JP4050346B2 - 血液の処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、相互の中へ配置された複数の管により形成された複数の室を有し、これらの室は血液入口と血液出口を有し、前記の室には中空繊維膜が配置されている、血液の処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冒頭に述べた種類の装置は、米国特許 5 270 04 から知られている。そこに記載された装置では、血液が底の中心に配置された血液流入口を通って装置の中へ流入し、そして多孔性の管壁の孔を通って半径方向に、この管壁を囲むリング室へ流入し、このリング室には熱い液体が通って流れている中空繊維膜が配置されている。そのあとで、血液はさらに第二の管の開口を通ってほかのリング状の中空室へ流れ、この中空室にはガスが通って流れる中空繊維膜が配置されている。この室は第三の液体透過性のリング壁により囲まれており、このリング壁を通って血液が半径方向にリング状の集合通路の中へそしてそこから血液流出口へ流れる。
【０００３】
この装置は血液の温度調整と酸素添加に適しておりかつコンパクトな構成により優れている。しかしながら、すでに器具の構成から推定できることは、血液の主流方向が下側の中央入口から装置の上側の周方向領域の出口へ走っていて、そして上方へ中央の範囲へかつ下方へ中立域を有する外側範囲へ流れるとみなすことができる。それ故、実際には、前記の対角線の範囲の最大流速から中立域に向かって減少する異なる流速が生ずるだろう。さらに、製造公差により通路形成の結果切り通しが容易に生ずる。このように流速が異なると、中空繊維膜と血液の間の種々の物質や熱交換が局部的なものになり、したがって交換効率が減少することになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
それ故、本発明の課題は、できるだけ一様な貫流を可能にする血液の処理装置を提案することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は、相互に内側に配置された複数の管により形成された複数の室を有し、これらの室は血液流入口と血液流出口を有し、前記の室には中空繊維膜が配置され、前記の複数の室は、前記血液流入口と前記血液流出口の間で管の長手方向に前記室を通る血液流路が実現されるように互いに接続されている血液の処理装置であって、前記管は、内側管と、この内側管との間に内側室を形成するために内側管の外側に設置された中間管と、この中間管との間に外側室を形成するために中間管の外側に設置された外側管とからなり、
種々の種類の中空繊維膜が内側室と外側室に配置され、上蓋と下蓋に種々の配管接続部が設けられ、上蓋から内側管および中間管まで軸方向に延在している複数のウエブが、異なる媒体が内側室と外側室内の中空繊維膜を通って流れるように設けられ、かつ最後に貫流される外側室の上周縁から流出する血液が血液流出口へ向かって流れるようにするためのリング通路が、血液流出口に向かう流れ方向に増大する横断面を有するリング通路として形成されていることを特徴とする装置により解決される。
従来技術では、管を通る半径方向流れが優勢であるのに対し、本発明による装置では、軸方向の流れ方向が強制される。このことは、室がそれぞれそれらの端部でのみ流入口と流出口を有することにより達成される。それにより、室内へ導かれる全体の流体流れが、装置から退出する前に個々の室を長手方向に流れ通るように強制することができる。そのとき、血液を室内へまたは中空繊維膜内へ導くことができる。
【０００６】
特にコンパクトな構造様式は、内側室の外壁の管が外側室の内壁を形成する場合に達成することができる。それにより、個々の室は直接相接して存在し、それによって材料が節約されかつ構造容積が減らされる。さらに、コンパクトな構造様式が個々の室の間の連結通路の短縮を実現する。
また、室が実質的に同じ長さであることにより、単純化された構造と連結通路の短縮が達成される。特に、室内に配置された中空繊維膜が実質的に同じ長さであるのが好都合である。これにより、装置の構造が単純化されかつ価格上好都合な製造が可能になる。なぜなら、室内に配置された中空繊維膜の鋳込みや切断をそれぞれ一つの作業過程で行うことができるからである。
【０００７】
コンパクトな構造様式は製造技術的な利点を有するだけではなく、プライミング容積、すなわち装置の最初の充填のときに導入された流体により押し退けられなければならない空気容積も減少することになる。
管をやや円錐形に形成すれば、有利である。これによって、鋳物技術的な製造が価格上好都合にできる。さらに、装置の個々の要素の組立の際に摩擦力が減らされかつそれ故、組立中の繊維の機械的な負荷も減らされる。
【０００８】
流入領域の剪断ひずみをできるだけ小さくするために、装置の有利な実施の形態では、流入口がサイクロンを有する。流入口に設けられたサイクロンにより、さらに流入口領域で血液から気泡を除くことができる。
サイクロンを装置の中へ場所を節約するように一体化するには、サイクロンを少なくとも部分的に管に配置することにより達成される。これにより、血液の流路が短くなりつ装置の構造がコンパクトになる。
