JP4041254B2 - 中空糸膜型人工肺 - Google Patents
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Description
【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、血液中に酸素を添加するための中空糸膜型人工肺に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近では、中空筒状コアの周りに螺旋状に中空糸膜を巻き付けることにより作製された中空糸膜束を用いる人工肺が提案されている(特表平7−509171号公報)。このようなタイプの中空糸膜束には、巻き付けられる中空糸膜が交差(クロス)する交差部が形成される。特に、中空筒状コアを回転させるための回転手段と中空糸膜を編み込むためのワインダー装置とを所定条件により制御することにより、巻き付けられる中空糸膜が交差(クロス)する交差部ならびにこの交差部が重なり合う中空糸膜交差環状部が形成される。この中空糸膜交差環状部に起因する血液の短絡路が形成されることがあり、ガス交換能の低下の原因となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、上記のような中空筒状コアの外面に中空糸膜を螺旋状に巻き付け、かつ中空糸膜交差環状部を備える中空糸膜束を用いる人工肺であっても、中空糸膜交差部に起因する血液短絡路の形成が少なく、十分なガス交換能を備える中空糸膜型人工肺を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記本発明の目的を達成するものは、筒状コアと、該筒状コアの外表面に巻き付けられた多数のガス交換用中空糸膜からなる筒状中空糸膜束と、該筒状中空糸膜束を収納するハウジングと、前記中空糸膜の内部と連通するガス流入部およびガス流出部と、前記中空糸膜の外部と前記ハウジング内と連通する血液流入部および血液流出部とを備える中空糸膜型人工肺であって、前記筒状中空糸膜束は、筒状コアの外周面に広がる中空糸膜層が、多層に重なった状態となっており、さらに、該中空糸膜層は、筒状コアの長手方向中央付近にのみ中空糸膜が交互に交差することにより連続して形成されている交差部を備えるとともに、該交差部は、交差部の上に他の交差部が直接重なり合わないようにもしくは交差部の上に他の交差部が直接重なることが連続しないように、中空糸膜層の部位により位置が異なっており、かつ、すべての前記交差部は、筒状コアの長手方向中央付近の幅60mm以内に位置しているものである中空糸膜型人工肺である。
そして、前記交差部の位置は、連続して変化していることが好ましい。また、前記交差部の位置は、ステップ的に変化しているものであってもよい。さらに、前記交差部間の最大離間距離は、前記中空糸膜束の長手方向の長さの2%〜75%の範囲内であることが好ましい。さらに、前記交差部間の最大離間距離は、4mm〜60mmであることが好ましい。
【0005】
そして、前記交差部は、例えば、ほぼ平行に巻き付けられた2〜6本の中空糸膜が、交互に交差することにより連続して形成されているものである。さらに、前記中空糸膜型人工肺は、前記筒状コア内に収納された筒状熱交換器部を備えているものであってもよい。さらに、前記中空糸膜束は、中空糸膜が、1本あるいは複数本同時に、かつすべての中空糸膜がほぼ一定の間隔となるように前記筒状コアに巻き付けられることにより形成されたものであることが好ましい。さらに、前記中空糸膜と該中空糸膜と実質的に平行となっている隣り合う中空糸膜との距離は、中空糸膜の外径の1/10〜1/1となっていることが好ましい。そして、前記人工肺は、前記筒状中空糸膜束の両端部を前記ハウジングに固定する2つの隔壁と、前記中空糸膜内部と連通するガス流入ポートおよびガス流出ポートとを備えることが好ましい。
【0006】
さらに、前記中空糸膜束は、中空糸膜が1本あるいは複数本同時に、かつ隣り合うすべての中空糸膜がほぼ一定の間隔となるように筒状コアに螺旋状に巻き付けられることにより形成されたものであり、かつ、前記中空糸膜を前記筒状コアに巻き付ける際に、筒状コアを回転させるための筒状コア回転手段と中空糸膜を編み込むためのワインダー装置とが、下記演算式1
トラバース[mm/lot]・n(整数)=トラバース振り幅・2±(ファイバー外径+隣り合う中空糸膜の間隔)・巻き付け本数 (演算式1)
で動き、かつ、筒状コア回転手段とワインダー装置が筒状コアの軸方向に対して、筒状コアの長手方向の中心を0としたとき、−40〜+40mmの範囲内にて継続的相対移動することによって筒状コアに巻き付けられることにより形成されたものであることが好ましい。
そして、前記筒状コアとワインダー装置の筒状コアの軸方向に対する相対移動は、前記筒状コアが固定され前記ワインダー装置のみが移動するもしくは前記ワインダー装置が固定され前記筒状コアのみが移動するものであることが好ましい。
【0007】
【発明の実施の形態】
そこで、本発明の中空糸膜型人工肺について、図面を用いて説明する。
図1は、本発明の中空糸膜型人工肺の一実施例を示す正面図、図2は、図1に示した中空糸膜型人工肺の左側面図、図3は、図1に示した中空糸膜型人工肺の右側面図、図4は、図1に示した中空糸膜型人工肺のハウジングを部分剥離した状態を示す説明図、図5は、本発明の中空糸膜型人工肺に使用される一例の中空糸膜束の交差部を説明するための説明図、図6は、本発明の中空糸膜型人工肺に使用される他の例の中空糸膜束の交差部を説明するための説明図、図7は、本発明の中空糸膜型人工肺に使用される他の例の中空糸膜束の交差部を説明するための説明図、図8は、本発明の中空糸膜型人工肺に使用される中空糸膜束形成装置の一例を説明するための説明図、図9は、本発明の中空糸膜型人工肺に使用される中空糸膜束形成装置の他の例を説明するための説明図、図10は、図2のA−A線断面図、図11は、図2のB−B線断面図、図12は、図1のC−C線断面図である。
【0008】
本発明の中空糸膜型人工肺1は、筒状コア5と、筒状コア5の外表面に巻き付けられた多数のガス交換用中空糸膜3aからなる筒状中空糸膜束3と、筒状中空糸膜束3を収納するハウジングと、中空糸膜3aの内部と連通するガス流入部およびガス流出部と、中空糸膜3aの外部とハウジング内と連通する血液流入部および血液流出部とを備える。そして、筒状中空糸膜束3は、筒状コア5の外周面に広がる中空糸膜層が、多層に重なった、言い換えれば、渦巻き状に重なった、もしくは、筒状コアを芯としてリール状に巻き取られた状態となっており、さらに、中空糸膜層は、筒状コア5の長手方向中央付近に中空糸膜3aが交差する交差部3bを備えるとともに、交差部3bは、交差部3bの上に他の交差部3bが直接重なり合わないようにもしくは交差部3bの上に他の交差部3bが直接重なることが連続しないように、中空糸膜層の部位により位置が異なっている。
