JP2914645B2 - 交換装置 - Google Patents
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- F28F21/06—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material
- F28F21/062—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material the heat-exchange apparatus employing tubular conduits
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は中空ファイバの膜からな
る交換器に関する。本発明は広範囲に適用されるが、特
に血液に酸素を供給するために使用するのに適している
ので、特にこの点に関して説明する。
る交換器に関する。本発明は広範囲に適用されるが、特
に血液に酸素を供給するために使用するのに適している
ので、特にこの点に関して説明する。
【０００２】
【従来の技術】心臓切開手術の間、人体の心血管活動が
中断され、そのため肺をへこませる。従って血液中の二
酸化炭素を酸素に代える心臓の機能を人工的に行う必要
がある。人工肺がこの機能を果す。典型的な中空ファイ
バからなる人工肺は酸素を血液室へ運び、血管中の血液
から二酸化炭素を除去するために、血液室を通して延在
している中空ファイバの束を含んでいる。詳しくは中空
ファイバは、体外の血液の流れと、酸素の流れとの間の
境界として作用する膜材から構成されている。血液がフ
ァイバの外側を流れ、酸素が中空ファイバを貫流するに
つれてガス交換が行われ、酸素がファイバの壁を通って
血液中へ入り、二酸化炭素が反対方向に血液から中空フ
ァイバの内部へ入る。
中断され、そのため肺をへこませる。従って血液中の二
酸化炭素を酸素に代える心臓の機能を人工的に行う必要
がある。人工肺がこの機能を果す。典型的な中空ファイ
バからなる人工肺は酸素を血液室へ運び、血管中の血液
から二酸化炭素を除去するために、血液室を通して延在
している中空ファイバの束を含んでいる。詳しくは中空
ファイバは、体外の血液の流れと、酸素の流れとの間の
境界として作用する膜材から構成されている。血液がフ
ァイバの外側を流れ、酸素が中空ファイバを貫流するに
つれてガス交換が行われ、酸素がファイバの壁を通って
血液中へ入り、二酸化炭素が反対方向に血液から中空フ
ァイバの内部へ入る。
【０００３】中空ファイバの膜からなる交換器を設計す
る際検討すべき多数の、時には矛盾するパラメータが存
在している。例えば、血液がより長くファイバとの接触
状態に留まれば、それだけより多量のガス交換が行われ
る。従って、中空ファイバに対する血液の流路の長さを
最大にすることにより血液と中空ファイバとの間の接触
を最大にするよう人工肺を設計することが望ましい。他
方交換器はできるだけ小型でコンパクトに構成すること
が望ましい。このように、コンパクトな装置を構成した
い願望は血液の流路の長さ要件により若干制限を受け
る。
る際検討すべき多数の、時には矛盾するパラメータが存
在している。例えば、血液がより長くファイバとの接触
状態に留まれば、それだけより多量のガス交換が行われ
る。従って、中空ファイバに対する血液の流路の長さを
最大にすることにより血液と中空ファイバとの間の接触
を最大にするよう人工肺を設計することが望ましい。他
方交換器はできるだけ小型でコンパクトに構成すること
が望ましい。このように、コンパクトな装置を構成した
い願望は血液の流路の長さ要件により若干制限を受け
る。
【０００４】生物学的適合性も交換器の設計において検
討すべき要素である。例えば、膜交換器は接着剤で相互
に接続される多数の要素から典型的に作られる。しかし
ながら、血液と、交換器を構成する材料との間の生物学
的適合性の可能性を最小とするために、体外循環の血液
が接触するようになる材料の数を最小とすることが好ま
しい。このように、接着剤は必要なものの、血液の流路
に位置する接着剤の量を制限することが有利である。
討すべき要素である。例えば、膜交換器は接着剤で相互
に接続される多数の要素から典型的に作られる。しかし
ながら、血液と、交換器を構成する材料との間の生物学
的適合性の可能性を最小とするために、体外循環の血液
が接触するようになる材料の数を最小とすることが好ま
しい。このように、接着剤は必要なものの、血液の流路
に位置する接着剤の量を制限することが有利である。
【０００５】最後に、特定の用途によって変わることが
多いガス交換要件も、前記交換器の最終設計に対して制
限を加える。例えば、大人は子供より典型的にガス交換
要件が大であり、従って、より大きい膜区画室を必要と
する。従って、交換器の製造者は、各サイズが特定のガ
ス交換要件に対して設計され、各サイズがそれ独特の寸
法の部材を採用している各種サイズの交換器を提供する
ことが一般的である。しかしながら、このことはコスト
的に効果的でない。しかしながら、コストの効果性の観
点からは、膜のサイズとは無関係に同じ部材の多くを用
いることができるとすれば経済性を展開させやすい。こ
のように、種々サイズの膜と共に用いるために出来るだ
け多くの標準部材から構成された膜式交換器を提供する
ことが好ましい。
多いガス交換要件も、前記交換器の最終設計に対して制
限を加える。例えば、大人は子供より典型的にガス交換
要件が大であり、従って、より大きい膜区画室を必要と
する。従って、交換器の製造者は、各サイズが特定のガ
ス交換要件に対して設計され、各サイズがそれ独特の寸
法の部材を採用している各種サイズの交換器を提供する
ことが一般的である。しかしながら、このことはコスト
