JP3017497B2 - 対血液酸素付加装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス透過性の液状
である血液に対しては不透過性のガス交換−ダイヤフラ
ムにより、酸素−ガス流から血液流へ酸素を移す対血液
酸素付加装置に関する。より詳細には自動ガス圧調節装
置がガス流の、ガス交換−ダイヤフラムに沿って存在す
るガス圧を、血液流の、同様にガス交換−ダイヤフラム
に沿ってガスとは反対のダイヤフラム側に存在する血液
圧力に応じて制御又は調整することにより所定の値に保
持し、かつガス圧調節装置が、ガス不透過性でかつ液体
不透過性であるフレキシブルな制御ダイヤフラム体を有
し、該制御ダイヤフラム体が血液流に晒される側と、逆
方向でガス流に晒される側とを備えた血液に対して酸素
を付加する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような形式の血液に酸素を付加する
装置は、欧州特許出願公開ＥＰ−０３７３８４７Ａ２号
明細書に開示されている。さらに別の、血液に酸素を付
加するための装置がドイツ特許第ＤＥ−４３２０１９８
Ｃ１号、米国特許第３５２６４８１号及び国際特許出
願公開第ＷＯ−９４／０３２６６（ＰＣＴ／ＵＳ９３／
０７１６５）号明細書に開示されている。

【０００３】酸素付加器では、酸素で富化されたガスか
ら成る又は純粋酸素から成るガス流と血液流とが、ガス
−透過性の、しかし血液−不透過性のガス交換−壁、大
概の場合ガス交換−ダイヤフラムと呼ばれるガス交換−
壁により、互いに分離される。該ガス交換−壁を通して
酸素がガス流から血液流内へ拡散され、また反対に二酸
化炭素が血液流からガス流内へ、血液を血液流からガス
流内へ移すことなく、拡散される。この場合血液流中に
酸素気泡又は空気気泡が生じることは許されない。その
理由として、このことは酸素付加された血液が供給され
る患者の脳細胞の閉塞及び死滅を生じることがある点が
挙げられる。公知の酸素付加器では酸素−ガス流は大気
圧よりも僅かに高い程度の低い圧力を有している。酸素
付加器中の血液流の圧力は通常はほぼ２５０mmＨｇの比
較的高い圧力を有している。できるだけ高い酸素−移転
量（Sauerstoff-Transferrate）を生ぜしめるために、
多数の毛細管の形のガス交換−ダイヤフラムを用い、該
ガス交換−ダイヤフラムの内側を酸素−ガスが流過し、
外側を血液流が流過するようにしたものが公知になって
いる。毛細管は、該毛細管を通過するガスに対して極め
て僅かな流動抵抗しか有しない。酸素−ガス流から血液
流内への酸素−移転量を調整するため、ガスの組成を変
えること、すなわち、酸素含量が〜１００％であること
ができる、酸素で富化した空気を用いること及び /又は
毛細管中を通るガス流の流速を変えることは公知であ
る。毛細管の拡散抵抗は、二酸化炭素（酸素−流動速度
に比較して著しく高い二酸化炭素−流動速度）に対して
よりも、酸素に対して著しく高い（低い酸素−流動速
度）。ガス交換−ダイヤフラム（毛細管総数）が大きけ
れば大きい程、酸素−ガス流から血液流内への酸素−移
転量も大きくなる。しかしこのことは以下のような極め
て著しい欠点をもたらす。すなわち、血液が異物と接触
するさいに不都合に変化し、この変化は、血液が接触す
る異物の接触面が大きければ大きい程、かつまた、この
ような接触が行われる時間が長ければ長い程、大きくな
る。血液成分の外傷性傷害、同時にまた血液アルブミン
の変質が生じる。

