JPH04669B2

JPH04669B2 -

Info

Publication number: JPH04669B2
Application number: JP59138695A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Deguchi; Seiki Nagayama
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1984-07-04
Filing date: 1984-07-04
Publication date: 1992-01-08
Also published as: EP0167162B1; NL233514A; AU4451885A; EP0167162A3; DE3574341D1; BE902819A; JPS6120559A; EP0167162A2

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景技術分野本発明は、体外血液循環において血液中の二酸
化酸素を除去し、血液中に酸素を添加する中空糸
型人工肺に関する。

先行技術とその問題点従来、人工肺は、大別して、気泡型と膜型に分
類される。積層型、コイル型、中空糸型等の膜型
人工肺は、気泡型人工肺に比較して、溶血、蛋白
変性、血液凝固、血液付着等の血液損傷が少な
く、機構上生体肺に非常に近いものとして広く認
識されている。

しかしながら、上記膜型人工肺の気泡型人工肺
に対する優位性にもかかわらず、膜型人工肺のも
つ以下の欠点により、現在の開心術に用いられる
人工肺としては気泡型人工肺が主流となつてい
る。

現在の膜型人工肺において、十分な酸素添加能
を得るためには、血流層を薄くする必要があるこ
とから、また血液の流路が狭く、大きな流路抵抗
を生ずることから、患者と人工肺との落差によつ
て人工肺における血液の潅流を達成可能とする、
いわゆる落差潅流を行なうことができない。

したがつて、膜型人工肺を用いる血液回路は、
人工肺の血液流入口側すなわち静脈側にポンプを
配置する必要がある。

しかしながら、ポンプの出口付近の圧力が、送
血カテーテル部分の圧力損失と人工肺の圧力損失
との和を越える大きさとなつて、送血側回路内圧
が上昇するという問題点があつた。

そして、過度の場合には、ローラーポンプのチ
ユーブがふくらみ、破裂の危険がある。

さらには、開心術において、脳の部分と、下半
身部分とに対して別々に体外循環を行なう分離体
外循環では、２本の人工肺を必要とする不都合が
ある。

加えて、最近、生体に近い血液で体外循環を行
ない、術後の合併症を軽減させる方法として、拍
動流ポンプの使用が提唱されているが、従来の膜
型人工肺では、圧力損失が高く拍動流が得られな
い等の問題がある。

そこで、中空糸膜の外側、すなわち中空糸膜と
ハウジングとの間に血液を流し、中空糸膜の内側
に酸素を流すことによつて、酸素と炭酸ガスの交
換を行なうことが提案されている。（特開昭59−
57661号）。

しかし、落差脱液を可能としつつ、かつ十分な
ガス交換性能が得られる人工肺は未だ得られてい
ない。

発明の目的本発明の目的は、ハウジングと中空糸膜との間
に血液を流し、かつ中空糸膜内に酸素ガスを流す
中空糸型人工肺において、人工肺への血液流入は
患者と人工肺の落差のみで可能であり、しかも中
空糸膜内に血液を流しガス交換を行なう人工肺と
比較して、膜面積を減少させても十分な性能が得
られる小型化可能な中空糸型人工肺の最適サイズ
条件を提供することにある。

このような目的は、下記の本発明によつて達成
される。

すなわち本発明は、90〜120cmの高さの落差脱
血を行なう体外循環に用いられる人工肺であつ
て、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つて配置された多数のガス
交換用の中空糸膜の中空糸束と、該中空糸膜の両
端部をその開口を閉寒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部とを有し、隔壁部での中空糸束のd₁が20〜30％であり、ハ
ウジング長手方向中央部での中空糸束の充填率d₂
が40〜50％であり、d₁／d₂が0.4〜0.6であり、前
記中空糸束のハウジング長手方向中央部での径が
60〜90mmであり、前記中空束の膜面積２〜３m²、前記中空糸の内
径100〜1000μｍ、肉厚10〜200μｍ、空孔率20〜
80％であることを特徴とする中空糸型人工肺であ
る。

また、本発明の実施態様は以下のとおりであ
る。

() 上記中空糸膜は、ポリオレフイン製多孔性
中空糸膜であつて、内径100〜1000μｍ、肉厚
10〜200μｍ、平均孔径は約200〜2000〓かつ空
孔率は20〜80％であること。

() 上記ポリオレフイン製多孔性中空糸膜は、
ポリプロピレン製多孔性中空糸膜であること。

() 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状になつ
ていること。

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。

本発明の人工肺１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。

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。

ハウジング２の両端部には、ヘツダー２１，２
２が接合されている。

ヘツダー２１の内面と隔壁４１とは、中空糸膜
３の内部空間に通過するガス流入室２３を画成
し、ヘツダー２１にはガス流入口２４が形成され
ている。

ヘツダー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、ヘツダー２２には、ガス流出口２６が形成さ
れている。

