JP2007260151A - フィルタ部材および人工肺 - Google Patents

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Abstract

【課題】中空糸膜層への密着性を向上し、血液中の気泡を効率良く捕捉することができるフィルタ部材およびこれを備えた人工肺を提供すること。
【解決手段】人工肺は、ハウジングと、ハウジング内に収納され、中空糸膜が多数本集積された円筒状の中空糸膜層3と、中空糸膜層3の外周に密着するように設置され、血液中に含まれる気泡を捕捉する機能を有する筒状のフィルタ部材4とを備えている。フィルタ部材4は、縦糸41と横糸42とを交差させてなるシート状の部材、特にメッシュ状の部材で構成されており、少なくとも周方向に伸縮性を有している。フィルタ部材4は、中空糸膜層3の外周の長さをL1、フィルタ部材4の外力を付与しない自然状態での内周の長さをL2としたとき、0.5≦L2/L1<1の条件を満足する。
【選択図】図1

Description

本発明は、フィルタ部材およびこれを備える人工肺に関する。
従来、人工肺としては、多数本の中空糸膜を積層した中空糸膜層を用いてガス交換を行う構成のものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
この人工肺は、ハウジングと、ハウジング内に収納された中空糸膜層(中空糸膜シート積層体)と、血液流入口および血液流出口と、ガス流入口およびガス流出口とを有し、各中空糸膜を介して血液とガスとの間でガス交換、すなわち酸素加、脱炭酸ガスが行われる。
ところで、このような構成の人工肺においては、血液流入口から流入した血液中に気泡が混在している場合があるが、この場合、気泡は、中空糸膜層で除去されるのが好ましい。
しかしながら、中空糸膜層は、ガス交換を効率良く行えるように設計されており、本来気泡を除去することを意図して作製されていないため、かかる中空糸膜層では気泡が十分に除去されずに、血液中に気泡が混入したまま血液流出口から流出し、人工肺の下流へ移送されてしまうという問題があった。
特開平11−47268号公報
本発明の目的は、血液中の気泡を効率良く捕捉することができるフィルタ部材を提供することにある。また、本発明の目的は、小型でガス交換能が高く、血液中の気泡を効率良く捕捉し、気泡が血液流出部から流出するのを防止することができる人工肺を提供することにある。
このような目的は、下記(1)〜(20)の本発明により達成される。
(1) 人工肺のハウジング内に収納され、気体透過性を有する中空糸膜が多数本集積された中空糸膜層の外周に密着するように設置される筒状のフィルタ部材であって、
少なくとも周方向に伸縮性を有し、
前記中空糸膜層の外周の長さをL1、前記フィルタ部材の外力を付与しない自然状態での内周の長さをL2としたとき、0.5≦L2/L1<1の条件を満足することを特徴とするフィルタ部材。
(2) 血液中の気泡を捕捉する機能を有するものである上記(1)に記載のフィルタ部材。
(3) メッシュ状をなすものである上記(1)または(2)に記載のフィルタ部材。
(4) 縦糸と横糸とを交差させてなるシートで構成されている上記(2)に記載のフィルタ部材。
(5) 前記縦糸または前記横糸の方向がフィルタ部材の周方向に対し傾斜した方向に配置されている上記(4)に記載のフィルタ部材。
(6) 前記フィルタ部材の目開きは、80μm以下である上記(3)ないし(5)のいずれかに記載のフィルタ部材。
(7) 親水性を有するものである上記(1)ないし(6)のいずれかに記載のフィルタ部材。
(8) シート状の部材を環状に丸め、その端部同士を帯状に接合したものである上記(1)ないし(7)のいずれかに記載のフィルタ部材。
(9) 前記接合は、融着または接着によりなされている上記(8)に記載のフィルタ部材。
(10) 接合部は、フィルタ部材の幅方向に対し傾斜した方向に延在している上記(9)に記載のフィルタ部材。
(11) 前記中空糸膜層は、全体形状としてほぼ円筒状をなしている上記(1)ないし(10)のいずれかに記載のフィルタ部材。
(12) 前記中空糸膜層は、ガス交換能を有するガス交換用中空糸膜が多数本集積されたガス交換用中空糸膜層で構成され、
前記フィルタ部材は、前記ガス交換用中空糸膜層の外周に密着するように設置される上記(1)ないし(11)のいずれかに記載のフィルタ部材。
(13) 前記中空糸膜層は、ガス交換能を有するガス交換用中空糸膜が多数本集積されたガス交換用中空糸膜層と、該ガス交換用中空糸膜層の外周部に設置され、前記フィルタ部材で捕捉された気泡を構成する気体を透過し排出する機能を有する排気用中空糸膜が多数本集積された排気用中空糸膜層とを備えるものであり、
前記フィルタ部材は、前記排気用中空糸膜層の外周に密着するように設置される上記(1)ないし(12)のいずれかに記載のフィルタ部材。
(14) 前記中空糸膜層は、ガス交換能を有するガス交換用中空糸膜が多数本集積されたガス交換用中空糸膜層と、該ガス交換用中空糸膜層の外周部に設置され、前記フィルタ部材で捕捉された気泡を構成する気体を透過し排出する機能を有する排気用中空糸膜が多数本集積された排気用中空糸膜層とを備え、前記ガス交換用中空糸膜と、前記排気用中空糸膜とは、その構成材料、寸法、空孔率、平均細孔径、特性、配設条件のうちの少なくとも1つが異なるものであり、
前記フィルタ部材は、前記排気用中空糸膜層の外周に密着するように設置される上記(1)ないし(12)のいずれかに記載のフィルタ部材。
(15) ハウジングと、
前記ハウジング内に収納され、気体透過性を有する中空糸膜が多数本集積された中空糸膜層と、
前記各中空糸膜の内腔をガス流路として、当該ガス流路の上流側および下流側にそれぞれ設けられたガス流入部およびガス流出部と、
前記各中空糸膜の外側を血液流路として、当該血液流路の上流側および下流側にそれぞれ設けられた血液流入部および血液流出部と、
前記中空糸膜層の外周に密着するように設置された上記(1)ないし(14)のいずれかに記載のフィルタ部材とを有することを特徴とする人工肺。
(16) ハウジングと、
前記ハウジング内に収納され、気体透過性を有する中空糸膜が多数本集積された中空糸膜層と、
前記各中空糸膜の内腔をガス流路として、当該ガス流路の上流側および下流側にそれぞれ設けられたガス流入部およびガス流出部と、
前記各中空糸膜の外側を血液流路として、当該血液流路の上流側および下流側にそれぞれ設けられた血液流入部および血液流出部と、
前記中空糸膜層の外周に密着するように設置され、細線で構成された筒状のフィルタ部材とを有し、
前記フィルタ部材は、少なくとも周方向に伸縮性を有し、当該周方向に伸長された状態で前記中空糸膜層の外周に装着され、かつ、前記フィルタ部材を構成する細線の方向が前記フィルタ部材の周方向と一致しないように配置されていることを特徴とする人工肺。
(17) 前記フィルタ部材と前記ハウジングとの間に、間隙が形成されている上記(15)または(16)に記載の人工肺。
(18) 前記フィルタ部材で捕捉された気泡による気体を前記ハウジング外へ排気する排気口を備える上記(15)ないし(17)のいずれかに記載の人工肺。
(19) 前記中空糸膜層は、該中空糸膜層を構成する中空糸膜同士が交差した交差部を有するものである上記(15)ないし(18)のいずれかに記載の人工肺。
(20) 複数の交差部を有し、各交差部が前記中空糸膜層の外周面上に分散して配置されており、前記中空糸膜層の半径方向に隣接する交差部同士が重ならないか、または、重なることが連続しないような配置となっている上記(19)に記載の人工肺。
本発明によれば、フィルタ部材の中空糸膜層への密着性が優れる。これにより、血液中の気泡を捕捉し除去する能力が高まる。その結果、気泡が血液流出部から流出するのを防止することができる人工肺が提供される。
