心臓病変の修復や冠動脈バイパス術、大動脈瘤手術など、ミリ単位の精度が求められる心臓血管外科手術では、心臓が拍動したままでは安全な縫合や切開が極めて困難です。そこで活躍するのが、心臓と肺の働きを完全に機械へ肩代わりさせる体外循環（CPB: Cardiopulmonary Bypass）システムです。
人工心肺装置の基本的な仕組みは、主に以下のステップと中核ユニットによって成り立っています。
まず、患者の右心房や大静脈に挿入した専用チューブ（脱血カニューレ）から、全身を巡って戻ってきた静脈血を体外へ抜き出します（脱血）。抜き出された血液は、微小な気泡や異物を除去するリザーバーを経由し、中空糸膜を用いた膜型人工肺へと送られます。この人工肺の内部で二酸化炭素が排出され、新鮮な酸素が血液中に取り込まれます。
酸素化された血液は、高性能なローラーポンプまたは遠心ポンプによって昇圧され、大動脈などに挿入された送血カニューレを通じて再び全身の動脈へと送り届けられます（送血）。
同時に、手術視野を確保するために心臓を安全に停止させる技術として、心臓の冠動脈に心筋保護液注入を行います。低温かつ高濃度のカリウムを含んだ薬剤を投与することで、心筋のエネルギー消費を最小限に抑えながら心臓の拍動をピタリと静止させます。
また、異物であるプラスチック回路内を血液が通過する際の血栓形成を防ぐため、ヘパリン抗凝固療法が徹底して実施されます。術後には拮抗薬であるプロタミンを投与し、速やかに本来の血液凝固能力へと戻す精密な薬剤マネジメントが行われています。
