JP2005523778A - 医療用ガス再循環システム - Google Patents

Abstract

医療装置（１０３）に、医療用ガスが高圧部と低圧部を通り再循環する主循環路（１０２）の高圧部からガス混合物を供給（１０５）する。汚染物を除去した使用済みガスを主循環路の低圧部へ戻す。圧力維持弁（１４１）により高圧部の圧力を維持し、低圧部の容積調節装置（１４５）により主循環路のガス流量を維持する。再循環するガス混合物の組成は、濃度及び／又は容積の変動の測定値に応じそれぞれの送給ガスを加えることで維持される。この方法の特別な用途は、心肺バイパス酸素投与装置又は人工呼吸装置へ二成分酸素／キセノン混合物を送給するものである。

Description

本発明は、少なくとも二成分ガス混合物を心肺バイパス酸素投与装置又は人工呼吸装置などの医療装置に再循環させるための装置及び方法に関する。

さらに詳しくは、本発明は、医療装置、特に心肺バイパス酸素投与装置への再循環するガス組成物の組成、圧力及び流量を制御し、ガス組成物をリサイクルするための装置及び方法に関する。

心肺バイパス酸素投与装置や人工呼吸装置又はレスピレータなどの医療装置は、関連する医療処置で使用する際の安全かつ信頼できる動作のために信頼できる持続性のガス源を必要とする。

通常、そのような装置による処置のために使用されるガス組成物は、いろいろな空気／酸素又は窒素／酸素混合物であるが、状況によってはこれらの装置は他の有効物質を患者に投与するために使用されることがある。

例えば、ある種の外科処置を行う前に患者を麻酔するため麻酔剤を投与するのにレスピレータを使用することはよくあることであり、麻酔剤としてキセノンが使用されることは公知である。

米国特許第４９８９５９７号明細書（Ｗｅｒｎｅｒ）には、少なくとも２つのガス、特に酸素とキセノンを、患者循環路と駆動循環路を含む呼吸装置によって患者に投与するための装置が開示されている。患者循環路は、貴重なガスを最大限に利用するためガスの再呼吸を可能にするものであり、吐き出された二酸化炭素を酸素で置き換え、キセノン濃度を補充するために新鮮なガスを投入する。駆動循環路と患者循環路は遮られずに連通しており、患者循環路における各成分の濃度は独立にモニターされ、少量の一方又は他方のガスを加えることによって制御される。患者循環路と駆動循環路の間の遮られることのない連通の結果として固有の平衡を生じ、それが患者循環路におけるガスの相対濃度をより制御しやすいものにすると述べられている。キセノンは最終的に駆動循環路に蓄積して、それがある濃度に達したら回収容器へ放出して回収できる。

つい最近、例えば国際公開第００５３１９２号パンフレットで、キセノンは神経中毒の治療に有用であるということが確認された。特に、キセノンは、例えば溢血や頭蓋脳の外傷などの低酸素の状況によって引き起こされる神経伝達物質、特にドーパミン、の放出を減らすことができると述べられている。心肺バイパス装置の使用が、原因不明の神経中毒を引き起こすことがあり、それが患者の回復を顕著に遅らせると述べられている（国際公開第００５３１９２号パンフレット５頁１５〜１８行目）。国際公開第００５３１９２号パンフレットによれば、キセノンは吸入法によって投与してもよく、あるいはまた、心肺バイパス装置に直接加えてもよい。さらに、国際公開第０１０８６９２号パンフレットには、例えば、神経を保護するため、神経痛を緩和するため、あるいはシナプスの可変性を抑えるためのＮＭＤＡ拮抗薬としてキセノンを利用することが開示されている。

通常の状況では、心肺バイパス酸素投与装置には、酸素／空気又は酸素／窒素混合物がワンススルー方式で供給され、その後使用済みのガス（残りの酸素、窒素及び患者の血液から排出された二酸化炭素を含む）が大気に排出される。しかし、心肺バイパス酸素投与装置においてキセノン、又はその他の何らかの高価なガスを使用すると、これは非常に費用のかかる処置になってしまう。

心肺バイパス酸素投与装置や人工呼吸装置などの医療装置にガスを供給し再循環させる装置及び方法であって、高価なガスを回収することも可能にする装置と方法は、特にスペースが貴重なものである環境において使用される医療装置に適用される場合に、きわめて望ましいものである。

