JP2021023470A

JP2021023470A - 人工肺

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Publication number: JP2021023470A
Application number: JP2019142417A
Authority: JP
Inventors: 亮平和泉; Ryohei Izumi; 吉田　伸一; Shinichi Yoshida; 伸一吉田; 恭之 ▲徳▼重; Yasuyuki Tokushige
Original assignee: JMS Co Ltd
Current assignee: JMS Co Ltd
Priority date: 2019-08-01
Filing date: 2019-08-01
Publication date: 2021-02-22
Anticipated expiration: 2039-08-01
Also published as: JP7400253B2

Abstract

【課題】熱交換の効率を向上できる熱交換部を備える人工肺を提供すること。【解決手段】人工肺１は、熱交換部２を備える人工肺１であって、熱交換部２は、複数の中空糸膜２２が積層されて構成され、中空糸膜２２は、所定方向に延びる複数の中空糸２２１が平行に並んで配置されることで形成されており、熱交換部２は、積層された複数の中空糸膜２２の両端部に形成される熱媒体導入側部２０１及び熱媒体排出側部２０２を有し、熱媒体導入側部２０１及び前記熱媒体排出側部２０２は、それぞれ、円弧状に形成される。【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換部を備える人工肺に関する。

従来、複数の管状のパイプが並べられて形成された熱交換部を備える人工肺が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第２７００１７０号公報

人工肺に備えられる熱交換部において、圧力損失が大きく、熱交換の効率が低いことがあった。そのため、熱交換の効率を向上できる熱交換部を備える人工肺が望まれている。

本発明は、熱交換の効率を向上できる熱交換部を備える人工肺を提供することを目的とする。

本発明は、熱交換部を備える人工肺であって、前記熱交換部は、複数の中空糸膜が積層されて構成され、前記中空糸膜は、所定方向に延びる複数の中空糸が平行に並んで配置されることで形成されており、前記熱交換部は、前記積層された複数の中空糸膜の両端部に形成される熱媒体導入側部及び熱媒体排出側部を有し、前記熱媒体導入側部及び前記熱媒体排出側部は、それぞれ、円弧状に形成される人工肺に関する。

また、前記熱交換部は、前記複数の中空糸膜を収容するケーシング部材を備え、前記ケーシング部材は、内部に前記複数の中空糸膜が配置されると共に両端の側方が開放して形成されるケース本体と、前記熱媒体導入側部の側部を覆うように配置され外側面が円弧状の熱媒体導入ケース本体と、前記熱媒体排出側部の側部を覆うように配置され外側面が円弧状の熱媒体排出ケース本体と、を有することが好ましい。

また、前記積層された複数の中空糸膜のうち一の中空糸膜の中空糸と他の中空糸膜の中空糸とは、角度を有した状態で配置されることが好ましい。

本発明によれば、熱交換の効率を向上できる熱交換部を備える人工肺を提供することができる。

本発明の一実施形態の人工肺を示す図である。本発明の熱交換部を示す図である。熱交換部において流体導入ケース部及び流体排出ケース部を取り外した状態を示す斜視図である。熱交換部における複数の中空糸膜の積層の状態を示す図である。本発明の一実施形態のガス交換部を示す図である。ガス交換部において流体導入ケース部及び流体排出ケース部を取り外した状態を示す斜視図である。ガス交換部における複数の中空糸膜を積層の状態を示す図である。熱交換部及びガス交換部の中空糸束のモデルの一例を示す図であって、中空糸束の全体を四角形状としてＸ方向の両端部を直線状に形成した場合を示す図である。熱交換部及びガス交換部の中空糸束のモデルの一例を示す図であって、中空糸束のＸ方向の両端部を円弧状に形成した場合を示す図である。

図１を参照して、一実施形態に係る人工肺１について説明する。図１は、本発明の一実施形態の人工肺１を示す図である。
人工肺１は、図１に示すように、熱交換部２と、ガス交換部３と、を備える。熱交換部２及びガス交換部３は、血液の流通方向Ｂ（図１における上方側から下方側に向かう方向）に沿って、この順に配置されている。

なお、本実施形態の説明においては、血液の流通方向Ｂに直交（交差）する方向において、熱交換部２の中空糸束２０の流体導入円弧状側面２０１及び流体排出円弧状側面２０２における互いの円弧状の部分を最短距離で結ぶ方向を、Ｘ方向（図１及び図２の左右方向）という。Ｘ方向は、ガス交換部３の中空糸束３０の流体導入円弧状側面３０１及び流体排出円弧状側面３０２が離間する方向でもある。また、血液の流通方向Ｂに直交する方向で、かつ、Ｘ方向に直交する方向を、Ｙ方向（図２の上下方向）という。

熱交換部２及びガス交換部３を備える人工肺１においては、血液の流通方向Ｂに沿って、血液流路１１が形成されている。熱交換部側血液入口２１２ｂを通って熱交換部２に導入された血液は、血液流路１１の熱交換部側血液流路１１１において、Ｘ方向及びＹ方向に広がった状態で流通方向Ｂに流通されて、ガス交換部３に導入される。ガス交換部３に導入された血液は、血液流路１１のガス交換部側血液流路１１２において、Ｘ方向及びＹ方向に広がった状態で流通され、ガス交換部側血液出口３１３ｂから排出される。

