JPH0613843U - 血液処理用モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 血液の滞留が少なく、かつ各中空糸へ血液を
均等に分配することのできる血液ポートを有する血液処
理用モジュールを提供する。 【構成】 ロート状の内部空間を有し、かつその頂部に
血液導入口または血液導出口を設けたポートを、端部が
開口した中空糸束を収容した円筒型のハウジングの両端
に液密に取着した血液処理用モジュールであって、該血
液ポートの内部形状を血液導入口および血液導出口の内
径φが3〜5mmで、血液ポートの端部の内径ψと血液導入
口の内径φとの比が6〜14となるように形成するととも
に、該血液導入口と血液ポート斜面の接点に設けた平径
Ｒが4〜12mmで、血液ポート斜面の傾斜角θが4〜10度と
なるよう構成。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は血液の滞留が少なく、かつ各中空糸へ血液を均等に分配することので きる血液ポートを有する血液処理用モジュールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来より、中空糸を使用して血液の浄化、血液中の特定成分の分離が行われて いる。かかる血液処理用モジュールとして、血液透析器、血漿分離器、人工肺等 が広く使用されている。 このようなモジュールは一般に円筒型のものが多く、その一例として円筒型の 血液透析器の構造を図７に示す。

【０００３】 図７において、１は血液を中空糸５の内部空間に導き、かつ外部と隔離するた めの断面が円形の入口側血液ポートであり、血液１０は血液ポート上部に設けた 血液導入口２０より導入される。１ａは中空糸の内部空間を通過してきた血液を 集合させ一定の大きさの管に血液導出口２０ａより導出し、かつ外部と隔離する ための断面が円形の出口側血液ポートである。２は血液ポート１または血液ポー ト１ａがハウジング３と分離しないように、また、血液ポート内に導かれた血液 が外部に洩れずに中空糸５の内部空間に導くために血液ポート１または血液ポー ト１ａをパッキン１２を介して中空糸束を固定する隔壁６に密着させるための固 定キャップである。ハウジング３は好ましくは円筒型であって透明で硬質の合成 樹脂で作られ、その内部空間９には数1,000〜20,000本程度の中空糸５が充填さ れている。

【０００４】 またこのハウジング３には、透析液の導入口４および導出口４ａが設けられて いる。中空糸５は、ハウジング３の内部空間９に多数充填され、その両端は血液 適合性に優れた隔壁６で液密に固定され、しかも中空糸５の内部空間は血液ポー トの内部空間８と連通している。隔壁６は一般にポリウレタン樹脂が使用されて いるが、この隔壁６によって血液ポートの内部空間８は、ハウジング３の内部空 間９と隔離され、血液ポートの内部空間８およびハウジング３の内部空間９は中 空糸５の壁膜を介してのみ接触するようになっている。

【０００５】 すなわち導入される血液１０は入口側血液ポート内の空間８を経由して中空糸 の内部空間に入り、中空糸の壁膜を介して血液中の有害物をハウジング３の内部 空間９に排出し、清浄になった血液は出口側血液ポート１ａの内部の空間を経由 して体内にもどされる。一方ハウジング３の内部空間９に排出された有害物は導 入口４より導入された透析液１１によって選ばれ導出口４ａを経由して外部へ取 り出される。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

このような従来の円筒型のモジュールにおいて、使用される血液ポート１はそ の構造上、血液ポートの入口点Ａより血液ポートの水平に曲がる点Ｂまでの距離 が、点Ｂより中空糸束の切断面７上の点Ｃまでの距離に比べて非常に長く、しか も中空糸束の切断面７の上部空間に広がる血液ポートの平坦部分の長さが相対的 に長いために、血液が血液ポートに導入された際、それ自身の持つ流速をほとん ど分散しないままに、先ず中空糸束の切断面の中央部に衝突し、次いで当該中空 糸の内部空間の圧力や当該中空糸束を固定する隔壁によって大部分の血液が外周 部の中空糸へ分散される。

【０００７】 従って血液の中空糸の内部空間を流れる速度は、中央部が速く、逆に外周部は 遅くなる。また血液ポートの内部空間の外周部では血液が滞留する領域が発生す る。その結果、血液処理器としての性能が低下するとともに、血液処理後返血す る際に、返血速度が中空糸束の中央部と外周部で異なるため、外周部に近い中空 糸の内部空間や、血液が滞留した領域に残血現象を引き起こす。特に中空糸とし て疎水性高分子からなる重合体、例えばポリスルホン、ポリアミド、ポリアクリ ロニトリルが使用されているもの、またＣＡＶＨ、血漿分離器等の低い血液流量 で血液処理を行うものについて、血液ポートの外周部における血液の滞留を避け ることは困難である。

