JP2811455B2

JP2811455B2 - 中空糸型血液処理装置

Info

Publication number: JP2811455B2
Application number: JP64000896A
Authority: JP
Inventors: 和彦萩原
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1989-01-06
Filing date: 1989-01-06
Publication date: 1998-10-15
Anticipated expiration: 2013-10-15
Also published as: JPH02182266A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、体外循環による血液処理装置に用いられる
中空糸型血液処理装置に関する。

［従来の技術］この種の中空糸型血液処理装置は、人工肺装置、人工
腎臓装置等として広く用いられている。例えば、体外循
環による生体肺の補助（ECMO）として、第14図に示す構
造の人工肺装置が知られている。これを以下簡単に説明
する。

図中１は、内部を血液が流れる中空糸を複数本、束ね
た中空糸束であり、この中空糸束１の両端は、後述する
血液処理室3aと血液ポート領域4a,4aとを液密に隔離す
る隔壁2,2に、中空糸が開口するように埋め込まれて支
持固定されている。そして中空糸束１の周囲はハウジン
グ３により、また、両端部は血液ポートカバー4,4でそ
れぞれ覆われている。ハウジング３は、筒状体５の両端
に取付カバー6,6を膨出状態に設けて構成され、この取
付カバー6,6が前記隔壁2,2の周面に密着し、ハウジング
３内に血液処理室3aが形成されている。また取付カバー
6,6内には、処理用開口3b,3bが設けられ、処理室3a内に
流路が形成されている。筒状体５は、処理用開口3b,3b
に対向するように延長されてリブ5a,5aが形成され、流
路の短絡が防止されている。また筒状体５内に絞り部5b
が形成され、中空糸束１の充填率が端部にゆくにつれ疎
になる構造とされて、血液処理能が高められる。

一方、血液ポートカバー４は、その内部に中空糸束１
の端面に向かうに従って広がれように円錐状の血液ポー
ト領域4aを形成するとともに、その先端、軸方向に血液
導通口4bを、その広がり端にフランジ７をそれぞれ設け
て構成されている。そして、フランジ７の外面を押圧す
るように対応する環状フランジ部8aを有する血液ポート
カバー固定ナット８が、前記ハウジング３の取付カバー
６の外周に螺合されて、それによってフランジ７は、前
記隔壁２の周縁部にパッキン９を介して密着している。

この構造のものによれば、血液は、一方の血液導通口
4bから血液ポート領域4aを経由して中空糸内に入り、中
空糸内を通過する間に、中空糸を介して血液中の炭酸ガ
スと、一方の処理用開口3bから血液処理室3aに送り込ま
れた酸素とが交換される。そして酸素が添加された血液
は、他方の血液ポート領域4aを経由して血液導通口4bか
ら体内（図示せず）にもどされ、また血液中から排除さ
れた炭酸ガスは、他方の処理用開口3bから外部に出され
るのである。

ところで、上述の人工肺装置において、血液ポート領
域4aは、中空糸束１の端面の面積が血液導通口4bの面積
に比べ相当大きいために、血液ポート領域4aを流れる血
液の速度は、一様になり難い。すなわち、中空糸内への
流入時、あるいは中空糸からの流出時の血液の速度は、
血液導通口4bの直下あるいは直上に位置する中央部で
は、導通口4bからあるいは導通口4bに流れが直接的に導
かれるので速く、周縁部では導通口までの距離が長くな
ることもあって、いきおい遅くなる。従って、特に、血
液ポート領域4aにおいて、中空糸束１の周縁の隅部で
は、血液の流れが極めて遅い滞留の状態になったり、場
合によっては完全に停止してしまう事態も生じ得る。こ
の結果、中空糸束１の周縁部では、血球の沈殿が生じ、
中空糸束１の閉塞や血栓の形成といった望ましくない事
態を誘発し、問題となっていた。

また、前述の人工肺装置において、縦形配置の場合、
血液を上方のポート領域より下方の領域へと流す、いわ
ゆる下向き流の場合と、その逆に下から上へ流す上向き
流の場合とがあるが、血液ポート領域4aにおける血液の
滞留は、重力の影響もあって、下向き流の場合、流入側
の血液ポート領域4aに、上向き流の場合、流出側の血液
ポート領域4aに、特に顕著に現われるので、その解決が
特に期待されていた。

このような上述の問題を解決するために、従来におい
て、すでに、血液ポート領域の周面を一定の計算値によ
る曲面で形成したもの、あるいは旋回流型等血液ポート
領域の形状を工夫したものが提案されている。例えば、
特公昭62−54510号、特公昭60−5308号、特開昭62−211
072号等にこれら解決構成が開示されている。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、これら提案された血液処理装置でも、
血液の滞留の防止は不十分であった。すなわち、血液の
流れが下向きの場合に、流入側の血液ポート領域におい
て、血液ポート領域の周面を一定の計算値による曲面で
形成したものでは、依然として、中空糸束の周縁部の滞
留を防止し得ず、また旋回流型のものでは、周縁部の滞
留は防止されたが、逆に中央部に滞留が生じた。

