JP2023552754A - 低流量用体外酸素化システムおよび使用の方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、患者の血液の酸素化のためのシステムおよび方法に関し、患者の脈管系に連結されるように適合する体外血液循環経路を有し、かつ、装置であって、その中に流入する血液を酸素化し、かつ、それからＣＯ２を回収するための前記装置を有し、前記体外血液循環経路に流入する血液の流量は、患者の血流の２／５を超えない。体外血液循環経路は好ましくは、酸素供給機および少なくとも１つのカニューラを含むカートリッジを有する。
【選択図】図１Ａ

Description

発明の分野
本開示は、体外酸素化システムによって呼吸不全を治療するためのシステムおよび方法に関する。いっそう具体的には、本開示は、意識があり、かつ、自発的に息をする患者のための低流量での新規な体外酸素化システムおよび使用の方法に関する。

発明の背景
呼吸不全に苦しむ患者はしばしば、高度に侵襲的である機械的な換気システム（圧力（陽または陰）を採用して空気が患者の不全または非機能的である肺の中へと入ることを強いることによって自発呼吸に代えて用いられる）によって治療される。高度に機能障害性の肺または呼吸不全に苦しむ意識のない患者を治療するために必要な救急的介入であると考えられるが、かかるシステムの使用はしばしば、気道の損傷、気胸症、種々の気道感染症、急性呼吸促迫症候群（ＡＲＤＳ）などのような種々の合併症の確率が高い、高リスクの手順として見られる。機械的な換気に必要とされる高度に侵襲的な挿管に起因して、かかるシステムは典型的には、意識のない患者または完全な鎮静状態にある患者に対して用いられる。

機械的な換気を補う手順が、患者の血液を体外で循環させて、二酸化炭素（ＣＯ_２）を除去し、かつ、血液の酸素化を増大させるための肺または肺－心臓バイパスシステムである体外膜酸素化（ＥＣＭＯ）システムのような体外酸素化システムの使用である。かかるシステムは典型的には、患者の血液の全量の高速循環を必要とするので、これらもまた、典型的には治療の最中の患者の完全な鎮静状態を必要とする高リスクの手順であると考えられる。

体外酸素化機械は、患者の身体の外で血液を酸素化するために用いられる。体外酸素化の工程の最中、患者の脈管系の中へと（例えば、上大静脈または内頸静脈に）カニューラが挿入される。カニューラは、例えば流体を送達または除去するために身体の中へと挿入されてもよい管である。カニューラは、患者の脈管系に血液を追加するために、または、患者の脈管系から血液を除去するために用いられてもよい。脈管系の中へのカニューラの挿入の前に、カニューラからすべての空気を抜くことによって、そのプライミングを行うことが必要である。カニューラのプライミングを行うこと、および、カニューラに接続された流体流路におけるすべての殺菌された管類のプライミングを行うことが必要である。なぜなら、脈管系の中への気泡の挿入が、空気塞栓症（危険であり、致命的でさえあり得る）を引き起こすからである。典型的には、技術者が、カニューラが生理食塩水で満たされるまでその中へと生理食塩水を導入することによって手作業でカニューラのプライミングを行う。例えば、技術者は、２つの管を用いてカニューラに生理食塩水バッグを接続し、かつ、重力を通してカニューラおよび管を満たしてもよい。２つのルーメンを有するカニューラもまた、市販されている。かかるカニューラは、同じ発明者のＰＣＴ／ＩＬ２０２１／０５１３３５に詳細に記載されており、かつ、参照によって本明細書に組み込まれる。かかるシナリオでは、脱酸素化された血液が排出ルーメンを介して身体を離れて体外システムの中に入り、酸素供給機を用いて酸素化され、かつ、注入ルーメンを介して身体へと戻る。今日までに知られている体外酸素化システムは現在、２つの別個のコンポーネントを含む：カニューラと、管類を有する酸素化キット。これらのコンポーネントはそれぞれ、酸素化の開始前に別々にプライミングされる。身体の中へのカニューラの挿管後、カニューラは酸素化キットからの管に接続される。技術者は接続点を洗浄して、空気が接続領域に入ることを妨げる。本発明のいくつかの任意選択的な実施形態では、カニューラ、および、それを通して接続された管のための自動プライミングシステムが提供される。

手術のための血液の体外酸素化用システムを準備することは、熟練の技術者を必要とする複雑な工程である。なぜなら、あらゆる過誤が生命を脅かす状況をもたらし得るからである。さらに、呼吸不全に苦しむ患者の一刻を争うときに、ポンプに種々のチューブを接続すること、および、システムを使用の準備ができるまで組み立てることは時間がかかる。したがって、ヒューマンエラーの可能性を最少化し、かつ、患者の安全を増大させ、かつ、医療チームが使用のためにシステムを準備する時間を軽減させ得る、システムを組み立てるための簡略化され、速く、かつ、安全な工程が必要とされる。

非侵襲的換気（ＮＩＶ）とは、侵襲的換気アプローチ（気管内チューブ、気管切開）ではなく、非侵襲的インターフェース（例えば、ＢＩＰＡＰ、ＣＰＡＰ、鼻マスク、顔マスク、酸素ヘルメット、鼻プロング）を通した陽圧換気の送達のことをいう。非侵襲的から侵襲的換気へ移行する決定は、患者の気道開存性を維持する能力、彼／彼女の換気および酸素化する能力、ならびに、患者の予測される臨床経過を含む、いくつかの要因を伴う。侵襲的換気の有害な肺を冒す効果としては、肺気圧障害、換気装置関連肺損傷、換気装置関連肺炎内因性呼気終末陽圧（ａｕｔо－ＰＥＥＰ）、異質な換気、変更された換気装置／潅流ミスマッチ（増大したデッドスペース、減少したシャント）、横隔膜筋委縮、呼吸筋力低下および衰えた粘膜毛様体の運動性が挙げられる。

侵襲的換気は、心拍出量を減少させ、かつ、血流力学的安定性を損なわせるであろう。さらに、それは、胃腸ストレス潰瘍、減少した内臓潅流、胃腸運動低下、流体貯留、急性腎不全、増大した頭蓋内圧、脆弱性、炎症および睡眠障害と関連付けられる。

本発明は、血液酸素化レベルを増大させ、かつ、ＣО_２を除去して、侵襲的換気を妨げ、または、遅らせ、かつ、関連付けられる有害な肺を冒す効果を最少化するために用いられることを意図する。

発明の概要
本発明の１つの主たる態様によれば、毎分３０ｍｌ／Ｋｇまでの低流量での血液の体外酸素化用システムが開示される。本明細書において提供される新規な体外酸素化システムは好ましくは、非侵襲的換気で治療された急性呼吸不全の患者がまだ自発的呼吸を示すので彼らのために用いられ、かつ、毎分３０ｍｌ／ｋｇを超えない血液循環量を用いる。この循環量は、Ｖ－Ｖ（静脈－静脈）ＥＣＭＯについては６０～８０ｍｌ／ｋｇ／分の範囲であり、かつ、Ｖ－Ａ（静脈－動脈）ＥＣＭＯについては５０～６０ｍｌ／ｋｇ／分の範囲であるＥＣＭＯにおいて用いられる循環量（「Ｅｘｔｒａｃｏｒｐｏｒｅａｌ Ｌｉｆｅ Ｓｕｐｐｏｒｔ： Ｔｈｅ ＥＬＳＯ Ｒｅｄ Ｂｏｏｋ」、第５版、７５頁）より非常に低い。概して、ＥＣＭＯにおける標的流量は、１００～１５０ｍｌ／ｋｇ／分（新生児）、８０～１００ｍｌ／ｋｇ／分（小児）および６０ｍｌ／ｋｇ／分（成人）である。Ｖ－Ｖサポートでは、血液流量は典型的には、Ｖ－Ａより高く、新生児については１２０ｍｌ／ｋｇ／分であり、成人については６０～８０ｍｌ／ｋｇ／分の範囲まで下がる。本発明のシステムおよび方法はさらに、患者のＰａＯ２／ＦｉＯ２比によって定められる重症度のレベルに基づいて、ＥＣＭＯの候補としては考慮されない機械的に換気される（ＭＶ）患者における血液酸素化レベルおよびＣＯ_２除去を増大させるために用いられてもよい。

本発明の発明者らは、患者の血液の減少した容量の循環、および、その全容量でもなく容量のほとんどでもない血液の一部のみの酸素化が、まだ自発的に息をすることが可能な意識のある患者の呼吸を改善し、不快感を軽減し、かつ、合併症のリスクを最少化し得るという驚くべき知見に達した。新規なシステムは、機能している（が病気の）肺をサポートし、かつ、意識があり、かつ、減少した容量であっても自発的に息をしている患者と協力して作用するように設計される。本明細書において提供される新規なシステムは、性能が低下した肺に起因して不十分である血液中の酸素を補充することを目的とする。このことは、急性呼吸管理における主たる相違点である。なぜなら、肺が「シャットダウン」されることが必要とされ、したがって、肺機能全体の置換が必要であるＥＣＭＯとは対照的に、本発明の体外血液酸素化システムおよび方法は、肺に機械的換気で過重な負荷をかける代わりに、肺が単独で残り、かつ、医療チームによって治療されることを可能にする。

体外血液酸素化のための本明細書において提供される新規なシステムは、標準的なＥＣＭＯ用途における平均約６０～８０ｍｌ／ｋｇ／分の血液流量と比べて、毎分３０ｍｌ／ｋｇ（これに限定されない）のような低流量で作動することを目的とする。いくつかの任意選択的な実施形態では、新規なシステムは、いっそう高い圧力低下を用いて、いっそう高い流速を引き起こし、かつ、凝固を妨げるように構成される。本明細書において提供されるシステムはさらに、スイープガス流を制御してもよい。システムが低い血液流量および１００％ＦｉＯ２で作用するように構成されるので、二酸化炭素移送量は、ＥＣＭＯシステムにおけるように血液酸素化を低下させることなく、いっそう高い血流に対する気体の割合を用いることによって制御および最大化され得る。ＥＣＭＯシステムは血液酸素化容量を低下させるので高い割合を用い得ないが、新規なシステムは例えば１Ｌ／ｍｉｎ（これに限定されないが）である低い流量のみ酸素化し、かつ、血液飽和点を超えて作動するよう構成されるので、酸素移送量を低下させ、かつ、ＣＯ_２除去レベルを上昇させ得る。

血液酸素化レベル（酸素飽和レベルともいう）は、血液中の総ヘモグロビンのうちの酸素飽和したヘモグロビンを示す。ヒトにおける通常の血液酸素化レベルは、約９５～１００％である。典型的には、９０％を下回る飽和レベルは低酸素血症の状態と考えられ、臓器機能を損なうこと、および、臓器不全を引き起こすことを妨げるため、患者はしばしば機械的換気システムに接続されることが必要とされる。

体外血液酸素化システムは典型的には、静脈または動脈に連結されて、ポンプを用いて血管（静脈または動脈）を通して血液を排出すること、外部の酸素供給機を通過させて二酸化炭素（ＣＯ_２）レベルを減少させ、かつ、血液を酸素が豊富であるようにし、その後で血液が患者の循環器系の中に戻るように注入されることによって血液を体外で循環させるシステムである。体外血液酸素化システムと患者との間の連結は、患者の１つ以上の血管の中への１つ以上のカニューラの挿入によって実行される。カニューラは、それを通して血管からの血液の抽出／血管の中への血液の注入を可能にする、血管の中へと挿入される細い管である。本発明による方法において用いられるカニューラは典型的には、所望の酸素化レベルを得るために必要とされる血液流量を可能にするであろう、可能な限り最小サイズのものであるように選択される。本開示の方法では、カニューラのサイズは、各患者の心拍出量を示す患者の体重による必要とされる血流を考慮することによって選択されてもよい。

