JP2017006395A - 治療用ガス供給装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】治療用ガス以外の気体分子の濃度が変わるような混合ガスを生成する場合に、当該混合ガス内における治療用ガス(気体状分子)の濃度を所定範囲内に保つことができる治療用ガス供給装置を提供すること。【解決手段】第1混合ガス生成部13は、第1ガスと治療効果のある治療用ガスを第1比率で混合した第1混合ガスを生成する。第2混合ガス生成部14は、第1比率と一定差以内の第2比率で第2ガスと治療用ガスを混合した第2混合ガスを生成する。混合部15は、第1混合ガスと第2混合ガスを混合した混合ガスを生成する。【選択図】図1

Description

本発明は治療用ガス供給装置に関する。
近年、一酸化窒素(NO)、硫化水素(H2S)、一酸化炭素(CO)、水素(H2)等の気体状分子に各種の治療効果があることが報告されている(例えば特許文献1、非特許文献1、非特許文献2)。一般的にこれらの気体状分子は、空気や酸素と混合されて人体に吸入される。気体状分子は、空気や酸素に対して数PPMから数%の割合で混合される。
人体に投与する混合ガスは、治療用ガス(上述の一酸化炭素等)を空気等と一定の比率で混合したものである。当該混合ガスは、例えばガスボンベに圧縮されて収蔵される。呼吸器等の装置は、自発呼吸のある患者に対し、このガスボンベの圧を適切に調節して混合ガスを被験者の人体に吸入させる。
自発呼吸のできない患者に対して治療を行う場合、人工呼吸器の呼吸回路に対して混合ガスを供給する。そして人工呼吸器は、呼吸回路を介して混合ガスを患者の体内に送り込む。または人工呼吸器の圧縮空気(または圧縮酸素)の入力口に混合ガスが収蔵されたガスボンベを接続してもよい。そして人工呼吸器は、送出機構を介して患者の体内に混合ガスを送り込む。
なお、上述の治療用ガス(気体状分子)は、ガスボンベに収蔵されていてもよく、ある種の発生装置により発生させてもよい。例えば呼吸器等の内部に純水を電気分解して水素を発生させる発生装置が設けられていてもよい。
このような治療用ガス(気体状分子)を用いた技術として、例えば特許文献2が挙げられる。特許文献2は、鼻孔吸入方式で水素ガスを体内に供給する吸入方法及び装置を開示している。
特許第5106110号公報 特開2005−87257号公報
大澤郁朗 著、「水素分子医学の現状と展望」、2011年2月8日、基礎老化研究 35(1),p.1-8 市瀬 史 等、「徹底分析シリーズ ガスメディエータの未来」、LiSA VOL.19,NO.12,p.1263-1299
ところで、ある種の疾病の治療では、患者の状態に応じて吸入させる混合ガスの酸素濃度を変化(約20%〜約100%)させる場合がある。このような治療を行う患者に対して上述の治療用ガス(気体状分子)を吸入させる場合について検討する。この場合、例えば治療用ガスが所定比率で混合された混合ガス(例えば治療用ガス濃度2%の混合ガス)のガスボンベと、純酸素(100%酸素)のガスボンベと、を用いて装置を構成することが考えられる。しかしながら患者に吸入させる酸素濃度を変更した場合、治療用ガスの濃度も変化してしまう。例えば純酸素の入ったガスボンベからの供給量を増加させた(酸素濃度を高くした)場合、治療用ガスの濃度が低くなってしまう。
なお上述の問題は酸素濃度を変化させる場合に限られず、治療用ガスを含有する混合ガスと他のガスを混合させる場合に生じるものである。すなわち、治療用ガス以外の気体分子の濃度が変わるような混合ガスを生成する場合に、当該混合ガス内における治療用ガスの濃度を所定範囲内に保つことが難しいという問題があった。
本発明にかかる治療用ガス供給装置の一態様は、
第1ガスと治療効果のある治療用ガスを第1比率で混合した第1混合ガスを生成する第1混合ガス生成部と、
前記第1比率と一定差以内の第2比率で第2ガスと前記治療用ガスを混合した第2混合ガスを生成する第2混合ガス生成部と、
を有するものである。
第1比率と第2比率は、一定差以内の比率である。そのため第1混合ガスと第2混合ガスは、治療用ガスがほぼ同程度の割合で含まれたガスとなる。よって、第1混合ガスと第2混合ガスを治療用ガス供給装置の内外で混合して生成した混合ガスについても所望の割合で治療用ガスが含まれたものとなる。これにより疾病治療の目的によって治療用ガス以外のガス(例えば酸素)の濃度を変化させるような場合であっても、患者に供給される混合ガスには治療用ガスが所望の割合で配合された状態となる。
上記構成によれば、治療用ガス以外の気体分子の濃度が変わるような混合ガスを生成する場合に、当該混合ガス内における治療用ガスの濃度を所定範囲内に保つことができる治療用ガス供給装置を提供することができる。
