JP2008534240A - 体外循環における気泡形成の抑制 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】 本発明は、体外循環時における体液中の気泡形成の抑制に関する。体液供給手段（１１１ａ）は、体外循環血液回路（１１１ａ、１１１ｂ、１１３、１１４、１１５、１１６）に体液を供給するように構成され、流量制御手段（１１３）は、前記体外循環血液回路に接続可能であるとともに、前記回路内における体液の流量を制御するように構成され；ガス交換手段（１１４）は、前記回路に接続可能であるとともに、循環される体液のガス交換を行なうように構成され；気泡防止制御装置（１２５）は、前記ガス交換手段の出口（１２３）に接続可能であるとともに、前記ガス交換手段のガス交換膜（１１８）上における全ガス圧を制御するように構成されて、以って前記ガス交換手段から流出する体液中のガスの量が制御され得；体液返送手段（１１５、１１６）は、前記ガス交換手段に接続されるとともに、体液を患者に再導入するように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、体外循環時における体液中の気泡形成の抑制に関する。特に、本発明は、気泡形成を最小限に抑えることに関する。

主として心臓手術時において、心臓および肺の機能を人工的手段に置き換えることが一時的に必要になる。さらにまた、たとえば重篤な呼吸、心または腎不全時等のより慢性的な疾患においては、移植用の臓器が入手可能になるまで、異なる人工的手段によって生命を維持し続けておくことができる。多くの臨床学的状況において、人工臓器が含まれる体外循環が必要とされる。

異質な材料によって製作された表面上に血液が接触すると、必然的に血液凝固と凝血塊の形成とが起こる。これは、抗血液凝固剤を使用することによって抑制される。さらにまた、気泡が血中に形成されやすく、これらの気泡は、体外循環時において生物体の血行中に送り出される。この現象は、空洞化と温度勾配と、自己血と送り込まれる血液との間における溶存ガス量の差とによる。心臓手術の場合は、体外循環には、ガス交換装置、すなわち酸素供給だけではなしに二酸化炭素の除去にも用いられる酸素供給器が含まれる。この酸素供給器内において血液とガスとが密接に接触することは、循環血中に気泡が偶然に混入する危険性をより一層高める。

現在のところ、心臓手術時における気泡形成の回避には、気泡型人工肺の臨床学的使用を膜型に変更することと、高い温度勾配の回避と、手術野における吸引の使用抑制とが含まれる。全ての人工心肺は、潅流技師、すなわち人工心肺を操作する人物に小さい気泡が発生したことを警告するとともに、より大きい気泡が発生すると直ちに主ポンプを停止させる気泡センサを内蔵している。一般に、この気泡センサは、約０．３ｍｍの直径を有する気泡を識別することができるが、３〜５ｍｍの直径を有する気泡が認められるときに初めて主ポンプを停止させる。

従来技術において、すでに形成された気泡を循環から分離する数多くの技術的解決策がある。米国特許第５，３６２，４０６号には、多孔性海面状材料を用いて小さい気泡を合体させる方法が開示されており、これによって形成されたより大きい気泡は、その後、体外循環血液回路から排出される。米国特許第６，３２８，７８９Ｂ１号に開示の濾過装置は、構造的に同様である。米国特許第６，４７８，９６２号には、強い半径方向の加速力により気泡を分離して、以って気泡を加速された血流の中心に集中させる方法が開示されている。

しかし、たとえば心臓手術時における気泡の発生、すなわち気泡の形成を減少させることを意図した装置は提供されていない。血中の気泡において、液−ガス界面には、異物、すなわちガスと直接接触することによって変性する約４０〜１００Å（すなわち４〜１０ナノメートル）の厚さのリポ蛋白層がある。さらにまた、ハーゲマン因子が活性化され、これによって凝血が起こり、それに伴って、手術後において手術創からの出血を防ぐために是が非でも必要とされる凝血促進因子が逆に消費される。したがって、気泡が形成されるままにしておいて、後に気泡を強制的に除去するよりも、むしろ体外循環時における血中の気泡形成を抑制するほうが有利かつ論理的であると思われる。

液体中における気泡形成を抑制するために、該液体中の溶存ガスの分圧を低下させる方法が工業製品の設計において用いられてきた。米国特許第２００３／０２０５８３１Ａ１号に、自動車用ガラス修理に用いられる方法が開示されている。修理空間に結合される真空ポンプは、損傷部分と修理材料との両方を脱気する。この方法は、体液循環用に意図されたものではなく、たとえば心臓手術時において体外循環に用いることはできない。

米国特許第５，７７２，７３６号；５，６４５，６２５号；５，４２５，８０３号および欧州特許第０ ５９８ ４２４Ａ３号に開示の方法は、移動する液体に用いられ、その目的は、ヘリウム等の推進用溶存ガスの多大な過圧を解消することにある。これらの特許に記載の脱気モジュールを体外循環に適用しても、液体中の溶存ガスの圧力を周囲大気圧まで低下させて、あらゆる人工心肺装置の酸素供給器においてすでに存在している状態にするだけであるため、功を奏さない。

国際特許第０２／１００５１０Ａ１号に、気体透過膜の上に真空を加えて反対側において液体を流動させることにより好ましくは水を脱気する方法が開示されている。この方法により達成される課題は、ベルヌーイの原理に基づいて、高噴射エゼクタ型真空創出において水が使用されるため、大量の水の損失を伴うことなしに真空を発生させることができる方法である。この装置の問題は、真空の発生に用いられる返流水が、除去されたガスにより過飽和になることであり、時間が経つと返流水中の溶存ガスと大気との均衡がもたらされるとともに、以ってタンクへの返送前に余剰ガスが減少してしまうと推定される。この方法を血液において実施することは、当初はガスにより過飽和状態にある返送血液中に気泡が形成されることが略確実であるだけではなしに、真空創出のために血液を勢いよくポンプ送りするときに結果として血液の損傷が起こるため、危険である。

