JP6854579B2 - 血液ポンプ及びポンプ制御ユニットを有する装置 - Google Patents

Description

血液ポンプは、血液ポンプ、及び制御信号をポンプ作動信号に変換するコンピューターを有するポンプ制御ユニットを有する装置に関する。

そのような装置は、例えば体外生命維持（ＥＣＬＳ）に用いられる。

ＥＣＬＳは、例えば、心原性ショック又は非代償性心不全を患っている患者に用いられ、その患者の心臓はもはや、酸素を豊富に含む血液を身体に十分に供給することができない。

本発明の目的は、そのような装置を更に発展させ、血液ポンプを動作させる方法を提案することである。

この目的は、ポンプ作動信号が、波状のサージ及び拍動流のポンプ出力の低下を引き起こす、対象のタイプの装置によって達成される。ポンプ作動信号によって生成される拍動流は、循環状況を改善する。

波状のサージ及びポンプ出力の低下は、一定のポンプのストローク又はポンプのオンオフの切り替えを意図せず、可変の制御信号によって生成されて経時にわたって変化するポンプ出力を意図する。

この装置は、冠状血管への血液の供給を改善するとともに心臓に酸素をより良く供給するために、心周期に一体化されるパルスを発する心臓維持システムを可能にする。

血液ポンプが一定の基本出力も提供する場合に有利である。このように、全身の灌流圧が基本の層流によって増大する。

この一定の基本出力は、拍動流も引き起こすポンプによって提供することができる。適用の分野に応じて、この装置が、一定の基本出力を提供する更なる血液ポンプを有することが有利であり得る。

この場合、更なるポンプも波状のサージ及びポンプ出力の低下を提供することができる。

このように、拍動流及び一定の基本出力を、１つのポンプによって提供することができるか、又はサージ及びポンプ出力の低下並びに一定の基本出力の機能が２つのポンプの間で分けられる。

しかし、波状のサージ及びポンプ出力の低下をそれぞれ提供する２つのポンプを用いることもできる。第２のポンプが第１の血液ポンプに対して時間遅延して時間動作する状態で、波状のサージ及びポンプ出力の低下を提供することが可能であるため、圧力波が重なる。

そのような装置は通常、ポンプによって供給される人工肺を有する。原則として、ポンプは人工肺の上流又は下流に配置することができる。一方の血液ポンプが流れの方向に人工肺の上流に配置され、更なる血液ポンプが人工肺の下流に配置される場合に有利である。

実施形態の好ましい変形形態は、人工肺がハウジングを有すること、及び少なくとも１つの血液ポンプがこのハウジング内に配置されることを想定する。これは、例えば、血液ポンプを、人工肺の上流又は人工肺の下流において人工肺のハウジング内に配置することを可能にする。

実施形態の特に有利な変形形態は、この装置が、特に斜流ポンプ、軸流ポンプ又は遠心ポンプ等の少なくとも１つの非閉塞性血液ポンプを有することを想定する。

必要な制御信号を提供するために、この装置がクロック発生器を有することが想定される。所定のリズムに従って、このクロック発生器は、周波数及び振幅に関してポンプの制御信号を提供することができる。このように、波状のサージ及びポンプ出力の低下が達成される。

実施形態の特に好ましい変形形態では、この制御信号はＥＣＧによって提供される。このために、ＥＣＧ信号を記録する機能を有するソフトウェアがＥＣＬＳシステムの制御ユニットに一体化される。患者ケーブルが患者に関するＥＣＧ信号を導出する。好ましくは、このように記録されたＲ波は、血液ポンプを開始させるソフトウェアトリガーを発するクロック発生器（トリガー）であり、これは次にパルスを生成する。ソフトウェアは、心周期、好ましくは心臓拡張期に対してパルスを正確に発することを確実にする。有利には、パルスの持続時間が、心臓収縮期の開始時にパルスがもはや存在しないように適合されることを確実にする。しかし、心臓収縮期及び／又は心臓拡張期に作用するパルスプロファイルも生成することができる。

