WO2018135478A1

WO2018135478A1 - ポンプ

Info

Publication number: WO2018135478A1
Application number: PCT/JP2018/000989
Authority: WO
Inventors: 森武寿; 畑優; 野尻利彦
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 2017-01-18
Filing date: 2018-01-16
Publication date: 2018-07-26
Anticipated expiration: 2019-07-18
Also published as: JP7150616B2; JPWO2018135478A1

Abstract

ポンプ（１０）は、回転に伴い軸方向の流れを軸に対して交差する方向に偏向するインペラ（１２）と、インペラ（１２）を囲むハウジング（１４）と、インペラ（１２）とハウジング（１４）との間に配置され、インペラ（１２）によって生じた軸（ａ）に対して交差する方向の流れを偏向する整流板（４４）とを備える。整流板（４４）は、インペラ（１２）の外周部に隣接して配置された整流開始部（４４ａ）を有する。

Description

ポンプ

　本発明は、インペラからの流れを整流する整流板を備えたポンプに関する。

　心不全とは、心機能低下のために、全身組織における代謝に必要な血液量を心臓から駆出できない状態をいう。心機能が著しく低下した際には、心拍出を補助することが必要である。近年、経皮的に心臓に挿入する血液ポンプ（補助ポンプ）が開発されている。

　米国特許第９３０８３０２号明細書に開示されたポンプは、軸流型のインペラと、インペラを囲むハウジングと、インペラの下流側（基端方向側）に隣接して配置された複数枚の羽根からなるステータ（整流板）とを備え、インペラからの流れをステータにより整流するように構成されている。

　米国特許第９３０８３０２号明細書のポンプでは、軸流ポンプのインペラ、ハウジング及び整流板において、インペラによる流れは、インペラとハウジングのクリアランスを小さくしなければ生じないため、整流板はインペラとハウジングの間に配置できない。言い換えると、整流板は、インペラの径方向に隣接できない。従って、整流板がインペラの軸方向に隣接するしかなく、インペラによって生じた流れを整流板が十分に捉えられないため、十分なポンプ機能が発揮されない。

　本発明はこのような課題を考慮してなされたものである。斜流型ポンプ、遠心型ポンプのインペラによる流れはインペラとハウジングのクリアランスを小さくしなくても生じる。そこで、本発明は、インペラによって生じた軸に対して交差する方向の流れを整流する整流板がインペラの径方向に隣接して位置することにより、整流板がインペラによって生じた流れを効率よく捉えることができ、良好なポンプ性能を発揮することが可能なポンプを提供することを目的とする。

　上記の目的を達成するため、本発明は、回転に伴い軸方向の流れを軸に対して交差する方向に偏向するインペラと、前記インペラを囲むハウジングと、前記インペラと前記ハウジングとの間に配置され、前記インペラによって生じた前記軸に対して交差する方向の流れを偏向する整流板と、を備え、前記整流板は、前記インペラの外周部に隣接して配置された整流開始部を有することを特徴とする。

　上記のように構成されたポンプによれば、インペラにより軸方向の流れを軸に対して交差する方向に偏向するとともに、インペラからの流れを偏向する整流板が、インペラの真横（径方向外側）に配置された整流開始部を有する。このため、インペラの外周部と、整流板の位置が隣接することにより、整流板がインペラによって生じた流れを効率よく捉えることができ、良好なポンプ性能を発揮することが可能となる。

　前記整流板は、前記ハウジングの内周面から内方に向かって突出していてもよい。

　上記ポンプは、前記ハウジングの内側に配置された支持部材を備え、前記整流板は、前記支持部材の外周面から外方に向かって突出していてもよい。

　前記整流開始部は、前記軸を中心とする周方向、又は前記周方向に対して傾斜する方向に延在してもよい。

　この構成により、インペラからの流れを整流開始部によって効率良く偏向することができる。

　前記整流板は、前記軸に対して交差する方向の流れを軸方向に偏向してもよい。

　この構成により、インペラからの流れを整流板によって軸方向に偏向するため、一層良好なポンプ性能を発揮することが可能となる。

　前記整流板は、前記整流開始部及び前記インペラよりも下流側に配置された整流終了部を有していてもよい。

　この構成により、整流距離を稼ぎ、整流板の整流機能を十分に発揮することが可能となる。

　前記整流終了部は、軸方向に延在していてもよい。

　この構成により、インペラからの流れを整流終了部によって軸方向に偏向するため、一層良好なポンプ性能を発揮することが可能となる。

　前記整流板は、前記整流開始部と前記整流終了部との間に、前記インペラよりも下流側に位置するとともに周方向に対して傾斜する方向に延在する中間整流部を有していてもよい。