米国特許第６，５９６，０５８号には、高性能液体クロマトグラフィーにおいて移動相を脱気する方法が開示されている。この方法は、液体不透過性かつ気体透過性の膜上における減圧または真空の適用を利用している。この特許は、支持構造を用いることなしに脱気室の液体部分と真空部分とを分割する気体透過膜を製造することに重点を置いている。

本発明の目的は、生物体の体外循環時において体液中の気泡形成と気泡の大きさとを抑制すること、特に最小限に抑えることにある。

ひとつの態様は、体外循環血液回路内において体液中の溶存ガスを制御することである。

本発明の前記目的は、独立請求項に記載のシステム、方法および装置によって達成される。本発明の好適な実施例は、従属請求項に記載されている。

本発明は、体外循環血液回路内に含まれるガス交換手段のガス交換室に送られてくる新鮮ガスの全ガス圧を低下させることによって前記目的を達成するものである。これは、たとえば、ａ）ガス入口とガス出口とを除いて前記ガス交換手段の前記ガス室を完全に気密的に密封すること；ｂ）新鮮ガス管路を前記ガス交換手段の前記ガス入口に気密性の虚脱不能な管を介して接続すること；ｃ）気密的に構成される前記ガス交換手段が偶然に過圧を受けることを、たとえば安全弁により予防すること；ｄ）警報装置を設けて、ガス交換膜上における圧力差が高くなりすぎないように使用者に警告すること；ｅ）気密性の虚脱不能な管を介して吸引装置を前記ガス出口に取り付けて、前記ガス交換手段内の前記ガス交換膜上における全ガス圧を制御して、以って前記ガス交換手段から流出する血液中の溶存ガス量を制御すること；および／またはｆ）ｅ）に記載の前記吸引装置のガス排出管路をガス出口に接続して、揮発性麻酔ガスの適切な処分が行なわれうるようにすることを組み合わせることによって達成されうる。

前記の気密ガス交換手段内における亜大気圧は、血中の溶存ガスを抽出するだけではなしに、前記ガス交換手段内に流入する形成済みの気泡に比例的な体積増加を起こさせる。血中のガス−液体界面において変性リポ蛋白層が形成されるため、ガス交換手段を通過する気泡の体積が前記亜大気圧により一時的に増加することにより、気泡の全表面積が、以って不可逆的変性リポ蛋白の全量が増加しうる。これは、ガス交換手段の血液室内の比例的に増加する静血圧を適用することによって妨げられる。

さらにまた、気泡を含む液体の静圧を増加させることにより、気体分子を気泡から前記液体に溶解可能な状態にすることが可能である。十分に高い静圧は、気泡を完全に消滅させることさえある。本発明のひとつの実施例においては、静圧を一時的に増加させる補助装置が、この目的のために、体外循環血液回路の管路内において、好ましくは流量制御手段とガス交換手段との間に組み込まれる。

以下に、添付図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。

本発明は、体外循環法における気泡形成を抑制するシステムと装置と方法とに関する。本発明は、心臓手術用に意図されるが、体液を体外循環させることが望ましい数多くの臨床学的用途、たとえば透析にも用いられうる。このため、酸素供給器は、異なる臨床学的必定条件にしたがって改変され得、さらにまた、血流は、ポンプではなしに動脈−静脈血圧差により生じしめられうる。

本発明の例証的な実施例を、同一または同様の構成要素または機能部に同じ参照符号が用いられている図１〜３を参照して、より詳細に説明する。

図１に、本発明にしたがったシステムの第１の実施例の略図が示されており、このシステム１０は、たとえば心臓切開手術に用いられうる。この図には、どのように酸素供給器等のガス交換手段への真空の適用が用いられるかと、さらにまた、血液が酸素供給器を通過するときの静血圧の増加が本発明にしたがってどのように生じしめられうるかと、体外灌流時における装置の構成とが示されている。

図１にしたがった本発明のシステム１０のひとつの実施例は、静脈血を患者１１０から体外静脈血タンク１１２に迂回させうる手段となる管路１１１ａを含む。本明細書の説明において、管路１１１ａは、静脈血ライン１１１ａとも呼ばれる。しかし、この管路は、動脈血が患者から引き出される用途においては、動脈血ラインともなりうることが理解されるべきである。静脈血タンク１１２は、重力または亜大気圧の適用により、患者から静脈血を回収するように構成される。さらにまた、手術野から吸引される血液は、該血液をタンク１１２内に再びポンプ送りすることによって再利用されうる。静脈血タンク１１２に流入する血液中の大きい気泡は、前記タンクは環境空気または加えられる亜大気圧に対して開放されているため、重力により表面に浮上するとともに、以って処分される。

このシステムは、さらにまた、患者１１０から引き出される血液に推進エネルギーを生じしめるように構成される流量制御手段１１３を含み得、これによって、引き出された血液は、体外循環血液回路内において循環される。この流量制御手段１１３は、たとえば、人工心肺（図示せず）の主ポンプ１１３として実現されるポンプ送り手段でありうる。図１に図示されるように、前記流量制御手段１１３は、タンク１１２とガス交換手段１１４との間において管路１１１ｂに配置される。本明細書の説明においては、本発明を例証するために、酸素供給器１１４に言及する。しかし、前記ガス交換手段は、液体に含まれるガスを減少させかつ／または交換することができるまた他の種類の装置として実現されうることが理解されるべきである。

この酸素供給器１１４は、体外循環血液回路に接続されるか、または接続可能であり、図に示されるように、前記酸素供給器１１４は、図示された実施例において、タンク１１２と流量制御手段１１３との下流に配置される。酸素供給器１１４は、体外循環血液回路内において循環される、引き出された血液のガス交換を達成するように構成される。体外循環血液回路は、酸素供給を受けた血液を酸素供給器１１４から患者１１０へと返送する手段となるさらに他の管路１１５を含む。図１に示される、静脈血が引き出される実施例において、血液は、動脈血ライン１１５と、患者１１０の動脈内に挿入される動脈カニューレ１１６とを介して再び患者１１０へと流れるが、この管路は、動脈または静脈血が患者から引き出される用途においては静脈血ラインとなりうることが理解されるべきである。

