(57)【要約】体外灌流システムの加熱冷却器装置が、灌流システムへの伝熱流体の供給を行う少なくとも１つの流体回路（１０２、１０４）と、蓄冷ユニット（２６６）と、蓄冷ユニット（２６６）をチャージするための冷却ユニット（２５０）とを含む。蓄冷ユニット（２６６）は、冷却ユニット（２５０）によって伝熱流体が冷却される温度より高い温度で凍結する液体を収容するチャンバ（３１２）と、伝熱流体が搬送される通路であって、チャンバ（３１２）を通って延びる通路とを備える。これにより、より効果的な蓄冷ユニットを提供することができる。
2020527407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
体外灌流システムの加熱冷却器装置であって、
前記灌流システムに伝熱流体の供給を行う少なくとも１つの流体回路と、
蓄冷ユニットと、
前記蓄冷ユニットをチャージするための冷却ユニットと
を備え、
前記蓄冷ユニットは、前記冷却ユニットによって前記伝熱流体が冷却される温度よりも高い温度で凍結する液体を収容するチャンバと、前記伝熱流体が搬送される通路であって、前記チャンバを通って延びる通路とを備える、加熱冷却器装置。
【請求項２】
前記蓄冷ユニットは、冷却時に凍結する非水系相変化材料を含む、請求項１に記載の加熱冷却器装置。
【請求項３】
前記伝熱流体を前記冷却ユニットに通して前記伝熱流体を冷却し、前記伝熱流体を前記蓄冷ユニットに通して前記蓄冷ユニットをチャージするための流れ回路を備える、請求項１又は２に記載の加熱冷却器装置。
【請求項４】
前記流れ回路はさらに、前記伝熱流体を前記冷却ユニットにより冷却せずに、前記伝熱流体を前記蓄冷ユニットに通して前記体外灌流システムで使用するために前記伝熱流体を冷却するように構成されている、請求項３に記載の加熱冷却器装置。
【請求項５】
前記加熱冷却器装置は、前記冷却ユニットを含む一体化したユニットを備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の加熱冷却器装置。
【請求項６】
前記冷却ユニットは、冷却された伝熱流体の流れを供給して前記蓄冷ユニットをチャージするための別個のユニットとして設けられている、請求項１から４のいずれか一項に記載の加熱冷却器装置。
【請求項７】
前記伝熱流体を加熱するための１つ以上の加熱器をさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の加熱冷却器装置。
【請求項８】
前記灌流システムの複数の熱交換器に伝熱流体を供給するための複数の流体回路を備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の加熱冷却器装置。
【請求項９】
前記伝熱流体は殺生物性流体である、請求項１から８のいずれか一項に記載の加熱冷却器装置。
【請求項１０】
前記殺生物性流体はグリコールを含む、請求項９に記載の加熱冷却器装置。
【請求項１１】
前記流体回路は、前記加熱冷却器装置から直接、前記体外灌流システムの熱交換器に伝熱流体を供給する、請求項９又は１０に記載の加熱冷却器装置。
【請求項１２】
前記流体回路が、前記加熱冷却器装置から前記伝熱流体が供給される使い捨て熱交換器モジュールに伝熱流体を供給する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の加熱冷却器装置。
【請求項１３】
前記通路は、前記伝熱流体がそれを通って搬送される管の配列を備え、前記管の配列は、前記チャンバを通って延びる、請求項１から１２のいずれか一項に記載の加熱冷却器装置。
【請求項１４】
前記蓄冷ユニットは、前記管の配列の管の周囲及び間に延在するひれ状部をさらに備える、請求項１３に記載の加熱冷却器装置。
【請求項１５】
前記蓄冷ユニットのチャージ状態の指標を提供するセンサをさらに備える、請求項１３又は１４に記載の加熱冷却器装置。
【請求項１６】
前記センサは、前記蓄冷ユニット内の前記蓄冷材のレベルを測定するためのレベルセンサ、又は前記蓄冷ユニットのチャンバ内の圧力を測定するための圧力センサである、請求項１５に記載の加熱冷却器装置。
【請求項１７】
特定された前記チャージ状態及び患者の１つ以上の生理的パラメータに基づいて、前記装置の動作の継続時間を決定するように構成されているコントローラをさらに備える、請求項１５又は１６に記載の加熱冷却器装置。
【請求項１８】
前記生理的パラメータは、前記患者の体重又は前記患者の体格指数を含む、請求項１６に記載の加熱冷却器装置。
【請求項１９】
脱気器及びフィルタを通して伝熱流体を循環させるための回路と、前記加熱冷却器装置内の伝熱流体を補充するための伝熱流体のリザーバとをさらに備える、請求項１から１８のいずれか一項に記載の加熱冷却器装置。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれか一項に記載の加熱冷却器装置の動作方法であって、
チャージ段階であって、
前記蓄冷ユニットをチャージして相変化材料を固体状態に変化させるように前記冷却ユニットを動作させることと、
前記冷却ユニットの動作を停止することと
を含むチャージ段階と、
動作段階であって、
前記少なくとも１つの流体回路を介して前記体外灌流システムに供給するために前記伝熱流体を前記蓄冷ユニットに通して前記伝熱流体を冷却すること
を含む動作段階と
を含む方法。
【請求項２１】
前記蓄冷ユニットのチャージ状態を監視することをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記蓄冷ユニットのチャージ状態は、前記蓄冷ユニット内の蓄冷材のレベルを測定することによって、又は前記蓄冷ユニットのチャンバ内の圧力を測定することによって監視される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
特定された前記チャージ状態及び患者の１つ以上の生理的パラメータに基づいて、前記装置の動作の継続時間を決定することをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記生理的パラメータは、前記患者の体重又は前記患者の体格指数を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記チャージ段階中に前記加熱冷却器システムの伝熱流体リザーバを充填することをさらに含む、請求項２０から２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
温度制御を必要とする第１のデバイスと、温度制御を必要とする第２のデバイスとを備える体外灌流システム用の加熱冷却器装置であって、
より高い温度及びより低い温度での伝熱流体の別個の供給をそれぞれの高温及び低温流回路に同時に行う熱発生器ユニットと、
前記高温及び低温流回路のそれぞれからの第１及び第２の制御された排出路であって、前記第１の制御された排出路は第１の中間熱交換器に伝熱流体の第１の流れを提供するように構成され、前記第２の制御された排出路は第２の中間熱交換器に伝熱流体の第２の流れを提供するように構成されている、第１及び第２の制御された排出路と
を備え、
前記第１の中間熱交換器は、前記伝熱流体の第１の流れと、前記第１のデバイスを通って閉ループ内を循環する第１の中間流体との間で熱交換を行い、
前記第２の中間熱交換器は、前記伝熱流体の第２の流れと、前記第２のデバイスを通って閉ループ内を循環する第２の中間流体との間で熱交換を行う、加熱冷却器装置。
【請求項２７】
前記第１のデバイスは酸素供給器であり、前記第２のデバイスは心筋保護ユニットである、請求項２６に記載の加熱冷却器装置。
【請求項２８】
前記制御された排出路の１つ以上が制御弁を備える、請求項２６又は２７に記載の加熱冷却器装置。
【請求項２９】
前記熱発生器ユニットは、より高い温度及びより低い温度での伝熱流体の別個の供給を混合器ユニットに行うように構成され、前記混合器ユニットは、供給された伝熱流体を混合して、前記伝熱流体の第１及び第２の流れを前記第１及び第２の中間熱交換器に供給するように適合されている、請求項１８から２０のいずれか一項に記載の加熱冷却器装置。
【請求項３０】
前記熱発生器ユニットは、前記伝熱流体を加熱するための加熱器モジュールを備える、請求項２６から２９のいずれか一項に記載の加熱冷却器装置。
【請求項３１】
前記熱発生器ユニットは、前記伝熱流体を冷却するための冷却モジュールを備える、請求項２６から３０のいずれか一項に記載の加熱冷却器装置。
【請求項３２】
前記冷却モジュールは、必要に応じて前記伝熱流体を加熱するようにさらに適合されている、請求項３１に記載の加熱冷却器装置。
【請求項３３】
前記熱発生器ユニットは、前記より低い温度での伝熱流体の供給から前記より高い温度での伝熱流体の供給へと熱を伝達するヒートポンプを備える、請求項２６から３２のいずれか一項に記載の加熱冷却器装置。
【請求項３４】
放熱器を通って流れるようにされた伝熱流体と周囲空気との間で熱交換を行う放熱器をさらに備える、請求項３３に記載の加熱冷却器装置。
【請求項３５】
