JPS5955256A - 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】 ｌ　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炭素を
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 従来、人工肺は、大別して、気泡型と模型に分類される
。積層型、コイル型、中空糸型等の模型人工肺は、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、上記模型人工肺の気泡型人工肺に刻する
優位性にもかかわらず、模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
人工肺が主流となっている。

現在の模型人工肺において、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、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っ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。したがって、模型人工肺を用いる血液回路は、第１
図に示すように、人工肺１の入側すなわち静脈側にポン
プ２を配置する必要がある。なお、第１図において３は
貯血槽、４は熱変換器である。しかしながら、上記第１
図の血液回路においては、ポンプ２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
和を超える大きさとなって、送血側回路内圧が上昇する
という問題点があった。そこで、血液を中空糸の外側に
流すことが考えられてきたが、プライミング等の困難性
等から、有効に使用できるものはなかった。

■　発明の目的 本発明は、単位膜面積当シのカス父換効率を向上可能と
するとともに、患者と人工肺の落差による血液の潅流す
なわち落差潅流を可能とするし、さらにプライミング時
そして使用時に発生した空気を有効に除去できる−　中
空糸型人工肺を提供することを目的とする。

■　発明の構成 上記目的を達成するために、本発明に係る中空糸型人工
肺は、ハウジングと該ハウジング内に収納される中空糸
膜の集合体と、該中莫糸模の両端部を上記ハウジングに
液密に保持する隔壁と、該隔壁の少なくともいずれか一
方の外側に設けられ、上記中空糸膜の内部空間に連通ず
るガス流入ボートと、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に連通する血液
流入ボートおよび血液流出ボートと、使用状態下で血液
流出ボートより上方に位置し血液室内と連通ずるガス抜
きボートとを有してなるようにしたものである。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記ガス抜きボ
ートと前記血液流出ボートが、前記ハウジングに対して
ほぼ軸対称の位置に設けられているようにしたものであ
る。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記ガス抜きボ
ートが、前記ハウジングの側壁で、隔壁の凹面底部に接
する部位に設けられているようにしたものである。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記中空糸膜が
、マイクロポーラス膜であるようにしたものである。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記ハウジング
の血液流入ボートが設けられている部分の内面が、ハウ
ジングの中間部分の内面よシ外方に拡張した内面であっ
て、中空糸膜の集合体外周部との間に環状の血液流路を
形成するようにしたものである。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記ハウジング
の血液流出ボートが設けられている部分の内面が、ハウ
ジングの中間部分の内面よシ外方に拡張した内面であっ
て、中空糸膜の集合体外周部との間に環状の血液流路を
形成するようにしたものである。

壕だ、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記ハウジング
の拡張された内面が、中空糸膜の集合体に対して、血液
流入ボートを含む方向に偏心配置され、血液流入ボート
を臨む血液流路の流路面積がより大とされているように
したものである。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記ハウジング
の拡張された内面が、中空糸膜の集合体に対して、血液
流出ボートを含む方向に偏心配置され、血液流出ボート
を臨む血液流路の流路面積がより犬とされているように
したものである。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記ガス抜きボ
ートが、通気性かつ菌不透過性のフィルターを有するガ
ス抜きボートであるようにしたものである。

■　発明の詳細な説明 第２図は本発すＪに係る中空糸型人工肺が適用されてな
る血液回路を示す回路図、第８図は本発明に係る中空糸
型人工肺の一実施例を示す断面図、第４図は第８数のＩ
Ｖ−ＩＶ線に沿う断面図、第５図は第８図のｖ−ｖ線に
沿う断面図、第６図は第８図のＶｌ−Ｖｌ線に沿う断面
図である。

