JP2019517894A - 熱湿交換デバイス - Google Patents

Abstract

ＨＭＥは、拡大した中枢領域（１３）及び両側に互いに対向する端壁（２４及び２５）を形成するよう、厚さがあり断熱性発泡プラスチック製の２つの部分（２６及び２７）として成形したハウジング（１０）を有する。別個の患者側端部接続部（１１）及び装置側端部接続部（１２）を端壁における開口（３７及び４７）に結合する。２つのハウジング部分（２６及び２７）は、処理済み段ボール紙のストリップを支持スリーブ（５０）の周りに巻き付けて形成したＨＭＥ素子（１４）の周囲で端部を突き合わせて結合する。【選択図】図１

Description

本発明は、入口、出口、及び入口と出口との間における横方向拡大領域を設けたハウジングを有し、拡大領域に配置されるＨＭＥ素子を備える種類のＨＭＥデバイスに関する。

患者が気管内に挿入されるチューブ、例えば、気管切開チューブ又は気管内チューブ経由で呼吸する場合、気管支へのガスフローは鼻通路によって暖められること、また湿らされることがない。ガスが何らかの方法で暖められ、また湿らされない限り、患者の咽喉に対してダメージ及び不快感を与えるおそれがある。ガスは換気回路における加湿器によって調整することができるが、最も都合よくは熱湿交換デバイス（ＨＭＥ）を使用することである。ＨＭＥｓは、吸湿性物質によって処理したペーパー又は発泡体のような１つ又はそれ以上の交換素子を備える小型軽量デバイスである。患者が呼息するとき、ガスは交換素子経由で通過し、また熱及び湿気の大部分を交換素子に与える。患者が吸息するとき、ガスは交換素子経由で反対方向に通過し、また交換素子における熱及び湿気の大部分を取り込み、したがって、患者によって吸息されたガスは暖められ、また湿気を帯びる。これらＨＭＥｓは低コストであり、また一回使用後に廃棄することができる。これらＨＭＥｓは、呼吸回路に接続する、又は患者が自発呼吸している場合、単に気管チューブの装置側端部に接続し、かつ大気に開放したままにすることができる。ＨＭＥｓは、フェイスマスクのような他の呼吸デバイスとともに使用することができる。

ＨＭＥｓは、Ｔｈｅｒｍｏｖｅｎｔ（Ｔｈｅｒｍｏｖｅｎｔはスミスズ・メディカル・インターナショナル社の登録商標）の商品名の下で英国ケント州アシュフォードのスミスズ・メディカル・インターナショナル社によって、Ｔｒａｃｈ Ｖｅｎｔ（Ｔｒａｃｈ ＶｅｎｔはハドソンＲＣＩ ＡＢ社の登録商標）の商品名の下でハドソンＲＣＩ ＡＢ社によって、ＤＡＲ社、メディサイズ（Medisize）社、インターサージカル（Intersurgical）社及び他の製造業者によって販売されている。ＨＭＥｓの例は、特許文献１〜２３（英国特許第２３９１８１６号、国際公開第０１／７２３６５号、米国特許第５５０５７６８号、スウェーデン国特許第５１６６６６号、米国特許第３８８１４８２号、独国特許第２０３０２５８０号、独国実用新案第２０１１４３５５号、国際公開第９７／０１３６６号、米国特許出願公開第２００２／０１５７６６７号、米国特許第６４２２２３５号、欧州特許第１２０８８６６号、米国特許第４９７１０５４号、欧州特許第１６９９５１５号、米国特許第５０３５２３６号、欧州特許第５３５０１６号、米国特許第５６４７３４４号、英国特許第２２６７８４０号明細書、欧州特許第８５６３２７号、欧州特許第１６９９５１５号、米国特許第７３６３９２５号、国際公開第１５／１０７３２０号、米国特許出願公開第２００８／００９９０１３号及び英国特許第１５１１４０１．０号）に記載されている。スミスズ・メディカル社によって販売されている「Ｔｈｅｒｍｏｖｅｎｔ Ｔ」は、デバイスを気管切開チューブ等に装着する接続ポートから横方向に延在する直線的管状ハウジングの両側端部に備え付けられた２つのＨＭＥ素子を有するＴ字状形態をとっている。ＨＭＥ素子の管状ハウジングは、特許文献２４（欧州特許第１８８８１５７号）に記載のように、首の身体構造上の輪郭に追従して湾曲する場合があり得る。

