JP2015506806A - 体外血液回路内で血液を処理するための二重出口酸素化器 - Google Patents

Abstract

筐体（２２）と、酸素化器の束とを含む血液を酸素化するための装置（２０）。筐体は、一次チャンバと、一次チャンバに対して開いた血液入口ポート（３２）と、血液出口領域とを画定する。出口領域は、血液出口ポート（３４）と、出口ポートに対して開いた出口チャンバと、仕切りとを含む。仕切りは、一次チャンバから出口チャンバへの離間配置された第１および第２の通路を構築する。酸素化器の束は、一次チャンバ内に配設される。血液流路が、血液入口ポートから酸素化器の束を通って血液出口ポートまで形成され、第１および第２の通路を介した出口チャンバ内の第１および第２の出口流路をそれぞれ含む。第１および第２の出口血液流路は、血液出口ポートで合流する。二重ポートの血液出口が作製され、出口ポートのすぐ上流での血液の混合を増加させる。【選択図】図１Ａ

Description

本開示は、体外血液回路デバイスおよび関連した使用方法に関する。より詳細には、これは、出口血液サンプリング精度が改善された、体外血液回路内で血液を酸素化するための酸素化器デバイス（または酸素化器を含む組み合わせデバイス）に関する。

体外血液回路は、患者の循環系の静脈部から（静脈カニューレを介して）血液を取り出し、動脈部に（動脈カニューレを介して）血液を戻す心肺バイパス術中に一般的に使用される。体外血液回路は典型的に、静脈排出ライン、静脈血液貯蔵器、血液ポンプ、酸素化器、熱交換器、１または２以上のフィルタ、および血液を輸送する管、ポート、ならびに構成要素を相互接続する接続具を含む。しばしば、２つ以上の構成要素が、組み合わせ酸素化器および熱交換器などの単一デバイスに組み合わせられ得る。

血液酸素化器は、体外回路の使い捨て構成要素であり、血液を酸素化するために使用される。大まかに言えば、酸素化器は、部分的または全面的かのいずれかで、患者の肺の正常なガス交換機能を引き継ぐ。酸素化器は従来、数千もの微多孔性もしくは半透性中空繊維からなる微多孔膜もしくは束を用いる。血流は、中空繊維の外面の周囲に導かれる。同時に、酸素を豊富に含むガス混合物が、繊維ルーメンを通される。患者から到着する血液中の比較的高濃度の二酸化炭素により、二酸化炭素は血液から移され、微多孔性繊維にわたって、酸素化ガスの通過流の中に拡散する。同時に、酸素は酸素化ガスから移され、繊維にわたって、血液中に拡散する。それによって血液の酸素含有量が増加され、二酸化炭素含有量が減少される。

血液が酸素化器の束の繊維の周囲に流れた後、それは、血液出口ポートを介して酸素化器の筐体の外側に送られなければならない。潅流技師は、それが酸素化器から出るときに血液の様々なパラメータを監視するのを所望することが多い。この要求を満たすために、多くの入手可能な酸素化器は、血液出口ポートにおける１つ以上のサンプリングポートまたは補助ポートを組み込み、それを通ってサンプルが採取され、および／または他の情報が得られ得る。例えば、血液酸素化器は、酸素化された血液のサンプルを得るためのサンプリングポート（例えば、血液ガス分析用）、および／または温度監視プローブ（または他のデバイス）が血液と相互作用し得る監視ポートを組み込むことができる。

サンプリングポートが血液出口ポートに沿って提供されるため、血液出口ポートのすぐ上流の血液流路が対象である。多くの現在入手可能な血液酸素化器（統合された熱交換器を有する酸素化器を含む）は、ほぼ円筒形の外側筐体またはケースを組み込み、血液出口ポートは、ケースの側面に位置する。この構築では、酸素化器の膜を流れる血液は、単一開口部への外側筐体（およびケース内の他の部分）に沿って血液出口ポートの中に導かれる。この単一開口部のポート設計は、本質的に業界標準であり、酸素化器の主要含有量属性を可能な限り低くする一因として従来理解されている。広く受け入れられているが、単一開口部の血液出口ポート設計は、血液出口ポートで検知またはサンプリングされた血液に関連するパラメータの精度を制限し得る。

上記に照らして、血液出口ポートで検知またはサンプリングされた血液に関連するパラメータの精度を改善する酸素化器設計改善の必要性が存在する。

本開示の原理に従ういくつかの態様は、体外回路の一部として血液を酸素化するための装置に関する。本装置は、筐体と、酸素化器の束とを含む。筐体は、一次チャンバと、血液入口ポートと、血液出口領域とを画定する。血液入口ポートは、一次チャンバに対して流体的に開いている。血液出口領域は、血液出口ポートと、出口チャンバと、仕切りと、を含む。出口チャンバは、血液出口ポートに対して流体的に開いている。仕切りは、一次チャンバから出口チャンバへ離間配置された第１および第２の通路を構築する。最終的に、酸素化器の束は、一次チャンバ内に配設され、複数のガス交換要素を含む。この構成では、本装置は、血液入口ポートから酸素化器の束を通って血液出口ポートまでの血液流路を構築する。この点において、血液流路は、第１および第２の通路を介した出口チャンバ内の第１および第２の出口血液流路をそれぞれ含む。第１および第２の出口血液流路は、血液出口ポートで合流する。二重ポートの血液出口領域が効果的に作製され、血液出口ポートのすぐ上流で血液の混合を増加させる。この混合の増加により、血液出口ポートで採取された測定値またはサンプルは、低い溶血および主要含有量を維持しながら精度を高めた。さらに、酸素化器の束を通るさらに一層の流量分布が提供され得る。いくつかの実施形態では、本装置は、一次チャンバ内に配設された熱交換器コアをさらに含む。他の実施形態では、血液出口ポートは、仕切りの末端上で長手方向に位置する。さらに他の代替的な実施形態では、空気パージポートおよびパージラインは、クランプ機構および任意の気泡検出器とともに本装置に提供される。気泡検出器は、本装置に運ばれた血液中の空気の存在を検出し、クランプ機構は、気泡検出器からの情報に基づいてパージラインを選択的に開閉するように動作される。

