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WO2022168778A1 - 人工肺及び人工肺の製造方法 - Google Patents

人工肺及び人工肺の製造方法 Download PDF

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WO2022168778A1
WO2022168778A1 PCT/JP2022/003554 JP2022003554W WO2022168778A1 WO 2022168778 A1 WO2022168778 A1 WO 2022168778A1 JP 2022003554 W JP2022003554 W JP 2022003554W WO 2022168778 A1 WO2022168778 A1 WO 2022168778A1
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WO
WIPO (PCT)
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outer cylinder
hollow fiber
anchor structure
sealing member
sealing
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2022/003554
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English (en)
French (fr)
Inventor
岩▲瀬▼陽治
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Terumo Corp
Original Assignee
Terumo Corp
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Publication date
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    • B01D2313/22Cooling or heating elements
    • B01D2313/221Heat exchangers

Definitions

  • the present invention relates to an oxygenator for removing carbon dioxide from blood through a hollow fiber membrane and adding oxygen to the blood, and a method for manufacturing the oxygenator.
  • a hollow fiber membrane oxygenator that uses a porous membrane is generally widely used as an extracorporeal circulation device or a heart-lung machine for assisting circulation during open-heart surgery for heart disease.
  • Membrane oxygenators mainly use hollow fiber membranes to perform gas exchange and heat exchange of blood through the hollow fiber membranes.
  • a hollow fiber membrane is wound around a tubular member and housed inside a cylindrical outer cylinder. Both ends of the outer cylinder are filled with a potting material such as urethane resin in order to seal the internal space containing the hollow fiber membrane (for example, JP-A-2002-35116).
  • a potting material such as urethane resin
  • a liquid potting material (hereinafter also referred to as a sealing member) is poured into the gap between the outer cylinder and the hollow fiber membrane under the action of centrifugal force. After that, the sealing structure is formed by curing the liquid sealing member. Since the sealing member shrinks during the manufacturing process, an anchor structure made of groove-shaped unevenness is provided inside the outer cylinder in order to prevent separation between the outer cylinder and the sealing member.
  • an object of the present invention is to provide an oxygenator and a method for manufacturing an oxygenator that can prevent air bubbles from remaining in the sealing member.
  • One aspect of the present invention is to provide a hollow fiber module having a plurality of hollow fiber membranes, a cylindrical outer cylinder that houses the hollow fiber modules, and an outer peripheral portion of the hollow fiber module provided at an end of the outer cylinder. and a sealing structure for sealing a gap between the outer cylinder and the inner peripheral portion thereof, the sealing structure being formed on the inner peripheral side near the end of the outer cylinder and extending in the axial direction of the outer cylinder.
  • An oxygenator having an anchor structure having a recessed groove, a notch formed by cutting the inner peripheral side of the groove of the anchor structure, and a sealing member filling the gap between the anchor structure and the gap.
  • Another aspect is a hollow fiber module having a plurality of hollow fiber membranes, a cylindrical outer cylinder containing the hollow fiber modules, and an outer peripheral part of the hollow fiber module provided at an end of the outer cylinder.
  • a sealing structure that seals a gap between the outer cylinder and the inner peripheral part, the sealing structure being formed on the inner peripheral side near the end of the outer cylinder and extending in the axial direction of the outer cylinder
  • a method for manufacturing an oxygenator having an anchor structure having a recessed groove, a notch formed by cutting the inner peripheral side of the groove of the anchor structure, and a sealing member filling the gap between the anchor structure and the gap.
  • a method for manufacturing an oxygenator comprising a step of filling with
  • the oxygenator and the method for manufacturing the oxygenator from the above viewpoints, it is possible to prevent air bubbles from remaining in the sealing member.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an oxygenator according to a first embodiment
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the outer circumference of the oxygenator of FIG. 1;
  • FIG. FIG. 2 is a perspective view of the outer cylinder of FIG. 1;
  • FIG. 2 is a front view of the outer cylinder of FIG. 1;
  • 5 is an enlarged cross-sectional view of the anchor structure of FIG. 4;
  • FIG. FIG. 6A is an enlarged perspective view showing a cutout portion of the anchor structure, and
  • FIG. 6B is a cutaway perspective view of the cutout portion.
  • 2 is a cross-sectional view showing a step of housing a hollow fiber module in an outer cylinder in the method of manufacturing the oxygenator of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a step of filling a gap between the outer cylinder and the hollow fiber module with a potting material in the method of manufacturing the oxygenator of FIG. 1.
  • FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the direction of action of centrifugal force in the process of filling the potting material. It is explanatory drawing which shows the anchor structure of an outer cylinder, and the distance relationship with a rotation center.
  • 11A to 11C are explanatory diagrams showing the movement of the potting material and air bubbles at the end of the outer cylinder in order of progress of the process.
  • 10 is a photograph of the vicinity of the anchor structure of the oxygenator according to Experimental Example 1 (comparative example). 10 is a photograph of the vicinity of the anchor structure of the oxygenator according to Experimental Example 2 (first embodiment). It is a schematic diagram of the outer cylinder which concerns on 2nd Embodiment.
  • an oxygenator 10 is a medical device that temporarily takes over the functions of the lungs in operations such as cardiac surgery on the human body.
  • the oxygenator 10 is a device for adjusting blood temperature, removing carbon dioxide from blood, and supplying oxygen to blood in extracorporeal blood circulation.
  • the oxygenator 10 includes a housing 12, a heat exchange section 14 that is an inner tubular section 13, a gas exchange section 16 that is an outer tubular section 15, and an intermediate spacer 18.
  • the heat exchange section 14 and the gas exchange section 16 contain a plurality of hollow fiber membranes and are joined together via an intermediate spacer 18 .
  • a hollow fiber module 19 is composed of the heat exchange portion 14 wound around the core 20, the intermediate spacer 18, and the gas exchange portion 16. As shown in FIG.
  • the housing 12 is attached to a core 20 forming the central portion of the oxygenator 10, an outer cylinder 22 provided on the outer peripheral side of the core 20, and one end of the core 20 and one end of the outer cylinder 22. and a second cover member 24b attached to the other end of the core 20 and the other end of the outer cylinder 22 .
