JP6820952B2 - 動脈空気捕捉チャンバ - Google Patents

Description

本発明は、透析に使用するための動脈空気捕捉チャンバに関する。動脈空気捕捉チャンバは、停滞流れと乱気流との両方を低減し、チャンバを通って流れる液体からの気泡の捕捉を改善する。動脈空気捕捉チャンバは、システムプライミングの態様を自動化する双方向の流れをさらに提供する。

動脈空気捕捉チャンバは、透析において血液が透析器に入る前に、血液から同伴気泡を分離するために使用される。従来の動脈空気捕捉チャンバは、チャンバ内の停滞流れ領域と、血液と空気との混合領域の両方を受け、その結果、体外回路における凝固傾向が高まる。多くの場合、血液表面は空気と接触しているので、空気がさらに血液に同伴され、これにより血液中への空気の溶解を促進し、血栓症の活性化および酸化をもたらす。血液が空気捕捉チャンバ内に増大した速度で流れるとき、この問題は悪化する。さらに、赤血球は、高い剪断応力のために損傷を受ける可能性がある。したがって、従来のチャンバは、血液凝固を阻害することができず、かつ／または望ましくないことに血栓症を活性化する。

透析システムの従来のプライミングは、訓練およびモニタリングを必要とする複雑なプロセスである。自動プライミングは、流体が一方向にのみ流れ得る従来の動脈空気捕捉チャンバでは使用されない。透析器プライミングは、使用前に透析器から空気を除去する。一般に、透析器コンパートメントからの空気除去を促進するために、プライミング中に透析器を逆さにするか、または「反転」させなければならない。次いで、透析器を逆さにして、生理学的に適合する生理食塩水を透析器の底部から導入して、垂直に位置決めされた透析器の上部から空気を押し出し、生理食塩水で置換する。空気が透析器から除去されない場合、空気は凝固を引き起こし、透析器膜の中空繊維の閉塞をもたらし、処置中の透析器の効率を低下させる可能性がある。透析器内に閉じ込められた空気は、血液と透析液コンパートメントとの間の拡散を防止することによって、透析器のクリアランスを低減することができる。加えて、患者に戻された血液中の凝塊は、血栓症の危険性を高める可能性がある。最後に、技術者はエラーを引き起こし、プライミングのための工程を一貫して実行することができない。

したがって、凝固を引き起こすことなく、または溶血を引き起こすことなく、気泡を血液から効果的に分離することができる動脈空気捕捉チャンバが必要とされている。プライミング工程の間に透析器を逆さにするか、または「反転させる」必要性を回避する単純化されたプライミングプロセスを可能にする、双方向の流れが可能な動脈空気捕捉チャンバが必要とされている。システムおよび方法は、プライミングを単純化し、自動化し、ユーザビリティを向上させる必要がある。また、システムのプライミングを自動化し、湿った繊維が空気を閉じ込めるリスクを最小限に抑える双方向点滴チャンバが必要とされている。

本発明の第１の態様は、動脈空気捕捉チャンバに関する。本発明の第１の態様のうちの任意の実施形態では、動脈空気捕捉チャンバは、上部分および底部分を有するチャンバ本体と、チャンバ本体の底部分に位置決めされた流体入口であって、流体入口が、底部分から上方に延伸してチャンバ本体の内壁上に配設された流体入口ポートで終端する流体入口チューブを形成し、流体入口ポートが、チューブの流体流れに対して約９０°回転して位置決めされ、かつチャンバ本体の中心軸によって形成される円平面に対して接線方向に配設されている、流体入口と、チャンバ本体の上部分上に位置決めされた流体出口であって、流体出口が、下方に延伸してチャンバ本体の上部分からチャンバ本体の底部分まで延伸するドローチューブを形成し、ドローチューブが、傾斜した開口部で終端し、傾斜した開口部が、ドローチューブ上に、流体入口ポートに対して約１８０°で対向して位置決めされている、流体出口と、を備える。

本発明の第１の態様のうちの任意の実施形態では、螺旋流誘導棚が、流体入口ポートの除去された部分から形成され、螺旋流誘導棚は、チャンバの内壁上の、チャンバ本体の中心軸および流体入口ポートに形成される円平面の円周上に配設され、棚は、チャンバ本体の底部まで下方に延伸している。

本発明の第１の態様のうちの任意の実施形態では、螺旋流誘導棚は、チャンバ本体の中心軸によって形成される円平面の円周上に、チャンバの内壁に沿って延伸している。

本発明の第１の態様のうちの任意の実施形態では、対向する棚が、流体入口ポートに対して約１８０°で位置決めされ、チャンバ本体の底部分まで下方に延伸している。

本発明の第１の態様のうちの任意の実施形態では、動脈空気捕捉チャンバは、チャンバ本体の底部分から流体入口チューブに平行なチャンバの内面に沿って延伸する湾曲した表面をさらに備え、湾曲した表面が、流体入口ポートの上部分に対して平面な表面で終端する。

本発明の第１の態様のうちの任意の実施形態では、流体入口ポートの開口部は、ドローチューブの傾斜した開口部に対してより高く位置決めされている。

本発明の第１の態様のうちの任意の実施形態では、チャンバ本体の底部分の内面が湾曲した表面である。

本発明の第１の態様のうちの任意の実施形態では、動脈空気捕捉チャンバは、１８〜３０ｍｍの内径を有する。

本発明の第１の態様のうちの任意の実施形態では、ドローチューブの中心軸とチャンバ本体の中心軸との間の距離が、０．０４インチ〜０．２０インチである。

本発明の第１の態様のうちの任意の実施形態では、チャンバ本体が、ＰＶＣ材料で構成されている。

本発明の第１の態様のうちの任意の実施形態では、チャンバ本体は、ポリカーボネート材料で構成されている。

本発明の第１の態様のうちの任意の実施形態では、動脈空気捕捉チャンバは、キャップをさらに備え、キャップが、流体をチャンバに入れるかまたはチャンバから出すための少なくとも１つのポートを含む。

本発明の第１の態様のうちの任意の実施形態では、ドローチューブが、チャンバ本体の底内面の０．１〜０．５ｃｍ上方の高さまで延伸している。

本発明の第１の態様の一部であるものとして開示する特徴のうちのいずれかは、単独で、または組み合わせてのいずれかで、本発明の第１の態様に含まれ得る。

本発明の第２の態様は、透析器の血液側および透析器の透析液側、ならびに透析器の血液側に流体接続された血液入口および透析器の血液側に流体接続された血液出口、を含む、透析器と、血液ポンプと、本発明の第１の態様の動脈空気捕捉チャンバと、を含む、対外流路に関し、動脈空気捕捉チャンバが、患者および透析器に流体接続可能な動脈血ライン内に位置決めされる。

本発明の第２の態様のうちの任意の実施形態では、動脈空気捕捉チャンバは、血液ポンプと透析器との間に位置決めされている。

本発明の第２の態様のうちの任意の実施形態では、動脈空気捕捉チャンバは、血液ポンプの上流に位置決めされている。

本発明の第２の態様のうちの任意の実施形態では、体外流路は、患者および透析器に流体接続可能な静脈血ライン内に位置決めされた静脈空気捕捉チャンバを備える。

本発明の第２の態様の一部であるものとして開示する特徴のうちのいずれかは、単独で、または組み合わせてのいずれかで、本発明の第２の態様に含まれ得る。

本発明の第３の態様は、本発明の第２の態様の体外流路を通して血液を圧送する工程と、透析器の透析液側を通して透析液を圧送する工程と、を含む、透析を実施する方法に関し、体外流路を通して血液を圧送する工程が、５０ｍＬ／分〜５００ｍＬ／分の血液流量で血液を圧送するように血液ポンプを制御することを含む。

本発明の第３の態様のうちの任意の実施形態では、動脈空気捕捉チャンバを指定された充填レベルまで充填する工程は、指定された充填レベルは、血液流量に基づく。

本発明の第３の態様のうちの任意の実施形態では、血液流量が５０ｍＬ／分〜１００ｍＬ／分であるときに、指定された充填レベルは２０％〜４０％であり、血液流量が５０ｍＬ／分〜２００ｍＬ／分であるときに、指定された充填レベルは３０％〜６０％であり、血液流量が１００ｍＬ／分〜２７５ｍＬ／分であるときに、指定された充填レベルは３０％〜６０％であり、血液流量が２００ｍＬ／分〜５００ｍＬ／分であるときに、指定された充填レベルは５０％〜８０％であり、血液流量が２７５ｍＬ／分〜５００ｍＬ／分であるときに、指定された充填レベルは４０％〜９０％であり、血液流量が５００ｍＬ／分以上であるときに、指定された充填レベルは５０％〜９０％である。

本発明の第３の態様のうちの任意の実施形態では、血液流量は１００ｍＬ／分〜５００ｍＬ／分であり、指定された充填レベルは少なくとも４０％である。

本発明の第３の態様の一部であるものとして開示する特徴のうちのいずれかは、単独で、または組み合わせてのいずれかで、本発明の第３の態様に含まれ得る。

本発明の第４の態様は、本発明の第２の態様の体外流路を通して生理学的に適合する生理食塩水を圧送する工程と、透析器の透析液側を通して生理学的に適合する生理食塩水を圧送する工程と、を含む、透析器をプライミングするための方法に関する。

本発明の第４の態様の一部であるものとして開示する特徴のうちのいずれかは、単独で、または組み合わせてのいずれかで、本発明の任意の他の態様に含まれ得る。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
動脈空気捕捉チャンバであって、
上部分および底部分を有するチャンバ本体と、
前記チャンバ本体の前記底部分に位置決めされた流体入口であって、前記流体入口が、前記底部分から上方に延伸して前記チャンバ本体の内壁上に配設された流体入口ポートで終端する流体入口チューブを形成し、前記流体入口ポートが、前記チューブの流体流れに対して約９０°回転して位置決めされ、かつ前記チャンバ本体の中心軸によって形成される円平面に対して接線方向に配設されている、流体入口と、
前記チャンバ本体の前記上部分上に位置決めされた流体出口であって、前記流体出口が、下方に延伸して前記チャンバ本体の上部分から前記チャンバ本体の前記底部分まで延伸するドローチューブを形成し、前記ドローチューブが、傾斜した開口部で終端し、前記傾斜した開口部が、前記ドローチューブ上に、前記流体入口ポートに対して約１８０°で対向して位置決めされている、流体出口と、を備える、動脈空気捕捉チャンバ。
（項目２）
前記流体入口ポートの底部分と同一平面上にある螺旋流誘導棚をさらに備え、前記螺旋流誘導棚が、前記チャンバの前記内壁上の、前記チャンバ本体の前記中心軸によって形成される前記円平面の円周上に配設され、前記棚が、前記チャンバ本体の前記底部まで下方に延伸している、項目１に記載の動脈空気捕捉チャンバ。
（項目３）
前記螺旋流誘導棚が、前記チャンバ本体の前記中心軸によって形成される前記円平面の前記円周上に、前記チャンバの前記内壁に沿って延伸している、項目２に記載の動脈空気捕捉チャンバ。
（項目４）
前記流体入口ポートに対して約１８０°で位置決めされ、前記チャンバ本体の前記底部分まで下方に延伸する、対向する棚をさらに備える、項目１に記載の動脈空気捕捉チャンバ。
（項目５）
前記チャンバ本体の前記底部分から前記流体入口チューブに平行な前記チャンバの前記内面に沿って延伸する湾曲した表面をさらに備え、前記湾曲した表面が、前記流体入口ポートの上部分に対して平面な表面で終端する、項目１に記載の動脈空気捕捉チャンバ。
（項目６）
前記流体入口ポートの開口部が、前記ドローチューブの前記傾斜した開口部に対してより高く位置決めされている、項目１に記載の動脈空気捕捉チャンバ。
（項目７）
前記チャンバ本体の前記底部分の内面が湾曲した表面である、項目１に記載の動脈空気捕捉チャンバ。
（項目８）
前記動脈空気捕捉チャンバが、１８〜３０ｍｍの内径を有する、項目１に記載の動脈空気捕捉チャンバ。
（項目９）
前記ドローチューブの中心軸と前記チャンバ本体の前記中心軸との間の距離が、０．０４インチ〜０．２０インチである、項目１に記載の動脈空気捕捉チャンバ。
（項目１０）
前記チャンバ本体が、ＰＶＣ材料で構成されている、項目１に記載の動脈空気捕捉チャンバ。
（項目１１）
前記チャンバ本体が、ポリカーボネート材料で構成されている、項目１に記載の動脈空気捕捉チャンバ。
（項目１２）
キャップをさらに備え、前記キャップが、血液出口ポートを含む、項目１に記載の動脈空気捕捉チャンバ。
（項目１３）
前記ドローチューブが、前記チャンバ本体の上方０．１〜０．５ｃｍの高さまで延伸している、項目１に記載の動脈空気捕捉チャンバ。
（項目１４）
体外流路であって、
透析器であって、前記透析器の血液側および前記透析器の透析液側、ならびに前記透析器の前記血液側に流体接続された血液入口および前記透析器の前記血液側に流体接続された血液出口、を含む、透析器と、
血液ポンプと、
項目１に記載の動脈空気捕捉チャンバであって、前記動脈空気捕捉チャンバが、患者および前記透析器に流体接続可能な動脈血ライン内に位置決めされている、動脈空気捕捉チャンバと、を備える、体外流路。
（項目１５）
前記動脈空気捕捉チャンバが、前記血液ポンプと前記透析器との間に位置決めされている、項目１４に記載の体外流路。
（項目１６）
前記動脈空気捕捉チャンバが、前記血液ポンプの上流に位置決めされている、項目１４に記載の体外流路。
（項目１７）
前記透析器および患者に流体接続可能な静脈血ライン内に位置決めされた静脈空気捕捉チャンバをさらに備える、項目１４に記載の体外流路。
（項目１８）
血液透析を実施する方法であって、
項目１４に記載の体外流路を通して血液を圧送する工程と、
前記透析器の前記透析液側を通して透析液を圧送する工程と、を含み、
前記体外流路を通して前記血液を圧送する前記工程が、５０ｍＬ／分〜５００ｍＬ／分の血液流量で血液を圧送するように前記血液ポンプを制御することを含む、方法。
（項目１９）
前記動脈空気捕捉チャンバを指定された充填レベルまで充填する工程をさらに含み、前記指定された充填レベルが、前記血液流量に基づく、項目１８に記載の方法。
（項目２０）
前記血液流量が５０ｍＬ／分〜１００ｍＬ／分であるときに、前記指定された充填レベルは２０％〜４０％であり、前記血液流量が５０ｍＬ／分〜２００ｍＬ／分であるときに、前記指定された充填レベルは３０％〜６０％であり、前記血液流量が１００ｍＬ／分〜２７５ｍＬ／分であるときに、前記指定された充填レベルは３０％〜６０％であり、前記血液流量が２００ｍＬ／分〜５００ｍＬ／分であるときに、前記指定された充填レベルは５０％〜８０％であり、前記血液流量が２７５ｍＬ／分〜５００ｍＬ／分であるときに、前記指定された充填レベルは４０％〜９０％であり、前記血液流量が５００ｍＬ／分以上であるときに、前記指定された充填レベルは５０％〜９０％である、項目１９に記載の方法。
（項目２１）
前記血液流量が１００ｍＬ／分〜５００ｍＬ／分であり、前記指定された充填レベルが少なくとも４０％である、項目１９に記載の方法。
（項目２２）
透析器をプライミングする方法であって、
項目１４に記載の体外流路を通して生理学的に適合する生理食塩水を圧送する工程と、
前記透析器の前記透析液側を通して生理学的に適合する生理食塩水を圧送する工程と、
を含む、方法。

