JP5930291B2 - Hollow fiber membrane oxygenator - Google Patents
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Description
本発明は、体外循環中の血液に対するガス交換(酸素の供給、二酸化炭素の排出)を行うための中空糸膜型人工肺に関し、特に、ガス交換後の血液の流出領域の構造の改良に関する。 The present invention relates to a hollow fiber membrane oxygenator for performing gas exchange (supply of oxygen, discharge of carbon dioxide) to blood during extracorporeal circulation, and more particularly to improvement of the structure of the blood outflow region after gas exchange.
心臓手術においては、患者の心臓を停止させ、その間の呼吸及び循環機能を代行するために、人工心肺装置が用いられる。人工肺は、患者の肺に代わって血液に酸素を供給し、二酸化炭素を排出させる機能を提供して、体外血液循環を可能とするものである。人工肺の例としては、気泡型人工肺と中空糸型(膜型)人工肺が知られている。中空糸膜型人工肺は、酸素を含むガス及び血液を多孔質中空糸膜を挟んで流動させ、血液とガスとの間でガス交換が行われるように構成される。中空糸膜型人工肺は、気泡型人工肺に比べて血液損傷が少なく、プライミング量が小さくて済むなどの利点を有することから、近年では中空糸膜型人工肺が一般的になりつつある。 In cardiac surgery, a heart-lung machine is used to stop the patient's heart and perform the respiratory and circulatory functions during that time. Artificial lungs provide an extracorporeal blood circulation by supplying oxygen to blood instead of a patient's lungs and discharging carbon dioxide. As examples of the oxygenator, a bubble oxygenator and a hollow fiber oxygenator (membrane type) oxygenator are known. The hollow fiber membrane oxygenator is configured such that a gas containing oxygen and blood flow through a porous hollow fiber membrane, and gas exchange is performed between the blood and the gas. Since the hollow fiber membrane oxygenator has advantages such as less blood damage and a smaller priming amount than the bubble oxygenator, the hollow fiber membrane oxygenator is becoming popular in recent years.
中空糸型の人工肺装置の一例として、特許文献1に開示された人工肺装置の断面図を図7に示す。この人工肺装置では、血液が流れる上流側から順に、熱交換部20、ガス交換部21およびフィルター部22が配置されている。
FIG. 7 shows a cross-sectional view of the oxygenator disclosed in Patent Document 1 as an example of a hollow fiber oxygenator. In this oxygenator, a
熱交換部20は、内部に温度調整用の冷温水が流される複数本の管体23を備え、ガス交換部21に流入する前の血液に対して温度調整を行う。ガス交換部21には複数本の中空糸膜24が設けられ、中空糸膜24中を流れる酸素含有ガスと血液との間でガス交換が行われる。フィルター部22は、ガス交換部21を通過した血液を外部へ導くための吐出用流路25を含み、血液中の気泡を捕捉可能なシート状のフィルター部材26が配置されている。
The
熱交換部20、ガス交換部21、及びフィルター部22が収容されたハウジング27内には、シール部材28が設けられて血液流路29を形成している。ハウジング27には、血液流路29の両端に位置する血液導入ポート30と血液排出ポート31とが設けられている。ハウジング27には更に、ガスポート32、33、冷温水ポート34、35も設けられている。
In the
血液導入ポート30から流入する血液は、熱交換部20及びガス交換部21を横断して血液排出ポート31から流出する。その間に、熱交換部20では冷温水との間で熱交換が行われ、ガス交換部21では酸素含有ガスとの間でガス交換が行われる。
The blood flowing in from the
このような人工肺装置を使用する場合は、予め、血液回路からエアーや異物を除去し、ガス交換部の中空糸を液体と馴染ませるために、生理食塩水等のプライミング液でプライミングが行われ、その後、血液循環が行われる。但し、プライミングを行っていても、血液循環中に血液に気泡が混入することはあるため、人工肺装置には気泡を除去する機能を備えることが求められている。このような機能を備えていれば、短期間でプライミングを終了できるため、緊急医療において有効となる。 When using such an artificial lung device, priming is performed in advance with a priming solution such as physiological saline in order to remove air and foreign substances from the blood circuit and to make the hollow fiber of the gas exchange unit familiar with the liquid. Then, blood circulation is performed. However, even if priming is performed, bubbles may be mixed into the blood during blood circulation, and therefore, the oxygenator is required to have a function of removing bubbles. If such a function is provided, priming can be completed in a short period, which is effective in emergency medicine.
