JPS642387B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、医療用の補助循環機器である人工心
臓ポンプを駆動するための人工心臓ポンプ駆動装
置に関する。 （従来技術） 従来より生体の循環器の病気に対して治療を行
うために、例えば補助人工心臓を用いて生体の心
臓の補助を行う装置が開発されている。この種の
装置として、人工心臓ポンプを駆動するために圧
力パルスを発生する駆動装置が、例えば特願昭58
−169460号公報に開示されている。この種の駆動
装置においては、コンプレツサにより正圧を、真
空ポンプにより負圧をそれぞれ発生させ、この正
圧と負圧をそれぞれ正圧用および負圧用タンクに
貯蓄し、更に電磁弁により正圧と負圧の供給を交
互に切り換えることにより、圧力パルスを発生さ
せ、人工心臓ポンプに供給するようにしている。 （発明が解決しようとする問題点） 従来の装置においては、例えば人工心臓ポンプ
への供給圧を負圧から正圧に切り換えるときには
負圧タンクから人工心臓ポンプのへ連通を遮断
し、正圧タンクから人工心臓ポンプへの連通を開
放する。正圧タンクから人工心臓ポンプへの連通
を開放したとき、人工心臓ポンプには概に負圧が
蓄圧されているため、人工心臓ポンプに必要な正
圧が供給されるまでには時間がかかる。正圧から
負圧に切り換えるときも同様である。このよう
に、人工心臓ポンプへ供給される圧力パルスの立
ち上がり・立ち下がりの波形はなだらかになる。
この波形のなまりのために正確に圧力パルスを切
り換えても、正圧印加時に人工心臓ポンプに供給
される流体の流量には若干の変動が生じる。上記
の場合だけでなく、駆動装置と人工心臓ポンプの
配線の加減や生体の状態によつても流量の変動が
生じる。人工心臓ポンプへの流量の変動は、直接
人工心臓ポンプを通過する血液の流量の変動とな
る。人工心臓ポンプを通過する血液の流量が増減
した場合、数々の問題点が生じる。例えば、人工
心臓ポンプにより右心補助を行つている場合、人
工心臓ポンプにより駆出される血液量が多いと、
左心にて駆出される血液量が決まつていることか
ら、肺に血液が溜まりすぎてしまい、肺水腫にな
る恐れがある。また、人工心臓ポンプを通過する
血液の流量が少ないと、例えば生体の心臓の大動
脈弁等に人工弁を装着している場合等では血栓が
できやすく、また他の臓器への血液の循環が維持
できなくなる。 そこで、本発明においては、人工心臓ポンプの
駆出する血液の流量を安定させることをその課題
とする。 〔発明の構成〕 （問題点を解決するための手段） この課題を解決するために本発明で講じた手段
は、正圧源、一端が該正圧源の出力端に接続され
た正圧切換用電磁弁、負圧源、一端が該負圧源の
出力端に接続され、他端が前記正圧切換用電磁弁
の他端に接続された負圧切換用電磁弁、および、
前記正圧切換用電磁弁および負圧切換用電磁弁を
開閉制御する電子制御手段、を備え、前記正圧切
換用電磁弁の他端に発生する圧力パルスにより人
工心臓ポンプを駆動する人工心臓ポンプ駆動装置
において、前記人工心臓ポンプが作動１回当たり
に駆出する血液流量を設定する設定手段、前記人
工心臓ポンプの出力端に配設され人工心臓ポンプ
の血液駆出流量を検出する流量検知センサ、およ
び前記電子制御手段が前記正圧切換用電磁弁を開
とした後の前記流量検知センサの検出した血液流
量を累計する流量累計手段、を備え、前記流量累
計手段の累計流量が前記設定手段の設定流量値を
越えた時前記正圧切換用電磁弁を閉にするように
したことである。 （作用） 本発明の手段によれば、正圧切換用電磁弁を開
とすると駆動流体が人工心臓ポンプへ送出され、