【０００４】酸素付加器は通常、心−肺−機器、腎臓−
透析−機器及びその他の、体外循環路、すなわち、患者
から血液を採り出し、血液を処理し、殊に血液中に酸素
を導入し、処理した血液を再び患者に供給する循環路を
形成する機器の重要な部分として用いられる。患者が幼
ければそれだけ、幼児の場合には特に、血液が、体外循
環路において、できるだけ小さい異物−接触面に、それ
も短時間しか接触しないこと、かつ酸素付加された血液
中に極微小であれ気泡が生じないことが重要である。体
外循環路は患者に接続されたときに血液代用液で充たさ
れていなければならない。血液代用液は血液処理中患者
の自己血液と混合する。血液処理後、患者は出来る限り
その全自己血液を再び取り戻さなければならない。この
ために患者には血液処理後、患者の身体が血液代用液を
排出し、その結果患者がある時間の経過後にその体内に
実質的に自己血液のみを有するようにするため、血液−
血液代用液−混合物の全量が緩慢に供給される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ガス
圧が血液圧力に正確に応答してガス圧が遅延なく調節さ
れ、確実に稼働するとともに、簡単な構造を有し、さら
には使用寿命の長いガス交換−ダイヤフラムを有する対
血液酸素付加装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本願における請求項１の
発明によれば、ガス透過性の液状である血液に対しては
不透過性のガス交換−ダイヤフラムにより、酸素−ガス
流から血液流へ酸素を移す、血液に酸素を付加する装置
であって、自動的のガス圧調節装置を有し、該ガス圧調
節装置がガス流の、ガス交換−ダイヤフラムに沿って存
在するガス圧を、血液流の、同様にガス交換−ダイヤフ
ラムに沿ってガスとは反対のダイヤフラム側に存在する
血液圧力に関連して制御又は調整することにより所定の
値に保持し、かつガス圧調節装置が、ガス不透過性でか
つ液体不透過性であるフレキシブルな制御ダイヤフラム
体を有し、該制御ダイヤフラム体が血液流にさらされる
側と、逆方向でガス流にさらされる側とを有している形
式のものにおいて、制御ダイヤフラム体が、ガス交換−
ダイヤフラムが内部に設けられているケーシングの壁
の、血液流を制限する部分であり、かつケーシング壁と
ガス交換−ダイヤフラムとがこれらの間に、血液流のた
めの通路を形成している本願請求項２に係る発明によれ
ば、ガス圧調節装置及びその制御ダイヤフラム体が、血
液流の流れ方向で見て、ガス交換−ダイヤフラムの下流
側に配置されており、かつ制御ダイヤフラム体が、ガス
交換−ダイヤフラムの下流側で、血液流の血液に晒され
る。

【０００７】本願請求項３の発明によれば、制御ダイヤ
フラム体が血液流がガス交換−ダイヤフラムからケーシ
ングの血液出口へ流れる箇所で血液流の血液に晒され
る。本願請求項４に係る発明によれば、制御ダイヤフラ
ム体が、ガス圧調節装置のガス流入室をケーシングの内
室から分離しており、かつガス流入室とガス出口開口と
の間に、制御ダイヤフラム体によって操作可能な弁が配
置されており、かつ酸素−ガス流の経路がガス交換−ダ
イヤフラムの下流側でガス流入室に接続している。

【０００８】請求項５に係る発明によると、ガス圧調節
装置がケーシング内のガス交換−ダイヤフラムに作用す
るガス流の圧力を、血液流の圧力に関連して、この血液
流の圧力に近い、かつ血液流の圧力を越えない圧力に高
める。

【０００９】請求項６に係る発明によると、ガス圧調節
装置が血液圧力に関連してガス圧力を調整するための圧
力調整器である。請求項７に係る発明によると、ケーシ
ング内に、ガス交換−ダイヤフラムの他に付加的に、血
液流の経路中に、該血液流との熱交換のための熱交換器
が配置されている。

【００１０】請求項８に係る発明によると、ガス交換−
ダイヤフラムの後方の血液経路中に流動絞りが配置され
ており、該流動絞りの流動横断面が血液圧力に関連して
可変であり、該流動横断面が血液圧力の低下に伴って減
少し若しくは血液圧力の上昇に伴って増大する。

【００１１】酸素付加器中における酸素−ガス圧力は、
公知の酸素付加器のほぼ７６０mmＨｇ（ほぼ大気圧）か
ら、ほぼ２５０mmＨｇ高い、酸素付加器中における血液
の圧力値又はこの圧力値に近い圧力値に高められてい
る。血液中の酸素分圧はほぼ５０mmＨｇである。ガス交
換−ダイヤフラムの両側にほぼ等しい圧力が作用するよ
うにするため、ガス交換−ダイヤフラムには僅かな程度
だけ機械的に負荷がかけられている。酸素−ガス圧力が
上記のように高められている結果、酸素−移転量はほぼ
３０％上昇する。ほぼ大気圧（７６０mmＨｇ）の酸素−
ガス圧力を用いている公知の酸素付加器では、酸素−移
転量は、次式からえられる。

【００１２】 Ｔ＝Ｋ・ΔＰ＝Ｋ・（７６０−５０）＝Ｋ・７１０ 本発明による対血液酸素付加器においては、高められた
酸素−ガス圧力に対応して血圧が変化し、血液−移転量
は次式から得られる。

