように選ばれる。ポンプ本体６の特性曲線は第３図に
示されている。曲線の有効範囲は点Ｂｍ．５ＢＭの間で
あり、それに相当する桐限有効圧力ＰｒＴｌ６，ＰＭ６
は、例えばこの場合では、ともに大気圧（横座標零点の
点０）よりも低い。最大流量率と同様に圧力ＰＭ６は、
ポンプ本体６が回転する速度に比例する。有効最大圧力
ＰＭ６は、大気圧よりもわずかに低く、一般には大気圧
以下水銀柱２０Ｔｆ０！ｔ、特に大気圧以下水銀柱１０
７７０７！以内てあることが好適である。

この状態は、ポンプ本体の薄壁の蛎動管が休止時に円形
断面となるポンプ本体によつて達成される。この有効断
面は最大であり、有効最大流量率ＱＭ６を可能にする。
ポンプ本体６の入口におけるＰｎｌ６とＰＭ６間で且つ
大気圧よりも低い血１ＥＰ６に対して、蛎動管はそれと
同じ周囲の円形断面の表面積よりも狭い表面積を持ち流
量率Ｑ６に対応する楕円断面を有する。圧力Ｐ６が有効
最小圧力Ｐｍ６に等しくなつた場合には、螺動管は更に
平らになり、その断面は実際上零になる。流量率は有効
最小流量率Ｑｍ６に低下する。第２のポンプ本体１０は
、第１のポンプ本体６と直列に取付けられているので、
これは正確に同じ平均流量率を示す。

ポンプ本体１０の流量率は、このようにそれ自身は静脈
圧に依存するポンプ本体６の流量率により規定される。
ポンプ６，１０，１２は、一般に、実質上酸化器と同じ
高さに配置されている。

このポンプと酸素化器とからなる組合せは、上流ポンプ
本体６からの圧力降下を補償し、そして血液流量率を所
望の平均値に調整するために、一般に患者の下側で調整
可能な高さに配置される。血液の膜が実質上一定の厚さ
て薄膜と接触し、薄膜の厚さに渡つて制御された圧力こ
う配を保持し得るようにするためには、酸素化器内の血
圧を所定の圧力範囲内に保つことが必要である。

従つて、薄膜とスペーサを交互につみ重ねて構成された
血液酸素化器に対しては、圧力計１４により測定される
酸素化器内の血液の相対圧力を予め定められた範囲、例
えば水銀柱０と２００ｗ０ｎ間の範囲内に規定する。実
際、この酸素化器内の酸素の圧力が大気圧よりも低く保
たれると、血液と酸素間の圧力の差は常に正に保たれ、
そしてこれによつて気泡を、たとえそれが泡沫や小さな
気泡の場合でさえ、血液から十分に取り除くこともでき
る、高いガス流量率の微小孔薄膜を用い゛ることが可能
となる。

即ち、それは安全な気泡除去器を形成している。フラン
ス特許ＮＯ．ｌ５６８ｌ３Ｏに示されている薄膜は、特
にこの目的に適している。また、この正の圧力差を維持
することにより、薄膜が偶然に互いにくつ付くことを防
ぐことができる。くつ付いたものをもとに戻すことは困
難てある。他方、もし血圧が酸素の圧力よりあまりに高
くなりすぎたら、例えば水銀柱８００７７！７７！の圧
力になると、血液は、薄膜の微小を通過してしまう。

ｌ 酸素化器内の血圧はポンプ本体１０によつて所定の
範囲内に保たれ得る。そして、その流量率一圧力特性曲
線は大気圧より本質的に大きな圧力の範囲内にある。ポ
ンプ本体１０の特性曲線は第３図に示されている。曲線
の有効範囲は点Ｃｍと・ＣＭの間であり、それに相応す
る有効極限圧力ＰｍｌＯ，ｐＭｌＯは例えば、この場合
には双方共に大気圧よりも大きい。有効最小圧力Ｐｍｌ
Ｏは、大気圧と等しくするか或いはそれよりわずか大き
く、一般には大気圧よノリも水銀柱２０ＷＬを起えない
範囲で高く、より好ましくは大気圧よりも水銀柱１０ｗ
ｒｍを越えない範囲で高くすると好都合である。

