JP2024503502A - 外科用ガス送達システムのためのガス密封マニホールド組立品 - Google Patents

Abstract

外科用ガス送達システムのためのマニホールド組立品が開示されており、マニホールド組立品は、コンプレッサの出口側からガスを受け入れるための入口ポート及びコンプレッサの入口側にガスを再循環するための出口ポートを含む、マニホールド本体と、マニホールド本体の入口ポート及び出口ポートと連通する、バイパス弁と、大気からの空気の侵入を動的に制御するための空気換気弁と、ガス送達システムが煙排出モードで動作しているときにマニホールド組立品からのガスの退出を動的に制御するための煙排出弁と、外科用ガス源からのガスの受け入れを動的に制御するためのガス充填と、を含む。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年１月２２日に出願された米国特許出願第１７／１５５，４７８号の一部継続である２０２１年６月７日に出願された米国特許出願第１７／３４０，５１９号、及び２０２１年１月２２日に出願された米国特許出願第１７／１５５，５７２号の一部継続に対する優先権を主張するものであり、その開示は参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。

１．技術分野
本発明は、低侵襲手術、より具体的には、内視鏡又は腹腔鏡外科処置中のガス密封送気及び再循環に使用される外科用ガス送達システムのガス密封マニホールド組立品を対象とする。

２．関連技術の説明
腹腔鏡下又は「低侵襲性」外科的手術技術は、胆嚢摘出、虫垂切除術、ヘルニア修復及び腎摘出などの手術の実施において普及している。そのような処置の利点には、患者への外傷の減少、感染の機会の低減、及び回復時間の短縮が含まれる。腹（腹膜）腔内のこのような手術は、典型的には、トロカール又はカニューレとして知られる装置を通して実施され、これは腹腔鏡器具の患者の腹腔内への導入を促進する。

加えて、このような処置は、一般に、二酸化炭素などの加圧流体で腹腔の充填又は腹腔に「送気」して、気腹と称される手術空間を作り出すことを含む。送気は、送気用流体を送達するように装備されたトロカールなどの手術用アクセス装置、又は送気用（ベレス）ニードルなどの別個の送気用装置によって、実施され得る。気腹を維持するために、送気ガスの実質的な損失なしに、外科手術器具の気腹への導入が望ましい。

典型的な腹腔鏡下処置中に、外科医は、通常各々約１２ミリメートル以下の３、４個所の小さな切開を行い、これは通常、手術用アクセス装置自体を用いて、しばしばその中に配置された別個の挿入器又は閉塞具を使用して行われる。挿入後、閉塞具が取り外され、トロカールは腹腔内に挿入される器具に対するアクセスを可能にする。典型的なトロカールは、外科医が作業する開放内部空間を持つように、腹腔に送気する経路を提供する。

トロカールは、トロカールと使用されている外科手術器具の間の密封によって空洞内の圧力を維持する方式を提供しつつも、なお外科手術器具の少なくとも最小量の移動の自由を可能にしなければならない。このような器具には、例えば、はさみ、把持器具及び閉塞具、焼灼ユニット、カメラ、光源及びその他の外科手術器具が含まれ得る。密封要素又は機構は通常、腹腔からの送気ガスの漏れを防ぐためにトロカールに提供される。これらの密封機構は多くの場合、トロカールを通過する外科手術器具の外側表面の周りに密封するために、比較的柔軟な材料で作られたダックビル型弁を含む。

ＣｏｎＭｅｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの完全子会社であるＳｕｒｇｉＱｕｅｓｔ，Ｉｎｃ．は、例えば米国特許第７，８５４，７２４号及び米国特許第８，７９５，２２３号に記載されるように、従来の機械的弁シールを必要とせずに、送気された外科手術腔にすぐにアクセスすることを可能にする、独自のガス密封手術用アクセス装置を開発した。これらの装置は、内側管状体部分及び同軸外側管状体部分を含むいくつかのネストされた構成要素から構築される。内側管状体部分は、従来の腹腔鏡又は内視鏡外科手術器具を患者の外科手術腔に導入するための中央ルーメンを画定し、外側管状体部分は、患者の外科手術腔に送気ガスを送達し、腹圧の定期的な感知を促進するための内側管状体部分を囲む環状ルーメンを画定する。

ＳｕｒｇｉＱｕｅｓｔ社はまた、上述の独自のガス密封アクセス装置と併用するためのマルチモード外科用ガス送達システムも開発した。例えば、米国特許第９，１９９，０４７号及び米国特許第９，３７５，５３９号に開示されているこれらのガス送達システムは、体腔へのガス密封アクセスを提供する第１の動作モード、体腔からの煙排出を実施するための第２の動作モード、及び体腔に送気ガスを提供する第３の動作モードを有する。

先行技術であるＳｕｒｇｉＱｕｅｓｔ社のガス送達システムでは、体腔への送気ガスの送達又は流出は、ガス流量を動的に制御する能力に関して特定の制限を有する電磁弁によって制御される。例えば、６ｍｍの開口部を有する電磁弁は、ゼロ及び差圧の関数としての６ｍｍの開口部流という２つの流れ状態を有する。しかしながら、６ｍｍの開口部の比例弁は、無限数の中間流れ設定、又は同等の開口部直径を有する。

流れは開口部直径の二乗の関数であるため、比例弁の追加的な中間弁の位置は、単純な直線関係を超えた微細な制御、並びにより低い圧力で安定した流量を達成し、圧力振動を低減し、空気ハンマーを除去する能力を提供する。更に、弁開口部の最初の１０％、又は有効開口部直径０．６ｍｍは、全開流量の１パーセント（１０％^２）を調節するが、これは小児用途に好都合であり得る。

本発明は、外科用ガス送達システムのための新しく有用なマニホールド組立品を対象としており、マニホールド組立品は、コンプレッサの出口側からガスを受け入れるための入口ポート及びコンプレッサの入口側にガスを再循環するための出口ポートを含む、マニホールド本体と、マニホールド本体の入口ポート及び出口ポートと連通する、バイパス弁であって、バイパス弁が、バイパス弁を通るガスの流れを動的に制御するための電気機械弁アクチュエータを含む、バイパス弁と、を含む。

