特許 7011825 動圧軸受式ポンプの駆動システム及びそのコンピュータプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-19

(45)【発行日】2022-01-27

(54)【発明の名称】動圧軸受式ポンプの駆動システム及びそのコンピュータプログラム

(51)【国際特許分類】

   A61M 60/824 20210101AFI20220120BHJP

   A61M 60/113 20210101ALI20220120BHJP

   A61M 60/232 20210101ALI20220120BHJP

   A61M 60/38 20210101ALI20220120BHJP

   A61M 60/419 20210101ALI20220120BHJP

   A61M 60/422 20210101ALI20220120BHJP

   A61M 60/523 20210101ALI20220120BHJP

   F04D 13/06 20060101ALI20220120BHJP

   F04D 15/00 20060101ALI20220120BHJP

【ＦＩ】

A61M60/824

A61M60/113

A61M60/232

A61M60/38

A61M60/419

A61M60/422

A61M60/523

F04D13/06 A

F04D15/00 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018111040

(22)【出願日】2018-06-11

(65)【公開番号】P2019213605

(43)【公開日】2019-12-19

【審査請求日】2021-04-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000200677

【氏名又は名称】泉工医科工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099645

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 晃司

(74)【代理人】

【識別番号】100161090

【弁理士】

【氏名又は名称】小田原 敬一

(72)【発明者】

【氏名】長尾 丞真

(72)【発明者】

【氏名】桑名 克之

【審査官】寺澤 忠司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１３００７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１９７７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－３１７２８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２１１５７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１６５８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－００６５３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｍ ６０／００－６０／９０

Ｆ０４Ｄ １５／００

Ｆ０４Ｄ １３／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸込口及び吐出口を有するポンプハウジング内に、送液作用を生じさせる回転体が装着され、前記回転体は、前記ポンプハウジング内に導入された液体が当該ポンプハウジングと前記回転体との隙間に回り込んで形成される動圧軸受により、前記ポンプハウジングに対して回転可能に支持される動圧軸受式ポンプと組み合わされ、前記回転体を回転駆動する駆動装置と、前記駆動装置の動作を制御する制御装置とを備えた動圧軸受式ポンプの駆動システムであって、
前記吐出口の下流側には前記ポンプから吐出される液体の流量に応じた信号を出力する流量センサが設けられ、
前記制御装置には、前記流量センサの出力信号に基づいて前記ポンプハウジング内への前記液体の充填の適否を判別する充填判別手段と、前記充填判別手段にて前記液体の充填が不適と判断された場合、前記回転体が回転駆動されないように前記駆動装置の動作を制限する制限手段とが設けられている動圧軸受式ポンプの駆動システム。

【請求項2】

前記制御装置には、前記流量センサの出力信号に基づいて前記液体が流れる状態を判別し、得られた判別結果を示す情報をオペレータに提示するモニタ手段が設けられ、前記モニタ手段が前記充填判別手段として機能する請求項１に記載の動圧軸受式ポンプの駆動システム。

【請求項3】

前記流量センサとして超音波式の流量センサが用いられ、
前記モニタ手段は、前記流量センサの出力信号に基づいて前記液体中の気泡の状態を判別し、得られた結果を前記オペレータに提示することが可能とされている請求項２に記載の動圧軸受式ポンプの駆動システム。

【請求項4】

前記動圧軸受式ポンプが、体外循環回路に設けられる血液ポンプである請求項１～３のいずれか一項に記載の動圧軸受式ポンプの駆動システム

【請求項5】

吸込口及び吐出口を有するポンプハウジング内に、送液作用を生じさせる回転体が装着され、前記回転体は、前記ポンプハウジング内に導入された液体が当該ポンプハウジングと前記回転体との隙間に回り込んで形成される動圧軸受により、前記ポンプハウジングに対して回転可能に支持される動圧軸受式ポンプと組み合わされ、前記回転体を回転駆動する駆動装置と、前記吐出口の下流側に設けられて前記ポンプから吐出される液体の流量に応じた信号を出力する流量センサと、前記駆動装置の動作を制御する制御装置とを備えた動圧軸受式ポンプの駆動システムに適用されるコンピュータプログラムであって、
前記制御装置に含まれるコンピュータを、
前記流量センサの出力信号に基づいて前記ポンプハウジング内への前記液体の充填の適否を判別する充填判別手段、及び前記充填判別手段にて前記液体の充填が不適と判断された場合、前記回転体が回転駆動されないように前記駆動装置の動作を制限する制限手段として機能させるように構成された動圧軸受式ポンプの駆動システムに用いられるコンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、動圧軸受を用いて回転体を支持するタイプのポンプを駆動するためのシステム等に関する。

