JPH07303695A - ガス移動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 血液に酸素を供給し、血液から二酸化炭素を
排除するように、相互拡散によって処理される流体例え
ば血液と供給される酸素ガスとの間のガス交換を行う酸
素供給器を提供する。 【構成】 四角い両側の表面プレート及び該プレートの
４辺に配置された４つのマニホールドで内部室を有する
ハウジングが形成される。室内に２組の中空ファイバー
の層を重ねて作ったマット３４ａが配置される。一方の
組のファイバー６６は微孔を形成された壁を有し、他方
の組のファイバー６８は中実壁を有する。マットは、同
じ組のファイバーが同方向に配向し、別の組はこれと直
交する方向に配向されて構成される。マットの各端部は
埋込用樹脂８２に埋込まれた後スライス加工され、これ
によりファイバー端部がマット端面に開口される。マッ
トの各端部はマニホールド内に嵌合され、マニホールド
に設けたコネクターによりファイバー内通路が外界と連
通される。一方のファイバーに酸素が、他方のファイバ
ーに熱伝導水が導かれ、ファイバー周囲に血液が流され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般にガス移動装置に係
わり、更に詳しくは微孔ファイバーを使用した体外血液
酸素供給器に関する。

【０００２】

【従来の技術】１９７０年代後半に、高分子材料から非
常に細い中空チューブを押出し加工出来る技術が開発さ
れた。この技術の付随的な利点はこのようなチューブの
壁部に他の微孔を作り出せるようにしたことである。こ
のような微孔のある中空ファイバー（ＭＨＦ）は、血液
がガスと直接に混合された時に生じる血液の害を最少限
にするために、体外血液酸素供給器に使用されてガス相
から血液を分離する膜部材として働くように直ぐに容易
に適用された。

【０００３】微孔のある中空ファイバー（ＭＨＦ）の開
発される以前は、血液酸素供給器は酸素ガスを血液と直
接混合して所要のガス移動を行うように構成されてい
た。先に説明したように、これはかなり血液に害をもた
らし、またその後で血液を患者の動脈循環へ戻す前に血
液／ガス混合体を泡止めしなければならない。このよう
なバブル酸素供給器を使用した場合の脳や他の主要器官
に対するガス塞栓化及びシリコーン泡止め剤による塞栓
化のような患者の病変の出現率がかなり高いことが、容
易に研究者を膜酸素供給器と称される高度に安全な装置
の開発に向かわせた。

【０００４】初期の膜酸素供給器の設計は、装置の交互
に配置された血液及びガスのチャンネルを分離するため
に膜性材料（通常は薄いシリコーンゴムシート）で出来
た平坦シートを使用した。この膜材料はフラットプレー
ト酸素供給器と称される平坦スタック、又は螺旋コイル
酸素供給器と称される中央コアーの廻りの連続コイルと
して配置された。血液は２つの対向する膜層間のチャン
ネルの中を流される一方、酸素ガスはその膜シートの他
側に隣接したチャンネルの中を流された。血液中への酸
素分子の所要の移動及び同時に行われる血液からの二酸
化炭素分子の除去は受動拡散で行われ、また膜材料のガ
スの化学溶解度で制限された。多くのこれらの初期装置
は機能し、臨床使用されたが、それらはガス移動効率が
比較的悪い装置であり、適当なガス交換を得るためには
大きな膜表面積を必要とした。初期設計に於ける他の問
題は、血液が実際に流れる時に膜が膨れないように保持
するために圧縮力及び（又は）膜張力が必要とされるこ
とであった。このような膨れは望ましくないほど厚い血
液フィルム厚さが装置に形成することになり、更にガス
移動効率を劣化を生じ、必要とされる初動流体容積を増
大する。

【０００５】微孔のある高分子材料の開発により、直接
的な血液−ガス境界面（バブル酸素供給器におけるのと
同様）によるガス移動効率の利点を膜装置による血液損
害の少ない利点と組合わせたハイブリッド設計が可能に
なった。ガス分子が膜の微孔内に生じた流体／ガスフィ
ルム境界面を直接に通過できるので、装置内の相間を移
動するガス分子はチャンネル間を移動するためにもはや
膜材料の中で物理的に分解する必要はなくなった。膜材
料の微孔表面に於けるプラズマ流体フィルムの表面張力
が大きいので、血液チャンネル内への大きなガス塞栓の
流れは防止される。フラットプレート設計に於ける微孔
のある高分子シートの初期の使用は、既に説明したのと
同じ血液フィルム厚さを制御する問題に遭遇した。しか
しながらＭＨＦの出現が、ファイバー内に一定寸法のル
ーメンを形成して血液を流すと同時に、ＭＨＦの外部を
酸素ガス浴にすることによって膜酸素供給器の設計に於
けるこれまで困難とされた変数のより調和した制御を可
能にした。このような初期のＭＨＦ膜酸素供給器は直線
的なファイバー束を使用しており、それらの端部は先ず
最初に高分子材料のブロック内にてシールされ、次に硬
化した樹脂ブロックの先端縁を明瞭にスライス切除して
ファイバールーメンの各端部は再開口された。この方法
で、ガス及び血液の通路の直接的な連通はファイバー束
の終端に於いて防止された。

