JPH0464705B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は長時間の使用においても血液に損傷を
起さず、安全に体外循環処理が可能な装置、特に
呼吸補助を安全、かつ完全に実施することのでき
る人工肺機能を備えた血液体外循環装置に関する
ものである。本発明は以下人工肺機能を備えた血
液体外循環装置について説明するが、本発明の装
置は血液中の不要成分を除去する血液浄化機能や
血液中に有用成分を補給する機能を備えた血液体
外循環装置などにも適用することができる。

（従来の技術） 従来のこの種人工肺機能を備えた装置において
は、人工肺の流入側に血液リザーバを介して送血
ポンプを介在させた静脈側脱血回路と、その流出
側に動脈側送血回路とを接続し、心臓外科手術等
に際し血液の体内循環量が一定となるよう送血ポ
ンプにて体外循環を行わせる方式が一般に採用さ
れている。

ところがかかる従来の装置では手術の間、心肺
からの脱血により増加する体外循環血液の余剰分
を貯える血液リザーバへの血液捕集は患者と血液
リザーバとの落差による脱血で行つており、通常
この落差は１ｍ以上とられている。このため患者
を高い位置にあげて術者は台上にのつて手術を行
う必要があり手術が不便であるとともに、血液捕
集に必要な回路が必然的に長くなりプライミング
ボリユーム（充填液量）が大きくなるという事態
を回避できないでいた。そのため従来の装置では
全血量の少い新生児や小児用途には適用できない
という問題があつた。また送血ポンプとしてロー
ラ式またはフインガー式のポンプが一般に用いら
れているが、これらはポンプ使用時のローラまた
はフインガーによる血液回路のしごき、押しつぶ
しが血液損傷、特に血小板数の減少や溶血現象に
大きな影響を与えるという問題があつた。このた
めローラまたはフインガー式のポンプに代えて非
可撓性のハウジング内に可撓性バツグを収容し、
これを空気圧により膨張、収縮させる方式のポン
プが種々開発されている。しかしこれらはいずれ
も単に従来のポンプと置換する脈動ポンプにすぎ
ず、プライミングボリームの減少に大きく寄与す
るものではなかつた。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は血液回路を短くしてプライミングボリ
ユームを減少させ、全血量の少ない新生児や小児
用にも適用できる血液体外循環装置を提供するこ
とにある。

さらに本発明は高いベツドや術者の踏台等の危
険な装備が不要で、かつ手術や患者の監視に便利
な血液体外循環装置を提供することにある。

本発明は長時間の使用においても血液に損傷を
起さない安全な血液体外循環装置を提供すること
にある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は非可撓性のハウジング内に可撓性の血
液リザーバを収容し、該血液リザーバを液体圧に
より膨張収縮させて脱血と送血を繰り返すポンプ
装置を人工臓器の流入側に介在させた脱血回路
と、該人工臓器の流出側に送血回路とを接続させ
た血液体外循環装置において、該非可撓性のハウ
ジングに可撓性の液体リザーバを備えた液体循環
回路を、該液体リザーバがハウジングと落差を有
するように接続し、かつ該脱血回路のポンプ装置
の血液入口側及び血液出口側と該液体循環回路の
ポンプ装置の液体出口側に血液リザーバの膨張、
収縮を検出する装置と連動制御するバルブV₂，
V₁，V₃を設け、液体循環回路の液体リザーバの
液体出口側に上記検出装置と連動制御する送液手
段を設けるとともに、該検出装置が液体リザーバ
の膨張を検出すると、バルブV₁を開放し、バル
ブV₂，V₃を閉止し、送液手段を駆動させて血液
リザーバ内の血液を送り出し、該検出装置が血液
リザーバの収縮を検出するとバルブV₁を閉止し、
バルブV₂，V₃を開放し、送液手段を停止して、
血液リザーバ内に血液を捕集すよう構成したこと
を特徴とする血液体外循環装置である。

（実施例） 次に本発明による血液体外循環装置の一実施例
を図面にて詳細に説明する。

第１図はカテーテルを２本用いたダブルニード
ル式の装置の系統図であり、血液は患者（図示せ
ず）の静脈または動脈から脱血回路L₁に設けら
れたポンプ装置１を構成する交互に膨張収縮して
脱血と送血を行う血液リザーバ４を経て人工肺２
に供給され、次いで人工肺にてガス交換された浄
化血液は送血回路L₂に設けられたドリツプチヤ
ンバ３を経て患者に戻される。上記脱血回路L₁
にヘパリン注入や脱気用の混注ラインを設けても
よい。

