JPH0255052B2 - - Google Patents
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- JPH0255052B2 JPH0255052B2 JP55184470A JP18447080A JPH0255052B2 JP H0255052 B2 JPH0255052 B2 JP H0255052B2 JP 55184470 A JP55184470 A JP 55184470A JP 18447080 A JP18447080 A JP 18447080A JP H0255052 B2 JPH0255052 B2 JP H0255052B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- blood
- blood chamber
- chamber
- flow
- pump
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- External Artificial Organs (AREA)
Description
本発明は人工心臓、人工肺等のサツク型血液ポ
ンプ装置に関するものである。
近年、開心手術やその他の手術の際に、例えば
体外において、補助的にかつ一時的に心臓の機能
を代替させる為の人工心臓の開発が進められてい
る。人工心臓が実用に供せられる為には、血液ポ
ンプの送り出す血液流量及びその圧力波形が生体
の血液循環を生理的に充分に維持するに足ること
が前提となる。
即ち、人工心臓としての機能を果す為には、ま
ず第1に血液ポンプの呈する血圧曲線が自然心臓
のそれにできる限り近いこと、最も理想的には同
じであることが必要である。もし自然心臓の呈す
る血圧曲線との差が大きいと、生体側の対応が限
界を越えてしまつて患者の体調に不調を来たし、
非常に危険である。
また更に重要なのは人工心臓を使用する際の血
液への影響である。すなわち使用中の人工心臓内
に血栓が生じないことは勿論溶血などの悪影響を
極小にしなければならない。
ここで、重要なことは、通常、このような人工
心臓を使用する患者は極度に衰弱していることで
ある。従つて、極く僅かの自然心臓との差が致命
的になるほど敏感に反応することに留意しなけれ
ばならない。この為、少なくとも補助的な人工心
臓として使用している期間(1〜2週間ないし3
〜6ケ月)内での異常発生を最小に、望ましくは
皆無にする必要がある。たとえ少数回の異常であ
つても、患者にとつては致命的になることがあり
得るからである。
また、血液ポンプにあつては、本願発明に係る
サツク型とは別にチユーブ型のものも提案されて
いるが、該型においては構造上相対向するチユー
ブの壁面が接触することがなく、入口から出口へ
一方向性で拍出され、このためチユーブの収縮に
よる拍出とは無関係に流入した血液が拍動条件に
左右されずに流出することが多く、そのため生体
心臓の補助機能を減殺させるという問題があり、
さらに生体心臓の回復につれて拍出流量を低流量
化にする必要があり、相対向する壁面が互いに接
触しないこの型のポンプにあつては拍出がスムー
ズにゆかない等の問題がある。
一方、サツク型血液ポンプ装置についても形状
等は提案されているが、該ポンプにおいては拍動
に伴う衝撃を吸収するつば部が設けられていない
ため血液チヤンバーと導入・出管等との接合部が
剥離し易く、また血液チヤンバーの相対向する壁
面の最初の接触点やそれを効率的に得る血液チヤ
ンバーの構造上の条件等についてもないことより
血液チヤンバー内での渦流がスムーズに生じず血
栓を生じ易い等の問題がある。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたも
のであつて、第1図及び第2図に示すように気体
を導入及び排出する為のポート9を有する耐圧性
のハウジングアウターケース1内に偏平袋状の血
液チヤンバー2が、その上部に設けられたつば部
3を介して気密に収納され、前記血液チヤンバー
2に連通し、かつ前記つば部の上部にのびる血液
導入用導管4と、血液排出用導管5がほゞ平行し
て一体的に配設されたサツク型血液ポンプ装置で
あつて、前記血液チヤンバー2の中心線における
高さLと前記血液チヤンバーの最大幅D、および
前記血液チヤンバーの無負荷状態における最大厚
みWとの間に
(1) 0.8≦D/L≦2.0
(2) 1.5≦D/W≦3.0
なる関係を有し、前記血液チヤンバーの互に対向
する内壁面どうしが少なくとも所定の部分におい
て接触するように構成され、かつ前記血液チヤン
バー2を構成する狭面積面における外郭線が、前
記つば部に直交して伸びる直線部とこれにつなが
る曲線部とからなり、前記直線部の長さl′と、前
記血液チヤンバーの最大幅Dとの間に
(3) 0≦l′<D
なる関係を満すことを特徴とするサツク型血液ポ
ンプ装置に関する。
以下、本発明の実施例について図面にもとづき
説明する。
本実施例の人工心臓は、いわゆるサツク型空動
式人工心臓であつて、偏平形状の横断面を有する
筒状の耐圧性ハウジングアウターケース1と血液
導入用導管4および血液排出用導管5が略平行し
て偏平状の血液チヤンバー2上部に夫々連通して
設けられた血液ポンプ本体とからなり、前記血液
チヤンバー部2と前記血液導入、排出管4,5の
間につば部3が導入・排出管と一体的に設けら
れ、このつば部によつて前記血液ポンプ本体が気
密に耐圧性ハウジングアウターケース1に接着さ
れて血液ポンプとなるように構成されている。
血液導入管4および血液排出管5には逆止弁
6,7が夫々設けられており、その際、血液導入
用導管4の逆止弁6が血液導入用に、又、血液排
出用導管5の逆止弁7が血液排出用に夫々セツト
されている。
血液チヤンバーの上部に設けられているつば部
3は超音波融着あるいは接着剤等により気密に取
付けられる。なお、この場合、つば部3をビス止
めして取付けるようにしても良い。
ハウジングアウターケース1の下部には、空気
を導入及び排出する為のポート9が設けられ、こ
のポート9に導管が接続される。なお、本例で
は、人工心臓を空気によつて駆動するようにして
いるが、炭酸ガスやその他の気体によつて駆動す
るようにしても良い。
この人工心臓の動作を説明すると、まず、ポー
ト9を通じてハウジングアウターケース1の内部
に空気を圧入し、血液チヤンバー部を押しつぶ
す。すると、血液チヤンバー2内にあつた血液は
逆止弁7を通じて血液排出用導管5から押し出さ
れる。この時、血液導入用導管4の逆止弁6は閉
じている。次いで、ハウジングアウターケース1
内を減圧すると、血液チヤンバーは弾性復元力に
より、膨張して血液チヤンバー2の容積を増大さ
せる。そこで、今度は血液導入用導管4の逆止弁
6が開き、この血液導入用導管4から血液チヤン
バー2内に血液が導入される。この時には、血液
排出用導管5の逆止弁7が閉じている。この動作
を順次繰返すことによつて、周期的に血液を送り
出すようになつている。
本実施例において重要な点は、第2図に示すよ
うに、血液チヤンバー2の横断面形状が偏平であ
りかつ、血液チヤンバー2が一定の範囲の形状を
とつていることである。
血液ポンプが補助的な人工心臓として充分にそ
の機能を果す為には、心拍数が60〜120回/min
で、少なくとも1ケ月の間は異常の発現なしに全
く同様のパターンで血液チヤンバー2が収縮及び
膨張の動作を行なわなければならない。言い換え
ると、このおびただしい回数の心拍数を通じて、
血液チヤンバーからの血液を拍出する挙動が常に
一定に保たれなければならない。
更に重要なことは血液チヤンバー2への血液の
導入、及び血液チヤンバー2からの血液の拍出に
際し、血液が不利な影響を受けないことである。
このためには血液チヤンバー2に血液が導入され
るとき、血液の動的な流れ挙動が自然で無理のな
いこと、又血液の拍出するときの動的な流れの挙
動も同様に自然であることがよい。この際に不自
然な流れや渦流滞溜部が生じると血液は敏感に反
応し溶血現象など悪影響を生じるのである。又血
液チヤンバー2内の血液の一拍出毎の置換度も血
液損傷に影響する。
本発明者は人工心臓ポンプの血液チヤンバー2
内への血液の流れの態様と血液チヤンバーの形
状、血液の溶血現象を種々調べ、その知見に基い
て本発明をなしたものであつて、この点について
第2図にもとづき詳しく説明する。
この第2図Aは袋状の血液チヤンバー2をその
偏平な側面(以下「広面積断面」と言う)に沿つ
て切つた縦断面図である。
第2図Bには第2図Aの面と直角方向の縦の断
面図(以下「狭面積断面」と言う)が示されてい
る。
本発明者は、すでに述べた人工心臓として最も
安定に自然心臓に近い挙動で血液を拍出し、かつ
血液に対する好ましくない反応を最少にする血液