血液が駆出されるが、正圧印加時に人工心臓ポン
プの血液駆出量の累計が設定手段の設定した血液
流量を越えると正圧切換用電磁弁が閉じられ、人
工心臓ポンプへの駆動流体の送出が停止される。
したがつて、人工心臓ポンプの駆出する血液の流
量はその駆出の度に一定になる。 （実施例） 以下図面に従つて、本発明の好ましい一実施例
について説明する。 第１図は、循環器を示し、該循環器は本体たる
人工心臓ポンプ１１を有する。人工心臓ポンプ１
１には、付勢手段たる圧搾用の陽圧側システム
と、膨張用の陰圧側システムとが夫々配設されて
いる。そして、陽圧及び陰圧側の各システムから
交互に陽圧あるいは陰圧が供給され、人工心臓ポ
ンプ１１が繰り返し作動する。更に、循環器本体
１１の流出側には流量検知センサ１１ａが付設さ
れている。 陽圧側システムは、陽圧発生源たるエアポンプ
１と、該エアポンプ１からの陽圧を蓄圧する蓄圧
器７と、該蓄圧器７を人工心臓ポンプ１１と連通
せしめる駆動用開閉弁たる常閉式電磁弁４とを具
備する。更に、陽圧側システムには、エアポンプ
１を蓄圧器７と連通せしめる供給用開閉弁たる常
閉式電磁弁３が配設されると共に、蓄圧器７には
蓄圧されている陽圧値を検知する圧力センサ９が
付設されている。 同様に、陰圧側システムには、陰圧発生源たる
真空ポンプ２、該真空ポンプ２からの陰圧を蓄圧
する蓄圧器８と、該蓄圧器８を人工心臓ポンプ１
１と連通せしめる駆動用開閉弁たる常閉式電磁弁
３、更に、真空ポンプ２を蓄圧器８と連通せしめ
る供給用開閉弁たる常閉式電磁弁６が配設される
と共に、蓄圧器８には蓄圧されている陰圧値を検
知する圧力センサ１０が付設されている。 陽及び陰圧システムに於いて、供給用電磁弁
３，６は、夫々、圧力センサ９，１０により測定
される蓄圧器７，８内の圧力が低下（絶対値）し
た時開弁し蓄圧器７，８に陽或いは陰圧源１，２
から作動圧力を補給する。 尚、電磁弁３，６の開閉作動は、後述する制御
部CPU（制御手段）で制御されるが、その詳細に
ついては説明を省略する。 上述した循環器は、第２図に示した制御装置に
より制御作動される。 該制御装置は、制御部たるマイクロコンピユー
タCPUを持ち、該マイクロコンピユータCPUに
は、夫々インターフエイス（図示省略）を介し
て、設定値用スイツチ部１３、蓄圧器７，８に付
設された圧力センサ９，１０、一連の電磁弁３，
４，５，６及びモニター１４が接続されている。
更に、増幅器１２を介して循環器本体１１からの
流出流量を検知する流量検知センサ１１ａ及び生
体の心臓の脈動タイミング（E.C.G処理波形）を
心電図（E.C.G波形）から検知する脈動検知装置
ECGも制御部CPUに接続されている（第２図参
照）。 設定値用スイツチ部１３は、駆動用電磁弁５の
閉弁から開弁迄の時間間隔SYS0を設定する。こ
の時間間隔で、駆動用電磁弁４の開弁タイミング
と最大許容開弁時間間隔SYS0を設定する（第２
図参照）。 更に、設定値用スイツチ部１３は、１分間当り
の流出流量Ql／minの設定機能を持つ。また、生
体の心臓の脈動後から人工心臓ポンプ１１の脈動
開始迄の遅延時間delay0も設定する。 次に制御部CPUに内蔵されている処理フロー
について説明する。 処理フローは、メインフロー（第４図）、１ｍ
sec毎に処理されるタイマ割り込みフロー（第６
図）、及び、脈動検知装置ECGから生体心臓の脈
動検知毎に割り込み処理される設定値フロー（第
５図）とから成る。 各フローは、次の表にまとめて示したフラグ、
カウンタ及びメモリを持つ。

【表】

【表】

【表】 先ず、メインフローでは、スタートすると初期
化（図示せず）をする。この初期化により、フラ
