专利名称：中空纤维膜型人工肺的制作方法
中空纤维膜型人工肺技术区域本发明涉及使用中空纤维膜来进行气体交换的中空纤维膜型人工肺， 特别涉及具有将热交换管束层叠在中空纤维束上、从而在气体交换的同时 也一并进行热交换的结构的中空纤维膜型人工肺。
背景技术：
已知能够使血液垂直于中空纤维膜流动的人工肺可以通过有效破坏血 液侧层膜的阻力来实现高效的气体交换和较低的压力损失，在基本性能方 面是高效率的。进而，通过将热交换管束层叠在中空纤维束上，在气体交 换的同时也一并进行热交换，从而能够有效地进行用于将血液温度维持在适当范围内的操作。以下参照图5，对专利文献1或2中记载的这样的中空 纤维膜型人工肺进行说明。图5所示的中空纤维膜型人工肺具有由层叠而成的气体交换部21和热 交换部22构成的壳体。气体交换部21的内腔中收纳了用于气体交换的要 素即中空纤维膜28成束形成的中空纤维束，热交换部22的内腔中收纳了 用于热交换的要素即不锈钢管29成束形成的不锈钢管束。中空纤维束具有多个多孔质中空纤维膜28以其轴方向为水平方向排列 并层叠的形态。不锈钢管束具有构成热交换管的多个不锈钢管29以其轴方 向为水平方向排列并层叠的形态。不锈钢管29和中空纤维膜28按照各自 轴的排列方向相互平行的方式配置。在包括中空纤维膜28的两端部在内的外周区域中填充灌封材料，从而 形成灌封部30a。灌封部30a的内腔形成了在垂直方向上横切中空纤维膜28 而延伸的圆筒状的血液流路。在包括不锈钢管29的两端部在内的外周区域 中也填充灌封材料，从而形成灌封部30b。灌封部30b的内腔也形成了在垂 直方向上横切不锈钢管29而延伸的圆筒状的血液流路。在气体交换部21和热交换部22的边界部分，两者的外壳壁开口而形 成开口空隙部33。中空纤维束的灌封部30a所形成的圆筒状血液流路和不锈钢管束29的灌封部30b所形成的圆筒状血液流路通过开口空隙部33而 连通，从而在垂直方向上形成连续的血液流路。在与该血液流路的上下端 对应的热交换部2和气体交换部1的外壳壁上设置了血液入口通道23a和 血液出口通道23b。在气体交换部21的左右端部上分别设置了密封内腔的集气管(gas header) 24a、 24b。集气管24a、 24b上分别设置了气体入口通道25a和气 体出口通道25b。另外，热交换部22的左右端部上分别设置了密封内腔的 冷热水集管26a、 26b。构成热交换集管的冷热水集管26a、 26b上分别设置 了用于使作为热交换液的冷水或热水流入流出的冷热水入口通道27a和冷 热水出口通道27b。从血液入口通道23a流入的血液经过由灌封部30b的内腔、开口空隙 部33和灌封部30a的内腔所形成的血液流路，从血液出口通道23b流出。设置在气体交换部21的左右的集气管24a和24b在中空纤维束两端附 近形成空隙31a和31b，形成中空纤维束的中空纤维膜28在灌封部30a的 端面上向空隙31a和31b开口。因此，从气体入口通道25a流入的含氧气体 在空隙31a内蔓延，并从各中空纤维膜28的一端进入内腔，从各中空纤维 膜28的另一端经由空隙31b后从气体出口通道25b流出。在这期间进行与 血液之间的气体交换。另外，通过在热交换部22的左右设置的冷热水集管26a和26b，在不 锈钢管束29的两端附近形成空隙32a和32b，形成不锈钢管束29的不锈钢 管在灌封部30b的端面上向空隙32a和32b开口。因此，从冷热水入口通 道27a流入的冷水或热水在空隙32a内蔓延，从各不锈钢管的一端进入内腔， 从各不锈钢管的另一端经由空隙32b后从冷热水出口通道27b流出。在这 期间进行与血液之间的热交换。专利文献1:日本特开平11-206880号公报专利文献2:日本特表平9-509351号公报在上述现有结构的中空纤维膜型人工肺中，由于气体交换部21和热交 换部22是平行层叠的，因此在其边界部分需要设置集气管24a、 24b和冷 热水集管26a、 26b。