JPS60253457A - 体外循環型肺補助装置 - 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】 （発明の目的） この発明は、透析液を再生して循環使用する液々換型の
体外循環型締補助装置に関するものでおる。

呼吸不全患者に対して、その血液を体外循環させ、その
間に血液中の二酸化炭素成分を除く装置として、血液の
損傷の少ない模型の肺補助装置が用いられるようになっ
ている。従来この種の装置としては、送入ガスと血液を
ガス透過性の良い高分子肺を介して流し、その膜を介し
て血液中の溶存ＣＯ２を除く気液模型のものが用いられ
ていた。

しかし除去すべき二酸化炭素成分の大半は、溶存ＣＯ２
としてよシもＨＯＯ−３（重炭酸イオン）として血液中
に溶解しているので、溶存ＣＯ２のみを除去する従来方
式の装置は効率が著しく悪かった。

そこで最近１人工腎臓用の血液透析器を用いての膜の一
方に血液を、他方に透析液を流し、血液・中の溶存００
２およびＨＣＯ３を透析液へ移動させ。

その透析液からこれらをＣＯ′２として系外に放散させ
透析液を再生して循環使用する特開昭５８−１９２６５
１’−血液透析方式模型人工肺装置」が提案されている
。

しかしこの特開昭５８−１９２６５の装置には次の未解
決の実用上の問題点がある。すなわち。

患者の血液と透析液間でその圧力差に基づいて膜を介し
て水分移動が起こシ、血液中に水分が入υ込□み血液が
薄くなるとか血球の膜が破壊される等の種々の弊害をも
たらすことがある。またＣＯ２除去流量は血液流量、透
析液流量等いくつかの要因に依存するのでこれらを適切
に制御する必要があるが、この装置ではそれが難しくＣ
Ｏ２除去を効率良く行うことができない。さらに、長時
間使用の場合透析液温度を適温に保つことができない上
。

各動作および運転状態が正常かどうか確認が困難なので
操作者の注意深い監視が必要になるとか。

操作者において適切な運転操作手順を実行しなければな
らない等操作者に著しく負担を強いる。

この発明は、透析液を再生して循環使用する液メー型の
体外循環型締補助装置における上記の問題点を解決する
ことを目的とするものである。

（発明の構成） この発明の構成を図に基づいて以下に説明する。

第１図にこの発明による装置の配管系統図の一例を示す
。第１図において、患者の血液は血液ポンプ１によって
透析器２に送られ、ドリップチャンバ３部で静脈圧と流
量が測定され、静脈圧調整器４を通って体外循環される
。他方透析液は透析液ポンプ５によって、流量計６を通
って透析器２に導かれ、その出口流路部の透析液圧測定
器７で透析液圧が測定され、液切れ検出器８．ヒータ９
を通って放散筒１０に導かれ、ｐＨおよび透析液温度測
定１１を通って循環される。血液中のＨＯＯｉおよび溶
存ＣＯ２は透析器２内で膜を介して接する透析液に移動
し、その透析液が放散筒ｌＯに運ばれ、ＨＣＯｉが透析
液中に含有の汰酸脱水酵素の触へ用を受けてＣｏ２に転
化されるとともに、ここ　−で大力調整器１２．止め弁
１竪流量、制御弁１４゜流量計１５．逆止弁１６を通っ
て送入される０２等のＷガス、７と気液接触して００２
として放散される。放散ガス中のＣＯ２濃度はＣ０２濃
度計１８によって測定される。また放散筒１０には透析
液のｐＨ調節用緩衝液１９がピンチバルブ２０を介して
添加できるようになっている。

さて、血液の圧力は静脈圧調整器４によって制御され、
また血液ポンプｌおよび透析液ポンプ５の回転は、その
駆動用−一夕の回転Ｐに取ｐ付ける等間隔に穴をあけた
円板の回転をフォトセンサでモニタすることによってモ
ニタされ、それぞれの流量制御はその駆動用モータへの
供給電圧を制御して行う。透析液温度およびｐＨはその
測定部１１で測定され、温度はヒータ９で、ｐＨはピン
チバルブ２０でそれぞれ゛制御される。添加ガ゛ス流量
は例えば熱線式流量計等の流量計１５によってモニタさ
れ、その流量制御は流量制御弁１４への供給電圧を制御
してその開度を調節して行う。

