JP3921270B2 - 調量装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少量の添加ガスまたは添加液体を呼吸ガスに付加するための調量装置であって、添加ガスまたは添加液体が被験者に麻酔装置またはベンチレータの吸気ラインを介して吸気フェーズ中に供給される形式の調量装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本明細書において、“添加ガス”とは、希釈された、または希釈されないガス混合気および純粋ガスを意味する。例えば、Ｎ_２に希釈されたＮＯを添加ガスとして使用することができ、純粋キセノンを添加ガスとして使用することができ、液体麻酔薬を添加液体として使用することができ、揮発した麻酔薬（純粋または希釈された）を添加ガスとして使用することができる。
【０００３】
吸入麻酔では、少量の麻酔薬が被験者による吸入のための呼吸ガスに添加される。麻酔薬は、呼吸ガスにガスまたは液体の形で供給することができる。ガスの形態で供給される場合には、呼吸ガスの一部を液体麻酔薬の表面に泡として通過させることができる。これは液体麻酔薬を気化させるためである。得られた混合気は比較的高濃度の麻酔薬を含み、呼吸ガスの残りの部分に制御しながら添加される。麻酔薬はまた呼吸ガスに直接、液体として供給することができ、この場合は急速に気化する。後者の場合にはある程度の加熱が必要である。これは冷たいガスが被験者に達するのを回避し、また液体の気化を促進するためである。
【０００４】
他の物質を被験者の近くで供給することもできる。この物質は例えばＮＯ、界面活性剤、他の治療物質である。
【０００５】
スウェーデン特許ＳＥ−Ｃ−４４８３４７には、所定の割合でガスを混合し、混合気を麻酔および人工呼吸と関連して調量するための方法が記載されている。種々のガスが混合のための混合室にパルス注入され、引き続き混合室で混合気の調量が行われる。種々のガスの割合はガスパルスの容積によって制御される。
【０００６】
少量のガスまたは液体の迅速な調量を安全に行うのは困難であり、問題がある。公知の調量装置は通常、比較的大容積の添加剤により動作し、この添加剤から添加ガス/添加液体の容積が調量される。装置にエラーが発生すると、比較的大きな投与量が調量容積から取り出されてしまう。他の安全手段が患者に対して介在していても、患者はいぜんとして不快感を引き起こす量に曝されることがあり、最悪の場合には有害または致命的である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ガスおよび/または液体を調量するための新しい形式の装置を提供し、少量の特定添加ガスまたは液体、例えば麻酔液体を正確に高い信頼度で、被験者に供給される呼吸ガスの主流に添加することのできるように構成することである。供給される投与量は、５００ｍｌ/ｍｉｎのオーダーまでの少量である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明により、調量装置は吸気ラインに被験者の近傍で接続されており、
調量装置は、定容積調量室と、第１の弁を備えたインレットと、第２の弁を備えたアウトレットと、作動手段と、制御ユニットとを有しており、
前記調量室の容積は、１つの吸気フェーズ中に供給される投与量に実質的に等しい大きさであり、
前記インレットは、添加ガスまたは添加液体を所定の一定の正の圧力で供給するガスまたは液体の源に接続されており、
前記アウトレットはガスまたは液体を調量室から呼吸ガスに搬送し、
前記作動手段は弁を制御して開閉するものであり、
