JP2014518686A - 体外血液回路において血液を処理するための連続巻きの中空ファイバーのファイバーバンドルを有する複合型の酸素供給器および動脈フィルターデバイス - Google Patents

Abstract

体外血液回路における血液処理のための複合型の酸素供給器および動脈フィルターデバイス。このデバイスは、コアおよびファイバーバンドルを維持するハウジングを備える。このファイバーバンドルは、水平に巻かれたファイバーの層を形成するようにコアの周囲に連続的にらせん状に巻かれた複数の中空ファイバーによって形成される。この層は複合して、酸素供給器領域および半径方向に外側のデプスフィルター領域を規定する。酸素供給器領域層のファイバーの間の最小ギャップ間隔は、デプスフィルター領域層の間の最小ギャップ間隔よりも大きい。このファイバーバンドルは、血液の酸素供給器として機能し得、かつ約４５ミクロンの粒径を有する粒子を濾過する場合に９２％以上という濾過効率を示す。体外血液回路のプライム容積に対する影響が最小である、統合された動脈濾過能を有する酸素供給器が提供される。
【選択図】図５

Description

背景
本開示は、体外血液回路、システム、および使用方法に関する。さらに具体的には、体外血液回路で血液を酸化して濾過するためのデバイス、およびこのようなデバイスを作製する方法に関する。

体外血液回路は、患者の循環系の静脈部分から血液を（静脈カニューレを介して）吸引して、その血液を（動脈カニューレを介して）動脈部分に戻すための心肺バイパスの間に通常は用いられる。体外血液回路は一般には、静脈ドレイナージまたは戻りライン、静脈血リザーバ、血液ポンプ、酸素供給器（ｏｘｙｇｅｎａｔｏｒ）、動脈フィルター、および血液輸送配管、ポートおよび構成要素を接続する接続ピースを備える。図１に示すように、いくつかの先行技術の体外血液回路は、患者１０から静脈戻りライン１２を介して静脈血を排出する。開心術の血液および術野の細片は、患者１０から、開心術ポンプ１８によってポンピングされる吸引デバイス１６によって開心術リザーバ２０に吸引される。静脈戻りライン１２からの静脈血、同様に、脱泡され濾過された、開心術リザーバ２０由来の開心術血液は、静脈血リザーバ２２中に放出される。静脈血中に捕捉された空気は、静脈血リザーバ２２の中の血液の表面に上り、パージライン２４を通じて大気中に排気される。静脈血ポンプ２６は、静脈血リザーバ２２から血液を吸引して、それを、酸素供給器２８および動脈血液フィルター２９を通じてポンピングする。動脈ライン１４は、酸素化され濾過された血液を、動脈ライン１４に連結された動脈カニューレ（示さず）を介して、患者の動脈系へ戻す。

体外血液回路の酸素供給器の構成要素は周知である。一般的に言って、酸素供給器は、患者の肺の正常なガス交換機能を部分的にまたは完全に引き継ぐ。微小孔性の膜を使用する酸素供給器では、血液を患者から採って、膜の片側で酸素供給器を通じて循環させる。同時に、酸素化ガスは、膜の他方で酸素供給器を通過される。二酸化炭素は、血液から微小孔性の膜を横切って、酸素化ガスの通過ストリーム中に拡散する；同時に、酸素は、酸素化ガスから膜を横切って血液中に拡散する。循環する血液は、それによって二酸化炭素含量が減り、酸素が富化されて、患者に戻される。１つのポピュラーな種類の膜型人工肺（ｍｅｍｂｒａｎｅ ｏｘｙｇｅｎａｔｏｒ）は、中空ファイバー酸素供給器と呼ばれ、米国特許第４，２３９，７２９号明細書に概して図示されている。中空ファイバー酸素供給器は、ハウジング内に配置された、多数の（典型的には、何万の）微小孔性のまたは半透性の中空ファイバーを使用する。これらの中空ファイバーは、ハウジングの端壁でシールされ、スカート状のエンドキャップとフィットされる。エンドキャップの一方は、入り口と適合され、もう一方のエンドキャップは、出口と適合される。ハウジングの末梢壁は、端壁の一方の内側に位置する入り口、およびもう一方の端壁の内側に位置する出口を有する。酸素化ガスは、入り口を通じてデバイスに入り、中空ファイバーの管腔を通過し、出口を通ってデバイスを出る。二酸化炭素は、ファイバーの壁を通り、中空ファイバーの外面を超えて、血流から酸素化ガスのストリーム中に拡散することが理解される。同時に、中空ファイバーの管腔を通じて流れる酸素化ガスからの酸素は、ファイバーの壁を通り、ファイバーに対して血流の中へ拡散して、血液を酸素化する。

中空ファイバー酸素供給器を形成するための十分受け入れられた技術とは、例えば、米国特許第４，９７５，２４７号明細書に記載のように、内部支持コアに対してファイバーのリボンをらせん状巻くことである。ファイバーの得られた環状の「バンドル」を通じた血流は、半径方向に外側、軸方向、円周方向などのような種々の方向であってもよい。半径方向に外側への流動デザインでは、米国特許第５，４６２，６１９号明細書は、改善された巻きつけ技術であって、所望の圧力低下および最低限の凝固リスク（段階的な充填率による）を提供する技術を記載している。Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ，Ｉｎｃ．，から、商品名Ａｆｆｉｎｉｔｙ(登録商標)ＮＴ Ｏｘｙｇｅｎａｔｏｒとして入手可能な酸素供給器製品は、段階的な充填率を伴うらせん状に巻いた中空ファイバー酸素供給器の一例である。

本開示の目的のために、充填率（ｐａｃｋｉｎｇ ｆｒａｃｔｉｏｎ）は、ファイバー（またはフィラメント）が占めるバンドルの間隔の単位容積の比を意味するものと規定される。充填率は、当該分野で公知の方法で決定され得、この方法としては、ファイバー（またはフィラメント）の間の間隔を、単位容積が公知の液体でプライムされるときの重量増加で測定する従来の方法が挙げられる。半径方向に外側に位置する特定の領域またはゾーンの充填率は、その領域またはゾーンの半径方向に内側の半径方向の境界で対応する巻きつけプロセスを停止すること、およびその段階で充填率を決定すること、次いでこの巻きつけプロセスをこの領域またはゾーンの外側の半径方向境界まで続けること、およびその段階で充填率を決定することによって決定され得る。当該分野で公知の計算によって、先の２つの値を用いてその領域またはゾーンの充填率を決定する。

動脈フィルターもまた周知であり、空気の取り扱いおよび血液濾過に適切な種々の形態をとり得る。一般的に言って、従来の動脈フィルターデバイスは、フィルターハウジング内に１つ以上のスクリーン型のフィルターを備え、これは複合して、約２０〜４０ミクロン以上程度の大きさの粒子（例えば、塞栓）を捕獲して除去し、および特定のサイズより大きい気体の微小塞栓を捕捉して塞栓が患者に到達しないように妨げる。これらの塞栓は、小さい動脈、細動脈および毛細管を詰まらせて、組織または臓器の小さいかまたは大きいエリアに十分な血流が流れることを妨げることによって患者に重大な害を生じ得る。公知の動脈血フィルターの例は、米国特許第５，６５１，７６５号明細書および同第５，７８２，７９１号明細書に記載される。動脈血液フィルターはまた、Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ，Ｉｎｃ．から商品名Ａｆｆｉｎｉｔｙ(登録商標)Ａｒｔｅｒｉａｌ Ｆｉｌｔｅｒとして入手可能である。