チヤンバーの形状について種々検討を行い、次に
示すような条件を満足する場合、血液に対する溶
血などの悪影響が極めて少なく、血液の拍出挙動
も自然心臓のそれに非常に近づけうることを見出
したものである。
第2図中、血液チヤンバーの中心線における高
さL、血液チヤンバーの最大巾D、血液チヤンバ
ーの無負荷状態の最大厚みW、血液チヤンバーの
広面積断面における外郭線の直線部の長さl′との
間に
0.8≦D/L≦2.0 好ましくは−(1)
0.9≦D/L≦1.8
1.5≦D/W≦3.0 好ましくは−(2)
1.8≦D/W2.5
0≦l′<D 好ましくは−(3)
0≦l′≦0.5D
の条件を満足する場合、極めて好結果をうること
を知つた。
本図において血液ポンプのつば部3は血液チヤ
ンバー部1と導管4,5の中間に一体に成型され
ていてよく、又第2図Aに示したように一体に成
型されている血液ポンプ本体に丁度気密にはめ込
めるようなつば(第2図C)を、血液チヤンバー
に連通した血液導入及び排出用の導管にはめ込ん
で気密に接着させてもよい。
又、第2図Aにおいて血液ポンプ本体のつば部
3から、血液チヤンバーの中心線の最高部Pに至
る凹み形状は種々の形、たとえば第3図Aのよう
に半円状、又第4図Bの破線円内に示したように
放物線様であつてもよく、又鋭角的にとがつた形
状のものでもよい(第4図A)。血液の流れの面
からは全体的になめらかな曲線の方が望ましく、
半円形もしくは放物線状のものの方が望ましい。
本発明者は血液チヤンバーの最大巾Dと高さL
の比と血液の血液チヤンバー内の流れ、および拍
出毎に血液チヤンバー内にある血液の、新たに導
入される導入血への置換度(別の表現をすれば一
旦血液チヤンバーに導入された血液量と拍出され
ずに残つた血液量の比)が極めて重要であると見
出した。理想的には拍出毎に血液チヤンバー内の
全血が拍出されるのがよいと考えられ、又導入さ
れる血液の流れが、血液に損傷を与えない流れを
なすことがよい。
本発明の例として第3図を示す。これは血液チ
ヤンバー広面積断面の下半部は半径D/2の半円
状であり、直線部の長さl′=D/4に設定された
ものである。本例では2つの導管の間も縦断面半
円形の形に成形されている。本図を用いて血液の
流れを説明する。まず血液の拍出される態様であ
るが、ハウジングアウターケース1に空気が圧入
されると第3図B破線で示したように血液チヤン
バーは圧縮され、まず両広面積面が両側から接近
して接触する。血液チヤンバー内の血液はこの接
触点を中心に第3図Aに矢印で示したようにスム
ーズな同心円的な流れを伴ないながら拍出され
る。この流れがスムーズにゆくために血液チヤン
バーの両広面積面の最初の接触点が重要であつ
て、この点は広面積面の縦の中心線上にあつて、
血液チヤンバーの底部から0.2Lと0.4Lの間の高さ
の間であつて、前記中心線から幅方向に0.15Dの
範囲の内部に常に入るようにする必要がある。す
なわち、この範囲からはずれる場合には、例え
ば、底部を最初の接触点とした場合に、底部の部
分が繰返しの激しい拍動により亀裂を生じ易く、
かつ第3図に示すようなスムーズな渦流も得られ
ない。また、上部側にはずれて最初の接触点がく
るように血液チヤンバーが構成された場合に、血
液チヤンバー全体がひしやげ難くなつてスムーズ
な拍動が得られなくなる。さらに、0.15Dより横
側にはずれて最初の接触点がくるように血液チヤ
ンバーが構成された場合に、スムーズな渦流が生
じないのは勿論のこと、入口から出口へ血流が流
れ難くなつて、いずれにせよ好ましくない結果と
なる。従つて、血液チヤンバー内の血流の流れを
常に、不自然な渦流を生ぜしめないで一定に保つ
上で重要である。このために、血液チヤンバーの
偏平度が大切でD/Wの比が1.5〜3.0の範囲に入
らなければならない。この比が1.5以下の場合、
拍出毎に広面積面の接触点が変わり、たとえばこ
の比が1.0の場合(たとえば血液チヤンバーが円
筒型や電燈型の場合)血液の拍出毎(換言すれば
血液チヤンバーの圧縮毎)に血液チヤンバーの最
初の接触点が一定せず、複雑な渦流を生じる上、
血液の流れの態様も常に一定せず血液は溶血その
他の悪影響を受ける。
即ち、空気圧によつて袋状血液チヤンバーがひ
しやげる際、円筒形状の場合には、そのひしやげ
始めの位置が定まらず、又、袋状部材のひしやげ
に伴なう血液チヤンバーの容積変化の挙動もその
度毎に千差万別であり、更に、血液チヤンバーの
最小容積も加圧の度に異なつてしまうという現象
が頻発する。この為、このような構造の人工心臓
ではとうてい血液の拍出量や血圧曲線を一定に保
つことは覚つかない。
一方、血液チヤンバー2の偏平率(D/W)が
3.0より大きいと、今度は逆に、ハウジング1内
が減圧されて血液チヤンバー2の容積が増加する
時の血液チヤンバー2の膨張挙動が不安定になつ
てくる。
又、余りに血液チヤンバーが偏平にすぎると血
液に急激な流れを瞬間的に与えすぎることとなつ
て血液の損傷を伴うようになる。又血液の流れが
すでに述べたように(第3図のように)流れるに
は広面積断面の外郭線が重要であつて、すでにの
べた血液チヤンバーの圧縮時の広面積面の最初の
接触点を中心に円形状の流れを生ずるためには、
その流れに沿うような曲線であれば最も理想的で
ある。第3図の例では直線部の長さl′はD/4に
設定されているがこの部分が余りに長いと、第5
図に示したように血流の方向が不安定になつて、
拍出毎に異なつた流れを生じるようになる。これ
を防ぐためには本発明者は2つの要件が必要であ
ることを見出した。そのひとつは前記した偏平度
(D/W)であり、もうひとつは血液チヤンバー
の最大巾Dと高さLの関係であつて
0.8≦D/L≦2.0 更に望ましくは
0.9<D/L≦1.8
であることが必要である。
第6図に広面積断面の外郭の直線部l′=0の
例、第7図に同じく広面積断面においてD/L=
2.0の例を示した。
第6図の血液チヤンバーの外郭線は放物線で形
成された例で、血液チヤンバーの中心線における
高さがつば部に至つている例である。
D/Lの比が2.0以上になると(第7図に矢印
で示してあるが)血流の流れが血液チヤンバーの
内で円形状に流れず左右両側、すなわち血液導出
管の方だけでなく血液導入管の方に逆もどりする
ような流れを生じて好ましくない。
したがつて本発明に示した範囲内に入ることが
不可欠である。
本発明の前記要件を満たすときは、血液チヤン
バー2内には、いつも一定の血液の流れを再現性
良く作り出すことができ、従つて、逆止弁7を通
じて各心拍毎に全く同じ挙動で血液が拍出される
ようになる。このように、いつも一定の安定した
血流を血液チヤンバー2内で作ることは、抗血栓
性保持や溶血防止の為にも必要なことである。
本実施例に用いられる血液チヤンバー部2およ
び導管4,5、即ち血液との接触部は高分子弾性
材料で構成することができ、その素材としては、
軟質ポリ塩化ビニル又はポリウレタンが特に優れ
ている。この場合、軟質ポリ塩化ビニルは、ポリ
塩化ビニルと可塑性組成物よりなる、いわゆるポ
リ塩化ビニルペーストで成型されても良い。
この軟質ポリ塩化ビニルに用いることのできる
適当な可塑剤としては、ジオクチルフタレート
(DOP)、ジブチルフタレート(DBP)、ブチルベ
ンジルフタレート(BBP)、ジオクチルアジペー
ト(DOA)、ブチルフタリルブチルグリコレート
(BPBG)、メチルアセチルリシオネート
(MAR)、アセチルトリブチルサイトレート
(ATBC)等の公知の塩ビ可塑剤が挙げられる。
この場合、可塑剤の混合量は、ポリ塩化ビニルに
対して40〜100重量%であるのが好ましく、50〜
80重量%であるのが更に好ましい。
又、このポリ塩化ビニルは、公知の適当な安定
剤、例えば無毒性のカルシウム−亜鉛有機複合体
等を含有していても良い。ポリ塩化ビニルの重合
度は500〜2000のものを用いるのが好ましい。
本実施例の素材として用いられるポリウレタン
には、大別してポリエーテル系ポリウレタンとポ
リエステル系ポリウレタンとがあり、両者とも使
用可能であるが、弾性特性及び耐疲労特性の点か
らポリエーテル系ポリウレタンを用いるのが好ま
しい。
血液チヤンバー部には弾性特性、弾性回復特性
及び耐疲労特性が要求されるので、ポリエーテル
系ポリウレタンで構成するのが最適である。
ポリエーテル系ポリウレタンのポリエーテル部
としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピ
レングリコール、ペンタメチレングリコール、ジ
グライム等を用いることができる。
本実施例における血液チヤンバー部2の膜厚
は、血液チヤンバー部2が軟質ポリ塩化ビニルで
構成された場合には、その反発特性と耐疲労性か
ら、0.3〜2.0mmであるのが好ましく、0.5〜1.5mm
