JPH0732801B2 - 熱交換器一体型人工肺 - Google Patents
熱交換器一体型人工肺Info
- Publication number
- JPH0732801B2 JPH0732801B2 JP63024908A JP2490888A JPH0732801B2 JP H0732801 B2 JPH0732801 B2 JP H0732801B2 JP 63024908 A JP63024908 A JP 63024908A JP 2490888 A JP2490888 A JP 2490888A JP H0732801 B2 JPH0732801 B2 JP H0732801B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- blood
- inner cylinder
- outer cylinder
- cylinder
- hollow fiber
- Prior art date
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は中空糸外側に血液を流し、酸素は中空糸内に導
入する方式であって、その中に熱交換器を内蔵したタイ
プの人工肺に係り、更に詳しくは、血液と酸素が中空糸
を介して良好に接触でき、しかも装置を極めてコンパク
トにすることができる熱交換器一体型人工肺に関する。
入する方式であって、その中に熱交換器を内蔵したタイ
プの人工肺に係り、更に詳しくは、血液と酸素が中空糸
を介して良好に接触でき、しかも装置を極めてコンパク
トにすることができる熱交換器一体型人工肺に関する。
［従来の技術］ 人工肺には大別して気泡型と膜型とがあるが、ガス交換
膜を用いる膜型人工肺は気泡型と比べ、ガス交換方式が
より生理的であり、血液への悪影響が少ないという利点
がある。
膜を用いる膜型人工肺は気泡型と比べ、ガス交換方式が
より生理的であり、血液への悪影響が少ないという利点
がある。
ガス交換方式には、中空糸の中空部に血液を流し、中空
糸外部に気体を流す方式と、その逆に、中空糸の中空部
に気体を流し、中空糸外部には血液を流す方式がある。
糸外部に気体を流す方式と、その逆に、中空糸の中空部
に気体を流し、中空糸外部には血液を流す方式がある。
［発明が解決をしようとする課題］ しかしながら、中空部に血液を流す方式においては、血
液入口、出口間の圧力損失が大きくなり、人工肺に流入
する側の血液回路内圧が上昇し、過度の場合、ローラー
ポンプのラテックスゴムチューブが大きく膨らみ破裂の
危険がある。更に、回路内圧が高い場合、赤血球破壊が
多いことも知られている。
液入口、出口間の圧力損失が大きくなり、人工肺に流入
する側の血液回路内圧が上昇し、過度の場合、ローラー
ポンプのラテックスゴムチューブが大きく膨らみ破裂の
危険がある。更に、回路内圧が高い場合、赤血球破壊が
多いことも知られている。
また、中空糸外側に血液を流す方式にあっては、一般に
血液を均一に分散することが困難で、その結果、血液と
酸素を充分に接触させることが困難であるという問題が
ある。
血液を均一に分散することが困難で、その結果、血液と
酸素を充分に接触させることが困難であるという問題が
ある。
さらに、このような人工肺においては、体内に返血する
際、血液温度を36〜37℃程度の所定温度に保持する必要
があるが、上記従来の人工肺にあっては、人工肺の外部
に熱交換器を配置し、それにより血液温度を所定に保持
されており、装置全体が大型になっていた。
際、血液温度を36〜37℃程度の所定温度に保持する必要
があるが、上記従来の人工肺にあっては、人工肺の外部
に熱交換器を配置し、それにより血液温度を所定に保持
されており、装置全体が大型になっていた。
［課題を解決するための手段］ そこで、本発明者は前記課題を解決し、良好なガス交換
を行なうことができ、さらに全体としてコンパクトな人
工肺を提供するため鋭意研究した結果、本発明に到達し
たのである。