上記血液リザーバ４の膨張収縮はハウジング５
に可撓性の液体リザーバ６を介在させた液体循環
回路L₃を接続し、該回路内に封入した液体を密
閉空間９に供給、または密閉空間から排出するこ
とにより行うことができる。このため脱血回路
L₁のポンプ装置の血液入口側及び血液出口側と
液体循環回路L₃のポンプ装置の液体出口側に各
回路を適宜開閉するバルブV₁，V₂，V₃と液体循
環回路に密閉空間に液体を送液する手段７を設け
ておく。また液体循環回路L₃に加熱装置を設け
るとポンプ装置内で間接的に血液を加熱すること
ができて体外循環血液の温度低下を防ぐことがで
きる。

ポンプ装置１は脱血回路L₁の一部を構成する
膨張収縮可能な可撓性材料からなる血液リザーバ
４を該可撓性材料にくらべて十分な非可撓性を有
するハウジング５で包囲して血液リザーバ４とハ
ウジング５との間に密閉空間９を形成し、該密閉
空間を加圧または減圧して血液リザーバの膨張収
縮を行わせるポンプ作用により脱血と送血を行
う。上記血液リザーバ４は柔軟性の良好なシリコ
ンゴム、ポリウレタン、軟質塩ビ、ポリエーテ
ル、天然または合成ゴムから造られた袋状体ある
いは管状体の形状を有している。この血液リザー
バの膨張時の容積は治療目的あるいは患者の状態
により適宜決定することができるが通常一回心泊
出量相当の大きさ、例えば小児用で10〜16ml、大
人用で50〜80mlのものが好適に用いられる。また
血液リザーバを包囲するハウジングは非可撓性の
ポリプロピレン、ポリエチレン、硬質塩ビ、ポリ
カーボネート、アクリル、ポリスチレン、金属な
どを用いることができる。ハウジング内に収容し
た血液リザーバの作動状態を観察するためには透
明なプラスチツクを用いることが好ましい。また
このハウジングは着脱可能な２つの割り構造とし
て使用時に血液リザーバを液密に収容する再使用
可能な構造でも、血液リザーバと一体化した使い
捨てタイプでもよい。上記ハウジングの上部には
液体循環回路内に液体を注入する注入口１０が設
けられている。

人工肺２としてはコイル型、積層型あるいは中
空糸型を用いることができる。特に中空糸型は作
製が容易で、かつ小型化しうる点で好ましく用い
られる。かかる人工肺に収容する分離膜としては
シリコーン系ポリマーよりなる均質膜およびポリ
プロピレン、ポリエチレン、ポリテトラフロロエ
チレン、ポリスルホンなどからなる多孔質膜を用
いることができるが、中でも最近開発されたポリ
スルホンなどの多孔質膜の一表面にシリコンの薄
膜を被覆した複合膜は血漿成分の漏出がないため
人工肺用として好適である。

血液体外循環処理中に人工肺を交換するために
は複数の人工肺を並列に接続しておくことが好ま
しい。その際膜面積の異なる人工肺を接続してお
くと患者の状態に合せて適宜膜面積を減少させて
最適な治療を行うことができる。

ハウジング４に接続された液体循環回路L₃と
一体に設けられた液体リザーバ６は血液リザーバ
４と同様に膨張収縮可能な可撓性材料で造られて
おり、この膨張時の容積は任意の大きさのものが
用いられるが、通常血液リザーバ４と同一のもの
を用いることが好ましい。本発明においては液体
リザーバをポンプ装置１との間に落差を設けるよ
うにポンプ装置より低位置に配置することが重要
であり、かかる落差により密閉空間内に加圧充満
された液体が液体リザーバへ供給され、密閉空間
が陰圧となつて血液リザーバ内に血液が吸引され
るのである。この落差は通常90〜100cmである。

液体リザーバ６の液体出口側に設けられた送液
手段７としてはポンプを用いることができる。中
でも作動停止時に加圧状態を維持できるローラポ
ンプやプランジヤポンプなどの容積形のポンプを
用いることが好ましい。特に加圧時の脈動の少い
多ローラ型のローラポンプが実用的である。第１
図では後述する検出装置８との連動制御により駆
動制御されるローラポンプを用いている。この加
圧手段で供給される液体は血液側に漏出しても危
険のない脱気とされた滅菌水、生理食塩水、ブド
ウ糖液などを使用することが好ましい。

