JPS633870A - 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】 ■　発明の背景 （１）技術分野 本発明は、多孔質膜を用いてガス交換を行う人工肺に関
するものである。

（２）先行技術およびその問題点 たとえば、心臓外科手術を行う場合に、人工心肺体外循
環回路中に人工肺が取り付けられる。

この人工肺として多孔質膜よりなるガス交換膜を用いた
ものが知られている。　この場合、多孔質膜中の微細孔
を介して血液と酸素供給ガス（酸素富化ガス）とが接触
することにより、酸素供給ガス中の酸素が血液側に供給
され、又同時に血液中の二酸化炭素が酸素供給ガス側に
移行し、いわゆるガス交換が行なわれる。

しかし、この人工肺のガス交換膜は血液中の水蒸気の透
過を完全に阻止することはできず、したがって、この種
の人工肺を長時間使用した場合、ガス交換膜のガス通路
側（中空糸膜においては内壁）に微細孔を透過した水蒸
気が結露水となり、人工肺の下方に溜まり、その部分の
微細孔を閉塞し、さらにはそのガス交換膜により形成さ
れるガス通路を閉塞し、人工肺のガス交換能を著しく低
下させることがあった。

そこで、本願発明者等は、上記結露水を除去する方法を
検討した。

まず、第一の方法は、ガス導入口から流入させるガスの
流量を多くしその圧力で結露水をガス排出口より除去す
る方法である。この方法によれば結露水は除去できるが
、ガス通路側と血液通路側の差圧が、多孔質膜のバブル
ポイントを越えることがあり、この場合多孔質膜を介し
て気泡が血液側に流入し、極めて危険である。

第二の方法は、ガス排出口に吸引手段を設は結露水を吸
引して除去する方法である。この方法　■によれば、血
液中に気泡を流入させることなく安全に結露水の除去が
できる。

よって、上記第二の方法が好ましいことが解った。

しかし、上記方法を用いる場合、ガス排出口と吸引手段
とチューブなどを用いて連通しなけれよって、結露水に
よるガス排出口の閉塞、また連通ずるチューブの折れ曲
がりなどによりチューブが閉塞する危険性があり、実質
的にガス排出口が閉塞された状態となり、そのような状
態になるとガス通路の圧力が高くなり、上記バブルポイ
ントを越えると血液中に気泡が流入する危険性がある。

１　発明の目的 本発明の目的は、上記先行技術の問題点を解決し、体外
循環時に、血液中に気泡が流入する危険性を回避し、安
全かつ効率的に結露水を除去するための吸引回路を取り
付けて使用できる人工肺を提供することにある。

上記目的を達成するものは、筒状ハウジングと、該筒状
ハウジング内に収納され、該筒状ハウジング内をガス通
路と血液通路に区画する多孔質膜より形成されたガス交
換膜と、前記筒状ハウジングの両端部分にそれぞれ形成
され、前記ガス通路とのみ連通するガス導入口を有する
ガス導入側ポートおよびガス排出口を有するガス排出側
ポートと、前記筒状ハウジングに設けられ前記血液通路
とのみ連通する血液流入ポートおよび血液流出ポートと
を有する人工肺において、前記ガス排出側ポートに前記
ガス通路と前記血液通路の差圧が前記多孔質膜のバブル
ポイントを越える前に開放し、かつガス排出側ポート内
部が除圧状態となったときに閉塞している弁を設けた人
工肺である。

さらに、前記弁が、通常大気圧では閉塞しておりガス排
出側ポート内に圧力がかかった時に開放するものである
ことが好ましい。

また、前記弁が、通常大気圧では開放しておりガス排出
側ポート内が陰圧になった時に閉塞するものであること
が好ましい。

さらに、前記ガス交換膜が、中空糸膜束であり、中空糸
膜内部にガス通路が形成され、中空糸膜外壁と筒状ハウ
ジング内部により血液通路が形成されているものである
ことが好ましい。