ところで透析器の膜を介して血液と透析液間で起こる水
分の移動は、血液と透析液の圧力差すな義透析器の濾過
圧に依存する。つまＦ）濾過圧がψときは血液中から水
分が除去され、逆にこれが負のときは血液中に水分が入
り込むことになる。

したがって患者の容態によシ血液中の水分除去を行う場
合は濾過圧をある程度高い値にし、逆に水分除去を行わ
ない場合は濾過圧を０付近に制御する。

また放散筒１０で除去されるＣＯ２の量は、透析器２お
よび放散筒の容量にもよるが９体外循環血流量、透析液
流量および添加ガス流量に依存する。

これらの量が、それぞれ多いほどＣＯ２除去流量が多く
なる。そこで患者の状態に応じた最適条件で効率良くＣ
Ｏ２の除去を行い、装置全体を小型化するために体外循
環血流量、透析液流量および不活性ガス流量を適切に制
御するようにしている。

どの発明ではこれらの制御をマイクロコンピュータを用
いて実現している。

第２図はこの発明の装置における制御系のグロン１図を
示す。第２図において９体外循環血流量２１通、静脈圧
２２．透析液流量２３．透析液圧２４゜透析液温度２５
．透析液ｐＨ２６，透析液液切れ２７、不活性ガス流ｉ
２８．放散ガス中のＣＯｚ濃度２９の各センサからの信
号は検出回路３ｏによって後処理可能な信号レベルに調
整される。その後マルチプレクサ３１．サンプルホール
ド回路３２に送られた後Ａ／Ｄ変換器３３でディジタル
信号に変換され、ＲＡＭ３４に格納される。一方操作部
３５には装置の動作モードを設定するシーケンススイッ
チの他、制御すべき物理量を設定するディジタｌｖスイ
ッチがある。また各状態量を表示するため表示回路３６
およびディジタμ表示部３７がある。またＲＯＭ３８に
は全体の制御を受け持つグロダラムが格納されており、
それに基づいてＣＰＵ３９が各処理を制御する。他方工
１０４０ではスイッチデータの入力や制御信号出力等艇
制御される。Ｉｌｏからの制御出力信号はトランジヌタ
、ソリッド１ステートＬすＶ−等から成るインターフェ
ース部４１に加えられ、血液ポンプ制御回路４２．静脈
圧制御回路４３．透析液ポンプ制御回路４４．ヒータ制
御回路４５．ｐＬ制御回路へ６および不活性ガス流量制
御回路４７の各制御＾を介してそれぞれ血液ポングｌ、
静脈圧調整器４．透析液ポンプ５．ヒータ９．ピンチノ
くルプ２ｏおよび流量制御弁１４を駆動して各制御を行
う。

ところで透析器の濾過圧の制御は静脈圧または透析液圧
のいずれかを制御すれば実現でき、第１図および第２図
においては静脈圧調整器を用いて静脈圧を制御している
。静脈圧調整器としてはクランプヘッドによシ静脈血液
チューブの圧閉度を調節する方式を図示しているが、血
液チューブの外側に管を設けてその外側管内圧を増減さ
せる二重前方式でもよい。前記の圧閉度の調節はモータ
の正・逆転および停によってクランプヘッドをそれぞれ
前進・後退および停止させて行っている。

第３図に濾過圧の制御のマイクロコンピュータによるア
ルゴリズムのフローチャートを示す。すなわち、ステッ
プＳ１で静脈圧データａ（ｍｍＨｇ＼　。

）を！Ｐシ込み、ステップＳ２で透析液圧データｂ（ｍ
イ遣ｇ）を取シ込み、ステップＳ３　ｂ−ｂを計算し、
ステップＳ４でＣが負か否かを判断し、負のときはステ
ップＳ５で静脈圧調整器のクランプヘッドを前進させ静
脈血液チューブの圧閉度を増加させる前進モードとして
静脈圧を上げ、Ｃが負でないときはステップＳ６でＣが
（設定値Ｃ１（ｍｍＨｇ）−５）より小さいか否かを判
断し、「小さい」ならば前記のステップＳ５に進み、「
小さくない」ときはステップＳ７でＣが（１＋５よシ大
きいか否か判断し、「大きい」ときはステップＳ８で静
脈圧調整器のクランプヘッドを後退させ静脈血液チュー
ブの圧閉度を減少させる後退モードとして静脈圧を下げ
「大きくない」ときは静脈圧調整器のクランプヘッドを
停止Ｆ：、させる停止モードとして静脈圧を現状に保つ
。

