JP2021529612A - 単一および多臓器不全の移動式治療のための装着可能モジュール式体外生命維持デバイス - Google Patents

Abstract

１つの例示的実施形態では、装着可能体外生命維持デバイスは、ポンプと、第１および第２のモジュール式体外生命維持構成要素とに流動的に接続される、カテーテルを含む。本デバイスはまた、衣類に取り付けられるように構成されてもよい。ポンプと、第１および第２のモジュール式体外生命維持構成要素とは、直列に流動的に接続されてもよい。ポンプと、第１および第２のモジュール式体外生命維持構成要素とはまた、並列に流動的に接続されてもよい。第１のモジュール式体外生命維持構成要素は、肺膜であってもよく、第２のモジュール式体外生命維持構成要素は、透析膜であってもよい。

Description

（優先権の主張）
本願は、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、２０１８年６月２７日に出願された、米国仮出願第６２／６９０，４０３号の優先権を主張する。

（技術分野）
開示される実施形態は、医療デバイスの分野に関し、特に、種々の形態の体外生命維持のための装着可能デバイスおよびそのようなデバイスを採用する方法を含み得る。いくつかの実施形態では、装着可能デバイスは、体外膜酸素化と体外持続的腎代替療法を組み合わせるが、多臓器不全治療／支援の一部として、肝不全、心不全、ならびに選択的脳灌流、およびそれらの組み合わせのための移動式支援にも等しく適用されるであろう。本デバイスはまた、エンドユーザ自己操作特性を用いた自宅および医療設備外での使用も支援し得る。

（背景）
体外生命維持（ＥＣＬＳ）は、複数の形態の体外救援療法を含む。典型的には、急性の可逆的心不全または呼吸不全を患う患者における長期体外心肺バイパスの使用を指している。技術が、進歩するにつれて、肝臓、腎臓、心臓支援等のガス交換以外の臓器支援機能が、ＥＣＬＳによって提供されている。加えて、ＥＣＬＳは、脳死ドナーにおける臓器摘出のため、移植のための臓器の生存率を延長させるためにも使用されているだけではなく、そのような移植を待機している患者のために肺機能を提供するためにも使用されている。

体外膜酸素化（ＥＣＭＯ）は、ＥＣＬＳの１つの形態である。ＥＣＭＯは、自身で適正な量のガス交換または灌流を提供することが不可能であるそれらの患者のために、身体外でガス交換を提供する技法である。ＥＣＭＯは、血液を患者から除去し、二酸化炭素を除去し、血液を酸素化する。

体外膜酸素化は、過去数十年にわたって、成人外傷患者における深刻な呼吸不全のために使用されている。典型的には、脱酸素化血液が、大中心静脈から排出され、中心静脈循環に戻される前に、ガス交換膜を通して圧送される、静静脈ＥＣＭＯ（ＶＶ ＥＣＭＯ）を通して行われる（Ｃａｎｎｏｎ ｅｔ ａｌ．，２０１８）。本構成では、肺循環は、バイパスされず、心臓は、前負荷または後負荷の任意の有意な変化に暴露されない。

病院設定では、呼吸不全を患う患者は、概して、機械的換気（ＭＶ）の受容を開始する。機械的人工呼吸器は、大型機械であって、患者が寝たきりとなることを要求する。患者はまた、通常、麻酔または鎮静され、機械的換気を受けるために、医療的麻痺を要求し得る。病院において使用されるようなＥＣＭＯは、もはや機械的人工呼吸器または他の治療によって助けられ得ない患者を救済しようと試みるための最終手段能力として使用される。ＣＥＳＡＲ研究（深刻な成人呼吸不全のための従来の人工呼吸支援対体外膜酸素化の有効性および経済的査定）は、急性呼吸窮迫症候群を患う患者中のＥＣＭＯ対従来の換気を受けた患者において、深刻な障害を伴わずに、６ヶ月生存率における改善を示している（Ｐｅｅｋ ｅｔ ａｌ．，２００９）。ＣＥＳＡＲ研究は、実績のあるＥＣＭＯセンターに管理のために搬送された患者における死亡および長期障害の有意な低減を実証した、英国で行われた多施設無作為化対照試験であった（Ｎｅｆｆ ｅｔ ａｌ．，２０１３；Ｐｅｅｋ ｅｔ ａｌ．，２００９）。

機械的換気、特に、ＥＣＭＯを受けている患者の閉じ込め状態は、進行性筋失調につながる。技術の進歩は、「歩行可能ＥＣＭＯ」のためのプロトコルの開発につながっている。これらは、既存の血液ポンプおよびバイパス酸素供給器を、患者の背後で動かされ得る、統合されたシステムの中に組み合わせる。歩行可能ＥＣＭＯは、典型的には、肺移植までのつなぎとして使用されており、鎮静および臥床を最小限にすることによって、回復を早め、患者が、利用可能な肺を待機する間、理学療法を受けることを可能にする。大部分の事例では、従来のＥＣＭＯアクセスは、大腿静脈を通したものであって、これは、カテーテルを脱落させるリスクが存在するため、動き回ることを危険にする。

体外生命維持（ＥＣＬＳ）はまた、腎臓支援も含む。急性腎傷害（ＡＫＩ）は、世界中の入院患者の５人に１人および重症患者の４０％に影響を及ぼしていると推定される（Ｃｌｅｍｅｎｓ ｅｔ ａｌ．，２０１６）。血清クレアチニンのわずかな増加（０．３〜０．４ｍｇ／ｄＬ）でも、死亡率の増加と関連付けられており、これは、次いで、腎機能の悪化に伴って、段階的進行を示す。病院内での透析を要求する、ＡＫＩの生存者のうち、１０％〜３０％は、依然として、退院時に透析を要求する（Ｈｅｕｎｇ ｅｔ ａｌ．，２０１５）。慢性腎疾患または腎不全は、透析または腎臓移植がなければ、死に至り得る。