グＣは00に設定される。ステツプS1で、フラグ
Ｃが00であると（YES）、次のステツプ以降で、
前８拍の生体心臓脈動時間Ｒ間隔TRに基づいて
現時点ｉでの１分間の脈動数Ｎ（回／min）の算
出、設定流量Ｑの取込み、１分間の脈動数Ｎ
（回／min）と設定流量Ｑから次の算出式 qi＝Ｑ×1000／Ｎ（c.c.） に基づいて現時点ｉでの脈動１回当りの流出量ｉ
の計算、更に、電磁弁４の最大許容開弁時間間隔
SYS0及びdelay0を取り込む。しかる後、フラグ
Ｃを01に変更してメインフローの冒頭に戻る。 ステツプ１で、フラグＣが01であると、常に格
別な処理をせず（NO）、待機状態となる。 メインフロー処理中に於いて、脈動検知装置
ECGから脈動検知信号が入力されると、設定値
フローが実行される。 スタートすると前回ｉ−１での脈動時間間隔に
相当する値TRを先ず、メモリTR′に記憶する。
メモリTR′はシフトレジスタで構成され現在から
過去の８個の脈動時間間隔TRを記憶している。
このメモリTR′内に記憶されている過去のTR値
により、メインフローで現時点ｉの１分間の脈動
数Ｎ（回／min）を算出する。 更に、メモリTRを00とし、次に、設定遅延時
間delay0をセツトすると共に、カウンタdelayを
０に設定する。しかる後に、メインフローに戻
る。 同様に、メインフロー処理中に１ｍsec毎にタ
イマ割り込みフローが実行される。 スタートすると、カウンタTRが１（即ち１ｍ
sec）だけ計数アツプされる。次に、ステツプS2
で、設定遅延時間delay0と遅延時間用カウンタ
delayの計数値とを比較する。遅延時間用カウン
タdelayの計数値が遅延設定時間delay0より小さ
い間（NO）は、遅延時間用カウンタdelayを１
（即ち１ｍsec）だけ計数アツプさせ、後述する後
半のステツプを処理する。 遅延時間用カウンタdelayの計数値が遅延設定
時間delay0より大きくなると（YES）、ステツプ
S3で、電磁弁４開弁用フラグ２を判別し、当該
フラグ２が01ならば（YES）次の処理を実行す
る。先ず、電磁弁４の最大許容開弁時間間隔
SYS0のセツト、開弁時間間隔用カウンタSYS、
流量一致点Tc以後の流出流量メモリqc、脈動開
始以降の流出流量メモリｑを夫々０に設定。更
に、２ｍsec用、流出流量一致点用、開弁用、及
び計算用の各フラグ０、１、２、Ｃを夫々00に設
定する。 その上、後述するフローの後半部分で計測がな
される一致点TR通過後の計測流量値qc（ｉ−１）
（前回の脈動時の測定値）と算出された現時点ｉ
での１回当りの流出流量qiとの差分を、今回ｉの
開弁時設定流出流量qs(i)としてメモリqs(i)に設定
する。 更に、予め設定された遅延時間delay0を経過し
たので、人工心臓ンプ１１を脈動させるよう、電
磁弁４，５を夫々開及び閉弁させる。 割り込みフローの後半では、電磁弁４の開弁時
間が最大許容時間SYS0を越えないようにするた
め、先ず、ステツプS4で、開弁時間間隔用カウ
ンタSYSを１（即ち１ｍsec）だけ計数アツプす
る。次に、ステツプS5で、最大許容時間SYS0と
開弁時間間隔用カウンタSYSの計数値とを比較
する。開弁時間間隔用カウンタSYSの計数値が
最大許容開弁時間間隔SYS0より大きくなると
（YES）、開弁している電磁弁４を閉弁させ、閉
弁している電磁弁５を開弁させる。これにより、
人工心臓ポンプ１１には、陽圧に代え陰圧が印加
されるので流体の流出が停止される、１回当りの
作動が完了する。 開弁時間間隔用カウンタSYSの計数値が最大
許容開弁時間間隔SYS0より小さい間（NO）は、
２ｍsecタイマ用フラグ０が01であるか否かを、