  • the core 20, the outer cylinder 22, the first cover member 24a and the second cover member 24b form an accommodation space S for accommodating the tubular heat exchange section 14 and the tubular gas exchange section 16.
  • the accommodation space S functions as a blood channel 28 .
  • Each of the core 20, the outer cylinder 22, the first cover member 24a and the second cover member 24b is made of hard resin.
  • the core 20 includes a first core portion 30 forming one end of the core 20 and a second core portion 32 forming the other end of the core 20 .
  • the first core portion 30 and the second core portion 32 are connected to each other by a plurality of connecting portions 34 .
  • the first core portion 30 has a blood inflow portion 36 to which a tube (not shown) can be connected at one end, and an annular wall portion 38 extending radially outward from the blood inflow portion 36 .
  • a projecting first annular projection 42 is provided.
  • the second core portion 32 is configured in a bottomed tubular shape, and has a tubular portion 44 and a closing portion 46 provided at one end (the end in the arrow X1 direction) of the tubular portion 44 .
  • the closing portion 46 is arranged to face the wall portion 38 with a gap therebetween.
  • a gap between the blocking portion 46 and the wall portion 38 functions as a blood introduction path 48 for guiding the blood that has flowed in from the blood inflow portion 36 into the housing space S.
  • a second support portion 50 for supporting the heat exchange portion 14 is provided on the outer surface of the cylindrical portion 44, and a second support portion 50 protrudes from the second support portion 50 toward the other end side of the outer cylinder 22 in the axial direction (the arrow X2 direction in FIG. 1).
  • a second annular protrusion 52 is provided. The second support portion 50 is positioned at the other end of the tubular portion 44 .
  • the first partition wall portion 62a protrudes in the axial direction from the inner surface of the first cover body 56a toward the side where the heat exchange portion 14 and the gas exchange portion 16 are located, and extends annularly. there is The protruding end of the first partition wall portion 62a is inserted between one end portions of the heat exchange portion 14 and the gas exchange portion 16 and fixed by an adhesive 64a.
  • one end side of the outer cylinder 22 is provided with a first sealing structure 82a for sealing the blood inside the accommodation space S.
  • the first sealing structure 82a prevents the blood in the accommodation space S from leaking into the first gas flow path 60a.
  • a second sealing structure 82b for sealing the blood inside the storage space S is provided on the other end side of the outer cylinder 22 .
  • the second sealing structure 82b prevents the blood in the accommodation space S from leaking into the second gas flow path 60b.
  • the first sealing structure 82a includes a first anchor structure 84a formed of a groove-shaped recess provided on the inner peripheral side of the outer cylinder 22, and a first sealing structure 84a filled in the gap between the outer cylinder 22 and the gas exchange section 16. and a stop member 86a.
  • the second sealing structure 82b includes a second anchor structure 84b, which is a groove-shaped concave portion provided on the inner peripheral side of the outer cylinder 22, and a second anchor structure 84b filled in the gap between the outer cylinder 22 and the gas exchange section 16. 2 sealing member 86b.
  • the second anchor structure 84b of the second sealing structure 82b includes a groove provided on the inner peripheral side of the outer cylinder 22 near the other end.
  • the second anchor structure 84b is formed over the entire inner circumference of the cylindrical outer cylinder 22 in the circumferential direction, and has a circular shape when viewed from the axial direction.
  • the groove portion that constitutes the second anchor structure 84b has a constant position in the axial direction of the outer cylinder 22 and is separated from the other end of the outer cylinder 22 in the axial direction by a constant distance.
  • the second anchor structure 84b has a bottom portion 84b1 forming the bottom of the groove.
  • An outer inclined surface 84b2 is formed on the outer peripheral side of the bottom portion 84b1 so as to gradually increase in diameter as it approaches the end of the outer cylinder 22 .
  • An inner inclined surface 84b3 that intersects with the outer inclined surface 84b2 at an acute angle is formed on the inner peripheral side of the bottom portion 84b1.
  • the bottom portion 84b1 is formed as a ridgeline portion where the outer inclined surface 84b2 and the inner inclined surface 84b3 intersect.
  • the second anchor structure 84b prevents detachment due to heat shrinkage of the second sealing member 86b.
  • a notch portion 88 is formed by notching a groove portion constituting the second anchor structure 84b in a part of the second anchor structure 84b in the circumferential direction.
  • the cutout portion 88 is formed by cutting out the portion of the projection that constitutes the inner inclined surface 84b3 that constitutes the second anchor structure 84b.
  • the bottom surface 88a of the notch 88 is a plane perpendicular to the axial direction of the outer cylinder 22.
  • the position of the bottom surface 88a is provided on the far side in the axial direction of the bottom portion 84b1 of the second anchor structure 84b.
  • the introduced potting material (sealing member 86) can be discharged.
  • the bottom surface 88a is not limited to being perpendicular to the axial direction of the outer cylinder 22, and may be inclined relative to the axial direction of the outer cylinder 22. In this case, from the viewpoint of discharging the sealing member 86 (potting material), the bottom surface 88a is inclined so that the inner peripheral side faces the inner side of the outer cylinder 22, as indicated by the imaginary line 88b in FIG. 6B. good too.
  • a pair of cutouts 88 are provided at positions facing each other across the central axis of the outer cylinder 22 .
  • the positions are at the 0 o'clock position (upper end position) and the 6 o'clock position (lower end position).
  • the number of notches 88 to be arranged is not limited to one pair (two), and may be plural.
  • the paired cutouts 88 are preferably arranged at positions facing each other with the central axis of the outer cylinder 22 interposed therebetween.
  • the second sealing member 86b fills the gap between the outer cylinder 22 and the gas exchange section 16 on the other end side.
  • the second sealing member 86b fills the entire area of the second anchor structure 84b including the notch 88.
  • the other end side of the second sealing member 86b is formed at substantially the same height as the other end portion of the gas exchange section 16.
  • urethane resin or the like can be used for the second sealing member 86b.
