JP2016043250A - 血液循環システム - Google Patents

Abstract

【課題】脱血した血液を送血ポンプによって循環させる血液循環システムにおいて、適切な流量の血液を安定して循環させることが可能とされる血液循環システムを提供すること。【解決手段】患者Ｐに接続可能とされ、脱血された血液をローラポンプ１２０によって人体に送血する人工心肺装置１００であって、ローラポンプ１２０と、脱血された血液を前記ローラポンプ１２０に向かって移送する脱血ライン１０１と、前記ローラポンプ１２０から送られる血液を人体に向かって移送する第１の送血ライン１０４と、前記脱血ライン１０１に設けられた脱血流量センサ１１１と、制御部１４０とを備え、前記制御部１４０は、前記ローラポンプ１２０による送血流量が、前記脱血流量センサ１１１が測定した脱血流量に対して特定範囲内となるように制御することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、脱血された血液を、送血ポンプによって循環させるための血液循環システムに関する。

従来、心臓手術等の手術中や手術後においては、心臓を停止あるいは停止に近い状態にすることから、必要に応じて、人工心肺や補助循環のための血液循環システムが広く使用されている。

従来の人工心肺を備えた人工心肺装置（血液循環システム）５００は、例えば、図９に示すように、脱血ライン５０１と、リザーバ５０２と、血液ライン５０３と、送血ポンプ５０４と、第１の送血ライン５０５と、人工肺５０６と、第２の送血ライン５０７とを備えている。

脱血ライン５０１は、患者（人体）Ｐの静脈から受け取った血液をリザーバ５０２に移送するものであり、例えば、ポリ塩化ビニルなどの樹脂により形成されたチューブにより構成されている。
リザーバ５０２は、内部に槽を有していて、移送されてきた血液を一時的に貯留するようになっている。

送血ポンプ５０４は、リザーバ５０２と送血ポンプ５０４とを接続する血液ライン５０３、及び送血ポンプ５０４と人工肺５０６とを接続する第１の送血ライン５０５を介して、リザーバ５０２に貯留された血液を人工肺５０６に移送するものであり、例えば、ローラポンプや遠心ポンプなどが用いられ、送血ポンプ制御部５４０からの信号出力により制御するようになっている。

人工肺５０６は、例えば、気体透過性に優れた中空糸膜または平膜などを備えていて、血液中の二酸化炭素を排出し酸素を付加する機能を有している。
第２の送血ライン５０７は、人工肺５０６において二酸化炭素を排出して酸素を付加された血液を受け取って、患者Ｐの動脈に移送するようになっている。

このように構成された人工心肺装置５００は、操作するのに高度な知識、技術が必要とされ、医師の指示に基づいて、臨床工学技士が手動操作によって血液流量を調整することが一般的である。

臨床工学技士が、手動操作によって血液流量を調整する際には、例えば、脱血の程度や患者の動脈圧を確認しながら、脱血ラインを鉗子で挟んで、脱血ラインにおける血液流量を鉗子で挟んで調整する必要がある。

また、血液流量の調整に際しては、例えば、ローラポンプ、遠心ポンプの吐出量を、送血ポンプの回転数を手動で操作することから、各ラインの調整に加えて、複雑で高度な操作技術が必要である。
そこで、人工心肺装置による脱血流量の調整を正確かつ簡易に操作するために、脱血ライン５０１を挟んで変形させることにより、脱血流量を調整する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載の人工心肺装置は、例えば、脱血レギュレータ操作部５２０によって、一対のクランプ部材からなるクランパとサーボモータとを有する脱血レギュレータ５２１を操作することにより、脱血ライン５０１を挟んで変形させ、脱血ライン５０１を介して脱血される脱血流量を調整するようになっている。

また、脱血レギュレータ制御部と送血レギュレータ制御部とを連動させて、これら制御部のいずれか一方を操作して、脱血流量と送血流量を同時に制御することにより、人工心肺装置における血液流量を、効率的に調整する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開昭６２−０２７９６６号公報 特開２００６−０２０７１２号公報

しかしながら、脱血する血液の量は手術の状況等により変動する場合があり、脱血流量が大きく変動する場合に、脱血流量に応じた量の血液を迅速かつ安定して送血することは困難な場合がある。

そこで、脱血した血液を送血ポンプによって循環させる血液循環システムにおいて、適切な流量の血液を安定して循環させるための技術が要請されている。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、脱血した血液を送血ポンプによって循環させる血液循環システムにおいて、適切な流量の血液を安定して循環させることが可能とされる血液循環システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に記載の発明は、人体に接続可能とされ、脱血された血液を送血ポンプによって人体に送血する血液循環システムであって、送血ポンプと、脱血された血液が前記送血ポンプに向かう脱血ラインと、前記送血ポンプから送られる血液を人体に向かって移送する送血ラインと、前記脱血ラインに設けられた脱血流量測定手段と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記脱血流量測定手段が測定した脱血流量パラメータに基づいて、前記送血ラインを流れる送血流量が前記脱血ラインを流れる脱血流量に対して特定範囲内となるように、前記送血ポンプによる送血流量を制御することを特徴とする。

この発明に係る血液循環システムによれば、制御部は、脱血流量測定手段が測定した脱血流量パラメータに基づいて、送血ラインを流れる送血流量が脱血ラインを流れる脱血流量に対して特定範囲内となるように、送血ポンプによる送血流量を制御するので、脱血流量に対して特定範囲の送血流量を確保することができる。
その結果、脱血流量が変動した場合でも、脱血流量に対して特定範囲内の血液が人体に送血され、適切な流量の血液を安定して循環させることができる。