的に効果的でない。しかしながら、コストの効果性の観
点からは、膜のサイズとは無関係に同じ部材の多くを用
いることができるとすれば経済性を展開させやすい。こ
のように、種々サイズの膜と共に用いるために出来るだ
け多くの標準部材から構成された膜式交換器を提供する
ことが好ましい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の利点は、体外
を循環している血液が中空ファイバと接触する時間を最
大にし、同時に交換器のサイズを最小にする交換器を提
供することである。
を循環している血液が中空ファイバと接触する時間を最
大にし、同時に交換器のサイズを最小にする交換器を提
供することである。
【０００７】本発明の別の利点は生物学的不適合性の可
能性を最小にする交換器を提供することである。
能性を最小にする交換器を提供することである。
【０００８】本発明のさらに別の利点は、種々のサイズ
で経済的に作りうる交換器を提供することである。
で経済的に作りうる交換器を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のさらに別の特徴
や利点は、部分的には以下の説明に記載され、かつ部分
的に以下の説明から明らかとなり、あるいは本発明を実
施することにより習得することができる。本発明の目的
や利点は、特許請求の範囲に特に指摘された要素や組合
せによって実現し、かつ達成される。
や利点は、部分的には以下の説明に記載され、かつ部分
的に以下の説明から明らかとなり、あるいは本発明を実
施することにより習得することができる。本発明の目的
や利点は、特許請求の範囲に特に指摘された要素や組合
せによって実現し、かつ達成される。
【００１０】本明細書において実施され、かつ広く説明
されている本発明の目的を達成するために、本発明は、
第１の流体に対する入口ポートと出口ポート、並びに第
２の流体に対する入口ポートと出口ポートとを有する外
側ケーシングを含む交換器から構成される。中空ファイ
バの束が外側ケーシングの内側に位置され、第２の流体
に対する入口ポートと出口ポートとに流体連通してい
る。中央の芯が外側ケーシングに位置し、ファイバの束
は前記中央芯の周りに配設されている。前記中央芯は第
１の流体入口ポートに接続された入口マニホルドと、第
１の流体出口ポートに接続された出口マニホルドとを含
んでいる。該中央芯は実質的に細長い形状であり、入口
および出口マニホルドは該芯においてくぼんでおり、か
つ芯の実質的に全長にわたって延在している。
されている本発明の目的を達成するために、本発明は、
第１の流体に対する入口ポートと出口ポート、並びに第
２の流体に対する入口ポートと出口ポートとを有する外
側ケーシングを含む交換器から構成される。中空ファイ
バの束が外側ケーシングの内側に位置され、第２の流体
に対する入口ポートと出口ポートとに流体連通してい
る。中央の芯が外側ケーシングに位置し、ファイバの束
は前記中央芯の周りに配設されている。前記中央芯は第
１の流体入口ポートに接続された入口マニホルドと、第
１の流体出口ポートに接続された出口マニホルドとを含
んでいる。該中央芯は実質的に細長い形状であり、入口
および出口マニホルドは該芯においてくぼんでおり、か
つ芯の実質的に全長にわたって延在している。
【００１１】
【００１２】また、間に挟持されたファイバの束の密度
が変わり、入口および出口マニホルドから離れた領域に
おけるよりも入口および出口に隣接する領域における方
が密度が低いような寸法および形状に外側ケーシングと
中央芯とがなされることが好ましい。
が変わり、入口および出口マニホルドから離れた領域に
おけるよりも入口および出口に隣接する領域における方
が密度が低いような寸法および形状に外側ケーシングと
中央芯とがなされることが好ましい。
【００１３】前述の全体的な説明並びに以下の詳細説明
は、例示および説明のためのみのものであって、特許請
求されている本発明を制限するものでないことを理解す
べきである。
は、例示および説明のためのみのものであって、特許請
求されている本発明を制限するものでないことを理解す
べきである。
【００１４】本明細書に組み込まれ、かつその一部を構
成する添付図面は本発明の数例の実施例を示し、以下の
説明と共に本発明の原理の説明に供する。
成する添付図面は本発明の数例の実施例を示し、以下の
説明と共に本発明の原理の説明に供する。
【００１５】
【実施例】一例が添付図面に示されている本発明の現在
好適の実施例を以下詳細に参照する。可能な限り、同
じ、あるいは類似の部材を指示するために同じ参照番号
が使用される。
好適の実施例を以下詳細に参照する。可能な限り、同
じ、あるいは類似の部材を指示するために同じ参照番号
が使用される。
【００１６】本発明による膜式交換器が血液に酸素を供
給し、そこから二酸化炭素を除去するために用いられる
場合、交換器は図１に示す要領で治療中の患者に接続す
ればよい。
給し、そこから二酸化炭素を除去するために用いられる
場合、交換器は図１に示す要領で治療中の患者に接続す
ればよい。
【００１７】図１に示すように、血管用チューブが患者
の静脈系と静脈リザーバ１０との間に接続される。血液
ポンプ１２が血液をリザーバ１０から熱交換器１４まで
運ぶ。熱交換器において、血液の温度が希望する処理温
度に達するように変えられ、血液は次いで膜肺１６まで
運ばれる。膜肺は本発明の場合中空ファイバの人工肺で
ある。膜肺１６から、処理された血液は患者の動脈系へ
戻される。このように、患者のガス交換要件並びに体温
は例えば心血管バイパス手術のような複雑な手順の間に
調整することができる。
の静脈系と静脈リザーバ１０との間に接続される。血液
ポンプ１２が血液をリザーバ１０から熱交換器１４まで
