(57)【要約】  本発明は、体外膜型人工肺（ＥＣＭＯ）又は体外心肺補助装置（ＥＣＬＳ）に使用するためのガス交換ユニット、かかるガス交換ユニットの製造方法、及びガス交換ユニットと加湿及び加熱装置とのセットに関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空ファイバモジュールを有するガス交換ユニットにおいて、前記中空ファイバモジュールのガス流れ特性が適応可能であることを特徴とする、ガス交換ユニット。
【請求項２】
中空ファイバモジュールは、完全に又は部分的に前記ガス流れに接続可能又はそれから切断可能であることを特徴とする、請求項１に記載のガス交換ユニット。
【請求項３】
ガス側に、シャッタ、特に滑りバルブ及び／又は回転滑りバルブ及び／又はスロットルを有し、前記シャッタは、ファイバ領域を貫流態様で接続することが不可能であるように配列されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のガス交換ユニット。
【請求項４】
前記中空ファイバモジュールのファイバ領域は、ガスによって異なるように充填可能であることを特徴とする、請求項１から３のうちのいずれか１項に記載のガス交換ユニット。
【請求項５】
溢流経路装置が、前記中空ファイバモジュールに提供されることを特徴とする、請求項１から４のうちのいずれか１項に記載のガス交換ユニット。
【請求項６】
前記溢流経路装置は、調整可能な溢流経路を有することを特徴とする、請求項５に記載のガス交換ユニット。
【請求項７】
カバーを有することを特徴とする、請求項１から６のうちのいずれか１項に記載のガス交換ユニット。
【請求項８】
前記カバーは、空気抵抗勾配を有することを特徴とする、請求項７に記載のガス交換ユニット。
【請求項９】
ガス側の加湿及び加熱装置が、前記中空ファイバモジュールの上流に接続されていることを特徴とする、特に請求項１から８のうちのいずれか１項に記載のガス交換ユニット。
【請求項１０】
前記中空ファイバモジュールは、ドラム形状であることを特徴とする、請求項１から９のうちのいずれか１項に記載のガス交換ユニット。
【請求項１１】
前記中空ファイバモジュール内に、血液不透過性層が、その内部から外部まで螺旋状に配列されていることを特徴とする、請求項１から１０のうちのいずれか１項に記載のガス交換ユニット。
【請求項１２】
血液流れが、内部から外部に向かって、外部から内部に向かって、又は、対角線的に外部に向かって若しくは内部に向かって案内可能であることを特徴とする、請求項１から１１のうちのいずれか１項に記載のガス交換ユニット。
【請求項１３】
２つ以上の中空ファイバモジュールを有することを特徴とする、特に請求項１から１２のうちのいずれか１項に記載のガス交換ユニット。
【請求項１４】
前記中空ファイバモジュールは、ガスによって異なるように充填可能であることを特徴とする、請求項１３に記載のガス交換ユニット。
【請求項１５】
溢流装置を有することを特徴とする、請求項１３又は１４に記載のガス交換ユニット。
【請求項１６】
前記中空ファイバモジュールは、バルブによって接続されていることを特徴とする、請求項１３から１５のうちのいずれか１項に記載のガス交換ユニット。
【請求項１７】
前記ガス流れ内の前記中空ファイバモジュールは、並列に又は直列に接続可能であることを特徴とする、請求項１３から１６のうちのいずれか１項に記載のガス交換ユニット。
【請求項１８】
前記中空ファイバモジュールは、ドラム形状であり、一方が他方の内部に同心状に配列されていることを特徴とする、請求項１３から１７のうちのいずれか１項に記載のガス交換ユニット。
【請求項１９】
前記中空ファイバモジュールは、ファイバマットとして形成され、前記血液流れ内で一方が他方の背後に配列されていることを特徴とする、請求項１３から１８のうちのいずれか１項に記載のガス交換ユニット。
【請求項２０】
ファイバマットのファイバ方向が、第２のファイバマットのファイバ方向に対してある角度で配列されていることを特徴とする、請求項１９に記載のガス交換ユニット。
【請求項２１】
前記角度は、１０°と１７０°との間にあり、特に１２０°であることを特徴とする、請求項１９又は２０に記載のガス交換ユニット。
【請求項２２】
