知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024180195
(43)【公開日】2024-12-26
(54)【発明の名称】医療システムおよび液体循環システム
(51)【国際特許分類】
A61M 1/18 20060101AFI20241219BHJP
A61M 1/36 20060101ALI20241219BHJP
【ＦＩ】
A61M1/18 525
A61M1/36
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023099693
(22)【出願日】2023-06-16
(71)【出願人】
【識別番号】000109543
【氏名又は名称】テルモ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100098796
【弁理士】
【氏名又は名称】新井 全
(74)【代理人】
【識別番号】100121647
【弁理士】
【氏名又は名称】野口 和孝
(74)【代理人】
【識別番号】100187377
【弁理士】
【氏名又は名称】芳野 理之
(72)【発明者】
【氏名】北岡 孝史
【テーマコード（参考）】
4C077
【Ｆターム（参考）】
4C077AA03
4C077AA16
4C077BB06
4C077DD07
4C077DD19
4C077DD21
4C077EE04
4C077EE10
4C077FF02
4C077LL05
(57)【要約】
【課題】頭蓋内圧の変動を抑えつつ脳の治療領域に液体を効率的に送達できる医療システムおよび液体循環システムを提供すること。
【解決手段】医療システムは、体腔内に液体を注入し、かつ、液体を体腔内から排出しない第１期間２１１と、体腔内に液体を注入せず、かつ、液体を体腔内から排出する第２期間２１２と、を設定し、第１期間２１１と第２期間２１２とを交互に繰り返し、第１期間２１１における液体の注入量を第２期間２１２における液体の排出量と実質的に同じに設定する制御を実行する制御部を備える。
【選択図】図８
【解決手段】医療システムは、体腔内に液体を注入し、かつ、液体を体腔内から排出しない第１期間２１１と、体腔内に液体を注入せず、かつ、液体を体腔内から排出する第２期間２１２と、を設定し、第１期間２１１と第２期間２１２とを交互に繰り返し、第１期間２１１における液体の注入量を第２期間２１２における液体の排出量と実質的に同じに設定する制御を実行する制御部を備える。
【選択図】図８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
対象者の脳脊髄液が存在する体腔内に液体を注入し、前記体腔内に存在する前記液体を前記体腔内から排出する医療システムであって、
前記体腔内に前記液体を注入し、かつ、前記液体を前記体腔内から排出しない第１期間と、
前記体腔内に前記液体を注入せず、かつ、前記液体を前記体腔内から排出する第２期間と、
を設定し、前記第１期間と前記第２期間とを交互に繰り返し、前記第１期間における前記液体の注入量を前記第２期間における前記液体の排出量と実質的に同じに設定する制御を実行する制御部を備えたことを特徴とする医療システム。
前記体腔内に前記液体を注入し、かつ、前記液体を前記体腔内から排出しない第１期間と、
前記体腔内に前記液体を注入せず、かつ、前記液体を前記体腔内から排出する第２期間と、
を設定し、前記第１期間と前記第２期間とを交互に繰り返し、前記第１期間における前記液体の注入量を前記第２期間における前記液体の排出量と実質的に同じに設定する制御を実行する制御部を備えたことを特徴とする医療システム。
【請求項2】
前記第１期間の開始から前記第２期間の終了までの周期が、実質的に一定であることを特徴とする請求項１記載の医療システム。
【請求項3】
前記制御部は、前記体腔内に前記液体を注入せず、かつ、前記液体を前記体腔内から排出しない第３期間を、前記第１期間と前記第２期間との間にさらに設定することを特徴とする請求項１に記載の医療システム。
【請求項4】
前記第３期間の時間が、前記第１期間の時間よりも長いことを特徴とする請求項３に記載の医療システム。
【請求項5】
前記第３期間の時間が、１秒以上であることを特徴とする請求項３に記載の医療システム。
【請求項6】
前記制御部は、前記第３期間を前記第２期間と前記第１期間との間にさらに設定し、
前記第１期間と前記第２期間との間に設定された前記第３期間の第１時間が、前記第２期間と前記第１期間との間に設定された前記第３期間の第２時間よりも長いことを特徴とする請求項３に記載の医療システム。
前記第１期間と前記第２期間との間に設定された前記第３期間の第１時間が、前記第２期間と前記第１期間との間に設定された前記第３期間の第２時間よりも長いことを特徴とする請求項３に記載の医療システム。
【請求項7】
前記第２期間における前記液体の排出速度は、前記第１期間における前記液体の注入速度よりも遅いことを特徴とする請求項１に記載の医療システム。
【請求項8】
前記制御部は、前記第１期間における前記注入量および前記第２期間における前記排出量よりも少ない量の前記液体を注入または排出する第０期間を初回に設定し、
前記第１期間および前記第２期間のうち前記第０期間とは前記液体の移動方向が異なる期間を前記第０期間の次に開始することを特徴とする請求項１に記載の医療システム。
前記第１期間および前記第２期間のうち前記第０期間とは前記液体の移動方向が異なる期間を前記第０期間の次に開始することを特徴とする請求項１に記載の医療システム。
【請求項9】
前記第０期間における注入量が、前記第１期間における前記注入量の実質的に半分であり、前記第０期間における排出量が、前記第２期間における前記排出量の実質的に半分であることを特徴とする請求項８に記載の医療システム。
【請求項10】
前記制御部は、前記制御の終了時に、前記体腔内に前記液体を注入することにより前記制御の実行開始時において前記体腔内に存在していた前記脳脊髄液の量に近づける、または、前記液体を前記体腔内から排出することにより前記制御の実行開始時において前記体腔内に存在していた前記脳脊髄液の量に近づける制御を実行することを特徴とする請求項１に記載の医療システム。
【請求項11】
前記体腔内に前記液体を注入する注入カテーテルと、
前記液体を前記体腔内から排出する排出カテーテルと、
をさらに備え、
前記注入カテーテルの先端と、前記排出カテーテルの先端と、の間の距離は、前記制御の実行開始時において３０センチメートル以下であることを特徴とする請求項１に記載の医療システム。
前記液体を前記体腔内から排出する排出カテーテルと、
をさらに備え、
前記注入カテーテルの先端と、前記排出カテーテルの先端と、の間の距離は、前記制御の実行開始時において３０センチメートル以下であることを特徴とする請求項１に記載の医療システム。
【請求項12】
液体を脳脊髄液が存在する体腔内に注入し、前記体腔外に排出することで前記液体を循環させる液体循環システムであって、
前記液体を前記体腔内に注入する注入カテーテルと、
前記液体を前記体腔内から前記体腔外に排出する排出カテーテルと、
前記体腔内に注入する前記液体および前記体腔内から排出された前記液体の少なくともいずれかを貯留する液体貯留部と、
前記液体貯留部および前記注入カテーテルに接続された送液ラインと、
前記液体貯留部および前記排出カテーテルに接続された排液ラインと、
前記送液ライン上に設けられ、前記液体を移動させる第１ポンプと、
前記排液ライン上に設けられ、前記液体を移動させる第２ポンプと、
前記送液ライン内の前記液体貯留部と前記第１ポンプとの間に設けられ、前記液体を処理する液体処理装置と、
前記第１ポンプと前記第２ポンプとを制御する単一の制御部と、
を備えたことを特徴とする液体循環システム。
前記液体を前記体腔内に注入する注入カテーテルと、
前記液体を前記体腔内から前記体腔外に排出する排出カテーテルと、
前記体腔内に注入する前記液体および前記体腔内から排出された前記液体の少なくともいずれかを貯留する液体貯留部と、
前記液体貯留部および前記注入カテーテルに接続された送液ラインと、
前記液体貯留部および前記排出カテーテルに接続された排液ラインと、
前記送液ライン上に設けられ、前記液体を移動させる第１ポンプと、
前記排液ライン上に設けられ、前記液体を移動させる第２ポンプと、
前記送液ライン内の前記液体貯留部と前記第１ポンプとの間に設けられ、前記液体を処理する液体処理装置と、
前記第１ポンプと前記第２ポンプとを制御する単一の制御部と、
を備えたことを特徴とする液体循環システム。
【請求項13】
前記液体処理装置は、前記体腔外に排出された前記液体に酸素を付加する酸素付加装置であることを特徴とする請求項１２に記載の液体循環システム。
【請求項14】
前記制御部は、前記第１ポンプと前記第２ポンプを交互に繰り返し駆動することを特徴とする請求項１２に記載の液体循環システム。
【請求項15】
前記制御部は、前記第１ポンプが前記第２ポンプの起動を挟まずに連続もしくは間欠で起動している間に駆出した前記液体の注入量と、前記第２ポンプが前記第１ポンプの起動を挟まずに連続もしくは間欠で起動している間に駆出した前記液体の排出量と、の初回起動時からの総和を一定範囲に制御することを特徴とする請求項１２に記載の液体循環システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、脳疾患の治療に用いられる医療システムおよび液体循環システムに関する。
【背景技術】
【0002】
脳疾患として例えば脳梗塞が発症すると、脳細胞に酸素を供給する血流が遮断され、脳細胞にダメージが発生するおそれがある。したがって、脳梗塞が発症した場合には、血流の早期再灌流が必要である。脳梗塞の治療の１つとして、酸素化した脳脊髄液などの高酸素化溶液を患者の脳脊髄液が存在する体腔内に注入し、酸素が欠乏している脳細胞に酸素を直接供給することが提案されている。
【0003】
特許文献１には、１つのルーメンで液体の生体への注入及び生体からの吸引を行うことのできるカテーテルシステムが開示されている。特許文献１に記載されたカテーテルシステムは、カテーテルと、管本体のルーメンを介して注入口に流体を供給する注入駆動部と、吸引口から管本体のルーメンを介して流体を吸引する吸引駆動部と、頭蓋内圧の状態を検出する検出部と、注入駆動部及び吸引駆動部を制御する制御部と、を有する。カテーテルの吸引口は、カテーテルの注入口が開状態の際に閉状態である。また、カテーテルの注入口は、カテーテルの吸引口が開状態の際に閉状態である。そして、制御部は、検出部で検出された頭蓋内圧の状態が一定の範囲となるように、注入駆動部と吸引駆動部とを交互に動作させる。
【0004】
ここで、脳疾患の治療を目的として高酸素化溶液などの液体が体腔内に注入される場合、頭蓋内圧を一定範囲に保つ必要がある。頭蓋内圧の正常な範囲は、５ｍｍＨｇ以上、１５ｍｍＨｇ以下程度である。頭蓋内から脊髄腔内までの圧力が変動すると、脳に障害を与えるおそれがある。例えば、頭蓋内圧が２０ｍｍＨｇ以上に上昇すると、頭蓋内圧亢進症（すなわち脳組織が負荷を受けることで発症する様々な症状）が発生するおそれがある。一方で、頭蓋内圧が５ｍｍＨｇ以下に低下すると、低髄液圧症候群（すなわち脳組織の位置を保てなくなることで発症する様々な症状）が発生するおそれがある。
