JP6728726B2 - Oxygenator with built-in filter - Google Patents
Oxygenator with built-in filter Download PDFInfo
- Publication number
- JP6728726B2 JP6728726B2 JP2016018867A JP2016018867A JP6728726B2 JP 6728726 B2 JP6728726 B2 JP 6728726B2 JP 2016018867 A JP2016018867 A JP 2016018867A JP 2016018867 A JP2016018867 A JP 2016018867A JP 6728726 B2 JP6728726 B2 JP 6728726B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- filter
- blood
- flow path
- hollow fiber
- fiber membrane
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Description
本発明は、体外循環中の血液に対してガス交換を行う人工肺に関する。特に、血液中に混入又は発生した気泡や異物を捕捉するフィルタを内蔵したフィルタ内蔵型人工肺に関する。 The present invention relates to an artificial lung that exchanges gas with blood in an extracorporeal circulation. In particular, the present invention relates to an oxygenator with a built-in filter, which has a filter for capturing air bubbles or foreign matter mixed in or generated in blood.
心臓手術においては、患者の心臓を停止させ、その間の呼吸及び血液循環機能を代行するために、体外血液循環用の人工心肺回路が用いられる。人工心肺回路の要部を構成する人工肺は、患者の肺に代わって血液に対するガス交換機能(血液に対して酸素を供給し、二酸化炭素を排出させる機能)を提供する。人工肺の構造としては、中空糸膜型人工肺が広く用いられている。 In cardiac surgery, an artificial cardiopulmonary circuit for extracorporeal blood circulation is used to arrest the patient's heart and substitute respiratory and blood circulation functions during that period. The artificial lung, which constitutes the main part of the artificial heart-lung circuit, provides a gas exchange function for blood (a function of supplying oxygen to the blood and discharging carbon dioxide) in place of the lungs of the patient. As a structure of an artificial lung, a hollow fiber membrane type artificial lung is widely used.
中空糸膜型人工肺は、酸素を含むガスと血液とを多孔質中空糸膜を介在させて流動させ、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。即ち、ハウジング内の血液が流れる血液流路上に、多数本の中空糸膜を積層した中空糸膜束を配置する。中空糸膜中に酸素含有ガスを流しながら、中空糸膜束を横切って血液を通過させる。血液が中空糸膜の間の隙間を通過するときに、中空糸膜を介してガス交換、すなわち酸素加、脱炭酸ガスが行われる。 The hollow fiber membrane-type artificial lung is configured so that a gas containing oxygen and blood are caused to flow with a porous hollow fiber membrane interposed, and gas exchange is performed between the blood and the gas. That is, a hollow fiber membrane bundle in which a large number of hollow fiber membranes are laminated is arranged on the blood flow path in the housing in which blood flows. Blood is passed across the hollow fiber membrane bundle while flowing an oxygen-containing gas through the hollow fiber membrane. When blood passes through the gaps between the hollow fiber membranes, gas exchange, that is, oxygen addition and decarboxylation gas, is performed through the hollow fiber membranes.
人工心肺回路に血液循環をするのに先立って、血液循環回路から気泡や異物を除去し、また、人工肺の中空糸膜に液体を馴染ませるために、生理食塩水等のプライミング液を血液循環回路に流すプライミングが行われる。プライミングでは、プライミング液中の気泡や異物を除去する必要がある。また、プライミングを行った後も、血液循環中の血液に血栓等の異物が混入することがある。このため、気泡や異物を除去するために、人工心肺回路に血液フィルタ装置が組み込まれる場合が多い。 Prior to circulating blood in the artificial heart-lung circuit, a priming solution such as physiological saline is circulated in order to remove air bubbles and foreign substances from the blood circulation circuit and to adapt the liquid to the hollow fiber membrane of the artificial lung. Priming is applied to the circuit. In priming, it is necessary to remove air bubbles and foreign matters in the priming liquid. Further, even after priming, foreign matter such as thrombus may be mixed in the blood in the blood circulation. Therefore, a blood filter device is often incorporated in the artificial heart-lung circuit in order to remove air bubbles and foreign substances.
血液フィルタ装置では、一般的には、ハウジング内の血液流路上に、シート状の濾材を折り畳み、あるいは巻回して構成されたフィルタが配置される。血液がフィルタを通過する際に気泡や異物が捕捉され排出される。 In a blood filter device, generally, a filter formed by folding or winding a sheet-shaped filter medium is arranged on a blood flow path inside a housing. When blood passes through the filter, air bubbles and foreign substances are captured and discharged.
人工心肺回路を簡素化し、また血液循環回路の血液充填量を低減するために、血液フィルタ装置を独立して設けずに人工肺に内蔵して一体化したフィルタ内蔵型人工肺が知られている。 In order to simplify the artificial heart-lung circuit and reduce the amount of blood filled in the blood circulation circuit, a filter-equipped artificial lung that is built in and integrated with the artificial lung without separately providing a blood filter device is known. ..