マニホールド組立品は、バイパス弁の上流にある、コンプレッサの入口側と動作可能に関連付けられている空気換気弁を更に含む。空気換気弁は、大気からの空気の侵入を動的に制御するための電気機械弁アクチュエータを含む。煙排出弁は、バイパス弁の上流にある、コンプレッサの出口側と動作可能に関連付けられている。煙排出弁は、ガス送達システムが煙排出モードで動作しているときにマニホールド組立品からのガスの退出を動的に制御するための電気機械弁アクチュエータを含む。

ガス充填弁は、バイパス弁の上流にある、コンプレッサの出口側と動作可能に関連付けられている。ガス充填弁は、外科用ガス源からのガスの受け入れを動的に制御するための電気機械弁アクチュエータを含む。マニホールド組立品は、マニホールド組立品からのガスの放出を制御するための、バイパス弁の下流にある、コンプレッサの出口側と動作可能に関連付けられている、過圧逃し弁を更に含む。好ましくは、過圧逃し弁は、電磁弁である。

マニホールド本体は、ガスをガス密封アクセスポートに送達するための送達ポートと、ガス密封アクセスポートからガスを受け入れるための受け入れポートと、を含む。加えて、マニホールド本体は、マニホールド組立品を通って再循環するガス中のＣＯ_２のレベルを監視するための、バイパス弁の下流にある、コンプレッサの出口側と動作可能に関連付けられたガス品質センサを含む。マニホールド本体はまた、バイパス弁の下流にある、コンプレッサの入口側と動作可能に関連付けられた第１の圧力センサと、バイパス弁の下流にある、コンプレッサの出口側と動作可能に関連付けられた第２の圧力センサと、を含む。

本発明の一実施形態では、各電気機械弁アクチュエータは、それぞれのラックアンドピニオン式機構を含む電動式リニアアクチュエータである。各ラックアンドピニオン式機構は、水平作動シャフト、水平作動シャフトと動作可能に関連付けられた水平駆動ラックギア、水平駆動ラックによって駆動される回転駆動ピニオンギア、及び駆動されるピニオンギアによって駆動され、ばね式垂直弁ステムと動作可能に関連付けられた垂直被駆動ラックギアを含む。好ましくは、各水平駆動ラックギアは、第１の水平軸に沿って並進するように取り付けられ、各回転被駆動ピニオンギアは、第１の水平軸に垂直に延在する第２の水平軸を中心に回転するように取り付けられている。

本発明の別の実施形態では、各電気機械弁アクチュエータは、ばね式垂直弁ステムと動作可能に関連付けられた減速ギア組立品を含む電動式回転アクチュエータである。本発明の更に別の実施形態では、各電気機械弁アクチュエータは、ばね式垂直弁ステムと動作可能に関連付けられた軸方向駆動ねじを含む電動式回転アクチュエータである。

本発明のマニホールド組立品のこれら及びその他の特徴は、以下の図面の簡単な説明と併せてなされた好ましい実施形態の詳細な説明から、本発明に関連する当業者にはより容易に明らかになる。

当業者は、必要以上の実験なしに、本発明のガス送達システム及び方法を製造及び使用する方法を容易に理解するであろうゆえに、その好適な実施形態を、図面を参照しながら以下に詳細に説明する。

図１は、ガス密封アクセスポートと連通するためのガス密封マニホールド、及びガス密封アクセスポート及び弁密封アクセスポートと連通するための送気マニホールドを含む、本発明のマルチモードガス送達システムの概略図である。 図２は、複数の電動式リニア弁アクチュエータを含む、図１に示すガス送達システムで使用するためのガス密封マニホールド組立品の斜視図である。 図３は、図２に示すガス密封マニホールド組立品の右側図である。 図４は、図２に示すガス密封マニホールド組立品の左側図である。 図５は、図２に示すガス密封マニホールド組立品の正面図である。 図６は、図２に示すガス密封マニホールド組立品の背面図である。 図７は、図３の線７－７に沿って切り取られた断面図である。 図８は、図３の線８－８に沿って切り取られた断面図である。 図９は、図５の線９－９に沿って切り取られた断面図である。 図１０は、図５の線１０－１０に沿って切り取られた断面図である。 図１１は、複数の電動式回転弁アクチュエータを含む、図１のガス送達システムで使用するための別のガス密封マニホールド組立品の斜視図である。 図１２～図１４は、ステッパーモーター及び軸方向駆動ねじを含む、図１１に示す例示的な電動式回転弁アクチュエータの関連図であり、図１２は、回転アクチュエータの立面図である。 図１２～図１４は、ステッパーモーター及び軸方向駆動ねじを含む、図１１に示す例示的な電動式回転弁アクチュエータの関連図であり、図１３は、図１２の線１３－１３に沿った回転アクチュエータの断面図である。 図１２～図１４は、ステッパーモーター及び軸方向駆動ねじを含む、図１１に示す例示的な電動式回転弁アクチュエータの関連図であり、図１４は、回転アクチュエータの斜視図である。 図１５～図１７は、ステッパーモーター及び減速ギア組立品を含む別の電動式回転弁アクチュエータの関連図であり、図１５は、回転アクチュエータの立面図である。 図１５～図１７は、ステッパーモーター及び減速ギア組立品を含む別の電動式回転弁アクチュエータの関連図であり、図１６は、図１５の線１６－１６に沿った回転アクチュエータの断面図である。図１７は、回転アクチュエータの斜視図である。 図１５～図１７は、ステッパーモーター及び減速ギア組立品を含む別の電動式回転弁アクチュエータの関連図であり、図１７は、回転アクチュエータの斜視図である。

