JP3853865B2

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Publication number: JP3853865B2
Application number: JP03885096A
Authority: JP
Inventors: 利彦野尻; 嗣人中関; 映明赤松
Original assignee: Terumo Corp; NTN Corp
Current assignee: Terumo Corp; NTN Corp
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1996-01-31
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2016-01-31
Also published as: JPH09206372A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、血液を搬送するための磁気軸受型遠心式ポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
血液及び血漿等の生物学的流体を搬送する磁気軸受型ポンプ装置としては、特公平３−７０５００号公報、特公平７−５１９５５号公報などのものが知られている。これらは、インペラを構成する磁性部材を電磁石等の磁力により位置制御することでインペラが他の構成要素に全く接触しない状態で回転する磁気軸受型の遠心式もしくは軸流式のターボポンプである。この血液ポンプ装置は、電磁石、位置センサー等を備えるインペラ位置制御部（言い換えれば、制御式磁気軸受構成部）、インペラ回転トルク発生部（言い換えれば、非制御式磁気軸受構成部）およびハウジングを備える。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
血液の搬送に当たって最も重要な検討課題は、赤血球や血小板の様な重要な有形成分を破壊しないようにする事と、異物反応等により、血液が凝固しないようにする事である。血液接触面に摩擦界面が存在しない磁気軸受け型血液ポンプはこの点で非常に有利であるため、月単位の長期使用血液ポンプとして有望視されている。しかし、この様な磁気軸受けポンプにおいては、磁気軸受け構成要素が機能しなくなった場合、具体的には、インペラ位置制御部（言い換えれば、制御式磁気軸受構成部）が作動しなくなった場合、インペラは、インペラ回転トルク発生部（言い換えれば、非制御式磁気軸受構成部）に吸引されるため、両者の磁気吸引力により、インペラが回転しなくなり、ポンプ機能の停止等を起こすことが考えられる。ポンプ機能が停止すると、内部の血液の凝固が始まる。このため、インペラ位置制御の作動停止時であっても、回転を維持でき、血液ポンプを交換するまでの間、血液凝固を防止できる、いわゆるフェールセーフ機構を備えることが好ましい。
【０００４】
さらに、このようなフェールセーフ機構によるインペラ回転時においても、血液ポンプ内部での血栓の発生は少ないことが好ましく、特に、インペラとインペラ回転トルク発生部側の血液ポンプハウジング内面との間において、血液滞留が生じやすいので、この部分での血液滞留を抑制できることが必要である。
【０００５】
そこで、本発明の第１の課題は、インペラ位置制御部（制御式磁気軸受構成部）の非作動時においてもインペラ回転トルク発生部（非制御式磁気軸受構成部）によるインペラの回転が可能であるいわゆるフェールセーフ機構を備え、かつ、フェールセーフ機構によるインペラ回転時においても、血液ポンプ内部での血栓の発生が少ない遠心式血液ポンプ装置を提供するものである。
【０００６】
また、本発明の第２の課題は、インペラ位置制御部（制御式磁気軸受構成部）の非作動時においてもインペラ回転トルク発生部（非制御式磁気軸受構成部）によるインペラの回転が可能であるいわゆるフェールセーフ機構を備え、かつ、フェールセーフ機構によるインペラ回転時におけるインペラの回転が良好である遠心式血液ポンプ装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記第１の課題を解決するものは、血液流入ポートと血液流出ポートを有するハウジングと、該ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラを有する遠心式血液ポンプと、該インペラのための非制御式磁気軸受構成部と、該インペラのための制御式磁気軸受構成部とを備え、該非制御式磁気軸受構成部および前記制御式磁気軸受構成部の作用により前記インペラが前記ハウジング内の所定位置に保持された状態で回転する血液ポンプ装置であり、前記インペラは、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時であって前記非制御式磁気軸受構成部の作動時においても回転可能なものであり、かつこの回転時に、前記インペラの前記非制御式磁気軸受構成部側の面と該面と向かい合う前記ハウジング内面との間に血液流路を形成するものであり、前記インペラは、前記非制御式磁気軸受構成部側の面のほぼ中央に設けられた小径の貫通口を有し、前記ハウジング内面には、前記インペラの前記貫通口に対応する位置に設けられ、該貫通口に侵入して該貫通口部分にてインペラを軸支するための突出部を有し、さらに、前記インペラの前記貫通孔の内面と接触する前記突出部の先端部側面までの前記ハウジング内面からの高さは、前記インペラの底面からの前記貫通口までの高さより大きく形成されている遠心式血液ポンプ装置である。
【０００８】
そして、前記インペラは、例えば、一方の面側に設けられた磁性部材と、他方の面側に設けられた永久磁石を備えるものである。そして、前記制御式磁気軸受構成部は、前記インペラの磁性部材を吸引するための固定された電磁石と、該インペラの磁性部材の位置を検出するための位置センサーを備えることが好ましい。さらに、前記非制御式磁気軸受構成部は、例えば、前記インペラの永久磁石を吸引するための永久磁石を備えるローターと、該ローターを回転させるモーターを備えるものである。また、前記非制御式磁気軸受構成部は、例えば、前記インペラの永久磁石を吸引しつつ回転駆動するための複数のステーターコイルを備えるものである。
そして、前記インペラは、該インペラの中央付近に形成された通路と、該通路の内部に形成され、該通路を閉塞しないように設けられた軸受部を有し、該軸受部は、前記突出部の先端部の外径より若干大きい内径を有する前記貫通口を備え、該貫通口の内面により、前記ハウジングの内面に形成された前記突出部を軸受けするものである。
【０００９】
また、上記の第２の課題を解決するものは、血液流入ポートと血液流出ポートを有するハウジングと、該ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラを有する遠心式血液ポンプと、該インペラのための非制御式磁気軸受構成部と、該インペラのための制御式磁気軸受構成部とを備え、該非制御式磁気軸受構成部および前記制御式磁気軸受構成部の作用により前記インペラが前記ハウジング内の所定位置に保持された状態で回転する血液ポンプ装置であり、前記インペラは、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時であって前記非制御式磁気軸受構成部の作動時においても回転可能なものであり、該インペラは、中央を貫通する通路と、該インペラの前記非制御式磁気軸受構成部側の面の前記通路端部に形成され外方に向かって拡径するテーパー面を有し、前記ハウジング内面には、前記インペラの前記通路に対応する位置に設けられ、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時に前記インペラのテーパー面と接触するテーパー状側面を有する突出部を有し、さらに、前記突出部のテーパー状側面の底部の外径より、前記インペラの前記テーパー面部分の内径の方が小さく形成されている遠心式血液ポンプ装置である。
【００１０】
そして、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時であって前記非制御式磁気軸受構成部の作動時におけるインペラ回転時に、該インペラは、該インペラの前記非制御式磁気軸受構成部側の面と該面と向かい合う前記ハウジング内面との間に血液流路を形成するものであることが好ましい。さらに、前記インペラのテーパー面もしくは前記ハウジング内面の突出部には、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時であって前記非制御式磁気軸受構成部の作動時におけるインペラ回転時おいて、前記インペラと前記ハウジング間の血液流通を良好にするための溝が形成されていることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の遠心式血液ポンプ装置を図面に示した実施例を用いて説明する。
図１は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の一実施例の断面図である。図２は、図１に示した本発明の遠心式血液ポンプ装置の平面図である。図３は、図１に示した遠心式血液ポンプ装置の内部を説明するための説明図である。図４は、図１に示した本発明の血液ポンプ装置の作用を説明するための説明図である。
【００１２】
本発明の遠心式血液ポンプ装置１は、血液流入ポート２１と血液流出ポート２２を有するハウジング６と、ハウジング６内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラ２３を有する遠心式血液ポンプ部２と、インペラ２３のための非制御式磁気軸受構成部（インペラ回転トルク発生部）４と、インペラ２３のための制御式磁気軸受構成部（インペラ位置制御部）３とを備え、非制御式磁気軸受構成部４および制御式磁気軸受構成部３の作用によりインペラ２３は、ハウジング６内の所定位置に保持された状態で回転する。そして、インペラ２３は、制御式磁気軸受構成部３の作動停止時であって非制御式磁気軸受構成部４の作動時においても回転可能なものであり、かつこの回転時に、インペラ２３は、インペラ２３の非制御式磁気軸受構成部側の面とこの面と向かい合うハウジング６の内面（血液ポンプ部形成内面）との間に血液流路２９ａを形成する。
【００１３】
図面を用いて、詳細に説明する。
図１ないし図４に示す実施例の遠心式血液ポンプ装置１は、血液ポンプ部２、インペラ位置制御部３、インペラ回転トルク発生部４を備える。
ハウジング６は、血液流入ポート２１と血液流出ポート２２を備え、非磁性材料により形成されている。ハウジング６内には、血液流入ポート２１および血液流出ポート２２と連通する血液流路２９が形成されている。このハウジング６内には、インペラ２３が収納されている。血液流入ポート２１は、ハウジング６の上面の中央付近よりほぼ垂直に突出するように設けられている。血液流出ポート２２は、ほぼ円筒状に形成されたハウジング６の側面より接線方向に突出するように設けられている。
【００１４】
ハウジング６の血液流路２９を形成する部分（ポンプ部ハウジング）の内面であり、具体的には、インペラ２３の底面（インペラのインペラ回転トルク発生部側の面）に向かい合う内面２ａのほぼ中央（血液流入口に対応する位置）に形成された円柱状に延びる台座部１２とこの台座部１２の上面より血液流入口側に突出する突出部１３を有する。この突出部１３は、後述するインペラ２３の軸受部５１ａに受け入れられ、その際には、インペラを軸支する。
【００１５】
インペラ２３は、円盤状に形成されており、一方の面（血液流入ポート側の面、上面側）に設けられた磁性部材２６を備え、他方の面（下面側）に設けられた永久磁石２７を備える。磁性部材２６は、後述するインペラ位置制御部３の電磁石３３によりインペラを血液流入ポート側に吸引するために設けられている。永久磁石２７は、後述するインペラ回転トルク発生部４のロータ４１に設けられた永久磁石４１ｂによりインペラを血液流入ポートと反対側に吸引し、かつ回転トルクをインペラ回転トルク発生部４より伝達可能にするために設けられている。インペラ位置制御部３およびインペラ回転トルク発生部４により、非接触式磁気軸受が構成され、インペラ２３は、相反する方向より引っ張られることにより、ハウジング６内において、ハウジングの内面と接触しない適宜位置にて安定し、非接触状態にてハウジング内を回転する。磁性部材２６としては、磁性ステンレスまたはニッケルまたは軟鉄部材等が使用され、ドーナツ板状のものが好ましく、また、等角度間隔にて複数設けてもよい。永久磁石２７は、インペラ２３の底面付近に等角度間隔にて複数設けてもよく、またドーナツ板状のものに多極着磁を施したものを用いてもよい。
【００１６】
インペラ２３は、図１および図３に示すように、血液流入ポート２１に対応する位置となるインペラの中央付近を貫通し、ハウジング６に形成された台座部１２を受け入れ可能な通路２４と、通路２４の周縁よりその接線方向にかつインペラの周縁まで延びる複数の仕切部２５と、通路２４の内部に形成され、通路２４を閉塞することなく、仕切部２５と連続する放射状に延びるアームを有する軸受部５１を有する。軸受部５１は、図１に示すように、下面が血液流入口側に窪む凹部５１ａを備えており、この凹部５１ａは、ハウジング６の内面に形成された突出部１３を軸受けする。そして、インペラ２３は、隣り合う仕切部２５間により形成され、通路２４、血液流入ポート２１およびハウジング６の血液通路２９と連通する複数の血液誘導路２８を備える。
【００１７】
インペラ位置制御部３およびインペラ回転トルク発生部４の作用により、通常状態では、インペラ２３はハウジング６の内面のいずれにも接触することなく、具体的には、上記の凹部５１ａと突出部１３も接触することなく、回転する。もし、何らかの理由により、インペラ位置制御部３の作動が停止した場合には、図４に示すように、インペラ２３は、回転トルク発生部４側に移動するが、ハウジング６の突出部１３は、インペラ２３の軸受部５１の凹部５１ａに受け入れられ、言い換えれば、インペラ２３は、軸受部５１部分において突出部１３に軸支され、その状態で回転する。つまり、インペラ２３の軸受部５１の凹部５１ａとハウジングの突出部１３によりピボット軸受が構成される。この実施例では、非常時における回転時の摩擦摺動部が、最も周速度が小さい回転中心であるため、摩擦熱による血液破壊や血栓形成が少ない。さらに、インペラはハウジングの突出部１３を中心として回転するため、インペラの側面がハウジングの内面に接触することがなく、安定した回転が得られる。
【００１８】
また、突出部１３の先端までのハウジング内面２ａからの高さは、インペラ２３の底面（下面）からの軸受部５１の凹部５１ａまでの高さより大きく形成されているため、図４に示すように、ハウジング６の突出部１３が、インペラ２３の軸受部５１にてインペラを軸支する状態においても、インペラの下面とハウジング内面間に血液流路２９ａを確保し、インペラの下面とハウジング内面間での血液滞留およびそれに起因する血栓の発生を防止する。
【００１９】
血液の流れは、図１に示す通常状態および図４に示す位置制御部非作動時においても、図４に矢印で示すように、血液流入口２１から流入した血液は通路２４を経てインペラ内の血液誘導路２８を通過し、インペラの側面とハウジング内面間に形成された血液流路２９を経て流出口２２から流出する。この時インペラの血液誘導路２８を通過した血液の一部はインペラ２３の下面とハウジング内面２ａ間に流入し逆流して、インペラ２３の通路２４の下部より通路内に流入する血液流路２９ａが形成される。これにより、インペラ２３の下面とハウジング内面２ａ間での血液滞留の発生を防止している。
【００２０】
インペラ位置制御部３は、ハウジング６内に収納された複数の電磁石３３と、複数の位置センサ３２を有する。インペラ位置制御部３の複数（３つ）の電磁石３３および複数（３つ）の位置センサ３２は、それぞれ等角度間隔にて設けられており、電磁石３３と位置センサ３２も等角度間隔にて設けられている。電磁石３３は、鉄心３３ａとコイル３３ｂからなる。電磁石３３は、この実施例では、図２に示すように、３個設けられている。電磁石は、３個以上、例えば、４つでもよい。３個以上設け、これらの電磁力を後述する位置センサ３２の検知結果を用いて調整することにより、インペラの中心軸（ｚ軸）方向の力を釣り合わせ、かつ中心軸（ｚ軸）に直交するｘ軸およびｙ軸まわりのモーメントを０にすることができる。
【００２１】
位置センサ３２は、電磁石３３と磁性部材２６との隙間の間隔を検知し、この検知出力は、電磁石のコイル３３ｂに与えられる電流を制御する制御部（図示せず）にフィードバックされる。また、インペラ２３に重力等による半径方向の力が作用しても、インペラ２３の永久磁石２７とロータ４１の永久磁石４１ｂとの間の磁束の剪断力および電磁石３３と磁性部材２６との間の磁束の剪断力が作用するため、インペラ２３はハウジング６の中心に保持される。
【００２２】
インペラ回転トルク発生部４は、ロータ４１とロータを回転させるためのモータ４２（内部構造を省略する）からなる。ロータ４１は、回転板４１ａと回転板の一方の面（血液ポンプ側の面）に設けられた複数の永久磁石４１ｂからなる。ロータ４１の中心は、モータ４２の回転軸に固定されている。永久磁石４１ｂは、インペラ２３の永久磁石の配置形態（数および配置位置）に対応するように、複数かつ等角度ごとに設けられている。
インペラ回転トルク発生部としては、上述のロータおよびモータを備えるものに限られず、例えば、インペラの永久磁石を吸引し、かつ回転駆動させるための複数のステーターコイルからなるもの（いわゆる、ローターマグネット）でもよい。
【００２３】
次に、図５、図６および図１０に示す実施例の遠心式血液ポンプ装置１０について説明する。
この実施例の血液ポンプ装置１０の基本構成は、図１ないし図４に示し説明した血液ポンプ装置１と同じであり、相違は、インペラの形状のみである。
