JPS59108563A - 中空糸型人工肺 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、中空糸型人工肺に関するものである。

人工肺は大きく分けて、気泡型と脱型に分類されるが、
血液への影響が少ないということから脱型が推奨されて
きている。模型人工肺としては、シリコーンゴムの平坦
膜を用い、−面に酸素を供給し、他面に血液を流すこと
によって、気体分子（酸素、二酸化炭素）がシリコーン
ゴム膜内を溶解拡散して一面より他面に移行することで
ガス交換を行なわしめるものが見られるが、装置自体の
大型化又ガス交換性能が良好でないこと、さらには平坦
膜は強度的に弱い等種々の欠点がある。

本発明は係る事情に鑑みてなされたものであって、その
目的とするところは、人体に安心して使用することがで
き、ガス交換が良好でかつ小型の中空糸型人工肺を提供
することにある。

すなわち本発明は筒体と、該筒体内に位置する内径約１
００乃至１０００μ、肉厚約１０乃至５０μ、平均孔径
約２００乃至１０００Ｘかつ空孔率約２０乃至８０％を
有する多孔性ポリオレフィン系炭化水素樹脂製の多数の
中空糸膜と、該中空糸膜の両端部と該筒体の両開口端と
の間に介在して該中空糸膜の端部を支持するとともに該
中空糸膜の内部空間と外部空間とを隔離する隔壁と、該
隔壁によって該筒体の内壁面と該中空糸膜の外壁面とで
構成される前記外部空間に連通ずる該筒体に設けられた
入口および出口通路と、該中空糸膜内部空間に連通ずる
入口および出口通路とを有し、さらに前記中空糸膜の孔
をガス透過性に優れた材料にて包った中空糸型人工肺。

そして中空糸膜がポリプロピレン製であることが好まし
い。また中空糸膜がポリエチレン製であることも好まし
い。さらに、前記ガス透過性に優れた材料が、ポリチル
キルスルホン、エチルセルロース、ポリジメチルシロキ
サンのいずれかであることが好ましい。そして中空糸膜
の内径が約１００乃至３００μであることが好ましい。

以下、本発明を図面に沿って詳述する。図面中、同一部
分については同一符号を付す。第１図中、全体数字１で
示されたものが本発明の実施例の断面図である。ガス交
換のための多数（１０００乃至５００００本）の中空糸
膜２・・・・・・は、多孔性ポリオレフィン系炭化水素
樹脂製であり、両開口端を有する筒体３内に位置する。

筒体３は円筒形、四角筒形等種々の形態がとられる。さ
らに、筒体３は入口通路４、出口通路５を有する。

中空糸膜２・・・・・・は、その両端部において隔壁６
゜６によって支持されている。この隔壁によって筒体３
の内壁面と中空糸膜２・・・・・・の外壁面とで構成さ
れた空間と、中空糸膜２・・・・・・の内部空間は完全
に隔離されることになる。前記入口、出口通路４゜５は
この場合において、筒体３の内壁面と中空糸膜２・・・
・・・の外壁面とで構成される空間に連通ずるものであ
る。

入口、出口通路７，８は中空糸内部空間に連通し、例え
ば、９，９のようなヘッダーを部体３にネジ１０・・・
・・・で固定することにより集束的に外部に連通できる
。

２組の入口、出口通路４．５と７，８は血液あるいは酸
素のためのものであり、一方に血液を流せば他方は酸素
を流すという関係にある。

ここで中空糸膜２について説明をする。中空糸′膜２は
前述のように、多孔性ポリオレフィン系炭化水素樹脂、
例えばポリプロピレン、ポリエチレンといったもので、
特にポリプロピレンのものが好適である。この多孔性の
膜は内径約１００乃至１０００μ、肉厚約１０乃至５０
μ、平均孔径約２００乃至１ｏｏｏＸかつ空孔率約２０
乃至８０％を有するものである。このように腺２は多孔
性であるため従来のシリコーン膜の如き酸素がそれに溶
解して拡散するというのでなく、気体の移動が体積流で
行なわれるためガス交換の性能が高（なる。