熱交換部２及びガス交換部３について説明する。図２〜図４は、熱交換部２の構成を示す図である。図５〜図７は、ガス交換部３の構成を示す図である。
熱交換部２は、図１〜図３に示すように、ハウジング２１（ケーシング部材）と、ハウジング２１の内部に収容される中空糸束２０と、を備える。
また、ガス交換部３は、図１、図５、図６に示すように、ハウジング３１（ケーシング部材）と、ハウジング３１の内部に収容される中空糸束３０と、を備える。

熱交換部２及びガス交換部３において、ハウジング２１，３１は、それぞれ、図２、図３、図５及び図６に示すように、複数の部材が組み合わされて形成される。ハウジング２１，３１は、Ｘ方向の両端部側が円弧状に形成されると共に、Ｙ方向の両端部側がＸ方向に延びる直線状に形成される（図２、図５参照）。ハウジング２１，３１の内部には、中空糸束２０，３０が収容されている。中空糸束２０，３０は、図１に示すように、複数の中空糸膜２２，３２が積層されることで構成される。本実施形態においては、血液の流通方向Ｂにおいて、ガス交換部３における中空糸束３０の厚さは、熱交換部２における中空糸束２０の厚さよりも大きく形成される。

中空糸束２０，３０における複数の中空糸膜２２，３２の積層構造について説明する。
複数の中空糸膜２２，３２は、Ｘ方向及びＹ方向に延びる膜状に形成され、血液の流通方向Ｂに積層されて配置されることで、中空糸束２０，３０を構成する。複数の中空糸膜２２，３２のＸ方向の両端部は、図１に示すように、一対のシール部２３，３３により保持されている。一対のシール部２３及び一対のシール部３３は、複数の中空糸膜２２，３２のＸ方向の両端部において中空糸２２，３２の積層方向に延びて繋がっている。

中空糸膜２２，３２は、図２、図４、図５及び図７に示すように、所定方向（例えば、第１方向Ｄ１ａ，Ｄ１ｂ、第２方向Ｄ２ａ，Ｄ２ｂ）に延びる直線状の中空糸２２１，３２１が平行に複数並んで配置されることで簾（すだれ）状の膜状に形成される。複数の中空糸２２１，３２１は、平行に並べられて、隣り合う中空糸２２１，３２１同士が互いに接触した状態で配置されている。複数の中空糸２２１，３２１は、中空糸２２１，３２１が延びる方向の途中において糸などでつなぎ合わされている。血液は、複数の中空糸２２１，３２１の間を流通する。

従来、例えば、ガス交換部において、複数の中空糸膜を積層して中空糸束を構成することがあった。この場合に、中空糸膜を、複数本の中空糸をほぼ平行に配置して、複数本の中空糸を糸などでつなぎ合わせることで簾（すだれ）状に形成して、中空糸束を、簾状の中空糸膜を複数枚積層することで構成することがあった。複数枚の中空糸膜を積層する場合に、複数の中空糸が延びる方向を同じ方向にした状態で複数枚の中空糸膜を積層すると、一の中空糸膜を構成する複数の中空糸のうちの隣り合う中空糸の間に積層方向に配置される他の中空糸膜の中空糸が入り込む部分と、一の中空糸膜の中空糸が他の中空糸膜の中空糸に重なる部分とが形成されることで、積層方向の間隔にばらつきが生じて、一部で不均一となることがあった。複数の中空糸膜の積層方向の間隔が極端に狭い場合には、熱交換部の熱交換効率、圧力損失及びガス交換部のガス交換効率、さらに、熱交換部及びガス交換部の両者における血液流路の圧力損失がバラつく可能性がある。

これに対して、本発明の熱交換部２の中空糸束２０及びガス交換部３の中空糸束３０は、次のように構成される。
熱交換部２の中空糸束２０及びガス交換部３の中空糸束３０において、図４又は図７に示すように、一の中空糸膜２２Ａ，３２Ａの中空糸２２１Ａ，３２１Ａと他の中空糸膜２２Ｂ，３２Ｂの中空糸２２１Ｂ，３２１Ｂとは、角度θ１，θ２を有した状態で積層されて配置される。

本実施形態においては、図２、図４、図５及び図７に示すように、一の中空糸膜２２Ａ，３２Ａの複数の中空糸２２１Ａ，３２１Ａは、Ｘ方向に平行に延びており、互いに並んで配置される。複数の中空糸２２１Ａ，３２１Ａが延びる方向である第１方向Ｄ１ａ，Ｄ１ｂは、Ｘ方向に平行な方向である。
他の中空糸膜２２Ｂ，３２Ｂの複数の中空糸２２１Ｂ，３２１Ｂは、Ｘ方向に対して角度θ１，θ２を有した状態で、Ｘ方向の一方側（図２及び図５の左側）から他方側（図２及び図５の右側）に向かうに従ってＹ方向の一方側（図２及び図５の上方側）から他方側（図２及び図５の下方側）に向かうように、Ｘ方向に対して傾斜する直線状に延びており、互いに平行に並んで配置される。複数の中空糸２２１Ｂ，３２１Ｂが延びる方向である第２方向Ｄ２ａ，Ｄ２ｂは、Ｘ方向に対して角度θ１，θ２傾斜する方向である。