腎代替療法の利用可能なモダリティは、腹膜透析（ＰＤ）、間欠補充型血液透析（ＩＨＤ）、および持続的腎代替療法（ＣＲＲＴ）を含む。腹膜透析は、溶質の拡散除去のための天然半浸透性膜として、腹膜を使用する。これは、慢性腎不全を患う患者において、非常に効果的治療モダリティであって、患者転帰は、少なくとも血液透析で治療された者に匹敵する（Ｐａｎｎｕ ｅｔ ａｌ．，２００５）。成人患者では、急性腹膜透析は、広く使用されていない。腹膜透析の使用は、物流および実践的考慮点の両方によって限定される（Ｐａｎｎｕ ｅｔ ａｌ．，２００５）。血液透析は、血液と透析液との間の濃度勾配によって駆動される、膜を横断した拡散に基づく、溶質クリアランスのプロセスである。一般に、間欠補充型透析は、治療あたり３〜６時間で処方され、治療は、１週間あたり複数回行われる（Ｐａｎｎｕ ｅｔ ａｌ．，２００５）。透析は、典型的には、病院または透析センターにおいて実施され、患者は、その血液が濾過される間、大型機械に繋がれた状態で、数時間にわたって着座する。

持続的腎代替療法（ＣＲＲＴ）は、１日２４時間適用されるように意図される、種々の血液精製技法を説明する。患者の血液は、透析装置に類似する、血液濾過器を通して、除去および圧送される。ＣＲＲＴは、より高速のＩＨＤに一般的である、血液動態変動を防止することに役立つ。ＣＲＲＴを用いた溶質除去は、対流（血液濾過）、拡散（血液透析）、またはこれらの方法の両方の組み合わせ（血液透析濾過）のいずれかによって達成される。ＣＲＲＴは、間欠補充型療法と比較して、単位時間あたりより低速の溶質クリアランスを提供するが、２４時間にわたって、ＩＨＤを用いたクリアランスを超えさえし得る（Ｐａｎｎｕ ｅｔ ａｌ．，２００５）。通常のＣＲＲＴ回路は、二重管腔カテーテルと、血液を患者の身体からカテーテルを通してＣＲＲＴ機械に搬送するための管類と、ＣＲＲＴ機械と、血液を患者の身体に戻す、帰還管類とを伴う。最も一般に適用されるモダリティは、持続的静静脈血液濾過（ＣＶＶＨ）、持続的静静脈血液透析（ＣＶＶＨＤ）、および持続的静静脈血液透析濾過（ＣＶＶＨＤＦ）である。ＡＫＩおよび結果として生じる深刻な代謝性障害の管理のためのＣＲＲＴは、多くの外傷センターにおいて一般的となっている（Ｎｅｆｆ ｅｔ ａｌ．，２００９）。

病院設定では、ＣＲＲＴは、ＥＣＭＯを含む、他の体外療法と組み合わせて使用されている。ＥＣＭＯの間、急性腎傷害または急性腎不全と関連付けられ得る、排尿の減少が、一般的に認められる。急性心肺機能不全を患う患者は、急性腎傷害および体液過剰を発症させる高リスクにあり得る。これらの患者では、腎代替療法、典型的には、ＩＨＤまたはＣＲＲＴが、追加される。ＥＣＭＯ上の患者における腎代替療法の開始のための古典的兆候は、尿毒症、アシドーシス、電解質異常、および体液過剰を含む。

ある他の入院患者では、彼らは、透析を元々要求しており、腎代替療法、典型的には、ＩＨＤまたはＣＲＲＴ下に置かれ、次いで、二次肺合併症を発症する。これらの患者では、機械的換気またはＥＣＭＯが、追加される。

ＣＲＲＴおよびＥＣＭＯの両方を受ける患者では、最も一般的技法は、ＣＲＲＴおよびＥＣＭＯのための別個の血管アクセスを使用することである。これは、典型的には、ＣＲＲＴおよびＥＣＭＯシステムが相互の血液動態に干渉しないように行われる。

回路構成の付加的プラスチックラインは、人工表面上の凝固の主要原因が、タンパク質吸着および血小板活性化／凝集であるため、血餅のリスクを増加させる。付加的ラインはまた、プラスチックに暴露されるにつれて、炎症性および凝固連鎖の接触活性化に起因して、血液への損傷を増加させる。これは、特に、より低い注入率では、血液が血餅をプラスチックの表面上に形成する可能性がより高いため、ＥＣＬＳシステムを通して圧送される血液の低血流率２５０〜５００ｍｌ／分時に当てはまる。あまり顕著ではないが、本問題は、高流量（１〜５Ｌｍｉｎ）条件にも存続する。

血液のプラスチックへの暴露の間、血栓性合併症を最小限にし、血小板損失を低減させるために、現在のアプローチは、ヘパリンを注入しており、これは、血栓を不活性化し、続いて、血餅形成を低減させる。しかしながら、これは、多くの場合、出血合併症につながり、これは、血栓性合併症と同様に、特に、すでに出血している場合がある、外傷患者では、望ましくない。

遠心ポンプ駆動式静動脈および静静脈肺補助の進歩した技術は、ＥＣＭＯ技術を軍病院における派遣された兵士にもたらすことを可能にした（Ｎｅｆｆ ｅｔ ａｌ．，２０１３）。また、派遣された兵士が、依然としてＥＣＭＯ下にあるまま、米国に搬送されることも可能にされている（Ｎｅｆｆ ｅｔ ａｌ．，２０１３）。

「部分的肺支援」は、完全な機械的換気に満たない程度の肺換気および酸素化を補助する方法であって、肺膜として知られる、ポリマーガス交換フィルタを通して、血液およびガス流を改変することによって遂行される（Ｎｅｆｆ ｅｔ ａｌ．，２０１３）。より低い血流率（＜１，０００ｍＬ／分）では、有意なＣＯ_２除去は、可能であるが、生理学的に有意な酸素化は、達成不可能である。肺膜を通したガスの流動の変化は、回路を通して一定血流を維持しながら、ＣＯ_２除去の量を調整することができる。本アプローチを使用して、代謝的に産生されたＣＯ_２の最大５０％が、除去されることができる（Ｂａｔｃｈｉｎｓｋｙ ｅｔ ａｌ．，２０１１）。

傷害後早期の部分的肺支援は、機械的換気へのアクセスを伴わない患者の改善された転帰につながり得る。これらのシステムのための血流率は、比較的に低く（例えば、完全ＥＣＭＯに関する５Ｌ／分と比較して、５００〜１，０００ｍＬ／分）、したがって、血管アクセスカテーテルは、標準的超音波誘導Ｓｅｌｄｉｎｇｅｒ技法を使用して、容易に設置されることができる（Ｃａｎｎｏｎ ｅｔ ａｌ．，２０１８）。

