JPS6237992B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 技術分野 本発明は、体外血液循環において血液中の二酸
化炭素を除去し、血液中に酸素を添加する中空糸
型人工肺に関する。

先行技術 従来、人工肺は、大別して、気泡型と膜型に分
類される。積層型、コイル型、中空糸型等の膜型
人工肺は、気泡型人工肺に比較して、溶血、蛋白
変性、血液凝固、血液付着等の血液損傷が少な
く、機構上生体肺に非常に近いものとして広く認
織されている。

しかしながら、上記膜型人工肺の気泡型人工肺
に対する優位性にもかかわらず、膜型人工肺のも
つ以下の欠点により、現在の開心術に用いられる
人工肺としては気泡型人工肺が主流となつてい
る。

現在の膜型人工肺において、十分な酸素添加能
を得るためには、血液層を薄くする必要があるこ
とから、血液の流路が狭く、大きな流路抵抗を生
ずることから、患者と人工肺との落差によつて人
工肺における血液の潅流を達成可能とする、いわ
ゆる落差潅流を行なうことができない。したがつ
て、膜型人工肺を用いる血液回路は、第１図に示
すように、人工肺１の入側すなわち静脈側にポン
プ２を配置する必要がある。なお、第１図におい
て３は貯血槽、４は熱交換器である。しかしなが
ら、上記第１図の血液回路においては、ポンプ２
の出口付近の圧力が送血カテーテル部分の圧力損
失と人工肺の圧力損失との和を超える大きさとな
つて、送血側回路内圧が上昇するという問題点が
あつた。そこで、血液を中空糸の外側に流すこと
が考えられてきたが、プライミング等の困難性等
から、有効に使用できるものではなかつた。

発明の目的 本発明は、単位膜面積当りのガス交換効率を向
上可能とするとともに、患者と人工肺の落差によ
る血液の潅流すなわち落差潅流を可能とするし、
さらにプライミング時そして使用時に発生した空
気を有効に除去できる中空糸型人工肺を提供する
ことを目的とする。

発明の構成 上記目的を達成するものは、ハウジングと該ハ
ウジング内に収納される中空系膜の集合体と、該
中空糸膜の両端部を開口させた状態で上記ハウジ
ングに液密に保持する２つの隔壁と、該隔壁の一
方の外側に上記中空糸膜の内部空間に連通する酸
素を含むガスのガス流入ポートを設け、該ガス流
入ポートから流入した酸素を含むガスが一方の隔
壁より中空糸膜内部に流入した後他方の隔壁より
流出するようにし、さらに上記２つの隔壁と上記
ハウジング内壁と上記中空糸膜外壁とで画成され
る血液室に連通する上記ハウジングに設けられた
血液流入ポートおよび血液流出ポートと、使用状
態下で上記血液流出ポートより上方に位置し上記
液室内と連通して血液室の空気を外部に排出させ
る空気抜きポートとを有してなる中空糸型人工肺
である。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記空
気抜きポートと前記血液流出ポートが、前記ハウ
ジングに対してほぼ軸対称の位置に設けられてい
るようにしたものである。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記空
気抜きポートが、前記ハウジングの側壁で、隔壁
の凹面底部に接する部位に設けられているように
したものである。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記中
空糸膜が、マイクロポーラス膜であるようにした
ものである。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記ハ
ウジングの血液流入ポートが設けられている部分
の内面が、ハウジングの中間部分の内面より外方
に拡張した内面であつて、中空糸膜の集合体外周
部との間に環状の血液流路を形成するようにした
ものである。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記ハ
ウジングの血液流出ポートが設けられている部分
の内面が、ハウジングの中間部分の内面より外方
に拡張した内面であつて、中空糸膜の集合体外周
部との間に環状の血液流路を形成するようにした
ものである。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記ハ
ウジングの拡張された内面が、中空糸膜の集合体
に対して、血液流入ポートを含む方向に偏心配置
され、血液流入ポートを臨む血液流路の流路面積
がより大とされているようにしたものである。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記ハ
ウジングの拡張された内面が、中空糸膜の集合体
に対して、血液流出ポートを含む方向に偏心配置
され、血液流出ポートを臨む血液流路の流路面積
がより大とされているようにしたものである。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記空
気抜きポートが、通気性かつ菌不透過性のフイル
ターを有する空気抜きポートであるようにしたも
のである。

