JP2893107B1 - 血液からのガス分離方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】血液に混合したガスを迅速に分離する装置及び
方法を提供する。 【解決手段】上方の入口１３と、下方の出口１５との間
で漏斗状に先細になる非回転式の遠心分離室８に血液が
吸引される。入口１３は血流を接線方向に案内するよう
に、出口１５は血液を排出させるための吸引源に接続可
能である。分離室８への血液入口１３よりも高い位置に
は、分離室８内で環状に進む血流の表面からガスを排出
させるべく入口１３と連通するガス出口２３がある。装
置は片手で把持できるようにする取手を含む。環状をな
して移動する血流はその環の中心軸に対して９０度未満
の上方開放角で分離室８中の血流方向に対し斜め下方に
向けられる。副室１８は、血液入口１３の上方で分離室
８と連通し、ガスと血液との分離を促進するためにガス
出口２３よりも断面積が大きいガスベースを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は血液とガスを分離す
る方法及び装置に関する。より詳細には、血液とガスと
を分離させるための非回転式の遠心分離機による血液の
移動に関する。

【０００２】

【従来の技術】血液を患者から、特に外科手術又は事故
から生じた傷口から取り込み、且つその血液を同一の患
者又は別の患者用に再使用する場合、血液を可能な限り
迅速に、且つ患者の血液流出箇所に可能な限り近い場所
で、患者から血液が流出した場所にて血液中に引込まれ
ていたであろう空気から再分離しなくてはならない。空
気を含んだ血液はいかなる状況下においても患者に供給
されてはならない。さらに、引込まれた空気の血液中で
の滞留が長いほど、血液流出径路で血液と混合する空気
が多いほど、血液は含まれる空気により損傷される。

【０００３】血液の質は、特に、血液中における空気又
は他のガスの量及び滞留時間、血液に掛かる吸引力又は
圧力、流路中での血液の摩擦力、並びに血流の偏向及び
血液の乱流等の因子によって低下することがある。

【０００４】血液から空気を抜くときには、異なる用途
毎に区別しなければならない。これは用途毎にその目的
及び条件が異なるからである。用途は一般的に以下に述
べる３つに大別される。

【０００５】用途の第１の場合において、血液は患者か
ら、特に事故又は手術によって生じた患者の傷口から吸
引チューブを通じて、比較的少量で且つ大きく変動する
量で引き込まれつつ、脱気される。血液を引き込むため
の減圧状態を発生させるには吸引ポンプ、一般的にはロ
ーラーポンプが使用される。吸引ポンプは、血液が患者
から流出している場所において、血液を吸引するだけで
なく時には空気をも吸引する。吸引される空気量は吸引
される血液量と比較して相対的に多く、例えば血液１に
対し空気５の割合（容量部）である。血液流出速度は、
比較的低く、例えば１００ｍｌ／分から６００ｍｌ／分
であり、大きく変動する。血液の吸引流動速度も比較的
低く、大きく変動する。

【０００６】血液中に含まれる気泡は、しばしば、比較
的大きい。それらの気泡の寸法はマイクロメートルから
ミリメートルの範囲に及ぶ。本発明はこの用途の分野、
つまり患者から血液を引き出しつつ、血液を脱気するこ
とに関する。

【０００７】用途の第２の場合は、例えば血液透析のと
きに又は事故で大量の血液を損失した後に血液を患者に
投与することに関する。患者に投与される血液は吸引に
よって供給することはできず、圧力ポンプの圧力によっ
てのみ投与することができる。例えば３リットル／分の
血流速度及び血液の輸送速度は比較的高く、ほぼ一定で
ある。しかし、血液中の空気量は、少量で、例えば空気
がわずか血液１容量部に対し５０×１０^-6容量部であ
る。空気はマイクロメートルの範囲の極めて小さい泡状
である。

【０００８】用途の第３の場合は、患者の外部にあって
且つ該患者から独立した血液操作に関する。ここでは、
第２例と同様に、血流量及び血流速度はほぼ一定であ
る。用途の第１の場合に関し、米国特許第3,785,380 号
は、患者から流出した血流から気泡及び他の不純物を濾
過するための微孔性フィルター材料が内部に存在する円
筒状ハウジングと、該ハウジングの前端部の血液吸引チ
ューブと、ハウジングの後端部の血液吸引チューブとか
らなる血液取出し装置を開示している。

