JPH0357784B2 - - Google Patents

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
がつて、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
下させることがあつた。

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け結
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。

よつて、上記第二の方法が好ましいことが解つ
た。

しかし、上記方法を用いる場合、ガス排出口と
吸引手段とチユーブなどを用いて連通しなければ
ならないため、ガス排出口が開放状態とならず、
よつて、結露水によるガス排出口の閉塞、また連
通するチユーブの折れ曲がりなどによりチユーブ
が閉塞する危険性があり、実質的にガス排出口が
閉塞させた状態となり、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。

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、前記ガス通路と
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
記血液通路と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ルブ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
なつ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つた時に開放
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つた時に閉塞する
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。

発明の具体的説明 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１２，１３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
するガス導入口５を有するキヤツプ状のガス導入
側ポート６と、隔壁１３の下方に設けられ中空糸
膜４の内部空間に連通するガス排出口７を有する
キヤツ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
通する血液流入ポート９および血液流出ポート１
０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１
１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。

よつて、人工肺１は平膜型、中空糸膜型のいず
れでもよく、また、中空糸の内部に血液を流す通
常のタイプの人工肺でもよい。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、多孔質膜であつて、内径100〜
1000μｍ、肉厚は５〜200μｍ、好ましくは10〜
100μｍ、空孔率は20〜80％、好ましくは30〜60
％、また細孔径は0.01〜5μｍ、好ましくは0.01〜
1μｍ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疏水性高分子材料
が用いられる。好ましくは、ポリオレフイン系樹
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
向けて約5000〜100000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はハウジング
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により液密状態に固定
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ポツテイング剤で形成され
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。
よつて、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を有
するガス導入側ポート６が、隔壁１３の外側には
ガス排出口７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、締め付け
リング１５を用いて行なわれる。また締め付けリ
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つたときに閉
塞状態となつているような弁である。

多孔質膜のバブルポイントとは、多孔質膜の一
方に気体を接触させ、他方に液体を接触させたと
き、多孔質膜より液体側に気泡が流入するときの
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。

まず第一の形態は、通常状態つまりガス流入中
であつ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バブルポイント
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ユー
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０〜50cmAq程度で
あり、またガス通路側の圧力は通常０〜10cmAq
程度である。よつて、弁はガス排出側ポート内部
の圧力が10cmAq以上となつたとき、より安全に
は５cmAq以上となつ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、ラテツクスゴムなどのゴム、ポリオレフ
インエラストマー、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。よつて、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10cm
Aq以上となつたとき、より安全には５cmAq以上
となつ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
ートの孔に押しつけ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
つ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
が陰圧となつ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つ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
チユ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、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
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−
５〜1000cmAq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５cmAq、
より確実には１cmAq以上低くなつたときに閉塞
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つたときに閉塞
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３
４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、ラテツクスゴムなどのゴム、ポリオレフイン
エラストマー、ポリアミドエラストマー、ポリウ
レン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。よつて、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５cmAq、より確実には１cmAq以上低く
なつ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つ張り、か
つガス排出側ポート内部が、大気圧より５cmAq、
より確実には１cmAq以上低くなつたときに弁部
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
周に接し孔を閉塞越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、ガス排出口７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、トラツプ２２と、トラツプ２２と
ガス排出口７とを連通するチユーブ２４と、吸引
装置２６と、この吸引装置２６とトラツプ２２と
を接続する接続チユーブ２８とからなつている。
トラツプ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２
６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ツプ２２まで吸
引するものである。吸引装置２６はガス通路に10
／分以上の気流を発生し得る能力を有すること
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）を連通する途中にバルブ（例えば
手動開閉コツク）３２を有する空気導入ポート３
０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、バルプ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80mm）に多孔質中空糸
膜（内径150μｍ、外径240μｍ）約50000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３m²であつ
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けリングを用いてい取
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７mmの孔を有し、この孔を覆う
ように半楕円状（直線部分の長さ約20mm、直線部
分から円弧の頂点までの長さが約20mm）をしたシ
リコンゴム（厚さ３mm）にて形成した弁部材をそ
の直線部分の端部から約３mm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け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10／分で流入させ、血液流入ポートより牛血
を５／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
することはなかつた。

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の同様なものとした。

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10mm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１mm）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30mm）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３／分で流入させ、血液流入ポートより牛血
を３／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
け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20／分程度の気流が発生しているもの
と思われる。またこの時のガス排出側ポート内の
圧力が−10cmAq程度となつたとき弁部材は、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２０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口７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
生した結露水を除去するためにガス排出口７に取
り付けて使用される吸引手段の作動中は上記弁１
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
されたガス交換膜と、前記ガス通路と連通するガ
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、前記血液通路
と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
孔質膜のバルブ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つたとき
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つた時に開放
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ユ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陰圧になつた時に閉塞する
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
露水吸引手段のチユ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
せたときに、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。 １……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、１０……血液流出ポ
ート、１１……弁、２０……筒状ハウジング、２
６……吸引装置、３０……空気導入ポート、３４
……孔、３６……弁部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、前記ガス通路と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、前記血液通路と連通する血液流
   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つ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 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つた時に開放する
   ものである特許請求の範囲第１項に記載の人工
   肺。 ３ 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つた時に閉塞するも
   のである特許請求の範囲第１項に記載の人工肺。 ４ 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。