この明細書において、脱血ラインとは、血液循環システムを構成する血液ラインのうち、人体から脱血された血液が送血ポンプに向かう側に形成された血液ラインであり、より具体的にはリザーバ等に向かう血液ラインをいう。また、送血ラインとは、送血ポンプから人体側に向かう血液ラインをいう。

なお、血液循環路において、血液が空間に開放される部位（例えば、リザーバ）等よりも下流側に位置されて、定常的に血液流量の連続性がなくなる血液ラインについては、脱血ライン又は送血ラインに該当しない場合があるものとする。
また、脱血ライン、送血ラインのうち、一部のものを、便宜上、血液ラインと記載する場合がある。

また、この明細書において、脱血流量に対して特定範囲内とは、脱血流量に対して設定された範囲内であることをいい、脱血流量に対する流量差（例えば、上限流量差や下限流量差）や比率等により表すことができる。

この明細書において、脱血流量測定手段とは、脱血流量そのものを測定する測定手段を含むことは勿論であるが、脱血流量を特定するための種々の脱血流量パラメータを測定するための測定手段を含むものとする。

また、脱血流量パラメータとは、脱血流量そのものを含むことは勿論であるが、脱血流量と対応して変動するパラメータであり、例えば、脱血ラインの流路断面積が既知である場合における脱血された血液の流速や、この流速を特定するためのパラメータ（例えば、超音波の周波数の変化）等、脱血流量を特定するための種々のパラメータを含むものとする。

また、この明細書において、脱血流量パラメータに基づいて、送血流量が脱血流量に対して特定範囲内となるように制御する場合に、脱血流量を算出することなく、脱血流量パラメータの測定値に基づいて送血ポンプを直接制御することも含まれる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の血液循環システムであって、前記制御部は、前記脱血流量測定手段が測定した脱血流量パラメータに基づいて、前記送血ラインを流れる送血流量が前記脱血ラインを流れる脱血流量と同期するように、前記送血ポンプによる送血流量を制御することを特徴とする。

この発明に係る血液循環システムによれば、制御部が、脱血流量測定手段が測定した脱血流量パラメータに基づいて、送血ラインを流れる送血流量が脱血ラインを流れる脱血流量と同期するように、送血ポンプによる送血流量を制御するので、脱血した血液と等しい量の血液を人体に送血することができる。
その結果、脱血流量が変動した場合でも、脱血した量と等しい量の血液が人体に送血され、適切な流量の血液を安定して循環させることができる。

この明細書において、送血ラインを流れる送血流量が脱血ラインを流れる脱血流量と同期するとは、送血ポンプによる送血流量を脱血流量と等しくすることをいい、例えば、送血ポンプに対する制御信号出力のタイムラグや送血ポンプのレスポンスタイムに起因する誤差は許容されるものとする。
また、同期には、脱血流量と送血流量が完全に一致する場合は勿論のこと、ほぼ一致する場合を含むものとする。
また、送血ポンプによって、予め設定された時間だけ遅れて脱血流量と等しい量の血液を送血する場合を含むものとする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の血液循環システムであって、補正処理設定部を備え、前記制御部は、前記補正処理設定部に入力された補正処理データに基づいて、前記送血ポンプによる送血流量が前記脱血流量と対応するように補正可能に構成されていることを特徴とする。

この発明に係る血液循環システムによれば、補正処理設定部を備えていて、制御部が、補正処理設定部に入力された補正処理データに基づいて、送血ポンプによる送血流量が脱血流量と対応するように補正可能に構成されているので、例えば、脱血流量測定手段と送血ポンプの組み合せが変更されて、脱血流量測定手段と送血ポンプの個体差に起因して、脱血流量パラメータにより制御される送血ポンプの送血流量が脱血流量と対応しない場合に、送血流量が脱血流量と対応するように効率的に補正することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の血液循環システムであって、前記送血ポンプとしてローラポンプを備え、前記制御部は、前記脱血流量測定手段が測定した脱血流量パラメータに基づいて、前記ローラポンプの回転数を制御することを特徴とする。

この発明に係る血液循環システムによれば、送血ポンプとしてローラポンプを備え、制御部が、脱血流量測定手段が測定した脱血流量パラメータに基づいてローラポンプの回転数を制御するので、圧力の影響を受けることが抑制され、回転数を制御することにより安定した送血流量を確保することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の血液循環システムであって、前記送血ラインに設けられた送血流量測定手段を備え、前記制御部は、前記送血流量測定手段が測定した送血流量パラメータと前記脱血流量測定手段が測定した脱血流量パラメータとを対比して、前記送血ポンプを制御することを特徴とする。

この発明に係る血液循環システムによれば、送血ラインに設けられた送血流量測定手段を備えていて、制御部が、送血流量測定手段が測定した送血流量パラメータと脱血流量測定手段が測定した脱血流量パラメータとを対比して、送血ポンプを制御するので、送血流量と脱血流量の差を効率的に小さくすることができる。
その結果、送血流量を効率的に脱血流量と対応させて、安定した血液循環を行うことができる。

この明細書において、送血流量測定手段とは、送血流量そのものを測定する測定手段を含むことは勿論であるが、送血流量を特定するための種々の脱血流量パラメータを測定するための測定手段を含むものとする。

また、送血流量パラメータとは、送血流量そのものを含むことは勿論であるが、送血流量と対応して変動するパラメータであり、例えば、送血ラインの流路断面積が既知である場合における送血された血液の流速や、この流速を特定するためのパラメータ（例えば、超音波の周波数の変化）等、脱血流量を特定するための種々のパラメータを含むものとする。

