WO2007060799A1 - 中空糸膜型人工肺 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a hollow fiber membrane oxygenator that performs gas exchange using a hollow fiber membrane, and in particular, stacks heat exchange pipe bundles on a hollow fiber bundle and performs heat exchange as well as gas exchange.
- the present invention relates to a hollow fiber membrane oxygenator configured as described above.
- An artificial lung capable of allowing blood to flow vertically to a hollow fiber membrane can achieve efficient gas exchange and low pressure loss due to effective destruction of blood side membrane resistance. It is known to be highly efficient. Furthermore, by stacking the heat exchange pipe bundle on the hollow fiber bundle and performing heat exchange as well as gas exchange, an operation for maintaining the blood temperature in an appropriate range can be efficiently performed.
- Such a hollow fiber membrane oxygenator described in Patent Document 1 or 2 will be described below with reference to FIG.
- the hollow fiber membrane oxygenator shown in FIG. 5 has a housing composed of stacked gas exchange portions 21 and heat exchange portions 22.
- a hollow fiber bundle in which hollow fiber membranes 28 as elements for gas exchange are bundled, and a stainless pipe 29 as an element for heat exchange. A bundle of stainless steel pipes is stored.
- the hollow fiber bundle has a form in which a plurality of porous hollow fiber membranes 28 are stacked with their axial directions arranged in the horizontal direction.
- the stainless steel pipe bundle has a form in which a plurality of stainless pipes 29 constituting a heat exchange pipe are stacked with their axial directions arranged in a horizontal direction.
- the stainless pipe 29 and the hollow fiber membrane 28 are arranged so that the arrangement directions of the respective axes are parallel to each other.
- An outer peripheral region including both end portions of the hollow fiber membrane 28 is filled with a potting material to form a potting portion 30a.
- the lumen of the potting portion 30a forms a cylindrical blood flow path extending across the hollow fiber membrane 28 in the vertical direction!
- Potting material is also filled in the outer peripheral region including both ends of the stainless steel pipe 29 to form a potting portion 30b.
- the bore of the potting part 30b also extends across the stainless steel pipe 29 in the vertical direction. It forms an existing cylindrical blood flow path.
- the outer shell walls of both are opened, and an open gap part 33 is formed.
- the cylindrical blood flow path formed by the potting part 30a of the hollow fiber bundle and the cylindrical blood flow path formed by the potting part 30b of the stainless steel pipe bundle 29 communicate with each other through the open gap 33 and are continuous in the vertical direction.
- a blood flow path is formed.
- a blood inlet port 23a and a blood outlet port 23b are provided on the outer shell walls of the heat exchange section 2 and the gas exchange section 1 corresponding to the upper and lower ends of the blood flow path.
- Gas headers 24a and 24b are provided at the left and right ends of the gas exchange unit 21 to seal the inner cavity.
- Each of the gas headers 24a and 24b is provided with a gas inlet port 25a and a gas outlet port 25b.
- cold / hot water headers 26a and 26b for sealing the inner cavity are provided at the left and right ends of the heat exchange unit 22, respectively.
- the cold / hot water headers 26a and 26b constituting the heat exchange header are provided with a cold / hot water inlet port 27a and a cold / hot water outlet port 27b, respectively, for the flow of cold water or hot water as heat exchange liquid. .
- the blood flowing in from the blood inlet port 23a passes through the blood flow path including the lumen of the potting portion 30b, the opening gap portion 33 and the lumen of the potting portion 30a, and flows out of the blood outlet port 23b.
- the gas headers 24a and 24b provided on the left and right sides of the gas exchange unit 21 form voids 31a and 31b in the vicinity of both ends of the hollow fiber bundle, and the hollow fiber membrane 28 forming the hollow fiber bundle has a potting unit. Openings are formed in the gaps 31a and 31b at the end face of 30a. Accordingly, the oxygen-containing gas flowing in from the gas inlet port 25a spreads in the gap 31a and the one end force of each hollow fiber membrane 28 enters the lumen, and the other end force of each hollow fiber membrane 28 also passes through the gap 31b. Outflow from exit port 25b. Meanwhile, gas exchange is performed with blood.
- the cold and hot water headers 26a and 26b provided on the left and right sides of the heat exchanging portion 22 form gaps 32a and 32b in the vicinity of both ends of the stainless steel pipe bundle 29, and the stainless steel pipe forming the stainless steel noise bundle 29 is
- the gaps 32a and 32b are opened at the end face of the potting portion 30b. Therefore, the cold water or hot water flowing from the cold / hot water inlet port 27a spreads in the gap 32a and enters the lumen from one end of each stainless steel pipe, and the cold / hot water outlet passes through the other end force gap 32b of each stainless steel pipe. Out of port 27b. In the meantime, heat exchange with blood Is done.
- Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 11-206880
- Patent Document 2 Japanese Patent Publication No. 9 509351
- the gas exchange unit 21 and the heat exchange unit 22 are stacked in parallel, so that gas headers 24a and 24b It is necessary to provide water headers 26a and 26b. This is because the gas flow and the inflow and outflow of cold / hot water at both ends of the hollow fiber membrane 28 and the stainless pipe 29 are separated from each other.
- a predetermined distance is required in the vertical direction between the hollow fiber bundle and the stainless steel noise bundle.
