JPH04114348U - 中空糸型人工肺 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 本考案の中空糸型人工肺は、ハウジング２
と、該ハウジング２の両端に設けられた隔壁４１、４２
と、該隔壁４１、４２によってハウジング２内に保持さ
れた、中空糸束３５とによって血液室５が画成され、各
隔壁４１、４２の近傍に設けられた血液流入口６１およ
び血液流出口６２によって血液循環経路に人工肺が接続
される。ハウジング２内壁には、二段テーパー７１、７
２が形成され、隔壁側のテーパー７２において、中空糸
束３５はさらに放射状に広がり、外隔壁側のテーパー７
２によって、ハウジング２内壁と中空糸最外周の中空糸
膜３との間に形成される血液流路の体積が縮小され、プ
ライミング量が減る。 【効果】 隔壁側のテーパー７２によって、プライミン
グ量が減るとともに、人工肺の他の性能の低下が少な
い。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、体外血液循環において血液中のニ酸化炭素を除去し、血液中に酸素 を添加する中空糸型人工肺に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、例えば、開心術中に血液の体外循環を行なう場合には、体外に導かれた 血液を酸素化する装置として人工肺が用いられている。この人工肺としては、近 年膜型人工肺が用いられ、この膜型人工肺には後述する中空糸型人工肺がある。 人工肺は、前記体外循環系に組込まれるため、血液循環の際の圧力損失が小さ いこと、プライミング量が少なくかつ気泡の抜けが良いこと、また血液を酸素化 する能力が十分であること等が条件となる。

【０００３】 ところで、図５に示されているように、従来の中空糸型人工肺１１の構造は、 主として、筒状のハウジング１２内に、複数の中空糸膜から構成された中空糸束 １３を収容し、該中空糸膜を前記ハウジング両端部の隔壁１４１、１４２で固定 して、各中空糸膜の内側をハウジング外部に連通させた構造となっており、各隔 壁１４１、１４２にはヘッダー１２１、１２２が取り付けられ、ハウジング１２ の各隔壁１４１、１４２の近傍には、血液流入口１６１、血液流出口１６２が設 けられている。

【０００４】 このような構造において、従来の人工肺では、血液流入口１６１が設けられて いる部分の内面は、ハウジング１２の長手方向中間部分の内面より外方に突出し た内面であって、中空糸束１３の外周部との間に、環状の血液流路１５１を形成 し、この環状の血液流路が臨む中空糸束１３の全周囲から各中空糸膜に血液を円 滑に分配可能としている。

【０００５】 また、上記ハウジング２の血液流出口１６２が設けられている部分の内面は、 ハウジング１２の長手方向中間部分の内面より外方に突出した内面であって、中 空糸束１３の外周部との間に、環状の血液流路１５２を形成し、各中空糸束１３ の回りの血液を、この環状の血液流路が臨む中空糸束１３の全周囲から、円滑に 血液流出口１６２に向けて導出可能としている。

【０００６】 しかし、上記の様な血液流路１５１、１５２は、人工肺の構造を大型化しプラ イミング量を多くするといった欠点があり、またプライミング時に、前記血液流 路１５１、１５２内に気泡が滞留しやすくなる等の欠点があった。

【０００７】 また、プライミング量を減らすために、前記血液流路１５１、１５２の径を小 さくしたり、軸方向の厚みを薄くすると、各中空糸膜に血液を円滑に分配供給す ることができず、また圧損が上昇する等の性能の低下が生じ問題となる。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

本考案の目的は、従来の人工肺の性能を維持しつつプライミング量のより少な い人工肺を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

このような目的は、以下の本考案（１）〜（３）により達成される。

【００１０】 （１） ハウジングと、 該ハウジング内においてハウジングの長手方向に沿って配置された多数のガス 交換用の中空糸膜からなる中空糸束と、 該中空糸膜の両端部をその開口を閉塞しない状態で上記ハウジングに液密に保 持する隔壁と、 それぞれ上記中空糸膜の内部空間に連通するガス流入口およびガス流出部と、 上記隔壁と上記ハウジング内壁と上記中空糸膜外壁とで画成される血液室と、 それぞれ該血液室に連通しハウジングの一端部付近の側壁に設けられた血液流 入口およびハウジングの他端部付近に設けられた血液流出口とを有し、 上記ハウジングの内壁は、長手方向の中央部付近における内径を最小とし、そ の最小内径部より両端部方向に拡張するテーパーが形成されるとともに、 前記血液流入口および／または血液流出口近傍において、前記第１のテーパー よりテーパー角の大きい第２のテーパーが隔壁側に形成された二段テーパーとな っており、 前記中空糸束は前記第２のテーパー部分に対応する部分が放射状に広がってい ることを特徴とする中空糸型人工肺。