前記高温流回路は第１のポンプと第１の三方制御弁とを備え、前記低温流回路は第２のポンプと第２の三方制御弁とを備え、
前記第１の三方制御弁の動作は、前記伝熱流体から余分な熱を除去するために前記高温流回路からの伝熱流体の流れを前記放熱器に迂回させ、
前記第２の三方制御弁の動作は、前記周囲空気から前記伝熱流体に熱を引き込むために前記低温流回路からの伝熱流体の流れを前記放熱器に迂回させる、請求項３４に記載の加熱冷却器装置。
【請求項３６】
前記熱発生器ユニットを制御して前記より高い温度及びより低い温度で伝熱流体の別個の供給を行うように適合されているコントローラをさらに備える、請求項１８から２７のいずれか一項に記載の加熱冷却器装置。
【請求項３７】
前記コントローラは、前記酸素供給器及び前記心筋保護ユニットに供給される前記第１及び第２の中間流体の流れ及び温度を別々に制御するように構成されている、請求項３６に記載の加熱冷却器装置。
【請求項３８】
前記伝熱流体は殺生物性流体である、請求項２６から３７のいずれか一項に記載の加熱冷却器装置。
【請求項３９】
前記殺生物性流体はグリコールを含む、請求項３８に記載の加熱冷却器装置。
【請求項４０】
温度制御を必要とする第１のデバイス及び温度制御を必要とする第２のデバイスを含む体外灌流システムにおいて流体の熱制御を提供する方法であって、
より高い温度及びより低い温度での伝熱流体の別個の供給をそれぞれの高温及び低温流回路に同時に行うことと、
前記高温及び低温流回路のそれぞれからの排出路を制御し、加熱又は冷却された伝熱流体の第１の流れを第１の中間熱交換器に供給し、加熱又は冷却された伝熱流体の第２の流れを第２の中間熱交換器に供給することと、
前記伝熱流体の第１の流れと、前記第１のデバイスを通って閉ループ内を循環する第１の中間流体との間で熱交換を行うことと、
前記伝熱流体の第２の流れと、前記第２のデバイスを通って閉ループ内を循環する第２の中間流体との間で熱交換を行うことと
を含む方法。
【請求項４１】
前記第１のデバイスは酸素供給器であり、前記第２のデバイスは心筋保護ユニットである、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
ヒートポンプによって、前記より低い温度での伝熱流体の供給から前記より高い温度での伝熱流体の供給へと熱が伝達される、請求項４０又は４１に記載の方法。
【請求項４３】
周囲空気と、放熱器を通って流れるようにされた伝熱流体との間で熱交換を行うことをさらに含む、請求項４０から４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４４】
前記高温流回路は、第１のポンプと第１の三方制御弁とを備え、前記冷却流回路は、第２のポンプと第２の三方制御弁とを備え、
前記伝熱流体から余分な熱を除去するために前記高温流回路からの伝熱流体の流れを前記放熱器に迂回させるように前記第１の三方制御弁を動作させることと、
前記周囲空気から前記伝熱流体に熱を引き込むために前記低温流回路からの伝熱流体の流れを前記放熱器に迂回させるように前記第２の三方制御弁を動作させることと
を含む、請求項４３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体外灌流システムにおいて血液又は他の流体を冷却及び加熱するための、医療処置／外科的処置において使用される加熱冷却器装置及び関連する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
外科的処置の間、体外循環液が患者に戻される前に体外循環液の温度を設定するために、加熱冷却器システムが使用される。例えば、手術中に、患者の身体は、代謝活性を低下させるために、３７°Ｃの正常体温よりも低い、１５°Ｃ程度まで低体温法によって冷却することができる。逆に、隔離された手足又は腹腔などの身体の他の部分は、３７°Ｃを超える温度又は３７°Ｃ未満の温度に選択的に加温することができる。
【０００３】
従来の加熱冷却器システムは、患者に投与される流体の温度を制御するために、体外酸素供給器、心筋保護ユニット（「心筋保護」は心拍抑制を意味する）、又は独立型熱交換器などの医療デバイスを介して温度制御された水を伝熱媒体として供給するための１つ以上の水槽を備える。例えば、酸素供給器（人工肺）は、酸素供給器内で酸素化された血液の温度をその後の患者への投与に適しているように設定するために、温度制御された水を伝熱媒体として加熱冷却器システムから受け取るためのコネクタを有する熱交換機構を備える。同様に、心筋保護、患肢灌流、左心バイパス、及びその他の処置は、熱交換器を用いて血液温度を制御する。
【０００４】
最近の世界保健勧告及び独立したグループの研究は、現在市販されている加熱冷却器ソリューションが汚染リスク及び健康被害の増加に関連していることを確認し、肝心な加熱冷却性能を果たしながら汚染を除去する新しい加熱冷却器技術の必要性を指摘している（参考文献１：「超清浄空気換気システムにおける心臓手術中の加熱冷却器ユニットからのマイコバクテリウム・キマイラ伝播」、新興感染症、Ｖｏｌ．２２、Ｎｏ．６、２０１６年６月、及び参考文献２：「心胸郭手術中の加熱冷却器デバイス（ＨＣＤ）に関連する非結核性抗酸菌（ＮＴＭ）感染」、ＦＤＡエグゼクティブサマリー、２０１６年６月２〜３日、医療機器諮問委員会の循環器装置小委員会、参照）。
【０００５】
水ベースの加熱冷却器システムは、手術中に使用中の機器を介して汚染が移動する可能性を防ぐ密閉されたフローシステムを備えることができるが、手術前又は手術後の機器のセットアップ及び取り外しにより、微生物が水蒸気で手術室環境に放出される可能性がある。システムのいくつかの部分で使い捨てのコンポーネントを使用することはできるが、加熱冷却器装置全体を無菌の使い捨てユニットとして提供することは実用的ではない（そして非常に費用がかかる）。
【０００６】
従来の加熱冷却器システムは、温度（例えば、患者の血液温度）を下げる必要がある場合に、伝熱流体の冷却された流れを提供するための冷却ユニットなどの冷却デバイスを含む。冷却ユニットは、冷媒流回路内で圧縮機を使用する。圧縮機はそれ自体が外部冷却を必要とし、これは通常、冷却ファンからの空気流の形で提供される。しかしながら、多くの外科的処置は、患者の上に層流エアカーテンを使用し、空中浮遊微生物感染に対するバリアを提供する。圧縮機冷却ファンを近接させると、このようなエアカーテンを破壊する可能性がある。
【０００７】
特許文献１は、灌流システム用の加熱冷却器装置を開示しており、加熱冷却器装置は、加熱冷却器デバイスと抗菌性流体とを備える。
【０００８】
特許文献２は、体外血液処理のためのシステム、装置及び方法を開示している。
【０００９】
特許文献３は、身体の局所標的領域を灌流するための局所灌流体外回路の使用に関するシステム、装置及び方法を開示している。
【００１０】
特許文献４は、灌流高／低体温治療システムを開示している。
【００１１】
特許文献５は、流体温度調節器を開示している。
【００１２】
特許文献６は、生きている患者の循環血液の少なくとも約半分までの量を一度に変化させる体外治療処置のための装置及び方法を開示している。
【００１３】
特許文献７は、患者の温熱療法のプロセスを開示している。
【００１４】
特許文献８は、外科的処置中に患者の体温の最適な管理を提供する温度制御システムを開示している。
【００１５】
特許文献９は、体外血液灌流回路内の熱交換デバイスに流れる流体の温度を調節するために流体源を混合するための回転弁ユニットを開示している。
【００１６】
特許文献１０は、開心術に使用するための血液加熱システムを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】英国特許出願公開第２５５１８７７号明細書
【特許文献２】国際公開第１０／１１１７７８号
【特許文献３】国際公開第２０８／１９５６５１号
【特許文献４】国際公開第９７／０６８４０号
【特許文献５】米国特許出願公開第２００９／２３５６８６号明細書
【特許文献６】米国特許第５８１７０４５号明細書
【特許文献７】米国特許第４４７９７９８号明細書
【特許文献８】欧州特許出願公開第１４８７３８７号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２００７／１９７９５１号明細書
【特許文献１０】米国特許第６４２３２６８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、汚染リスクを低減又は排除しながら、体外灌流システムに用いる加熱冷却器システムの温度管理及び制御を改善することに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
既知の加熱冷却器装置に関連する汚染の問題により、場合によっては死に至る健康被害のリスク増加を克服するために（上記参考文献１及び２参照）、本発明は、閉ループの伝熱流体回路を備えた加熱冷却器システム（ＨＣＳ）を提供する。本発明の実施形態は、細菌増殖及び内毒素をサポートせず、許容可能な低レベルの化学汚染物質を有し、患者の心筋保護回路及び酸素供給器回路のための加熱及び冷却要求を安全かつ効果的に提供する。