酸素供給器１１４は、回路内を流れる流体が血液である場合に血液室１１７とも呼ばれる第１の区画室１１７を含む。酸素供給器１１４は、さらにまた、それを介してガスの交換と排出とが行なわれるガス−液体分離膜またはガス−血液分離膜１１８と、ガス室１１９とも呼ばれる第２の区画室１１９とを含む。

前記システムは、さらにまた、新鮮ガスを酸素供給器１１４にガス供給管１２１と酸素供給器１１４の前記第２の区画室１１９のガス入口１２２とを介して供給する手段となるガス源１２０を含む。前記新鮮ガスは、たとえば、酸素と窒素と揮発性麻酔剤との混合物でありうるとともに、減圧後にガス源１２０からガス流量計を介して供給されうる。前記膜１１８は、供給される新鮮ガスに対して透過性を有するように構成され、これにより、ガス室１１９内のガス分圧と血液室１１７を通過する血液中の溶存ガスの分圧とが均等になる傾向にあるため、新鮮ガスと静脈血との間におけるガス交換が起こる。酸素供給器１１４のガス室１１９を通過した後に、ガス流は、酸素供給器１１４のガス出口１２３へと導かれる。

本発明によれば、ガスは、ガス出口１２３に接続されるガス出口管路１２４を介して気泡防止制御装置１２５へと流れる。このガスは、その後、気泡防止制御装置１２５の排出管１２６を介して周囲大気または施設の排気装置へと排気される。管路１２４は、好ましくは、虚脱不能かつ気密性の材料により製作される。前記気泡防止制御装置は、管１２４を介して酸素供給器１１４のガス室１１９内へと伝播される低いガス圧を生じしめるように構成される吸引装置１６０を含む。前記制御装置は、さらにまた、システムの異なる部分の動作、たとえば、酸素供給器１１４のガス室１１９の設定装置１３５において設定される亜大気圧、酸素供給器１１４の血液室１１７内における静圧の増加またはその他の部分を制御する中央コンピュータ１６１を含むとともに、さらに、表示手段１３６、１３７および１３８上において、圧力、新鮮ガス酸素濃度および塞栓負荷等の重要なパラメータを表示しうる。

酸素供給器１１４は、さらに、ガス出口１２３に近接して配置される開口部１２７を介して周囲空気へと開口する。これは、ガス出口１２３またはガス出口管路１２４が偶然に閉塞された場合にガス室１１９内において過圧が発生することを防ぐためである。膜１１８は、必ずしも気密性ではなく、ほとんどの臨床学的用途においては、ガス塞栓は容易に前記膜を通り抜けて液体中、たとえば血中に流入しうるが、毛管力により、前記液体が前記膜を超えて気体中に流入することはない微孔性材料により構成されるため、ガス室１１９内における過圧は、動脈血ラインの血流中への悲惨な空気漏れを招きかねない。

本発明の実施例によれば、血中の気泡形成は、血中溶存ガス量を減少させることによって抑制される。これは、酸素供給器１１４のガス室１１９内におけるガス圧を低下させることによって達成される。この目的のために、吸引装置１６０が、気泡防止制御装置１２５に組み込まれる。この吸引装置１６０は、約０．１バールの亜大気圧を生じしめることができる通常の高品位吸引装置として実現されうる。本発明の実施例において、前記吸引装置１６０は、このような実施例では本発明の方法を安全な態様で実行する手段も内蔵する気泡防止制御装置１２５に組み込まれる。

本発明の方法は、事前設定された真空レベルが酸素供給器１１４のガス室１１９内において維持されうることを含むものである。これを達成するために、酸素供給器１１４は、気密的に構成されることが望ましく、このことは、過圧防止用安全穴１２７が真空動作時において閉鎖されなければならないことを意味する。この安全対策は、たとえば前記安全穴１２７に配置されるばね式一方向弁１２８を用いて達成されうる。この弁１２８は、過圧の場合に開弁するとともに、ガス室１１９内の圧力が周囲大気圧より低い場合には閉弁する。

本発明は、血中の溶存または含有ガスを減少させるものである。窒素、酸素および二酸化炭素と水蒸気とが、通常の状況下において、これらのガスの約９９％を超える割合を構成する。生体は、好気代謝を維持するために最低レベルの酸素分圧を必要とする。乾燥空気は、約７８％の窒素と２１％の酸素とにより構成され、窒素は、代謝には必要とされない。窒素を酸素に置き換えると、全ガス圧を１／５に低下させることができるとともに、依然として同じ酸素分圧を生体に提供することができる。本発明にしたがって真空を加える場合は、酸素供給器１１４は、前記のように気密的に構成されなければならない。また、新鮮ガス源１２０の全ての接続部と管路１２１とは、図１において斜線部分により示されるように、気密でなければならない。ガス出口管路１２４もまた、あらゆる吸引装置を機能させるために必要とされるように気密的に構成される。

現在は、心臓手術における従来式体外循環時において、新鮮ガス管路内に空気漏れがある場合でも、新鮮ガスの漏出方向が酸素供給器から周囲空気中へと向かう方向となるため、おそらく気付かれない。しかし、真空動作時における漏れの場合は、周囲空気（７８％の窒素により構成される）が酸素供給器内に流入して、新鮮ガス中の有効酸素レベルをより低いレベルに変化させてしまう。したがって、灌流技師は、処置中において漏れがないか確認しなければならず、かつ好ましくはガス出口の位置での酸素分圧を監視しなければならない。

