JPS63267367A - 中空糸型人工肺 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、体外血液循】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。

［従来の技術］ 従来、脱型人工肺としての中空糸型人工肺は、１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、機構上生体肺に非掌に近いも
のとして広く認識されている。

第１図は従来の中空糸型人工肺を用いた血液回路であり
、１は人工肺、２はポンプ、３は貯血槽、４は熱交換器
である。すなわち、従来の中空糸型人工肺１を用いる場
合には、ポンプ２を人工肺１より血液の流れ方向に見て
上流側（静脈側）に設けている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、ポンプを中空糸型人工肺よりも血液の流れ方
向に見て下流側に設けず、上記の如く上流側に設ける場
合には以下の■〜■の欠点がある。

■人］二肺に向けて強制的に血液を送ると、人下肺の内
圧が高まり、■中空糸膜と中空糸膜束の支持用隔壁材（
ポツティング材）との境界に剥離を生じ、そこから血液
が洩れたり、＠血球が破壊されるおそれがある。

■人工肺から生体に返血する際には、心臓の拍動に近似
したタイミングで血液を吐出する拍動流ポンプを用いる
ことが生体にストレスを与えないＬで好ましい、ところ
が、人工肺の上流側にこのポンプがある場合には、ポン
プを出た時点では拍動があっても、人工肺を通過する際
に拍動が消えてしまい、生体に瀉入する時には拍動がな
くなってしまう。

■ポンプから吐出される血液は新たに気泡を巻き込まな
いようにして生体に返血される必要がある。ところが、
ポンプの下流側に人工肺があると、そこで気泡を巻き込
んでしまうおそれがある。

そこで、上記■〜■の欠点を解消するため１人工肺をポ
ンプよりも血液の流れ方向に見て上流側に設け、患者と
人工肺との落差によって人工肺における血液の潅流を達
成する。いわゆる落差潅流を行なうことが望まれる。

ここで、Ｌ記落差潅流を行なう場合には、人工肺を含む
回路内圧の圧力損失を低減する必要があり、ハウジング
内に収納される中空糸膜の外側に血液を流し、かつ中空
糸膜の充填密度を低くすることが考えられる。

しかしながら、中空糸膜の充填密度を低くした場合には
、中空系膜の表面を流れる血液の流れと中空糸膜の表面
から離れた血液の流れとを生じ、ハウジング内を流れる
血液中に酸素の濃度勾配ができ人工肺の酸素加能を低下
する。

本発明は、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し、かつ人工肺の酸素加能を向上す
ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、多数の中空糸膜からなる中空糸膜束が筒状の
ハウジング内に収納されてなり、中空糸膜の内側に酸素
を含むガスが流れ、中空糸膜の外側を血液が泣れる人工
肺であって、前記ハウジングは軸方向の略中央部におけ
る内径を最小とし、その略中央部から両端部にかけての
内径を徐々に拡径して構成し、収納される中空糸膜束の
外径が前記ハウジング内壁に沿って変化し、中空糸膜束
の軸方向の略中央部において最も小さくなるよう構成し
たものである。

［作用］ 本発明によれば、中空糸膜束を収納するハウジングが軸
方向の略中央部における内径を最小とし、その略中央部
から両端部にかけての内径を徐々に拡径して構成され、
収納される中空糸膜束の外径が前記ハウジング内壁に沿
って変化し、中空糸膜束の軸方向の略中央部において最
も小さくなるように構成している。したがって、人工肺
内の圧力損失を低減して落差潅流を可能とし、かつ人工
肺の酸素加能を向上できる。これは以下の理由による。

中空糸膜束を絞らずに平行に配置すると血液は中空糸膜
に平行に流れ、層流が形成される（第８図（Ａ）　参照
）、すなわち、この場合には、中空糸膜表面を流れる血
液の流速は遅く、中空糸膜表面から距離が離れるほど血
液の流速が速くなり、結果として、血液中に酸素濃度の
勾配ができ好ましくない、このような濃度勾配ができな
いようにするためには中空糸膜束全体の充填密度を高く
する必要がある。しかしながら、充填密度を高くすると
酸素加能は向上するが、圧力損失が増大し、落差潅流を
行なうことができない。

