(57)【要約】【課題】二酸化炭素除去システムの提供。【解決手段】体外血液処理システムは、ガス供給ユニットに作動可能に関連付けられたガス交換モジュールと、血液からＣＯ2を除去する任意のポンプとを含む。ガス交換モジュールは、低血流の条件下で効率的なＣＯ2拡散のためのガス交換マットに独自に構成及び配置される複数の短い導管を含む。本発明の例示の実施形態による体外血液処理システムは、血液の通路を提供し、血液がガス交換モジュールを通過するときに血液から二酸化炭素を除去するように構成されたガス交換モジュールを含む。【選択図】図３（ｉ）
2020014939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置またはシステムまたは方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１３年３月１５日に出願された米国仮特許出願第６１／８０２，３３５号明細書及び２０１３年５月１６日に出願された欧州特許出願第１３１６８１０３．３号明細書への優先権の利益を主張する。それらの出願の開示は、それらの全体を参照することにより本出願に組み込まれる。
【０００２】
本出願は、二酸化炭素除去システム及びそのシステムを使用する方法に関する。特に、本発明は、慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）、慢性及び急性高二酸化炭素血症、呼吸性アシドーシス、急性肺傷害（ＡＬＩ）及び急性呼吸窮迫症候群（ＡＲＤＳ）を含む肺機能に影響する疾病、症候群、損傷、欠陥または他の状態を治療するのに有用であってもよい。
【背景技術】
【０００３】
肺の主な機能は、血液の酸素化及び血液からの二酸化炭素（ＣＯ2）の除去である。現在、呼吸器障害の治療は、酸素化に対処すること及び酸素化を向上させることに主に中心が置かれている。たとえば、換気は、ＣＯ2の呼気を阻害するＣＯＰＤ、及び高二酸化炭素血症により引き起こされる持続的高レベルのＣＯ2の標準治療である。しかし、機械換気は侵襲性治療であり、この機械換気の関連適用圧力は、剪断応力、過膨張、周期的伸張、肺胞毛細血管膜の損傷及び他の組織損傷形態を誘発する。機械換気に関連する胸腔内圧の増加に伴うこれらの生理学的損傷は、さらに、肺胞毛細血管透過性を損ない、心拍出量を減少させ、臓器灌流を妨げる。さらに、人工呼吸器関連肺炎（ＶＡＰ）などの合併症の危険性を増加させる機械換気は、患者の鎮静を必要とし得る。
【０００４】
体外式膜型人工肺（ＥＣＭＯ）などの代替の保護換気治療は、機械換気に比べて、負の副作用が少ない。高血流が、低換気の酸素化及びＥＣＭＯ治療を駆動するのに必要である。しかし、この高血流は、血液漏れの場合に患者の危険性を高くし、高侵襲性のカニューレ及び患者の外傷を引き起こす針を使用する必要がある。また、ＥＣＭＯは、これまで選択された呼吸器疾患をのみを治療するのに安全かつ効果的であると、証明されてきた。
【０００５】
他の種類の保護換気治療は、酸素化装置及びＣＯ2除去装置の組み合わせにより提供される。この装置は、低血流抵抗用に設計され、したがって、動静脈使用のためのポンプを必要としない。さらに、この装置は、ＣＯ2除去に対して有効である、大きいガスの質量移動に適合した長いガス交換ファイバを使用する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記に照らして、安全で、比較的非侵襲的であり、血液から効率的にＣＯ2を除去できる改善された呼吸治療システム及び治療法を開発する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の例示の実施形態による体外血液処理システムは、血液の通路を提供し、血液がガス交換モジュールを通過するときに血液から二酸化炭素を除去するように構成されたガス交換モジュールを含む。ガス交換モジュールは、複数の導管を含み、各導管は、外側表面及び内側管腔表面を含み、内側管腔表面は通路を画定する。少なくとも導管のいくつかの孔を有し、外側表面に対する血液の暴露時に、孔を含む通路のすべては、血液から通路への二酸化炭素の拡散を可能にする第１の長さを有する。
【０００８】
本発明の例示の実施形態による体外血液処理システムは、血液の通路を提供し、血液がガス交換モジュールを通過するときに血液から二酸化炭素を除去するように構成されたガス交換モジュールを含む。ガス交換モジュールは、ガス交換モジュールに少なくとも一部が含まれる複数の導管を含み、各導管は、通路及び外側表面を画定する内側管腔表面を含む。少なくとも導管のいくつかは孔を含み、孔を含む導管のすべては、導管の外側表面に対する血液の暴露時に、導管の外側にかつガス交換モジュールの内側に含まれる血液から通路への二酸化炭素の拡散を可能にする導管に沿った第１の長さを有する。孔を含む導管の少なくとも１つの第１の長さは約５．８ｃｍ以下である。
【０００９】
本発明の例示の実施形態による体外血液処理システムは、血液の通路を提供し、血液がガス交換モジュールを通過するときに血液から二酸化炭素を除去するように構成されたガス交換モジュールを含む。ガス交換モジュールは、ガス交換モジュールに少なくとも一部が含まれる複数の導管を含み、少なくとも１つの導管は、ガスの通路を提供し、少なくとも１つの導管の外側表面に対する血液の暴露時に少なくとも１つの導管の壁を通る血液から通路への二酸化炭素の拡散を可能にするように構成され、少なくとも１つの導管は、約５．８ｃｍ以下の二酸化炭素拡散のために有効な第１の長さを有する。体外血液処理システムは、血液の温度を調節するために適合された熱交換器を有しない。
【００１０】
本発明の例示の実施形態による体外血液処理システムは、血液の通路を提供し、血液がガス交換モジュールを通過するときに血液から二酸化炭素を除去するように構成されたガス交換モジュールを含む。ガス交換モジュールは、ガス交換モジュールに少なくとも一部が含まれる複数の導管を含み、少なくとも１つの導管は、ガスの通路を提供し、少なくとも１つの導管の外側表面に対する血液の暴露時に、導管の外側にかつガス交換モジュールの内側に含まれる血液から通路への二酸化炭素の拡散を可能にするように構成され、少なくとも１つの導管は、二酸化炭素拡散のために有効な約５．４２Ｘ１０−５ｍ2乃至７．８５Ｘ１０−５ｍ2の表面積を有する。体外血液処理システムは熱交換機構を有しない。
【００１１】
本発明の例示の実施形態による体外血液処理システムは、血液の通路を提供し、血液がガス交換モジュールを通過するときに血液から二酸化炭素を除去するように構成されたガス交換モジュールを含む。ガス交換モジュールは、少なくとも一部がガス交換モジュールに含まれかつガス交換マットを形成するように配置された複数の導管を含み、少なくとも１つの導管は、ガスの通路を提供し、少なくも１つの導管の外側表面に対する血液の暴露時に血液からの二酸化炭素の拡散を可能にするように構成され、ガス交換マットの総厚さに対する少なくとも１つの導管の第１の長さの比は約１：１以下である。体外血液処理システムは熱交換機構を有しない。
【００１２】
本発明の例示の実施形態による体外血液処理システムは、血液の通路を提供し、血液がガス交換モジュールを通過するときに血液から二酸化炭素を除去するように構成されたガス交換モジュールを含む。ガス交換モジュールは、１つまたは複数のガス交換マットを形成する複数の導管を含み、少なくとも１つの導管は、ガスの通路を提供し、少なくも１つの導管の外側表面に対する血液の暴露時に血液からの二酸化炭素の拡散を少なくとも１つの導管の第１の長さに沿って可能にするように構成される。ガス交換マットの総厚さに対する第１の長さの比は約３：１以下、約２：１以下、または約１：１以下である。
【００１３】
例示の実施形態により、孔を含む導管の第１の長さに沿った集合平均は約５．８ｃｍ以下である。
【００１４】
例示の実施形態により、複数の導管の少なくとも１つは約３５０μｍ乃至約４１０μｍの外径を有する。
【００１５】
例示の実施形態により、孔を含む導管のすべてが約３５０μｍ乃至約４１０μｍの平均外径を有する。
【００１６】
例示の実施形態により、孔を含む導管の少なくとも１つの第１の長さは、孔を含む導管の少なくとも１つの全長の約７６．３％以下である。
【００１７】
例示の実施形態により、孔を含む導管のすべての第１の長さの平均は、孔を含む導管のすべての全長の平均の約７６．３％以下である。
【００１８】
例示の実施形態により、少なくとも１つの導管の暴露される表面積は約５．７１Ｘ１０−５ｍ2乃至７．４７Ｘ１０−５ｍ2である。
【００１９】
例示の実施形態により、孔を含む導管の孔は約０．２μｍ以下である。
【００２０】
例示の実施形態により、少なくとも１つの導管はポリメチルペンテンにより構成される。
【００２１】
例示の実施形態により、孔を含む導管のすべてはポリメチルペンテンにより構成される。
【００２２】
例示の実施形態により、少なくとも１つの導管は、厚くて不透過性の拡散層膜により覆われた微孔性微細構造を有する。
【００２３】
例示の実施形態により、孔を含む導管は十文交差パターン状に配置される。
【００２４】
例示の実施形態により、孔を含む導管は、ガス交換モジュールの血液入口と血液出口との間に位置する導管層を形成するように配置され、血液入口は、血液が導管層に対してほぼ直交する方向にある導管層の方に流れるように、導管層に対向している。
【００２５】
例示の実施形態により、各導管層は、互いにほぼ平行に配置された孔を含む導管の２つまたは３つ以上からなる。
【００２６】
例示の実施形態により、孔を含み、互いにほぼ平行に配置された導管の２つまたは３つ以上が、別個のスレッドまたはスレッド状構造により共に編まれまたは織られる。
【００２７】
例示の実施形態により、隣接する導管層の導管は、互いに実質的に垂直に方向付けられる。
【００２８】
例示の実施形態により、ガス交換モジュールは、孔を含む少なくとも約１０,０００個の導管、孔を含む少なくとも約１２,０００個の導管、孔を含む少なくとも約１３,０００個の導管、または孔を含む少なくとも約１３,１１９個の導管を含む。
【００２９】
例示の実施形態により、孔を含むすべての導管の二酸化炭素拡散のために有効な総表面積は約０．９８ｍ2以上である。
【００３０】
例示の実施形態により、孔を含むすべての導管の二酸化炭素拡散のために有効な総表面積は、約０．９２ｍ2以上、約０．９５ｍ2以上、約０．９８ｍ2以上である。
【００３１】
例示の実施形態により、システムは、ガス交換モジュールの方に血液の流れを方向付けるまたは調節するガス交換モジュールに作動可能に関連付けられたポンプをさらに含み、ポンプは、約１Ｌ／ｍｉｎ以下の流量でガス交換モジュールに血液を送達するように適合される。
【００３２】