この実施例の中空糸膜型人工肺1は、図に示すように、ハウジング2と、このハウジング2内に収納された人工肺部と、この人工肺部内に収納された筒状熱交換器部を備えており、この人工肺は、熱交換機能内蔵中空糸膜型人工肺である。
【0009】
この中空糸膜型人工肺1は、筒状コア5と、筒状コア5の外表面に巻き付けられた多数のガス交換用中空糸膜からなる筒状中空糸膜束3とからなる人工肺部と、筒状コア5内に収納された筒状熱交換器部と、人工肺部および筒状熱交換器部を収納するハウジング2とを備える。
筒状コア5は、筒状コア5の外表面と筒状中空糸膜束3の内面間に血液流路を形成する溝51と、筒状コア5と筒状熱交換器部間に形成された第1の血液室11と溝51とを連通する血液流通用開口52を有する。人工肺1は、筒状コア5と筒状熱交換器部間に形成された第1の血液室11と連通する血液流入ポート24と、筒状中空糸膜外面とハウジング2内面間に形成された第2の血液室12と連通する血液流出ポート25を備えている。
【0010】
この実施例の中空糸膜型人工肺1では、図10ないし図12に示すように、外側から、筒状ハウジング本体21、第2の血液室12、中空糸膜束3、溝51を備える筒状コア5、第1の血液室11、筒状熱交換体31、筒状熱交換体変形規制部34,35、筒状熱媒体室形成部材32の順でほぼ同心的に配置もしくは形成されている。
ハウジング2は、図1ないし図4および図10ないし図12に示すように、血液流出ポート25を備える筒状ハウジング本体21、ガス流入ポート26、熱媒体流入ポート28および熱媒体流出ポート29を備える第1のヘッダー22、ガス流出ポート27および筒状コア5に設けられる血液流入ポート24の挿通口を備える第2のヘッダー23を備えている。第1のヘッダー22の内面には、筒状に突出する熱媒体室形成部材接続部22aとこの筒状接続部22aの内部を2分する仕切部22bが設けられている。また、第2のヘッダー23の内面には、筒状に突出する熱媒体室形成部材接続部23aが設けられている。このため、後述する筒状熱媒体室形成部材32は、図11に示すように、開口端側が第1のヘッダー22に保持され、閉塞端側が第2のヘッダー23に保持されている。
【0011】
最初に、人工肺部について説明する。
図13は、本発明の中空糸膜型人工肺の一実施例の人工肺部の内部構造を説明するための説明図である。図14は、本発明の中空糸膜型人工肺の一実施例に使用される筒状コアの正面図、図15は、図14に示した筒状コアの背面図、図16は、図14に示した筒状コアの断面図である。図17は、図14に示した筒状コアの左側面図、図18は、図14に示した筒状コアの右側面図である。
人工肺部は、筒状コア5と、この筒状コア5の外面に巻き付けられた多数の中空糸膜からなる筒状中空糸膜束3を備える。
【0012】
筒状コア5は、図4、図10ないし図18に示すように、筒状体であり一端には、所定幅にて内側に延びるドーナツ板状突出部55が形成されており、このドーナツ板状突出部55の平面部の外面に血液流入ポート24が筒状コア5の中心軸と平行にかつ外方に突出するように形成されている。筒状コア5の外面には、筒状コア5の外表面と筒状中空糸膜束3の内面間に血液流路を形成する多数の溝51が形成されている。さらに、筒状コア5は、この溝51と筒状コア5と筒状熱交換器部間に形成された第1の血液室11とを連通する血液流通用開口52を有している。筒状コア5としては、外径が20〜100mm程度が好適であり、有効長(全長のうち隔壁に埋もれていない部分の長さ)は、10〜730mm程度が好適である。
具体的には、筒状コア5は、その両端部分を除き、平行にかつ連続しない複数の溝51を有しており、溝51間は、環状リブ53となっている。筒状コア5の溝は、中空糸膜束のガス交換に寄与する部分(有効長,隔壁に埋もれない部分)のほぼ全域に渡るように形成されている。ここで使用する筒状コア5は、血液流入ポート24のほぼ延長線上であり、かつ筒状コア5の溝51形成部分のほぼ全体に延びる平坦面状の溝非形成部54を備えている。このため、筒状コア5の溝51およびリブ53は、始端および終端を有する環状溝51(円弧状溝51)ならびに環状リブ53(円弧状リブ)となっている。筒状コア5として、上記の筒状コア5の溝51形成部分のほぼ全体に延び平坦面状の溝非形成部54を備えることにより、筒状コア5の外面に形成される筒状中空糸膜束3の形状安定性が向上する。しかし、この溝非形成部54は必ずしも設ける必要はなく、筒状コア5の溝51およびリブ53は、無端の完全環状溝51および無端の完全環状リブ53となっていてもよい。また、溝51の深さとしては、0.5〜10.0mm程度が好適であり、特に、2.0〜4.0mmが好適である。また、溝51のピッチとしては、1.0〜10.0mm程度が好適であり、特に、3.0〜5.0mmが好適である。また、溝51の幅(最大部分の幅)としては、1.0〜10.0mm程度が好適であり、特に、2.0〜4.0mmが好適である。筒状コア5は、中空糸膜束3の有効長(隔壁に埋もれていない部分)のほぼ全域に渡る多数の溝51を備えるため、血液を中空糸膜束3の全体に分散させることができ、中空糸膜全体を有効に利用でき、ガス交換能も高いものとなる。
【0013】
さらに、筒状コア5の溝51間に形成される山部(リブ53)の頂点は平坦面となっていることが好ましい。リブ53の平坦面の幅としては、0.1〜5.0mm程度が好適であり、特に、0.8〜1.2mmが好適である。このように、リブ53の頂点を平坦面とすることにより、筒状コア5の外面に形成される筒状中空糸膜束3の形状安定性が向上する。さらに、溝51は、断面形状がリブ53の頂点に向かって広がる形状(例えば、断面台形状)となっている。このため、溝51(血液流路)は、中空糸膜束内面に向かって広がるため中空糸膜束内への血液流入を良好なものとしている。
【0014】
また、血液流入ポート24は、筒状コア5の一方の端部側に設けられており、血液流通用開口52は、血液流入ポート24の中心線を延長した領域と向かい合う領域に形成されている。このようにすることにより、筒状コアと筒状熱交換器部間に形成された第1の血液室11内における血液流通形態が均等なものとなりやすく、熱交換効率も高いものとなる。具体的には、図12および図18に示すように、筒状コア5は上述した血液流入ポート24のほぼ延長線上であり、かつ筒状コア5の溝形成部分のほぼ全体に延びる溝非形成部54を備える。この溝非形成部54は、溝を形成しないことにより可能となった肉薄部となっており、これにより、筒状コア5内部に血液流入ポート24のほぼ延長線上に位置する血液誘導部56が形成されている。血液誘導部部分は、他の溝形成部より内径が大きくなっている。このような血液誘導部56を設けることにより、筒状コアと筒状熱交換器部間に形成された第1の血液室11の軸方向の全体に血液を確実に流入させることができる。
【0015】