  • a first anchor structure 84a is formed on one end side of the outer cylinder 22. As shown in FIG. The first anchor structure 84a is configured in the same manner as the second anchor structure 84b, and cutouts 88 are formed at the same positions in the circumferential direction. As shown in FIG. 2, the first anchor structure 84a is filled with a first sealing member 86a. The first sealing member 86a is configured similarly to the second sealing member 86b. In this specification, the first sealing member 86a and the second sealing member 86b are collectively referred to as the sealing member 86. As shown in FIG.
  • a heat medium is supplied to the heat medium inlet 68 of the oxygenator 10, oxygen is supplied to the gas inlet 70, and blood is supplied to the blood inlet 36 through a centrifugal pump or a roller pump (not shown). Blood from the human body is introduced.
  • the heat medium supplied from the heat medium inflow part 68 is introduced into the lumen of the first hollow fiber membranes 14a of the heat exchange part 14 via the first heat medium flow paths 58a.
  • the heat medium exchanges heat with blood when passing through the lumen of the first hollow fiber membrane 14a.
  • the heat medium that has passed through the first hollow fiber membranes 14 a is collected in the second heat medium flow path 58 b and flows out of the oxygenator 10 through the heat medium outlet 76 .
  • the oxygen supplied from the gas inlet section 70 is introduced into the lumen of the second hollow fiber membrane 16a of the gas exchange section 16 via the first gas flow path 60a.
  • Oxygen diffuses to the blood side when passing through the lumen of the second hollow fiber membrane 16a.
  • carbon dioxide in the blood is discharged into the lumen of the second hollow fiber membrane 16a through the second hollow fiber membrane 16a. That is, gas exchange between oxygen and carbon dioxide takes place with the blood through the second hollow fiber membrane 16a.
  • Carbon dioxide in the lumen of the second hollow fiber membrane 16a is collected in the second gas flow path 60b and discharged to the outside through the gas outlet 78. As shown in FIG.
  • the blood introduced from the blood inflow portion 36 is guided to the blood channel 28 (accommodation space S) via the blood introduction path 48 .
  • the blood in the blood flow path 28 passes through the gaps of the heat exchanging portion 14 radially outward in the accommodation space S. Thereby, heat exchange is performed between the blood and the heat medium in the lumen of the first hollow fiber membrane 14a.
  • the heat-exchanged blood flows radially outward in the accommodation space S through the intermediate spacer 18 and passes through the second hollow fiber membranes 16 a of the gas exchange section 16 .
  • Blood undergoes gas exchange in which oxygen that permeates the second hollow fiber membranes 16a is absorbed and excess carbon dioxide is released through the second hollow fiber membranes 16a.
  • the blood that has undergone gas exchange flows in the blood flow path 28 in the circumferential direction, flows out of the oxygenator 10 from the blood outflow port 54, and returns to the human body.
  • a hollow fiber module 19 is formed in which the heat exchange section 14, the intermediate spacer 18 and the gas exchange section 16 are formed from the inner peripheral side.
  • the first cap member 92a, the first annular member 96a, the second cap member 92b, and the second annular member 96b in FIG. 7 are members used only for manufacturing the hollow fiber module 19, and are removed in a removal step to be described later. be done.
  • the outer cylinder 22 is formed.
  • the outer cylinder 22 is integrally formed by various resin molding methods such as injection molding.
  • the hollow fiber module 19 and the outer cylinder 22 are assembled. Thereby, the outer circumference of the gas exchange section 16 is covered with the outer cylinder 22 . After that, the hollow fiber module 19 is subjected to a cutting step. In the cutting step, the heat exchange portion 14 and the gas exchange portion 16 are cut along the first cutting line C1 and the second cutting line C2 in FIG.
  • a sealing process is performed.
  • the gap between the outer circumference of the hollow fiber module 19 and the outer cylinder 22 is filled with the first sealing member 86a and the second sealing member 86b.
  • the second sealing member 86b is arranged and fixed to a holding jig (not shown) so that the blood outflow port 54 of the outer cylinder 22 is positioned at the lower end and the prime auxiliary port 55 is positioned at the upper end. do. Therefore, the notches 88 are arranged at the 0 o'clock and 6 o'clock positions of the outer cylinder 22 .
  • the central axis of the outer cylinder 22 faces in a direction perpendicular to the rotation central axis of the holding jig. After that, by rotating the holding jig along the rotation axis, a centrifugal force is applied in the axial direction (X1 direction) of the outer cylinder 22 .
  • the second anchor structure 84b formed at the other end of the outer cylinder 22 differs in distance from the center of rotation depending on its position in the circumferential direction. As shown, the 0 o'clock and 6 o'clock positions of the outer cylinder 22 are closest to the center of rotation. On the other hand, the 3 o'clock and 9 o'clock positions of the outer cylinder 22 are farthest from the center of rotation. The centrifugal force increases with distance from the center of rotation. Therefore, in the second anchor structure 84b, the centrifugal force is the largest at the 3 o'clock and 9 o'clock positions, and the smallest at the 0 o'clock and 6 o'clock positions.
  • the second sealing member 86b (see FIG. 8) is introduced from the 3 o'clock and 9 o'clock positions where the centrifugal force is greatest.
  • the second sealing member 86b is filled while expanding in the circumferential direction of the second anchor structure 84b under the action of centrifugal force.
  • the air in the second anchor structure 84b is discharged while being pushed out by the interface (interface with air) of the second sealing member 86b.
  • the interface of the second sealing member 86b gradually advances from the 3 o'clock and 9 o'clock positions toward the 0 o'clock and 6 o'clock positions where the notch 88 is arranged. Along with this, the discharge of excess air from the second anchor structure 84b proceeds smoothly.
  • the interface of the second sealing member 86b reaches the vicinity of the notch 88 where the centrifugal force is the smallest in the second anchor structure 84b, and the second sealing member 86b reaches the notch 88 without leaving air bubbles. Stop member 86b is filled. After that, the filling of the second sealing member 86b is completed by curing the second sealing member 86b. The filling of the first sealing member 86a is also performed in the same manner as the second sealing member 86b.
  • the first cap member 92a, the first annular member 96a, the second cap member 92b and the second annular member 96b are removed from the hollow fiber module 19. Thereby, gaps are formed at one end and the other end of the heat exchange section 14 and the gas exchange section 16, respectively.
