JP4084910B2 - 弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弁、特に、吸気ガス及び呼気ガスの流路を別個に提供するために患者換気装置における吸気ガス及び呼気ガスのための共通の流路に接続可能な弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レスピレータ、ベンチレータ及び麻酔剤供給装置等の、公知の患者換気装置は、管回路に関連している。これらの管回路は、通常、換気装置から患者へ呼吸ガスを供給するための吸気ラインと、患者から空気又はその他の呼気の収容設備へ呼気を搬送するための呼気ラインとを有している。一般的な使用においては、患者に感染するおそれのある回路内におけるバクテリア増殖の可能性を最小限にするた、管回路は、クリーニング又は交換のために頻繁に、例えば１日毎に取り外されなければならない。さらに、吸気アーム及び別個の呼気アームにおけるフレキシブルな管の長さが長いことにより、患者の一回換気量と肺胸郭コンプライアンスの決定が困難となる。なぜならば、管は、呼吸サイクル中の圧力変化に応答して半径方向に膨張及び収縮する傾向があるからである。患者の快適性をも考慮しなければならず、患者、特に“ホームケア”中の患者は、“ケア環境”の中で動き回ることを望んでおり、管の量が少ないほど、患者の移動がより容易でかつ快適となる。したがって、回路内の管の長さ及び数を最小限にすることが望ましい。
【０００３】
このことは、吸気ガス及び呼気ガスのための共通の流路を提供することによって達成され、この共通の流路は、ひいては、管回路の一部に対して２つのガスラインの代わりに唯一つのガスラインを用いる。このことを行うためには、患者が呼気ガスを再吸入することを回避するために又は換気装置内で吸気ガスと呼気ガスとを別個に処理できるようにするために、吸気ガス流と呼気ガス流とを分離させることができるような弁装置が必要とされる。
【０００４】
このことを達成するために換気装置において使用される１つの公知の弁は、米国特許第５００２０５０号明細書に開示されている。この弁は、吸気ガスのための入口と呼気ガスのための出口とを有する弁体と、弁を患者の気道に接続させるための共通の入口／出口とを有している。同心的に配置された内側のガス流路と外側のガス流路とが設けられており、それぞれのガス流路が、共通のガス流路を介して共通の入口／出口に接続された一方の端部と、入口及び出口に個々に接続された他方の端部とを有している。内側ガス流路の端部の近傍に差動領域弁手段が配置されており、この差動領域弁手段は、吸気ガスが常に大きな面領域に衝突するように配置されている。この吸気ガスは、弁の開閉が、吸気ガスによって弁手段に加えられる圧力に依存するように弁の操作制御を提供する。弁手段は、弁を通過する加圧された吸気ガス流に応答して、弁の共通軸線に沿って滑動可能であり、これにより、共通のガス流路の端部をシールし、弁出口と共通流路との間のガスの通過を遮断する。差動領域弁手段に呼気ガスによって加えられる圧力が、吸気ガスによって加えられる圧力を超過すると、弁手段は反対方向へ滑動し、これにより共通の流路の端部を開放させ、呼気ガスが弁手段を通過して外側のガス流路へ、さらに弁から出口へ流出することができる。さらに、差動領域弁手段には逆止め弁も取り付けられており、この逆止め弁は、一方向の流れのみを弁手段に流過させる。
【０００５】
しかしながら、この装置は機械的に複雑であり、シール自体は管の端部である比較的小さな領域上に形成されているので、小さな粒子は、適切なシールが形成されることを妨げる。さらに、一旦製造されて、弁手段の差動領域が設定されると、弁の操作は、主に、別々の領域に作用する吸気ガス及び呼気ガスの相対的な圧力を変化させることによって制御可能である。したがって、弁の操作は、基本的に、管回路の吸気ライン内のガス量を変化させることによって制御される。このラインは、弁の容量と比較して比較的大きな容量を有しており、このことは、吸気変化に対する弁の応答が比較的遅くなる。
【０００６】