本開示の原理に従う他の態様は、体外回路内で血液を酸素化するための酸素化器装置を操作する方法に関する。本方法は、上述される装置の血液入口および出口ポートを体外回路の中に流体的に接続することを含む。患者からの血液は、血液入口ポートに運ばれ、酸素化器の束を通過するときに酸素化される。この点において、運ばれた血液は、入口ポートから酸素化器の束を通って血液出口ポートへ流れ、酸素化器の束からの血流を血液出口ポートで合流する第１および第２の出口血液流路に分割する仕切りを含む。

本開示の原理に従う血液を酸素化するための装置の斜視図である。 図１Ａの装置の反対側の斜視図である。 図１Ａの装置の分解斜視図である。 図１Ａの装置の筐体ケース構成要素の縦断面図である。 図３Ａの筐体ケース構成要素の横断面図である。 図１Ａの装置の断面図である。 図１Ａの装置を通る血液流路を示す。 図１Ａの装置を通る血液流路を示す。 図１Ａの装置を含む心肺バイパス回路の概略図である。 本開示の原理に従って血液を酸素化し、かつ空気パージを制御するための装置を含む別の心肺バイパス回路の概略図である。

本開示の原理に従い、体外血液回路内で血液を処理するのに有用な装置２０の一実施形態が図１Ａ〜２に示される。装置２０は、筐体２２と、酸素化器（全体）２４とを含む。装置２０は任意に、マニホールド体２６、熱交換器（全体）２８、および／または補助取り付けブラケット３０など、１または２以上の追加の構成要素を含む。様々な構成要素に関する詳細が以下に提供される。しかしながら、大まかに言えば、筐体２２は、血液入口ポート３２および血液出口ポート３４を提供または維持する。血液入口ポート３２から血液出口ポート３４へ血液流路が画定され、血液が酸素化器２４の酸素化器の束３６と相互作用するときに血液酸素化が生じる。提供される場合、熱交換器２８は、同様に血液の温度制御を実現することができる。それにかかわらず、１または２以上のサンプリングポート３８ａ、３８ｂは、血液出口ポート３４に沿って提供され、それを通って装置２０から出る血液と関連付けられたサンプルまたは他の検査パラメータが得られ得る。この点において、装置２０および具体的に筐体２２は、細長い血流移動経路（従来の設計と比較して）を提供する血液出口ポート３４のすぐ上流で様々な特徴を組み込み、血液の混合およびサンプリングポート３８ａ、３８ｂで採取されたサンプルの精度の向上を促進する。

筐体２０は、様々な形態を仮定することができ、いくつかの構成では、別々に形成され、その後、互いに組み立てられる２つ以上の構成要素で形成される。例えば、筐体２０は、中央ケース４０と、第１すなわち上端キャップ４２と、第２すなわち下部キャップ４４とを含むことができる。端部キャップ４２、４４は、図示されるようにケース４０の対向する端部への組み立てのために構成される。他の構成では、中央ケース４０は、端部キャップ４２、４４のうちの１つまたは両方で一体に形成される。筐体２２の構成要素は、ユーザが装置２０を通る血液の流量を観察することができるように、透明ポリカーボネートなどの透明な医療用の材料で製造され得る。

ケース４０は、図３Ａに最良に示されるように、一次チャンバ５２を形成する外側壁５０を含む。対向する第１の端部５４と第２の端部５６との間で長手方向に延びる側壁５０は、中心軸Ａを画定し、一次チャンバ５２は、端部キャップ４２、４４（図２）でケース４０を最終的に組み立てる際に「閉じ」られる。一次チャンバ５２は、後述されるように様々な血液処理構成要素（例えば、図２の酸素化器の束３６）を受容するようにサイズ決めされる。加えて、ケース４０は、血液出口領域５８を形成または画定する。

血液出口領域５８は、出口チャンバ６４を画定するように組み合わせる補助壁６０と、仕切り６２とを含む。出口チャンバ６４は、一次チャンバ５２の半径方向外方に（中心軸Ａに対して）位置し、仕切り６２によって一次チャンバ５２から部分的に、流体的に分離される。いくつかの構成では、補助壁６０は、別の実質的に円筒形または側壁５０の形状から外れている形状を呈し、上部６６および側部６８を有するように設計され得る。上部６６は、側壁５０から半径方向外方に突出する。図３Ａの縦断面に対して、側部６８は、上部６６から下方に延び、第２の端部５６で終端する（図１Ａにより完全に示されるように側部６８もまた、側壁５０に接続され、それから延びることを理解されるであろう）。血液出口ポート３４は、側部６８に接続され（またはそれによって形成され）、出口チャンバ６４に対して流体的に開いている。