前記中空ファイバモジュールの長さに対する直径の比は、２未満であり、特に１未満であることを特徴とする、請求項１から２１のうちのいずれか１項に記載のガス交換ユニット。
【請求項２３】
電気発熱要素を有することを特徴とする、特に請求項１から２２のうちのいずれか１項に記載のガス交換ユニット。
【請求項２４】
加熱要素が前記ガス側に提供されていることを特徴とする、特に請求項２３に記載のガス交換ユニット。
【請求項２５】
埋封材が血液側に向かって円筒形閉鎖部を形成することを特徴とする、特に請求項１から２４のうちのいずれか１項に記載のガス交換ユニット。
【請求項２６】
請求項１から２５のうちのいずれか１項に記載のガス交換ユニットを製造する方法。
【請求項２７】
特に請求項１から２５のうちのいずれか１項に記載のガス交換ユニットと、加湿及び加熱装置とを有するセットにおいて、前記加湿及び加熱装置は、前記ガス流れ内の前記中空ファイバモジュールの上流にあることを特徴とする、セット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体外膜型人工肺（ＥＣＭＯ）又は体外心肺補助装置（ＥＣＬＳ）で使用するためのガス交換ユニット、かかるガス交換ユニットを製造する方法、及びガス交換ユニットと加熱装置とを有するセットに関する。
【背景技術】
【０００２】
人工心肺は、心臓手術中に、血液送達及びガス交換（血液へのＯ２投入及びそれからのＣＯ２除去）の生命維持循環機能を代替する。類推すれば、人工心肺は、また、数日間にわたって心臓又は肺の機能不全を患う患者を安定させるために使用されてもよい。これは、体外膜型人工肺（ＥＣＭＯ）又は体外心肺補助装置（ＥＣＬＳ）と呼ばれる。
【０００３】
現在使用されているＥＣＭＯ酸素供給装置は、心臓手術において使用されるような酸素供給装置の設計に基づいている。概して、単独開放気孔膜ファイバは、閉鎖拡散膜を有する膜によって代替される。この背景に対して、規格及び設計は、心臓手術の必要条件に基づいている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、先行技術、特にＥＣＭＯ及びＥＣＬＳ適用についての先行技術から公知の酸素供給装置を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、中空ファイバモジュールを有するガス交換ユニットによって達成され、中空ファイバモジュールのガス交換器特性は、適応性が高い。したがって、ガス交換器特性に関する必要条件が変化するとき、これらは、動作の前又はその間に必要に応じて適応させられ得る。特に、適応は、製造中に行われてもよい。中空ファイバモジュールは、具体的にはファイバボードであってもよい。
【０００６】
ガス交換ユニットのガス交換器特性の適応とは、ＣＯ２除去及び／又はＯ２投入の変更、又は２つの値の相互に対する比の変更を意味する。これは、異なる方法で達成されてもよい。
【０００７】
ガス交換器特性の適応とは、具体的には、有効表面積又は有効ファイバ長さの変更を意味する。例えば、有効ファイバ長さの変更は、ファイバのインライン又は直列接続によって達成されてもよい。したがって、例えば、対向流充填によって長い有効ファイバ長さを提供することが有利である場合があり、その理由は、この方法で酸素消費量を低減できるからである。
【０００８】
ガス交換特性の適応は、また、中空ファイバモジュールのファイバ内でのガスの流速を変更することによって実行されてもよい。このガス流速が、圧力勾配によって外部から調整され得る。ファイバの長さに沿って、ＣＯ２についての濃度勾配が減少する、すなわち、ＣＯ２の転送が、フィックの第一法則に従って減少する。しかし、流速が増加されるならば、この効果は弱められる、すなわち、ＣＯ２転送は、増加される。このことは、しかし、使用されるべき酸素の量に対してマイナスの影響を及ぼす。
【０００９】
ここで、中空ファイバモジュールが、完全に又は部分的に、ガス流れに接続されるか又はそれから切断されるならば、有利である。このように、中空ファイバモジュール内部でのガス交換器特性は、有効表面積を変更することによって調整され得る。
【００１０】
この場合、ガス交換ユニットが、ガス側にシャッタ、具体的には、滑りバルブ及び／又は回転滑りバルブ及び／又はスロットルを有し、シャッタが、ファイバ領域が貫流態様で接続され得ないように配列されているならば、特に有利である。
