JP4129996B2 - 呼吸可能気体供給装置 - Google Patents

Description

発明の技術分野
本発明は、閉塞性睡眠無呼吸症（ＯＳＡ）に対する持続的気道陽圧法（ＣＰＡＰ）治療、気腫などその他の呼吸器系の病気／障害、あるいは補助呼吸の適用などに使用される、呼吸可能な気体を人間に供給する装置に関する。
発明の背景
閉塞性睡眠無呼吸症（ＯＳＡ）に対するＣＰＡＰ治療には、大気圧よりも高く加圧した呼吸可能気体（一般的には空気）を導管とマスクを介して患者の気道に供給することが含まれる。患者の要求条件によって、４cm水柱ないし２２cm水柱のＣＰＡＰ圧がＯＳＡの治療に一般的に使用されている。補助呼吸用の使用圧力は、これまた患者の要求条件によって変わるが、３２cm水柱以上までの範囲になることがある。
ＯＳＡの治療や補助呼吸などいずれにしろ、患者に供給される気体の圧力は、一定レベル、２レベル（患者の呼吸に同期した）、あるいは自動レベル設定となっている。本明細書においては、ＣＰＡＰという用語は、これらの形式の加圧気体供給法のいずれか、あるいはそれらの組合せを指すものとする。
既存のＣＰＡＰ気体供給装置、特に病院などで使用されるものの欠点は、生物学的な汚染や、病気／ウィルス／バクテリアの転移の危険があることである。具体的にいえば、深い呼気および／または咳のときに著しい逆流があったりして、患者から吐き出された生物学的材料が気体供給装置に付着し、同じ機械を使用する別の患者に移されたりするのである。更に、同じ機械を連続して使用する患者であれば、前の条件によって再感染することもある。
従来、ＣＰＡＰ装置は、基本的に、内部の部品を取り囲む閉じた外側筐体を有している。気体流路の内部であってその部分をなす部品は、気体入口と、入口フィルタと、インペラと、出口マフラと気体出口を含んでいる。気体流路の外側の部品は、制御電子回路と、電源調整器と、モータを含んでいる。その結果、現在のＣＰＡＰ装置は、総ての「気体流路」部品を時間を掛けて解体して取り外さなければ、気体流路を清掃／殺菌することが非常に困難になっている。更に、分解をしないと、圧力釜で殺菌するなどの一般的な殺菌処理によって、回路板やその他電気部品に損傷を与えてしまう。
上記の課題を解決する試みには、気体出口近傍の気体流路に細菌フィルタを組み込んで、生物学的材料が機械の中に逆流させられたり、これらの材料が機械から出て行って患者に吸い込まれるのを防ぐというのがある。しかし、これらのフィルタは高価で、空気流路にかなりの抵抗を増やし、より大型で騒音の大きいファンとモータが必要になる。また、空気流路が制限されると、進行した呼吸器系の病気の患者はより高いレベルの吸気流を必要とするので、２レベルＣＰＡＰ治療を行うのが困難になる。更に、ウィルスや胞子などの非常に小さな生物学的粒子を捕捉し、しかも、必要な量の空気を許容範囲内の圧力降下で通過させることは、フィルタの孔のサイズを小さくすることが流体が通過する容易さを減ずることになるので困難なことなのである。
本発明の目的は、上記の従来技術の欠点の内の１つまたはそれ以上を実質的に克服するか、あるいは改善することである。
発明の概要
従って、第１の態様においては、本発明は、呼吸可能な気体を供給する装置を提供するのであって、この装置は
主筐体と、
気体入口と気体出口との間に気体流路を持つ副筐体と、
その主筐体内にある駆動力源と、
その気体入口とその気体出口との間で流体でつながっている、副筐体の内部にあるインペラであって、このインペラが気体流路の外にあるその駆動力源と分離可能に係合するようになされているインペラと
を含む装置において、
その副筐体が前記主筐体に分離可能に接続できる
装置である。
その副筐体は、１つまたはそれ以上の入口フィルタ、出口マフラ、気体流量感知手段、気体圧力感知手段、あるいは気体供給逃がし弁組立体を含んでいるのが好ましい。
その駆動力源は電気モータであることが望ましい。
また、その主筐体は、そのモータ用の１つまたはそれ以上の電力源と制御システムを含んでいることが望ましい。