また、送血流量パラメータと脱血流量パラメータとを対比するとは、送血流量パラメータと脱血流量パラメータが同じ種類である場合における対比すること、送血流量パラメータ、脱血流量パラメータが異なる種類である場合にこれらを直接的に対比すること、又はいずれか一方又は双方を変換して対比可能な形態にして対比することのいずれも含むものとする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の血液循環システムであって、前記送血ポンプとして遠心ポンプを備え、前記制御部は、前記遠心ポンプの回転数を制御することを特徴とする。

この発明に係る血液循環システムによれば、送血ポンプとして遠心ポンプを備え、制御部が、送血流量測定手段が測定した送血流量パラメータと脱血流量測定手段が測定した脱血流量パラメータとを対比して、遠心ポンプの回転数を制御するので、脱血流量と対応する送血流量を、迅速かつ安定して送血することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の血液循環システムであって、前記脱血ラインに流量調整手段が設けられていることを特徴とする。

この発明に係る血液循環システムによれば、脱血ラインに流量調整手段が設けられているので、脱血流量を効率的に調整することができる。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜３、５、６のいずれか１項に記載の血液循環システムであって、前記脱血ラインと前記送血ラインの双方に流量調整手段が設けられていることを特徴とする。

この発明に係る血液循環システムによれば、脱血ラインと送血ラインの双方に流量調整手段が設けられているので、血液流量を効率的に調整することができる。また、送血ポンプが遠心ポンプである場合に、遠心ポンプ停止時に血液が逆流するのを防止することができる。

この発明に係る血液循環システムによれば、送血ポンプによる送血流量を脱血流量と対応させて送血することができる。
その結果、脱血流量が変動した場合であっても、適切な流量の血液を安定して循環させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る人工心肺装置の概略構成を説明する回路図である。 本発明の第１の実施形態に係る人工心肺装置の制御部の概略構成を説明するブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る人工心肺装置において補正処理を用いない場合の制御部の作動手順を説明するフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る人工心肺装置において補正処理を用いる場合の制御部の作動手順を説明するフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る人工心肺装置の概略構成を説明する回路図である。 本発明の第２の実施形態に係る人工心肺装置の制御部の概略構成を説明するブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る人工心肺装置において補正処理を用いない場合の制御部の作動手順を説明するフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る人工心肺装置において補正処理を用いる場合の制御部の作動手順を説明するフローチャートである。 従来の人工心肺装置の概略構成を説明する図である。

＜第１の実施形態＞
以下、図１〜図３を参照して、本発明の第１の実施形態に係る人工心肺装置（血液循環システム）について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る人工心肺装置を説明する概略構成図であり、符号１００は人工心肺装置を、符号１１１は脱血流量センサを、符号１２０はローラポンプを、符号１４０は制御部を、符号１６０は補正処理設定部を示している。

人工心肺装置１００は、図１に示すように、例えば、脱血ライン１０１と、リザーバ１０２と、血液ライン１０３と、第１の送血ライン（送血ライン）１０４と、人工肺１０５と、第２の送血ライン（送血ライン）１０６と、脱血流量センサ（脱血流量測定手段）１１１と、ローラポンプ（送血ポンプ）１２０と、脱血レギュレータ（流量調整手段）１２１と、制御部１４０と、補正処理設定部１６０とを備えている。

また、脱血ライン１０１、リザーバ１０２、血液ライン１０３、ローラポンプ１２０、第１の送血ライン１０４、人工肺１０５、第２の送血ライン１０６は、この順に接続されていて、脱血ライン１０１には脱血レギュレータ１２１、脱血流量センサ１１１がこの順に配置されている。
そして、脱血ライン１０１を介して脱血された血液は、第１の送血ライン１０４、第２の送血ライン１０６を介して患者（人体）Ｐに循環されるようになっている。

脱血ライン１０１は、例えば、ポリ塩化ビニルなどの樹脂により形成されたチューブにより構成されていて、一端が患者Ｐに接続可能とされていて、静脈から受け取った血液をリザーバ１０２に移送するようになっている。
また、脱血ライン１０１には、必要に応じて血液の濃度や酸素の濃度をモニターするためのセンサ等（不図示）が設けられている。なお、上記センサ等は、脱血ライン１０１に代えて、血液ライン１０３、第１の送血ライン１０４に設けてもよい。

リザーバ１０２は、内部に槽を有していて、移送されてきた血液を一時的に貯留するようになっている。
また、リザーバ１０２には、例えば、患者Ｐの手術野における血液を吸引するためのサクションライン（不図示）、および右心腔内における血液を吸引するためのベントライン（不図示）が接続されている。

血液ライン１０３は、脱血ライン１０１と同様の構成とされ、上流がリザーバ１０２に接続されて下流がローラポンプ１２０に接続されていて、リザーバ１０２から受け取った血液をローラポンプ１２０に移送するようになっている。

ローラポンプ１２０は、例えば、回転ローラと、回転ローラの外方に配置され柔軟な樹脂により形成されたチューブとを備えていて、回転ローラが回転してチューブをしごいて血液を吸引、送り出すことにより、リザーバ１０２に貯留された血液を血液ライン１０３を介して吸引するとともに、第１の送血ライン１０４を介して人工肺１０５に血液を移送するようになっている。

また、ローラポンプ１２０は、制御部１４０が出力した回転制御信号によって回転ローラの回転数が制御され、回転ローラの回転数に応じた量の血液を吸引、送血するようになっている。

第１の送血ライン１０４は、脱血ライン１０１と同様の構成とされていて、上流がローラポンプ１２０に接続され、下流が人工肺１０５に接続されていて、ローラポンプ１２０から送り出された血液を人工肺１０５に移送するようになっている。