そして、この溝非形成部54(血液誘導部56)と向かい合う領域(位置)に血液流通用開口52が形成されている。この筒状コア5では、血液流通用開口52は、複数の環状溝51の個々と連通する複数の血液流通用開口52を備えている。つまり、溝非形成部54(血液誘導部)と向かい合う位置の筒状コア5の溝51部分を欠損させることにより、開口52が形成されている。このため、隣り合う開口52間には、リブ53が存在している。さらに、この筒状コア5では、開口形成部52aにおけるリブ53の肉厚が薄くなっており、図18に示すように、開口形成部52aの内径も溝非形成部(血液誘導部)と同様に他の部分より広くなっており、第2の血液誘導部57を形成している。上記のように、開口形成部52aにリブ53の山部分を残すことにより、筒状コア5の物性低下の回避、中空糸膜との接触部確保による中空糸膜束3の形状安定化を図ることが可能となる。また、開口形成部52aの内径が他の部分より大きい肉薄部とすることにより、第1の血液室11内を流れた血液の開口形成部52aへの誘導が確実なものとなる。
【0016】
しかし、このようなものに限定されるものではなく、開口形成部52aにリブ53の山部分が存在せず、複数の環状溝51のすべてと連通する1つの血液流通用開口もしくは複数の環状溝51と連通する複数の血液流通用開口を備えるものであってもよい。
そして、上述した筒状コア5の外面に中空糸膜束3が巻き付けられている。中空糸膜束3を形成する中空糸膜3aは、図4に示すように、筒状コア5に順次巻き付けられることにより、筒状コア5の外周面に広がる中空糸膜層が、多層に重なった、言い換えれば、渦巻き状に重なった、もしくは、筒状コアを芯としてリール状に巻き取られた状態となっている。さらに、中空糸膜層は、筒状コア5の長手方向中央付近に中空糸膜3aが交差する交差部3bを備える(図4に示すように、中空糸膜層は、筒状コア5の長手方向中央付近にのみ中空糸膜3aが交差する交差部3bを備える)とともに、交差部(クロスワインド部)3bは、中空糸膜層の部位により位置が異なっている。このように、交差部の位置を変化させることにより、図4に示すように、重なり合う層における交差部が重ならず、交差部の重なりによる血液の短絡を防止できる。交差部は、例えば、ほぼ平行に巻き付けられた2〜6本の中空糸膜が、交互に交差することにより連続して形成されている。
【0017】
この実施例では、交差部3bは、交差部の上に他の交差部が直接重なり合わないように、中空糸膜層の部位により位置が異なっている。言い換えれば、直接交差部が重ならなければ、重ならない交差部(言い換えれば、中空糸膜層)を介して、間接的に交差部の位置が重なっていてもよい。具体的には、中空糸膜束(中空糸膜層)を展開した状態を説明する図5に示すように、中空糸膜束の長手方向の中心を中央として、交差部3bの位置は連続して変化している。図5に示す各層は、中空糸膜束におけるコアを一周する中空糸膜層を示しており、N層の上にN+1層といった順に積層される。そして、この例では、N層からN+7層の全8層により1セットとなるように交差部3bの位置は連続して変化し、その後は、その繰り返しとなる。セット数は、人工肺の膜面積によって相違するが、3〜40セット程度が一般的であり、層数としては、3〜40程度が一般的である。この例では、N層当初においてほぼ中空糸膜束の長手方向中央に位置していた交差部3bは、徐々に中空糸膜束の一端側(右側)に移行し、N+1層の終わり(言い換えれば、N+2層の当初)には、最も一端側(右側)に移行した状態となる。そして再び、交差部は、中空糸膜束の長手方向中央に移行し、N+3層の終わり(言い換えれば、N+4層の当初)には、N層当初と同じ位置である中空糸膜束の長手方向中央に位置する。N層当初の交差部とN+4層当初の交差部は、N+1層、N+2層およびN+3層を介して重なっているが、直接は重なっていない。続いて、交差部は、中空糸膜束の長手方向他端側(左側)に移行し、N+5層の終わり(言い換えれば、N+6層の当初)には、最も他端側(左側)に移行した状態となる。そして再び、交差部は、中空糸膜束の長手方向中央方向に移行し、N+7層の終わりには、N層当初と同じ位置である中空糸膜束の長手方向中央に位置する。N+4層当初の交差部とN+7層終わり(次にN層の当初)交差部は、N+5層、N+6層およびN+7層を介して重なっているが、直接は重なっていない。
【0018】
また、中空糸膜束3における交差部3bの位置は、図6に示すようにステップ的に変化しているものであってもよい。具体的には、中空糸膜束を展開した状態を説明する図6に示すように、中空糸膜束の長手方向の中心を中央として、交差部3bの位置はステップ的に変化している。図6に示す各層は、中空糸膜束における一周する中空糸膜層を示しており、N層の上にN+1層といった順に積層される。そして、この例では、N層からN+3層の全4層により1セットとなるように交差部3bの位置は変化し、その後は、その繰り返しとなる。セット数は、人工肺の膜面積によって相違するが、3〜40セット程度が一般的であり、層数としては、3〜40程度が一般的である。
この例では、N層においてほぼ中空糸膜束の長手方向中央に位置していた交差部3bは、N+1層では、中空糸膜束の一端側(右側)に移行し、N+2層では、再び、中空糸膜束の長手方向中央に方向に移行し、N+3層では、中空糸膜束の長手方向他端側(左側)に移行し、次のセットのN層では、再び、中空糸膜束の長手方向中央に方向に移行する。N層とN+2層の交差部は、N+1層を介して位置的には重なるが、直接は重なっていない。
【0019】
なお、上述の実施例では、全く交差部が重ならないものとなっている。このような形態が好ましいが、交差部は、交差部の上に他の交差部が重なることが連続しないように、中空糸膜層の部位により位置が異なっているものであってもよい。
具体的には、図7に示す実施例では、交差部3bは、交差部の上に他の交差部が1つ直接重なり合っているが、交差部の重なりは2つのみであり、3以上にはならないように、言い換えれば、交差部の重なりが連続しないように、中空糸膜層の部位により位置が異なっている。また、直接交差部の重なりが連続しなければ、重ならない交差部を介して、間接的に交差部が重なっていてもよい。具体的には、中空糸膜束を展開した状態を説明する図7に示すように、中空糸膜束の長手方向の中心を中央として、交差部3bの位置はステップ的に変化している。図7に示す各層は、中空糸膜束における一周する中空糸膜層を示しており、N層の上にN+1層といった順に積層される。そして、この例では、N層からN+7層の全8層により1セットとなるように交差部3bの位置は変化し、その後は、その繰り返しとなる。セット数は、人工肺の膜面積によって相違するが、3〜40セット程度が一般的であり、層数としては、3〜40程度が一般的である。
【0020】