図３Ａの縦断面をさらに参照すると、仕切り６２は、側部６８とはほぼ反対側に位置し、いくつかの構成において側壁５０の形状の連続として示され得る。説明として、側壁５０は、第１の端部５４と第２の端部５６との間に延びる中心軸Ａと実質的に平行（例えば、真に平行な関係の１０％以内）である内面７０を有する。血液出口領域５８を除く他の位置と同様に、血液出口領域５８の反対側の位置（７２でほぼ識別される）では、この実質的に平行な関係は、第２の端部５６まで続く。補助壁６０の上部６６は、実質的に平行な関係から偏位し、半径方向外方に突出する。いくつかの実施形態では、仕切り６２は、実質的に平行な配列の連続であり、上部６６との交差点で、中心軸Ａと実質的に平行に第２の端部５６に向かって側壁５０から延びる。いくつかの構成では、仕切り６２の末端７４は、第２の端部５６から任意にオフセットされる（すなわち、図３Ａの直立配向に対して、末端７４は、側壁の第２の端部５６上に長手方向に離間配置される）が、他の実施形態では、仕切りの末端７４は、図３Ａに反映される位置を超えて延びることができる。さらに、血液出口ポート３４は、側壁の第２の端部５６とは反対方向に末端７４から長手方向にオフセットされる（すなわち、図３Ａの直立配向に対して、血液出口ポート３４は、仕切りの末端７４上の長手方向にある）。あるいは、血液出口ポート３４は、装置２０の直立配向に対して異なる位置で位置決めされ得、仕切りの末端７４は、血液出口ポート３４の「下」にある必要はない。加えて、側壁５０および／または仕切り６２は、他の実施形態において上述の実質的に平行な関係を示さない。それにかかわらず、補助壁６０および仕切り６２は、出口チャンバ６４のいくつかの境界を画定し、一次チャンバ５２から離れた（しかし流体連通する）流体流路に沿って血液出口ポート３４を配置する。

一次チャンバ５２に対する出口チャンバ６４および血液出口ポート３４の半径方向にオフセットされた配列は、図３Ｂにさらに反映される。図示されるように、いくつかの実施形態では、仕切り６２の内面８０の湾曲または形状は、側壁５０の内面７０によって画定されたものと実質的に一致する。例えば、中心軸Ａに対して、仕切りの内面８０の半径は、側壁の内面７０の半径に近似する。しかしながら、他の実施形態では、仕切り６２は、側壁５０のものとは異なる湾曲の形状または半径を画定することができる。それにかかわらず、仕切り６２は、いくつかの実施形態において対向する側縁８２、８４を画定するか、またはそれで終端する。側壁５０の円周形状に対して（図３Ｂの横断面図では）、側縁８２、８４は、側壁５０から円周方向に離間配置され、一次チャンバ５２と出口チャンバ６４との間に第１および第２の通路または開口部８６、８８をそれぞれ構築する。通路または開口部８６、８８は、様々な他の様式で画定され得、本開示は、仕切り６２の対向する側縁８２、８４と側壁５０との間の間隔に限定されない。例えば、仕切りは、側壁５０を超えるより連続的な延在を有することができ、通路８６、８８は、仕切り６２で一体に形成される。通路８６、８８は、互いに円周方向に離間配置され、いくつかの構成では、血液出口ポート３４から等距離に離間配置される（とはいえ、他の実施形態では、血液出口ポート３４は、通路８６または８８のうちの１つに空間的により近づき得る）。液流体流は、第１および第２の通路８６、８８の両方を介して一次チャンバ５２から出口チャンバ６４へ（それ故に血液出口ポート３４へ）生じ得る。したがって、血液出口領域５８は、第１および第２の出口血液流路（図３Ｂの矢印「Ｏ１」および「Ｏ２」によって示される）を構築する。図示されるように、出口血液流路Ｏ１、Ｏ２は、血液出口ポート３４で合流する。実際には、血液出口領域５８は、第１および第２の通路８６、８８、ならびに第１および第２の出口血液流路Ｏ１、Ｏ２を介して血液出口ポート３４に二重出口を提供する。

図３Ｂは、補助サンプリングポート３８ａ、３８ｂをより詳細に示す。サンプリングポート３８ａ、３８ｂは、血液出口ポート３４を流れる血液との所望の界面に適切な様々な形態を仮定することができる。例えば、第１のサンプリングポート３８ａは、血液出口ポート３４からの血液サンプル（例えば、血液ガス分析用）の取り出しを容易にするように構成され得、したがって血液出口ポート３４に対して流体的に開いている。第２のサンプリングポート３８ｂは、別個のデバイス、例えば温度監視プローブを維持するように構成され得、温度プローブと相互作用するスリーブ（図示せず）を維持するための特徴９０を組み込むことができる。提供される場合、スリーブは、血液が第２のサンプリングポート３８ｂの中に流れ、温度プローブと接触するのを防ぐ。追加の補助サンプリングポートが提供され得、あるいは、図示されるサンプリングポート３８ａまたは３８ｂのうちの１つは、他の実施形態において修正されるか、またはさらに取り除かれ得る。それにかかわらず、サンプリングポート３８ａ、３８ｂのうちの１または２以上は、血液出口ポート３４に対して流体的に開き、したがって出口チャンバ６４内で（別の方法でサンプリングポートを密閉する上述される温度プローブスリーブなどの別個の構造がない限り）合流（および混合）後の血流と相互作用することができる。

