JP2023153306A - 作動流体と２つの流体交換媒体との間の物質移動のための作動流体処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作動流体と２つの流体交換媒体との間の物質移動のための作動流体処理装置の提供。【解決手段】体外血液処理装置は、内部血流空洞を画定する単一のハウジングを含む。ハウジングは、酸素供給器、熱交換器、及び追加の物質移動アセンブリを収容し、それぞれが流体導管のアレイを有する。アレイは、内部血流空洞内を流れる血液がすべての導管の周りを実質的に均一に流れるように、内部血流空洞内の同じ場所に位置している。アレイは、連携して、血液が流れることができる内部血流空洞を通る連続的な血流経路を画定するよう、内部血流空洞内で互いに対して配置される。連続的な血流経路は、一端に血液入口面を、反対端に血液出口面を有する。血液入口面から血流経路に沿い血液出口面に至る全体としての血流方向は、実質的に直線を辿る。【選択図】図２

Description

本開示は、一般に、作動流体処理装置に関する。このような装置は、例えば、作動流体に物質を追加または作動流体から物質を除去することによって、または作動流体を加熱または冷却することによって、作動流体の特性を変更するために使用される。

本開示は、より具体的には、体外血液処理装置を流れる血液と流体輸送媒体との間で物質及び／またはエネルギーを交換するように構成される体外血液処理装置に関する。特に、本開示は、酸素供給器及び熱交換器を含む体外血液処理装置に関する。

飲料、工業用ガス、液体化石燃料、体液、特に血液などの作動流体を処理するための装置には、さまざまな形態がある。典型的な例は、いわゆる血液酸素供給器である。

酸素供給器（人工肺）は、血液中の酸素を高める体外ガス交換装置である。それらは、心臓から身体器官への血液供給が中断される外科手術中に使用される場合がある。酸素供給器を使用することができる手順の非限定的な例には、心肺バイパス手順、体外式膜型人工肺（ＥＣＭＯ）手順、及びポンプ補助肺保護（ＰＡＬＰ）手順が含まれる。

一般に、酸素供給器は、いわゆる「気泡型酸素供給器」と「膜型酸素供給器」の２つの主要な群に分けることができる。気泡型酸素供給器の使用は、血球や血漿タンパク質に損傷を与えやすいため、時と共に大幅に減少している。

膜型酸素供給器は、血流を半透膜の表面と接触させるように誘導し、それを介してＣＯ_２及びＯ_２が拡散または移動することができる。それらは一般に、短期心肺バイパス（ＣＰＢ）で肺の機能を模倣するため、かつ／または体外式膜型人工肺（ＥＣＭＯ）と呼ばれる長期生命維持装置で血液を酸素化するために適用される。

現在利用可能なＣＰＢ及びＥＣＭＯシステムのほとんどは、熱交換器、血液濃縮器、気泡検出器、輸液及び試料ユニット、ポンプなど、さまざまな外部コンポーネント及びアクセサリを伴う。これらは、酸素供給器のチューブ回路に操作の設定と患者のニーズに応じて接続されている。

これらのＣＰＢシステムとＥＣＭＯシステムには、多数の異質なコンポーネントが含まれ、多くのチューブを伴うという欠点がある。

この欠点は、一体型熱交換装置を含む市販の膜型酸素供給器ではそれほど顕著ではない。そのような装置の一例は、ＷＯ９０／０４４１９に開示されている。このドキュメントは、心臓手術で使用するための統合された血液加熱及び酸素化装置を示している。これには、外部ハウジング内に配置された中央の熱伝導性コアが含まれる。熱交換コアは、隣接して位置する複数の血液受容チャネルで形成された外面を有する。この装置はさらに、熱交換コアの周りに取り付けられて血液受容チャネルを覆う多孔質中空繊維膜の形態のガス透過性膜を含む。この膜は、ＣＯ_２とＯ_２の交換を可能にする。

文書ＵＳ２０１６／００００９８９Ａ１は、それが開示するすべてについて参照により本明細書に援用され、二酸化炭素除去システムを説明する。このシステムは酸素供給器と同様に構成されるが患者の血液を積極的に酸素化することは意図していない。このシステムには２つのチャンバがあり、それぞれが中空繊維ガス交換マットを収容する。

文書ＵＳ８，１３３，１９５Ｂ２は、酸素供給器、熱交換器、及び血液フィルターを含む別の体外血液処理装置を示している。文書ＵＳ８，１３３，１９５Ｂ２は、それが開示するすべてについて参照により本明細書に援用される。

別のタイプの体外血液処理装置は、ＤＥ３７３３５４２Ａ１に開示されている。このドキュメントの図１０は、モジュール構造の熱及び物質交換用の装置を示している。この装置では、熱交換器モジュールが酸素供給器モジュールと結合されて単一のエンティティを形成している。装置は、例えば、血液濃縮器などの１つ以上のさらなるモジュールによって補完され得る。

この装置の欠点は、別々のモジュール内の血液処理ユニット（熱交換器、酸素供給器、血液濃縮器）が直列に配置されていることであり、これらは中間接続リングによって互いに接続されている。これにより、血液経路は狭まり、そして広がる結果となる。これは、装置長手方向での対応する圧力変化、高せん断応力、及び血球損傷が伴う。あるモジュールから別のモジュールに移動するとき、血液は第１のモジュールの中空繊維を出て、移行チャンバに入り、次に２番目のモジュールの中空繊維に流れ込む。これに伴う第１の繊維から移行チャンバへの流れ断面積の広がり、及びその後の移行チャンバから第２の繊維への流れ断面積の狭まりは、血液の成分に望ましくないストレスをもたらし、これらの血液成分を損傷する可能性がある。

文書ＷＯ２０１９／１６６８２３Ａ１は、供給ガス分散構成を備えた酸素供給器に関するものである。

文書ＪＰ２００１－０７９０８３Ａ２は、酸素添加領域及び一酸化窒素添加領域を有する人工肺装置を記載している。

文書ＷＯ２０１９／０３５８６９Ａ１は、デュアルチャンバガス交換器に関するものである。

前述のことに照らして、高度に統合された作動流体処理装置を提供することが本開示の１つの目的である。

本開示のさらなる目的は、特にコンパクトな作動流体処理装置を提供することである。

本開示のさらなる目的は、所望の用途に応じて異なる複数の処理を作動流体に行うことができる、多用途の作動流体処理装置を提供することである。

本開示のさらなる目的は、作動流体と複数の異なる流体交換媒体との間の物質交換を可能にする作動流体処理装置を提供することである。

本開示のさらなる目的は、熱交換器のみならず物質交換ができる少なくとも１つの追加の血液処理アセンブリと統合された膜型酸素供給器を備えることで、血液循環がより低刺激で圧力降下が少なく血球の損傷を大幅に軽減する、コンパクトな体外血液処理装置を提供することである。

