JP2013509238A - 酸素供給器からの水分をパージするための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

体外循環を介した患者血液の二酸化炭素除去又は酸素添加のために、中空のファイバー膜を利用して、ファイバー中に蓄積した水分を除去することによって、酸素供給器のガス交換特性を改善する方法及びシステムが開示される。このシステムは、酸素供給器にスイープガスを吸い出すための減圧源と、酸素供給器から除去した水分を保存するために、酸素供給器及び減圧源と液体連通している水分回収装置と、水分回収装置と酸素供給器との間の液体連通を可能にする開位置、及び水分回収装置と酸素供給器との間の液体連通を停止する閉位置を有する、流量コントロールメカニズムと、を提供する。流量コントロールメカニズムが開位置のときは、該減圧源は、該酸素供給器及び水分回収装置を通ってスイープガスを吸い出し、流量コントロールメカニズムが閉位置のときは、該減圧源は、該水分回収装置内に減圧の蓄積を形成するような、システム。流量コントロールメカニズムが開位置に戻ったときの、水分回収装置内の減圧は、酸素供給器を出るスイープガスと共に水分を吸い出すための、スイープガスの流速の急激な増加を提供する。

Description

〔連邦政府による資金援助を受けた研究〕
米国政府は本発明の全額払い済みライセンスを有しており、限定された状況下において、特許所有者に対し、USA Med Research Acq. Activity (820 Chandler Street, Fort Detrick MD 21702) によって与えられた補助金交付番号W81XWH-07-1-009の 規約に記載されているように、妥当な条件で他社に対しライセンスを許可するよう求める権限を有する。

〔関連出願の相互参照〕
この一部継続出願は、米国特許出願第11/408,650号 (2006年4月21日出願) からの優先権を主張し、この全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は全般に、例えば心臓手術中の、酸素供給及び血液ポンピングのための体外システムに関する。より具体的には、本発明は、体外循環を介して患者の血液の二酸化炭素を除去し及び／又は酸素を加えるために、中空ファイバー膜を利用した、酸素供給器のガス交換特性を改善するための方法及びシステムに関する。

毎年アメリカでは35万人が肺疾患で死亡しており、その多くは急性呼吸窮迫症候群 (ARDS) 及び慢性閉塞性肺疾患 (COPD) であると報告されている。最も一般的な治療は機械的換気であるが、呼吸不全を更に悪化させることがあり、例えば気圧性外傷及び容量障害などの重篤な副作用を起こすことがある。また更に、人工心肺装置においては世界的に酸素供給器が一般的に利用されており、これは手術中、及び体外式膜型人工肺 (ECMO) 治療などに利用され、心肺機能が低下した患者の治療に使用される。そのような酸素供給器は、COPD及びARDSの治療に有用であり得る。しかしながら、酸素及び二酸化炭素の物質移動 (ガス交換) の不十分な状態は、人工心肺装置及びECMO治療に使用される酸素供給器において一般的な問題である。

血液に酸素を供給する膜酸素供給器の使用は、当該技術分野において周知である。典型的にこれらは、微小な孔を有する特殊なポリマー材料から製造される細い中空のファイバーの束を採用した、使い捨てコンポーネントである。この中空ファイバーは一般に、血液に対して不浸透性で、気体に対して浸透性である。このファイバー束はハウジング内に収容されており、このハウジングは、患者からの静脈血を受け取るための開口部又はポートと、今回酸素供給された血液が酸素供給器から出て患者へと戻る際に通る出口ポートとを含む。血液は酸素供給器に入って、これらファイバー束の外側表面の回りを流れる。同時に、気体媒体がこの中空ファイバーを通ってポンプで送り込まれる。この気体媒体は、しばしば「スイープガス」と呼ばれ、例えば空気、酸素、又は富酸素気体であり得、これは更に、例えば麻酔剤などの添加剤をも含み得る。拡散の法則に従い、スイープガス中に含まれる酸素はファイバーの微小孔を通って拡散し、中空ファイバーの外側表面に接触している静脈血の酸素濃度を高める。患者から送られてくる血液は二酸化炭素濃度が高いため、血中に含まれる一部の二酸化炭素は同様に、微小孔を通ってファイバーの管腔内及びスイープガス中へと拡散する。スイープガスは、酸素添加プロセスが行われた後、酸素供給器から放出される。この交換の結果、血中の酸素濃度は上がり、二酸化炭素濃度は低下する。いくつかのシステムにおいて、酸素供給器に入った血液は加熱又は冷却されてから患者に戻される。