　この構成により、インペラからの流れを徐々に軸方向の流れに偏向するため、一層良好な整流機能を発揮することが可能となる。

　前記整流開始部、前記中間整流部及び前記整流終了部は、一連に繋がっていてもよい。

　この構成により、整流開始部から整流終了部に亘って、インペラからの流れを切れ目なく整流するため、一層良好な整流機能を発揮することが可能となる。

　前記整流板は、周方向に間隔を置いて複数配置されていてもよい。

　この構成により、十分な整流機能が発揮され、一層良好なポンプ性能が得られる。

　前記インペラは、放射状に配置された羽根を有し、前記整流板の枚数は、周方向における前記羽根の枚数よりも多くてもよい。

　前記ポンプは、前記インペラによって軸方向の流れを径方向に偏向する遠心型ポンプの形態を有していてもよい。

　遠心型ポンプであることにより、本発明の効果が一層良好に発揮される。

　前記ポンプは、心機能低下を補助するために心臓に挿入される血液ポンプの形態を有していてもよい。

　血液ポンプに適用されることにより、心不全の症状改善に効果的に寄与できる。

　本発明のポンプによれば、インペラとハウジングとの間に整流板が配置されるとともに、インペラからの流れを偏向する整流板が、インペラの真横（径方向外側）に配置された整流開始部を有する。このため、インペラの外周方向に押し出される流れを効率的に捉えることができ、良好なポンプ性能を発揮することが可能である。

本発明の実施形態に係るポンプの構造説明図である。上記ポンプのハウジング（整流板が設けられた部分及びその周辺部）の軸方向に沿った断面図である。上記ハウジングを基端側から見た斜視図である。上記ハウジングを先端側から見た正面図（図２のＩＶ－ＩＶ線断面図）である。上記ポンプの使用時の説明図である。

　以下、本発明に係るポンプの好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

　図１に示す本実施形態に係るポンプ１０は、例えば心不全のように心機能が著しく低下した患者の心臓内に経皮的に挿入され、心臓の心拍出を補助するために使用される血液ポンプ１０Ａとして構成されている。ポンプ１０は、インペラ１２と、インペラ１２を囲む中空筒状のハウジング１４と、インペラ１２を回転駆動する駆動シャフト１６と、駆動シャフト１６が挿通されたカテーテル１８とを備える。ポンプ１０は、全体として可撓性を有する長尺なデバイスである。

　インペラ１２は、該インペラ１２の中心部を構成するハブ２２と、ハブ２２に設けられた羽根構造２３とを有する。本実施形態において、インペラ１２は、軸方向の流れを径方向に偏向させるように構成された遠心ポンプ用インペラである。従って、ポンプ１０は遠心型ポンプとして構成されている。なお、ポンプ１０は、インペラ１２によって吐き出される流れが軸方向に対して傾斜した斜流型ポンプとして構成されてもよい。

　ハブ２２は、駆動シャフト１６の先端部に連結及び固定されており、駆動シャフト１６によってその軸ａを中心に回転駆動される。なお、インペラ１２の軸は、ハブ２２の軸ａと一致するため、以下では「インペラ１２の軸ａ」という場合もある。

　羽根構造２３は、軸方向に複数段の羽根２６を有するとともに、各段において、軸ａを中心とする周方向（以下、単に「周方向」という）に間隔を置いて複数の羽根２６が配置されている。各段においてハブ２２から放射状に延出（突出）した複数の羽根２６により羽根列２５が構成されている。なお、羽根構造２３は、軸方向に１段だけ羽根列２５を有していてもよい。

