(57)【要約】【課題】本発明は、実際の心臓の拍動による血液の流れの変動と同様に血液の流れを変動させることができる人工心肺装置及び人工心肺装置の制御方法を提供すること。【解決手段】対象者の血液を環流させるための管部１３を備え、管部内の血液の流れを閉塞又は開放することができる弁部３２ａが形成されると共に、弁部の上流側において、管部１２ａの周囲の雰囲気を陰圧とする陰圧雰囲気生成部３４が形成され、陰圧雰囲気内の管部の少なくとも一部が陰圧によって膨張する構成となっている人工心肺装置１。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象者の血液を環流させるための管部を備え、前記管部内の血液の流れを閉塞又は開放することができる弁部が形成されると共に、前記弁部の上流側において、前記管部の周囲の雰囲気を陰圧とする陰圧雰囲気生成部が形成され、
前記陰圧雰囲気内の前記管部の少なくとも一部が陰圧によって膨張する構成となっていることを特徴とする人工心肺装置。
【請求項２】
前記陰圧雰囲気を開放する陰圧開放部を有することを特徴とする請求項１に記載の人工心肺装置。
【請求項３】
前記負圧雰囲気生成部により生成された負圧雰囲気中内の前記管部の膨張程度を計測する膨張程度計測部を備えることを特徴とする請求項１に記載の人工心肺装置。
【請求項４】
前記弁部を開閉させる弁部開閉部を有し、
前記弁部開閉部が、前記膨張程度計測部の膨張程度情報に基づいて、前記弁部の開閉動作を行う構成となっていることを特徴とする請求項３に記載の人工心肺装置。
【請求項５】
対象者の血液を環流させるための管部を備え、前記管部内の血液の流れを閉塞又は開放することができる弁部が形成されると共に、前記弁部の上流側において、前記管部の周囲の雰囲気を陰圧とする陰圧雰囲気生成部が形成され、
前記陰圧雰囲気内の前記管部の少なくとも一部が陰圧によって膨張する構成となっていることを特徴とする人工心肺装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、心臓手術等に用いられる人工心肺装置及び人工心肺装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、心臓手術時には、人工心肺装置が用いられている。人工心肺装置は、体外循環回路に組み込まれて使用され、患者から脱血された血液の酸素化、異物の除去などを行うものである。そして、人工心肺装置としては、人工肺の種類、ポンプの種類、ポンプの配置位置などの相違により種々のタイプがあるが、人工心肺装置としては、通常、リザーバー（貯血槽）、人工肺等を備え、ローラーポンプ等の送血ポンプで血液を移動させる構造となっている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６―２０７１２号公報（図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような人工心肺装置は、単に送液ポンプで血液を移動させているため、血液の流れはほぼ一定となっており、人体における心臓の拍動（律動的な収縮運動）による血液の流れの変動とは大きく相違するという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、実際の心臓の拍動による血液の流れの変動と同様に血液の流れを変動させることができる人工心肺装置及び人工心肺装置の制御方法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】
【０００６】
上記目的は、本発明にあっては、対象者の血液を環流させるための管部を備え、前記管部内の血液の流れを閉塞又は開放することができる弁部が形成されると共に、前記弁部の上流側において、前記管部の周囲の雰囲気を陰圧とする陰圧雰囲気生成部が形成され、前記陰圧雰囲気内の前記管部の少なくとも一部が陰圧によって膨張する構成となっていることを特徴とする人工心肺装置によって達成される。
