JP4391680B2 - Continuous flow artificial heart system - Google Patents

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JP4391680B2 JP2000295035A JP2000295035A JP4391680B2 JP 4391680 B2 JP4391680 B2 JP 4391680B2 JP 2000295035 A JP2000295035 A JP 2000295035A JP 2000295035 A JP2000295035 A JP 2000295035A JP 4391680 B2 JP4391680 B2 JP 4391680B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は連続流型人工心臓システム、特に非常用コントローラを有する連続流型人工心臓システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
人工心臓は心臓の代行を行う人工臓器である。人工心臓の方式には大きく分けて、拍動流式と連続流式の2つがある。
【0003】
この内、拍動流式は、1回の拍出ごとに定量の血液を送出する方式である。一方、連続流式は、回転機構により、連続的に血液を送出する方式である。連続流式のポンプにはインペラに羽根を有する遠心ポンプのタイプが数社で開発されているが、医療器として承認されたものはまだなく、いずれも第1段階としてポンプのみを埋め込み、その制御部(コントローラ)は体外に置くシステムを考えている。
【0004】
これは、ポンプ以外にコントローラまで体内に埋め込んだ場合、コントローラに内蔵されている電池の充電を経皮的に行う必要が生じること、コントローラの小型化が難しい等のためである。
【0005】
このような遠心式血液ポンプ装置の例が本出願人による特開平11−244377号に、その制御方法の例が本出願人による特開平9−56812号に示されている。
【0006】
この外部のコントローラの役割としては、以下のような制御がある。
イ)インペラを適当な磁気浮上位置に浮上させておく。
ロ)モータとインペラ間の脱調(カップリング脱調)が起きたとき、一度回転を停止して再回転を行う。
ハ)ポンプの状態をモニタして、異常であれば知らせる。モニタ内容は、例えば、コントローラ内温度、モータ電流、回転数、インペラ位置、磁気浮上用電流等である。
【0007】
普通、連続流型人工心臓ポンプの運転では、コントローラを体内に埋め込まれているポンプと接続した後、外部から回転開始、回転停止のアクションと、各モードにおけるパラメータの設定、例えば、
1)回転数一定の制御を行うのであれば、使用者に応じた回転数の設定、
2)モータ電流一定の制御を行うのであれば、使用者に応じた電流値の設定、
を行う必要がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従って、例えば、コントローラにおいて、初期故障(部品不良、ハンダ付不良)、使用中故障(水にどっぷりつかった、交通事故で予想以上の衝撃を受けた)等の原因で、
イ)磁気浮上の駆動回路が壊れた場合、
ロ)モータの駆動回路が壊れた場合、
ハ)上記2つを制御している部分(具体的に制御しているアナログ回路や、制御コマンドを出しているCPU,FPGAのデジタル部)が壊れた場合、
などのように、それまでに使用していたコントローラが故障してポンプの運転が異常になり、コントローラの交換が必要になった場合に、交換作業は迅速に行う必要がある。
【0009】
これは、例えば、回転が止まった場合には血栓が生じてしまう、また、回転が異常になって、内部のインペラがポンプのハウジングに衝突するという不具合が生じる恐れがあるからである。
【0010】
したがって、非常用コントローラについては、ポンプとの接続後、迅速に運転を開始することが望まれる。
【0011】
本発明の目的は、前記従来の問題点に鑑み、体内に埋め込まれているポンプを体外にて制御するコントローラが含む、前記ポンプが埋め込まれている使用者が体外に携帯する携帯ユニットの交換による正規のコントローラから非常用コントローラへの運転制御の移行を迅速に行う連続流型人工心臓システムを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の連続流式人工心臓システムは、体内に埋め込まれているポンプと該ポンプを体外にて制御するコントローラとを有する連続流型人工心臓システムにおいて、前記コントローラは、前記ポンプからの動作状態の検出情報を外部のコンピュータ装置に発信する発信部と、前記ポンプへの運転制御情報を外部の前記コンピュータ装置から受信する受信部と、前記運転制御情報に基づいて前記ポンプの運転信号を出力する信号出力部とからなり、体内に前記ポンプが埋め込まれている使用者が体外に携帯する携帯ユニットと、前記携帯ユニットから受信した前記ポンプの動作状態の検出情報に基づいて運転制御情報を算出し、前記算出された運転制御情報を前記携帯ユニットに送信する前記コンピュータ装置とを含み、前記コントローラが正規のコントローラとして動作している際の第1携帯ユニットと、前記コントローラが前記正規のコントローラとは別の非常用コントローラとして動作している際の、前記第1携帯ユニットとは別の第2携帯ユニットと、前記第1携帯ユニットの故障時に、前記ポンプを制御するコントローラの携帯ユニットが前記第1携帯ユニットから前記第2携帯ユニットへ交換される場合に当該携帯ユニットの交換を実質的な身体への影響なしに実施するよう制御する携帯ユニット交換制御手段とを備え、前記コントローラは前記ポンプの回転を制御するための運転パラメータを有し、前記携帯ユニット交換制御手段は、前記非常用コントローラが前記正規のコントローラの運転パラメータを取得するよう制御する運転パラメータ取得手段を含むことを特徴とする。
【0013】