【０００６】「内部流れ構成の酸素供給器」と一般に称
される初期の口径内血液流れＭＨＦ膜酸素供給器は、Ｍ
ＨＦ外面上を血液が流れる一方で酸素ガスがＭＨＦの内
部ルーメン中を流れるようになされた「外部流れ構成の
酸素供給器」の開発によって最終的に取って代わられ
た。このような設計変更は、「内部流れ構成の酸素供給
器」に於ける内部の極端に細いファイバールーメンを通
して比較的粘性の高い流体が流れる結果として高い流体
圧力が生じるので、発展された。最初の「外部流れ構造
の酸素供給器」の設計は同じ直線的なファイバー束を使
用し、各ファイバーの廻りに可能とされる最少限の血液
フィルムを保持するためにファイバー束を圧縮する様々
な技術を必要とした。この結果、中央コアーの廻りのＭ
ＨＦの張力制御された螺旋巻付けによってＭＨＦのチュ
ーブ状コアーが作られ、これは血液フィルム厚さ即ち境
界層を一層密に制御することが見出された。このように
境界層を制御することは、ガス交換効率の境界改善によ
って、大人用の膜酸素供給器の全体的なファイバー表面
積が約４．５平方メートルから２．０平方メートルに縮
小されることを可能にした。螺旋巻付けファイバーコア
ーの一様な製造がかなり困難であるにも拘かわらず、そ
の効率故に螺旋巻付けの膜酸素供給器が現在のところ最
も一般的な設計とされる。

【０００７】最近、境界層及び外部流れ構造のＭＨＦ膜
酸素供給器を制御する方法が市場に現れた。この１つの
方法は、保持糸で小さなファイバー束を緊密にラップし
てＭＨＦファイバーを「ファイバーリボン」となるよう
に束ねる。これらの束は次に金属コイルのチャンネル内
に置かれ、このチャンネルが血液流れチャンネル及び熱
交換面の両方に作用する。

【０００８】心臓外科患者の心肺内支持による膜酸素供
給器の成功した使用に要求された第二の機能的特徴は、
熱交換である。心肺バイパス回路内での適当な熱交換の
ための備えが、外科手術中に患者の体温を維持及び（又
は）変化させるためになされなければならない。これ
は、この機能は体外回路の何れかに別の熱交換器を含む
ことでも達成されるが、最も一般的にその設計の一部と
して一体的な熱交換器を有する血液酸素供給器を使用す
ることにより達成される。初期のバブル酸素供給器によ
れば、一体的な熱交換器は酸素供給器の出口側、即ち動
脈側に配置され、ガス交換処理が完了した後に熱交換が
生じる。しかしながらこの構成に於いて血液を暖化する
とき、溶液の温度が高まるに連れて流体中でのガスの溶
解度は低下するので、ガスのマイクロバブルが検出でき
るようになることが見出された。従ってこの結果、この
設計は酸素供給器の入口側、即ち静脈側に熱交換器が配
置される。

【０００９】現在使用されている全ての酸素供給器は、
上述装置が金属コイルに「ファイバーリボン」を使用し
たことを除いて、静脈又は動脈の側の熱交換器を備えて
いることに注目することは面白い。内部にファイバーリ
ボンが配置される金属血液チャンネルは、金属コイルの
下面が水導管を取付けているので、熱交換面として作用
する。これらの導管を通して熱調節した水を流すこと
で、金属コイルは加熱又は冷却され、ガス交換に使用さ
れるのと同じチャンネル内で血液の熱交換が達成され
る。

【００１０】何れの血液酸素供給器に於ても、循環する
血液に対するガス移動のための効率的な手段を備えるこ
とが重要である。この装置は患者の血管系に向けて循環
される血液を冷却出来、これにより患者の体温が冷やさ
れて生理的に保護された低体温状態を生み出すことが出
来ることも極めて重要である。逆に、この装置は血液を
温めて、外科手術の終わり近くにおいてこの装置が患者
に戻される循環血液を適温状態に温めることができるこ
とが重要である。

【００１１】膜酸素供給器の他の重要な特徴は、最少限
の初動流体容積しか要しないことである。体外バイパス
回路は通常は多数の部材で構成され、酸素供給器及び他
の部材が十分な長さの無菌チューブにより相互連結され
る。チューブの追加長さは患者の血管系に連結され、患
者の静脈血液を体外回路に向けて直接に導き、また患者
の動脈循環に動脈血化した血液を戻すために使用され
る。この回路は患者の血管系に連結される前は適当な生
理的流体で完全に満たされて、患者の循環系の悲劇的な
ガス塞栓化を防止するようにされねばならない。明らか
なように、バイパス回路の流体容積が増大すればするほ
ど、患者の血液希釈作用が増大する。患者の血液が次第
に希釈されて行くと、患者の血液は過剰血液流量としな
ければ組織の要求を支えるに十分な量の酸素を運ぶこと
が出来なくなる極限点に達する。このような極限の血液
希釈は従って血液中の酸素運搬能力を高めるために回路
に対する相同性の血液の移入を必要とする。この結果、
酸素供給器の適当な設計は安全作動を得るために初動流
体容積を最少限にする。

