JP4051812B2 - Extracorporeal circulation device with control function - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、血液の体外循環装置、特に、循環状態を制御する機能を備えた簡便で低侵襲な体外循環装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
心臓・大血管の手術では、一時的に心臓を停止あるいは停止に近い状態にする必要があり、心臓と肺の機能を機械により肩代わりさせるため、体外循環装置を用いる。従来使用されている体外循環装置は、図8に示すように、主要な要素として、脱血管2、血液リザーバ83、熱交換器5、メインポンプ86、人工肺7、フィルタ9、および送血管10を備え、それらの要素を血液回路中に順次配置した構成である。
【0003】
脱血管2は、患者1の上下大静脈や右心房に挿入され、流量を多くとるため可及的に太いものが用いられる。血液リザーバ83は、血液が空気に接する開放型が多く用いられており、患者1と血液リザーバ83の落差を利用した落差脱血により、脱血管を通して血液が流入する。少数ではあるが、血液が空気に接しない閉鎖型の血液リザーバも用いられ、血液ポンプを用いた強制脱血により、脱血管を通して血液が流入するものもある。開放型の血液リザーバでは、貯液された血液容量が低下すると回路内に空気を送り込む危険が増すため、警報を発するものがあるが、能動的に容量を調節するものは知られていない。熱交換器5は血液リザーバ内に設置されることが多く、金属製のチューブに、加温冷却装置4により加温ないし冷却された液体(通常は水道水)を潅流し、血液を加温ないし冷却する。メインポンプ86は、ローラーポンプあるいは遠心ポンプが用いられ、血液リザーバの下流に設置されている。メインポンプが血液リザーバの上流に設置されている例はない。体外循環装置全体は大型であり、一般の手術に比べて広いスペースを確保しておく必要がある。また、大型の機械のため持ち運びには適さず、常時手術場に設置されている。
【0004】
体外循環装置の操作は、そのための特別な人員を配置して行われる。体外循環操作者は、通常、体外循環技術者がその任に当たるが、医師が行うこともある。いずれにせよ、高度な技術を獲得した特別な人員が必要である。体外循環操作者は手術台の横に位置し、決して手術操作に加わったり、遠隔地に位置することはない。体外循環操作者は、脱血の程度、生体の動脈圧を見ながら、至適な体外循環血液流量を考慮し、手動操作により、血液リザーバの容量やポンプ流量の調整を行っている。そのため、体外循環施行中に体外循環操作者が体外循環装置から離れることはできない。
【0005】
ところで、人的、経済的な医療資源を有効に活用するために、外科領域においては低侵襲手術が積極的に導入されている。心臓外科領域での低侵襲手術はMICS(Minimally Invasive Cardiac Surgery;低侵襲心臓手術)と呼ばれる。MICSでは、侵襲を減らすために全長にわたる胸骨正中切開は行われず、皮膚切開は極力短くされる。そのため、心臓を露出するための視野が制限される。よって、体外循環装置に用いられる脱血管は、視野の妨げにならない細いものが好まれる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主要な目的は、操作が容易で運転の自動化も可能な体外循環装置を提供することである。また、低侵襲な体外循環を可能とする体外循環装置を実現することも付随する重要な目的である。本発明が解決しようとする課題に関して、以下に詳述する。
【0007】
<省力化・易操作性>
従来、心臓・大血管手術において体外循環が必要な場合には、体外循環を操作するための人員が必要であった。しかも、体外循環装置の運転は、操作が煩雑で高度な技術を要し、経験が必要である。従って本発明は、運転を機械的に制御し、操作が容易・簡便で、省力化が可能な装置を提供することを目的とする。
【0008】
<低侵襲性>
体外循環が生体に与える副作用として、血液の希釈、大量の抗凝固剤投与による出血、血球破壊による溶血や炎症の惹起、非生理的な定常流による臓器血流の低下などが挙げられる。これらの副作用を減弱するため、低侵襲性を実現できる体外循環装置が望ましい。一方、MICSなどで用いられている脱血管は細いため、適切な脱血量が得られないことがある。従って本発明は、低侵襲性を確保しつつも、循環システムを流れる血液流量を確保することのできる装置を提供することを目的とする。
【0009】
<安全性>
従来の体外循環装置は、安全機構が十分に備わっていないため、安全性は主に体外循環を操作する技術者の技能に依存している。従って本発明は、ハードウェア的あるいはソフトウェア的に安全機構を備えた装置を提供することを目的とする。
【0010】
<小型化、可搬性の確保>
従来の体外循環装置は大型であり、広いスペースを確保する必要がある。また、移動は困難であり、器材の弾力ある運用に支障を来している。従って本発明は、循環システムの小型化や易動性の改善を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の体外循環装置は、回路内に所定の要素を配置して血液を体外循環させるように構成した体外循環装置であって、血液ポンプと、貯留する容量を能動的に増減させるための容量調節手段および容量を検出するための容量検出手段を有する血液リザーバと、容量検出手段の出力が供給されて容量調節手段を介して血液リザーバの容量を制御するとともに、血液ポンプの流量を制御する制御手段とを備える。血液リザーバは、硬質材料からなるハウジングの内腔に設けられた、血液を貯留する血液室及び血液室に隣接して設けられた圧調節室を有する。血液室はその室内の血液が外気と接しない閉鎖式であって血液流入用の接続管および血液流出用の接続管が設けられる。圧調節室には容量調節手段と接続された接続管が設けられ、血液室と圧調節室の隣接する部分は可撓性の隔壁を介して接している。容量調節手段は、圧調節室に対して液体を流出入させて隔壁を変形させることにより血液室の容量を調節するように構成される。前記容量検出手段は、前記容量調節手段によ前記圧調節室に対する前記液体の流出入量に基づき前記血液リザーバの容量を検出するように構成される。前記制御手段は、前記容量検出手段から供給される検出値に基づき、前記容量調節手段を制御して前記血液リザーバの容量を増減させることにより、血液の体外循環量を調節することが可能なように構成される。この構成によれば、血液リザーバが容量調節手段と容量検出手段とを有し、その容量を制御することが可能なことにより、装置の運転は操作者の高度な技術を必要とせず、容易で簡便なものとなる。
【0012】
好ましくは、回路内の循環状態を検知する循環状態検知手段を備え、制御手段が、循環状態検知手段が検知した出力に応じて、体外循環量を調節するように構成する。それにより、自動運転が容易になる。
【0017】
更に、好ましくは、循環状態検知手段を、流入部に設けられた圧力センサで構成する。これらの構成によれば、脱血管に過大な陰圧がかかることを防止でき、空気を引き込む可能性が少なくなり、安全性が高まる。
【0018】
更に、好ましくは、制御手段は、循環状態検知手段から得られる情報に基づき脱血部の吸い付きを検出し、該吸い付きが検出されたとき、血液ポンプの回転数を下げるか、もしくは血液リザーバの容量を下げるように制御する。それにより、脱血部の吸い付きに容易に対処でき、吸い付きが予防できて安全性が高まる。
【0019】
に、好ましくは、体外循環流量の増加は、血液ポンプの回転数を上げるか、もしくは血液リザーバの容量を下げる操作の少なくとも一方によって行い、体外循環流量の減少は、ポンプの回転数を下げるか、もしくは血液リザーバの容量を上げる操作の少なくとも一方によって行うように構成する。それにより、体外循環の自動運転が容易になる。
【0020】
更に、好ましくは、血液ポンプの回転数を周期的に増減させるか、もしくは血液リザーバの容量を周期的に増減させることにより、循環システムに拍動流を発生させる手段を備える。それにより、脳血管障害や腎不全などの合併症を有する患者においても、適切な臓器潅流が得られる。
【0021】
更に、好ましくは、回路内に配置される要素のうち少なくとも、血液ポンプ、血液リザーバ、人工肺、およびフィルターを一体的に組み立てて構成する。それにより、可搬性が高まる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して概略を記載する。図1に、本発明の一実施形態における体外循環装置を示す。なお、図8の従来例と同一の構成要素については、同一の番号を付したが、その配置は必ずしも従来例と同一ではない。
【0024】
脱血管2から送血管10までの回路中には、上流(脱血管側)から下流に向かって、主要な要素として、フィルタ9、メインポンプ6、人工肺7、血液リザーバ3が配置され、それらが順次短いチューブで接続されている。血液リザーバ3、メインポンプ6にはそれぞれ、駆動装置38a、駆動用モータ38bが設けられている。さらに、回路の流入部(本発明で言う流入部とは、メインポンプより上流側の血液回路の一部を指す)に、圧センサを含む回路内圧測定ポート37、および超音波流量計プローブ31が配置されている。39は制御手段をなすコントローラであり、血液リザーバ3、メインポンプ6、回路内圧測定ポート37、および超音波流量計プローブ31と、配線40により接続されている。11は回路内の血液の流れを示す。
【0025】
血液リザーバ3は、貯留する容量を能動的に増減するための容量調節手段を有する。駆動装置38aは容量調節手段の要素の一部をなすものである。また、図1には図示されていないが、血液リザーバ3は、容量を検出するための容量検出手段を有する。回路内圧測定ポート37、および超音波流量計プローブ31は、回路内の循環状態を検出するための手段である。
【0026】
コントローラ39は、回路内圧測定ポート37および超音波流量計プローブ31の出力に応じて、血液リザーバ3の容量およびメインポンプ6を制御する。コントローラ39は、制御のための基準値を保有し、それに基づいた制御を行うので、基準値を設定するための設定部を有する。基準値の設定は、可変であることが望ましいが、使用の条件によっては固定であってもよい。また、コントローラ39による制御が、回路内圧測定ポート37および超音波流量計プローブ31の出力により自動的に行われることは必須ではない。コントローラ39を手動で操作する構成であっても、血液リザーバ3が容量調節手段を有することにより、本発明の効果の主要部分は得られるからである。以上の要素のうちの主要なものについて、以下に詳述する。
【0027】
<血液リザーバ3ならびにその容量調節装置>
血液リザーバ3は、図2に示したように、血液を容れて貯めておく血液室16と、血液室16の内容量を調節するための圧調節室17とを備える。両室16,17は、可撓性のある隔壁(ダイアフラム)18により区切られている。3a、3bは回路と接続するための接続管、3cは、圧調節室17と容量調節装置(図示せず)とを接続するための接続管である。図2には図示していないが、貯留された血液容量を検出する容量検出手段を有する。血液リザーバ3は、容量調節装置により貯血量を能動的に調節可能である。本発明における血液リザーバ3、ならびにその容量調節装置としては、様々な形態のものを用いることができる。それらを分類しながら説明する。
【0028】
一般的に体外循環回路に組み込まれる血液リザーバは、血液と空気が接する開放型と、空気と接しない閉鎖型がある。従来の体外循環装置では、開放型リザーバが組み込まれていることが多い。しかし、簡便な体外循環装置とするためには、リザーバの貯血量を常に監視しなければならない開放型のリザーバは不適である。従って、本発明では、閉鎖型が好ましい。血液室の血液容量を能動的に増減させ、調節するための容量調節装置としては、第一の、液体あるいは気体を介して血液室を圧迫牽引することにより血液容量を調節する流体圧式と、第二の、直接機械的に血液室を圧迫牽引することにより血液容量を調節する機械式とがある。
【0029】
第一の流体圧式においては、図2に示すように、血液を容れる血液室16と、血液室の全体もしくは一部を包み込み、圧調節のための気体や液体を容れる圧調節室17の二つの部屋が存在する。血液室16は、容器の全体もしくは一部が軟性となっており、圧調節室17の圧は、血液室16の軟性部分を介して血液室16に反映され、血液室16の容量が調節される。図2は流体圧式の中でも、可撓性のある隔壁(ダイアフラム)18を有する血液リザーバを示す。