第２図に示すように、本発明が適用される血液回路には
、静脈側から動脈側に向けて、人工肺１１貯血槽１２．
ポンプ１３．熱交換器１４が順次介装される。

人工肺１１は、第８図ないし第６図に示すように溝成さ
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の集合体１７が収納されている。中空糸膜
１６の両端部は、隔壁１８゜１９を介してハウジング１
５に液密に保持されている。ハウジング１５０両端部に
は、ヘッダー２０゜２１が接合されている。ヘッダー２
０の内面と隔壁１８とは、中空糸膜１６の内含す空間に
連通ずるガス流入室２２を画成し、ヘッダ゛−２０には
ガス流入ボート２３が形成されている。ヘッダ゛−２１
の内面と隔壁１９とは、中空糸膜１６の内部空間に連通
ずるガス流出室２４を画成し、ヘッダ゛−２１にはガス
流出ボート２５が形成されている。すなわち、人工肺１
１にあってはガス流入ボート２３から供給される酸素、
空気等のカスを中空糸８曝１６内に流通可能としている
。なお、上Ｈｅヘッダー２１は特に設けず、ガス流出室
２４およびカス流出ボート２５を形成することなく、中
空糸）漠１６カ１ら流出するガスを大気中に直接的に放
出、すしめても良い・ まり、隔壁１８，１９．’・ウジング１５の内面および
中空糸膜１６の外面とは血液室２６を画成し、ハウジン
グ１５０両端側には、それぞれ血液室２６に連通する血
液流入ボート２７および血液流出ボート２８が形成され
ている。すなわち、人工肺１１にあっては、血液を血液
室２６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、上記ノ・ウジング１５の血液流入ボート２７が
設けられている部分の内面は、ノ・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って、中空糸膜
１６の集合体１７の外周部との間に、第５図に示すよう
な環状の血液流路２９を形成し、血液流路２９が臨む集
合体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、上記ノ・ウジング１５の拡張
された内面は、集合体１７に対して血液流入ボート２７
を含む方向に偏心配置され、血液流入ボート２７を臨む
血液流路２９の流路面積がよυ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ボート２７
から遠ざかるに従って漸減し、血液流路２９からの血液
の分配量を集合体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、集合体１７の周方向に関して均一化可能とし
ている。

また、上記ノ・ウジング１５の血液流出ボート２８が設
けられている部分の内面は、ノ・ウジング１５の中間部
分σ）内面より外方に拡張した内面であって、中空糸膜
１６の集合体１７の外周部との間に、第６図に示すよう
に環状の血液流路３０を形成し、各中空糸膜１６の回り
の血液を、血液流路３０が臨む集合体１７の全周囲から
、円滑に血液流出ボート２８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、集
合体１７に対して、血液流出ボート２８を含む方向に偏
心配瀬され、血液流出ボート２８を臨む血液流路加の流
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ボート２８に向けて漸増することに
より、血液流路３０への血液の導入量を集合体１７の周
方向において均一化し、血液室２６内においてノ・ウジ
ング１５の軸方向に向かう血液の流量を集合体１７の周
方向に関して均一化可能としている。

寸た、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除々
に拡径するテーパ状とし、集合体１Ｔの外径をその軸方
向の中央部において絞っている。すなわち、人工肺１１
は、ノ・ウジング１５が加える集合体１７の絞りによシ
、集合体１７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１７の軸方向における血液の流速を
変化させることによって乱流状態の発生を促進し、カス
又換効率が良好化可能としている。なお、ノ・ウジング
１５の内面が前記テーパ状とされるとともに、該テーパ
状内面と、血液流路２９．３０を画成する内面とが図示
されるようなテーパ状接続面によっ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２６内に滞留することなく、ハウジング１５の内面に
沿って円滑に移動し、後述する〃ス抜きボー）３１から
確実に放出可能となっている。ハウジング１５の内面は
、例えは、血液室２６の血液流入ボート２′７側から血
液流出ボート２８側に向けて直線的に拡径するテーパ状
とされるものであっても良い。なお、第７図に示す人工
肺１１Ａにおけるように、血液室２６Ａを画成するノ・
ウジング１５Ａの内面に、血液の流れ方向において不連
続（突出する部分ＰＩ。

Ｐ２がある場合には、プライミング時の空気がそれら突
出部分Ｐｌ、Ｐ２によって捕捉せしめられ、血液室２６
Ａからの空気の排出を完全に行なうことができず妥当で
ない。

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
オレフィン系樹脂、例えばポリプロピレン、ホ０リエチ
レンといったものからなり、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ず
る多数の細孔を治している。細孔の内径は約１００〜ｔ
、ｏｏｏμ、肉厚は約１０〜５０μ、平均孔径は約２０
０〜２．００ＯＡかつ空孔率は２０〜８０チである。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、高いカス交換性
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
、拡散によって行なうシリコーン製膜等を用いるもので
あっても良い。