ここで、同様の参照番号が本発明の類似の構造要素及び特徴を識別する図面を参照すると、内視鏡外科処置中又は腹腔鏡外科処置中にガス密封送気、再循環及び煙排出のために適合及び構成されている、新しく有用なマルチモード外科用ガス送達システム１０が図１に図示されている。本発明のマルチモード外科用ガス送達システム１０は、ガス密封アクセスポート２０と連通するためのガス密封マニホールド１１０、及びガス密封アクセスポート２０及び弁密封アクセスポート３０と連通するための送気マニホールド２１０を含む。

ガス密封アクセスポート２０は、同一出願人による米国特許第８，７９５，２２３号に開示されているタイプのものであり、これは参照により本明細書に組み込まれる。ガス密封アクセスポート２０は、体腔内で安定した圧力（例えば、腹膜腔又は腹腔内の安定した気腹）を維持しながら、体腔へのアクセスをガス密封器具に提供するように適合及び構成される。対照的に、弁密封アクセスポート３０は、例えば、ダックビル型シール、セプタムシールなどの機械的弁シールを介して体腔へのアクセスを提供するための従来的又は標準的なトロカールである。特定の外科処置の要件に左右されるが、マルチモードガス送達システム１０は、ガス密封アクセスポート２０、弁密封アクセスポート３０、又は両方のアクセスポート２０、３０のいずれかと同時に利用することができる。

ガス送達システム１０は、ガス密封マニホールド１１０によってガス密封アクセスポート２０を通して外科用ガスを再循環するためのコンプレッサ又は陽圧ポンプ４０を更に含む。コンプレッサ４０は、好ましくは、例えば、参照により本明細書に組み込まれる、同一出願人による米国特許第１０，７０２，３０６号に開示されるように、ガス送達システム１０内のガス圧及び流量を調整するように有利に制御され得るブラシレスＤＣ（直流）モーターによって駆動される。代替的に、コンプレッサ４０はＡＣモーターによって駆動され得るが、ＤＣモーターは比較的小さくより軽量であるため、製造の観点からより有利である。

中間冷却器及び／又は凝縮器５０は、ガス密封マニホールド１１０を通って再循環するガスを冷却又は他の方法で調整するために、コンプレッサ４０と動作可能に関連付けられる。ＵＶＣ照射器５２は、その中にコンプレッサ４０によって形成される内部流路５４を通って再循環するガスを滅菌するために、中間冷却器又は凝縮器５０と動作可能に関連付けられる。加えて、ＵＶＣ照射器５２は、ガスが中間冷却器／凝縮器５０内に流れるガス導管又は流路５４の内面を滅菌することを意図している。

ＵＶＣ照射器は、好ましくは、少なくとも１つのＬＥＤ光源、又は約２４０～３５０ｎｍ、好ましくは約２６５ｎｍの波長のＵＶＣ放射を生成するように適合及び構成される蛍光光源を含む。このような波長でのこの紫外線光は、システムのガス導管内のウイルス、細菌及び微生物を滅菌することができ、ＳＡＲＳ－ＣＯＶ－２を含むコロナウイルスを低減することができる。

好ましくは、コンプレッサ４０、中間冷却器／凝縮器５０、ガス密封マニホールド１１０及び送気マニホールド２１０は全て、共通ハウジング内に囲まれており、これには、例えば、参照により本明細書に組み込まれる、同一出願人による米国特許第９，１９９，０４７号に開示されているグラフィカルユーザーインターフェース及び制御電子機器を含む。

ガス送達システム１０は、ガス密封マニホールド１１０及び送気マニホールド２１０と連通する外科用ガス源６０を更に含む。ガス源６０は、局所的な圧力容器又は病院又は医療施設と関連付けられた遠隔供給タンクであってもよい。好ましくは、外科用ガス源６０からのガスは、高圧調節器６５及びガスヒーター７０を通って流れ、その後、ガス密封マニホールド１１０及び送気マニホールド２１０に送達される。好ましくは、高圧調節器６５及びガスヒーター７０はまた、共通ハウジングのコンプレッサ４０、中間冷却器５０、ガス密封マニホールド１１０及び送気マニホールド２１０で囲まれている。

ガス送達システム１０は、弁密封アクセスポート３０への送気ガスの流れを制御するための送気マニホールド２１０と動作可能に関連付けられている第１の出口ライン弁（ＯＬＶ１）２１２と、ガス密封アクセスポート２０への送気ガスの流れを制御するための送気マニホールド２１０と動作可能に関連付けられている第２の出口ライン弁（ＯＬＶ２）２１４とを更に含む。

本発明の好ましい実施形態によれば、送気マニホールド２１０の第１の出口ライン弁２１２及び第２の出口ライン弁２１４は、患者の体腔で発生する体積変動に合わせて、アクセスポート２０、３０への送気ガスの流出を動的に変化させるか、又は他の方法で制御するように構成された比例弁である。第１の比例出口ライン弁２１２及び第２の比例出口ライン弁２１４は、送気ガス流量の微細な制御をガス送達システム１０に提供し、より低い圧力での安定した流量を達成し、圧力振動を低減し、空気ハンマーを除去する。

第１の比例出口ライン弁２１２及び第２の比例出口ライン弁２１４は、患者の近位にあり、流量摩擦損失が比較的低いため、ガス送達システム１０は、腹膜圧を正確に測定することができる。更に、閉ループ煙排出又はガス密封アクセスポート２０のいずれかによって、ガス送達システム１０全体にわたり一定のガス再循環があるため、この目的のために比例出口ライン弁を使用することが独自に可能である。

比例弁は、最小流れ状態と最大流れ状態との間の無限可変ガス流の調整を可能にする。呼吸などの患者の体腔のいくらかの体積変化が予想され、かつ一貫していることを考えると、比例出口ライン弁を採用することによって、送気マニホールド２１０は、体腔へのガス流を動的に変化させて、予想される体積変化を逆転させ、体腔内の圧力に対する中立的効果をもたらすことができる。