　図１において、ハウジング１４は、先端開口１４ａ及び基端開口１４ｂを有する中空筒状に形成されるとともに、可撓性を有する部材である。先端開口１４ａは血液の流入口であり、基端開口１４ｂは、血液の流出口である。ハウジング１４の基端部１４ｃ内に、インペラ１２が回転可能に配置されている。具体的に、ハウジング１４の基端部１４ｃは、インペラ１２を囲む環状膨出部１４ｄを有する。

　ハウジング１４の先端部には、周方向に配列された複数の連結部材４０を介して柔軟先端部材４２が連結されている。複数の連結部材４０は、柔軟先端部材４２を支持している。柔軟先端部材４２の先端は湾曲している。複数の連結部材４０間には空間４１が形成され、血液は当該空間４１を通って、先端開口１４ａからハウジング１４内へと流入可能である。

　ハウジング１４の基端部１４ｃは、カテーテル１８の先端部に設けられた支持部材１９により支持されている。支持部材１９は、ハウジング１４の基端部１４ｃ（環状膨出部１４ｄ）内に配置されており、当該ハウジング１４との間に軸方向に延在する円環状の流体排出路２１を形成している。支持部材１９の外径は、インペラ１２の外径と略同一に設定されている。なお、支持部材１９の外径は、インペラ１２の外径以上に設定されてもよい。

　ハウジング１４の基端部１４ｃと支持部材１９とは周方向に間隔をおいて配置された図示しない複数の連結部材（リム）により連結され、これによりハウジング１４が回転不可能に支持されている。従って、ハウジング１４は、ポンプ１０の動作時に回転しない静止部である。

　ポンプ１０は、インペラ１２と、インペラ１２を囲む中空筒状のハウジング１４と、インペラ１２を回転駆動する駆動シャフト１６と、駆動シャフト１６が挿通されたカテーテル１８と、カテーテル１８が挿通されたシース２０とを備える。駆動シャフト１６の先端部は支持部材１９から先端方向に突出している。支持部材１９から突出した駆動シャフト１６の先端部に、インペラ１２のハブ２２が連結されている。駆動シャフト１６は、支持部材１９の内部に配置された図示しない軸受部により回転可能に支持されている。駆動シャフト１６、カテーテル１８、シース２０は、ポンプ１０の基端側まで延在しており、いずれも可撓性を有する長尺な部材である。

　詳細は図示しないが、駆動シャフト１６は、ポンプ１０の基端側（手元側）でアクチュエータ（モータ等）に接続されており、当該アクチュエータによって回転駆動される。

　インペラ１２とハウジング１４との間には、インペラ１２によって生じた軸ａに対して交差する方向の流れを偏向する整流板４４が配置されている。具体的には、整流板４４は、ハウジング１４のうち、インペラ１２を囲む環状膨出部１４ｄの内周面に、周方向に間隔を置いて複数設けられている。複数の整流板４４は、周方向に等間隔に配置されるとともに、環状膨出部１４ｄの内周面から径方向内側に向かって突出している。なお、整流板４４は、支持部材１９の外周面１９ａに設けられていてもよい（外周面１９ａから径方向外側に突出していてもよい）。

　本実施形態では、インペラ１２の周方向における羽根２６の枚数（各羽根列２５を構成する羽根２６の枚数）は４であり、周方向における整流板４４の枚数は７である。従って、整流板４４の枚数は、周方向における羽根２６の枚数よりも多い。なお、整流板４４の枚数は、周方向における羽根２６の枚数以下であってもよい。

　整流板４４は、軸ａと平行な部分を有する。整流板４４は、周方向に対して傾斜した部分を有する。整流板４４は、先端から基端の間に曲がった部分を有する。整流板４４は、軸方向において、インペラ１２と重なる領域と、インペラ１２と重ならない領域とを有する。整流板４４は、互いに異なる周方向位置に配置された複数の領域を有する。以下、整流板４４の構成について、具体的に説明する。

　図２及び図３に示すように、整流板４４は、インペラ１２の外周部に隣接して配置された整流開始部４４ａと、整流開始部４４ａ及びインペラ１２よりも下流側に配置された整流終了部４４ｂと、整流開始部４４ａと整流終了部４４ｂとの間に配置された中間整流部４４ｃとを有する。整流開始部４４ａは、整流板４４の先端領域を構成する部分であり、インペラ１２の外周部に径方向に対向している。すなわち、整流開始部４４ａは、インペラ１２の外周部の径方向外側に配置されている。