従来型の酸素供給器を用いて血液に酸素供給を行う過程で、患者の血液からの水蒸気が中空ファイバー膜に浸透し、膜の微小孔内で凝縮する。この凝縮により、ガス移動の拡散距離が大幅に増大し、酸素供給器のガス交換効率が低下する。同時に、凝縮した水はファイバーの管腔内に蓄積し、ファイバーの底に集まることがあり、これはファイバーを通るスイープガスの流れを実質的に遮断するか、少なくともある程度低減させ得る。遮断されたファイバーの数が増えると、ファイバー束全体の圧力も下がる。このファイバー中の水の蓄積は、二酸化炭素交換にも影響をもたらす。二酸化炭素は水のバリヤ内に蓄積し得るため、二酸化炭素の移動に必要な濃度勾配による駆動が低下するからである。十分な数のファイバーが遮断されると、この束全体の圧力低下が、蓄積した水分をファイバー末端から押し出すのに必要な表面張力に達する。この現象の結果、ガス交換は次第に減少し、遂には、遮断されたファイバーの数が増加して、酸素供給器全体の圧力低下が液滴表面張力に等しくなり平衡に達するレベルになる。ファイバー中のこの水分蓄積は望ましくなく、酸素供給器のガス交換効率を低下させる。

酸素供給器の「咳」は、酸素供給器の即座の流れを増加させ (及び圧力低下を伴う)、これにより、患者の咳と同様に、パージ (蓄積した水分の除去) を行う方法として記述されている。しかしながらこの方法には制限がある。酸素供給器の咳により、スイープガスの区画 (すなわち中空ファイバーの管腔) の圧力が上昇し、血中にガス塞栓を形成して患者に戻してしまうリスクが劇的に増大する。したがって、酸素供給器に咳を起こす場合、中空ファイバー内のスイープガスの増加した圧力は、血液区画における圧力 (通常は200 mmHg未満) を決して超えるべきではない。しかしながら、「咳」を生成するために正圧を利用してスイープガス圧力を増加させているため、スイープガス圧力が酸素供給器の血液区画の圧力より高くなるのを防ぐのは、不可能ではないにしても、しばしば困難である。

したがって、従来の方法を利用した酸素供給器の「咳」に伴う制限及び危険を克服することによって、酸素供給器のガス交換特性を強化し、同時に、酸素供給器の中空ファイバー内から蓄積した水分を除去する安全かつ信頼性の高い方法を提供するための、方法及びシステムは、これまでは得られなかったものであり、これらに対するニーズが存在する。本明細書に記述される本発明は、これら及びその他のニーズを満たす。

本発明は、体外循環を介して患者の血液の二酸化炭素を除去し及び／又は酸素を添加するために、中空ファイバー膜を利用した、酸素供給器のガス交換特性を改善するための方法及びシステムを目的とする。本発明は、酸素供給器のファイバーから、蓄積した水分を断続的に除去することにより、ガス交換特性を改善する。本発明は、負圧 (又は減圧) を利用して、酸素供給器及び断続的に酸素供給器から水分を除去する水分パージシステム内へとスイープガスを吸い出す。本発明は、酸素供給器のファイバー束にスイープガスが入る際の圧力を高める必要なしに、これを達成する。本発明の水分パージシステムは「咳」を生成し、これにより、酸素供給器にスイープガスが入る際の圧力を高める必要なしに、酸素供給器から水分を除去する。したがって、スイープガスは酸素供給器の中に押し込まれるのではなく、酸素供給器の中へと吸い込まれるため、酸素供給器を介して流れる血液中にガス塞栓を形成するリスクの増加は生じない。蓄積した水分の酸素供給器からの除去は、断続的に実施することができ、これにより、長時間にわたってファイバー内に、問題となり得る水分蓄積が生じる可能性がほとんどないようにすることができる。その結果、酸素供給器のガス交換率は、使用中の酸素供給器の水分蓄積によって影響を受けない。

本発明は、減圧 (負圧) を用いて、スイープガスを酸素供給器内へと吸い込ませる減圧源を利用する。本発明の一態様において、陽圧で酸素供給器内にスイープガスを押し込むのではなく、例えば真空ポンプを使用して、スイープガスを酸素供給器内へと吸い込ませることができる。減圧源は、酸素供給器のスイープガス流出ポートに接続し、これにより、ファイバー束を通してスイープガスを、押し込むのではなく、吸い出すことができる。陽圧源を使ってスイープガスを酸素供給器の流入ポートに押し込むのではなく、減圧を使ってスイープガスを酸素供給器内へ吸い出した結果、スイープガスがファイバー膜を浸透して酸素供給器を通る血流中に入り込む可能性はほとんどなくなる。よって、後述の水分パージ工程中に、患者に戻される血液中にガス塞栓が形成される可能性はほとんどない。本発明の一態様において、スイープガス (通常は酸素又は空気) の供給源が、酸素供給器のガス流入ポートに接続され得る。本発明の酸素パージシステムは、酸素供給器のスイープガス流出口に接続され、負圧の蓄積を形成し、これが開放されると、スイープガスが急激に酸素供給器を通って流れ、蓄積した水分すべてを効果的に除去する。

