特許 6178666 人工肺システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6178666

(24)【登録日】2017年7月21日

(45)【発行日】2017年8月9日

(54)【発明の名称】人工肺システム

(51)【国際特許分類】

   A61M 1/18 20060101AFI20170731BHJP

【ＦＩ】

   A61M1/18 525

【請求項の数】6

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-171220(P2013-171220)

(22)【出願日】2013年8月21日

(65)【公開番号】特開2015-39478(P2015-39478A)

(43)【公開日】2015年3月2日

【審査請求日】2016年7月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000135036

【氏名又は名称】ニプロ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】510094724

【氏名又は名称】国立研究開発法人国立循環器病研究センター

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】片桐 伸将

(72)【発明者】

【氏名】巽 英介

(72)【発明者】

【氏名】妙中 義之

(72)【発明者】

【氏名】柳園 宜紀

(72)【発明者】

【氏名】小原 大輔

(72)【発明者】

【氏名】内村 智彦

【審査官】 白川 敬寛

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−１４１０７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１２８９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５０４２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１４００９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−２８９２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 NISHIGAKI, Takayuki, et al.，Prevention of Dew Condensation occurring in the Oxygenator for Extracorporeal Life Support in vitro Model，World Automation Congress (WAC), 2012，IEEE，２０１２年，p. 1-6

【文献】 吉田秀人，ほか8名，MENOX AL6000αの設置方向によるガス交換能への影響，体外循環技術，２００１年，Vol. 28, No. 4，p. 29-33

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｍ １／００− １／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

血液が循環する体外循環経路と、
前記体外循環経路上に設けられ、血液を圧送する送血ポンプと、
前記送血ポンプを駆動する送血ポンプ駆動部と、
前記体外循環経路上に設けられ、血液中から二酸化炭素を除去するとともに血液中に酸素を付加する人工肺とを備え、
前記人工肺は、酸素および二酸化炭素がその内部を通流しかつ血液がその外部を通流する中空糸膜が配置されたガス交換部と、前記中空糸膜の一端側に設けられたガス流入部と、前記中空糸膜の他端側に設けられたガス流出部とを含み、
前記ガス流出部が、前記送血ポンプ駆動部にて生じる熱によって加温された高温の空気によって加熱可能となるように構成されている、人工肺システム。

【請求項2】

前記送血ポンプ駆動部にて生じる熱によって加温される空気が、当該人工肺システムの外部から導入される外気であり、
導入された外気が加温されることにより飽和水蒸気量が増し、水蒸気分圧が低くなった状態で前記ガス流出部に向けて送られるように構成されている、請求項１に記載の人工肺システム。

【請求項3】

前記人工肺が、血液を内部に流入させるための血液流入部と、血液を外部に流出させるための血液流出部とを含み、
前記ガス流入部および前記ガス流出部が水平方向に沿って並ぶとともに前記血液流入部および前記血液流出部が鉛直方向に沿って並び、かつ前記血液流出部が前記血液流入部よりも鉛直上方に配置される第１状態と、前記ガス流入部および前記ガス流出部が鉛直方向に沿って並ぶとともに前記血液流入部および前記血液流出部が水平方向に沿って並び、かつ前記ガス流入部が前記ガス流出部よりも鉛直上方に配置される第２状態とを取り得るように、前記人工肺の向きが切り替え可能に構成されている、請求項１または２に記載の人工肺システム。

【請求項4】

前記送血ポンプ駆動部が設けられた第１ユニットと、
前記人工肺が設けられた第２ユニットとを備え、
前記第２ユニットが水平方向に延在する回動軸を中心に前記第１ユニットに対して回動可能に組付けられることにより、前記人工肺の向きが切り替え可能に構成されている、請求項３に記載の人工肺システム。

【請求項5】

給電部としてのバッテリーと、
制御部としてのコントローラとをさらに備え、
前記ガス流出部が、前記送血ポンプ駆動部にて生じる熱によって加温された高温の空気に加え、前記バッテリーおよび前記コントローラにて生じる熱によって加温された高温の空気によっても加熱可能となるように構成されている、請求項１から４のいずれかに記載の人工肺システム。

【請求項6】

前記ガス流出部に対して前記高温の空気を送風する送風ファンをさらに備えた、請求項１から５のいずれかに記載の人工肺システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、人工肺システムに関し、特に、中空糸膜を利用することで血液中のガス交換が行われるように構成された中空糸膜型人工肺を備えた人工肺システムに関する。

【背景技術】

【0002】

人工肺システムは、たとえば開心術時等における呼吸補助の観点から使用される体外補助循環システムであり、体外に導いた静脈血をガス交換して動脈に送血するものである。人工肺システムに具備される人工肺としては、中空糸膜を利用することで血液中のガス交換が行われるように構成された外部灌流方式の中空糸膜型人工肺が利用されることが一般的である。

