JPS62101258A - 改良された血液ポ−トを有する血液処理装置 - 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） 本発明は血液ポート（血液出入口部）で血液のよどみや
、気泡の滞留などがなく、かつ各中空繊維へ血液を均等
に分配する事のできる、長時間使用可能な中空繊維型血
液処理装置に関するものである。

（°従来の技術） 従来より中空繊維を分離膜として用いた血液処理装置は
、血液透析装置や人工肝臓装置、あるいは血漿分離装置
や人工肺装置として広く用いられている。

このような血液処理装置は一般に円筒型のものが多い。

円筒型の血液処理装置を例に、その構造を第５図に示す
。

第５図において、１は血液を中空繊維５の内部空間に導
き、かつ外部と隔離するための断面が円形の入口側血液
ポートであシ、血液１０はポート上部に設けた血液導入
口２０より導入される。１ａは中空繊維の内部空間を通
過してきた血液を集合させ一定の大きさの管に血液導出
口２０ａよシ導出し、かつ外部と隔離するための断面が
円形の出口側ポートである。２はポート１又はポートＩ
ＩＩか外筒３と分離しないように、また、ポート内に導
ひかれた血液が外部に洩れずに中空繊維５の内部空間に
導びくためにポート１又はポート１ａをパツキン１２を
介して中空繊維束を固定する隔壁６に密着させるための
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〜−万木本程度中
空繊Ｘ、ｌｌ　ｓが充填されている。又この外筒３には
、血液浄化用流体１１の導入口４及び血中有害物質の導
出口４ａが設けられている。中空繊維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、しかも中空繊維５の内部空
間は血液ポートの内部空間８と連通している。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
によって血液ポートの内部空間８は、外筒３の内部空間
９と隔離され、ポートの内部空間８及び外外筒３の内部
空間９は中空繊維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は入口側ポー
ト内の空間８を経由して中空繊維の内部空間に入り、中
空繊維の壁膜を介して血亀中の有害物を外筒３の内部空
間９に排出し、清浄になった血液は出口側ポート１＆の
内部の空間を経由して体内にもどされる。一方外筒３の
内部空間９に排出された有害物は必要に応じて導入口４
より導入された血液浄化用流体１１とともに導出口４ａ
を経由して外部へ取り出されるこの様な軸対称型血液ポ
ートの改良された例として、特開昭５９−１３９２７４
号には、第６図に示す角度ψおよびθがそれぞれ６０〜
８５°、７°〜２３゜でちゃ、高さｈが１．５〜３．５
ｒＩｇｎとなるように成形されたロート状の空間を有す
る血液ポートが開示されている。ま、た特公昭６０．５
３０８号には非軸対称型ポートの例として、第７図およ
び第８図に示すように中空繊維束の切断面に対して、水
平に、接線方向から血液を導入出する凹型の血液ポート
が開示されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の円筒タイプの血液処理
装置は次のような欠点があり、特にヘパリンのような抗
血液凝固剤を全く使用しないか、あるいは使用量を減ら
した血液透析療法の場合や、数日におよぶ長期使用の場
合においては実用上問題がある。すなわち第５図におい
て、使用される血液ポート１はその構造上、ポートの入
口点Ａより血液がポートに導入された際、先づ中空繊維
束の切断面の中央部に衝突し、次いで当該中空繊維の内
部空間の圧力（又は抵抗）や当該中空繊維束を固定する
隔壁によって血液が外周部の中空繊維へ分散される。従
ってポート内部の空間を流れる血液の速度は、血液の導
入出口の直下付近の中央部では速いが、３６０°の全方
位に広がって流れるため、その速度の減衰は急激であり
、特に外周部においては極端に遅くなり、ポートの周辺
部では血液がよどみをつくる領域が発生する。その結果
、血液処理装置としての性能が低下すると共に、血液処
理後返血する際に、返血速度が中央部と外周部で異なる
ため、外周部に近い中空繊維の内部空間や面府がよどみ
をつくつた領域に残血や膜面現象を引き起こす。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の
内部空間や血液がよどみをつくるポート周辺部では凝血
を起こし、血液の流れが停止する部分が生じ、血液処理
が不能に陥る場合がある。こうした従来装置の欠点を解
消するため特開昭５７−８６３５９号には中空繊維束の
端面を底とする特定のロート状の内部空間を有し、かつ
その頂部に血液導入口を設けた血液ポートを用いた装置
が提案されている。確かにこの装置ではポート間に供給
された血液がロート状の内部空間内で無理なく分配され
るため、中空繊維束の中央部でも外周部でもほぼ均一な
速度で血液が中空繊維中に流入するという利点はあるも
のの、ポートの内部空間における血液の流速の流入出口
からポート周辺部に向けての急激な減少や、ポート周辺
部での血液のよどみについてはまだ不満足であった。

