(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空糸束が端部の開口した状態でハウジングに固定され、その開口端面に血液導入口または血液導出口を設けた血液ポートを取り付けた血液処理装置において、血液ポートにおける血液導入口または血液導出口内壁の、血液ポートの中心軸に対する傾きθが１．５°以下であり、かつ該血液ポート内面の端部Ｐを通り該開口端面と直交する仮想線と該血液ポート天井面の仮想延長線との交点Ｑと該開口端面との距離をｈ、該血液ポート内面の端部の直径をＤとしたとき、０．０８Ｄ≦ｈ≦０．１３Ｄであることを特徴とする血液処理装置。
【請求項２】
該傾きθが０．５°以上、１．５°以下である請求項１に記載の血液処理装置。
【請求項３】
該傾きθが該血液導入口または血液導出口先端より軸方向に１０ｍｍ以上維持されることを特徴とする請求項１または２に記載の血液処理装置。
【請求項４】
該傾きθが該血液導入口または血液導出口先端より軸方向に１７ｍｍ以上、２５ｍｍ以下維持されることを特徴とする請求項１または２に記載の血液処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、血液浄化、透析あるいは限外濾過等に好適に使用される血液処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より中空糸を分離膜とした血液処理装置を用いて血液の浄化、血液中の特定成分の分離が行われている。このような血液処理装置として血液透析器、血液濾過器、血漿分離器、人工肺等がある。
【０００３】
これらの一例として特開昭５７−８６３５９号公報において示されている血液処理装置の構造を図４に示す。
【０００４】
図４において、１は血液を中空糸膜５の内部空間に導くように、かつ外部と隔離する為に設けられた入り口側血液ポートである。血液６は入り口側血液ポートに設けた血液導入口３より導入される。２は中空糸膜の内部空間を通過してきた血液を集合させ、血液導出口４より排出するように、かつ外部と隔離する為に設けられた出口側血液ポートである。７は中空糸膜束を収容するハウジングである。ハウジングには血液処理液の導入口８および導出口９が設けられている。１０は中空糸膜束をその端部において、その内側と外側が液密になるように、つまり中空糸膜の内部空間を流れる血液が外側を流れる血液処理液と混じりあわないように、かつ中空糸の内部空間が血液ポートの内部空間に連通するようにハウジングに固定する隔壁であり、血液と血液処理液は中空糸膜を介してのみ接触するようになっている。
【０００５】
ここで、入り口側血液ポートを中空糸膜開口端面を底とする山形の内部空間を有し、かつその頂部に血液導入口を設けた形状とすることで、導入された血液は拡大するスロープによって増加する流路を流下するに従い、その流速が急激に減少する。従って、底部の中空糸膜開口端面においては均一な圧力分布となるので、各中空糸膜端より流入する血液の流れも均一になる。それによって透析効率あるいは限外濾過効率等も向上する。また、中空糸膜の位置による血液流速の分布が小さくなり、血液流速の遅い中空糸膜が存在しなくなるためその内部空間での凝血をも防ぐことができるという。
【０００６】
また、特開平７−１８４９９４号公報においては図５のような形態の血液処理装置の血液ポートが示されている。
【０００７】
すなわち、血液通過部の軸線を含む平面と血液通過部の実質的な内周面との交差により形成される仮想的直線とケーシング本体の開口部とで形成される鋭角αが８７〜９０゜であり、前記ケーシング本体の開口部における開口面の仮想延長線と前記テーパ部の内周面上に仮想的に形成されるところの、前記血液通過部の軸線を通る仮想傾斜線とで形成される鋭角βが３〜１３゜で、前記仮想直線と前記仮想傾斜線との仮想交点と、前記ケーシング本体の開口部における開口面との距離ｔが３〜１０ｍｍである血液処理装置である。
【０００８】
いずれの例も、それぞれの形状を持った血液ポートを血液処理装置に用いることにより、血液ポート内および中空糸束部での流れが均一になり、それ故透析効率等の性能向上および凝血等モジュール内残血の減少した血液処理装置が得られるとしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、本発明者らが血液ポート内の流れについて臨床現場において詳細に観察した結果、次の事が明らかになった。なお、この観察は血液透析について成されたものであるが、血液処理装置を用いて行う全ての血液処理に共通して発生し得る事柄である。
【００１０】