前記制御ユニットによって前記作動手段は少なくとも第２の弁を吸気フェーズ中に１つの期間または複数の期間の間、開放するように構成して解決される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の調量装置によって、正確な調量を安全に確実に行うことができる。本発明の調量装置は小型であり、従って被験者の近傍に配置することができる。このことにより、投与量が被験者に達することを妨げるデッドスペースが所望のように回避される。調量装置は、インレットに第１の弁を有し、この第１の弁は中間調量室に接続されており、またアウトレットに第２の弁を有する。調量室は１回の吸気フェーズ中に供給される投与量の大きさと実質的に同じ容積を有する。投与量全体を何らかの理由で呼吸ガス中で空にしなければならない場合でも、過投与は低く保たれ、患者に対して不快感を引き起こすことはない。２つの弁を使用し、同時にはこれらの弁のうちの１つだけが添加ガスまたは液体の通過のために開放するように構成すると安全性が向上する。
【００１０】
投与量は、吸気中の第２の弁の開放時間の数と持続時間を制御することによって制御することができ、添加ガスまたは添加液体の制御された量が調量室から呼吸ガスに供給される。吸気フェーズ中に搬送すべき１回投与量よりも僅かに大きな調量室を使用することによって、添加ガスまたは添加液体の出力パルスが実質的に一定の圧力で投薬され、これにより正確な調量が達成される。安全性の理由から、両方の弁は有利には、ガスまたは液体が調量室を通過するか、または呼吸ガスに調量されないときには閉鎖しておく。
【００１１】
本発明の調量装置の有利な実施例によれば、制御ユニットは、操作手段にまず第１の弁を開放させるように構成されており、これにより調量室は正の圧力の下でガスまたは液体が充填される。その後で、第１の弁が閉鎖され、第２の弁が開放される。従って調量室は第１の弁が開放され、第２の弁が閉鎖されているときに充填される。これに基づいて、第１の弁は閉鎖され、第２の弁が短時間開放される。所望の調量容積を主流に注入するための時間が制御される。したがってガスまたは液体の源との患者とが直接接続されることはない。第１の弁の開放は呼気フェーズ中に行うことができる。
【００１２】
このことは交互制御に対して迅速な調量を達成する。弁を吸気フェーズ中に迅速に開放および閉鎖することにより、調量室を１回または複数回、吸気フェーズ中に最充填することができる。
【００１３】
このことはまた、投与量の大きい添加ガスまたは添加液体を供給すべき場合にも使用することができる。第１と第２の弁は、吸気フェーズ中に交互に開放および閉鎖することができる。ここでは調量室は正確な容積を正確な圧力の下で、第２の弁が吸気フェーズ中に開放するときはいつでも含むようになり、調量がさらに正確になる。この場合、調量室は投与すべき全体投与量よりも格段に小さくすることができる。
【００１４】
とりわけ、添加ガスまたは添加液体が患者に対して不快であったり有害であったりしない場合には、両方の弁を同時に開放することもまた可能である。択一的に他の予防措置を過投与を回避するために使用することができる。これは例えば、調量装置と呼吸ガスとの間の拡散膜である。ガス/液体を膜を通して拡散することは、患者に供給することのできる最大投与量を制御することになる。
【００１５】
調量を実施するための別の手段は、第２の弁を吸気フェーズの調量期間中に開放し、調量を第１の弁の開放および閉鎖によって制御することである。この場合は、調量室は供給すべき投与量よりも格段に小さくすることができる。
【００１６】
本発明の調量装置の別の実施例によれば、動作手段は圧電素子からなり、圧電素子は作動時に弁体をその弁座から持ち上げ、弁を開放するように構成されている。この結果、バイメタルアクチュエータ（異なる線形熱膨張率による層）が動作手段として使用された場合の応答と比較して、弁は迅速に応答して作動するようになる。この実施例では、弁体はまた圧電アクチュエータによってリフトされる。圧電アクチュエータはエラスティックアクチュエータが作動手段として使用される場合に発生される力と比較して格段に大きな力を発生する。本発明の調量装置のこの実施例では、調量装置の弁が迅速かつ確実に動作することが保証され、しかも構成が簡単である。
【００１７】
本発明の調量装置の別の実施例では、接続されたガスまたは液体の源の正の圧力が弁体を閉鎖するように作用する。ガスまたは液体の源の正の圧力（典型的には５バール）のこの閉鎖およびシール作用は、安全性の観点から非常に有利である。
【００１８】