本発明の水分パージシステムには、酸素供給器からパージされる水分を集めるための装置が含まれる。本発明の一態様において、水分キャニスター又は「ウォータートラップ」を使用して、蓄積した液体を集めることができる。この水分回収装置は、酸素供給器と減圧源の間に、例えば当業者に周知の従来型の可撓性チューブなどの導管を用いて接続され得る。

この水分パージシステムは更に、水分回収装置及び酸素供給器を備えた流量コントロールメカニズムを含む。本発明の一態様において、流量コントロールメカニズムは、水分回収装置を酸素供給器に接続している導管 (例えば可撓性チューブ) を開閉する単純なピンチバルブであり得る。流量コントロールメカニズムが開位置のとき、スイープガスは、減圧源によって吸い出されると、酸素供給器から水分回収装置へと接続された導管中を自由に流れて行く。流量コントロールメカニズムが閉位置のとき、水分回収装置と酸素供給器との間の液体連通は、一時的に遮断される。酸素供給器を通るスイープガスの流れも、一時的に停止する。しかしながら減圧源は引き続き、水分回収装置内に含まれるスイープガスを除去し続け、これにより、水分回収装置自体の内部に、高い負圧が蓄積される。短い継続時間の後、流量コントロールメカニズムは開位置に戻される。これが起こると、スイープガスが再び吸い出され、急激に、酸素供給器のファイバー内を高速で流れて、水分回収装置内に生成された減圧を満たす。スイープガス流の速度は、水分回収装置内で達成された真空度が高いほど、増大する。スイープガスの速度の増大により、酸素供給器のファイバー内に蓄積した水分が除去され、スイープガスと共に水分回収装置へと吸い出される。水分回収装置内に形成された減圧が強いほど、より良い水分パージが達成される。その結果、酸素供給器のファイバーは、使用中、水分蓄積のない状態で維持することができる。

流量コントロールメカニズムは、酸素供給器と水分回収装置との間の液体経路を開閉するよう設計された信号源に接続することができる。このメカニズムが開状態又は閉状態を維持する時間は、水分パージシステムを活性化する信号源に容易にプログラミングすることができる。酸素供給器のファイバー内に水分が蓄積するには、通常、ある程度の時間がかかるため、水分パージシステムは通常は開位置のままであり、このときスイープガスは連続的に、酸素供給器を通って吸い出されている。次に信号源は、閉位置にする信号を流量コントロールメカニズムに対して提供することができ、流量コントロールメカニズムが閉位置を維持する持続時間を命令する。その時間が経過したら、信号源は流量コントロールメカニズムを開位置に戻し、酸素供給器から水分をパージする。ここでも、流量コントロールメカニズムが開システム又は閉システムを保持する持続時間は、信号源に関連するコントロール機能を使用して決定し、容易に調節することができる。よって、記述されているシステムは、酸素供給器内の圧力を上げることなく、かつ、患者の安全性を低下させることなく、酸素供給器から水分を除去することができる。

本発明の水分パージシステムは、体外循環を介して患者の血液の二酸化炭素除去又は酸素添加を行うために中空ファイバー膜を利用している数多くのさまざまな酸素供給器に使用することができる。本発明は、必要なスイープガスを酸素供給器に供給する、数多くのさまざまなシステムに利用することができる。同様に、本発明の水分パージシステムは、例えば、酸素供給器から出たスイープガスの酸素／二酸化炭素濃度を分析できるような、追加の機器に接続することができる。そのような装置及び信号源にフィードバックループ制御を関連付け、流量コントロールメカニズムが開位置又は閉位置にされているとき、30秒間隔のタイミングを調節することができる。

