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(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】P2025040345
(43)【公開日】2025-03-24
(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 1/00 20060101AFI20250314BHJP
A61M 5/145 20060101ALI20250314BHJP
【ＦＩ】
A61M1/00 137
A61M5/145 500
A61M1/00 140
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023147225
(22)【出願日】2023-09-11
(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）】
4C066
4C077
【Ｆターム（参考）】
4C066AA10
4C066BB01
4C066CC01
4C066EE06
4C066EE14
4C066FF01
4C066HH02
4C066HH12
4C066HH22
4C066QQ35
4C066QQ72
4C066QQ92
4C077AA16
4C077BB10
4C077DD10
4C077DD11
4C077DD12
4C077DD16
4C077DD25
4C077EE02
4C077EE04
4C077JJ04
4C077JJ05
4C077JJ08
4C077JJ16
4C077JJ19
4C077JJ24
4C077KK27
4C077PP07
4C077PP16
(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２は、体腔内に液体を注入せず、かつ、液体を体腔内から排出し、かつ、体腔内に配置され拡張および収縮が可能なバルーン５４を拡張する第１期間と、体腔内に液体を注入し、かつ、液体を体腔内から排出せず、かつ、バルーン５４を収縮する第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制御を実行する制御部２１を備える。
【選択図】図１
【解決手段】医療システム２は、体腔内に液体を注入せず、かつ、液体を体腔内から排出し、かつ、体腔内に配置され拡張および収縮が可能なバルーン５４を拡張する第１期間と、体腔内に液体を注入し、かつ、液体を体腔内から排出せず、かつ、バルーン５４を収縮する第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制御を実行する制御部２１を備える。
【選択図】図１
【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せず、かつ、前記液体を前記体腔内から排出し、かつ、前記体腔内に配置され拡張および収縮が可能なバルーンを拡張する第１期間と、
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せず、かつ、前記バルーンを収縮する第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す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せず、かつ、前記液体を前記体腔内から排出し、かつ、前記体腔内に配置され拡張および収縮が可能なバルーンを拡張する第１期間と、
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せず、かつ、前記バルーンを収縮する第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す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】
前記制御部は、前記第１期間において前記液体の排出と前記バルーンの前記拡張とを同時に実行し、前記第２期間において前記液体の注入と前記バルーンの前記収縮とを同時に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3】
前記制御部は、前記第１期間において前記バルーンの拡張量を前記液体の排出量と実質的に同じに設定し、前記第２期間において前記バルーンの収縮量を前記液体の注入量と実質的に同じ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5】
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、
前記体腔内に配置され、拡張および収縮が可能なバルーンと、
前記注入カテーテルに接続された送液ラインと、
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送液部と、
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送液部と、
前記第１送液部の動作と前記第２送液部の動作と前記バルーンの前記拡張および前記収縮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、
前記体腔内に配置され、拡張および収縮が可能なバルーンと、
前記注入カテーテルに接続された送液ラインと、
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送液部と、
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送液部と、
前記第１送液部の動作と前記第２送液部の動作と前記バルーンの前記拡張および前記収縮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6】
ピストン駆動部さらに備え、
前記第１送液部は、前記体腔内に注入する前記液体を貯留する第１シリンジと、前記第１シリンジ内を摺動し往復移動可能な第１ピストンと、を有し、
前記第２送液部は、前記体腔内から排出された前記液体を貯留する第２シリンジと、前記第２シリンジ内を摺動し往復移動可能な第２ピストンと、を有し、
前記第１ピストンおよび前記第２ピストンは、互いに連結されており、互いに連結された状態で前記ピストン駆動部により往復移動することを特徴とする請求項５に記載の液体循環システム。
前記第１送液部は、前記体腔内に注入する前記液体を貯留する第１シリンジと、前記第１シリンジ内を摺動し往復移動可能な第１ピストンと、を有し、
前記第２送液部は、前記体腔内から排出された前記液体を貯留する第２シリンジと、前記第２シリンジ内を摺動し往復移動可能な第２ピストンと、を有し、
前記第１ピストンおよび前記第２ピストンは、互いに連結されており、互いに連結された状態で前記ピストン駆動部により往復移動することを特徴とする請求項５に記載の液体循環システム。
【請求項7】
前記注入カテーテルおよび前記排出カテーテルに接続されたシステム回路部と、
前記システム回路部の下流側に設けられ、前記システム回路部が前記第１シリンジに接続される流路と、前記第１シリンジが前記注入カテーテルに接続される流路と、を切り替え可能な第１流路切替部と、
前記システム回路部の上流側に設けられ、前記排出カテーテルが前記第２シリンジに接続される流路と、前記第２シリンジが前記システム回路部に接続される流路と、を切り替え可能な第２流路切替部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項６に記載の液体循環システム。
前記システム回路部の下流側に設けられ、前記システム回路部が前記第１シリンジに接続される流路と、前記第１シリンジが前記注入カテーテルに接続される流路と、を切り替え可能な第１流路切替部と、
前記システム回路部の上流側に設けられ、前記排出カテーテルが前記第２シリンジに接続される流路と、前記第２シリンジが前記システム回路部に接続される流路と、を切り替え可能な第２流路切替部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項６に記載の液体循環システム。
【請求項8】
前記注入カテーテルおよび前記排出カテーテルに接続されたシステム回路部と、
前記システム回路部の下流側に設けられ、前記第１シリンジが前記注入カテーテルに接続される流路と、前記第１シリンジが前記バルーンに接続される流路と、を切り替え可能な第１流路切替部と、
前記システム回路部の下流側に設けられ、前記システム回路部が前記第１シリンジに接続される流路と、前記第１シリンジが前記バルーンに接続される流路と、を切り替え可能な第２流路切替部と、
前記システム回路部の上流側に設けられ、前記排出カテーテルが前記第２シリンジに接続される流路と、前記第２シリンジが前記システム回路部に接続される流路と、を切り替え可能な第３流路切替部と、
前記システム回路部の上流側に設けられ、前記第２シリンジが前記システム回路部に接続される流路と、前記第２シリンジが前記バルーンに接続される流路と、を切り替え可能な第４流路切替部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項６に記載の液体循環システム。
前記システム回路部の下流側に設けられ、前記第１シリンジが前記注入カテーテルに接続される流路と、前記第１シリンジが前記バルーンに接続される流路と、を切り替え可能な第１流路切替部と、
前記システム回路部の下流側に設けられ、前記システム回路部が前記第１シリンジに接続される流路と、前記第１シリンジが前記バルーンに接続される流路と、を切り替え可能な第２流路切替部と、
前記システム回路部の上流側に設けられ、前記排出カテーテルが前記第２シリンジに接続される流路と、前記第２シリンジが前記システム回路部に接続される流路と、を切り替え可能な第３流路切替部と、
前記システム回路部の上流側に設けられ、前記第２シリンジが前記システム回路部に接続される流路と、前記第２シリンジが前記バルーンに接続される流路と、を切り替え可能な第４流路切替部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項６に記載の液体循環システム。
【請求項9】
前記第１送液部は、前記液体を前記注入カテーテルに供給する第１ポンプであり、
前記第２送液部は、前記液体を前記排出カテーテルを介して前記体腔外に送出する第２ポンプであることを特徴とする請求項５に記載の液体循環システム。
前記第２送液部は、前記液体を前記排出カテーテルを介して前記体腔外に送出する第２ポンプであることを特徴とする請求項５に記載の液体循環システム。
【請求項10】
前記第１ポンプの下流側に設けられ、前記第１ポンプが前記注入カテーテルに接続される流路と、前記第１ポンプが前記バルーンに接続される流路と、を切り替え可能な第１流路切替部と、
前記第２ポンプの上流側に設けられ、前記排出カテーテルが前記第２ポンプに接続される流路と、前記バルーンが前記第２ポンプに接続される流路と、を切り替え可能な第２流路切替部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項９に記載の液体循環システム。
前記第２ポンプの上流側に設けられ、前記排出カテーテルが前記第２ポンプに接続される流路と、前記バルーンが前記第２ポンプに接続される流路と、を切り替え可能な第２流路切替部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項９に記載の液体循環システム。
【請求項11】
前記バルーンを拡張するための拡張用流体を貯留するバルーン用流体貯留部を有し、前記バルーン用流体貯留部内の前記拡張用流体を前記バルーン内に注入する動作と、前記拡張用流体を前記バルーン内から前記バルーン用流体貯留部内に送る動作と、を行うバルーン駆動部をさらに備え、
前記バルーン駆動部は、前記拡張用流体を前記バルーンに注入して前記バルーンを拡張し、前記拡張用流体を前記バルーンから排出して前記バルーンを収縮することを特徴とする請求項５に記載の液体循環システム。
前記バルーン駆動部は、前記拡張用流体を前記バルーンに注入して前記バルーンを拡張し、前記拡張用流体を前記バルーンから排出して前記バルーンを収縮することを特徴とする請求項５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大幅に変動すると、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の際には神経組織にカテーテルが触れることを極力避けるのが望ましいため、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せず、かつ、前記液体を前記体腔内から排出し、かつ、前記体腔内に配置され拡張および収縮が可能なバルーンを拡張する第１期間と、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せず、かつ、前記バルーンを収縮する第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す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せず、かつ、液体を体腔内から排出し、さらに、体腔内に配置されたバルーンを液体と同体積分だけ拡張する。これにより、制御部は、液体を体腔内から排出する第１期間において、閉鎖空間としての体腔の容積の変動を抑えることができるので、頭蓋内圧の変動を抑えられる。また、制御部は、第２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せず、さらに、体腔内に配置されたバルーンを液体と同体積分だけ収縮する。これにより、制御部は、体腔内に液体を注入する第２期間において、閉鎖空間としての体腔の容積の変動を抑えることができるので、頭蓋内圧の変動を抑えられる。
【0014】
なお、第１期間および第２期間において、液体排出量とバルーン拡張量との差、もしくは液体注入量とバルーン収縮量との差などによって容積変動がわずかに生じる場合がある。この場合の容積変動量は、対象者の体腔が自ら持つ容積変動能力、すなわち体腔内圧を維持するための順応性（コンプライアンス）の許容領域内での容積変動量である。そのため、減少または増加した液体の量に対して生体が追従して変形することで、頭蓋内圧を一定に維持しながら上記容積変動を打ち消すことができる。
【0015】
また、上記（１）の医療システムにおいて、バルーンの拡張収縮を補助的に使用することも可能である。液体の出納量に対して、それよりも小さい体積でバルーンが拡張収縮することによって、体腔内における容積変動を一部分のみ打ち消し、容積変動量が生体の有するコンプライアンスで対処可能な領域に収まるように抑制する。これによって、高コンプライアンス領域を超えるより大きな液量での出納が可能になるほか、バルーンが液体の出納量と同体積分だけ拡張収縮する場合と同様の効果を得ることができる。
【0016】
そして、制御部は、第１期間と第２期間とを交互に繰り返す制御を実行する。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。
【0017】
（２）上記（１）の医療システムにおいて、前記制御部は、前記第１期間において前記液体の排出と前記バルーンの前記拡張とを同時に実行し、前記第２期間において前記液体の注入と前記バルーンの前記収縮とを同時に実行することが好ましい。
【0018】
上記（２）の医療システムによれば、制御部は、第１期間において液体の排出とバルーンの拡張とを同時に実行する。そのため、制御部は、液体を体腔内から排出する第１期間において、体腔の容積の変動をより一層抑えることができる。そのため、第１期間における頭蓋内圧の変動がより一層抑えられる。また、制御部は、第２期間において液体の注入とバルーンの収縮とを同時に実行する。制御部は、体腔内に液体を注入する第２期間において、体腔の容積の変動をより一層抑えることができる。そのため、第２期間における頭蓋内圧の変動がより一層抑えられる。