動脈空気捕捉チャンバの一般化された写真を示す。 （図２ａおよび図２ｂ）入口ポートの構成の詳細図である。 （図２ａおよび図２ｂ）入口ポートの構成の詳細図である。 動脈空気捕捉チャンバの図である。 （図４ａ〜図４ｃ）ドローチューブの詳細な配置を示す。 （図４ａ〜図４ｃ）ドローチューブの詳細な配置を示す。 （図４ａ〜図４ｃ）ドローチューブの詳細な配置を示す。 （図５ａ〜図５ｃ）動脈空気捕捉チャンバの回路図を示す。 （図５ａ〜図５ｃ）動脈空気捕捉チャンバの回路図を示す。 （図５ａ〜図５ｃ）動脈空気捕捉チャンバの回路図を示す。 （図６ａ〜図６ｄ）チャンバ本体の詳細な回路図を示す。 （図６ａ〜図６ｄ）チャンバ本体の詳細な回路図を示す。 （図６ａ〜図６ｄ）チャンバ本体の詳細な回路図を示す。 （図６ａ〜図６ｄ）チャンバ本体の詳細な回路図を示す。 動脈空気捕捉チャンバのキャップの詳細な回路図を示す。 体外流路の図である。 （図９ａおよび図９ｂ）入口ポートおよびドローチューブの詳細な幾何学的形状を示す。 （図９ａおよび図９ｂ）入口ポートおよびドローチューブの詳細な幾何学的形状を示す。 動脈空気捕捉チャンバの写真を示す。 （図１１ａおよび図１１ｂ）異なる底部形状を有する空気捕捉チャンバの速度分布ベクトル図を示す。 （図１１ａおよび図１１ｂ）異なる底部形状を有する空気捕捉チャンバの速度分布ベクトル図を示す。 （図１２ａおよび図１２ｂ）分割入口ポートを有する空気捕捉チャンバの速度分布ベクトル図を示す。 （図１２ａおよび図１２ｂ）分割入口ポートを有する空気捕捉チャンバの速度分布ベクトル図を示す。 （図１３ａおよび図１３ｂ）入口ポートから１８０°離れて位置決めされた斜面を含むドローチューブを有する分割入口ポートを有する空気捕捉チャンバの速度分布ベクトル図を示す。 （図１３ａおよび図１３ｂ）入口ポートから１８０°離れて位置決めされた斜面を含むドローチューブを有する分割入口ポートを有する空気捕捉チャンバの速度分布ベクトル図を示す。 （図１４ａおよび図１４ｂ）入口ポートから１８０°離れて位置決めされた斜面および湾曲した底部を含むドローチューブを有する分割入口ポートを有する空気捕捉チャンバの速度分布ベクトル図を示す。 （図１４ａおよび図１４ｂ）入口ポートから１８０°離れて位置決めされた斜面および湾曲した底部を含むドローチューブを有する分割入口ポートを有する空気捕捉チャンバの速度分布ベクトル図を示す。 （図１５ａおよび図１５ｂ）ドローチューブに９０°の角度で流体入口に対して接線方向に配設された単一の入口ポートを有する流体入口を有する空気捕捉チャンバの速度分布ベクトル図を示す。 （図１５ａおよび図１５ｂ）ドローチューブに９０°の角度で流体入口に対して接線方向に配設された単一の入口ポートを有する流体入口を有する空気捕捉チャンバの速度分布ベクトル図を示す。 （図１６ａおよび図１６ｂ）小半径の入口ポートを有する空気捕捉チャンバの速度分布ベクトル図を示す。 （図１６ａおよび図１６ｂ）小半径の入口ポートを有する空気捕捉チャンバの速度分布ベクトル図を示す。 （図１７ａおよび図１７ｂ）大半径の入口ポートを有する空気捕捉チャンバの速度分布ベクトル図を示す。 （図１７ａおよび図１７ｂ）大半径の入口ポートを有する空気捕捉チャンバの速度分布ベクトル図を示す。 図１８ａおよび図１８ｂ）チャンバ本体の中心軸とドローチューブとの間の距離に基づく空気捕捉チャンバの速度分布ベクトル図を示す。 図１８ａおよび図１８ｂ）チャンバ本体の中心軸とドローチューブとの間の距離に基づく空気捕捉チャンバの速度分布ベクトル図を示す。 （図１９ａおよび図１９ｂ）チャンバ本体の内径に基づく空気捕捉チャンバの速度分布ベクトル図を示す。 （図１９ａおよび図１９ｂ）チャンバ本体の内径に基づく空気捕捉チャンバの速度分布ベクトル図を示す。 （図２０ａおよび図２０ｂ）チャンバ本体の内径に基づくｙ方向の速度分布を示す。 （図２０ａおよび図２０ｂ）チャンバ本体の内径に基づくｙ方向の速度分布を示す。 （図２１ａ〜図２１ｃ）ドローチューブの幾何学的形状に基づくＹ断面の速度分布を示す。 （図２１ａ〜図２１ｃ）ドローチューブの幾何学的形状に基づくＹ断面の速度分布を示す。 （図２１ａ〜図２１ｃ）ドローチューブの幾何学的形状に基づくＹ断面の速度分布を示す。 （図２２ａ〜図２２ｃ）ドローチューブの幾何学的形状に基づくＺ断面の速度分布を示す。 （図２２ａ〜図２２ｃ）ドローチューブの幾何学的形状に基づくＺ断面の速度分布を示す。 （図２２ａ〜図２２ｃ）ドローチューブの幾何学的形状に基づくＺ断面の速度分布を示す。 （図２３ａ〜図２３ｄ）４０％の充填レベルと０．１０４ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルを示す。 （図２３ａ〜図２３ｄ）４０％の充填レベルと０．１０４ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルを示す。 （図２３ａ〜図２３ｄ）４０％の充填レベルと０．１０４ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルを示す。 （図２３ａ〜図２３ｄ）４０％の充填レベルと０．１０４ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルを示す。 ４０％の充填レベルと０．１０４ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルの正面図を示す。 （図２５ａ〜図２５ｃ）４０％の充填レベルと０．１０４ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルをｙ断面図で示す。 （図２５ａ〜図２５ｃ）４０％の充填レベルと０．１０４ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルをｙ断面図で示す。 （図２５ａ〜図２５ｃ）４０％の充填レベルと０．１０４ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルをｙ断面図で示す。 （図２６ａおよび図２６ｂ）４０％の充填レベルと０．１０４ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルをｚ断面図で示す。 （図２６ａおよび図２６ｂ）４０％の充填レベルと０．１０４ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルをｚ断面図で示す。 （図２７ａおよび図２７ｂ）４０％の充填レベルと０．１０４ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルをｘ断面図で示す。 （図２７ａおよび図２７ｂ）４０％の充填レベルと０．１０４ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルをｘ断面図で示す。 （図２８ａおよび図２８ｂ）４０％の充填レベルと０．１０４ｍ／ｓの入口速度とを有する入口および出口ポートの近傍の速度分布ベクトルを示す。 （図２８ａおよび図２８ｂ）４０％の充填レベルと０．１０４ｍ／ｓの入口速度とを有する入口および出口ポートの近傍の速度分布ベクトルを示す。 （図２９ａおよび図２９ｂ）４０％の充填レベルと０．１０４ｍ／ｓの入口速度とを有するｙ方向の速度分布ベクトルを示す。 （図２９ａおよび図２９ｂ）４０％の充填レベルと０．１０４ｍ／ｓの入口速度とを有するｙ方向の速度分布ベクトルを示す。 （図３０ａ〜図３０ｃ）４０％の充填レベルと０．１０４ｍ／ｓの入口速度とを有する最大剪断速度を示す。 （図３０ａ〜図３０ｃ）４０％の充填レベルと０．１０４ｍ／ｓの入口速度とを有する最大剪断速度を示す。 （図３０ａ〜図３０ｃ）４０％の充填レベルと０．１０４ｍ／ｓの入口速度とを有する最大剪断速度を示す。 ４０％の充填レベルと０．１０４ｍ／ｓの入口速度とを有する滞留時間分布を示す。 （図３２ａ〜図３２ｄ）６０％の充填レベルと０．２８８ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルを示す。 （図３２ａ〜図３２ｄ）６０％の充填レベルと０．２８８ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルを示す。 （図３２ａ〜図３２ｄ）６０％の充填レベルと０．２８８ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルを示す。 （図３２ａ〜図３２ｄ）６０％の充填レベルと０．２８８ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルを示す。 （図３３ａおよび図３３ｂ）５５％の充填レベルと０．２８８ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルを示す。 （図３３ａおよび図３３ｂ）５５％の充填レベルと０．２８８ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルを示す。 （図３４ａ〜図３４ｃ）６０％の充填レベルと０．２８８ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルをｙ断面図で示す。 （図３４ａ〜図３４ｃ）６０％の充填レベルと０．２８８ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルをｙ断面図で示す。 （図３４ａ〜図３４ｃ）６０％の充填レベルと０．２８８ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルをｙ断面図で示す。 （図３５ａおよび図３５ｂ）６０％の充填レベルと０．２８８ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルをｚ断面図で示す。 （図３５ａおよび図３５ｂ）６０％の充填レベルと０．２８８ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルをｚ断面図で示す。 （図３６ａおよび図３６ｂ）６０％の充填レベルと０．２８８ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルをｘ断面図で示す。 （図３６ａおよび図３６ｂ）６０％の充填レベルと０．２８８ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルをｘ断面図で示す。 （図３７ａおよび図３７ｂ）６０％の充填レベルと０．２８８ｍ／ｓの入口速度とを有する入口および出口ポートの近傍の速度分布ベクトルを示す。 （図３７ａおよび図３７ｂ）６０％の充填レベルと０．２８８ｍ／ｓの入口速度とを有する入口および出口ポートの近傍の速度分布ベクトルを示す。 （図３８ａおよび図３８ｂ）６０％の充填レベルと０．２８８ｍ／ｓの入口速度とを有するｙ方向の速度分布ベクトルを示す。 （図３８ａおよび図３８ｂ）６０％の充填レベルと０．２８８ｍ／ｓの入口速度とを有するｙ方向の速度分布ベクトルを示す。 （図３９ａ〜図３９ｃ）６０％の充填レベルと０．２８８ｍ／ｓの入口速度とを有する最大剪断速度を示す。 （図３９ａ〜図３９ｃ）６０％の充填レベルと０．２８８ｍ／ｓの入口速度とを有する最大剪断速度を示す。 （図３９ａ〜図３９ｃ）６０％の充填レベルと０．２８８ｍ／ｓの入口速度とを有する最大剪断速度を示す。 ４０％の充填レベルと０．１０４ｍ／ｓの入口速度とを有する滞留時間分布を示す。 （図４１ａ〜図４１ｄ）６５％の充填レベルと０．５２ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルを示す。 （図４１ａ〜図４１ｄ）６５％の充填レベルと０．５２ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルを示す。 （図４１ａ〜図４１ｄ）６５％の充填レベルと０．５２ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルを示す。 （図４１ａ〜図４１ｄ）６５％の充填レベルと０．５２ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルを示す。 （図４２ａおよび図４２ｂ）６０％の充填レベルと０．５２ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルを示す。 （図４２ａおよび図４２ｂ）６０％の充填レベルと０．５２ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルを示す。 （図４３ａ〜図４３ｃ）６５％の充填レベルと０．５２ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルをｙ断面図で示す。 （図４３ａ〜図４３ｃ）６５％の充填レベルと０．５２ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルをｙ断面図で示す。 （図４３ａ〜図４３ｃ）６５％の充填レベルと０．５２ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルをｙ断面図で示す。 （図４４ａおよび図４４ｂ）６５％の充填レベルと０．５２ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルをｚ断面図で示す。 （図４４ａおよび図４４ｂ）６５％の充填レベルと０．５２ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルをｚ断面図で示す。 （図４５ａおよび図４５ｂ）６５％の充填レベルと０．５２ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルをｘ断面図で示す。 （図４５ａおよび図４５ｂ）６５％の充填レベルと０．５２ｍ／ｓの入口速度とを有する速度分布ベクトルをｘ断面図で示す。 （図４６ａおよび図４６ｂ）６５％の充填レベルと０．５２ｍ／ｓの入口速度とを有する入口ポートおよび出口ポートの近傍の速度分布ベクトルを示す。 （図４６ａおよび図４６ｂ）６５％の充填レベルと０．５２ｍ／ｓの入口速度とを有する入口ポートおよび出口ポートの近傍の速度分布ベクトルを示す。 ６５％の充填レベルと０．５２ｍ／ｓの入口速度とを有するｙ方向の速度分布ベクトルを示す。 （図４８ａ〜図４８ｃ）６５％の充填レベルと０．５２ｍ／ｓの入口速度とを有する最大剪断速度を示す。 （図４８ａ〜図４８ｃ）６５％の充填レベルと０．５２ｍ／ｓの入口速度とを有する最大剪断速度を示す。 （図４８ａ〜図４８ｃ）６５％の充填レベルと０．５２ｍ／ｓの入口速度とを有する最大剪断速度を示す。 ６５％の充填レベルと０．５２ｍ／ｓの入口速度とを有する滞留時間分布を示す。 停滞流れの存在を検出するための実験の設定を示す。 （図５１ａおよび図５１ｂ）５０ｍＬ／分の流量の充填レベルの関数としての停滞流れの存在または不在を示す。 （図５１ａおよび図５１ｂ）５０ｍＬ／分の流量の充填レベルの関数としての停滞流れの存在または不在を示す。 （図５２ａおよび図５２ｂ）１００ｍＬ／分の流量の充填レベルの関数としての停滞流れの存在または不在を示す。 （図５２ａおよび図５２ｂ）１００ｍＬ／分の流量の充填レベルの関数としての停滞流れの存在または不在を示す。 （図５３ａおよび図５３ｂ）２７５ｍＬ／分の流量の充填レベルの関数としての停滞流れの存在または不在を示す。 （図５３ａおよび図５３ｂ）２７５ｍＬ／分の流量の充填レベルの関数としての停滞流れの存在または不在を示す。 （図５４ａおよび図５４ｂ）５００ｍＬ／分の流量の充填レベルの関数としての停滞流れの存在または不在を示す。 （図５４ａおよび図５４ｂ）５００ｍＬ／分の流量の充填レベルの関数としての停滞流れの存在または不在を示す。 （図５５ａ〜図５５ｃ）従来の空気捕捉チャンバと双方向の空気捕捉チャンバとの両方を使用した透析およびプライミングのために組み立てられた体外流路を示す。 （図５５ａ〜図５５ｃ）従来の空気捕捉チャンバと双方向の空気捕捉チャンバとの両方を使用した透析およびプライミングのために組み立てられた体外流路を示す。 （図５５ａ〜図５５ｃ）従来の空気捕捉チャンバと双方向の空気捕捉チャンバとの両方を使用した透析およびプライミングのために組み立てられた体外流路を示す。 動脈血ラインの詳細図を示す。

別様に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術および科学用語は、概して、当業者によって一般的に理解されるものと同一の意味を有する。

冠詞「ａ」および「ａｎ」（１つの）は、冠詞の１つまたは１つより多くの（すなわち、少なくとも１つの）文法的目的語を指すために本明細書で使用される。一例として、「ａｎ ｅｌｅｍｅｎｔ」は、１つの要素または１つより多くの要素を意味する。

用語「約９０°の回転」は、角度が９０°または９０°に近い３つの点によって画定される角度を指す。

用語「約１８０°」は、角度が１８０°または１８０°に近い３つの点によって画定される角度を指す。

「動脈空気捕捉チャンバ」は、血液と混合された空気を分離および捕捉する体外流路の動脈ラインに配置される装置である。

用語「動脈血ライン」は、血液を患者から透析器に運ぶ体外流路内の流体ラインを指す。

「傾斜した開口部」は、構成要素の他の水平面または垂直面からの傾斜を有する構成要素の開口部である。

用語「血液流量」は、流体ライン内を移動する血液の速度を指す。

用語「血液出口ポート」は、それを通って血液が構成要素を出ることができる開口部を指す。

用語「血液ポンプ」は、血液を患者から透析器に圧送し、患者に戻すために体外流路に位置付けられたポンプを指す。

用語「透析器の血液側」は、それを通って血液が透析中に通過する透析器の部分を指す。

用語「底部分」および「底部セクション」は、通常の使用のために位置決めされたときの構成要素の中心よりも低い高さの構成要素の部分を指す。

「キャップ」は、第２の構成要素の上部に嵌まる構成要素である。

「中心軸」は、構成要素の上部から底部までの構成要素の中心の仮想線である。

用語「チャンバ本体」は、空気捕捉チャンバの内部空間を指す。

用語「円平面」は、実質的に円形形状を有する水平平面を指す。

用語「円平面の円周」は、円平面が構成要素の壁と交わる円平面の部分を指す。

用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（〜を備える）」は、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という単語の後に続くものは何でも含むが、それに限定されない。したがって、本用語の使用は、列挙された要素が必要とされるか、または必須であるが、他の要素が随意であり、存在する場合もあり、しない場合もあることを示す。