図7は、フィルタを内蔵した従来の中空糸膜型人工肺100を示した断面図である(特許文献1参照)。この人工肺100は、ハウジング111内に構成されたガス交換部110と、熱交換器ハウジング121内に構成された熱交換部120とを備える。血液Bは、血液導入ポート101を通って流入し、熱交換器120及びガス交換部110を順に通過して、血液導出ポート102から流出する。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a conventional hollow fiber membrane-type
熱交換部120のハウジング121の下端には、熱媒体流入ポート122と熱媒体流出ポート(図7では、熱媒体流入ポート122に隠れて見えない)が設けられている。ハウジング121内には、筒形状を有するベローズ型熱交換体125と、熱交換体125の内周に沿って配置された円筒状の熱媒体室形成部材(円筒壁)126とが設置されている。熱媒体流入ポート122から流入した熱媒体は、熱交換体125の内側を通り、熱媒体流出ポートから流出する。一方、血液Bは、血液導入ポート101からハウジング121内に流入し、熱交換体125の外側を通る。熱交換体125を介して、その内側の熱媒体と、その外側の血液との間で熱交換が行われる。
A heat
ガス交換部110のハウジング111には、上部にガス流入ポート112が設けられ、下部にガス流出ポート113及び排気ポート114が設けられている。ハウジング111内には、中空糸膜束115と、気泡除去手段(フィルタ部材117および排気用中空糸膜層116からなる)が収納されている。中空糸膜束115を構成する中空糸膜の上下端部は、それぞれ、ポッティング材からなる隔壁118a,118bにより固定されている。これにより、隔壁118aと隔壁118bとの間に、中空糸膜束115、排気用中空糸膜層116及びフィルタ部材117を順に通過する血液流路が形成されている。隔壁118aより上の空間及び隔壁118bより下の空間は、仕切部119a及び仕切部119bによりそれぞれ区分されている。
The
排気用中空糸膜層116は、多数本の中空糸膜を集積して構成される。フィルタ部材117は、ほぼ長方形をなす平坦なシート状の部材で構成され、排気用中空糸膜層116の下流側の面に接して設けられ、当該面のほぼ全面を覆っている。血液流路を流れる血液中の気泡は、フィルタ部材117で捕捉され、排気用中空糸膜層116を透過し、排気ポート114を通ってハウジング111外に排出される。このようにして、気泡が血液導出ポート102から流出することを防止している。
The exhaust hollow fiber membrane layer 116 is configured by accumulating a large number of hollow fiber membranes. The
図7の人工肺100は、血液に大量の気泡が混入した場合、フィルタ部材117を通過して血液導出ポート102へ流れてしまう気泡が少なからず存在するという課題がある。この課題は、血液流量が大きくなるほど顕著である。
The
本発明は、フィルタ内蔵型の人工肺において、フィルタの気泡捕捉性能を向上させることを目的とする。 It is an object of the present invention to improve bubble trapping performance of a filter in a filter-containing type artificial lung.
本発明のフィルタ内蔵型人工肺は、血液流路が形成されたハウジングと、前記血液流路に血液が流れるように前記ハウジングに設けられた血液導入ポート及び血液導出ポートと、前記血液流路に設けられた多数の中空糸膜からなる中空糸膜束と、前記多数の中空糸膜の内腔内に酸素を含有するガスが通過するように前記ハウジングに設けられたガス流入ポート及びガス流出ポートと、前記血液流路に、前記中空糸膜束に対して血液の流れの下流側に設けられ、前記血液流路を流れる血液中の気泡を捕捉するように構成されたフィルタとを備える。前記中空糸膜束と前記フィルタとは、血液が通過することができる開口が設けられたスペーサを介して離間されている。 The filter-equipped artificial lung of the present invention includes a housing in which a blood flow path is formed, a blood introduction port and a blood discharge port provided in the housing so that blood flows in the blood flow path, and a blood flow path in the blood flow path. A hollow fiber membrane bundle comprising a large number of hollow fiber membranes provided, and a gas inflow port and a gas outflow port provided in the housing so that a gas containing oxygen passes through the lumens of the plurality of hollow fiber membranes. And a filter that is provided in the blood flow path downstream of the blood flow with respect to the hollow fiber membrane bundle and that is configured to capture bubbles in the blood flowing through the blood flow path. The hollow fiber membrane bundle and the filter are separated by a spacer provided with an opening through which blood can pass.
本発明では、中空糸膜束とフィルタとが、開口が設けられたスペーサを介して離間されているので、血液が中空糸膜束を出てフィルタに到達するまでの間に、血液の流速が低下する。このため、フィルタでの気液分離が容易になり、フィルタの気泡捕捉性能を向上させることができる。 In the present invention, since the hollow fiber membrane bundle and the filter are separated via the spacer provided with the opening, the flow velocity of blood is increased until the blood exits the hollow fiber membrane bundle and reaches the filter. descend. For this reason, gas-liquid separation in the filter is facilitated, and the bubble trapping performance of the filter can be improved.
上記の本発明の人工肺において、前記中空糸膜束と前記フィルタとの間の距離は1mm以上5mm以下であることが好ましい。前記距離が上記の下限値より小さいと、中空糸膜束とフィルタとの間での血液流速の低下の程度が少なくなるので、所望する気泡捕捉性能の向上が得られないことがある。また、前記距離が上記の上限値より大きいと、気泡捕捉性能の更なる向上が得られないばかりか、人工肺の血液充填量が増大してしまう。 In the above-mentioned artificial lung of the present invention, the distance between the hollow fiber membrane bundle and the filter is preferably 1 mm or more and 5 mm or less. When the distance is smaller than the above lower limit value, the degree of decrease in blood flow velocity between the hollow fiber membrane bundle and the filter is reduced, so that desired improvement in bubble trapping performance may not be obtained. On the other hand, if the distance is larger than the above upper limit, not only the air bubble trapping performance cannot be further improved, but also the blood filling amount of the artificial lung increases.
