WO2023189099A1

WO2023189099A1 - 人工肺

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Publication number: WO2023189099A1
Application number: PCT/JP2023/007195
Authority: WO
Inventors: 佐藤仁是; 森武寿; 田中浩貴; 原伊吹; 井上淳司; 齋藤喬
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 2022-03-28
Filing date: 2023-02-28
Publication date: 2023-10-05
Anticipated expiration: 2024-09-28

Abstract

人工肺（１０）は、第１中空糸膜（８８）が巻回されてなる第１中空糸膜層（９０）を備える。第１中空糸膜層（９０）は、第１一般密度層（９４）と、該第１一般密度層（９４）の外周部に設けられ前記第１中空糸膜（８８）が前記第１一般密度層（９４）より高密度で巻回された第１高密度層（９６）とを有する。第１中空糸膜層（９０）を収容するハウジング（１２）は、軸方向に延在して第１高密度層（９６）を囲む外周壁（４８）を有し、前記外周壁（４８）と前記第１高密度層（９６）との間に、血液が前記軸方向に沿って流通可能な第１血液流出空間（９８）が形成される。

Description

人工肺

　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に関する。

　独国特許出願公開第１０３４１２２１号明細書には、中空糸膜を径方向に巻き付けた中空糸膜層の内部を軸方向に沿って血液を循環させることで、前記血液のガス交換及び熱交換を行う並行流式の人工肺が開示されている。

　独国特許出願公開第１０３４１２２１号明細書の人工肺は、血液に対してガス交換を行う中空糸膜を有するガス交換部と、前記ガス交換部を収容するための第１及び第２ハウジングと、血液を中空糸膜に循環させる回転式ポンプとを備える。第１ハウジングは、該第１ハウジングの内部にガスを導入するためのガス導入口と、ガス交換部を流通したガスを外部に導出させるためのガス導出口とを備える。第２ハウジングは、第１ハウジングの外周に配置され、血液の導入される血液導入口と、ガス交換された血液が導出される血液導出口とを備える。

　並行流式の人工肺では、第１及び第２ハウジングに沿って血液が軸方向に流れることから、流体の速度分布に変化が生じてしまい、場所によって流れの滞りが発生することがある。特に、第１及び第２ハウジングに向かい合うガス交換部の外周部の流れが滞ることで、中空糸膜の外周部に血栓が生じやすい。

　本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。

　本発明の態様は、中空糸膜が巻回されてなる中空糸膜層と、
　血液流入ポート及び血液流出ポートと、前記中空糸膜層を収容する収容室とを有し、軸方向に沿って筒状に形成されたハウジングと、
　を備え、前記ハウジングの前記収容室を前記軸方向に沿って血液が流通する人工肺において、
　前記中空糸膜層は、一般密度層と、前記一般密度層の外周部に設けられ前記中空糸膜が前記一般密度層より高密度で巻回された高密度層と、を有し、
　前記ハウジングは、前記高密度層を囲むと共に前記軸方向に延在する壁部を有し、
　前記ハウジングの前記壁部と前記高密度層との間には、前記軸方向に沿って延在して前記血液が前記軸方向に沿って流通可能な血液流出空間を有する。

　本発明によれば、人工肺の中空糸膜層が、一般密度層の外周部に設けられ前記一般密度層より高密度で巻回された高密度層を有し、ハウジングの壁部と高密度層との間に設けられた血液流出空間に血液の一部を流通させることで、ハウジングの壁部と中空糸膜層の外周部との間に血栓が形成されることを効果的に抑制できる。

図１は、本発明の実施形態に係る人工肺の全体断面図である。図２は、図１の人工肺におけるガス交換部及び熱交換部近傍の拡大断面図である。図３は、第１高密度層と第１一般密度層との抵抗係数比を変更して得られた実験結果を示す表である。図４は、第１血液流出空間の幅寸法を変更して得られた実験結果を示す表である。

　本実施形態に係る人工肺１０は、人体の心臓外科等の手術や心臓や肺が何かしらの機能不全に陥った場合において一時的に肺の機能を代行する医療機器である。すなわち、人工肺１０は、体外循環において、血液温度調整と血液への酸素付加及び二酸化炭素の除去を行うための装置である。

　図１に示されるように、人工肺１０は、ハウジング１２と、熱交換部１４及びガス交換部１６とを備える。

　ハウジング１２は、硬質の樹脂製材料から形成される。ハウジング１２は、熱交換部１４及びガス交換部１６を収容するハウジング本体１８と、ハウジング本体１８の軸方向一端部（図１中、矢印Ａ方向の端部）に配置される第１カバー部材２０と、ハウジング本体１８の軸方向他端部（図１中、矢印Ｂ方向の端部）に配置される第２カバー部材２２とを有する。

