JP2022117709A - 補助循環制御装置、補助循環システム - Google Patents

Abstract

【課題】人工肺による血液のガス交換量が変化したときの血液ガス交換状況指標の変化を効率的に把握することが可能な補助循環制御装置、補助循環システムを提供すること。【解決手段】生体に接続され、人工肺において生体肺と並行して血液をガス交換する補助循環装置を制御する補助循環制御装置１００であって、前記人工肺１２０に供給する人工肺吸気ガス制御部１７８Ａと、前記人工肺１２０に送血する血液の流量を制御する送血ポンプ流量制御部１７８Ｂとを有し、前記人工肺１２０における血液のガス交換量を変化させるガス交換量制御部１７６と、前記生体における血液ガス交換状況指標を演算する血液ガス交換状況指標演算部１７２と、を備えていることを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、生体に接続され、送血ポンプにより人工肺に送血して人工肺において血液をガス交換する補助循環装置に適用される補助循環制御装置、補助循環システムに関する。

周知のように、心臓外科手術等においては、必要に応じて、体外血液循環装置を用いて心臓を停止あるいは停止に近い状態にする体外循環（ＣＰＢ）が実施されている。
このような体外循環（ＣＰＢ）では、人工肺（Membrane Lung、以下、ＭＬという場合がある）により、血液のガス交換が行われる。

体外循環（ＣＰＢ）においては、例えば、ガスモニタリング装置によって、人工肺（ＭＬ）における血液のガス交換が適切に行われているかどうかをモニタリングすることが可能となっている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、急性肺炎患者（ＡＲＤＳ）を治療する場合には、生体肺（Natural Lung、以下、ＮＬという場合がある）の機能低下を人工呼吸器を用いて回復させる場合がある。
人工呼吸器を用いる場合、生体肺（ＮＬ）の能低下により人工呼吸器による肺換気が充分に機能しないばかりか、人工呼吸器を使用することにより、かえって生体肺機能が低下する心配がある。

そこで、急性肺炎患者（ＡＲＤＳ）の治療においては、生体肺機能を部分的に休止させて生体肺を回復させるために、補助循環（Extracorporeal membrane oxygenation、以下、ＥＣＭＯという）による血液のガス交換が行われる。
具体的には、人工肺（ＭＬ）と生体肺（ＮＬ）を併存させて、患者から脱血した血液を人工肺（ＭＬ）でガス交換して再び体内に戻すことで、生体肺（ＮＬ）の機能を人工肺（ＭＬ）により補助させるものである。
補助循環（ＥＣＭＯ）による治療は、例えば、数日から１か月程度の長期にわたって行う場合がある。

また、患者の回復途上において、補助循環（ＥＣＭＯ）の依存度合いの低下や補助循環（ＥＣＭＯ）の離脱は、患者の生体肺機能に応じて実施する必要があり、これを考慮せず補助循環（ＥＣＭＯ）の度合いを必要以上に低くすることは適当ではない。

特許第４５６２４９０号公報

しかしながら、補助循環（ＥＣＭＯ）による血液のガス交換では、人工肺（ＭＬ）のみならず生体肺（ＮＬ）でも血液がガス交換されるために、補助循環（ＥＣＭＯ）による血液のガス交換が適切に行われているかどうかを的確に把握することは困難である。
また、人工呼吸器による生体肺（ＮＬ）の管理は、換気量と呼気終末二酸化炭素分圧などのモニタリングに依存しているが、補助循環（ＥＣＭＯ）を用いて血液のガス交換をしている患者の全ての呼吸を管理することはできない。

したがって、補助循環（ＥＣＭＯ）を用いた治療では、患者から採血した血液を断続的に血液ガス分析することにより、生体における血液のガス交換が適切かどうかを管理することにより、補助循環（ＥＣＭＯ）による血液のガス交換、ひいては生体肺（ＮＬ）と人工肺（ＭＬ）による患者の全ての呼吸が適切に行われているかどうかを把握する必要があり、医療従事者にとって大きな負担となっている。

そこで、補助循環（ＥＣＭＯ）を用いた治療において、医療従事者の負担を軽減するとともに、補助循環（ＥＣＭＯ）による治療を効率的かつ安全に行うことが可能な技術が求められている。

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、生体に接続される補助循環装置に関して、血液ガス交換状況指標（例えば、体重による呼吸効率、自発率、補助循環比率、血液酸素化状況指標 等）を演算して、少なくとも下記のいずれか一つを効率的に実施することが可能な補助循環制御装置、補助循環システムを提供することを目的とする。
１）補助循環の依存度合いの適否（例えば、依存度を高くする必要性、依存度低下の可否）を判断すること
２）補助循環装置の依存度合いを低下させること
３）補助循環装置を離脱させることが可能かどうかを判断すること
４）補助循環装置の離脱

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。
（１）この発明の第１態様は、生体に接続され、前記生体から脱血した血液を送血ポンプにより人工肺に送血して、前記人工肺において生体肺と並行して血液をガス交換する補助循環装置を制御する補助循環制御装置であって、前記人工肺に供給する人工肺吸気ガス制御部と、前記人工肺に送血する血液の流量を制御する送血ポンプ流量制御部と、を有し、前記人工肺における血液のガス交換量を変化させるガス交換量制御部と、前記生体における血液ガス交換状況指標を演算する血液ガス交換状況指標演算部と、を備えていることを特徴とする。

この発明に係る補助循環制御装置によれば、人工肺に供給する人工肺吸気ガス制御部と、人工肺に送血する血液の流量を制御する送血ポンプ流量制御部と、を有し、人工肺における血液のガス交換量を変化させるガス交換量制御部と、を備えているので、血液ガス交換状況指標（例えば、体重による呼吸効率、自発率、補助循環比率 等）を演算して、血液ガス交換状況指標を確認しながら補助循環装置を運用することができる。具体的には、例えば、時間とともに変化する血液ガス交換状況指標を確認して、人工肺における血液のガス交換量の制御や血液ガス交換量の変化の可否や変化させることができる。
また、患者の代謝状況を容易に把握することができる。

ここで、人工肺吸気ガス制御部は、人工肺吸気ガスの酸素含有量を制御するものであり、人工肺吸気ガス供給量、人工肺吸気ガスの酸素濃度の少なくともいずれか一方を制御可能であるものとする。

この明細書において、血液ガス交換状況指標とは、生体肺、人工肺における血液のガス交換状況が適切かどうかを評価可能な指標であり、例えば、体重による呼吸効率、自発率、補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）、血液酸素化状況指標、及びこれらと一義的に対応する指標が挙げられる。
また、血液酸素化状況指標とは、例えば、人工肺における酸素飽和度、生体の酸素飽和度、血液のヘモグロビン濃度、血液の酸素分圧等が挙げられ、血液の酸素化度合いを示す周知の他の指標を適用してもよい。

また、明細書において、人工肺や生体肺における酸素摂取量、人工肺や生体肺における二酸化炭素排出量をガス交換量パラメータという場合がある。また、これらを演算することが可能なガスの酸素濃度（酸素含有量、酸素分圧）、二酸化炭素濃度（二酸化炭素含有量、二酸化炭素分圧）及びガス供給量等、周知のパラメータを適用してもよい。また、例えば、二酸化炭素、酸素の含有率を特定することが可能な呼吸用ガスに含まれる他のガス（例えば、麻酔ガス等）の含有率を演算する構成としてもよい。

また、生体肺において血液を酸素化するためのガス交換量パラメータ（例えば、酸素摂取量）を取得する場合、例えば、人工呼吸器を用いた呼吸ガスの他、例えば、自然呼吸（例えば、酸素マスクを用いる場合）における呼吸気の酸素濃度を適用してもよい。

また、例えば、二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度、酸素（Ｏ_２）濃度を、血液を酸素化するためのガスの含有量に係るパラメータとして、酸素含有率パラメータと称する場合があるものとする。

また、ガス交換量を変化させるとは、ガス交換量を少なくする場合、ガス交換量を多くする場合の少なくともいずれか一方を含む動作をいう。

（２）上記（１）に記載の補助循環制御装置は、前記血液ガス交換状況指標演算部が、設定された時間間隔で演算してもよい。

この発明に係る補助循環制御装置によれば、制御部は、設定された時間間隔で演算を行うので、血液のガス交換量を変化させたときの血液ガス交換状況指標をトレンドで把握することができる。
また、データを時系列で蓄積することにより、血液ガス交換状況指標を的確に把握することができる。

ここで、設定された時間間隔とは、人手によって設定してもよいし、センサ等の測定間隔時間と対応して自動的に設定されてもよく、任意に設定することが可能である。また、リアルタイム、一定時間遅延させて演算、表示してもよい。

（３）上記（１）又は（２）に記載の補助循環制御装置は、前記ガス交換量制御部は、前記人工肺における血液のガス交換量を変化させる際に、前記人工肺に供給する人工肺吸気ガスの酸素含有量と、前記人工肺に送る血液の流量、の少なくともいずれか一方を変化させてもよい。

この発明に係る補助循環制御装置によれば、ガス交換量制御部が、人工肺における血液のガス交換量を変化させる際に、人工肺に供給する人工肺吸気ガスの酸素含有量と、人工肺に送る血液の流量、の少なくともいずれか一方を変化させるので、人工肺における血液の酸素摂取量を容易かつ安定して変化させる。
その結果、人工肺における血液の酸素化状態を効率的に変化させることができる。

（４）上記（１）又は（２）に記載の補助循環制御装置は、前記ガス交換量制御部が、前記血液ガス交換状況指標演算部が演算した前記血液ガス交換状況指標に基づいて、前記人工肺における血液のガス交換量を制御してもよい。

この発明に係る補助循環制御装置によれば、ガス交換量制御部が、血液ガス交換状況指標演算部が演算した血液ガス交換状況指標に基づいて、人工肺における血液のガス交換量を制御するので、血液ガス交換状況指標の状況と対応して、血液のガス交換量を制御することができる。
（５）上記（１）～（４）のいずれか一項に記載の補助循環制御装置であって、前記血液ガス交換状況指標が設定された数値範囲内であるかどうかを判定する血液ガス交換状況判定部を備えていてもよい。

この発明に係る補助循環制御装置によれば、血液ガス交換状況判定部を備えていて、血液ガス交換状況判定部が、人工肺における血液のガス交換量を変化させたときの血液ガス交換状況指標が設定された数値範囲内であるかどうかを判定するので、例えば、補助循環の依存度合いを低下させることが適切かどうか、又は補助循環の依存度合いを高くすることの要否確認（例えば、補助循環によるガス交換量を増加したときに、生体全体の血液ガス交換状況指標が高くなることを検出して補助循環の依存度合いを高くする必要性）を的確に判定することができる。

（６）上記（５）に記載の補助循環制御装置であって、前記血液ガス交換状況判定部は、前記人工肺における血液のガス交換量を変化させたときの前記血液ガス交換状況指標を演算して、前記人工肺により行う補助循環の低下によって前記血液ガス交換状況指標が設定された数値範囲内にあるかどうかにより補助循環の依存度低下が適切かどうかを判定するように構成されていてもよい。

この発明に係る補助循環制御装置によれば、血液ガス交換状況判定部が、人工肺における血液のガス交換量を変化させたときの血液ガス交換状況指標を演算して、人工肺により行う補助循環の低下によって血液ガス交換状況指標が設定された数値範囲内にあるかどうかにより補助循環の依存度低下が適切かどうかを判定するので、血液ガス交換状況に基づいて補助循環の依存度を低下させることが適切かどうかを効率的に判定することができる。
その結果、補助循環の依存度低下の可否確認、補助循環の離脱可否確認、補助循環の離脱を効率的に行うことができる。

（７）上記（１）～（６）のいずれか一項に記載の補助循環制御装置は、前記ガス交換量制御部は、予め設定されたプログラムにしたがって前記人工肺における血液のガス交換量を変化可能に構成されていて、前記血液ガス交換状況指標演算部は、前記ガス交換量制御部が前記プログラムにしたがって前記人工肺における血液のガス交換量を変化させたときの前記血液ガス交換状況指標を演算してもよい。

この発明に係る補助循環制御装置によれば、ガス交換量制御部が、予め設定されたプログラムにしたがって人工肺における血液のガス交換量を変化可能に構成され、血液ガス交換状況指標演算部が、プログラムにしたがって人工肺における血液のガス交換量を変化させたときの血液ガス交換状況指標を演算するので、血液ガス交換状況指標を確認しながら、ガス交換量制御部によって血液のガス交換量を適切に変化させることができる。

（８）上記（７）に記載の補助循環制御装置は、前記ガス交換量制御部は、前記人工肺における血液のガス交換量を変化させる際に、前記生体肺が補助循環に対する依存が低下する回復時間と対応させて、前記人工肺における血液のガス交換量を減少させるように構成されていてもよい。

この発明に係る補助循環制御装置によれば、ガス交換量制御部が、人工肺における血液のガス交換量を変化させる際に、生体肺が補助循環に対する依存が低下する回復時間と対応させて、人工肺における血液のガス交換量を減少させるように構成されているので、生体肺機能の回復を確認しながら補助循環の依存度を変化させて、補助循環の依存度合いを低下させ、又は補助循環装置をスムースに離脱させることができる。

（９）上記（８）に記載の補助循環制御装置は、前記ガス交換量制御部は、前記人工肺における血液のガス交換量を変化させていて、予め設定された補助循環依存度低下動作の停止条件を検出した場合に、前記人工肺に送血する血液流量と前記人工肺に供給する人工肺吸気ガスの酸素含有量を予め設定した状態まで復帰させてもよい。

この発明に係る補助循環制御装置によれば、ガス交換量制御部が、人工肺における血液のガス交換量を変化させていて、予め設定された補助循環依存度低下動作の停止条件を検出した場合に、人工肺に送血する血液流量と人工肺に供給する人工肺吸気ガスの酸素含有量を予め設定した状態まで復帰させるので、生体における補助循環の依存度合いを安全に変化させることができる。