本開示の一態様によれば、作動流体と第１の流体交換媒体との間の物質移動、及び同じ作動流体と前記第１の流体交換媒体とは異なる第２の流体交換媒体との間の物質移動のための作動流体処理装置が提供され、
作動流体処理装置は、
第１の流体交換媒体を作動流体処理装置に入れる集合的な第１の流体交換媒体入口と、
第１の流体交換媒体入口から流体的に分離され、第２の流体交換媒体を作動流体処理装置に入れる集合的な第２の流体交換媒体入口と、
統合された作動流体処理チャンバと、を備え、
チャンバは、
作動流体入口と、
作動流体出口と、
作動流体入口と作動流体出口との間に配置された第１の物質移動導管の第１の導管群と、を含み、
第１の導管群は、
第１の流体交換媒体を第１の導管群に受け入れる入口端部と、
使用済みの第１の流体交換媒体を第１の導管群から排出する出口端部と、を有しており、
第１の導管群は、第１の流体交換媒体が第１の導管群を通って流れるときに、作動流体を用いて第１の物質の物質移動を実行し、
作動流体入口と作動流体出口との間に配置された第２の物質移動導管の第２の導管群は、
第２の流体交換媒体を第２の導管群に受け入れる入口端部と、
使用済みの第２の流体交換媒体を第２の導管群から排出するための出口端部と、を有し、
第２の流体交換媒体が第２の導管群を通って流れるときに、作動流体を用いて第２の物質の物質移動を実行し、
第１の流体交換媒体入口は、第１の流体交換媒体を第１の導管群の第１の物質移動導管のすべてに集合的に運ぶために、第１の導管群の入口端部に接続され、
第２の流体交換媒体入口は、第２の流体交換媒体を第２の導管群の第２の物質移動導管のすべてに集合的に運ぶために、第２の導管群の入口端部に接続され、
第１の導管群及び第２の導管群は、チャンバ内の作動流体入口と作動流体出口との間に配置されて、作動流体は、作動流体入口からチャンバに移動し、次にチャンバを通過し、次に作動流体出口を介してチャンバから出るとき、第１の物質移動導管の第１の導管群と第２の物質移動導管の第２の導管群の周囲を流れ、
作動流体の流れの断面積がチャンバを通じて実質的に一定に保たれるように、チャンバの全容積にわたって本質的に均一な導管分布が存在する、
作動流体処理装置である。

作動流体処理チャンバ全体の流れ断面が一定であるため、作動流体は非常にスムーズな状態で装置内を循環する。さらに、すべての導管群が同じ単一の作動流体処理チャンバ内の同じ場所に位置しているので、本開示の装置は非常にコンパクトである。

一実施形態では、第１の物質移動導管及び第２の物質移動導管は、中空の半透膜繊維であり得る。

一実施形態では、半透膜繊維を構成する半透膜が液体不透過性であり、
膜を越える物質移動を増加させるために開口した微小孔が横切る浸透細孔膜、または膜の長期的な膜湿潤を防ぐ非多孔質層を備える拡散膜のいずれかであってもよい。

一実施形態では、第１の物質移動導管を構成する半透膜は、浸透細孔膜であり得、第２の物質移動導管を構成する半透膜は、拡散膜であり得る。

一実施形態では、作動流体処理装置は、使用済みの第１及び第２の流体交換媒体を受け入れるために、第１及び第２の導管群の出口端部に接続された単一の共有流体交換媒体出口をさらに備え得る。

一実施形態では、作動流体処理装置は、使用済みの第１の流体交換媒体を受け入れる第１の導管群の出口端部に接続された第１の流体交換媒体出口と、使用済みの第２の流体交換媒体を受け入れる第２の導管群の出口端部に接続された第２の流体交換媒体出口と、をさらに備えることができ、第２の流体交換媒体出口は第１の流体交換媒体出口から流体的に分離されていてもよい。

一実施形態では、作動流体は、装置を通って移動するとき、第１の導管群及び第２の導管群を通って順次流れることができる。

一実施形態では、動作中、作動流体の第１の部分は、第１の導管群を通って流れることができ、並行して、第１の部分とは異なる、作動流体の第２の部分は第２の導管群を通って流れることができる。

一実施形態では、第１の導管群及び第２の導管群は、作動流体の流量を形成する、インターリーブされた第１及び第２の物質移動導管を連携して構成し得る。

一実施形態では、第１の導管群及び第２の導管群は、一方が他方に積み重ねられることができる。

一実施形態では、第１の導管群及び第２の導管群のそれぞれは、中空の半透膜繊維の束を構成することができる。

一実施形態では、各繊維束は、１つ以上の層状繊維マットの集合体であり得る。

一実施形態では、第１の導管群及び第２の導管群は、１つ以上の直方体の積み重ねられた繊維マットを形成することができる。

一実施形態では、第１の導管群は第１の流体交換媒体の流れ方向を規定し得、第２の導管群は第２の流体交換媒体の流れ方向を規定し得、第１の流れ方向及び第２の流れ方向は互いに対して９０°の角度で設定されていてもよい。

一実施形態では、装置は、円筒状の巻き付け型繊維マット装置であり得る。

一実施形態では、各繊維束は、リング形状またはリングの一部の形状の断面を有し得、繊維束は、共通の中心縦軸の周りに入れ子にされていてもよい。

一実施形態では、各繊維束の繊維は、開ループ形状を有し得る。

一実施形態では、すべての繊維束の繊維は、作動流体処理装置の共通の中心縦軸の周りにループ状にされていてもよい。

一実施形態では、統合された作動流体処理チャンバは、作動流体と熱交換流体との間の熱交換のための熱交換導管の第３の導管群をさらに含み得る。

一実施形態では、装置は、作動流体として血液を処理するように適合させることができ、第１の導管群は、血液を酸素化するように適合させることができ、第２の導管群は、一酸化窒素を血液に送達するように適合させることができる。

一実施形態では、装置は、作動流体として血液を処理するように適合させることができ、第１の導管群は、血液を酸素化するように適合させることができ、第２の導管群は、麻酔薬を血液に送達するように適合させることができる。

本開示のさらなる態様によれば、上記のように作動流体処理装置を使用して、心肺バイパス手術中に患者を治療する方法が提供される。

本開示のさらなる態様によれば、患者の血液と流体交換媒体との間の物質及びエネルギー移動のための体外血液処理装置が提供される。体外血液処理装置は実質的に一定の断面を有する内部血流空洞を規定するハウジングを備え、血流空洞は血流がそれを通じて実質的に内部血流空洞の全容積にわたるように構成されており、
ハウジングは、
第１のガス交換媒体を介して患者の血液を酸素化するように構成された第１の物質移動アセンブリであって、酸素を患者の血液に移動するガス移動導管のアレイを備え、第１のガス交換媒体のための第１のガス回路を形成する、第１の物質移動アセンブリと、
熱エネルギー移動媒体を用いて血液を加熱または冷却するように構成され、熱エネルギー移動媒体を運ぶ熱移動導管のアレイを備える、熱交換アセンブリと、
流体交換媒体と患者の血液との間の物質移動を提供するように構成された１つ以上の追加の物質移動アセンブリであって、１つ以上の物質を患者の血液からまたは患者の血液に物質移動するための物質移動導管のアレイをそれぞれが備える、１つ以上の追加の物質移動アセンブリと、を収容し、
追加の物質移動アセンブリのそれぞれが、第１のガス回路とは異なる、独立した特定の流体交換媒体のための別個の流体回路を形成し、
内部血流空洞を流れる血液は、第１の物質移動アセンブリ、熱交換アセンブリ、及び１つ以上の追加の物質移動アセンブリの、すべての導管の周りを実質的に均一に流れるように、１つ以上の追加の物質移動アセンブリのアレイが内部血流空洞内の同じ場所に位置しており、
第１の物質移動アセンブリ、熱交換アセンブリ、及び１つ以上の追加の物質移動アセンブリのアレイは、連続的な血流経路が内部血流空洞を通って画定され、それに沿って血液が流れてアセンブリのすべてによって処理されるように内部血流空洞内で互いに対して配置され、
連続的な血流経路は、一端に血液入口面を、反対端に血液出口面を、全体としての血流方向において有しており、
血液入口面から血流経路に沿い血液出口面に至る全体としての血流方向は実質的に直線を辿る。

一実施形態では、各アセンブリは、それぞれ、個々のアセンブリへの、及び個々のアセンブリからのそれぞれの流体交換媒体の導入及び除去のための、ハウジングに接続された個々の入口及び個々の出口を含み得る。