【００１１】
また、中空ファイバモジュールのファイバ領域が、ガスによって異なるように充填可能であるならば、有利である場合がある。このことは、異なる量及び組成のガスが、血液側ガス転送必要条件（ＣＯ２及びＯ２）の支配下にあるファイバ領域を通って流れることが可能となり、したがって、酸素消費量を低減することも可能である。
【００１２】
ガス交換ユニットが溢流経路装置を提供するならば、更に有利である。このことは、異なる圧力勾配によってファイバ領域の異なる充填を可能にする。溢流経路装置は、溢流経路によって接続された複数のチャンバを提供してもよい。そのような装置は、特に、ガスが中空ファイバモジュールの中へと流れ込む両方の側面に取り付けられてもよい。
【００１３】
溢流経路装置が、調節可能な溢流経路を有するならば、有利である。このことは、溢流経路装置内の流れパターンが調整され得、それゆえに、ガス交換ユニットの異なる使用状態に適応させられ得ることを意味する。このことは、例えば、調整装置に提供された滑りバルブによって実行されてもよい。
【００１４】
また、中空ファイバモジュールがカバーを有するならば、有利である。このことは、ガスが流入する側面において空気抵抗を増加させることを可能にする。１つ又は複数のカバーが取り付けられてもよい。このように、中空ファイバモジュールのファイバ領域の異なる負荷が、また、達成されてもよい。
【００１５】
カバーが、空気抵抗勾配、異なる厚さ、又は異なる材料（異なる気孔率）を有することが、更に有利である。このことは、また、充填が連続的に推移することを可能にし、その場合、範囲境界が不鮮明になる。
【００１６】
ガス側の加湿及び加熱装置が、中空ファイバモジュールの上流に位置するならば、更に有利で独立した発明性がある。このことは、ガスが、中空ファイバモジュールに入る前に加熱され得ることを意味する。ガスは、それで、水蒸気で飽和され、血液温度を上回る温度を有する。中空ファイバモジュール内で、ガスが熱を放ち、そして、水蒸気の一部分が凝縮して、凝縮エネルギを血液に放出する。凝縮物は、熱交換器の下方で収集されてもよい。
【００１７】
中空ファイバモジュールは、ドラム形状であってもよい。このことは、省スペース設計を可能にし、製造における有利さを提供する。
【００１８】
ドラム形状配列において、中空ファイバモジュールの長さに対する直径の比が＞１．５である（１．５超である）ならば、有利である。このことは、同一の有効表面積に対して、より短いファイバをもたらす。酸素の部分的な圧力損失が、内部において減少させられ、それで、酸素供給装置が、ＣＯ２転送速度に関して従来の製品よりもより効果的になる。
【００１９】
また、中空ファイバモジュール内において、血液不透過性層が、その内部から外部まで螺旋状に配列されているならば、有利である。血液流れが、それで特定の方向に案内されて、流れの道筋が制御されることを可能にする。流れの道筋は、特に、この方法で拡大されてもよい。この場合、血液流れは、内部から外部に向かって、外部から内部に向かって、又は、対角線的に外部に向かって若しく内部に向かって案内されてもよい。このことは、様々な形状配列を可能にするという有利さがある。
【００２０】
ガス交換ユニットが２つ以上の中空ファイバモジュールを有することが有利であることがある。この手段によって、ガス交換器特性が、個々の中空ファイバモジュール内の有効表面積を変更することによって、ガス交換ユニットの動作の前に又はその間に調整されてもよい。いくつかの中空ファイバモジュールが存在する場合、このことは、中空ファイバモジュールの異なる配列によって特に可能である。長期安定性、血液適合性及び性能が、このように、ＥＣＭＯ及びＥＣＬＳでの発散徴候という背景に対して改善されてもよい。
【００２１】
中空ファイバモジュールが、ガスによって異なるように充填され得るならば、更に有利である場合がある。この手段によって、異なる量及び組成のガスが、血液側ガス転送必要条件（ＣＯ２及びＯ２）の支配下にある異なる中空ファイバモジュールを通って流れてもよく、それで、酸素消費量が、また低減されてもよい。
【００２２】
