JP3051510B2 - 体外循環回路装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人工肺および送血用の
ポンプを有する体外循環回路装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、心臓手術や呼吸不全の際の呼吸
補助（ＥＣＭＯ）において、患者の血液を体外に導き、
これに酸素を添加しかつ炭酸ガスを除去するために、体
外循環回路装置内に中空糸膜を内蔵する人工肺が配置さ
れている。このような人工肺において使用される中空糸
膜としては、緻密膜と多孔質膜の２種類がある。

【０００３】緻密膜は、透過する気体の分子が膜に溶解
し、拡散することによってガスの移動が行なわれるもの
であり、この代表的なものにシリコーンゴムがある。し
かしながら、緻密膜は、ガス透過性の点から現在使用可
能のものとしては、シリコーンゴムのみしか知られてお
らず、また、このシリコーンゴム膜は、強度的に膜厚１
００μm 以下にすることはできない。このため、ガス透
過性に限界があり、特に炭酸ガスの透過性が悪く、Extr
acorporealＣＯ₂ Removal （ＥＣＣＯ₂ Ｒ）のような炭
酸ガスの除去に重点が置かれる療法では、単独で使用す
ることはできなかった。

【０００４】一方、多孔質膜は、膜の有する微細孔が透
過すべき気体分子に比べて著しく大きいため、気体は体
積流として細孔を通過する。例えば、マイクロポーラス
ポリプロピレン膜等の多孔質膜を使用した人工肺が種々
提案されている。

【０００５】特公昭５６−５２１２３号には、ポリプロ
ピレンを中空糸製造用ノズルを用いて、紡糸温度２１０
〜２７０℃、ドラフト比１８０〜６００で溶解紡糸し、
ついで１５５℃以下で第１段熱処理を行なったのち、１
１０℃未満で３０〜２００％延伸し、しかるのちに第１
段熱処理温度以上１５５℃以下で第２段熱処理すること
により多孔質ポリプロピレン中空糸を製造することが開
示されている。

【０００６】しかしながら、このようにして得られる多
孔質中空糸は、ポリプロピレン中空糸を延伸することに
より物理的に細孔を形成するので、該細孔は膜厚方向に
ほぼ水平な直線状細孔であり、かつ延伸度に応じて中空
糸の軸線方向に亀裂を生じて生成する細孔であるから断
面がスリット状である。また、細孔はほぼ直線的に連続
貫通し、かつ空孔率が高い。このため、この多孔質中空
糸は水蒸気の透過性が高く、また長時間血液を体外循環
させて使用すると、細孔が血液中の成分により親水化さ
れて、血漿が漏出するという欠点があった。

【０００７】また、血漿漏出が起こらない多孔質膜とし
て、例えば、ポリオレフィン、該ポリオレフィンの溶融
下で該ポリオレフィンに均一に分散し得、かつ使用する
抽出液に対して易溶性である有機充填剤および結晶核形
成剤を混練し、このようにして得られる混練物を溶融状
態で環状紡糸孔から吐出させ同時に内部中央部に不活性
ガスを導入し、該中空状物を前記ポリオレフィンを溶解
しない冷却固化液と接触させて冷却固化し、ついで冷却
固化した中空状物を前記ポリオレフィンを溶解しない抽
出液と接触させて前記有機充填剤を抽出除去することに
より製造される多孔質ポリオレフィン中空糸膜が提案さ
れている（特願昭５９−２１０４６６号）。

【０００８】しかしながら、該中空糸膜の１つであり、
冷却固化液として好ましいとされる用いられる有機充填
剤を溶解し得る冷却固化液を使用して得られたポリプロ
ピレン中空糸膜は、孔が小さく孔路も複雑であるため血
漿の漏出は起こらないが、単位面積当りの孔密度が小さ
いので、人工肺用膜として用いるには、ガス交換能が不
充分となるおそれがあり、さらに、前記有機充填剤を溶
解し得る冷却固化液中にポリオレフィンの低分子成分が
混ざり、冷却浴管内壁に付着し、中空糸の形状が経時的
に変化してしまうというおそれがあった。

【０００９】さらに、これらの点を改善するために、ポ
リプロピレン、該ポリプロピレンの溶融下でポリプロピ
レンに均一に分散し得、かつ使用する抽出液に対して易
溶性である有機充填剤、および結晶核形成剤を混練し、
このようにして得られる混練物を溶融状態で環状紡糸孔
から中空状に吐出させ、該中空状物を前記有機充填剤な
いしその類似化合物よりなる液体と接触させて冷却固化
し、ついで冷却固化した中空状物をポリプロピレンを溶
融しない抽出液と接触させて前記有機充填剤を抽出除去
することにより、多孔質ポリプロピレン中空糸膜を製造
する方法（特開昭６２−１０６７７０号）や、ポリプロ
ピレン、該ポリプロピレンの溶融下でポリプロピレンに
均一に分散し得、かつ使用する抽出液に対して易溶性で
ある有機充填剤、および結晶核形成剤を混練し、このよ
うにして得られる混練物を溶融状態で環状紡糸孔から中
空状に吐出させ、該中空状物を前記有機充填剤とは相溶
せずかつ比熱容量が０．３〜０．７cal/g である冷却固
化液と接触させて冷却固化し、ついで冷却固化した中空
状物を、ポリプロピレンを溶しない抽出液と接触させて
前記有機充填剤を抽出除去することにより多孔質ポリプ
ロピレン中空糸膜を製造する方法（特開昭６４−７９０
８号）が開示されている。

【００１０】これらの製造方法により得られる多孔質中
空糸膜の特性は、内径が１５０〜３００μm 、肉厚が１
０〜１５０μm 、内面開口率が１０〜３０％、空孔率が
１０〜６０％、酸素ガスフラックスが０．１〜１ml/min
・m²・atm とされている。

【００１１】しかしながら、このような多孔質中空糸膜
は、内表面開口率が高く、また、膜内部の空孔の曲路率
が小さいため、透水率が高く、よって、人工肺として長
時間使用した際に血漿の漏出を防止するという効果が不
十分であり、満足できる耐久性を得るには至っていな
い。

【００１２】ところで、ポリプロピレン中空糸膜のよう
な疎水性の多孔質膜では、これを用いた人工肺をプライ
ミングする際に、プライミング液中に混入した気泡の除
去（泡抜け）が容易であるという利点があるが、逆に、
血液流路内に負圧が発生した場合、多孔質中空糸膜の空
孔内が疎水性であるために、気泡が空孔を通過して血液
流路内に混入するおそれがある。上記製造方法により製
造された多孔質中空糸膜は、いずれもこのような欠点を
有しており、このような多孔質中空糸膜を用いた人工肺
を体外循環回路装置に配置する場合、血液流路内に負圧
が生じない位置、すなわち、送血ポンプの下流側に配置
しなければならなかった。

【００１３】この場合、人工肺の血液流路には、送血ポ
ンプの吐出側の圧力がかかるため、血液流路内の圧力
は、ガス流路側に比べ高いものとなる。特に、送血ポン
プが遠心ポンプである場合には、血液流路内の圧力はか
なり高くなる。このことは、上記中空糸膜からの血漿の
漏出を生じる原因の一つとなっていた。

【００１４】さらに、血液の循環方向に対し、送血ポン
プと人工肺との位置関係が決っているということは、体
外循環回路装置を設計する上で種々の制約があり、例え
ば、このようなシステムで分離体外循環を行なおうとす
れば、２つの人工肺が必要になるという問題があった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、人工
肺において高いガス交換能を得るとともに、血漿の漏出
を防止し、血液流路内に負圧が生じた場合でも血液中へ
の気泡の混入がない体外循環回路装置を提供することに
ある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（５）の本発明により達成される。

