JPH0448065B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、人工肺、人工腎臓等の中空糸膜型血
液処理装置に関する。

［従来の技術］ 一般に、胸部手術等を行なう時、人工肺を用い
て体外血液循環回路を構成し、人工肺によつて血
液に対する二酸化炭素と酸素とのガス交換を行な
う。また、腎機能の低下時、人工腎臓を用いて透
析回路を構成し、人工腎臓によつて血液のろ過を
行なう。

従来、上記人工肺、人工腎臓等として、「膜の
内側を流体（例えば酸素を含むガス）の流路と
し、外側を血液の流路とし、膜を介して血液の処
理を行なう中空糸膜が複数本束ねられてなる中空
糸膜束と、該中空糸膜束を収納した筒状のハウジ
ングと、前記流体流路の上流側及び下流側にそれ
ぞれ設けられた流体流入口ならびに流体流出口
と、前記血液流路の上流側及び下流側にそれぞれ
設けられた血液流入口ならびに血液流出口とを備
えてなる中空糸膜型血液処理装置」が提案されて
いる。

「発明が解決しようとする問題点」 ところで、上記中空糸膜型血液処理装置にあつ
ては、中空糸膜束の外側を流れる血液のハウジ
ング内での圧力損失を低下させること、上記血
液のハウジング内での流れの状態を該ハウジング
の全域において均一化すること、プライミング
容積を小さくすることが望まれる。この理由は以
下のとおりである。

血液のハウジング内での圧力損失が大きい
と、ハウジング内に血液を送り込むための血液
の供給圧力が過大となり、装置の接合部等の
破損、血液の成分（例えば血球）の損傷をと
もなうおそれがある。また、血液を患者と装
置との落差のみにて供給する落差潅流が適用で
きず、装置の上流側にポンプを設置する必要を
生ずるため、装置の下流側に拍動流ポンプを設
置して生体に対し安定した返血を確保できず、
また血液に装置内で気泡を巻込むおそれがあ
る。

血液のハウジング内での流れ状態（流量、流
速）が、中空糸膜束のまわり、その軸方向にて
不均一であると、血液が中空糸膜を介して流体
と接触するチヤンスがハウジング内の各所にお
いて相互に不均一となり、酸素加能等の流体処
理能が低下する。

ハウジングの容積が過大となりプライミング
容積が大きくなると、生体から体外に取出され
る例えば体外血液循環量が過多となり、生体の
負担が大きくその安全を損なうおそれがある。

本発明は、プライミング容積を大きくすること
なく、中空糸膜束の外側を流れる血液のハウジン
グ内での圧力損失を低下させ、かつ該血液のハウ
ジング内での流れの状態を該ハウジングの全域に
おいて均一化することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の中空糸膜型血液処理装置は、膜の内側
を流体の流路とし、外側を血液の流路とし、膜を
介して流体の処理を行なう中空糸膜が複数本束ね
られてなる中空糸膜束と、該中空糸膜束を収納し
たハウジングと、前記流体流路の上流側及び下流
側にそれぞれ設けられた流体流入口ならびに流体
流入口と、前記血液流路の上流側及び下流側にそ
れぞれ設けられた血液流入口ならびに血液流出口
とを備え、血液流入口は筒状をなし、その流線が
前記中空糸膜束の外周面上の任意の法線と一致す
ることなく、該外周面につきあたる位置となるよ
うに２つ設けられて、前記ハウジングに開口して
いるようにしたものである。

［作用］ 本発明によれば、ハウジングに設けられる血
液流入口の流線が中空糸膜束の外周面上の任意
の法線と一致することのないように設けられる
から、血液の流線が中空糸膜束の外周面に直交
する状態で衝突することを回避し、結果として
血液の急激な運動量減少による圧力損失をなく
し、該血液の圧力損失を低下させることができ
る。