【０００９】
流出口を、流れ方向に増大する横断面を有するリング通路として形成すれば、有利である。これによって、最小のプライミング容積で、最後に貫流された室から血液を流出口へ倹約して運び去ることができる。
個々の室には、異なる種類の中空繊維膜を配置することができる。原理的には、一つの室内に異なる種類の中空繊維膜を入れることもできる。接続部を適当に形成することにより、これらの中空繊維膜を異なる媒体が流れ通ることもできる。中空繊維膜は膜板で形成するかまたは特に好ましくは中空繊維で形成することができる。
【００１０】
しかしながら、装置の簡単な構造は、一つの室に液体が貫流可能な中空繊維膜を設けて、血液を温度調整しかつほかの室にガスが貫流可能な中空繊維膜を設けて、血液に酸素を添加することで得られる。その場合、単一の温度状態で酸素添加を実施できるために、血液をまず温度調整しそして引続き酸素を添加するのが有利である。血液や他の液体におけるガス溶解度は温度に依っているので、血液が身体に入る温度を有する血液に酸素添加することが重要である。血液が酸素添加後温められると、飽和度を越えて身体内の自由な気泡により塞栓症が生ずる恐れがある。
【００１１】
通例、熱交換機におけるように酸素添加機でも膜と血液の間のより大きい交換面が必要であるので、酸素添加機を熱交換機の半径方向外方に配置するのが有利である。装置を貫流する血液の迅速な酸素添加を達成するために、室内に多孔性の中空繊維膜を配置することを提案する。しかしながら、装置の使用範囲に応じて、中空繊維膜として異なる膜材料を用いることができ、処理すべき液体を膜を通しておよび処理流体を室を通して導くか、または処理すべき液体を室を通しておよび処理流体を、すなわち液体またはガスを中空繊維膜を通して導くかは自由裁量に任せられている。さらに、室を使用範囲に応じて並行にまたは前後して貫流することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明による装置の実施の形態を図面に示して次に詳細に説明する。
この装置１は血液の温度調整および酸素添加に役立ち且つ専門用語では酸素添加−熱交換機と呼ばれる。この装置は、実質的に同軸に配置された三本の管、すなわち芯管２、中間管３、外側管４からなり、これらの管は互いの間に内側室５と外側室６とを区画している。内側室５と外側室６の端部は密閉化合物７で閉鎖されており、この密閉化合物７は、内側室５、外側室６に配置された中空繊維膜の開口が室の外側に存在するように中空繊維膜を保持する。
【００１３】
芯管２、中間管３および外側管４は、それらの横断面積が装置１の上側１０の方が下側１１の方より大きいようにやや円錐形に形成されている。内側管２は中空室１２を囲んでおり、その上側にサイクロン１３が配置されている。このサイクロン１３は、血液流入口１４を形成する入口と、最も内側の管２の上端で内側室５に導かれる出口１５とを有する。
【００１４】
内側室５と外側室６の下方領域には、中間管３に開口１６が設けられており、この開口は内側室５を外側室６と連結している。
最も外側の管４は、上端が周方向領域１７で半径方向に広がって、螺線状に血液流出口１８に開口している。
上側１０は上蓋１９で閉鎖されかつ装置１の下側１１が下蓋２０で閉鎖されている。
【００１５】
上蓋１９には、サイクロン１３に接線方向に沿って流れるように血液流入口１４が配置されている。さらに、サイクロン１３の最も上の箇所に排気装置２１が設けられており、この排気装置でサイクロン１３にたまる空気を除去することができる。さらに、上蓋１９には、ガス流入口２２（図２参照）が配置されており、このガス流入口２２は、蓋１９と密閉化合物７により区画された上方のガス室２３に導かれる。蓋１９から芯管２と中間管３に向かって軸方向に延びるウエブ２４と２５が上方の液体室２６を区画しており、この液体室２６は、内側室５の中空繊維膜９へ導かれた水の方向転換に役立つ。
【００１６】
下蓋２０はガス流出口２７を有し、このガス流出口は、下蓋２０と密閉化合物７との間にかつ外側室６の下方に形成された下方ガス室２８の中へ、軸方向に案内された管として開口する。さらに、下蓋は、二枚の板２９（他方の板は図では破り取られている）により中断されたリング通路３０を有し、このリング通路の一方の側に水流入口３１が開口しかつその他方の側に水流出口３２が開口している。
【００１７】
さらに、装置１は外側室６の上端に血液流出口１８に向かい合って温度測定開口３３を有し、この開口には温度測定ゾンデを配置することができかつその開口を排気装置としても使用可能である。同様に、外側室６の上端に、しかも血液流出口１８の真上に再循環ラインのための他の血液流出口３４が設けられており、この血液流出口を通って血液容積流れをバイパスで溜め（図示省略）に導くことができる。血液流出口１８の下側にプローブ開口３５が設けられており、この開口において血液プローブを取り出すことができまたは測定装置を導入することができる。ガス側の圧力または温度を測定するために、水平な接続片３６がガス流出口２７に設けられている。ガス流出口２７に向かい合ってガス室２８には圧力開口３７が設けられており、この圧力開口は栓３８により閉じられている。この圧力開口３７は、ガス側の圧力が一段と高くなったときに開口するように形成されている。中空室１２の下端にある蓋２０のバランス開口３９がこの中空室１２の圧力補償に役立つ。