また、本発明のフィルタ部材は、簡単な構成で周方向の伸縮性を付与することができ、形状も均一で、性能の安定性、持続性にも優れている。
特に、本発明では、フィルタ部材の接合部(融着部)およびその付近のシートにしわが生じることを防止または抑制することができるので、フィルタ部材の中空糸膜層への密着性が向上し、捕捉された気泡の排出効率をより向上することができるとともに、フィルタ部材の下流側においても円滑な血液の流れを確保することができ、人工肺の性能を高く維持することができる。
以下、本発明のフィルタ部材および人工肺を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
<第1実施形態>
図1は、本発明のフィルタ部材の実施形態を示す斜視図、図2は、図1に示すフィルタ部材を組み込んだ本発明の人工肺の実施形態(第1実施形態)を示す平面図、図3は、図2に示す人工肺を矢印B方向から見た図(左側面図)、図4は、図3中のC−C線断面図、図5は、図3中のD−D線断面図、図6は、図2中のE−E線断面図、図7は、図5中の右側上部(ガス交換用中空糸膜層、排気用中空糸膜層およびフィルタ部材の固定部)の拡大断面図である。なお、図2、図4および図5中の左側を「左」または「左方」、右側を「右」または「右方」という。また、図2〜図7中、人工肺の内側(中心部側)を「血液流入側」または「上流側」、外側(外周側)を「血液流出側」または「下流側」として説明する。
まず、図2〜図7に基づいて、本発明の人工肺について説明する。図2〜図7に示す本実施形態の人工肺1は、全体形状(外形形状)がほぼ円柱状をなしている。この人工肺1は、中心部側(内側)に設けられ、血液に対し熱交換を行う熱交換部(熱交換器)1Bと、熱交換部1Bの外周側に設けられ、血液に対しガス交換を行う人工肺部1Aと備える熱交換器付き人工肺である。
人工肺1は、ハウジング2を有しており、このハウジング2内に人工肺部1Aと熱交換部1Bとが収納されている。また、熱交換部1Bは、ハウジング2内において、さらに、熱交換器ハウジング5に収納されている。この熱交換器ハウジング5により、熱交換部1Bの両端部がそれぞれハウジング2に対し固定されている。
ハウジング2は、円筒状なすハウジング本体(以下「円筒状ハウジング本体」と言う)21と、円筒状ハウジング本体21の左端開口を封止する皿状の第1のヘッダー(上部蓋体)22と、円筒状ハウジング本体21の右端開口を封止する皿状の第2のヘッダー(下部蓋体)23とで構成されている。
円筒状ハウジング本体21、第1のヘッダー22および第2のヘッダー23は、それぞれ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、エステル系樹脂(例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル)、スチレン系樹脂(例えば、ポリスチレン、MS樹脂、MBS樹脂)、ポリカーボネート等の樹脂材料あるいは種々のセラミックス材料、金属材料等で構成されている。円筒状ハウジング本体21に対し、第1のヘッダー22および第2のヘッダー23は、融着や接着剤による接着等の方法により液密に固着されている。
円筒状ハウジング本体21の外周部には、管状の血液流出ポート28が形成されている。この血液流出ポート28は、円筒状ハウジング本体21の外周面のほぼ接線方向に向かって突出している(図3、図6参照)。
第1のヘッダー22には、管状の血液流入ポート201およびガス流出ポート27が突出形成されている。血液流入ポート201は、その中心軸が第1のヘッダー22の中心に対し偏心するように、第1のヘッダー22の端面に形成されている。ガス流出ポート27は、その中心軸が第1のヘッダー22の中心と交差するように、第1のヘッダー22の外周部に形成されている(図3、図5参照)。
第2のヘッダー23には、管状のガス流入ポート26、排気ポート(排気口)29、熱媒体流入ポート202および熱媒体流出ポート203が突出形成されている。ガス流入ポート26および排気ポート29は、それぞれ、第2のヘッダー23の端面の縁部に形成されている。熱媒体流入ポート202および熱媒体流出ポート203は、それぞれ、第2のヘッダー23の端面のほぼ中央部に形成されている。また、熱媒体流入ポート202および熱媒体流出ポート203の中心線は、それぞれ、第2のヘッダー23の中心線に対してやや傾斜している。
なお、本発明において、ハウジング2の全体形状は、必ずしも完全な円柱状をなしている必要はなく、例えば一部が欠損している形状、異形部分が付加された形状などでもよい。また、その他の形状、例えば直方体等であってもよい。
図4〜図6に示すように、ハウジング2の内部には、その内周面に沿った円筒状をなす人工肺部1Aが収納されている。人工肺部1Aは、全体形状としてほぼ円筒状をなしている中空糸膜層3と、中空糸膜層3の外周側(血液流出部側)に設けられた気泡除去手段としてのフィルタ部材4とを備えている。中空糸膜層3は、円筒状のガス交換用中空糸膜層31と、その外周部に設置された円筒状の排気用中空糸膜層32とで構成されている。これらは、血液流入側(中心部側)から、ガス交換用中空糸膜層31、排気用中空糸膜層32およびフィルタ部材4の順に配置(積層)されている。
図7に示すように、中空糸膜層3を構成するガス交換用中空糸膜層31は、ガス交換能を有するガス交換用中空糸膜311(以下単に「中空糸膜311」とも言う)が多数本集積されたものである。また、中空糸膜層3を構成する排気用中空糸膜層32は、フィルタ部材4で捕捉された気泡を構成する気体を透過し排出する機能を有する排気用中空糸膜321(以下単に「中空糸膜321」とも言う)が多数本集積されたものである。
中空糸膜層3を構成する中空糸膜311および321は、例えば、そのほとんどがハウジング2の中心軸とほぼ平行に配置されている。また、各中空糸膜311、321およびフィルタ部材4の長手方向両端部は、それぞれ、隔壁8および9により円筒状ハウジング本体21の内面に対し固定されている(図4および図5参照)。これにより、各中空糸膜311および321の両端部をそれぞれ、隔壁8および9により一括して固定することができ、人工肺1を製造する製造工程数を抑制することができる。
なお、中空糸膜層3における中空糸膜311、321の配設パターン、配設方向等は、それぞれ、上述したもの限定されず、例えば、各中空糸膜311、321がハウジング2の中心軸に対して垂直な方向に配置された構成、中空糸膜311同士、中空糸膜321同士、または中空糸膜311と中空糸膜321とが斜めに交差する部分(交差部)を有する構成、全部または一部の中空糸膜311、321が湾曲して配置された構成、全部または一部の中空糸膜311、321が波状、螺旋状、渦巻き状または環状に配置された構成等であってもよい。
各中空糸膜311、321の両端部(左端部および右端部)は、それぞれ、隔壁8および9により円筒状ハウジング本体21の内面に対し固定(固着)されている(図5および図6参照)。隔壁8、9の平面視での形状は、それぞれ、リング状をなしている。このような隔壁8、9は、例えば、ポリウレタン、シリコーンゴム等のポッティング材により構成されている。
また、中空糸膜層3は、円筒状ハウジング本体21と熱交換部1Bとの間にほぼ隙間なく充填されており、これにより、中空糸膜層3は、全体形状としてほぼ円筒状の形状をなしている。そのため、同様の形状である円筒状ハウジング本体21に対し、中空糸膜311、321の高い充填効率が得られ(デッドスペースが少なく)、人工肺部1Aの小型化、高性能化に寄与する。
ハウジング2内の隔壁8と隔壁9との間における各中空糸膜311、321は、露出しており、各中空糸膜311、321の外側、すなわち、中空糸膜311同士の隙間および中空糸膜321同士の間隙に、血液が流れる血液流路33が形成されている(図7参照)。
