JPH031875A - 膜型人工肺 - 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］ 本発明は膜型人工肺に係り、さらに詳しくは血液の体外
循環中にガス透過性中空糸膜の中空部には酸素含有ガス
を流し、中空糸の外側には血液を流すことにより、血液
中に酸素を付加すると同時に血液中の二酸化酸素を除去
するための膜型人工肺に関する。

［従来の技術］ 開心術の際等に応用されている人工節として、中空糸膜
な用いた膜型人工肺が広く普及している。

この膜型人工肺には、中空糸内側（中空部）に血液を流
し、外側にガス交換のためのガスを流す血液内部潅流型
、およびこれとは逆に中空糸の中空部にガスを流し、中
空糸外側には血液を流す血液外部潅流型がある。

しかし、血液内部潅流型の場合には、血液は細い中空糸
内部を流れるため流路抵抗が大きくなり、そのため圧力
損失が増大しそれに伴なう血球の破壊か生じることが知
られている。

そこて近年、血液外部潅流型の人工肺か多く開発され、
その有用性か認められるようになってきた。

一方、人工肺内を流れる血液の特徴として、ガス交換に
よって酸素を付加した場合、血液中の酸素濃度の広がり
は血液の流れに対して低速であり中空糸膜の近傍とその
周囲との間で酸素濃度の差は大きい。そのため、人工肺
において酸素添加箋を高める場合、血液層を薄くするこ
とや人工肺内において血液の流れに乱流を起こさせ、血
液の攪拌を行なうなどの工夫をすることが望ましい。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、血液外部潅流型の人工肺の場合にあっては、
血液の流れる態様、状態によりガス交換能か影響を受け
、また、中空糸膜の充填の仕方により血液の流れ易い場
所ができ、血液の遍流（以下、チャネリングという）も
発生するという問題がある。

従って本発明の目的は、中空糸膜の性能（ガス交換能）
を充分に発揮できるような血液の流れを持つ人工肺を提
供することにある。

［課題を解決するための手段］ そしてその目的は、本発明によれば、ガス透過性中空糸
を内筒および外筒の間に充填して中空糸層を形成し、中
空糸の中空部には＃素含有ガスを流すとともに中空糸の
外側には血液を流してなるｒｇ型人工肺において、前記
中空糸を血液の流れの方向に対して１００＠以上１３０
°未満の稜角に開いて巻き付け、中空糸層を形成したこ
とを特徴とする膜型人工師、により達成することかでき
る。

また、中空糸層における中空糸充填率を、中空糸層の内
側から外側に向うに従って密から疎に変化させると、血
液のチャネリングを防止でき、好ましい。

さらに、水膜型人工肺を、血液が内筒の端部に設けられ
た血液流入口より中空糸層内に流入し、次いで中空糸層
内を放射状に流れてガス交換を行なった後、血液流入口
側の端部とは反対側の外筒端部の円周上に設けられた血
液流出口より流出するような構造とすると、血液の流れ
易い部分ができず、血液が一様に流れることができ、好
ましい。

［作用コ 本発明者は、ガス交換能が向上するような人工肺中にお
ける血液の流れ型を追求するため、中空糸の配糸方法（
巻き付は方法）を種々検討した結果、中空糸の充填率を
一定にした場合、第２図及び第３図に示す如く、血液の
流れ方向に対する中空糸の巻き付は稜角θがある特定の
範囲にある場合、ガス交換（１）が高くなることを見出
した。即ち、人工肺の中空糸稜角θ（第２図に示す）は
１００”以上１３０”未満であることが好ましい。中空
糸稜角θが１００°未満の場合、血液か中空糸に沿って
流れ易く充分な乱流効果が得られず、ガス交換能が低下
する好ましくなく、また中空糸稜角θが１３０°以上で
は血液の滞流が発生し易くなり血栓の発生が起こり、好
ましくない。