■　発明の詳細な説明 本発明の人工肺を第１図ないし第５図に示す実施例を用
いて詳細に説明する。

本発明の人工肺１は、筒状ハウジング２０と、筒状ハウ
ジング２０内に軸方向に収納された多孔質膜より形成さ
れたガス交換膜である中空糸膜４の集合体と、中空糸膜
４の両端部をハウジングに液密に保持する隔壁１２．１
３とを有し、筒状ハウジング２０内はガス通路と血液通
路３に区画され、筒状ハウジングの端部である隔壁１２
の上方には中空糸膜４の内部空間であるガス通路に連通
ずるガス導入口５を有するキャップ状のガス導入側ポー
ト６と、隔壁１３の下方に設けられ中空糸膜４の内部空
間に連通ずるガス排出ロアを有するキャップ状のガス排
出側ポート８が取り付けられている。

筒状ハウジング２０にはさらに血液通路３と連通ずる血
液流入ポート９および血液流出ポート１０を有している
。そして、ガス排出側ポート８にポート８内部と外部と
を連通または遮断する弁１１が設けられている。

多孔質膜としては、上記の中空糸膜、平膜のいずれでも
よいが、好ましくは中空糸膜である。

よって、人工肺１は平膜型、中空糸模型のいずれでもよ
く、好ましくは、上記した中空糸膜の外側に血液を流す
タイプのものであり、この人工肺を用いれば、圧力損失
が少ないため循環回路中の人工肺の前に送血ポンプを設
ける必要がなく、人体からの落差のみによる脱血にて血
液を人工肺に送ることができる。

中空糸膜４は、多孔質膜であって、内径１００〜１００
０μ！、肉厚は５〜２００μ１１好ましくは１０〜ｉｏ
。

μス、空孔率は２０〜８０％、好ましくは３０〜６０％
、また細孔径は０．０１〜５μ１１好ましくは０．０１
〜１μスのものである。また、多孔質膜に使用される材
質としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスル
ホン、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチ
レン、ポリアクリロニトリル、セルロースアセテート等
の疎水性高分子材料が用いられる。好ましくは、ポリオ
レフィン系樹脂であり、特に好ましくは、ポリプロピレ
ンであり、延伸法または固液層分離法により壁に微細孔
が形成されたものがより好ましい。

筒状ハウジング２０は、例えば円筒状をした透明体で形
成される。透明体で形成するのは内部の確認が容易だか
らである。

そして、このハウジング２０内にその軸方向に向けて並
列に約５．０００〜１００，０００本の多数の中空糸膜
４が収納されており、さらに、中空糸膜４は／Ｘウジン
グ２０の両端に中空糸膜４の両端がそれぞれ開放された
状態で隔壁１２．１３により液密状態に画定されている
。隔壁１２．１３は、ポリウレタン、シリコーンゴムな
どのボブティング剤で形成される。ハウジング２０の両
端部付近には血液流入ポート９、血液流出ポート１０が
設けられている。よって、ハウジング２０内の上記隔壁
１２．１３ではさまれた部分は、中空糸膜４の内部側の
ガス通路と中空糸膜４の外側の血液通路３とに仕切られ
ている。

そして、隔壁１２の外側にはガス導入口５を存するガス
導入側ポート６が、隔壁１３の外側にはガス排出ロアを
有するガス排出側ポート８が取り付けられており、これ
らの取り付けは、締め付はリング１５を用いて行なわれ
る。また締め付はリングを用いず、ハウジング２０に超
音波、高周波などを用いての融着、接着剤を用いて接着
または機械的に嵌合させてもよい。

そして、ガス排出側ポート８には、ポート内部と外部と
を連通または遮断する弁１１が取り付けられている。そ
して、この弁１１は、ガス通路と血液通路の差圧がガス
交換膜を形成する多孔質膜のバブルポイントを越える前
に開放状態となり、かつガス排出側ポート内が陰圧とな
ったときに閉塞状態となっているような弁である。

