JPH02156958A - 中空糸膜型酸素富化装置 - 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、血液の拍動発生機能と血液への酸素富化機能
とを兼ね備えた中空糸膜型酸素富化装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の一般的な人工心肺装置は、人工肺、熱交換器、送
血用血液ポンプ、脱血回路の各々が血液チューブで接続
されることによって一つのシステムとして構成されてい
た。人工肺としては、ポリプロピレン多孔質中空糸膜や
シリコン均質膜を用いた模型人工肺が知られている。中
空糸を用いた人工肺には、中空糸の中空部分に血液を流
す内部潅流型と中空糸の外壁に接する空間に血液を流す
外部潅流型とがある。また、これら人工肺の送血用血液
ポンプとしては、ローラ型の定常流ポンプが用いられて
いた。

しかし、人工肺、熱交換器、送血用血液ボンブおよび説
血回路の各々が血液チューブで接続されてなる装置は、
システム全体が大きくなり、脱血量が大きくなって患者
に大きな負担をかけるという問題があった。

また、従来の人工肺では、内部潅流型は人工肺における
圧力損失が大きいこと、中空糸内を流れる血液が層流に
なり酸素や炭素ガスが血液から中空糸膜面に達するまで
の拡散抵抗が大きいことが問題であった。一方、外部潅
流型では人工肺内に中空糸を均一に充填することが困難
で、中空糸の充填密度の高い部分と低い部分が存在する
ようになり、低充填密度部分は流動抵抗か少ないので血
液が主にこの部分を流れるため、血液と中空糸との接触
効率か低下すること、また、血液の流れる空間にデッド
スペースができやすく、これが凝血の原因になることが
問題であった。

更に、送血用血液ポンプに関しては、生体内では血液は
拍動的に流れているにもかかわらず、ローラ型の定常流
ポンプを用いた場合には、常に高い圧力で送液しないと
血液を体内の毛細血管中を流すことができず、又、その
他の生体への生理学的影響が懸念されること等の問題が
あった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明者等は、このような状況に鑑み、ガス交換性に優
ね、血液凝固の虞れが少なく、しかも血液に拍動を与え
ることの可能な人工肺につき鋭意検討した結果、本発明
に到達した。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち、本発明は、硬質容器と周期的流体流出入機構
と血液逆流防止機構とを有してなり、硬質容器はその内
部が可撓性仕切により２以上の室に分割され、仕切られ
てなる室の１つの内部に中空糸束が収納され、該中空糸
の中空部は硬質容器の壁に設けられた気体入口および気
体出口に連通し、中空糸束が収納された室に面する硬質
容器の壁の下方に血液入口、上方に血液出口が設けられ
、中空糸束は血液流に対してほぼ垂直になるように配置
され、少なくとも１つの中空糸が収納されていない室に
面する壁に流体流出入用の開口部が設けられ、該開口部
は直接または流体流路を介して周期的流体出入機構に接
続され、血液逆流防止機構は血液入口、血液出口または
これらにつながる血液流路上に設けられてなる中空糸膜
型酸素富化装置である。

〔作用〕

本発明の中空糸膜型酸素富化装置は、基本的には、硬質
容器と、周期的流体出入機構と、逆流防止機構とから構
成される。

硬質容器としては、Ｉｋｇ／ｃｍ２程度の加圧減圧で実
質的に変形しない材質のものであればどのようなもので
も用いることができ、ポリカーボネート、ポリスチレン
、ポリプロピレン等の硬質プラスチック、金属等の材質
のものが例示できる。したがって、通常の外部潅流型の
中空糸膜型人工肺で用いられていたハウジングや、球型
、直方体等種々の形状の容器を用いることができる。硬
質容器内は、可撓性仕切で複数の室に仕切られ、仕切ら
れた複数の室の中、中空糸束が収納された室（以下、酸
素富化室と略称する）が血液の酸素富化のために用いら
れ、その他の中空糸束が収納されていない室（以下、流
体室と略称する）が血液に拍動を与えるための流体の流
入流出用に用いられる。

可撓性仕切としては、硬質容器内を液密に仕切ることが
でき、繰り返しの変形に耐えることのできるものであれ
ばどのようなものでも用いることができる。好ましい材
質の具体例としては、種々のゴムまたは軟質プラスチッ
ク製のシート、フィルムが挙げられる。

本発明で用いる中空糸としては、酸素および炭酸ガス透
過性を有する非多孔質中空糸膜が適当である。本発明の
装置においては、酸素富化室内の血液流の圧力が変動し
て、減圧になる場合もあるので、このような時に血液中
に気泡の混入する危険性が考えられる多孔質中空糸は好
ましくない。

