JP7381773B2 - フィルタを内蔵した膜式酸素供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、医療機器の技術分野に関し、特に、フィルタを内蔵した膜式酸素供給装置に関する。

膜式酸素供給装置は、心臓が停止して肺の代わりになる医療機器であり、血液中酸素及び二酸化炭素の含有量を調節する機能を有し、心臓血管手術に必須の医療器具であり、急性呼吸器疾患の治療や肺移植を待つ段階に必須の医療器具でもある。膜式酸素供給装置は、肺胞のガス交換の原理に基づいて、酸素供給、温度変化、血液貯留、濾過などの機能を一体化し、その動作原理は、体内の静脈血を体外に引き出し、膜式酸素供給装置を経て酸素と二酸化炭素の交換を行って動脈血になり、さらに人体の動脈系に返送して、人体の臓器組織の酸素供給血の供給を維持し、手術の過程で一時的に肺臓の機能を代替し、術中の患者の需要を満たす。

ガス交換能力は膜式酸素供給装置の主要な機能指標であり、関連技術では酸素圧力膜の面積を拡大することにより、膜式酸素供給装置のガス交換能力を高める試みがあったが、酸素圧力膜の面積を拡大することは同時に血液のプライミング量、血液と人工材料の接触面積を増加し、さらに多くの血液損失と破壊をもたらし、患者の術後回復にマイナスの影響を与える。

また、体外循環の時には、血液をガス交換して患者の酸素供給を維持するための酸素供給装置と、血液中の塞栓（気泡又は固体粒子）を濾過するためのフィルタとを併用する必要があり、フィルタは、血液が人体に返送するための最後の安全バリアである。現在の臨床用途では、酸素供給装置とフィルタとの間にホース接続が使用されており、臨床的使用の前の医師の作業量及び製品が汚染される可能性を増加させ、血液とノンセルフシステムとの接触面積を拡大し、血液の破壊の増加をもたらす。

本発明の実施例が解決しようとする技術的問題は、酸素供給効果及び濾過効果を向上させ、血液の破壊を減らし、汚染、漏れリスクを低減することができるフィルタを内蔵した膜式酸素供給装置を提供することである。

上記技術的問題を解決するために、本発明は、フィルタを内蔵した膜式酸素供給装置を提供し、上蓋と、下蓋と、ケースと、酸素供給構造とを含み、
前記上蓋は中心からエッジに向かって順に第１の血液路空間、第１のガス路空間及び第１の水路空間に区画され、前記上蓋に前記第１のガス路空間と連通される吸気口及び前記第１の水路空間と連通される給水口が設けられ、
前記下蓋は中心からエッジに向かって順に第２の血液路空間、第２のガス路空間及び第２の水路空間に区画され、前記下蓋に前記第２の血液路空間と連通される血液出口、前記第２のガス路空間と連通される排気口及び前記第２の水路空間と連通される排水口が設けられ、
前記ケースの両端は前記上蓋及び前記下蓋にそれぞれ接続され、前記ケースの前記上蓋に近い箇所に前記ケースの内部キャビティと連通される血液入口が設けられ、
前記酸素供給構造は、前記ケースの内部キャビティ内に設けられ、芯金と、濾過網と、酸素圧力膜と、温度変化膜とを含み、前記芯金の上端は前記第１の血液路空間に入り、前記芯金の下端は前記血液出口に対向し、前記濾過網はプリーツ型濾過網であり、前記濾過網は前記芯金を囲んで設けられ、前記濾過網と前記芯金との間に隙間を有し、前記酸素圧力膜は前記濾過網の外面に覆われ、前記酸素圧力膜は前記第１のガス路空間と前記第２のガス路空間とを連通しており、前記温度変化膜は前記酸素圧力膜の外面に覆われ、前記温度変化膜は前記第１の水路空間と前記第２の水路空間とを連通しており、前記温度変化膜と前記ケースの内壁との間に隙間を有し、前記隙間の幅は前記上蓋から前記下蓋へ漸減する。

１つの実行可能な実現形態では、前記膜式酸素供給装置はさらに第１の封止層及び第２の封止層を含み、前記第１の封止層は前記ケースと前記上蓋との接合部に設けられ、前記第２の封止層は前記ケースと前記下蓋との接合部に設けられ、
前記濾過網の上端は前記第１の封止層に接続され、前記濾過網の下端は前記第２の封止層に接続される。

１つの実行可能な実現形態では、前記酸素圧力膜は複数本の換気管を含み、前記換気管は両端が開口した中空管であり、各本の換気管の一端は前記第１の封止層を貫通して前記第１のガス路空間と連通され、他端は前記第２の封止層を貫通して前記第２のガス路空間と連通され、
前記温度変化膜は複数本の温度変化管を含み、前記温度変化管は両端が開口した中空管であり、各本の温度変化管の一端は前記第１の封止層を貫通して前記第１の水路空間と連通され、他端は前記第２の封止層を貫通して前記第２の水路空間と連通される。