【0030】
圧の媒体は気体でも液体でもよい。液体は流動性を持ったものなら何でもよい。滅菌し溶存気体を除去した脱気生理食塩水が好ましいが、血液と直接接することはないので滅菌していない単なる水でもよい。圧調節室に液体や気体等の流体を送り込み、適切な圧を発生させる血液リザーバ容量調節装置は、血液室に組み込むことも可能であるが、チューブを介して別個に設置してもよい。組み込んだ場合はシステム全体がコンパクトになる。別個にした場合は、血液室自体はコンパクトになり、血液室の設置場所の制限が少なくなる。
【0031】
血液リザーバ容量調節装置は適切な圧を発生させ得るものなら何でもよい。媒体が空気の場合には、圧の調節可能なコンプレッサーを用いることも可能である。媒体が液体の場合は、シリンジやベローズなどの直接容量を規定してしまう方式(容量規定方式)と、送液ポンプを用いて液圧を調節する方式(ポンプ液圧調節方式)がある。
【0032】
容量規定方式には、図3に示すような構造の装置を用いることができる。同図(a)は圧調節室の容量を、ピストン19を用いて規定する装置を示す。ピストン19の位置により加減される圧力が、接続管19aを介して圧調節室17に伝達される。同図(b)、(c)、(d)は、各々容量が、シリンジ20、ベローズ21、プッシャープレート22により調節される。(a)と同様に、各々、接続管20a,21a,22aを介して圧調節室17に接続される。ピストン19、シリンジ20、ベローズ21、プッシャープレート22は、モータ等により駆動される。
【0033】
ポンプ液圧調節方式では、圧調節室の容量は、血液リザーバ容量調節装置用の送液ポンプを用いて調節される。ここで用いるポンプは送液可能なものなら何でも適用できる。求められる性能としては、小型で信頼性、耐久性に優れ、送液の方向を問わず、応答性に優れ、高い圧が発生でき、コストのかからないものがよい。具体的には、遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプ、摩擦ポンプ、ギアポンプ、ローラーポンプなどが挙げられる。遠心ポンプと斜流ポンプは、送液の方向が一方向なので、方向を変える切り替え弁が必要となる。図4(a)、(b)はそれぞれ、ローラーポンプ23、軸流ポンプ24を用いた例を示す。図において、25は送液用の貯液室である。
【0034】
第二の機械式としては、図5に示すような構成を用いることができる。この場合、血液リザーバ容量調節装置は、血液室に直接結合した構造になる。図5(a)は、ピストン12を用いた例である。血液室12cは、ピストン12の位置により容量が可変の容器となる。12a,12bは回路と接続するための接続管である。同図(b)、(c)、(d)は、各々容量が、シリンジ13、ベローズ14、プッシャープレート15により調節される例を示す。駆動源としては、モータや電磁石などが用いられ、なんらかの圧迫牽引を受けることにより容量を調節する。
【0035】
第一の機械式と第二の流体圧式の両者において、血液室の形状は、抗血栓性を高めるため、血流鬱滞箇所の少ないものとしなければならない。機械式より流体圧式の方が血液室のデザインの制限が少なく、抗血栓性においては優れていると考えられる。一方、機械式は、機構が単純で部品点数も少なくてすむため、安価に製作可能である。血液室容量の調節範囲は、対象となる患者が成人か小児かにもよるが、成人であれば100ml〜4000mlまで調節可能であることが望ましい。
【0036】
血液室の容量を検出する容量検出手段の構成としては、様々な形態のものを用いることができる。ピストン、シリンジ、ベローズを血液室に用いれば、駆動モータの回転軸の変位位置により単純に容量を検出できる。血液室や圧調節室にホールセンサーや超音波クリスタル等の容量検知手段を取り付けたり、血液室に微弱な電流を流してインピーダンスやコンダクタンスを電流電圧計で計測するなどの方法でも血液室の容量を計測できる。また、流体圧式の場合でその流体が液である場合は、調節室からチューブを介して排出された液の容量を液量計で計測しても血液室の容量を計測できる。排出された液の容量の計測法は、自由度が高いため多くの方法が考えられるが、単純に重さを重量計で測るだけでもよい。なお、コントローラ39に検出データを供給するための手段が必要であり、そのためには、例えば検出結果を電気信号として出力するように構成する。
【0037】
本発明における血液リザーバに、熱交換器を組み込むことは可能である。熱交換器を組み込む方法はいくつかあり、次のようなものが例として挙げられる。第一に、血液リザーバの血液室内に、熱交換能の優れた材質でできたチューブを設置し、同チューブ内に加温あるいは冷却された液体を潅流することにより、血液ひいては生体の加温、冷却が可能である。第二に、プッシャープレートを用いた機械式リザーバでは、プッシャープレートを加温あるいは冷却することにより、血液ひいては生体の加温、冷却が可能である。加温だけに限定すれば、プッシャープレートにヒーターを組み込む方法も考えられ、単純で有効な方法である。第三に、水圧式リザーバでは、圧調節室内の液を加温あるいは冷却することにより、血液ひいては生体の加温、冷却が可能である。血液室内に熱交換器を設置するより、血液の鬱滞箇所がなくなり、抗血栓性が高くなると考えられ、低侵襲性を高めるためにも有効な方法である。
【0038】
<メインポンプ6>
次に、メインポンプ6について説明する。MICSなどで用いられている脱血管は細いため、適切な脱血量が得られないことがある。そのため、脱血に過大ではない適切な陰圧を付加する必要がある。落差脱血では付加陰圧に限界があるため、ポンプを用いた強制脱血が好ましい。また、落差脱血では、落差を大きくするため、手術台を高くする必要があるが、強制脱血では、心臓以外の一般の手術と同じ手術台を利用でき、手術室の運用上有効である。
【0039】
一般的に、送液ポンプには容積型と非容積型がある。体外循環装置に多く用いられているローラーポンプは容積型ポンプに分類される。体外循環装置のメインポンプに容積型ポンプを用い、しかも血液リザーバより上流に設置した場合の問題点は、脱血管に吸い付きなどの回路の障害が生じた時に、ポンプの流入部に過大な陰圧が発生することである。過大な陰圧は脱血部の生体組織を傷つけ、空気の回路内への引き込みなど重大なトラブルを引き起こす可能性がある。このため、血液リザーバより上流に設置するメインポンプの種類としては、吸い付き等が生じても過大な陰圧が発生せず、調節性に優れた非容積型ポンプが好ましい。非容積型ポンプの代表的なものは、遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプなどのターボ式ポンプである。このいずれも本発明には用いることができるが、軸流ポンプは高い圧を発生させるためには、回転数を極めて高くする必要があるため、溶血や耐久性を考慮すると好ましい選択ではない。よって、遠心ポンプや斜流ポンプが好ましい。
【0040】
<コントローラ39、および循環状態検知手段>
次に、本発明の体外循環装置におけるコントローラ39による循環状態の制御について説明する。体外循環装置の操作を簡便にし、最も好ましくは自動制御化するために、コンピュータによる制御が必要である。制御にはいくつかの方法が考えられ、また組み合わせることも有効である。
【0041】
第1の方法は、圧による吸い付き検出と予防である。すなわち、回路の流入部圧をモニターし、圧波形から吸い付きを検出し、吸い付きが現れれば、ポンプの回転数を下げるか、もしくは血液リザーバの容量を下げる制御を行う。流入部の圧は静脈圧を反映し、正常ではほとんど脈圧のない定常流となっている。しかし、脱血管の吸い付きが生じれば、急激な圧の低下を特徴とする異常な圧波形の乱れが生じる。これは脈圧の増大や、圧変化(圧微分値の絶対値の増大)の増大、圧周波数成分の変化となって現れる。これを循環状態検知手段を構成する圧測定ポート37の圧センサで検出し、それによって得られた情報を制御手段であるコントローラ39に伝達する。コントローラ39にはコンピューターが組み込まれており、圧センサから得られた情報によって、血液が体外循環装置内を順調に流れるようにメインポンプ6および/または血液リザーバを調節する。
【0042】
第2の方法は、流入部圧の最低限界値を設定し、設定値を下回れば、ポンプの回転数を下げるか、もしくは血液リザーバの容量を下げる制御法である。最低限界値は、ある程度の陰圧はやむを得ないが、−100mmHgを下回るような陰圧は、メインポンプのキャビテーション発生や、予期せぬ空気の回路内への引き込みなど障害の元となるため予防しなければならない。この場合も第1の方法と同様に、循環状態検知手段としては、回路の流入部圧を計測するため、図1に示す圧センサ37を用いる。なお、コントローラ39には、流入部圧の最低限界値を設定する手段を備えることが必要である。
【0043】
第3の方法は、血液ポンプの消費電流もしくは電力を測定し、消費電流もしくは電力の波形から脱血部の吸い付きを検出し、吸い付きが現れれば、ポンプの回転数を下げるか、もしくは血液リザーバの容量を下げる制御法である。これは基本的には第1の方法と同じであるが、ポンプのモータが持っている内部データを用いるため特別なセンサを必要とせず、コストの削減につながる。この場合、血液ポンプを駆動している駆動装置(モータ)の消費電流や消費電力を計測しなくてはならないので、循環状態検知手段として、ポンプのモータの電流または電力をモニターする手段が必要となる。
【0044】
第4の方法は、目標となる生体の動脈圧や体外循環血液流量を設定し、該動脈圧と該流量の両者もしくはどちらか一方が設定値を下回れば、ポンプ回転数を上げるか、もしくは血液リザーバの容量を下げ、該動脈圧と該流量の両者が設定値を上回れば、ポンプ回転数を下げるか、もしくは血液リザーバの容量を上げる制御法である。設定する動脈圧や体外循環血液流量は、生体の個体差や術式、生体の状態により決定しなければならず、いかなる状況でも同じ値に設定することは考えられない。しかし、事前に個々の症例に適した目標動脈圧や体外循環血液流量を決めることは可能であり、体外循環実施中に設定値を頻回に変更する必要はない。ポンプ回転数と血液リザーバ容量のどちらを優先して調節するかは特に限定されず、どちらも可能である。
【0045】
一つの好ましい方法として、ポンプ回転数の至適上限値(Arpmと記す)を設定し、Arpmを越えるまでは、血液リザーバ容量を優先して容量を増やし最大とする方向(フル脱血)で制御し、血液流量を増加させるためにArpmを越える必要が生じれば、回転数を上げずに血液リザーバ容量を減らしていくという方法が考えられる。また、体外循環中は昇圧剤や血管拡張剤の投与も必要であり、適宜適切な処置が必要となる。第4の方法の場合、体外循環装置に設ける循環状態検知手段としては、生体の動脈圧や体外循環血液流量が計測できるものならば、特に限定されず、例えば血液回路に設けた(血)圧モニターラインや血流量計等が挙げられる。
【0046】
<回路およびシステムの簡素化>
回路を簡素化し、チューブを極力短くすることにより、体外循環回路の充填量の減少が可能となる。充填量の減少は血液希釈による浮腫の発生を抑え、輸血の必要性を大幅に低下させることにより、低侵襲性に寄与できる。また、予め製造レベルで回路を組み立てておくことにより、組み立てに必要な労力を省略し、人的省力化とコスト削減につながる。さらに、製造レベルで回路内の充填も済ませておけば、さらに術前の準備が軽減できる。また、従来の体外循環装置は大型であり、広いスペースを確保する必要があり、移動が困難なため、器材の弾力ある運用に支障を来していた。本発明では、回路および駆動装置をコンパクトに設計し、可搬性を確保することが可能であり、これらの問題も解決される。
【0047】
<拍動および振動付加装置>
脳血管障害や腎不全などの合併症を有する患者では、拍動流を有する体外循環の有効性が認められている。よって、本発明においても、拍動および振動を付加可能とすることは、低侵襲化を図るためにも有効である。拍動および振動を付加する方法には次のようなものが考えられる。第1に、ポンプの回転数を周期的に増減させることにより、拍動流を発生させる方法である。第2に、血液リザーバの容量を周期的に増減させることにより、拍動流ないし振動を発生させる方法である。特に後者は、能動的に容量を調節できる血液リザーバの特徴を生かした新規な方法である。第1と第2の方法を併用することも可能であり、有効である。