別の公知の弁が、米国特許第５５３８００２号明細書に開示されており、この弁は、１対の同心的な管を有しており、これらの管は、これらの管の間に狭幅なチャネルを形成するように配置されており、このチャネルを通って呼吸ガスが患者へ供給される。内側の管は、患者の呼吸装置を外部へ接続するために配置されており、内側のチャネル内には膨張可能なカフが配置されており、このカフは、呼吸ガスが外側の狭幅なチャネルを通過しているときに膨張して自己に対しシールするようになっている。この自己シール装置の欠点は、比較的不十分なガスシールが形成されることである。これは、カフがシールを形成するためにほぼ完全に膨張させられると、２つの面の間の接触領域が小さくなり、カフの膨張が比較的小さい場合には、接触面にしわが形成され、このことは、不十分なシール又は低圧時に解離可能な面を形成するからである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、患者換気装置において利用可能な構造が単純な弁を提供することであり、この場合、比較的大きなシール領域を提供することができ、弁手段の操作が、管回路内の吸気ガス及び呼気ガスの相対的圧力にほぼ無関係に行うことができる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このことは、請求項１による、請求項１の特徴を有する弁によって達成された。
【０００９】
【発明の効果】
互いに対してほぼ平行に、有利には同心的に配置された内側管の外面と外側管の内面とが重なり合った領域の間においてシールする膨張可能なカフとしての弁手段を提供することによって、シールが、カフ外面の大きな領域に亘って形成されてよい。さらに、外部の圧縮流体源と接続可能なカフの内側を有することにより、弁の開閉は、吸気ガス又は呼気ガスのいずれにも依存する必要はない。さらに、弁は、唯一の可動部材、すなわち膨張可能なカフから成る弁手段を備えた、比較的単純な構造を有している。
【００１０】
可変領域流れ制限部を提供するように、カフの膨張程度が制御可能であると有利であり、前記可変領域流れ制限部は、例えば、呼気ガス流を調整して患者の呼吸サイクルの呼気相の間に肺を陽圧に保持することを目的として、換気装置において使用可能な呼気終末陽圧（ＰＥＥＰ)弁を提供するために用いられてよい。このようなＰＥＥＰ人工呼吸器操作モードは、当該技術分野においてよく知られているが、ここでは新規の形式で行われる。付加的に又は択一的に、可変領域流れ制限部は、差圧流量計に関連して使用されてよく、これにより、膨張させられたカフのサイズは変化させられ、大きなダイナミックフローレンジに亘って流量計の線形性を維持する。可変領域流れ制御流量計の操作原理は、当該技術分野においてよく知られており、例えば米国特許第４９３８０７７号明細書及び米国特許第４００６６３４号明細書に記載されている。
【００１１】
カフは、一体的構成を提供するように、内側管又は外側管のいずれか一方に取り付けられて、弁と一体的に形成されていてよい。このことは、例えば、カフが膨張して外側通路の内面に対してシールするようにカフを内側通路の外面に配置することによって達成されてよい。
【００１２】
本発明のこれらの目的及び利点並びにその他の目的及び利点は、以下の実施例の記載及び添付の図面を考慮することにより、より明確に理解されるであろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。
【００１４】
図１に示したように、弁１は、この実施例においては、２つの本体区分２，３を有しており、これらの本体区分は、相互に嵌合させられた場合に、相俟って、弁１を通る同軸的に配置された外側流路４及び内側流路５と、共通の流路６とを形成する。膨張可能なカフ７は、例えば適切な接着剤を使用することによって、縁部において内側流路５の外面に固定されている。別の流路８が本体区分２内に形成されており、この流路８は、図１に示したようにカフ７を膨張させて外側流路４を遮断するために、圧縮流体源（図示せず）に接続可能である。本体区分２，３には個々に接続片１１，１２が形成されており、これらの接続片１１，１２は、流体流路（例えば図示したように共通の流路６に接続された管区分すなわちガス流導管１４）への弁１の外部接続を容易にするために設けられている。
【００１５】
本体区分２には開口９も設けられており、これらの開口９は、２つの本体区分２，３が相互に嵌合させられている場合に、弁の内側流路４と、流体が通流するようになる。したがって、これらの開口９は、弁１の外部への流体の通流を提供し、カフ７と協働するように配置されており、これにより、膨張させられるとカフ７は開口９への及び開口９からの流体の流れを妨害することができ、ひいては弁１を通る流体の流れを制御するようになっている。
【００１６】
この実施例の場合には、共通の流路６内に流れ制限部１３が配置されており、流れチャネル１５が、流れ制限１３のそれぞれの側に、共通の流路６と圧力が伝わり合うように設けられている。これらの流れチャネル１５は、標準的な差圧流量計１６に接続可能であり、これにより、弁１内を両方向に通流する、すなわち共通の流路６に流入する又は共通の流路６から流出する流体のための流量測定を行うようになっている。
【００１７】