注目されるように、血液の抽出および注入は、患者の静脈または動脈（例えば、患者の内頸静脈、大腿静脈、鎖骨下静脈、頸動脈、大腿動脈および鎖骨下動脈）を通され得る。２つの別個のカニューラを利用する本開示の方法（すなわち、二重部位挿管）では、第１の血管はいくつかの実施形態では患者の大腿静脈であってもよく、かつ、第２の血管は患者の内頸静脈であってもよい。二重ルーメンカニューラを利用する本開示の方法（すなわち、単一部位挿管）では、血管は患者の内頸静脈であってもよく、大腿静脈であってもよく、鎖骨下静脈であってもよく、頸動脈であってもよく、大腿動脈であってもよく、鎖骨下動脈であってもよい。

本開示の方法は、部分的な肺機能を用いて自発的な呼吸を示す意識のある（すなわち、鎮静状態にない（または、麻酔下にない））患者における使用のために設計される。したがって、本開示の方法は、仮に完全に有効ではなくてもまだ自発的な呼吸を示す患者の個体群に対して酸素化の解決策を提供する。本発明者らは、かかる患者において、自発的な呼吸と組み合わされた低流量における血液の一部のみの酸素化が、有意に血液酸素化を上昇させ、かつ、少なくとも部分的な呼吸不全（および、時には完全な呼吸不全）の治療をサポートするのに十分であることに気付いた。血液の一部の効率的な外部での酸素化は、不全肺の残留ガス交換の貢献とともに、ＣＯ_２の十分な枯渇および酸素富化を可能にして、治療の最中に患者の酸素飽和レベルを通常の値へと上昇させる。

したがって、本開示の方法において利用される血液の循環量は、毎分最大約３０ｍｌ／ｋｇである（すなわち、患者の平均血流の２／５を超えない）。

したがって、いくつかの実施形態では、当該方法はさらに、（ｉ）血液循環量および（ｉｉ）カニューラのサイズのうちの少なくとも１つの決定を有し、前記決定は一般的な実務による患者の体重またはＢＳＡ（体表面積）に基づく。流量の決定後、挿管領域および毎分３０ｍｌ／ｋｇまでを反映する循環流によりカニューラサイズが選択される。かかる決定は、患者の物理的パラメーターの形態の入力を受け取り、かつ、用いられるべき適切なカニューラサイズおよび血液流量の決定を提供する、体外血液酸素化システムのコントローラーにおいて実行され得る。代替的には、それは手作業で実行されてもよい。

当該方法はさらに、種々の患者のパラメーター（例えば、酸素飽和レベル、ｐＨ、血圧、システムにおける圧力、血液流量、能動的凝固時間、血液温度、心拍出量、酸素およびＣＯ_２の分圧、ヘモグロビン濃度、ならびに、その他）に関する測定値およびデータを提供する体外血液酸素化システムと関連付けられた種々のセンサーからの入力ならびに／もしくは測定値のモニタリングならびに／または受け取りを有し得る。これらのモニタリングされたパラメーターはその後、血液の循環量もしくはシステムのその他の決定的な態様を修正または調整して所望の標的酸素化レベルを得るために、システムのコントローラーに利用される。

上記で注目されたように、本開示の方法は、部分的肺不全に苦しむ意識があり自発的に息をしている患者を治療することを意図する。しかしながら、本開示の方法はまた、機械的換気によって同時に治療される患者を治療するのに用いられ得る。したがって、別の態様では、本開示は、少なくとも部分的な呼吸不全に苦しむ患者における血液酸素化レベルおよびＣＯ_２除去を増大させる方法を提供し、当該方法は、第１の血管から血液を排出するためにその中へと第１のカニューラを導入すること、および、第２の血管に対して酸素化された血液を注入するためにその中へと第２のカニューラを導入することを有し、第１および第２のカニューラは各々、第１の流線および第２の流線を通して体外血液酸素化システムに連結され、かつ、当該方法は、前記体外血液酸素化システムを通して前記の患者の血液を毎分約３０ｍｌ／ｋｇを超えない循環量で循環させて、前記血液を酸素化し、かつ、血液からのＣＯ_２除去および患者の血液酸素化レベルの増大を得ることを有し、患者は機械的換気を用いて同時に治療される。

本発明は、１つの別の実装では、再利用可能なベースと使い捨てカートリッジを含む、血液の体外酸素化のためのシステムを提供することを目的とする。再利用可能なベースは、コントローラーおよび複数のポンプ駆動ユニットを含んでもよい。使い捨てカートリッジは、１つ以上のポンプヘッドを含む。各ポンプヘッドは、カートリッジがベースに設置されるときには各々のポンプ駆動ユニットによって制御可能である。使い捨てカートリッジはさらに、酸素供給機を含み、かつ、任意選択的には少なくとも１つのカニューラを含む。カートリッジがベースに設置されるとき、コントローラーは、患者の脈管系から殺菌された流路（少なくとも１つのカニューラ、殺菌された管類、複数のポンプヘッドおよび酸素供給機によって定められる）を通して血液をポンピングし、かつ、ポンピングされた血液を酸素化するように構成される。

使い捨て可能なカートリッジは好ましくは、凝固の進展に貢献し得る最少の部品を有する単一ユニットのプラグ－アンド－プレイキットである。好ましくは、カートリッジのすべての部品は、抗凝血性材料でコーティングされる。本明細書において提供されるシステムは、いっそう高い流速を引き起こし、かつ、凝固を妨げるいっそう高い圧力低下を有する。追加的には、当該システムは低血流システムであり；したがって、高い抗凝血レベルを必要としない（透析システムに非常に近い）。

新規なシステムは、血流、血圧（膜の前後）、血液温度、ＣＯ２レベル、ＳＶｏ２（静脈飽和）レベル、心拍出量、ＡＣＴ、および、その他の凝固値を示すために、種々のセンサーおよびインジケーター（非侵襲的）を有してもよい。

カニューラを手作業でプライミングすることは、技術者が適切にプライミング作業を実行するのに十分な技術を有することを必要とする。プライミング作業が適切に行われなければ、患者は危険にさらされるであろう。さらに、手作業のプライミングは相当な時間を必要とする。

したがって、カニューラのための自動プライミングシステムを提供することは、本開示の目的である。自動プライミングシステムは、カニューラを含有するカートリッジをシステムに接続するとすぐに自動的にカニューラのプライミングを行う。有利なことに、自動プライミングシステムは、手作業のプライミングの必要性をなくし、時間を節約し、かつ、ヒューマンエラーから生じる潜在的なリスクを軽減する。

自動的にカニューラをプライミングし、かつ、体外酸素化を実行するために同じ機械が用いられてもよいように、体外酸素化システムの一部として自動プライミングシステムを提供することは、本開示のさらなる目的である。さらに、挿管後にカニューラをキットに接続する必要がないように、カニューラを酸素化システムと統合させるカートリッジを提供することは本開示の目的である。

いくつかの態様によれば、少なくとも１つのカニューラの自動プライミング用システムが開示される。当該システムは、互いから封止された入口および出口を含むプライミングキャップ、生理食塩水貯蔵庫、駆動ユニットおよび取り換え可能なプライミングポンプヘッドを有するプライミングポンプならびに少なくとも１つのカニューラの第１のルーメンと第２のルーメンとの間に殺菌された管類を有する流体経路を含み、該流体経路はプライミングキャップを含まない。プライミングキャップは第１および第２のルーメンの上に取り外し可能に適合可能であり、プライミングキャップが第１および第２のルーメンの上に適合されるときには、入口が少なくとも１つのカニューラの第１のルーメンと流体連通し、かつ、出口が少なくとも１つのカニューラの第２のルーメンと流体連通するようになっており、少なくとも１つのカニューラ、プライミングキャップ、生理食塩水貯蔵庫、プライミングポンプヘッドおよび流体経路が流体流のための閉ループを形成するようになっている。プライミングキャップが少なくとも１つのカニューラの上に適合されないときには、少なくとも１つのカニューラは患者の脈管系の中へと挿入可能である。コントローラーは、プラミングキャップが少なくとも１つのカニューラの上に適合されるときにはプライミングポンプを作動させ、そのことによって閉ループから空気を排出するように構成される。有利なことに、当該システムは、少なくとも１つのカニューラを、カニューラが閉ループ内に留まる間に、かつ、カニューラを周囲雰囲気に曝すことなく、プラミングし得る。

本発明の別の実装では、少なくとも１つのカニューラ、プライミングキャップ、生理食塩水貯蔵庫、プライミングポンプヘッドおよび流体経路は、カートリッジ内に含有される。カートリッジは、コントローラーを含有するベースに取り付け可能であり、かつ、コントローラーを含有するベースから取り外し可能である。有利なことに、カートリッジは各使用後に処分されてもよく、コントローラーは再利用可能なベースの一部として含まれてもよい。

任意選択的には、コントローラーは、カートリッジのベースへの取り付けの際に自動的にプライミング作業を開始するように構成される。有利なことに、自動開始は、手作業のプライミングから生じるエラーの可能性を回避する。

任意選択的には、当該システムはさらに、導入器、１つ以上の拡張器およびガイドワイヤーを含む、殺菌された患者穿通キットを含む。任意選択的には、コントローラーは、殺菌された患者穿通キットが気密封止されたままである間にプライミングポンプを作動させるように構成される。したがって、プライミング作業は、患者穿通キットにおけるアイテムを汚染する可能性を伴わずに完了されてもよい。

本発明による別の実装では、流体経路は酸素化システムを含む。したがって、自動プライミングシステムは、体外酸素化用に酸素化システムをプライミングするのに用いられてもよい。

任意選択的には、第１および第２のルーメンは、排出ルーメンおよび注入ルーメンを有する。少なくとも１つのカニューラが患者の脈管系の中へと挿入されるときには、酸素化システムは、排出ルーメンを介して回収された血液を酸素化し、かつ、注入ルーメンを介して酸素化された血液を戻すように構成される。したがって、脱酸素化された血液および酸素化された血液は、別個のルーメンを介して患者の脈管系と当該システムとの間を輸送される。

第１の態様による別の実装では、少なくとも１つのカニューラは二重ルーメンカニューラを有する。任意選択的には、二重ルーメンカニューラは、並んで配置された第１のルーメンおよび第２のルーメンを含み、かつ、第１のルーメンの広さは第２のルーメンの対応する広さより大きい。有利なことに、この配置構成は、プライミングキャップが二重ルーメンカニューラの上に配置されることを可能にし、異なる領域が異なるルーメンに流体接続される。任意選択的には、二重ルーメンカニューラはさらに、ガイドワイヤーに沿って二重ルーメンカニューラをガイドするためのシースを含む。シースは、患者の脈管系内の所望の箇所に二重ルーメンカニューラを配置するのに用いられる。

本発明の別の実装では、閉ループは、順に、第１のルーメン、流体経路、第２のルーメン、プライミングキャップの入口、生理食塩水貯蔵庫、プライミングポンプヘッド、プライミングキャップの出口および再び第１のルーメンを含む。