【００１３】Ｔ＝Ｋ・ΔＰ＝Ｋ・（７６０＋２５０−５
０）＝Ｋ・９６０ Ｋ＝定数；Ｐ＝圧力 数値「９６０」は数値「７１０」よりほぼ３０％大であ
る。

【００１４】本発明は、僅かな構成部分しか有しない、
簡単な構造の装置を提供する。これらの構成部分、特に
装置内に使用されているガス交換−ダイヤフラムは長い
寿命と高い運転安全性を有する。それというのは該ガス
交換−ダイヤフラムはたんに僅かな差圧を受けるに過ぎ
ず又は差圧を受けないからである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明を図面を参照して有
利な一実施形態につき説明する。図１は本発明による、
血液に酸素を付加する装置の横断面の略示図である。

【００１６】図１に示された、血液に酸素を付加する装
置は、ケーシング１０３内に、極めて多数の毛細管の束
の形のガス交換−ダイヤフラム１６及びその上に配置さ
れている熱交換器１０５を有している。破線の矢印で示
されているガス流６０は、図１で言って右側から左側
へ、ケーシング１０３のガス入口１８からガス出口２０
へ至る経路を、ガス交換−ダイヤフラム１６を形成する
毛細管中を通って、並流の形で流れる。

【００１７】熱交換器液１０７は逆向きに左側から右側
へ入口１０９から出口１１１へ熱交換器１０５中を通っ
て流れる。実線の矢印６２によって示されている血液流
は血液供給導管８からケーシング上側の血液入口１０を
通ってケーシング１０３内の流動分配器１１３内へ流入
し、次いで重力により上から下へ熱交換器１０５を通
り、さらにガス交換−ダイヤフラム１６を形成する毛細
管の表面上を流れ、次いで流動集合器１１５を介してケ
ーシング下端部にある血液出口１４へ入る。該血液出口
１４には血液導出管１２が接続されている。

【００１８】ガス交換−ダイヤフラム１６を形成する毛
細管のガス出口２０は圧力調整器１２４のガス流入室１
４２に接続されており、該ガス流入室１４２はフレキシ
ブルのダイヤフラム１３６によってケーシング１０３の
内室から、血液流がガス交換−ダイヤフラム１６から血
液出口１４へ流れる箇所で、仕切られている。この圧力
調整器−ダイヤフラム１３６は従ってケーシング１０３
の血液流を制限する部分を形成している。ガス流入室内
には弁体又はスライダ１１９があり、該弁体又はスライ
ダは圧力調整器−ダイヤフラム１３６によってばね１２
１の力に抗して圧力調整器−ガス出口開口１４６の開口
軸線に対して、該開口を開口軸線に対して直角横方向で
程度の差こそあれ開閉するために、直角横方向に調節可
能である。圧力調整器−ガス出口開口１４６と弁体１１
９とは一緒になって圧力調整弁又は調節可能な絞りを形
成し、これは、ガス流６０に対して、ガス交換−ダイヤ
フラム１６を形成する毛細管の毛細管路よりも大きな流
動抵抗を生じさせる。この圧力調整器１２４は、ガス流
のガス圧力を血液流の血液圧力に追従させ、その結果ガ
ス圧力を血液圧力に接近させ、しかし血液圧力を決して
越えないように調整している。圧力調整器−ダイヤフラ
ム１３６はケーシング１０３に固定されている。圧力調
整器１２４のケーシング１２５は、酸素付加器−ケーシ
ング１０３に取り外し可能に取り付けられており、かつ
この酸素付加器−ケーシング１０３から、圧力調整器−
ダイヤフラム１３６のない状態で、弁体１１９，圧縮ば
ね１２１及び、圧力調整器ケーシング１２５内に形成さ
れた圧力調整器−ガス出口開口１４６と共に、取り外し
可能である。圧力調整器ケーシング１２５は、弁体１１
９が正常に機能しているか否か又は例えばロックしてい
るか否かを目でみてコントロールすることができるよう
にするために、透明な材料から成っていることができ
る。圧力調整器は、ガス流入室１４２内の圧力を指示す
るための圧力指示器１２７及び、ガス圧力が常に所定の
限界値を下回る値にとどまっていることを保証する安全
弁１２９を有していることができる。

【００１９】ガス交換−ダイヤフラム１６の下流側の、
血液流経路中の血液出口１４の近くに、可変の血液流絞
り２００が配置されている。該可変の血液流絞り２００
は、酸素付加器内において血液圧力を高めることがで
き、かつまた、血液圧力が血液容積流と共に、二次関数
的にでなく、例えば一次関数的に下降するようにするた
めに役立つ。可変の血液流絞り２００は、容積流に関連
して変化する流動抵抗を有し、この場合流動抵抗は容積
流量の減少に伴って増大し、その結果圧力が、流動抵抗
に相応することなく、著しく急激に下降することはな
い。可変の血液流絞り２００の流動横断面はばね弾性的
なフレキシブルエレメント、有利には、ゴム、プラスチ
ック又は金属から成るフレキシブルな唇状片から形成さ
れ、該エレメントは血液圧力によって流動横断面を増大
させる方向に押されている。