図１に示したように、弁１は、内側流路５を通って共通の流路６に流入する流体のための入口として作用する接続片１１を備えている。次いで、開口９は、共通の流路６から外側流路４を通って流れる流体のための出口として作用する。流体が弁１を通って内側流路５から流れる場合にカフを膨張させて外側流路４を遮断するために、加圧空気が流体通路８を通ってカフ７へ流れる。弁１を通る流れの方向を反転させるために、カフから加圧空気を除去することによってカフは収縮させられ、流体が共通の流路６から開口９へ流れることができる。
【００１８】
図２に示したように、図１に示した実施例等の、本発明の弁の１つの使用例は、以下でさらに説明するように、ベンチレータ又はレスピレータを含む患者換気装置の管回路内において、呼吸ガスの流れ（図２に矢印で示した流れ方向）を制御することである。
【００１９】
弁１は、患者１７と換気装置１８との間のガスの流れを制御するために、患者１７の肺と公知の患者換気装置１８との間に接続されている。吸気ライン１９は、換気装置１８から延びており、ガスの内側流路５の接続片１１に気密にシールされている。呼気ライン２０は、換気装置１８から延びており、出口開口９を取り囲むように本体区分２と気密シールされながら結合されている。吸気ライン１９と呼気ライン２０とは、少なくとも弁１に近い長さ部分において、同心的に構成されている。小さなボア通路管２１は、カフ通路すなわち流路８を圧縮ガス源２２に接続させている。この圧縮ガス源２２は、弁１内への予期しない漏洩の場合に患者への害を最小限にするために、人間に対して無害なガスのうちの１つであると有利である。ガス源２２は、人工呼吸器装置すなわち換気装置１８に機能上で結合されており、これにより、カフ７への圧縮ガスの供給は、換気装置１８の操作サイクルと時期が合わせられることができ、例えば、カフ７の膨張は、患者の呼吸サイクルの機械的に補助された吸気相の開始時にトリガされてよい。
【００２０】
弁１の共通の流路６は、気密にシールされながら、共通のガス流導管１４と気密に結合されており、この共通のガス流導管１４は、フェースマスク（図示せず）又は気管内チューブへの入口であってよく、共通のガス流導管１４を通って、肺１７への吸気及び肺１７からの呼気が交互に流過する。
【００２１】
使用時には、換気装置１８は、患者の吸気相の間には、吸気管１９内に所定量の吸気ガスを供給し、また、カフ７を膨張させて外側流路４を遮断して、開口９を通るガス流を妨げるために、圧縮ガス源２２からの圧縮ガスの供給をもトリガする。したがって、所定容量の吸気ガスは、入口接続部１１から弁１を通過し、内側流路５を通って共通のガス流導管１４へ流れる。ガス流導管１４から、吸気は、肺１７内へ供給される。患者の呼吸サイクルの呼気相の間、換気装置１８内の弁手段（図示せず）は、内側流路５への吸気の供給を妨げるために閉鎖する。カフ７内のガスは排除され、大気へ排出されるか、圧縮ガス源２２による再利用のために回収され、カフ７が収縮すると外側流路４が開放させられる。肺１７から、弁１の共通の流路６内へ流れる呼気は、外側流路４を通り、開口９を通り、呼気ライン２０内へ流れ、この呼気ライン２０から、呼気ガスは換気装置１８によって回収される。したがって、カフ７は、患者の呼吸サイクルの間にカフが膨張したり収縮したりしながら、弁の外側流路４を遮断又は開放させるための、弁手段として作用する。付加的に、又は択一的に、カフ７が収縮させられる形式を制御することにより、呼気流路における可変領域流れ制限が提供される。このことは、呼気が部分的に膨張させられたカフ７を通過し、ひいては換気治療のＰＥＥＰモードを提供しながら、患者の呼気圧力を制御するために使用されてよい。
【００２２】
図３には本発明の弁の別の実施例が示されている。図１の弁と同様に、弁３１は２つの本体区分３２，３３を有しており、これらの本体区分は、相互に嵌合させられた場合に、内側流路３５と外側流路３４とを形成する。本体区分３２には開口３９が設けられており、この開口３９は、組み立てられた弁３１においては、外側流路３４と、弁３１の外部との間に流体の通流を提供する。図１の実施例と異なる点は、本体区分３２，３３が、弁３１内に共通の流路が形成されないような長さを有することである。その代わりに、本体区分３３は共通の流路３１４に直接に接続可能である。膨張可能なカフ３７が、内側流路３５の外面を取り囲むようにシールされている。カフ３７の膨張及び収縮は、流路３８に接続可能な加圧ガス源（図示せず）によって制御される。ポート３１５が、カフ３７のそれぞれの側に１つずつ、外側流路３４と圧力が伝わり合うように設けられている。差圧流量計３１６が、ポート３１５に接続可能である。カフ７の膨張は、差圧流量計３１６のダイナミックレンジに亘ってより線形の応答を提供するために、部分的に膨張させられたときにカフが形成する流れ制限部のサイズを変化させるように制御される。
【００２３】
