JP2001346871A - 圧縮流体により作動する制御部材を含む人工心肺 - Google Patents

圧縮流体により作動する制御部材を含む人工心肺

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JP2001346871A JP2001111735A JP2001111735A JP2001346871A JP 2001346871 A JP2001346871 A JP 2001346871A JP 2001111735 A JP2001111735 A JP 2001111735A JP 2001111735 A JP2001111735 A JP 2001111735A JP 2001346871 A JP2001346871 A JP 2001346871A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】気泡が体外循環路内で検知されたとき、患者に
運ばれる血液の供給が中断され、検知された気泡が患者
に向かうことがないようにした人工心肺を提供するこ
と。 【解決手段】人工心肺が、フレキシブルチューブ２、
４、６、８および１０を備え、これらチューブは人工心
肺の体外血液循環路に組み込まれている。ポンプ５は、
患者の血液を、体外血液循環路の少なくともいくつかの
部分を通って、圧送する。さらに、圧縮流体作動制御部
材２０、２１が設けられ、これら制御部材が、外部から
チューブのフレキシブルチューブ６、１０のうちの一方
に作用する。制御手段１１は、制御部材への圧縮流体の
供給を制御する。本発明において、圧縮流体作動制御部
材に供給される圧縮流体は、２から１０barの作動圧力
を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮流体により作
動する制御部材を含む人工心肺に関する。
【０００２】
【従来の技術】人工心肺においては、患者の血液は、フ
レキシブルチューブとたとえば酸素添加装置のような医
療装置を介して、体外循環路内を運ばれる。体外循環路
内における血液の搬送は、ポンプ、より詳しくはローラ
ポンプによってなされる。このローラポンプでは、回転
子が、ローラポンプの固定子内に挿入されたチューブの
部分に外側から作用する。回転子に適用されたローラ
が、チューブのその部分に沿って転がると、チューブ内
の血液は押し出されて送り出され、その速度は毎秒３メ
ートルに至る。
【０００３】体外循環路は制御の必要がある。この制御
は通常、ポンプを直接制御するか、圧縮流体により作動
する制御部材（以下、「圧縮流体作動制御部材」とい
う）や電気機械的な制御部材を用いて行われる。圧縮流
体作動制御部材を使用する場合、特にそれに適したチュ
ーブを用いなければならない。このため、米国特許第
５,８１４,００４号で公知の体外循環路の圧力を制御す
るためのシステムでは、圧縮流体により作動するバルブ
が設けられて、この循環路に作用するようになってい
る。この従来システムではまた、圧縮流体作動制御部材
が設けられているところで、チューブ壁が薄くなるよう
に作られており、制御部材の圧縮流体がチューブに機械
的に作用し、チューブ断面を完全に閉鎖するまでにな
る。
【０００４】人工心肺の体外循環路を制御するためのこ
の米国特許のシステムや他の公知システムの問題点は、
圧縮流体作動制御部材を用いて体外循環路に作用するよ
うに特別に製造されたフレキシブルチューブを用いなけ
ればならないということである。すなわち、圧縮流体作
動制御部材が機能すべきところで、チューブは、チュー
ブ断面積を変えて、および／またはチューブ壁厚を減ら
して、あるいはなんらかの材質に変えて、製造すること
が必要となっており、これは製品を高価格にするばかり
でなく取扱い上の妨げにもなる。
【０００５】これまではしかし、このような問題点は、
電気機械的制御部材で簡易フレキシブルチューブに作用
可能でもある部材に対応させあるいはそういう部材を用
いてきた。つまり、チューブを、この制御部材と協働す
るべく特別に製造することはなかった。ここで簡易チュ
ーブとは、標準チューブとも呼ばれるもので、実質的に
一定の断面積と一定の壁厚とを有し、材料組成はチュー