英国特許第２３９１８１６号明細書 国際公開第０１／７２３６５号パンフレット 米国特許第５５０５７６８号明細書 スウェーデン国特許第５１６６６６号明細書 米国特許第３８８１４８２号明細書 独国特許第２０３０２５８０号明細書 独国実用新案第２０１１４３５５号明細書 国際公開第９７／０１３６６号パンフレット 米国特許出願公開第２００２／０１５７６６７号明細書 米国特許第６４２２２３５号明細書 欧州特許第１２０８８６６号明細書 米国特許第４９７１０５４号明細書 欧州特許第１６９９５１５号明細書 米国特許第５０３５２３６号明細書 欧州特許第５３５０１６号明細書 米国特許第５６４７３４４号明細書 英国特許第２２６７８４０号明細書 欧州特許第８５６３２７号明細書 欧州特許第１６９９５１５号明細書 米国特許第７３６３９２５号明細書 国際公開第１５／１０７３２０号パンフレット 米国特許出願公開第２００８／００９９０１３号明細書 英国特許第１５１１４０１．０号明細書 欧州特許第１８８８１５７号明細書

ＨＭＥｓは極めて効率的であり得るが、ヒータ及び給水源を含む能動的加湿器として加湿する上では未だ有効ではなく、またこのことが理由で、深刻な呼吸障害を患っている患者に対してＨＭＥｓを使用しない臨床医がいる。したがって、ＨＭＥｓがより広く使用されるようＨＭＥｓの効率を向上させる必要性が依然としてある。

本発明の目的は従来に代わるＨＭＥデバイスを得るにある。

本発明によれば、先に特定した種類のＨＭＥデバイスを提供し、このＨＭＥデバイスは、少なくとも前記拡大領域における前記ハウジングの壁は、発泡プラスチック材料の厚さの大部分を含み、前記ＨＭＥ素子周りに前記ハウジングの断熱性を付与する、ことを特徴とする。

前記発泡プラスチック材料は、好適には、ほぼ０.０３Ｗ／（ｍ・Ｋ）又はそれより低い熱伝導率を有し、前記拡大領域の壁厚対外径の比はほぼ１：８である。前記入口及び前記出口は、好適には、互いに軸線方向に整列する。前記拡大領域は、好適には、円形断面の円筒形部分と、前記入口及び前記出口それぞれに対して側方に延在する両側で互いに対向する２つの端壁部分とを有する。前記円筒形部分並びに端壁部分の双方は、それらの厚さの大部分にわたり発泡プラスチック材料とすることができる。前記両側の互いに対向する端壁部分の少なくとも内面は、好適には、ＨＭＥデバイスの軸線に対する垂線に対して角度をなして延在する。前記入口及び前記出口は、前記拡大領域とは別個に形成したコンポーネントであって、前記拡大領域に取り付けたコンポーネントであり得る。前記ＨＭＥ素子は、好適には、段ボール紙のとぐろ巻きである。前記段ボール紙のとぐろ巻きは、中空の管状スリーブの周りに巻き付けることができる。前記ハウジングは、前記拡大領域における整合端面で互いに接合した２つの部分により形成することができる。前記整合端面は、前記デバイスの軸線に対する垂線に対して逆向きの角度をなして傾斜することができる。前記ＨＭＥ素子の両側の端面各々は、浅く窪んだ円錐状形状を形成することができる。

本発明によるＨＭＥの２つの実施形態を以下に例として添付図面につき説明する。

第１実施形態のＨＭＥデバイスの縦断面図である。 図１のＨＭＥを一部切除した断面斜視図である。 第２つの実施形態のＨＭＥデバイスの縦断面図である。 図３のＨＭＥを一部切除した断面斜視図である。