また、本実施形態においては、一の中空糸膜２２Ａ，３２Ａと他の中空糸膜２２Ｂ，３２Ｂとは、一の中空糸膜２２Ａ，２３Ａの中空糸２２１Ａ，３２１Ａと他の中空糸膜２２Ｂ，３２Ｂの中空糸２２１Ｂ，３２１Ｂとが角度θ１，θ２を有した状態で交互に積層されることで、複数の層を形成する。図２及び図５に示すように、一の中空糸膜２２Ａ，３２Ａの複数の中空糸２２１Ａ，３２１Ａと他の中空糸膜２２Ｂ，３２Ａの複数の中空糸２２１Ｂ，３２１Ｂとは、血液の流通方向Ｂに視た場合に、互いが角度θ１，θ２を有した状態で交差しており、格子状に配置される。
なお、一の中空糸膜２２Ａ，３２Ａの中空糸２２１Ａ，３２１Ａと他の中空糸膜２２Ｂ，３２Ｂの中空糸２２１Ｂ，３２１Ｂとは、一部において角度θ１，θ２となるように積層されていればよく、複数の中空糸膜２２，３２の全てにおいて角度θ１，θ２が交互になるように配置されていなくてもよい。

熱交換部２において、複数の中空糸膜２２が積層されることで形成された中空糸束２０は、図２及び図３に示すように、流体導入円弧状側面２０１（熱媒体導入側部）と、流体排出円弧状側面２０２（熱媒体排出側部）と、を有する。
また、ガス交換部３において、複数の中空糸膜３２が積層されることで形成された中空糸束３０は、図５及び図６に示すように、流体導入円弧状側面３０１（ガス導入側部）と、流体排出円弧状側面３０２（ガス排出側部）と、を有する。

流体導入円弧状側面２０１，３０１は、Ｘ方向における流体（冷温水、酸素ガス）が導入される側の端部（図２及び図５におけるＸ方向の一方側の端部）において、外側に凸となる円弧状に形成される。流体導入円弧状側面２０１，３０１は、後述するハウジング２１，３１の流体導入ケース部２１４，３１４に覆われている。
流体排出円弧状側面２０２，３０２は、Ｘ方向における流体（冷温水、酸素ガス）が排出される側の端部（図２及び図５におけるＸ方向の他方側の端部）において、外側に凸となる円弧状に形成される。流体排出円弧状側面２０２，３０２は、ハウジング２１，３１の流体排出ケース部２１５，３１５に覆われている。
本実施形態においては、流体導入円弧状側面２０１，３０１及び流体排出円弧状側面２０２，３０２は、複数の中空糸膜２２，３２を積層することで構成される中空糸束２０，３０のＸ方向の両端部において、例えば、熱で溶断することや、ナイフでカットすることで円弧状に形成されている。

中空糸束２０は、流体導入円弧状側面２０１及び流体排出円弧状側面２０２において、Ｘ方向の両端面が円弧状に形成されるため、Ｙ方向の両端部側（図２における上下方向の両端部側）において、冷温水が通る流路の長さを短くできるため、冷温水の圧力損失を低下させることができる。その結果、冷温水の流量が増加して、冷温水の熱交換の効率が向上する。なお、熱交換部２においては、冷温水は一定圧力で流されるため、圧力損失が低くなると、流速が速くなり、流量が増加する。しかし、ガス交換部３においては、酸素ガスは一定流量で流されるため、圧力損失が低下しても、ガス交換部３全体で見た場合の流速は変わらない。

ここで、例えば、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、人工肺の熱交換部及びガス交換部を構成する中空糸束５０のモデルの一例について説明する。
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、中空糸束５０のモデルの一例において、一の中空糸束５２Ａと他の中空糸束５２Ｂとが積層され、一の中空糸束５２Ａの中空糸５２１Ａと他の中空糸束５２Ｂの中空糸５２１Ｂとが、角度αを有した状態で配置される構成のものがある。一の中空糸束５２Ａの複数の中空糸５２１Ａと他の中空糸束５２Ａの複数の中空糸５２１Ｂとは、血液の流通方向Ｂに視た場合に、互いが角度αを有した状態で交差して、格子状に配置される。

図８Ａ（ａ）及び図８Ｂ（ａ）において、一の中空糸束５２Ａの複数の中空糸５２１Ａは、Ｘ方向の一方側（例えば、図８Ａ及び図８Ｂの左側）が下方になるようにＸ方向に対して角度αａで右上がりに傾斜した直線状に延びており、互いに平行に配置されている。また、他の中空糸束５２Ｂの複数の中空糸５２１Ｂは、Ｘ方向の他方側（例えば、図８Ａ及び図８Ｂの右側）が下方になるようにＸ方向に対して角度αｂで左上がりに傾斜した直線状に延びており、互いに平行に配置されている。