慣習的に、動脈フィルターデバイスは、酸素供給器デバイスの下流（または上流）の体外回路内に、配管によって液体接続される。体外血液回路の一部として別々の酸素供給器および動脈フィルターデバイスの実行は十分許容されるが、なんらかの懸念が生じる。動脈フィルターは典型的には、２００ｍｌ（またはそれ以上）のプライム容積を体外血液回路に加え；この追加されたプライム容積は、患者の血液希釈の増大をもたらし得るので望ましくない。評価基準として、回路を「プライム」するために体外血液回路中にポンピングされる血液および／またはプライム溶液の容積は、「プライム容積（ｐｒｉｍｅ ｖｏｌｕｍｅ）」と呼ばれる。典型的は、体外血液回路は、プライミングの前にＣＯ₂で最初にフラッシュされる。このプライミングは、血液導入前に外因性のＣＯ₂ガスを、体外血液回路からフラッシュする。プライム容積が大きいほど、患者の血液と混合する体外血液回路中に存在するプライム溶液の量が大きくなる。血液およびプライム溶液の混合は、血液希釈を生じ、これは不利であってかつ望ましくない。なぜなら、赤血球の相対濃度は、患者に対する有害効果を最小限にするために外科的手順の間維持されなければならないからである。従って、体外血液回路のプライム容積（従ってプライム溶液の必要な容積）を最小限にすることが所望される。

上記に照らして、従来の酸素供給器および動脈フィルター構成要素と少なくとも釣り合う、酸素化、ならびに動脈濾過特性を提供しながら、体外血液回路のプライム容積に対する全体的な影響を最小限にする体外血液回路デバイスが必要とされる。

要旨
本発明の開示のいくつかの態様は、体外回路中で血液を処理するための複合型の酸素供給器および動脈フィルターデバイスに関する。このデバイスは、ハウジング、コアおよびファイバーバンドルを備える。このコアはハウジング内に維持され、中央の長軸を規定する。このファイバーバンドルは、ハウジング内に配置され、コアに対して連続的に巻かれた複数の微小孔性の中空ファイバーによって形成されて、複数の層を生成する。各々の層は、水平に巻かれたファイバーから構成され、ここで各々の連続層は、中央の長軸に対してすぐ前にある層の半径方向に外側である。この層は、複合して、酸素供給器領域およびデプスフィルター領域を規定する。このデプスフィルター領域は、酸素供給器領域の半径方向外側である。前記酸素供給領域層の軸方向に隣接するファイバーの間の最小ギャップ間隔は、デプスフィルター領域層の軸に隣接するファイバーの間の最小ギャップ間隔より大きい。体外血液回路の一部として血液を酸素化するために適切な所望の酸素化特性を提供することに加えて、ファイバーバンドルは、動脈フィルターと同様の濾過効率を示す。このファイバーバンドルは、約４５ミクロンという粒径を有する粒子を濾過する場合に、９２％以上、あるいは９５％以上という濾過効率を有する。他の実施形態では、ファイバーバンドルは、約６５ミクロンという粒径を有する粒子を濾過する場合に、９４％以上、あるいは９７％以上という濾過効率を有する。他の実施形態では、ファイバーバンドルは、約２０ミクロンという粒径を有する粒子を濾過する場合に、５５％以上、あるいは６０％以上という濾過効率を有する。これらのいずれかの構成では、組み込まれた動脈フィルター能力を有する酸素供給器が提供され、これは、物理的に別々の酸素供給器および動脈フィルター構成要素を利用する従来の血液回路の配置と比較して、外側の表面積が小さくなっており、対応する体外血液回路（例えば、２５ｍｌ未満程度）のプライム容積に対する影響が小さい。

本発明の開示のさらに他の態様は、静脈ライン、動脈ライン、ならびに複合型の酸素供給器および動脈フィルターデバイスを備える体外血液回路に関する。このデバイスは、入り口側および出口側を形成する。この入り口側は、静脈ラインに対して液体接続され、これが次に患者からの血液を（例えば、ポンプを介して）受容するように配置される。反対に、出口側は、動脈ラインに対して液体接続されて、これが次に処理された血液を患者に送達するように配置される。この複合型の酸素供給器および動脈フィルターデバイスは、上記のようにファイバーバンドルを備える。いくつかの実施形態では、この体外血液回路は、複合型のデバイスと動脈ラインとの間に追加の動脈フィルターがないことによって特徴づけられる。

本発明の開示のさらに他の態様は、体外血液回路で血液を処理するための、複合型の酸素供給器および動脈フィルターデバイスを製造する方法に関連した。この方法は、内部コアに対して複数の中空の微小孔性のファイバーをらせん状に巻きつけて、複数の層を有するファイバーバンドルを規定することを包含し、各々の層は、水平に巻かれたファイバーから構成されており、各々の連続する層は、コアの中央の長軸に対してすぐ前にある層の半径方向に外側である。このファイバーバンドルの層は複合して、酸素供給器領域およびデプスフィルター領域を規定し、このデプスフィルター領域は、酸素供給器領域の半径方向に外側である。この酸素供給器領域層の軸方向に隣接するファイバーの間の最小ギャップ間隔は、前記デプスフィルター領域層の軸方向に隣接するファイバーの間の最小ギャップ間隔よりも大きい。このファイバーバンドルは、約４５ミクロンという粒径を有する粒子を濾過する場合に９２％以上という濾過効率を示す。最終的に、ファイバーバンドルは、ハウジング内に配置される。

図１は、別々の酸素供給器および動脈フィルターデバイスを備える先行技術の体外血液回路の模式図である； 図２Ａは、本開示の原理による複合型の酸素供給器および動脈フィルターデバイスの断面図であって、使用時のように垂直に配向されたデバイスを示している。 図２Ｂは、本開示の原理による別の複合型の酸素供給器および動脈フィルターデバイスの断面図である。 図２Ｃは、本発明の開示の原理による別の複合型の酸素供給器および動脈フィルターデバイスの断面図である。 図２Ｄは、本発明の開示の原理による、熱交換器をさらに備える、別の複合型の酸素供給器および動脈フィルターデバイスの断面図である。 図３Ａは、図２Ａ〜図２Ｄのデバイスのフィルターバンドル構成要素の透視分解図である。 図３Ｂは、図３Ａのファイバーバンドルの酸素供給器領域の一部の単純化した大きく拡大された上面図である。 図３Ｃは、図３Ａのファイバーバンドルの酸素供給器領域の一部の断面の大きく拡大した図である。 図４Ａは、酸素供給領域に加えられたデプスフィルター領域の一部を図示する図３Ａのファイバーバンドルの一部の透視の大きく拡大された図である。 図４Ｂは、図４Ａのデプスフィルター領域の一部の断面の大きく拡大された図である。 図５は、本開示の原理による、図３Ａのファイバーバンドルを形成する巻きつけ装置の単純化した側面図である。 図６Ａは、図２Ａ〜図２Ｄのデバイスで有用な別の実施形態のファイバーバンドルの単純化された模式図である。 図６Ｂは、図６Ａのファイバーバンドルの一部の拡大図である。 図７は、図２Ａ〜図２Ｄのデバイスのファイバーバンドルとして有用な二重横糸テープ（ｄｏｕｂｌｅ ｗｅｆｔ ｔａｐｅ）の単純化された模式図である。 図８は、図２Ａ〜図２Ｄのデバイスで有用な別のファイバーバンドルの断面の大きく拡大された図である。 図９は、本開示の原理による、図２Ａ〜図２Ｄのデバイスを組み込んでいる体外血液回路の模式図である。

詳細な説明
本開示の原理による、複合型の血液酸素供給器および動脈フィルターデバイス３０の一実施形態を、図２Ａに示す。デバイス３０は、ハウジング３２とファイバーバンドル３３とを備え、酸素供給器領域３４（大略的に述べる）および動脈デプスフィルター３６領域（大略的に述べる）を形成する。種々の構成要素に対する詳細は、下に示される。しかし、一般的に言って、ファイバーバンドル３３は、内部コア３８に対してハウジング３２内に配置され、ここで酸素供給器領域３４は、デプスフィルター領域３６の半径方向に内側である（コア３８の長軸に対して）。血液流路は、ハウジング３２によって規定され、血流を半径方向に酸素供給器領域３４、次いでデプスフィルター３６を通じて指し向け、ここで酸素供給器領域３４は主に、供給された静脈血の酸素化を促進し、デプスフィルター領域３６は主に気体状および粒子状の微小塞栓を除去する。いくつかの構造では、ある程度の酸素化がさらに、デプスフィルター領域３６を横切って生じ得るか、および／またはある程度の気体状および粒子状の微小塞栓濾過が、酸素供給器領域３４を横切って生じ得る。従って、デバイス３０は、下記のように、体外血液回路内の挿入を受けやすく、体外回路のプライム容積に対する全体的な影響が最小限である必須の酸素化および濾過の能力を提供する。