ここで、前記コントローラ交換制御手段は、前記正規のコントローラとして動作している際の第1携帯ユニットから前記非常用コントローラとして動作している際の第2携帯ユニットへの交換の間、前記ポンプの運転を維持する運転維持手段を含む。また、前記運転維持手段は、前記ポンプにどちらのコントローラも接続していない場合に前記ポンプ内で運転を維持する手段、及び/又は、前記ポンプに前記非常用コントローラとして動作する際の第2携帯ユニットが接続された後、前記非常用コントローラを予め設定された前記ポンプの回転を制御するための運転パラメータで動作させる手段を含む。また、前記ポンプの回転を制御するための運転パラメータが使用者に対応して前記ポンプ内に記憶されており、前記運転パラメータ取得手段は、前記正規のコントローラとして動作している際の第1携帯ユニットから前記非常用コントローラとして動作している際の第2携帯ユニットへの交換後に、前記ポンプ内に記憶されている運転パラメータを取得する。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【0015】
<本実施の形態の連続流型人工心臓システムの構成例>
図1は、本実施の形態が適用される磁気浮上型ポンプとその制御回路を示す図である。
【0016】
図1において、磁気浮上型ポンプ30は、モータ部31とポンプ部40と磁気軸受部50とから構成される。ポンプ部40のケーシング41内にはインペラ42が設けられる。ケーシング41は非磁性部材からなり、インペラ42は非制御式磁気軸受を構成する永久磁石43を有する非磁性部材44と、制御式磁気軸受のロータに相当する軟鉄部材45とを含む。永久磁石43はインペラ42の円周方向に分割されていて、互いに隣接する磁石が互いに反対方向に着磁されている。
【0017】
インペラ42の永久磁石43を有する側に対向するようにして、ケーシング41外部には軸46に軸支されたロータ47が設けられる。ロータ47はモータ32によって駆動されて回転する。ロータ47にはインペラ42の永久磁石43に対向しかつ吸引力が作用するようにインペラ42側と同数の永久磁石48が設けられている。一方、インペラ42の軟鉄部材45を有する側に対向するようにして、ケーシング41において永久磁石43と48の吸引力に打ち勝ってインペラ42をケーシング41の中心に保持するように電磁石51と図示しない位置センサとが磁気軸受部50に設けられている。
【0018】
上述のごとく構成された磁気浮上型ポンプ30において、ロータ47に埋込まれている永久磁石48はインペラ42の駆動や半径方向を支持し、インペラ42に設けられている永久磁石43との間の軸方向の吸引力を生じさせる。この吸引力と釣り合うように電磁石51のコイルに電流が流され、インペラ42が浮上する。そして、ロータ47がモータ31の駆動力によって回転すると、永久磁石43と48とが磁気カップリングを構成し、インペラ42が回転して、血液は注入口から図示しない吐出口に送り込まれる。インペラ42はケーシング41によってロータ47から隔離されておりかつ電磁石51からの汚染を受けることがないので、磁気浮上型ポンプ30から吐出された血液はクリーンな状態を保持する。
制御回路60は、CPU回路61と回転数制御回路62と磁気軸受制御回路63とを含む。回転数制御回路62は、CPU回路61からの指令を受け、モータ31の回転数を制御し、磁気軸受制御回路63は図示しない位置センサの信号をもとに電磁石51を制御する。さらに、制御部60には、回転数を表示する表示器71と流量を表示する表示器72と圧力を表示する表示器73とが必要に応じて設けられる。
【0019】
コントローラとポンプ間の信号は、ケーブルとコネクタ80により接続されている。
【0020】
なお、図1に示した磁気浮上型ポンプの全体の動作と血液循環との関連などについては、本願の主題ではないので、その詳細な説明は省略する。
【0021】
<本実施の形態の非常用コントローラへの交換例1>
上記連続流型人工心臓用のコントローラとポンプ間を接続するケーブルは、一般に10数本程度必要であるが、本実施の形態例では、図2に示すようにポンプ側のコネクタ10(例えばプラグ)に検知用のピン2本11,12を用意する。一方、コントローラ側のコネクタ20(レセプタ)では、対応するピン21,22を図2に示す回路23に接続する。
【0022】
これにより、接続時のチャタリングの影響を受けずに、
接続時:Low、未接続時:High
となる信号CNDATAが得られる。この方式ではポンプのケーブル内の信号の数は変わらず、コネクタのピン数が2本増えるだけなので、ケーブルの太さは変わらないという利点がある。
【0023】
CNDATAという信号が得られたので、あとは、CPUのI/O等を使用して、CNDATAのHighからLowになる立ち下がりから数秒後に回転開始命令を出力し(この数秒間に回転を開始できるかどうかのチェックを行う)、予め設定された運転パラメータ(例えば、回転数一定か電流一定かの制御則の選択、各々の制御則の場合の回転数又は電流など。制御則の選択信号はデジタル値となる。回転数又は電流の設定値はよく使用されるDCモータの場合、アナログだが、D−A変換によって与えることができるので8ビット程度のデジタル値設定可能である。したがって、全てデジタル値で設定できる)に移行するようにソフトを作成すればよい。
【0024】
図3は、本交換例1における非常用コントローラへの交換時のタイミングを示すタイミングチャートである。
【0025】
回転制御が停止して非常用コントローラへ交換した時に、信号CNDATAがHighからLowに変化して数秒後には、予め設定された回転数制御信号と電流値制御信号が非常用コントローラに提供され、ポンプの運転を再開する。
【0026】
この場合の運転パラメータの設定は、コントローラ内のプリント基板に用意したDIPスイッチ(たとえば制御の選択用)又は可変抵抗(たとえば回転数、電流値の設定用)等で設定を行うことができる。
【0027】