【0048】
<抗血栓処理>
回路の血液接触面に抗血栓性処理を施す。さらに、本発明においては、空気と接しない閉鎖式で、血流鬱滞箇所の少ない抗血栓性を高めた血液リザーバを用いるため、抗血栓性処理と相まって、より少ない抗凝固剤での体外循環が可能となる。具体的には、通常の体外循環ではヘパリンなどの抗凝固剤を投与して、活性化凝固時間を400秒以上に保つところを、200秒から250秒で運転可能とする。その結果、出血が少なくなり、手術時間の短縮や輸血の必要性の低下など、体外循環装置の低侵襲性を高めるために有効である。
【0049】
<分離式操作パネル>
図6に一例を示すように、手術野に設置可能な分離式操作パネル26を使用し、制御に必要な操作が手術野から可能とする。これにより、特別な体外循環操作者を設ける必要性が少なくなり、人的省力化につながる。分離式操作パネルは、タッチパネル式の液晶ディスプレイに透明な滅菌カバー27を掛けたものなどが考えられる。術者28(あるいは第一助手)の手の届くところに設置し、体外循環の監視や制御が音や音声を用いて手術をしながらでも可能となるようなユーザインターフェイスが好ましい。
【0050】
<遠隔操作機能>
体外循環の操作が、手動から、より自動化されれば、遠隔からの監視と制御が可能となる。具体的な例を示せば、体外循環の監視と制御に必要なデータを、汎用性のある計測器と通信の規格(たとえばGPIBとTCP/IPの組み合わせなど)でネットワーク上に乗せ、体外循環集中管理室で一括管理する。多数の体外循環装置が同時に運転されている大規模な病院では、人的省力化につながる有効な方法である。また、全てのデータを記録し保存することも可能となるので、学術的な活用に役立つ。
【0051】
<回路内空気混入防止装置>
回路内への空気混入は、体外循環運転中に起こる重大なトラブルの一つである。簡便なシステムであるということは、簡便に使用できるほど安全性が高いということである。空気混入への対処法には、いくつかの方法が考えられる。第1に、体外循環血液流量をモニターする流量計として超音波流量計を用い、同流量計にバブル検出機能を持たせる。図1に示すように、超音波流量計のプローブ31を回路の流入部に取り付け、バブルが検出されれば、直ちに警報を発し、対処する。
【0052】
第2に、回路流入部にフィルタ32を設置する。フィルタ32は回路のもっとも高いところに設置し、空気がたまるようにする。第3に、一例を図7に示したように、フィルタ32に空気を検出するための光学的センサ33を設置し、空気がたまれば、これを検出し、直ちに警報を発し、ポンプを停止させる。第4に、フィルタ32の上部先端に空気を排出するためのポート34を設置し、ポート34を吸引回路35に接続する。通常このポート34は遮断器36により遮断されている。フィルタ32に空気がたまれば、直ちに手動、もしくは自動的にポートの遮断が解除され、空気が外部に吸引排出される。これらの方法の複数、あるいは全てを組み合わせることは可能であり、有効である。なお図7における30は血液の流れを示す。
【0053】
<周辺装置との連動>
体外循環装置には、術式によりいくつかの周辺装置が必要となる。すなわち、吸引回路、吸引回路用リザーバ、血液濃縮装置(セルセーバ、限外濾過装置)、心筋保護液回路ならびに注入装置、ベント回路などである。本発明において、これらの装置との連動を図ることは有効である。
【0054】
(より具体的な実施の形態)
以下に、本発明の体外循環装置を用いる手術の一例としてMICS下の僧帽弁手術を前提とし、それに適した、より具体的な実施の形態について説明する。
【0055】
<体外循環装置の構成>
回路の上流(脱血管側)から下流(送血管側)に向かって、図1に示すように、フィルタ9、ポンプ6、人工肺7、血液リザーバ3を順次短いチューブで接続する。これらは、コンパクトで充填液量の少ないものが好ましい。これらは、出荷時に既に組み立てられていると便利である。これらは、滅菌されて供給されることが好ましく、コンパクトであることと相まって、手術の滅菌術野に設置することも可能であり有効である。滅菌術野に設置できれば、脱血管や送血管と接続するためのチューブをさらに短くでき、全体の充填液量をさらに少なくできる。フィルタは、不純物の除去と、回路内に混入した空気の捕獲・遮断が目的である。空気を捕獲するために、全回路内でもっとも高い位置に設置する。
【0056】
ポンプはターボ式ポンプが好ましいが、小型の斜流ポンプであれば、さらに好ましい。ポンプを駆動するためのモータは、防水性で滅菌可能であれば滅菌術野に設置でき、取り扱いが便利である。あるいは、ポンプと同じディスポーザル製で滅菌しておれば、さらに取り扱いが便利である。人工肺はどの様なものも利用できるが、コンパクトなものが好ましい。ガス交換能や血液適合性の優れたものは、特に好ましく、この点から、気泡型より膜型がよい。血液リザーバは、貯血された血液容量を機械的に計測し、調節可能なものとする。様々な態様が考えられるが、機械式と水圧式のそれぞれについて、一例を挙げる。
【0057】
機械式はプッシャープレートを用いる。血液リザーバの血液室は硬性のハウジングと柔軟な膜からなる。血液リザーバ駆動装置は血液室の柔軟な膜を圧迫するための硬性のプッシャープレートと、プッシャープレートを圧迫・牽引するためのモータと、モータコントローラからなる。プッシャープレートは、血液リザーバの柔軟な膜を均一に圧迫できるものでなければならない。プッシャープレートが床に対して水平となるように血液リザーバを設置した方が、プッシャープレートにかかる加重が均一となり好ましい。プシャープレート内にヒーターを埋め込み、患者の体温を上げる必要が生じれば加温する。モータは回転を直線運動に変換する手段を持たなければならないが、はじめから直線運動を生じるリニアモータでもよい。モータコントローラは、主にモータの位置制御を行う。血液室の容量計測はモータの位置を検出することにより行う。
【0058】
液圧式においては、透明な硬性のプラスチック容器の内部に柔軟な隔壁(ダイアフラム)を置き、血液室と圧調節室の二つの腔を設ける。圧調節室は、接続チューブにより送液用の貯液室に接続されている。圧調節室、貯液室、接続チューブは送液用の液体(水道水を使用)で満たされている。接続チューブの途中にはローラーポンプが設置されており、ローラーポンプを正方向あるいは逆方向に回転させることにより、圧調節室の容量を調節し、その結果血液室の容量が調節される。液圧式では血液リザーバの設置は、床に対してどの様な角度でも良く、設置の自由度が高い。圧調節室内にヒーターを埋め込み、患者の体温を上げる必要が生じれば加温する。図1に示すように、流入部には回路内圧測定ポート37を設け、流入部回路内圧をモニターする。また、流入部に超音波流量計(バブル検出機能付き)プローブを取り付ける。
【0059】
体外循環装置に拍動流を発生させる機能を付加する。ポンプのモータの回転数と血液リザーバの容量を周期的に同期を取って変化させることにより、強力な拍動付加能力が得られる。本発明の体外循環装置各構成要素の接続順序は、従来の体外循環装置とは異なった配慮が必要である。フィルタは回路内に混入した空気の捕獲・遮断が大きな目的であるため、最上流に設置する。ポンプより上流は陰圧、下流は陽圧となっている。よって、人工肺は陽圧側に置く。血液リザーバは、陰圧、陽圧のどちら側にも設置可能であるが、前述の機械式であれば陽圧側に設置した方が好ましい。その理由は、血液室内が陽圧であれば、プッシャープレートを強制牽引する必要がなく、血液リザーバの柔軟な膜とプッシャープレートの間を接着固定する必要がなくなり、組み立て上便利である。血液リザーバを用いて拍動流を発生させるためには、血液リザーバをもっとも下流に設置することが望ましい。以上より、回路の上流(脱血管側)から下流(送血管側)に向かって、フィルタ、ポンプ、人工肺、血液リザーバの順となることが望ましい。
【0060】
体外循環装置を駆動・制御するためのコントローラに必要な機能は数多くある。この機能の中には少なくとも、ポンプモータの回転と制御、血液リザーバ駆動装置モータの駆動と制御、流入部回路内圧測定用トランスデューサとアンプ、超音波流量計(バブル検出機能付き)、分離式操作パネルとの通信、患者の血圧等の外部データ入力、システム全体の制御、などが含まれる。さらに、吸引回路、吸引回路用リザーバ、血液濃縮装置(セルセーバ、限外濾過装置)、心筋保護液回路ならびに注入装置、ベント回路などとの連動機能も有効である。また、ネットワークを介しての監視・制御データの入出力機能も有効である。同コントローラは、システムの省スペースと可搬性を高めるために、小型で移動可能なものが好ましい。
【0061】
<手術のセッティング>
本発明の体外循環装置を構成するフィルタ、ポンプ、人工肺、血液リザーバは、出荷時に組み立て、滅菌を完了させておくことにより、短時間に滅菌手術野に設置できる。回路内の充填と空気抜きは、滅菌手術野に設置する前でも、後でも可能である。また、液漏出の発生しないシリコン製膜型肺を用いれば、出荷時にすでに充填まで完了させることも可能であり、大幅な省力化につながる。空気抜き用のポートは、フィルタと血液リザーバに設けておく。体外循環装置コントローラを手術台の近傍に設置する。流入部回路内圧をモニターし、滅菌された超音波流量計(バブル検出機能付き)プローブを取り付ける。さらに、吸引回路、心筋保護液回路などを準備する。分離式操作パネルに透明な滅菌カバーをかけ、術者の操作しやすい場所に設置する。術者、手術助手、麻酔医の協調の下に体外循環を運転する。従って、体外循環装置操作のためだけの特別な人員を配置しない。
【0062】
<手術の実施>
本発明の体外循環装置を用いたMICS下の僧帽弁手術の手順を一例として挙げる。皮膚切開は極力短くし、部分的な正中胸骨切開を行い、心臓を露出する。また、右鼠径部に小切開を加え、大腿動静脈を露出する。大腿動脈に送血管を、大腿静脈から下大静脈に脱血管を挿入する。胸骨切開部から上大静脈に直接脱血管を挿入する。上大静脈と下大静脈の右心房近縁にテープによる二重のスネアを掛け、ターニケットとする。このターニケットは、静脈の陰圧による強制脱血でも空気を引き込まないよう十分に遮断ができるものでなければならない。脱血管の太さは患者により異なるが、細いものが挿入も簡単で視野の妨げにならない。上行大動脈に心筋保護液注入用のカニュラを設置する。充填され、空気抜きの終了した体外循環回路と、患者に取り付けられた送血管および脱血管を接続する。回路全体に問題がないことを確認し、体外循環を開始する。
【0063】
体外循環は基本的に自動運転可能とする。患者動脈圧が予め設定した値を下回らないことを条件に、ポンプ回転数を設定流量が得られるまで上げる。設定流量が得られれば、次に血液リザーバの容量を上げる。患者動脈圧と流量の許すかぎり血液リザーバの容量を上げていく。安定した体外循環運転が得られていることを確認し、上行大動脈を遮断し、心筋保護液を注入し、心臓を停止させる。潅流してきた心筋保護液や出血などは吸引され、吸引回路用リザーバに集められる。集められた液は血液濃縮装置(セルセーバ、限外濾過装置など)で処理され、患者に輸血される。血液濃縮装置の操作は簡単であるため、特別に訓練された体外循環技術者でなくても施行可能である。
【0064】
上下大静脈を遮断し、右心房・心房中隔切開、もしくは左房切開により僧帽弁に至る。僧帽弁手術、例えば僧帽弁置換術や僧帽弁形成術の方法は、MICSであっても、通常と変わらない。僧帽弁の処置終了後、心臓内の空気を十分除去し、上行大動脈遮断を解除し、心臓切開部を完全に縫合閉鎖する。上下大静脈遮断を解除し、体外循環流量を下げ、心拍動が充分であれば体外循環を終了する。体外循環からの離脱操作は、ある程度手動で行うことが必要であが、心内操作終了後であるので、術者や手術助手が施行可能である。
【0065】
<空気混入への安全対策>
体外循環施行中の重大なトラブルに、回路内の空気混入がある。とくに、閉鎖型の血液リザーバを用いた場合は、直ちに空気を除去しないと患者の動脈に送り込む危険性があるため問題である。空気の混入箇所は、ポンプより上流の陰圧側である。よって、陰圧側に不要なポートを設けないことが重要である。また、回路の接続部は簡単に外れないような工夫も必要である。回路自体に問題はなくとも、心臓内から脱血管に空気を引き込む可能性もある。そのため、上下大静脈の遮断は、確実なものとしなければならない。
【0066】