１つの実行可能な実現形態では、前記酸素供給装置は、血液の横方向流れをガイドするためのスポイラー構造をさらに含み、前記スポイラー構造は前記ケースと前記温度変化膜との間に設けられる。

１つの実行可能な実現形態では、前記スポイラー構造は、前記ケースの内壁から前記温度変化膜へ突出する複数の突起を含む。

１つの実行可能な実現形態では、複数の突起は階段状で分布し、前記上蓋に近い突起と前記温度変化膜との間の距離は前記下蓋に近い突起と前記温度変化膜との間の距離より大きい。

１つの実行可能な実現形態では、前記上蓋に前記第１の血液路空間と連通される第１の排気口が設けられ、前記芯金の上端は前記第１の排気口に対向する。

１つの実行可能な実現形態では、前記上蓋に再循環ポートがさらに設けられ、前記再循環ポートは前記第１の排気口と連通される。

１つの実行可能な実現形態では、前記ケースに第２の排気口が設けられる。

１つの実行可能な実現形態では、前記第２の排気口には、ケース内の液体を捕捉し、前記液体中の気泡が前記ケースから排出されることを許容するための一方向通気膜が設けられる。

１つの実行可能な実現形態では、前記ケースは柱状ケースであり、前記ケースの内径は前記上蓋から前記下蓋へ漸減し、
前記芯金の断面は前記上蓋から前記下蓋へ漸減する。

１つの実行可能な実現形態では、前記上蓋は第１のセパレータリング及び第２のセパレータリングを有し、前記第２のセパレータリングは前記第１のセパレータリングを囲んで設けられ、前記第１のセパレータリングは前記第１の血液路空間と前記第１のガス路空間を仕切り、前記第２のセパレータリングは前記第１のガス路空間と前記第１の水路空間を仕切り、
前記下蓋は第３のセパレータリング及び第４のセパレータリングを有し、前記第４のセパレータリングは前記第３のセパレータリングを囲んで設けられ、前記第３のセパレータリングは前記第２の血液路空間と前記第２のガス路空間を仕切り、前記第４のセパレータリングは前記第２のガス路空間と前記第２の水路空間を仕切る。

本発明を実施することは、以下の有益な効果を有し、
本発明により提供される膜式酸素供給装置では、血液入口がケースの上部に設けられ、血液出口が下蓋に設けられ、血液が膜式酸素供給装置に入った後、まず温度変化膜とケースとの間の空間を満たし、この空間は上が広く下が狭い構造になっているので、注入された血液はすぐに下部空間を満たすことができ、その後に注入された血液は空間の上部により長い時間滞留し、それにより、より多くの血液が横方向に温度変化膜に入り、酸素供給装置に入り続ける血液の駆動により、温度変化膜に入った血液が酸素圧力膜に横方向に入り続け、さらに濾過網を通って芯金位置に入り、芯金の下端の血液出口から流出することができる。本発明では、血液は温度変化膜、酸素圧力膜、及び濾過網を横方向に通過するので、このプロセスでは、血液の流速が徐々に緩やかになり、温度変化膜、酸素圧力膜、及び濾過網と十分に接触し、膜式酸素供給装置の酸素供給効果及び濾過効果を向上させ、血液の破壊を低減することができる。濾過機能と酸素供給機能を統合したことで、手動接続工程が不要になり、手動操作による汚染、漏れなどのリスクも回避することができる。

本発明の実施例により提供されるフィルタを内蔵した膜式酸素供給装置の構造概略図である。 本発明の実施例により提供されるケースの構造の部分概略図である。 本発明の実施例により提供されるケースの他の構造の部分概略図である。 本発明の実施例により提供される濾過網の構造概略図である。 本発明の実施例により提供される第２の排気口が設けられるケースの構造概略図である。 本発明の実施例により提供される膜式酸素供給装置内の水の流れ方向の概略図である。 本発明の実施例により提供される膜式酸素供給装置内のガスの流れ方向の概略図である。 本発明の実施例により提供される膜式酸素供給装置内の血液の流れ方向の概略図である。

本発明の上記目的、特徴及び利点をより明らかにするために、以下、添付の図面と併せて本発明の具体的な実施形態について詳細に説明する。以下の説明では、本発明を十分に理解するために、多くの特定の詳細が説明される。ただし、本発明は、この説明とは異なる他の多くの方法で実施することができ、当業者は、本発明の含意に違反することなく同様の改善を行うことができ、したがって、本発明は、以下に開示する具体的な実施例によって制限されない。

なお、１つの要素が別の要素に「固定されている」と表現される場合、その要素は他の要素に直接あってもよく、中央に位置する要素があってもよい。１つの要素が別の要素に「接続される」と表現される場合、その要素は他の要素に直接接続されてもよく、又は中央に位置する要素が同時にあってもよい。本明細書で使用される「垂直」、「水平」、「左」、「右」という用語、及び類似の表現は、単に説明を目的とするものである。