  • the first cover member 24a and the second cover member 24b are mounted on one end and the other end of the outer cylinder 22 and the core 20, respectively, and fixed with adhesives 64a and 64b.
  • the protruding end of the first partition wall portion 62a is inserted into the first gap
  • the protruding end portion of the second partition wall portion 62b is inserted into the second gap.
  • the artificial lung 10 is completed.
  • the oxygenator 10 of this embodiment has the following effects.
  • the oxygenator 10 of this embodiment includes a hollow fiber module 19 having a plurality of hollow fiber membranes (for example, a first hollow fiber membrane 14a and a second hollow fiber membrane 16a), and a cylindrical outer shell housing the hollow fiber module 19.
  • a cylinder 22 and a sealing structure provided at the end of the outer cylinder 22 for sealing a gap between the outer periphery of the hollow fiber module 19 and the inner periphery of the outer cylinder 22.
  • sealing structure 82b the sealing structure being an anchor structure (e.g., first anchor It has a structure 84a and a second anchor structure 84b), a notch 88 formed by cutting the inner peripheral side of the groove of the anchor structure, and a sealing member 86 (potting material) that fills the gap between the anchor structure and the gap.
  • anchor structure e.g., first anchor It has a structure 84a and a second anchor structure 84b
  • a notch 88 formed by cutting the inner peripheral side of the groove of the anchor structure
  • sealing member 86 potting material
  • the air inside the anchor structure can be released through the notch 88, so air bubbles remaining in the sealing member 86 can be reduced.
  • a plurality of cutouts 88 may be provided, and may be arranged at sites facing each other in the circumferential direction of the anchor structure.
  • the groove of the anchor structure is formed on the inner peripheral side of the outer cylinder 22, and the notch 88 may be formed by cutting the inner peripheral side of the groove.
  • the notch 88 may be provided at a position where the centrifugal force is the smallest when a centrifugal force is applied in the axial direction of the outer cylinder 22 . According to this configuration, in the anchor structure, the notch 88 is arranged at the portion where the interface of the sealing member 86 finally reaches. Ejects smoothly.
  • This embodiment comprises a hollow fiber module 19 having wound hollow fiber membranes, a cylindrical outer cylinder 22 that houses the hollow fiber module 19, an outer peripheral portion of the hollow fiber module 19 and an inner peripheral portion of the outer cylinder 22. and a sealing structure that seals a gap between the anchor structure and the anchor structure that is formed at the end of the outer cylinder 22 and has a concave groove formed over the entire circumferential direction;
  • a method for manufacturing an oxygenator 10 having a notch 88 formed by notching a part of the direction and a sealing member 86 filling the gap between the anchor structure and the hollow fiber module 19 in the outer cylinder 22. and filling the gap between the anchor structure, the outer cylinder 22 and the hollow fiber module 19 with the sealing member 86 while exerting centrifugal force in the axial direction of the outer cylinder 22 .
  • the air in the groove of the anchor structure is discharged through the notch 88, so air bubbles remaining in the sealing member 86 can be suppressed.
  • the step of filling the sealing member 86 may be performed by arranging the notch 88 at a site where the centrifugal force is the smallest. According to this method, since the notch 88 is arranged at the portion where the interface of the sealing member 86 finally reaches, the air pushed out by the interface of the sealing member 86 is smoothly discharged through the notch 88. be.
  • the step of filling the sealing member 86 may be performed by introducing the sealing member 86 from a portion where the centrifugal force acting on the sealing member 86 is the largest. According to this method, the interface of the sealing member 86 advances from the portion where the centrifugal force is the largest toward the portion where the centrifugal force is small, and the air in the anchor structure can be smoothly discharged from the notch 88 .
  • the first anchor structure 84a and the second anchor structure 84b are provided in the outer cylinder 22A of the present embodiment so as to meander in the axial direction.
  • the first anchor structure 84a and the second anchor structure 84b are closest to the ends of the barrel 22A at the 0 o'clock and 6 o'clock positions and the ends of the barrel 22A at the 3 o'clock and 9 o'clock positions. meandering so as to be farthest from A notch 88 is formed in the first anchor structure 84a and the second anchor structure 84b at a portion closest to the end of the outer cylinder 22A.
  • the portion where the notch 88 is formed is the center of rotation when centrifugal force is applied. It meanders so that it may be the closest position. Therefore, in filling the first sealing member 86a or the second sealing member 86b, the notch 88 is always arranged at the portion where the centrifugal force is the smallest regardless of the circumferential direction of the outer cylinder 22A. Therefore, the outer cylinder 22A of the present embodiment can also provide the same effect as the outer cylinder 22 of the first embodiment (see FIG. 3, etc.).