更に、中空糸の充填率を血液流入口のある内筒近傍で最
も密にし、外側になるに従い疎になるように変化させて
配糸することで、血液流入口付近にて中空糸層自体が血
液の流れに対する抵抗となって中空糸層外側まで血液を
一様に行き渡らせる働きをし、血液のチャネリングを防
止することを可能にした。

中空糸の充填率は、内筒の近傍では０．５〜０．６５か
好ましく、更に好ましくは０．５５〜０．６の範囲であ
る。充填率が０．５未満では血液に対する抵抗の役割な
せず、内筒より流出した血液はすぐに外筒近傍に達し、
そのまま外筒近傍を流れ出口に達するため、中空糸全体
に血液は渡らず、良好なガス交換倦が得られず、好まし
くない、また充填率が０．６５を超えると血液の流れに
対する抵抗が大きくなるため、圧力損失が大きくなり、
好ましくない、一方、外筒の近傍では０．４０〜０．５
５が好ましく、更に好ましくは０．４５〜０．５０の範
囲である。充填率が０．４０未満では血液のチャネリン
グが発生し易く、また血液充填量も大きくなってしまい
好ましくない。また、充填率が０．５５を超えると圧力
損失が増大し、血球に影響を与えてしまうため好ましく
ない。

ここで、中空糸の充填率とは中空糸の束が占める部分の
全体の体積に対する中空糸のみの占める体積の割合をい
う。

また、中空糸の材質としては、ポリプロピレンポリエチ
レンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリフッ化ビニリデ
ン、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体などのフ
ッ素系樹脂、あるいはシリコーン樹脂などの疎水性樹脂
が好ましく用いられる。又、疎水性樹脂以外の材料を用
いる場合であっても、その血液との接触面をシリコーン
樹脂等で処理し、疎水性としたものも用いることができ
る。中空糸は、その周壁部に多数の微小細孔を有してお
り、そこでガス交換が行なわれる。微小細孔の平均細孔
径は一般に０．０１〜１ｇｍが好ましい、さらに、中空
糸の空隙率は一般に２０〜８０％程度であることが好ま
しい。

又、人工肺に充填される中空糸層の膜面積は通常約３ｍ
”以下でよい。

［実施例］ 以下、図示の実施例に基き本発明をさらに説明するが、
本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

第１図は本発明の模型人工肺の一実施例を示す断面概要
図である。

血液は血液人口ｌより人工肺２内に導入されて内筒３の
上部に入り、血液流入口４より内筒３と外筒５との間に
・充填された中空糸層６中に流入する。血液流入口４は
内筒３上部の円周に一様に開いており、血液は中空糸層
６中に偏りなく流入され、中空糸層６中を流れる間に、
中空糸に形成された細孔を介して中空糸内の酸素含有ガ
スと接触し、ガス交換して酸素を付加され、炭酸ガスが
減少せしめられる０次いで、浄化された血液は外筒５下
部の円周に一様に設けられた血液流出ロアより熱交換器
部８に入り、温度調節された後、血液出口９より流出さ
れる。尚、中空糸層６は内筒３および外筒５の両端部て
接着剤によって固定されており、それらの固定部１０．
１０°の両端面には中空糸層６の開口面１１．１１°が
ある。

一方、酸素含有ガスはガス人口１２より流入し中空糸層
６の入口開口面１１’より中空糸中空部へ流入し、中空
糸内を流れる間に中空糸外側を流れる血液とガス交換し
て血液を浄化し、出口開口面１１を経てガス出口１３よ
り排出される。

以上のような血液流路を構成することで、血液は人工肺
内を偏流することなく、−様に流れることかできる。

また、第４図は本発明の模型人工肺の他の実施例を示す
断面概要図であり、第１図の実施例とは血液が熱交換器
部８に入った後に人工肺２内に導入される点で異なるも
のである。又、第４図の実施例では、熱交換器部８にお
ける熱交換を内側を熱交換媒体たる水の流路１６とし、
その外側を血液流路１７とする二重管型を用いて行なう
。なお、１８はＣＯ２ガスカートリッジである。