次に放散筒で除去されるＣＯ２の量は放散筒内の放散ガ
ス中のＣ○２濃度と不活性ガス流量の積でまるので、こ
の二つの量を検出しマイクロコンピュータで演算処理し
てＣＯ２除去流量としている。

このＣＯ２除去流量を予め設定した値と比較し、設置Ｎ 定値、孕異なるときは患者の容態や治療条件に応じて体
嘴循環血流量、透析液流量あるいは不活′性ガヌ流量を
調節して制御する。例えば、患者の血圧が低く体外循環
血流量を少量しかとれない場合は。

透析液流量を多くして血液からのＨＣＯ３および溶存Ｃ
Ｏ２の移動を促進させるとともに、透析液のＨＣＯ”：
および溶存Ｃｏｇ濃度をより下げるために不活性ガス流
量を多くし放散筒内でのＣＯａ除去を活発に行わせてＯ
Ｏｚ除去の効率を上げる。また逆に。

体外循環血流量を多くすることができる患者の場合は、
ＣＯ２除去効率を上げるために透析液流量および不活性
ガス流量を前例の場合のように多くしなくてもよいので
、そのように制御する。

第４図に効率良（Ｃｏｔ除去を行うためのマイクロコン
ピュータによる体外循環血流量、透析液流量および不活
性ガス流量の制御のフローチャートを示す。すなわち、
ステップＳ１で放散筒での放散ガス中のＣｏｔ濃度濃度
データ数シ込み、ステップＳ２で）活性ガス流量データ
ｙを取シ込み、ステップｓ３ｆ体外循環血流量データを
取）込み、ステップＳ４で透析液流量データを取シ込み
、ステップＳ５でＯＯ＋除去流量Ｚ＝ＸＸ３’の演算を
行い、ステップＳ６で２が設定値Ｕより小さいか否かを
判断し。

「小さい」ならばステップＳ７で体外循環血流量を増加
できるか否か判断し、「増加可能」のときはステップＳ
８で血液ポンプを制御してその流量を増加させ、「増加
不可能」のときはステップＳ９で透析液ポンプおよび流
量制御弁を制御して透析液流量および不活性ガス流量を
増加させる。一方２がＵよシ［小さくないＪならばステ
ップＳｗで２がＵよ多大きいか否かを判断し「大きい」
ときはステツブ加で体外循環血流量を減少できるか否か
判断し、１減少可能」ならばステップＳ１２で血液ポン
プを制御してその流量を減少させ、「減少不可能」なら
ばステップＳ１３で透析液ポンプおよび流量制御を制御
して透析液流量および不活性ガス流量を減少させる。他
方ステップＳｗで「大きくない」ときはステップＳ１４
に進み現状維持とする。

また、放散筒で透析液から二酸化炭素成分を除去すると
そのｐＨが上昇する。その透析液中には炭酸＾らＣＯ２
を放出する脱水反応を促進させる触媒のＩ酸脱水酵素（
カーボニック・アンヒドラーゼ）を調整しであるので、
透析液のｐＨ′をこの酵素の活性領域に制御する必要が
ある。そこで生体におけるｐＨの最適値７・４に近い値
に調節するために希塩酸溶液等のｐＨ調節用緩衝液の添
加量を制御する。

第５図に透析液のｐＨ制御のフローチャートを示す。す
なわち第５図においてステップＳＲで透析液ｐＨデータ
を取シ込み、ステップＳ２でそれが設定値以上か否かを
判断し、「以上」のときステップＳ３でピンチバルブを
開いてｐＨ調節用緩衝液を添下し、ステップＳ２で１以
上でない」ときは逆にステップＳ４でピンチバルブを閉
じる。