　ハウジング本体１８は、軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って筒状に形成される。ハウジング本体１８は、人工肺１０の中心部分を構成するコア部２４と、前記コア部２４の外周側に配置される外筒部２６と、前記コア部２４と前記外筒部２６との間に配置される中間壁（壁部）２８とを含む。

　ハウジング本体１８の内部には、軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に延在する環状且つ筒状の収容室３０を有する。収容室３０は、血液が流通する血液流路として機能する。

　コア部２４は、コアの軸方向一端部を構成する第１コア３２と、前記第１コア３２の軸方向他端に配置される第２コア３４とを備える。第１コア３２と第２コア３４とが軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に離間して配置される。

　第１コア３２は、管状の血液流入部３６と、血液流入部３６から径方向外方に延出した円環状の延出壁３８とを有する。血液流入部３６は、軸方向一方に突出し、図示しない脱血流路を介して患者から導かれた血液が流入する血液流入ポート４０を有する。

　第２コア３４は、有底筒状に形成され、筒部４２と、筒部４２の軸方向一端部に設けられる閉塞部４４とを有する。閉塞部４４は、延出壁３８と向かい合い、延出壁３８に対して隙間を空けて配置される。閉塞部４４と延出壁３８との間には血液導入路４６が形成される。血液導入路４６は、中央で血液流入ポート４０と連通し、血液が血液流入ポート４０から血液導入路４６を通じて径方向外方へ向かって導かれる。血液導入路４６は、筒部４２の軸方向一端近傍に接続され収容室３０と連通する。

　外筒部２６は、軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って円筒状に形成され、コア部２４の径方向外方に離間して配置される。外筒部２６の外周壁（壁部）４８には、環状の血液流出部５０が設けられる。血液流出部５０は、外周壁４８から径方向外方に膨出する。血液流出部５０は、後述する収容室３０の第１収容部５４と連通する。血液流出部５０には、外方に向けて、例えば、斜めに延出した血液流出ポート５２が接続される。血液流出ポート５２は、図示しない生体への送血流路と接続される。

　中間壁２８は、軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って延在する円筒状であり、コア部２４の筒部４２から径方向外方に離間して配置される。中間壁２８は、コア部２４と外筒部２６との間に配置される。中間壁２８は、後述する熱交換部１４の第２中空糸膜層１０２を囲む。中間壁２８は、コア部２４の筒部４２及び外筒部２６の外周壁４８と並行である。

　中間壁２８と外筒部２６の外周壁４８との間には、収容室３０を構成する環状の第１収容部５４が設けられる。すなわち、第１収容部５４は、中間壁２８の外周側に配置される。第１収容部５４には、筒状のガス交換部１６が収容される。第１収容部５４の軸方向一端は、環状の第１封止体５６ａで封止される。第１収容部５４の軸方向他端は、環状の第１封止体５６ｂで封止される。第１封止体５６ａ、５６ｂは、ウレタンや樹脂製材料から形成される。

　中間壁２８とコア部２４との間には、収容室３０を構成する環状の第２収容部５８が設けられる。第２収容部５８には、筒状の熱交換部１４が収容される。すなわち、第２収容部５８は、中間壁２８の内周側に配置される。中間壁２８と外周壁４８とが並行であり、第１収容部５４と第２収容部５８とが並行に配置される。第２収容部５８の軸方向一端は、環状の第２封止体６０ａで封止される。第２収容部５８の軸方向他端は、環状の第２封止体６０ｂで封止される。第２封止体６０ａ、６０ｂは、ウレタンや樹脂製材料から形成される。なお、前記ガス交換部１６の位置と前記熱交換部１４の位置は、特に制限されるものではなく、人工肺１０の内部における両者の位置関係を逆にしてもよい。

　中間壁２８の軸方向他端には、径方向に貫通した環状の連通路６２が形成される。連通路６２は、第１収容部５４と第２収容部５８とを連通する。

　第１カバー部材２０は、ハウジング本体１８の軸方向一端部に装着され接着剤あるいは溶剤接着によって固定される。第１カバー部材２０によって熱交換部１４及びガス交換部１６の軸方向一端部が覆われる。

　第１カバー部材２０は、第１カバー本体６４と、ガス流入部６６と、熱媒体流出部６８とを有する。第１カバー本体６４は、ハウジング本体１８の軸方向一端を覆う円環状に形成される。第１カバー本体６４は、第１カバー部材２０の軸方向他方の空間を区画する環状の第１隔壁７０を有する。第１隔壁７０は、第１カバー本体６４の内面から軸方向他方に向けて延出し、第１収容部５４と第２収容部５８とを分離する。第１カバー本体６４の中央には、コア部２４の血液流入部３６が配置される。

