JP3825130B2 - 流体、特に、血液から気泡を分離するための装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体、特に、血液から気泡を分離するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
血液は、患者の自然血管系から取り除かれて、人工の血管系に流される場合、血液に含まれている泡は、血液が患者に戻される前に、分離されなければならない。例えば、血液透析もしくは血液ろ過の場合と同様に、手術のときの自己輸血の範囲内の細胞分離の場合でも、気泡は、血液の外に分離されなければならない。
【０００３】
血液のような医学上の流体から外に気泡を分離するための既知の装置は、空気以外の気体の分離のためにも、また、使用され得る。このために、この種空気分離器は、脱ガス装置として開示されている。
【０００４】
特に、血液の脱ガスのときに、一方では、気泡は非常に早く分離する必要があるが、他方では、空気分離器は、形成される流路並びに機械的特性に対して、血液成分に悪影響（ダメージ）を与えないように構成されなければならないという問題がある。
【０００５】
ＧＢ特許出願２ ０６３ １０８Ａに開示された空気分離器は、円錐セクションが続く円筒セクションを備え、垂直に配置されたチャンバを有する。そして、チャンバの円錐端装着部の先端には、通気ボアが形成されている。脱ガスされる流体は、円錐セクションの下方でチャンバ中に入る。入口接続部は、流体が外周囲領域内へのチャンバ内で正接的に流れるように、配設されている。この結果、流体は正接的に導入されるので、最初は円形の流路で流れるが、チャンバを通る全体の流れは互いに重なり、このため、流体は、螺旋流路に沿ってチャンバ内を流れ、正接的に配設された出口接続部の外にチャンバの底端で再び現れる。この状況において、流体流れ（フロー）の円形移動成分は、遠心力を発生し、流体内で圧力差が生じる。この結果、気泡は、チャンバの中央へと強制的に送られ、そして上方に昇る。そして、この分離された気泡は、チャンバの上端に形成された排気ボアを通って外に取り出される。
【０００６】
ドイツ特許出願ｎｏ．４３２９３８５ＡＩには、入口接続部の下流側に配置され、２つの互いに離間した回転体を備えたフローガイド部材を具備する空気分離器が開示されている。これら回転体間には、２つの案内ブレードが延びている。これら案内ブレードは、フローチャンネルを規定し、このチャンネルは、チャンバの内壁にほぼ正接的な方向にチャンバの長手方向の周りの湾曲スペースに延びている。上昇した気泡は、チャンバの上部にエアークッション（空気の溜まり）を形成する。フローガイド部材の流体出口オリフィスは、チャンバのカバー部分から離れて配設されており、チャンバ内で形成される流体レベルの下側への配置が確実にされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
呼吸の間、血液成分と空気との間の接触時間は、１秒以下である。比較的長い接触時間は、血液凝固のような異なる制御メカニズムを引き起こす。しかし、人工の血管系においては、血液と空気との接触は、処置を早くしても、合併症を引き起こす恐れがある。この点に関して、既知の空気分離器ではチャンバの上セクション内に空気が溜まるので、欠点となる。
【０００８】
本発明の目的は、血液と空気との接触をさけることができ、また、数時間の使用の後でも信頼性良く空気を分離することの可能な、流体、特に、血液から気泡を分離するための装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段は、請求項１の態様で、本発明に従って実現される。
【００１０】
