JPH0321189B2 - - Google Patents

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JPH0321189B2
JPH0321189B2 JP56022222A JP2222281A JPH0321189B2 JP H0321189 B2 JPH0321189 B2 JP H0321189B2 JP 56022222 A JP56022222 A JP 56022222A JP 2222281 A JP2222281 A JP 2222281A JP H0321189 B2 JPH0321189 B2 JP H0321189B2
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JP
Japan
Prior art keywords
oxygenator
hollow fibers
blood
porous hollow
average
Prior art date
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Application number
JP56022222A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS57136457A (en
Inventor
Hiromichi Fukazawa
Michio Sugano
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Terumo Corp
Original Assignee
Terumo Corp
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Publication date
Application filed by Terumo Corp filed Critical Terumo Corp
Priority to JP56022222A priority Critical patent/JPS57136457A/en
Publication of JPS57136457A publication Critical patent/JPS57136457A/en
Publication of JPH0321189B2 publication Critical patent/JPH0321189B2/ja
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【発明の詳細な説明】 発明の背景 技術分野 本発明はホローフアイバー型人工肺に関する。 先行技術 人工肺には、大別して、気泡型と膜型とがある
が、ガス交換膜を用いる膜型人工肺は、血液−ガ
ス直接接触方式の気泡型と比べ、ガス交換方式が
より生理的であるため、種々の利点をもち、膜型
のものが推奨されている。 膜型人工肺を用いて体外循環を行うには、従
来、第1図に示されるような回路のいわゆるダブ
ルポンプシステムを用いるのが一般的である。こ
のダブルポンプシステムは、図示のように、第1
の貯血槽R1、第1の送血ポンプP1、人工肺10、
第2の貯血槽R2および第2のポンプP2を順次接
続して回路を形成するものである。そして、この
ような回路では、人工肺10に加わる圧力は、自
己の圧力損失のみとなり、装置の安全性が確保さ
れる。しかし、このようなダブルポンプシステム
では、ポンプが2基必要であること、回路のプラ
イミング量が増大すること、操作が煩雑となるこ
と等、種々の欠点を持つている。 これに対し、上記第1図に示されるようなダブ
ルポンプシステムにおいて、第2の貯血槽R2
よび第2の送血ポンプP2を除去した、第2図に
示されるようなシングルポンプシステムを用いれ
ば、上記したような欠点は解消する。しかし、こ
の場合には、送血ポンプP出口付近での回路内圧
は、送血カテーテル部の圧力と、人工肺10の圧
力損失とを足した値となり、人工肺10に大きな
耐圧性が要求される。しかるに、従来の平膜ガス
交換膜を用いる積層型やコイル型の膜型人工肺で
は、耐圧強度が低く、装置の安全性に問題があ
る。又、従来の膜型人工肺では圧力損失が大き
く、回路内圧がきわめて高くなり、各接続部やチ
ユーブ等に破裂の危険が生じる。更には、内圧の
上昇により、血液層の厚さが増大し、性能の低下
をきたすことにもなる。 ところで、従来の平膜を用いる膜型人工肺に対
し、ガス交換膜として、少なくとも内壁面が疎水
性の多孔性中空糸を用いるホローフアイバー型人
工肺が開発されている。このホローフアイバー型
人工肺は、平膜を用いるものと比較して、耐圧強
度が高く、又装置単位体積当りの膜面積が大きく
とれ、更に血液層は多孔性中空糸内径に規制され
るため、ガス交換性能も安定である。 本発明者らは、ホローフアイバー型人工肺の実
用化への先鞭をつけ、数多くの実用化研究を繰返
してきた。そして、一部のホローフアイバー型人
工肺では、上記のようなシングルポンプシステム
にて、有効に使用できることを確認している。 この場合、従来のホローフアイバー型人工肺に
使用している多孔性中空糸の内径は200μ以上で
ある。これは、圧損の増大や疎水性の閉塞などを
考えてのことである。 これに対し、中空糸の内径を200μ未満とすれ
ば、酸素加性能の上昇が考えられ、実際、本発明
者らの実験によれば、例えば、中空糸の内径のみ
が異なり、他を同一の条件とした2つのホローフ
アイバー型人工肺において、190μ内径のものは、
200μ内径のものと比較して、酸素飽和度65%の
血液を95%以上に酸素化できる血流量(Q〓30)が
10%程度向上し、又プライミングボリユームも10
%程度減少するなど、200μ未満の内径のものは、
従来のものと比較して、格段と小型高性能の人工
肺が実現することが確認されている。 しかし、このような高性能も、あくまでダブル
ポンプシステムを前提とした場合のものであつ
て、200μ未満の内径の中空糸を使用する人工肺
をシングルポンプシステムに用いると、血液損傷
特に溶血が亢進し、非常に危険であることが判明
した。 発明の目的 本発明はこのような実状に鑑みなされたもので
あつて、200μ未満の平均内径をもつ多孔性中空
糸を使用する小型高性能のホローフアイバー型人
工肺を改良して、シングルポンプシステムでも安
全に、特に溶血の発生の危険なく、体外循環を行
えるようにすることを主たる目的とする。 本発明者らは、このような目的につき鋭意検討
を繰返し、以下のような知見を得た。 まず、200μ未満の内径の中空糸を使用する人
工肺を用い、第2図に示されるようなシングルポ
ンプシステムに準じた回路を作成し、送血ポンプ
圧と人工肺出口回路内圧とを適宜変更して、人工
肺中にて生じる溶血量を評価した。その結果、本
発明者らは、人工肺入口の回路内圧が600mmHgを
超えると、急激に溶血量が増加することを発見し
た。そして、このような人工肺入口回路内圧の臨
界性は、膜面積、中空糸内径、更には血液流量等
の異同に拘らず常に同様に生じることも判明し
た。なお、このような実験の1例は、後記実験例
に示される。 ところで、第2図に示されるようなシングルポ
ンプシステムにおいて、人工肺10入口の回路内
圧は、送血カテーテル部の圧力と、人工肺10の
圧損と、その他チユーブ、熱交換器等の圧損を加
えたものとなる。この場合、送血カテーテル部の
圧力は、通常、最大400mmHg程度以下に設定され
るものであり、又チユーブ等の圧損は微小なもの
としてよい。従つて、これらから、ホローフアイ
バー型人工肺を用いて安全にシングルポンプシス
テム循環を行うには、人工肺の圧力損失は、上記
のようにして確認された人工肺入口臨界圧600mm
Hgから、この400mmHgを引いた200mmHg以下で
なければならないことが判明した。すなわち、シ
ングルポンプシステムにて、人工肺の圧力損失が
200mmHgを超えると、溶血量が急激に増加する危
険性があるものである。 さて、人工肺の圧力損失は中空糸の寸法に依存
する。そこで本発明者らは、中空糸寸法と圧力損
失との関係を種々検討した結果、中空糸の平均内
径をd、その平均全長をL、ガス交換膜として使
用される有効長、すなわち全長から両端部隔壁厚