【００２０】
本発明の第１の態様によれば、体外灌流システムの加熱冷却器装置が提供される。加熱冷却器装置は、灌流システムへの伝熱流体の供給を行う少なくとも１つの流体回路と、蓄冷ユニットと、蓄冷ユニットをチャージするための冷却ユニットとを備える。
【００２１】
蓄冷ユニットは、好ましくは、冷却時に凍結する非水系相変化材料を備える。材料から除去された潜熱は、実質的な冷却の貯蔵を提供する。
【００２２】
蓄冷ユニットを含むことにより、圧縮機を動作させる必要なしに冷却貯蔵から汲み出すことで冷却を行うことができるという利点がある。これは、圧縮機ファンによって引き起こされる、患者の身体の上の層流エアカーテンの攪乱がないことを確実にする。
【００２３】
実施形態において、加熱冷却器装置は、伝熱流体を冷却ユニットに通して伝熱流体を冷却し、伝熱流体を蓄冷ユニットに通して蓄冷ユニットをチャージするための流れ回路を備える。蓄冷ユニットのチャージは、体外灌流のための装置の使用前に行うことができる。好ましくは、流れ回路はさらに、伝熱流体を冷却ユニットにより冷却せずに、伝熱流体を蓄冷ユニットに通して体外灌流システムで使用するために伝熱流体を冷却するように構成されている。
【００２４】
いくつかの実施形態において、加熱冷却器装置は、冷却ユニットを含む一体化したユニットを備えることができる。代わりに、冷却ユニットは、冷却された伝熱流体の流れを供給して蓄冷ユニットをチャージするための別個のユニットとして設けることができる。蓄冷ユニットをチャージするために、手術室から離れた状態に保つことができる別個の冷却ユニットを提供することが有利な場合がある。
【００２５】
実施形態において、加熱冷却器装置は、伝熱流体を加熱するための１つ以上の加熱器をさらに備えることができる。これらの加熱器は、体外灌流システムに加熱された伝熱流体を供給することが必要とされる状況のために設けられる。
【００２６】
実施形態において、加熱冷却器装置は、灌流システムの複数の熱交換器に冷却された（又は加熱された）伝熱流体を供給するための複数の流体回路を備える。例えば、１つの回路が酸素供給器に供給し、別の回路が心筋保護ユニットに供給することができる。
【００２７】
実施形態において、伝熱流体は殺生物性流体である。殺生物性流体はグリコールを含むことができる。殺生物性流体の使用は、微生物感染が加熱冷却器装置を通して灌流システムに伝播されないことを確実にするのに役立つ。このような実施形態において、流体回路は、加熱冷却器装置から直接、体外灌流システムの熱交換器に伝熱流体を供給することができる。例えば、加熱冷却器システムは、酸素供給器及び心筋保護ユニットに直接伝熱流体を供給することができ、これらのユニットは、殺生物性流体で使用のために特別に設計され、殺生物性流体での使用が承認されている。代わりに、流体回路は、加熱冷却器装置から伝熱流体が供給される使い捨て熱交換器モジュールに伝熱流体を供給することができる。これにより、他の流体（滅菌水など）との使用が承認されている装置と共に加熱冷却器装置を使用することができる。
【００２８】
実施形態において、蓄冷ユニットは、冷却ユニットによって伝熱流体が冷却される温度より高い温度で凍結する液体を収容するチャンバと、伝熱流体が搬送される通路であって、チャンバを通って延びる通路とを備えることができる。通路は、管の配列を備えることができ、又は管の配列によって構成されることができる。蓄冷ユニットは、管の配列の管の周囲及び間に延在するひれ状部をさらに備えることができる。
【００２９】
実施形態は、蓄冷ユニットのチャージ状態の指標を提供するためのセンサをさらに備えることができる。センサは、チャンバ内の蓄冷材のレベルを測定するためのレベルセンサ、又はチャンバ内の圧力を測定するための圧力センサであることができる。このような実施形態は、特定されたチャージ状態及び患者の１つ以上の生理的パラメータに基づいて、装置の動作の継続時間を決定するように構成されているコントローラをさらに備えることができる。生理的パラメータは、患者の体重又は患者の体格指数を含むことができる。
【００３０】
加熱冷却器装置の実施形態は、脱気器及びフィルタを通して伝熱流体を循環させるための回路と、加熱冷却器装置内の伝熱流体を補充するための伝熱流体のリザーバとをさらに備えることができる。
【００３１】
本発明の第２の態様によれば、請求項２０に記載されるように、第１の態様による加熱冷却器装置を動作させる方法が提供される。方法は、冷却ユニットを作動させて蓄冷ユニットをチャージすることと、冷却ユニットの動作を停止することとを含むチャージ段階と、伝熱流体を蓄冷ユニットに通して体外灌流システムで使用するために伝熱流体を冷却することを含む動作段階とを含む。
【００３２】
方法は、蓄冷ユニットのチャージ状態を監視することをさらに含むことができる。蓄冷ユニットのチャージ状態は、蓄冷ユニット内の蓄冷材のレベルを測定することによって、又は蓄冷ユニットのチャンバ内の圧力を測定することによって監視することができる。実施形態において、方法は、蓄冷ユニットの特定されたチャージ状態及び患者の１つ以上の生理的パラメータに基づいて、装置の動作の継続時間を決定することをさらに含むことができる。生理的パラメータは、患者の体重又は患者の体格指数を含むことができる。
【００３３】
いくつかの実施形態において、方法は、チャージ段階中に加熱冷却器システムの伝熱流体リザーバを充填することをさらに含むことができる。
【００３４】
本発明の第３の態様によれば、請求項２６に記載されるように、温度制御を必要とする第１のデバイスと温度制御を必要とする第２のデバイスとを含む体外灌流システムのための加熱冷却器装置が提供される。装置は、より高い温度及びより低い温度での伝熱流体の別個の供給をそれぞれの高温及び低温流回路に同時に行う熱発生器ユニットを含む。第１及び第２の制御された排出路が、高温流回路及び低温流回路のそれぞれから提供される。第１の制御された排出路は、伝熱流体の第１の流れを第１の中間熱交換器に供給するように構成されている。第２の制御された排出路は、伝熱流体の第２の流れを第２の中間熱交換器に供給するように構成されている。第１の中間熱交換器は、伝熱流体の第１の流れと、第１のデバイスを通る閉ループ内を循環する第１の中間流体との間で熱交換を行う。第２の中間熱交換器は、伝熱流体の第２の流れと、第２のデバイスを通る閉ループ内を循環する第２の中間流体との間で熱交換を行う。
【００３５】
加熱冷却器は、細菌の増殖をサポートせず、内毒素及び化学汚染物質が許容可能な非常に低い（すなわち、無視できる）レベルである伝熱流体の閉回路を動作させる、という利点がある。さらなる利点は、加熱冷却器装置が流体の高温（より高い温度）及び低温（より低い温度）の供給を同時に行い、灌流装置における加熱又は冷却の要求の変化に対する迅速な応答を可能にすることである。
【００３６】
第１のデバイスは酸素供給器であることができ、第２のデバイスは心筋保護ユニットであることができる。
【００３７】
制御された排出路の１つ以上が制御弁を備えることができる。
【００３８】
熱発生器ユニットは、より高い温度及びより低い温度での伝熱流体の別個の供給を混合器ユニットに行うように構成されることができ、混合器ユニットは、供給された伝熱流体を混合して、伝熱流体の第１及び第２の流れを第１及び第２の中間熱交換器に供給するように適合されている。
【００３９】
熱発生器ユニットは、伝熱流体を加熱するための加熱器モジュールを備えることができる。熱発生器ユニットは、伝熱流体を冷却するための冷却モジュールを備えることができる。冷却モジュールは、必要に応じて伝熱流体を加熱するようにさらに適合されることができる。熱発生器ユニットは、より低い温度での伝熱流体の供給からより高い温度での伝熱流体の供給へと熱を伝達するためのヒートポンプを備えることができる。
【００４０】
加熱冷却器装置は、放熱器を通って流れるようにされた伝熱流体と周囲空気との間で熱交換を行う放熱器をさらに備えることができる。
【００４１】
高温流回路は、第１のポンプと第１の三方制御弁とを備えることができ、低温流回路は、第２のポンプと第２の三方制御弁とを備え、第１の三方制御弁の動作は、伝熱流体から余分な熱を除去するために高温流回路からの伝熱流体の流れを放熱器に迂回させ、第２の三方制御弁の動作は、周囲空気から伝熱流体に熱を引き込むために低温流回路からの伝熱流体の流れを放熱器に迂回させる。
【００４２】
加熱冷却器装置は、熱発生器ユニットを制御してより高い温度及びより低い温度で伝熱流体の別個の供給を行うように適合されているコントローラをさらに備えることができる。コントローラは、前記制御された排出路のそれぞれを制御して伝熱流体の第１及び第２の流れを提供するように適合されることができる。コントローラは、酸素供給器及び心筋保護ユニットに供給される第１及び第２の中間流体の流量及び温度を別々に制御するように適合されることができる。
【００４３】
伝熱流体は殺生物性流体であることができる。殺生物性流体はグリコールを含むことができる。
【００４４】