この例では、N層およびN+1層において、交差部3bは、ほぼ中空糸膜束の長手方向中央に位置しているため、N層およびN+1層においては、交差部3bは重なり合っている。しかし、N+2層およびN+3層では、中空糸膜束の一端側(右側)に移行し、N+4層およびN+5層では、再び、中空糸膜束の長手方向中央に方向に移行し、N+6層およびN+7層では、中空糸膜束の長手方向他端側(左側)に移行し、次のセットのN層では、再び、中空糸膜束の長手方向中央に方向に移行する。接触する2つの層における交差部は重なるが3層にわたり交差部は重なり合わない。また、N層およびN+1層の交差部は、N+2層およびN+3層を介して、N+4層およびN+5層と位置的には重なるが、直接は重なっていない。
【0021】
なお、上記のいずれの実施例においても、すべての交差部は、筒状コアの長手方向中央付近の幅(図5のX、図6のY、図7のZ)80mm以内に位置していることが好ましい。好ましくは、60mm以内である。幅(図5のX、図6のY、図7のZ)言い換えれば、交差部間の最大離間距離は、3mm〜80mmであることが好ましい。特に、4〜60mmであることが好ましい。また、幅(図5のX、図6のY、図7のZ)つまり交差部間の最大離間距離は、中空糸膜束の長手方向の長さの2%〜75%の範囲内、好ましくは、3〜50%であることが好ましい。
そして、中空糸膜束は、中空糸膜が、1本あるいは複数本同時に、かつすべての中空糸膜がほぼ一定の間隔となるように前記筒状コアに巻き付けられることにより形成されている。また、中空糸膜と実質的に平行となっている隣り合う中空糸膜との距離は、中空糸膜の外径の1/10〜1/1となっていることが好ましい。
【0022】
そして、上記のように交差部の位置が移動する中空糸膜束は、中空糸膜が1本あるいは複数本同時に、かつ隣り合うすべての中空糸膜がほぼ一定の間隔となるように筒状コアに螺旋状に巻き付けられることにより形成されたものであり、かつ、中空糸膜を筒状コアに巻き付ける際に、筒状コアを回転させるための筒状コア回転手段61と中空糸膜を編み込むためのワインダー装置62とが、下記演算式1
トラバース[mm/lot]・n(整数)=トラバース振り幅・2±(ファイバー外径+隣り合う中空糸膜の間隔)・巻き付け本数 (演算式1)
で動き、かつ、筒状コア回転手段61とワインダー装置62が筒状コアの軸方向に対して、コアの長手方向の中心を0と考えたとき、−40〜+40mm以内、好ましくは、−30〜+30mm以内、特に好ましくは、−15〜+15mm以内にて継続的相対移動することによって筒状コアに巻き付けられることにより形成することができる。
筒状コア回転手段とワインダー装置の筒状コアの軸方向に対する相対移動は、筒状コア回転手段が固定されワインダー装置のみが移動するもの、ワインダー装置が固定され筒状コア回転手段のみが移動するもの、両者が移動するもののいずれでもよい。
なお、巻取り用回転体の回転数とワインダー往復数の関係であるnは、1〜5であるべきで、好ましくは1である。このように上記式1のnとして整数を選択することにより、中空糸膜交差部(クロスワインド部)が中空糸膜束の長手方向中央付近に1つ形成される。この実施例の人工肺1では、n=2により行うものであり、この場合には、筒状コア5の外面に巻き付けられた状態の中空糸膜束3(両端切断前)の中央付近に交差部3bが形成される。
【0023】
そこで、図8に示す中空糸膜束形成装置60について説明する。この中空糸膜束形成装置60は、筒状コア回転手段61が固定されワインダー装置62のみが移動することにより、筒状コア回転手段とワインダー装置の筒状コアの軸方向に対する相対移動を実現させている。
中空糸膜束形成装置60は、筒状コア回転手段61とワインダー装置62を備える。筒状コア回転手段61は、モータ63と、モータシャフト64と、モータシャフト64に固定されたコア取付部材65を備える。筒状コア5は、コア取付部材65に取り付けられ、モータにより回転される。
ワインダー装置62は、内部に中空糸膜収納部を備える本体部66と、中空糸膜を吐出するとともに本体部の軸方向(筒状コアの軸と平行、矢印方向)に移動する吐出部75を備えている。さらに、本体部66は、リニアレール67上を移動するリニアテーブル68およびボールナット部材74に固定されている。ボールナット部材74は、モータ73の駆動により、ボールネジシャフト69が回転することにより、矢印方向前後に移動し、これにより、本体部66を矢印方向に移動可能となっている。モータ73は、正逆回転可能であり、図示しないコントローラにより、駆動が調整される。
この中空糸膜束形成装置60によれば、トラバース幅は、吐出部75の移動幅によって固定されるが、吐出部75を含む本体部66自体を移動させることにより、トラバース位置自体を移動させることができ、これにより、中空糸膜の交差部の位置を移動させることができる。
【0024】
次に、図9に示す中空糸膜束形成装置70について説明する。この中空糸膜束形成装置70は、ワインダー装置72が固定され筒状コア回転手段71のみが移動することにより、筒状コア回転手段とワインダー装置の筒状コアの軸方向に対する相対移動を実現させている。
中空糸膜束形成装置70は、筒状コア回転手段71とワインダー装置72を備える。筒状コア回転手段71は、モータ63と、モータシャフト64と、モータシャフト64に固定されたコア取付部材65を備える。筒状コア5は、コア取付部材65に取り付けられ、モータにより回転される。さらに、モータ63は、リニアレール77上を移動するリニアテーブル78およびボールナット部材81に固定されている。ボールナット部材81は、モータ80の駆動により、ボールネジシャフト79が回転することにより、矢印方向前後に移動し、これにより、筒状コア回転手段71を矢印方向に移動可能となっている。モータ80は、正逆回転可能であり、図示しないコントローラにより、駆動が調整される。
ワインダー装置72は、内部に中空糸膜収納部を備える本体部66と、中空糸膜を吐出するとともに本体部の軸方向(筒状コアの軸と平行、矢印方向)に移動する吐出部75を備えている。この中空糸膜束形成装置70によれば、トラバース幅は、吐出部75の移動幅によって固定されるが、筒状コア回転手段71自体を移動させることにより、筒状コアに対するトラバース位置自体を移動させることができ、これにより、中空糸膜の交差部の位置を移動させることができる。
【0025】
また、中空糸膜は、1本あるいは複数本同時に、実質的に平行でかつ隣り合う中空糸膜が実質的に一定の間隔となるように筒状コア5に巻き付けられることが好ましい。これにより、血液の偏流がより抑制できる。また、中空糸膜は、隣り合う中空糸膜との距離が、中空糸膜の外径の1/10〜1/1となっていることが好ましい。さらに、中空糸膜は、隣り合う中空糸膜との距離が、30μm〜200μmが好ましく、特に、好ましくは50μm〜180μmである。