ステツプS6で判別する。当該フラグ０が01
（YES）ならば該フラグ０を00と、該フラグ０が
01ならば00と再設定する。更に、ステツプS8で、
再度フラグ０が01であるか否かを判別し、フラグ
０が00（NO）ならば、そのままメインフローに
復帰する。フラグ０が01ならば、一致点TR通過
以前か否かをフラグ１に基づいて判別する。フラ
グ１が00（TR通過前、YES）ならば、メモリｑ
に現時点ｉでの流量qkを加算する。これにより、
設定遅延時間delay0後から流出した流量が計測さ
れる。ステツプS9で、当該計測流量ｑが設定さ
れた開弁時間中の流量値qs(i)と一致すると
（YES）、最大許容開弁設定時間間隔に達してな
くとも電磁弁４を閉弁する。更に、フラグ１を01
に設定し、流量一致点TRを通過した状態を示
す。 然るに、流量一致点TR通過後には、フラグ１
が01に設定されているので（ステツプS8でNOと
判断）、以後、一致点TR通過後の流量qc(i)を現
時点ｉでの流量qkのメモリqc(i)への加算により
計測する。流量qc(i)の計測は、電磁弁４の次回
ｉ＋１の開弁に伴つてフラグ１が00に設定される
迄継続される。このような、流出流量qs(i)或いは
qc(i)の計測後メインフローに復帰する。 尚、ステツプS7、８で、２ｍsec用フラグ０の
値をタイマ割り込みフロー処理毎（１ｍsec）に
00と01との間で入れ換えるので、流出流量qs(i)及
びqc(i)の計測は２ｍsecのサンプリングタイム毎
になされる（第３図参照）。 以上からなる本発明の実施例は次のように作用
する（第２図参照）。 先ず、制御部CPUが作動すると、設定値スイ
ツチ部１３で設定された、生体が必要としている
１分間当りの平均的流出流量Ql／min、駆動用電
磁弁４，５の作動即ち人工心臓ポンプ１１の圧搾
期間に相当する最大許容開弁時間間隔SYS0、及
び生体の心臓の脈動後人工心臓本体１１の作動即
ち電磁弁４を開弁させる迄の遅延時間delay0を
夫々取り込む（第４図）。 最大許容開弁時間間隔SYS0、及び遅延時間
delay0から、電磁弁４の開弁と電磁弁５の開閉タ
イミンが定められる。電磁弁４の閉弁に関して
は、設定流出量Ｑを達成できるよう、タイミング
が制御される。 このような状態にある制御部CPUに対して、
生体心臓で脈動があると、該脈動を脈動検知装置
ECGが検知し、そのタイミングRiたるE.C.G処理
波形が立ち下がると、設定値フローが割り込み処
理され、今回ｉの脈動期間が開始される。 設定値フローで前回ｉ−１の脈動期間たるカウ
ンタTRの計数値がシフトレジスタTR′に取り込
まれる。今回ｉの脈動期間を計測するため、カウ
ンタTRを０に設定すると共に、設定遅延時間
delay0をメモリにセツトする。シフトレジスタ
TR′には、前回ｉ−１を含めて過去８個の脈動期
間TRが記憶されている。 メインフローで、前回迄の８個の脈動期間TR
から現時点ｉにおける生体心臓の１分間当りの脈
動回数Ｎを算出し、設定流量Ｑを得るに必要な今
回ｉでの流出流量qiを出す。 １ｍsec割り込みフローで、その割り込み毎に
カウンタTRを１だけ計数アツプして今回ｉの脈
動間隔を測定する。更に、カウンタdelayも１だ
け計数アツプして、該カウンタdelayが設定遅延
時間delay0になるのを待つ（ステツプS2）。 カウンタdelayが設定遅延時間delay0になると、
電磁弁４，５を夫々開弁及び閉弁して、人工心臓
ポンプ１１を圧搾作動即ち流体を流出させる。同
時に、今回ｉでの脈動期間中に流出させるべき流
出流量qiと前回ｉ−１で電磁弁４閉弁後即ち人工
心臓ポンプ１１の圧縮停止後に流出した流量qc