上記実施の形態では、運転パラメータの設定を、コントローラ内のプリント基板に用意したDIPスイッチ又は可変抵抗等で行う例を示したが、装置の信頼性を高める(埃、水の影響を受けないようにする)ことを考えると、ハード的に行うよりは、光、電磁波による非接触の通信を行い、ソフト的に設定することが望ましい。
【0028】
<本実施の形態の非常用コントローラへの交換例2>
図4及び図5は、コントローラ60を最小限の携帯部と、この携帯部と無線通信でデータを送受信する外部のパーソナルコンピュータ(以下PC)とから構成した例を示す図である。本例においては、図示しないが、携帯部に非常用コントローラへの自動交換をする構成を有するのが好ましい。
【0029】
本実施の形態では、携帯部からセンサの検知データを無線通信で受信して、制御データを演算し、算出された制御データを該携帯部に送信する。尚、本実施の形態において、使用者の負荷変動に応じて、回転数を変化させず、ほぼ流量一定に制御し、負荷変動に応じた回転数変化(流量制御)は使用者又は医師が行うシステムであっても、実時間で負荷変動に応じた制御をPCが行う、モニタされる信号(モータ回転数変換電圧、モータ電流変換電圧。これらによって流量が計算される)と、使用者の負荷を示す信号から、最適な回転数を計算し、その設定電圧を与えるシステムであってもよい。
【0030】
図4は、磁気軸受制御回路63の制御を外部PC100に任せたシステムの構成例を示している。尚、破線部200が携帯部の構成を示す。
【0031】
位置センサ301〜303からの信号は、センサ出力回路211〜213からマルチプレクサ220に入力されて選択され、A/D変換器230でデジタルデータに変換される。このデジタルデータは送受信部240を介して無線通信(例えば、電波、赤外線など)により外部PC100に送信される。外部PC100では、受信した位置センサ301〜303のデータに基づいて、磁気浮上ドライバ271〜273への制御データを演算・生成して、送受信部240へ送信する。携帯部200で受信された制御データは、D/A変換器250でアナログデータに変換され、デマルチプレクサ260により分配されて、各磁気浮上ドライバ271〜273へ送られる。各磁気浮上ドライバ271〜273からは、モニタ用の磁気浮上電流がマルチプレクサ220、A/D変換器230、送受信部240を介して外部PC100に送られて、モニタされる。
【0032】
ここで、本例により外部PC100に制御が移されて、位置センサ301〜303からの信号より、磁気浮上ドライバ271〜273への制御データを演算・生成する外部PC100が実行する過程は、図8に示す破線の部分800である。
【0033】
図5は、回転数制御回路62の制御を外部PC100に任せたシステムの構成例を示している。尚、破線部400が携帯部の構成を示す。
【0034】
モータコントロールIC&周辺回路440で表わされるワンチップからのモータ回転数変換電圧とモータ電流変換電圧とは、マルチプレクサ460で選択されて、A/D変換器470でデジタルデータに変換される。このデジタルデータは送受信部410を介して無線通信(例えば、電波、赤外線など)により外部PC100に送信される。外部PC100では、受信したモータ回転数変換電圧とモータ電流変換電圧とのデータに基づいて、モータドライバ451〜453への制御データ(回転数設定電圧と回転ON/OFF信号)を演算・生成して、送受信部410へ送信する。携帯部400で受信された制御データは、D/A変換器420でアナログデータに変換され、デマルチプレクサ430により分配されて、モータコントロールIC&周辺回路440に送られて、生成されたモータドライブ信号が各モータドライバ451〜453へ送られる。
【0035】
尚、上記モータコントロールIC&周辺回路の一部は、外部PCに機能を任せることもでき、外部PCの果たす機能は本実施の形態に限定されるものではない。ここで、本例により外部PC100に制御が移されて、制御データを演算・生成する外部PC100が実行する過程は、上記磁気軸受制御回路63の説明より明らかなので、ここでは説明を省く。
【0036】
本実施の形態により、
1)携帯されるコントローラの小型化と、
2)複雑な制御方法の実現と、
が可能になる。
【0037】
(本実施の形態の通信例)
図6及び図7は、本実施の形態の通信部(送信部と受信部)の構成例を示すブロック図である。ここでは微弱電波による通信、特にEIA−232の信号の内、TXDとRTSを使用した例を示す。
【0038】
はじめに送信部の説明を行う。運転パラメータは、PC(パソコン)100で入力あるいは算出され、送信インターフェイス部610でTTLレベルに変換される。TXDはTXDATAにRTSはTX−ON−OFFとなり送信モジュール部620に入力される。
【0039】
送信モジュール部620では、TXDATAがHighのときは68.1MHzの発振信号を、Lowのときは68.3MHzの信号を選択する。その信号を増幅した後、DBM(Double Balanced Mixer)で、PLL回路で作られた周波数とミックスして周波数変換する。最後に増幅してアンテナ630から電波として出力する。なお、TX−ON−OFF信号がHのときだけ電波を出力する。
【0040】
次に受信部の説明を行う。アンテナ730から入力された電波は受信モジュール部720において、増幅された後、DBM部でPLLからの周波数とミックスされ、中間周波数44.2MHzに変換する。これを増幅した後で検波回路に入力し、RXDATAとCD信号として出力する。
【0041】
これらの信号は受信インターフェイス部710でレベル変換されて、EIA−232のRXD、DSRとして出力されてマイコン100に入力される(レベル変換せずにTTLで良い場合もある)。マイコン100に受信された運転パラメータ(たとえば32ビット)のデータはEEPROMに書き込まれ、コントローラ自体の電源が切断されてもデータの消失は起きない。
【0042】
<本実施の形態の非常用コントローラへの交換例3>
