JPH0439862B2

JPH0439862B2 -

Info

Publication number: JPH0439862B2
Application number: JP62196644A
Authority: JP
Priority date: 1987-08-06
Filing date: 1987-08-06
Publication date: 1992-06-30
Also published as: JPS6440060A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は中空糸外側に血液を流し、酸素は中空
糸内に導入する方式であつて、その中に熱交換器
を内蔵したタイプの人工肺に係り、更に詳しく
は、血液と酸素が中空糸を介して良好に接触で
き、しかも装置を極めてコンパクトにすることが
できる熱交換器内蔵型人工肺に関する。

［従来の技術］人工肺には大別して気泡型と膜型とがあるが、
ガス交換膜を用いる膜型人工肺は気泡型と比べ、
ガス交換方式がより生理的であり、血液への悪影
響が少ないという利点がある。

ガス交換方式には、中空糸の中空部に血液を流
し、中空糸外部に気体を流す方式と、その逆に、
中空糸の中空部に気体を流し、中空糸外部には血
液を流す方式がある。

［発明が解決をしようとする問題点］しかしながら、中空部に血液を流す方式におい
ては、血液入口、出口間の圧力損失が大きくな
り、人工肺に流入する側の血液回路内圧が上昇
し、過度の場合、ローラーポンプのラテツクスゴ
ムチユーブが大きく膨らみ破裂の危険がある。更
に、回路内圧が高い場合、赤血球破壊が多いこと
も知られている。

また、中空糸外側に血液を流す方式にあつて
は、一般に血液を均一に分散することが困難で、
その結果、血液と酸素を充分に接触させることが
困難であるという問題がある。

さらに、このような人工肺においては、体内に
返血する際、血液温度を36〜37℃程度の所定温度
に保持する必要があるが、上記従来の人工肺にあ
つては、人工肺の外部に熱交換器を配置し、それ
により血液温度を所定に保持されており、装置全
体が大型になつていた。

［問題点を解決するための手段］そこで、本発明者は前記問題点を解決し、良好
なガス交換を行なうことができ、さらに全体とし
てコンパクトな人工肺を提供するため鋭意研究し
た結果、本発明に到達したのである。

即ち、本発明によれば、内筒と、両端部より中
心部の径を小さくした外筒を設け、該内筒と外筒
の間に内筒と外筒の長手軸方向に沿つて多孔質中
空糸を配置し、内筒、外筒ならびに中空糸の両端
開口部にて該内筒外面、外筒内面及び中空糸外面
を支持部材により気密に支持してなる人工肺であ
つて、外筒端部に設けた血液導入口より中空糸外
側に血液を流し、酸素は中空糸の中空部に導入す
るとともに、内筒内側には熱交換用チユーブを配
し、中空糸外側を流れてくる血液は前記血液導入
口の反対側である内筒端部の円周方向に設けるれ
た通過口より内筒内側に入り、前記熱交換用チユ
ーブの外側部を通過しながら熱交換された上部よ
り排出されることを特徴とする熱交換器内蔵型人
工肺、が提供される。

［作用］中空糸外側を流れてきた血液は、内筒の血液導
出口付近に設けられた通過口を通して内筒内側に
一旦に貯留される。内筒内側には熱交換用チユー
ブが内蔵されており、その外側を血液が流れる。

このように内筒内側に血液を一旦貯留すると、
外筒端部に設けた血液導入口より導入された血液
は、中空糸外側を流れるに際し、中心に向つて流
れることになるため、血液と酸素ガスとの接触が
良好に行なわれる。

また、血液は内筒内側に設けられている熱交換
用チユーブの外側をゆつくりと流れるため、熱交
換が充分に行われ、血液は所定温度に保たれる。

本発明では、血液はまず中空糸と接触してガス
交換した後に熱交換されるため、例えば、手術開
始の際において、人体から取り出した血液をその
まま中空糸と接触させてガス交換することから、
熱交換して低温とした後にガス交換することに比
し、ガス交換効率が高くなる。さらに、本発明で
は、両端部より中心部の径を小さくした外筒を設
けたので、チヤネリングが防止され、ガスと血液
との接触面積が大きくなつて接触効率が高くな
る。