ここで、補助循環依存度低下動作の停止条件とは、補助循環依存度低下動作を解除し、中断し、又は停止する条件のいずれでもよい。
また、予め設定した状態とは、ガス交換量を変化させる制御を開始したときの状態に限定されず、予め設定された数値、または血液ガス交換状況が適切と判定されていたときの数値、又はこれらに対して一定の比率や差を以って設定された数値等であってもよい。

（１０）上記（７）～（９）のいずれか一項に記載の補助循環制御装置であって、前記血液ガス交換状況指標演算部が演算した血液ガス交換状況指標が設定された数値範囲から外れた際にアラームを出力してもよい。

この発明に係る補助循環制御装置によれば、血液ガス交換状況判定が、プログラムを実行しているときに、血液ガス交換状況指標が設定された数値範囲から外れた際にアラームを出力するので、発生した異常を早いタイミングで把握することができる。
その結果、生体における補助循環の依存度合いを安全に変化させることができる。

（１１）この発明の第２態様は、上記（１）～（１０）のいずれか一項に記載の補助循環制御装置を備えていることを特徴とする補助循環システムである。

この発明に係る補助循環システムによれば、人工肺による血液のガス交換量が変化したときの血液ガス交換状況指標を効率的に把握することができる。

この発明に係る補助循環制御装置、補助循環システムによれば、人工肺による血液のガス交換量が変化したときの血液ガス交換状況指標の変化を効率的に把握することができる。

本発明の第１実施形態に係る補助循環（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）の概略構成を説明する概念図である。 第１実施形態に係る補助循環（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）を適用していない患者の血液循環の概略を説明する概念図である。 第１実施形態に係る補助循環（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）を適用している患者の血液循環の概略を説明する概念図である。 第１実施形態に係る補助循環制御装置の概略構成を説明するブロック図である。 第１実施形態に係る補助循環制御装置の概略構成を説明する人工肺二酸化炭素排出量演算部における演算手順の概略を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る補助循環制御装置の概略構成を説明する人工呼吸器二酸化炭素排出量演算部における演算手順の概略を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る補助循環制御装置の概略構成を説明する補助循環比率演算部における補助循環比率の演算手順の概略を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る補助循環制御装置の概略構成を説明する血液ガス交換状況指標演算部における体重による呼吸効率（血液ガス交換状況指標）の演算手順の概略を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る補助循環制御装置の概略構成を説明する血液ガス交換状況判定における血液ガス交換状況の判定手順の概略を示すフローチャートである。ローチャートである。 第１実施形態に係る補助循環制御装置の概略構成を説明するガス交換量定常制御手順の一例の概略を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る補助循環制御装置の概略構成を説明するガス交換量変動制御手順の一例の概略を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る補助循環制御装置に接続する液晶タッチパネルの概略構成を説明する概念図である。 本発明の第２実施形態に係る補助循環（Ｖ－Ａ ＥＣＭＯ）の概略構成を説明する概念図である。 第２実施形態に係る補助循環（Ｖ－Ａ ＥＣＭＯ）を適用している患者の血液循環の概略を説明する概念図である。

＜第１実施形態＞
以下、図１～図１２を参照して、本発明の第１実施形態に係る補助循環（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）について説明する。
図１は、第１実施形態に係る補助循環（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）の概略構成を説明する概念図である。なお、図１に示す点線は、補助循環制御装置１００と各センサ、人工肺ガス供給装置、遠心ポンプドライバを接続する電気ケーブル（一部経路を省略）を示している。

図において、符号１０は補助循環（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）における補助循環システム（血液循環回路）を、符号１００は補助循環制御装置を、符号１１５は遠心ポンプ（送血ポンプ）を、符号１２０は人工肺を、符号１４０は人工呼吸器を、符号１４８はパルスオキシメータ（血液酸素化指標測定装置）を、符号１８０は液晶タッチパネルを示している。
以下、補助循環システム（血液循環回路）を、補助循環システム（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）と表示する。

第１実施形態は、患者（生体）に、図１に示すように、例えば、補助循環システム（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）１０と、人工呼吸器１４０が接続された例である。
また、第１実施形態では、患者（生体）Ｐには、図１に示すように、例えば、補助循環制御装置１００と、補助循環システム（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）１０と、液晶タッチパネル１８０と、人工呼吸器１４０と、パルスオキシメータ（血液酸素化指標測定装置）１４８が接続されている。

そして、補助循環システム（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）１０は、図１に示すように、患者（生体、人体）Ｐの静脈Ｖ１から脱血した血液を遠心ポンプ（送血ポンプ）１１５により循環させて、人工肺１２０において血液をガス交換させて、再び患者Ｐの静脈Ｖ１に還流させる構成とされている。
また、患者（生体、人体）Ｐは、人工呼吸器１４０が接続されていて、人工呼吸器１４０から供給された吸気ガスを吸入して、生体肺（ＮＬ）において血液を酸素化する人工呼吸を行っている。

補助循環システム（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）１０は、図１に示すように、例えば、脱血ライン１１１と、送血ライン１１２と、血液還流ライン１１３と、リサーキュレーションライン１１４と、遠心ポンプ（送血ポンプ）１１５と、流量センサ１１６と、酸素飽和度センサ１１７と、送血オートクランプ１１８と、リサーキュレーションクランプ１１９と、人工肺１２０と、を備えている。また、遠心ポンプ１１５は、例えば、遠心ポンプドライバ１１５Ｄから電力が供給されている。
この実施形態において、遠心ポンプ（送血ポンプ）１１５と人工肺１２０は、補助循環装置を構成する。

また、例えば、図１に示すように、脱血ライン１１１、遠心ポンプ１１５、送血ライン１１２、人工肺本体１２１、血液還流ライン１１３は、患者Ｐに対してこの順に配置されていて、患者Ｐから脱血した血液は、定常状態において、この順に循環して患者Ｐに還流されるようになっている。

脱血ライン１１１は、例えば、上流側（患者Ｐ側）に接続される第１脱血ライン１１１Ａと、下流側（遠心ポンプ側）に接続される第２脱血ライン１１１Ｂと、を備えている。
そして、脱血ライン１１１は、患者Ｐから脱血した血液を、遠心ポンプ１１５に移送する。
送血ライン１１２は、例えば、遠心ポンプ１１５から送り出された血液を人工肺１２０に移送する。

血液還流ライン１１３は、例えば、上流側（人工肺側）に接続される第１還流ライン１１３Ａと、下流側（患者Ｐ側）に接続される第２還流ライン１１３Ｂと、を備えている。
そして、還流ライン１１３は、人工肺１２０から送り出された血液を患者（生体）Ｐの静脈Ｖ１に移送（還流）する。
また、第１環流ライン１１３には、流量センサ１１６が配置されている。

リサーキュレーションライン１１４は、例えば、血液還流ライン１１３の第１還流ライン１１３Ａと第２還流ライン１１３Ｂの間と、脱血ライン１１１の第１脱血ライン１１１Ａと第２脱血ライン１１１Ｂの間とを接続している。

また、脱血ライン１１１、送血ライン１１２、還流ライン１１３、リサーキュレーションライン１１４は、例えば、柔軟な樹脂材料によって形成されたチューブにより構成されている。

遠心ポンプ（送血ポンプ）１１５は、図１に示すように、流入側が脱血ライン１１１に接続され、流出側が送血ライン１１２に接続され、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、脱血ライン１１１を介して患者Ｐから脱血した脱血した血液を吸引し、送血ライン１１２を介して人工肺１２０に移送する。
また、遠心ポンプ１１５は、例えば、流量設定スイッチ（不図示）を操作することにより、流量センサ１１６で流量（流速）を検出してフィードバック制御するように構成されている。

送血オートクランプ１１８は、図１に示すように、例えば、還流ライン１１３に配置されている。より具体的には、第２還流ライン１１３Ｂに配置されていて、例えば、手動でアクチュエータを操作してクランプ部により送血オートクランプ１１８を閉塞、開放する構成とされている。

リサーキュレーションクランプ１１９は、図１に示すように、例えば、リサーキュレーションライン１１４に配置されていて、例えば、手動でアクチュエータによりクランプ部を作動させてリサーキュレーションライン１１４を閉塞、開放する構成とされている。

そして、送血オートクランプ１１８が第２還流ライン１１３Ｂを開放しているときは、リサーキュレーションクランプ１１９はリサーキュレーションライン１１４を閉塞して、脱血した血液は、脱血ライン１１１、送血ライン１１２、還流ライン１１３を介して患者Ｐに循環する。

また、例えば、緊急時等において、送血オートクランプ１１８が第２還流ライン１１３Ｂを閉塞するときは、リサーキュレーションクランプ１１９はリサーキュレーションライン１１４を開放して、脱血した血液は、第２脱血ライン１１１Ｂ、送血ライン１１２、第１還流ライン１１３Ａ、リサーキュレーションライン１１４の間を循環させることにより、人工肺（ＭＬ）１２０へのガス供給を停止した場合でも、血液が循環して滞留することがないので血液の凝固を防止することができる。

酸素飽和度センサ（血液酸素化指標センサ）１１７は、例えば、第２脱血ライン１１１Ｂに配置された脱血酸素飽和度センサと、第１還流ライン１１３Ａに配置された還流血酸素飽和度センサと、を備えている。
なお、図１では、簡便のために、還流血酸素飽和度センサのみを符号１１７で示している。

この実施形態において、酸素飽和度センサ（還流血酸素飽和度センサ）１１７は、ケーブル（不図示）によって補助循環制御装置１００に接続され、人工肺本体１２１から送り出されて第１還流ライン１１３Ａを流れる血液中の酸素飽和度及びヘモグロビン量を検出して補助循環制御装置１００に送信する。

また、この実施形態において、酸素飽和度センサ１１７は、例えば、赤外線により血液中のヘモグロビンの酸素化指標（酸素化度、血液酸素化指標）を検出するように構成されている。
なお、酸素飽和度センサ１１７の構成は、血液の酸素化の程度を検出可能な範囲で任意に設定することが可能であり、血液酸素化指標を測定可能な公知の種々のセンサを適用してもよい。

人工肺１２０は、図１に示すように、例えば、人工肺本体１２１と、人工肺吸気ライン１２３と、人工肺呼気ライン１２４と、人工肺吸気ガスセンサ１２５と、人工肺呼気ガスセンサ１２６と、を備え、人工肺ガス供給装置１２２に接続されている。
そして、補助循環システム（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）１０を流れる血液を酸素化する構成とされている。

人工肺本体１２１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る。
そして、中空糸膜または平膜等において、供給されたガスの酸素が血液側に移動し、血液に溶存する二酸化炭素が人工肺に供給されるガス側に移動して、血液をガス交換するように構成されている。また、人工肺本体１２１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、人工肺本体１２１の構成は、血液のガス交換が可能な範囲で任意に設定することが可能である。

人工肺ガス供給装置１２２は、ガス交換に好適な酸素（Ｏ_２）濃度に調整したガスを人工肺本体１２１に供給する。この実施形態では、例えば、ガスの酸素（Ｏ_２）濃度は１００％に調整されている。

人工肺吸気ライン１２３は、例えば、人工肺ガス供給装置１２２側に接続される第１吸気ライン１２３Ａと、人工肺本体１２１側に接続される第２吸気ライン１２３Ｂと、を備えている。
そして、人工肺吸気ライン１２３は、人工肺ガス供給装置１２２から送り出された人工肺吸気を人工肺本体１２１に移送する。

人工肺呼気ライン１２４は、人工肺本体１２１から排出された呼気を系外に排出する。
また、人工肺吸気ライン１２３、人工肺呼気ライン１２４は、例えば、柔軟な樹脂材料によって形成されたチューブにより構成されている。

人工肺吸気ガスセンサ１２５は、この実施形態において、例えば、二酸化炭素（ＣＯ_２）センサにより構成されている。
また、人工肺吸気ガスセンサ１２５は、人工肺吸気ライン１２３に配置されている。具体的には、第１人工肺吸気ライン１２３Ａと第２人工肺吸気ライン１２３Ｂの間に配置されている。
そして、人工肺吸気ライン１２３を介して人工肺本体１２１に送り込まれる吸気の二酸化炭素（ＣＯ２）濃度を検出する。

人工肺呼気ガスセンサ１２６は、この実施形態において、例えば、二酸化炭素（ＣＯ_２）センサにより構成されている。
また、人工肺呼気ガスセンサ１２６は、人工肺呼気ライン１２４に配置されている。具体的には、人工肺呼気ライン１２４の下流端に配置されている。
そして、人工肺呼気ライン１２４を介して人工肺本体１２１から排出される呼気に含まれる二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度を検出する。

なお、人工肺吸気ガスセンサ１２５、人工肺呼気ガスセンサ１２６の構成は任意に設定することが可能であり、例えば、二酸化炭素（ＣＯ_２）センサに代えて、酸素（Ｏ_２）センサを適用してもよい。また、人工肺吸気ガスセンサ１２５、人工肺呼気ガスセンサ１２６は、二酸化炭素（ＣＯ_２）の分圧等、吸気、呼気の二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度を特定することが可能な濃度パラメータを検出可能な範囲で公知の種々のセンサを適用してもよい。

また、例えば、人工肺吸気ライン１２３、人工肺呼気ライン１２４に、サンプリング回路（不図示）を設けて、人工肺吸気ライン１２３、人工肺呼気ライン１２４と、サンプリングラインの切り替えを行うことにより、人工肺吸気ガスセンサ１２５と人工肺呼気ガスセンサ１２６をひとつのガスセンサが兼用する構成としてもよい。

人工呼吸器１４０は、図１に示すように、例えば、人工呼吸器吸気ライン１４１と、人工呼吸器呼気ライン１４３を介して、患者Ｐと接続されている。
そして、人工呼吸器１４０は、酸素（Ｏ_２）濃度を高めた人工呼吸器ガスを患者（生体）Ｐに供給して、患者Ｐが効率的に血液のガス交換をするのを補助するように構成されている。