本発明のその他の機能及び利点は、本発明の機能を例を用いて解説する、添付図面と併せて提供される下記の詳細な説明を読むことによって明らかになるであろう。

図1は、本発明の水分パージシステムのブロック図である。 図2は、本発明の水分パージシステムを組み込んだ具体的なシステムのブロック図である。

ここで図1を参照し、水分パージシステム10を描いたブロック図が示されている。この水分パージシステム10は、体外循環を介して患者の血液の二酸化炭素を除去し及び／又は酸素を添加するために中空ファイバー膜を利用した酸素供給器12から、蓄積した水分を除去するために利用される。この水分パージシステム10は、図1に示すように、真空ポンプの減圧源14を含んでおり、これは酸素供給器のスイープガス出口ポートに連通している。この水分パージシステム10は更に、水分回収装置16を含み、これは図1において、水分キャニスター又はウォータートラップとして示されており、これは医療用システム及びその他のシステムにおいて、システムから望ましくない水分を回収するために利用される周知の装置である。最後に、この水分パージシステム10は、図1にピンチバルブとして示されている流量コントロールメカニズム18を含む。この流量コントロールメカニズムは、水分回収装置16と酸素供給器12との間の液体連通を基本的に開閉する、数多くのさまざまなメカニズムの任意のものであり得ることが、当業者には理解されよう。信号源20は、流量コントロールメカニズム18に関連付けられており、流量コントロールメカニズム18を開位置又は閉位置のいずれかにするための信号を断続的に提供するためのものである。流量コントロールメカニズム18が開位置にあるとき、水分回収装置16及び減圧源14は酸素供給器に連通しており、酸素供給器を介してスイープガスを吸い出している。流量コントロールメカニズム18が閉位置にあるとき、水分回収装置16と酸素供給器との間の連通は閉鎖され、これにより減圧源14は、水分回収装置16内に収容されているスイープガスをすべて排出させることができる。これにより水分回収装置自体の中に負圧が蓄積される。短い持続時間の後、流量コントロールメカニズム18は、開位置に戻すことができ、これによりスイープガスは、水分回収装置内の減圧を満たすためにより速い速度で、酸素供給器のファイバーを通って再び流れる。これが起こると、酸素供給器のファイバー内に蓄積していた可能性がある水分は、酸素供給器内に存在しているスイープガスと共に吸い出され、水分回収装置16に集められる。このようにして、酸素供給器は「咳」をして酸素供給器からの水分をパージし、しかも酸素供給器内のスイープガスの圧力を高くする必要がない。

図1に図示されているように、酸素供給器12は上流側構成要素22に接続されており、これは、酸素供給器12に入るスイープガスを供給する。スイープガスを供給する好適なシステムは図2に開示されており、より詳しく後述される。酸素供給器から出たスイープガスは、最終的に、スイープガス排気24として下流に送られる。本発明の水分パージシステム10は、別の下流側機器にも接続することができ、これには例えば、スイープガス排気中の酸素及び二酸化炭素濃度をモニターするのに使用される酸素センサー又は二酸化炭素アナライザーが含まれ得る。減圧源14から出るスイープガスを分析するためのシステムは、下の図2に開示されており、詳しく後述される。

酸素供給器12は、流入ポートと流出ポート (図1及び2に描かれている) を含み、ここから静脈血が酸素供給器12に入り、同酸素供給器を出る。静脈血がシステムによって酸素添加された後、その富酸素血液は患者へと戻すことができる。図1では、静脈血を酸素供給器に供給する流入ライン26、及び、富酸素血液を患者に戻す流出ライン28が図示されている。除去と、富酸素血液を患者に戻すのに、別々の送達システムを利用できることが、理解されよう。そのようなシステムは、富酸素血液を患者に注入する際の安全性を確実にするため、例えば流量及び気泡検出器並びにその他の機器などの安全性メカニズムを含み得る。

図1に示す酸素供給器12は、市販されている数多くのさまざまな酸素供給器の任意のものであり得る。この中空ファイバーは一般に、血液に対して不浸透性で、気体に対して浸透性である。ファイバー束は酸素供給器12のハウジング内に収容されており、上述のようにこの酸素供給器には、患者からの静脈血を受け取るための血液流入ポートが含まれる。富酸素血液が次に酸素供給器12から出て、患者に戻される。酸素供給器12に入った静脈血は、ファイバー束の外側表面の回りを流れる。同時に、スイープガス (これは例えば空気、酸素、又は富酸素気体であり得る) が中空ファイバーにポンプで送り込まれる。拡散の法則に従い、スイープガス中に含まれる酸素はファイバーの微小孔を通って拡散し、中空ファイバーの外側表面に接触している静脈血の酸素濃度を高める。患者から送られてくる血液は二酸化炭素濃度が高いため、血中に含まれる一部の二酸化炭素は同様に、微小孔を通ってファイバーの管腔内及びスイープガス中へと拡散する。スイープガスは、酸素添加プロセスが行われた後、酸素供給器12から放出される。この交換の結果、血中の酸素濃度は上がり、二酸化炭素濃度は低下する。本発明の水分パージシステム10において利用することができる好適な酸素供給器は、米国特許出願第11/408,650号と、次の参考文献： 米国特許第5,830,370号 (Maloney et al.)、同第5,900,142号 (Maloney et al.)、同第6,106,776号 (Borovetz et al.)、同第6,217,826号 (Reeder et al.)、同第6,348,175号 (Borovetz et al.)、同第6,723,284号 (Reeder et al.)、及び米国特許公開第2004/0219061号 (Reeder et al.) に開示されており、これらは参照によって全体が本明細書に組み込まれる。