【０００９】用途の第２の場合に関する文献として英国
特許出願公開第GB-A-2 063 108号が挙げられる。この英
国公報は、マイクロメートルの範囲の、例えばわずか４
０ミクロンほどの直径を有するほど小さくなり得る気泡
を除去するための血液の脱気装置を示している。この血
液吸引装置は垂直に配置された円筒状サイクロン室を有
する。該サイクロン室はその上端部においてサイクロン
の回転方向に対し接線方向の入口を備え、その下端部に
サイクロンの回転方向と反対に接線方向に配置された出
口を備える。排気チューブはサイクロンの回転軸方向の
下方に且つサイクロン室への入口より低い高さまで延在
する。第２の排気手段は血液入口より上方のサイクロン
室の上方延長部にある放射状の穴の形態である。第２チ
ューブはサイクロン室全体を通じサイクロンの回転軸に
沿って且つ説明した第１チューブの一部を通じて延在す
る。第２チューブは気泡がチューブの外側面上に集まっ
て上方に上昇することができるように働く。ドイツ国特
許出願公開公報第DE-A-4329 385号には前記英国特許出
願公開第GB-A-2 063 108号の空気分離器の改良品である
空気分離器が記載されている。ドイツ国公開公報におい
て、血液入口及び血液出口は円筒状渦巻き室の互いに向
き合う両端に同軸上に配置されている。血液入口は誘導
翼体によって形成され、血液出口の前にはフィルターキ
ャンドル（filter candle ）がある。上昇する血液泡は
誘導翼体の上に位置づけられた渦巻き室の区画に入り、
渦巻き室中には空気クッションが形成されそれは穴から
排出される。ドイツ国特許DE-C-36 41 644号が開示した
血液流動室は、血液入口を該室の中間の高さに有し且つ
血液出口流路を該室に没入させている。血液中に含まれ
る気泡はアルキメデスの浮力に従ってのみ上方に上昇す
ることができる。

【００１０】さらに、ドイツ特許第DE-C-36 24 363号及
び米国特許第5,451,321 号は血流からの気泡又は他の血
液不純物を濾過するための微孔性フィルター材料を備え
た装置を開示している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、少量
で且つ変動する量の血流に対しても、微弱な吸引又は減
圧状態が得られ、血液を非回転式の遠心分離室又はサイ
クロン室を通じて吸引し、血液と血液に混合したガス、
特に空気を、迅速に分離するような方法及び装置を提供
することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、血液からガス
を除去するための方法及び装置に関する。該方法及び装
置は、上方に入口を下方に出口を有し且つ該入口と該出
口との間で漏斗状に先細になる非回転式遠心分離室に血
液を引き込むことを含む。入口は、血流を血液入口の接
線方向に且つ遠心分離室内の回りに向かわせるように方
向づけられている。出口は、血液を排出させるための吸
引源に、室内での血流の回転方向を逆転させることな
く、連結可能である。さらに血液は、回転軸に対して９
０度未満の上方開放角で遠心分離室中の血流方向に斜め
下方に向けられる。副室は、血液入口の上方で遠心分離
室と通じており、ガスと血液の分離をもたらすためにガ
ス出口よりも断面積が大きいガスベースを形成する。遠
心分離室への血液入口よりも垂直方向に高い場所に位置
づけられ、且つ遠心分離室内で回転する血流の表面から
ガスを排出させるために血液入口と通じるガス出口があ
る。装置は片手で把持できるようにする取手を含む。遠
心分離室は取手内にあってよい。血液吸引チューブはあ
る部位（傷口）から血液入口まで血液を運び得る。