人工呼吸器１４０の構成は任意に設定することが可能であるが、この実施形態において、例えば、減圧弁を有するガス回路、吸気弁、呼気弁、圧力制御回路、流量制御回路、入力装置（Ｉ／Ｏ）を兼ねた表示部を備えた構成とされている。

人工呼吸器吸気ライン１４１は、人工呼吸器１４０から送り出された人工呼吸器吸気を患者Ｐの生体肺（ＮＬ）に移送する。
また、図１に示すように、人工呼吸器吸気ライン１４１には、例えば、人工呼吸器吸気ガスセンサ１４２が配置されていて、人工呼吸器１４０から人工呼吸器吸気ライン１４１を介して患者Ｐに供給される吸気の二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度を検出可能とされている。

人工呼吸器呼気ライン１４３は、患者Ｐの生体肺（ＮＬ）から排出された呼気を人工呼吸器１４０に移送する。
また、図１に示すように、人工呼吸器呼気ライン１４３には、例えば、人工呼吸器呼気ガスセンサ１４４が配置されていて、患者Ｐが排出して人工呼吸器呼気ライン１４３を介して人工呼吸器１４０に移送される血液の酸素化に用いられた後の呼気の二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度を検出可能とされている。

以下、図１、図２、図３を参照して、補助循環システム（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）の作用について説明する。
図２は、補助循環システム（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）を適用していない患者（生体）Ｐの血液循環の概略を、図３は、補助循環システム（ＥＣＭＯ）を適用した患者Ｐの血液循環の概略を説明する概念図である。なお、図２、図３において、心臓と生体肺の間の血液の流れは省略している。
図２、図３において、白い矢印は、ガス交換した後の血液の流れを、塗りつぶした矢印は、ガス交換される前の血液の流れを示している。

〔補助循環システム（ＥＣＭＯ）を適用していない場合〕
まず、図２を参照して、補助循環システム（ＥＣＭＯ）を適用していない場合の血液循環について説明する。
補助循環システム（ＥＣＭＯ）を適用していない場合は、患者（生体）Ｐにおける血液循環は、図２に示すように、生体肺（ＮＬ）で酸素化された後の酸素含有量（酸素含有量パラメータ）ＣａＯ_２、動脈血酸素飽和度（血液酸素化状況指標）ＳａＯ_２の血液が、心臓によって動脈Ａ１を通じて全身の生体組織ＰＳに送り出される。

そして、生体組織ＰＳに送られた血液は、血液中の酸素（Ｏ_２）の一部が代謝により消費され、二酸化炭素（ＣＯ_２）が生成されて、酸素含有量（酸素含有量パラメータ）ＣｖＯ_２、酸素飽和度（血液酸素化状況指標）ＳｖＯ_２に低下した血液（静脈血）となる。
そして、静脈Ｖ１を通じて心臓及び生体肺（ＮＬ）に還流する。
この血液循環では、動脈Ａ１、静脈Ｖ１には、例えば、同じ流量Ｑ_ＣＯの血液が流れる。
ここで、静脈血の酸素飽和度（血液酸素化状況指標）ＳｖＯ_２は、例えば、スワンガンツカテーテルの計測値を適用してもよい。また、流量Ｑ_ＣＯはスワンガンツカテーテルの計測値、血圧波形解析、超音波エコー、ＭＲＩ等を用いて計測してもよい。

〔補助循環システム（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）１０を適用している場合〕
次に、図３を参照して、補助循環システム（ＥＣＭＯ）を適用した場合の血液循環について説明する。
補助循環システム（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）１０を適用している患者（生体）Ｐは、図３に示すように、生体肺（ＮＬ）で酸素化された動脈血酸素含有量ＣａＯ_２、動脈血酸素飽和度（血液酸素化状況指標）ＳａＯ_２、流量（自己心拍出量）Ｑ_ＣＯ）が、心臓によって動脈Ａ１を通じて全身の生体組織ＰＳに送り出される。

また、生体組織ＰＳでガス交換（代謝）された静脈血（酸素含有量ＣｖＯ_２、酸素飽和度（血液酸素化状況指標）ＳｖＯ_２、流量（自己心拍出量と同量）Ｑ_ＣＯ）は、静脈Ｖ１を通じて心臓、生体肺に向かって流れ、流量Ｑ_ＥＣＭＯの血液が脱血点Ｐ１で脱血して補助循環システム（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）１０の人工肺（ＭＬ）に流れる。

一方、脱血点Ｐで脱血しなかった流量Ｑ_ＣＯＰの（＝Ｑ_ＣＯ－Ｑ_ＥＣＭＯ）の血液は、そのまま静脈Ｖ１を通じて心臓に向かって流れる。
なお、図３に示すＱ_ＲＥは、酸素化されて静脈Ｖ１に戻された後に、再び人工肺（ＭＬ）に流れた、補助循環（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）においてリサーキュレーションした血液の流量を示している。

脱血した血液は、人工肺（ＭＬ）に送られて、人工肺（ＭＬ）でガス交換されて酸素化され、還流点Ｐ２で静脈Ｖ１に戻される。
還流点Ｐ２で静脈Ｖ１に戻された血液は、静脈Ｖ１を流れてきた酸素含有量ＣｖＯ_２、酸素飽和度ＳｖＯ_２の血液と混合されて、酸素含有量ＣｖＯ_２（ＮＬ）、酸素飽和度（血液酸素化状況指標）ＳｖＯ_２（ＮＬ）、流量Ｑ_ＣＯの混合静脈血となって生体肺（ＮＬ）に送られる。
そして、生体肺（ＮＬ）で酸素化されて、酸素含有量ＣａＯ_２、動脈血酸素飽和度ＳａＯ_２の血液となり、動脈Ａ１に送り出される。

このとき、動脈Ａ１に送り出された血液は、例えば、人工肺（ＭＬ）において酸素摂取量V'Ｏ２（ＭＬ）で酸素化され、生体肺（ＮＬ）において酸素摂取量V'Ｏ２（ＮＬ）の酸素（Ｏ２）で酸素化されている。

血液ガス交換における生体肺（ＮＬ）の寄与度は、例えば、以下の自発率により表すことが可能である。
自発率
＝生体肺（ＮＬ）における酸素摂取量V'Ｏ２（ＮＬ）／（人工肺（ＭＬ）における酸素摂取量V'Ｏ２（ＭＬ）＋生体肺（ＮＬ）における酸素摂取量V'Ｏ２（ＮＬ））

また、生体における補助循環（ＥＣＭＯ）の寄与度は、補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）により表すことが可能であり、例えば、酸素摂取量に着目すると、
補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）
＝（人工肺（ＭＬ）における酸素摂取量V'Ｏ_２（ＭＬ））／（人工肺（ＭＬ）における酸素摂取量V'Ｏ_２（ＭＬ）＋生体肺（ＮＬ）における酸素摂取量V'Ｏ_２（ＮＬ））
となる。
ここで、生体肺（ＮＬ）における酸素摂取量V'Ｏ_２（ＮＬ）は、患者（生体）の呼吸気に含まれる酸素含有量として取得することができる。

一方、補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）を二酸化炭素排出量に着目して表すと、
補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）
＝（人工肺（ＭＬ）における二酸化炭素排出量V'ＣＯ_２（ＭＬ））／（人工肺（ＭＬ）における二酸化炭素排出量V'ＣＯ_２（ＭＬ）＋生体肺（ＮＬ）における二酸化炭素排出量V'ＣＯ_２（ＮＬ））
となる。
ここで、生体肺（ＮＬ）における二酸化炭素排出量V'ＣＯ_２（ＮＬ）は、患者（生体）の呼吸気に含まれる二酸化炭素含有量として取得することができる。

また、図３に示す血液循環に関して、例えば、以下に示す数式〔１０１〕～数式（１０６）を演算して、血液のガス交換状況を確認することが可能である。
動脈血の酸素運搬量を動脈血酸素運搬量ＤａＯ_２、静脈血の酸素運搬量を静脈血酸素運搬量ＤｖＯ_２で表すと、人工肺（ＭＬ）及び生体肺（ＮＬ）における酸素摂取量V’Ｏ_２と、生体組織で消費された酸素の量〔動脈血酸素運搬量ＤａＯ_２－静脈血酸素運搬量ＤｖＯ_２〕は、数式（１０１）が成立する。

静脈血酸素運搬量をＤｖＯ_２とすると、酸素移動に関して酸素の質量は保存されることから、以下の数式（１０１）が成立する。

数式（１０１）で示されたV'Ｏ_２（ＮＬ）＋V'Ｏ_２（ＭＬ）＝ＤａＯ_２－ＤｖＯ_２に着目して変形すると、以下の数式（１０２）が成立する。

また、図２に示す静脈Ｖ１を流れる血液の酸素運搬量ＤｖＯ_２は、以下の数式（１０３）で表わすことができる。

一方、人工肺（ＭＬ）における酸素摂取量V’Ｏ_２（ＭＬ）、補助循環量Ｑ_ＥＣＭＯ、人工肺（ＭＬ）で酸素化された血液の酸素含有量ＣａＯ_２（ＭＬ）、人工肺（ＭＬ）で酸素化される前の酸素含有量ＣｖＯ_２（ＭＬ）とすると、酸素含有量ＣａＯ_２（ＭＬ）は、以下の数式（１０４）で表わされる。

そして、数式（１０２）の右辺の第２項に数式（１０３）を代入し、第３項に数式（１０４）を代入すると、動脈Ａ１を流れる自己心拍出量Ｑ_ＣＯの動脈血の血酸素運搬量ＤａＯ_２は、以下の数式（１０５）のように示される。

また、生体全体の二酸化炭素総排出量V'ＣＯ_２は、人工肺（ＭＬ）の二酸化炭素排出量V'ＣＯ_２（ＭＬ）と、生体肺（ＮＬ）の二酸化炭素排出量V'ＣＯ_２（ＮＬ）の和に等しいので、数式（１０５）の左辺を生体全体の二酸化炭素総排出量V'ＣＯ_２で除すとともに、右辺を（生体肺（ＮＬ）の二酸化炭素排出量V'ＣＯ_２（ＮＬ）＋人工肺（ＭＬ）で示した二酸化炭素排出量V'ＣＯ_２（ＭＬ））で除すと、以下の数式（１０６）で表わすことができる。

次に、酸素運搬量ＤａＯ_２を二酸化炭素（ＣＯ_２）総排出量V'ＣＯ_２（＝V'ＣＯ_２（ＮＬ）＋V'ＣＯ_２（ＭＬ））で除した数式（１０６）で算出される値が一定の値より大きいときには安全な循環動態と考えられるので、その値を閾値Ｖ_{ａｌａｒｍ}（管理目標値）として設定すると、ＤａＯ_２/ V'ＣＯ_２＞Ｖ_{ａｌａｒｍ}と表すことができる。そして、数式（１０６）の右辺に着目すると、以下に示す数式（１０７）が成立する。

ここで、数式（１０６）に示した左辺（ＤａＯ_２／V'ＣＯ_２）は、血液のガス交換における比率（供給と需要）を表しており、患者Ｐの代謝をモニタすることで計算される。
そして、酸素運搬量ＤａＯ_２は酸素の供給量を、二酸化炭素総排出V'ＣＯ_２は酸素消費量と対応しており、生体の生存には消費量よりも供給量が大きいことが必要であるから、以下の数式（１０７）を満足することが必要である。

なお、数式（１０７）に示すＶ_{ａｌａｒｍ}（管理目標値）は患者Ｐごとに設定される閾値（設定値）であり、例えば、患者Ｐの血液ガス交換状況指標（体重による呼吸効率、自発率、補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）等）や血液酸素化状況指標（人工肺の酸素飽和度、生体の酸素飽和度、血液のヘモグロビン濃度、血液の酸素分圧等）等に基づいて設定可能であり、医師が経験的に設定することが一般的である。
その結果、ＤａＯ_２／V'ＣＯ_２がＶ_{ａｌａｒｍ}（管理目標値）を超えているかどうかを可視化することで患者ごとの管理が可能となる。

数式（１０７）を、補助循環流量Ｑ_ＥＣＭＯに着目して変形すると、以下の数式（１０８）が得られる。

ここで、ＣａＯ_２＝（（１．３４×Ｈｂ×ＳａＯ_２）／１００）＋０．００３１×ＰａＯ_２
であり、右辺第２項は第１項と比較して微少量であることから、右辺第２項を省略すると、
ＣａＯ_２ ≒（（１．３４×Ｈｂ×ＳａＯ_２）／１００）で表すことができる。したがって、数式（１０８）は、数式（１０９）のように表すことができる。

よって、数式（１０９）に基づいて、生体肺（ＮＬ）、人工肺（ＭＬ）の二酸化炭素の排出量の演算結果V’ＣＯ_２（ＮＬ）、V’ＣＯ_２（ＭＬ）、静脈血酸素飽和度ＳｖＯ_２、生体肺（ＮＬ）の酸素摂取量V’Ｏ_２（ＮＬ）、人工肺前後の酸素飽和度ＳｖＯ_２（ＭＬ）、ＳａＯ_２（ＭＬ）、静脈血酸素飽和度ＳｖＯ_２、及び自己心拍出量Ｑ_ＣＯから、各患者がＶ_{ａｌａｒｍ}（管理目標値）を満足するために必要な補助循環流量Ｑ_ＥＣＭＯを算出することが可能である。

これら数式（１０１）～数式（１０６）によって演算可能な指標か、後述する補助循環制御装置１００において適宜演算して、補助循環制御装置１００における制御や液晶タッチパネル１８０に表示してもよい。

次に、図４～図１２を参照して、補助循環制御装置１００、液晶タッチパネル１８０の概略構成について説明する。図４は、第１実施形態に係る補助循環制御装置の概略構成を説明するブロック図であり、図５～図１１は、補助循環制御装置における演算手順及び制御手順の概略を説明するフローチャートである。また、図１２は、補助循環制御装置に接続する液晶タッチパネルの概略構成を説明する概念図である。

