JPS598959A - 体外循環血液回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ■　　発明の背景 （技術分野） 本発明は主に癌に対する温熱療法（体外循環法］の自動
温度制御システムを有する体外循環血液回路装置に関す
るものであるＣ （先行技術およびその問題点） 末期あるいは転移性の癌に対する補助療法として、全身
体外循環による温熱療法がクローズアップされている０
本法は米国のＰＩＬｒｋＳらが初めて臨床応用し、放射
線、制癌剤との組合せで優れた臨床成績をあげ、現在世
界各地で追試験が行われている。不法は身体を４２℃付
近まで血液を経て加温維持するという激しい療法であり
、その安全な施行のため最も重要な点は、いかに身体の
温度を４１．５〜４２．０℃の範囲に正確に維持するか
にある０現在、Ｐａ　ｒｋ　ＳらはＲＥＳＦＡＲＣＨＡ
ＧＡＩＮＥｉＴ（ＪＣ］１ｉｌＲ，ＬＴＤのニｖｒａｔ
ｕｒｅ　Ｒｅｇｕｌａｔ−ｉｏｎ　、Ｑｅｖｉｅｅ　を
用いている。また、熱交換器はトラベノール社の積層型
のものを用いている。ＴＲＤの特長は、４８℃と３０℃
の恒温槽を設け、患者体温を４１．５〜４２．０℃に制
御するため、３方弁にて４８℃と３０℃の温水の混合比
を調整して熱交換器−こ送り、また設定温度に近付いた
ならば昇温の割合を緩くし、設定値をオーバーシュート
しないよう自動的」 に制御される。そして、所定の加温時間が経過した時に
、クーリングモードに切り換え、ある−足の冷却レート
で自動的に制御されるＣもちろん、手動への切換操作も
可能である０この装置の問題点は、潅流温水を所定の温
度に制御するのに、高温槽と低温槽からの温水の混合比
をバルブの制御によって行っており、長時間に亘る治療
中のバルブの安定性が問題となり、すなわち、温度制御
がむずかしく危険も多いばかりか、冷凍機が必要など価
格的ｔこも割高となっていることである〇１　発甲の目
的 そこで、本発明は身体温度を従来の装置に比べて精密か
つ安定的に昇温ステージ、維持ステージ、降温ステージ
を通じて自動制御することができる体外循環血液回路装
置を提供しようとするものである。

本発明の他の目的は治療中のモニターが容易で、操作も
簡単であるだけでなく、安価な体外循環血液回路装置を
提供しようとするにある。

本発明によれば、（ａ）一端に血液導入口、他端こと血
液排出口を有するチューブと、由）該チューブの途中に
設けられた血液循環用ポンプと、（ｃ）前記チューブと
連通するように介挿され、πｎ液と間接的に接触する熱
媒体により後述するような適当な制御温度に熱交換する
熱交換器と、（ｄ）前記血液の適当な制御温度を付与す
るために前記熱交換器中に所要に応じて制御された温度
の熱媒体を供給するよう前記熱交換器に接続された恒温
槽と、（ｅ）恒温槽から熱交換器に入る熱媒体、熱交換
器で熱交換された血液、膀胱および食道の温度を測定す
るために用いられる各素子と、げ）前記各温度測定素子
より測定値を入力し、体温の昇温ステージ、４１．５〜
４２．０℃の温度維持ステージおよび降温ステージを通
じて前記各温度測定素子の測定値に応じて恒温槽の熱媒
体の温度を自動制御する制御装置とを具え、前記制御装
置は、前記昇温ステージにおいては、恒温槽により供給
された熱媒体の温度が４５ないし４９℃となるようｌこ
前記恒温槽を制御し、食道源を測定監視しつつ所定時間
後に所定温度づつ熱媒体の温度を下げつつ血液との熱交
換操作を繰り返し続け、食道源が複数の所定時間隔の食
道温潤定値より予測される所定の食道源に達し、膀胱基
が４１．５℃以上になった時点で次の維持ステージに移
行し、前記維持ステージにおいては、膀胱基を測定監視
しつつ膀胱基が４１．５℃〜４２．０℃の温度範囲から
はずれないよう４〜６時間に亘り恒温槽の熱媒体の温度
を自動制御し、所定時間経過後に次の降温ステージに移
行し、前記降温ステージにおいては、前記維持ステージ
の終了後、複数の所定時間隔の食道温潤定値に基いて食
道源が１℃７４０分以下の降温速度で降温するよう恒温
槽の熱媒体の温度を所定温度づつ下降させ１．膀胱基が
約３９℃以下になった時に治療を終了するよう自動制御
するよう構成することにより、上記目的を達成すること
ができる。前記昇温ステージにおいて、複数の食道温測
足値より予測される食道源が達する所定の温度は４１．
８℃とし、前記維持ステージにおいて、熱媒体の温度の
自動制御は複数の所定時間隔の膀胱基測定値により膀胱
基を４１．９℃以下、４１．６℃以上に維持するのが良
い。安全対策上、前記制御装置は、食道源または膀胱基
の測定監視の結果４２．０℃を超えた時に警報を発する
よう構成するのが好適である。回路チューブには治療中
に身体に供給する必要のある薄液抗凝固剤、生命の維持
に必要な賭場類、治療剤などを注入するための液体注入
口を設けておくと便利である０また、前記熱交換器は０
．１〜０．５ｆｆ／の有効表面積を有し、血流量１ｔ／
―、熱媒体流量１５１７ｍの時熱交換効率係数ＰＦが０
．８≦ＰＦ＜０．９５である多管式のものを用いると、
血液を危険なより高い温度にさらすことなく有効に熱交
換を行うことができる。

