JP2020517649A - 生体外心臓灌流のための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

心臓についての灌流及び収縮性評価を実施するためのシステム及び方法が提供される。システムは、ランゲンドルフモード、ポンプ支持作動モード、受動作動モード、及び右側作動モードのいずれかで動作することができる。システムは、リザーバを含み、リザーバから、１つ又はそれよりも多くのポンプが心臓に流体を供給し且つ心臓から出力される流体を収集するように動作可能である。ランゲンドルフモード、ポンプ支持作動モード、受動作動モード、及び右側作動モードを切り替えるために、１つ又はそれよりも多くのクランプを使用することができる。

Description

（関連出願の参照）
この出願は、２０１７年４月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／４８８，１２３号の利益を主張し、その全文を参照によって本明細書に援用する。

これは隔離された心臓の保存及び評価に関し、特に複数の動作モードにおける心臓に対する灌流のパフォーマンス(性能)に関する。

心臓移植は、多くの重症心不全患者にとって重要な治療オプションである。しかしながら、その広範な適用は、適格なレシピエントと比較して少ない使用可能なドナー心臓によって制限される。心臓切除と移植との間の臓器保存のために容認されている方法である低温静止貯蔵(cold static storage)は、可逆的な損傷を有するグラフト(移植片)と不可逆的な損傷を有するグラフトとの間を区別する手段を提供しない。ドナー心臓の生存力(viability)を蘇生させる(reanimating)ための並びに評価するためのプラットフォームを提供することによって、ドナー臓器の不足に対処するために、生体外心臓灌流(Ex-Vivo Heart Perfusion)（ＥＶＨＰ）システムが開発されている。

ＥＶＨＰの１つの共通モードであるランゲンドルフモード(Langendorff mode)は、酸素化された灌流を逆行方向において大動脈に供給することによって隔離された心臓を蘇生させることを含む。十分に確立されているが、ランゲンドルフモード灌流は、非作動モード(non-working mode)であり、生理学的に関連する収縮機能の評価を妨げる。

幾つかの既存のＥＶＨＰシステムは、いわゆる作動モード(working mode)を容易にすることによって、心臓の左側の機能的評価を可能にすることがある。しかしながら、移植後の臓器転帰にとって重要な予測因子となることがある右心室機能パラメータは、探究されていないままである。保存及び両心室心臓評価の両方を容易にすることができるシステムが有利である。

本発明の１つの態様によれば、左心房と、右心房と、肺動脈と、大動脈とを有する心臓に対して灌流を行うシステムが提供され、当該システムは、流体を収容するリザーバと、流体の第１の部分を左側ラインに送達するように構成される第１のポンプと、左心房ラインクランプを介して左側ラインに接続される左心房ラインであって、左心房に接続するように構成される左心房ラインと、大動脈ラインクランプを介して左側ラインに接続される大動脈ラインであって、心臓の大動脈に接続するように構成される大動脈ラインと、遠位端でリザーバに接続されるリザーバ還流ラインであって、リザーバ還流クランプを介して近位端で大動脈ラインに更に接続されるリザーバ還流ラインと、遠位端でリザーバに接続される肺還流ラインであって、近位端で肺動脈に接続されるように構成される肺還流ラインとを含む。

幾つかの実施形態では、第２のポンプがリザーバに接続され、第２のポンプは流体の第２の部分を右側ラインにポンプ送りするように構成され、右側ラインは、右心房に接続するように構成される。

幾つかの実施形態において、左心房ラインは、調整可能な抵抗器を含む。

幾つかの実施形態において、当該システムは、バイパスクランプを介してリザーバ還流ラインと並列に接続される還流バイパスラインを更に含む。

幾つかの実施形態において、還流バイパスラインは、エネルギを貯蔵し且つ放出するように構成される第１の後負荷を含む。

幾つかの実施形態において、肺還流ラインは、エネルギを貯蔵し且つ放出するように構成される第２の後負荷を含む。

幾つかの実施形態において、左側ラインは、気泡(gas bubbles)の流れを防止するように構成される第１の弁を含む。

幾つかの実施形態において、リザーバ還流ラインは、リザーバから大動脈ラインへの空気の流れを防止するように構成される第２の弁を含む。

幾つかの実施形態において、当該システムは、第３の弁を介して前記左側ラインに接続されるサンプリングポートであって、前記流体のサンプルの抽出を容易にするように構成されるサンプリングポートを更に含む。

幾つかの実施形態において、第１のポンプ及び第２のポンプのうちの少なくとも１つは、遠心ポンプである。

幾つかの実施形態において、第２のポンプは、特定の圧力で流体の第２の部分を右心房にポンプ送りするように構成される。

幾つかの実施形態において、大動脈ラインクランプは開放位置に設定され、左心房ラインクランプは開放位置に設定され、リザーバ還流クランプは開放位置に設定される。

幾つかの実施形態において、大動脈ラインクランプは開放位置に設定され、左心房ラインクランプは開放位置に設定され、リザーバ還流クランプは開放位置に設定される。

幾つかの実施形態において、当該システムは、バイパスクランプを介してリザーバ還流ラインと並列に接続される還流バイパスラインを更に含み、大動脈ラインクランプは閉鎖位置に設定され、左心房ラインクランプは開放位置に設定され、リザーバ還流クランプは閉鎖位置に設定され、バイパスクランプは開放位置に設定される

幾つかの実施形態において、大動脈ラインクランプは開放位置に設定され、左心房ラインクランプは閉鎖位置に設定され、リザーバ還流クランプは閉鎖位置に設定される。

幾つかの実施形態において、大動脈ラインクランプは閉鎖位置に設定され、左心房ラインクランプは開放位置に設定され、リザーバ還流クランプは閉鎖位置に設定され、バイパスクランプは開放位置に設定される。

幾つかの実施形態において、大動脈ラインクランプは開放位置に設定され、左心房ラインクランプは閉鎖位置に設定され、リザーバ還流クランプは閉鎖位置に設定される。

本発明の別の態様によれば、左心房と、右心房と、肺動脈と、大動脈とを有する心臓に対して灌流を行う方法が提供され、当該方法は、流体を収容するリザーバを提供するステップと、流体の第１の部分を左側ラインに送達するように構成される第１のポンプを提供するステップと、左心房ラインクランプを介して左側ラインに接続される左心房ラインを提供するステップであって、左心房ラインは左心房に接続するように構成される、ステップと、大動脈ラインクランプを介して左側ラインに接続される大動脈ラインを提供するステップであって、大動脈ラインは大動脈に接続するように構成される、ステップと、リザーバ還流クランプを介して、近位端で前大動脈ラインに接続される、リザーバ還流ラインを提供するステップであって、リザーバ還流ラインは、遠位端でリザーバに更に接続される、ステップと、遠位端でリザーバに接続される、肺還流ラインを提供するステップであって、肺還流ラインは、近位端で肺動脈に接続するように構成される、ステップとを含む。

幾つかの実施形態において、当該方法は、右心房に接続するように構成される右側ラインを提供するステップと、リザーバに接続される第２のポンプを提供するステップとを更に含み、第２のポンプは、流体の第２の部分を右側ラインにポンプ送りするように構成される。

幾つかの実施形態において、大動脈ラインクランプは開放位置に設定され、左心房ラインクランプは閉鎖位置に設定され、リザーバ還流クランプは閉鎖位置に設定され、当該方法は、大動脈ラインを介して、流体の前記第１の部分を前記大動脈に送達するステップと、心臓の冠動脈、心臓組織、及び冠静脈を通じて、流体の前記第１の部分を循環させるステップと、肺還流ラインを介して肺動脈からリザーバに出力流体を還流させる(戻す)ステップとを更に含む。

幾つかの実施形態において、肺還流ラインは、エネルギを貯蔵し且つ放出するように構成される第２の後負荷を含む。

幾つかの実施形態において、大動脈ラインクランプは開放位置に設定され、左心房ラインクランプは開放位置に設定され、リザーバ還流クランプは開放位置に設定される。

幾つかの実施形態において、当該方法は、大動脈ラインを介して流体の第１の部分の少なくとも一部を大動脈に送達するステップと、左心房ラインを介して流体の第１の部分の少なくとも一部を左心房に送達するステップとを更に含む。

幾つかの実施形態において、当該方法は、第１の時間期間の間に、心臓の冠動脈、心臓組織、及び冠静脈のうちの１つ又はそれよりも多くを通じて、流体の第１の部分の少なくとも一部を循環させるステップと、第２の時間期間の間に、リザーバ還流ラインを介して、流体の第１の部分の少なくとも一部をリザーバに送達するステップとを更に含む。

幾つかの実施形態において、当該方法は、左心房ライン内の可変抵抗器を調整することによって左心房における圧力を制御するステップを更に含む。

幾つかの実施形態において、当該方法は、右心房に接続するように構成された右側ラインを提供するステップと、流体の第２の部分を右心房にポンプ送りするように構成された、リザーバに接続された第２のポンプを提供するステップとを更に含む。

幾つかの実施形態において、当該方法は、バイパスクランプを介してリザーバ還流ラインと並列に接続されるバイパスラインを提供するステップを更に含み、大動脈ラインクランプは閉鎖位置に設定され、左心房ラインクランプは開放位置に設定され、リザーバ還流クランプは閉鎖位置に設定され、バイパスクランプは開放位置に設定される。