を差し引いた長さをlとしたとき、圧力損失が
d4/(L×l)に比例することを見出した。 一方、圧力損失は血液流量や血液粘度にも依存
する。そこで、開心術や補助循環における手技条
件下で通常最も高い粘度に属する0.25ポイズ程度
の血液粘度(例えばヘマトクリツト値Ht35%、
温度37℃)の血液を用い、通常の条件下で最も高
い部類に属する上記Q〓30の血液流量で、中空糸寸
法の異なる各種人工肺の圧力損失を測定したとこ
ろ、200mmHg以下の圧力損失を得るには、d4
(L/l)が4.3×10-10cm2以上でなければならな
いことが見出された。 本発明は、このような新たな発見に基づきなさ
れたものである。 すなわち、本発明は、ガス交換膜として少なく
とも内壁面が疎水性の多孔性中空糸を用い、当該
多孔性中空糸を複数本集束して、その両端部を隔
壁内に埋めこみ開口し、当該多孔性中空糸内部を
血液流路とするホローフアイバー型人工肺におい
て、上記多孔性中空糸の平均内径が100μ以上
200μ未満であり、この平均内径をd(cm)、その
平均全長をL(cm)、全長から両端の隔壁厚を差引
いて得られる有効長の平均をl(cm)としたとき、 d4/(L×l)≧4.3×10-10cm2 なる関係をもち、1基の送血ポンプを用いる回路
にて使用することを特徴とするホローフアイバー
型人工肺である。 この場合、中空糸は、複数集束されて、その両
端が開口した状態で、その両端部を1対の隔壁内
に埋めこまれて人工肺とされる。従つて、この両
端が隔壁中に埋めこまれた長さ、すなわち隔壁厚
を全長から差し引いたものが有効長である。 なお、本発明者らが先に発表してきたホローフ
アイバー型人工肺に使用する多孔性中空糸の平均
内径は200μ以上であるが、その中で、上記d4
(L×l)が4.7×10-10cm2に設定されたものも存
在する。しかし、このような条件設定は、シング
ルポンプシステムに対する適合性から決定された
ものではなく、上に詳述した本発明者らの新たな
発見からなされたところの本発明は、そのような
発表事実から、推考可能となるものではない。 発明の具体的構成 以下、本発明の具体的構成について詳細に説明
する。 本発明において、ガス交換膜として使用する多
孔性中空糸は、少なくともその内壁面、すなわち
血液接触面が疎水性のものであり、内壁面の水に
対する接触角は、90゜以上である。このため、多
孔性中空糸としては、ポリプロピレン、ポリエチ
レンなどのポリオレフイン系樹脂、フツ素樹脂、
シリコーン樹脂等の疎水性樹脂製であつてもよ
く、あるいは、その他の材料からなり、その少な
くとも内壁面を、シリコーン油や反応性シリコー
ン樹脂等で処理し、疎水性としたものであつても
よい。これらのうち、多孔性中空糸としては、ポ
リオレフイン系樹脂、特にポリプロピレンから形
成されるものであることが好ましい。 このような材質からなる多孔性中空糸は、その
中空内壁と外壁とに連通する微小細孔を多数有す
る。 微小細孔の平均細孔径には、特に制限はない
が、電子顕微鏡にて観察したとき、一般に、200
〜2000Åであることが好ましい。なお、微小細孔
の形状が長円状であるときには、細孔径は短径と
長径の相乗平均とし、その平均を求めればよい。 又、中空糸の平均空孔率にも特に制限はない
が、一般に、30〜80%程度であることが好まし
い。更に、中空糸の平均肉厚は、一般に、概ね、
10〜50μ程度とすればよい。 これに対し、中空糸の平均内径dは200μ未満
である。ただ、余りにdが小さくなると、中空糸
閉塞等が生じるので、dは100μ以上であること
が好ましい。又、dが190μより大であると、
200μのものに対し、酸素添加能や上記Q〓30がさし
て増大せず、又プライミングボリユームもさして
減少しない。このため、dは100〜190μであるこ
とが好ましい。 このような前提の下で、上記d4/(L×l)は
4.3×10-10cm2以上でなければならない。前述のよ
うに、この値を臨界値として、4.3×10-10cm2未満
ではQ〓30における圧損が200mmHgより大となり、
通常の手技条件下におけるシングルポンプシステ
ムにて、溶血量が急激に増大してしまうことにな
る。 この場合、Lは用いる多孔性中空糸の全長を平
均して求められ、又lは、各中空糸の全長から、
それぞれの両端部の後述の隔壁厚を差引いたもの
を平均して求められる。 本発明のホローフアイバー型人工肺は、このよ
うな多孔性中空糸を複数本集束し、その両端部に
おいて、高分子重合体隔壁内に埋めこみ開口して
なる。そして、この各多孔性中空糸内部を血液流
路とし、その肉厚部の微小細孔を介しガス交換を
行う。この場合、用いる中空糸の本数について特
に制限はなく、使用本数にかかわりなく、d4
(L×l)が同一であれば、同一の圧力損失を与
えるものである。ただ、使用本数により膜面積が
変わり、Q〓30やプライミングボリユームが変わる
ので、通常は、4000〜80000本程度を用いるのが
一般的である。 このような多孔性中空糸の複数本を、その両端
部において埋めこみ開口し、所定のハウジング内
に支持する隔壁は、高分子重合体から形成され
る。高分子重合体としては、ポツテイング材とし
て知られるポリウレタン樹脂等から形成すればよ
い。そして、この両端隔壁厚を全長から差引い
て、上記有効長lは求められる。 このようにして構成されるホローフアイバー型
人工肺の具体的1例が第3図に示される。 同図に示されるように、人工肺1は、ハウジン
グ2をもつ。このハウジング2は、例えば筒状体
21の両端に取り付けカバー22,23を取り付
けて構成される。そして、このハウジング2内に
は、複数の多孔性中空糸3,…がほぼ平行に配列
されている。 他方、この多孔性中空糸3,…の両端部は、ハ
ウジング2の取り付けカバー22,23内におい
て、上記のように、隔壁41,45によつて、そ
の開口を露出して支持固定されている。この場
合、隔壁41,45内の中空糸3,…の実質的充
填率は、概ね20〜60%程度とすればよい。又、隔
壁41,45の厚さは、概ね0.5〜5cm程度とす
ればよい。なお、第3図に示される例では、隔壁
41,45は遠心注型によつて形成される結果、
その内壁面は凹面をなす。このような場合には、
平均有効長lは、平均全長Lから、中空糸の実質
的な集束部分における隔壁厚の平均を両隔壁4
1,45につき差し引いて求めればよい。 このような隔壁は、同時に、ハウジング2内に
おいて、閉塞したガス室5を形成している。そし
て取り付けカバー22,23には、それぞれガス
用入口および出口61,65が設けられ、ガス室
5内に空気流路が形成されている。なお、筒状体
21は、このガス用入口および出口61,65に
対向するごとく延長され、リブ251,255を
形成し、吹送されるガスの短絡がおこらないよう
配慮されている。 他方、隔壁41,45の外端面は、ヘツドカバ
ー71,75によつてそれぞれ覆われており、こ
のヘツドカバー71,75には血液用入口および
出口81,85が設けられている。なお、第3図
に示される人工肺1では、ハウジング2の筒状体
21内に、絞り部215が形成され、中空糸3の
充填率が端部にゆくにつれ疎になる構造となつて
いる。このような構造を採用する必要は必ずしも
ないが、これによりCO2除去能がより高いものと
なる。 発明の具体的作用効果 以上詳述してきた本発明のホローフアイバー型
人工肺は、血液用入口81から血液を導入し、血
液を多孔性中空糸内部を通過させ、血液用出口8
5から排出するとともに、酸素、空気等をガス用
入口61、ガス室5、ガス用出口65の経路で吹
送して使用する。このとき、多孔性中空糸の微小
細孔を介し、血液への酸素添加と、血液からの
CO2除去とが行われる。 この場合、本発明のホローフアイバー型人工肺
は、上記d、L、lの関係を上記のように規制す
るので、通常の手技下における最高部類に属する
血液粘度を与えるHt35%、37℃の条件下にて、
Q〓30の血液流量において200mmHg以下の圧力損失
であり、通常のシングルポンプシステム体外循環
において、溶血発生の危険性はきわめて少ない。
又、回路内圧は、人工肺入口において600mmHg以
下にすることができるので、各種接続部や、チユ
ーブなどの破裂の危険性がなくなる。この結果、