発明の具体的説明 第２図は本発明に係る中空糸型人工肺が適用さ
れてなる血液回路を示す回路図、第３図は本発明
に係る中空糸型人工肺の一実施例を示す断面図、
第４図は第３数の−線に沿う断面図、第５図
は第３図の−線に沿う断面図、第６図は第３
図の−線に沿う断面図である。

第２図に示すように、本発明が適用される血液
回路には、静脈側から動脈側に向けて、人工肺１
１貯血槽１２、ポンプ１３、熱交換器１４が順次
介装される。

人工肺１１は、第３図ないし第６図に示すよう
に構成される。すなわち、筒状ハウジング１５の
内部空間には、中空糸膜１６の集合体１７が収納
されている。中空糸膜１６の両端部は、該両端部
を開口させた状態で隔壁１８，１９を介してハウ
ジング１５に液密に保持されている。ハウジング
１５の両端部には、ヘツダー２０，２１が接合さ
れている。ヘツダー２０の内面と隔壁１８とは、
中空糸膜１６の内部空間に連通するガス流入室２
２を画成し、ヘツダー２０には酸素を含むガスの
ガス流入ポート２３が形成されている。ヘツダー
２１の内面と隔壁１９とは、中空糸膜１６の内部
空間に連通するガス流出室２４を画成し、ヘツダ
ー２１には酸素を含んでいたガス流出ポート２５
が形成されている。すなわち、人工肺１１にあつ
てはガス流入ポート２３から供給される酸素、空
気等のガスを中空糸膜１６内に流通可能としてい
る。なお、上記ヘツダー２１は特に設けず、ガス
流出室２４およびガス流出ポート２５を形成する
ことなく、中空糸膜１６から流出するガスを大気
中に直接的に放出せしめても良い。

また、隔壁１８，１９、ハウジング１５の内面
および中空糸膜１６の外面とは血液室２６を画成
し、ハウジング１５の両端側には、それぞれ血液
室２６に連通する血液流入ポート２７および血液
流出ポート２８が形成されている。すなわち、人
工肺１１にあつては、血液を血液室２６において
中空糸膜１６の周囲を乱流状態で流通可能として
いる。

ここで、上記ハウジング１５の血液流入ポート
２７が設けられている部分の内面は、ハウジング
１５の中間部分の内面より外方に拡張した内面で
あつて、中空糸膜１６の集合体１７の外周部との
間に、第５図に示すような環状の血液流路２９を
形成し、血液流路２９が臨む集合体１７の全周囲
から各中空糸膜１６に血液を円滑に分配可能とし
ている。また、上記ハウジング１５の拡張された
内面は、集合体１７に対して血液流入ポート２７
を含む方向に偏心配置され、血液流入ポート２７
を臨む血液流路２９の流路面積がより大とされて
いる。すなわち、上記血液流路２９の流路面積を
血液流入ポート２７から遠ざかるに従つて漸減
し、血液流路２９からの血液の分配量を集合体１
７の周方向において均一化し、血液室２６内にお
いてハウジング１５の軸方向に向かう血液の流量
を、集合体１７の周方向に関して均一化可能とし
ている。