別の態様によれば、少なくとも１つのカニューラの自動プライミングの方法が開示される。当該方法は、自動プライミングシステムのベースにカートリッジを取り付けることを含む。自動プライミングシステムは、互いから封止された入口および出口を含むプライミングキャップ、生理食塩水貯蔵庫、駆動ユニットおよび取り換え可能なプライミングポンプヘッドを有するプライミングポンプならびに少なくとも１つのカニューラの第１のルーメンと第２のルーメンとの間に殺菌された管類を有する流体経路を含み、該流体経路はプライミングキャップを含まない。プライミングキャップは少なくとも１つのカニューラの上に取り外し可能に適合可能であり、プライミングキャップが少なくとも１つのカニューラの上に適合されるときには、入口が少なくとも１つのカニューラの第１のルーメンと流体連通し、かつ、出口が少なくとも１つのカニューラの第２のルーメンと流体連通するようになっており、少なくとも１つのカニューラ、プライミングキャップ、生理食塩水貯蔵庫、プライミングポンプヘッドおよび流体経路が流体流のための閉ループを形成するようになっている。プライミングキャップが少なくとも１つのカニューラの上に適合されないときには、少なくとも１つのカニューラは患者の脈管系の中へと挿入可能である。カートリッジは、少なくとも１つのカニューラ、プライミングキャップ、生理食塩水貯蔵庫、プライミングポンプヘッドおよび流体経路を有する。当該方法はさらに、プライミングキャップが少なくとも１つのカニューラの上に適合されるときにプライミングポンプを作動させて、そのことにより閉ループ全体から空気を排出することを有する。

別の実装では、当該方法はさらに、カートリッジのベースへの取り付けの際に自動的にプライミング作業を開始することを有する。任意選択的には、自動プライミングシステムはさらに、導入器、１つ以上の拡張器およびガイドワイヤーを含む殺菌された患者穿通キットを有し、かつ、当該方法はさらに、殺菌された患者穿通キットが気密封止されたままである間に作業ステップを実行することを有する。

本発明の別の実装では、少なくとも１つのカニューラは二重ルーメンカニューラである。当該方法はさらに：導入器、１つ以上の拡張器およびガイドワイヤーを用いて患者の脈管系を穿通することを含み；患者の脈管系内で標的箇所へとガイドワイヤーを延ばすことを含み；１つ以上の拡張器を用いて患者の脈管系の血管を拡張することを含み、血管がその中に二重ルーメンカニューラを受け入れるように拡張するようになっており；二重ルーメンカニューラからプライミングキャップを除去することを含み；ガイドワイヤーに沿って標的箇所へと二重ルーメンカニューラのシースをガイドすることを含み；導入器、１つ以上の拡張器およびガイドワイヤーを除去することを含み；かつ、二重ルーメンカニューラのシースを閉じることを含む。

任意選択的には、流体経路は酸素化システムを含み、かつ、第１および第２のルーメンは排出ルーメンおよび注入ルーメンを含む。当該方法はさらに、排出ルーメンを介して患者の脈管系から脱酸素化された血液を除去すること、酸素化システムを用いて脱酸素化された血液を酸素化すること、および、注入ルーメンを介して患者の脈管系に酸素化された血液を戻すことを含む。

任意選択的には、当該方法はさらに、毎分ほぼ３０ｍｌ／ｋｇを超えない量で流体経路を通して血液を循環させる間に、除去、酸素化および返却ステップを実行することを含む。この量は、独立して息をすることが可能な患者の補足的酸素化に適する。

添付の図面を参照して、本開示の実施形態を示す例が記載される。図に示されているコンポーネントおよび特徴の寸法は概して、提示の便宜および明確性のために選択され、かつ、必ずしも縮尺通りに示されていない。提示される図の多くは概略図の形態であり、そのようであるので、特定の要素が図の明確性のために大いに簡略化されるか、または、縮尺通りではなく描かれているであろう。図面は、製作図であることを意図しない。

図１Ａは、本開示の実施形態による、接続形態前の、ベースおよびカートリッジを有する体外酸素化システムの概略的な等角正面図である。 図１Ｂは、本開示の実施形態による、接続形態の図１Ａの体外システムの概略的な側面図である。 図１Ｃは、本開示の実施形態による、自動プライミングカートリッジを含む体外酸素化機械の概略的なブロック図である。 図２は、本開示の実施形態による、図１Ｂの体外酸素化機械からの自動プライミングカートリッジのコンポーネントの概略的なブロック図である。 図３は、本開示の実施形態による、図２の自動プライミングカートリッジの概略的なブロック図であり、とりわけ、プライミング作業の最中の流体流の経路を示している。 図４は、図１の体外システムの作動の１つの任意選択的な方法についてのフローチャート４００のステップを描いている。 図５Ａ～図５Ｂは各々、本開示の実施形態による、自動プライミングシステムを有するカートリッジの概略的な等角正面図および等角背面図である。 図５Ａ～図５Ｂは各々、本開示の実施形態による、自動プライミングシステムを有するカートリッジの概略的な等角正面図および等角背面図である。 図６は、本開示の実施形態による、カニューラの自動プライミングの方法のステップを描いている。 図７は、本発明の実施形態による、外部酸素化の方法のステップを描いており；かつ、

実施形態および実施例の詳細な説明
以下の説明では、新規な体外酸素化システムおよび使用の方法の種々の態様が記載されるであろう。説明の目的で、本発明の完全な理解を提供するために、特定の構成および詳細が記載される。

本開示の種々の特徴が単一の実施形態の文脈で説明されるであろうが、該特徴はまた、別々に提供されてもよく、任意の適切な組み合わせで提供されてもよい。反対に、本開示は明確性のために別々の実施形態の文脈で本明細書で説明されるであろうが、本開示はまた、単一の実施形態で実装されてもよい。さらに、本開示は種々の方式で実行または実施され得ること、および、本開示は以下で本明細書に記載される例示的なもの以外の実施形態で実装され得ることが理解されるべきである。明細書および請求の範囲において提示される記載、例および材料は、限定的であるものとして解釈されるべきではなく、説明的なものとして解釈されるべきである。

１つの態様では、本発明は、患者の血液の酸素化のためのシステムに関し、当該システムは、患者の脈管系に連結されるように適合した体外血液循環経路を有し、かつ、装置であって、その中に流入する血液を酸素化し、かつ、それからＣＯ_２を回収するための前記装置を有し、前記体外血液循環経路に流入する血液の流量は、患者の血流の２／５を超えない。本発明の実施形態によれば、流量は毎分３０ｍｌ／ｋｇよりは大きくない。当該システムは、酸素供給機および少なくとも１つのカニューラを含むカートリッジを体外血液循環経路内に有してもよい。かかる実施形態では、カートリッジは、体外血液循環の最中に患者の血液と接触する使い捨て可能なコンポーネントを有してもよい。カートリッジは、少なくとも１つのコントローラーならびに１つ以上のポンプ駆動ユニットおよびモーターを有する再利用可能なベースに可逆的に接続されるように構成され、かつ、作動可能であり、前記駆動ユニットおよびモーターは、カートリッジに位置するポンプヘッドおよびパワー源に各々対応する。ベースはさらに、少なくとも１つの固定されたセンサーおよび／またはユーザーインターフェースを有してもよい。いくつかの実施形態では、カートリッジは１つ以上のポンプヘッドを有し、各ポンプヘッドはベース内の各々のポンプ駆動ユニットおよびモーターによって制御可能である。

任意選択的には、体外血液循環経路は、患者の脈管系への安全で塞栓のない接続を確実にするように適合する自動プライミングシステムを備える。かかるシナリオでは、カートリッジはさらに、自動プライミングシステムに接続された生理食塩水貯蔵庫を有してもよい。

本発明はさらに、体外血液酸素化用のカートリッジに関し、当該カートリッジは、１つ以上のポンプヘッドを有し、各ポンプヘッドは、各々のポンプ駆動ユニットによって制御可能であり、当該カートリッジは、酸素供給機および少なくとも１つのカニューラを有する。単一のカニューラが提供されるときには、それは二重カニューラである。好ましくは、血液と接触するすべての表面は、抗凝血剤でコーティングされる。使い捨て可能なカートリッジは、使用前に補足的なベースに差し込まれるように構成され、前記の補足的なベースは、カートリッジのコンポーネントを制御し、かつ、作動させる。

本発明のさらなる態様では、低血液酸素飽和レベルを有する患者をサポートするための方法であって、当該方法は、前記患者の脈管系に体外血液循環経路を連結することを有し、装置であって、その中に流入する血液を酸素化し、かつ、それからＣＯ_２を回収するための前記装置を有し、かつ、前記体外血液循環経路に流入する血液の流量が毎分３０ｍｌ／ｋｇの流量を超えないように調整することを有する。患者は、自発的に息をし得る。代替的には、患者は機械的に換気される。患者に対するサポートは、ＥＣＭＯに代わる補助的システムとして提供されてもよい。

まだ、さらなる態様では、本発明は、少なくとも１つのカニューラの自動プライミングのためのシステムを提供し、当該システムは少なくとも、ａ）カニューラに搭載されるときには互いに封止された入口および出口を含むプライミングキャップを有し；ｂ）生理食塩水貯蔵庫を有し；ｃ）駆動ユニットおよび取り換え可能なプライミングポンプヘッドを有するプライミングポンプを有し；ｄ）少なくとも１つのカニューラの第１のルーメンと第２のルーメンとの間に殺菌された管類を有する流体経路を有し、前記流体経路はプライミングキャップを含まず；プライミングキャップは第１および第２のルーメンの上に取り外し可能に適合可能であり、プライミングキャップが第１および第２のルーメンの上に適合されるときには、入口が少なくとも１つのカニューラの第１のルーメンと流体連通し、かつ、出口が少なくとも１つのカニューラの第２のルーメンと流体連通するようになっており、少なくとも１つのカニューラ、プライミングキャップ、生理食塩水貯蔵庫、プライミングポンプヘッドおよび流体経路が流体流のための閉ループを形成するようになっており、かつ、プライミングキャップが少なくとも１つのカニューラの上に適合されないときには、少なくとも１つのカニューラは患者の脈管系の中へと挿入可能であり；かつ、ｅ）コントローラーを有し、該コントローラーは、プライミングキャップが少なくとも１つのカニューラの上に適合されるときにはプライミングポンプを作動させ、そのことにより閉ループから空気を排出するように構成される。当該システムのいくつかの任意選択的な実装では。少なくとも１つのカニューラ、プライミングキャップ、生理食塩水貯蔵庫、プライミングポンプヘッドおよび流体経路はカートリッジ内に含有され、カートリッジは、コントローラーを含有するベースに取り付け可能であり、かつ、コントローラーを含有するベースから取り外し可能である。コントローラーは、カートリッジのベースへの取り付けの際に自動的にプライミング作業を開始するように構成される。当該システムはさらに、患者の挿管を可能にするために、導入器、１つ以上の拡張器およびガイドワイヤーを含む患者穿通キットを有してもよい。いくつかの実施形態では、コントローラーは、殺菌された患者穿通キットが気密封止されたままである間にプライミングキャップを作動させるように構成される。

いくつかのその他の任意選択的な実施形態では、流体経路はさらに酸素化システムを有する。

任意選択的には、カニューラの第１および第２のルーメンは、排出ルーメンおよび注入ルーメンを有し、かつ、少なくとも１つのカニューラが患者の脈管系の中へと挿入されるときには、酸素化システムは、排出ルーメンを介して回収された血液を酸素化し、かつ、注入ルーメンを介して酸素化された血液を戻すように構成される。上述のように、当該システムは、単一のルーメンカニューラを有して作動してもよく、二重ルーメンカニューラを有して作動してもよい。

代替的には、閉ループは、順に、第１のルーメン、流体経路、第２のルーメン、プライミングキャップの入口、生理食塩水貯蔵庫、プライミングポンプヘッド、プライミングキャップの出口および再び第１のルーメンを有する。