別段の定義がない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び科学用語は、当業者によって一般的に理解されているのと同じ意味を有する。本発明の明細書に使用される用語は、特定の実施例を説明することのみを目的としており、本発明を限定するために使用されるものではない。本明細書において用いられる用語「及び／又は」は、１つ又は複数の関連する列挙された項目の任意の組み合わせ及び全ての組み合わせを含む。

本発明の実施例は、フィルタを内蔵した膜式酸素供給装置を提供し、当該膜式酸素供給装置は、上蓋１０と、下蓋３０と、ケース２０と、酸素供給構造４０とを含み、ケース２０の両端は上蓋１０及び下蓋３０にそれぞれ接続され、酸素供給構造４０はケース２０の内部に設けられ、酸素供給構造４０は静脈血を動脈血に変換するために用いられる。

図１は、本発明の実施例により提供される膜式酸素供給装置の構造概略図を示す。図１を参照すると、上蓋１０は中心からエッジに向かって順に第１の血液路空間１０１、第１のガス路空間１０２及び第１の水路空間１０３に区画され、上蓋１０には第１のガス路空間１０２と連通される吸気口１０５及び第１の水路空間１０３と連通される給水口１０４がさらに設けられる。１つの可能な実現形態では、上蓋１０は上蓋本体と、第１のセパレータリングと、第２のセパレータリングとを含み、上蓋本体は開口及び当該開口に対向する底部を有し、底部は開口から離れる方向へ突出し、それにより、上蓋本体の中部が凹状になり、第１のセパレータリングは上蓋本体内に設けられ、第１のセパレータリングは上蓋本体にある凹状の空間を内外２つの空間に区画し、ここで、第１のセパレータリング内の空間は即ち第１の血液路空間１０１であり、第２のセパレータリングは第１のセパレータリングを囲んで設けられ、第２のセパレータリングは第１のセパレータリング外の空間を内外２つの空間に区画し、ここで、第１のセパレータリングと第２のセパレータリングとの間にある空間は第１のガス路空間１０２であり、第２のセパレータリングと上蓋本体のエッジとの間にある空間は第１の水路空間１０３である。吸気口１０５及び給水口１０４はいずれも上蓋本体に設けられ、且つ、吸気口１０５は第１のセパレータリングと第２のセパレータリングとの間にあり、給水口１０４は第２のセパレータリングと上蓋本体のエッジとの間にある。

下蓋３０は中心からエッジに向かって順に第２の血液路空間３０１、第２のガス路空間３０２及び第２の水路空間３０３に区画され、前記下蓋３０には、前記第２の血液路空間３０１と連通される血液出口３０５、前記第２のガス路空間３０２と連通される排気口（図示せず）及び前記第２の水路空間３０３と連通される排水口３０６が設けられる。１つの可能な実現形態では、下蓋３０は下蓋本体と、第３のセパレータリングと、第４のセパレータリングとを含み、下蓋本体は開口及び当該開口に対向する底部を有し、底部は開口から離れる方向へ突出し、それにより、下蓋本体の中部が凹状になり、第３のセパレータリングは下蓋本体内に設けられ、第３のセパレータリングは下蓋本体にある凹状の空間を内外２つの空間に区画し、ここで、第３のセパレータリング内の空間は即ち第２の血液路空間３０１であり、第４のセパレータリングは第３のセパレータリングを囲んで設けられ、第４のセパレータリングは第３のセパレータリング外の空間を内外２つの空間に区画し、ここで、第３のセパレータリングと第４のセパレータリングとの間にある空間は第２のガス路空間３０２であり、第４のセパレータリングと下蓋本体のエッジとの間にある空間は第２の水路空間３０３である。血液出口３０５、排気口及び排水口３０６はいずれも上蓋本体に設けられ、且つ、血液出口３０５は第３のセパレータリング内にあり、排気口は第３のセパレータリングと第４のセパレータリングとの間にあり、排水口３０６は第４のセパレータリングと上蓋本体のエッジとの間にある。

ケース２０は両端が開口した中空部材であり、ケース２０の両端は上蓋１０及び下蓋３０にそれぞれ接続され、ケース２における上蓋１０に近い箇所にケースの内部キャビティと連通される血液入口２０１が設けられる。１つの可能な実現形態では、ケース２０は円柱状であり、ケース２０の内部に第１のケースセパレータ及び第２のケースセパレータが設けられ、第１のケースセパレータ及び第２のケースセパレータはリング状部材であり、第１のケースセパレータの両端は上蓋１０の第１のセパレータリング及び下蓋３０の第３のセパレータリングにそれぞれ接続され、第２のケースセパレータの両端は上蓋１０の第２のセパレータリング及び下蓋３０の第４のセパレータリングにそれぞれ接続される。