インペラ３０は、図５および図６に示すように、血液流入ポート２１に対応する位置となるインペラの中央付近に形成され、ハウジング６に形成された台座部１２を受け入れ可能な通路２４と、通路２４の周縁よりその接線方向にかつ湾曲してインペラの周縁まで延びる複数の仕切部２５と、通路２４の内部に形成され、通路２４を閉塞することなく、仕切部２５と連続する放射状に延びるアームを有する軸受部５５を有する。軸受部５５は、図６に示すように、中央に小径かつ台座部１２に形成された突出部１３の先端部の外径より若干大きい内径を有する貫通口５５ａを備える。この貫通口５５ａの内面により、ハウジング６の内面に形成された突出部１３を軸受けする。そして、インペラ３０は、隣り合う仕切部２５間により形成され、通路２４、血液流入ポート２１およびハウジング６の血液通路２９と連通する複数の血液誘導路２８を備える。
【００２４】
また、図１０に示されているように、インペラ３０の軸受部５５の貫通口の内面と接触する突出部１３の先端部側面までのハウジング内面２ａからの高さは、インペラ３０の底面（下面）からの軸受部５５の貫通口５５ａまでの高さより大きく形成されているため、図１０に示すように、ハウジングの突出部１３が、インペラ３０の軸受部５５にてインペラを軸支する状態においても、インペラの下面とハウジング内面間に血液流路２９ａを確保し、インペラの下面とハウジング内面間での血液滞留およびそれに起因する血栓の発生を防止する。さらに、インペラの中央部の貫通口により、軸受部５５周囲の血液による洗い流し効果が向上し、その付近での血栓形成がより抑制される。さらに、インペラはハウジングの突出部１３を中心として回転するため、インペラの側面がハウジングの内面に接触することがなく、安定した回転が得られる。
【００２５】
次に、図８、図９および図７に示す実施例の遠心式血液ポンプ装置２０について説明する。
この実施例の血液ポンプ装置２０の基本構成は、図１ないし図４に示し説明した血液ポンプ装置１と同じであり、相違は、インペラの形状およびハウジングの内面形状のみである。
インペラ４０は、図８および図９に示すように、血液流入ポート２１に対応する位置となるインペラの中央付近に形成された通路２４と、通路２４の周縁よりその接線方向にかつ湾曲してインペラの周縁まで延びる複数の仕切部（図示せず）と、隣り合う仕切部間により形成され、通路２４、血液流入ポート２１およびハウジング６の血液通路２９と連通する複数の血液誘導路（図示せず）と、底面（下面）に形成された複数（３つ以上）のリブ４５を有する。ハウジング６のインペラの下面と向かい合う内面２ａは、台座部などが形成されていない平坦面となっている。
【００２６】
この実施例においても、図７に示すように、インペラ４０のリブがハウジングの内面２ａに接触する状態となっても、インペラの下面とハウジング内面間に血液流路２９ａを確保するため、両者間での血液滞留およびそれに起因する血栓の発生を防止する。さらに、通常状態において、リブ４５が、インペラの下面とハウジング内面間において撹拌作用を発揮するので、両者間における部分的な血液滞留の発生を防止する。
なお、インペラ４０にリブ４５を設けることなく、ハウジングの内面２ａ側にインペラ側に突出する複数（３つ以上）のリブを設けてもよい。
【００２７】
次に、図１１ないし図１３に示す実施例の遠心式血液ポンプ装置５０について説明する。
この実施例の血液ポンプ装置５０の基本構成は、図１ないし図４に示し説明した血液ポンプ装置１と同じであり、相違はインペラの形状およびハウジングの内面形状のみである。
インペラ７０は、図１１および図１２に示すように、血液流入ポート２１に対応する位置となるインペラの中央付近に形成された通路２４と、通路２４の周縁よりその接線方向にかつ湾曲してインペラの周縁まで延びる複数の仕切部（図示せず）と、隣り合う仕切部間により形成され、通路２４、血液流入ポート２１およびハウジング６の血液通路２９と連通する複数の血液誘導路（図示せず）と、底面（下面）に形成された多数の動圧溝７１を有する。動圧溝７１は、通路２４の底面より若干離間した円形部分７３の周縁（円周）上に一端を有し、渦状に（湾曲して）、インペラの外周まで、幅が徐々に広がるように延びている。また、多数の動圧溝７１はほぼ同じ形状で同じ間隔で形成されている。隣り合う溝７１間に形成された部分７２は、円形部分７３と連続している。
【００２８】
この動圧溝を有するため、インペラ位置制御部の非作動時において、図１３に示すように、インペラ回転トルク発生部側に吸引されるが、動圧溝７１とハウジング内面２ａ間に形成される動圧軸受け効果により、若干であるが、ハウジング内面より離れ、非接触状態にて回転し、インペラの下面とハウジング内面間に血液流路を確保するため、両者間での血液滞留およびそれに起因する血栓の発生を防止する。さらに、通常状態において、動圧溝が、インペラの下面とハウジング内面間において撹拌作用を発揮するので、両者間における部分的な血液滞留の発生を防止する。
【００２９】
次に、図１４ないし図１６に示す実施例の遠心式血液ポンプ装置８０について説明する。
この実施例の血液ポンプ装置８０の基本構成は、図１ないし図４に示し説明した血液ポンプ装置１と同じであり、相違はインペラの形状およびハウジングの内面形状のみである。
この実施例のものでは、インペラ９０は、インペラの底面図である図１５およびインペラの断面図である図１６に示すように、中央を貫通する通路２４と、インペラのインペラ回転トルク発生部側の面の通路端部に形成され外方に向かって拡径するテーパー面部分９１を有する。これに対応して、ハウジング内面２ａには、インペラ９０の前記テーパー面部分９１に対応する位置に設けられ、インペラ位置制御部の作動停止時にインペラのテーパー面と接触するテーパー状側面を有する突出部８１が設けられている。
【００３０】
具体的には、ハウジング６の血液流路２９を形成する部分（ポンプ部ハウジング）の内面、つまり、インペラ９０の底面（インペラのインペラ回転トルク発生部側の面）に向かい合う内面２ａのほぼ中央（血液流入口に対応する位置）に形成された円錐状の突出部８１を有する。この突出部の少なくとも先端部は、インペラ９０の通路２４内に侵入可能な大きさとなっている。
【００３１】
インペラ９０は、インペラの底面図である図１５およびインペラの断面図である図１６に示すように、円盤状に形成されており、一方の面（血液流入ポート側の面、上面側）に設けられた磁性部材２６を備え、他方の面（下面側）に設けられた永久磁石２７を備える。磁性部材２６は、後述するインペラ位置制御部３の電磁石３３によりインペラを血液流入ポート側に吸引するために設けられている。
さらに、インペラ９０は、血液流入ポート２１に対応する位置となるインペラの中央付近に形成された通路２４と、通路２４の周縁よりその接線方向にかつ湾曲してインペラの周縁まで延びる複数の仕切部（図示せず）と、隣り合う仕切部間により形成され、通路２４、血液流入ポート２１およびハウジング６の血液通路２９と連通する複数の血液誘導路（図示せず）を備える。
【００３２】
インペラ９０は、中央を貫通する通路２４の下面側の周縁部には、下方に向かって拡径するテーパー面部分９１が形成されており、このテーパーの角度と上記円錐状の突出部のテーパーの角度はほぼ同じに形成されている。また、円錐状の突出部８１の底部の外径より、インペラ９０のテーパー面部分９１の内径の方が小さく形成されている。このため、この実施例では、インペラ位置制御部の作動が停止したとき、インペラの下面とハウジング内面が接触することもなく、円錐状の突出部８１とインペラ９０のテーパー面部分９１がほぼ面接触し、その状態にて回転するため、インペラの側面がハウジングの内面に接触することがなく、安定した回転が得られる。さらに、インペラ９０のテーパー面部分９１には、溝９２が設けられているので、インペラの下面とハウジング内面間に形成された空間に血液が滞留することを防止し、両者間の血液流通を良好にする。
【００３３】
次に、図１７ないし図１８に示す実施例の遠心式血液ポンプ装置１００について説明する。
この実施例の血液ポンプ装置１００の基本構成は、図１ないし図４に示し説明した血液ポンプ装置１および図１４に示した血液ポンプ装置８０と同じであり、相違はインペラの形状およびハウジングの内面形状のみである。
この実施例のものでは、インペラ１１０は、中央を貫通する通路２４と、インペラのインペラ回転トルク発生部側の面の通路端部に形成され外方に向かって拡径するテーパー面部分１１１ａと、インペラの位置制御部側の面の通路端部に形成され外方に向かって拡径するテーパー面部分１１２ａとを有する。
【００３４】
これに対応して、ハウジング内面２ａには、インペラ１１０のテーパー面部分１１１ａに対応する位置に設けられ、インペラ位置制御部の作動停止時にインペラのテーパー面と接触するテーパー状側面１０１ａを有する突出部１０１を有する。さらに、この突出部１０１は、テーパー状側面より上方に延びる円柱部分１０１ｂと、この円柱部分１０１ｂよりさらに上方に延びる円錐状部分１０１ｃを有する。また、ハウジングの上部側（血液流入ポート側）内面には、インペラ１１０のテーパー面部分１１２ａに対応する位置に設けられたテーパー状部分１０２ａを有する筒状突出部１０２を有する。突出部１０１のテーパー状側面１０１ａの底部の外径より、インペラ１１０のテーパー面部分の内径の方が小さく形成されている。このため、この実施例では、インペラ位置制御部の作動が停止したとき、インペラの下面とハウジング内面が接触することがなく、突出部１０１とインペラ１１０のテーパー面部分がほぼ面接触し、その状態にて回転するため、インペラの側面がハウジングの内面に接触することがなく、安定した回転が得られる。さらに、インペラのテーパー面部分には、図１５および図１６に示すような溝を設ければ、インペラの下面とハウジング内面間に形成された空間に血液が滞留することを防止し、両者間の血液流通を良好にする。
【００３５】
そして、図１７に示すように、インペラの通路の内面とハウジングの内面の突出部１０１の円柱部分１０１ｂ間のクリアランスｇ７ａは、ハウジングとインペラの側面間のクリアランスｇ７ｂより狭くなるように形成されている。このため、半径方向の衝撃力によりインペラが移動しても、周速度の低いインペラの内周部でハウジングと接触することになるため、接触部での損傷をより軽度とすることができる。さらに、この実施例では、インペラ上下の血液ポンプ室の形状がインペラ中心面に対して全く対称な形状となっているため、インペラ上面下面の圧力分布が流量、負荷の変動によらず等しくなり、インペラに軸方向の推力が生じないため、磁気浮上制御用電磁石に対する負荷変動が低減でき、より磁気浮上制御が安定する。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の遠心式血液ポンプ装置は、血液流入ポートと血液流出ポートを有するハウジングと、該ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラを有する遠心式血液ポンプと、該インペラのための非制御式磁気軸受構成部と、該インペラのための制御式磁気軸受構成部とを備え、該非制御式磁気軸受構成部および前記制御式磁気軸受構成部の作用により前記インペラが前記ハウジング内の所定位置に保持された状態で回転する血液ポンプ装置であり、前記インペラは、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時であって前記非制御式磁気軸受構成部の作動時においても回転可能なものであり、かつこの回転時に、前記インペラの前記非制御式磁気軸受構成部側の面（下面）と該面と向かい合う前記ハウジング内面との間に血液流路を形成する。このため、制御式磁気軸受構成部の非作動時においても非制御式磁気軸受構成部によりインペラが回転する、いわゆるフェールセーフ機構を備え、かつ、フェールセーフ機構によるインペラ回転時においても、インペラの下面とハウジング内面間での血液滞留が防止され、血栓の発生が少ない。
【００３７】
本発明の遠心式血液ポンプ装置は、血液流入ポートと血液流出ポートを有するハウジングと、該ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラを有する遠心式血液ポンプと、該インペラのための非制御式磁気軸受構成部と、該インペラのための制御式磁気軸受構成部とを備え、該非制御式磁気軸受構成部および前記制御式磁気軸受構成部の作用により前記インペラが前記ハウジング内の所定位置に保持された状態で回転する血液ポンプ装置であり、前記インペラは、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時であって前記非制御式磁気軸受構成部の作動時においても回転可能なものであり、該インペラは、中央を貫通する通路と、該インペラの前記非制御式磁気軸受構成部側の面の前記通路端部に形成され外方に向かって拡径するテーパー面を有し、前記ハウジング内面には、前記インペラの前記通路に対応する位置に設けられ、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時に前記インペラのテーパー面と接触するテーパー状側面を有する突出部を有する。このため、制御式磁気軸受構成部の非作動時においても非制御式磁気軸受構成部によりインペラが回転する、いわゆるフェールセーフ機構を備え、かつ、フェールセーフ機構によるインペラ回転時には、インペラの下面とハウジング内面が接触することがなく、インペラのテーパー面とハウジングの突出部のテーパー状側面とがほぼ面接触し、その状態にて回転するため、インペラの側面がハウジングの内面に接触することがなく、安定した回転が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の一実施例の断面図である。
【図２】図２は、図１に示した本発明の遠心式血液ポンプ装置の平面図である。
【図３】図３は、図１に示した遠心式血液ポンプ装置の内部を説明するための説明図である。
【図４】図４は、図１に示した本発明の血液ポンプ装置の作用を説明するための説明図である。
【図５】図５は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の断面図である。
【図６】図６は、図５に示した本発明の遠心式血液ポンプ装置に使用されるインペラの平面図である。
【図７】図７は、図８に示した本発明の血液ポンプ装置の作用を説明するための説明図である。
【図８】図８は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の断面図である。
【図９】図９は、図８に示した本発明の遠心式血液ポンプ装置に使用されるインペラの底面図である。
【図１０】図１０は、図５に示した本発明の血液ポンプ装置の作用を説明するための説明図である。
【図１１】図１１は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の断面図である。
【図１２】図１２は、図１１に示した本発明の遠心式血液ポンプ装置に使用されるインペラの底面図である。
【図１３】図１３は、図１１に示した本発明の血液ポンプ装置の作用を説明するための説明図である。
【図１４】図１４は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の断面図である。
【図１５】図１５は、図１４に示した本発明の遠心式血液ポンプ装置に使用されるインペラの底面図である。
【図１６】図１６は、図１５のＡ−Ａ線にて切断したインペラの断面図である。
【図１７】図１７は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例の断面図である。
【図１８】図１８は、図１７に示した本発明の血液ポンプ装置の作用を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１遠心式血液ポンプ装置
２遠心式血液ポンプ
３制御式磁気軸受構成部（インペラ位置制御部）
４非制御式磁気軸受構成部（インペラ回転トルク発生部）
２１血液流入ポート
２２血液流出ポート
２３インペラ
２６磁性部材
２７インペラの永久磁石
２９血液流路
２９ａ血液流路
３３電磁石
４１ロータ
４１ｂロータの永久磁石[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic bearing type centrifugal pump device for transporting blood.
[0002]
[Prior art]
As a magnetic bearing type pump device for transporting biological fluids such as blood and plasma, those disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-70500 and Japanese Patent Publication No. 7-51955 are known. These are magnetic bearing type centrifugal or axial flow turbo pumps that rotate in a state where the impeller is not in contact with other components at all by controlling the position of a magnetic member constituting the impeller by a magnetic force such as an electromagnet. This blood pump device includes an impeller position control unit (in other words, a controlled magnetic bearing component) including an electromagnet, a position sensor, and the like, an impeller rotational torque generating unit (in other words, an uncontrolled magnetic bearing component), and a housing. .
