JP6745027B2 - Device for removing microbubbles in blood and cardiopulmonary system - Google Patents
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Description
本発明は、血液中のマイクロバブルを除去するための装置に関する。特に、体外循環中の血液中に混入したマイクロバブルの除去に好ましく使用することができるマイクロバブル除去装置に関する。更に、本発明は、当該マイクロバブル除去装置を備えた心肺システムに関する。 The present invention relates to a device for removing microbubbles in blood. In particular, the present invention relates to a microbubble removing device that can be preferably used for removing microbubbles mixed in blood in the extracorporeal circulation. Furthermore, the present invention relates to a cardiopulmonary system including the microbubble removing device.
心臓手術においては、患者の心臓を停止させ、その間の呼吸及び血液循環機能を代行するために、人工肺を含む体外血液循環回路が用いられる。近年、心臓手術において、血液中のマイクロバブルが患者の毛細血管を閉塞して梗塞を形成する、ガス状微小塞栓(Gaseous Microemboli;GME)が注目されている。これが、術後の記憶障害に代表される脳機能障害の原因であるといわれている。 In cardiac surgery, an extracorporeal blood circulation circuit, including an artificial lung, is used to arrest the patient's heart and act on behalf of the respiratory and blood circulation functions during that time. In recent years, in cardiac surgery, a gaseous microemboli (GME), in which microbubbles in blood occlude a capillaries of a patient to form an infarction, has attracted attention. This is said to be the cause of brain dysfunction represented by postoperative memory deficits.
血液中の気泡を除去する方法として、ガス交換部より下流側に気泡を除去するフィルタを設けた、フィルタ内蔵型人工肺が知られている(例えば特許文献1参照)。 As a method for removing air bubbles in blood, a filter-containing type artificial lung in which a filter for removing air bubbles is provided on the downstream side of the gas exchange unit is known (for example, see Patent Document 1).
人工肺に内蔵されるフィルタとしては、一般にスクリーンフィルタが用いられている。スクリーンフィルタの孔径を小さくすると、気泡の除去能は向上するが、血液の通過抵抗が増大する。このため、人工肺に内臓される一般的なフィルタでは、ガス状微小塞栓の原因とされる50μm以下のマイクロバブルを十分に除去することができない。 A screen filter is generally used as a filter incorporated in the artificial lung. When the pore size of the screen filter is reduced, the ability to remove bubbles is improved, but the passage resistance of blood is increased. Therefore, a general filter incorporated in the artificial lung cannot sufficiently remove the microbubbles of 50 μm or less, which are the cause of the gaseous microemboli.
本発明は、血液中のマイクロバブルの除去能に優れたマイクロバブル除去装置および心肺システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a microbubble removing device and a cardiopulmonary system having excellent ability to remove microbubbles in blood.
本発明の血液中のマイクロバブル除去装置は、血液流路が設けられたハウジング、及び、前記血液流路を流れる血液に接するように前記ハウジング内に設けられた中空糸膜を備えた除泡装置と、前記中空糸膜の内腔を減圧する減圧手段とを備える。前記血液流路の断面は円形である。前記中空糸膜は前記血液流路を横切るように配置されている。前記マイクロバブル除去装置は、血液とともに前記血液流路を流れるマイクロバブルを前記中空糸膜の前記内腔を減圧することにより除去するように構成されている。 The device for removing microbubbles from blood according to the present invention is a defoaming device including a housing provided with a blood channel and a hollow fiber membrane provided in the housing so as to come into contact with blood flowing through the blood channel. And a decompression means for decompressing the inner cavity of the hollow fiber membrane. The cross section of the blood channel is circular. The hollow fiber membrane is arranged so as to cross the blood channel. The microbubble removing device is configured to remove microbubbles flowing through the blood flow path together with blood by depressurizing the inner cavity of the hollow fiber membrane.