実施の形態1にかかる治療用ガス供給装置1の構成を示すブロック図である。 実施の形態1にかかる治療用ガス生成部10の構成を示すブロック図である。 実施の形態1にかかる治療用ガス供給装置1が生成する混合ガスの濃度変化を示す概念図である。 実施の形態1にかかる治療用ガス供給装置1の変形構成を示すブロック図である。 実施の形態2にかかる治療用ガス供給装置1の構成を示すブロック図である。
<実施の形態1>
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は、本実施の形態にかかる治療用ガス供給装置1の構成を示すブロック図である。治療用ガス供給装置1は、治療用ガス生成部10、送気口11、送気口12、第1混合ガス生成部13、第2混合ガス生成部14、及び混合部15を有する。
送気口11には、患者の体内に供給され得る吸入ガスである第1ガスが入力される。第1ガスは、例えば空気、酸素(O2)、窒素(N2)、二酸化炭素(CO2)、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)のいずれか、またはこれ等の混合ガスである。以下の説明では、第1ガスが空気(窒素約78%、酸素約21%、等)であるものとする。
送気口12には、患者の体内に供給され得る吸入ガスである第2ガスが入力される。第2ガスは、第1ガスとは異なる種類のガスであって、例えば空気、酸素(O2)、窒素(N2)、二酸化炭素(CO2)、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)のいずれか、またはこれ等の混合ガスである。以下の説明では、第2ガスが酸素(100%の純酸素)であるものとする。
治療用ガス生成部10は、治療用ガス供給装置1の内部において治療用ガスを生成する。治療用ガスとは、患者に対する治療効果のあるガスである。治療用ガスは、例えば水素(H2)、一酸化炭素(CO)、硫化水素(H2S)、一酸化窒素(NO)のいずれか、またはこれ等の混合ガスである。以下の説明では、治療用ガスが水素であるものとする。
図2は、治療用ガス生成部10の詳細構成の一例を示すブロック図である。本例での治療用ガス生成部10は、水(H2O)を電気分解することにより酸素(O2)及び水素(H2)を生成するものである。治療用ガス供給装置1は、純水がタンク102から電解槽101に供給される。なお純水は、電解槽101に満杯にならないように供給される。なおタンクに純水が収蔵されている形態に限られず、タンクに水道水等が格納されており、当該水道水等の不純物を取り除く機構(イオン交換樹脂等)が設けられていてもよい。
電解槽101は、陽極103が設けられた陽極室104と、陰極105が設けられた陰極室106と、に区画される。
陽極103及び陰極105は、図示するような長尺な棒状に形成され、例えば酸化チタン電極を用いることが好ましい。酸化チタン電極は、例えばチタン(Ti)、酸化チタン(TiO2)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、クロム(Cr)、白金(Pt)等の粉末を用いて粉末冶金により形成してもよい。また酸化チタン電極は、ステンレス棒で形成した電極芯材の周りにチタン(Ti)及び酸化チタン(TiO2)を粉末冶金により吸着させて形成することもできる。
陽極103及び陰極105には、定電流源107が接続されている。定電流源107は、陽極103及び陰極105に対して電流を供給する。これにより治療用ガス生成部10は、水素ガス(H2)及び酸素ガス(O2)を生成する。
陽極室104の上部には酸素ガスが排出される排出口108が設けられている。なお排出口108は、装置外部と通じていればよい。すなわち酸素ガスは、外部に放出される構成であればよい。勿論、酸素ガスを内部処理する機構が設けられている構成であってもよい。
陰極室106の上部には水素ガスが排出される排出口109が設けられている。なお排出口109は、図示するように気体乾燥部110に連結する構成であってもよい。気体乾燥部110は、陰極室106から排出された水素ガスを乾燥させた後に第1混合ガス生成部13及び第2混合ガス生成部14に供給する。気体乾燥部110は、例えばシリカゲル等から構成されていればよい。なお図2の構成は、電気分解によって水素ガスを発生する構成の一態様であり、水素ガスを安全に発生できる構成であればこの他の手法(例えば異なる化合物を用いた電気分解)を用いてもよい。
