JPS58185164A - 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】 ■　発明の背景 技術分野 この発明は、多孔性ガス交換膜を用いる換型の人工肺に
関し、特に、気体流出口が偶発的に閉塞されても、気体
室内のガス圧が増大せず、ガス圧増大による血液内の気
泡の発生が防止された人工肺に関する。

従来技術 近時、心房中隔欠損症や心室中隔欠損症をはじめ、大動
脈の各種奇型などの根治手術や、人工弁置換移植手術な
ど、人工肺を用いる手術が広く行なわれるようになって
いる。　そして、人工肺としても、従来用いられていた
ところの血液中に、ｒ１！累ガスを吹込むバルブ型、平
板上に血液の薄層を形成して気体と血液を接触させるス
クリーン型に代って、血液破壊が少なく長時間の使用に
適するものとして、ガス透過性膜を用いた脱型人工肺が
実用化されるに至っている。

換型人工肺に用いられるガス透過性膜の一つとしては、
酸素ガス、炭酸ガス等のガスの膜内への拡散透過によっ
て血液とのガス交換を行なうものがあり、シリコンゴム
等が用いられている。

これに対し、実用されているガス透過性膜の他の例とし
ては、多孔性ガス交換膜がある。

この多孔性ガス交換膜は、膜材中に、膜面の表裏に連通
する微小細孔が無数に分布しており、その微細孔を、交
換されるべきガスが通過して血液と供給ガスとのガス交
換を行うものである。

そして、このような多孔性ガス交換膜は、酸素ガス、炭
酸ガスρガス交換能力が共に高（、人工肺の高性能化、
小型化に貢献するものである。

なお、多孔性ガス交換膜は、平膜ないし中空糸として用
いられる。

・従来技術の問題点 ところで、多孔性ガス交換膜を用いる人工肺は、血液を
血液室に流しつつ、気体流入口につないだチューブから
供給ガスを吹送する。このとき、多孔性ガス交換膜によ
り血液室と隔てられ、しかも気体流入口と連通する気体
室に供給ガスが送られる。

そして、気体室からのガス交換を終った処理済の供給１
’）スは、一般に、気体室と連通する気体流出口を外糸
に解放することにより、放出される。

このような場合、気体流出口は、人工肺のハウジングか
ら外部に突出した筒状流出ボート部の端面に設けられて
いることが多く、偶発的に、誤って気体流出口をふさい
でしまうことがある。

例えば、手術を行いながら、無意誠に、指などの身体の
一部や他の障害物が触れたときには、平坦な端面に設け
られた気体流出口は容易にふさがれてしまう。　また、
吹送ガス量は１ｔ／分程度であり、気体流出口からの放
出に気付かないほどであるため、つい気体流出口をふさ
いでしまう事故もある。

そして、゛気体流出口が閉塞されると、きわめて大きな
問題が招来する。

すなわち、気体流出口の閉塞に気付かないままカスの供
給を続けると、気体室内のガス圧が増大し、気体室の供
給カスが多孔性ガス交換膜を介して気体室から血液室内
へ透過し、血液内に気泡を発生させ、この気泡が毛細血
管内において空気栓塞を起すおそれがあるからである。

本発明者らの実験によれば、平均細孔径６５０Ａの微小
細孔を有する一多孔性ポリプロピレン製中空糸を用いた
人工肺で、例えば、血液室内のゲージ圧力を平均１３５
ｗｎＨＰとし、人工肺への気体吹送量を０５〜１０ｔ／
分としたとき、気体室内のゲージ圧がわずか１ｍｍＨｆ
’程度上まわっただけで、血液室内に気泡の発生が認め
られるに至った。

従って、気体流出口が何らかの障害物で塞かれると、ガ
ス放出の異状が検知される以前に血液側に気泡が入り込
む危険性が非常に大きい。　そして、生命の危険が生じ
ることも予想されるのである。

■　発明の目的 この発明の目的は、上述の問題点を解決せんとするもの
である。

すなわち、この発明は、多孔性ガス父換膜を用いる脱型
の人工肺において、気体流出口が閉塞されても、気体室
内のガス圧が増大せず、ガス圧の増大による血液内の気
泡の発生を防止できる人工肺構造を提供することを、そ
め主たる目的とする。

そして、この発明は、え捧呈のガス圧増加により、多孔
性ガス交換を透過して、血液側へ移行するガス透過の異
常を除去するために、気体流出口部分に構造的改良を行
ってなされたものである。