前記スペーサの開口率は50%以上であることが好ましい。スペーサの開口率が高いことは、中空糸膜束とフィルタとの間での血液流速の低下の程度が大きくなるので、気泡捕捉性能の向上に有利である。 The aperture ratio of the spacer is preferably 50% or more. The high aperture ratio of the spacer is advantageous in improving the bubble trapping performance because the degree of decrease in the blood flow velocity between the hollow fiber membrane bundle and the filter increases.
前記フィルタに対して前記スペーサ側の第1空間から排気するための第1流路と、前記フィルタに対して前記血液導出ポート側の第2空間から排気するための第2流路とが、共通する排気管内に設けられていてもよい。この場合、前記第1流路と前記第2流路とは、前記血液流路より高い位置まで互いに独立していることが好ましい。第1流路と第2流路とを共通する排気管内に設けることは、人工肺を構成する部品点数の削減や、人工肺に接続する排気ラインの簡単化に有利である。第1流路と第2流路とが、血液流路より高い位置まで互いに独立していることは、血液循環中に、第1空間及び第2空間のうちの一方の血液が、第1流路及び第2流路を通って他方に流れる可能性を低減するのに有利である。 A first flow path for exhausting from the first space on the spacer side with respect to the filter and a second flow path for exhausting from the second space on the blood outlet port side with respect to the filter are common. It may be provided in the exhaust pipe. In this case, it is preferable that the first flow path and the second flow path are independent of each other up to a position higher than the blood flow path. Providing the first flow path and the second flow path in a common exhaust pipe is advantageous for reducing the number of parts constituting the oxygenator and simplifying the exhaust line connected to the oxygenator. The fact that the first flow path and the second flow path are independent of each other up to a position higher than the blood flow path means that during blood circulation, the blood in one of the first space and the second space flows in the first flow path. It is advantageous to reduce the possibility of flowing through the channel and the second channel to the other.
前記フィルタは、複数のプリーツが設けられたシート状の濾材により構成されうる。この場合、前記プリーツが上下方向に平行になるように前記フィルタが配置されていることが好ましい。フィルタに複数のプリーツが設けられていることは、有効フィルタ面積が拡大するので、気泡捕捉性能の向上に有利である。プリーツが上下方向に平行になるようにフィルタを配置することは、フィルタで捕捉された気泡がプリーツに沿って上昇できるので、人工肺から外界に気泡を排出するのに有利である。 The filter may be composed of a sheet-shaped filter medium provided with a plurality of pleats. In this case, it is preferable that the filter is arranged so that the pleats are parallel to the vertical direction. Providing a plurality of pleats on the filter increases the effective filter area, which is advantageous for improving bubble trapping performance. Arranging the filter so that the pleats are parallel to each other in the vertical direction is advantageous for discharging bubbles from the oxygenator to the outside because bubbles trapped by the filter can rise along the pleats.
以下に、本発明を好適な実施形態を示しながら詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。以下の説明において参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施形態を構成する主要部材を簡略化して示したものである。従って、本発明は以下の各図に示されていない任意の部材を備え得る。また、本発明の範囲内において、以下の各図に示された各部材を変更または省略し得る。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments. However, it goes without saying that the present invention is not limited to the following embodiments. For convenience of description, each drawing referred to in the following description is a simplified view of main members constituting an embodiment of the present invention. Accordingly, the present invention may include any member not shown in the figures below. Further, within the scope of the present invention, each member shown in each of the following drawings may be changed or omitted.
図1は、本発明の一実施形態に係るフィルタ内蔵型人工肺(以下、単に「人工肺」という)1の前側上方から見た斜視図である。図2は、人工肺1の後ろ側下方から見た斜視図である。図3は人工肺1の上下方向面に沿った断面図、図4は人工肺1の水平方向面に沿った断面図である。 FIG. 1 is a perspective view of an oxygenator with a built-in filter (hereinafter, simply referred to as “artificial lung”) 1 according to an embodiment of the present invention, as viewed from above the front side. FIG. 2 is a perspective view of the artificial lung 1 as seen from the lower rear side. FIG. 3 is a cross-sectional view of the artificial lung 1 taken along the vertical plane, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the artificial lung 1 taken along the horizontal plane.