そのモータは、係合構造になって終端している出力軸を含んでいて、インペラに設けられている相補的（complimentary）係合構造と分離可能に係合するようになされていることが好ましい。
また、その主筐体は、取り外し可能な、あるいは旋回可能な蓋を含んでいて、この主筐体に近接する副筐体を押さえるようになされていることが好ましい。好適な形としては、この蓋は音響的防御物を含んでいて、そのインペラとモータが発生する騒音の放出を減少させる。
好適な実施態様において、その気体流量感知手段は、気体流路中に弾性フラップを含んでおり、このフラップがこのフラップのいずれかの側とこの気体流路の外側にそれぞれ設けられている光源と線形イメージセンサとの間に設けられていて、このイメージセンサに照射される光の量が気体流量に比例するフラップの偏向に比例するようになされている。
別の好適実施態様において、その気体圧力感知手段は、気体流路に流体でつながっている一方の側面と、力変換器に結合している力プローブに隣接しているもう片側の側面とを持っている弾性膜を含んでいて、このプローブの変位と変換器が気体圧力に比例している膜の変位に比例するようになされている。
更に別の好適な実施態様において、その気体逃がし弁組立体は、気体流路に流体でつながっている気体逃がし導管を含んでおり、この気体逃がし導管がこの気体逃がし導管の外側に隣接しているカムによって選択的に制限されるようになっていて、このカムの位置変化によって気体逃がし導管を通る気体を変化させ、その気体出口から出て行く残りの気体の流量を変化させるようになされている。
そのモータ動力源は磁石をその上に持っている円盤を含み、そのインペラはその上に取り付けられている磁石を含んでいて、その円盤の磁石とそのインペラの磁石とが引き合うようになされていることが好ましい。
その代わりとして、その駆動力源が磁石をその上に持っている円盤を含み、そのインペラがその上に取り付けられている磁気的に引き付け可能な板を含んでいて、その円盤の磁石とその板とが引き合うようになされている。
別の実施態様において、その駆動力源は、磁石をその上に持っている円盤を含み、そのインペラは、その上に取り付けられている非鉄金属の板、あるいは非鉄金属をその中に持つ磁気的に引き付けることができない材料で形成されている板を含んでいる。
更に別の実施態様において、そのインペラは、その上に取り付けられているフェライトあるいは他の磁性材料を持つ軸を含んでいて、その主筐体は、そのフェライトあるいは他の磁性材料を囲むようになされている電気モータ巻線を含んでいる。
第２の実施態様において、本発明は、第１の実施態様の呼吸可能気体供給装置の気体流路を清掃、殺菌あるいは消毒する方法を開示するのであって、この方法は
（ａ）その主筐体からその副筐体を取り外すステップと、そして
（ｂ）その副筐体を清掃、殺菌、消毒あるいは交換するステップとを有し、そして
（ｃ）その副筐体をその主筐体に接続するステップと
を有している。
【図面の簡単な説明】
本発明の好適実施態様を、次の添付図面を参照しながら、例示のみのために述べて行くが、
図１は、本発明による装置の第１の実施態様を組み立てた状態の断面側面図であり、
図２は、図１に示している装置を分解した状態にした側面図であり、
図３は、図１の装置に組み込むことのできる気体流量感知手段の断面側面図であり、
図４は、図１の装置に組み込むことのできる気体圧力感知手段の側面図であり、
図５は、図１の装置に組み込むことのできる気体逃がし弁組立体の部分の側面図であり、
図６は、図１の装置を組み込むことのできる別の気体逃がし弁組立体の平面図であり、
図７は、本発明による装置の第２の実施態様を組み立てた状態の略断面側面図であり、
図８は、図７に示している主筐体とともに使用することのできる、別の形態の副筐体の略断面側面図であり、
図９は、本発明による装置に関して使用されるようになされているインペラ筐体とモータ組立体の平面図であり、
図１０は、図９に示している組立体を図９の線１０−１０に沿って切った断面側面図であり、
図１１は、図１０に示している筐体の分解図であり、