すなわち、人工肺１にあつては、ガス流入口２
４から供給される酸素、空気等のガスを中空糸膜
３内に流通可能としている。

なお、上記ヘツダー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端をガス流出部として、中空糸膜３
から流出するガスを直接大気中に放出せしめても
良い。

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。

そしてハウジング２の両端部には、それぞれ血
液室５に通過する血液流入口６１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。

すなわち、人工肺１にあつては、血液を血液室
５において、中空糸膜３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２の血液流入口６１が
設けられている部分の内面は、ハウジング２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３の集合体３５の外周部との間に、環状
の血液流路を形成し、この環状の血液流路が臨む
集合体の全周囲から各中央糸膜３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２の血液流出口６２が設
けられている部分の内面は、ハウジング２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３の集合体３５の外周部との間に、環状の
血液流路を形成し、各中央糸膜３の回りの血液
を、この環状の血液流路が臨む集合体の全周囲か
ら、円滑に血液流出口６２に向けて導入可能とし
ている。

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、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、集合体
３５の外径をその軸方向の中央部において絞つて
いる。

すなわち、人工肺１は、ハウジング２が加える
集合体３５の絞りにより、集合体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、集合
体３５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
効率を良好にできるようにしている。

なお、ハウジング２の内面が、前記のようにテ
ーパー状とされるとともに、テーパー状内面と、
血液経路を画成する内面とが図示されるようなテ
ーパー状接続面によつて接続されていることか
ら、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１５の
内面に沿つて円滑に移動し、外径に放出可能とな
つている。

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。

すなわち、中空糸膜３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３は、壁の内部と外部を連絡する
多数の細孔を有している。

中空糸膜の内径は、100〜1000μｍ、肉圧は、
10〜200μ、細孔の平均孔径は、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央糸膜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。

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、拡散によつて
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。

さらに、前記隔壁４１，４２に、遠心注入法に
よつて形成されている。

すなわち、まず、ハウジング２の長さより長い
多数の中空糸膜３を用意し、この両開口端を粘度
の高い樹脂によつて目止めをした後、ハウジング
２内に並べて位置せしめる。

この後、中空糸膜３の両端を完全に覆つて、ハ
ウジング２の長手方向に定めた回転中心回りに、
ハウジング２の中心軸を回転の半径方向に置く状
態下でハウジング２を回転させながら、血液流入
口６１、血液流入口６２側から高分子ポツテイン
グ材を流入する。

流し、終つて樹脂が硬化すれば、樹脂の外端面
部を鋭利な刃物で切断して中空糸膜３の両開口端
を表面に露出させることによつて、隔壁４１，４
２を形成する。

したがつて隔壁４１，４２の血液室５を臨む表
面は、図示のような円筒状凹面となる。

このような前提において、中空糸束３５の充填
率には、所定の制限が設けられている。

すなわち、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、30％以下である。

この場合、充填率は、中空糸束３５の外周包路
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。

d₁が30％をこえると、酸素移動量が必要とされ
る限界もより小さくなつてしまい実用に耐えな
い。また、圧力損失が増大し、落差脱血が不可能
となる。

より具体的に説明するならば、落差脱血を行な
うためには、第２図に示されるように、手術台Ｏ
と床面Ｆまでの高さ△Ｈは、約100cm（一般に90
〜120cm）とされる。すなわち、圧力損失は60mm
Hg以下でないと、落差脱血は不可能である。

一方、血流量は、最大6.0／min程度は必要
である。そして、人工肺の酸素添加能としては、
血流量6.0／minにて、酸素移動量240ml／min
以上が必要である。

そして、d₁が30％以下となれば、これら要求特
性は満足される。

この場合、d₁は20〜30％となると、より好まし
い結果をうる。

d₁＜20％では、人工肺のコンパクト性に欠ける
ことになり、血液充填量が増加し好ましくない。

さらに、この条件に加え、中空糸束３５のハウ
ジング長手方向中央部（絞り部）の充填率d₂（最
低充填率）は、40〜50％でなければならない。

d₂＜50％では落差脱血不可能となり、d₂＜40％
では酸素添加能の点で実用に供しえない。

そして、d₁／d₂は0.6以下である必要がある。

0.6をこえると、落差脱血困難となり、かつ酸
素添加能の点で実用に供しえない。

この場合、装置のコンパクト性からはd₁／d₂は
0.4〜0.6となることが好ましい。

これらに加え、絞り部の中空糸束３５の径r₂
（mm）は、血流量Q_Bに対し、 r₂≧60 Q_B＝6.0／minであることか好ましい。

これにより、落差のみで得られる血流量はより
増大する。

ただし、人工肺のコンパクト性からはr₂は90mm
以下であることが好ましい。

また、酸素添加加能をより良好な値とするため
には、膜面積は、中空糸膜の内径基準にて、1.5
m²以上とすることが好ましい。この場合、コンパ
クト性をも考慮に入れると2.0〜3.0m²が好まし
い。また、本発明の中空糸型人工肺の他の実施例
を第８図に示す。