上記交換例1及び2では、非常用コントローラへの交換時にポンプの制御を停止して、ポンプの運転が停止する場合を例に説明したが、非常用コントローラへの交換時にポンプへの制御信号が途絶えている間、以前の信号を保持する回路やそれまでの運転を維持する回路をポンプ側に設けることで、図3に示したようなポンプの回転制御の空白を無くして制御の連続性を維持することも可能である。この場合の一例としては、ポンプ側にドライバを移し電源維持回路を設けることが考えられる。
【0043】
【発明の効果】
本発明によれば、体内に埋め込まれているポンプを体外にて制御するコントローラが含む、前記ポンプが埋め込まれている使用者が体外に携帯する携帯ユニットの交換による正規のコントローラから非常用コントローラへの運転制御の移行を迅速に行う連続流型人工心臓システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態における連続流型人工心臓システムのブロック図である。
【図2】本実施の形態の連続流型人工心臓システムの非常用コントローラへの交換例を示す図である。
【図3】図2における交換時のタイミングチャートである。
【図4】本実施の形態の連続流型人工心臓システムの非常用コントローラへの他の交換例を実現する構成示す図である。
【図5】本実施の形態の連続流型人工心臓システムの非常用コントローラへの他の交換例を実現する構成示す図である。
【図6】本実施の形態の連続流型人工心臓システムの送信部の構成例を示す図である。
【図7】本実施の形態の連続流型人工心臓システムの受信部の構成例を示す図である。
【図8】図4における外部PCの処理を説明するための図である。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a continuous flow artificial heart system, and more particularly to a continuous flow artificial heart system having an emergency controller.
[0002]
[Prior art]
An artificial heart is an artificial organ that acts as a substitute for the heart. Artificial heart systems can be broadly divided into two types: pulsatile flow and continuous flow.
[0003]
Among these, the pulsatile flow method is a method of delivering a fixed amount of blood for each stroke. On the other hand, the continuous flow method is a method in which blood is continuously delivered by a rotating mechanism. Several types of centrifugal pumps with impeller blades have been developed for continuous flow pumps, but none have been approved as medical devices, and all of them are embedded as a first stage and controlled. The part (controller) is a system that is placed outside the body.
[0004]
This is because when a controller other than the pump is embedded in the body, the battery built in the controller needs to be charged transcutaneously, and it is difficult to downsize the controller.
[0005]
An example of such a centrifugal blood pump device is shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-244377 by the present applicant, and an example of its control method is shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-56812 by the present applicant.
[0006]
The role of this external controller is as follows.
B) The impeller is levitated to an appropriate magnetic levitation position.
B) When a step-out (coupling step-out) occurs between the motor and the impeller, the rotation is stopped once and then restarted.
C) Monitor the condition of the pump and inform it of any abnormalities. The monitor contents are, for example, the temperature in the controller, the motor current, the rotation speed, the impeller position, the magnetic levitation current, and the like.
