JPS60225572A - 中空糸膜型人工肺 - 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】 ［技術分野］ 本発明は中空糸Ｍ型人工朧に関する。

［従来技術］ 中空糸膜を用いた人工肺としては、例えば米国特許第３
７１３４４８８号、特開昭５４−１８００１１１１１号
、特開昭Ｈ−１５５８８２号等、既に種々の提案が知ら
れている。

これらはいずれもポリオレフィン等の疎水性高分子から
なる微多孔質中空糸膜や、シリコン等の気体透過性の均
質中空糸膜を用いて、中空糸膜面を介して気体と血液を
接触させ、その間でガス交換を行なわせるものであり、
中空糸膜の中空部に血液を流し、中空糸膜の外部に気体
を流すものと、その逆に、中空糸膜の中空部に気体を流
し、外部に血液を流すものとの二つの方式がある。

前者の方式では血液を多数の中空糸膜に均等に分配供給
すれば血液のチャンネリング（偏流）はないものの、中
空糸膜の中空部を流れる血液は完全な層流であり、酸素
摂取能（単位膜面積当りの酸素移動速度）を上げるため
には中空糸膜の内径を小さくすることが必要であり、こ
のために　１５０〜３００Ｍ程度の内径を有する中空糸
膜が人工腫用として開発されている。

しかしながら、径を細くしても血液が層流流動する限り
は酸素摂取能が飛躍的に向上するものではなく、さらに
径を細くするにつれてクロッキング（！！１血による中
空部の閉塞現象）が多発し、実用上大きな問題となって
いる。また、一般的に人工肺では、中空糸膜が数万本束
ねられた束として用いられており、これら多数の中空糸
膜のそれぞれに充分に気体を分散供給するには特別の配
慮が必要である。気体の分散供給が不充分である場合に
は、炭酸ガス排泄能（単位膜面積当りの炭酸ガス移動速
度）が低下する。

一方、後者の方式ではガスの分配は良好であり、かつ血
液の流れに乱れが発生することが期待できるものの、血
液のチャンネリングによる酸素化不足あるいは滞留部に
おける凝血が生じ易いという問題点があり、未だ充分な
性能を有する人工肺は実現されていない。

従来知られている殆どの人工肺は、円筒状のハウジング
内に単に多数のガス交換用中空糸膜の束をこの円筒ハウ
ジングの軸に平行に充填したものであり、このような構
造では、前記の二種の方式のいずれでも中空糸膜単位面
積当りのガス交換能は低いものとなる。前者の方式に於
ける改良された態様として、壁面に多数の空孔を有する
中空の円筒軸に中空糸膜を巻き付けて、これをハウジン
グに収納し、血液を円筒軸の中空部より空孔を通して流
出させ、一方、気体は中空糸膜の中空部に流す人工肺が
米国特許第３７１１１４４８８号に提案されている。し
かし、このような人工肺では血液の充填量が過大となり
、さらにその製造には煩雑な手数を要するなどの問題が
あり、未だ実用化に至っていない。

本発明者らは、後者の方式の人工肺装置に於いて、血液
の流れに対して中空糸膜をほぼ直交するように配設した
タイプの人工肺装置につき検討を続けたが、平行に配設
したものに比較すると血液の流れの乱れが大きいため、
酸素摂取能を向上させることができるものの、血液の流
量を増加させるために装置を大型化していくにつれ、依
然として血液のチャンネリングや滞留部における凝血の
問題が生じ、これを解決することができなかった。

［発明の目的］ 本発明はこれらの状況に鑑みなされたものであり、その
目的とするところは優れた酸素摂取能と炭酸ガス排泄能
とを有し、装置の大型化を図っても血液の滞留やチャン
ネリングを生じることが少なく、かつ製造に当っては煩
雑な手間を必要としない簡易な構造の実用的な人工肺装
置を提供することにある。

［発明の構成］ すなわち本発明の人工肺は、血液導入口、血液導出口、
ガス導入口およびガス導出口を有するハウジング内に、
該ハウジング内部をガス流路と血−液の流れる接触室と
に区分する固定部材と、前記接触室を平板状の空間を複
数個積層したように仕切る仕切り部材と、前記接触室内
をほぼ直線状で通過し、それぞれの開口両端をガス流路
に向は前記固定部材により固定された多数の中空糸膜と
を有してなり、かつ該中空糸膜が前記接触室内で血液の
流れ方向とほぼ直交するよう配設されて構成される。