また、上記ハウジング１５の血液流出ポート２
８が設けられている部分の内面は、ハウジング１
５の中間部分の内面より外方に拡張した内面であ
つて、中空糸膜１６の集合体１７の外周部との間
に、第６図に示すように環状の血液流路３０を形
成し、各中空糸膜１６の回りの血液を、血液流路
３０が臨む集合体１７の全周囲から、円滑に血液
流出ポート２８に向けて導入可能としている。ま
た、上記ハウジング１５の拡張された内面は、集
合体１７に対して、血液流出ポート２８を含む方
向に偏心配置され、血液流出ポート２８を臨む血
液流路３０の流路面積をより大としている。すな
わち、血液流路３０の流路面積を血液流出ポート
２８に向けて漸増することにより、血液流路３０
への血液の導入量を集合体１７の周方向において
均一化し、血液室２６内においてハウジング１５
の軸方向に向かう血液の流量を集合体１７の周方
向に関して均一化可能としている。

また、ハウジング１５は、軸方向の中央部にお
ける内径を最小とし、その中央部から両端部にお
ける内径を除々に拡径するテーパ状とし、集合体
１７の外径をその軸方向の中央部において絞つて
いる。すなわち、人工肺１１は、ハウジング１５
が加える集合体１７の絞りにより、集合体１７の
横断面図における血液の流れを均一化するととも
に、集合体１７の軸方向における血液の流速を変
化させることによつて乱流状態の発生を促進し、
ガス交換効率が良好化可能としている。なお、ハ
ウジング１５の内面が前記テーパ状とされるとと
もに、該テーパ状内面と、血液流路２９，３０を
画成する内面とが図示されるようなテーパ状接続
面によつて接続されていることから、ブライミン
グ時に排出されるべき空気が、血液室２６内に滞
留することなく、ハウジング１５の内面に沿つて
円滑に移動し、後述する空気抜きポート３１から
確実に放出可能となつている。ハウジング１５の
内面は、例えば、血液室２６の血液流入ポート２
７側から血液流出ポート２８側に向けて直線的に
拡径するテーパ状とされるものであつても良い。
なお、第７図に示す人工肺１１Ａにおけるよう
に、血液室２６Ａを画成するハウジング１５Ａの
内面に、血液の流れ方向において不連続に突出す
る部分Ｐ１，Ｐ２がある場合には、ブライミング
時の空気がそれら突出部分Ｐ１，Ｐ２によつて捕
捉せしめられ、血液室２６Ａからの空気の排出を
完全に行なうことができず妥当でない。

ここで、中空糸膜１６としてはマイクロポーラ
ス膜が用いられている。すなわち、中空糸膜１６
は、多孔性ポリオレフイン系樹脂、例えばポリプ
ロピレン、ポリエチレンといつたものからなり、
特にポリプロピレンが好適である。この中空糸膜
１６は、壁の内部と外部を連通する多数の細孔を
有している。細孔の内径は約100〜1000μ、肉厚
は約10〜50μ、平均孔径は約200〜2000Åかつ空
孔率は20〜80％である。このマイクロポーラス膜
からなる中空糸膜１６を用いる場合には、気体の
移動が体積流として行なわれるため、気体の移動
における膜抵抗が少なくなり、高いガス交換性能
を得ることが可能となる。なお、中空糸膜１６
は、必ずしもマイクロポーラス膜によらず、気体
の移動を溶解、拡散によつて行なうシリコーン製
膜等を用いるものであつても良い。

ところで、前記隔壁１８，１９は、以下のよう
な遠心注入法によつて形成されている。すなわ
ち、まず、ハウジング１５の長さより長い多数の
中空糸膜１６を用意し、この両開口端を粘度の高
い樹脂によつて目止めをした後、ハウジング１５
内に並べて位置せしめる。この後、中空糸膜１６
の各両端を完全に覆つて、ハウジング１５の長手
方向に定めた回転中心回りに、ハウジング１５の
中心軸を回転の半径方向に置く状態下でハウジン
グ１５を回転させながら、血液流入ポート２７、
血液流出ポート２８側から高分子ポツテイング材
を流入する。流し終つて樹脂が硬化すれば、樹脂
の外端面部を鋭利な刃物で切断して中空糸膜１６
の両開口端を表面に露出させることによつて、隔
壁１８，１９を形成している。したがつて隔壁１
８，１９の血液室２６を臨む表面は、第３図およ
び第４図に示すような円筒状凹面となる。