そこで本発明の如く、中空糸膜束の中間部を絞ることに
より第８図（Ｂ）に示す通り血液の流れが中空糸膜の軸
に対して平行とならず交差するようになる。このため、
血液の流れに乱流が生じ。

層流が形成されず、酸素加能が向上する。よって酸素加
能を確保する状態下で中空糸膜の充填密度を低くするこ
とができ、結果として圧力損失を低くすることができる
。これにより、ポンプを使わない落差潅流が可能となる
。

なお、中空糸膜束の絞り方としてはハウジングの中間部
に第８図（Ｃ）に示す如くの突状部を設けるのではなく
、第８図（Ｄ）に示す如くハウジング内壁を中間部方向
に漸次縮径するのがよい。

これによりガス交換に寄与しないデッドボリュームを小
さくすることができる。

［実施例］ 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ＩＶ
−ＩＶ線に沿う断面図、第５図は第３図のＶ−Ｖ線に沿
う断面図、第６図は第３図のＶｌ−Ｖｌ線に沿う断面図
である。

第２図に示すように１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１人工肺１１、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（中空糸膜束）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、ヘッダ
ー２０．２１が接合されている。へ−７ダー２０の内面
と隔壁１８とは、中空糸膜１６の内部空間に連通ずるガ
ス波入室２２を画威し、ヘッダー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。ヘッダー２
１の内面と隔壁１９とは。

中空糸膜１６の内部空間に連通ずるガス流出室２４を画
成し、ヘッダー２１には酸素を含んでいたガス流出ボー
ト２５が形成されている。すなわち１人工肺１１にあっ
てはガス流入ボート２３かも供給される酸素、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
記ヘッダー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１１’２
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を画威し、ハウジング
１５の両端側には、それぞれ血液室２６に連通ずる血液
流入ポート２７および血液流出ボート２８が形成されて
いる。すなわち、人１１１＋ｔｉｌｌにあっては、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の軸方向中
間部分の内面より外方に拡張した内面であって、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
血液波路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
から遠ざかるに従って漸減し、血液流路２９からの血液
の分配量を集合体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、上記ハウジング１５の血液流出ポート２８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って、中空糸＋１９１
６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に向けて導入筒□□□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、血液波路３
０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、ハウジング１５の容積を過大として生体から
の体外血液循環績（プライミング容積）を過多とするこ
となく、生体の安全を確保する状態下で、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−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１ｊ）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、軸方向の略中央部における内
径を最小とし、その略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の外径がハウ
ジング１５の内壁に沿って変化し、その軸方向の略中央
部において最も小さくなるように絞っている。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って乱流状態の発生を促進
し、ガス交換効率を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・−パ状とされるとともに、
該テーパ状内面と、血清流路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って接続され
ていることから、プライミング時に排出されるべき空気
が、血液室２６内に滞溜することなく、ハウジング１５
の内面に沿って円滑に移動し、後述する空気抜きポート
３１から確実に璋出可能となっている。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、プ
ライミング時の空気がそれら突出部分Ｐ１．Ｐ２によっ
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
オレフィン系樹脂、例えばポリプロピレン、ポリエチレ
ンといったものからなり、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ずる
多数の細孔をイｆしている。細孔の内径は約１００〜１
０００　ｐ−１肉厚は約１０〜５０用、平均孔径は約２
００〜２０００人かつ空孔率は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、気体の移動が体積咬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
、拡散によって行なうシリコーン製膜等を用いるもので
あっても良い。

ところで、前記隔壁１８．１９は、以下のような遠心注
入法によって形成されている。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って目止めをした後
、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って、ハウジング１５の
長手方向に定めた回転中心口りに、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、血液流入ボート２７゜血液流出ポート
２８側から高分子ボッティング材を流入する。流し終っ
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
によって、隔壁１８．１９を形成している。したがって
隔壁１８．１９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。

なお、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内と連通ずる空気抜きポート３１を備えている。空
気抜きポー）３１には着脱自在の通気性かつ菌不透過性
のフィルター３２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・ 一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って排除される血液回路および人
工肺ｌｌ内の空気を外部に放出町俺とし、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。

