JPH11137671A

JPH11137671A - 熱交換器内蔵型人工肺

Info

Publication number: JPH11137671A
Application number: JP9320301A
Authority: JP
Inventors: Shiyuuichi Kaminohara; 秀一上之原; Kazuhiko Takeuchi; 和彦竹内; Masanari Naraoka; 巨業奈良岡
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1997-11-05
Filing date: 1997-11-05
Publication date: 1999-05-25

Abstract

(57)【要約】【課題】人工肺部の内部に熱交換器部を収納したもの
をハウジング内に収納した状態とすることにより、全体
として血液充填量が少なく、かつ圧力損失も少ない熱交
換器内臓型人工肺を提供するものである。【解決手段】熱交換器内蔵型人工肺１は、筒状熱交換
器部１０と、この筒状熱交換器部１０に直接巻回された
多数のガス交換用中空糸膜からなる筒状中空糸膜束２
と、筒状中空糸膜束２および筒状熱交換器部１０とを収
納するハウジング３とを備える。中空糸膜の両端は開口
した状態で、筒状中空糸膜束２の両端部をハウジング３
および筒状熱交換器部１０に２つの隔壁５，６により固
定されている。ハウジング３の内部は、中空糸膜外面と
筒状熱交換器部１０の外側面１０ａと２つの隔壁５，６
間により形成された血液室７と、筒状熱交換器部１０の
内部と連通する熱媒体室１６に区分されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、体外血液循環にお
いて、血液温度調整と、血液中の二酸化炭素を除去し、
血液中に酸素を添加するための熱交換器内蔵型人工肺に
関する。

【０００２】

【従来の技術】開心術に用いられる人工心肺回路として
は、近年遠心式のポンプや拍動流ポンプでの送血、また
無輸血体外循環が普及してきている。これらを行うに当
たり、人工心肺回路を簡素化し、低圧力損失、低充填量
とすることが求められている。しかし現状の開心術用回
路では、熱交換器と人工肺を接続し一体的にしたものは
あるが、あくまでおのおの独立したものを接続している
ものにすぎない。人工肺としては、膜型人工肺が一般的
となってきている。膜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うものであ
る。人工肺への血液の流入方式として、中空糸膜の内側
に血液を流し、中空糸膜の外側にガスを流す内部灌流方
式と、逆に血液を中空糸膜外側へ流し、ガスを中空糸膜
の内側へ流す外部灌流方式とがある。前者は血液を循環
する際の圧力損失が大きい事が知られている。これに対
し後者は圧力損失で前者より有利である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年遠心式のポンプや
拍動流ポンプが普及してきており、これらのポンプにて
体外循環が行えるためには、人工肺の圧力損失は小さい
事が望ましい。さらに、上述したように、回路全体とし
て少しでも低充填量であることが望ましい。しかし、従
来のものでは、熱交換器と人工肺を接続し一体的にした
ものでは、熱交換器と人工肺それぞれがハウジングとそ
の内部に血液室を有するためある程度の充填量を有する
ものとなる。そこで本発明の目的は、人工肺部の内部に
熱交換器部を収納したものをハウジング内に収納した状
態とすることにより、全体として血液充填量が少なく、
かつ圧力損失も少ない熱交換器内臓型人工肺を提供する
ものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するもの
は、筒状熱交換器部と、該筒状熱交換器部に直接巻回さ
れた多数のガス交換用中空糸膜からなる筒状中空糸膜束
と、前記筒状中空糸膜束および前記筒状熱交換器部とを
収納するハウジングと、前記中空糸膜の両端が開口した
状態で、前記筒状中空糸膜束の両端部を前記ハウジング
に固定する２つの隔壁と、前記ハウジング内面と前記中
空糸膜外面と前記筒状熱交換器部の外側面と前記２つの
隔壁間により形成された血液室と、該血液室と連通する
前記ハウジングに設けられた血液流入口および血液流出
口と、前記中空糸膜内部と連通するガス流入口およびガ
ス流出口と、前記筒状熱交換器部の内部と連通する熱媒
体流入口および熱媒体流出口とを備える熱交換器内蔵型
人工肺である。

【０００５】そして、前記筒状熱交換器部の外側面は、
蛇腹状表面となっており、前記筒状中空糸膜束は、該筒
状熱交換器部の外側面に中空糸膜を前記蛇腹状表面の溝
に落ち込まないように巻き付けられることにより形成さ
れていることが好ましい。さらに、前記筒状熱交換器部
の外側面の蛇腹状表面は、凹部および凸部が前記筒状中
空糸膜束の中心軸に対してほぼ直交するように形成され
ていることが好ましい。

【０００６】また、前記血液室は、第１の血液室および
第２の血液室に区画されているとともに、該第１の血液
室と該第２の血液室は、一方の血液室より他方の血液室
に血液が前記中空糸膜に接触することなく流通しないよ
うに区画されており、そして、前記筒状ハウジング本体
は、側面に前記第１の血液室または前記第２の血液室の
一方と連通する血液流入口および前記第１の血液室また
は前記第２の血液室の他方と連通する血液流出口を有し
ていることが好ましい。さらに、前記人工肺は、前記血
液室を前記第１の血液室と前記第２の血液室とに区画す
るとともに、該第１の血液室と該第２の血液室とを前記
筒状中空糸膜束の内部および筒状中空糸膜束と前記筒状
熱交換器部の外側面間により形成された血液流通部を介
してのみ連通させる区画壁もしくはハウジングの内壁部
分を備えているものであってもよい。また、前記人工肺
は、前記血液室を前記第１の血液室と前記第２の血液室
とに区画するとともに、該第１の血液室と該第２の血液
室とを前記筒状中空糸膜束と前記筒状熱交換器部の外側
面間により形成された血液流通部を介してのみ連通させ
る区画壁を備えているものであってもよい。