【0003】

外部灌流方式の中空糸膜型人工肺は、酸素および二酸化炭素等のガスが透過可能な筒状の中空糸膜を数千本から数万本束ねることで形成された中空糸束を含んでおり、これら中空糸膜の内部にガスが通流され、当該中空糸膜の外部に血液が通流されることにより、酸素と二酸化炭素の分圧差に基づいて血液中から二酸化炭素を除去し、血液中に酸素を付加するものである。

【0004】

この種の人工肺にあっては、長時間にわたって使用した場合に、血液中の水分が中空糸膜を透過することで中空糸膜中を通流するガスに水蒸気として付与され、これが人工肺のガス流出部付近において急激に冷却されることで中空糸膜の内表面において結露することにより、結露水が発生してしまう問題があった。当該結露水が発生した場合には、結露水によって中空糸膜中におけるガスの通流が阻害されてしまい、結果的にガス交換効率の低下が誘発されてしまう。

【0005】

当該問題の解決を図るため、たとえば特開平８−１４１０７３号公報（特許文献１）に開示の人工肺にあっては、ガス流出部付近を断熱材で覆うとともにその近傍に当該断熱材を加熱するための専用のヒータを設置することとし、これら断熱材およびヒータを用いて人工肺のガス流出部付近を加温および保温することにより、結露水の発生が抑制されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平８−１４１０７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、上記特許文献１に開示の人工肺を備えた人工肺システムとした場合には、別途断熱材やヒータ等を設けることが必要になり、システム構成が複雑化して装置コストが増大する問題が生じてしまう。さらには、ヒータを駆動するための電力が余分に必要になり、電力消費量が増加してしまう問題も発生してしまう。

【0008】

ここで、一般に、人工肺システムは、停電等の理由によって商用電源からの給電が万が一停止した場合であってもその動作が停止してしまうことがないように、商用電源とは独立した独立電源によって駆動されるか、あるいはこれが非常用電源として併設されるかのいずれかのシステム構成とされる場合が多い。そのため、停電等の不測の事態が生じた場合であっても人工肺システムを長時間にわたって使用可能にする観点から、上述した電力消費量の増加は、可能な限りこれを抑制することが好ましい。

【0009】

したがって、本発明は、上述した問題点を解決すべくなされたものであり、装置コストの増大や電力消費量の増加を抑制しつつ、長時間使用した場合にもガス交換効率の低下が抑制できる人工肺システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明に基づく人工肺システムは、血液が循環する体外循環経路と、上記体外循環経路上に設けられ、血液を圧送する送血ポンプと、上記送血ポンプを駆動する送血ポンプ駆動部と、上記体外循環経路上に設けられ、血液中から二酸化炭素を除去するとともに血液中に酸素を付加する人工肺とを備えている。上記人工肺は、酸素および二酸化炭素がその内部を通流しかつ血液がその外部を通流する中空糸膜が配置されたガス交換部と、上記中空糸膜の一端側に設けられたガス流入部と、上記中空糸膜の他端側に設けられたガス流出部とを含んでいる。上記本発明に基づく人工肺システムにあっては、上記ガス流出部が、上記送血ポンプ駆動部にて生じる熱によって加温された高温の空気によって加熱可能となるように構成されている。

【0011】

上記本発明に基づく人工肺システムにあっては、上記送血ポンプ駆動部にて生じる熱によって加温される空気が、当該人工肺システムの外部から導入される外気であることが好ましい。その場合には、導入された外気が加温されることにより飽和水蒸気量が増し、水蒸気分圧が低くなった状態（相対湿度が低くなった状態）で上記ガス流出部に向けて送られるように構成されていることが好ましい。

【0012】

上記本発明に基づく人工肺システムは、上記人工肺が、血液を内部に流入させるための血液流入部と、血液を外部に流出させるための血液流出部とを含んでいる場合に、上記ガス流入部および上記ガス流出部が水平方向に沿って並ぶとともに上記血液流入部および上記血液流出部が鉛直方向に沿って並び、かつ上記血液流出部が上記血液流入部よりも鉛直上方に配置される第１状態と、上記ガス流入部および上記ガス流出部が鉛直方向に沿って並ぶとともに上記血液流入部および上記血液流出部が水平方向に沿って並び、かつ上記ガス流入部が上記ガス流出部よりも鉛直上方に配置される第２状態とを取り得るように、上記人工肺の向きが切り替え可能に構成されていることが好ましい。

【0013】

上記本発明に基づく人工肺システムは、上記送血ポンプ駆動部が設けられた第１ユニットと、上記人工肺が設けられた第２ユニットとを備えていることが好ましい。その場合には、上記第２ユニットが水平方向に延在する回動軸を中心に上記第１ユニットに対して回動可能に組付けられることにより、上記人工肺の向きが切り替え可能に構成されていることが好ましい。