血液流路33の上流側(中空糸膜層3の上流側の面側)、すなわち人工肺部1Aと熱交換部1Bとの間には、血液流入ポート201から流入した血液の血液流入部として、円筒状の血液流入側空間24が形成されている。血液流入側空間24は、後述する熱交換器ハウジング5の外周側、すなわち熱交換器ハウジング5の外周面と中空糸膜層3(ガス交換用中空糸膜層31)の内周面との間に形成されている(図6参照)。
このように、血液流入側空間24を設けたことにより、血液流入側空間24に流入した熱交換済みの血液は、当該血液流入側空間24の周方向および長手方向に沿って流れ、血液流入側空間24の全体に迅速に行き渡る。これにより、熱交換部1Bから人工肺部1Aへの血液の移送を効率良く行うことができる。
なお、この血液流入空間24には、熱交換器ハウジング5と中空糸膜層3との間隙距離を一定に保つためのスペーサ(図示せず)が設置されていてもよい。
血液流路33の下流側(中空糸膜層3の下流側の面側)においては、後述するフィルタ部材4の外周面と円筒状ハウジング本体21の内周面との間に円筒状の隙間が形成され、この隙間は、血液流出側空間25を形成している。この血液流出側空間25と、血液流出側空間25に連通する血液流出ポート28とで、血液流出部が構成される。血液流出部は、血液流出側空間25を有することにより、フィルタ部材4を透過した血液が血液流出ポート28に向かって流れる(特に旋回流として流れる)空間が確保され、ガス交換がなされた血液をハウジング2外に円滑に排出することができる。
そして、血液流入側空間24と血液流出側空間25との間に、中空糸膜層3(ガス交換用中空糸膜層31および排気用中空糸膜層32)と、フィルタ部材4と、血液流路33とが存在している。
なお、中空糸膜層3の厚さ(図6中径方向の長さ)は、特に限定されないが、2〜100mm程度であるのが好ましく、3〜50mm程度であるのがより好ましく、4〜30mm程度であるのがさらに好ましい。
また、中空糸膜層3全体の厚さに対する排気用中空糸膜層32の厚さの比率は、特に限定されないが、0.5〜40%程度が好ましく、1〜20%程度がより好ましい。この比率が小さ過ぎると、排気用中空糸膜層32としての機能(排気機能)が十分に発揮されず、またこの比率が多き過ぎると、相対的にガス交換用中空糸膜層31の占める比率が小さくなるので、ガス交換能の低下を招くかまたは人工肺1の小型化の妨げとなるおそれが生じる。
中空糸膜311、321としては、例えば、多孔質中空糸膜(多孔質ガス交換膜)が用いられる。この多孔質中空糸膜としては、内径が100〜1000μm程度、肉厚が5〜200μm程度、好ましくは10〜100μm程度、空孔率が20〜80%程度、好ましくは30〜60%程度、細孔径(平均)が0.01〜5μm程度、好ましくは0.01〜1μm程度のものを用いることができる。
また、中空糸膜311、321の構成材料としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリメチルペンテン等の疎水性高分子材料が用いられる。好ましくは、ポリオレフィン系樹脂であり、より好ましくは、ポリプロピレンであり、延伸法または固液相分離法により膜(壁部)に微細孔が形成されたものがより好ましい。
中空糸膜311、321の長さ(有効長)は、特に限定されないが、30〜150mm程度であるのが好ましく、40〜130mm程度であるのがより好ましく、50〜110mm程度であるのがさらに好ましい。
なお、排気用中空糸膜層32を構成する中空糸膜321と、ガス交換用中空糸膜層31を構成するガス中空糸膜311とは、同一のものでも、異なるものでもよい。
中空糸膜311と中空糸膜321とが異なるものである場合、その構成材料、寸法(長さ、内径、外径、膜厚等)、空孔率、平均細孔径、特性、配設条件のうちの少なくとも1つが異なるものであるのが好ましい。さらに、ガス交換用中空糸膜層31における中空糸311の充填率(充填密度)と排気用中空糸膜層32における中空糸321の充填率(充填密度)とが異なっていてもよい。
このように諸条件が異なることにより、ガス交換用中空糸膜311と排気用中空糸膜321のそれぞれの機能を十分に発揮することができるという効果を奏する。この効果をより詳細に説明すると、まず第1にガス交換用中空糸膜層31で血液に対して適正(過不足なく)かつ確実にガス交換が行われ、そのガス交換が行われた血液中の気泡が排気用中空糸膜層32で適正(過不足なく)かつ確実に排出される。第2に、ガス交換用中空糸膜層31に対しては、ガス交換に適した諸条件の選択をすることができ、排気用中空糸膜層32に対しては、排気に適した諸条件の選択をすることができ、よって、ガス交換、排気ともに高い性能を発揮することができる。第3に、ガス交換と排気との2つの性能をもつ構造のものをそれぞれ、1つのハウジング2内に無駄なく収納することができ、よって、血液流路33の間隔(血液充填量)を低く抑えることができる。
なお、図面では、理解を容易にするために、ガス交換用中空糸膜層31と排気用中空糸膜層32の境界が明確に記されているが、両者の境界は必ずしも明確でなくてもよく、ガス交換用中空糸膜層31と排気用中空糸膜層32の境界部付近では、中空糸膜311と中空糸膜321とが併存(混合)していてもよい。また、中空糸膜321が中空糸膜311と実質的に同一のものでもよい。
さて、前述したように、中空糸膜層3の下流側(血液流出部側)には、血液中の気泡等を捕捉する気泡除去手段(気泡捕捉手段)としてフィルタ部材4が設置されている。
このフィルタ部材4は、血液流路33を流れる血液中に存在する気泡を捕捉する機能を有するものであり、捕捉された気泡は、破泡するなどして該気泡を構成する気体(以下、「気泡構成気体」と言う)として、排気用中空糸膜層32の各排気用中空糸膜321の内腔(ガス流路30)を経て排出される。以下、フィルタ部材4の構成について、図1等を参照しつつ詳細に説明する。
フィルタ部材4は、ほぼ矩形(例えば平行四辺形)をなすシート状の部材(以下単に「シート」とも言う)で構成され、そのシートを筒状(環状)に丸めて端部同士を帯状に接合し、全体として筒状(円筒状)としたものである(図1参照)。フィルタ部材4は、長手方向(軸方向:図1中の上下方向)の両端部(一端43および他端44)がそれぞれ隔壁8、9にて固着されることにより、ハウジング2に対し固定されている(図4および図5参照)。
このフィルタ部材4は、その内周面が排気用中空糸膜層32の外周面、すなわち下流側(血液流出部側)の面に接して(密着して)設けられ、該面のほぼ全面を覆っている。フィルタ部材4をこのように設けることにより、フィルタ部材4の有効面積を大きくすることができ、気泡を捕捉する能力を十分に発揮することができる。また、フィルタ部材4の有効面積が大きくなることにより、たとえフィルタ部材4の一部に目詰まり(例えば血液の凝集塊などの付着)が生じたとしても、全体として血液の流れを妨げることを防止(抑制)することができ、人工肺1の運転を継続することができる。
このフィルタ部材4は、少なくとも周方向に伸縮性を有するものである。これにより、中空糸膜層3の外周に装着した際、中空糸膜層3の外周面(血液流出部側の面)に確実に密着する。
また、図1に示すように、フィルタ部材4が装着される中空糸膜層3の外周(一周)の長さをL1、フィルタ部材4の外力を付与しない自然状態(周方向に伸長していない状態。以下単に「自然状態」と言う)での内周(一周)の長さをL2としたとき、0.5≦L2/L1<1の条件を満足するものとする。好ましくは、0.55≦L2/L1≦0.99の条件を満足し、より好ましくは、0.93≦L2/L1≦0.98の条件を満足するものとする。