【0005】
脳脊髄液が存在する体腔（例えばクモ膜下腔および脳室）は、ほぼ閉鎖空間である。そのため、頭蓋内圧を一定範囲に保つためには、体腔内の脳脊髄液の量を一定範囲に保つ必要がある。体腔内の脳脊髄液の量を一定範囲に保つためには、体腔内に注入した液体の量と同じ量の脳脊髄液を速やかに排出することが求められる。
【0006】
しかし、例えば腰椎付近からクモ膜下腔に挿入された注入用カテーテルおよび排出用カテーテルを介してポンプにより液体を循環させて液体を体腔内に注入する場合、注入のタイミングおよび排出のタイミングによっては、注入用カテーテルの注入口から体腔内に注入された液体が排出用カテーテルの排出口に向かう流れ（すなわち局所定常流）が形成される。これにより、注入用カテーテルの注入口から脳の治療領域に向かう液体の流れがわずかとなり、脳の治療領域に液体を効率的に送達できないという問題がある。
【0007】
この問題を解決するために、注入用カテーテルの注入口を脳の付近に配置し、排出用カテーテルの排出口を腰椎付近に配置することで、注入口と排出口との間の距離を十分に取り、局所定常流の影響を極力抑えることが考えられる。しかしながら、脳の付近までカテーテルを挿入しようとした場合、周囲に脊髄のような神経組織が走行しているとともに湾曲しているクモ膜下腔にカテーテルを長距離に渡って挿入することとなる。このようなカテーテルのクモ膜下腔深部への挿入には神経組織へダメージを与えるリスクが伴うため、カテーテルの挿入長は可能な限り短くすることが望ましい。
【0008】
また、例えば腰椎付近からクモ膜下腔に挿入された注入用カテーテルおよび排出用カテーテルを介してポンプにより液体を循環させて液体を体腔内に注入する場合、体腔内の脳脊髄液の量を一定範囲に保つためには、注入用カテーテルおよび排出用カテーテルのそれぞれの内腔の断面積、内腔の表面性状による流体抵抗、および長さなどのパラメータをコントロールし、注入量および排出量を一定にする必要がある。しかし、カテーテルの製造時のばらつき、および使用時のカテーテルの内腔の断面形状の変形などにより、前述したパラメータにばらつきが生ずる。そのため、注入量および排出量を一定にすることは困難である。
【0009】
また、液体の循環回路は、感染防止のために閉鎖系であることが望ましい。しかし、液体の循環回路が閉鎖系である場合、キャビテーション現象により気泡が循環回路内で発生することにより液体の全体容量が治療初期の容量よりも増加したり、脳脊髄液を酸素化する過程において水分が蒸発により失われることにより液体の全体容量が治療初期の容量よりも減少したりするおそれがある。閉鎖系の循環回路において液体の全体容量が増加したり減少したりすると、頭蓋内圧を一定範囲に保つことができないおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】国際公開第２０２１／１９２５３９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、頭蓋内圧の変動を抑えつつ脳の治療領域に液体を効率的に送達できる医療システムおよび液体循環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】
【0012】
本発明は、（１）対象者の脳脊髄液が存在する体腔内に液体を注入し、前記体腔内に存在する前記液体を前記体腔内から排出する医療システムであって、前記体腔内に前記液体を注入し、かつ、前記液体を前記体腔内から排出しない第１期間と、前記体腔内に前記液体を注入せず、かつ、前記液体を前記体腔内から排出する第２期間と、を設定し、前記第１期間と前記第２期間とを交互に繰り返し、前記第１期間における前記液体の注入量を前記第２期間における前記液体の排出量と実質的に同じに設定する制御を実行する制御部を備えたことを特徴とする医療システムである。
【0013】
上記（１）の医療システムによれば、制御部は、第１期間において、体腔内に液体を注入し、かつ、液体を体腔内から排出しない。また、制御部は、第２期間において、体腔内に液体を注入せず、かつ、液体を体腔内から排出する。そして、制御部は、第１期間と第２期間とを交互に繰り返し、液体の注入量を液体の排出量を実質的に同じにする。これにより、頭蓋内圧の許容変動範囲を超えない限りにおいて、液体の注入および液体の排出が同量で交互に繰り返される。そのため、液体の注入および液体の排出が同時に行われることはなく、注入口から体腔内に注入された液体が排出口に向かう局所定常流の発生を抑えることができる。そのため、体腔内に注入された液体は、注入方向および注入流速に従い脳の治療領域に向かって流れる。また、体腔内に注入された液体と体腔内の脳脊髄液との間の抵抗により生ずる乱流により、液体および脳脊髄液が撹拌される。さらに、液体に含まれる酸素等の濃度差による拡散が進行する。これにより、脳の治療領域に液体を効率的に送達できる。また、液体の注入量が液体の排出量と実質的に同じであるため、体腔内の脳脊髄液の量を一定範囲に保つことができる。これにより、頭蓋内圧の大幅な変動を抑えることができる。
【0014】
（２）上記（１）の医療システムにおいて、前記第１期間の開始から前記第２期間の終了までの周期が、実質的に一定であることが好ましい。
上記（２）の医療システムによれば、液体および脳脊髄液の撹拌と、液体に含まれる酸素等の濃度差による拡散と、の少なくともいずれかが、安定的に進行する。これにより、脳の治療領域に液体を効率的に送達できる。また、体腔内の脳脊髄液の量を一定範囲に安定的に保つことができる。これにより、頭蓋内圧の変動を抑えることができる。
上記（２）の医療システムによれば、液体および脳脊髄液の撹拌と、液体に含まれる酸素等の濃度差による拡散と、の少なくともいずれかが、安定的に進行する。これにより、脳の治療領域に液体を効率的に送達できる。また、体腔内の脳脊髄液の量を一定範囲に安定的に保つことができる。これにより、頭蓋内圧の変動を抑えることができる。
【0015】
（３）上記（１）または（２）の医療システムにおいて、前記制御部は、前記体腔内に前記液体を注入せず、かつ、前記液体を前記体腔内から排出しない第３期間を、前記第１期間と前記第２期間との間にさらに設定することが好ましい。
上記（３）の医療システムによれば、液体に含まれる酸素等の濃度差による拡散が、第３期間の長さに応じてより一層進行する。これにより、脳の治療領域に液体をより一層効率的に送達できる。
上記（３）の医療システムによれば、液体に含まれる酸素等の濃度差による拡散が、第３期間の長さに応じてより一層進行する。これにより、脳の治療領域に液体をより一層効率的に送達できる。
【0016】
（４）上記（３）の医療システムにおいて、前記第３期間の時間が、前記第１期間の時間よりも長いことが好ましい。
上記（４）の医療システムによれば、液体に含まれる酸素等の濃度差による拡散が進行する時間が、液体の注入時間よりも長い。これにより、脳の治療領域に液体をより一層効率的に送達できる。
上記（４）の医療システムによれば、液体に含まれる酸素等の濃度差による拡散が進行する時間が、液体の注入時間よりも長い。これにより、脳の治療領域に液体をより一層効率的に送達できる。
【0017】
（５）上記（３）または（４）の医療システムにおいて、前記第３期間の時間が、１秒以上であることが好ましい。
上記（５）の医療システムによれば、液体に含まれる酸素等の濃度差による拡散が進行する時間を確保できる。これにより、脳の治療領域に液体を効率的に送達できる。
上記（５）の医療システムによれば、液体に含まれる酸素等の濃度差による拡散が進行する時間を確保できる。これにより、脳の治療領域に液体を効率的に送達できる。
【0018】
（６）上記（３）～（６）のいずれかの医療システムにおいて、前記制御部は、前記第３期間を前記第２期間と前記第１期間との間にさらに設定し、前記第１期間と前記第２期間との間に設定された前記第３期間の第１時間が、前記第２期間と前記第１期間との間に設定された前記第３期間の第２時間よりも長いことが好ましい。
【0019】
上記（６）の医療システムによれば、液体の注入と液体の排出との間に設けられた停止期間（すなわち第３期間）の第１時間が、液体の排出と液体の注入との間に設けられた停止期間（すなわち第３期間）の第２時間よりも長い。そのため、注入口から体腔内に注入された液体が排出口に向かう局所定常流の発生をより確実に抑え、液体に含まれる酸素等の濃度差による拡散が進行する時間を確実に確保できる。これにより、脳の治療領域に液体をより一層効率的に送達できる。
【0020】
（７）上記（１）～（６）のいずれかの医療システムにおいて、前記第２期間における前記液体の排出速度は、前記第１期間における前記液体の注入速度よりも遅いことが好ましい。
上記（７）の医療システムによれば、第２期間における液体の排出速度が第１期間における液体の注入速度よりも遅いため、注入口から体腔内に注入された液体が排出口側に向かう速度を抑えることができ、注入口から体腔内に注入された直後の液体が脳の方向に拡散する時間を確保することが可能となる。これにより、脳の治療領域に液体を効率的に送達できる。
上記（７）の医療システムによれば、第２期間における液体の排出速度が第１期間における液体の注入速度よりも遅いため、注入口から体腔内に注入された液体が排出口側に向かう速度を抑えることができ、注入口から体腔内に注入された直後の液体が脳の方向に拡散する時間を確保することが可能となる。これにより、脳の治療領域に液体を効率的に送達できる。
【0021】
（８）上記（１）～（７）のいずれかの医療システムにおいて、前記制御部は、前記第１期間における前記注入量および前記第２期間における前記排出量よりも少ない量の前記液体を注入または排出する第０期間を初回に設定し、前記第１期間および前記第２期間のうち前記第０期間とは前記液体の移動方向が異なる期間を前記第０期間の次に開始することが好ましい。
上記（８）の医療システムによれば、初回の第０期間におけるクモ膜下腔内の容量変化を少なくすることで、第０期間以降の第１期間および第２期間におけるクモ膜下腔内の容量変化は、元の容量を挟んだ範囲で変動する。そのため、許容変動範囲を超えることを抑えることができる。これにより、頭蓋内圧の変動を許容変動範囲内に抑えることができる。
上記（８）の医療システムによれば、初回の第０期間におけるクモ膜下腔内の容量変化を少なくすることで、第０期間以降の第１期間および第２期間におけるクモ膜下腔内の容量変化は、元の容量を挟んだ範囲で変動する。そのため、許容変動範囲を超えることを抑えることができる。これにより、頭蓋内圧の変動を許容変動範囲内に抑えることができる。
【0022】
（９）上記（８）の医療システムにおいて、前記第０期間における注入量が、前記第１期間における前記注入量の実質的に半分であり、前記第０期間における排出量が、前記第２期間における前記排出量の実質的に半分であることが好ましい。
上記（９）の医療システムによれば、頭蓋内圧が初回の第１期間における液体の注入により許容変動範囲を超えることをより確実に抑えることができる。これにより、頭蓋内圧の変動をより確実に許容変動範囲内に抑えることができる。
上記（９）の医療システムによれば、頭蓋内圧が初回の第１期間における液体の注入により許容変動範囲を超えることをより確実に抑えることができる。これにより、頭蓋内圧の変動をより確実に許容変動範囲内に抑えることができる。
