JP6386580B2 - 追加される充填量を最小にする、酸素供給器と一体化される動脈フィルタを提供するためのシステム - Google Patents

Description

[0001]本開示は、概して、血液潅流システムで使用される動脈フィルタに関し、より詳細には、酸素供給器と一体化される動脈フィルタに関する。

[0002]血液潅流は、身体の血管を血液が通るのを促進することを伴う。この目的のため、血液潅流システムは、通常、患者の脈管系に相互接続される体外回路内で１つまたは複数のポンプを使用することを必要とする。心肺バイパス手術は、通常、心臓および肺の機能に取って代わることにより静止した手術野（ｓｔｉｌｌ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｆｉｅｌｄ）を形成することを目的として心臓を一時的に停止することを実現する潅流システムを必要とする。このように分離（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）することにより、血管狭窄症、弁膜症、および、先天的な心臓の欠陥を外科的に治すことが可能となる。心肺バイパス手術で使用される潅流システムでは、体外血液回路が確立され、これが、心臓および肺の機能に取って代わるための、少なくとも１つのポンプおよび酸素化デバイス（ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）を有する。

[0003]より具体的には、心肺バイパス手技では、酸素の少ない血液すなわち静脈血が、心臓に入る大静脈または身体（例えば、大腿部）の他の静脈から重力排液（ｇｒａｖｉｔｙ−ｄｒａｉｎ）されるかまたは真空吸引され、体外回路内の静脈ラインを通して移送される。場合によっては、固体塞栓（ｓｏｌｉｄ ｅｍｂｏｌｕｓ）および気体塞栓（ｇａｓｅｏｕｓ ｅｍｂｏｌｕｓ）を濾過して除去するリザーバ内部で血液が排液され、ミニバイパス（ｍｉｎｉ ｂｙｐａｓｓ）を適用するような他の場合には、大容量の静脈リザーバの代わりに比較的小さい容量の静脈気泡トラップ（ｖｅｎｏｕｓ ｂｕｂｂｌｅ ｔｒａｐ）が使用され得る。静脈血が酸素供給器へと圧送され、酸素供給器が血液へと酸素を移送するのを実現する。酸素は、膜を通過するように移送されることにより、または、頻度はより低いが、血液を通る酸素を気泡にすることにより、血液の中に導入され得る。同時に、膜を通過させることで二酸化炭素が除去される。酸素化された血液（ｏｘｙｇｅｎａｔｅｄ ｂｌｏｏｄ）が濾過され、動脈ラインを通して、大動脈、大腿動脈または他の動脈まで戻される。

[0004]しばしば、動脈フィルタが、患者の手前の最後のバリアとして、酸素供給器の後にくるように、体外回路に追加され、それにより、固体塞栓または気体塞栓をすべて遮断し、これらの塞栓が患者の大動脈の中に入るのを防止する。近年、酸素供給器と一体化される動脈フィルタが開発されており、それにより、回路の充填量を減少させることが可能となり、患者の全体の血液希釈が軽減される。場合によっては、過剰な血液希釈が術後の患者の病的状態の１つの大きな原因となり、これは回避されなければならない。

[0005]いくつかの実施形態では、本発明は血液処理装置で使用されるためのフィルタ組立体を対象とする。フィルタ組立体が、約２０ミクロンから約１５０ミクロンの平均孔径を有するフィルタメッシュスクリーンと、フィルタメッシュスクリーンに対して固定される複数の中空のガス交換繊維（ｈｏｌｌｏｗ ｇａｓ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｆｉｂｅｒ）とを有する。フィルタメッシュスクリーンが螺旋状に巻かれ、ガス交換器（ｇａｓ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）として使用可能であるフィルタ組立体を形成する。複数の中空のガス交換繊維の間の血流がフィルタメッシュスクリーンによって濾過される。

