JP3848369B2 - 酸素過飽和生理溶液の送出 - Google Patents

Description

関連出願の相互関係
この出願は、１９９４年１２月９日に出願された米国出願番号第８／３５３，１３７号の一部継続出願であり、これは１９９４年７月１２日に出願された出願番号第８／２７３，６５２号の一部継続出願であり、これは１９９３年１１月１５日に出願された出願番号第８／１５２，５８９号（現在米国特許第５，４０７，４２６号）の一部継続出願であり、これは１９９２年１月８日に出願された出願番号第７／８１８，０４５号（現在米国特許第５，２６１，８７５号）の一部継続出願であり、これは１９９１年２月１４日に出願された出願番号第７／６５５，０７８号（現在米国特許第５，０８６，６２０号）の一部継続出願である。上に引用した各開示はここに参照することによって組み込まれる。
技術分野
本発明は、血管形成のような臨床的処置中に酸素過飽和生理溶液を送出する装置及び方法に関する。
関連技術
私は前にキャビテーションなしで血液中に酸素過飽和溶液を送出するための方法を開示した。
臨床的血管形成において、動脈血液を酸素を含む生理溶液によって血管形成装置を越えて入れ換えることが好ましい。しかしながら、酸素が約１barより高い圧力で溶解する場合、泡が発生する恐れが増大し潜在的な酸素の毒性をもたらすかもしれない。
発明の要約
本発明は血管形成中に酸素過飽和生理溶液を送出して動脈血液を泡を発生させることなく入れ換える装置及び方法に関する。
折り畳み可能な生理溶液の容器が、中空で気密のベッセル内に配置され、上記容器と上記ベッセルとの間に空間を形成する。套管針が容器内に配置され、該套管針は加圧下で酸素供給器に連通される。上記套管針は酸素を溶液に押し込んで酸素過飽和溶液を容器内に準備する。
空間を加圧するために、入口ポートが空間と酸素供給器とに連通してベッセル内に配置される。供給器はベッセル内の容器の外部の空間及び生理溶液に同時に連通する。
上記空間からの不溶解酸素の流れを制御するために、調節可能な空間出口バルブが上記ベッセルに連結される。出口バルブは、調節することによって、酸素が溶液に導入されるよりも速い速度で上記空間から酸素が流れることを可能にする。
中心チャンネルを有する血管形成カテーテルが、泡が形成されることなく動脈注入される酸素過飽和生理溶液と連通して配置される。
【図面の簡単な説明】
図１は、酸素過飽和溶液を準備するための装置の説明図である。
図２は、酸素過飽和溶液を血液容器の内腔（lumen）に送出して動脈血液を血液形成装置を越えて入れ換える装置の構成を示す。
発明のベストモードの実施
１．装置
図１及び図２には、酸素過飽和生理溶液１２を血液容器１６の内腔に入れて動脈血液を臨床血管形成カテーテル１８を越えて入れ換える装置１０が液量測定装置が描かれている。装置１０は、二つのモード、すなわち（１）酸素過飽和溶液の準備すること（図１）；（２）酸素過飽和溶液を血管形成カテーテルへ送出すること（図２）で作動する。
図１において、酸素過飽和生理溶液１２を血管１６の内腔１４に送出して臨床的血管形成中に動脈血液を血管形成カテーテル１８を越えて入れ換える。装置１０は、中空で気密のベッセル２０を有し、該ベッセル２０内には折り畳み可能で最初の酸素涸渇生理溶液１２用の容器２２が配置されている。空間２４が、容器２２とベッセル２０の間に存在する。容器２２は、この空間２４内で膨張可能である。
套管針２６がベッセル２０と容器２２に気密的に挿入される。容器２２内において、套管針２６の孔部が容器２２を占める生理溶液１２のメニスカスの下側へ延びている。酸素供給器２８に加圧下で連結されると、套管針２６は酸素を生理液に押し入れ、酸素過飽和溶液を容器２２内に準備する。
ベッセル２０に設けられた入口ポート３２は、空間２４と酸素供給器２８とを連通させる。以下により詳細に説明される適当なバルブを使用することによって、単一の酸素供給器２８が気密ベッセル２０内の容器２２の壁を挟んだガス圧力の差を発生させる。
調節可能な空間出口バルブ３４が、空間２４に連通したベッセル２０に連結され、バルブ３６は空間２４からの酸素の流れへの作用を制御することができ、酸素は酸素が生理溶液に導入される時よりも早い速度で空間２４から離れる。
