本发明涉及人工肺。
背景技术：
一直以来，针对心脏疾病的基于体外循环法的开心手术中，使用代行活体肺的功能的人工肺，向体外的人工肺导入患者的血液，但为了减轻向患者输血的输血量及减轻由输血引起的副作用，要求减少人工肺中血液的填充量。
针对上述情况进行了各种尝试，例如专利文献1中记载的人工肺通过减少血液的储存空间从而来减少血液的填充量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-200884号公报
技术实现要素：
发明所要解决的课题
然而，上述现有技术中，在填充血液的壳体内，间隔地设置有对血液温度进行调节的热交换部和进行气体交换的气体交换部，它们之间的空隙成为死区(deadspace)。
以往的人工肺中，有时在热交换部与气体交换部之间的空隙中设置有隔壁，虽然利用隔壁而使得死区略微减小，但是为了使血液在热交换部与气体交换部之间移动，而在隔壁上形成有窗状的较大开口部，因此，现状是依然残留有较大的死区。
另外，以往的人工肺中，存在在由中空纤维形成的热交换层与气体交换层之间强行插入具有隔壁(其厚度大于热交换层与气体交换层之间的空隙)的集管(header)进行配置而成的人工肺，但由于集管的隔壁的原因而导致热交换层及气体交换层的中空纤维破损，结果，存在导致热交换性能及气体交换性能降低的可能性。
因此，本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，提供更有效地减少血液的填充量、且能够良好地发挥人工肺功能的人工肺。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明的人工肺具有：填充血液的填充部，其与血液的流入口及流出口连通；热交换部，其包含多根热交换用中空纤维的束，所述热交换部设置于所述填充部内；气体交换部，其包含多根气体交换用中空纤维的束，所述气体交换部以与所述热交换部相邻的方式设置于所述填充部内；以及，多孔部件，其配置于所述热交换部与所述气体交换部之间的空隙，且填埋所述空隙。
发明效果
根据具有上述构成的人工肺，利用多孔部件填埋热交换部与气体交换部之间的空隙，填充血液的填充部内的无用空间减少，因此，能够有效地减少血液的填充量。另外，血液通过多孔部件的孔而在热交换部与气体交换部之间移动，顺利地进行热交换及气体交换，因此，能够良好地发挥人工肺功能。
附图说明
[图1]为实施方式的人工肺的立体图。
[图2]为沿图1的2-2线的剖视图。
[图3a]为放大显示图2的标记3的部分的图。
[图3b]为沿图3a的b-b线的俯视图。
[图4]为表示多孔部件的孔眼尺寸与气泡的通过压力的关系的图表。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，为了便于说明而对附图的尺寸比率进行了夸张处理，其与实际比率不同。
如图1所示，实施方式的人工肺100具有壳体110(填充部)、血液的流入口101及流出口102、传热介质的流入口103及流出口104、以及气体的流入口105及流出口106。壳体110具有外筒部件120、集管130及集管140。
另外，如图2所示，壳体110具有内筒部件150。外筒部件120以围绕内筒部件150的周围的方式设置。
在内筒部件150上形成有与血液的流入口101连通的流路151，在外筒部件120上形成有血液的流出口102。在外筒部件120及内筒部件150的一方的端部安装有集管130，在外筒部件120及内筒部件150的另一方的端部安装有集管140。
在集管130上形成有传热介质的流入口103及传热介质的流入通路131。传热介质的流入口103与传热介质的流入通路131连通。
另外，在集管130上形成有气体的流入口105及气体的流入通路132。气体的流入口105与气体的流入通路132连通。传热介质的流入通路131与气体的流入通路132被以彼此不连通的方式隔开。
在集管140上形成有传热介质的流出口104及传热介质的流出通路141。传热介质的流出口104与传热介质的流出通路141连通。
另外，在集管140上形成有气体的流出口106及气体的流出通路142。气体的流出口106与气体的流出通路142连通。传热介质的流出通路141与气体的流出通路142被以彼此不连通的方式隔开。
在壳体110的内部设置有热交换部160、气体交换部170及多孔部件180。