本発明のさらなる態様では、血液の体外酸素化のためのシステムが提供され、当該システムは、ａ）再利用可能なベースを有し、該再利用可能なベースは少なくとも：コントローラー；１つ以上のポンプ駆動ユニット；および１つ以上のポンプモーターを有し、かつ、当該システムは、ｂ）使い捨てカートリッジを有し、該使い捨てカートリッジは：１つ以上のポンプヘッドを有し、カートリッジがベースに設置されるときには各ポンプヘッドは各々のポンプ駆動ユニットおよびモーターによって制御可能であり；酸素供給機を有し；少なくとも１つのカニューラを有し、前記の少なくとも１つのカニューラは、患者の脈管系から脱酸素化された血液を除去するための排出ルーメンおよび患者の脈管系へと酸素化された血液を戻すための注入ルーメンを含み；かつ、排出ルーメンから酸素供給機へと脱酸素化された血液を送達し、かつ、酸素供給機から注入ルーメンへと酸素化された血液を送達するように構成された、殺菌された管類を有し；カートリッジがベースに設置されるときには、コントローラーは患者の脈管系から少なくとも１つのカニューラ、殺菌された管類、１つ以上のポンプヘッドおよび酸素供給機によって定められた殺菌された流路を通して血液をポンピングし、かつ、前記のポンピングされた血液を酸素化するように構成される。当該システムの１つ以上のポンプ駆動ユニットは、プライミングポンプ駆動ユニットを含んでもよく、かつ、使い捨てカートリッジ内に、互いから封止された入口および出口を含むプライミングキャップ、生理食塩水貯蔵庫ならびにプライミングポンプ駆動ユニットを用いて制御可能なプライミングポンプヘッドをさらに有し；プライミングキャップは少なくとも１つのカニューラの上に取り外し可能に適合可能であり、プライミングキャップが少なくとも１つのカニューラの上に適合されるときには、入口が少なくとも１つのカニューラの第１のルーメンと流体連通し、かつ、出口が少なくとも１つのカニューラの第２のルーメンと流体連通するようになっており、少なくとも１つのカニューラ、プライミングキャップ、生理食塩水貯蔵庫、プライミングポンプヘッド、殺菌された管類および酸素供給機が流体流のための閉ループを形成するようになっており、かつ、プライミングキャップが少なくとも１つのカニューラの上に適合されないときには、少なくとも１つのカニューラは患者の脈管系の中へと挿入可能であり；かつ、コントローラーは、プライミングキャップが少なくとも１つのカニューラの上に適合されるときにプライミングポンプを作動させ、そのことにより閉ループから空気を排出するように構成される。

追加的な態様では、本発明は、自発的に息をすることが可能な患者における血液酸素化レベルおよびＣＯ_２除去を増大させる方法に関し、当該方法は、第１の血管から血液を排出するためにその中へと第１のカニューラを導入し、かつ、第２の血管へと酸素化された血液を注入するためにその中へと第２のカニューラを導入することを有し、第１および第２のカニューラは各々、第１の流線および第２の流線を通して体外血液酸素化システムに連結され、かつ、当該方法は、前記体外血液酸素化システムを通して毎分約３０ｍｌ／ｋｇを超えない循環量で前記患者の血液を循環させて、前記血液を酸素化し、かつ、血液からのＣＯ_２除去および患者の血液酸素化レベルの増大を得ることを有する。任意選択的には、当該方法はさらに、（ｉ）血液循環量および（ｉｉ）カニューラのサイズの少なくとも１つの決定を有し、前記決定は患者の体重に基づく。決定は、ａ）患者の体重ならびに所望の標的血液酸素化レベルおよびＣＯ_２除去に基づく血液循環量の決定、ならびに、ｂ）所望の血液循環量に基づく前記患者に適したカニューラのサイズの決定を有する。

まだ、本発明は、自発的に息をすることが可能な意識のある患者における血液酸素化レベルおよびＣＯ２除去を増大させる方法に関し、当該方法は、前記患者の血管の中へと二重ルーメンカニューラを導入することを有し、前記二重ルーメンカニューラは、血管から脱酸素化された血液を排出するための排出管および血管の中へと酸素化された血液を注入するための注入管を有し、排出管および注入管は、前記排出のための第１の流線および前記注入のための第２の流線を通して体外血液酸素化システムに連結され、かつ、当該方法は、前記体外血液酸素化システムを通して毎分約３０ｍｌ／ｋｇを超えない循環量で前記患者の血液を循環させて、前記血液を酸素化し、かつ、血液からのＣＯ_２除去および患者の血液酸素化レベルの増大を得ることを有する。当該方法のいくつかの任意選択的な実装では、内部管を包囲する外部管を有する二重ルーメンカニューラが提供される。この任意選択的なシナリオでは、外部管および内部管のうちの一方が排出管であり、かつ、他方が注入管である。代替的には、排出管および注入管は用いられる二重ルーメンカニューラにおいて並んで配置されてもよい。任意選択的には、当該方法はさらに、治療の最中に患者の血液酸素化パラメーターをモニタリングすることを有する。

以下の研究は、２００Ｉｂｓ／９０ｋｇのラージ－ホワイト×ランドレースブタモデルに対して実行された。ブタは、主にヒトと類似する解剖学的および生理学的特徴を有するため、橋渡し研究、手術モデルおよび手順の訓練に用いられる主たる動物種のうちの１つであると考えられる。以下の研究で用いられたブタはすべて、施設のＳＯＰにしたがうＬＡＨＡＶ Ｃ．Ｒ．Ｏ．実験室における血液テスト（ＣＢＣ）を含む個別の獣医学的検査を経験した。血液テストは、研究の開始前に実行された一般的な物理的検査とともに、ブタモデルの健康状態を反映し、研究への各動物の適合性の決定を可能にした。

直接酸素化デバイスが、静脈－静脈接続でブタモデルに接続されて、閉鎖循環でのブタの血液の体外酸素化を可能にした。当該システムの酸素供給機は、半透膜仕切り部を通して接続された２つの区画を含んでいた。一方の区画を通して血液を送達し、かつ、他方を通して酸素を送達することは、半透膜仕切り部を通して血液の中への酸素の交換を促進した。酸素供給機の血液区画は、大腿静脈および頸静脈などに配置されたカニューラまたは代替的には内頸静脈における二重ルーメンカニューラに接続された３／８’’チューブによって静脈に接続された。酸素供給機の第２の区画は、標準的な酸素供給源に接続された。当該システムは、ブタの脈管系から血液をポンピングし、それを酸素化し、その後で脈管系へと戻し、こうして酸素飽和レベルを上昇させ、かつ、ブタモデルに呼吸のサポートを提供した。

研究で用いられたブタモデルは、低酸素血症の状態へと誘導された。酸素ガス濃度は下げられ（窒素を用いて）、欠陥のある病んだ肺の呼吸不全の状態を模倣した。このことは、純酸素を医療用空気およびＮ_２Ｏと混合して、酸素濃度レベルを～１５％へと減少させ、したがって、ブタモデルの酸素飽和レベルを～８５％以下へと減少させ、各ブタモデルは独立して反応した。

ブタは麻酔下であったが、呼吸を維持しており、かつ、施設のＳＯＰにしたがうすべての関連する機器に接続された。酸素濃度を制御するために、医療用酸素および窒素のガス混合器に気管内管が接続された。血管造影法を用いることによって、スワンガンツカテーテル（心臓および心臓の周りの血流ならびに圧力をモニタリングするために用いられる）が位置決めされ、かつ、カテーテルにできるだけ近い肺動脈から血液試料を採取することを可能にした。モニター設備が配置され（バイタルサインの継続的な記録のため）、かつ、動脈血ガス（ＡＢＧ）が試験および較正された。ブタモデルは鎮静状態であり、バイタルサインは継続的にモニタリングされた。

静脈切開術のために、以下のアクセスポイントが設定された（血液回収のため）：肺動脈、頸動脈、大腿静脈。

入口管は身体から排出された血液を酸素供給機へと循環させるために用いられ、出口管は酸素供給機から身体に戻るように酸素化された血液を循環させるために用いられた。入口管は大腿静脈の中へと挿入されたカニューラに接続され、出口管は頸静脈の中へと挿入されたカニューラに接続された。頸静脈の中へと挿入された二重ルーメンカニューラを用いて実行された研究については、入口管および出口管は両方とも、対応する接続部に接続された。

当該システムは、カニューラへの取り付けの前に生理食塩水（～１０００ｍｌ）を用いて循環した。カニューラ管は、当該システムの３／８’’直径入口管および出口管に接続され、かつ、酸素源は８ｍｍ管を用いて当該システムの酸素供給機の酸素入口に接続され、酸素流量は３Ｌ／分に設定された。酸素供給機の気体出口は、実験の最中は開いたままであった。

この工程は、ＬＡＨＡＶ Ｃ．Ｒ．Ｏ．医療チームによって実行および実証された。このことは、純酸素を医療用空気およびＮ２Ｏと混合して、酸素濃度レベルを～１５％へと減少させ、したがって、ブタモデルの酸素飽和レベルを～８５％以下へと減少させることによって達成され、各ブタモデルは独立して反応した。

血液採集については、当該システムの酸素供給機の前後両方で、双方向栓に接続するために３／８’’×３／８’’Ｔ－コネクターが用いられ、血液試料の採取を可能にした。血液は、４つの試験ポイント（ＴＰ）から採集された：
ＴＰ１－大腿静脈（酸素化工程前の大腿静脈血）
ＴＰ２－酸素供給機の出口（酸素化後の静脈血の「後」であって、頸静脈血との混合前）
ＴＰ３－肺動脈（ＰＡ、体外酸素化後に大静脈血で満たされた、頸静脈脱酸素化血液との混合後であって、酸素化工程のために肺に入る前）
ＴＰ４－頸動脈（肺の後の酸素化された血液）

研究１－大腿部－頸部研究
パート１－
この研究の目的は、１Ｌ／分の血流が低酸素血症の状態の患者をサポートするのに十分であることを示すことであり、О_２飽和を＜８５％から～９５％へと増大させることを標的とした。この研究には、２００Ｉｂｓ／９０ｋｇのブタが用いられ、２つの大きな市販の１８Ｆｒカニューラ（Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ社）を用いた：第１のカニューラは頸静脈の中へと挿入され、かつ、第２のカニューラは大腿静脈に接続された。挿入工程は、心臓の右房を通過するカニューラの寸法および長さに起因して、放射線撮影手順を用いた外科的挿入を必要とした。体外酸素化システムを通る血液流量は、１～１．５Ｌ／分の血流であり、酸素流量は３Ｌ／分であり、酸素換気サポートは低かった（＜２０％のＯ_２ガス濃度）。

酸素飽和レベルを上昇させ、かつ、安定化させるのに必要とされる最少の血流を評価するために、データが収集および分析された。結果は表１に提供される。

見られるように、当該方法は、８０％を下回りさえする値（患者が典型的には機械的換気またはＥＣＭＯシステムに置かれる、典型的には患者が重病であると定められる状態）から酸素飽和レベルを上昇させることを可能にする。

パート２－
この研究の目的は、異なる血流量で酸素化を評価することであった。ブタのｐО_２レベルは１００～１２０ｍｍＨｇで安定化し、かつ、血液酸素に最少１０ｍｍＨｇを加える最小の流れレベルを評価するために血液流量が調査された。血流レベルについて予測されるパラメーターはすべて、上記のパート１と同じであった。結果は表２に提供される。