したがって、本発明においては、酸素センサ１２９は、ガス出口管路１２４に配置されるとともに、ガス出口１２３を介して酸素供給器１１４から流出するガス中の酸素分圧を監視するように構成されうる。この酸素センサ１２９からの信号は、気泡防止制御装置１２５に送られ、かつ前記制御装置内において処理されるとともに、前記制御装置を手段として灌流技師に提示されうる。

本発明によれば、真空動作時において酸素供給器内に流入するすでに形成された気泡は、血液に加えられるより低い全ガス圧に比例して体積変化する。酸素供給器を通過するときに、真空が加えられると、これにより、気泡は大きさを増大させる。ガス−血液界面には変性リポ蛋白層があり、酸素供給器を通過する気泡の一時的な体積増加は、気泡の変性リポ蛋白の全表面積を不可逆的に増加させうる。たとえば、気泡の体積が５０％だけ増加すると、表面積は、約３１％（１００×（１．５^１／３）^２−１００）だけ増加する。血中の気泡の内部のガスが消滅した後も、不可逆的変性リポ蛋白表面層はそのまま残存して、毛細管を閉塞させることができる塞栓を形成するとともに、おそらくはそれが異物であるかのような身体反応を誘発させうる。したがって、この真空の適用が気泡の大きさに及ぼす効果を妨げることが有利でありうる。この目的のために、本発明は、さらにまた、酸素供給器の血液室を通過するときに血液の静血圧を一時的に高める段階を含みうる。しかし、臨床医療においては、これは必要と見なされないかもしれない。

今日の臨床学的灌流時において、酸素供給器１１４の前および後の血液管路内における静圧は、それぞれ圧力センサ１３０および１３１によって測定される。この圧力測定は、酸素供給器１１４により生じしめられる圧力勾配を監視するとともに、以って、たとえば酸素供給器の誤動作を早期に検出するために行なわれる。本発明においては、これらの圧力センサ１３０、１３１からの信号は、直接または人工心肺（図示せず）を介して気泡防止制御装置１２５に送られる。酸素供給器１１４の血液室１１７内における平均および最高／最低圧力は、ガス室１１９の測定された真空１３９の圧力信号とともに用いられて、酸素供給器１１４のガス室１１９内における選択された亜大気圧レベルを打ち消して気泡の大きさを維持するために酸素供給器１１４の血液室１１７内において加えられるべき適切なより高い静圧が帰還計算される。このような計算は、気泡防止制御装置１２５に含まれる中央コンピュータ１６１において行なわれる。

酸素供給器１１４の血液室１１７内における血圧は、該血液室１１７内のある位置から直接測定されるか、またはその他の位置１３０、１３１からの測定から導かれうる。酸素供給器１１４の血液室１１７内における圧力は、クランプ装置１３２により操作または制御され得、このクランプ装置は、さらに、気泡防止制御装置１２５により制御されうる。前記クランプ装置１３２は、非常に小さい機械的変化に合わせて調節可能に、かつ小さい時定数とヒステリシスとを有して構成される。前記クランプ装置１３２は、好ましくは、たとえば誤動作の場合に、容易に動脈血ライン１１５から着脱可能である。

本発明の第２の実施例は、体外循環血液回路内において血液の静圧を一時的に高める手段を含む。この増圧手段の目的は、気泡を含有する液体／血液により高い静圧を加えることによってガスの気泡体積を減少させることにある。より高い静血圧は、気泡に伝播されて、以ってガスを気泡から溶液に、すなわち気相から液相にする。その後、新たな定常状態が達成されて、より高い静圧によるだけではなしに、血中に溶解してしまう本来の気泡の一部分の損失により、気泡は、より小さくなる。十分に高いレベルの静圧を十分な時間にわたって加えると、気泡の完全消滅さえ達成されうる。

図２に、体外循環血液回路内において血液の静圧を一時的に高める手段を含む本発明の第２の実施例の略図が示されている。この実施例において、血／液流に一時的な高静圧を加えることにより気泡内に含まれるガスを溶液にする装置が組み込まれる。さらにまた、この実施例において、前記増圧手段は、血液循環用高耐圧タンク１４０として実現される。この高耐圧タンク１４０は、好ましくは流量制御手段１１３と酸素供給器１１４との間に配置される。前記タンク１４０と酸素供給器１１４との間における管路の寸法、たとえば長さを好ましくは最小限に抑えて、高耐圧タンク１４０内における加圧後に最小限の時間で血液を酸素供給器１１４のガス交換部１１９に流入させるべきである。さもなければ、高耐圧タンク１４０から流出したばかりの過飽和液からガスが既存の気泡へと戻ること、または新しい気泡を形成することにより、気泡が以前の大きさを回復しかねない。この場合は、高耐圧タンク１４０から周囲大気圧への出口１４１を流体力学的に整形して、乱流による気泡形成を最小限に抑えることも重要である。

高耐圧タンク１４０の容積は、好ましくは、ガスを気泡から溶解状態に再分解することができるだけの十分な時間が得られるように選択されるが、体外循環血液回路の最小充填量の利点も考慮に入れられる。たとえば、４．５リットル／分の血流量と１０秒間の高圧化とが必要とされる場合は、高耐圧タンク１４０の容積は、約０．７５リットルとされるべきである。より高い圧力が用いられる場合には、前記タンク１４０の容積を減少させて、血流量を一定に保つことができる。

