JPS6145771A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は中空糸１模型人工肺に関する。

［従来の技術］ 中空糸膜を用いた人工肺としては、例えば米国特許第３
７９４４６８号、特開昭５４−１８００９８号、特開昭
５８−１５５８８２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　１５０〜３００μｓ程度の内径を有する中空
糸膜が人工肺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（凝血による中空部
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１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ちのであり、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３７９４４６８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、
＃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。

［発明が解決しようとする問題点］ 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。

［問題点を解決するための手段］ 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
段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、更に前記接触室は前記中空糸膜に対して垂
直な方向に幅をせばめられた血液流路部と、該血液流路
部を介してわけられた前記中空糸膜を内蔵する複数の小
室とに区分けされて構成されるものである。

［発明を実施するための最適な態様１ 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図は第１図に示した一点鎖線Ｘ−Ｘａに沿っ
た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ｌと、中空糸膜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段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。ハウジングｌ及び仕切部材４には凸部７が設
けられており、この凸部７によって、接触室５の内部は
、血液の流れる方向を横切る方向に設置されかつ中空糸
膜の設置方向に対して垂直な方向（以下、接触室の厚み
方向と略称する）に幅をせばめるよう構成された血液流
路部８と、この血液流路部８を介してわけられその内部
に中空糸膜２を内蔵する複数の小室９とに区分けされる
。また、ハウジングｌには、気体導入口１０、気体導出
口１１、血液導入Ｉ」１２および血液導出口１５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。

凸部７を有す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。ハウジング１または仕切部材４の有する凸部７
は、接触室５を複数の小室９に区分し、該凸部７と相対
する仕切部材またはハウジング壁面の間の空間が血液流
路８となる。第１図には、三つの血液流路部８により接
触室５が四つの小室９に区分された例が示されているが
、小室９の数は二つ以上であれば幾つあってもよく、そ
の数が多い方が好ましいが、加工性を考慮すると、３〜
ｌＯ個程度であることが実用上好ましい。

第３図は、凸部７の形状に於ける他の態様例を示した部
分断面図である。凸部７の断面形状としては、第１図お
よび第３図に示すものを初めとして接触室５の厚み方向
に血液流路の幅をせばめるものであればどのような形状
でも採用できるが、第１図に示すような曲面を有する断
面のものであることが血液の滞留を避ける点で好ましい
。接触室５の内部に血液流路部８を設けるのは、接触室
５の厚み方向についても血液流の乱れを生じさせて血液
のチャンネリングを防止するためのものである。第１図
および第３図に図示されるように、血液流路部の接触室
の厚み方向の幅のせばめ方は隣接する血液流路部が上下
の位置に交互に配設されるようにするのが好ましい。

本発明の人工肺装置内に於いては、酸素を含む気体は、
気体導入口１０からハウジング１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６ａへ導かれ
た後気体導出口１１から排出される。なお、気体導入口
１０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１２からハウジングｌ内の血液分配室１３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Ｉ４を経て血液導出口１
５から人工肺の外部へ排出される。

第１図には、ハウジング１内に一つの仕切り部材４によ
り４つの小室に分割された接触室を２段重ねた例が示さ
れているが、接触室の数は２段以上であってもよい。

次に本発明の人工肺装置の各部の寸法について説明する
。

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５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ｔｉｌｌ）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５〜５０ｍｍ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５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。小室９
の血液流れ方向の長さｂは、該小室９の厚みの最大寸法
ａより大きいことが好ましい。ａがｂより大きいと小室
９の厚み方向の血液の流れが支配的となり小室９の隅（
小室の血液流路部との境界近傍）に血液の滞留が生ずる
おそれがある。血液流路部７の厚みｅは、小室９の厚み
ａの半分以下であることが血液流路部７を設置した効果
を発揮させる上で好ましい。

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５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、６０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」二に於いて支障
が生じやすい。

接触室５内のｒｌＪ空糸膜２は、血液の流れ方向とほぼ
直行するよう配設されるのが好ましい。

本発明にいう血液の流れ方向とは、血液を接触室５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５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
うにほぼ直線とじ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５内の中空糸膜２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％より大さくなると血液の流
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ｆ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Ｅ）
ＩＦ、商品名、三菱レイヨン輛製）が挙げられる。

固定部材３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図は第１図に示された一点鎖線Ｘ−Ｘ
、に沿った一部切截平面図、第３図は血液流路近傍の形
状に於ける他の態様例を示した部分断面図である。 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　　
　　６．６ａ：気体流路７：凸部　　　　　　　８：血
液流路部９：小室　　　　　　　１０：気体導入口１１
：気体導出１コ　　　　１〉：血液導入口１３：血液分
配室　　　　１４：血液集合室１５：血液導出口　　　
　ａ：接触室の厚みｂ：小室の長さ　　　　ｅ：血液流
路部の厚みＷ：接触室の幅 特許出願人　　　三菱レイヨン株式会社代　　理　　人
　　　　若　　　　林　　　　　　忠第１図 ｎ 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段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け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、更に前記接触室
   が前記中空糸膜に対して垂直な方向に幅をせばめられた
   血液流路部と、該血液流路部を介してわけられた前記中
   空糸膜を内蔵する複数の小室とに区分けされてなる人工
   肺。