であるのが更に好ましく、0.6〜1.2mmであるのが
更に一層好ましい。又、血液チヤンバー2がポリ
ウレタン素材で構成された場合には、0.2〜1.5mm
の膜厚が好ましく、0.3〜1.2mmが更に好ましく、
0.5〜1.0mmが更に一層好ましい。この厚みが余り
大きいと、ハウジングアウターケース1内を加圧
又は減圧した時に、血液チヤンバー2の動作タイ
ミングが遅延したり、その変形時間が長く伸びた
りするので、適当な血液の拍出挙動は得られな
い。逆に、この膜厚が余り薄すぎると、血液チヤ
ンバー部の変形挙動が過敏になるので、そのコン
トロールが難かしくなつてしまう。
本実施例に用いられる逆止弁6,7としては、
公知の或いは市販の弁を用いることができる。こ
のような公知の或いは市販の弁には、ボール型、
デイスク型、リーフレツト型、中心流型等があ
る。
本実施例の人工心臓においては、その血液との
接触面を抗血栓性に優れた物質でコーテイングし
て、血液に対する適合性を向上させることができ
る。例えば、ジメチルシロキサンによる表面処
理、ポリエーテル系ポリウレタン−ポリジメチル
シロキサンのブロツク共重合体によるコーテイン
グ処理等を行なつて良い。
以上本願発明を人工心臓にもとづき説明した
が、本願発明は同様に人工肺等にも当然に適用で
きるものである。
実施例 1
血液の流れを可視的に観察するためにD/L、
D/W、l′を夫々変更させた軟質ポリ塩化ビニル
製の血液ポンプを試作し、モデル駆動装置につけ
て実験を行つた。血液チヤンバーの壁の厚みは
1.0mmであつた。血液の流れをみるために凝似血
液として、血液の粘性挙動、表面張力と類似の液
体として、蒸溜水にポリアクリル酸ソーダー、ノ
ニオン系界面活性剤、緩衝剤を加え血液に類似し
たズリ粘度7〜80sec-1の間で粘度が3.0〜4.0cps
に変化するものを調製した。この液体の表面張力
は52ダイン/cmであつた。血液ポンプ装置を公知
のモデル駆動装置につけ、駆動させつつポンプの
内部に黒インクを流し込み、流れの様子を観察す
るとともにポンプ内からこの黒インクが完全に消
失するまでの時間を測定した。その結果を第1表
に示した。この実験でD=60mmである。
The present invention relates to a pump type blood pump device such as an artificial heart or an artificial lung. 2. Description of the Related Art In recent years, progress has been made in the development of artificial hearts for auxiliary and temporary replacement of the functions of the heart, for example outside the body, during open heart surgery and other surgeries. In order for an artificial heart to be put into practical use, it is a prerequisite that the blood flow rate and its pressure waveform pumped out by a blood pump are sufficient to physiologically maintain blood circulation in a living body. That is, in order to function as an artificial heart, it is first necessary that the blood pressure curve exhibited by the blood pump be as close as possible to that of a natural heart, and most ideally, be the same. If the difference from the blood pressure curve exhibited by the natural heart is large, the response of the living body will exceed its limits and the patient will become unwell.
Very dangerous. Even more important is the effect on blood when using an artificial heart. That is, it is necessary not only to prevent thrombus from forming within the artificial heart during use, but also to minimize adverse effects such as hemolysis. What is important here is that patients who use such artificial hearts are usually extremely weak. Therefore, it must be noted that the heart reacts so sensitively that even the slightest difference from the natural heart can be fatal. For this reason, at least the period of use as an auxiliary artificial heart (1 to 2 weeks to 3 weeks)
It is necessary to minimize, preferably eliminate, the occurrence of abnormalities within 6 months). This is because even a small number of abnormalities can be fatal to the patient. In addition, with regard to blood pumps, tube type blood pumps have been proposed in addition to the sac type according to the present invention, but in this type, the walls of the tubes facing each other do not come into contact with each other due to the structure, and from the inlet. Blood is ejected unidirectionally to the outlet, and for this reason, blood that has flown in regardless of ejection due to contraction of the tube often flows out unaffected by the pulsation conditions, which reduces the assistive function of the living heart. There is a problem,