- the gas headers 24a, 24b and the cold / hot water headers 26a, 26b are arranged adjacent to each other. Therefore, even if the gas headers 24a, 24b and the cold / hot water headers 26a, 26b are arranged closest to each other, at the boundary between them, the outer shell wall thickness is between the hollow yarn bundle and the stainless steel noise bundle. It is also a force that requires a gap.
- the present invention provides a hollow fiber membrane oxygenator in which a heat exchanging unit is added to the gas exchanging unit without unnecessarily increasing the blood filling amount, and the gas exchanging rate and the heat exchanging rate are improved. Purpose.
- the hollow fiber membrane oxygenator of the present invention includes a hollow fiber bundle formed by arranging and laminating a plurality of porous hollow fiber membranes in one direction, and a plurality of heat exchange pipes arranged in one direction and laminated.
- the heat exchange pipe bundle formed side by side with respect to the hollow fiber bundle, and the hollow fiber membrane and a region including both ends of the heat exchange pipe bundle are filled into the hollow fiber membrane and the heat exchange pipe.
- a potting material forming a blood flow path extending across the pipe, the hollow fiber bundle and the heat exchange pipe bundle are accommodated, facing both ends of the hollow fiber membrane, respectively, and a gas inlet port and A gas header that forms a gas outlet port, a heat exchange header that forms a heat exchange liquid inlet port and a heat exchange liquid outlet port, respectively, facing both ends of the heat exchange pipe bundle, and both ends of the blood flow path And a housing having a blood inlet port and a blood outlet port.
- the blood is allowed to flow through the blood flow path, and a gas containing oxygen is allowed to flow through the lumen of the hollow fiber membrane. Gas exchange is performed between the blood and the heat exchange liquid, and the heat exchange liquid is allowed to flow between the blood and the heat exchange liquid.
- the hollow fiber membrane oxygenator of the present invention includes the heat exchange pipe bundle that constitutes the heat exchange pipe bundle with respect to the arrangement direction of the hollow fiber membranes that constitute the hollow fiber bundle.
- the hollow fiber bundle and the heat exchange pipe bundle are closely stacked with the arrangement direction of the heat exchange pipes crossed.
- the hollow fiber bundle and the stainless pipe bundle are arranged so as to cross each other. Therefore, the gas header and the heat exchange header arranged at both ends thereof are , They are not adjacent to each other. Therefore, it is possible to mount a gas header and a heat exchange header without providing a gap between the hollow fiber bundle and the stainless steel bundle. As a result, it is possible to avoid an unnecessary increase in the amount of blood filling without causing a dead space between the hollow fiber bundle and the stainless pipe bundle. Furthermore, since the dead volume is reduced, the heat exchange rate and gas exchange rate can be improved.
- FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a hollow fiber membrane oxygenator according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing the internal structure of the hollow fiber membrane oxygenator.
- FIG. 3 is a perspective view showing a hollow fiber type gas exchange section and a heat exchange section of the hollow fiber membrane oxygenator.
- FIG. 5 is a sectional view showing the structure of a conventional hollow fiber membrane oxygenator
- the arrangement direction of the heat exchange pipe constituting the heat exchange pipe bundle with respect to the arrangement direction of the hollow fiber membrane constituting the hollow fiber bundle are preferably orthogonal.
- the heat exchange liquid inlet port and the heat exchange liquid outlet port formed by the heat exchange header are preferably formed in the same direction as the gas outlet port. The reason is as follows.
- the heat exchange pipe may be a stainless steel pipe.
- the blood flow path preferably has a substantially circular cross section in the blood flow direction. Since the blood flow path has a circular cross section, the formation of a blood plug that hardly causes a blood retention portion is reduced. In addition, it is possible to realize a hollow fiber membrane type artificial lung in which the blood flow is optimal, the blood filling amount is reduced, and the resulting gas exchange capacity can be sufficiently reduced in size. Furthermore, the potting process is simplified by making the flow path have a circular cross section.
- a blood flow path formed across the hollow fiber bundle by the potting material and a blood flow path formed across the hollow fiber bundle by the potting material are different from each other. Do not form a step at the border! It is preferable that the level is adjusted to the same level. Thereby, the blood flow becomes smooth, and thrombus and itching caused by blood flow disturbance can be reduced.
- Fig. 1 is a perspective view showing an appearance of a hollow fiber membrane oxygenator according to the present embodiment.
- Components for gas exchange and heat exchange are housed in a housing composed of a gas exchange section 1 and a heat exchange section 2.
- a blood channel that penetrates the gas exchange unit 1 and the heat exchange unit 2 in the horizontal direction is formed in the lumen formed by the gas exchange unit 1 and the heat exchange unit 2.
- Blood inlet port 3a and blood outlet port 3b are provided on the outer shell walls of heat exchanger 2 and gas exchanger 1 corresponding to both ends!
- Gas headers 4a and 4b are provided at the upper and lower ends of the gas exchange unit 1 to seal the inner cavity.
- Gas headers 4a and 4b have gas inlet port 5a and gas outlet port 5b ( (See Fig. 2).
- Cold and hot water headers 6a and 6b are provided at the left and right ends of the heat exchanging unit 2 to seal the inner cavity.
- a cold / hot water inlet port 7a and a cold / hot water outlet port 7b are provided at the lower ends of the cold / hot water headers 6a, 6b constituting the heat exchange header, respectively, for allowing cold water or hot water as heat exchange liquid to flow in and out. That is, the cold / hot water inlet port 7a and the cold / hot water outlet port 7b have the same orientation as the gas outlet port 5b.