本発明の心肺システムは、患者から血液を脱血する脱血ラインと、前記脱血ラインを通じて脱血された血液を一時的に貯留する貯血槽と、前記貯血槽内の血液を送血する血液ポンプと、前記血液ポンプからの血液に対してガス交換を行う人工肺と、前記人工肺を通過した血液中のマイクロバブルを除去する上記の本発明のマイクロバブル除去装置と、前記マイクロバブル除去装置を通過した血液を患者に返血する返血ラインとを備える。 The cardiopulmonary system of the present invention comprises a blood removal line for removing blood from a patient, a blood reservoir for temporarily storing blood removed through the blood removal line, and blood for delivering blood in the blood reservoir. A pump, an artificial lung that performs gas exchange for blood from the blood pump, the microbubble removing device of the present invention that removes microbubbles in blood that has passed through the artificial lung, and the microbubble removing device And a blood return line for returning the blood passing through the patient to the patient.
本発明によれば、中空糸膜の内腔を減圧することにより、中空糸膜の内外間に圧力差を生じさせて、血液中の気体を除去する。これにより、一般的なフィルタでは除去することが困難なマイクロバブルも除去することができる。従って、本発明の除去装置および心肺システムは、血液中のマイクロバブルの除去能に優れている。 According to the present invention, by depressurizing the lumen of the hollow fiber membrane, a pressure difference is generated between the inside and the outside of the hollow fiber membrane to remove gas in blood. As a result, it is possible to remove micro bubbles that are difficult to remove with a general filter. Therefore, the removal device and the cardiopulmonary system of the present invention have excellent ability to remove microbubbles in blood.
本発明のマイクロバブル除去装置は、ハウジング内に血液流路が設けられた除泡装置を備える。血液流路を流れる血液に接するように、ハウジング内に中空糸膜が設けられる。中空糸膜に対して血液とは反対側の空間(即ち、中空糸膜の内腔)を減圧手段で減圧する。中空糸膜の内外間(即ち、血液(液体)側と気体側(内腔内)との間)の圧力差を利用して、血液中のマイクロバブルを構成する気体を選択的に除去するのである。中空糸膜を利用するので、一般的なスクリーンフィルタでは除去することが困難なマイクロバブルも除去することができる。従って、本発明の除去装置は、血液中のマイクロバブルの除去能に優れている。スクリーンフィルタを用いた場合に起こりうる、血液の通過抵抗が増大するという問題も、本発明では実質的に生じない。 The microbubble removing device of the present invention includes a defoaming device in which a blood flow path is provided in the housing. A hollow fiber membrane is provided in the housing so as to come into contact with blood flowing through the blood flow path. The space on the side opposite to the blood with respect to the hollow fiber membrane (that is, the inner cavity of the hollow fiber membrane) is decompressed by the decompression means. Since the pressure difference between the inside and outside of the hollow fiber membrane (that is, between the blood (liquid) side and the gas side (inside the lumen)) is utilized to selectively remove the gas that constitutes microbubbles in the blood. is there. Since the hollow fiber membrane is used, it is possible to remove microbubbles that are difficult to remove with a general screen filter. Therefore, the removing apparatus of the present invention is excellent in the ability to remove microbubbles in blood. The problem that the passage resistance of blood increases, which may occur when a screen filter is used, does not substantially occur in the present invention.
中空糸膜の内外間の圧力差を利用して血液中のマイクロバブルを除去する方法として、本発明とは異なり、血液(液体)側の圧力を増大させることにより、血液中の気体を中空糸膜を介して除去する方法が考えられる。しかしながら、血液を高圧にすることは、血液の圧力損失の増大や血球破壊(溶血)を招く可能性が高い。本発明では、中空糸膜の外側(血液(液体)側)を高圧にするのではなく、その内腔(気体側)を減圧する。このため、血液側を高圧にした場合の上記の問題が生じることなく、血液中のマイクロバブルを除去することができる。同時に、血液中の異物(血栓を含む)を中空糸膜に捕捉させて除去することもできるという付随的効果も有する。 As a method for removing microbubbles in blood by utilizing the pressure difference between the inside and outside of the hollow fiber membrane, unlike the present invention, the pressure in the blood (liquid) side is increased to remove the gas in the blood from the hollow fiber. A method of removing it through a film can be considered. However, increasing the pressure of blood is likely to cause an increase in blood pressure loss and blood cell destruction (hemolysis). In the present invention, the outside (the blood (liquid) side) of the hollow fiber membrane is not made to have a high pressure, but the lumen (gas side) thereof is depressurized. Therefore, it is possible to remove the microbubbles in the blood without causing the above-mentioned problems when the blood side has a high pressure. At the same time, it has an additional effect that foreign substances (including thrombus) in blood can be captured and removed by the hollow fiber membrane.