热交换部160在内筒部件150的周围延伸为筒状。热交换部160的一方的端部161介由例如粘合剂而固定于传热介质的流入通路131。热交换部160的另一方的端部162介由例如粘合剂而固定于传热介质的流出通路141。
气体交换部170以与热交换部160相邻的方式设置，在热交换部160的周围延伸为筒状。气体交换部170的一方的端部171介由例如粘合剂而固定于气体的流入通路132。气体交换部170的另一方的端部172介由例如粘合剂而固定于气体的流出通路142。
多孔部件180配置于热交换部160与气体交换部170之间，且填埋它们之间的空隙。多孔部件180填埋热交换部160与气体交换部170之间的整个空隙。形成多孔部件180的材料不受特别限定，例如为具有生物相容性的树脂。
通过血液的流入口101导入的血液被填充至壳体110的内部，在热交换部160处进行温度调节，在气体交换部170处进行气体交换。
血液从血液的流入口101被导入后，经过流路151而被导向热交换部160。血液经过热交换部160、多孔部件180及气体交换部170而向径向外侧移动。
热交换部160由多根中空纤维163(热交换用中空纤维)的束构成，血液经过中空纤维163彼此之间的空隙而从热交换部160中通过。
各中空纤维163从传热介质的流入通路131一侧向传热介质的流出通路141一侧以大致直线状的方式延伸，在一方的端部处与传热介质的流入通路131连通，在另一方的端部与传热介质的流出通路141连通。
传热介质从传热介质的流入口103被导入，经过传热介质的流入通路131，进入中空纤维163的内部。传热介质流过中空纤维163的内部后，流出至传热介质的流出通路141，从传热介质的流出口104向外部流出。
血液在中空纤维163彼此之间的空隙中移动，同时与中空纤维163接触，与流过中空纤维163内部的传热介质进行热交换。传热介质为例如已调节为规定温度的热水或冷水，但不限于此。
热交换部160的端部161、162中，中空纤维163彼此之间的空隙被例如粘合剂填埋而成为液密状态，因此，血液不会流出至传热介质的流入通路131及流出通路141，另外，传热介质不会进入中空纤维163彼此之间的空隙，不会与血液混合。
气体交换部170由多根中空纤维173(气体交换用中空纤维)的束构成，血液经过中空纤维173彼此之间的空隙而从气体交换部170中通过。中空纤维173的直径小于中空纤维163的直径。
各中空纤维173从气体的流入通路132一侧向气体的流出通路142一侧以大致直线状的方式延伸，在一方的端部处与气体的流入通路132连通，在另一方的端部处与气体的流出通路142连通。
气体从气体的流入口105被导入，通过气体的流入通路132，进入中空纤维173的内部。气体在流过中空纤维173的内部后，流出至气体的流出通路142，从气体的流出口106向外部流出。
血液在中空纤维173彼此之间的空隙中移动，同时与中空纤维173接触。在中空纤维173的周壁上形成有与内部连通的微细的孔，血液与中空纤维173接触时，通过该孔，在中空纤维173内部流动的作为气体的氧气被摄入至血液。另外，此时，血液中的二氧化碳被摄入至中空纤维173的内部。
气体交换部170的端部171、172中，中空纤维173彼此之间的空隙被例如粘合剂填埋而成为液密状态，因此，血液不会流出至气体的流入通路132及流出通路142，另外，气体不会进入中空纤维173彼此之间的空隙，不会与血液混合。
血液在热交换部160及气体交换部170中适当地进行温度调节及气体交换后，通过血液的流出口102向外部流出。
如图3所示，多孔部件180为网状材料，热交换部160一侧与气体交换部170一侧通过孔181而连通，血液在它们之间移动。
多孔部件180填埋热交换部160与气体交换部170之间的空隙190，从而能够在减少无用空间、抑制血液填充量的同时使血液移动。
孔181的孔眼尺寸a不受特别限定，优选为200μm～4000μm，孔181的开口率优选为15％～50％。所谓孔181的开口率，是指每单位面积的孔眼部分的面积的比例。
若缩小孔眼尺寸a，则多孔部件180填埋空隙190的体积增加、减少血液填充量的效果增大，但血液通过孔181时的阻力增大。作为此时阻力增大的因素之一，可举出：血液中的空气堵塞孔眼尺寸a缩小的孔181，阻碍血液通过。另外，孔181处的阻力增大、妨碍血液顺畅流动时，血液滞留于热交换部160及气体交换部170，存在不能良好地进行热交换及气体交换、热交换性能及气体交换性能下降的可能性。
另一方面，通过增大孔眼尺寸a，虽然可以减少孔181处的阻力，但填埋空隙190的体积减少，因此，减少血液填充量的效果降低。
