JP2016043262A - 血液循環システム - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
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。)。
そこで、手術開始時における送血流量の逓増や、手術が終了時における送血流量の逓減を効率的に行うことができる技術が望まれる。
また、手術の状況等によって脱血流量が変動しても、スムースに安定した血液循環が可能であることが好適である。
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、前記送血ポンプによる送血流量を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記送血ポンプによる送血流量を、予め設定した条件に基づいて逓増送血と逓減送血の少なくともいずれかに制御可能とされていることを特徴とする。
その結果、手術開始時における送血流量を自動で漸次増加すること、手術終了時における送血流量を自動で漸次減少することのいずれかが可能となり、手術における血液循環を効率的に行うことができる。
また、通常制御とは、送血ポンプによる送血流量が脱血流量と独立して制御する場合であり、脱血流量と連動して制御されていない場合をいう。例えば、手動操作による送血流量に関する指示に基づいて制御する場合や、予め設定されたデータ等に基づいて制御する場合を含む。
なお、血液循環路において、脱血ライン又は送血ラインに該当しないものや、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。
ここで、脱血流量パラメータとは、脱血流量と対応するパラメータであり、脱血流量そのものを含むことは勿論であるが、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、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。
その結果、手術における血液循環を効率的に行うことができる。
以下、図1〜図8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の概略構成を説明する回路図であり、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は送血流量逓増処理設定部を、符号170は送血流量逓減処理設定部を、符号180は逓増・逓減処理指示部を、符号190は逓増・逓減処理指示部を示している。
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。
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。
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。
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。
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。
また、例えば、通常制御において逓増送血処理、逓減送血処理する際の脱血流量を、必要に応じて送血流量と対応させて調整するようになっている。
制御部140は、例えば、脱血流量信号入力受付部141と、脱血流量算出部142と、送血流量算出部143と、ローラポンプ制御量算出144と、ローラポンプ制御部145と、逓増・逓減送血処理算出部162と、脱血レギュレータ制御量算出部163と、脱血レギュレータ制御部164と、送血制御切換指示受付部151と、送血流量逓増処理受付部161と、送血流量逓減処理受付部171と、逓増・逓減指示受付部181とを備えている。
なお、時間とともに送血増加率を変化させながら送血流量を逓増(例えば、途中で一時的に減少させる場合も含む)させる関数を設定して、例えば、逓増送血処理開始時には増加率を大きくして、次第に緩やかに増加するように条件設定をしてもよい。
なお、時間とともに送血減少率を変化させながら送血流量を逓減(例えば、途中で一時的に増加する場合も含む)させる関数を設定して、例えば、逓減送血処理開始時には減少率を小さくして、次第に大きな減少率とするように条件設定をしてもよい。
また、送血流量算出部143による連動制御における送血流量の算出は、例えば、脱血流量算出部142から受取った脱血流量に基づいて算出するようになっている。
また、送血流量算出部143は、連動制御において逓増・逓減送血処理する場合の送血流量を、脱血流量算出部142から受取った脱血流量と、逓増・逓減送血処理算出部162から受取った逓増・逓減送血処理データに基づいて算出する。
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。