Ｔ形連結部を持つバルブのような流体制御手段３８が、酸素が供給器２８から套管針２６に流れるガス開放状態（gas-opened state）４０（図１）を有する。ガス閉止状態４２（図２）において、酸素供給器２８が分離され、酸素過飽和溶液が套管針２６から血管形成カテーテル１８に流れる。
血管形成カテーテル１８は酸素過飽和生理溶液１２に連通した中央チャンネル１９を有し、酸素過飽和生理溶液１２は泡が発生することなく血管形成カテーテル１８を越えて血管に注入される。
図１に示す実験的装置及び方法が以下に詳細に説明される。
酸素の供給器２８は、代表的には約２５００psiまたはそれ以下の圧力で収容する。タンクの出口の近傍に、酸素供給調節器４４（調節可能な抵抗）が設けられて供給圧力を約１５−３０psi減圧する。従って、ベッセル２０内の酸素圧力と空間２４が占めている容器２２内の酸素圧力とは、１５−３０psiのオーダーである。代表的には、酸素供給調節器４４は、容器２２及び空間２４に供給された酸素の圧力の信号を出す計器または他の手段を備えている。
酸素供給調節器４４は、管を介して套管針２６に連結され、ベッセル２０内に設けられた入口ポート３２に導入される枝路を有する。酸素が停止コックあるいは他の流体制御手段３８の方向に流れる部分が管から分岐し、ガス開放状態（図１）において、上記停止コックあるいは他の流体制御手段３８は酸素が套管針２６に入ることを可能にする。
もし望むならば、套管針２６は酸素を容器２２内の溶液に加圧下で供給する複数の孔が設けられる。套管針２６はまた、以下に述べる方法で容器２２から酸素過飽和溶液を噴射するために使用される。
生理溶液を套管針２６から入れるときに、酸素の泡が容器２２内の酸素涸渇生理溶液内に発生し、圧力下で溶解され、それによって酸素が豊富な生理溶液を生成する。容器２２は、好ましくは約１−２リットルの容積である。
もし望むならば、透明な非酸素浸透プラスチックテープあるいは接着シート（図示せず）が気密ベッセル２０内の容器２２の外面に貼りつけられる。容器２２の外側に設けられるプラスチックテープあるいはプラスチックフィルムは、酸素が容器２２を通過して溶液に拡散することを防ぐ。
ポート４６は、容器２２をベッセル２０内に据えつける前にイオン、薬剤等を容器２２に注入するために設けられる。
容器２２内の生理溶液の上方にある溶けていない酸素の排出のために、流路４８が設けられる。容器出口バルブ３６が流路４８に設けられて、容器２２から排出する酸素の脱出速度を制御する。
調節可能な空間出口バルブ３４が、ベッセル２０内の空間の圧力を監視することを可能にする圧力感知手段５２と連通している。差圧感知手段５４が、空間２４と容器２２を出た酸素の圧力差の信号を送るために設けられている。
空間出口バルブ３４は、容器内の泡流れ速度よりも速い空間２４からの流速で酸素を排出することを可能にする。これは、容器２２内の圧力より数psi低い空間内で容器の外側の圧力を発生させる。
本発明の装置の好ましい構成は、アクリル、ポリカーボネイト等の透明気密材料から製造されたベッセル２０を包含する。ベッセル２０は、好ましくは均等な圧力供給のために円筒形である。透明端部プレート６２、６４がベッセル２０を閉塞して気密にする。もし望むならば、ラッチが設けられて端部プレート（図示せず）を円筒に関連させて保持する。
図２に移って、図１に示すように設けられた酸素過飽和溶液を送出するために使用される装置についてより詳細に説明する。酸素供給調節器４４を調節して、酸素供給器からの出口圧力が２０−２００psiの範囲内にあるようにする。バルブ３６、３８を酸素流れに対し閉じ、流体制御手段３８がガス閉止状態４２になる。差圧計５４が約０psiの読みを示し、一方圧力計５２は約２０−２００psiの空間２４内の圧力を示す。
酸素圧力（約２０−２００psi）が非溶解ガスを容器の外部に押し出し、静圧を加えて、（ａ）すべての泡を溶解させる、及び（ｂ）この好ましくはプラスチック圧力管等からなる送出管５６を通して所望の流速でその時の酸素過飽和溶液を送出する。
各種の監視パラメーターが導き出される。もし望むならば、圧力センサー５８が送出管５６に連通して設けられる。流れプローブ６０もまた設けられ、それは泡検出器６２になるかもしれない。