一実施形態では、追加の物質移動アセンブリの少なくとも１つは、特定のガスを患者の血液に移動するように構成された流体移動アセンブリからなる群から選択され得、特定のガスは、揮発性麻酔薬（例えばイソフルランまたはセボフルラン）、一酸化窒素（ＮＯ）、及び不活性ガスとの混合物中の一酸化窒からなる群から選択され得る。

一実施形態では、追加の物質移動アセンブリの少なくとも１つは、特定の液体を患者の血液に移動するように構成された流体移動アセンブリからなる群から選択され得、特定の液体は、薬剤、緩衝液及び酸または塩基の形態のｐＨ制御剤からなる群から選択されてもよい。

一実施形態では、追加の物質移動アセンブリの少なくとも１つは、血液電解質、血漿、抗体もしくはエンドトキシンなどの、血液中を循環する血液化合物もしくは成分を血液から除去するように構成され得る、かつ／または他の物質移動アセンブリのうちの少なくとも１つは血液濾過及び血液透析用に構成されていてもよい。

一実施形態では、追加の物質移動アセンブリのうちの少なくとも１つは、患者の血液中のガスのガス分圧を測定するように構成され得る。

一実施形態では、物質移動導管及びガス移動導管は中空繊維であり得、物質移動導管及びガス移動導管は微小孔構造を有し得る。

一実施形態では、各アセンブリ入口は、それぞれの流体交換媒体をアセンブリの導管に分配するための分配ヘッダを有し得る。

一実施形態では、中空繊維は、互いに間隔を置いて配置され、ポッティング材料の層によって互いに固定され得る開放端部を有し得る。

一実施形態では、ポッティング材料の層がアセンブリの入口プレート及び出口プレートを構成することができる。

一実施形態では、各アセンブリ入口は、それぞれの流体交換媒体をアセンブリの導管に分配するための分配ヘッダを有し得、入口プレートは、分配ヘッダの底部に配置され得る。

一実施形態では、中空繊維は、繊維マットの形態で提供され得る

一実施形態では、２つの異なるアセンブリの導管は、互いに９０°の角度で設定され、積み重ねられてもよい。

一実施形態では、２つのアセンブリが装置の１つのチャンバ内で対になり得、１方のアセンブリの導管が他方のアセンブリの導管と血流の方向で交互になり得る。

一実施形態では、アセンブリは、同心円状のリングとして配置されることができる。

一実施形態では、アセンブリは、ループ状に配置され、互いに積み重ねられ得る。

一実施形態では、装置は、ハウジングに取り付けられた単一の血液入口と単一の血液出口とをさらに備えることができ、その結果、入口は、患者の血液を装置の内部血流空洞に導入することができ、その結果、血液が各アレイを流体交換媒体の流れ方向に実質的に垂直な方向に通過することができる。

一実施形態では、アセンブリのアレイを無視すれば、内部血流空洞に内部仕切りまたは狭窄部をなくすことができる。

一実施形態では、第１の物質移動アセンブリは、
ｉ）酸素に富むガス交換媒体を第１の物質移動アセンブリに入れるためにハウジング内に配置されたガス入口と、
ｉｉ）酸素に乏しいガス交換媒体を第１の物質移動アセンブリから排出するためにハウジング内に配置されたガス出口と、をさらに備え、
追加の物質移動アセンブリのそれぞれが、
ｉ）ガス入口とは異なる専用の別個の流体入口であって、流体交換媒体を物質移動アセンブリに入れるためにハウジング内に配置された、専用の別個の流体入口と、
ｉｉ）ガス出口とは異なる専用の別個の流体出口であって、流体交換媒体を物質移動アセンブリから排出するためにハウジング内に配置された、専用の別個の流体出口と、をさらに備えることができる。

本開示で使用される用語の定義は、以下のように提供される。
‐半透膜：特定の粒子は通過できるが、他の粒子は通過させない膜。
‐浸透細孔膜：膜を越える物質移動を増加させるために開口した微小孔が横切る半透膜。浸透細孔膜の壁には、壁の全厚にわたって延びる多数の細孔がある。細孔は膜壁の両側に開口している。浸透細孔膜は液密である。長期的には湿潤になりやすいため、浸透細孔膜は通常、ＣＰＢなどの短期的な用途でのみ使用される。一般的に、ＥＣＭＯ療法などの長期的使用には適していない。浸透細孔膜の商業的利用例は、３Ｍ（商標）社によって販売されている、ＯＸＹＰＨＡＮ（商標）（熱誘導相分離（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｈａｓｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ：ＴＩＰＳ）技術によって製造されるポリプロピレン毛細管膜）、及びＭｅｍｂｒａｎａ（商標）酸素化膜シリーズ（連続的な焼きなまし及び引き伸ばし工程により細孔が生成される、ポリプロピレン押し出し加工によって製造される毛細管膜）である。ポリプロピレンは、浸透細孔膜の製造に適した材料の１つである。
‐拡散膜：膜の長期的な膜湿潤を防ぐ非多孔質層を含む半透膜。非多孔質層は、外皮の形をとることができる。ガスは、最初に層の片側の層材料に溶解し、次に層の反対側の層材料から漏れ出すことによって、非多孔質層を通過することができる。拡散膜は液密である。特にＥＣＭＯ療法などの長期的な使用のために設計されている。拡散膜の商業的利用例は、３Ｍ（商標）社によって販売されているＯＸＹＰＬＵＳ（商標）（ＴＩＰＳ技術を使用して加工されるポリメチルペンテンから作られる一体型非対称中空繊維酸素化膜）である。ポリメチルペンテンは、拡散膜の製造に適した材料の１つである。
‐熱交換繊維：血液などの作動流体を温度制御するための液密繊維。半透膜で作られているガス交換繊維とは異なり、熱交換繊維は熱伝導性に優れた液密材料で作られている。熱交換繊維の商業的利用例は、３Ｍ（商標）社によって販売されているＨＥＸＰＥＴ（商標）（ポリエステルであるポリエチレンテレフタレートから作られた透明な熱交換毛細管）である。ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）は、熱交換繊維の製造に適した材料の１つである。
‐均一な流れ：流れ全体で一定の圧力と流量を持つ流体の層流。
‐作動流体：特定の種類の機能または作業を実行するために使用される気体または液体。血液は、人体内の物質輸送に使用される液体であるため、作動流体の一種である。
‐直線：作動流体は、流れの外側境界線が流れの関連部分全体にわたって直線のままである場合、全体として直線を辿る流れ方向を有する。
‐物質移動：物質移動とは質量を有する物質である、ガス（例えば、酸素、二酸化炭素（ＣＯ_２）、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）、揮発性麻酔薬（例えば、イソフルランまたはセボフルラン）、一酸化窒素（ＮＯ）及び不活性ガスなどとの混合物中の亜酸化窒素）、及び／または液体（例えば、血漿、薬剤、電解質、緩衝液、もしくは酸または塩基の形態のｐＨ制御剤など）などの、作動流体へのまたは作動流体からの移動を言う。

本開示のさらなる態様は、人工心肺などの心肺バイパスシステムに関し、これは本開示の血液処理装置ならびにポンプ、気泡トラップ、動脈フィルター、気泡センサーまたは他のセンサーなどの他の構成要素を含む。