持続的血液濾過もまた、戦闘活動の間、傷害を被り、ＡＫＩを発症する、患者における転帰を改善することが実証されている（Ｎｅｆｆ ｅｔ ａｌ．，２０１３）。

病院設定における部分的肺支援または持続的血液濾過ならびに派遣された兵士のための軍用使用のために使用される機器は、大型で嵩張る。これは、病院外または専門透析センター外における処置の継続を可能にしない。移動式かつ装着可能であって、医療人員による監督を殆ど要求しない、病院外での処置の継続のためのデバイスを開発することが重要である。毎日、約１０，０００人が、６５歳を迎えており、これは、ある形態の肺、腎臓、または他の臓器支援を要求するであろう、高齢化人口のための病院外／自宅処置治療オプションを見出す必要性を正当化するものである。心不全患者のための体外設置型左心室補助デバイス（ＬＶＡＤ）および睡眠時無呼吸を患う患者のための持続陽圧呼吸治療（ＣＰＡＰ）人工呼吸器等の開発は、これらのデバイスの成功を示している。高齢化人口における類似またはより大きい影響が、開示される実施形態のデバイスを使用して想定される。

（要約）
開示される実施形態は、装着可能で移動式の自宅または外側病院外でのモジュール式の臓器支援、臓器代替、および持続的体外生命維持を可能にする、デバイスを含み得る。本デバイスは、例えば、意識がある状態で、挿管および機械的に換気される、麻酔される、無力化される、および寝たきりにされる必要なく、呼吸支援を患者に提供し得る。本デバイスはまた、肺膜の使用を通して、例えば、歩行可能体外ＣＯ_２除去、部分的酸素化、および部分的肺支援を可能にし得る。本デバイスの開示される実施形態はまた、例えば、透析膜の使用を通して、代謝物、サイトカイン、炎症性媒介物、病原体、および他の血液含有化合物の歩行可能または自宅での使用による体外除去を可能にし得る。本デバイスはまた、肺膜および透析膜または任意の順序においてデバイスに接続される他の臓器支援デバイスの付随使用を可能にし得る。開示される実施形態は、臓器支援または臓器代替モジュール、デバイス、および／または構成要素を提供し得る。開示される実施形態は、肺、腎臓または腎臓部、肝臓、心臓、脳（脳専用の選択的灌流を介して）、腸（例えば、胃または他の腹部臓器）、またはそれらの組み合わせのための臓器代替または臓器支援を提供し得る。加えて、開示される実施形態は、支援の任意の組み合わせまたは群化において、任意の量の臓器のための統合された部分的または全体的臓器支援、臓器系支援、多系統臓器支援、および選択的臓器特有または組み合わせ臓器系支援を提供し得る。開示される実施形態は、脳死ドナーにおける臓器摘出および移植のための臓器の生存率の延長を提供し得る。例えば、移植を待機している患者のための肺機能または他の身体機能を延長させる。

開示される実施形態は、ポンプと、第１および第２、第３等のモジュール式体外生命維持構成要素とに流動的に接続される、カテーテルを備える、患者の体外生命維持のための装着可能デバイスを含んでもよく、ポンプと、第１および第２、第３の等のモジュール式体外生命維持構成要素とは、衣類または外部補強身体支援構造体（例えば、外骨格）に取り付けられるように構成される。

少なくともいくつかの実施形態では、ポンプ、第１のモジュール式体外生命維持構成要素、および第２または第３の等のモジュール式体外生命維持構成要素は、直列に流動的に接続されてもよい。少なくともいくつかの実施形態では、ポンプ、第１のモジュール式体外生命維持構成要素、および第２のモジュール式体外生命維持構成要素のうちの少なくとも１つは、並列に流動的に接続されてもよい。直列および並列接続の組み合わせは、患者条件または治療目標による要求に応じた臓器のための支援の選択に伴って、任意の特定の順序において想定される。

少なくともいくつかの実施形態では、第１のモジュール式体外生命維持構成要素は、肺膜であってもよい。少なくともいくつかの実施形態では、第２のモジュール式体外生命維持構成要素は、透析膜であってもよい。臓器および臓器系のための逆順序または他の組み合わせも、想定される。

少なくともいくつかの実施形態では、本デバイスはさらに、任意の設計のバッテリ、電源、またはエネルギー発生器を備えてもよい。

少なくともいくつかの実施形態では、カテーテルの一部は、頸静脈または身体内の他の主要静脈もしくは動脈の中に挿入されてもよい。少なくともいくつかの実施形態では、頸静脈の中に挿入される、カテーテルの少なくとも一部は、上および下大静脈の中に前進させられる。

開示される実施形態は、ポンプを介して、患者の血液を第１および第２のモジュール式体外生命維持構成要素の中に圧送することを含む、移動式の歩行可能である、または自宅、病院もしくは治療設備外での、体外生命維持を提供する方法を含んでもよく、ポンプと、第１および第２のモジュール式体外生命維持構成要素とは、複数の臓器支援機能性の場合、直列、並列、または他の組み合わせの接続において流動的に接続され、ポンプと、第１および第２のモジュール式体外生命維持構成要素とは、任意の種類の外骨格または外部支援構造を含むように、衣類に取り付けられるように構成される、

開示される実施形態は、患者の脱酸素化血液を第１のラインを通してポンプに圧送することと、脱酸素化血液を肺膜に圧送することであって、血液は、酸素化され、二酸化炭素は、除去される、ことと、酸素化血液を肺膜から透析膜に圧送することであって、血液は、濾過される、ことと、第２のラインまたは同一ラインを通して、血液を患者に戻すこととを含む、移動式の歩行可能体外生命維持を提供する方法を含んでもよい。開示される実施形態は、病院間または病院から自宅もしくは自宅から病院への患者の搬送の間等、ならびに自宅での使用もしくは治療設備および／または病院全般外での使用における、移動式体外生命維持を提供する。非限定的実施例では、本開示の実施形態は、患者に自宅透析を提供し、病院に依存しない、または治療設備に向かう、もしくはそこに入院される必要がない。

