JPS62240067A - 中空繊維膜型人工肺 - 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、体外血液循環において、血液中の二酸化炭素
を除去し、血液中に酸素を供給する中空繊維１漠型人工
肺に関する。

〔従来の技術〕

従来開発されてきた人工肺は気泡型と脱型に大別され、
中空繊維をガス交換媒体とする成型人工肺は気泡型人工
肺に比較して溶血、蛋白変成、血液凝固等の血液損傷が
少なく、しかもプライミングボリュームを小さくするこ
とができる等の利点が認められ、その利用拡大が図られ
ている。

しかし、従来開発されてきた人工肺は、特開昭５９−５
７６６１号公報にも示されるように、一般に中空繊維内
部に血液を流す方法がとられているため、血液の流れが
層流になり、そのため膜面積当りの酸素加効率か低くな
り、膜面積を相当大きなものとする必要があった。さら
に、このような人工肺では血液流路に大きな流路抵抗が
生じ、そのため落差潅流によって人工肺を使用すること
ができないという難点があった。

このような難点を解消した人工肺が特開昭５９−５７９
６：１号公報に開示されている。この人工肺は、筒状の
ハウジング内にガス交換用中空繊維をその長さ方向に平
行に充填して隔壁を設けることにより、中空繊維の外側
とハウジングの内壁とで構成される空間を血液交換室と
し、中空繊維の内部へガス交換用気体を導入するもので
あり、血液交換室の末端には貯血槽への導入口が設けら
れた構成とされている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この人工肺は、血液を中空繊維の外表面に流すようにな
っているため、その血液流は、中空繊維の内部を流れる
血液流が層流になるのに比べると、一応は乱流化傾向を
示す。しかし、血液の流れ方向と中空繊維の配列方向と
がほぼ平行であるため、中空繊維外表面での血液の流れ
は依然として層流となっており、そのため、このような
人工肺の酸素加能は未だ充分なものではない。さらに、
１１１１液接触室の終端に設けられた貯血槽への血液導
入口からの血液の流れについては、血液接触室のハウジ
ング外壁を垂直方向に流下する方式を採用しているため
、貯血槽内の血液に気泡が巻き込まれて、その除去が極
めて困難であるという難点が・ある。

（問題点を解決するための手段） そこで本発明者等は、血液に対するガス交換能に優れ、
かつ貯血槽へ導入される血液中への気泡の混入の生ずる
ことのない貯血槽を備えた人工肺を開発すべく鋭意検討
した結果、本発明に到達した。

すなわち、本発明の要旨とするところは、血液導入口、
血ｔ＆導出口、ガス導入口およびガス導出口を備え、ス
リット状の血液流入出口を介して互いに連通した複数個
の長尺型接触室を内部に有する血液酸素供給部と、貯血
槽とからなり、長尺型接触室には各々中空繊維束が血液
導入口と血液導出口とを結ぶ線とほぼ直交する方向に、
かつ充填率が１０〜５５％となるように配設されており
、ガス導入口およびガス導出口は中空繊維の内部と連通
しており、血液導入口および血液導出口は長尺型接触室
内の中空繊維の外側と連通しており、貯血槽は、血液酸
素供給部の血液導出口と接続する血液溢流部と、これに
続く多孔質体よりなる消泡材が載置された傾斜床と、該
傾斜床の下方に配置された貯血部とを備えており、該血
液溢流部に、貯証部に至る傾斜床上の血液を傾斜床の全
面にほぼ均一に分布した流れとして流すための整流手段
が配設されてなる中空繊維膜型人工肺にある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の人工肺につき、図面を用いて詳細に説明
する。