ガス交換ユニットが、溢流経路装置を有するならば、更に有利である。このことは、中空ファイバモジュールの異なる充填が、異なる圧力勾配によって実行され得ることを意味する。溢流経路装置は、溢流経路によって接続された複数のチャンバを有してもよい。そのようなデバイスは、特に、ガスが中空ファイバモジュールの中に流れ込む両方の側面に取り付けられてもよい。
【００２３】
中空のファイバモジュールが、１つ又は複数のバルブに接続されるならば、特に有利である。これによって、個々の中空ファイバモジュールの流れ方向が、バルブによって制御されてもよい。ガス転送速度が、それで臨床的適応に対して調整されてもよく、その結果、モジュールを相互接続するか、又はそれらを並列に接続することによってＣＯ２排出速度及びＯ２投入量が別々に設定されることを可能にする。
【００２４】
有効ガス交換器表面積が、また、治療中に必要に応じて低減又は拡大されてもよい。
【００２５】
このように、それらによって個々の中空ファイバモジュールを充填することによって、別の治療上有効なガスを導入することもまた可能である。
【００２６】
ガス流れ内の中空ファイバモジュールが並列又は直列に接続されてもよいならば、特に有利である。ガス交換器特性は、したがって異なる接続だけによって変更されてもよい。新たな未使用ガス、又はガス交換を既に通過したガスが、別の中空ファイバモジュールのために使用されるか否かを管理することが可能である。中空ファイバモジュールを特に異なるガス組成（Ｏ２、ＣＯ２及びＯ２、Ｏ２及びＮＯ等）によって充填することが、また、可能である。特に、異なる中空ファイバモジュールを異なるガス組成によって充填することが可能である。
【００２７】
中空ファイバモジュールは、また、ドラム形状であってもよく、そして相互に同心状に内部に配列されてもよい。この場合、血液は、内部から外部に向かって、外部から内部に向かって、又は対角線的に外部に向かって案内されてもよい。この設計において、また、血液不透過性層が中空ファイバモジュール内で内部から外部まで螺旋状に配列されることが、可能である。このことは、血液を内部から外部まで、又は外部から内部まで螺旋状に導くことを可能にする。１つ、又は２つ以上の経路が、この場合、可能である。
【００２８】
別の有利事項は、中空ファイバモジュールがファイバマットとして形成され、血液流れ内で一方が他方の背後に配列されることである。複数の中空ファイバモジュールが、そのために、ガス交換ユニットに積層配列で接続されてもよい。このように接続された中空ファイバモジュールは、適切に異なるように相互接続され、それで相互に組合わされ、ガスによって充填されてもよい。
【００２９】
ファイバマットのファイバ方向が、第２のファイバマットのファイバ方向に対してある角度で配列されるならば、有利である。これは、角度が１０°と１７０°との間にある、特に１２０°であるならば、特に有利である。交差することが、また、ガス交換器特性及び血液案内を改善する場合がある。
【００３０】
中空ファイバモジュールの長さに対する直径の比が１未満であるならば、更に有利である。このことも、また、同一の有効表面積に対して前述の有利さを有するより短いファイバをもたらす。
【００３１】
本発明の第２の独立した発明的側面は、ガス交換ユニットが加熱要素を有することである。この加熱要素は、電気的であってもよい。これは、ガス交換ユニット内でガス側に提供されるならば、更に有利である。それが、ハウジング内に提供されてもよい。熱が、このように血液に導入されてもよく、そして水分凝縮が防止されてもよい。
【００３２】
加熱要素がガス注入口側に配列されることにより、血液との交換手順の前にガスを加熱するならば、有利である。
【００３３】
加熱要素は、ロッド形式又は平板形式の設計のものでもよい。加熱要素は、また、支持構造の上に巻かれたワイヤ、又は蛇行した態様で屈曲したワイヤによって実装されることも可能である。
【００３４】
加熱要素が、加熱要素とガスとの間の交換面積を増加させるための構造を提供するならば、有利である。これらが、ガスがその周りに案内されるリブ又は平板を備えてもよい。平板は、ガスがそれを通って流れるドリル孔を有してもよい。ガスが、また、外部加熱される経路を通して案内されることも考えられる。
【００３５】
２つ以上の加熱要素が、ガス側に、一方が他方の背後に又は並列して配列されることも、また有利である。
【００３６】
ロッド形式又は平板形式の加熱要素が、外部からガス交換ユニットの中に挿入され、そして、使用後に別のガス交換ユニットで再利用されることも、また有利である。
