JPH0550299B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は血液のよどみや気泡の滞留などがな
く、しかも各中空繊維へ血液を均等に分配できる
改良された血液ポートを有する中空繊維型血液処
理装置に関するものである。本発明の血液処理装
置は特に長時間連続して使用される体外循環肺補
助（ECMOあるいはECLA）や持続的血液過
（CAVH）、あるいは減ヘパリン透析などに好適
に用いられる。 （従来の技術） 従来より中空繊維を分離膜として用いた血液処
理装置は、血液透析装置や人工肝臓装置、あるい
は血漿分離装置や人工肺装置として広く用いられ
ている。 このような血液処理装置として通常第４図に示
すような血液の導入出口を軸対称位置に設けた円
筒型の装置が用いられている。 第４図において、１は血液を中空繊維５の内部
に導き、かつ外部と隔離するための断面が円形の
入口側血液ポートであり、血液１０はポート上部
に設けた血液導入口２０より導入される。１ａは
中空繊維の内部を通過してきた血液を集合させ一
定の大きさの管に血液導出口２０ａより導出し、
かつ外部と隔離するための断面が円形の出口側ポ
ートである。２はポート１又はポート１ａがハウ
ジング３と分離しないように、またポート内に導
びかれた血液が外部に洩れずに中空繊維５の内部
に導びくためにポート１またはポート１ａをパツ
キン１２を介して中空繊維束を固定する隔壁６に
密着させるための固定キヤツプである。ハウジン
グ３は通常円筒形であつて透明で硬質の合成樹脂
（ポリプロピレン、ポリカーボネートなど）で作
られ、その内部９には数百〜数万本程度の中空繊
維５が充填されている。またこのハウジング３に
は、血液浄化用流体の導入口４及び血中有害物質
の導出口４ａが設けられている。中空繊維５は、
ハウジング３の内部９に多数充填され、その両端
は血液適合性に優れた隔壁６で液密に固定され、
しかも中空繊維５の内部はヘツダ室８と連通して
いる。隔壁６は一般にポリウレタン樹脂が使用さ
れているがこの隔壁６によつてヘツダ室８は、ハ
ウジング３の内部９と隔離され、ヘツダ室８及び
ハウジング３の内部９は中空繊維５の壁膜を介し
てのみ接触するようになつている。すなわち導入
される血液１０は入口側ポート内のヘツダ室８を
経由して中空繊維の内部に入り、中空繊維の壁膜
を介して血液中の有害物をハウジング３の内部９
に排出し、清浄になつた血液は出口側ポート１ａ
のヘツダ室を経由して体内にもどされる。一方ハ
ウジング３の内部９に排出された有害物は必要に
応じて導入口４より導入された血液浄化用流体と
ともに導出口４ａを経由して外部へ取り出され
る。 また最近血液が各中空繊維の内部に均一に流れ
るようにするため、中空繊維束の切断面に対して
水平に、接線方向から血液を導入出する非軸対称
型の血液ポートを有する血液処理装置も提案され
ている。（特公昭60−5308号） （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の血液処理装置
は次のような欠点があり、特にヘパリンのような
抗血液凝固剤を全く使用しないか、あるいは使用
量を減らした血液透析や数日におよぶ長期使用の
場合においては実用上問題がある。すなわち第４
図に示す軸対称型の血液処理装置では、使用され
る血液ポート１はその構造上、ポートの入口点Ａ
より血液がポートに導入された際、まづ中空繊維
の切断面の中央部に衝突し、次いで当該中空繊維
の内部空間の圧力（又は抵抗）や当該中空糸束を
固定する隔壁によつて血液が外周部の中空繊維へ
分散される。従つてポート内部の空間を流れる血
液の速度は、血液の導入出口の直下付近の中央部
では速いが、全方位に広がつて流れるため、その
速度の減衰は急激であり、特に外周部においては
極端に遅くなり、ポートの周辺部では血液がよど
みをつくる領域が発生する。その結果、血液処理
装置としての性能が低下すると共に、血液処理後
返血する際に、返血速度が中央部と外周部で異な
るため、外周部に近い中空繊維の内部や血液がよ
どみをつくつた領域に残血現象を起こす。特に長
時間の血液処理を行なう場合、血液速度の遅い中
空繊維の内部や血液がよどみをつくるポート周辺
部では凝血を起こし、血液の流れが停止する部分