ところで、前記隔壁１８．１９は、以下のような遠心注
入法によって形成されている。すなわち、まず、ハウジ
ング１５の長さよシ長い多数の中空糸膜１６を用意し、
この両開口端を粘度の高い樹脂によって１市めをした後
、）・ウジフグ１５内に運べて位置せしめる。この後、
中空糸膜１６の各両端を完全に覆って、ハウジング１５
の長手方向に定めた回転中心口シに、ノ・ウジング１５
の中心軸を回転の半径方向に置く状態下でノ・ウジング
１５を回転させながら、血液流入ボー）２ｒ、血液流出
ボート２８側から高分子ボッティング利を流入する。流
し終っ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１６の両開口端を表面に露出させ
ることによって、隔壁１８゜１９を形成している。した
がって隔壁１８．１９の血液室２６を臨む表面は、第８
図および第４図に示すような円筒状凹面となる。

しかして、上記実施例においては、ノ・ウジング１５に
、使用状態Ｆで血液流出ポート２８より上方に位置し、
血液室２６内と連通ずるガス抜きボート３１を備えてい
る。カス抜きボート３１にけ着脱自在の通気性かつ菌不
透過性のフィルター３２が装着されておりプライミング
の際取りはずしプライミング終了後装着し、人工肺使用
時に発生した空気を抜く際に細菌による人工肺１１の汚
染を防止用能としている。

上記ガス抜きボート３１Ｆｉ、プライミング時に、生理
食塩水等の充填液によって排除される血液回路および人
工肺１１内の空気を外部に放出可能とし、排出後には、
栓を装着されて気密に密封可能とされている。なお、前
記ガス抜きボート３１と血液流出ボート２Ｂとは、ノ・
ウジング１５に対して軸対称の位置に設けられており、
プライミング時に、第８図に示すように、人工肺１１の
中心軸をガス抜きボート３１と血液流出ボート２８を含
む面内において傾斜せしめることにより、プｊス抜きボ
ート３１を血液流出ボート２８に対してより鉛直上方に
位置せしめ、空気の排出をよシ確実かつ容易としている
。また、上記ガス抜きボート３１は、ハウジング１５の
側壁で隔壁１８の凹面底部に接する部位に、設けられて
、血液室２６内の最上方部位に連通せしめられ、プライ
ミング時における空気及び、血液回路接合部等に残存し
ていた空気が使用時に人工肺内に流入した場合等の使用
時に発生した空気の完全な排出を可能としている。

なお、上記ガス抜きボートけ、隔壁１８の中心部を貫通
する状態に設けられてもよい。

■　発明の具体的作用 人工肺は、たと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（第２図）の途中に設置される。なお
血液は通常４　Ｉｔ　／　ｍの流量で取り出される。

まず人工肺１１内に血液を流入する前に、ヘパリンを混
入した生理食塩水を血液流入ポート２８から流入させ人
工肺１１内の血液室２６の全ての空気を除去する。この
際ガス抜きボート３１（フィルター３２ははずす）には
貯血槽を続がっているチューブを接続し、血液流出ボー
ト２８は、ガス抜きボート３１と同様にチューブを接続
するか、又そうでない場合はキャップ等で封止する。人
工肺１１内の空気抜きが完了した後に、ガス抜きボート
３１にフ・イルター３２を装着しキャップ（図示しない
）をして封止する。一定の落差（ｉｍ程度）をもって脱
血された血液を人工肺１１の血液流入ボート２７から流
入させる。流入した血液は血液流入ポート２７付近の中
空糸１６の外壁に当たるとともに、人工肺内部に設けら
れた環状の血液流路２９を流れ、そして落差によシ与え
られた重力で血液？に２６を上昇する。この際、血液り
中空糸１６を介してガス流入ポートから流入した酸素と
血液中の二酸化炭素とを交換する。ぞして酸素化された
血液は、血液流路３０を通シ血液流出ボート２８から流
出し、貯血槽１２に貯留され、送血ポンプ１３を介し熱
交換器１４を通って適応温度に加温又は冷却され人体に
送血される。