ハウジング３２は、種々の形態を想定し得、一般には、外壁５０、ガスヘッダーまたはキャップ５２、および底部ヘッダーまたはキャップ５４を備えるかまたは規定する。外壁５０は、ファイバーバンドル３１を含むようにサイズ決めされ、一般的には円柱状であってもよい。ベース領域５６では、任意の環状の偏心開放エリア５８は、血液出口６２を有する出口マニホールド６０を形成するか、またはそれに対して液体接続される。他の任意の出口またはポート、例えば、サンプルまたは再循環ポート６４は、マニホールド６０によって提供されてもよいし、または外壁５０にそっていずれかに適切に配置されてもよい。

ガスヘッダー５２は、外壁５０のアセンブリするように構成され、ガス入り口６６を備えるかまたは規定する。同様に、底部ヘッダー５４は、ガスヘッダー５２に対向する外壁５０に対するアセンブリのために構成され、ガス出口６８を形成するかまたは備えてもよい。底部ヘッダー５４はまた、デバイス３０への血流を指向するための血液エントランスまたは入り口７０を備えるかまたは規定する。

デバイス３０は、底部ヘッダー５４で、適切な熱交換器７２を設けてもよいし、または担持してもよい。液体型の熱交換器７２は、熱交換液体入り口７４および熱交換液体出口７６を備えて示され、ただし他の適切な熱交換デバイスは、デバイス３０を組み込まれてもよく、例えば、電気的な加熱および冷却のデバイスが用いられてもよい。他の実施形態では、熱交換器７２は省略される。例えば、図２Ｂは、本発明の開示の原理による別のデバイス３０’を図示しており、これは、酸素供給器領域３４と動脈性デプスフィルター領域３６とをハウジング３２’内に備える。デバイス３０’は、熱交換器を備えない。逆に、図２Ｃは、本発明の開示の原理による別のデバイス３０’’を図示しており、これは、酸素供給器領域３４と動脈性デプスフィルター３６とをハウジング３２’’内に備えている。さらに、バンドルにされた熱交換器８５が、ファイバーバンドル３３とコア３８との間に配置される。

図２Ｄは、本開示の原理による、別のデバイス３０’’’を図示しており、これは、バンドルにされた熱交換器８５’上に配置され、ハウジング３２’’’内に配置されるファイバーバンドル３３を備える。いくつかの実施形態では、ファイバーバンドル３３は、約２．０インチ（＋／−０．１インチ）の内径と約３．５インチ（＋／−０．１インチ）の外径とを有する。

図２Ａを振り返れば、上記で言及されるとおり、ファイバーバンドル３３は、内部コア３８について形成される。内部コア３８は、一般的には円柱状の中空体であり、ファイバーバンドル３１がその外面に巻きつく（そして支持する）ように構成されている。内部コア３８は必要に応じて、ファイバーバンドル３３を有する堅固なアセンブリを促進する種々の特徴（例えば、リブ、フランジ、陥凹領域など）を組み込んでもよい。それにもかかわらず、内部コア３８は、第一末端８０で血液入り口７０に対して液体開口されている中央の通路７８を形成する。チャンバ８２は、コア３８の第二端８４に隣接して形成されて、１つ以上のウインドウ（示さず）によって内部コア３８の外側に液体開口されており、これによって、図２Ａに矢印で示されるように通路７８から半径方向に外側に血液流路を決定する。

ファイバーバンドル３３は、内部コア３８に沿って位置する、らせん状に巻かれた、微小孔性の中空ファイバーの環状のバンドルである（一般的には、図２Ａに記され、ただし、より詳細には、下の図３Ａ〜図３Ｃを参照して特定される）。下に明らかであるように、巻かれた中空ファイバーは、層を形成し、これに対して酸素供給器領域３４およびデプスフィルター領域３６が理論的には生成される。ファイバーバンドル３３の頂部末端および底部末端は、少なくとも酸素供給器領域３４に沿って、およびいくつかの実施形態では、酸素供給器およびデプスフィルター領域３４、３６の全体にそって、ハウジング３２のそれぞれ、頂部末端および底部末端で、固められた埋め込み型構成８６中に包埋される。ファイバー管腔は、それぞれ、上部および下部の埋め込まれた構成８６、８８の外面と連絡する。ガス入り口６６を介して導入される酸素化ガスは、ガスヘッダー５２中へ、中空ファイバーの管腔を通じ（少なくとも酸素供給器領域３４に沿う）、下部の埋め込まれた領域８８で中空ファイバーの対向する末端に下り、ガス出口通路６８へ流れる。

上記で本明細書に対して言及される埋め込みプロセスは、周知のファイバー埋め込みプロセスであり、ここでは埋め込み材料（例えば、ポリウレタン）は、遠心分離によって導入されて、その場で反応されることが理解されるべきである。他の適切な埋め込み材料を用いてもよい。適切なシーラントおよびガスケットは、ハウジング３２中のジョイントで、例えば、頂部および底部のヘッダー５２、５４と外壁５０との間のジョイントで用いられ得る。任意の適切な微小孔性のファイバーを、ファイバーバンドル３３中で用いてもよい；例えば、適切なファイバーは、Ｍｅｍｂｒａｎａ ｏｆ Ｃｈａｒｌｏｔｔｅ，Ｎｏｒｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａから、商品名ＣＥＬＧＡＲＤ（商標）Ｘ３０（２００〜３００ミクロンの大きさの外径）として入手可能な微小孔性のポリプロピレンファイバーである。

ファイバーバンドル３３は、内部コア３８の中央の長軸に対して半径方向に外側に延びる。このファイバーは、第一の方向では内部コア３８の第一の末端８０から第二の末端８４へ内部コア３８にそってらせん状に位置する（例えば、巻かれた）第一の複数のファイバーと、この第一の方向に対向する第二の方向で、従って、第二の末端８４から第一の末端８０へ、内部コア３８のまわりにらせん状に配置される第二の複数のファイバーとを備えてもよい。それにもかかわらず、いくつかの実施形態では、ファイバーバンドル３３の微小孔性のファイバーは、連続的に巻かれて、領域３４、３６の両方を規定し、その結果、領域３４、３６の間の物理的または視覚的区分は、存在しない（従って、領域３４、３６の間の図２Ａ〜図２Ｃによって具体化される視覚的相違は存在しない）。本開示のいくつかの特徴をより良好に理解するために、これによって、酸素供給器領域３４およびデプスフィルター領域３６が、以下の説明にあるように、お互いと物理的に別個であるとみることが補助され得る。酸素供給器領域３４およびデプスフィルター領域３６が、同じファイバーの連続的な巻きつけによって通常形成される実施形態では、酸素供給器領域３４は、デプスフィルター領域３６に対して下に記載される濾過特徴のいくつかを可能にし得る；ここでこれらの同じ構築物があり、およびデプスフィルター領域３６のファイバー管腔は、ガス入り口および出口に対して液体接続され、デプスフィルター領域３６は、酸素供給器領域３４に対して本明細書に記載の酸素化特徴のいくつかを可能にし得る。酸素供給器領域３４を生成するために内部コア３８に対して微小孔性のファイバーを巻きつける種々の許容可能な方法は、米国特許第４，９７５，２４７号明細書および同第５，４６２，６１９号明細書（その両方の全体的な技術は参照によって本明細書に援用される）に記載される。例えば、米国特許第５，４６２，６１９号明細書に記載されるように、酸素供給器領域３４を巻いて、酸素供給器バンドル４０の内側半径から外側半径へ増大する段階的な充填率を規定してもよい。