【０００７】
前記構成によれば、対象者の血液を環流させるための管部を備え、管部内の血液の流れを閉塞又は開放することができる弁部が形成されると共に、弁部の上流側において、管部の周囲の雰囲気を陰圧とする陰圧雰囲気生成部が形成され、陰圧雰囲気内の管部の少なくとも一部が陰圧によって膨張する構成となっている。
したがって、弁部が閉塞状態となり、陰圧雰囲気生成部で弁部の上流側の管部の雰囲気が陰圧となると、当該管部が膨張し、対象者からの血液の脱血が促進される。
したがって、従来のように、ローラポンプ等を配置することなく、ローラポンプ等と同様の作用が発揮される。
【０００８】
また、管部の膨張によって弁部の上流側で滞留している血液は、弁部が管部の血液の流れを開放する位置等に配置されることで、弁部から下流側の管部に一気に流れることになる。
このように、本発明では、弁部の開閉によって、実際の心臓の拍動動作（律動的な収縮運動）による血液の流れと同様の流れが実現し、実際の心臓と同様の血液の流れの変動を実現させることができる。
さらに、本発明では、上述のように、ローラーポンプ等を用いることなく、血液を流すことができる。従来、ローラーポンプ等は血液を押しつぶすように作用するので溶血（赤血球を潰す）が発生するおそれがあったが、本発明では、ローラーポンプ等を用いることなく血液を流すことができるので、従来と異なり溶血のおそれがない人工心肺装置とすることができる。
【０００９】
好ましくは、前記陰圧雰囲気を開放する陰圧開放部を有することを特徴とする。
【００１０】
前記構成によれば、陰圧雰囲気を開放する陰圧開放部を有するので、弁部が管部の血液の流れを開放する位置等に配置されたときに、血液が弁部から下流側の管部に一気に流れる込むことを促進させ、拍動動作を促進させることになる。
【００１１】
好ましくは、前記負圧雰囲気生成部により生成された負圧雰囲気中内の前記管部の膨張程度を計測する膨張程度計測部を備えることを特徴とする。
【００１２】
前記構成によれば、負圧雰囲気生成部により生成された負圧雰囲気中内の管部の膨張程度を計測する膨張程度計測部を有するので、弁部の上流側に滞留した血液量を計測することができる。
【００１３】
好ましくは、前記弁部を開閉させる弁部開閉部を有し、前記弁部開閉部が、前記膨張程度計測部の膨張程度情報に基づいて、前記弁部の開閉動作を行う構成となっていることを特徴とする。
【００１４】
前記構成によれば、弁部を開閉させる弁部開閉部を有し、弁部開閉部が、膨張程度計測部の膨張程度情報に基づいて、弁部の開閉動作を行う構成となっているので、拍動動作を精度良く実行することができる。
【００１５】
上記目的は、本発明にあっては、対象者の血液を環流させるための管部を備え、前記管部内の血液の流れを閉塞又は開放することができる弁部が形成されると共に、前記弁部の上流側において、前記管部の周囲の雰囲気を陰圧とする陰圧雰囲気生成部が形成され、前記陰圧雰囲気内の前記管部の少なくとも一部が陰圧によって膨張する構成となっていることを特徴とする人工心肺装置の制御方法により達成される。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、実際の心臓の拍動による血液の流れの変動と同様に血液の流れを変動させることができる人工心肺装置及び人工心肺装置の制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】人工心肺装置を示す概略説明図である。
【図２】図１の拍動発生装置を示す概略説明図である。
【図３】図２の膨張部が膨張した状態を示す概略説明図である。
【図４】図１の人工心肺装置の主な構成を示す概略ブロック図である。
