特開 2023-149472 血液ポンプ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023149472

(43)【公開日】2023-10-13

(54)【発明の名称】血液ポンプ装置

(51)【国際特許分類】

   A61M 60/422 20210101AFI20231005BHJP

   F04D 13/06 20060101ALI20231005BHJP

   A61M 60/122 20210101ALN20231005BHJP

   A61M 60/232 20210101ALN20231005BHJP

   A61M 60/861 20210101ALN20231005BHJP

【ＦＩ】

A61M60/422

F04D13/06 H

F04D13/06 B

A61M60/122

A61M60/232

A61M60/861

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022058064

(22)【出願日】2022-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(71)【出願人】

【識別番号】522129638

【氏名又は名称】有吉 洸希

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100091498

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(74)【代理人】

【識別番号】100174089

【弁理士】

【氏名又は名称】郷戸 学

(74)【代理人】

【識別番号】100186749

【弁理士】

【氏名又は名称】金沢 充博

(72)【発明者】

【氏名】佐野 貴紀

(72)【発明者】

【氏名】池田 拓士

(72)【発明者】

【氏名】芦田 良二

(72)【発明者】

【氏名】有吉 洸希

【テーマコード（参考）】

3H130

4C077

【Ｆターム（参考）】

3H130AA05

3H130AB22

3H130AB42

3H130AC18

3H130BA73G

3H130BA87G

3H130CA24

3H130DD04X

3H130DJ06X

3H130EA08G

3H130EC13G

3H130EC14G

3H130EC16G

4C077AA04

4C077CC03

4C077CC04

4C077CC05

4C077DD08

4C077KK27

(57)【要約】

【課題】ポンプ部とモータ部との位置決めを確実とし、固定された大きさの隙間をポンプ部とモータ部との間に形成することができる血液ポンプ装置を提供する。
【解決手段】人工心臓に使用される血液ポンプ装置は、永久磁石１０を備えた羽根車７、および羽根車７を収容する羽根車ケーシング６を有するポンプ部１と、永久磁石１０に作用する回転磁界を生成するモータ部２と、予め設定された大きさの隙間Ｇをポンプ部１とモータ部２との間に形成し、かつモータ部２をポンプ部１に固定する固定構造体３０を備える。固定構造体３０は、隙間Ｇを延びる連結部材３２を有しており、連結部材３２は生体適合性材料から構成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

人工心臓に使用される血液ポンプ装置であって、
永久磁石を備えた羽根車、および前記羽根車を収容する羽根車ケーシングを有するポンプ部と、
前記永久磁石に作用する回転磁界を生成するモータ部と、
予め設定された大きさの隙間を前記ポンプ部と前記モータ部との間に形成し、かつ前記モータ部を前記ポンプ部に固定する少なくとも１つの固定構造体を備え、
前記固定構造体は、前記隙間を延びる連結部材を有しており、
前記連結部材は生体適合性材料から構成されている、血液ポンプ装置。

【請求項2】

前記隙間の大きさは、２ｍｍ～１０ｍｍの範囲内にある、請求項１に記載の血液ポンプ装置。

【請求項3】

前記固定構造体は、前記ポンプ部の中心の周りに配列された少なくとも３つの固定構造体である、請求項１または２に記載の血液ポンプ装置。

【請求項4】

前記固定構造体は、前記モータ部を前記ポンプ部に着脱可能に固定している、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の血液ポンプ装置。

【請求項5】

前記連結部材の一端は前記ポンプ部に接続され、前記連結部材の他端は前記モータ部に形成された挿入穴に挿入されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の血液ポンプ装置。

【請求項6】

前記羽根車ケーシングは、生体適合性材料から構成されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の血液ポンプ装置。

【請求項7】

前記ポンプ部は身体内に配置され、
前記モータ部は前記身体外に配置され、
前記連結部材は、前記身体の外皮層に予め形成されている貫通穴を通って延びている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の血液ポンプ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、血液を送るための人工心臓として使用される血液ポンプ装置に関し、特にポンプ部が体内に配置される血液ポンプ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