【０００７】さらに、前記熱交換器内蔵型人工肺は、例
えば、前記一方の隔壁より前記他方の隔壁まで延びる２
つの区画壁もしくは２つのハウジングの内壁部分を備
え、該２つの区画壁により、筒状の血液室を軸方向に縦
に２つに区画するものである、また、前記区画壁は、例
えば、前記筒状ハウジング本体の軸方向の中央部付近に
形成された環状区画壁であり、該環状区画壁により、前
記血液室は、一方の隔壁側となる第１の血液室と、他方
の隔壁側となる第２の血液室とに区画されているもので
ある。そして、前記中空糸膜束は、前記中空糸膜が、１
本あるいは複数本同時に、且つすべての中空糸膜が実質
的に一定の間隔となるように前記筒状熱交換器部の外側
面に巻きつけられることにより形成されたものであるこ
とが好ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】そこで、本発明の熱交換器内蔵型
人工肺について、図面を用いて説明する。図１は、本発
明の熱交換器内蔵型人工肺の一実施例を示す正面図であ
り、図２は、図１に示した熱交換器内蔵型人工肺の平面
図であり、図３は、図１に示した熱交換器内蔵型人工肺
の底面図である。また、図４は、図１のＡ−Ａ線断面図
であり、図５は、図４のＢ−Ｂ線断面図であり、図６
は、図４のＣ−Ｃ線断面図である。

【０００９】本発明の熱交換器内蔵型人工肺１は、筒状
熱交換器部１０と、筒状熱交換器部１０に直接巻回され
た多数のガス交換用中空糸膜からなる筒状中空糸膜束２
と、筒状中空糸膜束２および筒状熱交換器部１０とを収
納するハウジング３と、中空糸膜の両端が開口した状態
で、筒状中空糸膜束２の両端部をハウジング３および筒
状熱交換器部１０に固定する２つの隔壁５，６と、ハウ
ジング３内面と中空糸膜外面と筒状熱交換器部１０の外
側面１０ａと２つの隔壁５，６間により形成された血液
室７と、血液室７と連通するハウジング３に設けられた
血液流入口８および血液流出口９と、中空糸膜内部と連
通するガス流入口１１およびガス流出口１２と、筒状熱
交換器部１０の内部と連通する熱媒体流入口１３および
熱媒体流出口１４とを備えている。

【００１０】そして、この実施例の熱交換器内蔵型人工
肺１では、血液室７は、第１の血液室７ａおよび第２の
血液室７ｂに区画されているとともに、第１の血液室７
ａと第２の血液室７ｂは、一方の血液室より他方の血液
室に血液が中空糸膜に接触することなく流通しないよう
に区画されている。そして、筒状ハウジング本体３３
は、側面に第１の血液室７ａまたは第２の血液室７ｂの
一方と連通する血液流入口８および第１の血液室７ａま
たは第２の血液室７ｂの他方と連通する血液流出口９を
有している。

【００１１】図１ないし図６に示す実施例の熱交換器内
蔵型人工肺１では、ハウジング３は、筒状ハウジング本
体３３と、ガス流入口１１を備えるガス流入用部材４１
と、ガス流出口１２を有するガス流出用部材４２とを備
える。

【００１２】この実施例の熱交換器内蔵型人工肺１で
は、血液室は、第１の血液室７ａおよび第２の血液室７
ｂに区画され、かつ、第１の血液室７ａおよび第２の血
液室７ｂを筒状中空糸膜束２の内部および筒状中空糸膜
束２の内面と筒状熱交換器部１０の外面間に形成された
血液流通部７ｃを介して連通させるための区画壁４ａ，
４ｂを備えている。

【００１３】そして、筒状中空糸膜束２は、筒状熱交換
器部１０の外面（外側面）に巻き付けられている。つま
り、筒状熱交換器部１０が筒状中空糸膜束２のコアとな
っている。

【００１４】筒状中空糸膜束２が外面に巻き付けられた
筒状熱交換器部１０、さらに、筒状ハウジング本体３３
は、それぞれがほぼ同心的に配置されている。そして、
中空糸膜束２が外面に巻き付けられた筒状熱交換器部１
０の一端（上端）および筒状ハウジング本体３３の一端
（上端）は、第１の隔壁５により、それらの同心的位置
関係が維持されるとともに、筒状熱交換器部１０および
筒状ハウジング本体３３と中空糸膜の外面との間により
形成される空間が外部と連通しないように液密状態とな
っている。

【００１５】また、中空糸膜束２が外面に巻き付けられ
た筒状熱交換器部１０の他端（下端）および筒状ハウジ
ング本体３３の他端（下端）は、第２の隔壁６により、
それらの同心的位置関係が維持されるとともに、筒状熱
交換器部１０の内部空間および筒状ハウジング本体３３
と中空糸膜の外面と筒状熱交換器部１０の外面との間に
より形成される空間が外部と連通しないように液密状態
となっている。隔壁５，６は、ポリウレタン、シリコー
ンゴムなどの接着性を有する弾性材料であるポッティン
グ剤で形成されている。なお、筒状中空糸膜束、筒状熱
交換器部、ハウジングの軸は必ずしも共通的に一致して
なくてもよい。