【背景技術】

【0002】

体外循環回路に使用される血液ポンプとして、ポンプハウジング内に装着された回転体としてのインペラを動圧軸受にて回転可能に支持するタイプのポンプが知られている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５２００１５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

動圧軸受を用いたポンプでは、ポンプハウジング内に導入された液体がポンプハウジングと回転体との隙間に回り込み、回転体の回転に伴なって発生する液体の圧力（動圧）の作用により回転体がポンプはウジングに対して非接触の状態で回転する。しかしながら、ポンプハウジング内に液体が充填されないか、又は充填状態が不十分な場合には、ポンプハウジングと回転体との間に十分な動圧が発生せず、動圧軸受による支持が不十分な状態で回転体が駆動されることがある。その場合、回転体がポンプハウジングと接触しつつ回転してポンプの円滑な動作が損なわれる、といった不都合が生じるおそれがある。

【0005】

そこで、本発明は、動圧軸受による支持が不十分な状態でポンプが駆動されるおそれを低減し、又は解消することが可能な動圧軸受式ポンプの駆動システム等を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る駆動システム（１）は、吸込口（１０ａ）及び吐出口（１０ｂ）を有するポンプハウジング（１０）内に、送液作用を生じさせる回転体（１１）が装着され、前記回転体は、前記ポンプハウジング内に導入された液体が当該ポンプハウジングと前記回転体との隙間（Ｇ１、Ｇ２）に回り込んで形成される動圧軸受（ＤＢ１、ＤＢ２）により、前記ポンプハウジングに対して回転可能に支持される動圧軸受式ポンプ（３）と組み合わされ、前記回転体を回転駆動する駆動装置（４）と、前記駆動装置の動作を制御する制御装置（６）とを備えた動圧軸受式ポンプの駆動システムであって、前記吐出口の下流側には前記ポンプから吐出される液体の流量に応じた信号を出力する流量センサ（５）が設けられ、前記制御装置には、前記流量センサの出力信号に基づいて前記ポンプハウジング内への前記液体の充填の適否を判別する充填判別手段（３１、Ｓ１１～Ｓ１４）と、前記充填判別手段にて前記液体の充填が不適と判断された場合、前記回転体が回転駆動されないように前記駆動装置の動作を制限する制限手段（３０、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２４）とが設けられたものである。

【0007】

本発明の一態様に係るコンピュータプログラム（ＰＧ）は、吸込口（１０ａ）及び吐出口（１０ｂ）を有するポンプハウジング（１０）内に、送液作用を生じさせる回転体（１１）が装着され、前記回転体は、前記ポンプハウジング内に導入された液体が当該ポンプハウジングと前記回転体との隙間（Ｇ１、Ｇ２）に回り込んで形成される動圧軸受（ＤＢ１、ＤＢ２）により、前記ポンプハウジングに対して回転可能に支持される動圧軸受式ポンプ（３）と組み合わされ、前記回転体を回転駆動する駆動装置（４）と、前記吐出口の下流側に設けられて前記ポンプから吐出される液体の流量に応じた信号を出力する流量センサ（５）と、前記駆動装置の動作を制御する制御装置（６）とを備えた動圧軸受式ポンプの駆動システム（１）に適用されるコンピュータプログラムであって、前記制御装置に含まれるコンピュータを、前記流量センサの出力信号に基づいて前記ポンプハウジング内への前記液体の充填の適否を判別する充填判別手段（３１、Ｓ１１～Ｓ１４）、及び前記充填判別手段にて前記液体の充填が不適と判断された場合、前記回転体が回転駆動されないように前記駆動装置の動作を制限する制限手段（３０、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２４）として機能させるように構成されたものである。