また、これら提案構成では、血液の流れが下向き流の
場合に特に問題となる流入側の血液ポート領域における
血液の滞留の防止を主目的としており、従って血液の流
れが上向き流の場合に特に問題となる流出側の血液の滞
留の防止については、予定されず、その効果も期し得な
かった。

特に、最近、血液適合性材料の開発により、ヘパリン
のような抗血液凝固剤を使用しないノンヘパリンによる
体外循環の試みが行なわれつつあるが、この場合には、
血液の滞留は、即、中空糸の閉塞、血栓の形成の原因と
なり、またその体外循環が長期に亘るときは致命的とな
るといった品質上ならびに安全性の点で大きな問題とな
るものである。

また、人工肺装置を用いた体外循環の場合、血液回路
の配置上、プライミングの操作上、あるいは人工肺装置
に熱交換器を連結装着したときの、水でみたされ、重量
の大きな熱交換器の安定性等の点から、血液の流れを上
向き流にすることが一般的である。従って、この場合
に、流出側の血液ポート領域に発生する血液の滞留が、
特に大きな問題となるのであった。

更に又、上向き流の場合に、遠心ポンプ等の定常流ポ
ンプを使用したときは、血液の流れが脈動せず殆んど一
定となるため血液ポート領域では、特にその周縁部分に
おいて血液が滞留し易い状態となる。

本発明は、上記問題点に鑑み、血液処理装置内の血液
の流れの向きが、上向き流、下向き流のいずれであって
も、血液ポート領域の全域に亘って、血液の流れを良好
にして滞留の発生を積極的に防止し、中空糸束の各中空
糸への血液の流入あるいは流出をいずれの個所において
も実質的に一様にして、その結果、中空糸の閉塞、血栓
を防止して品質、ならびに安全性の向上を図ることを目
的とする。

［課題を解決するための手段］上記従来の課題を解決するために、本発明において
は、内部に血液が流れる中空糸を束ねた中空糸束の端部
が開口するとともに血液導通口が形成された血液ポート
領域を備えた中空糸型血液処理装置において、該血液ポ
ート領域が、該血液導通口に連通するとともに該中空糸
束の端部周縁に沿って環状に形成され該中空糸束の端面
より離間する方向に膨出した環状膨出空間部と、該膨出
空間部に連通するとともに該膨出空間部の内側において
環状に形成され、かつ該中空糸束の端面に実質的に平行
に近接した対向端面で形成された狭小空間部とを備えて
なる構成を特徴とする血液処理装置を提供するものであ
り、特に、狭小空間部は、中空糸束の端面と、それに近
接する環状リブの対向端面との間に形成され、該環状リ
ブは、中空糸束の軸心に対し血液導通口と反対側におい
て切欠かれてなるものが良好である。

さらに、本発明においては、内部に血液が流れる中空
糸を束ねた中空糸束の端部が開口するとともに血液導通
口が形成された血液ポート領域を備えた中空糸型血液処
理装置において、該血液ポート領域を区画する壁手段の
少なくとも一部が、該血液ポート領域の内部容積を可変
とする可動部材で形成されてなる構成を特徴とする中空
糸型血液処理装置を提供するものである。この構成にお
いて、可動部材が、中空糸束の端面に対して接離可能に
該中空糸束の軸方向に摺動自在に設けられてなるものが
可能である。あるいは、可動部材が弾性変形可能な可撓
性膜部材よりなるものが可能であり、可動部材の血液ポ
ート領域の外側に、該可動部材を変形可能な作動圧を導
入する圧力室を設けてなるものが良好で、さらに、可動
部材の血液ポート領域の外側に、該可動部材の変形量を
規制する規制部材を設けてなるものが一層よい。また、
可動部材の中央部が、中空糸束の端面に近接する方向に
膨出するとともに周縁部が、該中央部よりも中空糸束の
端面から離間し、かつ血液導通口が、血液ポート領域の
接線方向に形成されてなるものが望ましい。

［作用］上記構成の本発明に係る中空糸型血液処理装置によれ
ば、抵抗が大きいと流量が少なく、抵抗が小さいと流量
が多くなる点よりして、血流の抵抗が狭小空間部で大き
く膨出空間部で小さいので、膨出空間部においてより多
くの血液が流れ、従ってこの膨出空間部を中空糸束の端
部周縁領域に設けることにより、滞留が生じ易いこの端
部周縁領域においても十分な血流量を確保して、中央部
ならびに端部周縁のいずれにおいても中空糸束の端面全
体に一様な血流を生じさせ、血液ポート領域における血
液の滞留を積極的に防止することができる。特に本発明
においては、血流の抵抗が大きい狭小空間部を環状に形
成することによっても、中空糸束の端面全体に亘り、一
様な血流を得ることができ、さらに、狭小空間部を形成
する環状リブを、血液導通口の反対側の位置において部
分的に切欠くことにより、滞留がもっとも発生しやすい
部分の血流量を十分に確保することができる。