本発明の第４の態様によれば、請求項４０に記載されるように、温度制御を必要とする第１のデバイスと温度制御を必要とする第２のデバイスとを含む体外灌流システムにおいて流体の熱制御を提供する方法が提供される。方法は、より高い温度及びより低い温度での伝熱流体の別個の供給をそれぞれの高温及び低温流回路に同時に行うことと、前記高温及び低温流回路の各々からの排出路を制御して加熱又は冷却された伝熱流体の第１の流れを第１の中間熱交換器に、加熱又は冷却された伝熱流体の第２の流れを第２の中間熱交換器に供給することと、伝熱流体の第１の流れと、前記第１のデバイスを通って閉ループ内を循環する第１の中間流体との間で熱交換を行うことと、伝熱流体の第２の流れと、前記第２のデバイスを通って閉ループ内を循環する第２の中間流体との間で熱交換を行うこととを含む。
【００４５】
第１のデバイスは酸素供給器であることができ、第２のデバイスは心筋保護ユニットであることができる。
【００４６】
ヒートポンプによって、より低い温度での伝熱流体の供給からより高い温度での伝熱流体の供給へと熱が伝達され得る。
【００４７】
方法は、周囲空気と、放熱器を通って流れるようにされた伝熱流体との間で熱交換を行うことをさらに含むことができる。
【００４８】
高温流回路は、第１のポンプと第１の三方制御弁とを備えることができ、低温流回路は、第２のポンプと第２の三方制御弁とを備え、方法は、伝熱流体から余分な熱を除去するために高温流回路からの伝熱流体の流れを放熱器に迂回させるように第１の三方制御弁を動作させることと、周囲空気から伝熱流体に熱を引き込むために低温流回路からの伝熱流体の流れを放熱器に迂回させるように第２の三方制御弁を動作させることとをさらに含む。
【００４９】
本発明のさらなる代替的な又は任意選択の特徴及び利点は、以下の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１Ａ】灌流システムの加熱冷却器システムの実施形態の概略図である。
【図１Ｂ】加熱冷却器システムの熱発生器の一実施形態の流路及び主要コンポーネントを示す。
【図２】図１Ａの加熱冷却器システムの放熱器モジュールの一実施形態のフローライン及びコンポーネントを示す。
【図３】図１Ａの加熱冷却器システムの伝熱流体リザーバモジュールの一実施形態のフローライン及びコンポーネントを示す。
【図４】図１Ａの加熱冷却器システムのポンプモジュールの一実施形態の流路及びコンポーネントを示す。
【図５Ａ】図１Ａの加熱冷却器システムの冷却／加熱モジュールの一実施形態に関連する流路及びコンポーネントを示す。
【図５Ｂ】図１Ａの加熱冷却器システムの冷却／加熱モジュールの代替実施形態に関連する流路及びコンポーネントを示す。
【図６】図１Ａの加熱冷却器システムの制御モジュールの一実施形態の主要コンポーネントの概略図である。
【図７】関連する制御モジュールＪと共に、図１Ａの混合器ユニットＧの一実施形態に関連するフローライン及びコンポーネントを示す。
【図８】灌流システムのための加熱冷却器システムの別の実施形態の配置図である。
【図９】灌流システムのための加熱冷却器システムのさらに別の実施形態の配置図である。
【図１０】図８の灌流システムにおける使い捨て熱交換器モジュールを示す概略フロー回路図である。
【図１１】図８又は９の加熱冷却器システムの一実施形態の概略フロー回路図である。
【図１２】図８から図１１の加熱冷却器システムの相変化蓄冷ユニットの一実施形態を示す。
【図１３】加熱冷却器システムの別の実施形態の概略フロー回路図である。
【図１４】図１３の加熱冷却器システムを含む灌流システムの一実施形態の配置図である。
【図１５】図１３の加熱冷却器システムを含む灌流システムの別の実施形態の配置図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
既に説明したように、現在市販されている加熱冷却器ソリューションは高い汚染リスクに関連している。本発明者らは、英国特許出願第１６１１４０９．２号、第１７０６５６３．２号及び第１７０７９３５．１号、ならびに国際特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０７／０５１８９８号（それらの内容は参照により本明細書に組み込まれている）に記載されているように、これらの問題のいくつかに取り組み始めている。これらは、加熱冷却器と灌流システム熱交換器との間の中間通路において流体に熱を伝達するための熱交換器装置を含む灌流システムの態様を記載している。本明細書に記載される加熱冷却器システムは、さらなる改良及び／又は改善を含むと考えることができる。
【００５２】
図１から図７を参照して以下に最初に記載されるのは、加熱及び冷却された伝熱流体の別個の流れを提供する加熱冷却器装置を使用する実施形態である。その後、図８から図１５を参照して、蓄冷ユニットを使用する加熱冷却器装置の実施形態を説明する。
【００５３】
図１Ａは、灌流システムの加熱冷却器システムの実施形態の概略図を示す。図１Ａの概略構成は、ユニット又はモジュールとして後述される特徴を示すことに留意されたい。これは、システムの異なる機能的側面を区別するために行われたものであり、必ずしもユニットが異なる又は別個のハードウェアコンポーネントでなければならないことを意味するものと解釈されるべきではない。加熱冷却器システムは、熱発生器ユニットＡと、混合器ユニットＧと、中間ユニットＫとを含み、患者心筋保護ユニットＮ及び酸素供給器ユニットＯも示す。熱発生器ユニットＡは、放熱器モジュールＢと、伝熱流体リザーバＣと、ポンプモジュールＤと、冷却／加熱（ヒートポンプ）モジュールＥと、制御モジュールＦとを含む。コントローラＦは、熱発生器ユニットＡの一部として示されているが、当然のことながら、これは、有線又は無線手段によってハードウェアユニット／モジュールとデータ及び制御信号を交換する別個又は遠隔のコントローラであることができる。３つの伝熱流体ライン（例えば、ホース）１、２、３が、熱発生器ユニットＡと混合器ユニットＧとを接続する。中間ユニットＫは、熱交換器Ｌ及びＭを含み、熱交換器Ｌ及びＭはそれぞれ、混合器ユニットＧからの伝熱流体の別個の供給が一方の側で供給される。中間熱交換器Ｌの他方の側は、伝熱流体導管４及び５によって心筋保護ユニットＮに接続し、中間熱交換器Ｍの他方の側は、伝熱流体導管６及び７によって酸素供給器ユニットＯに接続する。ユニット内及びユニット間の流体接続の配置のさらなる詳細は、図２から図５及び図７を参照して後述される。
【００５４】
熱発生器ユニットＡは、一方が高温（より高い温度）で他方が低温（より低い温度）の伝熱流体の２つの流れを生成し、これらの流れは、それぞれの流体搬送ライン又はホース１及び２を通って混合器ユニットＧに搬送され、混合器ユニットＧにおいて、高温及び低温の流体は、中間熱交換器Ｌ及びＭ、次いで心筋保護ユニットＮ及び酸素供給器ユニットＯの熱交換器を冷却又は加熱するためにユーザーが要求する温度に混合される。伝熱流体ホース３は、熱発生器ユニットへの流体戻しに使用される。
【００５５】
ユニットＡ及びＧにおける伝熱流体は、好ましくは、伝熱回路の性能要求を満たしながら細菌／内毒素の増殖を抑制するものである。これは、水及びグリコールと抗菌性／殺生物性添加剤との混合物などの水溶液系の混合物であることができる。これは、加熱冷却器システムの第１レベルの汚染防止である。熱発生器及び混合器ユニットは、細菌の増殖をサポートせず、適用品質規制（ＥＮ  ＩＳＯ１３９５９：２０１５、血液透析及び関連療法のための水に規定されているように、細菌及び内毒素のレベルは、注射用滅菌水のレベルであり、１００コロニー形成単位（ＣＦＵ）／ｍＬ未満、０．２５内毒素単位（ＥＵ）／ｍＬ未満）に基づいて許容レベルの内毒素及び化学汚染物質を有する伝熱流体の閉回路を動作させる。これは、加熱冷却器システムによって提供される第１レベルの汚染防止である。
【００５６】
混合器ユニットＧにおいて、フローモジュールは、熱発生器ユニットＡから受け取った高温又は低温の伝熱流体を使用し、使用済みの伝熱流体をユニットＡに戻し、ユーザーが要求する中間熱交換器の設定点温度（すなわち、患者の血液／心筋保護液の加熱／冷却の必要性に相関する設定点温度）を達成する。
【００５７】
中間ユニットＫは、熱交換器モジュールＬ及び熱交換器モジュールＭを含む。これらは、伝熱流体として滅菌水を運ぶ、密封された使い捨て熱交換器であることができ、第２レベルの汚染防止を表す（図７参照）。使い捨て熱交換器Ｌ及びＭは、好ましくは、無菌であり、無菌包装の形態で提供され、流体案内面を露出せずにこれらを接続して無菌状態を維持することができる。熱交換器Ｌは、無菌流体供給ホース４及び戻りホース５を通して、ユーザーの患者心筋保護ユニットＮ内の熱交換器と接続する。熱交換器Ｍは、無菌流体供給ホース６及び流体戻りホース７を介して、ユーザーの患者酸素供給器ユニットＯ内の熱交換器と接続する。熱交換器モジュールＬ及びＭからＮ及びＯへの熱交換は、通常は十分な温度に到達して維持されるまでユーザーが制御温度設定点又は制御温度勾配として入力する、患者の加熱及び冷却の要求に基づいて行われる。
【００５８】