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Abstract

人工肺(10)は、巻き回された中空糸膜を有する中空糸モジュール(19)と、中空糸モジュール(19)を収容する円筒状の外筒(22)と、中空糸モジュール(19)の外周部と外筒(22)の内周部との隙間を封止する封止構造(82a、82b)と、を備え、封止構造(82a、82b)は、外筒(22)の端部付近の内周側に形成され軸方向に凹んだ溝部を有するアンカー構造(84a、84b)と、アンカー構造(84a、84b)の内周側を切り欠いてなる切欠部(88)と、アンカー構造(84a、84b)との隙間とを充填する封止部材(86a、86b)と、を有する。

Description

人工肺及び人工肺の製造方法
 本発明は、中空糸膜を介して血液中の二酸化炭素を除去し、血液に酸素を添加するための人工肺及び人工肺の製造方法に関する。
 多孔質膜を使用した中空糸膜型人工肺は、心臓疾患の開心術等の際における体外循環装置や循環補助用人工心肺装置として、一般に広く使用されている。膜型人工肺は主に中空糸膜を用い、その中空糸膜を介して血液のガス交換及び熱交換を行うものである。
 人工肺において、中空糸膜が筒状部材に巻き回されており、円筒状の外筒の内部に収容される。外筒の両端には、中空糸膜を収容する内部空間を封止するべく、ウレタン樹脂等のポッティング材が充填されている(例えば、特開2002-35116号公報)。
 ポッティング材は、遠心力の作用下に液状のポッティング材(以下、封止部材とも呼ぶ。)を外筒と中空糸膜との隙間に流し込む。その後、液状の封止部材を硬化させることで、封止構造を形成する。製造工程の過程で封止部材の収縮が生じるため、外筒と封止部材との剥離を防ぐために、外筒の内側には溝状の凹凸よりなるアンカー構造が設けられている。
 しかしながら、アンカー構造によって気泡の除去が十分に進まず、封止部材のアンカー構造付近に大きな気泡が残ってしまうことがある。このような封止部材の気泡は、封止性能に影響を生じないが、外観上目立つため、ユーザーに不安感を与える可能性がある。
 そこで、本発明は、封止部材の気泡残留を防止できる人工肺及び人工肺の製造方法を提供することを目的とする。
 本発明の一観点は、複数の中空糸膜を有する中空糸モジュールと、前記中空糸モジュールを収容する筒状の外筒と、前記外筒の端部に設けられ、前記中空糸モジュールの外周部と前記外筒の内周部との隙間を封止する封止構造と、を備え、前記封止構造は、前記外筒の端部付近の内周側に形成され、前記外筒の軸方向に凹んだ溝部を有するアンカー構造と、前記アンカー構造の前記溝部の内周側を切り欠いてなる切欠部と、前記アンカー構造と前記隙間とを充填する封止部材と、を有する人工肺にある。
 別の一観点は、複数の中空糸膜を有する中空糸モジュールと、前記中空糸モジュールを収容する筒状の外筒と、前記外筒の端部に設けられ、前記中空糸モジュールの外周部と前記外筒の内周部との隙間を封止する封止構造と、を備え、前記封止構造は、前記外筒の端部付近の内周側に形成され、前記外筒の軸方向に凹んだ溝部を有するアンカー構造と、前記アンカー構造の前記溝部の内周側を切り欠いてなる切欠部と、前記アンカー構造と前記隙間とを充填する封止部材と、を有する人工肺の製造方法であって、前記外筒に前記中空糸モジュールを収容する工程と、前記外筒の軸方向に遠心力を作用させつつ、前記溝部と前記外筒と前記中空糸モジュールの隙間とに封止部材を充填する工程と、を有する、人工肺の製造方法にある。
 上記観点の人工肺及び人工肺の製造方法によれば、封止部材の気泡残留を防止できる。
第1実施形態に係る人工肺の縦断面図である。 図1の人工肺の外周付近の拡大断面図である。 図1の外筒の斜視図である。 図1の外筒の正面図である。 図4のアンカー構造の拡大断面図である。 図6Aは、アンカー構造の切欠部を示す拡大斜視図であり、図6Bは切欠部の切断斜視図である。 図1の人工肺の製造方法において、外筒に中空糸モジュールを収容する工程を示す断面図である。 図1の人工肺の製造方法において、外筒と中空糸モジュールとの隙間にポッティング材を充填する工程を示す断面図である。 ポッティング材を充填する工程における、遠心力の作用方向を示す説明図である。 外筒のアンカー構造と、回転中心との距離関係を示す説明図である。 図11A~図11Cは、外筒の端部におけるポッティング材及び気泡の動きを、工程の進行の順に示す説明図である。 実験例1(比較例)に係る人工肺のアンカー構造付近の写真である。 実験例2(第1実施形態)に係る人工肺のアンカー構造付近の写真である。 第2実施形態に係る外筒の模式図である。
 以下、人工肺及び人工肺の製造方法について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
(第1実施形態)
 図1に示すように、本実施形態に係る人工肺10は、人体の心臓外科等の手術において一時的に肺の機能を代行する医療機器である。具体的には、人工肺10は、体外血液循環において、血液温度調整と、血液中の二酸化炭素を除去するとともに血液中に酸素を供給するための装置である。
 図1及び図2に示すように、人工肺10は、ハウジング12、内部筒部13である熱交換部14、外側筒部15であるガス交換部16及び中間スペーサ18を備える。熱交換部14及びガス交換部16は、複数の中空糸膜を含んでおり、中間スペーサ18を介して接合されている。コア20に巻き回された熱交換部14、中間スペーサ18及びガス交換部16により中空糸モジュール19が構成される。
 図1において、ハウジング12は、人工肺10の中心部分を構成するコア20と、コア20の外周側に設けられた外筒22と、コア20の一端部と外筒22の一端部とに装着された第1カバー部材24aと、コア20の他端部と外筒22の他端部とに装着された第2カバー部材24bとを有する。
 コア20、外筒22、第1カバー部材24a及び第2カバー部材24bによって、筒状の熱交換部14及び筒状のガス交換部16を収容するための収容空間Sが形成されている。収容空間Sは、血液流路28として機能する。コア20、外筒22、第1カバー部材24a及び第2カバー部材24bのそれぞれは、硬質樹脂により形成されている。
 コア20は、コア20の一端部を構成する第1コア部30と、コア20の他端部を構成する第2コア部32とを備える。第1コア部30と第2コア部32とは、複数の接続部34によって互いに連結されている。