身体埋込型の人工心臓として使用されるポンプ装置は、身体に埋め込む必要があるため、ポンプの小型化と軽量化が求められてきた。そこで、特許文献１のように、ポンプ装置のポンプ部とモータ部を分離させ、ポンプ部を体内に埋め込み、モータ部を体外に配置するポンプ装置がある。ポンプ部とモータ部との間には皮膚と脂肪層が挟まれており、ポンプ部とモータ部はマグネットカップリングで連結される。このような構成によれば、体内に埋め込まれるポンプ装置の部分の体積を小さくすることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１－１７８８１６号公報

【特許文献2】国際公開第２０１９／０７００４８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、ポンプ部とモータ部はマグネットカップリングにより連結されているために、モータ部のポンプ部に対する相対位置が変化することがある。モータ部の相対位置が変化すると、ポンプ部の動作不具合を引き起こす可能性がある。特に、モータ部がポンプ部から離れてしまうと、ポンプ部が停止してしまい、血液の循環が止まってしまう。また、ポンプ部とモータ部は磁力により互いに引き付けられているために、皮膚と脂肪層がポンプ部とモータ部との間に強く挟まれ、皮膚と脂肪層に阻血（虚血）が起こるおそれがある。

【0005】

そこで、本発明は、ポンプ部とモータ部との位置決めを確実とし、固定された大きさの隙間をポンプ部とモータ部との間に形成することができる血液ポンプ装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一態様では、人工心臓に使用される血液ポンプ装置であって、永久磁石を備えた羽根車、および前記羽根車を収容する羽根車ケーシングを有するポンプ部と、前記永久磁石に作用する回転磁界を生成するモータ部と、予め設定された大きさの隙間を前記ポンプ部と前記モータ部との間に形成し、かつ前記モータ部を前記ポンプ部に固定する少なくとも１つの固定構造体を備え、前記固定構造体は、前記隙間を延びる連結部材を有しており、前記連結部材は生体適合性材料から構成されている、血液ポンプ装置が提供される。

【0007】

一態様では、前記隙間の大きさは、２ｍｍ～１０ｍｍの範囲内にある。
一態様では、前記固定構造体は、前記ポンプ部の中心の周りに配列された少なくとも３つの固定構造体である。
一態様では、前記固定構造体は、前記モータ部を前記ポンプ部に着脱可能に固定している。
一態様では、前記連結部材の一端は前記ポンプ部に接続され、前記連結部材の他端は前記モータ部に形成された挿入穴に挿入されている。
一態様では、前記羽根車ケーシングは、生体適合性材料から構成されている。
一態様では、前記ポンプ部は身体内に配置され、前記モータ部は前記身体外に配置され、前記連結部材は、前記身体の外皮層に予め形成されている貫通穴を通って延びている。

【発明の効果】

【0008】

固定構造体は、予め設定された大きさの隙間をポンプ部とモータ部との間に形成し、かつモータ部のポンプ部に対する相対位置を固定することができる。したがって、モータ部はポンプ部の羽根車を安定して回転させることができる。身体の外皮層（皮膚および脂肪層を含む）は、固定された大きさの隙間内に位置しており、ポンプ部とモータ部との間に磁気的引力が発生しているときでも、外皮層はポンプ部とモータ部との間に挟まれない。したがって、外皮層に阻血（虚血）が生じることがない。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】血液ポンプ装置の一実施形態を示す断面図である。