【００３７】
本発明の第３の独立した発明的側面は、埋封材が血液側に向かって円筒形閉鎖部を形成してもよいことである。このことは、低いせん断応力及び良好な流出を有し、そのため、特に血液に都合のよい均質な流れ分布をもたらす。
【００３８】
本発明の第４の独立した側面は、ガス交換ユニットを製造する方法に関し、この方法において、ファイバの埋込みが遠心分離機内での単一の製造ステップで実行されてもよい。
【００３９】
第１のステップにおいて、中空ファイバモジュールの自動化製造が、１つ又は複数のファイバマットから実行されてもよいならば、有利である。モジュール製造が、次いで、異なる有効表面積及び有効ファイバ長さを有するガス交換ユニットを組み合わせること及び入手することによって、第２のステップにおいていくつかの中空ファイバモジュールから実行されてもよい。これらは、次いで追加的に、使用前、立上げ時、若しくは動作中に、完全に若しくは部分的に作動されてもよく、又は、異なる接続を使用することによってガスによって充填されてもよい。
【００４０】
本発明の第５の独立した側面は、本発明に従うガス交換ユニットと、加湿及び加熱装置と、を有するセットに関し、ガス交換ユニットの加湿及び加熱装置は、ガス流れ内の上流に接続される。
【００４１】
本発明は、次の図面を用いてより詳細に以下で説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】直列に接続された２つの中空ファイバモジュールを有するガス交換ユニットの略図である。
【図２】並列に接続された２つの中空ファイバモジュールを有するガス交換ユニットの略図である。
【図３】２つの中空ファイバモジュールを有するガス交換ユニットの略図であって、それらのうちの一方は、オン又はオフに切り換え可能である。
【図４】ガス側の上流に接続された加湿及び加熱装置を有する中空ファイバモジュール内での熱交換の作動原理についての略図である。
【図５ａ】ドラム形状であって、一方が他方の内部に同心状に配列されている２つの中空ファイバモジュールを有するガス交換ユニットの略図である。
【図５ｂ】図５のガス交換ユニットの断面を示す。
【図５ｃ】図５のガス交換装置の更なる断面を示し、空気流れ方向及び血液流れ方向の両方が概略的に示されている。
【図６】ガス交換ユニットの略図であって、中空ファイバモジュールがファイバマットとして設計されている。
【図７ａ】図６のガス交換ユニットの略図であって、埋封材が血液側に向かって円筒形閉鎖部を形成している。
【図７ｂ】図６のファイバ配列の略図であって、ファイバマットが１２０°の角度で交差して交互に配列されており、埋封材が血液側に向かって円筒形に設計されたものである。
【図８ａ】ガス交換ユニットの平面図の略図であり、中空ファイバモジュールが、ドラム形状であって、一方が他方の内部に同心状に配列され、不透過性層が血液を案内するために使用されている。
【図８ｂ】同じくドラム形状の中空ファイバモジュール配列の略図であって、複数の経路が不透過性層によって形成されている。
【図９ａ】ガス交換ユニットの略図であって、ガス交換器ファイバのうちのいくつかが、連続的にオン又はオフに切り換え可能である。
【図９ｂ】接続及び切断のためのバルブの略図である。
【図１０】ガス交換ユニットの略図であって、中空ファイバの直径対長さ比が＞１である（１超である）。
【図１１】２つの中空ファイバモジュールを有するガス交換ユニットの略図であって、これらのファイバモジュールは、ファイバマットとして形成され、一方が他方の背後に配列されている。
【図１２】並べて配列されたファイバ領域を有する、ファイバマットとして形成されたガス交換ユニットの略図である。
【図１３】溢流経路装置を有するガス交換ユニットの略図である。
【図１４】図１２に従う配列の溢流経路装置への入口の配列についての略図であって、図１４ａ）に側面図、図１４ｂ）に断面の部分を示す。
【図１５】図１１に従う配列の溢流経路装置への入口の配列についての略図であって、図１５ａ）に側面図、図１５ｂ）に断面の部分を示す。
【図１６】空気抵抗を増加させるための様々なオーバレイを有するガス交換ユニットの略図である。