用語「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ（〜から成る）」は、「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ」という語句の後に続くものは何でも含むが、それに限定されない。したがって、本語句は、限定された要素が必要とされるか、または必須であり、他の要素が存在しなくてもよいことを示す。

用語「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ（本質的に〜から成る）」は、「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ」という用語の後に続くものは何でも、および説明される装置、構造、または方法の基本的動作に影響を及ぼさない付加的要素、構造、行為、もしくは特徴を含む。

用語「血液ポンプを制御すること」または「血液ポンプを制御する」は、血液ポンプの圧送速度を設定することを指す。

用語「湾曲した表面」は、実質的に平坦でない任意の表面を指す。

用語「透析器の透析液側」は、それを通って透析液が透析中に移動する透析器の部分を指す。

用語「透析器」は、半透過性膜によって分離される２つの流路を有するカートリッジまたは容器を指す。１つの流路は血液用であり、１つの流路は透析液用である。膜は、中空繊維、平坦なシート、または螺旋巻装の形態、もしくは当業者に既知である他の従来の形態であり得る。膜は、以下の材料、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリ（メチルメタクリレート）、改変セルロース、または当業者に既知である他の材料から選択され得る。

用語「配設された」は、第２の構成要素上の第１の構成要素の配置を指す。

用語「下方に延伸すること」は、通常の動作中に、構成要素が第２の構成要素の上部分から底部分に向かって位置決めされる構成要素の構成を指す。

「ドローチューブ」は、構成要素の内部空間に延伸している流体コネクタである。

用語「体外流路」は、それを通って血液が透析中に移動する経路である。

用語「充填すること」または「充填する」は、流体を構成要素または容器に加えることを意味する。

用語「充填レベル」は、構成要素内の流体のレベルを指す。

用語「流体接続された」、「流体接続可能な」および「流体接続」は、１つの点から別の点への流体またはガスの通過を提供する能力を指す。２つの点は、全て任意のタイプである、コンパートメント、モジュール、システム、構成要素、および再充填器のうちの任意の１つまたはそれを上回るものの内側もしくはそれらの間にあり得る。

「流体入口」は、それを通って流体が構成要素に入ることができる流体接続部である。

「流体入口ポート」は、それを通って流体が構成要素に入ることができる流体入口の開口部である。

「流体入口チューブ」は、それを通って流体が構成要素または容器を出ることができる流体接続部である。

「流体出口」は、それを通って流体が構成要素を出ることができる流体接続部である。

用語「同一平面上」は、共通平面上にあるか、または第２の構成要素または構造体に対しても相対する表面を有する第１の構成要素または構造体の位置を指し、第１の構成要素または構造体は、第２の構成要素または構造体と接触する。

用語「内径」は、構成要素の壁から構成要素の中心を通って対向する側の壁までの距離を指す。

用語「内壁」は、構成要素または容器の内部にある構成要素または容器の表面を指す。

用語「開口部」は、それを通って流体または気体が通過することができる空間を指す。

用語「対向して位置決めされた」は、２つの構成要素が実質的に対向方向に面している、２つの構成要素の相対的な位置を指す。

「対向する棚」は、第１の棚と対向する実質的に水平な構造である。

「患者」または「被験体」は、任意の動物種のメンバー、好ましくは、哺乳類種、随意に、ヒトである。被験体は、明白に健康な個人、疾患に罹患している個人、または疾患を治療されている個人であり得る。

用語「平面な」は、実質的に平坦な表面を指す。

用語「ポリカーボネート材料」は、カーボネート基を介した結合を有するポリマーを指す。

用語「より高く位置決めされた」は、システムが通常の使用状態にあるときに、「より高く位置決めされた」構成要素がより高い高度にある２つの構成要素の相対位置を指す。

「プライミング」は、使用のためのシステムまたは構成要素の準備を指す。任意の実施形態では、用語「プライミング」は、システム、流体ライン、または他の構成要素の中に液体を圧送して、システム、流体ライン、または他の構成要素を流体で充填するプロセスを指すことができる。

用語「プライミング工程」は、システムをプライミングするためにとられる個別のアクションを指す。

用語「圧送すること」、「圧送された」、または「圧送する」は、流体、気体、またはそれらの組み合わせをポンプで移動させることを指す。

「ＰＶＣ」は、ポリ塩化ビニルを指す。

「螺旋流誘導棚」は、より大きい構造体の内部の流体を螺旋流路内で移動させる棚を指す。

用語「指定された充填レベル」は、流体で充填された構成要素のパーセンテージ等の、構成要素内の流体のレベルを指し、他のシステムパラメータによって決まる所定のレベルである。

用語「接線方向」は、第２の構成要素上の第１の構成要素の位置を指し、第１の構成要素は、第２の構成要素の水平面内の空間を占める。

用語「終端すること」は、構成要素または構造体の遠位端を指す。

用語「上部分」は、通常の使用のために位置決めされたときに構成要素の中心より高い高さにある構成要素の部分を指す。

用語「上方に延伸すること」は、通常の動作中に、構成要素が構成要素の底部分から上部分に向かって位置決めされた構成要素の構成を指す。

「静脈空気捕捉チャンバ」は、血液と混合された空気を分離および捕捉する体外流路の静脈ラインに配置された装置である。

用語「静脈血ライン」は、血液を透析器から患者に運ぶ体外流路内の流体ラインを指す。

動脈空気捕捉チャンバ
本発明は、血液透析用の動脈空気捕捉チャンバ、および血液と空気との接触および混合を最小化する透析を実施するための方法に関する。空気捕捉チャンバは、使い捨てまたは非使い捨てのセットに適合させることができ、プライミングと血液戻し特徴部との間に双方向の流れを提供する。プライミング中の双方向の流れは、プライミングプロセス中に透析器を手動で反転させる必要のないコンパクトな携帯型血液透析システムで実施することができる。動脈空気捕捉チャンバの構造的特徴部は、血液凝固または血栓症の活性化を抑制するために、高い剪断応力を最小化する。

図１は、本発明による動脈空気捕捉チャンバを図示する。本発明の第１、第２、第３、または第４の態様のうちの任意の実施形態では、動脈空気捕捉チャンバ１０１は、チャンバ本体１０６と、流体入口１０２と、流体出口１０３と、を備え得る。使用中、血液は、流体入口１０２を通って動脈空気捕捉チャンバ１０１に入り、流体出口１０３を通って動脈空気捕捉チャンバ１０１から出ることができる。本発明の第１、第２、第３、または第４の態様のうちの任意の実施形態では、流体入口１０２は、動脈空気捕捉チャンバ本体１０６の底部分から動脈空気捕捉チャンバ本体１０６の上部に向かって上方に延伸し得る。図１に図示するように、上方に延伸する流体入口１０２は、動脈空気捕捉チャンバ本体１０６の内壁１０８に配設された流体入口チューブ１０７を形成する。

本発明の第１、第２、第３、または第４の態様のうちの任意の実施形態では、流体出口１０３は、動脈空気捕捉チャンバ本体１０６の上部分に位置決めされ得る。本発明の第１、第２、第３、または第４の態様のうちの任意の実施形態では、流体出口は、動脈空気捕捉チャンバ１０１のチャンバ本体１０６の上部分から底部分に向かって下方に延伸してドローチューブ１０４を形成し得る。本発明の第１、第２、第３、または第４の態様のうちの任意の実施形態では、流体入口１０２は、流体入口ポート１０５を備え得る。血液は、流体入口ポート１０５を通ってチャンバ本体１０６に入り、ドローチューブ１０４に移動し、流体出口１０３を通って動脈空気捕捉チャンバ１０１から出ることができる。

図２ａおよび図２ｂは、チャンバ本体２０１と、流体出口用のドローチューブ２０２と、流体入口２０４の流体入口ポート２０３と、を含む空気捕捉チャンバの断面図である。図２ａに示すように、流体入口ポート２０３は、チューブまたは垂直軸への流体流れの方向に対して約９０°回転して位置決めされる。流体入口ポート２０３は、チャンバ本体２０１の内壁に、かつチャンバ本体２０１の中心軸の周りの円平面に対して接線方向に配設される。流体入口ポート２０３の底部セクションは、流体入口ポート２０３の底部セクションと同一平面上にあり、チャンバ本体２０１の内壁でチャンバ本体２０１の中心軸の周りの円平面の円周上に配設されている螺旋流誘導棚２０５を含む。螺旋流誘導棚２０５は、チャンバ本体２０１の底部に向かって下方に延伸しており、かつドローチューブ２０２に平行である。流体入口ポート２０３および螺旋流誘導棚２０５に対向して、底部チャンバ本体２０１に下方に延伸する対向する棚２０６がある。対向する棚２０６は、流体入口２０４および流体入口ポート２０３と対向する側のチャンバ壁と同一平面上に位置決めされる。対向する棚部２０６は、流体入口ポート２０３の上部分に対して平面の表面、および縁部から流体入口ポート２０３に平行なチャンバ本体２０１の内面に沿ってチャンバ本体２０１の底部分に下方に延伸する湾曲した表面への遷移であり得る。対向する棚２０６は、停滞流れを減少させるために、小半径から大半径まで様々な厚さを有し得る。

図２ａは、小半径の螺旋流誘導棚２０５と、「小半径」の対向する棚２０６と、を有する動脈空気捕捉チャンバの実施形態を示す。図２ｂは、チャンバ本体２０７と、ドローチューブ２０８と、流体ポート２０９を有する流体入口２１０と、を備える同様の空気捕捉チャンバを示す。図２ｂの動脈空気捕捉チャンバは、大外径の螺旋流誘導棚２１１と、「大半径」の対向する棚２１２と、を有する。図２ａの螺旋流誘導棚２０５および「小半径」の対向する棚２０６は、流体入口ポート２０３の外壁とチャンバ本体２０１の内壁との交差部に形成される渦を平滑にすることができる特徴部である。図２ｂでは、螺旋流誘導棚２０１および「大半径」の対向する棚２１２は、流体入口ポート２１０の外壁とチャンバ本体２０７の内壁との交差部に形成される渦の平滑化の改善を提供する。血液は、流体入口ポート２０９からチャンバ本体２０７内に流れ、ドローチューブ２０８を通って出て、流体入口ポート２０９および螺旋流誘導棚２１１が、血液をチャンバ壁に沿ってチャンバ本体２０７に流して下方の螺旋流を形成し、次いでドローチューブ２０８を通って出るように案内する。螺旋流は、空気が血液中に同伴されないように、混合を避けるために血液表面上の乱流を最小化する。流体入口ポート２０９および螺旋流誘導棚２１１によって形成された螺旋流は、気泡に浮力を与え、その結果、気泡がドローチューブ２０８への流体流れに対抗し、血液表面に移動してチャンバ本体２０７の上部で捕捉される。螺旋流誘導棚２１１および対向する棚２１２がなければ、停滞流れ領域は、流体入口ポート２０９の近傍に存在してもよい。チャンバ本体２０７は、停滞流れ領域を最小化するかまたは防ぎ、滞留時間を短縮し、それによって血栓の形成を防止するように設計されている。チャンバ本体２０７はまた、螺旋流誘導棚２１１および対向する棚２１２を使用して低い剪断応力を提供し、停滞流れ領域を排除するのにも役立つ。

図３は、チャンバ本体３０１と、流体入口３０２と、流体を出すためのドローチューブ３０３と、を備える動脈空気捕捉チャンバを図示する。当業者であれば、チャンバ本体が、チャンバ本体３０１の上部分からチャンバ本体３０１の底部分まで延伸する中心軸３０４を有し得ることを理解するであろう。ドローチューブ３０３はまた、ドローチューブ３０３の上部分からドローチューブ３０３の底部分まで延伸する中心軸３０５を有することもできる。ドローチューブ３０３は、傾斜した開口部３０６を備え得る。上述したように、傾斜した開口部３０６の幾何学的形状は、図２ｂの動脈空気捕捉チャンバ本体２０１を通る流体流れに影響を及ぼし得る。本発明の第１、第２、第３、または第４の態様のうちの任意の実施形態では、傾斜した開口部３０６は、入口ポートに対して約１８０°でドローチューブ３０３に対向して位置決めされ得る。上述したように、対向して位置決めされた傾斜した開口部３０６は、流体力学にとって有益な入口ポートに対向して位置決めされていない傾斜した開口部に対して、チャンバ本体３０１を通って移動する流体のためのより長い流路を生成する。流体は、チャンバ本体３０１の底部分の周りを螺旋状に旋回し、かつドローチューブ３０３で対向して位置決めされた傾斜した開口部３０６によって受け取られる。

図４ａ〜図４ｃは、ドローチューブの傾斜した開口部の考えられる構成を図示する。図４ａは、チャンバ本体４０１と、流体入口ポート４０５を有する流体入口４０２と、ドローチューブ４０３と、傾斜した開口部４０４と、を有する空気捕捉チャンバを図示する。図４ｂは、チャンバ本体４０６と、流体入口ポート４１０を有する流体入口４０７と、ドローチューブ４０８と、傾斜した開口部４０９と、を有する空気捕捉チャンバを図示する。図４ｃは、チャンバ本体４１１と、流体入口ポート４１５を有する流体入口４１２と、ドローチューブ４１３と、傾斜した開口部４１４と、を有する空気捕捉チャンバを図示する。図４ａ〜図４ｃの各々において、流体入口ポート４０５、４１０、および４１５は、それぞれ、チャンバ本体４０１、４０６、および４１１の内壁にそれぞれ配設され、チャンバ本体の中心軸によって形成される円平面の接線方向にあるチューブの流体流れに対して約９０°回転して位置決めされ、その結果、流体入口ポートを出る流体が図面の平面から外れることになる。図４ａにおいて、傾斜した開口部４０４は、流体入口ポート４０５に対して２７０°で配設される。図４ｂにおいて、傾斜した開口部４０９は、流体入口ポート４１０に対して１８０°の天使で対向して配設される。図４ｃにおいて、傾斜した開口部４１４は、流体入口ポート４１５に対して９０°の角度で配設される。上述したように、チャンバ本体４０６を通る望ましい流れは、図４ｂに図示するように、ドローチューブ４０８上で流体入口ポート４１０に対して１８０°で対向して位置決めされた傾斜した開口部４０９によって実現することができる。図４ａに示すように、流体入口ポート４０５は、ドローチューブ４０３上の傾斜した開口部４０４よりも高い位置に配設される。同一の構成が図４ｂおよび図４ｃにも示されている。

本明細書に記載する計算流れモニタリングの例に基づいて、動脈空気捕捉チャンバは、チャンバ本体と、チャンバ本体の内壁上でチューブの流体流れに対して約９０°で配設され、かつチャンバ本体の中心軸によって形成される円平面に対して接線方向に配設された流体入口ポートで終端する上方に延びる流体入口と、流体入口ポートに対して約１８０°で対向して位置決めされた傾斜した開口部を有するドローチューブを形成する下方に延伸する流体出口と、を含むように構築される。図５ａ〜図５ｃは、本発明の動脈空気捕捉チャンバの非限定的な実施形態の概略図を示す。

図５ａに示すように、動脈空気捕捉チャンバは、本発明の第１、第２、第３、または第４の態様のうちの任意の実施形態では、チャンバ本体５０１と、上方に延伸する流体入口５０２と、下方に延伸してドローチューブ５０３を形成する流体出口５０５と、を備え得る。本発明の第１、第２、第３、または第４の態様のうちの任意の実施形態では、線５０４で示す動脈空気捕捉チャンバの直径は、任意の直径に設定することができる。本発明の第１、第２、第３、または第４の態様のうちの任意の実施形態では、動脈空気捕捉チャンバの直径は、２．５ｃｍ〜３．８ｃｍの任意のサイズに設定することができる。本発明の第１、第２、第３、または第４の態様のうちの任意の実施形態では、流体入口５０２は、チャンバ本体５０１の内壁に配設された入口ポート５１４で終端することができる。