Furthermore, as the living heart recovers, it is necessary to lower the ejection flow rate, and this type of pump, in which the opposing wall surfaces do not come into contact with each other, has problems such as difficulty in ejecting smoothly. On the other hand, although the shape etc. of the sac-type blood pump device have been proposed, this pump does not have a collar to absorb the shock caused by the pulsation, so the joint between the blood chamber and the inlet/outlet tube, etc. In addition, there is no initial point of contact between the opposing walls of the blood chamber or structural conditions of the blood chamber to efficiently obtain this point, so vortex flow within the blood chamber does not occur smoothly and clots occur. There are problems such as easy to cause. The present invention has been made in view of such problems, and as shown in FIGS. 1 and 2, a pressure-resistant housing outer case 1 having ports 9 for introducing and discharging gas. A blood chamber 2 in the shape of a flat bag is airtightly housed through a collar 3 provided at the top thereof, and a blood introduction conduit 4 that communicates with the blood chamber 2 and extends above the collar; It is a sac-type blood pump device in which discharge conduits 5 are integrally arranged substantially parallel to each other, and the height L at the center line of the blood chamber 2, the maximum width D of the blood chamber, and the width of the blood chamber 2 are (1) 0.8≦D/L≦2.0 (2) 1.5≦D/W≦3.0, and the mutually opposing inner wall surfaces of the blood chamber The contour line of the narrow area surface that is configured to contact at least a predetermined portion and that constitutes the blood chamber 2 is composed of a straight line portion extending perpendicularly to the brim portion and a curved portion connected thereto, and The present invention relates to a sac-type blood pump device characterized in that the length l' of the section and the maximum width D of the blood chamber satisfy the relationship (3) 0≦l'<D. Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings. The artificial heart of this embodiment is a so-called sac-type pneumatic artificial heart, and has a cylindrical pressure-resistant housing outer case 1 having a flat cross section, a blood introduction conduit 4, and a blood discharge conduit 5. It consists of a blood pump main body that is connected to the upper part of a blood chamber 2 that is parallel and flat, and a collar part 3 is provided between the blood chamber part 2 and the blood introduction and discharge pipes 4 and 5 for introducing and discharging the blood. The blood pump body is provided integrally with the tube, and the blood pump body is hermetically bonded to the pressure-resistant housing outer case 1 through this collar portion to form a blood pump. The blood introduction pipe 4 and the blood discharge pipe 5 are provided with check valves 6 and 7, respectively. In this case, the check valve 6 of the blood introduction pipe 4 is used for blood introduction, and the blood discharge pipe 5 is provided with check valves 6 and 7, respectively. Check valves 7 are respectively set for blood discharge. The collar 3 provided at the top of the blood chamber is airtightly attached by ultrasonic welding or adhesive. In this case, the flange portion 3 may be attached with screws. A port 9 for introducing and discharging air is provided at the lower part of the housing outer case 1, and a conduit is connected to this port 9. In this example, the artificial heart is driven by air, but it may be driven by carbon dioxide or other gases. To explain the operation of this artificial heart, first, air is forced into the housing outer case 1 through the port 9 to crush the blood chamber. Then, the blood in the blood chamber 2 is pushed out from the blood discharge conduit 5 through the check valve 7. At this time, the check valve 6 of the blood introduction conduit 4 is closed. Next, housing outer case 1