開示される実施形態は、体外回路を通して、患者の血液を圧送することと、血液を体外回路内の肺膜および透析膜に圧送することと、クエン酸または他の抗凝固剤（例えば、未分画ヘパリン「ＵＦＨ」、直接血栓阻害薬「ＤＴＩ」、抗血小板剤等）を体外回路内の血液の中に注入することと、血液を患者に戻すことと、またはＥＣＬＳシステムを撥血液もしくは血液変性剤でコーティングするか、またはそのような作用物質を回路を構築するポリマー内に埋設するかのいずれかを介して、別の形態の抗凝固および血栓症緩和を使用することとを含む、体外生命維持において抗凝固を提供する方法を含んでもよい。

本明細書で使用されるように、用語「衣類」は、限定ではないが、任意の設計のベスト型の外骨格または他の外部支援構築／構造等の衣服の任意のアイテムを指す。

本明細書で使用されるように、用語「カテーテル」は、限定ではないが、二重管腔カテーテル等の身体への末梢アクセスのための静脈内カテーテル、静脈カテーテル、カニューレ、または任意の管を指す。

血液を身体から除去するための他の方法に適用可能であるため、動脈カテーテルが、使用されてもよい（限定ではないが、二重管腔カテーテルまたは他のカテーテル設計等、身体内の任意の動脈を介した身体への末梢アクセスのためのカテーテル、カニューレ、または任意の管）。

血液を身体から除去するための他の方法に適用可能であるため、動脈カテーテルと静脈カテーテルまたは末梢脈管カニューレ挿入の組み合わせが、使用されてもよい（限定ではないが、肘または大腿静脈内に挿入される、二重管腔カテーテルまたは他のカテーテル設計等、身体内の任意の動脈を介した身体への末梢アクセスのためのカテーテル、カニューレ、または任意の管）。

本明細書で使用されるように、用語「肺膜」は、例えば、酸素を血液に追加し、そこから二酸化炭素を除去するために使用される、酸素供給器、膜酸素供給器、肺代替膜、人工肺、または任意のデバイスを指す。

本明細書で使用されるように、用語「透析膜」は、例えば、代謝物（例えば、乳酸、ミオグロビン、クレアチニン等）、炎症性媒介物、サイトカイン、または病原体を除去するために使用される、透析フィルタ、透析代替膜、腎代替膜、人工腎臓、透析装置、または任意のデバイスを指す。

本明細書で使用されるように、用語「肝膜」は、例えば、毒素（例えば、アンモニア、フェニルアラニン、チロシン、またはビリルビン等のアルブミン結合物質、胆汁酸、芳香族アミノ酸の代謝物、中鎖脂肪酸、およびサイトカイン）を除去するために使用される、肝臓透析、肝代替膜、人工肝臓、透析装置、または任意のデバイスのための透析フィルタを指す。

本明細書で使用されるように、用語「選択的腸または脳灌流システム」は、それらの選択的灌流によって腸または脳を排他的に支援するか、もしくはその一方または両方と他の臓器系支援の組み合わせのいずれかを指す。

開示される実施形態は、生命維持を提供するためのモジュール式構成要素を含む、患者の体外生命維持のための装着可能デバイスを含んでもよい。モジュール式構成要素は、患者によって持続的に搬送または装着されるために十分に小型であって、自宅で、治療設備外で、または自宅外での日常のタスクの実行の間、使用されてもよい。いくつかの実施形態では、本デバイスは、デバイスが、常時、患者に伴われ得るため、持続的治療を提供するために使用されてもよい。

少なくともいくつかの実施形態では、本デバイスは、右頸静脈を介して挿入される静静脈アクセスを提供し得る、カテーテルを含んでもよい。カテーテルは、身体への流体の送達および／またはそこからの除去のためのものであってもよい。カテーテルは、２つの孔を有し、血液を上大静脈および下大静脈から排出することを可能にしてもよい。１つの管腔は、脱酸素化血液が身体から除去されることを可能にしてもよい一方、他の管腔は、酸素化血液が身体に戻ることを可能にしてもよい。付加的カテーテル管腔（２、３、４等）または孔の群を含む、他のカテーテル設計も、想定される。

大腿部脈管内のカニューレ挿入が、可能性として考えられるが、頸部が、移動性を維持するために望ましい。頸静脈を通したアクセスは、アクセスが大腿静脈を通した場合より効率的ガス交換を可能にし得る。これは、部分的に、頸静脈が、より大きいカテーテルを収容することができるためであるだけではなく、また、頸静脈が、末梢静脈ではなく、中心静脈であって、即時アクセスおよび血液送達を心臓に提供するためである。戦闘外傷および自動車事故の場合に加え、頸静脈のカニューレ挿入は、外傷性切断に起因する四肢欠損に起因して、好ましいオプションであり得る。

頸静脈を通したアクセスはまた、大腿静脈内のカテーテルの設置と比較して、頸静脈内のカテーテルの設置からデバイスの構成要素までのラインの長さの低減を可能にし得る。ラインの長さの低減は、より少ない血液がプラスチックに暴露されることに由来して活性化および潜在的に損傷されることを可能にし得る。ラインの長さの低減はまた、回路を通したより小さい圧力ならびに流体のより小さい体積が使用前にシステムに呼び水を差すために必要とされることを可能にし得る。ラインの長さの低減はまた、任意のある時間に身体外にある血液の総体積を低減させ、これは、体外血液システムを用いて可能性として考えられる、血圧における障害を回避することに役立ち得る。

本デバイスの別の実施形態では、カテーテルと回路内のデバイスの構成要素との間の接続の長さは、異なる臓器支援機能を行う単一デバイスの中への複数の能力およびモジュールの融合を含むように、例えば、可能性として考えられる最短長に調節可能であり得る。

別の実施形態では、本デバイスは、ポンプを含んでもよい。ポンプは、限定ではないが、ローラポンプ、インペラポンプ、対角線ポンプ、または遠心ポンプ、または任意の血液推進／吸入デバイスであってもよい。ポンプは、例えば、二重管腔カテーテルのポートのうちの１つからラインのうちの１つを通した吸入を用いて、血液を推進してもよい。ポンプは、構成要素に流動的に接続されてもよい。別の実施形態では、ポンプは、例えば、心機能低下または心不全を患う患者を支援し得る。