図２に戻ると、第１の端部キャップ４２は、様々な特徴を組み込むことができ、概して上壁１００と、第１のリング１０２と、第２のリング１０４と、リム１０６とを含む。第１のリング１０２は、上壁１００から延び、以下により詳細に記載される脱気チャンバ１０８を画定する。血液入口ポート３２は、上壁１００から延び、脱気チャンバ１０８に対して流体的に開いている。さらに、上壁１００は、脱気チャンバ１０８に対して流体的にも開いている空気パージポート１１０を形成する。第２のリング１０４は、第１のリング１０２の半径方向外側にあり、熱交換器２８の一部分を受容するように構築される。リム１０６は、第１の端部キャップ４２の外周を形成し、ケース４０への組み立てのために構成される。最終的に、第１の端部キャップ４２は、酸素化器の入口ポート１１２（図１Ｂに現れる）および任意の熱交換器の入口ポート１１４（装置２０が熱交換器２８を含む実施形態では）など、追加の構成要素を形成または維持することができる。

第２の端部キャップ４４はまた、様々な形態とすることができ、概して中央ケース４０への組み立てできるように構成される。さらに、第２の端部キャップ４４は、例えば、酸素化器出口ポート１１６および任意の熱交換器出口ポート１１８（装置２０が熱交換器２８を含む実施形態では）など、１または２以上のポートを形成または維持することができる。さらに、第２の端部キャップ４４の形状は、ケース４０によって形成された補助壁６０の外方に突出する形状を模倣することができる。

マニホールド体２６は、いくつかの実施形態において中心軸Ａ（図３Ａ）と同軸状に配列された筐体２２内での組み立てのために構成される。マニホールド体２６は概して、後述されるように酸素化器の束３６に向かう血液入口ポート３２からの血流を容易にするように構築され、ハブ構造１３０および基部１３２などの様々な特徴を組み込むことができる。ハブ構造１３０は、第１の端部キャップ４２へのマニホールド体２６の組み立てを容易にし、いくつかの実施形態において基部１３２の様々な表面特徴と組み合わせて所望の体積変位を実現する。同様に、基部１３２は、酸素化器の束３６に向かうほぼ半径方向外方にハブ構造１３０の領域から血液の円滑な流れを促進する。この点において、マニホールド体２６は、図示されるものから離れた他の特徴を組み込むことができ、図示されるようにハブ構造１３０のおよび／または基部１３２を含んでもよく、または含まなくてもよい。

酸素化器２４は、上述されるように酸素化器の束３６を含む。束３６は、複数のガス交換要素（個々に図示せず）を含む。束または複数の中空繊維は、ガス交換に使用され、微細孔を含む半透性膜で製造される。いくつかの実施形態では、ガス交換要素は、中空ポリプロピレン系繊維であるが、他の材料もまた、本開示によって企図される。任意の好適な微多孔性中空繊維は、酸素化器の束３６のガス交換要素として使用されてもよい。装置２０が熱交換器２８を含む実施形態では、酸素化器の束３６は、伝熱コア１４０（以下により詳細に記載される）の周囲に配列される。他の構成では、酸素化器の束３６は、マニホールド体２６または別個に提供されたマンドレル上に直接配列され得る。その上さらに、酸素化器の束３６の中空繊維は、伝熱コア１４０、マニホールド体２６、または別個のマンドレル上に直接巻かれ（例えば、らせん状に巻かれる）ことが可能であり、これは、例えば、米国特許第５，３４６，６１２号明細書に記載され、これは教示全体が、参照により本明細書に組み込まれる。当業者に既知であるように、巻くプロセス中の巻く角度および／または張力は、必要に応じて可変充填率に影響を及ぼすように操作され得る。酸素化器の束３６の繊維を巻く１つの例示的なパターンは、Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，ＭＮ．のＭｅｄｔｒｏｎｉｃ，Ｉｎｃ．から入手可能なＡｆｆｉｎｉｔｙ（商標）酸素化器に見出される。正確な構成にかかわらず、酸素化器の束３６は、後述されるように筐体２２内での組み立てのためにサイズ決めされ、成形され、酸素化器２４は、酸素化器の入口および出口ポート１１２、１１６を有する中空繊維の密閉された流体連通を実現するために追加の構成要素（例えば、注封化合物）を含むことができる。

酸素含有ガス媒体は、酸素化器の束３６の複数のガス交換要素を通じて提供される。ある特定のガスは、繊維に浸透することができる。繊維の周囲の血液からの二酸化炭素は、繊維の壁を通ってガス混合物の中に拡散する。同様に、繊維の内側のガス混合物からの酸素は、微細孔を通って血液の中に拡散する。次に、ガス混合物は、二酸化炭素含有量の上昇を有し、それが酸素化器の出口ポート１１６に移動するときに好ましくは繊維から出る。酸素および二酸化炭素は好ましくは交換されるが、本開示はまた、他のガスが移されることを所望され得ることを企図する。

任意の好適なガス供給系が、酸素化器２４とともに使用されてもよい。例えば、ガス供給系としては、流量調節器、流量計、ガス混合器、酸素分析器、ガスフィルタ、および水分トラップが挙げられ得る。ガス供給系における他の代替的または追加の構成要素が含まれ得る。