を行なうことができ、さらに全体としてコンパクトな人
工肺を提供するため鋭意研究した結果、本発明に到達し
たのである。
即ち、本発明によれば、両端部より中心部の径を大きく
した第一の内筒と、第一の外筒を設け、該第一内筒と第
一外筒の間に第一内筒と第一外筒の長手軸方向に沿って
多孔質中空糸を配置し、第一内筒、第一外筒ならびに中
空糸の両端開口部にて該第一内筒外面、第一外筒内面及
び中空糸外面を支持部材により気密に支持してなるガス
交換部と、 第二の内筒と第二の外筒を設け、該第二内筒と第二外筒
の間に熱交換用チューブを巻装してなる、前記ガス交換
部の外部に一体的に設けられた熱交換部 とからなる熱交換器一体型人工肺であって、 ガス交換部の第一の外筒端部に設けた血液導入口より血
液を中空糸外側に流すとともに酸素は中空糸の中空部に
導入してガス交換を行い、次いでガス交換された血液は
前記第一の内筒端部に設けた通過口により熱交換部に導
入され、熱交換部の前記第二の内筒と第二の外筒の間に
貯血されつつ前記熱交換用チューブの外側を通過しなが
ら熱交換されて排出されることを特徴とする熱交換器一
体型人工肺、が提供される。
した第一の内筒と、第一の外筒を設け、該第一内筒と第
一外筒の間に第一内筒と第一外筒の長手軸方向に沿って
多孔質中空糸を配置し、第一内筒、第一外筒ならびに中
空糸の両端開口部にて該第一内筒外面、第一外筒内面及
び中空糸外面を支持部材により気密に支持してなるガス
交換部と、 第二の内筒と第二の外筒を設け、該第二内筒と第二外筒
の間に熱交換用チューブを巻装してなる、前記ガス交換
部の外部に一体的に設けられた熱交換部 とからなる熱交換器一体型人工肺であって、 ガス交換部の第一の外筒端部に設けた血液導入口より血
液を中空糸外側に流すとともに酸素は中空糸の中空部に
導入してガス交換を行い、次いでガス交換された血液は
前記第一の内筒端部に設けた通過口により熱交換部に導
入され、熱交換部の前記第二の内筒と第二の外筒の間に
貯血されつつ前記熱交換用チューブの外側を通過しなが
ら熱交換されて排出されることを特徴とする熱交換器一
体型人工肺、が提供される。
［作用］ 中空糸外側を流れてきた血液は、ガス交換部の第一の内
筒端部に設けられた通過口（血液流出孔）を通して熱交
換部の第二内筒と第二外筒の間に一旦に貯留される。熱
交換部の第二内筒と第二外筒の間には熱交換用チューブ
が内蔵されており、その外側を血液が流れる。
筒端部に設けられた通過口（血液流出孔）を通して熱交
換部の第二内筒と第二外筒の間に一旦に貯留される。熱
交換部の第二内筒と第二外筒の間には熱交換用チューブ
が内蔵されており、その外側を血液が流れる。
このように熱交換部の第二内筒と第二外筒の間に血液を
一旦貯留すると、第一の外筒端部に設けた血液導入口よ
り導入された血液は、中空糸外側を流れるに際し、中心
に向って流れることになるため、血液と酸素ガスとの接
触が良好に行なわれる。
一旦貯留すると、第一の外筒端部に設けた血液導入口よ
り導入された血液は、中空糸外側を流れるに際し、中心
に向って流れることになるため、血液と酸素ガスとの接
触が良好に行なわれる。
また、血液は熱交換器の第二内筒と第二外筒の間に設け
られている熱交換用チューブの外側をゆっくりと流れる
ため、熱交換が充分に行われ、血液は所定温度に保たれ
る。
られている熱交換用チューブの外側をゆっくりと流れる
ため、熱交換が充分に行われ、血液は所定温度に保たれ
る。
［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基き、本発明を説明する。
第１図は、本発明の熱交換器一体型人工肺の一実施例を
示す断面図である。
示す断面図である。
本実施例の人工肺は、ガス交換部Ｉと、その上部に一体
的に配設された熱交換器IIとから構成されている。
的に配設された熱交換器IIとから構成されている。
１は血液Ａを導入するための血液導入口であり、外筒２
の下部に設けられている。ガス交換部Ｉの外筒（第一の