運ぶ。熱交換器において、血液の温度が希望する処理温
度に達するように変えられ、血液は次いで膜肺１６まで
運ばれる。膜肺は本発明の場合中空ファイバの人工肺で
ある。膜肺１６から、処理された血液は患者の動脈系へ
戻される。このように、患者のガス交換要件並びに体温
は例えば心血管バイパス手術のような複雑な手順の間に
調整することができる。
【００１８】本発明はこのような生命維持に必要なガス
交換および温度調整要件を達成する装置を提供する。図
２に示すように、本発明の好適実施例は酸素供給モジュ
ール１８と熱交換モジユール２０とを含む。
交換および温度調整要件を達成する装置を提供する。図
２に示すように、本発明の好適実施例は酸素供給モジュ
ール１８と熱交換モジユール２０とを含む。
【００１９】本発明によれば、第１の流体用の入口ポー
トと出口ポート、並びに第２の流体用の入口ポートと出
口ポートとを備えた外側ケーシングを有するガス交換器
が提供されている。図２および図３に示すように、外側
ケーシングは、透明のプラスチック材から構成すること
が好ましい実質的に円筒形の外側チューブ２２を含む。
外側ケーシングはまた、チューブ２２の両側に配置され
た入口キャップ２４と、出口キャップ２６とを含む。入
口キャップ２４は、酸素供給モジュール１８の内側へ第
１の流体が入りうるようにするために、その中に位置し
た第１の流体入口ポート２８を含む。第１の流体は出口
キャップ２６に位置した出口ポート３０を介して酸素供
給モジュール１８から出ていくことができる。さらに第
２の流体入口ポート２９が入口キャップ２４に設けら
れ、第２の流体出口ポート３１が出口キャップ２６に設
けられている。本発明が血液への酸素供給と関連して用
いられる場合、第１の流体は、ポート２８、３０を介し
て交換器モジュールへ入ったり、かつそこから出ていく
血液であって、第２の流体は、それぞれポート２９と３
１とを介してモジュール１８へ入ったり、かつそこから
出ていく酸素である。ポート２８と３０とはキャップ２
４、２６に向かって延びている内方にテーパの付いた雄
端部を含んでいる。
トと出口ポート、並びに第２の流体用の入口ポートと出
口ポートとを備えた外側ケーシングを有するガス交換器
が提供されている。図２および図３に示すように、外側
ケーシングは、透明のプラスチック材から構成すること
が好ましい実質的に円筒形の外側チューブ２２を含む。
外側ケーシングはまた、チューブ２２の両側に配置され
た入口キャップ２４と、出口キャップ２６とを含む。入
口キャップ２４は、酸素供給モジュール１８の内側へ第
１の流体が入りうるようにするために、その中に位置し
た第１の流体入口ポート２８を含む。第１の流体は出口
キャップ２６に位置した出口ポート３０を介して酸素供
給モジュール１８から出ていくことができる。さらに第
２の流体入口ポート２９が入口キャップ２４に設けら
れ、第２の流体出口ポート３１が出口キャップ２６に設
けられている。本発明が血液への酸素供給と関連して用
いられる場合、第１の流体は、ポート２８、３０を介し
て交換器モジュールへ入ったり、かつそこから出ていく
血液であって、第２の流体は、それぞれポート２９と３
１とを介してモジュール１８へ入ったり、かつそこから
出ていく酸素である。ポート２８と３０とはキャップ２
４、２６に向かって延びている内方にテーパの付いた雄
端部を含んでいる。
【００２０】本発明によれば、外側ケーシングの内部に
位置され、第２の流体用の入口ポートと出口ポートとに
流体連通している中空ファイバの束が設けられている。
本明細書において実施され、かつ図３に示されているよ
うに、中空ファイバ３２の束は外側チューブ２２内でチ
ューブ状に配設されている。図９に示すように、ファイ
バの束は二重層で、交差巻き上げされている中空ファイ
バのマットから構成され、該マットは、それ自体の上に
巻かれ図３において断面で示す束を形成している。ファ
イバの層３４、３６の各々は、複数のファイバが平行に
配列され、ファイバが相互に対して動くのを制限するた
めに平行の縫合部３７において相互に縫合されている。
マットの隣接する層３４、３６のファイバは相互に対し
て角度がつけられ、隣接する層３４、３６が相互に載置
されるのを阻止している。例えば、一方のマットのファ
イバは他方のマットのファイバに対して２２度の角度を
画成する。隣接する縫合線間の距離の２本の隣接するフ
ァイバの間の距離に対する比は約４５でよい。
位置され、第２の流体用の入口ポートと出口ポートとに
流体連通している中空ファイバの束が設けられている。
本明細書において実施され、かつ図３に示されているよ
うに、中空ファイバ３２の束は外側チューブ２２内でチ
ューブ状に配設されている。図９に示すように、ファイ
バの束は二重層で、交差巻き上げされている中空ファイ
バのマットから構成され、該マットは、それ自体の上に
巻かれ図３において断面で示す束を形成している。ファ
イバの層３４、３６の各々は、複数のファイバが平行に
配列され、ファイバが相互に対して動くのを制限するた
めに平行の縫合部３７において相互に縫合されている。
マットの隣接する層３４、３６のファイバは相互に対し
て角度がつけられ、隣接する層３４、３６が相互に載置
されるのを阻止している。例えば、一方のマットのファ
イバは他方のマットのファイバに対して２２度の角度を
画成する。隣接する縫合線間の距離の２本の隣接するフ
ァイバの間の距離に対する比は約４５でよい。
【００２１】希望する用途に応じて、種々の中空ファイ
バを採用することができる。人工肺において用いる好適
実施例においては、ファイバはポリプロピレンから構成
することができ、各ファイバは外径が約３８０μｍで、
内径が２８０μｍである。許客平均密度は１センチメー
トル当りファイバ約１４．３本である。マット３４、３