ここで、本開示のいくつかの実施形態を、添付の図面を参照しながら単に非限定的な例として説明する。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
作動流体と第１の流体交換媒体との間の物質移動、及び同じ作動流体と前記第１の流体交換媒体とは異なる第２の流体交換媒体との間の物質移動のための作動流体処理装置であって、
前記作動流体処理装置は、
前記第１の流体交換媒体を前記作動流体処理装置に入れる集合的な第１の流体交換媒体入口と、
前記第１の流体交換媒体入口から流体的に分離され、前記第２の流体交換媒体を前記作動流体処理装置に入れる集合的な第２の流体交換媒体入口と、
統合された作動流体処理チャンバと、を備え、
前記チャンバは、
作動流体入口と、
作動流体出口と、
前記作動流体入口と前記作動流体出口との間に配置された第１の物質移動導管の第１の導管群であって、
前記第１の導管群は、
前記第１の流体交換媒体を前記第１の導管群に受け入れる入口端部と、
使用済みの第１の流体交換媒体を前記第１の導管群から排出する出口端部と、を有しており、
前記第１の導管群は、前記第１の流体交換媒体が前記第１の導管群を通って流れるときに、前記作動流体を用いて第１の物質の物質移動を実行する、第１の導管群と、
前記作動流体入口と前記作動流体出口との間に配置された第２の物質移動導管の第２の導管群とを含み、
前記第２の導管群は、
前記第２の流体交換媒体を前記第２の導管群に受け入れる入口端部と、
使用済みの第２の流体交換媒体を前記第２の導管群から排出するための出口端部と、を有し、
前記第２の導管群は、前記第２の流体交換媒体が前記第２の導管群を通って流れるときに、前記作動流体を用いて第２の物質の物質移動を実行し、
前記第１の流体交換媒体入口は、前記第１の流体交換媒体を前記第１の導管群の前記第１の物質移動導管のすべてに集合的に運ぶために、前記第１の導管群の前記入口端部に接続され、
前記第２の流体交換媒体入口は、前記第２の流体交換媒体を前記第２の導管群の前記第２の物質移動導管のすべてに集合的に運ぶために、前記第２の導管群の前記入口端部に接続され、
前記第１の導管群及び前記第２の導管群は、前記チャンバ内の前記作動流体入口と前記作動流体出口との間に配置されて、前記作動流体は、前記作動流体入口から前記チャンバに移動し、次に前記チャンバを通過し、次に前記作動流体出口を介して前記チャンバから出るとき、第１の物質移動導管の前記第１の導管群と第２の物質移動導管の前記第２の導管群の周囲を流れ、
前記作動流体の流れの断面が前記チャンバを通じて実質的に一定に保たれるように、前記チャンバの全容積にわたって本質的に均一な導管分布が存在する、
作動流体処理装置。
（項目２）
前記第１の物質移動導管及び前記第２の物質移動導管は、中空の半透膜繊維である、項目１に記載の作動流体処理装置。
（項目３）
前記半透膜繊維を構成する半透膜が、液体不透過性であり、
膜を越える物質移動を増加させるために開口した微小孔が横切る浸透細孔膜、または膜の長期的な膜湿潤を防ぐ非多孔質層を含む拡散膜のいずれかである、項目２に記載の作動流体処理装置。
（項目４）
前記第１の物質移動導管を構成する前記半透膜が浸透細孔膜であり、
前記第２の物質移動導管を構成する前記半透膜が拡散膜である、項目３に記載の作動流体処理装置。
（項目５）
前記使用済みの第１及び第２の流体交換媒体を受け入れるために、前記第１及び第２の導管群の前記出口端部に接続された単一の共有流体交換媒体出口をさらに備える、項目１～４のいずれか一項に記載の作動流体処理装置。
（項目６）
前記使用済みの第１の流体交換媒体を受け入れる前記第１の導管群の前記出口端部に接続された第１の流体交換媒体出口と、前記使用済みの第２の流体交換媒体を受け入れる前記第２の導管群の前記出口端部に接続された第２の流体交換媒体出口と、をさらに備え、
前記第２の流体交換媒体出口は前記第１の流体交換媒体出口から流体的に分離される、項目１～４のいずれか一項に記載の作動流体処理装置。
（項目７）
前記作動流体が、前記装置を通って移動するとき、前記第１の導管群及び前記第２の導管群を通って順次流れる、項目１～６のいずれか一項に記載の作動流体処理装置。
（項目８）
動作中、前記作動流体の第１の部分は前記第１の導管群を通って流れ、並行して、前記第１の部分とは異なる、前記作動流体の第２の部分は前記第２の導管群を通って流れる、項目１～６のいずれか一項に記載の作動流体処理装置。
（項目９）
前記第１の導管群及び前記第２の導管群は、作動流体の流量を形成する、インターリーブされた第１及び第２の物質移動導管を連携して構成する、項目１～６のいずれか一項に記載の作動流体処理装置。
（項目１０）
前記第１の導管群及び前記第２の導管群は、一方が他方に積み重ねられる、項目１～９のいずれか一項に記載の作動流体処理装置。
（項目１１）
前記第１の導管群及び前記第２の導管群のそれぞれが、中空の半透膜繊維の束を構成する、項目１～１０のいずれか一項に記載の作動流体処理装置。
（項目１２）
前記各繊維束は、１つ以上の層状繊維マットの集合体である、項目１１に記載の作動流体処理装置。
（項目１３）
前記第１の導管群及び前記第２の導管群は、１つ以上の直方体の積み重ねられた繊維マットを形成する、項目１２に記載の作動流体処理装置。
（項目１４）
前記第１の導管群が第１の流体交換媒体の流れ方向を規定し、前記第２の導管群が第２の流体交換媒体の流れ方向を規定し、
前記第１の流れ方向及び前記第２の流れ方向が互いに対して９０°の角度で設定される、項目１３に記載の作動流体処理装置。
（項目１５）
前記装置が円筒状の巻き付け型繊維マット装置である、項目１２に記載の作動流体処理装置。
（項目１６）
各繊維束は、リング形状またはリングの一部の形状の断面を有し、前記繊維束は、共通の中心縦軸の周りに入れ子にされる、項目１５に記載の作動流体処理装置。
（項目１７）
各繊維束内の前記繊維が開ループ形状を有する、項目１１に記載の作動流体処理装置。
（項目１８）
すべての前記繊維束の前記繊維は、前記作動流体処理装置の共通の中心縦軸の周りにループ状にされる、項目１７に記載の作動流体処理装置。
（項目１９）
前記統合された作動流体処理チャンバが、前記作動流体と前記熱交換流体との間の熱交換のための熱交換導管の第３の導管群をさらに含む、項目１～１８のいずれか一項に記載の作動流体処理装置。
（項目２０）
前記装置は、前記作動流体として血液を処理するように適合され、
前記第１の導管群は、前記血液を酸素化するように適合され、前記第２の導管群は、一酸化窒素を血液に送達するように適合される、項目１～１９のいずれか一項に記載の作動流体処理装置。
（項目２１）
前記装置は、前記作動流体として血液を処理するように適合され、
前記第１の導管群は、前記血液を酸素化するように適合され、前記第２の導管群は、麻酔薬を血液に送達するように適合される、項目１～１９のいずれか一項に記載の作動流体処理装置。
