JPH0484966A - 血液ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は医療用又は実験用に用いられ、体外で血液を循
環させるための体外循環用血液ポンプに関するものであ
る。

（従来の技術） 外科手術の際など、血液を体外で循環させる血液ポンプ
としては、チューブをローラでしごいて血液を拍出する
方式のベリスターポンプがよく用いられている。そのよ
うな血液ポンプは、第１１図に示されるように、ローラ
３とローラ支持部６の間に血液チューブ２を配置し、ロ
ーラ３を回転させて血液チューブ２をローラでしごくこ
とにより血液を送り出す。この血液ポンプでは、血流量
は（ローラ支持部６に接する血液チューブ２内の容積）
Ｘ（ローラ３の回転数）で決定される。

（発明が解決しようとする課題） 血液ポンプでは、これまではローラ３の回転の安定性な
どの機械的な性能に重点がおかれ、血液チューブ２内を
流れている血液のへマドクリット（赤血球の体積比、つ
まり全ヘモグロビン量の指標となる）や酸素飽和度など
の血液状態をモニタする機能は備えられていない。

そこで、本発明者は血液ポンプでその血液チューブをな
がれている血液のへマドクリットや酸素飽和度などの血
液状態をモニタできるようにしたものを開発し提案して
いる。その際、ポンプによってはチューブ内に気泡が混
入することがある。

チューブ内に気泡が混入すれば、ヘマトクリットなどの
モニタしている測定値が大きく変動してしまい、アンプ
系によってはそのための回復に時間がかかることもあり
、好ましくない。

本発明は血液チューブをながれている血液のへマドクリ
ットや酸素飽和度などの血液状態をモニタするとともに
、気泡混入の有無も検出して気泡によりモニタ測定値が
大きく変動するのを防ぐ機能も備えた血液ポンプを提供
することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明では、ポンプの出口側に血液状態をモニタする測
定用センサを設け、ポンプの入口側に気泡を検出する別
のセンサを設ける。入口側のセンサで気泡を検出したと
きは、その気泡が出口側の測定用センサに到達したとき
に測定用センサによる血液状態の測定を停止して気泡に
よるモニタ測定値の変動を避ける。そのために、本発明
では、ローラと接触しない部分でポンプ出口側には送光
部と受光部を設け、ポンプ入口側には他の送光部と受光
部を設け、出口側の受光部の信号により血液状態をモニ
タするとともに、入口側の受光部の信号が一定以上に変
化したときに血液が入口側受光部から出口側受光部まで
送られる時間の後に出口側受光部の信号を採用しないよ
うに処理する信号処理系を設ける。

（作用） 出口側の送光部と受光部により血液の状態をモニタする
原理を第２図により説明すると、ヘモグロビンは酸素化
状態、すなわち酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロ
ビンとで分子吸光係数の波長依存性が異なる９例えば、
８０５ｎｍでは酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロ
ビンの分子吸光係数が等しいので、８０５ｎｍの光を用
いて測定すると、酸素化状態には関係なく、光の信号と
へマドクリットとの間には一定の関係がある・そこで、
血液チューブに接して設けられた発光部がらの８０５ｎ
ｍの光の血液による散乱光を受光部で検出すれば、ヘマ
トクリットを測定することができる。

また例えば、７５０ｎｍでは酸素化ヘモグロビンの吸光
係数より脱酸素化ヘモグロビンの吸光係数の方が大きい
。そのため、発光部として７５０ｎｍの波長のものと８
０５ｎｍの波長のものの２つを備え、７５０ｎｍの光に
よる受光部の検出強度Ｉｔｓ。と８０５ｎｍの光による
受光部の検出強度工、。５との比Ｌｓｏ／Ｌ。、を測定
すると、酸素飽和度とこの比Ｌｓ。／１ｍ。５との間に
は一定の関係があるので、酸素飽和度を測定することが
できる。

入口側の送光部と受光部によりヘマトクリットをモニタ
測定していると、気泡が混入すると受光部に入射する光
がその気泡で散乱されて、第３図に示されるように検出
出力が低下する。入口側受光部から出口側受光部へ気泡
が到達するまでに要する時間は液が入口側受光部から出
口側受光部へ送られるのに要する時間であり、一定であ
るので・この一定時間後に出口側受光部で検出された信
号を採用しないことにより、アンプ系に送られる信号の
大きな変動が除かれる。

（実施例） 第１図は一実施例を表わす。

ローラ支持部６とローラ３の間に弾性をもつ血液チュー
ブ２が設けられ、ローラ３の回転により血液チューブ２
がしごかれて血液が送り出される。

ローラ支持部６の入口側と出口側の先端部分まではロー
ラ３が血液チューブ２と接触する。

血液入口側のローラ支持部６の先端部分には。

その先端位置よりも入口側の位置に発光部としてのＬＥ
Ｄ４と受光部としてのフォトダイオード５がともに血液
チューブ２に接し、かつローラ３とは反対側に取りつけ
られている。血液出口側のローラ支持部６の先端部分に
は、その先端位置よりも出口側の位置に発光部としての
ＬＥＤ８と受光部としてのフォトダイオード１０がとも
に血液チューブ２に接し、かつローラ３とは反対側に取
りつけられている。ＬＥＤ４．８として８０５ｎｍの波
長の光を発生するＬＥＤ、フォトダイオード５．１０と
して８Ｑ５ｎｍの波長の光に対して感度のあるフォトダ
イオードを用いる。入口側のしＥＤ４とフォトダイオー
ド５は気泡を検出するためのものであり、出口側のＬＥ
Ｄ８とフォトダイオード１０は血液の状態をモニタする
ためのものである。