【0019】
（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、前記第１期間において前記バルーンの拡張量を前記液体の排出量と実質的に同じに設定し、前記第２期間において前記バルーンの収縮量を前記液体の注入量と実質的に同じに設定することが好ましい。
【0020】
上記（３）の医療システムによれば、制御部は、第１期間においてバルーンの拡張量を液体の排出量と実質的に同じに設定する。そのため、体腔内で減少した液体の量（すなわち体積）が、バルーンが体腔内で拡張した量（すなわち体積）と実質的に同じになる。そのため、体腔の容積は、第１期間において実質的に変化しない。これにより、第１期間における頭蓋内圧の変動がより確実に抑えられる。また、制御部は、第２期間においてバルーンの収縮量を液体の注入量と実質的に同じに設定する。そのため、体腔内で増加した液体の量（すなわち体積）が、バルーンが体腔内で収縮した量（すなわち体積）と実質的に同じになる。そのため、体腔の容積は、第２期間において実質的に変化しない。これにより、第２期間における頭蓋内圧の変動がより確実に抑えられる。
【0021】
（４）上記（１）～（３）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。
【0022】
上記（４）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。
【0023】
本発明は、（５）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、前記体腔内に配置され、拡張および収縮が可能なバルーンと、前記注入カテーテルに接続された送液ラインと、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送液部と、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送液部と、前記第１送液部の動作と前記第２送液部の動作と前記バルーンの前記拡張および前記収縮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。
【0024】
上記（５）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送液部と、排液ライン上に設けられ液体を移動させる第２送液部と、が生体回路部およびシステム回路部において共有の送液部として機能する。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、生体回路部内の液体の増減を極小化することができる。また、制御部は、第１送液部の動作と第２送液部の動作と体腔内に配置されたバルーンの拡張および収縮とを制御することにより、閉鎖空間としての体腔の容積の変動を抑えることができるので、頭蓋内圧の変動を抑えられる。
【0025】
（６）上記（５）の液体循環システムは、ピストン駆動部さらに備え、前記第１送液部は、前記体腔内に注入する前記液体を貯留する第１シリンジと、前記第１シリンジ内を摺動し往復移動可能な第１ピストンと、を有し、前記第２送液部は、前記体腔内から排出された前記液体を貯留する第２シリンジと、前記第２シリンジ内を摺動し往復移動可能な第２ピストンと、を有し、前記第１ピストンおよび前記第２ピストンは、互いに連結されており、互いに連結された状態で前記ピストン駆動部により往復移動することが好ましい。
【0026】
上記（６）の液体循環システムによれば、第１シリンジ内を摺動し往復移動可能な第１ピストンと、第２シリンジ内を摺動し往復移動可能な第２ピストンと、が互いに連結された状態でピストン駆動部により往復移動する。これにより、第１送液部および第２送液部は、生体回路部およびシステム回路部において一体化された共有の１つの送液部として機能する。これにより、液体循環システムは、システムの簡易化を図りつつ、脳の治療領域に液体を効率的に送達できる。
【0027】
（７）上記（６）の液体循環システムは、前記注入カテーテルおよび前記排出カテーテルに接続されたシステム回路部と、前記システム回路部の下流側に設けられ、前記システム回路部が前記第１シリンジに接続される流路と、前記第１シリンジが前記注入カテーテルに接続される流路と、を切り替え可能な第１流路切替部と、前記システム回路部の上流側に設けられ、前記排出カテーテルが前記第２シリンジに接続される流路と、前記第２シリンジが前記システム回路部に接続される流路と、を切り替え可能な第２流路切替部と、をさらに備えたことが好ましい。
【0028】
上記（７）の液体循環システムによれば、制御部は、液体の注入とバルーンの収縮とのタイミングおよび速度、ならびに液体の排出とバルーンの拡張とのタイミングおよび速度をより適切に設定できる。これにより、頭蓋内圧の変動がより一層抑えられる。
【0029】
（８）上記（６）の液体循環システムは、前記注入カテーテルおよび前記排出カテーテルに接続されたシステム回路部と、前記システム回路部の下流側に設けられ、前記第１シリンジが前記注入カテーテルに接続される流路と、前記第１シリンジが前記バルーンに接続される流路と、を切り替え可能な第１流路切替部と、前記システム回路部の下流側に設けられ、前記システム回路部が前記第１シリンジに接続される流路と、前記第１シリンジが前記バルーンに接続される流路と、を切り替え可能な第２流路切替部と、前記システム回路部の上流側に設けられ、前記排出カテーテルが前記第２シリンジに接続される流路と、前記第２シリンジが前記システム回路部に接続される流路と、を切り替え可能な第３流路切替部と、前記システム回路部の上流側に設けられ、前記第２シリンジが前記システム回路部に接続される流路と、前記第２シリンジが前記バルーンに接続される流路と、を切り替え可能な第４流路切替部と、をさらに備えたことが好ましい。
【0030】
上記（８）の液体循環システムによれば、体腔内に注入する液体と、前記バルーンを拡張するための液体と、を共有できる。これにより、制御部は、複雑な制御を行わなくとも、液体の注入とバルーンの収縮とのタイミングおよび速度、ならびに液体の排出とバルーンの拡張とのタイミングおよび速度をより適切に設定できる。
【0031】
（９）上記（５）の液体循環システムにおいて、前記第１送液部は、前記液体を前記注入カテーテルに供給する第１ポンプであり、前記第２送液部は、前記液体を前記排出カテーテルを介して前記体腔外に送出する第２ポンプであることが好ましい。
【0032】
上記（９）の液体循環システムによれば、制御部は、第１ポンプおよび第２ポンプのそれぞれを制御し、バルーンの拡張および収縮をさらに制御することにより、液体の注入とバルーンの収縮とのタイミングおよび速度、ならびに液体の排出とバルーンの拡張とのタイミングおよび速度をより適切に設定できる。これにより、頭蓋内圧の変動がより一層抑えられる。
【0033】
（１０）上記（９）の液体循環システムは、前記第１ポンプの下流側に設けられ、前記第１ポンプが前記注入カテーテルに接続される流路と、前記第１ポンプが前記バルーンに接続される流路と、を切り替え可能な第１流路切替部と、前記第２ポンプの上流側に設けられ、前記排出カテーテルが前記第２ポンプに接続される流路と、前記バルーンが前記第２ポンプに接続される流路と、を切り替え可能な第２流路切替部と、をさらに備えたことが好ましい。
【0034】
上記（１０）の液体循環システムによれば、体腔内に注入する液体と、前記バルーンを拡張するための液体と、を共有できる。これにより、制御部は、複雑な制御を行わなくとも、液体の注入とバルーンの収縮とのタイミングおよび速度、ならびに液体の排出とバルーンの拡張とのタイミングおよび速度をより適切に設定できる。
【0035】
（１１）上記（５）～（１０）のいずれかの液体循環システムは、前記バルーンを拡張するための拡張用流体を貯留するバルーン用流体貯留部を有し、前記バルーン用流体貯留部内の前記拡張用流体を前記バルーン内に注入する動作と、前記拡張用流体を前記バルーン内から前記バルーン用流体貯留部内に送る動作と、を行うバルーン駆動部をさらに備え、前記バルーン駆動部は、前記拡張用流体を前記バルーンに注入して前記バルーンを拡張し、前記拡張用流体を前記バルーンから排出して前記バルーンを収縮することが好ましい。
【0036】
上記（１１）の液体循環システムによれば、バルーン駆動部がさらに設けられている。バルーン駆動部は、バルーンを拡張するための拡張用流体を貯留するバルーン用流体貯留部を有し、バルーン用流体貯留部内の拡張用流体をバルーン内に注入する動作と、拡張用流体をバルーン内から排出する動作と、を行う。バルーン駆動部は、拡張用流体をバルーンに注入してバルーンを拡張する。一方で、バルーン駆動部は、拡張用流体をバルーンから排出してバルーンを収縮する。これにより、バルーン駆動部は、バルーンの拡張および収縮を個別に制御できる。そのため、液体の注入とバルーンの収縮とのタイミングおよび速度、ならびに液体の排出とバルーンの拡張とのタイミングおよび速度が、より適切に設定される。これにより、頭蓋内圧の変動がより一層抑えられる。
【発明の効果】
【0037】
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】
【0038】
【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】本実施形態の医療デバイスの例を表す模式図である。
【図3】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4】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6】本実施形態の医療デバイスの他の例を表す模式図である。
【図7】本実施形態の医療デバイスのさらに他の例を表す模式図である。
【図8】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9】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10】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11】頭蓋内容積と頭蓋内圧との関係の一例を表すグラフである。
【図12】本実施形態の制御による注入量と排出量とバルーン体積と体腔内液量との関係を表すグラフである。
【図13】本実施形態の制御によって実行される第１期間を説明する模式図である。
【図14】本実施形態の制御によって実行される第２期間を説明する模式図である。
【図15】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16】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17】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】本実施形態の第１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。
【図26】本実施形態の第２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27】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28】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29】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30】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31】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32】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33】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34】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35】本実施形態の第３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36】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37】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38】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39】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40】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41】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42】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。
【発明を実施するための形態】
【0039】
以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。
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は適宜省略する。
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は適宜省略する。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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、バルーン５４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。制御部２１は、体腔内に配置されたバルーン５４を所定のタイミングで拡張したり収縮したりする。
【0044】
図２は、本実施形態の医療デバイスの例を表す模式図である。
図３は、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４は、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は、図４に表した切断面Ａ－Ａにおける断面図である。
図３は、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４は、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は、図４に表した切断面Ａ－Ａにおける断面図である。
【0045】
図２に表したように、本実施形態の医療デバイス５は、バルーンカテーテル５４Ａと、排出カテーテル５１と、注入カテーテル５２と、を有する。バルーンカテーテル５４Ａは、バルーン５４を先端部に有する。
【0046】
例えば図２に表した矢印Ａ３のように、バルーンカテーテル５４Ａの基端部から供給された拡張用流体は、バルーンカテーテル５４Ａの内腔５４２を通り、バルーンカテーテル５４Ａの先端部に向かって流れる。そして、例えば図２に表した矢印Ａ４のように、バルーンカテーテル５４Ａの先端部に向かって流れた拡張用流体は、バルーンカテーテル５４Ａの先端部に形成された孔５４１を通ってバルーン５４の内部に供給される。これにより、拡張用流体は、バルーン５４を拡張する。すなわち、バルーン５４が膨張する。一方で、拡張用流体がバルーン５４から排出されると、バルーン５４は収縮する。なお、バルーン５４は、最大拡張時においてもバルーンカテーテル５４Ａを挿入する腰椎付近のクモ膜下腔を強くは圧迫しないように設計されるのが望ましい。