第１図は、本発明の人工肺の一態様例を示す断面図であ
る。本発明の人工肺１は、基本的には、血液酸素供給部
２と貯血槽３とから構成される。

血液酸素供給部２には、複数個の長尺型接触室６（６ａ
、　Ｂｂ、６ｃ、６ｄ・）が設けられ、コレら各長尺型
接触室は、スリット状の血液流入出ロア（７ａ、７ｂ、
７Ｃ・・・）を介して互いに連通している。長尺型接触
室６の断面積は３〜３０ｃｍ２．好ましくは５〜１：１
ｃｍ２とするのがよく、また長尺型接触室６の長径ａ（
長尺型接触室６内の一本の中空ｙａ維の有効繊維長に対
応する長さ）は５〜１５ｃｍとするのがよい。

この長尺型接触室６には、血液の流れ方向（血液導入口
４と血液導出口５とを結ぶ線の方向）に対してほぼ直交
する方向に、ガス交換用の中空繊１ｄ１８の束が配設さ
れている。したがって中空繊維８の外壁近傍での血液流
は乱流となり、血液への酸素加効率および脱炭酸ガス能
が著しく向上する。また、中空繊維８をこのように配置
しているため、血液の漬れにより中空繊維８があたかも
弦が振動″４−るように振動し、この振動現象によりさ
らに中空繊維８の外表面を流れる血液流に効果的な乱流
化効果を与え、ガス交換能が向上する。

本発明の人工肺においては、長尺型接触室６内に配する
中空繊維８の充填率は１０〜５５％の範囲にすることが
必要である。長尺型接触室６への中空繊維８の充填率が
１０％未満では充分な血液への酸素前効果、脱炭酸ガス
効果を達成することができず、一方、充填率を５５％よ
り高くすると血液流の圧力損失が大きくなり落差脱血を
行なうことが困難になる。

長尺型接触室６内での血液流に効果的な乱流を生じさせ
るには、血液の流れ方向に垂直な面の断面積が３〜３０
ｃｍ２．好ましくは５〜２０ｃｍ２の長尺型接触室６を
２個以上、好ましくは３〜ｌＯ個、スリット状の血液流
入出ロアで結合した血液酸素供給部２とするのがよい。

長尺型接触室６の断面積が３ｃｍ２未満のものでは効果
的なガス交換能を備えた血液酸素供給部２とするのに要
する長尺型接触室６の数が異常に大きくなり、そのため
人工肺を大型のものにしなければならず、かつ、その製
作も困難になる。一方、断面積が３０ｃｍ２を超えると
、長尺型接触室６内の血液流に滞留部が生じやずくなる
。

本発明の人工１ｊｌｉの血液酸素供給部は、第１図に示
すように各長尺型接触室６がスリット状血液流入出ロア
で結合されているので、最初の長尺型接触室６ａから次
の長尺型接触室６ｂ、さらにその次へと血液か流入する
際に長尺型接触室６内の中空繊維配列方向に充分に拡散
させることができる。また、第１図に示すように平行に
並べられた長尺型接触室（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ−）
において、各血液流入出口（７ａ、７ｂ、７ｃｍ）が斜
向い状となるように配置すると血液流に効果的な乱流効
果を与え、中空繊維８を介しての血液のガス交換効率を
高めることができる。

長尺型接触室６の数は２個以上、好ましくは３〜１０個
の範囲とする。長尺型接触室６の数が少ないと血液ガス
交換能の小さな人工肺となり、多すぎるとブライミング
ボリウムが大きくなる。

長尺型接触室６の数が４個以上の場合には、血液導入口
４または血液導出口５に近接した１個または複数個の長
尺型接触室６は、血液の熱交換用として使用できる。こ
の場合、熱交換用として使用する中空糸は、熱電導性に
優れた金属製のものも使用できるが、１１ＦＡ厚が薄け
ればプラスチック製の中空糸が好ましく用いられる。例
えばポリエチレン、ポリプロピレン等の非多孔質または
一方の面から他方の面に貫通した孔を持たない多孔質膜
でもよい。