人工肺1は、複数の部材を組み合わせて構成された略直方体形状のハウジング10を備える。図3に示されているように、ハウジング10内に、断面が円形である血液流路11が、水平方向に沿って形成されている。血液流路11は、ポリウレタン樹脂またはエポキシ樹脂等からなるシール材を用いて形成されたシール部12によって規定される。血液流路11の両端に対応するハウジング10の後ろ壁及び前壁には、血液導入ポート15及び血液導出ポート16が設けられている。血液導入ポート15及び血液導出ポート16は、血液流路11の円形断面の中央部に開口するように配置されている。血液Bは、血液導入ポート15を通ってハウジング10内に流入し、血液流路11を流れ、血液導出ポート16を通ってハウジング10外に流出する。
The artificial lung 1 includes a substantially
血液の流れ方向に沿って、ハウジング10内に、熱交換部30、ガス交換部40、フィルタ部50がこの順に配置されている。
A
熱交換部30は、複数の伝熱管31の束を備える。伝熱管31は、ステンレス鋼等からなる。伝熱管31は、水平方向に配向されて血液流路11を横切るように血液流路11上に配置され、その両端部分はシール部12で保持されている(図4参照)。ハウジング10の側壁の熱交換部30に対応する領域に、熱媒体流入ポート35及び熱媒体流出ポート36が設けられている(図2、図4参照)。熱媒体(冷水又は温水)は、熱媒体流入ポート35を通って熱交換部30に流入し、伝熱管31内を通過し、熱媒体流出ポート36を通って熱交換部30から流出する。血液流路11を流れる血液は、熱交換部30の隣り合う伝熱管31の間の隙間を通過する。このとき、伝熱管31を介して血液と熱媒体との間で熱交換が行われる。
The
ガス交換部40は、多数の中空糸膜41を積層して形成された中空糸膜束42を備える。中空糸膜41としては、例えば、ポロプロピレンからなる多孔質中空糸膜を用いうる。中空糸膜41は、上下方向に配向されて血液流路11を横切るように血液流路11上に配置され、その両端部分はシール部12で保持されている。ハウジング10の上壁及び下壁のガス交換部40に対応する領域に、ガス流入ポート45及びガス流出ポート46が設けられている。酸素含有ガスは、ガス流入ポート45を通ってガス交換部40に流入し、中空糸膜41の内腔を通過し、ガス流出ポート46を通ってガス交換部40から流出する。血液流路11を流れる血液は、ガス交換部40の隣り合う中空糸膜41の間の隙間を通過する。このとき、中空糸膜41を介して血液と酸素含有ガスとの間でガス交換が行われる。
The
フィルタ部50は、濾材として機能するフィルタ51を備える。フィルタ51としては、例えばポリエチレンテレフタレートからなり、目開きが40μmのメッシュ状のシート材を用いうる。図4に示されているように、フィルタ51には、山折りと谷折りとを一定間隔で交互に繰り返すことにより形成された、規則的な複数のプリーツ52が形成されている。本実施形態では、各プリーツ52では、フィルタ51が略「U」字状になるように湾曲されているが、略「V」字状になるように明確な折り目を付けて折り曲げられていてもよい。フィルタ51の外周端部は、略円形のリング形状を有するフレーム53に保持される。フィルタ51は、血液流路11内を流れる血液の流れ方向(図3において水平方向)に垂直な面に沿って血液流路11に配置される。
The
図5Aは、フィルタ51がフレーム53で保持されたフィルタモジュール55の斜視図、図5Bは、血液の流れの下流側(血液導出ポート16側)から見たフィルタモジュール55の正面図である。図5Bに最もよく示されているように、フレーム53の上部には、半円筒形状の貫通孔54が形成されている。
FIG. 5A is a perspective view of the
フィルタモジュール55の製造方法は任意である。例えば、第1型と第2型とに分割可能な成形型を用いることができる。第1型にフィルタ51をプリーツ52を形成した状態で保持し、フィルタ51を挟むように第1型と第2型とを重ね合わせ、第1型と第2型との間の空洞内にシール材を充填し硬化させる。その後、第1型と第2型とを分離すれば、硬化したシール材で構成されたフレーム53がフィルタ51を保持したフィルタモジュール55を得ることができる。シール材(即ち、フレーム53の材料)としては、制限はないが、例えばポリウレタンなどの熱硬化型樹脂を用いることができる。
The method of manufacturing the
図3及び図4に示されているように、フィルタ51と中空糸膜束42との間に、スペーサ60が設けられている。
As shown in FIGS. 3 and 4, a
図6Aはスペーサ60の斜視図、図6Bはその正面図である。スペーサ60は、円形の外枠61と、外枠61内に配置された複数の円形フレーム62及び複数の直線フレーム63とを備える。外枠61及び複数の円形フレーム62は、半径方向に所定間隔だけ離間して、同心に配置されている。複数の直線フレーム63は、スペーサ60の中心に対して等角度間隔で、当該中心から放射状に延びている。複数の直線フレーム63は、外枠63及び複数の円形フレーム62を連結している。円形フレーム62及び直線フレーム63の厚さ(図6Bの紙面に垂直な方向に沿った寸法)は同じである。半径方向に隣り合う円形フレーム62(または外枠61及び円形フレーム62)と、周方向に隣り合う直線フレーム63とで囲まれた、略円弧状の複数の開口65が、外枠61の内側に形成されている。
6A is a perspective view of the
スペーサ60は、血液やプライミング液の流れによっては実施的に変形しない程度の機械的強度を有する。スペーサ60の材料は、制限はないが、例えば、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアミド、ポリプロピレン、硬質ポリ塩化ビニル等の樹脂材料を用いうる。スペーサ60は、これらの樹脂材料を用いて射出成形法等により一部品として一体的に製造することができる。あるいは、スペーサ60の一部又は全部が金属材料で構成されていてもよい。
The
図3及び図4に示されているように、フィルタ51を保持するフレーム53と、スペーサ60の外枠61とは、シール材12内に埋設されてシール材12に保持される。スペーサ60を構成する複数の円形フレーム62及び複数の直線フレーム63が、血液流路11に配置される。血液流路11を流れる血液は、スペーサ60に設けられた複数の開口65(図6A、図6B参照)を通過して、ガス交換部40からフィルタ51へ流れる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
図1及び図3に示されているように、ハウジング10の血液導出ポート16の上方に、排気ポート57が設けられている。排気ポート57に、排気管58が接続されている。排気管58は略円弧状に上方に向かって湾曲し、その先端(排気ポート57とは反対側端)にコネクタ59が設けられている。コネクタ59は、排気ポート57よりも高い位置にある。
As shown in FIGS. 1 and 3, an
図3に示されているように、排気管58の内腔は隔壁58cによって第1流路58a及び第2流路58bに分割されている。第1流路58a及び第2流路58bは、いずれも略半円形の断面を有し、互いに独立して、排気管58の全長にわたって延びている。第1流路58aは、フレーム53に設けられた貫通孔54(図5B参照)を介して、フィルタ51に対して上流側(スペーサ60側)の血液流路11内の空間(第1空間50a)と連通している。第2流路58bは、フィルタ51に対して下流側(血液導出ポート16側)の血液流路11内の空間(第2空間50b)と連通している。コネクタ59には、隔壁58cに相当する部材は設けられていない。従って、排気管58内の第1流路58aと第2流路58bとは、コネクタ59内で連通される。
As shown in FIG. 3, the lumen of the
以上のように構成された本実施形態の人工肺1の作用を説明する。 The operation of the artificial lung 1 of the present embodiment configured as above will be described.