上述したように、図１Ａの概略配置で示されかつ説明されたユニット及びモジュールは、システムの異なる機能的側面を区別するものであり、必ずしもユニットが異なる又は別個のハードウェアコンポーネントでなければならないことを意味するものと解釈されるべきではない。例えば、熱発生器ユニットＡと混合器ユニットＧは、物理的に分離している必要はなく、単一の装置／ハードウェアに組み込むことができる。また、いくつかの実施形態において、使い捨て熱交換器Ｌ及びＭは、心筋保護ユニットＮ及び酸素供給器Ｏ内の流体回路及び熱交換器も含む、一体化された使い捨てユニットの一部であることができる。
【００５９】
図１Ｂは、図１Ａの熱発生器ユニットＡに使用することができる、熱発生器の実施形態１００の流体及び熱交換コンポーネントの概観を提供する。熱発生器１００は、高温及び低温の伝熱流体の別個の流れを提供する高温回路１０２及び低温回路１０４を含む。用語「高温」及び「低温」は、任意の特定の温度を表すことを意図するものではなく、相対的な用語であり、したがって、高温回路は、伝熱流体が低温回路内の伝熱流体よりも高い温度である回路とみなすことができる。これらの流れは、例えば、図１Ａの混合器ユニットＧのような混合器ユニット（図示せず）に供給されることができる。高温回路ポンプ１１０が、伝熱流体を高温回路内で圧送し、低温回路ポンプ１１２が、伝熱流体を低温回路１０４内で圧送する。
【００６０】
いくつかの実施形態において、図１Ｂに示されるように、ヒートポンプ１０６が、低温回路１０４内の伝熱流体から熱を抽出し、高温回路１０２内の伝熱流体に熱を伝達するように構成されている。例示的なヒートポンプのさらなる詳細を示す実施形態は後述される。システム１００はまた放熱器１０８を含み、放熱器１０８は、周辺の周囲空気と熱を交換し、高温回路１０２内の伝熱流体から余分な熱を除去して温度を下げるため、又は低温回路内の伝熱流体の温度を上げるために設けられる。なお、ヒートポンプの代わりに、各高温回路１０２及び低温回路１０４を加熱冷却するために、別個の冷却器（すなわち、冷却）ユニット及び加熱器ユニットを設けることができる。
【００６１】
また、図１Ｂには、弁９〜１５及び流体ライン１８〜２５、４２、４３、５３及び５４（例えば、これらは相互接続ホースの形態であることができる）が示されており、これらの符号は、以下の図２〜５に維持されている。弁９、１１、１２、１３及び１４は逆止弁であり、流れが許容される方向が弁の入口側の矢印で示されている。弁１０及び１５は三方弁である。流体ライン１８は、以下にさらに記載される灌流システム熱交換器からの戻りラインである。
【００６２】
動作中、伝熱流体は、ライン４２を介してヒートポンプ１０６を通して高温回路ポンプ１１０によって高温回路１０２内に圧送される。同時に、伝熱流体は、ライン４３を介してヒートポンプ１０６を通して低温回路ポンプ１１２によって低温回路１０４内に圧送される。ヒートポンプ１０６は、低温回路１０４の伝熱流体から高温回路１０２の伝熱流体に熱を伝達するように動作する。下流システム（以下により詳細に記載される）によって要求される熱／温度に応じて、高温及び／又は低温の流体の一部がライン５３、５４を介してそれぞれの高温回路１０２又は低温回路１０３から引き出される。引き出されない伝熱流体は、ライン１９（低温回路）又はライン２２（高温回路）を通って還流される。
【００６３】
ヒートポンプ１０６は、低温回路から高温回路に熱を伝達するように動作し続ける。これらの回路内の伝熱流体の温度を制御し、システムが過度の高温又は低温を生成するのを防ぐために、いくつかの実施形態は、高温回路から余分な熱を放出するか、又は低温回路にさらに熱を取り込むように構成されている。これは、高温及び低温回路の一方又は他方からの流れを放熱器１０８に迂回させることによって行われる。
【００６４】
高温回路１０２内の流れの制御は、三方弁１５によって行われる。高温回路１０２内を循環し、ヒートポンプ１０６から流出した後にライン５４を通って取り出されない伝熱流体は、（ライン２４からの入口が閉じられるように）三方弁１５が一方の極限位置にあるとき、ライン２２から三方弁１５を通って循環し、高温回路ポンプ１１０の入口に戻る。ライン２４からの入口が開き始めるように三方弁１５が動かされると、ライン２２内の伝熱流体の一部が逆止弁１３及び放熱器１０８を通って流れ始める。これは、逆止弁１１、１２又は１４を通る間違った方向であるため、逆止弁１１、１２又は１４を通って流れることはできない。伝熱流体からの熱は、放熱器１０８によって周囲の空気中に放散される。三方弁１５の他方の極限位置では、ライン２２内の全ての流れは、放熱器１０８を通って迂回させられ、ライン２２に接続された三方弁１５の入口は閉じられている。
【００６５】
低温回路１０４内の流れの制御は同様に動作し、流れが逆止弁１１を通って迂回させられるように三方弁１０が動作する。
【００６６】
潅流システム熱交換器からのライン１８内の戻り流れは、高温回路１０２又は低温回路１０４のいずれかから放熱器を通って迂回する流れがある場合には、放射器１０８を通って流れることに留意されたい。放熱器１０８を通る流れがない（三方弁１０、１５のライン２４からの入口が閉鎖されるように三方弁１０、１５の両方が極限位置にある）場合、ライン１８からの伝熱流体は、逆止弁９、１４を通ってそれぞれの高温回路１０２又は低温回路１０４に流れる。簡単にするために、図１Ｂは、図１ＡのモジュールＣのような伝熱流体のリザーバを示していない。実際には、高温及び低温回路のそれぞれにおいて所望の伝熱流量を常に維持することができるように、リザーバを含むことが好ましい。例示的なリザーバシステムは、図３を参照して後述される。
【００６７】
図２を参照すると、これは、図１Ａの放熱器モジュールＢの実施形態のフローライン及びコンポーネントのさらなる詳細を示す。図１Ｂを参照して前述したように、部材１７から２５は伝熱流体ライン又はホースであり（矢印は流体の流れの方向を示す）、部材９から１５は流体弁である。部材８は流体フィルタである。部材１６はモジュールＢの放熱器であり、部材２６は放熱器１６の周りの筐体である。ファン（図示せず）を使用して、筐体１６を通して空気を吹き付け、放熱器１６との対流熱伝達を促進することができる。図１Ｂの実施形態の放熱器１０８は、図２に示されるように、放熱器１６と筐体２６（ファンの有無にかかわらず）とを備えることができる。フローライン１７は、潅流熱交換器からフィルタ８への戻りであり、ライン１８は、フィルタ８からのフローラインである。フローライン１９、２２、２３及び２５は、後述されるように、図３、４及び５のコンポーネントに接続する。
【００６８】
図３を参照すると、これは、伝熱流体リザーバモジュールＣの実施形態のフローライン及びコンポーネントを示す。部材３７、３８、３９、４０及び４１は伝熱流体フローライン（ホース）であり、部材２３及び２５は図２から続いている。部材２９から３６は流体弁である。部材２７は、伝熱流体リザーバ（図１ＡのモジュールＣ）であり、部材２８は、リザーバ２７の周囲の筐体である。図３に示される流体弁の各々は、図示の矢印で示される方向の流れのみを可能にする一方向逆止弁である。したがって、図１Ｂの低温回路１０４によって提供される低温流体に対する要求の増大によって、フローライン２３内の伝熱流体の圧力が低下すると、リザーバ２７からの流体が流体弁３１、２９及び３０を通って流れ、低温回路内の流体を補充する。低温回路１０４によって提供される低温流体に対する要求が低下すると、流体がライン３７（図４参照、以下にさらに記載される）から（以下でさらに説明する図４を参照）流体弁３５及び３４を通ってリザーバ２７に逆流するように、低温回路からの過剰な流体が回路内の圧力を上昇させる。同様に、リザーバ２７からの伝熱流体は、フローライン２５内の圧力が低下すると、流体弁３１、３２及び３３を通って流れることによって、図１Ｂの高温回路１０２内の流体を補充する。高温回路１０２内の圧力が上昇すると、高温回路からの過剰な流体がライン３８（図４参照、以下にさらに記載される）から流体弁３６及び３４を通ってリザーバ２７に逆流する。このようにして、システムは、高温回路１０２及び低温回路１０４のそれぞれに常に十分な伝熱流体が流れることを確実にする。
【００６９】
図３に示される実施形態において、弁２９、３０及び３２、３３の各対の一方は逆止弁であり、各対の他方の平行弁は、熱膨張効果が小さい逆流を必要とし、流体がどこかに行く必要がある場合に、流体が非常に低い流量でのみいずれかの方向に通過することを可能にする流量制限弁である。しかしながら、逆流を必要としない他の構成を提供することができる（例えば、熱膨張を可能にするために高温及び低温回路のそれぞれに別個のデバイス）。
【００７０】
図４は、図１ＡのポンプモジュールＤの一実施形態のフローライン及びコンポーネントを示す。部材４２及び４３は、流出口を提供する伝熱流体フローライン（例えば、ホース）である。部材２３及び２５は、高温及び低温回路のポンプ入口へのフローラインである（図１Ｂ、２及び３参照）。フローライン３７及び３８は、図３のリザーバモジュールＣに戻る戻り流れ分岐ラインである。部材４４はモジュールＤの複式ポンプを示し、部材４５はその筐体である。複式ポンプ４４は、２つの圧送された流れ、ライン２３からライン４３への低温回路１０４（図１Ｂ）用の流れと、ライン２５からライン４２への高温回路１０２用の流れとを提供する。複式ポンプ４４は、図１Ｂに示されるポンプ１１０及び１１２のような、２つの別個のポンプで置き換えることができる。