加えて又は代替的に、この装置が、制御信号を提供する動脈圧センサーを有することが提案される。これにより、動脈の圧力測定によってポンプ出力に影響を与えることが可能となる。

実験によって、この装置が約２０ｃｍよりも長く、好ましくは３０ｃｍよりも長い動脈カニューレを有する場合に有利であることが示されている。特に長いカニューレは、生理的に可能な限り心臓の近くでパルスを発することを確実にするように働く。

本発明の基となる目的は、血液ポンプを動作させる方法によっても達成され、この場合、ポンプは、波状のサージ及び拍動流の低下を生成するために、反復出力で動作する。

拍動流に関して位相シフトして、更なる血液ポンプは波状のサージ及びポンプ出力の低下を引き起こすことができる。

少なくとも１つのポンプの拍動流が基本負荷と重なる場合に有利である。

この処置の実施態様では、好ましくは、拡張期圧がポンプによって上昇することが確実となる。これは、基本の層流に加えて、心臓拡張期に流れ及び圧力の上昇が生じるように拍動機能を調整するよう、循環の補助をＥＣＬＳシステムによってもたらすことを可能にする。システムのトリガーは、好ましくは、心臓との同期を通じて生じる。

一方で、記載の装置は、ポンプによって人工肺に流れを方向付けるように用いることもできる。拍動性は、人工肺の機能及び耐用年数を改善する。

そのような装置の例が図面に示されており、以下でより詳細に説明する。

装置の個々の要素及びそれらの相互接続を概略的に示す図である。

装置１の必須の要素は、第１の血液ポンプ１、ポンプ制御ユニット２及びコンピューター３である。コンピューター３は制御信号４をポンプ作動信号に変換する。ポンプ制御ユニット２を介して、このポンプ作動信号５は、ポンプ１に対して波状のサージ及びポンプ出力の低下を生成し、これによって拍動流が引き起こされる。

リード線６を介して、ポンプ制御ユニット２は第１のポンプ１及び更なるポンプ７に接続されている。これによって、人工肺８の上流に配置されている第１のポンプ１によって基本負荷及びまた拍動流の双方を生成することが可能となる。しかし、第１のポンプ１が人工肺８の上流にある状態で基本負荷を同様に生成し、第２のポンプ７が人工肺８の下流にある状態で、拍動流を生成することができる。

最終的に、各場合に、第１のポンプ１が人工肺８の上流にあり、第２のポンプ７が人工肺の下流にある状態で拍動流を達成することもできる。これらのポンプ間の距離のために、時間遅延した波が重なるか、又はポンプを時間遅延した信号によって制御することが可能となる。

ポンプ１及び７は、人工肺８とともにハウジング９内に配置される。これは単純な構成を可能にする。実施形態の図示の例では、ハウジング９において２つのポンプ１及び７にポンプ作動信号を提供するために、１つのみのリード線６がポンプ制御ユニット２からハウジング９まで延びている。代替形態として、１つのリード線を第１のポンプ１につなげ、更なるリード線を第２のポンプ７につなげることができる。

血液ポンプとして、少なくとも第１のポンプ１には斜流ポンプが用いられる。好ましくは、双方のポンプ１及び７が斜流ポンプである。しかし、軸流ポンプ又は遠心ポンプも用いることができる。

ケーブル１１を介して患者１２に接続されるＥＣＧ１０によって制御信号４が提供される。

患者１２の血液循環又は心臓内に位置付けられるのは静脈カニューレ１３及び動脈カニューレ１４である。動脈カニューレは長さが約３５ｃｍ〜４０ｃｍ、好ましくは３０ｃｍ〜４５ｃｍであり、静脈カニューレは大静脈内に導入される。

ＥＣＬＳシステムの動作中に、制御信号４を発生させるために、ＥＣＧ１０によって、リード線１１を介して患者１２のＥＣＧ信号が記録される。この制御信号４は、コンピューター３によってポンプ信号５に変換され、ポンプ信号５は、ポンプ制御ユニット２及びリード線６を介して、ポンプ１及び７を制御するか、又はポンプ１及び７に電流を提供する。心臓収縮期及び／又は心臓拡張期にインパルスを発する目的で特別に開発されたアルゴリズムに従って血液ポンプ１を開始させるようにソフトウェアトリガーを発するコンソール１５が用いられる。