図８Ａ及び図８Ｂに示すように、右上がりに傾斜して配置される複数の中空糸５２１Ａが配置される領域のうち、領域Ｒ１、Ｒ２（直角三角形状の領域）は、Ｙ方向の一方側の端部又は他方側の端部に達しており、流体（冷温水、酸素ガス）の流通に使用されない中空糸が存在する領域である。
また、左上がりに傾斜して配置される複数の中空糸５２１Ｂが配置される領域のうち、領域Ｒ３、Ｒ４（直角三角形状の領域）は、Ｙ方向の一方側の端部又は他方側の端部に達しており、流体（冷温水、酸素ガス）の流通に使用されない中空糸が存在する領域である。

また、複数の中空糸５２１Ａと複数の中空糸５２１Ｂとが角度αを有した状態で、中空糸束５２Ａ，５２Ｂが重ねられることで、図８Ａ（ｂ）及び図８Ｂ（ｂ）に示すように、右上がりに傾斜する複数の中空糸５２１Ａが配置される領域のうちＸ方向の両端部が流体導入側面５０１及び流体排出側面５０２に達して配置される領域ＲＡと、左上がりに傾斜する複数の中空糸５２１Ｂが配置される領域のうちＸ方向の両端部が流体導入側面５０１及び流体排出側面５０２に達して配置される領域ＲＢと、が重なる領域ＲＸは、複数の中空糸５２１Ａ及び複数の中空糸５２１Ｂの両方のＸ方向の全域に亘って、流体（冷温水、酸素ガス）が流れる領域である。

一方、右上がりに傾斜する複数の中空糸５２１Ａが配置される領域のうちＸ方向の両端部が流体導入側面５０１及び流体排出側面５０２に達して配置される領域ＲＡと、複数の中空糸５２１ＢにおけるＹ方向の一方側の端部又は他方側の端部に達して配置される領域Ｒ３，Ｒ４（直角三角形状の領域）と、が重なる領域ＲＺ１，ＲＺ２は、領域ＲＸに流れる流体の量の半分の量の流体（冷温水、酸素ガス）しか流れない領域となる。

また、左上がりに傾斜する複数の中空糸５２１Ｂが配置される領域のうちＸ方向の両端部が流体導入側面５０１及び流体排出側面５０２に達して配置される領域ＲＢと、複数の中空糸５２１ＡにおけるＹ方向の一方側の端部又は他方側の端部に達して配置される領域Ｒ１，Ｒ２（直角三角形状の領域）と、が重なる領域ＲＹ１，ＲＹ２は、領域ＲＸに流れる流体の量の半分の量の流体（冷温水、酸素ガス）しか流れない領域となる。

ここで、全体を四角形状としてＸ方向の両端部を直線状に形成した図８Ａに示す中空糸束５０Ａのモデルの場合と、Ｘ方向の両端部を円弧状に形成した図８Ｂに示す中空糸束５０Ｂのモデルの場合とを比較する。
複数の中空糸５２１Ａ及び複数の中空糸５２１ＢにおいてＸ方向の全域に亘って流体（冷温水、酸素ガス）が流れる領域ＲＸについて両者を比較すると、中空糸束５０ＢのＸ方向の両端部を円弧状に形成した場合の領域ＲＸｂ（図８Ｂ（ｂ）参照）は、中空糸束５０Ａの全体を四角形状としてＸ方向の両端部を直線状に形成した場合の領域ＲＸａ（図８Ａ（ｂ）参照）よりも広くなる。
また、中空糸束５０ＢのＸ方向の両側面（流体導入側面５０１Ｂ及び流体排出側面５０２Ｂ）を円弧状に形成した場合には、中空糸束５０ＡのＸ方向の両側面（流体導入側面５０１Ａ及び流体排出側面５０２Ａ）を直線状に形成した場合よりも、Ｙ方向の両側面間のＸ方向の長さが短くなる。

従って、中空糸束５０ＢのＸ方向の両端部を円弧状に形成した場合には、中空糸束５０Ａの全体を四角形状としてＸ方向の両側面を直線状に形成した場合に比べて、流体（冷温水、酸素ガス）が流れる領域を広くすることができ、より多くの中空糸５２１に流体を流すことができる。よって、流体（冷温水、酸素ガス）の熱交換又はガス交換の効率を向上させることができる。また、中空糸束５０は、Ｘ方向の両端面が円弧状に形成されるため、Ｙ方向の両端部側において、冷温水が通る流路の長さを短くでき、冷温水の圧力損失が低下するため、熱交換効率が向上する。

また、中空糸束５０ＢのＸ方向の両側面を円弧状に形成した場合には、中空糸束５０Ａの全体を四角形状としてＸ方向の両側面を直線状に形成して角部を直角に形成した場合に比べて、角部の一辺が円弧状に形成されるため、流体の滞留が低減されて、流体を効率よく流すことができる。よって、流体（冷温水、酸素ガス）の熱交換又はガス交換の効率の低下を防ぐことができる。

