JPWO2016047379A1 - 体外循環装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このため、手術中等において患者に対する血液の供給が必要なとき、患者の血液を体外で循環させるため人工心肺等を有する体外循環装置が用いられている(例えば、特許文献1)。
このような体外循環装置は、循環している血液の流量値等をモニタリングする必要があり、そのため、血液が循環しているチューブには、チューブ内の血液の流量等を測定する流量センサ等が配置されている。
このような流量センサが測定したデータは、体外循環装置を管理するコントローラにケーブルを介して送信される。
一方、ケーブルを用いず無線通信とすると手術室等のシールドされた環境下では乱反射し易く、消費電力も大きくなるという問題があった。
さらに、無線通信の場合、体外循環装置を飛行機の中で使用する場合、他の飛行機の機器に悪影響を与えるおそれがあった。
また、体外循環装置は、コントローラ、チューブ、流量センサ等をそれぞれ組み合わせてから使用するため、流量センサとコントローラとの間の通信の接続の設定手順が簡易であることが好ましいという要望もあった。
すなわち、従来のケーブル等の多くの部分を、チューブ部に配置される導電部に置き換えることができる。
このため、従来のように、測定部から体外循環管理部の間をケーブル等で接続させる必要がないので、ケーブル等の取り回しの煩雑さを解消することができる。
前記管理部側通信部が前記チューブ部に装着されたときに、前記通信部側端子部の特定の端子から前記チューブ部へ向け特定信号を出力し、前記特定信号を受信する、又は受信しない前記通信部側端子部の他の端子の位置情報に基づいて、前記通信部側端子部に対する前記複数の導電部の配置情報を特定することを特徴とする。
したがって、通信部側端子部を有する管理部側通信部をチューブ部に装着するだけで、通信可能な導電部等を自動的に特定し、通信可能となる。
このため、体外循環装置を組み立てる担当者は、管理部側通信部をチューブ部に装着するときに、管理部側通信部を特定の位置に配置する必要がないので、管理部側通信部とチューブ部の接続を容易に行うことができる。
一方、チューブ部に装着された測定部の測定部側端子部は、非本体信号を受信した測定部側端子部の端子の位置情報に基づいて、本体信号を受信する測定部側端子部の端子を特定して、本体信号を受信する構成となっている。
したがって、測定部側端子部を有する測定部をチューブ部に対して、特定の位置に装着しなくても、管理部側通信部を介して、体外循環管理装置と通信することができる。
このため、体外循環装置を組み立てる担当者は、測定部をチューブ部に対して特定の位置に装着しなくても、自動的に通信が可能となるので、測定部をチューブ部の接続を容易に行うことができる。
したがって、体外循環装置の組み立ての際、担当者等は、測定部から体外循環管理部の間のケーブル等の取り回し等を考慮する必要が全くない。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る体外循環装置1の主な構成を示す概略図である。
図1に示す、体外循環装置1は、図1に示す患者Pの血液の体外循環を行う装置であるが、この「体外循環」には「体外循環動作」と「補助循環動作」が含まれる。
「体外循環動作」は、体外循環装置1の適用対象である患者(被術者)Pの心臓に血液が循環しないため患者Pの体内でガス交換ができない場合に、この体外循環装置1により、血液の循環動作と、この血液に対するガス交換動作(酸素付加及び/又は二酸化炭素除去)を行うことである。
また、「補助循環動作」とは、体外循環装置1の適用対象である患者(被術者)Pの心臓に血液が循環し、患者Pの肺でガス交換を行える場合で、体外循環装置1によっても血液の循環動作の補助を行うことである。装置によっては血液に対するガス交換動作を行う機能を持つものもある。
具体的には、体外循環装置1のポンプ部である例えば、遠心ポンプ3を作動させ、患者Pの静脈(大静脈)から脱血して、人工肺2により血液中のガス交換を行って血液の酸素加を行った後に、この血液を再び患者Pの動脈(大動脈)に戻す「人工肺体外血液循環」を行う。すなわち、体外循環装置1は、心臓と肺の代行を行う装置となる。
すなわち、図1に示すように、体外循環装置1は、血液を循環させる「循環回路1R」を有し、循環回路1Rは、人工心肺装置である例えば、「人工肺2」、「遠心ポンプ3」、モータ部である例えば、「ドライブモータ4」、「静脈側カニューレ(脱血側カニューレ)5」と、「動脈側カニューレ(送血側カニューレ)6」と、体外循環管理部である例えば、コントローラ10を有している。なお、遠心ポンプ3は、血液ポンプとも称し、遠心式以外のポンプも利用できる。