例示の実施形態により、システムは、ガス交換モジュールの方に血液の流れを方向付けるまたは調節するガス交換モジュールに作動可能に関連付けられたポンプをさらに含み、ポンプは、約０．２Ｌ／ｍｉｎ乃至約０．８Ｌ／ｍｉｎの流量でガス交換モジュールに血液を送達するように適合される。
【００３３】
例示の実施形態により、ガス交換モジュールは、血液がガス変換モジュールから出るとき、血液出口に隣接して、及び血圧を測定する孔を含む導管に対して暴露される血液に直接接触して配置される圧力センサを含む。
【００３４】
例示の実施形態により、ガス交換モジュールは、ガス入口及びガス出口をさらに含み、孔を含むガス交換モジュールの導管のすべてはガス入口と流体連通している。
【００３５】
例示の実施形態により、システムは熱交換機構を含まない。
【００３６】
例示の実施形態により、システムは、ガス交換モジュールに入るまたはそれから出るいずれかの流体の温度を調節しない。
【００３７】
例示の実施形態により、システムは、ガス交換モジュールと作動可能に関連付けられたカニューレをさらに含み、カニューレは、約２１フレンチ（７ｍｍ）以下、約１９フレンチ（６．３３ｍｍ）以下、約１６フレンチ（５．３３ｍｍ）以下、または約１３フレンチ（４．３３ｍｍ）以下の大きさを有する。
【００３８】
例示の実施形態により、カニューレは二重管腔カニューレである。
【００３９】
例示の実施形態により、孔を含むガス交換モジュールの導管の総容積は約０．０８５リットル乃至約０．１００リットルである。
【００４０】
例示の実施形態により、複数の導管は１つまたは複数のガス交換マットを形成し、ガス交換マットの総厚さに対する少なくとも１つの導管の第１の長さの比は約３．０以下である。
【００４１】
例示の実施形態により、システムは、血液へ最大でも僅かな酸素の拡散を伴う血液からの二酸化炭素の除去のために構成される。
【００４２】
本発明の例示の実施形態による、血液から二酸化炭素を除去する方法は、血液の通路を提供し、血液がガス交換モジュールを通過するときに、血液から二酸化炭素を除去するように構成されたガス交換モジュールを含む血液処理システムを使用する。ガス交換モジュールは、ガス交換モジュールに少なくとも一部が含まれる複数の導管を含み、少なくとも１つの導管は、ガスの通路を提供し、少なくとも１つの導管の外側表面に対する血液の暴露時に、通路に移動する血液からの二酸化炭素の拡散を可能にするように構成され、少なくとも１つの導管は、約５．８ｃｍ以下の二酸化炭素拡散のために有効な第１の長さを有する。血液処理システムを使用する方法は、ヒト成人を含むヒトを治療するガス交換モジュールを選択するステップと、１分当たり１リットル以下の流量でガス交換モジュールに血液を流すステップと、血液から二酸化炭素を除去する孔を含む複数の導管に対して血液を暴露するステップとを含む。
【００４３】
例示の実施形態により、方法は、１分当たり約０．５１リットル以下、または１分当たり約０．４リットル乃至１分当たり約０．５１リットルの流量でガス交換モジュールに血液を流すステップを含む。
【００４４】
例示の実施形態により、方法は、１分当たり０．２リットル乃至１分当たり１５リットルの流量で導管を通してガスを流すステップを含む。
【００４５】
例示の実施形態により、方法は、１分当たり約１５リットル以上の流量で導管を通してガスを流すステップを含む。
【００４６】
例示の実施形態により、方法は、ガス交換モジュールに流れ込む血液の二酸化炭素の分圧より低いまたは０である二酸化炭素の分圧を有するガスを選択するステップを含む。
【００４７】
例示の実施形態により、方法は、血液の温度を調節することなく、血液を処理するステップを含む。
【００４８】
例示の実施形態により、少なくとも１つの導管の長さの全体に亘って、少なくとも１つの導管を通して流れるガスと少なくとも１つの導管の外側表面に対して暴露された血液との間に二酸化炭素の勾配が存在する。
【００４９】
例示の実施形態により、二酸化炭素の勾配は、少なくとも１つの導管の長さに沿ってほぼ一定である。
【００５０】
例示の実施形態により、方法は、前述の暴露するステップの後に、複数の導管に対して血液を暴露した後に導管に対して暴露された血液と直接接するガス交換モジュールのセンサを使用して血圧を測定するステップを含む。
【００５１】
例示の実施形態により、方法は、ガス交換モジュールのセンサを使用して、血液から除去された二酸化炭素の量を測定するステップを含む。
【００５２】
例示の実施形態により、導管は、層状に配置されて、ガス交換モジュールの血液入口と血液出口との間に位置し、血液は、導管の縦に対してほぼ直交する方向に導管に向かって流れる。
【００５３】
例示の実施形態により、方法は、ガス交換モジュールに送達される血液を静脈血から得るステップと、導管に対する暴露の後に血液中の二酸化炭素の分圧が約５０ｍｍＨｇ乃至７０ｍｍＨｇであるように血液を処理するステップとを含む。
【００５４】
例示の実施形態により、方法は、ガス交換モジュールに送達される血液を静脈血から得るステップと、導管に対して暴露された血液のｐＨ値が約７．２５乃至約７．３５であるように血液を処理するステップとを含む。
【００５５】
例示の実施形態により、方法は、ガス交換モジュールに送達される血液を静脈循環系から抜き取るステップと、静脈循環系にガス交換モジュールにより処理された血液を戻すステップとを含む。
【００５６】
例示の実施形態により、血液は、約６時間乃至約３０日の期間の間、ガス交換モジュールにより処理される。
【００５７】
例示の実施形態により、方法は、慢性閉塞性肺疾患、急性肺障害、急性呼吸窮迫症候群及び高二酸化炭素血症からなる群から選択されたヒト成人における呼吸状態を改善する血液処理システムを使用するステップを含む。
【００５８】
例示の実施形態により、方法は、酸素の最大でも僅かな拡散を伴う血液から二酸化炭素の除去することにより血液を処理するステップを含む。
【００５９】
例示の実施形態により、二酸化炭素を除去する方法は、上記の例示の血液処理システムの実施形態のいずれかを使用して実行される。
【００６０】
本発明の例示の実施形態による体外血液処理システムは、血液の通路を提供し、血液がガス交換モジュールを通過するときに、血液から二酸化炭素を除去するように構成されたガス交換モジュールを含む。ガス交換モジュールは、ガス交換モジュールに少なくとも一部が含まれる複数の導管を含み、少なくとも１つの導管は、ガスの通路を提供し、少なくとも１つの導管の外側表面に対する血液の暴露時に血液からの二酸化炭素の拡散を可能にするように構成され、少なくとも１つの導管は、約５．８ｃｍ以下の二酸化炭素拡散に有効な長さを有する。血液処理システムは、ガス入口及びガス出口をさらに含み、ガス交換モジュールの導管のすべては、ガス交換モジュールを通るガスの流体連通を可能にするガス入口に作動可能に関連付けられている。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
血液の通路を提供し、前記血液がガス交換モジュールを通過するときに、前記血液から二酸化炭素を除去するように構成された前記ガス交換モジュール、
を含む体外血液処理システムであって、
前記ガス交換モジュールは複数の導管を含み、各導管は外側表面及び内側管腔表面を含み、前記内側管腔表面は通路を画定し、
前記導管の少なくともいくつかは孔を含み、前記外側表面に対する前記血液の暴露時に、前記の孔を含む導管のすべては、前記血液から前記通路への二酸化炭素の拡散を可能にする第１の長さを有し、
孔を含む前記導管の少なくとも1つの前記第１の長さは約５．８ｃｍ以下である、
前記体外血液処理システム。
（項目２）
血液の通路を提供し、前記血液がガス交換モジュールを通過するときに、前記血液から二酸化炭素を除去するように構成された前記ガス交換モジュール、
を含む体外血液処理システムであって、
前記ガス交換モジュールは、
複数の導管であって、少なくとも１つの導管は、ガスの通路を提供し、前記少なくも１つの導管の外側表面に対する前記血液の暴露時に、前記血液からの二酸化炭素の拡散を可能にするように構成され、前記少なくとも１つの導管は、約５．８ｃｍ以下の二酸化炭素拡散に有効な第１の長さを有する、前記複数の導管と、
ガス入口及びガス出口と
を含み、
前記ガス交換モジュールの前記導管のすべては、前記ガス交換モジュールを通る前記ガスの流体連通を可能にする前記ガス入口に作動可能に関連付けられている、
前記体外血液処理システム。
（項目３）
血液の通路を提供し、前記血液がガス交換モジュールを通過するときに、前記血液から二酸化炭素を除去するように構成された前記ガス交換モジュール、
を含む体外血液処理システムであって、
前記ガス交換モジュールは複数の導管を含み、少なくとも１つの導管は、ガスの通路を提供し、前記少なくとも１つの導管の外側表面に対する前記血液の暴露時に、前記少なくも１つの導管の壁を通る前記血液から前記通路への二酸化炭素の拡散を可能にするように構成され、前記少なくとも１つの導管は、約５．８ｃｍ以下の二酸化炭素拡散に有効な第１の長さを有し、
前記体外血液処理システムは、前記血液の温度を調節するために適合された熱交換器を有しない、
前記体外血液処理システム。
（項目４）
血液の通路を提供し、前記血液がガス交換モジュールを通過するときに、前記血液から二酸化炭素を除去するように構成された前記ガス交換モジュール、
を含む体外血液処理システムであって、
前記ガス交換モジュールは複数の導管を含み、少なくとも１つの導管は、ガスの通路を提供し、前記少なくとも１つの導管の外側表面に対する前記血液の暴露時に、通路に対して前記導管の外側だが前記ガス交換モジュールの内側に含まれる前記血液から前記少なくとも１つの導管の外側表面への二酸化炭素の拡散を可能にするように構成され、前記少なくとも１つの導管は、約５．４２Ｘ１０−５ｍ2乃至７．８５Ｘ１０−５ｍ2の二酸化炭素拡散に有効な表面積を有し、
前記体外血液処理システムは熱交換機構を有しない、
前記体外血液処理システム。
（項目５）
血液の通路を提供し、前記血液がガス交換モジュールを通過するときに、前記血液から二酸化炭素を除去するように構成された前記ガス交換モジュール、
を含む体外血液処理システムであって、
前記ガス交換モジュールは、１つまたは複数のガス交換マットを形成する複数の導管を含み、少なくとも１つの導管は、ガスの通路を提供し、前記少なくとも１つの導管の外側表面に対する前記血液の暴露時に、前記少なくとも１つの導管の第１の長さに沿った前記血液からの二酸化炭素の拡散を可能にするように構成され、前記ガス交換マットの総厚さに対する前記第１の長さの比は約１：１以下であり、
前記体外血液処理システムは熱交換機構を有しない、
前記体外血液処理システム。
（項目６）