マニホールド２１０からの送気ガスの流出を制御するために比例弁を使用する更なる利点は、電磁弁の利点と比較して応答時間が短縮されることである。電磁弁は、コイルにエネルギーを印加することによって動作し、これによりピストンを移動させる電磁力を生成する。しかしながら、コイルの通電にはある程度の時間がかかり、これは、命令された動作とピストンの物理的移動との間に遅延を生じさせる。対照的に、本発明のガス送達システム１０で用いられる比例弁には、概して通電の遅延がなく、したがって、電磁弁と比較して改善された応答時間を有する。

送気マニホールド２１０は、第１の出口ライン弁２１２の下流にある、第１の患者圧力センサ（ＰＷＳ１）２２２と、第２の出口ライン弁２１４の下流にある、第２の患者圧力センサ（ＰＷＳ１）２２４と、を更に含む。これらの２つの患者圧力センサは、それぞれ、出口ライン弁２１２、２１４を制御するため、腹圧を測定するために使用される。２つの他の圧力センサは、出口ライン弁２１２、２１４の上流に位置し、ＤＰＳ１及びＤＰＳ２として表示されている。これらの２つの圧力センサは、送気マニホールド２１０から患者の体腔への総ガス流量を推定するために使用される圧力差を測定するために、ベンチュリ内に配置される。

一次比例弁（ＰＲＶ）２１６はまた、送気マニホールド２１０と動作可能に関連付けられ、第１の出口ライン弁２１２及び第２の出口ライン弁２１４の上流に位置し、第１の出口ライン弁２１２及び第２の出口ライン弁２１４への送気ガスの流れを制御する。比例弁２１６は、送気マニホールド２１０（ＬＰＵの中央ノードとして）内の中間圧力を、システム動作モードに応じて、１～８０ｍｍＨｇの間の一定圧力で維持する機能を果たす。ＰＲＶ ２１６の開放は、患者の呼吸、ＰＲＶ ２１６の下流でのガス漏れ、又は安全弁ＬＳＶ ２２７若しくは換気弁ＶＥＶ ２２８の開放、すなわち、中間圧力を降下させる任意の事象のいずれかによって、間接的に開始され得る。システム内で、ＬＳＶ ２２７及びＶＥＶ ２２８は、以下でより詳細に説明される。

ガス密封マニホールド１１０はまた、コンプレッサ４０の出口側と動作可能に関連付けられている高圧ガス充填弁（ＧＦＶ）１１２を含む。ＧＦＶ １１２は、外科用ガス６０の供給源からガス密封マニホールド１１０内に送達されるガスを制御するように適合及び構成される。好ましくは、ガス充填弁１１２は、ガス密封マニホールド１１０内に送達される外科用ガスを動的に制御することができる比例弁である。

ガス密封マニホールド１１０はまた、例えば、ガス送達装置１０が煙排出モードで動作しているときなど、特定の動作条件下で、ガス密封マニホールド１１０と送気マニホールド２１０との間のガス流を動的に制御するための、コンプレッサ４０の出口側と動作可能に関連付けられている煙排出弁（ＳＥＶ）１１４を含む。好ましくは、煙排出弁１１４は比例弁である。

バイパス弁（ＳＰＶ）１１６は、特定の動作条件下でガス密封マニホールド１１０内のガス流を制御するために、コンプレッサ４０の出口側とコンプレッサ４０の入口側との間に位置付けられる。好ましくは、バイパス弁１１６は、比例弁であり、比例弁は、ガス密封アクセスポート２０内に生成されるガスシールを確立して制御するために可変的に開放される。更に、バイパス弁１１６は、以下で更に詳細に説明する、圧力センサ１２２、１２４からのフィードバックを使用してガスシールへのガス流量を制御する。

ガス密封マニホールド１１０はまた、空気換気弁（ＡＶＶ）１１８を含み、これは、特定の動作条件下でのシステム１０への大気の混入を制御するために、コンプレッサ４０の入口側と動作可能に関連付けられる。例えば、ＡＶＶ １１８は、大気をガス密封回路内に導入して、回路内の空気質量（すなわち、標準体積）を増加させることを可能にする。臨床使用条件の熱力学が、ガス回路内での標準体積の喪失を引き起こす可能性がある。換気弁１１８は、ポンプ圧力及び流量がガス密封アクセスポート２０内のガスシールを維持するのに十分なことを保証するために、ガス送達システム１０がこの失われた体積を補うことを可能にする。換気弁１１８はまた、ガスシール回路の真空側圧力を減少させるために開放され得る。

過圧逃し弁（ＯＲＶ）１２０は、特定の動作条件下でシステム１０から大気へのガス放出を制御するために、コンプレッサ４０の出口側と動作可能に関連付けられる。好ましくは、過圧逃し弁１２０は、特に、ガス送達システム１０への電力喪失などの緊急時に、ガスシール回路の陽圧側を減少させるために開かれる比例弁である。逃し弁１２０の通常開放されている構成は、その弁への電力喪失時の患者体腔への過圧リスクを減少させる。

第１の圧力センサ（ＲＬＳ）１２２は、コンプレッサ４０の入口側と動作可能に関連付けられ、第２の圧力センサ（ＰＬＳ）１２４は、コンプレッサ４０の出口側に動作可能に関連付けられる。これらの圧力センサ１２２、１２４は、連続的にかつ正確に腔内圧を測定するために、患者の腹腔内に遮られることなく、かつ最小限に限定的な連通を有するように位置付けられる。これらの２つの圧力センサ１２２、１２４からの信号は、２つの出口ライン弁２１２及び２１４の開口部を調節して患者の腔内圧を制御するために、ガス送達システム１０のコントローラによって使用される。

加えて、ガス密封マニホールド１１０は、コンプレッサ４０の出口側と動作可能に関連付けられているガス品質センサ１２６を含む。ガス品質センサは、米国特許第９，１９９，０４７号に開示されているように、患者の体腔内のＣＯ_２濃度に対応する再循環回路内の酸素レベルを監視する。