（項目２２）
項目２０または２１に記載の作動流体処理装置を使用して、心肺バイパス手術中に患者を治療する方法。
（項目２３）
患者の血液と流体交換媒体との間の物質及びエネルギー移動のための体外血液処理装置であって、前記体外血液処理装置は実質的に一定の断面を有する内部血流空洞を規定するハウジングを備え、前記血流空洞は血流がそれを通じて実質的に内部血流空洞の全容積にわたるように構成されており、
前記ハウジングは、
第１のガス交換媒体を介して前記患者の血液を酸素化するように構成された第１の物質移動アセンブリであって、酸素を前記患者の血液に移動するガス移動導管のアレイを備え、前記第１のガス交換媒体のための第１のガス回路を形成する、前記第１の物質移動アセンブリと、
前記熱エネルギー移動媒体を用いて血液を加熱または冷却するように構成され、熱エネルギー移動媒体を運ぶ熱移動導管のアレイを備える、熱交換アセンブリと、
流体交換媒体と前記患者の血液との間の物質移動を提供するように構成された１つ以上の追加の物質移動アセンブリであって、１つ以上の物質を前記患者の血液からまたは前記患者の血液に物質移動するための物質移動導管のアレイをそれぞれが備える、前記１つ以上の追加の物質移動アセンブリと、を収容し、
追加の物質移動アセンブリのそれぞれが、前記第１のガス回路とは異なる、独立した特定の流体交換媒体のための別個の流体回路を形成し、
前記内部血流空洞を流れる血液は、前記第１の物質移動アセンブリ、前記熱交換アセンブリ、及び前記１つ以上の追加の物質移動アセンブリの、すべての前記導管の周りを実質的に均一に流れるように、前記１つ以上の追加の物質移動アセンブリの前記アレイが前記内部血流空洞内の同じ場所に位置しており、
前記第１の物質移動アセンブリ、前記熱交換アセンブリ、及び前記１つ以上の追加の物質移動アセンブリの前記アレイは、連続的な血流経路が前記内部血流空洞を通って画定され、それに沿って血液が流れて前記アセンブリのすべてによって処理されるように前記内部血流空洞内で互いに対して配置され、
前記連続的な血流経路は、一端に血液入口面を、反対端に血液出口面を、全体としての血流方向において有しており、
前記血液入口面から前記血流経路に沿い前記血液出口面に至る前記全体としての血流方向は実質的に直線を辿る、前記装置。
（項目２４）
各アセンブリは、それぞれ、個々のアセンブリへの、及び個々のアセンブリからのそれぞれの流体交換媒体の導入及び除去のための、前記ハウジングに接続された個々の入口及び個々の出口を含む、項目２３に記載の装置。
（項目２５）
前記追加の物質移動アセンブリの少なくとも１つは、特定のガスを前記患者の血液に移動するように構成された前記流体移動アセンブリからなる群から選択され、
前記特定のガスは、揮発性麻酔薬（例えばイソフルランまたはセボフルラン）、一酸化窒素（ＮＯ）、及び不活性ガスとの混合物中の一酸化窒素からなる群から選択される、項目２３または２４に記載の装置。
（項目２６）
前記追加の物質移動アセンブリの少なくとも１つは、特定の液体を前記患者の血液に移動するように構成された流体移動アセンブリからなる群から選択され、
前記特定の液体は、薬剤、緩衝液及び酸または塩基の形態のｐＨ制御剤からなる群から選択される、項目２３～２５のいずれか一項に記載の装置。
（項目２７）
前記追加の物質移動アセンブリのうちの少なくとも１つは、血液電解質、血漿、抗体もしくはエンドトキシンなどの、前記血液中を循環する血液化合物もしくは成分を前記血液から除去するように構成される、かつ／または前記他の物質移動アセンブリのうちの少なくとも１つは血液濾過及び血液透析用に構成される、項目２３～２６のいずれか一項に記載の装置。
（項目２８）
前記追加の物質移動アセンブリのうちの少なくとも１つが、前記患者の血液中のガスのガス分圧を測定するように構成される、項目２３～２７のいずれか一項に記載の装置。
（項目２９）
前記物質移動導管及び前記ガス移動導管が中空繊維であり、
前記物質移動導管及び前記ガス移動導管が微小孔構造を有する、項目２３～２８のいずれか一項に記載の装置。
（項目３０）
各アセンブリの入口は、前記それぞれの流体交換媒体を前記アセンブリの前記導管に分配するための分配ヘッダを有する、項目２４～２９のいずれか一項に記載の装置。
（項目３１）
前記中空繊維が、互いに間隔を置いて配置され、ポッティング材料の層によって互いに固定された開放端部を有する、項目２９に記載の装置。
（項目３２）
前記ポッティング材料の層が前記アセンブリの入口プレート及び出口プレートを構成する、項目３１に記載の装置。
（項目３３）
各アセンブリ入口は、前記それぞれの流体交換媒体を前記アセンブリの前記導管に分配するための分配ヘッダを有し、
前記入口プレートは、前記分配ヘッダの底部に配置される、項目３２に記載の装置。
（項目３４）
前記中空繊維が繊維マットの形態で提供される、項目２９に記載の装置。
（項目３５）
２つの異なるアセンブリの前記導管が互いに９０°の角度で設定され、積み重ねられる、項目２３～３４のいずれか一項に記載の装置。
（項目３６）
２つのアセンブリが、前記装置の１つのチャンバ内で対になり、１方のアセンブリの前記導管が他方のアセンブリの前記導管と前記血流の方向で交互になる、項目２３～３５のいずれか一項に記載の装置。
（項目３７）
前記アセンブリが同心円状のリングとして配置される、項目３４に記載の装置。
（項目３８）
前記アセンブリがループ状に配置され、互いに積み重ねられる、項目３４に記載の装置。
（項目３９）
前記ハウジングに取り付けられた単一の血液入口と単一の血液出口とをさらに備え、前記入口は、患者の血液を前記装置の前記内部血流空洞に導入し、血液が各アレイを前記流体交換媒体の前記流れ方向に実質的に垂直な方向に通過することができる、項目２３～３８のいずれか一項に記載の装置。
（項目４０）
前記アセンブリの前記アレイを無視すれば、前記内部血流空洞に内部仕切りまたは狭窄部がない、項目２３～３９のいずれか一項に記載の装置。
（項目４１）
前記第１の物質移動アセンブリが、
ｉ）酸素に富むガス交換媒体を前記第１の物質移動アセンブリに入れるために前記ハウジング内に配置されたガス入口と、
ｉｉ）酸素に乏しいガス交換媒体を前記第１の物質移動アセンブリから排出するために前記ハウジング内に配置されたガス出口と、をさらに備え、
追加の物質移動アセンブリのそれぞれが、
ｉ）ガス入口とは異なる専用の別個の流体入口であって、流体交換媒体を前記物質移動アセンブリに入れるために前記ハウジング内に配置された、前記専用の別個の流体入口と、ｉｉ）ガス出口とは異なる専用の別個の流体出口であって、流体交換媒体を前記物質移動アセンブリから排出するために前記ハウジング内に配置された、前記専用の別個の流体出口と、をさらに備える、項目２３～４０のいずれか一項に記載の装置。