前記孔を含む前記導管のすべての前記第１の長さの集合平均は約５．８ｃｍ以下である、項目１乃至５のいずれか一項に記載の前記体外血液処理システム。
（項目７）
前記複数の導管の少なくとも１つは、約３５０μｍ乃至４１０μｍの外径を有する、項目１乃至６のいずれか一項に記載の前記体外血液処理システム。
（項目８）
孔を含むすべての導管は約３５０μｍ乃至４１０μｍの平均外径を有する、項目１乃至６のいずれか一項に記載の前記体外血液処理システム。
（項目９）
前記導管の少なくとも１つの前記第１の長さは、前記導管の前記少なくとも１つの全長の約７６．３％以下である、項目１乃至８のいずれか一項に記載の前記体外血液処理システム。
（項目１０）
孔を含むすべての導管の前記第１の長さの平均は、孔を含む前記導管のすべての前記全長の平均の約７６．３％以下である、項目１乃至８のいずれか一項に記載の前記体外血液処理システム。
（項目１１）
前記少なくとも１つの導管の暴露された表面積は約５．７１Ｘ１０-5ｍ2乃至約７．４７Ｘ１０-5ｍ2である、項目１乃至４または５乃至１０のいずれか一項に記載の前記体外血液処理システム。
（項目１２）
孔を含むすべての導管の孔は約０．２ミクロン以下である、項目１乃至１１のいずれか一項に記載の前記体外血液処理システム。
（項目１３）
前記少なくとも１つの導管はポリメチルペンテンから構成される、項目１乃至１２のいずれか一項に記載の前記体外血液処理システム。
（項目１４）
孔を含む前記導管のすべてはポリメチルペンテンから構成される、項目１乃至１２のいずれか一項に記載の前記体外血液処理システム。
（項目１５）
前記少なくとも１つの導管は、厚く、不透過性の拡散層膜により覆われた微孔性微細構造を有する、項目１乃至１４のいずれか一項に記載の前記体外血液処理システム。
（項目１６）
前記導管は十文交差パターン状に配置される、項目１乃至１５８のいずれか一項に記載の前記体外血液処理システム。
（項目１７）
前記導管は、導管層を形成するように配置され、前記ガス交換モジュールの血液入口と血液出口との間に位置し、前記血液入口は、前記血液が前記導管層に対してほぼ直交する方向に前記導管層に向かって流れるように、前記導管層に対向する、項目１乃至１６のいずれか一項に記載の前記体外血液処理システム。
（項目１８）
各導管層の導管は互いにほぼ平行に方向付けられる、項目１７に記載の前記体外血液処理システム。
（項目１９）
各導管層の前記導管は一緒に編まれるまたは織られる、項目１８に記載の前記体外血液処理システム。
（項目２０）
隣接する導管層の前記導管は、互いにほぼ垂直に方向付けられる、項目１７乃至１９のいずれか一項に記載の前記体外血液処理システム。
（項目２１）
前記ガス交換モジュールは、二酸化炭素を搬送させるために適合された少なくとも１０,０００個の導管を含む、項目１乃至２０のいずれか一項に記載の前記体外血液処理システム。
（項目２２）
すべての前記導管の二酸化炭素拡散のための総表面積は約０．９８ｍ2以上である、項目１乃至２１のいずれか一項に記載の前記体外血液処理システム。
（項目２３）
前記体外血液処理システムは、前記ガス交換モジュールの方に前記血液の流れを方向付けるまたは調節する前記ガス交換モジュールに作動可能に関連付けられたポンプを含み、前記ポンプは、約１Ｌ／ｍｉｎ以下の流量でガス交換モジュールに前記血液を送達させるように適合される、項目１乃至２２のいずれか一項に記載の前記体外血液処理システム。
（項目２４）
前記ガス交換モジュールは、前記血液が前記ガス交換モジュールを出るときに、血圧を測定するために、前記血液出口に隣接して位置して、導管に暴露された前記血液に直接接触する圧力センサをさらに含む、項目１乃至２３のいずれか一項に記載の前記体外血液処理システム。
（項目２５）
前記ガス交換モジュールは、さらにガス入口及びガス出口を含み、二酸化炭素拡散のために適合された前記ガス交換モジュールの前記導管のすべてが前記ガス入口と流体連通する、項目１及び３乃至２４のいずれか一項に記載の前記体外血液処理システム。
（項目２６）
前記体外血液処理システムは熱交換機構を含まない、項目１乃至２及び６乃至２５のいずれか一項に記載の前記体外血液処理システム。
（項目２７）
前記体外血液処理システムは、前記ガス交換モジュールに入るまたは前記ガス交換モジュールから出るいずれかの流体の温度を調節しない、項目１乃至２及び６乃至２５のいずれか一項に記載の前記体外血液処理システム。
（項目２８）
前記体外血液処理システムは、前記ガス交換モジュールに作動可能に関連付けられた単独の管腔カニューレをさらに含み、約（４．７ｍｍ）以下の大きさを有するカニューレを有する、項目１乃至２７のいずれか一項に記載の前記体外血液処理システム。
（項目２９）
前記体外血液処理システムは、前記ガス交換モジュールに作動可能に関連付けられた二重管腔カニューレをさらに含み、約６．０ｍｍ以下の大きさを有するカニューレを有する、項目１乃至２６のいずれか一項に記載の前記体外血液処理システム。
（項目３０）
孔を含む前記ガス交換モジュールの前記導管の総容積は約０．０８５リットル乃至０．１００リットルである、項目１乃至２９のいずれか一項に記載の前記体外血液処理システム。
（項目３１）
前記複数の導管は１つまたは複数のガス交換マットを形成し、前記ガス交換マットの総厚さに対する前記少なくとも１つの導管の前記第１の長さは約３．０以下である、項目１乃至４及び６乃至３０のいずれか一項に記載の前記体外血液処理システム。
（項目３２）
前記体外血液処理システムは、名目上の拡散以下の酸素のみを有する前記血液からの二酸化炭素除去のために構成される、項目１乃至３１のいずれか一項に記載の前記体外血液処理システム。
（項目３３）
血液から二酸化炭素を除去する体外血液処理システムを使用する方法であって、前記体外血液処理システムは、
血液の通路を提供し、前記血液がガス交換モジュールを通過するときに、血液から二酸化炭素を除去するように構成されたガス交換モジュール、
を含み、
前記ガス交換モジュールは複数の導管を含み、少なくとも１つの導管は、前記少なくとも１つの導管の外側表面に対する血液の暴露時に、血液から前記少なくとも１つの導管の内側管腔への二酸化炭素拡散を可能にするように構成され、少なくとも１つの導管は、約５．８ｃｍ以下の二酸化炭素拡散のための第１の長さを有し、
前記血液処理システムを使用する方法は、
ヒト成人を治療する前記ガス交換モジュールの選択、
１分当たり１リットル以下の流量での前記ガス交換モジュールへの血液の流れ、及び
前記血液から二酸化炭素を除去するように複数の導管に対する血液の暴露
を有する、前記方法。
（項目３４）
前記血液は、１分当たり約０．５１リットル以下の流量で前記ガス交換モジュールを流れる、項目３３に記載の前記方法。
（項目３５）
ガスが、１分当たり約０．２リットル乃至１５リットルの流量で前記導管に流される、項目３３または３４に記載の前記方法。
（項目３６）
ガスが、１分当たり約１５リットル以上の流量で前記導管に流される、項目３３乃至３５のいずれか一項に記載の前記方法。
（項目３７）
前記導管に送達されるガスは、前記ガス交換モジュールに流れ込む前記血液の二酸化炭素の分圧より少なくとも低いまたは０である二酸化炭素の分圧を有する、項目３３乃至３６のいずれか一項に記載の前記方法。
（項目３８）
血液温度を調節することなく、前記血液を処理することをさらに含む、項目３３乃至３７のいずれか一項に記載の前記方法。
（項目３９）
前記少なくとも１つの導管の前記長さに亘って、前記少なくとも１つの導管を流れるガスと前記少なくとも１つの導管の前記外側表面に対して暴露される前記血液との間には二酸化炭素勾配が存在する、項目３３乃至３８のいずれか一項に記載の前記方法。
（項目４０）
前記二酸化炭素勾配は、前記少なくとも１つの導管の前記長さに沿ってほぼ一定である、項目３９に記載の前記方法。
（項目４１）
前記複数の導管に対して前記血液を暴露した後に、前記導管に対して暴露された前記血液と直接接触する前記ガス交換モジュールのセンサを使用して血圧を測定することをさらに含む、項目３３乃至４０のいずれか一項に記載の前記方法。
（項目４２）
前記ガス交換モジュールのセンサを使用して、前記血液から除去された二酸化炭素の量を測定することをさらに含む、項目３３乃至４１のいずれか一項に記載の前記方法。
（項目４３）
前記導管は、層状に配置され、前記ガス交換モジュールの血液入口と血液出口との間に位置し、前記血液は、前記導管の前記長さに対してほぼ直交する方向に前記導管に向かって流れる、項目３３乃至４２のいずれか一項に記載の前記方法。
（項目４４）
静脈血から前記ガス交換モジュールに送達される前記血液を得ることと、前記導管に対する暴露後の前記血液における二酸化炭素の分圧が約５０ｍｍＨｇ乃至約７０ｍｍＨｇであるように前記血液を処理することをさらに含む、項目３３乃至４３のいずれか一項に記載の前記方法。
（項目４５）
静脈血から前記ガス交換モジュールに送達される前記血液の採血と、前記導管に対する暴露後の前記血液ｐＨ値が約７．２５乃至約７．３５であるように前記血液を処理することとをさらに含む、項目３３乃至４４のいずれか一項に記載の前記方法。
（項目４６）
静脈循環系から前記ガス交換モジュールに送達される前記血液の採血と、前記静脈循環系にガス交換モジュールにより処理された前記血液の返血とをさらに含む、項目３３乃至４５のいずれか一項に記載の前記方法。
（項目４７）
約６時間乃至約３０日の期間の間、前記ガス交換モジュールを通して前記血液を循環させることをさらに含む、項目３３乃至４５のいずれか一項に記載の前記方法。
（項目４８）
慢性閉塞性肺疾患、急性肺障害、急性呼吸窮迫症候群及び高二酸化炭素血症からなる群から選択されたヒト成人における呼吸状態を改善することをさらに含む、項目３３乃至４７のいずれか一項に記載の前記方法。
（項目４９）
酸素が全く拡散しない又は最大でも僅かな拡散を伴う血液からの二酸化炭素を除去することにより血液を処理することをさらに含む、項目３３乃至４８のいずれか一項に記載の前記方法。
（項目５０）
前記方法を実行するために使用される前記血液処理システムは項目１乃至３２の前記血液処理システムのいずれか一である、項目３３乃至４９のいずれか一項に記載の前記方法。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１は、二重管腔カテーテルを用い、ガス交換モジュールを含む、患者の頸静脈に取り付けられた例示の血液処理システムを示す図である。
【図２】図２は、二重管腔カテーテルを用い、ガス供給ユニット及びポンプに作動可能に関連付けられたガス交換モジュールを含む、患者の頸動脈に取り付けられた例示の血液処理システムを示す図である。