６が巻かれて束３２を形成し、各ファイバが両端ではさ
まれて閉鎖された後、束３２の端３８、４０は樹脂を用
いてチューブ２２内で止められ、ファイバをその端部で
共にシールし、かつ束３２をチューブ２２内でシールす
る。樹脂が乾いた後、端３８、４０は、例えば酸素のよ
うな流体が貫流しうるようファイバを広げる形状とされ
る。
バを採用することができる。人工肺において用いる好適
実施例においては、ファイバはポリプロピレンから構成
することができ、各ファイバは外径が約３８０μｍで、
内径が２８０μｍである。許客平均密度は１センチメー
トル当りファイバ約１４．３本である。マット３４、３
６が巻かれて束３２を形成し、各ファイバが両端ではさ
まれて閉鎖された後、束３２の端３８、４０は樹脂を用
いてチューブ２２内で止められ、ファイバをその端部で
共にシールし、かつ束３２をチューブ２２内でシールす
る。樹脂が乾いた後、端３８、４０は、例えば酸素のよ
うな流体が貫流しうるようファイバを広げる形状とされ
る。
【００２２】また、本発明によれば、外側ケーシング内
に位置され、その周りにファイバの束が配設される中央
芯であって、第１の流体入口ポートに接続された入口マ
ニホルドと、第１の流体出口ポートに接続された出口マ
ニホルドとを含む中央芯が提供される。
に位置され、その周りにファイバの束が配設される中央
芯であって、第１の流体入口ポートに接続された入口マ
ニホルドと、第１の流体出口ポートに接続された出口マ
ニホルドとを含む中央芯が提供される。
【００２３】本明細書において実施され、かつ図４、図
５、および図６に最良に示されているように、中央芯４
２は入口マニホルド４４と出口マニホルド４６とを含ん
でいる。中央芯４２は全体的に円筒形チユーブの形状で
あり、マニホルド４４と４６とは直径方向に対向した方
向で中央芯４２においてくぼんでおり、各マニホルドは
芯４２の中心軸に向かって延びている。芯の中央部分内
でのマニホルド４４、４６の位置は空間を節約し、かつ
以下詳細に述べるように、中空のファイバの束３２を通
しての血液の流れを高める。
５、および図６に最良に示されているように、中央芯４
２は入口マニホルド４４と出口マニホルド４６とを含ん
でいる。中央芯４２は全体的に円筒形チユーブの形状で
あり、マニホルド４４と４６とは直径方向に対向した方
向で中央芯４２においてくぼんでおり、各マニホルドは
芯４２の中心軸に向かって延びている。芯の中央部分内
でのマニホルド４４、４６の位置は空間を節約し、かつ
以下詳細に述べるように、中空のファイバの束３２を通
しての血液の流れを高める。
【００２４】入口マニホルド４４と出口マニホルド４６
とはそれぞれ、芯４２の長さにわたって実質的に延びて
いる全体的にＶ字形の空洞を含んでいる。一対のポート
４８と５０とが芯４２内に位置され、それぞれ入口マニ
ホルド４４と出口マニホルド４６とに接続されている。
ポート４８と５０とは、それぞれ、前述した第１の流体
入口ポート２８と第１の流体出口ポート３０との内方に
テーパの付いた雄端部を受け入れる外方にテーパの付い
た開口を含んでいる。ポート２８と４８とは圧入関係で
相合するので、これらポートを接合するのに接着剤は何
ら必要とされない。同様に、ポート３０および５０も相
互に圧入関係で係合する。
とはそれぞれ、芯４２の長さにわたって実質的に延びて
いる全体的にＶ字形の空洞を含んでいる。一対のポート
４８と５０とが芯４２内に位置され、それぞれ入口マニ
ホルド４４と出口マニホルド４６とに接続されている。
ポート４８と５０とは、それぞれ、前述した第１の流体
入口ポート２８と第１の流体出口ポート３０との内方に
テーパの付いた雄端部を受け入れる外方にテーパの付い
た開口を含んでいる。ポート２８と４８とは圧入関係で
相合するので、これらポートを接合するのに接着剤は何
ら必要とされない。同様に、ポート３０および５０も相
互に圧入関係で係合する。
【００２５】マニホルド４４、４６は、それぞれ、マニ
ホルドの長さにわたり延在し、それぞれ、図７の点線で
示すように中央芯４２の外径からくぼんでいる遠位縁部
１５２、１５４を含む中央リブ５２、５４を含んでい
る。換言すれば、芯の外面は円弧を描き、リブの遠位縁
１５２、１５４がこの円弧の下方に位置している。リブ
５２と５４とは、それぞれ入口ポート４８と出口ポート
５０の領域に位置し（図５において最良に示す）開口５
６、５８を含んでいる。開口５６と５８とはリブ５２、
５４の両側における均一な血液の流れを向上させる。
ホルドの長さにわたり延在し、それぞれ、図７の点線で
示すように中央芯４２の外径からくぼんでいる遠位縁部
１５２、１５４を含む中央リブ５２、５４を含んでい
る。換言すれば、芯の外面は円弧を描き、リブの遠位縁
１５２、１５４がこの円弧の下方に位置している。リブ
５２と５４とは、それぞれ入口ポート４８と出口ポート
５０の領域に位置し（図５において最良に示す）開口５
６、５８を含んでいる。開口５６と５８とはリブ５２、
５４の両側における均一な血液の流れを向上させる。
【００２６】前述した二重のファイバマットは、中空フ
ァイバの束３２を形成するよう芯４２の周りに巻き付け
られ、芯４２とチューブ２２との間に挟まれる。前述の
ように束３２の端部３８、４０を植込むことにより芯４
２とチューブ２２との間の端部をシールする。キャップ
２４と２６とは端部３８、４０とからそれぞれ隔置さ
れ、それぞれ円形のガス入口および出口マニホルド５
５、５７を画成する。
ァイバの束３２を形成するよう芯４２の周りに巻き付け
られ、芯４２とチューブ２２との間に挟まれる。前述の
ように束３２の端部３８、４０を植込むことにより芯４
２とチューブ２２との間の端部をシールする。キャップ
２４と２６とは端部３８、４０とからそれぞれ隔置さ
れ、それぞれ円形のガス入口および出口マニホルド５