酸素供給器領域３４の充填率特性にかかわらず、酸素供給器の外面１００は、図３Ａに示されるように、巻きつけプロセスの間に仮定として生成される。酸素供給器外面１００は、内部コア３８に対向する酸素供給器領域３４の末端面として規定される（説明を容易にするために、図３Ａの図面からは省略したが、酸素供給器領域３４に対するその位置は、一般的には示されている）。酸素供給器の外面１００は一般的には環状であり、中空ファイバー１０２（その厚みまたは直径は、説明を容易にするために図３Ａでは誇張される）の一連の軸方向にまたは長軸方向に隣接する巻きつけから構成される。上記の説明と釣り合って、中空ファイバー１０２の個々のものは、酸素供給器の外面１００にそって、異なる巻きつけ方向に配置され得る。さらにいくつかの実施形態では、中空ファイバー１０２の選択されたグループ分けは、ファイバーのリボンとして同一の方向に集団として交差巻きつけされてもよい（例えば、米国特許第５，４６２，６１９号明細書に記載のように、６つの連続の中空ファイバーは、認識できるリボンとして集団として交差巻きつけされる）。そういうものとして、酸素供給器の外面１００にそったファイバー１０２は全てではないが、正確に軸方向に配列されてもよい。例えば、図３Ｂは、正確に交差巻きされているファイバー１０２のリボン１０３を示しており、ここでは、各々が酸素供給器の外面１００の一部を形成する、巻かれたファイバーリボン１０３のセグメント１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃが露出されている。しかし、図３Ｃで反映されるとおり、最小ギャップ間隔１０４は、ファイバー１０２の軸的に隣接するファイバーの間で確立され、ここで最小ギャップ間隔１０４は、いくつかの実施形態で２０〜７０ミクロンの範囲であり、他の実施形態では、３０〜６０ミクロンの範囲であり、他の実施形態では、３８ミクロンの大きさである。

図３Ａを振り返れば、デプスフィルター領域３６は、下記のように、酸素供給器領域３４を覆って直接加えられるかまたは形成されるように構築され（例えば、酸素供給器領域３４ファイバー巻きつけの連続）、酸素供給器の外面１００から半径方向に外側の外延として概して特徴づけられる。具体的には、デプスフィルター領域３６は、酸素供給器の外面１００にまたがって配置された複数のファイバーまたはフィラメント１１０（大略的に述べる）を備える。上で言及されるとおり、いくつかの実施形態では、酸素供給器領域３４を規定するファイバー１０２は連続して巻かれて、デプスフィルター領域３６をさらに規定する。これを考慮して、デプスフィルターファイバー１１０は、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのようなプラスチック樹脂からできていてもよく、微小孔性の中空ファイバーである。ファイバー１１０は、材料、構造、または大きさに関して同一であってもよいし、なくてもよいが、いくつかの実施形態では、フィルター領域ファイバー１１０の最大外径は、２００〜３００ミクロンの大きさである。他の実施形態では、フィルター領域ファイバー１１０は、約２００ミクロン以下；他の実施形態では、１５０ミクロン以下の最大外径を有する。さらに他の実施形態では、フィルター領域のファイバー１１０の外径は、４０〜５０ミクロンの範囲である。

フィラメント領域のファイバー１１０の正確な構築物および／または材料にかかわらず、ファイバー１１０を、酸素供給器の外面１００の上に配列して、図４Ａに示されるように水平な交差巻きファイバーのフィルター層を規定する（図示を容易にするために酸素供給器領域３４および酸素供給器の外面１００を図４Ａに模式的に示す）。図４Ｂでは、デプスフィルター領域３６は、水平巻きのファイバーの少なくとも第一のフィルター層１２０と、必要に応じて水平巻きのファイバー第二のフィルター層１２２と、この第二の層１２２上の水平巻きのファイバーのおそらく追加のフィルター層（示さず）とを有する。この層１２０、１２２は環状であり、上記の中央の軸Ｃに対して配列され、ここではデプスフィルター領域ファイバー１１０の種々のものが、中央の軸Ｃにそってらせん状に延びている。いくつかの実施形態では、ファイバー１１０は、層１２０、１２２の各々にそって異なる方向に延びて、その結果、この層１２０、１２２の各々は、水平な交差巻きファイバーから構成される。あるいは、この層１２０、１２２の一方または両方のファイバーは、交差巻きなしで水平巻きされてもよい。図４Ａおよび図４Ｂの構築物では、層１２０、１２２は、交差の−水平巻きとして特徴付けられてもよいし、または水平の複合巻きフィルター層１２０、１２２を計画してもよい。

最小ギャップ間隔１２４は、第一および第二の層１２０、１２２の各々の内のデプスフィルター領域ファイバー１１０の軸方向にまたは長軸方向に隣接するファイバーの間で確立される。「軸方向に隣接」および「長軸方向に隣接」という句は、本開示で用いる場合、お互いのすぐ上または下であり、中央軸Ｃに平行な平面で交差する中央ポイントを整列させている、２つのフィラメント（またはファイバー）を指す。従って、第一のフィルター層１２０に対して、軸方向にまたは長軸方向に隣接するファイバー１１０ａ、１１０ｂは、１２４ａで特定される最小ギャップ間隔を確立する；同様に、第二のフィルター層１２２のファイバー１１０ｃ、１１０ｄは、１２４ｂで特定された最小ギャップ間隔を確立する。本開示によって想定される特定の製造技術では、デプスフィルター領域３６のいくつかの領域では、より大きいギャップが、軸方向に隣接するファイバー１１０の間に存在し得ることが理解される。最小ギャップ間隔１２４の大きさを最小限にすることによって（例えば、４０ミクロン程度の大きさに）、フィルター層１２０、１２２を通る半径方向の血流は、所定の大きさの微小塞栓についての透過効率を増強した。デプスフィルター領域３６は、フィルター層１２０、１２２の２つを有することが記載されたが、他の実施形態では、水平巻きファイバーの層のうち３つもしくは４つまたはそれ以上が、ファイバー１１０によって形成され得、ここで各々の連続層は、前の層の半径方向に外側である。それにもかかわらず、かつ図４Ｂに示すとおり、第一のフィルター層１２０は、酸素供給器の外面１００上に直接形成され、その結果、第一の層１２０のファイバー１１０は、酸素供給器の外面１００の酸素供給器ファイバー１０２と物理的に接触する（そしてそれと必要に応じて連続する）。

いくつかの実施形態では、ファイバー１１０は、巻きつけ操作によって酸素供給器の外面１００に加えられる。ファイバー巻きつけプロセスは、図５で模式的に図示される種類の装置で簡便に行われ得、この装置は、内部コア３８上に酸素供給器領域３４を巻きつけるために必要に応じてまた使用され得る。一般的に言って、ファイバー巻きつけ装置は、装着部材１３０とガイドヘッド１３２とを回転することを包含する。回転性の装着部材１３０は、内部コア３８（大略的に述べる）を、従って以前に形成された酸素供給器領域３４（その外面１００は、部分的に可視であって、説明を容易にするために図５に模式的に記載される）を回転的に維持する。ガイドヘッド１３２は、装着部材１３０の長軸Ｂに対して、図５の両矢印のラインＡで図示するように相反的に移動するように配列される（すなわち、ガイド１３２のトラベルＡのラインは、装着部材１３０の回転Ｂの軸に並行である）。