【0014】

上記本発明に基づく人工肺システムは、給電部としてのバッテリーと、制御部としてのコントローラとをさらに備えていてもよい。その場合には、上記ガス流出部が、上記送血ポンプ駆動部にて生じる熱によって加温された高温の空気に加え、上記バッテリーおよび上記コントローラにて生じる熱によって加温された高温の空気によっても加熱可能となるように構成されていることが好ましい。

【0015】

上記本発明に基づく人工肺システムは、上記ガス流出部に対して上記高温の空気を送風する送風ファンをさらに備えていてもよい。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、装置コストの増大や電力消費量の増加を抑制しつつ、長時間使用した場合にもガス交換効率の低下が抑制できる人工肺システムとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施の形態１における人工肺システムの概略図である。

【図2】図１に示す人工肺の模式断面図である。

【図3】本発明の実施の形態１における人工肺システムの好適なユニット構成例に係るプライミング動作時の状態を示す概略図である。

【図4】本発明の実施の形態１における人工肺システムの好適なユニット構成例に係る体外循環動作時の状態を示す概略図である。

【図5】本発明の実施の形態１に基づいた変形例に係る人工肺システムのユニット構成例を示す図である。

【図6】本発明の実施の形態２における人工肺システムの概略図である。

【図7】本発明の実施の形態２における人工肺システムの好適なユニット構成例に係る体外循環動作時の状態を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

【0019】

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における人工肺システムの概略図であり、図２は、図１に示す人工肺の模式断面図である。まず、これら図１および図２を参照して、本実施の形態における人工肺システム１Ａおよびこれに具備される人工肺１０について説明する。

【0020】

図１に示すように、人工肺システム１Ａは、人工肺１０と、制御部としてのコントローラ３０と、送血ポンプ４０と、送血ポンプ駆動部４１と、熱交換器５０と、循環ポンプ５１と、酸素タンク６０と、流量制御弁６１と、給電部としてのバッテリー７０と、送風ファン８０と、送風ファン駆動部８１と、体外循環経路９０とを主として備えている。

【0021】

人工肺１０は、外部灌流方式の中空糸膜型人工肺である。人工肺１０は、体外循環経路９０上に設けられており、体外循環経路９０に接続される血液流入部２１および血液流出部２２を有している。また、人工肺１０には、熱交換水が循環する熱交換回路に接続される熱交換水流入部２３および熱交換水流出部２４が設けられている。さらに、人工肺１０には、酸素を供給するための酸素供給回路に接続されるガス流入部２５と、ガス流出部２６とが設けられている。

【0022】

図２に示すように、人工肺１０は、その内部に熱交換部１２とガス交換部１３とを含んでおり、熱交換部１２において血液の温度調節を行なうとともに、ガス交換部１３において血液のガス交換を行なう。なお、人工肺１０の詳細な構造については、後述することとする。

【0023】

図１に示すように、送血ポンプ４０は、体外循環経路９０上に設けられており、患者１００の体外に導かれた血液を体外循環経路９０中において循環させて体内に戻すために血液を圧送するものである。送血ポンプ４０としては、遠心力によって血液の圧送を行なう遠心ポンプが特に好適に利用されるが、スクィーズポンプやローラーポンプ等によって構成されていてもよい。

【0024】

送血ポンプ駆動部４１は、送血ポンプ４０を駆動するための部位であり、たとえばモータ等によって構成される。送血ポンプ駆動部４１は、コントローラ３０によってその駆動が制御され、これにより送血ポンプ４０の動作が制御される。

【0025】

体外循環経路９０は、患者１００の体外において血液を循環させるための経路であり、たとえばフレキシブルチューブ等からなる脱血路９１および返血路９２によって主として構成されている。

【0026】

脱血路９１は、その一端が患者１００の大腿静脈１０１に経皮的に挿入されたカニューレ９３に接続され、その他端が送血ポンプ４０を介して人工肺１０の血液流入部２１に接続される。返血路９２は、その一端が患者１００の大腿動脈１０２に経皮的に挿入されたカニューレ９４に接続され、その他端が人工肺１０の血液流出部２２に接続される。なお、脱血路９１に接続されたカニューレ９３は、通常、その先端が患者１００の右心房１０３に達するように大腿静脈１０１に挿入される。

【0027】

熱交換器５０は、熱交換回路上に設けられており、熱交換水を加熱するためのものである。循環ポンプ５１は、熱交換回路上に設けられており、熱交換水を上記熱交換回路中において循環させるために熱交換水を圧送するものである。当該循環ポンプ５１は、図示しない循環ポンプ駆動部によって駆動され、その動作が制御される。