中空糸膜は、多数の微細孔が形成された多孔性膜であり、中空の円筒形状を有している。中空糸膜の微細孔を、気体は通過できるが、液体(血液)は通過することができない。中空糸膜の血液と接する面の面積や気液分離特性(例えば、微細孔の開口径や開口度など)は、制限はなく、血液流量やマイクロバブルの混入量等に応じて適宜設定し得る。 The hollow fiber membrane is a porous membrane having a large number of fine pores formed therein and has a hollow cylindrical shape. Gas can pass through the fine pores of the hollow fiber membrane, but liquid (blood) cannot pass through. The area of the surface of the hollow fiber membrane that comes into contact with blood and the gas-liquid separation characteristics (for example, the opening diameter and opening degree of the micropores) are not limited, and can be set appropriately according to the blood flow rate, the amount of microbubbles mixed, and the like. ..
一実施形態では、中空糸膜は、多数の中空糸膜からなる中空糸膜束の形態で用いうる。中空糸膜束は、血液流路を横切るように配置されうる。血液は、中空糸膜間を通過する。中空糸膜の内腔が前記減圧手段で減圧される。この実施形態によれば、小型且つ簡単な構成で、マイクロバブルの除去能に優れた除泡装置を実現できる。中空糸膜束は、人工肺において血液に対してガス交換を行う部材として広く使用されている。人工肺用の中空糸膜束を、そのまま、若しくは軽微な設計変更を行って、除泡装置の気液分離膜として利用しうる。 In one embodiment, the hollow fiber membranes may be used in the form of hollow fiber membrane bundles composed of multiple hollow fiber membranes. The hollow fiber membrane bundle can be arranged so as to cross the blood flow path. Blood passes between the hollow fiber membranes. The lumen of the hollow fiber membrane is decompressed by the decompression means. According to this embodiment, it is possible to realize a defoaming device having a small and simple structure and excellent in the ability to remove microbubbles. Hollow fiber membrane bundles are widely used as members that exchange gas with blood in artificial lungs. The hollow fiber membrane bundle for the artificial lung can be used as it is or after making a slight design change, as a gas-liquid separation membrane of a defoaming device.
一実施形態では、中空糸膜の一端が封止され、中空糸膜の他端が減圧手段に連通される。この実施形態によれば、簡単な構成で中空糸膜の内腔を減圧することができる。 In one embodiment, one end of the hollow fiber membrane is sealed and the other end of the hollow fiber membrane is in communication with the pressure reducing means. According to this embodiment, the inner cavity of the hollow fiber membrane can be decompressed with a simple structure.
一実施形態では、減圧手段は、中空糸膜の内外間の圧力差が50kPa以上、更には80kPa以上になるように、中空糸膜の内腔を減圧する。中空糸膜の内外間の圧力差が大きいほど、マイクロバブルの除去能が向上する。上述したように、本発明では血液側を高圧にしてマイクロバブルを除去するものではないので、上記の圧力差が大きくなっても血液の圧力損失の増大や血球破壊は生じない。圧力差の上限は、制限はないが、好ましくは200kPa以下、更に好ましくは150kPa以下である。圧力差がこれより大きいと、マイクロバブルの除去能が期待するほど向上しないばかりか、このような圧力差を実現するためにコストが増大する。 In one embodiment, the decompression unit decompresses the inner cavity of the hollow fiber membrane so that the pressure difference between the inside and the outside of the hollow fiber membrane is 50 kPa or more, and further 80 kPa or more. The larger the pressure difference between the inside and the outside of the hollow fiber membrane, the better the ability to remove microbubbles. As described above, according to the present invention, the blood side is not made to have a high pressure to remove the microbubbles. Therefore, even if the above-mentioned pressure difference becomes large, an increase in blood pressure loss and blood cell destruction do not occur. The upper limit of the pressure difference is not limited, but preferably 200 kPa or less, more preferably 150 kPa or less. If the pressure difference is larger than this, not only the removal ability of the microbubbles does not improve as expected, but also the cost for realizing such a pressure difference increases.