【００１２】血液酸素供給器の更に他の重要な特徴は血
液に対して最少限の損害しか与えないことである。血液
の受ける害は様々に発生し、最も重大な原因は過度の剪
断力が装置を流れる血液要素に作用することである。膜
酸素供給器のための最適設計に於いて膜近くの非常に薄
い血液境界層を得る必要性（ガス移動を最大限にするた
め）及び血液速度を最低限に維持する必要性（血液の被
害をもたらす剪断力を減少させるため）をバランスさせ
ねばならない。

【００１３】明らかなように、血液酸素供給器は心肺バ
イパスのような重大な外科手術に使用されるという事実
に照らして、この装置は予定通りに高い信頼性を有して
性能発揮することが特に重要である。医療費用の増大の
ために製造費用が最少限とされることが重要である。

【００１４】上述にて提起した問題の幾つかを単独に又
は組合わせて解決するために開発された装置に関して幾
つかの特許が付与されている。例としてハマダ氏他に付
与された米国特許明細書第４，７９１，０５４号、ボー
リーに付与された米国特許明細書第４，１１１，６５９
号、ヨシダ氏他に付与された米国特許明細書第３，９９
８，５９３号、及びリー氏他に付与された米国特許明細
書第５，１３７，５３１号は全て酸素供給器型の装置に
係わり、酸素供給器は酸素及び温度制御のために分離さ
れた個別の室を有している。

【００１５】ストランド氏に付与された米国特許明細書
第３，３４２，７２９号は浸透性の分離セルを解除して
おり、このセルは一方向に走る陽イオン交換性を有する
ファイバーと、これに直角方向に走る陰イオン交換性を
有するファイバーとを有するメッシュ膜を使用してい
る。レオナルド氏に付与された米国特許明細書第３，７
９４，４６８号は巻かれたチューブ状の拡散膜を有する
物質移動装置を開示している。ギター氏に付与された米
国特許明細書第４，７２２，８２９号は他の血液酸素供
給器を示しており、これに於いてチューブは処理ガスが
流されるチューブは球形ローブを含み、このローブは相
互に係合して小さな通路を形成し、これらの通路を通し
て血液が移動する。最後にバウルメイスター氏に付与さ
れた米国特許明細書第４，９４０，６１７号は複数層の
中空ファイバー巻付け本体を開示しており、ファイバー
はヘリカル即ち螺旋状に巻付けられている。

【００１６】本発明が開発したことは上述にて認識され
た問題に対する対処及びそれらの問題を既存技術より満
足できる方法で解決することである。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、血液酸素供
給器として効率的に機能し、また体外酸素供給系に主な
る使用を見出すガス移動装置に係わる。本発明の開示の
ために、この装置は血液酸素供給器としての使用に関連
して説明される。

【００１８】

【課題を達成するための手段】この装置は、内部の血液
処理室を有するハウジングを含み、この室内には２組の
互いに混じり合った流体導入ファイバーで構成されたマ
ットが配置される。一方の組のファイバーは微孔が壁部
に形成されてガスの相互拡散を可能にする一方、他方の
組のファイバーは中実な液体不浸透壁を有する。マニホ
ールドが各組のファイバーの反対端部に備えられ、また
入口及び出口手段がハウジングに備えられて血液を導
き、血液はハウジングを通りマットを横断して処理され
る。微孔のある組のファイバーは流体処理ガスを伝える
ようになされる一方、中実壁の組のファイバーは熱伝導
流体を導くようになされる。各組のファイバーと関連す
るマニホールドはコネクターを有し、その関連するファ
イバーに対する流体の流入及び流出を可能にする。

【００１９】本発明による装置では、血液はハウジング
の一方の側に流入し、ファイバーマットを通過した後で
ハウジングの反対側から流出される。壁部に微孔を有す
る組のファイバーは酸素の送りに使用出来、該ファイバ
ー壁部を通るガスの相互拡散を可能にする。このファイ
バー内の酸素は内部室を通過する酸素不足血液中に拡散
し、血液中の過剰なＣＯ₂ はファイバーの中に拡散す
る。中実壁のファイバーは例えば水のような熱伝導流体
を送るために使用され、ガスの相互拡散と同時に血液温
度が調節され維持されるようになされる。

【００２０】本発明の実施例に於いて組をなすファイバ
ーが別個の層として編まれており、これらの層はこのよ
うな編まれたファイバーのマットを形成するために互い
に上に重ねることができる。マットの厚さは装置を通る
血液の予め定められた流量に関して望ましいファイバー
面積部分に応じて選択される。

【００２１】他の実施例において、微孔のあるファイバ
ーは別個の層にて互いに結合され、各層における微孔の
あるファイバーは平行関係に延在する。横方向に間隔を
隔てた接着材ビードは各層のファイバーを横断して延在
し、ファイバーを共に予め定めた並置の関係で結合す
る。液体不浸透性のファイバーは同様に互いに別々の層
に接着され、微孔のあるファイバー及び液体不浸透ファ
イバーの層は装置を通して流れる予め定められた血液の
流量に対して望ましいファイバーの所要面積部分に応じ
て予め定められた厚さのマットに重ねることができる。

【００２２】本発明の他の概念、特徴及び詳細は添付図
面に関係する好ましい実施例の以下の詳細な説明及び特
許請求の範囲を参照することで更に完全に理解できよ
う。

【００２３】

【実施例】図示の目的で本発明のガス移動装置は、周知
の１つの用途に関係して、特に血液の酸素化に関係して
説明される。この装置はそれ故に血液酸素供給器１２と
一般に称される。

