JP2015514510A - 加湿された空気流の送達を制御するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

ＣＰＡＰ型の機器とともに使用するための改良された給湿方法および給湿装置であって、加湿空気は吸息相の間にのみ患者に送達され、かつ、加湿されていない空気は呼息相の間に患者に送達される、給湿方法および給湿装置。本発明は、加湿空気から加湿されていない空気へと切り替えるためのバルブ装置、および該バルブの状態をいつ切り替えるかを判定する方法で構成されている。

Description

本発明は、減呼吸または無呼吸のような呼吸障害を患う患者を治療するために典型的に使用される種類の、持続気道内陽圧（ＣＰＡＰ）機器または二段式気道内陽圧（Ｂｉ‐ＰＡＰ）機器のような呼吸ガス送達機器の分野に関し、特に、そのようなデバイスのための給湿装置および給湿方法に関する。

持続気道内陽圧（ＣＰＡＰ）機器は、患者の睡眠時にその気道に持続的な陽圧を提供することによる、例えば睡眠時無呼吸および減呼吸のようないくつかの呼吸症状の治療における使用に関して、当分野においてよく知られている。

そのような機器が、患者に送達されている空気を加湿するために給湿装置を装備していることは、当分野においてよく知られている。これは患者の快適さ向上に資するとともに、該機器の多数のユーザが経験する「口腔乾燥」症状を取り除く。

典型的な給湿装置は、ユーザによって水が導入されるリザーバを内蔵している単純な給湿チャンバで構成されている。水は電気抵抗式加熱要素によって加熱され、患者に送達されている空気流は該加熱水が入った給湿チャンバを通り抜け、これにより該空気が加温および加湿される。そのような装置は、水が加熱される温度を変化させることにより給湿のレベルを変えるために、ユーザによって設定可能な複数の設定値を用意していてもよい。

ＣＰＡＰ機器用の現行の給湿装置にはいくつかの問題点が存在する。第１にユーザは、熱した加湿空気が給湿チャンバを出て患者に到達する前に低温のホース内で冷えるにつれて凝縮する、「レインアウト（ｒａｉｎ−ｏｕｔ）」として知られる状態を経験する場合がある。凝縮した水はホース内に溜まりやすく、さらにはホースのある部分を閉鎖して、溜まった水を経由した呼吸をユーザに強制し、「ごぼごぼする（ｇｕｒｇｌｉｎｇ）」音を生じ、さらには患者への圧力送達を妨げる場合もある。この問題は、かつて先行技術において、空気がチューブを通って流れるにつれて冷えるのを防ぐために、チューブの長さに沿って熱したワイヤを提供することにより解決されている。しかしながら、この解決策は、機器の全体的な電力消費、および通常使い捨てであって決められた間隔で交換される送気チューブのコストを増大させることになるという点で、望ましくない。

上記のレインアウト問題に加えて、水の加熱も機器の全体的な電力消費を増大させる。したがって、電力消費を増大させることなくレインアウト問題にも対処できる改良された給湿装置を提供することが望ましい。

本発明の目的は、上記した問題を解決することができるＣＰＡＰ機器を操作する方法、および付随する改良された給湿装置を提供することにある。

本発明は、ユーザによって吸気されている空気の給湿を向上させるためのＣＰＡＰ機器を操作する方法、および付随する改良された給湿装置を含む。
当業者にはよく知られているように、患者の呼吸周期は吸息相および呼息相から成り立っている。先行技術の装置では、患者の空気の流れは、呼吸周期全体にわたって、吸息相および呼息相のいずれの間においても、給湿チャンバを通過することが可能となっている。本願の好ましい実施形態では、患者の空気の流れは、呼吸周期の吸息相の間のみ給湿チャンバを通過することが可能となっている。呼吸周期の呼息相の間、空気の流れは給湿チャンバを通過しない代替通路へと進路変更される。

空気の流れを操作するこの改変された方法は、上述のいずれの問題点にも対処する。レインアウト問題に関しては、呼吸周期の呼息相の間にホースを通過している、より冷えてより乾燥した空気は、ホース内のいくらかの凝縮している湿気の乾燥に資することになる。第２に、給湿チャンバを通過する空気がより少ないために、電気抵抗式ヒータがリザーバ内の水を所望温度に加熱した状態を維持するのに使用するエネルギーをより少なくし、これによりレインアウトの可能性を低減するだけでなく同時に電力消費も実際に軽減することになる。