水分パージシステム10が使用中のとき、システム10は断続的に、酸素供給器12の中空ファイバー及びファイバー膜微小孔内に蓄積した水分を除去する。このシステムは、静脈血が患者から流入ライン26を介して酸素供給器12に供給されたときに作動する。図1で真空ポンプとして示されている減圧源14は、酸素供給器12のハウジング内にあるファイバーを介して、上流側構成要素22からスイープガスを吸い出す。図1に見られるように、酸素供給器12と連通するのに利用される、数多くの導管又はラインがある。流出ライン30は、水分回収装置16を酸素供給器12の流出ポートに接続する。別の流出ライン32は、減圧源14を水分回収装置16に接続するのに利用される。最後に、スイープガス排気ライン34は、酸素供給器12から出るスイープガスを、追加の下流側アナライザー、又はスイープガスを室内へと除去する単純な排気ポートへと導く。図1にピンチバルブとして示されているように、流量コントロールメカニズム18は、水分回収装置16及び酸素供給器12に関連付けられ、これにより流出ライン30を開位置又は閉位置のいずれかにする。そのような医療用システムに通常使用される流入ライン及び流出ラインは一般に可撓性のチューブで製造され、使い捨てで、かつシステムへの取り付けと除去が容易であることから、ピンチバルブが、本実施形態に関連して利用されることが理解されよう。ピンチバルブは単純なメカニズムで、基本的に、可撓性のチューブをつまむ又は挟むピンチメカニズムを含み、これにより特定のラインを通るスイープガスの流れを止める。

ピンチバルブが開位置にあるとき、スイープガスは流出ライン30を通って水分回収装置16へと自由に流れることができる。減圧源14は水分回収装置16と酸素供給器12の両方に液体連通しているため、スイープガスを酸素供給器へと送り込む直接圧力源によってスイープガスを送り込ませるのではなく、減圧源14によって生じる負圧又は減圧によって、酸素供給器12からのスイープガスが吸い出される。

ピンチバルブが開位置にあるとき、減圧源14は、酸素供給器12を通るスイープガスの実質的に安定した流れを維持する。一般に、システムは通常の動作モードを保ち、このときピンチバルブは開位置のままで、酸素供給器によって血液が連続的に酸素添加され得る。水分パージ工程がシステム10によって実施されるとき、信号源20は、ピンチバルブへと信号を送り、これによりシステムが「高真空モード」になる。ピンチバルブは閉位置へと動き、酸素供給器12から減圧源14がスイープガスを吸い出すのを一時的に防ぐ。ピンチバルブが閉位置にあるとき、減圧源14は引き続き流出ライン32から吸い出し続け、これにより、水分回収装置16内に含まれているスイープガスは減圧源によって完全に吸い出される。その結果、短い時間、水分回収装置内に負圧又は減圧が生じる。信号源20は次に、ピンチバルブを作動させて開位置に動かし、これにより水分回収装置16と酸素供給器12との間の連通が開く。この状態になったときに、水分回収装置16内に存在する負圧によって、停滞しているスイープガスを酸素供給器12を通って高速度で素早く吸い出し、これによりファイバー内に蓄積している水分がスイープガスと共に一掃され、水分回収装置16へと移動する。この様式において、酸素供給器12のファイバー中に蓄積した水分は、患者へ戻される血液中にガス塞栓を形成するリスクなしに、安全に除去される。またこれは、従来の「咳」手順で行われたような、酸素供給器に入るスイープガスの圧力を高くする必要なしに達成される。本発明の水分パージシステム10は、酸素供給器12に入るスイープガスの圧力を高くすることがないため、スイープガスが、ファイバーの微小孔を介して、酸素供給器12の血液区画内に押し込まれる危険性はほとんど又は全くない。むしろ、水分回収装置16内の負圧によって生じる急激な高速度の流れを、停滞したスイープガスに対してもたらすことによって、「咳」が生成され、これが、蓄積した水分を、スイープガスと共に水分回収装置16へと吸い出す。その結果、はるかに安全なシステムが、使用中に酸素供給器12から水分をパージするのに利用できる。

流量コントロールメカニズム18は流出ライン30に取り付けられた状態で図示されているが、そのようなメカニズムはまた、水分回収装置16に直接組み込むことも可能であることが、理解されよう。別の方法として、流量コントロールメカニズム18は、酸素供給器12へのスイープガス流入口の位置で、システムに組み込むことができる。好適な流量コントロールメカニズムには、さまざまなタイプのソレノイドバルブ、及び、構成要素間の液体連通を開閉することができる周知のメカニズムが挙げられる。

図2を参照し、本発明の水分パージシステム10が、追加システムを備えた構成で示されている。これらの追加システムは、スイープガスを酸素供給器12に供給し、減圧源14から放出される下流のスイープガスを分析する。図2に示されている具体的なシステムは、図1に描かれている上流側構成要素22を含んでいる。図2で水分パージシステム10に取り付けられている下流側機器は、減圧源から放出されるスイープガスを分析するのに利用される。図2に開示されている水分パージシステム10は、図1及び上記で開示されたものと同じ基本的構成要素を含んでいる。