気泡を除去する機能を得るために、図7に示す人工肺装置には、エアー排出ライン36が設けられている。エアー排出ライン36は、ガス交換部21とフィルター部材26との間に、吐出用流路25と外部とが連通するように形成されている。エアー排出ライン36の入口側の開口は、吐出用流路25の壁面に設けられ、出口側の開口はハウジング27の外面に設けられている。このように、エアー排出ライン36を設けることにより、フィルター部材26に到達する前の気泡37、あるいはフィルター部材26によって捕捉されている気泡37を外部に排出することができる。
In order to obtain the function of removing bubbles, the oxygenator shown in FIG. 7 is provided with an
特許文献1に開示されたエアー排出ライン36により気泡37を除去するための構成には、図8に示すような問題がある。図8は、問題点を説明するために、中空糸膜24、吐出用流路25、及びエアー排出ライン36のみを概略的に示した断面図である。
The configuration for removing the
人工肺のプライミング操作を行う際には、血液排出ポート31の上部領域38にエアーが溜まる。従って、特許文献1に開示された構成のように、エアー排出ライン36を設けることにより、この部分のエアーを確実に排出することが可能となる。プライミング時には、エアー排出ライン36に接続されたチューブ39を開放して、出口側の上部領域38のエアーを除去する。
When the artificial lung priming operation is performed, air accumulates in the
一方、プライミングを終了すると、チューブ39をクランプして外部に対してエアー排出ライン36を封鎖し、体外血液循環に使用することが可能な状態にする。このように、エアー排出ライン36は、プライミング時にのみ必要であって、体外血液循環中は不要である。むしろ、血液の循環が開始されると、エアー排出ライン36は血液の滞留部となり、血栓形成の引き金となる。
On the other hand, when the priming is completed, the tube 39 is clamped to block the
従って本発明は、プライミング時に確実にエアーを排出し、血液循環中でも滞留部を生じない構造を有する中空糸膜型人工肺を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a hollow fiber membrane oxygenator having a structure that reliably discharges air during priming and does not generate a retention portion even during blood circulation.
本発明の中空糸膜型人工肺は、基本構成として、複数本の中空糸膜の束が配置されたガス交換部を形成しているハウジングと、前記中空糸膜の内腔を通して酸素を含むガスを流通させるように前記ハウジングに設けられたガスポートと、前記ガス交換部内の前記中空糸束を横切り前記中空糸膜の外表面に接するように血液を流通させる血液流路と、前記血液流路の両端側の前記ハウジングの外壁面から各々突出するように設けられた管状の血液導入ポート、および、血液排出ポートを備える。
The hollow fiber membrane oxygenator of the present invention has, as a basic structure, a housing that forms a gas exchange part in which a bundle of a plurality of hollow fiber membranes is arranged, and a gas containing oxygen through the lumen of the hollow fiber membrane. A gas port provided in the housing so as to circulate, a blood channel that circulates blood so as to cross the hollow fiber bundle in the gas exchange part and contact the outer surface of the hollow fiber membrane, and the blood channel blood introduction port from an outer wall surface of the housing at both ends of the tubular that is provided so as to respectively protrude, and includes a blood outlet port.
上記課題を解決するために、本発明の中空糸膜型人工肺は、前記血液排出ポートは、前記ハウジングの外殻壁との結合部位である基端側開口部と、前記基端側開口部に接続された管状の先端部とで構成され、前記基端側開口部は、前記血液流路の横断面である流路断面の最上位周縁を含むように、かつ、その上端部分が前記血液流路の伸延方向に延長するように設けられ、前記先端部は、前記基端側開口部の上端部乃至その近傍から延在され、その管軸方向が、前記血液流路の流路中心軸を含む垂直面内において上方に向かって傾斜しており、前記流路中心軸の下流に向かう方向に対して、前記血液排出ポートの管軸の下流に向かう方向が形成する角度θが、0<θ<90の範囲内に設定されていることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the hollow fiber membrane oxygenator of the present invention is characterized in that the blood discharge port is a base-end opening that is a joint portion with the outer shell wall of the housing, and the base-end opening The proximal end side opening includes an uppermost peripheral edge of the cross section of the flow channel, which is a cross section of the blood flow channel, and an upper end portion of the blood flow channel. provided so as to extend in the extending direction of the channel, before Kisaki end, extends from the upper end or its vicinity of the proximal-side opening, the tube axis direction, the flow path of the blood channel An angle θ that is inclined upward in a vertical plane including the central axis, and that forms a direction downstream of the tube axis of the blood discharge port with respect to a direction downstream of the flow path central axis, It is set within the range of 0 <θ <90.