[0007]
Normally, in the operation of a continuous flow type artificial heart pump, after connecting the controller with a pump embedded in the body, the action of starting rotation, stopping rotation and setting parameters in each mode, for example,
1) If constant rotation speed control is to be performed, setting the rotation speed according to the user,
2) If the motor current is controlled at a constant level, set the current value according to the user.
Need to do.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, for example, in the controller, due to an initial failure (part failure, soldering failure), in-use failure (so much water that you have been shocked by traffic accidents), etc.
B) If the magnetic levitation drive circuit breaks,
B) If the motor drive circuit is broken,
C) If the part controlling the above two (specifically controlling analog circuit, CPU issuing the control command, digital part of FPGA) is broken,
As described above, when the controller used so far fails and the pump operation becomes abnormal and the controller needs to be replaced, the replacement work needs to be performed quickly.
[0009]
This is because, for example, when the rotation stops, a thrombus is generated, and there is a possibility that the rotation becomes abnormal and the internal impeller collides with the pump housing.
[0010]
Therefore, it is desirable for the emergency controller to start operation quickly after connection with the pump.
[0011]
In view of the above-described conventional problems, an object of the present invention is to replace a portable unit that is carried outside the body by a user in which the pump is implanted, including a controller that controls the pump implanted in the body outside the body. It is an object of the present invention to provide a continuous flow artificial heart system that can quickly shift operation control from a regular controller to an emergency controller.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, continuous-flow artificial heart system according to the present invention, in a continuous flow type artificial heart system including a controller for controlling the pump and the pump that is implanted in the body at outside, the controller Based on the operation control information, a transmission unit that transmits detection information of the operation state from the pump to an external computer device, a reception unit that receives operation control information for the pump from the external computer device, and A signal output unit that outputs an operation signal of the pump, and a portable unit that is carried outside the body by a user in which the pump is embedded in the body, and detection information of the operating state of the pump received from the portable unit Calculating the driving control information based on the computer device, and transmitting the calculated driving control information to the portable unit; Wherein the first mobile unit when the controller is operating as a regular controller, when the controller is operating as a separate emergency controller and said normal controller, the first mobile unit in the case where the another second mobile unit, when a failure of the first portable unit, the portable unit controller for controlling the pump is replaced from the first mobile unit to the second mobile unit, the exchange of the mobile unit and a mobile unit exchange control means for controlling to implement without affecting the substantial body of the controller has an operating parameter for controlling the rotation of the pump, the mobile unit exchanging control means, The emergency controller controls the emergency controller to acquire the regular controller operating parameters. Characterized in that it comprises a meter acquisition means.
[0013]
Here, the controller replacement control means is configured to replace the pump during the replacement from the first portable unit when operating as the regular controller to the second portable unit when operating as the emergency controller. Operation maintenance means for maintaining operation is included. Further, the operation maintaining means comprises means for maintaining the operation within the pump when etc. to the pump not connected flickering controller, and / or the second when operating as the emergency controller to the pump And means for operating the emergency controller with preset operation parameters for controlling the rotation of the pump after the portable unit is connected. The operation parameter for controlling the rotation of the pump is stored in the pump corresponding to the user, and the operation parameter acquisition means is the first portable when operating as the regular controller. after exchange from the unit to the second mobile unit when operating as the emergency controller acquires operating parameters stored in the pump.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0015]
<Configuration Example of Continuous Flow Artificial Heart System According to this Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a magnetic levitation pump to which the present embodiment is applied and its control circuit.
[0016]
In FIG. 1, the magnetic levitation pump 30 includes a motor unit 31, a pump unit 40, and a magnetic bearing unit 50. An impeller 42 is provided in the casing 41 of the pump unit 40. The casing 41 is made of a non-magnetic member, and the impeller 42 includes a non-magnetic member 44 having a permanent magnet 43 constituting a non-control type magnetic bearing, and a soft iron member 45 corresponding to a rotor of the control type magnetic bearing. The permanent magnet 43 is divided in the circumferential direction of the impeller 42, and adjacent magnets are magnetized in opposite directions.
[0017]
A rotor 47 supported by a shaft 46 is provided outside the casing 41 so as to face the side of the impeller 42 having the permanent magnet 43. The rotor 47 is driven by the motor 32 to rotate. The rotor 47 is provided with the same number of permanent magnets 48 as the impeller 42 side so as to oppose the permanent magnets 43 of the impeller 42 and to apply an attractive force. On the other hand, the electromagnet 51 and a position (not shown) so as to oppose the attractive force of the permanent magnets 43 and 48 in the casing 41 and hold the impeller 42 at the center of the casing 41 so as to face the side having the soft iron member 45 of the impeller 42. A sensor is provided in the magnetic bearing portion 50.
