JP4664302B2 - ガスを部分的に分離する装置および方法 - Google Patents

Description

［関連出願に関する言及］
本出願は、２００３年９月３０日付けで出願された米国仮特許出願第６０／５０７，９０２に基づく優先権主張を伴っている。

［技術分野］
本発明は、患者に対してガスを供給するための装置および方法に関するものである。

再呼吸回路は、血中二酸化炭素濃度を上昇させることなく、患者の肺に対して供給されるフレッシュガスの量を減少させることを可能としている。フレッシュガス量の減少によって、吸入治療薬が保存される。この一例として、気化性麻酔薬を適用するための再呼吸回路の使用が挙げられる。この再呼吸回路の別の潜在的な使用例としては、次のものが挙げられる：肺の血管を拡張させるための吸入酸化窒素の効果的な適用、拡大気道中における空気量を妨げる抵抗を減少させる手段としてのヘリウムガスの適用、液体を部分的に患者に適用する間の肺からの液体状パーフルオロカーボンの蒸発を制限する手段としてのフレッシュガス流の減少。再呼吸回路はまた、エアゾール化された麻酔薬の適用効率を上げるためにも使用され得る。

再呼吸回路は、主として麻酔薬の適用を支援することを目的として設計されている。麻酔薬の適用に際して、再呼吸回路中のガスは、呼吸回路に機械的な圧力をかけ、そしてそれによって肺を動かすために用いられるガスから常に分離されている。もし、この分離が不完全なものであり、あるいは単に部分的しかなされなければ、ガス流の混合が起こり、その結果、適用されるべき麻酔薬が希釈されて、外科手術の間に患者の目を覚ましてしまうということが起こってしまう。

米国特許第４,９８９,５９７号には、従来技術が開示されている。この米国特許には、ベンチレータを麻酔適用用再呼吸回路に対して直接インターフェイスするための手段が開示されている。この場合、麻酔適用用再呼吸回路は小さな直径を有する長い渦巻き状のチューブを備えていて、依然として嵩高な構造を有している。このような装置は、喚起と再呼吸ガス流との混合を許容する。一回の呼吸量が一定であるという条件下において、このような装置は、ガスコラムの定常的な部分的混合を生じさせる。

換気ガスコラムとの混合に起因する損失を補償するため、再呼吸装置における適当な麻酔薬濃度が、余分な麻酔薬を再呼吸装置内に供給することによって維持される。そのようなシステムにおいては、それぞれの分離されたガスコラムの間に如何なる分離器も存在しない。その代わり、長い混合用チューブから生じるガスの「オープンセパレーション」が存在する。そしてそれは、２〜３リッターのガスを含む。

本発明は、ガス分離器に関するものである。このようなガス分離器は、（ａ）ハウジングを備えている。ハウジングは、内側面と、患者に対して通気可能に接続される第１オリフィスと、ガス供給源に対して通気可能に接続される第２オリフィスを有している。ガス分離器はさらに、（ｂ）ハウジング内に配置された可動式分離ユニットを備えている。可動式分離ユニットは、第１の側と、第２の側と、第１および第２の側の間に位置するエッジを備えている。エッジは、ハウジングの内側面に近接して配置されていて、一方の側から他方の側へのガス流を制限するが、妨げないようになっている。ガス分離器はさらに、（ｃ）ハウジング内に配置されたガイドを備えている。ガイドは可動式分離ユニットに接続されていて、可動式分離ユニットが、患者の吸気動作の間に、第１オリフィスに向かって動く一方、患者の呼気動作の間には、第２オリフィス側に向かって動くことを許容する。ガイドはさらに、可動式分離ユニットに接続され、エッジを、常にハウジングの内側面に近接した状態に維持する。

本発明の方法によれば、上述のようなガス分離器が準備される。ガスがハウジング外に流出せしめられる。ガスがハウジング外に流出せしめられる間に、可動式分離ユニットは、第１オリフィス側に向かって動き、一定量のガスが第２の側から第１の側に向かって流れる。非麻酔薬用再呼吸装置に対しては、ガス流の一定の混合は重要なことではない。

本発明は、機械的なベンチレータまたはフレッシュガス供給源を再呼吸回路から部分的に分離する装置および方法に限定されるものではないが、本発明は、ときどきそのような装置および／または方法に基づいて説明される。本発明は、機械的なベンチレータ、またはフレッシュガス供給源を再呼吸回路から部分的に分離するインターフェイスを提供するために使用され得る。本発明は、患者の吸気による治療薬の適用を容易にするためにも使用される。本発明のこの種の実施形態において、２つのガス流（ベンチレータまたは補助ガス供給源のガス流、および再呼吸回路のガス流）は、患者の吸気動作の間に、同一方向に向かって、つまり患者に向かって流れる。患者の呼気動作の間には、２つのガス流はベンチレータまた補助的なガス供給源に向かって共に同一方向に流れる。