従って、本発明の第一の側面では、医療装置に少なくとも２つの成分を含む医療用ガス混合物を供給し循環させる装置が提供され、この装置は、
該医療用ガスを再循環させる主ガス循環路であって、次のもの、すなわち、
ガスを該主循環路を通してポンプで送り、ガス圧力を低い圧力から高い圧力に上昇させる一定速度の循環ポンプ、
該ポンプの下流側にあり該主循環路を高圧部と低圧部に分ける圧力維持弁、
高圧部における医療用ガス出口、
低圧部における使用済みガス入口、
好ましくは高圧部に位置する、第一の送給ガス供給入口、
好ましくは高圧部に位置する、第二の送給ガス供給入口、
再循環する医療用ガス混合物の少なくとも１つの成分の濃度を測定し該濃度を示す信号を発生するための濃度測定手段、
上記ポンプへの所定のガス流量を維持するために低圧部の１つの場所において主循環路の容積を変え、該容積を示す信号を発生するための循環路容積調節手段、及び、
主循環路からガスを排出するための手段、
を含む主ガス循環路、
所定の組成の第一の送給ガスを該第一の送給ガス入口に供給するための第一の送給ガス供給導管、
該濃度測定手段からの信号に応答して、該ポンプの入口における医療用ガスの組成を一定に維持するように該第一のガス供給導管を通る第一の送給ガスの流量を制御するための第一の送給ガス供給流量制御手段、
該第一の送給ガスと異なる所定の組成の第二の送給ガスを該第二の送給ガス入口に供給するための第二の送給ガス供給導管、
該循環路容積調節手段からの信号に応答して、再循環する医療用ガスの組成を一定に維持するように該第二のガス供給導管を通る第二の送給ガスの流量を制御するための第二の送給ガス供給流量制御手段、及び
該医療装置を該主循環路に接続して医療用ガスの一部を上記医療用ガス出口から受け取り、使用済みガスを上記使用済みガス入口に戻すための医療装置供給循環路であって、次のもの、すなわち、
該医療装置への医療用ガスの流量を制御するための流量制御手段、及び、
該使用済みガスから汚染物質を除去するための精製手段、
を含む医療装置供給循環路、
を含む。

別の側面において、本発明は、上記第一の側面の装置の医療装置供給循環路に接続された医療装置を含む医療装置システムを提供する。

好ましくは、圧力維持弁はスピル弁、すなわち、圧力の上昇に応答して広く開いてより多くのガスを低圧部に流し、それにより高圧部の圧力を維持する弁、である。しかし、弁は通常の減圧弁であってもよい。

好ましくは、循環路容積調節手段は膨張ベローズを含み、その適切な体積を示す信号を発生するための手段は、膨張ベローズのレベルをその膨張する方向で検出するための赤外レベルセンサー、又は好ましくは、超音波センサーである。

好ましくは、上記の装置は主循環路を通し約２５０ｍｂａｒｇ（１２５ｋＰａ）までの圧力、さらに好ましくは約１５０ｍｂａｒｇ（１１５ｋＰａ）までの圧力で動作し、医療装置にガスを約１００ｍｂａｒｇ（１１０ｋＰａ）まで、好ましくは約３０ｍｂａｒｇ（１０３ｋＰａ）までの圧力で供給することができる。循環ポンプはガスを該循環路を通し毎分約８０リットル（リットル／分）まで、好ましくは約３０リットル／分まで、さらに好ましくは約１５〜約２０リットル／分の流量で循環させることができ、好ましくは、医療装置にガスを約３０リットル／分まで、好ましくは約１０リットル／分まで、なおさらに好ましくは約５リットル／分までの流量で供給する。

第一及び第二の送給ガス供給流量制御手段の各々は、例えば、弁であっても、あるいは好ましくは、質量流量制御器（ＭＦＣ）であってもよい。

濃度測定手段はガス混合物の一つ以上の個別成分の濃度を測定する。

必要な場合、ガス濃度測定手段及び／又は循環路容積調節手段は、例えば警報装置によって、それぞれの信号を発して、操作者に該当の供給流量制御手段を手動で調整する必要があることを警告することができる。

濃度測定手段又は循環路容積調節手段と供給流量制御手段との連絡は、アナログ電気回路によるものであってもよく、それによればゲインを所望に応じて設定することができる。例えば、酸素などの、医療装置により速やかに消費され及び／又は緊急に必要とされるガスの供給を制御する場合には、アナログ回路は高いゲインを有することができる。逆に、キセノンなどの、比較的ゆっくりと消費されるガス、又は窒素などの不活性ガスの供給を制御する場合には、アナログ回路は低いゲインを有することができる。

医療用ガス混合物が二成分ガス混合物である場合、普通は一方の成分の濃度だけを測定し、対応する信号を用いて、それぞれの送給入口への成分の送給を制御し、他方の成分の送給、又は２つの成分の所定の混合物の送給は、循環路容積調節手段信号により制御する。

医療用ガス混合物が三成分ガス混合物である場合、第一の成分について別個の送給を用い、他の２つの成分については、随意的に特定量の第一の成分も含めて、混合送給を用いて、二成分ガス混合物と同様な仕方で操作することが可能である。もっと普通には、３つの成分は、少なくとも主としては、３つの別々の送給によって供給される。成分のうちの２つのものの濃度を測定し、個別の濃度測定信号を用いて対応するそれぞれの送給を制御し、第三の成分の送給を循環路容積調節手段信号によって制御することができる。あるいはまた、成分のうちの２つのものの濃度を測定し、個別の濃度測定信号の一方を用いて対応する送給を制御し、他方の濃度測定信号と循環路容積調節手段信号の両方を用いて他の２つの成分の送給を制御することができる。

例えば、４０％酸素、２０％キセノン、及び４０％不活性ガス（通常は窒素）という三成分混合物を用いれば、このガス組成を維持する送給の制御は、酸素濃度測定信号を用いて酸素の送給を制御し、循環路容積調節手段信号を用いてキセノン、不活性ガス、及び随意的に酸素、の混合物の送給を制御することによってなされる。しかし、このようなシステムは、例えば、空気の漏れがあるところ又はキセノンと不活性ガスの一方にのみ影響するが他方には影響しない他の事態のもとでは、完全な制御を可能にはしない。従って、３つの投入ガス、例えば、（ａ）酸素、（ｂ）キセノン又はキセノンと小さな比率の酸素との混合物、及び（ｃ）窒素又は窒素と小さな比率の酸素との混合物、を用いること、そして三ガスの制御システムを用いてこれらの流量を制御することが好ましい。三ガスの制御システムは、医療装置による酸素取り込みを補償することができるだけでなく、キセノン及び／又は窒素の取り込み、装置によるあるいは装置からの放出、ガス混合物又は空気によって満たされたデッドボリューム、及びシステムへの又はシステムからの空気又は他のガスの漏れを、エラーなしに補償することもできる。