人工肺１０５は、例えば、気体透過性に優れた中空糸膜または平膜などを備えており、血液中の二酸化炭素を排出して酸素を付加するように構成されている。
なお、人工肺１０５は、例えば、血液の温度を調整するための熱交換器が一体に形成されている。

第２の送血ライン１０６は、脱血ライン１０１と同様の構成とされていて、二酸化炭素を排出して酸素を付加された血液を人工肺１０５から受け取って、患者Ｐの動脈に移送するようになっている。
なお、第２の送血ライン１０６には、例えば、血栓や気泡など血液中の異物を取り除くためのフィルター（不図示）が設けられている。

脱血レギュレータ１２１は、脱血ライン１０１に設けられ、例えば、一対のクランプ部材からなるクランパ１２１Ａと、このクランパ１２１Ａを動作させるサーボモータ（不図示）と、脱血レギュレータ操作部１２１Ｂとを備え、操作者が、脱血レギュレータ操作部１２１Ｂを手動操作して、サーボモータによりクランパ１２１Ａのクランプ量（挟込量）を調整して、脱血ライン１０１の断面積を変化させて脱血ライン１０１を流れる脱血流量を調整するように構成されている。

脱血流量センサ（脱血流量測定手段）１１１は、脱血ライン１０１に設けられていて、例えば、超音波によって血液の流速を測定する超音波センサが用いられており、測定した脱血流量パラメータ信号を制御部１４０に送るようになっている。

次に、図２を参照して、制御部１４０の概略構成について説明する。図２は、第１の実施形態に係る制御部１４０の概略構成を説明するブロック図である。
制御部１４０は、例えば、脱血流量パラメータ信号受付部１４１と、脱血流量算出部１４２と、ローラポンプ制御量算出部１４３と、ローラポンプ制御部１４４と、補正処理データ受付部１５１とを備えている。

また、制御部１４０は、脱血流量センサ１１１、補正処理設定部１６０、ローラポンプ１２０とケーブルによって接続されている。

補正処理設定部１６０は、例えば、脱血流量センサ１１１の個体ごとの測定誤差、ローラポンプ１２０の個体ごとの送血流量特性（回転数と送血流量との関係）の差、脱血流量センサ１１１とローラポンプ１２０の組合せに起因して生じるローラポンプ１２０の回転数に対する送血流量のずれ等の補正や、送血流量を脱血流量に対して一時的に増減する補正をするための補正処理データ設定するようになっている。
また、補正処理データは、例えば、脱血流量に対する送血流量のずれ量（例えば、オフセット量、比率等）により定義することが好適であるが、ローラポンプ１２０による送血流量を脱血流量に対して特定範囲内とすることが可能であれば、他の手法により定義されていてもよい。
また、この実施形態において、補正処理設定部１６０は、補正処理を実行する際の補正処理実行指示を出力するようになっている。

この実施形態において、補正処理データは、例えば、予め確認しておいた脱血流量センサ１１１の測定誤差、ローラポンプ１２０の個体ごとの送血流量特性（回転数と送血流量との関係）とローラポンプ１２０の基本的な送血流量特性とのずれ量、の少なくともいずれか一方に基づいて設定することが好適である。
また、補正処理データは、例えば、血液循環開始後に生じたリザーバ１０２における液位の増減に基づいて設定してもよい。

脱血流量パラメータ信号受付部１４１は、脱血流量センサ１１１と接続されていて、脱血流量センサ１１１から送られた脱血流量パラメータ信号を受け取るようになっている。

脱血流量算出部１４２は、脱血流量パラメータ信号受付部１４１から送られた信号に基づいて脱血量を算出するようになっている。具体的には、例えば、脱血流量パラメータ信号から算出した脱血流速（流量パラメータ）と、脱血ライン１０１の流路面積の積により脱血流量を算出することができる。

補正処理データ受付部１５１は、補正処理設定部１６０に設定された補正処理データ及び補正処理実行指示を補正処理設定部１６０から受け取るようになっている。

ローラポンプ制御量算出部１４３は、脱血流量算出部１４２から受け取った脱血流量に基づいて、例えば、ローラポンプ１２０による送血流量を脱血流量と同期するための（基本的な送血流量特性に基づく）回転数を算出する。基本的な送血流量特性に基づく回転数は、例えば、ローラポンプ１２０の回転数と送血流量との関係を示すデータテーブルや、ローラポンプ１２０の回転数と送血流量との関係を示す算出式を用いて算出することができる。
そして、基本的な送血流量特性に基づく回転数と補正処理データ受付部１５１から受け取った補正処理データに基づいてローラポンプ１２０に出力する回転数を算出する。

なお、ローラポンプ１２０による送血流量を脱血流量と同期することは、送血流量が脱血流量に対して特定範囲内（例えば、脱血流量に対する比率で示される範囲や脱血流量に対する流量差で示される範囲内）に制御することの一態様である。

ローラポンプ制御部１４４は、ローラポンプ制御量算出部１４３から受け取った制御量（補正後回転数）と対応する信号をローラポンプ１２０に出力するようになっている。

次に、図３を参照して、第１の実施形態に係る人工心肺装置１００において、制御部１４０が補正処理をしない場合の動作手順について説明する。図３は、人工心肺装置１００において補正処理を用いない場合の制御部１４０の動作手順を説明するフローチャートである。
（１）まず、脱血流量パラメータ信号を受け取る（Ｓ１１）。
（２）次に、受取った脱血流量パラメータ信号に基づいて脱血流量を算出する（Ｓ１２）。
（３）次いで、受取った脱血流量に基づいて、例えば、ローラポンプ１２０の基本的な送血流量特性に基づく制御量（回転数）を算出する（Ｓ１３）。
（４）次に、ローラポンプ１２０に対して制御量と対応する信号を出力する（Ｓ１４）。
Ｓ１４を実行したら、Ｓ１１に移行する。
上記Ｓ１１〜Ｓ１４を、例えば、手術が完了して血液循環を終了するまで、所定の周期で繰り返して実行する。