ブ全体で一貫しており、つまりは人工心肺と組み合わせ
て一般に利用されるフレキシブルチューブのことであ
る。この簡易チューブは、必要とされるどのような長さ
のものでも入手でき、もしくは必要とされるどのような
長さにも切ることができ、そして、このチューブのどこ
であっても電気機械的制御部材を配することができる。
したがってこの簡易チューブはユーザーに好まれる。
【０００６】電気機械的制御部材および圧縮流体作動制
御部材のいずれも、これまで、人工心肺の体外循環路に
おけるタイムクリティカルな動作に用いられることはな
かった。より詳しくは、たとえば泡検知器がその体外循
環路内を運ばれる血液中に泡を検知したときのような緊
急事態下で、即座にチューブを閉鎖しなければならない
ときに、これらの制御部材が用いられることはなかっ
た。これは、電気機械的制御部材は確実性が十分ではな
いと見做されているからであり、圧縮流体作動制御部材
はチューブの閉鎖において十分な迅速さに欠けるからで
ある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このような背景をふま
えて、本発明によって達成すべき目的とは、圧縮流体作
動制御部材を含む人工心肺を製造することであり、この
人工心肺が、標準フレキシブルチューブについてそのい
くつかの部分を制御部材から受ける影響に備えて特別に
製造する必要なく用いることができるようにし、さらに
この人工心肺が、迅速で確実な作用、より詳しくは、こ
の制御部材を用いての閉鎖を可能とし、たとえば体外循
環路内で泡が検知されたときにチューブを閉鎖するとい
ったようなタイムクリティカルな動作を可能とすること
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的は、請求項１に
記載された特徴を有する人工心肺によって達成できる。
さらに有利な態様は、従属請求項から読み取ることがで
きる。
【０００９】本発明のひとつの特別な態様において、本
発明による人工心肺は、気泡が体外循環路内で検知され
たとき、患者に運ばれる血液の供給が中断され、しかも
その際、検知された気泡が患者に向かうことがないよう
に、製造されている。
【００１０】本発明の要点は、圧縮流体作動制御部材を
用いて、標準フレキシブルチューブに作用して、体外循
環路の制御、たとえば閉鎖をするにあたり、十分なエネ
ルギー密度を直接的に適用できることに、基づいてい
る。驚くべきことにこれまで、「圧縮流体を２〜１０ba
r（２×１０５〜１０×１０５Ｐａ）の作動圧力（opera
ting pressure）で使用することによって、圧縮流体作
動制御部材を用いて、通常に使用されるようなフレキシ
ブルチューブの閉鎖が可能となり、いっぽうで、タイム
クリティカルな動作も達成できること」を示唆したもの
が、従来技術にはない。前記作動圧力の圧縮流体を用い
る本発明によって、通常のフレキシブルチューブ、いわ
ゆる標準チューブを利用する際、もはやその断面積、壁
厚あるいは材質を変更する必要がなくなった。作動圧力
が従来技術と比べて極めて高いため、体外循環路が機械
的に作用を受けることが可能となり、このことによっ
て、体外循環路の基本的制御可能性ばかりでなく、タイ
ムクリティカルな動作制御への適合もひらけたのであ
る。これは、本発明にしたがって２〜１０barの作動圧
力で圧縮流体を利用することによって、高い作動力が得
られ、厳密に定められた閉鎖条件が達成可能となったか
らである。
【００１１】およそ５bar（５×１０５Ｐａ）の作動圧
力を有する圧縮流体であれば、このような圧縮流体は常
に病院で入手可能であるため、本発明による人工心肺で
圧縮流体の供給に関してなんら手間をかけることなく病
院での操作が可能となり、特に有利である。
【００１２】また、特別に製造されたチューブでない本
発明の場合、チューブに及ぼされる影響は常にその外側
から受けるものなので、本発明による圧縮流体作動制御
部材を体外循環路内の血液と直接接触しないため、有利
である。
【００１３】圧縮流体を本発明による高圧レベルにする
と、供給管路を長くすることができ、これは、圧縮流体
が５barの作動圧力で適用するときの臨床適用で、特に
有利である。ただし、本発明による人工心肺には、制御