さらに、本発明の別の構成によれば、可動部材を設け
ることにより、血液ポート領域の血流を、適度にかつ積
極的に乱流とし、これにより、血液ポート領域における
滞留部分を解消して、良好な血流を得ることができる。
又、可動部材を、可撓性の膜部材で形成するとともに、
その膜部材を外部より作用させた作動圧によって変形さ
せて可動部材としての所要の動作を得ることができる。

［実施例］以下、本発明の中空糸型血液処理装置を具体化した実
施例を図面を参照して説明する。

まず、本発明の第１の実施例に係る人工肺装置を、第
１図乃至第３図に基づいて説明する。図中１は中空糸
束、２は隔壁、３はハウジング、3aは血液処理室、3bは
処理用開口、５は筒状体、5aはリブ、5bは絞り部、６は
取付カバーであり、これらの構造は、第14図で説明した
装置と同様である。

一方、図中10は血液ポートカバーであり、中空糸束１
の端面と対向する対向壁部材10aと、取付カバー６の外
周に螺合する周壁部材10bとでキャップ状に構成されて
いる。この螺合締付けにより、対向壁部材10aは、隔壁
２に、その端面周縁部に介在するパッキン11により密着
し、血液ポートカバー10内に血液ポート領域12が液密に
隔離されている。また対向壁部材10aの内面は、中空糸
束１の周縁に沿って環状に形成され、中空糸束１の端面
と離間した溝面13と、この溝面13間に、中空糸束１の端
面に実質的に平行で近接して形成された対向壁面14とか
らなる。すなわち、溝面13と中空糸束１の周縁部との間
に膨出空間部12aを、また対向壁面14と中空糸束１の端
面との間に狭小空間部12bをそれぞれ連通して形成する
ことにより、血液ポート領域12を構成する。また膨出空
間部12aには、第２図及び第３図に示すように半径方向
に血液導通口15が、血液ポート領域12と連通するように
設けられている。

上記構成の人工肺装置によれば、狭小空間部12bは、
その領域全体に亘って均一かつ狭い間隙で形成され、膨
出空間部12aは、広い環状の間隙で形成されているの
で、血流の抵抗が大きい狭小空間部12aと抵抗が小さい
膨出空間部12bとが明確に区別されている。従って、第
１図に示す血液ポート領域12を流出側とした場合、第２
図に示すように、中空糸束１の各中空糸から出た血液
は、狭小空間部を略、放射方向に一様に流れて膨出空間
部12aに入り、そこで血流の抵抗が軽減されて、より積
極的な流れとなる。そのため、血液導通口15の反対側に
も十分血流を確保することができる。そして、血液は、
膨出空間部12aを介して矢印で示すように血液導通口15
から流出される。その結果、中空糸束１の周縁に沿って
より多くの血液が流れ、血液ポート領域12の全体に亘っ
て一様な流れが得られ、血液の滞留、ひいては中空糸の
閉塞、血栓の形成を防止することができる。

また、第１図に示す血液ポート領域12を流入側とした
場合、第３図に示すように、血液導通口15から膨出空間
部12aに入った血液は、まずその膨出空間部12aに沿って
２方向に分かれて流れるとともに、その膨出空間部12a
より狭小空間部12bへと、矢印で示すように略、放射方
向に沿い一様に流れ込み、中空糸束１の各中空糸内に流
入する。従って、中空糸束１の周縁に沿って多量の血流
を確保し、滞留を防止することができる。

なお、狭小空間部12bにおける対向壁面14と中空糸束
１の端面との間隔は、中空糸束１の直径の1/20以下、1/
300程度以上であるものがよく、特に、1/30以下である
ものが良好である。1/20以下であれば、第２図および第
３図に示すように、放射方向に一層一様な血流が得ら
れ、血液導通口15の反対側において血液ポート領域12に
血液の滞留が生じることもない。また、1/300程度以上
であれば、狭小空間部12bにおいて十分な血流の抵抗が
得られ、血流の抵抗が大きくなることから生ずる血球の
破壊の恐れもない。また膨出空間部12aは、中空糸束１
の周縁内側まで入り込むような幅を有する構成とすれ
ば、中空糸束１の周縁部の流量を増加せしめ有効であ
る。

さらに、中空糸束１の周縁部に十分な血流を得るため
には、膨出空間部12aの幅を有する部分が、中空糸束１
の直径の1/2の直径を有する同心円内に達しないものが
良好である。

