JP2015146884A - 循環型体腔内液体灌流システム及びその制御方法 - Google Patents

循環型体腔内液体灌流システム及びその制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】中空糸膜モジュールの破損に繋がるような過度の内圧増加を抑制する。【解決手段】中空糸膜モジュール２０の排出ポート６０には、排出バルブ６２が接続される。圧力センサ２８，３２は、中空糸膜モジュール２０の内圧を測定する。制御部２１は、中空糸膜モジュール２０の内圧に基づいて排出バルブ６２を開放させて、中空糸膜内の異物を排出させる。【選択図】図１

Description

本発明は、体腔内に灌流させた等張液等の液体を循環させる、循環型の体腔内液体灌流システム及びその制御方法に関する。
従来から、内視鏡手術等では、腹腔内に内視鏡や手術器具を配置するスペースを確保するために、等張液が腹腔内に灌流される（例えば、特許文献１参照）。このように、腹腔内に等張液を灌流させる場合、体腔内の手術中に出血が生じたり、組織片が浮遊すると、等張液が濁り、内視鏡視野が不鮮明となる。このため、等張液と血液等の異物との混合液を体外に抜き出すとともに、濾過手段を用いて異物を取り除き、濾過後の等張液を腹腔内に返液する（戻す）。
濾過手段として、例えば中空子膜モジュールが使用される。中空糸膜モジュールは、円筒形状のカラム内に、中空糸膜束を収容している。中空糸膜の端部開口から中空糸膜内に、等張液と異物の混合液を流入させる。混合液が中空糸膜によって濾過され、等張液から異物が分離される。濾過後の等張液は再び腹腔内に送られる。
特表平４−５０７０５７号公報
ところで、混合液の濾過が長期間に及ぶと、中空糸膜内に異物が溜まり、これにより中空糸膜モジュールの内圧が増加して、中空糸膜モジュールの破損に繋がるおそれがある。
本発明は、体腔内から抜き出した等張液と異物の混合液から異物を分離して、等張液を体腔内に返液する、循環型の体腔内液体灌流システムに関する。当該システムは、中空糸膜束を収容するとともに、前記中空糸膜束の一方の開口端から前記中空糸膜内に混合液を送る流入ポートと、前記中空糸膜束によって濾過され異物と分離された等張液を送り出す返液ポートと、前記中空糸膜束の他方の開口端に接続された排出ポートと、を備える、中空糸膜モジュールを備える。また、前記排出ポートに接続された排出バルブと、前記中空糸膜モジュールの内圧を測定する圧力センサと、前記中空糸膜モジュールの内圧に基づいて前記排出バルブを開放させて、前記中空糸膜内の異物を排出させる制御部と、を備える。
また、上記発明において、補液容器から体腔内に等張液を送る補液ポンプを備え、前記制御部は、前記排出バルブの開放による混合液の排出分を、前記補液ポンプから体腔内への等張液の送液により補償することが好適である。
また、上記発明において、前記流入ポートに混合液を送る循環ポンプを備え、前記制御部は、前記排出バルブの開放期間に、前記循環ポンプと前記補液ポンプを同期駆動させることが好適である。
また、上記発明において、前記返液ポートから体腔内までの返液流路には、体腔内に返液される等張液の流量を制御する返液バルブが設けられ、前記制御部は、前記循環ポンプと前記補液ポンプの同期駆動期間に、前記返液バルブを閉止させることが好適である。
また、上記発明において、体壁上に配置され、等張液が貯留される水槽を備え、前記水槽には、等張液の液面レベルを測定するレベルセンサが設けられ、前記制御部は、前記液面レベルに応じて前記補液ポンプを駆動させることが好適である。
