JPH062160B2

JPH062160B2 - 物質トランスファ−装置

Info

Publication number: JPH062160B2
Application number: JP59045334A
Authority: JP
Inventors: ラムバ−ト・ジヨン・デイ−トリツチ・ジユニア−; フランシス・マ−テイン・サ−ヴアス
Original assignee: ZOORIN BAIOMEDEIKARU Inc
Current assignee: ZOORIN BAIOMEDEIKARU Inc
Priority date: 1983-03-09
Filing date: 1984-03-09
Publication date: 1994-01-12
Anticipated expiration: 2009-01-12
Also published as: US4556489A; AU5483386A; DK152884D0; EP0122022A3; EP0122022B1; BR8401055A; DK152884A; KR840008122A; AU567231B2; KR860001798B1; EP0122022A2; IE840587L; IL71188A0; CA1229277A; IL71188A; AU2546584A; IE56115B1; MX163259B; AU552196B2; DE3479964D1

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 技術分野本発明は，心肺のバイパスオペレーション等の外科手術
で用いられる隔膜式酸素供給装置に関するものである。

(ロ) 従来技術の欠点心肺のバイパスオペレーション等の外科手術中におい
て，肺の機能は腺外血液酸素供給器によって置き換える
ことができる。静脈血は，酸素供給装置を通って腺外回
路内に入り，動脈血化された（酸素が血液中に供給され
た）後、患者の体にもどる。従来の血液酸素供給器の例
として，バブル式（泡式）酸素供給器がある。このバブ
ル式酸素供給器においては，処理ガス（たとえば酸素）
の泡が作られ，それを静脈血流と直接接触させる。その
結果，酸素の物質移動，すなわち物質トランスファーが
泡から血液におこり、かつ二酸化炭素の物質移動が血液
から泡におこる。バブル式酸素供給装置は長年にわたっ
て成功をおさめつつ使用されてきたが，本質的に次のよ
うな欠点を有していた。即ちガス移動を達成するため血
液フォーム（泡の集った形体のもの）をつくらなければ
ならない点である。フォーム形成中に血液流内にガスバ
ブルを注入することは，有害な溶血現象（赤血球内の血
球素が細胞外へ放出すること）をもたらすこととなる。
更に，血液フォームは動脈化された血液が患者にもどさ
れる前に，ガスバブル及びエンボリを除去するため，酸
素供給の後，典型的には泡消去装置及び動脈フィルター
内で完全に処理されなければならない。

血液への酸素供給器の他の例として，隔膜式酸素供給器
がある。この隔膜式酸素供給器は，ガス移動を達成する
ための血液フォームの形成を必要としていない。血液及
び処理ガスの流れは，半浸透膜によって分離せしめられ
た酸素供給器内を流れる。この半浸透膜を通って，酸素
は血液中に入り，二酸化炭素は血液から排出される。一
方、水及び他の非ガス状血液構成要素は，この半浸透膜
を通ることはできない。典型的な腺外回路に使用するた
め，隔膜式酸素供給装置をデザインするにあたっては，
ハンドリング（取り扱い），プライニング（注入），及
びオペレーション（操作）に便利なように小さなサイズ
を維持すること，血液及び処理ガスの圧力損失があまり
に大きくないこと，及び血液構成要素の損傷があまりに
多くないこと等の条件をみたしつつ，予想される血液の
流量（約２〜６／分）を処理することができるような
適当なガス移動能力を有するようにすることが望まし
い。

プリーズ状の半浸透膜をハウジング内に保持し，支持ス
クリーンを交互に存在する血液及び酸素流路内に位置決
めした隔膜式酸素供給装置は，周知である（たとえば，
米国特許第３，５６０．３４０号；第３，６１２．２８
１号；第３，７８０．８７０号及び第４，１９９．４５
７号）。しかしながら、これら米国特許に開示された隔
膜式酸素供給装置は，前節で述べたすべての条件を完全
に満足するものではなかった。米国特許第４，０２８．
２５２号は，単一シートからなる隔膜と所定長さを有す
る単一シートからなるアコーディオン状に折りたたまれ
た不織布支持材料とを含む血液透析器を有している。交
互に存在する血液流路及び透析媒体流路は，隔膜によっ
て離されており，支持材料は，それが折りたたまれた時
指状突起構造をとるようになされている。従って，支持
材料は，この従来技術の透析器においては，隔膜の一方
の側面にのみ設けられている。米国特許第４，２１３．
８５８号は，血液透析器及び酸素供給装置内に三層の不
織布支持ネットを用いた技術を開示している。この従来
装置においては，各隣接するユニットは，指状突起構造
をとるようになされている。しかしながら，かかる指状
突起構造が得られたとしても，支持ネットの一つによっ
て分離せしめられた隔膜の二つの部分によって画成され
る流路は，支持ネットの中間層と少くともほぼ同じ厚さ
を有することとなり，従って線外血液酸素供給器に必要
とされる体積よりも大きな体積を占めることとなる。