幾つかの実施形態において、当該方法は、左心房ラインを介して流体の第１の部分を前記左心房に送達するステップと、大動脈ライン、リザーバ還流ライン、及びバイパスラインを介して、大動脈からリザーバへ出力流体を還流させるステップとを更に含む。

幾つかの実施形態において、大動脈からリザーバへ出力流体を還流させるステップは、バイパスライン内の第１の後負荷を通じて進む出力流体を含み、第１の後負荷は、エネルギを貯蔵し且つ放出するように構成される。

幾つかの実施形態において、大動脈からリザーバへ出力流体を還流させるステップは、リザーバからの逆流を防止するように構成される弁を通じて進む出力流体を含む。

幾つかの実施形態において、当該方法は、右心房に接続するように構成された右側ラインを提供するステップと、リザーバに接続された第２のポンプを提供するステップとを更に含み、第２のポンプは、流体の第２の部分を右心房にポンプ送りするように構成される。

幾つかの実施形態において、当該方法は、右心房に接続するように構成される右側ラインを提供するステップと、リザーバに接続された第２のポンプを提供するステップとを更に含み、第２のポンプは、流体の第２の部分を右心房にポンプ送りするように構成される。

図において、例示的な実施形態を描写する。

心臓に対して灌流を行う例示的なシステムのブロック図である。

灌流を行うための例示的なシステムの代替的な実施形態のブロック図である。

ランゲンドルフモードで動作するように構成された図１Ａの例示的なシステムのブロック図である。

ランゲンドルフモードで動作するように構成された図１Ｂの例示的なシステムのブロック図である。

動作中の図２Ａ及び図２Ｂの例示的なシステムの単純化されたブロック図である。

ポンプ支持作動モードで動作するように構成された図１Ａの例示的なシステムのブロック図である。

動作中の図３Ａの例示的なシステムの単純化されたブロック図である。

ポンプ支持作動モードで動作するように構成された図１Ｂの例示的なシステムのブロック図である。

動作中の図３Ｃの例示的なシステムの単純化されたブロック図である。

受動作動モードで動作するように構成された図１Ａの例示的なシステムのブロック図である。

動作中の図４Ａの例示的なシステムの単純化されたブロック図である。

受動作動モードで動作するように構成された図１Ｂの例示的なシステムのブロック図である。

動作中の図４Ｃの例示的なシステムの単純化されたブロック図である。

右側作動モードで動作するように構成された図１Ａの例示的なシステムのブロック図である。

右側作動モードで動作するように構成された図１Ｂの例示的なシステムのブロック図である。

動作中の図５Ａ及び図５Ｂの例示的なシステムの単純化されたブロック図である。

幾つかの実施形態に従った、心臓に対して灌流を行う例示的な方法についてのフローチャートである。

生体外灌流(Ex-Vivo Perfusion)のための幾つかの戦略は、灌流中のグラフト(移植片)評価を可能にする異なる作動モード(working modes)に焦点を当てる。第１の戦略によれば、血液が左心房にのみ提供され、左心室から放出されて冠動脈を灌流する、２チャンバ作動モードを利用することができる。別の戦略によれば、左心房に負荷をかけるためのポンプと、重力によって右心房に負荷をかけるためのリザーバとを使用する、４チャンバ作動心臓プラットフォームを利用することができる。しかしながら、装荷システム(loading system)の分断設計(decoupled design)は、左側及び右側の予負荷(preload)を個別に操作することを困難にすることがある。加えて、そのようなシステムは、灌流期間を通じて心房装荷の正確な制御を容易にするシステムの能力を制限し得る、右心房圧を制御するためのリザーバ高さの使用に依存することがある。

図１Ａは、心臓２００に対して灌流を行うための例示的なシステム１００のブロック図である。幾つかの実施形態において、心臓２００は、動物の心臓である。幾つかの実施形態において、心臓２００は、人間の心臓である。図示のように、心臓２００は、冠動脈２２５、心臓組織２３０、及び冠静脈２３５を更に含む。図１Ａにおいて、ＲＡは、右心房を示し、ＬＡは、左心房を示し、ＲＶは、右心室を示し、ＬＶは、左心室を示し、ＰＡは、肺動脈を示し、Ａは、心臓２００の大動脈を示している。

図示のように、例示的なシステム１００は、リザーバ１１０(reservoir)、人工肺１２０(oxygenator)、第１のポンプ１３１、第２のポンプ１３２、リザーバクランプ１４１、大動脈ラインクランプ１４２、左心房ラインクランプ１４３、バイパスクランプ１４４、リザーバ還流クランプ１４５(reservoir return clamp)、プライミングクランプ１４６(priming
clamp)、後負荷１５１，１５２(afterloads)、可変抵抗器１６０、フィルタ１７０、サンプリングポート１１５(sampling port)、及び複数の弁１９１〜１９３を含む。システム１００は、流体を輸送するように動作可能な複数のライン１８１〜１８９を更に含む。システム１００は、心臓２００上の１以上(１つ又はそれよりも多く)の場所２０５、２１０、２１５、２２０に接続するように動作可能である。図示のように、クランプ１４１〜１４６は、クランプシンボルを使用して例示されている。本明細書及び図面を通じて、クランプがラインに対して平行であるように示されているとき、これはクランプが開放位置にあることを表している。クランプがラインに対して垂直であるように例示されているとき、これはクランプが開放位置にあることを表している。図１Ａにおいて、クランプ１４１〜１４６の各々は、「開放」位置で例示されている。

図１Ａに図示するシステム１００の例示的な実施形態は一例であり、様々な実施形態は、図１Ａに図示する全ての単一の要素を含む必要はないことが理解されるべきである。システム１００の更なる例示的な構成は、図１Ａに関して上記で略述した構成要素の一部又は全部を含んでよい。

リザーバ１１０は、流体のための容器として使用される。本明細書では、以下、灌流のために使用される流体を灌流液と呼ぶ。灌流液は、例えば、血液、及び／又は灌流のために使用される他の移動可能な物質を含んでよい。幾つかの実施態様において、リザーバ１１０内の灌流液は、脱酸素化される。リザーバ１１０は、第１のポンプ１３１に接続される。幾つかの実施形態において、第１のポンプ１３１は、リザーバ１１０よりも低い垂直高さに配置され、それによって、重力がリザーバ１１０から第１のポンプ１３１への灌流液の流れを補助することを可能にする。幾つかの実施形態において、第１のポンプ１３１は、リザーバ１１０に吸引圧力を加えて、リザーバ１１０から灌流液を引き出すことを補助することができる。幾つかの実施形態において、第１のポンプ１３１は、遠心ポンプである。

幾つかの実施形態では、第２のポンプ１３２が、リザーバクランプ１４１を介して、リザーバ１１０から下流に接続される。リザーバクランプ１４１は、（灌流液が第２のポンプ１３２に流れることを可能にする）開放状態と（リザーバ１１０から第２のポンプ１３２への灌流液の流れを妨げる）閉鎖状態との間で切り替え可能である。幾つかの実施形態において、第１及び第２のポンプ１３１，１３２の一方又は両方は、遠心ポンプである。幾つかの実施形態において、第２のポンプ１３２の出力は、右側ライン１８９を介して心臓２００の接続点２０５に接続される。幾つかの実施形態において、心臓２００の接続点２０５は、心臓２００の右心房に対応する。

図示のように、灌流液は、第１のポンプ１３１から人工肺１２０に流れる。幾つかの実施形態において、人工肺１２０は、熱交換器を更に含む。幾つかの実施形態では、人工肺１２０の出力が、パージライン１８１を介してリザーバ１１０に接続される。パージライン１８１は、ガスが人工肺１２０から排出されてリザーバ１１０内に戻ることを可能にするように動作可能(operable)である。

幾つかの実施形態では、人工肺１２０からの出力ラインが、フィルタ１７０に更に接続される。フィルタ１７０は、流体から様々な物質を濾過するために使用されてよい。フィルタ１７０は、灌流液から白血球(white blood cells)（例えば、白血球(leukocytes)）を濾過するために使用されることがある、動脈フィルタであってよい。フィルタ１７０は、脱気デバイス又は気泡トラップ(bubble trap)として機能することもある。幾つかの実施形態では、一方向弁１９１が、フィルタ１７０から下流に接続される。一方向弁１９１は、左側ライン１８２内へのあらゆる気泡(air bubbles)の流れを防止するのに有用なことがある。幾つかの実施形態において、ライン１８２を通じて流れる灌流液は、最終的に心臓２００の左側の１以上の部分に流れてよい。心臓２００への気泡の導入は、冠動脈２２５における空気塞栓症を引き起こすことがあり、それは細動を引き起こすことがある。これは心臓２００に損傷をもたらすことがあり、或いは心臓２００の損失をもたらすことさえある。よって、弁１９１の使用を通じて左側ライン１８２内への気泡の流れを防止することが望ましい。

弁１９１から、左側ライン１８２は、左心房ライン１８３及び大動脈ライン１８４に分離するまで進行する。幾つかの実施態様において、左側ライン１８２及び左心房ライン１８３は、左心房ラインクランプ１４３によって分離される。幾つかの実施態様において、左側ライン１８２及び大動脈ライン１８４は、大動脈ラインクランプ１４２によって分離される。幾つかの実施態様において、左心房ライン１８３は、可変抵抗器１６０に接続される。可変抵抗器１６０の後に、左心房ライン１８３は、次に、心臓２００の接続部２１０に接続されるように動作可能である。幾つかの実施形態において、接続部２１０は、心臓２００の左心房に対応する。

