JPH03126465A - 人工心肺装置 - 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、心臓および／または肺臓の機能が低ドした患
者の血液を蘇生、循環させる人二［ＶＡ器に関し、循環
を維持するための血液ポンプとこれに連結されて血液の
蘇生を行なう人工肺を有する複合人工臓器に関するもの
である。

（従来の技術） 従来、人工心肺装置は開心術時に於ける心臓および肺臓
の機能を一時的（数七分から数時間）に代行するもので
あったが、最近になり呼吸不全に陥った患者に対して模
型人工肺を使用したＥＣＭＯ（Ｅｘｔｒａ　Ｃｏｏｐｏ
ｒｅａｌ　Ｍｅｍｂｒａｎｅ　Ｏｘｙｇｅｎａｔｌｏｎ
）や心機能が低下し患者に対する補助および治療手段と
してＶＡ　Ｂ　（Ｖｅｎｏｕｓ−Ａｒｔｅｒｉａｌ　Ｂ
ｙｐａｓｓ）　、ＶＡＤ　（Ｖｅｎｔｒｌｃｕｌａｒ　
ａｓｓｉｓｌｔ　Ｄｅｖｉｃｅ）等の人工臓器が使用さ
れつつあり、その使用期間も数日から数週間におよぶも
のになりつつある。

（発明が解決しようとする課題） ＥＣＭＯやＶＡＢに使用されている人」二心肺装置は、
例えば第２図に示されるように静脈から脱血してきた血
液をいったんリザーバーＲ１に貯蔵し、人−［Ｒ＋ｉｉ
　Ｐ　１により０２とＣＯ２とのガス交換を行なう模型
人工ｎ市に血液を送り込み、血液のガス交換を行なわせ
た後にポンプＰ２により生体に送り返される。しかしな
がら、このような人工心肺装置は装置が大規模で操作が
複雑であり、その制御が難しいといった問題点を有する
。また上記装置の人工肺には直接気体を血液中に吹き込
んでガス交換を行なう気泡型人工肺や円盤を回転させて
血液のフィルムを形成させてガス交換を行なう円盤型人
工肺や膜により血液と気体を隔離し膜を通してガス交換
を行なう模型人工肺などがあるが前者の二タイプは血液
が直接気体と接触するために血液成分の損傷が大きく模
型人工肺が好ましい。

人工肺膜は微細な孔を通してガス交換を行なうマイクロ
ポーラス膜を使用しているものが多いが、このマイクロ
ポーラス膜は長時間の使用によって孔の部分に水分や血
東成分が入り込み、ガス交換能が低下してしまうといっ
た問題点がイア在する。

また、人工肺部分に陰圧がかかると孔の部分から血液中
に気泡が入り込み、この気泡が生体に送り込まれると血
管が塞栓をおこし場合によっては生命の危機に陥ること
もある。また人工肺上流にもうけられたりザーバーは人
工肺に安定した１ＩＩＩ液を送り込むために必要である
がこのために装置内に充填しなければならない血液量（
プライミングボリューム）が増大し、また現在使用され
ているリザーバーは血液が空気と接触するハードシェル
構造のために血液成分に与える損傷が大きくなるといっ
た問題点をも有する。血液を循環させるポンプとしては
ローラーがチューブをしごいて血液を循環させるローラ
ーポンプやポンプ内の翼を回転させて遠心力により血液
を循環させる遠心ポンプなどが使用されているがこれら
のポンプは脈動を発生させる生体の心臓とは異なり定常
流による循環となってしまい末梢器官への循環が充分で
ないといった短所かある。またローラーポンプでは長時
間の使用では、ローラーがチューブをしごく際にチュー
ブの内面が剥離したり、血球成分等が破壊されて溶血を
生じるといった問題点を有している。また遠心ポンプは
回転運動による溶血や発熱といった問題点を有しており
、また市販されている遠心ポンプは耐久性や抗血栓性に
欠如しているために一日から二日で交換しなければなら
ず、ＥＣＭＯやＶＡＢといった長期にわたるポンプとし
ては問題を有する。またＥＣＭＯやＶＡＢは装置に抗血
栓性が無いためにその使用にあたり大量の抗凝血剤であ
るヘパリンの大量投与が必要であり特に手術後使用にあ
たっては出血といった合併症が大きな問題点となってい
る。