再び図1を参照する。水素(治療用ガス)が治療用ガス生成部10から第1混合ガス生成部13及び第2混合ガス生成部14に供給される。第1混合ガス生成部13は、空気(第1ガス)と水素(治療用ガス)を第1比率で混合した第1混合ガスを生成する。第1比率とは、空気と水素の混合比率であって、患者に対する水素の治療効果が高い比率である。第1比率は、例えば98:2である(すなわち水素の濃度が2%となる比率である)。なお第1比率はある程度の幅のあるものであってもよい。すなわち第1比率は、97.5〜98.5:2.5〜1.5といったものであってもよい。水素が治療用ガスである場合には、第1比率が1〜4:99〜96の間に収まることが望ましい。
第1混合ガス生成部13は、マスフローコントローラ(MFC)131及びマスフローコントローラ(MFC)132を備える。マスフローコントローラ131は、第1比率に応じて空気の流量を調整する。同様にマスフローコントローラ132は、第1比率に応じて水素の流量を調整する。空気(マスフローコントローラ131の出力)と水素(マスフローコントローラ132の出力)は、配管133において混合される。これにより第1比率で空気と水素が配合された第1混合ガスが生成される。第1混合ガスは、配管133を介して混合部15に供給される。
なおマスフローコントローラ131及びマスフローコントローラ132は、空気と水素を混合するための処理部の一例に過ぎない。そのため別方式の流量制御系及び流量検出系を用いて第1混合ガスを生成しても構わない。
第2混合ガス生成部14は、酸素(第2ガス)と水素(治療用ガス)を第2比率で混合した第2混合ガスを生成する。第2比率とは、酸素と水素の混合比率であって、患者に対する水素の治療効果が高い比率である。また第2比率とは、第1比率と一定差以内の比率であり、好適には第1比率と同じである。例えば第1比率が98:2である場合、第2比率として許容される比率は例えば97.5〜98.5:2.5〜1.5であり、好適には98:2である。また第1比率が97.5〜98.5:2.5〜1.5である場合、第2比率として許容される比率は例えば97〜99:3〜1であり、好適には97.5〜98.5:2.5〜1.5である。
第2混合ガス生成部14は、マスフローコントローラ(MFC)141及びマスフローコントローラ(MFC)142を備える。マスフローコントローラ141は、第2比率に応じて水素の流量を調整する。同様にマスフローコントローラ142は、第2比率に応じて酸素の流量を調整する。水素(マスフローコントローラ141の出力)と酸素(マスフローコントローラ142の出力)は、配管143において混合される。これにより第2比率で酸素と水素が配合された第2混合ガスが生成される。第2混合ガスは、配管143を介して混合部15に供給される。
なおマスフローコントローラ141及びマスフローコントローラ142は、酸素と水素を混合するための処理部の一例に過ぎない。そのため別方式の流量制御系及び流量検出系を用いて第2混合ガスを生成しても構わない。
なお第1混合ガス生成部13は、混合済みの第1混合ガスを一時的に収蔵するタンクを有する構成であってもよい。同様に第2混合ガス生成部14は、混合済みの第2混合ガスを一時的に収蔵するタンクを有する構成であってもよい。
混合部15には、第1混合ガス及び第2混合ガスが供給される。ここで第1混合ガスは、水素と空気が第1比率で混合されたガスである。また第2混合ガスは、水素と酸素が第2比率(好適には第1比率と同じ比率)で混合されたガスである。混合部15は、第1混合ガスと第2混合ガスを混合した混合ガスを出力する。ここで混合部15は、例えば図示するようなマスフローコントローラ151及びマスフローコントローラ152を有し、指定された酸素濃度に設定された混合ガスを出力する。酸素濃度は、おおよそ21%〜98%に設定できる。医師等は、患者の疾病や状態に応じて筐体上のインターフェイス(図示しないボタン、タッチパネル等)を操作して所望の酸素濃度を入力する。
例えば酸素濃度として30%が指定された場合、混合部15は第1混合ガスの混合比率を第2混合ガスよりも多くして混合ガスを生成する。混合部15が生成した混合ガスは、患者に投与されるガスとなる。例えば混合部15は、第1混合ガスと第2混合ガスから生成した混合ガスを、チューブを介して患者の鼻口付近に固定されたマスクに供給する。
なお混合部15は、第1混合ガスと第2混合ガスを混合する前に、第1混合ガス及び第2混合ガスの水素濃度を検出し、濃度異常がある場合には混合処理を一時停止してもよい。これにより、より安全に混合ガスを供給することができると共に、患者にとって治療効果の低い状態でガス投与を行うことを回避できる。
なおマスフローコントローラ151及びマスフローコントローラ152は、第1混合ガスと第2混合ガスを混合するための処理部の一例に過ぎない。そのため別方式の流量制御系及び流量検出系を用いて混合ガスを生成しても構わない。