【図３（ａ）】図３（ａ）は、血液処理システムの例示のガス交換モジュールの斜視図である。
【図３（ｂ）】図３（ｂ）は、ガス交換モジュールを有しない単一の血液処理システムを含む、図３（ａ）のガス交換モジュールの内部筐体構成要素を示す斜視図である。
【図３（ｃ）】図３（ｃ）は、血液処理チャンバを、ガス交換マットを受け入れるために各々適する２つのコンパートメントに分割するフレームを示す図３（ｂ）のガス交換モジュールの他の実施形態の斜視図である。
【図３（ｄ）】図３（ｄ）は、図３（ａ）のガス交換モジュールの正面図である。
【図３（ｅ）】図３（ｅ）は、単一の空の血液処理チャンバを示す、図３（ｄ）のガス交換モジュールの線Ａ−Ａで取られた断面図である。
【図３（ｆ）】図３（ｆ）は、血液処理チャンバ内に位置するガス交換マットを有する血液処理チャンバを示し、ガス交換モジュールを通るガスの流れを示す、図３（ｄ）のガス交換モジュールの線Ａ−Ａで取られた断面図である。
【図３（ｇ）】図３（ｇ）は、血液処理チャンバを、図３（ｃ）で最も良く示される互いに流体連通する２つのコンパートメントに分割するフレームを示し、各コンパートメントはガス交換マットを含む、図３（ｃ）の実施形態に対応する図３（ｅ）のガス交換モジュールの他の実施形態の断面図である。
【図３（ｈ）】図３（ｈ）は、図３（ａ）の血液処理システムの俯瞰図である。
【図３（ｉ）】図３（ｉ）は、ガス交換モジュールを通るガスの流れを示す図３（ｈ）のガス交換モジュールの線Ｂ−Ｂにおける断面図である。
【図３（ｊ）】図３（ｊ）は、図３（ｉ）のガス交換モジュールの線Ｄ−Ｄにおける断面図である。
【図３（ｋ）】図３（ｋ）は、導管層の垂直な方向付けを示すガス交換マットの２つの隣接する導管層の２次元模式図である。
【図３（ｌ）】図３（ｌ）は、複数の平行な導管を示す導管層の一部の３次元図である。
【図３（ｍ）】図３（ｍ）は、導管層の相対的に垂直な方向付けを示すガス交換マットの２つの隣接する導管層の２次元模式図である。
【図３（ｎ）】図３（ｎ）は、図３ｈのガス交換モジュールの線Ｃ−Ｃにおける断面図である。
【図４】図４は、２つの小さい単一の管腔カテーテルを使用し、ガス供給ユニットに作動可能に関連付けられたガス交換モジュール及び一体化したポンプを含む、患者の頸静脈及び大腿静脈に取り付けられた例示の血液処理システムを示す。
【図５】図５は、本発明の例示の血液処理方法を説明するフロー図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
例示目的で、本発明の原理は、種々の例示の実施形態を参照して記載されている。本発明の特定の実施形態が本明細書で明確に記載されているが、当業者は、同じ原理が他のシステム及び方法に等しく適用可能であり、他のシステム及び方法で使用され得ることを容易に認識するであろう。開示される本発明の実施形態を詳細に説明する前に、示されるいずれかの特定の実施形態についての詳細への適用に本発明が限定されないことを理解するべきである。さらに、本明細書で使用されている用語は、説明目的であり、限定的ではない。さらに、特定の方法が、本明細書において提示されるステップに関して特定の順序で記載されているが、多くの実施例において、それらのステップは、当業者により理解されてもよいいずれかの順序で実行されてもよく、したがって、新規な本方法は、本明細書に開示されているステップの特定の構成に限定されない。
【００６３】
本明細書及び特許請求の範囲で使用されているように、文脈上他に明確な定めがない限り、単数表現は複数への言及を含むことに注意する必要がある。ゆえに、たとえば、「導管」への言及は、当業者に知られている複数の導管及びその等価物などを含んでもよい。さらに、用語「１つの」、「１つまたは複数」及び「少なくとも１つ」は、本明細書では互いに置き換え可能に使用され得る。また、用語「を含む」、「からなる」、「から構成される」及び「を有する」は互いに置き換え可能に使用され得ることに注意するべきである。
【００６４】
本発明の目的のために、導管の「有効長さ」または「有効部分」は、導管を通るガスの通過、特にＣＯ2拡散を可能にする表面領域を有する導管の集合長さまたは部分のことをいう。たとえば、有効長さまたは有効部分は、少なくとも実質的に妨げられずに、及び、孔を介して導管を通るガス交換を可能にする孔を有する導管膜の全長さまたは部分であってもよい。
【００６５】
本明細書で使用されるように、導管の「無効長さ」または「無効部分」は、導管の中を通るガスの通過を可能にしない、特にＣＯ2拡散を可能にしない表面領域を有する導管の集合長さまたは部分のことをいう。たとえば、無効長さまたは無効部分は、ポッティング長さまたは部分のいずれかの孔が塞がれる、または導管壁を通るガスの搬送を妨げられるように、マトリックス内にポッティングされた導管の全長さまたは部分であってもよい。
【００６６】
本明細書で使用されているように、血液中のＣＯ2分圧または血液のｐＨの「異常値」は、標準的な許容生理範囲内にないＣＯ2分圧または血液のｐＨの値をいう。たとえば、動脈系から取られる血液に対しては、血液の通常のｐＣＯ2の生理値は、典型的には、約３２乃至４６ｍｍＨｇであってもよく、通常のｐＨの値は７．４５であってもよく、静脈系から取られる血液に対しては、血液の通常のｐＣＯ2の生理値は、典型的には、約３８乃至５４ｍｍＨｇであってもよく、通常のｐＨの値は約７．３５であってもよい。
【００６７】
本明細書で使用されているように、「血液の特性」は血液の生理学的特性または成分をいう。例示の特性としては、温度、組成、分圧またはＣＯ2含有量が挙げられる。
【００６８】
さらに、本明細書で使用されている「治療」は、疾病、症候群、損傷、奇形、他の状態またはそれらの関連症状を向上、軽減または改善させることをいう。
【００６９】
本発明は、最小限に侵襲的な仕方で患者の血流からＣＯ2を効率的に、効果的に及び安全に除去する新規な体外血液処理システム及び治療方法に関する。例示の実施形態では、本発明は、患者の血管系に直接アクセスするように適合し、体外血液処理システムは、単一経路において低流量でそのシステムのガス交換モジュールを通る患者の血液の流れからほぼすべてのＣＯ2を除去するように特別に設計される。本発明は、患者において循環する血液からＣＯ2をほぼ除去することにより、ＣＯＰＤ、慢性及び急性高二酸化炭素血症、呼吸性アシドーシス、急性肺障害、急性呼吸促迫症候群及び高二酸化炭素血症などの呼吸状態の治療を含む種々の適用に用いられてもよい。
【００７０】
血液処理システム
図１及び２は、複数の導管３０を有するガス交換モジュール１０を含む本発明の体外血液処理システム１の例示の実施形態であって、導管の少なくとも一部または全部は、ガス交換モジュール１０を流れる血液の特性を変えるように構成される、実施形態を示す。特に、ガス交換モジュール１０は、各々がガス透過性膜を有する複数の短い導管３０を含み、導管３０は、効率的なＣＯ2拡散などの効率的なガス拡散のための１つまたは複数のガス交換マット３４において、独自に構成されて配置される。例示の実施形態では、ガス交換モジュール１０は、ＣＯ2拡散のために特別に設計されかつ適合された複数のガス透過性導管３０を有するガス搬送装置として構成される。血液処理システム１は、任意に、血液が、低流量で導管３０の外側表面に接触して、それを超えて流れるガス交換モジュール１０を通る間に、導管３０の管腔の中にガス流を送達するガス供給ユニット５０をさらに含んでもよい。血液からの、及び導管３０のガス透過性膜を通るガス拡散、特にＣＯ2拡散は、導管３０の中を流れるガスと、導管３０の周囲に暴露されかつその周囲を流れる患者の血液のガス分圧、たとえば、ＣＯ2分圧との間のガス分圧、たとえば、ＣＯ2分圧における差により駆動される。ガス供給ユニット５０は、導管３０の長さ有効長さに沿って、ガス拡散、たとえば、ＣＯ2拡散の駆動力を最大化しかつ維持するように、導管３０を通る高速のガス流量でガスを供給する。血液処理システム１は、任意に、ポンプ６０と、ガス交換モジュール１０を通る血液の流れを調節する一体的なまたは作動可能に関連付けられた制御ユニット６２をさらに含む。例示の実施形態では、体外血液処理システム１は、患者の血液を酸素化するように設計されておらず、及び／または、送達される血液を加熱または冷却し、ガス交換モジュール１０の中を流しもしくはそれから出し、または、血液の温度を変えるもしくは調節するようにする熱交換器を含まない。
【００７１】
図２（ａ）乃至２（ｍ）は、血液が中を流される内部空洞１３を画定する筐体１２を有し、ガス拡散、特にＣＯ2拡散のために適合された複数の導管３０を少なくとも一部を含む例示のガス交換モジュール１０を示す。図３（ａ）乃至３（ｂ）及び図３（ｄ）乃至３（ｆ）に示すように、ガス交換モジュール１０は、互いに距離を置き、筐体１２の対向面上に位置する血液入口ポート１４及び血液出口ポート１６を含む。複数のガス交換導管３０は、血液入口ポート１４に入る血液が、導管３０の１つもしくは複数のまたは全部の長さに対してほぼ直交する方向に、導管３０に向かって流れるように、血液入口ポート１４と血液出口ポート１６との間に配置される。細長い血液入口ポート１４及び／または出口ポート１６の開口及び長さはまた、１つまたは複数の導管３０の長さに対してほぼ直交して方向付けられてもよい。ガス交換モジュール１０は、複数の導管３０にまたはそれらからガスを送達するガス入口ポート１８及びガス出口ポート２０をさらに含む。ガス入口ポート１８及び出口ポート２０は、互いに距離を置き、導管３０と同じ面において整列され、ガス交換モジュール１０を通るガスがガス交換モジュール１０を通る血流に対してほぼ直交するように、血液入口及び出口ポート１４、１６に対してほぼ直交して方向付けられ
てもよい。
【００７２】
導管３０は、図３（ｋ）乃至３（ｍ）に最良に示されているガス通路のための中央管腔を有する薄いファイバまたは他の細管を中空として構成されてもよい。これらの管腔は、導管３０の外側表面に接する血液から、導管壁を通して、及び導管の管腔内へのＣＯ2拡散を誘発するようにガスが搬送される通路を提供する。導管３０は、ガス拡散、特にＣＯ2拡散に適合された複数の孔を含む多孔質膜などのガス透過性膜を有するように構成されてもよい。一実施形態では、導管３０は、Ｐｏｌｙｐｏｒｅ社により製造され、最大２ミクロンの孔サイズを有するＯＸＹＰＡＨＡＮという商標名で販売されている微孔質ポリプロピレン中空ファイバなどの多孔質膜、または代替として、Ｐｏｌｙｐｏｒｅ社により製造され、ＯＸＹＰＬＵＳという商標名で販売されている、５５％の気孔率を有するポリメチルペンテン中空ファイバ膜などの拡散性膜を有してもよい。導管３０は、同じまたは異なる気孔率及び／または孔の大きさの程度を有してもよい。一実施形態では、導管３０のガス透過性膜は、約０．２ミクロン以下の孔の大きさまたは直径を有してもよい。一実施形態では、導管３０のガス透過性膜は、液体または固体の拡散を阻止して、ガス通過、特にＣＯ2拡散のみを可能にするように構成されてもよい。ガス透過性膜はまた、血漿漏出を抑制するように構成されてもよい。一実施形態では、導管３０は、通常の動作圧及び流量下で最大少なくとも３０日間血漿漏出を抑制しながら、ＣＯ2拡散を可能にするように構成されてもよい。導管３０は、任意に血漿漏出も抑制するいずれかのガス透過性材料で構成されてもよい。例示の実施形態では、ポリメチルペンテンが、導管３０を構成するように使用されてもよい。