ドライブモータ4がコントローラ10の指令SGにより遠心ポンプ3を操作させると、遠心ポンプ3は、脱血チューブ11から脱血して人工肺2に通した血液を、送血チューブ12(「送液ライン」とも称する。)を介して患者Pに戻す構成となっている。
なお、これら脱血チューブ11及び送血チューブ12は、チューブ部の一例である。
人工肺2は、例えば、膜型人工肺であるが、特に好ましくは中空糸膜型人工肺を用いる。送血チューブ12は、人工肺2と動脈側カニューレ6を接続している管路である。
脱血チューブ11と送血チューブ12は、例えば、塩化ビニル樹脂やシリコーンゴム等の透明性が高く、可撓性を有する合成樹脂製の管路で、外径14mm,内径10mm程度であり、可塑剤の他に、初期色調に優れ高い紫外線吸収能を有するベンゾトリアゾール系UVA(ヒンダードアミン系光安定剤)を1〜2重量%程度含有させることで、室内での蛍光灯等による紫外線劣化を防止し、安全性を向上させている。
脱血チューブ11内では、血液はV方向に流れ、送血チューブ12内では、血液はW方向に流れる。
流量センサ14の稼働に要する電力は、流量センサ14に搭載の電源電池より供給される。
流量値の異常は、循環管路1Rのチューブのキンク、ドライブモータ4及び遠心ポンプ3の回転数が低下、圧力損失の増大等で生じ、循環管路1R内の血液の循環不良を発生させ、これにより、患者に低酸素症等を招来させるおそれもある。
このため、流量センサ14とコントローラ10は迅速に通信を行う必要がある、そこで、流量センサ14とコントローラ10とは、以下に説明するように、相互に通信可能な構成となっている。
この導電部13a、13bは、断面が略円弧状となっており、送血チューブ12及び脱血チューブ11の長手方向の全体にわたり埋設されている。
すなわち、この導電部13a、13bは、通信用のケーブルと同様の機能を発揮する構成となっている。
また、本実施の形態では、脱血チューブ11及び送血チューブ12は、図1に示すように、コネクター8、9を介して、静脈側カニューレ5及び動脈側カニューレ6と接続されている。このため、脱血チューブ11及び送血チューブ12に配置されている導電部13a、13bは、これらコネクター8、9により、患者Pの人体と隔絶され、安全性が確保される構成となっている。
これは、換言すると、導電部13a、13bの両端側と送血チューブ12の中心点とを結んだ仮想線H1、H2で形成される角度が90度以上120度未満となるのが好ましい。
また、図1に示すように、本実施の形態では、コントローラ10と接続され、送血チューブ12に装着可能な管理装置側通信部である例えば、コントローラ側センサ信号受信部15が配置されている。
図3に示すように、コントローラ側センサ信号受信部15は、上部筐体15aと下部筐体15bを有し、その中央部に送血チューブ12を挿入可能なチューブ用開口15cを有している。
このうち、端子A1に対向する側である正反対の位置には、対となる端子A2が形成されている。また、端子B1に対向する側である正反対の位置には、対となる端子B2が形成されている。これらの端子は、チューブ側に配向する先端が針または刃様形状となっている。
本実施の形態では、図3のコントローラ側センサ信号受信部15のチューブ用開口15c内に配置されたときに、図2の導電部13a、13bの一方について、端子A1等が1つ又は2つが接続可能な構造となっている。
また、上部筐体15aと下部筐体15の接続部分の一側に、送血チューブ12の長手方向に沿ってヒンジ15eが配置されている。このため、上部筐体15aと下部筐体15はヒンジ15eを支点に離間させることができる構成とっている。
このため、担当者等が、コントローラ側センサ信号受信部15を送血チューブ12に装着するときは、上部筐体15aをヒンジ15eを支点に、下部筐体15bから離間する方向(開く方向)に移動し、この状態で、送血チューブ12をチューブ用開口15cに配置する。その後、上部筐体15aを、ヒンジ15eを支点に閉まる方向に移動させ、下部筐体15bと接触するまで移動させる。
これにより、担当者等は、容易にコントローラ側センサ信号受信部15を送血チューブ12に装着させることができる。
したがって、担当者等は、例えば、コントローラ側センサ信号受信部15を送血チューブ12から取り外すとき等は、容易に上部筐体15aと下部筐体15bを開くことができ、これにより、容易にコントローラ側センサ信号受信部15を送血チューブ12から取り外すことができる。
これら端子A1等、センサ側端子E1等と導電部13a、13bとの関係については、後述する。
Only Memory)等を有し、これらは、バスを介して接続されている。
図4に示すように、コントローラ10は、「コントローラ制御部21」を有し、コントローラ制御部21は、図1のコントローラ側センサ信号受信部15と有線で通信するための「コントローラ側通信装置22」を制御する。