このために、ＥＣＧ信号がコンソールにおいてインプリメントされる。ユーザーインターフェースは、ＥＣＧの設定オプションを作成し、血液ポンプの関連する作用をセンス又はパルスとして示すようにマーカーチャネルを構成するために適合される。

静脈カニューレ１３から動脈カニューレ１４への血液循環１６において、血液は、人工肺８において酸素が豊富になり、ＣＯ_２が除去される。

血液ポンプ１は、その時点の心拍数に依存する最大時間窓内の規定の期間にわたる基本速度の最高の特別な値によって加速する。更なるアルゴリズムによって時間制限が生じる。

血液ポンプ１又は血液ポンプ７は、心臓拡張の増強が生じるように制御される。この心臓の作用の間に、冠動脈灌流圧が上昇する。心臓に近い大動脈の領域における拡張末期血圧が次に、通常よりも低い値に低下する。それに続く心臓収縮期は、克服するのにより低い駆出抵抗を有し、したがって、「影響を受けた心臓収縮期」として知られている。より低い収縮期圧ではより低い後負荷が見られる。

拡張期圧が上昇することによって、心筋の酸素平衡が２つの方法で改善される：心筋の酸素供給が冠動脈灌流圧の上昇によって高まり、同時に、機械的な心臓の作用、及びそれによって心筋の酸素消費量が低下する。このように、心臓の回復の前提条件が改善される。

人工肺の１つの問題は血栓形成であり、この場合、血液の構成成分がガス交換膜に堆積する。加えて、血栓が人工肺の領域において形成される可能性があり、人工肺における流れが少なくなる。人工肺を流れる拍動流によって、人工肺における流れが変化し、その結果、人工肺の耐用年数が改善される。

さらに、副次的影響として、繊維と流れる血液との間の境界層が低減するためガス交換が改善される。

Claims (6)

1. ３０ｃｍ以上の長さの動脈カニューレ（１４）と、
   人工肺（８）と、
   前記人工肺（８）の上流に配置される血液ポンプ（１）と、
   ＥＣＧ（１０）と、及び
   前記ＥＣＧ（１０）からの制御信号（４）をポンプ作動信号（５）に変換するコンピューター（３）を有するポンプ制御ユニット（２）と、から構成される装置であって、
   前記ポンプ作動信号（５）が、拍動するポンプ出力又は拍動するポンプ流を生成するための電流を、血液ポンプ（１）に提供し、前記血液ポンプ（１）は一定の基本出力も提供し、
   血液の流れは、最初に血液ポンプ（１）に流れ、次に人工肺（８）に流れ、
   前記装置は体外循環補助用であることを特徴とする、装置。
2. 前記人工肺（８）はハウジング（９）を有し、血液ポンプ（１）もこのハウジング（９）内に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記装置は、非閉塞性血液ポンプ（１）を有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. 前記装置は、前記制御信号（４）を提供する動脈圧センサーを更に有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
5. ３０ｃｍ以上の長さの動脈カニューレ（１４）と、
   人工肺（８）と、
   血液ポンプ（１）と、
   ＥＣＧ（１０）と、及び
   前記ＥＣＧ（１０）からの制御信号（４）をポンプ作動信号（５）に変換するコンピューター（３）を有するポンプ制御ユニット（２）と、から構成される装置であって、
   前記ポンプ作動信号（５）が、拍動するポンプ出力又は拍動するポンプ流を生成するための電流を、血液ポンプ（１）に提供し、前記血液ポンプ（１）は一定の出力も提供し、
   血液の流れは、最初に前記血液ポンプ（１）に流れ、次に前記人工肺（８）に流れ、
   前記装置は体外循環補助用であることを特徴とする、装置。
6. 前記血液ポンプ（１）により、拡張期圧が上昇することを特徴とする、請求項５に記載の装置。

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