【００１６】筒状熱交換器部１０としては、いわゆるベ
ローズ型熱交換部が使用されている。筒状熱交換器部１
０の少なくとも外側面形成部材であるベローズ型筒状部
材１０ａは、ステンレス、アルミ等の金属もしくはポリ
エチレン、ポリカーボネート等の樹脂材料によりいわゆ
る細かな蛇腹状に形成されている。強度、熱交換効率の
面からステンレス、アルミ等の金属が好ましい。特に、
この実施例では、筒状熱交換器部の軸方向（中心軸）に
対してほぼ直交する凹凸が多数繰り返された波状となっ
ているベローズ管からなりその谷部と山部の高さは５．
０〜１５．０ｍｍ程度が最も効率が良く、好ましくは
９．０〜１２．０ｍｍが好ましい。また、熱交換器部の
軸方向の長さは、使用される患者によって異なるが、７
０．０〜１５０ｃｍの範囲のものが用いられる。

【００１７】熱交換器部１０は、外側面を形成するベロ
ーズ型筒状部材１０ａと、このベローズ型筒状部材１０
ａの内部に収納された内側筒状部材１５とからなり、内
側筒状部材１５とベローズ型筒状部材１０ａとの間によ
り熱媒体室１６が形成されている。また、内側筒状部材
１５は底面が閉塞しているとともに、内側側面よりさら
に内側に突出し、かつ向かい合うように形成された２つ
の熱媒体流通管状部１７ａ，１７ｂを備える。熱媒体流
通管状部１７ａの端部（上端）には、熱媒体流入口１８
が、熱媒体流通管状部１７ｂの端部（上端）には、熱媒
体流出口１９が形成されている。

【００１８】内側筒状部材１５は、２つの熱媒体流通管
状部１７ａ，１７ｂの内部と熱媒体室１６とを連通する
軸方向に延びる開口部１５ａ，１５ｂを備えている。内
側筒状部材は、合成樹脂、ステンレス、アルミ等の金属
により形成されている。また、筒状熱交換器部１０とし
ては、円筒体であることが好ましく、筒状熱交換器部１
０の外径は、２０〜１００ｍｍ程度が好適であり、長さ
（有効長）は、１５〜７６５ｍｍ程度が好適である。な
お、熱交換器部１０を構成するベローズ型筒状部材１０
ａと内側筒状部材は一体に形成してもよい。この場合熱
交換器部１０は金属により形成することが好ましい。ま
た、熱交換器部１０は、内側筒状部材１５の上部に取り
付けられた円盤状の蓋部材１０ｂを備えている。

【００１９】そして、筒状熱交換器部１０の外面には、
筒状中空糸膜束２が巻き付けられている。なお、中空糸
膜束２の外径は、３０〜１４４ｍｍが好適であり、充填
率としては、４５〜７５％が好適である。

【００２０】ガス交換用中空糸膜としては、多孔質膜が
使用される。多孔質中空糸膜としては、内径１００〜１
０００μｍ、好ましくは５４．０〜８４．０μｍ、肉厚
は５〜２００μｍ、好ましくは１０〜１００μｍ、外径
が６６．０−１０６．０μｍ、空孔率は２０〜８０％、
好ましくは３０〜６０％、また細孔径は０．０１〜５μ
ｍ、好ましくは０．０１〜１μｍのものが好ましく使用
できる。また、多孔質膜に使用される材質としては、ポ
リプロピレン、ポリエチレン、ポリスルホン、ポリアク
リロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン、セルロー
スアセテート等の疎水性高分子材料が用いられる。好ま
しくは、ポリオレフィン系樹脂であり、特に好ましく
は、ポリプロピレンであり、延伸法または固液層分離法
により壁に微細孔が形成されたものがより好ましい。な
お、中空糸膜束２の厚さは、５ｍｍ〜２５ｍｍであるこ
とが好ましい。

【００２１】そして、筒状中空糸膜束２は、例えば、筒
状熱交換器部１０に中空糸膜を巻き付けること、具体的
には、筒状熱交換器部１０をコアとして、中空糸膜ボビ
ンを形成させ、隔壁による固定の後、コアである筒状熱
交換器部１０を切断することなく、中空糸膜ボビンの両
端を切断することにより形成することができる。なお、
この切断により、中空糸膜は、隔壁の外面において開口
する。

【００２２】特に、中空糸膜は、１本あるいは複数本同
時に、実質的に平行で且つ隣り合う中空糸膜が実質的に
一定の間隔となるように筒状熱交換器部１０に巻きつけ
られることが好ましい。これにより、血液の偏流がより
抑制できる。また、中空糸膜は、隣り合う中空糸膜との
距離が、３０μｍ〜２００μｍが好ましく、特に、好ま
しくは５０μｍ〜１８０μｍである。

【００２３】さらに、熱交換器部１０への中空糸の巻き
付けは、熱交換器部１０のベローズ型筒状部材１０ａの
外側に中空糸をベローズの谷となる部分に配置されない
よう、言い換えればベローズの山部の頂点から頂点を結
ぶように、ベローズの山頂部外周に沿って実質的にベロ
ーズの山頂部との隙間を開けないよう管状に巻き回すこ
とにより行われることが好ましい。

【００２４】なおこの際、中空糸が熱交換器部のベロー
ズ型筒状部材１０ａの谷部に落ち込まないようベローズ
の山谷に対して一定の角度を持って巻回されることが好
ましい。具体的にはベローズの山谷に対して１０〜５０
度の角度が好ましく、２０〜４０度がより好ましい。ま
た中空糸がベローズの山谷に対して一定の角度を有しな
がら巻回される事によってプライミング時において、ベ
ローズと中空糸との間にかみ込む泡の抜けが向上し、プ
ライミング性、性能の向上、またファイバー脱落による
性能のばらつきを低減できる。