また、流入部回路内圧が過大な陰圧にならないようにポンプを制御し、吸い付きを予防する。これらの安全対策を行っても、空気が混入する可能性を考慮し、さらに安全機構を設ける。混入した空気は、超音波流量計のバブル検出機能により検出され、直ちに警報を鳴らし、ポンプの回転数を下げ、流量を減らす。ただし、停止はしない。ポンプの停止は、循環遮断を意味するので、安易なポンプ停止は適切な対応とは言えない。フィルターにも空気検出のセンサーを取り付け、空気が一定以上たまれば、直ちにポンプを停止させる。フィルターの上端には空気抜きのポートを設けておき、あらかじめ吸引回路を接続し、通常は遮断しておく。バブル検出機能により空気が検出されるか、フィルターに空気がたまれば、自動もしくは手動操作で、吸引回路への遮断を解除し、空気を回路外に除去する。また、血液リザーバにも、上端に空気抜きポートを設け、必要に応じ空気を抜けるようにしておく。
【0067】
【発明の効果】
本発明によれば、血液リザーバが容量調節手段と容量容量検出手段を有することにより、体外循環の制御が容易であり、装置運転の負担が軽減された体外循環装置を提供することができる。また、装置運転の自動化も可能となる。さらに、血液リザーバと血液ポンプを併せて制御することにより、血液ポンプの駆動流量を高くしても装置を安全に運転できるので、低侵襲な体外循環が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態における体外循環装置を示す模式図
【図2】 本発明の実施形態における流体圧式容量調節血液リザーバを示す模式図
【図3】 本発明の実施形態における各種の流体(液)圧式容量調節血液リザーバの容量調節装置(容量規定方式)を示す模式図
【図4】 本発明の実施形態における各種の流体(液)圧式容量調節血液リザーバの容量調節装置(ポンプ水圧調節方式)を示す模式図
【図5】 本発明の実施形態における各種の機械式容量調節血液リザーバを示す模式図
【図6】 本発明の実施形態における分離式操作パネルの概要を示す模式図
【図7】 本発明の実施形態における空気混入防止装置を示す模式図
【図8】 従来例の体外循環装置を示す模式図
【符号の説明】
2 脱血管
3 血液リザーバ
4 加温冷却装置
5 熱交換器
6 メインポンプ
7 人工肺
8 人工肺へのガスの流れ
9 フィルタ
10 送血管
11 回路内の血液の流れ
12 ピストン
13 シリンジ
14 ベローズ
15 プッシャープレート
16 血液室
17 圧調節室
18 ダイアフラム
19 ピストン
20 シリンジ
21 ベローズ
22 プッシャープレート
23 ローラーポンプ
24 軸流ポンプ
25 送液用の貯液室
26 分離式操作パネル
27 透明シート
30 血液の流れ
31 超音波流量計プローブ
32 フィルタ
33 光学的センサ
34 空気を排出するためのポート
35 吸引回路
36 回路遮断器
37 回路内圧測定ポート
38a 駆動装置
38b 駆動用モータ
39 コントローラ
40 配線
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a blood extracorporeal circulation device, and more particularly to a simple and minimally invasive extracorporeal circulation device having a function of controlling a circulatory state.
[0002]
[Prior art]
In heart / macrovascular surgery, the heart must be temporarily stopped or nearly stopped, and an extracorporeal circulation device is used to replace the heart and lung functions with a machine. As shown in FIG. 8, a conventionally used extracorporeal circulation apparatus includes, as main elements, a blood removal vessel 2, a blood reservoir 83, a heat exchanger 5, a main pump 86, an artificial lung 7, a filter 9, and a blood supply tube 10. And the elements are sequentially arranged in the blood circuit.
[0003]
The blood removal vessel 2 is inserted into the upper and lower vena cava or the right atrium of the patient 1 and is as thick as possible in order to increase the flow rate. As the blood reservoir 83, an open type in which blood is in contact with air is often used, and blood flows in through blood removal by drop blood removal using a drop between the patient 1 and the blood reservoir 83. A small number of closed-type blood reservoirs in which blood does not come into contact with air are also used, and some blood flows through blood vessels by forced blood removal using a blood pump. Some open-type blood reservoirs generate an alarm because the risk of air being fed into the circuit increases when the stored blood volume decreases, but there is no known one that actively adjusts the volume. The heat exchanger 5 is often installed in a blood reservoir, and a liquid (usually tap water) heated or cooled by a heating / cooling device 4 is perfused into a metal tube to heat the blood. Cooling. The main pump 86 is a roller pump or a centrifugal pump, and is installed downstream of the blood reservoir. There is no example where the main pump is installed upstream of the blood reservoir. The whole extracorporeal circulation device is large, and it is necessary to secure a large space as compared with general surgery. In addition, it is not suitable for carrying because it is a large machine, and it is always installed in the operating area.
[0004]
The operation of the extracorporeal circulation device is performed by arranging special personnel for that purpose. The extracorporeal circulation operator is usually assigned by an extracorporeal circulation engineer, but may be performed by a doctor. In any case, special personnel with advanced skills are required. The extracorporeal circulation operator is located beside the operating table and never participates in the surgical operation or is located in a remote place. The extracorporeal circulation operator adjusts the volume of the blood reservoir and the pump flow rate by manual operation in consideration of the optimum extracorporeal circulation blood flow rate while observing the degree of blood removal and the arterial pressure of the living body. Therefore, the extracorporeal circulation operator cannot leave the extracorporeal circulation device during the extracorporeal circulation.
[0005]
By the way, in order to effectively use human and economical medical resources, minimally invasive surgery is actively introduced in the surgical field. Minimally invasive surgery in the field of cardiac surgery is called MICS (Minimally Invasive Cardiac Surgery). In MICS, the midline sternotomy is not performed to reduce invasion, and the skin incision is made as short as possible. This limits the field of view for exposing the heart. Therefore, a thin blood vessel used for the extracorporeal circulation device is preferably a thin blood vessel that does not interfere with the visual field.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
A main object of the present invention is to provide an extracorporeal circulation device that is easy to operate and can be automated. It is also an important objective to realize an extracorporeal circulation device that enables minimally invasive extracorporeal circulation. The problems to be solved by the present invention will be described in detail below.