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The most important issues to be considered in transporting blood are to prevent destruction of important components such as red blood cells and platelets, and to prevent blood from coagulating due to foreign body reactions and the like. Magnetic bearing blood pumps that do not have a friction interface on the blood contact surface are very advantageous in this respect, and are therefore promising as long-term use blood pumps on a monthly basis. However, in such a magnetic bearing pump, when the magnetic bearing component does not function, specifically, when the impeller position control unit (in other words, the controlled magnetic bearing component) does not operate, the impeller Is attracted to the impeller rotational torque generating part (in other words, the non-controllable magnetic bearing constituent part), it is conceivable that the impeller does not rotate due to the magnetic attraction force of both, and the pump function is stopped. When the pump function stops, the blood inside the blood clots. For this reason, it is preferable to provide a so-called fail-safe mechanism that can maintain rotation and prevent blood coagulation until the blood pump is replaced even when the impeller position control is stopped.
[0004]
Furthermore, it is preferable that thrombus generation in the blood pump is small even when the impeller is rotated by such a fail-safe mechanism. In particular, blood between the impeller and the inner surface of the blood pump housing on the side of the impeller rotation torque generator is preferably blood. Since stagnation is likely to occur, it is necessary to be able to suppress blood stagnation in this portion.
[0005]
Therefore, the first problem of the present invention is that the impeller can be rotated by the impeller rotation torque generating unit (non-control type magnetic bearing component) even when the impeller position control unit (control type magnetic bearing component) is not operated. A centrifugal blood pump device that includes a so-called fail-safe mechanism and generates less thrombus inside the blood pump even when the impeller is rotated by the fail-safe mechanism.
[0006]
In addition, the second problem of the present invention is that the impeller can be rotated by the impeller rotational torque generating unit (non-control type magnetic bearing component) even when the impeller position control unit (control type magnetic bearing component) is not in operation. A centrifugal blood pump device having a so-called fail-safe mechanism and having good rotation of the impeller during impeller rotation by the fail-safe mechanism is provided.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
What solves the first problem is:A housing having a blood inflow port and a blood outflow port, a centrifugal blood pump having an impeller that rotates in the housing and feeds blood by centrifugal force at the time of rotation, and a non-controllable magnetic bearing configuration for the impeller And a controlled magnetic bearing component for the impeller, and the impeller is held at a predetermined position in the housing by the action of the non-controllable magnetic bearing component and the controlled magnetic bearing component The impeller is rotatable when the operation of the control type magnetic bearing component is stopped and when the non-control type magnetic bearing component is operated, and the rotation Sometimes, a blood flow path is formed between a surface of the impeller on the non-controllable magnetic bearing component side and the inner surface of the housing facing the surface. The la has a small-diameter through-hole provided at substantially the center of the surface on the non-control type magnetic bearing component side, and is provided on the inner surface of the housing at a position corresponding to the through-hole of the impeller, An inner surface of the housing having a protrusion for entering the through-hole and pivotally supporting the impeller at the through-hole portion, and further up to a side surface of the protruding portion that contacts the inner surface of the through-hole of the impeller The height from is formed larger than the height from the bottom surface of the impeller to the through hole. It is a centrifugal blood pump device.
[0008]
The impeller includes, for example, a magnetic member provided on one surface side and a permanent magnet provided on the other surface side. The control-type magnetic bearing component preferably includes a fixed electromagnet for attracting the magnetic member of the impeller and a position sensor for detecting the position of the magnetic member of the impeller. Furthermore, the non-control type magnetic bearing component includes, for example, a rotor including a permanent magnet for attracting the permanent magnet of the impeller, and a motor that rotates the rotor. Moreover, the said non-control type magnetic bearing structure part is provided with the several stator coil for rotationally driving, for example, attracting | sucking the permanent magnet of the said impeller.
The impeller includes a passage formed near the center of the impeller, and a bearing portion formed inside the passage so as not to close the passage, and the bearing portion includes the protruding portion. The through hole having an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the front end of the housing is provided, and the protrusion formed on the inner surface of the housing is supported by the inner surface of the through hole.
[0009]
Moreover, what solves said 2nd subject is the centrifugal blood which has the impeller which rotates in the housing which has a blood inflow port and a blood outflow port, and rotates blood in this housing and sends blood with the centrifugal force at the time of rotation A pump, a non-controllable magnetic bearing component for the impeller, and a controllable magnetic bearing component for the impeller, by the action of the non-controllable magnetic bearing component and the controllable magnetic bearing component A blood pump device that rotates in a state where the impeller is held at a predetermined position in the housing, and the impeller is at a time when the operation of the control type magnetic bearing component is stopped and the non-control type magnetic bearing component The impeller is rotatable at the time of operation, and the impeller is formed at the end of the passage on the non-controllable magnetic bearing component side surface of the impeller and on the outer side. The inner surface of the housing is provided at a position corresponding to the passage of the impeller, and comes into contact with the tapered surface of the impeller when the operation of the control type magnetic bearing component is stopped. Protrusions with tapered sidesFurthermore, the inner diameter of the tapered surface portion of the impeller is smaller than the outer diameter of the bottom portion of the tapered side surface of the protruding portion. It is a centrifugal blood pump device.
[0010]