幾つかの実施態様において、大動脈ライン１８４は、心臓２００の接続部２２０に接続される。幾つかの実施態様において、接続部２２０は、心臓２００の大動脈に対応する。幾つかの実施態様において、大動脈ライン１８４は、プライミングクランプ１４６を介して肺還流ライン１８８に更に接続される。プライミングクランプ１４６は、（大動脈ライン１８４を肺還流ライン１８８に接続する）開放状態と（大動脈ライン１８４及び肺還流ライン１８８を切断する）閉鎖状態との間で切り替え可能である。肺還流ライン１８８は、心臓２００の接続部２１５に接続される。幾つかの実施形態において、接続部２１５は、心臓２００の肺動脈に対応する。

図１Ａに図示するように、肺還流ライン１８８は、リザーバ還流ライン１８６を介してリザーバ１１０に更に接続されて、排出される。幾つかの実施態様では、バイパスライン１８５が、バイパスクランプ１４４を介してリザーバ還流ライン１８６と並列に接続される。幾つかの実施形態において、バイパスライン１８５は、エネルギを貯蔵及び放出するように構成される後負荷１５１を含む。幾つかの実施形態において、リザーバ還流ライン１８６は、一方向弁１９２を含む。一方向弁１９２は、リザーバ１１０からリザーバ還流ライン１８６への気泡の逆流を防止するように動作可能である。これはリザーバ１１０からの気泡が心臓２００に到達して潜在的に損傷を引き起こすことを防止することがある。図１Ａは、リザーバ還流ライン１８６及びバイパスライン１８５の両方を含むが、幾つかの実施形態において、バイパスライン１８５は省略されてよいことが留意されるべきである。

幾つかの実施形態において、リザーバ還流ライン１８６は、大動脈ライン１８４に接続する。幾つかの実施形態では、リザーバ還流クランプ１４５が、大動脈ライン１８４からリザーバ１１０への流れを可能にする。リザーバ還流クランプ１４５は、（灌流液が、任意的に一方向弁１９２を介して、大動脈ライン１８４からリザーバ１１０に流れる）開放状態から変更されてよい。バイパスクランプ１４４は、（灌流液が、後負荷１５１を介してバイパスライン１８５を介してリザーバ還流ライン１８６に流れ、任意的に一方向弁１９２を介して、最終的にリザーバ１１０に流れる）開放状態から変更されてよい。幾つかの実施態様において、クランプ１４４及び１４５は、動作中に同時に開放状態にない。幾つかの実施形態において、クランプ１４４及び１４５の両方が閉鎖されてよい。任意的に、追加的なクランプ（図示せず）を、大動脈ライン１８４と、バイパスライン１８５がリザーバ還流ライン１８６から分岐する点との間に含めることができ、それはクランプ１４４及び１４５の両方が閉鎖されるときに大動脈ライン１８４から出る灌流液の量を最小限に抑えることがある。

システム１００の代替的な実施形態が図１Ｂに示されている。図１Ｂに図示するように、肺還流ライン１８８は、第１の還流ライン１８５０又は第２の還流ライン１８６０を介してリザーバ１１０に更に接続され、リザーバ内に排出される。幾つかの実施形態において、第１の還流ライン１８５０は、後負荷１５２を含む。幾つかの実施態様において、第１の還流ライン１８５０及び第２の還流ライン１８６０は、接合部で接合して、リザーバ還流ライン１８７を形成する。幾つかの実施形態において、リザーバ還流ライン１８７は、一方向弁１９２を含む。低流量状態の間、リザーバ１１０からの空気は心臓２００に流れる傾向を有することがある。上述のように、気泡が心臓２００に進むことを許容しないことが好ましい。一方向弁１９２は、リザーバ１１０からの空気の逆流を防止し、よって、空気がリザーバ１１０から心臓２００に進む可能性を減少させる。図１Ｂは、第１の還流ライン１８５０及び第２の還流ライン１８６０の両方を含むが、幾つかの実施形態では、ライン１８５０及び１８６０のうちの１つで十分であることが留意されるべきである。幾つかの実施形態では、ライン１８５０及び１８６０のいずれも存在しない。

幾つかの実施態様（例えば、図１Ｂ）において、第１の還流ライン１８５０は、第１の還流クランプ１４８を介して、大動脈ライン１８４を後負荷１５１に接続する。第１の還流クランプ１４８は、（第１の還流ライン１８５０を後負荷１５１に接続する）開放状態と（第１の還流ライン１８５０が後負荷１５１と流体連通することを妨げる）閉鎖状態との間で切り替え可能である。次に、後負荷１５１は、第１の還流ライン１８５０を介して、リザーバ還流ライン１８７に接続し、リザーバ還流ライン１８７は、リザーバ１１０に接続する。幾つかの実施形態では、一方向弁１９２が、リザーバ還流ライン１８７及びリザーバ１１０を分離する。

幾つかの実施形態（例えば、図１Ｂ）において、第２の還流ライン１８６０は、リザーバ還流ライン１８７に接続する。次に、リザーバ還流ライン１８７は、リザーバ１１０に接続する。幾つかの実施形態では、第２の還流ライン１８６０が、第２の還流クランプ１４９を介してリザーバ還流ライン１８７に接続する。第２還流クランプ１４９は、（第２還流ライン１８６０をリザーバ還流ライン１８７に接続する）開放状態と（第２還流ライン１８６０がリザーバ還流ライン１８７と流体連通することを妨げる）閉鎖状態との間で切り替え可能である。

幾つかの実施態様は、後負荷１５１、１５２を含む。後負荷１５１、１５２は、（例えば、弾性ポテンシャルエネルギの形態の）エネルギを貯蔵し、引き続き、その貯蔵したエネルギを放出するように動作可能な、要素である。貯蔵されるエネルギは、特定の状況では反対方向に働かされることがある。後負荷要素は、例えば、バルーン、ウインドケッセル(Windkessel)、部分的にガスで満たされた膜、バネ荷重されたピストン、又はエネルギを貯蔵するように動作可能なコンプライアントな膜(適合的な膜)を含んでよい。幾つかの実施形態では、後負荷要素が、（高圧条件において膨張し、圧力が低下するときにそれらの休止サイズに戻る（或いは受動的に収縮する）ことが知られている）血管の挙動をシミュレートする。

灌流液が後負荷要素１５１、１５２に流入すると、エネルギが徐々に蓄積される（例えば、バルーンが充填されると、エネルギは、バルーンが伸長するに応じて弾性ポテンシャルエネルギの形態で蓄積される）。同様に、流体は、バネ荷重されたピストンに対して圧力を加え、バネに弾性ポテンシャルエネルギを蓄積させる。後負荷素子１５１、１５２は、心臓２００の外部の循環系によって引き起こされる圧力をシミュレートするのに有用なことがある。例えば、循環系の通常に機能する動作中、血管は、圧力の上昇に曝されるときに（例えば、心筋が収縮し、血液が血管内に押し込まれる、収縮期の間に）、伸長することがある。（例えば、心筋が弛緩し、心腔が血液で満たされる、拡張期に）、その血圧の上昇が鎮静すると、血管は、それらの休止時のサイズに戻る（或いは受動的に収縮する）ことがある。

人工肺１２０は、流体を酸素に曝す。例えば、人工肺１２０は、入力として脱酸素化された灌流液を受け入れ、酸素化された灌流液を出力することがある。幾つかの実施形態において、人工肺１２０の出力は、一方向弁１９３を介してサンプリングポート１１５に更に接続されてよい。次に、サンプリングポート１１５は、リザーバ１１０に接続される。サンプリングポート１１５は、分析のために血液又は灌流液のサンプルを抽出するために使用されてよい。サンプルを採取して、例えば、ｐＨ、乳酸、ヘモグロビン、ヘマトクリット、酸素飽和度、電解質、乳酸、血液ガス、他の代謝産物（例えば、肝酵素、クレアチニン、尿素、グルコース）のレベル、並びに酸素の分圧、及び同等のものを分析してよい。サンプリングされる灌流液を貯蔵して、後に（例えば、エンドセリン−１、トロポニン１、酸化ストレスマーカ、又は類似物の定量化のために）アッセイのために使用することができる。

幾つかの実施形態において、システム１００は、複数の異なる動作モードの間で切り替わるように動作可能である。図２Ａは、ランゲンドルフモードで動作するように構成された図１Ａの例示的なシステムのブロック図である。図２Ｂは、ランゲンドルフモードで動作するように構成された図１Ｂの例示的なシステムのブロック図である。ランゲンドルフモードは、候補心臓を心停止(cardiac arrest)、不全収縮(asystole)、又は低温貯蔵(cold storage)の状態から蘇生させ(reanimate)且つ／或いは生き返らせて(resuscitate)、細動を受けている心臓を除細動するために移用されてよく、候補心臓２００と関連付けられる様々な機械的及び電気生理学的なパラメータのパフォーマンスを試験するために使用されてもよい。