外筒）２とガス交換部Ｉの内筒（第一の内筒）３の間に
は、多数の多孔質中空糸４が配設されており、第一の外
筒２、第一の内筒３ならびに多孔質中空糸４の両端部に
おいては、第一の外筒２の内面、第一の内筒３の外面な
らびに多孔質中空糸４の外面が接着剤（支持部材）５に
より気密に支持されている。また、多孔質中空糸４の下
端部には酸素ガスＢの導入口６が設けられ、又多孔質中
空糸４の上端部には交換されたガスの出口７が設けられ
ている。
の下部に設けられている。ガス交換部Ｉの外筒（第一の
外筒）２とガス交換部Ｉの内筒（第一の内筒）３の間に
は、多数の多孔質中空糸４が配設されており、第一の外
筒２、第一の内筒３ならびに多孔質中空糸４の両端部に
おいては、第一の外筒２の内面、第一の内筒３の外面な
らびに多孔質中空糸４の外面が接着剤（支持部材）５に
より気密に支持されている。また、多孔質中空糸４の下
端部には酸素ガスＢの導入口６が設けられ、又多孔質中
空糸４の上端部には交換されたガスの出口７が設けられ
ている。
ここで、第一の内筒３はその中央部の径を両端部の径よ
り大きく、即ち中央部が凸状状となっており、従って、
第一の外筒２と第一の内筒３の間に配設される多孔質中
空糸４の充填密度は端部にゆくにつれ低くなるものであ
る。
り大きく、即ち中央部が凸状状となっており、従って、
第一の外筒２と第一の内筒３の間に配設される多孔質中
空糸４の充填密度は端部にゆくにつれ低くなるものであ
る。
一方、熱交換部IIの内筒（第二の内筒）12と外筒（第二
の外筒）11の間には、血液を所定の温度に保持させるた
めの熱交換用チューブ８が設けられている。
の外筒）11の間には、血液を所定の温度に保持させるた
めの熱交換用チューブ８が設けられている。
以上の構成において、血液Ａは血液導入口１より人工肺
ガス交換部Ｉの内部に入り、次いで第一の外筒２と第一
の内筒３の間に配設された多孔質中空糸４の外側部を下
方に流れる。この際、血液Ａは、酸素ガス導入口６より
多孔質中空糸４の中空部に送入された酸素ガスと該多孔
質中空糸４に形成された細孔を介して接触してガス交換
を行なう。血液Ａは、次いでガス交換部Ｉの第一の内筒
３の上部の円周方向に所定数設けられた通過口９より第
一の内筒３の内側に導かれ、ここで血液は一旦貯留され
る。このように血液は血液導入口１より中心に向って上
昇しながら通過口９を介して第一の内筒３の内側に導か
れ、一旦貯留されるようになっているため、血液Ａが多
孔質中空糸４の外側部と万遍なく接触し、該中空糸４の
中空部を通っている酸素ガスとのガス交換が充分且つ良
好に行なわれることとなる。なお、第一の内筒３の円周
方向に設ける通過口９の口径、数は、内筒、外筒の径、
長さ等によって異なるが、少なくとも血液が多孔質中空
糸と万遍なく接触し得るように設けることが必要であ
る。通常、その口径は１〜15mm（φ）、ピッチは２〜90
mmで形成される。
ガス交換部Ｉの内部に入り、次いで第一の外筒２と第一
の内筒３の間に配設された多孔質中空糸４の外側部を下
方に流れる。この際、血液Ａは、酸素ガス導入口６より
多孔質中空糸４の中空部に送入された酸素ガスと該多孔
質中空糸４に形成された細孔を介して接触してガス交換
を行なう。血液Ａは、次いでガス交換部Ｉの第一の内筒
３の上部の円周方向に所定数設けられた通過口９より第
一の内筒３の内側に導かれ、ここで血液は一旦貯留され
る。このように血液は血液導入口１より中心に向って上
昇しながら通過口９を介して第一の内筒３の内側に導か
れ、一旦貯留されるようになっているため、血液Ａが多
孔質中空糸４の外側部と万遍なく接触し、該中空糸４の
中空部を通っている酸素ガスとのガス交換が充分且つ良
好に行なわれることとなる。なお、第一の内筒３の円周
方向に設ける通過口９の口径、数は、内筒、外筒の径、
長さ等によって異なるが、少なくとも血液が多孔質中空
糸と万遍なく接触し得るように設けることが必要であ
る。通常、その口径は１〜15mm（φ）、ピッチは２〜90
mmで形成される。