【0008】

ポンプの吐出側に配置された流量センサが検出する流量とポンプハウジング内における液体の充填の状態との間には相関関係が存在するため、流量センサの出力信号に基づいてポンプハウジング内における血液の充填の適否を判別することが可能である。そして、充填が不適、つまり液体が充填されていないか、又は充填が不足していると判断された場合には、ポンプの回転体が回転駆動されないように駆動装置の動作を制限することにより、動圧軸受による支持が不十分な状態でポンプが駆動されるおそれを低減し、又は解消することが可能である。

【0009】

上記態様において、前記制御装置には、前記流量センサの出力信号に基づいて前記液体が流れる状態を判別し、得られた判別結果を示す情報をオペレータに提示するモニタ手段（３１）が設けられ、前記モニタ手段が前記充填判別手段として機能するものとしてもよい。ポンプの吐出口側に配置された流量センサを用いて液体の流れの状態をモニタする機能を駆動システムが備えている場合、その流量センサを利用するように充填判別手段を構成することにより、上記態様の駆動システムを比較的簡易な追加、又は変更によって実現することが可能である。

【0010】

さらに、前記流量センサとして超音波式の流量センサが用いられてもよく、その場合、前記モニタ手段は、前記流量センサの出力信号に基づいて前記液体中の気泡の状態を判別し、得られた結果を前記オペレータに提示することが可能とされてもよい。超音波式の流量センサは計測対象の液体中の気泡の状態が出力信号に変化を与える。そのため、気泡の状態を判別して、その結果をオペレータに提示することが可能である。そのような機能を備えた駆動システムに対して充填判別手段及び制限手段を設けることにより、液体の流れの状態をモニタしつつ、ポンプの動作を必要に応じて制限することが可能な駆動システムを提供することができる。

【0011】

上記態様においては、前記動圧軸受式ポンプが、体外循環回路（２）に設けられる血液ポンプであってもよい。これによれば、血液ポンプとして動圧軸受式ポンプが用いられた体外循環回路において、その血液ポンプのポンプハウジングに血液が充填されていないか、又は充填が不足して動圧軸受による支持が不十分な状態で血液ポンプが駆動されるおそれを低減又は解消し、体外循環回路の信頼性、安全性を高めることが可能である。

【0012】

なお、以上の説明では本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記したが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一形態に係る駆動システムが適用された体外循環回路の要部を示す図。

【図2】図１の駆動システムが適用される血液ポンプの一例を示す図。

【図3】図１の制御ユニットが実行する充填確認処理の手順の一例を示すフローチャート。

【図4】図１の制御ユニットが図３の処理と関連付けて実行するポンプ駆動制御処理の手順の一例を示すフローチャート。

【図5】図１の駆動システムが適用される体外循環回路の一例を示す図。

【図6】図１の駆動システムが適用される体外循環回路の他の例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図１～図４を参照して本発明の一形態に係る駆動システムの一例を説明する。図１に示すように、駆動システム１は、体外循環回路２に設けられた血液ポンプ３と組み合わせて使用される。駆動システム１は、血液ポンプ３を駆動する駆動装置の一例としての駆動ユニット４と、体外循環回路２を循環する血液の流量を検出する流量センサ５と、駆動ユニット４の動作を制御する制御装置の一例としての制御ユニット６とを備えている。なお、図１では体外循環回路２の血液ポンプ３を中心とした一部のみを示し、図中の矢印は血液の流れ方向を示している。血液ポンプ３は動圧軸受式ポンプの一例であって、その構成の一例を図２に示す。

【0015】

図２から明らかなように、血液ポンプ３は、ポンプハウジング１０と、そのポンプハウジング１０の内部に設けられる回転体の一例としてのインペラ１１とを備えている。ポンプハウジング１０は可視光の波長域に対して透過性を有する樹脂、例えばポリカーボネートを素材として形成された成形品である。インペラ１１はその中心軸線ＣＬの回りに回転可能な状態でポンプハウジング１０内に配置されている。中心軸線ＣＬの方向（以下、軸線方向という。）からみて、ポンプハウジング１０は概ね円形を呈する中空の容器として構成されている。ポンプハウジング１０の軸線方向一端側には中心軸線ＣＬと同軸的に延びる吸込管部１２が設けられ、ポンプハウジング１０の外周上には吐出管部１３が設けられている。吐出管部１３はインペラ１１の回転方向に対して概ね接線方向に延びるように設けられている。吸込管部１２の先端開口部がポンプハウジング１０の吸込口１０ａとして機能し、吐出管部１３の先端開口部がポンプハウジング１０の吐出口１０ｂとして機能する。吸込管部１２は血液ポンプ３に対する上流側の流路の一部を形成するチューブ２ａ（図１参照）と接続され、吐出管部１３は血液ポンプ３に対する下流側の流路の一部を形成するチューブ２ｂ（同じく図１参照）と接続される。