三ガス制御システムは、２つのガス濃度信号とシステム容積信号とによって作動される単純な比例アルゴリズムによって実施することができる。例えば、測定された酸素濃度と所定の酸素濃度との差に依存する量で酸素を加えることができ、測定されたキセノン濃度と所定のキセノン濃度との差に依存する量でキセノン（又はキセノン／酸素混合物）を加えることができ、そして主循環路の容積が所定の容積と異なる度合いに依存する量で窒素（又は窒素／酸素混合物）を加えることができる。しかし、種々のガスの追加が不利な仕方で相互作用しない安定な制御システムを確実なものにするために、測定されたキセノン濃度と所定のキセノン濃度との差、及び実際の循環路容積と所定の循環路容積との差の両方を用いて、キセノンを含有する送給と窒素を含有する送給の両者の追加を制御することが好ましい。詳しく言うと、キセノンを含有する送給は、関数ＹＦによって決められ、ここでは、Ｆ＝Ｍ’ｘ（実際の循環路容積−所定の循環路容積）、Ｙ＝Ｍ”ｘ（実際のキセノン百分率濃度−所定のキセノン百分率濃度）であり、Ｍ’とＭ”は一定のゲイン／乗数係数であり、そして窒素を含有する送給は関数（Ａ−Ｙ）Ｆによって決められ、Ａは窒素含有供給制御手段への最大流量信号である。従って、ガス供給制御手段が全て１リットル／分の流量のときに５ＶのＭＦＣであり、酸素に関するゲイン／乗数係数が２５０であり、Ｍ’が５０、Ｍ”が３５である場合、（ａ）測定された酸素濃度が基準レベルに比べ２％低いと酸素追加量は１リットル／分になり、（ｂ）循環路容積が基準レベルより１０％少ないとＦ値は５になり、（ｃ）測定されたキセノン濃度が基準レベルに比べ２％低いとＹ値は０．７になる。従って、これらの条件の下では、ＹＦ信号は３．５であって、キセノン含有ガスの追加量は０．７リットル／分になり、（Ａ−Ｙ）Ｆ信号は１．５となり（Ａ＝５）、窒素含有ガスの追加量は０．３リットル／分になる。

好ましくは、医療装置は人工呼吸装置、又は、特に心肺バイパス酸素投与装置である。本発明の装置は、人工呼吸装置又は心肺バイパス酸素投与装置に選択的に供給することができ、それにより患者を心肺バイパスの直前又は直後に容易に呼吸させることができる。

本発明の第三の側面では、医療装置に少なくとも２つの成分を含む医療用ガス混合物を供給する方法が提供され、この方法は、
一定圧力に維持される高圧部を低圧部と直列に有する主循環路で該医療用ガスを再循環させること、
該高圧部から該医療用ガスの一部分を抜き出し、該一部分を該医療装置へ送給すること、
該医療装置からの使用済みガス混合物から汚染物質を除去し、該汚染物質を除去した使用済みガスを低圧部へ戻すこと、
送給ガスを追加することにより医療用ガス混合物の成分を補充して、再循環する医療用ガスの組成を一定に維持すること、及び、
主ガス循環路の容積を変えて、そのガス流量を維持すること、
を含む。

好ましくは、この方法は医療装置システムを本発明の第二の側面に従って操作させることを含む。

本発明の第四の側面では、本発明の第三の側面の方法を用いて、医療用ガス混合物の供給を受ける装置で血液を再循環する医療用ガス混合物と接触させることにより血液を体外処理するための方法が提供される。

本発明で用いるためのガス組成物は、好ましくは少なくとも１つの高価なガスを含み、処置で使用後にそれを回収することが有益であろう。そのようなガスとしては、希ガス、特にキセノン、クリプトン及びネオン、又はそれらの同位体、あるいは酸素や二酸化炭素などのガスの安定な同位体、が挙げられる。

好ましい態様では、ガス組成物はキセノンを、好ましくは少なくとも約１０体積％の量で、さらに好ましくは少なくとも約３０体積％の量で、なお好ましくは少なくとも約５０体積％の量で、そしてなおさらに好ましくは少なくとも約７０体積％の量で含む。最も好ましくは、ガス組成物は約８０体積％の量のキセノンを含む。

ガス組成物はまた、好ましくは酸素を含み、さらに好ましくは主にキセノンと酸素からなる。最も好ましくは、ガス組成物はキセノンと酸素を約８０体積％対約２０体積％の比で含み、通常はキセノンと酸素だけからなる。

成分ガスは、個別に補充してもよく、あるいは相対比率が知られているガスの混合物、好ましくは二成分混合物で補充してもよい。

随意に、ガス混合物はまた、例えば、ヘリウム又は窒素を含むこともできる。ヘリウムは、例えば、ヘリウムボンベ又はヘリウム／酸素混合物を入れたボンベから別の供給流導管によって供給することができる。窒素は、例えば、空気を循環路に導入することによって供給することができる。