さらに、筒状コア5への中空糸膜の巻き付けは、筒状コア5の外側に中空糸膜を溝51となる部分に配置されないよう、言い換えればリブ53の頂点から頂点を結ぶように、リブ53の頂点部外周に沿って螺旋状に巻き回すことにより行われることが好ましい。なおこの際、中空糸膜が筒状コア5の溝51に落ち込まないよう溝51(リブ53)に対して一定の角度を持って巻回されることが好ましい。具体的には、筒状コア5の溝51(リブ53)に対して10〜50度の角度が好ましく、20〜40度がより好ましい。また中空糸膜が筒状コア5の溝51(リブ53)に対して一定の角度を有しながら巻回されることによってプライミング時において、筒状コア5と中空糸膜との間にかみ込む泡の抜けが向上し、プライミング性、ガス性能の向上、またファイバー脱落による性能のばらつきを低減できる。
【0026】
中空糸膜としては、多孔質ガス交換膜が使用される。多孔質中空糸膜としては、内径100〜1000μm、肉厚は5〜200μm、好ましくは10〜100μm、空孔率は20〜80%、好ましくは30〜60%、また細孔径は0.01〜5μm、好ましくは0.01〜1μmのものが好ましく使用できる。また、多孔質膜に使用される材質としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン、セルロースアセテート等の疎水性高分子材料が用いられる。好ましくは、ポリオレフィン系樹脂であり、特に好ましくは、ポリプロピレンであり、延伸法または固液相分離法により壁に微細孔が形成されたものがより好ましい。中空糸膜束3の外径は、30〜162mmが好適であり、中空糸膜束3の厚さは、3mm〜28mmであることが好ましい。さらに、筒状コア5の外面に形成された筒状中空糸膜束3は、筒状中空糸膜束3の外側面と内側面間により形成される筒状空間に対する中空糸膜の充填率が、50%〜75%であることが好ましい。より好ましくは、53%〜73%である。
【0027】
そして、中空糸膜束3は、筒状コア5に中空糸膜を巻き付けた後、両端を隔壁8,9により筒状ハウジング本体21に固定し、そして、中空糸膜束3の両端が切断される。なお、上述したような中空糸膜束形成装置により作製される中空糸膜束は、トラバース位置が層により異なるため、両端部が揃っていない。このため、形成された中空糸膜束の両端部は、すべての層が重なり合っている部分において切断することが必要である。すべての層が重なり合っている部分において切断しないと端部が開口しない中空糸膜が存在するものとなる。
中空糸膜束3が外面に巻き付けられた筒状コア5の両端は、隔壁8,9により、筒状ハウジング本体21の両端部に液密に固定され、筒状中空糸膜外面と筒状ハウジング本体21内面間に環状空間(筒状空間)である第2の血液室12が形成される。筒状ハウジング本体21の側面に形成された血液流出ポート25は、第2の血液室12と連通する。隔壁8,9は、ポリウレタン、シリコーンゴムなどのポッティング剤で形成される。
【0028】
そして、図13に示すように、上述のように形成された人工肺部の筒状コア5内部に、後述する熱交換器部が収納される。そして、筒状コア5と筒状熱交換器部間に環状の第1の血液室11が形成され、血液流入ポート24はこの血液室11と連通する。
筒状熱交換器部は、図10ないし図12に示すように、筒状熱交換体31と、この熱交換体31内に収納される筒状熱媒体室形成部材32と、筒状熱交換体31と筒状熱媒体室形成部材32間に挿入される2つの筒状熱交換体変形規制部34,35を備えている。
筒状熱交換体31としては、いわゆるベローズ型熱交換体が使用される。ベローズ型熱交換体31(蛇腹管)は、図11に示すように、中央側面にほぼ平行に形成された多数の中空環状突起を備える蛇腹形成部と、その両端に形成され、蛇腹形成部の内径とほぼ等しい円筒部31cを備えている。熱交換体31の円筒部の一方は、中空筒状コア5の血液流入ポート24側端部内面と第2のヘッダー23間により挟持され、熱交換体31の円筒部の他方は、中空筒状コア5の一端内に挿入されたリング状熱交換体固定用部材48とこのリング状熱交換体固定用部材48と第1のヘッダー22間に挿入された筒状熱交換体固定用部材49と第1のヘッダー22間により挟持されている。
【0029】
ベローズ型熱交換体31は、ステンレス、アルミ等の金属もしくはポリエチレン、ポリカーボネート等の樹脂材料によりいわゆる細かな蛇腹状に形成されている。強度、熱交換効率の面からステンレス、アルミ等の金属が好ましい。特に、筒状熱交換体31の軸方向(中心軸)に対してほぼ直交する凹凸が多数繰り返された波状となっているベローズ管からなり、その谷部と山部の高さは5.0〜15.0mm程度が最も効率がよく、好ましくは9.0〜12.0mmが好ましい。また、熱交換器部の軸方向の長さは、使用される患者によって異なるが、10〜730cmの範囲のものが用いられる。
【0030】
筒状熱媒体室形成部材32は、図10ないし図12に示すように、一端(第1のヘッダー22側)が開口した筒状体であり、内部を流入側熱媒体室41と流出側熱媒体室42に区分する区画壁32aと、流入側熱媒体室41と連通し軸方向に延びる第1の開口33aと、流入側熱媒体室42と連通し軸方向に延びる第2の開口33bと、向かい合いかつ、第1の開口33aおよび第2の開口33bと約90度ずれた位置の側面に形成され外方に突出する軸方向に延びる突起36a、36bを備えている。突起36aは、熱交換体変形規制部34の内面中央に形成された軸方向に延びる溝内に侵入することにより変形規制部34の移動を規制する。同様に、突起36bは、熱交換体変形規制部35の内面中央に形成された軸方向に延びる溝内に侵入することにより変形規制部35の移動を規制する。
【0031】
筒状熱媒体室形成部材32は、開口端側を第1のヘッダー22の熱媒体室形成部材接続部22aに嵌合させたとき、図11に示すように、筒状熱媒体室形成部材32の区画壁32aの先端部の一方の面(この実施例では下面)に、筒状接続部22aの内部を2分する仕切部22bが密接する。これにより、筒状熱媒体室形成部材32内の流入側熱媒体室41は、熱媒体流入ポート28と連通し、流出側熱媒体室42は熱媒体流出ポート29と連通する。
また、2つの熱交換体変形規制部34,35は、付き合わされるそれぞれの端部部分に軸方向に延びる切り欠き部を備えており、2つの規制部34,35が付き合わされることにより、図12に示すように、媒体流入側通路37および媒体流出側通路38が形成されている。2つの熱交換体変形規制部34,35は、一体に形成してもよい。
【0032】
そして、この実施例の人工肺1の熱交換器部における熱媒体の流れを図10ないし図12を用いて説明する。熱媒体流入ポート28より人工肺内部に流入した熱媒体は、第1のヘッダー22内部を通り流入側熱媒体室41内に流入する。そして、筒状熱媒体室形成部材32の流入室側開口33aおよびの熱交換体変形規制部34,35の当接部により形成された媒体流入側通路37を通過して、熱交換体31と熱交換体変形規制部34,35間を流れる。この際に、熱媒体により熱交換体31は加温もしくは冷却される。そして、熱媒体は、熱交換体変形規制部34,35の当接部により形成された媒体流出側通路38および筒状熱媒体室形成部材32の流出室側開口33bを通過することにより、筒状熱媒体室形成部材32内の流出側熱媒体室42内に流出する。そして、第1のヘッダー22内部を通過して熱媒体流出ポート29より流出する。
