JPH0345735Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 考案の背景 技術分野 本考案は、体液用の物質または熱交換装置に関
する。さらに詳しくは、特に、細管内に体液を流
通させて、細管を介して物質交換あるいは熱交換
を行う人工透析器、人工肺、熱交換器などの特
に、体液流入ポートの改良に関する。 先行技術とその問題点 従来、人工透析器として、ハウジング内に並設
された複数本の多孔性中空糸からなる細管の束
を、ハウジングの両端部内においてポツテイング
材からなる隔壁で液密に支持し、しかし、ハウジ
ングの両端部にそれぞれ体液流入ポートおよび体
液流出ポートを設け、隔壁の外側に体液流入室お
よび体液流出室ならびに体液流入口部および体液
流出口部を形成したものが知られている。 このような人工透析器において、体液は、体液
流入ポートの体液流入口部を介して、体液流入室
から各中空糸内を流通し、その間、ハウジング内
において、各中空糸間および中空糸とハウジング
内壁との間に形成される透析液流通空間内に導入
された透析液と中空糸膜を介して物質の交換をお
こない、体液を浄化する。 このような場合、体液流入方向は、隔壁中空糸
束の中央部であるので、体液流入口部から体液流
入室に導入された体液の流れは、一般に、中空糸
束の中心部に向い、中空糸の数が多くしたがつて
物質交換能の高い周辺部では、流速が減少し、体
液が滞留しやすい傾向にある。 また、透析液流通空間において、中空糸束の周
囲には、一定程度の空間を設けなければならない
ので、体液流入側の隔壁の外周部には、構造上、
中空糸が存在しない領域がある。このため、体液
流入室の隔壁外周部では、体液の滞留が増加し、
残液が生じることになる。 さらに、体液流入ポートに、柔軟性の軟質のチ
ユーブを接続し、これに体液を流通させると、チ
ユーブが曲つた場合、体液の流れ方向にかたより
が生じ、体液流入室内で部分的な血液の滞留ない
し残液が発生しやすくなる。そして、これを解決
しようとして体液流入口部を長くすると装置全体
が大型化してしまう。 このように、従来の人工透析器では、体液流入
室内の体液流量にかたよりが生じ、血液の滞留な
いし残液が発生し、これにより、中空糸膜の有効
利用が妨げられ、また装置全体の交換効率が低下
し、さらには性能の安定性にも悪影響を及ぼして
いる。 そして、特に体液が固形成分を含むようなとき
には、中空糸束周辺部の体液の滞留により、物質
交換効率はより一層低下することになる。 なお、以上では、人工透析器について説明して
きたが、このような現象は、中空糸や管状体など
の細管束を備えた人工肺や、熱交換器において
も、同様に生じ、実用上問題となつている。 考案の目的 本考案は、このような実状に鑑みなされたもの
であつて、その主たる目的は、特に細管束周辺部
での体液の滞留ないし残液が少なく、交換効率の
向上した体液用の物質または熱交換装置を提供す
ることにある。 本考案者らは、このような目的につき種々検討
を行い、本考案をなすに至つた。 上記目的を達成するものは、両端が開口した筒
状のハウジングと、該ハウジング内にその長手方
向に沿つて設けられた複数本の物質または熱交換
用の細管束と、前記ハウジングの両端部において
各細管の内部を閉塞しないように該細管を液密に
支持する一対の隔壁と、前記ハウジングのそれぞ
れの端部に連結し、前記隔壁の外側に各細管の内
部と連通する体液流入室または体液流出室を形成
し、その各室のそれぞれに連通する体液流入口部
または体液流出口部を有する体液流入ポートおよ
び体液流出ポートとを有する体液用の物質または
熱交換装置において、体記体液流入口部は体液流
入ポートの中央部にありかつ中央軸線方向に沿つ
て形成された実質的に円柱状の内径が２〜３mmの
通路部を有し、前記体液流出口部は前記体液流入
口部の通路部より大きい最小内径を有し、さら
に、前記隔壁の中央部分に前記通路部の内径より
大きい径をもつ細管が存在しない領域を有する体
液用の物質または熱交換装置である。 さらに、前記円柱状通路部は、該円柱状通路部
の長さを前記体液流入口部開口端から体液流入室
側隔壁までの距離で除した値が、0.75〜0.9とな
る長さを有していることが好ましい。 さらに、前記体液流入ポートは、該ポートの内
壁が前記体液流入室側隔壁の体液流入室側外壁面
とほぼ平行な壁面を有し、該壁面が、体液流入口
部の円柱状通路部を形成する体液流入ポートの内
壁面と曲率をもつて連接していることが好まし