減圧手段としては、上記の圧力差を実現することができれば、制限はないが、例えば、公知の真空ポンプやローラポンプ等を用いうる。公知の圧力計(例えば、マノメータ)を用いて中空糸膜の内外間を所望の圧力差に制御しうる。 The pressure reducing means is not limited as long as the above pressure difference can be realized, but for example, a known vacuum pump, roller pump, or the like can be used. A known pressure gauge (for example, a manometer) can be used to control the pressure difference between the inside and the outside of the hollow fiber membrane.
以下に、本発明を好適な実施形態を示しながら詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。以下の説明において参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施形態を構成する主要部材を簡略化して示したものである。従って、本発明は以下の各図に示されていない任意の部材を備え得る。また、本発明の範囲内において、以下の各図に示された各部材を変更または省略し得る。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments. However, it goes without saying that the present invention is not limited to the following embodiments. Each drawing referred to in the following description is a simplified view of main members constituting an embodiment of the present invention for convenience of description. Accordingly, the present invention may include any member not shown in the figures below. Further, within the scope of the present invention, each member shown in each of the following drawings may be changed or omitted.
図1は、本発明の一実施形態に係るマイクロバブル除去装置を構成する除泡装置10の斜視図であり、図2は、その断面図である。
FIG. 1 is a perspective view of a
除泡装置10は、複数の部材を組み合わせて構成された略直方体形状のハウジング11を備える。図2に示されているように、ハウジング11内に、断面が円形である血液流路12が、水平方向に沿って形成されている。血液流路12は、ポリウレタン樹脂またはエポキシ樹脂等からなるシール材を用いて形成されたシール部13によって規定される。血液流路12の両端に対応するハウジング11の後ろ壁及び前壁には、血液導入ポート15及び血液導出ポート16が設けられている。血液導入ポート15及び血液導出ポート16は、血液流路12の円形断面の中央部に開口するように配置されている。血液Bは、血液導入ポート15を通ってハウジング11内に流入し、血液流路12を流れ、血液導出ポート16を通ってハウジング11外に流出する。
The
ハウジング11内に除泡部20が設けられている。除泡部20は、多数(例えば50〜100層)の中空糸膜21を積層して形成された中空糸膜束22を備える。中空糸膜21としては、例えば、ポロプロピレンからなる多孔質中空糸膜を用いうる。中空糸膜21は、上下方向に配向されて血液流路12を横切るように血液流路12上に配置され、その両端部分はシール部13で保持されている。多数の中空糸膜21の下側の開口はシール部13で封止され、上側の開口は、シール部13とハウジング11との間に設けられた減圧室23に連通している。減圧室23は、ハウジング11の上壁に設けられた脱気ポート25に連通している。脱気ポート25は減圧手段(例えば真空ポンプ、図示せず)に接続される。
A
除泡装置10は、体外血液循環回路上に設けられて、心肺システムを構成しうる。除泡装置10が組み込まれる体外血液循環回路の構成は任意であり、公知の体外血液循環回路であってもよい。心肺システムの一実施形態は、患者の静脈に接続されて患者から血液を脱血する脱血ラインと、脱血ラインを通じて脱血された血液を一時的に貯留する貯血槽と、貯血槽内の血液を送血する血液ポンプと、血液ポンプからの血液に対してガス交換を行う人工肺と、人工肺を通過した血液中のマイクロバブルを除去する本発明のマイクロバブル除去装置と、患者の静脈に接続されてマイクロバブル除去装置を通過した血液を患者に返血する返血ラインとを備える。貯血槽、血液ポンプ、人工肺の構成は、制限はなく、例えば公知のものであってもよい。好ましくは、人工肺を通過した血液が除泡装置10の血液導入ポート15に流入し、血液導出ポート16から流出した血液が返血ラインを通じて患者に戻るように構成される。心肺システムの最終段(即ち、返血ラインの直前)に除泡装置10を組み込むことにより、患者に返血される血液中のマイクロバブルを可能な限り少なくすることができるので、ガス状微小塞栓が発生する可能性を効果的に低下させることができる。
The
上述したように、人工肺を通過した血液がマイクロバブルを含む場合がある。このような血液は、除泡部20を構成する中空糸膜21間の隙間を通過する。中空糸膜21の内腔(減圧空間)は、減圧手段によって減圧されている。中空糸膜21には多数の微細孔が設けられている。微細孔の開口径は非常に小さい(例えば0.02μm)ので、血液はその表面張力によって微細孔を通過することはできないが、血液中のマイクロバブルを構成する気体は、微細孔を通過することができる。このため、血液中の気体は、微細孔を通って中空糸膜21の内腔に流入し、減圧室23、脱気ポート25を通過して除泡装置10外に排出される。このようにして血液中のマイクロバブルを除去することができる。更に、血液中の異物を中空糸膜21に捕捉させて除去することもできる。