【0023】
（１０）上記（１）～（９）のいずれかの医療システムにおいて、前記制御部は、前記制御の終了時に、前記体腔内に前記液体を注入することにより前記制御の実行開始時において前記体腔内に存在していた前記脳脊髄液の量に近づける、または、前記液体を前記体腔内から排出することにより前記制御の実行開始時において前記体腔内に存在していた前記脳脊髄液の量に近づける制御を実行することが好ましい。
【0024】
上記（１０）の医療システムによれば、医療システムの制御の終了時における脳脊髄液の量を、医療システムの制御の実行開始時において体腔内に存在していた脳脊髄液の量と実質的に同じに設定することができる。そのため、医療システムの制御の終了時における頭蓋内圧を、医療システムの制御の実行開始時における頭蓋内圧と実質的に同じに設定することができる。これにより、医療システムの制御の終了時と医療システムの制御の実行開始時との間において、頭蓋内圧の変動を抑えることができる。
【0025】
（１１）上記（１）～（１０）のいずれかの医療システムは、前記体腔内に前記液体を注入する注入カテーテルと、前記液体を前記体腔内から排出する排出カテーテルと、をさらに備え、前記注入カテーテルの先端と、前記排出カテーテルの先端と、の間の距離は、前記制御の実行開始時において３０センチメートル以下であることが好ましい。
【0026】
上記（１１）の医療システムによれば、液体の注入および液体の排出が同量で交互に繰り返されるため、注入カテーテルの先端と、排出カテーテルの先端と、の間の距離が制御の実行開始時において３０センチメートル以下であっても、注入口から体腔内に注入された液体が排出口に向かう局所定常流の発生を抑えることができる。これにより、注入カテーテルを生体内に深く挿入することなく、脳の治療領域に液体を効率的に送達できる。
【0027】
本発明は、（１２）液体を脳脊髄液が存在する体腔内に注入し、前記体腔外に排出することで前記液体を循環させる液体循環システムであって、前記液体を前記体腔内に注入する注入カテーテルと、前記液体を前記体腔内から前記体腔外に排出する排出カテーテルと、前記体腔内に注入する前記液体および前記体腔内から排出された前記液体の少なくともいずれかを貯留する液体貯留部と、前記液体貯留部および前記注入カテーテルに接続された送液ラインと、前記液体貯留部および前記排出カテーテルに接続された排液ラインと、前記送液ライン上に設けられ、前記液体を移動させる第１ポンプと、前記排液ライン上に設けられ、前記液体を移動させる第２ポンプと、前記送液ライン内の前記液体貯留部と前記第１ポンプとの間に設けられ、前記液体を処理する液体処理装置と、前記第１ポンプと前記第２ポンプとを制御する単一の制御部と、を備えたことを特徴とする液体循環システムである。
【0028】
上記（１２）の液体循環システムによれば、注入カテーテルおよび排出カテーテルを含む回路（すなわち生体回路部）と、注入カテーテルに接続された送液ラインおよび排出カテーテルに接続された排液ラインを含む回路（すなわちシステム回路部）と、に分割されている。また、送液ライン上に設けられ液体を移動させる第１ポンプと、排液ライン上に設けられ液体を移動させる第２ポンプと、が生体回路部およびシステム回路部において共有のポンプとして機能する。液体循環システムがこのような構成を有することにより、システム回路部が、生体側の状況を維持しつつ、キャビテーション現象により生ずる液体の全体容量の増加および蒸発により生ずる液体の全体容量の減少に対応することができ、生体回路内の液体の増減を極小化することができる。これにより、頭蓋内圧の変動を抑えることができる。
【0029】
（１３）上記（１２）の液体循環システムにおいて、前記液体処理装置は、前記体腔外に排出された前記液体に酸素を付加する酸素付加装置であることが好ましい。
上記（１３）の液体循環システムによれば、頭蓋内圧の変動を抑えつつ脳の治療領域に高酸素化溶液を効率的に送達できる。
上記（１３）の液体循環システムによれば、頭蓋内圧の変動を抑えつつ脳の治療領域に高酸素化溶液を効率的に送達できる。
【0030】
（１４）上記（１２）または（１３）の液体循環システムにおいて、前記制御部は、前記第１ポンプと前記第２ポンプを交互に繰り返し駆動することが好ましい。
【0031】
上記（１４）の液体循環システムによれば、頭蓋内圧の許容変動範囲を超えない限りにおいて、液体の注入および液体の排出が同量で交互に繰り返される。そのため、液体の注入および液体の排出が同時に行われることはなく、液体の注入および液体の排出が同時に行われたときに発生する局所定常流すなわち注入口から体腔内に注入された液体が排出口に向かう局所定常流の発生を抑えることができる。そのため、体腔内に注入された液体は、注入方向および注入流速に従い脳の治療領域に向かって流れる。また、体腔内に注入された液体と体腔内の脳脊髄液との間の抵抗により生ずる乱流により、液体および脳脊髄液が撹拌される。さらに、液体に含まれる酸素等の濃度差による拡散が進行する。これにより、脳の治療領域に液体を効率的に送達できる。
【0032】
（１５）上記（１２）～（１４）のいずれかの液体循環システムにおいて、前記制御部は、前記第１ポンプが前記第２ポンプの起動を挟まずに連続もしくは間欠で起動している間に駆出した前記液体の注入量と、前記第２ポンプが前記第１ポンプの起動を挟まずに連続もしくは間欠で起動している間に駆出した前記液体の排出量と、の初回起動時からの総和を一定範囲に制御することが好ましい。
【0033】
上記（１５）の液体循環システムによれば、第１ポンプおよび第２ポンプの初回起動時からの脳脊髄液の量の変動を一定範囲に抑えることができる。そのため、頭蓋内圧が許容変動範囲を超えることをより確実に抑えることができる。これにより、頭蓋内圧の変動をより確実に許容変動範囲内に抑えることができる。
【発明の効果】
【0034】
本発明によれば、頭蓋内圧の変動を抑えつつ脳の治療領域に液体を効率的に送達できる医療システムおよび液体循環システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】本発明の実施形態に係る医療システムの概要を表す模式図である。
【図2】本実施形態の注入カテーテルの注入口近傍を表す平面図である。
【図3】本実施形態の排出カテーテルの排出口近傍を表す平面図である。
【図5】液体循環の開始直後に体腔内で生ずる液体の流れを説明する模式図である。
【図6】液体循環中に体腔内で生ずる液体の流れを説明する模式図である。
【図7】液体循環の停止後に体腔内で生ずる液体の流れを説明する模式図である。
【図8】本実施形態の制御による注入量と排出量と体腔内液量との関係を表すグラフである。
【図9】本実施形態の制御の注入において体腔内で生ずる液体の流れを説明する模式図である。
【図10】本実施形態の制御の停止中において体腔内で生ずる液体の流れを説明する模式図である。
【図11】本実施形態の制御の排出において体腔内で生ずる液体の流れを説明する模式図である。
【図12】本実施形態の制御の第１変形例による注入量と排出量と体腔内液量との関係を表すグラフである。
【図13】本実施形態の制御の第２変形例による注入量と排出量と体腔内液量との関係を表すグラフである。
【図14】本実施形態の制御の第３変形例による注入量と排出量と体腔内液量との関係を表すグラフである。
【図15】本発明者が実施した実験の概要を説明する模式図である。
【図16】本発明者が実施した実験の結果の一例を例示する表である。
【図17】本発明者が実施した実験の様子を表す写真である。
【図18】本実施形態に係る液体循環システムの概要を表す模式図である。
【図19】本実施形態に係る液体循環システムの動作を説明する模式図である。
【図20】本実施形態に係る液体循環システムの動作を説明する模式図である。
【図21】本実施形態に係る液体循環システムの動作を説明する模式図である。
【図22】本実施形態に係る液体循環システムの動作を説明する模式図である。
【図23】本変形例に係る液体循環システムの概要を表す模式図である。
【図24】本変形例に係る液体循環システムの動作を説明する模式図である。
【図25】本変形例に係る液体循環システムの動作を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0036】
以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、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。また、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
なお、以下に説明する実施形態は、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。また、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【0037】
図１は、本発明の実施形態に係る医療システムの概要を表す模式図である。
本実施形態に係る医療システム２は、対象者の脳脊髄液（ＣＳＦ：Cerebrospinal Fluid）が存在する体腔内に液体を注入し、体腔内に存在する液体を体腔内から排出する。脳脊髄液は、主にクモ膜下腔および脳室に存在する。すなわち、脳脊髄液が存在する体腔には、クモ膜下腔および脳室が含まれる。
本実施形態に係る医療システム２は、対象者の脳脊髄液（ＣＳＦ：Cerebrospinal Fluid）が存在する体腔内に液体を注入し、体腔内に存在する液体を体腔内から排出する。脳脊髄液は、主にクモ膜下腔および脳室に存在する。すなわち、脳脊髄液が存在する体腔には、クモ膜下腔および脳室が含まれる。
【0038】
図１に表したように、医療システム２は、制御部２１と、ポンプ２２と、医療デバイス５と、を備える。制御部２１は、ポンプ２２に接続され、制御信号をポンプ２２に送信しポンプ２２の動作を制御する。ポンプ２２は、制御部２１から送信された制御信号に基づいて稼動し、図１に表した矢印Ａ１のように、医療デバイス５を介して対象者の体腔内から脳脊髄液を吸引して排出する。ポンプ２２により体腔外に排出された脳脊髄液は、例えば、酸素化機構（図示しない）などにより通常の脳脊髄液の酸素濃度よりも高い酸素濃度の液体（すなわち高酸素化溶液）に生成される。そして、図１に表した矢印Ａ２のように、ポンプ２２は、医療デバイス５を介して体腔内に液体を注入する。
【0039】
なお、体腔内に注入される液体は、高酸素化溶液に限定されるわけではない。例えば、体腔内に注入される液体は、体外循環中の脳脊髄液に薬剤が付加された薬剤を含む液体であってもよく、体外循環中に好ましくない物質を除去するようフィルターで濾過した脳脊髄液であってもよい。その他、体腔内に注入される液体は、エネルギーを照射したり、加熱したりするなど、何らかの処理を脳脊髄液に施して体腔内に戻すものであってもよい。以下の説明では、説明の便宜上、体腔内に注入される液体が高酸素化溶液である例を挙げることがある。また、治療の初期段階において、生体内に注入する液体は、脳脊髄液の代替液として、乳酸リンゲル液を使用することが出来る。本実施形態においては、脳脊髄液や乳酸リンゲル液等の人工脳脊髄液、脳脊髄液と乳酸リンゲル液の混合液などを総じて液体と表記することがある。