【００１１】 （２） 前記ハウジング内壁の、第１のテーパーのテーパー角α₁ と第２のテ ーパーのテーパー角α₂ および前記第２のテーパーに対応する中空糸束の最外周 中空糸傾斜角θとの関係は、α₁ ＜θ≦α₂ である上記（１）に記載の中空糸型 人工肺。

【００１２】 （３） 前記最小径部側のテーパーのテーパー角α₁ は、３〜３０°であって 、前記隔壁側のテーパーのテーパー角α₂ は、１０〜４０°である上記（２）に 記載の中空糸型人工肺。

【００１３】

【作用】

血液流入口から流入した血液は、血液室を通過する際、中空糸膜と接触して中 空糸膜内側を流通する気体とガス交換され酸素加され、血液流出口から流出する 。また血液とガス交換を行なうガスは、ガス流入口から各中空糸膜内に流入し、 中空糸膜内で血液とガス交換をおこない、ガス流出部より排出される。

【００１４】 このような構成において、血液室を構成するハウジング内壁をテーパー状とし 、血液と中空糸膜の接触率を高くしてガス交換効率が高められている。

【００１５】 ここで、血液流入口および／または血液流出口部分のプライミング量を少なく するために、ハウジング内壁に中空糸膜の放射角度に沿って、若しくは放射角度 より大きな角度をもって傾斜する第２のテーパーを隔壁側に設ける。このような 形状とすることによって、人工肺の性能を低下させることなく、プライミング量 を少なくすることができる。

【００１６】 また、最小径部側のテーパー角α₁ 、隔壁側のテーパー角α₂ 、隔壁側端部の 中空糸束の最外周中空糸傾斜角θとの関係は、α₁ ＜θ≦α₂ で規定することが できる。

【００１７】 さらに、最小径部側のテーパーのテーパー角α₁ は、３〜３０°であって、隔 壁側のテーパーのテーパー角α₂ は、１０〜４０°の範囲であることにより、人 工肺の性能を維持したまま、プライミング量の低減をより有効に図ることができ る。

【００１８】

【具体的構成】

以下、本考案の具体的構成について詳細に説明する。

【００１９】 本考案の人工肺１は、図１に示すように構成される。

【００２０】 すなわち、筒状ハウジング２の内部空間には、中空糸膜３の集合体である中空 糸束３５が収納されている。

【００２１】 中空糸膜３の両端部は、隔壁４１，４２を介してハウジング２に液密に保持さ れている。隔壁４１，４２の外側には、前記中空糸膜３の内部空間が連通してお り、隔壁４１側がガス流入部、隔壁４２側がガス流出部となっている。

【００２２】 ハウジング２の両端部には、ヘッダー２１，２２が接合されている。

【００２３】 ヘッダー２１の内面と隔壁４１とは、中空糸膜３の内部空間に連通するガス流 入室２３を画成し、ヘッダー２１にはガス流入口２４が形成されている。

【００２４】 ヘッダー２２の内面と隔壁４２とは、中空糸膜３の内部空間に連通するガス流 出室２５を画成し、ヘッダー２２には、ガス流出口２６が形成されている。

【００２５】 すなわち、人工肺１にあっては、ガス流入口２４から供給される酸素、空気、 あるいは酸素リツチの気体等のガスを中空糸膜３内に流通可能としている。

【００２６】 なお、上記ヘッダー２２は特に設けず、ガス流出室２５およびガス流出口２６ を形成することなく、隔壁４２の外側面からガス流出し、中空糸膜３からガスを 直接大気中に放出せしめても良い。

【００２７】 また、隔壁４１，４２，ハウジング２の内面および中空糸膜３の外面とは血液 室５を画成する。

【００２８】 そしてハウジング２の両端部には、それぞれ血液室５に連通する血液流入口６ １をハウジングの一端部付近、例えば下部側に設け、また血液流出口６２を他端 部付近、例えば上部側に設けている。