本発明の好ましい態様では、医療装置は心肺バイパス酸素投与装置であり、ガス組成物は主として酸素とキセノンとの混合物である。好ましくは、成分ガスは、酸素を含む第一のガス供給物質、及びキセノンを含み、例えば約８０％対約２０％の比率のキセノン／酸素混合物であってもよい、第二のガス供給物質から供給される。好ましくは、第一のガス供給物質は酸素であり、第二のガス供給物質はキセノン／酸素混合物である。

酸素が、医療装置につながれた患者によって比較的速やかに消費される場合、例えば酸素燃料電池センサーであってもよい、酸素濃度測定手段は、好ましくは、循環路への酸素の比較的速やかな補充を可能にする高ゲインの電子回路によって第一の供給流量制御手段に接続される。例えば、酸素の所望濃度と検出濃度との各１％の差が、酸素の（第一の）供給導管を通る１リットル／分（ｌ／分）の流量に対応することができる。逆に、医療装置につながれている患者によって比較的ゆっくりと消費されるキセノンの濃度を制御するためには、低ゲインの応答がより適切であろう。

再循環する酸素との二成分混合物におけるキセノンの濃度は、超音波ガスアナライザーによって測定することが好ましい。好ましくは、超音波ガスアナライザーは、例えば１００ｋＨｚを超える、超高周波超音波トランスミッターを有する。適当な超音波ガスアナライザーは、２００２年５月１日に出願の同時係属英国特許出願第０２１００２１．２号明細書及び本願と同日付けの対応するＰＣＴ特許出願（ファイル参照番号Ｐ８９４２ＷＯ）に記載されているものである。

超音波ガスアナライザーは、再循環する体積のモニタリングと組み合わせて用いて、循環路における汚染物質の濃度などの他の情報を提供してもよい。

同様に、再循環するガスにおける酸素とキセノンの測定濃度の比較によって、窒素又は二酸化炭素などの汚染物質の濃度に関する情報を得てもよい。

キセノン又はその他の高価なガスを用いる場合、ときどき排出されることがある使用済み又は再循環するガスをガス回収スペースへ導くことが好ましい。高価なガスがアレッジスペース（ｕｌｌａｇｅ ｓｐａｃｅ）を有する容器の未使用ガススペースの供給物質から供給される場合、アレッジスペースがガス回収スペースを提供することができる。このような容器は、２００２年５月１日出願の同時係属英国特許出願第０２１００２２．０号明細書及び本願と同日付けの対応するＰＣＴ特許出願（ファイル参照番号Ｐ８９４３ＷＯ）に記載されているようなものでよい。

二酸化炭素が医療装置からの廃棄生成物である場合には、二酸化炭素吸収器、二酸化炭素アナライザー及び圧力逃がし装置のうちの１つ以上を医療装置の下流側に設けることができる。

以下は、本発明の現在好ましい態様の一例としての、そして添付図面を参照しての説明である。

図１を参照すると、８０％キセノン対２０％酸素の比のキセノン／酸素混合物を、装置（全体を１０１で表す）の主循環路１０２へ、容器１２１の未使用ガススペース１１９のキセノン／酸素供給源から、キセノン質量流量制御器（ＭＦＣ）１２３を介して送給する。

主循環路１０２の酸素内容物は、酸素ボンベ１２５から調節器１２７と酸素質量流量制御器（ＭＦＣ）１２９を介して補充される。

１つ以上（好ましくは４つ）のダイアフラムポンプ１１７で、キセノン／酸素混合物を１５０ミリバール・ゲージ（１１５ｋＰａ）までの圧力で２０リットル／分（ｌ／分）までの流量にて送り、循環路１０２を循環させる。

ガス組成物は心肺バイパス（ＣＰＢ）酸素投与装置１０３へ医療装置供給導管１０５を介して送給され、そしてそれは、操作者が所望のレベルに設定できる流量制御弁１３９によって調節される。

ＣＰＢ酸素投与装置１０３は、一般には膜型酸素投与装置であり、患者１０７からの酸素消費血液の送給を酸素消費血液導管１０９を介して受け、酸素富化血液導管１１１を介して患者１０７に戻す。ＣＰＢ酸素投与装置１０３からの使用済みガスは使用済みガス戻り導管１１３を通り、次に水トラップ１４７と主二酸化炭素吸収器１３５を通して送給され、ポンプ１１７の上流の主循環路１０２に戻る。

使用済みガス戻り導管１１３及び医療装置供給導管１０５を通過するガスは、患者１０７を装置１０１からの汚染に対して防護し、またその逆の方向でも同様にするため、それぞれのバクテリアフィルタ１１５を通り抜ける。

設定された圧力で一定流量のガスが確実に酸素投与装置１０３に供給され、こうして患者の血液に提供できるようにするために、ガスは医療装置供給導管１０５への出口の下流側にある圧力維持弁１４１を通って主循環路１０２を循環する。圧力維持弁１４１は、圧力が所定のレベル、例えば３０ｍｂａｒｇ（１０３ｋＰａ）、を超えるときにのみガスの流れを可能にし、それに応じてポンプ１７と弁１４１の間で一定の圧力を維持する弁である。