近年、従来の薬物療法やＩＡＢＰ等の外科的補助手段に
よっても救命できない開心術後の心不全患者や急性心筋
梗塞後の心原生ショックに陥った患者に対する心臓機能
代行及び補助手段として補助人工心臓が使用されるよう
になってきた。補助人工心臓は第３図に示されるごとく
左心房または左心室から血液を脱血して流入口及び流出
口に各々逆流防止用の弁を有する拍動式血液ポンプを駆
動させて動脈に送血する左心補助人工心臓や、右心房ま
たは右心室から脱血してきて上記のポンプを介して肺動
脈に送血する右心補助人工心臓や左心補助人工心臓と右
心補助人工心臓を両方使用する両心補助人工心臓があり
それぞれ疾患部位によって使い分けられる。この補助人
工心臓はその強力な補助能力によって心臓移植適用患者
に対する移植までのつなぎとしても使用されるようにな
ってきている。補助人工心臓は抗血栓性に優れたものが
開発されておりその使用にあたってはヘパリンの使用が
必要ないか、またはＥＣＭＯやＶＡＢよりもはるかに少
ない投与量ですみ、したがって出血といった合併症も少
なくてすむという利点を有している。しかしながら補助
人工心臓もその使用にあたっては開胸して人工心肺使用
下で装着しなければならず、また心臓内部に脱血用カニ
ューラを挿入するために心臓への侵襲が大きい、補助人
工心臓からの離脱時にも開胸が必要であるといったいく
つかの問題点を有している。以上のように、これまで開
発されてきた心臓及び／または肺臓の補助及び治療を行
なう装置にはまだ満足し得るものがなく、改良の必要に
迫られている。

（課題を解決するための手段） 本発明は、従来技術の有している課題を解決し、操作が
容易で良好なガス交換能と血液循環維持を有する人工心
肺装置を提供するものである。

すなわち本発明は、心臓または肺臓に疾患を有する患者
に対する心臓または肺臓の機能の代行または補助を行う
人１ユ心肺装置であって、〔Ａ〕所定圧に維持された硬
質容器内に保持された、その内部が外気に接触しない状
態の容積可変の可撓性容器である血液貯蔵部と、〔Ｂ〕
血液室の体積変化により血液を導入および拍出させる機
能を有する血液ポンプと、〔Ｃ〕硬質容器内に血液中の
ガス交換を行うガス交換部材を有する人工肺部からなり
、〔Ａ〕、（ＢＥ、〔Ｃ〕の順に接続されていることを
特徴とする人工心肺装置であり、また前記人工心肺装置
において、〔Ｂ〕が駆動流体により血液室の圧縮、膨張
を行い、血液の抽出、導入を行う血液ポンプであり、か
つ〔Ａ〕への血液光■ｎが脱血部位からの落差による圧
力によってなされることを特徴とする人工心肺装置であ
る。

本発明の人工心肺装置は、静脈より脱血した血液を一時
的に貯蔵する血液貯蔵部（リザーバ一部）と血液を生体
へ導入する血液ポンプと血液を酸素化し脱炭酸ガスを行
う人工肺部ををする複合人工臓器であり、リザーバ一部
は血液が例えば空気など外気と接触しない構造を有し、
かつ貯血量の変化に対応できるように柔軟な（可撓性の
）素材から出来ており、血液ポンプは血液室の圧縮膨張
により、血液を拍出、導入するものであり、人工肺部は
、硬質容器内にガス交換部材（例えば、中空糸）を有し
たものであり、それぞれの部間には弁が逆流を防市する
ために配されていることを要旨とするものである。

