JPH01151908A - 中空糸型流体処理器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、選択透過性の中空糸を用いた流体処理器に関
するものであり、特に血液処理装置、例えば人工腎臓１
人工肝臓１人工肺臓又は血漿分離器等における改良技術
に関するものである。

［従来技術］ 最近、選択透過性膜を用いて血液を浄化する人工腎臓１
人工肝臓１人工肺臓又は血漿分離器等の人工臓器の開発
がさかんに行なわれており、種々の医療分野における有
効な治療手段として有望視されている。かかる選択透過
性膜の形態としては、体積当りの有効膜面積が大きい中
空糸状が有利であって、この分野における中空糸型血液
処理の占有率が増大してきている。

従来の中空糸型血液処理装置を第２図に示す。

第２図は、中空糸型血液処理の主要部の軸方向に沿った
断面図の概略図であり、１は容器、２は選択透過性中空
糸束、３ａ及び３ｂは隔壁、　４ａ及び４ｂは○リング
等のシール部材９により隔壁の表面と密封が保持されて
いるヘッダー、５ａは被処理液体である血液の導入口５
ｂは同導出口。

６ａは処理液体である透析液の導入口、６ｂは同導出口
、７ａは血液配分室、７ｂは血液収集室。

８ａは透析液配分室、Ｂｂは透析液収集室を示す。

第２図に示す如く、容器の径として胴体部の径より透析
液導入部の容器の径が大きい構造になっており、透析液
が透析液導入部で中空県東全部に分配可能なように容器
と中空糸束の外側との間の空間を大きくを取っている。

この様な構造のため、容器両端部の径もその胴体部の径
より大きく容器両端部に取り付けられるヘッダーの径も
大きくすることが多かった。

ヘッダーを介して血液を中空糸の中空部へ導入する際に
は、一般的にヘッダーの中央部より外周部の血流速が小
さい。特にヘッダーが大きい場合には、その血流速の差
が拡大される傾向にある。

これら血流速の遅れの発生により血液処理装置としての
性能の低下をまねくと共に、血液処理後の返血する際に
返血速度が中央部と外周部で異なるため、外周部に近い
中空糸の内部に残血を引き起す。特に長時間の血液処理
を行う際に、血液流れの遅い中空糸の内部で凝血を起し
それが血栓を生成することになり、血液の流れが停止す
る部分さえ生ずる場合がある。

又、かかる従来の構造では、隔壁部で中空糸束全体の外
径を一定にコントロールすることが困難であるため、ヘ
ッダー内径と中空糸束全体の外周部分との間に一定以上
の大きなりリアランスを取って、○リングを設置するこ
とが必要となる。この様な構造では、上記クリアランス
部分及びその近辺部の血液の流れが非常に遅いため、血
液の滞留による凝血を発生しやすく、外周部近くの中空
糸の閉塞の原因にもなると共に、返血の際にこの部分の
血液がＲＷＩにたれ込み、外周部の返血を著しく悪くし
ている。これまではこの様な問題があり、さらに改良す
ることが強く望まれていた。

［発明の目的］ 本発明は、上記の欠点をなくした改良された中空糸型流
体処理器、特に中空糸型血液処理器を提供することを目
的としている。さらに本発明の目的とするところは、ヘ
ッダーの内径を可及的に小さく、又、ヘッダー内径と中
空糸外周径とのクリアランスを最小にすることによって
、血液の滞留部をなくすること及び血液分配性を向上さ
せることにより残血性の改良された血液処理器を提供す
ることである。更に、血液処理器の両端に使用される隔
壁部材の使用量を減少とすると共に血液流通側と外部と
のシールをするシール部材（○リング）を省略すること
により、材料費用を節減することである。

［発明の構成］ 本発明者らは、かかる目的を達成すべく次の点を念頭に
おいて、鋭意研究を実施した。即ち、中空糸型血液処理
装置は次の３条件を具備していなければならない。その
第１は血液浄化乃至血液処理（濾過、血漿分離など）の
機能を備えていること、第２は血液適合性を有し、血液
の体外循環が円滑になされること、第３は、生物学的、
化学的に安全であることである。特に第２の条件に重点
をおき、該血液処理器中の各中空糸の内部への血液の分
配をするに際し、血液の流れに十分な配慮をして流速差
を少なくし、滞留が起らない様に種々の検討を加えた。

