JP2002514101A - 統合型酸素注入・熱交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 熱交換装置（８）には、複数の波形正弦波の溝が片面あるいは両面上に設けられている。熱交換装置は、上端部に取り付けられるキャップ（３０）を有している。熱交換装置は、ハウジング（内壁１０および外壁１２）内に配置されている。熱交換装置の底端部はハウジングの底端部に結合され、かつキャップ（３０）を備える熱交換装置の頂端部はハウジングの頂端部から離れて設けられる。液体入口（２６）および出口（５８）は、熱交換装置の内面と流体が流通可能に連通するようになっている。血液入口（５４）および出口（４５）は、熱交換装置の外面と流体が流通可能に連通するようになっている。熱交換装置は、血液酸素注入室内を流れるの血液に酸素を供給する複数の浸透可能な中空繊維を備える血液酸素注入室（３８）とともに使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 統合型酸素注入・熱交換装置 発明の背景 この発明は、改良された熱交換装置および統合された血液用熱交換装置および 酸素注入装置およびこれらを製作し使用するための方法に関するもので、更に詳 細には、小型で、かつ改良された酸素注入および熱交換機能を備えた装置に関す るものである。 種々の形態の血液用酸素注入器および熱交換器が、従来の技術として知られて いる。血液用酸素注入器および熱交換器は、通常、心臓切開手術中に用いられ、 心肺バイパス回路に結合され、心臓と肺の機能に取って代わるものである。熱交 換器の一部は、心臓切開手術中に血液を冷やし、体温を低下させるために使用さ れるのが一般的である。体温を下げることにより、様々な生命維持器官の酸素需 要が顕著に減少する。手術終了間際には、血液は体温を上昇させるために温めら れる。 酸素注入中、酸素ガスが酸素を血液に供給するが、ある酸素注入器には二酸化 炭素を放出するものもある。２つの一般的な型の酸素注入器は、泡式酸素注入器 とメンブレン式酸素注入器である。泡式酸素注入器では、酸素を含んだ気泡が直 接血液に導かれる。通常、ガスを取り除く装置が、泡式酸素注入器の後に血液か らガス泡を取り除くのに使用されている。泡式酸素注入器の例が、米国特許第4, 374,088号および第4,637,917号明細書に開示されている。メンブレン式酸素注入 器では、酸素は透過性メンブレンの一側に沿って通過し、血液はもう一方の側に 沿って通過する。透過性メンブレンの吸入孔は十分な大きさを有しており、酸素 の分子がメンブレンを通過し、分解された酸素として血液の中に拡散されるのに 十分なほどである。しかしながら、吸入孔は血液が酸素の側に流れ込むことが出 来ないようにも十分に小さい。血液に酸素を供給する微小孔構造のメンブレンシ ートの一例として、血液がメンブレンシートの片側を流れ、酸素がもう一方の側 を流れるものが、米国特許第4,451,562号および第4,424,190号明細書に開示 されている。中空繊維メンブレンチューブも幾つも使用されているだろうが、酸 素はチューブの穴を通り抜け、血液はチューブの外側に沿って流れてしまう。中 空管メンブレン酸素注入器は、米国特許第4,948,560号明細書、再発行特許出願 第33,932号明細書、および再発行特許出願第4,639,353号明細書に開示されてい る。 発明の概要 この発明の好ましい実施形態の目的は、熱交換が行われる表面積の増加と熱交 換の継続時間増加である。更なる目的は、小型のハウジング内での酸素注入と熱 交換両者のために、増進された表面積を提供することにある。より一層の更なる 目的は、構造的な応力を減少させる熱交換器の構造を装置に供給することである 。 これらのそして他の目的および利点は、熱交換器が中空でかつ、内面、外面、 第１端部、および第２端部を有する、統合された熱交換器及び酸素注入器によっ て達成される。熱交換器は第１端部および第２端部を有するハウジングの中に配 置される。熱交換器の内面および外面の内の一つは複数の溝を有している。液体 入口および液体出口は、熱交換器の内面と流体が流通可能となるよう連通してい る。血液入口および血液出口は、熱交換器の外面と液体で流通している。熱交換 器キャップは、熱交換器の第２端部取り付けられている。好ましくは、熱交換器 キャップは、熱交換器の第２端部に蝋付けされている。 好ましい実施の形態では、熱交換器の溝は、縦方向で、波型（たとえば、正弦 波形状）をしており、溝が熱交換器の第１端部と第２端部との間で延設されてい る。好ましくは、波型の溝は、熱交換器の内面と外面の両方に設けられるべきで ある。好ましい実施の形態では、熱交換器の第１端部は、ハウジングの第１端部 について固定されている。熱交換器の第２端部および熱交換器キャップは、ハウ ジングの第２端部から一定の間隔をおいて設けてもよい。この方法だと、熱交換 器の第２端部は、ハウジングの第２端部について固定されず、それによって、ハ ウジングの第２端部での構造的な応力を著しく減少することができる。 好ましい実施の形態では、液体整流器は中空の熱交換器内に配置されている。 そのような場合には、液体入口および液体出口は、液体整流器と熱交換器の内面 とによって構成される空間と流体が流通可能となるよう連通している。