以上のような中空糸束５０のモデルの一例の説明と同様に、本実施形態においても、熱交換部２において、図２に示すように、中空糸束２０のＸ方向の両側面を円弧状に形成することで、冷温水の圧力損失を低下させつつ、熱交換の効率を維持できる。
また、ガス交換部３において、図５に示すように、中空糸束３０のＸ方向の両側面を円弧状に形成することで、酸素ガスの圧力損失を低下させつつ、ガス交換の効率を維持できる。

ここで、本実施形態において、一の中空糸膜２２Ａ，３２Ａの中空糸２２１Ａ，３２１Ａと他の中空糸膜２２Ｂ，３２Ｂの中空糸２２１Ｂ，３２１Ｂとの成す角度θ１，θ２が大きい場合には、Ｙ方向の一方側の端面（例えば、図２、図５における上方側の端面）又は他方側の端面（例えば、図２、図５における下方側の端面）に達して配置される中空糸２２１Ａ，３２１Ａが多くなり、Ｘ方向の全域に亘って流体が流れる領域が狭くなる。これにより、流体の交換に使用されない中空糸２２１，３２１が増加する。一方、一の中空糸膜２２Ａ，３２Ａの中空糸２２１Ａ，３２１Ａと他の中空糸膜２２Ｂ，３２Ｂの中空糸２２１Ｂ，３２１Ｂとの角度θ１，θ２が小さい場合には、角度θ１，θ２をつけて積層する場合の製造上の精度管理が難しい。

そのため、角度θ１，θ２としては、流体（冷温水、酸素ガス）が流れる領域を確保した上で、かつ、製造上の精度管理が難しくない角度の範囲で設定される。一の中空糸膜２２Ａ，３２Ａの中空糸２２１Ａ，３２１Ａと他の中空糸膜２２Ｂ，３２Ｂの中空糸２２１Ｂ，３２１Ｂとの成す角度θ１，θ２は、例えば、１〜９０°であることが好ましく、３〜３０°であることがより好ましい。

熱交換部２の中空糸束２０の各中空糸膜２２は、それぞれ、内部に熱媒体を流通させることで熱交換機能を有する。また、ガス交換部３の中空糸束３０の各中空糸膜３２は、それぞれ、内部に酸素ガスを流通させることでガス交換機能を有する。
中空糸膜２２，３２としては、例えば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）やポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）からなる中空糸を用いた中空糸膜を用いることができる。
本実施形態においては、熱交換部２の中空糸束２０の中空糸膜２２の膜厚は、例えば、５０〜７０μｍのものを用いている。また、熱交換部２の中空糸束２０は、複数の中空糸膜２２を、例えば、５〜３０層に積層することで構成している。
また、ガス交換部３の中空糸束３０の中空糸膜３２の膜厚は、例えば、５０〜１００μｍのものを用いている。また、ガス交換部３の中空糸束３０は、中空糸膜３２を、例えば、１００〜１５０層に積層することで構成している。

また、本実施形態においては、図２及び図５に示すように、熱交換部２及びガス交換部３において、一の中空糸膜２２Ａ，３２Ａの複数の中空糸２２１Ａ，３２１Ａは、Ｘ方向に平行な第１方向Ｄ１ａ，Ｄ１ｂに延びて配置される。また、他の中空糸膜２２Ｂ，３２Ｂの複数の中空糸２２１Ｂ，３２１Ｂは、Ｘ方向に対して角度θ１，θ２傾斜する第２方向Ｄ２ａ，Ｄ２ｂに延びて配置される。

そのため、他の中空糸膜２２Ｂ，３２Ｂの複数の中空糸２２１Ｂ，３２１Ｂは、Ｙ方向の一方側の端面（例えば、図２、図５における上方側の端面）又は他方側の端面（例えば、図２、図５における下方側の端面）に達して配置される領域を有し、流体（冷温水、酸素ガス）の流通に使用されない中空糸が存在する領域である。
一方、一の中空糸膜２２Ａ，３２Ａの複数の中空糸２２１Ａ，３２１Ａの全ては、Ｘ方向の両側面に亘って延びており、全ての複数の中空糸２２１Ａ，３２１Ａが使用されることになり、流体の交換に使用されない中空糸は存在しない。
これにより、本実施形態においては、一の中空糸膜２２Ａ，３２Ａと他の中空糸膜２２Ｂ，３２Ｂとが積層して配置される構成において、少なくとも、一の中空糸膜２２Ａ，３２Ａの全ての複数の中空糸２２１Ａ，３２１Ａの全てに流体（冷温水、酸素ガス）を流通させることができる。よって、熱交換機能又はガス交換機能を確保することができる。

一対のシール部２３，３３は、図１に示すように、流体導入ケース部２１４，３１４や流体排出ケース部２１５，３１５に血液が浸入しないように、複数の中空糸膜２２，３２のＸ方向の両端側をシールしている。シール部２３，３３によるシールは、例えば、複数の中空糸膜２２，３２のＸ方向の両端に接着剤を充填することで行われ、中空糸膜２２，３２のＸ方向の両側面は、例えば、ナイフなどでカットされることで露出される。このため、流体導入ケース部２１４，３１４と流体排出ケース部２１５，３１５とは、中空糸膜２２，３２を介して連通している。一方、一対のシール部２３，３３のＸ方向の内側の血液流路１１において、複数の中空糸膜２２，３２は、シールされていない。