ローラ３は１８０度をなして２側設けられ、第４図に示
される駆動用モータ１２の回転軸１１しこ取りつけられ
ている。回転軸１１には２個の突起１４．１４が１８０
度をなして設けられてｂ）る。

突起１４．１４を検出するためにフォトセンサ１６が設
けられている。突起１４．１４とフォトセンサ１６はロ
ーラ３の回転を検出し、その回転に同期してフォトダイ
オード５，１０の検出信号を取り込むためのものである
。

フォトダイオード５，１０の検出信号を取り込んで処理
するために、第５図に示される信号処理系が設けられて
いる。

２０はフォトダイオード１０の検出信号を増幅するアン
プ、２２は増幅された検出信号をデジタル信号に変換す
るＡ／Ｄ変換器、２６はＣＰＵであり、デジタル信号に
変換された検出信号は入出力インターフェイス２４を経
・てＣＰＵ２６に取り込まれる。フォトセンサ１６から
の検出信号もまたインターフェイス２４を経てＣＰＵ２
６に取り込まわる。気泡の混入を検出するために、フォ
トダイオード５の検出信号を増幅するアンプ３２が設け
られ、アンプ３２で増幅された検出信号をデジタル信号
に変換するためにＡ／Ｄ変換器３４が設けられている。

Ａ／Ｄ変換器３４からのデジタル信号も入出力インター
フェイス２４を経てＣＰＵ２６に取り込まれる。ＣＰＵ
２６には、さらにインターフェイス２４を経てこの血液
ポンプを操作するためのキーボード３０や、モニタされ
た血液状態などを表示するＣＲＴなどの表示装置２８が
接続されている。

次に、第６図により本実施例の動作について説明する。

ローラ３を回転させて血液を循環させる。ＬＥＤ４，８
を発光させ、フォトダイオード５，１０により血液によ
る散乱光を受光する。■、はフォトダイオード５による
検出信号であり、■□。はフォトダイオード１０による
検出信号である６Ｓはフォトセンサ１６の検出信号であ
り、ローラ３の回転にともなってパルス信号Ｓが出力さ
れる。

気泡が混入しないときは、フォトダイオード５の検出信
号■５はしきい値Ｔｈ以上のレベルを保ってお・す、こ
の状態ではＣＰＵ２６はフォトセンサ１６からのパルス
信号Ｓに同期してフォトダイオード１０の検出信号１１
゜を一定時間Ｔ１で採取して積算し、その後の一定時間
Ｔ２で吸光度を求めてヘマトクリットを算出する演算を
行なう。時間Ｔ１とＴ２の合計時間はフォトセンサ１６
のパルス信号Ｓの周期よりも短かく、フォトセンサ１６
の信号Ｓのパルスが入るたびに同じ動作が線り返される
。

気泡が混入すると、入口側フォトダイオード５の検出信
号工、が変動する。例えば、工、がしきい値Ｔｈよりも
減少し、その減少している時間がｔ１時間であったとす
る。ローラ３の回転数が定まっているので、気泡が入口
側フォトダイオード５で検出されてから出口側フォトダ
イオード１０で検出される位置まで到達するのに要する
時間ｔ、はローラ３の回転数により定まる一定時間であ
る。そこで、一定時間ｔ。後に気泡の大きさに対応する
ｔ１時間は検出信号工、。を積算するのを停止し、その
期間ｔ１はその積算を停止する直前の検出信号レベルを
ホールドしてそのホールドされた測定値を用いて積算を
行なう。

以上の動作を第７図と第８図にまとめて示す。

第７図は入口側フォトダイオード５により気泡の混入を
検出するフローチャートである。

ローラ３の回転数を設定し、ポンプの回転を開始させる
。フォトダイオード５により気泡が入ったことが検出さ
れると、気泡が入ったことを示すフラグＦを立てる。そ
して気泡の大きさを示す時間ｔ工を計測する。

第８図は出口側フォトダイオード１０により血液の状態
を測定するフローチャートである。

フラグＦを見て、Ｆが立てられていなければ気泡が混入
していないので、血液状態を測定し、表示する。

もし、フラグＦが立てられておれば、一定時間ｔ０が経
過するまで血液状態の測定と表示を続け、一定時間ｔ０
が経過すると、測定用フォトダイオード１０による測定
をｔ１時間停止し、その期間は停止直前の測定値をホー
ルドして積算する。その後フラグＦを消して測定を続け
る。