［実施例］以下、図面に示す実施例に基き、本発明を説明
する。

第１図は、本発明の熱交換器内蔵型人工肺の一
実施例を示す断面図である。

１は血液Ａを導入するための血液導入口であ
り、外筒２の上部に設けられている。外筒２と内
筒３の間には、多数の多孔質中空糸４が配設され
ており、外筒２、内筒３ならびに多孔質中空糸４
の両端部においては、外筒２の内面、内筒３の外
面ならびに多孔質中空糸４の外面が接着剤５によ
り気密に支持されている。また。多孔質中空糸４
の上端部には酸素ガスＢの導入口６が設けられ、
又多孔質中空糸４の下端部には交換されたガスの
出口７が設けられている。

ここで、外筒２はその中央部の径を両端部の径
より小さく、即ち中央部を絞つた形状をなしてお
り、従つて、外筒２と内筒３の間に配設される多
孔質中空糸４の充填密度は端部にゆくにつれ低く
なるものである。

そして内筒３の内側には血液を所定温度に保持
させるための熱交換用チユーブ８が設けられてい
る。

以上の構成において、血液Ａは血液導入口１よ
り人工肺内部に入り、次いで外筒２と内筒３の間
に配設された多孔質中空糸４の外側部を下方に流
れる。この際、血液Ａは、酸素ガス導入口６より
多孔質中空糸４の中空部に送入された酸素ガスと
該多孔質中空糸４に形成された細孔を介して接触
してガス交換を行なう。血液は、次いで内筒３の
下部の円周方向に所定数設けられた通過口９より
内筒３の内側に導かれ、ここで血液は一旦貯留さ
れる。このように血液は血液導入口１より中心に
向つて流下しながら通過口９を介して内筒３の内
側に導かれ、一旦貯留されるようになつているた
め、血液Ａが多孔質中空糸４の外側部と万遍なく
接続し、該中空糸４の中空部を通つている酸素ガ
スとのガス交換が充分且つ良好に行なわれること
となる。なお、内筒３の円周方向に設ける通過口
９の口径、数は、内筒、外筒の径、長さ等によつ
て異なるが、少なくとも血液が多孔質中空糸と万
遍なく接続し得るように設けることが必要であ
る。通常、その口径は１〜15mm（φ）、ピツチは
２〜90mmで形成される。

内筒３の内側に流入した血液は、内筒３の内側
に設けられた熱交換用チユーブ８の外側を上方に
流れ、熱交換用チユーブ８内を流れる媒体Ｃと熱
交換されてその温度を所定にされて血液排出口１
０より排出される。

内筒３の内側に設ける熱交換用チユーブ８の配
設形状は特に限定されるものではないが、螺旋
状、渦巻状が接触面積が増加でき、熱交換効率が
向上することから好ましいものである。また、こ
のチユーブ８の外周面には、第２図に示すような
螺旋状に凸部１１を設けることは同じく接触面積
が増加できることから好ましい。

熱交換用チユーブ８の材質も特に限定はされ
ず、伝熱係数の大きい材料であれば使用すること
ができるが、例えばステンレス鋼、アルミニウム
などにエポキシ樹脂、シリコン樹脂、フツ素樹脂
あるいはアルミナ（Al₂O₃）などをコーテイング
した材料が好ましい。

また、外筒２と内筒３の間に配設される多孔質
中空糸４としては、ポリプロピレン、ポリエチレ
ンなどのポリオレフイン系樹脂、ポリフツ化ビニ
リデン、エチレンテトラフルオロエチレン共重合
体などのフツ素樹脂、シリコーン樹脂等の疎水性
樹脂が好ましく用いられる。また、疎水性樹脂以
外の材料を用いる場合であつても、その血液との
接触面をシリコーン樹脂等で処理し、疎水性とし
たものも用いることができる。

多孔質中空糸４は、その周壁部に多数の微小細
孔を有しており、そこでガス交換が行われる。微
小細孔の平均細孔径は一般に0.10〜1μｍが好まし
い。さらに、中空糸４の空隙率は一般に20〜80％
程度であることが好ましい。