　ガス流入部６６は、管状に形成され第１カバー本体６４において第１収容部５４の軸方向一端と対向する位置に配置される。ガス流入部６６は、第１カバー本体６４から軸方向一方（矢印Ａ方向）に向けて突出する。ガス流入部６６は、第１収容部５４の内部にガスを流入させるガス流入ポート７２を有する。ガス流入ポート７２は、第１カバー本体６４を貫通すると共に、第１中空糸膜層９０の各第１中空糸膜８８の内腔と連通する。ガス流入ポート７２は、図示しないガス供給路と接続され、前記ガス供給路を通じてガスを第１収容部５４の内部へと供給する。なお、ガス流入部６６の方向は特に制限されるものではなく、図１においてガス流入部６６が軸方向一方（矢印Ａ方向）に向けて突出する態様を示しているが、例えば、前記ガス流入部６６が軸方向他方（矢印Ｂ方向）に向けて突出するものでもよい。

　熱媒体流出部６８は、管状に形成され第１カバー本体６４において第１収容部５４の軸方向一端部と対向する位置に配置される。熱媒体流出部６８は、第１カバー本体６４の径方向外方に向けて延出する。熱媒体流出部６８は、熱交換部１４を循環した熱媒体（例えば、水）をハウジング１２の外部へ流出させるための熱媒体流出ポート７４を有する。熱媒体流出ポート７４は、第１カバー本体６４を貫通すると共に、第２中空糸膜層１０２の各第２中空糸膜１００の内腔と連通する。なお、熱媒体流出部６８の配置は特に制限されるものではなく、例えば、熱媒体流出部６８が第２カバー本体７６に設けられていてもよい。

　第２カバー部材２２は、ハウジング本体１８の軸方向他端部に装着され接着剤あるいは溶剤接着によって固定される。第２カバー部材２２によって熱交換部１４及びガス交換部１６の軸方向他端部が覆われる。

　第２カバー部材２２は、第２カバー本体７６と、ガス流出部７８と、熱媒体流入部８０とを有する。第２カバー本体７６は、ハウジング本体１８の軸方向他端を覆う円環状に形成される。第２カバー本体７６には、第２カバー部材２２の軸方向一方の空間を区画する環状の第２隔壁８２を有する。

　ガス流出部７８は、管状に形成され第２カバー本体７６において第１収容部５４の軸方向他端と対向する位置に配置される。ガス流出部７８は、第２カバー本体７６から軸方向他方に向けて突出する。ガス流出部７８は、ガス交換部１６を循環したガスをハウジング１２の外部に流出させるガス流出ポート８４を有する。ガス流出ポート８４は、第２カバー本体７６を貫通すると共に、第１中空糸膜層９０の各第１中空糸膜８８の内腔と連通する。なお、ガス流出ポート８４の方向は特に制限されるものではなく、図１においてガス流出ポート８４が軸方向他方（矢印Ｂ方向）に向けて突出する態様を示しているが、これに限られず、例えば、ガス流出ポート８４が、軸方向一方（矢印Ａ方向）に向けて突出するものでもよい。

　熱媒体流入部８０は、管状に形成され第２カバー本体７６において第２収容部５８の軸方向他端部に対向する位置に配置される。熱媒体流入部８０は、第２カバー本体７６の径方向外方に向けて延出する。熱媒体流入部８０は、第２収容部５８の熱交換部１４に熱媒体を流入させるための熱媒体流入ポート８６を有する。熱媒体流入ポート８６は、第２カバー本体７６を貫通すると共に、第２中空糸膜層１０２の各第２中空糸膜１００の内腔と連通する。

　図１及び図２に示されるように、ガス交換部１６は、血液流路を流れる血液に酸素ガスを供給すると共に血液中の二酸化炭素ガスを除去するためのものである。ガス交換部１６は、複数の第１中空糸膜８８が巻回された筒状の第１中空糸膜層９０を有する。

　第１中空糸膜８８は、内腔を有した管状である。第１中空糸膜８８の材料としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリオレフィン（ポリメチルペンテン等）の高分子材料が用いられる。

　各第１中空糸膜８８は、ガス交換部１６の軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿った全体にわたって延在するように中間壁２８の外面に巻回される。各第１中空糸膜８８の軸方向一端は、第１封止体５６ａの内部を貫通する。第１中空糸膜８８の軸方向一端の開口部は、第１封止体５６ａの軸方向一端に開口してガス流入ポート７２と連通する。各第１中空糸膜８８の軸方向他端は、第１封止体５６ｂの内部を貫通する。第１中空糸膜８８の軸方向他端の開口部は、第１封止体５６ｂの軸方向他端に開口してガス流出ポート８４と連通する。すなわち、複数の第１中空糸膜８８の内腔にはガスが流通する。第１中空糸膜８８は、ガスを透過させる一方で血液を透過させないように構成される。第１収容部５４の内部における第１中空糸膜８８の外側に、血液が流通可能な隙間である第１血液通路９２（図２参照）が形成される。第１血液通路９２は、互いに隣り合う第１中空糸膜８８の間に形成された隙間である。