【００１７】（１） ガス交換膜として中空糸膜を内蔵
し、この中空糸膜を介して血液流路とガス流路とが形成
された人工肺と、前記血液流路と連通するよう人工肺の
下流側に設置された送血用のポンプとを少なくとも備え
る体外循環回路装置であって、前記ガス流路内の酸素含
有ガスの圧力を調整しうるガス圧調整手段と、前記血液
流路内の血液の圧力を検出する圧力検出手段とを設置
し、前記圧力検出手段により検出された圧力に基づい
て、前記ガス圧調整手段を作動して前記ガス流路内のガ
ス圧を調整し、前記ガス流路内のガス圧をＰ₁ 、前記血
液流路内の血液の圧力をＰ₂ 、前記中空糸膜のバブルポ
イントをＰ₃ としたとき、Ｐ₁ −Ｐ₂ ＜ｋＰ₃ （ただ
し、ｋは１以下の定数）なる関係を保持するように制御
することを特徴とする体外循環回路装置。

【００１８】（２） ガス交換膜として中空糸膜を内蔵
し、この中空糸膜を介して血液流路とガス流路とが形成
された人工肺と、前記血液流路と連通するよう人工肺の
下流側に設置された送血用のポンプとを少なくとも備え
る体外循環回路装置であって、前記ガス流路内の酸素含
有ガスの圧力を調整しうるガス圧調整手段と、前記血液
流路内の血液の圧力を検出する圧力検出手段とを設置
し、前記圧力検出手段により検出された圧力に基づい
て、前記ガス圧調整手段を作動して前記ガス流路内のガ
ス圧を調整し、前記ガス流路内のガス圧をＰ₁ 、前記血
液流路内の血液の圧力をＰ₂ 、前記中空糸膜のバブルポ
イントをＰ₃ としたとき、−５０mmHg≦Ｐ₁ −Ｐ₂ ＜ｋ
Ｐ₃ （ただし、ｋは１以下の定数）なる関係を保持する
ように制御することを特徴とする体外循環回路装置。

【００１９】（３） ガス交換膜として中空糸膜を内蔵
し、この中空糸膜を介して血液流路とガス流路とが形成
された人工肺と、前記血液流路と連通するよう人工肺の
下流側に設置された送血用のポンプとを少なくとも備え
る体外循環回路装置であって、前記ガス流路内の酸素含
有ガスの圧力を調整しうるガス圧調整手段と、前記血液
流路内の血液の圧力を検出する圧力検出手段とを設置
し、前記圧力検出手段により検出された圧力に基づい
て、前記ガス圧調整手段を作動して前記ガス流路内のガ
ス圧を調整し、前記ガス流路内のガス圧をＰ₁ 、前記血
液流路内の血液の圧力をＰ₂ 、前記中空糸膜のバブルポ
イントをＰ₃ としたとき、−３０mmHg≦Ｐ₁ −Ｐ₂ ＜ｋ
Ｐ₃ （ただし、ｋは１以下の定数）なる関係を保持する
ように制御することを特徴とする体外循環回路装置。

【００２０】（４） ガス交換膜として中空糸膜を内蔵
し、この中空糸膜を介して血液流路とガス流路とが形成
された人工肺と、前記血液流路と連通するよう人工肺の
下流側に設置された送血用のポンプとを少なくとも備え
る体外循環回路装置であって、前記ガス流路内の酸素含
有ガスの圧力を調整しうるガス圧調整手段と、前記血液
流路内の血液の圧力を検出する圧力検出手段とを設置
し、前記圧力検出手段により検出された圧力に基づい
て、前記ガス圧調整手段を作動して前記ガス流路内のガ
ス圧を調整し、前記ガス流路内のガス圧をＰ₁ 、前記血
液流路内の血液の圧力をＰ₂ 、前記中空糸膜のバブルポ
イントをＰ₃ としたとき、０＜Ｐ₁ −Ｐ₂ ＜ｋＰ₃（た
だし、ｋは１以下の定数）なる関係を保持するように制
御することを特徴とする体外循環回路装置。

【００２１】（５） 前記定数ｋが０．５〜０．９５で
ある上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の体外循
環回路装置。

【００２２】

【発明の構成】以下、本発明の体外循環回路装置を添付
図面に示す好適実施例に基づいて詳細に説明する。

【００２３】図１は、本発明の体外循環回路装置の構成
例を模式的に示す回路構成図である。同図に示すよう
に、体外循環回路装置１は、貯血槽３と、送血用のポン
プ４と、人工肺５とを有し、患者２の脱血部（血管）と
貯血槽３の流入側、貯血槽３の流出側と人工肺５の血液
導入口７８、人工肺５の血液導出口７９とポンプ４の吸
入側、ポンプ４の吐出側と患者２の送血部（血管）と
を、それぞれ、チューブ９１，９２，９３および９４で
接続したものである。チューブ９４の途中には、バルブ
（またはクランプ）９５が設置されている。

【００２４】また、人工肺５の酸素含有ガス導入口６３
および酸素含有ガス導出口６４には、それぞれ、チュー
ブ９６および９７が接続されている。チューブ９６の他
端は、例えば、コンプレッサーエアー、酸素ボンベ、酸
素濃縮器等の酸素含有ガス供給手段（図示せず）に接続
される。この場合、供給ガス圧は、例えば１〜１０kg/c
m²程度の高圧とするのが好ましい。また、チューブ９７
の他端は、大気に開放する場合もあるが、通常、真空ポ
ンプ等の吸引手段（図示せず）に接続される。

【００２５】なお、図示しないが、チューブ９６の途中
には、酸素含有ガスの流量を調節しうる装置（マスフロ
ーコントローラー）を設置するのが好ましい。この装置
は、酸素含有ガスの圧力に関わらず、一定の酸素分子数
を供給することができる装置である。

【００２６】人工肺５の構成例を図２に拡大して示す。
同図に示すように、人工肺５は、ハウジング５６を有
し、このハウジング５６は筒状本体５７の両端部に環状
の雄ネジ付き取付カバー５８，５９が設けられている。

【００２７】ハウジング５６内には、その全体にわた
り、ガス交換膜として、多数（例えば１００００〜７０
０００本）の中空糸膜５０がハウジング５６の長手方向
に沿って並列的に相互に離間配置されている。そして、
この中空糸膜５０の両端部は、取付カバー５８，５９内
において、それぞれの開口が閉塞されない状態で隔壁６
０，６１により液密に支持されている。

【００２８】また、各隔壁６０，６１は、中空糸膜５０
の外周面と上記ハウジング５６の内面とともに酸素含有
ガスの流路であるガス室６２を構成し、これを閉塞し、
かつ中空糸膜５０の内部に形成される血液流路とガス室
６２とを隔離するものである。

【００２９】一方の取付カバー５８には、酸素含有ガス
をガス室６２へ供給する導入口６３が設けられており、
他方の取付カバー５９には、酸素含有ガスをガス室６２
から排出する導出口６４が設けられている。

【００３０】ハウジング５６の筒状本体５７の内面に
は、その軸方向のほぼ中央に位置し、内側に向かって突
出する絞り用拘束部６５を設けることが好ましい。すな
わち、拘束部６５は筒状本体５７の内面に筒状本体と一
体的に形成されており、筒状本体５７内に挿通される多
数の中空糸膜５０からなる中空糸束６６の外周をその中
心方向へ締め付けるようになっている。これにより、中
空糸束６６は、図２で示すように、軸方向の中央におい
て絞り込まれ、絞り部６７を形成する。従って、中空糸
膜５０の充填率は、軸方向に沿う各部において異なり、
中央部分において最も高くなっている。