[0007]
<Labor saving and easy operability>
Conventionally, when extracorporeal circulation is required in cardiac / macrovascular surgery, personnel for operating the extracorporeal circulation have been required. In addition, the operation of the extracorporeal circulation apparatus is complicated and requires advanced techniques and requires experience. Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus that can control operation mechanically, is easy and simple to operate, and can save labor.
[0008]
<Minimally invasive>
Side effects of extracorporeal circulation on the living body include blood dilution, bleeding due to administration of a large amount of an anticoagulant, hemolysis and inflammation caused by blood cell destruction, and reduction of organ blood flow due to non-physiological steady flow. In order to reduce these side effects, an extracorporeal circulation device that can achieve minimally invasiveness is desirable. On the other hand, since blood removal used in MICS and the like is thin, an appropriate amount of blood removal may not be obtained. Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus that can ensure the flow rate of blood flowing through a circulation system while ensuring minimal invasiveness.
[0009]
<Safety>
Since conventional extracorporeal circulation devices do not have sufficient safety mechanisms, the safety depends mainly on the skill of the engineer who operates the extracorporeal circulation. Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus having a safety mechanism in terms of hardware or software.
[0010]
<Miniaturization and ensuring portability>
Conventional extracorporeal circulation devices are large and require a large space. In addition, movement is difficult, which hinders the flexible operation of equipment. Accordingly, an object of the present invention is to reduce the size of the circulation system and improve the mobility.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, an extracorporeal circulation apparatus according to the present invention is an extracorporeal circulation apparatus configured to circulate blood extracorporeally by disposing a predetermined element in a circuit, and includes a blood pump and a capacity to be stored Actively increase or decreaseLetA blood reservoir having a volume adjusting means for detecting the volume and a volume detecting means for detecting the volume; and an output of the volume detecting means is supplied to control the volume of the blood reservoir via the volume adjusting means, and the flow rate of the blood pump And control means for controlling. The blood reservoir has a blood chamber for storing blood and a pressure regulation chamber provided adjacent to the blood chamber, which are provided in a lumen of a housing made of a hard material. The blood chamber is a closed type in which the blood in the chamber is not in contact with outside air, and is provided with a blood inflow connection tube and a blood outflow connection tube. The pressure adjusting chamber is provided with a connecting pipe connected to the volume adjusting means, and the blood chamber and the adjacent portion of the pressure adjusting chamber are in contact with each other via a flexible partition wall. The volume adjusting means is configured to adjust the volume of the blood chamber by allowing a liquid to flow into and out of the pressure adjusting chamber to deform the partition. The capacity detecting means is based on the capacity adjusting means.RuThe amount of liquid flowing into and out of the pressure control chamberBased onIt is configured to detect the volume of the blood reservoir. The control means includesBased on the detection value supplied from the capacity detection means,By controlling the volume adjusting means to increase / decrease the volume of the blood reservoir, it is possible to adjust the amount of extracorporeal blood circulation. According to this configuration, since the blood reservoir has the volume adjusting means and the volume detecting means, and the volume can be controlled, the operation of the apparatus does not require an operator's advanced technology and is easy. It becomes simple.
[0012]
  Preferably, provided with a circulation state detection means for detecting the circulation state in the circuit, the control means according to the output detected by the circulation state detection means,Extracorporeal circulation volumeConfigure to adjust. Thereby, automatic driving becomes easy.
[0017]
  Further preferably, the circulating state detecting means is constituted by a pressure sensor provided at the inflow portion.The ThisAccording to these configurations, it is possible to prevent excessive negative pressure from being applied to the blood vessel and to reduce the possibility of drawing in air, thereby increasing safety.The
[0018]
Further preferably, the control means detects the suction of the blood removal part based on the information obtained from the circulatory state detection means, and when the suction is detected, reduces the rotation speed of the blood pump or the blood reservoir. Control to lower the capacity. Thereby, it is possible to easily cope with the sucking of the blood removal part, and the sticking can be prevented, thereby improving the safety.
[0019]
  FurtherPreferably, the increase in the extracorporeal circulation flow rate is performed by at least one of the operation of increasing the rotation speed of the blood pump or decreasing the capacity of the blood reservoir, and the decrease in the extracorporeal circulation flow rate decreases the rotation speed of the pump, Alternatively, it is configured to be performed by at least one of operations for increasing the capacity of the blood reservoir. This facilitates automatic operation of extracorporeal circulation.
[0020]
Further, preferably, a means for generating a pulsatile flow in the circulation system by periodically increasing or decreasing the rotation speed of the blood pump or by periodically increasing or decreasing the capacity of the blood reservoir is provided. As a result, appropriate organ perfusion can be obtained even in patients with complications such as cerebrovascular disorders and renal failure.
[0021]
Further, preferably, at least the blood pump, the blood reservoir, the oxygenator, and the filter among the elements disposed in the circuit are integrally assembled. Thereby, portability increases.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be outlined with reference to the drawings. FIG. 1 shows an extracorporeal circulation device according to an embodiment of the present invention. In addition, although the same number was attached | subjected about the component same as the prior art example of FIG. 8, the arrangement | positioning is not necessarily the same as a prior art example.
[0024]
In the circuit from the blood removal vessel 2 to the blood supply tube 10, a filter 9, a main pump 6, an artificial lung 7, and a blood reservoir 3 are arranged as main elements from the upstream (the blood removal side) to the downstream. Are connected by short tubes. The blood reservoir 3 and the main pump 6 are provided with a driving device 38a and a driving motor 38b, respectively. Furthermore, an in-circuit pressure measurement port 37 including a pressure sensor and an ultrasonic flow meter probe 31 are provided at the inflow portion of the circuit (the inflow portion referred to in the present invention refers to a part of the blood circuit upstream of the main pump). Has been placed. Reference numeral 39 denotes a controller serving as a control means, which is connected to the blood reservoir 3, the main pump 6, the circuit internal pressure measurement port 37, and the ultrasonic flowmeter probe 31 by wiring 40. 11 shows the flow of blood in the circuit.
[0025]
The blood reservoir 3 has capacity adjusting means for actively increasing or decreasing the capacity to be stored. The drive device 38a is a part of the element of the capacity adjusting means. Although not shown in FIG. 1, the blood reservoir 3 has a volume detection means for detecting the volume. The circuit internal pressure measurement port 37 and the ultrasonic flowmeter probe 31 are means for detecting a circulation state in the circuit.
[0026]
The controller 39 controls the capacity of the blood reservoir 3 and the main pump 6 in accordance with the outputs of the circuit pressure measurement port 37 and the ultrasonic flowmeter probe 31. Since the controller 39 has a reference value for control and performs control based on the reference value, the controller 39 has a setting unit for setting the reference value. The reference value is preferably set to be variable, but may be fixed depending on use conditions. Further, it is not essential that the control by the controller 39 is automatically performed by the output of the circuit pressure measurement port 37 and the ultrasonic flowmeter probe 31. This is because the main part of the effect of the present invention can be obtained even if the controller 39 is manually operated, since the blood reservoir 3 has the capacity adjusting means. The main ones of the above elements will be described in detail below.
[0027]
<Blood reservoir 3 and its volume control device>
As shown in FIG. 2, the blood reservoir 3 includes a blood chamber 16 for storing and storing blood, and a pressure adjusting chamber 17 for adjusting the internal volume of the blood chamber 16. Both chambers 16 and 17 are separated by a flexible partition wall (diaphragm) 18. 3a and 3b are connection pipes for connecting to the circuit, and 3c is a connection pipe for connecting the pressure adjusting chamber 17 and a capacity adjusting device (not shown). Although not shown in FIG. 2, it has a volume detection means for detecting the stored blood volume. The blood reservoir 3 can actively adjust the amount of stored blood by a volume adjusting device. As the blood reservoir 3 and its volume adjusting device in the present invention, various forms can be used. We will explain them while classifying them.
[0028]
In general, blood reservoirs incorporated in an extracorporeal circuit include an open type in which blood and air are in contact with each other and a closed type in which no blood is in contact with them. Conventional extracorporeal circulation devices often incorporate an open reservoir. However, in order to provide a simple extracorporeal circulation device, an open-type reservoir that must constantly monitor the amount of blood stored in the reservoir is not suitable. Therefore, in the present invention, the closed type is preferable. As a volume adjusting device for actively increasing or decreasing the blood volume of the blood chamber, a first fluid pressure type that adjusts the blood volume by compressing and pulling the blood chamber through liquid or gas, Second, there is a mechanical type that adjusts the blood volume by directly mechanically pulling and pulling the blood chamber.
[0029]
In the first fluid pressure type, as shown in FIG. 2, there are two blood chambers 16 for containing blood and a pressure adjusting chamber 17 for enclosing the whole or a part of the blood chamber and containing gas or liquid for pressure adjustment. There is a room. In the blood chamber 16, the whole or a part of the container is soft, and the pressure in the pressure adjusting chamber 17 is reflected in the blood chamber 16 through the soft portion of the blood chamber 16, and the volume of the blood chamber 16 is adjusted. The FIG. 2 shows a blood reservoir having a flexible diaphragm 18 among fluid pressure types.
[0030]
The pressure medium may be a gas or a liquid. Any liquid can be used as long as it has fluidity. Degassed physiological saline that has been sterilized to remove dissolved gas is preferred, but it may be mere water that is not sterilized because it does not come into direct contact with blood. A blood reservoir capacity adjusting device that sends a fluid such as liquid or gas into the pressure adjusting chamber to generate an appropriate pressure can be incorporated in the blood chamber, but may be installed separately via a tube. When incorporated, the entire system becomes compact. When separated, the blood chamber itself is compact, and there are less restrictions on the place where the blood chamber is installed.
[0031]
The blood reservoir capacity adjusting device may be anything that can generate an appropriate pressure. If the medium is air, it is possible to use a compressor with adjustable pressure. When the medium is a liquid, there are a method (capacity defining method) that regulates the direct volume such as a syringe or bellows, and a method (pump fluid pressure regulating method) that regulates the fluid pressure using a liquid feed pump.
[0032]
An apparatus having a structure as shown in FIG. 3 can be used for the capacity defining method. FIG. 2A shows a device for defining the capacity of the pressure regulating chamber using a piston 19. The pressure that is adjusted depending on the position of the piston 19 is transmitted to the pressure adjusting chamber 17 through the connecting pipe 19a. In FIGS. 5B, 5C, and 5D, the volumes are adjusted by the syringe 20, bellows 21, and pusher plate 22, respectively. Similarly to (a), each is connected to the pressure regulating chamber 17 via the connecting pipes 20a, 21a, 22a. The piston 19, the syringe 20, the bellows 21, and the pusher plate 22 are driven by a motor or the like.
