JP2006204343A

JP2006204343A - 補助人工心臓

Info

Publication number: JP2006204343A
Application number: JP2005016652A
Authority: JP
Inventors: Taijiro Sueda; 泰二郎末田; Tatsuya Kurosaki; 達也黒崎
Original assignee: Hiroshima University NUC
Current assignee: Hiroshima University NUC
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】特別な処理又は手段を要せず、簡潔な構造で抗血栓性に優れる補助人工心臓を提供する。
【解決手段】補助人工心臓は、球欠状の本体１１と、該本体の内部を血液室と流体室に区画するダイヤフラム２０と、前記血液室に開口する流入導管３１及び流出導管３２と、前記流体室に駆動流体供給管３８を通じて前記ダイヤフラム駆動用の流体を供給する駆動源とを有する補助人工心臓であって、前記ダイヤフラムの頂部に半球状凸部を設けてなる。
【選択図】図２

Description

本発明はダイヤフラムを用いた補助人工心臓に係り、特に血流のよどみ部の発生の防止を図り円滑な流れの血流を得ることができる抗血栓性に優れた補助人工心臓に関する。

ダイヤフラムを用いた補助人工心臓は、簡単な構造で体積効率が優れており、血液に与える損傷も少ないので多くの臨床応用の検討がなされている。そしてこの補助人工心臓の実用化において重要な問題の１つになっているのが血栓の発生である。

血栓の発生を防止する手段として、例えば、特許文献１に、補助人工心臓の血液接触面が、オゾン処理により生成された基材表面の酸化物中に含まれる官能基と、ヘパリンのアミノ基とが、直接、または少なくとも一種のカップリング剤を介して共有結合した抗血栓性表面となっている補助人工心臓が提案されている。

特許文献２には、血栓の発生は避けられないものとして、生じた血栓の除去・清掃が容易、かつ、迅速にできる分解型の補助人工心臓が提案されている。

特開平06-105902号公報特開2002-102333号公報

しかし、特許文献１に提案された補助人工心臓においては、複雑な形状を有する逆流防止弁部分を含めて補助人工心臓の血液が接触するすべての内表面に抗血栓性層を形成するのは容易でなく、均質な抗血栓性層を確保するのは困難であるという問題がある。また、特許文献２に提案された補助人工心臓においては、補助人工心臓の分解、清掃及び再組み立てに手間を要するという問題がある。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑み特別な処理又は手段を要せず、簡潔な構造で抗血栓性に優れる補助人工心臓を提供することを目的とする。

本発明に係る補助人工心臓は、球欠状の本体と、該本体の内部を血液室と流体室に区画するダイヤフラムと、前記血液室に開口する流入導管及び流出導管と、前記流体室に駆動流体供給管を通じて前記ダイヤフラム駆動用の流体を供給する駆動源とを有する補助人工心臓であって、前記ダイヤフラムの頂部に半球状凸部を設けてなる。

上記補助人工心臓において、流入導管と流出導管はダイヤフラムに設けられた半球状凸部を挟む平行線上に配設されているのが好ましく、また、流入導管と流出導管はダイヤフラムの本体取り付け部に対して平行又は傾斜して設けられているのが好ましい。

本発明に係る人工心臓は、簡潔な構造で特別な処理又は手段を要せず、血液室内の血流のよどみ部の発生を防止して円滑な血流を得ることができ、血栓の発生を防止することができる。

本発明の一実施例に係る補助人工心臓を図面に基づいて説明する。図１は、本補助人工心臓の平面図であり、図２は図１のAA断面図である。本補助人工心臓は、図１及び図２に示すように、本体11と、その内部を血液室16と流体室18に区画するダイヤフラム20と、血液室16に開口する流入導管31及び流出導管32と、流体室18に開口する駆動流体供給管38を有し、さらに、駆動流体供給管38を通じてダイヤフラムの駆動流体を供給する駆動源（図示せず）とを有している。

本体11は球欠状をしており、その上部の球欠部分に血液室16が形成される。本体11は、抗血栓性の高いポリウレタン樹脂製であるのが好ましい。アクリル樹脂にポリウレタン樹脂を塗布したものであってもよい。また、本体11は一体に形成され分解できないものであってもよく、また上部の球欠部分と下部部分が、例えばそれらの周縁部に設けたねじ結合により一体に結合され分解可能なものとすることもできる。

ダイヤフラム20は、図３に示すように中高の円板状をしており、本発明においてはその頂部に半球状凸部25が設けられている。ダイヤフラム20の周縁部にはフランジ23が形成され、図２に示すように本体11の取り付け部12に挟み込まれてダイヤフラム20が本体11に固定されるようになっている。本体11はこのダイヤフラム20により上部の血液室16と、下部の流体室18とに区画されるようになっている。なお、ダイヤフラム20の本体11への固定は、接着、融着又はねじによる締め付け固定等の方法を採用することができる。

ダイヤフラム20には弾性を有し靱性の高いシリコンゴム、ポリウレタンゴムを使用することができる。ダイヤフラム20の材質を本体11の材質と同一とし、ともにポリウレタン樹脂製にするのがよい。これにより、相互の接着等が容易にでき、抗血栓性に優れる補助人工心臓を成形することができる。

流入導管31は、図２に示すように本体11の血液室16に開口している。その流入導管31の開口部13の近傍に流入逆止弁35が設けられており、血液は、流入導管31を通じて血液室16に流入することはできるが血液室16から流出することはできない。また、流出導管32が本体11の血液室16に開口しており、流出導管32の開口部14の近傍に流出逆止弁36が設けられている。これにより、血液は流出導管32を通じて血液室16から流出することはできるが、血液室16に流入することはできない。

