JPS605308B2 - 中空糸膜束よりなる血液処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半透膜あるいは多孔膜を使用し、この壁膜を通
じて浸透、透析、限外櫨過及びガス拡散等の嫁理を利用
して血液中の物質を移動させるように構成した血液処理
装置、特に該膜が中空糸状をなしたものを使用する改良
された中空糸膜東よりなる血液処理装置に関するもので
ある。

従来この種の血液処理装置は、賢不全患者、薬物中毒患
者等の血液から有害物を除去して血液の浄化を行なうた
めの人工腎臓装置、人工肝臓装置あるいは酸素と炭酸ガ
スとを交換する人工肺装置等として広く使用されている
。

本発明はこれらの血液処理装置に使用される改良された
装置を提供するものである。

このような血液処理装置は一般に円筒型のものが多い。

従来型血液透析装置を例に、その構造を第１図に示す。
第１図中、１は血液を中空糸膜東５の内部空間に導くよ
うに、かつ外部と隔離する為に設けられた断面が円形の
入口側へツダーであり、血液１０は導入口２０より導入
される。ｌａは中空糸膜の内部空間を通過してきた血液
を集合させ一定の大きさの管に排出口２０ａより排出す
るように、かつ外部を隔離する為に設けられた断面が円
形の出口側へッダーである。２はへッダ−１又はｌａが
外筒３と分離しないように、また、ヘッダー内に導びか
れた血液が外部に洩れずに中空糸膜５の内部空間に導び
く為にへッダーー又はｌａをバッキン１２を介して中空
糸膜群を固定する隔壁６に密着させる為に設けられた固
定キャップである。

外筒３は好ましくは円筒形であってその内部が目視でき
るように透明で硬質の合成樹脂で作られ、その内部空間
９には数百乃至一方本程度の中空糸膜５が充填されてい
る。又この外筒３には、透析液の導入口４及び排出口４
ａが設けられている。中空糸膜５は、外筒３の内部空間
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、しかも中空糸膜５の内部空間はへ
ッダーの内部空間８を蓮適している。又隔壁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によっ
てへッダーの内部空間８は、外筒３の内部空間９と隔離
され、ヘッダーの内部空間８及び外筒３の内部空間９は
中空糸膜５の壁膜を介してのみ接触するようになってい
る。すなわち導入される血液１０はへツダ−内空間８を
経由して中空糸膜の内部空間に入り、中空糸膜の壁膜を
介して血液中の有害物を外筒３の内部空間９に排出し、
清浄になった血液は出口側へッダーｌａの内部空間を経
由して体内にもどされ、逆に外筒３の内部空間９に排出
された有害物は導入管４より導入された透析液１１によ
って運ばれ排出管４ａを経由して外部へ取り出される。

しかしながら、このような従来の円筒タイプの血液処理
装置は次のような問題がある。すなわち第１図において
、使用されるへッダーーの構造上、ヘッダーの入口′点
Ａよりへツダーの水平に曲がる点Ｂ迄の距離が、点Ｂよ
り中空膜群の切断面７上の点Ｃ迄の距離に比べて非常に
長く、しかも中空糸膜群の切断面７の上部空間に広がる
へツダーの平担部分の長さが相対的に長い。その為に、
血液が該へッダ−に導入された際、それ自身のもつ流速
をほとんど分散しないままに先づ中空糸膜群の切断面の
中央部に衝突し、次いで当該中空糸膜の内部空間の圧力
（又は抵抗）や当該中空糸膜群を固定する隔壁によって
大部分の血液が外周部の中空糸膜群へ分散される。従っ
て血液の中空糸膜の内部空間を流れる速度は、中央部は
遠く、逆に外周部は遅くなる。その結果、血液処理装置
としての性能も低下すると共に、血液処理後返血する際
、返血速度が中央部と外周部で異なる為、外周部に近い
中空糸膜の内部空間に残血現象を引き起こす。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糸膜の
内部空間では凝血を起こし、血液の流れが停止する部分
も生じる。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入口側へツダーの構造
を改良し導入する血液が固定された中空糸膜群の切断面
の全中空糸膜の内部空間に均一に流れ込む構造にした血
液処理装置を提供することである。