酸素供給構造４０はケースの内部キャビティ内に設けられ、酸素供給構造４０は芯金４０１と、濾過網４０６と、酸素圧力膜４０２と、温度変化膜４０３とを含み、芯金４０１の上端は第１の血液路空間１０１に入り、芯金４０１の下端は血液出口３０５に対向し、濾過網は芯金を囲んで設けられ、かつ濾過網と芯金との間に隙間を有し、血液はこの隙間に沿って芯金の下部に集まることができる。酸素圧力膜４０２は濾過網４０６の外面に覆われ、酸素圧力膜４０２は第１のガス路空間１０２と第２のガス路空間３０２とを連通し、温度変化膜４０３は酸素圧力膜４０２の外面に覆われ、温度変化膜４０３は第１の水路空間１０３と第２の水路空間３０３とを連通し、温度変化膜４０３とケース２０との間に隙間４０４を有し、隙間４０４の幅は上蓋１０から下蓋３０へ漸減する。具体的には、芯金４０１は第１のケースセパレータ内に設けられ、濾過網４０６は第１のケースセパレータ上に設けられ、酸素圧力膜４０２は第１のケースセパレータと第２のケースセパレータとの間に位置し、温度変化膜４０３はケース２０の内壁と第２のケースセパレータとの間に位置する。

本発明の実施例では、上蓋１０、ケース２０、下蓋３０及び酸素供給構造４０の組み立てが完了した後、上蓋１０にある第１の血液路空間１０１と第１のガス路空間１０２とは連通しておらず、第１のガス路空間１０２と第１の水路空間１０３とは連通しておらず、下蓋３０にある第２の血液路空間３０１と第２のガス路空間３０２とは連通しておらず、第２のガス路空間３０２と第２の水路空間３０３とは連通していない。具体的には、上蓋１０とケース２０との接合部に第１の封止層５０１を設け、下蓋３０とケース２０との接合部に第２の封止層５０２を設けてもよい。第１の封止層５０１は第１の血液路空間１０１、第１のガス路空間１０２と第１の水路空間１０３を隔離することができ、さらにケースの内部キャビティと上蓋１０の各空間を隔離することができ、第２の封止層５０２は第２の血液路空間３０１、第２のガス路空間３０２と第２の水路空間３０３を隔離することができ、さらにケースの内部キャビティと下蓋３０の各空間を隔離することができる。濾過網の上端は第１の封止層に接続され、濾過網の下端は第２の封止層に接続される。

膜式酸素供給装置は、手術や生命維持の際に、人体の肺機能に代わって体外でガス交換を行うことができる医療機器の一種である。酸素供給装置は、ガス交換機能と温度制御機能の２つの機能で構成されている。ガス交換機能は酸素圧力膜４０２によって実現され、温度制御機能は温度変化膜４０３によって実現される。本発明の実施例では、酸素圧力膜４０２は複数本の換気管を含み、前記換気管は両端が開口した中空管であり、換気管の孔径の大きさは０．１ｕｍ～５ｕｍであり、各本の換気管の一端は前記第１の封止層５０１を貫通して前記第１のガス路空間１０２と連通され、他端は前記第２の封止層５０２を貫通して前記第２のガス路空間３０２と連通され、前記複数本の換気管の少なくとも一部の換気管の管壁は、ガスのみを通過させることができるが赤血球の通過を阻止する微細孔を有し、実際には、換気管の管壁をガスの通過のみを許容する半透膜と見なすこともでき、膜式酸素供給装置は半透膜を介して血中の換気プロセスを実現するものである。前記温度変化膜４０３は複数本の温度変化管を含み、前記温度変化管は両端が開口した中空管であり、各本の温度変化管の一端は前記第１の封止層５０１を貫通して前記第１の水路空間１０３と連通され、他端は前記第２の封止層５０２を貫通して前記第２の水路空間３０３と連通される。本実施例では、酸素圧力膜４０２及び温度変化膜４０３はいずれも多数の薄肉中空管から構成されているが、区別は次のとおりであり、酸素圧力膜４０２に用いられる中空管は、血液とガス交換を行うために少なくとも一部が有孔性膜であるが、流れをガイドし、中空管外の血液と熱交換を行うために温度変化膜４０３は全て無孔性膜である。

１つの実行可能な実現形態では、濾過網４０６は、外側プリーツ先端、外側プリーツ谷、内側プリーツ先端及び内側プリーツ谷を有し、外側プリーツ先端の反対面が内側プリーツ谷であり、外側プリーツ谷の反対面が内側プリーツ先端である、複数の反対向きのプリーツを含むプリーツ型濾過網である。図４は、濾過網の平面図を示し、濾過網は芯金の周りを１周して閉ループ構造を形成し、その外側プリーツ先端及び外側プリーツ谷は酸素圧力膜に面し、その内側プリーツ先端及び内側プリーツ谷は芯金に面している。プリーツ型濾過網の占有空間は小さいが、広い展開面積があり、血液と濾過網との接触面積を大きくすることができ、濾過効果を向上させるのに有利である。