本発明に係る装置においては、疎水性膜によりシールされた少なくとも１つのオリフィスがチャンバのカバーの一部、例えば、チャンバの最高点、に設けられている。この疎水性膜は、気体は通すが、液体は通さないで戻す。チャンバが流体で満たされたときには、チャンバ内の空気は、この疎水性膜から逃げる。このシステムの圧力が大気圧以上になると、チャンバは流体で完全に満たされ得る。このような圧力状態は、例えば、本発明に係る装置が、血液ポンプの下流の人工血液系か、静脈血管ラインに接続されたときに、生じる。大気圧以上のこのような圧力は、この血管系に大きい流れを発生させるために、人工循環回路に配設された血液ポンプにより発生され、例えば、人工循環回路の静脈ブランチで、当然のことながら、安全性の理由でモニターされる。もし、圧力が下制限値以下になると、警報され、透析ユニットは安全な動作状態に移されるので、圧力の逆転は生じない。
【００１１】
本発明に係る装置の場合、チャンバ内の流体は、不用領域が生じないように流れ、カバー部分内に設けられた疎水性膜は流体による完全な環流にさらされる。このために、チャンバの内壁にほぼ正接をなす方向に延びたフローチャンネルの一部は、前記カバー部分の直下に配設されている。このような配設において、激しい流れがカバー部分内に配置された疎水性膜に沿って発生される。この径方向にまた回転して流れる流体の案内により、カバー部分の下にもたらされるいかなる気泡も一緒に流体により流され、気泡が疎水性膜を通って逃げることを可能にしている。気泡が一緒に流されるので、チャンバの上側全体に渡って疎水性膜を延長させる必要がない。また、この膜がカバーの面の一部を構成することが可能なので、コストの面で効果がある。チャンバが正確に配置されていなく、また、膜が位置されていないカバーの面の部分が、膜が位置されたカバーの面の一部の上方にある場合にでも、球形の流れの案内により、エアークッションは持続することができなくなる。
【００１２】
さらに、血液の循環流れにさらされる膜の空気に対する通気性は、限界の使用時間によってのみ減少し、一方、血液による循環流れにさらされていない膜は、血液との比較的長い接触の後には、空気に対する通気性が悪くなる、という結果になる。不要な領域が発生しないようにしているので、本発明に係る装置によれば、数時間の使用の後でさえも、医学上の流体から気泡を非常に信頼性良く分離することが可能である。本発明に係る装置を使用した処置の場合、完全な充填と、長い耐用年数と、血液の接触による空気に対する通気性が達成される。空気が含まれず、また、非生理的な血液ー空気接触が生じない。エアークッションがチャンバ内の上方の領域に形成されるような従来技術におけるチャンバ内への流体の流れは、流体層を安定にし、かつ空気が再び入るのを避けるために、可能な限り低い位置にくるように設定されているので、装置の実質的な高さが高くなる。しかし、本発明に係る装置のチャンバの高さは、比較的低く維持され、材料コストを少なくすることも可能である。
【００１３】
１つの好ましい実施の形態において、フローガイド部材は中心接続筒を有し、この接続筒は、入口接続部に取着されている。この中心接続筒は、入口接続部にきつく挿入され得る。しかし、この接続筒は、入口接続部と一体的なものであっても良い。また、このフローガイド部材の中心接続筒は、少くとも１つのフローガイドチューブへと続いており、このフローガイドチューブは、チャンバの内壁にほぼ正接をなす方向に、チャンバの長軸線から湾曲スペース内で延びている。接続筒は、フローガイドチューブの出口オリフィスがカバー部分の底面の近くに位置するように、短くなっている。
【００１４】
フローガイドチューブにより、フローガイド部材は、流れに衝撃を与えないで、妨げられないように流れを案内することが可能であり、かくして、脱ガスされる流体は均一な状態で流れる。この結果、流体にかかる剪断応力は、小さくて均一となり、気泡の分離は血液に悪影響（ダメージ）をほとんど与えることがない。
【００１５】
前記フローガイド部材は、好ましくは、２つの（第１並びに第２の）フローガイドチューブを有し、これらの出口オリフィスは、互いに反対方向に向いている。この結果、２つの流れはオーバラップすることがなく、フローガイド部材の領域内での渦流の発生が防止される。