第１の遮断弁（ＢＶ１）１３２は、ガス密封マニホールド１１０の出口流路と動作可能に関連付けられ、第２の遮断弁（ＢＶ２）１３４は、ガス密封マニホールド１１０への入口流路と動作可能に関連付けられる。遮断弁１３２、１３４は、米国特許第９，１９９，０４７号に開示されているように、外科処置前のセルフテスト中に用いられる。第１の遮断弁１３２及び第２の遮断弁１３４は、機械作動式又は空気作動式であり得ることが想定される。

第１のフィルタ要素１４２は、コンプレッサ４０からガス密封アクセスポート２０に流れる加圧ガスをフィルタリングするために第１の遮断弁１３２の下流に位置付けられ、第２のフィルタ要素１４４は、ガス密封アクセスポート２０からコンプレッサ４０に戻るガスをフィルタリングするために、第２の遮断弁１３４の上流に位置する。好ましくは、フィルタ要素１４２、１４４は、例えば、米国特許第９，１９９，０４７号に開示されるように、共通フィルタカートリッジ内に収容される。

第１の遮断弁１３２及び第２の遮断弁１３４は、送気マニホールド２１０内に含まれる遮断弁パイロット（ＢＶＰ）２２６と連通する。好ましくは、遮断弁パイロット２２６は、電磁弁である。ＢＶＰ ２２６は、示されるようにコンプレッサ出口から、又は外科用ガス若しくは空気などのガス源から供給され得ることが想定される。送気マニホールド１１０は、一次比例弁２１６の下流及び出口ライン弁２１２、２１４の上流に位置する圧力センサ（ＰＭＳ）２２５を更に含む。２つの出口ライン弁は、アクセスポート２３、３０によって患者の体腔に送気ガスを導入するために開放される。このガスの導入には、体腔内の圧力を増加させる効果がある。加えて、出口ライン弁２１２、２１４は、体腔からガスを放出し、脱気及び腔内圧の低下の影響を有するために、空気換気弁２２８と併せて開放されることができる。

送気マニホールド２１０は、特定の動作条件下で、システム１０から大気へのガスの放出を制御するための、一次比例弁２１６の下流にあり、第１の出口ライン弁２１２及び第２の出口ライン弁２１４の上流にある、低圧安全弁（ＬＳＶ）２２７を更に含む。ＬＳＶ ２２７は純粋に機械弁であり、停電、圧力コントローラの誤動作、又はＬＳＶの上流に位置する弁が開位置にある場合、マニホールド２１０内又はＬＰＵ（低圧ユニット）内の最大中間圧力を制限するように機能する。

加えて、換気排気弁（ＶＥＶ）２２８は、特定の動作条件下でシステム１０から大気へのガス放出を制御するために、一次比例弁２１６の下流及び出口ライン弁２１２、２１４の上流に位置する。換気排気弁２２８は、好ましくは、患者の腔内圧を脱気するか、他の方法で低下させるために開放される比例弁である。加えて、ＶＥＶ ２２８は、ＬＰＵ内の中間圧力を減少させるために開放され得る。

フィルタ要素２４２は、送気マニホールド２１０から弁密封アクセスポート３０へ流れる送気ガスをフィルタリングするために、第１の出口ライン弁２１２の下流に位置する。別のフィルタ要素２４４は、送気マニホールド２１０からガス密封アクセスポート２０へ流れる絶縁ガスをフィルタリングするために、第２の出口ライン弁２２４の下流に位置する。好ましくは、フィルタ要素２４４は、共通フィルタカートリッジ内にフィルタ要素１４２及び１４４と共に収容され、一方でフィルタ要素２４２は別々に配置される。

ここで図２を参照すると、本発明の好ましい実施形態に従って構成され、図１に図示するガス送達システム１０での使用のために適合及び構成される、概して参照番号３１０によって示されるガス密封マニホールド組立品が図示されている。ガス密封マニホールド組立品３１０は、コンパクト、すぐに使用可能な、交換可能なモジュラーユニットとして設計される。それは、コンプレッサ（例えば、図１のコンプレッサ４０）の出口側からガスを受け入れるための入口ポート３３０と、コンプレッサ４０の入口側にガスを再循環するための出口ポート３４０と、を有する、マニホールド本体３１５を含む。代替的に、マニホールド本体３１５のポート４４０は、ガスをコンプレッサの入口側に引き戻すために利用され得る。図３及び図４に示すように、マニホールド本体３１５はまた、ガスをガス密封アクセスポート２０に送達するための送達ポート３５０、及びガス密封アクセスポート２０からガスを受け入れるための受け入れポート３６０を含む（図１も参照）。

図８～図１０で最もよく分かるように、マニホールド本体３１５は、ガス密封マニホールド組立品３１０の様々な制御弁及びセンサ間の外科用ガスと空気の流れを促進する、一連の相互接続された内部ドリル式通路を画定する。当業者であれば、マニホールド本体３１５内のこれらの通路の配置及び位置は設計によって変わる場合があるため、本発明の範囲に対する制限として考慮されるべきではないことを容易に理解するであろう。

図３～図６と併せて図２を引き続き参照すると、バイパス弁（ＳＰＶ）１１６は、マニホールド本体３１５の入口ポート３３０及び出口ポート３４０と連通する。上述のように、バイパス弁１１６は、圧力センサ１２２（ＲＬＳ）、１２４（ＰＬＳ）からのフィードバックを使用してガスシールへのガス流量を制御する。バイパス弁１１６は、ガス流を動的に制御するための電動式リニアアクチュエータ３１６を含む。マニホールド本体３１５は、センサ１２２（ＲＬＳ）と連通する第１の圧力センサポート３２２と、圧力センサ１２４（ＰＬＳ）と連通する第２の圧力センサポート３２４とを含む。

空気換気弁（ＡＶＶ）１１８は、バイパス弁１１６の上流にある、コンプレッサ４０の入口側と動作可能に関連付けられている。空気換気弁１１４は、大気からの空気の侵入を動的に制御するための電動式リニアアクチュエータ３１８を含む。空気換気ポート４１８は、空気換気弁１１８内に大気を閉じ込めるためのマニホールド本体３１５内に提供されている（図５及び図１０を参照）。