前記の条件を満足することにより、フィルタ部材4は、中空糸膜層3の外周に装着した際、周方向に伸縮性を有することと相まって、中空糸膜層3の外周面(排気用中空糸膜層32の外周面)に確実に密着する(密着性が向上する)。そのため、フィルタ部材4で捕捉された気泡(気泡構成気体)が、フィルタ部材4の内側(上流側)直近にある排気用中空糸膜層32の排気用中空糸膜321を経て排出され易くなる。すなわち、前記条件を満足することにより、フィルタ部材4で捕捉された気泡の排出効率(除去能)を高めることができる。
フィルタ部材4の形態としては、例えば、メッシュ状(網状)をなすもの、織布、不織布、あるいはこれらを組み合わせたものが挙げられるが、このなかでも、メッシュ状(網状)をなすものが好ましく、特に、スクリーンメッシュフィルタが好ましい。このような形態のものは、気泡をより確実に捕捉することができるとともに、血液が容易に通過することができ、血液の処理効率が高く、持続性に優れる(長時間運転が可能な)人工肺の提供に寄与する。
また、フィルタ部材4の形態としては、縦糸(細線)41と横糸(細線)42とを交差させてなるシートで構成されているものが好ましい(図1、図2参照)。このようなものとしては、縦糸41と横糸42とを平織りにした織布、縦糸(樹脂繊維による細線)41と横糸(樹脂繊維による細線)42とを格子状に交差させた樹脂製のメッシュ(スクリーンメッシュフィルタを含む)などが挙げられる。このような形態のものは、気泡をより確実に捕捉することができるとともに、血液が容易に通過することができ、血液の処理効率が高く、性能の持続性に優れる(長時間運転が可能な)人工肺の提供に寄与する。
なお、縦糸41と横糸42との各交点は、固定されていても、固定されていなく(ある程度自由に移動できる)てもよい。
上記のような各形態のフィルタ部材4の場合、その目開きは、特に限定されないが、通常は、80μm以下であるのが好ましく、15〜60μm程度であるのがより好ましく、20〜45μmであるのがさらに好ましい。これにより、血液の通過抵抗を増大させることなく、比較的細かい気泡をも捕捉することができ、気泡の捕捉効率(除去能)が高い。
フィルタ部材4が前記縦糸41と横糸42とを交差させてなるシートで構成されているものである場合、その縦糸41または横糸42の方向がフィルタ部材4の周方向(伸長される方向)と同一の方向とならないこと、特に、縦糸41または横糸42の方向がフィルタ部材4の周方向に対し所定角度(例えば28〜62度)傾斜した方向に配置されているものであるのが好ましい。換言すれば、フィルタ部材4が縦糸41と横糸42とを交差させてなるシートで構成されているものである場合、網目の形状は、例えば正方形、長方形、ひし形または平行四辺形のような四角形となるが、この四角形の対抗する一対の辺が、フィルタ部材4の周方向に対し所定角度(例えば28〜62度)傾斜した方向に配置されたものとなる。そして、フィルタ部材4の伸縮にともなって、前記四角形の網目の角部の角度が変化する。
このような構成とすることにより、フィルタ部材4は、簡単な構成で十分な強度を確保しつつ、周方向の伸縮性(特に適度な伸縮性)を容易に得ることができ、また、安定した伸縮度が得られる。そのため、中空糸膜層3に対する均一で安定した締め付け力(圧迫力)が得られ、ガス交換能、気泡除去能の向上および安定化に寄与する。さらに、かかる構成とすることにより、フィルタ部材4の接合部(融着部)45およびその付近のシートにしわ(波状の凹凸)が発生するのを防止または抑制することができ、フィルタ部材4の中空糸膜層3への密着性の向上により、フィルタ部材4で捕捉された気泡の排出効率の向上が図れるとともに、フィルタ部材4の外周側(下流側)、すなわち血液流出側空間25内における円滑な血液の流れを確保することができる。
ここで、前述したようなしわができると、次のような不都合が生じる。まず第1に、フィルタ部材の内周側(上流側)においては、フィルタ部材で捕捉された気泡がしわの凹部に留まり、排出され難くなる。第2に、フィルタ部材の外周側(下流側)においては、しわの凸部がハウジングの内面に接触するなどして血液の円滑な流れ(本実施形態では、血液流出側空間25内での血液の円滑な流れ)を妨げることがある。従って、このようなしわをできるだけ生じないようにすることが好ましい。
前述したように、フィルタ部材4は、シートを筒状(環状)に巻回し、その端部同士を帯状に接合して製造されたものであるのが好ましく、シートの端部同士の接合部(シール部)45は、図1に示すように、フィルタ部材4の一端43から他端44まで、フィルタ部材4の幅方向(図1中の上下方向)全域を横断している。
この場合、帯状をなす接合部45の方向(延在している方向)は、フィルタ部材4の幅方向(または周方向)に対し所定角度(例えば28〜62度)傾斜した方向であるのが好ましい。前述したように、フィルタ部材4を中空糸膜層3の外周に装着した際、フィルタ部材4は、自然状態から周方向に伸長されて張力が作用した状態となるが、接合部45の方向をフィルタ部材4の幅方向に対し傾斜した方向とすることにより、接合部45およびその付近のシートにしわが生じることが防止または抑制される。そのため、フィルタ部材4の中空糸膜層3の外周面への密着性が向上し(隙間なく密着し)、フィルタ部材4で捕捉された気泡(気泡構成気体)が、フィルタ部材4の内側直近にある排気用中空糸膜層32の排気用中空糸膜321を経て排出され易くなる。すなわち、フィルタ部材4で捕捉された気泡の排出効率を高めることができる。
また、接合部45の方向は、フィルタ部材4の周方向に対し傾斜した縦糸41または横糸42の延在する方向とほぼ平行であるのが好ましい。すなわち、本実施形態では、図1に拡大して示すように、接合部45の方向と横糸42の方向とがほぼ平行、接合部45の方向と縦糸41の方向とがほぼ垂直となっている(ただし、これに限定されない)。これにより、縦糸41または横糸42のつれが抑制され、シートに部分的にしわ(凹凸)ができたりするような不都合が防止または抑制される。そのため、フィルタ部材4の中空糸膜層3の外周面への密着性が向上し(隙間なく密着し)、フィルタ部材4で捕捉された気泡(気泡構成気体)が、フィルタ部材4の内側直近にある排気用中空糸膜層32の排気用中空糸膜321を経て排出され易くなる。すなわち、フィルタ部材4で捕捉された気泡の排出効率を高めることができる。
接合部45の接合方法は、特に限定されないが、熱融着、高周波融着、超音波融着等の融着または接着材による接着が好ましい。これにより、フィルタ部材4を容易に製造することができるとともに、フィルタ部材4の中空糸膜層3への装着の際にフィルタ部材4が伸長されても、接合部45の接合強度が十分に保持されているため、接合部45の部分的な剥離等が防止され、接合部45の全長(全域)に渡り隙間なく接合された状態を維持することができ、気泡の漏れ等を有効に防止することができる。
フィルタ部材4の構成材料(縦糸41、横糸42の構成材料)としては、例えば、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリアミド、セルロース、ポリウレタン、アラミド繊維等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて(例えば、縦糸41と横糸42とを異なる組成としたり、縦糸41および/または横糸42を混紡としたりすること等)用いることができる。特に、抗血栓性に優れ、目詰まりを生じ難いという点で、フィルタ部材4の構成材料として、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリウレタンのうちのいずれかを用いる(含む)のが好ましい。
また、フィルタ部材4は、親水性を有するのが好ましい。すなわち、フィルタ部材4は、それ自体が親水性を有する材料で構成されているか、または、親水化処理(例えば、プラズマ処理等)が施されていることが好ましい。これにより、人工肺1のプライミング時の気泡除去が容易になるだけでなく、気泡が混入した血液が通過する際には、気泡の通過がより困難となるため、フィルタ部材4の気泡除去能(気泡捕捉能)がより向上し、血液流出ポート28からの気泡の流出をより確実に防止することができる。また、フィルタ部材4における血液の通過抵抗も低減し、血液の処理効率が向上する。