加えて、該方法は、ユーザが給湿チャンバ内の水リザーバをあまり頻繁に満たす必要がないという付加的な利益を提供する。実証研究では、本発明の方法は、デバイスの水消費量および電力消費量の両方を、５０％を超えて削減することができる。

本発明の改良された給湿装置を内蔵しているＣＰＡＰ機器を示すブロック図。 本発明の方法を示す流れ図。 本発明を実装するために使用可能なバルブの断面斜視図。 第１の配置状態における図３のバルブの部分透視図。 第２の配置状態における図３のバルブの部分透視図。 図３のバルブのバルブシャトル部分を示す斜視図。 図３のバルブのバルブシャトル部分を示す端面図。 図３のバルブの外観を示す図。

発明の詳細な説明
図１は、本発明の改良された給湿装置を内蔵しているＣＰＡＰ機器のブロック図を示す。該機器はマイクロプロセッサ１００によって制御される。マイクロプロセッサ１００は、患者に送達される圧力および空気流速度の両方を制御するために、モータ制御手段１０４を通じて送風機１０６を制御する。圧力センサ１１２および流量センサ１１４は、呼吸周期の吸息相および呼息相がいつ始まるかを判定するために、マイクロプロセッサ１００によって利用される。これらのセンサは、送風機１０６と患者との間のいかなる場所に位置付けられてもよい。ユーザインタフェース１０２はマイクロプロセッサ１００に結合されて、機器のある種のパラメータ、例えば給湿レベルを設定するための使用を可能としている。

本発明の好ましい実施形態において、マイクロプロセッサ１００は、２つの状態のうち一方の状態をとりうるソレノイド使用可能な（ｓｏｌｅｎｏｉｄ−ｅｎａｂｌｅ）バルブ１０８も制御する。第１の状態では、バルブ１０８は、空気流が送風機１０６から給湿機１１０を通り抜けて通過することを可能にする。第２の状態では、バルブ１０８は、空気流を給湿機１１０から離れるように進路変更し、該空気流を患者に直接送り込む。

数多くのＣＰＡＰ型の機器は、ユーザの呼吸周期の吸息相および呼息相の開始時および終了時を検出するためのアルゴリズムを備えている。特に、Ｂｉ‐ＰＡＰデバイスでは、この検出は吸息相および呼息相の際に異なる圧力が加えられるため必須である。吸息相と呼息相との間の移行を検出する実際の方法は、本発明の一部ではない。しかしながら、そのようなアルゴリズムが存在し、かつ、デバイス内に該アルゴリズムが実装されることは、本発明の方法および装置の利点を活用するのに必要である。

本発明の１つの実施形態では、バルブ１０８は相の移行が検出されたときに一方の状態から他方の状態へと切り替わることができる。しかしながら、好ましい実施形態では、加湿空気が吸息相のほぼ開始時に患者に到達し、かつ、加湿されていない空気が呼息相のほぼ開始時に患者に到達するように、相の移行を予期してバルブを開閉することが望ましい。移行を予期するのではなく移行の検出時にバルブ１０８の状態を切り替えると、各相の開始時に短いオーバラップ期をもたらすことになり、このオーバラップ期には、例えば、加湿されていない空気が望まれているときに加湿空気が患者に送達されるか、またはその逆となる。

したがって、空気流が給湿チャンバ１１０を通過するかまたは該給湿チャンバから進路変更されるかのいずれかを可能にするバルブ１０８の開閉は、両相間の移行が実際に検出されたときではなく移行を予期してなされる必要がある。機器とユーザとの間のチューブの長さ、およびユーザが体感している漏出の量などの様々な要因は、加湿空気が給湿チャンバ１１０から患者へと移動するのに要する時間に影響を及ぼす。したがって、移行を予期した実際の期間は上記およびその他の要因に応じて変化することになる。