本発明の別の実施例によれば、装置はマイクロマッチングシリコン（マイクロ電子技術を使用して）によって作製される。これによりガスまたは液体を高性能で分配する同じ調量装置を小型かつ安価に製造することができる。従ってこの製造技術は大量生産を低コストで可能にする。従って調量装置を有利にはディスポーザルな物品として構成することができる。
【００１９】
【実施例】
本発明を以下、図面に示された実施例に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の調量装置の第１実施例の断面図である。調量装置はインレット２、第１の弁４、調量室（調量容積）６、第２の弁８およびアウトレット１０を微細加工ディスク１２、１４、１６、１８上に横方向に有する。ディスク１２、１４、１６、１８は場合によりガラス上にボンディングされている。
【００２１】
１つの圧電素子２０、２２が、ディスク１２の上部の各弁エリア４、８に接着されている。これらの弁エリア４、８はディスク１２にノッチ２４、２６と中央ピン２８、３０を有する。ピン２８、３０には弁体３２、３４が取り付けられている。弁体３２、３４はそれぞれ弁座３６、３８に設けられており、弁座はディスク１６に配置されている。
【００２２】
圧電素子２２が作動されると、ディスク１２がその弁エリアで上方に膨張する。これは図１に第２の弁８に対して示されている。ここでは中央ピン３０に取り付けられた弁体３４が所属の弁座３８からリフトアップされる。調量室６は次に調量装置のアウトレット１０にチャネル４２を介して接続される。
【００２３】
第１の弁４は第２の弁８と同じように構成されており、図１に詳細に示されている。ここでは圧電素子２０が作動されないとき、弁体３２がその弁座３６に対して押し付けられている。チャネル４０は、第１の弁４が開放しているとき添加ガスまたは添加液体を調量室へ導く。
【００２４】
添加ガスまたは添加液体の調量装置を通る経路は破線の矢印で示されている。ガス/液体は調量装置にインレット２から流入し、第１の弁４を通って調量室６に至り、調量室６から第２の弁８を通ってアウトレット１０に至る。
【００２５】
圧電素子２０、２２が弁４、８９に対する作動手段として使用されているので、弁４、８を迅速に作動させることができ、弁体３２、３４は比較的大きな力でリフトされ、このことにより高速かつ確実な弁動作が得られる。弁の応答時間は１ｍｓのオーダーである。
【００２６】
安全性の理由から両方の弁４、８は通常は閉鎖されており、電圧が圧電素子２０、２２に供給されたときだけ開放する。弁体３２、３４はまた、供給圧力が弁４、８に閉鎖およびシール作用を及ぼすように構成されている。供給圧力は上に述べたように比較的大きいので、弁４、８は適切に圧力平衡でなければならない。すなわち、大きな供給圧力をカウンタバランスしなければならない。これは閉鎖している弁を比較的小さな圧力で開放するためである。
【００２７】
調量装置は以下のように動作することができる。
【００２８】
第１の弁４が圧電素子２０の作動によって開放され、調量室６がガスまたは液体の源から添加ガスまたは添加液体、例えばＮＯまたは液体麻酔薬で一定の正の圧力（典型的には５バール）で充填される。ガスまたは液体の源はインレット２に接続されている。次の第１の弁４は閉鎖され、第２の弁８が短時間の制御された複数の期間開放される。この制御は圧電素子２２の相応の作動によって行われる。これにより添加ガスまたは添加液体の所望の投与量が調量室６からアウトレット１０に放出される。このアウトレットは呼吸ガスの主流に直接接続されている。パルスの持続時間と数が全体投与量を決定する。
【００２９】
同時には弁４、８の１つだけしか開放しないことで患者に対する安全性が高まる。なぜなら、ガス/液体源と患者とが直接接続されることが決してないからである。添加される物質および添加される物質の量に依存して、弁４、８を所定の場合には同時に開放することもできる。これは、ガス/液体の大きな流れを許容するためである。
【００３０】
弁４、８の制御はまた調量室６の大きさの選択に依存する。第１の実施例に対する択一的動作を以下、図３から図５に関連して詳細に説明する。
【００３１】