 第1コア部30は、一端部に図示しないチューブが接続可能な血液流入部36と、血液流入部36から径方向外方に延出した円環状の壁部38とを有する。壁部38の外端部には、熱交換部14を支持するための第1支持部40と、第1支持部40から外筒22の軸方向の一方側(図1の矢印X1方向)に突出した第1環状凸部42とが設けられている。
 第2コア部32は、有底筒状に構成されており、筒部44と、筒部44の一端部(矢印X1方向の端部)に設けられた閉塞部46とを有する。閉塞部46は、壁部38に対して隙間を設けて対向するように配置されている。閉塞部46と壁部38との間の隙間は、血液流入部36から流入した血液を収容空間S内に導くための血液導入路48として機能する。筒部44の外面には、熱交換部14を支持するための第2支持部50と、第2支持部50から外筒22の軸線方向の他端側(図1の矢印X2方向)に突出した第2環状凸部52とが設けられている。第2支持部50は、筒部44の他端部に位置している。
 図2に示すように、第1隔壁部62aは、第1カバー本体56aの内面から熱交換部14及びガス交換部16が位置する側に向かって軸線方向に突出するとともに環状に延在している。第1隔壁部62aの突出端部は、熱交換部14及びガス交換部16の一端部同士の間に挿入された状態で接着剤64aによって固定されている。
 図2に示すように、外筒22の一端側には、収容空間Sの内部の血液を封止するための第1封止構造82aが設けられている。第1封止構造82aは、収容空間Sの血液の第1ガス流路60aへの漏洩を防止する。また、外筒22の他端側には、収容空間Sの内部の血液を封止するための第2封止構造82bが設けられている。第2封止構造82bは、収容空間Sの血液の第2ガス流路60bへの漏出を防止する。
 第1封止構造82aは、外筒22の内周側に設けられた溝状の凹部よりなる第1アンカー構造84aと、外筒22とガス交換部16との隙間に充填された第1封止部材86aとを有している。また、第2封止構造82bは、外筒22の内周側に設けられた溝状の凹部よりなる第2アンカー構造84bと、外筒22とガス交換部16との隙間に充填された第2封止部材86bとを有している。
 図3に示すように、第2封止構造82bの第2アンカー構造84bは、外筒22の他端部の近傍の内周側に設けられた溝部を含む。図4に示すように、第2アンカー構造84bは、円筒状の外筒22の内周の周方向の全域に亘って形成されており、軸方向から見て円形に形成されている。第2アンカー構造84bを構成する溝部は、外筒22の軸方向の位置が一定であり、外筒22の他端との間に軸方向一定距離離間している。
 図5に示すように、第2アンカー構造84bは、溝部の底を構成する底部84b1を有している。底部84b1の外周側には、外筒22の端部に接近するにしたがって徐々に拡径するように傾斜した外側傾斜面84b2が形成されている。また底部84b1の内周側には、外側傾斜面84b2に対して鋭角で交わる内側傾斜面84b3が形成されている。底部84b1は、外側傾斜面84b2と内側傾斜面84b3とが交わる稜線部分として形成されている。第2アンカー構造84bは、第2封止部材86bの熱収縮による剥離を阻止する。
 図4に示すように、第2アンカー構造84bの周方向の一部には、第2アンカー構造84bを構成する溝部を切り欠いてなる切欠部88が形成されている。図6Aに示すように、切欠部88は、第2アンカー構造84bを構成する内側傾斜面84b3を構成する突起の部分を切り欠いて形成されている。図6Bに示すように、切欠部88の底面88aは、外筒22の軸方向に対して垂直な平面で構成されている。底面88aの位置は、第2アンカー構造84bの底部84b1よりも軸方向の奥側に設けられており、軸方向の奥側に向けた遠心力を作用させた際に、第2アンカー構造84bに導入されたポッティング材(封止部材86)を排出可能となっている。
 なお、底面88aは、外筒22の軸方向に対して垂直に限定されるものではなく、外筒22の軸方向に対して傾斜してもよい。この場合には、封止部材86(ポッティング材)の排出性の観点から底面88aは、図6Bの仮想線88bで示すように、内周側が外筒22の奥側に向かうように傾斜してもよい。
 図4に示すように、切欠部88は、外筒22の中心軸を挟んで対向する位置に一対設けられている。ここでは、外筒22の血液流出ポート54を下端とし、プライム補助ポート55を上端となる配置で置いたときに、0時位置(上端位置)と、6時位置(下端位置)とに位置するように設けられている。なお、切欠部88の配置数は一対(2つ)に限定されるものではなく複数であってもよい。切欠部88を複数対設ける場合には、対を成す切欠部88は、外筒22の中心軸を挟んで対向する位置に配置することが好ましい。
 図5及び図6Bに示すように、第2封止部材86bは、外筒22及びガス交換部16の他端側の隙間に充填されている。第2封止部材86bは、切欠部88を含む第2アンカー構造84bの全域に充填されている。第2封止部材86bの他端側は、ガス交換部16の他端部と略同じ高さに形成されている。第2封止部材86bは、例えば、ウレタン樹脂等を用いることができる。
 図3に示すように、外筒22の一端側には、第1アンカー構造84aが形成されている。第1アンカー構造84aは、第2アンカー構造84bと同様に構成されており、周方向の同一の位置に切欠部88が形成されている。図2に示すように、第1アンカー構造84aは、第1封止部材86aが充填される。第1封止部材86aは、第2封止部材86bと同様に構成されている。本明細書において、第1封止部材86a及び第2封止部材86bを総称して封止部材86と表記する。
 次に、このように構成される人工肺10の動作について説明する。
 図2に示すように、人工肺10の熱媒体流入部68には熱媒体が供給され、ガス流入部70には酸素が供給され、血液流入部36には、図示しない遠心ポンプ又はローラーポンプを通じて人体からの血液が導入される。
 熱媒体流入部68から供給された熱媒体は、第1熱媒体流路58aを介して熱交換部14の第1中空糸膜14aの内腔に導入される。熱媒体は、第1中空糸膜14aの内腔を通る際に血液と熱交換を行う。第1中空糸膜14aを通過した熱媒体は、第2熱媒体流路58bに集められ、熱媒体流出部76を通じて人工肺10の外部に流出する。