５、５７を画成する。
【００２７】図７に示すように、マニホルド４４、４６
がくぼんでいることと、リブ５２、５４が前述のように
くぼんでいることとを組み合わせることによりマニホル
ド４４、４６の領域における中空ファイバの束３２に対
する支持を低下させる。このように、マニホルド４４、
４６の空洞をすぐ囲むところと、その上方の領域におけ
るファイバの密度はファイバの束の他の全ての領域にお
けるファイバの密度より低い。このようにマニホルド領
域におけるファイバの束の密度が低いことにより、血液
が入口マニホルドを出ていく際のファイバの束への血液
の吸収を高め、出口マニホルドへの血液の戻りを向上さ
せ、かつ中空ファイバの束を通る血液のさらに均一な分
配を提供する。
がくぼんでいることと、リブ５２、５４が前述のように
くぼんでいることとを組み合わせることによりマニホル
ド４４、４６の領域における中空ファイバの束３２に対
する支持を低下させる。このように、マニホルド４４、
４６の空洞をすぐ囲むところと、その上方の領域におけ
るファイバの密度はファイバの束の他の全ての領域にお
けるファイバの密度より低い。このようにマニホルド領
域におけるファイバの束の密度が低いことにより、血液
が入口マニホルドを出ていく際のファイバの束への血液
の吸収を高め、出口マニホルドへの血液の戻りを向上さ
せ、かつ中空ファイバの束を通る血液のさらに均一な分
配を提供する。
【００２８】本発明はまた、キャップ２４、２６の中の
少なくとも一方を外側チューブ２２に密封する接続手段
を含みうる。本明細書において実施されているように、
接続手段は従来の構造のいずれかの形式のものでよく、
または、溝、接着剤あるいは機械的接続手段を含む、従
来のものでない構造体のいずれかの形式のものでよい。
接続手段は、チューブ２２から延びる傾斜をつけ円周方
向に配置したフランジ６４、６６並びにキャップ２４、
２６における対応の隆起６０、６２を含む。本発明のこ
の好適実施例の利点は、同じ要素を多く用いて種々容量
の交換器を作ることができ、そのため異なる容量の交換
器を作るのに異なる部品を多く作り、かつ在庫する必要
性を排除しうることである。特に、製造者が膜自体の量
と厚さの変わる中央ファイバの束を備えた交換器を作り
たい場合、変更する必要のある唯一の構造体は外側チュ
ーブ２２のみである。このような特徴は入口および出口
マニホルドが中央に向き、かつ外側チューブ２２とキャ
ップ２６との間の好適接続手段の独特のシールがあるた
めである。詳しくは、キャップ２４と２６とは外側チュ
ーブ２２に対して大き目の寸法とされることによってチ
ューブ２２の外側壁とキャップ２４、２６の内側壁との
間に環状の空間２５、２７が形成されている。キャップ
２４、２６の各々は、それぞれ環状の溝６０、６２を含
む。対応する傾斜したフランジ６４、６６が外側チュー
ブ２２から延び、環状の溝６０、６２と相合する。溝６
０、６２の周りに樹脂が付与され、それぞれ溝６０、６
２内で円周方向に傾斜のついたフランジ６４、６６をシ
ールする。このように、キャップ２４、２６と、チュー
ブ２２との間で漏れの無いシールが達成される。
少なくとも一方を外側チューブ２２に密封する接続手段
を含みうる。本明細書において実施されているように、
接続手段は従来の構造のいずれかの形式のものでよく、
または、溝、接着剤あるいは機械的接続手段を含む、従
来のものでない構造体のいずれかの形式のものでよい。
接続手段は、チューブ２２から延びる傾斜をつけ円周方
向に配置したフランジ６４、６６並びにキャップ２４、
２６における対応の隆起６０、６２を含む。本発明のこ
の好適実施例の利点は、同じ要素を多く用いて種々容量
の交換器を作ることができ、そのため異なる容量の交換
器を作るのに異なる部品を多く作り、かつ在庫する必要
性を排除しうることである。特に、製造者が膜自体の量
と厚さの変わる中央ファイバの束を備えた交換器を作り
たい場合、変更する必要のある唯一の構造体は外側チュ
ーブ２２のみである。このような特徴は入口および出口
マニホルドが中央に向き、かつ外側チューブ２２とキャ
ップ２６との間の好適接続手段の独特のシールがあるた
めである。詳しくは、キャップ２４と２６とは外側チュ
ーブ２２に対して大き目の寸法とされることによってチ
ューブ２２の外側壁とキャップ２４、２６の内側壁との
間に環状の空間２５、２７が形成されている。キャップ
２４、２６の各々は、それぞれ環状の溝６０、６２を含
む。対応する傾斜したフランジ６４、６６が外側チュー
ブ２２から延び、環状の溝６０、６２と相合する。溝６
０、６２の周りに樹脂が付与され、それぞれ溝６０、６
２内で円周方向に傾斜のついたフランジ６４、６６をシ
ールする。このように、キャップ２４、２６と、チュー
ブ２２との間で漏れの無いシールが達成される。
【００２９】このような配置により、製造者は、標準寸
法の内側芯４２並びにキャップ２４、２６を用いて容量
の変わる交換器を構成することができる。より厚い中空
ファイバ膜の束を収容するには、直径のより大きい外側
チューブ２２が用いられ、該チューブは、傾斜のついた
フランジがそれぞれキャップ２４、２６の溝６０、６２
と係合するようにチューブの直径が増加するのと同じ量
だけ直径の小さくなる傾斜フランジ６４、６６を含んで
いる。同様に、容量のより小さい、中空ファイバの束を
備えた交換器が所望される場合、外側チューブ２２の直
径が小さくされ、同じ量だけフランジ６４、６６の（図
３に示す）半径方向の長さ「Ｌ」が長くされる。このよ
うに、本発明の好適実施例は、容量の異なる交換器間の
互換性のある部品の数を最大にすることにより、製造者
が経済的な寸法を達成しやすくさせる。
法の内側芯４２並びにキャップ２４、２６を用いて容量
の変わる交換器を構成することができる。より厚い中空