【0033】
この人工肺1では、血液流入ポート24から流入した血液は、筒状コア5と筒状熱交換器部間である血液室11の一部を構成する血液誘導部56内に流入し、筒状コア5と筒状熱交換体間を流れた後、第1の血液誘導部56と向かい合う位置に形成された開口52を通り筒状コア5より流出する。筒状コア5より流出した血液は、中空糸膜束3内面と筒状コア5間に位置する筒状コア5の外面に形成された複数の溝51内に流入した後、中空糸膜束3間に流入する。この実施例の人工肺では、中空糸膜束3のガス交換に寄与する部分(有効長,隔壁に埋もれない部分)のほぼ全域に渡るように多数の溝51が形成されているため、血液を中空糸膜束3の全体に分散させることができ、中空糸膜全体を有効に利用でき、ガス交換能も高いものとなる。そして、中空糸膜に接触し、ガス交換がなされた後、筒状ハウジング本体21と中空糸膜外面(中空糸膜束3外面)間により形成された第2の血液室12に流入し、血液流出ポート25より流出する。また、ガス流入ポート26より流入した酸素含有ガスは、第1のヘッダー22内を通り隔壁端面より中空糸膜内に流入し、第2のヘッダー23内を通過してガス流出ポート27より流出する。
【0034】
また、筒状ハウジング本体21、筒状コア5、第1および第2のヘッダー22,23などの熱交換体31を除く部材の形成材料としては、ポリオレフィン(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン)、エステル系樹脂(例えば、ポリエチレンテレフタレート)、スチレン系樹脂(例えば、ポリスチレン、MS樹脂、MBS樹脂)、ポリカーボネートなどが使用できる。
さらに、人工肺1の血液接触面は、抗血栓性表面となっていることが好ましい。抗血栓性表面は、抗血栓性材料を表面に被覆、さらには固定することにより形成できる。抗血栓性材料としては、ヘパリン、ウロキナーゼ、HEMA−St−HEMAコポリマー、ポリHEMAなどが使用できる。
【0035】
【実施例】
次に、本発明の中空糸膜型人工肺の具体的実施例および比較例について説明する。
(実施例)
筒状ハウジング本体としては、外径110mm、内径106mm、長さ114mmのものを用いた。また、第1のヘッダーおよび第2のヘッダーとしては、図1から図4に示すような形状のものを用いた。
ベローズ型熱交換体としては、外径が75mm、内径が50mm、長さが114mm、蛇腹形成部の長さ90.0mm、山の数40、蛇腹(山)のピッチ2.25mmのものを用いた。そして、ベローズ型熱交換体内に、図11に示すような形状で、筒状部外径が39.0mm、リブ部分の外径が47.0mm、長さが114.0mmの一端が閉塞した筒状熱媒体室形成部材と、この外側に2つの熱交換体変形規制部材を組み合わせたものを挿入した。熱交換体変形規制部材は、長さ92.0mm、最大径部分52.0mm、平行に形成された40のリブ(高さ1.0mm、幅0.5mm)を外面に持つものを用い、規制部材のリブが、ベローズ型熱交換体の谷の内側空間内に侵入するように挿入した。
筒状コアとしては、図14〜図18に示すような形状を有し、長さ114.0mm、外径84mm、内径75.0mm、溝形成部の長さ90.0mm、溝の深さが高さ2.5mm、溝間隔3.0mm、リブ頂点の平坦面の幅1.0mm、溝数40を外周に有するものを用いた。そして、この筒状コア内に、上記のベローズ型熱交換器を挿入した。
筒状コアの外面に、内径195μm、外径295μm、空孔率約35%の多孔質ポリプロピレン中空糸膜を4本中空糸膜間隔を100μmに保って巻き直し、次に隣接する中空糸膜との中空糸膜間隔も以前に巻かれている中空糸膜間隔と同じとなるようにし、隣り合う中空糸膜間隔が一定となるように中空糸膜を巻き回し、流路規制板を兼ね備えた熱交換器内蔵中空糸膜ボビンを作製した。中空糸膜を筒状コア上に巻き付ける際に、筒状コアを回転させるための回転体と中空糸膜を編み込むためのワインダーとが、下記式で動かすとともに、ワインダーを軸方向に継続的に微量動かし、図5に示すように、8層により1セットとなるように交差部の位置幅±2.5mm以内にて変化させ、全12セット、層数18、充填率68%の中空糸膜束を作製した。
トラバース[mm/lot]・1(整数)=トラバース振り幅・2±(ファイバー外径+間隔)・巻き着け本数
そして、中空糸膜束の両端をポッティング剤により筒状コアとともに筒状ハウジング本体の両端に固定し、熱交換器部を中心にして回転させながら、熱交換器部を切断させることなく、固定された中空糸膜ボビンの両端を切断した。そして、筒状ハウジング本体の両端に、上述した第1のヘッダーおよび第2のヘッダーを取り付け、膜面積2.5m2、血液充填量250mlであり、図1ないし図4および図10ないし図12に示すような構造の中空糸膜型人工肺を作製した。
【0036】
(比較例)
筒状コアの外面への中空糸膜束の形成において、ワインダーの軸方向移動を行わない以外は、実施例と同様に行い膜面積2.5m2、血液充填量250mlの中空糸膜型人工肺を作製した。
【0037】
(実験)
上記のようにして作製した実施例および比較例の人工肺について、牛血を用いて以下の実験を行った。なお、牛血は、AAMI(Association for the Advance of Medical Instrumentation)で定めるところの標準静脈血を用い、これに抗凝固剤を添加したものを各人工肺に流量7L/minで灌流した。そして、それぞれの人工肺について、血液流入ポート付近および血液流出ポート付近で採血を行い、血液ガス分析装置にて酸素ガス分圧、二酸化炭素分圧、pH等を求め、酸素移動量、二酸化炭素移動量を求めた。また、血液流量7L/minにおける圧力損失を測定した。結果は、以下の表1に示す通りであった。
【0038】
【表1】
【0039】
【発明の効果】
本発明の中空糸膜型人工肺は、筒状コアと、該筒状コアの外表面に巻き付けられた多数のガス交換用中空糸膜からなる筒状中空糸膜束と、該筒状中空糸膜束を収納するハウジングと、前記中空糸膜の内部と連通するガス流入部およびガス流出部と、前記中空糸膜の外部と前記ハウジング内と連通する血液流入部および血液流出部とを備える中空糸膜型人工肺であって、前記筒状中空糸膜束は、前記筒状コアに順次巻き付けられることにより、筒状コアの外周面に広がる中空糸膜層が、多層に重なった状態となっており、さらに、中空糸膜層は、筒状コアの長手方向中央付近に中空糸膜が交差する交差部を備えるとともに、該交差部は、交差部の上に他の交差部が直接重なり合わないようにもしくは交差部の上に他の交差部が重なることが連続しないように、中空糸膜層の部位により位置が異なっているので、中空糸膜束内に交差部に起因する血液の短絡路が形成されることが少なく、人工肺として高いガス交換能を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明の中空糸膜型人工肺の一実施例を示す正面図である。