酸素供給器12にスイープガスを供給するのに好適なシステム40は、図2に開示されており、酸素供給又は空気供給のいずれかで作動することができる。病院環境では、スイープガスは通常、病室で容易にアクセス可能な酸素源によって供給される。例えば、病院又は患者治療区域では、酸素は圧縮酸素ボンベ42又は壁のバルブ44 (これは専用の酸素配管に接続され、病院内の全病室に酸素を供給している) から供給を得ることができる。スイープガス供給システム40はまた、純粋な酸素ではなく、室内の空気をスイープガスとして供給する、空気流入口46を利用することもできる。

図2に見られるように、空気供給46又は圧縮酸素ボンベ42又は壁のバルブ44のいずれかに接続されたたくさんのバルブ又はレギュレーターがある。図2の酸素系システムにおいては、何らかの理由で、酸素供給が利用できなくなるか又は残り少なくなった場合、パイロットバルブ48を利用して、スイープガスをバックアップ空気流入口46からの空気に変更する。これは例えば、酸素ボンベの酸素残量がなくなった場合に起こる。酸素の流れは通常約50 psiでシステム40に入り、安全対策として、オリフィス50で、スイープガス最大流量設定のすぐ上の値に制限する。システムコントローラーは、圧力スイッチ52を使用して酸素の存在を検出する。システム40が酸素を使って作動しているとき、オンデマンドバルブ54は、圧力50psiを大気圧 (0 psi) へと下げる。圧力センサートランスデューサー56を使用して、スイープガス圧力を測定し、一方、マスフローセンサー58でシステム中のスイープガスの流れを測定する。流量コントロールメカニズム18が開放され、システムが再び開位置又は「高真空」モードになったときに、スイープガスシステム40が過剰な減圧になることを防ぐため、安全機能が提供されている。これは通気逃がしバルブ60によって達成される。酸素排気ポート62は、オンデマンドバルブ54が故障した場合に過剰圧力になるのを防ぐため、冗長な安全メカニズムとして利用される。フィルター64は、酸素供給器12に入るスイープガス中に混入している可能性がある、望ましくない粒子をフィルターするのに利用される。

スイープガスライン66は、使い捨ての酸素供給器12に接続される。流出ライン30は水分パージシステム10に接続され、この流出ライン30はピンチバルブに関連するピンチメカニズムを通って供給されている。減圧源14 (通常は真空ポンプ) は、システム制御下のスイープガスの流れを生成するのに使用される。ポンプのコントロール機能は図2には図示されていないことに留意されたい。好適なシステムコントロール機能を利用して、酸素供給器12を介してスイープガスを吸い出すよう高められた必要な減圧を得ることができる。

減圧源14から出るスイープガスは、例えば、酸素供給器12のガス効率を判定するために分析することができる。図2において、この下流側システム70は、スイープガスライン34に接続されたCO2アナライザー72、及び酸素センサー74として示されている。これらの具体的な機器は次に、酸素供給器12から出るスイープガスの酸素濃度及び二酸化炭素濃度を判定することができ、これによりシステムのガス効率を判定できる。ノイズ低減のため、マフラー76及び78をシステムに追加することができる。図2に示すスイープガス送達システム40にも、フィルターを利用することができる。残るスイープガスがあれば、ラインを介して排出させることができ、これは病室への排気を放出することになる。本発明の水分パージシステム10はまた、酸素供給器12の効率を計算するために、その他のセンサー及びアナライザーに接続できることが、理解されよう。

水分パージシステムのための好適な構成要素には、Valcor Engineering CorporationからSV23ピンチバルブの名で販売されている従来型のピンチバルブが挙げられる。流量コントロールメカニズムに使用できるその他の好適な装置には、空気式、手動式、電動式のいずれで制御されているかを問わず、任意のタイプのバルブ、ソレノイドバルブ、ストップコック、又は他の任意の手動方法が挙げられる。好適な水分回収装置16は、ウォータートラップか、又は、Allied Healthcare Products, Inc.から1500mL使い捨て回収キャニスターの名で販売されている使い捨て回収キャニスターである。 更に他の市販されているウォータートラップも利用することができる。好適な減圧源には、KNF Neuberger, Inc.から販売されている真空ポンプが挙げられる。真空ポンプを調節するための好適なコントロールは、周知である。水分パージシステムの信号源は、流量コントロールメカニズムに対して好適な信号を提供できるような、数多くの市販の装置のいずれでもよい。信号源には、水分パージシステムを活性化させるのに必要なさまざまな時間設定をプログラミング及び変更するためのユーザーインタフェースが含まれ得る。