しかして、上記実施例においては、ハウジング
１５に、使用状態下で血液流出ポート２８より上
方に位置し、血液室２６内と連通する空気抜きポ
ート３１を備えている。空気抜きポート３１には
着脱自在の通気性かつ菌不透過性のフイルター３
２が装着されておりプライミングの際取りはずし
プライミング終了後装着し、人工肺使用時に発生
した空気を抜く際に細菌による人工肺１１の汚染
を防止可能としている。

上記空気抜きポート３１は、プライミング時
に、生理食塩水等の充填液によつて排除される血
液回路および人工肺１１内の空気を外部に放出可
能とし、排出後には、栓を装着されて気密に密封
可能とされている。なお、前記空気抜きポート３
１と血液流出ポート２８とは、ハウジング１５に
対して軸対称の位置に設けられており、プライミ
ング時に、第８図に示すように、人工肺１１の中
心軸を空気抜きポート３１と血液流出ポート２８
を含む面内において傾斜せしめることにより、空
気抜きポート３１を血液流出ポート２８に対して
より鉛直上方に位置せしめ、空気の排出をより確
実かつ容易としている。また、上記空気抜きポー
ト３１は、ハウジング１５の側壁で隔壁１８の凹
面底部に接する部位に、設けられて、血液室２６
内の最上方部位に連通せしめられ、プライミング
時における空気及び、血液回路接合部等に残存し
ていた空気が使用時に人工肺内に流入した場合等
の使用時に発生した空気の完全な排出を可能とし
ている。なお、上記空気抜きポートは、隔壁１８
の中心部を貫通する状態に設けられてもよい。

発明の具体的作用 人工肺は、たとえば開心術などにおいて使用さ
れるもので、血液循環回路（第２図）の途中に設
置される。なお血液は通常４／minの流量で取
り出される。

まず人工肺１１内に血液を流入する前に、ヘパ
リンを混入した生理食塩水を血液流入ポート２８
から流入させ人工肺１１内の血液室２６の全ての
空気を除去する。この際空気抜きポート３１（フ
イルター３２ははずす）には貯血槽を続がつてい
るチユーブを接続し、血液流出ポート２８は、空
気抜きポート３１と同様にチユーブを接続する
か、又そうでない場合はキヤツプ等で封止する。
人工肺１１内の空気抜きが完了した後に、空気抜
きポート３１にフイルター３２を装着しキヤツプ
（図示しない）をして封止する。一定の落差（１
ｍ程度）をもつて脱血された血液を人工肺１１の
血液流入ポート２７から流入させる。流入した血
液は血液流入ポート２７付近の中空糸１６の外壁
に当たるとともに、人工肺内部に設けられた環状
の血液流路２９を流れ、そして落差により与えら
れた重力で血液室２６を上昇する。また、酸素、
空気等の酸素を含むガスがガス流入ポート２３か
ら中空糸膜１６の内部に供給される。このガスは
中空糸膜１６の内部を経て、ガス流出ポート２５
から外部に排出される。この際、血液は中空糸１
６を介してガス流入ポートから流入した酸素と血
液中の二酸化炭素とを交換する。そして酸素化さ
れた血液は、血液流路３０を通り血液流出ポート
２８から流出し、貯血槽１２に貯留され、送血ポ
ンプ１３を介し熱交換器１４を通つて適応温度に
加温又は冷却され人体に送血される。

そして人工肺１１内に送血時に発生した空気
（主に血液回路のチユーブ接続部に残存していた
もの）は、血液同様に血液流入ポート２７から流
入し血液室２６を上昇し血液流路３０の上端、隔
壁１８の凹部に貯留する。そして空気抜きポート
３１のキヤツプをはずし貯留した空気をフイルタ
ー３２を通して外部に放出させる。