一実施の 形態として、液体整流器が中空であり、液体入口および液体整流器の中空部は、 熱交換器の内面と流体が流通可能となるよう連通している。 熱交換器は血液用酸素注入器と一体化させることができる。一体化された装置 の好ましい実施の形態では、熱交換器の外面および血液出口は、血液用酸素注入 室と流体が流通可能となるよう連通している。好ましい実施の形態として、複数 の穴の開いている中空繊維は、第１端部開口部および第２端部開口部を有し、血 液用酸素注入室を介して延設されている。ガス入口は、第１ガスマニホルドとガ スが流通可能となるよう連通しており、第１ガスマニホルドは中空繊維の第１端 部開口部と連通している。第１仕切り板は、中空繊維の第１端部に詰められてい るウレタンで構成されているのが好ましく、第１ガスマニホルドと血液用酸素注 入室と間の流体が流通可能となることを防止している。ガス出口は第２ガスマニ ホルドと流体が流通可能となるよう連通しており、そこでは、第２ガスマニホル ドが、中空繊維の第２端部開口部とガスが流通可能となるよう連通している。第 ２仕切り板は、中空繊維の第２端部に詰められているウレタンで構成されている のが好ましく、第２ガスマニホルドと血液用酸素注入室との間の流体が流通可能 となるようことを防止している。 好ましい実施の形態では、血液用酸素注入室は、環状型をしており、ハウジン グ壁をとり囲んでいる。血液用酸素注入室、ハウジング、熱交換装置、および液 体整流器は、他のものの中に別のものを入れるといった、一連同軸のシェルを形 成している。好ましくは、統合された酸素注入器および熱交換装置が垂直状態に おいて、第１ガスマニホルド、第１仕切り板、熱交換器の第２端部、およびハウ ジングの第２端部が、装置の上端にあり、第２ガスマニホルド、第２仕切り板、 熱交換器の第１端部、およびハウジングの第１端部端が、装置の下端にあればよ い。 本発明のより詳細な説明が、以下の説明およびクレームでなされ、また添付の 図面に図示されている。 図面の詳細な説明 図１は、統合型酸素注入・熱交換装置２の一実施の形態を示す図であって、酸 素注入・熱交換装置２に移送される前に血液を濾過する血液リザーバを備えた装 置で使用されるものである。 図２は、図１の酸素注入・熱交換装置２の好ましい実施の形態の断面図である 。 図３は、図１の酸素注入・熱交換装置２の好ましい実施の形態の分解斜視図で ある。 図４は、図１の酸素注入・熱交換装置２の好ましい実施の形態の外観図である 。 図５は、正弦波状の溝を設けた熱交換装置材料の表面を示す図である。 図６は、熱交換装置の好ましい実施の形態の垂直断面図である。 図７は、熱交換装置のひだ状の正弦波表面の水平断面図である。 好ましい実施の形態の詳細な説明 図１から図７は、統合型酸素注入・熱交換装置２の好ましい実施の形態を示す 。以下の詳細な説明において、酸素注入・熱交換装置２の“頂部”、“底部”、 “上部”あるいは“下部”に付された符号、あるいはそれらの要素は、図に示す 構造物の配置に関して付され、また発明の範囲を制限しようとするものではなく 、そのような制限は別に要求されるものではない。 図１に示すように、酸素注入・熱交換装置２は好適には、静脈あるいは結合さ れた静脈と組み合わされて使用され、心臓切開リザーバ４は、静脈血を受け入れ て貯蔵し、受け入れられた血液を濾過するものである。リザーバ４からの濾過さ れた血液は、その後チューブ（図示なし）を通って酸素注入・熱交換装置２に移 送される。蠕動性のポンプ（図示なし）のようなポンプが、血液リザーバと酸素 注入・熱交換装置とを連結するチューブに適用することができる。ポンプは好適 には、酸素注入・熱交換装置に所望の圧力で血液を供給するように制御されてい る。 酸素注入装置および熱交換装置はしばしば、心臓切開手術のような手術方法に おいて体外血液循環中に使用される。動脈が無能力状態にある間、血液には酸素 が供給されなければならない。この目的のために、血液は患者から酸素注入部お よび熱交換部に移送される。酸素注入部において、酸素が血液に供給され、二酸 化炭素のような他のガスが血液から除去される。熱交換部において、血液は暖め られたり冷やされたりする。酸素注入装置および熱交換装置が血液に上記処理を 行った後、血液は患者に戻される。 酸素注入・熱交換装置の好ましい実施の形態は、図２〜図７に示す。図２およ び図３を参照すると、酸素注入・熱交換装置２は、組み立てに際して、４つの同 軸のシェルから構成されるように示すことができ、各シェルは上端部に向かって テーパー状に形成された実質的に円筒形のものである。一番内側のシェルは液体 整流器６である。二番目のシェルは環状の熱交換装置８であり、液体整流器６と 同軸で、かつ液体整流器６を取り囲むものである。三番目の環状のシェルは内ハ ウジング壁１０であり、熱交換装置８と同軸で、かつ熱交換装置８を取り囲むも のである。四番目の環状のシェルは図４にも示すように、円筒形の外ハウジング 壁１２であり、内ハウジング壁１０と同軸で、かつ内ハウジング壁１０を取り囲 むものである。ハウジングベース１４および下部マニホルド部材１６は４つの同 軸のシェルの下端（図２参照）に配置される。