JP2006263301A - 呼吸用酸素供給カニューラ - Google Patents

Abstract

【課題】 加湿器自体を必要とせずに、外気湿度と同じレベルに加湿された酸素濃縮気体を生成することのできる呼吸用酸素供給カニューラを提供する。
【解決手段】 呼吸用として酸素を供給するカニューラであり、フッ素系水分透過性中空膜より構成されることを特徴とする呼吸用酸素供給カニューラ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、呼吸器疾患患者などに酸素を供給するための力ニューラに関する。更に詳細には、圧力変動吸着型酸素濃縮装置あるいは酸素ボンベから供給される乾燥した酸素ガスを空気中の水分を利用して加湿したのち、使用者に供給することができるようにした、改善された呼吸用酸素供給カニューラを提供するものである。

近年喘息、肺気腫症、慢性気管支炎等の呼吸器系疾患に苦しむ患者が増加する傾向にあるが、その最も効果的な治療法の一つとして酸素吸入療法がある。吸入用の酸素ガスは、酸素ボンベや空気中から酸素濃縮気体を直接分離する酸素濃縮装置により容易に得ることが出来るようになり、呼吸器疾患治療として在宅酸素吸入療法が次第に普及するようになって来ている。使用者である呼吸器疾患患者は、酸素発生源である酸素濃縮装置あるいは酸素ボンベから、通常、塩化ビニール製のカニューラを介して、鼻或いは口より酸素ガス、酸素濃縮空気を吸入する。

かかる酸素濃縮装置としては、窒素又は酸素を選択的に吸着し得る吸着剤を用いた吸着型酸素濃縮装置や、酸素イオンを選択的に透過する固体電解質膜を利用し、電気化学的に酸素を生成する装置などが知られている。その中でも吸着型酸素濃縮装置が医療現場で主に使用されており、原料空気の供給源としてコンプレッサーを用いた圧力変動吸着型酸素濃縮装置では、通常、窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した吸着床にコンプレッサーで圧縮空気を導入して加圧状態で窒素を吸着させることにより酸素濃縮気体を得る吸着工程と、吸着床の内圧を減少させて窒素を脱着させ吸着剤の再生を行う脱着工程を交互に行うことにより酸素濃縮気体を得ることができる。

かかる圧力変動吸着法により生成された酸素濃縮気体は、ほぼ絶乾に近い乾燥状態を示す。このような気体を使用者が呼吸用に大量に吸入すると呼吸器、特に鼻孔や喉の内部が乾燥し不快感を覚え、時に肺に直接届いた場合には粘膜を傷つけ、体調を害するなどの問題点がある。酸素ボンベから供給される酸素ガスについても同様の問題を有する。

これに対してこれまでは、酸素濃縮装置内、或いは外付けで加湿器を設け、酸素に湿度を持たせる方法が採用されてきた。かかる加湿器としては密閉された器の中に水を入れて、その水中に酸素濃縮気体をくぐらせるバブリング加湿器や、その水面上を酸素濃縮気体を通過させ、蒸発した水分で加湿する蒸発式加湿器がある。これらは、何れも水を使用し、使用者は常に加湿器内の水の補充や交換、雑菌の発生を防ぐための洗浄と言った加湿水の管理が必要となり、手間がかかると同時に、加湿器の設置不良に伴う水漏れや、水交換後の加湿器着脱部からの酸素濃縮気体漏れなど新たな問題を引き起こす結果となっている。

これらの不具合を解消する方法として、特開平２−９９１１３号公報に記載のフッ素系水蒸気透過性中空糸膜を利用し、酸素濃縮気体を加湿する膜式加湿器を備えた酸素濃縮装置が考えられた。かかる酸素濃縮装置は原料加圧空気中の水分や吸着塔の再生ガス中の水分を直接使用して、酸素濃縮気体を加湿するものである。