すなわち、この発明は、ハウジング内に設けられた多孔
性ガス交換膜を介して血′ＩＰＬ室と気体室とを形成し
、血液と供給ガスとの間のガス交換を行なう人工肺圧お
いて、前記ハウジング外壁に、前記血液室に連通する少
なくとも１つの血液流入口および血液流出口と、前記気
体室に連通する少なくとも１つの気体流入口および気体
流出口とを設け、前記気体室から前記気体流出口に連通
ずる気体流路に、前記ハウジング外部へ連通する気体漏
放路を形成してなることを特徴とする人工肺である。

また、この発明の第１および第２の実施態様の目的は、
指などの柔軟なものが気体流出口をふさいでも、気体流
路が閉塞されず、血液内の気泡の発生がより有効に防止
できるとともに、流出ボート部の機械的強度をそこなわ
ない構造とすることにあり、以下のとおりである。

ｉ）ハウジング本体の外方に突出した第１０筒状体の端
面に気体流出口を有し、該第１の筒状体の端面周縁に、
該第１の筒状体の内側壁面と外側壁面とを連通する切欠
部を設げて気体漏放路を形成してなるこの発明の人工肺
。

ｉｉ）ハウジング本体の外方に突出した第１の筒状体の
端面に気体流出口を有し、該第１の筒状体の内側壁面と
外側壁面とを連通ずる透孔を設けて気体漏放路を形成し
てなるこの発明または上記１）の人工肺。

さらに、この発明の第３〜第５の実施態様は、気体のホ
ード部分を流入、流出の区別なく使用でき、しかも一方
のポート部分を流入用として気体チューブを接続したと
き、気体吹送に影響を与えない構造を提供ゼんとするも
のであり、以下のとおりである。

ｉｉ）　　ハウジング本体力外方に突出した第２の筒状
体の端面に気体流入口を有し、該第２の筒状体の端面周
縁に、該第２の筒状体の内（１１１１ｉｉ面と外側壁面
とを連通ずる切欠部を有し、該ｍ　２　ｏ）筒状体およ
び第１の筒状体の切欠部よりハウジング本体側の側壁を
、気体流入用チューブと気密に係合するように構成して
なる上記ｌ）またはｉｉ）の人］二肺。

■）・・ウジング本体の外方に突出した第２の筒状体の
端面に気体流入口を有し、該第２の筒状体の内側側壁と
外側側壁とを連通ずる透孔を有し、該第２の筒状体およ
び第１の筒状体の透孔よりハウジング本体側の側壁を、
気体流入用チューブと気密に係合するように構成してな
る上記ｌ）〜ｉｉ）のいずれかの人工肺。

■）切欠部または／および透孔よりハウジング本体側の
８ｇ２の筒状体およびｉ；ｇｌの筒状体の側壁面の外周
方向に、少なくとも１つの環状リブを有する上記Ｉ）〜
ｉｖ）のいずれかの人工肺。

さらに、この発明の第６の実施態様は、気体流路内での
カスの乱れを、きわめて少なくぜんとするものであり、
以下のとおりである。

■）気体漏放路の有効断面積が、気体流出路の有効断面
積の１／２以上であるこの発明または上記ｌ）〜■）の
いずれかの人工肺。

さらに、この発明の第７の実施態様は、以上の効果をも
つ、小型＠量の人工肺を提供せんとするものであり、以
下のとおりである。

ｖｉ）多孔性ガス交換膜が複数の中空糸であり、該中空
糸の内部を血液室とするこの発明または上記ｌ）〜ｖｉ
）のいずれかの人工肺。

■　発明の具体的構成 以下、この発明の具体的構成について詳細に説明する。

この発明において使用する多孔性ガス交換膜は、平膜状
であってもよいが、装置をより小型＠量化して、商性能
化するためには、中空糸状をなすことが好ましい。

多孔性中空糸等のガス交換膜は、通常、少なくともその
内壁面、すなわち血液接触面が疎水性のものであり、内
壁面の水に対する接触角は９０°以上である。

このため、多孔性中空糸等のガス交換膜としては、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
、フッ素樹脂、シリコーン樹脂等の疎水性樹脂製であっ
てもよく、あるいは、その他の材料からなり、その少な
くとも内壁面を、シリコーン油や反応性シリコーン樹脂
等で処理し、疎水性としたものであってもよい。