【００２４】図１を参照すれば、血液酸素供給器１２は
複数の外部コネクターを有するハウジング１４を含み、
ハウジングはその内部を通して処理されるべき流体（血
液）、処理流体（酸素）、及び熱伝導流体（水）を移送
できるようになされていることが見られる。前述した流
体を装置に導き、また装置から導き出す系統は多くの異
なる形態を取り得ることから、それらは血液入口系１
６、血液出口系１８、ガス入口系２０、ガス出口系２
２、水入口系２４及び水出口系２６として単に図解的に
示されている。前述した入口及び出口系の各々は柔軟な
導管２８と組合わされており、これらの導管は以下に更
に完全に説明されるように装置と作動的に相互連結さ
れ、また図示されていないが圧力ポンプ又は真空ポンプ
を含んでいる。圧力ポンプは関連する流体を正圧の作用
の下で装置に通して圧送し、又真空ポンプは負圧の作用
の下で装置を通して流体を吸引するように使用出来る。

【００２５】図１及び図３に恐らく最も良く示されてい
るように、ハウジング１４は一対の同じ反対両側の表面
プレート３０を含み、これらのプレートはその周縁に沿
って相互に連結され、また４つのマニホールド部材３２
ａ、３２ｂ、３２ｃ及び３２ｄにより逆の状態で間隔を
隔てた関係に保持され、マニホールドは組合って周辺フ
レームを形成している。マニホールドは表面プレート３
０を予め定められた間隔で保持し、この間隔は表面プレ
ートの全横断面を差し渡すファイバーマット３４を受け
入れるようになされる。このマットはハウジング１４に
よって形成された内部室３６の中に配置され、ハウジン
グを通る血液の流れがマットを通して流れなければなら
ないようにしている。

【００２６】マット３４は後で更に詳細に説明される
が、２組の中空ファイバーを含んで成り、これらは実質
的に相互に直角な関係に配置されている。一方の組のフ
ァイバーは壁部に微孔を形成されており、酸素処理ガス
を送るようになされる一方、他方の組のファイバーは中
実な液体不浸透壁を有し、熱伝導水を送るようになされ
る。各組のファイバーの反対両端部は開口し、４つのマ
ニホールド３２ａ〜３２ｄの１つと連通されている。マ
ニホールドはそれ自体が後で更に詳しく説明するように
気密状態に分離されている。

【００２７】マニホールド３２ａ〜３２ｄは夫々がコネ
クター３８を備えており、マニホールド内部とハウジン
グ１４を取り巻く環境との間に連通を確立し、これによ
り処理酸素ガスがマニホールド３２ａから反対側のマニ
ホールド３２ｃへ微孔のあるファイバーを通して送られ
る一方、熱伝導水が相互に直角なマニホールド３２ｂか
らその反対側のマニホールド３２ｄへ中実壁のファイバ
ーを通して流されることができるようになされている。
このようにして、装置内で処理される血液は同時にまた
酸素を取り込むと共に知られた方法で二酸化炭素が排除
され、その間その温度を上昇、降下又は保持するように
熱処理される。

【００２８】図１〜図３を参照すれば、反対両側の表面
プレート３０は四角形であり、それぞれＵ形横断面の細
長いチャンネル４０ａを形成する三角形の長手方向横断
面を有する複数の垂直方向に突出した中空の平行なリブ
４０を有している。以下の説明から、リブ４０は垂直方
向に突出する必要はないが、図１に示すように且つまた
本発明の説明のために、リブは垂直方向に配向されてい
ることが明らかとなろう。リブの長手方向の形状が三角
形であるので、これらは関連する表面プレートの一方の
縁部に沿って全体としてヘッダー領域４２を形成し、表
面プレートの反対側の縁部へ向かって伸長するに連れて
深さが浅くなる。図示された構造では、表面プレートの
関係状態が逆なので、一方の表面プレートのヘッダー領
域４２は装置の一方の縁部に沿って配置され、反対側の
表面プレートのヘッダー領域は装置の反対側の縁部に沿
って配置される。

【００２９】装置の一方の側の表面プレート３０は最外
位置の三角形リブ４０に形成された入口／コネクター４
４を有し、この入口／コネクターは表面プレートのヘッ
ダー領域４２と直接に連通している。入口／コネクター
４４は柔軟ホース即ち導管２８に気密連結するのに適し
た切頭円錐形のヘッドを有し、血液入口系１６に連結さ
れた柔軟ホースが着脱可能に取付けできるようにされて
いる。反対側の表面プレートは最外位置の三角形リブ４
０に装置の反対側の縁部に沿って形成された出口／コネ
クター４６を含み、この出口／コネクター４６は関連す
る表面プレートのヘッダー領域４２と直接に連通してい
る。出口／コネクター４６は血液出口系１８に関係した
柔軟ホース２８に着脱可能に気密連結されるための切頭
円錐形ヘッドを有している。それ故に血液は入口／コネ
クターを通って装置１２に流入し、装置を通り、装置の
反対側の隅で且つまた中空ファイバーのマット３４から
装置の反対側に配置された出口／コネクターを通して取
出されることのできることが認識されよう。