図５ｂは、図５ａに描画するような軸Ｂ−Ｂに沿った動脈空気捕捉チャンバの図を示す。上述したように、本発明の第１、第２、第３、または第４の態様のうちの任意の実施形態では、動脈空気捕捉チャンバは、流体を追加もしくは除去するか、または圧力を測定するためのポート５０６を含み得るキャップ５１５を備え得る。図５ｂに示すように、５０７として示される空気捕捉チャンバの全体高さは、６〜１２ｃｍの任意の高さであり得る。出口配管５０６を有するキャップ５１５の高さは、高さ５１２として示される０．６〜１．２ｃｍのうちのいずれかであり得る。したがって、５０９として示されるチャンバ本体の高さは、６．８ｃｍ〜１１．４ｃｍであり得る。図５ｂにおいて、線５０８は考えられる充填レベルを示し、かつ高さ５１０によって示されるように６０％に設定される。しかしながら、説明したように、充填レベルは変えることができる。本発明の第１、第２、第３、または第４の態様のうちの任意の実施形態では、ドローチューブ５０３は、５１１で示されるように、チャンバの底部から０．１〜０．５ｃｍ上方の距離で配置され得る。図５ａおよび図５ｂに示すように、本発明の第１、第２、第３、または第４の態様のうちの任意の実施形態では、チャンバ本体５０１は、底部分に、流体入口ポート５１４の上部分に平面な表面に延伸および終端する湾曲した表面を有し得る。

図５ｃは、図５ａの図ｃ−ｃで示す動脈空気捕捉チャンバの断面図を示す。図５ｃに示すように、ドローチューブ５０３の中心線は、距離５１３で示される０．１ｃｍ〜０．５ｃｍのうちのいずれかで本体５０１の中心線からオフセットすることができる。

図６ａは、動脈空気捕捉チャンバの異なる図の非限定的な概略図である。動脈空気捕捉チャンバは、チャンバ本体６０１と、流体入口６０２と、を備え得る。本発明の第１、第２、第３、または第４の態様のうちの任意の実施形態では、流体入口６０２は、高さ６０３として示される２．０〜４．０ｃｍの高さまでチャンバ本体６０１内に上方に延伸し得る。チャンバ本体の壁は、図６ａに６０４として示される０．１〜０．３ｃｍの厚さを有し得る。上述したように、チャンバ本体は、図６ａの６０６として示される６．０〜１１．４ｃｍの高さを有し得る。図６ａに示すように、流体入口は、６０７として示される流体入口ポートの近傍に０．２〜０．６ｃｍの直径を有し得る。チャンバ本体の外部で、流体入口は、０．３〜０．７ｃｍの６０８と同一のまたは６０８よりわずかに大きい直径を有し得る。６０９で示される流体入口でのチャンバ本体は、０．４〜０．９ｃｍの直径を有し得、距離６１０として示される０．５〜１．０ｃｍの距離まで外方に延伸し得る。

図６ａの特徴部Ａとして示すように、チャンバ壁は、６０５として示される３ｃｍ〜８ｃｍの高さに特徴部を有し得る。図６ｂは、図６ａのＡで記された領域の詳細図を示す。特徴部６１１は、０．０１〜０．０２ｃｍの距離まで延伸するチャンバ壁の隆起部であり得る。

図６ｃは、図６ａに示すような軸Ｂ−Ｂに沿った動脈空気血液捕捉チャンバの断面図である。上述したように、動脈空気血液捕捉チャンバは、チャンバ本体６０１と、流体入口６０２と、底部内面６１２と、を備え得る。本発明の第１、第２、第３、または第４の態様のうちの任意の実施形態では、流体入口６０２はまた、螺旋流誘導棚６１３も備え得る。棚６１３は、流体入口ポートの外壁と主チャンバ本体６０１の内径との交差部に形成される渦を平滑にするように作用し得る特徴部である。棚６１３は、棚の縁部から、流体入口チューブ６０２に平行な内部チャンバ壁として働く湾曲した表面に遷移し得る。湾曲した表面は、チャンバの内面に沿ってチャンバ本体の底部分まで下に延伸し得る。本明細書に記載するように、棚がなければ、停滞流れの領域が流体入口ポートの近傍に存在してもよい。螺旋流誘導棚６１３は、停滞流れ領域を除去するのに役立つ。図６ｃの円Ｃで示される流体入口ポートの詳細図を図６ｄに提供する。図６ｃに示すように、流体入口ポートの開口幅は、距離６１４として示される０．２〜０．６ｃｍであり得る。流体入口ポート角度６１５は、６５°〜８５°の開口部であり得る。

図７は、動脈空気捕捉チャンバのキャップおよびドローチューブの概略図である。図７に示すように、キャップ７０１は、ポート７０２を備え得る。ポート７０２は、キャップ７０１の０．５〜１．０ｃｍの高さ７０９まで延伸し得る。ポート７０２は、０．２〜０．３ｃｍの内径７１０と、０．３５〜０．５ｃｍの外径７１１と、を有し得る。キャップ７０１は、１．５〜２．０ｃｍの距離７１２までチャンバ本体（図示せず）の上に延伸し得る。チャンバ本体の壁は、０．１〜０．２ｃｍの厚さ７１４を有し得る。その基部７１３におけるキャップの外径は、２．７〜３．５ｃｍであり得る。本発明の第１、第２、第３、または第４の態様のうちの任意の実施形態では、キャップは、ドローチューブ７０３上のリング７０６および７０７を通って集束し得る。ドローチューブ７０３は、０．５〜０．８ｃｍの直径７０８を有し得る。上述したように、本発明の第１、第２、第３、または第４の態様のうちの任意の実施形態では、ドローチューブ７０３は、傾斜した開口部７０４を備え得る。本発明の第１、第２、第３または第４の態様のうちの任意の実施形態では、傾斜した開口部は、３５°〜５５°の角度７０５を有し得る。

当業者であれば、図４〜図７に描画される特定の寸法は、本発明の範囲内で変更可能であることを理解するであろう。さらに、特定の構成要素または構成要素の配置は、本発明の範囲を逸脱することなく変更または省略することができる。

図８に示すように、本発明の第１、第２、第３、または第４の態様のうちの任意の実施形態では、動脈空気捕捉チャンバは、血液透析のための体外流路に使用され得る。体外流路は、透析器８０１を備え得る。患者８０９からの血液は、動脈血ライン８０２を通して圧送され、透析器８０１に流体接続され、血液入口８０４を通って透析器８０１に入ることができる。血液は、静脈血ライン８０３に流体接続されている血液出口８０５を介して透析器８０１を出て、患者８０９に戻るように圧送され得る。当業者であれば、図８に描画される体外流路は例示のためのものに過ぎず、追加の構成要素、センサ、ラインおよびポンプを含めることができることを理解するであろう。血液ポンプ８０８を使用して、体外回路を通して血液を圧送することができる。動脈血ライン８０２内の血液は、本明細書に記載するように、動脈空気捕捉チャンバ８０６を通って圧送され得る。動脈空気捕捉チャンバ８０６は、血液ポンプ８０８の上流または下流のいずれかを含む、動脈ライン８０２の任意の位置に配置され得る。静脈血ライン８０３はまた、静脈空気捕捉チャンバ８０７を備え得る。血液は、透析器８０１に入ると、透析器８０１の血液側に入ることができる。透析器８０１はまた、半透膜によって血液側から分離された透析器８０１の透析液側も備え得る。血液中の溶質は、半透膜を通過し、透析液に入り、そこで溶質を除去するか、または透析液を廃棄することができる。当業者であれば、本明細書に記載する実験に関連する流量は、体外流路を通る血液流量と同等であることを理解するであろう。ユーザは、使用中、血液流量および充填レベルの組み合わせを実現するように血液ポンプ８０８を制御して、停滞流れまたは過度に高い剪断応力を回避しながら、動脈空気捕捉チャンバ８０６が空気を捕捉することを可能にすることができる。

本明細書に記載する滞留時間、剪断応力および空気捕捉に関する有利な結果に加えて、本明細書に記載する動脈空気捕捉チャンバは、好都合には、チャンバ本体を通る双方向の流体流れを可能にする。双方向の流体流れの機能性は、流体ラインのプライミングのために透析器を反転させる必要なしに、単純化されたプライミングプロセスを可能にする。本発明の動脈空気捕捉チャンバは、一方向の流れを有する従来の動脈空気捕捉チャンバとは対照的に、プライミング工程の間に透析セッション中に使用される第１の流れ方向をチャンバから空気を抜くことなく、第２の流れ方向において反転させることができる方向流を提供する。どちらの方向にも流れを確保する能力を有する透析機械が、本発明によって企図される。双方向の流れは、例えば、垂直に位置決めされた透析器の底部に導入された流体が透析器の上部から気泡を押し出すプライミング工程の間に、透析器を逆さにするかまたは「反転」する必要性を有利に回避する。本明細書に記載する動脈空気捕捉チャンバは、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）またはポリカーボネート材料（ＰＣ）を含むが、これに限定されない当技術分野で既知の任意の材料から構成することができる。

図５５ａは、透析に使用するように構成された従来の体外流路を示す。患者からの血液は、図５５ａの動脈血ライン５５０２上の矢印によって示されるように、血液入口５５０７に入る動脈血ライン５５０２を通って透析器５５０１に移動する。透析器５５０１からの血液は、血液出口５５０８を通って出て、静脈血ライン５５０３上の矢印で示されるように、静脈血ライン５５０３を通って患者に戻る。透析器５５０１に到達する前に血液から空気を除去するために、動脈空気捕捉チャンバ５５０４が動脈血ライン５５０２に配置される。従来の動脈空気捕捉チャンバ５５０４は、一方向の流れのみを提供する。患者に戻される前に血液から空気を除去するために、静脈空気捕捉チャンバ５５０５が静脈血ライン５５０２内に配置される。同様に、静脈空気捕捉チャンバ５５０５は、チャンバの上部から底部への一方向の流れのみを提供することができる。血液ポンプ５５０６は、体外流路を通って血液を移動させる駆動力を提供する。

図５５ｂは、システムのプライミングのために組み立てられた体外流路を示す。透析器５５０１および体外流路をプライミングするために、重力により、透析器５５０１の上部から空気を押し出すように、生理食塩水が透析器５５０１の底部から透析器５５０１の上部まで透析器５５０１を通って圧送される必要がある。従来の動脈空気捕捉チャンバは、双方向の流体流れを可能としないので、体外流路を通る流体流れの方向を単純に逆転することはできない。代わりに、透析器５８０１の上部から血液出口５８０８を通して、かつ静脈空気捕捉チャンバ５５０５を通して静脈ライン５５０３に流体および空気を移動させるために、透析器および体外流路全体を反転させなければならず、図５５ｂの静脈ライン５５０３上の矢印で示されるように、反転された後の透析器および体外流路は透析器５５０１の上部に接続される。

図５５ｃは、本発明の双方向の動脈空気捕捉チャンバを使用する体外流路を示す。有利には、本発明の動脈空気捕捉チャンバ５５０９が双方向の流れを可能にするので、システムは透析器５５０１を反転させる必要なくプライミングされ得る。流体は、動脈空気捕捉チャンバ５５０９の流体出口を通って流れ込むことができ、かつ動脈空気捕捉チャンバ５５０９の流体入口から流出することができるので、流体および空気は、図５５ｃの動脈血ライン５５０２上の矢印によって示されるように、血液ポンプ５５０６の方向を変えることによって、透析器５５０１の上部から動脈血ライン５５０２および動脈空気捕捉チャンバ５５０９を通って除去され得る。本発明の第１、第２、または第３の態様のうちの任意の実施形態にでは、静脈空気捕捉チャンバ５５０５はまた、双方向の流れを提供することもでき、これによりプライミングプロセスをさらに単純化する。

図５６は、本明細書に記載する動脈空気捕捉チャンバとともに使用され得る非限定的な動脈血ラインの組み立ての詳細図である。動脈血ラインは、本明細書に記載する動脈空気捕捉チャンバ５６０１を備え得る。動脈血ラインは、ルアーコネクタ５６０２を介して患者に接続することができ、かつ透析器コネクタ５６１４を介して透析器に接続することができる。本発明の第１、第２、または第３の態様のうちの任意の実施形態では、ルアーコネクタ５６０２は任意選択的に、体外流路全体を通して流体の再循環を可能にする再循環コネクタを含み得る。ラインクランプ５６０３を使用して、必要に応じて、動脈血ラインを通る血流を制限または停止することができる。採血のために動脈血ラインにサンプルポート５６０４が含まれ得る。上述したように、動脈空気捕捉チャンバ５６０１は、圧力を測定し、かつ空気または液体を追加または除去するためのライン５６０５およびライン５６０６を有するキャップを備え得る。ライン５６０５および５６０６の各々は、ルアーコネクタ５６０８および５６１０でそれぞれ終端し得る。ライン５６０５のラインクランプ５６０７およびライン５６０６のラインクランプ５６０９を使用して、ラインを通る空気または液体の移動を制御することができる。ポンプセグメント５６１１は、動作中にそれを通って血液が移動する血液ポンプの部分であり、動脈血ラインを通って血液を移動させる駆動力を提供する。本発明の第１、第２、または第３の態様のうちの任意の実施形態では、ヘパリンライン５６１５を使用して、凝固を防ぐためにヘパリンまたは他の抗凝固剤を動脈血ラインの血液に追加することができる。ヘパリンは、ルアーコネクタ５６１２を介してヘパリンライン５６１５を通して追加することができる。ラインクランプ５６１３を使用して、ヘパリンライン５６１５を通るヘパリンまたは他の材料の移動を制御することができる。

図５〜図８に図示する動脈空気捕捉チャンバも、図９ａおよび図９ｂに図示されている。図９ａは、流体入口設計の詳細図を示す。動脈空気捕捉チャンバは、チャンバ本体９０１と、下方に延伸するドローチューブ９０２と、流体入口ポート９０３を有する上方に延伸する流体入口と、を備え、流体入口ポートは、チューブの流体流れに対して９０°回転して位置決めされ、かつチャンバの中心軸によって形成される円平面に対して接線方向に配設されている。動脈空気捕捉チャンバはまた、螺旋流誘導棚９０４も備える。図９ｂは、流体出口のためのドローチューブの詳細図を示す。ドローチューブ９０２は、傾斜した開口部９０５を備える。傾斜した開口部９０５は、流体入口ポート９０３に対して約１８０°で対向して位置決めされる。

図１０は、動脈空気捕捉チャンバである。動脈空気捕捉チャンバは、チャンバ本体１００１と、上方に延伸する流体入口１００４と、下方に延伸して流体出口１００３と、を備えて、ドローチューブ１００２を形成する。本発明の第１、第２、第３、または第４の態様のうちの任意の実施形態では、動脈空気捕捉チャンバは、血液出口ポート１００６を含むキャップ１００５を備え得る。

動脈空気捕捉チャンバの開示される特徴部の各々の、動脈空気捕捉チャンバを通る流体の流れに対する影響を判定するために、概説されるように、動脈空気捕捉チャンバのいくつかの構成について、計算流体力学（ＣＦＤ）分析を実施した。ＣＦＤ分析は、幾何学形状および充填レベルを最適化するために、動脈空気捕捉チャンバのいくつかの構成をシミュレートした。ＣＦＤ分析を実施するために、図９に示されるモデルと同様に、動脈空気捕捉チャンバのコンピュータ支援設計モデルを作成した。ＣＦＤ分析は、多相（空気および血液）ならびに粘性の層流を仮定して実施した。使用した血液類似体の密度は１，０４４ｋｇ／ｍ^３であり、粘度は０．００２７１ＰａＳであった。流れ領域はチャンバの内面を基準とし、入口ポートおよび出口ポートは、ＡＮＳＹＳ Ｆｌｕｅｎｔを使用して作成した。使用した初期条件および境界条件は安定しており、チャンバ充填は考慮しなかった。入口速度は、流量および入口配管セクションの面積（ＩＤ ４．５ｍｍおよび面積１５．８９ｍｍ^２）に基づいて計算し、入口ポートに指定した。本明細書に記載する実験で使用した入口速度は、０．１０４ｍ／ｓ（１００ｍｌ／分）、０．２８８ｍ／ｓ（２７５ｍｌ／分）、および０．５２ｍ／ｓ（５００ｍｌ／分）であった。ＡＮＳＹＳの領域適応／パッチツールを使用して、チャンバ容積を流体の充填レベルとして指定した。ＣＦＤ分析の元の数値を着色した。図を元の形状とより良く区別するために、ある特定の部分が色および相対速度を示すリード線で示される。

