JP2003111837A - 中空糸膜型人工肺 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気泡を除去可能な人工肺を提供する。 【解決手段】中空糸膜を介して酸素あるいは酸素を主体
とするガスを流通させず血液中の気泡を除去する気泡除
去部と、中空糸膜を介して酸素あるいは酸素を主体とす
るガスを流通させて血液のガス交換を行う酸素加部とを
同一のハウジング内に備えることを特徴とする中空糸膜
型人工肺。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は中空糸膜型人工肺に
関し、より詳しくは、気泡除去部を備えた中空糸膜型人
工肺に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、体外で血液を循環させるための
装置として、体外血液循環回路が知られており、このよ
うな体外血液循環回路の利用例の一つとして、人工心肺
用血液回路がある。人工心肺回路の一例では、回路を形
成するチューブが、患者の脱血口から順次、血液リザー
バ（貯血槽）、送血ポンプ、熱交換器、人工肺と接続さ
れ、最終的に患者の送血口に接続される。このチューブ
を通じて血液が循環し、人工肺において静脈血の酸素富
化及び炭酸ガス除去が行われる。

【０００３】このような人工肺としては、処理膜とし
て、中空糸膜を使用した構造の中空糸膜型人工肺が知ら
れている。この人工肺は、容器内に、中空糸膜により互
いに隔てられた血液流路とガス流路とが形成され、上記
中空糸膜を介して血液（静脈血）とガス（酸素或いは酸
素を主体とするガス）とを接触させ、血液中に酸素を加
えると同時に血液中の炭酸ガスを排出させるものであ
る。ここで用いられる中空糸膜は、その膜面を気体は透
過できるが、血液などの液体は透過できないものとなっ
ている。

【０００４】例えば、特表平７−５０９１７２号公報に
は、図２に示すような、円筒状ハウジング１と、その内
部中央に位置し、センターコア２と、そのセンターコア
２の回りにガス交換膜からなる多数の中空糸３ａ、・・
・を束ねてなる中空糸集束体３が収納された人工肺が開
示されている。中空糸収束体３の両端部はポリウレタン
樹脂等のポッティング材４により、中空糸３ａ、・・・
の中空部を開口状態に保ったまま円筒状ハウジング１の
内面に固定されている。すなわち、中空糸膜は気体は通
すが、液体を通過させず、従って、中空糸３ａ、・・・
の両端部のポッティング材４，４間の中空糸外部の空間
は中空糸膜壁、ポッティング材４，円筒状ハウジングに
より、中空糸内部に連通する空間とは液密に隔てられて
いる。

【０００５】円筒状ハウジング１の両端にはキャップ
５，６が取り付けられており、上側のキャップ５には酸
素加用気体入口７が、下側のキャップ６には酸素加用気
体出口８が形成されている。図２の人工肺においては、
センターコア２は内部が中空となっており、また、下側
キャップ５の外側には熱交換器９が連結され、この熱交
換器９は下側のキャップ６を貫通する血液入口１０を介
してセンターコア２の内部中空部と連通されている。な
お、円筒状ハウジング１の壁面下部には血液流出部１１
が設けられている。

【０００６】上記人工肺では、熱交換器９により適切な
温度とされた血液（静脈血）が血液入口１０を介してセ
ンターコア２の中空部に導かれる。そして、センターコ
ア２に導かれた血液は、更にセンターコア２上端開口部
２ａから該センターコア２の外周に形成された縦溝２ｂ
を介して中空糸集束体３の内表面側に達し、中空糸３
ａ、・・・同士の間の隙間を通過しながら中空糸集束体
３の外表面に至る。