ファイバ膜の束を収容するには、直径のより大きい外側
チューブ２２が用いられ、該チューブは、傾斜のついた
フランジがそれぞれキャップ２４、２６の溝６０、６２
と係合するようにチューブの直径が増加するのと同じ量
だけ直径の小さくなる傾斜フランジ６４、６６を含んで
いる。同様に、容量のより小さい、中空ファイバの束を
備えた交換器が所望される場合、外側チューブ２２の直
径が小さくされ、同じ量だけフランジ６４、６６の（図
３に示す）半径方向の長さ「Ｌ」が長くされる。このよ
うに、本発明の好適実施例は、容量の異なる交換器間の
互換性のある部品の数を最大にすることにより、製造者
が経済的な寸法を達成しやすくさせる。
【００３０】中央に向いた芯を備えた本発明の交換器の
構成により、人工肝を単一ユニットとして成形できるよ
うにしうるが、このことは製作および安全性の観点の双
方から有利である。特に、芯は単一の成形部材であるた
め、もしも芯が一体部品以外から作られている場合必要
とされる接合部を何ら含んでいない。そのような接合部
を排除することは、そのような接合部が加圧されると漏
れやすいため、有利である。
構成により、人工肝を単一ユニットとして成形できるよ
うにしうるが、このことは製作および安全性の観点の双
方から有利である。特に、芯は単一の成形部材であるた
め、もしも芯が一体部品以外から作られている場合必要
とされる接合部を何ら含んでいない。そのような接合部
を排除することは、そのような接合部が加圧されると漏
れやすいため、有利である。
【００３１】本発明はまた、交換器モジュール１８と一
体接続された熱交換器モジュール２０を含みうる。熱交
換器モジュール２０の目的は、処理されている流体の温
度を制御することである。特に、本発明が心血管バイパ
ス手術の間に血液に酸素を供給することに関連して使用
される場合、患者の血液の温度を調節するために熱交換
器モジュールが用いられる。このことは、伝熱シート７
０を折り曲げることにより２個の個別の区画室に分割さ
れた熱交換器ケーシング６８を設けることにより達成さ
れる。伝熱シート７０はステンレス鋼、金属フォイル、
あるいはその他のいずれかの適当な伝熱材料から構成す
ることができる。熱交換器の入口ポート７２と出口ポー
ト７４とが流体の熱交換を可能とし、矢印７６で示すよ
うに折り曲げたフォイル膜７０の第１の側に沿って流体
を流す。血液の入口ポート７８が、矢印８０で示すよう
に血液がフォイル膜７０の反対側を流れうるようにす
る。熱交換用流体と血液とがシート７０の両側を通るに
つれて、シート７０にわたって熱交換が行われ、血液の
温度が変わる。熱交換器モジュール２０の血管出口８２
は交換器モジュール１８の血液入口ポート２８に直接接
続されている。ステンレス鋼の温度計用筒８４が熱交換
器の出口ポート８２に隣接した血管流路中へ延び、その
ため医療手順の間血液の温度をモニタすることができ
る。
体接続された熱交換器モジュール２０を含みうる。熱交
換器モジュール２０の目的は、処理されている流体の温
度を制御することである。特に、本発明が心血管バイパ
ス手術の間に血液に酸素を供給することに関連して使用
される場合、患者の血液の温度を調節するために熱交換
器モジュールが用いられる。このことは、伝熱シート７
０を折り曲げることにより２個の個別の区画室に分割さ
れた熱交換器ケーシング６８を設けることにより達成さ
れる。伝熱シート７０はステンレス鋼、金属フォイル、
あるいはその他のいずれかの適当な伝熱材料から構成す
ることができる。熱交換器の入口ポート７２と出口ポー
ト７４とが流体の熱交換を可能とし、矢印７６で示すよ
うに折り曲げたフォイル膜７０の第１の側に沿って流体
を流す。血液の入口ポート７８が、矢印８０で示すよう
に血液がフォイル膜７０の反対側を流れうるようにす
る。熱交換用流体と血液とがシート７０の両側を通るに
つれて、シート７０にわたって熱交換が行われ、血液の
温度が変わる。熱交換器モジュール２０の血管出口８２
は交換器モジュール１８の血液入口ポート２８に直接接
続されている。ステンレス鋼の温度計用筒８４が熱交換
器の出口ポート８２に隣接した血管流路中へ延び、その
ため医療手順の間血液の温度をモニタすることができ
る。
【００３２】本発明はいずれの形式の従来技術の熱交換
器を採用してよく、広義には、本発明は交換器モジュー
ル１８と一体的に接続された熱交換器モジュール２０を
含む必要はない。しかしながら、医療手順の間必要とさ
れるチューブのフックアップの数を減少させることによ
り漏れと汚損の可能性を最小にするので固定接続の方が
好ましい。さらに直接に相互接続することにより体外の
血液回路の全長を短くする。
器を採用してよく、広義には、本発明は交換器モジュー
ル１８と一体的に接続された熱交換器モジュール２０を
含む必要はない。しかしながら、医療手順の間必要とさ
れるチューブのフックアップの数を減少させることによ
り漏れと汚損の可能性を最小にするので固定接続の方が
好ましい。さらに直接に相互接続することにより体外の
血液回路の全長を短くする。
【００３３】体外血液回路を短くしうる本発明の別の特
徴は、ガス交換器モジュール１８の頂部に位置した、枢
動する静脈リザーバマウント(reservoir mount) ８６を
含むことである。前記マウント(mount) ８６は、回転可
能の取付けチューブ９０がそこから延びているテーブル
８８を含んでいる。取付けチューブ９０は、ガス交換器
モジュール１８に固定されたカラー付きブラケット９２
内で回転する。このような構造により静脈リザーバ(res
ervoir) が出来る限り交換器に近接して保持されること
により、静脈リザーバと交換器との間の血液用チューブ
の必要長さを制限できるようにする。
徴は、ガス交換器モジュール１８の頂部に位置した、枢