圧力維持弁１４１の下流側で、ガス組成物は、２００２年５月１日に出願された本出願人らの同時係属英国特許出願第０２１００２１．２号明細書及び本願と同日付けの対応するＰＣＴ出願（ファイル参照番号Ｐ８９４２ＷＯ）に記載されている種類の超音波キセノンアナライザー１４３を用いてキセノン含有量が分析される。別の構成装置（図示せず）では、キセノンアナライザーは圧力維持弁１４１の上流側に位置する。

ガスは次に、膨張して装置内のガスの何らかの付加的な体積を吸収し、あるいは収縮して装置内の体積の喪失を補償し、そしてポンプ１１７の上流側の使用済みガスを受け入れるベローズ１４５を通して送給される。

主循環路１０２における酸素濃度は、主循環路１０２のポンプ１１７の下流に位置するように示されているが、圧力維持弁１４１の下流に位置することもできる、酸素燃料電池センサー１３１によってモニターされる。ガスは次に、補助的な二酸化炭素吸収器１３３を通して送給され、残留する二酸化炭素が再循環するガスから除去される。吸収器１３３と１３５によって除去される二酸化炭素は、患者の血液から放出された後に酸素投与装置１０３を経て入ってきたものである。システムを使用するごとに、少なくとも吸収器１３５は取り替えるべきである。

補助的な二酸化炭素吸収器１３３の下流で、ガスの少量の試料を主循環路１０２から引き出してアナライザー装置１３７に送り、赤外ガスアナライザーによって二酸化炭素を分析して二酸化炭素吸収器が効率的に働いていることを確認し、酸素燃料電池センサー１３１の予備としての常磁性ガスアナライザーによって酸素を分析する。この試料は、ポンプ１１７の上流で主循環路１０２に戻される。

回収ガス導管１４９は、補助的な二酸化炭素吸収器１３３の下流の箇所でガスの少なくとも一部を主循環路１０２から容器１２１のアレッジスペース１５１へ、回収弁１５３とコンプレッサー１５５を介して選択的に送給する。この容器１２１は、２００２年５月１日出願の同時係属中の英国特許出願第０２１００２２．０号明細書及び本願と同日付けの対応するＰＣＴ特許出願（ファイル参照番号Ｐ８９４３ＷＯ）に記載されている種類のものである。

ベローズ１４５の大気排出口１５７は、必要な場合、装置内部のガスを大気に排出することを可能にする。

使用済みガスの戻り導管１１３にはＵ字管の逃がし装置１５９があって、装置１０１から何らかの背圧が発生する事態になった際に酸素投与装置１０３と患者１０７を保護する。

装置への未使用ガスの追加は、未使用酸素の追加に関しては酸素燃料電池センサー１３１と酸素ＭＦＣ１２９の間のアナログ電子回路（図示せず）によって、そして未使用キセノン／酸素混合物の追加に関してはベローズの位置を測定する超音波レベルセンサー１４６とキセノンＭＦＣ１２３の間のアナログ電子回路によって制御される。

酸素燃料電池センサー１３１は、主循環路１０２における酸素濃度をモニターするほかにも、酸素濃度を制御するのを可能にする。操作者は、所望の酸素濃度に対応するセンサー１３１の設定点を選ぶことができる。センサー１３１で測定した酸素濃度がこの設定点よりも低くなると、酸素ＭＦＣ１２９が始動されて、酸素ＭＦＣ１２９をセンサー１３１に接続する高ゲイン回路を介して未使用酸素を主循環路１０２に、酸素レベル設定点と酸素センサー１３１の測定値との差に比例する流量で送給する。

一般に、高ゲイン酸素制御回路（図示せず）はゲインが１であり、これは、酸素設定点と測定された酸素レベルとの差１％につき、酸素ＭＦＣ１２９を通って主循環路１０２への１リットル／分の酸素流量に対応する。

主循環路のキセノン濃度は超音波ベローズレベルセンサー１４６によって制御される。操作者は、センサー１４６に接続されたポテンショメータ（図示せず）で、ベローズ１４５の膨張レベルに対応する所望のレベルを設定することができる。このレベルは、システムの容積に対応し、そして酸素濃度が知られているならば、所望のキセノン濃度に対応する。ベローズ１４５が所望のレベルよりも低くなったことをセンサー１４６が検出すると、キセノンＭＦＣ１２３が始動されて、未使用の酸素／キセノン混合物を、センサー１４６をキセノンＭＦＣ１２３に接続する低ゲイン回路（図示せず）を介して主循環路１０２へ、ポテンショメータ設定点とベローズセンサー１４６によって測定されたレベルとの差に比例する流量で送給する。

一般に、キセノンの低ゲイン回路はゲインが０．１であり、これは、ポテンショメータ設定点とベローズセンサー１４６によって測定されたレベルとの差１％につき、主循環路１０２への未使用キセノン／酸素混合物の０．１リットル／分の流量に対応する。

いろいろなセンサー読取値と流量が、モニター装置（図示せず）に表示される。

使用時には、ＣＰＢ酸素投与装置１０３によって酸素が消費され、二酸化炭素と置き換えられる。操作者は、流量制御弁１３９を用いて酸素投与装置１０３への流量を選ぶことができる。これは、二酸化炭素が患者の血液から装置へ放出される速度を効果的に制御し、従って患者１０７の相対酸性度又は塩基性度もある程度制御する。