　第１中空糸膜層９０は、複数の第１中空糸膜８８が巻回された第１一般密度層９４と、前記第１一般密度層９４の外周部に配置される第１高密度層９６とを備える。第１一般密度層９４と第１高密度層９６とは一体でガス交換部１６を構成する。第１高密度層９６は、第１中空糸膜層９０の外周部を構成する層であり、ガス交換部１６において最も径方向外方に配置される第１中空糸膜８８を含む層である。第１高密度層９６は、第１一般密度層９４より第１中空糸膜８８が高密度で巻回された層である。

　図３に示される本発明者による実験の結果、ガス交換部１６の第１血液通路９２を血液が流れるとき、血液に対する第１高密度層９６の抵抗係数を第１抵抗係数Ｋ１とし、血液に対する第１一般密度層９４の抵抗係数を第２抵抗係数Ｋ２とすると、前記第２抵抗係数Ｋ２に対する前記第１抵抗係数Ｋ１の比（抵抗係数比）を２．０以上とすることが好ましいことが確認された。さらに詳細には、第２抵抗係数Ｋ２に対する第１抵抗係数Ｋ１の比（抵抗係数比：Ｋ１／Ｋ２）を、２．０～４．０の範囲とするとより好ましいことが確認された。

　具体的には、図３から諒解されるように、第１抵抗係数Ｋ１を第２抵抗係数Ｋ２で除した抵抗係数比（Ｋ１／Ｋ２）を１．０としたとき、第１高密度層９６における血栓の形成が確認されない一方、血液中の二酸化炭素ガスと酸素ガスとの交換を行うときのガス交換効率が基準以下で未達となることが確認された。抵抗係数比が２．０以上であるとき、第１一般密度層９４において血栓が形成されないことが確認された。従って、抵抗係数比を２．０以上に設定することにより、第１一般密度層９４において血栓の形成を抑制することができる。抵抗係数比が２．０～４．０の範囲であるとき、第１高密度層９６において血栓が略形成されず、且つ、ガス交換効率が基準を満たすことが確認された。すなわち、抵抗係数比を２．０～４．０の範囲とすると、血栓形成の抑制とガス交換効率とを両立させることが可能である。

　第１高密度層９６は、ガス交換部１６において、外周部から径方向内方に所定範囲に配置される。また、前記第１高密度層９６の幅寸法は、ガス交換部１６の軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って一定である。ガス交換部１６が第１収容部５４に収容されたとき、第１高密度層９６が外筒部２６の外周壁４８に向かい合って配置される。第１高密度層９６と外周壁４８との間に第１血液流出空間９８を有する。なお、このとき、第１高密度層９６の径方向内側には、第１一般密度層９４が形成される。第１一般密度層９４の幅寸法もまた、ガス交換部１６の軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って一定である。

　第１血液流出空間９８は、第１高密度層９６と外周壁４８とが径方向に離間した隙間であり、ハウジング１２の周方向に沿った環状の空間である。第１血液流出空間９８は、軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って延在して血液が前記軸方向に沿って流通可能に形成される。第１血液流出空間９８は、軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿った第１高密度層９６の全長にわたって形成される。

　径方向に沿った第１血液流出空間９８の幅方向距離Ｌは、ハウジング本体１８及びガス交換部１６の軸方向に沿って略一定である。幅方向距離Ｌは、第１中空糸膜層９０における第１高密度層９６と外周壁４８との径方向に沿った離間距離である。

　図４に示される本発明者による実験の結果、第１血液流出空間９８の幅方向距離Ｌは、０．１ｍｍ～１．０ｍｍの範囲とすることが好ましいことが確認された。第１血液流出空間９８の幅方向距離Ｌは、０．１ｍｍ～１．０ｍｍの範囲とすることで、ガス交換部１６の外周部における血栓の発生抑制と、血液に対するガス交換効率とを共に満たすことができた。

　具体的には、図４から諒解されるように、第１血液流出空間９８の幅方向距離Ｌを、０ｍｍとしたとき、ガス交換部１６（第１中空糸膜層９０）の外周部に血栓が形成されることが確認された。幅方向距離Ｌを、０．２ｍｍ～０．８ｍｍの範囲としたとき、ガス交換部１６の外周部に血栓が略形成されず、且つ、ガス交換効率が基準を満たすことが確認された。幅方向距離Ｌを、１．５ｍｍとしたとき、血栓の発生が確認されない一方で、ガス交換効率が低下することが確認された。