また本発明は、前記の人工心肺装置において、リザーバ
一部への血液の充填は、脱血部位からの落差によること
を主体とする方式を含むものである。

貯血用のりザーバーは血液接触部の一部または全体が柔
軟な素材より成型される。本リザーバーが柔軟な素材で
製作される理由は患者の体内より血液を本装置に導入す
る際に、従来の脈動流ポンプが採用していた減圧による
血液吸引を採用せずに患者よりも本装置を低位置に設置
することにより重力にて血液を導入するためである。減
圧による血液吸引は安定して血液を患者より得ることが
可能であるが、カニユーレの挿入部位などをしっかり密
着させておかなければ空気を吸引してしまい、患者に致
命的な塞栓症を引き起こす可能性がある。また人工肺部
に微細孔を有する膜を使用した場合、ポンプ部の減圧が
人工肺部に伝わるとこの孔より気泡が発生してしまい、
やはり塞栓症を引き起こす可能性がある。リザーバーに
は保護のためにカバー（硬質容器）を取り付けてるがこ
のときは一部分を大気圧に解放させておく穴がカバーに
必要である、これは所定圧に維持することに必要なもの
である。脈動形成能力を備えた血液ポンプ部としては血
液が流れる管を収縮させるタイプや血液ポンプの一部を
柔軟な膜で構成しこの膜を流体圧で収縮、膨張させるダ
イフラム型血液ポンプ、二重袋内で内袋を収縮、膨張さ
せるサック型面液ポンプ、血液接触部の膜に盤状の平板
を取り付けて、Ｉ：、・下動させるプッシャープレート
型血液ポンプ等を挙げることができるが、もちろんこれ
らに限定されるわけではない。血液ポンプの血液導入部
と血液排出部に各々装着される逆流防止用の弁としては
ディスク弁、ボール弁、リーフレット弁等が挙げられる
がこの限りではない。血液ポンプに続いて接続されるガ
ス交換機能部すなわち人工肺部は膜で血液相と気相を仕
切り、膜を介してガス交換を行なう模型人工肺を用いて
いる。

模型人］二肺には平膜型や中空糸膜型があるがガス交換
効率を高めるという観点からは中空糸模型が最も好まし
い。本発明においては血液の接触する部分のすべてまた
は一部は抗血栓性材料で形成することが好ましく、人工
臓器全体を抗血栓性材料で形成してもよいが、たとえば
繰り返し応力に充分耐える性質、充分な弾性、成型性等
を備えた材料でまず主要構造を形成し、その構造体のう
ち、血液と接触する部分に抗血栓性材料で表面処理ある
いは表面被覆してもよい。抗血栓性材料としてはポリウ
レタン好ましくはセグメント化ポリエーテル型ポリウレ
タンまたはセグメント化ポリエーテル型ポリウレタンウ
レア、ポリジメチルシロキサン、ポリウレタン−ポリジ
メチルシロキサン−ブロックまたはグラフト共重合体、
萬分Ｐ量ポリエステル可塑剤含有ポリ塩化ビニル、表面
へのヘパリン、ウロキナーゼおよびプロスタグランジン
といった生理活性物質を固定化した材料、さらにはヘパ
リンをイオン結合させて表面からスローリリースさせる
ことにより抗血栓性を発現する材料など、公知のものが
挙げられるが、これらに限定されるものではない。

