JP2008523900A - エレクトレットにより機能強化された自動ｉｖドリップチャンバ遮断 - Google Patents

Abstract

医療用流体投与システムの容器に形成される自動停止弁は、容器内の流体が所定の高さまで減少したときに容器の出口ポートからの流出を遮断するために、フロート（５０）及び弁座（７０）を互いに引き寄せる電場を含む。フロート及び弁座の一方又は両方は、その他方を引き寄せて係合させる電場を形成し、この他方は非磁性の誘電体からなる。一実施形態において、弁座はエレクトレットから形成され、該エレクトレットは、フロートをエレクトレットへ引き寄せて流れを停止させる電場を形成する。別の実施形態においては、フロートは、フロートを誘電体弁座に引き付けるエレクトレットを含む。更に別の実施形態においては、フロート及び弁座の両方が、互いに吸引し合って係合する逆の極性を有するエレクトレットを含む。磁気材料及び金属材料が存在しないため、遮断弁はＭＲＩ環境での使用に適する。

Description

本発明は、医療用流体弁に関し、より詳細には、流体の流体表面がある高さに達した時に自動的に遮断する弁に関する。

入院加療中に、医療用流体を患者の血流に注入することが望ましいと医師が考える場合がある。医療用流体は、治療目的の流体、体液交換のための流体、又は他の目的のための流体とすることができる。患者への医療用流体投与中には、ある閾値量を越える量の空気の注入を回避することが重要である。もし多量の空気が患者の血流に入るならば、塞栓が形成されるおそれがあり、深刻な状況に陥り得る。

医療用流体の注入に際しては、何度も袋又は瓶等の医療用流体リザーバが逆さに吊り下げられ、重力によって、又はプログラム化された命令に従って流速を正確に制御する注入ポンプを用いて、医療用流体リザーバの内容物を患者へ流れ込ませる。流体投与セットは、流体を袋から患者へ案内するために使用される。流体セットはまた、流体ラインを含み、該流体ラインは、基端又は上流側端部と呼ばれる一端が、逆さにされた袋に連結されると共に、先端又は下流側端部と呼ばれる他端が、患者の静脈に挿入されるカテーテルに連結される。

多くの流体注入投与セットは、ドリップチャンバとして知られる器具を含む。この器具は、その上流側端部において、逆さまにされた袋、瓶、又は他のタイプ容器の形態をなすリザーバのストッパ又は隔壁を貫通するための鋭利なスパイクを備え、容器の内容物へのアクセスを可能にしている。スパイクはリザーバの流体まで延出する長さを有し、結果的にリザーバの内容物をドリップチャンバの入口即ち上流側端部に配置された精密滴形成部へ案内する。滴形成部は、重力によって、ドリップチャンバの下流側端部に落下する既知量の液体を有する滴を形成する。滴は、患者への流体の流速を決定するために、単位時間毎に計数されてもよい。滴形成部は、ドリップチャンバのチャンバ内に配置され、また形成された滴が落下即ち「滴下」するチャンバの下流側端部には、投与セットの細管に接続する出口が存在する。この細管は、患者へ流れる医療用流体の導管となる。

看護師は、確実に医療用流体リザーバが空にならないように、滴が存在するかどうかについてドリップチャンバを監視する。当業者には周知のことであるが、患者への流体の流れが標準的、例えば３ｍｌで進んでいる時には、ドリップチャンバは、チャンバ内において所定の高さに位置する流体表面を連続的に有するように構成される。リザーバ内及びドリップチャンバより上方の管内の流体が空になり且つ滴が落下しなくなったときに、ドリップチャンバ内の流体表面の高さは、最終的に空になるまで減少する。投与セットの細管が挟持され、或いは他の動作が行われないならば、ドリップチャンバが接続された投与細管に空気が入る可能性がある。従って、空の流体リザーバによって、空気がドリップチャンバ及び細管に引き込まれ得る。この結果、ラインが挟持され或いは他の動作が行われないならば、該空気が患者へ注入されるおそれがある。

また、ドリップチャンバ内の流体表面の高さが極度に低くなりすぎた場合、看護師は、ラインに入り込んだ空気を取り除くために投与セット全体を再度準備し直さなければ、空の流体リザーバを満杯のリザーバと取り替えることができない。ラインの準備には時間がかかるため、再準備を必要としないように、流体ラインへの空気の流入を制御する器具を提供することが望ましい。特に、流体投与セットの再準備を行うことなく、新しい流体リザーバがドリップチャンバに連結されると共に、患者へ新しい流体が流れ始めるように、現リザーバを使い切った状態において充分な流体がドリップチャンバに残ることが望ましい。

別の用途では、ドリップチャンバは、ビュレットの一部を形成でき、且つビュレットチャンバの先端即ち下流側端部に配置することができる。このような場合、ドリップチャンバは鋭利なスパイクを含まなくてもよいが、上述した他の要素を含む。更に別の構成では、ドリップチャンバはスパイクを有さなくてもよいが、代わりにその上流側端部に、一体形成されたスパイクを有する、医療用流体容器との連通を確立する所定長さの細管が供給されてもよい。細管のスパイクはリザーバに挿入され、流体は短い細管を通ってドリップチャンバへ流れ込む。

