JPH03264074A

JPH03264074A - 中空糸膜型人工肺とその配糸方法

Info

Publication number: JPH03264074A
Application number: JP6340890A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Shimomura; 下村　泰志; Masahiko Yamaguchi; 正彦山口; Akio Funakubo; 昭夫舟久保
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1990-03-14
Filing date: 1990-03-14
Publication date: 1991-11-25

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］本発明は中空糸膜外側に血液を流し、酸素は中空糸膜内
側に導入する、いわゆる血液外部潅流方式の中空糸膜型
人工肺とその配糸方法に係り、更に詳しくは、低圧力損
失、血液のチャネリング（局部的に偏って不均一に流れ
る現象）防止、及びガス交換効率の向上をバランス良く
達成することかてきる中空糸膜型人工肺とその配糸方法
に関する。

［従来の技術及び発明か解決しようとする課題］人工肺
には大別して気泡型と模型とがあるか、ガス交換膜を用
いる脱型人工肺は気泡型と比べ、ガス交換方式かより生
理的であり、血液への悪影響か少ないという利点かある
。

脱型人工肺は主に中空糸膜を用い、その中空糸膜を介し
て血液のガス交換を行なうものである。

また、人工肺への血液の流入方式として、中空糸膜の内
側に血液、中空糸膜の外側にガスを流す内部潅流方式と
、逆に血液を中空糸膜外側へ流し、ガスを中空糸膜の内
側へ流す外部潅流方式とかある。前者は数十〜数百１Ｌ
ｍという細い中空糸膜内側を血液か流れるため、血液を
循環する際の圧力損失が大きくなり、血液への損傷（血
球損傷）等も起こり得るといわれている。また近年遠心
式のポンプや拍動流ポンプも普及しつつあり、これらの
ポンプにて体外循環か行なえるためにも、人工肺の圧力
損失は小さいことか望ましい。一方、後者は、前者に比
べ圧力損失、血球損傷等の面で有利な方式であるが、血
液か流れる流路か自由に取れるため、血液の偏流が生じ
易い。また、中空糸膜の充填率を高くし、ガス交換効率
や血液の偏流の改善を図ろうとすると、圧力損失か増加
する。

この場合、膜面積を増大させ、上記の問題を解決しよう
とすると、人工肺の血液充填量が増大し、無輸血の体外
循環は困難となる。

以上述べたような問題は、中空糸膜の配糸の仕方、充填
率、血液の出入口位置や血液の流れ方などに大きく影響
される。その対策として、従来においては、膜面積を増
大させたり、流路面積を大きくとることによりガス交換
効率および圧力損失の改善を図る方法、血液を中空糸束
の側面より流し、圧力損失の低減を図る方法等か知られ
ている。しかし、後者の方法は内部潅流方式に比較する
と低圧力損失か得られるか、拍動流ポンプ等への対応は
困難であり、また前者の方法は低圧力損失であるか、血
液充填量か大きいという欠点を持つ。

一方、中空糸膜の配糸方法としては、血液の偏流を防止
し高いガス交換能を得るために、コア状物に中空糸膜な
巻き付けたものか提案されているか、この場合には、血
液入口（中空糸束中に血液を導入する部分）において血
液ボートより入った血液が急激に中空糸束中に入り込み
、流路も急に狭められるため大きな圧力損失か生しる。

また、これを防止するため血液入口を広くするような構
造とすると、人工肺か大型化することになる。

従って、本発明は上記した従来の問題を解決した中空糸
膜型人工肺とその配糸方法を提供することを目的とする
。

［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、第１図に示すよう
に、内筒ｌと外筒２を設け、該内筒１と外筒２の間に多
孔質中空糸膜を集束配糸した中空糸束３を配置し、内筒
ｌ、外筒２ならびに中空糸束３の両端部において中空糸
膜を開口状態にて該内筒ｌ外面、外筒２内面及び中空糸
膜外面を支持部材５により流密に支持してなる中空糸膜
型人工肺てあって、内筒１端部に設けた血液導入口６よ
り中空糸膜外側に血液を流し、酸素は中空糸膜の中空部
に導入する血液外部潅流式にして、前記内筒ｌと前記中
空糸束３の間に所定の間隙４を設けた中空糸膜型人工肺
、および、内筒ｌと外筒２を設け、該内筒ｌと外筒２の
間に多孔質中空糸膜を集束配糸した中空糸束３を配置し
、内筒ｌ、外筒２ならびに中空糸束３の両端部において
中空糸膜を開口状態にて該内筒１外面、外筒２内面及び
中空糸膜外面を支持部材５により流密に支持してなる中
空糸膜型人工肺の配糸方法であって、中空糸束を一旦内
筒より径の大きい筒体に集束配糸した後、外筒と内筒の
間の空間に挿入して内筒と中空糸束の間に所定の間隙を
設けるようにしたことを特徴とする中空糸膜型人工肺の
配糸方法、により達成することかできる。