図６に示すように臨床現場において血液処理装置を使用する際には、一般に血液導入側の血液ポートを上方にして使用する。この時血液導入口に取り付けられた血液回路１１は自らと血液の重量のために下方に垂れ下がる。この為、血液回路は血液導入口直近で下方に折れ曲がることになる。血液が折れ曲がった血液回路を通過する時その流れに乱れが生じ、これが血液ポート内の流れに乱れを生じさせるのである。この流れの乱れを考慮すること無く設計された前述の血液ポートは血液ポート内の偏流および滞留を防ぐには不充分な形状であると言うことができる。
【００１１】
今回観察した血液回路が血液導入口直近で折れ曲がっている場合の血液ポート内の血液流れの状態を図７に示す。血液導入口より導入された血液は、血液回路の折れ曲がり方向および折れ曲がり方向より１８０゜の角度をなす方向の流速が他の方向に比べて速くなる。この２つの半径方向の流れは中空糸内に流れ込みながらも一部は血液ポートの端部内壁に衝突した後、周方向に流れの向きを変える。ここで生じた対向する周方向の流れはその衝突する地点で滞留を生じさせる。この滞留領域は流速が他の領域に比べて遅く、また新たに導入された血液との置換も行われにくいので血液の凝固系が活性化され、血液の粘度が上昇したり、血液中の成分が析出し、最悪の場合には血液が凝固する恐れがある。なお、折れ曲がった血液回路の中心軸が平面上に無い場合、つまり回路がねじれている場合は血液ポート内に更に複雑な流れをもたらし、均一でない流速分布は対向する流れを生み、同様に滞留領域を生じさせる。
【００１２】
このような状態で血液透析を行うと、滞留領域付近に開口する中空糸の開口部もしくは内部が血液成分により狭窄もしくは閉塞され血液処理を効率よく行えなくなったり、血液透析終了時に生理食塩水による返血操作を行っても血液処理装置内の全ての血液を患者に返す事ができなくなる一般に残血と呼ばれる現象を引き起こすことになる。
【００１３】
本発明は上記課題を解決するためになされたものである。すなわち本発明の目的は血液処理装置に取り付けられた血液ポート部の形状を改良する事によって、臨床実使用時における血液ポート部内の不均一な流れおよび滞留領域を無くすもしくは減少させることによって、血液処理を効率よく行い、かつ該処理装置の残血を無くすもしくは減少させることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明者らが鋭意検討した結果、特定の形状の血液ポートを血液処理装置の少なくとも血液導入側に採用することにより臨床実使用時における血液ポート部内の不均一な流れおよび滞留領域を無くし、血液処理を効率よく行い、かつ該処理装置の残血を著しく減少させる事ができることを見出し本発明に至った。
【００１５】
すなわち、本発明は下記の構成を有する。
【００１６】
「中空糸束が端部の開口した状態でハウジングに固定され、その開口端面に血液導入口または血液導出口を設けた血液ポートを取り付けた血液処理装置において、血液ポートにおける血液導入口または血液導出口内壁の、血液ポートの中心軸に対する傾きθが１．５°以下であり、かつ該血液ポート内面の端部Ｐを通り該開口端面と直交する仮想線と該血液ポート天井面の仮想延長線との交点Ｑと該開口端面との距離をｈ、該血液ポート内面の端部の直径をＤとしたとき、０．０８Ｄ≦ｈ≦０．１３Ｄであることを特徴とする血液処理装置。」
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施態様を図１に示す。以下、図１を参照しつつ説明する。
【００１８】
本発明においては、上記のとおり血液ポートにおける血液導入口または血液導出口内壁の、血液ポートの中心軸に対する傾きθが１．５゜以下であることが必要である。血液ポート内の流れが血液回路の血液導入口直近での折れ曲がりの影響を受けにくくするためである。中でも、０．５゜以上であることが好ましい。これは射出成形によって血液ポートを成形するとき離型が容易であるためである。また、傾きθは血液流れの進行方向に流路が広がる場合と、逆に進行方向に流路が狭くなる場合の両方いずれも含み、いずれにおいてもその傾きθが１．５゜以下であればよい。
【００１９】
また、上記傾きθが該血液導入口または血液導出口先端より軸方向に維持される長さＬが１０ｍｍ以上であることが好ましく、さらには１７ｍｍ以上であることが好ましい。血液ポート内の流れが血液回路の血液導入口直近での折れ曲がりの影響を受けにくくするためには該長さは長いことが好ましいが、外部から血液導入口または導出口先端付近に力が加わったとき、血液ポートの流路急拡大部分Ｅに過剰な力が加わる可能性があること、また血液ポートの容積を大きくすることによる患者の負担を考えると、２５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