多孔質膜のバブルポイントとは、多孔質膜の−の気体側
と液体側の差圧をいう。つまり、弁１１は、人工肺使用
時に多孔質膜を介してガス通路側から血液通路側に気泡
が流入する前に少なくとも開放するものである。

バブルポイントは、多孔質膜により相違する。

そして、上記の条件を満足する弁の形態として、２つの
形態が考えられる。

まず第一〇形態は、通常状聾つまりガス流入中であって
ガス排出口が閉塞していない状態では閉塞しており、ガ
ス排出口が閉塞したとき開放するタイプのものである。

この場合弁１１はガス通路と血液通路の差圧がガス交換
膜のノくプルポイントを越える前に開放するものである
ことが必要である。このような弁１１を設けることによ
りガス排出口が何等かの原因により閉塞した時およびガ
ス排出口に取り付けられる結露水吸引手段のチューブが
折れ曲がり閉塞し、ガス通路の内圧が上昇したときに開
放する。

第１の形態で使用される弁の構造は、上記働きをするも
のであればどのようなものでもよい。

多孔質膜のバブルポイントは大体１０〜１０３ｃｍＡｑ
であり、血液通路側の圧力は通常Ｏ〜５０ｃｍＡｑ程度
であり、またガス通路側の圧力は通常θ〜１０ｃ＋ａＡ
ｑ程度である。よって、弁はガス排出側ポート内部の圧
力が１０ｃｍＡＱ以上となったとき、より安全にはＳｃ
ｍＡＱ以上となったときに開放するものであることが好
ましい。

通常状態では閉塞しており上記のような圧力で開放する
弁としては、第２図および第３図に示すように、ガス排
出側ポートに孔３４を設け、この孔３４を覆うように可
撓性材料（例えば、シリコンゴム、ラテックスゴムなど
のゴム、ポリオレフィンエラストマー、ポリアミドエラ
ストマー、ポリウレタンエラストマーなどのエラストマ
ー）にて形成した弁部材３６をガス排出側ポートの表面
に固着する。そして、固着は弁部材３６の全周ではなく
一部分のみ行う。よって、固着されていない部分におい
て弁部材３６は、開放することができる。また、弁１１
は、上記の形態に限られず、例えば、前記弁部材の代わ
りに、硬質部材で形成した弁部材を蝶番にてガス排出側
ポートに固定し、さらに蝶番部分に弁部材が閉塞する方
向に押しつけ、かつガス排出側ポート内部の圧力が１０
ｃｍＡＱ以上となったとき、より安全には５ｃｍＡＱ以
上となったときに開放するばねを設けたもの、また、前
記弁部材の代わりに、ガス排出側ポートの孔を閉塞する
球状の弁部材およびその弁部材をポートの孔に押しっけ
ばねを収納したもの、さらに、ガス排出側ポートの孔の
全周に外方に突出するリブを設け、このリブ全周に接し
孔を閉塞する硬質部材からなる弁部材をガス排出側ポー
トと弁部材とを連結する複数のばねを用いて固定したも
のなどが考えられる。

第２の形態は、通常状態つまりガス流入中であってガス
排出口が閉塞していない状態では開放しており、吸引手
段が作動しガス排出側ポート内部が陰圧となったときに
閉塞するタイプのものである。この場合弁１１はガス排
出側ポート内部が大気圧よりある程度低くなったときに
閉塞するものであることが必要である。このような弁を
設けることにより、通常状態では、開放しているので、
ガス排出口が何等かの原因により閉塞した時およびガス
排出口に取り付けられる結露水吸引手段のチューブが折
れ曲がり閉塞しても、ガス排出側ポート内部の圧力は上
昇せず、唾液中に気泡が流入することがない。