送出管に沿って通過する流れの一部が提供されて、分析のための試料（主流れの約１−５％）を吸い取ることを可能にする。溶液はセンサー６８を通して流れ、酸素過飽和生理溶液内の酸素の部分的圧力を検出する。
送出管及びその流出物は熱交換器７０を通過するので、温度絶縁管７２の部分に沿って通過する前及び血管形成カテーテル１８の中心チャンネル１９までにおいて約３７°に維持される温度平衡が達成される。
従来、血管形成カテーテル１８は冠状動脈１６のような血管内で膨張させるバルーン膨張部７４及びバルーン７６を包含する。カテーテル１８の中心チャンネルに沿った酸素過飽和生理溶液の流路は、図示するように、酸素過飽和溶液をバルーン７６まで遠位の冠状動脈１６の内腔１４を満たすことを可能にする。
図２に略図的に示すように、監視装置８０が、圧力センサー５８において検出された圧力値、流れプローブ６０によって検出された流速、圧力センサー６８によって検出された酸素部分圧力、ＥＣＧ手段８２によって読み出されたＥＣＧ、及び血管形成ガイドワイヤによって伝達された信号（内部冠状intra coronary）を感知して表示する。もし望むならば、電気的遮断手段７８が設けられ、監視すべきパラメーターが許容範囲に入らない場合に流れを切断する。従来、監視装置８０は、マニュアル停止ボタン及び電気遮断バルブ７８を開くスタートボタンを有している。選択的に、タイマーが設けられ、注入を継続する時間を設定する。
２．方法
血管形成カテーテルの作動中、バルーン血管形成のような臨床的血管形成中に冠状動脈が一時的に閉塞された時、血管形成装置を越えてベッセル内に１０から６０mL/minの流速で２−３barで溶解した酸素を含む生理溶液の送出が、大幅に減少しあるいは心筋虚血を破壊する。このような圧力及び流速においては、泡形成の恐れ及び潜在的酸素毒性は減少する。
従って、１−３mL o₂/gのオーダーの高度の濃度が使用される時に、酸素過飽和溶液を流れている動脈血液に加えることは最適に行われ、これによって低速の流体速度（約１００ｃｃ／ｍｉｎの血液流速を有する平均冠状動脈のための１−２mL/min）を必要とし、約２−３barの血液内の正味O₂濃度を達成する。
図１及び図１に示すように、この方法は、簡易で安全でかつ効率的な方法によって、血管形成の間冠状動脈に２−３barで溶解した酸素を包含する生理溶液を提供する。
容器２２は、カリュウム、カルシュウム、マグネッシュウム、グルコース、緩衝剤等の他の成分を加えることができる通常の塩水約１リットルの量の生理溶液を有する。
ベッセル２０は、内径約１５２．４mm（６インチ）、壁厚約１２．７mm（１／２インチ）の例えばアクリルシリンダーである。２００psiより大きくしてプラスチックプレート及びＯリングにより端部を閉塞した後、加圧される。
ベッセル内に配置した後、バッグの表面が酸素に対し比較的透過性のある半透明プラスチックフィルムによって被われる。例えば、透明包装テープをバッグの外表面に貼ることは、この目的に対し効率的である。
バッグ２２をベッセル２０の内部に配置した後、バッグ内の浸透套管針すなわち套管針２６が２−３barのオーダーで目標部分圧力において酸素を泡とするために使用させる。容器に対し外部の空間２４は、套管針２６を加圧する同一の酸素源によって加圧される。泡流れ速度に比較してバッグの外側の空間からの僅かにより速い流速で酸素が漏れることによって、適当な流速における套管針２６を通る酸素流れを可能にする数psiの差圧を得ることができる。
バッグ２２の溶液が一度酸素の目標部分圧力に到達すると、浸透套管針２６を通る流れが停止し、バッグの外側の酸素圧力が僅かに増加してバッグの頂上部におけるポケットがなくなる。同一の酸素源を使用して、ベッセル２０内の酸素圧力を増加させ、冠状動脈への応用のために必要な液体流速を達成する静圧を提供する。
例えば、約３０から６０psiの圧力を使用して、ガイドワイヤの存在なしで血管形成カテーテルの中心チャンネル１９を介して約３０から７０mL/minの酸素過飽和液体を送出する。ガイドワイヤが血管形成カテーテルの中央チャンネル１９内に置かれる時に、同一の流速で送出するために５０−１５０psiの圧力が使用される。
静圧は、適当な流速における溶液を駆動するためだけでなく、酸素泡を溶液に押し込めるために作用し、その結果泡は動脈に送出されない。