　図２に示すように、整流開始部４４ａの最先端部（整流板４４の最先端部）は、羽根構造２３の最先端部（先端側の羽根２６の最先端部）と、羽根構造２３の最基端部（基端側の羽根２６の最基端部）との間に位置している。より具体的には、整流開始部４４ａの最先端部は、軸方向において、先端側の羽根２６の外端と重なる領域に位置する。なお、整流開始部４４ａの最先端部は、軸方向において、基端側の羽根２６の外端と重なる領域に位置してもよい。

　図４に示すように、インペラ１２の外周部（羽根２６の径方向外端）と、整流開始部４４ａの径方向内端との間には、径方向のクリアランスＣＬ（空間）が設けられている。クリアランスＣＬは、インペラ１２の回転時にインペラ１２の外周部が整流板４４と接触しない範囲で設定されるのがよく、例えば、０．１～２ｍｍに設定され、好ましくは０．５～１ｍｍに設定される。

　図２及び図３に示すように、整流開始部４４ａは、周方向に対して傾斜する方向に延在する。具体的に、整流開始部４４ａは、インペラ１２の回転方向（矢印Ｒ方向）側に向かって基端方向に変位するように傾斜している。なお、整流開始部４４ａは、周方向と平行な方向に延在してもよい。

　整流終了部４４ｂは、整流板４４の基端領域を構成する部分であり、支持部材１９の外周面１９ａに径方向に対向している。整流終了部４４ｂは、周方向において、整流開始部４４ａと位置が異なっている。具体的に、整流終了部４４ｂは、整流開始部４４ａよりもインペラ１２の回転方向側に位置している。

　整流終了部４４ｂの径方向内端は、支持部材１９の外周面１９ａに当接している。なお、整流終了部４４ｂの径方向内端は、支持部材１９の外周面１９ａに非接触であってもよい（整流終了部４４ｂの径方向内端と、支持部材１９の外周面１９ａとの間に径方向のクリアランス（空間）が存在してもよい）。この場合、当該クリアランスは、できるだけ小さく設定されるのがよい。

　整流終了部４４ｂは、インペラ１２の軸ａと平行に延在している。なお、整流終了部４４ｂは、インペラ１２の軸ａに対して傾斜する方向（周方向に対して傾斜する方向）に延在していてもよい。

　中間整流部４４ｃは、整流板４４の中間領域を構成する部分であり、インペラ１２よりも下流側に位置するとともに周方向に対して傾斜する方向に延在している。中間整流部４４ｃは、整流開始部４４ａと整流終了部４４ｂとの間で弧状に湾曲している。これにより、中間整流部４４ｃは、周方向位置が異なる整流開始部４４ａの基端と整流終了部４４ｂの先端とを滑らかに接続している。

　本実施形態では、整流開始部４４ａ、中間整流部４４ｃ及び整流終了部４４ｂは、ハウジング１４の内周面１５（環状膨出部１４ｄの内周面）からの突出高さが互いに同一である。従って、整流板４４は、先端から基端に亘って、突出高さが一定である。なお、整流開始部４４ａ、中間整流部４４ｃ及び整流終了部４４ｂは、ハウジング１４の内周面１５からの突出高さが互いに異なっていてもよい。

　本実施形態では、整流開始部４４ａ、中間整流部４４ｃ及び整流終了部４４ｂは、厚さ（板厚）が互いに同一である。従って、整流板４４は、先端から基端に亘って、厚さが一定である。なお、整流開始部４４ａ、中間整流部４４ｃ及び整流終了部４４ｂは、厚さが互いに異なっていてもよい。この場合、整流板４４は、先端から基端に向かって、又は基端から先端に向かって、厚さが減少してもよい。

　本実施形態では、整流開始部４４ａ、中間整流部４４ｃ及び整流終了部４４ｂは、一連に繋がっている。すなわち、整流開始部４４ａ、中間整流部４４ｃ及び整流終了部４４ｂは一体に成形されている。整流板４４は、軸方向に複数段のセグメントに分割されていてもよい（軸方向に非連続に形成されていてもよい）。この場合、整流板４４は、整流開始部４４ａ、中間整流部４４ｃ及び整流終了部４４ｂをそれぞれ担う３段のセグメントに分割されてもよい。