脱血回路L₁及び液体循環回路L₃を開閉するバ
ルブV₁，V₂，V₃は通常ピンチバルブが用いられ
る。

血液リザーバ４が膨張収縮したことを検出する
装置８としては血液リザーバと比例して膨張収縮
を行う液体リザーバ６の膨張収縮量を２つの近接
スイツチで検出する方法、ハウジング内の密閉空
間の圧力変化を検出する方法、液体リザーバまた
はポンプ装置の重量を重量計で検出する方法ある
いは血液リザーバの膨張収縮を上記各手段で検出
し、タイマにより次の作動を制御する方法などが
ある。中でも液体リザーバの膨張収縮量を静電容
量式、光学式などの近接スイツチで検出する方法
は簡便で精度が高いため好適である。第１図では
液体リザーバの膨張と収縮を検出する２つの近接
スイツチ８ａ，８ｂを用いた例を示している。

上記検出装置８，ピンチバルブV₁，V₂，V₃、
送液手段７は電気的に制御可能なもので構成され
ており、これにより血液体外循環装置全体を自動
的に制御することができる。

第２図はダブルルーメンカテーテル１１を用い
たシングルニードル式の血液体外循環装置の例で
ありカテーテル１１に分岐管１２を設け、該分岐
管の一方と人工肺の流入側とをポンプ装置１を介
在させた脱血回路L₁に接続し、該分岐管の他方
と人工肺２の流出側を送血回路L₂に接続してい
る。この場合浄化された血液の脱血回路L₁への
逆流を防止するため送血回路L₂には近接スイツ
チ８と連動制御されるピンチバルブV₄が設けら
れている。このバルブV₄は送血工程で開放され、
脳血工程で閉止されるよう構成されている。

第３図は送液手段７として定速ポンプを用いた
例であり、この場合には液体循環回路L₃に検出
装置８と連動して切替制御されるバルブV₇を介
在させたバイパス回路L₄が設けられている。

そして、このバルブV₇は脱血時にバルブV₃と
ともに開放されるため液体は密閉空間９へ供給さ
れることなくバイパス回路L₄を循環し、その間
血液リザーバに血液が吸引される。また送血時に
はバルブV₃とともに閉止されるため液体リザー
バ６内の液体は密閉空間に加圧供給されて血液リ
ザーバ内の血液を人工肺２へ押し出すようになつ
ている。

第４図は２つのポンプ装置１，１′を脱血回路
L₁に並列に設けた血液リザーバ４，４′を交互に
膨張収縮を繰り返させることにより血液を人工肺
２へ連続的に送血する例であり、脱血回路L₁の
ポンプ装置１，１′の血液入口側及び血液出口側
にバルブV₂，V₂′及びバルブV₁，V₁′が設けられ
ている。

また液体循環回路L₃のポンプ装置１の液体出
口側及び流体入口側にはそれぞれバルブV₃，
V₃′及びV₈，V₈′が設けられている。そしてポン
プ装置１の血液リザーバ４に吸引された血液を人
工肺２へ送血しているときにはポンプ装置１′の
血液リザーバ４′には血液が吸引されるようバル
ブV₁，V₂′，V₃′，V₈が開放し、バルブV₁′，V₂，
V₃，V₈′が閉止されるよう制御される。一方、血
液リザーバ４への血液を吸引しているときには血
液リザーバ４′内の血液が人工肺へ送血されるよ
うにバルブV₁，V₂′，V₃′，V₈が閉止し、バルブ
V₁′，V₂，V₃，V₈′が開放される。第５図の送液
手段７としてはローラポンプなどの定速ポンプが
用いられる。

（作用） 次に本発明による血液体外循環装置の作動につ
き第１図を参照しつつ説明する。

〔送血工程〕

送血工程の場合バルブV₁は開放しており、バ
ルブV₂、及びV₃は閉止している。そして血液を
捕集して膨張した血液リザーバ４はローラポンプ
７の作動により液体リザーバ６内の液体が密閉空
間９へ加圧供給されるのに伴なつて収縮するため
血液リザーバ内の血液は人工肺へ押し出される。
密閉空間に液体が供給されると血液リザーバと液
体リザーバ間の血液と液体は等量ずつ各リザーバ
から送出されるため各リザーバは同じ割合で収縮
する。そのため第１図では液体リザーバが予め設
定された位置まで収縮したことを検出する近接ス
イツチ８ｂを液体リザーバに近接して設けてい
る。そしてこのスイツチが作動すると送血工程が
終了し、次の脱血工程に移行するように各バルブ
の開閉とローラポンプの駆動を制御する。