【００３０】図３に最も良く見られるように、各表面プ
レートはその周縁に沿って形成された外方へ向いた隆起
部４８を有し、表面プレートを４つのマニホールド３２
ａ〜３２ｄに容易に取付けできるようにしている。隆起
部４８は以下に更に詳しく説明されるように、中空ファ
イバーマット３４に当接するようになされた内方へ向い
た面５０を形成している。

【００３１】表面プレート並びにマニホールドは不活性
プラスチック、ステンレス鋼又は血液、処理ガス又は熱
伝導水と反応しない他の材料のような適当材料の何れか
で作ることができる。

【００３２】４つのマニホールド３２ａ〜３２ｄは同じ
構造であり、横方向断面に於いて全体的に中空な台形
（図３）をしている。各マニホールドは出口プレート部
５２及びこの出口プレート部５２の反対両側の側縁から
広がっている斜めに向かう側壁５４を含んでなる。側壁
の先端縁はリブ５６を有し、リブは外側プレート部５２
に直角な方向へ突出して、表面プレートの周縁隆起部の
外方へ向いた面５８に横方向に係合するようになされて
いる。マニホールドのリブ５６及び表面プレートの隆起
部４８の接合部は超音波溶接のような気密シールを施さ
れて、装置１２のハウジング１４を完全に一体化し、密
閉内部室３６を形成している。図２及び図３を参照して
認識されるように、各マニホールドは以下に更に明白に
なる目的のために中空ファイバーマット３４の一方の側
縁と連通した中空空間６０を形成する。

【００３３】各マニホールド３２ａ〜３２ｄは、それに
形成されて切頭円錐形ヘッドを有するコネクター３８と
関連された開口６２を有し、処理ガス又は熱伝導水と関
連した柔軟チューブ２８が気密的に連結できるようにな
されている。各コネクター３８は中空で、流体がそれを
通して関連するマニホールド内の中空空間６０へ流れる
ことができるようになされる。

【００３４】中空ファイバーマット３４は図５〜図９に
恐らく最も良く示されており、編まれたファイバー層を
含む。これらの層はマットを組付ける時に対面関係に配
置できる。図３及び図７〜図９に示されるように、一方
の組のファイバー６６は垂直方向に延在する一方、第二
の組のファイバー６８は水平に延在する。一方の組のフ
ァイバー６６はその壁部に微孔を形成されて血液とファ
イバーの中空内部との間にガスの相互拡散を可能にし、
第二の組のファイバー６８は中実な液体不浸透壁を有し
て熱伝導水を制限し且つ送るようになされている。ファ
イバーは１つの中実壁ファイバー６８当たり１つの微孔
のあるファイバーと、又はこれらのファイバーの様々な
比率で、何れかの望ましいパターンに編まれることがで
きる。換言すれば、血液温度の制御はガスの望ましい相
互拡散に要求されるような中実壁ファイバーの本数の４
分の１で達成できるように決定されるべきであり、中実
壁ファイバー１本当たり微孔のあるファイバー４本とさ
れ得る。図４〜図６に於いて、この比率は図示だけの目
的で中実壁ファイバー１本につき微孔のあるファイバー
６６が４本の比率である。

【００３５】多数の編まれた中空ファイバーの層が、装
置を通る与えられた血液の流量に関して望まれるファイ
バー表面積に応じて対面関係で組立てられる。曝される
血液の与えられた容積当たりのガスの相互拡散速度は或
る種の微孔のあるファイバー構造に関して知られてお
り、従って装置を通る血液の流量によって微孔のあるフ
ァイバーの数は知られ、それ故にファイバー層の数が決
定できる。

【００３６】図８を参照して容易に認識できるように、
編まれたファイバー６６及び６８の層は各組のファイバ
ーが層の中央の編まれた部分７０を超えて予め定められ
た距離を延在するように形成される。従って層が対面関
係にて組立てられると、これらの層は各隅に形成され実
質的に四角い形状のノッチ７２を有する全体的に４つの
側部を有する平坦を形成することが見られる。

【００３７】両方の組のファイバー端部はこの分野で良
く知られ容易に入手できるポリウレタンのような埋込用
樹脂７４内に埋込まれており、該埋込用樹脂は４つの縁
部に沿って編まれたファイバーの層を一体化して結合す
るように機能する。知られている方法でこの埋込用樹脂
はスライス加工されてファイバーの終端部を切除し、各
ファイバーをその両端部にて開口させた状態にする。層
が共に埋込まれ、この埋込まれた部がスライス加工され
てファイバーの開口端部を露出した後、複合マットの４
隅のノッチ７２はポリウレタン又はステンレス鋼のよう
な不活性材料で作られて台形の横断面を有するコーナー
ブロック即ちスペーサブロック７６を充填される。コー
ナーブロックが位置決めされてノッチ内に何れかの適当
な方法で固定されたならば、中空ファイバーのマットは
ハウジング１４の中に嵌合するような寸法に予め定めら
れた、特にファイバーマットの外側縁部が表面プレート
の隆起部４８の内方へ向いた面５０と係合するような、
平坦な４側部のある構造となる。隆起部の内方へ向いた
面はファイバーマット３４の外周縁部に適当な方法で固
定され、気密シールを確立する。この装置の実際の組立
に於いて、表面プレート３０はマニホールド３２ａ〜３
２ｄが既に説明した方法で表面プレートの周縁部に固定
される前に、ファイバーマット３４に固定される。