その結果、透析液等の中空糸束間隙部に連通した流体導
入部及び又は導出部の構造を改良し、隔壁端面での容器
端部の径を小さくすることに加えて容器の壁厚さを薄く
することが有効であることを見い出し、本発明に到達し
た。

即ち本発明は、選択透過性中空糸束と、該中空糸束を収
納した筒状の容器と、該中空糸束の少なくとも一方の端
部を開口せしめた状態で該容器内に固定せしめた樹脂か
らなる隔壁と、該中空糸束間隙部に連通した側管部と、
該中空糸束の中空部に連通したヘッダー部を有する流体
処理器において、該側管部が該容器の壁面が外側にふく
らんだ膨張部に設けられており、該膨張部が該容器にお
ける該隔壁の内側近傍に位置しており、該中空糸が開口
した該隔壁を固定する該容器端面部の相当径Ｄ１が該膨
張部の相当径Ｄ２に比較して小さく、該隔壁端面におけ
る該中空糸束の開口部の最外部を結んでなる周から該ヘ
ッダー部を構成する該ヘッダー部材と該容器のシール部
内壁面までの距離が実質上３ｍ以下であることを特徴と
した中空糸型流体処理器を提供するものである。

以下、本発明の中空糸型流体処理器を例にとって説明す
る。但し、本発明がこれらの例示によって何ら限定され
るものではない。

第１図は、本発明の中空糸型流体処理器の１例である血
液処理器の好ましい実施態様例を示したものである。即
ち中空糸型血液処理の主要部の軸方向に沿った縦断面図
の概略図であり、１１は容器。

１２は選択透過性中空糸束、１３ａ及び１３ｂは隔壁。

１４ａ及び１４ｂはヘッダー、１５ａは被処理液体であ
る血液の導入口１５ｂは同導出口、１６ａは処理液体で
ある透析液の導入口、１６ｂは同導出口、１７ａは血液
配分室、１７ｂは血液収集室、１８ａは透析液配分室、
１８ｂは透析液収集室を示す。

第１図に示す如く本発明の流体処理器は、中空糸束間隙
部に連通した側管部を、実質上全周にわたって外側にふ
くらんだ環状部に設けたことを特徴としている。さらに
該流体処理器は容器の両端部の相当径Ｄ１が、膨張部の
相当径Ｄ２よりも小さく、さらに実用上好ましくは胴体
部の相当径Ｄ３と実質上向じかそれよりも小さい構造を
有することを特徴としている。さらに本発明には、該流
体処理器における容器の膜厚を薄くしたことを特徴とす
る場合も含む。この様に外側にふくらんだ環状部に側管
部を設け、容器両端部を膨張部よりも小さ（すること等
により中空糸束の外径が函体両端部の内径に接する程度
に近くなるようにすることにより中空糸の隔壁部すなわ
ち、開口部での中空糸束の外径を一定に規定することが
可能になり、ヘッダーのシール部の内壁面と中空糸束の
外周部との間隔を実質上３ｍ＋以下に、さらに好ましく
は２　ｍｍ以下に減少せしめたものとすることが出来る
。

容器端面における容器の内壁面と中空糸束全体の外周と
の間隔が大きい場合、ヘッダー内壁と中空糸束隔壁にお
ける開口部全体の外周部の間隙部で血液が滞留し、凝血
しやすく長時間の透析時に血栓を発生して、外周部の中
空糸の閉塞を生じると共に返血の際にこの部分の凝血し
た血液が中空糸にたれ込み外周近くの中空糸の返血を著
しく悪化する。そこで、本発明の流体処理器の如く、容
器端面部径を膨張部の径より小さく、又は胴体部径と同
程度かそれより小さくすることにより、容器端部の内壁
と中空糸束外周との間隔を小さくすることができる。又
ヘッダーの径も縮小され、血液分配部の容量が小さくな
り、血液流速が向上する結果、血液凝固傾向が緩和され
る。