熱交換部２の中空糸束２０は、熱交換部２のハウジング２１に収容される。
熱交換部２のハウジング２１は、図１〜図３に示すように、ケース本体２１１（ケース本体）と、熱交換用の冷温水（熱媒体）を導入するための流体導入ケース部２１４（熱媒体導入ケース部）と、冷温水を排出するための流体排出ケース部２１５（熱媒体排出ケース部）と、を有する。
ケース本体２１１には、図１〜図３に示すように、複数の中空糸膜２２により構成される中空糸束２０が配置される。ケース本体２１１は、血液の流通方向Ｂに交差するＸ方向の両端の側方が開放して形成される。ケース本体２１１は、入口側板２１２ａを有し、熱交換部側血液流路１１１の下流側の端部が開放して形成される。

入口側板２１２ａは、図１に示すように、熱交換部２における血液の流通方向Ｂの上流側の端部側に配置される。入口側板２１２ａには、熱交換部側血液入口２１２ｂが形成される。
熱交換部側血液入口２１２ｂは、血液が熱交換部２に導入されるポートである。熱交換部側血液入口２１２ｂは、人工肺１における熱交換部側血液流路１１１の最上流側において、血液の流通方向Ｂに延びる筒状に形成される。

ガス交換部３の中空糸束３０は、熱交換部２のハウジング３１に収容される。
ガス交換部３のハウジング３１は、図４〜６に示すように、ケース本体３１１（ケース本体）と、酸素ガスを導入するための流体導入ケース部３１４と、酸素ガスを排出するための流体排出ケース部３１５と、を有する。

ケース本体３１１には、図１、図５及び図６に示すように、複数の中空糸膜３２により構成される中空糸束３０が配置される。ケース本体３１１は、血液の流通方向Ｂに交差するＸ方向の両端の側方が開放して形成される。ケース本体３１１は、出口側板３１３ａを有し、ガス交換部側血液流路１１２の上流側の端部が開放して形成される。ケース本体３１１のガス交換部側血液流路１１２の上流側の端部は、熱交換部２のケース本体２１１の熱交換部側血液流路１１１の下流側の端部に接続される。

出口側板３１３ａは、ガス交換部３における血液の流通方向Ｂの下流側の端部側に配置される。出口側板３１３ａには、ガス交換部側血液出口３１３ｂが形成される。
ガス交換部側血液出口３１３ｂは、血液がガス交換部３から外部に排出されるポートである。ガス交換部側血液出口３１３ｂは、出口側板３１３ａに形成され、人工肺１におけるガス交換部側血液流路１１２の最下流側において、血液の流通方向Ｂに延びる筒状に形成される。

熱交換部２のハウジング２１及びガス交換部３のハウジング３１において、流体導入ケース部２１４，３１４は、流体（熱交換用の冷温水、ガス交換用の酸素ガス）を導入する導入路を構成する。
流体導入ケース部２１４，３１４は、図２、図３、図５及び図６に示すように、流体導入ケース本体２１４ｂ，３１４ｂ（熱媒体導入ケース本体、流体導入ケース本体）と、流体導入ポート２１４ａ，３１４ａと、を有する。

流体導入ケース本体２１４ｂ，３１４ｂは、中空糸束２０，３０の流体導入円弧状側面２０１，３０１の側部を覆うように配置される。流体導入ケース本体２１４ｂ，３１４ｂは、外側面が、Ｘ方向の一方側に凸となる円弧状に形成され、内側面が、Ｘ方向の一方側に凹んだ凹となる円弧状に形成される。

流体導入ポート２１４ａ，３１４ａは、流体導入ケース本体２１４ｂ，３１４ｂのＹ方向の一端部側からＹ方向の外側に延出する筒状に形成される。流体導入ポート２１４ａ，３１４ａは、流体（冷温水、酸素ガス）が導入されるポートである。流体導入ポート２１４ａ，３１４ａから導入された流体（冷温水、酸素ガス）は、流体導入ケース本体２１４ｂ，３１４ｂを通って、ケース本体２１１，３１１のＸ方向の一端部側の側部から、ケース本体２１１，３１１の内部に導入される。

熱交換部２のハウジング２１及びガス交換部３のハウジング３１において、流体排出ケース部２１５，３１５は、流体（熱交換用の冷温水、ガス交換用の酸素ガス）を排出する排出路を構成する。
流体排出ケース部２１５，３１５は、図２、図３、図５及び図６に示すように、流体排出ケース本体２１５ｂ，３１５ｂ（熱媒体排出ケース本体、流体排出ケース本体）と、流体排出ポート２１５ａ，３１５ａと、を有する。

流体排出ケース本体２１５ｂ，３１５ｂは、中空糸束２０，３０の流体排出円弧状側面２０２，３０２の側部を覆うように配置される。流体排出ケース本体２１５ｂ，３１５ｂは、外側面が、Ｘ方向の他方側に凸となる円弧状に形成され、内側面が、Ｘ方向の他方側に凹んだ凹となる円弧状に形成される。

