JPH0464706B2 - - 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
起さない安全な体外循環装置に関するものであ
る。中でも呼吸補助を安全、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の体外循環
装置に関するものである。本発明は以下人工肺機
能を備えた血液の体外循環装置について説明する
が、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） 従来のこの種の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いる。しかし
この落差は通常１ｍ以上とれているため患者を高
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
量の少ない新生児や小児用途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、これらはローラまたはフインガーのポン
プ使用時のしごき、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。しかしこれらはいづ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
リユ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、全血量の少い新生児や小児用
途にも適用できる血液の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
な血液の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
起さず、かつ体外循環血液の温度低下のない安全
な血液の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） 本発明は温・冷風器１９が接続されて内部が一
定温度に保持された、密閉可能なボツクス内に、
非可撓性のハウジウング５内に収容された可撓性
の血液リザーバ４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および該人
工臓器２の流入側に介在させた脱血回路L₂から
なる血液体外循環回路を収納し、かつ該非可撓性
のハウジングに可撓性の液体リザーバ６を備えた
液体回路L₄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、該液体回路４に取着さ
れた分岐管２に接続された液体循環回路L₅を液
体リザーバ６に接続して、該脱血回路L₁のポン
プ装置１の血液入口側および血液出口側と液体循
環回路L₁に、血液リザーバの膨張；収縮を検出
する装置８と連動制御されるバルブV₁，V₂，V₃
を設け、該液体回路L₄の液体リサーバと分岐管
の間に送液手段７を設け、かつ該液体回路または
液体循環回路に熱交換器を設けるとともに、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
を捕集するように構成したことを特徴とする血液
の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
と可撓性の液体リザーバ６を送液手段７を介在さ
せて接続した液体回路L₄と、該液体回路に取着
した分岐管２０と液体リザーバを接続した液体循
環回路L₃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
上流側及び下流側と液体循環回路L₃に各回路を
適宜開閉するバルブV₁，V₂，V₃を設けておく。
また液体循環回路L₃または液体回路L₄に熱交換
器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拍
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洩出がないため
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。

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内の液体を密閉空間へ送液する
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な
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洩出しても
危険のない脱気された滅菌水、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は通常電磁バルブ、エアーシリ
ンダ、油圧シリンダ等が用いられる。上記のバル
ブのうち液体循環回路L₃に設けたバルブV₃はリ
ザーバよりもバルブ位置が高い場合にはバルブが
閉じた状態の時にリザーバとバルブの間の液体循
環回路内で陰圧が生じるため、液体内に気泡が生
じ、ポンプ装置１の作用に悪影響を及ばす可能性
がある。そのため液体リザーバとバルブV₃は水
平位置にあるこのが好ましい。

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シー
ケンサー、マイクロコンピユータ等により自動的
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の体外循環装置の例
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、脱血工程で閉止されるよう構成されている。

第３図は本発明による人工臓器に人工肺を適用
した場合の血液体外循環装置のシステム系統図で
ある。

ポンプ装置１、人工臓器２を含む血液循環回路
は密閉可能な収納ボツクス１４と中に収納され血
液循環回路内の血液は、温・冷風器１９により温
度コントロールされると同時に、液体回路L₄に
設けられた熱交換器１７に温水循環器１８から循
環供給される温水により加温された液体と血液が
可撓性の血液リザーバを介して熱交換をすること
により温度コントロールされる。

次にO₂ブレンダーにより一定割合のO₂とエア
ーが人工臓器に供給される。第３図ではO₂ブレ
ンダーと人工臓器との間にエアーフイルター１５
を設けたことにより不純物が人工臓器中に侵入す
るのを防ぐことができるようになつている。ま
た、エアーフイルターとO₂ブレンダーの間に設
けた大気開放部により、人工臓器に供給されるエ
アーと吸引されるエアーの量のアンバランスによ
る人工臓器に対する過大圧力の印加を防止するこ
とが出来て血液に対してマイルドな処理を行うこ
とができる。

更に人工臓器のエアー排出口と病院設備の吸引
ラインを接続する場合、双方の間に、除湿器１６
を設けることによりエアー中の水分を原因とする
病院設備のエアーコントロールシステムへの損傷
を避けることができる。

上記除湿器としてはフイルター式、遠心式、冷
却式等のものが使用できる。

（作用） 次に本発明による血液の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
閉空間内に充填された加圧液体が血液リザーバよ
り低位置に設定した液体リザーバ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の体外循環
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。

以上の説明による電気制御方式は、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） 本発明による血液の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時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) 人工肺への血液は液体リザーバの作動回数よ
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
の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の体外循環装置の系統図であ
り、第３図は本発明のシステム系統図である。 L₁……脱血回路、L₂……送血回路、L₃……液
体循環回路、L₄……液体回路、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、２０……分岐管、V₁，V₂，
V₃，V₄……バルブ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 温・冷風器１９が接続されて内部が一定温度
   に保持された、密閉可能なボツクス内に、非可撓
   性のハウジング５内に収容された可撓性の血液リ
   ザーバ４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および該人工臓器２
   の流入側に介在させた脱血回路L₂からなる血液
   対外循環回路を収納し、かつ該非可撓性のハウジ
   ングに可撓性の液体リザーバ６を備えた液体回路
   L₄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、該液体回路４に取着された分
   岐管２に接続された液体循環回路L₅を液体リザ
   ーバ６に接続して、該脱血回路L₁のポンプ装置
   １の血液入口側および血液出口側と液体循環回路
   L₁に、血液リザーバの膨張；収縮を検出する装
   置８と連動制御されるバルブV₁，V₂，V₃を設
   け、該液体回路L₄の液体リサーバと分岐管の間
   に送液手段７を設け、かつ該液体回路または液体
   循環回路に熱交換器を設けるとともに、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
   を捕集するよう構成したことを特徴とする血液の
   体外循環装置。