また、送血流量算出部143は、通常制御において逓増・逓減処理する場合の送血流量を、送血流量調整つまみ(不図示)から入力された操作量と、逓増・逓減送血処理算出部162から受取った逓増・逓減送血処理データに基づいて算出するようになっている。
また、連動制御の場合におけるローラポンプ120に対する回転数は、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回転数である。
また、ローラポンプ制御部145は、逓増・逓減送血を実施する場合に、逓増・逓減送血表示部190を点灯するようになっている。
なお、通常制御において逓増・逓減送血処理する場合の脱血レギュレータ121の制御量を、連動制御の場合と同様に、脱血流量を送血流量と同期させたり、脱血流量が送血流量に対して予め設定した所定範囲内となるように、脱血レギュレータ121の制御量を算出してもよい。
以下、図3を参照して、第1の実施形態に係る人工心肺装置100における連動制御と通常制御の関連について説明する。図3は、人工心肺装置100における連動制御、通常制御の関連を説明するフローチャートである。図3に示した破線の枠は、それぞれ連動制御及び通常制御の範囲を示している。
連動制御である場合(S101:Yes)はS102に移行し、連動制御であない(通常制御である)場合(S101:No)はS106に移行する。
(2)連動送血制御における逓増・逓減送血指示があるかどうかを判断する(S102)。
逓増・逓減送血指示がない場合(S102:No)はS103に移行し、逓増・逓減送血指示がある場合(S102:Yes)はS104に移行する。
(3)脱血流量に基づいて連動送血制御を実施する(S103)。
S103を実行したら処理を終了する。
(4)逓増・逓減送血処理に基づいて、送血ポンプ(ローラポンプ)による送血流量を制御する(S104)。
(5)逓増・逓減送血制御における送血流量に対して所定範囲内となるように脱血レギュレータにより脱血流量を調整する(S105)。
S105を実行したら処理を終了する。
(6)通常送血制御における逓増・逓減送血指示があるかどうかを判断する(S106)。
逓増・逓減送血指示がない場合(S106:No)はS107に移行し、逓増・逓減送血指示がある場合(S106:Yes)はS108に移行する。
(7)設定値に基づいて通常送血制御を実施する(S107)。
S107を実行したら処理を終了する。
(8)逓増・逓減送血処理に基づいて、送血ポンプ(ローラポンプ)による送血流量を制御する(S108)。
(9)逓増・逓減送血制御における脱血流量を、脱血レギュレータにより調整するかどうか判断する(S109)。
脱血レギュレータにより脱血流量を調整しない場合(S109:No)は処理を終了し、脱血レギュレータにより脱血流量を調整する場合(S109:Yes)はS110に移行する。
(10)脱血レギュレータにより脱血流量を調整する(S110)。
S110を実行したら処理を終了する。
上記S101〜S110の処理を、例えば、人工心肺装置100が稼働している間、所定の周期で繰り返して実行する。
次に、図4を参照して、人工心肺装置100の連動制御における動作手順の一例を説明する。図4は、人工心肺装置100の連動制御における動作手順の一例を説明するフローチャートである。
(1)まず、脱血流量信号(脱血流量パラメータ信号)を受け取る(S121)。
(2)次に、受取った脱血流量信号に基づいて脱血流量を算出する(S122)。
(3)逓増・逓減送血指示があるかどうかを判断する(S123)。
逓増・逓減送血指示がない場合(S123:No)はS125に移行し、逓増・逓減送血指示がある場合(S123:Yes)はS124に移行する。
(4)逓増・逓減処理データに基づいて、連動制御の逓増・逓減処理において調整するべき送血流量を算出する(S124)。
(5)次いで、算出した脱血流量に基づいて、目標とする送血流量を算出する(S125)。
逓増・逓減処理をともなわない場合の目標とする送血流量の算出は、例えば、脱血流量に基づいて、送血流量を脱血流量と同期させる。なお、(送血流量−脱血流量)の絶対値が特定範囲内となるように送血流量を設定してもよい。
また、逓増・逓減処理をともなう場合の目標とする送血流量の算出は、S124で算出した連動制御の逓増・逓減処理において調整するべき送血流量に基づいて算出する。
(6)次いで、算出した送血流量に基づいて、ローラポンプ120の制御量(回転数)を算出する(S126)。
送血流量に基づくローラポンプ120の制御量(回転数)の算出は、例えば、ローラポンプ120の送血流量特性に基づいて算出する。
(7)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(S127)。
上記S121〜S127の処理を、例えば、通常制御に移行又は手術が終了して連動制御が終了するまで、所定の周期で繰り返して実行する。
以下、図5を参照して、人工心肺装置100における送血流量逓増・逓減処理について説明する。図5は、人工心肺装置100における送血流量逓増・逓減処理を説明するフローチャートである。