【0040】
図１に表したように、医療デバイス５は、排出カテーテル５１と、注入カテーテル５２と、を有し、側臥位の状態にした腰椎付近からクモ膜下腔に挿入されて配置される。注入カテーテル５２の配置される先端位置は、挿入時の安全性を配慮して、Ｔ６と呼ばれる上から６番目の胸椎付近からＬ１と呼ばれる上から１番目の腰椎の位置の間とすることが望ましい。例えば図１に表した矢印Ａ１１のように、排出カテーテル５１は、体腔内に存在する脳脊髄液を排出口５１１から吸引し体腔外に排出する。例えば図１に表した矢印Ａ１３のように、注入カテーテル５２は、脳脊髄液が存在するクモ膜下腔等の体腔内に注入口５２１から液体を注入する。
【0041】
【0042】
図３に表したように、排出カテーテル５１の先端部は、排出口５１１として開口しており、腰椎付近のクモ膜下腔に配置される。例えば図３に表した矢印Ａ１１および矢印Ａ１２のように、排出カテーテル５１は、対象者のクモ膜下腔に挿入され、腰椎付近のクモ膜下腔に存在する脳脊髄液を排出口５１１を通して排出カテーテル５１の内腔５１３と注入カテーテル５２の外表面との間の空間５３（図４参照）に吸引する。なお、図１に関して前述したように、脳脊髄液を吸引する力は、ポンプ２２により与えられる。そして、図１に表した矢印Ａ１のように、排出カテーテル５１は、脳脊髄液を空間５３を通して対象者体腔外に排出する。
【0043】
注入カテーテル５２の外径は、排出カテーテル５１の内径よりも小さい。注入カテーテル５２は、排出カテーテル５１の内腔５１３に配置可能である。また、注入カテーテル５２は、排出カテーテル５１と結合されておらず、排出カテーテル５１の長手方向Ｄ１（図３参照）に沿って排出カテーテル５１の内腔５１３を移動可能である。排出カテーテル５１の先端部が排出口５１１として開口しているため、図３に表したように、注入カテーテル５２の先端部は、排出カテーテル５１の排出口５１１を通過可能である。
【0044】
これにより、注入カテーテル５２の先端部は、排出カテーテル５１の長手方向Ｄ１において排出カテーテル５１の排出口５１１から露出可能とされている。排出カテーテル５１の先端部と、排出カテーテル５１の排出口５１１から露出した注入カテーテル５２の先端部と、の間の長手方向Ｄ１の距離は、所定距離に調整可能である。本願明細書における「所定距離」としては、例えば０ｃｍ以上、３０ｃｍ以下程度が挙げられる。これにより、患者のクモ膜下腔へカテーテルを深く挿入する際に生じるリスクを避けることができる。
【0045】
図２に表したように、注入カテーテル５２の先端部は、注入口５２１として開口しており、排出カテーテル５１の排出口５１１を通過してクモ膜下腔内に配置される。例えば図２に表した矢印Ａ１３のように、注入カテーテル５２は、患者のクモ膜下腔に挿入され、注入カテーテル５２の内腔５２３（図４参照）を通してクモ膜下腔に存在する脳脊髄液に液体を注入する。なお、図１に関して前述したように、脳脊髄液に液体を注入する力は、ポンプ２２により与えられる。
【0046】
次に、液体循環において体腔内で生ずる液体の流れを、図面を参照して説明する。
図５は、液体循環の開始直後に体腔内で生ずる液体の流れを説明する模式図である。
図６は、液体循環中に体腔内で生ずる液体の流れを説明する模式図である。
図７は、液体循環の停止後に体腔内で生ずる液体の流れを説明する模式図である。
図５は、液体循環の開始直後に体腔内で生ずる液体の流れを説明する模式図である。
図６は、液体循環中に体腔内で生ずる液体の流れを説明する模式図である。
図７は、液体循環の停止後に体腔内で生ずる液体の流れを説明する模式図である。
【0047】
図５に表したように、液体循環の開始直後において、注入カテーテル５２の注入口５２１から体腔内に注入された液体９１は、図６に関して後述するように脳脊髄液が排出カテーテル５１の排出口５１１から排出されるときの吸引の流れが注入口５２１に届くまでは、例えば図５に表した矢印Ａ１３のように前方（すなわち脳が存在する方向）に向かって流れる。前方に向かって流れる液体９１の流量は、図６に関して後述する場合と比較してやや多い。また、液体循環の開始直後の短時間では、液体に含まれる酸素および薬剤など（以下、説明の便宜上「酸素等」と称する。）の濃度差による拡散は、ほとんど生じない。
【0048】
続いて、図６に表したように、液体循環中すなわち液体の連続循環の最中では、脳脊髄液が排出カテーテル５１の排出口５１１から排出されるときの吸引の流れが、注入カテーテル５２の注入口５２１に届いて影響を及ぼす。そうすると、注入カテーテル５２の注入口５２１から排出カテーテル５１の排出口５１１に向かう流れが定常化する。すなわち、例えば図６に表した矢印Ａ１４および矢印Ａ１５のように、注入カテーテル５２の注入口５２１から体腔内に注入された液体９１が排出カテーテル５１の排出口５１１に向かう局所定常流が生ずる。これにより、注入カテーテル５２の注入口５２１から体腔内に注入された液体９１は、ほとんど前方（すなわち脳が存在する方向）に流れなくなる。
【0049】
また、局所定常流の影響により、液体９１に含まれる酸素等の脳側への拡散は、液体循環の開始直後と比較して減速する。局所定常流の影響により、液体９１に含まれる酸素等の濃度差によって腰椎側へ拡散した液体９１は、排出カテーテル５１の排出口５１１から体腔外へ排出される。
【0050】
図７に表したように、液体循環の停止後では、液体循環中に生じていた局所定常流が無くなる。そのため、例えば図７に表した矢印Ａ１６および矢印Ａ１７のように、液体９１に含まれる酸素等の拡散が、脳側および腰椎側に向かって生ずる。
【0051】
図６に関して説明したように、液体の連続循環が実行されると、注入カテーテル５２の注入口５２１から体腔内に注入された液体９１が排出カテーテル５１の排出口５１１に向かう局所定常流が生ずる。これにより、注入カテーテル５２の注入口５２１から脳の治療領域に向かう液体９１の流れがわずかとなり、脳の治療領域に液体９１を効率的に送達することが困難になる。
【0052】
そこで、本実施形態に係る医療システム２の制御部２１は、体腔内に液体９１を注入し、かつ、液体９１を体腔内から排出しない第１期間と、体腔内に液体９１を注入せず、かつ、液体９１を体腔内から排出する第２期間と、を設定し、第１期間と第２期間とを交互に繰り返すことで、上記局所定常流を発生させずに液体９１を効率よく脳側に送達させることを可能とした。また、制御部２１は、第１期間における液体９１の注入量を第２期間における液体９１の排出量と実質的に同じに設定することで、元々体腔内にあった脳脊髄液量の増減を抑制し、体腔内の圧力を許容範囲内に抑制することを可能とした。以下、本実施形態に係る医療システム２の制御の詳細を、図面を参照して説明する。
【0053】
図８は、本実施形態の制御による注入量と排出量と体腔内液量との関係を表すグラフである。
図９は、本実施形態の制御の注入において体腔内で生ずる液体の流れを説明する模式図である。
図１０は、本実施形態の制御の停止中において体腔内で生ずる液体の流れを説明する模式図である。
図１１は、本実施形態の制御の排出において体腔内で生ずる液体の流れを説明する模式図である。
図９は、本実施形態の制御の注入において体腔内で生ずる液体の流れを説明する模式図である。
図１０は、本実施形態の制御の停止中において体腔内で生ずる液体の流れを説明する模式図である。
図１１は、本実施形態の制御の排出において体腔内で生ずる液体の流れを説明する模式図である。
【0054】
図８に表したグラフの横軸は、時間を示している。図８に表したグラフの縦軸は、液量の推移を表している。具体的には、図８に表した「注入量」は、制御の実行開始時から体腔内に注入された液体９１の積算量を表している。図８に表した「排出量」は、制御の実行開始時から体腔外に排出された脳脊髄液の積算量を表している。図８に表した「体腔内液量」は、制御の実行開始時において体腔内に存在していた脳脊髄液の変化量を表している。
【0055】
図８に表したように、本実施形態の制御において、制御部２１は、体腔内に液体９１を注入し、かつ、液体９１を体腔内から排出しない第１期間２１１と、体腔内に液体９１を注入せず、かつ、液体９１を体腔内から排出する第２期間２１２と、を設定する。つまり、第１期間２１１では、体腔内への液体９１の注入のみが実行される。一方で、第２期間２１２では、体腔内からの液体９１の排出のみが実行される。
【0056】
そして、図８に表したように、制御部２１は、第１期間２１１と第２期間２１２とを交互に繰り返す。また、制御部２１は、第１期間２１１における液体９１の注入量を第２期間２１２における液体９１の排出量と実質的に同じに設定する。これにより、頭蓋内圧の許容変動範囲を超えない限りにおいて、液体９１の注入および液体９１の排出が同量で交互に繰り返される。
【0057】
本実施形態に係る医療システム２の制御では、液体９１の注入および排出が同時に行われることはなく、注入カテーテル５２の注入口５２１から体腔内に注入された液体９１が排出カテーテル５１の排出口５１１に向かう局所定常流の発生を抑えることができる。
【0058】
図９に表したように、第１期間２１１では、注入カテーテル５２の注入口５２１から体腔内に注入された液体９１が、注入方向および注入流速に従い脳側に向かって流れる。また、例えば図９に表した矢印Ａ２１のように、注入カテーテル５２の注入口５２１から体腔内に注入された液体９１と体腔内の脳脊髄液との間の抵抗により生ずる乱流により、液体９１および脳脊髄液が撹拌される。さらに、例えば図９に表した矢印Ａ２２および矢印Ａ２３のように、液体９１に含まれる酸素等の濃度差による拡散が進行する。これにより、脳の治療領域に液体を効率的に送達できる。また、第１期間２１１における液体９１の注入量が第２期間２１２における液体９１の排出量と実質的に同じであるため、体腔内に存在する液体の量が一定範囲に保たれる。これにより、頭蓋内圧の変動を許容範囲内に抑えることができる。
【0059】
例えば図１１に表した矢印Ａ２６のように、第２期間２１２では、注入カテーテル５２の注入口５２１から体腔内に注入された液体９１の量と同じ量の液体９１が排出カテーテル５１の排出口５１１に向かって流れ、排出カテーテル５１の排出口５１１に吸引される。また、注入カテーテル５２の注入口５２１から体腔内に注入された液体９１は、排出カテーテル５１の排出口５１１に向かって全体的に引き戻される一方で、例えば図１１に表した矢印Ａ２７のように、注入方向に拡がった液体９１が体腔内に残る。
【0060】
図８に表したように、制御部２１は、体腔内に液体９１を注入せず、かつ、液体９１を体腔内から排出しない第３期間２１３を、第１期間２１１と第２期間２１２との間および第２期間２１２と第１期間２１１との間にさらに設定する。つまり、第３期間２１３では、体腔内への液体９１の注入と、体腔内からの液体９１の排出と、が同時に停止される。制御部２１は、第１期間２１１と、第３期間２１３と、第２期間２１２と、第３期間２１３と、をこの順に繰り返す。第３期間では、例えば図１０に表した矢印Ａ２４および矢印Ａ２５に表したように、液体９１に含まれる酸素等の濃度差による拡散が、脳側および腰椎側に向かって第３期間２１３の時間（すなわち停止時間）に応じて進行する。第３期間２１３の時間は、直前の注入、または排出で生じた流れが無くなるまでであることが好ましく、具体的には１秒以上が好ましい。
