JPS6254510B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は半透膜あるいは多孔膜を使用し、この
壁膜を通じて浸透、透析、限外濾過及びガス拡散
等の原理を利用して血液中の物質を移動させるよ
うに構成した血液処理装置、特に該膜が中空糸状
をなしたものを使用する改良された中空糸膜束を
有する血液処理装置に関するものである。 従来この種の血液処理装置は、腎不全患者、薬
物中毒患者等の血液から有害物を除去して血液の
浄化を行なうための人工腎臓装置及び人工肝臓装
置や酸素と炭酸ガスとを交換する人工肺装置等と
して広く使用されている。 本発明はこれらの血液処理装置に使用される改
良された装置を提供するものである。 このような血液処理装置は一般に円筒型のもの
が多い。血液処理装置として円筒型の血液透析装
置を例に、その構造を第１図に示す。 第１図中、１は血液を中空糸膜５の内部空間に
導くように、かつ外部と隔離する為に設けられた
断面が円形の入口側ヘツダーであり血液１０は導
入口２０より導入される。１ａは中空糸膜の内部
空間を通過してきた血液を集合させ一定の大きさ
の管に排出口２０ａより排出するように、かつ外
部と隔離する為に設けられた断面が円形の出口側
ヘツダーである。２はヘツダー１又は１ａが外筒
３と分離しないように、また、ヘツダー内に導び
かれた血液が外部に洩れずに中空糸膜５の内部空
間に導びく為にヘツダー１又は１ａをパツキン１
２を介して中空糸膜群を固定する隔壁６に密着さ
せる為に設けられた固定キヤツプである。外筒３
は好ましくは円筒形であつてその内部が目視でき
るように透明で硬質の合成樹脂で作られ、その内
部空間９には数百乃至一万本程度の中空糸膜５が
充填されている。又この外筒３には、透析液の導
入口４及び排出口４ａが設けられている。中空糸
膜５は、外筒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、しかも中空糸膜５の内部空間はヘツダーの
内部空間８と連通している。又隔壁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
よつてヘツダーの内部空間８は、外筒３の内部空
間９と隔離され、ヘツダーの内部空間８及び外筒
３の内部空間９は中空糸膜５の壁膜を介してのみ
接触するようになつている。すなわち導入される
血液１０はヘツダー内空間８を経由して中空糸膜
の内部空間に入り、中空糸膜の壁膜を介して血液
中の有害物を外筒３の内部空間９に排出し、清浄
になつた血液は出口側ヘツダー１ａの内部空間を
経由して体内にもどされ、逆に外筒３の内部空間
９に排出された有害物は導入管４より導入された
透析液１１によつて運ばれ排出管４ａを経由して
外部へ取り出される。 しかしながら、このような従来の円筒タイプの
血液処理装置は次のような問題がある。すなわち
第１図において、使用されるヘツダー１の構造
上、ヘツダーの入口点Ａよりヘツダーの水平に曲
がる点Ｂ迄の距離が、点Ｂより中空糸膜群の切断
面７上の点Ｃ迄の距離に比べて非常に長く、しか
も中空糸膜群の切断面７の上部空間に広がるヘツ
ダーの平担部分の長さが相対的に長い。その為
に、血液が該ヘツダーに導入された際、それ自身
のもつ流速をほとんど分散しないままに先づ中空
糸膜群の切断面の中央部に衝突し、次いで当該中
空糸膜の内部空間の圧力（又は抵抗）や当該中空
糸膜群を固定する隔壁によつて大部分の血液が外
周部の中空糸膜群へ分散される。従つて血液の中
空糸膜の内部空間を流れる速度は、中央部は速
く、逆に外周部は遅くなる。その結果、血液処理
装置としての性能も低下すると共に、血液処理後
返血する際に、返血速度が中央部と外周部で異な
る為、外周部に近い中空糸膜の内部空間に残血現
象を引き起こす。特に長時間の血液処理を行なう
場合、血液速度の遅い中空糸膜の内部空間では凝
血を起こし、血液の流れが停止する部分も生じ
る。 本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであ
つて、その目的とするところは入口側ヘツダーの
構造を改良し、導入する血液が固定された中空糸
膜群の切断面の全中空糸膜の内部空間に均一に流
れ込む構造にした血液処理装置を提供することで
ある。 本発明は、「円筒状の外殻内に中空糸膜束を内
蔵し、かつ該外殻の両端に束状中空糸膜の内側に
連通する血液導入口及び血液排出口を設けた血液
処理装置において、血液導入口を有する入口側ヘ
ツダーの内部形状が、中空糸膜束の円形端面を底
とし、血液導入口を頂部とする山形をなし、かつ
その山形のスロープ形状が中空糸膜束の端面の半
径をＲ（mm）、半径Ｒ上の任意の長さをｒ（mm）、
半径ｒの位置における中空糸膜端面から山形スロ
ープまでの距離をＹ（mm）とした時、 Ｙ＝ｆ×Ｒ^２−ｒ^２／２ｒ＋ａ （ここでｆは任意の一定値、ａは定数）で与えら
れるＹを、ｒ＝０の時のＹ軸を中心に360度回転
して得られる曲面であることを特徴とする血液処
理装置」を要旨とするものである。 本発明によれば、入口側ヘツダーの山形の頂部
から内部空間へ導入される血液は、その山形のゆ
るやかに拡大するスロープによつて増加する流路
を流下するに従い、その流速が急激に減少する。
従つて、底部の中空糸膜束の切断面においては均
一な圧力分布となるので、各中空糸膜端より流入
する血液の流れも均一になる。それによつて全体
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。 本発明の山形構造のヘツダーは出口側ヘツダー
にも応用することは何ら差支えない。その場合は
部品の共通化、全体のバランス等の利点がある。 次に本発明の血液処理装置を図面をもとに更に
説明する。 第２図は第１図の血液処理装置の入口側ヘツダ
ー１を変更した本発明の血液処理装置の１例を示
すもので、上半部のみが示されている。第２図か
ら明らかなように入口側ヘツダー１の上部は山形
の、下側に凸の、特許請求の範囲に掲げた式で与
えられるゆるやかなスロープとなつている。 入口側ヘツダーを比較するため、第３図及び第
４図にそれぞれ第１図及び第２図の入口側ヘツダ
ー部分のみを拡大して示してある。 第４図からわかるように、入口側ヘツダー１の
内部空間８は中空糸膜束の切断面７を底として山
形の形状（この場合は円筒形の血液処理装置なの
でこの山形は上下の中心軸をもとにした回転対称
になる）をなし、その頂部に血液導入口２０が設
けられている。 導入された血液はそれまでもつていた流速を急
激に減少せしめられ矢印のように分散しながら、
中空糸膜束の切断面７全域に広がるようになされ
ている。 本発明の好ましい実施態様によれば、山形の内
部空間における底から山形スロープ上の一点まで
の高さが、底面の外周部より内周部に向かつてそ
の高さまでのスロープの水平投影面積をその点に
おける周長で除した値に比例する値に一定値を加
えたものとなるようになされる。 これを更に詳しく説明すると、第５図に示すよ
うに中空糸膜群の切断面の半径Ｒmm上の任意の長
さをｒmm、半径ｒmmとＲmmの間に示される面積Ｓ
mm²（斜線の部分）、半径ｒmm上の円周の高さをｙ
mm（中空糸膜群の切断面から山形スロープまでの
空間距離）とした時、本発明のヘツダーの形状
は、次の一般式で得られるｙの値を、ｒ＝０の時
のｙ軸を中心に360度回転した時に得られる曲面
を、血液の導入口と外筒との接続面とした構造と
なる。 ｙ＝ｆ×Ｓ／２πｒ＋ａ＝ｆ×Ｒ^２−ｒ^２／２ｒ＋
ａ ここでｆは任意の値であり、ａは中空糸膜群の
切断面とヘツダー天井の最も中空糸膜群切断面に
近い所迄に必要な距離で普通２mm程度が好まし
い。 本発明者等は、上式のについて鋭意検討した
結果、実用性上1/2≦ｆ≦２の範囲が最適である
事を確認した。このようにして得られた本発明の
ヘツダーは、第４図よりわかるように血液導入部
より中空糸膜群の切断面迄がゆるやかなスロープ
を形成している為に導入された血液は、その流速
を外周部へ分散しながら中空糸膜群の切断面へ近
づくようになる。 次に本発明による改良された血液処理装置を用