(1)まず、送血流量逓増処理設定部160又は送血流量逓減処理設定部170から入力された送血流量逓増・逓減処理データを受取る(S131)。
(2)次に、送血流量逓増・逓減処理データに基づき、逓増・逓減処理において調整するべき送血流量を算出する(S132)。
逓増・逓減処理において調整するべき送血流量とは、例えば、逓増・逓減処理されていない場合の連動制御又は通常制御による送血流量に対して調整(加減)する送血流量である。
(3)次いで、逓増・逓減処理が終了したかどうかを判断する(S133)。
逓増・逓減処理が終了した場合(S133:Yes)は逓増・逓減処理を終了し、逓増・逓減処理が終了していない場合(S133:No)はS132に移行する。
逓増・逓減処理が終了したかどうかの判断は、例えば、送血流量逓増処理設定部160送血流量逓増処理条件(例えば、逓増処理開始時送血流量、逓増処理終了時送血流量、送血流量増加率、逓増送血処理時間等)又は送血流量逓減処理設定部170に設定された逓増・逓減処理条件(例えば、逓減処理開始時送血流量、逓減処理終了時送血流量、送血流量減少率、逓減送血処理時間等)が満足されているかどうかにより判断する。
また、連動制御においては、例えば、脱血レギュレータ121の開度等により判断してもよい。
上記S131〜S133の処理を、例えば、人工心肺装置100における逓増送血処理が終了するまで、所定の周期で繰り返して実行する。
次に、図6を参照して、人工心肺装置100において、ローラポンプ120を制御して脱血流量を送血流量と対応させる場合の脱血レギュレータ121の動作手順の一例を説明する。図6は、人工心肺装置100の通常制御における動作手順の一例を説明するフローチャートである。
人工心肺装置100の通常制御における動作手順は、以下に示すとおりである。
(1)まず、脱血レギュレータ制御量算出部163が、目標とする送血流量を受け取る(S141)。
(2)次に、脱血レギュレータ制御量算出部163において、目標とする送血流量に基づいて脱血レギュレータ121の制御量を算出する(S142)。
(3)次いで、脱血レギュレータ121に対して、脱血レギュレータ制御信号を出力する(S143)。
次に、図7を参照して、人工心肺装置100において、送血流量を通常制御する場合の動作手順の一例を説明する。図7は、人工心肺装置100の通常制御における動作手順の一例を説明するフローチャートである。
人工心肺装置100の通常制御における動作手順は、以下に示すとおりである。
(1)まず、送血流量調整部(不図示)から送血流量設定データを受け取る(S151)。
(2)逓増・逓減送血指示があるかどうかを判断する(S152)。
逓増・逓減送血指示がない場合(S152:Yes)はS153に移行し、逓増・逓減送血指示がある場合(S152:No)はS154に移行する。
(3)逓増・逓減処理データに基づいて、通常制御の逓増・逓減処理において調整するべき送血流量を算出する(S153)。
(4)次いで、算出した脱血流量に基づいて、目標とする送血流量を算出する(S154)。
逓増・逓減処理をともなわない場合の目標とする送血流量の算出は、例えば、送血流量調整部(不図示)に設定されたから送血流量設定データに基づいて算出する。
また、逓増・逓減処理をともなう場合の目標とする送血流量の算出は、S153で算出した通常制御の逓増・逓減処理において調整するべき送血流量に基づいて算出する。
(5)次いで、算出した送血流量に基づいて、ローラポンプ120の制御量(回転数)を算出する(S155)。
(6)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(S156)。
上記S151〜S156の処理を、例えば、通常制御による血液循環が終了するまで、所定の周期で繰り返して実行する。
なお、通常制御の場合には、脱血レギュレータ121による脱血流量調整を、リザーバ102の液位や、脱血流量を送血流量に対する所定範囲に調整する等、必要に応じて適宜実施する構成としてもよい。
なお、連動制御における逓増送血処理では、例えば、脱血レギュレータ121が予め設定した脱血流量(例えば、脱血レギュレータ121が全開状態)となった場合に逓増送血処理を終了する。
また、通常制御における逓増送血処理では、送血流量が予め設定した送血流量に到達した場合に、逓増送血処理を終了する。
(2)次に、逓増送血処理が完了したら、連動制御により送血流量を脱血流量と同期して送血する。
(3)次いで、例えば、手術が終了したら、送血流量を予め設定した条件にしたがって逓減送血処理して、設定した送血流量(例えば、ゼロ)まで減少させる。なお、逓減送血処理が終了する際は、送血流量をゼロ以外の送血流量に設定してもよい。
その結果、手術開始時における逓増送血及び手術終了時における逓減送血を効率的に行うことができる。
また、第1の実施形態に係る人工心肺装置100によれば、ローラポンプ120の送血量を脱血流量と同期(又は特定範囲に調整)するように連動制御するように構成されているので、脱血流量が変動した場合でも安定して血液循環させることができる。