また、血液ポート内面の端部Ｐを通り中空糸開口端面と直交する仮想線と血液ポート天井面の仮想延長線との交点Ｑと中空糸開口端面との距離をｈ、血液ポート内面の端部の直径をＤとしたとき、０．０８Ｄ≦ｈであることが好ましい。これにより導入された血液を血液ポートの端部まで均一に広げることができる。さらに、血液ポート天井面に滞留を生じさせないためにはｈ≦０．１３Ｄであることが好ましい。血液ポート断面について、図１に示した。
【００２１】
また、血液ポート内部の流れを更に均一にするためには血液ポート形状だけでなく中空糸束部分にも改良を加える事が更に好ましい。例えば、中空糸開口部を血液ポート部に対して均一かつ高密度に分散させることが好ましい、さらには血液ポート断面積に対する中空糸の開口面積の合計の比を２８％以上にすることが好ましい。また、血液ポート内面の端部径Ｄと中空糸束開口端部径との差を１．５ｍｍ以下にすることが好ましい。
【００２２】
ここで、血液ポートにおける傾きθ、傾きθが該血液導入口または血液導出口先端より軸方向に維持される長さＬなどの測定方法について述べる。血液ポートの内部形状を正確に測定する為に、まず、血液ポートを血液処理装置から変形の無い様に取り外す。次に血液ポートをその中心軸を通る面で切断するため、中心軸からずらした位置で切断した後、紙やすり等で切断面を研削し、正確に中心軸を通る面が現れるようにする。この血液ポート断面を白く着色した後、歪みの極めて少ない複写機を用いて断面を長さで２倍以上に拡大印刷する。
【００２３】
この紙上において、該当部分の角度、長さ等を測定する。実長さは測定長さを拡大倍率で除する事により得る。
【００２４】
【作用】
この発明の血液処理装置の作用を説明する。この発明における特定の形状を有する血液ポートは、血液処理装置の少なくとも血液導入側の血液ポートに用いられる。
【００２５】
血液ポートの血液導入口直近で血液回路が下方に折れ曲がっていることにより流れを乱された血液は、血液ポートに導入されるとその特定の形状に規制された内壁により整流され中空糸束開口面上を徐々に中空糸内に流入しつつ、周方向の流速差なく半径方向に広がり、血液ポート端部内壁において半径方向の流れが同時に消滅するので、内壁に衝突し周方向に流れの向きを変えることなく、よって、不均一な流れ、およびそれにより滞留領域が形成されることもない。このような状態で血液透析が行われるので、中空糸の開口部もしくは内部が血液成分により狭窄もしくは閉塞され血液処理を効率よく行えなくなったり、血液処理終了時に生理食塩水による返血操作を行っても血液処理装置内の全ての血液を患者に返す事ができなくなる一般に残血と呼ばれる現象を引き起こすこともない。
【００２６】
【実施例】
（実施例１）
図１は本発明の一実施例である血液処理装置の血液ポート部分の断面図である。
【００２７】
実施例１においては、傾きθを１．０゜とし、傾きθが該血液導入口または血液導出口先端より軸方向に維持される長さＬを２０ｍｍとした。また、βを６゜としＲ、ｒ、Ｈ、ｈおよびＤをそれぞれ３ｍｍ、４ｍｍ、２６ｍｍ、４ｍｍおよび４３．５ｍｍとした。
【００２８】
以下の通りウシ血液を用いて血液ポート内の流動状態の評価を行った。透析患者血液（ヘマトクリット２７．５％、血漿中の総蛋白量７g/dl）の３７℃における粘度−せん断速度関係に近いウシ血液とすべく、ウシ血液を生理食塩水およびウシ血漿で希釈し、ヘマトクリット２０．０％、血漿中の総蛋白量７g/dlとした。
【００２９】
尚、血液凝固系を不活化する目的でエチレンジアミン四酢酸二ナトリウムを２．５ｍｍｏｌ／Ｌ添加した。
【００３０】
また、血液回路は図３に示すように、半径４０ｍｍで１８０゜曲げた後血液ポートに接続した。血液処理液の導入口８、導出口９はともにゴムキャップで閉じた。
【００３１】
上記の血液ポートを血液導入側および導出側に取り付けた血液処理装置に３７℃に加温した上記調製ウシ血液を灌流し、１５分後に血液ポート部分に光を当てながら血液流動状態を肉眼により観察したところ、血液ポンプの脈動に応じて同心円状に血液が外周部まで広がっていくのが確認できた。また、滞留領域は認められなかった。ここで、滞留領域とは血液ポート部分に光を当てながら血液の流動状態を観察したときに、ローラーポンプの脈動に応じて発生する波が到達していない領域または周方向の対向する流れが衝突する地点（淀み点）をいう。
【００３２】
（実施例２）
実施例１により得られた血液ポートを血液導入側および導出側に取り付けた血液処理装置を用いて４時間の血液透析を行ったところ、血液導入口直近で血液回路が折れ曲がっていたにもかかわらず、４時間の治療期間の何れの時も血液ポート内に不均一な流れおよびこれによる滞留は見られず、血液透析終了時の返血もスムースに行われ、残血も殆ど見られなかった。
【００３３】
（比較例１）
傾きθを２．０゜とし、Ｌを２０ｍｍとした。また、βを１０゜としＲ、ｒ、Ｈ、ｈおよびＤをそれぞれ８ｍｍ、２ｍｍ、２６ｍｍ、２ｍｍおよび４３．５ｍｍとした。