次に、本発明の第２の実施例に係る人工肺装置を第５
図及び第６図に基づいて説明する。図中20は血液ポート
カバーであり、20aは、そのカバー20の主要部をなすと
ともに中空糸束１の端面と対向する対向壁部材である。
この対向壁部材20aの内面は、中空糸束１の周縁に沿っ
て環状に形成され、中空糸束１の端面と離間した溝面23
と、この溝面23の内側に、中空糸束１の端面に平行に近
接するとともに環状リブ26aの端面に形成された対向端
面26と、リブ26aの内側に形成された中央面27とからな
る。すなわち、溝面23と中空糸束１の周縁部との間に膨
出空間部22aを、対向端面26と中空糸束１の端面との間
に狭小空間部22bを、中央面27と中空糸束１の端面との
間に中央空間部22cをそれぞれ連通して形成することに
より、血液ポート領域22を構成している。また膨出空間
部22aには、第６図に示すように、半径方向に、血液導
通口25が、血液ポート領域22と連通するように設けられ
ている。

また、環状リブ26aは、軸心に対し、血液導通口25と
反対側の位置に形成された切欠22dにより切欠れて、周
縁の膨出空間部22aと中央空間部22cが狭小空間部22bを
介さずに連通している。

以上説明した以外の構成部分は第１の実施例と同様で
あるから詳細を略する。

上記構成の人工肺装置によれば血液ポート領域22を流
出側とした場合、中空糸束１の各中空糸内から出た血液
は、第６図に矢印で示すように環状リブ26aの切欠22dの
部分に向かって多量に流れる。そしてより多くの血液が
膨出空間部22aを２方向に別れて中空糸束１の周縁部に
沿って流れ、特に血液が滞留し易い、血液導通口25と反
対側の端部周縁において、血流量を増加せしめ、その部
分を含めて血液ポート領域全体に亘って血液の滞留、ひ
いては中空糸の閉塞、血栓の形成を防止することができ
る。

また、第５図に示す血液ポート領域22を流入側とした
場合について図示を省略してあるが流出側について前述
したと同様に、膨出空間部22a中を血液が積極的に流れ
るとともに、切欠22dを介して、この膨出空間部22aより
中央空間部22cへとスムーズな血液の流れが形成される
ので、血液導通口25とは反対側の、特に血液の滞留を生
じさせ易い領域においても良好な血流の改善が見られ
る。

なお、環状リブ26aに形成した切欠22dの部分は、円周
の2/5以下であるものが良好である。

なおまた、狭小空間部22bを形成する対向端面26と中
空糸束１の端面との間隔は、中空糸束１の直径の1/20以
下であるものが望ましい。

なお、中央面27は切欠22dに向って傾斜しているもの
が望ましく、これにより切欠22dへの血液の流れが促進
される。また、中央空間部22cの高さは、膨出空間部22a
の高さより低いものが望ましく、これにより中央空間部
22cから切欠22dへの血流がスムーズになる。

次に、本発明の第３の実施例に係る人工肺装置を、第
７図に基づいて説明する。第７図において、30は、円筒
状の周壁部材であり、取付カバー６の外周に螺合すると
ともに、隔壁２の周縁部から軸方向に延出した形状をな
している。この周壁部材30は取付カバー６との螺合によ
り隔壁２の周縁部にパッキン31を介して密着固定され
る。また32は、この周壁部材30の内側において、中空糸
束１の端面に対向するように配設された可動部材で、矢
印で示すように軸方向に摺動自在になっている。この可
動部材32は、中空糸束１の端面との対向内面が周縁部に
おいて中空糸束１の端面と平行に、中央部において中空
糸束１の端面の方向に球面状に膨出した形状となってい
る。この可動部材32の周縁は、パッキン33を介して周壁
部材30の内周壁面に摺動自在に密着しており、この可動
部材32の内側に血液ポート領域34が形成される。この血
液ポート領域34には、接線方向に血液導通口35が連通し
て形成されている。

その他の構成部分は、第１の実施例と同様であるから
詳細を略する。

上記構成の人工肺装置によれば、可動部材32が、作動
端部32aを介して外部配置の駆動源（図示せず）により
上下方向の往復動をなし、第７図の矢印で示すように、
実線の位置と鎖線の位置との間で、中空糸束１の端面に
対し接離可能に移動する。従って、可動部材32を、この
ように一定間隔で繰り返し摺動させることにより、血液
ポート領域34の容積が変化して、血流中に積極的に乱流
を生じさせることができるので、血液ポート領域の全体
に亘って血流が活発となり、その結果、血液の滞留、ひ
いては中空糸の閉塞、血栓の形成を防止することができ
る。

また、可動部材32は、上述のように中央部分が球面状
に膨出した形状としたので、血液ポート領域34を特に流
入側に用いた場合、血液の滞留が特に生じやすい中空糸
束１の周縁部においても血流量を十分に増加せしめ、か
つ旋回流において滞留の生じやすい中心部の空間を減少
させることにより、血液の滞留を一層有効に防止するこ
とができる。