■　発明の具体的構成 以下、本発明の体外循環薄液回路装置を添付図面につき
詳細に説明する。

体外循環による全身温熱療法は熱交換器により体外に採
り出した血液を昇温、維持、降温させて行うもので、そ
の治療は、第１図に例示するようｌこ、熱交換器の温度
および膀胱のｍ度を昇温ステージｒ、維持ステージＨ１
降温ステージ１に亘って測定監視しつつ行われる。治療
中患者の身体の温度が４２．５ｔｌ：を超えると患者は
死Ｊこ致る危険があり、４１．５℃以下では癌（こ対す
る治療効果が上がらないことがわかっている。従って、
治療中Ｚこは患者の身体の温度は上記範囲内に保たれる
必要があるが、本発明においては安全上４１．５〜４２
．０℃の間に保持するよう精密制御を行う０以上のよう
に精密制御を行う線図的回路図を第２図に示す。患者１
の大腿動静脈シャント２に回路チューブ３が接続され、
チューブ回路には上流側からローラポンプ４および熱交
換器５が介挿されている。熱交換器５には恒温槽６が接
続され、チューブ３内の血液流に対して向流となるよう
潅流液（温水）が流されている。チューブにはヘパリン
注入ロア、Ｋ、ＰＯ４Ｍ液、イントラリピドなどの注入
口８、ＣａＣ４，、Ｎａｃｔ　ｍ　ａ注入口９などが設
けられている。治療上必要な測温邪説して、食道測温部
１０、導尿チューブ１１に組み込まれた膀胱測温部１２
、潅流液測温部１３、熱交換された血液の測温部１４な
どがセットされ、これらからの信号は制御装置１５に入
力され、恒温槽６の温度制御に利用され、以後に詳述す
るように患者の身体の温度が精密制御される。

以上の回路素子の内熱交換器５（！：しては次のような
構造および性能を有するものを用いるのが好適である。

本発明の血液回路りこは第３図に示されるような多管式
の熱交換器を用いるのが良い、第３図において、１６は
血液ポート、１７はねじ付リング、１８はＯリング、１
９はポツティング材、２０は中継チューブ、２１はステ
ンレスパイプ、２２は外筒、２３は潅流液ポート、２４
はリブである〇血液の温度による影響を調べてみると、
４９℃まではそれ程変化なく、５０℃から急激に溶抑が
進み、５２℃では完全浴面、５７℃では蛋白変性を起し
てゲル化してしまう。従って、熱交換器に送られる潅流
液温は４９℃以下でなければならず、更には４９℃での
時間も面小板の機能に影響が出るので極力少なく丁べき
である。（人工紙器、１９８１年、１０巻２号、Ｐ２Ｓ
５、′温度因子と溶血の関係“参照）。好ましくは４５
〜４９℃である。また、温熱療法では効果を確保するた
め、少なくとも全身を４１．５〜４２．０℃に５時間維
持することが要求されており、より高い効果を上げつつ
患者への負担を極力減するには昇温および降温ステージ
、特に昇温ステージの操作を短縮１−る必要があるにの
ため、熱交換器の効率は高くなければならない〇 熱交換器の性能は次式の熱効率係数ＰＦで表わすことが
できるＣ ＴＢＩ　’　　血液入口温度 ＴＢｏ＝　　補液出口温度 Ｔｗ＋　’　　潅流液入口温度 ステンレスパイプ内径１．４１１Ｊφ、肉厚０．１ｍ、
本数１６０本、有効長２３０ｍ−有効表論積０．１６−
の第１図に示すような構造の熱交換器を作製し、潅流液
（温水〕の温度および流量、血液流量を変えて性能を測
定したところ、第１表に示すような結果が得られた。