システム10の連続する水分パージの時間間隔は、システムに取り付けられる酸素供給器の具体的なモデルを含め、数多くの変数に依存して変化する可能性がある。加えて、システムが閉位置に維持され、高真空が生成される時間は、変化する。一般に、酸素供給器が使用されている時間のほとんどは、開位置又は通常動作モードに維持される。連続する水分パージ間の好適な時間間隔は、15分間である。流量コントロールメカニズムが閉位置にある好適な時間は、30秒間である。ここでも、これらの時間間隔はさまざまな変数に依存して変化し得る。時間間隔はそれらに従って調節することができる。

本発明の具体的な形態が図示され記述されているが、当業者には、本発明の概念から逸脱することなく、さまざまな変更が可能であることが明らかとなろう。具体的な酸素供給器を伴う本発明の利用の参照は、例としてのみ挙げられたものであり、記述されている実施形態は、あらゆる面で説明としてのみ見なされるべきであり、制限するものとして見なされるべきではない。本発明は、その精神又は本質的特質から逸脱することなく、他の具体的な形態で実施することができる。したがって、特許請求の範囲による制限を除き、本発明を制限することを意図するものではない。

Claims (21)

1. 酸素供給器から水分を除去するためのシステムであって、該システムは、該酸素供給器に入る患者の血液の、二酸化炭素除去又は酸素添加のために、該酸素供給器の一部を形成する中空ファイバーを通って流れるスイープガスを利用し、かつ
   酸素供給器内にスイープガスを吸い出すための減圧源と、
   該酸素供給器及び該減圧源と連通しており、かつ、該酸素供給器から除去された水分を保存するための水分回収装置と、
   スイープガスが該酸素供給器を出て該水分回収装置へと流れることを可能にする開位置、及び、該酸素供給器から該水分回収装置へのスイープガスの流れを止める閉位置を有する、流量コントロールメカニズムと、を含むシステムであって、 ここにおいて、流量コントロールメカニズムが開位置のときは、該減圧源は、該酸素供給器及び水分回収装置を通ってスイープガスを吸い出し、流量コントロールメカニズムが閉位置のときは、該減圧源は、該水分回収装置内に負圧の蓄積を形成するような、システム。
2. 信号を前記流量コントロールメカニズムへ提供して、該流量コントロールメカニズムを前記開位置と閉位置との間で動かすための、該流量コントロールメカニズムと連通した信号源を更に含む、請求項1に記載のシステム。
3. 可撓性チューブが、前記酸素供給器を前記水分回収装置へとつなぎ、前記流量コントロールメカニズムは、ピンチ機構を有するピンチバルブであり、該可撓性チューブの一部をつまむことで、該流量コントロールメカニズムを前記閉位置にすることができる、請求項1に記載のシステム。
4. 前記減圧源が、前記酸素供給器と連通している真空ポンプである、請求項1に記載のシステム。
5. 前記酸素供給器に入るスイープガスの圧力が既定の制限を超えるのを防止するレギュレーターを含む、該酸素供給器にスイープガスを供給するためのシステムを更に含む、請求項1に記載のシステム。
6. 既定の時間間隔の、特定された時間で、前記信号源が自動的に、前記流量コントロールメカニズムへ断続的信号を提供して、該流量コントロールメカニズムを前記開位置と閉位置との間で動かす、請求項2に記載のシステム。
7. 閉位置から開位置への前記流量コントロールメカニズムの移行の直後の前記水分パージ中に、前記スイープガスシステム内にある前記構成要素及び装置が受け得る負圧の量を制限する、前記スイープガスシステム内に組み込まれたシステムを更に含む、請求項1に記載のシステム。
8. 酸素供給器から水分を除去するためのシステムであって、該システムは、該酸素供給器に入る患者の血液の、二酸化炭素除去及び／又は酸素添加のために、該酸素供給器の一部を形成する中空ファイバーを通って流れるスイープガスを利用し、かつ、
   酸素供給器内にスイープガスを吸い出すための減圧源と、
   該酸素供給器及び該減圧源と連通しており、かつ、該酸素供給器から除去された水分を保存するための水分回収装置と、を含むシステムであって、 ここにおいて該システムは、実質的に一定の流速で該酸素供給器を通って該減圧源が該スイープガスを吸い出すような、通常の減圧条件下、ならびに、該システムが通常の減圧状態にあるときよりも速い流速で該酸素供給器を通って該減圧源がスイープガスを吸い出すような、「高真空」条件下で動作し、該システムは、該システムが高真空条件下にあるときに、該酸素供給器のファイバー内に蓄積された水分を、スイープガスと共に一掃して該水分回収装置へと吸い出すことができる、システム。
9. 使用中に、前記の通常の減圧条件と前記の高真空条件との間で、前記システムを断続的に変えるためのメカニズムを更に含む、請求項8に記載のシステム。
10. 前記システムが前記高真空条件下にあるときに、前記水分回収装置内で形成された減圧が、前記酸素供給器を通って前記スイープガスを吸い出すのに役立つ、請求項8に記載のシステム。