　なお、整流板４４は、先端から基端に亘って、軸ａと平行な直線状を有していてもよい。整流板４４は、先端から基端に亘って、周方向に対して傾斜していてもよい。整流板４４は、先端領域が周方向に対して傾斜し、中間領域及び基端領域が軸ａと平行な直線状を有していてもよい。整流板４４は、先端領域及び基端領域が周方向に対して傾斜し、中間領域が軸ａと平行な直線状を有していてもよい。整流板４４は、先端から基端に亘って、螺旋状に延在していてもよい（この場合、螺旋状の整流板４４は、１枚だけ設けられてもよく、２枚以上設けられてもよい）。

　次に、上記のように構成された本実施形態に係るポンプ１０（血液ポンプ１０Ａ）の作用を説明する。

　血液ポンプ１０Ａは、例えば、心機能が低下した患者の脚（大腿部）の動脈から挿入され、図５のように、血液ポンプ１０Ａの先端部が心臓４８内（左心室５４内）に挿入される。具体的には、ハウジング１４の流入口である先端開口１４ａが左心室５４内に配置され、ハウジング１４の流出口である基端開口１４ｂが大動脈５０内に配置される。

　そして、図５において、図示しないアクチュエータの駆動作用下にインペラ１２が回転駆動されると、血液ポンプ１０Ａは、ハウジング１４の先端開口１４ａから血液を吸引し、ハウジング１４の基端開口１４ｂから血液を排出する。このポンプ作用によって、左心房５６の内圧の低下により肺うっ血が解除され、左心室５４の内圧の減少により心筋負担が軽減され、冠血流増加により心筋虚血が軽減され、全身血流増加により末梢循環動態が正常化する。

　この場合、本実施形態に係るポンプ１０は、以下の効果を奏する。

　ポンプ１０によれば、インペラ１２により軸方向の流れを軸ａに対して交差する方向に偏向するとともに、インペラ１２からの流れを偏向する整流板４４が、インペラ１２の真横（径方向外側）に配置された整流開始部４４ａを有する。斜流型ポンプ、遠心型ポンプのインペラによる流れはインペラとハウジングのクリアランスを小さくしなくても生じる。このため、インペラ１２の外周部と、整流板４４の位置が隣接することにより、整流板４４がインペラ１２によって生じた流れを効率よく捉えることができ、良好なポンプ性能を発揮することが可能となる。

　整流板４４は、ハウジング１４の内周面１５から内方に向かって突出している。この構成により、ハウジング１４の内周面１５と整流板４４との間にクリアランスが形成されないため、一層良好なポンプ性能を発揮することが可能となる。

　整流開始部４４ａは、軸ａを中心とする周方向、又は周方向に対して傾斜する方向に延在する。この構成により、インペラ１２からの流れを整流開始部４４ａによって効率良く偏向することができる。

　整流板４４は、軸ａに対して交差する方向の流れを軸方向に偏向するように構成されている。この構成により、インペラ１２からの流れを整流板４４によって軸方向に偏向するため、一層良好なポンプ性能を発揮することが可能となる。

　整流板４４は、整流開始部４４ａ及びインペラ１２よりも下流側に配置された整流終了部４４ｂを有する。この構成により、整流距離を稼ぎ、整流板４４の整流機能を十分に発揮することが可能となる。

　整流終了部４４ｂは、軸方向に延在する。この構成により、インペラ１２からの流れを整流終了部４４ｂによって軸方向に偏向するため、一層良好なポンプ性能を発揮することが可能となる。

　整流板４４は、整流開始部４４ａと整流終了部４４ｂとの間に、インペラ１２よりも下流側に位置するとともに周方向に対して傾斜する方向に延在する中間整流部４４ｃを有する。この構成により、インペラ１２からの流れを徐々に軸方向の流れに偏向するため、一層良好な整流機能を発揮することが可能となる。

　整流開始部４４ａ、中間整流部４４ｃ及び整流終了部４４ｂは、一連に繋がっている。この構成により、整流開始部４４ａから整流終了部４４ｂに亘って、インペラ１２からの流れを切れ目なく整流するため、一層良好な整流機能を発揮することが可能となる。