二酸化炭素は主二酸化炭素吸収器１３５によって吸収され、そして酸素レベルの低下が燃料電池センサー１３１によって検出されて、高ゲイン回路を介し、酸素ＭＦＣ１２９の制御の下で酸素レベルの補充を始動させる。

キセノンセンサー１４３は主循環路１０２におけるキセノン濃度を測定する。この読取値を他の読取値と比較していろいろな結論に達する。例えば、酸素燃料電池センサー１３１によって測定された酸素濃度が１００からキセノンセンサー１４３によって測定されたキセノン濃度を差し引いたものと等しくない場合、それは、例えば二酸化炭素や窒素による、汚染を示しており、操作者に装置から大気への排気口を開くように、又は使用したガスを回収するように警告を発することができる。あるいはまた、これは前もって設定したレベルで自動的に行ってもよい。キセノンセンサーはまた、ベローズのレベルから予測されるキセノン濃度をモニターするのにも用いられる。同様に、これらの２つの読取値が一致しない場合、これは二酸化炭素、窒素、又は酸素が多すぎることを示すことがある。結果として、操作者は大気へ排気すること、又は使用されたガスを回収することを選ぶことができる。

装置内のガスの体積が増加すると、ベローズ１４５のレベルが上昇する。ベローズ１４５のレベルが予め設定されたレベルを超えると、ガスは装置から、やはり手動で又は自動的に、大気排出口１５７及び／又はキセノン回収弁１５３を介して排出される。随意に、センサー１４６を超音波アナライザー１４３に接続して、ベローズ１４５の上限レベルを超えたとき、アナライザー１４３によって測定されたガスのキセノン含有量に応じて排出口１５７又は弁１５３を選択的に開くようにすることもできる。

次に図２を参照すると、全体が２００で示された呼吸装置循環路が、ＣＰＢ循環路の代わりに図１の装置のフィルター１１５のところで接続されている。未使用ガスは、出口フィルター１１５（図１参照）を通り、逆止弁２１３を通って呼吸装置循環路２００に入り、呼吸装置にガスを供給して、それにより呼吸装置循環路２００における酸素及びキセノンの濃度を必要とされるレベルに維持する。

呼吸装置循環路２００は、正の駆動ガス圧力（大気圧を超える）をパルスで１又は２秒間供給した後にそれより少し長い大気圧の時間が続く種類の通常の呼吸装置２０１を含む。駆動ガス圧力の期間、サイクル時間及びパワーは、通常の仕方で患者２０５の必要に合うように設定される。

呼吸装置の駆動圧力が正であるとき、ガスはベローズアセンブリ２０２のベローズから制御弁２０３と逆止弁２０４により患者２０５の肺へ押し出される。弁２０３は空気圧で動作する弁であり、患者の肺がふくらむ間は呼吸装置の正の駆動圧力によって閉じた状態に保たれる。呼吸装置２０１がサイクルの大気圧部分に進むと、患者の肺は弛緩して収縮することができるようになり、吐き出されたガス（追い出された酸素、追加された二酸化炭素）が肺から逆止弁２０９を経てソーダ石灰吸収剤のキャニスター２１０に流れ込む。キャニスター２１０は、吐き出されたガスから二酸化炭素を吸収してから、それが流れて戻りベローズアセンブリ２０２のベローズを再充填するのを可能にする。このガスはその後、呼吸装置２０１から次の正圧力パルスのときにベローズにより患者の肺へ送り戻すことができる。患者の肺からのガスの二酸化炭素のレベルはＣＯ₂アナライザー２０７によって連続的に測定され、それは、患者の正しい呼吸の指標を与える呼気終末（ピーク）ＣＯ₂レベルとソーダ石灰２１０の消尽の程度を示す最小ＣＯ₂レベルの両方をモニターする。

呼吸装置２０１がそのサイクルの大気圧部分にあるとき、弁２０３は開いており、そしてベローズアセンブリ２０２の内部のベローズがその行程の上端に達してガス圧力が十分に正（数ミリバール）になると、ガスはベローズから、随意的なバッグ２１１ａに流れ込み、随意的な圧力逃がし弁２１２ａを通過して、出口２０８とフィルター１１５（図１参照）を経てガス再循環路１０２（図１参照）に戻る。バッグ２１１ａと随意的な圧力逃がし弁２１２ａは、再循環路１０２を呼吸装置循環路２００に接続する管が、弁２０３によるベローズ圧力の解放の正しい動作を保証するのに十分に大きくない場合に必要である。別の構成装置では、バッグ２１１ｂと逃がし弁２１２ｂは逆止弁２０３の上流に位置する。

図３は、図２の呼吸装置循環路２００に対応する仕方で図１のガスの主循環路１０２に接続するための別の呼吸装置循環路３００を示している。それは、患者３０８が図１の主循環路１０２から未使用のガスを受け取ることと、吐き出されたガスが未使用ガスと混合されず主循環路１０２に戻されることを保証するように特別に設計されたものである。

出口フィルター１１５（図１参照）からの未使用ガスは、呼吸装置循環路３００に入口３０１で送給される。随意的な送給ベローズアセンブリ３０２が入口の下流に接続され、そしてそれは、ガスを逆止弁３０４を通して送給して、呼吸装置３０６からの駆動ガス圧力が大気圧であるときに呼吸装置のベローズアセンブリ３０５のベローズを持ち上げるに十分である小さな正圧力で働くのを保証する重り３０３を有する。

