JP2018102937A - 加湿システム - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2012年3月30日出願の米国仮特許出願第61/618,573号明細書、および2013年3月14日出願の同第61/785,644号明細書の優先権を主張し、それら各々が、参照することにより本書に援用される。
図1を参照して説明すると、加湿システム100の例示的な実施形態が示されている。
加湿システム100は任意の好適な構成を有し得る。いくつかの例として、一部の適用例では、加湿システム100は、呼吸治療、陽圧装置、非侵襲的換気療法、および腹腔鏡検査を含むがこれに限定されない外科的処置と共に使用できる。望ましくは、加湿システム100は、湿気または水蒸気をガスの供給源に供給するように適合され得る。一部の構成例では、加湿システム100は、パスオーバー(passover)型加湿器、ブローバイ(blow−by)型加湿器、バブルスルー(bubble through)型加湿器(例えば、Wolfe bottle、AquinOx)、ディフューザーベースの加湿器、噴霧器などを含み得る。一部の構成例では、加湿システム100は、所望の実装例に依存して、加熱されてもまたは加熱されなくてもよい。一部の構成例では、加湿システム100にフロー源を統合できる。
図1を参照して説明すると、図示の加湿システムは、加熱されたパスオーバー型加湿器を含み得る。加湿器は、2012年3月15日出願の米国仮特許出願第61/611331号明細書(この全体が、参照することにより本書に援用される)に記載されているように構成できる。図示の加湿システムは加湿器102を含む。図2にも示すように、加湿器102は加湿チャンバ104を収容する。一部の構成例では、加湿器102は、加湿チャンバ104を収容するハウジング103を含む。一部の構成例では、ハウジング103は、加湿チャンバ104を越えて上方に延在し得る。一部の構成例では、ハウジング103は、加湿チャンバ104の少なくとも一部分の上部を覆うように延在し得る。一部の構成例では、ハウジング103は、加湿チャンバ104全体を覆い得る。一部の構成例では、ハウジング103は、完全にまたは実質的に完全に加湿チャンバ104を覆い隠す。
加湿チャンバ104は、ある量の液体、例えば水を含むように構成できる。図2に示す例示的な加湿チャンバは、少なくとも1つの側壁117および少なくとも1つの上壁119を含み得る。
そのような構成では、好ましくは、透明部分130は窓または他の構造を画成して、液体レベルを示し得る。
一部の構成例では、液体源は、水道水や配水本管からの水(mains water)を含み得る。そのような実施形態では、液体源とチャンバ104との間に水フィルタが含まれ、鉱物、汚染物質などがチャンバ104に持ち込まれて、システム100の構成要素の性能に損傷を与えるまたは妨害する可能性を低下させ得る。
一部の構成例では、面121は壁面とし得る。一部の構成例では、面121は、非底面とし得る。一部の構成例では、面121は底面とし得る。一部の構成例では、面121は、例えば、限定するものではないが、底面の少なくとも一部分および側面に広がり得る。加湿チャンバ104が加湿器102に設置されるとき、加湿チャンバ104は加湿器102に取り外し可能に取り付け可能であるため、チャンバ104の熱伝導面(例えば底面121)は、加熱板108の上面に接触する。使用時、面121の熱伝導性材料は、加熱板108からチャンバ104の内容物に熱を伝える。
回路アセンブリ123はポート118に接続され得る。任意の好適な回路アセンブリ123を使用し得る。一部の実施形態では、回路アセンブリ123は吸息導管120を含み、この吸息導管120は、チャンバ104の出口ポート118bに結合され、かつそれと流体連通し得る。人工呼吸器などの加圧ガス源125と共に使用されるものなどの一部の実施形態では、呼息導管122が、ガス源125に結合され、かつそれと流体連通し得る。チャンバ104の出口ポート118bに対向する吸息導管120の端部と、ガス源125に対向する呼息導管122の端部とは、Yピース124によって互いに接続することができ、このYピースは、カテーテルマウントなどの患者供給導管126に結合し得る。