【００３１】なお、好ましい各部の充填率は次の通りで
ある。まず、中央の絞り部６７における充填率は約６０
〜８０％、その他筒状本体５７内では充填率は約３０〜
６０％であり、中空糸束６６の両端部、すなわち隔壁６
０，６１付近における充填率は約２０〜５０％である。

【００３２】また、人工肺５の有効膜面積は特に限定さ
れないが、好ましくは０．３〜６．０m²程度、より好ま
しくは０．５〜５．４m²程度とするのがよい。

【００３３】隔壁６０，６１は、中空糸膜５０の内部
（血液流路）と外部（ガス流路）とを隔離するという機
能を果たすものである。通常、この隔壁６０，６１は、
極性の高い高分子ポッティング材、例えばポリウレタ
ン、シリコーン、エポキシ樹脂等をハウジング５６の両
端内壁面に遠心注入法により流し込み、硬化させること
により形成される。

【００３４】さらに詳述すれば、まず、ハウジング５６
の長さより長い多数の中空糸膜５０を用意し、この両開
口端を粘度の高い樹脂によって目止めをした後、ハウジ
ング５６の筒状本体５７内に並べて位置せしめる。この
後、取付けカバー５８，５９の径以上の大きさの型カバ
ーで、中空糸膜５０の各両端を完全に覆い、ハウジング
５６の中心軸を中心にそのハウジング５６を回転させな
がら両端部側から高分子ポッティング材を注入する。流
し終って樹脂が硬化すれば、上記型カバーを外して樹脂
の外側面部を鋭利な刃物で切断し、中空糸膜５０の両開
口端を表面に露出させる。かくして隔壁６０，６１は形
成されることになる。

【００３５】隔壁６０，６１の外面は、環状凸部を有す
る流路形成部材６８，６９でそれぞれ覆われている。こ
の流路形成部材６８，６９は、それぞれ液分配部材７
０，７１およびネジリング７２，７３よりなり、この液
分配部材７０，７１の周縁部付近に設けられた環状凸部
として突条７４，７５の端面を前記隔壁６０，６１にそ
れぞれ当接させ、ネジリング７２，７３を取付カバー５
８，５９にそれぞれ螺合することにより固定され、これ
により、血液の流入室７６および流出室７７がそれぞれ
形成される。

【００３６】これらの流路形成部材６８，６９の頂部に
は、それぞれ血液の導入口７８および導出口７９が形成
されている。

【００３７】隔壁６０，６１と、流路形成部材６８，６
９とにより形成される隔壁６０，６１の周縁部の空隙部
には、該空隙部に連通する少なくとも２個の孔８２，８
３の一方より充填材８４，８５を充填することにより、
隔壁６０，６１と接触するようにシールされる。あるい
はまた、Ｏリング（図示せず）を介してシールされる。

【００３８】なお、図示の中空糸膜型人工肺５は、中空
糸膜５０の内部に血液を循環し、中空糸膜５０の外部に
酸素含有ガスを吹送してガス交換を行なうタイプのもの
であるが、本発明における人工肺は、中空糸膜５０の外
部に血液を循環させ、中空糸膜の内部に酸素含有ガスを
吹送してガス交換を行なうタイプのものでもよい。

【００３９】本発明では、人工肺５の下流側に送血用の
ポンプ４を配置し、後述するように酸素含有ガスの圧力
を制御するため、人工肺５に用いられる中空糸膜５０の
種類、特性等は特に限定されず、緻密膜、多孔質膜のい
ずれでもよいが、ガス交換性能の点で多孔質膜の方がよ
り好ましい。

【００４０】また、多孔質中空糸膜としては、ポリエチ
レン中空糸膜、ポリプロピレン中空糸膜、ポリサルフォ
ン中空糸膜、ポリテトラフルオロエチレン中空糸膜、ポ
リイミド中空糸膜等いかなるものでもよく、そのなかで
も特に、ポリプロピレン中空糸膜が好ましい。

【００４１】この多孔質ポリプロピレン中空糸膜として
は、例えば、特公昭５６−５２１２３号に記載されたよ
うな延伸法で製造されたもの、または、例えば、特願昭
５９−２１０４６６号、特開昭６２−１０６７７０号、
特開昭６４−７９０８号に記載されたような方法で製造
されたもの等が挙げられる。

【００４２】図３は、多孔質ポリプロピレン中空糸膜に
よる中空糸膜５０の横断面を模式的に示す拡大横断面図
である。同図に示すように、この中空糸膜５０は、横断
面形状が実質的に円形か、または楕円形をなしている。

【００４３】この中空糸膜５０は、その内表面５２側
（内部）、外表面５４側（外部）のいずれにも血液を流
すことができるが、図２に示す人工肺５に適用した場合
には、内表面５２側を血液を流すこととなり、従って、
中空糸膜５０の内部に血液流路が、外部にガス流路が形
成されることとなる。

【００４４】この中空糸膜５０の各部の寸法や諸特性は
特に限定されないが、一般に、以下に示すようなものが
好適に使用される。

【００４５】中空糸膜５０の内径Ｄは、好ましくは１５
０〜３００μm であり、より好ましくは１８０〜２５０
μm である。

【００４６】なお、本発明における中空糸膜の横断面形
状は、図示のごとき円形に限らず、楕円形であってもよ
い。この場合には、内径の平均および肉厚の平均が前記
値となればよい。

【００４７】このようなポリプロピレン製中空糸膜（基
材）の微細構造は、中空糸膜の製造条件によって変わる
が、例えば、冷却固化液として、有機充填剤とは相溶せ
ずかつ比熱容量が０．３〜０．７cal/g である溶液を使
用すれば、次のような構造の中空糸膜が得られる。

【００４８】すなわち、中空糸膜５０の内表面５２側に
おいては、固相は粒子状ポリプロピレンが一部露出しつ
つ密に融和結合、つまり溶融した後、冷却固化して形成
された連続相を呈する。

【００４９】また、膜内部５３においては、固相は多数
の粒子状ポリプロピレンによって形成され、この粒子状
ポリプロピレンは、円周方向においては方向性をもたず
無秩序に集まっているが、繊維軸方向においては連なっ
てポリプロピレン塊を形成しており、このポリプロピレ
ン塊は、糸状ポリプロピレンによって相互に結ばれてい
る。従って、膜内部５３においては、固相は粒子状ポリ
プロピレンが繊維軸方向に連なってできたポリプロピレ
ン塊が多数集まって形成されているものと思われる。

【００５０】さらに、中空糸膜５０の外表面５４におい
ても、膜内部５３と同様に固相は粒子状ポリプロピレン
が繊維軸方向に連なってできたポリプロピレン塊が多数
集まって形成されている。

【００５１】これらの固相間の間隙は、中空糸膜５０の
内表面５２および外表面５４を含む肉厚部において、内
表面５２より外表面５４に至る経路が長く、かつ孔同士
が直線的でなく複雑に網目状につながった３次元ネット
ワーク状の連通孔を形成している。