上記の如く、血液のハウジング内での圧力損
失を低下させることができるため、ハウジング
内に血液を送り込むための血液の供給圧力を小
とすることができ、装置の接合部等の破損、
血液の成分（例えば血球）の損傷をともなう
おそれを解消できる。また、血液を患者と装
置との落差のみにて供給する落差潅流が適用で
きることとなり、装置の上流側にポンプを設置
する必要がなくなり、装置の下流側に拍動流ポ
ンプを設置して生体に対し安定した返血を確保
でき、また血液に装置内で気泡を巻込むおそれ
も解消できる。

また、本発明によれば、上述のにおける如
く、血液の流線が中空糸膜束の外周面に直交す
る状態で衝突するのを回避し、結果として血液
が中空糸膜束に選択的に集中して流れ込みハウ
ジング内における血液の偏流傾向を抑制でき
る。このため、血液を中空糸膜束の外周面に沿
う周方向の全域に均一に流れ込ませることがで
きる。

上記の如く、血液のハウジング内での流れ状
態（流量、流速）が、中空糸膜束のまわり、そ
の軸方向にて均一化することができるため、血
液が中空糸膜を介して流体と接触するチヤンス
がハウジング内の各所において相互に均一とな
り、酸素加能等の液体処理能が向上する。

また、本発明は、ハウジングに設けられる血
液流入口の流線が、中空糸膜束の外周面につき
あたる位置に設けられる条件下で上記，の
作用を確保する。このため、血液流入口の近傍
に十分大きなチヤンバーを設けて圧力損失の低
下及び流れの均一化を図るような場合に比し
て、プライミング容積を小さくできる。

上記の如く、プライミング容積を小さくでき
るため、生体から体外に取出される例えば体外
血液循環量を低減し、生体の負担を小さくその
安全を確保することができる。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例に係る中空糸膜型人
工肺を示す半断面図、第２図は第１図の−線
に沿う断面図、第３図は第１図の人工肺を備えた
体外血液循環装置を示す断面図、第４図は第３図
の斜視図、第５図Ａ，Ｂは本発明の効果を説明す
るための模式図である。

体外血液循環装置１０は、第３図、第４図に示
す如く、人工肺１１と熱交換器１２と貯血槽１３
の３者を集約して一体的に構成している。熱交換
器１２は、人工肺１１の上流側に設置され、２本
の接続管路１２Ａ，１２Ｂを介して人工肺１１に
接続されている。貯留槽１３は、人工肺１１の下
流側に設置され、２本の接続管路１３Ａ，１３Ｂ
を介して人工肺１１に接続されている。

人工肺１１は、第１図に示すように構成され
る。すなわち、筒状ハウジング１５の内部空間に
は、中空糸膜１６が複数本束ねられてなる中空糸
膜束１７が収納されている。中空糸膜１６の両端
部は、該両端部を開口させた状態で隔壁１８，１
９を介してハウジング１５に液密に保持されてい
る。ハウジング１５の両端部には、ヘツダー２
０，２１が接合されている。ヘツダー２０の内面
と隔壁１８とは、中空糸膜１６の内部空間（流体
流路）に連通するガス流入室２２を画成し、ヘツ
ダー２０には酸素を含むガス（流体）のガス流入
ポート２３（流体流入口）が形成されている。ヘ
ツダー２１の内面と隔壁１９とは、中空糸膜１６
の内部空間に連通するガス流出室２４を画成し、
ヘツダー２１には酸素を含んでいたガスのガス流
出ポート２５（流体流出口）が形成されている。
すなわち、人工肺１１にあつてはガス流入ポート
２３から供給される酸素、空気等のガスを中空糸
膜１６内に流通可能としている。なお、上記ヘツ
ダー２１は特に設けず、ガス流出室２４及びガス
流出ポート２５を形成することなく、中空糸膜１
６から流出するガスを大気中に直接的に放出せし
めても良い。

また、隔壁１８，１９、ハウジング１５の内面
及び中空糸膜１６の外面とは血液室２６（血液流
路）を画成し、ハウジング１５の両端側には、そ
れぞれ血液室２６に連通する、前記接続管路１２
Ａ，１２Ｂに連なる２本の血液流入ポート２７
Ａ，２７Ｂ（血液流入口）、及び前記接続管路１３
Ａ，１３Ｂに連なる２本の血液流出ポート２８
Ａ，２８Ｂ（血液流入口）が形成されている。す
なわち、人工肺１１にあつては、血液を血液室２
６において中空糸膜１６の周囲を乱流状態で流通
可能としている。