【０００７】一方、酸素ガス或いは酸素を主体とするガ
スは、酸素加用気体入口７から上側のキャップ５内に流
入し、中空糸３ａの上側の開口部を通ってそれぞれの中
空糸３ａ、・・・内部に流入する。このようにして、中
空糸３ａの外側を血液が流れ、中空糸３ａの内部を酸素
ガス或いは酸素を主体とするガスが流れる。中空糸３
ａ、・・・は上述のように気体透過性であるので、中空
糸膜面両側の酸素分圧差により、中空糸３ａ、・・・内
の酸素が中空糸膜面を透過して外部に移動し、血液中に
拡散する。これと同時に、二酸化炭素分圧差により、血
液中の二酸化炭素が中空糸膜面を透過して中空糸３ａ、
・・・内部に移動し、ここを流れるガス中に拡散してガ
ス交換が行われる。中空糸収束体３を通過した血液は、
血液出口１１から外に出て、最終的には患者送血口を経
由して患者体内に送り込まれる。中空糸３ａ中空部を通
過した酸素加用気体は、下側のキャップ６内にいたり、
そこから酸素加用気体出口８を経由して外側に排出され
る。

【０００８】体外循環回路に気泡が混入する場合は血液
リザーバの液面が下がり送血ポンプで気泡を吸って送
る、あるいは脱血ラインから気泡が混入するなどであ
る。ところで、体外循環回路において気泡や異物、たと
えば凝固血などが血液中に混入して、そのまま患者体内
に戻ると重篤な塞栓症等を生じるおそれがあるので、気
泡や異物を除去する必要がある。このため、上記のよう
な人工肺を用いた体外血液循環回路のいずれかの位置に
動脈フィルタを設け、異物をトラップすることが行われ
ている。又、図２に示した人工肺は、血液出口１１を円
筒状ハウジングの壁面下部に設けて血液中に含まれる気
泡が血液に随伴して血液出口１１から出ていかないよう
にし、円筒状ハウジング内にたまった気泡を円筒状ハウ
ジング壁面上部に設けた開口１２から抜くことができる
ような工夫もなされている。

【０００９】また、特開平９−２０１４１２号には、体
外循環回路などに付着又は発生した気泡を循環回路内で
除去するための図３に示すような気泡除去装置が開示さ
れている。この気泡除去装置は、概略円筒状で、下方に
向けて漸次拡径された本体２１が立設され、その頂部開
口には液体導入ノズル２２を有する蓋部材２３が嵌合さ
れ、本体２１の底部近傍の側面に液体導出ノズル２４が
設けられている。本体２１の底部開口には、減圧用ノズ
ル２５が付設された底部材２６が嵌合されている。本体
２１の内部に概略砲弾状の芯体２７が設けられ、その下
端部は本体２１の底部内壁とこの芯体底部との間隙を封
止する樹脂部材２８によって支持固定されている。芯体
２７の外表面と本体２１の間の空隙が液相部２９が形成
され、液相部２９内に中空糸膜３０が配設されている。

【００１０】この中空糸膜３０は上述の人工肺における
中空糸膜と同様、その膜面を気体は透過できるが、血液
などの液体は透過できないものとなっている。この中空
糸膜３０の端は、樹脂部材２８を貫通して底部材２６の
内部空間に開放されている。減圧用ノズル２５から中空
糸膜内部を減圧にし、液体導入ノズル２２から気泡を含
んだ液体を導入すると、気泡を含んだ液体は、液相部２
９に入り、中空糸膜３０の面に均等に接触し、液体中の
気泡は中空糸膜３０を透過して中空糸膜３０内部に吸引
される。中空糸膜３０に接触して気泡が吸引された液体
は中空糸膜３０同士の間隙を通過して液体導出ノズル２
４から、気泡を含まない液体として導出される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述のような人工肺
は、血液流出部１１を円筒状ハウジングの壁面下部に設
ける等の工夫はなされているものの、気泡を積極的に除
去するものではない。人工肺に用いられる中空糸は、通
常ポリプロピレンなどのポリオレフィン製多孔質中空糸
膜、或いは長時間使用が可能になるなどの利点から、こ
の表面にシリコーン樹脂などの疎水性被膜を形成したも
のが用いられている。中空糸膜の表面が疎水性であり、
気泡それ自体は疎水性であるため、血液などの親水性液
体中の気泡は疎水性である中空糸膜表面に付着しやす
い。人工肺においては、酸素が消費され、炭酸ガスがた
まった血液が次々と中空糸膜面に接触することにより、
中空糸膜面に接触した血液と中空糸内部の酸素或いは酸
素を主体とするガスとの間でガス交換が行われ、これに
より血液の酸素加と脱炭酸ガスが行われる。中空糸膜に
気泡が付着すると、一旦中空糸膜表面に付着した気泡
は、容易には脱離せず、図２に示すような開口１２を円
筒状ハウジング壁面上部に設けて人工肺内にたまった気
泡を除去するのは容易ではなく、気泡がたまりすぎる
と、血液に随伴して血液流出部１１から出て、患者体内
に入ってしまうおそれがある。

