JPS63267366A - 中空糸型人工肺 - 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１体外血液循環において血液中の二酸化炭素を
除去し、血液中に酸素を添加する中空糸型人工肺に関す
る。

［従来の技術Ｊ 従来、脱型人工肺としての中空糸型人工肺は、気泡型人
工肺に比較して、溶血、蛋白変性、血液凝固、血液付着
等の血液損傷が少なく、機構上生体節に非常に近いもの
として広く認識されている。

第１図は従来の中空糸型人工肺を用いた血液回路であり
、１は人工肺、２はポンプ、３は貯血槽、４は熱交換器
である。すなわち、従来の中空糸型人工肺ｌを用いる場
合には、ポンプ２を人工肺ｌより血液の波れ方向に見て
上流側（静脈側）に設けている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、ポンプを中空糸型人工肺よりも血液の流れ方
向に見て下流側に設けず、上記の如く上流側に設ける場
合には以下の（Ｄ〜■の欠点がある。

０人工師に向けて強制的に血液を送ると、人工肺の内圧
が高まり、■中空糸膜と中空糸膜束の支持用隔壁材（ポ
ツティング材）との境界に剥離を生じ、そこから血液が
洩れたり、■血球が破壊されるおそれがある。

０人工師から生体に返血する際には、心臓の拍動に近似
したタイミングで血液を吐出する拍動瀉ポンプを用いる
ことが生体にストレスを与えないヒで好ましい、ところ
が、人工肺の下流側にこのポンプがある場合には、ポン
プを出た時点では拍動があっても、人工肺を通過する際
に拍動が消えてしまい、生体に流入する時には拍動がな
くなってしまう。

■ポンプから吐出される血液は新たに気泡を巻き込まな
いようにして生体に返血される必要がある。ところが、
ポンプの下流側に人工肺があると、そこで気泡を巻き込
んでしまうおそれがある。

そこで、上記■〜■の欠点を解消するため、人工肺をポ
ンプよりも血液の流れ方向に見て上流側に設け、患者と
人工肺との落差によって人工肺における血液の潅流を達
成する、いわゆる落差潅流を行なうことが望まれる。

ここで、上記落差潅流を行なう場合には、人工肺を含む
回路内圧の流路抵抗を低減するため、血液を中空糸膜の
外側に流すことが考えられる。

しかしながら、筒状ハウジング内に中空糸膜の集合体を
収納し、ハウジングに設けた血液流入ポートから中空糸
膜の外側に血液を落差潅流にて供給する場合には、落差
による血液の流入圧力が比較的低圧力であるため、血液
がハウジング内の血液流人ポートから遠ざかる側に流れ
込みにくいという不都合がある。換言すれば、血液流入
ポートからハウジング内に流入する血液は、該ポート付
近の中空糸膜に衝突してそこでガス交換しつつ血液流出
ポートの側に向けて移動してしまい易く、該血液流入ポ
ートから遠ざかる側の中空糸膜周囲に達する血液は少量
であるが故に該中空糸膜周囲の空所に極端には掃溜を生
ずるが如く渋滞する。このことは、血液流入ポートから
ノ＼ウジング内に供給される血液を中空糸膜の集合体の
周方向に均一に分配できず、ハウジング内において血液
流出ポートの側に向かう血液の流量を中空糸膜の集合体
の周方向に関して均一化できないことになり、血液中に
酸素の濃度勾配を生じて人工肺の酸素加能を低下する。

本発明は、患者と人工肺の落差による血液の潅流すなわ
ち落差潅流を可能とし、かつ人工肺の酸素加ス赴を向上
することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、筒状のハウジングと、該ハウジング内に収納
された中空糸膜の集合体と、該中空糸膜の両端部を開口
させた状態で該中空糸膜の集合体を上記ハウジングに液
密に保持する２つの隔壁と、該隔壁の一方の外側に位置
し、酸素を含むガスを上記中空糸膜の内部空間に導入し
他方の隔壁より流出させるガス流入ポートと、上記２つ
の隔壁とＬ記ハウジング内壁とＥ記中空糸膜外壁とで画
成される血液室に連通して上記ハウジングに設けられた
血液魔人ポートおよび血液流出ポートとを備え、前記ハ
ウジングの血液流入ポートが設けられている部分の内面
は、ハウジングの軸方向中間部分の内面より外方に拡張
し、かつ中空糸■りの集合体外周部との間に、血液流入
ポート側の流路面積が大きく血液流入ポートから遠ざか
るに従って流路面積がＷｌｇする血液流路が形成されて
なるようにしたものである。

