(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
血液流入口、血液流出口、ガス流入口、およびガス流出口を有するハウジングと、該ハウジング内にガス交換膜として中空糸膜を内蔵する中空糸膜型人工肺装置において、ガス流出口からのガスの流出を妨げること無くガス流出口開口に血液用熱交換器を設け、血液流入口から流入する血液は、血液用熱交換器を経て、中空糸膜の外側を流れ、血液出口に流出し、ガス流出口開口雰囲気は、血液用熱交換器を流れる血液が血液用熱交換器外に放出する熱によって加温又は冷却され、ガス交換部のガス流出口から排出されるガスは、血液用熱交換器を経てガス交換部に流入した血液により加温又は冷却されることを特徴とする人工肺装置。
【請求項２】
前記ガス流出口に、温度保持手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の人工肺装置。
【請求項３】
前記ハウジング内に、潅流する血液によってガスの熱交換をするガス用熱交換器をさらに内蔵し、ガス用熱交換器によって予め温度調製されたガスを、中空糸膜が内蔵されたガス交換部に供給することを特徴とする請求項１又は２のいずれかの項に記載の人工肺装置。
【請求項４】
前記ガス用熱交換器におけるガスの出口とガス交換部の中空糸膜におけるガスの入口間のガス流通路に、ガスの温度を保持する温度保持手段を設けたことを特徴とする請求項３に記載の人工肺装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、体外血液循環において、血液中の二酸化炭素を除去し、酸素を付加するために使用される中空糸膜型人工肺装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
開心術等において使用される人工肺として、主に血液中に直接酸素等のガスを吹き込んで血液の酸素加をはかる気泡型人工肺、人体と同様に膜を介して間接的に血液の酸素加をはかる膜型人工肺等があり、近年では、血液損傷が少ない利点を有する膜型人工肺が広く使用されている。この膜型人工肺の基本構造は、ガス流出口、ガス流入口、血液流出口および血液流入口を有したハウジング内に、中空糸集束体の開口端両端部を固定するものであり、該中空糸膜の片面に酸素を、他面に血液を供給し、膜面を介して酸素と血液中の二酸化炭素のガス交換を行なうものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような人工肺においては、室温が血温より低い場合、人工肺内で加温されたガスが、中空糸膜のガス流出口側開口端から排出されると、外気との温度差によって、ガス中の水蒸気が、中空糸内部或いは中空糸膜開口端に結露するという、いわゆるウエットラング現象が発生してしまう。それによりガスの流れが阻害され、ガス交換の性能の低下を引き起こす恐れがある。また、中空糸膜が多孔質膜の場合、前記中空糸内腔に生じる結露により血液−ガス界面の表面張力が低下するため、血漿の漏出が発生し、やはり性能低下を引き起こす恐れがある。
【０００４】
そのため、上記の課題を解決するものとして、過去に様々な発明が開示されてきた。例えば、特開昭６１−１２８９７８号公報には、膜集束体のガス導出側集束端部に温度保持手段として、発砲ポリスチロール等の断熱材を設けた膜型人工肺が開示されている。特開昭６２−８２９６９号公報には、ガス排出ポートに連通する吸引手段と、ハウジングに大気開放バルブを設けた人工肺装置が開示されている。特開平８−１４１０７３号公報には、加温装置をガス導出側ポートを覆うように装着し、電力により加温する一方、発熱した熱を断熱材により断熱する中空糸膜型人工肺が開示されている。特開平８−１４１０７４号公報には、ガス流出部１０をほぼ被包する熱媒体流通部を有しており、熱媒体流通部に、熱交換器に使用した温水あるいは冷水を循環させて、ガス流出部の温度調整をする人工肺または熱交換器付き人工肺が開示されている。
【０００５】
しかし、これらの装置には、以下に述べるような問題がある。
（１）特開平８−１４１０７４号公報に記載の人工肺は、独立した加温器や熱媒体供給装置が不要であり、構造も簡易であるという利点を有するが、血液を加温或いは冷却する熱媒体（温水或いは冷水）の循環が間歇的に行われる場合もあり、