【００５２】このように、本発明の多孔質中空糸膜にお
いては、その内表面５２が、粒子状ポリプロピレンの一
部が露出しつつ密に融和結合された連続相とそれ以外の
空孔部分からなり、滑らかな表面性状を有するために、
人工肺において用いられ、中空糸膜５０の内腔に血液を
流したときでも、血球成分に損傷を与えることはなく、
また圧力損失も高くならない。一方、外表面５４も、粒
子状ポリプロピレンが整然と繊維軸方向に並んでできた
ポリプロピレン塊が多数集まって形成された固相とそれ
以外の空孔部分とからなり、滑らかな表面性状を有する
ために、人工肺において用いられ、中空糸膜５０の外側
に血液を流したときでも、血球成分に損傷を与えること
はなく、また圧力損失も高くならない。

【００５３】さらに、人工肺用中空糸膜として用いられ
た際に、ガスの通路となる空孔部分は、複雑に網目状に
つながった３次元ネットワーク状の連通孔であり、かつ
後述する特性を有するため、血液を中空糸膜の内側ある
いは外側のいずれかに体外循環させても、血漿成分はこ
のように複雑に入り組んだ長い経路を容易に通過するこ
とができず、例えば、３０時間以上の体外血液循環を行
っても、血漿の漏出およびガス交換能の低下はほとんど
認められない。

【００５４】このような中空糸膜５０の特性は、中空糸
膜の製造方法、製造条件によって異なるが、その一例を
挙げれば、次の通りである。

【００５５】中空糸膜５０の平均孔径は、０．０１〜
０．２μm であり、好ましくは０．０２〜０．１μm で
ある。

【００５６】中空糸膜５０の全体にわたる空孔率は、１
〜５０％であり、好ましくは１０〜４０％である。

【００５７】中空糸膜５０の透水率（空孔内に水を充填
した状態での）は０．０１〜５．０ml/min・m²・mmHg（室
温）であり、好ましくは０．０５〜４．０ml/min・m²・mm
Hg（室温）である。

【００５８】なお、この透水率は、膜内部５３の連通孔
の曲路率（屈曲の度合）と関連するものと考えられ、透
水率が高いということは、曲路率が低く、すなわち、膜
内部５３の連通孔がより直線的であることを示す。

【００５９】中空糸膜５０の血液接触面（内表面５２ま
たは外表面５４のいずれか一方）に生理食塩水を接触さ
せた際のバブルポイントは０mmHg以上であり、好ましく
は５mmHg以上である。

【００６０】中空糸膜５０の内表面５２における開口率
（内表面開口率）は、好ましくは０．１〜３０％未満で
あり、より好ましくは２．０〜３０％である。

【００６１】中空糸膜５０の酸素ガスフラックスは、１
０〜４０００ml/min・m²・mmHg（室温）であり、好ましく
は、５０〜３０００ml/min・m²・mmHg（室温）である。

【００６２】中空糸膜５０を構成する粒子状ポリプロピ
レンおよびこれらの微粒子間の間隙である連通孔（空
孔）の大きさ、分布度は、中空糸膜の製造条件および原
料組成によっても好ましい状態に制御することができる
が、通常は、粒子状ポリプロピレンの平均粒径は、０．
１〜２．０μm 、好ましくは、０．２〜１．５μm であ
り、内表面５２の空孔の平均半径は、０．１〜１．０μ
m 、好ましくは、０．１〜０．６μm である。

【００６３】上記のような中空糸膜自体は、ポリプロピ
レン製であるため疎水性であるが、この中空糸膜の血液
接触面およびこの血液接触面に続く空孔内の一部を親水
化することもできる。このような親水化は、例えば、ヘ
パリン、リン脂質、ヒドロキシエチルメタアクリレート
（ＨＥＭＡ）、ポリエチレングリコール、タンパク質の
ような親水性物質を固定化する方法により行なうことが
できる。なお、ヘパリンを固定化する場合、その前処理
として、オゾン処理、カプラー（例えば、ポリエチレン
イミン）の固定化等が行なわれる。

【００６４】図１に示すように、貯血槽３は、患者２の
脱血部に対し、３０〜１５０cm程度低い位置に設置さ
れ、この落差により患者２の脱血部から血液が貯血槽３
内に導入されるようになっている。なお、図示の体外循
環回路装置においては、貯血槽３は、熱交換器（図示せ
ず）を内蔵するものであるのが好ましい。

【００６５】ポンプ４としては、例えば、ローラポン
プ、遠心ポンプ、スクリューポンプ等が使用可能であ
る。なお、ポンプ４として遠心ポンプを用いた場合に
は、循環量が比較的一定であるため、貯血槽３を省略
し、患者２の脱血部と人工肺５の導入口７８とをチュー
ブで直接接続することもできる。

【００６６】このポンプ４と人工肺５との位置関係は、
図示のごとく、人工肺５の血液循環下流側にポンプ４が
配置されている。このような配置は、後述する酸素含有
ガスの圧力制御を行なうことにより可能となる。

【００６７】すなわち、このような配置にすると、ポン
プ４の吸引により中空糸膜内部、すなわち血液流路内の
圧力が比較的低くなり、負圧が生じることがあるが、ガ
ス流路内のガス圧と血液流路内の血液の圧力との差が中
空糸膜５０のバブルポイントを超えると、ガス室６２側
から気体が中空糸膜の空孔を通って中空糸膜内部に侵入
し、血液中に気泡が混入するおそれがあったため、従来
では、必ず人工肺をポンプの下流側（吐出側）に設置し
なければならなかったが、本発明では、後述するよう
に、血液流路内の血液の圧力およびその変化に応じてガ
ス流路内のガス圧を調整するため、中空糸膜５０の血液
流路内に負圧が生じても血液中への気泡の混入は生じ
ず、よって、このような配置とすることが可能となる。

【００６８】このように、人工肺５をポンプ４の上流側
に配置することができるということは、ポンプ４の吸引
により、中空糸膜の血液流路内の圧力が比較的低くなる
ため、中空糸膜の種類、特性等にかかわらず、長時間血
液循環を行なってもガス流路への血漿の漏出が生じなく
なる。さらには、体外循環回路装置の設計において、例
えば、１つの人工肺で分離体外循環が可能となる等、回
路設計上の許容範囲が大幅に広がるという利点もある。

【００６９】バルブ（またはクレンメ）９５は、体外循
環回路装置１におけるin vitro循環実験の際、血液循環
量または圧力を調節するためのものである。体外循環回
路装置１における血液循環量は、患者の条件や症例にも
よるが、通常、１００〜７０００ml/min程度、特に、２
００〜６０００ml/min程度とされ、本発明の体外循環回
路装置１では、このような血液循環量において、人工肺
５での血漿の漏出や血液中への気泡の混入を生じること
なく、充分な酸素加、脱炭酸ガス能が得られる。

【００７０】各チューブ９１，９２，９３，９４は、血
液を循環するのに適した管体であればよく、例えば、ポ
リ塩化ビニルに代表される樹脂製のチューブが好適に使
用される。

【００７１】各チューブ９１〜９４の内径は、特に限定
されないが、４．５〜１５mm程度、特に、５．０〜１
２．５mm程度とするのが好ましい。

【００７２】各チューブ９１〜９４の全長（合計長さ）
は、特に限定されないが、１〜１０ｍ程度、特に、１．
５〜５ｍ程度とするのが好ましい。

【００７３】また、各チューブ９１〜９４を、例えば、
セグメント化ポリウレタン、セグメント化ポリエーテル
ナイロンのような抗血栓性材料で構成するか、またはチ
ューブ内面に抗血栓性材料による層を形成することもで
き、この場合には、各チューブ９１〜９４の内面に血栓
が付着することが防止され好ましい。