用いられたシステムおよび方法は、成功裡に研究のパート１と同様に酸素飽和レベルの上昇を可能とした。

研究２－二重ルーメン頸部－頸部研究
この研究の目的は、内頸静脈の中へと挿入された市販の二重ルーメンカニューラを用いることによる血液酸素化およびＣＯ_２除去の実現可能性を検証することであった。この研究には、２００Ｉｂｓ／９０ｋｇのブタが用いられ、二重ルーメンの市販の２３Ｆｒカニューラ（Ｍａｑｕｅｔ Ａｖａｌｏｎ社）を用いた。挿入工程は、カニューラの正確な位置決めの複雑性に起因して、放射線撮影手順を用いた外科的挿入を必要とした。体外酸素化システムを通る血液流量は、１～１．５Ｌ／分の血流であり、酸素流量は３Ｌ／分であり、酸素換気サポートは低かった（１６％Ｏ_２ガス濃度）。

結果は表３に提供される。

本発明の体外酸素化システムおよび本明細書に記載の方法を用いることによって、酸素飽和レベルは、～８０％から９５％より上の標的レベルへと上昇した。

研究３－小規模の二重ルーメン頸部－頸部研究
この研究の目的は、放射線撮影でガイドされた挿入を伴わずに内頸静脈の中へと挿入された小規模の二重ルーメンを用いることによる血液酸素化およびＣＯ_２除去の実現可能性を検証することであった。この研究には、２００Ｉｂｓ／９０ｋｇのブタが用いられ、二重ルーメンの市販の１８Ｆｒの小規模のカニューラ（本開示による）を用いた。カニューラの位置決めのために、いかなる放射線撮像（または、その他のタイプの撮像）も必要としなかった。体外酸素化システムを通る血液流量は、１～１．５Ｌ／分の血流であり、酸素流量は３Ｌ／分であり、酸素換気サポートは低かった（１４．５％Ｏ_２ガス濃度）。

小規模の二重ルーメンカニューラは、内頸静脈を介した血液の同時の静脈排出および再注入を可能にした。体外酸素化システムは、カニューラの出口排出管を通してブタの右側の内頸静脈から血液をポンピングするように駆動する遠心ポンプを含んでいた。血液は当該システムの酸素供給機を通して循環し、酸素含有量が豊富でＣＯ_２レベルが枯渇した血液が提供された。閉じたシステムでは、酸素化された血液は、カニューラの入口再注入管を通って戻るように循環した。

ブタモデルは、標的化された酸素飽和レベルに到達するために異なる濃度での換気のための混合物においてＮ_２Ｏおよび酸素を混合することによって得られた低酸素血症の状態に置かれた。ブタモデルの酸素飽和はモニタリングされ、かつ、～８５％にて安定化した。血液採集は、当該システムの酸素供給機の前後両方で、以下のポイントにて実行された：
ＴＰ１－大腿静脈（酸素化工程前の大腿静脈血）
ＴＰ２－酸素供給機の出口（酸素化後の静脈血の「後」であって、頸静脈血との混合前）
ＴＰ３－肺動脈（ＰＡ、体外酸素化後に大静脈血で満たされた、頸静脈脱酸素化血液との混合後であって、酸素化工程のために肺に入る前）
ＴＰ４－頸動脈（肺の後の酸素化された血液）。

ブタが低酸素血症の状態であったため、モニターの飽和レベルは劣化した血液酸素飽和レベルを示した。

当該システムの駆動とともに、ブタの血液は、小規模の二重ルーメンカニューラを用いて右側の頸静脈から引かれ、かつ、右側の頸静脈に戻った。ブタモデルの酸素飽和はいくつかの間隔でモニタリングされ、血液採集は試験ポイントから行われた。

結果は表４に提供される。

表４から見られ得るように、小規模の二重ルーメンカニューラを用いた１～１．５Ｌ／分の低血流が、９５～９６％の飽和レベルをもたらした。挿入工程では、いかなる放射線撮影によるガイドも用いられなかった。さらに、モニターの飽和レベルの増大は、動脈ｐО_２の増大と並行しており、低い血液流量および低い酸素濃度における高い酸素化能力を示した。小規模の二重ルーメンカニューラは、複雑性を伴わずに挿入および除去され、ブタの頸静脈からのカニューラの除去後、いかなる血栓または疲労の兆候も観察されなかった。

表５－１および５－２は、研究１～３の集計結果を示す。

結果から見られ得るように、本開示の方法は、自発的に息をするブタにおける安全かつ一貫した酸素化レベルを提供し、相対的に低い血液流量で血液の一部（約１／５）の容量のみを循環させる。小規模の二重ルーメンカニューラも利用して、有意に侵襲的ではなく、かつ、複雑でもない手順が、カニューラを所定の位置にガイドするためのいかなる撮像技術を必要とすることなく得られた。

本開示は、いくつかの実施形態において、カニューラおよびそれに接続された殺菌された管類のためのシステムに関し、いっそう具体的には、体外酸素化システムに統合された自動プライミングシステムに関するが、専らそれに関するわけではない。

ここで、図面を参照する：

図１Ａは体外酸素化システム１００の概略的な等角正面図であり、体外酸素化システム１００は再利用可能なベース１１０と使い捨て可能なカートリッジ１０を有し、使い捨て可能なカートリッジ１０は実質的には、患者の血液と接触するシステム１００の使い捨て可能なコンポーネントのすべて、または、ほとんどを含有するプラグアンドプレイ単一ユニットボックスである。これらのコンポーネントの詳細な説明は、図２～３を参照して以下に提供されるであろう。これらのコンポーネントは、これらの使い捨て可能な器具の複雑な多段階の組立および体外酸素化システムへの接続を、いっそうユーザーフレンドリーな単一のステップ工程と置換するように集められ、かつ、設計され、必要な使い捨て可能な器具を安全かつ正確に構成するための時間と特別な訓練の必要性を減少させる。この図では、カートリッジ１０は、ベース１１０に差し込まれる準備のできた状態でその上に位置する。

図１Ｂは、本開示のいくつかの任意選択的な実施形態による図１Ａの体外システムの概略的な側面図であり、カートリッジ１０およびベース１１０は互いに接続されている。この図には、カバー１１が示されている。体外酸素化システム１００の使用前にカバー１１が除去され、かつ、内部空間およびカートリッジ１０のコンポーネントへのアプローチを可能にする「ウインドウ」のカバーが外される。このことは、オペレーターがカニューラ（好ましくはプライミングされたカニューラであるが、そうである必要はない）を引き出し、かつ、酸素供給機５２を専用のコネクター５２’によって酸素供給源に接続することを可能にする（図５Ａに示されている）。

図１Ｃは、本発明のいくつかの任意選択的な実装による体外酸素化システム１００の主たるコンポーネントを描いた概略的なブロック図である。本開示で用いられるとき、体外酸素化システムは、ポンプを用いて血管（例えば、静脈または動脈）を通して血液を排出し、血液に体外酸素化システムを通過させて、二酸化炭素（ＣＯ_２）レベルを減少させ、かつ、血液を酸素が豊富であるようにし、かつ、酸素化された血液を患者の循環器系の中へと戻るように注入するシステムである。体外酸素化システムは例えば、体外膜酸素化（ＥＣＭＯ）システムであってもよい。体外酸素化システムは、患者の血液のための酸素化の唯一の源として機能してもよく、機械的換気装置または患者の独立した呼吸のようなその他の酸素の源を補完するために用いられてもよい。例示的な実施形態では、システム１００は、意識があり、かつ、効率は低下しているものの独立して息をすることが可能な患者のための補完的な酸素供給機としての使用のために設計される。

システム１００は、再利用可能なベース１１０、ベース１００に接続可能な使い捨てカートリッジ１０および患者穿通キット１３０で構成される。

再利用可能なベース１１０は、ユーザーインターフェース１１２を含む。ユーザーインターフェース１１２は、キーボード、タッチスクリーン、または、ユーザーの入力を受け取るための任意のその他の機構を含んでもよい。ユーザーインターフェース１１２はまた、システム１００の機能に関連するパラメーターを表示するためのディスプレイを含む。ユーザー入力および表示パラメーターは、システム１００のコンポーネントのいずれかの機能に関してもよい（例えば、システム１００を通る血液の流量、システム１００内の異なるポイントにおける血液の圧力、血液の温度、システム１００を通って流れる血液の標的酸素化レベル）。

ベース１１０はさらに、プログラマブルロジックコントローラー１１４を含む。コントローラー１１４は、本開示の実施形態による方法を実行するための指令を含むソフトウェアを遂行する処理回路を含んでもよい。処理回路は、プロセッサーが本開示によるシステムの態様を実行することを引き起こすためのコンピューターで読み取り可能なプログラム指令を有するコンピューターで読み取り可能な記憶媒体を含んでもよい。

ベース１１０はさらに、パワー源１１６を含む。パワー源１１６は、パワーグリッドに接続可能なパワーコードであってもよい。追加的または代替的には、パワー源１１６はバッテリー（例えば、再充電可能なバッテリー）であってもよい。パワー源１１６は、コントローラーならびに本明細書でさらに説明されるポンプモーターおよび駆動ユニット１２０，１２２にパワーを提供する。

ベース１１０はさらに、１つ以上の固定されたセンサー１１８を含む。固定されたセンサー１１８は例えば、ヘマトクリット率、酸素飽和、ヘモグロビンおよび血液温度のようなパラメーターを測定するための光学分析装置を含んでもよい。固定されたセンサー１１８はまた、流量計を含んでもよい。固定されたセンサー１１８は、血液が殺菌された管類にある間に血液のこれらのパラメーターを分析してもよい。

ベース１１０はまた、血液ポンプ駆動ユニットおよびモーター１２０ならびにプライミングポンプ駆動ユニットおよびモーター１２２を含む。血液ポンプおよびプライミングポンプの機能は、本明細書でさらに説明されるであろう。各ポンプ駆動ユニットおよびモーター１２０，１２２は、ドライバーおよびモーターを含む。ドライバーは、モーターを制御するための入力信号（例えば、アナログ信号）を受け取る電子ユニット（例えば、プリント回路基板アセンブリー）である。モーターは、パワー源１１６からパワーを受け取る。磁気モーターの磁石は、磁力を通してカートリッジ１０内の使い捨て可能なポンプヘッドの一部である磁気インペラーを制御する。さらに、例示的な実施形態では、プライミングポンプは蠕動ポンプである。ポンプヘッドは、カートリッジ１０内の１つ以上の流体流線に圧力をかけるために、カートリッジ１０の一部である使い捨て可能な殺菌された管類に接続可能である。

ベース１１０は病室内に設置されてもよく、例えば、壁掛けに搭載されてもよい。代替的には、ベース１１０は携帯可能であってもよい。例えば、ベース１１０は、ローリングカート上または救急車内に位置してもよい。病室、ローリングカートまたは救急車は、システム１００と併せて使用するための設備（例えば、１つ以上の酸素キャニスター、予備のパワーパック、無中断パワー供給（ＵＰＳ）または血液ヒーター）を含んでもよい。

まだ図１Ｃを参照すると、システム１００はさらに、カートリッジ１０を含む。カートリッジ１０は、ベース１１０から除去され、かつ、ベース１１０の中へと挿入されるように設計された使い捨て可能なカートリッジである。概して、カートリッジ１０は、患者の血液と接触し、したがって各患者の使用の間で交換されるコンポーネントを含む。カートリッジ１０は、カニューラ１２プライミングキャップ２２および生理食塩水貯蔵庫３２を含み、それらの機能は本明細書でさらに説明されるであろう。カートリッジ１０はまた、プライミングポンプヘッド３４および血液ポンプヘッド４６を含み、プライミングポンプヘッド３４はベース１１０中のプライミングポンプモーターによって制御され、血液ポンプヘッド４６はベース１１０中の血液ポンプモーターによって制御される。カートリッジ１０はさらに、殺菌された管類であって、それを通って流体が流れ、かつ、その周りに固定されたセンサー１１８が適用されてもよい前記の殺菌された管類と、カートリッジを通って流れる血液を酸素化するための酸素供給機５２を含む。