本発明は，血液処理用の物質トランスファー装置，たと
えば血液への酸素供給装置又は血液透析器に関するもの
であり，以下の如き構成を有するものである。すなわ
ち、本発明は、ハウジングと、ほぼ長方形の折り畳み体の形態をなし、前記ハウジング
内に配置されて血液流及び処理流体流のための複数の第
一のポケットと複数の第二のポケットとを、前記ハウジ
ング内に、両ポケットが交互に位置するように画成す
る、プリーツ状の、選択透過性の隔膜と、前記折り畳み体とほぼ同じ幅を有する、複数の互いに分
離した不織布支持スクリーンであって、該不織布支持ス
クリーンは、それぞれ、本質的に、第１の平面内に位置
する第１の層と第２の平面内に位置する第２の層とから
なり、前記第１の層は互いに間隔をあけてかつほぼ平行
に位置する第１のストランドからなり、前記第２の層は
互いに間隔をあけてかつほぼ平行に位置する第２のスト
ランドからなり、前記第１及び第２の層は、前記第１の
ストランドが前記第２のストランドに対して約４５°か
ら９０°の角度をなすように、それらの接触点において
互いに接着されて構成され、更に、前記不織布支持スク
リーンは、前記第一及び第二の各ポケット内に一枚づつ
配置され、前記隔膜と前記スクリーンは前記ハウジング
内で前記折り畳み体の長方形の面に対して直角方向に圧
縮されて緻密な積層体を構成し、このとき、隣接する前
記第一のポケット内及び前記第二のポケット内に配置さ
れた前記スクリーンは前記隔膜を挟んで互いにかみ合う
ように構成された、前記不織布支持スクリーンと、前記積層体の互いに反対側の端部に隣接するように、か
つ、前記第一のポケットに連通するように、前記ハウジ
ング内に形成され、これにより前記第一のポケット内
に、それぞれ、その長手方向に沿ってその全長にわたる
血液流路を確立する、血液入口及び出口手段と、前記積層体の互いに反対側の端部に隣接するように、か
つ、前記第二のポケットに連通するように、前記ハウジ
ングに形成され、これにより前記第二のポケット内に、
それぞれ、その長手方向に沿ってその全長にわたる処理
流体流路を確立する、処理流体入口及び出口手段と、を有することを特徴とする、物質トランスファー装置を
提供するものである。

処理ガスが，酸素を含有するガスである場合，本発明の
新規な物質トランスファー装置は，高効率の隔膜式酸素
供給器となる。隣接する支持スクリーンの指状構造によ
って，プリーツ状の隔膜とスクリーンからなる圧縮され
た積層体は，物質移動に利用される隔膜の表面積を減じ
ることなく，小さなプリズム形状の体積におさまること
となる。この小さな体積のために，本発明の酸素供給器
は取扱い及び操作が簡単となり，且つ注入する血液その
他の液体の量も最小とすることができる。血液と処理ガ
スとの間で，極めて高効率の酸素及び二酸化炭素の移動
が得られる。隔膜の各ホールドが隣接する一対のスクリ
ーンの間に配置されるようにして，各対のスクリーンが
指状構造をなすため，血液及びガスポケット内には小さ
な極めて激しい部分的な渦流路が形成され，それによっ
て，それらポケット内に極めて好ましい程度の血液と処
理ガスとの混合及び横流（クロスフロー）がもたらされ
る。通常，血液流における拡散は酸素供給器内のガス移
動量を決定するパラメータとなるため，血液ポケット内
における混合特性が向上することは極めて重要な意味を
もっている。酸素供給器における処理ガス及び血液の圧
力損失は充分許容し得るもので，血液の構成要素の損傷
もほとんど存在しない。血液及び処理ガスポケット内に
おける好ましい流れ特性を最大限に発揮させるため，血
液ポケット及び処理ガスポケット支持スクリーン内の第
１及び第２のストランドは，全て隔膜の折りたたみ線に
対して約20゜〜60゜の角度をなすようにすることが好まし
い。

本発明に係る物質トランスファー装置における物質移動
率は，また，適当な楔状部材を酸素供給器ハウジングの
対向する両側壁と，隔膜とスクリーンとからなるコンパ
クト化された積層体との間に配置することによって，本
装置における血液の圧力損失を著しく増加させることな
く，さらに向上させることができる。これら２つの楔状
部材の各々は，積層体の両端の中央に配置され，少なく
とも積層体とほぼ同じ幅を有し，積層体の長さの約10〜
50％の長さを有し，そしてコンパクト化された積層体の
厚さの約１〜10％の厚さを有している。さらに，ここで
開示した型式の物質トランスファー装置における血液及
び処理流体の圧力損失及びポケットの全幅にわたる流体
の拡散は，それぞれ，横方向に延びる切欠き領域を対応
する支持スクリーンの対向する両端に隣接して支持スク
リーンに設けることによって，減少及び向上させること
ができる。

以下，本発明を，一体的な熱交換器と組合わされた腺外
血液隔膜式酸素供給器を例として詳細に説明する。

尚，本発明は，以下に説明する実施例に限定されるもの
ではなく，本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々
の変更，修正が可能であることは理解されるべきであ
る。

(ハ) 好ましい実施例の説明第１図〜第10図を参照すると，本発明にかかる隔膜式酸
素供給器１及び一体的な熱交換器３からなる使いすて可
能な装置が図示されている。この装置は，第１図に図示
されているように垂直方向に向けられた腺外血液回路内
に介在するようになされている。酸素供給器１はほぼ直
方体形状をなすハウジング５と，ハウジングの底端部に
隣接する血液入口19及び処理ガス出口21と，及びハウジ
ングの上端部に隣接する処理ガス入口23と血液出口25と
を有している。ハウジング５は，頂壁７，底壁９，対抗
する側壁11，13，正面壁15及び後面壁17とを含んでい
る。一体的な熱交換器３は酸素供給器１の静脈血を処理
するもので，冷却水入口27と，冷却水出口29と，及び熱
交換器血液入口31とを含んでいる。この一体的な熱交換
器は，本発明の一部分を構成するものではない。冷却水
入口27及び冷却水出口29には，素早く取りはずせる構造
をもっている取り付け器具が設けられている。第１図に
図示されているように，サンプルポート33（資料を取り
出すためのポート）と温度検知針35が熱交換器の血液入
口31内，又はその近くに設けられている。熱交換器３
は，ら旋形の流路を形成する連続的な中空のら旋リブを
有する単一の冷却流体導入コイル６と，プラスチックの
コイル支持コア部片４とを含んでいる。分流しかつコイ
ル６の４巻きに沿って熱交換器３内を下方に向かって流
れる静脈血（第１図の矢印を参照）は，コイル６，コア
部片４，血液マニホールド板55及びリテイナー板57によ
って案内され，それにより，ら旋形の流路によって画成
される上記軌跡に従うよう流れさせられる。その結果，
静脈血とコイル６との間の接触時間は増大することがで
きる。