医療用流体リザーバが空になったときに流れを自動的に遮断する器具を提供することが望まれる。従って、医療用流体注入器具の開発者達は、医療用流体リザーバが空になると、流体ラインを通る流体の流れを自動的に遮断するために、ドリップチャンバ器具に直接組み込まれる様々な遮断弁を作り出してきた。これらのシステムには、比較的複雑なものもあれば、簡素なものもある。このような器具のある種類では、ドリップチャンバの流体に浮かぶ器具を使用すし、ドリップチャンバの下流側端部に配置される弁座を有する。これらの構成において一般的であるように、浮遊器具はその浮力に基づいて、流体中のある高さで浮遊する。浮遊器具は、チャンバ内の流体が所定の低さまで減少した時に着座するように構成される。流体表面の高さが低くなると、フロートは弁座に徐々に接近して、最終的には着座して流れを遮断する。これにより、常時の監視を必要としない自動遮断弁が得られる。

このような器具には問題があり、その一つは、浮遊器具が適切に着座せずに流れを完全に遮断しないことがあるということである。投与セットが左右に移動したり、垂直以外の角度で配向される等の悪影響を及ぼす状況下では、弁器具の着座までに時間がかかると共に流体の遮断が遅延する可能性があるため、空気が投与ラインに進入するおそれが生じる。発生する別の悪影響を及ぼす状況としては、低速の流速で作動するポンプが流体ラインと係合させられ、且つ流れの上流側で、浮遊器具を弁座から離れるように跳ねさせやすくする脈動を形成するときである。これらの脈動が浮遊器具にかかる重力に打ち勝つ程度に強い場合や、また、脈動によって、所望されるときに浮遊器具が着座しない場合がある。

この種の自動遮断弁の変更例は、流体ラインの遮断を補助するために磁力が組み込まれる。磁気的吸引力は、投与ラインの流体の流れを遮断するために、ドリップチャンバに配置されるフロートと弁座等の固定部分との間で使用される。このような方法は、ラッチタイプ弁として作用する点に利点を有する。即ち、使用される一つの磁場又は複数の磁場は、磁性器具間の距離が縮まるにつれて、非線形的に磁場強さが増加する。磁性器具が互いから比較的離れているときには幾分の吸引力が存在する。この吸引力は、磁性器具同士が近づくにつれて増大し、最終的には、これらの吸引によって得られる磁力がドリップチャンバ内のフロートの浮力を上回ると、この磁気的に作動させられた弁の着座位置にフロートが引き込まれ、流体の流れを積極的に遮断する。

２個の部品間で発生するこの磁力は、重力のみに依存する他の弁よりも良好に、弁を閉鎖位置、即ち遮断位置に保持する傾向を有する。流体ラインを閉鎖するためにその重量のみに依存する従来のフロートに対し、磁力並びにフロート重量を使用することは、空気が流体ラインに入る前にフロートが流れを完全に閉鎖及び遮断する可能性が高い。磁力の使用はまた、ドリップチャンバが垂直状態から外れて傾斜状態となったときに、フロートを弁座に引き寄せる傾向を有する。フロートが一旦着座させられると、フロートを弁座から引き離すためには、弁は、新たに加えられた流体によって生じさせられるフロートの僅かな浮力によって得られる力を超える機械的な力が必要とされる「係止」状態となる。これらの器具では一般的に、ドリップチャンバに流体を充填してもフロートが弁座から遊離しない。両者を離れさせるためには、弁座に対する磁気的吸引力がフロートの浮力によってもたらされる力を超え、且つ幾分の機械的な力が必要とされる。一般的には、フロートが流体表面まで上昇するように、フロートを弁から遊離させるために、ドリップチャンバ壁を握り締める必要がある。

ドリップチャンバでの磁気の使用は当該技術分野における改良となったが、特定の磁性器具には欠点がある。金属要素を含む磁気器具は、注入ラインの医療用流体と接触させられるべきではない。また、一部の従来の器具は、器具が製造されるときに、ドリップチャンバに特定の配向で装着されなければならない独特の形状を有するフロート器具を備える。製造中に部品を適切に配向させないと、弁が完全にシールできず、従って廃棄しなければならなくなる場合がある。このような要件は製造コストを増大させる。他の器具においては、相対的に硬い面の間にシールが形成されるが、この構成は、シール面の間における不完全さ又は嵌合の欠如に起因して、シールからの漏出という問題を生じることがある。更に別の構成では、弁を含む２個の器具は、少なくとも一方が磁石であるが、これらを整合させられないために２個の器具間の磁束線が最適に有効ではない場合がある。このような場合には、より大きな磁石が使用されるため、費用が増加する。磁気を用いる遮断弁器具は更に他の問題も有する。弁による磁場の放出は、鉄を含有する全血等に悪影響を及ぼす可能性がある。また、強い外部磁場は、弁シールに影響を及ぼして、早期閉鎖を生じさせたり、必要とされるときのシールを妨げてしまう可能性がある。更には、磁気を用いる遮断弁器具は、ＭＲＩ環境には適しておらず、その用途範囲が限定される。

