JP2016525894A - 二酸化炭素除去システム - Google Patents
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Abstract
Description
部分であってもよい。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (50)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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、請求項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。
- 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、請求項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。
- 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、請求項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。
- 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、請求項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。
- 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、請求項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。
- 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、請求項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。
- 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、請求項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。
- 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、請求項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。
- 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、請求項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。
- 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、請求項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。
- 前記導管は十文交差パターン状に配置される、請求項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。
- 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、請求項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。
- 各導管層の導管は互いにほぼ平行に方向付けられる、請求項17に記載の前記体外血液処理システム。
- 各導管層の前記導管は一緒に編まれるまたは織られる、請求項18に記載の前記体外血液処理システム。
- 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、請求項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。
- 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、請求項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。
- 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、請求項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。
- 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、請求項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。
- 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、請求項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。
- 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、請求項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。
- 前記体外血液処理システムは熱交換機構を含まない、請求項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。
- 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、請求項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。
- 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、請求項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。
- 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、請求項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。
- 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、請求項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。
- 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、請求項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。
- 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、請求項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。
- 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。 - 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、請求項33に記載の前記方法。
- 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、請求項33または34に記載の前記方法。
- 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、請求項33乃至35のいずれか一項に記載の前記方法。
- 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、請求項33乃至36のいずれか一項に記載の前記方法。
- 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、請求項33乃至37のいずれか一項に記載の前記方法。
- 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、請求項33乃至38のいずれか一項に記載の前記方法。
- 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、請求項39に記載の前記方法。
- 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、請求項33乃至40のいずれか一項に記載の前記方法。
- 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、請求項33乃至41のいずれか一項に記載の前記方法。
- 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、請求項33乃至42のいずれか一項に記載の前記方法。
- 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、請求項33乃至43のいずれか一項に記載の前記方法。
- 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、請求項33乃至44のいずれか一項に記載の前記方法。
- 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、請求項33乃至45のいずれか一項に記載の前記方法。
- 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、請求項33乃至45のいずれか一項に記載の前記方法。
- 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、請求項33乃至47のいずれか一項に記載の前記方法。
- 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、請求項33乃至48のいずれか一項に記載の前記方法。
- 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請求項1乃至32の前記血液処理システムのいずれか一である、請求項33乃至49のいずれか一項に記載の前記方法。
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