また、多孔質中空糸４の膜面積は通常２m²以下
でよく、従来の市販品に比し小さくすることがで
きる。これは上記したように本中空糸の空隙率が
大きく、且つ血液と酸素ガスとの接触が充分に行
われる故であり、本発明の大きな利点といえる。

なお、前記したように、外筒２はその中央部の
径を両端部の径より小さくしているため、外筒２
と内筒３の間に配設される多孔質中空糸４の充填
密度は端部にゆくにつれ低くなり、通常、両端部
においてはその充填密度は0.3〜0.5で、中央部で
0.4〜0.7となる。

尚、以上の実施例においては、縦型の熱交換器
内蔵型人工肺の例を示したが、その他横置型でも
よく、また血液導入口、ガス導入口の配置を逆に
する形態であつても使用することができる。

以下、具体的に本発明に係る熱交換器内蔵型人
工肺の一例を用いたガス交換の実施結果について
説明する。

（実施例）第１図に示す構成の熱交換器内蔵型人工肺であ
つて、下記の寸法、条件のものを用いた。

外筒……直径〔両端部：78mm（φ）、中央部：70
mm（φ）〕内筒……直径50mm 全長……220mm 多孔質中空糸……膜面積２m² 中空糸数8841本充填密度（両端部：0.4、中央部：0.6）内径300μｍ外径400μｍ周壁部厚さ50μｍ平均細孔径0.22μｍ空隙率68％支持部材（ポツテイング材）……ポリウレタン樹
脂熱交換用チユーブ……厚さ１mm、直径10mm（φ）
のステンレス鋼にエポキシコーテイングを施し
てなるもので、内筒内側に螺旋状に配されてい
る。チユーブの外周面には第２図のごとき凸部
が形成されている。

以上において、牛血（ヘマトクリツト値40％、
ヘモグロビン量12±１ｇ／dl）に対する酸素ガス
添加能と炭酸ガス交換能を測定したところ、第３
図および第４図に示すように、血液量1.0、2.0、
3.0（／min）における酸素ガス添加量は各々
58、84、102（ml／min）であり、また炭酸ガス除
去量は、ガス流量を1.0、0.2、0.3（／min）と
した場合、血流量１（／min）では各々50、80、
95（ml／min）、血流量２（／min）では、各々
70、100、120（ml／min）となり、十分なガス交
換性能を示した。

［発明の効果］以上説明したように、本発明の熱交換器内蔵型
人工肺によれば、血液が多孔質中空糸の外側部と
万遍なく接触するため、血液と酸素ガスとが充分
且つ良好に接触するから、良好なガス交換を行な
うことができるとともに、装置内に熱交換器を内
蔵し一体化したので、人工肺全体として極めてコ
ンパクトな構造とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の熱交換器内蔵型人工肺の一実
施例を示す断面図、第２図は熱交換用チユーブの
一部を示す部分説明図、第３図及び第４図は各々
酸素ガス添加能および炭酸ガス交換能を示すグラ
フである。１……血液導入口、２……外筒、３……内筒、
４……多孔質中空糸、５……接着剤、６……酸素
ガス導入口、７……交換ガス出口、８……熱交換
用チユーブ、９……通過口、１０……血液排出
口、１１……凸部。

Claims

【特許請求の範囲】

１内筒と、両端部より中心部の径を小さくした
外筒を設け、該内筒と外筒の間に内筒と外筒の長
手軸方向に沿つて多孔質中空糸を配置し、内筒、
外筒ならびに中空糸の両端開口部にて該内筒外
面、外筒内面及び中空糸外面を支持部材により気
密に支持してなる人工肺であつて、外筒端部に設
けた血液導入口より中空糸外側に血液を流し、酸
素は中空糸の中空部に導入するとともに、内筒内
側には熱交換用チユーブを配し、中空糸外側を流
れてくる血液は前記血液導入口の反対側である内
筒端部の円周方向に設けられた通過口より内筒内
側に入り、前記熱交換用チユーブの外側部を通過
しながら熱交換された上部より排出されることを
特徴とする熱交換器内蔵型人工肺。