JPH03158167A - 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、中空糸を用い、血液に酸素を付加し、炭酸ガ
スを除去する人工肺に関する。

［従来の技術］ この種の人工肺として、従来５次に示すようなものが挙
げられる。

例えば、複数本の中空糸を集束した中空糸束を、ハウジ
ング内に配設し、中空糸の端部を開口した状態で中空糸
束の端部に隔壁を設けるとともに、これを介してハウジ
ングの端部に中空糸束の端部を固定し、各中空糸内には
第１の流体として血液を流すとともに中空糸の外側には
第２の流体として酸素含有ガスを流すようにした、いわ
ゆる内部潅流型の人工肺が公知である。

又、中空糸の内側に酸素含有ガスを流し、中空糸の外側
に血液を流すようにした、いわゆる外部）筐流型の人工
肺も公知である。

これら、いずれの人工肺にあっても、中空糸の膜壁を介
し、血液中の炭酸ガスと酸素含有ガス中の酸素とのガス
交換による物質移動が行なわれる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記の従来型人工肺では、中空糸の軸方向に
沿って、中空糸の内外を平行に、かつ対向状態で両方の
処理流体が流れる構成のため、層流状態となり、血液と
酸素含有ガスの両流体間のガス交換が有効になされず、
ガス交換能が十分に得られない問題があった。

この問題を解消しようとすれば、例えば、中空糸の本数
を増やしたり、その有効長さを長（したりして、その有
効膜面積を大きくする必要がある。しかしながら、例え
ば、本数を多（すると、中空糸膜の外側を流れる流体は
ますます、中空糸束の内部まで到達し難くなり、その周
面部に偏って流れる、いわゆるチャンネリングが発生す
るおそれがあり、ガス交換能を向上させる点では不十分
である。

また、有効長さを長くする場合には、内部潅流型のもの
では、中空糸の内側に血流を流通させるのに、所定の圧
力を付与する必要があるので、長くした分だけ圧力損失
が大きくなり、血液に弊害をもたらすおそれがあり、こ
れも問題となるところであった。

一方、外部潅流型のものでは、人工肺の上流側にポンプ
を設けることなく、落差のみで流れて循環可能となり、
上記圧力損失の問題は少ないが、有効長さを長くした分
、人工肺が大型化し、それだけ体外において流れる血液
量が多（なってプライミングボリュームが増大する問題
があった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって
、その目的は、中空糸の内側を流れる第１の流体の方向
に対し、その外側を流れる第２の流体の方向を該中空糸
の軸方向に対して実質的に直交するように構成して、第
２の流体の層流状態を解消するとともに中空糸の本数を
増やしたり、その有効長さを長くしたりすることな（、
ガス交換能を向上し得るとともに、チャンネリングを抑
制し、圧力損失を低減し、更にプライミングボリューム
も減少させ得る人工肺を提供するにある。

［課題を解決するための手段１ 上記本発明の目的を達成するために、本発明においては
、中空糸の膜壁を介して第１及び第２の流体間相互の物
質移動を行なうために複数の中空糸を縦横に組合わせる
とともに積層してなるメツシュ状膜部材を備え、前記中
空糸内部に前記第１の流体を流し、該メツシュ状膜部材
中の中空糸の軸方向に対して実質的に直交する方向に前
記第２の流体を流通させる構成を特徴とする人工肺を提
案するものである。

又、本発明に係る人工肺の構成として、第１の流体の流
入口および流出口と、第２の流体の流入口および流出口
を備えたハウジングと、該ハウジングに固定されるとと
もに前記メツシュ状膜部材中の各中空糸端部を開口させ
るメツシュ状膜部材の側面に設けられた隔壁とを備え、
第１の流体の流入口より流入した第１の流体が該隔壁部
分に開口した中空糸内を流通して該第１の流体の流出口
へと流体密に連通するとともに、第２の流体の流入口よ
り流入した第２の流体が前記メツシュ状膜部材の対応す
る一方のメツシュ開口端より他方のメツシュ開口端へ、
該メツシュ状膜部材のメツシュの目を通して流れるとと
もに該第２の流体の流出口へと流体密に連通してなるも
のが提案される。

又、本発明に係る人工肺におけるメツシュ状膜部材とし
ては、各側面に前記隔壁が設けられるとともに、互いに
隣接する一対の側面が前記第１の流体の流入口に対向す
るとともに他方の互いに隣接する一対の側面が前記第１
の流体の流出口に対向してなる構成のものや、あるいは
中空糸を互いに、又は中空糸と中実糸とを互いに織成な
いしは編成して形成されてなるものが提案される。