[0018]
In the magnetic levitation pump 30 configured as described above, the permanent magnet 48 embedded in the rotor 47 supports the driving and radial direction of the impeller 42, and is connected to the permanent magnet 43 provided on the impeller 42. Generate axial suction. A current is passed through the coil of the electromagnet 51 so as to balance this attractive force, and the impeller 42 floats. When the rotor 47 is rotated by the driving force of the motor 31, the permanent magnets 43 and 48 constitute a magnetic coupling, the impeller 42 is rotated, and blood is sent from the injection port to a discharge port (not shown). Since the impeller 42 is isolated from the rotor 47 by the casing 41 and is not subjected to contamination from the electromagnet 51, the blood discharged from the magnetic levitation pump 30 maintains a clean state.
The control circuit 60 includes a CPU circuit 61, a rotation speed control circuit 62, and a magnetic bearing control circuit 63. The rotational speed control circuit 62 receives a command from the CPU circuit 61 and controls the rotational speed of the motor 31, and the magnetic bearing control circuit 63 controls the electromagnet 51 based on a signal from a position sensor (not shown). Further, the control unit 60 is provided with a display 71 for displaying the number of revolutions, a display 72 for displaying the flow rate, and a display 73 for displaying the pressure as required.
[0019]
Signals between the controller and the pump are connected by a cable and a connector 80.
[0020]
Since the relationship between the overall operation of the magnetic levitation pump shown in FIG. 1 and blood circulation is not the subject of the present application, detailed description thereof will be omitted.
[0021]
<Exchanging example 1 to emergency controller of this embodiment>
In general, about 10 or more cables are required to connect the controller for the continuous flow type artificial heart and the pump. In this embodiment, as shown in FIG. 2, the connector 10 (for example, plug) on the pump side is used. Two detection pins 11 and 12 are prepared. On the other hand, in the connector 20 (receptor) on the controller side, the corresponding pins 21 and 22 are connected to the circuit 23 shown in FIG.
[0022]
By this, without being affected by chattering at the time of connection,
Connected: Low, not connected: High
A signal CNDATA is obtained. This method has the advantage that the number of signals in the pump cable does not change and the number of connector pins is increased by two, so that the thickness of the cable does not change.
[0023]
Since the signal CNDATA is obtained, a rotation start command is output after a few seconds from the falling edge of CNDATA from High to Low using the CPU I / O or the like (rotation can be started within this few seconds) Check), selection of control parameters set in advance (for example, constant rotation speed or constant current, rotation speed or current for each control law, etc.) In the case of a DC motor that is often used, the set value of the rotation speed or current is analog, but can be given by D-A conversion, so that a digital value of about 8 bits can be set. Software can be created to shift to (can be set by value).
[0024]
FIG. 3 is a timing chart showing the timing at the time of replacement with the emergency controller in the present replacement example 1.
[0025]
When the rotation control is stopped and replaced with the emergency controller, the signal CNDATA changes from High to Low, and after a few seconds, the preset rotation speed control signal and the current value control signal are provided to the emergency controller. Resume driving.
[0026]
In this case, the operation parameters can be set by a DIP switch (for example, for control selection) or a variable resistor (for example for setting the rotation speed and current value) prepared on a printed circuit board in the controller.
[0027]
In the above embodiment, an example is shown in which operation parameters are set using a DIP switch or a variable resistor prepared on a printed circuit board in the controller. However, the reliability of the apparatus is increased (so as not to be affected by dust and water). It is preferable to perform non-contact communication using light and electromagnetic waves and set in software rather than hardware.
[0028]
<Exchanging example 2 to emergency controller of this embodiment>
4 and 5 are diagrams illustrating an example in which the controller 60 includes a minimum portable unit and an external personal computer (hereinafter, PC) that transmits and receives data to and from the portable unit by wireless communication. In this example, although not shown, it is preferable to have a configuration in which the portable unit is automatically replaced with an emergency controller.
[0029]
In the present embodiment, sensor detection data is received from a portable unit by wireless communication, control data is calculated, and the calculated control data is transmitted to the portable unit. In this embodiment, the rotational speed is controlled to be substantially constant without changing the rotational speed according to the load fluctuation of the user, and the rotational speed change (flow rate control) according to the load fluctuation is performed by the user or the doctor. Even in the system, the PC performs control according to the load fluctuation in real time, the monitored signal (motor rotation speed conversion voltage, motor current conversion voltage, the flow rate is calculated by these), and the user's load It is also possible to use a system that calculates the optimum rotational speed from a signal indicating the above and gives the set voltage.
[0030]
FIG. 4 shows a configuration example of a system in which the control of the magnetic bearing control circuit 63 is left to the external PC 100. In addition, the broken line part 200 shows the structure of a portable part.
[0031]
Signals from the position sensors 301 to 303 are input from the sensor output circuits 211 to 213 to the multiplexer 220, selected, and converted into digital data by the A / D converter 230. This digital data is transmitted to the external PC 100 by wireless communication (for example, radio waves, infrared rays, etc.) via the transmission / reception unit 240. The external PC 100 calculates and generates control data for the magnetic levitation drivers 271 to 273 based on the received data from the position sensors 301 to 303 and transmits the control data to the transmission / reception unit 240. The control data received by the portable unit 200 is converted into analog data by the D / A converter 250, distributed by the demultiplexer 260, and sent to the magnetic levitation drivers 271 to 273. From each of the magnetic levitation drivers 271 to 273, a monitoring magnetic levitation current is sent to the external PC 100 via the multiplexer 220, the A / D converter 230, and the transmission / reception unit 240 and monitored.