かかる装置においては、水分供給源を加圧空気に求め、しかも水蒸気透過性中空糸を装填したモジュールに全原料加圧空気を供給し製品酸素ガスと水分交換を行うため、加湿度の調整が困難であり、特に、製品酸素流量が少ない場合には水分が過剰になりドレンが発生するという問題点がある。

これに対して特開平５−４９６９７号公報に記載のように、過剰の水分を別の膜式加湿（除湿）器を用いて除湿しドレンとして廃棄する方法や、特開平８−１９６６３５号公報に記載のように製品酸素ガスを加湿するルートにバイパスルートを設け加湿度を調節する方法が見出されている。しかしいずれの方法も、必要とする加湿度の制御が難しく、複数の膜式加湿（除湿）モジュールや複雑な配管系流量制御系が必要など、問題点が多い。

特開平２−９９１１３号公報 特開平５−４９６９７号公報 特開平８−１９６６３５号公報

本発明は、酸素吸入療法における吸入酸素の加湿の問題を解消し、水の補充や交換はもちろんのこと、加湿器自体を必要とせずに、外気湿度と同じレベルに加湿された酸素濃縮気体を生成することのできる呼吸用酸素供給カニューラを提供することを目的とする。

本願出願人はかかる課題に対して、鋭意検討した結果、水蒸気選択透過性中空糸膜を用いたカニューラを見出し、大気圧の外気空気を利用して酸素濃縮気体を加湿する手段として利用できることを見出したものである。

即ち、本発明は、呼吸用として酸素を供給するためのカニューラであり、フッ素系水分透過性中空膜より構成されることを特徴とする呼吸用酸素供給カニューラを提供するものである。

また本発明は、かかる水分透過性中空膜が、水蒸気分圧差を利用して水分を透過する非多孔質の溶解拡散膜、あるいは、分子節作用を利用して水蒸気分子を選択透過する微多孔質膜であることを特徴とする呼吸用酸素供給カニューラを提供するものである。

更に本発明は、かかるカニューラが、圧力変動吸着型酸素濃縮装置あるいは酸素ボンベから発生する酸素を供給するものであり、特に該カニューラが、鼻カニューラであることを特徴とする呼吸用酸素供給カニューラを提供するものである。

本発明の呼吸用酸素供給カニューラは、水蒸気選択透過性中空糸膜を加湿手段として用い、別途加湿器を設ける必要なく医療用酸素濃縮空気を加湿することができる。更に、本願発明のカニューラにおいては、特別に加湿量調整のための流量制御系なしに、患者に供給される酸素濃縮空気は大気中の空気とほぼ同じ加湿度を示すことができる。

かかる酸素濃縮空気は、外気の湿度の変化によって当然に酸素濃縮空気の湿度も変化するが、通常の人が呼吸している空気と同じレベルの加湿度を維持することができる。但し、酸素濃縮空気の流れによる乾燥効果もあることから、酸素濃縮装置の酸素濃縮空気供給流量としては、５Ｌ／分以下で用いることが好ましい。

以下に、本発明の呼吸用酸素供給カニューラの好適な具体的実施例について必要に応じて図面を用いながら説明する。

本発明の呼吸用酸素供給カニューラとは、酸素濃縮装置あるいは酸素ボンベから使用者に酸素を供給するための中空状の導管手段であり、その形態から鼻から吸入するための鼻カニューラや、鼻及び口の双方から吸入するためのマスクとを結ぶカニューラ、鼻カニューラの長さを延長して用いるための延長用カニューラが挙げられる。

本発明の呼吸用酸素供給カニューラに用いられる膜は、フッ素系水分透過性中空糸膜であれば特に限定されるものではないが、好ましくは水蒸気分圧差を利用して水分を透過する非多孔質の溶解拡散膜、分子篩作用を利用して水分子を選択透過する微多孔質膜を用いることが出来る。水分透過性の部分は必ずしも力ニューラ全体である必要はなく、その一部であっても良い。