いて血液の限外濾過を行つた実施例を示す。実施
例中で改良型Ａとは、前述の式に於てｆ＝１の場
合の形状をもつヘツダーを有した血液処理装置を
示し、改良型Ｂとは、前述の式に於てｆ＝0.5の
場合の形状をもつヘツダーを有した血液処理装置
を示す。また、比較のために第１図に示すような
従来の形のものを比較例として示した。 実施例 １ 比較例、改良型Ａ及び改良型Ｂのそれぞれの中
空糸膜の血液濾過装置（内径300μのポリアクリ
ロニトリル中空糸膜を使用、中空糸膜本数2200
本、血液濾過有効膜面積0.23m²、中空糸膜充填率
50％）に牛新鮮血液（ヘマトクリツト値35％、全
タンパク質濃度9.2ｇ／dl）を膜差圧（Trans
Membrane Pressureであり、以下TMPと略す）
25mmHg、装置の入口と出口の差圧（以下差圧と
略す）△Ｐ_B＝25mmHgのもとで導入し、３時間後
の血液通過量及び限外濾過量を測定した結果を表
―１に示す。

【表】 実施例 ２ 比較例、改良型Ａ及び改良型Ｂのそれぞれの中
空糸膜束内臓型血液濾過装置（内径500μのポリ
アクリロニトリル中空糸膜を使用、中空糸膜本数
960本、血液濾過有効膜面積0.17m²、中空糸膜充
填率50％）に牛新鮮血液（ヘマトクリツト値38
％、全タンパク質濃度9.6ｇ／dl）をTMP25mmHg
差圧△Ｐ_B＝25mmHgのもとで導入し、３時間後の
血液通過量、限外濾過量及び返血後の残血本数を
測定したのが表―２である。

【表】

【表】 表―１および表―２からわかるように本発明の
ヘツダーを有した血液処理装置では、血液通過
量、限外濾過重では一般的に使用されているヘツ
ダーを有した血液処理装置よりはるかに優れてい
るし、残血本数も極度に減少している事が認めら
れる。 従つて本発明の血液処理装置は、装着型人工腎
臓や少量血液量の使用の際大きな効果が期待され
る。 又、観察事項として記述すれば、実施例１及び
実施例２に於いて改良型Ａ及び改良型Ｂの血液処
理装置のヘツダーを使用した場合、導入された血
液はヘツダー内でほゞ均一に分散され、中空糸膜
の内部空間に導入されるのに対し、比較例に於い
ては、導入された血液は中空糸膜群の中央部にま
ずあたり、その後外周部に回り、外周部付近で血
液の渦流が観察される。さらに６時間にわたる長
時間の血液濾過に於いても、改良型Ａ及び改良型
Ｂの中空糸膜の内部空間に於ける凝血は、比較例
に比べて非常に少ない事を確認した。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の円筒型の中空糸膜を用いる血液
処理装置であり、第２図は本発明の中空糸膜を用
いる血液処理装置である。第３図は第１図のヘツ
ダーを拡大したものであり、第４図は第２図のヘ
ツダーを拡大したものである。第３図及び第４図
中の矢印は血液の流れを現わしたものである。第
５図は本発明における入口ヘツダー内面の形状の
一例を示す説明図である。なお図面中に用いられ
ている符号は１，１ａはヘツダー、３は外筒、
４，４ａは透析液ないし濾液の為の導入管又は排
出管、５は中空糸膜、１０，１０ａは血液であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円筒状の外殻内に中空糸膜束を内蔵し、かつ
   該外殻の両端に束状中空糸膜の内側に連通する血
   液導入口及び血液排出口を設けた血液処理装置に
   おいて、血液導入口を有する入口側ヘツダーの内
   部形状が、中空糸膜束の円形端面を底とし、血液
   導入口を頂部とする山形をなし、かつその山形の
   スロープ形状が中空糸膜束の端面の半径をＲ
   （mm）、半径Ｒ上の任意の長さをｒ（mm）、半径ｒ
   の位置における中空糸膜端面から山形スロープま
   での距離をＹ（mm）とした時、 Ｙ＝ｆ×Ｒ^２−ｒ^２／２ｒ＋ａ （ここでｆは任意の一定値、ａは定数） で与えられるＹを、ｒ＝０の時のＹ軸を中心に
   360度回転して得られる曲面であることを特徴と
   する血液処理装置。