部材の作動に必要な作動圧力の圧縮流体を作り出すこと
ができるコンプレッサまたは加圧ボトル（pressurized
bottle）を設けてもよい。
【００１４】別の有利な実施態様においては、圧縮流体
作動制御部材がピストンバネシステムとなっている。こ
のシステムが有利な理由は、この種の制御部材だからこ
そ、制御部材のところで非常に高い力や動力を提供しそ
の結果としてとりわけ速い反応を達成できるからであ
る。したがって、ピストンバネシステムとして製造され
た制御部材は、たとえば泡検知器と組み合わせたよう
な、タイムクリティカルなシステムで使用するのに、特
に適している。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面を参照し
ながら、例となる実施態様を用いて、詳述する。
【００１６】以下、図１を参照すると、本発明による人
工心肺の体外循環路が例として示されている。この体外
循環路は患者１から始まり、患者１に付けられた第１フ
レキシブルチューブ２は、カニューレを介して患者１の
静脈血を抜き出している。この血液は、フレキシブルチ
ューブ２を介してリザーバ３へ向かう。そしてこのリザ
ーバ３には、第２フレキシブルチューブ４がつながって
いる。リザーバ３からの血液は、第２フレキシブルチュ
ーブ４を通って、ポンプ５に向かう。さらにポンプ５
は、第３フレキシブルチューブ６を通って血液を酸素添
加装置７に送り込む。ここから血液は、第４フレキシブ
ルチューブ８を通ってフィルタ９に向かい、その後、こ
の血液は第５フレキシブルチューブ１０と動脈のエンド
カニューレとを介して患者に戻る。
【００１７】図１に示された本発明による人工心肺は、
さらに、コントローラ１１を含む。このコントローラ１
１には、第１泡検知器１２と第２泡検知器１３とからの
信号が供給される。これら泡検知器１２と１３は、第３
フレキシブルチューブ６と第５フレキシブルチューブ１
０にそれぞれ適用され、これらフレキシブルチューブ内
を運ばれる血液について、血液中で発生する気泡の監視
を行っている。チューブで運ばれる血液に気泡が発生す
ると即座に、泡検知器１２および１３は信号を生成し、
この信号がコントローラ１１内のプロセッサ１４に伝達
される。プロセッサ１４は、第１泡検知器１２と第２泡
検知器１３とから信号を受けたとき、第１バルブ１５ま
たは第２バルブ１６をそれぞれ開く。これら二つのバル
ブ１５および１６は、圧縮流体供給手段１７に接続され
ている。この圧縮流体供給手段１７は、蓄圧器でもコン
プレッサでもあるいは病院などの圧縮流体供給設備のコ
ネクタでもよい。圧縮流体供給手段１７内の圧縮流体
は、バルブ１５および１６が開くと、これらバルブを介
して第１フレキシブルチューブ１８と第２フレキシブル
チューブ１９それぞれへの出力となる。これら圧縮流体
チューブ１８および１９は、それぞれ圧縮流体作動制御
部材（圧縮流体により作動する制御部材）２０および２
１に接続される。なお、第３フレキシブルチューブ６に
おいて、制御部材２０は、第１泡検知器１２の下流側に
配置されている。一方、第５フレキシブルチューブ１０
において、圧縮流体作動制御部材２１は、第２泡検知器
１３の下流側に配置されている。
【００１８】本発明によると、第１バルブ１５および第
２バルブ１６がそれぞれ開かれたときに、圧縮流体制御
部材２０および２１を作動するための、圧縮流体供給手
段１７が提供する圧縮流体の作動圧力は２〜１０bar、
好ましくは５barである。圧縮流体供給手段１７で適用
される圧縮流体の作動圧力が極めて高いため、圧縮流体
作動制御部材２０および２１のところで非常に高い機械
動力を提供することが可能となり、その結果、迅速な制
御動作、より詳しくは迅速な開閉動作が達成できるよう
になった。
【００１９】かくして、コントローラー１１の意図され
るところによれば、気泡が泡検知器１２または１３のい
ずれかによって検知された直後に、プロセッサ１４が信
号を送って、対応するバルブ１５または１６を開き、泡
検知器に付随する制御部材２０または２１に、チューブ
１８または１９を介して、本発明による高圧で利用可能
な圧縮流体を提供する。そして本発明による高い作動圧
力によって、開閉動作が迅速となり、それに応じて反応
遅れも小さくなる。その結果、ふたつの泡検知器のいず