Yピース124に対向する患者供給導管126の端部はインターフェース128に結合でき、これにより、患者が、吸息導管120および患者供給導管126を経由して加湿チャンバ104からのガスを吸入し、かつ患者供給導管126および呼息導管122を経由してガスを呼気することができるようにする。インターフェースは、任意の好適なものを使用し得る。例えば、限定するものではないが、インターフェース128は、鼻カニューレ、マスク、気管内チューブ、気管チューブ、または任意の他の好適なインターフェースとし得る。一部の実施形態では、呼息導管122およびYピース124を省略し、および吸息導管120をインターフェース128に接続できる。
単一チューブ導管
一部の実施形態では、回路アセンブリ123の構成要素の1つ以上を、例えば、それらの長さに沿って長手方向にまたはらせん状に設けられたヒーター線138によって加熱できる。ヒーター線138は、回路アセンブリ123を通過するガスを所望の温度および/または湿度に維持するのを助け、かつレインアウト(rain out)の可能性を低下させるまたはなくすのを助け得る。ヒーター線138は、加湿器102によって電力供給できる。そのような実施形態では、吸息導管120および呼息導管122は、それぞれ、導管のYピース124の端部における電気的接続を必要とし、そのために、製造コストが増大し、かつシステム100に故障の原因が加わることなり得る。あるいは、一部の実施形態では、図3A〜3Cに示すように、吸息導管120および呼息導管122は、最初は一体形に形成される。次いで、複合導管を、ヒーター線138が切断されないように構成部分(すなわち、吸息導管120および呼息導管122)に切り分け得る。それゆえ、単一のヒーター線138が、吸息導管120および呼息導管122の双方の全長に沿って途切れずに延びる。その後、吸息導管120および呼息導管122の切断端部にYピース124のアームを挿入して、接着剤、締り嵌め、または任意の他の適切な構成要素またはアセンブリを用いて適所に保持し得る。一部の実施形態では、吸息導管120と呼息導管122とを接続するピボット点121を、製造プロセスの最中に一時的に、または永久的に強化して、複合導管が切断される危険性を低下させ得る。
一部の実施形態では、例えば図4Aおよび図4Bに示すように、吸息導管120、呼息導管122、患者導管126、および/または乾燥導管132の1つ以上を、同軸導管160とし得る。同軸導管160は、外側導管162および内側導管164を含むことができ、それらの間には中間空間166が存在する。流体、例えば絶縁性流動体が中間空間166を循環し得る。使用時、患者によって吸入されたおよび/または呼気されたガスは、内側導管164内をおよび/または中間空間166を移動できる。
伝統的な加湿システムでは、回路アセンブリ123の様々な導管が、曲げやすいすなわち可撓性の構造を有し、それにより、必要に応じて、導管を自由に位置決めし、かつ曲げることができるようにする。しかしながら、この可撓性構造は、加圧時の回路アセンブリ123におけるコンプライアンスを大きくし得る。呼吸回路設計(例えば導管設計)との関連では、「コンプライアンス」は、体積変化対圧力変化の比率であると定義され、および「スティフネス」または「剛性」に類似している。
本明細書で説明するように、システム100の特定の構成要素内、例えば、回路アセンブリ123内のガスの湿度を測定して、湿度が、患者の治療に最適であると予測される範囲またはその目標範囲内にあることを保証することが有益であることが多い。測定された湿度レベルおよびその分析に基づいて、プロセッサー112は、システム100のパラメータを調整して、目標送達湿度、例えば、温度37℃において100%の相対湿度を達成する。例えば、プロセッサー112は、加熱板108および/または1本または複数本のヒーター線138の温度を調整し得る。