図２Ａ及び図２Ｂに図示するように、リザーバクランプ１４１は、（クランプ１４１が、第２のポンプ１３２に至るラインに対して垂直であることによって示される）閉鎖位置にあり、第２のポンプ１３２は、オフにされる。以下、図中の線に対して垂直であるクランプの例示は、クランプが閉鎖していることを示す。よって、灌流液は、ライン１８９を介して心臓２００の入力部２０５に送られない。左心房クランプ１４３は閉鎖位置にあり、左側ライン１８２内で運ばれる灌流液は、左心房ライン１８３又は可変抵抗器１６０に流れない。大動脈ラインクランプ１４２は開放位置にあり、それは灌流液が左側ライン１８２から大動脈ライン１８４に進んで、心臓２００の入力部に進むことを可能にする。

図２Ａにおいて、バイパスクランプ１４４及びリザーバ還流クランプ１４５は両方とも閉鎖され、それによって、大動脈ライン１８４からリザーバ１１０へのあらゆる流れを妨げる。図２Ｂにおいて、第１の還流クランプ１４８及び第２の還流クランプ１４９は閉鎖位置にあり、それによって、ライン１８５０、１８６０及び１８７のいずれか、並びに後負荷１５１を通じる流体の流れを妨げる。プライミングクランプ１４６は閉鎖位置にあり、従って、大動脈ライン１８４及び肺還流ライン１８８は、流体連通しない。

図２Ｂは、動作中の図２Ａ及び図２Ｂの例示的なシステムの簡略化されたブロック図であり、流体を運ぶために動作可能でないラインは示されていない。動作中、リザーバ１１０からの灌流液は、第１のポンプ１３１に流れる。幾つかの実施形態において、第１のポンプ１３１は、リザーバ１１０よりも低い高さに配置され、ポンプ１３１への流体流は、重力によって助けられる。幾つかの実施形態において、第１のポンプ１３１は、遠心ポンプである。幾つかの実施形態において、第１のポンプ１３１は、約１５００ｒｐｍに設定されるが、任意の適切な速さを選択することができる。次に、灌流液は、第１のポンプ１３１から人工肺１２０に流れ、人工肺１２０は、灌流液を酸素に曝す。幾つかの実施形態において、人工肺１２０は、熱交換器を更に含む。余分なガスは、パージライン１８１を介してリザーバ１１０に戻されてよい。幾つかの実施形態において、人工肺１２０から出力される酸素化された灌流液の一部は、一方向弁１９３を通過し、サンプリングポート１１５に進み、次に、リザーバ１１０に戻る。幾つかの実施形態において、一方向弁１９３及びサンプリングポート１１５を有する上述のラインは存在しない。

酸素化された灌流液は、人工肺１２０からフィルタ１７０に流れ、次に、一方向弁１９１を通じる。幾つかの実施形態において、一方向弁１９１は、気泡(gas bubbles)が左側ライン１８２を通じて流れるのを防止するように動作可能である。上述のように、気泡が心臓２００まで進むのを許容するならば、気泡は心臓２００に損傷を引き起こすことがある。

次に、酸素化され、濾過された灌流液は、（第１のポンプ１３１からの圧力の下で）左側ライン１８２を通じて大動脈ライン１８４まで流れる。酸素化され、濾過された灌流液は、最終的に心臓２００の接続部２２０まで流れる。幾つかの実施態様において、接続部２２０は、心臓２００の大動脈に対応する。大動脈弁は一方向弁であるので、心臓２００の左心室への進入は防止され、灌流液は、方向転換される(diverted)。

酸素化され、濾過された灌流液は、心臓２００の大動脈弁に圧力を加える。幾つかの実施形態では、圧力は、大動脈弁で約５０ｍｍＨｇである。この圧力は、大動脈弁を閉鎖させることがあり、灌流液は左心室に入ることができないので、灌流液は、代わりに冠動脈２２５を通過するように強制される。灌流液が様々な心臓組織（例えば、心臓組織２３０として示される−筋肉及び他の細胞）を通過すると、灌流液中の酸素が消費される。次に、脱酸素化された灌流液は、冠静脈２３５を通じて心臓２００の右心房に流入し、右心房を空にする。次に、脱酸素化された灌流液は、右心房から右心室に流れ、接続部２１５で肺動脈から出て、肺還流ライン１８８に流入する。次に、脱酸素化された灌流液は、後負荷１５２を通過し、最終的に貯蔵器１１０に進む。

理解されるように、第１のポンプ１３１によって生成される圧力は、灌流液を、人工肺１２０、フィルタ１７０、弁１９１、左側ライン１８２、大動脈ライン１８４、冠動脈２２５、心臓組織２３０及び冠静脈２３５を通じて流れさせるのに十分である。幾つかの実施形態では、灌流液がひとたび右心房に入ると、心臓２００のポンピング機構(ポンプ送り機構)は、灌流液を右心室に移動させ、最終的に右心室から出て、肺動脈に入り、肺還流ライン１８８に入る。幾つかの実施形態では、肺動脈内に負圧が存在する状態を防止することが望ましい。上述のように、後負荷１５２は、流体が後負荷１５２を通じて流れるときに弾性ポテンシャルエネルギを貯蔵するように動作可能であり、減圧の瞬間（例えば、拡張期）の間に、後負荷１５２は、肺動脈内の負圧の状態を防止することがある逆圧を加える。

ランゲンドルフモードは、心筋酸素消費、乳酸抽出、代謝産物生成、又は同等のことを非限定的に含む、候補心臓２００の特定の特性を測定するのに有用なことがある。灌流液をサンプリングポート１１５でサンプリングして、本明細書に記載する任意の数のパラメータについて分析することができる。一般的に、ランゲンドルフモードは、候補心臓が生体外（即ち、身体外側）試験中に曝される最初のモードである。

幾つかの実施形態において、システム１００は、ポンプ支持作動モード(pump-supported working mode)で動作するように更に動作可能である。図３Ａは、ポンプ支持作動モードで動作するように構成された図１Ａの例示的なシステムのブロック図である。図３Ｃは、ポンプ支持動作モードで動作するように構成された図１Ｂの例示的なシステムのブロック図である。

図３Ａに図示するように、ポンプ支持作動モードでは、大動脈ラインクランプ１４２が開放され、左心房クランプ１４３が開放され、バイパスクランプ１４４が閉鎖され、リザーバ還流クランプ１４５が開放され、プライミングクランプ１４６が閉鎖される。図３Ｃに図示するように、ポンプ支持作動モードでは、大動脈ラインクランプ１４２が開放され、左心房クランプ１４３が開放され、第１の還流クランプ１４８が閉鎖され、第２の還流クランプ１４９が開放され、プライミングクランプ１４６が閉鎖される。任意的に、リザーバクランプ１４１は、開放状態に設定されてよく、第２のポンプ１３２は、アクティブ化(起動)させられてよい。図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄは、リザーバクランプ１４１が開放されている例示的な実施形態を図示しているが、ポンプ支持作動モードにある間にリザーバクランプ１４１が閉鎖される実施形態が想定される。図３Ｂ及び図３Ｄは、それぞれ、リザーバクランプ１４１が開放されて、第２のポンプ１３２がアクティブ化させられた、動作中の図３Ａ及び図３Ｃの例示的なシステムの簡略化されたブロック図である。

ポンプ支持作動モードにおける動作中、灌流液は、リザーバ１１０から第１のポンプ１３１に流れる。次に、灌流液は、人工肺１２０、フィルタ１７０、及びバルブ１９１にポンプ送り(ポンピング)され、そして、左側ライン１８２にポンプ送りされる。次に、灌流液は、左側ライン１８２から左心房ライン１８３及び大動脈ライン１８４の両方に流れる。灌流液の第１の部分が左心房ライン１８３に流入し、灌流液の第２の部分が大動脈ライン１８４に流入する。左心房ライン１８３内の流体の第１の部分は、可変抵抗器１６０を介して心臓２００の接続部２１０に流れる。幾つかの実施形態において、接続部２１０は、心臓２００の左心房に対応する。大動脈ライン１８４内の流体の第２の部分は、心臓２００の接続部２２０に流入する。幾つかの実施態様において、接続部２２０は、心臓２００の大動脈に対応する。

左心房ライン１８３と大動脈ライン１８４との間の流体の相対的な流れは、可変抵抗器１６０の抵抗を調整することによって制御されてよい。幾つかの実施形態において、可変抵抗器１６０は、調節可能な管組織クランプ、（類似の断面積に亘って灌流液が受ける摩擦を増加させる）小さいチューブのクラスタ、又は管組織内の曲げのシステムのいずれかであり得る。幾つかの実施形態において、可変抵抗器１６０は、左心房圧が約５〜１０ｍｍＨｇの間であるように調整される。拡張期圧（即ち、拡張期中の大動脈内の圧力）は、ポンプ支持作動モードにおいて約３０ｍｍＨｇに維持されてよい。幾つかの実施形態において、第１のポンプ１３１は、遠心ポンプである。幾つかの実施形態において、第１のポンプは、ポンプ支持作動モードにおいて約２０００ｒｐｍの回転速度を有する。当業者は、所望の動作条件を達成するために、第１のポンプ１３１の回転速度を調節することができることを理解するであろう。

（図３Ｂ及び図３Ｄに文字Ｄを備える矢印によって示す）拡張期の間に、大動脈ライン１８４を通じて流れる灌流液は、（大動脈に対応してよい）心臓２００の接続部２２０に流れる。心臓２００の大動脈弁は、流体が左心室に流入することを許容しないので、灌流液は、冠動脈２２５、心臓組織２３０、及び冠静脈２３５を通じて流れ、次に、心臓２００の右心房に流入する。次に、灌流液は、肺動脈を介して右心室から流出し、次に、肺還流ライン１８８、後負荷１５２を通じて、リザーバ１１０に流入する。