- FIG. 2 is a vertical sectional view including blood inlet port 3a and blood outlet port 3b in FIG.
- a hollow fiber bundle that is a bundle of hollow fiber membranes 8 is arranged in the lumen of the gas exchange unit 1.
- the hollow fiber bundle has a form in which a plurality of porous hollow fiber membranes 8 are stacked with their axial directions aligned in the vertical direction.
- a stainless steel pipe bundle is arranged in the inner cavity of the heat exchange unit 2.
- the stainless steel pipe bundle has a form in which a plurality of stainless steel pipes 9 constituting a heat exchange pipe are stacked with their axial directions arranged in the horizontal direction.
- the arrangement direction of the stainless pipes 9 forming the stainless pipe bundle is orthogonal to the arrangement direction of the hollow fiber membranes 8 forming the hollow fiber bundle.
- the hollow fiber bundle and the stainless pipe bundle are arranged in close contact with each other at the boundary portion.
- the distance between the hollow fiber bundle and the stainless pipe bundle is 0 to 2 mm.
- a potting material 10 is formed by filling a potting material in an outer peripheral region including both ends of the hollow fiber bundle and the stainless steel noise bundle.
- the potting portion 10 forms a cylindrical blood flow path extending across the hollow fiber membrane 8 and the stainless steel pipe 9 in the horizontal direction of the lumen force.
- FIG. 3 shows only the hollow fiber membrane 8, the stainless steel pipe 9, and the potting portion 10 formed on the outer periphery thereof.
- blood flowing in from the blood inlet port 3a passes through the blood flow path in the lumen of the potting portion 10, and flows out from the blood outlet port 3b.
- the gas headers 4a and 4b provided above and below the gas exchange section 1 form voids l la and l ib in the vicinity of both ends of the hollow fiber membrane 8 forming the hollow fiber bundle, and the hollow fiber membrane 8 is potted. Opened into the gaps l la and l ib at the end face of the part 10.
- the oxygen-containing gas flowing in from the gas inlet port 5a spreads in the gap 11a and enters one-end force lumen of each hollow fiber membrane 8, and passes through the other-end force gap l ib of each hollow fiber membrane 8. Outflow from gas outlet port 5b. Meanwhile, between blood Gas exchange takes place at
- FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
- the hot and cold water headers 6a and 6b provided on the left and right of the heat exchange section 2 form gaps 12a and 12b in the vicinity of both ends of the stainless steel pipe 9 forming the stainless steel pipe bundle. 9 is open to the gaps 12a and 12b at the end face of the potting portion 10. Therefore, cold water or hot water, which is a heat exchange liquid flowing in from the cold / hot water inlet port 7a, spreads in the gap 12a and enters the lumen from one end of each stainless steel pipe 9, and the other end force gap 12b of each stainless steel pipe 9 enters the inner cavity. It flows out from the cold / hot water outlet port 7b. During that time, heat is exchanged with blood.
- the hollow fiber bundle and the stainless steel noise bundle are arranged in close contact with each other, and an open gap 33 serving as a dead space as in the conventional example of FIG. It is unnecessary.
- the hollow fiber membrane 8 and the stainless steel pipe 9 are arranged orthogonal to each other, so that the gas headers 4a, 4b and the cold / hot water headers 6a, 6b arranged at both ends of the hollow fiber membrane 8 and the stainless steel pipe 9 avoid each other. So that they are not adjacent to each other. Therefore, it is possible to mount the gas headers 4a and 4b and the cold / hot water headers 6a and 6b without providing a gap between the hollow fiber bundle and the stainless steel noise bundle.
- the blood filling volume is the volume of blood filled in the modules of the gas exchange unit 1 and the heat exchange unit 2 during the operation of the oxygenator, and the smaller the blood filling amount, the less the burden on the patient. It is beneficial.
- the hollow fiber membrane 8 and the stainless steel pipe 9 do not necessarily have to be completely orthogonal. In other words, it is possible to obtain an appropriate effect as long as they intersect each other.
- the hollow fiber membrane 8 and the stainless steel pipe 9 are arranged orthogonal to each other, and the cold / hot water inlet port 7b and the cold / hot water outlet port 7b are formed in the same direction as the gas outlet port 5b. Specific effects will be described below.
- the cold / hot water inlet port 7b and the cold / hot water outlet port 7b are also provided downward.
- the cold / hot water piping is arranged only below the hollow fiber membrane oxygenator without turning it above.
- Cold / hot water for heat exchange does not always maintain cleanliness, so it is desirable that the piping for cold / hot water be located above the hollow fiber membrane oxygenator in consideration of the effects of contamination when water leaks.
- the stainless steel pipes 9 are arranged in the horizontal direction. If they are arranged vertically, it is somewhat difficult to pipe downward from the port corresponding to the upper end of the stainless steel nove 9. In addition, if the stainless steel nove 9 is arranged in the vertical direction, the piping will be routed over the hollow fiber membrane oxygenator, which is not preferable.
- the blood flow path formed by the potting portion 10 has a circular cross section, the formation of a thrombus that is unlikely to generate a blood retention portion is reduced.
- the potting process is simplified by making the flow path have a circular cross section.