なお、本発明における流路面積とは、血液の流れ方向に
対して垂直方向の断面の面積を意味する。

［作用］ 本発明によれば、筒状ハウジングの血液流入ポートが設
けられている部分の内面が、ハウジングの軸方向中間部
分の内面より外方に拡張し、かつ中空糸膜の集合体に対
して血液流入ポートを含む方向に偏心されており、中空
糸膜の集合体外周部との間に、血液流入ポート側の流路
面積が大きく血液流入ポートから遠ざかるに従って流路
面積が漸減する血液流路が形成される。したがって、血
液が落差潅流による低圧力で流入ポートからハウジング
の血液流路に流入し、流入ポートから遠ざかる側に達す
る血液が少量となる場合にも、その流入ポートから遠ざ
かる側の血液流路はその流路面積を次第に漸減していて
血液を渋滞させることがない、これにより、血液流入ポ
ートからハウジング内に供給される血液を中空糸膜の集
合体の周方向に均一に分配し、／＼ウジング内において
血液流出ポートの側に向かう血液の流量を中空糸膜の集
合体の周方向に関して均一化することとなり、血液中に
酸素の濃度勾配を生ずることなく人工肺の酸素加能を向
上する。すなわち、患者と人工肺の落差による血液の潅
流すなわち落差潅流を可能とし、かつ人工肺の酸素加能
を向上することができる。

［実施例］ 第２図は本発明に係る中空糸を人工肺が適１’＋１され
てなる血液回路を示す回路図、第３図は本発明に係る中
空糸型人工肺の一実施例を示す断面図、第４図は第３図
のｒＶ−ｒＶ線に沿う断面図、第５図は第３図のｖ−ｖ
線に沿う断面図、第６図は第３図の男−■線に沿う断面
図である。

第２図に示すように１本発明が適用される血液回路には
、静脈側から動脈側に向けて、人工肺１１、貯血槽１２
、ポンプ１３．熱交換器１４が順次介装される。

人工肺１１は、第３図ないし第６図に示すように構成さ
れる。すなわち、筒状ハウジング１５の内部空間には、
中空糸膜１６の集合体（中空糸膜束）１７が収納されて
いる。中空糸膜１６の両端部は、該両端部を開口させた
状態で隔壁１８．１９を介してハウジング１５に液密に
保持されている。ハウジング１５の両端部には、ヘッダ
ー２０．２１が接合されている。ヘッダー２０の内面と
隔壁１８とは、中空糸膜１６の内部空間に連通ずるガス
流入室２２を画成し、ヘッダー２０には酸素を含むガス
のガス流入ポート２３が形成されている。ヘッダー２１
の内面と隔壁１９とは、中空糸膜１６の内部空間に連通
ずるガス流出室２４を画成し、ヘッダー２１には酸素を
含んでいたガスのガス流出ポート２５が形成されている
。

すなわち、人工肺１１にあってはガス流入ポート２３か
ら供給される酸素、空気等のガスを中空糸膜１６内に浣
通可イ飽としている。なお、上記ヘッダー２１は特に設
けず、ガス流山室２４およびガス流出ポート２５を形成
することなく、中空糸膜１６から流山するガスを大気中
に直接的に放出せしめても良い。

また、隔７１８．１９．ハウジング１５の内面および中
空糸膜１６の外面とは血液室２６を画成し、ハウジング
１５の両端側には、それぞれ血液室２６に連通ずる血液
流入ポート２７および血液流出ポート２８が形成されて
いる。すなわち、人工肺１１にあっては、血液を血液室
２６において中空糸ｎＩ！１６の周囲を乱流状態で流通
可能としている。

ここで、上記ハウジング１５の血液流入ポート２７が設
けられている部分の内面は、ハウジング１５の軸方向中
間部分の内面より外方に拡張した内面であって、中空糸
膜１６の集合体１７の外周部との間に、第５図に示すよ
うな環状の血液流路２９を形成し、血液波路２９が臨む
集合体１７の全周囲から各中空系膜１６に血液を円滑に
分配可能としている。また、上記ハウジング１５の拡張
された内面は、集合体１７に対して血液流入ポート２７
を含む方向に偏心配置され、血液魔人ポート２７を臨む
血液流路２９の流路面積がより大とされている、すなわ
ち、上記血液流路２９の流路面積を血液流入ポート２７
から遠ざかるに従って漸減し、血液流路２９からの血液
の分配量を集合体１７の周方向において均一化し、血液
室２６内においてハウジング１５の軸方向に向かう血液
の論Ｉを、集合体１７の周方向に関して均一化可能とし
ている。