【0028】

酸素タンク６０は、酸素供給回路に接続されており、人工肺１０に酸素を供給するための酸素供給源となるものである。流量制御弁６１は、酸素供給回路上に設けられており、人工肺１０に供給される酸素の量を調節するためのものである。当該流量制御弁６１は、図示しないレギュレータによってその動作が制御される。

【0029】

送風ファン８０は、人工肺システム１Ａの外部に位置する空気（すなわち外気）を取り込んでこれを人工肺システム１Ａに含まれる発熱部品（たとえばコントローラ３０や送血ポンプ駆動部４１、バッテリー７０等）に吹き付け、これにより当該発熱部品を冷却するためのものである。また、送風ファン８０は、上記機能以外にも、後述する人工肺１０のガス流出部２６において発生し得る結露を防止するための機能も併せ備えるが、この点については後述することとする。送風ファン８０としては、図示する如くのプロペラファンが利用でき、これ以外にもシロッコファン等各種のものが利用できる。

【0030】

送風ファン駆動部８１は、送風ファン８０を駆動するための部位であり、たとえばモータ等によって構成される。送風ファン駆動部８１は、コントローラ３０によってその駆動が制御され、これにより送風ファン８０の動作が制御される。

【0031】

コントローラ３０は、人工肺システム１Ａの動作の大部分を集中的に制御する部位であり、たとえばマイクロコンピュータ等を含む各種の電子部品が実装された回路基板にて構成される。コントローラ３０は、たとえば送血ポンプ駆動部４１の駆動を制御することで送血ポンプ４０によって圧送される血液の流量を調節したり、送風ファン駆動部８１の駆動を制御することで送風ファン８０の動作を制御したりする。

【0032】

バッテリー７０は、人工肺システム１Ａに含まれる各種の構成要素に給電を行なうための独立電源である。ここで、給電が行なわれる各種の構成要素には、上述したコントローラ３０、送血ポンプ駆動部４１、循環ポンプ駆動部、レギュレータ、送風ファン駆動部８１等が含まれる。

【0033】

図２に示すように、人工肺１０は、複数の部材が組み合わされることで構成されたケーシング１１を有しており、その内部に熱交換部１２とガス交換部１３とを含んでいる。熱交換部１２とガス交換部１３とは、互いに連通している。

【0034】

熱交換部１２を規定する部分のケーシング１１には、上述した血液流入部２１が設けられており、ガス交換部１３を規定する部分のケーシング１１には、上述した血液流出部２２が設けられている。これにより、患者１００の体外に導かれた血液は、血液流入部２１を介して人工肺１０の内部に流入し、熱交換部１２およびガス交換部１３をこの順で経由した後、血液流出部２２を介して人工肺１０の外部に流出する。

【0035】

熱交換部１２の内部には、複数の伝熱管１４が配設されている。複数の伝熱管１４は、その内部を熱交換水が通流するものであり、熱交換部１２を横切るように互いに並行して設けられている。複数の伝熱管１４の一端側に対応する部分のケーシング１１には、上述した熱交換水流入部２３が設けられており、複数の伝熱管１４の他端側に対応する部分のケーシング１１には、上述した熱交換水流出部２４が設けられている。

【0036】

これにより、熱交換器５０にて加熱された熱交換水は、熱交換水流入部２３を介して人工肺１０の内部に流入し、伝熱管１４の内部を経由した後、熱交換水流出部２４を介して人工肺１０の外部に流出する。その際、伝熱管１４の内部を通流する熱交換水と伝熱管１４の外部を通流する血液との間で熱交換が行なわれることになり、血液が適切な温度に加温されることでその温度調節が行なわれる。なお、熱が奪われることで冷却された熱交換水は、熱交換器５０に流入することで再度加熱される。

【0037】

ガス交換部１３の内部には、複数の中空糸膜１６の束からなる中空糸束１５が配設されている。複数の中空糸膜１６は、その内部をガスが通流するものであり、ガス交換部１３を横切るように互いに並行して設けられている。ここで、中空糸膜１６は、酸素および二酸化炭素等のガスが透過可能な筒状の部材からなり、これを数千本から数万本束ねることで上述した中空糸束１５が形成されている。

【0038】

複数の中空糸膜１６の一端側に対応する部分のケーシング１１には、上述したガス流入部２５が設けられており、複数の中空糸膜１６の他端側に対応する部分のケーシング１１には、上述したガス流出部２６が設けられている。なお、ガス流出部２６は、ケーシング１１に設けられた開口部にて構成されており、ガス流入部２５とは異なり、ケーシング１１の外部に向けて突出する略円筒形状のポートは特に有していない。

【0039】

これにより、酸素タンク６０から供給された酸素は、ガス流入部２５を介して人工肺１０の内部に流入し、ガス交換部１３において中空糸膜１６の内部を通流することになる。一方、人工肺１０の内部に流入した血液は、熱交換部１２においてその温度調節が行なわれた後、ガス交換部１３において中空糸膜１６の外部を通流することになる。