本例では、流入導管31と流出導管32は平行に配設され、かつ、ダイヤフラム20の半球状凸部25を挟む平行線上に配設されている。これにより、流入導管31から血液室16に流入した血液は、本体11の周壁部に沿って半球状凸部25を周回し、その後流出導管32から容易に流出するので、滑らかな血流が形成される。

駆動流体供給管38は流体室18に開口しており、この駆動流体供給管38を通じて駆動源からダイヤフラム20を駆動する流体が供給される。駆動流体は気体又は液体を使用することができる。駆動源は、例えば空気の供給と吸引を繰り返して行うことができる特開2004-275302号公報に記載の補助人工心臓用簡易駆動装置を好適に使用することができる。

このような補助人工心臓における血流の状態を図４に示す。それぞれ、（a）はポンプ拡張初期、（b）はポンプ拡張中期における血流の方向を示し、長い矢印は早い流速を、短い矢印は遅い流速を示す。（c）はポンプ拡張終期における血流の流線を示す。流線が密であるほど強い一定の方向の流れがあることを示す。（d）はポンプ収縮の初期における血流の方向を示す。

本発明の比較例として、ダイヤフラムに半球状凸部25がない点のみが異なる補助人工心臓の場合の血流の状態を図５に示す。図５（a）〜（d）は図４の場合に対応している。図４及び５を比較すると、本発明の人工心臓は、血液室16全体に一定の強い流れの方向を有し、血流のよどみ部がないことが分かる。

ポンプ収縮初期の血流方向を示す図４（d）と図５（d）を比較すると、本発明例では、血液室16の中心部から本体11の周壁に沿い流出導管32の開口部14に向かって旋回する渦巻き状の血流が見られる。一方これに対し、比較例では血液室16の中心部から流出導管32の開口部14と反対側の本体11の周壁に衝突するような血流が見られる。

また、図４と図５を比較すると、本発明例においては、血流はダイヤフラムの半球状凸部25を中心として周回するように流れていることが分かる。これに対し、比較例においては、渦巻き状の血流を生じにくく、また、渦巻き状の血流が生じたとしても渦巻きの中心部が明確でなく、流れの弱い渦巻きになりやすいことが分かる。

このように本発明に係る補助人工心臓内においては、ダイヤフラムの半球状凸部25を中心として血液室16の全体にわたった旋回する血流を生じやすい。また、流入導管31から流入した血液が本体11の周壁部に沿って半球状凸部25を周回し、その後流出導管32から容易に流出されるような滑らかな血流が形成されやすい。このため、本補助人工心臓においては、血流のよどみ部を生じにくく血栓が生じにくいことが分かる。

なお、図４及び５は、可視化剤とレーザーライトシートを組み合わせたレーザー光の強度変化から流れを可視的に解析するPIV法を用いて求めた。レーザーライトシートは、35mWのHe-Ne及び10mWのHe-Neレーザーライトシートを使用した。トレーサは、200〜400μmのポリスチレンビーズを使用した。撮影は、100fpsのNTSC型高感度CCDカメラを使用した。

上述のように本補助人工心臓は血流によどみ部が生じにくく、血液室全体にわたる円滑な流れの血流を得ることができ、血栓が発生しにくい。このような効果を十分に得るには補助人工心臓ごとに上述のPIV法を用いた解析により、ダイヤフラム20の半球状凸部25の形状、最大径や高さ等を最適なものにする必要がある。

本発明は上記の実施例に限定されない。例えば、図６に示すように、さらに、流入導管31と流出導管32がダイヤフラムの本体取り付け部12に対して傾斜して取り付けられるようにすることができる。この場合は、より一層血流によどみ部が発生しにくく、血液室16の全体にわたる円滑な流れの血流を得ることができる。流入導管31と流出導管32のダイヤフラムの本体取り付け部12（本体11の底面）に対する角度θは45°以下がよく、好ましくは30°〜45°とするのがよい。

本発明に係る補助人工心臓の正面図である。図１のAA断面図である。ダイヤフラムの斜視図である。上記補助人工心臓の血流の状態を表す模式図である。比較例の補助人工心臓の血流の状態を表す模式図である。流入導管と流出導管とをダイヤフラムの本体取り付け部に傾斜して取り付けた実施例を示す斜視図である。

符号の説明

11 本体
12 本体取り付け部
13、14 開口部
16 血液室
18 流体室
20 ダイヤフラム
23 フランジ
25 半球状凸部
31 流入導管
32 流出導管
35 流入逆止弁
36 流出逆止弁
38 駆動流体供給管

Claims

球欠状の本体と、該本体の内部を血液室と流体室に区画するダイヤフラムと、前記血液室に開口する流入導管及び流出導管と、前記流体室に駆動流体供給管を通じて前記ダイヤフラム駆動用の流体を供給する駆動源とを有する補助人工心臓であって、
前記ダイヤフラムの頂部に半球状凸部を設けたことを特徴とする補助人工心臓。
請求項１に記載の補助人工心臓において、流入導管と流出導管はダイヤフラムに設けられた半球状凸部を挟む平行線上に配設されていることを特徴とする補助人工心臓。
請求項１又は２に記載の補助人工心臓において、流入導管と流出導管はダイヤフラムの本体取り付け部に対して平行又は傾斜して設けられていることを特徴とする補助人工心臓。