（ｉ−１）の差を算出する（ステツプS31）。 尚、この差たる流量qs(i)が流出した時電磁弁４
を閉弁し、残りの流量分を電磁弁４閉弁後に自然
に流れ出す流出流量として確保する。生体の状態
が急変しない限り前回ｉ−１と今回ｉでも電磁弁
閉弁後略同程度の流出流量が得られるので、流量
qs(i)に基づいて電磁弁４を閉弁させたとしても
（ステツプS91）必要としている今回ｉの流量qiを
精度良く流出させられる。 流量検知センサ１１ａからの測定値に基づき、
電磁弁４開弁後の流量をメモリｑで計測し（ステ
ツプS81）、該メモリｑの値が今回電磁弁４開弁
中に流出すべき流量値qs(i)となつたら（ステツプ
S91）、電磁弁４を閉弁させる。電磁弁４が閉弁
したら、流量センサ１１ａからの測定値に基づ
き、電磁弁４閉弁後から次回ｉ＋１開弁迄の流量
をメモリqc(i)で計測し（ステツプS8、82）、次回
ｉ＋１での電磁弁４開弁から閉弁迄の流出流量qs
（ｉ＋１）の算出に利用する。 尚、電磁弁４の最大許容開弁間隔SYS0になつ
たら、電磁弁５は常に開弁されると共に、流出流
量が不足していても電磁弁４が閉弁される（ステ
ツプS51、52）。人工心臓ポンプ１１が膨脹作動
に入る。 以後、この作動を繰り返し、人工心臓ポンプ１
１を作動させ、流体を脈動的に流出させつづけ
る。 以上説明したように、本発明によれば、人工心
臓ポンプが駆出する血液の流量はその駆出の度に
一定になり、安定する。このため、他の臓器に影
響を与えることなく生体の心臓を回復させること
ができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は本発明による駆動装置のシステムを
示すブロツク図、第１ｂ図は本発明による駆動装
置の制御部を示すブロツク図、第２図は本発明の
駆動装置における作動状態を示すタイミングチー
ト、第３図は流出流量の計測方法を示した説明
図、そして、第４図乃至に第６図は制御部の作動
を示すメインフロー、割り込みフロー並びに設定
値フローである。 １……陽圧源（正圧源）、２……陰圧源（負圧
源）、３，６……電磁弁、４……陽圧側駆動用電
磁弁（正圧切換用電磁弁）、５……陰圧側駆動用
電磁弁（負圧切換用電磁弁）、７，８……蓄圧器、
９，１０……圧力センサ、１１……人工心臓ポン
プ、１１ａ……流量検知センサ、１２……増幅
器、１３……設定スイツチ部（設定手段）、CPU
……制御手段（電子制御手段、流量累計手段）、
ECG……脈動検知装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 正圧源、一端が該正圧源の出力端に接続され
   た正圧切換用電磁弁、負圧源、一端が該負圧源の
   出力端に接続され、他端が前記正圧切換用電磁弁
   の他端に接続された負圧切換用電磁弁、および、
   前記正圧切換用電磁弁および負圧切換用電磁弁を
   開閉制御する電子制御手段、を備え、前記正圧切
   換用電磁弁の他端に発生する圧力パルスにより人
   工心臓ポンプを駆動する人工心臓ポンプ駆動装置
   において、前記人工心臓ポンプが作動１回当たり
   に駆出する血液流量を設定する設定手段、前記人
   工心臓ポンプの出力端に配設され人工心臓ポンプ
   の血液駆出流量を検出する流量検知センサ、およ
   び前記電子制御手段が前記正圧切換用電磁弁を開
   とした後の前記流量検知センサの検出した血液流
   量を累計する流量累計手段、を備え、前記電子制
   御手段は、前記流量累計手段の累計流量が前記設
   定手段の設定流量値を越えた時前記正圧切換用電
   磁弁を閉にする、人工心臓ポンプ駆動装置。