（実施例） 以下、本発明品の好ましい実施例について詳細を説明す
る。第１図は本発明品の１例の概略図であり、血液貯蔵
用のりザーバ−１はセグメント化ポリウレタンウレア、
商品名ｒＴＭ−３（東洋紡績社製）」からなる袋状物で
あり、リザーバーの損傷を防ぐためにポリカーボネート
製のハウジングがリザーバーを覆っている。大気圧開放
用のポート部３は常にリザーバーが大気圧に開放されて
いることにより、無理なく血液の充填が行なわれるため
に必要なものである。本リザーバーの木質的な目的は次
に述べる血液ポンプの収縮期や拡張期に関係な（血液を
連続的に患者より脱血するためのもので本装置が陰圧無
しで使用されるために必要不可欠なものである。このリ
ザーバ一部は塩化ビニール製の管４の内部に一体成型さ
れた「ＴＭ−３」製の三葉弁を介して血液ポンプと接続
されている。ハウジング９はポンプのハウジング部であ
り、材質は塩化ビニールであり血液接触面はＴＭ−３に
て被覆されている。バックプレート６は駆動流体出入ポ
ート７を有し、ｒＴＭ−３Ｊ製のダイアフラム８とによ
り流体室を形成する。血液拍出時には流体室に圧力を掛
けることによりダイアフラム８を圧縮して血液を拍出さ
せる。血液拍出時には逆流防＋１〕弁５ａは閉鎖してお
り、５ｂは開放して人工肺部に送血している。人工肺部
はヘパリンスローリリース機能を有するポリジメチルシ
ロキサン−ポリウレタンブロック共重合体製の内径１０
０ミクロン、外径１５０ミクロンの中空糸束１３をポリ
カーボート製の７１９２７７部１４内に充填し、中空糸
束をガス導入部１０及びガス排出部１１と血液流路を隔
離するために両末端を熱硬化性ポリウレタンポツティン
グ部１２により固定しである。ガスはポート部１０より
導入されて、中空糸内部を通りポート部１１より排出さ
れる。血液ポンプ部より送られてきた血液は中空糸膜表
面より酸素を受は取り、炭酸ガスを排出して蘇生された
後に患者の生体に送り返される。

脈動にて人工肺を通過することはガス交換における中空
糸膜表面と血液との境界層を積極的に破壊してガス交換
効率を向上させ、人工肺部に充填する中空糸を少なくす
ることができる。

（発明の効果） 本発明は以上のように非常にコンパクトで操作が容易な
ように構成されており、ポンプ上流に柔軟なリザーバー
を設け、リザーバーを患者より低位置に保持することで
、血液吸引のための減圧を不要とし、つづいて血液ポン
プにより脈動にて人工肺に血液を送り込み、血液を蘇生
させ、生体に送り込むことができ、末梢血管まで血液を
循環させる上で優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示す概略図、第３図はＶＡ
Ｄの使用例を示す図、第２図は、従来のＥＣＭＯに使用
されている人工心肺回路を示す図である。 １・・・リザーバー ２・・・リザーバーのハウジング（硬質容器）３・・・
所定圧保持用解放ポート ４・・・コネクター ５・・・三葉弁 ６・・・バックプレート ７・・・駆動流体用ポート ８・・・ダイヤフラム ９・・・＋ｆｎ液ポンプハウジング ■０・・・ガス導入［１ １１・・・ガス排出［１ １２・・・中空県東固定部 Ｉ３・・・中空系束 ■４・・・人工肺ハウジング を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）心臓または肺臓に疾患を有する患者に対する心臓
   または肺臓の機能の代行または補助を行う人工心肺装置
   であって、〔Ａ〕所定圧に維持された硬質容器内に保持
   された、その内部が外気に接触しない状態の容積可変の
   可撓性容器である血液貯蔵部と、〔Ｂ〕血液室の体積変
   化により血液を導入および拍出させる機能を有する血液
   ポンプと、〔Ｃ〕硬質容器内に血液中のガス交換を行う
   ガス交換部材を有する人工肺部からなり、〔Ａ〕、〔Ｂ
   〕、〔Ｃ〕の順に接続されていることを特徴とする人工
   心肺装置。
2. （２）請求項１の人工心肺装置であって、〔Ｂ〕が駆動
   流体により血液室の圧縮、膨張を行い、血液の拍出、導
   入を行う血液ポンプであり、かつ〔Ａ〕への血液充填が
   脱血部位からの落差による圧力によってなされることを
   特徴とする人工心肺装置。