本実施例により提供される膜式酸素供給装置の使用方法及び作動プロセスは以下のとおりであり、
手術又は生命徴候の維持時に血液入口２０１を人体静脈にホースを介して接続し、血液出口３０５を人体動脈にホースを介して接続し、給水口１０４及び排水口３０６を温度変化水タンクにホースを介してそれぞれ接続する。吸気口１０５をガス源にホースを介して接続する。温度変化水タンクは設定された温度の水を給水口１０４から温度変化膜４０３を構成する各温度変化管の内部キャビティに入力し、ガス源は設定された濃度の酸素を吸気口１０５から酸素供給膜を構成する各換気管の内部キャビティに入力する。静脈血が血液入口２０１からケース２０に入る時、温度変化膜４０３を流れる血液は温度変化管の外壁を介して血液と熱交換を行い、血液の昇温又は降温の目的を達成する。温度交換を完了した静脈血は横方向に酸素圧力膜４０２に入り、換気管内はガスであり、換気管外は血液であり、ガスと血液は半透膜の両側に拡散作用によって酸素と二酸化炭素の交換を行い、この時静脈血中の二酸化炭素は換気管の内部キャビティに入り、換気管内の酸素は血液に入り、静脈血から動脈血に変換するプロセスを完了する。さらに、動脈血は濾過網を通って芯金に到達し、かつ芯金に沿って第２の血液路空間に集まり、血液出口３０５から人体に返送し、患者の酸素供給を維持する。その作用は人体自身の肺機能と一致する。

本発明の実施例では、温度変化膜４０３とケース２０の内壁との間に隙間４０４を有し、当該隙間４０４の幅は上蓋１０から下蓋３０へ漸減するが、血液入口２０１は上蓋１０に近く、それにより、血液が血液入口２０１から膜式酸素供給装置に入るとき、まず温度変化膜４０３とケース２０の内壁との間の隙間４０４を満たし、当該隙間４０４は上が広く下が狭い形態（図２に示す）を呈するため、少量の血液だけで隙間４０４の下部を満たすことができ、より多くの血液が隙間４０４の上部に滞留し、持続的に血液入口２０１から注入された血液の駆動により、隙間４０４の上部に滞留した血液は継続的に横方向に温度変化膜４０３及び酸素圧力膜４０２を貫通することができ、続いて芯金４０１が位置する空間に入り、さらに当該空間に連結される血液出口３０５から人体に返送する。

ここで、温度変化膜４０３とケース２０との間の隙間４０４が漸減する形態を呈するようにするためには、以下のいずれかの方法又はその組み合わせで実現されてもよく、
（１）ケース２０の内径が上蓋１０から下蓋３０へ漸減するようにケース２０を柱状に設計し、
（２）温度変化膜４０３の下蓋３０に近い一端が上蓋１０に近い一端よりケース２０の内壁に近いように温度変化管を配列設計する。

酸素供給された血液をよりよく合流させるために、芯金４０１を椎体構造に設け、芯金４０１の断面を上蓋１０から下蓋３０に向かって次第に縮小させることができる。

さらに、より多くの血液が温度変化膜及び酸素圧力膜を横切り、十分な熱交換及びガス交換を行うことができるように、ケースと温度変化膜との間にスポイラー構造を設け、スポイラー構造によって血液の横方向の流れをガイドすることもできる。

図３に示すように、スポイラー構造は、ケース２０の内壁から温度変化膜４０３へ突出する複数の突起４０５を含む。血液は血液入口２０１からケース２０の内壁と温度変化膜４０３との間の隙間に入り、下蓋３０に流れるプロセスでは、突起４０５に阻止され、血流の流れ方向が強制的に変化され、横方向に温度変化膜４０３に入る。１つのより好ましい実現形態では、スポイラー構造を構成する複数の突起４０５は段階状に分布し、且つ、上蓋１０に近い突起４０５と温度変化膜４０３との間の距離は下蓋３０に近い突起４０５と温度変化膜４０３との間の距離より大きく、このように設計することにより、下蓋３０へ流れる血液を各突起４０５によって遮断させることができ、それによりできるだけ多くの血液が温度変化膜４０３及び酸素圧力膜４０２を横切ることができる。

ガス交換能力は酸素圧力膜４０２の表面積、ガス源酸素濃度に関連するほかに血流経路の設置に直接関係がある。大量の実験により、ガス経路と血流経路が逆方向であっても同方向であっても、経路が長いほどガス交換能力が悪くなり、経路が２メートルに達した後にガス交換能力が０に近づくことが分かる。したがって、酸素圧力膜を血流経路が横切る割合を高くするほど、酸素供給装置の効果が高くなる。

上記実施例により提供される膜式酸素供給装置は、血液入口と血液出口の配置、温度変化膜とケースの内壁との間の隙間及びスポイラー構造により、血液が酸素圧力膜を横切る割合を向上させ、さらに膜式酸素供給装置の酸素供給効果を向上させ、従来技術に比べ、より小さい酸素圧力膜の面積を用いて同様のガス交換能力を達成することができる。