実験１
本発明の第１、第２、第３、または第４の態様のうちの任意の実施形態では、チャンバ本体は、平坦な底部とは対照的に、底ポションに湾曲した表面を有し得る。説明したように、本発明の動脈空気血液チャンバの利点は、動脈空気捕捉チャンバのチャンバ本体内の停滞流れ領域が除去されることである。記載されたＣＦＤ分析は、チャンバ本体の底部分の幾何学的形状に対する流れの影響を判定するために、底部分の湾曲した表面および平坦な底部分を有する動脈空気捕捉チャンバ上で実施した。

図１１ａおよび図１１ｂは、湾曲した表面の底部の設計がチャンバ本体に与える影響を図示する。図１１ａおよび図１１ｂは、動脈空気捕捉チャンバを通る流れの速度分布を示す。図１１ａは、平坦な底部設計を有するチャンバの速度分布を示し、図１１ｂは、チャンバ本体の底部分に湾曲した表面を有するチャンバの速度分布を示す。図１１ａおよび図１１ｂの凡例は、赤色の大きい速度の流れから、橙色、黄色、緑色、水色を経て、次いで青色に遷移する。同一の色遷移が、本発明の各流れ図に適用される。例えば、図１１ａの凡例は、赤色５．５０ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色４．５４ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色３．６８ｅ−０１、緑色２．６５ｅ−０１ｍ／ｓ、水色１．５２ｅ−０１ｍ／ｓを経て、青色１．４０ｅ−０８で示される小さい速度の流れに遷移する。図１１ｂの凡例は、赤色５．２０ｅ−０１で示される大きい速度の流れから、橙色４．０３ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色３．５１ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色２．３４ｅ−０１ｍ／ｓ、水色１．３０ｅ−０１ｍ／ｓを経て、青色５．５７ｅ−０８ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。

流体は、黄色部分１１０３を通って大きい速度で動脈空気捕捉チャンバに入る。流体は、緑色部分１１０４で減速し、さらに水色部分１１０５で減速する。紺色部分１１０６は、円１１０１のチャンバ本体の底部の小さい速度領域を示す。この領域は、停滞流れが存在する不均一な速度分布である。対照的に、図１１ｂに示すように、流体は、黄色部分１１０６を通って大きい速度で入り、次いで緑色部分１１０７および水色部分１１０８で減速する。水色部分１１０８が動脈空気捕捉チャンバの底部まで延伸しているので、円１１０２のチャンバ本体の湾曲した表面の底ポションに認識可能な小さい速度領域は存在しない。

図１１ａおよび図１１ｂに示す構成は、平坦な流体入口ポートを含む。図１１ａおよび図１１ｂに示すように、平坦な流体入口ポートは、流体入口ポートから真っ直ぐ上方に流れ、強い噴流を形成し、流体−空気界面を不安定にし、考えられる界面の乱流を引き起こす流体をもたらす。噴流が到達し得る高さは流量によって決まり、これは流体−空気界面近傍の乱流を伴わずに安定した流体−空気界面を維持することを困難にする。

実験２
図１２ａおよび１２ｂは、分割流体入口ポートを有する空気捕捉チャンバの実施形態の図１１ａおよび図１１ｂに図示するような同様の流速分布を図示する。図１２ａおよび図１２ｂに図示するチャンバでは、流体入口は、２つの流体入口ポートを備え、２つの流体入口ポートの各々が、入口に対して接線方向に位置決めされ、流体入口で互いに１８０°離れて対向して位置決めされる。図１２ａおよび図１２ｂの動脈空気捕捉チャンバは、平坦なドローチューブを形成する流体出口を有する。図１２ａおよび図１２ｂの凡例は、赤色２．００ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色１．５５ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色１．３５ｅ−０１、緑色９．００ｅ−０２ｍ／ｓ、水色５．５０ｅ−０１ｍ／ｓを経て、青色１．９７ｅ−０５ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。

図１２ａに図示するように、流体は、赤色部分１２０３を通って大きい速度でチャンバに入り、次いで緑色部分１２０４で減速する。青色部分１２０１で示されるチャンバ本体内の小さい速度領域が存在し、これは停滞した流体流れをもたらし得る。図１１ａおよび図１１ｂに図示するように、小さい速度領域は、図１２ａに図示するチャンバの平坦な底部の設計に起因する可能性がある。図１２ｂに図示するように、流体は赤色部分１２０５に入り、次いで緑色部分１２０６で減速する。図１２ｂに図示するように、青色部分１２０２を示した小さい速度領域もチャンバ内に存在する。小さい速度領域は、各流体入口ポートを出る２つの噴流がチャンバ本体の中心で合流するところに形成される。図１２ａに示すように、２つの噴流が、対向して位置決めされた２つの分割流体入口ポートから形成され、一方の噴流は上方に流れ、他方の噴流は下方に流れる。上方に流れる噴流は、不安定な流体−空気界面を引き起こす。

実験３
図１３ａおよび図１３ｂは、図１２ａおよび図１２ｂに図示するチャンバの場合と同様に、２つの対向して位置決めされた流体入口ポートを備える分割流体入口ポートを有する空気捕捉チャンバの実施形態の流速分布を図示する。図１３ａおよび図１３ｂに図示するチャンバはまた、ドローチューブを形成する下方に延伸する流体出口も有する。図１３ａおよび図１３ｂの凡例は、赤色２．００ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色１．５５ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色１．３５ｅ−０１、緑色９．００ｅ−０２ｍ／ｓ、水色５．５０ｅ−０１ｍ／ｓを経て、青色１．９２ｅ−０５ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。

図１２および図１３に示すチャンバの違いは、図１３ａおよび図１３ｂのチャンバが、ドローチューブ上に傾斜した開口部を有し、傾斜した開口部が、ドローチューブ上の、流体入口ポートから１８０°離れて対向して位置決めされていることである。図１３ａに示すように、流体は赤色部分１３０３でチャンバに入り、次いで緑色部分１３０４および水色部分１３０５で減速する。水色部分１３０１で示される小さい速度領域が、チャンバの底部近傍に存在する。図１３ｂに示すように、流体は赤色部分１３０６でチャンバに入り、緑色部分１３０７で減速し、２つの噴流に分割する。２つの噴流が合流する、紺色部分１３０２を示した小さい速度領域がチャンバの中央に存在する。図１２ａおよび図１２ｂに示すチャンバと図１３ａおよび図１３ｂに示すチャンバとを比較すると、流れパターンの顕著な差異は、１８０°の接線方向分割流体入口ポートが使用されるドローチューブ上に対向して位置決めされた傾斜した開口部を使用して生成されない。

実験４
図１４ａおよび図１４ｂは、分割流体入口ポートと、ドローチューブ上に流体入口ポートから１８０°離れて対向して位置決めされた傾斜した開口部を有するドローチューブと、を有する動脈空気捕捉チャンバの実施形態の流速分布を図示する。図１３ａおよび図１３ｂに図示するチャンバと図１４ａおよび図１４ｂに図示するチャンバとの違いは、図１４ａおよび図１４ｂに示すチャンバが、チャンバの底部分に湾曲した表面を有することである。図１４ａおよび図１４ｂの凡例は、赤色５．００ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色３．８３ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色３．３８ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色２．３８ｅ−０１ｍ／ｓ、水色１．３８ｅ−０１ｍ／ｓを経て、青色８．３５ｅ−０６で示される小さい速度の流れに遷移する。

図１４ａおよび図１４ｂに示すように、チャンバの湾曲した平面は、平坦な底部の設計と比較して、より均一な速度分布をもたらし得る。図１４ａにおいて、流体は大きい速度の緑色領域１４０１でチャンバに入り、より小さい速度の水色領域１４０２で減速する。図１４ｂに示すように、流体は、大きい速度の緑色領域１４０４でチャンバに入り、より小さい速度の水色領域１４０５で減速し、２つの噴流を形成する。接線方向に分割された流体入口ポートは、図１３ａおよび図１３ｂに示す小さい速度領域と同様に、２つの噴流が小さい速度の青色領域１４０３が合流するチャンバの中心に小さい速度度領域をもたらす。

実験５
図１５ａおよび図１５ｂは、チャンバ本体の内壁に配設された単一の流体入口ポートを有する流体入口を有する空気捕捉チャンバの実施形態に関する流速分布を図示し、流体入口ポートは、チューブの流体流れに対して約９０°回転して位置決めされ、かつチャンバ本体の中心軸によって形成される円平面に対して接線方向に配設される。図１５ａの凡例は、赤色５．２０ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色４．０３ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色３．５１ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色２．４７ｅ−０１ｍ／ｓ、水色１．４３ｅ−０１ｍ／ｓを経て、青色３．３８ｅ−０６ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。図１５ｂの凡例は、赤色５．００ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色３．８３ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色３．３８ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色２．３８ｅ−０１ｍ／ｓ、水色１．３８ｅ−０１ｍ／ｓを経て、青色３．１９ｅ−０６ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。

図１５ａに示すように、チューブの流体流れに対して９０°回転した流体入口ポートは、赤色部分１５０１に入り、チャンバ壁に対して接線方向に、かつ緑色領域１５０２のドローチューブの周りで移動し、次いで青色領域１５０３の出口ポートに下方に移動し、これによりチャンバ本体内に螺旋流パターンを形成する流体流れパターンをもたらす。流体が赤色部分１５０４を通って入り、緑色領域１５０５でドローチューブの周りを移動し、青色領域１５０６の出口ポートまで下降する、同一の螺旋流パターを図１５ｂに図示する。チューブの流体流れに対して９０°回転した流体入口ポートから生じる流体の螺旋流は、気泡の浮力を提供して別様に泡をドローチューブに入れる流れに対抗し、泡が血液表面に向かって浮遊することを可能にし、より良好な泡捕捉を可能にする。さらに、流れがチャンバ壁に対して接線方向にあるので、流体−空気界面に向かって移動する噴流がなく、流体−空気界面を直接遮り、より少ない流体と空気との混合をもたらす。

実験１〜５に図示するように、チャンバ本体の内壁に配設された流体入口ポート、チューブの流体流れに対して９０°回転して位置決めされ、チャンバ本体の中心軸によって形成される円平面に対して接線方向に配設された流体入口ポートは、動脈空気捕捉チャンバを通る改善された流れ特性を提供する。チャンバ本体の内部形状を最適化するために、チャンバ本体の中心軸によって形成される円平面の円周上に、チャンバの内壁上に配設された螺旋流誘導棚の半径の流れに対する影響を調べた。

実験６
図２ａおよび図２ｂに図示するように、動脈空気捕捉チャンバは、流体入口ポートの外部に、図２ａの円２０５で示す小半径を有する螺旋流誘導棚、および円２０６で示す小半径を有する対向する棚、または図２ｂの円２１１に示す大半径を有する螺旋流誘導棚、および円２１２に示す大半径を有する対向する棚を有し得る。

図１６ａは、図２ａの小半径の螺旋流誘導棚の設計の０．０２５ｍの高さにおけるチャンバ本体内の速度分布を図示し、図１６ｂは、図２ｂの大半径の螺旋流誘導棚の設計の０．０２５ｍの高さにおけるチャンバ本体内の速度分布を図示する。図１７ａは、図２ａの小半径の螺旋流誘導棚の設計の０．０２ｍの高さにおけるチャンバ本体内の速度分布を図示し、図１７ｂは、図２ｂの「大半径」の螺旋流誘導棚の設計の０．０２ｍの高さにおけるチャンバ本体内の速度分布を示す。特に、図２ｂに記載する動脈空気捕捉チャンバは、螺旋流誘導棚２１１の大外径と、「大半径」の対向する棚２１２と、を有する。図１６ａおよび１７ａの凡例は、赤色５．００ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色３．８７ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色３．３８ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色２．３８ｅ−０１ｍ／ｓ、水色１．３８ｅ−０１ｍ／ｓを経て、青色１．９６ｅ−０５ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。図１６ｂの凡例および１７ｂは、赤色５．００ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色３．８３ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色３．３８ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色２．３８ｅ−０１ｍ／ｓ、水色１．３８ｅ−０１ｍ／ｓを経て、青色３．３４ｅ−０６ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。

図１６ａにおいて、流体は、赤色領域１６０３の入口近傍では大きい速度であり、水色領域１６０１および１６０４ではより小さい速度であり、青色領域１６０２ではより小さい速度である。図１６ｂにおいて、流体は、領域１６０５の入口近傍では大きい速度であり、水色領域１６０６および１６０８ではより小さい速度であり、青色領域１６０７では小さい速度である。図１７ａにおいて、流体は、水色領域１７０１ではより大きい速度であり、青色領域１７０２ではより小さい速度である。図１７ｂにおいて、流体は、水色領域１７０３ではより大きい速度であり、青色領域１７０４ではより小さい速度である。図１６ａおよび図１７ａに図示するように、螺旋流誘導棚領域の周りの流体流れは制限され、小さい速度および潜在的な停滞流れをもたらすが、図２ｂの大半径の螺旋流誘導棚の設計は、図１６ｂおよび図１７ｂに示すように、平滑な流れを可能にするより緩やかな形状変化を提供する。

実験７
図３に図示するように、チャンバ本体は、チャンバ本体３０１の上部分からチャンバ本体３０１の底部分まで延伸する中心軸３０４を有し得る。ドローチューブはまた、ドローチューブ３０３の上部分からドローチューブ３０３の底部分まで延伸する中心軸３０５も有し得る。空気捕捉チャンバの内部の幾何学的形状を最適化する際に、チャンバ本体中心軸３０４とドローチューブ中心軸３０５との間の距離を調べた。図１８ａおよび図１８ｂは、それぞれ０．１１インチおよび０．０７インチのチャンバ本体中心軸３０４とドローチューブ中心軸３０５との間の距離を有する空気捕捉チャンバの速度分布を図示する。図１８ａの凡例は、赤色２．８８ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色２．２３ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色１．９５ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色１．５８ｅ−０１ｍ／ｓ、水色５．７８ｅ−０２ｍ／ｓを経て、青色２．７８ｅ−０５ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。図１８ｂの凡例は、赤色２．８８ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色２．２３ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色１．９５ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色１．３７ｅ−０１ｍ／ｓ、水色５．４８ｅ−０２ｍ／ｓを経て、青色２．０２ｅ−０６ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。

図１８ａに図示するように、流体は、大きい速度の赤色領域１８０３で空気捕捉チャンバに入り、緑色領域１８０４で減速し、青色領域１８０５でさらに減速する。円１８０１には小さい速度領域が存在する。図１８ｂに図示するように、流体は、大きい速度の赤色領域１８０６で空気捕捉チャンバに入り、緑色領域１８０７で減速し、青色領域１８０８でさらに減速する。図１８ａに図示する空気捕捉チャンバと比較して、図１８ｂの空気捕捉チャンバ内のチャンバ本体中心軸とドローチューブ中心軸との間のより短い距離が、円１８０２で図示するようにより均一な流れを提供する。

実験８
動脈空気捕捉チャンバのチャンバ本体の内径もまた調べた。図１９ａは、内径２０ｍｍのチャンバの速度分布を示し、図１９ｂは、内径２４ｍｍのチャンバの速度分布を示す。図１９ａの凡例は、赤色５．００ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色３．８７ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色３．３８ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色２．１２ｅ−０１ｍ／ｓ、水色１．３８ｅ−０１ｍ／ｓを経て、青色１．９５ｅ−０５ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。図１９ｂの凡例は、赤色５．２０ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色３．７７ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色３．５１ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色２．２２ｅ−０１ｍ／ｓ、水色１．４３ｅ−０１ｍ／ｓを経て、青色５．７９ｅ−０６ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。

図１９ａにおいて、流体は、大きい速度の赤色領域１９０１の空気捕捉チャンバに入り、緑色領域１９０２で減速し、さらに青色領域１９０３で減速する。図１９ｂにおいて、流体は、大きい速度の赤色領域１９０４で空気捕捉チャンバに入り、緑色領域１９０５で減速し、さらに青色領域１９０６で減速する。図１９ａおよび図１９ｂに示すように、流体の上部における速度分布は、図１９ａの内径２０ｍｍのチャンバにおいてよりも、図１９ｂの内径２４ｍｍのチャンバにおいてより均一である。

