JP2017136199A - 血液中のマイクロバブル除去装置および心肺システム - Google Patents

Abstract

【課題】血液中のマイクロバブルの除去能を向上させる。【解決手段】血液中のマイクロバブル除去装置は、除泡装置１０と減圧手段とを備える。除泡装置１０は、血液流路１２が設けられたハウジング１１を備え、血液流路１２を流れる血液に接するように中空糸膜２１が配置されている。減圧手段は、中空糸膜２１の内腔を減圧する。【選択図】図２

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。

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。

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）。

国際公開第２０１５／０４６２２４号パンフレット

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。

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。

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。

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。

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。

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の斜視図である。 図２は、図１に示した除泡装置の断面図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (4)

1. 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ことを特徴とする血液中のマイクロバブル除去装置。
2. 前記中空糸膜の一端が封止され、前記中空糸膜の他端が前記減圧手段に連通されている請求項１に記載の血液中のマイクロバブル除去装置。
3. 前記減圧手段は、前記中空糸膜の内外間の圧力差が５０ｋＰａ以上になるように、前記内腔を減圧する請求項１又は２に記載の血液中のマイクロバブル除去装置。
4. 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請求項１〜３のいずれか一項に記載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心肺システム。

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