煙排出弁（ＳＥＶ）１１４は、バイパス弁１１６の上流にある、コンプレッサ４０の出口側と動作可能に関連付けられている。マニホールド本体３１５上のポート４１４は、煙排出弁１１４と連通する。煙排出弁１１４は、ガス送達システム１０が煙排出モードで動作しているときにマニホールド組立品３１０からのガスの退出を動的に制御するための電動式リニアアクチュエータ３１４を含む。

ガス充填弁１１２（ＧＦＶ）は、バイパス弁１１６の上流にある、コンプレッサ４０の出口側と動作可能に関連付けられている。マニホールド本体３１５上のポート４１２は、ガス充填弁１１２と連通する。ガス充填弁１１２は、外科用ガス源からのガスの受け入れを動的に制御するための電動式リニアアクチュエータ３１２を含む。

過圧逃し弁（ＯＲＶ）１２０は、マニホールド組立品３１０からのガスの放出を制御するために、バイパス弁１１６の下流にある、コンプレッサ４０の出口側と動作可能に関連付けられている。過圧逃し弁１２０は、直立ブラケット３２９上に支持された側面ハウジング３２７内に位置するばね式弁ステム３２３を有する、電磁アクチュエータ３２０を含む。この弁は、電力喪失時に開くことができる必要があるため、マニホールド組立品内の唯一の弁であり、電動式リニアアクチュエータによって駆動されない。

マニホールド本体３１５はまた、バイパス弁１１６の下流にある、コンプレッサ４０の出口側と動作可能に関連付けられている、ガス品質センサ３２６を含む。ガス品質センサは、必要に応じてガス送達システム１０がガス品質を調整することができるように、マニホールド組立品３１０を通って再循環するガス中のＣＯ_２のレベルを監視する。

ここで図７～図１０を参照すると、各電動式リニアアクチュエータ（３１２、３１４、３１６、３１８）は、それぞれの弁の正確な動的制御を実施するための、それぞれのラックアンドピニオン式機構を含む。各ラックアンドピニオン式機構は、それぞれの水平作動シャフト（３５２、３５４、３５６、３５８）及びそれぞれの対応する水平駆動ラックギア（３６２、３６４、３６６、３６８）を含む。加えて、各電動式リニアアクチュエータ（３１２、３１４、３１６、３１８）は、水平駆動ラックギア（３６２、３６４、３６６、３６８）によって駆動される、回転駆動ピニオンギア（３７２、３７４、３７６、３７８）、及び駆動されるピニオンギア（３７２、３７４、３７６、３７８）によって駆動され、ばね式垂直弁ステム（３９２、３９４、３９６、３９８）と動作可能に関連付けられる、垂直被駆動ラックギア（３８２、３８４、３８６、３８８）を含む。各水平駆動ラックギア（３６２、３６４、３６６、３６８）は、第１の水平軸に沿って並進するように取り付けられ、各回転被駆動ピニオンギア（３７２、３７４、３７６、３７８）は、第１の水平軸に垂直に延在する第２の水平軸を中心に回転するように取り付けられている。

使用時に、ガス送達システム１０のコントローラから指令を受信すると、水平作動シャフト（右又は左）の直線的な移動は、対応するピニオンギア（時計回り又は反時計回り）を回転させる、関連する水平ギアラック（右又は左）の対応する直線移動を引き起こす。次に、そのピニオンギアは、関連する垂直駆動ラック（上下）を移動し、それによって、制御弁（１１２、１１４、１１６、１１８）の対応する弁ステム（３９２、３９４、３９６、３９８）の上向き又は下向きの移動を制御する。

４つの電動式リニアアクチュエータ（３１２、３１４、３１６、３１８）は、マニホールド本体３１５上の２つの反対向きの対に一緒に群化される。より具体的には、ガス充填弁１１２のリニアアクチュエータ３１２及び煙排出弁１１４のリニアアクチュエータ３１４は、第１のハウジング３２５内に一緒に群化される。また、バイパス弁１１６のリニアアクチュエータ３１６、及び空気換気弁１１８のリニアアクチュエータ３１８は、第２のハウジング３３５内で一緒に群化される。前部及び後部の上部横断方向スペーサーロッド３４５及び３５５は、第１のハウジング３２５に構造的剛性を提供し、一方で前部及び後部の上部横断方向スペーサーロッド３６５及び３７５は、第２のハウジング３３５に構造的剛性を提供する。下部横断方向スペーサーロッド３８５は、第１のハウジング３２５に更に構造的剛性を提供し、下部横断方向スペーサーロッド３９５は、第２のハウジング３３５に対して同様の構造的剛性を提供する。当業者であれば、リニアアクチュエータ（３１２、３１４、３１６及び３１８）の各々と関連付けられたフラットリボンケーブルが、４つのアクチュエータに電力及び制御信号を伝達するガス送達システム１０のコントローラに延在することを、図面から理解するであろう。

ここで図１１を参照すると、本発明の好ましい実施形態に従って構成され、図１に図示するガス送達システム１０での使用のために適合及び構成される、概して参照番号５１０によって示される別のガス密封マニホールド組立品が図示されている。マニホールド組立品５１０は、ガス流を動的に制御するための同じ比例制御弁（すなわち、ＧＦＶ、ＳＥＶ、ＳＰＶ、及びＡＶＶ）を含むという点で、図２に示すマニホールド組立品３１０と実質的に類似しているが、本発明のこの実施形態では、これらの比例制御弁は、上述の電動式リニアアクチュエータ（３１２、３１４、３１６、３１８）ではなく、それぞれの電動式回転アクチュエータ５００を有する。