ここで、上記ハウジング１５の血液流入ポート
２７Ａ，２７Ｂが設けられている部分の内面は、
ハウジング１５の軸方向中間部分の内面より外方
に拡張した内面であつて、中空糸膜１６の中空糸
膜束１７の外周部との間に、第２図に示すような
環状の血液流路２９を形成し、血液流路２９が臨
む中空糸膜束１７の全周囲から各中空糸膜１６に
血液を円滑に分配可能としている。また、上記ハ
ウジング１５の拡張された内面は、中空糸膜束１
７に対して血液流入ポート２７Ａ，２７Ｂを含む
方向に偏心配置され、血液流入ポート２７Ａ，２
７Ｂを臨む血液流路２９の流路面積がより大とさ
れている。すなわち、上記血液流路２９の流路面
積を血液流入ポート２７Ａ，２７Ｂから遠ざかる
に従つて漸減し、血液流路２９からの血液の分配
量を中空糸膜束１７の周方向において均一化し、
血液室２６内においてハウジング１５の軸方向に
向かう血液の流量を、中空糸膜束１７の周方向に
関して均一化可能としている。

また、上記ハウジング１５に設けられる２本の
血液流入ポート２７Ａ，２７Ｂのそれぞれは、そ
れらの流線が前記中空糸膜束１７の外周面上の任
意の法線と一致することなく、該外周面につきあ
たる位置となるように、ハウジング１５に開口さ
れている（第２図参照）。このことの作用は後に
詳述する。

また、上記ハウジング１５の血液流出ポート２
８Ａ，２８Ｂが設けられている部分の内面は、ハ
ウジング１５の中間部分の内面より外方に拡張し
た内面であつて、中空糸膜１６の中空糸膜束１７
の外周部との間に、環状の血液流路３０を形成
し、各中空糸膜１６のまわりの血液を、血液流路
３０が臨む中空糸膜束１７の全周囲から、円滑に
血液流出ポート２８Ａ，２８Ｂに向けて導入可能
としている。また、上記ハウジング１５の拡張さ
れた内面は、中空糸膜束１７に対して、第２図の
血液流入ポート２７Ａ，２７Ｂの側におけると同
様にして、血液流出ポート２８Ａ，２８Ｂを含む
方向に偏心配置され、血液流出ポート２８Ａ，２
８Ｂを臨む血液流路３０の流路面積をより大とし
ている。すなわち、血液流路３０の流路面積を血
液流出ポート２８Ａ，２８Ｂに向けて漸増するこ
とにより、ハウジング１５の容積を過大として生
体からの体外血液循環量（プライミング容積）を
過多とすることなく、生体の安全を確保する状態
下で、血液流路３０への血液の導入量を中空糸膜
束１７の周方向において均一化し、血液室２６内
においてハウジング１５の軸方向に向かう血液の
流量を中空糸膜束１７の周方向に関して均一化可
能としている。

また、ハウジング１５は、軸方向の中央部にお
ける内径を最小とし、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状とし、中空糸
膜束１７の外径がハウジング１５の内壁に沿つて
変化し、その軸方向の中央部において最も小さく
なるように絞つている。すなわち、人工肺１１
は、ハウジング１５が加える中空糸膜束１７の絞
りにより、中空糸膜束１７の横断面における血液
の流れを均一化するとともに、中空糸膜束１７の
軸方向における血液の流速を変化させることによ
つて乱流状態の発生を促進し、ガス交換効率を良
好化可能としている。

ここで、中空糸膜１６としてはマイクロポーラ
ス膜が用いられている。すなわち、中空糸膜１６
は、多孔性ポリオレフイン系樹脂、例えばポリプ
ロピレン、ポリエチレンといつたものからなり、
特にポリプロピレンが好適である。この中空糸膜
１６は、壁の内部と外部を連通する多数の細孔を
有している。細孔の内径は約100〜1000μ、肉厚
は約10〜50μ、平均孔径は約200〜2000Åかつ空
孔率は20〜80％である。このマイクロポーラス膜
からなる中空糸膜１６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。なお、中空糸膜１６
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、拡散によつて行なうシリコーン製
膜等を用いるものであつても良い。