[0006]いくつかの実施形態では、本発明は、血液入口（ｂｌｏｏｄ ｉｎｌｅｔ）および血液出口（ｂｌｏｏｄ ｏｕｔｌｅｔ）を有する装置ハウジングを有する血液処理装置を対象とし、血液入口が装置ハウジングの内部まで延在する。いくつかの実施形態では、熱交換器が血液入口に流体連通され、血液入口の周りに配置される。ガス交換器が熱交換器の周りに配置され、その結果、ガス交換器の内側表面が熱交換器の外側表面から出る血液を受け取るように配置される。いくつかの実施形態では、熱交換器が存在せず、ガス交換器が血液入口の周りに配置される。スクリーンフィルタがガス交換器を通るように螺旋状に巻かれ、その結果、ガス交換器を通過する血液がスクリーンフィルタを通過し、螺旋状に巻かれるスクリーンフィルタによって複数回濾過される。

[0007]複数の実施形態が開示されるが、本発明の説明的な実施形態を示して説明している以下の詳細な説明より、当業者には本発明のさらに他の実施形態が明らかとなろう。したがって、図面および詳細な説明は本質的に例示であり、限定的ではないとみなされる。

[0008]本発明の一実施形態による、一体化される動脈フィルタを有する血液処理装置を示す概略図である。 [0009]図１の血液処理装置を示す概略断面図である。 [0010]図１の血液処理装置を示す代替的な概略断面図である。 [0011]図１の血液処理装置を示す概略断面図である。 [0012]図１の血液処理装置を形成するのに使用される複合組立体（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ）を示す概略図である。 [0013]図１の血液処理装置の一部分を示す概略図である。 [0014]図１の血液処理装置の一部分を示す概略図である。 [0015]本発明の実施形態による、一体化される動脈フィルタを有する血液処理装置を示す概略図である。

[0016]本発明は種々の修正および代替的形態を受け入れることができるが、特定の実施形態が例とし図面に示され、以下で詳細に説明される。しかし、本発明は説明される特定の実施形態のみに限定されることを意図されない。逆に、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内にあるすべての修正形態、均等物および代替形態を包含することを意図される。

[0017]本開示は、任意選択の熱交換器と、ガス交換器または酸素供給器と、動脈フィルタとを単一構造として組み合わせる血液処理装置に関連する。いくつかの実施形態では、一体化される動脈フィルタを備える酸素供給器という用語は、任意選択の熱交換器と、ガス交換器と、動脈フィルタとを一体デバイスとして組み合わせる構造を意味するのに使用され得る。いくつかの実施形態では、酸素供給器は体外血液回路内で使用され得る。バイパス手技で使用され得るような、体外血液回路が、人工心肺、血液リザーバ、さらには、酸素供給器などの、複数の異なる要素を有することができる。

[0018]いくつかの実施形態では、動脈フィルタを酸素供給器と組み合わせることにより、体外血液回路を形成するのに使用される管類のセットの複雑さが低減され得るかまたはその部品の数が低減され得、それによりその管類のセットで体外血液回路を単純化することができる。いくつかの実施形態では、これにより、体外血液回路の充填量が減少する。例示として、分離の動脈フィルタを利用する特定の新生児サイズの（ｎｅｏｎａｔａｌ−ｓｉｚｅｄ）酸素供給器の場合、充填量は約４７ミリリットル（ｍｌ）である。酸素供給器内に動脈フィルタが一体化される、本発明に従って作られる同様の新生児サイズの酸素供給器は、約３５ｍｌの充填量を有する。これは充填量が約２５パーセントで有意に減少することを意味する。

[0019]図１は、血液処理装置または酸素供給器１０の概略図である。この図では内部構成要素を見ることができないが、酸素供給器１０が、熱交換器、ガス交換器および動脈フィルタ、のうちの１つまたは複数を有することができる。いくつかの実施形態によると、熱交換器、ガス交換器および動脈フィルタの各々が、デバイスコンパートメントまたはデバイスハウジング１２内に配置される単一構造として一体化される。いくつかの実施形態では、考察されるように、ガス交換器が、ガス交換器自体と一体化される動脈フィルタを有することができる。