【0047】
脊髄腔の内部に脊髄が存在しているため、脊髄腔の断面積は真円形状にならない。また、脊髄腔が存在する脊椎は、全体としてゆるやかにＳ字状のカーブを描いているほか、加齢や外傷、疾患などによって変形する場合がある。従って、バルーン５４は、ゴム又はエラストマー等の弾性材料（伸縮性材料）によって構成され、注入された拡張用流体の量に応じて体積を変動させるコンプライアントバルーンが望ましい。コンプライアントバルーンは、脊髄腔の形状に追従して変形することができる。
【0048】
バルーン５４の拡張時における断面積は、前述の条件を満たす限り特に限定されないが、一般的な脊髄腔の断面積がおよそ６．７ｍｍ２～１６．７ｍｍ２であることから、ほぼその半分の断面積である、３．３ｍｍ２～８．３ｍｍ２程度が好ましい。バルーン５４の最大拡張時における容積は、脊髄クモ膜下腔に存在する脊髄液量（例えば約７５ｍＬ）を超過しない程度が好ましく、より好ましくは３～１０ｍＬ程度である。
【0049】
さらに、図２に表したように、本実施形態において脊髄腔内に配置されるバルーン５４は１個のみだが、この構成に限定されない。バルーン５４は、例えば、膨張する部分が軸方向に複数設けられ、バルーンとバルーンとの間が可撓性を有する素材によって連結される構造を有してもよい。この構造を有することによって、各バルーンの軸方向の寸法（長さ）を短くすると共に、各バルーンの拡張時の外径を一定値以下に制限することができる。また、それぞれのバルーンの内部空間を独立したものとしても良く、軸方向に離れた複数の位置から拡張用流体を注入することになるため、バルーンが１つの空間のみで構成されるときに比べて、バルーン全体の拡張時の総体積を変えることなく、均一に拡張することが可能になるほか、バルーンとバルーンとの間にある連結部が変曲点となるため、脊髄腔の形状により追従しやすくなる。
【0050】
また、バルーン５４は、複数の独立したバルーンカテーテルを有する構造であってもよい。それぞれのバルーンカテーテルが独立して操作可能になるため、脊髄腔の形状や断面積に合わせて隙間を埋めるようにバルーンを移動、配置できる。この構造を実施することによって、バルーン５４の拡張によって脊髄の一部分を強く圧迫するリスクが低減されるため、より生体への負荷を抑えることができる。つまり、バルーン５４は脊髄腔の形状や断面積に追従し、脊髄を強く圧迫しないものであればよく、その形状等は特に限定されない。
【0051】
拡張用流体は、液体であってもよく、気体であってもよい。拡張用流体としては、例えば、生理食塩水、脳脊髄液、および空気などが挙げられる。拡張用流体は、体腔内に注入される液体とは別の流体であってもよく、体腔内に注入される液体と同じ流体であってもよい。
【0052】
バルーン５４の材料としては、例えばシリコンおよび天然ゴムなどのエラストマーやゴムからなる伸縮性素材（すなわちコンプライアント素材）などが挙げられる。但し、バルーン５４の材料は、これだけに限定されるわけではない。
【0053】
図４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４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（図５参照）と注入カテーテル５２の外表面との間の空間５３（図５参照）に吸引する。
【0054】
また、図４に表したように、排出カテーテル５１は、複数の孔５１２を側面に有する。孔５１２は、排出カテーテル５１の内腔５１３と、排出カテーテル５１の外側と、を連通させている。例えば図４に表した矢印Ａ１０のように、排出カテーテル５１は、腰椎付近のクモ膜下腔に存在する脳脊髄液を複数の孔５１２を通して空間５３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２に表した矢印Ａ６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。
【0055】
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。例えば、注入カテーテル５２の外径は１．０ｍｍ～１．３ｍｍ程度が好ましく、一方で排出カテーテル５１の内径は１．４ｍｍ～１．７ｍｍ程度が好ましい。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４参照）に沿って排出カテーテル５１の内腔５１３を移動可能である。排出される脳脊髄液が通過する流路は、排出カテーテル５１の内腔５１３の内部であり、なおかつ注入カテーテル５２の外側、すなわち、排出カテーテル５１の内表面と注入カテーテル５２の外表面との間が使用される。そのため、注入カテーテル５２が内腔５１３に配置されたうえで、一定の空間が脳脊髄液の流路として保たれる必要がある。排出用の流路となる空間について、特に限定されないが、注入カテーテル５２の流路抵抗と同等であることが好ましい。排出と注入との流路抵抗を同等にすることによって、ポンプに対する負荷を同程度にすることが可能である。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４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。
【0056】
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０ｍｍ以上、３００ｍｍ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。
【0057】
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Ａ５のように、注入カテーテル５２の基端部から供給された液体は、注入カテーテル５２の内腔５２３（図５参照）を通って、注入カテーテル５２の先端部に向かって流れる。そして、例えば図２および図３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を通してクモ膜下腔に存在する脳脊髄液に注入口５２１から液体を注入する。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。
【0058】
なお、注入カテーテル５２は、必ずしも排出カテーテル５１の内腔５１３に配置されていなくともよい。すなわち、バルーンカテーテル５４Ａと、排出カテーテル５１と、注入カテーテル５２と、がそれぞれ別個に内腔５１３内に存在していてもよい。図２に表したように、注入カテーテル５２が排出カテーテル５１の内腔５１３に配置されている場合には、生体の穿刺箇所の数を低減することができる。
【0059】
図６は、本実施形態の医療デバイスの他の例を表す模式図である。
なお、図６に表した医療デバイス５Ａの構成要素が、図２～図５に関して前述した医療デバイス５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、図６に表した医療デバイス５Ａの構成要素が、図２～図５に関して前述した医療デバイス５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。
【0060】
図６に表した医療デバイス５Ａは、排出カテーテル５１Ａと、注入カテーテル５２Ａと、バルーン５４と、が互いに一体化された構造を有する。注入カテーテル５２Ａは、排出カテーテル５１Ａの内腔５１３に配置され、排出カテーテル５１Ａに結合されている。そのため、注入カテーテル５２Ａは、排出カテーテル５１Ａの長手方向Ｄ１に沿って排出カテーテル５１Ａの内腔５１３を移動できない。バルーン５４は、排出カテーテル５１Ａの先端部と、注入カテーテル５２Ａの先端部と、の間の部分であって注入カテーテル５２Ａの外側の部分に設けられている。
【0061】
前述したように、バルーン５４は、挿入している腰椎付近の脊髄を強く圧迫しないことが望ましい。このとき、本実施形態におけるバルーン５４の拡張時における断面積は、一般的な脊髄腔の断面積がおよそ６．７ｍｍ２～１６．７ｍｍ２であることから、ほぼその半分の断面積である、例えば３．３ｍｍ２～８．３ｍｍ２程度が好ましい。また、長手方向Ｄ１に沿ったバルーン５４の長さは１ｍｍ～３００ｍｍ程度が好ましく、３６ｍｍ～２００ｍｍ程度が更に好ましい。
【0062】
例えば図６に表した矢印Ａ３のように、医療デバイス５Ａの基端部から供給された拡張用流体は、医療デバイス５Ａの内部に形成された内腔５４２Ａを通り、医療デバイス５Ａの先端部に向かって流れる。そして、例えば図６に表した矢印Ａ４のように、医療デバイス５Ａの先端部に向かって流れた拡張用流体は、排出カテーテル５１Ａの先端部と、注入カテーテル５２Ａの先端部と、の間の部分に形成された孔５４１Ａを通ってバルーン５４の内部に供給される。これにより、拡張用流体は、バルーン５４を拡張する。すなわち、バルーン５４が膨張する。一方で、拡張用流体がバルーン５４から排出されると、バルーン５４は収縮する。
【0063】
例えば図６に表した矢印Ａ１０のように、排出カテーテル５１Ａは、腰椎付近のクモ膜下腔に存在する脳脊髄液を複数の孔５１２を通して空間５３に吸引する。そして、図６に表した矢印Ａ６のように、排出カテーテル５１Ａは、脳脊髄液を空間５３を通して対象者体腔外に排出する。
【0064】
例えば図６に表した矢印Ａ５のように、注入カテーテル５２Ａの基端部から供給された液体は、注入カテーテル５２Ａの内腔５２３を通って、注入カテーテル５２Ａの先端部に向かって流れる。そして、例えば図６に表した矢印Ａ１３のように、注入カテーテル５２Ａは、注入カテーテル５２Ａの内腔５２３を通してクモ膜下腔に存在する脳脊髄液に注入口５２１から液体を注入する。
【0065】
図７は、本実施形態の医療デバイスのさらに他の例を表す模式図である。
なお、図７に表した医療デバイス５Ｂの構成要素が、図２～図５に関して前述した医療デバイス５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、図７に表した医療デバイス５Ｂの構成要素が、図２～図５に関して前述した医療デバイス５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。
【0066】
図７に表した医療デバイス５Ｂは、排出カテーテル５１と、注入カテーテル５２Ｂと、バルーン５４と、を有する。バルーン５４は、注入カテーテル５２Ｂの先端部に設けられている。つまり、注入カテーテル５２Ｂは、バルーン５４を先端部に有する。排出カテーテル５１は、図２～図５に関して前述した通りである。
【0067】
注入カテーテル５２Ｂは、排出カテーテル５１の内腔５１３に配置され、排出カテーテル５１と結合されていない。そのため、注入カテーテル５２Ｂは、排出カテーテル５１の長手方向Ｄ１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７に表したように、注入カテーテル５２Ｂの先端部（すなわちバルーン５４が設けられた部分）は、排出カテーテル５１の排出口５１１を通過可能である。すなわち、医療デバイス５Ｂは、注入カテーテル５２Ｂとバルーン５４のみが一体に形成されており、排出カテーテル５１とは結合されていない構造を有する。この構造をとることによって、注入カテーテルと排出カテーテルの位置を変更することが可能となるため、患者の脊髄腔の形に合わせて注入カテーテルを配置することが可能になる。
【0068】
また、本実施形態において、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５２Ｂの先端部と、の間の長手方向Ｄ１の距離は、例えば０ｍｍ以上、３００ｍｍ以下程度となることが好ましい。また、バルーン５４の断面積は、一般的な脊髄腔の断面積がおよそ６．７ｍｍ２～１６．７ｍｍ２であること、およびバルーン５４とは別体で排出カテーテル５１を脊髄腔内に配置することをふまえると、ほぼその半分の断面積である、例えば３．３ｍｍ２～８．３ｍｍ２程度が好ましい。バルーン５４の長手方向Ｄ１に沿った長さは、例えば１ｍｍ～３００ｍｍ程度、好ましくは３６ｍｍ～２００ｍｍが挙げられる。これにより、注入カテーテル５２Ｂをバルーン５４の長さだけ排出カテーテル５１の先端から離した位置に配置することで、バルーン５４が拡張した際、バルーン５４と排出カテーテル５１の先端部にある排出口５１１とが接触して相互に干渉することなく機能を果たすことができる。
【0069】
例えば図７に表した矢印Ａ３のように、注入カテーテル５２Ｂの基端部から供給された拡張用流体は、注入カテーテル５２Ｂの内部に形成された内腔５４２Ｂを通り、注入カテーテル５２Ｂの先端部に向かって流れる。そして、例えば図７に表した矢印Ａ４のように、注入カテーテル５２Ｂの先端部に向かって流れた拡張用流体は、注入カテーテル５２Ｂの先端部に形成された孔５４１Ｂを通ってバルーン５４の内部に供給される。これにより、拡張用流体は、バルーン５４を拡張する。すなわち、バルーン５４が膨張する。一方で、拡張用流体がバルーン５４から排出されると、バルーン５４は収縮する。
【0070】
例えば図７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、腰椎付近のクモ膜下腔に存在する脳脊髄液を排出口５１１を通して空間５３に吸引する。また、例えば図７に表した矢印Ａ１０のように、排出カテーテル５１は、腰椎付近のクモ膜下腔に存在する脳脊髄液を複数の孔５１２を通して空間５３に吸引する。そして、図７に表した矢印Ａ６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。
【0071】
例えば図７に表した矢印Ａ５のように、注入カテーテル５２Ｂの基端部から供給された液体は、注入カテーテル５２Ｂの内腔５２３を通って、注入カテーテル５２Ｂの先端部に向かって流れる。そして、例えば図７に表した矢印Ａ１３のように、注入カテーテル５２Ｂは、注入カテーテル５２Ｂの内腔５２３を通してクモ膜下腔に存在する脳脊髄液に注入口５２１から液体を注入する。
【0072】
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８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９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１０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１１は、頭蓋内容積と頭蓋内圧との関係の一例を表すグラフである。
図８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９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１０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１１は、頭蓋内容積と頭蓋内圧との関係の一例を表すグラフである。
【0073】
図８～図１０に関する説明では、図２～図５に関して前述した排出カテーテル５１および注入カテーテル５２を例に挙げる。
図８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９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および孔５１２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８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９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。