【0040】

その際、酸素と二酸化炭素との分圧差に基づき、中空糸膜１６の外部に位置する血液中に含まれる二酸化炭素が中空糸膜１６を透過して中空糸膜１６の内部に移動し、中空糸膜１６の内部に位置する酸素が中空糸膜１６を透過して中空糸膜１６の外部に移動する。これにより、血液中から二酸化炭素が除去されるとともに血液中に酸素が付加されることになり、静脈血のガス交換が行なわれる。なお、中空糸膜１６の内部に移動した二酸化炭素は、中空糸膜１６の内部を通流した後、ガス流出部２６を介して人工肺１０の外部に流出する。

【0041】

ここで、図１に示すように、本実施の形態における人工肺システム１Ａにあっては、人工肺１０にて結露水が発生することを抑制するために、結露水の発生箇所である中空糸膜１６の上記他端側（すなわち、人工肺１０のガス流出部２６が設けられた部分近傍）を、送血ポンプ駆動部４１、コントローラ３０、バッテリー７０および送風ファン駆動部８１にて生じる廃熱を利用して加熱することとしている。

【0042】

すなわち、本実施の形態における人工肺システム１Ａは、その動作時において、モータ等からなる送血ポンプ駆動部４１および送風ファン駆動部８１、各種電子部品が実装された回路基板等にて構成されたコントローラ３０、バッテリー７０等の発熱部品を熱源Ａとして、当該熱源Ａにて生じる熱によって加温された高温の空気により、上述した結露水の発生箇所である加熱対象部位Ｂを加熱することとし、これにより当該加熱対象部位Ｂにおける結露水の発生を防止することとしている。

【0043】

より詳細には、比較的低温の外気（すなわち、送風ファン８０によって取り込まれた外気）が、上述した熱源Ａに接触することで加温され、加温された比較的高温の空気が加熱対象部位Ｂに送られることにより、当該加熱対象部位Ｂが加熱される。そのため、人工肺１０のガス流出部２６付近において中空糸膜１５中を通流するガスに含まれる水蒸気が当該ガス流出部２６付近において急激に冷却されてしまうことが防止でき、結果として中空糸膜１５の内表面において結露水が発生することが未然に防止できる。

【0044】

すなわち、送風ファン８０は、上述したように発熱部品を冷却するものであるとともに、同時に熱源Ａである送血ポンプ駆動部４１、コントローラ３０、バッテリー７０および送風ファン駆動部８１によって加温された高温の空気を強制的に加熱対象部位Ｂである人工肺１０のガス流出部２６近傍に向けて送るためのものでもある。

【0045】

ここで、外気（すなわち、送風ファン８０によって取り込まれた外気）は、上記熱源Ａによって加熱されることでその飽和水蒸気量が高められた状態となるため、水蒸気分圧の低い乾燥した空気として加熱対象部位Ｂである人工肺１０のガス流出部２６近傍に送られることになる。したがって、当該乾燥した空気がガス流出部２６近傍に送られるように構成することにより、ガス流出部２６近傍において水蒸気分圧が未飽和の状態となり、その後に温度低下が生じたとしても直ちに結露水が発生しなくなるため、結露水によってガス流出部２６側に位置する中空糸膜１６の開口端が閉塞されてしまうことが確実に防止できる。

【0046】

したがって、上記のように構成することにより、別途断熱材やヒータ等を設けずとも加熱対象部位Ｂであるガス流出部２６近傍を加熱することが可能になり、システム構成が複雑化することや装置コストが増大することなく結露水の発生が抑制できることになり、ガス交換効率の低下が抑制できることになる。また、別途ヒータを追加する必要もなく、バッテリー７０の電力消費量を抑えることも可能であるため、停電等の不測の事態が生じた場合であっても人工肺システムを長時間にわたって使用することができる。

【0047】

なお、本実施の形態における人工肺システム１Ａにおいては、送風ファン８０および送風ファン駆動部８１を設ける分だけシステム構成が複雑化したり装置コストが増大したりすることになるが、結露水の発生がより確実に抑制できる点において優位なものとなる。また、送風ファン８０を高速回転させずとも低速回転で十分に加熱対象部位Ｂの加熱が行なえるため、送風ファン駆動部８１において消費される電力消費量は、別途ヒータを追加する場合に加えて十分に小さく、バッテリー７０の電力消費量を抑えることも可能である。

【0048】

図３は、本実施の形態における人工肺システムの好適なユニット構成例に係るプライミング動作時の状態を示す概略図であり、図４は、体外循環動作時の状態を示す概略図である。次に、これら図３および図４を参照して、本実施の形態における人工肺システム１Ａの好適なユニット構成例について説明する。