【図2】図１に示すＡ－Ａ線断面図である。

【図3】固定構造体の一実施形態を説明するための拡大断面図である。

【図4】固定構造体の他の実施形態を説明するための拡大断面図である。

【図5】固定構造体のさらに他の実施形態を説明するための拡大断面図である。

【図6】血液ポンプ装置の他の実施形態を示す断面図である。

【図7】図６に示すＢ－Ｂ線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、血液ポンプ装置の一実施形態を示す断面図である。以下に説明する血液ポンプ装置は、血液を移送するための人工心臓として使用されるポンプ装置である。特に、図１に示すように、血液ポンプ装置は、その一部が身体に埋め込まれる埋込み型ポンプ装置である。

【0011】

血液ポンプ装置は、血液を移送するためのポンプ部１と、ポンプ部１を駆動するためのモータ部２を備えている。ポンプ部１は、羽根車７と、羽根車７を収容する羽根車ケーシング６を備えている。羽根車ケーシング６は、その内部にボリュート室５を有しており、羽根車７はボリュート室５内に配置されている。羽根車ケーシング６は、ボリュート室５に連通する吸込み口１８および吐出し口１９を有している。

【0012】

羽根車７は、ボリュート室５内に配置された支持軸８により回転可能に支持されている。羽根車７のラジアル荷重は、支持軸８によって受けられる。一実施形態では、羽根車７のラジアル荷重は、羽根車７の回転によって昇圧された、ボリュート室５内の血液の動圧によって受けられるようにしてもよい。この場合は、支持軸８は設けられなくてもよい。

【0013】

羽根車７は、複数の永久磁石１０を備えている。これら永久磁石１０は羽根車７内に埋設されており、羽根車７の表面には露出していない。モータ部２は、永久磁石１０に作用する回転磁界を生成するモータステータ１２と、モータステータ１２が内部に配置されたステータハウジング１５を備えている。モータステータ１２は、複数のコイル１６と、これらコイル１６に電流を供給する電力線１７を備えている。

【0014】

コイル１６に電流（より具体的には三相交流電流）が供給されると、モータ部２は回転磁界を発生する。この回転磁界は、羽根車７の永久磁石１０に作用し、羽根車７を回転させる。羽根車７の回転に伴い、血液は吸込み口１８からポンプ部１内に流入し、羽根車７の回転により昇圧され、ポンプ部１から吐出し口１９を通って吐き出される。

【0015】

羽根車７の回転により昇圧された血液は、羽根車７の背面と羽根車ケーシング６の内面との隙間を満たし、羽根車７を吸い込み側に押すスラスト荷重を発生させる。ポンプ部１は、上記スラスト荷重を受けるために、羽根車７の吸い込み側に配置された非接触型スラスト軸２５を備えている。図１に示す実施形態では、非接触型スラスト軸２５は動圧軸受である。より具体的には、羽根車７の吸い込み側の面にはスパイラル溝２６が形成されており、スパイラル溝２６は羽根車７の回転時に血液の動圧を発生させる。この血液の動圧により羽根車７のスラスト荷重が受けられる。

【0016】

血液ポンプ装置は、予め設定された大きさの隙間Ｇをポンプ部１とモータ部２との間に形成し、かつモータ部２をポンプ部１に固定する固定構造体３０を備えている。隙間Ｇの大きさは、固定構造体３０の大きさによって決まる。本実施形態では、血液ポンプ装置は、３つの固定構造体３０が設けられている。ポンプ部１に対するモータ部２の相対位置は、これらの固定構造体３０によって決まる。各固定構造体３０は、隙間Ｇを延びる連結部材３２と、連結部材３２に螺合されたねじ３５を有している。

【0017】

血液ポンプ装置が使用されるとき、ポンプ部１は身体内に配置され、モータ部２は身体外に配置される。身体の皮膚および脂肪層を含む外皮層Ｓは、ポンプ部１とモータ部２との間の隙間Ｇに位置している。固定構造体３０の連結部材３２は、身体の外皮層Ｓを通って延びている。すなわち、各連結部材３２は、身体内から身体外に延びている。