気泡はローラ３の１周期に１個だけ混入するとは限らず
、２個以上が混入することもある。ローラ３の１周期に
複数個の気泡が混入した場合にはフラグＦが複数個室て
られることになり、各気泡について独立して上記の動作
が行なわれる。

また、気泡混入の頻度が高すぎるときは、その旨をアラ
ームで表示するような機能を追加してもよい。

実施例では気泡が混入したかどうかを調べるために、送
光部と受光部を設けているが、光を用いる手段に限らず
、他の手段により気泡混入を検出するようにしてもよい
。

第９図と第１０図により出口側の送光部と受光部により
血液の状態を検出する部分の他の実施例を示す。

第９図では発光部として互いに波長の異なる２個のＬＥ
Ｄ８−１と８−２が設けられている。ＬＥＤ８−１は７
５０ｎｍの光を発生するＬＥＤ、ＬＥＤ８−２は８０５
ｎｍの光を発生するＬＥＤ、フォトダイオード１０は７
５０ｎｍの光にも８０５ｎｍの光にも感度のあるフォト
ダイオードとする。異なる波長の光の散乱光を１個のフ
ォトダイオード１０で受光するために、ＬＥＤ８−１と
８−２が互いに異なるタイミングで交互に発光するよう
に駆動し、その膳区動に同期してフォトダイオード１０
からＣＰＵ２６に信号を取り込む。これらの２波長の検
呂信号の強度比を算出して酸素飽和度をモニタする。

第１０図では発光部であるＬＥＤ８は１個だけ設けられ
、受光部としてフォトダイオード１０−１と１０−２の
２個がＬＥＤ８から互いに異なる位置になるように配置
されている。受光部の位置をＬＥＤ８から遠ざけるほど
血故による散乱光が弱くなって受光部に入射する検出信
号強度が減るので、位置を異ならせた２つのフォトダイ
オード１０−１．１０−２の検出信号の比から、より正
確なヘマトクリットの値を求めることができる。

血液チューブ２の大きさによって予め実験的に係数を決
定しておけば、ヘマトクリットや酸素飽和度の絶対値を
算出して表示することができる。

実施例に示されるように、ローラ３の回転に同期してフ
ォトダイオードの検出信号を取り込むようにすれば、大
きく脈動する場合にも血液状態を正しくモニタすること
ができる。

医療用に用いる場合には、例えば計算されたヘマトクリ
ットや酸素飽和度の上限値と下限値を予め設定しておき
、その範囲をはずれたときには異常が生じたとして警報
を出すようにしておけば便利である。

発光部と受光部は実施例に示されるようなＬＥＤとフォ
トダイオードの組み合わせに限らず、他のものを用いて
もよい。

（発明の効果） 本発明の血液ポンプでは、ローラと接触しない部分で血
液チューブに接して光源と受光部を設け、受光部の信号
により血液状態をモニタするようにしたので、ポンプの
機械的な構造を変えることなく、チューブ内を流れてい
る血液のへマトクリソトを測定することができ、外科手
術中などに特に血液をモニタする装置を準備しなくても
、血液を循環させているポンプ自体でモニタすることが
できる。

また、波長の異なる複数の発光部を設けると、さらに酸
素飽和度もモニタすることができるようになる。

さらに、入口側に気泡混入を検出するための送光部と受
光部を設けて、気泡が混入したときは出口側の測定用の
検出信号を採用しないことにより、気泡混入による測定
値の変動を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例における機構部分を示す断面図、第２
図は血液の酸素化状態による分子吸光係数の波長依存性
を示す図、第３図は気泡混入による測定値の変動を示す
図、第４図は一実施例におけるローラの回転検出機構を
示す概略正面図、第５図は一実施例における信号処理系
を示すブロック図、第６図は一実施例の動作を示す波形
図、第７図は気泡検出の動作を示すフローチャート図、
第８図は血液状態を測定する動作を示すフローチャート
図、第９図及び第１０図はそれぞれ他の実施例における
出口側の発光部と受光部を示す概略断面図、第１１図は
従来のベリスターポンプの機構部分を示す断面図である
。 ２・・・・・・血液チューブ、３・・・・・・ローラ、
４，８゜８−１．８−２・・・・・・ＬＥＤ、５，１０
．１０−１゜１０−２・・・・・・フォトダイオード、
６・・・・・・ローラ支持部、１６・・・・・・フォト
センサ、２６・・・・・・ＣＰＵ。 特許出願人　株式会社島津製作所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）弾性をもつチューブをローラでしごいて送波する
   ベリスターポンプを用いた血液ポンプにおいて、ローラ
   と接触しない部分でポンプ出口側には送光部と受光部を
   設け、ポンプ入口側には他の送光部と受光部を設け、出
   口側の受光部の信号により血液状態をモニタするととも
   に、入口側の受光部の信号が一定以上に変化したときに
   血液が入口側受光部から出口側受光部まで送られる時間
   の後に出口側受光部の信号を採用しないように処理する
   信号処理系を設けた血液ポンプ。