また、上記ハウジング１５の血液流出ポート２８が設け
られている部分の内面は、ハウジング１５の中間部分の
内面より外方に拡張した内面であって、中空糸１１９１
６の集合体１７の外周部との間に、第６図に示すように
環状の血液流路３０を形成し、各中空糸膜１６の回りの
血液を、血液流路３０が臨む集合体１７の全周囲から、
円滑に血液流出ポート２８に向けて導入可能としている
。

また、上記ハウジング１５の拡張された内面は。

集合体１７に対して、血液流出ポート２８を含む方向に
偏心配置され、血液流出ポート２８を臨む血液流路３０
の流路面積をより大としている。すなわち、血液流路３
０の流路面積を血液流出ポート２８に向けて漸増するこ
とにより、ハウジング１５の容ＪｚＴを過大として生体
からの体外血液循環！−！：　（プライミング容積）を
過多とすることなく、生体の安全を確保する状態下で、
血液流路３０への血液の導入４１を集合体１７の周方向
において均一化し、血液室２６内においてハウジング１
５の軸方向に向かう血液の流量を集合体１７の周方向に
関して均一化可能としている。

また、ハウジング１５は、軸方向の中央部における内径
を最小とし、その中央部から両端部における内径を除々
に拡径するテーパ状とし、集合体１７の外径がハウジン
グ１５の内壁に沿って変化し、その軸方向の中央部にお
いて最も小さくなるように絞っている。すなわち、人工
肺ｔｉは、ハウジング１５が加える集合体１７の絞りに
より。

集合体１７の横断面における血液の流れを均一化すると
ともに、集合体１７の軸方向における血液の流速を変化
させることによって乱流状態の発生を促進し、ガス交換
効率を良好化可能としている。なお、ハウジング１５の
内面が前記テーパ状とされるとともに、該テーパ状内面
と、血液流路２９．３０を画成する内面とが図示される
ようなテーバ状接続面によって接続されていることから
、プライミング時に排出されるべき空気が、血液室２６
内に滞溜することなく、ハウジング１５の内面に沿って
円滑に移動し、後述する空気抜きポート３１から確実に
放出可能となっている。ハウジング１５の内面は、例え
ば、血液室２６の血液流入ポート２７側から血液流出ポ
ート２８側に向けて直線的に拡径するテーパ状とされる
ものであっても良い、なお、第７図に示す人工肺１１Ａ
におけるように、血液室２６Ａを画成するハウジング１
５Ａの内面に、血液の流れ方向において不連続に突出す
る部分Ｐ１、Ｐ２がある場合には、プライミング時の空
気がそれら突出部分ＰＩ、Ｐ２によって捕捉せしめられ
、血液室２６Ａからの空気の排出を完全に行なうことが
できず妥当でない。

ここで、中空糸膜１６としてはマイクロポーラス膜が用
いられている。すなわち、中空系膜１６は、多孔性ポリ
オレフィン系樹脂１例えばポリプロピレン、ポリエチレ
ンといったものからなり、特にポリプロピレンが好適で
ある。この中空糸膜１６は、壁の内部と外部を連通ずる
多数の細孔を有している。細孔の内径は約　１００〜１
０００　ＩＬ、肉厚は約１０〜５０ル、平均孔径は約２
００〜２０００人かつ空孔率は２０〜８０％である。こ
のマイクロポーラス膜からなる中空糸膜１６を用いる場
合には、気体の移動が体積流として行なわれるため、気
体の移動における膜抵抗が少なくなり、高いガス交換性
能を得ることが可能となる。なお、中空糸１１４１６は
、必ずしもマイクロポーラス膜によらず、気体の移動を
溶解、拡散によって行なうシリコーン製膜等を用いるも
のであっても良い。

ところで、前記隔壁１８．１９は、以下のような遠心注
入法によって形成されている。すなわち、まず、ハウジ
ング１５の長さより長い多数の中空糸膜１６を用意し、
この両開口端を粘度の高い樹脂によって目止めをした後
、ハウジング１５内に並べて位置せしめる。この後、中
空糸膜１６の各両端を完全に覆って、ハウジング１５の
長手方向に定めた回転中６回りに、ハウジング１５の中
心軸を回転の半径方向にこく状態下でハウジング１５を
回転させながら、血液流入ポート２７゜血液流出ポート
２８側から高分子ボッティング材を流入する。流し終っ
て樹脂が硬化すれば、樹脂の外端面部を鋭利な刃物で切
断して中空糸１１９１６の両開口端を表面に露出させる
ことによって、隔壁１８，１９を形成している。したが
って隔壁１８．１９の血液室２６を臨む表面は、第３図
および第４図に示すような円筒状凹面となる。