【0061】
このように、本実施形態に係る医療システム２の制御では、液体９１の注入および排出が同時に行われることはなく、注入カテーテル５２の注入口５２１から体腔内に注入された液体９１が排出カテーテル５１の排出口５１１に向かう局所定常流の発生を抑えることができる。そのため、体腔内に注入された液体９１は、注入方向および注入流速に従い脳の治療領域に向かって流れる。また、体腔内に注入された液体と体腔内の脳脊髄液との間の抵抗により生ずる乱流により、液体および脳脊髄液が撹拌される。さらに、液体９１に含まれる酸素等の濃度差による拡散が進行する。これにより、脳の治療領域に液体を効率的に送達できる。また、液体９１の注入量が液体９１の排出量と実質的に同じであるため、体腔内に存在する液体の量を一定範囲に保つことができる。これにより、頭蓋内圧の変動を許容範囲内に抑えることができる。
【0062】
第１期間２１１の開始から第２期間２１２の終了までの周期は、制御の実行中において実質的に一定である。そのため、液体９１および脳脊髄液の撹拌と、液体９１に含まれる酸素等の濃度差による拡散と、の少なくともいずれかが、安定的に進行する。これにより、脳の治療領域に治療物質（酸素等）を効率的に送達できる。また、体腔内に存在する液体の量を一定範囲に安定的に保つことができる。これにより、頭蓋内圧の変動を許容範囲内に抑えることができる。
【0063】
また、前述したように、制御部２１は、体腔内に液体９１を注入せず、かつ、液体９１を体腔内から排出しない第３期間２１３を、第１期間２１１と第２期間２１２との間および第２期間２１２と第１期間２１１との間にさらに設定する。そのため、液体９１に含まれる酸素等の拡散が、第３期間の長さに応じてより一層進行する。これにより、脳の治療領域に液体をより一層効率的に送達できる。
【0064】
第２期間２１２における液体９１の排出速度は、第１期間２１１における液体９１の注入速度よりも遅くともよい。この場合には、第２期間２１２における排出速度が第１期間２１１における注入速度よりも遅いため、注入カテーテル５２の注入口５２１から体腔内に注入された直後の液体９１が排出カテーテル５１の排出口５１１から体腔外に排出されることを抑えることができる。これにより、脳の治療領域に治療物質（酸素等）を効率的に送達できる。
【0065】
図８に表したように、制御部２１は、制御の終了時あるいは終了間際に第２期間２１２を設定し、液体を体腔内から排出することにより制御の実行開始時において体腔内に存在していた脳脊髄液の量に近づける制御を実行する。これによれば、制御部２１は、医療システム２の制御の終了時において体腔内に存在する液体の量を、医療システム２の制御の実行開始時において体腔内に存在していた脳脊髄液の量と実質的に同じに設定することができる。そのため、医療システム２の制御の終了時における頭蓋内圧を、医療システム２の制御の実行開始時における頭蓋内圧と実質的に同じに設定することができる。これにより、医療システム２の制御の終了時と医療システム２の制御の実行開始時との間において、頭蓋内圧の変動を抑えることができる。
【0066】
なお、制御部２１は、第１期間２１１と第２期間２１２との順番を互いに変えて第２期間２１２（すなわち、液体９１の排出）から始めるように制御してもよい。この場合、制御の終了時あるいは終了間際に第１期間２１１が設定され、体腔内に液体を注入することにより制御の実行開始時において体腔内に存在していた脳脊髄液の量に近づける制御を実行する。この場合であっても、制御部２１が制御の終了時あるいは終了間際に第２期間２１２を設定する場合と同様の効果が得られる。
【0067】
次に、本実施形態に係る医療システムの制御の変形例を、図面を参照して説明する。
図１２は、本実施形態の制御の第１変形例による注入量と排出量と体腔内液量との関係を表すグラフである。
図１２に表したグラフの横軸および縦軸、ならびに図１２に表した「注入量」、「排出量」および「体腔内液量」は、図８に関して前述した通りである。
図１２は、本実施形態の制御の第１変形例による注入量と排出量と体腔内液量との関係を表すグラフである。
図１２に表したグラフの横軸および縦軸、ならびに図１２に表した「注入量」、「排出量」および「体腔内液量」は、図８に関して前述した通りである。
【0068】
図１２に表したように、本実施形態の制御の第１変形例において、制御部２１は、第１期間２１１と、第３期間２１３と、第２期間２１２と、第３期間２１３と、をこの順に繰り返す。図１２に表したように、第１期間２１１と第２期間２１２との間に設定された第３期間２１３の時間は、第１期間２１１の時間よりも長い。これによれば、液体９１に含まれる酸素等の濃度差による拡散が進行する時間が、液体９１の注入時間よりも長い。これにより、脳の治療領域に液体をより一層効率的に送達できる。
【0069】
また、図１２に表したように、第１期間２１１と第２期間２１２との間に設定された第３期間２１３の時間（第１時間）は、第２期間２１２と第１期間２１１との間に設定された第３期間２１３の時間（第２時間）よりも長い。これによれば、注入カテーテル５２の注入口５２１から体腔内に注入された液体９１の流れが停止する前に排出カテーテル５１による排出が開始されることをより確実に抑え、液体９１に含まれる酸素等の濃度差による拡散が進行する時間を確実に確保できる。これにより、脳の治療領域に液体をより一層効率的に送達できる。また、第２期間２１２と第１期間２１１との間に設定された第３期間２１３の時間（第２時間）を短くすることで、続けて治療物質である酸素等を含む液体９１を注入するタイミングを早めることが出来るので、治療効果を高めることが期待される。
【0070】
図１３は、本実施形態の制御の第２変形例による注入量と排出量と体腔内液量との関係を表すグラフである。
図１３に表したグラフの横軸および縦軸、ならびに図１３に表した「注入量」、「排出量」および「体腔内液量」は、図８に関して前述した通りである。
図１３に表したグラフの横軸および縦軸、ならびに図１３に表した「注入量」、「排出量」および「体腔内液量」は、図８に関して前述した通りである。
【0071】
図１３に表したように、本実施形態の制御の第２変形例において、制御部２１は、第１期間２１１における注入量よりも少ない量の液体９１を注入する第０期間２１１ａを初回に設定し、次いで第３期間２１３と、第２期間２１２と、第３期間２１３と、第１期間２１１と、をこの順に繰り返す。図１３に表したように、初回の第０期間２１１ａにおける液体９１の注入量は、第２回以降の第１期間２１１における液体９１の注入量よりも少ない。例えば、初回の第０期間２１１ａにおける液体９１の注入量は、第２回以降の第１期間２１１における液体９１の注入量の実質的に半分である。
【0072】
図１３に表したように、制御部２１は、初回の第０期間２１１ａにおける液体９１の注入時間を第２回以降の第１期間２１１における液体９１の注入時間よりも短い時間に設定することにより、初回の第０期間２１１ａにおける液体９１の注入量を第２回以降の第１期間２１１における液体９１の注入量よりも少ない量に設定する。あるいは、制御部２１は、初回の第０期間２１１ａにおける液体９１の注入速度を第２回以降の第１期間２１１における液体９１の注入速度よりも遅い速度に設定することにより、初回の第０期間２１１ａにおける液体９１の注入量を第２回以降の第１期間２１１における液体９１の注入量よりも少ない量に設定してもよい。また、制御の終了時あるいは終了間際には、第０期間２１１ａと同量の液体を排出して終了することで、最終的な体腔内の圧力を制御の実行開始時における圧力と実質的に同じにして終了することができる。
【0073】
本変形例によれば、体腔内における脳脊髄液量は元の量を挟んで上下に変動することになるので、制御の実行開始時の頭蓋内圧からの変動の変位を上述した実施形態のものより小さくすることができる。もしくは、二回目以降において、一度に注入する治療物質を含む液体９１の量を上述した実施形態のものより多くすることができる。これにより、頭蓋内圧の変動を許容変動範囲内に抑え、より高い治療効果を得ることができる。なお、本変形例においても図１２で示した変形例と同様に、注入と排出との間の停止期間（第３期間）の時間（第１時間）を、排出と注入との間の停止期間（第３期間）の時間（第２時間）より長く設定しても良い。
【0074】
図１４は、本実施形態の制御の第３変形例による注入量と排出量と体腔内液量との関係を表すグラフである。
図１４に表したグラフの横軸および縦軸、ならびに図１４に表した「注入量」、「排出量」および「体腔内液量」は、図８に関して前述した通りである。
図１４に表したグラフの横軸および縦軸、ならびに図１４に表した「注入量」、「排出量」および「体腔内液量」は、図８に関して前述した通りである。
【0075】
図１４に表したように、本実施形態の制御の第３変形例において、制御部２１は、第２期間２１２における排出量よりも少ない量の液体９１を排出する第０期間２１２ａを初回に設定し、次いで第３期間２１３と、第１期間２１１と、第３期間２１３と、第２期間２１２と、をこの順に繰り返す。図１４に表したように、初回の第０期間２１２ａにおける液体９１の排出量は、第２回以降の第２期間２１２における液体９１の排出量よりも少ない。例えば、初回の第０期間２１２ａにおける液体９１の排出量は、第２回以降の第２期間２１２における液体９１の排出量の実質的に半分である。
【0076】
図１４に表したように、制御部２１は、初回の第０期間２１２ａにおける液体９１の排出時間を第２回以降の第２期間２１２における液体９１の排出時間よりも短い時間に設定することにより、初回の第０期間２１２ａにおける液体９１の排出量を第２回以降の第２期間２１２における液体９１の排出量よりも少ない量に設定する。あるいは、制御部２１は、初回の第０期間２１２ａにおける液体９１の排出速度を第２回以降の第２期間２１２における液体９１の排出速度よりも遅い速度に設定することにより、初回の第０期間２１２ａにおける液体９１の排出量を第２回以降の第２期間２１２における液体９１の排出量よりも少ない量に設定してもよい。また、制御の終了時あるいは終了間際には、第０期間２１２ａと同量の液体を注入して終了することで、最終的な体腔内の圧力を制御の実行開始時における圧力と実質的に同じにして終了することができる。
【0077】
本変形例によれば、体腔内における脳脊髄液量は元の量を挟んで上下に変動することになるので、制御の実行開始時の頭蓋内圧からの変動の変位を上述した実施形態のものより小さくすることができる。もしくは、一度に注入する治療物質を含む液体９１の量を上述した実施形態のものより多くすることができる。これにより、頭蓋内圧の変動を許容変動範囲内に抑え、より高い治療効果を得ることができる。なお、本変形例においても図１２で示した変形例と同様に、注入と排出との間の停止期間（第３期間）の時間（第１時間）を、排出と注入との間の停止期間（第３期間）の時間（第２時間）より長く設定しても良い。
【0078】
次に、本発明者が実施した実験の一例を、図面を参照して説明する。
図１５は、本発明者が実施した実験の概要を説明する模式図である。
図１６は、本発明者が実施した実験の結果の一例を例示する表である。
図１７は、本発明者が実施した実験の様子を表す写真である。