（図３Ｂ及び図３Ｄに文字Ｓを備える矢印によって示す）収縮期中、拡張期中に左心室に入った灌流液は、大動脈２２０からポンプで送り出される。収縮期の間に、第１のポンプ１３１は、大動脈ライン１８４を介して大動脈に対して背圧を提供しているが、収縮期の間に心臓２００によって加えられる圧力は、その背圧を克服するのに十分であり、灌流液は、大動脈から流出して、大動脈ライン１８４に流入し、灌流液は、一方向弁１９２を通じてリザーバ１１０に流入する。図３Ｂに図示するように、灌流液は、大動脈２２０から大動脈ライン１８４に流れ、次に、リザーバ還流ライン１８６を通じて弁１９２に流れる。図３Ｄに図示するように、灌流液は、大動脈２２０から大動脈ライン１８４に流れ、次に、第２の還流ライン１８６０を通じてリザーバ還流ライン１８７に流れ、次に、弁１９２に流れる。

幾つかの実施形態では、収縮期の間に、第１のポンプ１３１によってポンプ送りされる大動脈ライン１８４内の灌流液の一部は、依然として心臓２００の方向に進んでいることが留意されるべきである。よって、収縮期の間に心臓２００によって排出される流体は、第１のポンプ１３１によってポンプ送りされる流体に対して逆方向に進むが、ポンプ送りされる流体の一部は、それにも拘わらず、大動脈に到達することができ、よって、冠動脈２２５、心臓組織２３０、及び冠静脈２３５への流体の流れは、ポンプ支持作動モードを通じて維持される。

幾つかの実施形態では、拡張期の間に、低容積の灌流液がリザーバ還流ライン１８６（図３Ｂの場合）又は第２の還流ライン１８６０（図３Ｄの場合）に流入する可能性が高く、或いは場合によっては灌流液がリザーバ還流ライン１８６（図３Ｂの場合）又は第２の還流ライン１８６０（図３Ｄの場合）に流入しない可能性が高い。幾つかの実施形態において、灌流液は、大動脈ライン１８４に従って下向きに流れ続ける。しかしながら、収縮期の間に、大動脈を介して心臓２００からポンプで送り出される流体は、灌流液を大動脈ライン１８４内で蓄積させ、その結果、放出される流体は、「Ｓ」方向に大動脈ライン１８４を登るのに十分な圧力で、大動脈から流出し、最終的に、リザーバ還流ライン１８６（図３Ｂ）又は第２還流ライン１８６０（図３Ｄ）内に流入し、次に、リザーバ１１０内に流入する。

幾つかの実施形態では、ポンプ支持作動モードにおいて、リザーバクランプ１４１は開放位置にあり、灌流液が第２のポンプ１３２によってポンプ送りされることを可能にする。次に、灌流液は、右側ライン１８９を介して心臓２００の接続部２０５に流れる。幾つかの実施態様において、接続部２０５は、心臓２００の右心房に対応する。幾つかの実施形態において、第２のポンプ１３２は、遠心ポンプである。幾つかの実施形態において、第２のポンプ１３２は、約５００ｒｐｍの回転速度を有する。標的条件を達成するために第２のポンプ１３２の回転速度を調節し得ることが理解されるであろう。幾つかの実施形態において、右心房は、約５〜１０ｍｍＨｇの圧力で負荷される。次に、第２のポンプ１３２によってポンプ送りされる灌流液の部分は、肺還流ライン１８８及び後負荷１５２を介してリザーバ１１０にポンプ送りされて戻る。

図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄに図示するように、ポンプ支持作動モードは、開放状態に設定されるリザーバクランプ１４１と、アクティブ化される第２のポンプ１３２とを含む。幾つかの実施形態では、ポンプ支持作動モードにおいて、リザーバクランプ１４１は閉鎖され、第２のポンプ１３２は作動しないことが留意されるべきである。

ポンプ支持作動モードは、（不十分な収縮がある事態において）大動脈圧が許容できないレベルまで低下するリスクが減少させられた、心臓２００の収縮機能を評価する能力を提供することがある。何故ならば、第１のポンプ１３２は、冠動脈２２５が灌流されたままであるよう、拡張期圧の維持を助けるからである。ポンプ支持作動モードは、ランゲンドルフモードと比較して、生理学的条件をシミュレートするのにより近い条件を提供することがある。何故ならば、心臓２００は、負荷されるからである。

幾つかの実施形態において、システム１００は、受動作動モード(passive working mode)に切り替わるように更に動作可能である。図４Ａは、受動作動モードで動作するように構成された図１Ａの例示的なシステム１００のブロック図である。図４Ｃは、受動作動モードで動作するように構成された図１Ｂの例示的なシステム１００のブロック図である。

図４Ａ及び図４Ｃでは、受動作動モードにおいて、大動脈ラインクランプ１４２は閉鎖され、それによって、左側ライン１８２と大動脈ライン１８４との間の流体連通を防止する。左心房クランプ１４３は開放され、それによって、流体が左側ライン１８２から左心房ライン１８３に流れることを可能にする。プライミングクランプ１４６は閉鎖される。図４Ａにおいて、リザーバ還流クランプ１４５は閉鎖され、バイパスクランプ１４４は開放され、それによって、灌流液を大動脈ライン１８４からリザーバ還流ライン１８６に流れさせ、次に、ライン１８５を流れさせ、次に、リザーバ還流ライン１８６に流れさせ、弁１９２及びリザーバ１１０に流入させる。図４Ｃにおいて、第２の還流クランプ１４９は閉鎖され、それによって、流体が第２の還流ライン１８６０を通じて流れるのを防止する。第１の還流クランプ１４８は開放され、それによって、流体が大動脈ライン１８４から第１の還流ライン１８５０及び後負荷１５１に流入することを可能にする。

図４Ｂ及び図４Ｄは、それぞれ、動作中の図４Ａ及び図４Ｃの例示的なシステムの簡略化されたブロック図であり、流体を運ばないラインは示されていない。図示のように、灌流液は、第１のポンプ１３１によってリザーバ１１０から引き出される。灌流液は、人工肺１２０及びフィルタ１７０を通じてポンプ送りされ、一方向弁１９１を介して左側ライン１８２に進む。左側ライン１８２内の灌流液は、全体的に左心房ライン１８３に流入する。次に、左心房ライン１８３内の流体は、可変抵抗器１６０に直面し、可変抵抗器１６０は、左心房圧を制御するために使用されてよい。幾つかの実施形態において、左房圧は、約５〜１０ｍｍＨｇである。幾つかの実施形態において、第１のポンプ１３１は、遠心ポンプである。幾つかの実施形態において、第１のポンプ１３１は、約７００ｒｐｍの回転速度を有する。所望の圧力を達成するために、受動作動モードにおける第１のポンプ１３１の回転速度を調節し得ることが理解されるであろう。

灌流液は、可変抵抗器１６０の後に接続部２１０に流れる。幾つかの実施形態において、接続部２１０は、心臓２００の左心房に対応する。左心房は、灌流液で満たされ、灌流液は、心臓２００によって左心室にポンプ送りされる。次に、左心室内の灌流液は、大動脈を介して大動脈ライン１８４にポンプで送り出される。ランゲンドルフ作動モード及びポンプ支持作動モードとは異なり、受動作動モードにおいて、第１のポンプ１３１によってポンプ送りされる灌流液の部分は、心臓２００の大動脈弁で圧力を加えるために、大動脈ライン１８４を通じてポンプ送りされない。

収縮期の間に、圧力は上昇し、心臓２００の左心室からポンプで送り出される灌流液の一部は、冠動脈２２５、心臓組織２３０、及び冠静脈２３５を介して、より低い抵抗経路を取る。図４Ｂに図示するように、収縮期の間に、左心室から大動脈ライン１８４にポンプ送りされる灌流液の大部分も、リザーバ還流ライン１８６及びバイパスライン１８５を介して後負荷１５１に流れる。図４Ｄに図示するように、収縮期の間に、左心室から大動脈ライン１８４にポンプ送りされる灌流液の大部分も、第１の還流ライン１８５０を介して後負荷１５１に流れる。後負荷１５１は、（例えば、収縮期の間に）弾性ポテンシャルの形態でエネルギを貯蔵するように動作可能である。よって、流体が大動脈ライン１８４から後負荷１５１にポンプ送りされ、最終的にリザーバ１１０にポンプ送りされると、後負荷１５１は、ポテンシャルエネルギを貯蔵する。

拡張期の間に、大動脈ライン１８４内の圧力は低下する。よって、（図４Ｂの場合における）バイパスライン１８５及び（図４Ｄの場合における）第１の還流ライン１８５内の圧力は低下し、後負荷１５１は、大動脈ライン１８４内で逆方向に圧力を加えるように作動可能であり、それは大動脈弁を閉じさせるのに十分な圧力を大動脈で加える。その上、大動脈ライン１８４内の灌流液の一部は、後負荷１５１から大動脈に向かう圧力に曝される。次に、この圧力は、灌流液の一部を、冠動脈２２５、心臓組織２３０、及び冠静脈２３５を通じて流れるようにさせる。幾つかの実施形態において、拡張期の間の後負荷１５１からの負圧は、心臓２００を損傷させる可能性を回避又は低下させるために、十分な灌流液が心臓組織２３０を通じて循環させられることを保証することがある。よって、心臓組織２３０は、心臓２００が機能するために、受動作動モードを通じて十分な量の酸素化された灌流液を受け取ることがある。