- the hollow fiber bundle and the stainless pipe bundle are accommodated in the housing, and then the potting material is centrifugally filled. That is, the hollow fiber bundle and the stainless steel around the center of the blood flow path in a plane parallel to the hollow fiber membrane 8 of the hollow fiber bundle and the stainless steel pipe 9 of the stainless steel pipe bundle and perpendicular to the blood flow path direction. Potting material is filled while rotating the pipe bundle.
- potting material Are filled to form a circular cross-sectional lumen.
- a channel having a substantially circular cross section can be easily formed.
- the hollow fiber bundle and the stainless pipe bundle can be fixed by a single potting material filling process, and the manufacturing process can be greatly simplified. Moreover, since there is no step in the blood flow path, blood retention and thrombus formation can be suppressed.
- polycarbonate is used as the material of the housing including the gas exchange unit 1, the gas headers 4a and 4b, the heat exchange unit 2, and the cold / hot water headers 6a and 6b.
- Urethane resin is used as the material for the hollow fiber membrane.
- the potting material should have a two-layer structure with epoxy resin on the outside and urethane resin on the inside. The outer side is for adhesion to the inner surface of the housing, and the inner side is for good adhesion to the hollow fiber membrane and the stainless pipe.
- the hollow fiber membrane oxygenator of the present invention it is possible to add a heat exchanging part to the gas exchanging part without unnecessarily increasing the amount of blood filling. It is useful for a hollow fiber membrane oxygenator configured to be performed.
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Abstract
複数の多孔質中空糸膜8を一方向に配列した中空糸束と、複数の熱交換パイプ9を中空糸膜と交差する一方向に配列し積層して形成され、中空糸束に対して並置された熱交換パイプ束と、中空糸膜及び熱交換パイプの両端部を含む領域に亘って充填され中空糸膜及び熱交換パイプを横断して延在する血液流路を形成するポッティング材10とを備える。ハウジングは、血液流路の両端に面する血液ポート3a、3bと、中空糸膜の両端に面してガスポート5a、5bを形成するガスヘッダー4a、4bと、熱交換パイプ束の両端に面して熱交換液ポート7a、7bを形成する熱交換ヘッダー6a、6bとを有する。血液流路に血液を流し、中空糸膜の内腔に酸素含有ガスを流すことによりガス交換を行い、熱交換パイプの内腔に熱交換液を流すことにより熱交換を行う。血液充填量を無用に増大させることなく、ガス交換部に熱交換部が併設された中空糸膜型人工肺を構成できる。
Description
明 細 書
中空糸膜型人工肺
技術分野
[0001] 本発明は、中空糸膜を用いてガス交換を行う中空糸膜型人工肺に関し、特に、中 空糸束に熱交換パイプ束を積層して、ガス交換とともに熱交換も併せて行うように構 成された中空糸膜型人工肺に関する。
背景技術
[0002] 中空糸膜に対し血液を垂直に流す事が可能な人工肺は、血液側境膜抵抗の有効 破壊により、効率の良いガス交換、および低い圧力損失を実現でき、基本性能面で は高効率であることが知られている。更に、中空糸束に熱交換パイプ束を積層して、 ガス交換とともに熱交換も併せて行うことにより、血液の温度を適切な範囲に維持す るための操作を効率的に行うことができる。特許文献 1あるいは 2に記載されたそのよ うな中空糸膜型人工肺について、図 5を参照して以下に説明する。
