JPH0116183B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、扇形部材に係合するベロー形リブを
有するベロー形状の熱交換器を有する血液酸素供
給器に関する。

安全で信頼性のある血液酸素供給器の歴史は比
較的短い。この血液酸素供給器は一時的に患者の
心臓と肺の機能を果たすための体外の循環システ
ムを確立する必要のあるときに心臓の手術及び身
体の治療及び他の手段に使用される。このような
システムにおいて、酸素供給器は、通常患者の肺
によつて行なう機能即ち、血液に酸素を供給し、
血液から二酸化炭素を排出する生命維持機能を行
なう。酸素供給器は血液の循環を生じさせる心臓
の機能を行なうポンプと関連して使用される。か
くして、早期の酸素供給器の早期の形式は時々
「心肺」機器と呼ばれた。これらの早期の心肺機
器は典型的には血液のプールを貫通する回転板で
あるが、板の自由面が血液を酸素にさらし、ある
ガス伝達を行なうようにその一部だけが血液の中
に浸されている。その後、板形の酸素供給器より
優れた袋形の酸素供給器が導入されたが、改良す
べき点が多く残されていた。

剛性（即ち堅いシエル型の）泡沫型酸素供給器
が開発された1960年代の半ばに主な進歩が起こつ
た。この酸素供給器の歴史の始まりは、特許第
3468631号に記載された装置であり、それらはま
ずベントレー形酸素供給器としられるようになつ
た特許第3488158号及び第3578411号に示される装
置の開発によつて臨床的に使用されるようになつ
た。現在、このような酸素供給器は、他の形式よ
りさらに多く用いられるようになつた。先行する
特許に示された酸素供給器の重要な特長は、熱交
換器を内部に備えていることであつた。

その後、何年かの間、泡沫型酸素供給器につい
ていくつかの比較的小さな変更が行なわれた。た
とえば、特許第3764271号、特許第3769162号がそ
れである。特許第3488158号、及び特許第3578411
号及び前述の特許はガス血液混合体の流通路にい
くつかの下降部分を有するがこれは、泡沫が形成
される流通路の部分に、ガスと血液の混合体との
最初の上昇流を提供するように設計されている。
さらに、特許第3204631号には、まず血液が下方
に流れ、及び酸素が上方に流れて互いに逆流の関
係であるように、血液が上方部分から入り、酸素
が下方部分で入る酸素供給器が開示されている。
さらに特許第4138464号には、酸素供給器装置用
の流体連結の位置を交換可能であることが記載さ
れている。

更に、本発明は、1971年10月26日に「酸素供給
器」と題され、登録された米国特許第3165238号、
「血液処理装置用の泡沫発生組立体」と題された、
1971年５月11日に登録された米国特許第3578411
号、酸素供給器用の泡発生組立体と題された、
1970年７月６日に登録された米国特許第3488158
号、「血液酸素供給器」と題された出願番号第
436913号、放棄された第565043号、「改良形酸素
供給器装置」と題された特許第4058369号、特許
第4297318号として登録された「血液酸素供給器」
と題された出願番号第54268号に示された装置の
改良であり、それらの装置の開示は、ここに引例
として組み入れられている。

これらの装置は血液治療分野で重要な発達があ
つた。しかしながらこれらの装置類は、ある手術
や、身体の治療中、一時的に患者の心臓や肺の機
能を果たすから、さらに改良が求められている。

他の酸化器の構成で、連続シート又は複数の中
空フアイバで形成されたガス透過性薄膜を亘つて
達成されるべき酸素の伝達を可能にする。本発明
の熱交換コイルは、固いシエル泡酸化器並びにこ
れらの薄膜又は中空フアイバ酸化器に関連して使
用してもよい。

熱交換器を内蔵した血液酸化器の著しい進歩
は、本発明の譲受け人に譲渡されたリチヤードデ
ユウエルの米国特許第27100号によつて一体の血
液酸素供給器の発展を半なつて1960年代の始めに
起こつた。他の著しい成果については、「心肺バ
イパス体外循環の法則と技術」（1962年）の69頁
乃至72頁参照。次の数年は、ゴラン氏の功責に対
して比較的小さな変更が行なわれ、たとえば、こ
れらは第4065264号、第4138464号及び第4138288
号によつて開示されている。これら３つの特許に
関して、特許第4138288号の「環状リブ」を有す
る熱交換器が示されている特許第4138288号の第
１５図を参照すること。