図１２は、図７に示している実施態様において使用されている第１磁石構成の略平面図であり、
図１３は、図７に示している実施態様において使用されている第２磁石構成の略平面図であり、
図１４は、図７に示している実施態様において使用されている第３磁石構成の略平面図であり、
図１５は、図１４に示されている磁石構成の略断面側面図である。
好適な実施態様の詳細な説明
先ず図１を参照すると、本発明の第１実施態様による呼吸可能な気体を供給する装置１０が示されている。この装置１０は、主筐体１２と副筐体１４とを含んでいる。この副筐体１４は、気体入口１６と、患者に呼吸可能な気体（例えば、空気）を供給する弾性導管２０によって顔面マスク（図示していない）に接続されている気体出口１８とを持っている。
主筐体１２は、電力源２４から電力を受ける電気モータ２２の形をした駆動源を含んでいる。電子制御システム２６が電力源２４を制御してモータ２２の速度を制御する。
入り口１６と出口１８とは、副筐体１４を通る気体流路のそれぞれ最初と最後を表している。流路に沿った気体の経路を矢印２８で表している。副筐体１４は、また、入り口１６と出口１８との間を流体でつなぐ流路に設けられているインペラ３０と、インペラ３０の回りに筐体と膨張室型出口マフラ３１とを形成している仕切３２とを含んでいる。
インペラ３０は、溝のついた円筒３４の形をした雌係合構造を含んでおり、この円筒は、モータ軸３６の端にある突起３８（１つだけ図示している）の形をした雄係合構造に分離可能に係合するようになされている。インペラ３０とモータ軸３６との係合が気体流路の外側で行われていることに注意することが肝要である。スプライン、回し金、クリップ、非接触磁気結合などの他の構成を使用してもよい。
主筐体１２は、副筐体１４をこの主筐体１２に分離可能に締め付けるようになされている蝶番の付いた蓋４０を含んでいる。この蓋４０に音響遮蔽物を含めさせて、インペラ３０とモータ２２によって発生される騒音の放出を減じるようにすることもできる。
図２に開放位置にある蓋４０を示しているが、モータ軸３６がインペラ３０から外され、副筐体１４が主筐体から取り外せるようになっている。
副筐体１４を取り外すことができるということは、大気あるいは治療中の患者からの浮遊粒子に接触するかも知れない呼吸可能気体供給装置１０の大部分の「気体流路」部品をこの副筐体１４が含んでいるのであるから、従来技術の装置に対する主要な改良点であって、容易にそれを取り外し、設置し、そして清潔で、殺菌されたあるいは消毒された副筐体と交換することができるのである。また、この副筐体１４を取り外して、清掃、殺菌あるいは消毒してから再設置してもよい。
軸３６の突き出ている部分も浮遊粒子と接触することがあり、副筐体１４を取り外すことによって容易にこの部品を清掃、殺菌あるいは消毒することができるようにする。
好適な形態においては、副筐体１４は、ポリプロピレン、ポリカーボネート、アクリル、発泡ポリウレタン（ウレテック社製１ＳＦ−１３５０など）、あるいはその他耐熱性の生物学的適合性のある材料などのプラスチック材料を成型して作り、圧力釜などの通常の処理によって容易に清掃、殺菌あるいは消毒ができるようにする。
呼吸可能気体供給装置１０の要求によっては、副筐体１４に入口フィルタ４２も含ませてもよい（図１参照）。
２レベルＣＰＡＰに使用されるものなど呼吸可能気体供給装置の中には、患者に給送されている気体の流量を測定する必要のあるものがある。取り外し可能な副筐体１４とともに使用するのに適している気体流量感知手段４４の実施態様を図３に示しているが、これは、光源４８と線形イメージセンサ５０との間の気体流路中に設けられている弾性フラップ４６を含んでいる。フラップ４６を通過する気流が多くなると、フラップ４６の偏向が比例して大きくなるので、線形イメージセンサ５０に当たる光源４８からの光を遮る量が比例して大きくなる。このようにすると、センサ５０の出力をフラップの偏向、従って気体流量を指示するものに目盛付けすることができるのである。