図８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９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および孔５１２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８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９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。
【0074】
続いて、図９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および孔５１２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および孔５１２に向かう流れが定常化する。すなわち、例えば図９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および孔５１２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。
【0075】
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および孔５１２から体腔外へ排出される。
【0076】
図１０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１０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。
【0077】
図９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および孔５１２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。
【0078】
そこで、本発明者は、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Ａ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Ｂ期間と、を設定し、Ａ期間とＢ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検討した。また、本発明者は、Ａ期間における液体９１の注入量をＢ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検討した。
【0079】
前述した検討によれば、例えばＡ期間では、液体９１が体腔内に注入され、かつ、液体９１が体腔内から排出されないため、頭蓋内容積が一時的に増加することがある。あるいは、例えばＢ期間では、液体９１が体腔内に注入されず、かつ、液体９１が体腔内から排出されるため、頭蓋内容積が一時的に減少することがある。
【0080】
ここで、脳脊髄液が存在するクモ膜下腔には、コンプライアンスが存在する。本願明細書における「コンプライアンス」とは、頭蓋内容積のある程度の変化に対してクモ膜下腔の動的な軟らかさに基づく変形等により頭蓋内圧を維持できる順応性をいう。図１１に表したように、コンプライアンスは、頭蓋内圧の変化に対する頭蓋内容積の変化（ΔＶ／ΔＰ）で表される。図１１に表したＡ領域すなわち高コンプライアンス領域では、クモ膜下腔は、クモ膜下腔内の液量の変化に追従して十分に変形できる。そのため、高コンプライアンス領域では、クモ膜下腔内の液量の変化が頭蓋内容積の変化と等しくなり、頭蓋内圧の変動は、ほとんど生じない。一方で、図１１に表したＢ領域すなわち低コンプライアンス領域では、クモ膜下腔は、クモ膜下腔内の液量の変化に追従できない。そのため、低コンプライアンス領域では、クモ膜下腔内の液量の変化が頭蓋内容積の変化よりも大きくなり、頭蓋内圧の変動が生ずる。
【0081】
頭蓋内のコンプライアンスは、対象者によって異なる。つまり、高コンプライアンス領域と低コンプライアンス領域との境界は、対象者によって異なる。そのため、頭蓋内圧が許容範囲を超えるような限界の頭蓋内容積は、不明である。
【0082】
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を注入せず、かつ、液体９１を体腔内から排出し、かつ、体腔内に配置されたバルーン５４を拡張する第１期間と、体腔内に液体９１を注入し、かつ、液体９１を体腔内から排出せず、かつ、バルーン５４を収縮する第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制御を実行する。これにより、頭蓋内圧の変動を抑えつつ、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。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。
【0083】
図１２は、本実施形態の制御による注入量と排出量とバルーン体積と体腔内液量との関係を表すグラフである。
図１３は、本実施形態の制御によって実行される第１期間を説明する模式図である。
図１４は、本実施形態の制御によって実行される第２期間を説明する模式図である。
図１５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１６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１７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１３は、本実施形態の制御によって実行される第１期間を説明する模式図である。
図１４は、本実施形態の制御によって実行される第２期間を説明する模式図である。
図１５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１６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１７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。
【0084】
図１３および図１４に関する説明では、図６に関して前述した医療デバイス５Ａを例に挙げる。図１５～図１７に関する説明では、図２～図５に関して前述した排出カテーテル５１および注入カテーテル５２を例に挙げる。
【0085】
図１２に表したグラフの横軸は、時間を示している。図１２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１２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１２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１２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。また、図１２に表したグラフの縦軸は、バルーン５４の体積の変化を表している。
【0086】
図１２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を注入せず、かつ、液体９１を体腔内から排出し、かつ、体腔内に配置されたバルーン５４を拡張する第１期間２１１と、体腔内に液体９１を注入し、かつ、液体９１を体腔内から排出せず、かつ、バルーン５４を収縮する第２期間２１２と、を設定する。
【0087】
図１３に表した矢印Ａ１０および矢印Ａ６のように、第１期間２１１では、排出カテーテル５１Ａは、腰椎付近のクモ膜下腔に存在する脳脊髄液９２（液体９１を含む。）を複数の孔５１２を通して空間５３に吸引し、空間５３を通して対象者体腔外に排出する。また、図１３に表した矢印Ａ３および矢印Ａ４のように、第１期間２１１では、拡張用流体９３が、医療デバイス５Ａの基端部から供給され、内腔５４２Ａを通り、孔５４１Ａを通ってバルーン５４の内部に供給される。これにより、バルーン５４が膨張する。
【0088】
これによれば、制御部２１は、脳脊髄液９２（液体９１を含む。）を体腔内から排出する第１期間２１１において、閉鎖空間としての体腔の容積の変動を抑えることができる。そのため、体腔は、高コンプライアンス領域で容積を変動させ、体腔内で減少した液体の量に追従して変形できる。そのため、第１期間２１１における頭蓋内圧の変動が抑えられる。
【0089】
制御部２１は、第１期間２１１において、脳脊髄液９２（液体９１を含む。）の排出と、バルーン５４の拡張と、を同時に実行する。また、制御部２１は、第１期間２１１において、バルーン５４の拡張量（すなわちバルーン５４への拡張用流体９３の注入量）を脳脊髄液９２（液体９１を含む。）の排出量と実質的に同じに設定する。
【0090】
これによれば、体腔内で減少した液体の量（すなわち体積）が、バルーン５４が体腔内で拡張した量（すなわち体積）と実質的に同じになる。そのため、体腔の容積は、第１期間２１１において実質的に変化しない。これにより、第１期間２１１における頭蓋内圧の変動がより確実に抑えられる。
【0091】
一方で、図１４に表した矢印Ａ５および矢印Ａ１３のように、第２期間２１２では、注入カテーテル５２Ａは、注入カテーテル５２Ａの基端部から供給された液体９１を、内腔５２３を通してクモ膜下腔に存在する脳脊髄液に注入口５２１から注入する。また、図１４に表した矢印Ａ７および矢印Ａ８のように、第２期間２１２では、バルーン５４の内部の拡張用流体９３が、孔５４１Ａを通り、内腔５４２Ａを通って、バルーン５４の外部に排出される。これにより、バルーン５４が収縮する。
【0092】
これによれば、制御部２１は、体腔内に液体９１を注入する第２期間２１２において、閉鎖空間としての体腔の容積の変動を抑えることができる。そのため、体腔は、高コンプライアンス領域で容積を変動させ、体腔内で増加した液体の量に追従して変形できる。そのため、第２期間２１２における頭蓋内圧の変動が抑えられる。
【0093】
制御部２１は、第２期間２１２において、液体９１の注入と、バルーン５４の収縮と、を同時に実行する。また、制御部２１は、第２期間２１２において、バルーン５４の収縮量（すなわちバルーン５４からの拡張用流体９３の排出量）を液体９１の注入量と実質的に同じに設定する。
【0094】
これによれば、体腔内で増加した液体の量（すなわち体積）が、バルーン５４が体腔内で収縮した量（すなわち体積）と実質的に同じになる。そのため、体腔の容積は、第２期間２１２において実質的に変化しない。これにより、第２期間２１２における頭蓋内圧の変動がより確実に抑えられる。
【0095】
そして、図１２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。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。
【0096】
図１５に表したように、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１５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１５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。
【0097】
例えば図１７に表した矢印Ａ２６のように、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１７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。
【0098】
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してもよい。つまり、第３期間では、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。例えば、制御部２１は、第１期間２１１と、第３期間と、第２期間２１２と、第３期間と、をこの順に繰り返す。この場合において、第３期間では、例えば図１６に表した矢印Ａ２４および矢印Ａ２５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、脳側および腰椎側に向かって第３期間の時間（すなわち停止時間）に応じて進行する。第３期間の時間は、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。
【0099】
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。
【0100】
以上説明したように、本実施形態に係る医療システム２によれば、体腔内で増減した液体の量（すなわち体積）が、バルーン５４が体腔内で増減した量（すなわち体積）と実質的に同じになる。そのため、体腔の容積は、実質的に変化しない。これにより、頭蓋内圧の変動が抑えられる。また、体腔の容積が実質的に変化しないため、体腔は、液体９１の注入量にかかわらず高コンプライアンス領域で容積を変動させ、体腔内で増減した液体の量に追従して変形できる。そのため、体腔は、液体の量のバランスが多少崩れた場合であっても、コンプライアンスにより対応できる。さらに、体腔の容積が液体９１の注入量にかかわらず実質的に変化しないため、バルーン５４の膨張できるスペースが許される限りにおいて、液体９１の注入量を増加させることができる。
【0101】
その一方で、バルーン５４の容量は負の量にすることができないため、どのタイミングにおいても、第２期間２１２のバルーン５４収縮後におけるバルーン５４に対する流体の注入量と排出量との積算の収支が負にならないように調整する必要がある。具体的には、バルーンへの注入量およびバルーンからの排出量を「（ｎ回のバルーン注入量の合計）―（ｎ－１回のバルーン排出量の合計）≧ｎ回目の排出量」となるように制限される。なお、一度あたりの排出量は、脊髄腔の容積を超過しない程度であれば特に限定されず、例えば１ｍＬ～３０ｍＬ程度である。一度あたりの注入量は、１ｍＬ～３０ｍＬ程度、バルーン５４の断面積や長手方向Ｄ１に沿って配置できる長さを考えると、より好ましくは３～１０ｍＬ程度である。
【0102】
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。
【0103】
本実施形態に係る液体循環システムの説明では、図２～図５に関して前述した医療デバイス５を例に挙げる。また、本実施形態に係る液体循環システムの説明では、例えば図１８に表したように、説明の便宜上、注入カテーテル５２が排出カテーテル５１の内腔５１３に配置されていない場合を例に挙げる。但し、図２～図５に関して前述したように、注入カテーテル５２は、排出カテーテル５１の内腔５１３に配置されていてもよい。
【0104】
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、液体を身体内に注入し、身体外に排出することで液体を循環させる。身体内としては、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、身体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、液体を身体内に注入し、身体外に排出することで液体を循環させる。身体内としては、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、身体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。
【0105】
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。
【0106】
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、熱交換器３１４と、を有する。
【0107】