上記のようなシングルポンプシステムで安全に体
外循環を行うことができる。 又、dは200μ未満であるので、酸素添加能は
高くなり、Q〓30を高くすることができ、しかもプ
ライミングボリユームは小さくなり、患者の負担
が小さくなり、循環に際し輸血を行う必要もな
い。 これらの結果、本発明のホローフアイバー型人
工肺は、開心術あるいは補助循環等のシングルポ
ンプシステムの体外循環に用いて、きわめて有用
である。 本発明者らは、本発明の効果を確認するため
種々実験を行つた。以下にその1例を示す。 実験例 1 平均内径d190μ、平均肉厚25μのポリプロピレ
ン製多孔性中空糸を用意した。この多孔性中空糸
の平均空孔率は50%、平均細孔径は電子顕微鏡に
て測定した結果700Åであつた。 次に、この多孔性中空糸の複数本を用い、平均
有効長l14cm、平均全長L17cmにて、膜面積1.0m2
の第3図に示されるようなホローフアイバー型人
工肺を作製した。この場合、d4/(L×l)は
5.5×10-10cm2である。なお、隔壁41.45は、ポリウ
レタン樹脂から形成した。 次いで、この人工肺1を用い、第4図に示され
るように、人工肺1を貯血槽R2およびポンプP2
と接続し、ヘマクリツト値Ht35%、血漿遊離ヘ
モグロビン量25mg/dlの新鮮ヘパリン加牛血1
を、1/minの血液流量で、温度37℃にて3時
間循環した。又、人工肺1を接続しない対照回路
を作製し、同一条件で循環を行つた。 このような循環において、循環回路には、人工
肺1出口側であつて、貯血槽R2の入口側のチユ
ーブをクレンメで狭さくし、人工肺入口の回路内
圧Pを下記表1に示されるようにかえ、5種の循
環を行つた。 3時間循環後、血液のプラズマフリーヘモグロ
ビン量(mg/dl−plasma)を測定し、これから
対照回路におけるプラズマフリーヘモグロビン量
測定値を差引き、ポンプおよび回路による溶血を
除外したプラズマフリーヘモグロビン量Hb*を算
出した。結果を下記表1に示す。 表1の結果から、シングルポンプシステムに準
じた回路にて、人工肺の入口回路内圧Pが600mm
Hgを超えると、急激に溶血量が増大することが
わかる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to hollow-eye bar oxygenators. Prior art Artificial lungs can be roughly divided into bubble type and membrane type. Membrane type oxygenators, which use a gas exchange membrane, use a gas exchange method that is more physiological than the bubble type, which uses a blood-gas direct contact method. Therefore, the membrane type is recommended because it has various advantages. Conventionally, in order to perform extracorporeal circulation using a membrane oxygenator, a so-called double pump system having a circuit as shown in FIG. 1 is generally used. This double pump system has a first
blood storage tank R 1 , first blood pump P 1 , oxygenator 10,
The second blood reservoir R 2 and the second pump P 2 are connected in sequence to form a circuit. In such a circuit, the pressure applied to the oxygenator 10 is only its own pressure loss, and the safety of the device is ensured. However, such a double pump system has various drawbacks, such as requiring two pumps, increasing the amount of circuit priming, and making operations complicated. On the other hand, in the double pump system as shown in FIG. 1 above, a single pump system as shown in FIG. If used, the above-mentioned drawbacks will be overcome. However, in this case, the internal pressure in the circuit near the outlet of the blood pump P is the sum of the pressure in the blood feeding catheter section and the pressure loss in the oxygenator 10, and the oxygenator 10 is required to have high pressure resistance. Ru. However, conventional stacked or coiled membrane oxygenators using flat membrane gas exchange membranes have low pressure resistance and pose problems in device safety. Furthermore, in the conventional membrane oxygenator, the pressure loss is large and the internal pressure in the circuit becomes extremely high, creating a risk of rupture at each connection part, tube, etc. Furthermore, due to the increase in internal pressure, the thickness of the blood layer increases, resulting in a decrease in performance. By the way, in contrast to membrane oxygenators that use conventional flat membranes, hollow fiber oxygenators have been developed that use porous hollow fibers whose inner wall surfaces are at least hydrophobic as gas exchange membranes. Compared to those using flat membranes, this hollow fiber oxygenator has higher pressure resistance and a larger membrane area per unit volume of the device, and the blood layer is regulated by the inner diameter of the porous hollow fibers. Gas exchange performance is also stable. The present inventors have taken the lead in the practical application of hollow