なお、上記実施例においては、ハウジング１５に、使用
状態下で血液流出ポート２８より上方に位置し、血液室
２６内と連通ずる空気抜きポート３１を備えている。空
気抜きポー）３１には着脱自在の通気性かつ菌不透過性
のフィルター３２が装着されておりプライミングの際取
りはずしプライミング終了後装着し、人工肺使用時に発
生した空気を抜く際に細菌による人工肺１１の汚染を防
止可能としている。

上記空気抜きポート３１は、プライミング時に、生理食
塩水等の充填液によって排除される血液回路および人工
肺１１内の空気を外部に放出可能とし、排出後には、栓
を装着されて気密に密封可能とされている。

次に、上記実施例の作用について説明する。

人工肺は、例えば開心術などにおいて使用されるもので
、血液循環回路（第２図）の途中に設置される。なお血
液は通常４１／ｗｉｎの流量で取り出される。

まず人工肺１１内に血液を流入する前に、ヘパリンを混
入した生理食塩水を血液流入ポート２８から流入させ人
工Ｉｎ！１１内の血液室２６の全ての空気を除去する。

この際空気抜きポート３１（フィルター３２をはずす）
には貯血槽につながっているチューブを接続し、血液流
出ポート２８は、空気抜きポート３１と同様にチューブ
を接続するか、またそうでない場合はキャップ等で封止
する０人工肺１１内の空気抜きが完了した後に、空気抜
きボー）３１にフィルター３２を装着しキャップ（図示
しない）をして封止する。一定の落差（１ｍ程度）をも
って脱血された血液を人工肺１１の血液流入ポート２７
から流入させる。

流入した血液は血液流入ポート２７付近の中空糸１６の
外壁に邑たるとともに、人工肺内部に設けられた環状の
血液流路２９を流れ、そして落差により与えられた重力
で血液室２６を上昇する。また、酸素、空気等のｍ素を
含むガスがガス流入ポート２３から中空糸１１Ｑ　１６
の内部に供給される。このガスは中空糸膜１６の内部を
経て、ガス流出ポート２５から外部に排出される。この
際。

血液は中空糸膜１６を介してガス流入ポートから流入し
た酸素と血液中の二酸化炭素とを交換する。そして酸素
化された血液は、血液流路３０を通り血液流出ポート２
８から流出し、貯血槽１２に貯留され、送血ポンプ１３
を介し熱交換器１４を通って適応温度に加温または冷却
され人体に送血される。

しかして、−上記実施例によれば、筒状ハウジング１５
の血液流入ポート２７が設けられている部分の内面が、
ハウジング１５の軸方向中間部分の内面より外方に鉱型
し、かつ中空糸膜１６の集合体１７に対して血液流入ポ
ート２７を含む方向に偏心され、中空糸膜１６の集合体
外周部との間に、血液流入ポート２７の側の流路面積が
大きく血液流入ポート２７から遠ざかるに従って流路面
積が漸減する環状の血液流路２９が形成される。

したがって、血液が落差潅流による低圧力で流入ポート
２７からハウジング１５の環状血液流路２９に流入し、
流入ポート２７から遠ざかる側に達する血液が少量とな
る場合にも、その流入ポート２７から遠ざかる側の血液
流路２９はその流路面積を次第に漸減していて血液を渋
滞させることがない、これにより、血液流入ポート２７
からハウジング１５に供給される血液を中空糸膜１６の
集合体１７の周方向に均一に分配し、ハウジング１５の
内部において血液流出ポート２８の側に向かう血液の流
量を中空糸膜１６の集合体１７の周方向に関して均一化
することとなり、血液中に酸−素の６度勾配を生ずるこ
となく人工ＩＩＩＩｉ１１の酸素加能を向上可能とする
。すなわち、？、者と人工肺１１の落差による血液の潅
流すなわち落差潅流を可能とし、かつ人工肺１１の酸素
加能を向上することができる。

また、流入ポート２７側の血液流路が大きいことから、
流入ポート２７と中空糸束との間の距離が長く、流入ポ
ート２７から流入した血液の勢いが中空糸束に達するま
でに弱められるため、中空糸束の流入ポート２７側部分
に選択的に血液が流れ込むことが防止できる。すなわち
中空糸束外周から中空糸束軸方向への血液の流れをその
外周において均一化することができる。さらに流入ポー
ト２７から遠い程、血液流路面積も小さくなるので中空
糸束外周における血液量の変化に応じた波路面積となり
、遠くなる程血液量も少なくなることから、それに応じ
て余分な空間を低減することができる。すなわち体外循
環血液量（プライミングボリューム）を少なくすること
ができる。