後面壁17，及びハウジング５の頂壁７及び底壁９のほぼ
半分は，マニホールド板37によって形成されている。ガ
スマニホールド板37は，その一体構造として，処理ガス
入口23と，処理ガス入口マニホールド39と，処理ガス出
口21と，及び処理ガス出口マニホールド41とを含んでい
る。各マニホールド39及び41は，処理ガス入口又は出口
に隣接する一定の断面直径を有する部分47，51と，これ
ら入口又は出口から離れた位置の傾斜部分49，53とを有
している。このマニホールドの形状は，マニホールド内
に流体のよどみ領域を形成しないようにする役割を果た
す。ハウジング５の側壁11，13は，圧力板43，45によっ
てそれぞれ形成されている。ハウジング５の頂壁７及び
底壁９の各々のほぼ半分及び正面壁15の一部分は，血液
マニホールド板55によって形成されている。正面壁15の
残りの部分は，リテイナー板57によって形成されている
（第６図及び第９図参照）。板55は，一体構造として，
血液出口25と，血液出口マニホールド59と，熱交換器血
液入口31と，及び熱交換器ハウジング壁61とを含んでい
る。熱交換器３の冷却水コイルは，板57と壁61との間に
保持されている。その内部に流体のよどみ領域を形成し
ないようにするため，マニホールド59は，血液出口25か
ら離れるに従って，断面直径を減少するようにテイパー
（傾斜）がつけられている。第１図に図示されているよ
うに，サンプルポート67は，血液出口25に，そして温度
検知針69はマニホールド59内に設けることができる。酸
素供給器１の血液入口（及び熱交換器３の血液出口）
は，保持リテイナー板57内に設けられたほぼ長方形のス
ロット19である。

酸素供給器１は，又壁11及び13と平行な長方形のホール
ド（折りたたまれた一つ一つの部分）として，ハウジン
グ５内に配置せしめられたプリーツ状の選択的に浸透又
は透過可能な隔膜71を含んでいる。これらホールドは，
血液及び処理ガスをそれぞれ流すための交互に配置され
たポケットからなる第１及び第２のセット73，75を画成
する。プリーツ状の隔膜71の折りたたみ線は，ハウジン
グ５の壁15，17に隣接して位置せしめられる。血液入口
19及び血液出口25は，ポケットの第１のセット73と流体
的に連通されており，一方処理ガス入口23及び処理ガス
出口21は，ポケットの第２のセット75と流体的に連通さ
れている。即ち，このようにして，全体的に逆方向に流
れる血液処理及び処理ガス流路が，ポケットの全長に沿
って，ポケットの各セット73，75内に確立される。酸素
供給器１の如き隔膜式酸素供給器において，隔膜は酸素
及び二酸化炭素に対しては透過性であり，しかし水及び
他の非ガス状の血液構成要素に対しては，非透過性であ
るべきである。本発明の血液酸素供給器において，従来
の隔膜式酸素供給器において使用されてきた従来周知の
隔膜材料を使用することができる。その一例として，酸
素供給器の隔膜71は，ニューヨーク州ニューヨークのセ
ラネーゼコーポレーション(Celanese Corpo-ration)か
ら商品名セルガード(Celgard)として販売されているマ
イクロポーラスポリプロピレン隔膜材料から製造するこ
とができる。