[0003] 図 5に示す中空糸膜型人工肺は、積層されたガス交換部 21及び熱交換部 22から なるハウジングを有する。ガス交換部 21及び熱交換部 22の内腔にはそれぞれ、ガス 交換のための要素である中空糸膜 28が束になった中空糸束、及び熱交換のための 要素であるステンレスパイプ 29が束になったステンレスパイプ束が収納されている。
[0004] 中空糸束は、複数の多孔質中空糸膜 28が、その軸方向を水平方向に配列して積 層された形態を有する。ステンレスパイプ束は、熱交換パイプを構成する複数のステ ンレスパイプ 29が、その軸方向を水平方向に配列して積層された形態を有する。ス テンレスパイプ 29と中空糸膜 28とは、各々の軸の配列方向が互いに平行になるよう に配置されている。
[0005] 中空糸膜 28の両端部を含む外周領域にはポッティング材が充填されて、ポッティン グ部 30aが形成されている。ポッティング部 30aの内腔は、垂直方向に中空糸膜 28 を横切って延在する円筒状の血液流路を形成して!/ヽる。ステンレスパイプ 29の両端 部を含む外周領域にもポッティング材が充填されて、ポッティング部 30bが形成され ている。ポッティング部 30bの内腔も、垂直方向にステンレスパイプ 29を横切って延
在する円筒状の血液流路を形成して 、る。
[0006] ガス交換部 21及び熱交換部 22の境界部分では、両者の外殻壁が開口しており、 開口空隙部 33が形成されている。中空糸束のポッティング部 30aが形成する円筒状 の血液流路と、ステンレスパイプ束 29のポッティング部 30bが形成する円筒状の血液 流路とは、開口空隙部 33を通して連通し、垂直方向に連続した血液流路が形成され ている。その血液流路の上下端に対応する熱交換部 2及びガス交換部 1の外殻壁に 、血液入口ポート 23aおよび血液出口ポート 23bが設けられている。
[0007] ガス交換部 21の左右端部には各々、内腔を封止するガスヘッダー 24a、 24bが設 けられている。ガスヘッダー 24a、 24bには各々、ガス入口ポート 25a及びガス出口ポ ート 25bが設けられている。また、熱交換部 22の左右端部には各々、内腔を封止す る冷温水ヘッダー 26a、 26bが設けられている。熱交換ヘッダーを構成する冷温水へ ッダー 26a、 26bには各々、熱交換液である冷水または温水を流入出させるための 冷温水入口ポート 27a及び冷温水出口ポート 27bが設けられて!/、る。
[0008] 血液入口ポート 23aから流入する血液は、ポッティング部 30bの内腔、開口空隙部 33及びポッティング部 30aの内腔からなる血液流路を通過し、血液出口ポート 23bか ら流出する。
[0009] ガス交換部 21の左右に設けられたガスヘッダー 24a、 24bにより、中空糸束の両端 近傍に空隙 31a、 31bが形成され、中空糸束を形成する中空糸膜 28は、ポッティン グ部 30aの端面で空隙 31a、 31bに開口している。従って、ガス入口ポート 25aから 流入する酸素含有ガスは、空隙 31aで広がって各中空糸膜 28の一端力も内腔に進 入し、各中空糸膜 28の他端力も空隙 31bを経由してガス出口ポート 25bから流出す る。その間に、血液との間でガス交換が行われる。
[0010] また、熱交換部 22の左右に設けられた冷温水ヘッダー 26a、 26bにより、ステンレス パイプ束 29の両端近傍に空隙 32a、 32bが形成され、ステンレスノイブ束 29を形成 するステンレスパイプは、ポッティング部 30bの端面で空隙 32a、 32bに開口している 。従って、冷温水入口ポート 27aから流入する冷水または温水は、空隙 32aで広がつ て各ステンレスパイプの一端から内腔に進入し、各ステンレスパイプの他端力 空隙 32bを経由して冷温水出口ポート 27bから流出する。その間に、血液との間で熱交換
が行われる。
特許文献 1:特開平 11― 206880号公報
特許文献 2:特表平 9 509351号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0011] 上記従来の構成の中空糸膜型人工肺においては、ガス交換部 21と熱交換部 22が 平行に積層されているので、その境界部分においては、ガスヘッダー 24a、 24bおよ び冷温水ヘッダー 26a、 26bを設ける必要がある。中空糸膜 28とステンレスパイプ 29 の両端におけるガス流および冷温水の流入と流出を、互いに分離するためである。 ガスヘッダー 24a、 24bおよび冷温水ヘッダー 26a、 26bを嵌め込むためには、中空 糸束とステンレスノイブ束との間には、垂直方向において所定の間隔が必要である。 すなわち、中空糸束とステンレスノイブ束が平行に配置され、それらの端部が互いに 隣接しているので、ガスヘッダー 24a、 24bと冷温水ヘッダー 26a、 26bは互いに隣 接して配置されることになり、従って、ガスヘッダー 24a、 24bと冷温水ヘッダー 26a、 26bを最も密接させて配置しても、それらの境界部においては、外殻壁の厚み分、中 空糸束とステンレスノイブ束の間に間隙が必要だ力もである。
[0012] その結果、両者の境界には開口空隙部 33のように、中空糸膜 28及びステンレスパ ィプ 29のいずれも存在しない領域が形成される。血液はこの領域も通過するので、こ の領域は、ガス交換及び熱交換のいずれにも寄与しないデッドスペースとなる。この デッドスペースにより、血液充填量が無用に増大させられる。
[0013] 本発明は、血液充填量を無用に増大させることなくガス交換部に熱交換部が併設 され、ガス交換率や熱交換率が向上された中空糸膜型人工肺を提供することを目的 とする。