fiber oxygenator lungs, and have repeatedly conducted numerous practical studies. It has been confirmed that some hollow-eye bar oxygenators can be effectively used with a single pump system as described above. In this case, the inner diameter of the porous hollow fibers used in the conventional hollow fiber oxygenator is 200μ or more. This is done in consideration of increased pressure loss and hydrophobic occlusion. On the other hand, if the inner diameter of the hollow fiber is less than 200μ, it is thought that the oxygen addition performance will increase, and in fact, according to the experiments of the present inventors, for example, only the inner diameter of the hollow fiber is different, and the other things are the same. Among the two hollow-eye oxygenators used as conditions, the one with an inner diameter of 190μ is:
Compared to those with an inner diameter of 200μ, the blood flow rate (Q〓 30 ) that can oxygenate blood with an oxygen saturation of 65% to 95% or more is
Improved by about 10%, and priming volume also increased by 10
For those with an inner diameter of less than 200μ,
It has been confirmed that an artificial lung that is much smaller and has higher performance than conventional ones can be realized. However, such high performance is based only on the assumption that a double pump system is used; if an oxygenator using a hollow fiber with an inner diameter of less than 200μ is used in a single pump system, blood damage, especially hemolysis, will increase. It turned out to be extremely dangerous. Purpose of the Invention The present invention was made in view of the above-mentioned circumstances, and is a single-pump system by improving a small, high-performance hollow fiber oxygenator using porous hollow fibers with an average inner diameter of less than 200μ. However, the main objective is to allow extracorporeal circulation to be carried out safely, especially without the risk of hemolysis occurring. The inventors of the present invention have repeatedly and diligently studied these objectives, and have obtained the following knowledge. First, using an oxygenator using a hollow fiber with an inner diameter of less than 200μ, we created a circuit similar to a single pump system as shown in Figure 2, and changed the blood pump pressure and the oxygenator outlet circuit internal pressure as appropriate. The amount of hemolysis occurring in the oxygenator was evaluated. As a result, the present inventors discovered that when the circuit pressure at the inlet of the oxygenator exceeds 600 mmHg, the amount of hemolysis increases rapidly. It has also been found that the criticality of the internal pressure of the oxygenator inlet circuit always occurs in the same way regardless of the membrane area, hollow fiber inner diameter, blood flow rate, etc. Note that one example of such an experiment is shown in Experimental Example below. By the way, in a single pump system as shown in FIG. 2, the circuit internal pressure at the inlet of the oxygenator 10 is calculated by adding the pressure of the blood feeding catheter section, the pressure loss of the oxygenator 10, and the pressure loss of other tubes, heat exchangers, etc. It becomes something. In this case, the pressure in the blood feeding catheter section is usually set at a maximum of about 400 mmHg or less, and the pressure drop in the tube etc. may be small. Therefore, in order to safely perform single-pump system circulation using a hollow-eye bar type oxygenator, the pressure loss of the oxygenator must be 600mm at the oxygenator inlet critical pressure confirmed as above.