When the impeller is rotated when the operation of the control type magnetic bearing component is stopped and when the non-control type magnetic bearing component is operated, the impeller is a surface of the impeller on the non-control type magnetic bearing component side. It is preferable that a blood flow path be formed between the housing and the housing inner surface facing the surface. Further, the tapered surface of the impeller or the projecting portion of the inner surface of the housing has the above-described control-type magnetic bearing component at the time of operation stop and the non-controllable magnetic bearing component at the time of impeller rotation, It is preferable that a groove for improving blood flow between the impeller and the housing is formed.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The centrifugal blood pump device of the present invention will be described with reference to the embodiments shown in the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment of a centrifugal blood pump device of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the centrifugal blood pump apparatus of the present invention shown in FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the inside of the centrifugal blood pump apparatus shown in FIG. 1. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the operation of the blood pump device of the present invention shown in FIG.
[0012]
The centrifugalblood pump apparatus 1 according to the present invention includes ahousing 6 having ablood inflow port 21 and ablood outflow port 22, and a centrifugal type having animpeller 23 that rotates within thehousing 6 and feeds blood by centrifugal force during rotation. Ablood pump unit 2, an uncontrolled magnetic bearing component (impeller rotational torque generating unit) 4 for theimpeller 23, and a controlled magnetic bearing component (impeller position controller) 3 for theimpeller 23; Theimpeller 23 rotates while being held at a predetermined position in thehousing 6 by the action of the non-control typemagnetic bearing component 4 and the control typemagnetic bearing component 3. Theimpeller 23 is rotatable even when the operation of the control typemagnetic bearing component 3 is stopped and also when the non-control typemagnetic bearing component 4 is operated. At this time, theimpeller 23 is rotated by theimpeller 23. Ablood flow path 29a is formed between the surface of the non-control type magnetic bearing component side of 23 and the inner surface of the housing 6 (blood pump portion forming inner surface) facing this surface.
[0013]
This will be described in detail with reference to the drawings.
The centrifugalblood pump apparatus 1 of the embodiment shown in FIGS. 1 to 4 includes ablood pump unit 2, an impellerposition control unit 3, and an impeller rotationaltorque generation unit 4.
Thehousing 6 includes ablood inflow port 21 and ablood outflow port 22 and is made of a nonmagnetic material. Ablood flow path 29 communicating with theblood inflow port 21 and theblood outflow port 22 is formed in thehousing 6. Animpeller 23 is accommodated in thehousing 6. Theblood inflow port 21 is provided so as to protrude substantially vertically from the vicinity of the center of the upper surface of thehousing 6. Theblood outflow port 22 is provided so as to protrude in a tangential direction from the side surface of thehousing 6 formed in a substantially cylindrical shape.
[0014]
It is the inner surface of the portion (pump portion housing) that forms theblood flow path 29 of thehousing 6, specifically, substantially the center of theinner surface 2 a that faces the bottom surface of the impeller 23 (the surface of the impeller on the side where the impeller rotational torque is generated). Apedestal portion 12 formed in a cylindrical shape at a position corresponding to the blood inflow port) and protruding from the upper surface of thepedestal portion 12 toward the bloodinflow sideProtrusion 13 thisProtrusion 13 is received in a bearingportion 51a of theimpeller 23 described later, and in this case, the impeller is pivotally supported.
[0015]
Theimpeller 23 is formed in a disc shape, and includes amagnetic member 26 provided on one surface (the blood inflow port side surface, the upper surface side), and apermanent magnet 27 provided on the other surface (lower surface side). Is provided. Themagnetic member 26 is provided to attract the impeller to the blood inflow port side by anelectromagnet 33 of the impellerposition control unit 3 described later. Thepermanent magnet 27 attracts the impeller to the side opposite to the blood inflow port by apermanent magnet 41 b provided on therotor 41 of the impeller rotationaltorque generating unit 4 to be described later, and can transmit the rotational torque from the impeller rotationaltorque generating unit 4. Is provided to do. The impellerposition control unit 3 and the impeller rotationaltorque generating unit 4 constitute a non-contact magnetic bearing, and theimpeller 23 is pulled in the opposite direction, so that theimpeller 23 is placed in an appropriate position in thehousing 6 so as not to contact the inner surface of the housing. Rotate in the housing in a non-contact state. As themagnetic member 26, magnetic stainless steel, nickel, a soft iron member, or the like is used. A donut plate-like member is preferable, and a plurality ofmagnetic members 26 may be provided at equal angular intervals. A plurality of thepermanent magnets 27 may be provided near the bottom surface of theimpeller 23 at equal angular intervals, or a donut plate-like one that has been subjected to multipolar magnetization may be used.
[0016]
As shown in FIGS. 1 and 3, theimpeller 23 penetrates the vicinity of the center of the impeller at a position corresponding to theblood inflow port 21, and apassage 24 that can receive thepedestal portion 12 formed in thehousing 6. A bearing having a plurality ofpartition portions 25 extending in the tangential direction from the periphery of 24 to the periphery of the impeller, and an arm formed radially inside thepassage 24 and continuously extending to thepartition portion 25 without closing thepassage 24Part 51. As shown in FIG. 1, the bearingportion 51 includes aconcave portion 51 a whose lower surface is recessed toward the blood inlet, and theconcave portion 51 a supports the protrudingportion 13 formed on the inner surface of thehousing 6. Theimpeller 23 includes a plurality ofblood guide paths 28 that are formed between theadjacent partition portions 25 and communicate with thepassage 24, theblood inflow port 21, and theblood passage 29 of thehousing 6.
[0017]
Due to the action of the impellerposition control unit 3 and the impeller rotationaltorque generation unit 4, theimpeller 23 does not contact any of the inner surfaces of thehousing 6 in a normal state. Rotates without touching. If the operation of the impellerposition control unit 3 is stopped for some reason, theimpeller 23 moves to the rotationaltorque generating unit 4 side as shown in FIG.Protrusion 13 is received in therecess 51a of the bearingportion 51 of theimpeller 23. In other words, theimpeller 23 isProtrusion It is pivotally supported by 13 and rotates in that state. That is, theconcave portion 51a of the bearingportion 51 of theimpeller 23 and thehousingProtrusion 13 constitutes a pivot bearing. In this embodiment, since the friction sliding portion during rotation in an emergency is the rotation center having the smallest peripheral speed, blood destruction and thrombus formation due to frictional heat are small. In addition, the impellerProtrusion Since it rotates around 13, the side surface of the impeller does not contact the inner surface of the housing, and stable rotation can be obtained.
[0018]
Also,Protrusion Since the height from the housinginner surface 2a to the tip of 13 is formed larger than the height from the bottom surface (lower surface) of theimpeller 23 to theconcave portion 51a of the bearingportion 51, as shown in FIG.Protrusion 13 also secures ablood flow path 29a between the lower surface of the impeller and the inner surface of the housing even in a state where the impeller is pivotally supported by the bearingportion 51 of theimpeller 23, and blood retention between the lower surface of the impeller and the inner surface of the housing Prevent the occurrence of thrombus.