流体排出ポート２１５ａ，３１５ａは、流体排出ケース本体２１５ｂ，３１５ｂのＹ方向の一端部側からＹ方向の外側に延出する筒状に形成される。流体排出ポート２１５ａ，３１５ａは、流体（冷温水、酸素ガス）が排出されるポートである。ケース本体２１１のＸ方向の他端部側の側部から排出された冷温水は、流体排出ケース本体２１５ｂ，３１５ｂを通って、流体排出ポート２１５ａ，３１５ａから、外部に排出される。

以上のように構成される人工肺１における血液の流れについて説明する。
人工肺１においては、熱交換部側血液入口２１２ｂから熱交換部２に導入された血液は、熱交換部側血液流路１１１を流通方向Ｂに流れる。熱交換部側血液流路１１１を流れる血液は、熱交換部２の各中空糸膜２２の複数の中空糸２２１の間を通過する。熱交換部側血液流路１１１を流れる血液は、中空糸束２０の各中空糸膜２２の複数の中空糸２２１の表面に接触する。複数の中空糸膜２２の複数の中空糸２２１を流れる冷温水との間では、熱交換（加温又は冷却）が行われる。熱交換部２において熱交換が行われた血液は、ガス交換部３に導入される。

ガス交換部３に導入された血液は、ガス交換部側血液流路１１２を流通方向Ｂに流れる。ガス交換部側血液流路１１２を流れる血液は、ガス交換部３の各中空糸膜３２の複数の中空糸３２１の間を通過する。ガス交換部側血液流路１１２を流れる血液は、ガス交換部３において、中空糸束３０の各中空糸膜３２の複数の中空糸３２１の表面に接触する。そして、ガス交換部側血液流路１１２を流れる血液には、ガス交換部３の複数の中空糸膜３２を通る酸素ガスが取り込まれる。また、酸素ガスが取り込まれた血液は、ケース本体３１１に設けられたガス交換部側血液出口３１３から、外部に排出され、患者に返血される。一方、血液中の二酸化炭素は、ガス交換部３の複数の中空糸膜３２に取り込まれ、その後、流体排出ケース部３１５から、外部に排出される。

このように、人工肺１においては、熱交換部２による熱交換によって、血液の温度調整が行われ、温度調整が行われた血液は、ガス交換部３によってガス交換が行われる。

以上説明した本実施形態の人工肺１の熱交換部２によれば、以下のような効果を奏する。

人工肺１を、熱交換部２を備えて構成し、熱交換部２を、複数の中空糸膜２２を積層して構成し、中空糸膜２２を、所定方向に延びる複数の中空糸２２１が平行に並んで配置することで形成し、熱交換部２は、積層された複数の中空糸膜２２の両端部に形成される流体導入円弧状側面２０１及び流体排出円弧状側面２０２を有し、流体導入円弧状側面２０１及び流体排出円弧状側面２０２を、それぞれ、円弧状に形成した。

このため、熱交換部２は、中空糸束２０（複数の中空糸膜２２）を用いて構成されるため、従来のようなＳＵＳ等の金属の針管を複数並べて作製するよりも、加工が容易である。

また、熱交換部２において、中空糸束２０のＸ方向の両端部に配置される流体導入円弧状側面２０１及び流体排出円弧状側面２０２の端面を円弧状に形成した。このため、熱交換部２の中空糸束２０を四角形に形成するよりも、Ｙ方向の両端部側において冷温水が流れる流路を短くできるため、冷温水が流れない領域を少なくすることができる。そのため、冷温水が流通する中空糸膜２２の割合を増加させることができ、これにより、熱交換部２における熱交換効率を向上できる。

また、Ｙ方向の両端部側において冷温水が流れる流路を短くできるため、冷温水の圧力損失を低下させることができる。冷温水の圧力損失が低下すると、冷温水の流量が増えるため、冷温水の熱交換効率が向上する。

また、流体導入円弧状側面２０１及び流体排出円弧状側面２０２の端面を円弧状に形成することで、熱交換部２の中空糸束２０を四角形に形成するよりも、熱交換に使用されない中空糸膜２２を低減できるため、熱交換部２に使用する中空糸膜２２の量を低減できる。これにより、製造コストを低減できる。

また、流体導入円弧状側面２０１及び流体排出円弧状側面２０２の端面を円弧状に形成することで、熱交換部２の中空糸束２０を四角形で形成するよりも、シール部２３の領域を低減できるため、シール部２３においてシール材を充填する量を低減できる。これにより、熱交換部２を軽量化することができ、全体的にコンパクトに形成できる。

熱交換部２側のハウジング２１を、内部に複数の中空糸膜２２が配置されると共に両端の側方が開放して形成されるケース本体２１１と、流体導入円弧状側面２０１の側部を覆うように配置され外側面が円弧状の流体導入ケース本体２１４ｂと、流体排出円弧状側面２０２の端部を覆うように配置され外側面が円弧状の流体排出ケース本体２１５ｂと、を有して構成した。これにより、流体導入ケース本体２１４ｂの外側面と流体排出ケース本体２１５ｂの外側面とが円弧状に形成されるため、ハウジングを四角形で形成するよりも、ハウジング２１をコンパクトに形成できる。