It turns out that it has to be less than 200mmHg, which is calculated by subtracting this 400mmHg from Hg. In other words, with a single pump system, the pressure loss of the oxygenator is
If it exceeds 200 mmHg, there is a risk that the amount of hemolysis will increase rapidly. Now, the pressure drop in an oxygenator depends on the dimensions of the hollow fiber. As a result of various studies on the relationship between hollow fiber dimensions and pressure loss, the present inventors determined that the average inner diameter of the hollow fiber is d, its average total length is L, and the effective length used as a gas exchange membrane, that is, from the total length to both ends. When the length after subtracting the partition wall thickness is l, the pressure loss is
It was found that it is proportional to d 4 /(L×l). On the other hand, pressure loss also depends on blood flow rate and blood viscosity. Therefore, blood viscosity of about 0.25 poise (for example, hematocrit value Ht 35%,
When we measured the pressure loss of various oxygenators with different hollow fiber dimensions using blood at a temperature of 37°C and a blood flow rate of Q〓 30 , which is among the highest under normal conditions, we found that the pressure loss was less than 200 mmHg. To get d 4 /
It has been found that (L/l) must be greater than or equal to 4.3×10 −10 cm 2 . The present invention has been made based on this new discovery. That is, the present invention uses porous hollow fibers having at least a hydrophobic inner wall surface as a gas exchange membrane, bundles a plurality of the porous hollow fibers, and embeds both ends of the porous hollow fibers in a partition wall to open the porous fibers. In a hollow fiber oxygenator in which the blood flow path is inside the hollow fibers, the average inner diameter of the porous hollow fibers is 100μ or more.
It is less than 200μ, and when this average inner diameter is d (cm), its average total length is L (cm), and the average effective length obtained by subtracting the partition wall thickness at both ends from the total length is l (cm), d 4 / The hollow fiber oxygenator is characterized by having the relationship (L×l)≧4.3×10 −10 cm 2 and being used in a circuit using one blood pump. In this case, a plurality of hollow fibers are bundled, both ends of which are opened, and both ends are embedded within a pair of partition walls to form an oxygenator. Therefore, the effective length is the length in which both ends are embedded in the partition wall, that is, the thickness of the partition wall is subtracted from the total length. Note that the average inner diameter of the porous hollow fibers used in the hollow fiber oxygenator previously announced by the present inventors is 200μ or more;
There is also one in which (L×l) is set to 4.7×10 −10 cm 2 . However, such condition settings were not determined based on suitability for a single pump system, and the present invention, which was made based on the inventors' new discoveries detailed above, is based on such published facts. Therefore, it cannot be inferred. Specific Configuration of the Invention The specific configuration of the present invention will be described in detail below. In the present invention, the porous hollow fiber used as a gas exchange membrane is hydrophobic at least on its inner wall surface, that is, its blood contact surface, and the contact angle of the inner wall surface with water is 90° or more. For this reason, porous hollow fibers include polyolefin resins such as polypropylene and polyethylene, fluorine resins,
It may be made of hydrophobic resin such as silicone resin, or it may be made of other materials, and at least the inner wall surface thereof may be treated with silicone oil, reactive silicone resin, etc. to make it hydrophobic. . Among these, the porous hollow fibers are preferably formed from polyolefin resin, particularly polypropylene. A porous hollow fiber made of such a material has a large number of micropores that communicate with the hollow inner wall and outer wall. There is no particular limit to the average pore diameter of micropores, but when observed with an electron microscope, it is generally 200
It is preferably ~2000 Å. Note that when the micropore has an elliptical shape, the pore diameter may be the geometric average of the short diameter and the long diameter, and the average may be determined. Further, there is no particular restriction on the average porosity of the hollow fibers, but it is generally preferably about 30 to 80%. Furthermore, the average wall thickness of the hollow fiber is generally approximately
The thickness may be approximately 10 to 50μ. In contrast, the average inner diameter d of the hollow fibers is less than 200μ. However, if d becomes too small, hollow fiber clogging may occur, so d is preferably 100μ or more. Also, if d is larger than 190μ,
Compared to 200μ, the oxygen addition ability and the above Q〓 30 do not increase much, and the priming volume does not decrease much either. For this reason, d is preferably 100 to 190μ. Under these assumptions, the above d 4 /(L×l) is
Must be at least 4.3 x 10 -10 cm 2 . As mentioned above, with this value as the critical value, if it is less than 4.3 × 10 -10 cm 2 , the pressure drop at Q〓 30 will be greater than 200 mmHg,
With a single pump system under normal procedure conditions, the amount of hemolysis increases rapidly. In this case, L is obtained by averaging the total length of the porous hollow fibers used, and l is calculated from the total length of each hollow fiber,