这是为了使中空纤维膜28和不锈钢管29两端的气流 和冷热水的流入流出都相互分离。为了嵌入集气管24a、 24b和冷热水集管26a、 26b，在中空纤维束和不锈钢管束之间，需要在垂直方向上有规定的 间隔。BP，由于中空纤维束和不锈钢管束平行配置、它们的端部相互邻接， 因此，即使集气管24a、 24b和冷热水集管26a、 26b最紧密地配置，在它们 的边界部，还是对应于外壳壁厚度的间隙，在中空纤维束和不锈钢管束之 间需要间隙。其结果，在两者的边界处形成了像开口空隙部33这样的中空纤维膜28 和不锈钢管29都不存在的区域。由于血液也从该区域通过，因此，该区域 就成了对气体交换和热交换均无用的死空间(deadspace)。由于这样的死空 间，血液填充量被无用地增大。发明内容本发明的目的在于提供一种不会无用地增大血液填充量、与气体交换 部一并设置热交换部、从而气体交换率和热交换率有所提高的中空纤维膜 型人工肺。本发明的中空纤维膜型人工肺具有中空纤维束，其是将多个多孔质 中空纤维膜在一个方向上排列并层叠而形成的；热交换管束，其是将多个 热交换管在一个方向上排列并层叠而形成的，且相对于所述中空纤维束并 列设置；灌封材料，其填充在包括所述中空纤维膜和所述热交换管束的两 端部在内的区域内，并形成横切所述中空纤维膜和所述热交换管而延伸的 血液流路；以及壳体，其收纳所述中空纤维束和所述热交换管束，其具有 形成面向所述中空纤维膜的两端的各气体入口通道和气体出口通道的集气 管、形成面向所述热交换管束的两端的各热交换液入口通道和热交换液出 口通道的热交换集管、以及面向所述血液流路的两端的血液入口通道和血 液出口通道；并且，该中空纤维膜型人工肺按照下述方式构成通过血液 在上述血液流路中流动，同时含氧气体在上述中空纤维膜的内腔中流动， 从而进行上述血液和上述气体之间的气体交换，通过热交换液在上述热交 换管的内腔中流动，从而进行上述血液和上述热交换液之间的热交换。为了解决上述问题，本发明的中空纤维膜型人工肺的特征在于，使构 成上述热交换管束的上述热交换管的排列方向与构成上述中空纤维束的上 述中空纤维膜的排列方向相交叉，从而将上述中空纤维束和上述热交换管束紧密地层叠。根据上述结构的中空纤维膜型人工肺，由于中空纤维束和不锈钢管束 相互交叉地配置，因此配置在它们的两端部上的集气管和热交换集管并不 相互邻接。因此，不在中空纤维束和不锈钢管束之间设置空隙就可以安装 集气管和热交换集管。其结果，中空纤维束和不锈钢管束之间不会产生死 空间，可以避免血液填充量的无用增大。进而，通过减少死体积，可以提 高热交换率和气体交换率。
图1是表示本发明的一个实施方式的中空纤维膜型人工肺的外观的立 体图。图2是表示上述中空纤维膜型人工肺的内部结构的截面图。 图3是表示上述中空纤维膜型人工肺的中空纤维型气体交换部和热交 换部的立体图。图4是沿图2的A-A线的截面图。图5是表示现有例的中空纤维膜型人工肺的结构的截面图。
具体实施方式
在上述结构的本发明的中空纤维膜型人工肺中，优选使构成上述热交 换管束的上述热交换管的排列方向垂直于构成上述中空纤维束的上述中空符号说明1、 21气体交换部 3a、 23a血液入口通道 4a、 4b、 24a、 24b集气管 5b、 25b气体出口通道 7a、 27a冷热水入口通道 8、 28中空纤维膜 10、 30a、 30b灌封部 12a、 12b空隙 32a、 32b空隙2、 22热交换部3b、 23b血液出口通道5a、 25a气体入口通道6a、 6b、 26a、 26b冷热水集管7b、 27b冷热水出口通道9、 29不锈钢管 lla、 lib空隙 31a、 31b空隙33开口空隙部纤维膜的排列方向。