それ故、作動が効率的であると共に信頼性の高い、流体投与ラインで使用可能な自動遮断弁が必要であることが、当業者によって認識されている。また、より信頼できる弁遮断作用を得られる弁要素間の吸引力を使用しつつも、医療用流体、血液、ＭＲＩ環境、又は他の医療用環境の構成要素と干渉しない改良型自動流体遮断弁が必要であることも認識されている。更に、比較的製造が容易であり、且つ製造費用がより安価な流体遮断弁が必要であることも認識されている。本発明はかかる必要性及び他の必要性を満たすものである。

簡潔且つ一般的には、本発明は、非磁性の非金属材料によって生成される弁構成要素間の吸引力を含む、医療用装置で使用される遮断弁に関する装置及び方法に関する。より詳細な態様では、流れを遮断するために、構成要素を互いに引き付ける電場が設けられる。更により詳細な態様では、構成要素の少なくとも一方が電場を生じさせると共に、もう一方の構成要素は、流れを遮断するために係合すべく２個の構成要素が互いに引き合うように、電場に引き付けられる誘電体で形成される。別の詳細な態様では、電場はエレクトレットである構成要素によって生じさせられる。別の詳細な態様では、電場は強誘電性高分子である構成要素によって生じさせられる。

本発明に係る別の詳細な態様では、医療用流体の流れを調整する際に使用する自動遮断弁が提供される。一態様では、医療用流体の流れを調整する際に使用する自動遮断弁は、医療用流体を収容するように構成される容器を備え、該容器は、上流側端部及び下流側端部を有し、下流側端部において出口オリフィスを形成する。球体又はボールのような形状を有する停止部材、即ちフロートが容器内に配置される。容器の下流側端部には、出口オリフィス近傍に弁座が設けられる。フロート及び弁座の少なくとも一方は電場を生じさせ、他方は、電場によって引き寄せられる誘電体から形成されると共に、流れを止めるためにもう一方と係合するように移動する傾向を有する。別の更に詳細な態様では、フロート及び弁座は、逆の極性を有する電場を生じさせることにより、互いに引き合って係合し、流れを遮断する。別の態様では、所定量の医療用流体が容器に残るときに、構成要素間で生じさせられた吸引力が医療用流体中のフロートの浮力を上回る強さを有することにより、流れが遮断される。

更に詳細な態様では、電場を生じさせる構成要素は、その大部分に永久的に固定される電荷を有する。別の態様では、電場を生じさせる構成要素は、その表面に永久的に固定される電荷を有する。フロート及び弁座の他方が電場を生じさせない場合には、該他方は、電場によって引き付けられる無極性高分子から形成される。別の態様では、電場を生じさせる構成要素はエレクトレットを含む。更に別の詳細な態様では、電場を生じさせる材料は、強誘電性高分子を含む。

更に別の態様では、電場を生じさせる構成要素は、構成要素を生物学的に不活性な物質で被覆することにより、容器を流れるいかなる医療用流体からも物理的に隔離される。別の詳細な態様では、電場を生じさせる構成要素は、パリレン（商標名）又は他の耐水性材料がコーティングされる。更に別の詳細な態様では、停止部材の直径及びその浮力は、自動弁が流れを遮断したときのドリップチャンバに残る流体の量を制御するように選択される。

更に別のより詳細な態様では、１個又はそれ以上の構成要素によって生じさせられる電場の強さは、選択された高さに流体表面が位置する量の流体がドリップチャンバ内に残るときに、流れを遮断するために構成要素がフロート及び弁座を引き寄せるように選択される。更に、電場の強さは、容器が垂直以外の角度で配置された時に、自動遮断を行うためにより容易に停止部材が弁座と整合するように選択される。

本発明の他の特徴及び効果は、以下の発明の詳細な説明を添付の図面と合わせて理解した時に、より明白となる。

次に図面をより詳細に参照すると、夫々の図における同様の符号は同様の要素又は対応する要素を指しており、図１は、患者２２の腕の静脈内にて終端する医療用流体投与システム２０の概略図を示す。医療用流体リザーバ２４は、重力供給システムが本実施形態で得られるように、患者２２の高さより上方において、図面では一部のみが示されている標準的なハンガー２６に吊り下げられている。この場合、リザーバは可撓性を有する袋を含むが、瓶又は他の種類の容器も使用できる。アクセス器具２８は、袋と流体投与システムの上流細管３０とを連通させるために袋のストッパ又は隔壁を貫通する。この場合、医療用流体投与セット３４が使用されており、該医療用流体投与セット３４は、アクセス器具、上流細管、ビュレット３６、自動遮断弁を備えるドリップチャンバ３８、下流細管４０、及び患者の静脈を貫通して患者の循環器システムと連通させるために使用される先鋭カニューレ（図示なし）用の連結器具４２を含む。袋アクセス器具２８は、本実施形態では袋の閉鎖部を貫通する先鋭開口スパイクの形態をとることができる。従って、袋内の医療用流体３２は、投与セット３４を介して患者２２に導かれる。