そして人工肺１１内に送血時に発生した空気（主に血液
回路のチューブ接続部に残存していたもの）は、血液同
様に血液流入ボート２７から流入し血液室２６を上昇し
血液流路３０の上端、隔壁１Ｂの凹部に貯留する。そし
てガス抜きボート３１のキャップをはずし貯留した空気
をフィルター３２を通して外部に放出させる。

この際ガス抜きボート３１が血液流出ボートより上方に
くるように人工肺１１を第８図に示すごとく斜傾させる
ことが好ましい。

■発明の具体的効果 以上のように、本発明に係る中空糸型人工肺ｅま、ハウ
ジングと、該ハウジング内に収納される中空糸膜の集合
体と、該中空糸膜の両端部を上記ハウジングに液密に保
持する隔壁と、該隔壁の　少なくともいずれか一方の外
側に設けられ、上記中空糸膜の内部空間に連通ずるガス
流入ボートと、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、該血液室に連通ず
る血液流入ボートおよび血液流出ボートと、使用状態下
で血液流出ボートより上方に位置し血液室内と連通ずる
ガス抜きボートとを有してなるようにしだので、血液の
乱流状態下でガス交換を行ない単位膜面積当りのガス又
換効率を向上可能とするとともに、血液室内における血
液の流路抵抗を小とすることなく、患者と人工肺との落
差による血液の混流、すなわち、落差血流を実現するこ
とが＋ｔＪ能となる。

まだ、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記カス抜きボ
ートと前記血液流出ボートが、前記ハウジングに対して
はソ軸対称の位置に設けられてなるようにすることによ
り、プライミング時に、人］′、、肺の中心軸をガス抜
きボートと血液流出ボートを含む面内において傾斜させ
ることにより、ガス抜きボートを血液流出ボートに対し
てより鉛直土方に位置せしめることによって、空気の排
出をよ＃）ｓ実かつ容易とすることが可能となる。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記カス抜きボ
ートが、前記ハウジングのτ１り壁で、隅壁の凹面底部
に接する部位に設けることにより、ノ１ス抜きボートを
血液室内の最上方部位に連通せしめ、プライミング時に
おける空気又は、使用中に発生した空気のより完全な排
出が可能となる。

また、本発明に係る中空糸型人工肺け、前記中空糸膜が
、マイクロポーラス模からなるようにすることにより、
気体の移動における膜抵抗を小とし、ガス又換性能を向
上することが可能となる。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記ノ・ウジン
グの血液流入ボートが設けられている部分の内面が、ノ
・ウジングの中間部分の内面より外方に拡張した内面で
あって、中空糸膜の集合体外周部との間に環状の血液流
路を形成することにより、血液流路が臨む集合体の全周
囲から各中空糸膜に血液を円滑に分配することが可能と
なる。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記ノ・ウジン
グの血液流出ボートが設けられている部分の内面が、ハ
ウジングの中間部分の内面よυ外方に拡張した内面であ
って、中空糸膜の集合体外周部との間に環状の血液流路
を形成することにより血液流路が臨む集合体の全周囲か
ら各中空糸膜回シの血液を円滑に血液流出ボートに向け
て導入することが可能となる。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記ノ・ウジン
グの拡張された内面が、中空糸膜の集合体に対して、血
液流入ボートを含む方向に偏心配置され、血液流入ボー
トを臨む血液流路の流路面積がより大とされてなるよう
にすることにより、血液流路からの血液の分配量を集合
体の周方向において均一化し、血液室においてハウジン
グの軸方向に向かう血液の流址を集合体１７０周方向に
関して均一化することがｎ」能となる。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記ハウジング
の拡張された内面が、中空糸膜の集合体に対して、血液
流出ボートを含む方向に偏心配置され、血液流出ボート
を臨む血液流路の流路面積がよシ大とされてなるように
することにより、血液流路への血液の導入量を集合体の
周方向において均一化Ｌ７、血液室においてハウジング
の軸方向に向かう血液の流稲を集合体の周方向に関して
均一化することが可能となる。