呼吸装置３０６とベローズアセンブリ３０５は、従来技術の呼吸装置システムで通常用いられていると同様の様式で機能する。呼吸装置３０６は周期的に正の（大気圧を超える）ガス圧力をベローズアセンブリ３０５のベローズの外側に加えて、ベローズを押しつぶしガスをベローズの内部から逆止弁３０７を通して患者３０８の肺へ押し出す。ベローズへの呼吸装置駆動ガスはまた、空気圧で動作する弁３０９にもそれを閉じるように適用され、その結果ベローズアセンブリ３０５からのガスは全て患者３０８へ進む。

呼吸装置３０６からのガス圧力がゆるんで大気圧に戻ると、ベローズアセンブリ３０５のベローズは入口３０１と送給ベローズ３０２からの未使用のガスによって再びふくらむ。逆止弁３０７は、数ミリバールで初めて開き、未使用のガスが１００％ベローズアセンブリ３０５に流れ込むのを保証するように、ばね又は重りによりバイアスをかけられている。

主要なベローズアセンブリ３０５の再充填と同時に、患者の肺が弛緩し、未使用ガスに比べて含有する酸素が少なく二酸化炭素が多いガスが吐き出される。吐き出されたガスは、このときにはガスの戻り循環路に開いている（駆動ガス圧力が大気圧であるから）、空気圧で動作する弁３０９を通って流れる。ガスの戻り循環路は、随意に、別のベローズ又はフレキシブルバッグ３１０を含む可変ガス体積を含めて考えることができる。

図４の態様は、図１のものと同様であるが、人工呼吸装置及びＣＰＢ酸素投与装置へのキセノン／酸素混合物の選択的供給が可能であり、そのためキセノンを外科処置の前、その最中、そして所望ならばその後に、患者に投与することができる。図４の態様の構成機器の多くは図１のものに対応しており、従って、図１の１００番台の参照数字に対応する４００番台の参照数字で表されている。２つの態様の主な差異だけを説明する。

図４の態様では、キセノン／酸素混合物を図１のアレッジスペースがある容器１２１でなく、通常のボンベ４１９によって供給しており、キセノンの回収のための設備は何もない。さらに、酸素燃料電池センサー４３１は圧力維持弁４４１の上流ではなく下流に設けられている。水吸収器４７１が主二酸化炭素吸収器４３５のすぐ下流に設けられ、そして二酸化炭素アナライザー４７２が酸素投与装置からの使用済みガスの二酸化炭素含有量をモニターするために設けられている。

流量制御弁４６１によって調節される呼吸装置供給導管４６０が、ポンプ４１７の下流の主循環路４０２を、本質的に従来型の人工呼吸装置アセンブリにバクテリアフィルター４６３を介して接続している。この人工呼吸装置アセンブリは、呼吸装置４６３、ベローズ４６４、酸素燃料電池センサー４６５、二酸化炭素吸収器４６６、二酸化炭素アナライザー４６７、及び気管内チューブ４６８を含み、一般に図２及び３を参照して説明したように運転する。人工呼吸装置アセンブリからの使用済みガスは、主二酸化炭素吸収器１３５に接続された、バクテリアフィルター４７０を含む呼吸装置使用済みガスの戻り導管４６９によって主循環路に戻される。

ここではいくつかの特定の態様に関して例示し説明してはいるが、本発明はここに示された細部に限定されるものではない。それどころか、それらの細部に特許請求の範囲の精神及び範囲内でいろいろな変更を加えることができる。

本発明の一態様による、心肺バイパス酸素投与装置にキセノン／酸素混合物を供給するための装置を説明する図である。 図１の装置に導入して心肺バイパス酸素投与装置に取って代わる呼吸装置循環路を説明する図である。 図１の装置に導入して心肺バイパス酸素投与装置に取って代わる別の呼吸装置循環路を説明する図である。 本発明のもう一つの態様による、心肺バイパス酸素投与装置及び人工呼吸装置にキセノン／酸素混合物を選択的に供給するための装置を説明する図である。

Claims (24)