【図１７】図１７ａ）に示す空気抵抗を増加させるための異なる厚さのオーバレイを有するガス交換ユニットの略図であって、図１７ｂ）にオーバレイの側面図、図１７ｃ）にオーバレイの平面図を示す。
【図１８】調整可能な溢流経路を有するガス交換ユニットの略図である。
【図１９】電気発熱要素を有するガス交換ユニットの略図である。
【図２０】形状定義に関する情報を有する中空ファイバの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
ガス交換ユニット１において、血液は酸素を与えられ、ＣＯ２が血液から奪われる。この目的のために、血液は、中空ファイバモジュールを通って流れる。ガスは、中空ファイバ（図示せず）の内部を通って流れる。図１において、血液は、２つのそのような中空ファイバモジュール２、３を順に又は直列的に通って流れる。ここでは、矢印４によって概略的に表された血液は、最初にガス交換ユニット２の中へ流れ込み、これを通って、次いでガス交換ユニット３を通り、最終的にガス交換ユニット１から離れることが矢印５によって概略的に表されている。ガスは、その流れが矢印６、７、８及び９によって概略的に表されており、一旦第１のガス交換器から離れると、第２のガス交換器に渡される。選択的に、図２に示すように、ガスは、また、並列の両方のガス交換器を通って流れてもよい。このように、ガス交換特性を必要条件に合致するように適応させることが可能である。このことは、組立て前の製造において、使用前に、又は使用中に行われてもよい。ここでは、ガス流れは、矢印１６、１７、及び１８によって概略的に示されている。
【００４４】
図１に示すように、血液とガスの対向流方向が可能であり、血液は、最初に中空ファイバモジュール２を通って、次いで中空ファイバモジュール３を通って流れ、そして、ガスは、最初に中空ファイバモジュール３を通って、次いで中空ファイバモジュール２を通って流れる（いわゆる対向流原理）。逆の順序も、また、可能であって、この場合、血液は、最初に中空ファイバモジュール２を通って、次いで中空ファイバモジュール３を通って流れ、そして、ガスは、同じく最初に中空ファイバモジュール２を通って、次いで中空ファイバモジュール３を通って流れる（いわゆる直流原理）。特に、必要に応じて、２つの回路の間で−直列又は並列に−切り換えることが可能である。図３に示すように、２つの中空ファイバモジュールのうちの１つを接続又は切断することも、また、可能である。この目的のために、モジュールのうちの１つがバルブ１０と接続される。
【００４５】
ガス側の上流に接続された加湿及び加熱装置の動作モードが、図４に示すように、中空ファイバモジュール２１の断面を用いて以下で説明される。この配列において、加熱されたガス及び水蒸気は、中空ファイバモジュール２１を通って流れる。ガス流れは、矢印２２及び２３によって象徴的に表されている。血液流れは、矢印２４及び２５によって象徴的に表されている。中空ファイバ２７、２８、２９、及び３０は、埋封材の２つの層３１及び３２内に固定されている。ガスは、水蒸気で飽和され、血液温度を上回る温度を有する。中空ファイバモジュール２１において、ガスは熱を血液に放ち、水蒸気の一部分は凝縮し、また、結露エネルギを血液に放出する。凝縮物２６は、中空ファイバモジュール２１の下方に収集される。後の方は、それゆえに、ガス交換器及び熱交換器の両方として機能する。
【００４６】
ガス交換ユニット４１の場合、２つの中空ファイバモジュール４２、４３は、ドラム形状であり、一方が他方の内部に同心状に配列されている。それらは、分離層４４によって相互に分離されており、分離層は、また、グリッド又はメッシュとして構成されてもよい。血液は、矢印４５及び４６によって象徴的に表されているように、内部から外部に向かって流れる。また、血液を外部から内部に向かって、又は対角線的に外部に向かって案内することも可能である。ここでも、可能なガス流れ経路は、矢印４８、４９及び５０によって象徴的に表されている。この場合、最初に、外側中空ファイバモジュール４３がガスによって充填され、次に、直列接続状態で、内側中空ファイバモジュール４２が充填される。この場合、並列接続も、また可能である。全体的に、図５ａ、ｂ及びｃのように形成されたガス交換ユニットは、ドラム形状本体として表されている。
【００４７】