 ガス流入部70から供給された酸素は、第1ガス流路60aを介してガス交換部16の第2中空糸膜16aの内腔に導入される。酸素は、第2中空糸膜16aの内腔を通過する際に血液側に拡散する。また、第2中空糸膜16aを通じて血液中の二酸化炭素が第2中空糸膜16aの内腔に排出される。すなわち、第2中空糸膜16aを通じて血液との間で酸素と二酸化炭素とのガス交換が行われる。第2中空糸膜16aの内腔の二酸化炭素は、第2ガス流路60bに集められ、ガス流出部78を通じて外部に流出する。
 血液流入部36から導入された血液は、血液導入路48を介して血液流路28(収容空間S)に導かれる。血液流路28の血液は、収容空間Sを径方向外方に向かって熱交換部14の隙間を通過する。これにより、血液と第1中空糸膜14aの内腔の熱媒体との間で熱交換が行われる。
 熱交換が行われた血液は、中間スペーサ18を介して収容空間S内を径方向外方に向かって流れ、ガス交換部16の第2中空糸膜16aの間を通過する。血液は、第2中空糸膜16aを透過した酸素を吸収し、第2中空糸膜16aを介して過剰な二酸化炭素を放出するガス交換を行う。ガス交換を行った血液は、血液流路28内を周方向に流れ、血液流出ポート54から人工肺10の外部に流出し、人体に戻る。
 次に、人工肺10の製造方法について説明する。
 まず、図7に示すように、内周側から熱交換部14、中間スペーサ18及びガス交換部16が形成された中空糸モジュール19を形成する。なお、図7の第1キャップ部材92a、第1環状部材96a、第2キャップ部材92b及び第2環状部材96bは、中空糸モジュール19の製造にのみ用いられる部材であり、後述する除去工程で除去される。その後、外筒22を形成する。外筒22は、例えば射出成形等の各種樹脂成形方法によって一体的に形成される。
 次に、図7に示すように、中空糸モジュール19と外筒22との組み立てが行われる。これにより、ガス交換部16の外周は、外筒22によって覆われる。その後、中空糸モジュール19に対して切断工程が行われる。切断工程では、図7の第1切断線C1及び第2切断線C2に沿って熱交換部14及びガス交換部16が切断される。
 次に、図8に示すように、封止工程が行われる。封止工程では、中空糸モジュール19の外周部と、外筒22との隙間に第1封止部材86a及び第2封止部材86bが充填される。
 図9に示すように、第2封止部材86bは、図示しない保持治具に、外筒22の血液流出ポート54が下端に位置しプライム補助ポート55を上端に位置する向きに配置して固定する。したがって、切欠部88は、外筒22の0時及び6時の位置に配置される。外筒22の中心軸が保持治具の回転中心軸と垂直方向を向いている。その後、保持治具を回転軸に沿って回転させることで、外筒22の軸方向(X1方向)に遠心力を作用させる。
 図10に示すように、回転中心の上側から見ると、外筒22の他端部に形成された第2アンカー構造84bは、その周方向の位置によって、回転中心からの距離が異なっている。図示のように、外筒22の0時及び6時の位置が最も回転中心に近くなっている。その一方で、外筒22の3時及び9時の位置が最も回転中心から離れている。遠心力は、回転中心から離れた部分ほど、大きくなる。したがって、第2アンカー構造84bにおいて、3時及び9時の位置が最も遠心力が大きくなり、0時及び6時の位置が最も遠心力が小さくなる。
 本実施形態では、図11Aに示すように、遠心力が最も大きくなる3時及び9時の位置から、第2封止部材86b(図8参照)が導入される。図11Bに示すように、第2封止部材86bは、遠心力の作用下に第2アンカー構造84bの周方向に広がりながら充填されてゆく。第2アンカー構造84bの空気は、第2封止部材86bの界面(空気との界面)によって押し出されながら排出されてゆく。第2封止部材86bの界面は、3時及び9時の位置から、切欠部88が配置された0時及び6時の位置に向けて徐々に進行する。これに伴って、第2アンカー構造84bの余分な空気の排出がスムーズに進行する。
 最後に、図11Cに示すように、第2アンカー構造84bにおいて遠心力が最も小さい切欠部88付近に第2封止部材86bの界面が到達し、気泡を残すことなく切欠部88に第2封止部材86bが充填される。その後、第2封止部材86bを硬化させることで、第2封止部材86bの充填が完了する。第1封止部材86aの充填も、第2封止部材86bと同様の方法で行われる。
 その後、除去工程において、第1キャップ部材92a、第1環状部材96a、第2キャップ部材92b及び第2環状部材96bが中空糸モジュール19から除去される。これにより、熱交換部14及びガス交換部16の一端部及び他端部に隙間が形成される。
 そして、装着工程において、外筒22及びコア20の一端部及び他端部に、それぞれ第1カバー部材24a及び第2カバー部材24bを装着して接着剤64a、64bで固定する。この際、第1隔壁部62aの突出端部が第1隙間に挿入され、第2隔壁部62bの突出端部が第2隙間に挿入される。以上により、人工肺10が完成する。
 以下、本実施形態の人工肺10の実験例1(比較例)及び実験例2(本実施形態)について説明する。
 図12に示す実験例1(比較例)では、第2アンカー構造84bに切欠部88を設けずに、人工肺10の第2封止部材86bの充填を行った。実験例1(比較例)の場合には、0時及び6時の位置を中心にして、第2アンカー構造84bの周方向の広範囲に亘って繋がった状態で気泡が残留する結果となった。
 一方、図13に示す実験例2(本実施形態)では、第2アンカー構造84bに一対の切欠部88を設け、それらの切欠部88を0時及び6時の位置に配置して第2封止部材86bの充填を行った。実験例2の場合には、第2アンカー構造84bの気泡の殆どが排出され、気泡の残留を抑制できることが確認できた。このように、第2アンカー構造84bに切欠部88を設ける本実施形態によれば、第2封止部材86bの気泡除去が行えることが分かる。
 本実施形態の人工肺10は、以下の効果を奏する。
 本実施形態の人工肺10は、複数の中空糸膜(例えば、第1中空糸膜14aや第2中空糸膜16a)を有する中空糸モジュール19と、中空糸モジュール19を収容する筒状の外筒22と、外筒22の端部に設けられ、中空糸モジュール19の外周部と外筒22の内周部との隙間を封止する封止構造(例えば、第1封止構造82aや第2封止構造82b)と、を備え、封止構造は、外筒22の端部付近の内周側に形成され外筒22の軸方向に凹んだ溝部を有するアンカー構造(例えば、第1アンカー構造84aや第2アンカー構造84b)と、アンカー構造の溝部の内周側を切り欠いてなる切欠部88と、アンカー構造と隙間とを充填する封止部材86(ポッティング材)と、を有する。