なお、フィルタ部材4は、シート(特にスクリーンメッシュフィルタのようなメッシュ)を1枚用いても、あるいはこれを2枚以上重ねて用いてもよい。2枚以上重ねて用いる場合、各シートは、その形態、厚さ、構成材料、糸(縦糸および/または横糸)の太さ、、糸(縦糸および/または横糸)の方向、網目の形状、目開き、平坦度、平面形状、親水性の度合い等の条件のうちの少なくとも1つが異なるものを組み合わせて用いるのが好ましい。フィルタ部材4に多彩な(複合的な)機能を持たせたり、気泡除去能をさらに向上するのに有利だからである。例えば、フィルタ部材4として、目開きの異なる2枚のメッシュを重ねて用いた場合(上流側に目開きの大きいメッシュを配置)、目開きの大きいメッシュでまず比較的大きい気泡を捕捉し、該メッシュを通過した細かい気泡を目開きの小さいメッシュで捕捉することができ、血液の通過抵抗を増大させることなく、気泡除去能を向上することができる。
フィルタ部材4の下流側、すなわちフィルタ部材4の外周面とハウジング2の内周面との間には、間隙、すなわち血液流出側空間25が形成されている(図4〜図7参照)。これにより、フィルタ部材4がハウジング2の内面に直接接する(密着する)ことが抑制され、フィルタ部材4を透過した血液が血液流出側開口部25内において容易に流下し、あるいは周方向に旋回し、血液流出ポート28へ向かって円滑に流れることができる。
なお、この血液流出側空間25には、フィルタ部材4とハウジング2との間隙距離を一定に保つためのスペーサ(図示せず)が設置されていてもよい。
以上のような構成のフィルタ部材4を設置したことにより、血液流路33を流れる血液中に気泡が存在していたとしてもその気泡を効率良く捕捉することができる。フィルタ部材4により捕捉された気泡は、当該フィルタ部材4の上流側に位置する(フィルタ部材4とガス交換用中空糸膜層31との間に位置する)排気用中空糸膜層32の各排気用中空糸膜321を経て排出され、除去される。よって、気泡が血液流出ポート28から流出するの防止することができる。このとき、フィルタ部材4と排気用中空糸膜層32とが密着しているため、それらの間に気泡が停滞することがなく、フィルタ部材4で捕捉された気泡(気泡構成気体)を、可能な限り迅速に排出することができる。
なお、図示の実施形態では、フィルタ部材4は、外径がほぼ一定なものであるが、これに限定されず、例えば、長手方向の一部に、外径が拡径または縮径した部分を有するものであってもよい。
図4および図5に示すように、第1のヘッダー22と、隔壁8と、熱交換器ハウジング5と、熱媒体室形成部材55とにより、第1の部屋221が画成されている。この第1の部屋221は、ガス交換用中空糸膜層31と排気用中空糸膜層32との境界部に設けられた仕切部222により、中空糸膜層3側のガス流出室271と、排気用中空糸膜層32側の小空間223とに区分されている。各ガス交換用中空糸膜311の左端開口は、ガス流出室271に開放し、連通している。
一方、第2のヘッダー23と、隔壁9と、熱交換器ハウジング5と、熱媒体室形成部材55とにより、第2の部屋231が画成されている。この第2の部屋231は、ガス交換用中空糸膜層31と排気用中空糸膜層32との境界部に設けられた仕切部232により、中空糸膜層3側のガス流入室261と、排気用中空糸膜層32側の小空間233とに区分されている。各ガス交換用中空糸膜311の右端開口は、ガス流入室261に開放し、連通している(図10参照)。
各中空糸膜311の内腔は、ガスが流れるガス流路30を構成している。ガス流入ポート26およびガス流入室261により、ガス流路30の上流側に位置するガス流入部が構成され、ガス流出ポート27およびガス流出室271により、ガス流路30の下流側に位置するガス流出部が構成される。
また、各排気用中空糸膜321の内腔は、当該中空糸膜321の膜(壁部)に形成されている多数の細孔を経て流入した気泡構成気体が流れるガス流路30を構成している。
各排気用中空糸膜321の左端開口は、小空間223に開放し、連通している(図7参照)。これにより、小空間223は、各排気用中空糸膜321のガス流路30から流出した気泡構成気体を一時的に貯留する気泡貯留部として機能し得る。
また、各排気用中空糸膜321の右端開口は、小空間233に開放し、連通している(図7参照)。この小空間233は、排気ポート29と連通している。
このような構成により、各ガス流路30の右端開口から流出した気泡構成気体は、小空間233を通過し、さらに排気ポート29を通って、人工肺1(ハウジング2)から外部に排気される。これにより、血液流路33を通過する血液中の気泡が血液流出部から流出するのを確実に防止することができる。排気ポート29は、気泡除去手段の一部として機能していると言うことができる。
人工肺1は、図3および図6に示す姿勢で使用される。この場合、血液流出ポート28は、人工肺1を使用する際の鉛直下方の位置に設けられている。すなわち、血液流出側空間25の下部に血液流出ポート28の内腔が連通しており(図6参照)、フィルタ部材4を通過し、血液流出側空間25に入った血液は、血液流出側空間25内をその周方向および長手方向に沿って血液流出ポート28に向けて流れ、血液流出ポート28よりハウジング2外へ流出する。血液流出ポート28がこのような位置に設けられていることにより、気泡除去手段(フィルタ部材4および排気用中空糸膜層32)で除去しきれなかった気泡(特に微細な気泡)がフィルタ部材4を透過して血液流出側空間25に流入したとしても、その一部は浮上するなどして血液流出側空間25の下部に到達することが阻止、抑制または遅延されるため、血液流出ポート28から排出される気泡(微細な気泡)の量をできるだけ少なくすることができる。
前述したように、人工肺部1Aの内側には、熱交換部(熱交換器)1Bが設置されている。この熱交換部1Bは、熱交換器ハウジング5を有している。熱交換器ハウジング5は、ほぼ円筒状をなしており、その内部には、血液室50が形成されている。熱交換器ハウジング5の右側には、管状の熱媒体流入ポート202および熱媒体流出ポート203が設けられている。
熱交換器ハウジング5の内部には、全体形状が円筒状をなす熱交換体54(図6では記載を省略)と、熱交換体54の内周に沿って配置された円筒状の熱媒体室形成部材(円筒壁)55と、熱媒体室形成部材55の内側空間を流入側熱媒体室57と流出側熱媒体室58とに区分する区画壁56とが設置されている。
熱交換体54の外周面と熱交換器ハウジング5の内周面との間に血液が流通する血液室50が形成されている。第1のヘッダー22に形成された血液流入ポート201の内腔は、血液室50と連通している。
熱媒体室形成部材55は、熱交換体54の内側に熱媒体が一旦貯留される熱媒体室を形成するものであるとともに、熱交換器ハウジング5との間で円筒状の熱交換体54の変形を規制する機能を有している。
熱媒体室形成部材55および区画壁56は、熱交換器ハウジング5に対し例えば融着、接着剤による接着等の方法により固定されている。熱媒体室形成部材55と区画壁56とは、別部材でも一体的に形成されたものでもよい。
また、熱媒体室形成部材55には、その壁部を貫通する左右方向に延びた帯状の開口59a、59bが形成されている。開口59aと開口59bとは、区画壁56を介して対抗する位置に配置されている(図6参照)。開口59aは、流入側熱媒体室57に連通し、開口59bは、流出側熱媒体室58に連通している。