別の実施形態では、本デバイスは、肺膜構成要素を含んでもよい。肺膜への血流は、ポンプによって制御されてもよい。肺膜内のガス交換は、酸素および二酸化炭素に対する膜の透過性（その拡散係数）、利用可能な膜表面積、ガスコンパートメントと血液との間の酸素または二酸化炭素のための圧力勾配、ならびにガスおよび血液が膜を横断して界面接触する時間量によって判定され得る。肺膜内の対向流ガスおよび血流は、膜表面の全長に沿ってガスから血液への酸素輸送のための圧力勾配を維持することによって、最適ガス交換を提供し得る。身体によって産生されたＣＯ_２の最大５０％が、肺膜によって除去され、必要に応じて調節され得るが、より高い効率性もまた、最新カテーテル／ラインまたはより大きいサイズのカテーテル／ラインを用いて想定される。

別の実施形態では、肺膜は、掃引ガスのための入力を含んでもよい。いくつかの実施形態では、掃引ガスは、単独であるか、または他の化合物／ガスで富化されたかのいずれかである、周囲空気であってもよい。いくつかの他の実施形態では、掃引ガスは、例えば、酸素タンクからの、または小型コンプレッサによって発生された、酸素であってもよい。

別の実施形態では、肺膜の設計はまた、熱交換器を含み、対流によって血液を加熱または冷却してもよい。

別の実施形態では、本デバイスはまた、透析膜を含んでもよい。透析膜は、サイトカインおよび炎症性媒介物ならびに病原体および代謝物を血液から除去する。透析液は、入口ラインを通して入力され、透析膜を通して通過し、廃液は、透析膜から出口ラインを通して出力される。

別の実施形態では、本デバイスは、肝膜構成要素を含んでもよい。肝膜は、毒素を血液から除去する。肝膜は、肝機能低下を患う患者を支援し得る。

別の実施形態では、血液は、頸部カテーテルの第２の管腔への第２のラインを通して患者に戻されてもよく、血液を右心房の中に注入してもよい。

別の実施形態では、本デバイスはまた、肺膜構成要素および透析膜構成要素の付随使用を可能にし得る。いくつかの実施形態では、ポンプ、肺膜、および透析膜は、直列、並列、またはそれらの組み合わせであってもよい。例えば、ポンプは、並列である肺膜および透析膜と直列であってもよい。別の実施例として、ポンプ、肺膜、および透析膜は、酸素化血液を肺膜から受容する透析膜と直列であってもよい。さらに他の実施例では、３つの構成要素は、脱酸素化血液を患者から受容し、濾過された血液をポンプおよび肺膜に提供する、透析膜と直列であってもよい。

本デバイスの別の実施形態では、抗凝固が透析回路内で行われ、全身性薬剤が所与の患者に与えられないため、透析膜のクエン酸抗凝固が、抗凝固の目的のためにヘパリンを投与する必要性を回避するために使用されてもよい。別の実施形態では、肺膜のクエン酸抗凝固が、抗凝固の目的のためにヘパリンを与える必要性を回避するために使用されてもよい。別の実施形態では、肺膜および透析膜の両方のクエン酸抗凝固が、抗凝固の目的のためにヘパリンを与える必要性を回避するために使用されてもよい。したがって、腎臓透析および肺支援との組み合わせ療法を行うことは、ＥＣＬＳにおける抗凝固の問題に対する新しい解決策につながるであろう。

別の実施形態では、流体、薬剤、および診断試験が、受動的に、または特殊回収もしくは送達デバイス／モジュール／ツールを介してのいずれかにおいて、デバイスの回路構成を通して投与されてもよい。

いくつかの実施形態では、クランプが、追加安全性手段として、管類のいくつかまたは全てを通した流動を遮断してもよい。

いくつかの実施形態では、本デバイスは、電源、例えば、バッテリを含んでもよい。バッテリは、ポンプおよびコンプレッサを給電してもよい。バッテリは、約８時間の使用にわたる充電寿命を有してもよい。バッテリは、他のバッテリと相互交換可能であってもよい。

別の実施形態では、ポンプおよび任意のモジュール式構成要素は、衣類に取り付けられてもよい。いくつかの実施形態では、電源は、衣類に取り付けられてもよい。本デバイスの構成要素は、スナップ、摩擦嵌合、フック、または任意の類似好適な様式によって、衣類に取り付けられてもよい。本デバイスの構成要素は、患者による快適な移動を可能にする、衣類上の正面、背面、左、右、または任意の位置において、衣類に取り付けられてもよい。

別の実施形態では、衣類は、患者の上半身に装着されてもよい。別の実施形態では、衣類は、他の衣類下に装着可能であってもよい。別の実施形態では、衣類は、例えば、ベストであってもよい。

別の実施形態では、本デバイスは、急性または慢性肺不全を患う患者を治療するために使用されてもよい。急性または慢性肺不全は、急性呼吸窮迫症候群、慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）、肺気腫、気管支炎、または外傷および蘇生、煙の吸入および熱傷、肺挫傷、化学兵器、爆風傷害、もしくは感染症等の他の原因に由来する急性肺傷害を含んでもよい。

別の実施形態では、本デバイスは、大脳／脳灌流圧力を最適化することを目的として、循環血液中のＣＯ_２のレベルを制御するために使用されてもよい。この場合、ＣＯ_２値は、血液中のより高いまたはより低いＣＯ_２レベルを達成するために、デバイスの中に埋設され、デバイス内の血流および掃引ガス流を調節するために使用される、インライン感知技術を介して取得されるであろう。

別の実施形態では、本デバイスは、急性または慢性腎不全を患う患者を治療するために使用されてもよい。

別の実施形態では、本デバイスは、急性または慢性肝不全を患う患者を治療するために使用されてもよい。

別の実施形態では、本デバイスは、急性または慢性心不全を患う患者を治療するために使用されてもよい。

別の実施形態では、本デバイスは、頭部および脳を選択的に灌流し、外傷性脳傷害を患う患者を治療するため、または血液中の循環ＣＯ_２レベルの正確な制御を介して、外傷性脳傷害の有無を問わず、脳への血液供給量を最適化するために使用されてもよい。

別の実施形態では、本デバイスは、部分的肺支援の早期開始を可能にし得る。本デバイスは、機械的人工呼吸器の患者の必要性に先立って、部分的肺支援を開始することを可能にし得る。本デバイスは、ハイブリッド呼吸を可能にし得、患者は、支援をデバイスから受けながらまた、部分的に、自然に呼吸することが可能である。本デバイスは、治療を提供する間、患者に麻酔をかけ、挿管する必要性を防止し得る。