補助循環制御装置１００、液晶タッチパネル１８０の構成は任意に設定することが可能であるが、この実施形態において、補助循環制御装置１００は、補助循環システム（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）１０、人工呼吸器１４０、液晶タッチパネル１８０に接続されている。
そして、液晶タッチパネル１８０を操作することにより、人工肺における血液のガス交換量を変化させ、そのときの体重による呼吸効率（血液ガス交換状況指標）を演算するとともに、この体重による呼吸効率に基づいて、血液のガス交換状況が適切かどうかを判定する。

また、補助循環制御装置１００は、人工肺１２０における血液のガス交換量を変化させる際に、生体肺が補助循環に対する依存が低下するための回復時間と対応させてガス交換量を変化させることにより、患者Ｐからの補助循環システム１０の離脱を容易にすることが可能とされている。
また、補助循環制御装置１００は、人工肺１２０における血液のガス交換量を減少させたときの、体重による呼吸効率を判定して、ガス交換量を変化させる制御を継続し又は解除する。
また、補助循環制御装置１００は、例えば、補助循環システム（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）１０における補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）、言い換えると補助循環の寄与度を演算する。

また、補助循環に依存度を低下させる際に、生体肺がそのときの補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）でも対応可能な程度まで、生体肺機能の回復を確認しながら人工肺におけるガス交換量を変化（減少）させることにより、補助循環装置の離脱に適用することが可能に構成されている。

また、補助循環制御装置１００は、図４に示すように、例えば、第１信号受付部１５１～第６信号受付部１５６と、第１演算部１６０と、第２演算部１７０と、ガス交換量制御部１７６と、第１記憶部１６５と、第２記憶部１７５と、第３記憶部１７９と、を備えていて、設定された時間間隔で、種々の演算を実施するように構成されている。
この実施形態において、補助循環制御装置１００は、各センサから入力された信号をリアルタイムに演算して、出力する構成とされている。

また、補助循環制御装置１００は、図４に示すように、例えば、第１信号受付部１５１～第６信号受付部１５６を介して、人工肺吸気ガスセンサ１２５、人工肺呼気ガスセンサ１２６、患者吸気ガスセンサ１４２、患者呼気ガスセンサ１４４、酸素飽和度センサ１１７、パルスオキシメータ１４８と、電気的に接続されている。そして、これらセンサから適宜信号が入力されるように構成されている。

第１信号受付部１５１は、人工肺吸気ガスセンサ１２５と接続されていて、人工肺吸気ガスセンサ１２５から送られてくる人工肺吸気に含まれる人工肺吸気二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度信号を受取るようになっている。

第２信号受付部１５２は、人工肺呼気ガスセンサ１２６と接続されていて、人工肺呼気ガスセンサ１２６から送られてくる人工肺呼気に含まれる人工肺呼気二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度信号を受取るようになっている。

第３信号受付部１５３は、人工呼吸器吸気ガスセンサ１４２と接続されていて、人工呼吸器吸気ガスセンサ１４２から送られてくる人工呼吸器１４０から生体肺（ＮＬ）に送られる吸気に含まれる吸気二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度信号を受取るようになっている。

第４信号受付部１５４は、人工呼吸器呼気ガスセンサ１４４と接続されていて、人工呼吸器呼気ガスセンサ１４４から送られてくる生体肺（ＮＬ）が排出する呼気に含まれる呼気二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度信号を受取るようになっている。

第５信号受付部１５５は、酸素飽和度センサ１１７と接続されていて、酸素飽和度センサ１１７から送られてくる人工肺１２０によって酸素化された後の血液の酸素飽和度（血液酸素化状況指標）信号を受け取るようになっている。

第６信号受付部１５６は、パルスオキシメータ１４８と接続されていて、パルスオキシメータ１４８から送られてくる患者（生体、人体）Ｐの血液の酸素飽和度（血液酸素化状況指標）信号を受け取るようになっている。

第１信号受付部１５１～第６信号受付部１５６は、受け取った信号を第１演算部１６０に出力する。

第１演算部１６０は、例えば、補助循環システム１０、人工呼吸器１４０、パルスオキシメータ１４８等から入力された信号に基づいて、各種パラメータを演算する構成とされている。第１演算部１６０の詳細については後述する。

第２演算部１７０は、第１演算部１６０、及び液晶タッチパネル１８０から入力された信号により、例えば、補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）、呼吸効率（血液ガス交換状況指標）等を演算するとともに、呼吸効率（血液ガス交換状況指標）に基づいて、血液ガス交換状況が適正であるかどうかを判定する構成とされている。第２演算部１７０の詳細については後述する。

次に、図４を参照して、第１演算部１６０の詳細について説明する。
第１演算部１６０は、コンピュータにより構成されている。
また、第１演算部１６０は、図４に示すように、第１信号受付部１５１～第６信号受付部１５６と接続されていて、これら信号受付部から信号が入力される。
また、第１演算部１６０には、図示しないケーブルにより、人工肺１２０及び人工呼吸器１４０から、それぞれ人工呼吸器１４０の吸気及び呼気のガス流量信号（不図示）が入力されるように構成されている。
なお、この実施形態では、吸気及び呼気のガス流量として、人工肺１２０、人工呼吸器１４０のガス供給量を用いている。
また、第１演算部１６０は、例えば、第１記憶部１６５と接続されている。

第１演算部１６０は、図４に示すように、例えば、人工肺二酸化炭素排出量演算部１６１と、人工呼吸器二酸化炭素排出量演算部１６２と、人工肺酸素飽和度（血液酸素化状況指標）演算部１６３と、生体酸素飽和度（血液酸素化状況指標）演算部１６４と、を備えている。

そして、第１演算部１６０は、必要に応じて第１記憶部１６５を参照し、第１信号受付部１５１～第６信号受付部１５６を介して入力される信号に基づいて、各種パラメータを演算する。そして、演算した結果を第２演算部１７０に出力する。

第１記憶部１６５は、例えば、ハードディスク等により構成されている。
また、第１記憶部１６５には、例えば、人工肺二酸化炭素排出量演算部１６１と、人工呼吸器二酸化炭素排出量演算部１６２と、人工肺酸素飽和度演算部１６３と、生体酸素飽和度演算部１６４が演算する際に参照する定数、データテーブル、演算するための数式等が格納されている。

人工肺二酸化炭素排出量演算部１６１は、図４に示すように、第１信号受付部１５１、第２信号受付部１５２を介して、人工肺吸気二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度信号、人工肺呼気二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度信号を受け取る。
また、人工肺二酸化炭素排出量演算部１６１は、人工肺１２０のガス供給量（吸気及び呼気のガス流量）信号（不図示）を受け取る。

そして、人工肺二酸化炭素排出量演算部１６１は、受け取った吸気、呼気に含まれる二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度信号、人工肺１２０のガス供給量に基づいて、人工肺１２０における二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量（V’ＣＯ_２（ＭＬ）を演算する。

具体的には、人工肺１２０の吸気に含まれる二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度と、呼気に含まれる二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度から、人工肺１２０における二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度差を演算して、人工肺１２０で生じた二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度差と、人工肺１２０のガス供給量の積を演算し、人工肺１２０における二酸化炭素排出量（V’ＣＯ_２（ＭＬ）を算出する。

以下、図５を参照して、人工肺二酸化炭素排出量演算部１６１における演算手順の概略について説明する。図５は、人工肺二酸化炭素排出量演算部１６１における演算手順の概略を示すフローチャートである。

（１）まず、第１受付部１５１を介して、人工肺吸気二酸化炭素濃度データを受け取る。(Ｓ１０１)
（２）次に、第２受付部１５２を介して、人工肺呼気二酸化炭素濃度データを受け取る。(Ｓ１０２)

（３）次いで、人工肺吸気二酸化炭素濃度データ及び人工肺呼気二酸化炭素濃度データに基づいて、人工肺二酸化炭素濃度差を演算する。(Ｓ１０３)
人工肺二酸化炭素濃度差は、例えば、下記の数式により演算する。
人工肺二酸化炭素濃度差＝人工肺呼気二酸化炭素濃度－人工肺吸気二酸化炭素濃度

（４）人工肺ガス供給装置１２２から人工肺本体１２１への人工肺ガス供給量データを受け取る。(Ｓ１０４)
（５）そして、人工肺二酸化炭素排出量を演算する。(Ｓ１０５)
人工肺二酸化炭素排出量は、例えば、以下の数式により演算することができる。
人工肺二酸化炭素排出量（V’ＣＯ_２（ＭＬ）
＝人工肺１２０における二酸化炭素濃度差×人工肺１２０のガス供給量
＝（人工肺呼気二酸化炭素濃度－人工肺吸気二酸化炭素濃度）×人工肺１２０のガス供給量
なお、上記（Ｓ１０１）～（Ｓ１０５）の手順を実行する際には、必要に応じて第１記憶部１６５に格納されたデータテーブル（不図示）を参照する。

そして、人工肺二酸化炭素排出量演算部１６１は、人工肺吸気二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度信号、人工肺呼気二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度信号、人工肺ガス供給量信号、及び演算した人工肺における二酸化炭素排出量（V’ＣＯ_２（ＭＬ）を、補助循環比率（補助循環寄与度）演算部１７１に出力する。

人工呼吸器二酸化炭素排出量演算部１６２は、図４に示すように、第３信号受付部１５３、第４信号受付部１５４を介して、人工呼吸器吸気二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度信号、人工呼吸器二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度信号を受け取る。
また、人工呼吸器二酸化炭素排出量演算部１６２は、人工呼吸器１４０からガス供給量（吸気及び呼気のガス流量）信号（不図示）を受け取る。

そして、人工呼吸器二酸化炭素排出量演算部１６２は、受け取った吸気、呼気に含まれる二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度信号に基づいて、生体肺（ＮＬ）における二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量（V’ＣＯ_２（ＮＬ））を演算する。

具体的には、人工呼吸器１４０の吸気に含まれる二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度と、呼気に含まれる二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度から、人工呼吸器１４０における二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度差を演算して、人工呼吸器１４０で生じた二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度差と、人工呼吸器１４０のガス供給量の積を演算し、人工呼吸器１４０における二酸化炭素排出量（V’ＣＯ_２（ＮＬ））を算出する。なお、人工呼吸器１４０における二酸化炭素排出量は、生体肺（ＮＬ）の二酸化炭素排出量である。

以下、図６を参照して、人工呼吸器二酸化炭素排出量演算部１６２における演算手順の概略について説明する。図６は、人工呼吸器二酸化炭素排出量演算部１６２における演算手順の概略を示すフローチャートである。

（１）まず、第３受付部１５３を介して、人工呼吸器吸気二酸化炭素濃度データを受け取る。(Ｓ２０１)
（２）次に、第３受付部１５４を介して、人工呼吸器呼気二酸化炭素濃度データを受け取る。(Ｓ２０２)
（３）次いで、人工呼吸器吸気二酸化炭素濃度データ及び人工呼吸器呼気二酸化炭素濃度データに基づいて、人工呼吸器二酸化炭素濃度差（＝人工呼吸器呼気二酸化炭素濃度－人工呼吸器吸気二酸化炭素濃度）を演算する。(Ｓ２０３)
（４）人工呼吸器１４０から人工呼吸器ガス供給量データを受け取る。(Ｓ２０４)

（５）そして、人工呼吸器二酸化炭素排出量を演算する。(Ｓ２０５)
人工呼吸器二酸化炭素排出量は、例えば、以下の数式により演算することができる。
人工呼吸器二酸化炭素排出量（V’ＣＯ_２（ＮＬ））
＝人工呼吸器１４０における二酸化炭素濃度差×人工呼吸器１４０のガス供給量
＝（人工呼吸器呼気二酸化炭素濃度－人工呼吸器吸気二酸化炭素濃度）×人工呼吸器１４０のガス供給量
なお、上記（Ｓ２０１）～（Ｓ２０５）の手順を実行する際には、必要に応じて第１記憶部１６５に格納されたデータテーブル（不図示）を参照する。
また、この実施形態において、ボリュームカプノ分析等により、生体肺（ＮＬ）の二酸化炭素排出量（V’ＣＯ_２（ＮＬ））を演算する。

そして、人工呼吸器二酸化炭素排出量演算部１６２は、人工呼吸器吸気二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度信号、人工呼吸器呼気二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度信号、人工呼吸器ガス供給量信号、演算した生体肺（ＮＬ）における二酸化炭素排出量（V’ＣＯ_２（ＮＬ））を、補助循環比率（補助循環寄与度）演算部１７１に出力する。

人工肺酸素飽和度（血液酸素化状況指標）演算部１６３は、図４に示すように、第５信号受付部１５５を介して、酸素飽和度センサ１１７から人工肺１２０で酸素化された血液の酸素飽和度（血液酸素化状況指標）信号を受け取る。

そして、人工肺酸素飽和度演算部１６３は、例えば、必要に応じて第１記憶部１６５に格納されたデータテーブル（不図示）を参照して、人工肺１２０の呼気に含まれる人工肺酸素飽和度（人工肺の血液酸素化状況指標）を演算して酸素飽和度表示部１７４に出力する。

生体酸素飽和度（血液酸素化状況指標）演算部１６４は、図４に示すように、第６信号受付部１５６を介して、パルスオキシメータ１４８から患者（生体）Ｐにおける血液の酸素飽和度（の血液酸素化状況指標）信号を受け取る。

そして、生体酸素飽和度演算部１６４は、例えば、必要に応じて第１記憶部１６５に格納されたデータテーブル（不図示）を参照して、患者（生体）Ｐの酸素飽和度（血液酸素化状況指標）を演算して、酸素飽和度（血液酸素化状況指標）表示部１７４に出力する。