さらに、結露水除去のため吸引手段を作動させたときに
閉塞するため確実に結露水を除去できる。第２の形態で
使用される弁の構造は、上記働きをするものであればど
のようなものでもよい。通常ガス排出側ポート内の圧力
は概ね大気圧と同等であり、結露水を吸引するために吸
引手段を作動させたときのガス排出側ポート内部の圧力
は−５〜−１，０００ｃｍｍＡｑであり、大気圧より低
くなるので、弁はガス排出側ポート内部が大気圧より５
　ｃ＋ｅＡｑ、より確実にはｌ　ｃｍＡｑ以上低くなっ
たときに閉塞するものであることが好ましい。通常状態
では開放しており上記のような圧力となったときに閉塞
する弁としては、第４図および第５図に示すように、ガ
ス排出側ポートに孔３４を設け、この孔３４より少し離
れた位置に、孔３４を包囲するように複数のスペーサー
３８を離間して（好ましくは、等間隔離間する）固着す
る。さらに、そのスペーサーの上°に可撓性材料（例え
ば、シリコンゴム、ラテックスゴムなどのゴム、ポリオ
レフィンエラストマー、ポリアミドエラストマー、ポリ
ウレタンエラストマーなどのエラストマー）にて形成し
た弁部材３６を固着する。よって、スペーサーのない部
分において弁は、開放している。また、弁部材３６は、
ガス排出側ポート内部が、大気圧よりＳ　ｃｍＡｑ、よ
り確実にはｌ　ｃｍＡｑ以上低くなったときにガス排出
側ポート側にへこみ孔３４を閉塞する。

また、弁は、上記の形態に限られず、例えば、前記弁部
材の代わりに、硬質部材で形成した弁部材を蝶番にてガ
ス排出側ポートに固定し、さらに蝶番部分に弁部材を開
放する方向に引っ張り、かつガス排出側ポート内部が、
大気圧よりＳ　ｃｍＡｑ、より確実にはｌ　ｃｍＡｑ以
上低くなったときに弁部材により孔を閉塞させるばねを
設けたもの、また、前記弁部材の代わりに、ガス排出側
ポートの孔を閉塞可能な球状の弁部材およびその弁部材
を通常状態では孔を閉塞しないように把持するばねを収
納したもの、さらに、ガス排出側ポートの孔の全周に外
方に突出するリブを設け、このリブ全周に接し孔を閉塞
可能な硬質部材からなる弁部材をガス排出側ポートと弁
部材とを通常状態では弁部材が孔を閉塞しないように連
結する複数のばねを用いて固定したものなどが考えられ
る。

また、弁１１の位置はガス排出側ポートであればいずれ
の位置でもよい。

次に、ガス排出ロアに取り付けられて使用される結露水
吸引手段について説明する。

吸引手段は、トラップ２２と、トラップ２２とガス排出
ロアとを連通ずるチューブ２４と、吸引装置２６と、こ
の吸引装置２６とトラップ２２とを接続する接続チュー
ブ２８とからなっている。トラップ２２は、人工肺１か
ら除去される結露水を捕捉、貯溜するためのものである
。吸引装置２６は、例えばポンプを具備し、ガス排出側
ポート８内を陰圧にし、ガス通路内に陰圧高流量の気流
を発生させ、内部の結露水をトラップ２２まで吸引する
ものである。吸引装置２６はガス通路に１ｏｉ２／分以
上の気流を発生し得る能力を宵することが好ましい。

また、ガス導入口５は、酸素富化ガス供給装置（図示し
ない）を連通ずる途中にバルブ（例えば手動開閉コック
）３２を有する空気導入ポート３０を設けることが好ま
しい。上記の吸引手段を作動させるときに、ガス導入口
より酸素富化ガス供給装置を取り外すことなく、バルブ
３２を開放することにより、ガス通路内を確実に陰圧に
することができるからである。また、この空気導入ポー
ト３０はガス導入側ポート６に直接取り付けてもよい。

この場合ガス導入側ポート６にはガス導入口５のほかに
空気導入ポート３０が設けられることになる。

次に、本発明の人工肺の実施例を説明する。

（実施例１） 円筒状ハウジング（内径３Ｑｚ、ｗ）に多孔質中空糸膜
（内径１５０μ１１外径２４０μｌ）約５０．０（１０
本を収納し両端をハウジングにポリウレタンを用いて液
密に固定した。上記人工肺の膜面積は約３．１２であっ
た。ポリウレタンにより形成された隔壁の一方にガス導
入側ポートを締め付はリングを用いて取り付けた。