[0033]
In the pump fluid pressure regulation system, the volume of the pressure regulation chamber is regulated using a fluid feed pump for a blood reservoir capacity regulator. Any pump can be used as long as it can feed liquid. The required performance is small, excellent in reliability and durability, excellent in response regardless of the direction of liquid feeding, capable of generating a high pressure, and inexpensive. Specific examples include a centrifugal pump, a mixed flow pump, an axial pump, a friction pump, a gear pump, and a roller pump. Since the centrifugal pump and the mixed flow pump have one direction of liquid feeding, a switching valve for changing the direction is necessary. 4A and 4B show examples using a roller pump 23 and an axial flow pump 24, respectively. In the figure, reference numeral 25 denotes a liquid storage chamber for liquid feeding.
[0034]
As the second mechanical type, a configuration as shown in FIG. 5 can be used. In this case, the blood reservoir capacity adjusting device has a structure directly coupled to the blood chamber. FIG. 5A shows an example using a piston 12. The blood chamber 12 c is a container whose capacity is variable depending on the position of the piston 12. Reference numerals 12a and 12b are connection pipes for connecting to the circuit. (B), (c), and (d) show examples in which the volumes are adjusted by the syringe 13, bellows 14, and pusher plate 15, respectively. As a drive source, a motor, an electromagnet, or the like is used, and the capacity is adjusted by receiving some kind of compression traction.
[0035]
In both the first mechanical type and the second hydraulic type, the shape of the blood chamber must be reduced in the number of blood flow stagnation sites in order to enhance antithrombogenicity. It is considered that the fluid pressure type is superior to the mechanical type in terms of antithrombogenicity because the design of the blood chamber is less restricted. On the other hand, the mechanical type can be manufactured at low cost because the mechanism is simple and the number of parts is small. The adjustment range of the blood chamber volume depends on whether the target patient is an adult or a child, but it is desirable that the blood chamber volume can be adjusted from 100 ml to 4000 ml for an adult.
[0036]
Various configurations can be used as the configuration of the volume detection means for detecting the volume of the blood chamber. If a piston, syringe, and bellows are used in the blood chamber, the capacity can be simply detected from the displacement position of the rotation shaft of the drive motor. The volume of the blood chamber can also be increased by attaching a capacitance sensor such as a hall sensor or an ultrasonic crystal to the blood chamber or pressure control chamber, or measuring the impedance or conductance with a current voltmeter by applying a weak current to the blood chamber. It can be measured. In the case of the fluid pressure type, when the fluid is a liquid, the volume of the blood chamber can be measured even if the volume of the liquid discharged from the regulation chamber through the tube is measured with a liquid meter. There are many methods for measuring the volume of the discharged liquid because of its high degree of freedom, but it is also possible to simply measure the weight with a weigh scale. Note that a means for supplying detection data to the controller 39 is necessary. For this purpose, for example, the detection result is output as an electric signal.
[0037]
It is possible to incorporate a heat exchanger into the blood reservoir in the present invention. There are several ways to incorporate a heat exchanger, for example: First, a tube made of a material having an excellent heat exchange capacity is installed in the blood chamber of the blood reservoir, and the heated or cooled liquid is perfused into the tube, thereby heating the blood and the living body. Cooling is possible. Secondly, in a mechanical reservoir using a pusher plate, the blood and thus the living body can be heated and cooled by heating or cooling the pusher plate. If limited to heating only, a method of incorporating a heater into the pusher plate is conceivable, which is a simple and effective method. Third, the hydraulic reservoir can heat or cool the blood and thus the living body by heating or cooling the liquid in the pressure regulation chamber. Rather than installing a heat exchanger in the blood chamber, it is considered that there is no blood stagnation and the antithrombogenicity is enhanced, and this is an effective method for enhancing minimal invasiveness.
[0038]
<Main pump 6>
Next, the main pump 6 will be described. Since the blood removal used in MICS and the like is thin, an appropriate blood removal amount may not be obtained. Therefore, it is necessary to apply an appropriate negative pressure that is not excessive for blood removal. In head blood removal, there is a limit to the additional negative pressure, so forced blood removal using a pump is preferable. In addition, in blood removal, it is necessary to raise the operating table in order to increase the head, but in forced blood removal, the same operating table as in general surgery other than the heart can be used, which is effective in operating the operating room. .
[0039]
Generally, there are a volumetric pump and a non-volumetric pump. Roller pumps often used for extracorporeal circulation devices are classified as positive displacement pumps. The problem with using a positive displacement pump as the main pump of the extracorporeal circulation system and installing it upstream from the blood reservoir is that when a circuit failure such as suctioning occurs in the blood removal vessel, an excessive shadow is placed on the inflow portion of the pump. Pressure is generated. Excessive negative pressure may damage the biological tissue of the blood removal part and cause serious troubles such as drawing air into the circuit. For this reason, the type of the main pump installed upstream from the blood reservoir is preferably a non-displacement type pump that does not generate an excessive negative pressure even if suction or the like occurs and has excellent adjustability. A typical non-positive displacement pump is a turbo pump such as a centrifugal pump, a mixed flow pump, or an axial flow pump. Any of these can be used in the present invention. However, in order to generate a high pressure, the axial flow pump needs to have a very high rotational speed, and is not a preferable choice in view of hemolysis and durability. Therefore, a centrifugal pump or a mixed flow pump is preferable.
[0040]
<Controller 39 and circulating state detection means>
Next, the control of the circulation state by the controller 39 in the extracorporeal circulation apparatus of the present invention will be described. Computer control is required to simplify the operation of the extracorporeal circulation device, and most preferably to achieve automatic control. Several methods are conceivable for the control, and combinations are also effective.
[0041]
The first method is sticking detection and prevention by pressure. That is, the pressure at the inflow portion of the circuit is monitored, and suction is detected from the pressure waveform. If suction occurs, control is performed to reduce the number of rotations of the pump or the capacity of the blood reservoir. The pressure at the inflow portion reflects the venous pressure, and is normally a steady flow with almost no pulse pressure. However, if the blood vessel is adsorbed, abnormal pressure waveform disturbance characterized by a rapid pressure drop occurs. This appears as an increase in pulse pressure, an increase in pressure change (increase in absolute value of pressure differential value), and a change in pressure frequency component. This is detected by the pressure sensor of the pressure measurement port 37 constituting the circulation state detection means, and information obtained thereby is transmitted to the controller 39 which is the control means. A computer is incorporated in the controller 39, and the main pump 6 and / or the blood reservoir are adjusted so that blood flows smoothly in the extracorporeal circulation device according to information obtained from the pressure sensor.
[0042]
The second method is a control method in which the minimum limit value of the inflow portion pressure is set, and if it falls below the set value, the rotational speed of the pump is lowered or the volume of the blood reservoir is lowered. The minimum limit is unavoidable to some extent, but negative pressure below -100mmHg is prevented because it may cause troubles such as cavitation of the main pump and unexpected air drawing into the circuit. There must be. Also in this case, as in the first method, the pressure sensor 37 shown in FIG. 1 is used as the circulating state detecting means in order to measure the inflow portion pressure of the circuit. The controller 39 needs to be provided with means for setting the minimum limit value of the inflow portion pressure.
[0043]
The third method is to measure the current consumption or power of the blood pump, detect the suction of the blood removal part from the waveform of the current consumption or power, and if the suction appears, reduce the rotation speed of the pump, or blood This is a control method for reducing the capacity of the reservoir. This is basically the same as the first method, but does not require a special sensor because internal data held by the pump motor is used, leading to cost reduction. In this case, since the current consumption and power consumption of the drive device (motor) driving the blood pump must be measured, a means for monitoring the current or power of the pump motor is required as the circulation state detection means. Become.
[0044]
The fourth method sets the target arterial pressure or extracorporeal blood flow rate of the living body, and if either or both of the arterial pressure and the flow rate are below the set value, the pump rotation speed is increased, or the blood This is a control method in which the volume of the reservoir is reduced, and if both the arterial pressure and the flow rate exceed the set values, the pump rotational speed is reduced or the blood reservoir capacity is increased. The arterial pressure and the extracorporeal blood flow rate to be set must be determined according to individual differences in the living body, the surgical method, and the state of the living body, and cannot be set to the same value in any situation. However, it is possible to determine the target arterial pressure and the extracorporeal blood flow rate suitable for individual cases in advance, and it is not necessary to change the set value frequently during the extracorporeal circulation. It is not particularly limited which of the pump rotation speed and the blood reservoir volume is preferentially adjusted, and both are possible.
[0045]
One preferred method is to set an optimal upper limit value (denoted as Arpm) for the pump speed and control it in a direction that maximizes the blood reservoir volume and maximizes it (full blood removal) until it exceeds Arpm. However, if it is necessary to exceed Arpm in order to increase the blood flow rate, a method of reducing the blood reservoir capacity without increasing the rotational speed can be considered. Moreover, during the extracorporeal circulation, administration of a pressor or a vasodilator is also necessary, and appropriate treatment is necessary as appropriate. In the case of the fourth method, the circulation state detection means provided in the extracorporeal circulation device is not particularly limited as long as it can measure the arterial pressure of the living body and the extracorporeal circulation blood flow rate. For example, the (blood) pressure provided in the blood circuit A monitor line, a blood flow meter, etc. are mentioned.
[0046]
<Simplification of circuit and system>
By simplifying the circuit and making the tube as short as possible, the filling amount of the extracorporeal circuit can be reduced. The decrease in filling amount can contribute to minimal invasiveness by suppressing the occurrence of edema due to blood dilution and greatly reducing the need for blood transfusion. In addition, by assembling the circuit in advance at the manufacturing level, labor required for assembly can be omitted, leading to labor saving and cost reduction. In addition, if the circuit is filled at the manufacturing level, preparations before surgery can be further reduced. In addition, the conventional extracorporeal circulation device is large, needs to secure a large space, and is difficult to move, which hinders the elastic operation of the equipment. In the present invention, it is possible to design the circuit and the drive device in a compact manner and to ensure portability, and these problems are also solved.
[0047]
<Pulse and vibration addition device>
In patients with complications such as cerebrovascular disorder and renal failure, the effectiveness of extracorporeal circulation with pulsatile flow has been observed. Therefore, also in the present invention, it is effective to be able to add pulsation and vibration in order to achieve minimal invasiveness. The following can be considered as a method of adding pulsation and vibration. The first method is to generate a pulsatile flow by periodically increasing or decreasing the rotational speed of the pump. The second method is to generate pulsatile flow or vibration by periodically increasing or decreasing the capacity of the blood reservoir. In particular, the latter is a novel method that takes advantage of the characteristics of a blood reservoir capable of actively adjusting the volume. It is also possible and effective to use the first and second methods in combination.