【００３４】
実施例１と同様にして、上記の血液ポートを血液導入側および導出側に取り付けた血液処理装置に３７℃に加温した上記調製ウシ血液を灌流し、１５分後に血液ポート部分に光を当てながら血液流動状態を肉眼により観察したところ、血液回路の曲げ方向および曲げ方向より１８０゜の角度をなす方向の流速が他の方向に比べて速く、血液回路の曲げ方向から約３０゜を成す位置に２ヶ所、滞留領域が生じた。
【００３５】
（比較例２）
比較例１により得られた血液ポートを血液導入側および導出側に取り付けた血液処理装置を用いて４時間の血液透析を行ったところ、血液導入口直近で血液回路が折れ曲がっていたために図７に示すような不均一な流れが発生し滞留が生じた。この領域では４時間の透析終了の後に返血操作を行うと５ｍｍから１０ｍｍ幅の残血中空糸帯が観察された。
【００３６】
（実施例３）
傾きθを１．０゜とし、Ｌを５ｍｍとした。また、実施例１同様βを６゜としＲ、ｒ、Ｈ、ｈおよびＤをそれぞれ３ｍｍ、４ｍｍ、２６ｍｍ、４ｍｍおよび４３．５ｍｍとした。
【００３７】
実施例１と同様にして、上記の血液ポートを血液導入側および導出側に取り付けた血液処理装置に３７℃に加温した上記調製ウシ血液を灌流し、１５分後に血液ポート部分に光を当てながら血液流動状態を肉眼により観察したところ、血液ポンプの脈動に応じて、血液回路の曲げ方向および曲げ方向より１８０°の角度をなす方向が同心円から膨らんだ状態で血液が外周部まで広がっていくのが確認できた。また、滞留領域は認められなかった。
【００３８】
（実施例４）
実施例３により得られた血液ポートを血液導入側および導出側に取り付けた血液処理装置を用いて４時間の血液透析を行ったところ、透析中に滞留領域は生じなかったものの、変血操作後血液回路の曲げ方向から約３０゜を成す位置に残血中空糸が数本観察された。
【００３９】
（実施例５）
実施例１により得られた血液ポートを血液導入側および導出側に取り付けた血液処理装置を用いて１１名の患者に３回、のべ３３回の血液透析を行い、返血操作後の残血状態を観察した。表１に示すとおり、残血中空糸の本数を肉眼で観察し、その本数により、残血スコアとした。その結果平均残血スコアが１．４であった。
【００４０】
【表１】
0004032530.tif 000002
（実施例６）
血液ポート内面の端部径Ｄと中空糸束開口端部径との差を１．０ｍｍ以下にするために、中空糸束開口部を真円に保持すると共に実施例１により得られた血液ポートのＤを４１．０ｍｍにした血液ポートを血液導入側および導出側に取り付けた血液処理装置を用いて１１名の患者に３回、のべ３３回の血液透析を行い、返血操作後の残血状態を実施例５と同様にして観察したところ、平均残血スコアが１．２となった。なお、患者１１名は実施例５における患者と同一人物とした。
【００４１】
（比較例３）
比較例１により得られた血液ポートを血液導入側および導出側に取り付けた血液処理装置を用いて１１名の患者に３回、のべ３３回の血液透析を行い、返血操作後の残血状態を実施例５と同様にして観察したところ、平均残血スコアが１．６となった。なお、患者１１名は実施例５における患者と同一人物とした。
【００４２】
【発明の効果】
以上により本発明によれば、血液処理装置の少なくとも血液導入側に特定の形状の血液ポートを用いることにより、血液処理時に血液ポート内で不均一な流れおよびそれによる滞留領域の形成が無くなる。このため、血液処理を効率よく行えると共に残血を極めて少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における血液処理装置における血液ポート部分の一例を示す断面図である。
【図２】ヒトおよびウシ調製血液の粘度−せん断速度図である。
【図３】ウシ調製血液を用いた流動実験の血液回路の状態を示す図である。
【図４】従来の血液処理装置の一例を示す断面図である。
【図５】従来の血液処理装置における血液ポート部分の一例を示す断面図である。
【図６】血液処理装置を血液処理に用いたときの血液回路の状態の一例を示す図である。
【図７】従来の血液処理装置を血液処理に用いたときの血液ポート内の流れの観察結果の一例である。
【符号の説明】
１・・・入口側血液ポート
２・・・出口側血液ポート
５・・・中空糸膜
６・・・血液
７・・・ハウジング
１０・・・隔壁
１１・・・血液回路
【図１】
0004032530.tif 000003
【図２】
0004032530.tif 000004
【図３】
0004032530.tif 000005
【図４】
0004032530.tif 000006
【図５】
0004032530.tif 000007
【図６】
0004032530.tif 000008
【図７】
0004032530.tif 000009