図3は、本実施の形態にかかる治療用ガス供給装置1の生成する混合ガス(混合部15の出力する混合ガス)の構成比を示すグラフである。図3の例では第1比率及び第2比率が共に98:2であるものとしている。図示するように酸素濃度を変化させた場合(マスフローコントローラ151、152によって濃度制御した場合)であっても、水素濃度は約2%のまま変化しない。すなわち酸素濃度を変化させた場合であっても治療効果のある水素の濃度を変えることなく、混合ガスを患者に供給することができる。これにより、患者に対して常に効果の高い治療を行うことができる。
続いて本実施の形態にかかる治療用ガス供給装置1の効果について説明する。第1混合ガス生成部13は、上述のように第1ガスと治療用ガスを第1比率で混合した第1混合ガスを生成する。第2混合ガス生成部14は、上述のように第2ガスと治療用ガスを第2比率で混合した第2混合ガスを生成する。ここで第1比率と第2比率は、一定差以内の比率(好適には等しい比率)である。そのため第1混合ガスと第2混合ガスは、治療用ガスがほぼ同程度が含まれたガスとなる。また第1比率と第2比率は、治療用ガスの治療効果が高くなる比率に設定される。そのため混合部15が第1混合ガスと第2混合ガスを混合して生成した混合ガスについても所望の割合で治療用ガスが含まれたものとなる。これにより疾病治療の目的によって治療用ガス以外のガスの濃度を変化させるような場合であっても、患者に供給される混合ガスに治療用ガスが所望の割合で配合された状態となる。
なお治療用ガスは、例えば水素、一酸化炭素、硫化水素、一酸化窒素のいずれか、またはこれ等の混合ガスである。これ等のガスは、患者への治療効果がいずれも明らかとなっている。
また第1ガスや第2ガスは、水素、一酸化炭素、硫化水素、一酸化窒素のいずれか、またはこれ等の混合ガスである。これ等のガスは、配合濃度等を間違えなければ何れも患者への吸入ガスとすることができるものであり、人体に悪影響を与えることが少ない。
(変形例)
図4は、図1に示す治療用ガス供給装置1の変形例を示すブロック図である。本変形例にかかる治療用ガス供給装置1は、図1の構成と比べて混合部15を有さない構成である。第1混合ガス生成部13は、第1接続口16と配管(またはチューブ)を介して接続する。第2混合ガス生成部14は、第2接続口17と配管(またはチューブ)を介して接続する。
第1接続口16は、第1混合ガス生成部13と接続するとともに人工呼吸器2の第3接続口21と接続する。第2接続口17は、第2混合ガス生成部14と接続するとともに人工呼吸器2の第4接続口22と接続する。すなわち第1混合ガス生成部13は、第1接続口16及び第3接続口21を介して第1混合ガスを人工呼吸器2に供給する。同様に第2混合ガス生成部14は、第2接続口17及び第4接続口22を介して第2混合ガスを人工呼吸器2に供給する。
人工呼吸器2は、第1混合ガス及び第2混合ガスを混合して患者に供給する混合ガスを生成する。この場合であっても、第1混合ガス及び第2混合ガスの水素濃度は所望の濃度(例えば2%)となる。よって人工呼吸器2が第1混合ガスと第2混合ガスを混合して患者に投与するための混合ガスを生成した場合、当該混合ガスの水素濃度は一定範囲内(約2%)となる。これにより人工呼吸器2は、治療用ガスを治療効果の高い濃度で配合した混合ガスを患者に供給することができる。
なお人工呼吸器2は、治療用ガス供給装置1から第1混合ガス及び第2混合ガスの供給を受ける外部装置の一態様であり、この他の種類の装置であっても構わない。また治療用ガス供給装置1と人工呼吸器2の接続形態も図4の形態に限られず、この他の接続方法で接続してもよい。
<実施の形態2>
本実施の形態にかかる治療用ガス供給装置1は、すでに混合済みの第1混合ガス及び第2混合ガスを内蔵していることを特徴とする。以下、本実施の形態にかかる治療用ガス供給装置1の構成について説明する。なお図中において実施の形態1と同様の処理部名称及び符号を付した処理部については、特に説明が無い限り実施の形態1と同様とする。また第1ガスは空気、第2ガスは酸素、治療用ガスは水素であるものとする。
図5は、本実施の形態にかかる治療用ガス供給装置1の構成を示すブロック図である。本実施の形態にかかる治療用ガス供給装置1は、図1の構成の第1混合ガス生成部13及び第2混合ガス生成部14に代わって、第1タンク18及び第2タンク19を有する。
第1タンク18は、上述の第1混合ガスが収蔵されたタンクである。すなわち第1タンク18には、空気(第1ガス)と水素(治療用ガス)が第1比率で混合されたガスが収蔵されている。第1タンク18は、例えば医療用の圧縮ガスを収蔵するガスボンベであればよい。