また、本発明は、体腔内から抜き出した等張液と異物の混合液から異物を分離して、等張液を体腔内に返液する、循環型の体腔内液体灌流システムの制御方法に関するものである。当該制御方法では、中空糸膜束を収容するとともに、前記中空糸膜束の一方の開口端から前記中空糸膜内に混合液を送る流入ポートと、前記中空糸膜束によって濾過され異物と分離された等張液を送り出す返液ポートと、前記中空糸膜束の他方の開口端に接続された排出ポートと、を備える中空糸膜モジュールに対して、前記流入ポートから混合液を送り、混合液が送られた前記中空糸膜モジュールの内圧を測定し、測定された前記中空糸膜モジュールの内圧に基づいて、前記排出ポートに接続された排出バルブを開放させて、前記中空糸膜内の異物を排出させる。
本発明によれば、中空糸膜モジュールの破損に繋がるような過度の内圧増加を抑制することが可能となる。
本実施形態に係る、体腔内液体灌流システムを例示する図である。
図１に、本実施形態に係る、体腔内液体灌流システム１０を例示する。体腔内液体灌流システム１０は、いわゆる循環型であって、体腔１２内から、等張液と異物の混合液を抜き出すとともに、混合液から異物を分離して（濾過して）、濾過後の等張液を体腔１２内に返液する。なお、図１では、内視鏡機器や手術機器等の図示を省略している。
体腔内液体灌流システム１０は、混合液流路１４、返液流路１６、補液流路１８、中空糸膜モジュール２０、制御部２１、及び水槽２３を備える。
混合液流路１４は、等張液と血液や組織片等の異物との混合液を体腔１２内から中空糸膜モジュール２０に送り込むための流路である。混合液流路１４は、吸引ポート２２、エアートラップチャンバ２４Ａ，２４Ｂ、吸引側圧力センサ２６、流入側圧力センサ２８、及び循環ポンプ３０を備える。
吸引ポート２２は、体腔１２内に配置され、等張液と異物の混合液を吸引する吸引口部材である。エアートラップチャンバ２４Ａは、例えば、吸引ポート２２と循環ポンプ３０との間に設けられる。エアートラップチャンバ２４Ａは、混合液中の空気を除去する気液分離器である。また、エアートラップチャンバ２４Ａは密閉構造であって、エアートラップチャンバ２４Ａ内に流入する混合液量に応じてエアートラップチャンバ２４Ａの内圧が変化する。エアートラップチャンバ２４Ａの液面上部には、空間が設けられている。
吸引側圧力センサ２６は、吸引された混合液の液圧を測定する。具体的には、エアートラップチャンバ２４Ａの内圧を測定することで、吸引された混合液の液圧を測定する。吸引側圧力センサ２６は、エアートラップチャンバ２４Ａ内の、液面上部に設けられた空間に接続されている。このようにすることで、吸引側圧力センサ２６と混合液との接触を防止することができる。
循環ポンプ３０は、体腔１２内から、流入ポート５８を介して中空糸膜モジュール２０に、混合液を送り込む。循環ポンプ３０は、混合液と非接触のものであることが好適である。例えば循環ポンプ３０は、ローラポンプから構成される。すなわち、ローラポンプは、混合液を送る可撓性チューブに外側から接するように設けられるとともに、この可撓性チューブを体腔１２側から中空糸膜モジュール２０側にしごく。これにより可撓性チューブ内の混合液が中空糸膜モジュール２０に送られる。
エアートラップチャンバ２４Ｂは、循環ポンプ３０と中空糸膜モジュール２０の間に設けられていてよい。流入側圧力センサ２８は、中空糸膜モジュール２０に流入する混合液の圧力を測定する圧力センサである。流入側圧力センサ２８は、吸引側圧力センサ２６と同様にして、エアートラップチャンバ２４Ｂの混合液面上の空間に接続されている。
返液流路１６は、中空糸膜モジュール２０によって異物と分離された（濾過された）等張液を体腔１２に返液するための流路である。返液流路１６は、エアートラップチャンバ２４Ｃ，２４Ｄ、流出側圧力センサ３２、加温器３４、返液バルブ３６、返液側圧力センサ３８、及び返液ポート４０を備える。