内筒３の内側に流入した血液は、熱交換部IIの第二の内
筒12と第二の外筒11の間に設けられた熱交換用チューブ
８の外側を上方に流れ、熱交換用チューブ８内を流れる
媒体Ｃと熱交換されてその温度を所定にされて血液排出
口10より排出される。
筒12と第二の外筒11の間に設けられた熱交換用チューブ
８の外側を上方に流れ、熱交換用チューブ８内を流れる
媒体Ｃと熱交換されてその温度を所定にされて血液排出
口10より排出される。
熱交換部IIの第二の内筒12と第二の外筒11の間に設ける
熱交換用チューブ８の配設形状は特に限定されるもので
はないが、螺旋状、渦巻状が接触面積が増加でき、熱交
換効率が向上することから好ましいものである。また、
このチューブ８の外周面には、第２図に示すような螺旋
状に凸部15を設けることは同じく接触面積が増加できる
ことから好ましい。
熱交換用チューブ８の配設形状は特に限定されるもので
はないが、螺旋状、渦巻状が接触面積が増加でき、熱交
換効率が向上することから好ましいものである。また、
このチューブ８の外周面には、第２図に示すような螺旋
状に凸部15を設けることは同じく接触面積が増加できる
ことから好ましい。
熱交換用チューブ８の材質も特に限定はされず、伝熱係
数の大きい材料であれば使用することができるが、例え
ばステンレス鋼、アルミニウムなどにエポキシ樹脂、シ
リコン樹脂、フッ素樹脂あるいはアルミナ（Al2O3）な
どをコーティングした材料が好ましい。
数の大きい材料であれば使用することができるが、例え
ばステンレス鋼、アルミニウムなどにエポキシ樹脂、シ
リコン樹脂、フッ素樹脂あるいはアルミナ（Al2O3）な
どをコーティングした材料が好ましい。
また、第一の外筒２と第一の内筒３の間に配設される多
孔質中空糸４としては、ポリプロピレン、ポリエチレン
などのポリオレフィン系樹脂、ポリフッ化ビニリデン、
エチレンテトラフルオロエチレン共重合体などのフッ素
樹脂、又はシリコーン樹脂等の疎水性樹脂が好ましく用
いられる。また、疎水性樹脂以外の材料を用いる場合で
あっても、その血液との接触面をシリコーン樹脂等で処
理し、疎水性としたものも用いることができる。
孔質中空糸４としては、ポリプロピレン、ポリエチレン
などのポリオレフィン系樹脂、ポリフッ化ビニリデン、
エチレンテトラフルオロエチレン共重合体などのフッ素
樹脂、又はシリコーン樹脂等の疎水性樹脂が好ましく用
いられる。また、疎水性樹脂以外の材料を用いる場合で
あっても、その血液との接触面をシリコーン樹脂等で処
理し、疎水性としたものも用いることができる。
多孔質中空糸４は、その周壁部に多数の微小細孔を有し
ており、そこでガス交換が行われる。微小細孔の平均細
孔径は一般に0.01〜１μｍが好ましい。さらに、中空糸
４の空隙率は一般に20〜80％程度であることが好まし
い。
ており、そこでガス交換が行われる。微小細孔の平均細
孔径は一般に0.01〜１μｍが好ましい。さらに、中空糸
４の空隙率は一般に20〜80％程度であることが好まし
い。
また、多孔質中空糸４の膜面積は通常3m2以下でよく、
従来の市販品に比し小さくすることができる。これは上
記したように本中空糸の空隙率が大きく、且つ血液と酸
素ガスとの接触が充分に行われる故であり、本発明の大
きな利点といえる。
従来の市販品に比し小さくすることができる。これは上
記したように本中空糸の空隙率が大きく、且つ血液と酸
素ガスとの接触が充分に行われる故であり、本発明の大
きな利点といえる。
なお、前記したように、第一の内筒３はその中央部の径
を両端部の径より大きくしているため、第一の外筒２と
第一の内筒３の間に配設される多孔質中空糸４の充填密
度は端部にゆくにつれ低くなり、通常、両端部において
はその充填密度は0.3〜0.5で、中央部で0.4〜0.7とな
る。
を両端部の径より大きくしているため、第一の外筒２と
第一の内筒３の間に配設される多孔質中空糸４の充填密
度は端部にゆくにつれ低くなり、通常、両端部において