システム回路部３１は、第１駆動部２３と、第２駆動部２４と、第３駆動部２５と、をさらに有する。本実施形態の第１駆動部２３は、本発明の「ピストン駆動部」の一例である。第１駆動部２３と、第２駆動部２４と、第３駆動部２５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、第２駆動部２４および第３駆動部２５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、第２駆動部２４および第３駆動部２５は、ポンプ部３３に設けられていてもよい。
【0108】
生体回路部３２は、液体を身体内に注入するとともに液体を身体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、バルーンカテーテル５４Ａ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、注入カテーテル５２およびバルーンカテーテル５４Ａは、図２～図５に関して前述した通りである。
【0109】
生体回路部３２は、バルーン用シリンジ５４４と、バルーン用ピストン５４５と、第４駆動部２６と、をさらに備える。本実施形態のバルーン用シリンジ５４４は、本発明の「バルーン用流体貯留部」の一例であり、バルーン用シリンジ５４４およびバルーン用ピストン５４５は、本発明の「バルーン駆動部」の一例である。つまり、本発明の「バルーン駆動部」は、バルーン用シリンジ５４４と、バルーン用ピストン５４５と、を有する。本実施形態の第４駆動部２６は、本発明の「ピストン駆動部」の一例である。
【0110】
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シリンジ３３１と、第１ピストン３３２と、第１流路切替部３３３と、第２シリンジ３３４と、第２ピストン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、第３駆動部２５と、を有していてもよい。
【0111】
本実施形態の第１シリンジ３３１および第１ピストン３３２は、本発明の「第１送液部」の一例である。つまり、本発明の「第１送液部」は、第１シリンジ３３１と、第１ピストン３３２と、を有する。本実施形態の第２シリンジ３３４および第２ピストン３３５は、本発明の「第２送液部」の一例である。つまり、本発明の「第２送液部」は、第２シリンジ３３４と、第２ピストン３３５と、を有する。
【0112】
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５管４５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６管４６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５管４５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６管４６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、第７管４７および第８管４８を介して熱交換器３１４に接続されている。熱交換器３１４は、酸素化された脳脊髄液の温度調整を行う。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膜型人工肺を使用することが出来る。
【0113】
第１流路切替部３３３は、システム回路部３１の下流側に設けられ、システム回路部３１が第１シリンジ３３１に接続される流路と、第１シリンジ３３１が注入カテーテル５２に接続される流路と、を切り替え可能である。具体的には、第１流路切替部３３３は、第１管４１と第２管４２と注入カテーテル５２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と注入カテーテル５２とが接続される流路と、を切り替え可能である。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と注入カテーテル５２とが接続される流路と、を切り替える。本実施形態の第１管４１および第２管４２は、本発明の「送液ライン」の一例である。
【0114】
第１流路切替部３３３は、第２管４２を介して第１シリンジ３３１に接続されている。第１ピストン３３２は、第１シリンジ３３１内を摺動し往復移動可能である。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ピストン３３２の動作を制御し、第１ピストン３３２を第１シリンジ３３１内で往復移動させる。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ピストン３３２が第１シリンジ３３１から抜去される方向に移動すると、第１シリンジ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９１を貯留する。一方で、第１流路切替部３３３が第２管４２と注入カテーテル５２とを接続している状態において、第１ピストン３３２が第１シリンジ３３１に挿入される方向に移動すると、第１ピストン３３２は、第１シリンジ３３１に貯留された液体９１を第２管４２を通して注入カテーテル５２に供給する。
【0115】
このように、第１シリンジ３３１は、身体内に注入される液体９１を一時的に貯留する。また、第１ピストン３３２は、第１シリンジ３３１に液体を供給するとともに第１シリンジ３３１に貯留された液体を注入カテーテル５２に供給する。
【0116】
図１８に表したように、リザーバ３１１は、第４管４４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５管４５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４管４４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５管４５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。
【0117】
第２流路切替部３３６は、システム回路部３１の上流側に設けられ、排出カテーテル５１が第２シリンジ３３４に接続される流路と、第２シリンジ３３４がシステム回路部３１に接続される流路と、を切り替え可能である。具体的には、第２流路切替部３３６は、排出カテーテル５１と第３管４３と第４管４４との接続部に設けられ、排出カテーテル５１と第３管４３とが接続される流路と、第３管４３と第４管４４とが接続される流路と、を切り替え可能である。第３駆動部２５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、排出カテーテル５１と第３管４３とが接続される流路と、第３管４３と第４管４４とが接続される流路と、を切り替える。本実施形態の第３管４３および第４管４４は、本発明の「排液ライン」の一例である。
【0118】
第２流路切替部３３６は、第３管４３を介して第２シリンジ３３４に接続されている。第２ピストン３３５は、第２シリンジ３３４内を摺動し往復移動可能である。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２ピストン３３５の動作を制御し、第２ピストン３３５を第２シリンジ３３４内で往復移動させる。つまり、図１８に表したように、第１ピストン３３２および第２ピストン３３５は、互いに連結されており、互いに連結された状態で第１駆動部２３の駆動力を受けて往復移動する。第２流路切替部３３６が排出カテーテル５１と第３管４３とを接続している状態において、第２ピストン３３５が第２シリンジ３３４から抜去される方向に移動すると、第２シリンジ３３４は、排出カテーテル５１および第３管４３を通して身体内から身体外に排出された液体（すなわち脳脊髄液）を貯留する。一方で、第２流路切替部３３６が第３管４３と第４管４４とを接続している状態において、第２ピストン３３５が第２シリンジ３３４に挿入される方向に移動すると、第２ピストン３３５は、第２シリンジ３３４に貯留された液体を第３管４３と第４管４４とを通してリザーバ３１１に供給する。
【0119】
このように、第２ピストン３３５は、第３管４３を介して排出カテーテル５１に接続されており、第２シリンジ３３４に液体を供給するとともに第２シリンジ３３４に貯留された液体をリザーバ３１１に供給する。
【0120】
第１シリンジ３３１および第２シリンジ３３４は、互いに同じ形状および容量で形成されている。また、前述したように、第１ピストン３３２および第２ピストン３３５は、互いに連結されており、互いに連結された状態で第１駆動部２３の駆動力を受けて往復移動する。これにより、身体内に注入される液体の容量は、身体外に排出される液体の容量に常に等しい。
【0121】
バルーン用ピストン５４５は、バルーン用シリンジ５４４内を摺動し往復移動可能である。具体的には、第４駆動部２６が、制御部２１から送信された制御信号に基づいてバルーン用ピストン５４５の動作を制御し、バルーン用ピストン５４５をバルーン用シリンジ５４４内で往復移動させる。バルーン用ピストン５４５がバルーン用シリンジ５４４に挿入される方向に移動すると、バルーン用ピストン５４５は、バルーン用シリンジ５４４に貯留された拡張用流体９３をバルーンカテーテル５４Ａのバルーン５４に供給する。これにより、制御部２１は、バルーン５４を拡張する。一方で、バルーン用ピストン５４５がバルーン用シリンジ５４４から抜去される方向に移動すると、バルーン用シリンジ５４４は、バルーンカテーテル５４Ａのバルーン５４から拡張用流体９３を吸引し貯留する。これにより、制御部２１は、バルーン５４を収縮する。
【0122】
このように、バルーン用シリンジ５４４は、バルーン５４に注入される拡張用流体９３を一時的に貯留する。また、バルーン用ピストン５４５は、バルーン用シリンジ５４４に拡張用流体９３を供給するとともにバルーン用シリンジ５４４に貯留された拡張用流体９３をバルーン５４に供給する。バルーン用シリンジ５４４およびバルーン用ピストン５４５は、バルーン５４の動作（すなわち拡張および収縮）を駆動するバルーン駆動部として機能する。すなわち、バルーン駆動部は、バルーン用シリンジ５４４内の拡張用流体９３をバルーン５４内に注入する動作と、拡張用流体９３をバルーン５４内からバルーン用シリンジ５４４内に送る動作と、を行う。
【0123】
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。
なお、説明の便宜上、図１９～図２２では、制御部２１、第１駆動部２３、第２駆動部２４、第３駆動部２５および第４駆動部２６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、各ポンプ（シリンジ）、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開始するものとして説明する。
なお、説明の便宜上、図１９～図２２では、制御部２１、第１駆動部２３、第２駆動部２４、第３駆動部２５および第４駆動部２６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、各ポンプ（シリンジ）、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開始するものとして説明する。
【0124】
まず、図１８に表したように、初期位置（第０ステップ）として、液体９１が第１シリンジ３３１に充填されている。第２シリンジ３３４は、空の状態である。拡張用流体９３は、バルーン用シリンジ５４４に充填されている。第１流路切替部３３３は、第１管４１と第２管４２とを接続している状態である。第２流路切替部３３６は、第３管４３と第４管４４とを接続している状態である。
【0125】
続いて、図１９に表したように、第１ステップとして、制御部２１は、第２駆動部２４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（すなわち、接続状態を維持する）。また、制御部２１は、第３駆動部２５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、排出カテーテル５１と第３管４３とを接続する。この状態において、制御部２１は、第１駆動部２３に制御信号を送信し、図１９に表した矢印Ａ４１のように、第１シリンジ３３１の挿入方向に第１ピストン３３２を移動させるとともに、第２シリンジ３３４の抜去方向に第２ピストン３３５を移動させる。
【0126】
そうすると、図１９に表した矢印Ａ４２のように、第１シリンジ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１管４１とを通して酸素化機構３１２に戻される。また、図１９に表した矢印Ａ１１および矢印Ａ１０のように、身体内の脳脊髄液９２が排出カテーテル５１の排出口５１１および孔５１２に吸引される。そして、図１９に表した矢印Ａ４３のように、脳脊髄液９２が、排出カテーテル５１および第３管４３を通して第２シリンジ３３４に吸引され貯留される。
【0127】
さらに、制御部２１は、第１駆動部２３に制御信号を送信するタイミングと同じタイミングで第４駆動部２６に制御信号を送信し、図１９に表した矢印Ａ３のように、バルーン用シリンジ５４４の挿入方向にバルーン用ピストン５４５を移動させる。そうすると、図１９に表した矢印Ａ４のように、バルーン用シリンジ５４４に貯留されていた拡張用流体９３が、バルーン５４に供給される。これにより、バルーン５４が膨張する。
【0128】
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２駆動部２４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（すなわち、接続状態を維持する）。また、制御部２１は、第３駆動部２５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３管４３と第４管４４とを接続する。この状態において、制御部２１は、第１駆動部２３に制御信号を送信し、図２０に表した矢印Ａ４４のように、第１シリンジ３３１の抜去方向に第１ピストン３３２を移動させるとともに、第２シリンジ３３４の挿入方向に第２ピストン３３５を移動させる。
【0129】
そうすると、図２０に表した矢印Ａ４５のように、酸素化機構３１２において生成された液体９１が、第１管４１および第２管４２を通して第１シリンジ３３１に供給され貯留される。また、図２０に表した矢印Ａ４６のように、第２シリンジ３３４に貯留されていた脳脊髄液９２が第３管４３および第４管４４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を通して酸素化機構３１２に供給される。
【0130】
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２駆動部２４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と注入カテーテル５２とを接続する。また、制御部２１は、第３駆動部２５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３管４３と第４管４４とを接続する（すなわち、接続状態を維持する）。この状態において、制御部２１は、第１駆動部２３に制御信号を送信し、図２１に表した矢印Ａ４８のように、第１シリンジ３３１の挿入方向に第１ピストン３３２を移動させるとともに、第２シリンジ３３４の抜去方向に第２ピストン３３５を移動させる。
【0131】
そうすると、図２１に表した矢印Ａ４９のように、第１シリンジ３３１に貯留されていた液体９１が、第２管４２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から身体内に注入される。一方で、図２１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４管４４と第３管４３とを通して第２シリンジ３３４に戻される。