流出側圧力センサ３２は、中空糸膜モジュール２０から流出された等張液の液圧を測定する。流出側圧力センサ３２は、吸引側圧力センサ２６、流入側圧力センサ２８と同様にして、エアートラップチャンバ２４Ｃを介して、等張液とは非接触に、液圧を測定する。
後述する排出バルブ６２が閉止状態のとき、流入側圧力センサ２８が測定した圧力値と、流出側圧力センサ３２が測定した圧力値の差分は、中空糸膜モジュール２０の内圧（流入する混合液から中空糸膜が受ける圧力）を示すものとなる。このことから、流入側圧力センサ２８及び流出側圧力センサ３２は、中空糸膜モジュール２０の内圧を測定する圧力センサとして機能する。
加温器３４は、体腔１２に返液される等張液を体温程度に加温する。加温器３４は、例えばプレートヒータから構成される。
エアートラップチャンバ２４Ｄは、体腔１２に送る等張液の気液分離を行う。返液側圧力センサ３８は、このエアートラップチャンバ２４Ｄを介して、等張液とは非接触に、体腔１２に返液される等張液の液圧を測定する。
返液バルブ３６は、返液ポート５６から体腔１２までの間に設けられ、等張液の流量を制御する。例えば、返液バルブ３６は、エアートラップチャンバ２４Ｄと返液ポート４０の間に設けられる。
補液流路１８は、後述するように、中空糸膜モジュール２０から排出された混合液の排出分を補償するように、等張液を体腔１２に供給する。補液流路１８は、補液容器４２、補液ポンプ４４、及び補液ポート４６を備える。
補液容器４２には、体腔１２に供給されているものと同一の等張液が貯留されている。補液ポンプ４４は、補液容器４２と補液ポート４６の間に設けられており、補液容器４２の等張液を体腔１２に送る。補液ポンプ４４は、ローラポンプであってよく、単位回転数当たりの送液量が、循環ポンプ３０と同一のものであることが好適である。
水槽２３は、体腔１２の切開創を取り囲むようにして、体壁上に配置される。水槽２３は、例えば略円錐台形状であってよく、天面は開口されている。底面には貫通孔が設けられており、切開創に貫通孔を一致させるようにして、体壁上に水槽２３が配置される。水槽２３には等張液が貯留されている。貯留された等張液が貫通孔を介して、体腔１２に流入する。
水槽２３には、液面レベルを測定するレベルセンサ４８Ａ，４８Ｂが設けられている。レベルセンサ４８Ａ，４８Ｂは、例えば、光学式や超音波式などの非接触式のレベルセンサであり、水槽２３の側壁に取り付けられる。また、非接触式のレベルセンサを用いる代わりに、フロート式等の接触式のレベルセンサを用いてもよい。
中空糸膜モジュール２０は、等張液と異物の混合液から異物と等張液とを分離する濾過部材である。中空糸膜モジュール２０は、中空糸膜束５０、ハウジング５２、通液キャップ５４Ａ，５４Ｂを備える。
中空糸膜束５０は、長手方向の両端が開口された中空糸が束ねられたものである。ハウジング５２は、中空糸膜束５０を収容する筒状部材である。ハウジング５２の両端部の内周面には、図示しない封止部材が固着されており、これにより中空糸膜束５０がハウジング５２に固定されるとともに、ハウジング５２内が中空糸膜内部と中空糸膜外部の２つの領域に区画される。また、ハウジング５２には、返液流路１６に接続される返液ポート５６が設けられており、これらの返液ポート５６は中空糸膜外部の領域と連通している。なお、図では返液ポート５６が２つ設けられているが、１つでもよいし、３つ以上設けてもよい。
通液キャップ５４Ａ，５４Ｂは、それぞれ、ハウジング５２の各端部に取り付けられる蓋部材である。通液キャップ５４Ａには流入ポート５８が設けられ、通液キャップ５４Ｂには排出ポート６０が設けられる。排出ポート６０は、中空糸膜内部の領域と連通している。