熱交換器から前記熱媒体流通部に熱媒体が供給されないとき、ガス流出部１０の温度の調整がなされない。また、該公報記載の図８に示すように、独立した熱媒体供給装置によって熱媒体を供給する場合、熱媒体の温度を血温と同温に或いはそれ以上に適宜調製するためのコントローラーが必要である。
（２）また、前記の血漿漏出の発生による中空糸膜の性能低下の問題は、中空糸膜のガス流出口側の開口端のみで生じる問題ではなく、中空糸内腔を流れる血液あるいはガスの流速が比較的遅い場合、例えば、補助循環として使用する場合や人工肺が小児用である場合は、中空膜全体で生じる問題である。したがって、このような問題を起こさないようにするために、予め血温と同じ或いはそれ以上の温度に調製されたガスを送風する必要があり、上記の装置では、独立したガス用加温器や、ガス温を血温と同温あるいはそれ以上に調製するためのコントローラーが必要である。
【０００６】
そこで、本発明の第１の目的は、熱交換器による血液の熱交換が間歇的に行われる場合であっても、ウエットラング現象、血漿の漏出を防止することができ、長期使用による酸素化能の低下が低減された人工肺を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の第２の目的は、中空糸内腔を流れる血液あるいはガスの流速が比較的遅い場合の、前記血漿の漏出の恐れが低減された人工肺を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明にかかる熱交換器を内蔵する人工肺装置は、血液流入口、血液流出口、ガス流入口、およびガス流出口を有するハウジングと、該ハウジング内にガス交換膜として中空糸膜を内蔵する中空糸膜型人工肺装置において、ガス流出口からのガスの流出を妨げること無くガス流出口開口に血液用熱交換器を設け、血液流入口から流入する血液は、血液用熱交換器を経て、中空糸膜の外側を流れ、血液出口に流出し、ガス流出口開口雰囲気は、血液用熱交換器を流れる血液が血液用熱交換器外に放出する熱によって加温又は冷却され、ガス交換部のガス流出口から排出されるガスは、血液用熱交換器を経てガス交換部に流入した血液により加温又は冷却されることを特徴とするものである。
【０００９】
かかる構成により、ガス交換部のガス流出口から排出されるガスとガス流出口雰囲気は、同じ媒体によって加温又は冷却されることから、両者の温度差を低減することができる。即ち、ガス流出口開口雰囲気は、血液用熱交換器を流れる血液が血液用熱交換器外に放出する熱によって加温又は冷却され、一方、ガス交換部のガス流出口から排出されるガスは、血液用熱交換器を経てガス交換部に流入した血液により加温又は冷却されることから、ガス流出口雰囲気温度と、ガス流出口から排出されるガスの温度の温度差は無いか若しくは極めて小さい。したがって、中空糸膜開口端におけるウエットラング現象の問題が低減され、長期使用による、酸素化能の低下の問題が低減される。
【００１０】
また、ガス交換部により加温又は冷却されるガスと、ガス流出口雰囲気は、常に潅流される血液によって加温又は冷却されるので、血液用熱交換器への熱媒体（温水或いは冷水）の供給の有無にかかわらず、両者をほぼ同じ温度に維持することができる。また、ガス交換部により加温又は冷却されるガスと、ガス流出口雰囲気は、同じ媒体（血液）によって加温又は冷却されるので、従来技術における熱媒体（温水或いは冷水）の温度を血温と同温に適宜調節する等の必要もない。
【００１１】
また、本発明にかかる熱交換器を内蔵する人工肺装置は、ガス流出口に、温度保持手段として、断熱材を設けるのが好ましい。ガス流出口雰囲気の温度をより好適に保持するためである。
【００１２】
また、本発明にかかる熱交換器を内蔵する人工肺は、前記ハウジング内に、ハウジング内を潅流する血液によってガスの熱交換をするガス用熱交換器をさらに内蔵するのが好ましい。予め血温と同じ温度に調製されたガスをガス交換部に供給することにより、中空糸内腔のいずれの箇所においても結露を生じること無く、血液−ガス界面の表面張力の低下による、血漿の漏出の発生や性能低下を引き起こす問題が軽減されるからである。
【００１３】
