JP2006500589A

JP2006500589A - ガスサンプリングシステム

Info

Publication number: JP2006500589A
Application number: JP2004540065A
Authority: JP
Inventors: リチャードソンピーター
Original assignee: ウェルチアリンプロトコルインコーポレイティッド
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2003-09-11
Publication date: 2006-01-05
Also published as: WO2004028641A1; EP1542772A4; US20040060443A1; AU2003270511A1; AU2003270511B2; US6783573B2; EP1542772A1; CA2500427A1

Abstract

この発明は、呼気ガスを患者呼気ガス出力機構から呼気ガス監視装置へ導通させるガスサンプリングシステムに向けられている。呼気ガス監視装置は、モニタ入力コネクタを備えている。ガスサンプリングシステムは、ガスサンプリングシステムを患者呼気ガス出力機構に結合させるよう構成された入力コネクタを備えている。ガスサンプリングチューブは、入力コネクタに結合されている。ガスサンプリングチューブは、呼気ガスを患者からガス監視装置へ導通させるよう構成されている。出力コネクタは、ガスサンプリングチューブをモニタ入力コネクタへ結合させる。出力乾燥機チューブは、ガスサンプリングチューブと出力コネクタの間に結合されている。この出力乾燥機チューブは、チューブ長および相対湿度除去効率が特徴である。相対湿度除去効率は、チューブ長に依存する。チューブ長は、呼気ガスモニタに向けられる呼気ガスの含水率を所定レベルに制限するよう選択される。

Description

本発明は、一般に呼気ガス分析の分野に関し、特に呼気ガスを患者から呼気ガス監視装置に導通させるためのガスサンプリングシステムに関する。

呼気ガスの監視は、医療および臨床環境で広範囲にわたって用いられている。ガスモニタは、介護提供者に患者の代謝に関する情報を提供するという点で極めて貴重な用具である。医療スタッフは、患者の呼吸機能および酸素代謝を判断するために、呼気ガス中の酸素および二酸化炭素の相対および絶対量に関心を持つことが多い。呼気ガスの監視は、手術の際にも重要である。麻酔は、慎重に投与されなければならない。過量の麻酔または酸素の不足は、脳の損傷または死に至る恐れがある。一方、もし麻酔医が十分な麻酔を投与しなければ、患者は手術処置中に気が付いて、激しい痛みや不快感を覚えるであろう。

呼気ガスは、ガスサンプリングシステムによって患者からガスモニタへ送られる。患者の呼気ガスは、口／鼻カニューレ、鼻カニューレ、気管内チューブ、気管切開チューブやマスクなどの呼気出力装置によってガスサンプリングシステム内に向けられる。このガスは、接続ガスサンプリングチューブによって、呼吸出力装置からモニタへ導通される。ガスモニタは、酸素（Ｏ₂）、二酸化炭素（ＣＯ₂）、亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）、および／または麻酔薬の吸入および吐出濃度を表示することが多い。ガス濃度が所定の範囲の値から外れると、通常は警報が鳴らされる。
米国特許第４，７０５，５４３号明細書米国特許第５，１３１，３８７号明細書米国特許第５，２３３，９９６号明細書米国特許第４，４４６，８６９号明細書米国特許第５，０４２，５００号明細書米国特許第５，２８４，０５４号明細書米国特許第６，３４６，１４２号明細書

上述したガスサンプリングシステムの一般的な問題点は、モニタのＣＯ₂検出器に関する。呼気ガスをモニタに導通させるのに加え、ガスサンプリングチューブは、損傷を与える湿気をもＣＯ₂検出器に導通させることができる。これまでに考えられてきたある方法では、ガスサンプリングシステムは、水溜めおよびガス流遮断機構を備えていた。通常、このバルブ機構は、ガスサンプリングチューブをガスモニタに結合させるコネクタに配置されている。バルブ機構は、水がＣＯ₂検出器を損傷するのを防止するが、バルブがあまりにも多くの湿気に晒されると、呼気ガス流量を実質的に制限するようにもなる。これが起きると、ガスサンプリングシステムを交換しなければならない。考えられてきた別の方法では、呼吸出力装置（例えば、マスク、カニューレなど）に隣接した、あるいはこれに直近のコネクタに乾燥機機構を配置することによって、湿気の問題に対処してきた。残念ながら、この方法にも幾つかの欠点がある。