図２は、本発明の調量装置の別の実施例を示す。この実施例では、第１の弁５４、調量室５６および第２の弁が縦に配置されており、相応してシリコンハウジング５９に作製されている。この実施例も圧電素子７０、７２を弁５４、５８の作動のために有する。
【００３２】
調量装置のアウトレットはライン６１に直接接続されている。ライン６１は呼吸ガスの主流を搬送する。
【００３３】
拡散膜６３がこの実施例では特別安全措置として調量装置のアウトレットに配置されている。この膜６３の目的は、過度に多量の添加ガスまたは添加液体が呼吸ガスに注入されるのを阻止するものである。このことは、両方の弁５４、５８が故障のため開放位置で止まってしまうことにより生じる。このような特別の措置は、治療的にアクティブな物質が比較的少量の投与量で有害であるか、または化学反応で致命的になるような物質が調量される場合に使用することができる。このような物質の１つはＮＯである。いくつかの研究で、ＮＯを患者にごく少量投与すると（約１００ｐｐｍ以下）、ＮＯの非常にポジティブな治療効果が得られることがわかった。しかしＮＯは所定の濃度以上では有害であり、酸素と反応するとＮＯ_２を形成し、致命的となる。
【００３４】
図２の実施例は、ＮＯの源と接続された場合の調量装置を示す。
【００３５】
インレット５４の上流には空間５５があり、この空間は添加ガス、この実施例ではＮＯの源に直接接続されている。空間５５は相応に添加ガスを有利な正の圧力で保持する。空間５５は調量装置へのインレットとみなすことができる。
【００３６】
図３は３つの線図に、添加ガスまたは添加液体を調量するための調量装置の動作の１つの例を示す。この場合、図２の第２の実施例に基づいて示されるが、図１の第１の実施例に同じ動作を適用することができる。
【００３７】
線図Ａは、第１の弁５４に対する圧電素子７０の作動のための経時シーケンスを示す。線図Ｂは第２の弁５８に対する圧電素子７２の作動のための経時シーケンスを示し、線図Ｃは吸気フェーズおよび呼気フェーズからなる呼吸サイクルを示す。
【００３８】
この実施例が示すように、電圧は圧電素子７０に吸気フェーズ全体で供給される。それにより第１の弁５４は、吸気時間全体で開放する。３つの短い電圧パルスが第２の弁５８の圧電素子７２に、吸気フェーズの初期部分中に供給される。そして添加ガスの３つの相応するパルスが呼吸ガスの主流に注入される。
【００３９】
上記の調量動作では、インレット弁５４とアウトレット弁５８の両方が前記の短時間パルスの間、開放する。従って調量室５６は吸気フェーズ中に供給すべき投与量よりも小さくすることができる。実際には、調量室５６は供給すべき投与量よりも格段に小さくすることができる。
【００４０】
上に述べたように、インレット弁をアウトレット弁が開放する前に閉鎖することは安全性の観点から有利である。この動作手順は明らかに図２の実施例でも可能である。しかし添加ガスの過剰投与を防止するという付加的安全性の点から、拡散膜６３をアウトレットに、図２の実施例で述べたように配置することができる。
【００４１】
図４は３つの線図に、調量装置の第２の動作方法を示す。この場合も図２の第２の実施例を基準にしているが、同じ動作を図１の第１の実施例に適用することができる。
【００４２】
線図Ｄは第１の弁５４に対する圧電素子７０の作動のための経時シーケンス、線図Ｅは第２の弁５８に対する圧電素子７２の作動のための経時シーケンス、線図Ｆは吸気フェーズと呼気フェーズからなる呼吸サイクルを示す。
【００４３】
第２の例が示すように、電圧が圧電素子７０に吸気フェーズ中に間欠的に供給される。これにより第１の弁５４は、これらの時間だけ調量室を添加ガスで充填するために開放する。３つの電圧パルスが第２の弁５８の圧電素子７２に供給され、これらの間、第１の弁５４が開放し、３つの相応する添加ガスのパルスが呼吸ガスの主流に注入される。
【００４４】
この場合の安全性は最大である。なぜなら、ガスが源から呼吸ガスへ直接流れる時間がないからである。調量室５６はこの場合、投与量よりも僅かに大きな容積を有していなければならない。とりわけガスを供給する場合はそうである。なぜなら、調量室の圧力が投与量が供給されると低下するからである。しかし圧力差が大きいので、投与量を高精度で制御することができる。