[0020]種々の実施形態によると、熱交換器（存在する場合）、ガス交換器、および、デバイスハウジング１２が、概略円形の断面形状を有することができる。熱交換器、ガス交換器、および、デバイスハウジング１２は、各々が、概して同じ断面形状を有することができ、または、各々が異なる断面形状を有してもよい。

[0021]いくつかの実施形態では、血液入口１６がデバイスハウジング１２の中まで延在する。血液出口１８がデバイスハウジング１２から出る。述べたように、いくつかの実施形態では、酸素供給器１０がガス交換器を有し、したがって、ガス入口２０およびガス出口２２を有することができる。いくつかの実施形態では、酸素供給器１０が熱交換器を有し、したがって、加熱流体入口（ｈｅａｔｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｉｎｌｅｔ）２４および加熱流体出口（ｈｅａｔｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｏｕｔｌｅｔ）２６を有することができる。示されないが、いくつかの実施形態では、酸素供給器１０が、血液中に混入した気泡を排除するための１つまたは複数のパージポートを有することができることが企図される。入口および出口のこれらの位置が単に例示であり、他の配置および構成も企図されることを理解されたい。

[0022]図１Ａは、熱交換器２３２およびガス交換器２３４の相対位置を示している、酸素供給器１０の断面図である。血液が血液入口１６を介して酸素供給器１０に入り、血液入口１６から熱交換器コア２１６の中まで通過し、さらに熱交換器２３２を通る。加熱流体および／または冷却流体が加熱流体入口２４を通って入り、熱交換器２３２を形成する中空の繊維（図示せず）を通過し、加熱流体出口２６を介して酸素供給器１０から出ることができる。熱交換器２３２に入る血液が上で言及した中空の繊維の周りおよびその上を流れて熱交換器２３２から出る。熱交換器２３２から出る血液がガス交換器２３４の中に流れる。酸素がガス入口２０を介して酸素供給器１０に入り、ガス交換器２３４内の中空の繊維（この図では示されない）を通って流れ、ガス出口２２を通って外に出て、ここでは、中空の繊維を通ってその外へと拡散する二酸化炭素および他のガスを運ぶ。次いで、加熱されて酸素化された血液が血液出口１８（図１）を通って外に出ることができる。

[0023]図１Ｂは、ガス交換器３３４を示している、酸素供給器３１０の代替的な断面図である。酸素供給器３１０は、熱交換器を有さない。血液が血液入口１６を介して酸素供給器３１０に入り、血液入口１６からコア３１６の中まで通過し、さらにガス交換器３３４を通る。酸素がガス入口２０を介して酸素供給器３１０に入り、ガス交換器３３４内の中空の繊維（この図では示されない）を通って流れ、ガス出口２２を通って外に出て、ここでは、中空の繊維を通ってその外へと拡散する二酸化炭素および他のガスを運ぶ。次いで、加熱されて酸素化された血液が血液出口１８（図１）を通って外に出ることができる。

[0024]いくつかの実施形態では、後で考察するように、ガス交換器２３４（図１Ａ）およびガス交換器３３４（図１Ｂ）が、ガス交換器２３４、３３４内で巻かれるかまたは別の形で配置される濾過機構を組み込む。

[0025]図２は、熱交換器３２およびガス交換器３４の相対的な配置を示している、酸素供給器１０の断面図である。図２は熱交換器３２を有する酸素供給器１０を示しているが、いくつかの実施形態では熱交換器３２が除外されてもよいことを理解されたい。熱交換器３２が存在しない場合、代わりに、ガス交換器３４を支持するための円筒形のコアが設けられてよい。この図では、単純化のために、入口および出口などの他の内部構成要素が示されていない。いくつかの実施形態では、熱交換器３２がいくつかの中空の繊維を有し、そこを水などの加熱流体が通って流れることができる。血液が中空の繊維の周りをおよび中空の繊維を通って流れることができ、このようにして適切に加熱され得る。いくつかの実施形態では、中空の繊維はポリマーであってよい。中空の繊維はあまりにも小さいため、図面には示されない。場合によっては、金属繊維が熱交換器３２内で使用されてもよい。他の実施形態によると、熱交換器３２が、血液との熱伝達を促進するための、金属ベローズ、または、有意な表面積を有する他の構造（例えば、フィン）を有する。