別の実施形態では、挿管および機械的換気の必要性を回避することによって、本デバイスはまた、咳嗽、くしゃみ、または患者の気道の他の自然クリアランスを可能にし得る。

いくつかの実施形態では、本デバイスの使用は、異なるサービス間の引き継ぎの必要性を除去し得る。いくつかの実施形態では、本デバイスの使用は、支援の開始点と病院との間の医療搬送の間、または病院の科内で、もしくは病院または治療センター外における患者による本デバイスの自律的使用の間の自宅で、機器を交換する必要性を排除し得る。

いくつかの実施形態では、本デバイスは、早期治療を現場で傷害した軍人に提供するために使用されてもよい。本デバイスは、現場における傷害点またはその近傍において治療を提供するために使用されてもよい。

いくつかの実施形態では、本デバイスは、個々の外傷または自動車事故の際、もしくは集団災害状況の際、早期治療を現場で傷害した官僚に提供するために使用されてもよい。本デバイスは、現場における傷害点またはその近傍において、もしくは歩行可能支援または自宅での使用において、治療を提供するために使用されてもよい。

別の実施形態では、本デバイスは、自宅または治療センターもしくは病院外において、ＣＯ_２除去および部分的酸素化によって、慢性肺不全を治療するために使用されてもよい。

いくつかの実施形態では、本デバイスは、選択的臓器灌流またはいくつかの臓器の組み合わせ灌流のいずれかを用いて、長期装着可能多臓器支援を行うために使用されてもよい。

別の実施形態では、本デバイスは、ＣＯ_２除去および部分的酸素化によって、肺不全を治療するために使用されてもよい。

別の実施形態では、本デバイスは、患者の自宅において、腎不全を治療してもよい。本デバイスは、患者が、透析センターまたは病院に向かうことを回避することを可能にし得る。本デバイスは、医療人員の直接持続的監督を伴わずに、治療を可能にし得る。

別の実施形態では、本デバイスは、本デバイス内の血液の酸素化レベルを測定するための少なくとも１つのセンサを含んでもよい。本デバイスは、１つ以上のセンサを含み、本デバイス内の流率を測定してもよい。本デバイスは、１つ以上のセンサを含み、デバイスの内圧を測定してもよい。本デバイスは、１つ以上のセンサを含み、本デバイス内の気泡を識別してもよい。

別の実施形態では、ポンプは、患者または医療従事者によって容易にプログラムされ得る、プロセッサ、例えば、プログラマブル論理コントローラまたは他の好適なコントローラによって制御されてもよい。プログラミングは、例えば、無線で、ＵＳＢケーブルを通して、ボタン、タッチスクリーン、もしくはポンプコントローラ上の他の作動および／または入力機構を使用して、もしくは無線で、遂行されてもよい。例えば、医療従事者は、デバイスを無線接続を通して遠隔で制御することが可能であり得る。これは、医師または医療従事者が、専門家処置設定外において、患者を監視し、任意の必要調節を行うための容易な方法を提供し得る。

別の実施形態では、ポンプおよび／または制御システムは、どの患者が支援を開始される必要があるかと、どの患者が支援を停止される必要があるかと、どの患者がどの特定の形態の支援から利点を享受するであろうかとを査定、診断、または予測することを目的として、ディスプレイ上の視覚的信号を通して、もしくは医療情報の自動収集および分析によって、情報および／またはフィードバックならびに／もしくは読取値を患者または医療従事者に提供してもよい。

本一貫し、要求に応じた、移動式処置を提供することによって、本デバイスは、サービス間の引き継ぎの必要性を除去し、機器を変更する必要性を除去するであろう。最も重要なこととして、歩行可能体外支援のための移動式、モジュール式、かつ装着可能なデバイスを提供することは、治療を提供する間、患者に麻酔をかけ、挿管する必要性を防止するであろう。

本明細書内に組み込まれ、その一部を構成する、付随の図面は、開示される実施形態を図示し、説明とともに、開示される実施形態を解説する役割を果たす。

図１は、開示される実施形態のうちの少なくとも１つと一貫する、例示的組み合わせデバイスの写真である。

図２は、開示される実施形態のうちの少なくとも１つによる、例示的組み合わせデバイスの構成要素、接続、および流体流動経路の例証である。

図３は、開示される実施形態のうちの少なくとも１つによる、例示的組み合わせデバイスの構成要素、接続、および流体流動経路の例証である。

図４は、開示される実施形態のうちの少なくとも１つによる、例示的組み合わせデバイスの構成要素、接続、および流体流動経路の例証である。

図５は、開示される実施形態のうちの少なくとも１つによる、例示的組み合わせデバイスの構成要素、接続、および流体流動経路の例証である。

図６は、開示される実施形態のうちの少なくとも１つによる、例示的組み合わせデバイスの構成要素、接続、および流体流動経路の例証である。

図７は、開示される実施形態のうちの少なくとも１つによる、例示的組み合わせデバイスの構成要素、接続、および流体流動経路の例証である。

図中に現れる注釈は、例示にすぎず、請求される本発明の制限ではない。

（詳細な説明）
ここで、本開示の本実施形態（例示的実施形態）が詳細に参照され、その実施例は、付随の図面に図示される。

図１は、本開示による少なくともいくつかの実施形態による、体外膜酸素化および体外連続腎代替療法を組み合わせる、例示的装着可能体外生命維持デバイス２０を図示する。同じまたは類似概念は、他の臓器支援膜を本デバイスに追加する場合にも適用されるであろう。いくつかの実施形態では、装着可能体外生命維持デバイス２０は、ベスト２０であってもよい。二重管腔カテーテル２２は、例えば、右頸静脈（図示せず）を介して、患者の中に挿入されてもよい。カテーテル２２は、２つの孔を有し、血液を上大静脈および下大静脈から排出することを可能にしてもよい。１つの管腔（例えば、管腔２４）は、脱酸素化血液が身体から除去されることを可能にしてもよい一方、他の管腔（例えば、管腔２６）は、酸素化血液が身体に戻ることを可能にしてもよい。

本開示の少なくともいくつかの実施形態によると、二重管腔カテーテル２２からのラインは、例えば、患者の正面において、ベスト２０に取り付けられてもよい。少なくともいくつかの実施形態によると、二重管腔カテーテル２２からのラインは、患者の頸部の背後において、またはベスト２０の左もしくは右側において、ベスト２０に取り付けられてもよい。少なくともいくつかの実施形態によると、ラインは、任意の他の場所において、ベスト２０に取り付けられてもよい。別の実施形態によると、ラインは、ベスト２０に取り付けられなくてもよい。