図１〜図４は本発明の実施例を示したものである。図１〜図４において、ガス分離装置１０は、ハウジング１３、およびハウジング１３内に配置された可動式分離ユニット１６、およびハウジング１３内に配置されたガイド１９を備えている。ハウジング１３は、内側面２２、および患者に対して通気可能に接続される第１オリフィス２５、およびガス供給源に対して通気可能に接続される第２オリフィス２８を備えている。

可動式分離ユニット１６は、第１の側３１、および第２の側３４、および第１および第２の側３１、３４の間に位置するエッジ３７を備えている。エッジ３７は、ハウジング１０の内側面２に近接して配置されていて、第１の側３１から第２の側３４に向かうガス流、または第２の側３４から第１の側３１に向かうガス流を制限するが、それを妨げることはない。こうして、可動式分離ユニット１６は、それ自体がハウジング１０内において前後に運動し得るとともに、一定の微少量のガスが可動式分離ユニット１６のまわりを流れ得るような、内側面２２に対する大きさを有している。

ガイド１９が可動式分離ユニット１６に接続されていて、可動式分離ユニット１６が、患者の吸気動作の間に、第１オリフィス２５に向かって動く一方、患者の呼気動作の間には、第２オリフィス２８に向かって動くことを可能にしている。ガイド１９は、また、エッジ３７をハウジング１３の内側面２２に近接した状態に維持する。たとえば、ガイド１９は、可動式分離ユニット１６を貫通して配置されている。本発明の一実施例において、ガイド１９は、可動式分離ユニット１６とヒンジをなすように連結された剛性を有する支柱からなっており、それによって、可動式分離ユニット１６は、支柱のまわりに旋回可能となっており、あるいは、支柱が、ハウジング１３内において１組のソケットに支持されて旋回可能となっており、あるいはその両方の動作がなされ得る。

本発明は、内側面２２からのび、かつ第１オリフィス２５および第２オリフィス２８の間に配置された固定式分離ユニット４３を備えている。この構成において、ガイド１９は、可動式分離ユニット１６および固定式分離ユニット４３とヒンジをなすように連結された支柱からなっており、それによって、可動式分離ユニット１６は、固定式分離ユニット４３の一端のまわりに旋回可能となっている。

図１〜図４に示した本発明の実施例において、可動式分離ユニット１６はマイラから形成されている。この材料は、適切な大きさの可動式分離ユニット１６の適当な運動を許容する剛性および質量の適当な組合わせを実現するような、可動式分離ユニット１６に形作られる。このような可動式分離ユニット１６は、慣性が小さいので、可動式分離ユニット１６は、ハウジングを通過するガス流の向きの変化に迅速に応答することができ、例えば、半径５０ミリメートルおよび体積３７５ミリリッターの大きさの内側面を備えたハウジング１３に対して、可動式分離ユニット１６は、縦４８ミリメートル、横９ミリメートルで、厚さ０．３ミリメートルの大きさを有している。このような構成において、約１ミリメートルの隙間がエッジ３７と内側面２２の間に形成される。もし、ハウジング１３の高さが５０ミリメートルであれば、１ミリメートルの隙間が、ハウジング１３の上面と可動式分離ユニット１６の間に形成され、かつ１ミリメートルの隙間が、ハウジング１３の下面と可動式分離ユニット１６の間に形成される。全体として、約１５０立方ミリメートルの領域がハウジング１３と可動式分離ユニット１６との間に形成され、そしてそれは、大人用の気管内チューブの断面積よりも大きい。これらの特徴に伴って、分離器１０は、体重４０キログラムの患者の呼吸を可能とする。これらの特徴は、単に本発明がどのような構成を有しているかの説明にすぎない。

本発明は、ハウジング１３内に備えられた1つまたはそれ以上のバンパ４６を備えている。図１〜図３には、第1バンパ４６Ａが示され、そしてそれは、可動式分離ユニット１６の第１オリフィス２５に向かうさらなる運動を制限するために配置される。可動式分離ユニット１６がバンパ４６Ａに向かって動くとき、可動式分離ユニット１６およびハウジング１３の間の隙間によって、第２オリフィス２８からのガスが、第１オリフィス２５に達する前に、エッジ３７およびハウジング１３の間を通過し得る。こうして、第２オリフィス２８からのガスが第２オリフィス２８から第１オリフィス２５に向かって流れることは妨げられない。