れかによって気泡が検知されるや否や、もっとも近い下
流に配置された圧縮流体作動制御部材によって、チュー
ブは即座に閉鎖される。次いで、プロセッサ１４がポン
プを停止するようになっているとそれもまた好ましく、
このためにプロセッサ１４はポンプ５に接続されてい
る。
【００２０】さらにまた、本発明による高い作動圧力に
よって、制御部材の回路は高い確実性で動作する。
【００２１】他の技術分野の試し済みまたはテスト済み
の制御部材を用いると、さらにこの確実性が高まる。本
発明において制御部材が、圧縮流体の高い作動圧力によ
って、標準フレキシブルチューブ２、４、６、８または
１０に直接作用できるため、このようなことが可能とな
ったのである。ただし、標準フレキシブルチューブは通
常、大変強靱であるため、試し済みまたはテスト済みの
制御部材を用いても、チューブの損傷の恐れはない。
【００２２】圧縮流体作動制御部材としてピストンバネ
システムを使うと、とりわけよい結果が得られる。図２
を参照すると、このようなシステムのひとつにおけるシ
リンダ３１内に配されたピストン３０が示されており、
このシステムでは、シリンダ３１はバネ３２によって休
止位置に維持されている（図２（ａ））。この休止位置
では、ピストン３０は制御部材の入り口３３に挿入され
たチューブ３４に作用していない。そして制御部材が、
対応する圧縮流体管路３５を介して、本発明による高圧
の圧縮流体を受けるや否や、ピストン３０は、バネが予
め有する負荷に抗する高い力で、非常に迅速に動き、図
２（ｂ）に明示されたように、チューブ３４が閉鎖され
る。この場合、チューブ３４としては、標準チューブ、
もしくは制御部材に作用するために特別に製造されたも
のではないチューブが利用されることに留意すべきであ
る。したがって、本発明による高い作動圧力の圧縮流体
が入手可能で利用できる限り、人工心肺に通常利用され
るチューブを用いることができ、この際、圧縮流体作動
制御部材を設けることに対して特別の処置をする必要が
ない。
【００２３】さらにまた、本発明による平均作動圧力が
高いため、たとえば血液中に気泡が検知されたときに体
外循環路のフレキシブルチューブを閉鎖するといったよ
うなタイムクリティカルな動作が、確実に達成可能とな
った。この場合、チューブ内で通常発生する血流の速度
x m/sや、本発明による制御部材の迅速な並発応答（sim
ultaneous fast response）に問題はないので、泡検知
器とチューブを閉鎖する制御部材との間の間隔は比較的
短く選定できることに特に留意すべきである。
【００２４】制御部材を作動させる圧縮流体が本発明に
よる高圧レベルにあるため、圧縮流体作動制御部材に至
るまでの供給管路を極めて長くできるという、さらなる
利点がもたらされる。
【００２５】圧縮流体として気体を使うのが好ましい。
気体を使うことには何ら問題はなく、ピストンバネシス
テムやそれ以外の同様の制御部材の場合はなおさらであ
る。これは、気体ならば体外循環路の標準フレキシブル
チューブに直接影響を及ぼすことがないからである。気
体状の圧縮流体として、たとえば、空気、ヘリウムある
いは窒素が、取扱いに関しても、特に手術室環境におけ
る取扱いに関しても、好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による制御部材を含む人工心肺のブロッ
ク図である。
【図２】本発明による制御部材の例となる実施態様の断
面図である。
【符号の説明】
１ 患者 ２、４、６、８、１０、１８、１９ フレキシブルチュ
ーブ ３ リザーバ ５ ポンプ ７ 酸素添加装置 ９ フィルタ １１ 制御手段 １２、１３ 泡検知器 １４ プロセッサ １５、１６ バルブ １７ 圧縮流体供給手段 ２０、２１ 圧縮流体作動制御部材
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4C077 AA02 BB07 DD07 DD13 DD21 EE01 HH03 HH13 JJ03 JJ13

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】人工心肺において、 この人工心肺の体外血液循環路（２、３、４、５、６、