図１〜図４は垂直状態に置かれて いるものでの好ましい実施の形態を示す。ここに開示した好ましい実施の形態は 、図に示すような垂直状態に置かれているものに限定されるものではなく、水平 状態を含む種々の状態に置くことができるものである。 図２は４つの同軸のシェルがハウジングベース１４および下部マニホルド部材 １６に結合された状態を示す。熱交換部は、液体整流器６、熱交換装置８、およ び内ハウジング壁１０を備えている。酸素供給は内ハウジング壁１０と外ハウジ ング壁１２との間の空間で行われる。 図２および図３は、環状の外壁１５、環状の内壁１７、液体入口管２６、およ び液体出口管５８を有するハウジングベース１４の実施の形態を示す。図２およ び図３はまた、下環状壁１９を有する下部マニホルド部材１６を示す。下環状壁 １９は、環状外壁１８および環状内壁２０内で上向きに分岐している。好ましい 実施の形態において、ハウジングベース１４および下部マニホルド部材１６は、 互いに結合される別々の構成要素から形成される。ハウジングベースの外壁１５ は、下部マニホルド部材１６の下環状壁１９に取り付けられる。内ハウジングシ ェル１０の下端部は、下部マニホルド部材１６の内壁２０の上端部に取り付けら れる。外ハウジング壁１２の下端部は、下部マニホルド部材１６の外壁１８の上 端部に取り付けられる。 好ましい実施の形態において、外ハウジング壁１２、内ハウジング壁１０、下 部マニホルド部材１６(下環状壁１９、外壁１８、および内壁２０を備える)、お よびハウジングベース１４（環状の外壁１５および環状の内壁１７を備える）は 、互いに結合された別体のポリカーボネート構成要素である。他の実施の形態と して、これらの構成要素は一つの一体構成要素として形成、あるいは互いに結合 されたサブコンポーネントとして形成できる。さらにポリカーボネート以外の材 料が、ハウジング要素を形成するのに使用することができる。 図２および図３に示す好ましい実施の形態において、液体整流器６は中空で構 成され、一般に円筒形の壁２１、ベース２２、および内側の仕切空間２４を有す る円筒形のポリカーボネート部材である。図２は、液体整流器のベース２２が液 体入口２６と連通させるための中央開口部を有し、液体整流器６の内側の仕切空 間２４への液体流路を備えていることを示す。ベース２２は液体整流器６の底部 に取り付けられ、かつベース２２はつぎに液体入口２６に結合される。好ましい 実施の形態において、液体整流器６は頂点に向かって内側にテーパーをつけられ ている。すなわち、整流装置の壁２１の上端部は、壁２１の下端部の直径よりも 小さくなるように構成している。これは、液体整流器６の上側への熱交換装置８ の挿入を容易にし、製作を簡単にしようとするものである。他の実施の形態にお いて、液体整流器のベース２２および液体整流器の壁２１は、互いに結合された 二つの構成要素の代わりに、一つの一体成形体として形成することができる。ま た、さらに別の実施の形態において、液体入口２６は、液体整流ベース２２の中 心以外の場所に設けることができる。 熱交換装置８は、ステンレス鋼の板から形成され、鋼板の両面には、波状（た とえば、正弦波）の複数の溝を形成するようにひだがつけられている。これらの 波状（たとえば、正弦波）の複数の溝は、波状（たとえば、正弦波）の複数の液 体流路すなわちチャネル（溝）を構成するのに、内ハウジング壁１０の内面およ び液体整流器６の外面と連係しており、これについては以下で詳しく述べる。 図５を参照すると、波のような（たとえば、正弦波）溝が、縦方向に延びる鋼 熱交換装置８の板の両面に形成されており、熱交換装置８の頂郎から底部にかけ て波状の溝が形成されている。ひだのつけられた板は、円筒形を形成するように 丸められ、波模様の隆起部に沿ってレーザー溶接される。図７は、熱交換装置８ の両面に形成された溝の水平断面図である。熱交換装置はさらにテーパーがつけ られ、熱交換装置の下端部には、図２および図６に示すように、外側に張り出さ れた外部１１が設けられている。熱交換装置８の上端部９は、図６に示すように 、縁が曲げられている。 図２に示すように、熱交換装置８の底部フレア端１１は、ハウジングベース１ ４の外壁１５と内壁１７との間の環状の空間を満たすウレタンの埋め込み（pott ing）シール２８に結合される。熱交換装置８の頂部折曲端部９は、熱交換装置 キャップ３０とともに設けられている。好適には、熱交換装置キャップ３０は、 ステンレス鋼から作製され、熱交換装置８の頂部折曲端部９に高温で蝋付けされ る。図２および図６を参照すると、熱交換装置キャップ３０の外周回りには、環 状のギザギザ３１が形成されている。熱交換装置８の頂部折曲端部９は、熱交換 装置キャップ３０の環状のギザギザ３１と噛み合うように形成されている。熱交 換装置キャップ３０は、熱交換装置８の頂部折曲端部９に高温で蝋付けされてい る。この点で、熱交換装置キャップ３０は、接合面積を増加させ、それにより結 合力を増加させるために熱交換装置８の頂部折曲端部９の両側面（すなわち、内 側面と外側面）に高温で蝋付けされた表面を有する。好ましい実施の形態におい て、熱交換装置キャップ３０の頂部は、ウレタン樹脂３２（図２）で満たされて いる。