【００１２】これを防ぐため、図３に示すような気泡除
去装置を体外循環回路に設ければ、気泡除去を行うこと
ができるが、気泡除去のためだけにこのような装置を回
路中に設けなければならず、回路が複雑となり、煩雑な
操作をも必要とし、また、気泡除去装置は気泡を除去す
るためだけの装置であるので、血液中に異物が混入した
場合に備えてこれをトラップするため、更に動脈フィル
タを用いる必要がある。これらを体外循環回路中に設け
ると、回路使用にあたってのプライミングボリュームを
増加し、装置通過のための抵抗が増えるので圧力損失も
増加する。そこで、人工肺自体で気泡が除去できると、
人工肺を用いた体外循環回路の構成が簡略化され、回路
組み立て操作も容易となり、プライミングボリュームも
圧力損失も小さくすることができる。更に、ある程度以
上の大きさの異物もトラップできれば好適である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は気泡を除去可能
な人工肺を提供することにある。すなわち、本発明の要
旨は、中空糸膜を介して酸素あるいは酸素を主体とする
ガスを流通させず血液中の気泡を除去する気泡除去部
と、中空糸の膜面を介して酸素あるいは酸素を主体とす
るガスを流通させて血液のガス交換を行う酸素加部とを
同一のハウジング内に備えることを特徴とする中空糸膜
型人工肺にある。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の中空糸膜型人工
肺の一実施形態を示す。なお、本発明の実施の形態の構
成要素の中で、従来例で説明した構成要素と同一の構成
要素については同一の符号を付して説明を簡略化する。
図１に示した人工肺は、センターコア２を有する円筒状
のハウジング１の、センターコア２の回りに、気泡除去
部を構成する中空糸集束体（Ａ）１３と、酸素加部を構
成する中空糸集束体（Ｂ）１４とが、中空糸集束体
（Ａ）１３がセンターコア２側に配置されるように一体
となって筒状に集束されて収納されている。一体となっ
た中空糸集束体（Ｃ）１２の両端部はセンターコア２と
ともに例えばウレタン樹脂からなるポッティング材４，
４によって固定されるとともにハウジング１の内壁面に
気密にシールされている。 中空糸集束体（Ａ）１３の
上側の端部が陰圧接続口１５に連通する空間に開口して
おり、下側の端部は封止されている。この封止はポッテ
ィング材で下側の中空糸束端部を埋め尽くしてもよく、
専用の、出口を有さない蓋で封止してもよい。中空糸集
束体（Ｂ）１４の一方の端部（図１では上側）が酸素加
用気体入口７に連通する空間に、他方の端部（図１では
下側）が酸素加用気体出口８に連通する空間にそれぞれ
開口している。センターコア２の下部のポッティング部
４にはセンターコア外周につながる血液入口１０がポッ
ティング部４を貫通して設けられており、円筒状ハウジ
ング１の側壁上部には血液出口１１が設けられている。

