JPS6311972Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［技術分野］ 本考案は中空糸膜型人工肺に関する。

［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3794468号、特開昭54−160098号、特開昭
58−155862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イン等の疎水性高
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ヤンネリング（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
〜300μm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ツキン
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つている。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、血液のチヤ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、末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
をこの中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、末だ実用化に至つて
いない。

［考案の目的］ 本考案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、かつ血液の滞留やチヤ
ンネリングを生じることが殆どなく、かつ製造に
当つ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。

［考案の構成］ すなわち本考案の人工肺は、血液導入口、液導
出口、ガス導入口およびガス導出口を有する浅箱
状の形状のハウジング内に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、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、中空糸膜は
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、接触室は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、血液流路部を介
してわけられた複数の小室とに区分けされ、各小
室には中空糸膜が10〜55％の充填率で配設され、
血液流路部には一本以上の支柱が中空糸膜に対し
て垂直な方向に配設され、小室の厚みをａ、小室
の血液の流れ方向の長さをｂ、接触室の幅をｗと
したとき、ｂはａより大きく、かつｗはａの５〜
60倍として構成されてなる。

［考案を実施するための最適な態様］ 以下、本考案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、本考案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。

本考案の人工肺は、基本的には人工肺本体を形
成するハウジング１と、中空糸膜２と、固定部材
３と、支柱４とから構成され、これらの部材によ
りハウジング１の内部は、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
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７と、
この血液流路部７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８とに区分けされ
る。また、血液流路部７には、接触室の厚み方向
に伸びるような態様で支柱４が配設されている。
浅箱状の形状を有するハウジング１には、気体導
入口９、気体導出口１０、血液導入口１１および
血液導出口１２が設けられている。

中空糸膜２は小室８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
れの開口両端を気体流路６に向け開口を保ちつつ
固定されている。

本考案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９からハウジング１内の気体
流路９へ供給され、中空糸膜２の内部を流れ、接
触室５の小室８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
した気体となつて、気体流路６′へ導かれた後気
体導出口１０から排出される。なお、気体導入口
９から供給される酸素を含む気体は、もちろん純
粋な酸素であつてもよい。

一方、人体から取り出された血液（静脈血）
は、血液導入口１１からハウジング１内の血液分
配室１３へ導入され、次いで接触室５へ供給さ
れ、接触室５の小室８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１４を経て血液導出口１２から人
工肺の外部へ排出される。

第１図には、四つの血液流路部７により接触室
５が五つの小室８に区分された例が示されている
が、小室８の数は二つ以上であれば幾つあつても
よく、その数が多い方が好ましいが、加工性を考
慮すると、３〜10個程度であることが実用上好ま
しい。

第３図は、小室８とそれに隣接する血液流路部
７の他の態様例を示した部分断面図である。血液
流路部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の厚み方向に幅
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７を設けるの
は、接触室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ヤ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。

次に、本考案の人工肺に於ける接触室の寸法に
ついて説明する。小室８の血液流れ方向の長さｂ
は、該小室８の厚みの最大寸法ａより大きいこと
が好ましい。ａがｂより大きいと小室の厚み方向
の血液の流れが支配的となり小室８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。血液流路部の厚みｅは、小室の厚
みａの半分以下であることが血液流路部を設置し
た効果を発揮させる上で好ましい。

接触室の幅ｗ、すなわち二つの固定部材間の距
離は、血液の流量及び小室の厚みａとの関連で最
適値が選定されるが、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、チヤンネリングを抑制するのが困難とな
る。

血液流路部７に設けられる支柱４は、接触室内
を流れる血液流に乱れを生じさせると同時に血液
を流すことにより小室８内の中空糸膜２が血液流
路部７へ押し流され、この部分の中空糸膜２の充
填率が異常に高くなり溶血等が生ずるのを防止す
る役割を果す。支柱４は少なくとも一本以上設置
され、血液流路部７の幅によつては複数本設けて
もよい。また、全ての血液流路部７について各々
一本以上設置されることが好ましい。支柱４とし
ては、円柱、楕円柱、角柱等種々の断面形状のも
が使用できる。また、支柱４の長さは、血液流路
部の厚みｅと等しくハウジング間にその両端が接
合されていることが好ましいが、必ずしも両端が
接合されている必要はない。しかし、少なくとも
血液流路部の厚みｅの1/2以上の長さを有してい
ることが好ましい。

接触室内の中空糸膜は、血液の流れ方向とほぼ
直交するよう配設される。本考案にいう血液の流
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というのではなく、
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
ヤ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、ほぼ直交していることが最も
好ましい。中空糸膜を血液の流れ方向とほぼ直交
するように配設することにより、血液が中空糸に
沿つて層流として流れるのが防止され、中空糸の
まわりに小さな血液流の乱れが生じ、優れたガス
交換能を有する人工肺とすることができる。ま
た、小室内に配設された多数の中空糸は、第２図
に示されるように、ほぼ直線状でかつそれぞれが
平行になるよう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が中空糸の束の
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。

各小室に収納された中空糸の充填率は、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、各小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
は血液のチヤ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。各小室における中空
糸の充填率は各小室で異なつていてもよいが、等
しくするほうが加工製作上都合がよい。

本考案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、
ポリオレフイン系、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
糸瀘過膜が使用できる。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
レフイ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イブリルとフイブリル
の両端を固定する節部によりできるフイブリル間
の空間で形成された微小空孔がそのフイブリル間
の空間として相互につながつ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(株)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瀘過
モジユ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
と一体化させ、簡易に製造することができる。

本考案の人工肺の前又は後に血液用の熱交換器
を組込んでもよく、本考案の人工肺を複数個並設
してより大量の血流量に適用させることもでき
る。

［本考案の効果］ このような本考案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、血液のチヤンネリングや滞留部
の発生は殆どなく、さらに本考案の人工肺装置は
膜面積１m²当り1.0／minの流速で血液を流し
た時の圧力損失が80mmHg以下、2.0／minの流
速でも150mmHg以下と従来の中空糸膜型人工肺に
比べて圧力損失が非常に小さいという特徴を有し
ている。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図は本考案の人工肺モジユールの一実施態
様の縦断面図であり、第２図は一部切截平面図で
ある。第３ａ図および第３ｂ図は、小室および血
液流路部の他の態様を示す部分拡大断面図であ
る。 １……ハウジング、２……中空糸膜、３……固
定部材、４……支柱、５……接触室、６，６′…
…気体流路、７……血液流路部、８……小室、９
……気体導入口、１０……気体導出口、１１……
血液導入口、１２……血液導出口、１３……血液
分配室、１４……血液集合室、ａ……小室の最大
厚み、ｂ……小室の長さ、ｅ……血液流路部の厚
み、ｗ……接触室の幅。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 血液導入口、血液導出口、ガス導入口およびガ
   ス導出口を有する浅箱状の形状のハウジング内
   に、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、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、中空糸膜は接触室内で血液の流れ
   とほぼ直交するよう配設され、接触室は中空糸膜
   に対して垂直な方向に幅をせばめられた血液流路
   部と、血液流路部を介してわけられた複数の小室
   とに区分けされ、各小室には中空糸膜が10〜55％
   の充填率で配設され、血液流路部には一本以上の
   支柱が中空糸膜に対して垂直な方向に配設され、
   小室の厚みをａ、小室の血液の流れ方向の長さを
   ｂ、接触室の幅をｗとしたとき、ｂはａより大き
   く、かつｗはａの５〜60倍として構成されてなる
   人工肺。