特公昭６０．５３０８号には、第７図および第８図に示
したような、入口側ポート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、中空繊維膜束の切断面
上に沿い、らせん状にまわシながら固定された中空繊維
膜の切断面上、すなわち中空繊維膜内部へ導入される型
の血液ポートが示されている。この場合、中空繊維膜の
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
て接線方向から血液が導かれその後血液層厚みが中央に
向って漸減するために外周部と内周部の中空繊維膜群の
内部空間への血液流入速度、即ち、血液ポート内におけ
る血液の速度の中空繊維膜切断面に対する垂直成分や水
平成分は第５図の血液ポートよりは均一に保たれるが、
厚みの大きい外周部での流路が長いため、水平成分の減
衰が大きく、かつ、外周付近の血液ポート部の構造が複
雑なためかえって滞留部を生じ易く、中空繊維の分布が
悪いと部分的過流も生じ、それらに伴う血栓形成、およ
び気泡の滞留を起し易いほか、ポート部がかさ１くなシ
、血液充填量が増加するな−どの問題があった。

以上に述べたように、これら従来公知の血液ポートにあ
っては気泡の滞留、血栓や血餅の発生、それに伴う血液
処理装置の性能劣化や残血などの問題が十分には解決さ
れておらず、特にヘパリンの様な抗血液凝固剤を全く使
用しないか、あるいは使用量を減らして血液処理を行う
場合や、なかんずく数日に及ぶ長時間の血液処理を行う
際などには上記の理由による中空ｍ維の閉塞が激しく、
実用に耐えないという問題点があった。

従って本発明が解決すべき問題点は、気泡の滞留や血栓
、血餅の発生が少なく、長時間連続使用しても中空繊維
の閉塞が起こらないような改良された血液ポートを有す
る血液処理装置をいかにして得るかということである。

（問題点を解決するための手段） 前述したように従来公知の血液ポートは中空繊維束中の
個々の中空繊維膜の内部にいかに均一に血液を流しこむ
かを追求してきているが、なおヘパリンを減らした場−
合や数日におよぶ長期使用を行った場合には血液ポート
部における血栓の発生、それに伴う血液処理装置性能の
低下、血小板の減少などが起こり、実用上満足のいくも
のはない。

本発明者らはこの点を改善すべく鋭意研究を重ねた結果
、意外にも血液ポート内部空間の厚みと、血液の導入出
方向および導入出口の位置が極めて重要であり、中空繊
維膜内部への血液の均一な流入を計る事よシも、上記問
題点の解決に効果的である事を見い出し本発明を完成す
るに至った。

すなわち、本発明は端部が開口した中空繊維束が収容さ
れてなる円筒型モジュールの少なくとも一端に、円板状
の内部空間を形成するように血液ポートを取シ付けた血
液処理装置であって、該血液ポートの円板状空間の厚み
ｂ（ｃｍ）がモジュールの膜面積８（−）に対して Ｓ２Ｏ，９ゴのとき、ｈ≦０．２３７　Ｘ４（１１−ｏ
、９）ｘ４．２３＋ｘ）ｘ　−ｓ（０，９ゴのとき、ｈ
≦０．２３７　Ｘ、７’ｉ　＋　０．０２５なる関係を
満たし、かつ血液が該ポートの円板状空間の外周部に近
接して設けられた開口部を通じて、円板状空間に対して
上下角６０°以下の接線方向よυ導入または導出される
ように導入口または導出口が設けられている事を特徴と
する血液処理装置である。

とくに、本発明の特徴とするところは、上記の式で規定
される十分に薄い円板状の血液ポート内部空間と該空間
の外周部に近接して設けられた血液の導入口または導出
口を通じ、該円板状空間に対して上下角６０°以下の接
線方向より血液を導入出する事にある。（第１図〜第４
図参照）こうした構造の血液ポートは、ポート内部空間
の厚みが薄いため、ポート内における血液のらせん状の
流れが一層強められ、中空繊維束の開口端面上における
血液の速度の端部に平行な成分（水平成分）は従来公知
の血液ポートよシも本発明の血液ポートの方が格段に速
く、ために血液ポート内における気泡の滞留や、血栓形
成の原因となる血小板の粘着を抑止する効果が大きい。