高耐圧タンク１４０内における静圧は、気泡防止制御装置１２５により制御されるとともに高耐圧タンク１４０からの流出抵抗を調整するように構成されるクランプ装置１４２によって操作されうる。このクランプ装置１４２は、さらにまた、非常に小さい機械的変化に合わせて調節可能に、かつ小さい時定数とヒステリシスとを有して構成される。さらにまた、前記クランプ装置は、誤動作の場合には、動脈血ラインから容易に着脱可能でなければならない。この本発明の実施例においては、圧力センサ１４３が、高耐圧タンク１４０に配置される。この圧力センサ１４３は、前記タンク１４０内の圧力を記録するとともに、記録された圧力値を圧力信号として気泡防止制御装置１２５に送信するように構成される。気泡防止制御装置１２５の中央コンピュータ１６１において、前記圧力値は、灌流技師により選択される設定値１４４と比較される。さらに、中央コンピュータ１６１は、適切な制御信号を発して、この信号によって、クランプ装置１４２の動作が制御され、以って所望の圧力レベルが高耐圧タンク１４０内において達成されうる。圧力監視装置１４３からの前記信号は、好ましくは、気泡防止制御装置１２５の表示装置上において灌流技師に提示される。

本発明における気泡防止制御装置１２５は、該気泡防止制御装置１２５に内蔵される吸引装置１６０により亜大気圧を生じしめるとともに、酸素供給器１１４の血液室１１７内においてより高い静圧を生じしめる機能を内蔵する。気泡防止制御装置１２５の中央コンピュータ１６１は、さらにまた、酸素供給装置の膜１１８上における膜間圧力を計算するとともに、許容不能限度に達すると、可聴警報１３３および／または可視警報１３４によって警報信号を発するように構成されうる。

気泡防止制御装置１２５は、それを手段として灌流技師がガス室１１９内において望まれる亜大気圧の選択レベルを入力することができる設定装置１３５を含んで構成されうる。気泡防止制御装置１２５は、さらに、事前設定された真空レベルに基づいて、血液室１１７内の適切な増圧レベルを計算して、酸素供給器１１４に流入するすでに形成された気泡が拡大することを防ぐように構成されるコンピュータ１６１を含みうる。血液室１１７に関して圧力センサ１３０、１３１により記録される圧力信号を用いて、クランプ１３２の調節が電子帰還制御されて、血液室１１７内において適切な増圧レベルが生じしめられる。気泡防止制御装置１２５は、さらにまた、たとえばガス室の圧力１３９と血液室の圧力１３０、１３１とガス流の酸素濃度１２９との実際の測定レベルをそれぞれ提示する１個以上の表示装置１３５、１３７および１３８を含みうる。これらの提示パラメータまたは、それが適切である場合は、前記パラメータの計算された差は、いずれも１個または複数個の共通または別個の警報装置１３３、１３４に接続されうる。

本発明の前記第２の実施例において、気泡防止制御装置１２５は、さらに、高耐圧タンク１４０内における圧力を帰還調整するように構成される手段を含む。この帰還手段は、高耐圧タンク１４０内の圧力レベルを設定する設定手段１４４と、高耐圧タンク１４０内における前記圧力の発生を監視する表示手段１４５とからなりうる。

本発明にしたがった方法および装置を用いるときは、気泡形成における変化を測定しうることが重要である。本発明の第３の実施例において、本発明のシステムは、現在用いられているものより適正に気泡の発生を監視し、かつ記録する手段を内蔵する。人工心肺装置は、管路に取り付けられるとともに、気泡が出現したときに灌流技師に警告するように構成されるセンサを有する気泡監視装置を内蔵しており、前記センサは、さらにまた、より大きい気泡が発生した場合に主ポンプを自動的に停止させるように構成されうる。一般に用いられる人工心肺装置、たとえばヨストラＨＬＭ２０（Ｊｏｓｔｒａ ＨＬＭ２０）およびスタッカートＳ３（Ｓｔｏｃｋｅｒｔ Ｓ３）の気泡センサの感度は、３００マイクロメートルであり、これに対して、毛細血管の大きさは、赤血球の単球の直径、すなわち７マイクロメートルの範囲内でありうる。したがって、人工心肺装置にすでに備え付けられている気泡検出装置は、あまりにも低感度でありうる。

図３に、本発明の第３の実施例の略図が示されている。この実施例では、品質管理用の１個または複数個の気泡センサが、動脈血ライン１１５および／または動脈血ラインの血液から濾過された血漿を内包する管に直接取り付けられる。図３に図示されているように、高感度の第１の気泡センサ１４６は、動脈血ライン１１５に取り付けられるとともに、気泡防止制御装置１２５に通信可能に接続される。この高感度気泡センサ１４６は、たとえば、血液の血球成分が作用し始める大きさ、すなわち約１０〜１５マイクロメートルまでの感度を有する気泡検出装置として実現されうる。この気泡センサからの信号は、気泡防止制御装置１２５の中央コンピュータ１６１により処理され、前記制御装置は、ガス塞栓の発生を表示手段上において表示すること、音声または灯火による警告、またはさらにはポンプの停止を行ないうる。

前記の感度より高感度のセンサは、赤血球、白血球または血小板等の有形の血液成分が全く見られない濾過された血液、すなわち血漿に関してのみ機能しうる。よって、このようなセンサを使用可能にするためには、血液濾過装置１４７を組み込んで、この血液濾過装置から血漿を迂回させて、より高精度の第２の気泡センサ１４８によって塞栓の有無を検出して、１マイクロメートルの気泡に至るまで識別することが必要になりうる。

気泡の大きさと発生頻度とは、表示手段１３７、１３８上において可視的に、かつ／または可聴手段１３３によって可聴的に、かつ気泡防止制御装置１２５の表示装置上において灌流技師に提示されて、灌流技師に適切な対応策を取らせることができる。

本発明は、さらにまた、それぞれ血液管路と酸素供給器との測定出口に取り付けられるように構成される前記の仕様にしたがった１個または複数個の圧力測定管からなる使い捨て商品を含む用具一式に関する。この用具一式は、さらにまた、気密酸素供給器と、任意で高耐圧タンクとを含みうる。

本発明を前記に詳細に説明したが、当業者には、本発明が添付の特許請求の範囲内においてその他の態様に改変されうることは自明である。

本発明の第１の例証的な実施例の略図である。 本発明の第２の例証的な実施例の略図である。 本発明の第３の例証的な実施例の略図である。

Claims (33)