これらのうち、多孔性中空糸としては、ポリオレフィン
系樹脂、特にポリプロピレンから形成されるものである
ことか好ましい。

このような材質からなる多孔性中空糸等のガス交換膜は
、その内壁と外壁とを連通ずる微小細孔を多数有する。

微小細孔の平均細孔径には、特に制限はないが一般に、
２００〜２００ＯＡであることか好ましい。

また、中空糸等のガス交換膜の平均空孔率にも特に制限
はないが、一般に２０〜８０％程度であることが好まし
い。

なお、中空糸などのガス交換膜の平均肉厚は、一般に、
概ね１０〜５０μ惰程度とすればよい。

この発明の人工肺は、このような多孔性ガス交換膜によ
り、血液室とガス室とが形成されるように構成される。

多孔性ガス交換膜として、中空糸を用いる中空糸型人工
肺とするときには、第１図に示されるように、筒状等の
ハウジング４内にて、多孔性中空糸１を複数本集束し、
その両端部において、ノ・ウジフグ４内に液密に設けた
高分子重合体等からなる隔壁６内に埋めこみ開口して構
成する。

このような場合、各多孔性中空糸ｌ内部を血液室とし、
また、ハウジング４内壁、隔壁６、および中空糸１外壁
とで形成される空間を気体室５とする。

そして、血液流入口３（１，から血液を送り、中空糸１
内を経て、血液流出口３５から排出するとともに、気体
流入口２１に気体流入用チューブをかぶせ、供給ガスを
吹送して、気体室５に送り、中空糸１の肉厚部の微小細
孔を介し、血液とガス交換な行ったのち、ガスを解放し
た気体流出口２５から放出する。

この場合、用いる中空糸の本数、膜面積等は、用途に応
じ適宜決定すればよい。

このような前提において、気体室５がら気体流出口２５
に連通ずる気体流路７５には、ハウジング４の外部へ連
通する気体漏放路８が形成される。

ところで、気体流出口２５を有する気体出口ポート部４
５および、気体流入口２１を有する気体人口ボート部４
１は、ともに、ハウジング本体４゜の外方に突出する筒
状体として形成することが好ましい。　気体流入側にあ
っては、チューブの被嵌を可能とし、また流出側にあっ
ては、気体の放出を容易にするためである。

そして、このような場合、筒状体として形成した気体出
口ボート部４５および気体入口ボート部４１の内部空間
は、気体流路７１．７５とされ、それぞれ気体室５と連
通され、また筒状体端面内の空孔が、それぞれ気体流出
口２５、気体流入口２１とされる。

従って、このような場合には、気体漏放路８は、気体出
口ポート部４５としての第１の筒状体の外側壁面と内側
壁面とを連通ずるように設けられる。

そして、このような構成により、人工肺使用中に、人工
肺を操作する人間の身体の一部や、他の障害物により、
筒状体の端面にある気体流出口が塞がれても、ガス交挨
終了後のガスは気体漏・放路８から、人工肺の外部に放
出され、上記のような不都合は解消する。

このような場合、メ体漏放路８の好ましい態様としては
、気体出口ボート部４５としての第１の筒少体の端面周
縁に、筒状体の内側壁面と外側壁面とを連通する切欠部
を設けて形成する場合がある。

第１図および第２図（ａ）には、ローレット状の切欠部
８１を筒状体の端面周縁に設けた例、第２図（ｂ）には
、溝状の切欠部８１を設けた例が示される。

また、気体漏放路８の別の好ましい態様としては、気体
出口ボート部４５としての第１の筒状体の内側壁面と外
側壁面とを連通ずる透孔を設けて形成する場合がある。

第３図（ａ）には、このような円形の透孔８５を設けた
例、第３図（ｂ）には、異なる方向に開口する複数の矩
形の透孔８５を設けた例が示される。

なお、このような切欠部８１と透孔８５とを併用しても
よいことはもちろんである。

このようにして気体漏放路８を設ける場合、気体漏放路
８の有効断面積の合計は、気体流出路７５の有効断面積
の１／２以上、より好ましくは１／２〜１１であること
が好ましい。このようにすると、気体流出口２５閉塞時
の圧力増加はまったく問題がなくなり、しかも気体流出
路７５内でのガス流の乱れが少なくなり、好ましい結果
を得る。

このよう□に構成してなるこの発明の人工肺における、
より好ましい使用形態として、気体のボート部４】、４
５に吹送と放出との区別をもたせないで使用することが
便利である。

すなわち、気体流出ボート部４５と気体流入ボｈ　’７
５５４１’とを同一の構造とし、一方のボート部に気体
流入用チューブをつないで気体を吹送すれば、気体流入
用チューブの接続に誤まりが生じないからである。

従って、端面に気体流入口２１を有し、その内部空間を
気体流路とする、気体流入ボート部４１としての第２の
筒状体においても、気体チューブを接続せずに、気体流
出ボート部４５として解放して使用したとき、上記のよ
うに気体漏放路８として機能するように、上記と同様に
して、切欠部８１（第１図参照）または／および透孔８
５を形成しておくことが好ましい。