[0048]
<Antithrombotic treatment>
An antithrombotic treatment is applied to the blood contact surface of the circuit. Furthermore, in the present invention, a closed type that does not come into contact with air and a blood reservoir with improved antithrombogenicity with few blood flow stagnation sites is used, so that extracorporeal circulation with less anticoagulant is coupled with antithrombotic treatment. It becomes possible. Specifically, in normal extracorporeal circulation, an anticoagulant such as heparin is administered to maintain the activated coagulation time at 400 seconds or longer, and the operation can be performed in 200 to 250 seconds. As a result, bleeding is reduced, which is effective for increasing the minimally invasiveness of the extracorporeal circulation device, such as shortening the operation time and reducing the need for blood transfusion.
[0049]
<Separate operation panel>
As shown in FIG. 6, the separation type operation panel 26 that can be installed in the operation field is used, and operations necessary for control can be performed from the operation field. This reduces the need to provide a special extracorporeal circulation operator, leading to labor saving. As the separation type operation panel, a touch panel type liquid crystal display with a transparent sterilization cover 27 is considered. A user interface that is installed within the reach of the surgeon 28 (or the first assistant) and is capable of monitoring and controlling the extracorporeal circulation while performing surgery using sound and voice is preferable.
[0050]
<Remote operation function>
If the operation of extracorporeal circulation is more automated from manual operation, remote monitoring and control becomes possible. For example, data necessary for monitoring and controlling the extracorporeal circulation is placed on the network with a universal instrument and communication standard (for example, a combination of GPIB and TCP / IP), and the extracorporeal circulation is concentrated. Collectively manage in the management room. In large hospitals where many extracorporeal circulation devices are operated at the same time, this is an effective method leading to labor saving. In addition, all data can be recorded and saved, which is useful for academic use.
[0051]
<In-circuit air mixing prevention device>
Aeration into the circuit is one of the serious troubles that occur during extracorporeal circulation operation. The fact that it is a simple system means that the safety is so high that it can be used easily. There are several methods for dealing with air contamination. First, an ultrasonic flow meter is used as a flow meter for monitoring the extracorporeal blood flow, and the bubble meter has a bubble detection function. As shown in FIG. 1, an ultrasonic flowmeter probe 31 is attached to the inflow portion of the circuit, and if a bubble is detected, an alarm is immediately issued to deal with it.
[0052]
Second, the filter 32 is installed at the circuit inflow portion. The filter 32 is installed at the highest point of the circuit so that air can accumulate. Third, as shown in FIG. 7, an optical sensor 33 for detecting air is installed in the filter 32. If air accumulates, this is detected, an alarm is issued immediately, and the pump is stopped. Let Fourth, a port 34 for exhausting air is installed at the top end of the filter 32, and the port 34 is connected to the suction circuit 35. Normally, this port 34 is blocked by a circuit breaker 36. If air accumulates in the filter 32, the port is immediately or automatically unblocked, and the air is sucked and discharged outside. It is possible and effective to combine a plurality or all of these methods. In addition, 30 in FIG. 7 shows the flow of blood.
[0053]
<Linking with peripheral devices>
The extracorporeal circulation device requires several peripheral devices depending on the surgical procedure. That is, a suction circuit, a suction circuit reservoir, a blood concentration device (cell saver, ultrafiltration device), a myocardial protective fluid circuit, an infusion device, a vent circuit, and the like. In the present invention, it is effective to work with these devices.
[0054]
(More specific embodiment)
Hereinafter, a more specific embodiment suitable for the mitral valve operation under MICS will be described as an example of the operation using the extracorporeal circulation apparatus of the present invention.
[0055]
<Configuration of extracorporeal circulation device>
As shown in FIG. 1, the filter 9, the pump 6, the artificial lung 7, and the blood reservoir 3 are sequentially connected with a short tube from the upstream side (the blood removal side) to the downstream side (the blood feeding side) of the circuit. These are preferably compact and have a small amount of filling liquid. It is convenient if these are already assembled at the time of shipment. These are preferably supplied in a sterilized manner, and coupled with being compact, it is possible and effective to install them in a sterilized surgical field. If it can be installed in a sterilized surgical field, a tube for connection with a blood removal vessel or a blood vessel can be further shortened, and the total amount of filling liquid can be further reduced. The purpose of the filter is to remove impurities and capture / shut off air mixed in the circuit. To capture air, install at the highest position in the entire circuit.
[0056]
The pump is preferably a turbo pump, but more preferably a small mixed flow pump. If the motor for driving the pump is waterproof and can be sterilized, it can be installed in the sterilization field and is easy to handle. Alternatively, handling is more convenient if it is made of the same disposable as the pump and sterilized. Any artificial lung can be used, but a compact one is preferred. Those excellent in gas exchange ability and blood compatibility are particularly preferred, and in this respect, the membrane type is better than the bubble type. The blood reservoir is capable of mechanically measuring and adjusting the stored blood volume. Although various aspects can be considered, an example is given about each of a mechanical type and a hydraulic type.
[0057]
The mechanical type uses a pusher plate. The blood chamber of the blood reservoir consists of a rigid housing and a flexible membrane. The blood reservoir driving device includes a hard pusher plate for compressing a flexible membrane of the blood chamber, a motor for compressing and pulling the pusher plate, and a motor controller. The pusher plate must be able to uniformly press the flexible membrane of the blood reservoir. It is preferable to install the blood reservoir so that the pusher plate is horizontal with respect to the floor because the load applied to the pusher plate is uniform. A heater is embedded in the pusher plate, and if necessary, the patient's body temperature is raised. The motor must have means for converting rotation into linear motion, but may be a linear motor that produces linear motion from the beginning. The motor controller mainly controls the position of the motor. The blood volume is measured by detecting the position of the motor.
[0058]
In the hydraulic system, a flexible partition (diaphragm) is placed inside a transparent rigid plastic container, and two cavities, a blood chamber and a pressure regulation chamber, are provided. The pressure regulation chamber is connected to a liquid storage chamber for liquid feeding by a connection tube. The pressure regulation chamber, the liquid storage chamber, and the connection tube are filled with a liquid for liquid feeding (using tap water). A roller pump is installed in the middle of the connection tube, and the volume of the pressure chamber is adjusted by rotating the roller pump in the forward direction or the reverse direction. As a result, the volume of the blood chamber is adjusted. In the hydraulic system, the blood reservoir can be installed at any angle with respect to the floor, and the installation flexibility is high. A heater is embedded in the pressure control chamber, and if it is necessary to raise the patient's body temperature, it is heated. As shown in FIG. 1, a circuit internal pressure measurement port 37 is provided in the inflow portion to monitor the inflow portion circuit internal pressure. Moreover, an ultrasonic flowmeter (with a bubble detection function) probe is attached to the inflow part.
[0059]
Adds a function to generate pulsatile flow to the extracorporeal circulation device. A powerful pulsation adding ability can be obtained by periodically changing the rotation speed of the pump motor and the capacity of the blood reservoir in synchronization. The connection order of each component of the extracorporeal circulation apparatus of the present invention requires consideration different from that of the conventional extracorporeal circulation apparatus. The filter is installed in the uppermost stream because the main purpose is to capture and block air mixed in the circuit. Negative pressure is upstream and positive pressure is downstream. Therefore, the artificial lung is placed on the positive pressure side. The blood reservoir can be installed on either the negative pressure side or the positive pressure side, but it is preferable to install the blood reservoir on the positive pressure side in the case of the mechanical type described above. The reason is that if the pressure in the blood chamber is positive, there is no need to forcibly pull the pusher plate, and there is no need to bond and fix between the flexible membrane of the blood reservoir and the pusher plate, which is convenient in assembly. In order to generate pulsatile flow using the blood reservoir, it is desirable to install the blood reservoir most downstream. From the above, it is desirable that the filter, the pump, the artificial lung, and the blood reservoir are in this order from the upstream (the blood removal side) to the downstream (the blood feeding side) of the circuit.
[0060]
There are many functions required for a controller for driving and controlling an extracorporeal circulation device. Among these functions are at least the rotation and control of the pump motor, the drive and control of the blood reservoir drive motor, the transducer and amplifier for measuring the inflow circuit internal pressure, the ultrasonic flowmeter (with bubble detection function), and the separation type operation panel Communication, external data input such as patient blood pressure, control of the entire system, and the like. Furthermore, the function of interlocking with the suction circuit, the reservoir for the suction circuit, the blood concentrator (cell saver, ultrafiltration device), the myocardial protective fluid circuit, the infusion device, the vent circuit, and the like is also effective. An input / output function for monitoring / control data via a network is also effective. The controller is preferably small and movable in order to save space and portability of the system.
[0061]
<Surgery settings>
The filter, pump, artificial lung and blood reservoir constituting the extracorporeal circulation apparatus of the present invention can be installed in a sterile surgical field in a short time by assembling at the time of shipment and completing sterilization. The circuit can be filled and vented before or after installation in the sterile surgical field. In addition, if a silicon membrane type lung that does not leak is used, it is possible to complete the filling process at the time of shipment, which leads to a significant labor saving. A venting port is provided in the filter and blood reservoir. An extracorporeal circulation controller is installed near the operating table. Monitor the pressure in the inflow circuit and attach a sterilized ultrasonic flow meter (with bubble detection function) probe. Furthermore, a suction circuit, a myocardial protective liquid circuit, etc. are prepared. Put a transparent sterilization cover on the separable operation panel and install it in a place where it is easy for the operator to operate. Drive extracorporeal circulation in cooperation with the surgeon, surgical assistant and anesthesiologist. Therefore, no special personnel are assigned solely for the operation of the extracorporeal circulation device.
[0062]
<Surgery>
An example of the procedure for mitral valve surgery under MICS using the extracorporeal circulation apparatus of the present invention will be described. The skin incision should be as short as possible, and a partial midsternal incision will be made to expose the heart. In addition, a small incision is made in the right groin to expose the femoral artery and vein. A blood vessel is inserted into the femoral artery, and a blood vessel is inserted from the femoral vein into the inferior vena cava. A devascularization is inserted directly into the superior vena cava from the sternotomy. A double snare with tape is applied to the right atrium near the superior and inferior vena cava to make a tourniquet. This tourniquet must be able to sufficiently block air from being drawn even by forced blood removal due to negative venous pressure. The thickness of devascularization varies depending on the patient, but a thin one is easy to insert and does not interfere with the visual field. A cannula for myocardial protective fluid injection is installed in the ascending aorta. The extracorporeal circulation circuit that has been filled and evacuated is connected to the blood supply and devascularization attached to the patient. Confirm that there is no problem in the entire circuit and start extracorporeal circulation.