上記構成の中空糸膜型人工肺によれば、エアーが滞留し易い箇所に血液排出ポートが開口し、しかも血液排出ポートは上方に向かって傾斜しているので、プライミング液の循環により血液排出ポートからエアーが確実に排出される。これにより、エアー排出ラインを特別に設けることが不要となる。そのため、血液循環中の血液滞留部の形成を低減でき、血栓の形成を抑制可能である。 According to the hollow fiber membrane oxygenator having the above-described configuration, the blood discharge port is opened at a place where air is likely to stay, and the blood discharge port is inclined upward. Air is reliably discharged from the air. This eliminates the need for a special air discharge line. Therefore, formation of a blood retention part in the blood circulation can be reduced, and formation of a thrombus can be suppressed.
本発明の中空糸膜型人工肺は、上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。 The hollow fiber membrane oxygenator of the present invention can take the following aspects based on the above configuration.
すなわち、前記角度θが、45≦θ<90の範囲内となるように設定されていることが好ましい。 That is, it is preferable that the angle θ is set to be in a range of 45 ≦ θ <90.
また、前記血液流路の流路断面の外周縁形状は、前記流路中心軸を含む垂直面と前記流路断面の外周縁との交点を最上位周縁とし、前記最上端の両側の外周縁は前記最上位周縁よりも下方に位置している構成とすることができる。この場合、前記血液流路の流路断面の外周縁形状は円形とすることができる。 Further, the outer peripheral edge shape of the cross section of the blood flow path is defined as an outer peripheral edge on both sides of the uppermost end, with the intersection of the vertical plane including the flow path center axis and the outer peripheral edge of the flow path cross section being the highest peripheral edge. It can be set as the structure located below the said uppermost periphery. In this case, the outer peripheral edge shape of the cross section of the blood flow path can be circular.
また、前記ハウジング内には、前記血液流路に沿って前記ガス交換部の上流側に、複数本の伝熱細管からなる細管束が配置された熱交換部が設けられ、前記伝熱細管を通して熱媒体液を流入、流出させる熱媒体液ポートが前記ハウジングに設けられている構成とすることができる。 Further, in the housing, a heat exchanging portion in which a thin tube bundle composed of a plurality of heat transfer thin tubes is arranged along the blood flow path and upstream of the gas exchange portion is provided. A heat medium liquid port through which the heat medium liquid flows in and out can be provided in the housing.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<実施の形態>
本発明の実施の形態における中空糸膜型人工肺の側面図を、図1に示す。この人工肺は、ハウジング1内に熱交換部2及びガス交換部3が形成され、それぞれ、熱交換及びガス交換のための要素が収納された構造を有する。図2は、熱交換部2の側から見た正面図である。従って、図1は図2の右側面図に相当する。図3は同中空糸膜型人工肺の背面図、図4は平面図である。図5は、図1と同じ向きに見た断面を示す断面図である。
<Embodiment>
A side view of a hollow fiber membrane oxygenator according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. This oxygenator has a structure in which a
熱交換部2及びガス交換部3が形成する内腔を水平方向に貫通して、断面が円形の血液流路4(図5にのみ図示)が形成されている。血液流路4の両端に対応するハウジング1の外殻壁には各々、血液導入ポート5、および血液排出ポート6が設けられている。熱交換部2の左右端部のハウジング1の外殻壁には各々下方に向けて、冷水または温水を流通させるための冷温水ポート7、8が、設けられている。ガス交換部3の上下端部のハウジング1の外殻壁には各々、酸素含有ガスを導入、導出するためのガスポート9、10が設けられている。
A blood channel 4 (shown only in FIG. 5) having a circular cross section is formed by penetrating the lumen formed by the
図5に示すように、熱交換部2の内腔には、熱交換のための伝熱細管として、ステンレスパイプ11の束が管軸を水平方向に向けて配置されている。冷温水ポート7、8を介して、ステンレスパイプ11中に冷温水が流入し、流出する。ガス交換部3の内腔には、複数本の中空糸膜により形成された中空糸束が管軸を垂直方向に向けて配置されている。但し、図では中空糸束の図示を省略し、中空糸膜が配置された領域をハッチングを付して示すことにより、これを中空糸膜12と称して説明する。ガスポート9、10を介して、中空糸膜12の内腔に酸素を含むガスが流入し、流出する。