この状態は、ポンプ本体の螺動管が休止時に平らな断面
を有するポンプの場合に達成される。この断面は実際最
小であり、有効最小流量玲ΩＭｌＯを得る。ポンプ本体
１０の量は、有効最大流量率ＱＭｌＯが有効最大圧力Ｐ
ＭｌＯｌ一般には大気圧よりも水銀柱２００７ｗｔ１よ
り好ましくは水銀柱５０ｒｓ！Ｌ程度高い圧力に達し得
るほど十分に薄い壁でつくられている。かくして、ポン
プ本体６によつて課せられるいかなる流量率に対しても
、ポンプ本体１０の管は、酸素化器の出口に於ける０か
ら例えば大気圧より水銀柱５０Ｔ０！ｔ高い間の圧力に
相応して、かなり平らであつたり或いはわずかに平らで
あつたりする断面を有する。酸素化器の入口における最
大圧力は、酸素化器の圧力降下、一般に表面積０．５イ
にて酸素化器内で６００ミリリットル／分程度の血液流
量率に対して水銀柱で１００ＴＩｒｍ以下の圧力降下に
依存する。次の実施例は、本発明に従うポンプとその使
用方法を示すものである。実施例 共通軸上に設置されたポンプ本体６及び１０を有する二
本体ポンプは、０乃至４０回転／分の範囲で調整可能な
速度で単一のモータ１２により駆動される。

ポンプ本体６及び１０の各回転子は１２００ごとに配置
された３つのホィールから成り、各回転子の有効直径は
１９０Ｔ！Ｕｎである。第１回転子上では、第１ポンプ
本体６は休止時に円形断面を有する。シリコン・エラス
トマーか−らつくられた管の内径は１５．８７ｎ！ｎで
あり、その外径は２ｈである。第２回転子上では、第２
ポンプ本体１０は休止時に楕円形の断面を有する管で形
成されている。この楕円の長軸及び短軸はそれぞれ２４
？、４ｍ！である。この管が圧力を受けて変形すると、
その断面は内経１６．８ｗｒｍそして外径２０ｍｍの環
になる。このポンプ組立体は、第１図に示すように、３
ｄの薄膜表面をもつ酸素化器に連結された。

血液の流量率はポンプにより平均値２リットル／分に調
節され、平均で１３０ミリリットル／分の酸素と１５０
ミリリットル／分の二酸化酸素の伝達が観察された。成
人の患者に対して、部分的な心肺置換を５詩間行つた後
、溶血は０．５％以下であることが観察された。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従うポンプを用いた体外血液回路の
概略図。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（ａ）単一の駆動軸と、 （ｂ）該駆動軸と共に回転できるように設定された第１
   回転子と、（ｃ）該駆動軸と共に回転できるように設置
   された第２回転子と、（ｄ）入口及び出口を有し、張力
   が加えられた状態で該第１回転子のまわりを延びている
   第１蠕動ポンプ本体を形成する第１管と、（ｅ）入口及
   び出口を有し、張力が加えられた状態で該第２回転子の
   まわりを延びている第２蠕動ポンプ本体を形成する第２
   管とを具備し、（ｆ）該第１蠕動ポンプ本体の有効内部
   容量及び該第２蠕動ポンプ本体の有効内部容量の双方が
   、最小値と最大値との間を、該入口の圧力に実質的に比
   例して、変化し、該第１蠕動ポンプ本体の有効内部容量
   の最大値及び該第２蠕動ポンプ本体の有効内部容量の最
   小値の双方が、それぞれのポンプ本体の該入口における
   圧力が実質的に大気圧力に等しいときに、達成せしめら
   れることを特徴とする固定子のない蠕動ポンプ組立体。