この際空気抜きポート３１が血液流出ポートよ
り上方にくるように人工肺１１を第８図に示すご
とく斜傾させることが好ましい。

発明の具体的効果 以上のように、本発明に係る中空糸型人工肺
は、ハウジングと該ハウジング内に収納される中
空糸膜の集合体と、該中空糸膜の両端部を開口さ
せた状態で上記ハウジングに液密に保持する２つ
の隔壁と、該隔壁の一方の外側に上記中空糸膜の
内部空間に連通する酸素を含むガスのガス流入ポ
ートを設け、該ガス流入ポートから流入した酸素
を含むガスが一方の隔壁より中空糸膜内部に流入
した後他方の隔壁より流出するようにし、さらに
上記２つの隔壁と上記ハウジング内壁と上記中空
糸膜外壁とで画成される血液室に連通する上記ハ
ウジングに設けられた血液流入ポートおよび血液
流出ポートと、使用状態下で上記血液流出ポート
より上方に位置し上記血液室内と連通して血液室
の空気を外部に排出させる空気抜きポートとを有
してなるようにしたので、血液の乱流状態下でガ
ス交換を行ない単位膜面積当りのガス交換効率を
向上可能とするとともに、血液室内における血液
の流路抵抗を小とすることなく、患者と人工肺と
の落差による血液の潅流、すなわち、落差潅流を
実現することが可能となる。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記空
気抜きポートと前記血液流出ポートが、前記ハウ
ジングに対してほゞ軸対称の位置に設けられてな
るようにすることにより、プライミング時に、人
工肺の中心軸を空気抜きポートと血液流出ポート
を含む面内において傾斜させることにより、ガス
抜きポートを血液流出ポートに対してより鉛直上
方に位置せしめることによつて、空気の排出をよ
り確実かつ容易とすることが可能となる。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記空
気抜きポートが、前記ハウジングの側壁で、隔壁
の凹面底部に接する部位に設けることにより、空
気抜きポートを血液室内の最上方部位に連通せし
め、プライミング時における空気又は、使用中に
発生した空気のより完全な排出が可能となる。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記中
空糸膜が、マイクロボーラス膜からなるようにす
ることにより、気体の移動における膜抵抗を小と
し、ガス交換性能を向上することが可能となる。