これは、独立型の湿度センサーを必要とすることなく、流量、温度、および電力損に基づいて湿度を計算できるようにする。そのためには、導管180はまた、温度センサー184および流れセンサー186を含み得る。温度センサー184は、ホットビード182の上流に配置されて、温度を測定する前にホットビード182によりガスを加熱することを回避するまたは最小限にするのを助け得る。一部の実施形態では、温度センサー184とホットビード182とを分離するのは小さな空間にすぎない。なぜなら、空間が大きすぎると、ホットビード182に到達する前にガスの温度を変化させてしまい得るためである;例えば、ガスは、導管180の長さが長すぎる場合には、長さ部分に沿って顕著に冷えることがある。同時に、温度センサー184とホットビード182との間の空間が小さすぎる場合、ホットビード182は、温度センサー184における温度測定値をつり上げる。温度センサー184とホットビード182との間の間隔に対して適切な距離は、少なくとも一部にはホットビード182の熱出力およびガスの温度プロフィールに依存して、当業者が決定できる。流れセンサー186は、ホットビード182の近くに配置されて、ホットビード182を通過するガスの流れを正確に測定し得る。一部の実施形態では、ホットビード182はチャンバ出口に配置され得る。流れセンサー186はチャンバ入口に配置され得る。
その後、決定された湿度を使用して、システム100の1つ以上の他の構成要素、例えば、加熱板108の温度を制御し得る。一部の実施形態では、ホットビード182、温度センサー184、および流れセンサー186は、回路アセンブリ123以外のシステム100の構成要素に配置され、システム100の他の箇所の湿度を決定できるようにし得る。
さらに、一部の実施形態では、湿度センサーは、ホットビード182、温度センサー184、または流れセンサー186に代わって、電力損、温度、または流れを決定できるようにし得る。これは、電力、温度、または流れセンサーが利用できないとき、またはそれらをシステム100に含ませることができないときに、有用とし得る。
一部の環境では、加湿システム100を最適に機能させることは、さらに難しいとし得る。場合によっては、回路アセンブリ123の複数の部分が、2つ以上の異なる温度環境にあることがあり、および温度差によって、加湿ガスを、回路アセンブリ123の低温セクション内でおよび/または高温セクションが低温セクションに接する境界セクションにおいて、凝縮させ得る。これらの状況では、ならびに回路アセンブリ123全体が概して実質的に同じ環境にある、より典型的な状況では、回路アセンブリ123に沿った様々な点で、回路アセンブリ123の温度および回路アセンブリ123の周囲の気温を監視することを有益とし得る。図7Aに示すように、1つ以上の温度センサー340を、導管の外表面の周りに配置し得る。図7Bに示すように、温度センサー340は、導管の長さまたはその一部分に沿って実質的に一直線に配置され得る。他の配置も可能である。一部の実施形態では、センサー340の1つ以上を、導管からセンサー340を分離させる離間部片342を介して導管に結合できる。場合によっては、これにより、好都合にも、気温をより正確に測定し得る。
ガスを通って移動する音の速度は、温度に依存して変化するため、波が波発生器348と波受信器350との間を移動するのに費やす時間に基づいて温度を計算することが可能である。さらに、チューブの温度に依存して(すなわち、ガスの温度を厳密に反映して)、コルゲーションはそれらの分離距離を変化させる傾向を有するため、測定されたコルゲーション分離を参照コルゲーション分離と比較することによって、ガスの温度を計算することが可能である。これらの方法の任意の組み合わせを使用できることに留意されたい。
一般に、加湿システム、例えば本明細書で説明するシステム100は、体温が正常範囲内(例えば約35℃〜約39℃)の患者に使用するように適合されている。しかしながら、場合によっては、そのようなシステム100を、低体温または高体温の患者に対して、またはそうでなければ患者の核心温度すなわち深部体温および/または皮膚温を変化させることが望ましい場合に使用する必要があるまたはそれが望まれることがある。それゆえ、一部の実施形態では、システム100は、例えば患者の皮膚など、患者に、患者に隣接して、または患者の付近に配置された温度センサーを含み、患者の皮膚温および/または核心温度を測定し得る。