【００１３】本発明は幾つかの利点を有する。全ての寸
法の気泡を除去するために、本発明は、サイクロン流の
遠心分離力に、回転する血液の上方からのガス除去吸引
動作とともに、アルキメデスの浮力を同時に、且つそれ
らが相互作用する方法で用いる。結果として、吸引ポン
プの微弱な吸引のみによっても、血液相からガス相の分
離が穏やかに且つ効率的に行われる。非回転式遠心分離
室又はサイクロン室は漏斗形状であり、血液入口から該
入口の下方の血液出口までの部分が下方向に先細になっ
ており、非漏斗形状の円筒室を用いるのと比べて、血液
入口から血液出口までのサイクロン流の遠心運動エネル
ギーが一層良く維持される。本発明に従えば、少量で且
つ低速の血流ですら、空気を血液から除去するのに十分
な遠心力を伴う血液の回転が、吸引ポンプによる微弱な
吸引であっても生じる。

【００１４】血液入口流路が、サイクロン室のほぼ接線
方向にあるだけでなく血流方向に斜め下方に向けられて
サイクロン室へ入るため、効率はさらに向上する。これ
は、血液吸入ポンプの吸引によってサイクロン室内の少
量の滴状の血液をも回転させて、気泡を除去する。

【００１５】回転する血流の上方に位置づけられたガス
空間によって血液- ガス吸引流から血液とガスの分離が
一層良好に行われる。気泡及び血液- ガス泡はガス空間
の中で空気部分と血液部分に分離するのに十分な時間及
び空間を有し、その後ガスは回転する血流から離れた上
方のガス吸引装置によって排出される。本発明は前記第
１の場合に患者の血液吸引流において使用されることが
好ましい。しかし、本発明は効率的にガスを血液から除
去するための用途の第３の例にも用いることができ、血
液が遠心分離室又はサイクロン室を通じて血液容器から
引込まれるため、患者から独立して用いられ得る。装置
は患者に接近して配置されることができる。装置の重量
は非常に軽い。この装置は、持ち運び可能な片手操作装
置として発展させることができ、商業的に入手可能なチ
ューブを用いて経済的に製造することができる。操作が
簡単であり操作者を疲れさせない。

【００１６】本発明の他の特徴及び利点は添付の図面を
参照する本発明の以下の説明から明らかになるであろ
う。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１から図３に示す、患者から、
特に患者の傷口から血液を引込むための本発明の血液吸
引装置の実施形態は、片手で把持及び操作する装置であ
る。該装置は金属又はプラスチックの単一の部品の、又
は多数の部品からなるピストル形状の胴部２を含み、胴
部２はグリップ４と、円筒部又はシャフト６とを含む。

【００１８】グリップ４とシャフト６が胴部２で交差す
る領域に非回転式遠心分離室がある。非回転式遠心分離
室は、また、垂直又はほぼ垂直の回転軸１０を中心とし
てサイクロンのように一定の回転方向に回転する血液の
流れをつくるためのサイクロン室８という。サイクロン
室８は漏斗状にその頂部から底部へと下方に狭まった形
状を有し、それゆえ、サイクロン室８を通じて引き込ま
れる血流は、サイクロン室中で必要とされる強い吸引力
なしで、サイクロン室全体を通じて運動エネルギーを実
質的に保持する。

【００１９】シャフト６内の血液入口吸引路１２は、血
液入口開口部１３を流出口とし、該開口部１３は、鉛直
回転軸１０のほぼ接線方向に且つ該回転軸に対して斜め
下方に９０度、又は好ましくは９０度未満の角度βをな
して配置され、漏斗状のサイクロン室８の漏斗状の上部
へ開口している。

【００２０】血液出口吸引路１４は、サイクロン室８の
狭まった下方端部の血液出口開口部１５から、回転軸１
０に対し下方向に０度から９０度の間、好ましくは約３
０度の開角αにて、流路１４の下方端部に連結する血液
吸引ホース１６まで、グリップ４を通じて延在する。こ
のように、血液出口吸引路１４は、回転軸１０に対し
て、軸方向に延在するか、あるいは前頂部より該前頂部
から離れた後底部へと斜めに延在する。血液入口吸引路
１２と血液出口吸引路１４の間の流路において、血流
は、逆流することなく単一の渦回転方向にのみ回転す
る。