【００７４】チューブ９６および９７は、酸素含有ガス
を送気するのに適した管体であればよく、例えば、ポリ
塩化ビニルに代表される樹脂製のチューブが好適に使用
される。

【００７５】チューブ９６および９７の内径は、特に限
定されないが、４．０〜１２．５mm程度、特に、５．０
〜８．０mm程度とするのが好ましい。

【００７６】図１に示すように、人工肺５の血液導出口
７９付近には、人工肺５の血液流路内の血液の圧力（以
下、単に、血液の圧力という）を検出する圧力検出手段
として、圧力センサ１０が接続されている。この圧力セ
ンサ１０としては、例えば、半導体圧力センサ、ひずみ
ゲージ等を用いることができる。

【００７７】また、この圧力センサ１０は、ライン１３
を介して例えばマイクロコンピュータで構成される制御
手段１１と電気的に接続されている。圧力センサ１０に
より検出された情報は、ライン１３を介して制御手段１
１に随時入力される。

【００７８】チューブ９７の途中の所定箇所、好ましく
は酸素含有ガス導出口６４の近傍には、人工肺５のガス
流路内の酸素含有ガスの圧力（以下、単に、ガス圧とい
う）を調整しうるガス圧調整手段１２が設置されてい
る。このガス圧調整手段１２としては、例えば、電気的
に作動する調圧バルブ（電空変換レギュレーター、パイ
ロット式レギュレーター等）を用いることができる。

【００７９】また、このガス圧調整手段１２は、ライン
１４を介して制御手段１１と電気的に接続されている。
ガス圧調整手段１２は、制御手段１１からの信号に基づ
いて、ガス圧を所望の値に調整するよう作動する。

【００８０】また、制御手段１１は、メモリーを有し、
このメモリーには、使用する人工肺５の中空糸膜５０の
バブルポイントおよび後述する定数ｋが予め記憶されて
いるとともに、ガス圧を記憶することができる。

【００８１】なお、人工肺５のガス流路内に供給される
酸素含有ガス中の酸素濃度（または酸素分圧）は、２０
〜１００％程度、特に、５０〜１００％程度とするのが
好ましい。

【００８２】次に、体外循環回路装置１の作用について
説明する。

【００８３】図１に示すように、患者２から脱血された
血液は、落差によりチューブ９１を経て一端貯血槽３に
貯留され、ここで熱交換器により所定の温度に加温また
は冷却される。

【００８４】ポンプ４を作動すると、貯血槽３内の血液
は、チューブ９２を経て導入口７８から人工肺５の血液
流路内、すなわち中空糸膜５０の内部に導入され、さら
に、導出口７９から導出され、チューブ９３、ポンプ
４、チューブ９４を順次経て、患者２に返血される。

【００８５】一方、図示しない酸素含有ガス供給手段か
ら送られてくる酸素含有ガスは、チューブ９６を通り、
導入口６３から人工肺５のガス流路内、すなわち中空糸
膜５０の外部のガス室６２に導入され、さらに、導出口
６４から導出され、チューブ９７を経て排気される。こ
れにより、人工肺５の内部では、中空糸膜５０を介して
ガス交換が行なわれ、循環する血液に酸素加、脱炭酸ガ
スがなされる。

【００８６】このようにして血液体外循環を行なってい
る最中には、圧力センサ１０により血液の圧力を随時検
出し、その検出値は、制御手段１１に随時入力される。

【００８７】一方、制御手段１１のメモリーに現在のガ
ス圧を記憶し、このガス圧と、メモリーに予め記憶され
ている中空糸膜５０のバブルポイントと、圧力センサ１
０にて検出された血液の圧力とから、次のような判断を
行なう。

【００８８】すなわち、ガス圧をＰ₁ 、血液の圧力をＰ
₂ 、中空糸膜のバブルポイント（プライミング時または
血液循環時のバブルポイント）をＰ₃ 、定数ｋ（ｋは１
以下）としたとき、制御手段１１の演算部において、Ｐ
₁ −Ｐ₂ なる演算を行ない、このＰ₁ −Ｐ₂ とｋＰ₃ と
を比較する。

【００８９】Ｐ₁ −Ｐ₂ ＜ｋＰ₃ であった場合には、そ
のまま現在のガス圧を維持する。

【００９０】Ｐ₁ −Ｐ₂ ≧ｋＰ₃ であった場合には、制
御手段１１は、ガス圧Ｐ₁ 下げるような命令信号をガス
圧調整手段１２へ出力する。圧調整手段１２では、この
信号に基づいて、例えばバルブの開度を調整し、Ｐ₁ −
Ｐ₂ ＜ｋＰ₃ となるまでガス圧Ｐ₁ を下げる。

【００９１】このようなことを連続的に行なえば、Ｐ₁
−Ｐ₂＜ｋＰ₃ なる関係が保持されることとなり、人工
肺５のガス流路から気体が中空糸膜５０の空孔を通って
血液流路内に侵入し、循環する血液中に気泡が混入する
ことが防止される。

【００９２】なお、定数ｋは、１であってもよいが、定
数ｋが小さいほど血液中への気泡の混入がより確実に防
止される。従って、定数ｋは、好ましくは１未満、より
好ましくは、０．５〜０．９５、さらに好ましくは０．
６〜０．９とするのがよい。

【００９３】なお、バブルポイントＰ₃ は、使用する人
工肺に対し、またはそれと同様のものにて、予め実験的
に求めておくのがよい。このバブルポイントは、血液流
路に生理食塩水のようなプライミング液を充填・循環し
たときのものと、血液流路に血液を充填・循環したとき
のものとを求め、プライミング時、血液循環時に応じて
それぞれのバブルポイントを使いわけるのが、より適正
な圧力制御を行なう上で好ましい。この場合、血液循環
時のバブルポイントは、中空糸膜の血液流路に血液を充
填・循環して測定してもよいが、血液流路に生理食塩水
のようなプライミング液を充填して求められたプライミ
ング時のバブルポイントから推定してもよい。また、血
液循環時のバブルポイントは、経時的に増大する傾向を
示すため、循環開始時の値とするのが安全上好ましい。

【００９４】また、さらに複雑な制御を行なうこともで
きる。その一例を挙げれば、次の通りである。

【００９５】Ｐ₁ −Ｐ₂ ＜ｋＰ₃ なる関係は満足するも
のの、ガス圧Ｐ₁ が血液の圧力Ｐ₂に比べて低すぎる
と、中空糸膜５０からの血漿の漏出が生じ易くなり、ま
た、供給される酸素量が少なくなるのでガス交換が不十
分となることがある。この場合には、圧力差Ｐ₁ −Ｐ₂
の下限値Ｐmin をも考慮した制御を行なう。

【００９６】すなわち、Ｐmin ≦Ｐ₁ −Ｐ₂ ＜ｋＰ₃
（Ｐmin は、制御手段１１のメモリーに予め記憶されて
いる）であった場合には、そのまま現在のガス圧を維持
する。

【００９７】Ｐ₁ −Ｐ₂ ≧ｋＰ₃ であった場合には、前
記と同様のガス圧調整を行なう。

【００９８】Ｐmin ＞Ｐ₁ −Ｐ₂ であった場合には、制
御手段１１は、ガス圧Ｐ₁ 上げるような命令信号をガス
圧調整手段１２へ出力する。圧調整手段１２では、この
信号に基づいて、例えばバルブの開度を調整し、Ｐmin
≦Ｐ₁ −Ｐ₂ 、特に、Ｐmin＜Ｐ₁ −Ｐ₂ となるまでガ
ス圧Ｐ₁ を上げる。