【００１６】
カバー部分内の疎水性膜によりシールされたオリフィスは、好ましくは、円形に形成されている。しかし、これは、他の形状、例えば、矩形、楕円形、リング状でも良い。空気の分離を改良するために、中心入口接続部の近くに形成された円形オリフィスが、カバー部分の全有効幅に渡って、即ち、中心入口接続部とチャンバの内壁との間に、延出され得る。１つのオリフィスに代えて、カバー部分は、中心入口接続部とチャンバの内壁との間で周方に分布された複数のオリフィスを有することができる。
【００１７】
本発明の他の好ましい実施の形態において、フローガイド部材は、第１の回転対称ベース部材を有し、これの流れる流体に面した面には、回転軸から垂直に延出した面内で湾曲しいる複数の案内ブレードが設けられている。これら案内ブレードにより規定されたフローチャンネルは、螺旋状の流路となっている。流れの環状の動きの成分が一方では生じ、他方では、膜が環状な流れに密にさらされて、改良された空気の分離を果たす。
【００１８】
フローガイド部材は、好ましくは、前記ベース部材の上流側に所定距離を有して好ましく配設された第２の回転対称部材を有する。これにより、流れは正確に案内され、渦流の誘起と同様に、流れの分離を避けることができて、血液に悪影響（ダメージ）を与えることが最小となる。
【００１９】
【実施の形態】
図１は垂直に配置された空気分離器を部分的に断面して示す。この空気分離器は、カバー２により上端がシールされた円筒部材１を具備する。このカバー２は、円筒フランジ３と、チャンバ１の周壁４の上部を覆う円筒リム５とを有する。
【００２０】
前記カバー２の中心には、供給ライン（図示せず）を装着するための入口接続部６が設けられている。また、チャンバ１の下端には、排出ライン（図示せず）を装着するための出口接続部７が設けられている。これら接続部６，７の内径は、挿入される接続チューブの外径とほぼ同じであり、圧接接続が果たされる。この入口接続部６はカバー２と一体的に形成されている。また、この入口接続部６の近くのカバー２の上壁の一部が円形に切欠されて円形オリフィス８が形成され、この円形オリフィス８は、円形の疎水性膜９（図２並びに図３）により液密にシールされている。また、入口接続部６の下流側には、図２ないし図３を参照して後で詳述するフローガイド部材１０が配置されている。
【００２１】
前記フローガイド部材１０は、チャンバ１の長手方向に沿って配設された短い接続筒１１を有する。この接続筒１１は、中心フローチャンネル１２を有し、カバー２の入口接続部６中に密に挿入されている。入口接続部６の一端側内周には、フローガイド部材１０の接続筒１１の外周に形成された円環溝１４と係合する円環凸条１３が形成されている。また、接続筒１１は２つのフローガイドチューブ１５，１６と連通している。これらフローガイドチューブ１５，１６は、接続筒１１と一体的に形成され、チャンバの中心軸に対して軸対称となっている。これを明確にするために、図２は、中心接続筒１１を切断して示しているが、フローチャンネル１２つのフローガイドチューブ１５，１６、即ち、フローガイド部材１０の下部は斜視図で示されている。チャンバの長手方向に沿って配設された前記中心の接続筒１１から出発して、フローガイドチューブ１５，１６は、チャンバ１の内周面にほぼ正接的になるように水平に延びた螺旋形状で、両側に湾曲して延びている。この状態で、フローガイドチューブ１５，１６のオリフイス１７，１８は、互いに反対に向くようにして翼のように延びている。一方のオリフイス１８は、前記カバー２の膜９にシールされた円形オリフィス８の下に近接して位置している。フローガイドチューブ１５，１６は、全長に渡って、前記中心接続筒１１のチャンネル断面の１／２前後の等しいチャンネル断面を有する。フローガイドチューブ１５，１６の２つのオリフイス１７，１８は、カバー２の下側に直接位置されている。カバー２の下面と、出口のオリフイス１７，１８との間の距離は、フローガイドチューブ１５，１６の外径の前後である。