 上記の構成によれば、切欠部88を通じてアンカー構造内の空気を逃がすことができるため、封止部材86への気泡の残留を減らすことができる。
 上記の人工肺10において、切欠部88は複数設けられるとともに、アンカー構造の周方向に対向する部位に配置されてもよい。このように構成すると、外筒22の軸方向に遠心力を作用させた際に、遠心力が略等しい位置に一対の切欠部88が配置されるため、複数方向から空気を除去できる。
 上記の人工肺10であって、アンカー構造の溝部は外筒22の内周側に形成されており、切欠部88は、溝部の内周側を切り欠いて形成されてもよい。このように構成すると、外筒22の内周側にアンカー構造が形成されるため、封止部材86の剥離を防止できるとともに、アンカー構造の気泡の残留を減らすことができる。
 上記の人工肺10において、切欠部88は、外筒22の軸方向に遠心力を作用させた際に、最も遠心力が小さくなる位置に設けられてもよい。この構成によれば、アンカー構造において、封止部材86の界面が最後に到達する部分に切欠部88が配置されているため、封止部材86の界面によって押し出された空気は、切欠部88を通じてスムーズに排出される。
 本実施形態は、巻き回された中空糸膜を有する中空糸モジュール19と、中空糸モジュール19を収容する円筒状の外筒22と、中空糸モジュール19の外周部と外筒22の内周部との隙間を封止する封止構造と、を備え、封止構造は、外筒22の端部に形成され周方向の全域に形成された凹状の溝部を有するアンカー構造と、アンカー構造の周方向の一部を切り欠いてなる切欠部88と、アンカー構造と隙間とを充填する封止部材86と、を有する人工肺10の製造方法であって、外筒22に中空糸モジュール19を収容する工程と、外筒22の軸方向に遠心力を作用させつつ、アンカー構造と外筒22と中空糸モジュール19の隙間とに封止部材86を充填する工程と、を有する。
 上記の人工肺10の製造方法によれば、アンカー構造の溝部の空気が切欠部88を通じて排出されるため、封止部材86の気泡の残留を抑制できる。
 上記の人工肺10の製造方法において、封止部材86を充填する工程は、切欠部88を遠心力が最も小さくなる部位に配置して行ってもよい。この方法によれば、封止部材86の界面が最後に到達する部分に切欠部88が配置されているため、封止部材86の界面によって押し出された空気は、切欠部88を通じてスムーズに排出される。
 上記の人工肺10の製造方法において、封止部材86を充填する工程は、封止部材86に作用する遠心力が最も大きくなる部位から封止部材86を導入して行ってもよい。この方法によれば、封止部材86の界面が、遠心力の最も大きい部分から小さい部分に向けて前進し、アンカー構造の空気を切欠部88からスムーズに排出できる。
(第2実施形態)
 図14に示すように本実施形態の外筒22Aには、第1アンカー構造84a及び第2アンカー構造84bが、軸方向に蛇行して設けられている。第1アンカー構造84a及び第2アンカー構造84bは、0時及び6時の位置において、外筒22Aの端部に最も接近しており、3時及び9時の位置において、外筒22Aの端部から最も離間するように蛇行している。そして、第1アンカー構造84a及び第2アンカー構造84bにおいて、外筒22Aの端部に最も接近した部位に切欠部88が形成されている。
 上記の第1アンカー構造84a及び第2アンカー構造84bは、外筒22Aをどのように配置した場合であっても、切欠部88が形成された部分が、遠心力を作用させる際の回転中心に最も接近した位置となるように蛇行している。そのため、第1封止部材86a又は第2封止部材86bの充填において、外筒22Aを周方向の向きにかかわらず、常に切欠部88が最も遠心力の小さい部分に配置される。したがって、本実施形態の外筒22Aによっても、第1実施形態の外筒22(図3等参照)と同様の効果が得られる。
 上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。

Claims (7)

  1.  複数の中空糸膜を有する中空糸モジュールと、
     前記中空糸モジュールを収容する筒状の外筒と、
     前記外筒の端部に設けられ、前記中空糸モジュールの外周部と前記外筒の内周部との隙間を封止する封止構造と、を備え、前記封止構造は、
     前記外筒の端部付近の内周側に形成され、前記外筒の軸方向に凹んだ溝部を有するアンカー構造と、
     前記アンカー構造の前記溝部の内周側を切り欠いてなる切欠部と、
     前記アンカー構造と前記隙間とを充填する封止部材と、
     を有する人工肺。
  2.  請求項1記載の人工肺であって、前記切欠部は複数設けられるとともに、前記アンカー構造の周方向に対向する部位に配置されている、人工肺。
  3.  請求項1又は2記載の人工肺であって、前記アンカー構造の前記溝部は前記外筒の内周側に形成されており、前記切欠部は、前記溝部の内周側を切り欠いて形成されている、人工肺。
  4.  請求項1~3のいずれか1項に記載の人工肺であって、前記切欠部は、前記外筒の軸方向に遠心力を作用させた際に、最も遠心力が小さくなる位置に設けられている、人工肺。
  5.  複数の中空糸膜を有する中空糸モジュールと、前記中空糸モジュールを収容する筒状の外筒と、前記外筒の端部に設けられ、前記中空糸モジュールの外周部と前記外筒の内周部との隙間を封止する封止構造と、を備え、前記封止構造は、前記外筒の端部付近の内周側に形成され、前記外筒の軸方向に凹んだ溝部を有するアンカー構造と、前記アンカー構造の前記溝部の内周側を切り欠いてなる切欠部と、前記アンカー構造と前記隙間とを充填する封止部材と、を有する人工肺の製造方法であって、
     前記外筒に前記中空糸モジュールを収容する工程と、
     前記外筒の軸方向に遠心力を作用させつつ、前記溝部と前記外筒と前記中空糸モジュールの隙間とに封止部材を充填する工程と、
     を有する、人工肺の製造方法。
  6.  請求項5記載の人工肺の製造方法であって、前記封止部材を充填する工程は、前記切欠部を遠心力が最も小さくなる部位に配置して行う、人工肺の製造方法。
  7.  請求項5又は6記載の人工肺の製造方法であって、前記封止部材を充填する工程は、前記封止部材に作用する遠心力が最も大きくなる部位から導入される人工肺の製造方法。
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