流入ポート５８は、混合液流路の末端と接続されており、中空糸膜束５０の一方の開口端から中空糸膜内に混合液を送る。排出ポート６０は、後述するように、中空糸膜内に蓄積された異物を排出可能となっている。排出ポート６０は、中空糸膜束５０の他方の開口端に接続される。また、排出ポート６０の排出先には排出バルブ６２が接続されている。
制御部２１は、灌流経路上の各機器の制御を行うことで、等張液の循環制御を行う。制御部２１は、各機器の信号を受信、演算可能であるとともに、これらの機器に対する制御信号を生成、送信可能となっている。制御部２１は、例えば、演算回路や記憶手段が搭載されたコンピュータであってよい。
制御部２１は、吸引側圧力センサ２６、流入側圧力センサ２８、流出側圧力センサ３２、及び返液側圧力センサ３８の各圧力センサから、液圧の測定値を受信する。また、制御部２１は、レベルセンサ４８Ａ，４８Ｂから水槽２３の液面レベルを受信する。さらに、制御部２１は、受信した各測定値に基づいて、循環ポンプ３０、補液ポンプ４４、返液バルブ３６及び排出バルブ６２の操作を行う。
制御部２１による循環制御について説明する。等張液循環の初期状態として、制御部２１は、排出バルブ６２を閉止状態とし、返液バルブ３６を開放状態にする。また、制御部２１は、補液ポンプ４４を停止させるとともに、混合液流路１４を流れる混合液が所定の流量となるように、循環ポンプ３０を駆動制御する。中空糸膜モジュール２０には混合液が順次供給され、中空糸膜束によって濾過されることで、混合液から異物が分離される。分離後の等張液は返液ポート５６から返液流路１６を経て体腔１２に戻される。
制御部２１は、流入側圧力センサ２８の測定値と流出側圧力センサ３２の測定値の差分から、中空糸膜モジュール２０の内圧を算出する。中空糸膜内に異物が蓄積されるにつれて、中空糸膜モジュール２０の内圧は増加する。制御部２１は、中空糸膜モジュール２０の内圧が所定値まで増加したときに、排出バルブ６２を開放状態にする。これにより、中空糸膜内に蓄積された異物が中空糸膜モジュール２０外に排出される。
排出バルブ６２を開放させる中空糸膜モジュールの内圧値は、中空糸膜モジュール２０の最大耐圧値に応じて定められる。例えば、中空糸膜モジュール２０の最大耐圧値の７０％の内圧値となったときに、排出バルブ６２を開放する。
排出バルブ６２を開放することで、中空糸膜束５０を流れる混合液が、中空糸膜内に溜まった異物を押し流す。つまり、異物の排出に伴って混合液も循環系外に排出される。そこで、混合液の排出分を補うために、制御部２１は、補液ポンプ４４を駆動させて等張液を体腔１２に送液する。
制御部２１は、排出バルブ６２の開放期間に、循環ポンプ３０と補液ポンプ４４を同期駆動させる。なお、同期駆動とは、循環ポンプ３０による混合液の送液量と、補液ポンプ４４による等張液の送液量を等しくさせることを指す。このようにすることで、排出バルブ６２から排出される混合液と同量の等張液を、補液ポンプ４４から送り出すことが可能となる。
なお、排出バルブ６２の開放中であっても、中空糸膜モジュール２０内の混合液の一部は、中空糸膜により濾過されて返液流路１６に流出する場合がある。そうなると、中空糸膜モジュール２０の排出量は、循環ポンプ３０による混合液の流量より少なくなる。このような条件下で、循環ポンプ３０と補液ポンプ４４を同期駆動させると、等張液の供給量が過多となって、水槽２３から等張液が溢れるおそれがある。そこで、制御部２１は、循環ポンプ３０と補液ポンプ４４の同期駆動期間は、返液バルブ３６を閉止状態にして、体腔１２への等張液の返液を中止させるようにしてもよい。