本発明は、酸素を含むガスと液体血液を結合す
る装置と、内蔵形の熱交換コイルとを有する血液
酸素供給器に関する。

内蔵形の熱交換器を含むこれまでのすべての考
案の基本的な関心は、血液自体に悪影響を及ぼす
ことなく効果的で望ましい熱交換を行うことに向
けられていた。血液が熱交換器中に留まる時間が
短すぎたり、血液が熱交換器の表面に有効に接触
しなかつた場合、熱交換器を出ていく血液の温度
は場合によつて高すぎたり低すぎたりしてしま
う。他方、熱交換器での血液流路が長すぎたり曲
がりくねりすぎたりすると溶血したり血栓が形成
されたりする危険がかなりある。例えば、“環状
リブ”型熱交換器は効果的な熱交換器を提供する
けれども、かかる装置は熱交換器に亘つて比較的
長い道のり血液を流す傾向がある。上述したよう
に、かかる比較的長い流路は血液および患者に悪
影響を及ぼす虞がある。

熱交換コイルは、小さい直径のコイル部分によ
つて、次のコイルから間隔をへだてた多数の分か
れた円滑な円い面のリブを有するベロー構造体を
有する。好ましくは、外方及び内方扇形部材は、
ベローのリブの向き合う部分に係合し、熱交換コ
イルの隣接する巻きに沿つて主にコイルの小さい
直径部分を介してらせん形の、なだらかな波形血
液流通路を提供することを補助する。ベローのコ
イルは、小さい直径のコイル部分の軸線方向の長
さが減少した血液プライミング量と隣接するベロ
ーのリブの間の低圧の抵抗する血液流路に作用
し、それと同時に、ユニツトの長さ単位にできる
だけ多くのベローリブを設けることを可能にする
ある耐性を有する外形を有する。小さい直径のコ
イル部分の軸線方向長さは、生物的に適合する被
覆をコイルの外側に適切に施すことができるよう
になつていなければならない。更に、好ましく
は、中空の、ベローリブの軸線方向の長さは、十
分な熱交換流体流を可能にするだけではなく、可
能な限り、ユニツト長さのベローリブを多くする
のに十分でなければならない。ベローコイルの内
径は、コイルを介して熱交換流体（典型的には
水）の圧力降下を減少させるに十分な寸法でなけ
ればならない。熱交換コイルの振動を減少させる
ために、小さい方の直径部分の内径は最少限にし
なければならない。

小さい方の直径部分の外径に対する熱交換リブ
の外径の比は約1.2及び約２の間である。熱交換
器の小さい直径部分の軸線方向の長さは、約
0.762mm（0.03インチ）と約4.572mm（0.18インチ）
との間にある。熱交換リブの各々の軸線方向の長
さは約0.508mm（0.02インチ）と約5.08mm（0.2イ
ンチ）である。熱交換器のリブの軸線方向の長さ
に対する熱交換器の小さい直経部分の軸線方向の
長さの比は約0.1及び約0.9との間である。更に、
熱交換リブの外径に対する熱交換コイルの内径の
比は、約0.4から約0.8である。

第４図及び第５図に示すように本発明の酸素供
給器２００は、酸素収容ガス入口２０２と血液入
口２０３と２０４とを有する。入口２０５は、注
入並びに、最適の医学的投薬のために備けられ、
もし必要ならば、cardiotomy reservoir（心臓切
開レザーバ）からの戻り入口として設けられる。
ガスベント２０９が熱交換流体のために入口２１
０及び出口２１１として設けられる。第５図に示
すように、ガス入口２０２、血液入口２０３，２
０４、入口２０５及びベント２０９、熱交換流体
入口２１０及び出口２１１が好ましくは、カツプ
部分１９０に位置決めされている。血液酸素供給
器２００のこのカツプ部分１９０は酸素供給器２
００の外方シエル部分２０１に回転可能に連結さ
れている。好ましくは、血液酸素供給器の外方シ
エル部分２０１は、血液出口２０６及び２０７を
有する。

今、特に、第５図を参照すると、酸素供給器２
００の内部構造をさらに詳しく示す。図面に示す
ように、ガス入口２０２は、環状チヤンバ２１２
に連結し、環状チヤンバは、拡散装置２１３によ
つてその上端に固定されている。この拡散装置２
１３は、適当な孔を有するもの又は、孔を有する
部材であることがよいが、好ましくは、孔のあい
た部材であるのがよい。

血液入口装置２０３，２０４は、環状室２１４
の内部に一般に接線方向に連結している。かくし
て、室２１４が血液で満たされ、うずを巻いて流
れるとき、酸素を有するガスを入口を通して装置
に導き入れる。酸素又は酸素の多い混合気のよう
なガスは、入口２０２を通過して室２１２に入
り、拡散装置２１３を通過して室２１４の血液の
本体に入る。