【００９９】このようなことを連続的に行なえば、Ｐmi
n ≦Ｐ₁−Ｐ₂ ＜ｋＰ₃ なる関係が保持されることとな
り、循環する血液中への気泡の混入を防止するととも
に、万一、ガス圧Ｐ₁ が極度に低下するかまたは血液の
圧力Ｐ₂ が極度に上昇して、Ｐ₁ −Ｐ₂ が低すぎること
となっても、中空糸膜５０からの血漿の漏出を防止する
ことができ、また、ガス圧を可能な限り高く維持するこ
とができるので、中空糸膜５０が、本来ガス交換能が劣
るものであっても、充分なガス交換能を得ることができ
る。

【０１００】ここで、上記Ｐmin としては、用いる中空
糸膜５０の特性等を考慮して適宜決定されるが、通常は
Ｐmin を−５０mmHgとするのが好ましい。また、さら
に、Ｐmin を−３０mmHgとすることもでき、この場合に
は、血漿漏出防止等の効果をさらに向上することができ
る。

【０１０１】また、特に、前述したような血液接触面等
を親水化した中空糸膜の場合、バブルポイントＰ₃ が高
くなるため、下限値Ｐmin を０とすること、すなわち、
０＜Ｐ₁ −Ｐ₂ ＜ｋＰ₃とすることができる。この場
合、常に酸素含有ガスが血液を加圧することとなるた
め、血漿の漏出をほぼ確実に防止することができる。

【０１０２】なお、上記ガス圧の制御方法、演算方法等
は一例であって、これらに限定されるものではない。例
えば、ガス流量を厳密に制御する必要がなければ、チュ
ーブ９７を半閉塞の状態にしたまま、ガス圧調整手段を
チューブ９６の途中に設置し、これを制御したり、ま
た、チューブ９６に接続される酸素含有ガスの供給手段
を直接制御してもよい。

【０１０３】また、ガス圧の制御は、上述のごとく自動
で行なう場合に限らず、検出された血液の圧力に基づい
て手動で行なってもよい。

【０１０４】なお、本発明の体外循環回路装置は、人工
肺５がポンプ４の上流側に配置されているものであれば
いかなるものでもよく、その他の構成については特に限
定されない。 また、本発明の体外循環回路装置は、Ｖ
−Ｖバイパス、Ｖ−Ａバイパス、Ａ−Ｖバイパスのいず
れにも適用することができるが、その中でも特に、Ｖ−
Ｖバイパス、Ｖ−Ａバイパスが好ましい。

【０１０５】

【実施例】次に、本発明の具体的実施例について説明す
る。

【０１０６】［１］中空糸膜の製造 メルトインデックス（Ｍ．Ｉ．）が２３のプロピレンホ
モポリマー１００重量部に対し、下記表１に示す割合の
流動パラフィン（数平均分子量３２４）および結晶核形
成剤としてのジベンジリデンソルビトール０．５重量部
を仕込み、二軸型押出機（池貝鉄工社製、ＰＣＭ−３０
−２５）により溶融混練し、押出した後ペレット化し
た。

【０１０７】このペレットを単軸型押出機（笠松製作所
社製、ＷＯ−３０）を用いて１８０〜２５０℃で溶融
し、芯径４mm、内径６mm、外径７mm、ランド長１５mmの
環状紡糸孔より、吐出量２．６６g/min で空気中に吐出
させ、中空状物を落下させた。なお、落下距離は２５〜
５０mmであった。

【０１０８】続いて、中空状物を冷却槽内に入れられた
冷却固化液であるポリエチレングリコール（Ｍｎ＝２０
０）と接触させた後、冷却固化液流通管内を自然流下す
る冷却固化液と並流接触させて冷却した。なお、このと
きの冷却固化液の温度は３０℃であった。

【０１０９】次に、中空状物を固化槽内の冷却固化液内
に導入し、固化槽内にて方向を転換し、さらに、シャワ
ーコンベア方式の抽出機において、抽出液であるフレオ
ン１１３（１，１，２−トリクロロ，１，２，２−トリ
フルオロエタン）により流動パラフィンを完全に抽出、
除去した。

【０１１０】その後、熱処理装置により、１００〜１１
０℃で２０秒間熱処理を施し、巻取装置のボビンに巻き
取った。

【０１１１】ボビンに巻き取られた中空糸膜基材は、巻
戻し装置によってカセに巻き戻され、約３０cmのバンド
ル状の中空糸束を得た。これらを、それぞれサンプルN
o. １、２、３とした。

【０１１２】また、延伸法により製造された市販の人工
肺用ポリプロピレン中空糸膜（三菱レーヨン社製、ＫＰ
Ｆ−１９０Ｍ）を、サンプルNo. ４とした。

【０１１３】次に、上記サンプルNo. ３の中空糸膜の内
表面側に親水化処理を施した。まず、中空糸膜の外表面
側（酸素含有ガス側）を５℃の冷水に浸漬して中空糸膜
全体を冷却した後、オゾン発生機（日本オゾン社製、Ｏ
−１−２）を用いて、１００V 、オゾン濃度２５g/m³、
８００ml(O₂)/min、の条件で５℃、１０分間、中空糸膜
の内表面側にオゾンを含む気体を吹き込んだ。

【０１１４】オゾン処理後、空気で１時間乾燥し、さら
に、pH１０．０に調整したポリエチレンイミン水溶液
（バスフ社製、ポリミンＳＮ）を中空糸膜の内表面側に
充填し、４５℃、２４時間反応させた。

【０１１５】その後、ポリエチレンイミン水溶液を排出
し、水洗した後、部分的にアミノ基を導入したヘパリン
をpH４．０、５０mMのコハク酸緩衝液に溶解して得られ
た０．２％ヘパリン水溶液を中空糸膜の内表面側に充填
し、４５℃、４時間反応させた。

【０１１６】この反応の後、ヘパリン水溶液を排出し、
pH４．０、５mMのコハク酸緩衝液に溶解して得られた１
％グルタルアルデヒドを中空糸膜の内表面側に充填し、
３７℃、２４時間反応させ、ヘパリンを固定した。この
ようにして得られた一部親水化中空糸膜を、サンプルN
o. ５とした。

【０１１７】［２］中空糸膜の特性 上記サンプルNo. １〜５の中空糸膜について、寸法（内
径／膜厚）、空孔率、平均空孔半径、酸素ガスフラック
ス、透水率、内表面開孔率を測定した。その結果を表１
に示す。

【０１１８】

【表１】

【０１１９】なお、各特性の測定方法は、次の通りであ
る。内径／肉厚 得られた中空糸膜を任意に１０本抜きとり、鋭利なカミ
ソリで０．５mm程度の長さに輪切りにする。万能投影機
（ニコンプロファイルプロジェクター Ｖ−１２）でそ
の断面を映し出し、計測器（ニコンデジタルカウンター
ＣＭ−６Ｓ）でその外径ｄ₁ 、内径ｄ₂ を測定し、膜
厚ｔをｔ＝（ｄ₁ −ｄ₂ ）／２により算出し、１０本の
平均値とした。

【０１２０】空孔率（％）、平均孔径（μm ） 得られた中空糸膜を約２g とり、鋭利なカミソリで５mm
以下の長さに輪切りにする。得られた試料を水銀ポロシ
メーター（カルロエルバ社製、６５Ａ型）にて１０００
kg/cm²まで圧力をかけ、全空孔量（単位重さ当りの中空
糸膜の細孔体積）より空孔率および平均孔径を得る。