　すなわち、幅方向距離Ｌが大きくなることで、第１一般密度層９４を流れる血液の流量に対し、第１高密度層９６を通じて第１血液流出空間９８へ流出する血液の流量（流出量）が相対的に増大する。このとき、第１血液流出空間９８を流れる血液が増え、且つ、第１血液流出空間９８で血液が軸方向に沿って直線状に流れる。そのため、第１一般密度層９４を血液が流通するときに比べ、第１血液流出空間９８を流れる血液のガス交換が十分に行われず、ガス交換効率の低下を招く。

　図１及び図２に示すように、熱交換部１４は、血液流路を流れる血液と熱媒体との間で熱交換を行うためのものである。熱交換部１４は、ガス交換部１６の内周側に配置される。ガス交換部１６と熱交換部１４とが径方向で互いに重なるように配置される。熱交換部１４の軸方向長さとガス交換部１６の軸方向長さとは同一である。熱交換部１４は、複数の第２中空糸膜１００が巻回された筒状の第２中空糸膜層１０２を有する。

　第２中空糸膜１００は、内腔を有した管状である。各第２中空糸膜１００は、熱交換部１４の軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿った全体にわたって延在するように第２コア３４の外面に巻回される。第２収容部５８の内部における第２中空糸膜１００の外側に、血液が流通可能な第２血液通路１０４（図２参照）が形成される。第２血液通路１０４は、互いに隣り合う第２中空糸膜１００の間に形成された隙間である。

　各第２中空糸膜１００の軸方向一端は、第２封止体６０ａの内部を貫通する。第２中空糸膜１００の軸方向一端の開口部は、第２封止体６０ａの軸方向一端に開口して熱媒体流出ポート７４と連通する。各第２中空糸膜１００の軸方向他端は、第２封止体６０ｂの内部を貫通する。第２中空糸膜１００の軸方向他端の開口部は、第２封止体６０ｂの軸方向他端に開口して熱媒体流入ポート８６と連通する。すなわち、複数の第２中空糸膜１００の内腔には熱媒体が流通する。第２中空糸膜１００は、熱媒体及び血液を透過させないように構成される。第２中空糸膜１００の材料としては、第１中空糸膜８８の材料と同じである。

　第２中空糸膜層１０２は、複数の第２中空糸膜１００が巻回された第２一般密度層１０６と、前記第２一般密度層１０６の外周部に配置される第２高密度層１０８とを備える。第２一般密度層１０６と第２高密度層１０８とは一体で熱交換部１４を構成する。第２高密度層１０８は、熱交換部１４において最も径方向外方に配置される第２中空糸膜１００の層である。第２高密度層１０８は、第２一般密度層１０６より第２中空糸膜１００が高密度で巻回された層である。第２高密度層１０８における第２中空糸膜１００の密度が、第２一般密度層１０６における第２中空糸膜１００の密度よりも大きい。

　なお、中空糸膜が高密度で巻回された高密度層は、第１中空糸膜層９０を有したガス交換部１６、第２中空糸膜層１０２を有した熱交換部１４にそれぞれ設けてもよいし、前記ガス交換部１６のみに高密度層（第１高密度層９６）を設けてもよい。

　熱交換部１４が第２収容部５８に収容されたとき、第２高密度層１０８が中間壁２８の内周面に向かい合って配置される。第２高密度層１０８と中間壁２８との間に第２血液流出空間１１０が形成される。

　第２血液流出空間１１０は、第２高密度層１０８と中間壁２８とが径方向に離間して形成され、ハウジング１２の周方向に沿った環状の空間である。第２血液流出空間１１０は、軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って延在して血液が前記軸方向に沿って流通可能に形成される。第２血液流出空間１１０は、軸方向に沿った第２高密度層１０８の全長にわたって形成される。

　次に、人工肺１０の動作について図１及び図２を参照しながら説明する。

　図１に示すように、熱媒体供給源から人工肺１０の熱媒体流入ポート８６に熱媒体（例えば、水）が供給される。熱媒体流入ポート８６に供給された熱媒体は、第２収容部５８において熱交換部１４の軸方向他端部から各第２中空糸膜１００の内腔に導入される。

　酸素ガスが、人工肺１０のガス流入ポート７２に供給される。ガス流入ポート７２に供給されたガスは、第１収容部５４においてガス交換部１６の軸方向一端から各第１中空糸膜８８の内腔に導入される。なお、ガスの流入方向は特に制限されるものではなく、逆であってもよい。

　患者から脱血流路を介して導かれた血液は、図示しないポンプが駆動することで人工肺１０の血液流入ポート４０から内部へと取り込まれる。血液流入ポート４０に供給された血液は、血液導入路４６を介して第２収容部５８に導かれる。第２収容部５８において、血液は、熱交換部１４の軸方向一端から軸方向他端に向けて軸方向（矢印Ｂ方向）に沿って流れる。このとき、隣り合う第２中空糸膜１００の間に形成される第２血液通路１０４を血液が流通することで、各第２中空糸膜１００の内腔を流通する熱媒体と第２中空糸膜１００の外側を流通する血液との間で熱交換が行われる。