課題を解決するための手段
[0014] 本発明の中空糸膜型人工肺は、複数の多孔質中空糸膜を一方向に配列し積層し て形成された中空糸束と、複数の熱交換パイプを一方向に配列し積層して形成され 、前記中空糸束に対して並置された熱交換パイプ束と、前記中空糸膜及び前記熱 交換パイプ束の両端部を含む領域に充填されて前記中空糸膜及び前記熱交換パイ
プを横断して延在する血液流路を形成するポッティング材と、前記中空糸束及び前 記熱交換パイプ束を収容し、前記中空糸膜の両端に面して各々ガス入口ポートおよ びガス出口ポートを形成するガスヘッダー、前記熱交換パイプ束の両端に面して各 々熱交換液入口ポートおよび熱交換液出口ポートを形成する熱交換ヘッダー、及び 前記血液流路の両端に面して血液入口ポートおよび血液出口ポートを有するハウジ ングとを備え、前記血液流路に血液を流すとともに、前記中空糸膜の内腔に酸素を 含むガスを流すことにより、前記血液と前記ガスとの間でガス交換を行わせ、前記熱 交換パイプの内腔に熱交換液を流すことにより、前記血液と前記熱交換液との間で 熱交換を行わせるように構成される。
[0015] 上記課題を解決するために、本発明の中空糸膜型人工肺は、前記中空糸束を構 成する前記中空糸膜の配列方向に対して、前記熱交換パイプ束を構成する前記熱 交換パイプの配列方向を交差させて、前記中空糸束と前記熱交換パイプ束とが密接 して積層されたことを特徴とする。
発明の効果
[0016] 上記構成の中空糸膜型人工肺によれば、中空糸束とステンレスパイプ束が互いに 交差させて配置されて ヽるので、それらの両端部に配置されるガスヘッダー及び熱 交換ヘッダーは、互いに隣接することがない。従って、中空糸束とステンレスノイブ束 の間に間隙を設けることなぐガスヘッダー及び熱交換ヘッダーを装着することが可 能である。その結果、中空糸束とステンレスパイプ束の間にデッドスペースを生じるこ とがなぐ血液充填量の無用な増大を回避できる。さらに、デッドボリュームが低減さ れること〖こより、熱交換率、ガス交換率を向上させることができる。
図面の簡単な説明
[0017] [図 1]本発明の一実施の形態における中空糸膜型人工肺の外観を示す斜視図 [図 2]同中空糸膜型人工肺の内部構造を示す断面図
[図 3]同中空糸膜型人工肺の中空糸型ガス交換部および熱交換部を示す斜視図
[図 4]図 2の A— A線に沿った断面図
[図 5]従来例の中空糸膜型人工肺の構造を示す断面図
符号の説明
[0018] 1、 21 ガス交換部
2、 22 熱交換部
3a、 23a 血液入口ポート
3b、 23b 血液出口ポート
4a、 4b、 24a、 24b ガスヘッダー
5a、 25a ガス入口ポート
5b、 25b ガス出口ポート
6a, 6b、 26a, 26b 冷温水ヘッダー
7a, 27a 冷温水入口ポート
7b, 27b 冷温水出口ポート
8、 28 中空糸膜
9、 29 ステンレスノ ィプ
10、 30a、 30b ポッティング部
l la、 l ib 空隙
12a、 12b 空隙
31a, 31b 空隙
32a, 32b 空隙
33 開口空隙部
発明を実施するための最良の形態
[0019] 上記構成の本発明の中空糸膜型人工肺において、前記中空糸束を構成する前記 中空糸膜の配列方向に対して、前記熱交換パイプ束を構成する前記熱交換パイプ の配列方向を直交させることが好ましい。
[0020] また、前記熱交換ヘッダーが形成する前記熱交換液入口ポートおよび前記熱交換 液出口ポートは、前記ガス出口ポートと同一の向きに形成されていることが好ましい。 その理由は以下のとおりである。
[0021] ガス出口ポートを下向きに設けることにより、結露により中空糸膜の内腔が水滴で閉 塞されたときでも、中空糸膜の内腔が水滴で閉塞されることを回避することができる。 ガスの流れる方向が水滴の落下する方向と同じであるため、結露により生じた水滴が
移動、除去され易くなるからである。一方、熱交換液入口ポートおよび熱交換液出口 ポートを、ガス出口ポートと同一の下向きに設けることにより、冷温水のような熱交換 液の配管を、中空糸膜型人工肺の上方に回すことなく下方にのみ配置することが容 易になり、熱交換水のラインを各流出ポートと接続する場合や、熱交換液が漏れた場 合の汚染を防止することができる。中空糸束とステンレスパイプ束が互いに直交して いることにより、以上のようにガス出口ポートと熱交換液ポートを適切に配置すること が可能になる。
[0022] また、前記熱交換パイプはステンレスパイプとすることができる。
[0023] また、前記血液流路は、血液の流動方向における断面が実質的に円形であること が好ましい。血液の流路が円形断面であることにより、血液滞留部が発生し難ぐ血 栓の形成が軽減される。また、血液の流れが最適であり、かっ血液充填量が低減さ れ、得られるガス交換能に対して十分に小型化が可能な中空糸膜型人工肺を実現 することができる。更に、流路を円形断面とすることで、ポッティング工程が簡便にな る。
[0024] また、前記ポッティング材により前記中空糸束を横断して形成された血液流路と、前 記ポッティング材により前記中空糸束を横断して形成された血液流路とは、互 、の境 界にお 、て段差を形成しな!、面一の状態に調整されて 、ることが好ま 、。それによ り、血液の流れが円滑になり、血流の乱れによる生じる血栓や淀みを低減できる。
[0025] 以下に、本発明の一実施の形態における中空糸膜型人工肺について、図面を参 照して具体的に説明する。