上述されるように、任意の熱交換器２８は、繊維、管、毛細管、コンパートメントなどであり得る束または複数の中空伝熱要素（個々に図示せず）からなる伝熱コア１４０を含む。いくつかの実施形態では、伝熱要素は、熱伝導ポリマーまたは金属を含む。伝熱要素の様々な形状が本開示によって企図される。熱交換器の毛細管のための１つの例示的な材料は、ポリエチレンテレフタレート、例えばＨＥＸ ＰＥＴ（商標）熱交換毛細管である。ＨＥＸ ＰＥＴの予め製造されたマットは概して、二層の中空毛細管を含み、この二層は、互いに対して角度を成す（例えば、１５度の角度または法線から付勢する）。他の材料もまた想定される。大まかに言えば、伝熱コア１４０の伝熱要素の目的は、伝熱要素間を流れる血液を行き来するそこを流れる交換流体を行き来する熱を伝達することである。

伝熱コア１４０の伝熱要素は、マニホールド体２６の周囲に位置し、マニホールド体２６を中心とした同軸上にきつく巻かれるか、または巻き付けられてもよい。また、伝熱要素は、マニホールド体２６と熱交換器コア１４０との間に最小限または構造的障害がないように配置されてもよい。マニホールド体２６に実際に巻かれる伝熱要素の代わりに、伝熱コア１４０は、マニホールド体２６上に組み立てられる織られたマットまたは繊維のような配列で予め配列される伝熱要素を備えることができる。

熱交換器２８は、装置２０を流れる血液を加熱または冷却のいずれかをすることができる。酸素要求量を減少させるために低体温法が心臓手術（特に乳児および小児外科における）中に使用され得るため、かつ血液の迅速な復温が気泡塞栓をもたらし得るため、熱交換器２８は一般的に、血液を徐々に復温させ、塞栓形成を防ぐために使用される。熱交換器２８で使用される交換または伝熱流体は、水または他の好適な流体を含むことができる。熱交換器２８は、複数の伝熱要素を流れる温冷の水道水を組み込むことができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、温度調節制御を有する別個の加熱器／冷却器ユニット（図示せず）が、所望により伝熱要素間を流れる血液の温度を調節するために必要に応じて装置２０の外側の交換流体を加熱または冷却するために使用される。別の代替手段として、流体以外の伝熱手段が可能である。例えば、流体ではない伝熱要素に熱エネルギーが供給されてもよい。伝熱コア１４０は、筐体２２内での組み立てのためにサイズ決めされ、成形され、伝熱要素の対向する端部と熱交換器の入口および出口ポート１１４、１１８との間の密閉された流体連通を実現するためにベルトおよび／または注封化合物（当該技術分野において既知であるような）を組み込むことができる。

最終的に、任意の取り付けブラケット３０は、上端キャップ４２への組み立てのために構成され、１または２以上の任意の特徴を提供する。例えば、取り付けブラケット３０は、別個の潅流スタンド（図示せず）、管の管理系１５２などとの解除可能な結合を容易にする取り付けクリップ１５０を含むことができる。取り付けブラケット３０は、図面によって必ずしも暗示されない様々な他の形態を仮定することができ、他の実施形態では、省略され得る。

装置２０の最終組み立てが図４に示され、筐体２２内で取り付けられたマニホールド体２６を含む。ハブ構造１３０は、第１の端部キャップ４２の第１のリング１０２に取り付けられ、脱気チャンバ１０８は、上壁１００、第１のリング１０２、およびマニホールド体の基部１３２によって囲まれる。伝熱コア１４０および酸素化器の束３６は、一次チャンバ５２内に取り付けられる。例えば、伝熱コア１４０（提供される場合）は、マニホールド体２６の周囲に組み立てられ、第１のリング１０２と第２のリング１０４との間に（ならびに第２の端部キャップ４４によって）保持される。酸素化器の束３６は、伝熱コア１４０上に組み立てられ、いくつかの実施形態において酸素化器の束３６とケースの側壁５０の内面７０との間に小さな間隙を構築するために選択された外径（または他の寸法）を有する。酸素化器の束３６は、第１および第２の端部キャップ４２、４４に取り付けることによってさらに維持される。注封化合物１６０、１６２は、酸素化器の束３６および伝熱コア１４０（含まれる場合）に適用される。いくつかの構成では、第２の注封化合物１６２は、第２の端部キャップ４４に隣接した筐体２２の全体にわたって形成され、仕切り６２の一部分を包囲する（すなわち、図４の配向に対して、第２の注封化合物１６２は、末端７４の「上」に突出する）。この構成では、第２の注封化合物１６２は、出口チャンバ６４の床部境界１６４を形成する（例えば、出口チャンバ６４は、補助壁６０、仕切り６２、および床部１６４によって囲まれる）。あるいは、注封化合物１６２から離れた１または２以上の別個の構造または胴体は、仕切りの端部７４に対して出口チャンバ６４を閉じるために用いられ得る。例えば、仕切り６２は、最終組み立て時に第２の端部キャップ４４まで延び、それに隣接することができる。ケース４０への第２の端部キャップ４４の組み立ては、一次チャンバ５２を閉じる。