そして、このような場合には％第１および第２の筒状体
の切欠部８１または／および透孔８５よリハウジング本
体側の側壁を、気体流入用チューブと気密に係合するよ
うに構成する。

このように構成することにより、気体出口ボート部４５
として解放して使用される一方の筒状体は、第４図（ａ
）、（ｂ）に示されるように、気体流出口が指のような
弾力のある障害物で塞がれても切欠部８１あるいは透孔
８５で形成される気体漏放路８は外部と導通している。

　一方、気体人口ボート部４１１として、気体流入用チ
ューブ′ｒと接続される他方の筒状体の切欠部８１や透
孔８５は、第５図、第６図に示されるように、チューブ
Ｔによって榎われ、吹送ガスが漏れることはない。

このような場合、第１および第２の筒状体の切欠部８１
または／および透孔８５よりハウジング本体４０側には
、筒状体のＩＩＩ壁而外面方向に、第７図（ａ）、（ｂ
）に示されるように、少なくとも１つ、通常２つないし
３つ程度の環状リブを形成し、気体流入用チューブとの
接続を確実に行なえるようにすることが好ましい。

なお、この発明、においては、気体流入ボート部４１を
従来どおりの形状とし、両ボート部を区別できるように
してもよいことは、もちろんである。

■　発明の具体的作用 この発明の人工肺を使用するには、上述のように、面数
流入口３１および血液流出口３５を用い、中空糸の内部
空間などの多孔性ガス交換膜で形成される血液室に血液
を送る。　一方、気体を吹送するための気体流入用チュ
ーブを気体入口ポート部４１に接続し、あらかじめ酸素
ガス濃度を調、整したガスを、気体流入口２１から気体
室５内へ吹送する。

そして、気体室５内で、中空糸１等の多孔性ガス交換膜
を介して、血液室内の血液と、酸素や炭酸ガスの交換を
行なう。　この後、ガス交換のすんだ気体室５内のガス
を、気体流出路７５を経て、外系に開放した気体流出口
２５かも人工肺の外部に放出される。

この場合、血液流とガス流とは対向するように流すこと
がよい。

このような使用に際して、人工肺を操作する人間の身体
の一部や、他の障害物によって誤って気体流出口２５が
塞がれた場合（第４図体）、（ｂ））、ガス交換の済ん
だ気体室５内のガスは、気体流出路７５に連通する気体
漏放路８から人工肺外部に放出される。

■　発明の具体的効果 この発明によれば、身体の一部や、他の障害物によって
気体流出口２５が塞がれても、気体漏放路８は外部に導
通しているので、処理済のガスの放出が停止することは
ない。

この場合、気体流出口２５が誤って基がれ、その事故の
発生に気付かずに引き続きガスを吹送した場合であって
も、気体漏放路８の働きにより、気体流入口２５から、
ガス室５を経て気体流出路７５に至るカスの流れは、通
常使用時と何ら変りなく、ガスの流れが乱れたり、貯留
したりすることがなく、人工肺のガス交換能力は、通常
使用時の能力を維持する。

しかも、気体室５内のガス圧は、事故発生前のガス圧に
比べて増加することがなく、多孔性カス交換膜の血液ガ
ス交換処理能力を超えた多量のガスを、一時に血液室内
に通過させろことがなく、血液室内に気泡が発生する危
険が防止される。

このような場合、前記実施態様Ｉ）またはｉｌ）に従い
、切欠部８１または／および透孔８５により気体漏放路
８を形成するときには、気体流出口２５と気体漏放路８
とが異方向を向いており、指のような弾力のある障害物
で気体流出口２５が塞がれたとしても、気体漏放路８が
同時に閉塞することなく、血赦内の気泡の発生は、より
一層有効に防止される。

また、気体流出ポート部４５の筒状体に切欠部８１また
は／および透孔８５を設けるので、ボート部４５の機械
的強度が損なわれることがない。

前記実施態様ｉｉ）またはｉりに従い、気体出口ボート
部４５と、気体入口ボート部４１とを、同種の形状とす
るときには、前記Ｉ）または皿ｉ）のもたらす効果に加
え、ボート部を吹送と放出との区別なく使用することが
でき、便利となる。

前記実施態様りによれば、これらの効果に加え、気体流
入用チューブの接続が確実となり、安全性が増す。

前記実施態様ｖｉ）によれば、気体流出口２５閉塞時の
圧力増加は、まったく問題なくなり、血液中での気泡の
発生の危険性がより一層減少するとともに、ガス流の乱
れもきわめて少なくなる。