【００４５】
上記すべての実施例に対して、２つの弁と中間調量室を有する装置はより安全な調量装置を提供する。１つの弁が動作を停止し、開放位置に固定されても、調量を他方の弁によりいぜんとして実行することができる。択一的に他方の弁が調量装置を有効に閉鎖し、それ以上の調量を阻止することができる。計算外の投与量はいずれにしても調量室に含まれる以上のものではない。これら３つの制御例の組合せも可能である。
【００４６】
図６は本発明による調量装置８８を示す。この調量装置８８はベンチレータ/麻酔装置７４と接続されており、このベンチレータ/麻酔装置は添加ガスまたは添加液体を患者７６に供給される呼吸ガスに調量する。ベンチレータ/麻酔装置７４は、システムユニット８０（その構成によって装置がベンチレータとして動作するか、または麻酔装置として動作するかが決まる）、第１のチェックバルブ８４を備えた吸気チューブ８２、患者チューブ８６、および第２のチェックバルブ９４を備えた呼気チューブ９６を有する。吸気チューブ８２と患者チューブ８６は共に吸気ラインを形成する。システムユニット８０はガス接続部７８Ａ，７８Ｂ，７８Ｃを有し、これは呼吸ガスからのガスを接続するためのものである。システムユニット８０はさらに排気接続部９８を有し、これは呼吸ガスを呼気チューブ９６から排気するためのものである。
【００４７】
システムユニット８０がベンチレータであれば、呼気ライン９６のすべてのガスが排気される。システムユニット８０が麻酔装置であれば、呼気ガスの一部を公知のように患者７６に再循環することができる。ベンチレータについても麻酔装置についてもここでそれ以上説明する必要はない。
【００４８】
調量装置８８はこの場合、患者チューブ８６に接続されている。すなわち、できるだけ患者７６の近傍に配置される。患者７６の近傍に配置することは多くの場合で有利である。なぜなら、吸気フェーズの選択された部分で少量が投与されるような場合に調量をさらに正確に行うことができるからである（ガスまたは液体の投与量が患者７６の肺のターゲットエリアにより確実に到達することができるからである）。肺の最遠部に投与することはとりわけ、吸気フェーズの開始時またはその直前に実行することにより達成される。患者７６に近接することはまた、投与されるのが不安定な物質、例えばＮＯの場合に有利である。
【００４９】
調量装置８８は、添加ガスまたは添加液体に対する供給および制御ユニット９０に接続されている。ガス/液体は調量装置に、有利には高圧下で、供給チューブ９２を介して供給される。信号線路１００は調量装置８８を、供給および制御ユニット９０に接続する。正確な濃度を得るために、計量ユニット１０２を吸気ライン８２に配置し、例えば呼吸ガスの流量と圧力を測定することができる。計量ユニット１０２の代わりに、またはその補完として、供給および制御ユニット９０とシステムユニット８０との間の信号線路１０４を、システムユニット８０と供給および制御ユニット９０との間で関連する情報を伝送するために使用することができる。例えばシステムユニット８０で発生された、呼吸ガスの流量と圧力に関する情報を供給および制御ユニット９０に調量装置８８の制御のために伝送することができる。
【００５０】
供給および制御ユニット９０はもちろん、システムユニット８０と共に全体に、または部分的に集積することができる。部分的に集積することは、すべての制御手段をシステムユニット８０に集積し、添加ガスまたは添加液体に対する別個の源を調量ユニット８８に接続することにより達成される。
【００５１】
前記の実施例の組合せも適切であれば可能である。例えば膜を第１の実施例に対して使用することができ、同様に第２の実施例で膜を使用しないこともできる。調量ユニット８８は吸気ラインに沿ったいずれの個所にも配置することができるが、患者の直接近傍に配置するのがとくに有利である。麻酔薬を調量する場合は、調量装置８８を麻酔装置と共に集積することができる。複数の調量ユニットを、同じまたは異なる添加ガスまたは添加液体を供給するために直列または並列に接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の調量装置の第１実施例の断面図である。