この実施例が第１図のものと相違する点は、血
液流出口６２のかわりに、血液流出口、好ましく
は図示のように複数の血液流出口６５を有する血
液流出部とした点、およびこの血液流出部に連通
する血液貯溜室７を設けた点にある。

なお、血液貯溜室７には排出口７５が設けられ
ている。

この実施例の人工肺１によれば、血液流出口の
貯血槽とをつなぐ回路を省略できるため回路全体
における血流充填量が減少することになる。

これは、血液の絶対量の少ない新生児等に得に
有効である。さらに回路が簡略化できるため取扱
も容易となる等の利益を有する。

さらに、第９図に示すように、血液貯溜室７内
に熱交換器部８５を設ければ、血液貯溜室７と熱
交換器とを接続する回路を省略できるのでより好
ましい。

発明の具体的作用効果本発明の人工肺は、第２図に示されるように、
出口側にローラーポンプ７を配置し、患者と人工
肺との落差のみによる落差脱血を行なうことがで
きる。

この場合、落差△Ｈ＝100cm程度にて、圧力損
失を60mmHg以下にできるので、十分な血流量が
確保される。

しかも、6.0／minの血流量で240ml／min以
上の酸素移動量が得られる。

この場合、中空糸膜の内側に血液を流す人工肺
と比較して、約半分の膜面積で、同等の酸素添加
能であり、小型軽量化や、材料コスト低減の点で
きわめて有用である。

さらに、本発明の人工肺は、第３図に示される
ように、出口側に２つのローラーポンプ７１，７
５を接続して分離体外循環を支障なく行なうこと
ができる。

また、第４図に示されるように、拍動流ポンプ
８を用いることもできる。

そして、前記実施態様（）、（）によれば、
装置がコンパクト化し、血液充填量が減少する。

また、前記実施態様（）、（）によれば、
ガス交換性能はきわめて高いものとなる。

そして、前記実施態様（）によれば、血液流
が均一化し、ガス交換性能が向上する。

本発明者らは、本発明の効果を確認するため
種々実験を行なつた。

以下にその１例を示す。

実験例ポリプロピレン製の下記の中空糸を用いて、第
１図に示される人工肺を作成した。

長さ 85mm 内径 200μｍ外径 240μｍ空孔率 45％平均孔径 650Å 人工肺の膜面積は、内径基準にて、2.5m²とし
た。

またr₂＝76mmとした。

d₁およびd₂を各種かえた人工肺を作製し、これ
に、Ht35％、37℃の牛血を血流量Q_B ²6／min、
O₂ガス量Ｖ＝６／minにて循環させた。

上記のとおり、酸素移動量の限界点は240ml／
minである。

また、落差脱血の際の圧力損失△Ｐの限界点は
60mmHgである。

第５図には、d₂＝46％としたときのd₁と酸素移
動量および△Ｐとの関係が示される。

第６図には、d₁＝24％としたときのd₂と酸素移
動量および△Ｐとの関係が示される。

第７図は、d₁／d₂と酸素移動量および△Ｐとの
関係が示される。

これらの結果から、本発明における充填率によ
る臨界的結果があきらかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示す縦断面図であ
る。第２図、第３図および第４図は、それぞれ本
発明の作用を説明するための模式図である。第５
図は、d₁と酸素移動量および△Ｐとの関係を示す
グラフである。第６図は、d₂と酸素移動量および
△Ｐとの関係を示すグラフである。第７図は、
d₁／d₂と酸素移動量および△Ｐとの関係を示すグ
ラフである。第８図は、本発明の他の実施例を示
す縦断面図である。第９図は、本発明のさらに別
の実施例を示す斜視図である。１……人工肺、２……ハウジング、２４……ガ
ス流入口、２６……ガス流出口、３……中空糸
膜、３５……中空糸束、４１，４２……隔壁、５
……ガス室、６１……血液流入口、６２，６５…
…血液流出口。

Claims

【特許請求の範囲】１ 90〜120cmの高さの落差脱血を行なう体外循
環に用いられる人工肺であつて、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つて配置された多数のガス交
換用の中空糸膜の中空糸束と、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部とを有し、隔壁部での中空糸束の充填率d₁が20〜30％であ
り、ハウジング長手方向中央部での中空糸束の充
填率d₂が40〜50％であり、d₁／d₂が0.4〜0.6であ
り、前記中空糸束のハウジング長手方向中央部での
径が60〜90mmであり、前記中空糸束の膜面積２〜３m²、前記中空糸の
内径100〜1000μｍ、肉厚10〜200μｍ、空孔率20
〜80％であることを特徴とする中空糸型人工肺。２上記中空糸は、ポリオレフイン製多孔性中空
糸膜であつて、平均孔径は約200〜2000Aである
特許請求の範囲第１項に記載の中空糸型人工肺。３上記ポリオレフイン製多孔性中空糸膜はポリ
プロピレン製多孔性中空糸膜である特許請求の範
囲第２項に記載の中空糸型人工肺。４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状になつている
特許請求の範囲第１項に記載の中空糸型人工肺。