［発明を実施するための最適な態様］ 以下、本発明の人工肺装置につき図面を参照しつつより
詳細に説明する。

第１図は、本発明の人工肺の一態様例を示す縦断面図で
あり、第２図は一部切截平面図である。

本発明の人工肺は、基本的には人工肺本体を形成するハ
ウジング１と、中空糸＄２と、固定部材３と、仕切り部
材４とから構成され、これらの部材によりハウジングｌ
の内部は、平板状の空間を複数個積層したような形状を
有する血液の流れる接触室５と中空糸膜２の内部空間に
酸素を含む気体を供給するための気体流路６とに区分さ
れている。また、ハウジング１には、気体導入ロア、気
体導出口８、血液導入口９および血液導出口１ｏが設け
られている。

本発明の人工肺装置内に於いて、中空糸膜２は接触室５
内をほぼ直線状で通過し、相い向かいあう二つの固定部
材３により、それぞれの開口両端をガス流路に向は開口
を保ちつつ固定されいる。

平板状の形状を有する仕切り部材４は、血液の流れる接
触室５を複数の平板状の空間に仕切る役割を果し、中空
糸膜２と同様に固定部材３により固定されいる。また、
血液導入口９と接触室５との間に、ハウジングｌ、固定
部材３および仕切り部材４に接続する図示されているよ
うな分配板１１が設けられてもよい。

本発明の人工肺装置内に於いては、酸素を含む気体は、
気体導入ロアからハウジングｌ内の気体流路６へ供給さ
れ、中空糸膜２の内部を流れ、接触室５内で中空糸膜２
を介して血液とガス交換を行ない、酸素が減少し、炭酸
ガスの増加した気体となって、気体流路６′へ導かれた
後気体導出口ｌＯから排出される。なお、気体導入ロア
から供給される酸素を含む気体は、もちろん純粋な酸素
であってもよい。

一方、人体から取り出された血液（静脈血）は、血液導
入口９からハウジングｌ内の血液分配室１２へ導入され
、次いで各接触室５に分配して供給され、これら接触室
５内で中空糸膜２の内部を流れる酸素を含む気体と中空
糸膜２を介してガス交換を行ない、血液が静脈血から動
脈血化された後、血液集合室１３を経て血液導出口ｌＯ
から人工肺の外部へ排出される。

第１図には、三つの仕切り部材４により接触室が四つの
平板状の空間からなる小室に分割された例が示されてい
るが、接触室の数は二つ以上であれば幾つあってもよい
０本発明の人工肺装置内に於いては、仕切り部材４によ
り分割された接触室の厚みａ（仕切り部材間または仕切
り部材とハウジング間の距離）の寸法は重要な意味をも
つ、接触室の厚みａは、血液のチャンネリングおよび滞
留部の発生を抑制し、接触室内の血液の流れを均一化す
るためにはできる限り薄いことが望ましい、しかし、厚
みａを薄くするためには仕切り部材の数を増すことが必
要となるため、人工肺装置の加工の容易さを考慮すると
、厚みａは５〜５０腸■程度に設定するのが実用上好ま
しい、接触室の厚みａが余りにも大きいと、接触室内で
の血液のチャンネリングおよび滞留を抑制することが困
難となり本発明の目的が達成できない。

接触室の厚みａを薄くしてかつ血液の流量を大きなもの
にするには、接触室の幅Ｗ、すなわち両固定部材間の距
離を広くするのも一つの方法であるが、接触室内で好ま
しい平板状の血液流を形成させるためには、接触室の幅
Ｗは、接触室の厚みａの５〜６０倍程度とするのが好ま
しい。　５倍より小さい場合は、固定部材表面が血液流
に対して及ぼす影響が大きくなり好ましくないことがあ
る。また、８０倍より大きい場合は、血液流を中空糸膜
面全体に均等に流すのが難しくなり、チャンネリングを
抑制するのが困難となるし、ハウジングも異常に幅の広
いものとなり、その製造並びに使用上に於いて支障が生
じやすい。