　図２に示すように熱交換部１４を流れる血液は、第２一般密度層１０６における第２血液通路１０４（隙間）に沿って軸方向に流れる主流Ｍ１と、前記主流Ｍ１から径方向外方に向けて流れ第２高密度層１０８の各第２中空糸膜１００の間を通じて第２血液流出空間１１０に流出する分流Ｓ１とに分かれる。分流Ｓ１は、第２血液流出空間１１０に沿って軸方向他方（矢印Ｂ方向）に向けて流れる。主流Ｍ１の流通方向と分流Ｓ１の流通方向とは同一である。

　熱交換部１４の第２中空糸膜１００の間を血液が流れるとき、前記血液の一部を、分流Ｓ１として第２高密度層１０８を通じて第２血液流出空間１１０に流通させることで、熱交換部１４の外周部における血流の滞りを解消して血栓の形成を抑制することができる。

　熱交換部１４において熱交換が行われた血液は、第２収容部５８において軸方向他端まで流れた後、環状の連通路６２を介して径方向外方に向かって流通して第１収容部５４に供給される。第１収容部５４において、血液は、ガス交換部１６の軸方向他端から軸方向一端に向けて軸方向（矢印Ａ方向）に沿って流通する。血液は、ガス交換部１６を構成する各第１中空糸膜８８の第１血液通路９２を流通する。

　このとき、血液は、連通路６２を通じて第１収容部５４へ導入されるため、ガス交換部１６の内周側に流れやすく外周側に流れにくい傾向がある。また、第１収容部５４において、血液の流速は、外周壁４８に近づくほど遅くなる。さらに、血液は、熱交換部１４の第２中空糸膜層１０２を通過した後に、ガス交換部１６へ供給されるため、前記熱交換部１４を流通するときの流速より前記ガス交換部１６における流速が遅い。そのため、ガス交換部１６の外周部において、血液の流れが滞りやすく血栓が発生しやすい。

　図２に示すようにガス交換部１６を流れる血液は、第１一般密度層９４における第１血液通路９２（隙間）に沿って軸方向に流れる主流Ｍ２と、前記主流Ｍ２から径方向外方に向けて流れ第１高密度層９６の各第１中空糸膜８８の間を通じて第１血液流出空間９８に流出する分流Ｓ２とに分かれる。分流Ｓ２は、第１血液流出空間９８に沿って軸方向一方（矢印Ａ方向）に向けて流れる。主流Ｍ２の流通方向と分流Ｓ２の流通方向とは同一である。

　ガス交換部１６において、第１中空糸膜８８の内腔を流通するガスが第１中空糸膜８８の壁部を透過して血液中に供給されると共に、血液中の二酸化炭素ガスが第１中空糸膜８８の壁部を透過して第１中空糸膜８８の内側に排出される。すなわち、血液中には、酸素ガスが溶け込む。

　ガス交換が行われた血液は、軸方向一端方向へと流れて血液流出ポート５２から送血流路（図示せず）へと導出されて患者に戻される。

　一方、熱交換部１４を流通して熱交換された熱媒体は、熱交換部１４の軸方向一端から熱媒体流出ポート７４へと導出されて人工肺１０の外部に流出される。ガス交換部１６を流通したガスは、ガス交換部１６の軸方向他端からガス流出ポート８４へと導出されて人工肺１０の外部に排出される。

　以上のように、本発明の実施形態では、ハウジング１２と、該ハウジング１２の収容室３０に収容される第１中空糸膜層９０とを有し、第１中空糸膜層９０は、第１一般密度層９４と、前記第１一般密度層９４の外周部に設けられ前記第１一般密度層９４より第１中空糸膜層９０が高密度で巻回された第１高密度層９６とを備える。ハウジング１２の外周壁４８と第１高密度層９６との間には、血液が軸方向に沿って流通可能な第１血液流出空間９８を有する。

　これにより、ガス交換部１６の第１中空糸膜層９０を血液が軸方向に流れるとき、血液の一部を、第１高密度層９６を通じて第１血液流出空間９８に流通させることで、ハウジング１２の外周壁４８と第１中空糸膜層９０の外周部との間に血栓が形成されることを抑制できる。

　第１高密度層９６を設けることで、第１中空糸膜８８の軸方向に沿って血液が流れるとき、第１一般密度層９４から第１血液流出空間９８へ流れる血液（分流Ｓ２）の流出量が多くなりすぎることが抑制される。そのため、第１一般密度層９４における血液の流量を好適に維持することができ、第１中空糸膜層９０における血液とガスとのガス交換効率を維持することが可能である。