あるケースでは、患者は保育器内か酸素テント内に配置されるが、一方、ガスモニタはその川下の室温環境内に配置される。もちろん、酸素テント、あるいは保育器内の環境は、一般に室温環境よりも暖かく湿度も高い。呼気ガスが暖かい環境から室温環境に伝幡すると、室温環境内にあるガスサンプリングチューブの部分に凝縮液ができる。従って、患者の近くに設けられている乾燥機機構は効果がなく、ガスモニタに隣接して設けられた水溜め遮断バルブが早期に閉じられる。

別のケースでは、患者は鼻排管を着けて、涼しい環境内に配置される。患者が息を吐くと、その呼気ガスは体温と同じ温度で、水を多く含んでいる。通常は、カニューレ内に凝縮液ができる。カニューレに隣接したガスサンプリングチューブ内に配置された乾燥機機構は、この湿気の一部を除去するであろう。しかしながら、呼気ガスが患者からガスモニタに伝幡すると、ガスサンプリングチューブで更なる凝縮液ができるであろう。当然、患者の近くに設けられた乾燥機機構は、この更なる凝縮液を除去することはできない。この場合もまた、ガスモニタに隣接して設けられた水溜め遮断バルブは、比較的短時間で閉じるであろう。

必要とされるのは、ガスサンプリングチューブの全長に沿って生じる凝縮液をうまく除去するように備えられたガスサンプリングシステムである。さらに望ましいのは、水がバルブ機構内に向けられる前にこれを実質的に除去するガスサンプリングシステムである。

本発明のガスサンプリングシステムは、上述した問題に対処するものである。

本発明のガスサンプリングシステムは、ガスサンプリングチューブの全長に沿って生じる凝縮液を除去するよう備えられている。本発明は、呼気ガス中の水を、この水がバルブ機構内に向けられる前に除去するように構成される。このようにすることによって、本発明のガスサンプリングシステムは、上述した関連したシステムよりもはるかに優れた有効動作耐用年数を有する。

本発明の１つの側面は、呼気ガスを患者呼気ガス出力機構から呼気ガス監視装置へ導通させるためのガスサンプリングシステムである。呼気ガス監視装置は、モニタ入力コネクタを備えている。ガスサンプリングシステムは、ガスサンプリングシステムを患者呼気ガス出力機構に結合するように構成された入力コネクタを備えている。ガスサンプリングチューブは、入力コネクタに結合されている。ガスサンプリングチューブは、呼気ガスを患者からガス監視装置に導通させるよう構成されている。出力コネクタは、ガスサンプリングチューブをモニタ入力コネクタに結合させる。出力乾燥機チューブは、ガスサンプリングチューブと出力コネクタの間に結合されている。この出力乾燥機チューブは、チューブ長と相対湿度除去効率により特徴づけられる。相対湿度除去効率は、チューブ長に依存する。チューブ長は、呼気ガスの湿った内溶物が呼気ガスモニタ内に向けられるように制限するように選択される。

本発明の付加的な特徴および利点は以下の詳細な説明において示されるが、その一部は当業者にとって、この説明から容易に明らかであろう、あるいは以下の詳細な説明、請求項、ならびに添付の図面を含む、ここに述べるような発明を実施することによって認識されるであろう。

上記の概略的な説明と以下の詳細な説明の両方は、本発明を例示するものに過ぎず、請求項に記載される本発明の本質および特徴を理解するための概要または骨格を提供することを意図していることを理解すべきである。添付の図面は、本発明の更なる理解を提供するために含まれていて、この明細書に組み込まれ、その一部を構成している。これらの図面は本発明の様々な実施例を図示し、記述とともに、本発明の原理および動作を説明するのに役立つ。

本発明のこれらおよび他の目的を更に理解するために、本発明の以下の詳細な説明に対して参照がなされるが、これは添付の図面と共に読まれるべきである。

ここで、本発明の代表的な実施例について詳細に参照がなされるが、これらの例は、添付の図面に図示されている。可能な限り、同一または同様の部分を指すのに、これらの図面を通して同じ参照番号が使用される。本発明のガスサンプリングシステムの代表的な実施形態が図１に示されており、全体として参照番号１０で示されている。