また、他方の隔壁には、第２図および第３図に示すよう
に、直径７１１１の孔を有し、この孔を覆うように半楕
円状（直！＠部分の長さ約２０ｘｘ、直線部分から円弧
の頂点までの長さが約２０ＸＩｌ＋）をしたシリコンゴ
ム（厚さ３１１Ｍ）にて形成した弁部材をその直線部分
の端部から約３ｘｘをガス排出側ポートの表面に室温硬
化型シリコンゴムにて固着したガス排出側ポートを締め
付はリングを用いて取り付けた。尚、弁は、固着されて
いない部分において開放することができた。

この人工肺を用いガス導入口より酸素富化ガスを１０１
２／分で流入させ、血液流入ポートより生血を５ぐ７分
で流入させたとき、ガス排出口を手で閉塞した。そのと
き弁が開放し牛血中に気泡流入することはなかった。

（実施例２） ガス排出側ポートに設けられた弁以外は実施例１と同様
なものとした。

弁としては、第４図および第５図に示すように、ガス排
出側ポートに孔を設け、この孔の中心より約１０ｘｘ離
れた位置に、孔を包囲するように６個のスペーサー（厚
さ約ＩＩＮ）を等間隔に固着し、さらに、そのスペーサ
ーの上に円盤状（直径約３０ｘｘ）をしたシリコンゴム
にて形成した弁部材を固着したものを用いた。この弁は
、スペーサーのない部分において開放している。

この人工肺を用いガス導入口より酸素富化ガスを３Ｑ１
分で流入させ、血液流入ポートより生血を３Ｑ１分で流
入させた。約４時間経過したとき人工肺内部に結露水の
発生が見られた。そこでガス排出側ポートのガス排出口
に吸引手段を取り付は吸引装置を作動させた。

尚、この時ガス導入口に取り付けたバルブを開放状態と
した。この吸引装置の作動によりガス通路内には２０１
２／分程度の気流が発生しているものと思われる。また
この時ガス排出側ポート内の圧力が１００ＩＩＡｑ程度
となったとき弁部材は、ガス排出側ポート側にへこみ孔
を閉塞し、結露水の除去を行うことができた。

■　発明の具体的作用 本発明の人工肺１は体外循環回路中に設けられ、人工肺
１の血液流入ポート９から流入した血液はハウジング２
０とガス交換膜である中空糸膜４との間により形成され
た血液通路３を通る間に二酸化炭素が除去され、酸素が
添加される。このとき、ガス導入口５からは酸素を含ん
だガスがガス交換膜である中空糸膜４内に流される。

そして、何等かの原因によりガス排出ロアが閉塞したと
きガス排出側ポート８の弁１１よりガスが排出されるた
めガス通路内の圧力があまり高くなることがなく、中空
糸膜４を介して気泡が血液に流入することがない。また
、人工肺のガス通路内に発生１．た結露水を除去するた
めにガス排出ロアに取り付けて使用される吸引手段の作
動中は上記弁工１は閉塞しているので結露水を確実に除
去できる。

■　発明の具体的効果 本発明の人工肺は、筒状ハウジングと、該筒状ハウジン
グ内に収納され、該筒状ハウジング内をガス通路と血液
通路に区画する多孔質膜より形成されたガス交喚膜と、
前記筒状ハウジングの両端部分にそれぞれ形成され、前
記ガス通路とのみ連通するガス導入口を有するガス導入
側ポートおよびガス排出口を有するガス排出側ポートと
、前記筒状ハウジングに設けられ前記血液通路とのみ連
通する血液流入ポートおよび血液流出ポートとを有する
人工肺において、前記ガス排出側ポートに前記ガス通路
と前記血液通路の差圧が前記多孔質膜のバブルポイント
を越える前に開放し、かつガス排出側ポート内部が除圧
状態となったときに閉塞している弁を設けた人工肺であ
るので、体外循環時に、血液中に気泡が流入する危険性
を回避し、安全かつ効率的に結露水を除去するための吸
引手段を取り付けて使用できる。