また、容器の胴体部の径は中空糸束の充填率が３５〜６
０％の範囲になるよう決めるのが好ましい。

一方容器端面部すなわち隔壁の中空糸開口端面部につい
ても、中空糸の充填率が３５〜６０％が好ましい。容器
端面部の充填率が３５％未満の場合は、充填率が低いた
め、容器内部での中空糸が片寄って充填されるため中空
糸束間隙部での流体の偏流が生じやすく、さらに容器端
面部すなわち隔壁端面部での中空糸束全体の外周とヘッ
ダー内径との間隙が大きくなるため好ましくない。又充
填率６０％以上では隔壁部での充填率が高くなり過ぎる
ため、容器内壁との接触圧が大きくなり、変形糸が発生
すること及び中空糸束を容器に挿入するときに挿入抵抗
が大きく中空糸の損傷をきたして残血も生じやすくなる
ため好ましくない。

この様な条件のもとで、容器の胴体部の相当径Ｄａ、膨
張部の相当径Ｄ２及び両端面部の相当径Ｄ１は任意に組
合せを選択できる。本発明の流体処理器は、容器の膨張
部の相当径Ｄ２と両端面部の相当径Ｄ１の組み合せにつ
いては、両者の比ＤＩ／Ｄ２を０．５〜０．９の範囲に
することが実用上好ましく、さらに、ＤｌとＤａの組み
合せとしては、その比Ｄ＋／Ｄ３の比を０．８〜１．０
の範囲で小さくし、端面部の中空糸の充填率が３５〜６
０％範囲になるよう端面部径を選定することにより、端
面部の容器内面と中空県東全体の外周の間隔を２Ｈ以下
になるよう中空糸束を充填することが好ましい。

その伯、本発明の如く容器端面部の径を小さくする構造
にすることにより端面隔壁部での樹脂量が従来の函体構
造に比較して大巾な減少も可能になる。また容器胴体部
における中空糸束の充填状態が均一になり、中空糸束間
隙部での流体の流動状態を均一に保つことが容易である
。尚本発明の処理器において、筒状の容器の断面形状は
限定されないが、好ましくは円形状が良い、場合によっ
ては、非円形でもよい。但し非円形の場合はその内部空
間の断面積に等しい断面が円形状の容器にした場合の内
面基準の直径を相当径と言う。また膨張部の相当径につ
いては最もふくらんだ部分でのものを意味する。

また本発明の流体処理器の特徴の１つである側管部を備
えた環状ふくらみ部の形状としてはいかなるものであっ
てもよい。その具体例としては全周にわたって同じ程度
にふくらんだ環状部を有する場合があげられるが、その
側管部を設けた部分でのふくらみが最大でそれから両側
にはなれるに従ってふくらみの程度が小さくなり側管部
の反対側の部分でふくらみがほとんどない程度に小さく
なる形状の場合も有効である。特に後者の場合には透析
液等の中空糸束間隙部を流れる流体の流入状態が均一に
なりやすい利点がある。かかるふくらみの大ぎさとして
は、中心軸からふくらみ部内面までの距離が、容器胴体
部の相当径の半分即ち内面基準相当半径の約２倍以下が
好ましく、更には約１．５倍以下が好ましい。

さらに本願発明の流体処理器では、第３図に示す如く筒
状容器２１における相当径Ｄ２を有する膨張部２７より
も端部側にさらに外側にふくらんだ微小膨張部２８を設
け、その内部に樹脂を侵入させた状態で隔壁２３を形成
せしめたものが、隔壁の固定を容易にする点で好ましい
。尚第３図において、２２が中空糸、２４がヘッダー部
材を示す。

かかる微小膨張部の形状としては、隔壁を固定するうえ
で有効であれば特に限定されるものではないが、樹脂の
使用量を少なくする点から小さいふくらみが好ましい。

さらに具体的には、例えば相当径Ｄ４としてＤ４／ＤＩ
が１．０５〜１．１５程度の範囲にある容器外周にわた
る環状の微小膨張部や、容器外周にわたる環状部の一部
において微小膨張部を有したものがあげられる。