第１表 現在、温熱療法は第１図に示すように潅流液温を段階的
に下げ、体温が絶対に４２．０℃を超えないよう昇温を
注意深く行っているが、この昇温に要する時間は約４０
〜５０分である。この昇温に要する時間は前述したよう
にできるだけ短時間でかつ極力血液をより高温にさらさ
ない事が望ましＧ）。ところで、第１表かられかるよう
に昇温時間を短かくするためには第１図の膀胱温で示さ
れるよう熱交換された血液の温度がある程度高くなけれ
ばならない。そのためには、熱交換器の有効表面積が０
．１〜０，５−１崩液流量が１ｔ／−、潅流液流量が１
５ｔ／−の時、熱交換器の熱交換効率係数ＰＦが０．８
０≦ＰＦ（０，９５にするのが好ましいｏＰＦが０．８
０より小さいと所望の昇温時間が得られず、ＰＦが０．
９５以上となると熱交換器の設計上の無理が生じてくる
からである０ちなみに、人工心肺用に用いられている熱
交換器はＰＦが０．７程度のものを用いており、これを
温熱療法に用いると潅流液温を不当に高温にしなければ
ならなかった０また、熱交換器を小型化するには上記有
効表面積が好ましい。

以上のような熱交換器の性能を実現するためには、ステ
ンレスパイプの内径は圧力損失、血液のつまりなどを考
慮すると、０．７〜２０ｇｇφ、肉厚は０．０８〜０．
２３．程度とし、その有効表面積は０．１〜０．５−に
するのが好適である０さらに、以上のような構造で熱交
換率をよくするためには、潅流液流入口２３付近にリブ
または板２４を設けて熱交換部に入る前に乱流を形成さ
せるよう構成するのが良いことが確認された。

本発明の血液回路装置の熱交換器５に潅流液を供給する
恒温槽６は前述したＴＲＤにおけるように高温および低
温槽からの混合比をバルブにより調節するのは制御上問
題があるので好ましくないＱそこで、本発明においては
、例えばヤマト科学■製Ｂ１−１−７１型精密恒温槽の
ように変化する所望温度の温水を１０．０１℃の精度で
供給することができるものが特に好ましい。

この恒温槽は温度調節器、温水槽の中にヒーターおよび
冷却液コイル、循環ポンプを設けたもので、一旦４５〜
４９℃に暖めた後は冷却液（水道水等）を少しつづ温水
槽に供給し、精密に制御された安定した温度の温水を得
るもので、これは特に血液昇温時などに非常に安全かつ
確実な方法である。

■　発明の具体的作用 次に、本発明の体外循環血液回路装置の操作および制御
につき詳細に説明する。

先ず、患者を全身麻酔し、人工呼吸器により調節呼吸を
行う。予じめ患者の大腿動静脈に形成しであるシャント
に第２図に示すように本発明の血液回路装置を接続して
治療を開始する〇本発明に係る全身温熱療法における温
度制御フローチャートを第４図に示す。第１図にも示さ
れるように、この療法は、体外に循環する血液を上述し
た熱交換器により昇温させ、昇温した血液により体温を
全身的に上昇させ、この昇温ステージにおいては昇温時
に応答の速い食道温度を測定し〜例えば４１．５℃にな
った時に次の維持ステージに移行し、４〜６時間の所要
の治療時間外界の環境変化ｌこ敏感でない膀胱温をモニ
ターしつつ４１，５〜４２，０℃の治療に必要な温度に
維持され、所定時間経過後降温ステージに移行すること
により行われる。降温ステージでは、急激に降温すると
血圧低下により患者がショック死する恐れがあるから、
食道温を監視しつつ３９℃まで徐々に降温し、３９℃以
下に達した時に治療を終える。安全のため、第４図に示
す制御に加えて、常時膀胱温および食道温を監視し、い
ずれかが４２℃を超えたら安全装置が作動し、恒温槽の
温度を下げるとともにアラームを鳴らすように構成する
こともできる０以下、各ステージにつき制御例をフロー
チャートをあげて詳細に説明する。