熱交換体54としては、図4、図5に示すような、いわゆるベローズ型熱交換体(蛇腹管)を用いることができる。このベローズ型熱交換体54は、軸方向中央部の側面にほぼ平行に形成された多数の中空環状突起を備える蛇腹形成部と、その両端(左右端)に形成され、蛇腹形成部の内径とほぼ等しい円筒部とを備えている。この熱交換体54は、ステンレス、アルミニウム等の金属材料、またはポリエチレン、ポリカーボネート等の樹脂材料により構成されている。強度、熱交換効率の面からステンレス、アルミニウム等の金属材料が好ましい。特に、熱交換体54の軸方向(中心軸)に対してほぼ直交する凹凸が多数繰り返された波状となっている金属製のベローズ管で構成されているのが好ましい。
熱交換器ハウジング5、熱媒体室形成部材55および区画壁56の構成材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、エステル系樹脂(例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル)、スチレン系樹脂(例えば、ポリスチレン、MS樹脂、MBS樹脂)、ポリカーボネート等の樹脂材料あるいは種々のセラミックス材料、金属材料等が挙げられる。
以下、人工肺1の熱交換部1Bにおける熱媒体の流れについて、図4〜図6を参照しつつ説明する。
熱媒体流入ポート202より流入した熱媒体は、まず流入側熱媒体室57に入り、開口59aを通って熱媒体室形成部材55の外周側に流れ込み、熱媒体室形成部材55の外周のほぼ全周に広がり、熱交換体54の蛇腹の多数の凹部(中空環状突起の内側)に入る(図6参照)。これにより、熱媒体に接触した熱交換体54は加温または冷却される。そして、血液流入ポート201より流入し、血液室50(熱交換体54の外周側)を流れる血液との間で熱交換(加温または冷却)が行われる。
このようにして熱交換がなされた血液は、熱交換器ハウジング5の図6中上部に形成された開口59cおよび血液流入側空間24を順次通過して人工肺部1Aのハウジング2内へ流入する。血液流入側空間24に流入した血液は、血液流入側空間24の全周に広がり、各部において血液流路33に流れ込んでゆき、ガス交換に供される。
また、熱交換体54の加温または冷却に供された熱媒体は、開口59bを通って流出側熱媒体室58に入り、熱媒体流出ポート203より排出される。
なお、図示の実施形態と異なり、本発明においては、熱交換部1Bは、人工肺部1Aの下流側に設けられていてもよい。さらに。本発明では、熱交換部1Bは、存在しなくてもよい。
図示のように、人工肺部1Aの内側に熱交換部1Bが設置された構成では、次のような効果を奏する。まず第1に、1つのハウジング2内に人工肺部1Aおよび熱交換部1Bを効率良く収納することができ、デッドスペースが小さく、そのため、小型の人工肺1で効率の良いガス交換を行うことができる。第2に、人工肺部1Aと熱交換部1Bとが近接した状態となり、熱交換部1Bで熱交換がなされた血液が人工肺部1Aに迅速に流入することができ、よって、熱交換部1Bと人工肺部1Aとをつなぐ血液流入側空間24(血液流路33)中の血液の充填量を最小にすることができる。第3に、人工肺部1Aが熱交換部1Bを取り囲んでいるため、熱交換部1Bで熱交換された血液が放熱あるいは吸熱されることなく迅速に人工肺部1Aに流入することができる。
次に、本実施形態の人工肺1における血液の流れについて、図4〜図7を参照しつつ説明する。
人工肺1では、血液流入ポート201から流入した血液は、血液室50(熱交換器ハウジング5の内周面と熱交換体54との間)に流れ込み、熱交換体54の複数の中空環状突起の外面と接触して熱交換(加温または冷却)がなされる。血液室50内で熱交換がなされた血液は、開口59cを通って血液流入側空間24内に広がる。さらにこの血液は、中空糸膜層3の全周にわたって、血液流路33を下流方向(外周方向)に向かって流れる。
一方、ガス流入ポート26から供給されたガス(酸素を含む気体)は、ガス流入室261より各ガス交換用中空糸膜311の内腔であるガス流路30に分配され、該ガス流路30を流れた後、ガス流出室271に集積され、ガス流出ポート27より排出される。血液流路33を流れる血液は、各ガス交換用中空糸膜311の表面に接触し、ガス流路30を流れるガスとの間でガス交換(酸素加、脱炭酸ガス)がなされる。
ガス交換がなされた血液中に気泡が混入している場合、この気泡は、フィルタ部材4により捕捉され、フィルタ部材4の下流側にはほとんど流出しない。フィルタ部材4にて捕捉された気泡(気泡構成気体)は、フィルタ部材4の上流側に隣接する排気用中空糸膜層32の各排気用中空糸膜321の膜(壁部)の多数の細孔を経て、当該中空糸膜321の内腔(ガス流路30)に入る。排気用中空糸膜321の内腔に入った気泡構成気体は、小空間233を経て排気ポート29から排出される(図7参照)。
以上のようにしてガス交換がなされ、気泡が除去された血液(フィルタ部材4を通過した血液)は、血液流出側空間25に流入し、該血液流出側空間25内を血液流出ポート28に向かって流れ、該血液流出ポート28より流出する。
本実施形態の人工肺1において、血液と接触する面(例えば、ハウジング2の内面、熱交換器ハウジング5の内面、熱媒体室形成部材55の表面、区画壁56の表面、固着部7、隔壁8、9の血液流路33に臨む面)は、抗血栓性表面となっていることが好ましい。抗血栓性表面は、抗血栓性材料を表面に被覆し、さらには固定することにより形成することができる。抗血栓性材料としては、ヘパリン、ウロキナーゼ、HEMA−St−HEMAコポリマー、ポリHEMA等が挙げられる。
人工肺1において、血液流入ポート28から流入する血液の流量は、患者の体格、術式(手術の方式)により異なるため、特に限定されないが、一般的に、乳児から小児では、0.1〜2.0リットル/分程度が好ましく、中人では、2.0〜5.0リットル/分程度が好ましく、成人では、3.0〜7.0リットル/分程度が好ましい。
人工肺1において、ガス流入ポート26から供給されるガスの流量は、患者の体格、術式により異なるため、特に限定されないが、一般的に、乳児から小児では、0.05〜4.0リットル/分程度が好ましく、中人では、1.0〜10.0リットル/分程度が好ましく、成人では、1.5〜14.0リットル/分程度が好ましい。
また、ガス流入ポート26から供給されるガス中の酸素濃度は、手術中の患者の酸素・炭酸ガスの代謝量により異なるため、特に限定されないが、40〜100%とすることができる。
また、人工肺1の最大連続運転時間は、患者の様態、術式により異なるため、特に限定されないが、一般的に、2〜9時間程度とすることができる。また、人工肺1の最大連続運転時間は、稀に、10時間程度の長時間に及んでもよい。本発明の人工肺1は、小型であるにも係わらず、ガス交換能が高くかつ気泡の流出がないなど、高性能であり、また、性能の持続性にも優れるため、このような長時間の運転にも十分に耐えることができ、汎用性が広い。
<第2実施形態>
次に、本発明の人工肺の第2実施形態について説明する。図8は、本発明の人工肺の第2の実施形態を示す縦断面図(図3中のD−D線断面図に対応する図)、図9は、該第2実施形態を示す横断面図(図2中のE−E線断面図に対応する図)、図10は、図8中の右側上部(ガス交換用中空糸膜層およびフィルタ部材の固定部)の拡大断面図である。
以下、これらの図に基づいて、第2実施形態の人工肺を説明するが、前記第1実施形態と同様の事項についてはその説明を省略し、相違点を中心に説明する。
図8〜図10に示すように、第2実施形態の人工肺1は、中空糸膜層3の構成が異なるとともに、これに関連したハウジング2の構成等が前記第1実施形態と異なり、それ以外は同様である。すなわち、中空糸膜層3は、円筒状のガス交換用中空糸膜層31(多数本のガス交換用中空糸膜311の集合体)で構成されており(第1実施形態での排気用中空糸膜層32は存在しない)、このガス交換用中空糸膜層31の外周に、第1実施形態で述べたのと同様のフィルタ部材4が密着するように装着されている。