任意的に、受動作動モードにおいて、リザーバクランプ１４１は開放されてよく、それによって、第２のポンプ１３２がリザーバ１１０から灌流液の一部をポンプ送りすることを可能にする。次に、第２のポンプ１３２が、灌流液を、右側ライン１８９を通じて心臓２００の接続部２０５にポンプ送りしてよい。幾つかの実施態様において、接続部２０５は、心臓２００の右心房に対応する。幾つかの実施形態において、第２のポンプ１３２は、遠心ポンプである。幾つかの実施形態において、第２のポンプ１３２は、約５００ｒｐｍで動作するが、当業者は、所望の条件を達成するために、回転速度を調節し得ることを理解するであろう。幾つかの実施形態において、第２のポンプ１３２は、約５ｍｍＨｇ〜１０ｍｍＨｇの間の圧力にある流体で心臓２００の右心房を装荷するように動作可能である。右心房内の流体（即ち、心臓組織２３０を通過した後の灌流液）は、最終的に右心房から右心室にポンプ送りされ、それは、次に、肺還流ライン１８８からポンプで送り出される。肺還流ライン１８８内に排出される流体は、次に、後負荷１５２を介して進み、次に、リザーバ１１０内に進む。

受動作動モードは、ポンプ支持作動モードに関して上記で略述した利点と類似の利点をもたらすことがある。受動作動モードが心臓２００のより生理学的な灌流を可能にすることがあるという点で、受動作動モードは、追加的な潜在的な利点をもたらすことがある。何故ならば、大動脈内の収縮期圧及び拡張期圧を独立して（即ち、幾つかの実施形態では、より生体内条件により密接に適合するよう）制御することができるからである。よって、受動作動モードでは、特定の患者についての心臓パフォーマンスをシミュレートするために、特定の圧力を加えることができる。ポンプ作動モードでは、大動脈内の収縮期圧及び拡張期圧を独立して制御することが可能でないことがある。幾つかの実施形態において、受動作動モードにおいて動作することは、冠状組織及び心臓組織の損傷の減少、より少ない浮腫、並びに心臓２００内のより良好な保存、長期の生存力(viability)及び収縮機能のうちの１以上を潜在的にもたらすこともある。

幾つかの実施形態において、システム１００は、右側作動モードに切り替わるように更に動作可能である。図５Ａは、右側作動モードで動作するように構成された図１Ａの例示的なシステムのブロック図である。図５Ｂは、右側作動モードで動作するように構成された図１Ｂの例示的なシステムのブロック図である。

図５Ａ及び図５Ｂに図示するように、リザーバクランプ１４１及び大動脈クランプ１４２のみが右側作動モードにおいて開放される。よって、図５Ａにおいて、左心房クランプ１４３、バイパスクランプ１４４、リザーバ還流クランプ１４５及びプライミングクランプ１４６は、右側作動モードにおいて閉鎖される。同様に、図５Ｂにおいて、左心房クランプ１４３、第１の還流クランプ１４８、第２の還流クランプ１４９及びプライミングクランプ１４６は、右側作動モードにおいて閉鎖される。従って、灌流液は、リザーバ１１０から第１のポンプ１３１及び第２のポンプ１３２の両方に引き込まれる。右側作動モードは、ランゲンドルフモードと同様に動作することがあるが、第２のポンプ１３２が同様に作動し、（リザーバクランプ１４１が閉鎖されて、第２のポンプ１３２がアクティブでない）、上述のランゲンドルフモードに関して、同様に動作中の第２のポンプを備える。図５Ｃは、動作中の図５Ａ及び図５Ｂの例示的なシステムの簡略化されたブロック図であり、流体を運ばないラインは示されていない。

第２のポンプ１３２は、灌流液を右側ライン１８９を介して心臓２００の接続部２０５にポンプ送りするように動作可能である。幾つかの実施態様において、接続部２０５は、心臓２００の右心房に対応する。幾つかの実施形態において、第２のポンプ１３２は、遠心ポンプである。幾つかの実施形態において、第２のポンプ１３２は、約５００ｒｐｍの回転速度で動作する。幾つかの実施形態において、第２のポンプ１３２は、約５〜１０ｍｍＨｇの間の圧力にある流体で右心房を装荷する。所望の動作条件を達成するために、第２のポンプ１３２の回転速度を調節し得ることが理解されるであろう。灌流液は、右心室から肺還流ライン１８８にポンプで送り出される。次に、肺還流ライン１８８内の流体は、後負荷１５２を通過し、次に、リザーバ１１０に至る。

第１のポンプ１３１は、灌流液を、人工肺１２０、フィルタ１７０、及び一方向弁１９１を通じて左側ライン１８２にポンプ送りするように動作可能である。左心房クランプ１４３、バイパスクランプ１４４、及びリザーバ還流クランプ１４５は、右側作動モードにおいて閉鎖されるので（同様に、図５Ｂにおいて、左心房クランプ１４３、第１の還流クランプ１４８、及び第２の還流クランプ１４９が閉鎖されるので）、第１のポンプ１３１によってポンプ送りされる灌流液の全ては、左側ライン１８２から大動脈ライン１８４に流れ、大動脈ライン１８４は、心臓２００の接続部２２０に接続する。幾つかの実施態様において、接続部２２０は、心臓２００の大動脈に対応する。心臓２００の大動脈弁は、一方向弁であり、第１のポンプ１３１からポンプ送りされる灌流液の圧力に曝されるときに閉じる。次に、灌流液は、冠動脈２２５、心臓組織２３０、及び冠静脈２３５内に進み、最終的に心臓２００の右心房内に排出される。次に、灌流液は、右心室に移動し、灌流液は、肺還流ライン１８８及び後負荷１５２を介してリザーバ１１０にポンプ送りされて戻る。

右側作動モードは、候補心臓２００の右側の機能に関するデータの収集を容易にすることがある。心臓２００の右側に関するそのようなデータは、臨床的観点からの重要な洞察を提供することがある。

幾つかの実施形態において、システム１００は、ランゲンドルフモード、ポンプ支持作動モード、受動作動モード、及び右側作動モードのいずれかにおいて、人工肺１２０の出力から分岐するサンプリングラインを更に含む。サンプリングラインは、流体がサンプリングポート１１５を通過し、次に、リザーバ１１０に戻ることを可能にする、一方向弁１９３を含む。

ランゲンドルフモード、ポンプ支持作動モード、受動作動モード、及び右側モードの各々において、大動脈ライン１８４と肺還流ライン１８８とを接続するラインの存在は任意的である。大動脈ライン１８４と肺還流ライン１８８とを接続するラインを含む実施形態では、プライミングクランプ１４６が提供される。そのようなラインは、例えば、ラインが液体のみを含むが、気体を含まないことを保証するために、プライミングシステム１００において有用なことがあり、本明細書に記載する動作モードのいずれにも存在する必要はない。ラインを含む実施形態において、プライミングクランプ１４６は、ランゲンドルフモード、ポンプ支持作動モード、受動作動モード、及び右側作動モードの各々について閉鎖位置において保持される。

システム１００の幾つかの実施形態は、ランゲンドルフモード、ポンプ支持作動モード、受動作動モード、及び右側モードのいずれかの間で切り替わるように動作可能である。例えば、ランゲンドルフモードからポンプ支持作動モードへの切り替えは、先ず、高い抵抗を提供するように可変抵抗器１６０を設定することによって達成されてよい。幾つかの実施形態において、可変抵抗器１６０は、全ての流体流を妨げるように設定される。可変抵抗器１６０を締め付けた後に、左心房クランプ１４３が開放され、それによって、左側ライン１８２から左心房ライン１８３への多少の灌流液の通過を可能にする。次に、第１のポンプ１３１は、大動脈に（例示的な実施形態に関して上述した５０ｍｍＨｇではなく）約３０ｍｍＨｇの圧力を提供するように調節されてよい。次に、可変抵抗器１６０を徐々に緩めて、灌流液が左心房に移動するのを可能にすることができる。可変抵抗器１６０は、灌流液が約５〜１０ｍｍＨｇの間の圧力で左心房内にポンプ送りされるように調整される。次に、心臓２００の左側は、作動モードで作動する。この例で与えられる圧力値及び回転速度値は例に過ぎず、異なる値を使用するようにシステムを調整することができることが理解されるべきである。

任意的に、灌流液の一部が第２のポンプ１３２に流れるように、リザーバクランプ１４１を閉鎖位置から開放位置に切り替えることができる。次に、第２のポンプ１３２は、心臓２００の右心房への灌流液のポンピングを開始する。次に、望ましい圧力レベル（例えば、右心房内の５〜１０ｍｍＨｇ）に達するまで、第２のポンプ１３２の速度を徐々に増加させることができる。次に、システム１００は、心臓２００の両側が作動する（本明細書において両心室とも呼ぶ）完全ポンプ支持作動モードにおいて作動する。