また、制御部２１は、レベルセンサ４８Ａ，４８Ｂの測定値から、水槽２３の液面レベルが予め定めた許容範囲内であるか否かを判定して、この判定結果に応じて、循環ポンプ３０及び補液ポンプ４４の運転状態を確認する。例えば、水槽２３の液面レベルが予め定めた許容範囲を下回ったときには、補液ポンプ４４による等張液の流量を増加させる。また、例えば、水槽２３の液面レベルが許容範囲を超過したときには、補液ポンプ４４による等張液流量を低減させるか、補液ポンプ４４を停止させる。さらに液面レベルを超過した水槽２３の等張液を、循環ポンプ３０を介して排出バルブ６２から排出させてもよい。これにより、液面レベルを許容範囲まで下げることができる。
水槽２３の液面レベルを安定させることで、水槽２３内に腸管などの臓器を引き出して手術を行う場合に、当該臓器表面の乾燥や損傷（癒着）を防ぐことができる。また、手術傷からの微小な出血を、液圧によって止血することができる。さらに、水槽２３の液面レベルが安定するということは、等張液が体腔内に完全に満たされていることになる。つまり、超音波エコー診断等のノイズ源となる、腹腔内への空気の侵入を防止することができる。
また、水槽２３からの等張液（混合液）の溢れが防止されることで、手術環境の衛生状態の悪化（感染など）を回避することができる。また、溢れによって回収不能となる混合液が発生することを防ぐことができる。
このように、本実施形態に係る循環型体腔内灌流システム１０では、排出バルブ６２から排出された混合液を、等張液の補液により補うことで、体腔１２への等張液の供給量を維持することが可能となる。また、循環ポンプ３０と補液ポンプ４４との同期駆動や、水槽２３の液面レベルに応じた等張液の供給を行うことで、排出バルブ６２にフローメータ等の流量計を設けずに、等張液の供給量を管理することができる。流量計は混合液に触れる都合上、定期的に取り替えなければならず、ランニングコストの増加要因となるが、本実施形態によれば、流量計を取り付ける必要がないため、コストの低減に繋がる。
制御部２１は、流入側圧力センサ２８の測定値の監視を継続し、この測定値が所定値まで下がったときに、排出バルブ６２を閉止させる。また補液ポンプ４４を停止させ、返液バルブ３６を開放させる。排出バルブ６２を閉止させる圧力値は、例えば大気圧であってよい。
ここで、排出バルブ６２の故障や、流路内の可撓性チューブのキンク（折れ曲がり）等により、排出バルブ６２を開放しても、流入側圧力センサ２８の圧力値が増加し続ける場合がある。このような場合、制御部２１は、循環ポンプ３０及び補液ポンプ４４の駆動を停止させるとともに、異常警報を出力するなどの異常処理を実行するようにしてもよい。
なお、上述した実施形態では、返液流路１６に返液バルブ３６を設けていたが、この形態に限らない。例えば、返液バルブ３６を省略して、レベルセンサ４８Ａ，４８Ｂの液面レベルによって、補液ポンプ４４を駆動させてもよい。
また、中空糸膜モジュール２０の内圧を求める際に、流入側圧力センサ２８の圧力値と、流出側圧力センサ３２の圧力値の差分を求めていたが、この形態に限らない。例えば、返液流路の液圧が大気圧とほぼ同等である場合には、流入側圧力センサ２８の圧力値を中空糸膜モジュール２０の内圧値としてもよい。
また、排出バルブ６２に代えて、ローラポンプを設けてもよい。すなわち、中空糸モジュール２０の内圧が所定値まで増加したときに、ローラポンプを駆動させて、中空糸膜内の異物を排出させる。ローラポンプの回転数と、ローラポンプがしごくチューブ径が既知であれば、ローラポンプの駆動による排出量が算出できることから、ローラポンプを用いることで、排出バルブ６２よりも高コストとはなるものの、より正確に、補液する等張液量を求めることが可能となる。