接触室内の中空糸膜は、血液の流れ方向とほぼ直行する
よう配設される。本発明にいう血液の流れ方向とは、血
液を接触室内に流した際に実際に形成される血液流の流
れ方向をいうのではなく、接触室内での血液の入口から
出口へ向かう方向をいう。血液の流れ方向と中空糸のな
す角度は、チャンネリング抑制の点から少なくとも４５
度であることが必要であり、はぼ直交していることが最
も好ましい。また、接触室内に配設されたそれぞれの中
空糸は、第２図に示されるようにほぼ直線としてかつそ
れぞれが平行を保つよう並べて配設されるのが好ましい
が、何本かの中空糸が束としてかつそれら中空糸束の中
心軸に対して４５度程度までの角度で巻かれるようにし
て配設されてもよい。

接触室内の中空糸の充填率は、１０〜５５％であること
が好ましい。ここでいう充填率とは、接触室の血液の流
れ方向に平行な面に於ける、該接触室の断面積に対する
中空糸膜の占める断面積の割合をいう。充填率が１０％
より小さい場合は血液のチャンネリングが生じ易く、ま
た、５５％より大きくなると血液の流動抵抗が過大とな
り、溶血を誘発することがある。

本発明の人工肺内に設置される中空糸膜としては種々の
ものが使用でき、例えばセルロース系、ポリオレフィン
系、ポリスルホン系、ポリビニルアルコール系、シリコ
ーン樹脂系、ＰＭＭＡ系等の各種材料からなる均質もし
くは多孔質膜の中空糸濾過膜が使用できる。しかし耐久
性に優れ、かつ気体の透過性能に優れたものとしては、
ポリオレフィン系の多孔質中空糸膜が挙げられる。その
中でも、膜の微小空孔が一方の面から他方の面にかけて
幾重にも積層したフィブリルとフィブリルの両端を固定
する節部によりできるフィブリル間の空間で形成された
微小空孔がそのフィブリル間の空間として相互につなが
って膜の一方の面から他方の面まで貫通しているような
膜が特に好ましく用いられ、このような中空糸膜の例と
しては、例えばポリエチレン中空糸膜（ポリエチレン中
空糸ＥＨＦ、商品名、三菱レイヨン■製）が挙げられる
。

固定部材は、中空糸を使用した所謂中空糸濾過モジュー
ルを製造する場合と同様の手法により、接着性のよいポ
リウレタン等を使用して中空糸膜および仕切り部材と一
体化させ、簡易に製造することができる。

本発明の人工肺に於いては、ハウジングの前または後に
血液用の熱交換器を組込んで使用してもよい。

［本発明の効果］ このような本発明の人工肺装置によれば、中空糸膜を介
しての膜面積当りの酸素及び炭酸ガスの交換量が大きく
、血液のチャンネリングや滞留部の発生は殆どなく、優
れた性能が発揮できる。また、容易に加工ができるため
安価でかつ体外への血液搬出量が小さくなり、患者の負
担を軽減するという利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の人工肺モジュールの一実施態様の縦断
面図であり、第２図は一部切截平面図である。 ｌ：ハウジング　２：中空糸膜 ３：固定部材　４：仕切り部材 ５：接触室　６．６′：気体流路 ７：気体導入口　８：気体導出９口 ９：血液導入口　１ｏ：血液導出口 １１：分配板　１２：血液分配室 １３：血液集合室　ａ：接触室の厚み Ｗ：接触室の幅 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 血液導入口、血液導出口、ガス導入口およびガス導出口
   を有するハウジング内に、該ハウジング内剖をガス流路
   と血液の流れる接触室とに区分する固定部材と、前記接
   触室を平板状の空間を複数個積層したように仕切る仕切
   り部材と、前記接触室内をほぼ直線状で通過し、それぞ
   れの開口両端をガス流路に向は前記固定部材により固定
   された多数の中空糸膜とを有してなり、かつ該中空糸膜
   が前記接触室内で血液の流れ方向とほぼ直交するよう配
   設されてなる人工肺。