が生じ、血液処理が不能に陥る場合がある。 また非軸対称型の装置では中空繊維の切断面に
おいて相対的に広い面積を占める外周部に対して
接線方向から血液が導かれ、その後らせん流路の
厚みが漸減するために外周部と内周部の中空繊維
内部への血液流入速度は軸対称型の装置よりは均
一に保たれ、かつ、切断面に対して平行な血流速
度も大きな値をとり得るが、血液ポート部の構造
と血液流路が複雑なため、ハウジングに収容され
た中空繊維の分布状態が悪いとかえつて部分的渦
流と、それに伴う血栓形成、および気泡の滞留を
起し易く、しかもポート部がかさ高くなるため血
液充填量が増加するなどの問題があつた。 以上に述べたように、これら従来公知の血流処
理装置にあつては気泡の滞留、血栓や血餅の発
生、それに伴う性能劣化や残血などの問題が十分
には解決されておらず、特にヘパリンの様な抗血
液凝固剤を全く使用しないか、あるいは使用量を
減らして血液処理を行なう場合や、数日に及ぶ長
時間の血液処理を行う際などには上記の理由によ
る中空繊維の閉塞が激しく、実用に耐えないとい
う問題点があつた。 従つて本発明が解決すべき問題点は、気泡の滞
留や血栓、血餅の発生が少なく、長時間連続使用
しても中空繊維の閉塞が起こらないような改良さ
れた血液ポートを有する血液処理装置をいかにし
て得るかということである。 （問題点を解決するための手段） 前述したように従来の血液処理装置は中空繊維
束中の個々の中空繊維内部にいかに均一に血液を
流しこむかを追求してきているが、なおヘパリン
を減らした場合や数日におよぶ長期使用を行つた
場合にはヘツダ室における血栓の発生、それに伴
う性能の低下、血小板の減少などが起こり、実用
上満足のいくものはない。本発明者らはこの点を
改善すべく鋭意研究を重ねた結果、以外にも血液
ポート内部のヘツダ室の厚みと、血液の導入出方
向および導入出口の位置が極めて重要な因子であ
る事を見い出し、更に検討した結果本発明に到達
したものである。 すなわち本発明は両端に血液ポートを備えた筒
状ハウジング内に中空繊維束が収容されてなる中
空繊維型血液処理装置において、該筒状ハウジン
グの少くとも一端に設けた血液ポートと中空繊維
束端面で薄い扁平状のヘツダ室を形成するととも
に、該ヘツダ室に血液を導入または導出する血液
導入口または導出口を該血液ポートの外周部に、
しかも該中空繊維束の端面に垂直に設けたことを
特徴とする中空繊維型血液処理装置である。 （作用） 本発明装置の特徴とするところはヘツダ室を薄
い扁平状に形成し、しかも血液ポートの外周部に
血液の導入口または導出口を垂直に設けたことに
ある。かかる構造の血液ポートは、中空繊維内部
への血液の流入出速度が血液導入出口の近辺で大
きく、導入出口を離れるに従つて急激に低下し、
各中空繊維に均一に血液を分配することができな
いような印象を受けるが、薄い扁平状のヘツダ室
の外周部から垂直方向に血液を導入出すると血液
は薄いヘツダ室を一方向に向つて流れるため、血
液の導入出口より離れた中空繊維への血液の流入
出速度の低下はわずかであり、その低下は殆んど
無視できる程度である。一方中空繊維束の開口端
面上における血液の拡散は一方向のみの拡散のた
めその速度は従来の全方向に拡散する血液ポート
よりも格段に速く、かつその流線も直線的で、渦
流が発生しにくい。そのため中空繊維束の開口端
面上における気泡の滞留や、血栓形成の原因とな
る血小板の粘着を抑止する効果が大きいものと推
測される。 （実施例） 次に本発明の血液処理装置の一実施例を図面に
て説明する。第１図は本発明の血液処理装置の一
部断面図であり、該装置は多数の中空繊維５を収
容した円筒状ハウジング３と、該ハウジングの両
端に取着され、中空繊維束端面とで薄い扁平状の
ヘツダ室８を形成する血液ポート１，１ａと、該
血液ポートをパツキン１２を介して中空繊維束を
固定する隔壁６に密着させる固定キヤツプ２で構
成されている。２０は血液導入口、２０ａは血液
導出口であり、４は血液浄化用流体の導入口、４
ａは血中有害物質の導出口である。 第１図では上記円筒状ハウジング３の両端に同
一形状の血液ポート１，１ａを設け、かつ血液導
入口２０と血液導出口２０ａを同一軸線上に配置
した例を示している。かかる装置では血液導入口