次に、本発明の第４の実施例に係る人工肺装置を第８
図に基づいて説明する。図において、40は、蓋体であ
り、中空糸束１に対向する対向壁部材40aと、筒状の周
壁部材40bとから構成されている。この周壁部材40bは取
付カバー６の外周に螺合され、締付けることにより、蓋
体40は隔壁２の周縁部に、パッキン41を介して密着固定
される。また42は、蓋体40内に、配置された弾性変形可
能な可撓性膜部材であり、第３の実施例における可動部
材32と同様の作用を果す。これにより蓋体40の内部は上
下に２分割されており、つまり膜部材42と中空糸束１の
端面との間に血液ポート領域43が、また膜部材42と対向
部材40aとの間に圧力室44がそれぞれ形成されている。
この膜部材42は、例えばシリコーンゴムで形成するのが
望ましい。

前記圧力室44の周縁部には、軸方向にエアー等の作動
流体を導入する作動流体開口46が形成され、圧力室44と
連通している。また、血液ポート領域43には、第３の実
施例の血液導通口35と同様に接線方向に血液導通口45が
設けられている。

上記以外の構成部分は第１の実施例と同様であるから
詳細を略する。

上記構成の人工肺装置によれば、膜部材42は、作動流
体開口46を介して加圧エアー等の作動流体が圧力室44に
導入されて圧力室44を加圧乃至は減圧の状態にすること
により、第８図に矢印で示すように、実線の状態から、
鎖線の状態まで弾性変形して往復動する。従って、膜部
材42の往復動により、血液ポート領域の容積が変化して
内部の血流に積極的に乱流を生じさせるので、これによ
り、血液の滞留を防止することができる。

次に、第４の実施例の変形例を第９図につき、第４の
実施例と対応する部分には同一の参照番号を付して説明
する。

ここにおいては、対向壁部材40aは、その内壁面47を
その周縁から中央部に向かって、中空糸束１の端面の方
向に球面状に膨出させた形状としてあり、膜部材42の動
作に対する規制部材を構成する。この内壁面47との当接
により膜部材42の変形動作は規制され、膜部材42の中央
部は周縁部に比べ、中空糸束１の端面に、より近接する
膨出形状を常に保持することができる。従って、膜部材
42の変形状態がこのように規制されて、特に血液ポート
領域43を流入側に用いた場合、血液ポート領域が常に望
ましい形状を保ち、中空糸束１の周縁部での血流量を十
分に確保し、かつ、旋回流において滞留の生じやすい中
心部の空間を減少させることにより、一層、血液の滞留
を防止することができる。

次に、第10図につき本発明の第５の実施例に係る人工
肺装置を説明する。なお、この実施例は、第４の実施例
と同様に膜部材を用いた構成であり、第４の実施例と対
応する部分には同一の参照番号を付して説明する。血液
導通口45は蓋体40の対向壁部材40aの中央軸方向に沿っ
て貫通形成されている。膜部材42は、血液導通口45の内
端部と中空糸束１の周縁外側部との間に末広がりの態様
をなす曲面状に張設されている。この膜部材42により、
これと中空糸束１の端面との間に、血液ポート領域43
が、膜部材42と対向壁部材40aとの間に圧力室44がそれ
ぞれ区画されている。この圧力室44には、作動流体開口
46を介して外部よりエアー等の作動圧を導入する構成と
なっている。膜部材42は、圧力室44内の作動圧により図
において矢印で示す様に、実線の状態と鎖線の状態との
間で変形して往復動し、これにより血液ポート領域43の
内部容積が可変となる。従って、このポート領域43内の
血流に積極的に乱流を生じさせ、滞留が生じやすいポー
ト領域43の端部周縁部分での血流を良好にし、血流の一
様化、滞留の防止を確実に行なうことができる。

以上、各実施例ならびに変形例を挙げて本発明を説明
したが、本発明は、上記実施例に限定されるものではな
く、本発明の要旨を変更しない範囲で種々変更可能であ
る。例えば、上記実施例においては、本発明に係る中空
糸型血液処理装置を、人工肺装置を例にして説明した
が、その他、例えば、人工腎臓装置等の医療機器にも適
用できるとともに、さらには、医療機器の分野以外に工
業用途等でも適用可能である。

本発明者は、上記実施例の人工肺装置の効果を確認す
るために、以下の実験を行なった。

（実験例１）本発明に係る人工肺装置として、第14図に示す人工肺
装置と同様の構造の、中空糸束径48mmの製品キャピオッ
クスII08型（商品名、テルモ株式会社製）をベースとし
て、該装置の一方の血液ポートカバー４に代えて第１図
に示す血液ポートカバー10を装着したものを用いた。こ
こにおいて、血液ポートカバー10の内径（膨出空間部12
aの外径）:54mm,膨出空間部12aの幅:3mm,膨出空間部12a
の高さ:3mm,狭小空間部12bの間隙（高さ）:0.6mmのもの
を改良型1Aとした。