プライミング液又は血液は、血液導入ポート15を通って人工肺1に流入し、血液流路11を通過して、血液導出ポート16を通って人工肺1から流出する。熱交換部30は、血液を所望の温度に調整し、ガス交換部40は血液に対して酸素加、脱炭酸ガスを行う。フィルタ部50では、フィルタ51がプライミング液又は血液中の気泡や異物を捕捉する。
The priming liquid or blood flows into the oxygenator 1 through the
上述したように、従来のフィルタ内蔵型の人工肺100(図7参照)では、平坦なシート状のフィルタ部材117が、排気用中空糸膜層116の下流側の面に接して設けられていた。このため、血液は、排気用中空糸膜層116を構成する中空糸膜間の隙間を通り抜けた直後にフィルタ部材117に到達する。排気用中空糸膜層116では、血液流路を横切るように多数の中空糸膜が配置されている。このため、血液流路の有効断面積(有効流路断面積)は、多数の中空糸膜によって減少する。また、排気用中空糸膜層116の下流側の面に、平坦なフィルタ部材117が接しているため、フィルタ部材117の一部は排気用中空糸膜層116を構成する中空糸膜によって塞がれてしまう。このため、フィルタ部材117の有効面積(有効フィルタ面積)は、フィルタ部材117に接する中空糸膜によって減少する。従って、血液は、有効流路断面積が減少した排気用中空糸膜層116の中空糸膜間の隙間を高速で流れ、ほぼそのままの速度で、有効フィルタ面積が減少したフィルタ部材117に衝突する。フィルタ部材117の上流側(排気用中空糸膜層116側)では、フィルタ部材117の中空糸膜が接していない領域で血液の圧力が局所的に高くなるため、血液中の気泡の一部は、フィルタ部材117で捕捉されずに、フィルタ部材117を通過してしまうのである。このため、従来の人工肺100では、フィルタ部材117の気泡捕捉性能が不十分であった。
As described above, in the conventional
これに対して、本発明の人工肺1では、中空糸膜束42とフィルタ51との間にスペーサ60が設けられている。スペーサ60は、中空糸膜束42とフィルタ51とを血液の流れ方向において離間させる機能を有している。このため、中空糸膜束42を構成する中空糸膜41間の隙間を高速で流れた血液は、中空糸膜束42を通り抜けた直後に減速される。更に、このように減速された血液が、中空糸膜束42からフィルタ51に到達するまでにある程度の時間がかかる。このため、血液中の気泡は、中空糸膜束42を出た後、フィルタ51に到達するまでの間に、血液中を上昇する。一部の気泡は、フィルタ51に到達する前に、血液流路11の上方の内周面に到達するかも知れない。一方、フィルタ51に到達した気泡は、血液の流速が相対的に遅いので、フィルタ51は、本来の気泡捕捉機能を発揮し、気泡を捕捉し、血液のみを通過させる。フィルタ51で捕捉された気泡は、第1空間50a内で上昇する。フィルタ51を通過できずに第1空間50a内にとどめられた気泡は、第1空間50aの上端に設けられた貫通孔54を通過し、更に第1流路58a、コネクタ59を通過して、人工肺1外に排出される。
On the other hand, in the artificial lung 1 of the present invention, the
以上のように、本発明では、中空糸膜束42とフィルタ51とがスペーサ6を介して離間されているので、フィルタ51での気液分離が容易になり、フィルタの気泡捕捉性能を向上させることができるのである。
As described above, in the present invention, since the hollow
後述する実施例で示されているように、本発明による気泡捕捉性能の向上効果は、血液流路11を流れる血液量が多くなるほど顕著となる。これは、血液流量が多くなればなるほど、中空糸膜束42とフィルタ51との間での血液流速の低下の程度が大きくなるためであると考えられる。
As shown in Examples described later, the effect of improving bubble trapping performance according to the present invention becomes more remarkable as the amount of blood flowing through the