【００１５】センターコア２は下から上に向けて径が大
きくなっており、センターコア２の外周面には、センタ
ーコアの軸方向に沿って延在するリブ（図示せず）が複
数本８例えば８本程度）配置されている。リブの高さは
センターコア上部が低く、下部では高くなっていて、リ
ブ先端を通る外周円の径はセンターコアの上部から下部
まで同一の径を有している。このセンターコア２の回り
に、気泡除去部を構成する中空糸集束体（Ａ）１３と、
酸素加部を構成する中空糸集束体（Ｂ）１４とが、中空
糸集束体（Ａ）１３がセンターコア２側に配置されるよ
うにクロスワインドされている。中空糸集束体（Ａ）は
リブにより妨げられてセンターコアに密着することがで
きないので、中空糸集束体（Ａ）とセンターコア２表面
との間に、下が太く、上方にゆくに従って、細くなる血
液流路１６が形成されている。センターコア２の回りに
クロスワインドされた中空糸集束体（Ａ）の外側には中
空糸集束体（Ｂ）がクロスワインドされており、その外
周部と円筒状ハウジング内壁面の間にも血液流路１７が
形成されている。

【００１６】中空糸集束体（Ａ）は中空糸内側を酸素加
用気体が流通しないので気泡除去効果があるが、その開
口端に連通する陰圧接続口１５から陰圧で、好ましくは
６．６５ｋＰａ（５０ｍｍＨｇ）或いはこれより大きな
陰圧で中空糸内部を吸引すると、効果が飛躍的に大きく
なる。酸素加用気体入口７から、人工肺の中空糸集束体
（Ｂ）に血液流量の０．５〜２倍程度、酸素加用気体を
送り込み、中空糸集束体（Ｂ）の中空糸内部を経由して
酸素加用気体出口８から排出させる。

【００１７】中空糸集束体（Ａ）１３及び中空糸集束体
（Ｂ）１４に用いられる中空糸は、いずれも気体は透過
できるが、血液などの液体は透過できない中空糸膜であ
れば、どのようなものも用いることができ、ポリオレフ
ィン、ポリスルホン、フッ素樹脂、シリコーン樹脂など
からなる多孔質膜及び均質膜を例示できる。多孔質膜の
場合は、長時間使用が可能になるなどの観点から、血液
に面する側をフッ素樹脂やシリコーン樹脂からなる疎水
性被膜でコーティングすることが好ましい。中空糸集束
体（Ａ）１３（気泡除去部）及び中空糸集束体（Ｂ）１
４（酸素加部）に用いられる中空糸は、長時間使用が可
能になるなどの観点から、いずれもシリコーンコート多
孔質中空糸であることがより好ましい。

【００１８】この人工肺の血液入口１０から血液を入れ
ると、血液流路１６を血液が通過し、そこから中空糸集
束体（Ａ）の中空糸間の隙間を通って、外周方向に向け
て流れる。 血液が中空糸集束体（Ａ）の中空糸間の隙
間を通る間に、血液中に気泡が存在しても、その気泡が
中空糸集束体（Ａ）の中空糸膜面を透過して中空糸内部
に入って、陰圧接続口から排出される。中空糸がクロス
ワインドされているので、血液中の大きな気泡が中空糸
膜面に接触せずに中空糸集束体（Ａ）を通過することが
なく、気泡が効率的に除去される。気泡除去効率は、中
空糸集束体（Ａ）膜面積と、吸引圧力で調節できる。こ
れにより、４０μｍ以上の気泡を少なくとも８０％以
上、好ましくは全て除去することができる。また、血液
中の炭酸ガスを除去する効果もある。

【００１９】次いで、気泡が除去された血液は更に中空
糸集束体（Ｂ）の中空糸間の隙間を通って、外周方向に
向けて流れる。血液が中空糸集束体（Ｂ）の中空糸間の
隙間を通る間に、血液が中空糸膜面に接触して、血液と
酸素加用気体の間でガス交換が行われ、血液中から炭酸
ガスが抜けて酸素富化血液となる。中空糸集束体（Ｂ）
も中空糸がクロスワインドされているので、血液が中空
糸膜に接触せずに中空糸集束体（Ｂ）を通過することが
ない。ガス交換の効率は、中空糸集束体（Ｂ）膜面積
と、酸素加用気体の酸素濃度と流量で適宜調節可能であ
る。酸素加の下流で気泡除去すると、酸素化された血液
を脱酸素してしまい、酸素加効率が下がるので、気泡除
去部は酸素加部の上流にあることが好ましい。中空糸集
束体（Ｂ）層を通過してガス交換された血液は円筒ハウ
ジング内壁に面する血液流路１７に集められて、血液出
口１１から人工肺の外に出て、患者体内に戻される。