【００３８】ファイバーマットの代替実施例が図１０に
示されており、平行なファイバーマット３４ａとされて
いる。この実施例で、マットの各層は一つの別個の組の
ファイバー６６及び６８を含んでなり、これらのファイ
バーは平行な関係状態で配置され、間隔を隔てて接着材
７８のビードにより横方向結合されている。各層に於け
る単一組のファイバーの並置関係は特定の用途に関して
予め定められているが、図示のために第一の組の微孔の
あるファイバー６６は連続して又は僅かな間隔を隔てて
平行に配置される一方、第二の組の中実壁ファイバー６
８は隣接するファイバー間により大きな空間が形成され
るように間隔を隔てた平行関係で配置される。個々のフ
ァイバーの各層は従って所望の厚さ又はファイバーの予
め定められた表面積が確立される迄、重ねることができ
る。異なる層の微孔のあるファイバー６６が同じ方向に
延在するように組立てられ、他の層の中実壁ファイバー
６８が実質的に直角な方向に延在されているが、第一及
び第二の組のファイバーの層が交互である必要はない。
換言すれば、中実壁ファイバー６８のどの層に対しても
微孔のあるファイバー６６の２つの層があり、これは特
定の適用に関して望ましい各組のファイバーの相対的な
表面積によって決まる。

【００３９】ファイバーの各層は四角形に形成されて、
ファイバーと同じ方向に延在する層の長さがその幅より
も大きいことが好ましい。従って、層が対面関係で重ね
られると、全体的に４側部マットは各隅にノッチ８０を
形成される。ファイバーの端部は適当な埋込用樹脂８２
内に埋込まれて層が単一マット３４ａとなるように一体
化され、この埋込体はその後スライス加工されてファイ
バーの開口端部を露出される。コーナーブロック８４は
マットの各隅のノッチ８０内に接着され又は他の方法で
固定されて、第一のマットの実施例に関連して先に説明
したのと同じ方法でハウジング１４内に容易に一体化さ
れる４側部マットを確立するようになされる。

【００４０】マットに使用されたファイバーはこの分野
で容易に入手できると共に周知であり、例えば微孔のあ
るファイバー６６は日本国東京都の三菱レーヨン株式会
社で製造され且つ識別番号ＥＨＦ１８０Ｍ−１で販売さ
れている形式のものとすることができる。説明のために
次の寸法、即ち、１８０ミクロンの内径、２８２ミクロ
ンの外径及び４９．５ミクロンの壁厚を有する微孔のあ
るファイバーが適当と見出されている。中実壁ファイバ
ー６８も識別番号ＨＦＥ４３０−４で販売されており、
同じ製造元から入手可能である。中実壁の中空ファイバ
ーの寸法は、４２９ミクロンの内径、５７７ミクロンの
外径及び３．５ミクロンの壁厚が適当と見出されてい
る。

【００４１】好ましい一実施例に於いても、ファイバー
がマットを形成するために編まれる時、３６の層が４．
１１ｃｍ（１．６２インチ）の厚さを定め、２．４５平
方メートルの微孔のある有効表面積を与え、０．８４平
方メートルの中実壁ファイバー表面積を与えて、大人の
血液の酸素供給のためにガスの適当な相互拡散が与えら
れる一方、許容できる範囲内で血液の温度を調節できる
或る程度の融通性が与えられた。ファイバーは全て２
２．９ｃｍ（９インチ）の長さで、編まれた面積部分は
１５．２センチメートル平方（６インチ平方）であっ
た。

【００４２】平行ファイバーマットに於いては、効率的
に作動した一実施例は有効表面積が２．５１平方メート
ルの６０層の微孔のあるファイバー、及び有効表面積が
１．３２平方メートルの２９層の中実壁ファイバーを含
んでいた。マットの厚さは３．３８ｃｍ（１．３３イン
チ）であった。ファイバーは全て２２．９ｃｍ（９イン
チ）の長さで、各層は１５．２ｃｍ（６インチ）幅であ
り、微孔のあるファイバー層と中実壁ファイバー層との
重なりは１５．２ｃｍ平方（６インチ平方）であった。

【００４３】作動において、各表面プレート３０の入口
４４及び出口４６が装置を通して血液を送るために圧力
又は真空ポンプ手段を含む血液入口系１６及び血液出口
系１８とそれぞれ関連する柔軟ホース２８に連結され
た。各表面プレートは比較的大きなヘッダー領域４２を
有しているので、ヘッダー領域にて装置の内部室３６に
導入された血液は各々の三角形リブ４０に沿って上方へ
進む前に容易に広がり即ち装置を横断して流れて、表面
プレート、次にファイバーマット３４又は３４ａの全断
面を横断して分散される。血液は勿論のことながら血液
入口／出口系で生じる圧力差によってファイバーマット
を横断して移動し、ファイバーマットを完全に横方向に
移動したならば、反対側で集められて反対側の表面プレ
ートの出口４６を通して装置から取出される。