複数の中空糸膜２２を、積層された複数の中空糸膜２２のうち一の中空糸膜２２Ａの中空糸２２１Ａと他の中空糸膜２２Ｂの中空糸２２１Ｂとを、角度θ１を有した状態で配置した。そのため、積層方向の中空糸膜２２の間隔のばらつきを小さくできる。これにより、複数の中空糸膜２２の積層方向において、熱交換部２における熱交換の効率を向上させることができ、血液流路の圧力損失を低下させることができる。

以上説明した本実施形態の人工肺１のガス交換部３によれば、以下のような効果を奏する。

人工肺１を、ガス交換部３を備えて構成し、複数の中空糸膜３２を積層して構成し、中空糸膜３２を、所定方向に延びる複数の中空糸３２１を平行に並んで配置することで形成し、積層された複数の中空糸膜３２のうち一の中空糸膜３２Ａの中空糸３２１Ａと他の中空糸膜３２Ｂの中空糸３２１Ｂとを、角度θ１を有した状態で配置した。そのため、積層方向の中空糸膜３２の間隔のばらつきを小さくできる。これにより、複数の中空糸膜３２の積層方向において、ガス交換部３におけるガス交換の効率を向上させることができると共に、血液流路の圧力損失も低下させることができる。

ガス交換部３は、積層された複数の中空糸膜３２の両端部に形成される流体導入円弧状側面３０１及び流体排出円弧状側面３０２を有し、流体導入円弧状側面３０１及び流体排出円弧状側面３０２は、それぞれ、円弧状に形成される。

このため、流体導入円弧状側面３０１及び流体排出円弧状側面３０２の端面を円弧状に形成することで、ガス交換部３の中空糸束３０を四角形に形成するよりも、Ｙ方向の両端部側において酸素ガスが流れる流路を短くできるため、酸素ガスが流れない領域を少なくすることができる。そのため、酸素ガスが流通する中空糸膜３２の割合を増加させることができ、これにより、ガス交換部３におけるガス交換の性能の低下を最小限とすることができる。

また、流体導入円弧状側面３０１及び流体排出円弧状側面３０２の端面を円弧状に形成することで、ガス交換部３の中空糸束３０を四角形に形成するよりも、ガス交換に使用されない中空糸膜３２を低減できるため、ガス交換部３に使用する中空糸膜３２の量を低減できる。これにより、製造コストを低減できる。

また、流体導入円弧状側面３０１及び流体排出円弧状側面３０２の端面を円弧状に形成することで、ガス交換部３の中空糸束３０を四角形で形成するよりも、シール部３３の領域を低減できるため、シール部３３においてシール材を充填する量を低減できる。これにより、ガス交換部３を軽量化することができ、全体的にコンパクトに形成できる。

ガス交換部３側のハウジング３１を、内部に複数の中空糸膜３２が配置されると共に両端の側方が開放して形成されるケース本体３１１と、流体導入円弧状側面３０１の側部を覆うように配置され外側面が円弧状の流体導入ケース本体３１４ｂと、流体排出円弧状側面３０２の側部を覆うように配置され外側面が円弧状の流体排出ケース本体３１５ｂと、を有して構成した。これにより、流体導入ケース本体３１４ｂの外側面と流体排出ケース本体３１５ｂの外側面とが円弧状に形成されるため、ハウジングを四角形で形成するよりも、ハウジング３１をコンパクトに形成できる。

以上、本発明の人工肺１の好ましい実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。

１人工肺
２熱交換部
２１熱交換部側ハウジング（ケーシング部材）
２２、２２Ａ、２２Ｂ中空糸膜
２０１媒体導入円弧状側面（熱媒体導入側部）
２０２媒体排出円弧状側面（熱媒体排出側部）
２１１ケース本体
２１４ｂ媒体導入ケース本体（熱媒体導入ケース本体）
２１５ｂ媒体排出ケース本体（熱媒体排出ケース本体）
２２１、２２１Ａ、２２１Ｂ中空糸

Claims

熱交換部を備える人工肺であって、
前記熱交換部は、複数の中空糸膜が積層されて構成され、
前記中空糸膜は、所定方向に延びる複数の中空糸が平行に並んで配置されることで形成されており、
前記熱交換部は、前記積層された複数の中空糸膜の両端部に形成される熱媒体導入側部及び熱媒体排出側部を有し、
前記熱媒体導入側部及び前記熱媒体排出側部は、それぞれ、円弧状に形成される人工肺。
前記熱交換部は、前記複数の中空糸膜を収容するケーシング部材を備え、
前記ケーシング部材は、
内部に前記複数の中空糸膜が配置されると共に両端の側方が開放して形成されるケース本体と、
前記熱媒体導入側部の側部を覆うように配置され外側面が円弧状の熱媒体導入ケース本体と、
前記熱媒体排出側部の側部を覆うように配置され外側面が円弧状の熱媒体排出ケース本体と、を有する請求項１に記載の人工肺。
前記積層された複数の中空糸膜のうち一の中空糸膜の中空糸と他の中空糸膜の中空糸とは、角度を有した状態で配置される請求項１又は２に記載の人工肺。