【図５】図１の人工心肺装置の主な動作を示す概略フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、この発明の好適な実施の形態を添付図面等を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００１９】
図１は、人工心肺装置１を示す概略説明図である。図１に示すように、人工心肺装置１は、人工心肺装置１を使用する対象者に接続され、対象者から血液を取り込む管部である例えば、脱血ライン１１を有している。この脱血ライン１１は、対象者から取り込んだ血液を蓄えるリザーバーである貯血槽２０に接続され、脱血ライン１１で取り込まれた血液は、貯血槽２０に蓄えられる。
この貯血槽２０に蓄えられた血液は、図１の管部である例えば、拍動ライン１２を介して、拍動発生装置３０に導かれ、この拍動発生装置３０は、管部である例えば、人工肺ライン１３を介して人工肺４０に接続されている。
【００２０】
図２は、図１の拍動発生装置３０を示す概略説明図である。
図２に示すように、拍動ライン１２又は人工肺ライン１３の一部が密閉空間を形成可能な陰圧用筐体３１内に収容されている。この陰圧用筐体３１内に収容されている拍動ライン１２又は人工肺ライン１３の一部、本実施の形態では、例えば、拍動ライン１２の一部は、膨張部１２ａとなっており、他の拍動ライン１２や人工肺ライン１３の部分より柔軟な素材で形成され、その中を流れる血液の圧力で膨張等し易い部分となっている。
【００２１】
また、陰圧用筐体３１の外側の人工肺ライン１３には、弁部である例えば、第１の人工弁３２ａが形成されている。また、陰圧用筐体３１の外側の拍動ライン１２には第２の人工弁３２ｂが形成されている。
そして、これら第１の人工弁３２ａ及び第２の人工弁３２ｂは、弁部開閉部である例えば、人工弁開閉装置３３に接続されている。このため、第１の人工弁３２ａ及び第２の人工弁３２ｂは、この人工弁開閉装置３３により、それぞれ、人工心肺ライン１３又は拍動ライン１２内の血液の流れを閉塞又は開放する位置に移動可能な構成となっている。
なお、図２は、第１の人工弁３２ａ及び第２の人工弁３２ｂが共に開放位置に配置された状態である。
【００２２】
また、陰圧用筐体３１には、陰圧用筐体３１内の雰囲気を陰圧する陰圧雰囲気生成部である例えば、陰圧発生装置３４が形成されている。
したがって、第１の人工弁３２ａを閉鎖位置に移動させ、第２の人工弁３２ａを開放位置に配置し、この陰圧発生装置３４を駆動させ陰圧用筐体３１内の雰囲気の陰圧を高めると、膨張部１２ａ内に血液が滞留すると共に、その陰圧雰囲気によって膨張部１２ａが膨張する構成となっている。
【００２３】
図３は、図２の膨張部１２ａが膨張した状態を示す概略説明図である。
図３に示すように、膨張部１２ａが膨張することで、血液を拍動ライン１２から引き込み、これにより血液は図１の対象者から脱血ライン１１を介して拍動発生装置３０側へ引き込まれる。
したがって、本実施の形態では、従来、用いられていたローラーポンプ等のポンプを用いることなく血液を対象者から人工心肺装置１へ流すことができる。
【００２４】
特に、従来は、ローラーポンプを用いると、その構造上、管部内の血液を押しつぶす構成となっていた。このような構成では、血液内の赤血球を潰す、所謂「溶血」が発生するおそれがあった。しかし、本実施の形態では、ローラーポンプを用いる必要がないので、「溶血」を発生させることなく、対象者から血液を引き込むことができる構成となっている。
【００２５】
また、図２及び図３に示すように、陰圧用筐体３１には、膨張程度計測部である例えば、超音波センサ３５が配置されている。
この超音波センサ３５は、図２等に示すように、超音波スピーカ３５ａと超音波マイクロホン３５ｂを有し、超音波スピーカ３５ａが発した超音波を超音波マイクロホン３５ｂが検知する構成となっている。
【００２６】
また、図３に示すように、膨張部１３ａの膨張によって、超音波マイクロホン３５ｂの超音波の検出が妨げられる構成となっている。