また、本発明にかかる熱交換器を内蔵する人工肺は、前記ガス用熱交換器出口とガス交換部の中空糸膜入口間のガスの流通路に温度保持手段を設けるのが好ましい。前記ガス用熱交換器で血液によって加温又は冷却されたガスの温度が、ガス交換部の中空糸膜入口に流入する前に変化するのを防止するためである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態にかかる熱交換器を内蔵する人工肺について、図１〜図２を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は本発明の一実施形態にかかる熱交換器を内蔵した人工肺装置を示す正面断面図である。図１に示すように、本実施形態にかかる熱交換器を内蔵した人工肺装置は、ガス交換部２と血液用熱交換器３とから構成されている。
【００１６】
前記ガス交換部２は、血液流入口５３、血液流出口５４、ガス流入口５１、ガス流出口５２を有するハウジング５内に、多数の気体透過性中空糸膜４が内蔵されており、該気体透過性中空糸膜の開口両端部がポリウレタン等の接着性シール材によってハウジング５内に固着されており、隔壁５ａ，５ｂを形成している。
【００１７】
本実施態様においては、中空糸内腔がガス流路であり、ガス流入口５１から流入するガスはガス交換部の中空糸膜入口２１から中空糸内に流入し、ガス流出口５２から大気中に排出される。一方、中空糸外側は血液流路であり、流入する血液は、血液用熱交換器３を経て、気体透過性中空糸膜４の外側を流れ、血液出口５４に連結された導管内に流出される。
【００１８】
前記血液熱交換器３は、ガス流出口５２からのガスの流出を妨げること無くガス流出口開口に設けられており、本実施態様においては、前記隔壁５ｂから、ガス流出口５２の側部およびガス流出口５２の開口端面を、覆うように配置されている。血液熱交換器３は、血液流出部３５、血液流入口３８、熱媒体流入口、および熱媒体流出口を有するハウジングと、該ハウジング３４内に開口両端部を液密に固着され収納された複数の管体３３と、前記ハウジング３４の内壁と管体３３の間に形成された血液流入室３２とを備える。ハウジング３４に設けられた血液流出部３５は、ガス交換部２に連絡しており、熱媒体流入口および熱媒体流出口には、熱媒体（冷水または温水）を前記管体３３内に供給、排出し、循環させるための接続チューブ（図示せず）がそれぞれ連結されている。
【００１９】
前記管体３３は、本実施例においては複数の細管について記載したが、コイル状のものであってもよい。また管体３３の材質は、合成樹脂製、金属製のいずれであっても良いが、熱伝導率の高い金属管、例えば、ステンレス管、アルミ管、銅管等が好ましい。
【００２０】
前記血液用熱交換器３に熱媒体が循環されているときは、ガス流出口雰囲気は、熱媒体によって加温又は冷却された血液の血液用熱交換器外に放出される熱によって加温又は冷却される。一方、ガス交換部に流入するガスは、前記熱媒体によって加温又は冷却された血液と膜面を介してガス交換されるとともに、血液によって加温又は冷却される。
【００２１】
前記血液用熱交換器３に熱媒体が供給されていないときは、ガス流出口雰囲気は、単に血液用熱交換器３を通過する血液の血液用熱交換器外に放出される熱によって加温又は冷却される。一方、ガス交換部に流入するガスは、前記血液用熱交換器３を通過した血液と膜面を介してガス交換されるとともに、血液によって加温又は冷却される。
【００２２】
即ち、ガス流出口雰囲気とガス流出口５２から排出されるガスの両者は、常時潅流する同一の媒体（血液）によって加温又は冷却されることから、血液用熱交換器３への熱媒体の循環の有無にかかわらず、両者の温度差は小さく、したがって、ウエットラング現象の発生を防止することができる。
【００２３】
前記血液用熱交換器３のハウジングの材質は、ガス流出口に面する部分側は熱伝導率の高いものであるのが好ましい。前記血液用熱交換器３内の血液流入室３２を流れる血液の熱をより好適にガス流出口雰囲気に伝え、血液の温度とガス流出口雰囲気の温度差を小さくすることができるからでる。
【００２４】
また、本発明の一実施態様にかかる熱交換器を内蔵する人工肺は、前記ガス流出口５２に断熱材６を設けるのが好ましい。血液用熱交換器３を流れる血液によって加温又は冷却されたガス流出口雰囲気の温度をより好適に保持するためである。断熱材６は、熱伝導率が低く、熱の発散を防止できるものであれば、その材質について特に限定されるものではない。例えば、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン製の発泡体等が挙げられる。
【００２５】