11. 前記減圧源による前記酸素供給器を通ってのスイープガス吸い出しが、一時的に停止され、前記システムが前記高真空条件になる直前に、前記減圧源が、前記水分回収装置内に減圧を達成できる、請求項10に記載のシステム。
12. 前記水分回収装置が、前記酸素供給器と前記減圧源との間に接続されている、請求項8に記載のシステム。
13. 酸素供給器から水分を除去するための方法であって、該方法は、該酸素供給器に入る患者の血液の、二酸化炭素除去及び／又は酸素添加のために、該酸素供給器の一部を形成する中空ファイバーを通って流れるスイープガスを利用し、かつ、
    該酸素供給器を、減圧源及び水分回収装置に接続する工程と、
    該減圧源を利用して、該酸素供給器及び該水分回収装置を通し、実質的に一定の流速でスイープガスを吸い出す工程と、
    該減圧源による該酸素供給器へのスイープガス流れの吸い出しを一時的に停止する工程と、
    該酸素供給器を通るスイープガスの流れが一時的に停止している間に、該水分回収装置内に減圧を形成する工程と、
    該減圧源によって供給された減圧で、該水分回収装置内に形成された減圧を適用することによって、一定の流速を上回り、該酸素供給を通る該スイープガスの流速を高める工程と、を含む方法。
14. 請求項13の方法で、さらに次の事項を含むもの：
    前記酸素供給器を通って前記スイープガスの前記流量を断続的に増加させる工程。
15. 請求項14の方法で、さらに次の事項を含むもの：
    前記スイープガスの流量が増加したときに、前記酸素供給器のファイバー内に蓄積した水分を、前記水分回収装置内に回収する工程。
16. 請求項14の方法で、さらに次の事項を含むもの：
    前記酸素供給器に入る前記スイープガスの圧力が、既定レベル以下を維持するよう、スイープガスのための供給源を提供する工程。
17. 酸素供給器から水分を除去するための方法であって、該方法は、該酸素供給器に入る患者の血液の、二酸化炭素除去及び／又は酸素添加のために、該酸素供給器の一部を形成する中空ファイバーを通って流れるスイープガスを利用し、かつ、
    減圧源と、該酸素供給器から除去した水分を保存するために、該酸素供給器及び該減圧源と液体連通している水分回収装置と、該水分回収装置と該酸素供給器との間の液体連通を可能にする開位置、及び該水分回収装置と該酸素供給器との間の液体連通を停止する閉位置を有する、流量コントロールメカニズムと、を提供する工程と、
    該水分回収装置及び該減圧源を該酸素供給器に取り付ける工程と、
    血液の流れを該酸素供給器に提供する工程と、
    該流量コントロールメカニズムを該開位置にする工程と、
    該減圧源を利用して、該酸素供給器及び該水分回収装置を通してスイープガスを吸い出す工程と、
    該流量コントロールメカニズムを該閉位置にする工程と、
    該水分回収装置内に含まれるスイープガスを除去し、該水分回収装置内に減圧を形成する工程と、
    該流量コントロールメカニズムを開位置にして、該酸素供給器に吸い出される該スイープガスの流速を高める工程と、
    該水分回収装置内で流速が増加するとき、該スイープガス中に混入している、酸素供給器のファイバー内に蓄積された水分を回収する工程と、を含む方法。
18. 請求項17の方法で、さらに次の事項を含むもの：
    前記開位置と閉位置との間で前記流量コントロールメカニズムを断続的に動かす、システムに関連付けられた信号源。
19. 可撓性チューブが、前記酸素供給器を前記水分回収装置へとつなぎ、前記流量コントロールメカニズムは、ピンチ機構を有するピンチバルブであり、チューブをつまむことで、ピンチバルブを前記閉位置にすることができる、請求項18に記載の方法。
20. 請求項18の方法で、さらに次の事項を含むもの：
    前記酸素供給器に入る際の前記スイープガスの圧力を調整する、前記スイープガスの供給源。
21. 酸素供給器から水分を除去するための方法であって、該方法は、該酸素供給器に入る患者の血液の、二酸化炭素除去又は酸素添加のために、該酸素供給器の一部を形成する中空ファイバーを通って流れるスイープガスを利用し、かつ
    該酸素供給器を、減圧源及び水分回収装置に接続する工程と、
    該減圧源を利用して、該酸素供給器及び該水分回収装置を通し、実質的に一定の流速でスイープガスを吸い出す工程と、
    水分で遮断されたファイバーの詰まりを取り除くことができるデバイス全体にわたって圧力低下を達成する速度まで、該減圧源によって酸素供給器内に吸い出される、スイープガスの流れを一時的に増大させる工程と、
    水分パージ後、その流速が、実質的に一定の流速に戻る工程と、を含む方法。

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