また、−上記実施例にあっては、筒状ハウジング１５の
血液流出ポート２８が設けられている部分の内面が、ハ
ウジング１５の軸方向中間部分の内面より外方に拡張さ
れ、かつ中空糸膜１６の集合体１７に対して血液流出ポ
ート２８を含む方向に偏心され、中空糸膜１６の集合体
外周部との間に、血液流出ポート２８の側の流路面積が
大きく血液流出ポート２８から遠ざかるに従って流路面
積が漸減する環状の血液流路３ｏが形成される。

したがって、ハウジング１５の容積を過大として生体か
らの体外血液面ｙ：Ｉ量（プライミング容積）を過多と
することなく、生体の安全を確保する状態下で、血液流
路３０への血液の導入量を集合体１７の周方向において
均一化し、血液室２６内においてハウジング１５の軸方
向に向かう血液の流量を集合体１７の周方向に関して均
一化できる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明は、筒状のハウジングと、該ハウ
ジング内に収納された中空糸膜の集合体と、該中空糸膜
の両端部を開口させた状態で該中空糸膜の集合体を上記
ハウジングに液密に保持する２つの隔壁と、該隔壁の一
方の外側に位置し、酸素を含むガスを上記中空糸膜の内
部空間に導入し他方の隔壁より流出させるガス流入ポー
トと、上記２つの隔壁と上記ハウジング内壁と上記中空
糸膜外壁とで画成される血液室に連通して上記ハウジン
グに設けられた血液流入ポートおよび血液流出ポートと
を備え、前記ハウジングの血液流入ポートが設けられて
いる部分の内面は、ハウジングの軸方向中間部分の内面
より外方に拡張し、かつ中空糸膜の集合体外周部との間
に、血液流入ポート側の流路面積が大きく血液流入ポー
トから遠ざかるに従って流路面積が漸減する血液流路が
形成されてなるようにしたものである。したがって、ｙ
と者と人工肺の落差による血液の潅流すなわち落差ｔｉ
波を可能とし、かつ人工肺の酸素加能を向上することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例に係る膜を人工肺が適用されてなる血液
回路を示す回路図、第２図は未発Ｅ町に係る中空糸型人
工肺が適用されてなる血液回路を示す回路図、第３図は
本発明に係る中空糸型人工肺の一実施例を示す断面図、
第４図は第３図のｆｆ−■線に沿う断面図、ｔＪＩｊＳ
図は第３図のｖ−Ｖ線に沿う断面図、第６図は第３図の
ＶＴ−ＶＴ線に沿う断面図、第７図は従来例に係る中空
糸型人工肺を示す断面図である。 １１・・・人工肺、 １５・・・ハウジング、 １６・・・中空糸膜、 １７・・・集合体、 １８．１９・・・隔壁、 ２３・・・ガス流入ポート、 ２６・・・血液室、 ２７・・・血液法人ポート、 ２８・・・血液ｆｉｌこ出ポート。 ２９．３０・・・血液流路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）筒状のハウジングと、該ハウジング内に収納され
   た中空糸膜の集合体と、該中空糸膜の両端部を開口させ
   た状態で該中空糸膜の集合体を上記ハウジングに液密に
   保持する２つの隔壁と、該隔壁の一方の外側に位置し、
   酸素を含むガスを上記中空糸膜の内部空間に導入し他方
   の隔壁より流出させるガス流入ポートと、上記２つの隔
   壁と上記ハウジング内壁と上記中空糸膜外壁とで画成さ
   れる血液室に連通して上記ハウジングに設けられた血液
   流入ポートおよび血液流出ポートとを備え、前記ハウジ
   ングの血液流入ポートが設けられている部分の内面は、
   ハウジングの軸方向中間部分の内面より外方に拡張し、
   かつ中空糸膜の集合体外周部との間に、血液流入ポート
   側の流路面積が大きく血液流入ポートから遠ざかるに従
   って流路面積が漸減する血液流路が形成されていること
   を特徴とする中空糸型人工肺。
2. （２）前記ハウジングの血液流出ポートが設けられてい
   る部分の内面は、ハウジングの軸方向中間部分の内面よ
   り外方に拡張し、かつ中空糸膜の集合体外周部との間に
   、血液流出ポート側の流路面積が大きく血液流出ポート
   から遠ざかるに従って流路面積が漸減する血液流路が形
   成されいる特許請求の範囲第１項に記載の中空糸型人工
   肺。
3. （３）前記中空糸膜が、マイクロポーラス膜である特許
   請求の範囲第１項または第２項に記載の中空糸型人工肺
   。