また、膨出空間部12aの幅:6mmで、その他は改良型1A
と同一構成のものを改良型1Bとした。

さらにまた、膨出空間部12aの幅:20mmで、その他は、
改良型1Aと同一構成のものを改良型1Cとした。

他方、キャピオックスII08型そのものを比較例1Dとし
た。

以上の改良型1A〜1C及び比較例1Dの人工肺装置をま
ず、水でプライミングした後、中空糸束１の上、下両端
部のそれぞれの血液ポート領域に、１％のトルイジンブ
ルー（色素）を入れ第４図に示すように、送水タンク16
と受水タンク17との間に上記の各種人工肺装置18を、新
たに装着した血液ポートカバー10が上側に位置するよう
な縦形配置として各タンク16,17に配管し、送水タンク1
6と各種人工肺装置との間に設けた遠心ポンプ19によ
り、図中矢印で示すように人工肺装置18に対して水を上
向き流の態様で流通させた。流量は200ml/分とした。こ
のようにセットして、血液ポート領域における色素の残
留を観察した。

その結果、本発明に係る構成の流出側の血液ポート領
域10aにおいては、色素の残留の度合、すなわちウォッ
シュアウトの度合は、改良型1Bが最も良好で、続いて改
良型1A、1Cの順であった。また比較例1Dは本発明のいず
れの場合よりも劣っていた。なお改良型1A,1Cでは、血
液導通口15と反対側に、未だ若干の色素の残留が見られ
たが、比較例1Dでは、中空糸束１の周縁に沿って、その
全周にわたり長時間の色素の残留が見られた。

上記改良型1B及び比較例1Dについては、中空糸及び血
液ポート領域の構成材料にヘパリンを共有結合させてそ
れぞれ改良型1E及び比較例1Fを得た。

ヘパリンの共有結合は、次の方法によった。すなわ
ち、先ず表１に示す組成のアクリルポリマーを中空糸等
にコーティングした。なお、ポリマー液の調整は、メチ
ルセロソルブの15％ポリマー溶液をメタノールあるいは
メタノール：アセトン＝9:1溶液で2.5％ポリマー溶液に
希釈して行なった。ここで、ヒドロキシエチルメタアク
リレート（HEMA）を含むセグメントにはグリシジルメタ
アクリレート（GMA）を結合させてエポキシ基を導入
し、メチルメタアクリレート（MMA）を含むセグメント
にはアクリル酸（AA）を導入してある。

次に、ポリエチレングリコールジアミンを反応させ、
アミノ基を上記コーティングがなされた中空糸等の表面
に導入した。続いて、一部第一級アミノ基を導入したヘ
パリンをイオン結合させ、さらにグルタルアルデヒド処
理、形成シッフ塩基を還元させた。

このようにして得られた改良型1E及び比較例1Fについ
て、犬を用いて、ノンヘパリン体外循環を10hr,血流量
が300ml/分の状態で行ない、血液ポート領域における血
栓の形成、中空糸の閉塞の状態を観察した。

その結果、比較例1Fでは、中空糸束１の周縁に沿って
血栓が形成されたが、改良型1Eでは、血液導通口と反対
側において中空糸束の周縁外側のごく一部について若干
の血栓の発生が見られたが、他の部分については全く見
られなかった。また、中空糸の閉塞については、比較例
1Fでは、中空糸束１の周縁部分で環状の閉塞が見られた
が改良型1Eでは、血液導通口15と反対側に位置する中空
糸束の周縁部分において、ごくわずかな閉塞の発生以外
はほとんど見られなかった。

（実験例２）本発明に係る人工肺装置として、前述の改良型1A〜1C
と同様のキャピオックスII08型をベースとして、該装置
の一方の血液ポートカバー４に代えて第５図に示す血液
ポートカバー20を装着したものを用いた。ここにおい
て、血液ポートカバー20の内径:54mm,膨出空間部22aの
幅:6mm,膨出空間部22aの高さ:4mm,狭小空間部22bの横
幅:9mm,中央空間部22cの高さ:3mm,狭小空間部22bの間隙
（高さ）:0.4mmとし、環状リブ26aの円周の1/8に亘って
切欠22dを形成したものを改良型2Aとした。

また、中央空間部22cの高さ:0.9mmのもので、他の構
成は改良型2Aと同一のものを改良型2Bとした。

さらにまた、実験例１で述べた改良型1Bにおいて、膨
出空間部12aの高さ:4mm,狭小空間部12bの間隙:0.4mmと
したものを比較例2Cとした。

また、キャピオックスII08型そのものを比較例2Dとし
た。

以上の改良型2A,2B及び比較例2C,2Dについて、実験例
１で述べたと同様の方法により、色素の残留の度合を観
察した。

その結果、ウォッシュアウトは、改良型2Bが最も良好
であり、改良型2A、比較例2Cがそれに続き、比較例2Dは
相当悪かった。改良型2Bでは、直ちに色素はなくなった
が、改良型2Aでは、環状リブ26aの内側において、色素
のぬけが、改良型2Bにくらべて若干悪かったが、切欠22
dの部分については、改良型2Bと同様によい結果を得
た。一方、比較例2Cでは、血液導通口25と反対側におけ
る色素のぬけが、改良型2A,2Bに比べ遅かった。比較例2
Dでは、中空糸束１の周縁に沿って色素が滞留したまま
長時間ぬけなかった。