【００２０】

【発明の効果】ガス圧力が血液圧力に正確に応答してガ
ス圧力が遅延なく調節され、確実に稼働するとともに、
簡単な構造を有し、さらには使用寿命の長いガス交換−
ダイヤフラムを有するという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による血液に酸素を付加する装置を示
す断面図。

【符号の説明】

１６…ガス交換−ダイヤフラム、６０…酸素−ガス流、
６２…血液流、１０３…ケーシング、１２４…ガス圧調
節装置、１３６…制御ダイヤフラム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アレキサンダー ブロックホフ リヒテンシュタイン国 ＦＬ−9494 シ ャーン オーバガッセ 73 (56)参考文献 特開 平９−108337（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−154935（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−136251（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61M 1/14 580

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス透過性の液状である血液に対しては
   不透過性のガス交換−ダイヤフラム（１６）により、酸
   素−ガス流（６０）から血液流（６２）へ酸素を移す対
   血液酸素付加装置であって、自動ガス圧調節装置（１２
   ４）がガス流におけるガス交換−ダイヤフラム（１６）
   に沿って存在するガス圧を、血液流（６２）におけるガ
   ス交換−ダイヤフラム（１６）に沿ってガスとは反対の
   ダイヤフラム側に存在する血液圧力に関連して調整制御
   することにより所定の値に保持し、かつガス圧調節装置
   （１２４）が有するガス不透過性にして液体不透過性で
   あり、かつ可撓性に富む制御ダイヤフラム体（１３６）
   が血液流に晒される側と、逆方向でガス流に晒される側
   とを備えた形式のものにおいて、制御ダイヤフラム体
   （１３６）が、ガス交換−ダイヤフラム（１６）が内部
   に設けられているケーシング（１０３）の壁の血液流を
   制限する部分であり、かつケーシング壁とガス交換−ダ
   イヤフラム（１６）とがこれらの間に、血液流のための
   通路を形成していることを特徴とする対血液酸素付加装
   置。
2. 【請求項２】 ガス圧調節装置（１２４）及びその制御
   ダイヤフラム体（１３６）が、血液流の流れ方向におい
   てガス交換−ダイヤフラム（１６）の下流側に配置され
   ており、かつ制御ダイヤフラム体（１３６）が、ガス交
   換−ダイヤフラム（１６）の下流側で血液流に晒される
   ことを特徴とする請求項１記載の対血液酸素付加装置。
3. 【請求項３】 制御ダイヤフラム体（１３６）は、血液
   流がガス交換−ダイヤフラム（１６）からケーシング
   （１０３）の血液出口（１４）へ流れる箇所において血
   液流（６２）に晒されることを特徴とする請求項１記載
   の対血液酸素付加装置。
4. 【請求項４】 制御ダイヤフラム体（１３６）がガス圧
   調節装置（１２４）のガス流入室（１４２）をケーシン
   グ（１０３）の内室から分離しており、かつガス流入室
   （１４２）とガス出口開口（１４６）との間に制御ダイ
   ヤフラム体（１３６）によって操作可能な弁（１１９）
   が配置され、かつ酸素−ガス流（６０）の経路がガス交
   換−ダイヤフラム（１６）の下流側でガス流入室（１４
   ２）に接続していることを特徴とする請求項１〜３のい
   ずれか１項記載の対血液酸素付加装置。
5. 【請求項５】 ガス圧調節装置（１２４）がケーシング
   （１０３）内のガス交換−ダイヤフラム（１６）に作用
   するガス流（６０）の圧力を、血液流（６２）の圧力に
   応じて、この血液流の圧力を超えることなく同血液流の
   圧力に近くなるように高めるように構成されていること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の対血液
   酸素付加装置。
6. 【請求項６】 ガス圧調節装置（１２４）が血液圧力に
   関連してガス圧を調整するための圧力調整器であること
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の対血液
   酸素付加装置。
7. 【請求項７】 ケーシング（１０３）内に、ガス交換−
   ダイヤフラム（１６）の他に付加的に、血液流（６２）
   の経路中に、該血液流との熱交換のための熱交換器（１
   ０５）が配置されていることを特徴とする請求項１〜６
   のいずれか１項記載の対血液酸素付加装置。
8. 【請求項８】 ガス交換−ダイヤフラム（１６）の後方
   の血液経路中に配置された流動絞り（２００）の断面積
   が血液圧力の低下に伴って減少し、かつ血液圧力の上昇
   に伴って増大するように血液圧力に応じて可変であるこ
   とを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の対血
   液酸素付加装置。