記載どおり、例えば、米国特許第４，９７５，２４７号明細書では、ガイドヘッド１３２は、多数のファイバーガイド（例えば、チューブ、穴、ピンなど）を維持し、それを通じて、ファイバー１１０はそれらが、供給容器（示さず）からガイドヘッド１３２に入るにつれて、挿入される。直立しているリブ、グルーブ、ガイドピン、チューブなどを用いて、ガイドヘッド１３２でファイバー１１０と間隔を空けてもよい。市販されている巻きつけ装置は、連続ファイバー１０２、１１０を包むために利用可能である。例えば、ユタ州、ソルトレーク市のＥｎｔｅｃは、巻きつけの間の装着部材１３０の回転速度およびガイドヘッド１３２の移動速度を変化するための電子ギヤを備える巻きつけ装置を供給する。内部コア３８は、回転Ｂの軸とこのように配列されたコア３８の中央軸Ｃを備える、装着部材１３０上に装着される。次いで、ガイドヘッド１３２は、酸素供給器領域３４の左側に（図５に見られるように）配置される。連続ファイバー１１０のリボン１４０（例えば、ファイバー１１０のうち６）は、ガイドヘッド１３２のファイバーガイドを通じて挿入される。ファイバーリボン１４０の先端は、その遠位の左末端に延びた酸素供給器の外面１００に対して固定される。装着部材１３０の回転は、図５の矢印Ｒで示される方向で開始される。ガイドヘッド１３２の動きは、装着部材１３０の回転と同調され、装着部材１３０が回転するにつれて、酸素供給器領域３４の軸方向に自動的に移動する。ガイドヘッド１３２が、装着部材１３０の各々の回転のために固定距離を軸方向に移動することは、当業者によって理解される。

ガイドヘッド１３２は、内部コア３８の第一の末端８０（図５の左側）から、第二の末端８４（図５の右側）へ移動して、ここで減速する。減速後、ガイドヘッド１３２は、方向を逆転し、加速して、出発位置に移動して戻る。再度減速し、方向を逆転した後、ガイドヘッド１３２は、その移動サイクルを再開する。あるいは、ガイドヘッド１３２は、移動の終点で停止して居ついてもよい。ガイドヘッド１３２の逆移動および装着部材１３０（この上にコア３８が装着された）の同時の回転は、所望の直径のデプスフィルターバンドル領域が酸素供給器領域３４上に巻きつけられるまで連続され、ここでガイドヘッド１３２／リボン１４０の前後するサイクルが、上記の水平の交差巻のファイバーの層を創出する。

米国特許第４，９７５，２４７号明細書の第１０カラムの第２３行から第１１カラムの第６２行にさらに詳細に説明されるように、ガイドヘッド１３２の左から右の移動では、ファイバーリボン１４０が酸素化されたバンドル４０の周りにらせん状に巻かれ、リボン１４０中の個々のファイバー１１０が、酸素供給器の外面１００と接触して押し付けられる。ガイドヘッド１３２の引き続く第二の移動（図５では右から左）では、ファイバーリボン１４０は、酸素供給器領域３４上にらせん状に巻き続けられる。ガイドヘッド１３２の第二の移動の間に押し付けられたファイバー１１０の一部は、前に加えられたファイバー１１０と特定の交差ポイントで接触する。ガイドヘッド１３２の第一の移動の間に押し付けられたファイバー１１０とのファイバー間接触があるこれらの交差ポイントを除けば、ガイドヘッド１３２の第二の移動の間に押し付けられたファイバー１１０は、酸素供給器の外面１００と直接接触する。考察されている巻きつけ手順では、酸素供給器の外面１００は、隣接するファイバー１１０の間でギャップ間隔１２４（図４Ｂ）以外は、カバーされる。ガイドヘッド１３２の後の移動で巻きつけられたリボン１４０のファイバーは、米国特許第４，９７５，２４７号明細書に記載されるようにガイドヘッド１３２の初期の移動の間に押し付けられたファイバー１１０と半径方向に記載されている。

デプスフィルター領域３６（図３Ａ）が、上記のように酸素供給器領域３４上にファイバー１１０を巻きつけることによって形成される実施形態では、ガイドヘッド１３２の移動の動きに対する装着部材１３０回転速度の比は、巻きつけ操作の間に漸増的に調節されて、それによってファイバーリボン１４０の巻きつけ角度が調節され得る。このアプローチでは、デプスフィルター領域３６の半径方向の厚みにそったファイバー１１０の充填率は、半径方向に漸増する充填率を提供するように影響される。あるいは、またはさらに、ファイバー１１０の張力は、巻きつけプロセスの間に調節され得る。具体的には、任意のローラー１４２を使用して、リボン１４０に張力を与えてもよい。ローラー１４２は、それに対して移動するファイバーリボン１４０に応答して回転してもよいし、またはその回転がリボン１４０の速度に適合するように駆動されてもよい。ファイバー１１０の張力が巻きつけの間に増大される場合、充填率の増大が半径方向に外側方向で得られる；従って、ファイバー１１０に対するローラー１４２の力は、得られた充填率を増大するように増大されてもよい。さらに別法として、同時に巻かれている２つ（またはそれ以上）のファイバーの間の間隔は、巻きつけ操作の間に、徐々にまたは連続して減少されて、例えば、米国特許第５，４６２，６１９号明細書に記載のように、半径方向に外側の方向に充填率が増大され得る。他の実施形態では、充填率は、半径方向に外側の方向で一定であってもよいし、または減少されてもよい。さらに他の実施形態では、ファイバー１１０は、より多くの個々のベースに巻きつけられ得る（例えば、上記の連続のリボン１４０技術は、使用される必要はない）。

いくつかの実施形態では、上記の巻きつけ装置を使用して、内部コアに対して酸素供給器領域３４を形成する。例えば、内部コア３８は最初に、回転性の装着部材１３０にアセンブルされ、ガイドヘッド１３２を使用して、内部コア３８上にファイバー１０２のリボンを加える（図３Ｂ）。酸素供給器領域３４の形成後、巻きつけプロセスを続け、ここでファイバー１０２は、デプスフィルター領域３６のファイバー１１０として機能している。体外回路血液酸素化および動脈濾過操作に適切なファイバーバンドルが、増大されたバンドルの外径（例えば、従来の酸素供給器ファイバーバンドルの外径と所望の動脈濾過特性を提供する大きい外径との間の相違）に対して正常なバンドルの外径（そうでなければ従来の酸素供給器機能に利用される）を超えて酸素供給器ファイバーを巻きつけることによって形成され得るということが驚くべきことに、かつ予期せぬことに見出された。あるいは、酸素供給器領域３４の形成後、ファイバー１０２をファイバーガイドから取り出し（例えば、ガイドヘッド１３２によって担持されるチューブから外し）、上記のようにフィルターファイバー１１０と置き換える。従って、デプスフィルター領域３６は、必要に応じて、内部コアに対してファイバー１０２を加えた直後に、および巻きつけ装置からそのように形成された酸素供給領域３４を取り外すことなく酸素供給器領域３４を超えて形成され得る。

ファイバーバンドル３３が、コア３８上に直接巻かれていると記載されたが、他の構成もまた許容される。例えば、ファイバーバンドル３３は、２つ以上のパイルを含んでいる、フィラメントマットとして、コア３８（または酸素供給器領域３４から形成されるか、もしくはそれから離れて設けられるデプスフィルター領域３６）から形成されてもよいし、またはコア３８とは離れて設けられてもよい。米国特許第４，９４０，６１７号明細書は、クロスステッチによって相互接続された並行なファイバーを有する二枚重ね（または多重）のマットを記載しており、ここではファイバーは一層で、隣接する層（ｐｌｙ）または層（ｌａｙｅｒ）中のファイバーに対してある角度を形成する。米国特許第４，９４０，６１７号明細書はまた、このようなマットをコア上に巻きつけることによるバンドルの構築を示す。本明細書に言及される図を含む、第３カラムの第２６行〜第１４カラムの第６７行は、このようなマットおよびバンドルの開示を含み、この教示は、参照によって本明細書に援用され、本開示のファイバー１１０は、米国特許第４，９４０，６１７号明細書のファイバーとして用いられ得ることが理解される。一般的に言って、かつ図６Ａに示されるとおり、本開示による、ファイバーバンドル３３として（デプスフィルター領域３６として（図２Ａ））有用なマット１５０は、挿入された横行性のファイバー１５６などの特別な配列によって、グループまたはパイル１５２、１５４に組み合わされたファイバー１１０から構成される。いくつかの構築物では、パイル１５２の１つについて図６Ｂに示されるとおり、ファイバー１１０のいくつかの間の間隔は、他のファイバー１１０の間の間隔とは異なってもよい。ファイバーのグループの間の、ファイバー末端のこの配置によって形成されるギャップ１８によって、得られたマット１５０中のフィラメント周囲を流れる媒体のより良好な浸透が可能になる。図６Ａを振り返れば、追加の横行性ファイバー１５４など（ファイバー１１０の真ん中に挿入された）は、それらがファイバー１１０を、お互いに対して本質的に同一の間隔で規則的に保持するように配置される。正確な構築にかかわらず、図３Ａを相互参照して、マット１５０は、コア３８（または酸素供給器領域３４の外面１００）に対して巻かれるかまたは包まれ、上記のような交差巻き中空ファイバーの少なくとも第一の層および第二の層を有する、ファイバーバンドル３３のデプスフィルター領域３６を形成する。