When the internal pressure is reduced, the blood chamber expands due to its elastic restoring force, increasing the volume of the blood chamber 2. Then, the check valve 6 of the blood introduction conduit 4 is opened, and blood is introduced into the blood chamber 2 from the blood introduction conduit 4. At this time, the check valve 7 of the blood discharge conduit 5 is closed. By sequentially repeating this operation, blood is pumped out periodically. The important point in this embodiment is that, as shown in FIG. 2, the cross-sectional shape of the blood chamber 2 is flat and that the blood chamber 2 has a shape within a certain range. In order for the blood pump to fully perform its function as an auxiliary artificial heart, the heart rate must be between 60 and 120 beats/min.
Therefore, the blood chamber 2 must perform contraction and expansion operations in exactly the same pattern for at least one month without any abnormalities occurring. In other words, through these countless heartbeats,
The behavior of ejecting blood from the blood chamber must remain constant at all times. What is more important is that the blood is not adversely affected during the introduction of blood into the blood chamber 2 and the ejection of blood from the blood chamber 2.
To this end, when blood is introduced into blood chamber 2, the dynamic flow behavior of the blood must be natural and reasonable, and the dynamic flow behavior when blood is pumped out must also be natural. That's good. At this time, if an unnatural flow or vortex stagnation occurs, blood reacts sensitively and adverse effects such as hemolysis occur. The degree of displacement of blood within the blood chamber 2 per stroke also affects blood damage. The inventor has developed a blood chamber 2 of an artificial heart pump.
The present invention was developed based on the findings of various investigations into the inward flow of blood, the shape of the blood chamber, and the phenomenon of hemolysis of blood.This point will be explained in detail with reference to FIG. FIG. 2A is a longitudinal cross-sectional view of the bag-shaped blood chamber 2 taken along its flat side (hereinafter referred to as "wide-area cross section"). FIG. 2B shows a vertical sectional view (hereinafter referred to as "narrow area cross section") in a direction perpendicular to the plane of FIG. 2A. The present inventor conducted various studies on the shape of the blood chamber that would pump blood most stably in the artificial heart in a behavior similar to that of a natural heart, and minimize unfavorable reactions to blood, as described below. It has been discovered that when these conditions are satisfied, adverse effects such as hemolysis on blood are extremely small, and blood pumping behavior can be very similar to that of a natural heart. In Figure 2, the height L at the center line of the blood chamber, the maximum width D of the blood chamber, the maximum thickness W of the blood chamber in an unloaded state, and the length l' of the straight part of the outline of the blood chamber in a wide area cross section. 0.8≦D/L≦2.0 Preferably -(1) 0.9≦D/L≦1.8 1.5≦D/W≦3.0 Preferably -(2) 1.8≦D/W2.5 0≦l'<D It has been found that very good results can be obtained if the following conditions are preferably satisfied: -(3) 0≦l'≦0.5D. In this figure, the collar part 3 of the blood pump may be integrally molded between the blood chamber part 1 and the conduits 4, 5, or may be integrally molded with the blood pump main body which is integrally molded as shown in FIG. 2A. A collar (FIG. 2C) which can be fitted in a hermetically tight manner may be fitted and hermetically adhered to the blood inlet and outlet conduits communicating with the blood chamber. In addition, in FIG. 2A, the concave shape from the flange 3 of the blood pump body to the highest point P of the center line of the blood chamber may be of various shapes, such as a semicircular shape as shown in FIG. 3A, or a concave shape as shown in FIG. 4. It may have a parabolic shape as shown in the broken line circle in B, or it may have an acutely pointed shape (FIG. 4A). From the perspective of blood flow, a smooth curve is preferable overall.