【0016】

インペラ１１は、軸線方向に対向して配置された一対の端板１４、１５と、中心軸線ＣＬに対する周方向に一定の間隔が空くようにして端板１４、１５間のスペースＳＰに配置された多数の羽根１６とを備えている。吸込口１０ａ側の一方の端板１４には中心軸線ＣＬと同軸的に導入管部１７が設けられている。導入管部１７はポンプハウジング１０の吸込管部１２の内周側に挿入され、その先端は吸込口１０ａに向かって開口する。したがって、吸込管部１２から流入する血液（液体の一例である。）は導入管部１７を介してインペラ１１の端板１４、１５間のスペースＳＰに導かれる。インペラ１１が中心軸線ＣＬの回りに回転することにより、スペースＳＰに導かれた血液が遠心力でインペラ１１の外周側に移送され、その血液がポンプハウジング１０の内周面に沿って流れつつ吐出管部１３から逐次送り出される。

【0017】

吸込管部１２の内周面と導入管部１７の外周面との間には、インペラ１１を回転可能に支持する動圧軸受ＤＢ１を形成するための比較的狭い隙間Ｇ１が設けられている。一方、インペラ１１の他方の端板１５には、中心軸線ＣＬと同軸的に延びるジャーナル部１８が設けられている。ジャーナル部１８はポンプハウジング１０のカップ部１９の内部に挿入されている。カップ部１９は中心軸線ＣＬと同軸的に延びる円筒状に形成されている。そのカップ部１９の内周面とジャーナル部１８の外周面との間にも、インペラ１１を回転可能に支持する動圧軸受ＤＢ２を形成するための比較的狭い隙間Ｇ２が設けられている。ジャーナル部１８には、ジャーナル部１８を中心軸線ＣＬに沿って貫く貫通孔１８ａが形成されている。それにより、端板１４、１５間のスペースＳＰとジャーナル部１８の軸端側との間での血液の移動が許容されている。

【0018】

ポンプハウジング１０内に血液が導入されると、その血液の一部は隙間Ｇ１、Ｇ２にも回り込む。その状態でインペラ１１が回転すると隙間Ｇ１、Ｇ２の血液の圧力が上昇し、それにより動圧軸受ＤＢ１、ＤＢ２に軸支持作用が生じてインペラ１１が回転可能に支持される。なお、動圧軸受ＤＢ１、ＤＢ２による支持はインペラ１１の半径方向である。すなわち、動圧軸受ＤＢ１、ＤＢ２はラジアル軸受の一種として機能するように設けられている。インペラ１１の軸線方向の支持は以下に述べる駆動ユニット４とインペラ１１との間の磁気結合によって実現される。ただし、血液ポンプ３はそのような例に限らない。ポンプハウジング１０とインペラ１１との間で軸線方向に対向するようにして比較的狭い隙間を設け、それによりスラスト軸受として機能する動圧軸受が血液ポンプ３に追加されてもよい。ポンプハウジング１０及びインペラ１１の形状は図示例に限らず、適宜の変形が可能である。例えば、カップ部１９に代えて、中心軸線ＣＬと同軸的にインペラ１１側に突出する円筒状の突出部をポンプハウジング１０に形成し、その突出部を外周側から覆うようにインペラ１１の一部を延長してその延長部分と突出部との間にラジアル軸受として機能する動圧軸受が設けられてもよい。