室２１４は、環状室２１５と、波状の供給チヤ
ンネル２１６に連結し、波状の供給チヤンネルは
通常、円錐形である。チヤンネル２１６は、環状
混合室２１７に連結しており、該環状混合室２１
７は熱交換管２１８が備えられ、又、血液用の降
下する流通路を有する。熱交換管２１８は、大き
な直径の分かれたリブ部分２１９及び小さな直径
の部分２２０を有するベロー管である。混合室の
壁及び管壁の間２１８に旋回によつて形成された
複数の降下流通路がある。

室２１７の下端で、外壁２２２は、酸素供給器
の頂部から底部までの距離のほぼ2/3で終つてお
り、血液の泡だちを可能にし、消泡装置２２３に
接触するようにする。かくして、血液出口２０
６，２０７の高さは、混合室への曲つた流通路の
底部より底い。いくつかの消泡装置たとえば、特
許第3468631号に開示された消泡装置を使用して
もよいが、2.54cm（１インチ）につきほぼ10乃至
30の孔を有するポリウレタンの泡から泡の材料を
形成するのがより、ポリウレタンの泡はシリコン
消泡剤で被覆されている。最適条件では、スペー
サ２２５を消泡剤２２３と壁２２２との間に設け
るのがよい。スペーサ２２５は、その間に開放空
間を備えた、リブ構造体を有する。

開放空間２２６にスペーサ２２５が設けられ、
スペーサ２２５は、液体血液を収集する消泡材レ
ザーバ２２９と接触するようになつている。

環状通路２３０は、排出装置２０９に連結し、
排出ガスを酸素供給器から排出することができ
る。ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレ
ン、ナイロン又は他の適当な構造の網目のスリー
ブ２３１は、消泡材２２３のまわりに位置決めさ
れ、弾性ストラツプ２３２を備えてそれを所定の
位置に保持している。ポート２０５は、室２３５
に連結し、室２３５は導管２３６に連結してい
る。ポート２０５は酸素供給器に注入するために
使用され、又血液に投薬するために使用され又
は、Cardiotomy reservoirからくる血液のため
に使用される。

代りの酸素供給器の実施例は、第１図及び第２
図に示す薄膜酸素供給器を有し、第６図に示す中
空のフアイバ酸素供給器を有する。

今、第１図を参照すると、本発明の酸素供給器
２００は血液入口２０３を有する。プローブ１９
１によつて酸素と血液の混合体の温度測定が可能
である。血液出口２０６が熱交換流体用の入口２
１０及の出口２１１として設けられている。酸素
を含むガスの入口２０２が酸素を中空の中央室１
０８に運びそこから中空の薄膜管１０２の内部を
通り、該管１０２は中央室１０８のまわりで長さ
方向に亘つて囲まれている。ガスは、出口１２４
で囲まれた薄膜を出て環状出口室１０６に入り、
ガスベント２０９を介して排出される。

挿入体１１０は、熱交換リブ２１９の向き合う
部分に係合する個々の扇形面１１２を有する内方
扇形部材を備える。外方扇形面１１４には外方シ
エルの内方部分が設けられ、熱交換リブ２１９の
向き合う部分に係合する個々の扇形面１１６を有
する。なぜならば、熱交換コイル２１８は、酸素
供給器２００の中にらせん形に包まれ、挿入体１
１０は、第１図及び第６図に示す方向にコイルに
ねじ込まれる。スペーサ１９３は挿入体１１０用
のストツプを備え、らせん形に包まれたコイル２
１８の領域に血液通路を提供する。血液は、血液
入口２０３から入り、熱交換コイル２１８と扇形
面１１２，１１６との間を層状に流れ、熱交換コ
イル２１８を出て、次に、包まれた薄膜１０２の
外部に沿つて通過し、血液出口２０６を介して出
る。

今、第３図を参照すると、ａは熱交換リブ２１
９の各々の軸線方向の長さを示し、ｃは、直径部
分より小さい熱交換器の軸線方向の長さを示す。
ｂは、隣接するリブ２１９の中央の空間を示す。
ｄは熱交換コイル２２０及び熱交換器の小さい方
の直径部分２２０の内径部分を示し、ｅは、熱交
換器の小さい直径部分２２０の外方直径を示す。
ｆ及びｇは、夫々、熱交換リブ２１９の内方及び
外方直径を示す。

第２図において、ｈ及びｉは熱交換コイルの内
径及び外径を示す。又第２図に示すように、ｊ
は、熱交換器２２０が、第２図に示すように巻か
れたときに隣接リブの間の間隔を示す。空間ｊは
好ましくは、熱交換器の小さい直径部分ｂの軸線
方向の長さの20％以上である。