また、本発明に係る中該糸型人工肺は、前記ハ
ウジングの血液流入ポートが設けられている部分
の内面が、ハウジングの中間部分の内面より外方
に拡張した内面であつて、中空糸膜の集合体外周
部との間に環状の血液流路を形成することによ
り、血液流路が臨む集合体の全周囲から各中空糸
膜に血液を円滑に分配することが可能となる。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記ハ
ウジングの血液流出ポートが設けられている部分
の内面が、ハウジングの中間部分の内面より外方
に拡張した内面であつて、中空糸膜の集合体外周
部との間に環状の血液流路を形成することにより
血液流路が臨む集合体の全周囲から各中空糸膜回
りの血液を円滑に血液流出ポートに向けて導入す
ることが可能となる。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記ハ
ウジングの拡張された内面が、中空糸膜の集合体
に対して、血液流入ポートを含む方向に偏心配置
され、血液流入ポートを臨む血液流路の流路面積
がより大とされてなるようにすることにより、血
液流路からの血液の分配量を集合体の周方向にお
いて均一化し、血液室においてハウジングの軸方
向に向かう血液の流量を集合体１７の周方向に関
して均一化することが可能となる。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記ハ
ウジングの拡張された内面が、中空糸膜の集合体
に対して、血液流出ポートを含む方向に偏心配置
され、血液流出ポートを臨む血液流路の流路面積
がより大とされてなるようにすることにより、血
液流路への血液の導入量を集合体の周方向におい
て均一化し、血液室においてハウジングの軸方向
に向かう血液の流量を集合体の周方向に関して均
一化することが可能となる。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記空
気抜きポートが着脱自在の通気性かつ菌不透過性
のフイルターを有する空気抜きポートであるもの
とすることにより、人工肺使用時に発生した空気
抜きの際の細菌による汚染を防止することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例に係る膜型人工肺が適用されて
なる血液回路を示す回路図、第２図は本発明に係
る中空糸型人工肺が適用されてなる血液回路を示
す回路図、第３図は本発明に係る中空糸型人工肺
の一実施例を示す断面図、第４図は第３図の−
線に沿う断面図、第５図は第３図の−線に
沿う断面図、第６図は第３図の−線に沿う断
面図、第７図は従来例に係る中空糸型人工肺を示
す断面図、第８図は本発明に係る中空糸型人工肺
のプライミング時における配置状態を示す断面図
である。 １１……人工肺、１５……ハウジング、１６…
…中空糸膜、１７……集合体、１８，１９……隔
壁、２３……ガス流入ポート、２６……血液室、
２７……血液流入ポート、２８……血液流出ポー
ト、２９，３０……血液流路、３１……空気抜き
ポート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ハウジングと該ハウジング内に収納される中
   空糸膜の集合体と、該中空糸膜の両端部を開口さ
   せた状態で上記ハウジングに液密に保持する２つ
   の隔壁と、該隔壁の一方の外側に上記中空糸膜の
   内部空間に連通する酸素を含むガスのガス流入ポ
   ートを設け、該ガス流入ポートから流入した酸素
   を含むガスが一方の隔壁より中空糸膜内部に流入
   した後他方の隔壁より流出するようにし、さらに
   上記２つの隔壁と上記ハウジング内壁と上記中空
   糸膜外壁とで画成される血液室に連通する上記ハ
   ウジングに設けられた血液流入ポートおよび血液
   流出ポートと、使用状態下で上記血液流出ポート
   より上方に位置し上記血液室内と連通して血液室
   の空気を外部に排出させる空気抜きポートとを有
   してなることを特徴とする中空糸型人工肺。 ２ 前記空気抜きポートと前記血液流出ポートが
   前記ハウジングに対してほぼ軸対称の位置に設け
   られている特許請求の範囲第１項に記載の中空糸
   型人工肺。 ３ 前記空気抜きポートが、前記ハウジングの側
   壁で、前記隔壁の凹面底部に接する部位に設けら
   れている特許請求の範囲第１項ないし第２項のい
   ずれかに記載の中空糸型人工肺。 ４ 前記中空糸膜が、マイクロポーラス膜である
   特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに
   記載の中空糸型人工肺。 ５ 前記ハウジングの血液流入ポートが設けられ
   ている部分の内面は、ハウジングの中間部分の内
   面より外方に拡張した内面であつて、中空糸膜の
   集合体外周部との間に環状の血液流路を形成する
   特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに
   記載の中空糸型人工肺。 ６ 前記ハウジングの血液流出ポートが設けられ
   ている部分の内面は、ハウジングの中間部分の内
   面より外方に拡張した内面であつて、中空糸膜の
   集合体外周部との間に環状の血液流路を形成する
   特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに
   記載の中空糸型人工肺。 ７ 前記ハウジングの拡張した内面が、中空糸膜
   の集合体に対して、血液流入ポートを含む方向に
   偏心配置され、血液流入ポートを臨む血液流路の
   流路面積がより大とされている特許請求の範囲第
   ５項記載の中空糸型人工肺。 ８ 前記ハウジングの拡張した内面が、中空糸膜
   の集合体に対して、血液流出ポートを含む方向に
   偏心配置され、血液流出ポートを臨む血液流路の
   流路面積がより大とされている特許請求の範囲第
   ６項記載の中空糸型人工肺。 ９ 前記空気抜きポートが、着脱自在の通気性か
   つ菌不透過性のフイルターを有する空気抜きポー
   トである特許請求の範囲第１項ないし第８項のい
   ずれかに記載の中空糸型人工肺。