As shown in FIG. 5, a bundle of
熱交換部2及びガス交換部3の外周縁領域のハウジング1内には、ステンレスパイプ11及び中空糸膜12の両端を露出させてシール部材13が充填されている。このシール部材13の内腔が血液流路4を形成しており、水平方向にステンレスパイプ11及び中空糸膜12を横断して延在している。それによりステンレスパイプ11及び中空糸膜12の外表面に接して血液が流通する。
The housing 1 in the outer peripheral area of the
図2に示すように、ハウジング1の正面側には円形の透明窓14が設けられているが、この領域において透視されるステンレスパイプ11については図示が省略されている。また、図3に示すように、ハウジング1の背面側にも円形の透明窓15が設けられている。この領域では、ハウジング1の外殻壁の内面に、図5にも示すように、中心部から放射状に延びるリブ16が形成されている。但し、この領域において透視される中空糸膜12については図示を省略する。
As shown in FIG. 2, a circular
上記構成において、血液導入ポート5から流入する血液は、熱交換部2からガス交換部3に亘る血液流路4を通過し、血液排出ポート6から流出する。冷温水入口ポート8から流入する熱交換液である冷水または温水は、各ステンレスパイプ11の一端から内腔に進入し、各ステンレスパイプ11の他端を経由して冷温水出口ポート7から流出する。その間に、熱交換部2内の血液との間で熱交換が行われる。一方、ガス入口ポート9から流入する酸素含有ガスは、各中空糸膜12の一端から内腔に進入し、各中空糸膜12の他端を経由してガス出口ポート10から流出する。その間に、ガス交換部3内の血液との間でガス交換が行われる。ガス交換を終えた血液は、血液排出ポート6に円滑に流れ込むように、リブ16にガイドされて流れる。
In the above configuration, blood flowing from the
本実施の形態は、図1、図3あるいは図5に示すように、血液排出ポート6を、上方に向かって傾斜させたことを特徴とする。すなわち、血液排出ポート6の先端部は管状であるが、血液流路4の流路中心軸A(図5)を含む垂直面内において、上方に向かって傾斜している。
As shown in FIG. 1, FIG. 3, or FIG. 5, the present embodiment is characterized in that the
また、血液排出ポート6のハウジング1の外殻壁に対する結合部位である基端側開口部には、図5に示すように、上部空間17が形成されている。上部空間17、すなわち血液排出ポート6の基端側開口部は、血液流路4の横断面である流路断面の最上位周縁Tを含むように設定されている。
Further, as shown in FIG. 5, an
血液排出ポート6の傾斜は、次のように規定される。すなわち、血液排出ポート6の先端部の形状は、血液流路4の流路中心軸Aの下流に向かう方向に対して、血液排出ポート6の管軸Bの下流に向かう方向が形成する角度θが、0<θ<90の範囲内となるように設定されている。下記の効果を十分かつ確実に得るために、角度θは、好ましくは、45≦θ<90の範囲内となるように設定される。
The inclination of the
血液排出ポート6を以上のように構成することにより、プライミング時に、血液排出ポート6を通して円滑にエアーを排出することができる。すなわち、プライミング液の流によって上部空間17に集まるエアーは、血液排出ポート6が上方に向かって傾斜していることにより、円滑に流れ出る。
By configuring the
しかも、血液排出ポート6は、そのままで体外血液循環中にも機能するので、プライミングを終了した後、エアー排出ラインを封鎖するためにチューブをクランプする操作が不要となる。従って、従来例のようなエアー排出ラインが存在することに起因する、血液の滞留部の存在が解消される。
Moreover, since the
血液流路4の流路断面の外周縁形状は、血液排出ポート6に集約する形状とすることが望ましい。一例としては、図6(a)、(c)に概略的に示すような形状とする。(a)では、上述の実施の形態と同様、血液流路4は円形断面を有する。(c)では、血液流路4aは正方形断面であり、一頂点を最上位周縁とし、その対角の頂点が垂直下方に位置するように配置されている。(b)は不適当な例であり、血液流路4bは正方形断面であるが、一辺が水平方向に向くように配置されている。この形状では、血液排出ポート6からのエアー排出の効果が限定される。
It is desirable that the outer peripheral shape of the cross section of the
このように、血液流路4の流路断面の、血液排出ポート6に集約する外周縁形状とは、流路中心軸を含む垂直面と流路断面の外周縁との交点を最上位周縁とし、最上端の両側の外周縁は最上位周縁よりも下方に位置している形状として定義される。
Thus, the outer peripheral edge shape of the flow path cross section of the
なお、以上の説明では、ハウジング1により熱交換部2及びガス交換部3が形成された構成を有する中空糸膜型人工肺を例として示したが、本発明の適用はこれに限られない。すなわち、熱交換部2の無いガス交換部3のみの構成を有する中空糸膜型人工肺であっても、上述の血液排出ポート6の構成を適用して、上述と同様の効果を得ることができる。
In the above description, the hollow fiber membrane oxygenator having the configuration in which the
本発明の中空糸膜型人工肺によれば、プライミング時に確実にエアーを排出し、血液循環中でも滞留部を生じないので、体外血液循環のための人工心肺装置として有用である。 The hollow fiber membrane oxygenator of the present invention is useful as an oxygenator for extracorporeal blood circulation because air is reliably discharged during priming and no retention portion is produced even during blood circulation.