1. 少なくとも２つの成分を含む医療用ガス混合物を医療装置に供給し循環させるための装置であって、
   該医療用ガス混合物を再循環させるための主ガス循環路であって、以下のもの、すなわち、
   ガスを該主循環路を通してポンプで送り、ガス圧力を低い圧力から高い圧力に上昇させる一定速度の循環ポンプ、
   該ポンプの下流側にあり該主循環路を高圧部と低圧部に分ける圧力維持弁、
   高圧部における医療用ガス出口、
   低圧部における使用済みガス入口、
   第一の送給ガス供給入口、
   上記ガス出口の下流かつ減圧弁の上流の第二の送給ガス供給入口、
   再循環する医療用ガス混合物の少なくとも１つの成分の濃度を測定し該濃度を示す信号を発生するための濃度測定手段、
   上記ポンプへの所定のガス流量を維持するために低圧部の一つの場所において主循環路の容積を変え、該容積を示す信号を発生するための循環路容積調節手段、及び、
   主循環路からガスを排出するための手段、
   を含む主ガス循環路、
   所定の組成の第一の送給ガスを該第一の送給ガス入口に供給するための第一の送給ガス供給導管、
   該濃度測定手段からの信号に応答して、該ポンプの入口における医療用ガスの組成を一定に維持するように該第一のガス供給導管を通る第一の送給ガスの流量を制御するための第一の送給ガス供給流量制御手段、
   該第一の送給ガスと異なる所定の組成の第二の送給ガスを該第二の送給ガス入口に供給するための第二の送給ガス供給導管、
   該循環路容積調節手段からの信号に応答して、再循環する医療用ガスの組成を一定に維持するように該第二のガス供給導管を通る第二の送給ガスの流量を制御するための第二の送給ガス供給流量制御手段、及び、
   該医療装置を該主循環路に接続して医療用ガスの一部を上記医療用ガス出口から受け取り、使用済みガスを上記使用済みガス入口に戻すための医療装置供給循環路であって、次のもの、すなわち、
   該医療装置への医療用ガスの流量を制御するための流量制御手段、及び、
   該使用済みガスから汚染物質を除去するための精製手段、
   を含む医療装置供給循環路、
   を含む、医療用ガス混合物循環装置。
2. 前記送給ガス供給入口が前記高圧部に位置する、請求項１に記載の装置。
3. 前記圧力維持弁がスピル弁である、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記循環路容積調節手段が膨張ベローズを含む、請求項１〜３のいずれか１つに記載の装置。
5. 前記濃度測定手段がその信号のための相対的に高ゲインのアナログ電気回路を含み、前記循環路容積調節手段がその信号のための相対的に低ゲインのアナログ電気回路を含み、それにより前記第一の送給ガスの流量の増加が相対的に速やかであり、前記第二の送給ガスの流量の増加が相対的にゆっくりである、請求項１〜４のいずれか１つに記載の装置。
6. 前記濃度測定手段が少なくとも酸素濃度を測定する、請求項１〜５のいずれか１つに記載の装置。
7. 前記濃度測定手段が少なくとも２つの成分の濃度を測定して該濃度を示すそれぞれの信号を発生し、そして該装置がさらに、
   前記ガス出口の下流かつ前記減圧弁の上流の前記主ガス循環路への第三の送給ガス供給入口、
   該第三の送給ガス入口に、第一及び第二の送給ガスと異なる所定の組成の第三の送給ガスを供給するための第三の送給ガス供給導管、及び、
   該濃度測定手段からのそれぞれの信号に応答して該第三のガス供給導管を通る第三の送給ガスの流量を制御してポンプ入口における医療用ガスの組成を一定に維持するための第三の送給ガス供給流量制御手段、
   を含む、請求項１〜６のいずれか１つに記載の装置。
8. 前記第二及び第三の送給ガス供給流量制御手段の両方が前記濃度測定手段からの信号及び前記循環路容量調節手段からの信号に応答する、請求項７に記載の装置。
9. 超音波キセノンアナライザーをさらに含む、請求項１〜８のいずれか１つに記載の装置。
10. 前記主循環路からガスを排出するための手段が排出されたガスの少なくとも一部分を蓄えるためのガス回収スペースを含む、請求項１〜９のいずれか１つに記載の装置。
11. 前記ガス回収スペースが前記送給ガスの１つを提供する容器のアレッジスペースである、請求項１０に記載の装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか１つに記載の装置の医療装置供給循環路に接続された医療装置を含む医療装置システム。
13. 前記医療装置が人工呼吸装置である、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記医療装置が心肺バイパス酸素投与装置である、請求項１２に記載のシステム。
15. 前記医療装置供給循環路に選択的に接続可能な心肺バイパス酸素投与装置と人工呼吸装置の両方を含む、請求項１４に記載のシステム。
16. 医療装置に少なくとも２つの成分を含む医療用ガス混合物を供給する方法であって、
    一定圧力に維持される高圧部を低圧部と直列に有する主循環路で該医療用ガスを再循環させること、
    該高圧部から該医療用ガスの一部分を抜き出し、該一部分を該医療装置へ送給すること、
    該医療装置からの使用済みガス混合物から汚染物質を除去し、該汚染物質を除去した使用済みガスを低圧部へ戻すこと、
    送給ガスを追加することにより該医療用ガス混合物の成分を補充して、再循環する医療用ガスの組成を一定に維持すること、及び、
    主ガス循環路の容積を変えて、そのガス流量を維持すること、
    を含む、医療用ガス混合物供給方法。
17. 請求項１２〜１５のいずれか１つに記載の医療装置システムを操作することを含む、請求項１５に記載の方法。
18. 医療用ガス混合物が酸素とキセノンからなる、請求項１７に記載の方法。
19. 第一の送給ガスが酸素であり、第二の送給ガスがキセノンと酸素の混合物である、請求項１８に記載の方法。
20. 医療用ガス混合物が酸素、キセノン及び窒素からなる、請求項１７に記載の方法。
21. 第一の送給ガスが酸素であり、第二の送給ガスがキセノンと酸素の混合物であり、第三の送給ガスが空気である、請求項２０に記載の方法。
22. 第一の送給ガスが酸素であり、第二の送給ガスがキセノンであり、第三の送給ガスが窒素であり、そして酸素と窒素の濃度を測定する、請求項２０に記載の方法。
23. 第一の送給ガスが酸素であり、第二の送給ガスがキセノンであり、第三の送給ガスが窒素であり、そして酸素とキセノンの濃度を測定する、請求項２０に記載の方法。
24. 請求項１６〜２３のいずれか１つに記載の方法を用いて医療用ガス混合物が供給される装置において血液を再循環する医療用ガス混合物と接触させることによって血液を体外処理するための方法。

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