以下、図9〜図12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9は、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り、図10は、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。
図9、図10において、符号200は人工心肺装置を、符号111は送血流量センサを、符号220は遠心ポンプを、符号240は制御部を示している。
また、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。
また、送血流量パラメータとは、送血流量と対応して変動するパラメータであり、送血流量そのものを含むことは勿論であるが、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、送血流量を特定するための種々のパラメータを含む。
制御部240は、例えば、脱血流量信号入力受付部141と、脱血流量算出部142と、送血流量信号受付部241と、送血流量算出部242と、目標送血流量算出部243と、遠心ポンプ制御量算出部244と、遠心ポンプ制御部245と、逓増・逓減送血処理算出部162と、脱血レギュレータ制御量算出部163と、脱血レギュレータ制御部164と、送血制御切換指示受付部151と、送血流量逓増処理受付部161と、送血流量逓減処理受付部171と、逓増・逓減指示受付部181とを備えている。
また、目標送血流量算出部243による連動制御における送血流量の算出は、例えば、脱血流量算出部142から受取った脱血流量に基づいて算出するようになっている。
また、目標送血流量算出部243は、連動制御において逓増・逓減送血処理する場合の送血流量を、脱血流量算出部142から受取った脱血流量と、逓増・逓減送血処理算出部162から受取った逓増・逓減送血処理データに基づいて算出する。
また、目標送血流量算出部243は、通常制御において逓増・逓減処理する場合の送血流量を、送血流量調整つまみ(不図示)から入力された操作量と、逓増・逓減送血処理算出部162から受取った逓増・逓減送血処理データに基づいて算出するようになっている。
連動制御における遠心ポンプ220に対する制御量は、送血流量を脱血流量と同期する制御量である。
人工心肺装置200における通常制御と連動制御との関連は、第1の実施形態において図3で示したフローチャートと同様であるので説明を省略する。
次に、図11を参照して、人工心肺装置200の連動制御における動作手順の一例を説明する。図11は、人工心肺装置200の連動制御における動作手順の一例を説明するフローチャートである。
(1)まず、脱血流量信号(脱血流量パラメータ信号)を受け取る(S201)。
(2)次に、受取った脱血流量信号に基づいて脱血流量を算出する(S202)。
(3)逓増・逓減送血指示があるかどうかを判断する(S203)。
逓増・逓減送血指示がない場合(S203:No)はS205に移行し、逓増・逓減送血指示がある場合(S203:Yes)はS204に移行する。
(4)逓増・逓減処理データに基づいて、連動制御の逓増・逓減処理において調整するべき送血流量を算出する(S204)。
(5)次いで、算出した脱血流量に基づいて、目標送血流量(目標とする送血流量)を算出する(S205)。
逓増・逓減処理をともなわない場合の目標送血流量の算出は、例えば、脱血流量に基づいて、送血流量を脱血流量と同期させる。なお、(送血流量−脱血流量)の絶対値が特定範囲内となるように送血流量を設定してもよい。
また、逓増・逓減処理をともなう場合の目標送血流量の算出は、S204で算出した連動制御の逓増・逓減処理において調整するべき送血流量に基づいて算出する。
(6)次に、送血流量信号(送血流量パラメータ信号)を受け取る(S206)。
(7)次いで、受取った送血流量信号に基づいて送血流量を算出する(S207)。
(8)次いで、S223で算出した目標送血流量と、S207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(S208)。
(目標送血流量≧送血流量)である場合(S208:Yes)はS209に移行し、(目標送血流量≧送血流量)でない場合(S208:No)はS210に移行する。
(9)S208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(S209)。
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。
(10)S218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(S210)。
(11)次に、遠心ポンプ220に対してS209又はS210で算出した制御量と対応する信号を出力する(S211)。