【0049】

一般に、人工肺システムにおいては、患者の血液を実際に体外循環させるに先立ち、プライミングが行なわれる。プライミングとは、生理食塩水等のプライミング液を予め体外循環経路に流入させ、体外循環経路内に位置する空気を体外循環経路の外部へと排出させる処理である。当該プライミングを予め行なうことにより、その後に実施される体外循環の際に患者の体内へ空気が入り込んでしまうことが防止できる。

【0050】

本実施の形態における人工肺システム１Ａにおいても、体外循環動作に移行するに先立ってプライミング動作が行なわれる。プライミング動作時においては、脱血路９１の開放端にプライミング液が封止された液体パックが接続され、送血ポンプ４０が駆動されることで体外循環経路９０、送血ポンプ４０および人工肺１０の内部がプライミング液によって充填される。

【0051】

ここで、本実施の形態における人工肺システム１Ａにあっては、好適には、図３および図４に示す如くのユニット構成とされる。すなわち、人工肺システム１Ａは、第１ユニットとしての非ディスポーザブルユニット２と第２ユニットとしてのディスポーザブルユニット３とに少なくともそのハウジングが分割され、このうちの非ディスポーザブルユニット２の内部に上述した熱源Ａとなり得る送血ポンプ駆動部４１、コントローラ３０およびバッテリー７０および送風ファン駆動部８１と、送風ファン８０とが設置され、残るディスポーザブルユニット３の内部に上述した加熱対象部位Ｂを含む人工肺１０が組付けられる。

【0052】

また、送血ポンプ４０は、非ディスポーザブルユニット２の外部の所定位置に着脱自在に組付けられ、熱交換器５０や循環ポンプ５１、循環ポンプ駆動部、酸素タンク６０、流量制御弁等（図３および図４においては不図示）は、いずれもこれら非ディスポーザブルユニット２およびディスポーザブルユニット３の外部に設置される。

【0053】

非ディスポーザブルユニット２は、たとえば図示するように略直方体状のハウジングによって覆われており、ディスポーザブルユニット３に対向しない部分の所定位置に吸気口２ａを有するとともに、ディスポーザブルユニット３に対向する主面の所定位置に排気口２ｂ１を有している。一方、ディスポーザブルユニット３は、非ディスポーザブルユニット２に対向する部分が開口した箱形状のハウジングによって覆われている。

【0054】

なお、理解を容易とするために、図３および図４においては、非ディスポーザブルユニット２とディスポーザブルユニット３とを離隔させてこれらを図示しているが、実際には非ディスポーザブルユニット２とディスポーザブルユニット３とは近接配置され、当該近接配置された状態において、送血ポンプ４０は、ディスポーザブルユニット３内に収容されるように構成されている。

【0055】

非ディスポーザブルユニット２に収容された送血ポンプ駆動部４１、コントローラ３０、バッテリー７０、送風ファン８０および送風ファン駆動部８１は、いずれも患者の血液に接触するものではないため、その繰り返しの使用が可能である。一方、ディスポーザブルユニット３に収容された人工肺１０および非ディスポーザブルユニット２に着脱自在に組付けられた送血ポンプ４０は、いずれも患者の血液に接触するものであるため、衛生上の観点から使い捨てとされる。そのため、上記のようにハウジングを分割して構成することにより、利便性の面で優れたものとなる。

【0056】

図３および図４に示すように、ディスポーザブルユニット３は、非ディスポーザブルユニット２に対して回動可能に組付けられている。より具体的には、ディスポーザブルユニット３は、水平方向（図中に示すＸ軸方向）に延在する回動軸４を中心に図３中に示す矢印Ｃ方向に沿って回動可能となるように非ディスポーザブルユニット２に組付けられており、これにより人工肺１０の向きが切り替え可能となるように構成されている。なお、ディスポーザブルユニット３を回動可能にする回動機構としては、たとえばヒンジ等が利用可能である。

【0057】

図３に示す状態は、プライミング動作時において人工肺１０が取るべき姿勢を実現可能にする第１状態である。当該第１状態においては、人工肺１０は、ガス流入部２５およびガス流出部２６が水平方向（図中に示すＹ軸方向）に沿って並ぶとともに血液流入部２１および血液流出部２２が鉛直方向（図中に示すＺ軸方向）に沿って並び、かつ血液流出部２２が血液流入部２１よりも鉛直上方に配置される姿勢を取る。

【0058】

プライミング動作時において人工肺１０が上記姿勢を取ることにより、人工肺１０の内部の空間がプライミング液によって鉛直下方から鉛直上方に向けて順次充填されていくことになるため、人工肺１０の内部の空気がスムーズに人工肺１０の外部に押し出され、人工肺１０の内部に空気が残留してしまうことが確実に防止できる。