另外，优选上述热交换集管所形成的上述热交换液入口通道和上述热 交换液出口通道形成在与上述气体出口通道相同的方向上。其理由如下所 述。通过朝下设置气体出口通道，即使在由于结露而使中空纤维膜的内腔 被水滴堵塞时，也能够避免中空纤维膜的内腔被水滴堵塞。这是因为，气 体的流向与水滴落下的方向相同，因此由结露产生的水滴易于移动而被除 去。另一方面，通过将热交换液入口通道和热交换液出口通道设置为与气 体出口通道相同的朝下方向，从而容易地使冷热水这样的热交换液的配管 不用围在中空纤维膜型人工肺的上方而仅配置在下方，由此可以防止在将 热交换水的管道连接到各流出通道时、或热交换液泄漏时的污染。通过中 空纤维束和不锈钢管束相互垂直，可以如上所述适当地配置气体出口通道 和热交换液通道。另外，上述热交换管可以是不锈钢管。另外，上述血液流路优选血液流动方向上的截面实质上是圆形。通过 血液流路为圆形截面，难以产生血液滞留部分，从而可以减轻血栓的形成。 另外，可以实现血液流动最合适、且血液填充量有所减少、可以相对于所 得到的气体交换能充分地小型化的中空纤维膜型人工肺。进而，通过使血 液流路形成圆形截面，可以使灌封工程变得简便。另外，由上述灌封材料形成的横切上述中空纤维束的血液流路和由上 述灌封材料形成的横切上述中空纤维束的血液流路优选被调整为在相互的 边界处未形成高度差的同平面的状态。由此，血液的流动变得流畅，可以 减少因血流的紊乱而生成的血栓或滞流。以下，对于本发明的一个实施方式的中空纤维膜型人工肺参照附图进 行具体说明。图1是表示本实施方式的中空纤维膜型人工肺的外观的立体图。由气体交换部1和热交换部2构成的壳体中收纳了用于气体交换和热交换的构 成要素。在气体交换部1和热交换部2所形成的内腔中，如后所述，形成 了在水平方向上贯通气体交换部1和热交换部2的血液流路，在与该血液 流路的两端对应的热交换部2和气体交换部1的外壳壁上设置了血液入口通道3a和血液出口通道3b。在气体交换部1的上下端部上分别设置了密封内腔的集气管4a、 4b。 在集气管4a、 4b上分别设置了气体入口通道5a和气体出口通道5b (参照 图2)。在热交换部2的左右端部上分别设置了密封内腔的冷热水集管6a、 6b。在构成热交换集管的冷热水集管6a、 6b的下端部上分别设置了用于使 作为热交换液的冷水或热水流入流出的冷热水入口通道7a和冷热水出口通 道7b。 S卩，冷热水入口通道7a和冷热水出口通道7b具有与气体出口通道 5b相同的朝向。图2是包括图1中的血液入口通道3a和血液出口通道3b的垂直方向 的截面图。如图2所示，气体交换部1的内腔中配置了中空纤维膜8的束 即中空纤维束。中空纤维束具有多个多孔质中空纤维膜8以其轴方向为垂 直方向排列并层叠的形态。热交换部2的内腔中配置了不锈钢管束。不锈 钢管束具有构成热交换管的多个不锈钢管9以其轴方向为水平方向排列并 层叠的形态。因此，形成不锈钢管束的不锈钢管9的排列方向垂直于形成 中空纤维束的中空纤维膜8的排列方向。中空纤维束和不锈钢管束在它们 的边界部相互紧密地配置。中空纤维束和不锈钢管束之间的间隔为0 2mm。在包括中空纤维束和不锈钢管束的两端部在内的外周区域中填充灌封 材料，从而形成了灌封部10。灌封部10的内腔形成了在水平方向上横切中 空纤维膜8和不锈钢管9而延伸的圆筒状血液流路。为了容易地判断灌封 部IO所形成的血液流路的形状，在图3中仅示出了中空纤维膜8和不锈钢 管9以及在其外周部上形成的灌封部10。如图2中的箭头所示，从血液入口通道3a流入的血液经过灌封部10 的内腔的血液流路后从血液出口通道3b流出。另外，通过设置在气体交换 部1上下的集气管4a、 4b，从而在形成中空纤维束的中空纤维膜8的两端 附近形成了空隙lla和llb，中空纤维膜8在灌封部10的端面处向空隙lla、 llb开口。