［作用コ第１図において、血液は血液ボートより血液人口６まて
導かれる。血液人口６を出た血液は一部か中空糸束３中
へ入り、一部は内筒ｌと中空糸束３の間の間隙部分４へ
と流れ込み、その後中空糸束３全体へ徐々に血液は広が
る。従って、血液人口６にて血液流路か急激に狭められ
ることかなく、圧力損失の低下が可能となる。

なお、第１図において、７は血液入口、８はガス（酸素
）入口、９はガス出口を示す。

中空糸膜の充填率に着目して考えると、低い充填率では
高血液流量の領域（３〜５交／■ｉｎ　）てあっても低
い圧力損失を示すか、血液流路か大きくなるため、血液
か中空糸膜全体に充分に行き渡らず、また血液の流れ易
い場所ができやすく血液の偏流か発生することも考えら
れ、ガス交換能力は不良となる。一方、中空糸膜の充填
率を高く（例えば、０．５５〜０．６以上）した場合、
ガス交換能力は向上するか血液流路は狭められるため、
圧力損失は上昇する。このように、良好なガス交換能力
を得るためには、中空糸膜の充填率を高くする必要があ
るが、一方圧力損失を考慮すると不利である。

本発明においては、人工肺を上記のように構成したため
、低い圧力損失にて高いガス交換能力を得ることかでき
たのである。

本発明人工肺における内筒と中空糸束の間に設けられる
間隙は、内筒外面から中空糸束内面まで片側においてト
■〜１０鵬■程度あることか好ましく２ｍ１１〜５−腸
の範囲が更に好ましい。また、この間隙は内筒と中空糸
束の両端の間て一定であることか好ましいか、必ずしも
一定である必要はない。

次に、中空糸膜の集束・配糸方法について説明する。

まず中空糸膜からなる中空糸束を一旦内筒より径の大き
い筒体（集束筒）に集束配糸する。集束配糸後、中空糸
束を外筒と内筒の間の空間に挿入して内筒と中空糸束の
間に所定の間隙を設けるようにすることにより、本発明
人工肺の中空糸膜の集束・配糸を行うことかできる。

集束筒の径は人工肺の内筒より大きければよく、通常集
束筒と内筒の径（直径）の差が２■■以上であることか
好ましく、更に好ましくは４〜ｌＯｍ醜の範囲である。

また、集束・配糸後、集束筒より人工肺の外筒と内筒間
の空間に中空糸束を移し変えることか必要であるため、
移し変えの際、中空糸束に傷がつかすスムーズに移動可
能なように、集束筒の表面にはフッ素系樹脂等による表
面平滑化処理か施されていることか好ましい。又、集束
筒の径か変化し得るような構造のものとしてもよい。

また、集束筒へ中空糸束を集束・配糸するに際し、集束
時の中空糸の張力かあまり大きすぎるとか集束筒表面を
移動てきず、又移動てきる場合てあっても中空糸を傷つ
ける恐れかあるため、通常中空糸にかける張力は１０ｇ
以上、好ましくは５０〜１５０ｇである。中空糸にかけ
る張力は調節可能てあり、中空県東外側に行くに従って
高い張力となるよう変化させると、中空糸膜の高い充填
率か得られるとともに、血液の偏流を防止し、高ガス交
換能を達成することかてきる。

なお、中空糸束は、人工肺の軸方向に平行に集束・配糸
したものでも、軸方向に所定の角度にて開いた形で集束
した、綾巻き状の中空糸束を用いたちのてあっても良い
。好ましくは、血液の中空糸束内ての拡散の良い綾巻き
のものか良い。

［実施例］以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明す
るか、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。

（実施例１）外径φ３０ｍｍの集束筒てあって表面にフッ素系樹脂を
コーティングしたものを作製し、中空糸を集束した、集
束後、中空糸束な集束筒上を移動させ抜き取ると同時に
内筒と外筒の間に中空糸束を挿入し、下記寸法および第
１図に示す構成を有する人工肺を作製した。なお中空糸
の集束時の張力は前半１００ｇ、後半的１５０ｇとした
。