【0059】

なお、上述した第１状態においては、人工肺１０の加熱対象部位Ｂが非ディスポーザブルユニット２に設けられた排気口２ｂ１に対面しない状態とされる。これは、プライミング動作時において、人工肺１０に結露水が発生するおそれがないためである。

【0060】

一方、図４に示す状態は、体外循環動作時において人工肺１０が取るべき姿勢を実現可能にする第２状態である。当該第２状態においては、人工肺１０は、ガス流入部２５およびガス流出部２６が鉛直方向（図中に示すＺ軸方向）に沿って並ぶとともに血液流入部２１および血液流出部２２が水平方向（図中に示すＹ軸方向）に沿って並び、かつガス流入部２５がガス流出部２６よりも鉛直上方に配置される姿勢を取る。

【0061】

ここで、上記第２状態においては、人工肺１０の加熱対象部位Ｂが非ディスポーザブルユニット２に設けられた排気口２ｂ１に対面した状態とされる。そして、当該第２状態において、人工肺システム１Ａが作動することにより、送風ファン８０が駆動されることになる。

【0062】

これにより、送風ファン８０の作用によって吸気口２ａを介して外気が非ディスポーザブルユニット２の内部に取り込まれ、取り込まれた外気が非ディスポーザブルユニット２の内部において強制的に対流させられることで熱源Ａである送血ポンプ駆動部４１、コントローラ３０、バッテリー７０および送風ファン駆動部８１によって加温される。そして、加温された高温の空気は、排気口２ｂ１を介してディスポーザブルユニット３内に流入し、加熱対象部位Ｂである人工肺１０のガス流出部２６近傍に送られる。そのため、当該排気口２ａを介して排気された高温の空気によって加熱対象部位Ｂの加熱が行なわれることになる。

【0063】

したがって、体外循環動作時において人工肺１０が上記姿勢を取ることにより、選択的に加熱対象部位Ｂが加熱されることになり、効率的に結露水の発生が抑制でき、ガス交換効率の低下が抑制できることになる。

【0064】

加えて、上記構成を採用することにより、万が一にも人工肺１０において中空糸膜１６中に結露水が発生した場合にも、中空糸膜１６中におけるガス圧に加えて重力が当該結露水に作用することになるため、よりスムーズに結露水がガス流出部２６に導かれて排出されることになる。したがって、当該観点からも、ガス交換効率の低下を抑制できることになる。

【0065】

なお、以上において図３および図４を用いて説明した本実施の形態における人工肺システムの好適なユニット構成例は、あくまでも採り得る構成の一例を例示したものに過ぎず、当然に他の構成を採用することも可能である。すなわち、人工肺システムのハウジングが複数のユニットに分割されている必要や、分割されたユニットが回動可能に構成されている必要はなく、人工肺システムにおいて生じる廃熱を何らかのかたちで利用して結露水の発生箇所に送ることができる構成であれば、どのような構成を採用してもよい。

【0066】

また、以上において説明した本実施の形態においては、送血ポンプ駆動部にて生じる熱のみならず、コントローラやバッテリー、送風ファン駆動部において生じる熱についてもこれを利用することとした場合を例示したが、通常は送血ポンプ駆動部にて生じる熱のみで十分に結露水の発生が抑制できるため、これのみを利用するように構成されていてもよい。

【0067】

図５は、本実施の形態に基づいた変形例に係る人工肺システムのユニット構成例を示す図である。次に、この図５を参照して、本実施の形態に基づいた変形例に係る人工肺システム１Ｂのユニット構成例について説明する。

【0068】

上述した本実施の形態においては、体外循環動作時において人工肺１０が図４に示した姿勢をとることを前提とした場合の好適なユニット構成例を例示したが、体外循環動作時において人工肺１０が取るべき姿勢は、これに限定されるものではなく、図３に示した姿勢であってもよい。本変形例に係る人工肺システム１Ｂは、体外循環動作時において人工肺１０が図３に示す姿勢とされる場合と図４に示す姿勢とされる場合との両方に対応できるように構成されたものである。

【0069】

具体的には、図５に示すように、本変形例に係る人工肺システム１Ｂにおいては、非ディスポーザブルユニット２が、上述した排気口２ｂ１に加え、さらにディスポーザブルユニット３に対向する主面の所定位置に排気口２ｂ２を有している。ここで、排気口２ｂ２が設けられる位置は、上述した第１状態（すなわち、ガス流入部２５およびガス流出部２６が水平方向（図中に示すＹ軸方向）に沿って並ぶとともに血液流入部２１および血液流出部２２が鉛直方向（図中に示すＺ軸方向）に沿って並び、かつ血液流出部２２が血液流入部２１よりも鉛直上方に配置された状態）において、ディスポーザブルユニット３内に設置された人工肺１０の加熱対象部位Ｂに対面する位置とされる。