はその充填密度は0.3〜0.5で、中央部で0.4〜0.7とな
る。
尚、以上の実施例においては、縦型の熱交換器一体型人
工肺の例を示したが、その他横置型でもよく、また血液
導入口、ガス導入口の配置を逆にする形態であっても使
用することができる。
工肺の例を示したが、その他横置型でもよく、また血液
導入口、ガス導入口の配置を逆にする形態であっても使
用することができる。
以下、具体的に本発明に係る熱交換器一体型人工肺の一
例を用いたガス交換の実施結果について説明する。
例を用いたガス交換の実施結果について説明する。
（実施例） 第１図に示す構成の熱交換器一体型人工肺であって、下
記の寸法、条件のものを用いた。
記の寸法、条件のものを用いた。
第一の内筒…直径（両端部:54mm（φ）、中央部:64mm
（φ）〕 第一の外筒…直径80mm 第二の内筒…直径65mm 第二の外筒…直径80mm 全長…220mm 多孔質中空糸… 膜面積 2m2 中空糸数 8841本 充填密度（両端部:0.4、中央部:0.6） 内径 300μｍ 外径 400μｍ 周壁部厚さ 50μｍ 平均細孔径 0.22μｍ 空隙率 68％ 支持部材（ポッティング材）…ポリウレタン樹脂 熱交換用チューブ…厚さ1mm、直径10mm（φ）のアルミ
ニウム製パイプにエポキシコーティングを施してなるも
ので、内筒内側に螺旋状に配されている。チューブの外
周面には第２図のごとき凸部が形成されている。
（φ）〕 第一の外筒…直径80mm 第二の内筒…直径65mm 第二の外筒…直径80mm 全長…220mm 多孔質中空糸… 膜面積 2m2 中空糸数 8841本 充填密度（両端部:0.4、中央部:0.6） 内径 300μｍ 外径 400μｍ 周壁部厚さ 50μｍ 平均細孔径 0.22μｍ 空隙率 68％ 支持部材（ポッティング材）…ポリウレタン樹脂 熱交換用チューブ…厚さ1mm、直径10mm（φ）のアルミ
ニウム製パイプにエポキシコーティングを施してなるも
ので、内筒内側に螺旋状に配されている。チューブの外
周面には第２図のごとき凸部が形成されている。
以上において、牛血（ヘマトクリット値40％、ヘモグロ
ビン量12±1g/dl）に対する酸素ガス添加能と炭酸ガス
交換能を測定したところ、第３図および第４図に示すよ
うに、血液量1.0、2.0、3.0（/min）における酸素ガ
ス添加量は各々58、84、102（ml/min）であり、また炭
酸ガス除去量は、ガス流量1.0、2.0、3.0（/min）と
した場合、血流量１（/min）では各々50、80、95（ml
/min）、血流量２（/min）では各々70、100、120（ml
/min）となり、十分なガス交換性能を示した。
ビン量12±1g/dl）に対する酸素ガス添加能と炭酸ガス
交換能を測定したところ、第３図および第４図に示すよ
うに、血液量1.0、2.0、3.0（/min）における酸素ガ
ス添加量は各々58、84、102（ml/min）であり、また炭
酸ガス除去量は、ガス流量1.0、2.0、3.0（/min）と
した場合、血流量１（/min）では各々50、80、95（ml
/min）、血流量２（/min）では各々70、100、120（ml
/min）となり、十分なガス交換性能を示した。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の熱交換器一体型人工肺に
よれば、血液が多孔質中空糸の外側部と万遍なく接触す
るため、血液と酸素ガスとが充分且つ良好に接触するか
ら、良好なガス交換を行なうことができるとともに、ガ
ス交換部と熱交換器を一体的に配設したので、人工肺全
体として極めてコンパクトな構造とすることができる。
よれば、血液が多孔質中空糸の外側部と万遍なく接触す
るため、血液と酸素ガスとが充分且つ良好に接触するか
ら、良好なガス交換を行なうことができるとともに、ガ
ス交換部と熱交換器を一体的に配設したので、人工肺全
体として極めてコンパクトな構造とすることができる。
第１図は本発明の熱交換器一体型人工肺の一実施例を示