バルブの好ましい実施形態は図３〜７に示されており、当業者には明確に理解されるであろうが、多数のバルブの実装が可能である。バルブは、図４、５、および７に最も良く示されるように、管状構築物であって該構築物の一方の端部に画成された入口ポート１０ならびに該構築物の対向する側面に画成された出口ポート１１，１２を有する管状構築物の、バルブ本体１で構成されている。該バルブは、空気が入口ポート１０に流入して、例えば給湿チャンバ１１０を迂回するバイパス経路に接続されうる出口ポート１１から流出するか、または、例えば給湿チャンバ１１０を通り抜ける経路に接続されうる出口１２を通って流出するように、設計されている。バルブは該バルブ内のバルブシャトル２の動きによって切り替えがなされるが、該バルブシャトルは、図４および５に最も良く示されるように、バルブ本体１の内表面上に画成されたスロット６の内側で、バルブシャトル２の上に画成されたスピンドル３が動くことによって誘導されて、バルブ本体１の内側で回転方向および長手方向に動く。

バルブ本体１の入口ポート１０に配置された継手５は、機器内の空気ポンプから空気を運搬するホースまたはその他の導路に対するインタフェースとしての役割を果たす。バルブシャトル２の内部に配置された希土類磁石４は、バルブシャトル２をバルブ本体１の内側で長手方向に動かし、ソレノイド（図示せず）によって提供される磁場に応答する。バルブシャトル２がバルブ本体１を通って長手方向に動くにつれて、該バルブシャトルはさらに、スロット６を通るスピンドル３の動きによりおよそ４５度回転せしめられる。

図４は、入口ポート１０に入る空気流が出口ポート１１を通ってバルブ本体１を出る第１の状態のデバイスを示している。この状態では、バルブシャトル２の開口部８ａは出口ポート１１との間で位置が揃っている。図５は、バルブシャトル２が長手方向かつ回転方向に動いた結果バルブシャトル２の開口部８ｂが出口ポート１２との間で位置が揃っており、入口ポート１０に入る空気流が出口ポート１２を通ってバルブ本体１を出ることが可能となっている第２の状態のデバイスを示している。

図６Ａおよび６Ｂはそれぞれバルブシャトル２の斜視図および端面図を示している。図６Ａでは、バルブシャトル２の壁部に画成された出口穴８ａ，８ｂの相対位置を見ることができる。該穴部は、互いに長手方向に位置をずらされており、かつ、互いに回転方向におよそ４５度だけ位置をずらされていて、その結果、バルブシャトル２がバルブ本体１の内側で回転方向かつ長手方向に動くと穴部８ａが出口１１と並ぶことになるかまたは穴部８ｂが出力ポート１２と並ぶことになる。

図６Ｂはバルブシャトル２の端面図を示しており、同図は、両スピンドル３、希土類磁石４、およびバルブシャトル２の先端部に見られる穴部であってバルブシャトル２がバルブ本体１の閉鎖端に向かって動くことを可能にする穴部１４を示している。図７は、バルブの好ましい実施形態についての外観を示している。

既に述べたように、本願において使用されうる電気機械的バルブには多数の設計があり、よって本発明はこの特定のバルブに限定されるようには意図されない。加えて、本発明の方法および装置はＣＰＡＰ機器またはＢｉ‐ＰＡＰ機器における使用に限定されることはなく、例えばベンチレータのような患者に空気を送達する任意の機器において、または麻酔を送達するための手術中の使用について、適用される。

Claims (15)