It is calculated by subtracting the partition wall thicknesses at both ends, which will be described later, and then averaging them. The hollow fiber oxygenator of the present invention is made by bundling a plurality of such porous hollow fibers, and embedding the fibers at both ends into a polymer partition wall to open the fibers. The inside of each porous hollow fiber is used as a blood flow path, and gas exchange is performed through the minute pores in the thick part. In this case, there is no particular restriction on the number of hollow fibers used, and regardless of the number of hollow fibers used, d 4 /
If (L×l) is the same, the same pressure loss is given. However, since the membrane area changes depending on the number of tubes used, Q = 30 and priming volume change, it is common to use around 4000 to 80000 tubes. A partition wall that embeds a plurality of such porous hollow fibers at both ends thereof and supports them in a predetermined housing is formed of a high molecular weight polymer. The polymer may be formed from polyurethane resin, which is known as a potting material. Then, by subtracting the thickness of the partition walls at both ends from the total length, the above-mentioned effective length l is determined. A specific example of a hollow fiber oxygenator configured in this manner is shown in FIG. As shown in the figure, the oxygenator 1 has a housing 2. This housing 2 is constructed by attaching mounting covers 22 and 23 to both ends of a cylindrical body 21, for example. Inside this housing 2, a plurality of porous hollow fibers 3, . . . are arranged substantially in parallel. On the other hand, both ends of the porous hollow fibers 3, . . In this case, the substantial filling rate of the hollow fibers 3, . . . in the partition walls 41, 45 may be approximately 20 to 60%. Further, the thickness of the partition walls 41 and 45 may be approximately 0.5 to 5 cm. In the example shown in FIG. 3, the partition walls 41 and 45 are formed by centrifugal casting;
Its inner wall surface is concave. In such a case,
The average effective length l is calculated from the average total length L by dividing the average partition wall thickness in the substantial convergence part of the hollow fiber into both partition walls 4
You can find it by subtracting 1.45. Such a partition simultaneously forms a closed gas chamber 5 within the housing 2 . The mounting covers 22 and 23 are provided with a gas inlet and an outlet 61 and 65, respectively, and an air flow path is formed in the gas chamber 5. The cylindrical body 21 is extended so as to face the gas inlet and outlet 61, 65, and ribs 251, 255 are formed to prevent short-circuiting of the blown gas. On the other hand, the outer end surfaces of the partition walls 41, 45 are covered by head covers 71, 75, respectively, and the head covers 71, 75 are provided with blood inlets and outlets 81, 85. In addition, in the oxygenator 1 shown in FIG. 3, a constricted portion 215 is formed in the cylindrical body 21 of the housing 2, and the filling rate of the hollow fibers 3 becomes sparse toward the end. . Although it is not necessarily necessary to adopt such a structure, it increases the CO 2 removal ability. Specific Effects of the Invention The hollow fiber oxygenator of the present invention, which has been described in detail above, introduces blood from the blood inlet 81, allows the blood to pass through the porous hollow fibers, and allows the blood to pass through the blood outlet 81.
At the same time, oxygen, air, etc. are blown through the gas inlet 61, the gas chamber 5, and the gas outlet 65 for use. At this time, oxygen is added to the blood and removed from the blood through the micropores of the porous hollow fiber.
CO 2 removal is performed. In this case, the hollow-eye bar type oxygenator of the present invention regulates the relationship between d, L, and l as described above, so that the conditions of Ht 35% and 37°C provide blood viscosity that is among the highest under normal procedures. Below,
The pressure drop is less than 200 mmHg at a blood flow rate of Q = 30 , and the risk of hemolysis is extremely low in normal single pump system extracorporeal circulation.
Moreover, since the internal pressure of the circuit can be kept below 600 mmHg at the inlet of the oxygenator, there is no risk of rupture of various connections or tubes. As a result,
Extracorporeal circulation can be performed safely with a single pump system such as the one described above. In addition, since d is less than 200μ, the oxygenation capacity is high and Q〓30 can be increased, and the priming volume is also small, reducing the burden on the patient and eliminating the need for blood transfusion during circulation. As a result, the hollow fiber oxygenator of the present invention is extremely useful for use in open heart surgery or extracorporeal circulation in a single pump system such as auxiliary circulation. The present inventors conducted various experiments to confirm the effects of the present invention. An example is shown below. Experimental Example 1 Polypropylene porous hollow fibers having an average inner diameter d190μ and an average wall thickness 25μ were prepared. The average porosity of this porous hollow fiber was 50%, and the average pore diameter was 700 Å as measured using an electron microscope. Next, using multiple porous hollow fibers, a membrane area of 1.0 m 2 was created with an average effective length of 14 cm and an average total length of 17 cm.