また、改良型2A,2B及び比較例2C,2Dについて、さらに
中空糸及びポート領域の構成材料にヘパリンを共有結合
することにより、それぞれ改良型2E,2F及び比較例2G,2H
を得、以下の結果を見た。

なお、中空糸等にヘパリンを共有結合する方法は、実
験例１と同様である。

すなわち、改良型2E,2F及び比較例2G,2Hについて、実
験例１と同様に犬を用いてノンヘパリン体外循環の実験
を行ない、血液ポート領域における血栓形成、中空糸の
閉塞の状態を観察した結果、改良型2Fでは、血液ポート
領域の血栓、中空糸の閉塞もほとんど認められなかっ
た。改良型2Eでは、血液ポート領域の環状リブ26aの内
側において中央面27の周縁部に微少の血栓が認められた
にすぎない。他方、比較例2Gでは、血液導通口25の反対
側に血栓及び中空糸の閉塞がごくわずか見られた。比較
例2Hでは、中空糸束１の周縁に沿って血栓が形成され
て、その部分の中空糸も閉塞していた。

（実験例３）本発明に係る人工肺装置として、前述の改良型1A〜1C
と同様のキャピオックスII08型をベースとして、該装置
の一方の血液ポートカバー４に代えて、第７図に示す周
壁部材30を装着したものを改良型3Aとした。また、血液
ポートカバー４に代えて、第８図に示す蓋体40を装着し
たものを改良型3B、第９図に示す蓋体40を装着したもの
を改良型3C、第10図に示す蓋体40を装着したものを改良
型3Dとした。なお、膜部材42として肉厚が200μｍのシ
リコーンゴムを用いた。

さらにまた、血液ポートカバー４に代えて、第11図に
示すように、第８図において、膜部材42が中空糸束１の
端面に平行になった状態における血液ポート領域の形状
と同一形状で形成された血液ポート領域50aを有する血
液ポートカバー50を装着したものを比較例3Eとした。ま
た、血液ポートカバー４に代えて、第12図に示すように
第９図において膜部材42が中空糸束１の端面に最も近接
した状態での血液ポート領域の形状と同一形状で形成さ
れた血液ポート領域60aを有する血液ポートカバー60を
装着したものを比較例3Fとした。さらに、キャピオック
スII08型そのものを比較例3Gとした。なお、比較例3E及
3Fの血液ポートカバー50及び60は、素材としてウレタン
とアクリルとを用いた。

以上の改良型3A,3B,3C,3D及び比較例3E,3F,3Gについ
て、周壁部材30、蓋体40、血液ポートカバー50,60が下
側、すなわち流入側にくるように、また、それら流入側
の血液ポート領域に色素を注入し、実験例１で述べた方
法により、色素の残留を観察した。

なお、改良型3B,3C,3Dについては、圧力室44に、第13
図に示すように30秒間隔でエアー作動圧を繰返し付与し
て、圧力室44を減圧する場合に、エアー等の作動流体の
吸引速度が、血流速度（200ml/分、実験例１を参照）以
上にならないようにした。すなわち、これ以上の吸引速
度では、圧力室44の減圧による血液ポート領域43の容積
の増加量がその領域43に流入する血液量より多くなり、
従って、領域43内が陰圧状態となる。一方、中空糸は多
孔性のものを用いたので、血液処理室3aでは中空糸内の
血流と周囲の空気とが直接接触し、その結果、中空糸内
に周囲の空気を吸引する危険がある。なお、中空糸が拡
散膜で形成されている場合には、空気との直接接触がな
く、上述の危険は回避できる。

その結果、ウォッシュアウトは、改良型3A,3C,3Dにつ
いては同等に良好であり、改良型3Bのものがこれに続
き、比較例3F,3E,3Gのものは、この順に相当悪かった。
なお、色素注入１分後の血液ポート領域の色素の残留状
態については次の通りであった。改良型3A,3C,3Dでは無
色透明、改良型3Bでは全体に薄く極くわずか色が付いた
程度に残り、比較例3Eでは中央部に残り、比較例3Fで
は、それよりは少ないが、中央部に同様に残り、比較例
3Gでは周辺部に残っているのが認められた。

また、改良型3Dについて、蓋体40が上側の流出側にく
るように、実験流路に配置し、比較例3Gのものと比較す
るために、色素を流出側の血液ポート領域に注入して流
出側の血液ポート領域での残留を観察した。