また、酸素富化室内で中空糸が大きく揺動しても破損す
ることがないように、柔軟性を有し適切な強伸度を有す
るものが好ましく、更に中空糸同士のこすわがあっても
Ｉ膜破損の生じないような中空糸が好ましい。このよう
な中空糸としては、気体透過性非多孔質膜を多孔質膜で
挟んでなる多層中空糸膜が例示できる。気体透過性非多
孔質膜としては、シロキサン系、ポリウレタン系のある
いはセルロースエステル系、フルオロカーボン系の薄膜
が例示でき、これを挟む多孔質膜成分としては、柔軟性
を有することからポリオレフィンからなるものが例示で
きる。特開昭６２−１４０４号公報に開示された多層中
空糸膜を用いることが特に好ましい。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明を更に説明する。

第１図は、本発明の中空糸膜型酸素富化装置の実施態様
の概念を示すブロック図である。

第１図において、硬質容器１は、その内部が可撓性仕切
で酸素富化室と流体室との複数の室に仕切られている。

また、硬質容器１には、気体入口４、気体出口５、血液
入口６、血液用ロアおよび流体流出入用開口部８が配設
されている。流体流出入用開口部８は、周期的流体流出
入機構９に接続されており、また逆流防止機構としては
、逆流防止弁１Ｏ５１１が血液流路上に設けられた例が
示されている。

第２図は、本発明の中空糸膜型酸素富化装置の主要部分
である硬質容器の一例を示す縦断面図である。

この例は、硬質容器１として球形のものを用いたもので
、球形の硬質容器１の内部は、ラッパ状形状の可撓性仕
切２によって上下二つの室に仕切られている。下方に位
置する酸素富化室には、中空糸束３が収納されている。

酸素富化室に面する硬質容器の下方の壁には血液入口６
が設けられ、対向する上方の壁には血液用ロアが設けら
れている。すなわち、血液入口と血液出口とは、血液流
のチャネリングを防ぐ意味から上下のできるだけ離れた
位置に配設されている。中空糸束３の両端は、ボッティ
ング剤で固定され、中空糸の開口両端は硬質容器の側方
の壁に設けられた気体入口４および気体出口５に連通し
ており、酸素富化用の気体が各中空糸の中空部を流れる
。中空糸束は両端を除けば、酸素富化室内では固定され
てはいないか、いわば、へびがとぐろを巻くような状態
で中空糸が水平方向に巻かれるような状態で配設されて
おり、下方から上方に向かう血液流に対しては、各中空
糸が血液流とはほぼ垂直になるように配設されている。

しかし、中空糸束は固定されてはいないので、酸素富化
室の容積の変動に応じて揺動する。可撓性仕切としてラ
ッパ状形状のものを用いた理由は、酸素富化室の容積が
最小になった際に中空糸が充填されていない部分を最小
にするためである。

血液は、酸素富化室を通過する際に中空糸と接触し、中
空糸中空部を流れる酸素富化用気体との間でガス交換が
実施される。上記の説明から明らかなように、本発明の
装置の酸素富化室内では、血液流が中空糸とほぼ直交す
る形で接触する。したがって、中空糸の近傍では血液流
に常時乱流が生じており、かつ酸素富化室の体積変動に
応じて中空糸が揺動することと相まって、血液のガス交
換効率は極めて高いものとなる。

なお、この例では、血液流により中空糸が押し流されて
血液出口を塞いだり、可撓性仕切の変形によって血液出
口が塞かれたりするのを防止するために、数多くの小孔
を有するバイブ１２が血液用ロアを覆うように配設され
ている。

一方、上方に位置する流体室に面した硬質容器の壁には
、流体流用人用の開口部８が設けられている。周期的流
体流出入機構９の作用によって、流体がこれら開口部か
ら流入し、また排出されることによって、可撓性仕切２
が変形して酸素富化室の容積を変動させる。この容積の
変動により血液に拍動が付与される。

酸素富化室内の中空糸の配設量としては、中空糸のガス
交換能にも依存するが、中空糸の総膜表面積を１１１１
２程度とするのが適当である。また、中空糸の長さは、
１ｍ程度までとするのが好ましい。余り中空糸の長さが
長いとガス交換効率が低下するので好ましくない。酸素
富化室内の中空糸の充填率としては、酸素富化室の最小
容積を基準として、ｌＯ〜５５容禎％程度が適当である
。充填率が１０容積％未満の場合には、酸素富化室内で
血液のチャンネリングが生じやすく、また、５５容積％
を超える場合には、血液の流動抵抗が過大となり、溶血
を生じやすい。また、酸素富化室の容積の変動率は、酸
素富化室の容量にも依存するが、酸素富化室の最小容積
を基準として５０〜３００％程度が適当である。容積変
動が５０％未満の場合には、血液の拍動の圧力変動が不
十分となりやすく、逆に３００％を超える場合には、拍
動の圧力変動は充分であるが、酸素富化室内での血液の
チャネリングが生じやすく、充分なガス交換を達成しに
くい。