前記実施態様帽）によれば、これらの効果をもつ、高性
能で小型軽菫の人工肺が実現する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の人工肺の実施例を示す、一部を切
欠いて表わす正面図である。 第２図（ａ）および（ｂ）、ならびに第３図（ａ）、（
ｂ）　＋！、それぞれ、この発明の人工肺の気体漏放路
を設けた気体出口ボート部の拡大斜視図である。 第４図（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、この発明の人
工肺の気体漏放路の放出の作用を説明するための気体出
口ボート部　の拡大斜視図である。 第５図および第６図は、それぞれ、気体入口ボート部の
筒状体にチューブを係合した状態を示す断面図である。 第７図（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、筒状体に環状
リブを設けた例を示す拡大斜視図である。 １・・・・・・・・・・・・・・・多孔性中空糸２１・
・・・・・・・・・・・気体流出口２５・・・・・・・
・・・・・気体流入口３１・・・・・・・・・・・・廂
液尚人口３５・・・・・・・・・・・・血液流出口４・
・・・・・・・・・・・・・・ハウジング４０・・・・
・・・・・・・ハウシング本体４１　・・・・・・・・
・・・・気体人１」ボート部４５・・・・・・・・・・
・・気体出口ボート部５・・・・・・・・・・・・・・
気体室６・・・・・・・・・・・・・隔　　　壁７】、
７５・・・気体流路 ８・・・・・・・・・・・・・・・気体漏放路８１　　
・・・・・・・・・・切欠部 ８５・・・・・・・・・・・・透孔 ９・・・・・・・・・・・・・・環状リブ出願人　デル
モ株式会社 代理人　弁理士　　石　井　陽　− 第１図 １ 第２図（Ｉ１２） 第２図（ｂ〕 ５ １　６ 第６図（θ） 第６図（ｂ） 笛　ｌ：ＩＦＷ Ｔ 第７図（α） 第７図（ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　ハウジング内に設けられた多孔性ガス交換膜を介
   して血液室と気体室とを形成し、血液と供給ガスとの間
   のガス交換を行なう人工肺において、前記ハウジング外
   壁に、前記血液室に連通ずる少なくとも１つの血液流入
   口および血液流出口と、前記気体室に連通ずる少なくと
   も１つの気体流入口および気体流出口とを設け、前記気
   体室から前記気体流出口に連通ずる気体流路に、前記・
   ・ウジング外部へ連通する気体製放路を形成してなるこ
   とを特徴とする人工肺。 ２、　ハウジング本体の外方に突出した第１の筒状体の
   端面忙気体流出口を有し、該第１の筒状体の端面周縁Ｋ
   、該第１の筒状体の内側壁面と外側壁面とを連通ずる切
   欠部を設けて気体製放路を形成してなる特許請求の範囲
   第１項に記載の人工肺。 ３、　ハウジング本体の外方に突出した第１の筒状体の
   端面に気体流出口を有し、該第１の筒状体の内側壁面と
   外側壁向とを連通ずる透孔を設けて気体製放路を形成し
   てなる特許請求の範囲第１項または第２項に記載の人工
   肺。 ４、　ハウジング本体の外方に突出した第２の筒状体の
   端面に気体流入口を有し、該第２の筒状体の内側壁面と
   外側壁向とを連通ずる切欠部を有し、該第２の筒状体お
   よび第１の筒状体の切欠部よりハウジング本体側の側壁
   を、気体流入用チューブと気密に係合するように構成し
   てなる特許請求の範囲第２項または第３項に記載の人工
   肺。 ５、　ハウジング本体の外方に突出した第２の筒状体の
   端面に気体流入口を有し、該第２の愉状体の内側壁面と
   外側壁面とを連通ずる透孔を有し、該第２の筒状体およ
   び第１の筒状体の透孔よりハウジング本体側の側壁を、
   気体流入用チューブと気密に保合するように構成してな
   る特許請求の範囲第２項ないし第４項のいずれかに記載
   の人工肺。 ６、　切欠部または／および透孔よりノ・ウジンク本体
   側の第２の筒状体および第１の筒状体の１１１１壁面の
   外周方向に、少なくとも１つの環状リプを有する特許請
   求の範囲第２項ないし第５項のいずれかに記載の人工肺
   。 ７、党体漏放路の有効断面積か、気体流出路の有効断面
   積の１／２以上である特許請求の範囲第１ｆｔ４ないし
   第６項のいずれかに記載の人工肺。 ８、　多孔性ガス交換膜が４数の中空糸であり、該中受
   糸の内部を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第７
   項のいずれかに記載の人工肺。