【００２２】
動作の間、チャンバには、完全に血液が充填される。フローガイド部材１０の螺旋形状によって、フローガイド部材１０の中心接続筒１１に入口接続部６を介して流入した血液は、フローガイドチューブ１５，１６内で、径方向外方へと案内される。さらに、この状態で、フローガイドチューブから吐出されたときには、血液は、チャンバの内周面にほぼ正接的に流れる。このようにして、垂直方向の流れは、水平な円環状の流れに変換される。この結果、螺旋状の流れとなり、環状の流れ成分間で圧力差が生じ、低密度の気泡は、長軸の方向に力を受けて上方に移動し、疎水性膜９を介してチャンバ１から逃げる。この環状の流れはチャンバのカバーの直接下側で発生するので、疎水性膜９は、血液の環状の流れにさらされ、このために、気泡が集まることができる不要領域が生じない。この膜９に沿う激しい流体の流れにより、膜９は、例え、数時間使用されても、通気性を維持している。
【００２３】
血液は、螺旋路で上から下へとチャンバ内を流れた後に、フィルターキャンドル１９を流れ、そして、さらなる使用のために、出口接続部７から流れ出る。しかし、入口接続部６は、チャンバの長手方向に沿って配設され、出口接続部７は、チャンバに正接方向に装着される、ことも可能である。
【００２４】
製造技術者のために、フローガイド部材１０は、図４に示す２つのセクション１０´，１０”により構成されている。上セクション１０´は、前記中心接続筒１１と前記フローガイドチューブ１５，１６の上半分とにより構成されており、一方、下セクション１０”は、フローガイドチューブ１５，１６の下半分により構成されている。これら２つのセクション１０´１０”が、後の製造で、係合するようにロックされて組み合わせることが可能なように、上セクション１０´に形成された対応する切欠部２１，２１´と一致する２つのピン２０，２０´が下半分に設けられ、２つの部分が互いに強固に取着されるようになっている（図５）。
【００２５】
全ての空気分離器の夫々の部分は、射出成型された透明な合成樹脂で形成されていることが好ましい。この結果、常時、フィルターレベルと流れのパターンとを工学的に制御することが可能である。このようなフローガイド部材のデザインにより、空気分離器は、入口接続部と出口接続部との可能な同軸配列のために、既存のチューブ系中に容易に挿入され得、また、僅かの技術的困難性のみで、大量生産が可能なように、形成される。
【００２６】
図８は、フローガイド部材の他の実施の形態を示し、これは、チャンバのカバー２の下側で、入口接続部６（図８には示されていない）に直接取着されている。このフローガイド部材２２は、回転対称ベース部材２３を有する。流れる流体と面するこの部材２３の面は、入口接続部６もしくはチャンバ１の長軸線を中心として凹湾曲部分を回転させることにより規定された幾何学形状をしている。ベース部材２３の上方には、第２の回転対称ベース部材２５が配設されている。この部材２５は、前記ベース部材２３のガイド面２６の凹湾曲に従っており、両者間に狭いギャップ２４を形成している。また、これら２つの回転対称ベース部材２３，２５間には、これらの長軸線から垂直に突出した面内で同じように湾曲した複数の案内ブレード２７が配設されている。これら案内ブレード２７は、チャンバの内面にほぼ正接をなすようにチャンバの長軸線から湾曲してスペース内で延びた複数のフローチャンネル２８に前記円形のギャップ２４を区分している。これらフローチャンネル２８の出口オリフィスは、カバー２の直下に配設されているので、環状の流れはカバーの下で形成され、膜９は環状に流れる血液に接する。さらに、この環状の流れは、入口接続部６から出口接続部７への長軸線方向に向かう流れでもある。血液がチャンバ内を流れている間に、気泡は、分離されチャンバ１の外に疎水性膜９を通って除去される。
【図面の簡単な説明】