1. 体外循環血液回路内を流れる体液に含まれる気泡および／またはガスの量と大きさとを制御するシステムにおいて：
   前記体外循環血液回路（１１１ａ、１１１ｂ、１１３、１１４、１１５、１１６）に体液を供給するように構成される体液供給手段（１１１ａ）と；
   前記体外循環血液回路に接続可能であるとともに、前記体外循環血液回路内における前記体液の流量を制御するように構成される流量制御手段（１１３）と；
   前記体外循環血液回路に接続可能であるとともに、前記体外循環血液回路内において循環される前記体液に含まれるガスを減少させ、かつ／または交換するように構成されるガス交換手段（１１４）と；
   前記ガス交換手段（１１４）の出口（１２３）に接続可能であるとともに、前記ガス交換手段（１１４）のガス−体液分離膜（１１８）の上における全ガス圧を制御するように構成されており、これにより前記ガス交換手段（１１４）から流出する前記体液中に含まれるガスの量が制御されうる気泡防止制御装置（１２５）と；
   前記ガス交換手段（１１４）に接続可能であるとともに、前記体液を患者に再導入するように構成される体液返送手段（１１５、１１６）とからなるシステム。
2. 好ましくは前記流量制御手段（１１３）と前記ガス交換手段（１１４）との間において前記体外循環血液回路に接続される増圧手段（１４０）であって、前記体液が自身を通り抜けるときに前記体液に高い静圧を加えて、以って気泡に含まれるガスを溶解状態にするように構成される増圧手段（１４０）をさらに含む請求項１に記載のシステム。
3. 前記増圧手段（１４０）の容積は、ガスを気泡から溶解状態に再分解するために必要とされる時間が得られるように選択され、前記増圧手段（１４０）の所定の圧力は、前記増圧手段（１４０）の内容積と前記体外循環血液回路内において流動する前記体液の流量とに従属し、前記増圧手段（１４０）は、前記増圧手段（１４０）を前記酸素供給器（１１４）の入口に接続する出口（１４１）を含み、前記出口（１４１）は、流体力学的に整形されて、圧力正常化時に気泡の形成が最小限に抑えられる請求項２に記載のシステム。
4. 前記増圧手段（１４０）の前記出口（１４１）に配置され、かつ前記気泡防止制御装置（１２５）により制御されるとともに、前記増圧手段（１４０）内の圧力を前記増圧手段（１４０）からの流れ抵抗を調整することによって調整するように構成される第１のクランプ装置（１４２）をさらに含む請求項３に記載のシステム。
5. 前記増圧手段（１４０）に配置されるとともに、前記増圧手段（１４０）内の圧力を記録し、かつ記録された圧力値を圧力信号として前記気泡防止制御装置（１２５）に送信するように構成される圧力センサ（１４３）をさらに含み、前記気泡防止制御装置（１２５）は、前記圧力値を所定の値と比較するとともに、制御信号を発生させるように構成され、前記制御信号を手段として、前記第１のクランプ装置（１４２）の動作が制御されて、以って所望の圧力レベルが前記増圧手段（１４０）において達成されうる請求項４に記載のシステム。
6. 前記ガス交換手段（１１４）は、酸素供給器（１１４）の血液入口および出口に接続される第１の区画室（１１７）と、それを介して前記ガス交換が行なわれるガス−体液分離膜（１１８）と、酸素供給器（１１４）のガス入口および出口を含む第２の区画室（１１９）とからなる気密酸素供給器（１１４）として実現される請求項１〜５のいずれかに記載のシステム。
7. 前記気泡防止制御装置（１２５）は、前記気泡防止制御装置（１２５）内に組み込まれうる吸引装置（１６０）によって前記酸素供給器（１１４）の前記ガス室（１１９）内において亜大気圧を生じしめ、かつ／または前記酸素供給器（１１４）の血液室（１１７）内においてより高い静圧を生じしめて、以って真空動作時において前記酸素供給器（１１４）の前記血液室（１１７）に流入する気泡が拡大することを妨げるように構成される請求項６に記載のシステム。
8. 前記酸素供給器（１１４）のガス供給管（１２１）とガス入口（１２２）とを介して前記酸素供給器（１１４）の前記第２の区画室（１１９）に新鮮ガスを供給するように構成されるガス源（１２０）をさらに含み、前記分離膜（１１８）は、前記供給される新鮮ガスの成分に対して透過性を有し、前記酸素供給器（１１４）は、前記第２の区画室（１１９）内におけるガス分圧と前記第１の区画室（１１７）内の体液中の溶存ガスの分圧とが均等になる傾向となって、以って前記新鮮ガスと前記体液との間におけるガス交換が行なわれるように構成される請求項６または７に記載のシステム。
9. 前記酸素供給器（１１４）の前記ガス出口（１２３）は、虚脱不能な管路（１２４）によって前記気泡防止制御回路（１２５）に接続されて、以ってガスは前記酸素供給器（１１４）の前記第２の区画室（１１９）から前記気泡防止制御装置（１２５）へと流れるとともに、その後、前記気泡防止制御装置（１２５）から排気管（１２６）を介して排出される請求項６〜８のいずれかに記載のシステム。
10. 周囲空気への安全穴（１２７）が前記酸素供給器（１１４）において前記ガス出口（１２３）に近接して配置され、前記安全穴（１２７）は、前記ガス出口（１２３）または出口管路（１２４）が閉塞された場合に前記第２の区画室（１１９）内における過圧を防ぐように構成され、前記酸素供給器（１１４）は、気密的に構成され、前記安全穴（１２７）は、弁（１２８）によって閉鎖可能であり、所定の真空レベルが前記第２の区画室（１１９）内において維持されて、以って前記体液中に含まれるガス量が減じられることにより、前記体外循環血液回路を通過するときの前記体液中および可能性として体内における気泡形成が減少する請求項９に記載のシステム。