システム１００はさらに、患者穿通キット１３０を含む。患者穿通キット１３０は、カニューラを患者の脈管系の中へと挿入するのに用いられる標準的な材料を含む。これらの材料は例えば、針またはトロカールを含んでもよい導入器１３２、１つ以上の拡張器または膨張器１３４およびガイドワイヤー１３６を含む。患者穿通キット１３０は、カートリッジ１０とは別個に貯蔵されてもよい。

図２および３は、カートリッジ１０のコンポーネントおよび機能を示す概略図を含有する。

図２および３の構成では、カートリッジ１０は、カニューラ１２用の流体経路が生理食塩水の注入によりプライミングされる準備ができている位置で示されている。この位置では、カニューラ１２の上にプライミングキャップ２２が適合され、プライミングキャップ２２、カニューラ１２、および、その他のコンポーネントが生理食塩水の注入のための閉ループを形成するようになっている。プライミングキャップ２２が除去され、かつ、カニューラ１２が身体の中へと挿入されるときには、同じ閉ループが患者の脈管系とカートリッジ１０に含有される酸素化モジュール４０との間の血液の移送のために用いられる。プライミング工程の最中、カートリッジ１０は、任意の適切な材料製であってもよい殺菌された筐体に包囲される。殺菌された筐体は、プラミングが完了した後であって、かつ、カニューラが患者の身体の中へと挿入される準備ができるまで封止されたままであってもよい。

図２を参照すると、カートリッジ１０はカニューラ１２を含む。例示的な実施形態では、カニューラ１２は、並んで配置された２つのルーメンを有する二重ルーメンカニューラである。二重ルーメンカニューラ１２は、端部１５を有する第１のルーメン１４および端部１７を有する第２のルーメン１６を含む。例示的な実施形態では、第１のルーメン１４は排出ルーメンであり、端部１５が入口であるようになっており、かつ、第２のルーメン１６は注入ルーメンであり、端部１７が出口であるようになっている。排出ルーメン１４は、患者の脈管系からカートリッジ１０の中へと脱酸素化された血液を回収するのに用いられ、かつ、注入ルーメン１６は、カートリッジ１０から患者の脈管系の中へと酸素化された血液を送達するのに用いられる。注入ルーメン１６の広がりは、排出ルーメン１４の広がりより大きい。ルーメン１４，１６の均一でない広がりは、本明細書でさらに説明されるように、プライミングキャップ２２の異なる領域がルーメン１４，１６の端部１５，１７に取り付けられることを可能にする。

いくつかの任意選択的な実施形態では、二重ルーメンカニューラは、内部管を包囲する外部管を有し、外部管および内部管の一方は排出管であり、かつ、他方は注入管である。いくつかのかかる実施形態によって、外部管は血管から脱酸素化された血液を排出し、かつ、内部管は血管の中へと酸素化され、かつ、ＣＯ_２に乏しい血液を注入する。その他の実施形態では、内部管は血管から脱酸素化された血液を排出し、かつ、外部管は血管の中へと酸素化された血液を注入する。並んだ構成では、一方の管が血管からの脱酸素化された血液の排出のために用いられ、かつ、他方の管が血管の中へと酸素化され、かつ、ＣＯ２に乏しい血液を注入する。

その他の実施形態では、排出管および注入管は、前記二重ルーメンカニューラにおいて並んで配置される。

本明細書で説明される特定の例では、二重ルーメンカニューラ１２はさらに、入口１９（図示せず）を有するガイドワイヤーシース１８を含む。カニューラ１２が患者の身体の中へと挿入されるときには、カニューラ１２はシース１８を介してガイドワイヤー１３６に沿って通される。

カニューラ１２はさらに、ウイング２０を含む。ウイング２０は、カニューラ１２が酸素化手順の最中に所定の位置に留まることを確実にするために、例えば縫い糸で患者の身体に取り付けられてもよい。

プライミングキャップ２２は、第１および第２のルーメン１４，１６の端部１５，１７の上に取り外し可能に適合可能である。プライミングキャップ２２は２つの領域を含む：ルーメン１６の出口１７に流体接続され、プライミングキャップ２２の出口２４へと繋がる領域２３；ルーメン１４の入口１５に流体接続され、かつ、プライミングキャップ２２の入口２６を通して流体を受け取る領域２５。領域２３，２５は、例えばОリングであってもよい内部シール２８，３０によって区切られる。流体が入口２６を介してプライミングキャップ２２に入るとき、流体はシール２８とシール３０との間の領域２５全体を満たす。流体がルーメン１６の出口を介してプライミングキャップ２２に入るとき、流体はシール３０とプライミングキャップ２２の出口２４との間の領域２３全体を満たす。それらの各々の領域２３，２５内の出口２４および入口２６の位置ならびに配向は例示的に過ぎず、その他の位置および配向も実現可能である。さらに、図示されている実施形態では、カニューラ１２は二重ルーメンカニューラであり、代替的な実施形態では、カニューラ１２は２つの別個のカニューラを有し、一方は排出用であり、かつ、一方は注入用である。かかる実施形態では、各カニューラのために別個のプライミングキャップ２２が存在してもよく、プライミングキャップ２２が２つの分岐（すなわち、入口分岐および出口分岐）に分かれてもよい。

カートリッジ１０はさらに、管類３１を介してプライミングキャップ２２の出口２４に接続された生理食塩水貯蔵庫３２を含む。生理食塩水貯蔵庫３２は、プライミングポンプ（その駆動ユニットは上述の通りベース１０の一部である）の使い捨て可能なポンプヘッド３４に接続される。例示的な実施形態では、プライミングポンプ（ベース１０に含有される駆動ユニット１２２を含む）は、長さ１０ｃｍまでであり、かつ、重量２ｋｇまでである小さい寸法を有する。例示的な実施形態では、プライミングポンプは蠕動ポンプであり、プライミングポンプヘッド３４が生理食塩水貯蔵庫３２から生理食塩水を運搬する管類の周りに適合するようになっている。蠕動ポンプは、比較的定価であり、かつ、生理食塩水を運搬する使い捨て可能な殺菌された管との単純なインターフェースを有する。

プライミングポンプヘッド３４から、流体経路は２つの弁へと進む：圧力計弁３６および血液経路弁３８。圧力計弁３６および血液経路弁３８は別個に制御され、圧力計弁３６が開き、かつ、血液経路弁３８が閉じ、または、その逆であってもよいようになっている。圧力計弁３６は、３つの圧力計４４，４８，５６に接続される。この接続は、図２に概略的に表され、かつ、図３にさらに示されており、流体線が圧力計弁３６と各々の圧力計との間を接続している。圧力計弁３６が開くとき、流体（例えば、生理食塩水）はポンプヘッド３４と圧力計４４，４８，５６との間を流れる。圧力計弁３６は、圧力計４４、４８，５６のいずれか１つへの生理食塩水の流れを可能にするように別個に制御可能である。プライミング工程の最中、一旦流体が圧力計弁３６と圧力計４４，４８，５６との間の線を満たすと、圧力計弁３６は閉じてもよい。血液経路弁３８が開くとき、流体（例えば、生理食塩水）は、ポンプヘッド３４の間を管類３９を介してプライミングキャップ２２の入口２６へと流れ、患者の脈管系の中へのカニューラ１２の挿入後に流体が血液の流れる領域をプライミングし続けてもよいようになっている。

流体がプライミングキャップ２２の入口２６に入った後、流体はプライミングキャップ２２の領域２５を満たし、かつ、入口１５にてカニューラ１２の排出ルーメン１４に入る。排出ルーメン１４から、流体は管類４２を介して圧力計４４を通って、または、圧力計４４に隣接して進む。

圧力計４４は好ましくは、膜の片側に生理食塩水（圧力計弁３６からの）を有し、かつ、膜の逆側に血液経路からの流体を有する膜圧力センサーであるが、必ずしもそうである必要はない。センサーは膜を横切る圧力差が変化したときを（例えばコントローラーに）示すように構成される。カニューラ１２が患者の脈管系の中へと挿入されるとき、圧力計４４は、血液が静脈から的確に流れていること（すなわち、静脈が潰れていないこと）を確証するのに用いられる。

圧力計４４に続いて、流体は血液ポンプヘッド４６を通過する。血液ポンプヘッド４６は、ベース１１０における血液ポンプ駆動ユニット１２０における遠心磁気モーターによって制御されてもよい磁気インペラーを含んでもよい。血液ポンプは、酸素供給機５２に入る流体の圧力を調整するのに用いられ、血液が所望の量で酸素供給機を通って流れるようになっている。

酸素供給機５２に入る前、流体は、第２の圧力センサー４８を通過し、または、第２の圧力センサー４８に隣接して通る。酸素供給機５２を出た後、流体は、第３の圧力センサー５６を通過し、または、第３の圧力センサー５６に隣接して通る。圧力センサー４８，５６は、圧力センサー４４と同様に膜圧力センサーであってもよい。圧力センサー４８および５６は、酸素供給機５２の効率を評価するのに用いられる。酸素供給機５２は、その使用の過程で血液で詰まるであろう。結果として、血液は、酸素供給機５２の中へと入るときより酸素供給機５２から外に出るときにゆっくりと流れ、かつ、酸素供給機５２を横切るように圧力勾配が進展するであろう。圧力センサー４８および５６における圧力は、かかる圧力勾配の存在を検出するのに用いられてもよく、したがって、カートリッジ１０が交換される必要があるか否かを決定するのに用いられてもよい。

酸素供給機５２に入る前、血液はまた、任意選択的には分析装置５０を通過する。図１に関して上述の通り、分析装置５０は一群の固定されたセンサー１１８の一部であり、したがって技術的に見ればベース１１０の一部である。カートリッジ１０の管類は分析装置５０を通過し、分析装置５０自体が流体に接触しないようになっている。分析装置５０は、酸素飽和を測定してもよい。分析装置５０は例えば、光学的分析装置であってもよく、超音波分析装置であってもよい。

血液はその後、酸素供給機５２にて酸素化される。酸素供給機５２は、コネクター５２’を介して酸素入力に接続され、かつ、副産物として二酸化炭素を放出する。

酸素供給機５２における酸素化に続いて、流体は温度センサー５４を通過する。温度センサー５４は、殺菌された管内に設置された金属片を含んでもよい。温度センサー５４が血液温度が患者の中への血液の再注入に適したレベルを超えて冷却されたことを示せば、必要であれば血液を再加熱するのに血液ヒーター（カートリッジ１０の一部ではない）が用いられてもよい。流体はさらに、殺菌された管６０を通ってカニューラ１２の注入ルーメン１６へと戻る前に流量計５８を通過する。流量計５８は、ベース１０の一部である超音波メーターであってもよい。流量計は、１分当たりの旋回に基づいて作動する血液ポンプの出力が１分当たりのリットルで測定される所望の流れに変換されることを確証するのに用いられる。

殺菌された管類４２，６０は、カートリッジ１０に示されているその他のコンポーネントに対して比較的長くてもよい。例示的な実施形態では、殺菌された管類４２，６０は、図２に概略的に示された延伸した管類６２を含む。延伸した管類６２は例えば、長さが１．２メートルであってもよい。