【００７１】
図３を参照して上述したように、高温及び低温回路のいずれかの流れに対する要求の減少によりライン４２又は４３のいずれかの圧力が上昇すると、伝熱流体はそれぞれの分岐ライン３７、３８を通ってリザーバ２７に逆流する。
【００７２】
図５Ａは、図１Ａのヒートポンプ又は冷却／加熱モジュールＥの一実施形態に関連するフローライン及びコンポーネントを示す。部材１９、２２、４２及び４３は、上述の図２及び図４から続く伝熱流体フローライン（例えば、ホース）である。部材５３、５４及び５６は、ヒートポンプモジュールＥから伝熱流体を運ぶ伝熱流体フローライン（例えば、ホース）である。部材５７及び５８は流体弁である。部材５５は、ライン５６内の伝熱流体を加熱するための補助抵抗加熱器である。
【００７３】
ヒートポンプモジュールＥ内において、部材４６、４８、５０及び５２は熱交換ガス移送ラインであり、部材４７は圧縮機であり、部材４９は高温側熱交換器であり、部材５９は低温側熱交換器であり、部材５１は膨張デバイスである。部材６０はモジュールＥの筐体である。
【００７４】
動作中、熱交換ガス（すなわち、冷媒）は、圧縮機４７によって駆動されるヒートポンプの周りを循環し、圧縮機は、ガスを移送ライン４８内に圧縮し、高温側熱交換器４９を通過させる。高温側熱交換器４９からの熱交換ガスは、移送ライン５０を通過し、膨張デバイス  ５１によって低温低圧流体に膨張され、次いで、低温低圧流体は、移送ライン５２を通過し、低温側熱交換器を通って移送ライン４６に入り、圧縮機４７の入口に戻る。低温回路１０４（図１Ｂ）内の伝熱流体は、フローライン４３を通ってヒートポンプモジュールＥに入り、低温側熱交換器５９を通過し、低温側熱交換器５９で、膨張デバイス５１を通って膨張した低圧熱交換ガスによって熱が抽出される。冷却された伝熱流体は、流体フローライン５３を通ってモジュールから出る。同時に、高温回路１０２（図１Ｂ）内の伝熱は、フローライン４２を通ってヒートポンプモジュールに入り、高温側熱交換器４９を通過し、高温側熱交換器４９で、伝達ライン５２を通って圧縮機５１によって圧縮された圧縮熱交換ガスによって加熱される。加熱された伝熱流体は、流体フローライン５４を通ってモジュールから出る。
【００７５】
上で言及したように、図示された実施形態は、高温回路１０２及び低温回路１０４内の伝熱流体を加熱及び冷却するために使用されるヒートポンプ装置を示しているが、当然のことながら、２つの回路に対して別個の加熱器及び冷却器（冷却）ユニットを使用することによって同じ結果を得ることができる。重要な要件は、１つはより高い温度でもう１つはより低い温度である、２つの別個の制御温度流れ回路である。例えば、加熱冷却器の高温回路１０２は、３０〜５０°Ｃの範囲の制御温度で伝熱流体の循環流を提供することができ、低温回路は、−５〜１０°Ｃの範囲の制御温度で伝熱流体の循環流を提供することができる。
【００７６】
低温（又はより低い温度の）伝熱流体は、排出フローライン５３を通して低温回路から引き出され、高温（又はより高い温度の）伝熱流体は、排出フローライン５６を通して高温回路から引き出される。伝熱流体のこれらの流れは、図７を参照して後述される混合器モジュールＧによって引き出されることができる。モジュールＥのヒートポンプによって高温の伝熱流体の温度を提供又は維持することができない状況がある場合、補助加熱器５５によってさらなる熱が提供される。流体フローライン５３は、図７を参照して以下により詳細に説明される混合器モジュールＧに供給され得る伝熱流体の低温（より低い温度の）フローを提供する。したがって、図１Ａのシステムに関して、ライン５３はライン１に流れ込む。流体フローライン５６は、混合器モジュールＧに供給され得る伝熱流体の高温（より高い温度の）フローを提供し、図１Ａのシステムに関して、ライン５６はライン２に流れ込む。引き出されない伝熱流体は、それぞれ一方向逆止弁５７及び５８を通ってフローライン１９及び２２に還流される。
【００７７】
図５Ｂは、図５Ａに示されるものとは別のヒートポンプの実施形態を示している。同等の特徴が図５Ａで使用されるのと同じ符号を有する図５Ｂの実施形態において、単一の圧縮機４７の代わりに、一対の圧縮機１２０、１２２が互いに並列に設けられ、弁１２４は、圧縮機の一方１２２が動作していないときに圧縮機の一方１２２を通る流れを防止するために閉じることができる。２つの圧縮機を同時に使用する利点は、システムの起動時など、高温回路と低温回路との間の熱伝達に対する要求が高いときには両方の圧縮機を運転するが、要求が比較的低いときには１つの圧縮機を使用できるように、２つの小型で個別のより静かな圧縮機を使用できることである。潅流システムが手術室環境で使用されている時間の大部分、特に外科医が細心の注意を要する処置を行っている間、加熱冷却器システムに対する要求は比較的低い。このような場合、手術室環境における騒音レベルを最小限に抑えることが重要であり、これは、単一の小型でより静かな圧縮機のみを用いて加熱冷却器システムを動作させることによって実現することができる。
【００７８】
図６は、図１Ａの制御モジュールＦの一実施形態の主要コンポーネントの概略図である。部材６６、６７及び６８は、電力ケーブル及び信号ケーブルである。部材６２は流体流量インジケータであり、部材６３は流体圧力インジケータであり、部材６４は温度インジケータであり、部材６５は伝熱流体リザーバのレベルインジケータであり、部材６７は警報インジケータである。部材６１はコンピュータプロセッサモジュールであり、部材５９は制御ユニットである。部材７０は、制御モジュールＦの筐体である。部材６９は、モジュールＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＧへの電力及び通信のための接続手段を表す。流体の流量、流体の圧力、流体の温度、及びリザーバの流体レベルを検知及び監視するための好適なセンサ（図示せず）が、加熱冷却器システム内の好適な位置に設けられている。これらのセンサからの信号は制御ユニット５９に提供され、検知された値は適切なインジケータ６２〜６６によって表示される。検知された値は、コンピュータプロセッサ６１にも提供される。コンピュータプロセッサ６１内のソフトウェアは、センサ信号を解釈し、これらを使用して、加熱冷却器システムの制御されたコンポーネント、具体的には、三方制御弁１０、１５（図１Ｂ及び２）、ポンプ１１０、１１２（図１Ｂ及び４）及び補助加熱器５５（図５Ａ、５Ｂ）に適切な調整を行う。検知された値のいずれかが正常範囲又は安全範囲外に逸脱する状況が発生した場合、ソフトウェアは、警報を発し、警報インジケータ６７を起動するように構成されている。
【００７９】
上述の加熱冷却器システムを使用してフローライン５３及び５４を通してより高い温度及びより低い温度の伝熱流体を供給する、多数の医療／外科用機器の用途があることに留意されたい。したがって、上述の原理は、本明細書に記載される灌流システム及び図７を参照して後述される装置以外の用途に使用されることができる。例えば、手足への熱の利用は、癌のために開発されている治療であり、末梢幹細胞採取又は透析など、体から血液を取り出して患者に戻すことを含む、加熱を必要とする可能性のある多くの様々な治療がある。
【００８０】
図７は、図１Ａの混合器ユニットＧの実施形態に関連するフローライン及びコンポーネントを、その関連する制御モジュールＪと共に示している。同様に図示され、混合器ユニットＧに接続されているのは、ユニットＫの熱交換器モジュールＬ及びＭであり、これらは次に心筋保護ユニットＮ及び酸素供給器ユニットＯの熱交換器に接続されている。
【００８１】
混合器ユニットＧは、ライン２から（図５のライン５３から）より低い温度の伝熱流体を受け取る低温流体フローライン８５と、ライン１から（図５のライン５６から）より高い温度の伝熱流体を受け取る高温流体フローライン８６とを含む。伝熱流体弁７９及び８０は、熱交換器モジュールＬの供給側に要求される熱入力を提供する量で、ライン８５からの低温流体及び／又はライン８６からの高温流体を供給するように制御される。同様に、伝熱流体弁８１及び８２は、熱交換器モジュールＭの供給側に要求される熱入力を提供する量で、ライン８５からの低温流体及び／又はライン８６からの高温流体を供給するように制御される。熱交換器モジュールの供給側への要求される熱入力は、負の要求である可能性がある、すなわち、要求は熱を除去する冷却効果に対するものであることに留意されたい。
【００８２】
伝熱流体弁７９、８０、８１、８２は、任意の適切な方法で制御することができる。例えば、弁は単に、心筋保護ユニットＮの温度を上昇又は維持するために熱を供給する必要がある場合にライン１からより高い温度の流体を供給するために弁８０を閉じたまま弁７９を開き、心筋保護ユニットＮの温度を低下させるために熱を減少させる必要がある場合にライン２からより低い温度の流体を供給するために弁７９を閉じたまま弁８０を開くように制御することができる。酸素供給器Ｏのための熱交換器モジュールＭに流体を供給するための伝熱流体弁８１、８２を制御するために対応するアプローチを取ることができる。