上記の構成では、酸素化ガス流路は、酸素化器の入口ポート１１２（図１Ｂ）から酸素化器の束３６の中空繊維を通って酸素化器の出口ポート１１６（図１Ａ）まで構築される。同様に、熱交換媒体流路は、熱交換器の入口ポート１１４から伝熱コア１４０の繊維を通って熱交換器の出口ポート１１８まで構築される。空気パージ流路は、脱気チャンバ１０８から空気パージポート１１０まで構築される。最終的に、血液流路は、血液入口ポート３２（図１Ａ）から、マニホールド体２６まで、熱交換器コア１４０を通って、酸素化器の束３６を通って、血液出口領域５８まで、次いで血液出口ポート３４まで構築される。

血液流路は、図４５Ａの矢印「Ｂ」によって示される。最初に、血液流路は任意に、開孔１８０を介した血液入口ポート３２からの脱気チャンバ１０８内での回転または渦の流れを含む。血液が脱気チャンバ１０８に接線方向に入ると、旋回動作（渦巻き）が誘発され、チャンバ１０８内で圧力差を発生する。この圧力差は、気泡の形態で流入血液から総空気を分離する。渦の流れの遠心力により、気泡は、中心軸Ａに強制され、空気パージポート１１０を介して装置から取り除かれる。したがって、総空気除去（または脱気）量は、血液が伝熱コア１４０または酸素化器の束３６に遭遇する前に生じ得る。本開示の他の実施形態では、脱気チャンバ１０８は、多様な他の形態を有することができ、省略されてもよい。

脱気チャンバ１０８からの血流は、最初にマニホールド体の基部１３２に沿ってほぼ長手方向であり、次いで熱交換器コア１４０まで、またはそれを通って実質的半径方向（中心軸Ａに対して）に遷移する。熱交換流体は、熱交換要素を通って強制され、所望の方向に血液で熱の伝達を実現する。血液の実質的に半径方向の流れは、酸素化器の束３６を通って続き、ケースの側壁５０の内面７０まで続く。マニホールド体の基部１３２からの半径方向の血流があらゆる方向に生じ、ケースの側壁５０の実質的に円筒形状により、血流は、比較的円形に側壁の内面７０に沿って導かれ得ることを理解されるであろう。一次チャンバ５２が血液で満たされるにつれて、血液量レベルは、出口チャンバの床部１６４を超える。結果として、出口チャンバ５８への血流は、通路８６、８８（図５Ａの図に隠される）を経由してのみ生じる。この発生は、再び血液流路の矢印Ｂによって図５Ｂに反映される。血液流路Ｂは、一次チャンバ５２から（ケースの側壁５０に少なくとも一部沿って）血液出口領域５８の第１および第２の通路８６、８８まで進む。血流が両方の円周方向（例えば、図５Ｂの配向に対して時計回りおよび反時計回り）に生じるため、血液流路Ｂはそれ故に、第１および第２の出口血液流路Ｏ１、Ｏ２を含む。出口流路Ｏ１、Ｏ２に沿った血流が続き、血液出口ポート３４で合流する。

本開示の血液出口領域５８の構成によって提供された二重出口構成は、血液出口ポートが一次チャンバに直接位置し、（かつ効果的に単一出口ポートである）従来の設計と比較して、血液がケース４０から血液出口ポート３４まで移動する流動長を効果的に伸長する。基準点として、血液が流路を下って移動するときに混合が生じる。したがって、流路が長いほど、より多くの混合が起こる。２つの出口血液流路Ｏ１、Ｏ２の合流によりさらなる混合が生じる。同様に、これは、サンプリングポート３８ａ、３８ｂから採取された血液サンプルの測定値（または他の血液関連のパラメータ）の精度を有益に高め、測定値は、より代表的な十分に混合された血液から採取される。本開示の二重出口構成はまた、酸素化器の束３６を通るより均一な流れを発生する利点を有する。より均一な流れは、繊維の束内で血液の均一な滞留時間を発生させ、それによって装置２０を通るガス移動を最適化する。

本開示の装置によって提供されるように血液出口ポートで血液サンプル測定値の精度を評価するために検査が行われた。本開示に従い、図２に示されるものに類似するサンプル血液処理装置（二重出口設計を有する）が生み出された。図２に類似するが従来の単一出口設計を有する比較例示的な血液処理デバイスもまた提供される。サンプルおよび比較例示的な装置の両方は、血液が処理され、酸素移動測定値が対応する血液出口ポートで提供されたサンプリングポートで取られた検査をうけた。具体的に、ガス移動検査は、「心臓バイパス酸素化器５０１（ｋ）提出用のガイダンス；産業およびＦＤＡスタッフ用の最終ガイダンス」に見出されるＦＤＡ指定ガイダンスに従う牛血液モデルを使用して行われた。基本的に、血液および酸素ガス流は、血液処理装置を通じて提供され、血液状態は、入口、出口、およびサンプリングポートで測定される。これらの状態から、ガス移動は、血液出口およびサンプリングポートに対して計算され、次いでサンプリングポート対出口における測定の精度を決定するために比較され得る。驚くことに、本開示の装置で取られた測定値は、従来の単一出口デバイスで取られたものより１０％以上正確であったことが分かった。

本開示の血液出口領域５８の構成は、従来の単一または「直線状の」出口設計と比較して装置の主要含有量を増加させ得ることを理解されるであろう。しかしながら、検査は、主要含有量のこの増加がごくわずか（約１〜２％）であることを確認した。