[0026]いくつかの実施形態では、ガス交換器３４がいくつかの中空の繊維を有することができ、そこを酸素などのガスが通って流れることができる。血液が中空の繊維の周りをおよび中空の繊維を通って流れることができる。濃度勾配により、酸素が中空の繊維を通って血液の中へと拡散することができ、一方で、二酸化炭素が中空の繊維の中へと拡散して血液から出ることができる。中空の繊維はあまりにも小さいため、図面には示されない。

[0027]いくつかの実施形態では、ガス交換器３４（図２）、２３４（図１Ａ）および３３４（図１Ｂ）が、ガス交換器３４、２３４、３３４と一体化される動脈フィルタを有する。図３は、フィルタスクリーン４２および複数の中空の繊維４４を有する複合フィルタスクリーン組立体４０の概略図である。この概略図は、組立体内でフィルタ手段４２をガス交換繊維マットに結合するための可能性の単に一つである。いくつかの実施形態では、フィルタスクリーン４２が組立体の長手方向の長さ全体に沿って延在してよい。他の実施形態では、フィルタスクリーン４２が、長手方向において、組立体の長手方向の長さの一部のみに沿って延在する。いくつかの例示の実施形態では、スクリーン４２が組立体の長手方向の長さの約２０パーセントから約８０パーセントに沿って延在する。

[0028]この図では、中空の繊維４４をより良好に示すために、中空の繊維４４のサイズを一定の尺度から外して拡大している。フィルタスクリーン４２は、種々の実施形態で、隣接し合う要素の間の平均距離として定義される、約２０ミクロンから約１５０ミクロンの範囲の平均孔径を有するポリマーフィルタスクリーンである。種々の実施形態で、フィルタスクリーンの平均孔径は約６０ミクロンから約１２５ミクロンである。いくつかの実施形態ではフィルタスクリーン４２がポリプロピレンまたはポリエステルから作られてよいが、他の適切な材料が使用されてもよい。場合によっては、フィルタスクリーン４２、ガス交換中空繊維４４、または、一体化される動脈フィルタを備える酸素供給器全体が、生体適合性材料で被覆されてよい。

[0029]中空の繊維４４はポリマーであってよい。いくつかの実施形態では、中空の繊維は、微多孔性のポリプロピレンまたはＰＭＰ（ポリメチルプロピレン）から形成される中空の繊維であるが、他の適切な材料が使用されてもよい。いくつかの実施形態では、中空の繊維４４は約１００ミクロンから約１０００ミクロンの範囲の平均外径を有してよく、ガス交換器自体の長さに一致する平均長さを有してよい。

[0030]図４が、酸素供給器コア５２の上に巻かれた複合組立体４０を示している。いくつかの実施形態では、複合組立体４０は熱交換器の上に直接に巻かれてよい。図５は同様の図であるが、ハウジング１２をさらに示している。任意選択で、複合組立体４０は、螺旋状となるように、それ自体の上に巻かれてよい。いずれの場合も、フィルタスクリーン４２がガス交換器３４内で螺旋状となるように配置されることが分かるであろう。概略的に示されるが、複合組立体４０は、酸素供給器コア５２の周りに複合組立体４０によりおよそ４つの完全な層を形成するような大きさである。これはイメージを単純化するためのものであり、一部の実施形態として、複合組立体４０が約５から約１００の完全な層を可能とするような大きさであってもよいことを理解されたい。血液が熱交換器３２から出るとき、血液が径方向外向きに移動すると、血液がフィルタスクリーン４２を複数回通過することになることが理解されよう。