【００２９】 また、ハウジング２は、軸方向の中央部における内径を最小とし（最小径部２ ７）、その中央部から両端部における内径を徐々に拡径するテーパー状とし、中 空糸束３５の外径をその軸方向の中央部において絞っている。そして、中空糸束 ３５はハウジング２の内壁面に沿って放射状に広がっており、中空糸束３５の最 外周側の中空糸膜３は内壁面と接触している。

【００３０】 すなわち、人工肺１は、ハウジング２が加える中空糸束３５の絞りにより、中 空糸束３５の横断面図における血液の流れを均一化するとともに、中空糸束３５ の軸方向における血液の流速を変化させることによって乱流状態の発生を促進し 、ガス交換効率を良好にできるようにしている。この様な効果を有効に発揮させ るための、テーパー角α₁ は、３〜３０°程度、より好ましくは３〜１５°程度 であるとよい。

【００３１】 また、前記ハウジング２のテーパーは、両端部の隔壁４１、４２の近傍で、さ らに拡径した二段テーパーとなっている。図２は該拡径した隔壁４２側のテーパ ー部分を示す部分拡大図である。ここで、最小径部２７側の一段目のテーパー７ １に沿って放射状に広がってきた中空糸束３５は、二段テーパーの境界部７３で さらに大きく放射状に広がっており、各中空糸膜３の間隔がより広くなっている 。一方、血液流入口６１は、二段目のテーパー７２の位置に設けられており、血 液流入口６１から流入する血液は、前記二段目のテーパー７２の位置における中 空糸束３５の放射状の広がりによって、各中空糸膜３の間に均等に分配される。

【００３２】 図示されるように、上記テーパー７１、７２の各テーパー角α₁ ，α₂ と、中 空糸束３５の最外周位置の中空糸膜３のハウジング軸方向線に対する傾斜角θと の関係は、α₁ ＜θ≦α₂ となっており、α₁ とα₂ の関係はα₂ ≧α₁ ＋３° またはα₂ ≧α₁ ×１．２とすると良い。具体的にはα₂ は１０〜４０°程度で あることが望まれる。

【００３３】 また、α₁ ＜θ＜α₂ である場合には、図１および図２に示される実施例のよ うに、中空糸束３５の最外周位置の中空糸膜３と、ハウジング内壁における隔壁 ４２側のテーパー７２との間には、環状の血液流路８が形成される。既述のよう に、放射状となった中空糸束３５は、中空糸膜３の間隔が十分確保されているた め、図示されているように環状の血液流路８の体積が少なくても、血液流入口６ １から流入する血液は、各中空糸膜３間に十分流入し、中空糸膜３と均等に接触 することができ、人工肺の性能は損なわれない。なお、このような作用を有効に 発揮するためには、α₂ −θが、３°程度以上で有ることが望ましい。

【００３４】 θ＝α₂ である場合には、図３に示されるように環状の血液流路８の体積を、 従来の流路より小さくして形成することができる。さらに、最外周位置の中空糸 膜３のハウジング軸方向線に対する傾斜角θをさらに大きくして、血液流入口６ １位置における中空糸膜３の充填率を十分小さくして、１５〜３０％程度とすれ ば、図２の実施例で、θ＝α₂ としてもよい。

【００３５】 なお、この様なハウジング２の内面に形成された、二段テーパー７１、７２に よってプライミング時に排出されるべき空気が、血液室５内に滞留することなく 、ハウジング２の内面に沿って円滑に移動し、外側に放出され易くなる。

【００３６】 ここで、中空糸膜３としてはマイクロポーラス膜が用いられている。

【００３７】 すなわち、中空糸膜３は、多孔性ポリオレフィン系樹脂、例えばポリプロピレ ン、ポリエチレンといったものからなり、特にポリプロピレンが好適である。

【００３８】 この中空糸膜３は、壁の内部と外部を連通する多数の細孔を有している。

【００３９】 中空糸膜の内径は、５０〜１０００μ程度、肉圧は、１０〜１００μ程度、平 均孔径は、２０〜２００nm程度かつ空孔率は、２０〜８０％程度である。

【００４０】 このマイクロポーラス膜からなる中空糸膜３を用いる場合には、気体の移動が 体積流として行なわれるため、気体の移動における膜抵抗が少なくなり、高いガ ス交換性能を得ることが可能となる。