い。 また、前記体液流入口部は、該体液流入部開口
端近傍が、開口端に向かつて内径が大きくなるテ
ーパー状となつていることが好ましい。 さらに、前記体液流入室側隔壁は、該隔壁の中
央部が体液流入口部方向に向かつて突起している
ことが好ましい。 また、好ましくは前記細管が、透析用中空繊維
であり、前記体液用の物質または熱交換装置が人
工透析器である。 考案の具体的構成 以下、本考案の具体的構成を図面に沿つて詳細
に説明する。 第１図に示される本考案の実施例は、本考案を
使い捨て人工透析器に適用した例である。 図示のように、この人工透析器１は、両端が開
口した、例えばアクリロニトリル−スチレン共重
合樹脂製などの円筒状のハウジング２を備えてい
る。 このハウジング２の周壁２１によつて規定され
る内部空間には、ハウジング２の長手方向に並列
的に、例えば膜厚約16μｍの透析用中空糸膜から
なる細管３が、複数本、例えば6000ないし50000
本配置され細管の束を構成している。 この細管３を構成する中空糸膜は、例えば銅ア
ンモニウムセルロースによつて形成され、平径孔
径約30〜60Åを有するものである。 このような、中空糸膜等からなる細管束は、各
中空糸膜等の細管３の内部空間を閉塞しない状態
で、ハウジング２の両端部内において、一対の隔
壁４１，４５によつて支持されている。これら隔
壁４１，４５は、高分子ポツテイング材、例えば
ポリウレタンによつて形成されている。 そして、これらの隔壁４１，４５は、各中空糸
膜等の細管３およびハウジング２の周壁２１との
間に透析液流通空間５を規定している。 ハウジング２には、その両端付近の周壁２１に
おいて、透析液流通空間５と連通して透析液流入
口６１および透析液流出口６５が設けられてい
る。 他方、ハウジング２の両端面部には、それぞ
れ、血液流入、流出のための体液流入口部７１１
および体液流出口部７５１を有する体液流入ポー
ト７１および体液流出口部７５が取り付けられて
いる。 これら体液流入ポート７１および体液流出ポー
ト７５は、それぞれ、環状締付け部材８１，８５
の螺合締付けにより、ハウジング２に固着され
る。 そして、体液流入ポート７１および体液流出ポ
ート７５は、それぞれ、隔壁４１および４５との
間に血液の流入および流出のための体液流入室９
１および体液流出室９５を構成しており、体液流
入口部７１１および体液流出口部７５１は、それ
ぞれ、体液流入室９１および体液流出室９５を介
して、各中空糸膜３の内部空間と連通している。 なお、人工肺とするときには、中空糸膜とし
て、例えばポリプロピレン製などの疎水性の多孔
性中空糸膜を用い、透析液流入口６１および透析
液流出口６５を、それぞれ、ガス流入口およびガ
ス流出口として、ガスを流通させればよい。 また、熱交換器とするときには、例えばステン
レス製などの細管を用い、透析液流入口６１およ
び透析液流出口６５を用いて、温水等を流通させ
ればよい。 このような前提において、本考案においては、
体液流入口部７１１の最小内径ａが、体液流出口
部７５１の最小内径ｂより小さくされる。 この場合、例えば、従来の人工透析器ではａお
よびｂは４mm程度であり、このような場合や、ａ
を４mmより大きくしたときには、上述したよう
に、血液の滞留や残血が多く、交換効率が低い。 これに対し、本考案に従い、ａをｂより小さく
すれば、血液等の体液の流速が速くなり、体液流
入室９１内での細管の存在しない隔壁４１外周部
における血液の滞留ないし残血が少なくなり、ま
た隔壁４１外周部の細管３への流入量がふえ、交
換効率が向上する。 ただ、通常用いる装置寸法と、流通させる体液
の流量とを考慮に入れると、ａは３mm以下とする
ことが好ましい。 なお、ａはｂより小さくありさえすればよい
が、ａがあまりに小さくなると、装置内での圧力
が大きくなり、血液等の体液の損傷を招くので、
通常の条件下で、ａは２mm以上であることが好ま
しい。 他方、ｂをａよりも大きくすれば、ａを小さく
したことによる圧力増大（圧力損失）を下げる効
果があり、また体液流出ポート内での流速が小さ
くなる結果、細管束全体からの流出を均等化さ
せ、体液流出ポート内での血液の滞留も少なくな
る。 このような場合、通常の条件下でｂは、４mm以
上、特に４mm〜５mmであることが好ましい。 このようなａ＜ｂなる関係をもつ体液流入口部
７１１と体液流出口部７５１は、図示のように、
体液流入ポート７１または体液流出ポート７５の
中心軸線方向（すなわちポート７１，７５の径方
向中央部のハウジング長手方向）に沿つて、体液