A hollow-eye bar type artificial lung as shown in Fig. 3 was fabricated. In this case, d 4 /(L×l) is
It is 5.5× 10-10 cm2 . Note that the partition walls 41.45 were formed from polyurethane resin. Next, using this oxygenator 1, as shown in FIG .
fresh heparinized bovine blood with a hemacritt value of 35% and a plasma free hemoglobin level of 25 mg/dl.
was circulated for 3 hours at a blood flow rate of 1/min at a temperature of 37°C. In addition, a control circuit was prepared without connecting the artificial lung 1, and circulation was performed under the same conditions. In such a circulation, the tube on the outlet side of the oxygenator 1 and the inlet side of the blood storage tank R2 is narrowed with a clamp, and the circuit internal pressure P at the inlet of the oxygenator is set as shown in Table 1 below. Instead, it went through five types of circulation. After 3 hours of circulation, measure the amount of plasma-free hemoglobin (mg/dl-plasma) in the blood, subtract the amount of plasma-free hemoglobin measured in the control circuit from this, and calculate the amount of plasma-free hemoglobin Hb * excluding hemolysis caused by the pump and circuit. was calculated. The results are shown in Table 1 below. From the results in Table 1, in a circuit based on a single pump system, the internal pressure P of the inlet circuit of the oxygenator is 600 mm.
It can be seen that when Hg is exceeded, the amount of hemolysis increases rapidly.

【表】 なお、このように、人工肺入口での回路内圧が
600mmHgを超えると、溶血が急激に亢進するとい
う臨界性は、中空糸の上記d、l、Lおよび膜面
積が異なる種々の人工肺においても全く同様に再
現され、又血液流量を種々変更しても全く同様に
再現された。 従つて、上記したように、シングルポンプシス
テムでは、ホローフアイバー型人工肺の圧力損失
は、送血カテーテル部の最大圧400mmHgを上記臨
界圧600mmHgから差引いた200mmHg以下でなけれ
ばならないことがわかる。 実験例 2 下記表2に示されるような平均内径dをもつ4
種のポリプロピレン製多孔性中空糸を用意した。
これら4種の各多孔性中空糸の平均肉厚は、いず
れも25μであり、又平均空孔率はともに50%、電
子顕微鏡による平均細孔径はともに700Åであつ
た。 このような4種の多孔性中空糸を用い、実験例
1と同様にして、下記表2に示されるような平均
有効長l、平均全長Lにて、使用本数を所定のご
とくかえ、ともに1.0M2の膜面積をもつ、計16種
の第3図に示されるようなホローフアイバー型人
工肺1を作製した。なお、下記表2には、各人工
肺におけるd4/(l×L)と、プライミング量
(ml)が併記される。 次に、このような計16種の各人工肺1を用い、
第5図に示されるように、静脈血作製肺D、貯血
槽R、ポンプP、熱交換器HEおよび人工肺1を
順次接続して回路を作製した。そして、静脈血作
製肺Dには、Ht35%、Hb12g/dlの新鮮ヘパリ
ン加牛血を充填した。又、静脈血作製肺Dには、
CO2、O2、N2の混合ガスを吹送し、SVO265±2
%、PVCO250mmHgの静脈血を作製し、熱交換器
HEにより、血液温度を37℃とし、循環した。更
に人工肺1のガス室5への吹送ガスは100%O2
スとし、その流量は1/minとした。 各人工肺1の循環において、それぞれ血液流量
をかえて循環し、人工肺1の出口における酸素飽
和度を測定し、ラグランジエの補間法により、3
点補間で各人工肺1のQ〓30を算出した。各人工肺
1につき、このような測定を3回づつ行い、各測
定によるQ〓30を平均したものを下記表2に示す。
次いで、このようにして得たQ〓30の血液流量に
て、人工肺1の入口および出口の回路内圧を測定
し、その差から、Q〓30における圧力損失ΔPを算
出した。結果を下記表2に示す。 表2に示される結果から、d4/(L×l)が
4.3×10-10cm2以上であるときのみ、人工肺の圧力
損失は200mmHg以下になることがわかる。 なお、dが210μの場合には、圧力損失が200mm
Hgになることはあつても、同一膜面積にて、プ
ライミングボリユームが大きく、又Q〓30が小さい
ことがわかる。 又、付言するならば、膜面積をかえた人工肺を
作製し、上記と同様の測定を行つたところ、同一
のd、L、lをもち、使用本数の異なる人工肺間
では、Q〓30は、膜面積、すなわち使用本数に比例
し、ΔP at Q〓30は、ほとんど不変であることが
確認された。
[Table] In this way, the pressure inside the circuit at the inlet of the oxygenator is
The criticality that hemolysis rapidly increases when the temperature exceeds 600 mmHg is reproduced in exactly the same way in various oxygenators with different hollow fiber d, l, L and membrane area, and by various changes in blood flow rate. was also reproduced in exactly the same way. Therefore, as described above, it can be seen that in a single pump system, the pressure loss of the hollow fiber oxygenator must be 200 mmHg or less, which is calculated by subtracting the maximum pressure of 400 mmHg in the blood feeding catheter section from the critical pressure of 600 mmHg. Experimental Example 2 4 with an average inner diameter d as shown in Table 2 below
A porous hollow fiber made of polypropylene was prepared.