次に、図４を参照して、第２演算部１７０の詳細について説明する。
第２演算部１７０は、コンピュータにより構成されている。
また、第２演算部１７０は、図４に示すように、第１演算部１６０と接続されていて、第１演算部１６０から演算結果が入力される。

また、第２演算部１７０は、例えば、補助循環比率（補助循環寄与度）演算部１７１と、血液ガス交換状況指標演算部１７２と、ガス交換状況判定部（血液ガス交換状況判定部）１７３と、酸素飽和度（血液酸素化状況指標）表示部１７４と、を備えている。また、第２演算部１７０は、第２記憶部１７５と接続されている。

第２記憶部１７５は、例えば、ハードディスクにより構成されている。
第２記憶部１７５には、例えば、第２演算部１７０において演算するための数式や定数、ガス交換状況判定部（血液ガス交換状況判定部）１７３が血液のガス交換状況を判定するためのガス交換状況判定閾値、又は血液ガス交換状況指標と対応するガス交換状況判定閾値パターンを構成するデータテーブルが格納されている。

補助循環比率（補助循環寄与度）演算部１７１は、人工肺二酸化炭素排出量演算部１６１、人工呼吸器二酸化炭素排出量演算部１６２から送られた信号に基づいて、生体全体における二酸化炭素（ＣＯ_２）の総排出量、補助循環（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）における補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）（補助循環の寄与度）を演算する。

具体的には、補助循環比率（補助循環寄与度）演算部１７１は、人工肺二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量、人工呼吸器二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量から、生体全体の二酸化炭素（ＣＯ_２）総排出量を演算してから、補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）を演算する。

以下、図７を参照して、補助循環比率演算部１７１における演算手順の概略について説明する。図７は、補助循環比率演算部１７１における演算手順の概略を示すフローチャートである。

（１）まず、人工肺二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量を取得する。（Ｓ３０１)
（２）次に、人工呼吸器二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量を取得する。(Ｓ３０２)

（３）次いで、人工肺二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量、人工呼吸器二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量に基づいて二酸化炭素（ＣＯ_２）総排出量を演算する。(Ｓ３０３)
二酸化炭素（ＣＯ_２）総排出量は、例えば、以下の数式により演算する。
二酸化炭素総排出量（V’ＣＯ_２）＝人工肺二酸化炭素排出量（V’ＣＯ_２（ＭＬ））＋人工呼吸器二酸化炭素排出量（V’ＣＯ_２（ＮＬ））

（４）そして、補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）（補助循環の寄与度）を演算する。(Ｓ３０４)
補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）は、例えば、以下の数式により演算する。
補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）＝人工肺二酸化炭素排出量（V’ＣＯ_２（ＭＬ））／生体全体の二酸化炭素総排出量（V’ＣＯ_２）

そして、補助循環比率演算部１７１は、例えば、人工肺吸気二酸化炭素濃度、人工肺呼気二酸化炭素濃度、人工肺ガス供給量、人工肺二酸化炭素排出量、人工呼吸器吸気二酸化炭素濃度、人工呼吸器呼気二酸化炭素濃度、人工呼吸器ガス供給量、人工呼吸器二酸化炭素排出量、補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）を、リアルタイムで継続的に液晶タッチパネル（表示部）１８０に出力する。

また、補助循環比率演算部１７１は、例えば、二酸化炭素総排出量、及び人工呼吸器１４０における二酸化炭素（ＣＯ_２）の排出量を、血液ガス交換状況指標演算部１７２に出力する。

なお、補助循環比率演算部１７１が、二酸化炭素（ＣＯ_２）に代えて酸素（Ｏ_２）に関するパラメータを取得して、例えば、人工肺吸気酸素濃度、人工肺呼気酸素濃度、人工肺ガス供給量、人工肺酸素摂取量、人工呼吸器吸気酸素濃度、人工呼吸器呼気酸素濃度、人工呼吸器ガス流量、生体肺酸素摂取量、補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）、患者Ｐの体重による呼吸効率を、リアルタイムで継続的に液晶タッチパネル（表示部）１８０に出力する構成としてもよい。

血液ガス交換状況指標演算部１７２は、補助循環比率演算部１７１から送られた二酸化炭素（ＣＯ_２）の総排出量、及び液晶タッチパネル１８０に設けられたテンキー（不図示）により入力された患者（生体）Ｐの体重に基づいて、患者（生体）Ｐの体重による呼吸効率（血液ガス交換状況指標）を演算する。

具体的には、血液ガス交換状況指標演算部１７２は、二酸化炭素（ＣＯ_２）の総排出量と、患者（生体）Ｐの体重に基づいて算出した患者Ｐの推定代謝による二酸化炭素量から、体重による呼吸効率を演算する。

なお、例えば、補助循環比率演算部１７１において人工呼吸器１４０における二酸化炭素（ＣＯ_２）の排出量を演算したうえで、血液ガス交換状況指標演算部１７２が、患者（生体全体）Ｐの二酸化炭素（ＣＯ_２）総排出量、及び患者Ｐの体重から推定される（安静時の）代謝による二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量に基づいて体重による呼吸効率を演算するとともに、患者Ｐの生体肺（ＮＬ）による二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量及び二酸化炭素（ＣＯ_２）総排出量に基づいて自発率を演算する構成としてもよい。
二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量に着目した自発率は、以下の数式により表すことができる。
自発率＝生体肺（ＮＬ）による二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量V'ＣＯ２（ＮＬ）／（人工肺（ＭＬ）による二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量V'ＣＯ２（ＭＬ）＋生体肺（ＮＬ）による二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量V'ＣＯ２（ＮＬ））
なお、二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量に着目した自発率は、補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）から一義的に演算可能である。

以下、図８を参照して、血液ガス交換状況指標演算部１７２における演算手順の概略について説明する。図８は、血液ガス交換状況指標演算部１７２における演算手順の概略を示すフローチャートである。

（１）まず、患者Ｐの体重データを受け取る。(Ｓ４０１)
患者Ｐの体重データは、例えば、液晶タッチパネル１８０に設けられたテンキー（不図示）により入力する。

（２）次に、患者Ｐの体重から推定される（安静時の）代謝による二酸化炭素（ＣＯ_２）量（以下、患者の推定代謝による二酸化炭素量という場合がある）を演算する。(Ｓ４０２)
患者Ｐの推定代謝による二酸化炭素（ＣＯ_２）量は、例えば、以下の数式で演算して近似値を得ることができる。
患者Ｐの推定代謝による二酸化炭素（ＣＯ_２）量＝〔１メッツ〕×０．８×患者Ｐの体重
ここで、メッツ（ＭＥＴ: metabolic equivalent）は、運動強度の評価を示すものであり、１メッツは、安静時の酸素摂取量（３．５ｍｌ／ｋｇ／ｍｉｎ）で示される。
０．８：呼吸商による定数（呼吸商）

（３）次いで、補助循環比率演算部１７１から送られた二酸化炭素（ＣＯ_２）総排出量を取得する。（Ｓ４０３)

（４）そして、患者Ｐの体重による呼吸効率を演算する。（Ｓ４０４）
患者Ｐの体重による呼吸効率は、例えば、以下の数式で演算することができる。
体重による呼吸効率＝二酸化炭素総排出量／患者Ｐの推定代謝による二酸化炭素（ＣＯ_２）量

そして、血液ガス交換状況指標演算部１７２は、例えば、患者Ｐの体重による呼吸効率を継続的に液晶タッチパネル（表示部）１８０に出力する。
また、血液ガス交換状況指標演算部１７２は、患者Ｐの体重による呼吸効率を、ガス交換状況判定部１７３に出力する。

ガス交換状況判定部１７３は、血液ガス交換状況指標演算部１７２から送られた体重による呼吸効率（血液ガス交換状況指標）に基づいて、血液のガス交換状況が適切かどうかを判定する。

具体的には、ガス交換状況判定部１７３は、呼吸効率（血液ガス交換状況指標）と、予め設定されたガス交換状況判定閾値を比較して、補助循環が適切に機能しているかどうかを判定する。
そして、ガス交換状況判定部１７３は、血液ガス交換状況指標演算部１７２から受け取った患者Ｐの体重による呼吸効率、二酸化炭素総排出量、及び判定した結果に関する信号を、ガス交換量制御部１７６、液晶タッチパネル１８０にリアルタイムで継続的に出力する。

以下、図９を参照して、ガス交換状況判定部（血液ガス交換状況判定部）１７３における演算手順の概略について説明する。図９は、ガス交換状況判定部１７３における判定手順の概略を示すフローチャートである。

（１）まず、ガス交換状況判定部１７３は、ガス交換状況判定閾値を取得する（Ｓ５０１）
ガス交換状況判定閾値は、例えば、第２記憶部１７５を参照して、数値データや、体重による呼吸効率の変化に対応させて設定された閾値パターンをデータテーブルとして取得してもよい。

（２）次に、ガス交換状況判定部１７３は、患者Ｐの体重による呼吸効率をガス交換状況判定閾値と対比して、血液ガス交換状況が適切かどうかを判定する。（Ｓ５０２）
具体的には、例えば、患者Ｐの体重による呼吸効率≧ガス交換状況判定閾値である場合（Ｓ５０２：Ｙｅｓ）はＳ５０２に移行する。
このとき、ガス交換量制御部１７６によるガス交換量の変化は引き続き継続される。
一方、患者Ｐの体重による呼吸効率≧ガス交換状況判定閾値 でない場合（Ｓ５０２：Ｎｏ）は、Ｓ５０３に移行する。

（３）ガス交換状況判定部（血液ガス交換状況判定部）１７３は、血液ガス交換状況不適切の信号を、ガス交換量制御部１７６と、液晶タッチパネル１８０に出力する。（Ｓ５０３）
（４）ガス交換状況判定部（血液ガス交換状況判定部）１７３から血液ガス交換状況不適切の信号が出力されると、ガス交換量制御部１７６による人工肺１２０における血液のガス交換量を変化させる制御は停止（例えば、解除）されて、例えば、人工肺１２０への人工肺吸気ガス供給量、血液流量を、ガス交換量変動制御開始前の状態まで復帰する。
ガス交換状況判定部（血液ガス交換状況判定部）１７３は、例えば、液晶タッチパネル（表示部）１８０から終了の指示があるまでＳ５０１～Ｓ５０３を実行する。

酸素飽和度表示部１７４は、図４に示すように、例えば、人工肺酸素飽和度演算部１６３から人工肺酸素飽和度を、生体酸素飽和度演算部１６４から患者（生体）Ｐの酸素飽和度を受け取る。
そして、酸素飽和度表示部１７４は、例えば、人工肺酸素飽和度と、患者（生体）Ｐの酸素飽和度をそれぞれ液晶タッチパネル１８０に出力して表示する。
また、酸素飽和度表示部１７４は、例えば、人工肺酸素飽和度と、患者（生体）Ｐの酸素飽和度をそれぞれの閾値と対比する。また、酸素飽和度表示部１７４は、人工肺酸素飽和度、人工肺酸素飽和度が設定された閾値を下回る等の異常が検出された場合にアラームを出力する構成としてもよい。
なお、閾値は、例えば、液晶タッチパネル１８０に設けられたテンキー（不図示）により入力して、記憶部（不図示）に格納されている。

そして、酸素飽和度表示部１７４は、例えば、人工肺酸素飽和度、生体酸素飽和度、アラームに関する信号を、液晶タッチパネル（表示部）１８０にリアルタイムで出力する。

ガス交換量制御部１７６は、例えば、コンピュータにより構成されている。
また、ガス交換量制御部１７６は、図４に示すように、例えば、人工肺吸気ガス供給量演算部１７７と、人工肺吸気ガス制御部１７８Ａと、送血ポンプ流量制御部１７８Ｂと、を備えている。

また、ガス交換量制御部１７６は、例えば、液晶タッチパネル１８０と、人工肺ガス供給装置１２２と、遠心ポンプ（送血ポンプ）１１５と、第３記憶部１７９と、電気的に接続されている。
具体的には、人工肺吸気ガス制御部１７８Ａは、人工肺ガス供給装置１２２と接続され、送血ポンプ流量制御部１７８Ｂは、遠心ポンプドライバ１１５Ｄを介して、遠心ポンプ（送血ポンプ）１１５と接続されている。

第３記憶部１７９は、例えば、ハードディスクにより構成されている。
また、第３記憶部１７９には、例えば、ガス交換量定常制御、ガス交換量変動制御における、人工肺１２０におけるガス交換量制御パターンを構成するデータテーブルが格納されている。具体的には、人工肺１２０に供給する人工肺吸気ガスの酸素含有量、及び人工肺１２０に送る血液流量について、ガス交換量の変化を開始してからの経過時間と対応させて格納されている。

そして、ガス交換量制御部１７６は、液晶タッチパネル１８０の操作により、液晶タッチパネル１８０から定常動作、又はガス交換量増減動作によるガス交換量制御を開始する信号が入力されると、第３記憶部１７９を参照して、人工肺ガス供給装置１２２が人工肺本体１２１に供給する人工肺吸気ガスの供給量を制御する信号を出力する。
具体的には、定常動作においては、人工肺吸気ガスが含む酸素含有量を所定範囲内に制御し、変動動作においては、人工肺吸気ガスが含む酸素含有量を設定された制御パターンにしたがって変化（増加又は減少）させるようになっている。

また、ガス交換量制御部１７６は、人工肺１２０に供給する人工肺吸気ガス供給量が含有する酸素（Ｏ_２）含有量を変化させる際に、例えば、第３記憶部１７９を参照して、人工肺吸気ガスの酸素（Ｏ_２）濃度、人工肺吸気ガス供給量を演算するとともに人工肺吸気ガス制御部１７８Ａに出力する。

また、ガス交換量制御部１７６は、例えば、第３記憶部１７９を参照して、遠心ポンプ（送血ポンプ）１１５が人工肺１２０に送る血液流量を人工肺吸気ガスの酸素（Ｏ_２）含有量と対応させて演算し、送血ポンプ流量制御部１７８Ｂに出力する。
血ポンプ流量制御部１７８Ｂは、遠心ポンプドライバ１１５Ｄを介して遠心ポンプ１１５に対して制御信号を出力する。
その結果、遠心ポンプ１１５から人工肺１２０に送られる血液流量が人工肺吸気ガス供給量と対応して変化する。