酸素供給器１のデザイン上の特徴は，分離した不織布支
持スクリーン，たとえば77，79及び81のセット73及び75
のポケットの各々が隔膜71の長方形の折り畳み体（以
下、ホールドという）とほぼ同じ幅を有していることで
ある。２つのセット73，75内の種々のポケット内への流
体の拡散を改善するため及び圧力損失を減少させるた
め，これら支持スクリーンは，隔膜のホールドよりもわ
ずかに幅広に（約0.５１〜0.７６mmに）製造される。そ
の結果，スクリーンは入口19及びマニホールド39，41及
び59に近接して露出されることとなる。又，支持スクリ
ーンは長方形のホールドとほぼ同じ長さを有することが
好ましい。酸素供給器１において，隔膜71及びそれに関
連する支持スクリーンは，小さくされた積層体83が，側
壁11及び13によって，支持スクリーン及び隔膜ホールド
の長方形の表面に対し，直角の方向に圧縮されるよう
に，ハウジング５内に保持されている（第８図〜第10図
参照）。積層体83の対向する端部は，壁７，９に隣接し
て位置せしめられており，一方積層体83の頂部及び底部
は，それぞれ壁11及び13に隣接して位置せしめられる。
酸素供給器１内に使用された３枚の支持スクリーンが，
隔膜71の隣接する２つのホールドが，それらの間に保持
されるようにして第14図に詳細に図示されている。酸素
供給器１内の隔膜ホールド及び支持スクリーンの実際の
積層体は，第14図に図示された部分的に図示された装置
の上方及び下方に伸びていることは理解されるべきであ
る。積層体83内の支持スクリーンの各々，たとえばスク
リーン77は，第１の平面内において相互に離れてかつ平
行に配置せしめられたまっすぐなストランド（紐状体）
からなる第１の層，たとえば85と，第２の平面内におい
て，相互に離れてかつ平行に配置せしめられたまっすぐ
なストランドからなる第２の層，たとえば87と，から構
成されている。第１の層のストランドは，接着剤又は溶
融接着により，相互に接触する位置において，第２の層
のストランドに接着せしめられる。第１の層のストラン
ドは，第２の層のストランドに対し約45゜〜90゜をなすよ
うに交差せしめられる。角度Ａは，積層体83内の各スク
リーンにおいてほぼ同じにされる。積層体83内の支持ス
クリーンのストランドは，ほぼシリンダー状の横断面を
有することが好ましい。血液ポケットのセット73内のス
クリーンの層内のストランドは，同一の横断面直径d₁を
有し，かつ処理ガスポケットのセット75内のスクリーン
の層内のストランドは，同じ横断面直径d₂を有してい
る。そして、d₁及びd₂は，各々約0.203〜約0.４０６mm
の範囲とされる。最も好ましくは，d₁はd₂と等しくされ
る。血液ポケット及び処理ガスポケットの支持スクリー
ンの両方において，２つの層の各々の中においてそれぞ
れ平行に設けられたストランドは，約1.27〜2.54mm離れ
るようにすることが好ましい。１例として，支持積層体
83内の支持スクリーンは，バージニア州ロアノークのＮ
ＳＷアンドカンパニー社から商品名ポリネッティング(P
olynetting)として販売されている医療用の射出された
不織布オープンメッシュプロピレンスクリーン材料等の
オープンメッシュポリメリック材料からなる同じ材料か
らなるシートから切り出すことができる。血液スクリー
ンの縦方向の端縁である上記シートの裁断線は，すべて
ほぼ平行とする。処理ガススクリーンの縦方向の端縁で
ある上記シート切断線はほぼ平行とする。そして，血液
スクリーンの縦方向の端縁の切断方向は，処理ガススク
リーンの縦方向の端縁の切断方向に対し，上記シート内
においてほぼ直角となるようにする。あるいは，支持ス
クリーンの２つのセットは，異なる不織布材料から切り
出すようにすることもできる。この場合，血液ポケット
支持スクリーンを切り出す材料のストランドのパターン
は，処理ガスポケット支持スクリーンを切り出す材料の
ストランドのパターンとミラーイメージ，すなわち同一
となっている。

積層体83内に組み入れられた時，隔膜のホールドは，第
14図に図示されているようにして整列した支持スクリー
ンに隣接せしめられる。各スクリーン，たとえばスクリ
ーン79内の各層のストランドは，積層体内の次のスクリ
ーンと，たとえばスクリーン77及び81の隣接する層のス
トランドとほぼ平行となっている。このような配置にし
た結果，酸素供給器１内の血液及び処理ガスポケット内
に配置された支持スクリーンは，隔膜及びスクリーンか
らなる装置が，隔膜のホールドの長方形表面に対し直角
な方向に圧縮せしめられた時（たとえば，圧力板43及び
45によって），実質的にかみ合う(substantially inter
digitated)ことになる。以下、「実質的にかみ合う」と
いう用語は，隣接する２つの支持スクリーンがそれらの
共通する中間面の正味の面積の少なくとも５０％以上で
かみ合っていることを意味するものとする。

酸素供給器１内の隣接する支持スクリーンの実質的なか
み合い(substantial interdigitation)は，いくつかの
重要な利点を有している。第１に，物質移動のために利
用される特定の隔膜の表面面積に対し，積層体83の体
積，従って酸素供給器１の体積を飛躍的に減少させる。
その結果，製造，船積み，処理，組立，注入操作が容易
となる。更に，実質的にかみ合った支持スクリーンは，
血液及び処理ガスポケット内において小さな激しい渦流
流路からなるネットワークを製造する（たとえば支持ス
クリーン内に含まれたポケット内の第14図に図示された
矢印によって示されたたくさんの相互に連結した血液流
路を参照）。血液及び処理ガスが，それらの小さな渦流
流路に沿って流れた時，きわめて激しいインターフェイ
ス（２つの層の間の）流体混合が種々のポケット内でお
こり，同時に隣接するポケット内において血液及び処理
ガスの激しいクロスフロウ（横方向の流れ）がおこる。
ネット効果により酸素及び二酸化炭素の物質移動は，き
わめて効率的に行なわれる。この装置の場合，血液の構
成要素の損傷は（たとえば溶血現象）は最小となり，酸
素供給器における血液及び処理ガスの圧力損失は許容し
うる範囲となる。好ましくは，支持スクリーンは，血液
ポケット及び処理ガスポケット支持スクリーンが，すべ
て隔膜71の折りたたみ線に対し約20゜〜約70゜までの鋭角
で交差するように切り出すことが好ましい。血液及び処
理ガスの流路全体は，これら折りたたみ線に平行である
ため，このように配置されたストランドは，きわめて効
率的な一連の流れ分散手段としての役割を果たす。これ
により，更に血液及び処理ガスポケット内の好ましい流
れ特性を向上させることができ，かつ本質的にチャネリ
ング（流れのよどみ）の可能性を減少させる。更に，血
液ポケット支持スクリーンの２つの層内のストランド
は，隔膜71の折りたたみ線に対し，ほぼ同じ鋭角で交差
するようになすことが好ましい。処理ガスポケット支持
スクリーンの２つの層内のストランドについても同様の
ことがいえる（第11図において，角度B₁及びB₂を参
照）。広い範囲の流れの分散は，血液の方が処理ガスの
それよりも重要となるため，角度B₁（血液スクリーン）
は、角度B₂（処理ガススクリーン）よりも大きくするこ
とが好ましい。