熱交換用の接触室を設けた場合には、熱交換用中空糸の
内部に連通ずる空間をガス供給口ＩＯ、ガス導出口１４
と連通しないように仕切り、熱交換用熱媒体を供給する
ための導入口、導出口を別途膜ければよい。

本発明の人工肺の血液酸素供給部２の部分展開図を第２
図に示す。

長尺型接触室６と、ガス供給口ｌＯより供給されたガス
を長尺型接触室６内の中空繊維８へ分配するガス分配室
１１とは隔壁９により隔離され、また、ガス交換を終了
したガスを収集するためのガス収集室１２とこれに接続
するガス導出口１４も隔壁１３により、長尺型接触室６
とは隔離されている。

１５はガス交換を終了した血液を集合し、血液導出口５
へ接続する血液集合室である。

血液酸素供給部の血液導出口５の内径の長径すは、長尺
型接触室６の長径ａの３〜５０％の長さとすることが好
ましい。この長径すが長径ａの３％未満と小さい場合は
長尺型接触室６内の圧力が異常に高くなり、落差脱血に
よる人工肺への血液循環を行ない得ない人工肺となる。

一方、この長径すが長径ａの５０％を越えると長尺型接
触室内の血液流に偏流や滞留部が生じ、ガス交換能の良
好な人工肺とはなり難くなる。

本発明の人工肺内に設置される中空繊維としては種々の
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
ン樹脂系、ＰＭＭＡ系等の各種材料からなる均質もしく
は多孔質の中空繊維が使用できる。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繊維を挙げることができる。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、このような多孔質中空繊維
の例としては、例えばポリプロピレン中空繊維膜および
ポリエチレン中空繊維膜（各々、にＰＦ　、　ＥＨＦ　
、商品名、三菱レイヨン■製）が挙げられる。

本発明の人工肺は、血液酸素供給部２を前述したような
構造としたことにより、従来開発されてきた人工肺に比
べ低圧損で、かつガス交換効率の高いものである。しか
しながら、このように優れた血液酸素供給部２を有する
人工肺であってもガス交換終了後の血液からの消泡処理
および処理済み血液を貯留する貯血槽の構成によっては
貯血槽を含めた人工肺全体としての圧損が非常に高くな
り、上記血液酸素交換部２の優れた特徴を生かすことが
できなくなったり、血液に気泡を巻きこんでしまうとい
ったような不都合な点が生ずる。

そこで本発明においては、貯血Ｍ３を、血液酸素供給部
の血液導出口５に接続する血液溢流部１６と、これに続
く多孔質体よりなる消泡材２０が載置された傾斜床１７
と、この傾斜床１７を経て消泡処理された血液を収容す
る傾斜床１７の下方に配置された貯血部１８とを備えた
構成としている。血液酸素供給部の＋ｍ血液導出口をこ
のような構成の貯血槽３の血液溢流部１６に接続させた
ことにより、従来、貯ＩＩＩＬＭの結合によって人工肺
の圧損が著しく増加するという難点を解消したものであ
る。すなわち、第１図に示すように血液酸素供給部の血
液導出口５から溢流した血液が血液溢流部１６を経て傾
斜床１７上の消泡材の中を通って流れた後貯血部１８に
入るような構成としたため、血液は何ら圧力をかけるこ
となく重力によって消泡材２０の内部を流れ、血液中に
取り込まれた気泡を効率良く除去することができるとと
もに、血液溢流部Ｉ６および傾斜床１７での血液の滞留
のないブライミングボリウムの小さな貯血槽とすること
ができる。