さらに別の許容される実施形態では、ファイバーバンドル３３（または少なくともデプスフィルター領域３６）は、例えば、米国特許第５，１４１，０３１号明細書（その全教示が参照によって本明細書に援用される）に記載のように、織り繊維（ファイバー）二重横糸テープ（ｄｏｕｂｌｅ ｗｅｆｔ ｔａｐｅ）として提供される。一般的に言って、図７に示されるように、複数のファイバー１１０を含む二重横糸テープ１６０は、ヘッドプレート１６２中に包埋される。典型的には、ファイバーの末端は、それらを硬化性の埋め込み化合物に回転させることによって包埋される。それにもかかわらず、二重横糸テープ１６０は、コア１６４（例えば、コア３８（図３Ａ））の周囲の層中に配列される種々のファイバーテープを、いくつかの実施形態では、３０°以下である角度αで隣接する層のファイバー１１０が層を形成するように、提供する。二重横糸テープ１６０は、上記の二枚重ねのマット１５０（図６Ａ）と類似であるが、典型的には、より狭い幅を示す。テープ１６０は、コア３８に対して（または酸素供給器の外面１００（図３Ａ）に対して）包むかまたは巻きつけられて、上記のようにデプスフィルター領域３６を形成し得る。

図４Ａおよび図４Ｂを振り返れば、ファイバーバンドル３３の正確な構築物にかかわらず、水平巻きのファイバーの第一および第二のフィルター層１２０、１２２は、デプスフィルター領域３６を通じた血流の蛇行性の半径方向の流路を確立する。従って、デプスフィルター領域３６は、従来の動脈フィルターに関連するスクリーンまたはメッシュ構築物とは顕著に異なる。言い換えれば、第一層１２０のファイバー１１０の間の半径方向の流路（すなわち、ギャップ間隔）は、第二の層１２２の流路と半径方向に配列されることはなく、これによって、デプスフィルター領域３６に対する「デプス、深さ（ｄｅｐｔｈ）」が規定される。対照的に、スクリーンまたはメッシュフィルターでは、流路間隔は、材料の厚みを通じて半径方向に開口されるかまたは「直線状（ｌｉｎｅａｒ）」である。ファイバー１１０とフィルター層の数との間の最小ギャップ間隔１２４は、所定の大きさの微小塞栓に対するデプスフィルター領域３６の有効性を決定する２つの因子である。さらに、ファイバー１１０と、ファイバー１１０の外径と、ファイバー１１０の交差角度との間のギャップ間隔１２４は、デプスフィルター３６の開口エリアの割合を決定する。例えば、充填率を変化させることによって、ファイバー１１０の間の最小ギャップ間隔１２４は、血流が露出される剪断を増大することなく、減少され得る（酸素供給器領域３４のファイバー１０２の間の最小ギャップ間隔１０４（図３Ｃ）と比較して）。いくつかの実施形態では、デプスフィルター領域３６またはファイバーバンドル３３は全体として、当該分野で理解されるように微小塞栓、例えば、１５ミクロン程度の小ささの粒子状微小塞栓および２５０ミクロン以下の大きさの気体状微小塞栓（すなわち、泡）を濾過、または除去するように構成される。ファイバー１１０が、微小孔性のガス誘導性の中空ファイバーである実施形態では、デプスフィルター領域３６にまたがる圧力低下は、細孔を通じてファイバー１１０の管腔へ気体状微小塞栓を押し進めるのに好適な圧力の勾配をもたらす。そのようにして捕獲された気体状微小塞栓由来のガスは、ファイバーバンドル３３に会合したガス出口６８（図２Ａ）を通じて大気中に、または別々のマニホールドに排気され得る。

デプスフィルター領域３６は、デプスフィルター３６の半径方向の厚みを横切る比較的均一なフィラメントを利用すると記載されたが、他の構造では、デプスフィルターファイバー１１０のバリエーションが組み込まれてもよい。例えば、図８は、簡易な形態で、本開示による、別のデプスフィルター領域３６’の一部を図示する。デプスフィルター領域３６’は、前の実施形態と同様であり、かつ複数の水平巻きのファイバーを備え、これは複合して２つ以上のフィルター層１８０を規定する。言っておきたいのは、最も内側の層１８０ａが、最終の組立の際に、酸素供給器領域３４（模式的に図示する）の外面１００と物理的に直接接触して配置されるということである。１つ以上の層１８０中に種々の相違を組み込んで、異なる濾過特徴または特性を示す２つ（またはそれ以上）の濾過ゾーン１８２、１８４を作製する。例えば、ファイバーゾーン１８２のファイバー１８６は、中空であってもよいが、第二のゾーン１８４のファイバー１８８は、中実である（またはその逆も成り立つ）；結果として、第一のゾーン１８２は、気体状微小塞栓をより容易に濾過するか、または除去するが、第二のゾーン１８４は、より能動的に粒子状微小塞栓を濾過する。他の相違、例えば、ファイバー材料、最小ギャップ間隔、充填率などは、ゾーン１８２、１８４に代替的に、または追加的に組み込まれて、所望の二重機能性の濾過をもたらし得る。

図３Ａを振り返れば、特定の局面では、プスフィルター領域３６の水平の交差織りされたファイバー層は、酸素供給器領域３４と同様であるが、１つ以上の構造的な相違が、いくつかの実施形態では、デプスフィルター領域３６と酸素供給器領域３４との間に存在し得る。一般的に言って、これらの相違は、主に血流を酸素化する（そして血流から二酸化炭素を除去する）ための酸素供給器領域３４の機能を促進するように独自に選択されるが、デプスフィルター領域３６は主に、気体状および粒子状の微小塞栓を除去するか、または濾過する。例えば、いくつかの実施形態では、酸素供給器領域ファイバー１０２の軸方向に隣接するものの間の最小ギャップ間隔は、デプスフィルターファイバー１１０の軸方向に隣接するものの間の最小ギャップ間隔より大きい（例えば、酸素供給器バンドルファイバー１０２の軸方向に隣接するものの間の最小ギャップ間隔は、７５〜１５０ミクロンの範囲であるが、デプスフィルターファイバー１１０の軸方向に隣接するものの間の最小ギャップ間隔は４０〜７５ミクロンの範囲である）。さらに他の実施形態では、デプスフィルター領域３６の充填率は、酸素供給器領域３４の充填率よりも高い。あるいは、またはさらに、酸素供給器領域３４のファイバー１０２と関連する巻きの角度は、デプスフィルター領域３６のフィラメント１１０と関連する巻きの角度とは異なる。いくつかの構造では、上記の相違のうちの２つ以上が、デプスフィルター領域３６および酸素供給器領域３４中に組み込まれる。あるいは、他の相違が使用されてもよい。デプスフィルターファイバー１１０のプラスチック樹脂は、酸素供給器領域ファイバー１０２のプラスチック樹脂とは異なってもよい（例えば、デプスフィルターファイバー１１０は、ポリエステル、ポリメチルペンテン、またはシリコーンから形成されるが、酸素供給器領域ファイバー１０２は、ポリプロピレンから形成される）。さらに他の実施形態では、酸素供給器領域ファイバー１０２の外径は、デプスフィルターフィラメント１１０の外径より大きい（例えば、酸素供給器領域ファイバー１０２は、２００〜３００ミクロンの範囲の平均外径を有するが、デプスフィルターファイバー１１０は、１００〜２５０ミクロンの範囲の平均外径を有する）。