酸素供給器１の更に他の特徴が第11図に図示されてい
る。積層体83内の支持スクリーンの各々には，一対の横
方向にのびるスロット，たとえばスクリーン77内にはス
ロット97，99が，及びスクリーン79内にはスロット10
1，103が各々スクリーンの各対向する端部に隣接するよ
うにして設けられている。積層体83内の血液ポケット支
持スクリーン内のスロットは，血液入口19のすぐ上及び
血液出口マニホールド59のすぐ下に位置せしめられてい
る。一方，積層体83内の処理ガスポケット支持スクリー
ンのスロットは，処理ガス入口マニホールド39のすぐ下
及び処理ガス出口マニホールド41のすぐ上に位置せしめ
られている。血液ポケットのセット73内に配置せしめら
れた支持スクリーンのスロットは，血液入口19及び血液
出口マニホールド59から離れるにしたがって幅がせまく
なるようにテーパーがつけられている。第11図に図示さ
れている如く，ほぼ台形形状とすることもできる。処理
ガスポケットのセットの75内の支持スクリーンのスロッ
トは，後面壁17から離れるに従って幅がせまくなるよう
にテーパーがつけられているが，そのようにテーパーを
つけることは必ずしも必要ではない。第11図に図示され
ているように，ほぼ長方形形状とすることもできる。あ
るいは，支持スクリーン内に横方向にのびる切欠き領域
たとえば一連の円形の孔181及び一連の円形の孔183等の
他の形式をとって設けることもできる。円形の孔181
は，血液ポケットスクリーン用のもので，第12図に図示
されているように直径が徐々に減少している。一方，円
形の孔183は処理ガスポケットスクリーン用で，第13図
に図示されているように，一定の直径を有している。支
持スクリーン内の切欠き領域はオープンメッシュ材料か
らなるシートからスクリーンを切り出す時，同時に金属
定規ダイによって製造することができる。血液ポケット
及び処理ガスポケット支持スクリーン内の横方向の切欠
き領域の目的は，ポケットの全幅にわたって血液及び処
理ガスの分散を向上せしめるためである。このように流
体の分散を向上せしめると，隔膜の表面面積を全体的に
効率的に利用することができるとともに，酸素供給器に
おける血液及び処理ガスの圧力損失を減少させることが
できる。本発明のこの態様は，酸素供給器１のかみ合っ
た不織布支持スクリーンと一緒に実施することが好まし
いが，本発明の応用しうる範囲は，そのように制限され
るべきでないことは理解されるべきである。即ち，本発
明のこの態様に従った横方向にのびる流体分散切欠き領
域は，本発明の技術分野におけるいかなる隔膜式酸素供
給装置のプリーツ状に選択的に透過可能な隔膜によって
画成される交互に存在する血液及び処理ガスポケット内
に配置せしめられた，たとえば織布及び／又はかみ合わ
ない支持スクリーンに設けることもできる。

酸素供給器の更に他の特徴は，ほぼ同一形状のくさび状
部材89，91が積層体83の端部の間の中央部分に配置せし
められている点である。このくさび状部材89，91は，積
層体83の頂部及び底部の間そして側壁11及び13（第７図
参照）の間に圧縮されて保持されている。くさび状部材
は，分離した要素とすることもできるし，板93，95等の
くさび状板の一体的部分とすることもできる。くさび状
部材89，91の各々は，少なくとも積層体83とほぼ同じ幅
を有し，上記積層体の長さの約10%〜約50%，好ましくは
約20%〜約40%の長さを有し，そして，隔膜ホールド及び
支持スクリーンからなるコンパクト化された積層体の両
端における高さ（即ち，積層体の頂部と底部との間の距
離）の約１%〜約10%，好ましくは約２%〜約５%の高さを
有している。くさび状部材89，91は，血液と隔膜との間
の接触範囲を増加するよう積層体83を長方形の隔膜ホー
ルドに直角な方向に更に圧縮し，かつ流体の流路の厚さ
を減少する役割を果たす。それにより，血液への及び血
液からの物質の移動率を増加せしめる。しかしながら、
従来の酸素供給器のくさび状部材と相違して，すべての
血液流路の全長の大部分にわたってのびている（米国特
許第3,522.885号；第3,879.293号；第4,219.422号及び
第4,304.669号等を参照）。短いくさび状部材89，91
は，酸素供給器１における血液の圧力損失が過度に大き
くならないようにしている。最も好ましくは，くさび状
部材89，91の各々は，コンパクト化された積層体83の高
さの約２％の高さを有し，かつ上記積層体の長さの３分
の１の長さを有している。図示された酸素供給器におい
ては，くさび状板93，95は，圧力板43，45の全長及び全
幅にわたって設けられた，縦方向及び横方向内側にのび
るスペーサーたとえば91，98からなるグリッドに当接す
る。それにより，上記圧力板の座屈に対する安定性を供
給する。