本発明において重要な因子である血液ポート内部空間の
厚みは薄い程効果的であるが、実際には血液処理装置の
大きさ、血液処理の際の所要血流九、血液粘度、抗血栓
剤の使用量などの因子を考慮して、各々の血液処理装置
に適した値に設定する必要がある。本発明者らの研究結
果によれは血液ポートの円板状空間の厚みｈ（ａｍ）が
モジュールの膜面積８（イ）に対して ３≧０．９−の時、ｈ≦０．２３７刈（ｓ−０，９）Ｘ
　４．２３＋１）　Ｘ　１ｓ＜０．９ｉの時、ｈ≦０　
、２３７　Ｘ　ｙ’Ｔ　＋　０．０２５好ましくは ８≧０．９靜の時ｈ≦０．１４２×｛（ｓ−０，９）Ｘ
　４．２３＋１）Ｘ上Ｓ＜０．９靜の時ｈ≦０．１４２
　Ｘ、／Ｔ　＋　０．０１５なる関係を満たす事が、血
液ポート部における血栓形成や、気泡の滞留を防止する
上で重要である。

ｈがこれ以上厚いと、十分な効果が発現し得ず、ポート
外周部に広いリング状の血栓形成が認められる。上式は
膜面積の異なる種々のモジュールを用いて実験的に定め
られたものであり（通常膜面＠０．１〜１０イのモジュ
ールが用いられる。）、その意味は厳密には明らかでな
いが、中空繊維束の開口端面上における血液の速度の水
平成分が、ある程度以上必要な事を示唆している。また
、血液ポートの内部空間の形状は実質的に一様な厚み（
ｈ）の薄い円板状である事が本発明の要件として重要で
あり、凹凸があったり、角ばったりしているものは、そ
の部分に滞留を生じ易く、好ましくない。

本発明におけるもう一つの特徴は血液ポートへの血液導
入口、または導出口が、薄い円板状のポートの外周部に
近接して設けられており、かつ、ギの口を通じて、円板
状空間に対して上下角６０゜以下の接線方向から血液が
導入、または導出される点にある。本発明において、導
入口または導出口の中心が中空繊維束の開口端面上の中
心と、中空繊維束の外局での最大距離の％以上外周から
離れると気泡の滞留や血栓形成抑止効果が急激に低下す
る。上下角が６０°よシ大きいと、中空繊維束開口端面
上で血液に十分ならせん流をおこすことができず、ポー
ト内で血栓が形成され易い。血液の導入出口の、ポート
への開口端は、通常円板状空間の上面側、゛即ち、中空
繊維束開口端面と反対側に設ける。該ポートに、水平に
近い角度で血液を導入出する時は円板状空間の側面円周
上に設けても良いが、血液導入出口のポート内への開口
端はできるだけ偏平な形状、例えば長方形の断面、にす
る事が好ましい。

なお、血液ポート部材としては通常用いられているポリ
プロピノン、ポリカーボネート、ポリメタクリレート等
が本発明においても用いられる０血液が接触する内面は
シリコン、セグメント化ポリウレタン等の血液を凝固さ
せにくいポリマーでコーティングしておくことが好まし
い。

また、本発明において血液導入口、導出口以外の開口部
、例えば採血口、輸液口、ヘパリン注入口、センサー挿
入口、エア抜口などを血液ポート部に設ける事は自由で
あるが、できるだけ少数に限定する方が、血栓形成がお
こシにくり、好ましい。

（実施例） 実施例１〜２および比較例１〜３ 内表面に薄いシリコンゴム層を有する、内径３２０μ、
外径４８０μのポリスルホン中空繊維膜４０００本を公
知の方法によって膜面積１．ｏ　ｔｒｉの円筒型モジュ
ールに組み、両端を切断して直径が３６門のＩＯＪ：Ｊ
俄の由汐励雉束閣口端部を形成し、該端面上に各種の血
液ポート（ポリカーボネート製、セグメント化ポリウレ
タンで内面コート）を接続固定して血液ポートの構造を
異にする同型同大の血液処理装置を得た。実験に使用し
た血液ポートの構造は第３図に示す形状でｈ＝３ｍおよ
び２ｒ１ｍのもの、比較例として、ｈ＝５＋ａのものと
、第６図に示す形状でψ＝７５°、θ＝１５°、ｄ＝１
．５ｍ、ｈ　＝　２．０　ｔｔａｎのもの、および第７
図に示す形状で、ｈ＝５調、かつ血液導入口および導出
口が中空繊維束開口端面に対して水平方向に設けられて
いるものの５種であった。