　整流板４４は、周方向に間隔を置いて複数配置されている。また、整流板４４の枚数は、周方向における羽根２６の枚数よりも多い。この構成により、十分な整流機能が発揮され、一層良好なポンプ性能が得られる。

　ポンプ１０は、インペラ１２によって軸方向の流れを径方向に偏向する遠心型ポンプの形態を有する。遠心型ポンプであることにより、本発明の効果が一層良好に発揮される。

　ポンプ１０は、心機能低下を補助するために心臓に挿入される血液ポンプ１０Ａの形態を有する。本発明が血液ポンプに適用されることにより、心不全の症状改善に効果的に寄与できる。

　本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。本発明は、医療用以外のポンプにも適用可能である。

Claims

　回転に伴い軸方向の流れを軸に対して交差する方向に偏向するインペラ（１２）と、
　前記インペラ（１２）を囲むハウジング（１４）と、
　前記インペラ（１２）と前記ハウジング（１４）との間に配置され、前記インペラ（１２）によって生じた前記軸に対して交差する方向の流れを偏向する整流板（４４）と、を備え、
　前記整流板（４４）は、前記インペラ（１２）の外周部に隣接して配置された整流開始部（４４ａ）を有する、
　ことを特徴とするポンプ（１０）。
　請求項１記載のポンプ（１０）において、
　前記整流板（４４）は、前記ハウジング（１４）の内周面から内方に向かって突出している、
　ことを特徴とするポンプ（１０）。
　請求項１記載のポンプ（１０）において、
　前記ハウジング（１４）の内側に配置された支持部材（１９）を備え、
　前記整流板（４４）は、前記支持部材（１９）の外周面から外方に向かって突出している、
　ことを特徴とするポンプ（１０）。
　請求項１～３のいずれか１項に記載のポンプ（１０）において、
　前記整流開始部（４４ａ）は、前記軸を中心とする周方向、又は前記周方向に対して傾斜する方向に延在する、
　ことを特徴とするポンプ（１０）。
　請求項１～４のいずれか１項に記載のポンプ（１０）において、
　前記整流板（４４）は、前記軸に対して交差する方向の流れを軸方向に偏向する、
　ことを特徴とするポンプ（１０）。
　請求項１～５のいずれか１項に記載のポンプ（１０）において、
　前記整流板（４４）は、前記整流開始部（４４ａ）及び前記インペラ（１２）よりも下流側に配置された整流終了部（４４ｂ）を有する、
　ことを特徴とするポンプ（１０）。
　請求項６記載のポンプ（１０）において、
　前記整流終了部（４４ｂ）は、軸方向に延在する、
　ことを特徴とするポンプ（１０）。
　請求項７記載のポンプ（１０）において、
　前記整流板（４４）は、前記整流開始部（４４ａ）と前記整流終了部（４４ｂ）との間に、前記インペラ（１２）よりも下流側に位置するとともに周方向に対して傾斜する方向に延在する中間整流部（４４ｃ）を有する、
　ことを特徴とするポンプ（１０）。
　請求項８記載のポンプ（１０）において、
　前記整流開始部（４４ａ）、前記中間整流部（４４ｃ）及び前記整流終了部（４４ｂ）は、一連に繋がっている、
　ことを特徴とするポンプ（１０）。
　請求項１～９のいずれか１項に記載のポンプ（１０）において、
　前記整流板（４４）は、周方向に間隔を置いて複数配置されている、
　ことを特徴とするポンプ（１０）。
　請求項１０記載のポンプ（１０）において、
　前記インペラ（１２）は、放射状に配置された羽根（２６）を有し、
　前記整流板（４４）の枚数は、周方向における前記羽根（２６）の枚数よりも多い、
　ことを特徴とするポンプ（１０）。
　請求項１～１１のいずれか１項に記載のポンプ（１０）において、
　前記ポンプ（１０）は、前記インペラ（１２）によって軸方向の流れを径方向に偏向する遠心型ポンプの形態を有する、
　ことを特徴とするポンプ（１０）。
　請求項１～１２のいずれか１項に記載のポンプ（１０）において、
　前記ポンプ（１０）は、心機能低下を補助するために心臓に挿入される血液ポンプ（１０Ａ）の形態を有する、
　ことを特徴とするポンプ（１０）。