【００２５】そして、この実施例の人工肺１内では、筒
状中空糸膜束２の外周面と筒状ハウジング本体３３の内
面間に形成された筒状空間となっている血液室７は、２
つの区画壁４ａ，４ｂにより、第１の血液室７ａと第２
の血液室７ｂに区画されている。そして、筒状ハウジン
グ本体３３の側面には、第１の血液室７ａと連通する血
液流入口８と、第２の血液室７ｂと連通する血液流出口
９を有している。

【００２６】この区画壁４ａ，４ｂは、ポリウレタン、
シリコーンゴムなどの接着性かつ弾性を有する材料から
なるいわゆるポッティング剤、ウレタンゴム、シリコー
ンゴム、ブタジエンゴムなどの合成ゴム、ラテックスゴ
ムなどの天然ゴム、軟質塩化ビニール、オレフィン系エ
ラストマー、アミド系エラストマー、スチレン系エラス
トマーなどの弾性材料、エポキシ樹脂などの接着性材
料、さらには、例えば、接着性ウレタンゴム、接着性シ
リコーンゴム（ＲＴＶシリコーンゴム、ＬＴＶシリコー
ンゴム）などのような接着性を有する弾性材料により形
成されている。

【００２７】第１の血液室７ａと第２の血液室７ｂは、
筒状中空糸膜束２の内部および筒状中空糸膜束２の内面
と熱交換器部１０の外面との間に形成された血液流通部
７ｃのいずれかを介して連通する。このため、中空糸膜
に接触することなく人工肺より流出する血液流の形成が
ない。このような状態は、区画壁４ａ，４ｂが筒状中空
糸膜束２の外表面にほぼ液密に接触していることにより
達成できる。さらに、区画壁４ａ，４ｂを形成する材料
は、区画壁４ａ，４ｂに接触する部分の中空糸膜束内に
侵入してもよい。このようにすることにより、区画壁４
ａ，４ｂにより、中空糸膜束も２つに区分することがで
きる。これにより、第１の血液室７ａと第２の血液室７
ｂは、筒状中空糸膜束２の内面と熱交換器部１０の外面
との間に形成された血液流通部７ｃを介してのみ連通す
るものとなる。

【００２８】また、区画壁４ａ，４ｂは、筒状ハウジン
グ本体３３と別部材により形成したものに限られず、筒
状ハウジング本体３３に、区画壁４ａ，４ｂを二色成形
することにより一体に形成したもの、もしくは、あらか
じめ形成した弾性部材を金型に挿入して筒状ハウジング
本体３３を形成するいわゆるインサート成形により一体
に作成されたものであってもよい。

【００２９】上記二色成形およびインサート成形を用い
てハウジングの一部に区画壁４ａ，４ｂを形成する場合
には、ハウジング本体の形成材料と区画部材形成材料と
が接着性を有することが好ましい。

【００３０】二色成形法を用いる場合としては、例え
ば、ハウジング本体をポリオレフィン（ポリエチレン、
ポリプロピレン）で形成した場合に区画部材の形成材料
としては、ポリオレフィンエラストマー（ポリエチレン
エラストマー、ポリプロピレンエラストマー）が、ハウ
ジング本体をエステル系樹脂（例えば、ポリエチレンテ
レフタレート）で形成した場合に区画部材の形成材料と
しては、ポリエステルエラストマーが、ハウジング本体
をスチレン系樹脂（例えば、ポリスチレン、ＭＳ樹脂、
ＭＢＳ樹脂）で形成した場合の区画部材の形成材料とし
ては、スチレン系エラストマー（例えば、スチレン−ブ
タジエン−スチレンコポリマー、スチレン−イソプレン
−スチレンコポリマー、スチレン−エチレンブチレン−
スチレンコポリマー）が、使用できる。

【００３１】なお、この実施例の人工肺では、筒状中空
糸膜束２の外周面と筒状ハウジング本体３３の内面間に
形成された筒状空間となっている血液室７は、ハウジン
グ本体の軸方向に縦割りしたように２つに区分されて、
第１の血液室７ａが血液流入側血液室を形成し、第２の
血液室７ｂが血液流出側血液室を形成している。そし
て、血液流入口８は、第１の血液室７ａ（血液流入側血
液室）と連通するようにハウジング本体３３の側面の中
央に設けられており、血液流出口９は、第２の血液室７
ｂ（血液流出側血液室）と連通するようにハウジング本
体３３の側面の中央に設けられている。

【００３２】２つの区画壁４ａ，４ｂは、図５および図
６に示すように、筒状中空糸膜束２の中心に対して向か
い合う位置に形成されており、さらに、中空糸膜束の軸
方向に平行に延びている。２つの区画壁４ａ，４ｂ同士
も、平行となっている。このため、筒状中空糸膜束２の
外周面と筒状ハウジング本体３３の内面間に形成された
筒状空間となっている血液室７は、２つの区画壁４ａ，
４ｂにより軸方向に縦に２つに、ほぼ等分に（半割する
ように）２つに区画されている。

【００３３】なお、区画形態は、このような等分のもの
に限定されるものではなく、例えば、血液流入側である
第１の血液室７ａが狭く、第２の血液室７ｂ側が広くな
るようにしてもよく、この逆でもよい。筒状中空糸膜束
２の外周面の面積を１００としたとき、第１の血液室７
ａ側となる筒状中空糸膜束２の外周面の面積と第２の血
液室７ｂ側となる筒状中空糸膜束２の外周面の面積の比
は、３０：７０〜７０：３０程度が好適である。