次に、図４を参照して、第１の実施形態に係る人工心肺装置１００において、制御部１４０が補正処理をする場合の動作手順について説明する。図４は、人工心肺装置１００において補正処理を用いる場合の制御部１４０の動作手順を説明するフローチャートである。
（１）まず、脱血流量パラメータ信号を受け取る（Ｓ２１）。
（２）次に、受取った脱血流量パラメータ信号に基づいて脱血流量を算出する（Ｓ２２）。
（３）次いで、受取った脱血流量に基づいて、ローラポンプ１２０の基本的な送血流量特性に基づく回転数を算出する（Ｓ２３）。
（４）次に、補正処理データを受け取る（Ｓ２４）。
（５）次いで、Ｓ２３で算出されたローラポンプ１２０の基本的な送血流量特性に基づく回転数を、補正処理データに基づいて補正して、ローラポンプ１２０に対し出力する制御量（補正後回転数）を算出する（Ｓ２５）。
（６）次に、ローラポンプ１２０に対して制御量（補正後回転数）と対応する信号を出力する（Ｓ２６）。
Ｓ２６を実行したら、Ｓ２１に移行する。
上記Ｓ２１〜Ｓ２６を、例えば、手術が完了して血液循環を終了するまで、所定の周期で繰り返して実行する。

また、第１の実施形態に係る人工心肺装置１００によれば、制御部１４０が、ローラポンプ１２０による送血流量が脱血ライン１０１を流れる脱血流量と同期するようにローラポンプ１２０を制御するので、脱血した血液の量に適応した量の血液を第１の送血ライン１０４、人工肺１０５、第２の送血ライン１０６を介して、患者Ｐに送血することができる。
その結果、脱血流量が変動した場合であっても、適切な流量の血液を安定して循環させることができる。

第１の実施形態に係る人工心肺装置１００によれば、補正処理設定部１６０を備えていて、制御部１４０が、補正処理設定部１６０に入力された補正処理データに基づいて、脱血流量センサ１１１の測定特性、ローラポンプ１２０の送血流量特性のずれ等を補正するので、ローラポンプ１２０による送血流量を脱血流量と効率的に同期させることができる。

また、第１の実施形態に係る人工心肺装置１００によれば、送血ポンプとしてローラポンプ１２０を備えているので、圧力の影響を受けることが抑制されて、安定した送血流量で送血することができる。

また、第１の実施形態に係る人工心肺装置１００によれば、脱血ライン１０１に脱血レギュレータ１２１が設けられているので、脱血ライン１０１を介して脱血する血液流量を適宜調整することができる。

また、第１の実施形態に係る人工心肺装置１００ではリザーバ１０２を備えているが、人工心肺装置１００は、送血流量を脱血流量と同期又は特定範囲に調整することが可能であり、過度の陰圧の発生が抑制されるので、図１においてリザーバ１０２を備えない構成として、ローラポンプ１２０を適用した補助循環装置（血液循環システム）として使用してもよい。

＜第２の実施形態＞
次に、図５〜図８を参照して、本発明の第２の実施形態に係る人工心肺装置（血液循環システム）について説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態に係る人工心肺装置を説明する概略構成図であり、符号２００は人工心肺装置を、符号１１２は送血流量センサ（送血流量測定手段）を、符号２２０は遠心ポンプ（送血ポンプ）を、符号２６０は補正処理設定部を、符号２４０は制御部を示している。

人工心肺装置２００は、図５に示すように、例えば、脱血ライン１０１と、リザーバ１０２と、血液ライン１０３と、遠心ポンプ２２０と、第１の送血ライン（送血ライン）１０４と、人工肺１０５と、第２の送血ライン（送血ライン）１０６と、脱血流量センサ１１１と、送血流量センサ１１２と、脱血レギュレータ（流量調整手段）１２１と、送血レギュレータ１２２と、制御部２４０と、補正処理設定部２６０とを備えている。

また、脱血ライン１０１、リザーバ１０２、血液ライン１０３、遠心ポンプ２２０、第１の送血ライン１０４、人工肺１０５、第２の送血ライン１０６は、この順に接続されていて、脱血ライン１０１には脱血レギュレータ１２１、脱血流量センサ１１１がこの順に配置され、第１の送血ライン１０４には、送血レギュレータ１２２、送血流量センサ１１２がこの順に配置されている。

なお、脱血ライン１０１、リザーバ１０２、血液ライン１０３、第１の送血ライン１０４、人工肺１０５、第２の送血ライン１０６、脱血流量センサ１１１、脱血レギュレータ１２１については、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

送血流量センサ（送血流量測定手段）１１２は、例えば、脱血流量センサ１１１と同様に超音波センサが用いられており、測定結果を制御部２４０に送るようになっている。

遠心ポンプ２２０は、例えば、ＡＣサーボモータ又はＤＣサーボモータによりインペラ羽根を回転させて、リザーバ１０２に貯留された血液を、血液ライン１０３を介して吸引し、第１の送血ライン１０４を介して人工肺１０５に移送するように構成されている。

また、遠心ポンプ２２０の回転数は、フィードバック制御によって、送血流量センサ１１２により測定される送血流量を脱血流量センサ１１１により測定された脱血流量と同期するように制御されている。