図１〜図３にはまた、第２バンパ４６Ｂが示されている。第２バンパ４６Ｂは、可動式分離ユニット１６の第２オリフィス２８に向かう運動を制限するために配置される。これによって、第１オリフイス２５からのガスは、第２オリフィス２８に達する前に、強制的にエッジ３７およびハウジング１３の間を通過せしめられる。こうして、可動式分離ユニット１６がバンパ４６Ｂに接触しているとき、第１オリフィス２５からのガスが第１オリフィス２５から第２オリフィス２８に向かって流れることは妨げられない。

第１オリフィス２５に対して通気可能に接続されたガス回路の患者側からの空気の漏れが生じている場合、可動分離器１６は、バンパ４６に接触する。フレッシュガス流が患者の側に向かって流れ、再呼吸回路酸素濃度を維持し、または治療薬の供給を維持する場合には、可動式分離ユニット１６がまた、バンパ４６に接触する。患者の１呼吸サイクル中の吸気量および呼気量の間に差が生じている場合にも、可動式分離ユニット１６がバンパ４６に接触する。

ハウジング１３の内側面２２は、少なくとも部分的に円弧状をなしている。例えば、内側面２２は円筒状をなしている。もし内側面２２が真円の円筒状をなしているならば、可動式分離ユニット１６は長方形状をなし、円筒の中心軸に沿って配置された支柱のまわりに旋回可能とされる。こうして、可動式分離ユニット１６のエッジ３７は、可動式分離ユニット１６がたとえどのような位置に配置されたとしても、内側面２２から常に同一の距離を維持するように配置される。別の態様の円筒がまた使用可能である。内側面２２は、円筒状をなしている必要はない。ハウジング１３は楕円状断面を有する内側面２２を備え得る。それによって、エッジ３７および内側面２２の間の距離が、可動式分離ユニット１６の位置に応じて変化するような分離装置１０を構成することができる。

図４は、取り外し可能な部分４９を備えたハウジング１３を示している。ガスケット５２が備えられて、取り外し可能な部分４９とハウジング１３の残りの部分との間の適切なシーリングが保証される。取り外し可能な部分４９を設けることによって、本発明の分離装置１０は、容易に組み立て可能となり、そして磨耗したパーツの取り替え作業、また分離装置１０の掃除がより容易となる。

図５は本発明の別の実施例を示したものである。この実施例では、可動式分離ユニット１６は球状をなし、エッジ３７を備える代わりに、例えば、可動式分離ユニット１６を、内側面２２に近接する円弧状表面５５を備えた球状のものとして構成することがより適切である。図５に示した分離装置１０においては、内側面２２が可動式分離ユニット１６に対して、この可動分離器１６が患者の吸気動作の間に第１オリフィス２５に向かって動くが、患者の呼気動作の間には第２オリフィス２８に向かって動き得るような大きさに形成される。可動式分離ユニット１６は球状をなしているので、ガイド１９を設ける必要がなく、図５ではガイド１９が示されていない。しかしながら、もし必要ならば、ガイド１９を、球状の可動式分離ユニット１６のオリフィスを貫通するように設けることができることに留意されたい。

図６は本発明のさらに別の実施例を示したものである。この実施例において、ハウジング１３は管状をなし、可動式分離ユニット１６の表面は内側面２２に近接して配置されていて、円弧状のエッジ３７からなっている。可動式分離ユニット１６は円盤状をなしている。この円盤はオリフィス５８を有しており、ガイド１９はこのオリフィス８を貫通している。図６において、ガイド１９は１本のワイヤの形態を有している。図７において、円盤は、実質上ガイド１９に対して垂直な向きに維持するための１つまたはそれ以上のスリーブ６１を備えている。同様の結果として、円盤はこれに接続され、かつガイド１９に向かってのびる１つまたはそれ以上の支柱６４を有している。この点に関しては、図８を参照されたい。図６に示されたような構成は、管状のハウジング１３を必要としないことかわかるであろう。実際、ハウジング１３は種々の形状とすることが可能であり、可動式分離ユニット１６はそれに対応して類似のエッジ３７を備える。