上記S201〜S211の処理を、例えば、手術が終了して連動制御が終了するまで、所定の周期で繰り返して実行する。
人工心肺装置200の連動制御における送血流量逓増・逓減処理については、第1の実施形態において図5で示したフローチャートと同様であるので説明を省略する。
<逓増・逓減処理における脱血レギュレータによる脱血流量調整>
また、人工心肺装置200の連動制御における逓増・逓減処理における脱血流量調整については、第1の実施形態において図6で示したフローチャートと同様であるので説明を省略する。
次に、図12を参照して、第2の上記実施の形態に係る人工心肺装置200において、送血流量調整部(不図示)を操作して送血流量を通常制御する場合の動作手順の一例を説明する。図12は、人工心肺装置200の通常制御における動作手順の一例を説明するフローチャートである。
(1)まず、送血流量調整部(不図示)から送血流量設定データを受け取る(S221)。
(2)逓増・逓減送血指示があるかどうかを判断する(S222)。
逓増・逓減送血指示がない場合(S2222:No)はS223に移行し、逓増・逓減送血指示がある場合(S2222:Yes)はS224に移行する。
(3)逓増・逓減処理データに基づいて、通常制御の逓増・逓減処理において調整するべき送血流量を算出する(S223)。
(4)次いで、算出した脱血流量に基づいて、目標送血流量(目標とする送血流量)を算出する(S224)。
逓増・逓減処理をともなわない場合の目標とする目標送血流量は、例えば、送血流量調整部(不図示)に設定されたから送血流量設定データに基づいて算出する。
また、逓増・逓減処理をともなう場合の目標とする目標送血流量は、S223で算出した通常制御の逓増・逓減処理において調整するべき送血流量に基づいて算出する。
(5)次に、送血流量信号(送血流量パラメータ信号)を受け取る(S225)。
(6)次いで、受取った送血流量信号に基づいて送血流量を算出する(S226)。
(7)次いで、S2224で算出した目標送血流量と、S226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(S227)。
(目標送血流量≧送血流量)である場合(S227:Yes)はS228に移行し、(目標送血流量≧送血流量)でない場合(S227:No)はS229に移行する。
(8)S227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(S228)。
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。
(9)S227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(S229)。
(10)次に、遠心ポンプ220に対してS228又はS229で算出した制御量と対応する信号を出力する(S230)。
上記S221〜S230の処理を、例えば、人工心肺装置200が通常制御する間、所定の周期で繰り返して実行する。
その結果、手術開始時における逓増送血及び手術終了時における逓減送血を効率的に行うことができる。
また、第2の実施形態に係る人工心肺装置200によれば、遠心ポンプ220の送血量を脱血流量と同期(又は特定範囲に調整)するように連動制御するように構成されているので、脱血流量が変動した場合でも安定して血液循環させることができる。
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。
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(脱血流量調整手段)
122 送血レギュレータ(送血流量調整手段)
140、240 制御部
160 送血流量逓増処理設定部
170 送血流量逓減処理設定部
180 逓増・逓減処理指示部
220 遠心ポンプ(送血ポンプ)
Claims (3)
- 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、
前記送血ポンプによる送血流量を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記送血ポンプによる送血流量を、予め設定した条件に基づいて逓増送血と逓減送血の少なくともいずれかに制御可能とされていることを特徴とする血液循環システム。 - 請求項1に記載の血液循環システムであって、
前記脱血ラインを流れる脱血を流量調整する脱血流量調整手段を備え、
前記制御部は、
前記脱血流量調整手段を、前記送血流量と対応させて制御することを特徴とする血液循環システム。 - 請求項1又は2に記載の血液循環システムであって、
前記脱血ラインに設けられた脱血流量測定手段を備え、
前記制御部は、
前記送血流量が前記脱血流量測定手段が測定した脱血流量の特定範囲内となるように前記送血ポンプを連動制御することを特徴とする血液循環システム。
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