1. 呼吸ガス送達機器であって、
   ａ．送風機と、
   ｂ．給湿チャンバと、
   ｃ．前記送風機から空気流出口へと空気流を向かわせるための空気流路と、
   ｄ．前記空気流路に配置されたバルブであって、前記機器のユーザの呼吸周期の吸息相の間は空気流が前記給湿チャンバを通過することを可能とし、さらに、前記機器のユーザの呼吸周期の呼息相の間は前記給湿チャンバを迂回して前記空気流を進路変更させる、バルブと、
   を含んでなる呼吸ガス送達機器。
2. ａ．マイクロプロセッサと、
   ｂ．前記マイクロプロセッサによって実行されるソフトウエアであって、
   前記送風機を制御する機能、
   前記バルブを、前記空気流が前記給湿チャンバを通過することを可能とする第１の状態と、前記給湿チャンバを避けて前記空気流を進路変更させる第２の状態との間で切り替える機能、および
   前記機器のユーザの呼吸周期の吸息相と呼息相との間の移行を検出する機能
   を実施するソフトウエアと、
   をさらに含んでなる、請求項１に記載の呼吸ガス送達機器。
3. 前記マイクロプロセッサにデータを提供するための、前記空気流路に配置された１つ以上のセンサをさらに含んでなり、前記データは呼吸周期における移行を検出するために使用される、請求項１に記載の呼吸ガス送達機器。
4. 前記センサは圧力センサおよび空気流量センサで構成されている群から選択される、請求項３に記載の呼吸ガス送達機器。
5. ａ．前記バルブは、呼吸周期の吸息相から呼息相への移行が検出されるときに前記第１の状態から前記第２の状態へと切り替えられ、かつ、
   ｂ．前記バルブは、呼吸周期の呼息相から吸息相への移行が検出されるときに前記第２の状態と前記第１の状態との間で切り替えが行われる、
   請求項２に記載の呼吸ガス送達機器。
6. ａ．前記バルブは、呼吸周期の吸息相から呼息相への移行の検出よりも第１の時間だけ前に前記第１の状態から前記第２の状態へと切り替えられ、かつ、
   ｂ．前記バルブは、呼吸周期の呼息相から吸息相への移行の検出よりも第２の時間だけ前に前記第２の状態と前記第１の状態との間で切り替えが行われる、
   請求項２に記載の呼吸ガス送達機器。
7. 前記第１の時間は、前記吸息相の間に空気流が前記バルブと前記空気流出口との間を移動するのにかかる時間と略等しく、かつ、
   前記第２の時間は、前記呼息相の間に空気流が前記バルブと前記空気流出口との間を移動するのにかかる時間と略等しい、
   請求項６に記載の呼吸ガス送達機器。
8. 前記第１の時間および前記第２の時間は、前記機器のユーザが体感している漏出の量に応じて長くなる場合もあれば短くなる場合もある、請求項７に記載の呼吸ガス送達機器。
9. 前記バルブは、
   ａ．入口、第１の出口および第２の出口が画成された、円筒状本体であって、前記入口は前記円筒状本体の一方の端部に画成されて前記円筒状本体の反対側の端部は閉鎖されており、前記第１および第２の出口は前記円筒状本体の壁部に画成されている、円筒状本体と、
   ｂ．前記バルブ本体の内側において可動性の円筒状シャトルであって、該シャトルの両端に開口部を有し、かつ、該シャトルの側壁に画成された第１の穴部および第２の穴部を有している、シャトルと、
   を含んでなり、
   前記第１の状態は、前記シャトルが、前記第１の穴部は前記第１の出口と位置が揃っておりかつ前記第２の穴部は前記第２の出口と位置が揃っていない配置状態にあることによって規定され、
   前記第２の状態は、前記シャトルが、前記第２の穴部は前記第２の出口と位置が揃っておりかつ前記第１の穴部は前記第１の出口と位置が揃っていない配置状態にあることによって規定される、
   請求項２に記載の呼吸ガス送達機器。
10. 前記バルブは前記本体の内側で前記シャトルを前後に動かすための手段をさらに含んでなる、請求項９に記載の呼吸ガス送達機器。
11. 前記動かすための手段はソレノイドである、請求項１０に記載の呼吸ガス送達機器。
12. 前記本体の内側での前記シャトルの動きは長手方向の動きおよび回転方向の動きの両方を含んでなる、請求項９に記載の呼吸ガス送達機器。
13. 前記本体の内側での前記シャトルの動きは、前記シャトルの外側壁に画成されたタブおよび前記本体の内側壁に画成された溝部であって前記タブが前記溝部の内側を走行するようになっているタブおよび溝部によって誘導される、請求項９に記載の呼吸ガス送達機器。
14. 前記溝部は、前記本体に関して長手方向および回転方向の両方の動きを前記シャトルに付与するように形作られている、請求項９に記載の呼吸ガス送達機器。
15. 前記入口、前記第１の出口および前記第２の出口は、前記空気流路を構成しているホースの接続を容易にするために、周囲に肩部を画成している、請求項９に記載の呼吸ガス送達機器。