【0018】

図２は、図１に示すＡ－Ａ線断面図である。図２に示すように、３つの固定構造体３０は、ポンプ部１の中心ＣＰの周りに配列されている。図２に示す実施形態では、３つの固定構造値は、ポンプ部１の中心ＣＰの周りに等間隔で配列されているが、一実施形態では３つの固定構造値がポンプ部１の中心ＣＰを囲むように配列されていれば、等間隔で配列されていなくてもよい。

【0019】

一実施形態では、単一の固定構造体３０、２つの固定構造体３０、または４つ以上の固定構造体３０が設けられてもよい。

【0020】

図３は、固定構造体３０の一実施形態を説明するための拡大断面図である。図３に示すように、連結部材３２の一端はポンプ部１に接続（固定）されている。連結部材３２は、ポンプ部１と一体に構成されてもよい。連結部材３２の他端はモータ部２に形成された挿入穴４０に挿入されている。モータ部２は、その表面で開口する開口穴４１を有している。挿入穴４０と開口穴４１との間には、小径部４４がある。この小径部４４は、挿入穴４０の直径および開口穴４１の直径よりも小さい直径を有する穴である。挿入穴４０、小径部４４、および開口穴４１は、一直線状に並んでいる。連結部材３２の上記他端は小径部４４に接触しており、これにより、挿入穴４０から突出する連結部材３２の長さ、すなわちポンプ部１とモータ部２との隙間Ｇの大きさが定まる。

【0021】

固定構造体３０は、モータ部２をポンプ部１に着脱可能に固定している。固定構造体３０は、連結部材３２に形成されたねじ穴４８（雌ねじ）と、モータ部２を連結部材３２に固定するためのねじ３５（雄ねじ）を有している。ねじ３５は、開口穴４１および小径部４４に挿入され、ねじ穴４８にねじ込まれる。ねじ３５の頭部は小径部４４を連結部材３２に押し付け、これによりモータ部２はポンプ部１に固定構造体３０により固定され、かつポンプ部１とモータ部２との間の隙間Ｇの大きさが固定される。ねじ３５を連結部材３２から外すことにより、モータ部２をポンプ部１から切り離すことができる。

【0022】

固定構造体３０の連結部材３２は、外皮層（皮膚および脂肪層を含む）Ｓに予め形成されている貫通穴１００を通って延びている。この連結部材３２は外皮層Ｓに接触することがありうるので、連結部材３２は生体適合性材料から構成されている。生体適合性材料の例としては、チタン、チタン合金、ＳＵＳ３１６、セラミック、ジルコニアなどが挙げられるが、生体適合性材料はこれらの例に限定されない。ねじ３５も、生体適合性材料から構成されてよい。

【0023】

ポンプ部１は、身体内に配置されることが可能に設計されている。より具体的には、ポンプ部１が身体に接触する部分である羽根車ケーシング６は、生体適合性材料から構成されている。

【0024】

固定構造体３０は、予め設定された大きさの隙間Ｇをポンプ部１とモータ部２との間に形成し、かつモータ部２のポンプ部１に対する相対位置を固定することができる。したがって、モータ部２はポンプ部１の羽根車７を安定して回転させることができる。身体の外皮層Ｓは、固定された大きさの隙間Ｇ内に位置しており、ポンプ部１とモータ部２との間に磁気的引力が発生しているときでも、外皮層Ｓはポンプ部１とモータ部２との間に挟まれない。したがって、外皮層Ｓに阻血（虚血）が生じることがない。

【0025】

隙間Ｇの大きさは、外皮層Ｓの厚さよりも大きい。隙間Ｇの大きさは、２ｍｍ～１０ｍｍ、より具体的には３ｍｍ～４ｍｍの範囲内である。

【0026】

図４は、固定構造体３０の他の実施形態を示す拡大断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１乃至図３を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。図４に示す実施形態では、固定構造体３０は、モータ部２を連結部材３２に固定するための第１磁石５１および第２磁石５２を有している。第１磁石５１は連結部材３２に固定されており、第２磁石５２はモータ部２に固定されている。より具体的には、第１磁石５１は連結部材３２の端部に固定されており、第２磁石５２はモータ部２の挿入穴４０の底部に固定されている。