本開示の装置２０は、血液が酸素化（および任意に温度制御）されることを所望されるあらゆる適切なシステムまたはデバイスに使用されるか、または組み込まれてもよい。１つの特定のシステムは、商品名Ｐｅｒｆｏｒｍｅｒ−ＣＰＢ ＳｙｓｔｅｍでＭｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，ＭＮのＭｅｄｔｒｏｎｉｃ，Ｉｎｃ．によって市販される心肺バイパス（ＣＰＢ）システムとして既知の電気機械的体外循環補助システムである。他のシステムが本開示によって企図される。この点を考慮して、図６は、装置２０を含む例示的な体外血液回路２００を提供する。回路２００は概して、静脈ライン２０４を通る心臓血管外科手術中の患者２０２の血液を採血する。患者２０２から採血された静脈血は、静脈貯蔵器２０６に排出される。心臓切開術血液および手術野破片が吸引デバイス２０８によって吸引され、ポンプ２１０によって心臓切開術貯蔵器２１２に注入される。脱泡および濾過されると、心臓切開術血液はまた、静脈貯蔵器２０６に排出される。あるいは、心臓切開術貯蔵器２１２の機能は、静脈貯蔵器２０６に統合されてもよい。静脈貯蔵器２０６では、静脈血中で捕捉された空気は、大気に放出される血液の表面まで上昇する。

ポンプ２１４は、静脈貯蔵器２０６から血液を採血し、それを装置２０に送り出す。いくつかの例示的なタイプのポンプ２１４としては、ローラポンプおよび遠心力ポンプが挙げられるがこれらに限定されない。ポンプ２１４は、図示されるように装置２０の外部であってもよく、または代替的に装置２０に組み込まれてもよい。上述されるように、血液は脱気され、温度制御され、装置２０によって酸素化され、次いで動脈ライン２１６を介して患者２０２に戻される。

回路２００の一部として装置２０の動作中、空気は、空気パージポート１１０（図６に大まかに示される）を介して装置２０からパージされる。いくつかの実施形態では、正常動作中、このパージは、装置２０からの総血流を損ない得る血液のみからなる。空気が装置２０に入ると、入口形状は、空気パージポート１１０から空気パージライン２２０を通って空気を出す。本開示の代替的な実施形態では、図７に反映されるように、クランプ機構２３０（概略的に図示される）および気泡検出器２３２（概略的に図示される）が含まれる。クランプ機構２３０は、空気パージライン２２０と関連付けられ、空気パージライン２２０を選択的に開閉するのに適切な様々な形態を仮定することができる。例えば、クランプ機構２３０は、自動化された管クランプであるか、またはそれを含むことができる。他の実施形態では、クランプ機構２３０は、管クランプの動作を制御するコントローラをさらに含むことができる。クランプ機構２３０、コントローラ、または気泡検出器２３２は、装置２０に統合され得る。それにかかわらず、気泡検出器２３２は、当該技術分野において既知のタイプであり、及び血液入口ライン２３４に沿って位置する、そうでなければ、血液入口ポート３２（大まかに言及される）に血液を別の方法で供給する。クランプ機構２３０がコントローラを含む実施形態では、クランプ機構のコントローラは、気泡検出器２３２に電子的に接続され、気泡検出器２３２から信号送信された情報の機能として管クランプ（または類似のデバイス）の動作をプログラムされ得る。あるいは、ユーザは、気泡検出器２３２を監視し、気泡検出器２３２からの情報に基づいてクランプ機構２３０を操作することができる。正常動作条件（すなわち、気泡検出器２３２で別に示されるような血液中の総空気量がない）下では、クランプ機構２３０は閉じられ、流体が空気パージライン２２０に流れるのを防ぐ。空気が回路２００に導入される場合、気泡検出器２３２は、装置２０の「上流」で空気を検出し、それに応答して、クランプ機構２３０は、空気パージライン２２０を開くように操作（自動的または手動のいずれかで）される。次に、空気は、装置２０から（例えば、静脈貯蔵器２０６まで）パージすることを許可される。いくつかの実施形態では、クランプ機構のコントローラは、空気が存在しないときに（気泡検出器２３２によって別に示されるように）管クランプを自動的に閉じるようにプログラムされ得る。あるいは、ユーザインターフェースが提供されてもよく、クランプ機構のコントローラは、空気の存在を（気泡検出器２３２で）認識し、かつ積極的な行動を取り（例えば、ボタンを押し）、クランプ機構２３０を「再武装させ」、管クランプを閉じることを潅流技師に要求する様式でユーザインターフェースと相互作用する。さらに他の実施形態では、クランプ機構２３０および気泡検出器２３２は省略され得る。

本開示の血液処理装置は、以前の設計より顕著な改善をもたらす。二重血液出口領域を組み込むことによって、血液出口ポートで取られた温度および血液ガス測定値（または他のデータ）の精度が高められ、装置を通るガス移動の増加につながるさらに一層の酸素化器の束を通る流量分布が達成され、主要含有量が最小限増加する。クランプ機構および気泡検出器を含む代替的な実施形態では、連続的なパージと関連付けられた潜在的な欠点が最小化される。