【０１２１】酸素ガスフラックス 得られた中空糸膜で、有効長９．５cm、膜面積０．８m²
のモジュールを作製し、一方の血液導入ポートから８０
０ml/minの酸素を中空糸膜内に流し、反対側の血液導出
ポートを閉じた後、定常状態になったときの前記血液導
入ポートにおける圧力を測定し、これより算出した。

【０１２２】透水率 前記酸素ガスフラックスで用いたモジュールを１００
％、９０％、７０％、５０％のエタノール水溶液にこの
順に２時間ずつ浸漬し、その後、蒸留水中に２時間以上
浸漬して親水化した。モジュールを乾かさない状態で、
中空糸膜内部に加圧タンクで０．４５kg/cm²の圧力で水
を圧入し、中空糸膜を透過してガスポートから出てくる
水の量をメスシリンダーで測った。

【０１２３】内表面開孔率（％）、内表面平均孔径（μ
m ） 走査電子顕微鏡（日本電子社製、ＪＳＭ−８４０）にて
各試料の内表面のＳＥＭ写真を１万倍で撮影し、この写
真を画像解析装置（東芝社製、ＴＯＳＰＩＸＯ）にＣＣ
Ｄカメラにて取り込み、撮影表面全体の面積に対する孔
部分の面積の割合を内表面開孔率、各孔の面積から計算
される円相当径の平均値を内表面平均孔径とした。

【０１２４】［３］人工肺の作製 上記サンプルNo. １〜５の各中空糸膜を用いて、図２に
示す構造の中空糸膜型人工肺を作製した。各人工肺にお
いて用いた中空糸の本数は、それぞれ１３５００本であ
り、それらの有効膜面積は、０．８m²であった。これら
の人工肺について、下記測定方法によりバブルポイント
を測定した。その結果を下記表２に示す。

【０１２５】バブルポイント 人工肺の血液側流路（中空糸膜の内表面側）に、プライ
ミング液として生理食塩水を充填し、酸素含有ガスの導
入口６３から空気を吹き込んでガス室６２側を加圧し、
流出室７７に気泡が発生したときの空気の圧力を測定
し、プラミング時におけるバブルポイントとした。次
に、このプライミング時におけるバブルポイントから、
予め実験により求められた関係に基づいて、人工肺の血
液側流路に血液を充填し、循環を開始したときのバブル
ポイントを求めた。これらを下記表２に示す。

【０１２６】

【表２】

【０１２７】なお、表２に示すように、親水化処理がな
されているサンプルNo. ５は、親水化処理がなされてい
ないサンプルNo. １〜４に比べ、バブルポイントが高
い。

【０１２８】［４］体外循環回路装置の作製 前記各人工肺を用い、貯血槽を省略した図１に示す構成
の体外循環回路装置を作製した。この回路中の構成物は
次の通りである。また、この回路中、ポンプの下流側に
は、動脈フィルターおよび電磁流量計を順次設置した。

【０１２９】ポンプ：遠心ポンプ（バイオメディカス社
製、ＢＰ−５０Ｘ型） 送血用チューブ：ポリ塩化ビニル製、内径８．０mm、全
長約３．０ｍ 送気用チューブ：ポリ塩化ビニル製、内径６．０mm 動脈フィルター：（Harvey社製、Ｈ−６４０） 電磁流量計：（日本光電社製） 圧力センサ：（日本電気三栄社製、Ｐ１０ＥＺ型） ガス圧調整手段：調圧バルブ（黒田精工社製、ＥＳＲ
型） 制御手段：マイクロコンピュータ（メモリー内蔵）

【０１３０】［５］血液体外循環 上記体外循環回路装置により、次のようにして血液体外
循環の実験を行なった。

【０１３１】実験には、３５kgの雑犬を用いた。麻酔下
に３００u/kgのヘパリンを投与し、１時間後から１００
u/kgのヘパリンを持続投与し続けた。

【０１３２】まず、血液体外循環に先立ち、回路内を生
理食塩水によりプライミングした。

【０１３３】血液体外循環は、調節呼吸下にて、レスピ
レータを調節して静脈血をＡＡＭＩの基準の状態に維持
しながら、右頸静脈から右房に挿入したカニューレから
脱血し、上記体外循環回路装置を経た後、右頸動脈に血
流量８００ml/minで送血した。

【０１３４】一方、人工肺のガス室（中空系外部）６２
へは、純酸素を流量約８００ml/min（平均ガス圧約−１
０〜２０mmHg）で流した。

【０１３５】［６］ガス圧制御方法 （本発明例１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａ、５Ａ）図４に示す
フローチャートに従い、圧力センサにより検出された情
報に基づいてガス圧調整手段を制御し、ガス室６内にお
ける純酸素の圧力を調整した。なお、フローチャート中
の計算式等は、あらかじめマイクロコンピュータにプロ
グラムされている。ここで、酸素の圧力をＰ₁ 、血液の
圧力をＰ₂ 、中空糸膜のバブルポイントをＰ₃ とする。

【０１３６】なお、バブルポイントＰ₃ は、プライミン
グ時、血液循環時のそれぞれにおいて、前記表２に示す
値に設定した。

【０１３７】（本発明例１Ｂ、２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ、５
Ｂ）図５に示すフローチャートに従い、圧力センサによ
り検出された情報に基づいてガス圧調整手段を制御し、
ガス室６内における純酸素の圧力を調整した。なお、フ
ローチャート中の計算式等は、あらかじめマイクロコン
ピュータにプログラムされている。ここで、酸素の圧力
をＰ₁ 、血液の圧力をＰ₂ 、Ｐ₁ とＰ₂ の圧力差の下限
値をＰmin 、中空糸膜のバブルポイントをＰ₃ とする。

【０１３８】なお、バブルポイントＰ₃ は、プライミン
グ時、血液循環時のそれぞれにおいて、前記表２に示す
値に設定した。

【０１３９】また、サンプルNo. １〜４については、圧
力差の下限値Ｐmin を−２０mmHg、サンプルNo. ５につ
いては、Ｐmin を＋５mmHgとした。

【０１４０】（比較例１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａ、５Ａ）
制御手段を作動せず、供給する純酸素の流量を８００ml
/min、ガス圧を０mmHgに固定した状態で、体外循環を行
なった。

【０１４１】（比較例１Ｂ、２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ、５Ｂ）
上記体外循環回路装置において、人工肺とポンプとの配
置を逆にした体外循環回路装置を用いた。この場合、制
御手段を作動せず、人工肺の血液等出口７９側の圧力を
バルブ９５にて約３５０〜４００mmHgに調整し、一方、
供給する純酸素の流量を８００ml/min、ガス圧を０mmHg
に固定した状態で、体外循環を行なった。

【０１４２】［７］ガス交換能の測定 上記各本発明例および比較例に対し、人工肺の血液導入
口７８および導出口７９における血液をサンプリング
し、この血液中の酸素ガス分圧および炭酸ガス分圧を血
中ガス測定装置（ラジオメーター社製、ＡＢＬ−３０
型）により測定し、これより酸素ガス移動量および炭酸
ガス移動量を求めた。その結果を下記表３に示す。

【０１４３】

【表３】

【０１４４】表３に示すように、本発明の体外循環回路
装置は、ガス交換能の高い中空糸膜を用いた場合はもち
ろんのこと、ガス交換能の低い中空糸膜を用いた場合で
も、必要かつ十分なガス交換能が得られている。なお、
比較例１Ａ〜５Ａについては、気泡が混入し、測定不能
であった。