【００２１】サイクロン室８は、その頂部に配置された
密閉されたガス空間１８により約５ｍｍから１５ｍｍ高
く上方に延びている。ガス空間はサイクロン室８を越え
て横方向へ突出したガス空間部２０を有する。ガス空間
１８は、気泡及び血液泡を一時的に受容するための貯蔵
室又は副室として働き、それゆえ、それらの泡が分解し
て空気と血液に分離するための時間と空間を有する。こ
の方法により、回転する血流から流出される血液部分が
分離されるとともにガスが減少する。また、ガス空間１
８は、サイクロン室８から時々溢れ出ることのある血液
を一時的に受容するために働く。回転軸１０を横切るガ
ス空間１８の断面積はガス出口開口部２３の断面積の２
倍以上である。

【００２２】ガス出口吸引路２２はグリップ４を通って
血液出口吸引路１４に平行に延在する。ガス出口吸引路
２２は、ガス空間１８から横方向に突出した部分２０の
底部内のガス出口開口部２３を介してガス空間１８に連
結している。ガス出口開口部２３は、血液入口開口部１
３よりもやや高く、例えば２ｍｍから１０ｍｍ高く配置
されている。ガス排出ホース２４は、ガス出口吸引路２
２に、グリップ４の下方端部にて連結している。ガス吸
引ホース２４及び血液吸引ホース１６は吸引ポンプ２
８、好ましくは、別々の流路に排出された血液と空気と
を血液溜め３０へ運び入れる蠕動性のローラーポンプに
個々に連結している。吸引ポンプ２８は、血液出口吸引
路１４及びガス出口吸引路２２を通じて、次いでガス空
間１８及びサイクロン室８を通じて作動して、血液入口
吸入流路１２内に吸引減圧をもたらして血液が血液入口
吸引路１２を通ってサイクロン室８に引き込まれるよう
にする。

【００２３】ガス空間１８は蓋３４により閉鎖されてい
る。血液吸引チューブ３６は血液入口吸引路１２の末
（前）端部に、取り外し可能に挿入されることができ
る。別の実施形態において血液吸引チューブ３６は胴部
２と一体にし得る。血液吸引チューブ３６の前端部分
は、下方に開いた角度γ、例えば１０５度下方に曲がっ
ている。また、血液吸引チューブ３６はチューブ３６に
沿って通路開口部３９を有して、操作者がその手に持ち
やすい位置で装置の胴部２のグリップ４を把持して血液
を患者の傷口から引き込むことを可能にする。従って、
血液吸引チューブ３６の角度γは９０度から１８０度の
範囲内の角度にすることができる。

【００２４】グリップ４並びにグリップ４内で平行に並
んだ血液出口吸引路１４及びガス出口吸引路２２は全て
斜め下方向へ、サイクロンの回転軸１０に対して０度か
ら９０度、好ましくは約３０度の下向き開角αにて、後
端へ延在する。角度α及びγは互いに、血液を排出する
ときに装置のグリップが好都合に把持されるように適合
されており、この関係においてガス出口開口部２３は常
に血液入口開口部１３より高い高さに保たれている。そ
のため、ガス出口開口部２３は、サイクロン室８の、血
液入口開口部１３と面していない側に配置されるのが好
ましい。

【００２５】一方の側である血液出口吸引路１４及びガ
ス出口吸引路２２と、他方側である血液入口吸引路１２
との間の下向きに開いた角度δは、角度α及びβに依存
して約９０度から約１８０度の角度をなし、好ましく
は、図示した好ましい実施形態における１３５度であ
る。

【００２６】好ましい実施形態においてガス出口吸引路
２２及びそのガス吸引ホース２４は、血液出口吸引路１
４その及び血液吸引ホース１６と同じか又は異なる内部
断面積を有して、血液と空気が異なる流量であっても血
液と空気が同一の吸引ポンプ２８により互いに分離して
排出されるようにする。

【００２７】円錐状又は漏斗状のサイクロン室８は、血
液入口開口部１３の付近から血液出口開口部１５の付近
へ下方向に向かって狭まっており、吸引ポンプ２８によ
って血液出口１５に生じる吸引が血液におだやかに作用
する軽度の吸引にすぎなくても、血流の回転エネルギー
は、血液入口吸引路１２から血液出口吸引路１４まで実
質的に損失されずに維持されることを確実にする。