[0032]
Here, the control is transferred to the external PC 100 according to this example, and the process executed by the external PC 100 that calculates and generates control data for the magnetic levitation drivers 271 to 273 from the signals from the position sensors 301 to 303 is shown in FIG. The broken line portion 800 shown in FIG.
[0033]
FIG. 5 shows a configuration example of a system in which the control of the rotation speed control circuit 62 is left to the external PC 100. In addition, the broken line part 400 shows the structure of a portable part.
[0034]
The motor speed conversion voltage and the motor current conversion voltage from one chip represented by the motor control IC & peripheral circuit 440 are selected by the multiplexer 460 and converted into digital data by the A / D converter 470. This digital data is transmitted to the external PC 100 by wireless communication (for example, radio waves, infrared rays, etc.) via the transmission / reception unit 410. The external PC 100 calculates and generates control data (rotation speed setting voltage and rotation ON / OFF signal) to the motor drivers 451 to 453 based on the received data of the motor rotation speed conversion voltage and the motor current conversion voltage. And transmitted to the transceiver 410. The control data received by the portable unit 400 is converted into analog data by the D / A converter 420, distributed by the demultiplexer 430, sent to the motor control IC & peripheral circuit 440, and the generated motor drive signal is It is sent to each motor driver 451-453.
[0035]
A part of the motor control IC & peripheral circuit can be assigned to the external PC, and the function performed by the external PC is not limited to the present embodiment. Here, the process executed by the external PC 100 that calculates and generates control data when the control is transferred to the external PC 100 according to this example is clear from the description of the magnetic bearing control circuit 63, and thus the description is omitted here.
[0036]
According to this embodiment,
1) Miniaturization of the controller to be carried,
2) realization of complex control methods;
Is possible.
[0037]
(Example of communication in this embodiment)
6 and 7 are block diagrams illustrating a configuration example of the communication unit (transmission unit and reception unit) of the present embodiment. Here, an example is shown in which TXD and RTS are used in communications using weak radio waves, particularly EIA-232 signals.
[0038]
First, the transmission unit will be described. The operation parameters are input or calculated by a PC (personal computer) 100 and converted to a TTL level by a transmission interface unit 610. TXD becomes TXDATA and RTS becomes TX-ON-OFF and is inputted to the transmission module unit 620.
[0039]
The transmission module unit 620 selects a 68.1 MHz oscillation signal when TXDATA is High and a 68.3 MHz signal when TXDATA is Low. After the signal is amplified, it is mixed with the frequency generated by the PLL circuit by a DBM (Double Balanced Mixer) and frequency-converted. Finally, the signal is amplified and output from the antenna 630 as a radio wave. The radio wave is output only when the TX-ON-OFF signal is H.
[0040]
Next, the receiving unit will be described. The radio wave input from the antenna 730 is amplified in the receiving module unit 720, and then mixed with the frequency from the PLL in the DBM unit, and converted to an intermediate frequency of 44.2 MHz. This is amplified and then input to the detection circuit and output as RXDATA and CD signals.
[0041]
These signals are level-converted by the reception interface unit 710, output as RXD and DSR of EIA-232, and input to the microcomputer 100 (there may be TTL without level conversion). The operation parameter (for example, 32 bits) data received by the microcomputer 100 is written in the EEPROM, and no data is lost even if the controller power is turned off.
[0042]
<Exchanging example 3 to emergency controller of this embodiment>
In the replacement examples 1 and 2 described above, the pump control is stopped at the time of replacement to the emergency controller, and the pump operation is stopped. However, the control signal to the pump is not changed at the time of replacement to the emergency controller. By providing a circuit for holding the previous signal and a circuit for maintaining the previous operation while the operation is interrupted on the pump side, the continuity of the control can be improved by eliminating the gap in the rotation control of the pump as shown in FIG. It is also possible to maintain. As an example of this case, it is conceivable to move the driver to the pump side and provide a power supply maintenance circuit.
[0043]
【The invention's effect】
According to the present invention, the controller for controlling the pump implanted in the body outside the body includes the normal controller by replacing the portable unit carried by the user in which the pump is implanted outside the body . It is possible to provide a continuous flow artificial heart system that can quickly shift the operation control.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a continuous flow artificial heart system in the present embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing an example of replacement of the continuous flow artificial heart system according to the present embodiment with an emergency controller.
FIG. 3 is a timing chart at the time of replacement in FIG. 2;
FIG. 4 is a diagram showing a configuration for realizing another example of replacement with an emergency controller of the continuous flow artificial heart system according to the present embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration for realizing another example of replacement with the emergency controller of the continuous flow artificial heart system according to the present embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a transmission unit of the continuous flow artificial heart system according to the present embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a receiving unit of the continuous flow artificial heart system according to the present embodiment.