本発明において、スペーサ60を省略し、単に中空糸膜束42とフィルタ51とを離間しただけでも、血液は中空糸膜42を通過した直後に減速されるので、気泡捕捉性能の向上に有利でありうる。しかしながら、中空糸膜束42を構成する中空糸膜41は可撓性を有するので、スペーサ60を省略した場合には、中空糸膜41は血液の流れによってフィルタ51側に突出するように湾曲変形しうる。このため、中空糸膜41とフィルタ51との距離が狭くなり、中空糸膜束42とフィルタ51との間での血液流速の低下の程度が小さくなってしまう。また、フィルタ51側に突出した中空糸膜41がフィルタ51に接触すると、フィルタ51の有効フィルタ面積が減少してしまう。このため、期待したほどに気泡捕捉性能は向上しない。中空糸膜束42とフィルタ51と距離を拡大すれば、気泡捕捉性能は向上するが、血液流路11全体の容量が増大するので、人工肺1の血液充填量が増大してしまう。従って、血液流による中空糸膜41の変形が低減されるように、中空糸膜束42の下流側にスペーサ60を配置することが重要である。
In the present invention, even if the
中空糸膜束42とフィルタ51との間の距離は、人工肺の各部の構成(例えば、寸法、容量)や使用条件(例えば、体外循環の際の血液流速)等によって、最適な効果を得られる数値や臨界値は若干変わるので、それらを考慮して適宜調整することができる。一般には、中空糸膜束42とフィルタ51との間の距離の下限は1mm以上、更には1.5mm以上、特に2mm以上であることが好ましい。また、上記距離の上限は、5mm以下、更には4.5mm以下、特に4mm以下であることが好ましい。上記距離が小さすぎると、中空糸膜束42とフィルタ51との間での血液流速の低下の程度が少なくなり、所望する気泡捕捉性能の向上が得られない。上記の距離が大きすぎると、気泡捕捉性能の更なる向上が得られないばかりか、人工肺1の血液充填量が増大してしまう。
The distance between the hollow
フィルタ51に複数のプリーツ52が形成されているので、従来の人工肺100(図7参照)で用いられる平坦なシート状のフィルタ部材117に比べて、血液が通過できる有効フィルタ面積が拡大する。これは、気泡捕捉性能の向上に有利である。
Since the plurality of
また、プリーツ52が上下方向に沿うようにしてフィルタ51は血液流路11に配置されるので、フィルタ51で捕捉された気泡は、第1空間50a内でプリーツ52に沿って上昇して、貫通孔54に容易に到達することができる。
Further, since the
但し、本発明において、気液分離を行うフィルタの形状は上記の実施形態に限定されない。例えば、従来の人工肺100(図7参照)と同様に、プリーツ52が形成されていない平坦なシート形状を有していてもよい。
However, in the present invention, the shape of the filter that performs gas-liquid separation is not limited to the above embodiment. For example, like the conventional artificial lung 100 (see FIG. 7), it may have a flat sheet shape in which the
本発明において、スペーサ60の構成は、上記の実施形態に限定されない。中空糸膜束42を構成する中空糸膜41の変形を抑えるためのフレームを備え、血液が通過できる開口が形成されていればよい。フレームの形状は、上記の実施形態ような円形フレーム62と直線フレーム63との組み合わせである必要はなく、例えば、格子状、ハニカム状、すだれ状などであってもよい。
In the present invention, the configuration of the
スペーサ60の開口率(フレーム62,63と開口65とを合計した見かけ上のスペーサ60の面積に対する開口65の合計面積の割合)は、なるべく高いことが、中空糸膜束42とフィルタ51との間での血液流速の低下が大きくなるので、気泡捕捉性能の向上に有利である。スペーサ60の開口率は、制限はないが、一般には、50%以上、更には60%以上、特に70%以上であることが好ましい。
The aperture ratio of the spacer 60 (the ratio of the total area of the
上記では、血液が人工肺1を流れる場合の作用を説明したが、プライミング液が人工肺1を流れる場合の作用も、上記と実質的に同じである。本発明の人工肺1は、プライミング液中の気泡の捕捉性能にも優れている。 Although the operation when blood flows through the artificial lung 1 has been described above, the operation when the priming liquid flows through the artificial lung 1 is substantially the same as the above. The artificial lung 1 of the present invention is also excellent in the ability to trap air bubbles in the priming liquid.