〔脱血工程〕

上記近接スイツチ８ｂが作動するとこのスイツ
チとの連動制御によりバルブV₁が閉止し、バル
ブV₂及びV₃が開放するとともにローラポンプ７
の駆動が停止される。上記各動作が終了すると密
閉空間内に充満された加圧液体が血液リザーバよ
り低位置に設置した液体リザーバ６へ急激に落下
するため密閉室内が陰圧となつて血液リザーバが
膨張して血液が血液リザーバ４に吸引される。血
液リザーバに吸引された血液と液体リザーバに供
給された液体は等量であるため液体リザーバは血
液リザーバと同じ割合で膨張する。液体リザーバ
が予め設定された位置まで膨張したことを検出す
る近接スイツチ８ａを液体リザーバに近接して設
け、このスイツチが作動すると脱血工程が終了し
て、次の送血工程に移行するよう各バルブとロー
ラポンプが制御される。

上記送血工程と脱血工程のサイクルを繰り返し
行うことにより連続的に自動的に血液体外循環装
置および患者体内に円滑に血液を循環させるよう
制御することができる。

以上の説明になる電気制御方式は、自動制御に
よるのが一般的であるが、手術時手動制御が好ま
しい場合には手動制御できるよう、手動、自動の
切替が必要なところはその切替手段を設けること
ができる。

（発明の効果） 本発明による血液体外循環装置は血液回路に従
来のローラ式あるいはフインガー式のポンプを全
く使用せず、人工肺に不可欠な血液リザーバを、
液体リザーバを介在させてハウジングに接続した
液体循環回路の密閉空間からの液体の落差と密閉
空間への送液手段を利用して膨張、収縮させるこ
とによりポンプ作用を行わせる新規な構成により
次のような優れた効果を有している。

(a) 血液回路にローラ式あるいはフインガー式の
ポンプを設けないためにポンプによる血液損傷
を回避することができ長期間の使用が可能であ
る。

(b) 血液リザーバへの血液の捕集は従来のように
落差による重力脱血に頼る必要がないため、血
液リザーバの位置は例え患者より高い位置にあ
つてもさしつかえなく、従来のような落差を得
るための高いベツド、術者の踏台等の危険な装
備を必要としない。上記危険な装備を必要とし
ないため手術が便利で、かつ安全である。

(c) 落差による重力脱血の必要がないため血液回
路を短くしてプライミングボリユームを大巾に
減少させることができる。そのため全血量の少
い新生児、小児等への適用が可能である。

(d) 人工肺への血流量は液体リザーバの作動回数
により正確に把握できるため血液側回路に血流
計を設ける必要がない。血液側回路が簡略化さ
れるため血液回路の閉塞等の事故を防ぐことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるダブルニードル式の血液
体外循環装置の系統図であり、第２図はシングル
ニードル式の血液体外循環装置の系統図であり、
第３図〜第４図は本発明の他の例を示す系統図で
ある。 L₁……脱血回路、L₂……送血回路、L₃……液
体循環回路、１……ポンプ装置、２……人工肺、
４……血液リザーバ、５……ハウジング、６……
液体リザーバ、７……送液手段、８……検出装
置、V₁，V₂，V₃，V₄……バルブ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 非可撓性のハウジング５内に可撓性の血液リ
   ザーバ４を収容し、該血液リザーバを液体圧によ
   り膨張収縮させて脱血と送血を繰り返すポンプ装
   置１を人工臓器２の流入側に介在させた脱血回路
   L₁と、該人工臓器の流出側に送血回路L₂とを接
   続させた血液体外循環装置において、該非可撓性
   のハウジングに可撓性の液体リザーバ６を備えた
   液体循環回路L₃を、該液体リザーバがハウジン
   グと落差を有するように接続し、かつ、該脱血回
   路L₁のポンプ装置１の血液入口側及び血液出口
   側と該液体循環回路L₃のポンプ装置からの液体
   出口側に血液リザーバ４の膨張、収縮を検出する
   装置８と連動制御するバルブV₂，V₁，V₃を設
   け、液体循環回路L₃の液体リザーバ６の液体出
   口側に上記検出装置８と連動制御する送液手段７
   を設けるとともに、該検出装置８が血液リザーバ
   の膨張を検出するとバルブV₁を開放し、バルブ
   V₂，V₃を閉止し、送液手段７を駆動させて血液
   リザーバ内の血液を送り出し、該検出装置８がリ
   ザーバの収縮を検出するとバルブV₁を閉止し、
   バルブV₂，V₃を開放し、送液手段を停止して、
   血液リザーバ内に血液を捕集するよう構成したこ
   とを特徴とする血液体外循環装置。