図２は、弁の遮断力を増大させるべく、弁の構成要素を吸引するために電場を使用するドリップチャンバ３８の一実施形態の斜視図である。電気的吸引力は非磁性の非金属構成要素によって生成される。本実施形態では、遮断弁５５を形成するために、少なくとも１個のエレクトレットが使用される。図示されるように、ドリップチャンバは、本用途ではビュレット３６の下流側端部に取り付けられるが、これは必須の構成ではない。別の実施形態では、ドリップチャンバは代わりに、医療用流体リザーバ２４に直接進入するために、その上流側端部に先鋭スパイク又は他の器具を有していてもよい。このようなドリップチャンバの構成は、一般的なものである。また本実施形態では、エレクトレットにより機能強化された自動遮断弁が、ドリップチャンバに配置される。しかしながら、エレクトレットにより機能強化された弁は、他の流体容器又は導管でも使用され得る。

ドリップチャンバ３８はその上流側端部、即ち基端４５に配置される精密滴形成部４４を含み、ビュレット３６内の流体から周知の寸法の滴４６を形成すると共に、この滴をドリップチャンバの透明容器４８内に落下させるように作用する。本実施形態ではフロート５０である停止部材は、その浮力によって、透明容器の医療用流体５２で浮遊する。フロートの下流側には弁座５４が設けられており、容器内の流体表面の高さが充分に低下したときにフロートを支持する。本実施形態では、フロート及び弁座は遮断弁の２個の構成要素を形成する。本発明の態様によれば、フロート及び弁座のうち少なくとも一方は、弁の他方の構成要素を吸引する電場を形成する電荷を有するエレクトレット、又は他の非磁性の非金属材料で形成される。本実施形態では、弁の他方の構成要素は、同弁のもう一方の構成要素によって形成される電場によって吸引される誘電体等の非磁性の非金属材料で形成される。この電場によって、ドリップチャンバを通る流れを遮断するために、フロート及び弁座が互いに引き寄せられる。別の実施形態では、フロート及び弁座は、この２個の弁構成要素を引き寄せ合うために、反対の電荷を有するエレクトレットからそれぞれ形成される。

ドリップチャンバの流体表面の高さは、リザーバ２４、上流細管３０、及びビュレット（図１を参照）に残る流体量に応じて変化する。ドリップチャンバにおける流体５２の流体表面の高さが低くなるにつれて、フロートは徐々に弁座に接近し、最終的には弁座に着座してドリップチャンバを通る流体の流れを遮断する。ドリップチャンバはまた、下流側端部即ち先端５７を備えると共に、本実施形態では下流側端部において下流細管４０が取り付けられる出口オリフィス５６、即ち出口ポートを形成する。フロートが弁座に支持されているときには、エレクトレットにより機能強化された遮断弁５５はドリップチャンバから細管４０までの空気を含む流体の全ての流れを停止させる。また本実施形態では、ドリップチャンバの透明容器を形成するために使用される材料は、出口オリフィスを形成するためにも使用されるが、他の構成を使用することもできる。

図１及び図２に示す作用では、リザーバ２４からの流体は上流細管３０を通りビュレット３６へ流れ込み、そこで流体表面が所望の高さになるまで蓄えられる。続いて、ビュレットへの入口が閉鎖され、流体がビュレットの出口ポート６０を介して排出されてドリップチャンバ３８の滴形成部４４へ流れ込む。滴形成部は、可変クランプ又は他の手段（図示なし）によって所望の流量が確立されるのを点検するために計数され且つ計時(timed) され得る精確に寸法が決められた滴を形成する。透明容器４８の流体表面が高い位置にある時には、フロート５０は容器の流体の流体表面近くを浮遊し、且つ弁座５４よりも上方にあるため、流体はドリップチャンバの出口オリフィス５６から出て、下流の細管４０を通り、患者２２へ流される（図１）。

次に図３を参照すると、図２の要素が断面形状で示されている。ビュレット３６の下流側端部５７もより詳細に示されている。ドリップチャンバ３８の上流側端部、即ち基端４５は、本実施形態では、ビュレット３６の出力部、即ち下流側端部６０に直接的に連結される。フロート５０は、流体の相対的に高い位置にある流体表面及びフロートの浮力に起因して、弁座５４の上方において、ドリップチャンバの流体５２に浮遊した状態で示されている。フロートは断面で示すように、球体即ちボール形状体を形成する。別の実施形態では、フロート即ち停止部材は、長円形であってもよく、楕円形、円柱形、円錐形等の様々な形状や、正方形、矩形、又はピラミッド形等の多角形状を有する任意の立体を含む、様々な形状を有することができる。停止部材の形状は、停止部材が弁座に着座させられた時に、緊密な流体シールを形成するように、弁座５４の形状に合うことが重要である。本実施形態では、停止部材は非極性高分子等の誘電体から作られる。フロートの密度は、ドリップチャンバ内にあることが予想される流体の密度よりも小さい。一般的には、フロートの密度は、フロートを中空状にすることにより、或いはフロートに不活性ガスを注入することにより変更され得る。

本実施形態の弁座５４も、非極性高分子、例えばシンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）又はテフロン（登録商標）ＰＴＦＥ等の誘電体で作られ、弁座と完全に係合して弁座内のシール位置に位置するようにフロート５０を吸引して流体流を遮断するために、弁座の大部分に永久的に固定される電荷７０を有するエレクトレットとなるように形成される。別の実施形態においては、電荷は弁座の表面に永久的に固定される。一実施形態において、円形フロートを容易に収容するために、弁座はフロートの円形と相補的な円形をなす。弁座の構成は、停止部材又はフロートの形状が円形以外の形状を有する場合には、変更しなければならない場合がある。

フロート５０は誘電体から形成され、エレクトレット弁座５４によって形成される電場によって吸引されるため、フロート及び弁座が互いに引き合う。フロート及び弁座間の吸引力は、必ずしも大きくなくてもよい。一実施形態においては、フロートの浮力は、流体がドリップチャンバに導入され、且つ流体の流体表面の高さが上昇したときに、フロートを弁座から遊離するに充分な大きさである。別の実施形態では、フロート及び弁座間で発生する吸引力は、図３に示すように、フロートがドリップチャンバの容器内にある流体の表面で浮遊する前に、弁座から手動で取り外されなければならない程度に大きい。

図４に示すように、流体表面がより低い位置にある流体がドリップチャンバに存在するときには、フロートは、ドリップチャンバの基部において、弁座との完全係合位置に引き寄せられる。流体の表面の高さが所定の高さまで低くなり、従ってフロート及び弁座５４間の距離が減少すると、電場によって生成されるフロート及び弁座間の吸引力が流体中にあるフロートの浮力を上回って、フロートが弁座と完全に係合する。これにより、流れが遮断させられると共に、空気が流入しないようにシステムがシールされる。

一実施形態においては、圧力を最大限にすると共に気密シールを形成するために、フロート５０が半径Ｒを有し、弁座５４の開口がＲよりも幾分小さい半径を有する。しかしながら、シール下方における正帯電フロート及び負帯電弁座間の距離が最小限にされることにより、シールの保持力が最大限となるように、弁座の半径はあまり小さくされるべきではない。このようにして、フロートを弁座に引き寄せる力は、重力に電場の存在によって発生する吸引力を加えた力である。一実施形態において、円形フロートは０．５５９ｃｍの半径を有し、０．７３ｃｍ^３の体積を有する。また、０．６２ｇの重量を有する。従って、フロートは０．８５ｇ／ｃｍ^３の密度を有しており、これは、０．８５ｇ／ｃｍ^３よりも大きな密度を有する液体がチャンバ内にあるときにフロートが浮遊するに充分な密度である。約１ｇ／ｃｍ^３の密度を有する通常の水は、本実施形態のフロートを弁座から離れるように浮遊させる。本実施形態に加えて、弁座の開口は０．４５ｃｍの半径を有すると共に、０．５０ｃｍの曲率半径を有する。これにより、フロートが弁座の開口を通り抜けて落下することが防止されると共に、ドリップチャンバ内の流体が少なくなったときにシールを形成するように、フロートが弁座の縁に載る。これはさらに、シールの保持力を最大限にするために、シールとフロートの下方に位置する電荷との間の距離を最小限にする。

注目すべきこととして、弁座５４の電荷７０は、ドリップチャンバ３８内を通る任意の医療用流体と直接接触しないように、該医療用流体から物理的に隔離される。弁座をパリレン（商標名）又は他の耐水性材料でコーティングすることにより流体が弁座に組み込まれた電荷に到達することを阻止すると、このような流体が電荷と接触しない。

図３に示す実施形態では、ドリップチャンバ３８の透明容器４８部分には流体５２が比較的多く入っており、フロート５０は流体表面で浮遊している。フロートは、符号５１が付された直径を有し、その底面は流体５２の幾分かの体積がフロート底面の上方にあるように液中に沈んでいる。従って、フロートの沈んだ底面が弁座５４に着座して流体流を遮断したときに、弁座の位置よりも上方にある流体がドリップチャンバに留まる。これは図４に示されている。明白であるように、フロートの直径５１（図３）は、エレクトレットにより機能強化された自動遮断弁５５が流体流を遮断したときに、ドリップチャンバに残る流体の量に影響を及ぼし、所望量の流体が結果的に残るように選択することができる。

遮断が生じたときにドリップチャンバに残る流体の量はまた、電荷によって生じる電場の吸引力の強さによっても制御することができる。電場の吸引力が強くなるほど、より早くフロート５０がその浮力に打ち勝ち、ドリップチャンバに残る流体内で引き寄せられて弁座５４に着座する。このとき、電場の力がより弱い場合に比較して多量の流体がドリップチャンバに残る。従って、フロートを引き付ける電荷によって生じる電場の力の強さは、流体が選択された流体表面の高さで容器に残るときに流体流を遮断するために、電荷がフロートを弁座に引き付けるように選択することができる。

同様に、電荷によって生じる電場の力の強さは、容器が垂直以外の角度で載置されたときに、自動遮断を行うためにフロート自体が弁座とより一層容易に整合するように選択することができる。従って、エレクトレットにより機能強化された自動遮断弁５５は、その他の方法よりもより広範なドリップチャンバ３８の使用状況において有効である。例えば、ドリップチャンバが大きく変動する傾斜角度をとる可能性のある患者搬送中にドリップチャンバを使用する場合でさえも、エレクトレットにより機能強化された自動遮断弁５５は、弁の構成要素間における電場の吸引力の強さに起因して、適切に機能し続ける。

本実施形態では、フロート５０が球形状を有するため、フロートは、透明容器４８内においてフロート自体が潰れることがなく、透明容器４８が一部を形成する弁を非作動状態にすることに注意されたい。また、弁座５４の外縁は、球状フロートが弁座に対するシール位置に案内されるように、下向きにテーパ５５をなしていてもよい。よって、流体表面の位置が低くなったときにフロートが弁座の外縁上でひっかからず、別の原因により弁が非作動状態になる可能性がなくなる。

ドリップチャンバ３８の流体表面の高さ５２が低くなるにつれて、電場の吸引力がフロートの浮力によるフロート上にかかる上方への力を上回る地点に至るまで、フロート５０は弁座５４に徐々に接近する。前記地点において、フロートは、ドリップチャンバ３８から出口オリフィス５６を介した残りの流体５２の流れをシールするために、図４に示される位置に移動する。ドリップチャンバ内の流体が空になる前にフロートが弁座に着座してドリップチャンバをシールするため、下流側細管４０への空気の流入が阻止される。有益な効果として、ドリップチャンバ３８及び下流細管の充填状態が保たれる。

弁座５４は、透明容器４８の内径と等しい、又はこれよりも僅かに小さい外径を有する円柱状基部８８を備えるため、弁座５４は容器内の所定位置へ摺動させることができる。円柱状基部は、以下により詳細に説明されるように、接着剤、スナップ嵌合、又は他の手段によって所定位置に保持することができる。しかしながら、本実施形態では、チャンバの流体が基部とドリップチャンバとの間において基部外側周囲を流れて出口オリフィス５６から流出し、弁５５の機能を低下させることがないように、基部８８はドリップチャンバ３８の透明容器４８部分と充分に接触しなければならない。

図３及び図４の実施形態を続けて参照すると、本実施形態の基部８８は、透明容器４８の内壁１０８に形成される固定リング１０６を備える。固定リングには下流方向へ向けて内方に傾斜がつけられるが、上流方向では、壁１０８に対して直角である。基部８８は組み付け中に、チャンバの基端４５から固定リングを越えて透明容器４８内に摺動させることができ、基部は図３及び図４に示すように、固定リングによって所定位置に保持される。固定リング１０６はドリップチャンバの透明容器部分の一部であってよく、あるいは、透明容器に加えられる別片として形成され、接着剤又は他の手段によって所定位置に保持されてもよい。

使用に際して、エレクトレットにより機能強化された自動遮断弁５５の作動は、流体リザーバ２４を入手し、且つ投与セット３４を準備することにより開始することができる。選択された量の流体をビュレット３６に流入させる。次いでビュレットが閉鎖され、流体はビュレット出口ポート６０からドリップチャンバ３８に流入させられる。ドリップチャンバに流体が殆どない状態では、フロート５０は弁座５４に対するシール位置にある。しかしながら、ドリップチャンバの流体表面の高さが上昇すると、フロートの選択された浮力が最終的に着座したフロートと弁座との間の電場の吸引力を上回り、フロートが弁座から遊離して、弁座から離れた流体表面で浮遊する。別の実施形態においては、フロートは、透明容器４８の弁座部分における側面を握る等の機械的手段によって弁座に対するシール位置から取り除かれることにより、フロートを弁座に対するシール位置に保持する力に打ち勝つようにしてもよい。フロートがドリップチャンバの流体表面の高さに上昇すると、流体が患者２２へ流れるように出口オリフィス５６が開口する。ビュレット内の定量の流体が排出されると、ドリップチャンバの流体表面の高さは非常に低くなり、第１及び第２電荷６６及び７０の間の電場の吸引力により、フロートがドリップチャンバの出口オリフィスを密封し、流体投与セット３４を通る流れが止まる。本実施形態ではフロートが球形状を有するため、患者の活動又は搬送に起因して、ドリップチャンバが水平でなくなったり移動したりしても、フロートがドリップチャンバの透明容器内で潰れることがない。また、電場によって吸引される誘電体から形成されるフロートは、負に帯電された弁座と適切に整合するように強力に吸引される。更には、下方に向かってテーパが付けられた弁座外縁は、フロートが弁座と接触するように案内することを補助する。フロートの球形状はまた、フロートを弁座に適切に配置することを補助する。その結果、流体投与セットの準備状態が保護されると共に、自動停止弁５５のこの特徴により、ビュレットに流体を再充填すること、及び投与セットを再準備せずに注入を再開することが可能である。

次に図５を参照すると、ドリップチャンバ１５２の別の実施形態の断面図が示されている。弁座１５４の外面１６２に形成される選択的に配置される溝１６０を備えたドリップチャンバ内壁１５８から内方に延びる突起１５６を含め、弁座１５４、シール、及び保持構成が示されている。第１先端溝１６４は、ドリップチャンバ内壁の第１突起１６６と一致するように、弁座に形成される。これは、弁座の第２溝１６８及び壁１５８の第２突起１７０と共に、ドリップチャンバ壁から延びる２個の突起と係合し、弁座１５４をドリップチャンバの所望される位置に保持するために役立つ。ドリップチャンバ壁から延びる突起は、本実施形態ではリング形状をなす。弁座の溝はまた、製造が容易になるように、弁座の周りに完全に形成されることもある。このような構成の場合、弁座は、製造時の組み付け中に、いかなる回転位置にも挿入することができ、且つ完全に作用する。別の実施形態では、より多くの又はより少ない突起及び溝を用いることができ、またそれらの形状が異なる形状を有していてもよい。

図５において、弁座の基端に形成される第３溝１７２は、ドリップチャンバの内壁１５８と接触して流体シールを形成する弁座上の隆起リング１７４用の余地を残す。この流体シールは流体が弁座の外側周囲を流れて出口オリフィス５６を通って流れることを防止する。

また図５の実施形態においては、フロート５０及び弁座５４の両方が電荷を有する。フロートは正電荷６６を有するものとして示され、弁座は逆の電荷７０、この場合は負電荷を有するものとして示されている。本実施形態ではフロート及び弁座の両方がエレクトレットであり、両者はともに電場を形成する。これら電場は逆の極性を有するため、２個の弁構成要素、即ちフロート及び弁座は、互いに引き付け合って完全に係合し、ドリップチャンバ１５２からの流れを遮断する。

図６は、溝１６４及び１６８を示す、図５の弁座１５４の外側から見た斜視図である。好適な実施形態において、ドリップチャンバは、上流側端部の大径部から下流側端部の小径部に向かってテーパが付けられている。この構成は、製造中において、ドリップチャンバ内での弁座の組み付けを容易にする。また更に、弁座には相補的なテーパが付けられると共に、ドリップチャンバへの永久的な取り付けを行うために、突起１５６とスナップ嵌合される。

図７は、一実施形態におけるドリップチャンバ１５２のテーパを誇張して示したものである。テーパの角度は符号１９０によって表される。テーパはドリップチャンバの成形に役立つのみならず、弁座１５４の挿入にも役立つ。

エレクトレットに使用可能な誘電体は、米国ミシガン州ミッドランド（Ｍｉｄｌａｎｄ）に所在するダウ・プラスチックス（Ｄｏｗ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）が販売するシンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）である。これは、エレクトレットとして機能する非極性の、且つ非金属の、且つ非磁性の材料である。電場はエレクトレットにより形成されるものとして上述したが、電荷を永久的に保持可能な他の非磁性の非金属材料も、本発明の所望の効果を達成するために利用できる。例えば、強誘電性高分子として知られる材料も、電荷を永久的に保持する非磁性の非金属材料として機能する。現存する、或いは今後開発される他の材料も、良好に作用する可能性がある。

従って、弁を閉鎖するように構成要素間に存在する吸引力を得られ、且つ該吸引力が非磁性の非金属材料によって生成される、新規な且つ改良された医療用弁装置及び方法が提供される。非磁性材料を使用しているため、本発明の原理に基づく弁は、ＭＲＩ環境に悪影響を及ぼさない。また、非金属材料が使用されているため、医療用流体との相互作用がない。

本発明の好適な実施形態及び代替実施形態について説明及び図示してきたが、本発明は、当業者の能力内において、特に創意を必要とすることなく改変及び適合が可能である。よって、本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく、本発明の形態、細部及び使用法に様々な変更を加えることができることは理解されたい。従って、添付の請求の範囲によるものを除き、本発明が限定されるものではない。

医療用流体リザーバを患者と相互連結する流体投与セットの概観図。該セットのドリップチャンバを有するセットの投与ラインはビュレットの下流側端部に配置され、エレクトレットにより機能強化された自動遮断弁はドリップチャンバの一体部分として形成される。 フロートがドリップチャンバの医療用流体に浮遊した状態にある、ビュレットの下流側端部に取り付けられたドリップチャンバを示す一部切り欠き斜視図。 フロートの浮力がフロートを容器内の医療用流体の表面付近で浮遊させ、且つ弁座がドリップチャンバからの医療用流体の流れを遮断するために誘電体フロートを引き付けて弁座と係合させる電荷を含むことを示す、図２に示すエレクトレットにより機能強化された自動遮断弁の断面図。 弁座の電荷がフロートを吸引して弁座と完全に係合させる電場を生じさせ、フロートが弁座と完全に係合してドリップチャンバからの流れが遮断された状態にある、図３に示すドリップチャンバの断面図。 弁座取付構成の一実施形態の細部が示されると共に、ドリップチャンバからの流れを遮断すべく、フロート及び弁座を引き付ける電場を生じさせるためにフロート及び弁座の両方が反対電荷を有することが示される、ドリップチャンバの断面図。 弁座の一実施形態の外面を示す斜視図。 図６の弁座が取り付けられたドリップチャンバの下流側端部を示す部分概略図。

Claims (24)

1. 医療用流体の流れを調整に用いる自動遮断弁であって、
   上流側端部、下流側端部、及び該下流側端部に配置される出口オリフィスを有する容器と、
   前記容器内に配置されると共に非磁性誘電材料で形成される停止部材と、
   前記容器の下流側端部において前記出口オリフィス近傍に配置されると共に、非磁性誘電材料で形成される弁座と
   を備え、前記停止部材及び弁座のうち少なくとも一方は他方を吸引する電場を生じさせ、該電場は、前記容器を通る前記医療用流体の流れを遮断するために、前記停止部材及び弁座を互いに接触するように移動させる傾向があることを特徴とする自動遮断弁。
2. 前記停止部材は浮力を有し、前記電場による前記停止部材及び弁座を互いに引き付ける吸引力は、前記医療用流体の前記容器内における残量が所定の高さに流体表面が位置する量のときに、前記停止部材の浮力を上回るように選択されることを特徴とする、請求項１に記載の自動遮断弁。
3. 前記停止部材及び弁座の両方が互いを吸引する電場を生じさせ、該電場は、前記停止部材及び弁座を互いに接触するように移動させる傾向があることを特徴とする、請求項１に記載の自動遮断弁。
4. 前記電場の吸引力は、前記停止部材及び弁座のうち少なくとも一方が電荷を含む結果として発生することを特徴とする、請求項１に記載の自動遮断弁。
5. 前記電荷は、前記停止部材及び弁座のうち少なくとも一方の大部分に永久的に固定されることを特徴とする、請求項４に記載の自動遮断弁。
6. 前記電場は、前記停止部材が第１電荷を含み、且つ前記弁座が第２電荷を含むことの結果として発生し、前記第１及び第２電荷は反対の電荷であり、互いを吸引することを特徴とする、請求項４に記載の自動遮断弁。
7. 前記第１及び第２電荷の両方が、それぞれ前記停止部材及び弁座の大部分に永久的に固定されることを特徴とする、請求項６に記載の自動遮断弁。
8. 前記電荷を生じさせる材料は、前記容器に配置される医療用流体と直接的に接触しないように配置されることを特徴とする、請求項４に記載の自動遮断弁。
9. 前記停止部材及び弁座のうち電場を生じさせる前記少なくとも一方が、エレクトレットを含むことを特徴とする、請求項１に記載の自動遮断弁。
10. 前記停止部材及び前記弁座の両方がエレクトレットを含むことを特徴とする、請求項１に記載の自動遮断弁。
11. 前記停止部材及び弁座のうち電場を生じさせる前記少なくとも一方が、強誘電性高分子を含むことを特徴とする、請求項１に記載の自動遮断弁。
12. 前記停止部材が前記容器に収容される前記流体の密度よりも小さな密度を有することにより、停止部材が容器内の医療用流体の流体表面で浮遊することを特徴とする、請求項１に記載の自動遮断弁。
13. 前記停止部材及び弁座が非極性高分子を含むことを特徴とする、請求項１に記載の自動遮断弁。
14. 前記第１電荷は、前記停止部材及び弁座のうち電荷を含む前記少なくとも一方の表面に永久的に固定されることを特徴とする、請求項４に記載の自動遮断弁。
15. 前記第１及び第２電荷は、それぞれ前記停止部材及び弁座の表面に永久的に固定されることを特徴とする、請求項６に記載の自動遮断弁。
16. 前記容器の下流側端部は、前記停止部材を前記弁座の中心に向けて案内するようにテーパが付けられることを特徴とする、請求項１に記載の自動遮断弁。
17. 前記停止部材が中空状であることを特徴とする、請求項１に記載の自動遮断弁。
18. 前記停止部材は不活性ガスを含むことを特徴とする、請求項１に記載の自動遮断弁。
19. 容器からの医療用流体の流れを自動的に遮断する方法であって、前記容器は、上流側端部と、出口オリフィスを備えた下流側端部と、該下流側端部に位置する弁座と、前記容器内に配置されるフロートとを有し、該フロートが、前記医療用流体で浮遊するに充分な浮力を有し、且つ前記弁座と完全に係合したときに前記出口オリフィスを通る流れを停止するように選択された寸法を有する、前記方法において、
    前記フロート及び弁座のうち少なくとも一方から電場を生じさせる工程と、
    前記フロート及び弁座の他方を、電場によって吸引される誘電材料から形成する工程と
    を含み、前記フロート及び弁座は、前記電場によって互いに引き付けられると共に、互いと完全に係合する傾向を有することにより、前記出口オリフィスを通る流れを停止させることを特徴とする流れ自動遮断方法。
20. 前記電場を生じさせる工程は、前記医療用流体が所定量だけ前記容器内に残るときに、前記フロートが前記弁座と完全に係合し、且つ前記出口オリフィスを通る流れを停止させるように、前記医療用流体中の前記フロートの浮力を上回る吸引力を前記フロート及び弁座間に生じさせる工程を含むことを特徴とする、請求項１９に記載の流れ自動遮断方法。
21. 前記フロート及び弁座のうち少なくとも一方の大部分に前記電荷を永久的に固定する工程を更に含むことを特徴とする、請求項１９に記載の流れ自動遮断方法。
22. 前記フロート及び弁座の他方が、電場によって吸引される非極性高分子で形成されることを特徴とする、請求項１９に記載の流れ自動遮断方法。
23. 前記フロート及び弁座のうち少なくとも一方から電場を生じさせる工程は、該少なくとも一方をエレクトレットから形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１９に記載の流れ自動遮断方法。
24. 前記フロート及び弁座のうち少なくとも一方から電場を生じさせる工程は、該少なくとも一方を強誘電性高分子から形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１９に記載の流れ自動遮断方法。

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