血液導入ポート15から人工肺1にプライミング液を最初に流したとき、血液流路11内に存在していた空気がプライミング液に置き換わる。プライミングを行うと、フィルタ51より下流側の第2空間50bもプライミング液で徐々に満たされる。第2空間50b内のプライミング液の液面が血液導出ポート16より高くなると、液面より上の空気を外界へ排出するための経路は、人工肺1を傾けるなどしない限り、排気管58に設けられた第2流路58bを除いて他にない。即ち、第2空間50bに連通した第2流路58bは、プライミング時に第2空間50b内の空気を外界に排出するのに特に有効である。もちろん、血液流路11に血液が流れている場合に、フィルタ51を通過して第2空間50bに移動してしまったわずかな気泡を外界に排出するためにも第2流路58bは有効である。
When the priming liquid is first made to flow from the
上記の実施形態では、第1空間50aに連通した第1流路58aと、第2空間50bに連通した第2流路58bとが共通する排気管58内に設けられている。排気管58は、上方に向かって延び、その先端に設けられたコネクタ59にて、第1流路58aと第2流路58bとが1つの排気流路にまとめられる。第1流路58aと第2流路58bとが相対的に高い位置まで互いに独立しているので、血液循環中に、第1空間50a及び第2空間50bのうちの一方の血液が、第1流路58a及び第2流路58bを通って他方に流れる可能性が低い。第1流路58aと第2流路58bとが連通される位置(本実施形態では、コネクタ59の位置)は、好ましくは、血液流路11の上端より高く、更には血液流路11の上端より3cm以上、特に5cm以上高いことが好ましい。
In the above embodiment, the
本発明では、第1空間50aに連通した第1流路58aと、第2空間50bに連通した第2流路58bとを別々の排気管内に設けることも可能である。但し、上記の実施形態のように、第1流路58aと第2流路58bとを共通する排気管58内に設けることは、人工肺1を構成する部品点数の削減や、人工肺1に接続する排気ラインの簡単化に有利である。
In the present invention, the
上記の実施形態に示した人工肺1は、ハウジング10内に、熱交換部30、ガス交換部40、フィルタ部50が収納されていたが、本発明の人工肺はこれに限定されない。例えば、熱交換部30が、ガス交換部40及びフィルタ部50を収納するハウジング外に配置された人工肺であってもよい。
In the artificial lung 1 shown in the above embodiment, the
中空糸膜束42とフィルタ51との間をスペーサ60を介在させて3mm離間させた本発明に係る人工肺1(実施例)と、スペーサ60を省略し、中空糸膜束42とフィルタ51とを接触して配置した人工肺(比較例)とを作成して、それぞれの人工肺の気泡捕捉性能を評価した。
The artificial lung 1 (Example) according to the present invention in which the
実験は、人工肺を循環する血液循環回路を形成し、血液導入ポート15より上流側で所定量の気泡を、循環する血液(ヘパリン加牛血液)中に注入した。血液導入ポート15の直前、及び、血液導出ポート16の直後のそれぞれでの血液中の気泡数をバブルカウンタで計測した。血液導入ポート15の直前での気泡数と血液導出ポート16の直後での気泡数との差(気泡減少数)を求め、更に、血液導入ポート15の直前での気泡数に対する気泡減少数の割合である気泡減少率(%)を求めた。気泡減少率を用いて、人工肺の気泡捕捉性能を評価した。
In the experiment, a blood circulation circuit that circulates in the artificial lung was formed, and a predetermined amount of bubbles was injected into the circulating blood (heparinized cow blood) on the upstream side of the
実施例及び比較例の各人工肺について、血液流量が、3.0リットル/分、5.0リットル/分、7.0リットル/分の3通りについて、気泡減少率を求めた。 For each of the artificial lungs of Examples and Comparative Examples, the air bubble reduction rate was determined for three blood flow rates of 3.0 liters/minute, 5.0 liters/minute, and 7.0 liters/minute.
その結果、血液流量が、3.0リットル/分、5.0リットル/分、7.0リットル/分のいずれにおいても、実施例は比較例に比べて気泡減少率が高く、実施例と比較例との気泡減少率の差は、血液流量が大きくなるほど大きくなった。血液流量が7.0リットル/分では実施例は比較例に比べて気泡減少率が2.8%高かった。 As a result, when the blood flow rate was 3.0 liters/minute, 5.0 liters/minute, or 7.0 liters/minute, the Example had a higher bubble reduction rate than the Comparative Example. The difference in the bubble reduction rate from the example increased as the blood flow rate increased. When the blood flow rate was 7.0 liters/minute, the air bubble reduction rate of the example was 2.8% higher than that of the comparative example.
上記の実験より、中空糸膜束42とフィルタ51とをスペーサ60を介在させて離間させた本発明の人工肺は、気泡捕捉性能の向上に有利であること、及び、このような本発明の人工肺は、血液流量が多いほど気泡捕捉性能の向上効果が顕著になること、が確認できた。
From the above experiment, the artificial lung of the present invention in which the hollow
本発明は、体外血液循環のための人工心肺回路を構成する人工肺として好ましく利用することができる。本発明の人工肺は、血液充填量の増加を抑えながら、血液流量によらず高い気泡捕捉性能を有しているので、高信頼性且つ高安全性の人工肺として広範囲に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be preferably used as an artificial lung that constitutes an artificial heart-lung circuit for extracorporeal blood circulation. Since the artificial lung of the present invention has high bubble trapping performance regardless of the blood flow rate while suppressing an increase in blood filling amount, it can be widely used as a highly reliable and safe artificial lung. ..