この発明によれば、本発明は、呼気ガスを患者呼気ガス出力機構から呼気ガス監視装置へ導通させるためのガスサンプリングシステムに向けられている。呼気ガス監視装置は、モニタ入力コネクタを備えている。ガスサンプリングシステムは、ガスサンプリングシステムを患者呼気ガス出力機構に結合させるよう構成された入力コネクタを備えている。ガスサンプリングチューブは、入力コネクタに結合されている。ガスサンプリングチューブは、患者からの呼気ガスをガス監視装置へ導通させるように構成されている。出力コネクタは、ガスサンプリングチューブをモニタ入力コネクタに結合させる。出力乾燥機チューブは、ガスサンプリングチューブと出力コネクタとの間に結合される。この出力乾燥機チューブは、チューブ長と相対湿度除去効率とにより特徴づけられる。相対湿度除去効率は、チューブ長に依存する。チューブ長は、呼気ガスモニタに向けられる呼気ガス内の湿った内容物を、実質的に所定レベルに制限するよう選択される。言い換えると、出力乾燥機チューブは、ガスサンプリングチューブの全長に沿って生じる凝縮液を除去し、チューブの長さに応じて、呼気ガス中の一定量の水分が、これがガスモニタＣＯ₂検出器内に、またはバルブ機構内に向けられる前に、除去される。バルブを使用するシステムでは、バルブ機構の有効動作耐用年数をいつまでも延長することができる。実際、出力乾燥機の長さは、バルブの必要をなくすように選択することができる。

ここで具現化され、かつ図１に図示されるように、本発明の第１の実施形態によるガスサンプリングシステム１０の分解組立図が示されている。システム１０は、気管内チューブまたはマスクなどの患者呼気ガス出力機構に接続するＴ字管と嵌合するようになされた入力連結器１２を備えている。ある実施例では、入力コネクタ１２は、入力乾燥機チューブ１４に結合されている。入力乾燥機チューブ１４は、ガスサンプリングチューブ１６に接続される。別の実施例では、乾燥機チューブ１４は使用されず、コネクタ１２は、サンプリングチューブ１６に直接接続される。出力乾燥機チューブ１８は、ガスサンプリングチューブ１６と出力コネクタ２０の間に配置される。出力コネクタ２０は、通常、モニタ挿入連結器２２に接続され、この連結器２２は水溜めおよびガス流遮断バルブを備えることができる。シャットオフペレット２４は、バルブ２２の構成要素であり、通常は出力コネクタ２０に隣接して配置される。シャットオフペレット２４の機能は、所定量の湿気に晒されると閉じて、実質的に呼気ガス流量を制限することである。シャットオフペレット２４は、親水性ペレットまたは疎水性ペレットとして実現することができる。出力乾燥機チューブ１８の長さによっては、モニタ挿入連結器２２は、水溜めやガス流遮断バルブを備える必要がない。幾つかの適用では、差し込み式装置２２はアダプタ２６に結合され、これによってガスサンプリングシステム１０が、ある種のガスモニタと後方互換性を持つようになる。

通常、関連技術のガスサンプリングシステムの有効耐用年数は、１日ないし２日の範囲内であろう。出力乾燥機チューブ１８の交換は、重要な利益および利点をもたらす。以下でさらに詳細に議論するように、乾燥機チューブ１８の長さによっては、ガスサンプリングチューブで生じた凝縮液の全てを乾燥機チューブ１８によって除去することができ、ガスサンプリングシステム１０の有効動作耐用年数をいつまでも延長できる。この特徴は、水溜めおよびガス流遮断バルブの除去も可能にする。