【００７３】
ガス交換モジュール１０は、血液の特性に影響しない導管、血液の特性に影響する非多孔質導管、血液の特性に影響するガス非透過性導管、及び／またはＣＯ2以外のガスの拡散を可能にする多孔質導管などのガス交換導管３０と異なる他の種類の導管を含んでもよい一方、一実施形態では、すべてのガス交換導管３０を含むガス交換モジュール１０のすべての導管が、ＣＯ2拡散などのガス拡散のために適合される。他の実施形態では、ガス交換導管３０を含む、血液の特性を変えるように構成されたガス交換モジュール１０のすべての導管は、ガス透過性であってもよく、及び／または、ＣＯ2拡散などのガス拡散のために適合された孔を有する微孔性膜を有してもよい。
【００７４】
低血流量下でガス交換モジュール１０を用いるＣＯ2の効率的な除去は、独自に構成された導管３０、及び／または、血液からＣＯ2を効果的に拡散させるのに十分な集合厚さを有する１つまたは複数のガス交換マット３４を形成するように、複数のそれらの導管３０の配置により達成される。例示の実施形態では、ガス交換導管３０は、管腔を通って流れる高速ガス流などのガスの低下した流動抵抗を可能にし、ゆえに、導管３０内での及びそれに亘るいずれかの圧力低下を最小化する短い長さを有してもよい。したがって、導管３０内の低背圧条件は、導管３０の外側の血液接触表面上での潜在的に危険な微細泡の形成を抑制し、それにより、血液における塞栓の形成を防止する。一実施形態では、導管３０は、ガスが所定の一定のガス流量で導管管腔の中を流されるときに、導管３０の外側の微細泡の形成、及び／または、導管３０の長さにおける及びその長さに沿ったガス流圧力における低下を、実質的に防止する十分短い長さを有してもよい。例示の実施形態では、導管３０は、約７１ｃｍ乃至約８１、約７１乃至約７６、もしくは約７６乃至約８１の図３（ｉ）及び３（ｊ）における寸法Ｘとして示されている全長を有する。
【００７５】
各導管３０は、近位端３６及び遠位端３８を含む細長い本体を有する。下記でさらに詳細に説明するように、導管３０が、筐体１２の内部空洞１３内に位置する血液処理チャンバ２４内に位置付けられ、ポッティングされ、貼り付けられ、取り付けられ、または配置されているとき、導管３０の一部、特に、近位端３６及び遠位端３８は、導管３０が血液処理チャンバ壁２６に取り付けられる方法によりガス搬送不可能にしてもよい。１つの導管３０の全長Ｘの集合寸法Ｗにより図３（ｉ）に示されている、導管３０のこの無効部分または無効長さは、局所的なガス拡散、特にＣＯ2拡散を可能にすることが遮蔽されても、または妨げられてもよい孔を有する。例示の実施形態では、導管３０の無効長さは、１つの導管３０の全長Ｘの２つのＷ寸法の合計である。寸法Ｙとして図３（ｉ）に示している、導管３０の残りの有効部分または有効長さは、ガス拡散、特にＣＯ2拡散を可能にしてもよい。例示の実施形態では、１つの参照符号Ｙは、第１の導管層３２ａの導管３０の有効長さを示し（３２とラベル付け）、他の参照符号Ｙは、導管層３２ａの下の隣接する直交して方向付けられた第２の導管層３２ｂ（ラベル付けされていない）の導管３０の有効長さを示す。例示の実施形態では、ＣＯ2拡散に有効な導管３０の有効長さは、約５ｃｍ乃至約６ｃｍ、約５．２ｃｍ乃至約５．８ｃｍ、約５．２ｃｍ乃至約５．５ｃｍ、または約５．５ｃｍ乃至約５．８ｃｍであってもよい。導管３０の全長に対する導管３０の有効長さの割合は、約７６．３％以下、約４０％乃至約７６．３％、約６８．４％乃至約７６．３％、または約６８．４％乃至約７２．４％であってもよい。他の実施形態では、導管３０の全長に対する導管の有効長さの比は、約０．７２４：１±５％、約０．７９：１以下、約０．７７：１以下である。導管の無効長さに対する導管の有効長さの比は、約２．１２：１乃至約３．２２：１、約２．１２：１乃至約２．６２：１、または約２．６２：１乃至約３．２２：１であってもよい。単一の導管３０のＣＯ2拡散のための平均有効表面積は、約５．４２Ｘ１０-5ｍ2、約５．４２Ｘ１０-5ｍ2乃至約７．８５Ｘ１０-5ｍ2、約５．６０Ｘ１０-5ｍ2乃至約７．８５Ｘ１０-5ｍ2、約５．７１Ｘ１０-5ｍ2乃至約７．４７Ｘ１０-5ｍ2、または約５．７１Ｘ１０-5ｍ2乃至約７．０１Ｘ１０-5ｍ2であってもよい。例示の実施形態では、単一の導管３０の有効表面積は、約５．７１Ｘ１０-5ｍ2±５％乃至約７．４７Ｘ１０-5ｍ2±５％であってもよい。導管３０の外側の直径は約３５０ｕｍ乃至約４１０ｕｍであってもよい。さらに、導管３０の容積は約０．０８５Ｌ乃至約．１００Ｌであってもよい。
【００７６】
図３（ｋ）乃至３（ｍ）に最も良く示されるように、導管３０は、集合として配置され、互いに対してほぼ平行に位置付けられ、導管３０は、薄い導管層３２を形成するように、互いに結合され、取り付けられまたは接続される。導管層３２は、同じもしくは異なる構成、及び／または、長さもしくは直径などの寸法の導管３０から構成されてもよい。導管３０及び導管層３２は、ガス交換モジュール１０の一の側からガス交換モジュール１０の反対側まで移動するガスのための複数の通路を形成する。さらに、導管層３２は、血液が隣接する導管３０の間を及びそれらの周囲を移動することを可能にするように構成される。一実施形態では、導管層３２における導管３０は、ガス拡散により実質的に妨げられないもしくは干渉されない、またはガス拡散によるせいぜい最小限の妨げまたは干渉に留まるように、糸、織り糸または他の適切な材料などの繊維により一緒に編まれる。これは、図３（ｌ）に最良に示されていて、導管３０は、隣接する導管３０を接続するように導管層３２の長さに沿って１つまたは複数のフィラメントを断続的に編むことにより、互いに導管層３２において配列され、互いに固定される。
【００７７】
例示の実施形態では、複数の導管層３２は、図３（ｋ）及び３（ｍ）に示すように、ガス交換マット３４を形成するように、互いの上に積層されかつ互いに平行に方向付けられる。ガス交換マット３４は、同じもしくは異なる寸法及び／または構成の導管層３２から構成されてもよい。２つの隣接する導管層３２の導管３０の長さは、同じ平面内で方向付けられ、互いにオフセットされる。一実施形態では、２つの隣接する導管層３２は、第１の導管層３２ａを通るガスの導管長さ及び方向が、隣接する第２の導管層３２ｂを通るガスの導管長さ及び方向に対してほぼ垂直であるように、互いにほぼ垂直に方向付けられる。一実施形態では、２つの隣接する導管層３２ａ、３２ｂの導管３０は、互いの位相と、及び互いに対する位相と、位相が約４５°乃至約１３５°、約６５°乃至約１１５°、約７５°乃至約１０５°、または約８５°乃至約９５°実質的にずれて方向付けられる。例示として、ガス交換マット３４において、約１２０乃至約１６０、約１３０乃至約１５５、約１３５乃至約１５３、または約１４０乃至約１４８の導管層３２が存在してもよい。他の実施形態では、ガス交換マット３４において、約９５乃至約１１５、約１００乃至約１０８、または約１０２乃至約１０６の導管層３２が存在してもよい。一実施形態では、ガス交換マット３４において、約１３,１１９乃至約１１,７１２の導管３０が存在してもよい。その結果として得られるガス交換マット３４は、導管またはシリンダなどの血液処理チャンバ２４内に取り付けられた及び／またはそのチャンバ内に位置付け可能であるいずれかの構成を有し得る。この導管層３２の層状配列は、血液入口及び出口ポート１４、１６間の血液の十分な流れをさらに可能にしながら、ガス搬送に有効な表面積を最大化し、それにより、ＣＯ2拡散効率を向上させるように設計されたガス交換導管３０の緻密な網状構造をつくる。
【００７８】
ガス交換モジュール１０は、１つまたは複数のガス交換マット３４を含んでもよい。一実施形態では、ガス交換モジュール１０は単一のガス交換マット３４を有してもよい。他の実施形態では、図３（ｇ）に最も良く示されるように、２つの隣接するガス交換マット３４ａ、３４ｂは、各々、複数の積層された導管層３２からなり、血液処理構成要素２４内にポッティングされてもよい。それらのガス交換マット３４ａ、３４ｂは、隣接し、血液処理チャンバ２４を通る血液が両方のガス交換マット３４に対してほぼ直交する方向に流れるような積層された方向付けにおいて配置されてもよい。図３（ｃ）及び３（ｇ）の例示の実施形態に示すように、第１及び第２のガス交換マット３４ａ、３４ｂは、最小のインピーダンスを伴うことなく、血液が第１のガス交換マット３４ａから第２のガス交換マット３４ｂまで移動するようにする複数の開口を有するフレーム２８により、互いに距離を置いてもよい。
【００７９】
ＣＯ2拡散効率をさらに改善するように、１つまたは複数のガス交換マット３４の集合厚さは、１つまたは複数のガス交換マット３４の中の一回の通過、及び／または、ガス交換モジュール１０の中の一回の通過において、通過する患者の血液からほぼすべてのＣＯ2を効果的に除去するのに十分であってもよい。寸法Ｚとして図３（ｊ）の例示の実施形態に示されている、隣接する１つまたは複数のガス交換マット３４の好適な総厚さは、導管３０の長さに関して記載されてもよい。一実施形態では、ガス交換モジュール１０の１つまたは複数のガス交換マット３４の総厚さに対する導管３０の有効長さの比は、約３：１乃至約０．５：１、約２：１乃至約０．８：１、約２：１乃至約０．９：１、または約１：１．１乃至約０．９：１であってもよい。他の実施形態では、ガス交換マット３４の厚さに対する導管３０の有効長さの比は、約３：１以下、約２：１以下、または約１：１以下であってもよい。一実施形態では、約１：１の比は、血液流路及びガス流路が、導管３０による血液の最大の暴露、処理及びろ過を可能にし、血流及びガス流抵抗における相対的な差を低減することによりＣＯ2拡散を容易にするように設計される。他の実施形態では、上記の比の値はまた、血液処理チャンバを通る血流の最短経路に対する導管３０の有効長さの比を表してもよい。例示の実施形態では、１つまたは複数のガス交換マット３４の総厚さは、約５４．７ｍｍの厚さを有してもよい。一実施形態では、ガス交換マット３４の全体的に有効なガス交換表面積は、約０．５ｍ2乃至約１．３ｍ2、０．５ｍ2乃至約１．２ｍ2、約０．５ｍ2乃至約０．９８ｍ2、または約０．９８ｍ2乃至約１．３ｍ2である。ガス交換マット３４は、少なくとも約１０,０００、少なくとも約１２,０００導管、少なくとも約１３,０００導管、少なくとも約１３,１１９導管、または少なくとも約１３,３００導管を含んでもよい。代替としてまたは付加的に、ガス交換マット３４は、ガス交換表面積の１平方メートル当たり少なくとも１３,３００導管を有してもよい。