関連技術の膜式酸素供給装置では、酸素供給構造は内側から外側に向かって設けられる芯金と、温度変化膜と、酸素供給膜とを含み、血液入口は酸素供給装置の下部に設けられ、血液出口は酸素供給装置の上部に設けられ、酸素供給装置における血液の流路は、血液入口→芯金がある空間→温度変化膜→酸素圧力膜→血液出口であり、芯金の空間が狭いため、芯金の近傍を流れる際に血液は十分に緩衝されず、乱流を形成しやすく、血液の破壊を引き起こす。しかしながら、上記実施例により提供される膜式酸素供給装置は、従来の酸素供給装置のレイアウトよりも大きな血流緩衝エリアを有し、血液が酸素供給装置に入った後、より多くの血液がより遅い速度で温度変化膜及び酸素圧力膜を横切ることができ、血液が温度変化膜及び酸素圧力膜と接触する時間がより長く、より良好な温度変化効率及び酸素供給効果を得ることができる。以上の設計はまた、酸素供給装置の抵抗損失をより小さくし、抵抗による血液の破壊を低減させる。

酸素供給装置の主な指標はガス交換能力と温度変化能力に加え、さらに気泡除去能力を有する。臨床医師は膜式酸素供給装置を使用する前に膜式酸素供給装置に対して排気操作を行う必要があり、しかし、従来の膜式酸素供給装置は排気口をハウジングの側面に設置し、製品全体の最高点ではなく、そのため気泡集めを引き起こしやすく、気泡を排気口から排出するために医師は常に酸素供給装置を手で持ち酸素供給装置の角度を変えなければならず、また、酸素供給装置内部の気泡状況を直感的に観察することができず、物体を用いて酸素供給装置のハウジングを軽く叩き、酸素供給装置内部に隠された気泡をハウジングから観察できる場所に入らせる必要がある。これは酸素供給装置の臨床応用に多くの不便をもたらし、大量の術前準備時間を費やす必要がある。本発明の実施例は排気口を合理的に配置することにより、膜式酸素供給装置における気泡を排出しやすく、煩雑な排気操作を行う必要がない。具体的には、上蓋１０において第１の血液路空間１０１と連通される第１の排気口１０６が設けられ、第１の排気口１０６は芯金４０１の上端に対向する。

従来の酸素供給装置の設計レイアウトに比べ、本実施例により提供される血流経路は酸素供給装置内の空気を血流に沿って芯金の近傍に集めやすく、血液中の気泡が上方に移動するため、上蓋頂部の第１の排気口から排出されやすい。使用者は酸素供給装置を叩いたり回転させたりすることなく気楽に排気することができ、且つ透明な上蓋から酸素供給装置の内部に残存気泡があるか否かを直感的に観察することができ、且つ術中に頂部の気泡の集め状況を観察することにより、製品又は回路全体に安全リスクが存在するか否かを判断し、重大な結果を回避するためにできるだけ早く対策を講じることができる。

よりさらに、ケース２０が柱体形態であるため、一部の気泡が芯金４０１の近傍に入らず、ケース２０の上部に集積する可能性があり、この部分の気泡を排出するために、本実施例ではさらにケース２０の上蓋１０に近い箇所に第２の排気口２０２が設けられる（図５に示すように）。１つの可能な実現形態では、ホースを用いて第２の排気口２０２を他のモジュールに接続して排気することができる。もう１つの可能な実現形態では、第２の排気口２０２上に一方向通気膜２０３を設けてもよく、具体的には、図４に示すように、一方向膜の外に押え蓋２０４を外嵌してもよく、一方向通気膜２０３を押圧して固定するために押え蓋２０４はねじ又はクリップを介して第２の排気口２０２に接続される。一方向通気膜２０３には、ガスのみを通過させることができるが血液を通過させない微細孔があるため、したがって、一方向通気膜２０３が設けられた第２の排気口２０２は、他のモジュールと接続することなく、血液を捕捉し、血液中の気泡を排出する機能を果たすことができる。

さらに、上蓋１０に再循環ポート１０７がさらに設けられ、再循環ポート１０７は前記第１の排気口１０６と連通される。他の用途に酸素供給後の血液を別途引き出す必要がある場合には、再循環ポートに接続することで、酸素供給後の血液を芯金の近傍から取り出すことができる。

上記実施例では、血液出口は酸素供給装置の中心の最底部に位置しており、医師が術後に可能な限り残血回収を行うことを可能にし、異種輸血による交差感染のリスクを減少させ、また、預血の使用を減少させることができる。

図６は、本発明の実施例により提供される膜式酸素供給装置内の水の流れ方向の概略図であり、図６を参照すると、温度変化水タンクの水は、給水口１０４から第１の水路空間１０３に流入し、温度変化管を通って第２の水路空間３０３に入力し、続いて排水口３０６から温度変化水タンクに戻り、血液は温度変化管を流れるとき温度変化管内の水と熱交換を行い、血液の温度を所望の温度範囲に調整する。