幾つかの実施形態では、心臓の様々な部分の圧力を調整することが望ましい場合がある。例えば、心臓２００の右側を所望の圧力まで完全に装荷することができ、心臓の左側の圧力を低く（例えば、例示的な実施形態に関連して記載し５〜１０ｍｍＨｇではなくむしろ２ｍｍＨｇに）維持することができる。心臓の異なる側の圧力を調整することは、さもなければ従来的な灌流システムを用いては可能でないか或いは便利でないことがある、心臓の特定領域の機能的評価及び支持を容易にすることがある。

システム１００は、心臓の様々な部分を試験する際に柔軟性を提供することがある。例えば、リザーバクランプ１４１が閉鎖されるとき、灌流液は（冠静脈２３５からの偶発的な排液(ドレナージ)を除いて）心臓の右側に流れない。同様に、幾つかの実施形態において、第１のポンプ１３１は、灌流液を（左心房ライン１８３及び大動脈ライン１８４のうちの１以上を通じて）専ら心臓２００の左側にポンプ送りし、第２のポンプ１３２は、流体を専ら心臓２００の右側にポンプ送りする。

更なる例として、図１Ｂに示すシステム１００をポンプ支持作動モードから受動作動モードに移行させることができる。リザーバクランプ１４１及び第２のポンプ１３２がアクティブ化されているか否かに拘わらず、幾つかの実施形態では、先ず第１の還流クランプ１４８を開放し、第２の還流クランプ１４９を閉鎖し、大動脈ラインクランプ１４２を閉鎖することによって、システム１００をポンプ支持作動モードから受動作動モードに移行させることができる。大動脈ラインクランプ１４２を閉鎖することは、第１のポンプ１３１によってポンプ送りされる灌流液の全てを、可変抵抗器１６０を通じて、左心房ライン１８３を介して、左心房へポンプ送りさせる。よって、灌流液は、いずれも、大動脈に圧力を加えるように、大動脈ライン１８４を流れ下らない。しかしながら、第１の還流クランプ１４８が開放状態にあるとき、後負荷１５１は、収縮期の間に流体が第１の還流ライン１８５０を通過するに応じてエネルギを貯蔵し、次に、後負荷１５１は、貯蔵されたエネルギを放出し、拡張期の間に大動脈ライン１８４に逆圧を加えて、少なくとも多少の逆流が、冠動脈２２５、心臓組織２３０、及び冠静脈２３５を通じて進むことを保証する。

更なる例として、システム１００をランゲンドルフモードから受動作動モードに移行されることができる。図１Ｂに示すシステムに関して、可変抵抗器１６０の抵抗を比較的高い抵抗まで増加させ、第１のポンプ１３１のポンピング力を減少させることによって、この移行を達成することができる。左心房クランプ１４３を開放することができ、大動脈ラインクランプ１４２を閉鎖することができ、それは流体が可変抵抗器１６０に流れることを可能にし、流体が大動脈ライン１８４を流れ下るのを停止させる。灌流液が第１の還流ライン１８５０及び後負荷１５１に流れるのを可能にするために、第１の還流クランプ１４８も開放される。次に、心臓２００の左心房で所望の圧力を達成するために、第１のポンプ１３１及び可変抵抗器１６０を調整することができる。

更なる例として、システム１００を受動作動モードからランゲンドルフモードに移行させることができる。そのような移行は、例えば、心臓２００が細動し始めるならば望ましいことがある。ランゲンドルフモードに切り替えて戻すことは、心臓２００に回復する時間を許容し、次に、作動モードに戻ることを可能にする。図１Ｂに示すシステムに関して、例えば、第１の還流クランプ１４８及び左心房クランプ１４３を閉鎖し、そして、大動脈ラインクランプ１４２を開放することによって、この移行を行うことができる。可変抵抗器１６０は、左心房クランプ１４３を閉鎖する前に締め付けられてよい。

更なる例として、システム１００をランゲンドルフモードから右側作動モードに移行させることができる。リザーバクランプ１４１を開放し、次に、右心房における所望の圧力が達成されるまで第２のポンプ１３２の速度を徐々に上昇させることによって、この移行を達成することができる。

幾つかの実施形態では、システム１００を、ランゲンドルフモード、ポンプ支持作動モード、受動作動モード、及び右側作動モードの任意の１つから、ランゲンドルフモード、ポンプ支持作動モード、受動作動モード、及び右側作動モードの任意の１つに移行されることができる。

幾つかの実施形態において、収縮期圧及び拡張期圧のうちの１以上は、システム１００によって制御されてよい。例えば、ポンプ支持作動モードでは、左心房に流入する流体についての特定の圧力を調整するように可変抵抗器１６０及び第１のポンプ１３１を設定することができる。右心房に流入する流体についての圧力を制御するように第２のポンプ１３２を調整することができる。よって、可変抵抗器１６０を調節することによって心臓２００の収縮期圧を制御することができる。その上、第１のポンプ１３１及び後負荷１５１のうちの１以上を使用して様々な動作モードにおいてシステム１００内の拡張期圧を制御することができる。例えば、第１のポンプ１３１の速度を減少させることは、ひいては、ランゲンドルフモード、受動作動モード、及び右側作動モードにおける大動脈での圧力を減少させる。別の例として、受動作動モードにおいて後負荷１５１を選択又は修正するは、後負荷１５１によって加えられる背圧を調整されることを可能にする。例えば、後負荷１５１として使用されるバネ荷重ピストンの場合、拡張期の間に加えられる背圧の量を調整するために、異なるバネ定数ｋを有するバネ（又は異なるバネ荷重ピストン全体）を選択することができる。

幾つかの実施形態において、収縮期及び拡張期の圧力の調整は、候補心臓の機能に対する追加的な洞察を提供することがある。例えば、心臓移植候補レシピエントが高血圧（即ち、平均以上の血圧）に罹患しているならば、心臓２００が上昇した圧力の下で適切に機能する蓋然性を評価するために、候補心臓２００を上昇した収縮期圧及び／又は拡張期圧の下で試験することができる。

図６は、幾つかの実施形態に従った、心臓に対して灌流を実施する例示的な方法についてのフローチャートである。

方法６００は、６０２で始まり、６０２で、心臓２００に送達する流体を収容するリザーバ１１０を提供する。６０４で、リザーバ１１０内の流体の一部を左側ライン１８２に送達するように構成された第１のポンプ１３１を提供する。幾つかの実施形態において、第１のポンプ１３１は、人工肺１２０、フィルタ１７０、及び一方向弁１９１のうちの１以上を介して、左側ライン１８２に接続される。

６０６で、左心房ライン１８３を提供する。左心房ライン１８３は、左心房ラインクランプ１４３を介して左側ライン１８２に接続されてよい。左心房ライン１８３は、心臓２００の左心房に更に接続されてよい。６０８で、大動脈ライン１８４を提供する。大動脈ラインは、大動脈ラインクランプ１４２を介して左側ライン１８２に接続されてよい。大動脈ライン１８４は、心臓２００の大動脈に更に接続されてよい。

６１０で、リザーバ還流ライン１８６を提供する。幾つかの実施形態では、リザーバ還流ライン１８６と並列に接続されるバイパスライン１８５が提供されてよい。幾つかの実施態様において、バイパスライン１８５は、後負荷１５１を含む。リザーバ還流ライン１８６は、近位端で、リザーバ還流クランプ１４５を介して大動脈ライン１８４に接続されてよい。リザーバ還流ライン１８６は、場合によっては一方向弁１９２を介して、遠位端でリザーバ１１０に更に接続されてよい。本明細書で使用するとき、接続部又は部品は、その接続部又は部品が、遠位であると称される第２の接続部又は部品に対して、心臓２００により近いときに、近位であるとして記載される。例えば、リザーバ還流ライン１８６の遠位端は、リザーバ還流ライン１８６の近位端よりも心臓２００から更に離れている。任意的に、別個の第１の還流ライン１８５０及び第２の還流ライン１８６０が提供され、それらは両方とも、それぞれの近位端で、（図１Ｂに示すように）大動脈ライン１８４に接続される。ライン１８５０及び１８６０を特徴とする実施形態において、ライン１８５０及び１８６０は、リザーバ還流ライン１８７を形成するよう合併する。

６１２で、肺還流ライン１８８を提供する。肺還流ライン１８８は、遠位端で、リザーバ１１０に接続されてよい。肺還流ライン１８８は、近位端で、心臓２００の肺動脈に更に接続されてよい。

任意的に、幾つかの実施態様では、６１４で、右側線１８９を提供する。右側ライン１８９は、心臓２００の右心房に接続されてよい。６１６で、第２のポンプ１３２を提供する。第２のポンプ１３２は、リザーバ１３２に接続されてよい。第２のポンプ１３２は、右側ライン１８９に接続されてもよい。第２のポンプ１３２は、リザーバ１１０から心臓２００の右心房へ流体をポンプ送りするように構成されてよい。

本出願の範囲は、本明細書に記載するプロセス、機械、製造者、物質の組成物、手段、方法及びステップの特定の実施形態に限定されることを意図しない。当業者は、現存しようが後に開発されようが、本発明の開示から、本明細書に記載する対応する実施形態が利用される場合があるときに、実質的に同じ機能を実行し或いは実質的に同じ結果を達成する、プロセス、機械、製造者、物質の組成、手段、方法、又はステップを容易に理解するであろう。従って、添付の請求項は、それらの範囲内に、そのようなプロセス、機械、製造者、物質の組成、手段、方法、又はステップを含むことが意図されている。