[0019]
In the normal state shown in FIG. 1 and when the position control unit shown in FIG. 4 is not in operation, the blood flows from theblood inlet 21 through thepassage 24 in the impeller, as indicated by arrows in FIG. The blood passes through theblood guide path 28 and flows out from theoutlet 22 through ablood flow path 29 formed between the side surface of the impeller and the inner surface of the housing. At this time, a part of the blood that has passed through theblood guide path 28 of the impeller flows between the lower surface of theimpeller 23 and the housinginner surface 2a and flows backward, and ablood flow path 29a that flows into the passage from the lower portion of thepassage 24 of theimpeller 23 is formed. It is formed. As a result, the occurrence of blood retention between the lower surface of theimpeller 23 and the housinginner surface 2a is prevented.
[0020]
The impellerposition control unit 3 includes a plurality ofelectromagnets 33 housed in thehousing 6 and a plurality ofposition sensors 32. The plural (three)electromagnets 33 and the plural (three)position sensors 32 of the impellerposition control unit 3 are provided at equal angular intervals, and theelectromagnet 33 and theposition sensor 32 are also provided at equal angular intervals. It has been. Theelectromagnet 33 includes aniron core 33a and acoil 33b. In this embodiment, threeelectromagnets 33 are provided as shown in FIG. There may be three or more electromagnets, for example, four. Three or more are provided, and these electromagnetic forces are adjusted using detection results of aposition sensor 32 described later, thereby balancing the forces in the central axis (z-axis) direction of the impeller and orthogonal to the central axis (z-axis). The moment around the x axis and the y axis can be made zero.
[0021]
Theposition sensor 32 detects the gap interval between theelectromagnet 33 and themagnetic member 26, and this detection output is fed back to a control unit (not shown) that controls the current applied to thecoil 33b of the electromagnet. Even if a radial force due to gravity or the like acts on theimpeller 23, the magnetic flux shear force between thepermanent magnet 27 of theimpeller 23 and thepermanent magnet 41 b of therotor 41 and the force between theelectromagnet 33 and themagnetic member 26. Since the shearing force of the magnetic flux acts, theimpeller 23 is held at the center of thehousing 6.
[0022]
The impellerrotational torque generator 4 includes arotor 41 and amotor 42 for rotating the rotor (the internal structure is omitted). Therotor 41 includes arotating plate 41a and a plurality ofpermanent magnets 41b provided on one surface (the surface on the blood pump side) of the rotating plate. The center of therotor 41 is fixed to the rotating shaft of themotor 42. Thepermanent magnets 41b are provided in plural and at equal angles so as to correspond to the arrangement form (number and arrangement position) of the permanent magnets of theimpeller 23.
The impeller rotational torque generating unit is not limited to the one provided with the above-described rotor and motor, and may be, for example, one composed of a plurality of stator coils (so-called rotor magnets) for attracting and rotating the permanent magnet of the impeller. Good.
[0023]
Next, the centrifugalblood pump apparatus 10 of the embodiment shown in FIGS. 5, 6 and 10 will be described.
The basic configuration of theblood pump apparatus 10 of this embodiment is the same as that of theblood pump apparatus 1 shown and described in FIGS. 1 to 4, and the only difference is the shape of the impeller.
As shown in FIGS. 5 and 6, theimpeller 30 is formed near the center of the impeller at a position corresponding to theblood inflow port 21, and apassage 24 that can receive thepedestal portion 12 formed in thehousing 6, and a passage A plurality ofpartition portions 25 that extend in the tangential direction from the periphery of 24 and extend to the periphery of the impeller, and an arm that is formed inside thepassage 24 and extends radially without closing thepassage 24 and continuing to thepartition portion 25 It has the bearingpart 55 which has. As shown in FIG. 6, the bearingportion 55 has a small diameter at the center and is formed on thepedestal portion 12.Protrusion 13 is provided with a throughhole 55a having an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the tip portion. Theprotrusion 13 formed on the inner surface of thehousing 6 is supported by the inner surface of the throughhole 55a. Theimpeller 30 includes a plurality ofblood guide paths 28 that are formed between theadjacent partition portions 25 and communicate with thepassage 24, theblood inflow port 21, and theblood passage 29 of thehousing 6.
[0024]
Also,As shown in FIG. 10, the protruding portion that contacts the inner surface of the through hole of the bearingportion 55 of theimpeller 30. Since the height from the housinginner surface 2a to the side surface of thetip 13 is larger than the height from the bottom surface (lower surface) of theimpeller 30 to the throughhole 55a of the bearingportion 55, as shown in FIG.HousingProtrusion 13 also secures ablood flow path 29a between the lower surface of the impeller and the inner surface of the housing even in a state in which the impeller is pivotally supported by the bearingportion 55 of theimpeller 30, and blood retention between the lower surface of the impeller and the inner surface of the housing Prevent the occurrence of thrombus. Furthermore, the through-hole at the center of the impeller improves the effect of washing away the blood around the bearingportion 55 and further suppresses thrombus formation in the vicinity thereof. In addition, the impellerProtrusion Since it rotates around 13, the side surface of the impeller does not contact the inner surface of the housing, and stable rotation can be obtained.
[0025]
Next, the centrifugalblood pump device 20 of the embodiment shown in FIGS. 8, 9 and 7 will be described.
The basic configuration of theblood pump device 20 of this embodiment is the same as that of theblood pump device 1 shown and described in FIGS. 1 to 4 except for the shape of the impeller and the shape of the inner surface of the housing.
As shown in FIGS. 8 and 9, theimpeller 40 includes apassage 24 formed in the vicinity of the center of the impeller at a position corresponding to theblood inflow port 21, and the impeller curved in a tangential direction from the peripheral edge of thepassage 24. A plurality of blood guide passages (not shown) formed by a plurality of partition portions (not shown) extending to the peripheral edge of the gas passage and the adjacent partition portions and communicating with thepassage 24, theblood inflow port 21 and theblood passage 29 of the housing 6. ) And a plurality of (three or more)ribs 45 formed on the bottom surface (lower surface). Theinner surface 2a facing the lower surface of the impeller of thehousing 6 is a flat surface on which no pedestal or the like is formed.
[0026]
Also in this embodiment, as shown in FIG. 7, even if the rib of theimpeller 40 comes into contact with theinner surface 2a of the housing, theblood channel 29a is secured between the lower surface of the impeller and the inner surface of the housing. Prevents blood retention and blood clots arising from it. Further, in a normal state, therib 45 exhibits a stirring action between the lower surface of the impeller and the inner surface of the housing, thereby preventing partial blood retention between the two.
Instead of providing theribs 45 on theimpeller 40, a plurality (three or more) of ribs protruding toward the impeller may be provided on theinner surface 2a side of the housing.
[0027]