複合型の酸素供給器および動脈フィルターデバイス３０は、図９に示されるように、体外血液回路２００中に組み込まれてもよい。一般的に言って、体外血液回路２００は、通常使用される任意の体外血液回路と類似し得、一般には、静脈戻りライン１２、開心術ポンプおよびリザーバ２０、静脈血リザーバ２２、および動脈ライン１４を上記のように備える。複合型の酸素供給器および動脈フィルターデバイス３０は、静脈ライン１２に対して、例えば、入り口側２０２を介して液体接続される。デバイス３０の出口側２０４は、動脈ライン１４に液体接続される。酸素化ガス２０６の供給源は、デバイス３０に対して液体接続され、これによって、酸素供給器領域３４（図３Ａ）の少なくとも中空ファイバー１０２（図３Ｃ）に対する酸素化ガス流路が確立される。追加の構成要素が、回路２００内に挿入されてもよい。しかし、本開示の実施形態によれば、デバイス３０は、必須の動脈性濾過を提供し、その結果、デバイス３０と動脈ライン１４との間に別々のまたは追加の動脈フィルターは備えられない。次いで、従来の体外血液回路構成と比較して、全体的なプライム容積は、デバイス３０の使用で減少される。従って、体外血液回路２００は、簡易化される。なぜなら構成要素が少ない回路が回路２００に液体接続される必要があるからである。

実施例
以下の実施例および比較の実施例はさらに、本開示の複合型の酸素供給器および動脈フィルターデバイスを記載する。本実施例は、本開示の理解を容易にする例示的な目的のために提供され、本実施例に対する開示を限定すると解釈されるべきではない。

例示的な複合型の酸素供給器および動脈フィルターデバイス（実施例１〜６）を、市販の酸素供給器の酸素供給器バンドルを直接覆うデプスフィルターを形成することによって構築した（ミネソタ州、ミネアポリスのＭｅｄｔｒｏｎｉｃ，Ｉｎｃ．，から市販されているＡｆｆｉｎｉｔｙ(登録商標)ＮＴ Ｏｘｙｇｅｎａｔｏｒであって、そのファイバーは、Ｂｉｏｌｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ，Ｌｔｄ．，ＵＫから入手したＴｒｉｌｌｉｕｍ(登録商標)Ｂｉｏｓｕｒｆａｃｅでコーティングされた）。組み込まれた動脈性デプスフィルターを、事前に決定された方式で酸素供給器ファイバーのらせん状または交差巻きを連続することによって形成して、軸方向に隣接するファイバーの間の指定されたギャップ間隔を含む、水平の交差巻きされたファイバーの２つ以上のフィルター層を確立した。実施例１〜６の各々についてファイバー外径、フィルター層の数、およびギャップ間隔を、下の表１に示す。

実施例１〜６の複合型の酸素供給器および動脈フィルターデバイスの濾過効率は、粒子の負荷された液体を、デバイスを通して流すことによって、およびこのデバイスによって捕獲または保持される粒子の割合を決定することによって試験した。この粒子は、ラテックスマイクロスフェアであり、異なる大きさの粒子のバッチを、各々のサンプルについての試験で使用した。各々の試験に関して、デバイスに導入された粒子の数とデバイスを出る粒子の数との間の相違を記録して、濾過効率を決定するために用いた。各々の試験についての粒子サイズを、決定された濾過効率とともに、下の表１に示す。

例示的な複合型の酸素供給器および動脈フィルターデバイスの濾過効率の能力を評価するために、市販の動脈フィルターおよび市販の酸素供給器を、上記の試験に課して、その結果を記録した。具体的には、比較の実施例１および２は、Ｔｒｉｌｌｉｕｍ(登録商標) Ｂｉｏｓｕｒｆａｃｅでコーティングされた市販の動脈フィルター（Ａｆｆｉｎｉｔｙ（登録商標）Ａｒｔｅｒｉａｌ Ｆｉｌｔｅｒ（３８ミクロンのフィラメントギャップ））であった。比較の実施例３および４は、Ｃａｒｍｅｄａ(登録商標)Ｂｉｏｓｕｒｆａｃｅ（スウェーデンのＣａｒｍｅｄａ ＡＢから入手可能）でコーティングされた市販の動脈フィルター（Ａｆｆｉｎｉｔｙ（登録商標）Ａｒｔｅｒｉａｌ Ｆｉｌｔｅｒ）であった。比較の実施例５および６は、Ｃａｒｍｅｄａ(登録商標) Ｂｉｏｓｕｒｆａｃｅでコーティングされた、市販の酸素供給器（ミネソタ州、ミネアポリスのＭｅｄｔｒｏｎｉｃ，Ｉｎｃ．，から入手可能なＡｆｆｉｎｉｔｙ(登録商標)ＮＴ Ｏｘｙｇｅｎａｔｏｒ）であった。比較の実施例７および８は、Ｔｒｉｌｌｉｕｍ(登録商標) Ｂｉｏｓｕｒｆａｃｅでコーティングされた、市販の酸素供給器（Ａｆｆｉｎｉｔｙ(登録商標)ＮＴ Ｏｘｙｇｅｎａｔｏｒ）であった。試験結果は、下の表１に示される。

表１

本開示による、複合型の酸素供給器および動脈フィルターデバイスの追加的な例（実施例７〜１１）は、図２Ｄと類似の方式で、３００ミクロンの中空の多孔性ファイバーの拡大されたファイバーバンドルを形成することによって構築した。実施例７〜１１の拡大された直径のバンドルは、ミネソタ州、ミネアポリスのＭｅｄｔｒｏｎｉｃ，Ｉｎｃ．，から市販されている商品名Ｐｉｘｉｅ(商標)Ｏｘｙｇｅｎａｔｏｒで入手可能な酸素供給器デバイスのファイバーバンドルを前提とした。具体的には、実施例７〜１１のファイバーバンドルは、従来のＰｉｘｉｅ（商標） 酸素供給器バンドルの「大型化（ｕｐｓｉｚｅｄ）」バージョンに相当した。実施例７〜１１の大型化ファイバーバンドルは、正常なＰｉｘｉｅ（商標）バンドルの最小ギャップ間隔に比較して、ギャップ間隔を低下することを包含する、追加されたバンドル直径にそって充填率の増大があるように巻いた。実施例７〜１１を、上記の濾過効率試験に供し、その結果を下の表２に報告する。

実施例７〜１１の複合型の酸素供給器および動脈フィルターデバイスの濾過効率の能力を評価するために、市販の動脈フィルターおよび市販の酸素供給器を、上記の試験に供して、結果を記録した。具体的には、比較の実施例９および１０は、Ｔｒｉｌｌｉｕｍ(登録商標) Ｂｉｏｓｕｒｆａｃｅでコーティングされた市販の動脈フィルター（Ａｆｆｉｎｉｔｙ(登録商標)Ａｒｔｅｒｉａｌ Ｆｉｌｔｅｒ（３８ミクロンファイバーギャップ））であった。比較の実施例１１および１２は、Ｔｒｉｌｌｉｕｍ(登録商標)Ｂｉｏｓｕｒｆａｃｅでコーティングされた市販の酸素供給器（ミネソタ州、ミネアポリスのＭｅｄｔｒｏｎｉｃ，Ｉｎｃ．，から入手可能なＡｆｆｉｎｉｔｙ(登録商標)ＮＴ Ｏｘｙｇｅｎａｔｏｒ）であった。この試験結果は、下の表２に示す。