理解することができるように、上述の及び例示の詳細な実施形態は、例であることが意図されるに過ぎない。様々な代替的な構成、代替的な組成及び修正が、これらの例示的な実施形態に対して行われてよい。本発明は、請求項によって画定される。

Claims (32)

1. 左心房と、右心房と、肺動脈と、大動脈とを有する心臓に対して灌流を行うシステムであって、
   流体を収容するリザーバと、
   前記流体の第１の部分を左側ラインに送達するように構成される第１のポンプと、
   左心房ラインクランプを介して前記左側ラインに接続される左心房ラインであって、左心房に接続するように構成される左心房ラインと、
   大動脈ラインクランプを介して前記左側ラインに接続される大動脈ラインであって、前記心臓の前記大動脈に接続するように構成される大動脈ラインと、
   遠位端で前記リザーバに接続されるリザーバ還流ラインであって、リザーバ還流クランプを介して近位端で前記大動脈ラインに更に接続されるリザーバ還流ラインと、
   遠位端で前記リザーバに接続される肺還流ラインであって、近位端で前記肺動脈に接続されるように構成される肺還流ラインとを含む、
   システム。
2. 前記リザーバに接続される第２のポンプであって、前記流体の第２の部分を右側ラインにポンプ送りするように構成される第２のポンプを更に含み、
   前記右側ラインは、前記右心房に接続するように構成される、
   請求項１に記載のシステム。
3. 前記左心房ラインは、調整可能な抵抗器を含む、請求項１に記載のシステム。
4. バイパスクランプを介して前記リザーバ還流ラインと並列に接続される還流バイパスラインを更に含む、請求項１に記載のシステム。
5. 前記還流バイパスラインは、エネルギを貯蔵し且つ放出するように構成される第１の後負荷を含む、請求項４に記載のシステム。
6. 前記肺還流ラインは、エネルギを貯蔵し且つ放出するように構成される第２の後負荷を含む、請求項１に記載のシステム。
7. 前記左側ラインは、気泡の流れを防止するように構成される第１の弁を含む、請求項１に記載のシステム。
8. 前記リザーバ還流ラインは、前記リザーバから前記大動脈ラインへの空気の流れを防止するように構成される第２の弁を含む、請求項１に記載のシステム。
9. 第３の弁を介して前記左側ラインに接続されるサンプリングポートであって、前記流体のサンプルの抽出を容易にするように構成されるサンプリングポートを更に含む、請求項１に記載のシステム。
10. 前記第１のポンプ及び前記第２のポンプのうちの少なくとも１つは、遠心ポンプである、請求項１に記載のシステム。
11. 前記第２のポンプは、特定の圧力で前記流体の前記第２の部分を前記右心房にポンプ送りするように構成される、請求項２に記載のシステム。
12. 前記大動脈ラインクランプは開放位置に設定され、前記左心房ラインクランプは開放位置に設定され、前記リザーバ還流クランプは開放位置に設定される、請求項１に記載のシステム。
13. 前記大動脈ラインクランプは開放位置に設定され、前記左心房ラインクランプは開放位置に設定され、前記リザーバ還流クランプは開放位置に設定される、請求項２に記載のシステム。
14. バイパスクランプを介して前記リザーバ還流ラインと並列に接続される還流バイパスラインを更に含み、
    前記大動脈ラインクランプは閉鎖位置に設定され、前記左心房ラインクランプは開放位置に設定され、前記リザーバ還流クランプは閉鎖位置に設定され、前記バイパスクランプは開放位置に設定される、
    請求項２に記載のシステム。
15. 前記大動脈ラインクランプは開放位置に設定され、前記左心房ラインクランプは閉鎖位置に設定され、前記リザーバ還流クランプは閉鎖位置に設定される、請求項２に記載のシステム。
16. 前記大動脈ラインクランプは閉鎖位置に設定され、前記左心房ラインクランプは開放位置に設定され、前記リザーバ還流クランプは閉鎖位置に設定され、前記バイパスクランプは開放位置に設定される、請求項４に記載のシステム。
17. 前記大動脈ラインクランプは開放位置に設定され、前記左心房ラインクランプは閉鎖位置に設定され、前記リザーバ還流クランプは閉鎖位置に設定される、請求項１に記載のシステム。
18. 左心房と、右心房と、肺動脈と、大動脈とを有する心臓に対して灌流を行う方法であって、
    流体を収容するリザーバを提供するステップと、
    前記流体の第１の部分を左側ラインに送達するように構成される第１のポンプを提供するステップと、
    左心房ラインクランプを介して前記左側ラインに接続される左心房ラインを提供するステップであって、該左心房ラインは前記左心房に接続するように構成される、ステップと、
    大動脈ラインクランプを介して前記左側ラインに接続される大動脈ラインを提供するステップであって、前記大動脈ラインは前記大動脈に接続するように構成される、ステップと、
    リザーバ還流クランプを介して、近位端で前記大動脈ラインに接続される、リザーバ還流ラインを提供するステップであって、リザーバ還流ラインは、遠位端で前記リザーバに更に接続される、ステップと、
    遠位端で前記リザーバに接続される、肺還流ラインを提供するステップであって、該肺還流ラインは、近位端で前記肺動脈に接続するように構成される、ステップとを含む、
    方法。
19. 前記右心房に接続するように構成される右側ラインを提供するステップと、
    前記リザーバに接続される第２のポンプを提供するステップとを更に含み、該第２のポンプは、前記流体の第２の部分を前記右側ラインにポンプ送りするように構成される、
    請求項１８に記載の方法。
20. 前記大動脈ラインクランプは開放位置に設定され、前記左心房ラインクランプは閉鎖位置に設定され、前記リザーバ還流クランプは閉鎖位置に設定され、
    当該方法は、
    前記大動脈ラインを介して、前記流体の前記第１の部分を前記大動脈に送達するステップと、
    前記心臓の冠動脈、心臓組織、及び冠静脈を通じて、前記流体の前記第１の部分を循環させるステップと、
    前記肺還流ラインを介して前記肺動脈から前記リザーバに出力流体を還流させるステップとを更に含む、
    請求項１８に記載の方法。
21. 前記肺還流ラインは、エネルギを貯蔵し且つ放出するように構成される第２の後負荷を含む、請求項２０に記載の方法。
22. 前記大動脈ラインクランプは開放位置に設定され、前記左心房ラインクランプは開放位置に設定され、前記リザーバ還流クランプは開放位置に設定される、請求項１８に記載の方法。
23. 前記大動脈ラインを介して前記流体の前記第１の部分の少なくとも一部を前記大動脈に送達するステップと、
    前記左心房ラインを介して前記流体の前記第１の部分の少なくとも一部を前記左心房に送達するステップとを更に含む、
    請求項２２に記載の方法。
24. 第１の時間期間の間に、前記心臓の冠動脈、心臓組織、及び冠静脈のうちの１つ又はそれよりも多くを通じて、前記流体の前記第１の部分の少なくとも一部を循環させるステップと、
    第２の時間期間の間に、前記リザーバ還流ラインを介して、前記流体の前記第１の部分の少なくとも一部を前記リザーバに送達するステップとを更に含む、
    請求項２３に記載の方法。
25. 前記左心房ライン内の可変抵抗器を調整することによって前記左心房における圧力を制御するステップを更に含む、請求項２４に記載の方法。
26. 前記右心房に接続するように構成された右側ラインを提供するステップと、
    前記流体の第２の部分を前記右心房にポンプ送りするように構成された、前記リザーバに接続された第２のポンプを提供するステップとを更に含む、
    請求項２２に記載の方法。
27. バイパスクランプを介して前記リザーバ還流ラインと並列に接続されるバイパスラインを提供するステップを更に含み、
    前記大動脈ラインクランプは閉鎖位置に設定され、前記左心房ラインクランプは開放位置に設定され、前記リザーバ還流クランプは閉鎖位置に設定され、前記バイパスクランプは開放位置に設定される、請求項１８に記載の方法。
28. 前記左心房ラインを介して前記流体の前記第１の部分を前記左心房に送達するステップと、
    前記大動脈ライン、前記リザーバ還流ライン、及び前記バイパスラインを介して、前記大動脈から前記リザーバへ出力流体を還流させるステップとを更に含む、
    請求項２７に記載の方法。
29. 前記大動脈から前記リザーバへ前記出力流体を還流させるステップは、前記バイパスライン内の第１の後負荷を通じて進む前記出力流体を含み、前記第１の後負荷は、エネルギを貯蔵し且つ放出するように構成される、請求項２８に記載の方法。
30. 前記大動脈から前記リザーバへ前記出力流体を還流させるステップは、前記リザーバからの逆流を防止するように構成される弁を通じて進む前記出力流体を含む、請求項２８に記載の方法。
31. 前記右心房に接続するように構成された右側ラインを提供するステップと、
    前記リザーバに接続された第２のポンプを提供するステップとを更に含み、該第２のポンプは、前記流体の第２の部分を前記右心房にポンプ送りするように構成される、
    請求項２７に記載の方法。
32. 前記右心房に接続するように構成される右側ラインを提供するステップと、
    前記リザーバに接続された第２のポンプを提供するステップとを更に含み、該第２のポンプは、前記流体の第２の部分を前記右心房にポンプ送りするように構成される、
    請求項２０に記載の方法。

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