付加的な静圧は、バッグを出た後に酸素を多く含む流体に与えられ、その結果、充分に高い圧力が出口チャンネル内で遭遇する（中空ガイドワイヤ、あるいは小さいシリコン毛細管のような）充分に高い抵抗を近位置に達成する。付加的な静圧は、エア駆動水ポンプのような水ポンプの一つあるいは各種の水ポンプによって与えられる。
溶液を送出するための血管形成カテーテル内の比較的小さなチャンネル（０．５．mm（０．０２０インチ）、または多くのＰＩＣＡカテーテル内のより小さい）は、血管内に注入する間メニスカスを安定させる適当に高い抵抗をもたらす流れ抵抗手段８４を提供する。
上記説明から明らかなように、酸素の小さなタンクが、生理溶液を酸素化すること、及びカテーテルを通して溶液を送出するための静圧を供給するために使用される。
このシステムにおいては溶液の滅菌状態を維持することが簡単であり、全ての配管及び嵌合が安価に作られているから使用後に廃棄することができる。
幾つかの付加的な特徴がシステムの出口で配管に加えられ、重要なパラメーターを制御する。圧力と流れの両方が連続的に監視され、ｐｏ₂が側部から、または送出配管から吸い上げられる側流から監視される。圧力、流れ、あるいはｐｏ₂が予期される制限を外れると、流れは自動電子制御によって停止させられる。
血管形成カテーテル内の標準ガイドワイアの遠位端から、例えば１２リードＥＣＧ装置の“Ｖ”リードに接続されたワニ口クリップによってＥＣＧを監視することによって、泡が不注意によって発生したか否かを決定するために心臓内の電気的活性が使用される。
私が最近インビボにおける犬の研究において観察したように、血液中の電気的インピーダンスはガス泡の存在によって大いに減少する。冠状動脈に少数の泡が存在するだけでも、後遺症なしで数分の間許容されるレベルにおいて、ＥＣＧ信号が２秒以内に＞２０mvから０まで減少する。
自動遮断装置７８が、酸素過飽和溶液送出システムに組み込まれている。血管形成ガイドワイヤから監視された心臓内ＥＣＧ信号内における減少に基づく。従って、送出システムは高度に安全であり信頼性がある。
類似の送出システムが、心肺外科手術中の心筋の保護のための心臓麻酔溶液を供給するために容易に採用されている。そのような環境において、カテーテルが、代表的には、約２−３barの溶解酸素圧力において酸素によって過飽和になった冷たいあるいは温かい心臓麻酔溶液を間欠的に送出するために大動脈根部に挿入される。
酸素が豊富な心臓麻酔溶液によって提供される改良された酸素送出は、心肺バイパスが完成した時の再灌流の結果として、心筋に対する傷害を減らした。結果として、心筋の性能は、酸素が豊富でない心臓麻酔溶液を使用することに比較して、強化された。
関心のある動脈は冠状のものに限定されない。体内に酸素過飽和流体を送出するための、あるいは卒中をもった患者の処置のための、あるいは酸素が豊富な流体をもつ腫脹の放射治療を促進するためのいかなる動脈例えば悩動脈も含まれる。
酸素の豊富な流体は、送出中に流体を安定させるいかなる適当なカテーテルに対しても送出することができる。
本発明の好ましい実施例を上述したが、変形や代替えが発明の範囲内で実施できることは当業者に想到されるであろう。従って、本発明の範囲は以下の請求の範囲に示されるものによってのみ限定されることを意図している。

Claims (18)

1. 酸素過飽和生理溶液を血管の内腔に送出して動脈血液をカテーテルを越えて入れ換える装置において、
   中空で気密のベッセルと；
   上記ベッセル内に配置された生理溶液用の折り畳み可能な容器であって、該容器と上記ベッセルの間に空間が設けてあり；
   上記ベッセルと上記容器とに気密的に挿入された套管針であって、上記套管針は酸素の供給器に連通しており、酸素を上記套管針を介して圧力下で溶液に押し込みこれによって酸素過飽和溶液を容器内に準備し；
   上記空間を加圧するために上記空間に連通し酸素を供給する、上記ベッセルに設けられた入口ポートと；
   上記ベッセルに接続された調節可能な容器出口バルブであって、該容器出口バルブは非溶解酸素の上記容器からの流れを制御し、
   上記容器に連結された調節可能な空間出口バルブであって、該空間出口バルブは上記空間からの酸素の流れを制御し、酸素が溶液内に導入される時よりも速い流量速度で酸素が上記空間から離れ；