11. それぞれ前記ガス交換手段（１１４）の前および後の体液管路内、または直接前記血液室（１１７）内および前記ガス室（１１９）内においてそれぞれ、前記圧力を測定するためと；前記圧力測定値を前記気泡防止制御装置（１２５）に送信するためとに、さらに圧力センサ（１３０、１３１、１３９）を配置されて含み、前記気泡防止制御装置（１２５）は、前記ガス−体液分離膜（１１８）上における圧力勾配を監視し、かつ膜間圧力勾配が許容不能限度に近づくと指示を出すように構成される請求項１〜１０のいずれかに記載のシステム。
12. 前記体液返送手段（１１５）に配置される第２のクランプ手段（１３２）をさらに含み、前記第２のクランプ手段（１３２）は、前記気泡防止制御装置（１２５）により制御されるとともに、前記ガス交換手段（１１４）の前記第１の区画室（１１７）内の静圧を調整するように構成されて、以って真空動作時において前記酸素供給器（１１４）の前記血液室を通過する血液に含まれる気泡は、前記酸素供給器（１１４）の前記血液室（１１７）からの前記血圧測定と前記ガス室（１１９）の前記ガス圧測定（１３９）とに基づく帰還制御によって自身の大きさを維持する請求項１１に記載のシステム。
13. 前記体液返送手段（１１５）に配置されるとともに、前記気泡防止制御装置（１２５）に接続される第１の気泡センサ（１４６）をさらに含み、前記第１の気泡センサ（１４６）は、前記体液返送手段（１１５）内において塞栓または気泡を検出し、かつ前記気泡防止制御装置（１２５）に含まれるコンピュータによって行なわれる制御により、発生する気泡の大きさと気泡発生の頻度とにしたがって、気泡の存在の適切な表示、灯火および／または音声による警報信号の発信または人工心肺装置またはまた他の種類の体外体液循環装置の主ポンプの停止を行なうように構成される請求項１〜１２のいずれかに記載のシステム。
14. 前記体液返送手段（１１５）に配置される濾過装置（１４７）をさらに含み、前記濾過装置（１４７）を手段として、体液部分を迂回させ、かつ第２の気泡センサ（１４８）により気泡または塞栓を検出するとともに、気泡の存在の表示、灯火および／または音声による警報信号の発信または人工心肺装置または他の体外体液循環装置の主ポンプの停止が行なわれうる請求項１３に記載のシステム。
15. 前記気泡防止制御装置（１２５）は、動作パラメータまたはセンサ測定値を提示するように構成される表示手段（１３６、１３７、１３８、１４５、１４９、１５０）と、たとえば許容不能限度に達すると音声警報および／または可視警報を発するように構成される警報装置（１３３、１３４）と、使用者が所望の動作パラメータを入力することができるように構成されるまた他の対話手段（１３５、１４４）とを含む請求項１〜１４のいずれかに記載のシステム。
16. 体外循環血液回路内を流れる体液中に含まれる気泡および／またはガスの量と大きさとを制御する方法において：
    前記体外循環血液回路（１１１ａ、１１１ｂ、１１３、１１４、１１５、１１６）に体液を供給するように構成される体液供給手段（１１１ａ）を設ける段階と；
    前記体外循環血液回路に、前記体外循環血液回路内における前記体液の流量を制御するように構成される流量制御手段（１１３）を接続する段階と；
    前記体外循環血液回路に、前記体外循環血液回路内において循環される前記体液中に含まれるガスを減少させ、かつ／または交換するように構成されるガス交換手段（１１４）を接続する段階と；
    前記ガス交換手段（１１４）の出口（１２３）に、前記ガス交換手段（１１４）のガス−体液分離膜（１１８）上における全ガス圧を制御して、以って前記ガス交換手段（１１４）から流出する前記体液に含まれるガスの量を制御することができるように構成される気泡防止制御装置（１２５）を接続する段階と；
    前記ガス交換手段（１１４）に、前記体液を患者に再導入するように構成される体液返送手段（１１５、１１６）を接続する段階とからなる方法。
17. 前記体液が自身を通過するときに前記体液に高い静圧を加えて、以って気泡に含まれるガスを溶解状態にする増圧手段（１４０）を、好ましくは前記ポンプ送り手段（１１３）と前記酸素供給器（１１４）との間において前記体外循環血液回路に接続して設ける段階をさらに含む請求項１６に記載の方法。
18. 前記増圧手段（１４０）の容積を選択して、ガスを気泡から溶解状態に再分解するために必要とされる時間が得られるようにする段階と、出口（１４１）によって前記増圧手段（１４０）を前記酸素供給器（１１４）の入口に接続する段階とをさらに含み、前記増圧手段（１４０）の所定の圧力は、前記増圧手段（１４０）の内容積と、前記体外循環血液回路内を流れる前記体液の流量とに従属し、前記出口（１４１）は、流体力学的に整形されて、圧力正常化時において気泡形成が最小限に抑えられる請求項１７に記載の方法。
19. 前記気泡防止制御装置（１２５）により制御されるとともに、前記増圧手段（１４０）からの流れ抵抗を調整することにより前記増圧手段（１４０）内の圧力を調整するように構成される第１のクランプ装置（１４２）を前記増圧手段（１４０）の前記出口（１４１）に配設する段階をさらに含む請求項１８に記載の方法。
20. 前記増圧手段（１４０）内の圧力を記録するとともに、記録された圧力値を圧力信号として前記気泡防止制御装置（１２５）に送信する圧力センサ（１４３）を前記増圧手段（１４０）に設ける段階をさらに含み、前記気泡防止制御装置（１２５）は、前記圧力値を所定の値と比較するとともに適切な制御信号を発し、前記制御信号によって、前記クランプ装置（１４２）の動作が制御されて、以って所望の圧力レベルが前記増圧手段（１４０）において達成されうる請求項１９に記載の方法。