本発明は、「円形の断面を有する入口側へツダー及び出
口側へッダーにその両端が開□することにより、内部が
該へッダーに蓮通した状態にある中空糸膜東を有する血
液処理装置において、該入口側へッダーの円周内壁と中
空糸膜東の外周との間に環状の空間部を設け、かつ該入
口側へッダーの中央部が該入口側へッダーと中空糸膜東
端断面とに囲まれて形成される内部空間に向けて凸状に
張り出した部分を有し、さらに該入口側へッダ−に談環
状空間部の接線方向に開口した血液導入口を設けること
を特徴とする血液処理装置。

」を要旨とするものである。本発明によれば、入口側へ
ッダーの断面が円形になっている部分の接線方向から血
液が流入し、中空糸膜東の切断面上に沿いらせん状に回
りながら、固定された中空糸膜の切断面上、すなわち中
空糸膜内部へ導入される。

その際血液圧は各中空糸膜切断面上に均一に加わるので
、血液は一様に中空糸膜内部へ導入される。この際に血
液を中空糸膜東の切断面上にいきなり接線方向に流し込
むと、中空糸の切断端により血液が損傷を受ける危険性
があるが、本発明では血液はまず入口側へッダ及の外周
内壁と中空糸膜東の外周面により形成される流路に流れ
込むので血液損傷の可能性は大幅に軽減される。

又、返血側、すなわち出口側へツダーの血液排出口も入
口側へッダーと同様に、その円形断面部分の接線方向に
設けることは何ら差支えない。

かかる構造の血液処理装置は長さ方向の寸法を４・とす
ることができるので、コンパクトになる長所をも有する
。次に本発明の血液処理装置を図面をもとに詳述する。

第２図は本発明の血液処理装置の具体例であり、図中共
通のものは第１図と同一番号が付されている。

第２図は、ヘッダー部分を中心とした構造に特徴がある
。

すなわち第１図に示す従来型のへッダ−では、Ａ〜Ｂ間
がＢ〜Ｃ間に比べて非常に長く、しかも中空糸膜群の切
断面７の上部空間に広がるへッダーの平坦な部分の長さ
が相対的に長い為に、導入された血液１０は、導入され
る時にもつ流速を分散しないまま固定された中空糸膜群
の切断面７のほぼ中央に衝突し、その後外周部へ分散さ
れるのに対し、本発明のへッダーでは、血液導入口２０
より導入された血液はらせん状を呈しながら中空糸膜群
の切断面７の外周部を回り、血液は外周部より内周部の
方向へ移動しながら中空糸膜群の内部空間へ導入される
。しかも本発明の入口へッダー１は、その上面が下方に
円錘状もしくは半円状にへこんだ形、すなわち、内部空
間８の上部が凹面状になっており、かつ血液導入口２０
の位置は、中空糸膜東の切断面よりわずか下方の周囲に
設けられた中空糸膜東の外周に沿った円周状の空間部２
１に面して居り、その接線方向に血液が導入されるよう
に取付けられているので、中空糸膜東の切断面において
相対的に広い面積を占める外周部に対してらせん状に血
液が導びかれる為に外周部と内周部の中空糸膜群の内部
空間への血液導入速度にほとんど差を生じないばかりで
なく、血液の損傷も大幅にまぬがれることになる。