送血レギュレータ１２２は、第１の送血ライン１０４に設けられ、例えば、一対のクランプ部材からなるクランパ１２２Ａと、このクランパ１２２Ａを動作させるサーボモータ（不図示）と、送血レギュレータ操作部１２２Ｂとを備えている。そして、操作者が、送血レギュレータ操作部１２２Ｂを手動操作して、サーボモータによりクランパ１２２Ａのクランプ量（挟込量）を調整して第１の送血ライン１０４を閉塞させることで、遠心ポンプ２２０を停止した際の血液の逆流を防止するようになっている。

次に、図６を参照して、制御部２４０の概略構成について説明する。図６は、第２の実施形態に係る制御部２４０の概略構成を説明するブロック図である。
制御部２４０は、例えば、脱血流量パラメータ信号受付部１４１と、脱血流量算出部１４２と、遠心ポンプ制御量算出部２４３と、遠心ポンプ制御部２４４と、送血流量パラメータ信号受付部２４５と、送血流量算出部２４６と、補正処理データ受付部１５１とを備えている。

また、制御部２４０は、脱血流量センサ１１１、送血流量センサ１１２、補正処理設定部２６０、遠心ポンプ２２０とケーブルによって接続されている。

なお、脱血流量パラメータ信号受付部１４１、脱血流量算出部１４２、補正処理データ受付部１５１については、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

第２の実施形態における遠心ポンプ２２０は、フィードバック制御であるので、送血流量特性に起因する送血流量誤差は、考慮する必要性が低いが、脱血流量センサ１１１、送血流量センサ１１２は、それぞれ個体ごとに異なる測定特性を有していることから、脱血流量センサ１１１と送血流量センサ１１２の測定特性（測定誤差等）が異なると、脱血流量センサ１１１と送血流量センサ１１２の組み合わせに起因して、送血流量と脱血流量のずれが生じる場合がある。そこで、脱血流量センサ１１１と送血流量センサ１１２の組み合わせに起因して生じる送血流量と脱血流量のずれを補正することが好適である。

そこで、補正処理設定部２６０には、例えば、上記脱血流量センサ１１１と送血流量センサ１１２の組み合わせに起因して生じるずれの補正や、送血流量を脱血流量に対して一時的に増減する補正をするための補正処理データが設定される。
また、補正処理データは、例えば、脱血流量に対する送血流量のずれ量（例えば、オフセット量、比率等）により定義することが好適であるが、遠心ポンプ２２０による送血流量を脱血流量に対して特定範囲内とすることが可能であれば、他の手法により定義されていてもよい。
また、この実施形態において、補正処理設定部２６０は、補正処理を実行する際の補正処理実行指示を出力するようになっている。

この実施形態において、補正処理データは、例えば、予め確認しておいた脱血流量センサ１１１の測定特性と送血流量センサ１１２の測定特性のずれ量に基づいて設定することが好適である。
また、補正処理データは、例えば、血液循環開始後に生じたリザーバ１０２における液位の増減に基づいて設定してもよい。

送血流量パラメータ信号受付部２４５は、送血流量センサ１１２と接続されていて、送血流量センサ１１２から送られた送血流量パラメータ信号を受け取るようになっている。

送血流量算出部２４６は、送血流量パラメータ信号受付部２４５から送られた信号に基づいて送血流量を算出するようになっている。具体的には、例えば、送血流量パラメータ信号から算出した送血流速（流量パラメータ）と、第１の送血ライン１０４の流路面積の積により送血流量を算出することができる。

遠心ポンプ制御量算出部２４３は、まず、脱血流量算出部１４２から受け取った脱血流量に基づいて、遠心ポンプ２２０による送血流量を脱血流量と同期するための目標送血流量を算出し、補正処理データ受付部１５１から受け取った補正処理データに基づいて目標送血流量を補正して補正後目標送血流量を算出し、この補正後目標送血流量と送血流量算出部２４６から受け取った送血流量とを比較して、遠心ポンプ２２０に出力する制御量（補正後回転数）を増減するようになっている。

なお、遠心ポンプ２２０による送血流量を脱血流量と同期することは、送血流量が脱血流量に対して特定範囲内（例えば、脱血流量に対する比率で示される範囲や脱血流量に対する流量差で示される範囲内）に制御することの一態様である。
また、補正処理をせずに上記測定特性のずれがないとした場合における回転数により遠心ポンプ２２０を制御してもよい。

補正処理データ受付部１５１は、補正処理設定部２６０に設定された補正処理データ及び補正処理実行指示を補正処理設定部２６０から受け取るようになっている。

遠心ポンプ制御部２４４は、遠心ポンプ制御量算出部２４３から受け取った制御量（補正後回転数）に基づいて、遠心ポンプ２２０に対して回転数と対応する信号を出力するようになっている。

次に、図７を参照して、第２の実施形態に係る人工心肺装置２００において、制御部２４０が補正処理をしない場合の動作手順について説明する。図７は、人工心肺装置２００において補正処理を用いない場合の制御部２４０の動作手順を説明するフローチャートである。
（１）まず、脱血流量パラメータ信号を受け取る（Ｓ３１）。
（２）次に、受取った脱血流量パラメータ信号に基づいて脱血流量を算出する（Ｓ３２）。
（３）次いで、Ｓ３２において算出した脱血流量に基づいて目標送血流量を算出する（Ｓ３３）。
（４）次に、送血流量パラメータ信号を受け取る（Ｓ３４）。
（５）次いで、受取った送血流量パラメータ信号に基づいて送血流量を算出する（Ｓ３５）。
（６）次いで、Ｓ３３で算出した目標送血流量と、Ｓ３５で算出した送血流量とを比較して、例えば、（目標送血流量−送血流量）を算出して、（目標送血流量≧送血流量）であるかどうかを判断する（Ｓ３６）。
（目標送血流量≧送血流量）である場合（Ｓ３６：Ｙｅｓ）はＳ３７に移行し、（目標送血流量≧送血流量）でない場合（Ｓ３６：Ｎｏ）はＳ３８に移行する。
（７）Ｓ３６における差異（＝（目標送血流量−送血流量））に基づいて、遠心ポンプ２２０に対する制御量（増加回転数）を算出する（Ｓ３７）。
なお、目標送血流量＝送血流量である場合には、制御量（増加回転数）をゼロとする。
（８）Ｓ３６における差異（＝（目標送血流量−送血流量））に基づいて、遠心ポンプ２２０に対する制御量（減少回転数）を算出する（Ｓ３８）。
（９）次に、遠心ポンプ２２０に対してＳ３７又はＳ３８で算出した制御量と対応する信号を出力する（Ｓ３９）。
Ｓ３９を実行したら、Ｓ３１に移行する。
上記Ｓ３１〜Ｓ３９を、例えば、手術が完了して血液循環を終了するまで、所定の周期で繰り返して実行する。