【0132】
さらに、制御部２１は、第１駆動部２３に制御信号を送信するタイミングと同じタイミングで第４駆動部２６に制御信号を送信し、図２１に表した矢印Ａ７のように、バルーン用シリンジ５４４の抜去方向にバルーン用ピストン５４５を移動させる。そうすると、図２１に表した矢印Ａ８のように、バルーン５４に貯留されていた拡張用流体９３が、バルーン用シリンジ５４４に吸引され貯留される。これにより、バルーン５４が収縮する。
【0133】
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２駆動部２４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３駆動部２５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３管４３と第４管４４とを接続する（すなわち、接続状態を維持する）。この状態において、制御部２１は、第１駆動部２３に制御信号を送信し、図２２に表した矢印Ａ５２のように、第１シリンジ３３１の抜去方向に第１ピストン３３２を移動させるとともに、第２シリンジ３３４の挿入方向に第２ピストン３３５を移動させる。
【0134】
そうすると、図２２に表した矢印Ａ５３のように、酸素化機構３１２において生成された液体９１が、第１管４１および第２管４２を通して第１シリンジ３３１に供給され貯留される。また、図２２に表した矢印Ａ５４のように、第２シリンジ３３４に貯留されていた脳脊髄液９２が第３管４３および第４管４４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Ａ５５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を通して酸素化機構３１２に供給される。
【0135】
本実施形態に係る液体循環システム３によれば、注入カテーテル５２および排出カテーテル５１を含む生体回路部３２と、注入カテーテル５２に接続された送液ライン（第１管４１および第２管４２）および排出カテーテル５１に接続された排液ライン（第３管４３および第４管４４）を含むシステム回路部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送液部（第１シリンジ３３１および第１ピストン３３２）と、排液ライン上に設けられ液体を移動させる第２送液部（第２シリンジ３３４および第２ピストン３３５）と、が生体回路部３２およびシステム回路部３１において共有の送液部として機能する。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、生体回路部３２内の液体の増減を極小化することができる。また、制御部２１は、第１送液部の動作と第２送液部の動作と体腔内に配置されたバルーン５４の拡張および収縮とを制御することにより、閉鎖空間としての体腔の容積の変動を抑えることができる。そのため、体腔は、高コンプライアンス領域で容積を変動させ、体腔内で減少または増加した液体の量に追従して変形できる。これにより、頭蓋内圧の変動が抑えられる。
【0136】
また、第１ピストン３３２と第２ピストン３３５とが互いに連結された状態で第１駆動部２３により往復移動する。これにより、第１送液部および第２送液部は、生体回路部３２およびシステム回路部３１において一体化された共有の１つの送液部として機能する。これにより、液体循環システム３は、システムの簡易化を図りつつ、脳の治療領域に液体を効率的に送達できる。
【0137】
また、前述したように、第１流路切替部３３３は、システム回路部３１が第１シリンジ３３１に接続される流路と、第１シリンジ３３１が注入カテーテル５２に接続される流路と、を切り替える。また、第２流路切替部３３６は、排出カテーテル５１が第２シリンジ３３４に接続される流路と、第２シリンジ３３４がシステム回路部３１に接続される流路と、を切り替える。そのため、制御部２１は、液体９１の注入とバルーン５４の収縮とのタイミングおよび速度、ならびに液体９１の排出とバルーン５４の拡張とのタイミングおよび速度をより適切に設定できる。これにより、頭蓋内圧の変動がより一層抑えられる。
【0138】
さらに、バルーン駆動部（バルーン用シリンジ５４４およびバルーン用ピストン５４５）は、拡張用流体９３をバルーン５４に注入してバルーン５４を拡張する。一方で、バルーン駆動部は、拡張用流体９３をバルーン５４から排出してバルーン５４を収縮する。これにより、バルーン駆動部は、バルーン５４の拡張および収縮を個別に制御できる。そのため、液体９１の注入とバルーン５４の収縮とのタイミングおよび速度、ならびに液体９１の排出とバルーン５４の拡張とのタイミングおよび速度が、より適切に設定される。これにより、頭蓋内圧の変動がより一層抑えられる。
【0139】
次に、本実施形態の第１変形例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、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。
【0140】
図２３は、本実施形態の第１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。
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。
【0141】
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、熱交換器３１４と、を有する。
【0142】
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、バルーンカテーテル５４Ａ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、注入カテーテル５２およびバルーンカテーテル５４Ａは、図２～図５に関して前述した通りである。
【0143】
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３３７と、第２ポンプ３３８と、を有する。本変形例の第１ポンプ３３７は、本発明の「第１送液部」の一例である。本変形例の第２ポンプ３３８は、本発明の「第２送液部」の一例である。第１ポンプ３３７および第２ポンプ３３８としては、例えば輸液ポンプおよびシリンジポンプなどが挙げられる。
【0144】
図２３に表したように、酸素化機構３１２は、第１管４１を介して第１ポンプ３３７に接続されている。第１ポンプ３３７は、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５管４５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６管４６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５管４５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６管４６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、第７管４７および第８管４８を介して熱交換器３１４に接続されている。熱交換器３１４は、酸素化された脳脊髄液の温度を約３７℃程度に調整する。熱交換器による温度調整は、例えば３２℃～４０℃程度である。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および第１ポンプ３３７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膜型人工肺を使用することが出来る。
【0145】
第１ポンプ３３７は、第１管４１と注入カテーテル５２とに接続され、第１管４１と注入カテーテル５２との間に設けられている。本変形例の第１管４１は、本発明の「送液ライン」の一例である。すなわち、第１管４１は、第１ポンプ３３７を介して注入カテーテル５２に接続されている。第１ポンプ３３７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。
【0146】
第１ポンプ３３７が駆動すると、第１ポンプ３３７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。
【0147】
図２３に表したように、リザーバ３１１は、第４管４４を介して第２ポンプ３３８に接続されている。また、リザーバ３１１は、第５管４５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４管４４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５管４５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。
【0148】
第２ポンプ３３８は、第４管４４と排出カテーテル５１とに接続され、第４管４４と排出カテーテル５１との間に設けられている。本変形例の第４管４４は、本発明の「排液ライン」の一例である。すなわち、第４管４４は、第２ポンプ３３８を介して排出カテーテル５１に接続されている。第２ポンプ３３８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。
【0149】
第２ポンプ３３８が駆動すると、第２ポンプ３３８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）を第４管４４を通してリザーバ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。
その他の構造は、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。
その他の構造は、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。
【0150】
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。
なお、説明の便宜上、図２４～図２５では、制御部２１および第４駆動部２６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。
なお、説明の便宜上、図２４～図２５では、制御部２１および第４駆動部２６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。
【0151】
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２ポンプ３３８に制御信号を送信して第２ポンプ３３８を駆動する。その際、制御部２１は、第１ポンプ３３７を静止状態にする。
【0152】
そうすると、図２４に表した矢印Ａ１１および矢印Ａ１０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および孔５１２に吸引される。そして、図２４に表した矢印Ａ６１および矢印Ａ６２のように、脳脊髄液９２が、排出カテーテル５１および第４管４４を通してリザーバ３１１に供給され貯留される。さらに、図２４に表した矢印Ａ６３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を通して酸素化機構３１２に供給される。
【0153】
さらに、制御部２１は、第２ポンプ３３８に制御信号を送信するタイミングと同じタイミングで第４駆動部２６に制御信号を送信し、図２４に表した矢印Ａ３のように、バルーン用シリンジ５４４の挿入方向にバルーン用ピストン５４５を移動させる。そうすると、図２４に表した矢印Ａ４のように、バルーン用シリンジ５４４に貯留されていた拡張用流体９３が、バルーン５４に供給される。これにより、バルーン５４が膨張する。
【0154】
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１ポンプ３３７に制御信号を送信して第１ポンプ３３７を駆動する。その際、制御部２１は、第２ポンプ３３８を静止状態にする。
【0155】
そうすると、図２５に表した矢印Ａ６４および矢印Ａ６５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２５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。
【0156】
さらに、制御部２１は、第１ポンプ３３７に制御信号を送信するタイミングと同じタイミングで第４駆動部２６に制御信号を送信し、図２５に表した矢印Ａ７のように、バルーン用シリンジ５４４の抜去方向にバルーン用ピストン５４５を移動させる。そうすると、図２５に表した矢印Ａ８のように、バルーン５４に貯留されていた拡張用流体９３が、バルーン用シリンジ５４４に吸引され貯留される。これにより、バルーン５４が収縮する。
【0157】
本変形例に係る液体循環システム３Ａによれば、制御部２１は、第１ポンプ３３７および第２ポンプ３３８のそれぞれを制御し、バルーン５４の拡張および収縮をさらに制御することにより、液体９１の注入とバルーン５４の収縮とのタイミングおよび速度、ならびに液体９１の排出とバルーン５４の拡張とのタイミングおよび速度をより適切に設定できる。これにより、頭蓋内圧の変動がより一層抑えられる。
【0158】
次に、本実施形態の第２変形例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、本変形例に係る液体循環システム３Ｂ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３Ｂ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。
【0159】
図２６は、本実施形態の第２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２６に表したように、液体循環システム３Ｂは、システム回路部３１Ｂと、生体回路部３２Ｂと、ポンプ部３３Ｂと、を備える。
図２６に表したように、液体循環システム３Ｂは、システム回路部３１Ｂと、生体回路部３２Ｂと、ポンプ部３３Ｂと、を備える。
【0160】
システム回路部３１Ｂ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、熱交換器３１４と、を有する。
【0161】
システム回路部３１は、第１駆動部２３と、第２駆動部２４と、第３駆動部２５と、第４駆動部２６と、第５駆動部２７と、をさらに有する。本実施形態の第１駆動部２３は、本発明の「ピストン駆動部」の一例である。第１駆動部２３と、第２駆動部２４と、第３駆動部２５と、第４駆動部２６と、第５駆動部２７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、第２駆動部２４、第３駆動部２５、第４駆動部２６および第５駆動部２７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、第２駆動部２４、第３駆動部２５、第４駆動部２６および第５駆動部２７は、ポンプ部３３Ｂに設けられていてもよい。
【0162】
生体回路部３２Ｂ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、バルーンカテーテル５４Ａ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３３Ｂ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３１Ｂと、に接続されている。排出カテーテル５１、注入カテーテル５２およびバルーンカテーテル５４Ａは、図２～図５に関して前述した通りである。
【0163】