また本発明の中空糸型流体処理器における容器は、壁厚
さが０．５〜３ｍのもの、更には０．５〜２履のものが
好ましく、前記の如き特有の構造を有するものであるこ
とからブロー成型により成型されたものが実用的である
が、射出成型品を容器の両端部で接着、溶着してつくる
こともできる。その素材としてはポリカーボネート、ポ
リスチレン。

アクリル−スチレン共重合体、ポリメチルメタアクリレ
ート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテ
レフタレートなどがある。

さらにヘッダー部を構成するヘッダー部材は、従来の如
き○リング等の別のシール部材を用いることなく、両端
面における容器壁面に直接固定してシールせしめたもの
であることが望ましい。その固定形式については例えば
、熱融着や、接着剤による接着シール等があげられる。

さらに具体的には第１図に例示する如く、接着剤により
隔壁部を成型した後切断により中空糸を開口せしめた切
断面における容器の壁面の外側の部分にヘッダー部材の
内壁面に接触した状態で熱融着したものが、シール性を
完全にするうえで有利である。特に容器の壁厚みが薄い
場合には、特に○リング等のシール部材を用いることな
く直接ヘッダー部材を容器に固定シールして、且つ中空
糸開口部の存在する領域の外周とヘッダー部材のシール
部内壁面との距離が小さくしやすい利点がある。

かかるヘッダー部材の素材としては、特に限定されるも
のではなく、容器の素材として前記したものから選択さ
れ、なかでも容器と同一の素材が好適である。

ヘッダー部材と容器とのシール部内壁面は、ヘッダー部
材のシール部付近での内面形状によりいろいろの態様が
あり、例えば第４図のＡ、Ｂに示した点ａのことを指す
ものである。尚、同図における部材を示す番号の意味は
第１図に示すものと同様とする。

さらに第５図に例示する如く、ヘッダー部材２４の内側
における筒状容器２１の端面３１に対応した部分に環状
の突起部３０をあらかじめ設けておいて（同図のＡ参照
）、隔壁２３を成形した後の容器端面３１にヘッダー部
材の突起部３０を圧着して融着せしめることにより容器
２１とヘッダー部材２４を一体化したものとしてよいく
同図のＢ参照）。尚この場合には、ヘッダー部材と容器
とのシール部内壁面は点すに当ることになる。

また、本発明に用いられる中空糸の素材、隔壁部材の素
材は特に限定されるものではなく、例えば血液処理器の
場合には、中空糸としてはセルロース系、セルロースエ
ステル系、ポリアクリロニトリル系、ポリカーボネート
系、ポリメチルメタアクリレート系、ポリスルホン系、
エチレン−ビニルアルコール共重合体系などがあげられ
る。隔壁部材としては、イソシアネート系ポリウレタン
。

シリコン系接着剤など医療品に安全性の確認されている
ものが使用される。

本発明の液体処理器は、主に血液透析に用いられるもの
であるが、その他血液濾過、血漿分離。

人工肺等の血液処理や、さらには一般の透析装置や、気
体分離等にも有効である。

次に本発明についてさらに詳細に説明するために本発明
による改良された血液処理器を用いて、血液透析を行っ
た実施例を示す。又比較の為、第２図に示すような従来
の形のものを用いた場合を比較例として示した。

〈実施例１〜３．比較例１〉 第２図に示す従来型の中空系型血液処理器（比較例）と
、第１図に示す改良型血液処理器の如く、血液透析用の
セルロース中空糸（内径２００μ）を１２．０００本（
血液透析面積１．５７７０を充填成形したものを用いて
、ヘマトクリット値４１％の生新鮮血を２００ｄ／ｍｉ
ｎの流速で２時間潅流した後に返血し、残血した中空糸
本数を数えた。尚実施例１〜３では第３図のＡの如くヘ
ッダー部を成形した。