次に、図８を参照して、第２の実施形態に係る人工心肺装置２００において、制御部２４０が補正処理をする場合の動作手順について説明する。図８は、人工心肺装置２００において補正処理を用いる場合の制御部２４０の動作手順を説明するフローチャートである。
（１）まず、脱血流量パラメータ信号を受け取る（Ｓ４１）。
（２）次に、受取った脱血流量パラメータ信号に基づいて脱血流量を算出する（Ｓ４２）。
（３）次いで、Ｓ４２において算出した脱血流量に基づいて目標送血流量を算出する（Ｓ４３）。
（４）次に、補正処理データを受け取る（Ｓ４４）。
（５）次いで、補正処理データに基づいて、目標送血流量を補正処理して、補正後目標送血流量を算出する（Ｓ４５）。
（６）次に、送血流量パラメータ信号を受け取る（Ｓ４６）。
（７）次いで、受取った送血流量パラメータ信号に基づいて送血流量を算出する（Ｓ４７）。
（８）次に、Ｓ４５で補正した補正後目標送血流量と、Ｓ４７で算出した送血流量とを比較して、例えば、（補正後目標送血流量−送血流量）を算出して、（補正後目標送血流量≧送血流量）であるかどうかを判断する（Ｓ４８）。
（補正後目標送血流量≧送血流量）である場合（Ｓ４８：Ｙｅｓ）はＳ４９に移行し、（補正後目標送血流量≧送血流量）でない場合（Ｓ４８：Ｎｏ）はＳ５０に移行する。
（９）Ｓ４８における差異（＝（補正後目標送血流量−送血流量））に基づいて、遠心ポンプ２２０に対する制御量（増加回転数）を算出する（Ｓ４９）。
なお、補正後目標送血流量＝送血流量である場合には、制御量（増加回転数）をゼロとする。
（１０）Ｓ４８における差異（＝（補正後目標送血流量−送血流量））に基づいて、遠心ポンプ２２０に対する制御量（減少回転数）を算出する（Ｓ５０）。
（１１）次に、遠心ポンプ２２０に対してＳ４９又はＳ５０で算出した制御量と対応する信号を出力する（Ｓ５１）。
Ｓ５１を実行したら、Ｓ４１に移行する。
上記Ｓ４１〜Ｓ５１を、例えば、手術が完了して血液循環を終了するまで、所定の周期で繰り返して実行する。

第２の実施形態に係る人工心肺装置２００によれば、制御部２４０が、第１の送血ライン１０４に送血する送血流量を、脱血ライン１０１を流れる脱血流量と同期するように調整するので、脱血した血液と等しい量の血液を患者Ｐに送血することができる。
その結果、脱血流量に変動が生じても、脱血流量と対応する適切な送血流量を確保することができ、適切な血液循環を行うことができる。

第２の実施形態に係る人工心肺装置２００によれば、補正処理設定部２６０を備えていて、制御部２４０が、補正処理設定部２６０に入力された補正処理データに基づいて、脱血流量センサ１１１と送血流量センサ１１２の測定特性のずれを補正するので、遠心ポンプ２２０による送血流量を脱血流量と、効率的に同期させることができる。

また、第２の実施形態に係る人工心肺装置２００によれば、送血ポンプが、遠心ポンプ２２０により構成されているので、安定した送血流量を迅速に送血することができる。

また、第２の実施形態に係る人工心肺装置２００によれば、脱血ライン１０１に脱血レギュレータ１２１が設けられているので、脱血流量を適宜調整することができる。
また、第１の送血ライン１０４に送血レギュレータ１２２が設けられているので、遠心ポンプ２２０を停止した際に、第１の送血ライン１０４を閉塞して、血液が逆流するのを防止することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
例えば、上記実施の形態においては、人工心肺装置１００、２００において、送血流量を脱血流量と同期させる場合について説明したが、送血流量が脱血流量に対して特定範囲となるように調整してもよい。

また、上記実施の形態においては、人工心肺装置１００、２００が、補正処理設定部１６０、２６０を備える場合について説明したが、補正処理設定部１６０、２６０を備えるかどうかは任意に設定することができる。
また、補正処理設定部１６０、２６０を備える場合に、例えば、外部に取り外し可能に備える構成としてもよい。

例えば、上記実施の形態においては、脱血流量測定手段、送血流量測定手段として、それぞれ血液の流速を測定する脱血流量センサ１１１、送血流量センサ１１２を用いる場合について説明したが、脱血流速以外の脱血流量パラメータ（脱血流量を含む）、送血流速以外の送血流量パラメータ（送血流量を含む）を測定して、脱血流量、送血流量を測定してもよい。