A semicircular or parabolic shape is preferable. The inventor has determined the maximum width D and height L of the blood chamber.
and the flow of blood in the blood chamber, and the degree of replacement of the blood in the blood chamber with newly introduced blood at each stroke (in other words, the ratio of blood that has been introduced into the blood chamber) They found that the ratio between the amount of blood remaining and the amount of blood remaining without pumping out is extremely important. Ideally, the whole blood in the blood chamber should be ejected with each ejection, and the flow of blood introduced should be such that it does not damage the blood. FIG. 3 is shown as an example of the present invention. The lower half of the wide-area cross section of the blood chamber has a semicircular shape with a radius of D/2, and the length of the straight section is set to l'=D/4. In this example, the space between the two conduits is also shaped to have a semicircular longitudinal section. The flow of blood will be explained using this diagram. First, blood is pumped out. When air is pressurized into the housing outer case 1, the blood chamber is compressed as shown by the broken line in FIG. Contact. The blood in the blood chamber is pumped out with a smooth concentric flow centered on this contact point as shown by the arrows in FIG. 3A. In order for this flow to proceed smoothly, the first point of contact between both wide-area surfaces of the blood chamber is important, and this point is on the vertical center line of the wide-area surfaces.
It must be between a height of 0.2L and 0.4L from the bottom of the blood chamber and always within a range of 0.15D in the width direction from the center line. In other words, if it deviates from this range, for example, when the bottom is the first contact point, the bottom part is likely to crack due to repeated violent pulsations,
Moreover, a smooth vortex as shown in FIG. 3 cannot be obtained. Furthermore, if the blood chamber is constructed so that the first point of contact is off to the upper side, the blood chamber as a whole becomes difficult to compress, making it impossible to obtain smooth pulsation. Furthermore, if the blood chamber is configured so that the first point of contact is located laterally than 0.15D, not only will a smooth vortex not occur, but blood will also have difficulty flowing from the inlet to the outlet. In any case, the result is unfavorable. Therefore, it is important to maintain a constant flow of blood within the blood chamber without causing unnatural vortices. For this purpose, the flatness of the blood chamber is important, and the D/W ratio must be in the range of 1.5 to 3.0. If this ratio is less than or equal to 1.5,
The point of contact on the large surface changes with each ejection, and for example, if this ratio is 1.0 (for example, if the blood chamber is cylindrical or light-shaped), the blood will change with each ejection of blood (in other words, each time the blood chamber is compressed). The initial contact point of the chamber is not constant, creating a complex vortex, and
The flow of blood is not always constant, and the blood is subject to hemolysis and other adverse effects. That is, when a bag-shaped blood chamber is crushed by air pressure, in the case of a cylindrical shape, the position at which the bag-shaped blood chamber starts to collapse is not determined, and the blood chamber is crushed as the bag-shaped member is crushed. The behavior of volume change also varies greatly each time, and furthermore, the phenomenon that the minimum volume of the blood chamber also changes each time pressurization occurs frequently. For this reason, it is difficult to maintain a constant blood output volume and blood pressure curve with an artificial heart of this type of structure. On the other hand, the oblateness (D/W) of blood chamber 2 is
If it is larger than 3.0, the expansion behavior of the blood chamber 2 becomes unstable when the pressure inside the housing 1 is reduced and the volume of the blood chamber 2 increases. Furthermore, if the blood chamber is too flat, too rapid a flow will be instantaneously applied to the blood, resulting in damage to the blood. Also, as already mentioned (as shown in Figure 3), the outline of the wide area cross section is important for the blood to flow, and the first contact point of the wide area surface when the blood chamber is compressed is important for blood flow. In order to generate a circular flow around
A curve that follows that flow is most ideal. In the example shown in Figure 3, the length l' of the straight part is set to D/4, but if this part is too long, the 5th
As shown in the figure, the direction of blood flow becomes unstable,
Each stroke produces a different flow. In order to prevent this, the inventor found that two requirements are necessary. One is the flatness (D/W) mentioned above, and the other is the relationship between the maximum width D and height L of the blood chamber, which is 0.8≦D/L≦2.0, more preferably 0.9<D/L≦1.8. It is necessary that Fig. 6 shows an example of the straight line part l' = 0 of the outer contour of a wide area cross section, and Fig. 7 shows an example of D/L = 0 in the same wide area cross section.
An example of 2.0 was shown. The outline of the blood chamber in FIG. 6 is an example formed by a parabola, and the height at the center line of the blood chamber reaches the brim. When the D/L ratio exceeds 2.0 (as indicated by the arrow in Figure 7), the blood flow does not flow in a circular shape within the blood chamber, and blood flows not only toward the left and right sides, that is, toward the blood outlet tube, but also toward the blood outlet tube. This is undesirable because it causes a flow that flows back toward the introduction pipe. Therefore, it is essential to fall within the range indicated in the present invention. When the above-mentioned requirements of the present invention are met, a constant flow of blood can always be produced in the blood chamber 2 with good reproducibility, and therefore blood flows through the check valve 7 with exactly the same behavior every heartbeat. It starts to get pumped out. In this way, it is necessary to always create a constant and stable blood flow within the blood chamber 2 in order to maintain antithrombotic properties and prevent hemolysis. The blood chamber part 2 and the conduits 4 and 5 used in this embodiment, that is, the parts that come into contact with blood, can be made of an elastic polymer material, and the material is as follows:
Particularly suitable are soft polyvinyl chloride or polyurethane. In this case, the soft polyvinyl chloride may be molded with a so-called polyvinyl chloride paste made of polyvinyl chloride and a plastic composition. Suitable plasticizers that can be used in this flexible polyvinyl chloride include dioctyl phthalate (DOP), dibutyl phthalate (DBP), butyl benzyl phthalate (BBP), dioctyl adipate (DOA), butyl phthalyl butyl glycolate (BPBG ), methyl acetyl ricionate (MAR), and acetyl tributyl citrate (ATBC).
In this case, the amount of plasticizer mixed is preferably 40 to 100% by weight, and 50 to 100% by weight based on the polyvinyl chloride.