図２を参照すると、本発明の第２の実施形態によるガスサンプリングシステム１０の分解組立図が示されている。入力コネクタ１４はカニューレ１２に結合され、カニューレ１２は経鼻プロング１２０を備えている。図示された実施例では、カニューレ１２は、ＣＯ₂をサンプリングすることと、酸素を患者に送ることの両方を行うように構成されている。酸素配達チューブ３０は、カニューレ１２とコネクタ３２に結合される。コネクタ３２は、酸素供給アダプタ３４に結合される。別の実施例では、カニューレ１２は、ＣＯ₂をサンプリングするようにのみ構成される。ガスサンプリングシステム１０に戻ると、入力コネクタ１４は、ガスサンプリングチューブ１６、この場合はＣＯ₂サンプリングラインに結合される。出力乾燥機１８は、サンプリングチューブ１６と出力コネクタ２０の間に配置される。図１に図示された実施例と同様に、出力コネクタ２０は、通常、モニタ挿入連結器２２に接続される。モニタ挿入連結器２２によって、人は、サンプリングシステム１０をガスモニタ内にうまく挿入できるようになる。モニタ挿入連結器２２は、水溜めおよびガス流遮断バルブを備えることができる。シャットオフペレット２４はバルブの構成要素であり、通常は、出力コネクタ２０に隣接して配置される。シャットオフペレット２４の機能は、所定量の湿気に晒されると閉じて、呼気ガス流量を実質的に制限することである。シャットオフペレット２４は、親水性ペレットまたは疎水性ペレットとして実現することができる。出力乾燥機チューブ１８の長さによっては、モニタ挿入連結器２２は、水溜めやガス流遮断バルブを備える必要がない。上で述べたように、モニタ挿入連結器２２は、ある適用ではアダプタ２６に結合させることができ、これによってガスサンプリングシステム１０が、ある種のガスモニタと後方互換性を持つようになる。

ガスサンプリングチューブ１６は、任意の適切なタイプのものとすることができるが、例として押出し成型プラスチック管が図示されている。ある実施例では、ガスサンプリングチューブ１６は、ＰＶＣ材料である。

コストおよび複雑さの問題によっては、本発明の出力乾燥機チューブ１８に対して修正および変形をなしうることは、当業者にとって自明であろう。例えば、出力乾燥機チューブ１８は、編み組みネットによって機械的に補強されたNafiona管で構成してもよい。Nafionaは、テトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））およびパーフルオロ‐3,6‐ジオキサ‐4‐メチル‐7‐オクテン−スルホン酸（perfluoro‐3,6‐dioxa‐4‐methyl‐7‐octene‐sulfonic acid）を含む共重合体である。約言すれば、Nafionaは、スルホン酸基を挿入したテフロン（登録商標）よりなる耐腐食性材料である。テフロン（登録商標）は、疎水性である。一方、Nafiona中のスルホン酸基は、周囲のテフロン（登録商標）基材中に延びる親水イオン鎖である。呼気ガスがNafiona管に伝わると、水分子がチューブの内部に配置されているスルホン基と結合する。水分子は、チューブの外壁に配列されているスルホン基に到達するまで、１つのスルホン基から別のスルホン基へとイオン鎖中を移動する。Nafionaは実際には物理的な孔を備えていないが、水は、チューブの内面からチューブの外面へとイオン鎖によって送られる。時には、イオン鎖は、イオン孔と呼ばれることもある。出力乾燥機の相対湿度除去効率がチューブ長に依存することを示すことも重要である。チューブ長は、水溜め・遮断バルブ２２が、シャットオフ量を上回る水分量に晒されることが決してないようにするよう、選択することができる。ある実施例では、あるチューブ長が選択され、ほぼ１００時間の動作耐用年数が得られた。別の実施例では、選択されたチューブ長はほぼ３インチ（７．６２センチメートル）である。ガスによって運ばれた実質的に全ての湿気が出力乾燥機チューブによって除去されたので、ガスサンプリングシステムはいつまでも動作した。

他の実施例では、出力乾燥機チューブ１８は、微孔フィルタまたは分子ふるいを用いて実現することができる。微孔フィルタは、水分子を透過させるには十分だが、酸素（Ｏ₂）、二酸化炭素（ＣＯ₂）、亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）、および／または麻酔薬を透過させるには十分でない大きさの微孔を備えた押し出し成型可能なプラスチックから形成される。一方、微孔フィルタは、疎水性材料を用いて実現してもよい。この場合、この材料は、全ての種類のガスを透過させるが、水をはじく。分子ふるいは、Nafiona管または微孔フィルタのいずれかとともに使用することができる。ふるいは、通常、管を囲み、水がチューブの外側に伝わるとこれを吸収するように構成されている。ひとたびふるいのデシカントが一定量の水を吸収すると、これは除去される。ふるいは、交換または再生利用することができる。別の実施例では、分子ふるいは連続的に機能する。この装置は、２つのデシカント室を備えている。１つの室は水を吸収するために用いられ、もう一方の室は再生されている。