同様に第2タンク19は、上述の第2混合ガスが収蔵されたタンクである。すなわち第2タンク19には、酸素(第2ガス)と水素(治療用ガス)が第2比率で混合されたガスが収蔵されている。第2タンク19は、例えば医療用の圧縮ガスを収蔵するガスボンベであればよい。
混合部15は、実施の形態1と同様に第1混合ガスと第2混合ガスを混合した混合ガスを生成して患者に投与すればよい。混合部15は、例えば内部にマスフローコントローラ(MFC)151及びマスフローコントローラ152を備える構成であればよい。マスフローコントローラ151が第1混合ガスの流量を調整し、マスフローコントローラ152が第2混合ガスの流量を調節する。これにより混合部15から出力される混合ガスの酸素濃度が調整される。
上述の構成であっても混合部15が出力する混合ガスの水素濃度(治療用ガスの濃度)は、一定範囲内のものとなる(図3参照)。これにより、疾病治療の目的によって酸素濃度を変化させるような場合であっても、患者に供給される混合ガスに水素が所望の割合で配合された状態となる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。
最後に治療用ガス供給装置1のハードウェア構成等についても簡単に説明する。各マスフローコントローラの制御等の処理は、各種の電気回路及びソフトウェアプログラムによって実現される。すなわち治療用ガス供給装置1は、内部に記憶装置(キャッシュメモリ等の一次記憶装置、ハードディスク等の二次記憶装置)、CPU(Central Processing Unit)等を有する構成である。
1 治療用ガス供給装置
10 治療用ガス生成部
11、12 送気口
13 第1混合ガス生成部
14 第2混合ガス生成部
15 混合部
16 第1接続口
17 第2接続口
18 第1タンク
19 第2タンク
2 人工呼吸器
21 第3接続口
22 第4接続口

Claims (9)

  1. 第1ガスと治療効果のある治療用ガスを第1比率で混合した第1混合ガスを生成する第1混合ガス生成部と、
    前記第1比率と一定差以内の第2比率で第2ガスと前記治療用ガスを混合した第2混合ガスを生成する第2混合ガス生成部と、を有する
    治療用ガス供給装置。
  2. 前記第1混合ガスと前記第2混合ガスを混合した混合ガスを生成する混合部を有する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の治療用ガス供給装置。
  3. 前記第1混合ガスを人工呼吸器に供給する第1接続口と、前記第2混合ガスを前記人工呼吸器に供給する第2接続口と、を備える、
    ことを特徴とする請求項1に記載の治療用ガス供給装置。
  4. 前記治療用ガスは、水素、一酸化炭素、硫化水素、一酸化窒素のいずれか、またはこれ等の混合ガスである、
    ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の治療用ガス供給装置。
  5. 前記第1ガスは、空気、酸素、窒素、二酸化炭素、アルゴン、ヘリウムのいずれか、またはこれ等の混合ガスであり、
    前記第2ガスは前記第1ガスとは異なる種類のガスであって、空気、酸素、窒素、二酸化炭素、アルゴン、ヘリウムのいずれか、またはこれ等の混合ガスである、
    ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の治療用ガス供給装置。
  6. 前記治療用ガスは水素であり、
    水を電気分解することによって前記治療用ガスを生成する治療用ガス生成部を備える、
    ことを特徴とする請求項1に記載の治療用ガス供給装置。
  7. 前記第1比率と前記第2比率が等しい、
    ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の治療用ガス供給装置。
  8. 前記混合部は、前記第1混合ガスと前記第2混合ガスを混合する前に、前記第1混合ガス及び前記第2混合ガスの前記治療用ガスの濃度を検出し、濃度異常がある場合には混合処理を一時停止する、
    ことを特徴とする請求項2に記載の治療用ガス供給装置。
  9. 第1ガスと治療効果のある治療用ガスを第1比率で混合した第1混合ガスを収蔵した第1タンクと、
    前記第1比率と一定差以内の第2比率で第2ガスと前記治療用ガスを混合した第2混合ガスを収蔵した第2タンクと、
    前記第1混合ガスと前記第2混合ガスを混合した混合ガスを生成する混合部と、
    を備える治療用ガス供給装置。
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