また、本発明に係る中空糸型人工肺は、前記ガス抜きボ
ートが着脱自在の通気性かつ菌不透過性のフィルターを
有するガス抜きボートであるものとすることにより、人
工肺使用時に発生した空気抜きの際の細菌による汚染を
防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例に係る模型人工肺が適用されてなる血液
回路を示す回路図、第２図は不発りＪに係る中空糸型人
工肺が適用されてなる血液回路を示す回路図、ｆＪ３図
は本発明に係る中空糸型人工肺の一実施例を示す断面図
、第４図は第３図のＩＶ−■線に沿う断面図、第５図は
第８図の■−■線に沿う断面図、第６図は第８図の■−
■線に沿う断面図、第７図は従来例に係る中空糸型人工
肺を示す断面図、第８図は本発明に係る中空糸型人工肺
のプライミング時における配置状態を示す断面図である
。 １１・・・人工肺、１５・・・ハウジング、１６・・・
中空糸膜、１７・・・集合体、１８．１９・・・隔壁、
２３・・・ガス流入ボート、２６・・・血液室、２７・
・・血液流入ボート、２８・・・血液流出ボート、２９
．３０・・・血液流路、３１・・・ガス抜きボート。 第５図 第８図 第６図 Ｊ 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　ハウジングと該ハウジング内に収納さＪ＋、
   る中空糸膜の集合体と、該中空糸膜の両端部を−１：　
   Ｈ＋：ハウジングに液密に保持する隔壁と、該隔壁Ｑ）
   少なくともいずれか一方の外側に設けられ、上１１己中
   空糸膜の内部空間に連通ずるガスｂ１し入ボートノ：、
   上記隔壁と上ｄ１１ハウジング内壁と−Ｌ＃４中空糸＋
   １１’、Ａ外壁とで画成される血液室と、核血液＊に連
   通ずる血液流入ボートおよび血液流出ボート−１使用状
   態下で血液流出ボートより上方に位ｌ１（１，血〆＾室
   内と連通ずるガス抜きポートとをイ１してなる仁とを特
   徴とする中空糸型人工肺。 （２）　　前記ガス抜きポートと前Ａ１１血酵、　？Ｉ
   Ｉ：出ボー！・が、前ｄシ：ハウジングに対しては＃１
   軸対称の位ＩＨに設けられている特許請求の範囲第１項
   ｄｉ、：載の中空糸型人工肺。 （８）　　前記ガス抜きポートが、１１１記ハウジング
   の側壁で、前記隔壁の凹面底部に接する部位に設けられ
   ている特許請求の範囲第１項ないし第２項のいずれかに
   記載の中空糸型人工肺。 （４）前記中空糸膜が、マイクロポーラス膜である特許
   請求の範囲第１項ないし第８項のいずれかに記載の中空
   糸型人工１ｎ。 （５）　　前記ハウジングの血液流入ボートが設けられ
   ている部分の内面は、ノ・ウジングの中間部分の内面よ
   り外方に拡張した内面であって、中空糸膜の集合体外周
   部との間に環状の血液流路を形成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。 （６）　　前記ハウジングの血液流出ボートが設けられ
   ている部分の内面は、ハウジングの中間部分の内面より
   外方に拡張した内面であって、中空糸膜の集合体外周部
   との間に環状の血液流路を形成する特許請求の範囲第１
   項ないし第６項のいずれかに記載の中空糸型人工肺。 （７）　　前記ハウジングの拡張された内面が、中空糸
   膜の集合体に対して、血液流入ボートを含む方向に偏心
   配置され、血液流入ボートを臨む血液流路の流路面積が
   よシ大とされている特許請求の範囲第５項記載の中空糸
   型人工肺。 （８）　　前記ハウジングの拡張された内面が、中空糸
   膜の集合体に対して血液流出ボートを含む方向に偏心配
   置され、血液流出ボートを臨む血液流路の流路面積がよ
   り大とされている特許請求の範囲第６項記載の中空糸型
   人工肺。 （９）　　前記ガス抜きボートが、着脱自在の通気性か
   つ菌不透過性のフィルターを有するガス抜きボートであ
   る特許請求の範囲第１項ないし第８項のいずれかに記載
   の中空糸型人工肺。