当業者であれば、省略可能な入力乾燥機１４（図１参照）は、出力乾燥機１８を実現するために使用したのと同じ材料およびデザインを使用して実現しうることが分かるであろう。

本発明は、以下の例によって更に明確にされるが、これらの例は、この発明を例示することを意図するものである。以下の例では、出力乾燥機チューブおよび入力乾燥機チューブを実現するために、パーマ・ピュアー社（Perma Pure Incorporated）によって製造されるME−050型Nafiona管が使用された。相対湿度除去効率の概念は、以下の例によって説明される。下に示される実験データによって明示されるように、モニタに近接した出力乾燥機の使用により、ガスサンプリングシステム１０の有効動作耐用年数が劇的に延びる。

例１
最初の試験の際、図１に描写されるガスサンプリングシステムは、ＣＯ₂検出器を保護するために１インチの入力乾燥機チューブ１４、１インチの出力乾燥機チューブ１８、および水溜め・遮断バルブを備えていた。入力コネクタにおける周囲大気温度は、９５％の相対湿度で約４０℃であった。ガスは、毎分１７０ｍＬの速度でガスサンプリングシステムにより吸引された。これらの条件下で、水溜め・遮断バルブは、ほぼ２時間の動作の後に閉じた。別の実験では、１インチの入力乾燥機チューブ１４および１インチの出力乾燥機チューブ１８が共に取り外された。水遮断バルブは、１時間の動作が終わらないうちに閉じた。このように、これらの実験で使用されたガスサンプリングシステムは、比較的低い湿度除去効率を有する。

例２
次の実験では、図１に描写されるガスサンプリングシステムは、３インチの入力乾燥機チューブ１４および３インチの出力乾燥機チューブ１８を備えるように変更された。入力コネクタにおける周囲大気温度は、９５％の相対湿度で約３７℃に暖められた。ガスは、毎分１７１から１７８ｍＬの流量でガスサンプリングシステムにより吸引された。この試験装置は、約１０２時間動作することができた。この期間、水遮断バルブは閉じなかった。別の実験では、入力乾燥機チューブは、２インチのNafiona管を備えるように変更された。この試験装置は、２週間以上にわたって動作した。水遮断バルブは閉じなかった。上述したガスサンプリングシステムは、高い湿度除去効率を有している。当業者であれば、出力乾燥機チューブの長さが、ガスモニタに最終的に向けられる湿気の量を決定することは分かるであろう。実際、上記のデータは、長さが３インチよりも長い出力乾燥機チューブを使用すれば、水遮断バルブの必要性を全くなくすことができることを示している。

本発明の精神および範囲から逸脱することなく、この発明に対して様々な修正および変更をなしうることは当業者にとって自明であろう。つまり、本発明は、添付の請求項およびこれらと等価なものの範囲内に入るものであれば、この発明の修正および変形を含むことが意図される。

本発明は、図面に示された好ましい態様を参照して特に示され説明されたが、請求項によって定義された発明の精神および範囲から逸脱することなく、詳細において様々な変更をなしうることは当業者によって理解されるであろう。