この実施の形態における熱交換装置８のこの配置の一つの利点は、熱交換 装置８が比較的丈夫で、かつその位置を保持するのにハウジングにその上端部で 結合される必要がないことである。その代わりに、熱交換装置の上端部は、実際 には、ハウジングの上端部に関して“浮遊”している。ハウジングに熱交換装置 ８の上端部を結合しないことによって、アセンブリの上側部分に生じる応力によ る破損の恐れが著しく減少した。 さらに他の実施の形態において、熱交換装置８および熱交換装置キャップ３０ について他の構造が使用でき、熱交換装置８は種々の方法でハウジングに取り付 けることができる。他の実施の形態において、キャップ３０および熱交換装置８ は、鋼の一体成形から一体に形成することができる。さらに、適当な熱伝導性を 有する鋼以外の材料が、熱交換装置８およびキャップ３０を形成するのに使用す ることができる。さらに、熱交換装置８の表面は、のこぎりの刃形状、直線形状 、あるいは螺旋形状等のような、正弦波形状以外の溝でひだをつけることができ る。さらにまた、熱交換装置８の表面は、滑らかで、かつひだがつけられていな くてもよい。さらに他の実施の形態において、リブあるいはガイドレールのよう な構造物が、溝を形成するのに熱交換装置８の表面に取り付けられてもよい。溝 は、図示された好ましい実施の形態において、ひだにされた正弦波溝によって形 成されている。 図２に示す組み立てられた装置について、熱交換装置８は、液体整流器６の上 端および下端を越えて延びる上部４９および下部５３をそれぞれ備えている。液 体溝の第一組は、熱交換装置８の内面の正弦波溝と液体整流器６の外面との間の 空間に形成されている。液体溝の第二組は、熱交換装置８の外面の正弦波溝と内 ハウジング壁１０の内面との間の空間に形成されている。内ハウジング壁１０は 、環状のガスマニホルド１６の内壁２０から、熱交換装置８の外面に沿って丁度 熱交換装置８の上端部の下に延びている。 図３に示すように、好ましい実施の形態において、上端および下端をそれぞれ 有する４つの支柱３４は、熱交換装置８の上端を越えて内ハウジング壁１０の頂 部から延びている。支柱間に設けられた開口部は、以下に述べるように、血液の 流れに対して備えられたものである。凹面の内ハウジングキャップ３６は、支柱 ３４の上端部に取り付けられる。凹面の内ハウジングキャップ３６は、熱交換装 置キャップ３０に向かって下側方向に延びている。好ましい実施の形態において 、内ハウジングキャップ３６の凹面部３２は、熱交換装置キャップ３０の頂部を 満たすウレタン樹脂３２と接触するように下方向に延びている。内ハウジングキ ャップ３６は、熱交換装置キャップ３０の頂部での血液の収集を最小にするべく 、ウレタン樹脂３２と接触するように配置されている。 他の実施の形態として、内ハウジング壁１０から延びる支柱と支柱の間に開口 部が形成される代わりに、いろいろな形の支柱や開口部が、開口部を設けるため に内ハウジング壁１０に形成されてもよい。さらに、内ハウジングキャップ３６ 、 支柱３４、および内ハウジング壁１０は、互いに結合された別体の構成品から形 成されたり、あるいはまた、一体ものの構成品から形成されてもよく、ポリカー ボネートに限定されることなく、適当な材料から形成することができる。 図２について、環状の酸素注入室３８は、内ハウジング壁１０と外ハウジング 壁１２との間の空間に形成されている。望ましい実施の形態において、微小孔構 造の束の形成された膜、すなわち中空の繊維膜管が、各頂部端および底部端を有 し、環状の酸素注入室３８の長さ方向に延びている。血液に酸素を注入するのに 使用される中空の繊維管の例が、米国特許第4,948,560号明細書および米国特許 第4,659,549号明細書に開示されている。好ましい実施の形態として、中空の繊 維管は、マット（mat）に織り込まれたポリプロピレン製の中空繊維管から形成 されている。繊維マットは、約１ｃｍ離れて形成されるポリエステルの織り糸で 保持されている。好適には、二つのマットが使用され、一方が相補的な斜めの角 度でもう一方の上に置かれる。好ましい実施の形態として、マットの幅は約２０ ４μｍである。各中空管の壁の厚さは約５０μｍ、内径は約２８０μｍ、外径は 約３８０μｍ、そして最大の孔サイズは、２μｍ以下である。さらなる実施の形 態では、繊維マットおよび管について異なった適当な寸法、すなわち厚さ、内径 、外径、および管の孔のサイズについて異なる寸法を備えたものを使用すること ができ、またここで開示されたマットおよび管の寸法あるいは配列に限定される ものではない。 中空の繊維が、頂部端４０および底部端４２にはめ込まれている。中空の繊維 は、２μｍ以下の十分な孔サイズを有し、ガスの通過は許すが液体が孔を通過す ることを防止するような十分に小さい直径を有している。したがって、繊維はガ スに対して透過性を有するが、液体に対しては透過性を有しない、すなわち酸素 や二酸化炭素は繊維の壁を通過して移動することができるが、血液は通過するこ とができない。さらなる実施の形態において、酸素を移動させる方法の他の適当 な様式が環状の酸素注入室３８に設けられたり、シート型の膜、ひだ状の膜、お よび気泡式酸素注入装置を備えたものでもよいが、それらに限定されるものでは ない。