上に記載された弁は本発明による弁の例としてのみ働くことが当業者によって認められるであろう。本願の請求項１によって規定されているような本発明の範囲内にありながら、発明性のない変更が、上に記載された弁に対して行われてよい。例えば、内側流路が呼気を搬送するようにかつ外側流路が吸気を搬送するようにしてよい。又は、膨張可能なカフは、膨張させられたときに内側流路の外壁に対してシールするように、外側流路の内壁に対して固定されて配置されてよい。また、二部構成の本体は、この本体の構造においてプラスチック射出成形技術を使用することによって単一部材として形成されてよい。さらに、上記実施例において使用されているような、換気装置に通常設けられている既存の弁に依存する代わりに、流路を通る逆流を回避するために、カフによってシールされないように流路内に一方向弁が配置されてよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の弁の実施例を示す縦断面図である。
【図２】本発明の弁を有する患者換気装置の管回路を示す概略図である。
【図３】本発明による弁の択一的な実施例を示す図である。
【符号の説明】
１ 弁、 ２，３ 本体区分、 ４ 外側流路、 ５ 内側流路、 ６ 共通の流路、 ７ カフ、 ８ 流路、 ９ 開口、 １１，１２ 接続片、 １３流れ制限部、 １４ ガス流導管、 １５ 流れチャネル、 １６ 差圧流量計、 １７ 患者、 １８ 患者換気装置、 １９ 吸気ライン、 ２０ 呼気ライン、 ２１ ボア通路管、 ２２ 圧縮ガス源、 ３１ 弁、 ３２，３３本体区分、 ３４ 外側流路、 ３５ 内側流路、 ３７ カフ、 ３８ 流路、 ３９ 開口、 ３１４ 共通の流路、 ３１５ ポート、 ３１６ 差圧流量計

Claims (8)

1. 弁（１，３１）であって、共通の流路（１４，３１４）へ及び該共通の流路から前記弁を通って流体を案内するための内側流路（５，３５）及び外側流路（４，３４）のほぼ平行な配列が設けられており、各流路が、別の方向であり、さらに弁（１，３１）を通る流体の流れを制御するための膨張可能なカフが設けられている形式のものにおいて、
   前記カフ（７，３７）が、内側流路（５，３５）及び外側流路（４，３４）の対向面のいずれか一方に対して液密シールを形成し、これにより外側流路（４，３４）を通る流れを遮断するように、膨張可能であることを特徴とする、弁。
2. 前記カフ（７，３７）が、外側流路（４，３４）に対してシールを形成するように膨張可能である、請求項１記載の弁。
3. 内側流路（５）及び外側流路（４）の流路が、外側流路（４）が内側流路（５）を越えて延びていて共通の流れ導管（１４）と接続可能な共通の流路（６）を形成するように選択された、互いに異なる長さを有している、請求項１又は２記載の弁。
4. 内側流路（５，３５）及び外側流路（４，３４）から流体を隔離されながら別の流路（８，３８）が設けられており、該別の流路が、カフの膨張を制御するために、弁（１，３１）の外部からカフ（７，３７）の内部へ及びカフの内部から加圧流体を案内するために配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の弁。
5. 前記カフ（３７）が、外側流路（３４）を通る流れに対して可変領域流れ制限部を提供するために膨張可能である、請求項１から４までのいずれか１項記載の弁。
6. 流れ方向に沿って可変領域流れ制限部（３７）のそれぞれの側に、外側流路（３４）内の流過流体と圧力が伝わるように配置された、可変領域流れ制限部（３７）のそれぞれの側に生ぜしめられる差圧を測定しかつ該差圧から流路（３４）を通る流量を決定する、差圧流量計（３１６）が設けられている、請求項５記載の弁。
7. 換気装置管回路であって、吸気源（１８）と接続可能な第１端部を有する吸気ライン（１９）と、呼気収容設備（１８）と接続可能な第１端部を有する呼気ライン（２０）と、患者の気道（１７）に接続可能な第１端部を有する共通のガスライン（１４）とが設けられている形式のものにおいて、
   前記回路が、付加的に、請求項１から６までのいずれか１項に記載の弁（１）を有しており、内側の流体流路（５）が、吸気ライン（１９）又は呼気ライン（２０）の一方の第２端部に接続されており、外側の流体流路（４）が、呼気ライン（２０）又は吸気ライン（１９）の他方の第２端部に接続されており、これにより、共通のガスライン（１４）へ及び共通のガスライン（１４）から弁（１）を通って呼吸ガスを案内するようになっていることを特徴とする、換気装置管回路。
8. カフが、呼気終末陽圧（ＰＥＥＰ）を提供するために、制御可能に膨張可能である、請求項５又は６に係る場合における請求項７記載の換気装置。

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