更に又、該メツシュ状膜部材の具体的構成として、該メ
ツシュ状膜部材の縦糸および横糸の一方の糸をなす中空
糸をガス交換用多孔質膜で形成するとともに他方の糸を
なす中空糸を熱交換用非多孔質膜で形成する構成や、該
メツシュ状膜部材のメツシュのピッチを、該メツシュ状
膜部材の層方向に沿って異ならしめる構成、更には、該
メツシュ状膜部材のメツシュの目位置を層方向に対し横
方向に偏位させてなる構成などが提案される。

又、前記第１の流体を酸素含有ガスとし、前記第２の流
体を血液とする構成のもの、あるいは逆に、前記第１の
流体を血液とし、前記第２の流体を酸素含有ガスとする
構成のものが提案される。

［作　用１ 上記構成の本発明に係る人工肺では、複数の中空糸を縦
横に組合わせるとともに積層してなるメツシュ状膜部材
を設け、中空糸内部に第１の流体を流すとともに、第２
の流体を、該メツシュ状膜部材中の中空糸の軸方向に対
して実質的に直交する方向に、例えば、該メツシュ状膜
部材の一方のメツシュ開口端より他方のメツシュ開口端
へ向けてメツシュの目を通して流すようにし、各中空糸
内を流れる第１の流体に対し直交する態様でガス交換を
行なう。

従って、メツシュの目を通して流れる流体は各中空糸に
相互の間隙を直交する方向で通るので５前記第２の流体
を例えば血液とすれば、その血液が乱流状態になり、こ
れによりガス交換能が著しく向上し、従って、例えば中
空糸の本数を増やしたり、その有効長さを長くしたりす
る必要もな（、チャンネリングを抑制し、圧力損失も低
減し、人工肺の小型化が可能となり、プライミングボリ
ュームを減少させることができる。

〔実施例］ 本発明の人工肺の一実施例を、第１図乃至第６図に基づ
いて説明する。

図において、ｌは箱体状をなす人工肺のハウジング、１
ａはそのハウジングと一体に形成された膨出部である。

該膨出部１ａは第４図に示すように横断面において楕円
形状をなしている。３はメツシュ状膜部材で、矩形状ブ
ロックをなし、ハウジングｌ内の中央部に支持されてい
る。

メツシュ状膜部材３は、多数の中空糸４を縦横に組合わ
せるとともに層状態に形成したものである。その中空糸
４の組合わせの態様は、中空糸の縦糸と横糸を手織状に
織成あるいは編成して、これを多層に積み上げた構成、
あるいは中空糸を平行配置した層を直交する角度で互い
違いに積層して全体でメツシュ状にした構成等、種々の
構成が考＾られる。

このように層されたメツシュ状膜部材３はメツシュの一
方（下方）の開口端３ａより他方（上方）の開口端３ｂ
までの間、中空糸４で形成されたメツシュの目の間を、
第２の流体が該メツシュ状膜部材の軸線Ｘ−Ｘ線に沿っ
て流通可能となっている。

メツシュ状膜部材３の４つの側面には枠状をなして隔壁
６が設けられている。

この隔壁６は、例えばポリウレタンを素材とし、これに
前記側面部分な一側面ずつディッピングすることにより
得られる。この際、中空糸４の端部は、隔壁６と同様の
素材で目止めした後に、ディッピングされるようになっ
ており、隔壁６の硬化後に、それの外周部を適宜の切断
具によりスライスすることにより、中空糸４の端部が開
口状態に維持される。

この隔壁６が第５図に示すようにハウジング１及びその
膨出部１ａの内周縁部に取付けられ、これによって、ハ
ウジング１内にメツシュ状膜部材３が設置される。

第４図に示すように、設定状態において、互いに隣接す
る一方の一対の側面３ｃ、３ｄにある隔壁６ａと、他方
の一対の側面３ｅ、３ｆにある隔壁６ｂとは、ハウジン
グ１に嵌合した該メツシュ状膜部材３の角部３ｇのとこ
ろで気密に仕切られている。

各中空糸４は、その内側を、第１の流体を構成する酸素
含有ガスが流れ、その外側を、第２の流体を構成する血
液が流れ、中空糸４の膜壁を介して両流体間で血液中の
炭酸ガスと酸素含有ガス中の酸素とのガス交換による物
質移動がなされるようにしてあり、本実施例における人
工肺は外部潅流型のものである。