【0019】

ジャーナル部１８には、磁気結合を利用して駆動ユニット４の駆動力をインペラ１１に伝達するための複数の磁気結合素子２０が周方向に一定の間隔を空けて設けられている。磁気結合素子２０については後述する。一方、駆動ユニット４には、駆動源の一例としての電動モータ２１が設けられている。電動モータ２１は駆動ユニット４のモータハウジング２２内に収容されている。モータハウジング２２には、ポンプハウジング１０のカップ部１９が嵌り合う凹部２２ａが設けられている。凹部２２ａにカップ部１９が嵌め合わされることにより、インペラ１１と電動モータ２１の出力軸２１ａとが同軸上に整列する。つまり、インペラ１１の中心軸線ＣＬが電動モータ２１の出力軸２１ａと同軸上に位置するようにして血液ポンプ３が駆動ユニット４のモータハウジング２２に取り付けられる。

【0020】

電動モータ２１の出力軸２１ａにはモータカップ２３が一体回転可能に取り付けられている。モータカップ２３は凹部２２ａを外周側から取り囲むように延びる環状壁部２３ａを備えている。環状壁部２３ａには、インペラ１１側の磁気結合素子２０と同数の磁気結合素子２４が周方向に一定の間隔を空けて設けられている。電動モータ２１側の磁気結合素子２４と、インペラ１１側の磁気結合素子２０はいずれも永久磁石であって、互いに引き付け合うように向きが調整されてモータカップ２３及びインペラ１１に取り付けられる。また、磁気結合素子２４、２０は、ポンプハウジング１０のカップ部１９がモータハウジング２２の凹部２２ａに嵌め合わされて血液ポンプ３が駆動ユニット４に正しく装着されたとき、軸線方向に概ね同一の位置に配置される。したがって、血液ポンプ３を駆動ユニット４に装着すると、磁気結合素子２４、２０の間で磁気結合が形成され、電動モータ２１の出力軸２１ａとインペラ１１とが周方向に一体的に回転可能となる。上記のように、磁気結合素子２４、２０間の磁気結合の形成により、インペラ１１は軸線方向に関してもモータカップ２３に拘束され、その結果、インペラ１１はポンプハウジング１０に対して非接触の状態で軸線方向にも支持される。インペラ１１を軸線方向に支持するスラスト軸受としての動圧軸受が血液ポンプ３側に設けられてもよいことは上述した通りである。なお、磁気結合素子２４、２０のいずれか一方を磁石に代えて強磁性体にて形成してもよい。電動モータ２１側の磁気結合素子２４は永久磁石に代えて電磁石とされてもよい。

【0021】

駆動ユニット４からインペラ１１へと回転駆動力を伝達するためには、磁気結合を利用した方式以外にも、例えば駆動ユニット４側にコイルを配置し、そのコイルへの通電制御によって回転磁界を発生させてインペラ１１をその回転磁界に追従して回転させる電磁誘導方式を採用することも可能である。ただし、磁気結合によって回転を伝達する構造を採用した場合には、駆動側の磁気結合素子２４と従動側の磁気結合素子２０との間の距離を比較的大きく確保しても駆動力を十分に伝達できる利点がある。そのため、ポンプハウジング１０、インペラ１１あるいはモータハウジング２２等の設計自由度が高まり、ひいては動圧軸受ＤＢ２を形成するための隙間Ｇ２の配置に関しても自由度が高まる。

【0022】

図１に戻って、流量センサ５は、血液ポンプ３に対する下流側のチューブ２ｂ上に配置される。流量センサ５には例えば超音波式の流量センサが用いられる。超音波式の流量センサには、計測対象の液体に向けて超音波を射出し、液中で反射した超音波の周波数シフト量に基づいて流量を検出するドップラー式と、計測対象の液体を超音波が伝搬する時間長に基づいて流量を検出する時間差方式とが存在するが、いずれの方式のセンサが用いられてもよい。超音波式の流量センサには、計測対象の液体の流路中に配置すべき部品が存在しない利点がある。したがって、超音波式の流量センサを駆動システム１の流量センサ５として用いた場合には、体外循環回路２を循環する血液の流れが流量センサ５によって乱れるおそれがなく、体外循環回路２を流れる血液に触れる部品が存在しないために使い捨て部品が生じず、コストダウンに資するとともに操作性が良好であるといった利点が得られる。血液のような不透明な液体でも測定が可能である。また、超音波式の流量センサを用いた場合には、血液中に存在する気泡等のパーティクルによる反射波、あるいは散乱波を測定することも可能である。したがって、体外循環回路２を流れる血液中の気泡の有無の識別、気泡の数量、サイズ、積算体積等を測定してモニタすることも可能である。ただし、流量センサ５は電磁式の流量センサであってもよい。いずれにしても、流量センサ５は血液ポンプ３の下流側に配置され、血液ポンプ３から吐出される血液の流量に対応した信号を出力できるものであればよい。