【００４４】一方の表面プレートから他方の表面プレー
トへファイバーマットを横断して装置を通して血液が移
動すると同時に、図１に示されるように装置１２の頂部
にて酸素ガスが微孔のあるファイバー６６の入口端部に
関係したマニホールド３２ａに導入され、該ファイバー
を通して垂直下方向へ流れるようにされる。酸素ガスが
ファイバー６６を通過するとき、ガスの相互拡散が微孔
のあるファイバーとその外面の廻りを循環される血液と
の間で生じる。この相互拡散の原理はこの分野で良く知
られており、酸素は微孔を通して外方へ流れ、酸素不足
血液により吸収される一方、血液中の過剰ＣＯ₂ が微孔
を通してそのファイバーの中空内部へと内方へ向けて流
れて、装置の底部のガス出口マニホールド３２ｃに関連
した柔軟ホース２８を通して除去される。

【００４５】同時にまた、熱伝導水が図１で見た場合に
装置の右側の水入口マニホールド３２ｂに導かれ、中空
の中実壁ファイバー６８を通して水平に流されて、水出
口マニホールド３２ｄ及びそれに関係した柔軟ホース２
８を通して左側にて装置から取出される。先に説明した
通り、熱伝導水は装置に流入する時の水温によって温度
を高め、温度を下げ、又は温度を維持することで血液温
度に影響を与えることができる。各マニホールド内の中
空空間６０は処理ガス又は熱伝導水を関係するファイバ
ーの開口端部に実質的に一定して流入できるようにさせ
て、処理ガス又は熱伝導水がファイバーマットの全断面
積を横断して一様に分散されるようにする。

【００４６】本発明のガス移動装置１２は血液に望まし
く酸素供給する一方、同時に血液の酸素供給のために具
現されてきた従来技術による装置の欠点の多くを解決す
るようにして血液温度を調節する。同時に行われる酸素
供給及び温度調節は多くの従来技術の装置の欠点を解決
するのであり、従来技術は酸素供給の行われる前後で酸
素化される血液を加熱しなければならなかった。

【００４７】本発明は或る程度詳細に説明したが、本発
明の説明は例としてなされたもので、細部及び構造に於
いて特許請求の範囲に記載されている本発明の精神から
逸脱せずに変更できることは理解される。

【図面の簡単な説明】

【図１】処理流体及び熱伝導流体、並びに血液の供給源
に連結された本発明の装置の図解的な斜視図。

【図２】図１の線２−２に沿う拡大水平断面図。

【図３】図１の線３−３に沿う拡大垂直断面図。

【図４】図３の線４−４に沿う拡大断片断面図。

【図５】図４の線５−５に沿う拡大断片断面図。

【図６】図４の線６−６に沿う拡大断片断面図。

【図７】編まれたファイバーの多数層からなるマットの
斜視図。

【図８】編まれたファイバーの複数の層の分解斜視図。

【図９】各組に於けるファイバーの露出した開口端部及
びマットファイバー組立体の隅のスペーサブロックを示
す、図７に示されたファイバーマットの１つの隅の断片
斜視図。

【図１０】本発明の装置に使用されるマットの第二の実
施例の断片分解斜視図。

【図１１】図１０のマットの組立体の斜視図。

【符号の説明】

１２ 酸素供給器 １４ ハウジング １６ 血液入口系 １８ 血液出口系 ２０ ガス入口系 ２２ ガス出口系 ２４ 熱伝導水入口系 ２６ 熱伝導水出口系 ２８ 導管 ３０ 表面プレート ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ マニホールド ３４ ファイバーマット ３６ 内部室 ３８ コネクター ４０ リブ ４２ ヘッダー領域 ４４ 入口／コネクター ４６ 出口／コネクター ４８ 隆起部 ６０ 中空空間 ６６ 微孔のあるファイバー ６８ 中実壁ファイバー ７４ 埋込用樹脂 ７８ 接着材 ８０ ノッチ ８２ 埋込用樹脂 ８４ コーナーブロック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス ピー．サヒネス アメリカ合衆国カリフォルニア州ミルピタ ス，ウェリントン ドライブ 2023 (72)発明者 ロバート ケイ．フェルナンデズ アメリカ合衆国カリフォルニア州サンタ クララ，キーリィ ブールバード 1270