Next, the centrifugalblood pump device 50 of the embodiment shown in FIGS. 11 to 13 will be described.
The basic configuration of theblood pump device 50 of this embodiment is the same as that of theblood pump device 1 shown and described in FIGS. 1 to 4 except for the shape of the impeller and the shape of the inner surface of the housing.
As shown in FIGS. 11 and 12, theimpeller 70 includes apassage 24 formed near the center of the impeller at a position corresponding to theblood inflow port 21, and the impeller curved in a tangential direction from the periphery of thepassage 24. A plurality of blood guide passages (not shown) formed by a plurality of partition portions (not shown) extending to the peripheral edge of the gas passage and the adjacent partition portions and communicating with thepassage 24, theblood inflow port 21 and theblood passage 29 of the housing 6. ) And a large number ofdynamic pressure grooves 71 formed on the bottom surface (lower surface). Thedynamic pressure groove 71 has one end on the periphery (circumference) of thecircular portion 73 that is slightly separated from the bottom surface of thepassage 24, so that the width gradually increases to the outer periphery of the impeller in a spiral shape (curved). It extends. In addition, the large number ofdynamic pressure grooves 71 have substantially the same shape and are formed at the same intervals. Aportion 72 formed betweenadjacent grooves 71 is continuous with acircular portion 73.
[0028]
Since this dynamic pressure groove is provided, when the impeller position control unit is not in operation, as shown in FIG. 13, it is attracted to the impeller rotational torque generating unit side, but is formed between thedynamic pressure groove 71 and the housinginner surface 2a. Due to the effect of the dynamic pressure bearing, it is slightly separated from the inner surface of the housing, rotates in a non-contact state, and secures a blood flow path between the lower surface of the impeller and the inner surface of the housing. Prevent thrombus formation. Furthermore, in the normal state, the dynamic pressure groove exhibits a stirring action between the lower surface of the impeller and the inner surface of the housing, thereby preventing partial blood retention between the two.
[0029]
Next, the centrifugalblood pump device 80 of the embodiment shown in FIGS. 14 to 16 will be described.
The basic configuration of theblood pump device 80 of this embodiment is the same as that of theblood pump device 1 shown and described in FIGS. 1 to 4 except for the shape of the impeller and the shape of the inner surface of the housing.
In this embodiment, as shown in FIG. 15 which is a bottom view of the impeller and FIG. 16 which is a cross-sectional view of the impeller, theimpeller 90 and the impeller rotating torque generating portion side of theimpeller 90 pass through the center. It has a taperedsurface portion 91 that is formed at the passage end portion of the surface and expands outward. Correspondingly, the housinginner surface 2a is provided at a position corresponding to the taperedsurface portion 91 of theimpeller 90 and has a projecting portion having a tapered side surface that contacts the tapered surface of the impeller when the operation of the impeller position control unit is stopped. 81 is provided.
[0030]
Specifically, the inner surface of the portion of thehousing 6 forming the blood flow path 29 (pump portion housing), that is, substantially the center of theinner surface 2a facing the bottom surface of the impeller 90 (the surface of the impeller on the side where the impeller rotational torque is generated) ( Aconical protrusion 81 formed at a position corresponding to the blood inlet. At least the tip of the protrusion is sized to enter thepassage 24 of theimpeller 90.
[0031]
As shown in FIG. 15 which is a bottom view of the impeller and FIG. 16 which is a cross-sectional view of the impeller, theimpeller 90 is formed in a disc shape and is provided on one surface (the surface on the blood inflow port side, the top surface side). And apermanent magnet 27 provided on the other surface (lower surface side). Themagnetic member 26 is provided to attract the impeller to the blood inflow port side by anelectromagnet 33 of the impellerposition control unit 3 described later.
Further, theimpeller 90 includes apassage 24 formed near the center of the impeller at a position corresponding to theblood inflow port 21 and a plurality of partition portions that are curved in a tangential direction from the periphery of thepassage 24 and extend to the periphery of the impeller. (Not shown) and a plurality of blood guide paths (not shown) formed between adjacent partition portions and communicating with thepassage 24, theblood inflow port 21 and theblood passage 29 of thehousing 6.
[0032]
In theimpeller 90, atapered surface portion 91 whose diameter is increased downward is formed at the peripheral portion on the lower surface side of thepassage 24 passing through the center, and the angle of the taper and the taper of the conical protruding portion are formed. The angles are formed substantially the same. Further, the inner diameter of the taperedsurface portion 91 of theimpeller 90 is smaller than the outer diameter of the bottom of theconical protrusion 81. For this reason, in this embodiment, when the operation of the impeller position control unit is stopped, the lower surface of the impeller and the inner surface of the housing do not contact each other, and theconical protrusion 81 and the taperedsurface portion 91 of theimpeller 90 are substantially in surface contact. And since it rotates in that state, the side surface of the impeller does not contact the inner surface of the housing, and stable rotation is obtained. Further, since the taperedsurface portion 91 of theimpeller 90 is provided with agroove 92, blood is prevented from staying in a space formed between the lower surface of the impeller and the inner surface of the housing, and blood circulation between the two is improved. To.
[0033]
Next, the centrifugalblood pump apparatus 100 of the embodiment shown in FIGS. 17 to 18 will be described.
The basic configuration of theblood pump device 100 of this embodiment is the same as theblood pump device 1 shown and described in FIGS. 1 to 4 and theblood pump device 80 shown in FIG. 14, except for the shape of the impeller and the inner surface of the housing. Only the shape.
In this embodiment, theimpeller 110 includes apassage 24 that penetrates through the center, atapered surface portion 111a that is formed at the end of the passage on the impeller rotational torque generating portion side of the impeller and expands outward. And atapered surface portion 112a that is formed at the end of the passage on the surface of the impeller on the side of the position control portion and that expands outward.
[0034]
Correspondingly, the housinginner surface 2a is provided at a position corresponding to the taperedsurface portion 111a of theimpeller 110, and has a protruding portion having a taperedside surface 101a that comes into contact with the tapered surface of the impeller when the operation of the impeller position control unit is stopped. 101. Further, the protrudingportion 101 has acylindrical portion 101b extending upward from the tapered side surface and aconical portion 101c extending further upward than thecylindrical portion 101b. In addition, acylindrical protrusion 102 having a taperedportion 102a provided at a position corresponding to the taperedsurface portion 112a of theimpeller 110 is provided on the inner surface of the upper side (blood inlet port side) of the housing. The inner diameter of the tapered surface portion of theimpeller 110 is smaller than the outer diameter of the bottom portion of the taperedside surface 101a of the protrudingportion 101. For this reason, in this embodiment, when the operation of the impeller position control unit is stopped, the lower surface of the impeller and the inner surface of the housing do not come into contact with each other, and the projectingportion 101 and the tapered surface portion of theimpeller 110 are almost in surface contact with each other. Therefore, the side surface of the impeller does not contact the inner surface of the housing, and stable rotation can be obtained. Further, if a groove as shown in FIGS. 15 and 16 is provided in the tapered surface portion of the impeller, it is possible to prevent blood from staying in the space formed between the lower surface of the impeller and the inner surface of the housing. Improve blood circulation.