す断面図、第２図は熱交換用チューブの一部を示す部分
説明図、第３図及び第４図は各々酸素ガス添加能および
炭酸ガス交換能を示すグラフである。 １……血液導入口、２……ガス交換部の第一の外筒、３
……ガス交換部の第一の内筒、４……多孔質中空糸、５
……接着剤、６……酸素ガス導入口、７……交換ガス出
口、８……熱交換用チューブ、９……通過口、10……血
液排出口、11……熱交換部の第二の外筒、12……熱交換
器の第二の内筒、13……熱交換用媒体入口、14……熱交
換用媒体出口、15……凸部。
す断面図、第２図は熱交換用チューブの一部を示す部分
説明図、第３図及び第４図は各々酸素ガス添加能および
炭酸ガス交換能を示すグラフである。 １……血液導入口、２……ガス交換部の第一の外筒、３
……ガス交換部の第一の内筒、４……多孔質中空糸、５
……接着剤、６……酸素ガス導入口、７……交換ガス出
口、８……熱交換用チューブ、９……通過口、10……血
液排出口、11……熱交換部の第二の外筒、12……熱交換
器の第二の内筒、13……熱交換用媒体入口、14……熱交
換用媒体出口、15……凸部。
Claims (1)
- 【請求項１】両端部より中心部の径を大きくした第一の
内筒と、第一の外筒を設け、該第一内筒と第一外筒の間
に第一内筒と第一外筒の長手軸方向に沿って多孔質中空
糸を配置し、第一内筒、第一外筒ならびに中空糸の両端
開口部にて該第一内筒外面、第一外筒内面及び中空糸外
面を支持部材により気密に支持してなるガス交換部と、 第二の内筒と第二の外筒を設け、該第二内筒と第二外筒
の間に熱交換用チューブを巻装してなる、前記ガス交換
部の外部に一体的に設けられた熱交換部 とからなる熱交換器一体型人工肺であって、 ガス交換部の第一の外筒端部に設けた血液導入口より血
液を中空糸外側に流すとともに酸素は中空糸の中空部に
導入してガス交換を行い、次いでガス交換された血液は
前記第一の内筒端部に設けた通過口により熱交換部に導
入され、熱交換部の前記第二のの内筒と第二の外筒の間
に貯血されつつ前記熱交換用チューブの外側を通過しな
がら熱交換されて排出されることを特徴とする熱交換器
一体型人工肺。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63024908A JPH0732801B2 (ja) | 1988-02-04 | 1988-02-04 | 熱交換器一体型人工肺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63024908A JPH0732801B2 (ja) | 1988-02-04 | 1988-02-04 | 熱交換器一体型人工肺 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01201264A JPH01201264A (ja) | 1989-08-14 |
| JPH0732801B2 true JPH0732801B2 (ja) | 1995-04-12 |
Family
ID=12151274
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63024908A Expired - Lifetime JPH0732801B2 (ja) | 1988-02-04 | 1988-02-04 | 熱交換器一体型人工肺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0732801B2 (ja) |
-
1988
- 1988-02-04 JP JP63024908A patent/JPH0732801B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01201264A (ja) | 1989-08-14 |
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