図７は、本発明の実施例により提供される膜式酸素供給装置内のガスの流れ方向の概略図であり、図７を参照すると、ガス源の酸素は、吸気口１０５から第１のガス路空間１０２に入り、その後、換気管に流入し、換気管を流れる血液は換気管とガス交換を行い、換気管内の酸素は血液と結合し、血液中の二酸化炭素は換気管に入り、その後、第２のガス路空間３０２に流入して排気口から排出される。

図８は、本発明の実施例により提供される膜式酸素供給装置内の血液の流れ方向の概略図であり、図８を参照すると、血液は、血液入口２０１から膜式酸素供給装置に入り、温度変化膜４０３及び酸素圧力膜４０２を横切り、続いて芯金４０１が位置する空間に合流し、血液出口３０５に沿って流出する。

本発明の実施例により提供される膜式酸素供給装置は、以下の利点を有し、
（１）酸素供給効果を向上させる。血液は温度変化膜、酸素圧力膜、及び濾過網を横方向に通過するので、このプロセスでは、血液の流速が徐々に緩やかになり、酸素圧力膜との接触時間が長くなり、膜式酸素供給装置の酸素供給効果を向上させることができ、従来技術に比べ、より小さい酸素圧力膜の面積で同様のガス交換能力を達成することができる。
（２）濾過効果を向上させる。濾過効果の影響因子は面積と速度であり（即ち濾過効果に大きな影響を与えるのは流体と膜の混合接触時間であり、混合接触時間が長いほど濾過効果が高くなる）、流速が低いほど捕捉効果が高くなり、濾過効果も高くなる。本発明の実施例では、血液は温度変化膜、酸素圧力膜、及び濾過網を横方向に通過するので、このプロセスでは、血液の流速が徐々に緩やかになり、濾過網に到達すると、血液の流速がさらに低下し、血液と濾過網との接触時間が多くなり、血液中の不純物や気泡を捕捉し、良好な濾過効果を得ることができ、また、プリーツ型濾過網は表面積がより大きく、血液と濾過網との接触面積を増加させ、濾過効果をさらに向上させることができる。
（３）血液の破壊を低減する。従来の膜式酸素供給装置は中心から外側に向かって順に芯金、温度変化膜、酸素圧力膜、及び濾過膜であり、血液の流れ方向は下側から入って側方から出て、このような血流経路は圧力損失が大きく、血液が濾過膜をスムーズに通過することを確保するために、より大きな圧力をかけて血液を濾過膜に通す必要があり、血液の破壊が大きくなる一方、血液の流速が速くなるため、血液中の気泡が一緒に濾過膜を通過しやすく、濾過効果は低い。本発明の実施例により提供される膜式酸素供給装置は、中心から外側に向かって順に芯金、濾過網、酸素圧力膜、及び温度変化膜であり、血液の流れ方向は上側から入って底面から出て、血液が酸素供給装置の上部に留まる時間が比較的長く、温度変化膜、酸素圧力膜、及び濾過網を横断する割合が大きく、横断中に血液の流速が徐々に緩やかになり、血液が低流速で酸素圧力膜、及び濾過網と十分に接触するようになり、圧力を高めて血液の流れを駆り立てる必要がなく、血液の破壊を低減することができる。

上記の実施例の各技術的特徴は任意に組み合わせることができ、説明を簡潔にするために、上記の実施例における各技術的特徴の全ての可能な組み合わせについては記述していないが、これらの技術的特徴の組み合わせに矛盾がない限り、全て本明細書に記載の範囲と見なされるべきである。

上記の実施例は本発明のいくつかの実施形態を示しただけであり、その説明は具体的且つ詳細なものであるが、これによって発明特許範囲を限定するものと理解することはできない。当業者にとって、本発明の趣旨から逸脱することなく、いくつかの修正及び改善を行うことができ、これらは全て本発明の保護範囲に含まれることを指摘しておかなければならない。したがって、本発明特許の保護範囲は添付の特許請求の範囲を基準とすべきである。

１０…上蓋
１０１…第１の血液路空間
１０２…第１のガス路空間
１０３…第１の水路空間
１０４…給水口
１０５…吸気口
１０６…第１の排気口
１０７…再循環ポート
２０…ケース
２０１…血液入口
２０２…第２の排気口
２０３…一方向通気膜
２０４…押え蓋
３０…下蓋
３０１…第２の血液路空間
３０２…第２のガス路空間
３０３…第２の水路空間
３０５…血液出口
３０６…排水口
４０…酸素供給構造
４０１…芯金
４０２…酸素圧力膜
４０３…温度変化膜
４０４…隙間
４０５…突起
４０６…濾過網
５０１…第１の封止層
５０２…第２の封止層

Claims (12)