血液の流れの様子を理解するために第２図における入口
側へッダー１の円形断面部分１−１矢視の断面を第３図
に示す。又本発明の第２図に示す中央に凹の構造をもつ
へッダーの形状について述べると、第４図に示すように
、中空糸膜群の切断面の半径をＲ肋としその上の任意の
長さをｙ側、半径ッの断面積における流体の平均線速さ
を仏側／ｓｅｃ、半径ｙ側の円周上の高さをｙ肌、高さ
ｙ柳の円筒の外部から内部への流体の平均線遠をｕ，側
／ｓｅｃとした時、ｙの高さは、半径ｙ側と線速比＆／
ｕ，に関係している事が判明した。つまり上部が凹の構
造をもつへッダーの形状は、ｙ＝ｆ（ｕ２／ｕ，）×ｙ
＋ａの一般式で得られるｙの値を、ｙ＝０のときのｙ軸
を中心に３６０度回転した時に得られる曲面に流体の導
入口と外筒との接続面をもたせた構造基本とすべきこと
が明らかとなった。

ここでｆは比／ｕ，にかかる函数である。本発明者等は
ｆ（ｕ２／ｕ，）の最適値を、実用性を中心に鋭意検討
の結果、ｆ（い／ｕ，）の範囲は１／４ｆ（ｕ２／ｕ，
）≦３′４であるのが最適であるという結論に達した。

又ａは、中空糸膜群の切断面からへッダーの中央部の天
井の最も接近した部分までの距離であり普通２側程度と
する。次に実施例によって第２図に示した本発明のへッ
ダーを有する改良型中空糸膜東よりなる血液処理装置（
以下改良型と略す）と第１図に示した従来のへッダーを
有した中空糸膜東よりなる血液処理装置（以下比較例と
略す）とにおける性能の比較を行う。

実施例 比較例及び改良型の中空糸膜東よりなる血液処理装置（
内蓬５００〃のポリアクリロニトリル中空糸膜使用、中
空糸膜本数９６０本、中空糸膜有効膜面積０．１７〆、
中空糸膜充填率５０％）に牛新鮮血（ヘマトクリット値
総％、全タンパク質濃度９．６ｇ／ｄ〆）を膿差圧（Ｔ
ｒａｎｓ ＭｅｍｂｒａｎｅＰｒｅｓｓｕｒｅ）２靴ｍ
Ｈｇ、同一の装置の入ロと出ロの差圧△ＰＢ＝２５ｈｍ
Ｈｇのもとで導入し、３時間後の血液通過量、限外櫨過
量及び返血後の残血本数について測定した結果を表−１
に示す。

表−１ 以上のように本発明の改良型の血液処理装置では、比較
例の血液処理装置に比較して血液通過量及び限外猿過量
共に多く、又残皿本数は約１′３と少なくなり、本発明
の血液処理装置の有効性が認められる。

又、改良型の血液処理装置では、導入された血液は、ほ
ぼ均一に中空糸膜の内部空間に導入されたのに対し比較
例の血液処理装置では、導入された血液は、中央部が多
く逆に外周部が少なく流れると共に外周部付近に過流を
も起していた。

従って本発明の血液処理装置は、装着型人工腎臓や少量
の血液量使用の際には大きな効果が期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来型の血液処理装置であり、第２図は本発明
の血液処理装置の例である。 第３図は第２図の１一１矢視断面図である。第４図は第
２図の構造をもつへッダーの内面の形状を示す説明図で
ある。１，ｌａ・・・…入口側及び出口側へツダー、２
・・・・・・キャップ、３・・・…外筒、４，４ａ・・
・・・・透析液導入口及び排出口、５・・・・・・中空
糸膜。 第１図第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 円形の断面を有する入口側ヘツダー及び出口側ヘツ
   ダーにその両端が開口することにより、内部が該ヘツダ
   ーに連通した状態にある中空糸膜束を有する血液処理装
   置において、該入口ヘツダーの円周内壁と中空糸膜束の
   外周との間に環状の空間部を設け、かつ該入口側ヘツダ
   ーの中央部が該入口側ヘツダーと中空糸膜束端断面とに
   囲まれて形成される内部空間に向けて凸状に張り出した
   部分を有し、さらに該入口側ヘツダーに該還状空間部の
   接線方向に開口した血液導入口を設けることを特徴とす
   る血液処理装置。