As described above, blood that has passed through the oxygenator may contain microbubbles. Such blood passes through the gap between the
血液が、貯血槽(リザーバ)及び除泡装置10を順に流れる血液回路を構成した。この回路に、Hb=12.0〜12.5g/dL、温度37.0度に調製された牛血液を、血液ポンプを用いて5.0L/minで流した。貯血槽の上流側で血液中にエアを500mL/minで混入させた。エアが混入した血液は、貯血槽に流入し、貯血槽内に設けられたスクリーンフィルタを通過した後、除泡装置10に流入した。除泡装置10の上流側(即ち、貯血槽と除泡装置10との間)、及び、除泡装置10の下流側の2箇所で、血液中の気泡数をバブルカウンタで計測した。
Blood constituted a blood circuit in which the blood successively flows through the blood reservoir (reservoir) and the
除泡装置10は、図1及び図2に示す構成を有し、ポロプロピレンからなる多孔質中空糸膜(微細孔の開口径0.02μm)が100層積層された中空糸膜束22を有していた。脱気ポート25を真空ポンプに接続し、減圧室23の圧力を、0kPa(減圧なし)、−68kPa、−100kPaの3通りに減圧し、それぞれの場合の気泡数を計測した。
The
除泡装置10の上流側での血液中の気泡数は約130個でほぼ一定であった。これに対して、除泡装置10の下流側での血液中の気泡数は、減圧しない場合には50〜60個であったのに対して、減圧室23を−68kPaに減圧した場合には約30個、減圧室23を−100kPaに減圧した場合には約10個であった。
The number of bubbles in the blood on the upstream side of the
この結果から、中空糸膜に対して血液側とは反対側を減圧することにより、血液中の気泡(マイクロバブル)を除去することができることが確認された。 From this result, it was confirmed that air bubbles (micro bubbles) in blood can be removed by reducing the pressure on the side opposite to the blood side with respect to the hollow fiber membrane.
本発明は、血液中のマイクロバブルの除去能に優れることから、患者に返血するラインを有する体外血液回路に利用することができる。特に、血液中にマイクロバブルが混入しやすい心臓手術で使用される体外血液循環回路に好ましく利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has an excellent ability to remove microbubbles in blood, and thus can be used in an extracorporeal blood circuit having a line for returning blood to a patient. In particular, it can be preferably used for an extracorporeal blood circulation circuit used in heart surgery in which microbubbles are easily mixed in blood.
10 除泡装置
11 ハウジング
12 血液流路
21 中空糸膜
22 中空糸膜束
10
Claims (4)
前記中空糸膜の内腔を減圧する減圧手段とを備えたマイクロバブル除去装置であって、
前記血液流路の断面は円形であり、前記中空糸膜は前記血液流路を横切るように配置されており、
前記マイクロバブル除去装置は、血液とともに前記血液流路を流れるマイクロバブルを前記中空糸膜の前記内腔を減圧することにより除去するように構成されていることを特徴とする血液中のマイクロバブル除去装置。 A housing provided with a blood channel, and a defoaming device provided with a hollow fiber membrane provided in the housing so as to come into contact with blood flowing through the blood channel,
A microbubble removing device comprising: a depressurizing means for depressurizing the lumen of the hollow fiber membrane,
The cross section of the blood channel is circular, the hollow fiber membrane is arranged to cross the blood channel ,
The microbubble removing device is configured to remove microbubbles flowing through the blood flow path together with blood by depressurizing the inner cavity of the hollow fiber membrane. apparatus.
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