【図１】空気分離器の第１の実施の形態の縦断面図である。
【図２】フローガイド部材を備えたチャンバのカバーの縦断面図である。
【図３】図２に示すチャンバのカバーを矢印ＩＩＩ方向から見た平面図である。
【図４】２つのセクションにより構成された空気分離器のフローガイド部材を示す側面図である。
【図５】組み合わせる前のフローガイド部材の上セクションと下セクションとを示す側面図である。
【図６】図５の矢印ＶＩ方向から見たフローガイド部材の下面図である。
【図７】図６に示すフローガイド部材の下セクションを示す上面図である。
【図８】チャンバの入口接続部に装着されたフローガイド部材の第２の実施の形態の拡大斜視図である。
【図９】図８のフローガイド部材のベース部材の上面図である。
【符号の説明】
１…チャンバ、２…カバー、６…入口接続部、７…出口接続部、８…円形オリフィス、９…疎水性膜、１０…フローガイド部材、１１…接続筒、１２…中心フローチャンネル、１５，１６…フローガイドチューブ。

Claims (10)

1. ほぼ筒状のチャンバ（１）と、チャンバ（１）の長手方向に向いて配設された入口接続部（６）と、この入口接続部（６）の下流側に配設された出口接続部（７）と、チャンバの内壁の周方向に沿うようにチャンバの長軸線から湾曲してスペース内で延びた少なくとも１つのフローチャンネルを有するフローガイド部材（１０）とを具備する流体、特に、血液から気泡を分離するための装置において、
   疎水性膜（９）によりシールされた少なくとも１つのオリフィス（８）がチャンバ（１）のカバー（２）の一部に設けられており、チャンバ（１）の内壁（４）の周方向に沿うように延びた前記フローチャンネルの一部は、前記疎水性膜（９）が、流体の環状の流れにさらされるようにカバー（２）の部分の近くに配置されていることを特徴とする装置。
2. 前記フローガイド部材（１０）は接続筒（１１）を有し、この接続筒（１１）は、前記入口接続部（６）に取着され、少くとも１つのフローガイドチューブ（１５，１６）へと続いており、このフローガイドチューブは、チャンバ（１）の内壁（４）の周方向に沿って、チャンバの長軸線から湾曲してスペース内で延びていることを特徴とする請求項１の装置。
3. 前記フローガイド部材（１０）は、第１並びに第２のフローガイドチューブ（１５，１６）を有し、これらの出口オリフィス（１７，１８）は、互いに反対方向に向いていることを特徴とする請求項２の装置。
4. 前記前記第１並びに第２のフローガイドチューブ（１５，１６）は、入口接続部（６）の長軸心に対して対称となっていることを特徴とする請求項３の装置。
5. 前記疎水性膜（９）によりシールされたオリフィス（８）は、円形であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１の装置。
6. 前記疎水性膜（９）によりシールされた前記オリフィス（８）は、入口接続部（６）近くのカバー（２）の一部に形成されていることを特徴とする請求項５の装置。
7. 前記疎水性膜（９）によりシールされた前記オリフィス（８）は、前記入口接続部（６）と、チャンバ（１）の内壁（４）との間で延びていることを特徴とする請求項６の装置。
8. フローガイド部材（２２）は、ベース部材（２３）を有し、これの流れる流体に面した面は、チャンバ（１）の長軸線を中心とする湾曲セクションの回転体で規定され、回転軸から垂直に延出した面内で湾曲している案内ブレード（２７）が、前記ベース部材（２３）の面上に配設されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１の装置。
9. 前記フローガイド部材（２２）は、前記ベース部材の上流側に配設され、環状ギャップ（２４）を形成する他の回転対称部材（２５）を有することを特徴とする請求項８の装置。
10. 前記案内ブレード（２７）は、前記環状ギャップを複数のフローチャンネルに区分していることを特徴とする請求項９の装置。

Images