酸素供給器１の製造方法はきわめて簡単である。血液マ
ニホールド板55，ガスマニホールド板37，圧力板43，4
5，リテイナー板57及びくさび状板93，95は，ポリカー
ボネイト等の透明な熱可塑性材料からなる射出成形され
た部品とすることが好ましい。熱交換装置は，熱交換冷
却コイル６，コイル支持コア部片４，血液マニホールド
板55，及びリテイナー板57を一体的に固定し（たとえば
接着剤により），一体の装置とすることにより製造する
ことができる。隔膜71は，第１の固定装置内に保持され
た長方形のホールド板からなる積層体の周囲にそれを折
りたたむことによりプリーツをつけることができる。隔
膜及びホールド板からなる組立体は，第１の固定装置か
ら取りはずし第２の固定装置内におかれる。第２の固定
装置において，ホールド板は，血液及び処理ガスポケッ
トのセット73，75内の適当な支持スクリーンに１つずつ
載置される。次に，くさび状板93，95及び圧力板43，45
を所定の位置におき，できあがった隔膜及び支持スクリ
ーンからなる装置は，支持スクリーンが実質的にかみ合
わない，かつ緻密化された積層体83を形成するように流
体プレスによって圧縮される。しかる後，シキソトロピ
ック（揺変性）ポッティング材料，たとえば揺変性ポリ
ウレタンをマニホールド39と41の間，及び入口19とガス
マニホールド板37の表面までのマニホールド59血液マニ
ホールド板55及び隔膜71の折りたたみ端縁に近接するよ
うになっているリテイナー板57との間に付与することに
より，ガスマニホールド板37と血液マニホールド板55
は，圧力板43及び45の上にフィットとしのせられる。こ
の目的のため，舌状部材113，115，117，119，121，12
3，125，及び127が板37及び55に設けられている。これ
らは，圧力板43，45に設けられた対応する溝内に受け入
れられている（板55には，板37の舌状部分113，115，11
7，及び119と同様の４つの舌状部材が図面には図示され
ていないが設けられている）。次に，流体プレスによる
圧縮を解放し，それにより積層体83の周囲に位置するハ
ウジング５の成形を完了する。揺動性ポッティング材料
が硬化した時，ポッティング材料は偏向ブロック105及
び107を構成する。この２つの偏向ブロックの目的は，
血液及び処理ガスが板37及び57に沿って隔膜の折りたた
み線の外側に偏向するのを防止し，従って個々の血液及
び処理ガスポケットの一体性を維持する点にある。最後
に，頂部シール109は，酸素供給器及び熱交換器からな
る装置を遠心力装置内で回転することによって形成する
ことができる。この操作は、ハウジング５の頂壁７を遠
心力装置の回転中心から離れるように水平におき，かつ
低粘性のポッティング材料，たとえばポリウレタンを処
理ガス入口23に連結せしめられたチューブを介して回転
する分配容器から遠心力をかけている間，上記装置内に
導入することによって行なわれる。ポッティング材料が
硬化した後，遠心力装置内の本発明にかかる熱交換器及
び酸素供給器からなる装置の位置を逆転し，同様の操作
を行なう。即ち，低粘性のポッティング材料を処理ガス
出口21から供給し，底部シール111を形成する。シール1
09及び111の目的は，血液及び処理ガスの流れの間の直
接の接触を阻止することにある。

次に操作について説明する。本発明の酸素供給器１は，
第１図に図示されているように垂直方向を向くように維
持せしめられる。この時，水入口チューブ22は入口27に
連結され，水出口チューブ24は出口29に連結され，処理
ガス（好ましくは酸素又は空気に混入せしめられた酸
素）入口チューブ26は，入口23に連結され，そして処理
ガス出口28は出口21に連結される。典型的には，患者か
らの静脈血の基本的流れは，心臓切開リザーバー／フィ
ルター装置からの出口を有する静脈リザーバー30内に集
められ，静脈リザーバー30からの出口を支持するチュー
ブ32は血液ポンプ34に連結され，血液ポンプ出口チュー
ブ36は入口31に連結され，そして，動脈フィルターに連
結する静脈血液チューブ38は，出口25に連結される。入
口処理ガスは，基本的に大気圧とされている。動脈フィ
ルターを通過した後，動脈化された血液は患者にもどさ
れる。酸素供給器１及び一体的な熱交換器３からなる装
置は入口31を介して殺菌された食塩溶液が注入される。
好ましくは，本装置は注入工程中，水平から約30°だ
け，入口31が傾くように暫定的に傾斜させることが好ま
しい。心肺バイパス操作中，患者の血液は熱交換器３内
において生理学的温度よりも十分下の温度まで冷却され
る。操作の最後において患者の血液は熱交換器において
生理学的温度までもどされなければならない。酸素供給
器１及び一体的な熱交換３からなる装置は，比較的安価
な材料でつくられており，かつ簡単な構造を有している
ため，それは１回の使用が終わった後，使い捨てするこ
とができる。本発明の物質トランスファー装置は，透析
液を処理流体として使用する血液の透析器として使用す
ることもできる。

本発明の隔膜式酸素供給器１の代表的な例において（例
１），120枚のポリネッティング支持スクリーン（血液
ポケット内に60枚及び処理ガスポケット内に60枚）が，
121枚のセルガード（Cel-gard：商品名）隔膜ホールド
と一緒に圧縮された積層体の中に配置されている。各支
持スクリーンは，全長が30.48cmで，全幅が7.789cmであ
る。そしてその表面積は237.1cmである。隔膜は，約0.0
51mmの厚さを有し，かつ公称穴サイズが0.２ミクロンの
穴を有している。圧縮された積層体83は，480ccの体積
を有し，その端部における高さは6.096cmである。総隔
膜表面積は，2.4cm²である。各支持スクリーンは直径0.
3048mmの平行なストランドからなる２つの溶融接着され
た層から構成されている。第１の層のストランドは，第
２の層のストランドに対し約60°で交差せしめられてお
り，かつ各層の個々のストランドは約1.524mmだけ離れ
て配置されている。各スクリーンの全厚さは，約0.5588
mmである。酸素供給器内の支持スクリーンのすべては，
同一の不織布オープンメッシュ材料から切り出される。
しかしながら，不織布オープンメッシュ材料内の血液ポ
ケット支持スクリーンの縦方向の端縁の裁断方向は，同
じ材料の処理ガスポケット支持スクリーンの縦方向の端
縁の裁断方向に対し直角となっている。更にスクリーン
は，血液ポケット支持スクリーンのすべてのストランド
が隔膜の折りたたみ線に対し約60°の角度をなすように
交差し，かつ処理ガスポケット支持スクリーン内のすべ
てのストランドが隔膜の折りたたみ線に対し，約30度の
角度をなすように交差するように上記材料から切り出す
ことができる。第11図に図示されているように，血液ポ
ケット内の支持スクリーンには，その対向する両端縁に
隣接して台形形状の横方向のスロットが設けられてい
る。処理ガスポケット内の支持スクリーンには，それら
の対向する両端に隣接して長方形の横方向のスロットが
設けられている。この装置において，２つのくさび状部
材89，91の各々は，積層体83の両端においてコンパクト
化された積層体の高さの約２％の厚さを有しており，か
つこのコンパクト化され積層体の長さの約３分の１の長
さを有している。

