JPS6252588B2 - - Google Patents

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。 （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ツ
プされている。本法は米国のParks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。本法は身体を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。
現在、ParksらはRESEARCH AGAINST
CANCER、LTD.のＴemperature Ｒegulation
Ｄevice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に送
り、また設定温度に近付いたならば昇温に割合を
緩くし、設定値をオーバーシユートしないよう自
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
一定の冷却レートで自動的に制御される。もちろ
ん、手動への切換操作も可能である。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
の制御によつて行つており、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
必要など価格的にも割高となつていることであ
る。 発明の目的 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、他端に
血液排出口を有するチユーブと、(b)該チユーブの
途中に設けられた血液循環用ポンプと、(c)前記チ
ユーブと連通するように介挿され、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
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、(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、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
測定値より予測される所定の食道温に達し、膀胱
温が41.5℃以上になつ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、前間降温ステージに
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℃／
40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
℃以下になつ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
数の食道温測定値より予測される食道温が達する
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
隔の膀胱温測定値により膀胱温を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す
るのが好適である。回路チユーブには治療中に身
体に供給する必要のある血液抗凝固剤、生命の維
持に必要な諸塩類、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。また、前
記熱交換器は0.1〜0.5m²の有効表面積を有し、血
流量１／min、熱媒体流量15／min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、本発明の体外循環血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の昇温、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
に、熱交換器の温度および膀胱の温度を昇温ステ
ージ、維持ステージ、降温ステージに亘つ
て測定監視しつつ行われる。治療中患者の身体の
温度が42.5℃を超えると患者は死に致る危険があ
り、41.5℃以下では癌に対する治療効果が上がら
ないことがわかつている。従つて、治療中には患
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。 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の大腿動静脈シヤント２に回
路チユーブ３が接続され、チユーブ回路には上流
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、
チユーブ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。チユーブにはヘパ
リン注入口７、K₂PO₄溶液、イントラリピドなど
の注入口８、CaCl₂、NaCl溶液注入口９などが設
けられている。治療上必要な測温部として、食道
測温部１０、導尿チユーブ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などがカツトされ、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としては次のよ
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。 本発明の血液回路には第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、１９はポツテイング材、２０は
中継チユーブ、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。 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℃から急激に溶血が進
み、52℃では完全溶血、57℃では蛋白変性を起し
てゲル化してしまう。従つて、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℃での時間も血小板の機能に影響が出るので極
力少なくすべきである。（人工蔵器、1981年、10
巻２号、P384、“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
力減ず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する必要がある。このた
め、熱交換器の効率は高くなければならない。 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。 PF＝Ｔ_ＢＯ−Ｔ_ＢＩ／Ｔ_ＷＩ−Ｔ_ＢＩ Ｔ_BI：血液入口温度 Ｔ_BO：血液出口温度 Ｔ_WI：潅流液入口温度 ステンレスパイプ内径1.4mmφ、肉厚0.1mm、本
数160本、有効長230mm、有効表面積0.16m²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。

【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つているが、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い。と
ころで、第１表からわ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
0.1〜0.5m²、血液流量が１／min、潅流液流量
が15／minの時、熱交換器の熱交換効率係数
PFが0.80≦PF＜0.95にするのが好ましい。PFが
0.80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。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つた。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、0.7〜20mmφ、肉厚は
0.08〜0.23mm程度とし、その有効表面積は0.1〜
0.5m²にするのが好適である。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。そこで、本発明においては、例えばヤマト科
学(株)製BH−71型精密恒温槽のように変化する所
望温度の温水を±0.01℃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
てあるシヤントに第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。 本発明に係る全身温熱療法における温度制御フ
ローチヤートを第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℃になつ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
境変化に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ヨツ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。
以下、各ステージにつき制御例をフローチヤート
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）づつ食道温（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。こ
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における測定
値から直線近似法、ラグランジエの近似法など
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、（Ｘ−42）／２℃下げる。その
温度で安定するのを（図では３分）待ち、これ
を膀胱温度が41.5℃になるまで繰り返す。膀胱
温度が41.5℃になつたら、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、膀胱温を制御に用
いる。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
れに適している。この0.5℃という狭い温度範
囲に保ち、かつ42.0℃を絶対に超えてはならな
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
℃）を設定し、複数の現在および過去の時間に
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）℃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Ｘ℃
とすると恒温槽の温度を（41.7−Ｘ）℃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
制御することによつて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つて次の降温ステー
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。既に41.5℃近くまで下
つ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）放置し、それから過度な降温によるシヨツ
クを防止するために一定割合（図では−１℃／
40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。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−１℃／40分）を超
えないように制御する。この割合を超えた時に
は例えば0.5℃下げ、安定をまつて同様の操作
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
な諸塩類、血液抗凝固剤、血液、カロリー剤な
どがチユーブの注入口、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なものに比し
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
つ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。 (3) 熱交換器はPF（熱交換効率係数）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
ても安全な熱交換が行われる。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に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置は温度制御が
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、少数のスタツフで治療の実施
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
循環血液回路装置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
チヤート、第５図は昇温ステージの温度制御のフ
ローチヤート、第６図は維持ステージの温度制御
のフローチヤート、第７図は降温ステージの温度
制御のフローチヤートである。 符号の説明、１……患者、２……シヤント、３
……チユーブ、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
……K₂PO₄等注入口、９……NaCl等注入口、１
０……食道測温部、１１……導尿チユーブ、１２
……膀胱測温部、１３……潅流液測温部、１４…
…血液測温部、１５……制御装置、１６……血液
ポート、１７……ねじ付リング、１８……Ｏリン
グ、１９……ポツテイング材、２０……中継チユ
ーブ、２１……ステンレスパイプ、２２……外
筒、２３……潅流液ポート、２４……リブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 一端に血液導入口、他端に血液排出口を
   有するチユーブと、 (b) 該チユーブの途中に設けられた血液循環用ポ
   ンプと、 (c) 前記チユーブと連通するように介挿され、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、 (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、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
   定値より予測される所定の食道温に達し、膀胱温
   が41.5℃以上になつ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℃／40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℃以下になつた時に治療を
   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。 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測定値によ
   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項または第２項に記
   載の装置。 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項のいずれかに記載の装置。 ５ 前記チユ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0.1〜0.5m²の有効表面積を有
   し、血流量１／min、熱媒体流量15／min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。