1. フィルタを内蔵した膜式酸素供給装置であって、上蓋と、下蓋と、ケースと、酸素供給構造とを含み、
   前記上蓋は中心からエッジに向かって順に第１の血液路空間、第１のガス路空間及び第１の水路空間に区画され、前記上蓋に前記第１のガス路空間と連通される吸気口及び前記第１の水路空間と連通される給水口が設けられ、
   前記下蓋は中心からエッジに向かって順に第２の血液路空間、第２のガス路空間及び第２の水路空間に区画され、前記下蓋に前記第２の血液路空間と連通される血液出口、前記第２のガス路空間と連通される排気口及び前記第２の水路空間と連通される排水口が設けられ、
   前記ケースの両端は前記上蓋及び前記下蓋にそれぞれ接続され、前記ケースの前記上蓋に近い箇所に前記ケースの内部キャビティと連通される血液入口が設けられ、
   前記酸素供給構造は、前記ケースの内部キャビティ内に設けられ、芯金と、濾過網と、酸素圧力膜と、温度変化膜とを含み、前記芯金の上端は前記第１の血液路空間に入り、前記芯金の下端は前記血液出口に対向し、前記濾過網はプリーツ型濾過網であり、前記濾過網は前記芯金を囲んで設けられ、前記濾過網と前記芯金との間に隙間を有し、前記酸素圧力膜は前記濾過網の外面に覆われ、前記酸素圧力膜は前記第１のガス路空間と前記第２のガス路空間とを連通しており、前記温度変化膜は前記酸素圧力膜の外面に覆われ、前記温度変化膜は前記第１の水路空間と前記第２の水路空間とを連通しており、前記温度変化膜と前記ケースの内壁との間に隙間を有し、前記隙間の幅は前記上蓋から前記下蓋へ漸減する、ことを特徴とするフィルタを内蔵した膜式酸素供給装置。
2. 前記膜式酸素供給装置はさらに第１の封止層及び第２の封止層を含み、前記第１の封止層は前記ケースと前記上蓋との接合部に設けられ、前記第２の封止層は前記ケースと前記下蓋との接合部に設けられ、
   前記濾過網の上端は前記第１の封止層に接続され、前記濾過網の下端は前記第２の封止層に接続される、ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタを内蔵した膜式酸素供給装置。
3. 前記酸素圧力膜は複数本の換気管を含み、前記換気管は両端が開口した中空管であり、各本の換気管の一端は前記第１の封止層を貫通して前記第１のガス路空間と連通され、他端は前記第２の封止層を貫通して前記第２のガス路空間と連通され、
   前記温度変化膜は複数本の温度変化管を含み、前記温度変化管は両端が開口した中空管であり、各本の温度変化管の一端は前記第１の封止層を貫通して前記第１の水路空間と連通され、他端は前記第２の封止層を貫通して前記第２の水路空間と連通される、ことを特徴とする請求項２に記載の膜式酸素供給装置。
4. 前記膜式酸素供給装置は、血液の横方向流れをガイドするためのスポイラー構造をさらに含み、前記スポイラー構造は前記ケースと前記温度変化膜との間に設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタを内蔵した膜式酸素供給装置。
5. 前記スポイラー構造は、前記ケースの内壁から前記温度変化膜へ突出する複数の突起を含む、ことを特徴とする請求項４に記載のフィルタを内蔵した膜式酸素供給装置。
6. 複数の突起は階段状で分布し、前記上蓋に近い突起と前記温度変化膜との間の距離は前記下蓋に近い突起と前記温度変化膜との間の距離より大きい、ことを特徴とする請求項４に記載のフィルタを内蔵した膜式酸素供給装置。
7. 前記上蓋に前記第１の血液路空間と連通される第１の排気口が設けられ、前記芯金の上端は前記第１の排気口に対向する、ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタを内蔵した膜式酸素供給装置。
8. 前記上蓋に再循環ポートがさらに設けられ、前記再循環ポートは前記第１の排気口と連通される、ことを特徴とする請求項７に記載のフィルタを内蔵した膜式酸素供給装置。
9. 前記ケースに第２の排気口が設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタを内蔵した膜式酸素供給装置。
10. 前記第２の排気口には、ケース内の液体を捕捉し、前記液体中の気泡が前記ケースから排出されることを許容するための一方向通気膜が設けられる、ことを特徴とする請求項９に記載のフィルタを内蔵した膜式酸素供給装置。
11. 前記ケースは柱状ケースであり、前記ケースの内径は前記上蓋から前記下蓋へ漸減し、
    前記芯金の断面は前記上蓋から前記下蓋へ漸減する、ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタを内蔵した膜式酸素供給装置。
12. 前記上蓋は第１のセパレータリング及び第２のセパレータリングを有し、前記第２のセパレータリングは前記第１のセパレータリングを囲んで設けられ、前記第１のセパレータリングは前記第１の血液路空間と前記第１のガス路空間を仕切り、前記第２のセパレータリングは前記第１のガス路空間と前記第１の水路空間を仕切り、
    前記下蓋は第３のセパレータリング及び第４のセパレータリングを有し、前記第４のセパレータリングは前記第３のセパレータリングを囲んで設けられ、前記第３のセパレータリングは前記第２の血液路空間と前記第２のガス路空間を仕切り、前記第４のセパレータリングは前記第２のガス路空間と前記第２の水路空間を仕切る、ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタを内蔵した膜式酸素供給装置。

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