熱交換器１２は、筒状ハウジング３１に多数の
熱交換用管体３２を収納しており、各管体３２の
一方に温水または冷水の給水ポート３３を連通
し、各管体３２の他端に排水ポート３４を連通し
ている。また、ハウジング３１には血液供給ポー
ト３５が設けられている。これにより、血液供給
ポート３５より供給される血液は、管体３２の周
囲を通過して所定温度に加温または冷却された
後、前述の接続管路１２Ａ，１２Ｂを経て人工肺
１１の血液流入ポート２７Ａ，２７Ｂから血液流
路２９に流れ入む。

貯血槽１３は、前述の接続管路１３Ａ，１３Ｂ
が連なる血液流入ポート３６Ａ，３６Ｂを備えて
人工肺１１により酸素加された血液を貯血すると
ともに、貯留されていた血液を生体に送出する血
液流路ポート３７を備える。なお、３８はウレタ
ン消泡剤、３９Ａ，３９Ｂは薬液混注口である。

次に、上記実施例の作用について説明する。

人工肺は、例えば開心術などにおいて使用され
るもので、血液循環回路の途中に設置される。な
お血液は通常４／minの流量で取り出される。

体外血液循環装置１０において、血液供給ポー
ト３５から熱交換器１２に供給された血液は、熱
交換用管体３２の周囲を通つて所定温度に加温ま
たは冷却された後、接続管路１２Ａ，１２Ｂを経
て人工肺１１の血液流入ポート２６Ａ，２７Ｂに
送り込まれる。人工肺１１の血液流入ポート２７
Ａ，２７Ｂに送り込まれた血液は、血液流路２９
から血液室２６における中空糸膜束１７の周辺を
移動してガス交換され血液流路３０に達した後、
血液流出ポート２８Ａ，２８Ｂから接続管路１３
Ａ，１３Ｂを経て貯血槽１３の血液流入ポート３
７Ａ，３７Ｂに送り込まれる。人工肺１１におけ
るガス交換にて酸素加された血液は、上記貯血槽
１３に貯血され、血液流入ポート３７に連なるポ
ンプの作用にて生体に送出される。

しかして、上記実施例によれば、ハウジング
１５に設けられる血液流入ポート２７Ａ，２７
Ｂの流線が中空糸膜束１７の外周面上の任意の
法線と一致することのないように設けられるか
ら、血液の流線が中空糸膜束１７の外周面に直
交する状態で衝突することを回避し、結果とし
て血液の急激な運動量減少による圧力損失をな
くし、血液の圧力損失を低下させることができ
る。

上記の如く、血液のハウジング１５での圧力
損失を低下させることができるため、ハウジン
グ１５に血液を送り込むための血液供給圧力を
小とすることができ、装置１０の接合部等の
破損、血液の成分（例えば血球）の損傷をと
もなうおそれを解消できる。また、血液を患
者と装置１０との落差のみにて供給する落差潅
流が適用できることとなり、装置１０の上流側
にポンプを設置する必要がなくなり、装置１０
の下流側に拍動流ポンプを設置して生体に対し
安定した返血を確保でき、また血液に装置１０
の内部での気泡を巻込むおそれも解消できる。

また、上記実施例によれば、上述のにおけ
る如く、血液の流線が中空糸膜束１７の外周面
に直交する状態で衝突するのを回避し、結果と
して血液が中空糸膜束１７に選択的に集中して
流れ込みハウジング１５の内部における血液の
偏流傾向を抑制できる。このため、血液を中空
糸膜束１７の外周面に沿う周方向の全域に均一
に流れ込ませることができる。

上記の如く、血液のハウジング１５の内部で
の流れ状態（流量、流速）が、中空糸膜束１７
のまわり及びその軸方向にて均一化できるか
ら、血液が中空糸膜１６を介して酸素を含むガ
スと接触するチヤンスがハウジング１５の内部
の各所において相互に均一となり、酸素加能を
向上できる。