ポンプ３０が、二重管腔カテーテル２２のポートのうちの１つからラインのうちの１つを通した吸入を用いて、血液を推進してもよい。ポンプ３０は、肺膜３２の入口に流動的に接続されてもよい。肺膜３２の入口はまた、カテーテル２２に流動的に接続されてもよい。肺膜３２は、ＣＯ_２を血液から除去してもよい。肺膜３２はまた、血液を酸素化してもよい。肺膜３２の設計はまた、流体加温器が利用可能な場合、熱交換器を含み、対流によって血液を加熱してもよい。いくつかの実施形態では、肺膜３２は、１／４インチ管類サイズおよび１５フレンチ（Ｆ）カテーテルを使用して、最小５００ｍｌ／分流動を支援し、また、例えば、１８Ｆカテーテルを使用して、１リットル（Ｌ）／分、２３Ｆカテーテルを使用して、２Ｌ／分、３２Ｆカテーテルを使用して、最大４リットル／分（全て、１／２インチ管類を使用する）までのより高い流率に適応することも可能であり得る。

別の実施形態では、肺膜３２の出口は、二重管腔カテーテル２２（例えば、頸部カテーテル）の第２の管腔への第２のラインを通して、血液を戻してもよく、血液を右心房の中に注入してもよい。

別の実施形態では、肺膜３２は、掃引ガスのための入力を含み、ＣＯ_２を除去し、酸素化を提供してもよい。いくつかの実施形態では、掃引ガスライン３４は、デバイス２０上に搭載される小型コンプレッサに接続されてもよく、これは、ガス交換の目的のために、酸素を発生させ、肺膜３２を通して周囲空気を循環させるであろう。いくつかの実施形態では、掃引ガスライン３４は、周囲空気を肺膜３２に入力してもよい。

別の実施形態では、シャントライン３６が、並列、直列、または他の組み合わせにおいて、入口ライン、出口ラインに接続されてもよい。シャントライン３６は、血液の側流を肺膜３２から透析膜４０の入口の中に導いてもよい。透析膜４０は、代謝物、炎症性媒介物、サイトカイン、および／または病原体のうちの少なくとも１つを除去してもよい。これは、腎臓透析の種々の一般に確立されている構成を使用して遂行されてもよい。

別の実施形態では、ポンプ３０は、透析膜４０に流動的に接続されてもよい。透析膜４０の出口は、二重管腔カテーテル２２の第２の管腔への第２のラインを通して、血液を戻してもよく、血液を右心房の中に注入してもよい。

図１は、肺膜３２および透析膜４０に直列に接続される、ポンプ３０を示すが、種々の他の構成も、検討され、そのうちのいくつかは、図２−７に図示される。

肺膜３２、透析膜４０、およびポンプ３０は、ベスト２０上の正面、背面、左、右側、または任意の可能性として考えられる場所において、ベスト２０に取り付けられてもよい。

いくつかの実施形態では、デバイス２０は、電源４２、例えば、バッテリを含んでもよい。

図２−７は、本開示の少なくともいくつかの実施形態による、ポンプ３０、肺膜３２、および透析膜４０の種々の構成の例証である。図２−７では、脱酸素化血液は、破線によって表され、酸素化血液は、実線によって表される。

図２は、ポンプ３０、肺膜３２、および透析膜４０を直列に図示する。脱酸素化血液は、カテーテル２２に進入し、第１のラインからポンプ３０に進入する。脱酸素化血液は、次いで、肺膜３２に圧送され、そこで、血液は、酸素化され、二酸化炭素は、除去される。酸素化血液は、次いで、透析膜４０に進入し、そこで、代謝物、炎症性媒介物、サイトカイン、および／または病原体のうちの少なくとも１つが、除去される。次いで、濾過および酸素化された血液は、最終的に、他のラインを通して、患者に戻される。

図３は、ポンプ３０を並列の肺膜３２および透析膜４０と直列に図示する。患者からの脱酸素化血液は、ポンプ３０に進入し得、肺膜３２および透析膜４０の両方と並行に圧送され得る。肺膜３２からの酸素化血液は、透析膜４０からの濾過された脱酸素化された血液と合流され、１つのライン内で患者に戻され得る。

図４は、透析膜４０、ポンプ３０、および肺膜３２を直列に図示する。患者からの脱酸素化血液は、透析膜４０に進入し得る。濾過された脱酸素化された血液は、次いで、ポンプ３０に進入し、肺膜３２に圧送される。酸素化血液は、次いで、患者に戻される。いくつかの実施形態では、一連の接続は、透析膜を通した流動の直接制御を提供し得る。加えて、一連の接続は、システムの管類および接続を簡略化し得る。

図５は、ポンプ３０および透析膜４０を直列の肺膜３２と並列に図示する。患者からの脱酸素化血液は、並列のポンプ３０および透析膜４０の両方に進入し得る。透析膜４０から濾過された血液は、次いで、ポンプ３０からの血液と合流され、肺膜３２に圧送され得る。酸素化血液は、次いで、患者に戻される。いくつかの実施形態では、並列配列は、本デバイスのうちの一方が詰まる場合、他のデバイスが、独立して動作する、または異なるデバイスのために交換され得るため、有利であり得る。いくつかの実施形態では、血液は、一度に、一方システムを通して、例えば、透析膜４０を通して、または肺膜３２を通して流動し得る。故に、並列接続は、モジュール式設計を提供する。加えて、並列配列は、流体透析膜４０のより低い内圧を提供し得、これは、血液生存率の維持のために有益であり得る。例えば、より高い圧力は、赤血球の乱流および破壊を要求し得る。いくつかの実施形態では、肺支援は、透析膜４０が支援し得る最大流動より高い血流を要求し得る。並列接続は、独立血流調整を可能にし得、肺膜３２を通した流動は、透析膜４０を通した流動の独立調整を用いて、必要に応じて高または低となり得る。例えば、血流は、５０ｍｌ／分〜５００ｍｌ／分の範囲であってもよい。