しかしながら、図示した繊維膜の実施の形態について、環状の酸素注入室 ３８は、中空繊維のはめ込まれた頂端部４０と底端部４２によって自身の頂部と 底部が位置決めされている。また図４に示すように、血液出口４５は環状の酸素 注入室３８の底部近傍に設けられている。 好ましい実施の形態において、外ハウジング壁１２の上端および下端の内側面 、および内ハウジング壁１０の上端および下端の外側面はそれぞれ、中空の繊維 が埋め込まれた４０，４２複数の溝を有している。これらの溝は埋め込み部４０ ，４２に対してさらなる表面積を与え、それにより結合力を増加させ、かつ割れ 目の拡大に対して仕切りとして機能するものである。 図２、図３、および図４について、ハウジングキャップ４６は、外ハウジング 壁１２の上端部に結合されている。ハウジングキャップ４６はガス入口４８を有 する。上部環状ガスマニホルド５０は、ハウジングキャップ４６と繊維束４０の 頂部との間の空間に形成されている。繊維の中空内側は、ガスの流れとして上部 環状ガスマニホルド５０およびガス入口４８と連通している。下部環状ガスマニ ホルド４３は、下部マニホルド部材１６の環状の外側壁１８および環状の内側壁 ２０と繊維４２の底部との間の空間に形成されている。ガス出口４４（図２およ び図４）は、下部マニホルド部材１６に設けられ、かつ下部ガスマニホルド４３ に通じている。繊維の中空内側は、下部環状ガスマニホルド４３およびガス出口 ４４とガスの流れにおいて連通している。 図２に示すように、環状の血液入口マニホルド５２が、下部マニホルド部材１ ６の下部環状壁１９、熱交換装置８、および熱交換装置８の外面とハウジングベ ース１４の外壁１５との間におよぶウレタン樹脂２８部分の間の領域に形成され ている。血液入口５４（図４）は、下部マニホルド部材１６に設けられ、かつ血 液入口マニホルド５２に通じている。図２に示すように、下部液体室５６は液体 整流ベース２２、熱交換装置８の下部５３内面、ハウジングベース１４、および 熱交換装置８の内面とハウジングベース１４の内側壁１７との間におよぶウレタ ン樹脂２８部分によって形成されている。液体出口５８がハウジングベース１４ に設けられ、下部液体室５６に通じている。 図２および図４に示す好ましい実施の形態はまた、外ハウジング壁１２の上端 部近傍に設けられたガスベント６０を備えている。ガスベント６０は、環状のガ ス注入室３８を通って流れる血液からのベントガスについて、環状のガス注入室 ３８の上部とガス的に連通している。他のあるいは付加的なガスベントが、血液 からガスを逃がすのに用いられてもよい。 操作方法について図２を参照して説明すると、水（あるいは他の適切な液体） が外部（あるいは出口５８から再循環させる）から液体入口２６に、水（あるい は他の液体）を上方向に流しかつ液体整流器６の内部２４を実質的に満たすのに 十分な圧力で供給される。水は液体整流器６の上端部を越えて流れ、熱交換装置 ８の内側面上の正弦波形状溝と液体整流器１０の外側面とによって形成された曲 がりくねった液体用溝を通って下方向に流れる。水は下部液体室５６に向かって 下方向に流れ、液体出口５８を通って酸素注入・熱交換装置から出ていく。酸素 ガスの混合は、ガス入口４８（図２および図４）で装置によって行われる。酸素 ガスは上部環状ガスマニホルド５０内に流れ込み、繊維の中空部を通って流れて いく。酸素は繊維の孔を通過することができ、かつ環状の酸素注入室３８内で繊 維の外側を流れる血液によって吸収される。同様に、二酸化炭素のようなガス分 子が血液から放出され、繊維の中空部内側に入ってから、埋め込まれた繊維４２ を出て下部環状ガスマニホルド４３に向かって下側に流れる。それからガスはガ ス出口４４から外に出ていく。上記について注意すべき点は、血液中内のガスは また、ベント６０を通って環状の繊維室３０から出ていってもよいということで ある。 水および酸素ガスが別々の流路を通って装置内を流れろとき、血液は血液入口 ５４に供給される。血液が、血液リザーバ４（図１）のようなリザーバ、あるい は患者から直接、入口５４にもってこられてもよい。好適に、血液には環状血液 入口マニホルド５２内を流れるのに十分な圧力が備えられる。血液入口マニホル ド５２から、血液は熱交換装置８の外側面上の正弦波形状溝と内ハウジング壁１ ０の内側面とによって形成された曲がりくねった溝を通って上方向に流れる。血 液が熱交換装置８の外側面に沿って流れていく間に、熱が、血液と熱交換装置８ の材料を介して熱交換装置８の反対側を流れる液体との間で伝達される。もし血 液が暖められるようであれば、それは熱交換装置８に沿って血液と反対側を流れ る液体が血液よりも高い温度を有していることになる。もし血液が冷やされるよ うであれば、液体が血液よりも低い温度を有していることになる。 血液は内ハウジング壁１０の上部に向かって流れ、開口部を通過する。開口部 は繊維の中空部に酸素を供給する環状部下側に位置する支柱３４（図３）によっ て形成されている。酸素は繊維孔を通過することができ、かつ環状の酸素注入室 ３８内で繊維の外側を流れる血液によって吸収される。同様に、二酸化炭素のよ うなガス分子が血液から放出され、繊維の中空部内側に入ってから、埋め込まれ た繊維４２を出て下部環状ガスマニホルド４３に向かって下側に流れる。それか らガスはガス出口４４から外に出ていく。