【００２８】もし、血液入口開口部１３にて血液入口吸
引路１２の下流端部が、サイクロン室８に対して本質的
に接線方向に方向づけられているだけでなく、斜めに下
向きに９０度未満の角度βにて方向づけられ、それ故に
血液出口吸引路１４の吸引方向に傾いており、このた
め、少量の滴状の血液でもこの吸引によりサイクロン室
８内で迅速に回転して血液と空気を分離する遠心力を発
する。

【００２９】図４に示す本発明の実施形態においては、
グリップ部１４０を有する商用の血液吸引チューブ１３
６を用いる。血液吸引チューブ１３６の下流後端部１３
７は、直接に又は連結部品１５０により、血液入口開口
部１３をサイクロン室８中に備えた血液入口吸入路１２
を形成する。サイクロン室８及びサイクロン室８の上端
部に隣接して上方向に延在するガス空間１８がハウジン
グ５２内に形成されている。図４に示す他の詳細部は、
構造的に且つ少なくとも機能的には図１から図３に示し
たものと等価であり、同一の参照番号が付されている。

【００３０】図５に示す本発明のさらなる実施形態にお
いて、サイクロン室８及びガス空間１８はハウジング２
５２内に形成され、ハウジング２５２は、また、グリッ
プ部２４０に発展している。これにより装置全体を片手
で持ち運びすることが可能になる。血液吸引チューブ２
３６はその下流後端部に、ハウジング２５２の上方から
その内部へ垂直に延在する長さのチューブ２５６を備え
ている。血液吸引チューブ２３６は血液入口吸引路１２
を形成し、且つその下流端部に血液入口開口部１３を形
成する。ガス空間１８は、その頂部がハウジング２５２
の上端の密栓２５８により密閉されている。血液用の吸
引ポンプ２２８．１及びガス用の別個の吸引ポンプ２２
８．２が設けられている。しかし、図１から図４に従い
２つのポンプを単一のポンプ２８に置き換えることがで
きる。これらのポンプにより発生する減圧状態は、減圧
又は吸引を生じさせ、ガス出口開口部２３、血液出口開
口部１５、サイクロン室８及び血液吸引チューブ２３６
を通じて血液を患者の傷口から引き込んでカテーテル前
端部の開口部３９へ流入させる。図５の他の部品は図１
から図３の実施形態の部品と同一のものであり同一の参
照番号が付されている。

【００３１】図４及び５において、血液出口吸引路１４
は、遠心分離室として作動するサイクロン室８の鉛直な
回転軸１０に位置合わせされている。本発明を特定の実
施形態に関して説明してきたが、当業者にとって他の多
くの変更及び改良並びに他の用途が明らかになるであろ
う。したがって本発明は、明細書中の特定の開示に限定
されずに添付の請求の範囲によってのみ特定されること
が好ましい。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、少量で且つ変動する量
の血流に対しても、微弱な吸引又は減圧状態が得られ、
血液を非回転式の遠心分離室又はサイクロン室を通じて
吸引し、血液と血液に混合したガス、特に空気を、迅速
に分離するような方法及び装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に従う血液吸引装置の、図３の
面Ｉ−Ｉに沿って部分的に切断した側面図である。

【図２】図２は、図１の面II−IIに沿った概略縦断面図
である。

【図３】図３は、図１の血液吸引装置の上面図である。

【図４】図４は、本発明の別の実施形態の、部分的に断
面を示す側面図である。

【図５】図５は、本発明のさらに別の実施形態の、部分
的に断面を示す側面図である。

【符号の説明】

２…胴部、４…グリップ、８…サイクロン室、１２…血
液入口吸引路、１３…血液入口開口部、１４…血液出口
吸引路、１８…ガス空間、２３…ガス出口開口部、２８
…吸引ポンプ