「Ｙ方向」におけるチャンバ本体の上部から底部への流体の速度もまた重要である。Ｙ方向の速度が０．０６ｍ／ｓより大きい場合、出口配管を通過する泡が増加する可能性がある。図２０ａおよび図２０ｂは、内径２０ｍｍおよび内径２４ｍｍのチャンバ本体のＹ方向における速度分布をそれぞれ示す。図２０ａの凡例は、赤色−６．００ｅ−０２ｍ／ｓで示される小さい速度の流れから、橙色−１．５６ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色−３．３８ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色−３．０６ｅ−０１ｍ／ｓ、水色−３．７０ｅ−０１ｍ／ｓを経て、青色−４．８８ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れに遷移する。図２０ｂの凡例は、赤色−６．００ｅ−０２ｍ／ｓで示される小さい速度の流れから、橙色−１．７２ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色−２．２５ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色−３．２６ｅ−０１ｍ／ｓ、水色−４．２７ｅ−０１ｍ／ｓを経て、青色−５．６７ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れに遷移する。

図２０ａおよび図２０ｂに示すように、２つの設計の間でＹ方向における速度に有意差はない。図２０ａおよび２０ｂに示す唯一の速度ベクトルは赤色である。図２０ａおよび図２０ｂに示すようなＹ方向の速度分布の類似性は、速度の変化が明白でないように内径の変化が小さいためである可能性がある。

実験９
図４ａ〜図４ｃに図示するように、傾斜した開口部の幾何学的形状の流体流れに対する影響もまた調べた。図２１ａの凡例は、赤色２．００ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色１．５５ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色１．３５ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色８．５０ｅ−０２ｍ／ｓ、水色４．５０ｅ−０２ｍ／ｓを経て、青色２．５１ｅ−０５ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。図２１ｂおよび図２１ｃの凡例は、赤色２．００ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色１．７０ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色１．３０ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色８．５０ｅ−０２ｍ／ｓ、水色３．０ｅ−０２ｍ／ｓを経て、青色０．００ｅ−００ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。図２１ａは、図４ａに図示するように、入口ポートに対して２７０°の角度で配設された傾斜した開口部を有するチャンバのＹ断面の速度分布を示す。流体は、赤色領域２１０１では大きい速度であり、緑色領域２１０２で減速し、青色領域２１０３ではより小さい速度である。図２１ｂは、図４ｂに図示するように、流体入口ポートに対して約１８０°で対向して位置決めされた傾斜した開口部を有するチャンバの速度分布を示す。流体は、赤色領域２１０４では大きい速度であり、緑色領域２１０５で減速し、青色領域２１０６ではより小さい速度である。図２１ｃは、図４ｃに図示するように、流体入口ポートに対して９０°で配設された傾斜した開口部を有するチャンバの速度分布を示す。流体は、赤色領域２１０７では大きい速度であり、緑色領域２１０８で減速し、青色領域２１０９ではより小さい速度である。図２１ａに図示する流体入口ポートに対して２７０°にある傾斜した開口部、および図２１ｂに図示する入口ポートに対して１８０°で対向して位置決めされた傾斜した開口部について、速度分布はほぼ同一のように見える。流体入口ポートに対して９０°にある傾斜した開口部を有する設計は、図２１ｃに示すように、ドローチューブの周りを循環する強い均一な円形流を示す。

図２２ａは、流体入口ポートに対して２７０°にある傾斜した開口部を有するチャンバのＺ断面の速度分布を図示し、図２２ｂは、入口ポートに対して１８０°で対向して位置決めされた傾斜した開口部を有するチャンバの速度分布を図示し、図２２ｃは、流体入口ポートに対して９０°にある傾斜した開口部を有するチャンバの速度分布を示す。図２２ａの凡例は、赤色２．００ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色１．５５ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色１．３５ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色８．５０ｅ−０２ｍ／ｓ、水色４．５０ｅ−０２ｍ／ｓを経て、青色２．５１ｅ−０５ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。

図２２ａにおいて、流体は、緑色領域２２０２では適度な速度であり、流体が赤色領域２２０４のドローチューブに入るときに速度を上げる前に、流体は、青色領域２２０３および２２０１の空気捕捉チャンバを下に移動につれて減速する。図２２ｂにおいて、流体は、緑色領域２２０５では適度な速度であり、流体が赤色領域２２０８のドローチューブに入るときに速度を上げる前に、流体は、青色領域２２０６および２２０７の空気捕捉チャンバを下に移動につれて減速する。図２２ｃにおいて、流体は、緑色領域２２０９では適度な速度であり、流体が赤色領域２２１２のドローチューブに入るときに速度を上げる前に、流体は、青色領域２２１０および２２１１の空気捕捉チャンバを下に移動につれて減速する。図２２ａ〜図２２ｃに示すように断面図に基づくと、３つの設計の間に有意差はない。しかしながら、最も長い流路は、流体入口ポートに対して１８０°で対向して位置決めされた傾斜した開口部を有する設計であり、これは有利であり得る。

実験１０
実験１〜９に記載された計算流れ分析に基づいて、チャンバ本体の内壁に配設された単一の流体入口ポートを有する動脈空気捕捉チャンバ、チューブの流体流れに対して約９０°回転して位置決めされ、チャンバ本体の中心軸によって形成される円平面に対して接線方向に配設された流体入口、ドローチューブ上に流体入口ポートに対して約１８０°の角度で対向して位置決めされた傾斜した開口部を有するドローチューブを形成する流体出口を、図９に図示するように、さらなる分析のために使用した。図２３ａ〜図２３ｄの凡例は、赤色１．０４ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色８．８３ｅ−０２ｍ／ｓ、黄色７．０１ｅ−２ｍ／ｓ、緑色４．９５ｅ−０２ｍ／ｓ、水色１．８２−０２ｍ／ｓを経て、青色７．０３ｅ−６ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。

図２３ａは、４０％の充填レベルおよび０．１０４ｍ／ｓの入口速度を有する図２３に示す動脈空気捕捉チャンバの速度分布ベクトルのフォント図である。図２３ｂは、同一の充填レベルおよび入口速度を有する同一のチャンバの背面図である。図２３ｃは、チャンバの右側面図であり、図２３ｄは、同一の充填レベルおよび入口速度を有するチャンバの左側面図である。図２３ａ〜図２３ｄの各々において２３０１として標識される線は、計算流れ図において使用される充填レベルである。図２３ａ〜図２３ｄにおいて、流体は、緑色の大きい速度巨大な流れ領域２３０２の空気捕捉チャンバに入る。図２３ａ〜図２３ｄに図示するように、流体入口ポートの出口の巨大な流れ領域２３０２と流体−空気界面との間に、より小さい速度の青色遷移領域２３０３が存在する。遷移領域２３０３では、流体入口ポートの出口での巨大な流れに対して速度が遅い。図２３および図２５〜図３１の各々において、充填レベルを４０％に設定し、流量を０．１０４ｍ／ｓまたは１００ｍＬ／分に設定する。空気捕捉チャンバの底部の青色領域２３０４にも、より小さい速度の領域が存在する。

図２４は、図２３に示した同一の動脈空気捕捉チャンバの正面図を示しているが、充填レベルは５０％である。図２４の凡例は、赤色１．０４ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色８．０６ｅ−０２ｍ／ｓ、黄色７．０１ｅ−２ｍ／ｓ、緑色４．９５ｅ−０２ｍ／ｓ、水色１．８２−０２ｍ／ｓを経て、青色６．９７ｅ−６ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。２４０１として標識される線は流体空気界面である。流体は、大きい速度の緑色の巨大な流れ領域２４０２で空気捕捉チャンバに入る。巨大な流れ領域２４０２とレベル２４０１の流体空気界面との間に、青色の遷移領域２４０３が存在する。空気捕捉チャンバの底部の青色領域２４０４にも、より小さい速度が存在する。図２３ａと図２４の比較図に図示するように、図２４の通過領域２４０３はより大きい。図２４のより大きい遷移領域２４０３は、入口速度が小さい速度に設定された場合に、より低い充填レベルを使用することによって遷移領域のサイズを縮小できることを示唆している。この比較は、入口速度が０．１ｍ／ｓまたは１００ｍＬ／分未満の場合に、４０％以下の充填レベルを使用すべきであることを示唆している。

図２５ａ〜図２５ｃは、ｙ方向のチャンバの断面における速度分布ベクトルを示す。図２５ａ〜図２５ｃに使用される充填レベルは、０．１ｍのチャンバで４０％、すなわち０．０４ｍである。図２５ａは、高さｙ＝０．０４ｍまたは流体−空気界面における速度分布ベクトルである。図２５ｂは高さ０．０３ｍでの速度分布ベクトルであり、図２５ｃは高さ０．０２ｍでの速度分布ベクトルである。図２５ａの凡例は、赤色３．５０ｅ−０２ｍ／ｓで示す大きい速度の流れから、橙色２．８９ｅ−０２ｍ／ｓ、黄色２．３６ｅ−２ｍ／ｓ、緑色１．６７ｅ−０２ｍ／ｓ、水色９．６３−０３ｍ／ｓを経て、青色７．０３ｅ−６ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。図２５ｂおよび図２５ｃの凡例は、赤色１．００ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色８．２５ｅ−０２ｍ／ｓ、黄色６．７５ｅ−２ｍ／ｓ、緑色４．７５ｅ−０２ｍ／ｓ、水色２．７５−０２ｍ／ｓを経て、青色７．０３ｅ−６ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。図２５ａに示すように、流体の速度は、流体−空気界面内であっても維持される。流体は、緑色領域２５０１ではより大きい速度であり、青色領域２５０２ではより小さい速度である。図２５ｂにおいて、流体は、黄色領域２５０４では大きい速度であり、緑色領域２５０３ではより小さい速度であり、青色領域２５０５ではより小さい速度である。図２５ｃにおいて、流体は、緑色領域２５０６ではより大きい速度であり、青色領域２５０７ではより小さい速度である。図２５ａ〜図２５ｃの各々に示すように、どの高さにも観察可能な停滞流れ領域は存在しない。

図２６ａは、ｚ＝０の平面内のチャンバのｚ断面または対称平面における速度分布ベクトルを図示する。２６０１で示す線は、図で使用される充填レベルであり、４０％に設定される。図２６ｂは、図２２ａの２６０２として標識される領域の拡大図である。図２６ａおよび図２６ｂの凡例は、赤色３．５０ｅ−０２ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色２．７１ｅ−０２ｍ／ｓ、黄色２．３６ｅ−２ｍ／ｓ、緑色１．６６ｅ−０２ｍ／ｓ、水色７．８９−０３ｍ／ｓを経て、青色７．０３ｅ−６ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。図２６ａおよび図２６ｂに図示するように、流体は空気捕捉チャンバに入り、緑色領域２６０３のドローチューブに向かって下方に移動する。流体は、青色領域２６０４ではより小さい速度である。断面図に観察可能な停滞流れ領域は存在しない。

図２７ａは、ｘ＝０でのｘ方向のチャンバの断面における速度分布ベクトルを示す。図２７の充填レベルは、線２７０１として示されている。図２７ｂは、図２７ａの円２７０２内の領域の拡大図である。図２７ａおよび図２７ｂの凡例は、赤色１．００ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色７．７５ｅ−０２ｍ／ｓ、黄色６．７５ｅ−２ｍ／ｓ、緑色４．２５ｅ−０２ｍ／ｓ、水色１．７５−０２ｍ／ｓを経て、青色７．０３ｅ−６ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。流体は、赤色領域２７０３では大きい速度であり、水色領域２７０４ではより小さい速度であり、青色領域２７０５ではより小さい速度である。図２７ａおよび図２７ｂに図示するように、断面図には観察可能な停滞流れ領域は存在しない。

図２８ａは、流体入口における速度分布ベクトルを左側面から示し、図２８ｂは、流体入口における速度分布ベクトルを右側面図から示す。図２８ａの凡例は、赤色２．００ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色１．７２ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色１．４６ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色１．１３ｅ−０１ｍ／ｓ、水色７．２２−０２ｍ／ｓを経て、青色３．５０ｅ−２ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。図２８ｂの凡例は、赤色２．００ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色１．６５ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色１．３５ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色９．５０ｅ−０２ｍ／ｓ、水色４．５０−０２ｍ／ｓを経て、青色７．０３ｅ−６ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。流体は、赤色領域２８０１では大きい速度であり、黄色領域２８０２ではより小さい速度であり、緑色領域２８０３ではさらにより小さい速度であり、青色領域２８０４では小さい速度である。図２８ａおよび図２８ｂに図示するように、流体入口には、観察可能な停滞流れ領域は存在しない。

説明したように、動脈空気捕捉チャンバの重要な機能は、チャンバ内に流れる気泡を捕捉する能力である。気泡を捕捉するためには、流体のｙ方向速度を０．０６ｍ／ｓ未満に維持しなければならない。図２９ａは、最大速度スケールが０．０６ｍ／ｓに設定された複数の断面平面内のｙ方向の速度分布ベクトルを示す。図２９ａの凡例は、赤色−６．００ｅ−０２ｍ／ｓで示される小さい速度の流れから、橙色−１．２３ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色−１．７６ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色−２．４８ｅ−０１ｍ／ｓ、水色−３．３８ｅ−０１ｍ／ｓを経て、青色−４．１８ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れに遷移する。図２９ｂの凡例は、赤色−３．００ｅ−０２ｍ／ｓで示される小さい速度の流れから、橙色−９．８１ｅ−０２ｍ／ｓ、黄色−１．５６ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色−２．３４ｅ−０１ｍ／ｓ、水色−３．０９ｅ−０１ｍ／ｓを経て、青色−４．１８ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れに遷移する。図２９ａに図示するように、チャンバ本体内の速度ベクトルは示されておらず、これは、ｙ方向の速度が０．０６ｍ／ｓ以下であることを意味する。図２９ｂは、最大速度スケールが０．０３ｍ／ｓに設定された同一の平面を示す。図２９ｂに示すように、０．０３ｍ／ｓを超える速度がチャンバ内に存在する。図２９ｂに示す速度ベクトルはすべて赤色である。

高剪断応力のような不適切な流動条件は、危険なレベルの溶血をもたらし得る。血液透析に使用される空気捕捉チャンバが危険なほど高いレベルの剪断応力を引き起こさないことが重要である。推奨されているように（Ｋｉｄｎｅｙ Ｉｎｔ、Ｐａｕｌ等、２００３年を参照）、ＲＢＣ損傷の剪断応力閾値は、４０００ｄｙｎｅｓ／ｃｍ２（４００Ｐａ）の短期曝露および２０００ｄｙｎｅｓ／ｃｍ２（２００Ｐａ）の長期暴露である。図３０ａ〜図３０ｃは、図９ａおよび図９ｂに図示する空気捕捉チャンバのｚ＝０での平面における最大剪断速度を図示する。図３０ａにおいて、閾値剪断速度は１３９，０００ １／ｓに設定され、短時間暴露の閾値よりも低い３７６．７Ｐａの最大剪断応力（０．００２７１ＰａＳの粘度を考慮して）が設定される。図３０ａの凡例は、赤色１．３９ｅ＋０５ １／ｓで示される剪断応力から、橙色１．２５ｅ＋０５ １／ｓ、黄色９．４１ｅ＋０４ １／ｓ、緑色６．６２ｅ＋０４ １／ｓ、水色３．８４ｅ＋０４ １／ｓを経て、青色５．１１ｅ−１ １／ｓで示される低剪断応力に遷移する。図３０ｂおよび図３０ｃの凡例は、赤色１．００ｅ＋０３ １／ｓで示される剪断応力から、橙色８．２５ｅ＋０２ １／ｓ、黄色６．７５ｅ＋０２ １／ｓ、緑色４．２５ｅ＋０２ １／ｓ、水色２．２５ｅ＋０２ １／ｓを経て、青色５．１１ｅ−１ １／ｓで示される低剪断応力に遷移する。図３０ａに示すように、短期暴露の剪断応力が４００Ｐａより大きい領域は存在しない。図３０ｂは、１００，０００ １／ｓの最大剪断応力を有する同一のチャンバを示す。図３０ｂに示すように、１００，０００ １／ｓを超える剪断応力を有する唯一の領域は、緑色で示される入口ポートおよび出口ポートの近傍である。図３０ｃは、図３０ｂの入口領域と出口領域の拡大図である。上記のように、最大剪断応力は、流体入口ポートおよび出口ポート領域に集中する。流体入口ポートおよび出口ポート領域では、大きい流れが存在するために血液曝露時間が短い。したがって、描画したチャンバは、４０％の充填レベルおよび１００ｍＬ／分の流量で使用されるとき、剪断応力の影響の点で血液の健全性にとって安全である。