    ７、８、９、１０）内に組み込まれた少なくとも一つの
    フレキシブルチューブ（６、１０；３４）であって、前
    記フレキシブルチューブ（６、１０；３４）が組み込ま
    れる前記体外血液循環路が、患者の血液を前記体外血液
    循環路の少なくともいくつかの部分を通って圧送する少
    なくともひとつのポンプ（５）を含んでいる、フレキシ
    ブルチューブ（６、１０；３４）と、 外側から前記フレキシブルチューブ（６、１０；３４）
    に作用する、圧縮流体により作動する少なくとも一つの
    制御部材（２０、２１；３０、３１、３２、３３）と、 前記制御部材への圧縮流体の供給を制御するコントロー
    ラ（１１）と、を備え、 前記制御部材へ供給される圧縮流体が、２×１０５〜１
    ０×１０５Ｐａの作動圧力を有することを特徴とする、
    人工心肺。
  2. 【請求項２】前記制御部材へ供給される圧縮流体が約５
    ×１０５Ｐａの作動圧力を有することを特徴とする、請
    求項１記載の人工心肺。
  3. 【請求項３】前記コントローラ（１１）は、圧縮流体供
    給手段（１７）に接続されるとともに、前記圧縮流体供
    給手段（１７）により前記圧縮流体が供給される少なく
    とも一つのバルブ手段（１５、１６）と、前記バルブ手
    段（１５、１６）に接続されて前記バルブ手段（１５、
    １６）を動作させるプロセッサ（１４）と、を有してい
    いることを特徴とする、請求項１または２に記載の人工
    心肺。
  4. 【請求項４】前記フレキシブルチューブの血流内の気泡
    を検知するための少なくとも一つの泡検知器（１２、１
    ３）が、血流に対して前記制御部材（２０、２１）の上
    流側に設けられており、前記コントローラ（１１）用の
    前記プロセッサ（１４）は、前記泡検知器（１２、１
    ３）に接続されるとともに前記泡検知器（１２、１３）
    からの検知信号を受けて前記バルブ手段（１５、１６）
    を開閉することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれ
    か一項に記載の人工心肺。
  5. 【請求項５】前記プロセッサ（１４）は、前記泡検知器
    （１２、１３）からの検知信号を受けると、前記検知信
    号の発信の原因となった気泡が前記制御部材（２０、２
    １）を通過する前に、前記制御部材（２０、２１）が前
    記チューブを全面的に閉鎖するように前記バルブ（１
    ５、１６）を動作させることを特徴とする、請求項４に
    記載の人工心肺。
  6. 【請求項６】前記プロセッサ（１４）はさらに、前記ポ
    ンプ（５）を停止することを特徴とする、請求項５に記
    載の人工心肺。
  7. 【請求項７】前記制御部材は、シリンダ（３１）内に配
    置されるとともにバネ（３２）によって休止位置まで移
    動されたピストン（３０）からなり、 前記ピストン（３０）は、前記圧縮流体が前記シリンダ
    （３１）に供給されると、バネ力に抗して移動して前記
    フレキシブルチューブに作用することを特徴とす、請求
    項１乃至６のいずれか一項に記載の人工心肺。
  8. 【請求項８】前記圧縮流体が気体であり、より詳しくは
    空気、ヘリウムあるいは窒素であることを特徴とする、
    請求項１乃至７のいずれか一項に記載の人工心肺。
  9. 【請求項９】前記圧縮流体供給手段（１７）がコンプレ
    ッサであることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれ
    か一項に記載の人工心肺。
  10. 【請求項１０】前記圧縮流体出力手段（１７）が圧縮流
    体ボトルであることを特徴とする、請求項１乃至８のい
    ずれか一項に記載の人工心肺。
  11. 【請求項１１】前記圧縮流体供給手段（１７）が屋内の
    圧縮ガス供給設備であることを特徴とする、請求項１乃
    至８のいずれか一項に記載の人工心肺。
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