【0027】

連結部材３２および第１磁石５１を、モータ部２の挿入穴４０に挿入すると、モータ部２に固定されている第２磁石５２は第１磁石５１に磁力により引き付けられる。その結果、モータ部２は、固定構造体３０によりポンプ部１に固定され、かつポンプ部１とモータ部２との間の隙間Ｇの大きさが固定される。連結部材３２の一部はモータ部２の挿入穴４０内に位置しているので、ポンプ部１に対するモータ部２の位置決めが達成される。隙間Ｇの大きさは、連結部材３２の長さ、および第１磁石５１と第２磁石５２の厚さにより定まる。モータ部２をポンプ部１から遠ざけると、第２磁石５２は第１磁石５１から離れ、モータ部２をポンプ部１から切り離すことができる。

【0028】

図５は、固定構造体３０の他の実施形態を示す拡大断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１乃至図３を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。図５に示す実施形態では、固定構造体３０は、連結部材３２とモータ部２とを接合する接着剤６０を有している。すなわち、連結部材３２の端部は、モータ部２の挿入穴４０の底部に接着剤６０により固定される。その結果、モータ部２は、固定構造体３０によりポンプ部１に固定され、かつポンプ部１とモータ部２との間の隙間Ｇの大きさが固定される。隙間Ｇの大きさは、連結部材３２の長さおよび接着剤６０の厚さにより定まる。連結部材３２の一部はモータ部２の挿入穴４０内に位置しているので、ポンプ部１に対するモータ部２の位置決めが達成される。

【0029】

固定構造体３０は、図３乃至図５に示す具体的構造以外の構成を有してもよい。

【0030】

上述した実施形態では、３つの固定構造体３０が設けられているが、固定構造体３０の数はこれら実施形態に限られない。４つ以上の固定構造体３０が設けられてもよいが、連結部材３２が貫通する貫通穴１００を外皮層Ｓに形成する必要があるため、多くの固定構造体３０を設けることは好ましくない。３つの固定構造体３０は、モータ部２のポンプ部１に対する相対位置を安定させることができる点、モータ部２とポンプ部１との機械的結合が高められる点、および身体への負担を低くできる点から好ましい。

【0031】

一方、図６に示すように、単一の固定構造体３０が設けられてもよい。図６に示す実施形態では、単一の固定構造体３０は、ポンプ部１およびモータ部２の中央に位置している。図７は、図６のＢ－Ｂ線断面図である。図７に示すように、連結部材３２および挿入穴４０は、多角形状（図７の例では六角形）を有している。多角形状の断面を有する連結部材３２および挿入穴４０は、モータ部２がポンプ部１に対して回転することを防止することができる。

【0032】

図４および図５の実施形態は、図６および図７に示す実施形態に適用することができる。

【0033】

上述した実施形態に係る血液ポンプ装置は、人間のための人工心臓に適用可能であるのみならず、動物のための人工心臓にも適用することができる。

【0034】

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

【符号の説明】

【0035】

１ ポンプ部
２ モータ部
５ ボリュート室
６ 羽根車ケーシング
７ 羽根車
８ 支持軸
１０ 永久磁石
１２ モータステータ
１５ ステータハウジング
１６ コイル
１７ 電力線
１８ 吸込み口
１９ 吐出し口
２５ 非接触型スラスト軸
２６ スパイラル溝
３０ 固定構造体
３２ 連結部材
３５ ねじ
４０ 挿入穴
４１ 開口穴
４４ 小径部
４８ ねじ穴
５１ 第１磁石
５２ 第２磁石
６０ 接着剤
１００ 貫通穴
Ｇ 隙間
Ｓ 外皮層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】