以下、具体的な実施結果を説明する。

（実施例） 第１図に示す形式の人工帥であって、下記の寸法１条件
のものを用いた。

外筒・・、・直径５８履膳（内径） 内筒・・・直径２５ＩＩ１１（外径） 全長・・・直径２２０ｍ■ 中空糸：ポリプロピレン多孔質中空糸 膜面積・・・２．５ｍ２、 中空糸全体の充填率・−０，５ 内筒近傍の中空糸充填率・・・０．５５外筒近傍の中空
糸充填率・・・０．４８中空糸外径・・・４００井ｍ 平均細孔径−０，２ルｍ 空隙率・・・７０％ （中空糸は、第２図に示す如く、内筒外周に一定の稜角
θにて巻き付けた。） 固定部１０．１０′・・・ポリウレタン樹脂製以上の人
工肺を使用し、血液は新鮮な生血を用い、それをまずＡ
ＡＭＩの定める標準静脈血とした後、その標準静脈血を
１文／ｆｆ１ｉｎおよび３　ｆｔ　／ｗｉｎて人工肺に
潅流した。

また、人工肺には、血液流量とｌ：ｌの比にて酸素ガス
を送風した。

以上の条件で、中空糸の巻き付は稜角θを種々変えるこ
とにより人工肺のガス交換能の変化を測定した。結果を
第３図のグラフに示す。

第３図に示す如く、中空糸の充填率が一定で、血液の流
れる方向に対する中空糸の稜角θを変化させた場合、θ
が１２０”以上で最も高いガス交換能を示した。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の膜型人工肺によれば、中
空糸を血液の流れの方向に対してｌＯＯ°以上１３０°
未満の稜角に開いて巻き付け、中空糸層を形成したので
、中空糸膜のガス交換能を充分に発揮することができ、
そのため従来と同等の性鮨でも小型の人工肺を作成する
ことが可能となる。その結果、血液充填量の減少に結び
つき、輸血を必要としない無血体外循環が可能となって
体外循環を容易にすると同時に患者への負担も軽減する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の膜型人工肺の一実施例を示す断面概要
図、第２図は中空糸の巻き付は状態を示す斜視図、第３
図は中空糸の稜角θを変化させた場合のガス交換能を示
すグラフ、第４図は本発明の膜型人工肺の他の実施例を
示す断面概要図である。 ｌ・・・血液入口、２・・・人工肺、３・・・内筒、４
・・・血液流入口、５・・・外筒、６・・・中空糸層、
７・・−血液流出口、８・・・熱交換器部、９・・・血
液出口、１０゜ｉｏ’−・・固定部、１１．１１’・・
・中空糸層の開口面、１２・・・ガス入口、１３・・・
ガス出口、１４・・・水入口゛、１５・・・水出口、１
６・・・水流路、１７・・・血液流路１７．１８・・・
ＣＯ□ガスカートリッジ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガス透過性中空糸を内筒および外筒の間に充填し
   て中空糸層を形成し、中空糸の中空部には酸素含有ガス
   を流すとともに中空糸の外側には血液を流してなる膜型
   人工肺において、前記中空糸を血液の流れの方向に対し
   て１００゜以上１３０゜未満の稜角に開いて巻き付け、
   中空糸層を形成したことを特徴とする膜型人工肺。
2. （２）中空糸層における中空糸充填率を、中空糸層の内
   側から外側に向うに従って密から疎に変化させる請求項
   １記載の膜型人工肺。
3. （３）血液が内筒の端部に設けられた血液流入口より中
   空糸層内に流入し、該中空糸層内を放射状に流れてガス
   交換を行なった後、前記血液流入口側端部とは反対側の
   外筒端部の円周に設けられた血液流出口より流出する請
   求項１記載の膜型人工肺。