この構成にすると、弾性プラスチック・フラップ４６だけが流路内にあり、従って、副筐体１４と一緒に清掃などがなされ、あるいは交換される。高価で繊細な光源４８とセンサ５０は気体流路の外側にあって、汚染される危険が無く、主筐体１２に固定したままにされる。
呼吸可能気体供給装置の中には、また、患者に給送している気体の圧力を測定することが必要なもの、あるいは望ましいものもある。取り外し可能な副筐体１４とともに使用するのに適している圧力感知構成の実施態様を図４に示しているが、これは、流路と流体でつながっている一方の側６２と、力変換器６８に結合している力プローブ６６と接しているもう片方の側６４とを持つ弾性膜６０を含んでいる。気体圧力の上昇、低下によって、膜６０がそれぞれ膨張したり縮小したりすると力プローブ６６を変位させて、変換器６８の出力を変化させる。このようにして、気体圧力と変換器出力との間の関係を目盛付けすることができるのである。
気体流量感知手段４４と同様に、この実施態様は、膜を副筐体１４に固定したままにしてあって、副筐体１４とともに容易に清掃、殺菌あるいは消毒、あるいは交換できるので、取り外し可能な副筐体１４と一緒に使用するのに適している。プローブ６６と変換器６８は流路の外側にあるので、汚染される危険が無く、主筐体１２に固定したままにしておける。
２レベルＣＰＡＰは、通常、患者の呼吸に同期させてインペラ・モータの速度を変化させるか、逃がし弁組立体を使用して患者に給送されている気体に対する大気中に排出された気体の比を制御するかして行われている。図５に、取り外しのできる副筐体１４と一緒に使用するのに適している気体逃がし弁組立体（a gas vent valve assembly）７０の実施態様を示している。逃がし弁組立体７０は、図１に示している気体出口１８に流体でつながっていて、弾性部分７４を持っている気体逃がし導管７２を含んでいる。モータ７８によって制御される旋回可能なカム７６を使って、弾性部分７４の内部断面を選択的に制限することによって、このシステムから大気中に逃がす気体の割合を制御して、患者に供給されている残った気体の圧力を調節するようにするのである。図３と４の実施態様と同様に、逃がし導管７２と弾性部分７４は、取り外して清掃し副筐体１４と交換することができ、しかも、カム７６とモータ７８は流路の外側にあって主筐体１２に固定したままである。
図６に取り外し可能な副筐体１４と一緒に使用するのに適している気体逃がし弁組立体の別の実施態様を示しているが、これは、２つの旋回可能なカム７６Ａと７６Ｂでそれぞれ弾性部分７４Ａと７４Ｂとを制限して患者に供給される気体の圧力を制御する。カム７６Ａ、７６Ｂは、図５に示している組立体７０と同様の特性の２つの逃がし弁組立体７０Ａ、７０Ｂの部分をなしている。カム７６Ａ、７６Ｂは、モータが回転すると、一方の弾性部分が段々制限され、もう片方が段々拡張し、またこの逆にもなるようにリンクされている。
図示している実施態様において、カム７６Ａ、７６Ｂは、３つの導管部分８２、８４および８６を有するＹ字型の導管８０に隣接して設けられていて、これらの導管部分は、それぞれインペラ３０、出口１８および外気に流体でつながっている。低圧の気体を患者に供給する必要があるときは、弁組立体７０Ａ、７０Ｂを使用して、導管部分８６を通って外気に行く気流を増やす一方で、同時に導管部分８２内の流れ発生器からの気流を制限するのである。高圧の気体を患者に供給する必要があるときは、旋回可能なカム７６Ａと７６Ｂを逆に回して、導管部分８６を通って外気に行く気体の排出を制限し、同時に導管部分８４を通って患者に供給される気体を増加させるのである。
図６の実施態様によって、比較的少ない電力しか使わず、流れ発生モータやベアリングがあまり摩耗しない、呼吸可能な気体を供給する装置を提供する。外気へ排出される気流も減るので、これに関連した外気への排出部を通る気体の騒音も低減される。
図７に本発明の第２の実施態様による呼吸可能な気体を供給する装置９０を示している。第１実施態様と同様に、この装置９０は主筐体９２と副筐体９４とを含んでいる。