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部流体処理室、前記処理室から遮断さ
   れ、各々がハウジング周囲環境との間に連通を確立する
   コネクターを有している少なくとも一対のマニホール
   ド、及び前記内部室とハウジング周囲環境との間に連通
   を確立して流体が前記内部室を通過して処理されるよう
   になす入口及び出口手段を有するハウジング、 ２組の別個の互いに混じり合った細長い中空ファイバー
   であって、各組のファイバーは２つの端部を有してお
   り、一方の組のファイバーは微孔を形成された外壁を、
   また第二の組のファイバーは中実な液体不浸透壁を有
   し、前記一方の組の前記ファイバーの各端部が前記マニ
   ホールドの１つと連通されており、前記ファイバーは前
   記内部室の中に配置されて、流体が前記入口及び出口手
   段を経て前記内部室を通過できるように、またガスが１
   つのマニホールドから前記一方の組のファイバーを通し
   て他のマニホールドへ流れて該ガスが前記一方の組の前
   記ファイバーの微孔を通して前記流体中に拡散できるよ
   うになしている前記中空ファイバーを含んで構成されて
   いるガス移動装置。
2. 【請求項２】 二対のマニホールドが備えられ、第二の
   組のファイバーは中空であり、また第二の組のファイバ
   ーの各端部は第二の対のマニホールドに於ける前記マニ
   ホールドの１つと流体連通されて、前記内部室を通して
   流れる流体の温度を調節するために前記第二の組のファ
   イバーを通して熱移動流体が流れることができるように
   なされた請求項１に記載のガス移動装置。
3. 【請求項３】 ２つの組のファイバーが異なる数である
   請求項２に記載のガス移動装置。
4. 【請求項４】 一方の組のファイバーが他の組のファイ
   バーとマットに編まれている請求項１に記載のガス移動
   装置。
5. 【請求項５】 ２つの組のファイバーが異なる数である
   請求項４に記載のガス移動装置。
6. 【請求項６】 内部室が一対の反対両側の表面プレート
   で部分的に形成され、一方の表面プレートは前記入口手
   段を、また他方の表面プレートは出口手段を有している
   請求項１に記載のガス移動装置。
7. 【請求項７】 前記表面プレートが各々前記入口及び出
   口手段と連通されたヘッダー領域、及び該ヘッダー領域
   と連通されてそこから延在する複数の細長いチャンネル
   を有し、前記チャンネルは前記内部室の中に開口してい
   る請求項６に記載のガス移動装置。
8. 【請求項８】 前記細長いチャンネルが前記ヘッダー領
   域から延在するに連れて横断面寸法が小さくなされてい
   る請求項７に記載のガス移動装置。
9. 【請求項９】 二対のマニホールドが備えられており、
   前記表面プレートの各々が二対の反対縁部を有し、表面
   プレートの前記反対縁部が前記マニホールドに固定され
   て前記内部室を形成しており、また前記ファイバーの端
   部は開口されて埋込用樹脂内に埋込まれており、該埋込
   用樹脂はマニホールドと協働してマニホールドを互いに
   且つ内部室から流体的に遮断し、処理される流体が前記
   入口手段を通して前記装置に流入し、各組のファイバー
   で処理された後に前記出口手段を通して前記装置から排
   除できるようになされていて、個々の流体は各組のファ
   イバーを通して独立して流れることができるようになさ
   れた請求項６に記載のガス移動装置。
10. 【請求項１０】 各層に存在する各組のファイバーが編
    まれた複数の層が備えられ、各組のファイバーが互いに
    実質的に平行に延在している請求項４のガス移動装置。
11. 【請求項１１】 各組のファイバーが実質的に平行で、
    マットが実質的に四角形であり、また各組のファイバー
    の反対端部が編まれずにマットの４隅にノッチを確立し
    ている請求項４に記載のガス移動装置。
12. 【請求項１２】 前記マットを正確に四角形にするため
    に前記ノッチの各々にスペーサ手段を更に含む請求項１
    １に記載のガス移動装置。
13. 【請求項１３】 前記ファイバーの編まれていない端部
    が開口され、互いに対応するファイバーの関連する端部
    と埋込まれている請求項１１に記載のガス移動装置。
14. 【請求項１４】 前記マットが複数の層のファイバーで
    構成され、各層のファイバーは一方の組のもので実質的
    に平行な関係に延在されており、前記層のファイバーは
    面を向け合う状態に位置決め保持されている請求項１に
    記載のガス移動装置。
15. 【請求項１５】 各層のファイバーが横方向の接着材ビ
    ードで互いに結合されている請求項１４に記載のガス移
    動装置。
16. 【請求項１６】 間隔を隔てた反対両側の実質的に四角
    形の表面プレートと、表面プレートの４つの側縁に沿っ
    て表面プレートにシールされ、ハウジングの４つの側部
    のそれぞれを形成する４つのマニホールドとを有するハ
    ウジングであって、前記表面プレート及びマニホールド
    が協働して内部の流体処理室を形成しており、前記表面
    プレートの一方の入口及び前記表面プレートの他方の出
    口が前記内部室と前記ハウジングを取巻く環境との間の
    連通を確立しており、前記マニホールドの各々のコネク
    ター手段がその関係するマニホールドと前記ハウジング
    を取巻く環境との間の連通を確立しているようになされ
    た前記ハウジング、及び前記内部室の中に配置された編
    まれた細長い中空ファイバーで作られ、前記ハウジング
    と作動的に組合わされてマニホールドを互いから及び内
    部室から気密的に分離するとともに、２つの表面プレー
    トの間の空間を全体的に差し渡すようになされるマット
    であって、前記マットは２組の実質的に相互に直角な中
    空ファイバーから編まれて形成され、一方の組のファイ
    バーは微孔の形成された壁を有し、他方の組のファイバ
    ーは液体不浸透性であり、各組の前記ファイバーの反対
    両端部は埋込用樹脂の中に埋込まれるとともに、関連す
    るマニホールドの中に着座して、マニホールド内にその
    マニホールドのコネクター手段と連通する中空空間を形
    成するようになされており、ファイバーの端部は開口さ
    れ且つ又関連するマニホールドの中空空間と連通され
    て、別々の流体が各組のファイバーを通して反対両側の
    マニホールドの間を流れることができるようになされる
    一方、処理される流体はハウジングを通って流れ、入口
    及び出口を経てマットを横断するようになされるように
    する前記マットを組合わせて構成されたガス移動装置。