体外循环是指用一种特殊装置暂时代替人的心脏和肺脏工作，进行血液循环及气体交换的技术。这一装置分称为人工心和人工肺，亦统称人工心肺、人工心肺装置或体外循环装置。
体外循环时，静脉血经上、下腔静脉引入人工肺进行氧合并排出二氧化碳，氧合后的血液又经人工心保持一定压力泵入体内动脉系统，从而既保证了手术时安静，清晰的手术野，又保证了心脏以外其他重要脏器的供血，是心脏大血管外科发展的重要保证措施，1953年Gibbon首例应用于临床。
体外循环基本装置：包括血泵、氧合器、变温器、贮血室和滤过器五部分（图6-20）。
图5-20 体外循环装置示意图
血泵，即人工心，是代替心脏排出血液，供应全身血循环的装置。根据排血方式分为无搏动泵和搏动泵两种。目前仍以无搏动泵应用较广泛，射出血液为平流，以滚压式泵为主，靠调节泵头转动挤压泵管排出血液。搏动泵排出血液为搏动性可分为与心脏同步和非同步两种。
氧合器：即人工肺。代替肺脏使静脉血氧合并排出二氧化碳。目前使用的有三种类型：①血膜式，血液散布在平面上形成血液薄膜，与氧气接触并进行气体交换，转碟式为其代表，可重复使用，但费时费力，目前国内已极少应用；②鼓泡式，血液被氧气（或氧与二氧合碳混合气）吹散过程中进行气体交换，血液中形成的气泡用硅类除泡剂消除，根据形态有筒式和袋式，是目前应用最广的，第四军医大学西京医院研制并生产的西京-87型氧合器，其主要部件性能达国际水平，为国内各医院欢迎；③膜式，用高分子渗透膜制成，血液和气体通过半透膜进行气体交换，血、气互相不直接接触，血液有形成分破坏少，其外形有平膜式和中空纤维式。
变温器：是调节体外循环中血液温度的装置，可作单独部件存在，但多与氧合器组成一体。变温器的水温与血温差应小于10～15℃，水温最高不得超过42℃。
贮血室：是一容器，内含滤过网和去泡装置，用作贮存预充液，心内回血等。
滤过器：滤过体外循环过程中可能产生的气泡、血小板凝块、纤维素，脂肪粒，硅油栓以及病人体内脱落的微小组织块等，不同部位应用滤过器的网眼各异。
体外循环心内直视手术，一般采用纵劈胸骨入路，纵行切开心包显露心脏，从心内注射肝素2～3mg/kg，经检测血液不凝后，顺序插升主动脉灌注管和下腔静脉，上腔静脉引流管，分别与已预充好的人工心肺机相应管道连接，即可开始外循环转流。体外循环预充，现在常规采用血液稀释法，预充液应考虑渗透压、电解质含量和血液稀释度三方面。血液稀释程度，各家掌握不一，血红蛋白5～10g%之间，血球压积10～30%不等。预充用的晶体液通常有乳酸林格氏液，生理盐水，50%葡萄糖液等，胶体液可选用ACD血、血浆，白蛋白等，还需加入钾、镁、碳酸氢钠以及抗菌素等。
体外循环方法，根据手术需要，可分为①常温体外循环，用于心内操作简单，时间短者。要求体外循环氧合性能好，能满足高流量灌注需要；②浅低温体外循环：采用体外循环血流降温，心内操作期间鼻咽温维持在28℃左右。心内操作即将结束时开始血液复温，鼻咽温至35～36℃时停止复温；③深低温微流量体外循环：多在心功能差，心内畸形复杂，侧技循环丰富的患者应用。鼻咽温降至20℃左右，心内操作关键步骤可将灌注流量降低，最低可达5～10ml/kg/分。既保持手术野清晰又防止空气进入体循环发生气栓。微量灌注实际上对机体是停止循环，要尽量缩短时间；④深低温停循环，主要用于婴幼儿心内直视手术和成人主动脉瘤手术。术中将体温降至20℃以下，停止血液循环，可提供良好的手术野，但需具备良好条件和熟练的灌注技术。
心内手术期间，为了便于精细操作，获得无血手术野，必须将升主动脉钳闭，阻断冠状动脉血液循环，这就使心肌处于缺血缺氧状态。早期手术死亡率高的主要原因之一就是心肌缺血坏死。为此，多年来许多学者致力于心肌保护的研究，以期在获得无血手术野的同时，又能使心肌得到妥善保护，术后恢复良好功能，目前应用最广的是全身中度低温，心脏局部深低温，主动脉内灌注冷停跳液法，全身温度维持在28℃左右。心肌温度维持在15～20℃，其方法是升主动脉阻闭后，由主动脉根部灌注配好的4℃冷停跳液，使心肌迅速停止活动，减少能量消耗，并每20分钟灌注一次，同时心包内以冰泥包裹，或4℃生理盐水循环灌注。因心内膜温度偏高，必要时行心腔内降温。
心内操作结束后，心脏复苏，停止体外循环，待循环稳定后，拔除心内插管，用鱼精蛋白中和肝素。