副筐体９４は、入口室９６と、その中にインペラ１００が入っている出口室９８とを持っている。このインペラ１００は軸１０２の底端部に取り付けられている。軸１０２の頂端部は、入口室９６に取り付けられているベアリング組立体１０３の中に保持されている。そのインペラ１００は、また、その周縁の近くに取り付けられている多数の磁石１０４を含んでいる。好適な実施態様では、等角に間隔を空けた６個の磁石が使用されている。
その主筐体９２は、電気モータ１０６の形をした駆動力源を含んでいる。円盤１０８がモータ１０６の出力軸１１０に取り付けられている。磁石１１２は、円盤１０８の周縁の近くに、インペラ１００上に設けられている磁石１０４に概ね揃えて取り付けられている。磁石１０４と１１２は相互に引き合うように構成されている。
モータ１０６に電気を印加すると円盤１０８が回転する。磁石１０４と１１２との間の吸引によってインペラ１００も回転する、インペラ１００が回転すると、入口室９６の上部開口１１４を通して空気が引き込まれ、下部開口１１６を通ってインペラ１００に入って行く。そして、加圧された気体は、矢印１２０で示しているように、強制的に出口室９８の出口１１８を通って行く。副筐体９４の出口１１８は、弾性導管によって顔面マスク（図示していない）につながっていて、患者に空気（あるいはその他の呼吸可能な気体）を供給する。
第１実施態様と同様に、副筐体９４は、外気から、あるいは治療している患者から来る粒子と接触するかも知れない部品の総てを含んでおり、磁石１０４と１１２との間の吸引力に打ち勝てば、容易にそして素早く主筐体９２から取り外すことができる。第１実施態様と同様に、このことによって、容易に副筐体９４を取り外したり、取り付けたり、新しい清潔、殺菌された、あるいは消毒された副筐体９４と交換したり、あるいは取り外して清掃し、殺菌するか消毒されてから再取り付けすることができるようにするのである。
図１２、１３、そして１４と１５に、それぞれ、円盤１０８に取り付ける磁石１１２の好適な配置を示している。図１２では、磁石１１２はそれらの極を１方向（Ｎ極が示してある）に揃えてある。図１３では、磁石１１２は隣接する磁石１１２が交互に極が代わるように配置されている。図１４と１５では、磁石１０４、１１２は、磁気ブリッジ１２２によって対になってグルーピングされ、交互に代わる極を持っている。インペラ１００上の磁石１０４は、円盤１０８のものとは逆（引き付け合う）極性になるように配置されている。
図８に、図７に示している主筐体と一緒に使用することのできる、別の形の副筐体１３０を示している。副筐体１３０は副筐体９４と非常に似通っており、同様の部分には同じ参照番号を使用している。しかし、副筐体１３０においては、インペラ１００が、図７の実施態様に示している磁石１０４とは異なる、板１３２をその下側に含んでいる。
ある形態では、この板１３２は、鉄などの磁石に吸引される材料でできている。図７に示している実施態様と同様に、円盤１０８が回転すると、磁石１１２と板１３２との間の吸引によって、インペラ１００がまた回転するようにする。
別の形態では、板１３２は、アルミニウムなどの非鉄金属で作られている。この形態では、円盤１０８が回転すると、磁石１１２が磁場を作り出し、これが板１３２を通過して板１３２の中に渦電流を生じさせてこれを回転させ、インペラ１００を回転させる。更に、この板１３２は、アルミニウムなどの非鉄金属をその中に持っている、ポリマーなどの磁気的に引き付けられない材料で形成してもよい。
図９ないし１１に、本発明の別の実施態様による、呼吸可能な気体を供給する装置に使用するのに適しているインペラ筐体とモータ組立体１４０とを示している。この実施態様においては、この組立体１４０は、副筐体をなす上側部分１４２と、主筐体をなす下側部分１４４とを含んでいる。この上側部分１４２は、入口１４６と、出口１４７と、そしてこの中に取り付けられているインペラ１４８とを含んでいる。