動する静脈リザーバマウント(reservoir mount) ８６を
含むことである。前記マウント(mount) ８６は、回転可
能の取付けチューブ９０がそこから延びているテーブル
８８を含んでいる。取付けチューブ９０は、ガス交換器
モジュール１８に固定されたカラー付きブラケット９２
内で回転する。このような構造により静脈リザーバ(res
ervoir) が出来る限り交換器に近接して保持されること
により、静脈リザーバと交換器との間の血液用チューブ
の必要長さを制限できるようにする。
【００３４】本発明の作動について、図３、図７および
図８を参照して以下説明する。まず静脈リザーバ（図示
せず）が回転可能マウント８６に位置され、ポンプを介
して熱交換器モジュール２０の入口ポート７８に接続さ
れる。熱交換器モジュール２０のポート７２、７４は熱
交換流体回路（図示せず）に接続される。静脈リザーバ
はまた、患者の静脈系に接続され、血液出口ポート３０
が患者の静脈系に接続される。
図８を参照して以下説明する。まず静脈リザーバ（図示
せず）が回転可能マウント８６に位置され、ポンプを介
して熱交換器モジュール２０の入口ポート７８に接続さ
れる。熱交換器モジュール２０のポート７２、７４は熱
交換流体回路（図示せず）に接続される。静脈リザーバ
はまた、患者の静脈系に接続され、血液出口ポート３０
が患者の静脈系に接続される。
【００３５】従来の要領で本装置が準備された後、静脈
リザーバから熱交換器モジュール２０の血液入口ポート
７８へ血液を流すことにより処置が開始される。熱交換
器モジュール２０内の折りたたまれたシート７０の一方
の側に沿って血液が通るにつれて、熱交換流体は同時に
折りたたんだシート７０の反対の側に沿って通り血液の
温度を変える。この温度は筒８４に配置された温度プロ
ーブ（図示せず）によってモニタされる。次に血液は出
口ポート８２を通して熱交換器モジュール２０から出
て、キャップ２４にある入口ポート２８を介して交換器
モジュール１８へ入る。血液は次いで入口マニホルド４
４へ流入し、矢印８０で示すように、束３２の半径に対
して横方向に角度をつけて中空ファイバの束３２へ入
る。図７および図７において矢印によって指示されるよ
うに、前記束３２を通る血液の流路は、血液が芯３２の
内径部から外径部へ流れるのみならず、血液が出口マニ
ホルド４６において集められる芯３２の周囲を半ば流れ
るため最大となる。
リザーバから熱交換器モジュール２０の血液入口ポート
７８へ血液を流すことにより処置が開始される。熱交換
器モジュール２０内の折りたたまれたシート７０の一方
の側に沿って血液が通るにつれて、熱交換流体は同時に
折りたたんだシート７０の反対の側に沿って通り血液の
温度を変える。この温度は筒８４に配置された温度プロ
ーブ（図示せず）によってモニタされる。次に血液は出
口ポート８２を通して熱交換器モジュール２０から出
て、キャップ２４にある入口ポート２８を介して交換器
モジュール１８へ入る。血液は次いで入口マニホルド４
４へ流入し、矢印８０で示すように、束３２の半径に対
して横方向に角度をつけて中空ファイバの束３２へ入
る。図７および図７において矢印によって指示されるよ
うに、前記束３２を通る血液の流路は、血液が芯３２の
内径部から外径部へ流れるのみならず、血液が出口マニ
ホルド４６において集められる芯３２の周囲を半ば流れ
るため最大となる。
【００３６】同時に、酸素はガス入口ポート２９を介し
て本装置へ入り、そこで酸素は中空ファイバの束３２の
植えられた入口端３９へ入る。次に酸素は束となった中
空ファイバを通り、血液が束３２となったファイバの周
りを流れるにつれて血液中へ解放される。酸素が血液へ
入るにつれて、二酸化炭素が血液から出て、中空ファイ
バの内部へ入る。二酸化炭素は次に、中空ファイバの束
３２の植えられた出口端４０を通り、ガス出口ポート３
１を通して本装置から出ていく。このように、例えば血
液のような流体の温度調整とガス交換とを達成すること
ができる。
て本装置へ入り、そこで酸素は中空ファイバの束３２の
植えられた入口端３９へ入る。次に酸素は束となった中
空ファイバを通り、血液が束３２となったファイバの周
りを流れるにつれて血液中へ解放される。酸素が血液へ
入るにつれて、二酸化炭素が血液から出て、中空ファイ
バの内部へ入る。二酸化炭素は次に、中空ファイバの束
３２の植えられた出口端４０を通り、ガス出口ポート３
１を通して本装置から出ていく。このように、例えば血
液のような流体の温度調整とガス交換とを達成すること
ができる。
【００３７】本明細書に開示した本発明の明細書と実施
例とを検討すれば、本発明のその他の実施例は当該技術
分野の専門家には明らかである。前記明細書や実施例は
例示のみであり、本発明の真正の範囲と精神とは特許請
求の範囲において指示する意図である。
例とを検討すれば、本発明のその他の実施例は当該技術
分野の専門家には明らかである。前記明細書や実施例は
例示のみであり、本発明の真正の範囲と精神とは特許請
求の範囲において指示する意図である。
【図１】本発明の交換器のような膜交換器に対する患者
の典型的な接続の態様を示す概略図。
の典型的な接続の態様を示す概略図。
【図２】本発明による、膜交換器と相互接続された熱交
換モジュールとの斜視図。
換モジュールとの斜視図。
【図３】図２に示す装置の断面正面図。
【図４】図３に示す芯の斜視図。
【図５】図４に示す芯の断面図。
【図６】図３に示す装置の一部の拡大詳細図。
【図７】図３において線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿って視た断
側面図であって、血液の流れパターンが断面で示されて
いる図。
側面図であって、血液の流れパターンが断面で示されて
いる図。
【図８】図３の断面図において現われる血液の流れのパ