図１７（ａ）は、本実験の開始時の様子を表す写真である。図１７（ｂ）は、本実験の途中の様子、すなわち着色水９１１がチューブ５５の中間位置に到達した様子を表す写真である。図１７（ｃ）は、着色水９１１がゴール位置に到達した様子を表す写真である。なお、説明の便宜上、図１７（ｂ）および図１７（ｃ）の写真では、着色水９１１に斜線を施している。
図１５は、本発明者が実施した実験の概要を説明する模式図である。
図１６は、本発明者が実施した実験の結果の一例を例示する表である。
図１７は、本発明者が実施した実験の様子を表す写真である。
図１７（ａ）は、本実験の開始時の様子を表す写真である。図１７（ｂ）は、本実験の途中の様子、すなわち着色水９１１がチューブ５５の中間位置に到達した様子を表す写真である。図１７（ｃ）は、着色水９１１がゴール位置に到達した様子を表す写真である。なお、説明の便宜上、図１７（ｂ）および図１７（ｃ）の写真では、着色水９１１に斜線を施している。
【0079】
本発明者は、図１７（ａ）～図１７（ｃ）に表したようなクモ膜下腔の脊髄部分を模したモデルを用いて注入カテーテル５２の注入口５２１から着色水９１１をチューブ５５に注入し、着色水９１１がチューブ５５に注入されてからゴールに設定した位置に到達するまでに要した時間を比較した。図１７（ａ）～図１７（ｃ）に表したモデルにおいて、チューブ５５の内腔は、クモ膜下腔を模した部分である。タンク５６の内腔は、頭蓋内を模した部分である。ゴール位置は、チューブ５５とタンク５６との接続部の近傍の位置であってチューブ５５を通過した着色水９１１がタンク５６に流入した直後の位置である。ゴール位置は、大槽を模した部分である。
【0080】
図１５に表したように、排出カテーテル５１の先端部（すなわち排出口５１１）と、排出カテーテル５１の排出口５１１から露出した注入カテーテル５２の先端部（すなわち注入口５２１）と、の間の長手方向Ｄ１（図３参照）の距離は、２０ｃｍである。また、注入カテーテル５２の注入口５２１と、ゴール位置（すなわち大槽を模した部分）と、の間の長手方向Ｄ１の距離は、２０ｃｍである。
【0081】
図１６を用いて、本実験における注入および排出の方法を説明する。
図１６に表した表のうち「連続循環」は、着色水９１１を連続的に注入および排出する方法であり、比較例としての方法である。すなわち、図１６に表した表の通り、「連続循環」において、制御部２１は、２０ｍＬ／ｍｉｎの流速で着色水９１１を連続的に注入および排出する期間を設定する。
図１６に表した表のうち「連続循環」は、着色水９１１を連続的に注入および排出する方法であり、比較例としての方法である。すなわち、図１６に表した表の通り、「連続循環」において、制御部２１は、２０ｍＬ／ｍｉｎの流速で着色水９１１を連続的に注入および排出する期間を設定する。
【0082】
図１６に表した表のうち「等量出納」は、図８～図１１に関して前述した制御が実行されたときの注入および排出の方法である。すなわち、図１６に表した表の通り、「等量出納」において、制御部２１は、着色水９１１をチューブ５５に注入し、かつ、着色水９１１をチューブ５５から排出しない第１期間２１１と、着色水９１１をチューブ５５に注入せず、かつ、着色水９１１をチューブ５５から排出する第２期間２１２と、を設定する。第１期間２１１の時間は、３秒間である。第１期間２１１では、２０ｍＬ／ｍｉｎの流速の着色水９１１が３秒間にわたってチューブ５５に注入されるため、着色水９１１の注入量は、１ｍＬである。第２期間２１２の時間は、３秒間である。第２期間２１２では、２０ｍＬ／ｍｉｎの流速の着色水９１１が３秒間にわたってチューブ５５から排出されるため、着色水９１１の排出量は、１ｍＬである。そして、制御部２１は、第１期間２１１と第２期間２１２とを交互に繰り返す。さらに、「等量出納」において、制御部２１は、着色水９１１をチューブ５５に注入せず、かつ、着色水９１１をチューブ５５から排出しない第３期間２１３を第１期間２１１と第２期間２１２との間および第２期間２１２と第１期間２１１との間に設定する。第３期間２１３の時間は、１２秒間である。このように、「等量出納」において、制御部２１は、第１期間２１１と、第３期間２１３と、第２期間２１２と、第３期間２１３と、をこの順に繰り返す。
【0083】
本実験の結果の一例は、図１６の表に表した通りである。すなわち、着色水９１１は、「連続循環」および「等量出納」の両方においてゴール位置に到達できた。着色水９１１がチューブ５５に注入されてからゴール位置に到達するまでに要した時間は、「連続循環」において６０分間であり、「等量出納」において０．７５分間である。着色水９１１がチューブ５５に注入されてからゴール位置に到達するまでに注入した着色水９１１の量は、「連続循環」において１２００ｍＬであり、「等量出納」において２ｍＬである。本実験の結果により、「等量出納」は、「連続循環」と比較して、着色水９１１をゴール位置に効率的に送達できることが分かる。
【0084】
次に、本実施形態に係る液体循環システムを、図面を参照して説明する。
なお、液体循環システム３の構成要素が、図１～図１７に関して前述した医療システム２の構成要素と同様である場合には、重複する説明は適宜省略し、以下、相違点を中心に説明する。
なお、液体循環システム３の構成要素が、図１～図１７に関して前述した医療システム２の構成要素と同様である場合には、重複する説明は適宜省略し、以下、相違点を中心に説明する。
【0085】
図１８は、本実施形態に係る液体循環システムの概要を表す模式図である。
本実施形態に係る液体循環システム３は、液体を体腔内に注入し、体腔外に排出することで液体を循環させる。体腔内としては、例えば、対象者の脳脊髄液が存在する体腔内が挙げられる。本実施形態に係る液体循環システム３の説明では、体腔内に注入する液体が高酸素化溶液である場合を例に挙げる。
本実施形態に係る液体循環システム３は、液体を体腔内に注入し、体腔外に排出することで液体を循環させる。体腔内としては、例えば、対象者の脳脊髄液が存在する体腔内が挙げられる。本実施形態に係る液体循環システム３の説明では、体腔内に注入する液体が高酸素化溶液である場合を例に挙げる。
【0086】
図１８に表したように、液体循環システム３は、システム回路部３１と、生体回路部３２と、ポンプ部３３と、を備える。
【0087】
システム回路部３１は、高酸素化溶液の生成および温度調整を行うとともに、循環回路における液体の全体容量の調整を行う部分であり、制御部２１と、リザーバ３１１と、酸素化機構３１２と、酸素供給源３１３と、を有する。本実施形態の酸素化機構３１２は、本発明の「液体処理装置」および「酸素付加装置」の一例である。
【0088】
システム回路部３１は、第１駆動部２３と、第２駆動部２４と、をさらに有する。第１駆動部２３と、第２駆動部２４と、のそれぞれは、制御部２１に接続されており、制御部２１から送信された制御信号に基づいて稼動する。第１駆動部２３および第２駆動部２４としては、例えばモータなどのアクチュエータが挙げられる。なお、第１駆動部２３および第２駆動部２４は、ポンプ部３３に設けられていてもよい。
【0089】
生体回路部３２は、液体を体腔内に注入するとともに液体を体腔外に排出する部分であり、排出カテーテル５１と、注入カテーテル５２と、を有する。排出カテーテル５１および注入カテーテル５２は、ポンプ部３３を介してシステム回路部３１に接続されている。排出カテーテル５１および注入カテーテル５２は、図１～図１７に関して前述した通りである。
【0090】
ポンプ部３３は、システム回路部３１および生体回路部３２において共有の送液部として機能する。ポンプ部３３は、第１液体貯留部３３１と、第１ポンプ３３２と、第１流路切替部３３３と、第２液体貯留部３３４と、第２ポンプ３３５と、第２流路切替部３３６と、を有する。前述したように、ポンプ部３３は、第１駆動部２３と、第２駆動部２４と、を有していてもよい。
【0091】
図１８に表したように、酸素化機構３１２は、第１管４１を介して第１流路切替部３３３に接続されている。また、酸素化機構３１２は、第７管４７を介してリザーバ３１１と接続されている。さらに、酸素化機構３１２は、第８管４８を介して酸素供給源３１３と接続されている。酸素化機構３１２は、リザーバ３１１から第７管４７を通して供給された脳脊髄液もしくは乳酸リンゲル液等の人工脳脊髄液もしくはそれらの混合液に、酸素供給源３１３から第８管を通して供給された酸素を混合して酸素化された脳脊髄液を生成する。また、酸素化機構３１２は、酸素化された脳脊髄液の温度調整を行う熱交換器を有する。そして、酸素化機構３１２は、酸素化された脳脊髄液を高酸素化溶液として第１管４１を通して第１流路切替部３３３に供給する。本実施形態における酸素化機構３１２としては、血液に酸素を付加するための中空糸型人工肺を使用することが出来る。
【0092】
第１流路切替部３３３は、第１管４１と第２管４２と第３管４３との接続部に設けられ、第１管４１と第２管４２とが接続される流路と、第２管４２と第３管４３とが接続される流路と、を切り替え可能である。具体的には、第１駆動部２３が、制御部２１から送信された制御信号に基づいて第１流路切替部３３３の動作を制御し、第１管４１と第２管４２とが接続される流路と、第２管４２と第３管４３とが接続される流路と、を切り替える。第１管４１と第２管４２と第３管４３とは、本発明の「送液ライン」の一例であり、第１液体貯留部３３１および注入カテーテル５２に接続されている。
【0093】
第１流路切替部３３３は、第２管４２を介して第１液体貯留部３３１に接続されている。第１ポンプ３３２は、第２管４２に設けられている。第１ポンプ３３２としては、例えばローラポンプおよびシリンジポンプなどが挙げられる。第１ポンプ３３２は、制御部２１から送信された制御信に基づいて稼動し、第１液体貯留部３３１に向かって液体を移動させたり、第１流路切替部３３３に向かって液体を移動させたりする。
【0094】
第１流路切替部３３３が第１管４１と第２管４２とを接続している状態において、第１ポンプ３３２が第１方向に駆動すると、第１ポンプ３３２は、酸素化機構３１２において生成された液体（すなわち高酸素化溶液）を第１管４１および第２管４２を通して第１液体貯留部３３１に供給する。これにより、第１液体貯留部３３１は、酸素化機構３１２から第１管４１および第２管４２を通して供給された液体を貯留する。なお、第１流路切替部３３３が第１管４１と第２管４２とを接続している状態において、第１ポンプ３３２が第２方向に駆動すると、第１ポンプ３３２は、第１液体貯留部３３１に貯留された液体を第１管４１および第２管４２を通して酸素化機構３１２に供給することとなる。
【0095】
一方で、第１流路切替部３３３が、第２管４２と第３管４３とを接続している状態において、第１ポンプ３３２が第２方向に駆動すると、第１ポンプ３３２は、第１液体貯留部３３１に貯留された液体を第２管４２と第３管４３とを通して注入カテーテル５２に供給する。
【0096】
図１８に表したように、リザーバ３１１は、第６管４６を介して第２流路切替部３３６に接続されている。また、リザーバ３１１は、第７管４７を介して酸素化機構３１２に接続されている。リザーバ３１１は、第６管４６を通して供給された脳脊髄液を一時的に貯留する。そして、リザーバ３１１は、貯留された脳脊髄液を第７管４７を通して酸素化機構３１２に供給する。リザーバ３１１は、内部と外部とが互いに連通した構造を有し、貯留された脳脊髄液に含まれる気体を外部に抜くことができる。つまり、リザーバ３１１は、エアトラップとしての機能を有する。