【００３４】また、区画壁４ａ，４ｂの幅は、狭い方が
好ましいが、あまり狭いと、血液の短絡の原因となるの
で、２０〜９０ｍｍ、好ましくは、２０〜５０ｍｍ程度
が好適であり、別な表現を用いれば、区画壁４ａ，４ｂ
が、筒状中空糸膜束２の外側面を被覆する面積は、筒状
中空糸膜束２の外側面の面積の５〜２０％程度が好適で
ある。この形態の２つの区画壁４ａ，４ｂは、平行にか
つほぼ向かいあうように形成されており、区画壁４ａ，
４ｂは、ハウジングの軸に対して平行であることが好ま
しいが、螺旋状に形成してもよい。

【００３５】また、筒状ハウジング本体３３の一端に
は、ガス流入口１１を備えるガス流入用部材４１が固定
されており、同様に、筒状ハウジング本体３３の他端に
は、ガス流出口１２を有するガス流出用部材４２が固定
されている。

【００３６】この人工肺では、血液流入口８から流入し
た血液は、第１の血液室７ａ内に流入し、第１の血液室
７ａ内に露出している部分の筒状中空糸膜束２の外側面
より筒状中空糸膜束２内に侵入し、筒状中空糸膜束２を
通過し、この際血液はある程度ガス交換される。そし
て、血液は、血液流通部７ｃに流入し、筒状熱交換器部
１０のベローズ型筒状部材１０ａの外側面に接触するこ
とにより、熱交換される。そして、熱交換された血液
は、血液流通部７ｃより、第２の血液室７ｂ側となって
いる中空糸膜束２の内側面側より膜束内に侵入し、筒状
中空糸膜束２を通過し、第２の血液室７ｂに流入する。
この際、再び、血液はガス交換される。そして、第２の
血液室７ｂに流入した血液は、血液流出口９より流出す
る。なお、熱媒体流入口１８からは、必要に応じて、温
水もしくは冷水が熱交換器部１０内に流入され、熱交換
器部内を流れた温水もしくは冷水は、熱媒体流出口１９
より流出する。

【００３７】筒状ハウジング本体３３としては、円筒
体、多角筒、断面が楕円状のものなどが使用できる。好
ましくは円筒体である。また、筒状ハウジング本体３３
の内径は、３０〜１５０ｍｍ程度が好適であり、長さ
（有効長）は、３０〜７５０ｍｍ程度が好適である。

【００３８】また、筒状ハウジング本体３３、熱交換器
部１０の内側筒状部材１５、蓋部材１０ｂ、ガス流入用
部材４１と、ガス流出用部材４２の形成材料としては、
ポリオレフィン（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン）、エステル系樹脂（例えば、ポリエチレンテレフタ
レート）、スチレン系樹脂（例えば、ポリスチレン、Ｍ
Ｓ樹脂、ＭＢＳ樹脂）、ポリカーボネートなどが使用で
きる。

【００３９】次に、図７に示す実施例の熱交換器内蔵型
人工肺５０について説明する。この熱交換器内蔵型人工
肺５０と、図１に示し上述した実施例の人工肺１と基本
構成は同じであり、相違は区画壁の形成形態とこれに起
因する第１の血液室７ａおよび第２の血液室７ｂの形態
の相違のみである。

【００４０】この実施例の人工肺５０では、区画壁５５
は、筒状中空糸膜束２の軸方向の中央付近に形成された
環状体である。人工肺５０では、環状区画壁５５によ
り、筒状中空糸膜束２の外周面と筒状ハウジング本体３
３の内面間に形成された筒状空間となっている血液室７
は、一方の隔壁５側となる第１の血液室７ａと、他方の
隔壁６側となる第２の血液室７ｂとに区画されている。
つまり、血液室７は、ハウジングの軸方向に対して、上
下に２つに区画されている。環状区画壁５５は、図７に
示すように、筒状ハウジング本体３３の中心軸と直交す
ることが好ましいが、中心軸に対して所定角度傾斜する
ように斜めに形成してもよい。

【００４１】そして、この実施例では、上方となる第１
の血液室７ａが血液流入側血液室を形成し、第２の血液
室７ｂが血液流出側血液室を形成している。そして、血
液流入口８は、第１の血液室７ａ（血液流入側血液室）
の上部と連通するようにハウジング本体の側面の上部に
設けられており、血液流出口９は、第２の血液室７ｂ
（血液流出側血液室）の下部と連通するようにハウジン
グ本体の側面の下部に設けられている。

【００４２】そして、この実施例では、環状区画壁５５
により、血液室７は、ほぼ等分に２つに画されている
が、区画形態は、このような等分のものに限定されるも
のではなく、例えば、血液流入側である第１の血液室７
ａが狭く、第２の血液室７ｂ側が広くなるようにしても
よく、また、この逆でもよい。筒状中空糸膜束２の外周
面の面積を１００としたとき、第１の血液室７ａ側とな
る筒状中空糸膜束２の外周面の面積と第２の血液室７ｂ
側となる筒状中空糸膜束２の外周面の面積の比は、３
０：７０〜７０：３０程度が好適である。

【００４３】また、環状区画壁５５の幅は、狭い方が好
ましいが、あまり狭いと、血液の短絡の原因となるの
で、２０〜９０ｍｍ、好ましくは、２０〜５０ｍｍ程度
が好適であり、別な表現を用いれば、環状区画壁５５
が、筒状中空糸膜束２の外側面を被覆する面積は、筒状
中空糸膜束２の外側面の面積の５〜２０％程度が好適で
ある。