より具体的には、図１２～図１４に示すように、各電動式回転アクチュエータ５００は、ＤＣ回転ステッパーモーター５２４によって駆動されるハウジング５２２内の垂直並進のためにサポートされる軸方向駆動ねじ５２０を含む。各回転アクチュエータでは、軸方向駆動ねじ５２０は、図１に示す４つの制御弁１１２、１１４、１１６、１１８のうちのそれぞれ１つと関連付けられたばね式垂直弁ステム５２６と動作可能に関連付けられる。使用時に、駆動ねじ５２０の回転は、対応する弁ステム５２６の垂直移動を引き起こし、関連する制御弁を通って流れるガスの量を動的に調整する。

代替的に、図１５～図１７に示されるように、電動式回転アクチュエータ６００は、ガス流を動的に制御するためのガス密封マニホールド組立品５１０に採用されてもよく、その各々が、ＤＣ回転ステッパーモーター６２４によって駆動されるハウジング６２２内にサポートされる減速ギア組立品６２５を含む。減速ギア組立品は、ステッパーモーターによって生成されるトルクを低減する。各回転アクチュエータでは、減速ギア組立品６２５は、駆動ねじ６２０及びそれに接続されたばね式垂直弁ステム６２６と動作可能に関連付けられる。使用時に、減速ギア組立品の作動は、対応する駆動ねじ６２０及び取り付けられた弁ステム６２６の垂直移動を引き起こし、関連する制御弁（すなわち、１１２、１１４、１１６、１１８）を通って流れるガスの量を動的に調整する。

本開示のガス送達システム及びガス密封マニホールド組立体が、好ましい実施形態を参照して示され、記述されてきたが、当業者であれば、変更及び／又は修正が、本開示の範囲から逸脱することなく作成され得ることを容易に理解するであろう。

Claims (25)