また、本発明にかかる熱交換器を内蔵する人工肺は、図２に示すように、前記ハウジング内に、ハウジング内を潅流する血液によってガスの熱交換をするガス用熱交換器７をさらに内蔵するのが好ましい。予め血温と同じ温度に調製されたガスをガス交換部２に供給することにより、中空糸内腔のいずれの箇所においても結露を生じること無く、従って、血液−ガス界面の表面張力の低下による、血漿の漏出の発生や性能低下を引き起こす問題が軽減されるからである。
【００２６】
図２に示すように、前記ガス用熱交換器７は、ガス交換部２に並設されており、ガス交換部２と同一のハウジング内５に内蔵されている。ガス用熱交換器７は、複数の管体が内蔵されており、該管体の開口両端部がポリウレタン等の接着性シール材によってハウジング５内に固着されており、隔壁５ｃ，５ｄを形成している。前記管体は、前記血液用熱交換器３に使用される管体と同様に、その材質は、合成樹脂製、金属性のいずれであっても良いが、熱伝導率の高い金属管、例えば、ステンレス管、アルミ管、銅管等が好ましい。また、ガス交換部と同様の中空糸膜であってもよい。
【００２７】
また、図２に示す本実施態様においては、潅流する血液に対して、前記ガス用熱交換器７を、ガス交換部２の下流側に設けたものについて記載するが、ガス交換部の上流側に設けたものであっても良い。
【００２８】
また、本発明にかかる熱交換器を内蔵する人工肺装置は、前記ガス用熱交換器出口７１とガス交換部の中空糸膜入口２１間のガスの流通路に温度保持手段８を設けるのが好ましい。前記ガス用熱交換器７血液によって加温又は冷却されたガスの温度が、ガス交換部２に流入する前に変化するのを防止して、ガス交換部入口２１におけるガスの温度と血液の温度差を低減できるからである。温度保持手段８は、図１において前記ガス流出口５２に設けたるものと同様、熱伝導率が低く、熱の発散を防止できるものであれば、その材質について特に限定されるものではない。例えば、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン製の発泡体等が挙げられる。
【発明の効果】
以上のように、本発明にかかる熱交換器を内蔵する人工肺装置によれば、ガス流出口からのガスの流出を妨げること無くガス流出口開口に血液用熱交換器を設けたことにより、ガス流出口開口は、血液用熱交換器内を流れる血液と同温雰囲気とされ、一方、ガス交換部のガス流出口から排出されるガスは、血液用熱交換器を経てガス交換部に流入した血液により加温又は冷却されることから、血液用熱交換器への熱媒体の潅流の有無にかかわらず、常に、ガス流出口雰囲気温度と、ガス流出口から排出されるガスの温度の温度差を極めて小さくするこができる。したがって、中空糸膜開口端におけるウエットラング現象の問題が低減され、長期使用による、酸素化能の低下の問題が低減される。
【００２９】
また、本発明にかかる熱交換器を内蔵する人工肺は、前記ハウジング内に、ハウジング内を潅流する血液によってガスの熱交換をするガス用熱交換器をさらに内蔵することにより、予め血温と同じ温度或いはそれ以上に調製されたガスをガス交換部に供給することができるので、中空糸内腔のいずれの箇所においても結露を生じること無く、従って、血液−ガス界面の表面張力の低下による、血漿の漏出の発生や性能低下を引き起こす問題を軽減することができる。
【００３０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる熱交換器を内蔵する人工肺装置の正面断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態にかかる熱交換器を内蔵する人工肺装置の正面断面図である。
【符号の説明】
１． 熱交換器を内蔵する人工肺装置
２． ガス交換部
２１．ガス交換部の中空糸膜入口
３．  血液用熱交換器
３２．血液流入室
３３．管体
３４．ハウジング
３５．血液流出部
３８．血液流入口
４．  気体透過性中空糸膜
５．  ハウジング
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ．隔壁
５１．ガス流入口
５２．ガス流出口
５３．血液流入口
５４．血液流出口
６．  断熱材
７．  ガス用熱交換器
７１．ガス用熱交換器出口
８．  温度保持手段
【図１】
0004247590.tif 000002
【図２】
0004247590.tif 000003