なお、「コントローラ側通信装置22」と「コントローラ側センサ信号受信部15」との通信は、有線または無線で行うが、有線の場合は電磁ノイズに強いRS232Cで行うのが好ましく、無線の場合は赤外線通信で行うのが好ましいがコントローラ側センサ信号受信部15に電源電池を搭載する必要がある。信号ケーブルを用いないため装置全体が整然とする。
また、コントローラ制御部21は、表示部と入力部を兼ねる、カラー液晶,有機EL等で形成されるタッチパネル23を制御する構成となっている。
また、コントローラ制御部21は、端子A1等から出力される信号の矩形波を検出するための「矩形波検出装置25」も制御している。
図5及び図6は、それぞれ第1の各種情報記憶部30及び第2の各種情報記憶部40の主な構成を示す概略ブロック図である。これらの具体的な内容は後述する。
図7に示すように、流量センサ15は、「流量センサ制御部51」を有し、流量センサ制御部51は、通信するための「センサ側通信装置52」、「センサ側端子E1、E2、F1,F2」を制御する。
また、センサ側制御部51は、図7に示す「センサ側端子信号検知装置53」「クロック信号入力端子記憶部54」、「シングルライン特定部55」及び「受信データ記憶部56」を制御するが、これらの構成については後述する。
本実施の形態では、図1に示す体外循環装置1を担当者等が使用状態に組み上げて、使用を開始する例を用いて、以下説明する。
先ず、図8のステップST(以下「ST」とする。)1では、事前工程としてコントローラ10に必要情報を記憶させる。
すなわち、図3のコントロール側センサ信号受信部15の端子A1等と、図2に示す送血チューブ12側の導電部13a、13bの配置情報を図5の「端子及び導電部配置情報記憶部31」に記憶する。
本実施の形態では、担当者等は、コントローラ側センサ信号受信部15の端子A1等が送血チューブ12の導電部13a、13bに対し、特定位置に配置されるように、コントローラ側センサ信号受信部15を送血チューブ12に装着しない。すなわち、盲目的に装着するため、どのような配置で装着されても対応できるようコントローラ側センサ信号受信部15が送血チューブ12に装着されたときの端子A1等と導電部13a、13bの予想される相対位置関係の情報を予め記憶することになる。
図10に示すように、図5の「端子及び導電部配置情報記憶部31」には、4つのパターンが記憶されている。なお、導電部13a、13bは、これらの位置が逆になる場合でも同様の機能を発揮するので、導電部13a、13bを入れ替えた場合も当該パターンに含まれる。
図10(b)は、「パターン2」を示す概略断面図である。図10(b)に示すように、一方の導電部13aに端子B1のみが接続、他方の導電部13bに端子B2のみを接続し、端子A1及び端子A2は導電部13a、13bと非接続となっている。
図10(c)は、「パターン3」を示す概略断面図である。図10(c)に示すように、一方の導電部13bに端子A1のみが接続、他方の導電部13aに端子A2のみを接続し、端子B1及び端子B2は導電部13a、13bと非接続となっている。
図10(d)は、「パターン4」を示す概略断面図である。図10(d)に示すように、一方の導電部13bに端子A1及び端子B2が接続し、他方の導電部13aに端子B1及び端子A2が接続されている。
次いで、図8のST2へ進む。ST2では、担当者等が、図1に示すように体外循環装置1を組み立てて、コントローラ側センサ信号受信部15を送血チューブ12に装着する。
このとき、担当者等は、単にコントローラ側センサ信号受信部15を送血チューブ12に装着すれば足り、送血チューブ12内の導電部13a、13bの位置に合うように、特定の位置に位置合わせする必要がない。
このため、担当者等は、コントローラ側センサ信号受信部15を簡易且つ容易送血チューブ12に装着することができる。
先ず、ST3では、コントローラ10が、図3のコントローラ側センサ信号受信部15の端子A2を未接続状態として、端子A2と対向する反対側に配置される端子A1から信号を入力する。
具体的には、図3の端子B1又は端子B2から矩形波が検出されたか否かを判断する。
ST4で、端子B1又は端子B2から矩形波が検出されたと判断されたときは、ST5へ進む。ST5では、矩形波検知装置25が、図5の「矩形波検知端子情報記憶部32」に矩形波を検知した端子、例えば、端子B1又は端子B2を記憶する。
また、矩形波が端子B2で検出されたときは、図10(d)に示すように、端子A1と端子B2は導電部13bに接続されているとして、「パターン4」であると判断し、「検索特定パターン記憶部34」に「パターン4」と記憶する。