デュアルルーメンカテーテルを使用して患者の頸静脈に取り付けられた例示的な血液処理装置を示す。 本開示による作動流体処理装置の第１の非限定的な実施形態を示す。 図２の線ＩＩＩ－ＩＩＩに沿った概略断面図である。 本開示による作動流体処理装置の第２の非限定的な実施形態を示す。 本開示による作動流体処理装置の第２の非限定的な実施形態を示す。 本開示による作動流体処理装置の第２の非限定的な実施形態を示す。 本開示による作動流体処理装置の第２の非限定的な実施形態を示す。 本開示による作動流体処理装置の第２の非限定的な実施形態を示す。 本開示の作動流体処理装置の第３の非限定的な実施形態を縦断面図で示す。 本開示による作動流体処理装置の第４の非限定的な実施形態を示す。 本開示による作動流体処理装置の第４の非限定的な実施形態を示す。 ヒトの血液を酸素化、窒素化、及び温度制御するために使用される本開示の作動流体処理装置を概略的に示す。 ヒトの血液を酸素化、窒素化、温度制御、及び麻酔処理するために使用される本開示の別の作動流体処理装置を概略的に示す。

本開示は、作動流体と少なくとも２つの異なる流体交換媒体との間の物質移動専用の統合された装置に関する。この装置は、あらゆる種類の化学工学用途において、広範囲の作動流体に対し物質を除去したり物質を追加したりするために使用できる。本開示の実施形態の好ましい用途は、ヒトの血液の医療処置である。しかしながら、本開示の実施形態の用途はヒトの血液以外の流体に及ぶ。

本開示は、特に、患者の血流に酸素を追加しそれを温度制御することに加えて、同時に、効率的、効果的、かつ安全に、最小限に侵襲的な方法で、血液に対しさらなる物質を追加または除去することができる革新的な体外血液処理装置に関する。非限定的な例示的な実施形態では、装置は、患者の血管系に直接アクセスするように適合されている。特定の非限定的な実施形態によれば、体外血液処理装置は、１回の通過で患者の血液の流れに対し様々な物質を除去または追加するように特別に設計されている。この装置は、医療用・外科用途のほんの数例を挙げると、心肺バイパス手術、イソフルランやセボフルランなどの麻薬の送達、患者の血液への一酸化窒素の添加、または血液のｐＨ制御を含む、さまざまな医療・外科用途に使用できる。

図１は、参照番号１０によって識別される血液処理装置の例示的な使用法を示している。血液処理装置１０は、チューブ１２を介して患者１の血液回路に接続されている。結果として、患者の血液は彼女の肺２を迂回し、代わりに血液処理装置１０を循環する。血液処理装置１０は、事実上人工肺として機能し、例えば、心肺バイパス処置、ＥＣＭＯ処置、またはＰＡＬＰ処置などの外科的介入の間、患者の血液を酸素化する。

血液処理装置１０は、血液入口１４及び血液出口１６を有する。入口１４及び出口１６の両方は、血液処理装置１０のハウジング１８の一部である。

血液処理装置１０は、内部血流空洞を有する。内部血流空洞は、血液処理装置１０の中心に位置する。物質と熱の血液に対する移動は、内部血流空洞で行われる。

図２は、血液処理装置１０の内部血流空洞２０を示す。内部血流空洞２０は、箱型のフレーム２２によって区切られている。フレーム２２は、２つの血液循環チャンバ２４及び２６に細分されている。血液は、上部２８から血流空洞２０に入り、２つのチャンバ２４、２６を通過し、その下部３０で血流空洞２０を出る。言い換えると、上部２８は空洞の血液入口に対応し、下部３０は空洞の血液出口に対応する。ここで、血液出口３０は、血液入口２８の反対側に位置している。血流の方向に基づいて、チャンバ２４は上部チャンバであり、チャンバ２６は下部チャンバである。したがって、血流空洞２０は、それを通じる血流が実質的にその全容積にわたるように構成されている。この文脈において、実質的にとは、全容積の１０％以内を意味する。内部血流空洞２０の断面は実質的に一定であることに留意されたい。この文脈において、実質的にとは、変動が１０％未満である一定の断面を意味する。

内部血流空洞２０に加えて、血液処理装置１０は、第１のガス交換媒体を介して患者の血液を酸素化するように構成された第１の物質移動アセンブリ３２を含む。同様に含まれるのは、血液処理装置１０を通って循環する患者の血液を温度制御するように構成された熱交換アセンブリ３４である。

血液処理装置１０はまた、２つの追加の物質移動アセンブリ３６及び３８を有する。現在の非限定的な例では、物質移動アセンブリ３６は、一酸化窒素を患者の血液に送達するように構成される。したがって、それは窒素化装置３６と呼ばれてもよい。第２の追加の物質移動アセンブリ３８は、例えば、揮発性麻酔薬を患者の血液に送達するように構成することができる。したがって、それは麻酔薬送達アセンブリ３８と呼ばれてもよい。

図３に概略的に示されるように、アセンブリ３２、３４、３６、及び３８のそれぞれは、流体交換媒体を運ぶ導管４２ａ～４２ｄのアレイ４０ａ～４０ｄを備える。酸素供給器アレイ４０ａは、内部血流空洞２０の上部チャンバ２４内に位置している。熱移動アレイ４０ｂもまた、上部チャンバ２４内に位置している。窒素化装置アレイ４０ｃは、空洞の底部チャンバ２６内に配置されている。麻酔薬送達アレイ４０ｄもまた、底部チャンバ２６内に配置されている。

すべてのアセンブリ４０ａ～４０ｄは、マット層の積み重ねで作られていてもよい。図２に示す非限定的な例では、各積み重ねは３つの層またはマットで構成されている。各個々の層またはマットは、多数の個々の導管４２ａ～４２ｄを含む。図２及び３に示されるように、１つのマット内の導管４２は、互いに間隔を置いて配置され、互いに平行に走っている。

図２及び３に示される実施形態では、酸素供給器アレイ４０ａの３つのマットは、熱交換器アレイ４０ｂの３つのマットと互いにかみ合っている。同様に、窒素化装置アレイ４０ｃの３つのマットは、麻酔薬送達アレイ４０ｄの３つのマットと互いにかみ合っている。

各アレイの導管４２ａ～４２ｄは、それらがそれらの専用の目的に適するように、特定の材料特性を有する。例えば、すべての導管４２ａ～４２ｄは中空繊維であり得る。しかし、酸素供給器、窒素化装置、及び麻酔薬送達アセンブリの移動導管４２ａ、４２ｃ及び４２ｄは、適切な物質移動を可能にするために微小孔構造を有し得るのに対し、熱交換アセンブリの導管を形成する中空繊維４２ｂは、液密でなければならない。熱交換アセンブリ３４は、物質ではなくエネルギーを交換するので、その繊維４２ｂは、微小孔構造を持たない。一実施形態では、酸素供給器の酸素交換導管４２ａ及び窒素化装置の一酸化窒素交換導管４２ｃは、長期的な膜湿潤を防ぐために拡散膜で作られていてもよい。一実施形態では、麻酔薬送達導管４２ｄは、揮発性麻酔薬に対して適切に透過性である浸透細孔膜で作られていてもよい。

図２に示される実施形態では、酸素供給器アセンブリ３２の導管４２ａと熱交換器アセンブリ３４の導管４２ｂとは、互いに９０°の角度にセットされている。

同様に、窒素化装置３６の導管４２ｃと麻酔薬送達アセンブリ３８の導管４２ｄとは、互いに９０°の角度にセットされている。

あるアセンブリの導管を別のアセンブリの導管に対して９０°とは異なる角度に設定することもできる。

すべてのアセンブリのアレイ４０ａ～４０ｄは、内部血流空洞２０内に同じ場所に位置している。したがって、内部血流空洞２０を通って流れる血液は、様々なアセンブリ３２、３４、３６、及び３８の互いの構造の左右対称性及び空間効率性の結果として、アセンブリの導管４２ａ～４２ｄすべての周りを実質的に均一に流れる。

アレイ４０ａ～４０ｄは、連携して、内部血流空洞２０を通って血液が流れることができる連続的な血流経路を画定し、その結果１回の通過の間にアセンブリ３２、３４、３６、及び３８のすべてによって処理されるように、内部血流空洞２０内で互いに対して配置される。

図３に示すように、連続的な血流経路は、一端に血液入口面Ｅ、反対端に血液出口面Ｆを有する。血液入口面Ｅから血流経路に沿い血液出口面Ｆに至る、全体としての血流方向Ｄは実質的に直線を辿る。