具体的には、膨張部１２ａが膨張し、その容積が例えば、１００ｍｌの大きさに達したときに、その膨張部１２ａで超音波マイクロホン３５ｂの超音波の検出が妨げられるように、超音波スピーカ３５ａと超音波マイクロホン３５ｂが配置されている。
この容積は、任意に定めることができ、その容積によって、図３等の超音波スピーカ２５ａと超音波マイクロホン３５ｂの配置位置が変更されることになる。
【００２７】
したがって、膨張部１２ａの膨張によって、超音波が遮断されたときは、膨張部１２ａの容積が１００ｍｌに達したことが分かり、目標である例えば、１００ｍｌの血液が滞留したことが分かる構成となっている。
【００２８】
そして、図３等の人工弁開閉装置３３は、超音波マイクロホン３５ｂが超音波を検出しなくなったときに、膨張部１２ａが目標の容積に達したことが分かるので、第１の人工弁３２ａを開放位置に変更すると共に、第２の人工弁３２ｂを閉塞位置とする。
また、同時に、図３等の陰圧用筐体３１に形成されている陰圧開放部である例えば、陰圧開放弁３６を開放状態とする。
これにより、図３に示すように、膨張部１２ａ内に滞留していた血液は、一気に人工肺ライン１３へ流れる。
【００２９】
その後、第１の人工弁３２ａを閉塞位置に戻し、第２に人工弁３２ｂを開放位置に戻し、再び、陰圧用筐体３１内の陰圧を高め、その後、開放するという動作を繰り返すことで、心臓の拍動動作が再現される。
すなわち、この拍動発生装置３０により、人体における心臓の所謂「拍動（律動的な収縮運動）」状態を再現することができる構成となっている。なお、この「拍動」動作の詳細については、後述する。
【００３０】
ところで、図１の人工肺ライン１３を介して人工肺４０に導入された血液は、人工肺４０で血液の酸素化等が行われた後、図１の管部である例えば、第１の送血ライン１４を介して、バブルトラップ５０に導かれる。
このバブルトラップ５０で、バブル等が除去された酸素化された血液は、図１の管部である例えば、第２の送血ライン１５を介して、再び、対象者の体内に戻される。
【００３１】
したがって、人工心肺装置１は、対象者の心臓手術等のときでも、心臓と同様の機能を発揮することとなる。
【００３２】
一方、バブルトラップ５０で取り除かれたバブル等は、管部である例えば、エアーベントライン１６を介して運ばれ、処理される。
【００３３】
また、図１に示す人工心肺装置１は、コンピュータを有し、コンピュータは、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等を有し、これらは、バスを介して接続されている。
【００３４】
図４は、図１の人工心肺装置１の主な構成を示す概略ブロック図である。
図１の人工心肺装置１は、図４に示すように、「人工心肺装置制御部２」を有し、「人工心肺装置制御部２」は、図４に示す「人工肺４０」、「計時装置３」及び「拍動発生装置３０」を制御する構成となっている。この「拍動発生装置３０」は、上述の「陰圧開放弁３６」、「陰圧発生装置３４」、「超音波センサ３５」、「人工弁開閉装置３３」、「第１の人工弁３２ａ」及び「第２の人工弁３２ｂ」を含む構成となっている。
【００３５】
図５は、図１の人工心肺装置１の主な動作を示す概略フローチャートである。
以下、図５のフローチャートに従い、その動作等を説明すると共に、図１乃至図４の構成等についても説明する。
【００３６】
先ず、ステップＳＴ（以下「ＳＴ」と称す。）１では、図１の人工心肺装置１が対象者である患者等に取り付けられ、その動作を開始する。
ＳＴ１では、図４の「人工弁開閉装置５１」が「第１の人工弁３２ａ」の位置を図２の人工肺ライン１３を閉塞する閉塞位置とし、「第２の人工弁３２ｂ」の位置を図２の拍動ライン１２を開放する開放位置とする。
そして、図２の「陰圧用筐体３１」に配置されている「陰圧発生装置３４」を駆動させ、陰圧用筐体３１内の雰囲気中の陰圧を高める。
【００３７】