【0070】

これにより、体外循環動作時において人工肺１０が図５に示す姿勢とされた場合においても、熱源Ａである送血ポンプ駆動部４１、コントローラ３０、バッテリー７０および送風ファン駆動部８１によって加温された高温の空気が排気口２ｂを介して加熱対象部位Ｂである人工肺１０のガス流出部２６近傍に送られることになり、当該加熱対象部位Ｂの加熱が行なわれることになる。

【0071】

したがって、本変形例に係る人工肺システム１Ｂとすることにより、体外循環動作時において人工肺１０が図４に示す姿勢とされた場合と図５に示す姿勢とされた場合のいずれの場合においても効率的に結露水の発生が抑制できることになり、ガス交換効率の低下が抑制できることになる。なお、熱源Ａによって加温された高温の空気をより効率的に加熱対象部位Ｂの加熱に利用するためには、排気口２ｂ１，２ｂ２のうち、ディスポーザブルユニット３の回動に伴って人工肺１０の加熱対象部位Ｂに対面しなくなる方の排気口が閉塞されることとなるようにハウジングを構成してもよい。

【0072】

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における人工肺システムの概略図であり、図７は、本実施の形態における人工肺システムの好適なユニット構成例に係る体外循環動作時の状態を示す概略図である。以下、これら図６および図７を参照して、本実施の形態における人工肺システム１Ｃおよび当該人工肺システム１Ｃの好適なユニット構成例について説明する。

【0073】

上述した実施の形態１およびその変形例においては、非ディスポーザブルユニット２とディスポーザブルユニット３とが相対的に回動するように構成された場合を例示したが、上述したように必ずしもそのように構成されている必要はなく、これらが相対的に移動不能に組付けられるように構成されていてもよい。本実施の形態における人工肺システム１Ｃは、非ディスポーザブルユニット２とディスポーザブルユニット３とが相対的に移動不能に組付けられるように構成された場合を示すものである。

【0074】

図６に示すように、人工肺システム１Ｃは、上述した実施の形態１における人工肺システム１Ａに比べて、送風ファン８０および送風ファン駆動部８１を備えていない点において相違している。そのため、本実施の形態における人工肺システム１Ｃにおいては、送血ポンプ駆動部４１、コントローラ３０およびバッテリー７０のみが加熱対象部位Ｂである人工肺１０のガス流出部２６近傍を加熱する熱源Ａとなる。

【0075】

図７に示すように、この場合には、非ディスポーザブルユニット２とディスポーザブルユニット３とが相対的に移動不能に組付けられるとともに、非ディスポーザブルユニット２には、上述した排気口２ｂ１，２ｂ２のうちの排気口２ｂ２のみが設けられる。

【0076】

このように構成した場合には、人工肺システム１Ｃが作動することにより、発熱部品である送血ポンプ駆動部４１、コントローラ３０およびバッテリー７０によって非ディスポーザブルユニット２内の空気が加熱されることになり、その比重差に基づいて上昇気流が発生する。これに伴い、吸気口２ａから外気が非ディスポーザブルユニット２の内部に取り込まれることになるとともに、加熱された空気が排気口２ｂ２からディスポーザブルユニット３に向けて排気されることになる。そのため、外気が非ディスポーザブルユニット２を経由して人工肺１０の加熱対象部位Ｂに吹き付けられる空気の流れが自ずと発生することになる。

【0077】

したがって、このように構成した場合には、特に送風ファンを設けずとも加熱対象部位Ｂであるガス流出部２６近傍を加熱することが可能になり、上述した実施の形態１の場合と同様に、結露水の発生が抑制できることになり、ガス交換効率の低下が抑制できることになる。

【0078】

以上において開示した上記実施の形態およびその変形例はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

【符号の説明】

【0079】

１Ａ〜１Ｃ 人工肺システム、２ 非ディスポーザブルユニット、２ａ 吸気口、２ｂ１，２ｂ２ 排気口、３ ディスポーザブルユニット、４ 回動軸、１０ 人工肺、１１ ケーシング、１２ 熱交換部、１３ ガス交換部、１４ 伝熱管、１５ 中空糸束、１６ 中空糸膜、２１ 血液流入部、２２ 血液流出部、２３ 熱交換水流入部、２４ 熱交換水流出部、２５ ガス流入部、２６ ガス流出部、３０ コントローラ、４０ 送血ポンプ、４１ 送血ポンプ駆動部、５０ 熱交換器、５１ 循環ポンプ、６０ 酸素タンク、６１ 流量制御弁、７０ バッテリー、８０ 送風ファン、８１ 送風ファン駆動部、９０ 体外循環経路、９１ 脱血路、９２ 返血路、９３，９４ カニューレ、１００ 患者、１０１ 大腿動脈、１０２ 大腿静脈、１０３ 右心房、Ａ 熱源、Ｂ 加熱対象部位。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】