【００４４】この人工肺５０では、血液流入口８から流
入した血液は、第１の血液室７ａ内に流入し、第１の血
液室７ａ内に露出している部分の筒状中空糸膜束２の外
側面より筒状中空糸膜束２内に侵入し、筒状中空糸膜束
２を通過し、この際血液はある程度ガス交換される。そ
して、血液は、第１の血液室７ａ側の血液流通部７ｃに
流入し、筒状熱交換器部１０のベローズ型筒状部材１０
ａの外側面に接触することにより、熱交換される。第１
の血液室７ａ側の血液流通部７ｃに流入した血液は下方
に流下し、第２の血液室７ｂ側の血液流通部７ｃに流入
する。そして、第２の血液室７ｂ側の血液流通部７ｃに
流入した血液は、第２の血液室７ｂ側の中空糸膜束２の
内側面側より膜束内に侵入し、筒状中空糸膜束２を通過
し、第２の血液室７ｂに流入する。そして、第２の血液
室７ｂに流入した血液は、血液流出口９より流出する。

【００４５】また、熱交換器内蔵型人工肺としては、図
８に示すような構造のものであってもよい。この実施例
の人工肺７０の基本構成は、図１ないし図６に示し説明
した熱交換器内蔵型人工肺１と同じであり、相違は、熱
交換器内蔵型人工肺１の区画壁４ａ，４ｂの代わりに、
筒状中空糸膜束２の外側面にほぼ液密に密着する内壁部
分７３ａ，７３ｂが設けられている点のみである。この
ため、共通する部分には同じ符号を付し、その説明は、
上述のものを参照する。

【００４６】この実施例の人工肺７０では、筒状中空糸
膜束２の外周面と筒状ハウジング本体７３の内面間に形
成された血液室７は、２つの筒状中空糸膜束２の外側面
にほぼ液密に密着する内壁部分７３ａ，７３ｂにより、
第１の血液室７ａと第２の血液室７ｂに区画されていい
る。そして、筒状ハウジング本体７３の側面には、第１
の血液室７ａと連通する血液流入口８と、第２の血液室
７ｂと連通する血液流出口９を有している。

【００４７】筒状ハウジング本体７３としては、断面が
略楕円形となるものが用いられている。このため、筒状
ハウジング本体７３における最も距離が近い部分の内壁
面が、２つの筒状中空糸膜束２の外側面にほぼ液密に密
着する内壁部分７３ａ，７３ｂを形成している。なお、
筒状ハウジング本体７３としては、このような断面が略
楕円形のものが好適であるが、向かい合い他の部分に比
べて近接する部分を有すればよく、断面が多角形状のも
のであってもよい。また、筒状中空糸膜束２の外側面に
ほぼ液密に密着する内壁部分７３ａ，７３ｂは、筒状中
空糸膜束２の外側面との密着を向上させるために、筒状
中空糸膜束２の外側面形状に対応して湾曲していてもよ
い。筒状ハウジング本体７３は、好ましくは上述した略
楕円筒体であり、断面における最短距離は、２９〜１４
４ｍｍ程度が、最長距離は、３１〜７６ｍｍ程度が、ま
た、長さ（有効長）は、３０〜７５０ｍｍ程度が好適で
ある。

【００４８】ハウジング本体７３は、若干の弾性変形も
しくは撓み可能であり、内壁部分７３ａ，７３ｂ部分
は、少なくとも、図８に示すように、筒状中空糸膜束の
外側面に密着可能な形状となっている。筒状ハウジング
本体７３、筒状熱交換器部１０、内筒体３５の形成材料
としては、ポリオレフィン（例えば、ポリエチレン、ポ
リプロピレン）、エステル系樹脂（例えば、ポリエチレ
ンテレフタレート）、スチレン系樹脂（例えば、ポリス
チレン、ＭＳ樹脂、ＭＢＳ樹脂）、ポリカーボネートな
どが使用できる。

【００４９】そして、２つの内壁部分７３ａ，７３ｂに
より、血液室７は、第１の血液室７ａおよび第２の血液
室７ｂに区画されているとともに、第１の血液室と第２
の血液室は、一方の血液室より他方の血液室に血液が中
空糸膜に接触することなく流通しないように区画されて
いる。つまり、血液室７は、中空糸膜に接触することな
く、第１の血液室７ａから第２の血液室７ｂ（もしくは
第２の血液室から第１の血液室）に短絡して流れる血液
流が形成されないように、内壁部分７３ａ，７３ｂによ
り、区分されている。なお、この人工肺７０では、筒状
中空糸膜束２の内部は、区分されていないので、血液流
通部７ｃに流入することなく、第１の血液室より、内壁
部分７３ａ，７３ｂの内側に位置する筒状中空糸膜束２
の内部を通り、第２の血液室に血液が若干流入する可能
性もある。しかし、この血液量は、極わずかであり、か
つ、血液は、少なくとも中空糸膜には接触しガス交換が
行われるので特に問題はない。

【００５０】筒状ハウジング本体７３内に筒状中空糸膜
束２（筒状熱交換器部１０を備える）を収納させる際に
は、筒状ハウジング本体７３を治具にて把持し、血液流
入口８が設けられている側面と血液流出口９が設けられ
ている側面間を押圧し、内壁部分７３ａ，７３ｂ間を離
間させた後、筒状中空糸膜束２を挿入し、上記押圧を解
除することにより、収納させることができる。