図２に示すように、アセンブリ３２、３４、３６、及び３８のそれぞれは、専用の別個の流体入口４４ａ～４４ｄを有する。これらのアセンブリ３２、３４、３６、及び３８のそれぞれは、流体の反対側に、専用の別個の流体出口も含み、その１つの例４５が図４に示されている。示されている例示的な例において、入口及び出口は、それぞれの流体交換媒体をアセンブリの導管に分配するための分配ヘッダを有する。アセンブリ３２、３４、３６、及び３８のそれぞれは、他のアセンブリの流体回路とは異なる、独立した、その流体交換媒体のための別個の流体回路を形成する。言い換えれば、各流体回路は他のすべての流体回路から分離されているため、回路間で流体交換媒体が混ざり合うことはない。

アセンブリ３２、３４、３６、３８のそれぞれの中空繊維４２ａ～４２ｄは、ポッティング材料の層によって互いに固定され得る。この場合、ポッティング材料層は、アセンブリの入口プレート及び出口プレートを構成し得る。一変形形態では、血流空洞２０は、単一の一体的に形成された中空直方体ポッティングによってカプセル化され得る。

図２に示される非限定的な例では、アセンブリのアレイを無視すれば、内部血流空洞２０は、内部仕切りまたは狭窄部がないことに留意されたい。換言すれば、血流方向Ｄに対して垂直に向けられているアレイ４０ａ～４０ｄを除いて、血流空洞２０内に内部仕切りまたは狭窄部はない。特に、血流の方向Ｄに向けられた内部仕切りまたは狭窄部材はない。

次に、図１～図３に示す血液処理装置１０の動作について簡単に説明する。チューブ１２を介して患者１から来る血液は、血液入口１４で血液処理装置１０に入る。血液は、次に入口面Ｅ全体に均一に分配され、一般的な血流方向Ｄに従って、内部血流空洞２０を通過する。そうすることで、血液中の酸素が酸素供給器導管４２ａを介して高められる。血液はまた、熱交換器導管４２ｂを通って流れる熱エネルギー移動媒体を介して温度制御される。酸素化され、温度制御された後、血液は第１のチャンバ２４を出て、第２のチャンバ２６に到達する。第２のチャンバ２６において、血液中の一酸化窒素が、窒素化装置導管４０ｃを介して高められる。なおその上に、麻酔ガスが麻酔送達導管４０ｄを介して血液中に拡散される。次に、酸素化され、温度制御され、窒素化されて、かつ麻酔薬を含む血液は、下部出口面Ｆを介して内部血流空洞２０を出る。

他の実施形態では、窒素化装置は、一酸化窒素が酸素供給器の血液入口で血液に送達されるように、入口面Ｅの近くの第１のチャンバ２４内に配置される。

したがって、図１～３に示される血液処理装置１０は、４つの機能、すなわち、患者１に代謝に必要な酸素を提供することと、血液温度を生理学的レベルに維持することと、一酸化窒素によって血小板の活動（付着または凝集）を抑制することと、手術のために患者１に麻酔をかけることと、を本質的に同時に実行することができる。

この文脈において、これらの４つの機能は、血流の１回の通過で実行されるため、本質的に同時であると解釈される。もちろん、本開示によれば、アセンブリ３２、３４、３６、及び３８のうちの１つ以上を、その入口への及びその出口からの流体交換媒体の流れを見合わせることによって選択的に無効にすることができる。例えば、血液処理装置１０の動作中に、弁を使用して、一酸化窒素に富む流体交換媒体の窒素化装置３６への流れを遮断することができ、その結果、このアセンブリは、血流空洞２０を通って流れる血液への一酸化窒素の送達を行わない。その一方で他の３つのアセンブリ３２、３４、及び３８は動作している。この場合、血液は酸素化され、温度制御され、揮発性麻酔薬が供給される。別の例では、血液処理装置１０の動作中に、別個の弁を使用して、揮発性麻酔薬に富む流体交換媒体の麻酔薬送達アセンブリ３８への流れを遮断することができ、その結果、このアセンブリは、血流空洞２０を通って流れる血液への揮発性麻酔薬の送達を行わない。その一方で他の３つのアセンブリ３２、３４、及び３６は動作している。この場合、血液は酸素化され、温度制御され、窒素化される。もちろん、アセンブリ３２及び３４のみが動作するように血液処理装置１０を操作することが可能であり、その結果、血流空洞２０を通って流れる血液は、酸素化され、温度制御される。この場合、２つの弁を使用して、同時に、窒素化装置３６への一酸化窒素に富む流体交換媒体の流れを遮断し、かつ麻酔薬送達アセンブリ３８への揮発性麻酔薬に富む流体交換媒体の流れを遮断する。

ここで図４ａ～４ｅに目を向けると、本開示の血液処理装置の第２の非限定的な実施形態が説明される。この血液治療装置５０は、多くの点で、図１～３の血液治療装置１０に類似している。以下では、それらの違いのみを説明する。図４ａは、血液処理装置５０の斜視図であり、いくつかの要素は装置の内側の繊維マットの図を提供するために省略されている。図４ｂ～４ｅは、それぞれ、血液処理装置５０の正面図、背面図、上面図、及び底面図である。

血液処理装置５０は、分配ヘッダを有する単一の血液入口５２を含む。入口５２は、患者の血液が内部血流空洞２０内に導入されるようにハウジングに取り付けられ、その結果、血液は、流体交換媒体の流れ方向に実質的に垂直な方向に各アレイを通過することができる。血液処理装置５０はまた、単一の血液出口５３を含む。

図１～３の第１の実施形態とは対照的に、この血液処理装置５０では、内部血流空洞２０は、２つではなく３つのチャンバを有する。第３のチャンバ５４内に２つの追加の物質移動アセンブリが配置されている。これらの追加の物質移動アセンブリは、さらなる血液処理を可能にする。例えば、第３のチャンバ５４のこれらの追加の物質移動アセンブリのうちの１つは、患者に薬剤を提供することができ、その間に第３のチャンバ５４のこれらの追加の物質移動アセンブリのうちの他の１つが、緩衝液または他のｐＨ制御剤を提供し得る。

本開示の原理は、図１～４に示されるもののような積み重ねられた繊維マット式の血液処理装置に適用可能であるだけでない。これらの原理は、巻き付け型繊維マット血液処理装置６０にも適用され得る。そのような血液処理装置６０を図５に示す。この変形例では、外側に熱交換器アセンブリ６２、続いて中間に酸素供給器アセンブリ６４、続いて内側に窒素化装置アセンブリ６６がある。アセンブリ６２、６４、及び６６のそれぞれの流体交換媒体は、それぞれ別個のヘッダ６８ａ、６８ｂ、及び６８ｃを介して導入される。３つのアセンブリはリング状で、円筒形に同心円状に配置されている。内部血流空洞２０は、外側のアセンブリ６２から内側のアセンブリ６６まで延びる。したがって、内部血流空洞は円筒形のリング形状を有する。血液は、外側の熱交換器アセンブリ６２の外縁に位置する入口面Ｅを介して内部血流空洞２０に入り、３つのアセンブリ６２、６４、及び６６を通過して半径方向に流れ、内側の窒素化装置アセンブリ６６の内側縁に位置する出口面Ｆを介して、内部血流空洞２０を出る。一般的な血流の方向は、ここでも直線Ｄを辿る。代替的に、血流は逆方向であってもよく、これは、血液が中心を経由して装置に入り、次にその外縁部に向かって半径方向外側に流れることを意味する。

本開示の原理はまた、第３のタイプの体外血液処理装置、すなわち、ｓｐｉｒａｌ ｇｏｌｄ／円筒形繊維ループ型血液処理装置に適用することができる。そのような装置の典型的な例は、米国特許第５，２３６，６６５号に示され、その内容は、本開示にその全体が援用される。

１つの例示的な実施形態による円筒形繊維ループ血液処理装置７０が図６ａ及び６ｂに示されている。図６ａは、積み重ねられたスパイラル繊維構成の図であり、図６ｂは、積み重ねられたスパイラル繊維構成を収容する中空の円筒形ケーシングの図である。