【００８３】
代替的な制御スキームにおいて、伝熱流体弁７９、８０、８１、８２は、より多くの又はより少ない伝熱流体を供給するために、又はより高い温度の流体とより低い温度の流体の流れを混合して要求される温度で熱交換器モジュールＬ、Ｍに流体を供給するために、調節可能に制御されることができる。
【００８４】
混合器制御モジュールＪにおいて、部材７６、９７、７７は、電力及び信号ケーブルである。部材９５は流体流量インジケータであり、部材９６は流体圧力インジケータであり、部材７２は温度インジケータであり、部材６７は警報インジケータであり、部材７１はコンピュータプロセッサモジュールであり、部材７５は制御ユニットである。部材７４は、任意選択のコンピュータモニタディスプレイであり、部材７８は、制御モジュールＪの筐体である。部材９４は、制御ユニットＪと加熱冷却器システムの他の部分との間の電力及び通信信号のための接続手段を表す。
【００８５】
流体の流量、流体の圧力及び流体の温度を検知及び監視するための好適なセンサ（図示せず）が、加熱冷却器システム内の好適な位置に設けられている。これらのセンサからの信号は制御ユニット７５に提供され、検知された値は適切なインジケータ９５、９６、７２によって表示される。検知された値は、コンピュータプロセッサ７１にも提供される。コンピュータプロセッサ７１内のソフトウェアは、センサ信号を解釈し、これらを用いて熱交換器モジュールＬ及びＭに供給される伝熱流体の必要な流量及び温度を維持するために伝熱流体弁７９〜８２に調整する。検知された値のいずれかが正常範囲又は安全範囲外に逸脱する状況が発生した場合、ソフトウェアは、警報を発し、警報インジケータ７３を起動するように構成されている。
【００８６】
熱交換器モジュールＬ及びＭから出る伝熱流体は、図２の流体ライン１７に接続する流体ライン３を通って戻される。
【００８７】
また、図７には、熱交換器モジュールＬ及びＭを含む中間ユニットＫが示されている。部材８９及び９１は熱交換器であり、それぞれがそれぞれの筐体９０及び９２内に収容されている。無菌熱交換器流体ホース４及び５は、ユニットＬの熱交換器８９を心筋保護ユニットＮ内の熱交換器９８と相互接続し、無菌熱交換器流体ホース６及び７は、ユニットＭの熱交換器９１を酸素供給器ユニットＯ内の熱交換器９９と相互接続する。ユニットＬ及びＭ内の各熱交換器８９、９１と心筋保護ユニットＮ及び酸素供給器ユニットＯ内の接続された熱交換器９８、９９との間を熱交換器流体が循環する流路は、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれている、本出願人の係属中の英国特許出願第１６１１４０９．２号に記載されるように、密封された無菌ユニットの形態であることができる。これらの密封された無菌ユニットは、使い捨てユニットであることができる。熱交換器モジュールＬ及びＭ全体は、無菌の使い捨て可能ユニットであることができ、これらは、熱交換器８９及び９１をユニットＮ及びＯ内のそれぞれの熱交換器９８及び９９に接続する熱交換器流路全体を含むことができる。中間ユニットＫ全体は、熱交換器８９及び９１をユニットＮ及びＯ内のそれぞれの熱交換器９８及び９９に接続する熱交換器流路全体を含むことができる、無菌の使い捨て可能ユニットであることができる。
【００８８】
上述したように、加熱冷却器システムの熱発生器ユニットＡによって混合器ユニットＧに供給される伝熱流体は、伝熱回路の性能要求を満たしながら、細菌増殖及び／又は関連する内毒素放出を抑制するものである。従って、流体は、第１レベルの汚染防止を提供する殺生物性又は無菌流体であることができる。「殺生物性」とは、例えば微生物に対して毒性があるなどの理由で、液体がそれに曝された微生物を破壊することを意味する。「無菌」とは、実際上は流体が微生物を含まないことを意味するが、無菌流体が微生物によって汚染された場合、微生物は、増殖することはできないものの、しばらくの間生き残る可能性がある。流体は、滅菌水、又は例えばプロピレングリコールなどのグリコールを含む水溶液系の混合物であることができる。代わりに、伝熱流体は、グリコール、例えばプロピレングリコールのような水を含まない流体であることができる。
【００８９】
熱交換器モジュールＬ及びＭを含む中間ユニットＫは、好ましくは、伝熱流体として滅菌水を運ぶ密閉された使い捨て熱交換器ユニットであり、第２レベルの汚染防止を提供する。使い捨て熱交換器ユニットは、無菌であり、無菌状態を維持するために包装されることができる。この場合も先と同様に、使い捨て熱交換器モジュール内の伝熱流体は、任意の殺生物性又は無菌流体（滅菌水、又は例えばプロピレングリコールなどのグリコールを含む水溶液系の混合物、又はグリコール、例えばプロピレングリコールのような水を含まない流体）であることができる。実施形態において、使い捨て熱交換器ユニットＬ及びＭ内を循環し、酸素供給器Ｏ及び心筋保護ユニットＮを通る流体は、殺生物性流体であることができる。例えば、グリコールは必ずしもその性質が殺生物性ではないが、殺生物性にするために添加物を提供することができる。このようにして、ほとんどすべての好適な流体を殺生物性にすることができる。いくつかの実施態様において、作動流体は、防食添加剤及び殺生物性添加剤と共に、水（熱質量のより大きな割合を占める）と混合されたグリコール（又は他の類似の不凍液タイプの化合物）を含む。
【００９０】
上述した加熱冷却器システムのさらなる利点は、以下を含む。
【００９１】
動作中又は保管中に、熱発生器／混合器の伝熱流体を補給又は充填する必要がない。これにより、他の既知の機器と比較して、機器を大幅に高速かつ簡単に使用することができる。また、補給又は充填に伴う汚染の潜在的なリスクが取り除かれる。
【００９２】
混合器ユニットＧの使用は、要求される設定点温度の変化に迅速に応答して、酸素供給器及び心筋保護ユニットにおいて同時に要求される異なる低温及び高温設定点温度への高温及び低温熱交換流体の供給を可能にする。例えば、いくつかの既知のシステムにおいて、低温が必要な場所にアイスパックがある。アイスパックの使用は汚染の別の潜在的な原因である。
【００９３】
熱発生器におけるヒートポンプの使用により、需要が少ない時間でも熱交換器への高温及び低温の流れの効率的な使用及びリサイクルが可能になる。
【００９４】
記載されているモジュラーシステムは、既存のデバイスよりもコンパクトな設計及び小さな設置面積を提供する。また、これにより、容量を増大させかつ／又は冷却及び加熱要求に対する冗長性を提供するために複数の熱発生器ユニットＡを同時使用が可能になる。
【００９５】
加熱回路と冷却回路の両方に必要なのは、１つの空冷放熱器のみである。
【００９６】
図８は、体外灌流システムにおける加熱冷却器装置の別の実施形態の配置図である。装置は、図１から図７の実施形態について上述したものと同様のコンポーネントモジュールを含む加熱冷却器２００を含むが、いくつかの相違点があり、その詳細は、さらに図１１を参照して後述される。図８には、使い捨て熱交換器モジュール２０２ａ、２０２ｂも示されている。
【００９７】
図９は、図８の実施形態の使い捨て熱交換器モジュール２０２ａ、２０２ｂのための流体フロー回路及び制御のさらなる詳細を示すフロー回路図である。使い捨て熱交換器モジュール２０２ａ、２０２ｂはそれぞれ、伝熱流体、例えば、グリコールなどの殺生物性伝熱流体を、使い捨てインターフェース（熱交換器）２０４ａ、２０４ｂを介して加熱冷却器２００から受け取り、加熱冷却器２００に戻す。使い捨て熱交換器モジュール２０２ａ、２０２ｂはそれぞれ、熱交換器モジュール内の密閉ループ内で伝熱流体（例えば、滅菌水）を循環させるためのポンプ２０６ａ、２０６ｂを含み、熱交換器モジュールは、熱交換器２０８ａ、２０８ｂ及び使い捨てインターフェース熱交換器２０６ａ、２０６ｂを含む。熱交換器２０８ａにおいて酸素供給器２１０に供給される流体（例えば、滅菌水）と熱交換が行われ、熱交換器２０８ｂにおいて心筋保護熱交換器２１２に供給される流体（例えば、滅菌水）と熱交換が行われる。また、図９に示されるように、制御モジュール２１４ａ、２１４ｂがそれぞれ、使い捨て熱交換器モジュール２０２ａ、２０２ｂと関連付けられている。
【００９８】
図８及び９に記載される装置は、ユニットに供給される熱交換流体として滅菌水での使用が認定されている、多くの既知の専売の酸素供給器又は心筋保護ユニットとの使用に適している。図１０は、図８のものと同様であるが、伝熱流体が加熱冷却器２００から直接、酸素供給器２２０及び心筋保護熱交換器２２２に供給される、別の実施形態の配置図である。図８及び図９と同等の特徴には、同じ符号が付されている。酸素供給器２２０及び心筋保護熱交換器２２２は、グリコールなどの殺生物性伝熱流体での使用のために特別に設計され、殺生物性伝熱流体での使用が承認されている。
【００９９】