[0026] 図 1は、本実施の形態における中空糸膜型人工肺の外観を示す斜視図である。ガ ス交換部 1及び熱交換部 2からなるハウジングに、ガス交換および熱交換のための構 成要素が収納されている。ガス交換部 1及び熱交換部 2が形成する内腔には、後述 するように、ガス交換部 1及び熱交換部 2を水平方向に貫通する血液流路が形成さ れ、その血液流路の両端に対応する熱交換部 2及びガス交換部 1の外殻壁に、血液 入口ポート 3aおよび血液出口ポート 3bが設けられて!/、る。
[0027] ガス交換部 1の上下端部には各々、内腔を封止するガスヘッダー 4a、 4bが設けら れている。ガスヘッダー 4a、 4bには各々、ガス入口ポート 5a及びガス出口ポート 5b (
図 2参照)が設けられている。熱交換部 2の左右端部には各々、内腔を封止する冷温 水ヘッダー 6a、 6bが設けられている。熱交換ヘッダーを構成する冷温水ヘッダー 6a 、 6bの下端部には各々、熱交換液である冷水または温水を流入出させるための冷温 水入口ポート 7a及び冷温水出口ポート 7bが設けられている。すなわち、冷温水入口 ポート 7a及び冷温水出口ポート 7bは、ガス出口ポート 5bと同一の向きを有する。
[0028] 図 2は、図 1における血液入口ポート 3aおよび血液出口ポート 3bを含む垂直方向 の断面図である。図 2に示されるように、ガス交換部 1の内腔には中空糸膜 8の束で ある中空糸束が配置されている。中空糸束は、複数の多孔質中空糸膜 8が、その軸 方向を垂直方向に配列して積層された形態を有する。熱交換部 2の内腔には、ステ ンレスパイプ束が配置されている。ステンレスパイプ束は、熱交換パイプを構成する 複数のステンレスパイプ 9が、その軸方向を水平方向に配列して積層された形態を 有する。従ってステンレスパイプ束を形成するステンレスパイプ 9の配列方向は、中空 糸束を形成する中空糸膜 8の配列方向に対して直交して 、る。中空糸束とステンレス パイプ束とは、その境界部において互いにに密接させ配置されている。中空糸束とス テンレスパイプ束の間の間隔は、 0〜 2mmである。
[0029] 中空糸束及びステンレスノイブ束の両端部を含む外周領域には、ポッティング材が 充填されてポッティング部 10が形成されている。ポッティング部 10はその内腔力 水 平方向に中空糸膜 8及びステンレスパイプ 9を横断して延在する円筒状の血液流路 を形成している。ポッティング部 10が形成する血液流路の形状が判り易いように、図 3に、中空糸膜 8とステンレスパイプ 9、及びその外周部に形成されたポッティング部 1 0のみを取り出して示す。
[0030] 図 2に矢印で示されるように、血液入口ポート 3aから流入する血液は、ポッティング 部 10の内腔の血液流路を通過し、血液出口ポート 3bから流出する。また、ガス交換 部 1の上下に設けられたガスヘッダー 4a、 4bにより、中空糸束を形成する中空糸膜 8 の両端近傍に空隙 l la、 l ibが形成され、中空糸膜 8は、ポッティング部 10の端面で 空隙 l la、 l ibに開口している。従って、ガス入口ポート 5aから流入する酸素含有ガ スは、空隙 11aで広がって各中空糸膜 8の一端力 内腔に進入し、各中空糸膜 8の 他端力 空隙 l ibを経由してガス出口ポート 5bから流出する。その間に、血液との間
でガス交換が行われる。
[0031] 図 4は、図 2における A— A線に沿った断面図である。同図に示されるように、熱交 換部 2の左右に設けられた冷温水ヘッダー 6a、 6bにより、ステンレスパイプ束を形成 するステンレスパイプ 9の両端近傍に空隙 12a、 12bが形成され、ステンレスパイプ 9 は、ポッティング部 10の端面で空隙 12a、 12bに開口している。従って、冷温水入口 ポート 7aから流入する熱交換液である冷水または温水は、空隙 12aで広がって各ス テンレスパイプ 9の一端から内腔に進入し、各ステンレスパイプ 9の他端力 空隙 12b を経由して冷温水出口ポート 7bから流出する。その間に、血液との間で熱交換が行 われる。
[0032] 以上の構成の中空糸膜型人工肺においては、中空糸束とステンレスノイブ束は、 互いに密接して配置され、図 5の従来例のようなデッドスペースとなる開口空隙部 33 が不要である。何故ならば、中空糸膜 8とステンレスパイプ 9が互いに直交させて配置 されているので、それらの両端部に配置されるガスヘッダー 4a、 4b及び冷温水へッ ダー 6a、 6bは、互いを避けて隣接することがないように位置される。従って、中空糸 束とステンレスノイブ束の間に間隙を設けることなぐガスヘッダー 4a、 4b及び冷温 水ヘッダー 6a、 6bを装着することが可能である。その結果、血液充填量の無用な増 大を回避できる。血液充填量は、人工肺の作動に際して、ガス交換部 1および熱交 換部 2のモジュール内に充填される血液の容積であり、血液充填量が小さいほど患 者への負担が少なぐ実用上有益である。
[0033] なお、中空糸膜 8とステンレスパイプ 9は、必ずしも完全に直交している必要はない 。すなわち、互いに交差している状態であれば、相応の効果を得ることが可能である
[0034] 中空糸膜 8とステンレスパイプ 9が互いに直交させて配置され、冷温水入口ポート 7 b及び冷温水出口ポート 7bが、ガス出口ポート 5bと同一の向きに形成されていること により得られる特有の効果について、以下に説明する。
[0035] まず、ガス出口ポート 5bを下向きに設けることにより、結露による不都合を回避でき る。すなわち、中空糸膜 8を流れるガスは、血液により熱を奪われて結露を生じる場 合がある。その結果、中空糸膜 8の内腔が水滴で閉塞され、ガスの流れが悪くなつて
ガス交換の効率が低下する。そのような事態が発生しても、ガス出口ポート 5bを下向 きに設けておけば水滴が下に流れ出る。さらに、その移動はガスの流れと同方向で あるため、除去され易ぐ中空糸膜 8の内腔が水滴で閉塞されることを回避することが できる。