材質としては、フッ素系の樹脂膜を使用する。本材質は抗菌性樹脂として使用される場合も多く、医療用途には適している。具体的には、旭硝子(株)製のメンブレン、デュポン社製のNafion^−ＴＭなどが好ましい。

水分透過性中空糸膜には内径数μｍΦ〜数ｍｍΦといったものが市販されている。あまり内径が細いと目詰まりの原因となり易く、また圧損が大きくなるといった問題が生じる。本発明の呼吸用酸素供給力ニューラの内径としては、５０μｍΦ〜５ｍｍΦの内径のもの、特に、０．５ｍｍΦ〜４ｍｍΦのものが使用するのが好ましい。使用流量にもよるが、例えば７Ｌ／分といった高流量でも圧損の問題も無く供給するためには１本のカニューラで使用する場合には１．５mmΦ〜４ｍｍΦの内径が必要である。カニューラの膜厚は、薄いほうが水分交換率の観点から好ましい。しかし、強度の観点からは一定の膜厚が必要であり、５０μｍ〜２ｍｍ、特に０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの膜厚のものが好ましい。

かかるカニューラは通常は１本の導管から構成されるが、加湿量や酸素供給量、圧損との関係で２本或いはそれ以上の導管を並列に用いてカニューラを構成することが出来る。その場合、例えばカニューラ２本を使用する場合には、内径１．５ｍｍΦのカニューラ１本と同程度流路面積を確保するには、内径１．１ｍｍΦの内径が最低限必要である。膜厚はチューブ長が同じとすると、拡散速度は膜厚に対し指数関数的に効いてくることから、２本の場合には１．５倍程度まで膜厚を上げられる。

本願のカニューラに用いられる水分透過膜にはそれを覆う支持体を備え、その強度を保持することが出来る。かかる支持体は空気の通りが良いものが好ましく、特にメッシュ状の支持体を使用するのが好ましい。

図１に本願発明の好ましい態様を示す。即ち、酸素濃縮器1で生成された濃縮酸素が、水分透過性中空糸膜2を備えた鼻カニューラ3を通って、患者に供給される。供給酸素流量は７Ｌ／分に調整した。かかる水分透過性中空糸膜には、水蒸気分圧差を利用して水分を透過する非多孔質のフッ素樹脂系溶解拡散膜であるＮａｆｉｏｎ膜を用いた。中空糸内径は３．４ｍｍΦ、膜厚０．７５ｍｍ、長さ１．５ｍ、１本を用いた。

かかる装置を２５℃・５５％ＲＨ、２５℃・６５％ＲＨの環境下で酸素濃縮装置を運転した結果、各々５４．５％ＲＨ、６４．３％ＲＨの加湿度の酸素濃縮気体を得ることが出来た。

本願発明の呼吸用酸素供給カニューラの構成を示す概略図。

符号の説明

１ 酸素濃縮器
２ 水分透過性中空糸膜
３ 鼻カニューラ

Claims (5)

1. 呼吸用として酸素を供給するカニューラであり、フッ素系水分透過性中空膜より構成されることを特徴とする呼吸用酸素供給カニューラ。
2. 該フッ素系水分透過性中空膜が、水蒸気分圧差を利用して水分を透過する非多孔質の溶解拡散膜であることを特徴とする、請求項１に記載の呼吸用酸素供給カニューラ。
3. 該フッ素系水分透過性中空膜が、分子篩作用を利用して水蒸気分子を選択透過する微多孔質膜であることを特徴とする、請求項１に記載の呼吸用酸素供給カニューラ。
4. 該力ニューラが、圧力変動吸着型酸素濃縮装置または酸素ボンベから発生する酸素を供給するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の呼吸用酸素供給カニューラ。
5. 該力ニューラが、鼻力ニューラであることを特徴とする請求項４に記載の呼吸用酸素供給カニューラ。

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