使用時、様々なセンサーからのデータをプロセッサー112に提供でき、プロセッサーは、センサーのデータを使用して、加熱板108の温度を変化させることにより、所望の通りにまたは必要に応じて、システム100を流れるガスの温度および/または湿度を調整できる。システム100は、1つ以上の構成要素の過熱などの危険な状況を阻止するために、様々な安全機構および/またはプロセスを含み得るが、使用者、患者、および/または電子機器、フィードバックシステムなどが、システム100内の空気の温度、湿度、および/または他の条件を監視し得る。一部の実施形態では、加湿器102はディスプレイ152を含み得る。プロセッサー112は、ディスプレイが1つ以上のセンサーの位置におけるガスの温度や湿度を示すように、構成できる。しかしながら、加湿器102にディスプレイを含めることによって、システム100はり嵩張り、壊れやすくなり、および/または高価になり得る。
様々な設計特性を使用して回路アセンブリ123内の温度を制御するのを助け、凝縮物を減らすことができるが、凝縮物は、いくつかの状況では避けられない可能性がある。凝縮物が、回路アセンブリ123の物理的に低い箇所の領域に蓄積し、患者に流れるおよび/または回路アセンブリ123を塞ぐ危険性がある。一部の実施形態では、システム100は、回路アセンブリ123に沿って1つ以上の点に接続された導管を有するポンプを含み得る。ポンプは、システム100の一体部分とし得る。使用時、ポンプは、回路アセンブリ123の導管から凝縮物を除去するのを助ける。一実施形態では、ポンプは、インターフェース128に近接して患者導管126に接続されて、凝縮物が患者に到達する前に、患者導管126から凝縮物を除去し得る。一部の実施形態では、ポンプは、回路アセンブリ123内の物理的に低い点に接続されて、そこに蓄積し得る凝縮物の除去を助け得る。ポンプは、加湿チャンバ104または別個の溜め部に接続されて、そこに、収集された凝縮物を堆積させ得る。
可変チャンバ圧縮性体積
加湿チャンバ104は、一般的に、図8に示すように、空洞230を取り囲む外壁を含む。チャンバ104の壁は、一般に剛性であり、空洞230の総体積を固定する。空洞230は、ある量の液体232、多くの場合水を入れるように構成されている。チャンバ104は、液体導管116をチャンバ104に接続するためのチャンバ入口248を含み得る。あるいは、液体導管116は、チャンバ入口248および/またはチャンバ104に一体的に形成され得るか、または永久的に結合され得る。液体導管116は、液体源246からチャンバ104へ液体、例えば水を運ぶ。使用時、液体232は、空洞230に液体蒸気を生成するために加熱される。空洞230の総体積は固定され、かつ水は非圧縮性流体であるため、空洞230の圧縮性体積は、水の体積が一定であるとき、概して一定である。
一部の実施形態では、加湿チャンバ104は安全機能を含んで、空洞230内の液体232のレベルが特定のレベルを超えないようにするのを助け得る。そのような安全機能の例示的な実施形態は、図8に示すようなフロートシステムである。チャンバ104は、第1のフロート250、および、任意選択的に第2のフロート252を含み得る。第1のフロート250および任意選択的な第2のフロート252は、垂直に延在するピストン254に結合される。ピストン254は、チャンバ入口248とほぼ整列するような向きにされる。ピストン254は、ピストン254の上端部にまたはその付近に第1のブロック256、および第1のブロック256の下方のピストン254の上端部付近に、任意選択的な第2のブロック258を含む。
他のサイズおよび構成も可能である。
図1に示す加湿チャンバ104の実施形態は、比較的単純な構造であり、製造コストの削減を可能にし得る。しかしながら、場合によっては、図9に示すようなチャンバ304の代替的な実施形態を使用することを有益とし得る。チャンバ304は、チャンバ304の底部付近に配置され得る加熱板308を含む。加熱板308は、加熱されるのに好適な任意の材料、例えば、アルミニウム、銅、または本明細書で説明するような好適なプラスチックで作製し得る。