上記について注意すべき点は、血液中 内のガスはまた、ベント６０を通って環状の繊維室３０から出ていってもよいと いうことである。 水および酸素ガスが別々の流路を通って装置内を流れるとき、血液は血液入口 ５４に供給される。血液が、血液リザーバ４（図１）のようなリザーバ、あるい は患者から直接、入口５４にもってこられてもよい。好適に、血液には環状血液 入口マニホルド５２内を流れるのに十分な圧力が備えられる。血液入口マニホル ド５２から、血液は熱交換装置８の外側面上の正弦波形状溝と内ハウジング壁１ ０の内側面とによって形成された曲がりくねった溝を通って上方向に流れる。血 液が熱交換装置８の外側面に沿って流れていく間に、熱が、血液と熱交換装置８ の材料を介して熱交換装置８の反対側を流れる液体との間で伝達される。もし血 液が暖められるようであれば、それは熱交換装置８に沿って血液と反対側を流れ る液体が血液よりも高い温度を有していることになる。もし血液が冷やされるよ うであれば、液体が血液よりも低い温度を有していることになる。 血液は内ハウジング壁１０の上部に向かって流れ、開口部を通過する。開口部 は酸素注入室３８の下側に位置する支柱３４（図３）によって形成されている。 血液は、繊維の外側面に沿って環状の酸素注入室３８を通って下方向に流れる。 血液は、繊維に沿って流れるときに酸素が供給される。環状の酸素注入室３８の 底部に到達すると、血液は血液出口４５から出て、患者に戻される。 以上詳細に説明したように、本発明の好ましい実施の形態は、酸素注入装置と 熱交換装置の両方を一体型に統合したコンパクトなハウジングを備えている。好 ましい実施の形態は、波形に形成された血液用の溝を利用することによって、穏 やかな血液の流路を維持しながら熱交換が行われる表面を最大限にしている。熱 交換が行われる表面を最大限にすることは、付加的に熱交換工程（血液が熱交換 表面に沿って流れる時間）の継続時間を最大にすることであり、血液が所望の液 体温度に冷やされたり暖められたりするのを保証するためである。さらに望まし い実施の形態においては、複数の中空繊維管を使用することによって、酸素供給 が行われる表面を最大にしている。コンパクトかつ一体化された酸素注入・熱交 換装置を備える他の構造が使用できることはもちろん、上記に述べたもの以外の ものも使用することができる。一体化された酸素注入・熱交換装置の発明の範囲 は、ここで開示、図示された具体的な実施の形態に限定されるものではなく、添 付されたクレームおよびそれらと同等のものによってのみ構成されるべきもので ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 セント，ビュレント アメリカ合衆国 マサチューセッツ 01945 マーブルヘッド インディコット アベニュ １ (72)発明者 バックラー，ケニス イー アメリカ合衆国 マサチューセッツ 01844 メシューエン コンビネーション ストリート ９エー (72)発明者 イントッチャ，アルフレッド ピー アメリカ合衆国 ミネソタ 55347 エデ ン プレイリー キャンドルウッド パー クウェイ 17243 (72)発明者 ウェインステイン，マーティン ジェイ アメリカ合衆国 ノースキャロライナ 28214 シャーロット フォールズデール ドライブ 8934 (72)発明者 ラーメン，ヴェン アメリカ合衆国 マサチューセッツ 01701 フラミンガム ウッドメア ドラ イブ 34

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（ａ）第１端部および第２端部を有する中空のハウジングと、 （ｂ）内面、外面、第１端部、および第２端部を備え、前記内面および前記外面 のうち少なくとも一つは複数の溝を有し、熱交換装置が前記中空のハウジング内 に配置されかつ熱交換装置の第１端部が前記ハウジングについて固定される中空 の熱交換装置と、 （ｃ）前記熱交換装置の第２端部に結合された熱交換装置キャップであって、該 熱交換装置キャップおよび前記熱交換装置の第２端部が前記ハウジングの第２端 部から離れて配置される熱交換装置キャップと、 （ｄ）前記熱交換装置の内面と流体が流通可能に連通した液体入口と、 （ｅ）前記熱交換装置の内面と流体が流通可能に連通した液体出口と、 （ｆ）前記熱交換装置の外面と流体が流通可能に連通した血液入口と、 （ｇ）前記熱交換装置の外面と流体が流通可能に連通した血液出口と、 を備えることを特徴とする血液熱交換装置。 ２．前記ハウジングおよび前記熱交換装置が垂直状態に置かれた状態で、 前記ハウジングの第１端部および前記熱交換装置の第１端部が下端にあり、か つ前記ハウジングの第２端部および前記熱交換装置の第２端部が上端にあること を特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。 ３．前記熱交換装置の内面および外面の両面は、それぞれ複数の溝を有している ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。 ４．前記熱交換装置が、実質的に円筒形の熱交換装置を形成するように実質的に 平坦な二つの辺を互いに溶接することによって形成されていることを特徴とする 請求項１に記載の熱交換装置。 ５．前記溝が縦方向に存在する、すなわち波形の溝が前記熱交換装置の第１端部 と第２端部との間に延設することを特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。 ６．前記縦方向の波形溝が、正弦波形状を有することを特徴とする請求項５に記 載の熱交換装置。 ７．液体整流器が、前記熱交換装置の中空部に該熱交換装置の内面から所定間隔 をあけて配置され、前記液体入口および前記液体出口が、前記液体整流器と前記 熱交換装置の内面とによって構成された空間と流体が流通可能に連通したことを 特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。 ８．前記液体整流器が中空であり、前記液体入口が前記液体整流器の中空部に向 けて開口し、前記液体整流器の中空部と前記液体出口とが前記液体整流器と前記 熱交換装置の内面とによって構成された空間と流体が流通可能に連通したことを 特徴とする請求項７に記載の熱交換装置。 ９．（ａ）ｉ．第１端部および第２端部を有する中空のハウジング、 ｉｉ．内面、外面、第１端部、および第２端部を備え、前記内面および前記外 面のうち少なくとも一つは複数の溝を有し、熱交換装置の第１端部が前記ハウジ ングについて固定され、かつ熱交換装置が前記中空のハウジング内に配置される 中空の熱交換装置、 ｉｉｉ．前記熱交換装置の第２端部に結合された熱交換装置キャップであって 、該熱交換装置キャップおよび前記熱交換装置の第２端部が前記ハウジングの第 ２端部から離れて配置される熱交換装置キャップ、 ｉｖ．前記熱交換装置の内面と流体が流通可能に連通した液体入口、 ｖ．前記熱交換装置の内面と流体が流通可能に連通した液体出口、 ｖｉ．前記熱交換装置の外面と流体が流通可能に連通した血液入口、および ｖｉｉ．前記熱交換装置の外面と流体が流通可能に連通した血液出口を備えた 熱交換装置部と、 （ｂ）前記熱交換装置の外面と流体が流通可能に連通し、血液出口と流体が流通 可能に連通した血液酸素注入室と、 を備えることを特徴とする統合型酸素注入・熱交換装置。 １０．前記複数の溝が、前記熱交換装置の第１端部および第２端部との間に延設 される縦方向の波形溝であることを特徴とする請求項９に記載の統合型酸素注入 ・熱交換装置。 １１．前記熱交換装置の内面および外面の両面は、複数の溝を有していることを 特徴とする請求項９に記載の統合型酸素注入・熱交換装置。 １２．（ａ）第１端部、第２端部、およびそれぞれの端部に位置する開口部を有 し、前記血液酸素注入室を通って延設される複数の中空繊維と、 （ｂ）酸素ガス入口と、 （ｃ）酸素ガス出口と、 （ｄ）前記中空繊維の前記第１端部開口部と前記酸素ガス入口とをガスが流通可 能に連通した第１ガスマニホルドと、 （ｅ）前記血液酸素注入室と前記第１ガスマニホルドとの間と、前記中空繊維の 第１端部開口部と、の流体が流通可能に連通することを防止するための第１仕切 り板と、 （ｆ）前記中空繊維の第２端部開口部と前記酸素ガス出口とをガスが流通可能に 連通した第２ガスマニホルドと、 （ｇ）前記血液酸素注入室と前記第２ガスマニホルドとの間と、前記中空繊維の 第２端部開口部と、の流体が流通可能に連通することを防止するための第２仕切 り板と、 をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の統合型酸素注入・熱交換装置 。 １３．前記血液酸素注入室は環状で前記ハウジングを取り囲み、かつ前記中空の ハウジング、前記中空の熱交換装置、および前記血液酸素注入室は、一連同軸の シェルを形成することを特徴とする請求項１２に記載の統合型酸素注入・熱交換 装置。 １４．前記第１仕切り板が前記中空繊維の第１端部においてウレタン樹脂から形 成され、かつ前記第２仕切り板が前記中空繊維の第２端部においてウレタン樹脂 から形成されることを特徴とする請求項１２に記載の統合型酸素注入・熱交換装 置。 １５．液体整流器が、前記熱交換装置の中空部に該熱交換装置の内面から所定間 隔をあけて配置され、前記液体入口および前記液体出口が、前記液体整流器と前 記熱交換装置の内面とによって構成された空間と流体が流通可能に連通したこと を特徴とする請求項１２に記載の統合型酸素注入・熱交換装置。 １６．前記液体整流器が中空であり、前記液体入口が前記液体整流器の中空部に 向けて開口し、前記液体整流器の中空部と前記液体出口とが前記液体整流器と前 記熱交換装置の内面とによって構成された空間と流体が流通可能に連通したこと を特徴とする請求項１５に記載の統合型酸素注入・熱交換装置。 １７．前記第１ガスマニホルド、前記ハウジング第２端部、および前記熱交換装 置第２端部が垂直状態における上端で一致し、かつ前記第２ガスマニホルド、前 記ハウジング第１端部、および前記熱交換装置第１端部が垂直状態における下端 で一致することを特徴とする請求項１２に記載の統合型酸素注入・熱交換装置。 １８．