More preferably, it is 80% by weight. The polyvinyl chloride may also contain suitable known stabilizers, such as non-toxic calcium-zinc organic complexes. It is preferable to use polyvinyl chloride having a degree of polymerization of 500 to 2000. The polyurethane used as the material in this example can be roughly divided into polyether polyurethane and polyester polyurethane, and both can be used, but polyether polyurethane is preferable from the viewpoint of elastic properties and fatigue resistance. is preferred. Since the blood chamber portion is required to have elastic properties, elastic recovery properties, and fatigue resistance properties, it is optimally made of polyether polyurethane. As the polyether part of the polyether polyurethane, polyethylene glycol, polypropylene glycol, pentamethylene glycol, diglyme, etc. can be used. In this embodiment, when the blood chamber part 2 is made of soft polyvinyl chloride, the film thickness of the blood chamber part 2 is preferably 0.3 to 2.0 mm, and 0.5 mm from the viewpoint of its repulsion characteristics and fatigue resistance. ~1.5mm
It is more preferable that it is, and even more preferably that it is 0.6 to 1.2 mm. In addition, if the blood chamber 2 is made of polyurethane material, the diameter is 0.2 to 1.5 mm.
The film thickness is preferably 0.3 to 1.2 mm, more preferably 0.3 to 1.2 mm,
Even more preferred is 0.5 to 1.0 mm. If this thickness is too large, when the inside of the housing outer case 1 is pressurized or depressurized, the timing of the operation of the blood chamber 2 will be delayed or the deformation time will be prolonged, so that appropriate blood pumping behavior will not be achieved. I can't. On the other hand, if this film thickness is too thin, the deformation behavior of the blood chamber becomes sensitive, making it difficult to control it. The check valves 6 and 7 used in this embodiment are as follows:
Any known or commercially available valve can be used. Such known or commercially available valves include ball type,
There are disk types, leaflet types, central flow types, etc. In the artificial heart of this embodiment, its compatibility with blood can be improved by coating its blood contact surface with a substance having excellent antithrombotic properties. For example, surface treatment with dimethylsiloxane, coating treatment with a polyether polyurethane-polydimethylsiloxane block copolymer, etc. may be performed. Although the present invention has been described above based on an artificial heart, the present invention can of course be similarly applied to an artificial lung and the like. Example 1 D/L for visually observing blood flow,
We prototyped a blood pump made of soft polyvinyl chloride with different D/W and l' values, and conducted experiments by attaching it to a model drive device. The thickness of the blood chamber wall is
It was 1.0mm. To observe the flow of blood, we added sodium polyacrylate, a nonionic surfactant, and a buffer to distilled water to create a liquid with a shear viscosity of 7 similar to blood, which is similar to the viscosity and surface tension of blood. Viscosity is 3.0~4.0cps between ~80sec -1
We prepared a product that changed to The surface tension of this liquid was 52 dynes/cm. A blood pump device was attached to a known model drive device, black ink was poured into the inside of the pump while it was being driven, and the flow was observed and the time required for the black ink to completely disappear from inside the pump was measured. The results are shown in Table 1. In this experiment, D=60mm.
【表】【table】
【表】
上表からわかるように流れのよいものほど血流
の置換も早いことがわかる。また、本願発明に規
定した範囲をはずれたものは流れが悪いこともわ
かる。
実施例 2
D/Lを1.0,1.2,0.8の3点に固定し、D/W
=2.0として種々の血液ポンプをセグメントポリ
ウレタンで試作した。
血液チヤンバーの壁厚は0.8mmにした。本実験
ではl′の長さを変えた実験を行つた。結果を第2
表に示す。本実験で、D=60mmであつた。
また、実験No.22乃至28において(D/L=1.0)
の最初の接触点は中心線に沿つて底部より14.5mm
(0.24L)から18mm(0.3L)及び該中心線より幅両
方向に3mm(0.05D)の範囲で行われ、実験No.30
乃至34における(D/L=0.8)最初の接触点は、
底部より12.5mm(0.25L)から14mm(0.28L)及び
幅両方向に5mm(0.08D)の範囲で行われ、実験
No.36乃至40における(D/L=1.2)最初の接触
点は底部より16.5mm(0.22L)から23mm(0.31L)
及び幅両方向に1.5mm(0.025D)の範囲で行われ
た。[Table] As you can see from the table above, the better the flow, the faster the blood flow is replaced. It can also be seen that the flow is poor when the flow is outside the range specified in the present invention. Example 2 D/L was fixed at three points of 1.0, 1.2, 0.8, and D/W
= 2.0, various blood pumps were prototyped using segmented polyurethane. The wall thickness of the blood chamber was 0.8 mm. In this experiment, the length of l′ was varied. Second result
Shown in the table. In this experiment, D=60 mm. In addition, in experiments No. 22 to 28 (D/L = 1.0)
The first point of contact is 14.5mm from the bottom along the centerline
(0.24L) to 18mm (0.3L) and 3mm (0.05D) in both width directions from the center line, Experiment No. 30
The first contact point (D/L=0.8) at 34 is
The experiment was carried out in the range of 12.5mm (0.25L) to 14mm (0.28L) from the bottom and 5mm (0.08D) in both width directions.
The first contact point in No. 36 to 40 (D/L = 1.2) is 16.5 mm (0.22 L) to 23 mm (0.31 L) from the bottom.
and width in both directions within a range of 1.5mm (0.025D).