【図2】 図2は、図1に示した中空糸膜型人工肺の左側面図である。
【図3】 図3は、図1に示した中空糸膜型人工肺の右側面図である。
【図4】 図4は、図1に示した中空糸膜型人工肺のハウジングを部分剥離した状態を示す説明図である。
【図5】 図5は、本発明の中空糸膜型人工肺に使用される一例の中空糸膜束の交差部を説明するための説明図である。
【図6】 図6は、本発明の中空糸膜型人工肺に使用される他の例の中空糸膜束の交差部を説明するための説明図である。
【図7】 図7は、本発明の中空糸膜型人工肺に使用される他の例の中空糸膜束の交差部を説明するための説明図である。
【図8】 図8は、本発明の中空糸膜型人工肺に使用される中空糸膜束形成装置の一例を説明するための説明図である。
【図9】 図9は、本発明の中空糸膜型人工肺に使用される中空糸膜束形成装置の他の例を説明するための説明図である。
【図10】 図10は、図2のA−A線断面図である。
【図11】 図11は、図2のB−B線断面図である。
【図12】 図12は、図1のC−C線断面図である。
【図13】 図13は、本発明の中空糸膜型人工肺の一実施例の人工肺部の内部構造を説明するための説明図である。
【図14】 図14は、本発明の中空糸膜型人工肺の一実施例に使用される筒状コアの正面図である。
【図15】 図15は、図14に示した筒状コアの背面図である。
【図16】 図16は、図14に示した筒状コアの断面図である。
【図17】 図17は、図14に示した筒状コアの左側面図である。
【図18】 図18は、図14に示した筒状コアの右側面図である。
【符号の説明】
1 中空糸膜型人工肺
2 ハウジング
3 筒状中空糸膜束
3a 中空糸膜
3b 交差部
5 筒状コア
11 第1の血液室
12 第2の血液室
21 筒状ハウジング本体
22 第1のヘッダー
23 第2のヘッダー
24 血液流入ポート
25 血液流出ポート
26 ガス流入ポート
27 ガス流出ポート
28 熱媒体流入ポート
29 熱媒体流出ポート
31 筒状熱交換体
34,35 筒状熱交換体変形規制部
51 溝
52 血液流通用開口
Claims (12)
- 筒状コアと、該筒状コアの外表面に巻き付けられた多数のガス交換用中空糸膜からなる筒状中空糸膜束と、該筒状中空糸膜束を収納するハウジングと、前記中空糸膜の内部と連通するガス流入部およびガス流出部と、前記中空糸膜の外部と前記ハウジング内と連通する血液流入部および血液流出部とを備える中空糸膜型人工肺であって、前記筒状中空糸膜束は、筒状コアの外周面に広がる中空糸膜層が、多層に重なった状態となっており、さらに、該中空糸膜層は、筒状コアの長手方向中央付近にのみ中空糸膜が交互に交差することにより連続して形成されている交差部を備えるとともに、該交差部は、交差部の上に他の交差部が直接重なり合わないようにもしくは交差部の上に他の交差部が直接重なることが連続しないように、中空糸膜層の部位により位置が異なっており、かつ、すべての前記交差部は、筒状コアの長手方向中央付近の幅60mm以内に位置しているものであることを特徴とする中空糸膜型人工肺。
- 前記交差部の位置は、連続して変化しているものである請求項1に記載の中空糸膜型人工肺。
- 前記交差部の位置は、ステップ的に変化しているものである請求項1に記載の中空糸膜型人工肺。
- 前記交差部間の最大離間距離は、前記中空糸膜束の長手方向の長さの2%〜75%の範囲内である請求項1ないし3のいずれかに記載の中空糸膜型人工肺。
- 前記交差部間の最大離間距離は、4mm〜60mmである請求項1ないし4のいずれかに記載の中空糸膜型人工肺。
- 前記交差部は、ほぼ平行に巻き付けられた2〜6本の中空糸膜が、交互に交差することにより連続して形成されている請求項1ないし5のいずれかに記載の中空糸膜型人工肺。
- 前記中空糸膜型人工肺は、前記筒状コア内に収納された筒状熱交換器部を備えている請求項1ないし6のいずれかに記載の中空糸膜型人工肺。
- 前記人工肺は、前記筒状中空糸膜束の両端部を前記ハウジングに固定する2つの隔壁と、前記中空糸膜内部と連通するガス流入ポートおよびガス流出ポートとを備える請求項1ないし7のいずれかに記載の中空糸膜型人工肺。
- 前記中空糸膜束は、中空糸膜が1本あるいは複数本同時に、かつ隣り合うすべての中空糸膜がほぼ一定の間隔となるように筒状コアに螺旋状に巻き付けられることにより形成されたものであり、かつ、前記中空糸膜を前記筒状コアに巻き付ける際に、筒状コアを回転させるための筒状コア回転手段と中空糸膜を編み込むためのワインダー装置とが、下記演算式1
トラバース[mm/lot]・n(整数)=トラバース振り幅・2±(ファイバー外径+隣り合う中空糸膜の間隔)・巻き付け本数 (演算式1)
で動き、かつ、筒状コア回転手段とワインダー装置が筒状コアの軸方向に対して、
筒状コアの長手方向の中心を0としたとき、−40〜+40mmの範囲内にて継続的相対移動することによって筒状コアに巻き付けられることにより形成されたものである請求項1ないし8のいずれかに記載の中空糸膜型人工肺。 - 前記筒状コア回転手段とワインダー装置の筒状コアの軸方向に対する相対移動は、前記筒状コア回転手段が固定され前記ワインダー装置のみが移動するものもしくは前記ワインダー装置が固定され前記筒状コア回転手段のみが移動するもののいずれかである請求項9に記載の中空糸膜型人工肺。
- 前記筒状コアは、該筒状コアの外面に、該筒状コアの外表面と筒状中空糸膜束の内面間に血液流路を形成する多数の溝を有し、かつ、該溝は、前記中空糸膜束の前記ガス交換有効部分のほぼ全域に渡るように形成されており、さらに、該筒状コアは、該筒状コアの前記溝の形成部分のほぼ全体に延びる平坦面状の溝非形成部を備え、前記筒状コアの前記溝は、始端および終端を有する環状溝となっており、さらに、前記筒状コアの前記溝間に形成される山部の頂点は平坦面となっている請求項1ないし10のいずれかに記載の中空糸膜型人工肺。
- 前記筒状コアは、前記溝非形成部と向かい合う領域に、前記溝部分を欠損させることにより形成された血液流通用開口を備えている請求項11に記載の中空糸膜型人工肺。
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Cited By (1)
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JP2007075852A (ja) * | 2005-09-14 | 2007-03-29 | Apollo Seiko Ltd | 半田付け装置 |
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US8795591B2 (en) | 2011-01-27 | 2014-08-05 | Medtronic, Inc. | Dual outlet oxygenator for treating blood in an extracorporeal blood circuit |