　熱交換部１４は、第２中空糸膜１００を有し、第２中空糸膜１００には、第２一般密度層１０６と、前記第２一般密度層１０６の外周部に設けられ第２一般密度層１０６より第２中空糸膜１００が高密度で巻回された第２高密度層１０８とを備える。ハウジング１２の中間壁２８と第２高密度層１０８との間には、血液が軸方向に沿って流通可能な第２血液流出空間１１０を有する。

　これにより、熱交換部１４の第２中空糸膜層１０２を血液が軸方向に沿って流れるとき、血液の一部を、第２血液流出空間１１０に流通させることで、ハウジング１２の中間壁２８と第２中空糸膜層１０２の外周部との間に血栓が形成されることを抑制できる。

　第２高密度層１０８を設けることで、第２中空糸膜１００の軸方向に沿って血液が流れるとき、第２一般密度層１０６から第２血液流出空間１１０へ流れる血液（分流Ｓ１）の流出量が多くなりすぎることを抑制できる。そのため、第２一般密度層１０６における血液の流量を好適に維持することができ、第２中空糸膜層１０２における血液と熱媒体との熱交換効率を維持することが可能である。

　図４に示すように、第１中空糸膜８８の第１高密度層９６とハウジング１２の外周壁４８との径方向に沿った幅方向距離Ｌを、０．１ｍｍ～１．０ｍｍの範囲とすることで、第１高密度層９６から第１血液流出空間９８へと適度な流量で血液が流出するため、第１中空糸膜８８の外周部における血栓の形成を良好に抑制することができる。

　第１中空糸膜８８の第１高密度層９６と外周壁４８との幅方向距離Ｌを１．０ｍｍ以下とすることで、第１中空糸膜層９０における血液の流量を好適に確保できるため、第１中空糸膜８８における第１中空糸膜層９０における血液とガスとのガス交換効率を良好に維持することが可能となる。

　第１中空糸膜８８の第１高密度層９６とハウジング１２の外周壁４８との幅方向距離Ｌを、０．２ｍｍ～０．８ｍｍの範囲とすることで、さらに効果的に第１中空糸膜８８の外周部における血栓の形成を防止することが可能となり、しかも、第１中空糸膜８８におけるガス交換効率を好適に維持することができる。

　図３に示すように、第１一般密度層９４の第２抵抗係数Ｋ２に対する第１高密度層９６の第１抵抗係数Ｋ１の比を２．０以上とすることで、主流Ｍ２となる血液の流量の減少を抑制することができ、前記主流Ｍ２の流量を十分に確保することができる。これにより、第１一般密度層９４の各第１中空糸膜８８による血液とガスとのガス交換効率を維持できる。

　第１中空糸膜層９０において、第１一般密度層９４の第２抵抗係数Ｋ２に対する第１高密度層９６の第１抵抗係数Ｋ１の比を２．０以上とすることで、第１高密度層９６によって第１一般密度層９４から第１血液流出空間９８への血液の流出量が適量となるように制御することができる。そのため、第１中空糸膜層９０の第１一般密度層９４において十分な血液の流量が確保され、第１一般密度層９４における血栓の形成が好適に抑制される。

　抵抗係数比Ｋ１／Ｋ２を、２．０～４．０の範囲とすることで、第１一般密度層９４を流れる主流Ｍ２から分かれて第１高密度層９６を通じて第１血液流出空間９８で流出する血液の流量（流出量）が制御される。これにより、第１高密度層９６における血栓の形成抑制と、第１中空糸膜層９０におけるガス交換効率の確保とを両立させることが可能となる。

　第１中空糸膜層９０を有し血液に対してガス交換を行うガス交換部１６を備え、収容室３０の外周に設けられ血液流出ポート５２が接続されると共に第１中空糸膜層９０の第１高密度層９６を囲むハウジング１２の外周壁４８を備えることで、第１高密度層９６によってガス交換部１６におけるガス交換効率を維持しつつ、ガス交換部１６の第１中空糸膜層９０とハウジング１２の外周壁４８との間における血栓の形成を抑制することができる。

　第１及び第２血液流出空間９８、１１０を、ハウジング１２の周方向に沿った環状とし、血液の一部を環状の第１及び第２血液流出空間９８、１１０に流通させることで、第１及び第２中空糸膜層９０、１０２の周方向の全域において血栓の形成を効果的に抑制することができる。

　第１及び第２高密度層９６、１０８の全長に沿って第１及び第２血液流出空間９８、１１０を形成し、第１及び第２血液流出空間９８、１１０に血液の一部を流通させることで、第１及び第２中空糸膜層９０、１０２の軸方向の全域において血栓の形成を効果的に抑制することができる。