第４図に示すように、ハウジング１の内部は、ガス流入
ロアに連通ずる酸素含有ガス流入室８と、ガス流出口９
に連通ずるガス流出室１０とにそれぞれ区側されている
。そして、酸素含有ガスは矢印Ａで示すようにガス流入
ロア、ガス流入室８へと入り、ここからメツシュ状膜部
材３の隔壁６ａのところで開口した各中空糸４内に入り
、前記軸線Ｘ−Ｘと直交する各中空糸の軸方向に沿って
他方の隔壁６ｂのところよりガス流出室１０へ入り、ガ
ス流出口９より外方に導出される。

一方、メツシュ状膜部材３の各々の開口端３ａ、３ｂと
、ハウジングｌの内壁蘭との間には、それぞれ血液流入
室１１及び血液流出室１２が形成され、その各室に対応
して血液流入室１１と連通ずる血液導入口１３．血液流
出室１２と連通する血液導出口１４がそれぞれ設けられ
ている。そして、血液は第５図において矢印Ｂで示すよ
うに血液導入口１３より流入室１１へ入り、ここからメ
ツシュ状膜部材３のメツシュの目を通って軸線ｘ−ｘに
沿い流れ、血液流出室１２に送り出されるとともに血液
導出口１４より外部へ導出される。

上記構成によれば、メツシュ状膜部材３のメツシュの目
を通って軸線Ｘ−ｘ方向には、血液が流れる十分な間隙
が形成されているので、血液流入室１１に流入した血液
は、メツシュ状膜部材３内を各中空糸４に対して実質的
に直交した方向に流れる。そして、血液は、中空糸４の
縦糸、横糸の間隙を、中空糸と直交する方向で通るので
、中空糸付近において、乱流状態になり、このために、
ここで、優れたガス交換能を発揮し得る。

従って、中空糸の本数を増やしたり、その有効長さを長
くしたりすることなく、チャンネリングを抑制し、圧力
損失も低減し、人工肺の小型化が可能となり、ブライミ
ングポリニームを減少させることができる。

上記実施例において、メツシュ状膜部材３の中空糸４は
、縦糸として、例えばポリプロピレン製の疎水性の中空
糸膜を用い、横糸として親水性を付与した中空糸膜また
は中実糸を用いれば、よりブライミングが容易となる。

又、メツシュ状膜部材３を構成する中空糸４のうち、例
えば、縦糸をガス交換用多孔質膜で形成し、横糸を熱交
換用非多孔質膜で形成すれば、ガス交換と熱交換を一度
になすことができるので、プライミングポリニームの減
少の効果が一段と向上する。

更に、メツシュ状膜部材３のメツシュのピッチを積層し
た層方向に沿って異ならしめ、例えば、ピッチが１．Ｏ
ｎ＋ｍのものと、０．７＋ｍｍのものとを交互に積層す
る構成も考えられる。あるいは、このメツシュの目を横
方向に偏位した状態で積層する構成、例えば中空糸の軸
方向の角度を少しずつずらして積層したり、横方向に平
行にずらして積層する構成も考えられる。

上述のような種々の構成により、−層、良好な乱流効果
が得られ、ガス交換能の向上が一層図れる。

以上実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記
実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更
しない範囲で種々変更可能である。

例えば、上記実施例では、外部潅流型の人工肺について
説明したが、内部潅流型のものでも勿論、適用可能であ
り、この場合には、特に、人工肺の小型化が可能になり
、圧力損失の低減をなし得、血液に弊害をもたらすよう
な過大な圧力を防止し得る。

次に本発明者は、上記実施例の効果を確認するために以
下の実験を行なった。

（実験例） まず、前記実施例と同様の構成の人工肺を用意した。こ
こにおいて、中空糸４を膜厚的５０μｍのポリプロピレ
ン製の多孔質中空糸とし、これを平織で織成してメツシ
ュ状膜部材の各層のメツシュを形成し、このメツシュの
ピッチを１　ｍｍ、積層枚数を１８６枚、有効膜面積を
０．４ｍ”、第４図に示す、その有効長さβを３０ｍｍ
、充填率を４０％、第５図に示す、メツシュ状膜部材３
の高さｈを９４．３ｍｍ、第４図に示す、隔壁６の厚さ
ｔを１５ｍｍ、その材質をポリウレタン、ハウジング１
の素材をポリカーボネート製とした。