【００５１】２つの内壁部分７３ａ，７３ｂは、図８に
示すように、筒状中空糸膜束２の中心に対して向かい合
う位置に形成されており、さらに、中空糸膜束の軸方向
に平行に延びている。２つの内壁部分７３ａ，７３ｂ同
士も、平行となっている。このため、筒状中空糸膜束２
の外周面と筒状ハウジング本体７３の内面間に形成され
た筒状空間となっている血液室７は、２つの内壁部分７
３ａ，７３ｂにより軸方向に縦に２つに、ほぼ等分に
（半割するように）２つに区画されている。なお、区画
形態は、このような等分のものに限定されるものではな
く、例えば、血液流入側である第１の血液室７ａが狭
く、第２の血液室７ｂ側が広くなるようにしてもよく、
この逆でもよい。筒状中空糸膜束２の外周面の面積を１
００としたとき、第１の血液室７ａ側となる筒状中空糸
膜束２の外周面の面積と第２の血液室７ｂ側となる筒状
中空糸膜束２の外周面の面積の比は、３０：７０〜７
０：３０程度が好適である。

【００５２】また、内壁部分７３ａ，７３ｂが筒状中空
糸膜束２に密着する幅（内壁部分の筒状中空糸膜束との
接触部の幅）は、狭い方が好ましいが、あまり狭いと、
血液の短絡の原因となるので、２０〜９０ｍｍ、好まし
くは、２０〜５０ｍｍ程度が好適であり、別な表現を用
いれば、内壁部分７３ａ，７３ｂが、筒状中空糸膜束２
の外側面を被覆する面積は、筒状中空糸膜束２の外側面
の面積の５〜２０％程度が好適である。

【００５３】

【実施例】次に、本発明の熱交換器内蔵型人工肺の具体
的実施例および比較例について説明する。（実施例）外径が８４ｍｍ、内径６３ｍｍのベローズ型
熱交換器部を用いた。このベローズ型熱交換器部の外面
に、内径１９５μｍ、外径２９５μｍ、空孔率約３５％
の多孔質ポリプロピレン中空糸膜を４本中空糸膜間隔を
一定に保って巻き回し、さらに次に隣接する中空糸膜と
の中空糸膜間隔も以前に巻かれている中空糸膜間隔と同
じとなるようにし、隣り合う中空糸膜間隔が一定となる
ように中空糸膜を巻き回し、熱交換器内蔵中空糸膜ボビ
ンを作成した。そして、中空糸膜ボビンの側面にほぼ向
かい、かつ内側筒状体の開口非形成部上となる位置に幅
４５．０ｍｍの２つの区画壁をポッティング剤により形
成した。そして、筒状ハウジング内にこの熱交換器内蔵
中空糸膜ボビンを収納し、両端をポッティング剤により
固定し、熱交換器部を中心にして回転させながら、熱交
換器部を切断することなく、固定された中空糸膜ボビン
の両端を切断した。そして、ガス流入部材およびガス流
出部材を取付け、図１ないし図６に示すような形態の筒
状中空糸膜束を備え、膜面積が２．１ｍ²、血液充填量
２１０ｍｌの人工肺を作成した。

【００５４】（比較例）ベローズ型熱交換器部の代わり
に蛇腹状表面を有するポリカーボネート製の内側筒状部
材（外径８４ｍｍ）を用いた以外は、実施例と同様に行
い膜面積２．１ｍ²人工肺を作成した。実施例において
用いたベローズ型熱交換器部を別な筒状ハウジング（外
径８５．０ｍｍ）内に挿入して熱交換器を作成した。上
記の人工肺と熱交換器をチューブ（内径９．５ｍｍ、長
さ５０．０ｍｍ）にて接続し熱交換器付き人工肺を作成
した。

【００５５】（実験）上記のようにして作成した実施例
および比較例の人工肺について、牛血を用いて以下の実
験を行った。なお、牛血は、ＡＭＭＩ（Ａｓｓｏｃｉａ
ｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅＡｄｖａｎｃｅｏｆＭ
ｅｄｉｃａｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ）で定
めるところの標準静脈血を用い、これに抗凝固剤を添加
したものを各人工肺に流量７Ｌ／ｍｉｎで灌流した。そ
して、それぞれの人工肺について、血液流入口付近およ
び血液流出口付近で採血を行い、血液ガス分析装置にて
酸素ガス分圧、二酸化炭素分圧、ｐＨ等を求め、酸素移
動量、二酸化炭素移動量を求めた。また、血液流量７Ｌ
／ｍｉｎにおける圧力損失、血液充填量を測定した。結
果は、以下に示す表１および表２の通りであった。

【００５６】

【表１】

【００５７】

【表２】

【００５８】

【発明の効果】本発明の熱交換器内蔵型人工肺は、筒状
熱交換器部と、該筒状熱交換器部に直接巻回された多数
のガス交換用中空糸膜からなる筒状中空糸膜束と、前記
筒状中空糸膜束および前記筒状熱交換器部とを収納する
ハウジングと、前記中空糸膜の両端が開口した状態で、
前記筒状中空糸膜束の両端部を前記ハウジングに固定す
る２つの隔壁と、前記ハウジング内面と前記中空糸膜外
面と前記筒状熱交換器部の外側面と前記２つの隔壁間に
より形成された血液室と、該血液室と連通する前記ハウ
ジングに設けられた血液流入口および血液流出口と、前
記中空糸膜内部と連通するガス流入口およびガス流出口
と、前記筒状熱交換器部の内部と連通する熱媒体流入口
および熱媒体流出口とを備えている。