図６に示すように、ガス交換ユニット６１において、中空ファイバモジュール６２及び６３の積層配列が、また選択されてもよい。このとき、中空ファイバモジュール６２、６３は、ファイバマットとして形成される。これらのモジュールは、それぞれ相互に交差して交互に配列されてもよい。ガスは、矢印６６、６７及び６８によって象徴的に表されており、それぞれ２つの側面から中空ファイバを通して渡される。血液は、矢印６４、６５によって象徴的に表わされるように、ガス交換ユニット６１を通って流れる。これらのユニットのうちの２つ以上が、図１〜３に示すように、組合わされてガスによって充填されてもよい。
【００４８】
図７ａにおいて、図６のファイバ配列は、ファイバマット、例えば７８の周りの埋封材７９が、血液側に向かって円筒形閉鎖物８０を形成するように設計されている。図７ｂのガス交換ユニット８１において、ファイバマット８２と８３とは、１２０°の角度で交差するように配列されている。この場合、血液側に向かう埋封材は、また、円筒形閉鎖物８９によって仕上げられる。しかし、外側は、図７ａと比較すれば、設計が四角形ではなく、六角形である。血液流れは、矢印８４及び８５によって象徴的に表され、ガス流入は、矢印８６、８６’及び８６”によって、そして、ガス流出は、矢印８７、８７’及び８７”によって象徴的に表されている。個々の中空ファイバ８８が見えている。
【００４９】
図８ａ及びｂに示すようなドラム形状ファイバ配列９１、１０１において、血液は、血液不透過性層９２、１０２、１０３、１０４によって内部から外部まで螺旋状に通される。この場合、配列９１におけるように、１つの経路が、ガス交換ユニット１０１内に可能であり、又は、２つ以上の経路さえ可能であって、この例におけるように、３つの経路が可能である。この場合、血液流出は、矢印９４、１０８、１０９、１１０によって、血液流入は、矢印９３、１０５、１０６、１０７によって象徴的に表される。
【００５０】
図９ａのガス交換ユニット１２１において、１２２等のガス交換ファイバのうちのいくつかは、適切なバルブ配列１２３によって、必要に応じて連続的にオン又はオフに切り換えられ、それで、必要を満足するように適応させられてもよい。相互に対して可動である２つの有孔平板１３２及び１３３が、例えば、図９ｂに示すように、バルブ１３１として使用されてもよい。血液流れは、矢印１２４及び１２５によって、ガス流れは、矢印１２６、１２７及び１２８によって象徴的に表されている。
【００５１】
図１０に示すように、ガス交換ユニット、及びガス交換器ファイバの配列が、血液運搬領域の内径がその長さよりも大きいように選択されるならば、特に有利である。ここでも、血液流れは矢印１４４によって、ガス流れは矢印１４５によって象徴的に表されている。
【００５２】
図１１のガス交換ユニット１５０は、２つの中空ファイバモジュール、すなわちモジュールＡ１５１及びモジュールＢ１５２を有し、これらは、ファイバマットとして形成され、一方が他方の背後に配列されている。ガス交換ユニット１５０の長手方向配置は、このように達成される。
【００５３】
ガス交換ユニット１６０は、ファイバマットとして形成されており、また、図１２に示すような２つの中空ファイバ領域、すなわち領域Ａ１６１及び領域Ｂ１６２を有するけれども、それらは並べて配列されている。ガス交換ユニット１６０の横方向配置は、このように達成される。
【００５４】
図１３に示すように、中空ファイバモジュール１７０の異なる充填は、次いで、溢流経路装置１７１及び１７２によって実行されてもよい。ガスの流入が、注入口１７３、１７４を通って行われ、それらのそれぞれは、中央チャンバ１７５、１７８、並びに２つの横チャンバ１７６、１７７及び１７９、１８０を有する。ガスは、中央チャンバ１７５、１７８から２つの横チャンバ１７６、１７７及び１７９、１８０の中に流れ込む。このことは、中央チャンバ１７５、１７８の領域内のガス交換ユニット１７０の側面１８１及び１８２の充填の増加、並びに２つの横チャンバ１７６、１７７及び１７９、１８０の領域の充填の低下をもたらす。図１２に示すような領域Ａ及びＢを通る異なる流れは、それによって達成される。ガスは、側面１８３及び１８４において再びファイバ束１８７を離れ、排出口１８６を通って外部に誘導される。
【００５５】