上記の説明に鑑み、プライミングキャップ２２が図２に示されているようにカニューラ１２の上に適合されているとき、カートリッジ１０は流体流のための閉ループを含むことが明らかである。プライミングポンプが駆動するとき、プライミングポンプは生理食塩水貯蔵庫３２から生理食塩水を引く。血液ポンプ弁３８が開くとき、生理食塩水は、血液ポンプ弁３８、プライミングキャップ入口２６、第１のルーメン１４（例えば、排出ルーメン）、酸素化モジュール４０、第２のルーメン１６（例えば、注入ルーメン）、プライミングキャップ出口２２を通って進み、かつ、その後で生理食塩水貯蔵庫３２へと戻る。この工程を通して、上記の流体流路から空気が排出され、かつ、生理食塩水貯蔵庫３２の中に預けられる。排出された空気は、排出された空気を収容するために十分に拡張可能なプラスチックのような材料製の生理食塩水貯蔵庫３２に留まる。

図示された実施形態では、閉ループは酸素化モジュール４０で閉じているが、第１のルーメン１４と第２のルーメン１６との間の任意の代替的な流体経路が用いられてもよいことがさらに明らかである。したがって、カートリッジ１０は、プライミングを必要とする種々のシステムとともに用いられてもよく、かつ、酸素化モジュールに限定されない。

追加的には、この閉ループを通る流体の流れは、カートリッジ１０が周囲雰囲気に対して封止されたままであるときでさえ進んでもよいことがさらに明らかである。したがって、カニューラ１２および血液流路は、殺菌された状態で維持されている間にプライミングされてもよい。

要すれば、本発明の体外血液酸素化システムは、患者の血液を酸素化するのに用いられる。１つの任意選択的な実施形態では、カニューラ１２は患者の頸静脈にて挿入される。血液は、頸静脈から出て、排出ルーメンの中に入り、かつ、管類４２を通って流れる。血液ポンプヘッド４６は、酸素供給機５２を通して血液をポンピングする。酸素化された血液はその後、管６０および注入ルーメン１６を通って頸静脈の中へと戻る。カニューラ１２は、任意のその他の適切なポイント（例えば、上大静脈）にて挿入されてもよい。さらに、上述のように、カニューラ１２は２つの別個のカニューラ（一方は排出用で一方は注入用）を含んでもよい。

任意選択的には、血液酸素化は、意識があり、かつ、独立して息をすることが可能であり、酸素化が患者の呼吸を補完するのに役立つ患者のための外部酸素化については毎分ほぼ３０ｍｌ／ｋｇより大きくない量で血液を循環させている間に実行される。

図４は、図１の体外システムの作動の１つの任意選択的な方法についてのフローチャート４００のステップを描いている。ステップ４０１では、患者の状態が上述のパラメーターにしたがう本発明の体外酸素化システムを用いた治療に適切であるか否かの評価が行われる。患者がこの治療に適していると識別されれば、ステップ４０２にて、医療チームは挿管のためにカニューラ挿入部位を準備する。ステップ４０３では、使い捨て可能なカートリッジはベースの中へと挿入され、かつ、ステップ４０４ではシステムがオンにされる。ステップ４０５では、使い捨て可能な回路の自動プライミングが実行され、かつ、ステップ４０６では、カートリッジの内部空間の中への開口部のカバーが外され、かつ、プライミングされたカニューラがカートリッジから引き出される。ステップ４０７では、酸素が豊富な気体供給がカートリッジ内の気体入口に接続され、かつ、気体流がオンにされる。ステップ４０８では、カニューラは患者の脈管系の中へと挿入され、かつ、ステップ４０９では、１０～３０ｍｌ／ｋｇ／分の血流範囲における患者の体重および寸法にしたがって必要とされる流れが計算され、次のステップ４１０では、主たるポンプが駆動し、かつ、治療が開始される。

図５Ａ～５Ｂは各々、本開示のいくつかの任意選択的な実施形態による自動プライミングシステムおよびカニューラを有するカートリッジユニット１０の概略的な等角正面図および等角背面図である。これらの図面では、ハウジングは説明の明確性のために除去され、かつ、ハウジング内に有されるコンポーネントが示されている。この特定の例では、管類３１を介してプライミングキャップ２２に接続された生理食塩水貯蔵庫３２。生理食塩水貯蔵庫３２は、上述のようにその駆動ユニットがベース１０の一部であるプライミングポンプの使い捨て可能なポンプヘッド３４に接続される。プライミングポンプヘッド３４から、流体経路は２つの弁へと進む：圧力計弁３６（この図では図示せず）および血液経路弁３８。圧力計弁３６は、３つの圧力計４４，４８，５６に接続される。圧力計弁３６が開くとき、生理食塩水はポンプヘッド３４と圧力計４４，４８，５６との間を流れる。血液経路弁３８が開くとき、流体生理食塩水は、ポンプヘッド３４の間を管類３９を介してプライミングキャップ２２へと流れ、患者の脈管系の中へのカニューラ１２の挿入後に、流体が血液が流れる領域をプライミングし続けてもよいようになっている。流体がプライミングキャップ２２に入った後、流体はカニューラ１２の排出ルーメンに入り、かつ、管類４２を介して圧力計４４へと進む。圧力計４４に続き、流体は血液ポンプヘッド４６を通過する。血液ポンプは、酸素供給機５２に入る流体の圧力を調整するのに用いられ、血液が所望の量で酸素供給機を通って流れるようになっている。酸素供給機５２に入る前、流体は第２の圧力センサー４８を通過する。酸素供給機５２を出た後、流体は第３の圧力センサー５６を通過する。酸素供給機５２に入る前、血液は任意選択的には、分析装置５０を通過してもよい。酸素供給機５２における酸素化に続いて、流体は温度センサー５４を通過する。酸素供給機５２は、コネクター５２’によって気体供給に接続される。

図６は、カートリッジ１０の閉ループ流体流システムの自動プライミングについてのフローチャート２００の例示的なステップを示している。ステップ２０１では、システムが起動する。例えば、ユーザーがコントローラー１１４の電源をオンにしてもよい。ステップ２０２では、コントローラー１１４は、使用可能なカートリッジ１０（略称「Ｄ．Ｃ．」）がベース１０に有効に接続されているか否かをチェックする。カートリッジ１０が存在しなければ、ステップ２０３では、システムはステップ２０１に戻り、かつ、カートリッジ１０の接続の際の作動のために準備ができたままである。カートリッジ１０が識別されれば、ステップ２０４では、システムは血液ポンプ（略称「Ｂ．Ｐ．」）をオフにし、血液経路弁３８を閉じ、かつ、圧力計弁３６（略称「Ｐ．Ｍ．弁」）を開く。ステップ２０５では、任意選択的には、ユーザーは、プライミングポンプ（略称「Ｐ．Ｐ．」）についての流量を設定する（例えば、毎分１リットル）。代替的には、システムは、流量を自動的に設定し、または、予め設定された流量を用いる。流量はとりわけ、圧力計弁３６と圧力計との間の管の直径を含む基準に基づいて設定されてもよい。ステップ２０６では、ユーザーまたはシステムは、図２に示されているように、流体が圧力計弁３６と圧力計４４、４８および５６との間のすべての線を満たすのに十分なプライミングポンプの作動のための時間パラメーター（「遅延」と示される）を設定する。プライミングキャップはその後、これらの線を満たすように作動する。ステップ２０７では、システムは血液経路弁３８を開く。ステップ２０８では、任意選択的には、ユーザーはプライミングポンプのための流量を設定する（例えば、１分当たり２リットル）。この流量は、ステップ２０５において用いられる流量より大きくてもよい。なぜなら、血液経路における管がいっそう大きい直径を有してもよいからである。代替的には、上述の通り、システムは、自動的に流量を設定し、または、予め定められた流量を用いる。ステップ２０９では、ユーザーまたはシステムは、空気が閉ループから完全に排出されるのに十分なプライミングポンプの作動のための時間パラメーター（「遅延」と示される）を設定する。プライミングポンプはその後、作動し、かつ、流体は、血液経路弁３８、プライミングキャップ２２、カニューラ１２および酸素化システム４０の間のすべての線を満たす。圧力計４４，４８，５６および血液経路のプライミングの順序はまた、逆にされて、血液経路が圧力計の前にプライミングされてもよいようになっている。ステップ２１０および２１１では、プライミングが完了し、かつ、工程が終了する。例示的な実施形態では、プライミング工程全体に、ほぼ２分までの時間がかかる。有利なことに、プライミング工程は、カニューラ、または、その他のシステムのコンポーネントの中へのいかなる手作業の生理食塩水の注入も必要とすることなく、完全に自律的に実行されてもよい。代替的には、プライミング工程が完了したことを示すのに、気泡センサー（単数／複数）が用いられてもよい。

図７は、本開示の実施形態による患者の外部酸素化の全工程の一部として、自動プライミング３００の方法の例示的なステップを示している。

ステップ３０１では、ユーザーはベース１１０にカートリッジ１０を取り付ける。ステップ３０２では、機械は、上述の様式でプライミングキャップ２２がカニューラ１２の上に適合されるときにプライミングポンプを作動させることによってシステムをプライミングする。有利なことに、このプライミング作業は、ベース１１０へのカートリッジ１０の取り付けの検出の際に自動的に開始されてもよい。

ステップ３０３では、ユーザー（例えば、外科医または看護師）は患者穿通キット１３０を開け、かつ、患者の脈管系の中へと導入器１３２、拡張器１３４およびガイドワイヤー１３６を挿入する。この挿入は、当業者に知られた任意の典型的な様式で実行される。例えば、外科医は、患者の頸静脈、または、その他の血管に穴をあけ、かつ、直径が増大する膨張器を用いて血管を拡張させてもよい。穿通部は、カニューラ１２の直径に達するまで拡張する。

ステップ３０４では、ユーザーは、カートリッジにおける開口部のカバーを開けて、カニューラ１２およびプライミングキャップ２２にアクセスする。

ステップ３０５では、ユーザーはカニューラ１２からプライミングキャップ２２を除去する。この時点で、ルーメン１４，１６は閉ループから除去される。

ステップ３０６では、ユーザーは患者の脈管系の中へとカニューラ１２を挿入する。例えば、外科医は、脈管系から膨張器を抽出し、ガイドワイヤー１３６を所定の位置に残してもよい。シース１８は、カニューラ１２が患者の身体内の所定の位置に来るまでガイドワイヤー１３６の上を通される。患者の脈管系の中へのカニューラ１２の挿入の工程の最中、少量の生理食塩水がルーメン１４，１６の端部１５，１７から排出されて、空気がカニューラ１２の中に挿入されないことを確実にしてもよい。カニューラ１２の配置に続いて、外科医は患者の皮膚にカニューラ１２のウイング２０を縫い付け、カニューラ１２が所定の位置に留まるようになっている。外科医はその後、ガイドワイヤー１３６を除去する。シース１８はその後、封止され（例えば、キャップを用いて）、または、潰され、血液がシース１８から排出しないようになっている。ステップ３０７では、システム１００は血液を酸素化する。

本明細書に記載の実施形態の説明および添付の図面は、本発明のいっそう良好な理解のためのみに役立ち、その範囲を限定することはないことが明らかであるべきである。当業者は、本明細書を読んだ後、本発明によってまだカバーされるであろう添付の図面および上記の実施形態に対する調整または補正を行い得ることもまた、明らかであるべきである。

Claims (32)