ポンプ部３３Ｂは、システム回路部３１Ｂおよび生体回路部３２Ｂにおいて共有の送液部として機能する。ポンプ部３３Ｂは、図１８に関して前述したポンプ部３３と同様である。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、第３駆動部２５と、第４駆動部２６と、第５駆動部２７と、を有していてもよい。
【0164】
図２６に表したように、酸素化機構３１２は、第１管６１を介して第２流路切替部３３３ｂに接続されている。また、酸素化機構３１２は、第７管６７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６８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６７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６８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、第９管６９および第１０管７０を介して熱交換器３１４に接続されている。熱交換器３１４は、酸素化された脳脊髄液の温度調整を行う。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６１を通して第２流路切替部３３３ｂ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膜型人工肺を使用することが出来る。
【0165】
第２流路切替部３３３ｂは、システム回路部３１Ｂの下流側に設けられ、システム回路部３１Ｂが第１シリンジ３３１に接続される流路と、第１シリンジ３３１がバルーン５４に接続される流路と、を切り替え可能である。具体的には、第２流路切替部３３３ｂは、第１管６１と第２管６２と第１１管７１との接続部に設けられ、第１管６１と第２管６２とが接続される流路と、第２管６２と第１１管７１とが接続される流路と、を切り替え可能である。第４駆動部２６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３３３ｂの動作を制御し、第１管６１と第２管６２とが接続される流路と、第２管６２と第１１管７１とが接続される流路と、を切り替える。
【0166】
第１流路切替部３３３ａは、システム回路部３１Ｂの下流側に設けられ、第１シリンジ３３１が注入カテーテル５２に接続される流路と、第１シリンジ３３１がバルーン５４に接続される流路と、を切り替え可能である。具体的には、第１流路切替部３３３ａは、第２管６２と第３管６３と注入カテーテル５２との接続部に設けられ、第２管６２と第３管６３とが接続される流路と、第３管６３と注入カテーテル５２とが接続される流路と、を切り替え可能である。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１流路切替部３３３ａの動作を制御し、第２管６２と第３管６３とが接続される流路と、第３管６３と注入カテーテル５２とが接続される流路と、を切り替える。本実施形態の第１管６１、第２管６２および第３管６３は、本発明の「送液ライン」の一例である。
【0167】
第３流路切替部３３６ａは、システム回路部３１Ｂの上流側に設けられ、排出カテーテル５１が第２シリンジ３３４に接続される流路と、第２シリンジ３３４がシステム回路部３１Ｂに接続される流路と、を切り替え可能である。具体的には、第３流路切替部３３６ａは、排出カテーテル５１と、第４管６４と、第５管６５と、の接続部に設けられ、排出カテーテル５１と第４管６４とが接続される流路と、第４管６４と第５管とが接続される流路と、を切り替え可能である。第３駆動部２５が、制御部２１から送信された制御信号に基づいて第３流路切替部３３６ａの動作を制御し、排出カテーテル５１と第４管６４とが接続される流路と、第４管６４と第５管とが接続される流路と、を切り替える。
【0168】
第４流路切替部３３６ｂは、システム回路部３１Ｂの上流側に設けられ、第２シリンジ３３４がシステム回路部３１Ｂに接続される流路と、第２シリンジ３３４がバルーン５４に接続される流路と、を切り替え可能である。具体的には、第４流路切替部３３６ｂは、第５管６５と第６管６６と第１２管７２との接続部に設けられ、第５管６５と第６管６６とが接続される流路と、第５管６５と第１２管７２とが接続される流路と、を切り替え可能である。第５駆動部２７が、制御部２１から送信された制御信号に基づいて第４流路切替部３３６ｂの動作を制御し、第５管６５と第６管６６とが接続される流路と、第５管６５と第１２管７２とが接続される流路と、を切り替える。第４管６４、第５管６５および第６管６６は、本発明の「排液ライン」の一例である。
【0169】
図２６に表したように、リザーバ３１１は、第６管６６を介して第４流路切替部３３６ｂに接続されている。また、リザーバ３１１は、第７管６７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６６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６７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。
【0170】
第１１管７１は、第２流路切替部３３３ｂに接続されるとともに、接続部７９を介して第１２管７２とバルーンカテーテル５４Ａとに接続されている。第１２管７２は、第４流路切替部３３６ｂに接続されるとともに、接続部７９を介して第１１管７１とバルーンカテーテル５４Ａとに接続されている。
【0171】
図２７～図３４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。
なお、説明の便宜上、図２７～図３４では、制御部２１、第１駆動部２３、第２駆動部２４、第３駆動部２５、第４駆動部２６および第５駆動部２７を省略している。さらに、説明の便宜上、図２７～図３４では、酸素化機構３１２、酸素供給源３１３および熱交換器３１４を省略し、第１管６１がリザーバ３１１と第２流路切替部３３３ｂとに接続されたものとする。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。
なお、説明の便宜上、図２７～図３４では、制御部２１、第１駆動部２３、第２駆動部２４、第３駆動部２５、第４駆動部２６および第５駆動部２７を省略している。さらに、説明の便宜上、図２７～図３４では、酸素化機構３１２、酸素供給源３１３および熱交換器３１４を省略し、第１管６１がリザーバ３１１と第２流路切替部３３３ｂとに接続されたものとする。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。
【0172】
さらに、本変形例に係る液体循環システム３Ｂの動作の説明では、前回のステップから変化した動作のみを説明し、動作状態および接続状態が維持された部分の説明を適宜省略する。
【0173】
まず、図２６に表したように、初期位置（第０ステップ）として、液体９１が第１シリンジ３３１に充填されている。第２シリンジ３３４は、空の状態である。第１流路切替部３３３ａは、第２管６２と第３管６３とを接続している状態である。第２流路切替部３３３ｂは、第１管６１と第２管６２とを接続している状態である。第３流路切替部３３６ａは、第４管６４と第５管６５とを接続している状態である。第４流路切替部３３６ｂは、第５管６５と第６管６６とを接続している状態である。バルーン５４は、収縮した状態である。
【0174】
続いて、第１ステップとして、図２７に表した矢印Ａ７１のように、制御部２１は、第４駆動部２６に制御信号を送信して第２流路切替部３３３ｂの動作を制御し、第２管６２と第１１管７１とを接続する。また、図２７に表した矢印Ａ７２のように、制御部２１は、第３駆動部２５に制御信号を送信して第３流路切替部３３６ａの動作を制御し、排出カテーテル５１と第４管６４とを接続する。
【0175】
続いて、第２ステップとして、図２８に表した矢印Ａ７３のように、制御部２１は、第１駆動部２３に制御信号を送信し、図２８に表した矢印Ａ７３のように、第１シリンジ３３１の挿入方向に第１ピストン３３２を移動させるとともに、第２シリンジ３３４の抜去方向に第２ピストン３３５を移動させる。
【0176】
そうすると、図２８に表した矢印Ａ７４のように、第１シリンジ３３１に貯留されていた液体９１（すなわち高酸素化溶液）が、第３管６３と第２管６２と第１１管７１とを介してバルーンカテーテル５４Ａに供給される。そして、図２８に表した矢印Ａ４のように、液体９１がバルーン５４に供給される。これにより、バルーン５４が膨張する。つまり、本変形例において、液体９１（すなわち高酸素化溶液）は、バルーン５４の拡張用流体として機能する。
【0177】
また、図２８に表した矢印Ａ１１および矢印Ａ１０のように、身体内の脳脊髄液９２が排出カテーテル５１の排出口５１１および孔５１２に吸引される。そして、図２８に表した矢印Ａ７５のように、脳脊髄液９２が、排出カテーテル５１および第４管６４を通して第２シリンジ３３４に吸引され貯留される。
【0178】
続いて、第３ステップとして、図２９に表した矢印Ａ７６のように、制御部２１は、第４駆動部２６に制御信号を送信して第２流路切替部３３３ｂの動作を制御し、第１管６１と第２管６２とを接続する。また、図２９に表した矢印Ａ７７のように、制御部２１は、第３駆動部２５に制御信号を送信して第３流路切替部３３６ａの動作を制御し、第４管６４と第５管６５とを接続する。制御部２１は、第３ステップを実行してバルーン５４に接続された流路を閉じることにより、バルーン５４の自己収縮力によりバルーン５４が収縮してしまう現象を抑えることができる。
【0179】
続いて、第４ステップとして、図３０に表した矢印Ａ７８のように、制御部２１は、第１駆動部２３に制御信号を送信し、第１シリンジ３３１の抜去方向に第１ピストン３３２を移動させるとともに、第２シリンジ３３４の挿入方向に第２ピストン３３５を移動させる。
【0180】
そうすると、図３０に表した矢印Ａ７９のように、液体９１が第１管６１、第２管６２および第３管６３を通して第１シリンジ３３１に供給され貯留される。また、図３０に表した矢印Ａ８１のように、第２シリンジ３３４に貯留されていた脳脊髄液９２が第４管６４、第５管６５および第６管６６を通してリザーバ３１１に供給され貯留される。
【0181】
続いて、第５ステップとして、図３１に表した矢印Ａ８２に表したように、制御部２１は、第２駆動部２４に制御信号を送信して第１流路切替部３３３ａの動作を制御し、第３管６３と注入カテーテル５２とを接続する。また、図３１に表した矢印Ａ８３のように、制御部２１は、第５駆動部２７に制御信号を送信して第４流路切替部３３６ｂの動作を制御し、第５管６５と第１２管７２とを接続する。
【0182】
続いて、第６ステップとして、図３２に表した矢印Ａ８４のように、制御部２１は、第１駆動部２３に制御信号を送信し、第１シリンジ３３１の挿入方向に第１ピストン３３２を移動させるとともに、第２シリンジ３３４の抜去方向に第２ピストン３３５を移動させる。
【0183】
そうすると、図３２に表した矢印Ａ８５のように、第１シリンジ３３１に貯留されていた液体９１が、第３管６３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３２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から身体内に注入される。また、図３２に表した矢印Ａ８および矢印Ａ８６のように、バルーン５４に貯留されていた液体９１が、第１２管７２、第５管６５および第４管６４を通して第２シリンジ３３４に吸引され貯留される。これにより、バルーン５４が収縮する。
【0184】
続いて、第７ステップとして、図３３に表した矢印Ａ８７のように、制御部２１は、第２駆動部２４に制御信号を送信して第１流路切替部３３３ａの動作を制御し、第２管６２と第３管６３とを接続する。また、図３３に表した矢印Ａ８８のように、制御部２１は、第５駆動部２７に制御信号を送信して第４流路切替部３３６ｂの動作を制御し、第５管６５と第６管６６とを接続する。制御部２１は、第７ステップを実行してバルーン５４に接続された流路を閉じることにより、バルーン５４の自己収縮力によりバルーン５４が収縮してしまう現象を抑えることができる。
【0185】
続いて、第８ステップとして、図３４に表した矢印Ａ８９のように、制御部２１は、第１駆動部２３に制御信号を送信し、第１シリンジ３３１の抜去方向に第１ピストン３３２を移動させるとともに、第２シリンジ３３４の挿入方向に第２ピストン３３５を移動させる。
【0186】
そうすると、図３４に表した矢印Ａ９１のように、液体９１が第１管６１、第２管６２および第３管６３を通して第１シリンジ３３１に供給され貯留される。また、図３４に表した矢印Ａ９２のように、第２シリンジ３３４に貯留されていた脳脊髄液９２が第４管６４、第５管６５および第６管６６を通してリザーバ３１１に供給され貯留される。
【0187】
本変形例に係る液体循環システム３Ｂによれば、体腔内に注入する液体９１と、バルーン５４を拡張するための拡張用流体と、を共有できる。これにより、制御部２１は、複雑な制御を行わなくとも、液体９１の注入とバルーン５４の収縮とのタイミングおよび速度、ならびに液体９１の排出とバルーン５４の拡張とのタイミングおよび速度をより適切に設定できる。
【0188】
次に、本実施形態の第３変形例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、本変形例に係る液体循環システム３Ｃ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３Ｃ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。
【0189】
図３５は、本実施形態の第３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３５に表したように、液体循環システム３Ｃは、システム回路部３１Ｃと、生体回路部３２Ｃと、ポンプ部３３Ｃと、を備える。
図３５に表したように、液体循環システム３Ｃは、システム回路部３１Ｃと、生体回路部３２Ｃと、ポンプ部３３Ｃと、を備える。
【0190】
システム回路部３１Ｃ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、熱交換器３１４と、を有する。
【0191】
システム回路部３１Ｃは、第２駆動部２４と、第３駆動部２５と、をさらに有する。第２駆動部２４と、第３駆動部２５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２駆動部２４および第３駆動部２５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２駆動部２４および第３駆動部２５は、ポンプ部３３Ｃに設けられていてもよい。
【0192】
生体回路部３２Ｃ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、バルーンカテーテル５４Ａ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、注入カテーテル５２およびバルーンカテーテル５４Ａは、図２～図５に関して前述した通りである。
【0193】
ポンプ部３３Ｃは、システム回路部３１Ｃおよび生体回路部３２Ｃにおいて共有の送液部として機能する。ポンプ部３３Ｃは、第１ポンプ３３７と、第２ポンプ３３８と、を有する。本変形例の第１ポンプ３３７は、本発明の「第１送液部」の一例である。本変形例の第２ポンプ３３８は、本発明の「第２送液部」の一例である。第１ポンプ３３７および第２ポンプ３３８としては、例えば輸液ポンプおよびシリンジポンプなどが挙げられる。
【0194】