【０１４５】［８］血漿漏出の測定 血液体外循環の条件を、血液流量４００ml/min、供給ガ
スを混合ガス（Ｎ₂ ：Ｏ₂ ：ＣＯ₂ ＝７６：１９：
５）、ガス流量約４００ml/minとした以外は前記と同様
として循環を行なった。

【０１４６】上記各本発明例および比較例に対し、人工
肺のガス導出口６４をコールドトラップに接続し、所定
時間経過毎にトラップされた液（漏出血漿＋結露水）を
採取し、タンパク質検出試験紙にてタンパク質の有無を
確認し、液体流出速度を求めた。その結果を下記表４に
示す。

【０１４７】

【表４】

【０１４８】表４に示すように、本発明の体外循環回路
装置は、血漿の漏出が生じ難い中空糸膜を用いた場合は
もちろんのこと、血漿の漏出が生じ易い中空糸膜を用い
た場合でも、長時間の使用に対し、血漿の漏れがほとん
どなく、耐久性に優れていることがわかる。なお、比較
例５Ａについては、気泡の混入がわずかであるので測定
可能であったが、比較例１Ａ〜４Ａについては、気泡の
混入が著しく、測定不能であった。

【０１４９】［９］気泡発生の観察 血漿漏出の測定の際、上記各本発明例および比較例に対
し、人工肺の流出室７７における気泡発生の有無を肉眼
で観察した。その結果を下記表５に示す。

【０１５０】

【表５】

【０１５１】表５より明らかなように、本発明の体外循
環回路装置は、人工肺をポンプより上流側に設置したに
もかかわらず、血漿中への気泡の混入は全くないことが
わかる。

【０１５２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の体外循環回
路装置によれば、人工肺に用いられる中空糸膜の種類、
特性にかかわらず、十分なガス交換能が得られるととも
に、長時間使用した場合でも血漿の漏出がなく、耐久性
に優れ、しかも、人工肺の中空糸膜において、ガス流路
側から空孔を経て血液中に気泡が混入することはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の体外循環回路装置の構成例を模式的に
示す回路構成図である。

【図２】本発明の体外循環回路装置に配置される人工肺
の構成例を示す一部断面側面図である。

【図３】人工肺に用いられる多孔質中空糸膜の横断面を
模式的に示す拡大横断面図である。

【図４】酸素含有ガスの圧力の制御方法を示すフローチ
ャートである。

【図５】酸素含有ガスの圧力の他の制御方法を示すフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１ 体外循環回路装置 ２ 患者 ３ 貯血槽 ４ ポンプ ５ 人工肺 ５０ 中空糸膜 ５２ 内表面 ５３ 膜内部 ５４ 外表面 ５６ ハウジング ５７ 筒状本体 ５８、５９ 取付カバー ６０、６１ 隔壁 ６２ ガス室 ６３ 導入口 ６４ 導出口 ６５ 絞り用拘束部 ６６ 中空糸束 ６７ 絞り部 ６８、６９ 流路形成部材 ７０、７１ 液分配部材 ７２、７３ ネジリング ７４、７５ 突条 ７６ 流入室 ７７ 流出室 ７８ 導入口 ７９ 導出口 ８２、８３ 孔 ８４、８５ 充填剤 ９１〜９４ チューブ ９５ バルブ ９６、９７ チューブ １０ 圧力センサ １１ 制御手段 １２ ガス圧調整手段

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス交換膜として中空糸膜を内蔵し、こ
   の中空糸膜を介して血液流路とガス流路とが形成された
   人工肺と、前記血液流路と連通するよう人工肺の下流側
   に設置された送血用のポンプとを少なくとも備える体外
   循環回路装置であって、 前記ガス流路内の酸素含有ガスの圧力を調整しうるガス
   圧調整手段と、前記血液流路内の血液の圧力を検出する
   圧力検出手段とを設置し、 前記圧力検出手段により検出された圧力に基づいて、前
   記ガス圧調整手段を作動して前記ガス流路内のガス圧を
   調整し、前記ガス流路内のガス圧をＰ₁ 、前記血液流路
   内の血液の圧力をＰ₂ 、前記中空糸膜のバブルポイント
   をＰ₃ としたとき、Ｐ₁ −Ｐ₂ ＜ｋＰ₃ （ただし、ｋは
   １以下の定数）なる関係を保持するように制御すること
   を特徴とする体外循環回路装置。
2. 【請求項２】 ガス交換膜として中空糸膜を内蔵し、こ
   の中空糸膜を介して血液流路とガス流路とが形成された
   人工肺と、前記血液流路と連通するよう人工肺の下流側
   に設置された送血用のポンプとを少なくとも備える体外
   循環回路装置であって、 前記ガス流路内の酸素含有ガスの圧力を調整しうるガス
   圧調整手段と、前記血液流路内の血液の圧力を検出する
   圧力検出手段とを設置し、 前記圧力検出手段により検出された圧力に基づいて、前
   記ガス圧調整手段を作動して前記ガス流路内のガス圧を
   調整し、前記ガス流路内のガス圧をＰ₁ 、前記血液流路
   内の血液の圧力をＰ₂ 、前記中空糸膜のバブルポイント
   をＰ₃ としたとき、−５０mmHg≦Ｐ₁ −Ｐ₂ ＜ｋＰ₃
   （ただし、ｋは１以下の定数）なる関係を保持するよう
   に制御することを特徴とする体外循環回路装置。
3. 【請求項３】 ガス交換膜として中空糸膜を内蔵し、こ
   の中空糸膜を介して血液流路とガス流路とが形成された
   人工肺と、前記血液流路と連通するよう人工肺の下流側
   に設置された送血用のポンプとを少なくとも備える体外
   循環回路装置であって、 前記ガス流路内の酸素含有ガスの圧力を調整しうるガス
   圧調整手段と、前記血液流路内の血液の圧力を検出する
   圧力検出手段とを設置し、 前記圧力検出手段により検出された圧力に基づいて、前
   記ガス圧調整手段を作動して前記ガス流路内のガス圧を
   調整し、前記ガス流路内のガス圧をＰ₁ 、前記血液流路
   内の血液の圧力をＰ₂ 、前記中空糸膜のバブルポイント
   をＰ₃ としたとき、−３０mmHg≦Ｐ₁ −Ｐ₂ ＜ｋＰ₃
   （ただし、ｋは１以下の定数）なる関係を保持するよう
   に制御することを特徴とする体外循環回路装置。
4. 【請求項４】 ガス交換膜として中空糸膜を内蔵し、こ
   の中空糸膜を介して血液流路とガス流路とが形成された
   人工肺と、前記血液流路と連通するよう人工肺の下流側
   に設置された送血用のポンプとを少なくとも備える体外
   循環回路装置であって、 前記ガス流路内の酸素含有ガスの圧力を調整しうるガス
   圧調整手段と、前記血液流路内の血液の圧力を検出する
   圧力検出手段とを設置し、 前記圧力検出手段により検出された圧力に基づいて、前
   記ガス圧調整手段を作動して前記ガス流路内のガス圧を
   調整し、前記ガス流路内のガス圧をＰ₁ 、前記血液流路
   内の血液の圧力をＰ₂ 、前記中空糸膜のバブルポイント
   をＰ₃ としたとき、０＜Ｐ₁ −Ｐ₂ ＜ｋＰ₃ （ただし、
   ｋは１以下の定数）なる関係を保持するように制御する
   ことを特徴とする体外循環回路装置。
5. 【請求項５】 前記定数ｋが０．５〜０．９５である請
   求項１ないし４のいずれかに記載の体外循環回路装置。