また、中空糸膜層3が排気用中空糸膜層32を有さないため、ハウジング2には、仕切部222および232が形成されていない(図8、図10参照)。
本実施形態の人工肺1においても、フィルタ部材4の好ましい構成(図1参照)および作用・効果については、前記第1実施形態と同様である。
本実施形態の人工肺1における血液の流れについて説明すると、血液流入ポート201から流入した血液は、血液室50(熱交換器ハウジング5の内周面と熱交換体54との間)に流れ込み、熱交換体54の複数の中空環状突起の外面と接触して熱交換(加温または冷却)がなされる。血液室50内で熱交換がなされた血液は、開口59cを通って血液流入側空間24内に広がる。さらにこの血液は、中空糸膜層3の全周にわたって、血液流路33を下流方向(外周方向)に向かって流れる。
一方、ガス流入ポート26から供給されたガス(酸素を含む気体)は、ガス流入室261より各ガス交換用中空糸膜311の内腔であるガス流路30に分配され、該ガス流路30を流れた後、ガス流出室271に集積され、ガス流出ポート27より排出される。血液流路33を流れる血液は、各ガス交換用中空糸膜311の表面に接触し、ガス流路30を流れるガスとの間でガス交換(酸素加、脱炭酸ガス)がなされる。
ガス交換がなされた血液中に気泡が混入している場合、この気泡は、フィルタ部材4により捕捉され、フィルタ部材4の下流側にはほとんど流出しない。フィルタ部材4にて捕捉された気泡(気泡構成気体)は、フィルタ部材4の上流側に一旦停留するが、フィルタ部材4の上流側(内周側)に隣接するガス交換用中空糸膜311の膜(壁部)の多数の細孔を透過して、当該中空糸膜311の内腔(ガス流路30)に入り、そこを流れるガスとともにガス流出室271へ移送され、ガス流出ポート27より排出される(図8、図10参照)。
以上のようにしてガス交換がなされ、気泡が除去された血液(フィルタ部材4を通過した血液)は、血液流出側空間25に流入し、該血液流出側空間25内を血液流出ポート28に向かって流れ、該血液流出ポート28より流出する。
本実施形態においても、フィルタ部材4の構成を上述したようなものとすることにより、フィルタ部材4の接合部(融着部)45およびその付近のシートにしわが発生するのを防止または抑制することができる。その結果、フィルタ部材4の中空糸膜層3への密着性が向上し、フィルタ部材4で捕捉された気泡の排出効率の向上が図れるとともに、フィルタ部材4の外周側(下流側)、すなわち血液流出側空間25内における円滑な血液の流れを確保することができ、人工肺1の性能を高く維持することができる。
<第3実施形態>
次に、本発明の人工肺の第3実施形態について説明する。図11は、本発明の人工肺の第3の実施形態を示す一部切欠き正面図である。以下、この図に基づいて、第3実施形態の人工肺を説明するが、前記第1および第2実施形態と同様の事項についてはその説明を省略し、相違点を中心に説明する。
第3実施形態の人工肺1は、前記と同様の人工肺部1Aおよび熱交換部(熱交換器)1Bを備える熱交換器付き人工肺であり、人工肺部1Aに設置された中空糸膜層3の構成が前記第1および第2実施形態と異なるものである。
図11に示す人工肺1は、ハウジング2と、ハウジング2の中心部にほぼ同心的に配置された筒状コア(図示せず)と、該筒状コアの外周に巻き付けられた多数のガス交換用中空糸膜311が多数集積された筒状(円筒状)の中空糸膜層3(ガス交換用中空糸膜層31)と、各ガス交換用中空糸膜311の内腔を介して互いに連通するガス流入部およびガス流出部と、各ガス交換用中空糸膜311の外部とハウジング2内とを連通する血液流入部および血液流出部と、中空糸膜層3の外周に装着された前記と同様のフィルタ部材4とを備える。中空糸膜層3およびフィルタ部材4は、ハウジング2内に収納されている。
前記筒状コアは、第1実施形態における熱交換器ハウジング5に相当するものであり、この筒状コアの内周側に熱交換部(熱交換器)1Bが、外周側に人工肺部1Aが形成されている。
中空糸膜層3は、前記第2実施形態と同様に、円筒状のガス交換用中空糸膜層31(多数本のガス交換用中空糸膜311の集合体)で構成されており、第1実施形態での排気用中空糸膜層32は存在しない。
そして、中空糸膜層3は、筒状コアの外周面に広がる中空糸膜311が、多層に重なった、言い換えれば、渦巻き状に重なった、もしくは筒状コアを芯としてリール状に巻き取られた状態となっている。さらに、中空糸膜層3は、筒状コアの長手方向(図11の横方向)中央付近に中空糸膜311同士が交差する複数の交差部(クロスワインド部)3bを有する。各交差部3bは、中空糸膜層3の外周面上に分散して配置されており、中空糸膜層3の半径方向(厚さ方向)に隣接する交差部同士が重ならないか、また、重なることが連続しないような配置となっている。すなわち、1つの交差部3bに対し、該交差部3bの上に他の交差部3bが直接重なり合わないように、もしくは該交差部3bの上に他の交差部3bが直接重なることが連続しない(中空糸膜層3の半径方向に連続しない)ように、中空糸膜層3の部位によりその位置が異なっている。これにより、交差部3bの重なり(中空糸膜層3の半径方向の重なり)による形状の部分的な突出や、血液の短絡を防止することができるという利点がある。
中空糸膜層3の外周面において、交差部3bの重なりにより部分的に突出した部位が生じると、フィルタ部材4の密着性が低下したり、フィルタ部材4の下流側での血液の流れを部分的に阻害したりするおそれがあるが、交差部3bの重なりを少なくすることにより、このような問題が生じることを回避することができ、前述したような高い気泡除去能やガス交換能を発揮することができる。
このように、本発明では、中空糸膜層3を構成する中空糸膜の配設方向は、第1および第2実施形態のように中空糸膜層3の軸方向と平行な方向に限らず、中空糸膜層3の軸方向に対し所定角度傾斜した方向であってもよい。さらに、中空糸膜層3を構成する中空糸膜同士が交差したものであってもよい。
本実施形態の人工肺1においても、フィルタ部材4の好ましい構成(図1参照)および作用・効果については、前記第1実施形態と同様である。また、本実施形態の人工肺1における血液の流れについては、前記第2実施形態で説明したのと同様である。
本実施形態においても、フィルタ部材4の構成を上述したようなものとすることにより、フィルタ部材4の接合部(融着部)45およびその付近のシートにしわが発生するのを防止または抑制することができる。その結果、フィルタ部材4の中空糸膜層3への密着性が向上し、フィルタ部材4で捕捉された気泡の排出効率の向上が図れるとともに、フィルタ部材4の外周側(下流側)、すなわち血液流出側空間25内における円滑な血液の流れを確保することができ、人工肺1の性能を高く維持することができる。
以上で説明した各実施形態のように、フィルタ部材4を備えた人工肺1は、次のような利点を有する。フィルタ部材を内臓していない従来の人工肺では、血液体外循環回路中(特に、人工肺の下流側や、患者と人工肺との間など)に別途動脈フィルタ(ケーシング内に例えばひだ状のフィルタ部材が設置された構成のもの)を設置し、気泡等を除去する必要があるが、本願発明のようなフィルタ部材4を内臓する人工肺1を用いることにより、人工肺1の下流側への気泡の流出が防止されるので、かかる動脈フィルタの設置を省略することができる。一般に、血液体外循環回路の使用に先立って、当該回路内のプライミングが行われるが、動脈フィルタが無い場合には、動脈フィルタ内部のプライミングに要する時間が省けるので、回路全体としてのプライミング時間を短縮することができる。このようなプライミング時間の短縮は、緊急時の手術の準備時間短縮につながり、結果として、手術の成功率を高める。