と導出口が底部に位置するように血液処理装置を
水平または傾斜させて用いるときに有用である。
血液処理装置を上下方向に配置する場合には、血
液導入口２０と血液導出口２０ａは対角線上に位
置させることが好ましい。また円筒状ハウジング
の一端に上記特定のヘツダ室を形成する血液ポー
トを設け、他端は従来の血液ポートを設けてもよ
い。 第２図はヘツダ部分の拡大断面図である。上記
血液ポート１と中空繊維束端面で形成される薄い
扁平状のヘツダ室８の厚みｈは薄い程効果的であ
るが、実際には血液処理装置の大きさ、血液処理
の際の所要血流量、血液粘度、抗血栓剤の使用量
などの因子を考慮して、各々の血液処理装置に適
した値に設定する必要がある。 本発明者らの研究結果によれば血液ポートで形
成されるへツダ室８の厚みｈ（cm）が血液処理装
置の膜面積Ｓ（m²）に対して Ｓ0.9m²の時、ｈ0.237×｛（Ｓ−0.9）×4.23
＋１｝×１／√Ｓ Ｓ＜0.9m²の時、ｈ0.237×√＋0.025 好ましくは Ｓ0.9m²の時、ｈ0.142×｛（Ｓ−0.9）×4.23＋
１｝×１／√Ｓ Ｓ＜0.9m²の時、ｈ0.142×√＋0.015 なる関係を満たす事が、ヘツダ室における血栓形
成や、気泡の滞留を防止する上で重要であること
を見出した。ｈがこれ以上厚いと、十分な効果が
発現し得ず、ヘツダ室の外周部に広いリング状の
血栓形成が認められる。上式は膜面積の異なる
種々の装置を用い、実験的に定められたものであ
り（通常膜面積0.1〜10m²の装置が用いられる。）、
その意味は厳密には明らかでないが、中空繊維束
の開口端面上における血液の速度の水平成分が、
ある程度以上必要な事を示唆している。かかるヘ
ツダ室の厚みｈは通常膜面積が約５m²以上の装置
で、５／min前後の血液処理を行う場合には15
mm以下、好ましくは10mm以下が適当であり、膜面
積１〜２m²程度の装置で50〜300ml／minの血液
処理を行う場合は４mm以下、好ましくは２mm以下
が適当である。膜面が１m²以下の小型の装置で
200ml／min以下の血液処理を行う場合は1.5mm以
下、好ましくは１mm以下が適当である。 また、ヘツダ室は凹凸があつたり、角ばつたり
しているものは、その部分に滞留を生じ易く好ま
しくない。上記ヘツダ室に形成された微小な凸凹
による血栓の生成を防止するためヘツダ室の少く
とも血液接触部分にポリHEMA等の親水性樹脂
シリコン、セグメント化ポリウレタン等を被覆す
ることが好ましい。このヘツダ室８の厚みｈはヘ
ツダ室の全域にわたつて一様である形状が製作が
最も簡便であり、実際的であるが、第３図に示す
ように血液導入口または導出口から離れるに従が
つてｈを小さくすると、血液導入口または導出口
から離れる程大きくなる中空繊維束開口端面上の
血液流速の水平成分の低下を効果的に防止でき、
気泡の滞留や血栓形成に対する抑止効果を一層高
められる。この場合上述の実験式で示されるｈは
血液導入出口でのヘツダ室の厚さをいう。 本発明装置では血液導入口、または導出口がヘ
ツダ室８に対して垂直に設けられている。本発明
でいう垂直とは製作上中空繊維束端面に対する角
度が90°±10°位まで許容することができる。この
構造が最も単純であり、かつヘツダ室の厚みを十
分に薄くできる。また血液の導入口、または導出
口を血液ポートの外周にできるだけ近接して設け
る事が重要であり、該導入口または導出口の中心
が血液ポートの中心と、外周との最大距離の1/3
以上外周から離れるとヘツダ室での血液の均一な
拡散が困難となり、特にヘツダ室の外周部で気泡
が滞留したり、血栓が形成されることがある。 上記血液導入口または導出口のヘツダ室への開
口部は若干のアール（丸み）をとる方が、血液損
傷が少なく、好ましい。このアールは通常、血液
導入口または導出口の内半径(r)の２倍、すなわち
2rとれば十分である。この場合、ヘツダ室の厚み
ｈは、血液導入口または導出口の中心から、その
内半径の２倍離れた位置における厚みをいうもの
とする。 また本発明において、血液導入口または導出口
以外、例えば採血口、輸液口、ヘパリン注入口、
センサー挿入口、エア抜口などを血液ポート部に
設ける事は自由であるが、できるだけ少数に限定