なお、上記実施例は、ハウジング１５に設け
られる血液流入ポート２７Ａ，２７Ｂの破線
が、中空糸膜束１７の外周面につきあたる位置
に設けられる条件下で上記，の作用を確保
する。このため、血液流入ポート２７Ａ，２７
Ｂの近傍に十分分大きなチヤンバーを設けて圧
力損失の低下及び流れの均一化を図るような場
合に比して、プライミング容積を小さくでき
る。

上記の如く、プライミング容積を小さくでき
るため、生体から体外に取出される例えば体外
血液循環量を低減し、生体の負担を小さくその
完全を確保できる。

以下、本発明の具体的実施結果について説明す
る。

第５図Ａは従来の人工肺Ａであり、単一の血液
流入ポートのみを備える。第５図Ｂは本発明のの
効果を説明するための参考例である人工肺Ｂであ
り、血液流入ポートの流線が中空糸膜束の外周面
上の任意の法線と一致することなく、該外周面に
つきあたる位置となるように設定した。これらの
人工肺Ａ，Ｂにヘモグロビン12ｇ／dl、37℃の牛
血を４／min流した。この結果、人工肺Ａの圧
力損失は20mmHg、人工肺Ｂの血液流路における
血液流量は人工肺Ａの1/2となりその圧力損失は
17mmHgであつた。また、人工肺Ａは血液流入ポ
ートに対向する中空糸膜束に強く血液が当たり、
人工肺Ｂに比して血液の強い偏流が観察された。

［発明の効果］ 本発明によれば、ハウジングに設けられる血
液流入口の流線が中空糸膜束の外周面上の任意の
法線と一致することのないように設けられるか
ら、血液の流線が中空糸膜束の外周面に直交する
状態で衝突することを回避し、結果として血液の
急激な運動量減少による圧力損失をなくし、該血
液の圧力損失を低下させることができる。

また、本発明によれば、の上述のにおける
如く、血液の流線が中空糸膜束の外周面に直交す
る状態で衝突するのを回避し、結果として血液が
中空糸膜束に選択的に集中して流れ込みハウジン
グ内における血液の偏流傾向を抑制できる。この
ため、血液を中空糸膜束の外周面に沿う周方向の
全域に均一に流れ込ませることができる。

また、本発明は、ハウジングに設けられる血液
流入口の流線が、中空糸膜束の外周面につきあた
る位置に設けられる条件下で上記，の作用を
確保する。このため、血液流入口の近傍に十分大
きなチヤンバーを設けて圧力損失の低下及び流れ
の均一化を図るような場合に比して、プライミン
グ容積を小さくできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る中空糸膜型人
工肺を示す半断面図、第２図は第１図の−線
に沿う断面図、第３図は第１図の人工肺を備えた
体外血液循環装置を示す断面図、第４図は第３図
の斜視図、第５図Ａ，Ｂは本発明の効果を説明す
るための参考模式図である。 １１…人工肺、１５…ハウジング、１６…中空
糸膜、１７…中空糸膜束、２３…ガス流入ポート
（血液流入口）、２５…ガス流出ポート（血液流出
口）、２６…血液室（血液流路）、２７Ａ，２７Ｂ
…血液流入ポート（血液流入口）、２８Ａ，２８
Ｂ…血液流出ポート…（血液流出口）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 膜の内側を流体の流路とし、外側を血液の流
   路とし、膜を介して血液の処理を行なう中空糸膜
   が複数本束ねられてなる中空糸膜束と、該中空糸
   膜束を収納したハウジングと、前記流体流路の上
   流側及び下流側にそれぞれ設けられた流体流入口
   ならびに流体流出口と、前記血液流路の上流側及
   び下流側にそれぞれ設けられた血液流入口ならび
   に血液流出口とを備え、血液流入口は筒状をな
   し、その流線が前記中空糸膜束の外周面上の任意
   の法線と一致することなく、該外周面につきあた
   る位置となるように２つ設けられて、前記ハウジ
   ングに開口していることを特徴とする中空糸膜型
   血液処理装置。