【0023】

制御ユニット６は、マイクロプロセッサを含んだコンピュータユニットとして構成されている。制御ユニット６には、駆動制御部３０と、モニタ部３１とが設けられている。駆動制御部３０及びモニタ部３１のそれぞれは、制御ユニット６のハードウエア資源と、制御ユニット６に実装されたコンピュータプログラムＰＧとの組み合わせによって実現される論理的装置として構成される。駆動制御部３０は電動モータ２１の動作を制御する。例えば、駆動制御部３０は、不図示の入力装置から与えられるオペレータの指示に従って電動モータ２１を起動し、あるいは停止させる処理を担当する。なお、制御ユニット６には、駆動制御部３０の制御に従って電動モータ２１への電力の供給及びその停止を切り替えるモータ駆動回路等のハードウエア回路も実装されるが、それらの図示は省略した。

【0024】

モニタ部３１は流量センサ５の出力信号に基づいて体外循環回路２の血液の流れの状態を判別し、得られた判別結果を示す情報をオペレータに提示する処理を担当する。例えば、モニタ部３１は、流量センサ５の出力信号に基づいて血液の流量を演算し、演算された流量をオペレータに提示する。流量センサ５として上述したように超音波式の流量センサが用いられる場合、モニタ部３１は流量センサ５の出力信号に基づいて血液中の気泡の有無等を判別し、その判別結果をオペレータに提示してもよい。その場合、モニタ部３１は、気泡の状態に応じてオペレータに適宜に警告を発する、といった処理が追加されてもよい。これらの処理を実行することにより、モニタ部３１はモニタ手段の一例として機能する。

【0025】

制御ユニット６には、血液ポンプ３が動圧軸受ＤＢ１、ＤＢ２を介してインペラ１１を支持する構成であることに対応した処理を実行する機能がさらに付加されている。すなわち、血液ポンプ３のポンプハウジング１０内に血液が充填されていないか、又は充填量が不足する状態でインペラ１１が回転すると、動圧軸受ＤＢ１、ＤＢ２による支持が不十分な状態となり、インペラ１１がポンプハウジング１０と接触しつつ回転して血液ポンプ３の円滑な動作が損なわれる、といった不都合が生じるおそれがある。そのような不都合が生じるおそれを低減し、又は解消するため、モニタ部３１は、流量センサ５の出力信号に基づいてポンプハウジング１０内への血液の充填の適否を判別する処理を実行し、駆動制御部３０はモニタ部３１における判別結果に応じて駆動ユニット４の動作を適宜に制限する処理を実行する。図３はモニタ部３１が血液の充填の適否を判別するために実行する充填確認処理の一例を、図４は駆動制御部３０が駆動ユニット４の動作を制限するために実行するポンプ駆動制御処理の一例をそれぞれ示している。図３及び図４の処理は、電動モータ２１が停止している間、適宜の周期で繰り返し実行される処理である。

【0026】

モニタ部３１は、図３の処理を開始すると、まず流量センサ５の出力信号に基づいて、チューブ２ｂを通過する血液の流量を取得する（ステップＳ１１）。続いて、モニタ部３１は得られた流量が所定の閾値を超えるか否かを判別する（ステップＳ１２）。閾値は、動圧軸受ＤＢ１、ＤＢ２の支持機能に差し支えが生じない程度にポンプハウジング１０内に血液が充填されているときに流量センサ５の位置で検出されるべき流量に設定される。そのような流量は例えば実験的に求められてもよいし、コンピュータシミュレーション等によって求められてもよい。