【００５９】このため、ハウジング内に収納された人工
肺部分（筒状中空糸膜束）内部に、熱交換器部を収納さ
せたことにより、人工肺部と熱交換器部の接続部に起因
する血液充填量の増加を防止でき、かつ、接続部に起因
する圧力損失の増加も防止できる。さらに、人工肺部と
して、血液が中空糸膜の外側を流れる外部灌流型として
いるので、圧力損失が少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の熱交換器内蔵型人工肺の一実
施例を示す正面図である。

【図２】図２は、図１に示した熱交換器内蔵型人工肺の
平面図である。

【図３】図３は、図１に示した熱交換器内蔵型人工肺の
底面図である。

【図４】図４は、図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】図５は、図４のＢ−Ｂ線断面図である。

【図６】図６は、図４のＣ−Ｃ線断面図である。

【図７】図７は、本発明の熱交換器内蔵型人工肺の他の
実施例を示す断面図である。

【図８】図８は、本発明の熱交換器内蔵型人工肺の他の
実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１熱交換器内蔵型人工肺２筒状中空糸膜束３ハウジング４ａ，４ｂ区画壁５，６隔壁７ａ第１の血液室７ｂ，第２の血液室７ｃ血液流通部８血液流入口９血液流出口１０筒状熱交換器部１０ａベローズ型筒状部材（筒状熱交換器部の外側
面）１１ガス流入口１２ガス流出口１６熱媒体室１８熱媒体流入口１９熱媒体流出口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筒状熱交換器部と、該筒状熱交換器部に
直接巻回された多数のガス交換用中空糸膜からなる筒状
中空糸膜束と、前記筒状中空糸膜束および前記筒状熱交
換器部とを収納するハウジングと、前記中空糸膜の両端
が開口した状態で、前記筒状中空糸膜束の両端部を前記
ハウジングに固定する２つの隔壁と、前記ハウジング内
面と前記中空糸膜外面と前記筒状熱交換器部の外側面と
前記２つの隔壁間により形成された血液室と、該血液室
と連通する前記ハウジングに設けられた血液流入口およ
び血液流出口と、前記中空糸膜内部と連通するガス流入
口およびガス流出口と、前記筒状熱交換器部の内部と連
通する熱媒体流入口および熱媒体流出口とを備えること
を特徴とする熱交換器内蔵型人工肺。
【請求項２】前記筒状熱交換器部の外側面は、蛇腹状
表面となっており、前記筒状中空糸膜束は、該筒状熱交
換器部の外側面に中空糸膜を前記蛇腹状表面の溝に落ち
込まないように巻き付けられることにより形成されてい
る請求項１に記載の熱交換器内蔵型人工肺。
【請求項３】前記筒状熱交換器部の外側面の蛇腹状表
面は、凹部および凸部が前記筒状中空糸膜束の中心軸に
対してほぼ直交するように形成されている請求項２に記
載の熱交換器内蔵型人工肺。
【請求項４】前記血液室は、第１の血液室および第２
の血液室に区画されているとともに、該第１の血液室と
該第２の血液室は、一方の血液室より他方の血液室に血
液が前記中空糸膜に接触することなく流通しないように
区画されており、そして、前記筒状ハウジング本体は、
側面に前記第１の血液室または前記第２の血液室の一方
と連通する血液流入口および前記第１の血液室または前
記第２の血液室の他方と連通する血液流出口を有してい
る請求項１ないし３のいずれかに記載の熱交換器内蔵型
人工肺。
【請求項５】前記人工肺は、前記血液室を前記第１の
血液室と前記第２の血液室とに区画するとともに、該第
１の血液室と該第２の血液室とを前記筒状中空糸膜束の
内部および筒状中空糸膜束と前記筒状熱交換器部の外側
面間により形成された血液流通部を介してのみ連通させ
る区画壁もしくはハウジングの内壁部分を備えている請
求項１に記載の請求項４に記載の熱交換器内蔵型人工
肺。
【請求項６】前記人工肺は、前記血液室を前記第１の
血液室と前記第２の血液室とに区画するとともに、該第
１の血液室と該第２の血液室とを前記筒状中空糸膜束と
前記筒状熱交換器部の外側面間により形成された血液流
通部を介してのみ連通させる区画壁を備えている請求項
４に記載の熱交換器内蔵型人工肺。
【請求項７】前記熱交換器内蔵型人工肺は、前記一方
の隔壁より前記他方の隔壁まで延びる２つの区画壁もし
くは２つのハウジングの内壁部分を備え、該２つの区画
壁により、筒状の血液室を軸方向に縦に２つに区画する
ものである請求項１または２に記載の熱交換器内蔵型人
工肺請求項４ないし６のいずれかに記載の熱交換器内蔵
型人工肺。
【請求項８】前記区画壁は、前記筒状ハウジング本体
の軸方向の中央部付近に形成された環状区画壁であり、
該環状区画壁により、前記血液室は、一方の隔壁側とな
る第１の血液室と、他方の隔壁側となる第２の血液室と
に区画されている請求項４ないし６のいずれかに記載の
熱交換器内蔵型人工肺。
【請求項９】前記中空糸膜束は、前記中空糸膜が、１
本あるいは複数本同時に、且つすべての中空糸膜が実質
的に一定の間隔となるように前記筒状熱交換器部の外側
面に巻きつけられることにより形成されたものである請
求項１ないし８のいずれかに記載の熱交換器内蔵型人工
肺。