上述した実施例１の酸素供給器に対してガス移動及び血
液動体テストを行なった。酸素を、処理流体として使用
した。この装置内の血液の流量が２／分から６／分
まで増加した時，酸素の移動率は，125mm／分から325
mm／分まで直線的に増加した。尚，この時の溶積測定
の血液流れ率に対する溶積測定の酸素流れ率の割合は，
１：１に保持した。同様に二酸化炭素の移動率は125mm
／分なら290mm／分まで直線的に増加した。更に酸
素供給器１及び一体的な熱交換器３からなる装置におけ
る血液の圧力損失は，60mmHgから180mmHgまで直線的に
増加した。溶血現象はほとんどみられなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は，本発明に係る隔膜式酸素供給装置と一体的な
熱交換器とからなる装置の斜視図であり，典型的な外腺
血液回路に設置された状態を概略的に図示したものであ
る。第２図及び第３図は，第１図の装置の分解斜視図であ
る。第４図及び第５図は，第１図の装置の側面図及び平面図
である。第６図は，第５図の６−６線に沿ってとった断面図であ
る。第７図〜第10図は，それぞれ第４図の７−７，８−８，
９−９，及び10−10線に沿ってとった断面図である。第11図は，第１図の酸素供給器内のプリーツ状隔膜と支
持スクリーンとからなる積層体の部分分解斜視図であ
る。第12図及び13図は，第１図の酸素供給器内の支持スクリ
ーンに形成された横方向に延びる切欠き領域の他のデザ
インを図示した斜視図である。そして，第14図は，第11図に図示された圧縮された積層体の３枚
の隣接する支持スクリーンとそれらスクリーンの間に保
持された２つの隣接する隔膜ホールドの斜視図である。１・・・隔膜式酸素供給器３・・・熱交換器５・・・ハウジング６・・・コイル 71・・・隔膜ホールド 73，75・・・ポケットセット 77，79，81・・・支持スクリーン 83・・・積層体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者フランシス・マ−テイン・サ−ヴアスアメリカ合衆国カリフオルニア州サン・ジユアン・キヤピストラノ・パセオ・ラブランザ31882 (56)参考文献特開昭54−124876（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−29394（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−76956（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジングと、ほぼ長方形の折り畳み体の形態をなし、前記ハウジング
内に配置されて血液流及び処理流体流のための複数の第
一のポケットと複数の第二のポケットとを、前記ハウジ
ング内に、両ポケットが交互に位置するように画成す
る、プリーツ状の、選択透過性の隔膜と、前記折り畳み体とほぼ同じ幅を有する、複数の互いに分
離した不織布支持スクリーンであって、該不織布支持ス
クリーンは、それぞれ、本質的に、第１の平面内に位置
する第１の層と第２の平面内に位置する第２の層とから
なり、前記第１の層は互いに間隔をあけてかつほぼ平行
に位置する第１のストランドからなり、前記第２の層は
互いに間隔をあけてかつほぼ平行に位置する第２のスト
ランドからなり、前記第１及び第２の層は、前記第１の
ストランドが前記第２のストランドに対して約４５°か
ら９０°の角度をなすように、それらの接触点において
互いに接着されて構成され、更に、前記不織布支持スク
リーンは、前記第一及び第二の各ポケット内に一枚づつ
配置され、前記隔膜と前記スクリーンは前記ハウジング
内で前記折り畳み体の長方形の面に対して直角方向に圧
縮されて緻密な積層体を構成し、このとき、隣接する前
記第一のポケット内及び前記第二のポケット内に配置さ
れた前記スクリーンは前記隔膜を挟んで互いにかみ合う
ように構成された、前記不織布支持スクリーンと、前記積層体の互いに反対側の端部に隣接するように、か
つ、前記第一のポケットに連通するように、前記ハウジ
ング内に形成され、これにより前記第一のポケット内
に、それぞれ、その長手方向に沿ってその全長にわたる
血液流路を確立する、血液入口及び出口手段と、前記積層体の互いに反対側の端部に隣接するように、か
つ、前記第二のポケットに連通するように、前記ハウジ
ングに形成され、これにより前記第二のポケット内に、
それぞれ、その長手方向に沿ってその全長にわたる処理
流体流路を確立する、処理流体入口及び出口手段と、を有することを特徴とする、物質トランスファー装置。
【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の装置におい
て、前記血液流用の第一のポケット内に配置された前記
不織布支持スクリーンの第１及び第２のストランドが、
共にほぼ同じ直径の円形断面を有し、かつ、前記処理流
体用の第二のポケット内に配置された前記不織布支持ス
クリーンの第１及び第２のストランドが、共にほぼ同じ
直径の円形断面を有する、前記装置。
【請求項３】特許請求の範囲第１項記載の装置におい
て、前記第一及び第二のポケット内の前記第１及び第２
のストランドが、前記隔膜の折り畳み線に対して、約２
０°から約７０°の鋭角をなす、前記装置。
【請求項４】特許請求の範囲第３項記載の装置におい
て、前記血液流用の第一のポケット内に配置された前記