図６は、透析膜４０を直列のポンプ３０および肺膜３２と並行に図示する。患者からの脱酸素化血液は、並列のポンプ３０および透析膜４０の両方に進入し得る。ポンプ３０からの血液は、次いで、肺膜３２に圧送される。肺膜３２からの酸素化血液は、透析膜４０からの濾過された脱酸素化された血液と合流され、１つのライン内で患者に戻され得る。

図７は、透析膜４０を直列のポンプ３０および肺膜３２と並列に図示する。患者からの脱酸素化血液は、ポンプ３０に進入し得、肺膜３２に圧送され得る。酸素化血液は、次いで、別個に患者に戻され、透析膜４０に進入し得る。透析膜４０からの濾過された血液は、ポンプ３０に進入する前に、患者からの脱酸素化血液と合流され得る。

図２−７は、ポンプ３０、肺膜３２、および透析膜４０の種々の構成の例示的実施形態を図示するが、図示されない他の構成も、検討される。一実施形態では、ポンプ３０および肺膜３２のみが、肺支援を要求し、腎臓支援を要求しない、患者のために使用される。別の実施形態では、ポンプ３０および透析膜４０のみが、患者腎臓支援を要求し、肺支援を要求しない、患者のために使用される。

さらに、例証的実施形態が、本明細書に説明されているが、その範囲は、本開示に基づいて、同等要素、修正、省略、（例えば、種々の実施形態を横断した側面の）組み合わせ、適合、または改変を有する、あらゆる実施形態を含む。請求項における要素は、請求項に採用される用語に基づいて、広義に解釈されるべきであって、本明細書に説明される、または本出願の出願手続の遂行の間の実施例に限定されず、その実施例は、非排他的として解釈されるべきである。さらに、開示される方法のステップは、ステップを並べ替える、またはステップを挿入もしくは削除することを含む、任意の様式において修正されることができる。したがって、明細書および実施例は、実施例にすぎないと見なされることが意図され、真の範囲および精神は、以下の請求項およびその均等物の完全範囲によって示される。

Claims (21)

1. 患者の体外生命維持のための装着可能デバイスであって、
   ポンプと、第１および第２のモジュール式体外生命維持構成要素とに流動的に接続されている、カテーテルを備え、
   前記ポンプと前記第１および第２のモジュール式体外生命維持構成要素とは、衣類に取り付けられるように構成されている、装着可能デバイス。
2. 前記ポンプ、第１のモジュール式体外生命維持構成要素、および第２のモジュール式体外生命維持構成要素は、直列に流動的に接続されている、請求項１に記載の装着可能デバイス。
3. 前記ポンプ、第１のモジュール式体外生命維持構成要素、および第２のモジュール式体外生命維持構成要素のうちの少なくとも１つは、並列に流動的に接続されている、請求項１に記載の装着可能デバイス。
4. 前記第１のモジュール式体外生命維持構成要素は、肺膜である、請求項１に記載の装着可能デバイス。
5. 前記第２のモジュール式体外生命維持構成要素は、透析膜である、請求項４に記載の装着可能デバイス。
6. 前記モジュール式体外生命維持構成要素は、肝膜である、請求項１に記載の装着可能デバイス。
7. 前記モジュール式体外生命維持構成要素は、前記患者の頭部の選択的灌流を提供する、請求項１に記載の装着可能デバイス。
8. バッテリをさらに備える、請求項１に記載の装着可能デバイス。
9. 前記カテーテルの少なくとも一部は、頸静脈の中に挿入されている、請求項１に記載の装着可能デバイス。
10. 前記頸静脈の中に挿入された前記カテーテルの前記少なくとも一部は、上および下大静脈の中に挿入されている、請求項８に記載の装着可能デバイス。
11. 前記デバイスは、医療情報を自動的に集め、分析し、関連付けられる患者の必要性および開始されるべき対応する支援と、どの関連付けられる患者の必要性および前記対応する支援が停止されるべきであるかと、どの関連付けられる患者の必要性がどの特定の形態の支援から利点を享受するであろうかとを査定、診断、および予測する、請求項１に記載の装着可能デバイス。
12. 前記デバイスの中に埋設された少なくとも１つのインラインセンサをさらに備え、前記インラインセンサは、前記デバイス内の血流および掃引ガス流を調節し、血液中のより高いまたはより低いＣＯ_２レベルを達成するために使用される、請求項１に記載の装着可能デバイス。
13. 前記モジュール式体外生命維持構成要素は、治療センター外で、ＣＯ_２除去および血液の部分的酸素化によって、慢性肺不全を治療する、請求項１に記載の装着可能デバイス。
14. 前記モジュール式体外生命維持構成要素は、移植のための臓器の生存率を延長させる、請求項１に記載の装着可能デバイス。
15. 移動式の歩行可能体外生命維持を提供する方法であって、
    ポンプを介して、患者の血液を第１および第２のモジュール式体外生命維持構成要素の中に圧送することを含み、
    前記ポンプと、第１および第２のモジュール式体外生命維持構成要素とは、直列に流動的に接続され、
    前記ポンプと、第１および第２のモジュール式体外生命維持構成要素とは、衣類に取り付けられるように構成されている、方法。
16. 移動式の歩行可能体外生命維持を提供する方法であって、
    患者の脱酸素化血液を第１のラインを通してポンプに圧送することと、
    脱酸素化血液を肺膜に圧送することであって、前記血液は、酸素化され、二酸化炭素は、除去される、ことと、
    酸素化血液を前記肺膜から透析膜に圧送することであって、前記血液は、濾過される、ことと、
    第２のラインを通して、血液を前記患者に戻すことと
    を含む、方法。
17. 体外生命維持において抗凝固を提供する方法であって、
    体外回路を通して、患者の血液を圧送することと、
    血液を前記体外回路内の肺膜および透析膜に圧送することと、
    抗凝固剤を前記体外回路内の前記血液の中に注入することと、
    血液を前記患者に戻すことと
    を含む、方法。
18. 移動式の歩行可能体外生命維持を提供する方法であって、
    体外回路を通して、患者の血液を圧送することと、
    血液を前記体外回路内の第１および第２のモジュール式体外生命維持構成要素に圧送することと、
    血液を前記患者に戻すことと
    を含む、方法。
19. 前記回路を通して、流体を投与することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
20. 前記回路を通して、薬剤を投与することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
21. 前記回路を通して、診断試験を投与することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。

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