集束筒：長さ・・・３５０１層外径・・−φ３０麿鳳表面・・・フッ素系樹脂コーチインク外筒径・・−φ６４■■ 内筒径・・・φ２５■■ 多孔質中空糸膜内径・・・約３００ｇｍ外径・・・約４
００１Ｌｓ平均細孔径・−０，２２＋＊ｍ空隙率・・・６５〜７０％材質−・ポリプロピレン中空糸束・・・綾巻き、角度θ＝１３０°　〔第１図（
ｂ）参照）中空糸東長さ・−・２８０■肩支持部材・・・ポリウレタン樹脂内筒外面と中空糸束内面間の間隙・・・片側２．５＋＊ｍ（全体で５量層）又、各人工肺
の仕様を表１に示す。

表　　１以上の構成、仕様を持つ人工肺を用い、新鮮生血にて性
能試験を行った。生血としてＡＡＭＩ（Ａｓｓｏｃｉａ
ｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ａｄｖａｎｃｅ　ｏｆ　Ｍ
ｅｄｉｃａｌ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ）の定
める標準静脈崩を作製した後、前記人工肺に導いた。

ガス交換能テストについては血液流量１４１／ｓｉｎ及
び３１７ｗ１ｎについて行なった。また圧力損失に関し
ては血液流量１　ｆＬ／ｗｉｎ　、　３　！；Ｌ／ｓｉ
ｎ　、　５ｉ／ｗｉｎについて行った。採血及び圧力の
測定は人工肺の血液入口、血液出口の近傍にて行った。

採血した血液は、ガス分析装置にて酸素分圧、蔗和度、
二酸化炭素分圧、Ｃ０２量、ＰＨ等を得た後、計算にて
酸素移動量、二酸化炭素移動量を求めた。人工肺へは血
液流量対流量の比かｌ：１となるように調節して酸素ガ
スを送風した。

圧力損失、酸素移動量、及び二酸化炭素移動量の結果を
各々第２図、第３図、第４図に示した。

第２図より明らかなように、内筒と中空糸束間に間隙を
もつ人工肺の圧力損失は、間隙を持たない人工肺に比較
して低い値を示し、０．６の充填率を持つにもかかわら
ず、間隙なしの０．４７の充填率の人工肺と同等あるい
はそれ以下のレベルを示した。

またガス交換性能に関しては、第３図および第４図から
れかるように、４間隙なし”で充填率か０．４７．０．
５の人工肺ては充分に行われず、０．６３の人工肺にて
良好なガス交換能を示した。一方充填率ては、０．６３
の人工肺より０．０３少ないが、充填率か０．６て“間
隙あり”の人工肺においても、はぼ同しレベルの良好な
ガス交換能を示した。

［発明の効果］以上説明した通り、本発明の中空糸膜型人工肺とその配
糸方法によれば、高ガス交換能を得るために、中空糸の
充填率を上げ、膜面積を増加させた場合においても、低
圧力損失にてガス交換を行うことかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の人工肺の一実施例を示す断面図
、第１図（ｂ）は中空糸束の集束状態を示す一部拡大説
明図、第２図〜第４図は実施例における各人工肺の仕様
に対する圧力損失、酸素移動量および二酸化炭素移動量
の結果を各々示すクラブである。１・・・内筒、２・・・外筒、３・・・中空糸束、４・
・・間隙５・・・支持部材、６・・・血液入口、７・・
・血液出口、８・・・ガス入口、９・・・ガス出口。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内筒と外筒を設け、該内筒と外筒の間に多孔質中
空糸膜を集束配糸した中空糸束を配置し、内筒、外筒な
らびに中空糸束の両端部において中空糸膜を開口状態に
て該内筒外面、外筒内面及び中空糸膜外面を支持部材に
より流密に支持してなる中空糸膜型人工肺であって、内
筒端部に設けた血液導入口より中空糸膜外側に血液を流
し、酸素は中空糸膜の中空部に導入する血液外部潅流式
にして、前記内筒と前記中空糸束の間に所定の間隙を設
けたことを特徴とする中空糸膜型人工肺。
（２）内筒と外筒を設け、該内筒と外筒の間に多孔質中
空糸膜を集束配糸した中空糸束を配置し、内筒、外筒な
らびに中空糸束の両端部において中空糸膜を開口状態に
て該内筒外面、外筒内面及び中空糸膜外面を支持部材に
より流密に支持してなる中空糸膜型人工肺の配糸方法で
あって、中空糸束を一旦内筒より径の大きい筒体に集束
配糸した後、外筒と内筒の間の空間に挿入して内筒と中
空糸束の間に所定の間隙を設けるようにしたことを特徴
とする中空糸膜型人工肺の配糸方法。