流体流出入用の開口部８は、配管（流体流路）を介して
周期的流体流出入機構につながっている。周期的流体流
出入機構は、流体を周期的に加圧・減圧するものでもよ
いが、可撓性仕切として圧力を開放した時にその弾性に
よって一定の位置へ回復可能なものを用いた場合には、
周期的に加圧する手段を設けて加圧時に可撓性仕切を酸
素富化室の容積を小さくする方向に変化させるようにし
て行なう手段か使用できる。例えば圧力がかからない時
に可撓性仕切がぴんと張った状態になり酸素富化室の容
積が最大となるようにしておき、周期的に加圧する手段
を設けて加圧時に可撓性仕切を酸素富化室の容積を小さ
くする方向に変化させるようにしてもよい。このような
機構によって流体が流体室に流入・流出することにより
、酸素富化室を流れる血液に拍動を与えることができる
。

逆流防止機構（図示せず）は、血液入口、血液出口また
はこれにつながる血液流路上に設けられている。この逆
流防止機構としては、逆流防止弁や血液を強制的に一方
向に送る血液ポンプが使用できる。また、逆流防止弁と
血液ポンプの両方が配設されてもよい。逆流防止弁の場
合には、血液入口や血液出口にこの弁が直接取り付けら
れていてもよいし、血液入口や血液出口につながる血液
流路上に設けられてもよい。逆流防止弁のみが設けらけ
ている場合には、本発明の装置が血液ポンプの役割をも
果すことになる。

流体室が複数ある場合には、各々の流体室に対応して周
期的流体流出入機構が設けられてもよい。しかし、各々
の流体室の流体流出入用開口部を配管でつないで、これ
を１つの周期的流体流出入機構につなぐのが経済的であ
り、各室の流体の拍動が自動的に同期することから好ま
しい。

周期的流体流出入機構としては、ピストン、あるいは加
圧または減圧ポンプと周期的に開閉し大気圧への復帰を
生じさせるための三方コックとの組合せ等が例示できる
。ここで用いる流体としては、空気等の気体でもよいし
、水等の液体でもよい。しかし、万一流体が酸素富化室
内の血液を汚染した際の安全性を考慮すると、無菌の純
水を使用するのが好ましい。

なお、ここでは、球形の硬質容器の例について説明した
が、中空糸が血液流に対してほぼ垂直に配設され、酸素
富化室内で中空糸が極端に偏在せず、かつ酸素富化室の
容積変動に応じて中空糸が揺動できれば、硬質容器の形
状はどのような形状とすることも可能である。

〔発明の効果〕

本発明により５血液の拍動発生機能と血液への酸素富化
機能とを兼ね備えたコンパクトな中空糸膜型酸素富化装
置か提供された。

この装置は、人工肺機能と人工心臓機能とが一体化され
ているので、人工心肺装置としては簡便に使用すること
ができ、また脱血量の点でも患者の負担量を軽減するこ
とができた。

また、従来の人工肺と比較すると、この装置は血液の拍
動発生機能が備わっているので、生体へ使用するにあた
ってはそのままで血液を毛細血管中を通すことが可能で
ある。更に、可撓性仕切の拍動により装置内の中空糸が
揺動するとともに、中空糸と直交する形で血液流が流れ
るので、血液と中空糸との接触効率がより高まり高度な
ガス交換能を発揮することができる。更に、酸素富化室
の容積が変動するので、酸素富化室内にデッドスペース
が生じそこに血液の滞留が生じる可能性は極めて低減さ
れ、凝血が生じることは殆どなくなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の中空糸膜型酸素富化装置の一実施態
様の概念を示すブロック図である。 第２図は、本発明の中空糸膜型酸素富化装置の主要部分
である硬質容器の一例を示す模式断面図である。 １：硬質容器　　　　　　２：可撓性仕切３：中空糸　
　　　　　　４：気体入口５：気体出口　　　　　　６
：血液入ロア：血液出口 ８：流体流出入用開口部 ９：周期的流体流出入機構 １０．１１：逆流防止弁　　　１２：多孔パイプ特許出
願人　　三菱レイヨン株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）硬質容器と周期的流体流出入機構と血液逆流防止機
   構とを有してなり、硬質容器はその内部が可撓性仕切に
   より２以上の室に分割され、仕切られてなる室の１つの
   内部に中空糸束が収納され、該中空糸の中空部は硬質容
   器の壁に設けられた気体入口および気体出口に連通し、
   中空糸束が収納された室に面する硬質容器の壁の下方に
   血液入口、上方に血液出口が設けられ、中空糸束は血液
   流に対してほぼ垂直になるように配置され、少なくとも
   １つの中空糸が収納されていない室に面する壁に流体流
   出入用の開口部が設けられ、該開口部は直接または流体
   流路を介して周期的流体出入機構に接続され、血液逆流
   防止機構は血液入口、血液出口またはこれらにつながる
   血液流路上に設けられてなる中空糸膜型酸素富化装置。 ２）中空糸が、非多孔質膜を多孔質膜で挟んでなる多層
   中空糸膜であることを特徴とする請求項１記載の中空糸
   膜型酸素富化装置。