1. 患者の血液の酸素化のためのシステムであって、当該システムは、前記患者の脈管系へと連結されるように適合する体外血液循環経路を有し、かつ、装置であって、それに流入する血液を酸素化し、かつ、それからＣＯ_２を回収するための前記装置を有し、前記体外血液循環経路に流入する血液の流量は前記患者の血流の２／５を超えない、前記システム。
2. 前記流量が毎分３０ｍｌ／ｋｇより大きくない、請求項１に記載のシステム。
3. 前記体外血液循環経路内に酸素供給機および少なくとも１つのカニューラを含むカートリッジを有する、請求項１および２のいずれか一項に記載のシステム。
4. 前記カートリッジが、体外血液循環の最中に前記患者の前記血液と接触する使い捨て可能なコンポーネントを有する、先行する請求項のいずれか一項に記載のシステム。
5. 前記カートリッジが、少なくとも１つのコントローラーならびに１つ以上のポンプ駆動ユニットおよびモーターを有する再利用可能なベースに可逆的に接続されるように構成され、かつ、作動可能であり、各駆動ユニットおよびモーターは、前記カートリッジに位置するポンプヘッドおよびパワー源に各々対応する、先行する請求項のいずれか一項に記載のシステム。
6. 前記ベースがさらに、少なくとも１つの固定されたセンサーおよび／またはユーザーインターフェースを有する、請求項５に記載のシステム。
7. 前記カートリッジが１つ以上のポンプヘッドを有し、各ポンプヘッドは、前記ベース内にある各々のポンプ駆動ユニットおよびモーターによって制御可能である、先行する請求項のいずれか一項に記載のシステム。
8. 前記体外血液循環経路が、安全で塞栓のない前記患者の脈管系への接続を確実にするように適合する自動プライミングシステムを備える、先行する請求項のいずれか一項に記載のシステム。
9. 前記カートリッジがさらに、前記自動プライミングシステムに接続された生理食塩水貯蔵庫を有する、請求項８に記載のシステム。
10. 体外血液酸素化のためのカートリッジであって、当該カートリッジは、１つ以上のポンプヘッドを有し、各ポンプヘッドは各々のポンプ駆動ユニットによって制御可能であり、当該カートリッジは、酸素供給機および少なくとも１つのカニューラを有する、前記カートリッジ。
11. 単一のカニューラが提供されるときには、それが二重カニューラである、請求項１０に記載のカートリッジ。
12. 血液と接触するすべての表面が抗凝血剤でコーティングされる、請求項１０～１１のいずれか一項に記載のカートリッジ。
13. 当該カートリッジが使用前に補足的なベースに差し込まれるように構成され、前記の補足的なベースが当該カートリッジのコンポーネントを制御し、かつ、作動させる、請求項１０～１２のいずれか一項に記載のカートリッジ。
14. 低血液酸素飽和レベルを有する患者をサポートするための方法であって、当該方法は、前記患者の脈管系に体外血液循環経路を連結することを有し、装置であって、それに流入する血液を酸素化し、かつ、それからＣＯ_２を回収するための前記装置を有し、毎分３０ｍｌ／ｋｇの流量を超えないように前記体外血液循環経路に流入する血液の流量を調整することを有する、前記方法。
15. 前記患者が、自発的に息をすることが可能であるか、または、機械的に換気されるかのいずれかである、請求項１４に記載の方法。
16. サポートがＥＣＭＯの代わりに補助的システムとして提供される、請求項１４に記載の方法。
17. 少なくとも１つのカニューラの自動プライミングのためのシステムであって、当該システムは少なくとも：
    ａ． プライミングキャップを有し、該プライミングキャップは、カニューラに搭載されるときには互いから封止された入口および出口を含み；
    ｂ． 生理食塩水貯蔵庫を有し；
    ｃ． プライミングポンプを有し、該プライミングポンプは、駆動ユニットおよび取り換え可能なプライミングポンプヘッドを有し；かつ、
    ｄ． 前記の少なくとも１つのカニューラの第１のルーメンと第２のルーメンとの間に殺菌された管類を有する流体経路を有し、前記流体経路は前記プライミングキャップを含まず；前記プライミングキャップは、前記の第１および第２のルーメンの上に取り外し可能に適合可能であり、前記プライミングキャップが前記の第１および第２のルーメンの上に適合されるときには、前記入口が前記の少なくとも１つのカニューラの前記の第１のルーメンと流体連通し、かつ、前記出口が前記の少なくとも１つのカニューラの前記の第２のルーメンと流体連通するようになっており、前記の少なくとも１つのカニューラ、プライミングキャップ、生理食塩水貯蔵庫、プライミングポンプヘッドおよび流体経路が流体流のための閉ループを形成するようになっており、かつ、前記プライミングキャップが前記の少なくとも１つのカニューラの上に適合されないときには、前記の少なくとも１つのカニューラが患者の脈管系の中へと挿入可能であり；かつ、
    ｅ． コントローラーを有し、該コントローラーは、前記プラミングキャップが前記の少なくとも１つのカニューラの上に適合されるときに前記プライミングポンプを作動させ、そのことにより前記閉ループから空気を排出するように構成される、
    前記システム。
18. 前記の少なくとも１つのカニューラ、前記プライミングキャップ、前記生理食塩水貯蔵庫、前記プライミングポンプヘッドおよび前記流体経路がカートリッジ内に含有され、前記カートリッジは、前記コントローラーを含有するベースに取り付け可能であり、かつ、前記コントローラーを含有するベースから取り外し可能である、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記コントローラーが、前記カートリッジの前記ベースへの取り付けの際に自動的にプライミング作業を開始するように構成される、請求項１７～１８のいずれか一項に記載のシステム。
20. 殺菌された患者穿通キットをさらに有し、前記の殺菌された患者穿通キットは、導入器、１つ以上の拡張器およびガイドワイヤーを含む、請求項１７～１９のいずれか一項に記載のシステム。
21. 前記コントローラーが、前記の殺菌された患者穿通キットが気密封止されたままである間に前記プライミングポンプを作動させるように構成される、請求項１７～２０のいずれか一項に記載のシステム。
22. 前記流体経路が酸素化システムを有する、請求項１７～２１のいずれか一項に記載のシステム。
23. 前記の第１および第２のルーメンが排出ルーメンおよび注入ルーメンを有し、かつ、前記の少なくとも１つのカニューラが患者の脈管系の中へと挿入されるときには、前記酸素化システムが、前記排出ルーメンを介して回収された血液を酸素化し、かつ、前記注入ルーメンを介して酸素化された血液を戻すように構成される、請求項１７～２２のいずれか一項に記載のシステム。
24. 前記の少なくとも１つのカニューラが二重ルーメンカニューラである、請求項１７～２３のいずれか一項に記載のシステム。
25. 前記閉ループが、順に、前記の第１のルーメン、前記流体経路、前記の第２のルーメン、前記プライミングキャップの入口、前記生理食塩水貯蔵庫、前記プライミングポンプヘッド、前記プライミングキャップの前記出口および再び前記の第１のルーメンを有する、請求項１７～２４のいずれか一項に記載のシステム。
26. 血液の体外酸素化のためのシステムであって、当該システムは：
    ａ． 再利用可能なベースを有し、該再利用可能なベースは少なくとも：
    コントローラーを有し；
    １つ以上のポンプ駆動ユニットを有し；かつ、
    １つ以上のポンプモーターを有し；かつ、当該システムは：
    ｂ． 使い捨てカートリッジを有し、該使い捨てカートリッジは：
    １つ以上のポンプヘッドを有し、各ポンプヘッドは、前記カートリッジが前記ベースに設置されるときには各々のポンプ駆動ユニットおよびモーターによって制御可能であり；
    酸素供給機を有し；
    少なくとも１つのカニューラを有し、前記の少なくとも１つのカニューラは、患者の脈管系から脱酸素化された血液を排出するための排出ルーメンおよび前記の患者の脈管系へと酸素化された血液を戻すための注入ルーメンを含み；
    殺菌された管類を有し、該殺菌された管類は、前記排出ルーメンから前記酸素供給機へと脱酸素化された血液を送達し、かつ、前記酸素供給機から前記注入ルーメンへと酸素化された血液を送達するように構成され；
    前記カートリッジが前記ベースに設置されるときには、前記コントローラーは、前記の患者の脈管系から前記の少なくとも１つのカニューラ、殺菌された管類、複数のポンプヘッドおよび酸素供給機によって定められた殺菌された流路を通して血液をポンピングし、かつ、前記のポンピングされた血液を酸素化するように構成される、
    前記システム。
27. 前記の１つ以上のポンプ駆動ユニットがプライミングポンプ駆動ユニットを含み、かつ、当該システムがさらに、前記使い捨てカートリッジ内に、互いから封止された入口および出口を含むプライミングキャップ、生理食塩水貯蔵庫および前記プライミングポンプ駆動ユニットを用いて制御可能なプライミングポンプヘッドを有し；
    前記プライミングキャップは、前記の少なくとも１つのカニューラの上に取り外し可能に適合可能であり、前記プライミングキャップが前記の少なくとも１つのカニューラの上に適合されるときには、前記入口が前記の少なくとも１つのカニューラの第１のルーメンと流体連通し、かつ、前記出口が前記の少なくとも１つのカニューラの第２のルーメンと流体連通するようになっており、前記の少なくとも１つのカニューラ、プライミングキャップ、生理食塩水貯蔵庫、プライミングポンプヘッド、殺菌された管類および酸素供給機が流体流のための閉ループを形成するようになっており、かつ、前記プライミングキャップが前記の少なくとも１つのカニューラの上に適合されないときには、前記の少なくとも１つのカニューラは患者の脈管系の中へと挿入可能であり；かつ、
    前記コントローラーは、前記プライミングキャップが前記の少なくとも１つのカニューラの上に適合されるときに前記プライミングポンプを作動させ、そのことにより前記閉ループから空気を排出するように構成される、
    請求項２６に記載のシステム。
28. 自発的に息をすることが可能な患者における血液酸素化レベルおよびＣＯ_２除去を増大させる方法であって、当該方法は、第１の血管から血液を排出するためにその中へと第１のカニューラを導入し、かつ、第２の血管へと酸素化された血液を注入するためにその中へと第２のカニューラを導入することを有し、前記の第１および第２のカニューラは各々、第１の流線および第２の流線を通して体外血液酸素化システムに連結され、かつ、当該方法は、前記体外血液酸素化システムを通して毎分約３０ｍｌ／Ｋｇを超えない循環量で前記患者の血液を循環させて、前記血液を酸素化し、かつ、前記血液からのＣＯ_２除去および前記患者の血液酸素化レベルの増大を得ることを有する、前記方法。
29. （ｉ）血液循環量および（ｉｉ）カニューラのサイズのうちの少なくとも１つの決定をさらに有し、前記決定は前記患者の体重に基づく、請求項２８に記載の方法。
30. 前記決定が：
    （ａ）前記患者の体重ならびに所望の標的血液酸素化レベルおよびＣＯ_２除去に基づく、前記血液循環量の決定；ならびに、
    （ｂ）前記の所望の血液循環量に基づく、前記患者に適した前記のカニューラのサイズの決定を有する、
    請求項２９に記載の方法。
31. 自発的に息をすることが可能な意識のある患者における血液酸素化レベルおよびＣＯ_２除去を増大させる方法であって、当該方法は：
    前記患者の血管の中へと二重ルーメンカニューラを導入することを有し、前記二重ルーメンカニューラは、前記血管から脱酸素化された血液を排出するための排出管および前記血管の中へと酸素化された血液を注入するための注入管を有し、前記排出管および前記注入管は、前記排出のための第１の流線および前記注入のための第２の流線を通して体外血液酸素化システムに連結され、かつ、当該方法は、前記体外血液酸素化システムを通して毎分約３０ｍｌ／Ｋｇを超えない循環量で前記患者の血液を循環させて、前記血液を酸素化し、かつ、前記血液からのＣＯ_２除去および前記患者の血液酸素化レベルの増大を得ることを有する、
    前記方法。
32. 治療の最中に前記患者の前記血液酸素化パラメーターをモニタリングすることをさらに有する、請求項３１に記載の方法。

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