[0031]酸素供給器コア５２が、熱交換器３２のロケーションに相当する容積５０を画定することが分かるであろう。酸素供給器コア５２は任意適切なポリマー材料などの任意適切な材料で形成されてよく、約１０ミリメートル（ｍｍ）から約２００ミリメートル（ｍｍ）の範囲の外径、および、約５から約５〜１００ｍｍの範囲の内径を有してよい。いくつかの実施形態では、相対寸法は、患者の大きさおよび内側のコアの直径の選択によって決定される。この図には示されないが、酸素供給器コア５２は、熱交換器３２からガス交換器３４の中へと血液が流れるのを可能にする１つまたは複数のアパーチャを有することができる。いくつかの実施形態では、酸素供給器コア５２は存在しなくてもよく、この場合、デバイス１０内で水のコンパートメント（ｗａｔｅｒ ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ）とガスのコンパートメント（ｇａｓ ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ）を分離するのにポッティング材（ｐｏｔｔｉｎｇ）が使用され得る。上で考察したように、いくつかの実施形態では、熱交換器が存在せず、したがって、酸素供給器コア５２の中が空となる。

[0032]図６が血液処理装置１１０の長手方向断面図を提示している。血液処理装置１１０が血液入口１１６および血液出口１１８を有する。血液入口１１６を介して入る血液が中央コア１５０の中へと通過する。いくつかの実施形態では、中央コア１５０が、血液が中央コア１５０から出て径方向外向きの方向に移動するのを可能にするための複数のアパーチャ１５２を有することができる。血液が熱交換器１３２内の中空の繊維（符号が付されない）を通過する。シェル１５４が熱交換器１３２を囲んで画定する。いくつかの実施形態では、シェル１５４が、血液が熱交換器１３２から出てガス交換器１３４を通って径方向外向きの方向に流れるのを可能にする複数のアパーチャ１５６を有する。いくつかの実施形態では、ガス交換器１３４から出る血液が環状の収集スペース１６０の中に集まり、その後、血液出口１１８を通って外に出る。

[0033]ガス交換器内に動脈フィルタを組み込むことにより達成される充填量の利点を説明するために、以下の実施例を考察する。Ｓｏｒｉｎから入手可能な新生児の動脈フィルタＤ１３０と組み合わされる、Ｓｏｒｉｎから入手可能な新生児の酸素供給器Ｄ１００が、合計で４７ｍｌの充填量を有する。対して、ガス交換器内に組み込まれる本発明の動脈フィルタを有するように修正されるＤ１００の酸素供給器は合計で３５ｍｌの充填量を有する。これは２５％の減少を意味する。具体的な寸法を以下の表で示す。

[0034]考察した例示の実施形態に対して、本発明の範囲から逸脱することなく種々の修正および追加が行われ得る。例えば、上で説明した実施形態は特定の特徴を参照するが、本発明の範囲は、説明した特徴のすべてを含むわけではない特徴および実施形態の多様な組合せを有する実施形態も含む。したがって、本発明の範囲は、そのすべての均等物と併せて、特許請求の範囲の範囲内にあるすべての代替形態、修正および変形形態を包含することを意図される。

Claims (18)