【０００８】 かかる従来の血液ポートの欠点を解消するため実公平2-29961号にはロート状 の内部空間を有し、かつその頂部に血液導入口または血液導出口を設け、さらに 周辺部形状を規定した血液ポートを用いた装置が提案されている。しかしながら 、この装置では、低い血液流量の場合に血液ポート周辺部に大きな滞留領域を生 じやすく、かつ中空糸束へ供給される血液の流速が不均一になりやすいという欠 点があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案者らは、中空糸に使用される重合体や血液処理時の血液流量によらず、 血液ポートの内部空間で血液の滞留が少なく、かつ各中空糸へ血液を均等に分配 することのできる血液ポートを有するモジュールを提供するため、ロート状の内 部空間を有し、かつその頂部に血液導入口または血液導出口を設けた各種形状の 血液ポートの内部空間での血液の流れを有限要素法を用いて解析するとともに、 血液ポートを試作して血液の流れを観察したところ、血液導入口の内径、血液ポ ートの端部の内径と血液導入口の内径との比、血液導入口と血液ポート斜面の接 点に設けた平径および血液ポート斜面の傾斜角との関係が重要であることを見い だし本考案に到達したものである。

【００１０】 すなわち本考案は、ロート状の内部空間を有し、かつその頂部に血液導入口ま たは血液導出口を設けた各種形状の血液ポートを、端部が開口した中空糸束を収 容したハウジングの両端に液密に取着してなる血液処理用のモジュールであって 、該血液ポートの内部形状を血液導入口および血液導出口の内径φが3〜5mmで、 血液ポートの端部の内径ψと血液導入口の内径φとの比が6〜14となるように形 成するとともに、該血液導入口と血液ポート斜面の接点に設けた平径Ｒが 4〜12 mmで、血液ポート斜面の傾斜角θが2〜10度となるよう構成したことを特徴とす る血液処理用モジュールである。

【００１１】

【作用】

本考案によれば、血液入口側の血液ポートの頂部から内部空間に導入された血 液は、血液導入口あるいは各中空糸１本当たりの血液流量によらず血液導入口と 血液ポート斜面の接点に設けた平径Ｒと斜面の傾斜角θで規定される緩やかに拡 大する流路を流下するに従い、その流速が漸減するとともに、流れの方向を血液 ポート周辺部に変えるため血液ポート外周部での流速の急激な低下がなく、血液 ポートの内部空間で血液の流速をほぼ均一に分散されることができる。また血液 ポート底部の中空糸束の切断面においては均一な圧力分布となるので、各中空糸 端より流入する血液の流れも均一になるため全体としての血液流量も増加し、透 析効率あるいは限外濾過効率等も向上するという効果も有している。

【００１２】

【実施例】

次に本考案の血液処理用モジュールの一実施例を図面にて説明する。図１は血 液入口側ポート１の内部空間を拡大して示した略図であり、血液ポートは下側に 凸の緩やかな傾斜を有するロート状の内部空間をなし、その頂部に血液導入口２ ０が設けられている。また血液ポートの下側には隔壁６により固定され、かつ血 液ポートの内部空間に開口する多数の中空糸５が収容されている。第１図におい て、血液導入口２０の内径をφ、血液ポートの端部の内径をψ、血液導入口２０ とロート状内部空間を形成する血液ポート斜面ｂの接点に設けた平径をＲ、血液 ポート斜面ｂの傾斜角度をθとする。

【００１３】 また、隔壁６と接する血液ポート端部における接線ａと隔壁６には角度ξ、血 液ポート端部における垂線ｃと血液ポート斜面の延長線ｂとの接点に平径ｒの曲 面を設け、隔壁６からの交点までには距離ｈ、血液ポート端部と中空糸束の包絡 線には距離ｄが設けられている。このξ、ｈ、ｄは血液が血液ポート周辺部にお いてなめらかに移動できるように設けるため、実開昭63−100051号に提案されて いる各種血液ポートと略同一のξ（通常60〜85度）、ｈ（通常1.5〜3.5mm）、ｄ （通常1.0〜2.0mm）を用いることができる。上記φ、Ｒ、θは、血液を血液導入 口に平均流速ｖ、各中空糸１本当たりに平均流速ｕで導入したときの血液ポート の内部空間での等速度線を計算によって求め、流速が0.01cm/sec以下の領域（斜 線部）を滞留と見なして好適な範囲を求めた。

【００１４】 以下の検討はいづれもξ＝75度、ｈ＝2.0mm、ｄ＝2.0mm、ｒ＝1.5mmとした。 また各図に記載した数値は血液ポート内の血液流速（cm/sec）を示す。図２はＲ ＝8.0mm、θ＝6度に設定し、血液をｖ=25cm/sec、ｕ＝1.0cm/secで導入したとき の血液導入口の内径φによる影響を検討した図であり、図２ａはφ＝2.0mm、ψ ＝24mm、図２ｂはφ＝4.0mm、ψ＝44mmのときの等速度線図である。φ＝2.0mmの 場合には、血液ポート周辺部に大きな滞留領域を生じ、かつ中空糸束へ供給され る血液の流速が不均一となり中心部では大で周辺部で小となっている。一方φ＝ 4.0mmでは、滞留領域が小さく、かつ血液を中空糸束へ均一な流速で供給するこ とができる。従って血液導入口の内径φは3.0mm以上が適当であり、通常3.0〜5. 0mmの範囲が好ましい。