流入口部または体液流出口部の開口端と同心状を
なす通路部としして形成されていることが好まし
い。 これにより、体液流入室９１、細管３、体液流
出室９５内での流れのかたよりがより一層少なく
なり、滞留、残血はさらに少なくなり、交換効率
が向上する。 このような場合、さらに、体液流入口部７１１
および体液流出口部７５１は、ハウジング２の長
手方向に沿つて形成された、内径ａまたはｂの、
実質的に円柱状をなす通路部を有するとより一層
好ましい結果をうる。 このとき、特に、体液流入口部７１１が円柱状
通路部を有することにより、流入速度を早められ
た体液の方向性が強くなり、体液流入ポート７１
に接合され、体液を供給するための軟質チユーブ
が屈曲したとしても、体液の流入方向が矯正さ
れ、その際の残血、滞留が減少し、交換効率の低
下が少なくなる。 そして、第１図に示されるように、体液流入口
部７１１の円柱状通路部長さをｃ、体液流出口部
７５１の円柱状通路部長さをｅ、体液流入口部７
１１開口端から体液流入室側隔壁４１までの距離
をｄ、体液流出口部７５１開口端から体液流出室
側隔壁４５までの距離をｆとしたとき、ｃ／ｄ＞
ｅ／ｆであると、さらに好ましい結果を得る。 このとき、体液流出室９１内では、隔壁外周部
への流れの方向性が強まり、他方、体液流出室９
５内では、流出血液の方向性が弱められるため、
細管束外周部での、体液流入室９１内、細管３
内、および体液流出室９５内の体液の滞留がきわ
めて少なくなり、交換効率がより一層向上するこ
とになる。 なお、このような効果の実効をより一層高いも
のとするために、通常の条件下においては、ｃ／
ｄは0.75〜0.9であり、ｅ／ｆは0.5〜0.7であるこ
とが好ましい。 さらに、本考案においては、体液流入方向（体
液流入口部７１１の延長方向）に位置する隔壁の
細管束の細管密度は、その他の部分（一般にその
外周部）の細管密度よりも小さくなければならな
い。 このように構成することにより、体液流入口部
７１１の延長方向（体液流入方向）に位置する細
管は少ないので、前記のような構成により、体液
流入室９１内にて隔壁４１の外周部に向かう流速
の速い体液は、有効に細管束外周部の細管３内に
流入することになり、また、体液流入室９１内の
隔壁４１外周部での滞留ないし残液が減少し、交
換効率が向上する。 また、体液流出口部７５１の内径は広いので、
体液流出室９５内での流速は小さくなつており、
しかも前記のように、外周部の細管密度をより大
きくすることにより、細管束外周部からの体液流
出が増加して、細管束全体からの流れが均等化
し、体液流出室９５内での体液の滞留が少なくな
り、これにより交換効率はさらに向上する。 このような場合、前記したように、体液流入口
部７１１および体液流出口部７５１は、体液流入
ポート７１または体液流出ポート７５の中央軸線
方向に沿つて設けることが好ましいので、隔壁の
中央部分を、周辺部よりも小さな細管密度とする
ことが好ましい。 そして、通常、体液流入方向（好ましくは隔壁
中央部分）において、先述の最小内径ａを径とす
る領域の密度（％）が０であるか、あるいは細管
束の最外周部の密度（％）の0.2程度以下となる
ようにすることが好適である。 なお、このような場合、隔壁の中央部（細管束
の径方向中央部）に、図示のように上記ａよりも
大きい径ｇ（通常、５〜15mm）をもつ、細管の存
在しない領域を設けると、より一層好ましい結果
をうる。 さらに、体液流入室９１の体液流入側壁面を形
成する体液流入ポート７１の内壁面７１５は、通
常、平坦に形成される隔壁４１の体液流入室側外
壁面４１１とほぼ平行となるように形成すること
が好ましい。 これにより、隔壁４１と内壁面７１５との間で
渦流となつて滞留する体液が減少し、交換効率は
より一層向上することになる。 この場合、前記のように両者がほぼ平行となる
ようにするには、体液流入室９１の体液流入側の
壁面を形成する体液流入ポート７１の内壁面７１
５が、隔壁４１の体液流入室側壁面４１１と平行
な方向ｐ（第１図参照）に対し、10゜以内、特に5゜
以内の角度α（第１図参照）で傾斜して、体液流
入口部７１１の円柱状の通路部を形成する体液流
入ポート７１の内壁面７１７と連接することが好
ましい。 さらに、この体液流入室９１の体液流入側の壁
面を形成し、隔壁４１の体液流入室側外壁面４１
１とほぼ平行な体液流入ポート７１の内壁面７１
５と、体液流入口部７１１の円柱状の通路部を形
成する体液流入ポートの内壁面７１７との間に連