血液処理装置７０は、３つの血液処理アセンブリ７２、７４、及び７６を有する。３つのアセンブリは互いに積み重ねられている。各アセンブリは、流体交換媒体を運ぶ複数のループ７７ａ～７７ｃを含む。流体交換媒体は、入口７８ａ～７８ｃを通ってそれぞれのアセンブリ７２、７４、及び７６に入る。次に、使用済み流体交換媒体は、３つのアセンブリすべてに共通のヘッダ８０を介してそのアセンブリを離れる。例えば、アセンブリ７２は、酸素を交換して酸素供給器として機能し得、アセンブリ７４は、一酸化窒素を交換し、窒素化装置として機能し、アセンブリ７６は、麻酔薬を交換し、麻酔薬送達アセンブリとして機能し得る。もちろん、その代わりにこれらのアセンブリの１つを使用して、温度を制御し、熱交換器として機能させることもできる。内部血流空洞２０は、３つのアセンブリのループによって占められる容積に対応する。血液は、積み重ねの上部から下部へ、またはその逆に、スリーブ形状の内部血流空洞２０を介して流れることができる。血流空洞２０は、図６ｂに示されるケーシングによって範囲が定められている。この場合も、一般的な血流方向Ｄは直線を辿る。

図７は、直方体積み重ね繊維マット設計による、本開示のさらに別の血液処理装置１００の内部構成要素の概略図である。この装置１００は、上部の窒素化コンパートメント８２、中間の熱交換器コンパートメント８４、及び下部の酸素化コンパートメント８６の組み合わせである。この装置を通って流れる血液は、最初に窒素化区画８２に入り、そこで一酸化窒素が血液に加えられる。続いて、血液は熱交換器８４を通過し、そこでその熱温度が所定の目標値に調整される。最後に、血液は酸素供給器８６を通過し、そこで血液中の酸素が高められる。

図８は、直方体積み重ね繊維マット設計による、本開示のさらに別の血液処理装置２００の内部構成要素の概略図である。この装置２００は、上部の窒素化コンパートメント８２、中間の麻酔コンパートメント８８、及び下部の熱交換と酸素化が統合されたコンパートメント９０の組み合わせである。この装置を通って流れる血液は、最初に窒素化区画８２に入り、そこで一酸化窒素が血液に加えられる。続いて、血液は麻薬薬８８を通過し、そこで麻薬物質、例えばセボフルランが血液に加えられる。最後に、血液は下部コンパートメント９０を通過し、そこで血液中の酸素が高められ、同時に温度が調整される。

本開示の血液処理装置はまた、以下の用途のうちの１つ以上に供され得る。

Ａ）物質交換パフォーマンスの監視

特定の試験物質（ｔｅｓｔ ｓｕｂｓｔａｎｃｅ）／（必ずしも医療用途に必要ではない）試験物質（ｔｅｓｔ ｍａｓｓ）が、第１の物質移動アセンブリを流れる第１の物質移動媒体に特定の濃度で添加される。試験物質は血流内に移動し、次に血液から、別の、（下流にあり、血液出口の前の最後の物質移動アセンブリであり得る）第２の物質移動アセンブリを通って流れる第２の物質移動媒体に再拡散する。それから第２の物質移動媒体中の試験物質の濃度を測定することができる。第２の物質移動媒体中の試験物質濃度が高いほど、物質移動アセンブリの物質交換性能が高いことを示す。このパフォーマンステストは、体外血液処理手順の開始時に実行し、後に再実行することができる。測定結果を比較することにより、処置中のパフォーマンスの変化を検出することができる。

このようにして、体外血液処理手順を中断または妨害することなく、物質移動性能を監視することができる。したがって、性能の低下（例えば、物質移動アセンブリの目詰まりまたは汚れによる）を早期に検出することができる。これにより、患者への潜在的な健康上のリスクを防ぐための是正措置（血液処理装置の変更など）を行うことができる。

Ｂ）抗体の除去

これは、特定の抗原または生物製剤を物質交換繊維の表面に付着させることによって達成できる。例えば、繊維の外面が抗原でコーティングされていてもよい。その結果、固定化された抗原によって、血液処理装置を流れる血液内に存在する抗体が捕捉され、抗体の除去につながる。このようにして、患者の組織を有害な自己免疫反応から保護することができる。

Ｃ）血液中のガス圧の測定

定常状態下では、物質移動膜の一方の側の血液内の部分的及び全体のガス圧と、物質移動膜の反対側のガス交換媒体内の部分的及び全体的なガス圧との間に平衡がある。この事実を利用して、次のプロセスにより血液内のガス圧を測定することができる。（ａ）ガス交換繊維が完全に排気されるまでガス交換繊維に真空を適用する。（ｂ）血液中のガスが膜を介して繊維の内腔に拡散して膜の両側で圧力の平衡が生じるまで待つ。（ｃ）繊維内のガス圧、したがって血液内のガス圧を測定する。

Ｄ）血液濾過、血漿分離及び血液透析

血液処理装置はまた、血液濾過膜で作られた専用の繊維を含み得る。これらの膜は、血液透析によって血液から毒性物質などの不要な要素を除去したり、ろ過（血液ろ過／血液濃縮、血漿分離）によって血液をさまざまな成分に分割したりするために使用できる。この用途において、ろ過膜を介した物質移動は繊維膜を隔てた圧力差（膜間圧力差またはＴＭＰ）によって駆動され、繊維の外側の流体の静水圧を減じることはない。

さらに、上記の血液処理装置の実施形態は、以前の血液処理装置に勝る１つ以上の利点を提供する。１つの利点は、１つの装置内でさまざまな目的のために専用の部分でさまざまな膜を使用できることである。たとえば、ガスの場合、揮発性麻酔薬の送達に１つのタイプの微小孔膜を使用する一方、長期的な酸素化またはＣＯ２除去の目的には拡散膜（揮発性麻酔薬に対して透過性ではない）を使用することができる。別の利点は、異なる膜を使用する結果として、１つの装置内の異なる部分において異なる物質交換媒体を使用してガスと流体が交換されることである。これにより、内蔵の血液濃縮器や血液透析器などの特定の実用的な機能が実現する。別の利点は、血液中の成分（抗体や毒素（エンドトキシン））を専用部分内で吸収できる可能性である。別の利点は、専用部分内の膜を介した薬剤の投与の可能性である。別の利点は、専用部分を備えた装置内の物質交換性能を監視できる可能性である。別の利点は、専用部分内の血液の全ガス圧と部分ガス圧を測定できる可能性である。

本開示は例示の複数の実施形態を参照して説明されているが、本開示の範囲から逸脱することなく、種々の変更が行われてもよく、また均等物がその要素の代わりをする場合もあることは当業者によって理解されるであろう。加えて、本開示の必須の範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本開示の教示に適合させるために多くの修正が行われる場合もある。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲に定義されるように、本明細書に開示される特定の実施形態に限定されず、本発明は、特許請求の範囲内に該当する全ての実施形態を含むことが意図されている。また、図面及び説明において、例示的な実施形態が開示されており、特定の用語が使用されている場合でも、特に明記しない限り、それらは、限定の目的ではなく、一般的かつ説明的な意味でのみ使用される。さらに、第１、第２などの用語の使用は、順序や重要性を示すものではなく、第１、第２などの用語を使用して、ある要素を別の要素と区別する。さらに、ａ、ａｎなどの用語の使用は、数量の制限を示すのではなく、特に明記されていない限り、参照されるアイテムの少なくとも１つが存在することを示す。

Claims (1)

1. 本明細書に記載の発明。