1 人工肺(フィルタ内蔵型人工肺)
10 ハウジング
11 血液流路
15 血液導入ポート
16 血液導出ポート
41 中空糸膜
42 中空糸膜束
45 ガス流入ポート
46 ガス流出ポート
50a 第1空間
50b 第2空間
51 フィルタ
52 フィルタのプリーツ
58 排気管
58a 第1流路
58b 第2流路
60 スペーサ
65 スペーサの開口
1 Artificial lung (artificial lung with built-in filter)
10
Claims (5)
前記血液流路に血液が流れるように前記ハウジングに設けられた血液導入ポート及び血液導出ポートと、
前記血液流路に設けられた多数の中空糸膜からなる中空糸膜束と、
前記多数の中空糸膜の内腔内に酸素を含有するガスが通過するように前記ハウジングに設けられたガス流入ポート及びガス流出ポートと、
前記血液流路に、前記中空糸膜束に対して血液の流れの下流側に設けられ、前記血液流路を流れる血液中の気泡を捕捉するように構成されたフィルタとを備えたフィルタ内蔵型人工肺であって、
前記中空糸膜束と前記フィルタとは、血液が通過することができる開口が設けられたスペーサを介して離間されていることを特徴とするフィルタ内蔵型人工肺。 A housing in which a blood channel is formed,
A blood inlet port and a blood outlet port provided in the housing so that blood flows in the blood flow path;
A hollow fiber membrane bundle consisting of a large number of hollow fiber membranes provided in the blood flow path,
A gas inflow port and a gas outflow port provided in the housing so that a gas containing oxygen passes through the lumens of the plurality of hollow fiber membranes;
A filter built-in type that is provided in the blood flow path, downstream of the flow of blood with respect to the hollow fiber membrane bundle, and is configured to capture bubbles in blood flowing in the blood flow path. An artificial lung,
The filter-containing artificial lung, wherein the hollow fiber membrane bundle and the filter are separated by a spacer provided with an opening through which blood can pass.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016018867A JP6728726B2 (en) | 2016-02-03 | 2016-02-03 | Oxygenator with built-in filter |
CN201780008092.XA CN108495662B (en) | 2016-02-03 | 2017-02-02 | Artificial lung with built-in filter |
PCT/JP2017/003730 WO2017135358A1 (en) | 2016-02-03 | 2017-02-02 | Artificial lung having integrated filter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016018867A JP6728726B2 (en) | 2016-02-03 | 2016-02-03 | Oxygenator with built-in filter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017136198A JP2017136198A (en) | 2017-08-10 |
JP6728726B2 true JP6728726B2 (en) | 2020-07-22 |
Family
ID=59500199
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016018867A Active JP6728726B2 (en) | 2016-02-03 | 2016-02-03 | Oxygenator with built-in filter |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6728726B2 (en) |
CN (1) | CN108495662B (en) |
WO (1) | WO2017135358A1 (en) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7190201B2 (en) * | 2018-03-26 | 2022-12-15 | 国立大学法人島根大学 | Hollow fiber membrane oxygenator |
CN111870757A (en) * | 2020-08-19 | 2020-11-03 | 清华大学天津高端装备研究院 | Hollow fiber membrane oxygenator |
JP2023546374A (en) | 2020-10-09 | 2023-11-02 | アイシーユー・メディカル・インコーポレーテッド | Fluid transfer device and method of use therefor |
JP2022067803A (en) * | 2020-10-21 | 2022-05-09 | 株式会社ジェイ・エム・エス | Filter device |
CN113082339B (en) * | 2021-04-15 | 2022-09-02 | 上海超高环保科技股份有限公司 | Method for manufacturing ultra-high molecular artificial lung |
CN113499496B (en) * | 2021-07-14 | 2022-03-25 | 江苏赛腾医疗科技有限公司 | Membrane oxygenator with built-in filter |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5333224B2 (en) * | 2008-01-23 | 2013-11-06 | 株式会社ジェイ・エム・エス | Medical heat exchanger, method for manufacturing the same, and oxygenator |
EP2692371B1 (en) * | 2011-03-31 | 2015-11-25 | Terumo Kabushiki Kaisha | Artificial lung and extracorporeal circulation device |
JP6135769B2 (en) * | 2013-09-24 | 2017-05-31 | 株式会社ジェイ・エム・エス | Built-in filter type artificial lung and manufacturing method thereof |
-
2016
- 2016-02-03 JP JP2016018867A patent/JP6728726B2/en active Active
-
2017
- 2017-02-02 CN CN201780008092.XA patent/CN108495662B/en active Active
- 2017-02-02 WO PCT/JP2017/003730 patent/WO2017135358A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017136198A (en) | 2017-08-10 |
CN108495662B (en) | 2021-03-16 |
WO2017135358A1 (en) | 2017-08-10 |
CN108495662A (en) | 2018-09-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6728726B2 (en) | Oxygenator with built-in filter | |
JP5890827B2 (en) | Artificial lung | |
US10010665B2 (en) | Air separator for extracorporeal fluid treatment sets | |
JP5781153B2 (en) | Artificial lung and extracorporeal circulation device | |
US20080230473A1 (en) | Extracorporeal Blood Filter System | |
JP5838480B2 (en) | Infusion filter | |
JP4533850B2 (en) | Artificial lung | |
JP4855119B2 (en) | Filter member and artificial lung | |
JP4500776B2 (en) | Artificial lung | |
JP6135769B2 (en) | Built-in filter type artificial lung and manufacturing method thereof | |
JP4874088B2 (en) | Artificial lung | |
JP6171376B2 (en) | Hollow fiber membrane oxygenator with built-in filter | |
JP6745027B2 (en) | Device for removing microbubbles in blood and cardiopulmonary system | |
JP2014151115A (en) | Hollow fiber membrane oxygenator with built-in filter | |
JP4533851B2 (en) | Artificial lung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190116 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200218 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200602 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200615 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6728726 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |