JP2008080120A - 高流量レスピレータ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】高流量レスピレータ回路
【解決手段】加湿システムから患者インタフェースへコンジットを通る加湿された空気の流れにおける熱損失および凝縮を防止する。熱損失を直接妨げるかまたは中の加湿された気体の流れを断熱し、回路の長さ方向に沿って回路内部に熱源を提供し、システムを通って流れるときに気体による対流熱、伝導熱または放射熱の損失を妨げるために熱エネルギおよび／または断熱を提供する。流れ品質測定プローブが、配置され、加湿された気体流れの対応する品質を能動的に測定して、システムへフィードバックする。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般的に、医療装置に関する。より詳細には、本発明は、連続高流量の加熱され加湿され加熱された気体を患者へ提供するための呼吸回路に関する。

患者の肺内に気体を移動するための機械的換気を使用する呼吸療法システムは、通常、患者へ方向づけられる呼吸気体を加熱するかまたは加湿するために呼吸回路に沿って加湿器を組み込んでいる。このような加湿器の例は、米国特許第４，１１０，４１９号、第４，１７２，１０５号、第４，１９５，０４４号、第４，５００，４８０号および第４，６７４，４９４号に開示されている。ベンチレータ回路および他のチュービング機器は、患者へ呼吸空気を方向づけるように設計されており、ベンチレータまたは他の気体源は、患者の要件に合致するように処方された呼吸率および呼吸気体容量で圧力下でまたは他の高い流量で、呼吸すべき気体を供給する。

典型的に、呼吸気体は、ベンチレータまたは気体源に位置するかまたはこれの近傍に位置した加湿器によって加湿され、それによって、加湿された気体は、回路またはチュービングの実質的に全長を移動しなければならない。加湿器内の気体の温度は、患者に送出されるときには、典型的に３７度であり、一方、室温は典型的に２２度近辺である。加湿された気体は、チュービングの長さ方向に沿って冷却され、結果として、凝縮するか、または、チュービング内で「レインアウト（rainout）」になり、これは、担当医による定期メンテナンスを必要とする。医師がこのレインアウトを管理するのに熱心でない場合には、大量の水が患者の気道内に引かれる可能性があり、相当な害をもたらす。いくつかの呼吸回路には、ウォータトラップか、または、呼吸チュービングから凝縮物を取り除くための他の手段が設けられ、これは、そうでなければ、気体送出に干渉するものである。あるいは、ベンチレータまたは呼吸回路には、チュービングの内部に沿って延出するかまたは中に包埋されるかまたはそうでなければチュービングの壁に沿って固定されるヒータワイヤが設けられてもよい。このような加熱されたベンチレータまたは呼吸回路の例は、米国特許第４，６８２，０１０号、第５，６４０，９５１号および第５，５３７，９９６号に記載されている。これらのシステムは、チュービングの長さ方向に沿って温度プローブを使用することを含む様々な特徴を使用して性能を改良することができ、システムへフィードバックを提供し、それに応じて、温められた空気の供給を調整する。

しかし、レインアウト問題を効果的且つ効率的に排除するように、且つ、適切で安全な方策を提供するために、患者に送出された空気が適切な温度、圧力および湿度レベルであることを確実にするように、１分当たり４０リットルまでの流量で、高容量の加熱され加湿された空気の連続供給を確実にするために適切な方策を使用する、呼吸療法を患者へ提供するための既存の回路はない。
米国特許第４，１１０，４１９号明細書 米国特許第４，１７２，１０５号明細書 米国特許第４，１９５，０４４号明細書 米国特許第４，５００，４８０号明細書 米国特許第４，６７４，４９４号明細書 米国特許第４，６８２，０１０号明細書 米国特許第５，６４０，９５１号明細書 米国特許第５，５３７，９９６号明細書

これに応じて、加湿システムから患者インタフェース例えば鼻カニューレ等へコンジットを通って供給された加湿された空気の流れにおける熱損失および凝縮を防止し、患者へ送出される空気が適切な療法状態にあるのを確実にする適切で安全な方策を提供する呼吸回路のための方法および機器を提供することが望ましい。

前述の必要性は、本発明によって大きく満たされており、１つの態様において、いくつかの実施形態では、加湿システムから患者インタフェース例えば鼻カニューレ等へコンジットを通って供給された加湿された空気の流れにおける熱損失および凝縮を防止する呼吸回路を提供する機器が設けられている。本発明は、呼吸回路に多数の構成を提供することによってこれを達成し、（ａ）熱損失を直接妨げるかまたは中の加湿された気体の流れを断熱するか、または、（ｂ）回路の長さ方向に沿って回路内部に熱源を提供し、システムを通って流れるときに気体による対流熱、伝導熱または放射熱の損失に対して失われている熱エネルギを提供することによって回路チュービングから正味の熱損失を間接的に防止するか、のいずれかである。どちらの場合にも、本発明は、患者インタフェース近傍で回路の遠位端に配置された温度、湿度または他の流れ品質測定のプローブを使用し、フィードバックおよび情報をシステムへ提供するように、加湿された気体流れの対応する品質を能動的に測定する。圧力リリーフ弁の形態の追加安全装置が、回路アーキテクチャに含まれてもよく、圧力蓄積および／または構造上の欠陥を防止し、且つ、このような事象の周囲に警告を発する。

本発明の一実施形態にしたがって、近位端部分および遠位端部分を有する管状コンジットを有する呼吸回路が提供されている。遠位端部分は、患者へ呼吸流れを投与するために患者インタフェースに直接近いように構成されている。コンジットは流れルーメンを規定し、ルーメンに部分的に配置されたヒータワイヤを有する。温度または流れ品質モニタリングポートが、流れルーメンに流体連通する管状コンジットの遠位端部分に配置されている。圧力リリーフ弁は、流れルーメンに流体連通する少なくとも１つの管状コンジットに配置されている。温度プローブを、流れ品質モニタリングポートに連結することができる。または、湿度測定プローブを、流れ品質モニタリングポートに連結することができる。回路はまた、管状コンジットの遠位端部分に連結された患者インタフェースを有することもできる。一実施形態において、患者インタフェースは、近位半体および遠位半体を有するカニューレループを含み、ループの近位半体はループを囲繞する受動断熱を有する。管状コンジットの近位端部分に接合部が配置され、ヒータワイヤを受け取るための第１のポートおよびルーメン内に流体流れを受け取るための第２のポートを有する。管状コンジットは、接合部のすぐ遠位で管状コンジットの一部内に組み込まれた張力緩和手段をさらに含み、張力緩和手段が管状コンジットの構造的一体性を補強するようにする。張力緩和手段は、波形手段であってもよく、または、コイル要素を含むことができる。

本発明のさらに別の態様にしたがって、近位端部分および遠位端部分を有する少なくとも１つの管状コンジットを有する呼吸回路が提供されている。遠位端部分は、患者へ呼吸流れを投与するために患者インタフェースに直接近いように構成される。管状回路は、流体流れ用の少なくとも１つのルーメンを規定する。流体流れにおける熱損失を妨げるために、手段が、管状コンジットに配置されるか、組み込まれるか、または、これの一部として一体化されている。流れ品質モニタリングポートが、少なくとも１つのルーメンに流体連通する管状コンジットの遠位端部分に配置されている。圧力リリーフ弁は、ルーメンに流体連通する管状コンジットに配置されている。

本発明のさらに別の態様にしたがって、患者へ呼吸気体流れを提供する方法が開示されている。流体の流れは、近位端部分および遠位端部分を有する少なくとも１つの管状コンジットを通って供給される。管状コンジットは、流体流れ用に少なくとも１つのルーメンを規定する。管状コンジットの長さ方向に沿った流体の流れによる熱の損失は、能動的に妨げられる。そして、流体の流れの流れ品質は、ルーメンに流体連通する管状コンジットの遠位端部分に配置された流れ品質モニタリングポートを通って測定される。流体の流れは、少なくとも１つの管状コンジットに配置された圧力リリーフ弁にさらされ、弁は、キャリブレートされて開き、所定の過圧状態でルーメンから流体の流れを解放する。

詳細な説明がより良好に理解されるように、且つ、本発明の当分野への寄与がより良好に認識されるように、このようにしてかなり大まかに本発明のある実施形態を概略してきた。当然ながら、本発明の追加の実施形態が下記に記載され、これは、本明細書に添付された特許請求の範囲の主題を形成する。

この点において、本発明の少なくとも一実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、下記の説明に述べられたかまたは図面に例示された構造の詳細および構成要素の配列に適用を限定するものではないことを理解すべきである。本発明は、述べられたものに加えて体現することが可能であり、様々なやり方で行うことができる。また、本明細書および要約書に使用された表現および専門用語は、説明を目的とするものであり、限定的であるとみなすべきではないと理解すべきである。

ゆえに、本開示が基づく概念は、本発明のいくつかの目的を実施するための他の構造物、方法およびシステムを設計するための基礎として、容易に利用されてもよいことを当業者は認識する。したがって、特許請求の範囲は、このような等価の構造物が、本発明の精神および範囲から逸脱しない限り、このような等価の構造物を含むものとみなされることが重要である。

次に本発明を図面を参照して説明するが、類似参照符号は、図面中にわたって類似部品を示している。本発明にしたがった実施形態は、加湿システムから鼻カニューレ等の患者インタフェースへコンジットを通って供給された加湿された空気の流れにおける熱損失および凝縮を防止する呼吸回路を提供する。回路は、患者インタフェースを通って患者へ高流量の呼吸空気を供給する全体的な気体加湿システムの一部である。本発明は、熱損失を直接妨げ、且つ／または、回路を通る加湿された気体の流れを断熱し、一実施形態では、回路の長さ方向に沿って回路内部に加熱源を提供して、回路チュービングから正味の熱損失を防止する。温度、湿度、または、他の流れ品質測定プローブを、患者インタフェース近傍で回路の遠位端に配置することができ、システムへフィードバックおよび情報を提供するように、加湿された気体流れの対応する品質を能動的に測定する。圧力リリーフ弁の形態の追加安全装置が回路アーキテクチャに設けられ、圧力の蓄積および／または構造上の欠陥を防止し、且つ、このような事象の周囲に警告を発する。

本発明の機器の実施形態は、図１に例示されている。図１は、本発明の一実施形態にしたがった高流量呼吸システムおよび回路を例示する概略図である。システム１０は、呼吸回路１２と、給水ホース１６を経由して給水１８へ連結された加熱された加湿器１４と、を含む。加湿器１４は、混合装置２６を通って空気２２または純粋酸素２４の供給へ湿分を加えるためのカラム２０を含む。呼吸療法が空気または純粋酸素の混合物を利用することは良く理解されているが、本発明の原則は、いずれの気体または気体および水の混合物の供給へ適用することができる。返り管２８もまた、加湿器カラム１４と給水１８との間に含まれ、それによって、装置へ湿分を加えるための閉鎖システムを形成する。

システム１０は、少なくとも２つの流れ品質モニタリングポートをさらに含み、そこに、流れ品質モニタまたはプローブを加えることができる。第１の近位プローブ３０が、回路１２の近位端部分に設けられている。従来の慣習にしたがって、本明細書に使用されるように、「近位」または「近位端」という用語は、使用されることが意図されるときに装置を取り扱うかまたは操作する医療従事者により近い装置またはこれの構成要素の特定の端を意味し、「遠位」または「遠位端」という用語は、患者により近い装置またはこれの構成要素の特定の端を意味するものとする。別の遠位プローブ３２を、回路１２の遠位端または遠位端部分に設けることができる。プローブ３０かまたはプローブ３２の一方が、温度測定装置か、または、湿度または相対湿度測定装置であり得る。クリップ３４もまた、回路１２の近位端部分に設けられ、これを使用して、ケーブルまたはワイヤを固定し接着し、遠位端プローブ３２を接続するようにする。

「回路」１２は、本明細書に規定されるように、加湿された気体の供給に接続する１つ以上の管状コンジットのいずれの配列であるものとし、それは、カラムから患者インタフェース３６へずっと延出することができ、そこで、気体の供給によって、呼吸が直接助けられるかまたは可能になる。患者インタフェース３６は、患者が装着するか接触するいずれの装置であってもよく、これは、患者の口、鼻または喉のすぐ近くにある。図１に示された実施形態において、患者インタフェースは、ループ形状を有する鼻カニューレである。患者インタフェースは、再呼吸型かまたは非再呼吸型のフェースマスクであってもよく、または、呼吸のための空気または気体の供給へ患者の呼吸系を直接連結するいずれの他の装置であってもよい。

プローブ３２にもっとも近い回路１２の遠位端で患者へ供給される気体の品質を測定することによって、気体が患者に投与される直前に、供給される気体の温度または相対湿度を直接測定することができる。これは、より効果的に、いずれのレインアウトが発生するのを防止することができるが、それは、望ましくない温度または湿度状態を、より臨界的な点で、すなわち、供給された気体を患者が吸う直前に、即座に測定することができるからである。

本発明にはまた、加熱要素も供給される。図１の実施形態において、加熱要素は、回路１２の近位端部分に接合部４０を通って配置されている抵抗加熱ワイヤ３８である。加熱ワイヤ３８は、ワイヤのいずれの配列であってもよく、例えば、織られた紐、マルチストランド、螺旋コイル、メッシュ、または、回路１２の内部ルーメンに収まることができる他の配列等である。図１に示された実施形態は、ループの形態の単一のワイヤを有し、これは、接合部４０を通って回路１２のルーメンに入り、そして当該ルーメンを出る。ワイヤによって生成された熱は、回路１２内を移動するときにルーメンにおける流れによって失われたいずれの対流熱、伝導熱または放射熱がワイヤ３８によって供給された熱エネルギによって相殺されるように、回路１２内部の流れに熱エネルギを提供する。

これは、回路１２の流れにおける熱損失を防止するかまたは妨げる唯一の方法ではない。本発明の代替の実施形態は、回路１２用のマルチルーメンチューブを含むことができ、患者への気体の流れを担持する内側ルーメンと、内側流れルーメンを半径方向に取り囲むかまたは囲繞する１つ以上の外側ルーメンと、を有する。加熱された水等の流体は、１つ以上の外側ルーメンを通って供給されることができ、それによって、内側ルーメンにおける気体の流れを断熱し、このようにして、回路１２における気体の流れから熱の損失を防止するかまたは妨げる。熱損失のいずれの防止は、それに応じて、レインアウトが発生するのを防止するように、システム内の凝縮を防止する。当分野では周知のように、多数のルーメン構成が可能であり、内側ルーメンを完全に囲繞する外側ルーメンか、または、回路１２の遠位端部分へおよびこれから流体を供給する個別ルーメンを含む。

図２は、図１の呼吸システム１０および回路１２の遠位端部分の平面図であり、鼻カニューレ患者インタフェース３６を含む。図２に見られるように、ヒータワイヤ３８は、回路１２に沿ってこれの遠位端５０へずっと延出することができ、そこに、接合部またはポート５２が配置されるかまたは連結されている。遠位端５２は、患者へ呼吸流れを投与するために患者インタフェース３６に直接近いように構成されている。流れ品質モニタリングポート５４は回路１２の遠位端部分５０に配置され、これは、回路１２内部の流れルーメンに流体連通する。いずれの流れ品質測定装置またはプローブをポート５４に配置することができ、例えば、温度、圧力、または、相対湿度または湿度測定プローブである。

患者インタフェース３６は、ループ形状の鼻カニューレでありえ、これは、２つの半体、すなわち、近位半体６０および遠位半体６２を含むことができる。受動断熱を近位半体６０に加えることができ、カニューレループ内部の流れルーメンの熱損失または凝縮を防止するかまたは妨げる。この断熱は、したがって、「受動」手段であり、一方、回路１２用に上記に検討されたヒータワイヤ３８または代替のマルチルーメン配列は、回路１２の流体流れにおける熱損失を妨げる能動手段である。

回路１２はまた、接合部４０の一部等の近位端に圧力リリーフ弁４４を含むことができるが、圧力リリーフ弁４４は、回路１２に沿っていずれの位置にあってもよい。図３は、接合部４０を含む回路１２の近位端を示す平面図である。図４は、図３の線Ａ−Ａに沿って取られた図であり、回路１２の近位端部分で接合部４０の閉鎖を示す。図３に見られるように、接合ポート４０は、回路１２の管状コンジットの近位端部分に配置されており、ヒータワイヤ３８を受け取るための第１のポート７０、および、ルーメン内に流体流れを受け取るための第２のポート７２を含む。第１のポート７０および第２のポート７２は、ワイヤから気体流れへ熱が加えられるときに捩れまたは管の閉鎖が形成するのを防止するように、図３に示された平面で互いに対して非垂直の正の角を形成する。張力緩和手段７６を、接合部４０のすぐ遠位で回路１２の管状コンジットの一部内に組み込むことができ、張力緩和手段１２は、管状コンジットの構造的一体性を補強する。張力緩和手段は、波形要素またはコイル要素を含むことができる。これもまた、捩れおよび閉鎖が発生するのを防止する。

次に図４に移ると、圧力リリーフ弁４４が示され、これは、回路１２の気体流れルーメンに流体連通する。過圧状態が展開するときには、弁４４は、必要に応じてコンジットから気体または流体を解放することができ、または、このような事象の周囲に警告を発する可聴要素を収めることができる。過圧状態の１つの例は、気体圧力が、新生児で４０ｃｍ／Ｈ₂Ｏ、成人で１．８ｐｓｉｇに到達するときであり、これは、患者の肺および呼吸系さらにシステム機器に損傷を与えている可能性がある。

本明細書に開示されたように、本発明は、正しい温度、湿度および圧力状態である呼吸用に空気を患者へ効率的且つ効果的に供給する。装置は、１分当たり４０リットルまで送出することができ、小児および新生児の患者用には、より少ない。システム１０は、成人の患者には、１分当たり５〜４０リットルの範囲で送出することができ、小児患者には１分当たり５〜２０リットルの範囲であり、新生児患者には１分当たり１〜８リットルの範囲である。患者は、このようにして、高流量の加熱され加湿された酸素から利益を得、病院または家庭での医療環境で、低酸素血症、呼吸困難、または、他の呼吸状態を軽減するのに使用することができる。

本発明の多くの特徴および利点は、詳細な明細書から明らかであり、このようにして、本発明の真の精神および範囲内に入る本発明のこのような特徴および利点のすべてをカバーすることが、添付の特許請求の範囲によって意図されている。さらに、多数の修正例および変形例が、当業者には容易に思いつくため、例示され且つ説明された正確な構造および操作に本発明を限定することは望まれず、したがって、すべての適切な修正例および等価物が、本発明の範囲内に入るようにされてもよい。

本発明の一実施形態にしたがった高流量呼吸システムおよび回路を例示する概略図である。 図１の呼吸システムおよび回路の遠位端部分、および、鼻カニューレ患者インタフェースの平面図である。 接合部を含む回路の近位端部分を示す平面図である。 図３の線Ａ−Ａに沿って取られた図であり、回路の近位端部分での接合部の閉鎖を示す。

Claims (20)

1. 近位端部分および遠位端部分を有し、且つ流れルーメンを規定し前記ルーメンに部分的に配置されたヒータワイヤを有する少なくとも１つの管状コンジットであって、前記遠位端部分は、患者へ呼吸流れを投与するために患者インタフェースに直接近いように構成されている少なくとも１つの管状コンジットと、
   前記流れルーメンに流体連通する前記少なくとも１つの管状コンジットの前記遠位端部分に配置されている流れ品質モニタリングポートと、
   前記流れルーメンに流体連通する前記少なくとも１つの管状コンジットに配置された圧力リリーフ弁と、
   を備える呼吸回路。
2. 前記流れ品質モニタリングポートに連結された温度プローブをさらに備える、請求項１に記載の回路。
3. 前記流れ品質モニタリングポートに連結された湿度測定プローブをさらに備える、請求項１に記載の回路。
4. 前記管状コンジットの前記遠位端部分に連結された患者インタフェースであって、近位半体および遠位半体を有するカニューレループを有し、前記ループの前記近位半体は前記ループを囲繞する受動断熱を有する患者インタフェースをさらに備える、請求項１に記載の回路。
5. 前記管状コンジットの前記近位端部分に配置された接合部であって、前記ヒータワイヤを受け取るための第１のポートおよび前記ルーメン内に流体流れを受け取るための第２のポートを有し、前記第１のポートおよび前記第２のポートは少なくとも１つの平面で互いに対して非垂直の正の角を形成する接合部をさらに備える、請求項１に記載の回路。
6. 前記管状コンジットの前記近位端部分に配置された接合部であって、前記ヒータワイヤを受け取るための第１のポートおよび前記ルーメン内に流体流れを受け取るための第２のポートを有し、前記管状コンジットは、前記接合部のすぐ遠位で前記管状コンジットの一部内に組み込まれた張力緩和手段を有し、前記張力緩和手段は前記管状コンジットの構造的一体性を補強する接合部をさらに備える、請求項１に記載の回路。
7. 前記張力緩和手段は、波形手段を含む、請求項６に記載の回路。
8. 前記張力緩和手段は、コイル要素を含む、請求項６に記載の回路。
9. 前記管状コンジットの前記近位端部分に配置され、前記ヒータワイヤを受け取るための第１のポートおよび前記ルーメン内に流体流れを受け取るための第２のポートを有する接合部をさらに備え、
   前記圧力リリーフ弁は前記接合部に組み込まれる、請求項１に記載の回路。
10. 近位端部分および遠位端部分を有し、流体流れ用に少なくとも１つのルーメンを規定する少なくとも１つの管状コンジットであって、前記遠位端部分は、患者へ呼吸流れを投与するために患者インタフェースに直接近いように構成される管状コンジットと、
    前記少なくとも１つの管状コンジットの流体流れにおける熱損失を妨げるための手段と、
    前記少なくとも１つのルーメンに流体連通する前記少なくとも１つの管状コンジットの前記遠位端部分に配置されている流れ品質モニタリングポートと、
    前記少なくとも１つのルーメンに流体連通する前記管状コンジットに配置されている圧力リリーフ弁と、
    を備える呼吸回路。
11. 前記流れ品質モニタリングポートに連結された温度プローブをさらに備える、請求項１０に記載の回路。
12. 前記流れ品質モニタリングポートに連結された湿度測定プローブをさらに備える、請求項１０に記載の回路。
13. 前記管状コンジットの前記近位端部分に配置された接合部であって、加湿された気体の源から前記少なくとも１つのルーメン内に流体流れを受け取るための第１のポートを有する接合部をさらに備え、
    前記圧力リリーフ弁は前記接合部に配置されている、請求項１０に記載の回路。
14. 前記張力緩和手段は前記接合部のすぐ遠位で前記管状コンジットの一部内に組み込まれ、前記張力緩和手段は前記管状コンジットの構造的一体性を補強する、請求項１３に記載の回路。
15. 患者へ呼吸気体流れを提供する方法であって、
    近位端部分および遠位端部分を有し、且つ流体流れ用に少なくとも１つのルーメンを規定する少なくとも１つの管状コンジットを通って流体の流れを供給することと、
    前記管状コンジットの長さ方向に沿った流体の前記流れによる熱の損失を能動的に妨げることと、
    前記少なくとも１つのルーメンに流体連通する前記少なくとも１つの管状コンジットの前記遠位端部分に配置された流れ品質モニタリングポートを通って流体の前記流れの流れ品質を測定することと、
    前記少なくとも１つの管状コンジットに配置された圧力リリーフ弁に流体の前記流れをさらすことであって、前記弁は、キャリブレートされて開き、所定の過圧状態で前記ルーメンから流体の前記流れを解放することと、
    を備える方法。
16. 前記流れ品質は温度である、請求項１５に記載の方法。
17. 前記流れ品質は相対湿度である、請求項１５に記載の方法。
18. 前記管状コンジットの前記遠位端部分に連結された患者インタフェースの近位半体を断熱することであって、前記患者インタフェースはカニューレループを有することのステップをさらに備える、請求項１５に記載の方法。
19. 前記管状コンジットの長さ方向に沿った流体の前記流れによる熱の損失を防止するステップは、
    ヒータワイヤを前記少なくとも１つのルーメンに配置することと、
    前記少なくとも１つのルーメンの流体の前記流れを前記ヒータワイヤで加熱することと、
    をさらに備える、請求項１５に記載の方法。
20. 前記少なくとも１つの管状コンジットは、
    前記管状コンジットの前記近位端部分に配置され、前記ヒータワイヤを受け取るための第１のポートおよび前記ルーメン内に流体流れを受け取るための第２のポートを有し、前記第１のポートおよび前記第２のポートは少なくとも１つの平面で互いに対して非垂直の正の角を形成する接合部をさらに備える、請求項１９に記載の方法。

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