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 血液からガスを除去するための方法であ
   って、 非回転式遠心分離室を通じて血液を引き込む工程であっ
   て、血液が上方の血液入口から該分離室に入り、且つ下
   方の血液出口から該分離室を出るように流れ、分離室を
   通じて一定の方向に、且つほぼ鉛直な軸を中心とする環
   状の流れへ血液を指向させ、室内においては血流による
   環流の外径を入口から出口へ向かうにつれて徐々に漏斗
   状に狭め、血液入口に流入する血液を、環状に進行する
   血流の中心軸に対してほぼ接線方向、且つ血流の流れる
   方向に対して斜め下方であり更には中心軸に対して９０
   度未満の上方開放角βとなるように調整することを含む
   工程と、 血流の進行方向を逆転させることなく血液を血液出口か
   ら引き出す工程と、 遠心分離室への血液入口よりも高い位置にて遠心分離室
   からガスを引き出す工程とからなることを特徴とする血
   液からのガス分離方法。
2. 【請求項２】 患者の傷口から遠心分離室の血液入口を
   通じて血液を吸引する工程よりなる請求項１に記載の血
   液からのガス分離方法。
3. 【請求項３】 血液からガスを分離する装置であって、 上方の室上部から下方の室下部へ先細の漏斗状をなすよ
   うに狭まる形状を有するとともに、より幅広の頂端部へ
   血液が入る血液入口とより幅狭の下端部から血液が出る
   血液出口を有し、内部へ吸引される血流が環状に進行す
   る際に発生するエネルギー損失を低減するための非回転
   式遠心分離室と、 前記血液入口は遠心分離室内を環状をなして進行する血
   流の中心軸に対してほぼ接線方向に向けられて、血流が
   遠心分離室のほぼ鉛直な中心軸を中心とする環状の流れ
   になるように血流を案内し、さらに遠心分離室内におけ
   る血流の進む方向において下方に傾斜し、中心軸に対し
   ９０度未満の角度βをもって上方へ指向していること
   と、 前記血液出口は遠心分離室を通じて室内での血流の回転
   方向を逆転させることなく入口から出口へ引き込むため
   の吸引装置に連結可能であることと、 遠心分離室への血液入口よりも高い場所に位置され、且
   つ遠心分離室内で環状に進む血流の表面からガスを引き
   出すために血液入口と連通するガス出口と、 前記ガス出口はガスを血流表面から引き出させる吸引装
   置と接続可能であることとを特徴とする血液からのガス
   分離装置。
4. 【請求項４】 血液入口の上方で遠心分離室に連通する
   とともに、ガス出口に連通するガス空間を形成し、気泡
   及び血液- ガス泡がガス空間内で血液部とガス部とに分
   離するための時間と空間とを提供した後、ガス部がガス
   出口に接続される減圧源にてガス出口より排出されるた
   めに、中心軸を横切る方向においてガス出口の断面積の
   ２倍以上の断面積を有する副室を備えてなる請求項３に
   記載の血液からのガス分離装置。
5. 【請求項５】 血液を源から血液入口を介して搬送する
   ために血液入口に接続された血液吸引チューブを備えた
   請求項３に記載の血液からのガス分離装置。
6. 【請求項６】 片手で把持されるための取手を有する請
   求項３に記載の血液からのガス分離装置。
7. 【請求項７】 前記遠心分離室が上流に位置されるよう
   に取手の寸法を設定してなる請求項６に記載の血液から
   のガス分離装置。
8. 【請求項８】 遠心分離室は、取手の下流において血流
   方向に対して後端又は下端に配置される請求項６に記載
   の血液からのガス分離装置。
9. 【請求項９】 遠心分離室は取手と一体化されている請
   求項６に記載の血液からのガス分離装置。
10. 【請求項１０】 血液を源から血液入口に搬送するため
    に血液入口に接続された血液吸引チューブを有し、該血
    液吸引チューブ上に取手が設けられている請求項６に記
    載の血液からのガス分離装置。
11. 【請求項１１】 血液出口は空気出口と異なる断面積を
    有する請求項３に記載の血液からのガス分離装置。
12. 【請求項１２】 患者の傷口に血液吸引チューブを配置
    する請求項５に記載の装置を使用する方法。