【0097】
第２流路切替部３３６は、第４管４４と第５管４５と第６管４６との接続部に設けられ、第４管４４と第５管４５とが接続される流路と、第５管４５と第６管４６とが接続される流路と、を切り替え可能である。具体的には、第２駆動部２４が、制御部２１から送信された制御信号に基づいて第２流路切替部３３６の動作を制御し、第４管４４と第５管４５とが接続される流路と、第５管４５と第６管４６とが接続される流路と、を切り替える。第４管４４と第５管４５と第６管４６とは、本発明の「排液ライン」の一例であり、第２液体貯留部３３４および排出カテーテル５１に接続されている。
【0098】
第２流路切替部３３６は、第５管４５を介して第２液体貯留部３３４に接続されている。第２ポンプ３３５は、第５管４５に設けられている。第２ポンプ３３５としては、例えばローラポンプおよびシリンジポンプなどが挙げられる。第２ポンプ３３５は、制御部２１から送信された制御信に基づいて稼動し、第２液体貯留部３３４に向かって液体を移動させたり、第２流路切替部３３６に向かって液体を移動させたりする。
【0099】
第２流路切替部３３６が第４管４４と第５管４５とを接続している状態において、第２ポンプ３３５が第１方向に駆動すると、第２ポンプ３３５は、第４管４４および第５管４５を通して体腔内から体腔外に排出された液体（すなわち脳脊髄液）を第２液体貯留部３３４に供給する。これにより、第２液体貯留部３３４は、第４管４４および第５管４５を通して体腔内から体腔外に排出された液体（すなわち脳脊髄液）を貯留する。
【0100】
一方で、第２流路切替部３３６が第５管４５と第６管４６とを接続している状態において、第２ポンプ３３５が第１方向に駆動すると、第２ポンプ３３５は、リザーバ３１１に貯留された脳脊髄液を第５管４５と第６管４６とを介して第２液体貯留部３３４に供給する。これにより、第２液体貯留部３３４は、第５管４５および第６管４６を通してリザーバ３１１から供給された液体（すなわち脳脊髄液）を貯留する。第２流路切替部３３６が第５管４５と第６管４６とを接続している状態において、第２ポンプ３３５が第２方向に駆動すると、第２ポンプ３３５は、第２液体貯留部３３４に貯留された液体（すなわち脳脊髄液）を第５管４５と第６管４６とを通してリザーバ３１１に供給する。
【0101】
図１９～図２２は、本実施形態に係る液体循環システムの動作を説明する模式図である。
図１９～図２２に関して説明する液体循環システム３の動作は、図８～図１１に関して前述した制御に基づく動作である。
なお、説明の便宜上、図１９～図２２では、制御部２１、第１駆動部２３および第２駆動部２４を省略している。また、以下に示す動作では、予め回路内のチューブやリザーバ、酸素化機構が、乳酸リンゲル液等の人工脳脊髄液により満たされたプライミング済みとなっている状態から動作を開始するものとして説明する。
図１９～図２２に関して説明する液体循環システム３の動作は、図８～図１１に関して前述した制御に基づく動作である。
なお、説明の便宜上、図１９～図２２では、制御部２１、第１駆動部２３および第２駆動部２４を省略している。また、以下に示す動作では、予め回路内のチューブやリザーバ、酸素化機構が、乳酸リンゲル液等の人工脳脊髄液により満たされたプライミング済みとなっている状態から動作を開始するものとして説明する。
【0102】
まず、図１９に表したように、第１ステップとして、制御部２１は、第１駆動部２３に制御信号を送信して第１流路切替部３３３の動作を制御し、第１管４１と第２管４２とを接続する。また、制御部２１は、第２駆動部２４に制御信号を送信して第２流路切替部３３６の動作を制御し、第４管４４と第５管４５とを接続する。この状態において、制御部２１は、第１ポンプ３３２に制御信号を送信して第１ポンプ３３２を第２方向に駆動させるとともに、第２ポンプ３３５に制御信号を送信して第２ポンプ３３５を第１方向に駆動させる。
【0103】
そうすると、図１９に表した矢印Ａ４１のように、第１液体貯留部３３１に貯留されていた液体９１（図２０参照）が、第１管４１と第２管４２とを通して酸素化機構３１２に戻される。一方で、例えば図１９に表した矢印Ａ１１のように、体腔内の脳脊髄液９２が排出カテーテル５１の排出口５１１に吸引される。そして、図１９に表した矢印Ａ４２のように、脳脊髄液９２が、第４管４４および第５管４５を通して第２液体貯留部３３４に供給され貯留される。
【0104】
続いて、図２０に表したように、第２ステップとして、制御部２１は、第１駆動部２３に制御信号を送信して第１流路切替部３３３の動作を制御し、第１管４１と第２管４２とを接続する。また、制御部２１は、第２駆動部２４に制御信号を送信して第２流路切替部３３６の動作を制御し、第５管４５と第６管４６とを接続する。この状態において、制御部２１は、第１ポンプ３３２に制御信号を送信して第１ポンプ３３２を第１方向に駆動させるとともに、第２ポンプ３３５に制御信号を送信して第２ポンプ３３５を第２方向に駆動させる。
【0105】
そうすると、図２０に表した矢印Ａ４３のように、酸素化機構３１２において生成された液体９１（すなわち高酸素化溶液）が、第１管４１および第２管４２を通して第１液体貯留部３３１に供給され貯留される。また、図２０に表した矢印Ａ４４のように、第２液体貯留部３３４に貯留されていた脳脊髄液９２が第５管４５および第６管４６を通してリザーバ３１１に供給され貯留される。さらに、図２０に表した矢印Ａ４５のように、リザーバ３１１に貯留されていた脳脊髄液９２が、第７管４７を通して酸素化機構３１２に供給される。
【0106】
続いて、図２１に表したように、第３ステップとして、制御部２１は、第１駆動部２３に制御信号を送信して第１流路切替部３３３の動作を制御し、第２管４２と第３管４３とを接続する。また、制御部２１は、第２駆動部２４に制御信号を送信して第２流路切替部３３６の動作を制御し、第５管４５と第６管４６とを接続する。この状態において、制御部２１は、第１ポンプ３３２に制御信号を送信して第１ポンプ３３２を第２方向に駆動させるとともに、第２ポンプ３３５に制御信号を送信して第２ポンプ３３５を第１方向に駆動させる。
【0107】
そうすると、図２１に表した矢印Ａ４６のように、第１液体貯留部３３１に貯留されていた液体９１（すなわち高酸素化溶液）が、第２管４２と第３管４３とを通して注入カテーテル５２に供給される。そして、例えば図２１に表した矢印Ａ１３のように、液体９１が、注入カテーテル５２の注入口５２１から体腔内に注入される。一方で、図２１に表した矢印Ａ４７のように、リザーバ３１１に貯留されていた脳脊髄液９２が、第５管４５と第６管４６とを通して第２液体貯留部３３４に戻される。
【0108】
続いて、図２２に表したように、第４ステップとして、制御部２１は、第１駆動部２３に制御信号を送信して第１流路切替部３３３の動作を制御し、第１管４１と第２管４２とを接続する。また、制御部２１は、第２駆動部２４に制御信号を送信して第２流路切替部３３６の動作を制御し、第５管４５と第６管４６とを接続する。この状態において、制御部２１は、第１ポンプ３３２に制御信号を送信して第１ポンプ３３２を第１方向に駆動させるとともに、第２ポンプ３３５に制御信号を送信して第２ポンプ３３５を第２方向に駆動させる。
【0109】
そうすると、図２２に表した矢印Ａ４８のように、酸素化機構３１２において生成された液体９１（すなわち高酸素化溶液）が、第１管４１および第２管４２を通して第１液体貯留部３３１に供給され貯留される。また、図２２に表した矢印Ａ４９のように、第２液体貯留部３３４に貯留されていた脳脊髄液９２が第５管４５および第６管４６を通してリザーバ３１１に供給され貯留される。さらに、図２２に表した矢印Ａ５１のように、リザーバ３１１に貯留されていた脳脊髄液９２が、第７管４７を通して酸素化機構３１２に供給される。
【0110】
本実施形態に係る液体循環システム３によれば、液体を循環させる回路が、注入カテーテル５２および排出カテーテル５１を含む回路（すなわち生体回路部３２）と、注入カテーテル５２に接続された送液ライン（すなわち第１管４１、第２管４２、第３管４３）および排出カテーテル５１に接続された排液ライン（すなわち第４管４４、第５管４５、第６管４６）を含む回路（すなわちシステム回路部３１）と、に分割されている。また、送液ライン上に設けられ液体を移動させる第１ポンプ３３２と、排液ライン上に設けられ液体を移動させる第２ポンプ３３５と、が生体回路部３２およびシステム回路部３１において共有のポンプとして機能する。液体循環システム３がこのような構成を有することにより、システム回路部３１が、生体側の状況を維持しつつ、キャビテーション現象により生ずる液体の全体容量の増加および蒸発により生ずる液体の全体容量の減少に対応することができ、生体回路内の液体の量の増減を抑えることができる。これにより、頭蓋内圧の変動を抑えることができる。
【0111】
また、制御部２１は、第１ポンプ３３２と第２ポンプ３３５と第１流路切替部３３３と第２流路切替部３３６とを繰り返し駆動し、図１９～図２２のような動作となるように液体の流れの方向を切り替える。これにより、頭蓋内圧の許容変動範囲を超えない限りにおいて、液体９１の注入および脳脊髄液９２の排出が同量で交互に繰り返される。制御部２１は、第１流路切替部３３３が第２管４２と第３管４３とを接続すると同時に、第２流路切替部３３６が第４管４４と第５管４５とを接続する制御を行なわないため、液体９１の注入および脳脊髄液９２の排出が同時に行われることはなく、注入カテーテル５２の注入口５２１から体腔内に注入された液体９１が排出カテーテル５１の排出口５１１に向かう局所定常流の発生を抑えることができる。そのため、体腔内に注入された液体９１は、注入方向および注入流速に従い脳の治療領域に向かって流れる。また、体腔内に注入された液体９１と体腔内の脳脊髄液９２との間の抵抗により生ずる乱流により、液体９１および脳脊髄液９２が撹拌される。さらに、液体９１に含まれる酸素等の濃度差による拡散が進行する。これにより、脳の治療領域に液体を効率的に送達できる。
【0112】
また、制御部２１は、第３ステップにおいて第１ポンプ３３２が連続もしくは間欠で起動している間に生体回路部３２に向けて駆出した液体の注入量と、第１ステップにおいて第２ポンプ３３５が連続もしくは間欠で起動している間に生体回路部３２から駆出した液体の排出量と、の初回起動時からの総和を一定範囲に制御する。これによれば、第１ポンプ３３２および第２ポンプ３３５の初回起動時からの脳脊髄液の量の変動を一定範囲に抑えることができる。そのため、頭蓋内圧が許容変動範囲を超えることをより確実に抑えることができる。これにより、頭蓋内圧の変動をより確実に許容変動範囲内に抑えることができる。
【0113】
さらに、身体内への注入先がクモ膜下腔で、そこに注入する液体が高酸素化溶液である場合には、頭蓋内圧の変動を抑えつつ脳の治療領域に高酸素化溶液を効率的に送達できる。
【0114】
次に、本実施形態の変形例に係る液体循環システムを、図２３～図２５を参照して説明する。
なお、本変形例に係る液体循環システム３Ａの構成要素が、図１８～図２２に関して前述した液体循環システム３の構成要素と同様である場合には、重複する説明は適宜省略し、以下、相違点を中心に説明する。