[0035]
As shown in FIG. 17, the clearance g7a between the inner surface of the impeller passage and thecylindrical portion 101b of theprotrusion 101 on the inner surface of the housing is formed to be narrower than the clearance g7b between the housing and the side surface of the impeller. . For this reason, even if the impeller is moved by an impact force in the radial direction, the inner peripheral portion of the impeller having a low peripheral speed comes into contact with the housing, so that damage at the contact portion can be made lighter. Furthermore, in this embodiment, since the shape of the blood pump chambers above and below the impeller is completely symmetrical with respect to the impeller center plane, the pressure distribution on the lower surface of the impeller upper surface is equal regardless of flow rate and load fluctuations, Since no thrust is generated in the impeller in the axial direction, load fluctuations on the magnetic levitation control electromagnet can be reduced, and magnetic levitation control is further stabilized.
[0036]
【The invention's effect】
The centrifugal blood pump device of the present invention includes a housing having a blood inflow port and a blood outflow port, a centrifugal blood pump having an impeller that rotates in the housing and feeds blood by centrifugal force during rotation, A non-controllable magnetic bearing component for the impeller and a controllable magnetic bearing component for the impeller, and the impeller is moved by the action of the non-controllable magnetic bearing component and the controllable magnetic bearing component. A blood pump device that rotates while being held at a predetermined position in a housing, wherein the impeller is at a time when the operation of the control type magnetic bearing component is stopped and also when the non-control type magnetic bearing component is operated. Between the surface (lower surface) of the impeller on the side of the non-controllable magnetic bearing component and the inner surface of the housing facing the surface during rotation. Forming a blood channel. For this reason, the impeller has a so-called fail-safe mechanism in which the impeller is rotated by the non-controllable magnetic bearing component even when the control-type magnetic bearing component is not in operation, and the lower surface of the impeller also during the impeller rotation by the fail-safe mechanism And blood accumulation between the inner surfaces of the housing is prevented, and thrombus generation is small.
[0037]
The centrifugal blood pump device of the present invention includes a housing having a blood inflow port and a blood outflow port, a centrifugal blood pump having an impeller that rotates in the housing and feeds blood by centrifugal force during rotation, A non-controllable magnetic bearing component for the impeller and a controllable magnetic bearing component for the impeller, and the impeller is moved by the action of the non-controllable magnetic bearing component and the controllable magnetic bearing component. A blood pump device that rotates while being held at a predetermined position in a housing, wherein the impeller is at a time when the operation of the control type magnetic bearing component is stopped and also when the non-control type magnetic bearing component is operated. The impeller is formed at a passage through the center and an end of the passage on a surface of the impeller on the non-controllable magnetic bearing component side, and is directed outward. The inner surface of the housing is provided at a position corresponding to the passage of the impeller, and comes into contact with the tapered surface of the impeller when the operation of the control type magnetic bearing component is stopped. A protrusion having a side surface; For this reason, the impeller has a so-called fail-safe mechanism in which the impeller is rotated by the non-controllable magnetic bearing component even when the control-type magnetic bearing component is not in operation, and when the impeller is rotated by the fail-safe mechanism, the lower surface of the impeller and the housing The inner surface is not in contact, and the tapered surface of the impeller and the tapered side surface of the protruding portion of the housing are substantially in surface contact with each other, so that the side surface of the impeller does not contact the inner surface of the housing. Stable rotation can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment of a centrifugal blood pump apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the centrifugal blood pump device of the present invention shown in FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the inside of the centrifugal blood pump device shown in FIG. 1;
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the operation of the blood pump device of the present invention shown in FIG. 1;
FIG. 5 is a cross-sectional view of another embodiment of the centrifugal blood pump device of the present invention.
6 is a plan view of an impeller used in the centrifugal blood pump device of the present invention shown in FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the operation of the blood pump device of the present invention shown in FIG. 8;
FIG. 8 is a cross-sectional view of another embodiment of the centrifugal blood pump device of the present invention.
FIG. 9 is a bottom view of an impeller used in the centrifugal blood pump apparatus of the present invention shown in FIG.
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining the operation of the blood pump device of the present invention shown in FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view of another embodiment of the centrifugal blood pump device of the present invention.
12 is a bottom view of the impeller used in the centrifugal blood pump device of the present invention shown in FIG. 11. FIG.
FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining the operation of the blood pump device of the present invention shown in FIG.
FIG. 14 is a cross-sectional view of another embodiment of the centrifugal blood pump device of the present invention.
FIG. 15 is a bottom view of the impeller used in the centrifugal blood pump apparatus of the present invention shown in FIG.
FIG. 16 is a cross-sectional view of the impeller cut along line AA in FIG. 15;
FIG. 17 is a cross-sectional view of another embodiment of the centrifugal blood pump device of the present invention.
FIG. 18 is an explanatory diagram for explaining the operation of the blood pump device of the present invention shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1 Centrifugal blood pump device
2 Centrifugal blood pump
3. Control type magnetic bearing component (impeller position controller)
4 Non-control type magnetic bearing component (impeller rotational torque generator)
21 Blood inflow port
22 Blood outflow port
23 Impeller
26 Magnetic members
27 Permanent magnet of impeller
29 Blood channel
29a Blood channel
33 Electromagnet
41 rotor
41b Permanent magnet of rotor