[0063]
The extracorporeal circulation is basically capable of automatic operation. On the condition that the patient arterial pressure does not fall below the preset value, the pump speed is increased until the set flow rate is obtained. Once the set flow rate is obtained, the volume of the blood reservoir is then increased. Increase blood reservoir capacity as long as patient arterial pressure and flow allow. After confirming that stable extracorporeal circulation is obtained, the ascending aorta is blocked, myocardial protective fluid is injected, and the heart is stopped. The perfused myocardial protective fluid or bleeding is aspirated and collected in a reservoir for the aspiration circuit. The collected liquid is processed by a blood concentration device (cell saver, ultrafiltration device, etc.) and transfused into the patient. The operation of the blood concentrator is simple and can be performed without a specially trained extracorporeal circulation technician.
[0064]
The upper and lower vena cava is blocked, and the right atrial / atrial septal incision or left atrial incision leads to the mitral valve. Mitral valve surgery, for example, mitral valve replacement and mitral valvuloplasty, is the same as usual even with MICS. After completing the mitral valve treatment, the air in the heart is sufficiently removed, the ascending aorta is released, and the heart incision is completely sutured closed. Release the upper and lower vena cava blockage, lower the extracorporeal circulation flow rate, and end the extracorporeal circulation if the heartbeat is sufficient. The withdrawal operation from the extracorporeal circulation needs to be performed manually to some extent, but since it is after the end of the intracardiac operation, an operator or a surgical assistant can be performed.
[0065]
<Safety measures against air contamination>
A serious problem during extracorporeal circulation is air contamination in the circuit. In particular, when a closed blood reservoir is used, there is a problem because there is a risk that the air will be sent to a patient's artery unless air is immediately removed. The place where air is mixed is on the negative pressure side upstream of the pump. Therefore, it is important not to provide an unnecessary port on the negative pressure side. Also, it is necessary to devise such that the connection part of the circuit cannot be easily disconnected. Even if there is no problem with the circuit itself, air may be drawn from the heart into the blood vessel. Therefore, the upper and lower vena cava must be reliably blocked.
[0066]
In addition, the pump is controlled so that the inflow circuit internal pressure does not become an excessive negative pressure to prevent sticking. Even if these safety measures are taken, a safety mechanism is provided in consideration of the possibility of air being mixed. The mixed air is detected by the bubble detection function of the ultrasonic flowmeter, and an alarm is sounded immediately, the pump speed is reduced, and the flow rate is reduced. However, it does not stop. Stopping the pump means interrupting the circulation, so an easy pump stop is not an appropriate response. An air detection sensor is also attached to the filter, and the pump is stopped immediately if air accumulates above a certain level. An air vent port is provided at the upper end of the filter, and a suction circuit is connected in advance and normally shut off. When air is detected by the bubble detection function or when air accumulates in the filter, the block to the suction circuit is released automatically or manually, and the air is removed from the circuit. The blood reservoir is also provided with an air vent port at the upper end so that air can be removed as necessary.
[0067]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, since the blood reservoir has a capacity | capacitance adjustment means and a capacity | capacitance capacity | capacitance detection means, control of extracorporeal circulation is easy and the extracorporeal circulation apparatus with which the burden of apparatus operation was reduced can be provided. In addition, the operation of the apparatus can be automated. Furthermore, by controlling the blood reservoir and the blood pump together, the device can be operated safely even when the driving flow rate of the blood pump is increased, and thus minimally invasive extracorporeal circulation is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an extracorporeal circulation apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a fluid pressure-regulated blood reservoir according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing various fluid (hydraulic) pressure-regulated blood reservoir capacity adjusting devices (capacity regulating method) in an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing various fluid (hydraulic) pressure-type adjustable blood reservoir capacity adjusting devices (pump hydraulic pressure adjusting method) in an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing various mechanical volume control blood reservoirs according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram showing an outline of a separation type operation panel in the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram showing an air mixing prevention device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic view showing a conventional extracorporeal circulation apparatus.
[Explanation of symbols]
2 Devascularization
3 Blood reservoir
4 Heating and cooling device
5 Heat exchanger
6 Main pump
7 Artificial lung
8 Gas flow to the oxygenator
9 Filter
10 Blood vessels
11 Blood flow in the circuit
12 piston
13 Syringe
14 Bellows
15 Pusher plate
16 Blood chamber
17 Pressure regulation room
18 Diaphragm
19 Piston
20 syringe
21 Bellows
22 Pusher plate
23 Roller pump
24 Axial flow pump
25 Liquid storage chamber for liquid transfer
26 Separate operation panel
27 Transparent sheet
30 Blood flow
31 Ultrasonic flowmeter probe
32 filters
33 Optical sensor
34 Port for exhausting air
35 Suction circuit
36 Circuit breaker
37 In-circuit pressure measurement port
38a Drive device
38b Driving motor
39 Controller
40 Wiring

Claims (8)

回路内に所定の要素を配置して血液を体外循環させるように構成した体外循環装置において、
血液ポンプと、
貯留する容量を能動的に増減させるための容量調節手段、および前記容量を検出するための容量検出手段を有する血液リザーバと、
前記容量検出手段の出力が供給されて前記容量調節手段を介して前記血液リザーバの容量を制御するとともに、前記血液ポンプの流量を制御する制御手段とを備え、
前記血液リザーバは、硬質材料からなるハウジングの内腔に設けられた、血液を貯留する血液室及び前記血液室に隣接して設けられた圧調節室を有し、
前記血液室はその室内の血液が外気と接しない閉鎖式であって血液流入用の接続管および血液流出用の接続管が設けられ、
前記圧調節室には前記容量調節手段と接続された接続管が設けられ、
前記血液室と前記圧調節室の隣接する部分は可撓性の隔壁を介して接しており、
前記容量調節手段は、前記圧調節室に対して液体を流出入させて前記隔壁を変形させることにより前記血液室の容量を調節するように構成され、
前記容量検出手段は、前記容量調節手段によ前記圧調節室に対する前記液体の流出入量に基づき前記血液リザーバの容量を検出するように構成され、
前記制御手段は、前記容量検出手段から供給される検出値に基づき、前記容量調節手段を制御して前記血液リザーバの容量を増減させることにより、血液の体外循環量を調節することが可能なように構成されたことを特徴とする体外循環装置。
In the extracorporeal circulation apparatus configured to arrange a predetermined element in the circuit and circulate blood in extracorporeal,
A blood pump,
A blood reservoir having a capacity detecting means for detecting the volume adjustment means, and the capacity of the order actively increase or decrease the capacity for storing,
A control means for controlling the volume of the blood reservoir via the capacity adjusting means, to which the output of the capacity detecting means is supplied, and for controlling the flow rate of the blood pump;
The blood reservoir has a blood chamber for storing blood, and a pressure regulation chamber provided adjacent to the blood chamber, provided in a lumen of a housing made of a hard material.
The blood chamber is a closed type in which the blood in the chamber does not come into contact with outside air, and is provided with a connecting tube for blood inflow and a connecting tube for blood outflow,
The pressure adjusting chamber is provided with a connecting pipe connected to the capacity adjusting means,
Adjacent portions of the blood chamber and the pressure regulation chamber are in contact via a flexible partition wall,
The volume adjusting means is configured to adjust the volume of the blood chamber by causing a liquid to flow into and out of the pressure adjusting chamber and deforming the partition wall,
It said capacitance detection means is configured to detect the capacity of the blood reservoir on the basis of the outflow Iriryou of the liquid to the pressure adjusting chamber that due to the volume adjustment means,
The control means may adjust the amount of extracorporeal blood circulation by controlling the capacity adjusting means to increase or decrease the capacity of the blood reservoir based on the detection value supplied from the capacity detecting means. An extracorporeal circulation device configured as described above.
回路内の循環状態を検知する循環状態検知手段を備え、制御手段が、前記循環状態検知手段が検知した出力に応じて、前記体外循環量を調節する請求項1に記載の体外循環装置。  The extracorporeal circulation apparatus according to claim 1, further comprising a circulation state detection unit that detects a circulation state in the circuit, wherein the control unit adjusts the extracorporeal circulation amount according to an output detected by the circulation state detection unit. 循環状態検知手段が、流入部に設けられた圧力センサである請求項2に記載の体外循環装置。  The extracorporeal circulation apparatus according to claim 2, wherein the circulation state detection means is a pressure sensor provided in the inflow portion. 制御手段は、循環状態検知手段から得られる情報に基づき脱血部の吸い付きを検出し、該吸い付きが検出されたとき、血液ポンプの回転数を下げるか、もしくは血液リザーバの容量を下げるように制御する請求項2または3に記載の体外循環装置。  The control means detects the suction of the blood removal part based on the information obtained from the circulatory state detection means, and when the suction is detected, reduces the rotation speed of the blood pump or reduces the capacity of the blood reservoir. The extracorporeal circulation apparatus according to claim 2 or 3, wherein the extracorporeal circulation apparatus is controlled. 前記体外循環流量の増加は、血液ポンプの回転数を上げるか、もしくは血液リザーバの容量を下げる操作の少なくとも一方によって行い、前記体外循環流量の減少は、前記ポンプの回転数を下げるか、もしくは前記血液リザーバの容量を上げる操作の少なくとも一方によって行う請求項2に記載の体外循環装置。  The increase in the extracorporeal circulation flow rate is performed by at least one of the operation of increasing the rotation speed of the blood pump or decreasing the capacity of the blood reservoir, and the decrease in the extracorporeal circulation flow rate is decreasing the rotation speed of the pump or the The extracorporeal circulation apparatus according to claim 2, wherein the extracorporeal circulation apparatus is performed by at least one of operations for increasing the capacity of the blood reservoir. 血液ポンプの回転数を周期的に増減させることにより、循環システムに拍動流を発生させる手段を備えた請求項1〜5のいずれかに記載の体外循環装置。  The extracorporeal circulation apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising means for generating a pulsatile flow in the circulation system by periodically increasing or decreasing the rotation speed of the blood pump. 血液リザーバの容量を周期的に増減させることにより、循環システムに拍動流ないし振動を発生させる手段を備えた請求項1〜6のいずれかに記載の体外循環装置。  The extracorporeal circulation apparatus according to any one of claims 1 to 6, further comprising means for generating a pulsating flow or vibration in the circulation system by periodically increasing or decreasing the capacity of the blood reservoir. 回路内に配置される要素のうち少なくとも、血液ポンプ、血液リザーバ、人工肺、およびフィルターを一体的に組み立てて構成した請求項1〜7のいずれかに記載の体外循環装置。  The extracorporeal circulation apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein at least a blood pump, a blood reservoir, an artificial lung, and a filter are integrally assembled among elements arranged in the circuit.
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