先ず図１及び２につき説明すると、これは、気管内チューブ又は気管切開チューブのような呼吸デバイス（図示せず）の部分における整合雄形コネクタに嵌合しうるルアー式テーパ付き内面１１′がある患者側端部接続部又は入口１１を設けた円形断面の外側ハウジング１０を有するＨＭＥデバイス１を示す。デバイス１の反対側端部における装置側端部接続部又は出口１２は患者側端部接続部１１に軸線方向に整列する。患者側端部接続部１１と装置側端部接続部１２との間において、ハウジング１０は、横方向又は半径方向に拡大した中枢領域１３を有する。ハウジング１０の中枢領域１３は、水分吸収を促進する吸湿性塩で処理した段ボール紙のストリップであって、このストリップを円形とぐろ巻きに巻き付けている形式のＨＭＥ素子１４を収納する。段ボール紙ストリップの波形はデバイスの軸線に整列し、したがって、空気は波形に沿って流動することができる。素子１４の患者側端面１５及び装置側端面１６は中枢領域１３内でハウジング１０から僅かに離間しており、これにより空気は双方の端面における全面にわたり素子を流動することができる。ＨＭＥ素子１４は、圧縮可能プラスチック材料の２つの環状リング１７及び１８によりハウジング１０内で両側サイドで支持する。

ハウジング１０の中枢領域１３は、患者側端部接続部１１及び装置側端部接続部１２とは別個に形成する。中枢領域１３の長さの大部分は、その長さに沿って円形断面かつ一定直径の円筒形部分２３によって設けられる。両側対向端部において、中枢領域１３はそれぞれに対応する端壁２４及び２５を有し、これら端壁は、ＨＭＥの軸線に対する垂線に対して浅い角度で横方向内方に延在し、これにより端壁の少なくとも内面は垂線に対して浅い角度で傾斜する。中枢領域１３は、後にＨＭＥ素子１４の周りに互いに結合する２つの部分２６及び２７として成形する。これら２つの部分２６及び２７は、それぞれＨＭＥの軸線に対する垂線に対して逆向きに約４５゜の角度で傾斜する整合端面２８及び２９で互いに結合する。２つの部分２６及び２７は、拡張したポリウレタン発泡体のような同一断熱剛性発泡プラスチック材料から成形する。この材料は０.０３Ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有する。好適には、任意な代替的断熱材料は、同様の又はより低い熱伝導率を有するものとすべきである。２つの部分２６及び２７の壁は、約１０２ｍｍの外径を有するＨＭＥに対して従来のＨＭＥｓと比べて比較的厚さがあり約１２ｍｍの厚さであり、したがって壁厚対直径の比は約１：８である。２つの部分の壁は厚さ全体にわたり発泡材料製とするのが好適であるが、内面、外面又はその双方に非発泡材による層又はスキンを設けることができる。

患者側端部接続部１１は、ナイロンのような剛性（非発泡の）プラスチック材料からほぼ円筒形形状かつ円形断面のワンピースの一体成形体である。接続部１１の患者側端部３１には内転スリーブ３２を形成し、その内面１１′はテーパを付け、呼吸チューブ等に取り付ける普通の１５ｍｍ雄形接続部（図示せず）の外側面に嵌合するための雌形接続部を生ずるようにする。接続部１１に沿う中間あたりで浅いフランジ３４が半径方向外方に突出し、中枢領域１３の患者側端壁２４の外面に衝合する。フランジ３４の装置側における接続部１１の一部は、僅かに拡大した円筒形区域３５及びテーパ付きノーズ区域３６に分割される。円筒形区域３５は、患者側端壁２４における中心開口３７内に緊密嵌合し、例えば、接着剤又は溶剤によって所定位置に結合される。ノーズ区域３６は、内側及び外側で装置側端部における減少直径までテーパを付ける。