FIG. 8 is a diagram for explaining processing of the external PC in FIG. 4;

Claims (4)

体内に埋め込まれているポンプと該ポンプを体外にて制御するコントローラとを有する連続流型人工心臓システムにおいて、
前記コントローラは、
前記ポンプからの動作状態の検出情報を外部のコンピュータ装置に発信する発信部と、前記ポンプへの運転制御情報を外部の前記コンピュータ装置から受信する受信部と、前記運転制御情報に基づいて前記ポンプの運転信号を出力する信号出力部とからなり、体内に前記ポンプが埋め込まれている使用者が体外に携帯する携帯ユニットと、
前記携帯ユニットから受信した前記ポンプの動作状態の検出情報に基づいて運転制御情報を算出し、前記算出された運転制御情報を前記携帯ユニットに送信する前記コンピュータ装置とを含み、
前記コントローラが正規のコントローラとして動作している際の第1携帯ユニットと、
前記コントローラが前記正規のコントローラとは別の非常用コントローラとして動作している際の、前記第1携帯ユニットとは別の第2携帯ユニットと、
前記第1携帯ユニットの故障時に、前記ポンプを制御するコントローラの携帯ユニットが前記第1携帯ユニットから前記第2携帯ユニットへ交換される場合に当該携帯ユニットの交換を実質的な身体への影響なしに実施するよう制御する携帯ユニット交換制御手段とを備え
前記コントローラは前記ポンプの回転を制御するための運転パラメータを有し、
前記携帯ユニット交換制御手段は、前記非常用コントローラが前記正規のコントローラの運転パラメータを取得するよう制御する運転パラメータ取得手段を含むことを特徴とする連続流型人工心臓システム。
In a continuous flow artificial heart system having a pump implanted in the body and a controller for controlling the pump outside the body,
The controller is
A transmitter for transmitting operation state detection information from the pump to an external computer device; a receiver for receiving operation control information for the pump from the external computer device; and the pump based on the operation control information. A portable unit that is carried outside the body by a user in which the pump is implanted in the body,
Calculating the operation control information based on the detection information of the operating state of the pump received from the portable unit, and the computer device that transmits the calculated operation control information to the portable unit,
A first portable unit when the controller is operating as a regular controller;
A second portable unit different from the first portable unit when the controller is operating as an emergency controller different from the regular controller;
When the portable unit of the controller that controls the pump is replaced from the first portable unit to the second portable unit when the first portable unit fails, the replacement of the portable unit has a substantial effect on the body. Portable unit replacement control means for controlling to be carried out without ,
The controller has operating parameters for controlling the rotation of the pump;
The continuous flow type artificial heart system, wherein the portable unit replacement control means includes operation parameter acquisition means for controlling the emergency controller to acquire operation parameters of the regular controller .
前記コントローラ交換制御手段は、前記正規のコントローラとして動作している際の第1携帯ユニットから前記非常用コントローラとして動作している際の第2携帯ユニットへの交換の間、前記ポンプの運転を維持する運転維持手段を含むことを特徴とする請求項1記載の連続流型人工心臓システム。The controller replacement control means maintains the operation of the pump during replacement from the first portable unit when operating as the regular controller to the second portable unit when operating as the emergency controller. continuous flow artificial heart system according to claim 1 Symbol mounting, characterized in that it comprises an operation maintaining means for. 前記運転維持手段は、前記ポンプにどちらのコントローラも接続していない場合に前記ポンプ内で運転を維持する手段、及び/又は、前記ポンプに前記非常用コントローラとして動作する際の第2携帯ユニットが接続された後、前記非常用コントローラを予め設定された前記ポンプの回転を制御するための運転パラメータで動作させる手段を含むことを特徴とする請求項記載の連続流型人工心臓システム。The operation maintaining means comprises means for maintaining the operation within the pump when not connected flickering controller etc. to the pump, and / or the second mobile unit at the time of operating as the emergency controller to the pump 3. A continuous flow artificial heart system according to claim 2 , further comprising means for operating said emergency controller with a preset operation parameter for controlling rotation of said pump after connection is established. 前記ポンプの回転を制御するための運転パラメータが使用者に対応して前記ポンプ内に記憶されており、
前記運転パラメータ取得手段は、前記正規のコントローラとして動作している際の第1携帯ユニットから前記非常用コントローラとして動作している際の第2携帯ユニットへの交換後に、前記ポンプ内に記憶されている運転パラメータを取得することを特徴とする請求項記載の連続流型人工心臓システム。
Operating parameters for controlling the rotation of the pump are stored in the pump corresponding to the user,
The operation parameter acquisition means is stored in the pump after replacement from the first portable unit when operating as the regular controller to the second portable unit when operating as the emergency controller. continuous flow artificial heart system according to claim 1, wherein the obtaining the operating parameters are.
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