一方、矩形波が端子から検出できなかった場合は、図10(b)又は(c)に示すように配置されているとして、「検索特定パターン記憶部34」に「パターン2及び3」と記憶する。
パターン対応使用端子情報記憶部35には、図10のパターン1乃至パターン4の各パターンにおいて、どの端子をシグナルラインやクロックラインに振り分けるかの情報が記憶されている。
具体的には、「パターン1」及び「パターン4」のときは、使用端子A1、A2で、端子A1をシグナルライン、端子A2をクロックとして使用し、端子B1及び端子B2は未接続状態とすると記憶されている。
また、「パターン2及び3」のときは、使用端子A1、A2、B1、B2で端子A1、B1をシグナルライン、端子A2、B2をクロックとして使用すると記憶されている。
例えば、「パターン1」の場合は、端子A1と端子A2を選択し、端子A1をシグナルライン、端子A2をクロックとして使用し、端子B1及び端子B2は未接続状態と記憶する。
先ず、流量センサ14を図1に示すように送血チューブ12に装着する。このときの流量センサ14のセンサ側端子E1、E2、F1、F2の配置は、上述のように、コントローラ側センサ信号受信部15の端子A1、A2、B1、B2と同様に配置されている。
このようにセンサ側端子E1等が配置されている流量センサ14もコントローラ側センサ信号受信部15と同様に特定の位置合わせをする必要なく、送血チューブ12に配置するだけで、装着が完了する。
このため、担当者等が容易に流量センサ14を装着することができ、体外循環装置1の組み立てが容易になる。
この「センサ識別情報記憶部44」には、送信対象の流量センサ14の識別情報(センサアドレス)であり、信号を受信した流量センサ14のセンサアドレスが、このセンサアドレスに該当する場合のみ流量センサ14が返答する構成となっている。
また、「センサ向け送信データ記憶部45」は、対象とする流量センサ14への指令等の送信データである。
なお、本実施の形態では、測定部として、例えば、流量センサ14を例に説明したが、本発明の「測定部」には、流量センサ14に限らず、図1のクランプ7の他、通常、体外循環装置1で使用されるが、図1では特に図示していない「圧力センサ」「温度センサ」「血液ガスセンサ」「気泡センサ」等の各種センサが含まれる。
このクロック信号が、非本体信号の一例で、センサ向け送信データ等が、本体信号の一例である。
ST12で、センサ側端子E1、E2、F1、F2のいずれかがクロック信号を受信したときは、ST13へ進む。
ST13では、センサ側端子信号検知装置53が、クロック信号(矩形波)が入力されたセンサ側端子F2等を特定し、図7の「クロック信号入力端子記憶部54」に記憶する。
このように、本実施の形態では、センサ側端子E1等を有する流量センサ14を、送血チューブ12内の導電部13a、13bと特定位置に位置決めするように装着せず、単に、装着するだけで、自動的にコントローラ10との通信を確立させることができる。
したがって、体外循環装置1を組み立てる担当者の手間を省くと共に、流量センサ14の送血チューブ12への装着が容易となる。
次いで、ST16へ進む。ST16では、流量センサ14は、受信データのコマンドは有効か否かを判断する。
ST16で、有効と判断したときは、ST17へ進み、コマンドに対する返答を端子F2等のシグナルラインに乗せて送信する。
一方、ST16で、受信コマンドが有効でない場合は、ST18へ進み、異常データとして、受信データを破棄することになる。
図11は、本発明の第2の実施の形態にかかる体外循環装置100の主な構成を示す概略図である。
本実施の形態にかかる体外循環装置100の多くの構成は、上述の第1の実施の形態に係る体外循環装置1と共通しているため、共通の構成は同一符号等として説明を省略し、以下、相違点を中心に説明する。
図11に示すように、ドライブモータ104と遠心ポンプ103はマグネット等により着脱可能な構成となっている。
そして、図11に示すように、ドライブモータ104の遠心ポンプ103との接続面104aに、端子C1、C2、D1、D2が形成されている。
図12に示すように、端子C1等は4つ形成され、この4つの端子C1等は、上述の第1の実施の形態の端子A1、A2、B1、B2と同様に配置されると共に、端子C1等は、遠心ポンプ103側に突出するように形成されている。
また、図7の遠心ポンプ103側には、図13に示すように、導電材料からなる円弧状の導電部130a、130b(ポンプ側導電部の一例)が形成され、図12の端子C1等の1つ又は2つと接続可能な構成となっている。
図13は、遠心ポンプ103のドライブモータ104との接続面に形成された導電部130a、130bを示す概略図である。