　上記の実施形態をまとめると、以下のようになる。

　上記の実施形態は、中空糸膜（８８、１００）が巻回されてなる中空糸膜層（９０、１０２）と、
　血液流入ポート（４０）及び血液流出ポート（５２）と、前記中空糸膜層を収容する収容室（３０）とを有し、軸方向に沿って筒状に形成されたハウジング（１２）と、
　を備え、前記ハウジングの前記収容室を前記軸方向に沿って血液が流通する人工肺（１０）において、
　前記中空糸膜層は、一般密度層（９４、１０６）と、前記一般密度層の外周部に設けられ前記中空糸膜が前記一般密度層より高密度で巻回された高密度層（９６、１０８）と、を有し、
　前記ハウジングは、前記高密度層を囲むと共に前記軸方向に延在する壁部（２８、４８）を有し、
　前記ハウジングの前記壁部と前記高密度層との間には、前記軸方向に沿って延在して前記血液が前記軸方向に沿って流通可能な血液流出空間（９８、１１０）を有する。

　前記高密度層と前記壁部との距離（Ｌ）は、０．１ｍｍ～１．０ｍｍの範囲である。

　前記距離は、０．２ｍｍ～０．８ｍｍの範囲である。

　前記血液に対する前記高密度層の抵抗係数を第１抵抗係数（Ｋ１）とし、前記血液に対する前記一般密度層の抵抗係数を第２抵抗係数（Ｋ２）としたとき、前記第２抵抗係数に対する前記第１抵抗係数の比（Ｋ１／Ｋ２）が２．０以上である。

　前記血液に対する前記高密度層の抵抗係数を第１抵抗係数とし、前記血液に対する前記一般密度層の抵抗係数を第２抵抗係数としたとき、前記第２抵抗係数に対する前記第１抵抗係数の比が２．０～４．０の範囲である。

　前記中空糸膜層は、前記血液に対してガス交換を行うガス交換部（１６）であり、
　前記壁部は、前記収容室の外周に設けられ前記血液流出ポートが接続されると共に前記中空糸膜層の前記高密度層を囲む外周壁（４８）である。

　前記血液流出空間は、前記ハウジングの周方向に沿って環状である。

　前記血液流出空間は、前記高密度層の前記軸方向に沿った全長にわたって配置される。

　なお、本発明は、上述した開示に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得る。

Claims

　中空糸膜が巻回されてなる中空糸膜層と、
　血液流入ポート及び血液流出ポートと、前記中空糸膜層を収容する収容室とを有し、軸方向に沿って筒状に形成されたハウジングと、
　を備え、前記ハウジングの前記収容室を前記軸方向に沿って血液が流通する人工肺において、
　前記中空糸膜層は、一般密度層と、前記一般密度層の外周部に設けられ前記中空糸膜が前記一般密度層より高密度で巻回された高密度層と、を有し、
　前記ハウジングは、前記高密度層を囲むと共に前記軸方向に延在する壁部を有し、
　前記ハウジングの前記壁部と前記高密度層との間には、前記軸方向に沿って延在して前記血液が前記軸方向に沿って流通可能な血液流出空間を有する、人工肺。
　請求項１記載の人工肺において、
　前記高密度層と前記壁部との距離は、０．１ｍｍ～１．０ｍｍの範囲である、人工肺。
　請求項２記載の人工肺において、
　前記距離は、０．２ｍｍ～０．８ｍｍの範囲である、人工肺。
　請求項１記載の人工肺において、
　前記血液に対する前記高密度層の抵抗係数を第１抵抗係数とし、前記血液に対する前記一般密度層の抵抗係数を第２抵抗係数としたとき、前記第２抵抗係数に対する前記第１抵抗係数の比が２．０以上である、人工肺。
　請求項１記載の人工肺において、
　前記血液に対する前記高密度層の抵抗係数を第１抵抗係数とし、前記血液に対する前記一般密度層の抵抗係数を第２抵抗係数としたとき、前記第２抵抗係数に対する前記第１抵抗係数の比が２．０～４．０の範囲である、人工肺。
　請求項１～５のいずれか１項に記載の人工肺において、
　前記中空糸膜層は、前記血液に対してガス交換を行うガス交換部であり、
　前記壁部は、前記収容室の外周に設けられ前記血液流出ポートが接続されると共に前記中空糸膜層の前記高密度層を囲む外周壁である、人工肺。
　請求項１～６のいずれか１項に記載の人工肺において、
　前記血液流出空間は、前記ハウジングの周方向に沿って環状である、人工肺。
　請求項１～７のいずれか１項に記載の人工肺において、
　前記血液流出空間は、前記高密度層の前記軸方向に沿った全長にわたって配置される、人工肺。