【0027】

ステップＳ１２において流量が閾値を超えると判断された場合、モニタ部３１は血液ポンプ３の駆動を許可すべき情報を制御ユニット６の内部メモリに記録し（ステップＳ１３）、その後に今回の処理を終える。一方、ステップＳ１２にて流量が閾値以下と判断された場合、モニタ部３１は血液ポンプ３の駆動を禁止（制限）すべき情報を制御ユニット６の内部メモリに記録し（ステップＳ１４）、その後に今回の処理を終える。

【0028】

一方、駆動制御部３０は、図４の処理を開始すると、まずオペレータから血液ポンプ３の起動が指示されたか否かを判別する（ステップＳ２１）。血液ポンプ３の起動が指示されたと判断された場合、駆動制御部３０は制御ユニット６の内部メモリに駆動を許可する情報が記録されているか否かを判別する（ステップＳ２２）。駆動を許可する情報が記録されている場合、駆動制御部３０は電動モータ２１を起動させ（ステップＳ２３）、その後に今回の処理を終える。一方、ステップＳ２２にて、駆動を許可する情報が記録されていないと判断された場合、駆動制御部３０は電動モータ２１を停止状態に維持し（ステップＳ２４）、その後に今回の処理を終える。この場合、オペレータが血液ポンプ３の起動を指示しても電動モータ２１が起動されず、血液ポンプ３のインペラ１１は回転駆動されない。なお、ステップＳ２１にて起動が指示されていない場合にもステップＳ２４を経て図４の処理が終了する。

【0029】

以上の処理によれば、流量センサ５の出力信号に基づいてポンプハウジング１０内における血液の充填の適否が判別され、充填が不適、つまり血液が充填されていないか、又は充填が不足している場合には、オペレータが血液ポンプ３の起動を指示しても、そのインペラ１１が回転駆動されないように駆動制御部３０にて電動モータ２１の動作が制限される。血液ポンプ３による送血を開始するためには、図３のステップＳ１２が肯定判断されるまで血液ポンプ３の吸込口１０ａから血液をポンプハウジング１０内に送り込み、その後に制御ユニット６に対して血液ポンプ３の起動を指示する必要がある。したがって、動圧軸受ＤＢ１、ＤＢ２による支持が不十分な状態で血液ポンプ３が駆動されるおそれを低減し、又は解消することが可能である。

【0030】

なお、上記の形態の駆動システム１は、血液ポンプ３の吐出口１０ｂの下流側に流量センサ５が設けられ、かつその流量センサ５の出力信号に基づいて体外循環回路２における血液の流れの状態をモニタする機能を制御ユニット６が設けられた駆動システムが存在する場合、その制御ユニット６に対して図３及び図４の処理を実行するようにコンピュータプログラムを追加し、又は改修することによって実現することが可能である。すなわち、制御ユニット６が図３及び図４の処理を実行するようにコンピュータプログラムＰＧを構成することにより、ポンプハウジング１０への血液の充填が不適な状態で血液ポンプ３が駆動されることを未然に防止するフェールセーフ機能を駆動システム１に実装することが可能である。

【0031】

図５は、上述した駆動システム１が適用されるべき体外循環回路２の一例を示し、図中の矢印は血液の流れ方向を示している。図５の例において、体外循環回路２は、貯血槽５０及び人工肺５１を含んでいる。貯血槽５０の上流側には、患者から取り出された血液を取り込む脱血回路５２、吸引回路５３、陰圧吸引補助回路５４及び補液充填回路５５が接続されている。血液ポンプ３の吸込口１０ａは貯血槽５０の下流側と接続され、血液ポンプ３の吐出口１０ｂは人工肺５１の上流側と接続されている。流量センサ５は血液ポンプ３の吐出口１０ｂと人工肺５１との間に設けられる。なお、人工肺５１の下流側には患者に血液を送り込むための送血回路５６が接続され、その送血回路５６には動脈フィルタ５７が設けられている。また、人工肺５１には不図示のガス供給源から酸素交換用のガスを送り込むためのガス供給回路５８が接続されている。さらに、人工肺５１と貯血槽５０とは採血回路５９にて接続され、その採血回路５９には活栓６０が設けられている。なお、動脈フィルタ５７よりも下流側にて送血回路５６は脱血回路５２と再循環回路６１を介して接続されるが、体外循環の実施中その再循環回路６１は閉鎖される。