以下、図１０を参照して、ガス交換量制御部１７６におけるガス交換量定常制御手順の概略について説明する。図１０は、ガス交換量制御部によるガス交換量定常制御手順の概略を示すフローチャートである。

ガス交換量定常制御は、例えば、液晶タッチパネル１８０の操作により出力されたガス交換量定常制御信号を受け取ることにより開始される。
ガス交換量制御部１７６は、ガス交換量定常制御信号を受けて、例えば、人工肺吸気ガス供給量演算部１７７において、予め設定したトリガーとなる項目（例えば、人工肺後の酸素飽和度（血液酸素化状況指標）、患者Ｐの体重による呼吸効率（血液ガス交換状況指標）、人工肺における酸素摂取量等）が所定の範囲内となるように、人工肺吸気ガス供給量、送血流量を演算して、人工肺吸気ガス制御部１７８Ａ、送血ポンプ流量制御部１７８Ｂに出力する。具体的には、患者Ｐの推定代謝による二酸化炭素（ＣＯ_２）量を定数とすると、二酸化炭素総排出量が所定の範囲内となるように制御することになる。

（１）まず、人工肺吸気ガス供給量演算部１７７は、液晶タッチパネル１８０の操作により出力されたガス交換量定常制御信号を受け取る。(Ｓ６０１)
（２）次に、人工肺吸気ガス供給量演算部１７７は、第３記憶部１７９を参照して、第２演算部１７０で得られたデータに基づいて、人工肺吸気ガス供給量、送血流量を演算する。（Ｓ６０２)

（３）次いで、人工肺吸気ガス供給量演算部１７７は、演算した人工肺吸気ガス供給量の制御信号を、人工肺吸気ガス制御部１７８Ａを介して人工肺ガス供給装置１２２に出力する。(Ｓ６０３)

（４）次に、人工肺吸気ガス供給量演算部１７７は、送血ポンプ流量制御部１７８Ｂ、遠心ポンプドライバ１１５Ｄを介して遠心ポンプ１１５に出力する。(Ｓ６０４)

（５）次いで、人工肺吸気ガス供給量演算部１７７は、ガス交換状況判定部（血液ガス交換状況判定部）１７３が患者Ｐの血液ガス交換状況が不適切との信号を出力していないかどうかを確認する。（Ｓ６０５）
そして、ガス交換状況判定部１７３が患者Ｐの血液ガス交換状況が不適切であるとの信号を出力している場合（Ｓ６０５：Ｎｏ）はＳ６０２に移行する。そして、人工肺吸気ガス供給量演算部１７７は、Ｓ６０２において、第３記憶部１７９を参照して、ガス交換状況判定部１７３が演算した患者Ｐの体重による呼吸効率に基づいて、対応する人工肺吸気ガス供給量、送血流量が演算する。
一方、ガス交換状況判定部１７３が患者Ｐの血液ガス交換状況不適切との信号を出力していない場合（Ｓ６０５：Ｙｅｓ）はＳ６０３に移行する。
このとき、人工肺吸気ガス供給量演算部１７７は、人工肺吸気ガス供給量、人工肺に対する送血流量を変化させず巣に引き続いて出力する。
Ｓ６０１～Ｓ６０５は、例えば、ガス交換量定常制御を終了するまで実施する。

次に、図１１を参照して、ガス交換量変動制御について説明する。
ガス交換量変動制御は、例えば、液晶タッチパネル１８０の操作により出力されたガス交換量変動制御信号を受け取ることにより開始され、予め設定したプログラム（制御パターンや数式等）に基づいて、血液のガス交換量を変動（変化）させる制御である。具体的には、人工肺におけるガス交換量を減少させる場合、ガス交換量を増加させる場合の少なくともいずれか一方を含むものとする。

人工肺１２０における血液のガス交換量を減少させる場合は、例えば、補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）を低下させることの可否や、補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）をゼロまで低下させることによる補助循環システムの離脱に適用する。
また、人工肺によるガス交換量を高くする場合は、例えば、補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）を高くすることの要否確認等に適用する。

（１）まず、図１１に示すように、人工肺吸気ガス供給量演算部１７７は、液晶タッチパネル１８０の操作により出力されたガス交換量変動制御信号を受け取る。(Ｓ７０１)

（２）次に、人工肺吸気ガス供給量演算部１７７は、第２演算部１７０で得られたデータに基づいて、第３記憶部１７９に格納されたプログラムを参照して、ガス交換量変動制御パターンを取得する。具体的には、人工肺ガス供給装置１２２が人工肺本体１２１に供給する人工肺吸気ガス供給量と、遠心ポンプドライバ１１５Ｄを介して遠心ポンプ１１５に出力する人工肺吸気ガスの含有酸素（Ｏ_２）量と対応する送血流量を取得する。（Ｓ７０２）

なお、ガス交換量変動制御パターンは、例えば、人工肺１２０における血液のガス交換量を変化させる際に、生体肺（ＮＬ）が補助循環に対する依存が低下する回復時間と対応させて、人工肺１２０における血液のガス交換量を減少させるように構成されていることで、生体肺（ＮＬ）の機能の回復を確認しながら補助循環の依存度を変化させて、補助循環装置をスムースに離脱させることができることで好適である。

（３）次いで、人工肺吸気ガス供給量演算部１７７は、取得したガス交換量制御パターンに基づいて、人工肺吸気ガス供給量を変化させる制御信号を人工肺ガス供給装置１２２に出力する。(Ｓ７０３)

（４）また、人工肺吸気ガス供給量演算部１７７は、ガス交換量制御パターンに基づいて、遠心ポンプドライバ１１５Ｄに対して遠心ポンプ１１５の血液流量を変化させるための制御信号を出力する。(Ｓ７０４)

（５）次に、人工肺吸気ガス供給量演算部１７７は、ガス交換量変動制御終了信号の有無を確認する。（Ｓ７０５）
ガス交換量変動制御終了信号は、例えば、経過時間、設定された血液ガス交換量、目標とする血液ガス交換状況指標の目標達成や、ガス交換量制御パターンの終了により出力される。
そして、ガス交換量変動制御終了信号無しの場合（Ｓ７０５：Ｎｏ）場合はＳ７０６に移行する。
一方、ガス交換量変動制御終了信号有りの場合（Ｓ７０５：Ｙｅｓ）場合はＳ７０８に移行する。

（６）次いで、人工肺吸気ガス供給量演算部１７７は、ガス交換状況判定部（血液ガス交換状況判定部）１７３が患者Ｐの血液ガス交換状況不適切の信号を出力していないかどうかを確認する。（Ｓ７０６）
そして、血液ガス交換状況指標不適切でない場合（Ｓ７０６：Ｎｏ）はＳ７０３に移行する。
一方、血液ガス交換状況指標不適切である場合（Ｓ７０６：Ｙｅｓ）はＳ７０７に移行する。

（７）人工肺吸気ガス供給量演算部１７７は、人工肺１２０への人工肺吸気ガス供給量、血液流量を、ガス交換量変動制御開始前の数値に制御する。（Ｓ７０７）
ガス交換量変動制御終了時に設定する人工肺吸気ガス供給量、送血流量は、例えば、ガス交換変動制御を開始した状態まで復帰させてもよいし、予め設定した数値や、Ｓ６０６で血液ガス交換状況不適切を確認したときの人工肺吸気ガス供給量、送血流量のままとしてもよいし、これらに対して一定の数値又は比率で補正した人工肺吸気ガス供給量、送血流量まで変化させてもよい。また、第３記憶部１７９に格納された人工肺吸気ガス供給量、送血流量まで変化させてもよい。
また、人工肺吸気ガス供給量、送血流量を所定の数値まで変化させた後に、ガス交換量変動制御を再開してもよい。

（８）人工肺吸気ガス供給量演算部１７７は、プログラムに基づいてガス交換量変動制御を実行するのを停止する。（Ｓ７０８）
なお、ガス交換量変動制御を停止とは、ガス交換量変動制御を解除すること、一時的に中断することのいずれでもよく、液晶タッチタッチパネル１８０からの指示に関係なく実行される。また、Ｓ７０５において、ガス交換量変動制御が終了信号を検出した場合においては、ガス交換量変動制御の終了を意味する。
Ｓ７０３～Ｓ７０６は、例えば、人工肺１２０が離脱されるか、ガス交換量を変化させる制御を停止（例えば、解除）又はガス交換量変動制御を終了するまで実施する。

次に、図１２を参照して、液晶タッチパネル１８０の概略構成について説明する。
液晶タッチパネル１８０は、図１２に示すように、例えば、人工肺呼吸表示部１８１と、人工呼吸器呼吸表示部１８２と、生体の二酸化炭素排出量表示部１８３と、生体の推定代謝による二酸化炭素量表示部１８４と、補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）（血液ガス交換状況指標）表示部１８５と、体重による呼吸効率（血液ガス交換状況指標）表示部１８６と、生体の酸素飽和度表示部１８７と、グラフ表示部１８８と、パネルスイッチ部（操作部）１８９と、を備えている。

人工肺呼吸表示部１８１は、図１２に示すように、例えば、人工肺吸気二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度表示部１８１Ａと、人工肺呼気二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度表示部１８１Ｂと、人工肺ガス供給量表示部１８１Ｃと、人工肺二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量表示部１８１Ｄと、を備えている。

この実施形態では、人工肺吸気二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度表示部１８１Ａ、人工肺呼気二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度表示部１８１Ｂ、人工肺ガス供給量表示部１８１Ｃ、人工肺二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量表示部１８１Ｄは、補助循環比率演算部１７１が出力した、人工肺吸気二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度、人工肺呼気二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度、人工肺ガス供給量、及び人工肺二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量を表示する。

人工呼吸器呼吸表示部１８２は、図１２に示すように、例えば、人工呼吸器吸気二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度（人工呼吸器吸気ガス濃度）表示部１８２Ａと、人工呼吸器呼気二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度表示部１８２Ｂと、人工呼吸器ガス供給量表示部１８２Ｃと、生体肺二酸化炭素排出量表示部１８２Ｄと、を備えている。

この実施形態では、人工呼吸器吸気二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度表示部１８２Ａ、人工呼吸器呼気二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度表示部１８２Ｂ、人工呼吸器ガス供給量表示部１８２Ｃ、生体肺二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量表示部１８２Ｄは、補助循環比率演算部１７１が出力した、人工呼吸器吸気二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度、人工呼吸器呼気二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度、人工呼吸器ガス供給量、及び生体肺（ＮＬ）における二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量を表示する。

生体の二酸化炭素排出量表示部１８３は、例えば、補助循環比率演算部１７１が出力した患者Ｐの二酸化炭素総排出量を表示する。

生体の推定代謝による二酸化炭素量表示部１８４は、例えば、補助循環比率演算部１７１が出力した患者Ｐの推定代謝による二酸化炭素（ＣＯ_２）量を表示する。

補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）表示部１８５は、例えば、補助循環比率標演算部１７１が出力した補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）（血液ガス交換状況指標）を数値（％）により表示する。

体重による呼吸効率表示部１８６は、例えば、血液ガス交換状況指標演算部１７２が出力した患者Ｐの体重による呼吸効率（血液ガス交換状況指標）を数値（％）により表示する。

酸素飽和度表示部１８７は、例えば、人工肺１２０でガス交換された後の酸素飽和度を表示する人工肺後酸素飽和度表示部１８７Ａと、患者Ｐの酸素飽和度を表示する生体の酸素飽和度表示部１８７Ｂと、を備えている。
人工肺後酸素飽和度表示部１８７Ａ、生体酸素飽和度表示部１８７Ｂは、酸素飽和度表示部１７４が出力した人工肺１２０、及び生体の酸素飽和度信号受け取って、数値により表示する。

グラフ表示部１８８は、図１２に示すように、例えば、補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）表示部１８８Ａと、体重による呼吸効率表示部１８８Ｂと、生体肺、人工肺酸素飽和度表示部１８８Ｃと、を備えている。
補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）表示部１８８Ａは、例えば、補助循環比率演算部１７１が出力した補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）のグラフＡを、リアルタイムかつ時系列的に表示する。

また、生体、体重による呼吸効率表示部１８８Ｂは、例えば、血液ガス交換状況指標演算部１７２が出力した体重による呼吸効率（血液ガス交換状況指標）のグラフＢを、リアルタイムかつ時系列的に表示する。

また、生体、人工肺酸素飽和度表示部１８８Ｃは、例えば、酸素飽和度表示部１７４が出力した人工肺１２０後の酸素飽和度のグラフＣ１、及び患者（生体）Ｐの酸素飽和度のグラフＣ２を、リアルタイムかつ時系列的に表示する。

パネルスイッチ部（操作部）１８９は、図１２に示すように、例えば、第１タッチ部１８９Ａ、第２タッチ部１８９Ｂ、第３タッチ部１８９Ｃ、第４タッチ部１８９Ｄとを備えている。

第１タッチ部１８９Ａは、例えば、ＧＵＩ（Graphical User Interface）の選択によって、補助循環制御装置１００が補助循環（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）をモニタリングする際のガス交換量パラメータとして、酸素（Ｏ_２）摂取量、二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量、酸素（Ｏ_２）摂取量及び二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量、のいずれを用いるかどうかを選択可能とされている。

第２タッチ部１８９Ｂは、例えば、補助循環（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）の寄与度を、補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）で表示するか、人工肺ガス交換量と人工呼吸器ガス交換量の比（人工肺ガス交換量：人工呼吸器ガス交換量）で表示するかをタッチ操作により選択することが可能とされている。