なお、充填率とは、単位体積当りの中空糸（中空糸の内
部空間を含む）の占める割合をいう。

次に、上記人工肺１３を第６図に示す実験回路中に配設
した。この実験回路は、人工肺１３の上流側及び下流側
にそれぞれタンク１４．１４を設け、上流側のタンク１
４と人工肺１３との間に位置したローラポンプ１５によ
り、血液を該人工肺１３へ矢印Ｂに沿い送り込む構成と
しである。

血液としては、ヘパリン加生血を用い、そのヘマトクリ
ット値Ｈｔ：３５．１％、血温を３７℃とした。

酸素含有ガスは矢印Ａに沿って人工肺１３へ送り込まれ
る。人工肺１３に近接して上流側及び下流側の各位置１
６．１７でサンプリングを行ない、血流量、ガス流量及
び酸素飽和度につき、同一サンプルで２回ずつ計測した
。その結果を表１に示す。

表　　１ 上記表１の結果で明らかなように５十分な酸素添加能が
得られた。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係る人工肺によれば中空
糸を縦横に組合わせるとともに積層してなるメツシュ状
膜部材のメツシュの一方の開口端一方の開口端から他方
の開口端へとメツシュの目を通して、第２の流体を各中
空糸の軸方向に対して実質的に直交する方向に流すよう
にしたので、中空糸内部に流れる第１の流体との優れた
ガス交換能を発揮し、これにより例えば、中空糸の本数
を増やしたり、その有効長さを長くしたりすることなく
、チャンネリングを抑制し、圧力損失も低減し、人工肺
の小型化に伴ってプライミングボリュームを減少させる
ことができる等、種々の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の人工肺の一実施例を示す外観正面図、
第２図は第１図の側面図、第３図は第１図の平面図、第
４図は第１図の４−４線横断面区、第５図は第３図の５
−５線縦断面図、第６図は実験回路である。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）中空糸の膜壁を介して第１及び第２の流体間相互
   の物質移動を行なうために複数の中空糸を縦横に組合せ
   るとともに積層してなるメッシュ状膜部材を備え、前記
   中空糸内部に前記第１の流体を流し、該メッシュ状膜部
   材中の中空糸の軸方向に対して実質的に直交する方向に
   前記第２の流体を流通させることを特徴とする人工肺。
2. （２）第１の流体の流入口および流出口と、第２の流体
   の流入口および流出口を備えたハウジングと、該ハウジ
   ングに固定されるとともに前記メッシュ状膜部材中の各
   中空糸端部を開口させるメッシュ状膜部材の側面に設け
   られた隔壁とを備え、第１の流体の流入口より流入した
   第１の流体が該隔壁部分に開口した中空糸内を流通して
   該第１の流体の流出口へと流体密に連通するとともに、
   第２の流体の流入口より流入した第２の流体が前記メッ
   シュ状膜部材の対応する一方のメッシュ開口端より他方
   のメッシュ開口端へ、該メッシュ状膜部材のメッシュの
   目を通して流れるとともに該第２の流体の流出口へと流
   体密に連通してなる請求項第１項に記載の人工肺。
3. （３）前記メッシュ状膜部材は各側面に前記隔壁が設け
   られるとともに、互いに隣接する一対の側面が前記第１
   の流体の流入口に対向するとともに他方の互いに隣接す
   る一対の側面が前記第１の流体の流出口に対向してなる
   請求項第２項に記載の人工肺。
4. （４）前記メッシュ状膜部材は、中空糸を互いに、又は
   中空糸と中実糸とを互いに織成ないしは編成して形成さ
   れてなる請求項第１項ないし第３項のいずれか１に記載
   の人工肺。
5. （５）前記メッシュ状膜部材の縦糸および横糸の一方の
   糸をなす中空糸をガス交換用多孔質膜で形成するととも
   に他方の糸をなす中空糸を熱交換用非多孔質膜で形成し
   てなる請求項第１項ないし第３項のいずれか１に記載の
   人工肺。
6. （６）前記メッシュ状膜部材のメッシュのピッチを、該
   メッシュ状膜部材の層方向に沿って異ならしめてなる請
   求項第１項ないし第３項のいずれか１に記載の人工肺。
7. （７）前記メッシュ状膜部材のメッシュの目位置を層方
   向に対し横方向に偏位させてなる請求項第１項ないし第
   ３項のいずれか１に記載の人工肺。
8. （８）前記第１の流体は酸素含有ガスであり、前記第２
   の流体は血液である請求項第１項ないし第７項のいずれ
   か１に記載の人工肺。
9. （９）前記第１の流体は血液であり、前記第２の流体は
   酸素含有ガスである請求項第１項ないし第７項のいずれ
   か１に記載の人工肺。