如上所述，孔眼尺寸a与血液填充量的减少存在相互制约的关系，本申请发明人通过计算对它们的关系进行了验证。计算结果示于下表1。
[表1]
表1中示出的填充血液的减少量是根据多孔部件180的体积求出的，可以看做填充的血液量仅减少多孔部件180的体积的量。多孔部件180的体积通过将也包括孔181的孔眼部分的多孔部件180的表观表面积与多孔部件180的厚度相乘、再从中减去孔181的总体积而得到。此处，将多孔部件180的厚度设为1mm进行计算。另外，孔181的总体积通过将各孔181的体积与孔181的总个数相乘而得到。
表1的热交换性能基于血液在人工肺100中血液流入口101和流出口102处的温度变化、及传热介质在传热介质流入口103和流出口104处的温度变化进行评价。
计算例1、2的热交换性能在允许范围内，但较之计算例3～5而言差。另一方面，计算例3～5的热交换性能良好。
考虑其原因在于，如计算例3～5这样，孔眼尺寸a增大至200μm以上时，孔181处的流动阻力降低、血液顺畅地流动，在热交换部160处良好地进行热交换。
实际上，如图4的图表所示，在实验结果中也确认到孔眼尺寸a为200μm以上时气泡的通过压力减少，由该结果也可知，将孔眼尺寸a设为200μm以上时，在孔181中气泡不会堵塞流路，血液顺畅地流动，能够特别良好地进行热交换及气体交换。此处，所谓气泡的通过压力，是指气泡通过多孔部件180所需的压力，实验中，改变多孔部件180的孔眼尺寸a，对气泡通过多孔部件180所需的压力进行了测定。另外，图4的图表中的实验例1和实验例2中改变了多孔部件180的材质。
根据以上的计算及实验结果，可以认为优选孔眼尺寸a为200μm以上且1800μm以下、且开口率为40％以上且60％以下。
另外，关于血液填充量的减少，填充至气体交换部170的血液的填充量为约60ml，血液的减少量最少的计算例5中减少了4.3ml，可知得到了至少7％以上的减少率。
血液填充量的减少率基于填充至气体交换部170的血液的填充量与不包括孔181的多孔部件180的基材部分的体积之比求出。血液填充量的减少率优选为10％以上，但不限于此。另外，血液填充量的减少率的上限不受特别限定，例如为20％以下。
以下，对本实施方式的作用效果进行说明。
根据本实施方式的人工肺100，利用多孔部件180填埋热交换部160与气体交换部170之间的空隙190，填充血液的壳体110内的无用空间减少，因此，能够有效地减少血液的填充量。另外，血液通过多孔部件180的孔181而在热交换部160与气体交换部170之间移动，顺利地进行热交换及气体交换，因此，能够良好地发挥人工肺100的功能。
孔181的孔眼尺寸a为200μm以上且1800μm以下、且开口率为40％以上且60％以下时，可以特别有效地抑制孔181处的阻力，血液的流动不易被阻碍，因此，能够更可靠地发挥良好的热交换性能及气体交换性能。
另外，由多孔部件180带来的血液填充量的减少率为10％以上时，可以特别有效地减少填充至人工肺100的血液，因此，可以抑制向患者输血的输血量，得以进行低侵害手术。
本发明不限于上述的实施方式，可以在权利要求的范围内进行各种改变。
例如，上述实施方式中，壳体110、热交换部160、气体交换部170及多孔部件180具有圆筒形状，但不特别限于所述形状。例如，壳体具有中空的长方体形状、在其内部依次层叠收纳具有矩形形状的扁平的热交换部、多孔部件及气体交换部的形态也包含于本发明中。
另外，多孔部件不限于在薄壁材料上形成有多个孔的冲孔网(punchingmesh)，可以是例如由纵线及横线形成的织网，另外，也可以是海绵等多孔体。
本申请基于2015年9月25日提出的日本专利申请2015-188693号，其公开内容整体并入本文中作为参考。
附图标记说明
100人工肺，
101血液的流入口，
102血液的流出口，
103传热介质的流入口，
104传热介质的流出口，
105气体的流入口，
106气体的流出口，
110壳体(填充部)，
120外筒部件，
130集管，
131传热介质的流入通路，
132气体的流入通路，
140集管，
141传热介质的流出通路，
142气体的流出通路，
150内筒部件，
151血液流通的流路，
160热交换部，
161、162热交换部的端部，
163热交换用中空纤维，
170气体交换部，
171、172气体交换部的端部，
173气体交换用中空纤维，
180多孔部件，
181多孔部件的孔，
190热交换部与气体交换部之间的空隙，
a多孔部件的孔的孔眼尺寸。