装置側端部接続部１２は、やはり雄形テーパ付き接続部をなす形状にしたワンピースの一体成形体であり、またこのことに関して一定内径を持つ円形断面の円筒形スピゴット４２であって、スピゴットの長さに沿い接続部の装置側遊端４３に向かって直径が減少するテーパ付き外径を持つ、該スピゴット４２を有する。スピゴット４２はスピゴットの反対側の患者側端部で支持され、この患者側端部ではハウジング１０から内方に突出するテーパ付きノーズ部分４４と接合する。装置側端部接続部１２は、スピゴットの長さの約１／２に沿ってスピゴット４２の周りでノーズ部分４４から軸線方向外方突出する一体型円筒形外側スリーブ４５によって完結する。外側スリーブ４５は、浅く外方に突出するフランジ４６で終端し、また装置側端壁２５における中心開口４７内に緊密嵌合して装置側端壁２５に結合され、フランジが開口周りの壁外面に衝合する状態となる。外側スリーブ４５の内面及びスリーブから延びているスピゴット４２の外面は互いに離間して環状窪み４８を形成し、この環状窪み４８内に整合雌形接続部（図示せず）の前方部分を収容することができる。

ＨＭＥ素子１４は、中空の管状スリーブ５０の周りに環状形態となるよう巻き付けた処理済み段ボール紙のとぐろ巻きであり、管状スリーブ５０は、ＨＭＥ素子の両側端部間においてＨＭＥ素子内で軸線方向に貫通する。スリーブ５０は両側の端部５１及び５２で外方フレア付きとし、スリーブ内への拡大するテーパ付き開口を形成する。スリーブ５０は、スリーブに沿う中間部分でダックビル弁のようなバルブ５３によって塞ぎ、このバルブ５３は、吸引カテーテルをスリーブに沿って貫通させることによって開放することができる。

患者側端部接続部１１のノーズ３６及び装置側端部接続部１２のノーズ４４は、それぞれに対応するスリーブ５０のフレア付き端部５１及び５２内に短い距離だけ突入するが、各ノーズの外側面とフレア付き端部の内側面との間には空間が残り、ノーズの外側面周りにそれぞれに対応する環状ガスフロー通路５４及び５５を生ずる。これら通路５４及び５５は、接続部１１及び１２のノーズ３６及び４４の外表面と、ＨＭＥ素子１４のそれぞれに対応する端面１５及び１６と、並びに中枢領域１３の傾斜端壁２４及び２５における内表面とによって画定されるそれぞれに対応する環状キャビティ５６及び５７に開口する。

使用にあたり、患者側端部接続部１１は、気管チューブ又はフェイスマスクのような装置側端部における接続部上に対して嵌合する。患者が呼息する（息を吐く）とき、暖かく湿った空気が接続部１１から前方に流動し、またノーズ部分３６の端部から流出し、スリーブ５０の患者側端部内に流入する。それ以上の前方流動はバルブ５３によって阻止され、したがって、その代わりに環状の通路５４経由でキャビティ５６内へと後方に流動し、ここで空気はＨＭＥ素子１４の後方端面１５全体にわたり均一に分散される。この均一分散は、キャビティ５６の幅及び端壁２４の傾斜によって支援される。空気は、さらに、波形周りの空間及びとぐろ巻きの隣接巻回相互間における空間に沿ってＨＭＥ素子１４内を流動する。このことが行われるとき、空気はその熱及び湿気の大部分をＨＭＥ素子１４に放出する。この後、空気は素子１４の前方端面１６から装置側端部のキャビティ５７に抜け出て、このキャビティ５７から方向転換して環状の通路５５から後方に流動してスリーブ５０の装置側端部内に流入する。これと同一方向への更なるフローはバルブ５３によってブロックされ、したがって、空気は方向を逆転して装置側端部接続部１２のボアに沿って前方に流動する。

患者が吸息する（息を吸う）とき、又は空気が換気装置等によって逆方向に供給されるとき、空気はデバイス１における同一経路であるが、逆方向に流動する。吸息された空気は呼息された空気よりも冷たくかつ乾燥しているため、ＨＭＥ素子１４を通過するとき、先の呼息フェーズ中にＨＭＥ素子内に吸収された暖かさ及び湿気の大部分を取り込み、これにより患者に向かって流動する空気を暖め、また湿らせる。