すなわち、端子C1等とコントローラ10との接続はドライブモータ104内に配線があり、一方、遠心ポンプ103の導電部130a、130bと送血チューブ12の内部に配置される導電部13a、13bとの接続も遠心ポンプ103や人工肺2等の内部または表面の配線で接続されている。
また、この配線と送血チューブ12の各導電部は一対一で接続され(例えば130aと13a、130bと13bとが対応するように接続)、各配線の送血チューブ12側の一端が送血チューブ12の複数の導電部にまたがって接続されることがないように構成されている。
すなわち、本実施の形態では、流量センサ14とコントローラ10との間の通信用のケーブル等が全く外部に露出することがないので、体外循環装置100の組み立てをする担当者等は、かかるケーブル等の引き回し等を全く考慮する必要がないので、極めて組み立て易い体外循環装置100となる。
図14(a)、(b)、(c)及び(d)は、それぞれ、図10(a)の「パターン1」、(b)の「パターン2」、(c)の「パターン3」及び(d)の「パターン4」を示している。
したがって、コントローラ10と流量センサ14との通信は、第1の実施の形態と同様の工程等を経て行われる。
図15は、第1の実施の形態の端子A1等の変形例を示す概略図である。
図15に示すように、端子G1、G2、I1及びI2は、コントローラ側センサ信号受信部15から突出しない構成としても構わない。
図16は、第1の実施の形態等の導電部13a等の変形例を示す概略図である。図16に示すように、送血チューブ12の表面に導電部230a、230bを形成しても良い。
さらに、本実施の形態では、導電部を2つとしたが、本発明は3個以上としても構わない。
導電部を複数配置する場合は、以下の関係となることが好ましい。すなわち。図2のH1とH2の角度αが60度以上120度未満であり、一つの導電部の角度α、導電部の数をNとすると、角度αは、「360度/N」未満で、「360度/2N」以上であることが求められる。
すなわち、必ず導電部は1以上3未満の端子と接続可能に配置されることが求められる。
Claims (5)
- 血液の体外循環を管理する体外循環管理部と、
前記体外循環における血液の流れを案内するチューブ部と、
前記チューブ部内の血液を測定する測定部を有し、
前記チューブ部には、前記測定部と前記体外循環管理部との間の通信のための複数の導電部が形成されることを特徴とする体外循環装置。 - 前記導電部と接続し、前記測定部からの信号を前記体外循環管理部へ送信するための管理部側通信部が配置され、この管理部側通信部は、前記導電部と接続するための複数の端子を含む通信部側端子部を有し、
前記管理部側通信部が前記チューブ部に装着されたときに、前記通信部側端子部の特定の端子から前記チューブ部へ向け特定信号を出力し、前記特定信号を受信する、又は受信しない前記通信部側端子部の他の端子の位置情報に基づいて、前記通信部側端子部に対する前記複数の導電部の配置情報を特定することを特徴とする請求項1に記載の体外循環装置。 - 前記測定部は、前記測定部を前記チューブ部に装着したときに前記導電部と接続可能な複数の端子を含む測定部側端子部を有し、
前記管理部側通信部は、非本体信号及び本体信号をそれぞれ別の前記導電部で送信するとき、前記チューブ部に装着された前記測定部の前記測定部側端子部は、前記非本体信号を受信した前記測定部側端子部の端子の位置情報に基づいて、前記本体信号を受信する前記測定部側端子部の端子を特定して、前記本体信号を受信する構成となっていること特徴とする請求項1又は請求項2に記載の体外循環装置。 - 前記チューブ部内の血液を循環させるポンプ部と、
前記ポンプ部を駆動させるモータ部と、を有し、
前記ポンプ部が、前記チューブ部と接続されると共に、前記モータ部が、前記体外循環管理部と接続され、
これらポンプ部とモータ部は着脱可能な構成となっており、
前記モータ部の前記ポンプ部と当接する側に前記通信側端子部が形成され、
前記ポンプ部の前記モータ部と当接する側に前記ポンプ側導電部が形成され、
前記ポンプ側導電部は、前記導電部と同様の形状を成し、
前記通信側端子部と前記ポンプ側導電部は、それぞれ、前記体外循環管理部と前記チューブ部の前記導電部と接続されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の体外循環装置。 - 前記特定信号が矩形波で、
複数の前記導電部のうち1つの前記導電部及び/又は複数の前記ポンプ側導電部のうち1つの前記ポンプ側導電部が、1又は2の前記測定部側端子部の端子及び前記通信部側端子部の端子に接続可能な構成となっていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の体外循環装置。
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