Claims

Translated fromJapanese

血液流入ポートと血液流出ポートを有するハウジングと、該ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラを有する遠心式血液ポンプと、該インペラのための非制御式磁気軸受構成部と、該インペラのための制御式磁気軸受構成部とを備え、該非制御式磁気軸受構成部および前記制御式磁気軸受構成部の作用により前記インペラが前記ハウジング内の所定位置に保持された状態で回転する血液ポンプ装置であり、前記インペラは、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時であって前記非制御式磁気軸受構成部の作動時においても回転可能なものであり、かつこの回転時に、前記インペラの前記非制御式磁気軸受構成部側の面と該面と向かい合う前記ハウジング内面との間に血液流路を形成するものであり、前記インペラは、前記非制御式磁気軸受構成部側の面のほぼ中央に設けられた小径の貫通口を有し、前記ハウジング内面には、前記インペラの前記貫通口に対応する位置に設けられ、該貫通口に侵入して該貫通口部分にてインペラを軸支するための突出部を有し、さらに、前記インペラの前記貫通孔の内面と接触する前記突出部の先端部側面までの前記ハウジング内面からの高さは、前記インペラの底面からの前記貫通口までの高さより大きく形成されていることを特徴とする遠心式血液ポンプ装置。A housing having a blood inflow port and a blood outflow port, a centrifugal blood pump having an impeller that rotates in the housing and feeds blood by centrifugal force at the time of rotation, and a non-controllable magnetic bearing configuration for the impeller And a controlled magnetic bearing component for the impeller, and the impeller is held at a predetermined position in the housing by the action of the non-controllable magnetic bearing component and the controlled magnetic bearing component The impeller is rotatable when the operation of the control type magnetic bearing component is stopped and when the non-control type magnetic bearing component is operated, and the rotation Sometimes, a blood flow path is formed between a surface of the impeller on the non-controllable magnetic bearing component side and the inner surface of the housing facing the surface. The la has a small-diameter through-hole provided at substantially the center of the surface on the non-control type magnetic bearing component side, and is provided on the inner surface of the housing at a position corresponding to the through-hole of the impeller, penetrates into the through holehave a protruding portion for supporting the impeller in the through holeportion, further, the inner surface of the housing to the tip portion side surface of the projecting portion in contact with the inner surface of the through hole of the impeller The centrifugal blood pump device is characterized in thata height from the bottom of the impeller is greater than a height from the bottom surface of the impeller to the through hole .

前記インペラは、一方の面側に設けられた磁性部材と、他方の面側に設けられた永久磁石を備える請求項１に記載の遠心式血液ポンプ装置。The centrifugal blood pump device according to claim1 , wherein the impeller includes a magnetic member provided on one surface side and a permanent magnet provided on the other surface side.

前記制御式磁気軸受構成部は、前記インペラの磁性部材を吸引するための固定された電磁石と、該インペラの磁性部材の位置を検出するための位置センサーを備えるインペラ位置制御部である請求項２に記載の遠心式血液ポンプ装置。The controlled magnetic bearing arrangement portion includes a fixed electromagnet for attracting the magnetic member of said impeller, claim2 is the impeller position control section comprising a position sensor for detecting the position of the magnetic member of the impeller The centrifugal blood pump device described in 1.

前記非制御式磁気軸受構成部は、前記インペラの永久磁石を吸引するための永久磁石を備えるローターと、該ローターを回転させるモーターとからなるインペラ回転トルク発生部である請求項２または３に記載の遠心式血液ポンプ装置。The uncontrolled magnetic bearing component includes a rotor comprising a permanent magnet for attracting the permanent magnet of the impeller, according to claim2 or 3 which is the impeller rotation torque generating section comprising a motor for rotating the rotor Centrifugal blood pump device.

前記非制御式磁気軸受構成部は、前記インペラの永久磁石を吸引しつつ回転駆動するための複数のステーターコイルを備えるインペラ回転トルク発生部である請求項２ないし４のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。5. The centrifugal type accordingto claim2, wherein the non-control type magnetic bearing component is an impeller rotational torque generating unit including a plurality of stator coils for rotationally driving while attracting the permanent magnet of the impeller. Blood pump device.

前記インペラは、該インペラの中央付近に形成された通路と、該通路の内部に形成され、該通路を閉塞しないように設けられた軸受部を有し、該軸受部は、前記突出部の先端部の外径より若干大きい内径を有する前記貫通口を備え、該貫通口の内面により、前記ハウジングの内面に形成された前記突出部を軸受けするものである請求項１ないし５のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。The impeller has a passage formed near the center of the impeller and a bearing portion formed inside the passage so as not to close the passage, and the bearing portion is a tip of the protruding portion. with the through hole having a slightly larger inner diameter than the outer diameter of the parts, the inner surface of the through hole, according to any one of5 claims 1 is for bearing the projecting portion formed on an inner surface of the housing Centrifugal blood pump device.

前記インペラは、一方の面側に設けられた磁性部材と、他方の面側に設けられた永久磁石を備える請求項７に記載の遠心式血液ポンプ装置。The centrifugal blood pump device according to claim7 , wherein the impeller includes a magnetic member provided on one surface side and a permanent magnet provided on the other surface side.

前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時であって前記非制御式磁気軸受構成部の作動時におけるインペラ回転時に、該インペラは、該インペラの前記非制御式磁気軸受構成部側の面と該面と向かい合う前記ハウジング内面との間に血液流路を形成するものである請求項７または８に記載の遠心式血液ポンプ装置。When the impeller is rotated when the operation of the control type magnetic bearing component is stopped and when the non-control type magnetic bearing component is operated, the impeller includes a surface on the non-control type magnetic bearing component side of the impeller and the surface of the impeller The centrifugal blood pump device according to claim7 or 8 , wherein a blood flow path is formed between the housing inner surface facing the surface.

前記インペラのテーパー面もしくは前記ハウジング内面の突出部には、前記制御式磁気軸受構成部の作動停止時であって前記非制御式磁気軸受構成部の作動時におけるインペラ回転時おいて、前記インペラと前記ハウジング間の血液流通を行わせるための溝が形成されている請求項９に記載の遠心式血液ポンプ装置。The tapered surface of the impeller or the projecting portion of the inner surface of the housing has the impeller when the impeller is rotated when the operation of the control type magnetic bearing component is stopped and when the non-control type magnetic bearing component is operated. The centrifugal blood pump device according to claim9 , wherein a groove for allowing blood to flow between the housings is formed.

前記制御式磁気軸受構成部は、前記インペラの磁性部材を吸引するための固定された電磁石と、該インペラの磁性部材の位置を検出するための位置センサーを備えるインペラ位置制御部である請求項８ないし１０のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。The controlled magnetic bearing arrangement portion includes a fixed electromagnet for attracting the magnetic member of said impeller, claim8 is the impeller position control section comprising a position sensor for detecting the position of the magnetic member of the impeller Thru | or the centrifugal blood pump apparatus in any one of10 .

前記非制御式磁気軸受構成部は、前記インペラの永久磁石を吸引するための永久磁石を備えるローターと、該ローターを回転させるモーターとからなるインペラ回転トルク発生部である請求項８ないし１１のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。The uncontrolled magnetic bearing component includes a rotor comprising a permanent magnet for attracting the permanent magnet of the impeller, one of the claims8 to 11 is impeller rotational torque generating section comprising a motor for rotating the rotor A centrifugal blood pump device according to claim 1.

前記非制御式磁気軸受構成部は、前記インペラの永久磁石を吸引しつつ回転駆動するための複数のステーターコイルを備えるインペラ回転トルク発生部である請求項８ないし１１のいずれかに記載の遠心式血液ポンプ装置。The centrifugal type according to any one of claims8 to 11 , wherein the non-control type magnetic bearing constituting portion is an impeller rotational torque generating portion including a plurality of stator coils for rotationally driving while attracting a permanent magnet of the impeller. Blood pump device.