ターンを断面で示す図。
ターンを断面で示す図。
【図９】図３に示す中空ファイバの束のファイバの方向
を示す図。
を示す図。
１８ 酸素供給モジュール ２０ 熱交換モジュール ２２ チューブ ２８ 第１の流体の入口ポート ２９ 第２の流体の入口ポート ３０ 第１の流体の出口ポート ３１ 第２の流体の出口ポート ３２ 中空ファイバの束 ３４，３６ ファイバの層 ４２ 中央芯 ４４ 入口マニホルド ４６ 出口マニホルド ４８，５０ ポート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイクル アール．ホグランド アメリカ合衆国コロラド州ソーントン, イー．ワンハンドレッド アンド シィ クスティーンス プレース 2843 (72)発明者 ジェームス ディー．イサクソン アメリカ合衆国ユタ州サンデイ，マウン ト マジェスティック ロード 8667 (56)参考文献 特開 昭62−172964（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) A61M 1/16 515 A61M 1/14 580
Claims (16)
- 【請求項１】 第１の流体用入口ポートと出口ポート並
びに第２の流体用入口ポートと出口ポートとを有する外
側ケーシングと、 前記外側ケーシング内に位置され、第２の流体用の入口
および出口ポートに流体連通している中空ファイバの束
と、 前記外側ケーシングに位置し、その周りにファイバの束
が配置されている中央芯とを含み、 前記中央芯が前記第１の流体用入口ポートに接続された
入口マニホルドと、前記第１の流体用出口ポートに接続
されている出口マニホルドとを含み、 前記中央芯が所定
長さの実質的に細長いチューブ形状を有し、前記入口お
よび出口マニホルドが中央芯の実質的に全長にわたって
延在していることを特徴とする交換装置。 - 【請求項２】 入口および出口マニホルドは実質的に直
径方向に向かい合っている方向においてチューブ状中央
芯に位置していることを特徴とする請求項１に記載の装
置。 - 【請求項３】 前記第１の流体用入口および出口マニホ
ルドが中央芯の中心に向かって延びている凹形であるこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の装置。 - 【請求項４】 前記入口および出口マニホルドが中央芯
においてくぼんでいることを特徴とする請求項１から３
までのいずれか１項に記載の装置。 - 【請求項５】 前記入口および出口マニホルドの少なく
とも一方が遠位縁部（１５２、１５４）を有する中央リ
ブ（５２、５４）を含むことを特徴とする請求項１から
４までのいずれか１項に記載の装置。 - 【請求項６】 リブ（５２、５４）の遠位縁部（１５
２、１５４）が芯の外面によって画成される円弧の下方
に位置していることを特徴とする請求項５に記載の装
置。 - 【請求項７】 前記外側ケーシングと中央芯とが、ファ
イバの束を、血液用入口マニホルドの領域においては第
１の密度で、血液用入口マニホルドから半径方向に隔置
された領域においては第１の密度より大きい第２の密度
において保つような寸法および形状とされていることを
特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の
装置。 - 【請求項８】 前記外側ケーシングと中央芯とが、ファ
イバの束を、血液用出口マニホルドの領域においては第
１の密度で、血液用出口マニホルドから半径方向に隔置
された領域においては第１の密度より大きい第２の密度
において保つような寸法および形状とされていることを
特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の
装置。 - 【請求項９】 前記外側ケーシングと中央芯とが、その
間に挟まれたファイバの束の密度が変動し、入口および
出口マニホルドから隔置した領域以上に入口および出口
マニホルドに隣接した領域においてより低い密度を前記
ファイバの束が有するような寸法および形状とされてい
ることを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項
に記載の装置。 - 【請求項１０】 前記外側ケーシングが、一端にキャッ
プを配設した外側チューブを含み、交換器がさらにキャ
ップを外側チューブに対してシールする接続手段をさら
に含むことを特徴とする請求項１から９までのいずれか
１項に記載の装置。 - 【請求項１１】 前記接続手段が外側チューブから延び
た傾斜したフランジを含み、前記キャップが傾斜フラン
ジのある部分を受け入れる溝を含むことを特徴とする請
求項１から１０のいずれか１項に記載の装置。 - 【請求項１２】 前記溝には樹脂が配されていることを
特徴とする請求項１１に記載の装置。 - 【請求項１３】 前記キャップが外側チューブに対して
実質的に平行に延びる壁を含み、前記キャップの壁が前
記チューブから隔置されていることを特徴とする請求項
１０から１２までのいずれか１項に記載の装置。 - 【請求項１４】 前記キャップが中央芯と圧入の要領で
係合することを特徴とする請求項１０から１３までのい
ずれか１項に記載の装置。 - 【請求項１５】 一方のマニホルドが内方に広がったチ
ューブ状端部を含み、前記キャップが前記の広がったチ
ューブ状端部と圧入の要領で係合する外方に広がったチ
ューブ状装具を含むことを特徴とする請求項１４に記載
の装置。 - 【請求項１６】 第１の流体が血液であり、第２の流体
が酸素であることを特徴とする請求項１から１５までの
いずれか１項に記載の装置。
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