【００８０】
図３（ｆ）及び３（ｉ）乃至３（ｊ）に示すように、ガス交換マット３４は、筐体内部キャビティ１３内に位置する１つまたは複数の血液処理チャンバ２４内にポッティングされ、配置され、貼り付けられ、または取り付けられる。血液入口ポート１４及び血液出口ポート１６に流体連通し、かつ接続する血液処理チャンバ２４は、１つまたは複数のガス交換マット３４のガス暴露表面積、たとえば、ＣＯ2拡散が可能なガス交換マット３４のポッティングされていない表面積への暴露により、血液処理チャンバ２４の中を循環される血液からＣＯ2をろ過するよう、血液を処理するように設計される。血液処理チャンバ壁２６が、血液処理チャンバ２４の液体不透過可性及び密封性周囲を構成するように、各導管層３２の対向する近位端及び遠位端、ならびにそれらのぞれぞれの導管３０の近位端及び遠位端３８が、血液処理チャンバ２４を横断して及び血液処理チャンバ２４の壁２６を通して延びるように、１つまたは複数のガス交換マット３４は、血液処理チャンバ２４内で、エポキシ樹脂などのいずれかの好適な材料を用いてポッティングされてもよい。ガス交換マット３４の各導管層３２における導管３０の近位端３６及び遠位端３８は、血液処理チャンバ２４の外側の空間、すなわち、ガス通路４１ａ、４１ｂと流体連通する及びその空間に対して開いているように、ガス交換マット３４及び血液処理チャンバ２４のポッティングされた部分を超えて外側に延びている。したがって、導管３０の管腔は、下記でさらに詳細に説明するように、ガス通路４１ａ、４１ｂならびにガス入口及び出口ポート１８、２０と流体連通している。
【００８１】
図３（ｅ）乃至３（ｆ）及び３（ｉ）は、各々が２つの相互接続した第１及び第２のセクション４２ａ、４２ｂ及び４２ｃ、４２ｄのそれぞれを有する複数のガス通路４１ａ、４１ｂを示す。図示しているように、ガス通路４１ａ、４１ｂは、血液処理チャンバ２４の外側の周囲の及びそれに沿った筐体内部キャビティ１３内に位置するチャネルとして構成されてもよい。上記のように、ガス通路４１ａ、４１ｂは、導管３０にガスを送達し、導管３０からガスを受け入れるための導管３０と流体連通している。図３（ｉ）に示す実施形態では、ガス通路４１ａ、４１ｂのコンパートメントとして構成される各セクション４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄは、筐体１２の対応する筐体側壁２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄと、ガス通路４１ａ、４１ｂを形成するように、互いに対して距離を置き、対応する対向側の血液処理チャンバ壁２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄとにより画定される。各セクション４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄの長さは、それぞれのセクション４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄと流体連通している導管３０の長さと同じ平面内に方向付けられ、かつその長さに対してほぼ垂直である。一実施形態では、導管３０のすべては、ガス通路４１ａ、４１ｂを介してガス入口ポート１８及び／またはガス出口ポート２０と流体連通している。ガス入口ポート１８は、ガス通路４１ａの第１及び第２の相互接続セクション４２ａ、４２ｂ間に位置付けられ、それらに接続されてもよく、分岐ガス通路を形成する、それぞれの隣接する筐体側壁２２ａ、２２ｂ及び血液処理チャンバ壁２６ａ、２６ｂにより画定される。ガス入口ポート１８に入るときに、ガスは、ガス通路４１ａの２つの分岐セクション４２ａ、４２ｂの一を通って、及び、交互の導管層３２の導管３０の近位端３６を通って移動する。たとえば、図３（ｆ）及び３（ｉ）に示すように、セクション４２ａを流れるガスは、第１の方向に複数の交互の導管層（すなわち、導管層３２ａ）を通過する一方、セクション４２ｂを流れるガスは、第１の方向に対して垂直な第２の方向に隣接する介在導管層（すなわち、導管層３２ｂ）を通過する。ＣＯ2拡散は、血液と導管３０との間の暴露及び接触時に、導管３０の多孔質膜の上方、周囲及び間での血液の流れを生じる一方、実質的にＣＯ2のないガスなどのガスは導管３０を流される。血液は、導管３０内のガス流の方向に対してほぼ直交し、かつ導管３０の長さに対してほぼ直交する方向にある導管３０の上方、間及び周囲で１つまたは複数のガス交換マット３４の隙間を流れてもよい。導管３０の遠位端３８を出るガスは、ガス出口ポート２０にガスを合流させて、送達させるガス通路４１ｂの第１及び第２のセクション４２ｃ、４２ｄ内に流
れる。ガス出口ポート２０は、隣接する筐体側壁２２ｃ、２２ｄ及び血液処理チャンバ壁２６ｃ、２６ｄにより画定されるガス通路４１ｂの第１及び第２のセクション４２ｃ、４２ｄ間に位置付けられて、それらのセクションに接続されてもよい。
【００８２】
例示の実施形態では、ガス交換モジュール１０は任意に、ガス交換モジュール１０を流れる血液またはガスの生理学的パラメータを検出する１つまたは複数のセンサ４４をさらに含んでもよい。たとえば、センサ４４は、ガス交換モジュール１０に入るまたはそれから出る血液と直接接触してもよく、血圧、血液流量、ＣＯ2含有量またはＯ2含有量を検出及び測定するために適合される。図３（ｈ）に示す例示の実施形態では、少なくとも１つのセンサ４４が、血液が血液出口ポート１６を流れる通路に隣接する血液出口ポート１６内に位置し、またはそのポートに配置される。第２のセンサ４４も、またはそのセンサが代替として、血液入口ポート１４の内側表面に取り付けられ、その内側表面から延出してもよい。任意に、１つまたは複数のセンサ４４が、ガス交換モジュール１０を流れるガスと直接接触してもよい。たとえば、センサ４４は、ガス入口ポート１８及び／またはガス出口ポート２０の内側表面に取り付けられ、及び／または、その内側表面から延出してもよい。上記のセンサ４４の各々は、制御ユニット６２に作動可能に関連付けられて、ガス交換モジュール内の血流、血圧またはＣＯ2分圧を確認し、ガス交換モジュール１０からのガスまたは血液の漏れの存在を検出し、及び／または、情報であって、その情報に基づいて、ユーザがガス交換モジュール１０を通る血液及びガス流速度を設定、変更及び／または修正してもよく、ガス交換モジュール１０におけるガス流量が、ＣＯ2拡散の所望の度合い及び速度を効率的であるようにまたは別の様式に達成するよう調整されてもよい。
【００８３】
血液処理システム１は、任意に、ガス入口ポート１８への制御された高速流量で連続的ガス流を供給するよう、ガス交換モジュール１０に作動可能に関連付けられたガス供給ユニット５０をさらに含んでもよい。図１及び２に示すように、ガス供給ユニット５０は、１つまたは複数の管を介してガス交換モジュール１０のガス入口ポート１８に直接ガスを送達する。例示の実施形態では、ガス供給ユニット５０は、導管３０の管腔を通るガス流量が、約０．２Ｌ／ｍｉｎ乃至約１５Ｌ／ｍｉｎ、約１Ｌ／ｍｉｎ乃至約１５Ｌ／ｍｉｎ、約２Ｌ／ｍｉｎ乃至約１５Ｌ／ｍｉｎ、または約５Ｌ／ｍｉｎ乃至約１５Ｌ／ｍｉｎであるように、導管３０を通るガス流を制御するように適合されてもよい。ガス供給ユニット５０はまた、導管３０内のガス圧を制御するように使用されてもよい。一実施形態では、導管３０におけるガス圧において実質的に変化はない。
【００８４】
導管３０に送達されるガスは、非毒性、生体適合性及び実質的にＣＯ2フリーであってもよく、毒物学的に安全な量が投与されてもよい。一実施形態では、ガスにおけるＣＯ2の分圧は無視できる、またはガス中にＣＯ2は存在しない。例示の実施形態では、ガスは、酸素、酸素と空気の混合物、窒素またはいずれかの適切な希ガスであってもよい。任意に、ガス供給ユニット５０は、ガス交換モジュール１０に送達されるガスを混合または調製する１つまたは複数のガス混合機能をさらに含んでもよい。
【００８５】
任意に、血液処理システム１は、血液処理チャンバ２４を通る血液の流量を調節するガス交換モジュール１０に作動可能に関連付けられた血液ポンプ６０及び／または制御ユニット６２をさらに含んでもよい。図２及び４に示す実施形態では、血液ポンプ６０は、１つまたは複数の管を介して静脈アクセスポイント及びガス交換モジュールに流体連通される。一実施形態では、ポンプ６０は、閉塞（すなわち、ぜん動）ポンプ、ドイツのラシュタット市のＭａｑｕｅｔ  Ｃａｒｄｉｏｐｕｌｍｏｎａｒｙで製造され、ＲＯＴＡＳＳＩＳＴの商標名で販売されている遠心ポンプなどの遠心ポンプ、またはローラポンプであってもよい。制御ユニット６２は、ポンプ６０を通る及び血液処理チャンバ２４を通る血流を調節するポンプ６０に一体化または作動可能に関連付けられてもよい。制御ユニット６２により指示されるポンプ６０は、約１．２Ｌ／ｍｉｎ以下、約１Ｌ／ｍｉｎ以下、約０．８Ｌ／ｍｉｎ以下、約０．５１Ｌ／ｍｉｎ以下、約０．５Ｌ／ｍｉｎ以下、または約０．４Ｌ／ｍｉｎ乃至約０．５１Ｌ／ｍｉｎの流量で、ガス交換モジュール１０、特に血液処理チャンバ２４を通る血流を制御及び調節してもよい。ユーザは、上記のように、指定された低血流範囲内で血流量を変えるように、制御ユニット６２とインタフェースをとってもよい。
【００８６】
例示の実施形態では、血液処理システム１は熱交換器を有しない。そのような実施形態では、ガス交換モジュール１０は、ガス交換モジュール１０内で血液を加熱または冷却する熱的に管理された水流を通すのに適合されたいずれかの実質的に水不透過性のファイバを有しない。さらに、これらの実施形態では、血液処理システム１は、酸素化を提供するように設計されていず、ゆえに、血液の温度の調節は必要ない。したがって、血液処理システム１は、ＣＯ2拡散に特別に及び／またはＣＯ2拡散のみに適合された専用のＣＯ2除去システムとして構成されてもよい。
【００８７】
血液処理システム１は、任意に、患者への血管アクセスを提供するカテーテルをさらに含んでもよい。血液処理システム１は低血流条件下で作動され得るために、低侵襲性の血管アクセス及び改善された安全性を提供し、ゆえに、より少ない監視制御及び潜在的複雑性を必要とする小さい管腔カニューレまたは二重管腔カニューレと連携することが可能である。一実施形態では、単一の管腔カニューレの大きさは、約２１フレンチ（７ｍｍ）以下、約１３フレンチ（４．３３ｍｍ）以下であってもよい。他の実施形態では、二重管腔カニューレの大きさは、約２４フレンチ（８ｍｍ）以下、または約１９フレンチ（６．３３ｍｍ）以下であってもよい。