ハウジング１３は、１つまたはそれ以上のバイパスライン６７を備え得る。バイパスライン６７は第１の端部７０および第２の端部７３を有しており、バイパスライン６７の両端部はハウジング１３に接続されている。それによって可動式分離ユニット１６のエッジ３７が第１および第２の端部７０、７３の間に位置するとき、ガスがバイパスライン６７を通過し得る。こうして可動式分離ユニット１６がバンパ４６の一方に達したとき、ガスが可動式分離ユニット１６によってバイパスライン６７を通過し得る。逆止め弁７６がバイパスライン６７中に配置されて、バイパスライン６７を通過するガス流が１方向に向かうことを保証する。バイパスライン６７は、余分な吸入ガス（または排出ガス）が可動式分離ユニット１６をバイパスして別のガス流と混じり合うことを可能とするが、可動式分離ユニット１６がバンパ４６に当接するときにのみそれがなされるように動作する。

別の実施例では、バイパスライン６７の２つの端部７０、７３は、ハウジング１３に接続され、それによって、可動式分離ユニット１６のエッジ３７がバイパスライン６７の一方の端部７０、７３と整列したときに、ガスがバイパスライン６７を通過し得るようになっている。この構成において、たとえ、エッジ３７がバイパスライン６７の両端部７０、７３の間に位置していなくても、バイパスライン６７の使用が開始される。

本発明は、幾つかの場面で使用される。たとえば本発明は、機械的なベンチレータと再呼吸回路との間のインターフェイスのために使用可能である。再呼吸回路はＣＯ₂ 吸収装置おいて含み得る。この点について図９を参照されたい。本発明を利用する別の方法は、同時的な呼吸の間にＣＯ₂ 吸収装置に含む再呼吸回路とフレッシュガス供給源との間のインターフェイスとして使用するという方法である。この点については、図１０を参照されたい。本発明を利用するさらに別の方法として、同時的な再呼吸の間の患者に対するフレッシュガス供給源と、計量された吸入治療薬の簡単な適用を目的とするスペーサとの間のインターフェイスとして使用する方法が挙げられる。この点については、図１１を参照されたい。本発明の分離器の別の用途としてフレッシュガス供給源と計量吸入器との間のインターフェイスのために用いるという方法が考えられる。この点については、図１２を参照されたい。

本発明は、ガスを部分的に分離する方法としての実施例も有している。図１３はこの方法のステップを示したものである。本発明の方法によれば、ハウジングが準備される（１００）。ハウジングは、内側面、および患者に対して通気可能に接続される第１オリフィス、およびガス供給源に対して通気可能に接続される第２オリフィスを備えている。上述のような可動式分離ユニットがハウジング内に設けられる（１０３）。ガスが第１オリフィスを通じてハウジング外に流出せしめられ（１０６）、ガスがハウジング外に流出する間に、可動式分離ユニットは第１オリフィスに向かって動き（１０９）、一定量のガスが可動式分離ユニットの第２の側から第１の側に向かって流れる（１１２）。このような動作が、患者による吸気動作の間に実行される。このような動作は、ガスが第２オリフイスを通じてハウジング内に流入せしめられる間にも実行される。

本発明による方法は、患者による呼気動作の間にも逆のステップとして実行される。図１４はこのようなプロセスを示したものである。例えば、ガスが第１オリフイスを通じてハウジング内に流入せしめられる（１１５）。ガスがハウジング内に流入する間に、可動式分離ユニットは第２オリフィスに向かって動き（１１８）、一定量のガスが可動式分離ユニットの第１の側から第２の側に向かって流れる（１２１）。さらに、このような動作は、ガスが第２オリフィスを通じてハウジング外に流出する間にも実行される。

ハウジングは、その内部に患者の呼吸時のガス流を数倍越える量のガスを収容し得る。例えば、０．５リッターのガス流は、０から１０歳までの大抵の子供の呼吸時のガス量に対応する。

これまで、１つまたはそれ以上の特定の実施例に関して本発明の構成が説明されてきたが、本発明のさらに別の実施例が本発明の構成の範囲内において実現可能であることが理解されるであろう。したがって、本発明は請求の範囲に記載された構成にのみ限定されるものではない。

本発明による分離器の構成を示す平面図である。 本発明による分離器の、固定式分離ユニットおよび可動式分離ユニットおよび２つのバンパを示すためにハウジングの一部が取り除かれた状態を示す側面図である。 ベンチレータおよび循環回路に接続された本発明による分離器を示す平面図である。 本発明による分離器の分解斜視図である。 本発明による分離器を示した図である。 本発明による分離器を示した図である。 スリーブを備えた円盤の側面図である。 支柱を備えた円盤の側面図である。 ベンチレータとともに使用される本発明による分離器の図である。 フレッシュガス供給源とともに使用される本発明の分離器の図である。 計量式吸入器とともに使用される本発明による分離器の図である。 計量式吸入器とともに使用される本発明による分離器の図である。 本発明による方法の各ステップを示す図である。 本発明による各ステップを示す図である。