その結果、比較例3Gのものは、色素注入後１分後も周
辺部に色素が残っていたが、改良型3Dでは、色素が全く
見られなかった。

さらに、キャピオックスII08型において、上下両側と
もに血液ポートカバー４に代えて、第10図に示す蓋体40
を装着し、中空糸にヘパリンを共有結合したものを改良
型3Hとした。また、キャピオックスII08型（3G）におい
て中空糸にヘパリンを共有結合したものを比較例3Iとし
た。なお、ヘパリンの共有結合の方法は、実験例１と同
様とした。

以上の改良型3H及び比較例3Iのものについて、実験例
１と同様に犬を用いてノンヘパリン体外循環の実験を行
なった。

その結果、比較例3Iでは6hrで人工肺装置が閉塞した
のに対し、改良型3Hでは、10hr後でもほとんど閉塞しな
かった。

［発明の効果］以上説明したように、本発明に係る中空糸型血液処理
装置によれば、血液ポート領域において、中空糸束の端
部周縁に設けた環状の膨出空間部とその内側に設けた狭
小空間部との形成によって、あるいは血液ポート領域に
おいて該領域容積を可変とする可動部材の配設によっ
て、中空糸束の端部周縁ならびに中央部を含んで血液ポ
ート領域の全域に亘って十分かつ均一な血流を確保し
て、滞留を解消し、それによって、中空糸の閉塞、血栓
の形成を積極的に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例に係る人工肺装置の要
部縦断面図、第２図及び第３図は、第１図のＡ−Ａ線要
部断面図、第４図は、実験方法を示す説明図、第５図
は、本発明の第２の実施例に係る人工肺装置の要部縦断
面図、第６図は、第５図のＢ−Ｂ線要部断面図、第７図
は、本発明の第３の実施例に係る人工肺装置の要部縦断
面図、第８図は本発明の第４の実施例に係る人工肺装置
を示す要部縦断面図、第９図はその変形例を示す縦断面
図、第10図は本発明の第５の実施例に係る人工肺装置を
示す要部縦断面図、第11図及び第12図は比較例の要部縦
断面図、第13図は、圧力室への給気インターバルを示す
グラフ、第14図は従来の中空糸型血液処理装置の部分縦
断面図である。１……中空糸束、 12,22,34,43……血液ポート領域 12a,22a……膨出空間部、 12b,22b……狭小空間部、 14……対向壁面、 15,25,35,45……血液導通口、 26……対向端面、 26a……環状リブ、 32……可動部材、 42……膜部材、 44……圧力室、

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に血液が流れる中空糸を束ねた中空糸
束の端部が開口するとともに血液導通口が形成された血
液ポート領域を備えた中空糸型血液処理装置において、
該血液ポート領域が、該血液導通口に連通するとともに
該中空糸束の端部周縁に沿って環状に形成され該中空糸
束の端面より離間する方向に膨出した環状膨出空間部
と、該膨出空間部に連通するとともに該膨出空間部の内
側において環状に形成され、かつ該中空糸束の端面に実
質的に平行に近接した対向端面で形成された狭小空間部
とを備えてなることを特徴とする血液処理装置。
【請求項２】狭小空間部は、中空糸束の端面と、それに
近接する環状リブの対向端面との間に形成され、該環状
リブは、中空糸束の軸心に対し血液導通口と反対側にお
いて切欠かれてなる請求項１記載の中空糸型血液処理装
置。
【請求項３】内部に血液が流れる中空糸を束ねた中空糸
束の端部が開口するとともに血液導通口が形成された血
液ポート領域を備えた中空糸型血液処理装置において、
該血液ポート領域を区画する壁手段の少なくとも一部
が、該血液ポート領域の内部容積を可変とする可動部材
で形成されてなることを特徴とする中空糸型血液処理装
置。
【請求項４】可動部材が、中空糸束の端面に対して接離
可能に該中空糸束の軸方向に摺動自在に設けられてなる
請求項３記載の中空糸型血液処理装置。
【請求項５】可動部材が弾性変形可能な可撓性膜部材よ
りなる請求項３記載の中空糸型血液処理装置。
【請求項６】可動部材の血液ポート領域の外側に、該可
動部材を変形可能な作動圧を導入する圧力室を設けてな
る請求項５記載の中空糸型血液処理装置。
【請求項７】可動部材の血液ポート領域の外側に、該可
動部材の変形量を規制する規制部材を設けてなる請求項
６記載の中空糸型血液処理装置。
【請求項８】可動部材の中央部が、中空糸束の端面に近
接する方向に膨出するとともに周縁部が該中央部よりも
中空糸束の端面より離間し、かつ血液導通口が、血液ポ
ート領域の接線方向に形成されてなる請求項３記載の中
空糸型血液処理装置。