また、第３図に血液溢流部１６から傾斜床１７を経て貯
血部１８に至る部分を模式的に描いた透視図（消泡材は
不図示）に示すように、本発明においては、血液溢流部
１６に、整流手段１９が配設されている。整流手段１９
を配設しない場合には、血液導出口５から溢流した血液
は、血液溢流部１６から傾斜床１７を経て貯血部１８に
至る最短路に沿って流れやすく、傾斜床１７の全体を均
一に流れないために、傾斜床１７上の消泡材２０の機能
が十分発揮されない。この例においては、整流手段１９
として皿載導出［１５を傾斜床１７の方向からＵ字状に
囲む障壁を例示したが、血液導出口５から溢流した血液
を、傾斜床１７上で偏流することなくその上を全体的に
ほぼ均一に分布させて流すように機能するものであれば
、各種の態様のものが採用できる。比較的簡易な構成で
効果的な整流手段１９としては、第３図に例示したよう
な開放部を有して血液導出口５を囲むｔ円、Ｕ字、Ｖ字
状等の障壁が挙げられる。

消泡材２０としては発泡ポリウレタン、発泡シリコン等
の多孔質発泡体を用いるのがよく、更に抗１ＭＩＩ！Ｌ
性シリコン系消泡剤等を含浸した発泡体を好適に用いる
ことができる。消泡材２０は、傾斜床１７上に載置する
のがよいが、もちろん血液溢流部１６上にもに・数置し
てもよい。

気泡を除去した血液は、傾斜床１７を経て貯血部！８に
流入し、そこで貯血される。気泡を除去された血液であ
っても傾斜床１７上を経由しないで直接貯血部Ｉ８に流
入する構成にすると、貯血部１８の底部で再び血液中に
気泡を巻き込むことになるので好ましくない。傾斜床１
７の傾斜角は５〜３０°であることが好ましく、傾斜床
１７の長さは５〜１５ｃｍとすることか好ましく、この
ようにすることによって上述の不都合を著しく改良する
ことができる。

〔発明の効果〕

本発明の人工肺は、優れたガス交換効率を有し圧力損失
の小さな血液酸素交換部と、圧力損失がほとんど無くブ
ライミングボリウムが小さく、消泡効果の大きな特定構
造の貯血槽とを結合した構造を有するもので、患者の負
担の極めて少ない人工肺である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の人工肺の一実施態様を示す側断面図で
あり、第２図は血液酸素供給部の部分展開図であり、第
３図は貯血槽の血液溢流部から傾斜床を経て貯血部に至
る部分を模式的に描いた透視図（消泡材は不図示）であ
る。 に人工肺　　　　　２：血液酸素交換部３：貯血槽　　
　　　４：血液導入口 ５：血液導出口 ６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ−）　：長尺型接触室７（
７ａ、７ｂ、７ｃｍ）：血液導出口８：中空繊維　　　
　９．１３：隔壁 １０：ガス供給口　　　１１：ガス分配室１２：ガス収
集室　　　１４：ガス導出口１５：血液集合室　　　１
６：消泡部 １７：傾斜床　　　　　１８：貯血部 １９：整流手段　　　　２０：消泡材 ａ：長尺型接触室の長径 ｂ＝血液導出口の内径の長径

Claims (1)

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
   出口を備え、スリット状の血液流入出口を介して互いに
   連通した複数個の長尺型接触室を内部に有する血液酸素
   供給部と、貯血槽とからなり、長尺型接触室には各々中
   空繊維束が血液導入口と血液導出口とを結ぶ線とほぼ直
   交する方向に、かつ充填率が１０〜５５％となるように
   配設されており、ガス導入口およびガス導出口は中空繊
   維の内部と連通しており、血液導入口および血液導出口
   は長尺型接触室内の中空繊維の外側と連通しており、貯
   血槽は、血液酸素供給部の血液導出口と接続する血液溢
   流部と、これに続く多孔質体よりなる消泡材が載置され
   た傾斜床と、該傾斜床の下方に配置された貯血部とを備
   えており、該血液溢流部に、貯血部に至る傾斜床上の血
   液を傾斜床の全面にほぼ均一に分布した流れとして流す
   ための整流手段が配設されてなる中空繊維膜型人工肺。 ２）前記整流手段が、開放部を有して血液導出口を囲む
   障壁である特許請求の範囲第１項記載の中空繊維膜型人
   工肺。