図３１は、１００ｍＬ／分の流量および４０％の充填レベルでの滞留時間分布を図示する。図３１に示すように、流体の最大滞留時間は約４６秒である。

実験１１
図３２ａは、６０％の充填レベルおよび０．２８８ｍ／ｓまたは２７５ｍＬ／分の入口速度を有する図９に示す動脈空気捕捉チャンバの速度分布ベクトルのフォント図である。図３２ｂは、同一の充填レベルおよび入口速度を有する同一のチャンバの背面図である。図３２ｃは、チャンバの右側面図であり、図３２ｄは、同一の充填レベルおよび入口速度を有するチャンバの左側面図である。図３２ａ〜３２ｄの各々において、３２０１として標識される線は、計算流れ図において使用される充填レベルである。図３２ａ〜図３２ｄの凡例は、赤色２．８８ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色２．３７ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色１．９５ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色１．３８ｅ−０１ｍ／ｓ、水色７．９２−０２ｍ／ｓを経て、青色３．５８ｅ−０５ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。

流体は、図３２ａおよび図３２ｄにおいて赤色で示され、図３２ｂおよび図３２ｃにおいて水色で示される大きい速度の巨大な流れ領域３２０２の空気捕捉チャンバに入る。巨大な流れ領域３２０２とレベル３２０１の流体空気界面との間に、青色の遷移領域３２０３が存在する。青色領域３２０４の空気捕捉チャンバの底部近傍にも、より小さい速度の領域が存在する。図３２ａ〜図３２ｄに図示するように、流体入口ポートの出口における巨大な流れ領域３２０２と流体−空気界面との間に遷移領域３２０３が存在するが、遷移領域は非常に小さい。遷移領域３２０３では、流体入口ポートの出口での巨大な流れに対して速度が遅い。遷移領域３２０３において、速度は強いが、巨大な流れ領域３２０２に対して小さい。したがって、遷移領域の血液は非常に迅速に出口配管に落下し得る。

図３３ａおよび３３ｂは、同一の２７５ｍＬ／分の入口流量についての速度分布ベクトルを示すが、充填レベルは５５％である。流体−空気界面は、線３３０１として示されている。図３３ａおよび図３３ｂの凡例は、赤色２．８８ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色２．３７ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色１．９５ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色１．３８ｅ−０１ｍ／ｓ、水色７．９２−０２ｍ／ｓを経て、青色１．５９ｅ−０５ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。赤色の巨大な流れ領域３３０２と流体空気界面３３０１との間に、青色の遷移領域３３０３が存在する。空気捕捉チャンバの底部に、小さい速度の青色領域３３０４が存在する。充填レベルが５５％の場合、流体入口ポートと界面との間に存在する遷移面積は非常に小さい。したがって、約５５〜６０％の充填レベルおよび２７５ｍＬ／分の流量が推奨される。図３４〜図４０の各々において、６０％の充填レベルおよび２７５ｍＬ／分の入口流量が使用される。

図３４ａ〜図３４ｃは、ｙ方向のチャンバの断面における速度分布ベクトルを示す。図３４ａ〜図３４ｃに使用される充填レベルは、０．１ｍのチャンバで６０％、すなわち０．０６ｍである。図３４ａは、高さｙ＝０．０６ｍまたは流体−空気界面における速度分布ベクトルである。図３４ｂは、高さ０．０５ｍでの速度分布ベクトルであり、図３４ｃは、高さ０．０４ｍでの速度分布ベクトルである。図３４ａおよび図３４ｂの凡例は、赤色１．４４ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色１．１８ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色９．６８ｅ−０２ｍ／ｓ、緑色６．８４ｅ−０２ｍ／ｓ、水色３．９６−０２ｍ／ｓを経て、青色３．５８ｅ−０５ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。図３４ｃの凡例は、赤色２．８８ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色２．３７ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色１．９５ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色１．２２ｅ−０１ｍ／ｓ、水色６．４８ｅ−０２ｍ／ｓを経て、青色３．５８ｅ−０５ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。図３４ａに示すように、流体の速度は流体−空気界面内でも維持され、速度ベクトル図全体が青色で示されている。図３４ｂにおいて、流体は、赤色領域３４０１では大きい速度であり、橙色領域３４０２ではより小さい速度であり、緑色領域３４０３ではさらにより小さい速度であり、青色領域３４０４では小さい速度である。図３４ｃにおいて、流体は、赤色領域３４０５では大きい速度であり、黄色領域３４０６ではより小さい速度であり、緑色領域３４０７、水色領域３４０８ではさらにより小さい速度であり、青色領域３４０９では小さい速度である。図３４ａ〜図３４ｃの各々に示すように、どの高さにも観察可能な停滞流れ領域は存在しない。

図３５ａは、ｚ＝０での平面内のチャンバのｚ断面または対称平面における速度分布ベクトルを図示する。３５０１で示される線は、図で使用される充填レベルであり、６０％に設定される。図３５ｂは、図３５ａの３５０２として標識される領域の拡大図である。図３５ａおよび図３５ｂの凡例は、赤色１．４４ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色１．１８ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色９．６８ｅ−０２ｍ／ｓ、緑色６．８４ｅ−０２ｍ／ｓ、水色３．９６−０２ｍ／ｓを経て、青色３．５８ｅ−０５ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。流体は、緑色領域３４０３、３４０４、および３４０５ではより大きい速度であり、青色領域３５０６ではより小さい速度である。図３５ａおよび図３５ｂに図示するように、断面図には観察可能な停滞流れ領域は存在しない。

図３６ａは、ｘ＝０でのｘ方向のチャンバの断面における速度分布ベクトルを示す。図３６の充填レベルは、線３６０１として示されている。図３６ｂは、図３６ａの円３６０２内の領域の拡大図である。図３６ａの凡例は、赤色１．４４ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色１．１８ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色９．６８ｅ−０２ｍ／ｓ、緑色６．８４ｅ−０２ｍ／ｓ、水色３．９６ｅ−０２ｍ／ｓを経て、青色３．５８ｅ−０５ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。図３６ｂの凡例は、赤色１．００ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色８．２５ｅ−０２ｍ／ｓ、黄色６．７５ｅ−０２ｍ／ｓ、緑色４．７５ｅ−０２ｍ／ｓ、水色２．７５ｅ−０２ｍ／ｓを経て、青色７．０３ｅ−０６ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。図３６ａにおいて、流体は、赤色領域３６０３では大きい速度であり、緑色領域３６０４、３６０５、および３６０７ではより小さい速度である。小さい速度の青色領域が３６０８および３６０９に存在する。図３６ｂにおいて、流体は、赤色領域３６１０では大きい速度であり、緑色領域３６１１ではより小さい速度である。図３６ａ〜図３６ｂに図示するように、断面図には観察可能な停滞流れ領域は存在しない。

図３７ａは、流体入口における速度分布ベクトルを左側面図から示し、図３７ｂは流体入口における速度分布ベクトルを右側面図から示す。図３７ａおよび図３７ｂの凡例は、赤色５．００ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色３．８７ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色３．３７ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色２．３７ｅ−０１ｍ／ｓ、水色１．３７ｅ−０１ｍ／ｓを経て、青色３．５８ｅ−０５ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。図３７ａにおいて、流体は、赤色領域３７０１では大きい速度であり、黄色領域３７０２ではより小さい速度であり、緑色領域３７０３ではさらにより小さい速度である。図３７ｂにおいて、流体は、赤色領域３７０７では大きい速度であり、黄色領域３７０４ではより小さい速度であり、緑色領域３７０５および３７０６ではより小さい速度である。図３７ａ〜図３７ｂに図示するように、流体入口には観察可能な停滞流れ領域は存在しない。

図３８ａは、最大速度スケールが０．０６ｍ／ｓに設定された複数の断面平面内のｙ方向の速度分布ベクトルを示す。図３８ａの凡例は、赤色−６．００ｅ−０２ｍ／ｓで示される小さい速度の流れから、橙色−１．２３ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色−１．７６ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色−２．４８ｅ−０１ｍ／ｓ、水色−３．３８ｅ−０１ｍ／ｓを経て、青色−４．２９ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れに遷移する。図３８ｂの凡例は、赤色−３．００ｅ−０２ｍ／ｓで示される小さい速度の流れから、橙色−９．８１ｅ−０２ｍ／ｓ、黄色−１．６０ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色−２．４０ｅ−０１ｍ／ｓ、水色−３．２０ｅ−０１ｍ／ｓを経て、青色−４．２９ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れに遷移する。図３８ａおよび図３８ｂにおいてすべての速度ベクトルは赤色である。図３８ａに図示するように、チャンバ本体内の非常にわずかな速度ベクトルのみが示されており、これは、ｙ方向の速度が非常にわずかな領域を除いて０．０６ｍ／ｓ以下であることを意味する。図３８ｂに示すように、０．０３ｍ／ｓを超える速度がチャンバ内に存在する。図３８に描画されているような大部分のチャンバの０．０６ｍ／ｓ未満のｙ方向速度は、すべての気泡の適切な捕捉を可能にする。

図３９ａ〜図３９ｃは、図９ａ〜図９ｂに示した空気捕捉チャンバのｚ＝０での平面における最大剪断速度を図示する。図３９ａにおいて、閾値剪断速度は、１０４，０００ １／ｓに設定されるか、または短時間暴露の閾値よりも小さい２８１．８Ｐａの最大剪断応力（粘度０．００２７１ＰａＳを考慮している）に設定される。図３９ａに示すように、短時間暴露の剪断応力が４００Ｐａより大きい領域は存在しない。図３９ｂは、最大剪断応力がより低く設定されている同一のチャンバを示す。図３９ｂに示すように、剪断応力が最も大きい領域は、入口ポートおよび出口ポートの近傍である。図３９ｃは、図３９ｂの入口および出口領域の拡大図である。図３９ａの凡例は、赤色１．０４ｅ＋０５ １／ｓで示される剪断応力から、橙色９．１４ｅ＋０４ １／ｓ、黄色７．０５ｅ＋０４ １／ｓ、緑色４．９６ｅ＋０４ １／ｓ、水色２．８７ｅ＋０４ １／ｓを経て、青色１．０９ １／ｓで示される低剪断応力に遷移する。図３９ｂおよび図３９ｃの凡例は、赤色２．００ｅ＋０３ １／ｓで示される剪断応力から、橙色１．６５ｅ＋０３ １／ｓ、黄色１．３５ｅ＋０３ １／ｓ、緑色９．５０ｅ＋０２ １／ｓ、水色５．５０ｅ＋０２ １／ｓを経て、青色１．０９ １／ｓで示される低剪断応力に遷移する。上記のように、最大剪断応力は、流体入口ポートおよび出口ポート領域に集中し、すべての可視領域の剪断応力が緑色で示される。流体入口ポートおよび出口ポート領域では、大きい流れが存在するために血液曝露時間が短い。したがって、描画されたチャンバは、６０％の充填レベルおよび２７５ｍＬ／分の流量で使用されるとき、剪断応力の影響の点で血液の健全性にとって安全である。

図４０は、２７５ｍＬ／分の流量および６０％の充填レベルでの滞留時間分布を図示する。図４０に示すように、流体の最大滞留時間は約１７秒である。

実験１２
図４１ａは、図９に示す動脈空気捕捉チャンバの速度分布ベクトルのフォント図であり、充填レベルが６５％であり、入口速度が０．５２ｍ／ｓまたは５００ｍＬ／分である。図４１ｂは、同一の充填レベルおよび入口速度を有する同一のチャンバの背面図である。図４１ｃは、チャンバの右側面図であり、図４１ｄは同一の充填レベルおよび入口速度を有するチャンバの左側面図である。図４１ａ〜図４１ｄの各々において、４１０１として標識される線は、計算流れ図において使用される充填レベルである。図４１ａ〜図４１ｄの凡例は、赤色５．２０ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色４．０３ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色３．５２ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色２．４７ｅ−０１ｍ／ｓ、水色１．４３ｅ−０１ｍ／ｓを経て、青色７．９０ｅ−０５ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。図４１ａにおいて、流体は、領域４１０３および緑色領域４１０２において大きい速度である。空気捕捉チャンバの底部に、より小さい速度の青色領域４１０４が存在する。図４１ｂにおいて、流体は、水色領域４１０５ではより大きい速度であり、青色領域４１０６ではより小さい速度である。図４１ｃにおいて、流体は、緑色領域４１０７ではより大きい速度であり、青色領域４１０８ではより小さい速度である。図４１ｄにおいて、流体は、赤色領域４１０９では大きい速度であり、緑色領域４１１０ではより小さい速度である。図４１ａ〜図４１ｄに図示するように、流体入口ポートの出口の巨大な流れ領域と流体−空気界面との間には遷移領域が存在しない。したがって、血液は非常に迅速に出口配管に落下し得る。

図４２ａおよび図４２ｂは、同一の５００ｍＬ／分の入口流量についての速度分布ベクトルを示すが、充填レベルは６０％である。流体−空気界面は、線４２０１として示されている。図４２ａおよび図４２ｂの凡例は、赤色５．２０ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色４．２９ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色３．５２ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色２．４７ｅ−０１ｍ／ｓ、水色１．４３ｅ−０１ｍ／ｓを経て、青色５．５３ｅ−０５ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。図４２ａおよび図４２ｂにおいて、流体は、赤色領域４２０３では大きい速度であり、緑色領域４２０２ではより小さい速度である。空気捕捉チャンバの底部近傍に、より小さい速度の青色領域４２０４が存在する。図４２ａおよび図４２ｂに図示するように、緑色の巨大な流れ領域４２０２と流体空気界面４２０１との間には、流体充填レベルが６０％である遷移領域は存在しない。しかしながら、図４２ｂに示すように、緑色の巨大な流れ領域４２０２は、流体−空気界面４２０１の上部にあり、乱流を引き起こす可能性がある。したがって、６０％未満の流体充填レベルは、５００ｍＬ／分を超える流量に最適ではない。図４３〜図４８の各々において、６５％の充填レベルおよび５００ｍＬ／分の入口流量が使用される。

図４３ａ〜図４３ｃは、ｙ方向のチャンバの断面における速度分布ベクトルを示す。図４３ａ〜図４３ｃに使用される充填レベルは、０．１ｍのチャンバで６５％、すなわち０．０６５ｍである。図４３ａは、高さｙ＝０．０６５ｍまたは流体−空気界面における速度分布ベクトルである。図４３ｂは、高さ０．０５ｍでの速度分布ベクトルであり、図４３ｃは、高さ０．０３ｍでの速度分布ベクトルである。図４３ａおよび図４３ｂの凡例は、赤色３．００ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色２．２９ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色２．０３ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色１．４２ｅ−０１ｍ／ｓ、水色８．２６ｅ−０２ｍ／ｓを経て、青色７．９０ｅ−０５ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。図４３ｃの凡例は、赤色５．００ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色４．１３ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色３．３７ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色２．３７ｅ−０１ｍ／ｓ、水色１．３７ｅ−０１ｍ／ｓを経て、青色７．９０ｅ−０５ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。図４３ａは、水色領域４３０１および青色領域４３０２を図示する。図４３ｂは、赤色領域４３０３、黄色領域４３０４、緑色領域４３０５、および青色領域４３０６を図示する。図４３ｃは、赤色領域４３０７、緑色領域４３０８、水色領域４３０９、および青色領域４３１０を図示する。図４３ａに示すように、流体の速度は維持され、流体−空気界面内であっても強い速度を示す。さらに、図４３ａ〜図４３ｃの各々に示すように、どの高さにも観察可能な停滞流れ領域は存在しない。

図４４ａは、ｚ＝０での平面内のチャンバのｚ断面または対称平面における速度分布ベクトルを図示する。４４０１で示す線は、図で使用される充填レベルであり、６５％に設定される。図４４ｂは、図４４ａの４４０２として標識される領域の拡大図である。図４４ａおよび図４４ｂの凡例は、赤色３．００ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色２．３２ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色２．０３ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色１．４２ｅ−０１ｍ／ｓ、水色８．２６ｅ−０２ｍ／ｓを経て、青色７．９０ｅ−０５ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。緑色領域４４０３および４４０４は、中程度の速度を示す。図４４ａおよび図４４ｂに図示するように、断面図には観察可能な停滞流れ領域は存在しない。