（１）昇温ステージ（第５図参照） 恒温槽をまず４５乃至４９℃のいずれかにして昇温ステ
ージを開始し、食道温および膀胱温を常時監視する。恒
温槽の温度を４５〜４９℃のいずれかから所定の温度（
図では１℃）づつ所定の時間（図では１０分〕づつ食道
ｍ（図では４０．５℃）を監視しつつ徐々に下げていく
。恒温槽の温度はこの段階では食道温がかなり上限であ
る４２℃に接近してくるからより精密な制御を行うにの
ため、所定時間（図では５分）後の食道温を、複数の現
在および過去の時間Ｉこおける測定値から直線近似法、
ラグランジェの近似法などにより予測し、予測温が所定
の温度（図では４１．８℃）になる時には恒温槽の温度
を下げる。その降温の割合は例えば現在の恒温槽の温度
がｘ℃であれば、ｌ−４２）／２℃下げる。その温度で
安定するのを（囚では３分）待ち、これを膀胱温度が４
１．５℃になるまで繰り返す。膀胱温度が４１．５℃に
なったら、次の維持ステージへ移行する。

（２）維持ステージ（第６図参照） 維持ステージでは上述した理由から昇温および降温ステ
ージとは異なり、膀Ｍ、温を制御に用いる０このステー
ジでは体温は４１．５〜４２．０℃に４〜６時間保持さ
れる必要があり、膀胱温はこれζこ適している。この０
．５℃という狭い温度範囲に保ち、かつ４２．０℃を絶
対１て超えてはならないから、その制御は大変むずかし
い。そこで、一定の温度水準（図では上限４１．９℃、
下限４１．６℃）を設足し、複数の現在および通告の時
間における測定値から前述の食道温と同様にして予測さ
れる膀胱温を上記温度水準内に収めるよう制御する。

仮えば、膀胱予測温が４１，９℃を超える−ようであれ
ば、予測温がｘ℃とすると恒温槽の温度を（Ｘ−４１，
８）ｔ：に下げ、膀胱予測温が４１．６℃以下になるよ
うであれば、予測温が、１℃とすると恒温槽の温度を（
４１，７−ｒ）℃に上げるよう制御する。このようにし
て、体温すなわち膀胱温を４１．６〜４１．９℃の範囲
内に収まるよう制御することによって４１．５〜４２．
０℃の範囲から絶対はずれないように制御する。このサ
イクルを所要治療時間繰り返し行って次の降温ステージ
に移行する。

（３）降温ステージ（第７図参照） 降温ステージにおいて応答性の良好な食道の温度により
制御を行う０既に４１．５℃近くまで下っている恒温槽
の温度を所定温度（図では４１℃）に下げ、このままで
所定時間（図では１０分つ放置し、それから過度な降温
によるショックを防止下るために一定割合（図では一１
℃７４０分）で所定温度（図では３９℃）まで降温して
昇温ステージすなわち治療は終了する０降温に際しては
、昇温ステージの食道温の予測と同様にして、複数の現
在および過去の時間における微分値より予測される食道
温の降下割合を求め、これが所定値（図では一り℃／４
０分〕を超えないように制御する０この割合を超えた時
には例えば０．５℃下げ、安定をまって同様の操作をく
りかえす。

治療中、患者の生命の維持および治療に必要な賭場類、
血液抗凝固剤、血液、力Ｄ　ＩＪ−剤などがチューブの
注入口、注射等により供給される。

■　発明の具体的効果 以上説明した処から明らかなように、本発明の体外循環
血液回路装置は従来の同様のものに比して以下に述べる
ような多くの利点を有する。

（１）本発明によれば、治療開始時より血液に損傷を与
えることなく短時間で昇温ステージに移行でき、維持ス
テージ、降温ステージを通じて温度制御が精確で操作上
安全できる。

（２）高温槽および低温槽からのバルブによる温水混合
方式により微妙に変化する温度の温水をつくり出すのに
比べて、本発明において温水を所定量の少量の冷却水で
冷却していく方式の一槽の恒温槽を用いた場合は、温度
制御が容易かつ確実であると同時に、所定温度以上の温
水が誤って熱交換器内に流入する危険が少なく装置全体
がコンパクトになり、安価となる〇 （３）熱交換器はＰＦＣ熱交換効率係数ノが高いものを
用いた場合は、特に昇温ステージの時間を有効な制御下
で短縮でき、他のステージにおいても安全な熱又換が行
われる。そして、この熱交換器は小型化され、装置全体
がコンパクトになり、安価となる□ （４）身体の温度コントロールに際して、昇温および降
温時には応答性の速い食道の温度が、維持ステージでは
外界の変化（こ敏感でない膀胱の温度が用いられるため
、温度制御が正確で安全である。

食道温は体位、人工呼吸などにより変動することがある
。

（５）本発明の体外循環血液回路装量は温度制御が全ス
テージに亘り全て自動的に行われ、確実性が増すととも
に、少数のスタッフで治療の実施が可能となり、熟練を
要しない。