なお、本変形例に係る液体循環システム３Ａの構成要素が、図１８～図２２に関して前述した液体循環システム３の構成要素と同様である場合には、重複する説明は適宜省略し、以下、相違点を中心に説明する。
【0115】
図２３は、本変形例に係る液体循環システムの概要を表す模式図である。
本変形例に係る液体循環システム３Ａは、液体を体腔内に注入し、体腔外に排出することで液体を循環させる。体腔内としては、例えば、対象者の脳脊髄液が存在する体腔内が挙げられる。本変形例に係る液体循環システム３Ａの説明では、体腔内に注入する液体が高酸素化溶液である場合を例に挙げる。
本変形例に係る液体循環システム３Ａは、液体を体腔内に注入し、体腔外に排出することで液体を循環させる。体腔内としては、例えば、対象者の脳脊髄液が存在する体腔内が挙げられる。本変形例に係る液体循環システム３Ａの説明では、体腔内に注入する液体が高酸素化溶液である場合を例に挙げる。
【0116】
図２３に表したように、液体循環システム３Ａは、システム回路部３１Ａと、生体回路部３２Ａと、ポンプ部３３Ａと、を備える。
【0117】
システム回路部３１Ａは、高酸素化溶液の生成および温度調整を行うとともに、循環回路における液体の全体容量の調整を行う部分であり、制御部２１と、リザーバ３１１と、酸素化機構３１２と、酸素供給源３１３と、を有する。本変形例の酸素化機構３１２は、本発明の「液体処理装置」および「酸素付加装置」の一例である。
【0118】
生体回路部３２Ａは、液体を体腔内に注入するとともに液体を体腔外に排出する部分であり、排出カテーテル５１と、注入カテーテル５２と、を有する。排出カテーテル５１および注入カテーテル５２は、ポンプ部３３Ａと、リザーバ３１１および酸素化機構３１２を含むシステム回路部３１Ａと、に接続されている。排出カテーテル５１および注入カテーテル５２は、図１～図１７に関して前述した通りである。
【0119】
ポンプ部３３Ａは、システム回路部３１Ａおよび生体回路部３２Ａにおいて共有の送液部として機能する。ポンプ部３３Ａは、第１ポンプ３３２と、第２ポンプ３３５と、を有する。第１ポンプ３３２および第２ポンプ３３５は、ローラーで送液用チューブをしごくことによりチューブ内の液体を送液するローラポンプや複数のフィンガーで送液用チューブをしごくことによりチューブ内の液体を送液する蠕動ポンプを用いることができる。
【0120】
図２３に表したように、酸素化機構３１２は、第１管４１を介して注入カテーテル５２に接続されている。また、酸素化機構３１２は、第３管４３を介してリザーバ３１１と接続されている。さらに、酸素化機構３１２は、第４管４４を介して酸素供給源３１３と接続されている。酸素化機構３１２は、リザーバ３１１から第３管４３を通して供給された脳脊髄液もしくは乳酸リンゲル液もしくはそれらの混合液に、酸素供給源３１３から第４管４４を通して供給された酸素を混合して酸素化された脳脊髄液を生成する。また、酸素化機構３１２は、酸素化された脳脊髄液の温度調整を行う熱交換器を有する。そして、酸素化機構３１２は、酸素化された脳脊髄液を高酸素化溶液として第１管４１を通して注入カテーテル５２に供給する。本変形例における酸素化機構３１２としては、血液に酸素を付加するための中空糸型人工肺を使用することが出来る。
【0121】
第１ポンプ３３２は、第１管４１の経路上に設けられている。第１ポンプ３３２は、制御部２１から送信された制御信号に基づいて稼動し、酸素化機構３１２から注入カテーテル５２に向かって液体を移動させる。
【0122】
第１ポンプ３３２が駆動すると、第１ポンプ３３２は、酸素化機構３１２において生成された液体（すなわち高酸素化溶液）を第１管４１を通して注入カテーテル５２に供給し、最終的には体腔内に注入する。
【0123】
図２３に表したように、リザーバ３１１は、第２管４２を介して排出カテーテル５１に接続されている。また、リザーバ３１１は、第３管４３を介して酸素化機構３１２に接続されている。リザーバ３１１は、第２管４２を通して供給された脳脊髄液を一時的に貯留する。そして、リザーバ３１１は、貯留された脳脊髄液を第３管４３を通して酸素化機構３１２に供給する。リザーバ３１１は、内部と外部とが互いに連通した構造を有し、貯留された脳脊髄液に含まれる気体を外部に抜くことができる。つまり、リザーバ３１１は、エアトラップとしての機能を有する。
【0124】
第２ポンプ３３５は、第２管４２上に設けられている。第２ポンプ３３５は、制御部２１から送信された制御信号に基づいて稼動し、排出カテーテル５１からリザーバ３１１に向かって液体を移動させる。
【0125】
第２ポンプ３３５が駆動すると、第２ポンプ３３５は、排出カテーテル５１を通して体腔内から体腔外に排出された液体（すなわち脳脊髄液）をリザーバ３１１に供給する。これにより、リザーバ３１１は、排出カテーテル５１を通して体腔内から体腔外に排出された液体（すなわち脳脊髄液）を貯留する。
【0126】
図２４～図２５は、本変形例に係る液体循環システムの動作を説明する模式図である。
図２４～図２５に関して説明する液体循環システム３Ａの動作は、図８～図１１に関して前述した制御に基づく動作である。
なお、説明の便宜上、図２４～図２５では、制御部２１を省略している。また、以下に示す動作では、予め回路内のチューブやリザーバ、酸素化機構が、乳酸リンゲル液等の人工脳脊髄液で満たされたプライミング済みとなっている状態から動作を開始するものとして説明する。
図２４～図２５に関して説明する液体循環システム３Ａの動作は、図８～図１１に関して前述した制御に基づく動作である。
なお、説明の便宜上、図２４～図２５では、制御部２１を省略している。また、以下に示す動作では、予め回路内のチューブやリザーバ、酸素化機構が、乳酸リンゲル液等の人工脳脊髄液で満たされたプライミング済みとなっている状態から動作を開始するものとして説明する。
【0127】
まず、図２４に表したように、第１ステップとして、制御部２１は、第１ポンプ３３２に制御信号を送信して第１ポンプ３３２を駆動させる。その際、制御部２１は、第２ポンプ３３５を静止状態にする。
【0128】
そうすると、図２４に表した矢印Ａ５２および矢印Ａ５３のように、酸素化機構３１２において生成された液体９１（すなわち高酸素化溶液）が、第１管４１を通して注入カテーテル５２に供給される。そして、図２４に表した矢印Ａ１３のように、液体９１が、注入カテーテル５２の注入口５２１から体腔内に注入される。さらに、図２４に表した矢印Ａ５４のように、リザーバ３１１に貯留されていた脳脊髄液９２が、第３管４３を通して酸素化機構３１２に供給される。
【0129】
続いて、図２５に表したように、第２ステップとして、制御部２１は、第２ポンプ３３５に制御信号を送信して第２ポンプ３３５を駆動させる。その際、制御部２１は、第１ポンプ３３２を静止状態にする。
【0130】
そうすると、図２５に表した矢印Ａ１１のように、体腔内の脳脊髄液９２が排出カテーテル５１の排出口５１１に吸引される。そして、図２５に表した矢印Ａ５５および矢印Ａ５６のように、脳脊髄液９２が、第２管４２を通してリザーバ３１１に供給され貯留される。
【0131】
本変形例に係る液体循環システム３Ａにおいては、液体を循環させる回路を、注入カテーテル５２および排出カテーテル５１を含む回路（すなわち生体回路部３２Ａ）と、注入カテーテル５２に接続された送液ライン（すなわち第１管４１）および排出カテーテル５１に接続された排液ライン（すなわち第２管４２）を含む回路（すなわちシステム回路部３１Ａ）と、に分割して定義する。また、送液ライン上に設けられ液体を移動させる第１ポンプ３３２と、排液ライン上に設けられ液体を移動させる第２ポンプ３３５と、が生体回路部３２Ａおよびシステム回路部３１Ａにおいて共有のポンプとして機能する。液体循環システム３Ａがこのような構成を有することにより、システム回路部３１Ａが、生体側の状況を維持しつつ、キャビテーション現象により生ずる液体の全体容量の増加および蒸発により生ずる液体の全体容量の減少に対応することができ、生体回路内の液体量の増減を抑えることができる。これにより、頭蓋内圧の変動を抑えることができる。
【0132】
また、制御部２１は、第１ポンプ３３２と第２ポンプ３３５とを交互に繰り返し駆動する。そのため、頭蓋内圧の許容変動範囲を超えない限りにおいて、液体９１の注入および脳脊髄液９２の排出が同量で交互に繰り返される。そのため、液体９１の注入および脳脊髄液９２の排出が同時に行われることはなく、注入カテーテル５２の注入口５２１から体腔内に注入された液体９１が排出カテーテル５１の排出口５１１に向かう局所定常流の発生を抑えることができる。そのため、体腔内に注入された液体９１は、注入方向および注入流速に従い脳の治療領域に向かって流れる。また、体腔内に注入された液体９１と体腔内の脳脊髄液９２との間の抵抗により生ずる乱流により、液体９１および脳脊髄液９２が撹拌される。さらに、液体９１に含まれる酸素等の濃度差による拡散が進行する。これにより、脳の治療領域に液体を効率的に送達できる。
【0133】
また、制御部２１は、第１ポンプ３３２が第２ポンプ３３５の起動を挟まずに連続もしくは間欠で起動している間に駆出した液体の注入量と、第２ポンプ３３５が第１ポンプ３３２の起動を挟まずに連続もしくは間欠で起動している間に駆出した液体の排出量と、の初回起動時からの総和を一定範囲に制御する。これによれば、第１ポンプ３３２および第２ポンプ３３５の初回起動時からの脳脊髄液の量の変動を一定範囲に抑えることができる。そのため、頭蓋内圧が許容変動範囲を超えることをより確実に抑えることができる。これにより、頭蓋内圧の変動をより確実に許容変動範囲内に抑えることができる。
【0134】
さらに、身体内への注入先がクモ膜下腔で、そこに注入する液体が高酸素化溶液である場合には、頭蓋内圧の変動を抑えつつ脳の治療領域に高酸素化溶液を効率的に送達できる。
【0135】
以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。上記実施形態の構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせたりすることができる。
【符号の説明】
【0136】
２：医療システム、 ３：液体循環システム、 ３Ａ：液体循環システム、 ５：医療デバイス、 ２１：制御部、 ２２：ポンプ、 ２３：第１駆動部、 ２４：第２駆動部、 ３１：システム回路部、 ３１Ａ：システム回路部、 ３２：生体回路部、 ３２Ａ： 生体回路部、 ３３：ポンプ部、 ３３Ａ：ポンプ部、 ４１：第１管、 ４２：第２管、 ４３：第３管、 ４４：第４管、 ４５：第５管、 ４６：第６管、 ４７：第７管、 ４８：第８管、 ５１：排出カテーテル、 ５２：注入カテーテル、 ５３：空間、 ５５：チューブ、 ５６：タンク、 ９１：液体、 ９２：脳脊髄液、 ２１１：第１期間、 ２１１ａ：第１期間、 ２１２：第２期間、 ２１２ａ：第２期間、 ２１３：第３期間、 ３１１：リザーバ、 ３１２：酸素化機構、 ３１３：酸素供給源、 ３３１：第１液体貯留部、 ３３２：第１ポンプ、 ３３３：第１流路切替部、 ３３４：第２液体貯留部、 ３３５：第２ポンプ、 ３３６：第２流路切替部、 ５１１：排出口、 ５１３：内腔、 ５２１：注入口、 ５２３：内腔、 ９１１：着色水
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】