図３５に表したように、酸素化機構３１２は、第１管４１を介して第１ポンプ３３７に接続されている。第１ポンプ３３７は、第２管４２に接続されている。また、酸素化機構３１２は、第５管４５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６管４６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５管４５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６管４６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、第７管４７および第８管４８を介して熱交換器３１４に接続されている。熱交換器３１４は、酸素化された脳脊髄液の温度を約３７℃程度に調整する。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、第１ポンプ３３７および第２管４２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膜型人工肺を使用することが出来る。
【0195】
第１ポンプ３３７は、第１管４１と第２管４２とに接続され、第１管４１と第２管４２との間に設けられている。本変形例の第１管４１および第２管４２は、本発明の「送液ライン」の一例である。第１ポンプ３３７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。
【0196】
第１ポンプ３３７が駆動すると、第１ポンプ３３７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。
【0197】
図３５に表したように、リザーバ３１１は、第４管４４を介して第２ポンプ３３８に接続されている。また、リザーバ３１１は、第５管４５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４管４４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５管４５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。
【0198】
第２ポンプ３３８は、第３管４３と第４管４４とに接続され、第３管４３と第４管４４との間に設けられている。本変形例の第３管４３および第４管４４は、本発明の「排液ライン」の一例である。第２ポンプ３３８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。
【0199】
第２ポンプ３３８が駆動すると、第２ポンプ３３８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）を第３管４３および第４管４４を通してリザーバ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。
【0200】
第１流路切替部３３３は、第１ポンプ３３７の下流側に設けられ、第１ポンプ３３７が注入カテーテル５２に接続される流路と、第１ポンプ３３７がバルーン５４に接続される流路と、を切り替え可能である。具体的には、第１流路切替部３３３は、第２管４２と第１１管７１と注入カテーテル５２との接続部に設けられ、第２管４２と注入カテーテル５２が接続される流路と、第２管４２と第１１管７１とが接続される流路と、を切り替え可能である。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１流路切替部３３３の動作を制御し、第２管４２と注入カテーテル５２が接続される流路と、第２管４２と第１１管７１とが接続される流路と、を切り替える。
【0201】
第２流路切替部３３６は、第２ポンプ３３８の上流側に設けられ、排出カテーテル５１が第２ポンプ３３８に接続される流路と、バルーン５４が第２ポンプ３３８に接続される流路と、を切り替え可能である。具体的には、第２流路切替部３３６は、排出カテーテル５１と第３管４３と第１２管７２との接続部に設けられ、排出カテーテル５１と第３管４３とが接続される流路と、第３管４３と第１２管７２とが接続される流路と、を切り替え可能である。第３駆動部２５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、排出カテーテル５１と第３管４３とが接続される流路と、第３管４３と第１２管７２とが接続される流路と、を切り替える。
【0202】
第１１管７１は、第１流路切替部３３３に接続されるとともに、接続部７９を介して第１２管７２とバルーンカテーテル５４Ａとに接続されている。第１２管７２は、第２流路切替部３３６に接続されるとともに、接続部７９を介して第１１管７１とバルーンカテーテル５４Ａとに接続されている。
【0203】
図３６～図４１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。
なお、説明の便宜上、図３６～図４１では、制御部２１、第２駆動部２４および第３駆動部２５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。さらに、本変形例に係る液体循環システム３Ｃの動作の説明では、前回のステップから変化した動作のみを説明し、動作状態および接続状態が維持された部分の説明を適宜省略する。
なお、説明の便宜上、図３６～図４１では、制御部２１、第２駆動部２４および第３駆動部２５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。さらに、本変形例に係る液体循環システム３Ｃの動作の説明では、前回のステップから変化した動作のみを説明し、動作状態および接続状態が維持された部分の説明を適宜省略する。
【0204】
まず、図３６に表したように、第１ステップとして、制御部２１は、第２駆動部２４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１１管７１とを接続する。また、制御部２１は、第３駆動部２５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、排出カテーテル５１と第３管４３とを接続する。
【0205】
続いて、図３７に表したように、第２ステップとして、制御部２１は、第１ポンプ３３７および第２ポンプ３３８に制御信号を同時に送信して第１ポンプ３３７および第２ポンプ３３８を同時に駆動する。
【0206】
そうすると、図３７に表した矢印Ａ１０１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と第２管４２と第１１管７１とを介してバルーンカテーテル５４Ａに供給される。そして、図３７に表した矢印Ａ４のように、液体９１がバルーン５４に供給される。これにより、バルーン５４が膨張する。つまり、本変形例において、液体９１（すなわち高酸素化溶液）は、バルーン５４の拡張用流体として機能する。
【0207】
また、図３７に表した矢印Ａ１１および矢印Ａ１０のように、身体内の脳脊髄液９２が排出カテーテル５１の排出口５１１および孔５１２に吸引される。そして、図３７に表した矢印Ａ１０２および矢印Ａ１０３のように、脳脊髄液９２が、排出カテーテル５１、第３管４３および第４管４４を通してリザーバ３１１に供給され貯留される。さらに、図３７に表した矢印Ａ１０４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を通して酸素化機構３１２に供給される。
【0208】
続いて、図３８に表したように、第３ステップとして、制御部２１は、第１ポンプ３３７および第２ポンプ３３８に制御信号を同時に送信して第１ポンプ３３７および第２ポンプ３３８を同時に停止する。これにより、脳脊髄液９２の排出が停止する。また、バルーン５４の膨張が停止する。
【0209】
続いて、図３９に表したように、第４ステップとして、制御部２１は、第２駆動部２４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と注入カテーテル５２とを接続する。また、制御部２１は、第３駆動部２５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３管４３と第１２管７２とを接続する。
【0210】
続いて、図４０に表したように、第５ステップとして、制御部２１は、第１ポンプ３３７および第２ポンプ３３８に制御信号を同時に送信して第１ポンプ３３７および第２ポンプ３３８を同時に駆動する。
【0211】
そうすると、図４０に表した矢印Ａ１０５のように、酸素化機構３１２において生成された液体９１が、第１管４１および第２管４２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４０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から身体内に注入される。また、図４０に表した矢印Ａ８、矢印Ａ１０６、矢印Ａ１０７および矢印Ａ１０８のように、バルーン５４に貯留されていた液体９１が、第１２管７２、第３管４３および第４管４４を通してリザーバ３１１に供給され貯留される。さらに、図４０に表した矢印Ａ１０９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を通して酸素化機構３１２に供給される。
【0212】
続いて、図４１に表したように、第６ステップとして、制御部２１は、第１ポンプ３３７および第２ポンプ３３８に制御信号を同時に送信して第１ポンプ３３７および第２ポンプ３３８を同時に停止する。これにより、液体９１の注入が停止する。また、バルーン５４の収縮が停止する。
【0213】
本変形例に係る液体循環システム３Ｃによれば、体腔内に注入する液体９１と、バルーン５４を拡張するための拡張用流体と、を共有できる。これにより、制御部２１は、複雑な制御を行わなくとも、液体９１の注入とバルーン５４の収縮とのタイミングおよび速度、ならびに液体９１の排出とバルーン５４の拡張とのタイミングおよび速度をより適切に設定できる。
【0214】
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４２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４３および図４４は、図４２に表した切断面Ｂ－Ｂにおける断面図である。
なお、図４３は、バルーン５４を拡張した状態を表している。図４４は、バルーン５４を収縮した状態を表している。
図４２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４３および図４４は、図４２に表した切断面Ｂ－Ｂにおける断面図である。
なお、図４３は、バルーン５４を拡張した状態を表している。図４４は、バルーン５４を収縮した状態を表している。
【0215】
本発明者は、図２６～図３４に関して前述した第２変形例に係る液体循環システム３Ｂを用いて検証を行った。注入カテーテル５２の外径は１．１２ｍｍであり、注入カテーテル５２の内径は、０．８７ｍｍである。排出カテーテル５１の外径は１．６５ｍｍであり、排出カテーテル５１の内径は１．４０ｍｍである。バルーン５４の材料は、シリコンである。バルーン５４の内部の容積は、４ｍＬである。
【0216】
本実験に用いた液体の全量は、約１８０ｍＬ程度である。第１シリンジ３３１および第２シリンジ３３４のそれぞれの容積は、５ｍＬである。つまり、第１シリンジ３３１および第２シリンジ３３４の合計の容積は、１０ｍＬである。リザーバ３１１および充填用回路部チューブの体積は、約１５ｍＬ程度である。
【0217】
脊髄腔を模したモデルとして、塩化ビニルにより形成されたチューブ５５を用いた。チューブ５５の外径は１７．２ｍｍであり、チューブ５５の内径は１２．５ｍｍである。チューブ５５の全長は、４００ｍｍである。脳室および脳槽を模したモデルとして、タンク５６を用いた。タンク５６の内部の容積は、１５７ｍＬである。脊髄を模したモデルとして、シリコン樹脂により形成された棒状部材５７を用いた。棒状部材５７の外径は８．２ｍｍである。棒状部材５７の全長は、４３０ｍｍである。
【0218】
排出カテーテル５１の排出口５１１と、注入カテーテル５２の注入口５２１と、の間の距離Ｌ１は、５ｃｍである。排出カテーテル５１および注入カテーテル５２の基端部と、載置面５８と、の間の距離Ｌ２は、１０ｃｍである。タンク５６とチューブ５５との接続部と、載置面５８と、の間の距離Ｌ３は、１５ｃｍである。
【0219】
このような条件のもと、本発明者は、チューブ５５内に液体を注入せず、かつ、液体をチューブ５５内から排出し、かつ、バルーン５４を拡張する第１期間と、チューブ５５内に液体を注入し、かつ、液体をチューブ５５内から排出せず、かつ、バルーン５４を収縮する第２期間と、を交互に繰り返す実験を実施した。図４３に表したように、第１期間において、バルーン５４がチューブ５５内において膨張することが確認された。また、図４４に表したように、第２期間において、バルーン５４がチューブ５５内において収縮することが確認された。
【0220】
さらに、本発明者は、第１期間と第２期間とを交互に繰り返しているときに、タンク５６の内部の容積が変化するか否かを確認した。その結果、第１期間と第２期間とを交互に繰り返しているときであっても、タンク５６の内部の容積が変化しないことが確認された。これにより、第１期間および第２期間の両方において、タンク５６の内圧の変動が抑えられたことを確認できた。
【0221】
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】
【0222】
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、 ３Ｂ：液体循環システム、 ３Ｃ：液体循環システム、 ５：医療デバイス、 ５Ａ：医療デバイス、 ５Ｂ：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、 ２５：第３駆動部、 ２６：第４駆動部、 ２７：第５駆動部、 ３１：システム回路部、 ３１Ａ：システム回路部、 ３１Ｂ：システム回路部、 ３１Ｃ：システム回路部、 ３２：生体回路部、 ３２Ａ：生体回路部、 ３２Ｂ：生体回路部、 ３２Ｃ：生体回路部、 ３３：ポンプ部、 ３３Ａ：ポンプ部、 ３３Ｂ：ポンプ部、 ３３Ｃ：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、 ５１Ａ：排出カテーテル、 ５２：注入カテーテル、 ５２Ａ：注入カテーテル、 ５２Ｂ：注入カテーテル、 ５３：空間、 ５４：バルーン、 ５４Ａ：バルーンカテーテル、 ５５：チューブ、 ５６：タンク、 ５７：棒状部材、 ５８：載置面、 ６１：第１管、 ６２：第２管、 ６３：第３管、 ６４：第４管、 ６５：第５管、 ６６：第６管、 ６７：第７管、 ６８：第８管、 ６９：第９管、 ７０：第１０管、 ７１：第１１管、 ７２：第１２管、 ７９：接続部、 ９１：液体、 ９２：脳脊髄液、 ９３：拡張用流体、 ２１１：第１期間、 ２１２：第２期間、 ３１１：リザーバ、 ３１２：酸素化機構、 ３１３：酸素供給源、 ３１４：熱交換器、 ３３１：第１シリンジ、 ３３２：第１ピストン、 ３３３：第１流路切替部、 ３３３ａ：第１流路切替部、 ３３３ｂ：第２流路切替部、 ３３４：第２シリンジ、 ３３５：第２ピストン、 ３３６：第２流路切替部、 ３３６ａ：第３流路切替部、 ３３６ｂ：第４流路切替部、 ３３７：第１ポンプ、 ３３８：第２ポンプ、 ５１１：排出口、 ５１２：孔、 ５１３：内腔、 ５２１：注入口、 ５２３：内腔、 ５４１：孔、 ５４１Ａ：孔、 ５４１Ｂ：孔、 ５４２：内腔、 ５４２Ａ：内腔、 ５４２Ｂ：内腔、 ５４４：バルーン用シリンジ、 ５４５：バルーン用ピストン
【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】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】