平均体重３．５１（ｇの子豚５匹を用い、各々に前記血
液処理装置を接続して、血液の活性凝固時間を２００秒
に制御しつつ、中空繊維膜内面側に平均血流量２５０ｃ
ｃ／ｍｉｎで血液を流し、中空繊維膜外面側には酸素を
流しながら、３日間の体外循環を行った。

体外循環中における各血液処理装置の酸素加能の変化と
、体外循環終了時における血液ポート内の血栓形成程度
、および中空繊維の閉塞状況を第１表に示した。この結
果から本発明の血液処理装置が長時間にわたり高い抗血
栓性を示し、血液処理性能も安定している事が明らかで
ある。

以下余白 実施例３〜５および比較例４〜６ 第２表は第３図に示す型の血液ポートを取り付けた、０
．３イ、２．０　ｄ、５．０Ｔｒｔの人工肺モジューμ
について、山羊を用いて２日間の体外循環を行った後の
、血液ポート部における血栓形成の程度を示したもので
ある。

第　　２　　表 ０・・・極めて少ない　　　○・・・少ない△・・・や
や多い　　　　　×・・・多い５）！施例６〜７および
比較例７ ｈ＝２１Ｆ！！ｎ、上下角θが７０°、５０°、３０’
（７）、第１図に示される血液ポートを有する１ｒＩｔ
の中空繊維膜型人工肺３種について、子豚３匹を用いて
実施例１と同様にして血液の体外循環を行った。第３表
に体外循環終了時における血液ポート部の血栓形成程度
を示した。この結果よシ、上下角θが７０°では血液ポ
ート部での血栓形成が抑制されにくい事が明らかである
。

第　　３　　表 ○・・・少ない　　　△・・・やや多い　　　×・・・
多い（発明の効果） 以上のように、本発明の血液処理装置は、血液ポートの
内部空間を十分に薄い円板状とし、中空繊維束外周に近
接した位置に、中空繊維東開口端面に対し６０°以下の
角度で血液が流入出するように、血液の導入口、または
導出口を設ける事によって開口端面に水平な血流速度を
、従来装置に比較して格段に大きくしたものである。

こうした構造は意外にも中空繊維内部への血液流入速度
に与える影響が小さく、はぼ均一な流入速度が得られる
ため血液ポート内部での気泡の滞留、血栓や血餅の発生
の抑止効果が強く発現し、その結果、従来のものでは不
可能だった、長時間連続使用可能な、またヘパリンのよ
うな抗血栓剤を減らした場合や、用いない場合でも実用
に酎える血液処理装置が得られる。

すなわち本発明は長期連続使用を目指す各種人工臓器や
、血液処理器、あるいはヘパリンのような抗血栓剤を使
用し難い状況にある患者の血液処理器などに効果を奏す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の血液処理装置における血液ポートの一
例を示す断面図であシ、第２図は、その上面図である。 第３図は本発明の血液処理装置における血液ポートの他
の一例を示す断面図であ垢第４図はその上面図である。 第５図は従来の血液処理装置の血液ポート部分を示す一
部断面図であり、第６図は従来の血液処理装置の血液ポ
ート部分の他の一例を示すモデル図であり、第７図は従
来の血液処理装置の他の一例を示す一部断面図であり、
第８図はそのＩ−Ｉ面の断面図である。 図において、 ｈ　　・・・・・・・・・血液ポートの高さ１、Ｉａ・
・・・・・・・・入口側および出口側血液ポート２　　
・・・・・・・・・キャップ ３　・・・・・・・・・外筒 ４．４ａ・・・・・・・・・血液浄化用流体の導入口お
よび導出口５　　・・・・・・・・・中空繊維 ６　・・・・・・・・・隔壁

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 端部が開口した中空繊維束が収容されてなる円筒形モジ
   ュールの少なくとも一端に、円板状の内部空間を形成す
   るように血液ポートを取り付けた血液処理装置であつて
   、該血液ポートの円板状空間の厚みｈ（ｃｍ）が、モジ
   ュールの膜面積ｓ（ｍ＾２）に対して ｓ≧０．９ｍ＾２のとき、ｈ≦０．２３７×｛（ｓ−０
   ．９）×４．２３＋１｝×（１／√ｓ）、ｓ＜０．９ｍ
   ＾２のとき、ｈ≦０．２３７×√ｓ＋０．０２５なる関
   係を満たし、かつ、血液が該ポートの円板状空間の外周
   部に近接して設けられた開口部を通じて、円板状空間に
   対して上下角６０°以下の接線方向より導入、または導
   出されるように導入口または導出口が設けられているこ
   とを特徴とする血液処理装置。