1. 外科用ガス送達システムのためのマニホールド組立品であって、
   ａ）コンプレッサの出口側からガスを受け入れるための入口ポート及び前記コンプレッサの入口側にガスを再循環するための出口ポートを含む、マニホールド本体と、
   ｂ）前記マニホールド本体の前記入口ポート及び前記出口ポートと連通する、バイパス弁であって、前記バイパス弁が、前記バイパス弁を通るガスの流れを動的に制御するための電気機械弁アクチュエータを含む、バイパス弁と、
   ｃ）前記バイパス弁の上流にある、前記コンプレッサの前記入口側と動作可能に関連付けられた空気換気弁であって、前記空気換気弁が、大気からの空気の侵入を動的に制御するための電気機械弁アクチュエータを含む、空気換気弁と、
   ｄ）前記バイパス弁の上流にある、前記コンプレッサの前記出口側と動作可能に関連付けられた煙排出弁であって、前記煙排出弁は、前記ガス送達システムが煙排出モードで動作しているときに前記マニホールド組立品からのガスの退出を動的に制御するための電気機械弁アクチュエータを含む、煙排出弁と、
   ｅ）前記バイパス弁の上流にある、前記コンプレッサの前記出口側と動作可能に関連付けられたガス充填弁であって、前記ガス充填弁が、外科用ガス源からのガスの受け入れを動的に制御するための電気機械弁アクチュエータを含む、ガス充填弁と、
   を備える、マニホールド組立品。
2. 前記マニホールド組立品からのガスの放出を制御するための、前記バイパス弁の下流にある、前記コンプレッサの前記出口側と動作可能に関連付けられた過圧逃し弁を更に備え、前記過圧逃し弁が、電磁弁である、請求項１に記載のマニホールド組立品。
3. 前記マニホールド本体が、ガスをガス密封アクセスポートに送達するための送達ポートと、前記ガス密封アクセスポートからガスを受け入れるための受け入れポートと、を含む、請求項１に記載のマニホールド組立品。
4. 前記マニホールド本体が、前記マニホールド組立品を通って再循環するガス中のＣＯ_２のレベルを監視するための、前記バイパス弁の下流にある、前記コンプレッサの前記出口側と動作可能に関連付けられたガス品質センサを含む、請求項１に記載のマニホールド組立品。
5. 前記マニホールド本体が、前記バイパス弁の下流にある、前記コンプレッサの入口側と動作可能に関連付けられた第１の圧力センサと、前記バイパス弁の下流にある、前記コンプレッサの出口側と動作可能に関連付けられた第２の圧力センサと、を含む、請求項１に記載のマニホールド組立品。
6. 各電気機械弁アクチュエータが、それぞれのラックアンドピニオン式機構を含む電動式リニアアクチュエータである、請求項１に記載のマニホールド組立品。
7. 各ラックアンドピニオン式機構が、水平作動シャフトと、前記水平作動シャフトと動作可能に関連付けられた水平駆動ラックギアと、前記水平駆動ラックギアによって駆動される回転駆動ピニオンギアと、前記駆動されるピニオンギアによって駆動され、かつばね式垂直弁ステムと動作可能に関連付けられた垂直被駆動ラックギアと、を含む、請求項６に記載のマニホールド組立品。
8. 各水平駆動ラックギアが、第１の水平軸に沿って並進するように取り付けられ、各回転被駆動ピニオンギアが、前記第１の水平軸に垂直に延在する第２の水平軸を中心に回転するように取り付けられている、請求項７に記載のマニホールド組立品。
9. 各電気機械弁アクチュエータが、ばね式垂直弁ステムと動作可能に関連付けられた減速ギア組立品を含む電動式回転アクチュエータである、請求項１に記載のマニホールド組立品。
10. 各電気機械弁アクチュエータが、ばね式垂直弁ステムと動作可能に関連付けられた軸方向駆動ねじを含む電動式回転アクチュエータである、請求項１に記載のマニホールド組立品。
11. 外科用ガス送達システムのためのマニホールド組立品であって、
    ａ）コンプレッサの出口側からガスを受け入れるための入口ポート及び前記コンプレッサの入口側にガスを再循環するための出口ポートを含む、マニホールド本体と、
    ｂ）前記マニホールド本体の前記入口ポート及び前記出口ポートと連通する、バイパス弁であって、前記バイパス弁が、前記バイパス弁を通るガスの流れを動的に制御するための電動式リニア弁アクチュエータを含む、バイパス弁と、
    ｃ）前記バイパス弁の上流にある、前記コンプレッサの前記入口側と動作可能に関連付けられた空気換気弁であって、前記空気換気弁が、大気からの空気の侵入を動的に制御するための電動式リニア弁アクチュエータを含む、空気換気弁と、
    ｄ）前記バイパス弁の上流にある、前記コンプレッサの前記出口側と動作可能に関連付けられた煙排出弁であって、前記煙排出弁は、前記ガス送達システムが煙排出モードで動作しているときに前記マニホールド組立品からのガスの退出を動的に制御するための電動式リニア弁アクチュエータを含む、煙排出弁と、
    ｅ）前記バイパス弁の上流にある、前記コンプレッサの前記出口側と動作可能に関連付けられたガス充填弁であって、前記ガス充填弁が、外科用ガス源からのガスの受け入れを動的に制御するための電動式リニア弁アクチュエータを含む、ガス充填弁と、
    を備える、マニホールド組立品。
12. 前記マニホールド組立品からのガスの放出を制御するための、前記バイパス弁の下流にある、前記コンプレッサの前記出口側と動作可能に関連付けられた過圧逃し弁を更に備え、前記過圧逃し弁が、電磁弁である、請求項１１に記載のマニホールド組立品。
13. 前記マニホールド本体が、ガスをガス密封アクセスポートに送達するための送達ポートと、前記ガス密封アクセスポートからガスを受け入れるための受け入れポートと、を含む、請求項１１に記載のマニホールド組立品。
14. 前記マニホールド本体が、前記マニホールド組立品を通って再循環するガス中のＣＯ_２のレベルを監視するための、前記バイパス弁の下流にある、前記コンプレッサの前記出口側と動作可能に関連付けられたガス品質センサを含む、請求項１１に記載のマニホールド組立品。
15. 前記マニホールド本体が、前記バイパス弁の下流にある、前記コンプレッサの入口側と動作可能に関連付けられた第１の圧力センサと、前記バイパス弁の下流にある、前記コンプレッサの出口側と動作可能に関連付けられた第２の圧力センサと、を含む、請求項１１に記載のマニホールド組立品。
16. 各電動式リニア弁アクチュエータが、それぞれのラックアンドピニオン式機構を含む、請求項１１に記載のマニホールド組立品。
17. 各ラックアンドピニオン式機構が、水平作動シャフトと、前記水平作動シャフトと動作可能に関連付けられた水平駆動ラックギアと、前記水平駆動ラックギアによって駆動される回転駆動ピニオンギアと、前記駆動されるピニオンギアによって駆動され、かつばね式垂直弁ステムと動作可能に関連付けられた垂直被駆動ラックギアと、を含む、請求項１６に記載のマニホールド組立品。
18. 各水平駆動ラックギアが、第１の水平軸に沿って並進するように取り付けられ、各回転被駆動ピニオンギアが、前記第１の水平軸に垂直に延在する第２の水平軸を中心に回転するように取り付けられている、請求項７に記載のマニホールド組立品。
19. 外科用ガス送達システムのためのマニホールド組立品であって、
    ａ）コンプレッサの出口側からガスを受け入れるための入口ポート及び前記コンプレッサの入口側にガスを再循環するための出口ポートを含む、マニホールド本体と、
    ｂ）前記マニホールド本体の前記入口ポート及び前記出口ポートと連通する、バイパス弁であって、前記バイパス弁が、前記バイパス弁を通るガスの流れを動的に制御するための電動式回転弁アクチュエータを含む、バイパス弁と、
    ｃ）前記バイパス弁の上流にある、前記コンプレッサの前記入口側と動作可能に関連付けられた空気換気弁であって、前記空気換気弁が、大気からの空気の侵入を動的に制御するための電動式回転弁アクチュエータを含む、空気換気弁と、
    ｄ）前記バイパス弁の上流にある、前記コンプレッサの前記出口側と動作可能に関連付けられた煙排出弁であって、前記煙排出弁は、前記ガス送達システムが煙排出モードで動作しているときに前記マニホールド組立品からのガスの退出を動的に制御するための電動式回転弁アクチュエータを含む、煙排出弁と、
    ｅ）前記バイパス弁の上流にある、前記コンプレッサの前記出口側と動作可能に関連付けられたガス充填弁であって、前記ガス充填弁が、外科用ガス源からのガスの受け入れを動的に制御するための電動式回転弁アクチュエータを含む、ガス充填弁と、
    を備える、マニホールド組立品。
20. 前記マニホールド組立品からのガスの放出を制御するための、前記バイパス弁の下流にある、前記コンプレッサの前記出口側と動作可能に関連付けられた過圧逃し弁を更に備え、前記過圧逃し弁が、電磁弁である、請求項１９に記載のマニホールド組立品。
21. 前記マニホールド本体が、ガスをガス密封アクセスポートに送達するための送達ポートと、前記ガス密封アクセスポートからガスを受け入れるための受け入れポートと、を含む、請求項１９に記載のマニホールド組立品。
22. 前記マニホールド本体が、前記マニホールド組立品を通って再循環するガス中のＣＯ_２のレベルを監視するための、前記バイパス弁の下流にある、前記コンプレッサの前記出口側と動作可能に関連付けられたガス品質センサを含む、請求項１９に記載のマニホールド組立品。
23. 前記マニホールド本体が、前記バイパス弁の下流にある、前記コンプレッサの入口側と動作可能に関連付けられた第１の圧力センサと、前記バイパス弁の下流にある、前記コンプレッサの出口側と動作可能に関連付けられた第２の圧力センサと、を含む、請求項１９に記載のマニホールド組立品。
24. 各電動式回転弁アクチュエータが、ばね式垂直弁ステムと動作可能に関連付けられた減速ギア組立品を含む、請求項１９に記載のマニホールド組立品。
25. 各電動式回転弁アクチュエータが、ばね式垂直弁ステムと動作可能に関連付けられた軸方向駆動ねじを含む、請求項１９に記載のマニホールド組立品。

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