第３タッチ部１８９Ｃは、例えば、補助循環制御装置１００により、ガス交換量定常制御とガス交換量変動制御のいずれを実施するかを選択することができる。

第４タッチ部１８９Ｄは、例えば、タッチ回数によって、ガス交換量制御部１７６による人工肺１２０における血液のガス交換量変動制御（増加、減少）の実施開始、ガス交換量変動制御停止の信号を出力可能とされている。

第１実施形態に係る補助循環制御装置１００によれば、血液ガス交換状況指標演算部１７２と、人工肺吸気ガス制御部１７８Ａと送血ポンプ制御部１７８Ｂとを有する人工肺１２０における血液のガス交換量を変化させるガス交換量制御部１７６を備えているので、体重による呼吸効率を確認しながら補助循環装置による血液のガス交換量を変化させることができる。

また、補助循環制御装置１００によれば、ガス交換量制御部１７６が、人工肺１２０における血液のガス交換量を変化させる際に、人工肺１２０に供給する人工肺吸気ガスの酸素含有量と、人工肺１２０に送る血液の流量とを変化させるので、人工肺１２０における血液の酸素摂取量を容易かつ安定して変化させることができる。

また、補助循環制御装置１００によれば、ガス交換量定常制御において、ガス交換状況判定部１７３が体重による呼吸効率（血液ガス交換状況指標）が不適切かどうかを判定しながら、ガス交換量制御部１７６による人工肺１２０におけるガス交換量を調整するので、補助循環を安定的かつ安全に補助循環を行なうことができる。

また、補助循環制御装置１００によれば、ガス交換状況判定部（血液ガス交換状況判定部）１７３が、人工肺１２０による血液のガス交換量を変動させたときの体重による呼吸効率（血液ガス交換状況指標）が不適切かどうかを判定するので、例えば、補助循環の依存度合いの低下が可能か等を効率的に判定することができる。
その結果、補助循環の依存度低下の可否確認、補助循環の離脱可否の確認、補助循環の離脱を効率的に行うことができる。

また、補助循環制御装置１００によれば、体重による呼吸効率（血液ガス交換状況指標）を演算しながら人工肺１２０における血液ガス交換量をプログラムにしたがって変化させるので、ガス交換量制御部１７６による人工肺１２０におけるガス交換量を効率的に変化させることができる。

また、補助循環制御装置１００によれば、補助循環に対する依存が低下する回復時間と対応させて、人工肺１２０における血液のガス交換量を減少可能であるので、生体肺機能の回復を確認しながら補助循環の依存度を低下させ、又は補助循環装置をスムースに離脱させることができる。

また、補助循環制御装置１００によれば、ガス交換量変動制御において、血液ガス交換状況が不適切の信号を受けた場合に、ガス交換量変動制御を解除（停止）するとともに、ガス交換量をガス交換量変動制御開始前の数値に復帰するので、ガス交換量変動制御による補助循環を安全に実施することができる。

また、補助循環制御装置１００によれば、ガス交換状況判定部１７３が、プログラムを実行中に、体重による呼吸効率（血液ガス交換状況指標）が設定範囲から外れた際にアラームを出力するので、血液のガス交換量を安全に変化させることができる。

また、補助循環制御装置１００によれば、補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）、体重による呼吸効率（血液ガス交換状況指標）の演算、及び血液ガス交換状況の判定を液晶タッチパネル１８０のグラフ表示部１８８にリアルタイムで表示するので、患者Ｐの血液ガス交換状況をトレンドで的確に把握することができる。

また、補助循環制御装置１００によれば、人工肺１２０の吸気と呼気、及び人工呼吸器１４０の吸気及び呼気に基づいて、人工肺１２０、生体肺（ＮＬ）における二酸化炭素排出量を演算するので、人工肺１２０及び生体肺（ＮＬ）における二酸化炭素排出量を正確に演算することができる。
また、生体肺による血液の酸素化状態を効率的に把握することができる。

＜第２実施形態＞
以下、図１３、図１４を参照して、本発明の第２実施形態に係る補助循環（Ｖ－Ａ ＥＣＭＯ）について説明する。
図１３は、本発明の第２実施形態に係る補助循環（Ｖ－Ａ ＥＣＭＯ）の概略構成を説明する概念図である。なお、図１３に示す点線は、補助循環制御装置１００と各センサ、人工肺ガス供給装置、遠心ポンプドライバを接続する電気ケーブル（一部経路を省略）を示している。
また、図１４は、補助循環（Ｖ－Ａ ＥＣＭＯ）を適用している患者の血液循環の概略を説明する概念図である。
図１３において、符号２０は補助循環システム（Ｖ－Ａ ＥＣＭＯ）を示している。

第２実施形態は、患者（生体）Ｐに、図１３に示すように、例えば、補助循環システム（Ｖ－Ａ ＥＣＭＯ）２０と、人工呼吸器１４０が接続された例である。
また、第２実施形態では、患者（生体）Ｐには、例えば、補助循環制御装置１００と、補助循環システム（Ｖ－Ａ ＥＣＭＯ）２０と、液晶タッチパネル１８０と、人工呼吸器１４０と、パルスオキシメータ（血液酸素化指標測定装置）１４８が接続されている。

補助循環システム（Ｖ－Ａ ＥＣＭＯ）２０は、補助循環システム（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）１０と以下の点で相違する。その他は第１実施形態と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。

すなわち、補助循環システム（Ｖ－Ａ ＥＣＭＯ）２０は、図１３に示すように、患者（生体、人体）Ｐの静脈Ｖ１から脱血した血液を遠心ポンプ（送血ポンプ）１１５により循環させて、人工肺１２０において血液をガス交換した後の血液を患者Ｐの動脈Ａ１に還流させる点で相違する。この実施形態において、遠心ポンプ（送血ポンプ）１１５と人工肺１２０は、補助循環装置を構成する。

具体的には、第２還流ライン１１３Ｂが動脈Ａ１に接続されて、人工肺１２０から送り出された血液を、第２還流ライン１１３Ｂを介して、還流点Ｐ２から動脈Ａ１に移送（還流）するように構成されている。

補助循環制御装置１００、液晶タッチパネル１８０の構成は任意に設定することが可能であるが、第２実施形態において、補助循環制御装置１００、液晶タッチパネル１８０は、第１実施形態と同様の構成とされている。
また、補助循環制御装置１００、液晶タッチパネル１８０の接続、作用についても第１実施形態と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。

次に、図１４を参照して、補助循環システム（Ｖ－Ａ ＥＣＭＯ）を適用した場合の血液循環について説明する。
補助循環システム（Ｖ－Ａ ＥＣＭＯ）２０を適用している患者（生体）Ｐは、図１４に示すように、生体肺（ＮＬ）で酸素化された酸素含有量ＣａＯ_２（ＮＬ）、血酸素飽和度（血液酸素化状況指標）ＳａＯ_２（ＮＬ）、流量（自己心拍出量）Ｑ_ＣＯの血液が、心臓によって動脈Ａ１に送り出される。

一方、補助循環（Ｖ－Ａ ＥＣＭＯ）では、図１４に示すように、人工肺（ＭＬ）１２０によってガス交換、酸素化された酸素含有量ＣａＯ_２（ＭＬ）、血酸素飽和度（血液酸素化状況指標）ＳａＯ_２（ＭＬ）、流量（自己心拍出量）Ｑ_ＥＣＭＯの血液が動脈Ａ１に向かって送り出され、還流点Ｐ２において心臓から送り出された血液と合流する。
そして、還流点Ｐ２で合流した血液は混合されて、酸素含有量ＣａＯ_２、動脈血酸素飽和度ＳａＯ_２、流量Ｑ_ＣＩＲ（＝Ｑ_ＣＯ＋Ｑ_ＥＣＭＯ）の血液となり、動脈Ａ１を通じて、生体組織ＰＳに流れる。

そして、生体組織ＰＳに流れた酸素含有量ＣａＯ_２、酸素飽和度ＳａＯ_２、流量Ｑ_ＣＩＲの血液は、生体組織ＰＳで、酸素が代謝により消費され二酸化炭素が生成されて、酸素含有量ＣｖＯ_２、酸素飽和度ＳｖＯ_２まで低下した静脈血となる。
酸素含有量ＣｖＯ_２、酸素飽和度ＳｖＯ_２まで低下した流量Ｑ_ＣＩＲの静脈血は、静脈Ｖ１を通じて心臓、生体肺（ＮＬ）に向かって流れる。

そして、静脈Ｖ１を通じて心臓、生体肺（ＮＬ）に向って流れる酸素含有量ＣｖＯ_２、酸素飽和度ＳｖＯ_２、流量Ｑ_ＣＩＲの血液は、流量Ｑ_ＥＣＭＯの静脈血が脱血点Ｐ１において脱血して補助循環システム（Ｖ－Ａ ＥＣＭＯ）２０の人工肺（ＭＬ）に流れる。

脱血して人工肺（ＭＬ）に送られた血液は、人工肺（ＭＬ）で二酸化炭素（ＣＯ_２）が酸素（Ｏ_２）にガス交換されて酸素化されて、還流点Ｐ２で動脈Ａ１に戻される。

一方、脱血点Ｐ１で脱血しなかった流量Ｑ_ＣＯ（＝Ｑ_ＣＩＲ－Ｑ_ＥＣＭＯ）の血液は、そのまま静脈Ｖ１を通じて心臓に向かって流れる。
そして、生体肺（ＮＬ）で酸素化されて、酸素含有量ＣａＯ_２（ＮＬ）、酸素飽和度ＳａＯ_２（ＮＬ）、流量（自己心拍出量）Ｑ_ＣＯの血液となり、動脈Ａ１に送り出される。
また、図１４に示す血液循環では、人工肺（ＭＬ）及び生体肺（ＮＬ）で、上述の数式（１０１）に示す〔ＤａＯ_２－ＤｖＯ_２〕だけ酸素化される。

補助循環（Ｖ－Ａ ＥＣＭＯ）における血液循環は、補助循環流量Ｑ_ＥＣＭＯ、動脈血酸素含有量ＣａＯ_２のいずれかに着目して説明することができる。

〔補助循環流量Ｑ_ＥＣＭＯに着目した場合〕
補助循環流量Ｑ_ＥＣＭＯに着目した場合には、補助循環（Ｖ－Ａ ＥＣＭＯ）における血液循環では、第１実施形態に係る補助循環（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）で説明した数式（１０１）～数式（１０６）が成立する。内容については、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。

（１）動脈血酸素含有量ＣａＯ_２に着目した場合
動脈Ａ１を通じて生体組織ＰＳに流れる血液の動脈血酸素含有量ＣａＯ_２、循環血流量Ｑ_ＣＩＲとすると、動脈血酸素運搬量ＤａＯ_２は、以下の数式（２０１）のように表すことができる。

ここで、補助循環（Ｖ－Ａ ＥＣＭＯ）を適用する場合、循環血流量Ｑ_ＣＩＲは、補助循環流量Ｑ_ＥＣＭＯと自己心拍出量Ｑ_ＣＯの和に等しいので、循環血流量Ｑ_ＣＩＲは、以下の数式（２０２）により表すことができる。

一方で、酸素の質量は保存されるから、動脈血酸素含有量ＣａＯ_２は、生体肺（ＮＬ）でガス交換された後の酸素含有量ＣａＯ_２（ＮＬ）、循環血流量Ｑ_ＣＩＲ、人工肺（ＭＬ）でガス交換された後の酸素含有量ＣａＯ_２（ＭＬ）、人工肺（ＭＬ）で酸素化された血液の流量Ｑ_ＥＣＭＯを用いて、以下の数式（２０３）のように表すことができる。

また、生体全体の二酸化炭素総排出量V'ＣＯ_２は、人工肺（ＭＬ）の二酸化炭素排出量V'ＣＯ_２（ＭＬ）と、生体肺（ＮＬ）の二酸化炭素排出量V'ＣＯ_２（ＮＬ）の和に等しいので、数式（２０１）に数式（２０３）を代入したうえで、左辺を生体全体の二酸化炭素総排出量V'ＣＯ_２で除すとともに、右辺を（生体肺（ＮＬ）の二酸化炭素排出量V'ＣＯ_２（ＮＬ）＋人工肺（ＭＬ）の二酸化炭素排出量V'ＣＯ_２（ＭＬ））で除すと、以下の数式（２０４）で表わすことができる。

ここで、上記数式（２０２）～（２０４）における自己心拍出量Ｑ_ＣＯは、直接測定することは困難であるから、人工肺（ＭＬ）における二酸化炭素排出量V'ＣＯ_２（ＭＬ）の一般的な推定値を用いることが好適である。

また、上記数式（２０３）～（２０４）の演算結果は、例えば、第３タッチ部１８９Ｃを操作することにより選択的に表示する構成としてもよい。
次に、酸素運搬量ＤａＯ_２を二酸化炭素（ＣＯ_２）総排出量V’ＣＯ_２（＝V’ＣＯ_２（ＮＬ）＋V’ＣＯ_２（ＭＬ））で除した数式（２０５）で算出される値が一定の値より大きいときには安全な循環動態と考えられるので、その値を閾値Ｖ_{ａｌａｒｍ}（管理目標値）として設定すると、ＤａＯ_２/ V’ＣＯ_２＞Ｖ_{ａｌａｒｍ}と表すことができる。そして、数式（２０４）の右辺に着目すると、以下に示す数式（２０５）が成立する。