すると、陰圧用筐体３１内の陰圧の高まりと共に、膨張部１２ａは膨張し、これによって、拍動ライン１２側から血液が膨張部１２ａ内に流れ込む。
したがって、本実施の形態では、従来のようにローラーポンプ等のポンプを用いることなく血液を対象者から脱血することができる。
したがって、上述のように、ローラーポンプを使用することのよる「溶血」の発生を未然に回避することができる。
【００３８】
次いで、ＳＴ２へ進む。ＳＴ２では、「超音波センサ３５」の「超音波マイクロホン３５ｂ」が「超音波スピーカ３５ａ」からの「超音波」を検出しているか否かを判断する。
【００３９】
ＳＴ２で、「超音波マイクロホン３５ｂ」が「超音波」を検出しなくなったときは、ＳＴ３へ進む。
すなわち、「超音波マイクロホン３５ｂ」が「超音波」を検出しなくなったときは、図３に示すように、膨張部１２ａの容積が１００ｍｌまで膨張したことを意味し、この容積は，想定の容積であるので、膨張程度情報である例えば、「超音波を検知しない」という信号に基づき、膨張部１２ａが十分膨張したと判断する。
【００４０】
ＳＴ３では、陰圧発生装置３４の動作を停止させ、陰圧用筐体３１の「陰圧開放弁３６」を開放する。また、同時に、人工弁開閉装置３３が、第１の人工弁３２ａを人工肺ライン１３を開放する開放位置に移動させると共に、第２の人工弁３２ｂを拍動ライン１２を閉塞する閉塞位置へと移動させる。
すると、図３の膨張部１２ａ内に滞留していた血液が一気に人工肺４０方向に流れることになる。
【００４１】
次いで、ＳＴ４へ進む。ＳＴ４では、図４の「計時装置３」を参照して、ＳＴ３の動作から所定時間が経過したか否かを判断する。
すなわち、図３で示す膨張部１２ａ内の血液が第１の人工弁３２ａを介して、人工肺４０方向へ流れ、その膨張部１２ａが萎み、図２に示す状態に戻るまでの時間が経過したか否かを判断する。
【００４２】
ＳＴ４で、所定の時間が経過したと判断したときは、ＳＴ５へ進む。ＳＴ５では、超音波センサ３５の超音波マイクロホン３５ｂが「超音波」を検知したか否かを判断し、検知しない場合は、何らかの理由で、膨張部１２ａが未だ十分に萎んでいないと判断する。
一方、超音波マイクロホン３５ｂが「超音波」を検知した場合は、膨張部１２ａが図２に示す状態に戻ったと判断し、ＳＴ１の動作へ進む。
【００４３】
したがって、本実施の形態では、血液の流れは、一定ではなく、図１等の「拍動発生装置３０」によって、拍動状態に変化させられ、実際の心臓の「拍動動作（律動的な収縮運動）」と同様の血液の流れを実現する構成となっている。
【００４４】
また、この拍動動作は、図２等の「超音波センサ３５」の「超音波」の検出又は非検出に基づいて実行されるため、極めて精度の高い拍動動作を実現させることができる。
【００４５】
このように、本実施の形態では、上述のような工程を経ることで、実際の心臓の「拍動動作（律動的な収縮運動）」と同様の血液の流れを極めて精度高く実現させることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１・・・人工心肺装置、２・・・人工心肺装置制御部、３・・・計時装置、１１・・・脱血ライン、１２・・・拍動ライン、１２ａ・・・膨張部、１３・・・人工心肺ライン、１４・・・第１の送血ライン、１５・・・第２の送血ライン、１６・・・エアーベントライン、２０・・・貯血槽、３０・・・拍動発生装置、３１・・・陰圧用筐体、３２ａ・・・第１の人工弁、３２ｂ・・・第２の人工弁、３３・・・人工弁開閉装置、３４・・・陰圧発生装置、３５・・・超音波センサ、３５ａ・・・超音波スピーカ、３５ｂ・・・超音波マイクロホン、３６・・・陰圧開放弁、４０・・・人工肺、５０・・・バブルトラップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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