今、第６図を参照すると、熱交換部分を有する
血液酸素供給器は第１図に示されたものと同様で
ある。酸素供給器部分は、酸素化ウレタン材又は
それと同様なもの１２２内にその各端部が取り付
けられた複数の中空フアイバ１２０を使用するこ
とによつて達成される点で異なる。中央フアイバ
１２０の内側を介して上方に通過した血液が血液
出口２０６を介して血液酸素供給器２００から出
る。ガスベント１３０は、ガスの排出を可能にす
る。酸素を含むガス入口２０２及びガス出口１３
０が、中空フアイバ１２０の外側のまわりにガス
を循環させるために設けられる。第６図は、血液
出口領域の温度プローブ１５０と血液入口と動脈
血液のサンプル口２０９の領域の温度を計測する
ためのプローブ１９１を示す。

本発明による血液酸素供給器は十分な効果を奏
する。例えば、扇形面は熱交換器のコイルと組合
わさつて熱交換器に亘つて非常に有利な血液流路
を提供する。これらの構成要素の組合せによつて
血液は好ましくは熱交換器のコイルと扇形面との
間を層状に流れ、その結果扇形面をもたない在来
の“環状リブ”型熱交換器と比べて、溶血したり
血栓が形成される危険を減少させ、更にはこの危
険を最小限にしながら効果的な熱交換を行うこと
ができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の酸素供給器の横断面図であ
る。第２図は、第１図の線２−２で切つた図面で
ある。第３図は、本発明の部分横断面図である。
第４図は、本発明の平面図である。第５図は、第
４図の線５−５で切つた横断面図である。第６図
は本発明の横断面図である。 ２００……血液酸素供給器、２０３，２０４…
…血液入口、２０９……ベント、２１０……熱交
換流体入口、２１４……環状室、２１８……熱交
換コイル、２１９……リブ部分、２２３……消泡
装置、２３０……環状通路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 血液入口２０３と、血液出口２０６と、熱伝
   達流体入口２１０と、熱伝達流体出口２１１とを
   有するハウジング２０１と、 前記ハウジングの中に設けた熱交換管２１８
   と、を含み、前記熱交換管は複数巻きのらせん状
   コイルに巻かれ、かつ前記熱伝達流体入口２１０
   および前記熱伝達流体出口２１１に連結されてお
   り、 複数巻きの前記コイルに沿つて延びる第１の扇
   形面１１２又は１１６と、 前記コイル２１８と前記第１の扇形面１１２又
   は１１６との間に波状の流通路を作るための前記
   コイルと前記第１の扇形表面との間のスペーサ手
   段２１９と、を含むことを特徴とする血液酸素供
   給器。 ２ 前記ハウジング内に配置された血液に酸素を
   供給するための酸素供給装置２００を更に含み、
   前記流通路および前記酸素供給装置は、前記血液
   入口２０３から前記血液出口２０６まで延びる血
   液流通路を構成することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の血液酸素供給器。 ３ 前記第１の扇形面は、前記熱交換管の方へ全
   体的に内方へ向いた前記ハウジングの内方扇形面
   １１６であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の血液酸素供給器。 ４ 前記第１の扇形面１１２は、前記熱交換管の
   方へ全体的に外方へ向いた前記コイル内の内方部
   材１１０上にあることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の血液酸素供給器。 ５ 前記コイル内の内方部材１１０上に第２の扇
   形面１１２を更に含み、前記第２の扇形面の少な
   くとも一部分は、前記コイル２１８と前記第２の
   扇形面１１２との間に波形の流路を作るための前
   記スペーサ手段２１９が前記熱交換管２１８の外
   面と前記第２の扇形面１１２との間に配置される
   ように熱交換管２１８の方へ全体的に外方に向い
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第３項に
   記載の血液酸素供給器。 ６ 前記スペーサ手段は熱交換管２１８に円周方
   向に延びる複数のリブ２１９を含むことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の血液酸素供給
   器。 ７ 前記血液入口２０３は前記コイルの下方に配
   置され、前記血液出口２０６は前記コイルの上方
   に配置されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の血液酸素供給器。 ８ 血液に酸素を供給するための酸素供給装置２
   ００が前記ハウジング２０１内に配置されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の
   血液酸素供給器。 ９ 前記第１および第２の扇形面１１６，１１２
   は両方とも前記コイル２１８の軸線方向長さほぼ
   全体に亘つて扇形に形成されており、かつ前記ス
   ペーサ手段２１９と前記コイル２１８の軸線方向
   長さほぼ全体に亘つて係合していることを特徴と
   する特許請求の範囲第５項に記載の血液酸素供給
   器。