又別途改良型及び比較例について、血液側に尿素水溶液
を３７℃、　　２００Ｉｎ１／　ｍｉｎで流し、透析液
側に水道水を３７℃、　　５００！ｄ／ｍｉｎで流し、
透析効率（ダイアリザンス）を測定した。ダイアリザン
ス（ＤＡｕ　）は（Ｃｒ　−Ｃｏ　）　／Ｃｒ　ｘ　２
００テ算出した。ここでＣｒは尿素水溶液の透析器入口
の濃度、ＣＯは出口の濃度である。

得られた結果を第１表に示した。かかる第１表の結果か
られかるように、本発明のヘッダー内径と中空県東外径
との間隙を小さくすること及びヘッダー内径を縮小した
血液処理器では、従来型の流体処理器に比較して残血が
発生した中空糸も大巾に減少している。又本発明の流体
処理器では中空糸の内側及び外側の両方の流動状態が良
好であるために、透析効率も改良されることがうかがわ
れる。

〈実施例４〉 第３図に示す如き微小膨張部２８を有する容器２１及び
ヘッダー部材２４を用いる以外は、実施例２と同様にし
て改良型血液透析器を成形して、同様の評価を行った。

かかる血液透析器の端面部のシール部内壁面と中空糸束
外周の間隔は約１馴であった。また評価結果より、残血
の生じた中空糸が２４本であり、ＤＡｕが１８４ｍ（／
　ｗｉｎであり、隔壁用樹脂の使用ｔは比較例に対して
約６３％であった。

〈発明の効果〉 本発明の中空糸型流体処理器は、例えば、血液透析器の
場合、ヘッダー部での血液の滞留がなくなり、更にヘッ
ダーの小型化が可能になり、ヘッダーでの血液分配部の
容積が小さくなり血液流速が向上することにより、透析
効率の向上及び透析後の残血性が改善される。また従来
通常使用されていた○リングによらずにヘッダー部を構
成しやすい利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の中空糸型流体処理器の１例である血
液透析器の縦断面図の１例を示す。 第２図は従来の中空糸型流体処理器の１例である血液透
析器の縦断面図の１例を示す。 第３図は本発明の中空糸型流体処理器の１例である血液
透析器の伯の例についての端部所面図を示す。 第４図は、本発明のヘッダー部材と容器のシール部を示
す。第５図は本発明のヘッダー部材と容器のシール形式
の他の例を示したものであり、Ａ及びＢが各々シール前
及びシール後の状態を示している。 第１図 第２図 第３図 第４図 Ａ　　　　　　　Ｂ 区 ｚ ５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）選択透過性中空糸束と、該中空糸束を収納した筒
   状の容器と、該中空糸束の少なくとも一方の端部を開口
   せしめた状態で該容器内に固定せしめた樹脂からなる隔
   壁と、該中空糸束間隙部に連通した側管部と、該中空糸
   束の中空部に連通したヘッダー部を有する流体処理器に
   おいて、該側管部が該容器の壁面が外側にふくらんだ膨
   張部に設けられており、該膨張部が該容器における該隔
   壁の内側近傍に位置しており、該中空糸が開口した該隔
   壁を固定する該容器端面部の相当径Ｄ１が該膨張部の相
   当径Ｄ２に比較して小さく、該隔壁端面における該中空
   糸束の開口部の最外部を結んでなる周から該ヘッダー部
   を構成する該ヘッダー部材と該容器のシール部内壁面ま
   での距離が実質上３ｍｍ以下であることを特徴とした中
   空糸型流体処理器。
2. （２）該容器が、該膨張部よりも端部側において外側に
   ふくらんだ微小膨張部を有し、該微小膨張部の内側に樹
   脂が侵入した状態で隔壁が形成されている請求項１の中
   空糸型流体処理器。
3. （３）該ヘッダー部材が、端面における該容器の外壁面
   に接触した状態で固定されてシールを保持せしめたもの
   である請求項１の中空糸型流体処理器。
4. （４）該ヘッダー部材が、該容器の軸方向とほぼ直角を
   なす該容器端面の実質上全面において該容器と付着して
   シールを保持せしめたものである請求項１の中空糸型流
   体処理器。