【００８８】
例示の実施形態では、血液に接触する管腔（たとえば、カニューレ及び管の内腔）、チャンバ（たとえば、血液処理チャンバ）、それらの管腔、チャンバ、ガス交換モジュール１０のコンパートメント及び表面を含む体外血液処理システム１、任意のポンプ６０、接続カテーテル及びシステム１のすべての接続可能な管は、体外循環システムの生体適合性を改善する材料がコーティングされてもよく、また、抗血栓性であってもよい。
【００８９】
血液処理システム１の上記の実施形態においては、特にＣＯ2除去システムについて記載されている一方、当業者は、血液処理システム１、ガス交換モジュール１０、特に導管３０、及びすべての他の上記のシステム構成要素が、ＣＯ2に加えて及びＣＯ2の代わりの他のガスの除去、拡散、抽出または交換のために設計、適合及び構成されてもよい。特に、導管３０のガス透過性膜及び導管３０を流されるガスの選択は、これら他のガスの搬送のために設計及び選択されてもよい。
【００９０】
本発明の血液処理システム１の独自の構成は、多くの操作及び治療上の利点を提供する。ガス交換モジュール１０を通る低血流量に対応するように設計される場合、血液処理システム１は、低侵襲性の小さい管腔または二重管腔カニューレの使用により低外傷性の血管アクセスを提供することができるようにする。低血流量は、血液処理システム１からの血液の漏れの可能性を低減し、及び、血液の漏れに不随するリスクの重大度を低減する、導管３０の管腔内の低血圧状態ももたらす。したがって、血液処理システム１は、その漏れの可能性にアクセスし、それにより、システム全体を簡略化するための、いずれかのまたは複数の高感度、拘束性の高い血圧及び／または血流のモニタを必要としない。
【００９１】
本発明の例示の実施形態の他の有利な特徴は、ガス交換導管３０の構成及び配置である。導管３０の比較的短い長さは、導管３０の中を流れるガスの流動抵抗を低減し、ゆえに、それは、導管３０の管腔を通過するガスの流動背圧を低減する。導管３０の短い長さは、それにより、毛細血管における血流を妨害し、組織虚血をもたらし、さらなる血管及び組織損傷に繋がる血管塞栓症を形成し得る、導管３０の膜の外側血液接触表面上の微小泡の形成を抑制する。それとは対照的に、酸素化装置は、ガスの物質移動を実現するように、数が少ない長いファイバを用いて設計される。
【００９２】
ガス交換マット３０に多数の導管３０を含めることによって、ガス交換モジュールにおける効率は導管３０の短い長さのために損なわれない。それとは対照的に、導管３０の比較的短い長さ及びそれら導管を通る高ガス流量のために、ガス及び患者の血液におけるＣＯ2の分圧における差は、導管３０の遠位端（すなわち、ガス流出端）において、より長い導管の遠位端（すなわち、ガス流出端）におけるより大きい。したがって、ＣＯ2拡散駆動力及び効率は、複数のより短い導管３０を使用する結果として、より大きくなる。
【００９３】
さらに、本発明の例示の実施形態は、１つまたは複数のガス交換マット３４を形成する層３２において複数の平行な導管３０を配置させることによりＣＯ2除去効率をさらに高め、隣接する層３２の導管３０は、互いに対してほぼ垂直に方向付けられ、それにより、ＣＯ2拡散のために有効な最大表面積を提供する。１つまたは複数のガス交換マットの総厚さが、１つまたは複数のガス交換マット３４の総厚さに対する導管３０の有効長さの比が約３：１乃至約０．５：１であり、それにより、低血流量でガス交換モジュール１０を流される血液からのＣＯ2の効率的な除去を可能にするように規定することにより、ＣＯ2拡散効率はさらに改善される。例示の実施形態では、ガス交換マットの厚さは約２．６ｃｍ乃至約５．４ｃｍであってもよい。
【００９４】
さらに、ガス交換モジュール１０を含む血液処理システム１及びすべてのその構成要素は、患者が血液処理されている間、自由に動くことが可能であるように、小型で、軽量で、可搬型であってもよい。一実施形態では、システム１の各種構成要素は、図１乃至２及び４に示すように、手持ち式または可搬型である単一の装置に一体化されてもよい。一実施形態では、システム１のすべての構成要素は、患者が最小限の障害物で所望の場所へとシステム１を容易に運ぶことを可能にし、それにより、システム１が患者と共に移動することを可能にする、車輪付きカートまたはスタンドに取り外し可能に位置付けられ、吊るされ、または取り付けられてもよい。
【００９５】
血液処理方法
本発明は、体外血液処理システム１を通って循環される血液からＣＯ2を除去する新規な方法にさらに関する。一実施形態では、この方法は、患者の循環器系にアクセスするステップと、ガス交換モジュール１０を通過するときに血液からほぼすべてのＣＯ2を除去するように体外血液処理システムの循環路を通って血液を方向付けるステップと、患者の循環器系にほぼＣＯ2のない血液を戻すステップとを含む。この治療方法は、障害のある肺機能に関連する種々の呼吸状態を治療する、特に、血液中の過剰なＣＯ2濃度、または血液からＣＯ2を除去する能力の抑制に関連する健康上の問題を解決するように使用されてもよい。本方法により治療されてもよい例示の状態としては、ＣＯＰＤ、慢性及び急性高二酸化炭素血症、呼吸性アシドーシス、ＡＬＩ及びＡＲＤＳを含むが、それらに限定されない、肺機能に影響する疾病、症候群、損傷または奇形が挙げられる。
【００９６】
図５に示す例示の実施形態では、方法は、患者を診断するか、そうでなければ接続／測定して患者が有している呼吸状態の可能性を診断するステップと、患者の血液中のＣＯ2濃度を減少させるまたはその呼吸状態を治療する目的で患者に血液処理システム１を適用するステップとを含む。特に、医師は、患者を治療するために、特にヒト成人を治療するために適合されたいずれかのガス交換モジュール１０、任意のガス供給ユニット５０、任意のポンプ６０、またはそれらの組み合わせを含む血液処理システム１の上記の実施形態のいずれか一を選択及び適用してもよい。医師はまた、ＣＯ2拡散を最適化するように導管に送達されるガス流、血流及び／またはガスを選択してもよい。一実施形態では、ガス流、血流及び／またはガス選択のために医師により設定されるパラメータは、患者の酸素化のためのＯ2搬送のために最適化されない。
【００９７】
血管アクセスは、２つの小さい単一の管腔カテーテルまたは二重管腔カテーテルを使用して、頸静脈、鎖骨下静脈、大腿静脈または任意のそれらの組み合わせの経皮カニュレーションにより達成される。カテーテルの先端、またはカテーテルのカニューレ内に位置する別個の針が、患者の循環器系にカテーテルを接続する、小さい血管穿刺部位を形成するように用いられてもよい。穿刺時に針を使用するとき、針は後退されてもよく、及び／または、カテーテルは、カテーテルを静脈に固定するために前進されてもよい。例示の実施形態では、単一の穿刺部位のみが、小さい二重管腔カテーテルを用いる静脈−静脈アクセスなどの血管アクセスを提供する必要がある。
【００９８】
カテーテルの近位端に取り付けられた管は、低流量でガス交換モジュール１０へのまたはそれからの血管アクセス部位から血液を搬送するように用いられてもよい。任意のポンプ６０を含む血液処理システム１の例示の実施形態では、血液は、制御された流量でガス交換モジュール１０の血液処理チャンバ２４に血液を方向付けて送達するポンプ６０に搬送される。ポンプ６０に作動可能に関連付けられた制御ユニット６２は、ポンプ６０が所定の低流量で血液処理チャンバ２４を通る血流を調節するよう指示する。所望により、ユーザは、制御器６２及び／またはポンプ６０が指定された低流量範囲内でガス交換モジュール１０を通る血流量を変えるよう指示する。一実施形態では、血液は、約０．５Ｌ／ｍｉｎ以下の低流量で血液処理チャンバ２４を通って血液入口ポート１４に送達される。
【００９９】
血液がガス交換モジュール１０に送達されるとき、任意のガス供給ユニット５０は、ガス交換モジュール１０のガス入口ポート１８に実質的にＣＯ2のないガスの連続的な流れを供給する。図３（ｆ）及び３（ｉ）に最も良く示されるように、ガスは、ガス入口ポート１８を通って流れ、ガス交換マット３４を形成する交互の導管層３２の導管３０の開いた導管端部と流体連通しているガス通路４１ａの２つのコンパートメントまたはセクション４２ａ、４２ｂの一に分岐する。ガスは、次いで、図３（ｉ）において矢印で示すように、対応するセクション４２ａ、４２ｂの縦に対してほぼ垂直な方向にそれぞれの導管層３２の導管３０を流れる。一実施形態では、ガス供給ユニット５０は、導管３０を通るガス流量が高速の約１５Ｌ／ｍｉｎに維持されるように、ガスの流量を制御及び調節する。さらに、導管３０内のガス圧は、低く維持され、その条件が微小泡の形成、すなわち、バブルポイントを含むレベルを超えないように調節される。
【０１００】
血液が血液入口ポート１４に入り、血液処理チャンバ２４に流れ込むとき、血液の流れは、１つまたは複数のガス交換マット３４、導管層３２及びそれぞれの導管３０の縦方向に対してほぼ垂直な方向に方向付けられる。血液は、導管層３２を形成する個々の導管３０の外側表面と１つまたは複数のガス交換マット３４との上方、周囲及び間を通るようにして、１つまたは複数のガス交換マット３４の隙間を通り、且つ、接触する。導管３０の多孔質膜に対して血流を接触させる及び暴露させるときに、その導管を通って、ほぼＣＯ2のないガスの一定供給量が流され、ＣＯ2は、導管３０の多孔質膜を通して、血液から拡散して、導管３０を流れる高速ガスにより導管３０の管腔に沿ってかつその管腔を通って流される。ガス交換モジュール１０内に導入された患者の血液内のＣＯ2の分圧と、導管３０を通って循環される患者の血液におけるＣＯ2の分圧とにおける差は、血液から導管３０の管腔へのＣＯ2の拡散を駆動する。例示の実施形態では、このＣＯ2の分圧における差は、約４５ｍｍＨｇ乃至約７０ｍｍＨｇ、約４５ｍｍＨｇ乃至約５０ｍｍＨｇ、または約４０ｍｍＨｇ乃至約５０ｍｍＨｇであってもよい。導管３０を通る高速ガス流を供給することにより、導管３０を流れる血液とガスとの暴露及び接触時間は比較的短い。したがって、血液中のＣＯ2の分圧及びガス中のＣＯ2の分圧、またはそれらの不足が平衡化するのを妨げ、それにより、血液及びガスにおけるＣＯ2分圧の差により生じるＣＯ2拡散の継続的な駆動力が維持される。したがって、ガス中の低ｐＣＯ2勾配に比べて、血液中の高ｐＣＯ2濃度の勾配は、導管３０を流れる高速のガスにより維持され、血液から拡散したＣＯ2を担持するガスは、迅速にパージされ、ほぼＣＯ2を有しない新しいガスと置き換えられる。その勾配は、少量のｐＣＯ2が血液から各導管管腔に拡散されるときにのみ、さらに維持される。上記のように、血液からのほぼ完全なｐＣＯ2の除去は、しかしながら、ガス交換マット３４内の複数のそのような短い導管３０を含むことにより達成される。