次に、上記実施例の作用について説明する。

人工肺は、例えば関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交／■ｉｎの流量で取り出される。

まず人工肺ｌｌ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ボート２８から流入させ人
工肺ｌｌ内の血液室２６の全ての空気を除去する。この
際空気抜きボート３１（フィルター３２をはずす）には
貯血槽につながっているチューブを接続し、血液流出ボ
ート２８は、空気抜きボート３１と同様にチューブを接
続するか、またそうでない場合はキャップ等で封止する
０人工肺１１内の空気抜きが完了した後に、空気抜きボ
ー）３１にフィルター３２を装着しキャップ（図示しな
い）をして封止するや一定の落差（１ｍ程度）をもって
脱血された血液を人工肺１１の血液流入ボート２７から
流入させる。

流入した血液は血液流入ボート２７付近の中空糸１６の
外壁に当たるとともに１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Ｆ昇する。また、酸素、空気等の酸素を
含むガスがガス流入ボート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、
ガス流入ボート２５から外部に排出される。この際、血
液は中空糸＋１’Ｊ　ｌ　６を介してガス流入ボートか
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
ボート２８から流出し、貯血槽１２に貯留され、送血ポ
ンプ１３を介し熱交換器工４を通って適応温度に加温ま
たは冷却され人体に送血される。

しかして、上記実施例によれば、中空糸膜束としての集
合体１７を収納するハウジング１５が軸方向の略中央部
における内径を最小とされ、その略中央部から両端部に
かけての内径を徐々に拡径して構成され、収納される集
合体１７の外径がハウジング１５の内壁に沿って変化し
、集合体１７の軸方向の略中央部において最も小さくな
るように構成している。したがって、人工肺１１の圧力
損失を低減して落差潅流を可能とし、かつ人工肺１１の
酸素加能を向上できる。

すなわち、集合体１７の中間部を絞ることにより第８図
（Ｂ）に示した通り血液の流れが中空糸１ｌＩ２１６の
軸に対して平行とならず交差するようになる。このため
、血液の流れに乱流が生じ、暦法が形成されず、酸素加
能が向上する。よって、酸素加能を確保する状態下で中
空糸膜１６の充填密度を低くすることができ、結果とし
て圧力損失を低くすることができる。これにより、ポン
プを使わない落差潅流が可能となる。

したがって、患者と人工肺１１の落差による血液の潅流
すなわち落差潅流を可能とし、かつ人工肺１１の酸素加
能を向」ニすることができる。

［発明の効果］ 以−Ｌのように、本発明は、多数の中空糸膜からなる中
空糸膜束が筒状のハウジング内に収納されてなり、中空
糸膜の内側に酸素を含むガスが流れ、中空糸膜の外側を
血液が流れる人工肺であって、前記ハウジングは軸方向
の略中央部における内径を最小とし、その略中央部から
両端部にかけての内径を徐々に拡径して構成し、収納さ
れる中空糸膜束の外径が前記ハウジング内壁に沿って変
化し、中空糸膜束の軸方向の略中央部において最も小さ
くなるよう構成するようにしたものである。したがって
、患者と人工肺の落差による血液の潅流すなわち落差潅
流を可能とし、かつ人工肺の酸素加能を向上することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例に係る脱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Ｖ−Ｖ線に沿う断面図、第６図は第３図のＶｌ−Ｖｌ
線に沿う断面図、第７図は従来例に係る中空糸を人工肺
を示す断面図、第８図（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の詳細な
説明する模式図である。 １１・・・人工肺、 １５・・・ハウジング、 １６・・・中空糸膜。 １７・・・集合体、 １８．１９・・・隔壁、 ２３・・・ガス流入ボート。 ２６・・・血液室、 ２７・・・血液魔人ポート、 ２８・・・血清波山ボート、 ２９．３０・・・血液流路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）多数の中空糸膜からなる中空糸膜束が筒状のハウ
   ジング内に収納されてなり、中空糸膜の内側に酸素を含
   むガスが流れ、中空糸膜の外側を血液が流れる人工肺で
   あって、前記ハウジングは軸方向の略中央部における内
   径を最小とし、その略中央部から両端部にかけての内径
   を徐々に拡径して構成し、収納される中空糸膜束の外径
   が前記ハウジング内壁に沿って変化し、中空糸膜束の軸
   方向の略中央部において最も小さくなるよう構成したこ
   とを特徴とする中空糸型人工肺。
2. （２）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項に記載の中空糸型人工肺。