因此，从气体入口通道5a流入的含氧气体在空隙lla中蔓延、 由各中空纤维膜8的一端进入内腔、从各中空纤维膜8的另一端经过空隙 11b后从气体出口通道5b流出。在这期间，进行与血液之间的气体交换。图4是沿图2的A-A线的截面图。如图4所示，通过设置在热交换部2的左右的冷热水集管6a、 6b，在形成不锈钢管束的不锈钢管9的两端附 近形成了空隙12a、 12b，不锈钢管9在灌封部10的端面处向空隙12a、 12b 开口 。因此，从冷热水入口通道7a流入的热交换液即冷水或热水在空隙12a 内蔓延、从各不锈钢管9的一端进入内腔、从各不锈钢管9的另一端经过 空隙12b后从冷热水出口通道7b流出。在这期间，进行与血液之间的热交 换。在以上结构的中空纤维膜型人工肺中，中空纤维束和不锈钢管束相互 紧密地配置，不需要像图5的现有例那样的成为死空间的开口空隙部33。 其原因是，由于中空纤维膜8和不锈钢管9相互垂直地配置，因此配置在 它们两端部上的集气管4a、 4b和冷热水集管6a、 6b相互避开而不邻接。因 此，中空纤维束和不锈钢管束之间不用设置间隙就可以安装集气管4a、 4b 和冷热水集管6a、 6b。其结果，可以避免血液填充量的无用增大。血液填 充量是在人工肺工作时填充在气体交换部1和热交换部2的组件内的血液 的体积，血液填充量越小，则对患者的负担越小，在实用上是有益的。另外，中空纤维膜8和不锈钢管9并不是必须要完全地垂直。B卩，只 要是相互交叉的状态，就可以得到相应的效果。以下，对通过将中空纤维膜8和不锈钢管9相互垂直地配置、冷热水 入口通道7b和冷热水出口通道7b形成在与气体出口通道5b相同的方向上 所得到的特有的效果进行说明。首先，通过朝下设置气体出口通道5b，可以避免结露造成的不良情况。 即，有时流过中空纤维膜8的气体被血液夺去热量而发生结露。其结果， 中空纤维膜8的内腔被水滴堵塞，气体的流动变差，气体交换的效率降低。 即使发生这样的情况，若朝下设置气体出口通道5b，则水滴就可以向下流 出。进而，由于其移动方向与气体的流向相同，因此容易除去，可以避免 中空纤维膜8的内腔被水滴堵塞。另一方面，将冷热水入口通道7b和冷热水出口通道7b也都朝下设置 是合适的。这是由于，冷热水的配管不用围在中空纤维膜型人工肺的上方 而仅配置在下方。由于热交换用的冷热水未必要维持清洁度，因此，考虑 到漏水吋污染的影响，不优选冷热水的配管位于中空纤维膜型人工肺的上 方。若将冷热水入口通道7b和冷热水出口通道7b朝下设置，则可以通过合理的、自然的配管而避免其围在中空纤维膜型人工肺的上方。为了使冷热水入口通道7b和冷热水出口通道7b朝下，将不锈钢管9 在水平方向上排列是适合的。若在垂直方向上排列，则从与不锈钢管9的 上端对应的口向下安装配管会有些困难。另外，若不锈钢管9在垂直方向 上排列，则配管会一度经过中空纤维膜型人工肺的上方，因而不优选。基于以上理由，中空纤维膜8和不锈钢管9相互垂直对实用上的配管 是有利的。另外，如上所述，通过使由灌封部IO形成的血液流路为圆形截面，从 而难以产生血液滞留部，可以减轻血栓的形成。另外，能够实现血液流动 最合适、且血液填充量有所减少、可以相对于所得到的气体交换能充分地 小型化的中空纤维膜型人工肺。进而，通过将流路形成圆形截面，灌封工程变得简便。为了在中空纤 维束和不锈钢束的端部填充灌封材料，将中空纤维束和不锈钢管束收纳在 壳体中之后离心地填充灌封材料。即，在平行于中空纤维束的中空纤维膜8 和不锈钢管束的不锈钢管9且与血液流路方向垂直的面内，使中空纤维束 和不锈钢管束绕着成为血液流路的中心的位置旋转，同时进行灌封材料的 填充。由此，灌封材料被填充以形成圆形截面的内腔。根据此方法，可以 容易地形成大致圆形截面的流路。另外，通过一次的灌封材料填充工程， 可以固定中空纤维束和不锈钢管束的四周，可以大幅度地简化制造工程。 