[0036] 一方、冷温水入口ポート 7b及び冷温水出口ポート 7bも下向きに設けられた方が都 合がよい。それは、冷温水の配管を、中空糸膜型人工肺の上方に回すことなく下方 にのみ配置するためである。熱交換用の冷温水は必ずしも清潔度が維持されるもの ではないので、水漏れした場合の汚染の影響を考慮すると、冷温水の配管が中空糸 膜型人工肺の上方に位置することは望ましくな 、。冷温水入口ポート 7b及び冷温水 出口ポート 7bが下向きに設けられていれば、無理のない自然な配管により、中空糸 膜型人工肺の上方に回すことを回避することが可能である。
[0037] 冷温水入口ポート 7b及び冷温水出口ポート 7bを下向きにするためには、ステンレ スパイプ 9は、水平方向に配列された方が都合が良い。垂直方向に配列されていると 、ステンレスノイブ 9の上端に対応するポートから下方に向けて配管するには多少無 理がある。また、ステンレスノイブ 9が垂直方向に配列されていると、配管は一且は中 空糸膜型人工肺の上方を経由することになるので、好ましくない。
[0038] 以上の理由により、中空糸膜 8とステンレスパイプ 9が互いに直交していることは、実 用上の配管に有利である。
[0039] また、上述のように、ポッティング部 10により形成される血液流路が円形断面である ことにより、血液滞留部が発生し難ぐ血栓の形成が軽減される。また、血液の流れが 最適であり、かっ血液充填量が低減され、得られるガス交換能に対して十分に小型 化が可能な中空糸膜型人工肺を実現することができる。
[0040] 更に、流路を円形断面とすることで、ポッティング工程が簡便になる。中空糸束とス テンレスパイプ束の端部にポッティング材を充填するには、ハウジングに中空糸束と ステンレスパイプ束を収容した後、ポッティング材を遠心充填する。すなわち、中空糸 束の中空糸膜 8とステンレスパイプ束のステンレスパイプ 9に平行で且つ血液流路方 向に直交する面内で、血液流路の中心となる箇所の周りに中空糸束及びステンレス パイプ束を回転させながら、ポッティング材の充填を行う。それにより、ポッティング材
は、円形断面の内腔を形成するように充填される。この方法によれば、略円形断面の 流路を容易に形成できる。また、一度のポッティング材充填工程により、中空糸束及 びステンレスパイプ束の四方を固定することができ、製造工程を大幅に簡略ィ匕するこ とが可能である。また、血液流路に段差が無いため、血液滞留や血栓の形成を抑制 できる。
[0041] 上記構成の中空糸膜型人工肺において、ガス交換部 1、ガスヘッダー 4a、 4b、熱 交換部 2、及び冷温水ヘッダー 6a、 6bを含むハウジングの材質としては、例えばポリ カーボネートを用いることができる。中空糸膜の材質としてはウレタン榭脂が用いられ る。ポッティング材は、外側をエポキシ榭脂、内側をウレタン榭脂として 2層構造にす ることが望ましい。外側はハウジング内面との密着性、内側は中空糸膜およびステン レスパイプとの密着性を良好にするためである。
産業上の利用可能性
[0042] 本発明の中空糸膜型人工肺によれば、血液充填量を無用に増大させることなくガ ス交換部に熱交換部を併設することが可能であり、ガス交換とともに熱交換も併せて 行うように構成された中空糸膜型人工肺に有用である。
Claims
[1] 複数の多孔質中空糸膜を一方向に配列し積層して形成された中空糸束と、
複数の熱交換パイプを一方向に配列し積層して形成され、前記中空糸束に対して 並置された熱交換パイプ束と、
前記中空糸膜及び前記熱交換パイプ束の両端部を含む領域に充填されて前記中 空糸膜及び前記熱交換パイプを横断して延在する血液流路を形成するポッティング 材と、
前記中空糸束及び前記熱交換パイプ束を収容し、前記中空糸膜の両端に面して 各々ガス入口ポートおよびガス出口ポートを形成するガスヘッダー、前記熱交換パイ プ束の両端に面して各々熱交換液入口ポートおよび熱交換液出口ポートを形成す る熱交換ヘッダー、及び前記血液流路の両端に面して血液入口ポートおよび血液 出口ポートを有するハウジングとを備え、
前記血液流路に血液を流すとともに、前記中空糸膜の内腔に酸素を含むガスを流 すことにより、前記血液と前記ガスとの間でガス交換を行わせ、前記熱交換パイプの 内腔に熱交換液を流すことにより、前記血液と前記熱交換液との間で熱交換を行わ せるように構成された中空糸膜型人工肺にぉ 、て、
前記中空糸束を構成する前記中空糸膜の配列方向に対して、前記熱交換パイプ 束を構成する前記熱交換パイプの配列方向を交差させて、前記中空糸束と前記熱 交換パイプ束とが密接して積層されたことを特徴とする中空糸膜型人工肺。
[2] 前記中空糸束を構成する前記中空糸膜の配列方向に対して、前記熱交換パイプ 束を構成する前記熱交換パイプの配列方向を直交させた請求項 1に記載の中空糸 膜型人工肺。
[3] 前記熱交換ヘッダーが形成する前記熱交換液入口ポートおよび前記熱交換液出 口ポートは、前記ガス出口ポートと同一の向きに形成されている請求項 1に記載の中 空糸膜型人工肺。
[4] 前記熱交換パイプはステンレスパイプである請求項 1に記載の中空糸膜型人工肺
[5] 前記血液流路は、血液の流動方向における断面が実質的に円形である請求項 1
に記載の中空糸膜型人工肺。
[6] 前記ポッティング材により前記中空糸束を横断して形成された血液流路と、前記ポ ッティング材により前記中空糸束を横断して形成された血液流路とは、互いの境界に ぉ 、て段差を形成しな 、面一の状態に調整されて!、る請求項 1に記載の中空糸膜 型人工肺。
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