【０１０１】
例示の実施形態では、ほぼすべてのＣＯ2が、ガス交換モジュール１０を通る、特に血液処理チャンバ２４及びガス交換マット３４を通る、血液の一回の通過時にガス交換モジュール１０に導入される血液から除去されてもよい。一実施形態では、ガス交換モジュール１０を通って一回通過した後に血液から除去されるＣＯ2の割合は、約１０％乃至約９５％、約２０％乃至約９０％、約４０％乃至約９０％、及び約６０％乃至約９０％であってもよい。ガス交換モジュール１０を通って一回通過した後の血液中のＣＯ2の分圧は、約６０ｍｍＨｇ乃至約５ｍｍＨｇ、約４０ｍｍＨｇ以下、約３０ｍｍＨｇ乃至約１０ｍｍＨｇ、または約２５ｍｍＨｇ乃至約５ｍｍＨｇであってもよい。例示の実施形態では、ガス交換モジュール１０を通って一回通過した後の血液のｐＨは、約７．４５以上、約７．６以上、約７．８以上、約７．５乃至約８．２、約７．６乃至約８．２、または約７．７乃至約８．２であってもよい。
【０１０２】
新鮮なガスの供給が、ガス交換モジュール１０を通して連続的に行われてもよく、患者の血液は、すべてのまたはほぼすべてのＣＯ2が除去されるまで、上記のように、体外血液処理システム１を通して再循環されてもよい。例示の実施形態では、本発明の方法は、処理された血液からすべてのＣＯ2の完全なまたはほぼ完全な枯渇を可能にする。
【０１０３】
導管３０を出るＣＯ2を含むガスは、ガス通路４１ｂの第１及び第２のセクション４２ｃ、４２ｄで収集され、ガス通路４１ａ、４１ｂ及び導管３０における高速ガス流によりガス交換モジュール１０のガス出口ポート２０を通って押し出される。このガスは、大気中にほぼ放出されても、またはリザーバ内に収集されてもよい。一実施形態では、ガス出口ポート２０は、導管３０を通るガス流量をさらに制御するように、真空源に任意に接続されてもよい。
【０１０４】
治療の全体的な期間は最大約３０日、約６時間乃至約３０日であってもよい。他の実施形態では、治療は、最大約５日、または約６時間乃至約５日の期間続いてもよい。さらに、治療は、必要に応じて、所望するＣＯ2除去の程度を達成するように、連続的にまたは断続的に与えられてもよい。
【０１０５】
他の実施形態の血液処理システム１を使用する同一または類似する方法は、血液から他のガスを除去、抽出、搬送または交換するように用いられてもよい。また、ガス交換モジュール１０、特に、導管３０及び導管３０を流されるガスのセクション、ならびに記載された他のすべてのシステム構成要素を含む血液処理システム１は、ＣＯ2に加えてまたは代えて他のガスの除去、拡散、抽出または交換のために、設計、適合及び構成されてもよい。
【０１０６】
本発明のＣＯ2除去方法は複数の治療上の利点を有する。たとえば、低血流は、カニュレーション中に血管にもたらす応力または損傷が少なく、小さい管腔または小さい二重管腔カニューレの使用を実行して、血管穿刺点の大きさを減少させることにより手技の侵襲性を低減させることを可能にする。さらに、静脈脱血−静脈送血のカニューレ法低血流及びそれに不随する低血圧により、血液処理システム１からの血液漏れによる患者の出血に不随する死亡または予後のリスクを低減させる。
【０１０７】
さらに、導管３０を通る高速ガス流は、患者の血液及びガスにおけるＣＯ2分圧の差により生成されるＣＯ2拡散の安定な及び最大化された駆動力を維持する。導管３０膜の外側表面に接触する血液における微小泡形成は、導管３０において低ガス圧を維持することによっても抑制される。
【０１０８】
さらに、一実施形態では、方法は、ガス交換モジュール１０を通る一回の通過で血液からすべてのＣＯ2をほぼ除去するように努め、血液中のＣＯ2分圧の非生理学的値及び血液のｐＨの非生理学的値を達成しようと努めることにより、効率的なＣＯ2拡散を可能にする。たとえば、処理された動脈血のｐＣＯ2は、約３２ｍｍＨｇ以下、約２５ｍｍＨｇ以下、約１５ｍｍＨｇ以下であってもよく、処理された動脈血のｐＨは、約７．４５以上、約７．６以上、約７．８以上であってもよく、その代表的なものは呼吸性アルカローシスである。一実施形態では、処理された動脈血のｐＣＯ2値は約１０乃至約１５ｍｍＨｇであってもよく、ｐＨ値は約７．８であってもよい。これらの実施形態では、方法は、標準的に許容される生理学的範囲内にないこれらの異常値に対して治療条件の目標を置く及び治療条件を管理するステップを含んでもよい。それとは対照的に、酸素化装置は、ＣＯ2を含むガスの通常の生理学的分圧を維持するように最適化され、したがって、ガスの物質移動は、酸素化装置を通る高血流を必要とすることによってのみ達成可能であり、ＣＯ2の完全な除去は可能でない。驚くことに、本発明の血液処理システム１は、高血流が必要なガス交換導管がより大きいガス交換表面積を有する大きなガス交換モジュールのようにまたはそれ以上に効果的である。
【実施例】
【０１０９】
実施例１
一実施形態では、本発明のガス交換モジュール１０は、図３（ａ）乃至３（ｂ）、３（ｄ）乃至３（ｆ）及び３（ｈ）乃至３（ｍ）に示す同じ構成を有する。１３,８３４個以上の微孔性ガス透過性導管３０から構成されたガス交換マット３４を含んだガス交換モジュール１０は、二酸化炭素拡散のために適合した。導管３０は、導管層３２を形成するように、互いに平行に配置した。導管層３２は、ガス交換マット３４を形成するように、互いの上に積層され、各層は隣接する層に対して垂直に方向付けられた。導管３０のすべては約５．５ｃｍの有効長さ及び約７．６ｃｍの全導管長さを有した。ガス搬送が可能な導管３０の有効長さの割合は約７２．４％以下であった。ガス交換マット３４は、約０．９８ｍ2の全ガス交換表面積及び約１４,１１６導管／ｍ2の導管密度を有した。ガス交換マット３４（血液処理チャンバ２４を通る血流通路の最小距離として本明細書でまた、表され得る）の５．４ｃｍの厚さに対する最大導管有効長さの比は約１．０２：１である。ガス交換マット３４及び血液処理チャンバ２４を通る血液及びガス経路は、導管３０に対して血液を暴露し、それらを通過する血液の包括的な処理及びプロセッシングを確保するように設計された。この構成は、相対的な血流抵抗及びガス流抵抗によりＣＯ2拡散も容易にする。
【０１１０】
実施例２
一実施形態では、本発明のガス交換モジュール１０は、図３（ａ）乃至３（ｂ）、３（ｄ）乃至３（ｆ）及び３（ｈ）乃至３（ｍ）に示す同じ構成を有する。１３,１１９個以上の微孔性ガス透過性導管３０から構成されたガス交換マット３４を含んだガス交換モジュール１０は、二酸化炭素拡散のために適合した。導管３０は、導管層３２を形成するように、互いに平行に配置した。導管層３２は、ガス交換マット３４を形成するように、互いの上に積層され、各層は隣接する層に対して垂直に方向付けられた。導管３０のすべては約５．８ｃｍの有効長さ及び約７．６ｃｍの全導管長さを有した。ガス搬送が可能な導管３０の有効長さの割合は約７６．３％以下であった。ガス交換マット３４は、約０．９８ｍ2の全ガス交換表面積及び約１３,３００導管／ｍ2の導管密度を有した。ガス交換マット３４（血液処理チャンバ２４を通る血流通路の最小距離として本明細書でまた、表され得る）の５．４ｃｍの厚さに対する最大導管有効長さの比は約１．０７：１である。ガス交換マット３４及び血液処理チャンバ２４を通る血液及びガス経路は、導管３０に対して血液を暴露し、それらを通過する血液の包括的な処理及びプロセッシングを確保するように設計された。この構成は、相対的な血流抵抗及びガス流抵抗によりＣＯ2拡散も容易にする。
【０１１１】
実施例３
一実施形態では、本発明のガス交換モジュール１０は、図３（ａ）乃至３（ｂ）、３（ｄ）乃至３（ｆ）及び３（ｈ）乃至３（ｍ）に示す同じ構成を有する。約０．３５ｍｍの外径を有する、１７,１４８個以上の微孔性ガス透過性導管３０から構成されたガス交換マット３４を含んだガス交換モジュール１０は、二酸化炭素拡散のために適合した。導管３０は、導管層３２を形成するように、互いに平行に配置した。導管層３２は、ガス交換マット３４を形成するように、互いの上に積層され、各層は隣接する層に対して垂直に方向付けられた。導管３０のすべては約５．２ｃｍの有効長さ及び約７．６ｃｍの全導管長さを有した。ガス搬送が可能な導管３０の有効長さの割合は約６８．４％以下であった。ガス交換マット３４は、約０．９８ｍ2の全ガス交換表面積及び約１７,４９７導管／ｍ2の導管密度を有した。ガス交換マット３４（血液処理チャンバ２４を通る血流通路の最小距離として本明細書でまた、表され得る）の５．４ｃｍの厚さに対する最大導管有効長さの比は約０．９６３：１である。ガス交換マット３４及び血液処理チャンバ２４を通る血液及びガス経路は、導管３０に対して血液を暴露し、それらを通過する血液の包括的な処理及びプロセッシングを確保するように設計された。この構成は、相対的な血流抵抗及びガス流抵抗によりＣＯ2拡散も促進する。
【０１１２】
本発明についての前述の説明は、例示及び説明のみを目的として提示されたものであり、決して本発明の範囲を限定するように解釈されるべきではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲から決定されるべきである。
【図１】
2020014939.tif 000003
【図２】
2020014939.tif 000004
【図３（ａ）】
2020014939.tif 000005
【図３（ｂ）】
2020014939.tif 000006
【図３（ｃ）】
2020014939.tif 000007
【図３（ｄ）】
2020014939.tif 000008
【図３（ｅ）】
2020014939.tif 000009
【図３（ｆ）】
2020014939.tif 000010
【図３（ｇ）】
2020014939.tif 000011
【図３（ｈ）】
2020014939.tif 000012
【図３（ｉ）】
2020014939.tif 000013
【図３（ｊ）】
2020014939.tif 000014
【図３（ｋ）】
2020014939.tif 000015
【図３（ｌ）】
2020014939.tif 000016
【図３（ｍ）】
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【図３（ｎ）】
2020014939.tif 000018
【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
2020014939000001.pdf