また、上記実施の形態においては、脱血流量センサ１１１、送血流量センサ１１２として、超音波センサを用いる場合について説明したが、超音波センサに代えて、レーザ、赤外線等を用いた周知の種々の流量測定手段を用いてもよい。

例えば、上記実施の形態においては、送血ポンプが、ローラポンプ１２０、遠心ポンプ２２０である場合について説明したが、そのほかの送血ポンプを用いて構成してもよい。

また、上記第１の実施形態においては、送血ラインに流量調整手段を設けない場合について説明したが、第１の送血ライン１０４、第２の送血ライン１０６に超音波センサ等の流量センサ（流量パラメータ測定手段）を適宜設ける構成としてもよい。

また、第１の実施形態において、流量調整手段として、脱血レギュレータ１２１を設け、第２の実施形態においては、脱血レギュレータ１２１、送血レギュレータ１２２を設ける場合について説明したが、脱血レギュレータ１２１、送血レギュレータ１２２をいずれも設けない構成としてもよいし、流量調整手段を設ける場合に、脱血レギュレータ１２１、送血レギュレータ１２２のいずれを設けるか双方を設けるか、また、脱血レギュレータ１２１、送血レギュレータ１２２を脱血ライン、送血ラインのどの部位に設けるかについては、適宜設定することができる。
また、流量調整手段として、脱血レギュレータ１２１、送血レギュレータ１２２以外の流量調整手段を設けてもよい。

また、上記第１、第２の実施形態においては、脱血ライン１０１に、脱血レギュレータ１２１、脱血流量センサ１１１がこの順に配置されている場合について説明したが、脱血流量センサ１１１、脱血レギュレータ１２１の順に配置してもよい。

また、上記第２の実施形態においては、第１の送血ライン１０４に、送血レギュレータ１２２、送血流量センサ１１２がこの順に配置されている場合について説明したが、第１の送血ライン１０４に代えて第２の送血ライン１０６に配置してもよい。また、送血流量センサ１１２、送血レギュレータ１２２の順に配置してもよい。

また、上記実施の形態においては、本発明に係るローラポンプ１２０、遠心ポンプ２２０を制御するためのフローチャートの概略構成の例を、図３、図４、図７、図８に示したが、上記フローチャート以外の方法（アルゴリズム）を用いて制御してもよい。

また、上記実施の形態においては、血液循環システムを人工心肺装置１００、２００に適用する場合について説明したが、例えば、心臓外科手術におけるリザーバを備えていない補助循環装置（血液循環システム）等、人工心肺装置以外に適用してもよい。

この発明に係る血液循環システムによれば、脱血した血液を送血ポンプによって循環させる場合に、適切な流量の血液を安定して送血することができるので、産業上利用可能である。

Ｐ 患者（人体）
１００、２００ 人工心肺装置（血液循環システム）
１０１ 脱血ライン
１０２ リザーバ
１０４ 第１の送血ライン（送血ライン）
１０５ 人工肺
１０６ 第２の送血ライン（送血ライン）
１１１ 脱血流量センサ（脱血流量測定手段）
１１２ 送血流量センサ（送血流量測定手段）
１２０ ローラポンプ（送血ポンプ）
１２１ 脱血レギュレータ（流量調整手段）
１２２ 送血レギュレータ（流量調整手段）
１４０、２４０ 制御部
１６０、２６０ 補正処理設定部
２２０ 遠心ポンプ（送血ポンプ）

Claims (8)

1. 人体に接続可能とされ、脱血された血液を送血ポンプによって人体に送血する血液循環システムであって、
   送血ポンプと、
   脱血された血液が前記送血ポンプに向かう脱血ラインと、
   前記送血ポンプから送られる血液を人体に向かって移送する送血ラインと、
   前記脱血ラインに設けられた脱血流量測定手段と、
   制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記脱血流量測定手段が測定した脱血流量パラメータに基づいて、前記送血ラインを流れる送血流量が前記脱血ラインを流れる脱血流量に対して特定範囲内となるように、前記送血ポンプによる送血流量を制御することを特徴とする血液循環システム。
2. 請求項１に記載の血液循環システムであって、
   前記制御部は、
   前記脱血流量測定手段が測定した脱血流量パラメータに基づいて、前記送血ラインを流れる送血流量が前記脱血ラインを流れる脱血流量と同期するように、前記送血ポンプによる送血流量を制御することを特徴とする血液循環システム。
3. 請求項１又は２に記載の血液循環システムであって、
   補正処理設定部を備え、
   前記制御部は、
   前記補正処理設定部に入力された補正処理データに基づいて、前記送血ポンプによる送血流量が前記脱血流量と対応するように補正可能に構成されていることを特徴とする血液循環システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の血液循環システムであって、
   前記送血ポンプとしてローラポンプを備え、
   前記制御部は、
   前記脱血流量測定手段が測定した脱血流量パラメータに基づいて、前記ローラポンプの回転数を制御することを特徴とする血液循環システム。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の血液循環システムであって、
   前記送血ラインに設けられた送血流量測定手段を備え、
   前記制御部は、
   前記送血流量測定手段が測定した送血流量パラメータと前記脱血流量測定手段が測定した脱血流量パラメータとを対比して、前記送血ポンプを制御することを特徴とする血液循環システム。
6. 請求項５に記載の血液循環システムであって、
   前記送血ポンプとして遠心ポンプを備え、
   前記制御部は、
   前記遠心ポンプの回転数を制御することを特徴とする血液循環システム。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の血液循環システムであって、
   前記脱血ラインに流量調整手段が設けられていることを特徴とする血液循環システム。
8. 請求項１〜３、５、６のいずれか１項に記載の血液循環システムであって、
   前記脱血ラインと前記送血ラインの双方に流量調整手段が設けられていることを特徴とする血液循環システム。

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