1、27 ハウジング
2、20 熱交換部
3、21 ガス交換部
4、4a、4b、29 血液流路
5、30 血液導入ポート
6、31 血液排出ポート
7、8、34、35 冷温水ポート
9、10、32、33 ガスポート
11 ステンレスパイプ
12、24 中空糸膜
13、28 シール部材
14、15 透明窓
16 リブ
22 フィルター部
23 管体
25 吐出用流路
26 フィルター部材
36 エアー排出ライン
37 気泡
38 上部領域
39 チューブ
1, 27
Claims (5)
前記中空糸膜の内腔を通して酸素を含むガスを流通させるように前記ハウジングに設けられたガスポートと、
前記ガス交換部内の前記中空糸束を横切り前記中空糸膜の外表面に接するように血液を流通させる血液流路と、
前記血液流路の両端側の前記ハウジングの外壁面から各々突出するように設けられた管状の血液導入ポート、および、血液排出ポートを備えた中空糸膜型人工肺において、
前記血液排出ポートは、前記ハウジングの外殻壁との結合部位である基端側開口部と、前記基端側開口部に接続された管状の先端部とで構成され、
前記基端側開口部は、前記血液流路の横断面である流路断面の最上位周縁を含むように、かつ、その上端部分が前記血液流路の伸延方向に延長するように設けられ、
前記先端部は、前記基端側開口部の上端部乃至その近傍から延在され、その管軸方向が、前記血液流路の流路中心軸を含む垂直面内において上方に向かって傾斜しており、前記流路中心軸の下流に向かう方向に対して、前記血液排出ポートの管軸の下流に向かう方向が形成する角度θが、0<θ<90の範囲内に設定されていることを特徴とする中空糸膜型人工肺。 A housing forming a gas exchange part in which a bundle of a plurality of hollow fiber membranes is disposed;
A gas port provided in the housing to circulate a gas containing oxygen through the lumen of the hollow fiber membrane;
A blood flow path for circulating blood so as to traverse the hollow fiber bundle in the gas exchange section and to contact the outer surface of the hollow fiber membrane;
It said blood flow passage at both ends of the housing outer wall surface to provided a tubular blood inlet port to each projecting from, and, in the hollow fiber membrane oxygenator having the blood discharge port,
The blood discharge port is composed of a base end side opening which is a coupling site with the outer shell wall of the housing, and a tubular tip end connected to the base end side opening.
The proximal end side opening is provided so as to include the uppermost peripheral edge of the cross section of the flow channel which is a cross section of the blood flow channel, and the upper end portion thereof extends in the extending direction of the blood flow channel,
Before Kisaki end, extends from the upper end or its vicinity of the proximal-side opening, the tube axis direction, upwardly in a vertical plane containing the flow path center axis of the blood channel slope The angle θ formed by the direction toward the downstream of the tube axis of the blood discharge port with respect to the direction toward the downstream of the flow path center axis is set within a range of 0 <θ <90. A hollow fiber membrane oxygenator characterized by that.
前記伝熱細管を通して熱媒体液を流入、流出させる熱媒体液ポートが前記ハウジングに設けられている請求項1に記載の中空糸膜型人工肺。 In the housing, a heat exchanging portion in which a thin tube bundle composed of a plurality of heat transfer thin tubes is disposed on the upstream side of the gas exchanging portion along the blood flow path,
The hollow fiber membrane oxygenator according to claim 1, wherein a heat medium liquid port through which the heat medium liquid flows in and out through the heat transfer thin tube is provided in the housing.
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