中空糸の内部空間に血液を流す場合には、その内径が特
に問題となる。内径が約１００μ以下になると流体力学
的な抵抗が大きくなり、又目詰りを起こしたりして実際
の使用にあたって不都合を生じる。では上限については
どの程度が適切なのかという点について実験的に之を行
ない決定するにいたったので、ここに説明する。

肉厚約３０μ、空孔率約４５乃至５０％、平均孔径約５
００乃至６５０　Ｘのポリプロピレンの中空糸の内径を
各々の約２００μ、約３００μ、約４００μの３種類に
ついて血流量と酸素添加能、血流量と酸素飽和度との関
係を測定し、その結果を各々第２図乃至第３図に示す。

本装置に入る血液の酸素飽和度は約６０％である。

第２図によれば明らかに腹面績１　ｍ”に対する１分間
の所定の血流量について、２００μが最もよい酸素添加
能を示し、内径が大きくなるに従って悪くなる結果を示
している。さらに第３図によって示された結果より血液
約４　ｔ　／　ｍｉｎを処理する（通常、この程度のも
のを処理する必要がある。）のに必要な中空糸のｊ膜面
積およびブライミング量並びにコンタクトタイム〔中空
糸の入口と出口部との酸素飽和度の差が３５％（実際的
に人工肺に要求される数値）になるだめの血液の中空糸
内の滞在時間〕を求めると表１のようになる。

表　　１ この表１によれば、内径が約４００μを越えると著しく
コンタクトタイムが長（なり、又ブライミング量、膜面
積も増大する。膜面積が増大すると血液中の水蒸気蒸散
、血液凝固等の問題が生じ、又ブライミング量が多くな
れば患者に相当の負担がかかる。

以上のような結果より、中空糸内部に血液を流す場合に
おいて、実際的な内径の範囲は約１００乃至３００μ程
度であるとみることができる。

膜の孔についての他の要因、すなわち肉厚、平均孔径、
空孔率は、ガスの透過及び膜の強度的な面から考察して
上述のように決定されたものである。

さらに中空糸膜として多孔性ポリプロピレン。

ポリエチレンといったものを人工肺にそのまま使用する
のでなく、血液と接触する面を抗血栓性材料にてコーテ
ィング処理することが望ましい。例えば、ガス透過性に
優れたポリアルキルスルホン。

エチルセルロース、ポリジメチルシロキサンといった材
料を肉厚１乃至２０μ程度でコーティング処理する。こ
の場合、膜のガス透過能に影響を及ぼさない程度に膜の
孔を包うとすれば血液中の水蒸気蒸散を防止することが
できる。又、人工肺作動中において通常血液側の圧力の
方が酸素側のそれより高いが、何かの原因で逆転する場
合がある。

そのような場合マイクロ遮デル（気泡）が血液中に流入
する恐れがあるが、上述のように膜孔が抗血栓性材料で
コーティング処理されていればこういった危険は生じな
い。さらに言うまでもないが血液の凝固（マイクロクロ
ットの発生）を防ぐことに役立つものである。

次に隔壁６，６の形成について述べる。前述またように
隔壁は中空糸の内部と外部を隔離するという機能を果た
すものとして重要である。通常このような隔壁は極性の
高い高分子ポツティング剤、例えばポリウレタン、シリ
コーン、エポキシ樹脂といったものを筒体３０両端内壁
面に遠心注入法を利用して入口、出口通路４．５より流
し込み、その硬化により作られる。