【００２０】血液中に異物が混入していてもクロスワイ
ンドされた中空糸間で異物がトラップされずに、血液出
口から出ることはない。即ち、クロスワインドされた中
空糸集束体（Ａ）での気泡除去、中空糸集束体（Ｂ）で
のガス交換を行うと同時に、血液中の異物をトラップす
ることができるのである。

【００２１】本発明の人工肺は、酸素加用気体入口７と
陰圧接続口１５を備えたキャップと、キャップと反対側
のカット面の一部封鎖以外は、気泡除去部を有さない従
来のクロスワインド方式の中空糸膜型人工肺を製造する
と同様にし、従って、従来の中空糸膜型人工肺とほぼ同
様のコストで製造することにより得ることができる。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の人工肺は同
一のハウジング内に気泡除去部と、酸素加部とを備えて
いるので、別に気泡除去装置を設ける必要がなく、体外
循環回路の構成が簡略化され、回路組み立て操作も容易
となり、別に気泡除去装置を設けた従来の人工肺を用い
た体外循環回路に比べて、プライミングボリュームも圧
力損失も小さくすることができる。また、気泡除去部に
陰圧を加えることにより、気泡除去能力を飛躍的に高め
ることができる。シリコンコートした多孔質中空糸を用
いると、人工肺をより長時間使用することが可能とな
る。また、酸素加部の上流に気泡除去部が設けられてい
るので、酸素加された血液を脱酸素しないので、ガス交
換効率を低下させることがない。これにより、体外循環
回路に混入した気泡を送血ポンプの下流で除去し、患者
に気泡を送ることがなく、重篤な塞栓症等を回避できる
中空糸膜型人工肺を提供することができる。また、気泡
除去部及び／又は酸素加部において中空糸集束体
（Ａ）、（Ｂ）をそれぞれクロスワインド方式で形成し
て血液中の異物をトラップできるようにすると、動脈フ
ィルタを不要にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の中空糸膜型人工肺の１実施態様を示
す縦断面図図である。

【図２】 従来の人工肺を示す縦断面図である。

【図３】 従来の気泡除去装置を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１：円筒状ハウジング、 ２：センターコア、 ３：
中空糸集束体、４：ポッティング材、 ５、６：キ
ャップ、 ７：酸素加用気体入口、８：酸素加用気体出
口、 １０：血液入口、 １１：血液出口、１２：中
空糸集束体（Ｃ）、１３：中空糸集束体（Ａ）、１４：
中空糸集束体（Ｂ） １５：陰圧接続口、 １６、１
７：血液流路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空糸膜を介して酸素あるいは酸素を主
   体とするガスを流通させず血液中の気泡を除去する気泡
   除去部と、中空糸膜を介して酸素あるいは酸素を主体と
   するガスを流通させて血液のガス交換を行う酸素加部と
   を同一のハウジング内に備えることを特徴とする中空糸
   膜型人工肺。
2. 【請求項２】 気泡除去部の中空糸膜の血液側と異なる
   面側に陰圧をかけられることを特徴とする請求項１に記
   載の中空糸膜型人工肺。
3. 【請求項３】 陰圧が６．６５ｋＰａ（５０ｍｍＨｇ）
   或いはこれより大きな陰圧であることを特徴とする請求
   項２記載の中空糸膜型人工肺。
4. 【請求項４】 気泡除去部及び／又は酸素加部の中空糸
   がシリコンコート多孔質中空糸であることを特徴とする
   請求項１〜３のいずれかに記載の中空糸膜型人工肺。
5. 【請求項５】 気泡除去部が酸素加部より血液の上流側
   にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載
   の中空糸膜型人工肺。
6. 【請求項６】 気泡除去部及び／又は酸素加部におい
   て、血液中の４０μｍ以上の気泡の８０％以上及び異物
   をトラップ可能であることを特徴とする請求項１〜５の
   いずれかに記載の中空糸膜型人工肺。