図１１で最もよく分かるが、このインペラ１４８は、フェライト材料１５２が取り付けられている中空軸１５０を含んでいる。その下側部分１４４は、この中空軸１５０の内部に受け入れられてベアリングを形成するようになされている軸１５４を含んでいる。また、その下側部分１４４は、フェライト材料１５２を囲んでいるモータ巻線１５６を含んでいる。このモータ巻線１５６に電気を印加すると磁場ができ、これによってそのフェライト材料１５２，そして結局インペラ１４８が回転して空気を入口１４６から出口１４７に引き込み、前記の手段によって患者に気体を供給するのである。
これまでの実施態様と同様に、その上側部分１４２とそのインペラ１４８を取り外して、清掃、殺菌、消毒、あるいは交換することが、下側部分１４４が取り付けられている装置の残りの部分を取り外さなくてもできるのである。また、上側部分１４２とインペラ１４８を取り外すと、下側部分１４４の外面１５８に容易に手が届き、清掃、殺菌あるいは消毒ができるようになる。
図９ないし１１に示している実施態様を変形したもの（図示していない）では、気体は、インペラ１４８から中空軸１５０と軸１５４の間の界面に流れ込んでインペラ１４８を（空気ベアリングのように）浮かせ、これによって騒音を低減する。
好適な実施態様を参照しながら本発明を説明したが、当業者であれば、本発明が多数の別の形にしても実現できるということを認識されたい。

Claims (7)

1. 呼吸可能な気体を供給する装置であって、
   モータ巻線を有する主筐体と、
   気体入口と気体出口との間に気体流路を有する副筐体と、
   気体入口と気体出口との間で流体でつながっている上記副筐体の内部に取り外し自在に設けられたインペラであって、上記気体流路の外側に磁性材料を備えた軸を有するインペラとを含む装置において、
   副筐体とインペラとが、上記磁性材料を実質的に上記モータ巻線内に配置する位置で、主筐体に分離可能に接続できるようになっており、
   上記モータ巻線に電気を印加することにより、上記磁性材料が回転せしめられて、上記インペラが回転せしめられるようになっている装置。
2. 上記磁性材料は、フェライト材料である請求項１記載の装置。
3. 開放自在に接続された蓋と、気体流路を有する取り外し自在の副筐体と、磁気駆動軸アセンブリを備えたインペラと、を有する持続的気道陽圧装置を清掃する方法にして、
   蓋を開放するステップと、
   副筐体を取り外すステップと、
   使用済みインペラを取り外すステップと、
   清潔で、殺菌された又は消毒されたインペラを設置するステップと、
   清潔で、殺菌された又は消毒された副筐体を設置するステップと、
   蓋を閉じるステップと、を含む方法。
4. 呼吸可能な気体を供給する装置に用いられるモータとインペラのアセンブリであって、
   インペラ筐体と、
   該インペラ筐体内に取り外し自在に設けられたインペラであって、磁性材料を備えた軸を有するインペラと、
   インペラ筐体とインペラとに分離可能に接続できるモータ筐体であって、凹部を有するモータ筐体と、
   上記凹部を囲むモータ巻線と、を有し、
   上記軸は、上記凹部内に取り外し自在に受け入れられるように配置されており、上記磁性材料は、モータ巻線に対する磁気結合ができるように配置されている、モータとインペラのアセンブリ。
5. 上記インペラ筐体と上記モータ筐体とが互いに接続された時に、上記モータ巻線は、上記磁性材料を囲むようになっている請求項４記載のモータとインペラのアセンブリ。
6. 上記磁性材料は、フェライト材料である請求項４記載のモータとインペラのアセンブリ。
7. 補助呼吸を目的とする呼吸可能な気体を供給する装置であって気体流路を有する装置を製造する方法であって、
   （ａ）磁性材料を備えた軸を有するインペラを提供するステップと、
   （ｂ）凹部の回りにモータ巻線を提供するステップと、
   （ｃ）インペラを取り外して清掃、殺菌あるいは消毒することができるように、使用時に、上記軸を上記凹部内に取り外し自在に配置し、上記モータ巻線に対して磁気結合の関係になるように上記磁性材料を配置するステップと、を含む方法。

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