【表】
実施例 3
体重16Kgの正犬を用い第2図に示したポンプを
用い左心バイパスの実験を行つた(方法は人工臓
器7巻1208頁(1978年)の方法によつた)。
本実験に使つたポンプのサイズはD=50mm、W
=25mm、L=45mm、l′=10mm、l=50mmである。
本法での5時間後の赤血球、白血球、ヘマトク
リツト、ヘモグロビン、血小板の変化を調べた結
果、第3表に示す如く大きい変化はみられない。[Table] Example 3 A left heart bypass experiment was conducted using a regular dog weighing 16 kg using the pump shown in Figure 2 (the method was in accordance with the method described in Artificial Organs Vol. 7, p. 1208 (1978)). The size of the pump used in this experiment is D = 50 mm, W
= 25 mm, L = 45 mm, l' = 10 mm, l = 50 mm. As a result of examining changes in red blood cells, white blood cells, hematocrit, hemoglobin, and platelets after 5 hours using this method, no major changes were observed as shown in Table 3.
【表】
参考迄にl′=52mmのものを同様に実験したとこ
ろ犬は血栓のため2時間で死亡した。[Table] For reference, when a similar experiment was conducted with l' = 52 mm, the dog died in 2 hours due to blood clot.
第1図は本願発明に係るサツク型人工心臓の分
解斜視図、第2図は血液チヤンバー部の広面積面
(A図)、狭面積面(B図)の各縦断面図であり、
C図はそのつばの部分の斜視図である。第3図は
本発明の実施例の1であり、A図は広面積縦断面
図、B図は狭面積縦断面図及びその使用の態様を
示した図であり、第4図は本願発明に係る血液チ
ヤンバー部の中心線の最高点Pに至る形状を示し
たもので、A図は先部を鋭角的形状に、B図は放
物線状にした図である。第5図は血液チヤンバー
部の直線部の長さl′を本願発明に規定した以上の
ものにした場合の形状及び使用の態様を示す断面
図であり、第6図は第5図における直線の長さを
0にした場合の血液チヤンバー部の断面図であ
り、第7図は血液チヤンバー部の中心線における
高さLと最大幅DにおいてD/Lが2.0以上であ
る断面図及びその使用の態様を示す図である。
図中、符号1はハウジングアウターケース、2
は血液チヤンバー、3はつば部、4及び5は導管
を示す。
FIG. 1 is an exploded perspective view of the sac-type artificial heart according to the present invention, and FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of a wide area surface (Figure A) and a narrow area surface (Figure B) of the blood chamber portion.
Figure C is a perspective view of the brim portion. Fig. 3 is a first embodiment of the present invention, Fig. A is a wide area longitudinal sectional view, Fig. B is a narrow area longitudinal sectional view and a view showing the mode of use thereof, and Fig. 4 is a diagram showing the embodiment of the present invention. This figure shows the shape of the center line of the blood chamber up to the highest point P, and Figure A shows an acute-angled tip, and Figure B shows a parabolic shape. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the shape and mode of use when the length l' of the straight line part of the blood chamber part is greater than that specified in the present invention, and FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view of the blood chamber section when the length is set to 0, and FIG. It is a figure showing an aspect. In the figure, code 1 is the housing outer case, 2
indicates the blood chamber, 3 indicates the collar, and 4 and 5 indicate the conduits.
Claims (1)
られたハウジングアウターケース内に偏平袋状の
血液チヤンバーが、該血液チヤンバーの上部に設
けられたつば部を介して気密に収納され、前記血
液チヤンバーに連通しかつ前記つば部の上部に血
液導入用導管と血液排出用導管をほぼ平行に該つ
ば部に一体的に配設され構成してなるサツク型血
液ポンプ装置であつて、前記血液チヤンバーの中
心線における高さLと前記血液チヤンバーの最大
幅D及び前記血液チヤンバーの無負荷状態におけ
る厚みWとの間に、 0.8≦D/L≦2.0 1.5≦D/W≦3.0 なる関係を有し、前記血液チヤンバーの互に対向
する内壁面どうしが底部から0.2Lと0.4Lの間であ
つて幅方向に前記中心線から0.15Dの範囲の内部
において接触するように構成され、かつ前記血液
チヤンバーを構成する狭面積面における外郭線が
前記つば部に直行して伸びる直線部の長さl′が、 0≦l′<D なる関係を満すことを特徴とするサツク型血液ポ
ンプ装置。[Claims] 1. A flat bag-shaped blood chamber is airtightly housed in a housing outer case provided with ports for introducing and discharging gas through a flange provided at the top of the blood chamber. A sac-type blood pump device, which communicates with the blood chamber and includes a blood introduction conduit and a blood discharge conduit that are integrally disposed substantially parallel to the brim at the upper part of the brim. , 0.8≦D/L≦2.0 1.5≦D/W≦3.0 between the height L at the center line of the blood chamber, the maximum width D of the blood chamber, and the thickness W of the blood chamber in an unloaded state. and is configured such that the mutually opposing inner wall surfaces of the blood chamber are in contact within a range of 0.2L and 0.4L from the bottom and 0.15D from the center line in the width direction, and a sac-type blood characterized in that the length l' of the straight line portion of the narrow-area surface constituting the blood chamber extending perpendicularly to the brim satisfies the relationship 0≦l'<D. pump equipment.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55184470A JPS57107163A (en) | 1980-12-25 | 1980-12-25 | Sack type blood pumping apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55184470A JPS57107163A (en) | 1980-12-25 | 1980-12-25 | Sack type blood pumping apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57107163A JPS57107163A (en) | 1982-07-03 |
| JPH0255052B2 true JPH0255052B2 (en) | 1990-11-26 |
Family
ID=16153714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55184470A Granted JPS57107163A (en) | 1980-12-25 | 1980-12-25 | Sack type blood pumping apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57107163A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07119835A (en) * | 1993-10-28 | 1995-05-12 | Sekisui Chem Co Ltd | Reinforcement structure of water heater can body |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5281986A (en) * | 1975-12-27 | 1977-07-08 | Nikkiso Co Ltd | Blood pump |
-
1980
- 1980-12-25 JP JP55184470A patent/JPS57107163A/en active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07119835A (en) * | 1993-10-28 | 1995-05-12 | Sekisui Chem Co Ltd | Reinforcement structure of water heater can body |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57107163A (en) | 1982-07-03 |
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