接する内壁面７１９は、曲率をつて両者に連接す
ることが好ましい。 この内壁面７１９と、それに連接する内壁面７
１５，７１７との間に角部が存在すると、角部で
体液の滞留が生じて交換効率が低下する傾向にあ
るからである。 なお、体液流出ポート７５の内壁においては、
このような条件を満たしても、満たしていなくて
もよい。 このように構成してなる本考案の交換装置にお
いて、体液流入口部７１１の内径は、通常より小
さいものとされており、この結果、通常の体液供
給用チユーブと接合するためには、体液流入ポー
ト７１の体液流入口部７１１を形成する部分の肉
厚を厚くする必要がある。 このようなとき、供給される体液は、体液流入
口部７１１端面の体液流入ポート７１の肉厚部に
衝突することになるので、体液の損傷をより少な
くするためには、第２図に示されるように、体液
流入口部７１１の開口端近傍に、開口端に向つて
内径が太くなるテーパー７１１５を形成すること
が好ましい。 さらに、隔壁４１の体液流入室側壁面は、通常
平坦に形成するが、体液流入室９１内にて、細管
束外周部に向かう体液流をより強めるためには、
第３図に示されるように、体液流入方向に位置す
る体液流入室側隔壁４１外面（好ましくは隔壁４
１中央部）に突起４１５を一体的に、あるいは接
着等して形成することが好ましい。 考案の具体的作用効果 本考案の交換装置は、体液供給用および体液排
出用のチユーブを連結して、血液等の体液を体液
流入口部７１１、体液流入室９１、細管３、体液
流出室９５、体液流出口部７５１の順に流通させ
る。このとき、透析後、ガス、温水などを細管３
と接触するように流通させ、体液中の物質または
熱の交換を行う。 このような場合、本考案によれば、体液流入口
部７１１の最小内径ａが、体液流出口部７５１の
最小内径ｂより小さいので、体液の流入速度が速
くなる。同時に、体液流入方向に位置する隔壁の
細管束の細管密度は、その他の部分の細管密度よ
りも小さいので、十分な流量と流速をもつて、細
管束の外周部の細管３内に流入する。このため、
体液流入室９１内および細管３内での滞留が少な
くなる。 また、隔壁外周部の細管３の存在しない領域で
は、十分な流速をもつので、体液流入室９１外周
部での滞留や残液も少ない。 しかも、体液流出口部７５１の最小内径ｂは、
体液流入口部７１１の最小内径ａより大きいの
で、体液流出室９５内での流速は遅くなり、同時
に隔壁外周部の細管３からの流出量がふえるた
め、体液流出室９５内での滞留も減少する。 従つて、体液の滞留ないし残液はきわめて少な
くなり、この結果、物質交換効率または熱交換効
率が向上する。 さらに、体液流出口部７５１の内径が大きいの
で、体液の圧力損失は少なく、体液の損傷が少な
く、トランス・メンブラン・プレツシヤー
（TMP）が減少し、限外過量（UFR）の制御
が容易となる。 そして、これらの効果は、体液流入口部の最小
内径ａを２〜３mmとしたとき顕著となる。 また、上記実施態様によれば、上記実
施態様〜の構成をとつたとき、このよう
な効果がさらにすぐれたものとなる。 本考案者らは、このような効果を確認するため
種々実験を行つた。 以下にその１例を示す。 実験例 外径64mm、内径61mmのハウジングを用い、第１
図に示されるような人工透析器１を作製した。 この場合、中空糸としては、平均膜厚16μｍの
銅アンモニウムセルロースを9900本用いた。 体液流入口部７１１の最小内径ａ、円柱状通路
部長ｃ、体液流入口部開口端から隔壁までの距離
ｄ、体液流出口部７５１の最小内径ｂ、円柱状通
路部長ｅ、体液流出口部開口端から隔壁までの距
離ｆを表１にかえ、No.１〜５の５種の試料を得
た。 この場合、試料No.２〜５では、隔壁の径方向中
央部に８mm径の細管の存在しない領域（中心部細
管密度ρc＝０）を設け、その外周の領域の細管密
度ρoは55％とした。 一方、試料No.１では、細管束の細管分布は均一
とし、細管密度55％とした。（ρc＝ρo＝55％）。 次いで、供給チユーブおよび排出チユーブを連
結し、牛血および透析液をそれぞれ、200ml／分
および500ml／分にて流し、透析効率を評価する
ために、血中の尿素中の窒素量（BUN）を測定
した。 この場合、供給チユーブは曲げない状態で連結
した。 結果を表１に示す。 なお、各ポートにおいて、第１図に示される角
度αは、ｃ／ｄが0.85のときには0゜、また、ｃ／
ｄまたはｅ／ｆが0.64のときには10゜とした。ま
た、血液滞留の多少を確認するため、上記試料No.