另外，由于血液流路没有高度差，因此可以抑制血液滞留和血栓的形成。在上述结构的中空纤维膜型人工肺中，作为包含气体交换部l、集气管 4a和4b、热交换部2以及冷热水集管6a、 6b的壳体的材质，例如可以使 用聚碳酸酯。作为中空纤维膜的材质，可以使用聚氨酯树脂。灌封材料优 选外侧为环氧树脂、内侧为聚氨酯树脂的双层结构。这是为了使外侧与壳 体内表面的粘附性良好、使内侧与中空纤维膜和不锈钢管的粘附性良好。根据本发明的中空纤维膜型人工肺，对下述构成的中空纤维膜型人工 肺是有用的不必无用地增大血液填充量即可将热交换部与气体交换部一 并设置，并可以同时进行气体交换和热交换。
权利要求
1. 中空纤维膜型人工肺，其具有中空纤维束，其是将多个多孔质中空纤维膜在一个方向上排列并层叠 而形成的；热交换管束，其是将多个热交换管在一个方向上排列并层叠而形成的， 且相对于所述中空纤维束并列设置；灌封材料，其填充在包括所述中空纤维膜和所述热交换管束的两端部 在内的区域内，并形成横切所述中空纤维膜和所述热交换管而延伸的血液 流路；以及壳体，其收纳所述中空纤维束和所述热交换管束，其具有形成面向 所述中空纤维膜的两端的各气体入口通道和气体出口通道的集气管、形成 面向所述热交换管束的两端的各热交换液入口通道和热交换液出口通道的 热交换集管、以及面向所述血液流路的两端的血液入口通道和血液出口通 道；其中，所述中空纤维膜型人工肺按照下述方式构成通过血液在所述血液流路中流动，同时含氧气体在所述中空纤维膜的内腔中流动，从而进 行所述血液和所述气体之间的气体交换，通过热交换液在所述热交换管的 内腔中流动，从而进行所述血液和所述热交换液之间的热交换，其特征在于，使构成所述热交换管束的所述热交换管的排列方向与构 成所述中空纤维束的所述中空纤维膜的排列方向交叉，从而将所述中空纤 维束和所述热交换管束紧密地层叠。
2. 权利要求1记载的中空纤维膜型人工肺，其中，使构成所述热交换 管束的所述热交换管的排列方向垂直于构成所述中空纤维束的所述中空纤 维膜的排列方向。
3. 权利要求1记载的中空纤维膜型人工肺，其中，所述热交换集管所 形成的所述热交换液入口通道和所述热交换液出口通道形成在与所述气体 出口通道相同的方向上。
4. 权利要求1记载的中空纤维膜型人工肺，其中，所述热交换管为不 锈钢管。
5. 权利要求1记载的中空纤维膜型人工肺，其中，所述血液流路在血 液流动方向上的截面实质上为圆形。
6. 权利要求1记载的中空纤维膜型人工肺，其中，由所述灌封材料形 成的横切所述中空纤维束的血液流路与由所述灌封材料形成的横切所述中 空纤维束的血液流路被调整为在相互的边界处未形成高度差的同平面的状 态。
全文摘要
本发明提供一种中空纤维膜型人工肺，其具备将多个多孔质中空纤维膜(8)在一个方向上排列而形成的中空纤维束、将多个热交换管(9)在与中空纤维膜交叉的一个方向上排列并层叠而形成且相对于中空纤维束并列设置的热交换管束、以及填充于包括中空纤维膜和热交换管的两端部在内的区域内且形成横切中空纤维膜和热交换管而延伸的血液流路的灌封材料(10)。壳体具有面向血液流路两端的血液通道(3a、3b)、形成面向中空纤维膜两端的气体通道(5a、5b)的集气管(4a、4b)、以及形成面向热交换管束两端的热交换液通道(7a、7b)的热交换集管(6a、6b)。通过血液在血液流路中流动，含氧气体在中空纤维膜的内腔中流动，从而进行气体交换，通过热交换液在热交换管的内腔中流动，从而进行热交换。不必无用地增大血液填充量即可构成一并设置有气体交换部和热交换部的中空纤维膜型人工肺。
文档编号A61M1/18GK101312758SQ200680043470
公开日2008年11月26日 申请日期2006年10月20日 优先权日2005年11月24日
发明者新妻友和 申请人:株式会社Jms