【００４１】 なお、中空糸膜３は、必ずしもマイクロポーラス膜によらず、気体の移動を溶 解、拡散によって行なうシリコーン製膜等を用いるものを用いることもできる。

【００４２】 このような前提において、中空糸膜３の充填率は、隔壁部、すなわち隔壁４１ ，４２中での充填率、より具体的には中空糸３の開口部での充填率ｄ₁ は、１５ 〜６０％程度であり、特にθ＝α₂ とする場合には１５〜４０％程度とするとよ い。

【００４３】 この場合、充填率は、中空糸束３５の外周包絡線で囲まれた面積で、全中空糸 ３の外径面積の総計を除したものである。

【００４４】 充填率ｄ₁ が６０％程度をこえると、血液流入口６１から流入した血液が各中 空糸膜３間に十分に流入できず、中空糸膜３と均等に接触することができなくな り、圧損が上昇して、気泡排除能も低下する。

【００４５】 充填率ｄ₁ が１５％より少なくなると、人工肺のコンパクト性に欠けることに なリ、血液充填量が増加し好ましくない。

【００４６】 さらに、ハウジング２の最小径部２７での、中空糸束３５の充填率ｄ₂ は、３ ０〜８５％で良い。

【００４７】 充填率ｄ₂ が８５％より大きいと圧損が大きくなり、充填率ｄ₂ が３０％より 小さいと酸素添加能の点で実用に供しえない。

【００４８】 一方、二段テーパーの境界部７３位置における中空糸膜３の充填率ｄ₃ は、２ ０〜７５％であるとよい。

【００４９】 ハウジング２の最小径部２７側のテーパー７１、および隔壁側のテーパー７２ の軸方向長さをそれぞれＬ₁ ，Ｌ₂ とすると、（Ｌ₁ ＋Ｌ₂ ）に対するＬ₂ の割 合は、１０〜５０％程度であるとよい。前記割合が大きすぎると十分な酸素添加 能が得られず、小さすぎると圧損が上昇し、本考案の効果が十分に得られないか らである。

【００５０】 以上説明した構造は、図１に示されているように、血液流出口６２側にも同様 に設けてもよく、この場合には、放射状に広がった中空糸膜３の間から血液が流 れ出やすくなり、

【００５１】

【実施例】 本考案者らは、本考案の効果を確認するため次の実験を行なった。

【００５２】 以下にその例を示す。 下記仕様の人工肺のサンプルを作製した。 サンプル１ 図１に示される人工肺を作製した、 最小径部径５０mm テーパー角α₁ ８° Ｌ₁ ２９mm テーパー角α₂ ３０° Ｌ₂ １７mm 最外周位置の中空糸膜傾斜角θ １７° 充填率ｄ₁ ３２％ 充填率ｄ₂ ６０％ 充填率ｄ₃ ４５％

【００５３】 サンプル２ 図３に示される人工肺を作製した、 Ｌ₂ １０mm Ｌ₃ ７mm として、他の値はサンプル１と同様とした。

【００５４】 サンプル３ 図４に示される人工肺を作製した、 Ｌ₂ ０mm Ｌ₃ １７mm として、他の値はサンプル１と同様とした。

【００５５】 サンプル４ 図５に示される人工肺を作製した、 Ｌ₂ ０mm Ｌ₃ １７mm θ ＝ α₁ として、他の値はサンプル１と同様とした。

【００５６】 サンプル５ 図５に示される人工肺を作製した、 Ｌ₂ ０mm Ｌ₃ ７mm θ ＝ α₁ として、他の値はサンプル１と同様とした。

【００５７】 上記各サンプルには、ポリプロピレン製の下記の中空糸を用いた。 長さ １８０mm（有効長 ９２mm） 内径 ２００μm 外径 ３００μm 空孔率 ４０％ 平均孔径 ５０nm 人工肺の有効膜面積は、内径基準にて、１．７m²とした。

【００５８】 以上において、プライミング量、圧力損失、酸素加性能を測定したところ、表 １のようになった。測定はヘパリン化ＡＣＤ牛血 Ht＝12g ／dl ３７℃を用い 、血流量 ４l/min 、酸素ガス流量 ４l/min 、静脈血酸素飽和度 ６５％の条 件にて行ない、酸素加能は動脈血酸素飽和度を測定し、圧力損失は人工肺前後の 圧較差を測定した。