１〜５にHt＝3.5の牛血を100ml／minにて循環し
たのち、生理食塩水を100ml／minにて２分間循
環したのちの血液の滞留を観察した。 結果を表１に示す。

【表】 表１に示される結果から、本考案によれば、体
液の滞留がきわめて少なくなり、かつ交換効率が
向上することがわかる。 なお、供給チユーブを曲げて連結して、同様に
BUN値を測定したところ、No.２〜５では、ほぼ
同等の値が得られたのに対し、No.１ではBUN値
が大きく低下した。また、No.５では過剰除水の傾
向があつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の体液用の物質または熱交換
装置を人工透析器に適用したときの実施例を示
す、一部を断面にて表わす正面図である。第２図
は、本考案の体液流入ポートの他の例を示す断面
図である。第３図は、本考案の別の実施例を示
す、一部省略断面図である。 １……人工透析器、２……ハウジング、３……
細管、４１，４５……隔壁、７１……体液流入ポ
ート、７１１……体液流入口部、７５……体液流
出ポート、７５１……体液流出口部、９１……体
液流入室、９５……体液流出室。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 両端が開口した筒状のハウジングと、該ハウ
   ジング内にその長手方向に沿つて設けられた複
   数本の物質または熱交換用の細管束と、前記ハ
   ウジングの両端部において各細管の内部を閉塞
   しないように該細管を液密に支持する一対の隔
   壁と、前記ハウジングのそれぞれの端部に連結
   し、前記隔壁の外側に各細管の内部と連通する
   体液流入室または体液流出室を形成し、その各
   室のそれぞれに連通する体液流入口部または体
   液流出口部を有する体液流入ポートおよび体液
   流出ポートとを有する体液用の物質または熱交
   換装置において、前記体液流入口部は体液流入
   ポートの中央部にありかつ中央軸線方向に沿つ
   て形成された実質的に円柱状の内径が２〜３mm
   の通路部を有し、前記体液流出口部は前記体液
   流入口部の通路部より大きい最小内径を有し、
   さらに、前記隔壁の中央部分に前記通路部の内
   径より大きい径をもつ細管が存在しない領域を
   有することを特徴とする体液用の物質または熱
   交換装置。 (2) 前記円柱状通路部は、該円柱状通路部の長さ
   を前記体液流入口部開口端から体液流入室側隔
   壁までの距離で除した値が、0.75〜0.9となる
   長さを有している実用新案登録請求の範囲第１
   項に記載の体液用の物質または熱交換装置。 (3) 前記体液流入ポートは、該ポートの内壁が前
   記体液流入室側隔壁の体液流入室側外壁面とほ
   ぼ平行な壁面を有し、該壁面が、体液流入口部
   の円柱状通路部を形成する体液流入ポートの内
   壁面と曲率をもつて連接する実用新案登録請求
   の範囲第１項または第２項に記載の体液用の物
   質または熱交換装置。 (4) 前記体液流入口部は、該体液流入部開口端近
   傍が、開口端に向かつて内径が大きくなるテー
   パー状となつている実用新案登録請求の範囲第
   １項ないし第３項のいずれかに記載の体液用の
   物質または熱交換装置。 (5) 前記体液流入室側隔壁は、該隔壁の中央部が
   体液流入口部方向に向かつて突起している実用
   新案登録請求の範囲第１項ないし第４項のいず
   れかに記載の体液用の物質または熱交換装置。 (6) 前記細管が、透析用中空繊維であり、前記体
   液用の物質または熱交換装置が人工透析器であ
   る実用新案登録請求の範囲第１項ないし第５項
   のいずれかに記載の体液用の物質または熱交換
   装置。