The average wall thickness of each of these four types of porous hollow fibers was 25 μm, the average porosity was 50%, and the average pore diameter was 700 Å by electron microscopy. Using these four types of porous hollow fibers, in the same manner as in Experimental Example 1, the average effective length l and average total length L as shown in Table 2 below were changed, and the number of fibers used was changed as specified, and both were 1.0. A total of 16 types of hollow fiber oxygenator lungs 1 as shown in FIG. 3 were fabricated, each having a membrane area of M 2 . In Table 2 below, d 4 /(l×L) and priming amount (ml) for each oxygenator are also listed. Next, using each of these 16 types of artificial lungs 1,
As shown in FIG. 5, a circuit was prepared by sequentially connecting a venous blood preparation lung D, a blood storage tank R, a pump P, a heat exchanger HE, and an artificial lung 1. The venous blood preparation lung D was filled with fresh heparinized bovine blood containing 35% Ht and 12 g/dl Hb. In addition, in the venous blood preparation lung D,
By blowing a mixed gas of CO 2 , O 2 , and N 2 , S V O 2 65±2
%, make 50mmHg venous blood with P V CO 2 and heat exchanger
The blood temperature was brought to 37°C by HE and the blood was circulated. Further, the gas blown into the gas chamber 5 of the artificial lung 1 was 100% O 2 gas, and the flow rate was 1/min. In the circulation of each oxygenator 1, the blood flow rate is changed and the oxygen saturation at the outlet of the oxygenator 1 is measured.
Q〓 30 of each oxygenator 1 was calculated by point interpolation. For each oxygenator lung 1, such measurements were performed three times, and the average Q〓 30 from each measurement is shown in Table 2 below.
Next, at the blood flow rate of Q〓 30 thus obtained, the circuit internal pressures at the inlet and outlet of the artificial lung 1 were measured, and from the difference therebetween, the pressure loss ΔP at Q〓 30 was calculated. The results are shown in Table 2 below. From the results shown in Table 2, d 4 /(L×l) is
It can be seen that the pressure drop in the oxygenator is less than 200 mmHg only when it is more than 4.3 × 10 -10 cm 2 . In addition, when d is 210μ, the pressure loss is 200mm.
It can be seen that even though it may become Hg, the priming volume is large and Q〓 30 is small with the same membrane area. Additionally, when we made oxygenators with different membrane areas and performed the same measurements as above, we found that Q〓 30 between oxygenators with the same d, L, and l but with different numbers used. It was confirmed that is proportional to the membrane area, that is, the number of membranes used, and ΔP at Q〓 30 is almost unchanged.

【表】 ある。
[Table] Yes.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、人工肺を用いる体外循環における従
来のダブルポンプシステムを説明するための模式
図であり、第2図は、人工肺を用いる体外循環に
おけるシングルポンプシステムを説明するための
模式図である。第3図は、本発明のホローフアイ
バー型人工肺の1例を示す、その半分を断面にて
表す正面図である。第4図は、実験例1におけ
る、人工肺入口回路内圧と溶血量との関係を試験
するための模式図であり、第5図は、実験例2に
おけるQ〓30における人工肺の圧力損失を測定する
ための回路を説明するための模式図である。 10……人工肺、1……ホローフアイバー型人
工肺、2……ハウジング、3……多孔性中空糸、
41,45……隔壁。
Figure 1 is a schematic diagram for explaining a conventional double pump system for extracorporeal circulation using an oxygenator, and Figure 2 is a schematic diagram for explaining a single pump system for extracorporeal circulation using an oxygenator. be. FIG. 3 is a front view showing an example of the hollow-eye bar type oxygenator of the present invention, with half thereof shown in cross section. FIG. 4 is a schematic diagram for testing the relationship between the internal pressure of the oxygenator inlet circuit and the amount of hemolysis in Experimental Example 1, and FIG . FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a circuit for measurement. 10... Oxygenator, 1... Hollow-eye bar type oxygenator, 2... Housing, 3... Porous hollow fiber,
41, 45... Bulkhead.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ガス交換膜として少なくとも内壁面が疎水性
の多孔性中空糸を用い、当該多孔性中空糸を複数
本集束して、その両端部を隔壁内に埋めこみ開口
し、当該多孔性中空糸内部を血液流路とするホロ
ーフアイバー型人工肺において、上記多孔性中空
糸の平均内径が100μ以上200μ未満であり、この
平均内径をd(cm)、その平均全長をL(cm)、全長
から両端の隔壁厚を差引いて得られる有効長の平
均をl(cm)としたとき、 d4/(L×l)≧4.3×10-10cm2 なる関係をもち、1基の送血ポンプを用いる回路
にて使用することを特徴とするホローフアイバー
型人工肺。 2 dが100〜190μである特許請求の範囲第1項
記載のホローフアイバー型人工肺。 3 多孔性中空糸がポリオレフイン系樹脂製であ
る特許請求の範囲第1項または第2項記載のホロ
ーフアイバー型人工肺。
[Scope of Claims] 1. Porous hollow fibers having at least a hydrophobic inner wall surface are used as the gas exchange membrane, a plurality of the porous hollow fibers are bundled, and both ends of the porous hollow fibers are buried in a partition wall and opened, and the porous hollow fibers are In a hollow fiber oxygenator having a blood flow path inside the porous hollow fibers, the average inner diameter of the porous hollow fibers is 100 μ or more and less than 200 μ, this average inner diameter is d (cm), and the average total length is L (cm). , when the average effective length obtained by subtracting the partition wall thickness at both ends from the total length is l (cm), there is a relationship of d 4 / (L × l) ≧ 4.3 × 10 -10 cm 2 , and one transport unit A hollow eye bar type artificial lung characterized by use in a circuit using a blood pump. 2. The hollow-eye bar type artificial lung according to claim 1, wherein d is 100 to 190μ. 3. The hollow fiber oxygenator according to claim 1 or 2, wherein the porous hollow fibers are made of polyolefin resin.
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