図10は、加湿器102の例示的な実施形態の様々な内部構成要素を示す。一部の実施形態では、加湿器102は、プロセッサー112に動作可能に接続された1つ以上のセンサーを含む。それに加えてまたはその代わりに、システム100は、システムのどこか他の箇所に配置されているがプロセッサー112に動作可能に接続された1つ以上のセンサーを含み得る。いくつかのそのようなセンサーを本明細書で説明する。一部の実施形態では、センサーのいずれかまたは全てが、プロセッサー112に加えてまたはその代わりに、加湿器102から離れた場所にあるプロセッサーに動作可能に接続され得る。一部の実施形態では、プロセッサー112および/リモートプロセッサーは、いくつもの異なるセンサーからデータを受信し、その後、データをコンパイルして処理し、特定のエラー状態に適合するかどうかを決定する。例えば、プロセッサーは、複数の個別のセンサーからのデータに基づいて特定のエラー状態に適合するかどうか決定するために、ニューラルネットワークを実装し得る。
一部の実施形態では、加湿器102は、加湿器の傾き状態を感知するように設計された傾きセンサー322を含み得る。傾きセンサー322は加速度計を含み得る。傾きセンサー322は、連続的にまたは実質的に連続的にデータを収集し得るか、または加湿器の状態を定期的にポーリングし得る。傾き状態は、とりわけ、システム100が装着されているブラケットのたるみまたは不良、システムが配置される表面のでこぼこ、または誤った向き(例えば、落下した結果)などのいくつもの状況から生じ得る。
使用時、加湿システム100は、概して、メモリ114に格納されたプログラムまたはアルゴリズムによって一般に動作するプロセッサー112によって制御できる。加湿器102は、長期使用を意図していることが多い一方、システムの他の構成要素、例えば、加湿チャンバ104、回路アセンブリ123などは使い捨てであり、患者毎におよび/または一人の患者でも周期的に交換し得る。加湿器102の寿命、およびこの分野における進歩に基づいて、メモリ114に格納されたプログラムやアルゴリズムは、時間が経つにつれて時代遅れになる可能性がある。従来の方法でメモリ114を更新することは、ある期間、加湿器を使用不能にすることを必要とし得る。
一部の実施形態では、メモリ260は、単に、入手可能なソフトウェアの最新バージョンに関する情報を含み得る。メモリ260とメモリ114のバージョン情報の比較が、メモリ114が時代遅れであることを示す場合、プロセッサー112は使用者に通知し得る。
使用者は、所望の場合にメモリ114を更新するための適切な手段を講じ得る。これは、導管毎に更新済みのソフトウェア自体を含める費用をかけることなく、時代遅れのソフトウェアの通知をできるようにし得る。一部の実施形態では、更新済みのソフトウェアは、いくつもの別個のモジュールにセグメント化され、その各々が、異なる回路アセンブリ123に含まれ得る。使用時、プロセッサー112は、複数の回路アセンブリ123のアタッチメントから時間をかけてモジュールを収集する。全てのモジュールが収集されたら、更新済みのソフトウェアをコンパイルでき、および上記のプロセスを行うことができる。
一部の実施形態では、加湿器はディスプレイ152を含む。一部の実施形態では、ディスプレイ152は、OLEDグラフ表示である。一部の実施形態では、ディスプレイ152は、Eインク(電気泳動インク)表示である。Eインク表示は、好都合にも、ステータスを変更するために電力を必要とするにすぎないため、ディスプレイ152は、電源が切られていても情報を表示できる。例えば、ディスプレイ152は、電力が検出されるまで「電源につないでください」と表示し得る。患者を生かしておくために必要とし得る人工呼吸器の設定に介護士が時間と努力を集中しているために、加湿器は、忙しいICUおよび他の病院では忘れられることがあるため、そのようなディスプレイは、好都合にも、介護士に加湿器を設定するように気づかせるのを助け得る。
Claims (16)
- ある量の液体を保持するように構成された加湿チャンバであって、
側壁;
前記側壁に接続された上壁;および