（ａ）第１端部および第２端部を有する中空のハウジングと、 （ｂ）内面、外面、第１端部、および第２端部を備え、前記内面および前記外面 のうち少なくとも一つは複数の波形溝を有し、熱交換装置が前記中空のハウジン グ内に配置され、かつ固定される中空の熱交換装置と、 （ｃ）前記熱交換装置の内面と流体が流通可能に連通した液体入口と、 （ｄ）前記熱交換装置の内面と流体が流通可能に連通した液体出口と、 （ｅ）前記熱交換装置の外面と流体が流通可能に連通した血液入口と、 （ｆ）前記熱交換装置の外面と流体が流通可能に連通した血液出口と、を備えた 血液熱交換装置。 １９．前記ハウジングの第１端部および前記熱交換装置の第１端部が垂直状態に おける下端にあり、かつ前記ハウジングの第２端部および前記熱交換装置の第２ 端部が垂直状態における上端にあることを特徴とする請求項１８に記載の熱交換 装置。 ２０．前記複数の波形溝が縦方向に設けられ、かつ前記熱交換装置の第１端部お よび第２端部との間に延設されることを特徴とする請求項１８に記載の熱交換装 置。 ２１．前記熱交換装置の内面および外面の両面は、前記熱交換装置の第１端部お よび第２端部との間に延設される波形溝を有していることを特徴とする請求項１ ８に記載の熱交換装置。 ２２．液体整流器が、前記熱交換装置の中空部に該熱交換装置の内面から所定間 隔をあけて配置され、前記液体入口および前記液体出口が、前記液体整流器と前 記熱交換装置の内面とによって構成された空間と流体が流通可能に連通したこと を特徴とする請求項１８に記載の熱交換装置。 ２３．前記液体整流器が中空であり、前記液体入口が前記液体整流器の中空部に 向けて開口し、前記液体整流器の中空部と前記液体出口とが前記液体整流器と前 記熱交換装置の内面とによって構成された空間と流体が流通可能に連通したこと を特徴とする請求項２２に記載の熱交換装置。 ２４．（ａ）ｉ．第１端部および第２端部を有する中空のハウジング、 ｉｉ．内面、外面、第１端部、および第２端部を備え、前記内面および前記外 面のうち少なくとも一つは複数の波形溝を有し、熱交換装置が前記中空のハウジ ング内に配置され、かつ熱交換装置が前記ハウジングについて固定される中空の 熱交換装置、 ｉｉｉ．前記熱交換装置の内面と流体が流通可能に連通した液体入口、 ｉｖ．前記熱交換装置の内面と流体が流通可能に連通した液体出口、 ｖ．前記熱交換装置の外面と流体が流通可能に連通した血液入口、および ｖｉ．前記熱交換装置の外面と流体が流通可能に連通した血液出口を備えた熱 交換装置と、 （ｂ）前記熱交換装置の外面と流体が流通可能に連通した血液酸素注入手段を備 え、血液出口と流体が流通可能に連通した血液酸素注入室と、 を備えることを特徴とする統合型酸素注入・熱交換装置。 ２５．前記波形溝が縦方向に設けられ、かつ前記熱交換装置の第１端部および第 ２端部との間に延設されることを特徴とする請求項２４に記載の統合型酸素注入 ・熱交換装置。 ２６．前記熱交換装置の内面および外面の両面は、複数の波形溝を有しているこ とを特徴とする請求項２４に記載の統合型酸素注入・熱交換装置。 ２７．（ａ）第１端部、第２端部、およびそれぞれの端部に位置する開口部を有 し、前記血液酸素注入室を通って延設される複数の中空繊維と、 （ｂ）酸素ガス入口と、 （ｃ）酸素ガス出口と、 （ｄ）前記中空繊維の前記第１端部開口部と前記酸素ガス入口とをガスが流通可 能に連通した第１ガスマニホルドと、 （ｅ）前記血液酸素注入室と前記第１ガスマニホルドとの間と、前記中空繊維の 第１端部開口部と、の流体が流通可能に連通することを防止するための第１仕切 り板と、 （ｆ）前記中空繊維の第２端部開口部と前記酸素ガス出口とをガスが流通可能に 連通した第２ガスマニホルドと、 （ｇ）前記血液酸素注入室と前記第２ガスマニホルドとの間と、前記中空繊維の 第２端部開口部と、の流体が流通可能に連通することを防止するための第２仕切 り板と、 をさらに備えることを特徴とする請求項２４に記載の統合型酸素注入・熱交換装 置。 ２８．前記中空のハウジング、前記中空の熱交換装置、および前記血液酸素注入 室は、一連同軸のシェルを形成し、かつ前記血液酸素注入室は環状で前記ハウジ ングを取り囲むことを特徴とする請求項２７に記載の統合型酸素注入・熱交換装 置。 ２９．前記第２ガスマニホルド、前記第２仕切り板、前記熱交換装置第１端部、 および前記ハウジング第１端部が垂直状態における下端にあり、かつ前記第１ガ スマニホルド、第１仕切り板、前記ハウジング第２端部、および前記熱交換装置 第２端部が垂直状態における上端にあることを特徴とする請求項２７に記載の統 合型酸素注入・熱交換装置。 ３０．前記第１仕切り板が前記中空繊維の第１端部においてウレタン樹脂から形 成され、かつ前記第２仕切り板が前記中空繊維の第２端部においてウレタン樹脂 から形成されることを特徴とする請求項２７に記載の統合型酸素注入・熱交換装 置。 ３１．液体整流器が、前記熱交換装置の中空部に該熱交換装置の内面から所定間 隔をあけて配置され、前記液体入口および前記液体出口が、前記液体整流器と前 記熱交換装置の内面とによって構成された空間と流体が流通可能に連通したこと を特徴とする請求項２７に記載の統合型酸素注入・熱交換装置。 ３２．前記液体整流器が中空であり、前記液体入口が前記液体整流器の中空部に 向けて開口し、前記液体整流器の中空部と前記液体出口とが前記液体整流器と前 記熱交換装置の内面とによって構成された空間と流体が流通可能に連通したこと を特徴とする請求項３１に記載の統合型酸素注入・熱交換装置。