【００１８】
装置１の運転中、温水流が水流入口３１を通ってリング通路３０の一方の側へそしてそこから、内側室５に配置された中空繊維膜９の一方の半部に導かれる。中空繊維膜９内で、水が上蓋１９の液体室２６まで上昇し、そこで分配されて内側室５内の残りの中空繊維膜９を通って下方に向かって戻るように流れてリング通路３０の他方の側に到り、そしてそこから水流出口３２を経て装置を出る。
【００１９】
ガス流入口２２を経て、ガスが上蓋１９の上方ガス室２３へ流れ、そしてそこから外側室６の中空繊維膜８を通って装置１の下蓋２０の下方ガス室２８へ流れて、ガス流出口２７を通って装置を出る。
血液は血液流入口１４を経てサイクロン１３へ流れ、そして出口１５を通って内側室５に達する。そこでは、血液は中空繊維膜９に沿って流れ、そして中空繊維膜に導入された水の温度に応じて温度調整される。室５の下端に開口１６が設けられており、この開口を通って血液が外側室６へ流れて、そこではガスが流れ通っている中空繊維膜８に沿って上方に向かって流れる。そのとき、血液の酸素が増大する。外側室６の上端に到達すると、血液がリング通路４１に流入してそのリング通路４１を血液流出口１８まで流れ、そしてその血液流出口１８で血液が装置１を出る。
【００２０】
内側室５と外側室６には、それぞれそれらの最上端に開口が設けられているので、室内を上昇する空気がこれらの開口を通って室から外へ押し進むことができる。内側室５からの空気は出口１５を通ってサイクロン１３の中へ流れ、そしてそこから排気装置２１を通って装置から流出し、かつ外側室６内の空気は温度測定開口３３または他の血液流出口３４に達してそこを通って装置から出る。それによって、装置の最初の充填のときでも運転中でも最適な排気が確保される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による装置の軸方向断面図である。
【図２】 図１による装置の平面図である。
【図３】 図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切断した装置の断面図である。
【図４】 装置を下方から見た図である。
【符号の説明】
２ 内側管
３ 中間管
４ 外側管
５ 内側室
６ 外側室
８，９ 中空繊維膜
１３ サイクロン
１４ 流入口
１５ 流出口
１８ 血液流出口
４１ リング通路

Claims (8)

1. 相互に内側に配置された複数の管（２，３，４）により形成された複数の室（５，６）を有し、これらの室は血液流入口（１４）と血液流出口（１８）を有し、前記の室には中空繊維膜（８，９）が配置され、前記の複数の室（５，６）は、前記血液流入口（１４）と前記血液流出口 (１８) の間で管（２，３，４）の長手方向に前記室（５，６）を通る血液流路が実現されるように互いに接続されている血液の処理装置であって、
   前記管は、内側管（２）と、この内側管との間に内側室（５）を形成するために内側管（２）の外側に設置された中間管（３）と、この中間管との間に外側室 (６) を形成するために中間管（３）の外側に設置された外側管 (４) とからなり、
   種々の種類の中空繊維膜（８，９）が内側室（５）と外側室（６）に配置され、
   上蓋（１９）と下蓋（２０）に種々の配管接続部（２２，２７，３１，３２）が設けられ、
   上蓋（１９）から内側管（２）および中間管（３）まで軸方向に延在している複数のウエブ（２４，２５）が、異なる媒体が内側室と外側室内の中空繊維膜（８，９）を通って流れるように設けられ、かつ
   最後に貫流される外側室（６）の上周縁から流出する血液が血液流出口（１８）へ向かって流れるようにするためのリング通路（４１）が、血液流出口（１８）に向かう流れ方向に増大する横断面を有するリング通路として形成されていることを特徴とする装置。
2. 内側室（５）の外壁の管が外側室（６）の内壁を形成することを特徴とする請求項１の装置。
3. 室（５，６）が実質的に同じ長さであることを特徴とする請求項１また２による装置。
4. 中空繊維膜（８，９）は実質的に同じ長さであることを特徴とする請求項１から３までのうちのいずれか一つによる装置。
5. 管（２，３，４）やや円錐形に形成されていることを特徴とする請求項１から４までのうちのいずれか一つによる装置。
6. 血液流入口（１４）がサイクロン（１３）を有することを特徴とする請求項１から５までのうちのいずれか一つによる装置。
7. サイクロン（１３）は少なくとも部分的に芯管（２）に配置されていることを特徴とする請求項１から６までのうちのいずれか一つによる装置。
8. 一つの室（６）に多孔性の中空繊維膜（８）が配置されていることを特徴とする請求項１から７までのうちのいずれか一つによる装置。

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