図１１は、図８及び図１０の加熱冷却器２００のための流体フロー回路及び制御のさらなる詳細を示すフロー回路図である。圧縮機２５２と、凝縮器２５４と、液体冷媒リザーバ２５６と、膨張弁２５８と、蒸発器２６０とを含む冷却モジュール２５０は、伝熱流体、好ましくはグリコールなどの殺生物性伝熱流体を冷却するように動作可能である。図１１には、冷却ポンプ２６２、三／二方弁２６４、及び蓄冷ユニット２６６も示されている。動作のチャージモードにおいて、伝熱流体は、冷却ポンプ２６２によって、冷却モジュール２５０の蒸発器２６０を通って圧送され、冷却ユニット２５０の回路内の冷媒の動作によって冷却される。三／二方弁２６４は、冷却された伝熱流体に蓄冷ユニット２６６を通過させる。蓄冷ユニット２６６は、伝熱流体によって冷却されるが、その後、低温に維持されて熱を取り込む準備ができ、より温かい伝熱流体が蓄冷ユニット２６６を通過させられるときにこのより温かい伝熱流体を冷却する材料を含むユニットである。
【０１００】
例えば、蓄冷ユニット２６６は相変化材料を含むことができ、相変化材料は、冷却されると液体から固体状態に変化し、そうすることでその潜熱を伝熱流体に放出する。蓄冷ユニット２６６は、その結果、それを通して循環されるさらなる冷却されていない伝熱流体から熱を受け取り、そうすることで伝熱流体を冷却する準備ができている。外科手術のために冷却が必要な場合、伝熱流体は、蓄冷ユニット２６６を通して供給され、蓄冷ユニット２６６で、凍結相変化材料に熱を与えるときに冷却される。相変化蓄冷ユニットの実施例は、図１２を参照して後述される。
【０１０１】
図１１に示されるように、圧縮機２５２を含む冷却モジュール２５０は、加熱冷却器２００内にある。しかしながら、いくつかの実施形態において、冷却ユニット２５０、より具体的には圧縮機２５２は、加熱冷却器の他の部分から分離して配置されることが好ましい。
【０１０２】
ある種の外科的処置では、患者に接触するあらゆる空中微生物に対するバリアとして作用するように、患者を取り囲む空気の層流カーテンが存在することが望ましい。圧縮機は、圧縮機が過熱しないようにファンと共に動作し、ファンによって生成される空気流は、患者の上の層流エアカーテンを破壊するのに十分な可能性がある。また、いくつかの外科的処置は、非常に静かな条件で行われることが望ましく、比較的静かな圧縮機でさえ、望ましくない高レベルのノイズを引き起こす可能性がある。このため、図１１に示されるシステムでは、圧縮機２５２を全く使用せずに、加熱冷却器装置２００を長時間動作させることができる。これは、相変化蓄冷器の１回のチャージが全ての冷却ニーズを満たすのに十分な容量を有することができるからである。蓄冷ユニット２６６のチャージは、外科的処置が始まる前に行われることができる。
【０１０３】
蓄冷ユニット２６６をチャージするとき、上述のように、冷却ユニット２５０及び蓄冷ユニット２６６を通して伝熱流体が循環される。伝熱流体は、脱気器及びフィルタ２６８を通って閉回路内を循環し、冷却ポンプ２６２の入口に戻る。図１１には、伝熱流体のリザーバ２７０も示される。伝熱流体の喪失（これは、例えば、動作の間に加熱冷却器装置が分解及び／又は再組立されるときに起こり得る）により、少量の空気が流体に入る可能性がある。失われた流体は、リザーバ２７０から補充することができ、外科的処置においてシステムを使用する前に、蓄冷ユニットのチャージ中に脱気器２６８により空気を除去することができる。脱気器２６８は排気弁２６９を含み、排気弁２６９の出口は流体リザーバ２７０のヘッドスペースに接続される。好ましくは、チャージ手順は、外科的処置のために加熱冷却器２００を使用する前に行われる。これは、リザーバ２７０内の流体の温度が外科的処置中に制御される必要がないため、他の既知のシステムに勝る追加の利点を有する。
【０１０４】
図１１には、外科手術中に使用するための伝熱流体回路２７２も示されている。抵抗加熱器２７４、２７６は、灌流システムの熱交換器（図示せず）に供給される伝熱流体を冷却するのではなく、加熱する必要がある場合のために設けられる。図１１は、伝熱流体を供給するための２つの出口２７８、２８０と、伝熱流体が閉ループで加熱冷却器２００に還流されるため、対応する２つの戻りライン２８２、２８４とを示す。当然のことながら、３つ以上又は１つのみの出口及び戻りラインが提供されることができる。回路２７２の各ループはまた、流体が除去されるときに空気が入ることを可能にする空気入口開口２８６を含む。図１１には示されていないが、空気入口開口２８６は、好ましくはそれぞれ、流体リザーバ２７０のヘッドスペースに接続される。
【０１０５】
図１２は、図１１の蓄冷ユニット２６６として使用することができる蓄冷ユニット３００の実施形態を示す。入口３０２及び出口３０４は、蓄冷ユニット３００を通る伝熱流体の通路のために設けられている。管３０６の配列が、伝熱流体を入口マニホルド３０８から出口マニホルド３１０まで搬送する。管３０６の配列は、蓄冷材３１４を保持する密閉されたチャンバ３１２を貫通し、蓄冷材３１４は、周囲温度よりも少し低い凝固点、かなり高い凝固（凍結）潜熱、及び凝固時の低い膨張係数（管の割れを防ぐため）を有する液体材料であることが好ましい。これらの条件の最後を除けば、水は理想的である。好適な材料は、Ｒｕｂｉｔｈｅｒｍ、ＲＴ−４である。図１２には示されていないが、伝熱面積を増加させるために、管３０６の周囲及び間に延びるひれ状部があることが好ましい。
【０１０６】
チャージされると、冷却された伝熱流体は、入口３０２からユニットを通り、管３０６を通り、蓄冷ユニット３００の出口３０４に達する。蓄冷材３１４から伝熱流体に熱が伝達され、蓄冷材３１４は温度が低下して凍結する。その際、蓄冷材３１４の体積は減少し、そのレベルも低下する。レベルは、ユニット３００のチャージ状態の指標を提供するために、適切なレベルインジケータによって監視されることができる。代わりに、図示されているように、レベルが低下すると密閉されたチャンバ３１２内の圧力が低下するため、圧力センサ３１６を使用することができる。測定されたレベル又は圧力、及び関連するチャージ状態から、蓄冷ユニット３００にどれだけの冷却能力が残っているかを決定することができる。また、例えば、動作中にシステムを循環する伝熱流体の既知の又は測定された流量及び温度から、エネルギー使用率又は冷却率を決定することも可能である。次に、これを患者の生理学的データと共に使用して、蓄冷ユニット３００が必要な冷却を提供し続けることができる残りの利用可能な時間を決定することができる。例えば、必要とされる冷却量は、患者の大きさだけでなく、患者の体が冷却される温度にも依存する。患者の体重、体格指数又は他の適切なパラメータを用いて、必要な冷却量を決定することができる。
【０１０７】
図１３は、図１１に示される加熱冷却器２００のフロー回路図と同様の、加熱冷却器４００の別の実施形態のフロー回路図を示している。同等の特徴は、同じ符号を有する。図１３の実施形態において、伝熱流体は、入口接続部と出口接続部の２つの別個の組から蓄冷ユニット２６６に供給される。接続部４０２、４０４の一方の組は、蓄冷ユニット２６６をチャージ用の外部回路に接続するために使用され、一方、接続部４０６、４０８の他方の組は、伝熱流体を蓄冷ユニットに通して外科的処置での使用中に流体の冷却を提供するために使用される。図１３はまた、リザーバ２７０に関連する通気装置に接続された回路２７２内の空気入口４１０、４１２を示す。
【０１０８】
図１４及び１５は、図１３の加熱冷却器４００を使用するための２つの代替的な構成を示す。図１３及び図１４の実施形態の両方において、冷却ユニット４２２、伝熱流体リザーバ４２４、及び関連するポンプ４２６を含む別個のチャージャーユニット４２０は、加熱冷却器４００の蓄冷ユニット２６６をチャージするための冷却された流体を供給する。
【０１０９】
図１４の実施形態において、加熱冷却器４００は、加熱又は冷却された伝熱流体を使い捨て中間熱交換器モジュール４２８、４３０に供給する。一方のモジュール４２８は酸素供給器４３２に接続され、他方のモジュール４３０は心筋保護ユニット４３４に接続される。この実施形態において、中間熱交換器４２８、４３０は、伝熱流体の熱を、酸素供給器４３２及び／又は心筋保護ユニット４３４に供給される滅菌水などの流体と交換する。これにより、加熱冷却器４００は、滅菌水での使用のみが認定されている既存の／専売の酸素供給器及び心筋保護ユニットと共に使用することができる。
【０１１０】
図１５の実施形態において、伝熱流体は、酸素供給器４４０及び心筋保護ユニット４４２に直接供給される。この場合、伝熱流体は、グリコールのような殺生物性流体であることが有利であり、したがって、微生物侵入の別の潜在的な原因を排除する。酸素供給器４４０及び心筋保護ユニット４４２は、殺生物性流体での使用が承認されているユニットである。
【０１１１】
図１４と図１５の両方の実施形態において、別個のチャージャーユニット４２０が使用される場合、加熱冷却器４００内の伝熱流体リザーバ２７０は、チャージ段階の間、伝熱流体の流れから補給されることができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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