表２

この試験結果によって、本開示の複合型の酸素供給器および動脈フィルターデバイスは、別々の独立型の酸素供給器および動脈フィルターの製品と比較して、濾過効率で極めて有益であったことが明らかになる。驚くべきことに、本開示の例示的なファイバーバンドル実施形態（ここでファイバーバンドルデプスフィルター領域は、酸素供給領域の中空の微小孔性ファイバーの連続巻きつけによって形成されている）は、酸素供給器領域と比較した場合デプスフィルター領域にそった最小のギャップ間隔の減少を含み、極めて有益な濾過効率を示した。例えば、複合型の酸素供給器および動脈フィルターデバイスで有用な本開示のファイバーバンドルは、体外血液回路酸素化機能に必要な酸素化特性を提供し、約４５ミクロン（＋／−５ミクロン）の粒径を有する粒子を濾過するのに９２％以上、あるいは９５％以上という濾過効率を示す；他の実施形態では、ファイバーバンドルは、約６５ミクロン（＋／−５ミクロン）の粒径を有する粒子を濾過するのに９４％以上、あるいは９７％以上という濾過効率を有する；さらに他の実施形態では、ファイバーバンドルは、約２０ミクロン（＋／−５ミクロン）の粒径を有する粒子を濾過するのに５５％以上、あるいは６０％以上という濾過効率を有する。

本開示は、好ましい実施形態を参照して記載してきたが、当業者は、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、形式上、および具体的な変化がなされ得ることを認識する。

Claims (20)

1. 体外血液回路で血液を処理するための複合型の酸素供給器および動脈フィルターデバイスであって、
   ハウジングと、
   前記ハウジング内で維持され、中央の長軸を規定しているコアと、
   前記ハウジング内に配置されたファイバーバンドルであって、前記ファイバーバンドルは、複数の層を生成するためにコアの周囲に連続的にらせん状に巻かれた複数の中空の微小孔性ファイバーによって形成され、各々の層は、水平に巻かれたファイバーから構成されており、各々の連続する層は、中央の長軸に対してすぐ前にある層の半径方向に外側であるファイバーバンドルと、を備え、
   ファイバーバンドルの層は、複合して、酸素供給器領域およびデプスフィルター領域を規定し、前記デプスフィルター領域は、前記酸素供給器領域の半径方向外側であり、
   前記酸素供給領域層の軸方向に隣接するファイバーの間の最小ギャップ間隔は、前記デプスフィルター領域層の軸方向に隣接するファイバーの間の最小ギャップ間隔より大きく、
   前記ファイバーバンドルは、約４５ミクロンの粒径を有する粒子を濾過する場合に９２％以上という濾過効率を示す、
   ことを特徴とするデバイス。
2. 前記ファイバーバンドルの濾過効率が、約４５ミクロンという粒径を有する粒子を濾過する場合に９５％以上である、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記ファイバーバンドルが、約６５ミクロンという粒径を有する粒子を濾過する場合に９４％以上という濾過効率を示す、請求項１に記載のデバイス。
4. 前記ファイバーバンドルの濾過効率が、約６５ミクロンという粒径を有する粒子を濾過する場合に９７％以上である、請求項３に記載のデバイス。
5. 前記ファイバーバンドルが、約２０ミクロンという粒径を有する粒子を濾過する場合に５５％以上という濾過効率を示す、請求項１に記載のデバイス。
6. 前記ファイバーバンドルの濾過効率が、約２０ミクロンという粒径を有する粒子を濾過する場合に６０％以上である、請求項５に記載のデバイス。
7. 前記濾過効率が、前記粒子を担持し、前記デバイスを通じて分散される液体について９２％以上である、請求項１に記載のデバイス。
8. 前記デプスフィルター領域の充填率が、酸素供給器領域の充填率よりも大きい、請求項１に記載のデバイス。
9. 前記デプスフィルター領域の半径方向に内側の層の軸方向に隣接するファイバーの間の最小ギャップ間隔が、前記デプスフィルター領域の半径方向に外側の層の軸方向に隣接するファイバーの間の最小ギャップ間隔よりも大きい、請求項１に記載のデバイス。
10. 前記酸素供給領域層の軸方向に隣接するファイバーの間の最小ギャップ間隔が、７５〜１５０ミクロンの範囲内であり、かつ前記デプスフィルター領域層の軸方向に隣接するファイバーの間の最小ギャップ間隔が４０〜７５ミクロンの範囲である、請求項１に記載のデバイス。
11. 前記ファイバーが、約３００ミクロンの外径を有する、請求項１に記載のデバイス。
12. 前記デバイスがさらに、ファイバーバンドルとコアとの間で形成される熱交換バンドルを備える、請求項１に記載のデバイス。
13. 前記ファイバーバンドルが、約３．５インチの外径および約２．０インチの内径を有する、請求項１２に記載のデバイス。
14. 前記ハウジングが、入り口および出口を備え、かつ血流路を、前記入り口から、酸素供給器領域を通じて半径方向に、デプスフィルター領域を通じて半径方向に、前記出口へ規定する、請求項１に記載のデバイス。
15. 前記ファイバーバンドルが、半径方向に蛇行状の血流路を確立する、請求項１４に記載のデバイス。
16. 前記酸素供給器領域が、前記ファイバーバンドルを通じて流れる静脈血から主に二酸化炭素を除去して、酸素を添加するように構成されており、前記デプスフィルター領域が、前記ファイバーバンドルを通じて流れる血液から主に微粒子およびガス状の微小塞栓を除去するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
17. 前記層が各々、水平な交差巻きファイバーから構成される、請求項１に記載のデバイス。
18. 体外血液回路であって、
    患者から静脈血を受容するための静脈ラインと、
    患者へ血液を送達するための動脈ラインと、
    静脈ラインに対して液体的に接続された入り口側と、動脈ラインに対して液体的に接続された出口側とを有する、複合型の酸素供給器および動脈フィルターデバイスとを含み、
    前記デバイスは、
    ハウジングと、
    前記ハウジング内に維持され、中央の長軸を規定しているコアと、
    前記ハウジング内に配置されたファイバーバンドルであって、コアの周囲に連続してらせん状に巻かれた複数の中空の微小孔性のファイバーによって形成されて複数の層を生成しており、各々の層は、水平に巻かれたファイバーから構成されており、各々の連続する層は、中央の長軸に対してすぐ前にある層の半径方向に外側であるファイバーバンドルと、を有し、
    前記ファイバーバンドルの層は複合して、酸素供給器領域およびデプスフィルター領域を規定し、前記デプスフィルター領域は、前記酸素供給器領域の半径方向に外側であり、
    前記酸素供給器領域層の軸方向に隣接するファイバーの間の最小ギャップ間隔は、前記デプスフィルター領域層の軸方向に隣接するファイバーの間の最小ギャップ間隔よりも大きく、
    前記ファイバーバンドルは、約４５ミクロンという粒径を有する粒子を濾過する場合に９２％以上という濾過効率を示す、
    ことを特徴とする体外血液回路。
19. 前記回路が、前記デバイスと前記動脈ラインとの間に追加的な動脈フィルターがないことによって特徴づけられる、請求項１８に記載の体外血液回路。
20. 体外血液回路で血液を処理するための、複合型の酸素供給器および動脈フィルターデバイスを作製する方法であって、
    複数の層を有するファイバーバンドルを規定するために内部コアの周囲に複数の中空微小孔性ファイバーをらせん状に巻くことであって、各々の層が水平に巻かれたファイバーから構成されており、かつ各々の連続する層は、コアの中央の長軸に対してすぐ前にある層の半径方向に外側であり、
    前記ファイバーバンドルの層は複合して、酸素供給器領域およびデプスフィルター領域を規定し、前記デプスフィルター領域は、前記酸素供給器領域の半径方向に外側であり、
    前記酸素供給器領域層の軸方向に隣接するファイバーの間の最小ギャップ間隔は、前記デプスフィルター領域層の軸方向に隣接するファイバーの間の最小ギャップ間隔よりも大きく、
    前記ファイバーバンドルは、約４５ミクロンという粒径を有する粒子を濾過する場合に９２％以上という濾過効率を示し、
    ハウジング内にファイバーバンドルを配置することとを備えている、
    ことを特徴とする作製方法。

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