   酸素が供給器から套管針に流入するガス開放状態と、供給器が分離され酸素過飽和溶液が套管針からカテーテルに流れるガス閉塞状態とを有し、酸素過飽和溶液が泡の発生なしに血管に注入される流体制御手段と
   を包含することを特徴とする酸素過飽和生理溶液送出装置。
2. 上記装置が、さらに容器の外面に貼り付けられた酸素不浸透性シートを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 上記装置が、さらに上記ベッセル内に上記容器を据えつける前にイオン、薬剤等を容器に注入するために上記容器内に設けられたポートを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 上記容器の出口バルブが非溶解酸素のための逃がし路を備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 空間出口バルブが、上記空間内の圧力の調整を可能にし、上記空間と容器を離れる酸素の間に差圧を発生させ、空間内で容器外の圧力が容器内の圧力より低いことを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 上記ベッセルが、圧力分布を均一にするために円筒形であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 上記装置が、さらに上記套管針を血管形成カテーテルに連結する送出管を包含していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 上記装置が、さらに酸素過飽和溶液を上記血管形成カテーテルに送出する圧力を感知するために上記送出管に連通した圧力センサーを包含していることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 上記装置が、さらに上記血管形成カテーテルに送出される酸素過飽和溶液の流速を測定するための流速プローブを包含することを特徴とする請求項７に記載の装置。
10. 上記装置が、さらに上記血管形成カテーテルに送出される前に酸素過飽和溶液内の泡を検出するために送出管に連通した泡検出器を包含することを特徴とする請求項７に記載の装置。
11. 上記装置が、さらに上記血管形成カテーテルに送出される前に酸素過飽和生理溶液内の酸素の部分圧力を検出するためのセンサーを包含することを特徴とする請求項７に記載の装置。
12. 上記装置が、さらに上記血管形成カテーテルに送出される前に酸素過飽和生理溶液の温度を約３７℃にして保持する熱交換器を包含することを特徴とする請求項７に記載の装置。
13. 上記装置が、さらに上記熱交換器を上記血管形成カテーテルに連結した配管に断熱部を包含することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 上記装置が、さらに上記断熱部に連通し、監視されているパラメーターが許容範囲内にない場合上記断熱部からの上記酸素過飽和溶液の流れを遮断する安全弁を包含することを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 上記装置が、さらに冠状内(intra-coronary)観察に基づき、上記血管形成カテーテルのガイドワイヤに連結されてＥＣＧ信号を発生する装置を包含することを特徴とする請求項１４に記載の装置。
16. 上記生理溶液が塩水性溶液を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
17. 上記装置が、さらに塩水溶液への添加剤を包含し、該添加剤がカリュウム、カルシュウム、マグネシュウムイオン、葡萄糖、緩衝剤、及びこれらの混合物のグループから選択されたことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
18. 上記装置が、さらに上記血管形成カテーテル内に配置された流れ抵抗手段を有し、血管に注入されている間酸素過飽和生理溶液を安定させるに適当な大きさの抵抗を提供することを特徴とする請求項１に記載の装置。

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