【図２】本発明の調量装置の第２実施例の概略図である。
【図３】図２の実施例の第１の動作モードを説明するための線図である。
【図４】図２の実施例の第２の動作モードを説明するための線図である。
【図５】図１の実施例の動作モードを説明するための線図である。
【図６】ベンチレータ/麻酔装置に接続された調量装置の概略図である。
【符号の説明】
２ インレット
４ 第１の弁
６ 調量室
８ 第２の弁
１０ アウトレット

Claims (10)

1. 少量の添加ガスまたは添加液体を呼吸ガスに付加するための調量装置（８６）であって、添加ガスまたは添加液体が被験者（７６）に麻酔装置（７４）またはベンチレータの吸気ライン（８２、８６）を介して吸気フェーズ中に供給される形式の調量装置において、
   調量装置（８８）は吸気ライン（８２、８６）に被験者の近傍で接続されており、
   調量装置（８８）は、定容積調量室（６；５６）と、第１の弁（４；５４）を備えたインレット（２；５５）と、第２の弁（８；５８）を備えたアウトレット（１０）と、作動手段（２０、２２；７０、７２）と、制御ユニット（９０）とを有しており、
   前記調量室の容積は、１つの吸気フェーズ中に供給される投与量に実質的に等しい大きさであり、
   前記インレットは、添加ガスまたは添加液体を所定の一定の正の圧力で供給するガスまたは液体の源（９０）に接続されており、
   前記アウトレットはガスまたは液体を調量室（６；５６）から呼吸ガスに搬送し、
   前記作動手段は弁（４、８；５４、５８）を制御して開閉するものであり、
   前記制御ユニットによって前記作動手段（２０、２２；７０、７２）は少なくとも第２の弁（８；５８）を吸気フェーズ中に１つの期間または複数の期間の間、開放するように構成されている、ことを特徴とする調量装置。
2. 制御ユニット（９０）によって作動手段（２０、２２；７０、７２）は、第１の弁（４；５４）を開放し、調量室（６；５６）に添加ガスまたは添加液体を正の圧力の下で充填し、第１の弁（４；５４）を閉鎖し、次に第２の弁（８；５８）を開放する、請求項１記載の調量装置。
3. 制御ユニット（９０）によって作動手段（２０、２２；７０、７２）は、第１の弁（４４；５４）および第２の弁（８；５８）を連続的に吸気フェーズ中に開閉する、請求項２記載の調量装置。
4. 制御ユニット（９０）によって作動手段（２０、２２；７０、７２）は、第１の弁（４；５４）を開放し、調量室（６；５６）に添加ガスまたは添加液体を呼気フェーズ中に充填する、請求項２記載の調量装置。
5. 制御ユニット（９０）によって作動手段（２０、２２；７０、７２）は、第１の弁（４；５４）を開放し、調量室（６；５６）に添加ガスまたは添加液体を充填し、同時に第２の弁（８；５８）を開放し、添加ガスまたは添加液体を調量する、請求項１記載の調量装置。
6. 作動手段（２０、２２）は圧電素子からなり、作動するときに弁体（２４、２６）を弁座（３６、３８）からリフトアップし、弁（４、８）を開放する、請求項１から５までのいずれか１項記載の調量装置。
7. 第１の弁（４）は、接続されたガスまたは液体の源（９０）からの正の圧力が弁体（２４）を閉鎖方向に移動させるように構成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の調量装置。
8. 調量装置は精密加工シリコンから作製されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の調量装置。
9. インレット（２）、第１の弁（４）、調量室（６）、第２の弁（８）およびアウトレットは横方向にディスク（１２、１４、１６、１８）に配置されており、
   該ディスクは精密加工され接着されたシリコン、またはガラスからなる、請求項８記載の調量装置。
10. インレット（５５）、第１の弁（５４）、調量室（５６）、第２の弁（５８）およびアウトレットは縦方向に配置されている、請求項８記載の調量装置。

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