ハウジング１０の中枢領域１３の壁を形成する発泡材料の厚さ及び断熱性は、ＨＭＥ１の内部を呼息及び吸息双方の呼吸中に従来型のＨＭＥｓよりも一層体温に近い安定した温度に維持するのを補助する。このことは、従来型のＨＭＥｓと比較してＨＭＥの効率を向上させることが分かった。この効率向上は、このＨＭＥの性能を能動的加湿器の性能により近づけ、またひいてはこのＨＭＥｓを、高いレベルの暖気及び加湿が要求されるより実現可能な代替物にする。低コスト、使用容易性、及び電源又は給水源に対するいかなる必要性もないことは、相当な利点である。ＨＭＥデバイスは一回使用後に廃棄することができ、したがって、能動的加湿器におけるような感染リスク及びクリーニングの必要性を回避することができる。

本発明の範囲内で図１及び２につき説明したＨＭＥに対する種々の変更が可能である。ＨＭＥ素子１４は、平坦端面１５及び１６を有するものとして説明したが、図３及び４に示す実施例のように素子は代案的形態を有することができる。図３及び４に示すＨＭＥ１０１は、同一ハウジング１０１を有する点で図１及び２に示すＨＭＥと類似するが、ＨＭＥ素子１１４は、両側の端面１１５及び１１６が浅く窪んだ円錐状形状であり、約１６０゜の傾斜角度をなしている点で異なる。図１及び２の実施形態でハウジング内にＨＭＥ素子を支持するのに使用される簡単な環状リングは、この第２実施形態ではホイール状支持体１１７及び１１８に置き換わっている。支持体１１７及び１１８は、それぞれに対応する端面１１５及び１１６の外端縁と、隣接の端壁１２４及び１２５との間に配置される円形の外側リム１２０をそれぞれ有する。各支持体１１７及び１１８は、さらに、それぞれに対応する接続部のノーズ部分の外側面周りに延在し、かつ８個の半径方向延在ベーン１２２によってそれぞれに対応のリムに取り付けられた中心ハブ１２１を有する。これらベーン１２２は、各支持ホイール１１７及び１１８の周りに均等に離間し、またハブ１２１からの高さにつれてその長さに沿ってテーパを付け、外側リム１２０までの相対高さにつれて相対的に小さくする。ベーン１２２の形状は、ＨＭＥ素子１１４の端面１１５及び１１６と、ハウジング１１０の対面する傾斜端壁１２４及び１２５との間におけるキャビティ１５６及び１５７の形状に合致するものとする。ベーン１２２の端縁は、ＨＭＥ素子１１４の端面１１５及び１１６、並びに対面する傾斜端壁１２４及び１２５の内側面に接触する。この形態によれば、キャビティ１５６及び１５７に増加した容積を付与し、またこのことは、ベーン１２２のチャネリング効果と相まって、ＨＭＥ素子１１４の端面１１５及び１１６にわたるガスのより均一な分散をもたらし、このことは、ＨＭＥの効率をより長い期間にわたり維持するのに役立つ。

このＨＭＥ素子は処理済み段ボール紙のとぐろ巻きで形成する必要はなく、従来型ＨＭＥ素子で使用される他の材料、例えば、発泡体又は中空ファイバとすることができる。ＨＭＥデバイス及びＨＭＥ素子は断面が円形であることは必須でなく、これはすなわち楕円形又は矩形のような他の形状とすることができるからであるものの、円形形状が最も高い効率を与えることが分かっている。上述のＨＭＥｓは両側の端部で空気フローの経路を折り返ししたが、ＨＭＥ素子をハウジングの幅全体にわたり延在させ、入口及び出口をＨＭＥ素子の端面の中心に開口させることができる。上述したＨＭＥｓは入口及び出口が軸線方向に整列するアキシャル形態をとるが、本発明の断熱ハウジングは、デバイスを気管切開チューブ等に装着する接続ポートから横方向に延在する直線的管状ハウジングの両側の端部に備え付けた２つのＨＭＥ素子を備えるＴ字状形態のような他の従来型代替形態のＨＭＥｓにも恩恵を与えることができる。