更に、、透析液温度の制御も同様に行い、第６図にその
フローチャートを示す。すなわち第６図において、ステ
ップＳ１で透析液温度データが取り込まれ、これがステ
ップＳ２で設定値以上か否か判断され、Ｖ以上」ならば
ステップＳ３でヒータを断ち。

ステツ′プＳ２で「以上でない」ときはステップＳ４で
ヒータを入れる。

ところで前述のＲＯＭに格納されている制御プログラム
は大別してメインルーチンおよび割り込みｗＬチンから
なシ、それぞれ第７図および第８図にそのフローチャー
トを示す。

第７図において、まずステップＳＲで、ＲＡＭのクリア
、工１０出力ポートのクリア等の初期設定を行った後、
シーケンス設定スイッチの状態を工１０から入力し、ス
テップＳ２°〜Ｓ５で停止、電源投入。

消毒、準備および開始の各モードに判断し、７−テップ
Ｓ６〜ＳＩＯで１例えば電源投入時にブザーを作動させ
るとか、準備モードで透析液ポンプを定速回転させ流量
制御弁の開度を一定にする等の予め定められた制御等の
それぞれのモードに対応する処理を行う。また第１表に
示すような準備および開始モードにおけるアラーム処理
も行う。

また第８図に示す割シ込みルーチンでは、まずステップ
Ｓ１でメインルーチンの割シ込みが生ずる直前のＣＰＵ
のレジスタの状態を退避保持した後。

ステップＳ２で他の割り込み発生を禁止する。次にステ
ップＳ３で各設定スイッチのデータを取シ込んだ後、ス
テップＳ４で各センサ、検出回路からのアナログ信号を
Ａ／Ｄ変換する。この後ステップ８５〜Ｓ８で各モード
を判別し、ステップ８９〜Ｓｌｌでそれぞれのモードに
おける処理を行う。すなわちステップＳ９４開始モード
では各表示を行い、警報の有無をチイツクし、静脈圧調
整器、血液および透析液ポンプ、ヒータ、ピンチパルプ
、および流量制御弁の制御を行う。同様にステップＳｌ
Ｏの停止モードでは各表示を行い、ステップＳｌｌの準
備モードでは各表示を行い警報の有無をチェックし、静
脈圧調整器およびヒータの制御を行う。これらの処理を
行った後、ステップＳνで先に退避したＣＰＵのレジス
タの内容を復帰させ、ステップＳ１３で割り込み禁止を
解除した後メインルーチンの割り込みの発生した次の命
令の番地へ戻る。この割り込みルーチンはタイマの役割
も担うため０．５秒とか１秒毎等定期的に発生する様に
なっておシ、先に第３図〜第６図に示し述べた各制御ル
ーチンはこの割シ込みルーチンに含まれる。

以上詳述した各モードにおける入出力状態を第２表に示
す。

第２表 （実験例） 第１図に示す装置で透析器には膜面積２．５ｍの七μロ
ースホ゛ローファイバで成るものヲ用い、放散筒には一
辺１３０ｍ、高さ２００ｍの気筒方式のものを用いて実
験を行った。代用血液として一般の透析液に炭酸水素イ
オンを加えた重炭酸イオンの豊富な液を用い、一方送析
液には一般の透析液１．６　ｇｌＣ炭酸脱水酵素（カー
ボーニック・アンヒドラーゼ）を１６ｍｇ添加したもの
を用い・た。また、ｐＨ調節用緩衝液にはＯ−５規定の
塩酸溶液を用い、不活性ガスには１００％０２を用いた
。濾過圧、ＣＯａ除去流量および透析液ｐＨをそれぞれ
Ｏｍｍｎｇ、５０ｍｅ／ｍｉｎおよび７．４に設定した
。