数式（２０５）を、補助循環流量Ｑ_ＥＣＭＯに着目して変形すると、以下の数式（２０６）が得られる。

また、ＣａＯ_２は、前述のように、次の数式（２０７）で近似される。

そして、数式（２０６）に数式（２０７）を当てはめて変形すると、数式（２０８）が導かれる。

よって、数式（２０８）に基づいて、生体肺（ＮＬ）、人工肺（ＭＬ）の二酸化炭素の排出量の演算結果V’ＣＯ_２（ＮＬ）V’ＣＯ_２（ＭＬ）、動脈血酸素飽和度ＳａＯ_２、人工肺後の酸素飽和度ＳａＯ_２（ＭＬ）、及び自己心拍出量Ｑ_ＣＯから、各患者がＶ_{ａｌａｒｍ}（管理目標値）を満足するために必要な補助循環流量Ｑ_ＥＣＭＯを算出することが可能である。
ここで、流量Ｑ_ＣＯは、例えば、スワンガンツカテーテルの計測値、血圧波形解析、超音波エコー、ＭＲＩ等を用いて計測してもよい。
次に、補助循環流量Ｑ_ＥＣＭＯに着目した場合について説明する。
（２）補助循環流量Ｑ_ＥＣＭＯに着目する場合
静脈血の酸素運搬量を静脈血酸素運搬量ＤｖＯ_２とすると、酸素移動に関して酸素の質量は保存されることから、以下の数式（２０９）が成立する。

数式（２０９）を変形すると、以下の数式（２１０）が成立する。

静脈血酸素運搬量ＤｖＯ_２は、静脈血酸素含有量ＣｖＯ_２×Ｑ_ＣＩＲであるから、数式（２１０）を変形すると、以下の数式（２１１）が導き出される。

また、二酸化炭素総排出量V'ＣＯ_２＝人工肺の二酸化炭素排出量V'ＣＯ_２（ＭＬ）＋生体肺の二酸化炭素排出量V'ＣＯ_２（ＮＬ）、及び数式（２１１）から、以下に示す数式（２１２）が成立する。

次に、酸素運搬量ＤａＯ_２を二酸化炭素（ＣＯ_２）総排出量VＣＯ_２（＝VＣＯ_２（ＮＬ）＋V’ＣＯ_２（ＭＬ））で除した数式（２０５）で算出される値が一定の値より大きいときには安全な循環動態と考えられるので、その値を閾値Ｖ_{ａｌａｒｍ}（管理目標値）として設定すると、ＤａＯ_２/ V’ＣＯ_２＞Ｖ_{ａｌａｒｍ}と表すことができる。そして、数式（２１２）の右辺に着目すると、以下に示す数式（２１３）が成立する。

補助循環流量Ｑ_ＥＣＭＯに着目して数式（２１３）を変形すると、以下の数式（２１４））が導き出される。

ここで、ＣｖＯ_２＝（（１．３４×Ｈｂ×ＳｖＯ_２）／１００）＋０．００３１×ＰｖＯ_２
であり、右辺第２項は第１項と比較して微少量であることから
ＣｖＯ_２ ≒（（１．３４×Ｈｂ×ＳｖＯ_２）／１００）
と省略できる。したがって、式（２１４）は、式（２１５）のように変形することができる。

よって、数式（２１５）に基づいて、生体肺（ＮＬ）、人工肺（ＭＬ）の二酸化炭素の排出量の演算結果V’ＣＯ_２（ＮＬ）V’ＣＯ_２（ＭＬ）と、生体肺、人工肺（ＭＬ）の酸素摂取、静脈血酸素飽和度ＳｖＯ_２、及び自己心拍出量Ｑ_ＣＯから、各患者がＶ_{ａｌａｒｍ}（管理目標値）を満足するために必要な補助循環流量Ｑ_ＥＣＭＯを算出することが可能である。

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、上記実施形態で示した補助循環制御装置１００、液晶タッチパネル１８０は一例であり、演算又は表示する血液ガス交換状況指標、ガス交換量パラメータについては任意に設定することができる。
また、上記実施形態においては、補助循環制御装置１００を、補助循環（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）１０、補助循環（Ｖ－Ａ ＥＣＭＯ）２０の制御に適用する場合について説明したが、例えば、補助循環（Ｖ－Ｖ－Ａ ＥＣＭＯ）の制御に適用してもよい。

また、上記実施の形態においては、血液ガス交換状況指標が、補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）、体重による呼吸効率を用いる場合について説明したが、例えば、補助循環比率（ＥＣＭＯ Ｒａｔｅ）、体重による呼吸効率に代えて、又はこれらとともに、自発率を用いてもよい。

また、上記実施の形態においては、補助循環システム１０、２０とともに、人工呼吸器１４０を用いる場合について説明したが、人工呼吸器１４０を用いるかどうかは任意に設定可能であり、人工呼吸器１４０に代えて、酸素マスク等を用いて呼吸する際の吸気と呼気により、二酸化炭素排出量や酸素摂取量を演算してもよい。

また、上記実施の形態においては、ガス交換量を変化させるガス交換量制御部１７６が、第３記憶部１７９に格納されたプログラムによって動作して、人工肺ガス供給装置１２２のガス供給量を変化させて、人工肺吸気ガスの酸素含有量を変化させるとともに、その人工肺吸気ガスの流量に対応して、遠心ポンプ（送血ポンプ）１１５による血液流量が変化する場合について説明したが、例えば、人工肺吸気ガスの酸素濃度を変化させて、人工肺吸気ガスの酸素含有量を変化させてもよい。
また、遠心ポンプ１１５の血液流量に対応させて、人工肺吸気ガスの酸素含有量を変化させる構成としてもよい。

また、上記実施の形態においては、補助循環回路１０における人工肺１２０の寄与度や血液ガス交換状況指標、ガス交換量パラメータを演算する際に用いるガスセンサが、人工肺１２０及び人工呼吸器１４０に接続された二酸化炭素濃度センサである場合について説明したが、例えば、人工肺１２０、人工呼吸器１４０に接続された酸素濃度センサを適用して演算してもよい。また、二酸化炭素濃度センサと酸素濃度センサの両方を用いてもよい。

また、人工肺吸気ガスセンサ１２５、人工肺呼気ガスセンサ１２６、人工呼吸器吸気ガスセンサ１４２、人工呼吸器呼気ガスセンサ１４４の構成、配置する位置については任意に設定することが可能である。

また、例えば、人工肺吸気ライン１２３、人工肺呼気ライン１２４に、サンプリング回路（不図示）を設けて、患者吸気ガスセンサ１４２と患者呼気ガスセンサ１４４をひとつのガスセンサが兼用する構成としてもよい。

また、上記実施の形態においては、人工肺吸気センサ１２５、人工肺呼気ガスセンサ１２６、患者吸気ガスセンサ１４２、患者呼気ガスセンサ１４４が、ガス交換された二酸化炭素濃度によって、ガス交換量パラメータとして二酸化炭素排出量を演算する場合について説明したが、ガス交換量パラメータとして、例えば、二酸化炭素、酸素の含有率を特定することが可能な呼吸用ガスに含まれる他のガス（例えば、麻酔ガス等）の含有率を演算する構成としてもよい。

また、上記実施の形態においては、補助循環制御装置１００が、補助循環比率演算部１７１、血液ガス交換状況指標演算部１７２、ガス交換状況判定部１７３を備えている場合について説明したが、例えば、補助循環比率演算部１７１、ガス交換状況判定部１７３を備えるかどうかは任意に設定してもよい。

また、上記実施形態においては、ガス交換状況判定部１７３が不適切であると判定した場合にガス交換量制御部１７６に出力するとともに、液晶タッチパネル１８０に対するアラームを出力する場合について説明したが、これらに信号を出力するかどうかは任意に設定することが可能である。

また、上記実施形態においては、ガス交換量制御部１７６がガス交換状況判定部１７３から血液ガス交換状況が不適切の信号を受けて、ガス交換量を変化させる制御を解除（停止）するとともに、ガス交換量を復帰する場合について説明したが、ガス交換量を設定された状態に変化（例えば、復帰）するかどうかは任意に設定することが可能である。また、復帰するのに代えて、予め設定したガス交換量まで変化させるように構成してもよい。

また、上記実施の形態においては、補助循環制御装置１００がボリュームカプノ分析により、生体肺（ＮＬ）における二酸化炭素排出量を演算する場合について説明したが、例えば、ボリュームカプノ分析により演算した生体肺（ＮＬ）における二酸化炭素排出量を外部から入力する構成としてもよい。

例えば、上記実施の形態においては、送血ポンプが、遠心ポンプ１１５である場合について説明したが、遠心ポンプ１１５に代えて、例えば、回転ローラが回転して柔軟なチューブをしごいて血液を吸引、送り出すローラーポンプを用いてもよい。

また、上記実施の形態においては、補助循環制御装置１００における種々の演算を説明する際に、数式を用いて説明したが、上記数式は一例であり、上記数式に限定されず他の数式や演算方法を用いてもよいことはいうまでもない。

また、上記実施の形態においては、補助循環制御装置１００における動作を説明するためのフローチャートの概略構成の例を説明したが、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、上記実施形態に示した補助循環制御装置１００のブロック図における各ブロックの機能、信号のやり取りは一例であり、上記ブロック部に限定されない。

また、上記実施の形態においては、補助循環制御装置１００を患者（人体、生体）Ｐの補助循環のモニタリングに適用する場合について説明したが、例えば、人体Ｐに代えて、動物（生体）等の補助循環に適用してもよい。

この発明に係る補助循環制御装置、補助循環システムによれば、人工肺による血液のガス交換量が変化したときの血液ガス交換状況指標の変化を効率的に把握することができるので、産業上利用可能である。

Ｐ 患者（生体、人体）
１０ 補助循環システム（Ｖ－Ｖ ＥＣＭＯ）
２０ 補助循環システム（Ｖ－Ａ ＥＣＭＯ）
１００ 補助循環制御装置
１１１ 脱血ライン
１１２ 送血ライン
１１３ 還流ライン
１１５ 遠心ポンプ（送血ポンプ）
１１６ 流量センサ
１１８ 送血オートクランプ
１１９ リサーキュレーションクランプ
１２０ 人工肺
１２１ 人工肺本体
１２２ 人工肺ガス供給装置
１２５ 人工肺吸気ガスセンサ
１２６ 人工肺呼気ガスセンサ
１４０ 人工呼吸器
１４２ 人工呼吸器吸気ガスセンサ
１４４ 人工呼吸器呼気ガスセンサ
１７１ 補助循環比率演算部
１７２ 血液ガス交換状況指標演算部
１７３ ガス交換状況判定部（血液ガス交換状況判定部）
１７４ 酸素飽和度表示部（血液酸素化指標表示部）
１７６ ガス交換量制御部
１７８Ａ 人工肺吸気ガス制御部
１７８Ｂ 送血ポンプ制御部
１８０ 液晶タッチパネル

Claims (11)

1. 生体に接続され、前記生体から脱血した血液を送血ポンプにより人工肺に送血して、前記人工肺において生体肺と並行して血液をガス交換する補助循環装置を制御する補助循環制御装置であって、
   前記人工肺に供給する人工肺吸気ガス制御部と、前記人工肺に送血する血液の流量を制御する送血ポンプ流量制御部と、を有し、前記人工肺における血液のガス交換量を変化させるガス交換量制御部と、
   前記生体における血液ガス交換状況指標を演算する血液ガス交換状況指標演算部と、
   を備えていることを特徴とする補助循環制御装置。
2. 請求項１に記載の補助循環制御装置であって、
   前記血液ガス交換状況指標演算部は、
   設定された時間間隔で演算する
   ことを特徴とする補助循環制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の補助循環制御装置であって、
   前記ガス交換量制御部は、
   前記人工肺における血液のガス交換量を変化させる際に、前記人工肺に供給する人工肺吸気ガスの酸素含有量と、前記人工肺に送る血液の流量、の少なくともいずれか一方を変化させる
   ことを特徴とする補助循環制御装置。
4. 請求項１又は２に記載の補助循環制御装置であって、
   前記ガス交換量制御部は、
   前記血液ガス交換状況指標演算部が演算した前記血液ガス交換状況指標に基づいて、前記人工肺における血液のガス交換量を制御する
   ことを特徴とする補助循環制御装置。
5. 請求項１～４のいずれか一項に記載の補助循環制御装置であって、
   前記血液ガス交換状況指標が設定された数値範囲内であるかどうかを判定する血液ガス交換状況判定部を備えている
   ことを特徴とする補助循環制御装置。
6. 請求項５に記載の補助循環制御装置であって、
   前記血液ガス交換状況判定部は、
   前記人工肺における血液のガス交換量を変化させたときの前記血液ガス交換状況指標を演算して、前記人工肺により行う補助循環の低下によって前記血液ガス交換状況指標が設定された数値範囲内にあるかどうかにより補助循環の依存度低下が適切かどうかを判定するように構成されている
   ことを特徴とする補助循環制御装置。
7. 請求項１～６のいずれか一項に記載の補助循環制御装置であって、
   前記ガス交換量制御部は、
   予め設定されたプログラムにしたがって前記人工肺における血液のガス交換量を変化可能に構成されていて、
   前記血液ガス交換状況指標演算部は、
   前記ガス交換量制御部が前記プログラムにしたがって前記人工肺における血液のガス交換量を変化させたときの前記血液ガス交換状況指標を演算する
   ことを特徴とする補助循環制御装置。
8. 請求項７に記載の補助循環制御装置であって、
   前記ガス交換量制御部は、
   前記人工肺における血液のガス交換量を変化させる際に、前記生体肺が補助循環に対する依存が低下する回復時間と対応させて、前記人工肺における血液のガス交換量を減少させるように構成されている
   ことを特徴とする補助循環制御装置。
9. 請求項８に記載の補助循環制御装置であって、
   前記ガス交換量制御部は、
   前記人工肺における血液のガス交換量を変化させていて、予め設定された補助循環依存度低下動作の停止条件を検出した場合に、前記人工肺に送血する血液流量と前記人工肺に供給する人工肺吸気ガスの酸素含有量を予め設定した状態まで復帰させる
   ことを特徴とする補助循環制御装置。
10. 請求項７～９のいずれか一項に記載の補助循環制御装置であって、
    前記血液ガス交換状況指標演算部が演算した血液ガス交換状況指標が設定された数値範囲から外れた際にアラームを出力する
    ことを特徴とする補助循環制御装置。
11. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の補助循環制御装置を備えていることを特徴とする補助循環システム。

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