【００１５】 図３はφ＝4.0mm、θ＝6度、ψ＝44mmに設定し、血液をｖ=25cm/sec、ｕ＝1.0 cm/secで導入したときの血液導入口とロート状内部空間を形成する血液ポート斜 面の接点に設けた平径Ｒによる影響を検討した図であり、図３ａはＲ＝2.0mm、 図３ｂはＲ＝14.0mmのときの等速度線図である。Ｒ＝2.0mmの場合には流速の乱 れが大きく、Ｒ＝14.0mmの場合には血液ポート周辺部での滞留領域が大きい。一 方Ｒ＝8.0mm（図２ｂ）では、周辺部での滞留領域が小さく、かつ流速の乱れが ないことがわかる。従ってＲは4.0〜12.0mmが適当であり、6.0〜10.0mmが好適で ある。

【００１６】 図４はφ＝4.0mm、Ｒ＝8.0mm、ψ＝44mmに設定し、血液をｖ=25cm/sec、ｕ＝1 .0cm/secで導入したときの血液ポート斜面の傾斜角θによる影響を検討した図で あり、図４ａはθ＝2度、図４ｂはθ＝12度のときの等速度線図である。θ＝2度 の場合には血液ポート周辺部での滞留領域が大きく、θ＝12度の場合には流速の 乱れが大きい。一方θ＝6度（図２ｂ）では、周辺部での滞留領域が小さく、か つ流速の乱れがないことがわかる。従ってθ＝4〜10度が適当であり、6〜8度が 好適である。

【００１７】 図５はφ＝4.0mm、ψ＝60mmに設定し、血液導入口に平均流速ｖ＝25cm/sec、 各中空糸１本当たりの平均流速ｕ＝0.5cm/secで血液を導入したときの血液ポー トの内部空間での等速度線を実施例１と同様の方法で求めて得られた好適な形状 であり、Ｒ＝8.0〜12.0mm、θ＝8〜10度が好適に使用することができる。図６は φ＝4.0mm、ψ＝32mmに設定し、血液をｖ＝10cm/sec、ｕ＝1.0cm/secで導入した ときの血液ポートの内部空間での等速度線を実施例１と同様の方法で求めて得ら れた好適な形状であり、Ｒ＝8.0〜12.0mm、θ＝8〜10度が好適に使用することが できる。

【００１８】

【実験例】

次に本考案による血液処理用モジュールを用いて血液透析を行った結果を示す 。 試作した血液ポートを組み込んだ内径200μmのポリスルホン中空糸を10000本 収容（有効膜面積1.8ｍ↑2）した中空糸モジュールを使用して血液透析を行った 。抗凝固剤としてヘパリンを用い、透析時間は５時間とした。使用後の装置内の 凝血の程度を目視により観察し、必要に応じて血液ポート部を分解して確認した 結果を表１に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】 表１における結果は次の４段階で評価した。 ◎：残血がほとんど認められない。 ○：残血が認められるが実用上支障ない。 △：残血がやや多い。 ×：残血が非常に多い。

【００２１】 なお、No.1及びNo.4は開始後３〜４時間で凝固傾向が認められたため、途中で 透析を中止した。一方No.2及びNo.8の装置は残血もなく順調に透析することがで きた。

【００２２】

【考案の効果】

本考案の血液処理用モジュールは特定の形状の血液ポートを使用することによ り、血液流量によらず血液ポートの内部空間での血液の滞留を少なくすることが できるとともに中空糸束に均一に血液を供給することができるため透析効率ある いは限外濾過効率等も向上させることができるという優れた効果を有しており、 実用上極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の血液処理用モジュールに用いる血液ポ
ートの略図である。

【図２】各血液ポートにおける内部空間での血液の等速
度線を示す図である。

【図３】各血液ポートにおける内部空間での血液の等速
度線を示す図である。

【図４】各血液ポートにおける内部空間での血液の等速
度線を示す図である。

【図５】各血液ポートにおける内部空間での血液の等速
度線を示す図である。

【図６】各血液ポートにおける内部空間での血液の等速
度線を示す図である。

【図７】従来の血液処理用モジュールの一部断面図であ
る。

【符号の説明】

６・・隔壁、 ２０・・血液導入口 φ・・血液導入口又は導出口の内径、 ψ・・血液ポー
ト端部の内径 Ｒ・・血液ポート斜面の接点に設けた平径、 θ・・血
液ポート斜面の傾斜角

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロート状の内部空間を有し、かつその頂
   部に血液導入口または血液導出口を設けたポートを、端
   部が開口した中空糸束を収容した円筒型のハウジングの
   両端に液密に取着した血液処理用モジュールであって、
   該血液ポートの内部形状を血液導入口および血液導出口
   の内径φが3〜5mmで、血液ポートの端部の内径ψと血液
   導入口の内径φとの比が6〜14となるように形成すると
   ともに、該血液導入口と血液ポート斜面の接点に設けた
   平径Ｒが4〜12mmで、血液ポート斜面の傾斜角θが4〜10
   度となるよう構成したことを特徴とする血液処理用モジ
   ュール。