21. 前記ガス交換手段（１１４）は、酸素供給器（１１４）の血液入口および出口に接続される第１の区画室（１１７）と、それを介してガス交換が行なわれるガス−体液分離膜（１１８）と、酸素供給器（１１４）のガス入口および出口を含む第２の区画室（１１９）とからなる気密酸素供給器（１１４）として実現される請求項１６〜２０のいずれかに記載の方法。
22. 前記気泡防止制御装置（１２５）に組み込まれうる吸引装置によって前記酸素供給器（１１４）の前記ガス室（１１９）内において亜大気圧を生じしめ、かつ／または前記酸素供給器（１１４）の血液室（１１７）内においてより高い静圧を生じしめる段階をさらに含み、以って真空動作時において前記酸素供給器（１１４）の前記血液室（１１７）に流入する気泡の拡大が妨げられる請求項２１に記載の方法。
23. ガス供給管路（１２１）と前記酸素供給器（１１４）のガス入口（１２２）とを介して前記酸素供給器（１１４）の前記第２の区画室（１１９）に新鮮ガスを供給する段階と、前記第２の区画室（１１９）内のガス分圧と前記第１の区画室（１１７）内の前記体液中の溶存ガスの分圧とを均等にする段階とをさらに含み、以って前記新鮮ガスと前記体液との間におけるガス交換が行なわれる請求項２１または２２に記載の方法。
24. 前記酸素供給器（１１４）の前記ガス出口（１２３）を、虚脱不能な管路（１２４）によって前記気泡防止制御回路（１２５）に接続して、以ってガスを前記酸素供給器（１１４）の前記第２の区画室（１１９）から前記気泡防止制御装置（１２５）へと流動させるとともに、その後、前記気泡防止制御装置（１２５）から排気管（１２６）を介して排出する段階をさらに含む請求項２１〜２３のいずれかに記載のシステム。
25. 前記ガス出口（１２３）または出口管路（１２４）が閉塞された場合に前記第２の区画室（１１９）内における過圧を防ぐように構成される、周囲空気への安全穴（１２７）を前記酸素供給器（１１４）において前記ガス出口（１２３）に近接して設けるとともに、所定の真空レベルを前記第２の区画室（１１９）内において維持する段階をさらに含み、以って前記体液中に含まれるガス量が減じられることにより、前記体外循環血液回路を通過するときの前記体液中および可能性として体内における気泡形成が減少する請求項２４に記載のシステム。
26. 圧力センサ（１３０、１３１、１３９）を配設して、それぞれ前記酸素供給器（１１４）の前および後の体液管路内または直接的に前記血液室（１１７）および前記ガス室（１１９）内において圧力を測定し；かつ前記圧力測定値を前記気泡防止制御装置（１２５）に送信する段階をさらに含み、前記気泡防止制御装置（１２５）は、前記ガス−体液分離膜（１１８）上において生じる圧力勾配を監視するとともに、膜間圧力勾配が許容不能限度に近づくと指示を出すように構成される請求項１６〜２５のいずれかに記載の方法。
27. 前記体液返送手段（１１５）に配置される第２のクランプ手段（１３２）をさらに含み、前記第２のクランプ手段（１３２）は、前記気泡防止制御装置（１２５）により制御されるとともに、前記酸素供給器（１１４）の前記第１の区画室（１１７）内の静圧を調整するように構成されて、以って真空動作時において前記酸素供給器（１１７）の前記血液室を通過する血液中に含まれる気泡は、前記酸素供給器（１１４）の前記血液室（１１７）からの前記血圧測定（１３０、１３１）と前記ガス室（１１９）の前記ガス圧測定（１３９）とに基づく帰還制御によって自身の大きさを維持する請求項２６に記載の方法。
28. 前記体液返送手段（１１５）において、前記気泡防止制御装置（１２５）に接続されるとともに、前記体液返送手段（１１５）内において塞栓または気泡を検出し、かつ前記気泡防止制御装置（１２５）に含まれるコンピュータによって行なわれる制御により、発生する気泡の大きさと気泡発生の頻度とにしたがって、気泡の存在の適切な表示、灯火および／または音声による警報信号の発信または人工心肺装置またはまた他の種類の体外体液循環装置の主ポンプの停止を行なうように構成される第１の気泡センサ（１４６）を配設する段階をさらに含む請求項１６〜２７のいずれかに記載の方法。
29. 前記体液返送手段（１１５）に濾過装置（１４７）を配設する段階をさらに含み、前記濾過装置（１４７）から体液部分を迂回させ、かつ第２の気泡センサ（１４８）により気泡または塞栓を検出するとともに、気泡の存在の表示、灯火および／または音声による警報信号の発信または人工心肺装置またはまた他の体外体液循環装置の主ポンプの停止が行なわれうる請求項２８に記載の方法。
30. 動作パラメータまたはセンサ測定値を表示手段（１３６、１３７、１３８、１４９、１５０）上において提示する段階と、たとえば許容不能限度に達すると音声警報および／または可視警報を警報装置（１３３、１３４）上において発する段階と、対話手段（１３５、１４４）上において使用者に所望の動作パラメータを入力させる段階とをさらに含む請求項１６〜２９のいずれかに記載の方法。
31. 請求項１〜１５のいずれかに記載のシステムにおいて用いられる気泡防止制御装置（１２５）。
32. 請求項１〜１５のいずれかに記載のシステムにおいて用いられる、気密性を有するとともに安全弁（１２７）を含むガス交換手段（１１４）。
33. 請求項１〜１５のいずれかに記載のシステムにおいて用いられる、体外循環処置時において気泡内に存在するガスを溶液にするように構成される高耐圧タンクである増圧手段（１４０）。

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