WO2013146277A1 (ja) * | 2012-03-26 | 2013-10-03 | テルモ株式会社 | 医療器具 |
JP6297706B2 (ja) | 2014-01-09 | 2018-03-20 | ソリン・グループ・イタリア・ソシエタ・ア・レスポンサビリタ・リミタータSorin Group Italia S.r.l. | 改変された流路を形成する熱交換器コアを有する血液処理ユニット |
EP3100751B1 (en) * | 2014-01-31 | 2023-11-01 | Terumo Kabushiki Kaisha | Method for manufacturing heat exchanger and heat exchanger |
CN106029118B (zh) | 2014-02-28 | 2018-10-02 | 索林集团意大利有限责任公司 | 用于将集成动脉过滤器设置在氧合器中、使增加的预充量最小化的*** |
WO2016009780A1 (ja) * | 2014-07-15 | 2016-01-21 | テルモ株式会社 | 中空糸膜束の製造方法および人工肺の製造方法 |
CN106573096B (zh) | 2014-08-06 | 2022-05-24 | 泰尔茂株式会社 | 中空纤维膜束、人工肺及中空纤维膜束的制造方法 |
JP6490216B2 (ja) | 2014-11-12 | 2019-03-27 | ソリン・グループ・イタリア・ソシエタ・ア・レスポンサビリタ・リミタータSorin Group Italia S.r.l. | 中空繊維血液処理装置用の弾性保護管 |
US10661004B2 (en) | 2015-05-12 | 2020-05-26 | Sorin Group Italia S.R.L. | Blood gas exchanger with restriction element or elements to reduce gas exchange |
US10335530B2 (en) * | 2015-10-07 | 2019-07-02 | University of Pittsburgh—of the Commonwealth System of Higher Education | Lung assist device with oscillating fiber bundle |
KR101892597B1 (ko) * | 2016-10-10 | 2018-08-28 | 김기정 | 인체에 삽입 가능한 인공 폐 |
JP7393327B2 (ja) * | 2017-08-15 | 2023-12-06 | ユニバーシティ・オブ・メリーランド・ボルティモア | 呼吸補助のためのデュアルチャンバガス交換器とその使用方法 |
EP3694575A1 (en) * | 2017-10-10 | 2020-08-19 | Sorin Group Italia S.r.l. | Blood processing unit (bpu) with countercurrent blood/water flow paths in the heat exchanger (hex) |
WO2019150569A1 (ja) * | 2018-02-05 | 2019-08-08 | テルモ株式会社 | 人工肺及びその製造方法 |
EP3925691A1 (en) | 2020-06-18 | 2021-12-22 | Gambro Lundia AB | Diffusion device |
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Family Cites Families (11)
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---|---|---|---|---|
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US4207192A (en) | 1978-09-19 | 1980-06-10 | Albany International Corp. | Hollow filament separatory module and method of fabrication |
JPS5687405A (en) | 1979-12-14 | 1981-07-16 | Toyobo Co Ltd | Hollow yarn type reverse osmosis module |
EP0264696A3 (de) | 1986-10-13 | 1989-03-15 | Akzo N.V. | Vorrichtung zum Stoffaustausch |
US5312589A (en) * | 1993-03-04 | 1994-05-17 | Electromedics, Inc. | Gas transfer apparatus |
US5346621A (en) | 1993-05-19 | 1994-09-13 | Avecor Cardiovascular, Inc. | Hollow fiber blood oxygenator |
US5376334A (en) | 1993-05-19 | 1994-12-27 | Avecor Cardiovascular Inc. | Mass transfer device having a hollow fiber bundle |
DE19532365C2 (de) | 1995-09-01 | 1998-12-17 | Baxter Int | Hohlfaseroxygenator |
US5762868A (en) * | 1995-11-30 | 1998-06-09 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Blood oxygenator and heat exchanger |
US5762869A (en) * | 1996-07-24 | 1998-06-09 | Gish Biomedical, Inc. | Blood oxygenator |
JPH1147268A (ja) | 1997-08-06 | 1999-02-23 | Terumo Corp | 中空糸膜型人工肺 |
-
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2000
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPWO2013146321A1 (ja) * | 2012-03-26 | 2015-12-10 | テルモ株式会社 | 医療器具の製造方法および医療器具 |
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