不織布支持スクリーンの第１及び第２のストランドが、
共に、前記折り畳み線に対して、ほぼ同一の鋭角をな
し、かつ、前記処理流体用の第二のポケット内に配置さ
れた前記不織布支持スクリーンの第１及び第２のストラ
ンドが、共に、前記折り畳み線に対して、ほぼ同一の鋭
角をなす、前記装置。
【請求項５】特許請求の範囲第４項記載の装置におい
て、前記第一のポケット内の前記不織布支持スクリーン
の第１及び第２のストランドが前記折り畳み線に対して
なす角度が、前記第二のポケット内の前記不織布支持ス
クリーンの第１及び第２のストランドが前記折り畳み線
に対してなす角度よりも大きい、前記装置。
【請求項６】特許請求の範囲第２項記載の装置におい
て、前記第一のポケット内の前記不織布支持スクリーン
のストランドの直径が前記第二のポケット内の前記不織
布支持スクリーンのストランドの直径とほぼ同じであ
る、前記装置。
【請求項７】特許請求の範囲第５項記載の装置におい
て、前記血液流用の第一のポケット内に配置された前記
不織布支持スクリーンの前記第１のストランドが、該不
織布支持スクリーンの前記第２のストランドに対して約
６０°の角度をなし、前記処理流体用の第二のポケット
内に配置された前記不織布支持スクリーンの前記第１の
ストランドが、該不織布支持スクリーンの前記第２のス
トランドに対して約６０°の角度をなし、前記第二のポ
ケット内に配置された前記不織布支持スクリーンの前記
第１及び第２のストランドが前記折り畳み線に対して約
３０°の角度をなす、前記装置。
【請求項８】特許請求の範囲第３項記載の装置におい
て、前記第一のポケット内に配置される前記不織布支持
スクリーンと前記第二のポケット内に配置される前記不
織布支持スクリーンとが同じ不織布材料から切り出され
てなり、前記第一のポケット内に配置される前記不織布
支持スクリーンの縦方向端縁の前記不織布材料からの切
断方向は、前記第二のポケット内に配置される前記不織
布支持スクリーンの縦方向端縁の前記不織布材料からの
切断方向に対し、ほぼ直角をなす、前記装置。
【請求項９】特許請求の範囲第１項記載の装置におい
て、前記第二のポケット内に配置される前記不織布支持
スクリーンは、少なくとも前記血液入口及び血液出口手
段の付近で、前記隔膜よりも僅かに幅が広い、前記装
置。
【請求項１０】特許請求の範囲第１項記載の装置におい
て、前記支持スクリーンが前記折り畳み体とほぼ同じ長
さを有し、前記ハウジングは前記折り畳み体に対してほ
ぼ平行な、二つの対向する側壁を有し、前記物質トラン
スファー装置は、更に、第１及び第２のほぼ同一の楔状
部材を有し、前記第１の楔状部材は前記側壁の一方と前
記緻密な積層体の頂部との間に圧縮力を受けて位置せし
められ、かつ、前記第２の楔状部材は前記側壁の他方と
前記積層体との間に圧縮力を受けて位置せしめられ、前記楔状部材は、それぞれ、前記積層体の両端縁の中央
に配置されると共に、少なくとも前記積層体と同一の幅
を有し、前記積層体の長さの約１０〜５０％の長さを有
し、かつ、前記積層体の両端縁位置において前記緻密化
された積層体の高さの約１％から約１０％の厚さを有
し、それにより、前記楔状部材が、前記物質トランスフ
ァー装置での著しい血圧の低下を生じることなく、前記
物質トランスファー装置の物質移送性能を十分に向上さ
せる、前記装置。
【請求項１１】特許請求の範囲第１０項記載の装置にお
いて、前記楔状部材が、それぞれ、前記積層体の長さの
約２０％から約４０％の長さを有する、前記装置。
【請求項１２】特許請求の範囲第１１項記載の装置にお
いて、前記楔状部材は、それぞれ、前記緻密化された積
層体の高さの約２％の厚さを有すると共に、前記積層体
の長さの約１／３の長さを有する、前記装置。
【請求項１３】血液を処理するための物質トランスファ
ー装置において、第１及び第２の対向する側壁を有するハウジングと、前記ハウジング内に、ほぼ長方形の折り畳み体からなる
緻密化された積層体として配置され、かつ、該積層体は
その折り畳み線を前記ハウジングの前記第１及び第２の
側壁に隣接するように配置されて、複数の血液流用の第
一のポケットと複数の処理流体流用の第二のポケットを
それぞれ画成すると共に、該第一のポケットと第二のポ
ケットを交互に配置した、プリーツ状の選択透過性の隔
膜と、前記第一及び第二のポケット内にそれぞれ配置され、か
つ、前記折り畳み体とほぼ同じ長さ及び幅を有する、複
数の、互いに分離した、支持スクリーンと、前記ハウジングの前記第１の側壁に、前記積層体の互い
に反対側の端部に隣接し、かつ、前記第一のポケットに
連通するように、設けられ、これにより前記第一のポケ
ット内に前記第一のポケットの長手方向の全体にわたる
血液流の通路を確立する、血液入口及び出口手段と、前記ハウジングの前記第２の側壁に、前記積層体の両端
に隣接し、かつ、前記第二のポケットに連通するよう
に、設けられ、これにより前記第二のポケット内に前記
第二のポケットんの長手方向の全体にわたる処理流体流
の通路を確立する、処理流体入口及び出口手段と、前記ポケットを横切る流体の拡散を促進するため、前記
支持スクリーンの両端に隣接して横方向に延在する一対
の切欠き部であって、該切欠き部のうち前記第一のポケ
ット内に配置された前記支持スクリーンの切欠き部の幅
は、前記血液入口及び出口手段から離れるに従って減少
するようにテーパがつけられている、前記切欠き部と、を有することを特徴とする、物質トランスファー装置。