さらに、前記弁が、通常大気圧では閉塞しておりガス排
出側ポート内に圧力がかかった時に開放するものであれ
ば、ガス排出口が何等かの原因により閉塞した時および
ガス排出口に取り付けられる結露水吸引手段のチューブ
が折れ曲がり閉塞し、ガス通路の内圧が上昇したときに
開放するので、確実に体外循環時に、血液中に気泡が流
入する危険性を回避することができる。

また、前記弁が、通常大気圧では開放しておりガス排出
側ポート内が除圧になった時に閉塞するものであれば、
ガス排出口が何等かの原因により閉塞した時およびガス
排出口に取り付けられる結露水吸引手段のチューブが折
れ曲がり閉塞しても、弁よりガスが流出するため、ガス
通路内の圧力は上昇せず、血液中に気泡が流入すること
がない。さらに、結露水除去のため吸引手段を作動させ
なときに、弁は閉塞するため確実に結露水を除去できる
。

さらに、前記ガス交換膜が、中空糸膜束であり、中空糸
膜内部にガス通路が形成され、中空糸膜外壁と筒状ハウ
ジング内部により血液通路が形成されているものであれ
ば、圧力損失が少ないため循環回路中の人工肺の前に送
血ポンプを設ける必要がなく、人体からの落差のみによ
る脱血にて血液を人工肺に送ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の人工肺を示す破断側面図
、第２図は、本発明の人工肺に使用する弁を有するガス
排出側ポートの一形態を示す図、第３図は、第２図のガ
ス排出側ポートの弁の部分を示す断面図、第４図は、本
発明の人工肺に使用する弁を有す〜るガス排出側ポート
の一形態を示す図、第５図は、第４図のガス排出側ポー
トの弁の部分を示す断面図である。 ｌ・・・人工肺　　　　　　　３・・・血液通路４・・
・中空糸膜　　　　　　５・・・ガス導入口６・・・ガ
ス導入側ポート　　７・・・ガス排出口８・・・ガス排
出側ポート　　９・・・血液流入ポートＩＯ・・血液流
出ポート１１・・・弁 ２０・・筒状ハウジング　　２６・・吸引装置３０・・
・空気導入ポート　　３４・・孔３６・・・弁部材 ３４・・孔 ３６・・弁部材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）筒状ハウジングと、該筒状ハウジング内に収納さ
   れ、該筒状ハウジング内をガス通路と血液通路に区画す
   る多孔質膜より形成されたガス交換膜と、前記筒状ハウ
   ジングの両端部分にそれぞれ形成され、前記ガス通路と
   のみ連通するガス導入口を有するガス導入側ポートおよ
   びガス排出口を有するガス排出側ポートと、前記筒状ハ
   ウジングに設けられ前記血液通路とのみ連通する血液流
   入ポートおよび血液流出ポートとを有する人工肺におい
   て、前記ガス排出側ポートに前記ガス通路と前記血液通
   路の差圧が前記多孔質膜のバブルポイントを越える前に
   開放し、かつガス排出側ポート内部が陰圧状態となった
   ときに閉塞している弁を設けたことを特徴とする人工肺
   。
2. （２）前記弁が、通常大気圧では閉塞しておりガス排出
   側ポート内部に圧力がかかった時に開放するものである
   特許請求の範囲第１項に記載の人工肺。
3. （３）前記弁が、通常大気圧では開放しておりガス排出
   側ポート内部が陰圧になった時に閉塞するものである特
   許請求の範囲第１項に記載の人工肺。
4. （４）前記ガス交換膜が、中空糸膜束であり、中空糸膜
   内部にガス通路が形成され、中空糸膜外壁と筒状ハウジ
   ング内部により血液通路が形成されている特許請求の範
   囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の人工肺。