１０ 体腔内液体灌流システム、１２ 体腔、１４ 混合液流路、１６ 返液流路、１８ 補液流路、２０ 中空糸膜モジュール、２１ 制御部、２３ 水槽、２８ 流入側圧力センサ、３０ 循環ポンプ、３２ 流出側圧力センサ、３６ 返液バルブ、４２ 補液容器、４４ 補液ポンプ、４８Ａ，４８Ｂ レベルセンサ、５０ 中空糸膜束、５６ 返液ポート、５８ 流入ポート、６０ 排出ポート、６２ 排出バルブ。

Claims (6)

  1. 体腔内から抜き出した等張液と異物の混合液から異物を分離して、等張液を体腔内に返液する、循環型の体腔内液体灌流システムであって、
    中空糸膜束を収容するとともに、前記中空糸膜束の一方の開口端から前記中空糸膜内に混合液を送る流入ポートと、前記中空糸膜束によって濾過され異物と分離された等張液を送り出す返液ポートと、前記中空糸膜束の他方の開口端に接続された排出ポートと、を備える、中空糸膜モジュールと、
    前記排出ポートに接続された排出バルブと、
    前記中空糸膜モジュールの内圧を測定する圧力センサと、
    前記中空糸膜モジュールの内圧に基づいて前記排出バルブを開放させて、前記中空糸膜内の異物を排出させる制御部と、
    を備えることを特徴とする、循環型体腔内灌流システム。
  2. 請求項１に記載の循環型体腔内灌流システムであって、
    補液容器から体腔内に等張液を送る補液ポンプを備え、
    前記制御部は、前記排出バルブの開放による混合液の排出分を、前記補液ポンプから体腔内への等張液の送液により補償することを特徴とする、循環型体腔内灌流システム。
  3. 請求項２に記載の循環型体腔内灌流システムであって、
    前記流入ポートに混合液を送る循環ポンプを備え、
    前記制御部は、前記排出バルブの開放期間に、前記循環ポンプと前記補液ポンプを同期駆動させることを特徴とする、循環型体腔内灌流システム。
  4. 請求項３に記載の循環型体腔内灌流システムであって、
    前記返液ポートから体腔内までの返液流路には、体腔内に返液される等張液の流量を制御する返液バルブが設けられ、
    前記制御部は、前記循環ポンプと前記補液ポンプの同期駆動期間に、前記返液バルブを閉止させることを特徴とする、循環型体腔内灌流システム。
  5. 請求項２に記載の循環型体腔内灌流システムであって、
    体壁上に配置され、等張液が貯留される水槽を備え、
    前記水槽には、等張液の液面レベルを測定するレベルセンサが設けられ、
    前記制御部は、前記液面レベルに応じて前記補液ポンプを駆動させることを特徴とする、循環型体腔内灌流システム。
  6. 体腔内から抜き出した等張液と異物の混合液から異物を分離して、等張液を体腔内に返液する、循環型の体腔内液体灌流システムの制御方法であって、
    中空糸膜束を収容するとともに、前記中空糸膜束の一方の開口端から前記中空糸膜内に混合液を送る流入ポートと、前記中空糸膜束によって濾過され異物と分離された等張液を送り出す返液ポートと、前記中空糸膜束の他方の開口端に接続された排出ポートと、を備える中空糸膜モジュールに対して、前記流入ポートから混合液を送り、
    混合液が送られた前記中空糸膜モジュールの内圧を測定し、
    測定された前記中空糸膜モジュールの内圧に基づいて、前記排出ポートに接続された排出バルブを開放させて、前記中空糸膜内の異物を排出させることを特徴とする、循環型体腔内灌流システムの制御方法。

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