本開示は、好ましい実施形態を参照することにより記載されたが、当業者であれば、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく形式および詳細に変更がなされ得ることを認識するであろう。例えば、本開示の血液処理装置は、熱交換構成要素を含むか、または提供すると記載されたが、他の実施形態では、熱交換器は省略され得る。逆に、本開示の装置は、１または２以上の層のフィルタ材料など、追加の血液処理構成要素を組み込むことができる。

Claims (20)

1. 体外回路内で血液を酸素化するための装置であって、
   一次チャンバと、前記一次チャンバに対して流体的に開いた血液入口ポートと、血液出口領域とを画定する筐体であって、前記血液出口領域が、
   血液出口ポートと、
   前記血液出口ポートに対して流体的に開いた出口チャンバと、
   前記一次チャンバから前記出口チャンバへ離間配置された第１および第２の通路を構築する仕切りと、を含む、筐体と、
   前記一次チャンバ内に配設され、複数のガス交換要素を含む酸素化器の束と、を備え、
   前記装置は、前記血液入口ポートから前記酸素化器の束を通って前記血液出口ポートまでの血液流路を構築し、前記血液流路は、前記第１および第２の通路を介した前記出口チャンバ内の第１および第２の出口血液流路をそれぞれ含み、さらに前記第１および第２の出口路は、前記血液出口ポートで合流する、
   ことを特徴とする装置。
2. 前記筐体は、中心の長手方向軸を中心としてほぼ円筒形を有するように前記一次チャンバを画定する外壁を含み、さらに、前記出口領域は、前記出口チャンバを画定するように前記外側壁から延びる補助壁を含む、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記補助壁は、前記一次チャンバの半径方向外方に前記出口チャンバを設置する、
   請求項２に記載の装置。
4. 前記補助壁は、前記側壁から横方向外方に延びる上部と、前記上部から延びる側部とを含み、前記側部は、前記仕切りから半径方向に離間配置される、
   請求項３に記載の装置。
5. 前記血液出口ポートは、前記側部から延びる、
   請求項４に記載の装置。
6. 前記仕切りは、前記側壁と前記上部との交差点から延びる、
   請求項４に記載の装置。
7. 前記仕切りの湾曲は、前記側壁の湾曲と一致する、
   請求項６に記載の装置。
8. 前記側壁の内面によって画定された円周に対して、前記仕切りは、前記第１および第２の通路を互いに円周方向に離間配置する、
   請求項７に記載の装置。
9. 前記仕切りと前記側部との間に延びる床体をさらに備え、前記床体は、前記出口チャンバの境界を形成する、
   請求項４に記載の装置。
10. 前記床体は、注封化合物である、
    請求項９に記載の装置。
11. 前記第１および第２の通路は、前記血液出口ポートから等距離にある、
    請求項１に記載の装置。
12. 前記血液出口ポートから延び、それに対して流体的に開いたサンプリングポートをさらに備える、
    請求項１に記載の装置。
13. 前記サンプリングポートは、前記出口チャンバの半径方向外方にある、
    請求項１２に記載の装置。
14. 前記血液出口ポートから延び、それに対して流体的に開いた温度監視プローブポートをさらに備える、
    請求項１２に記載の装置。
15. 前記一次チャンバ内に配設された熱交換器コアをさらに備え、前記酸素化器の束は、前記熱交換器コアの周囲に配列される、
    請求項１に記載の装置。
16. 前記筐体は、前記一次チャンバを流れる血液から気泡を受容するために前記一次チャンバに対して流体的に開いた脱気チャンバをさらに画定し、前記装置は、
    前記脱気チャンバに流体的に接続された空気パージラインと、
    前記空気パージラインを選択的に開閉するように前記空気パージラインと関連付けられたクランプ機構と、をさらに備える、
    請求項１に記載の装置。
17. 血液を前記血液入口ポートに運ぶために前記血液入口ポートに流体的に接続された入口ラインと、
    前記運ばれた血液中の気泡の存在を検出するように前記入口ラインと関連付けられた気泡検出器と、
    前記気泡検出器によって信号送信された情報に応じて前記クランプ機能の動作を制御するためのコントローラと、をさらに備える、
    請求項１６に記載の装置。
18. 体外回路内で血液を酸素化するための酸素化器装置を操作する方法であって、
    装置の血液入口ポートおよび血液出口ポートを体外回路に流体的に接続することであって、前記装置は、前記血液入口ポートに対して流体的に開いた一次チャンバと、仕切りによって前記一次チャンバから部分的に分離された出口チャンバを含む出口領域とを形成し、前記血液出口ポートが前記出口チャンバに対して流体的に開く、筐体と、前記一次チャンバ内に配設される酸素化器の束とを含む、流体的に接続することと、
    前記患者から前記血液入口ポートに血液を運ぶことと、
    前記運ばれた血液が前記酸素化器の束を流れるときに前記運ばれた血液を酸素化することと、を含み、
    前記運ばれた血液は、前記入口ポートから前記酸素化器の束を通って前記血液出口ポートまで流れ、前記酸素化器の束からの血流を第１および第２の血液出口路に分割する前記仕切りを含み、前記第１および第２の経路は、前記血液出口ポートで合流する、
    ことを特徴とする方法。
19. 前記第１の経路に沿って血流の混合が生じる、
    請求項１８に記載の方法。
20. 前記血液出口ポートで前記血液のサンプルを得ることをさらに含む、
    請求項１９に記載の方法。

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