配列内に横チャンバ１７６、１７７を有する中央チャンバ１７５への注入口１７３の図１２に従うこの配列は、また、図１４ａ）の側面図及び図１４ｂ）の断面の部分に見ることができる。これで、中央チャンバ１７５が、１８８又は１８９等の溢流経路によって横チャンバ１７６、１７７に接続されている態様が明瞭になる。
【００５６】
また、図１１に従う配列において、溢流経路装置２０１による中空ファイバモジュール２０６、２０７の充填によって、中空ファイバモジュールＡ２０６及びＢ２０７の異なる充填が可能になる。このことは、図１５において、図１５ａ）の側面図の配列、及び図１５ｂ）の断面の部分に明瞭に見られる。溢流経路装置２０１は、ガスを第１のチャンバ２０３の中へと誘導する注入口２０２を有し、ガスは、２０５等の溢流経路を通して第２のチャンバ２０４の中へと渡される。このことは、異なる中空ファイバモジュールＡ２０６及びＢ２０７の領域における２つのチャンバ２０３、２０４の領域のガス交換ユニットの異なる充填をもたらす。
【００５７】
図１２に従うアセンブリの中空ファイバ領域Ａ及びＢの異なる充填のための別の可能なことは、図１６に示すように、ファイバ束２１１にオーバレイを適用することである。この場合、異なるオーバレイ、すなわちオーバレイＡ２１２、オーバレイＢ２１３が、側面２１５に適用され、それによって、空気抵抗を増加させる。中央領域２１４は、フォイルのない状態のままである。このことは、また、ここでの３つの領域（オーバレイＡ２１２の領域のファイバ領域Ａ、オーバレイＢ２１３の領域のファイバ領域Ｂ、及びフォイルのない中央領域２１４の（この場合、図１２のアセンブリに追加して）ファイバ領域Ｃ）の異なる充填をもたらす。
【００５８】
図１２に従うアセンブリでのファイバ領域Ａ及びＢの異なる充填についての更なる可能なことは、図１６に示すように、空気抵抗を増加させるための異なる厚さのオーバレイ２２２、２２３を適用することである。図１７ｂ）にオーバレイ２２２の側面図、及び図１７ｃ）にオーバレイの平面図が示されている図１７ａ）において、異なる厚さの領域のそれぞれは、厚さＤ１を有する２２５、２２６、及び厚さＤ２を有する２２４であることが見て取れる。オーバレイ２２２は、フリース等の空気透過性構造である。異なるガス透過性は、異なる厚さによって達成されて、異なる流れ抵抗をもたらす。異なるガス透過性は、また、モジュールを通る流れにおける異なる充填によって達成される。連続した充填勾配は、連続した構成によって達成されてもよい。
【００５９】
ファイバ束２３１の可変充填のために構造について可能なことは、図１８に示すように、調整可能な溢流経路２３２、２３３、２３４、２３５によって実装される。この場合、滑りバルブ２３８、２３９が、溢流経路装置２３６、２３７に取り付けられ、それによって溢流経路２３６、２３７の開口部２４０、２４１、２４２、２４３、２４４、２４５は、完全に又は部分的に覆われてもよい。この目的のために、滑りバルブ２３６、２３８の開口部２４６、２４７、２４８、２４９、２５０、２５１は、調整装置２５２によって溢流経路２４０、２４１、２４２、２４３、２４４、２４５の開口部と完全に又は部分的に合致させられる。このように、ガスは、溢流経路のチャンバの中に完全に若しくは部分的に直接入ってもよく、又は溢流経路２３２、２３３、２３４、２３５を経由してチャンバの中へと流れ込み続けてもよい。
【００６０】
ファイバ束２６２を有するガス交換ユニット２６１において、電気発熱要素２６４が、ハウジング２６３内に配列されることにより結露を防止してもよい。
【００６１】
個々の中空のファイバについて、図２０に概略的に示すように、ファイバ内径（Ｄｉ）に対するファイバ長さ（Ｌ１）が５００未満であれば、有利である。特に、長さ（Ｌ１）は、８０ｍｍ未満でもよく、ファイバ内径（Ｄｉ）は、約１６０〜２００μｍであってもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７ａ）】
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【図１７ｂ）】
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【図１７ｃ）】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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