【００５９】

【表１】

【００６０】 表１の結果から明らかなように、サンプル１，２は、プライミング量が少ない にもかかわらず、十分な酸素加能が得られ、圧損の上昇も見られない。また、サ ンプル３では、酸素加能は良好であるが、プライミング量が大きくなっている。

【００６１】 例えば、サンプル３に比較すると、サンプル２はプライミング量を約２０％も 少なくしたにもかかわらず、酸素加能は変わらず、圧損も３mmHg上昇したにすぎ ない。

【００６２】 サンプル４は、プライミング量が大きく、酸素加能や圧損もサンプル１，２と 比較して余り良くない。サンプル５のように、テーパーを設けずに血液流路のプ ライミング量を少なくすると圧損が非常に高くなり実用に耐えない。

【００６３】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案の人工肺によれば、酸素加能等の他の性能を下げ ることなく、プライミング量が少なくなり、構造もコンパクトとなるといった利 点があり、またプライミング時の気体排除能も向上するといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の人工肺の一実施例を示す側面断面図で
ある。

【図２】ハウジングのテーパー角と中空糸膜の傾斜角を
示すもので、図１に示す実施例の部分拡大断面図であ
る。

【図３】本考案の他の実施例を示すもので、血液流入口
側の環状の血液流路の形状を示す人工肺の部分拡大断面
図である。

【図４】実施例におけるサンプル３の形状を示す人工肺
の部分拡大断面図である。

【図５】従来の人工肺の構造を示す、側面全体断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 人工肺 ２ ハウジング ２１ ヘッダー ２２ ヘッダー ２３ ガス流入室 ２４ ガス流入口 ２５ ガス流出室 ２６ ガス流出口 ２７ 最小径部 ３ 中空糸膜 ３５ 中空糸束 ４１ 隔壁 ４２ 隔壁 ５ 血液室 ６１ 血液流入口 ６２ 血液流出口 ７１ テーパー ７２ テーパー ７３ 境界部 ８ 血液流路 ｄ₁ 〜ｄ₃ 充填率 Ｌ₁ ，Ｌ₂ テーパー軸方向長 Ｌ₃ 血液流路軸方向長 α₁ ，α₂ テーパー角 θ 中空糸膜傾斜角 １１ 人工肺 １２ ハウジング １２１ ヘッダー １２２ ヘッダー １３ 中空糸束 １４１ 隔壁 １４２ 隔壁 １５ 血液室 １５１ 血液流路 １５２ 血液流路 １６１ 血液流入口 １６２ 血液流出口

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングと、該ハウジング内において
   ハウジングの長手方向に沿って配置された多数のガス交
   換用の中空糸膜からなる中空糸束と、該中空糸膜の両端
   部をその開口を閉塞しない状態で上記ハウジングに液密
   に保持する隔壁と、それぞれ上記中空糸膜の内部空間に
   連通するガス流入口およびガス流出部と、上記隔壁と上
   記ハウジング内壁と上記中空糸膜外壁とで画成される血
   液室と、それぞれ該血液室に連通しハウジングの一端部
   付近の側壁に設けられた血液流入口およびハウジングの
   他端部付近に設けられた血液流出口とを有し、上記ハウ
   ジングの内壁は、長手方向の中央部付近における内径を
   最小とし、その最小内径部より両端部方向に拡張するテ
   ーパーが形成されるとともに、前記血液流入口および／
   または血液流出口近傍において、前記第１のテーパーよ
   りテーパー角の大きい第２のテーパーが隔壁側に形成さ
   れた二段テーパーとなっており、前記中空糸束は前記第
   ２のテーパー部分に対応する部分が放射状に広がってい
   ることを特徴とする中空糸型人工肺。
2. 【請求項２】 前記ハウジング内壁の、第１のテーパー
   のテーパー角α₁と第２のテーパーのテーパー角α₂ お
   よび前記第２のテーパーに対応する中空糸束の最外周中
   空糸傾斜角θとの関係は、α₁ ＜θ≦α₂ である請求項
   １に記載の中空糸型人工肺。
3. 【請求項３】 前記最小径部側のテーパーのテーパー角
   α₁ は、３〜３０°であって、前記隔壁側のテーパーの
   テーパー角α₂ は、１０〜４０°である請求項２に記載
   の中空糸型人工肺。