【0032】

図５の例において、体外循環を開始する場合には、貯血槽５０に血液を注入し、その貯血槽５０に蓄えられた血液を血液ポンプ３に導いてポンプハウジング１０の内部に血液を充填し、その後に制御ユニット６（図１）に対して血液ポンプ３の起動を指示すればよい。この場合、充填が不十分であれば図３のステップＳ１２が否定的に判断されるため、ポンプハウジング１０内に十分な量の血液が充填されていない状態で血液ポンプ３が起動される不都合を未然に防止することができる。

【0033】

図６は、上述した駆動システム１が適用されるべき体外循環回路２の他の例を示し、図中の矢印は血液の流れ方向を示している。なお、図６において図５と共通する要素には同一の参照符号が付されている。図６に例示する体外循環回路２においては、図５に示した貯血槽５０が省略されている。脱血回路５２には、補液充填回路５５がコネクタ６２を介して接続されている。補液充填回路５５から補充される血液はそのコネクタ６２を介して脱血回路５２に導入される。血液ポンプ３の吸込口１０ａはコネクタ６２の下流側と接続され、吐出口１０ｂは人工肺５１の上流側と接続されている。流量センサ５は図５の例と同じく血液ポンプの吐出口１０ｂと人工肺５１との間に設けられる。

【0034】

図６の例において、体外循環を開始する場合には、補液充填回路５５からコネクタ６２及び脱血回路５２を介して血液ポンプ３に導いてポンプハウジング１０の内部に血液を充填し、その後に制御ユニット６（図１）に対して血液ポンプ３の起動を指示すればよい。この場合も、充填が不十分であれば図３のステップＳ１２が否定的に判断されるため、ポンプハウジング１０内に十分な量の血液が充填されていない状態で血液ポンプ３が起動される不都合を未然に防止することができる。なお、図６の例では、脱血回路５２の上流側に脱血カニューレ用コネクタ６３が、送血回路５６の下流側に送血カニューレ用コネクタ６４が設けられ、それらのコネクタ６３、６４が再循環回路６１を介して相互に接続されている。その接続は、血液ポンプ３に血液を送り込む場合に行われるものである。体外循環の実施時には、脱血カニューレ用コネクタ６３が患者側の脱血カニューレと、送血カニューレ用コネクタ６４が患者側の送血カニューレとそれぞれ接続される。

【0035】

以上の実施形態では、制御ユニット６のモニタ部３１が図３のステップＳ１１～Ｓ１４の処理を実行することにより充填判別手段の一例として機能し、駆動制御部３０が図４のステップＳ２１、Ｓ２２及びＳ２４の処理を順次実行することにより制限手段の一例として機能する。

【0036】

本発明は上述した形態に限定されず、種々の変形又は変更が施された形態にて実施されてよい。例えば、以上の説明では、体外循環を開始する際に図３及び図４の処理を実行して血液の充填が不適な場合の血液ポンプ３の起動を阻止するものとしたが、本発明はそのような例に限定されない。例えば、図３及び図４の処理を体外循環の実施中にも適宜に実行し、ポンプハウジング内の血液の充填状態が動圧軸受による支持の観点から不適となった場合に駆動装置によるポンプの駆動を停止するようにしてもよい。

【0037】

本発明に係る駆動システムが適用されるべきポンプは体外循環回路に用いられる血液ポンプに限らない。動圧軸受式ポンプを用いて液体を送液する限りにおいて、種々のシステムに本発明の駆動システムを適用することが可能である。動圧軸受式ポンプは回転体の回転に伴う遠心力を利用して送液する遠心ポンプに限らない。回転体の回転を利用して送液作用を生じさせる限り、適宜のタイプのポンプが用いられてよい。

【符号の説明】

【0038】

１ 駆動システム
２ 体外循環回路
３ 血液ポンプ（動圧軸受式ポンプ）
４ 駆動ユニット（駆動装置）
５ 流量センサ
６ 制御ユニット（制御装置）
１０ ポンプハウジング
１０ａ 吸込口
１０ｂ 吐出口
１１ インペラ（回転体）
３０ 駆動制御部（制限手段）
３１ モニタ部（充填判別手段、モニタ手段）
ＤＢ１、ＤＢ２ 動圧軸受
Ｇ１、Ｇ２ 隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】