さらに詳しく述べるとすれば、先ず筒体３の長さより長
い中空糸膜２・・・・・・を用意し、その両開口端を粘
度の高い樹脂によって目止めをした後、筒体３内に位置
せしめる。その後、筒体の径と一致するキャップ（図示
せず）で中空糸両端を完全に包って、僧体の中心軸を中
心に筒体を回転させながら入口、出口通路４，５より高
分子ボッティング剤を流入する。流し終って樹脂が硬化
すればキャップをはずして樹脂外端面を鋭利な刃物で切
断して中空糸の開口を表面に露出させる。か（して隔壁
は作られるが１０本発明に使用されるような極性の低い
ポリオレフィン系炭化水素樹脂の膜の場合、前記ボッテ
ィング剤との接着が４？めて悪いために十分な障壁を得
ることができない。特に刃物で中空糸がポツティング剤
で固められた部分を切断する際第４図によって示される
ように中空糸がはがれてしまうことになり全（障壁とし
ての機能を果たさない。そこでポツティング剤によって
固められる中空糸膜の端部外壁面を薬品処理あるいは火
炎処理して酸化処理させ、カルボニル基を作ることによ
り極性基を導入してやることが望ましい。又、放電処理
により極性基を導入するととも可能である。

放電処理としては、プラズマ、コロナ放電等があり薬品
処理はと言えばクロム酸と塩酸あるいは硫酸との混合液
を使用することができる。

このように中空糸膜の接着部分に極性基を導入したこと
から前記ポツティング剤との接着が完全に行なわれるこ
とになる。

本発明に係る人工肺は開心術等において使用されるもの
で、患者の大静脈より血液を体外に通常４１７ｍ　ｉ　
ｎの流量にて取り出し、入口、出口通路７゜８あるいは
４，５のうち一つの通路を通過せしめ、他方の通路には
純酸素ガスを通過せしめる。その場合に中空糸膜を介し
て血液中の二酸化炭素がガス側に移行し、血液中にガス
側より酸素が移行してガス交換が行なわれ、大動脈に返
環される。

以上、詳述した通り本発明に係る人工肺はガス交換性能
がよく、小型でしかも人体に安心して使用できるという
種々の利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る人工肺の実施例を示す断面図、第
２図は中空糸の内径と酸素添加能および血液量との関係
を示すグラフ、第３図は中空糸の内径と酸素飽和度およ
び血流量との関係を示すグラフ、第４図は中空糸膜の接
着部分を切断した時の拡大断面図である。 １・・・中空糸型人工肺、２・・・中空糸膜、３・・・
筒体、４・・・入口通路、５・・・出口通路、６，６゛
・・・隔壁、７・・・入口通路、８・・・出口通路。 出願人　テルモ株式会社 代理人　　弁理士志木　　浩 第１図 第２図 血城量（ｍＡ’／ｍｉｎｍ２） 第３図 血　流、量（ｍ１／ｍｉｎｍ２） 第４図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）筒体と、該筒体内に位置する内径約１００乃至１
   ０００μ、肉厚約１０乃至５０μ、平均孔径約２００乃
   至ｘｏｏｏＸかっ空孔率約２０乃至８０％を有する多孔
   性ポリオレフィン系炭化水素樹脂製の多数の中空糸膜と
   、該中空糸膜の両端部と該筒体の両開口端との間に介在
   して該中空糸膜の端部を支持するとともに該中空糸膜の
   内部空間と外部空間とを隔離する隔壁と、該隔壁によっ
   て該筒体の内壁面と該中空糸膜の外壁面とで構成される
   前記外部空間に連通ずる該筒体に設けられた入口および
   出口通路と、該中空糸膜内部空間に連通ずる入口および
   出口通路とを有し、さらに前記中空糸膜の孔をガス透過
   性に優れた材料にて包ったことを特徴とする中空糸型人
   工肺。
2. （２）中空糸膜がポリプロピレン製であることを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）項記載の中空糸型人工肺。
3. （３）中空糸膜がポリエチレン製であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第（１）項記載の中空糸型人工肺。 ア
4. （４）前記ガス透過性に優れた材料が、ボリールキルス
   ルホン、エチルセルロース、ポリジメチルシロキサンの
   いずれかである特許請求の範囲第（１）項ないし第（３
   ）項記載の人工肺。
5. （５）中空糸膜の内径が約１００乃至３００μであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項ないし第（４
   ）項のいずれかに記載の中空糸型人工肺。