本発明の第１の実施形態によるガスサンプリングシステムの分解組立図である。本発明の第２の実施形態によるガスサンプリングシステムの分解組立図である。

Claims

呼気ガスを患者呼気ガス出力機構から呼気ガスモニタへ導通させるガスサンプリングシステムであって、
前記ガスサンプリングシステムを前記患者呼気ガス出力機構に結合させるよう構成された入力コネクタと、
前記入力コネクタに結合され、患者からの呼気ガスを前記ガス監視装置へ導通させるように構成されたガスサンプリングチューブと、
前記ガスサンプリングチューブを呼気ガスモニタに結合させる出力コネクタと、
前記ガスサンプリングチューブと前記出力コネクタの間に結合され、チューブ長と相対湿度除去効率によって特徴づけられる出力乾燥機チューブとを備え、前記相対湿度除去効率は、前記チューブ長に依存し、前記チューブ長は、前記呼気ガスモニタに向けられる呼気ガスの含水率を実質的に所定のレベルに制限するよう選択される、
ことを特徴とするガスサンプリングシステム。
請求項１記載のシステムにおいて、
前記入力コネクタと前記ガスサンプリングチューブの間に結合された入力乾燥機チューブをさらに備え、前記入力乾燥機チューブは、チューブ長と相対湿度除去効率によって特徴づけられ、前記相対湿度除去効率は、前記チューブ長に依存する、
ことを特徴とするガスサンプリングシステム。
請求項１記載のシステムにおいて、
前記出力コネクタは、所定量の湿気にさらされると閉じるバルブ機構を備える、
ことを特徴とするガスサンプリングシステム。
請求項３記載のシステムにおいて、
前記チューブ長は、前記バルブ機構が前記所定量を下回る湿気量にさらされることを保証するように選択される、
ことを特徴とするガスサンプリングシステム。
請求項３記載のシステムにおいて、
ガスサンプリングシステムの有効動作耐用年数は、前記バルブ機構の閉鎖時に終了する、
ことを特徴とするガスサンプリングシステム。
請求項５記載のシステムにおいて、
前記チューブ長は、ガスサンプリングシステムの有効動作耐用年数を少なくとも１００時間に延長するよう選択される、
ことを特徴とするガスサンプリングシステム。
請求項５記載のシステムにおいて、
前記チューブ長は、ガスサンプリングシステムの有効動作耐用年数を１００時間よりも長く延長するように選択される、
ことを特徴とするガスサンプリングシステム。
請求項３記載のシステムにおいて、
前記バルブ機構は、シャットオフペレットを備え、前記シャットオフペレットは、所定量の湿気にさらされると、呼気ガス流量を実質的に制限する、
ことを特徴とするガスサンプリングシステム。
請求項８記載のシステムにおいて、
前記シャットオフペレットは、親水性ペレットである、
ことを特徴とするガスサンプリングシステム。
請求項８記載のシステムにおいて、
前記シャットオフペレットは、疎水性ペレットである、
ことを特徴とするガスサンプリングシステム。
請求項１記載のシステムにおいて、
前記出力乾燥機チューブは、イオン孔チューブ乾燥機からなる、
ことを特徴とするガスサンプリングシステム。
請求項１１記載のシステムにおいて、
前記イオン孔チューブ乾燥機は、Nafionaチューブ乾燥機を備える、
ことを特徴とするガスサンプリングシステム。
請求項１記載のシステムにおいて、
前記出力乾燥機チューブは、微孔チューブ乾燥機からなる、
ことを特徴とするガスサンプリングシステム。
請求項１記載のシステムにおいて、
前記出力乾燥機チューブは、分子ふるい乾燥機からなる、
ことを特徴とするガスサンプリングシステム。
請求項１記載のシステムにおいて、
前記患者呼気ガス出力機構は、気管内チューブを備える、
ことを特徴とするガスサンプリングシステム。
請求項１記載のシステムにおいて、
前記患者呼気ガス出力機構は、カニューレを備える、
ことを特徴とするガスサンプリングシステム。
請求項１６記載のシステムにおいて、
前記カニューレは、ＣＯ₂をサンプリングするよう構成される、
ことを特徴とするガスサンプリングシステム。
請求項１６記載のシステムにおいて、
前記カニューレは、ＣＯ₂をサンプリングすることと、患者に酸素を送ることの両方を行うように構成される、
ことを特徴とするガスサンプリングシステム。
請求項１記載のシステムにおいて、
前記患者呼気ガス出力機構は、マスク装置を備える、
ことを特徴とするガスサンプリングシステム。
請求項１記載のシステムにおいて、
前記患者呼気ガス出力機構は、気管切開チューブを備える、
ことを特徴とするガスサンプリングシステム。
請求項１記載のシステムにおいて、
前記ガスサンプリングチューブは、プラスチック材料からなる、
ことを特徴とするガスサンプリングシステム。
請求項１記載のシステムにおいて、
前記ガスサンプリングチューブは、ＰＶＣ材料からなる、
ことを特徴とするガスサンプリングシステム。