Claims (13)

1. 入口（１１）、出口（１２）、及び前記入口と前記出口との間における横方向拡大領域（１３）を設けたハウジング（１０，１１０）を有し、前記拡大領域に配置されるＨＭＥ素子（１４，１１４）を備えるＨＭＥデバイス（１，１０１）であって、少なくとも前記拡大領域における前記ハウジングの壁は、発泡プラスチック材料の厚さの大部分を含み、前記ＨＭＥ素子（１４，１１４）周りに前記ハウジング（１０，１１０）の断熱性を付与する、ことを特徴とするＨＭＥデバイス。
2. 請求項１記載のＨＭＥデバイスにおいて、前記発泡プラスチック材料は、ほぼ０.０３Ｗ／（ｍ・Ｋ）又はそれより低い熱伝導率を有する、ことを特徴とするＨＭＥデバイス。
3. 請求項１又は２記載のＨＭＥデバイスにおいて、前記拡大領域（１３）の壁厚対外径の比はほぼ１：８である、ことを特徴とするＨＭＥデバイス。
4. 請求項１〜３のうちいずれか一項記載のＨＭＥデバイスにおいて、前記入口（１１）及び前記出口（１２）は互いに軸線方向に整列する、ことを特徴とするＨＭＥデバイス。
5. 請求項１〜４のうちいずれか一項記載のＨＭＥデバイスにおいて、前記拡大領域（１３）は、円形断面の円筒形部分（２３）と、前記入口（１１）及び前記出口（１２）それぞれに対して側方に延在する両側に互いに対向する２つの端壁部分（２４及び２５、１２４及び１２５）とを有する、ことを特徴とするＨＭＥデバイス。
6. 請求項５記載のＨＭＥデバイスにおいて、前記円筒形部分（２３）並びに端壁部分（２４及び２５、１２４及び１２５）の双方は、それらの厚さの大部分にわたり発泡プラスチック材料である、ことを特徴とするＨＭＥデバイス。
7. 請求項５又は６記載のＨＭＥデバイスにおいて、前記両側の互いに対向する端壁部分（２４及び２５、１２４及び１２５）の少なくとも内面は、ＨＭＥデバイスの軸線に対する垂線に対して角度をなして延在する、ことを特徴とするＨＭＥデバイス。
8. 請求項１〜７のうちいずれか一項記載のＨＭＥデバイスにおいて、前記入口（１１）及び前記出口（１２）は、前記拡大領域（１３）とは別個に形成したコンポーネントであって、前記拡大領域に取り付けたコンポーネントである、ことを特徴とするＨＭＥデバイス。
9. 請求項１〜８のうちいずれか一項記載のＨＭＥデバイスにおいて、前記ＨＭＥ素子は、段ボール紙のとぐろ巻き（１４，１１４）である、ことを特徴とするＨＭＥデバイス。
10. 請求項９記載のＨＭＥデバイスにおいて、前記段ボール紙のとぐろ巻き（１４，１１４）は、中空の管状スリーブ（５０）の周りに巻き付けている、ことを特徴とするＨＭＥデバイス。
11. 請求項１〜１０のうちいずれか一項記載のＨＭＥデバイスにおいて、前記ハウジング（１０，１１０）は、前記拡大領域（１３）における整合端面（２８及び２９）で互いに接合した２つの部分（２６及び２７）により形成する、ことを特徴とするＨＭＥデバイス。
12. 請求項１１記載のＨＭＥデバイスにおいて、前記整合端面（２８及び２９）は、前記デバイスの軸線に対する垂線に対して逆向きの角度をなして傾斜する、ことを特徴とするＨＭＥデバイス。
13. 請求項１〜１２のうちいずれか一項記載のＨＭＥデバイスにおいて、前記ＨＭＥ素子（１１４）の両側の端面（１１５及び１１６）各々は、浅く窪んだ円錐状形状を形成する、ことを特徴とするＨＭＥデバイス。
    

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