このとき１体外循環血流量、透析液流量および不活性ガ
ス流量は大約それぞれ２００　ｍ　（ｇ／ｍｉｎ。

５ｏｏｍｅ／ｍｉｎおよび２０ｇ／ｍｉｎであシ。

濾過圧、００ｇ除去流量および透析液ｐＨはそれぞれ０
〜５ｍｍＨｇ、３０〜７ｏｍｅ／ｍｉｎおよび７．２〜
７．５の範囲に制御された。

この実験における透析器の入口および出口部での血液お
よび透析液のＣＯ２分圧とＨＣＯＭ濃度ならびに放散筒
からのＣＯ２除去流量のデータを第３表に例示する。

（臨床例） 臨床は前例と同じ装置で行った。患者の臨床前の血液の
ＯＯｚ分圧は６６．ａｍｍ’Ｈｇ　、　ＨＣＯ３濃度は
３９．１　ｍ　Ｅ　ｑ　７’ｅで、ｐＨは７．３９０と
算出された。透析液には一般の透析液１．６ｅに炭酸脱
水酵素（カーボニック・アンヒドラーゼ）２０ｍｇを添
加したものを、ｐＨ調節用緩衝液には０．５規定塩酸溶
液を、不活性ガスには１００％０２をそれぞれ用いた。

そして濾過圧、ＣＯ２除去流量および透析液ｐＨをそれ
ぞれＯｍｍＨｇ、２０ｍｅ／ｍｉｎおよび７．４に設定
した。

このとき９体外循環血流量は開始時３ｏｍｅ／ｍｊ−ｎ
、最大８０　ｍ　ｅ／ｍ’ｘ　ｎ、平均で約５　ｏｍｅ
／ｍ４ｎで、透析液流量および不活性ガス流量は大約そ
れぞれｓｏｏｍｅ／ｍｊ−ｎおよび２５ｅ／ｍ１ｎであ
った。そして濾過圧および透析液ｐＨはそれぞれ０〜５
ｍｍＨｇおよび７．２〜７．６に制御され、Ｃ０２除去
流量は最大ｚ４．３ｍ（１７ｍｉｎであった。

１時間の臨床治療で患者の血液のＣＯ２分圧およびＨＣ
０３濃度はそれぞれ４３．６ｍｍＨｇおよび２６、ｏｍ
Ｅｑ／ｅに減少した。そしてこのときの血液のｐＨは７
．３９８と算出され理想値に極めて近い値になった。

（発明の効果） 以上詳述したように、この発明によれば、透析液を再生
して循環使用する液々換型の体外循環型肺補助装置にお
いて、静脈圧ならびに体外循環血流量、透析液流量およ
び不活性ガス流量を患者等の状態に応じた最適状態に制
御することにより濾過圧ならびにＣＯ２除去流量を制御
できるとともに。

透析液温度・ｐＨも精度良く制御することが゛でき。

安全かつ効率的な装置の運転操作管理を極めて容易にし
、病院における操作者ならびに患者の負担を著しく軽減
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による装置の配管系統図、第２図はそ
の制御系のブロック図、第３図はＦ′過圧の制御のフロ
ーチャート、第４図はＣＯ２除去流量の設定値に呼応し
た体外循環血流量、透析液流量および不活性ガス流量の
制御のフローチャート。 第５図および第６図はそれぞれ透析液ｐＨおよび温度の
制御のフローチャート、第７図および第８図はそれぞれ
制御プログラムのメインルーチンおよび割シ込みル−チ
ンのフローチャートである。 １・・・血液ポンプ　２・・・透析器 ３・・・ドリップチャンバ ４・・・静脈圧調整器　５・・・透析液ポンプ６・・・
流量針傷析液）ｌｏ・・・放散筒１４・・・流量制御弁 １５・・・流量計（不活性力゛ヌン １７・・・不活性ガス　１８・・・ｃｏ＋１濃度計３４
・、・ＲＡ　Ｍ　３８・・・ＲＯＭ３９−−　、ＣＰＵ
　４ｏ−−・工１０４１・・・インターフェース部 ４２・・・血液ポンプ制御回路 ４３・・・静脈圧制御回路 ４４・・・透析液ポンプ制御回路 ４７・・・不活性ガス流量制御回路 特許出願人　株式会社三陽電機製作所 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 患者の体外循環血液と透析液を透析器内で膜を介して接
   触させ、血液中の二酸化炭素成分を透析液中に移動させ
   、これを放散筒内で不活性ガスと気液接触させてＣ，Ｏ
   ｔとして放散させて除去し、透析液を再生して循環使用
   する肺補助装置において。 透析器の濾過圧を制御する手段と、ＣＯ２除去流量を制
   御する手段を備えたことを特徴とする体外循環型締補助
   装置。