Claims (17)

1. 内側面と、患者に対して通気可能に接続される第１オリフィスと、ガス供給源に対して通気可能に接続される第２オリフィスとを備えたハウジングと、
   前記ハウジング内に収容され、第１の側および第２の側および、前記第１および第２の側の間にあるエッジを備えた可動式分離ユニットと、を備え、
   前記可動式分離ユニットのエッジは、前記ハウジングの内側面に近接して配置され、前記可動式分離ユニットの一方の側から他方の側へのガスの流れを制限するが、妨げないようになっており、さらに、
   前記ハウジング内に収容され、前記可動式分離ユニットに接続されて、前記可動式分離ユニットが、患者の吸気動作の間に前記第１オリフィスに向かって動くが、患者の呼気動作の間には前記第２オリフィス側に向かって動くようにし、かつ前記可動式分離ユニットが動く間中、前記エッジが、前記ハウジングの内側面から一定の間隔をあけて前記ハウジングの内側面に近接した状態に維持されるようにするガイドと、
   前記ハウジングの内側面からのびているとともに、前記第１オリフィスおよび第２オリフィス間に配置された固定式分離ユニットと、を備えていることを特徴とするガス分離器。
2. 前記ガイドは、前記可動式分離ユニットおよび前記固定式分離ユニットとヒンジをなすように連結された支柱からなっていることを特徴とする請求項１に記載の分離器。
3. 前記ガイドは、前記可動式分離ユニットとヒンジをなすように連結された支柱からなっていることを特徴とする請求項１に記載の分離器。
4. 前記ハウジング内に収容されたバンパは、前記可動式分離ユニットの運動を制限するとともに、前記第１オリフィスからのガスが、前記第２オリフィスに到達する前に、前記エッジおよび前記ハウジングの間を通過するようにせしめることを特徴とする請求項１に記載の分離器。
5. 前記ハウジング内に収容されたバンパをさらに備えており、前記バンパは、前記可動式分離ユニットの運動を制限するとともに、前記第２オリフィスからのガスが、前記第１オリフィスに到達する前に、前記エッジおよび前記ハウジング間を通過するようにせしめることを特徴とする請求項１に記載の分離器。
6. 前記内側面の少なくとも一部が円弧状になっていることを特徴とする請求項１に記載の分離器。
7. 前記内側面が円筒面からなっていることを特徴とする請求項６に記載の分離器。
8. 前記可動式分離ユニットが長方形状を有していることを特徴とする請求項６に記載の分離器。
9. 前記可動式分離ユニットが球形状を有していることを特徴とする請求項６に記載の分離器。
10. 前記可動式分離ユニットが円盤形状を有していることを特徴とする請求項６に記載の分離器。
11. 前記円盤は1つのオリフィスを有しており、前記ガイドはそのオリフィスを貫通する１本のワイヤからなっていることを特徴とする請求項１０に記載の分離器。
12. 前記円盤に接続され、前記ガイドのまわりを取り巻くスリーブをさらに備えていることを特徴とする請求項１０に記載の分離器。
13. 前記円盤に接続され、前記ガイドに向かってのびる支柱を備えていることを特徴とする請求項１０に記載の分離器。
14. 第１の端部および第２の端部を有するバイパスラインをさらに備えており、前記バイパスラインの両端部は、前記ハウジングに接続されていて、前記可動式分離ユニットのエッジが前記第１および第２の端部の間に位置するとき、ガスが前記ハイパスラインを通過し得るようになっていることを特徴とする請求項１に記載の分離器。
15. 前記バイパスライン中に配置された逆止弁をさらに備えていることを特徴とする請求項１４に記載の分離器。
16. 第１の端部および第２の端部を有するバイパスラインをさらに備えており、前記バイパスラインの両端部は、前記ハウジングに接続されていて、前記可動式分離ユニットのエッジが前記バイパスラインの一方の端部と整列したとき、ガスが前記バイパスラインを通過し得るようになっていることを特徴とする請求項１に記載の分離器。
17. 前記バイパスライン中に配置された逆止め弁をさらに備えていることを特徴とする請求項１６に記載の分離器。

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