図４５ａは、ｘ＝０でのｘ方向のチャンバの断面における速度分布ベクトルを示す。図４５の充填レベルは、線４５０１として示される。図４５ｂは、図４５ａの円４５０２の領域の拡大図である。図４５ａおよび図４５ｂの凡例は、赤色３．００ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色２．３２ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色２．０３ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色１．４２ｅ−０１ｍ／ｓ、水色８．２６ｅ−０２ｍ／ｓを経て、青色７．９０ｅ−０５ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。流体は、赤色領域４５０３では大きい速度であり、緑色領域４５０４および水色領域４５０５ではより小さい速度であり、青色領域４５０６では小さい速度である。図４５ａおよび図４５ｂに示すように、断面図には観察可能な停滞流れ領域は存在しない。

図４６ａは、流体入口における速度分布ベクトルを左側面図から示し、図４６ｂは、流体入口における速度分布ベクトルを右側面図から示す。図４６ａおよび図４６ｂの凡例は、赤色８．００ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れから、橙色６．６０ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色５．４０ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色３．８０ｅ−０１ｍ／ｓ、水色２．２０ｅ−０１ｍ／ｓを経て、青色７．９０ｅ−０５ｍ／ｓで示される小さい速度の流れに遷移する。図４６ａは、赤色領域４６０１、橙色領域４６０２、および緑色領域４６０３を図示する。図４６ｂは、赤色領域４６０４および緑色領域４６０５を図示する。図４６ａおよび図４６ｂに示すように、流体入口には、観察可能な停滞流れ領域は存在しない。

図４７は、最大速度スケールが０．０６ｍ／ｓに設定された複数の断面平面内のｙ方向の速度分布ベクトルを示す。図４７の凡例は、赤色−６．００ｅ−０２ｍ／ｓで示される小さい速度の流れから、橙色−１．５４ｅ−０１ｍ／ｓ、黄色−１．９７ｅ−０１ｍ／ｓ、緑色−２．８０ｅ−０１ｍ／ｓ、水色−３．６４ｅ−０１ｍ／ｓを経て、青色−４．７９ｅ−０１ｍ／ｓで示される大きい速度の流れに遷移する。図４７においてすべての可視ベクトルは赤色である。図４７に図示するように、チャンバ本体内のいくつかの速度ベクトルが示されており、これはｙ方向の速度が０．０６ｍ／ｓより大きいことを意味する。０．０６ｍ／ｓより大きいｙ方向速度は、いくつかの泡が流体出口を通過し得ることを意味する。

図４８ａ〜図４８ｃは、図９ａおよび図９ｂに示した空気捕捉チャンバのｚ＝０での平面における最大剪断速度を図示する。図４８ａにおいて、閾値剪断速度は、１１１，０００ １／ｓに設定されるか、または短時間暴露の閾値よりも小さい３００．８Ｐａの最大剪断応力（粘度０．００２７１ＰａＳを考慮している）に設定される。図４８ａに示すように、短時間曝露の剪断応力が４００Ｐａより大きい領域は存在しない。図４８ｂは、最大剪断応力がより低く設定されている同一のチャンバを示す。図４８ｂに示すように、剪断応力が最も大きい領域は、入口ポートおよび出口ポートの近傍である。図４８ｃは、図４８ｂの入口および出口領域の拡大図である。図４８ａの凡例は、赤色１．１１ｅ＋０５ １／ｓで示される剪断応力から、橙色９．１４ｅ＋０４ １／ｓ、黄色７．５０ｅ＋０４ １／ｓ、緑色５．５３ｅ＋０４ １／ｓ、水色２．０６ｅ＋０４ １／ｓを経て、青色１．０９ １／ｓで示される低剪断応力に遷移する。図４８ｂおよび図３９ｃの凡例は、赤色２．００ｅ＋０３ １／ｓで示される剪断応力から、橙色１．６５ｅ＋０３ １／ｓ、黄色１．３５ｅ＋０３ １／ｓ、緑色９．５０ｅ＋０２ １／ｓ、水色５．５０ｅ＋０２ １／ｓを経て、青色１．０９ １／ｓで示される低剪断応力に遷移する。上記のように、最大剪断応力は、流体入口ポートおよび出口ポート領域に集中し、すべての可視領域の剪断応力が緑色で示される。流体入口ポートおよび出口ポート領域では、大きい流れが存在するために血液曝露時間が短い。したがって、描画されたチャンバは、６５％の充填レベルおよび５００ｍＬ／分の流量で使用されるとき、剪断応力の影響の点で血液の健全性にとって安全である。

図４９は、５００ｍＬ／分の流量および６５％の充填レベルでの滞留時間分布を図示する。図４９に示すように、流体の最大滞留時間は約９．６秒である。

実験１３
説明した動脈空気捕捉チャンバのインビトロ試験もまた実施した。充填レベルと流量との特定の組合せで停滞流れが存在するかどうかを判定するために、図５０に示すように、動脈空気捕捉チャンバに設定流量で染料を導入した。図５０の５００１として標識される染料と流体−空気界面との間の領域の透明な流体は、停滞流れ領域が存在することを示している。

図５１ａは、３０％の充填レベルおよび５０ｍＬ／分の流量で実施された試験の結果を示す。図５１ｂは、４０％の充填レベルおよび５０ｍＬ／分の流量で実施された試験の結果を示す。図５１ａおよび図５１ｂに示すように、３０％の充填レベルの停滞流れ領域は存在しないが、４０％の充填レベルの停滞流れ領域は存在する。

図５２ａは、５０％の充填レベルおよび１００ｍＬ／分の流量で実施された試験の結果を示す。図５２ｂは、６０％の充填レベルおよび１００ｍＬ／分の流量で実施された試験の結果を示す。図５２ａおよび図５２ｂに示すように、５０％の充填レベルの停滞流れ領域は存在しないが、６０％の充填レベルの停滞流れ領域は存在する。

図５３ａは、６０％の充填レベルおよび２７５ｍＬ／分の流量で実施された試験の結果を示す。図５３ｂは、７０％の充填レベルおよび２７５ｍＬ／分の流量で実施された試験の結果を示す。図５３ａおよび図５１ｂに示すように、６０％の充填レベルの停滞流れ領域は存在しないが、７０％の充填レベルの停滞流れ領域は存在する。

図５４ａは、７０％の充填レベルおよび５００ｍＬ／分の流量で実施された試験の結果を示す。図５４ｂは、８０％の充填レベルおよび５００ｍＬ／分の流量で実施された試験の結果を示す。図５４ａおよび図５４ｂに示すように、７０％の充填レベルの停滞流れ領域は存在しないが、８０％の充填レベルの停滞流れ領域は存在する。停滞流れ試験の結果を表１に提示する。停滞流れ領域をもたらす実験は、表１においてＹとして標識され、停滞流れ領域のない実験は、Ｎとして標識される。Ｎ／Ａは、試験されなかった組み合わせを示す。

実験１４
充填レベルの下限を試験するために、流量および充填レベルの所定の組み合わせに対して安定した流体−空気界面が存在するかどうかを判定するための実験を行った。実験結果を表２に要約する。

表２において、Ｙは不安定な界面を示し、Ｎは安定した界面を示す。示すように、安定した界面は、２０％の充填レベルで５０ｍＬ／分の流量、３０％の充填レベルで１００ｍＬ／分、４０％の充填レベルで２７５ｍＬ／分、５０％の充填レベルで５００ｍＬ／分で維持された。不安定な界面は、２７５ｍＬ／分の流量および３０％の充填レベルならびに５００ｍＬ／分の流量および４０％の充填レベルで観察された。

当業者であれば、説明したように、特定の充填レベルが流量に基づいて設定され得ることを理解するであろう。表１〜２で観察された結果に基づいて、２０〜３０％の指定された充填レベルを５０ｍＬ／分の血液流量に対して設定することができ、３０〜５０％の指定された充填レベルを１００ｍＬ／分の血液流量に対して設定することができ、４０〜６０％の指定された充填レベルを２７５ｍＬ／分の血液流量に対して設定することができ、５０〜７０％の指定された充填レベルを５００ｍＬ／分の血液流量に対して設定することができる。したがって、５０％の指定された充填レベルを、１００〜５００ｍＬ／分の任意の血液流量に対して設定することができる。任意の実施形態では、指定されたファイリングレベルは、血液流量が５０ｍＬ／分〜１００ｍＬ／分であるときに、２０％〜４０％、血液流量が５０ｍＬ／分〜２００ｍＬ／分であるときに、３０％〜６０％、血液流量が１００ｍＬ／分〜２７５ｍＬ／分であるときに、３０％〜６０％、血液流量が２００ｍＬ／分〜５００ｍＬ／分であるときに、５０％〜８０％、血液流量が２７５ｍＬ／分〜５００ｍＬ／分であるときに、４０％〜９０％、血液流量が５００ｍＬ／分以上であるときに、５０％〜９０％に設定することができる。

実験１５
動脈空気捕捉チャンバ内の流体の滞留時間は、すべての染料が出口を通過する時間の量を判定することによっても判定された。結果を表３に要約する。

表３に示すように、滞留時間は、５００ｍＬ／分で６０％の充填レベルの場合の８秒から、５０ｍＬ／分で３０％の充填レベルの場合の約９０秒まで変化した。

実験１６
動脈空気捕捉チャンバによって泡を捕捉できるように、気泡の可視化試験を行った。泡は、充填レベルが７０％で、流量が５００ｍｌ／分から可視化され、次に気泡が流体出口を通過すると４００ｍｌ／分、次いで３００ｍｌ／分で可視化された。気泡の大きさを測定するために、定規を使用した。写真は定規を含むビデオから撮影し、次いでＳｏｌｉｄｗｏｒｋｓに読み込んだ。２Ｄでは、泡のサイズと定規のスケール１ｍｍと比較して、泡のサイズを計算した。小量の泡が、５００ｍｌ／分の流量で流体出口を通過し、４００ｍｌ／分では泡は通過しなかった。泡のサイズは、５００ｍｌ／分で直径約０．７〜０．８ｍｍ（計算体積約０．２〜０．３μＬ）、４００ｍｌ／分で直径約０．８８〜０．９ｍｍ（計算体積約０．４μＬ）であった。試験流量が１００〜５００ｍＬ／分の５０％の充填レベルでは、流体出口を通る泡は観察されなかった。同様に、５０ｍＬ／分の流量および３０％の充填レベルでは、泡は流体出口を通過しなかった。

当業者であれば、動作の特定の必要性に応じて、記載されたシステムおよび方法において様々な組み合わせおよび／または修正および変形を行うことができることを理解するであろう。さらに、本発明の態様の一部であるとして図示または記載されている特徴は、単独でまたは組み合わせて本発明の態様に使用され得る。

Claims (22)

1. 動脈空気捕捉チャンバであって、
   上部分および底部分を有するチャンバ本体と、
   前記チャンバ本体の前記底部分に位置決めされた流体入口であって、前記流体入口が、前記底部分から上方に延伸して前記チャンバ本体の内壁上に配設された流体入口ポートで終端する流体入口チューブを形成し、前記流体入口ポートが、前記チューブの流体流れに対して約９０°回転して位置決めされ、かつ前記チャンバ本体の中心軸によって形成される円平面に対して接線方向に配設されている、流体入口と、
   前記チャンバ本体の前記上部分上に位置決めされた流体出口であって、前記流体出口が、下方に延伸して前記チャンバ本体の上部分から前記チャンバ本体の前記底部分まで延伸するドローチューブを形成し、前記ドローチューブが、傾斜した開口部で終端し、前記傾斜した開口部が、前記ドローチューブ上に、前記流体入口ポートに対して約１８０°で対向して位置決めされている、流体出口と、を備える、動脈空気捕捉チャンバ。
2. 前記流体入口ポートの底部分と同一平面上にある螺旋流誘導棚をさらに備え、前記螺旋流誘導棚が、前記チャンバの前記内壁上の、前記チャンバ本体の前記中心軸によって形成される前記円平面の円周上に配設され、前記棚が、前記チャンバ本体の前記底部まで下方に延伸している、請求項１に記載の動脈空気捕捉チャンバ。
3. 前記螺旋流誘導棚が、前記チャンバ本体の前記中心軸によって形成される前記円平面の前記円周上に、前記チャンバの前記内壁に沿って延伸している、請求項２に記載の動脈空気捕捉チャンバ。
4. 前記流体入口ポートに対して約１８０°で位置決めされ、前記チャンバ本体の前記底部分まで下方に延伸する、対向する棚をさらに備える、請求項１に記載の動脈空気捕捉チャンバ。
5. 前記チャンバ本体の前記底部分から前記流体入口チューブに平行な前記チャンバの前記内面に沿って延伸する湾曲した表面をさらに備え、前記湾曲した表面が、前記流体入口ポートの上部分に対して平面な表面で終端する、請求項１に記載の動脈空気捕捉チャンバ。
6. 前記流体入口ポートの開口部が、前記ドローチューブの前記傾斜した開口部に対してより高く位置決めされている、請求項１に記載の動脈空気捕捉チャンバ。
7. 前記チャンバ本体の前記底部分の内面が湾曲した表面である、請求項１に記載の動脈空気捕捉チャンバ。
8. 前記動脈空気捕捉チャンバが、１８〜３０ｍｍの内径を有する、請求項１に記載の動脈空気捕捉チャンバ。
9. 前記ドローチューブの中心軸と前記チャンバ本体の前記中心軸との間の距離が、０．０４インチ〜０．２０インチである、請求項１に記載の動脈空気捕捉チャンバ。
10. 前記チャンバ本体が、ＰＶＣ材料で構成されている、請求項１に記載の動脈空気捕捉チャンバ。
11. 前記チャンバ本体が、ポリカーボネート材料で構成されている、請求項１に記載の動脈空気捕捉チャンバ。
12. キャップをさらに備え、前記キャップが、血液出口ポートを含む、請求項１に記載の動脈空気捕捉チャンバ。
13. 前記ドローチューブが、前記チャンバ本体の上方０．１〜０．５ｃｍの高さまで延伸している、請求項１に記載の動脈空気捕捉チャンバ。
14. 体外流路であって、
    透析器であって、前記透析器の血液側および前記透析器の透析液側、ならびに前記透析器の前記血液側に流体接続された血液入口および前記透析器の前記血液側に流体接続された血液出口、を含む、透析器と、
    血液ポンプと、
    請求項１に記載の動脈空気捕捉チャンバであって、前記動脈空気捕捉チャンバが、患者および前記透析器に流体接続可能な動脈血ライン内に位置決めされている、動脈空気捕捉チャンバと、を備える、体外流路。
15. 前記動脈空気捕捉チャンバが、前記血液ポンプと前記透析器との間に位置決めされている、請求項１４に記載の体外流路。
16. 前記動脈空気捕捉チャンバが、前記血液ポンプの上流に位置決めされている、請求項１４に記載の体外流路。
17. 前記透析器および患者に流体接続可能な静脈血ライン内に位置決めされた静脈空気捕捉チャンバをさらに備える、請求項１４に記載の体外流路。
18. 血液が、前記体外流路を通して圧送され、
    透析液が、前記透析器の前記透析液側を通して圧送され、
    前記血液ポンプが、５０ｍＬ／分〜５００ｍＬ／分の血液流量で前記血液を圧送するように構成されている、請求項１４に記載の体外流路。
19. 前記動脈空気捕捉チャンバが、指定された充填レベルまで充填され、前記指定された充填レベルが、前記血液流量に基づく、請求項１８に記載の体外流路。
20. 前記血液流量が５０ｍＬ／分〜１００ｍＬ／分であるときに、前記指定された充填レベルは２０％〜４０％であり、前記血液流量が５０ｍＬ／分〜２００ｍＬ／分であるときに、前記指定された充填レベルは３０％〜６０％であり、前記血液流量が１００ｍＬ／分〜２７５ｍＬ／分であるときに、前記指定された充填レベルは３０％〜６０％であり、前記血液流量が２００ｍＬ／分〜５００ｍＬ／分であるときに、前記指定された充填レベルは５０％〜８０％であり、前記血液流量が２７５ｍＬ／分〜５００ｍＬ／分であるときに、前記指定された充填レベルは４０％〜９０％であり、前記血液流量が５００ｍＬ／分以上であるときに、前記指定された充填レベルは５０％〜９０％である、請求項１９に記載の体外流路。
21. 前記血液流量が１００ｍＬ／分〜５００ｍＬ／分であり、前記指定された充填レベルが少なくとも４０％である、請求項１９に記載の体外流路。
22. 生理学的に適合する生理食塩水が、前記体外流路を通して圧送され、
    生理学的に適合する生理食塩水が、前記透析器の前記透析液側を通して圧送される、請求項１４に記載の体外流路。