1. 血液処理装置で使用されるためのフィルタ組立体であって、
   ２０ミクロン〜１５０ミクロンの平均孔径を有するフィルタメッシュスクリーンと、
   各々が前記フィルタメッシュスクリーンの一方の側のみに対して固定される、複数の中空のガス交換繊維と
   を備え、
   前記フィルタメッシュスクリーンが前記複数の中空のガス交換繊維と共に螺旋状に巻かれ、前記複数の中空のガス交換繊維の間を血液が流れるときに血液を濾過するように構成されるフィルタ組立体を形成する、
   フィルタ組立体。
2. 前記複数の中空のガス交換繊維の少なくとも一部が１００ミクロン〜１０００ミクロンの外径を有する、請求項１に記載のフィルタ組立体。
3. 前記複数の中空のガス交換繊維の少なくとも一部がポリプロピレンまたはポリメチルプロピレンで形成される、請求項１に記載のフィルタ組立体。
4. 前記フィルタメッシュスクリーンがポリプロピレンまたはポリエステルで形成される、請求項１に記載のフィルタ組立体。
5. 前記複数の中空のガス交換繊維の少なくとも一部が互いに少なくとも実質的に平行となるように位置合わせされる、請求項１に記載のフィルタ組立体。
6. 前記複数の中空のガス交換繊維がマット構造となるように配置される、請求項１に記載のフィルタ組立体。
7. 前記マット構造が二層の中空のガス交換繊維で作られ、各層が、十字形交差構造となるように角度をつけられて配置される繊維を備える、請求項６に記載のフィルタ組立体。
8. 長手方向の長さを有し、さらに、前記フィルタメッシュスクリーンが、長手方向において、少なくとも、前記フィルタ組立体の前記長手方向の長さと同じ長さで延在する、請求項１に記載のフィルタ組立体。
9. 血液入口および血液出口を有する装置ハウジングであって、前記血液入口が前記装置ハウジングの内部まで延在する、装置ハウジングと、
   前記血液入口に流体連通されて前記血液入口の周りに配置されるコア構造と、
   前記コア構造の周りに配置される請求項１のフィルタ組立体と
   を備える、血液処理装置。
10. 前記フィルタメッシュスクリーンが、２０ミクロン〜１５０ミクロンの平均孔径を有するポリマーフィルタメッシュスクリーンを含む、請求項９に記載の血液処理装置。
11. 前記コア構造内に配置される熱交換器をさらに備える、請求項９に記載の血液処理装置。
12. 血液入口および血液出口を有する装置ハウジングであって、前記血液入口が前記装置ハウジングの内部まで延在する、装置ハウジングと、
    前記血液入口に流体連通されて前記血液入口の周りに配置されるコアと、
    前記コアの周りに配置されるガス交換器であって、前記ガス交換器の内側表面が、前記コアの外側表面から出る血液を受け取るように配置される、ガス交換器と、を備え、
    前記ガス交換器が、スクリーンフィルタと、前記スクリーンフィルタの一方の側のみに対して固定されて複合組立体を形成する複数の中空のガス交換繊維とを備え、前記複合組立体がそれ自体を覆うように巻かれて前記ガス交換器を形成し、
    前記ガス交換器を通過する血液が前記スクリーンフィルタを通過し、螺旋状に巻かれる前記スクリーンフィルタによって複数回濾過される、血液処理装置。
13. 前記コアが熱交換器コアを備え、前記熱交換器コアの中に配置される熱交換器が存在する、請求項１２に記載の血液処理装置。
14. 前記コアが前記ガス交換器のための支持体を備える、請求項１２に記載の血液処理装置。
15. 前記中空のガス交換繊維の少なくとも一部が１００ミクロン〜１０００ミクロンの外径を有する、請求項１２に記載の血液処理装置。
16. 前記スクリーンフィルタの外側表面と前記装置ハウジングの内部表面との間に画定される環状スペースをさらに備え、前記ガス交換器の前記外側表面から出る血液が前記環状スペースの中に集まることができ、前記環状スペースが前記血液出口に流体連通される、請求項１２に記載の血液処理装置。
17. 前記ガス交換器は、ガスが前記ガス交換器を通って流れるのを可能にするように構成され、それにより、前記ガス交換器を通過する血液に酸素が加えられ、当該血液から二酸化炭素が除去される、請求項１２に記載の血液処理装置。
18. 血液入口および血液出口を有する装置ハウジングであって、前記血液入口が前記装置ハウジングの内部まで延在する、装置ハウジングと、
    前記血液入口に流体連通されて前記血液入口の周りに配置される熱交換器と、
    前記熱交換器の周りに配置されるガス交換器であって、前記ガス交換器の内側表面が、前記熱交換器の外側表面から出る血液を受け取るように配置される、ガス交換器と、
    前記ガス交換器を通るように螺旋状に巻かれるスクリーンフィルタであって、前記ガス交換器の複数の中空のガス交換繊維が、前記スクリーンフィルタの一方の側のみに対して固定され、前記スクリーンフィルタと共に螺旋状に巻かれ、前記ガス交換器を通過する血液が前記スクリーンフィルタを通過し、螺旋状に巻かれる前記スクリーンフィルタによって複数回濾過される、スクリーンフィルタと
    を備える、血液処理装置。

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