前記上壁および前記側壁の少なくとも一方を通って延在する入口および出口であって、前記加湿チャンバ内で前記入口と前記出口との間にガス流路が画成される、入口および出口
を含み、
前記側壁および前記上壁の少なくとも一方の少なくとも第1の部分が、前記側壁および前記上壁の少なくとも一方の第2の部分と比較して、前記ガス流路にあるガスの熱損失を増やすことができるように構成されて、前記ガス流路にある前記ガスの熱損失が前記ガスの温度を低下させ得る、加湿チャンバ
を含む加湿装置。 - 熱損失を増やすことができるように構成された前記第1の部分が、前記側壁および前記上壁の前記少なくとも一方の前記第2の部分よりも熱伝導率が高い材料を含む、請求項0に記載の加湿装置。
- 熱損失を増やすことができるように構成された前記第1の部分が、使用時に通常の運転水位を上回るように構成された前記側壁および前記上壁の前記少なくとも一方の領域に位置決めされている、請求項0または2に記載の加湿装置。
- さらに、加熱板を含む加湿器を含み、前記加湿器が、前記加湿チャンバを収容して、前記チャンバの底面が少なくとも部分的に前記加熱板に接触するように構成されており、前記加熱板は、振動して、前記加湿チャンバ内の前記ある量の液体を攪乱し、前記流路中に前記液体に隣接するガスの境界層の形成を阻止するように構成されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の加湿装置。
- さらに、前記加湿チャンバと流体連通するポンプを含み、前記ポンプは、前記チャンバから液体を除去して前記加湿チャンバの圧縮性体積を変更させて、所与の加湿チャンバを、一回換気量または頻度が異なる呼吸療法を必要とする患者に適合させることができるように、構成されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の加湿装置。
- さらに、
外側チューブと、前記外側チューブ内に配置された内側チューブと
を含む導管を含み、
前記内側チューブ内、または前記外側チューブと前記内側チューブとの間のいずれかにガス流路が画成され、前記内側チューブが前記導管の有効体積を低減させ、前記導管のコンプライアンスを低下させる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の加湿装置。 - 前記ガス流路が前記内側チューブ内に画成され、および前記外側チューブと前記内側チューブとの間の空間が、少なくとも部分的に流体で満たされて、前記導管のコンプライアンスを低下させる、請求項6に記載の加湿装置。
- さらに、前記液体を紫外線光に曝すように構成された紫外線光源を含み、汚染の可能性を低下させる、請求項0〜7のいずれか一項に記載の加湿装置。
- 前記紫外線光源が、前記加湿チャンバ内に位置決めされたスリーブ内に含まれている、請求項8に記載の加湿装置。
- 前記紫外線光源が、前記液体を前記加湿チャンバに供給するように構成された液溜め内に位置決めされている、請求項8に記載の加湿装置。
- さらに、前記装置の表面上に印刷された導体材料のパターンを含む少なくとも1つの水位センサーを含む、請求項1〜10のいずれか一項に記載の加湿装置。
- さらに、前記加湿装置の少なくとも1つの構成要素の少なくとも一部に結合されるかまたはそれを形成する少なくとも1つの変色指示体を含み、前記指示体は、前記構成要素を流れるガスの温度および/または湿度の変化に応答して色を変えるように構成されている、請求項1〜11のいずれか一項に記載の加湿装置。
- 前記少なくとも1つの変色指示体が、前記加湿装置の前記構成要素上を覆っている、請求項12に記載の加湿装置。
- 前記少なくとも1つの変色指示体は、前記構成要素の一部分に置き換わる、請求項12に記載の加湿装置。
- さらに、前記少なくとも1つの変色指示体を監視するように位置決めされたカメラを含む、請求項12〜14のいずれか一項に記載の加湿装置。
- 前記カメラが、前記構成要素を流れるガスの湿度、流量、温度、圧力、および/またはガス含有量の1つ以上を監視するように構成されている、請求項15に記載の加湿装置。
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