以上、本発明のフィルタ部材および人工肺を図示の各実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではなく、フィルタ部材や人工肺を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができ、また、任意の構成物が付加されていてもよい。
例えば、ハウジングおよびこれに収納された部材等の構造や形状、ハウジングに対するガス流入ポート、ガス流出ポート、血液流出ポート、血液流入ポート、熱媒体流入ポートおよび熱媒体流出ポート等の形成位置や突出方向については、図示の構成と異なる構成であってもよい。また、人工肺の使用時の姿勢(鉛直方向に対する各部の位置関係)も、図示の状態に限定されない。
本発明のフィルタ部材の実施形態を示す斜視図である。 本発明の人工肺の実施形態(第1実施形態)を示す一部切欠き平面図である。 図2に示す人工肺を矢印B方向から見た図(左側面図)である。 図3中のC−C線断面図である。 図3中のD−D線断面図である。 図2中のE−E線断面図である。 図5中の右側上部(ガス交換用中空糸膜層、排気用中空糸膜層およびフィルタ部材の固定部)の拡大断面図である。 本発明の人工肺の第2実施形態を示す縦断面図(図3中のD−D線断面図に対応)である。 本発明の人工肺の第2実施形態を示す横断面図(図2中のE−E線断面図である。)である。 図8中の右側上部(ガス交換用中空糸膜層およびフィルタ部材の固定部)の拡大断面図である。 本発明の人工肺の第3実施形態を示す一部切欠き平面図である。
符号の説明
1 人工肺
1A 人工肺部
1B 熱交換部(熱交換器)
2 ハウジング
21 円筒状ハウジング本体
22 第1のヘッダー
221 第1の部屋
222 仕切部
223 小空間
23 第2のヘッダー
231 第2の部屋
232 仕切部
233 小空間
24 血液流入側空間
25 血液流出側空間
26 ガス流入ポート
261 ガス流入室
27 ガス流出ポート
271 ガス流出室
28 血液流出ポート
29 排気ポート(排気口)
201 血液流入ポート
202 熱媒体流入ポート
203 熱媒体流出ポート
3 中空糸膜層
3b 交差部
30 ガス流路(中空糸膜の内腔)
31 ガス交換用中空糸膜層
311 中空糸膜(ガス交換用中空糸膜)
32 排気用中空糸膜層
321 中空糸膜(排気用中空糸膜)
33 血液流路
4 フィルタ部材
41 縦糸
42 横糸
43 一端
44 他端
45 接合部
5 熱交換器ハウジング
50 血液室
54 熱交換体
55 熱媒体室形成部材
56 区画壁
57 流入側熱媒体室
58 流出側熱媒体室
59a 開口
59b 開口
59c 開口
8、9 隔壁

Claims (20)

  1. 人工肺のハウジング内に収納され、気体透過性を有する中空糸膜が多数本集積された中空糸膜層の外周に密着するように設置される筒状のフィルタ部材であって、
    少なくとも周方向に伸縮性を有し、
    前記中空糸膜層の外周の長さをL1、前記フィルタ部材の外力を付与しない自然状態での内周の長さをL2としたとき、0.5≦L2/L1<1の条件を満足することを特徴とするフィルタ部材。
  2. 血液中の気泡を捕捉する機能を有するものである請求項1に記載のフィルタ部材。
  3. メッシュ状をなすものである請求項1または2に記載のフィルタ部材。
  4. 縦糸と横糸とを交差させてなるシートで構成されている請求項2に記載のフィルタ部材。
  5. 前記縦糸または前記横糸の方向がフィルタ部材の周方向に対し傾斜した方向に配置されている請求項4に記載のフィルタ部材。
  6. 前記フィルタ部材の目開きは、80μm以下である請求項3ないし5のいずれかに記載のフィルタ部材。
  7. 親水性を有するものである請求項1ないし6のいずれかに記載のフィルタ部材。
  8. シート状の部材を環状に丸め、その端部同士を帯状に接合したものである請求項1ないし7のいずれかに記載のフィルタ部材。
  9. 前記接合は、融着または接着によりなされている請求項8に記載のフィルタ部材。
  10. 接合部は、フィルタ部材の幅方向に対し傾斜した方向に延在している請求項9に記載のフィルタ部材。
  11. 前記中空糸膜層は、全体形状としてほぼ円筒状をなしている請求項1ないし10のいずれかに記載のフィルタ部材。
  12. 前記中空糸膜層は、ガス交換能を有するガス交換用中空糸膜が多数本集積されたガス交換用中空糸膜層で構成され、
    前記フィルタ部材は、前記ガス交換用中空糸膜層の外周に密着するように設置される請求項1ないし11のいずれかに記載のフィルタ部材。
  13. 前記中空糸膜層は、ガス交換能を有するガス交換用中空糸膜が多数本集積されたガス交換用中空糸膜層と、該ガス交換用中空糸膜層の外周部に設置され、前記フィルタ部材で捕捉された気泡を構成する気体を透過し排出する機能を有する排気用中空糸膜が多数本集積された排気用中空糸膜層とを備えるものであり、
    前記フィルタ部材は、前記排気用中空糸膜層の外周に密着するように設置される請求項1ないし12のいずれかに記載のフィルタ部材。
  14. 前記中空糸膜層は、ガス交換能を有するガス交換用中空糸膜が多数本集積されたガス交換用中空糸膜層と、該ガス交換用中空糸膜層の外周部に設置され、前記フィルタ部材で捕捉された気泡を構成する気体を透過し排出する機能を有する排気用中空糸膜が多数本集積された排気用中空糸膜層とを備え、前記ガス交換用中空糸膜と、前記排気用中空糸膜とは、その構成材料、寸法、空孔率、平均細孔径、特性、配設条件のうちの少なくとも1つが異なるものであり、
    前記フィルタ部材は、前記排気用中空糸膜層の外周に密着するように設置される請求項1ないし12のいずれかに記載のフィルタ部材。
  15. ハウジングと、
    前記ハウジング内に収納され、気体透過性を有する中空糸膜が多数本集積された中空糸膜層と、
    前記各中空糸膜の内腔をガス流路として、当該ガス流路の上流側および下流側にそれぞれ設けられたガス流入部およびガス流出部と、
    前記各中空糸膜の外側を血液流路として、当該血液流路の上流側および下流側にそれぞれ設けられた血液流入部および血液流出部と、
    前記中空糸膜層の外周に密着するように設置された請求項1ないし14のいずれかに記載のフィルタ部材とを有することを特徴とする人工肺。
  16. ハウジングと、
    前記ハウジング内に収納され、気体透過性を有する中空糸膜が多数本集積された中空糸膜層と、
    前記各中空糸膜の内腔をガス流路として、当該ガス流路の上流側および下流側にそれぞれ設けられたガス流入部およびガス流出部と、
    前記各中空糸膜の外側を血液流路として、当該血液流路の上流側および下流側にそれぞれ設けられた血液流入部および血液流出部と、
    前記中空糸膜層の外周に密着するように設置され、細線で構成された筒状のフィルタ部材とを有し、
    前記フィルタ部材は、少なくとも周方向に伸縮性を有し、当該周方向に伸長された状態で前記中空糸膜層の外周に装着され、かつ、前記フィルタ部材を構成する細線の方向が前記フィルタ部材の周方向と一致しないように配置されていることを特徴とする人工肺。
  17. 前記フィルタ部材と前記ハウジングとの間に、間隙が形成されている請求項15または16に記載の人工肺。
  18. 前記フィルタ部材で捕捉された気泡による気体を前記ハウジング外へ排気する排気口を備える請求項15ないし17のいずれかに記載の人工肺。
  19. 前記中空糸膜層は、該中空糸膜層を構成する中空糸膜同士が交差した交差部を有するものである請求項15ないし18のいずれかに記載の人工肺。
  20. 複数の交差部を有し、各交差部が前記中空糸膜層の外周面上に分散して配置されており、前記中空糸膜層の半径方向に隣接する交差部同士が重ならないか、または、重なることが連続しないような配置となっている請求項19に記載の人工肺。
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