する方が血栓形成が起こりにくく好ましい。 実施例１、２および比較例１、２ 内表面に薄いシリコンゴム層を有する、内径
320μ、外径480μのポリスルホン中空繊維膜4000
本（膜面積1.1m²）を公知の方法によつて円筒状
ハウジングに組み込み両端を切断して直径が36mm
の円形の中空繊維束開口端面を形成し、該端面上
に各種形状の血液ポートを接続してヘツダ室の構
造を異にする血液処理装置を得た。実験には第１
図に示す形状の装置を使用した。実施例としてヘ
ツダ室の厚みｈ＝４mmおよび２mmで、しかも血液
導入出口を血液ポートの周辺に近接して垂直に取
り付けた装置を用いた。また比較例として、ｈ＝
４mmで血液導入出口を血液ポートの中心に垂直に
取り付けたもの、およびｈ＝６mmで血液導入出口
を血液ポートの周辺に近接して垂直に取り付けた
ものを用いた。 平均体重3.5Kgの子豚５匹を用い、各々に前記
血液処理装置を接続して、血液の活性凝固時間を
200秒に制御しつつ、中空繊維膜内面側に平均血
流量250c.c.／minで血液を流し、中空繊維膜外面
側には60％酸素を３／minで流しながら、３日
間の体外循環を行つた。 体外循環中における各血液処理装置の酸素加能
の変化と、体外循環終了時における血液ポート内
の血栓形成程度、および中空繊維の閉塞状況を第
１表に示した。この結果から本発明の血液処理装
置が長時間にわたり高い抗血栓性を示し、血液処
理性能も安定している事が明らかである。

【表】 ◎…極めて少ない ○…少ない △…やや
少ない ×…多い
実施例３〜５および比較例３〜５ 第２表は第１図に示す型の血液ポートを取り付
けた0.3m²、2.0m²、5.0m²の人工肺モジユールにつ
いて、山羊を用いて２日間の体外循環を行つた後
の、ヘツダ室における血栓形成の程度を示したも
のである。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明の血液処理装置は、ヘツ
ダ室を十分に薄い扁平状とし、中空繊維束外周に
近接した位置に、中空繊維束開口端面に実質的に
垂直に血液の導入口、または導出口を設ける事に
よつて開口端面に平行な血液速度を速め、かつ、
ヘツダ室における血液の流線を直線的なものにす
る事ができる。こうした構造は意外にも中空繊維
内部への血液流入速度に与える影響が小さく、ほ
ぼ均一な流入速度が得られるため、ヘツダ室での
気泡の滞留、血栓や血餅の発生の抑止効果が強く
発現し、その結果、従来のものでは不可能だつ
た、長時間連続使用可能な、またヘパリンのよう
な抗血栓剤を減らした場合や、用いない場合でも
実用に耐える血液処理装置が得られる。 すなわち本発明は長期連続使用を目指す各種人
工臓器や、体液処理器、あるいはヘパリンのよう
な抗血栓剤を使用し難い状況にある患者の体液処
理器などに効奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の血液処理装置の構造を示す一
部断面図であり、第２図および第３図はヘツダ室
部分の詳細を説明する断面図であり、第４図は従
来の装置の構造を示す一部断面図である。 １，１ａ……血液ポート、２……固定キヤツ
プ、３……ハウジング、４……血液浄化用流体導
入口、４ａ……血中有害物質導出口、５……中空
繊維、６……隔壁、８……ヘツダ室、２０，２０
ａ……血液導入出口、ｈ……ヘツダ室の厚み。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 両端に血液ポートを備えた筒状ハウジング内
   に中空繊維束が収容されてなる中空繊維型血液処
   理装置において、該筒状ハウジングの少なくとも
   一端に設けた血液ポートと中空繊維束端面で薄い
   扁平状のヘツダ室を形成し、かつ該へツダ室の厚
   みｈ（cm）が、血液処理装置と膜面積Ｓ（m²）に対
   して Ｓ≧0.9m²の時、ｈ≦0.237×｛（Ｓ−0.9）×4.23＋
   １｝×１／√Ｓ Ｓ＜0.9m²の時、ｈ≦0.237×√＋0.025 なる関係を満たすとともに、該ヘツダ室に血液を
   導入または導出する血液導入口または血液導出口
   を該血液ポートの外周部に、しかも該中空繊維束
   の端面に垂直に設けたことを特徴とする中空繊維
   型血液処理装置。