【図面の簡単な説明】

第１図は全身温熱療法の温度変化を示すグラフ、第２図
は本発明の全身温熱療法に用いる体外循環血液回路装量
の人体に装着した状態の線図、第３図は本発明装置に用
いる熱交換器の部分断面側面図、第４図は本発明装置の
温度制御のフローチャート、第５図は昇温ステージの温
度制御のフローチャート、第６図は維持ステージの温度
制御のフローチャート、第７図は降温ステージの温度制
御のフローチャートである〇 符号の説明 １・・・患者、２・・・シャント、３・・・チューブ、
４・・・ローラポンプ、５・熱交換器、６・・・恒温槽
、７・・・ヘパリン注入口、８・・」ω℃４等注入口、
９・・・ＮａＣｔ等注入自注入口・・・食道測温部、１
１・・・導尿チューブ、１２・・・膀胱側渦部、１３・
・・潅流液測温部、１４・・・抽液測温部、１５・・制
御装置、１６・・・血液ポート、１７　ねじ付リング、
１８・０リング、１９・・・ポツティング材、２０・・
・中継チューブ、２１・・ステンレスパイプ、２２・・
・外筒、２３・潅流液ボート、２４・・・リブ 特許出願人　テルモ株式会社 第１図 第２図 第４図 菓５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （］、）　（ａ）　　一端に血液導入口、他端に薄液排
   出口を有するチューブと、 （ｂ）　　該チューブの途中に設けられた血液循環用ポ
   ンプと、 （ｃ）　　前記チューブと連通ずるように介挿され、血
   液と間接的に接触する熱媒体により後述するような適当
   な制御温度に熱交換する熱交換器と、（ｄ）　　前記血
   液の適坐な制御温度を付−リするために前記熱交換器中
   に所要に応じて制御された温度の熱傳体を供給するよう
   前記熱交換器に接続された恒温槽と、 （ｅ）　　恒温槽から熱交換器に入る熱媒体、熱交換器
   で熱交換された血液、膀胱および食道の温度を測定する
   ために用いられる各素子と、 （ｆ）　　前記各温度測定素子より測定値を入力し、体
   温の昇温ステージ、４１５〜４２，０℃の温度維持ステ
   ージおよび降温ステージを通じて前記各温度測定素子の
   測定値に応じて恒温′槽の熱媒体の温度を自動制御する
   制御装置とを具え、 前記制御装置は、前記昇温ステージにおいては、恒温槽
   により供給された熱媒体の温度が４５ないし４９℃とな
   るように前記恒温槽を制御し、食道温を測定監視しつつ
   所定時間後に所定温度づつ熱媒体の温度を下げつつ血液
   との熱交換操作を繰り返し続け、食道温が複数の所定時
   間隔の食道温測足値より予測される所定の食道温に達し
   、膀胱温が４１．５℃以上になった時点で次の維持ステ
   ージに移行し、 前記維持ステージにおいては、膀胱温を測定監視しつつ
   膀胱温が４１．５℃〜４２．０℃の温度範囲からはずれ
   ないよう４〜６時間に亘り恒温槽の熱媒体の温度を自動
   制御し、所定時間経過後に次の降温ステージに移行し、 前記降温ステージにおいては、前記維持ステージの終了
   後、複数の所定時間隔の食道温測定値に基いて食道温が
   １℃７４０分以下の降温速度で降温するよう恒温槽の熱
   媒体の温度を所定温度づつ下降させ、膀胱温が約３９℃
   以下になった時に治療を終了するよう自動制御するよう
   構成したことを特徴とする体外循環血液回路装置〇 （２）前記昇温ステージにおいて、複数の食道温測定値
   より予測される食道温が達する所定の温度は４１．８℃
   である特許請求の範囲第１項に記載の装置。 （３）前記維持ステージにおいて、熱媒体の温度の自動
   制御は複数の所定時間隔の膀胱温潤定値により膀胱温を
   ４１．９℃以下、４１．６℃以上に維持するものである
   特許請求の範囲第１項または＠２項に記載の装置〇 （４）前記制御装置は、食道温または膀胱温の測定監視
   の結果４２．０℃を超えた時に警報を発するよう構成し
   たものである特許請求の範囲第１項ないし第３項のいず
   れかｌこ記載の装置〇 （５）前記チューブは液体注入口を具えてなる特許請求
   の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の装置。 （６）前記熱交換器は０．１〜０．５２の有効表面積を
   有し、何流量１ｔ／−１熱媒体流量１５１７ｍの時熱交
   換効率係数ＰＦが０．８≦ＰＦ＜０．９５である多管式
   のものである特許請求の範囲第１項ないし第５項のいず
   れかに記載の装置０゛