JP4401287B2 - 呼吸気加熱加湿装置 - Google Patents

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Description

本発明は、呼吸気の調和装置に関し、特に、人工鼻に関するものである。
生理状態においては、鼻は呼吸気の能動的加温および加湿をもたらす働きをする。しかし、患者が人工呼吸を受けている状況では、先端が気管に挿入されている可撓性チューブにより、鼻は分流されている。咳嗽刺激や粘膜の漏出といった好ましからざる影響を防ぐために、供給される呼吸気を処理する必要がある。このようなことが必要であるのは、通常この処理の役割を果たしている鼻や喉の粘膜が、このような状況では、もはやこの役割が果たせないからである。肺や鼻の通常の機能には不可欠な供給される呼吸気を湿らせたり温めたりする処理は、今日では通常、任意のフィルタ装置と加湿加熱装置とから構成される装置によって行っており、本明細書では、人工鼻とも呼ぶ。
人工鼻は、EP0413127にあるような技術で知られており、人工呼吸のための呼吸気加温加湿用装置が記載されており、その装置において、加熱および加湿は、独立型の受動加熱加湿交換器と能動加熱加湿交換器との組み合わせによって得られる。しかし、この装置は比較的複雑な設計となっている。WO97/07845では、温かい、湿った空気を患者に供給または戻したりする装置における、熱および湿度の損失を補償する装置を開示している。
本発明の主たる目的は、呼吸気の調和装置を提供することであり、そしてその装置は、前記呼吸気の加熱水準および湿度比率を、所望の水準に維持することができる。本発明の別の目的は、更に、前記呼吸気をろ過することができる呼吸気の調和装置を提供することである。更なる目的は、受動加湿機能および能動加湿機能を有する、一体型の装置である呼吸気の調和装置を提供することであり、そしてその装置は、非常に顕著な融通性を確保するために、配置された任意の位置で給気管に接続することが可能である。更にまた別の目的は、これまで、既存のすべての装置に設けられていたウォータートラップの設備が、もはや不要となるように、前記給気管における水分凝縮を防止することができる呼吸気の調和装置を提供することである。
発明の概要
本発明は、未処理の呼吸気の吸気口と、処理済の呼吸気の排気口とを備えるハウジングを含む呼吸気調和装置に関し、前記ハウジングには、前記呼吸気を受動的に加湿する受動加湿手段と、前記呼吸気を能動的に加湿する能動加湿手段とが備えられている。本発明の実施態様において、前記受動加湿手段は前記吸気口と前記排気口の間に配置される。
前記ハウジングの能動加湿手段は、給水口、供給された水の加熱装置、および加熱加湿発生手段を含んでもよい。本装置は、更に、前記加熱加湿発生手段が、実質的に非透水性および水蒸気透過性を有する膜、および所望の熱量を供給し、水の薄層を蒸発させることができる熱交換要素を含むことを特徴とする。
本発明の実施態様において、呼吸気調和装置は、未処理の呼吸気の吸気口と、処理済の呼吸気の排気口とを備えるハウジングを含み、前記ハウジングは、受動加湿手段と、能動加湿手段とを含み、前記能動加湿手段は、給水口と、供給された水の加熱装置と、実質的に非透水性および水蒸気透過性を有する膜と、熱交換要素とを含み、前記膜が、親水性膜と、水蒸気透過性かつ非透水性膜とに区分され、および前記熱交換要素が多孔金属板および/または発熱抵抗体を含む群から選択されることによって特徴づけられる。
実施態様において、加熱装置は、本発明の装置のハウジングに着脱自在に配置される。給水口は、水の薄層が、加熱装置と加熱加湿発生手段の間に入ることができるように、ハウジングに接続されることが好ましい。前記能動加湿手段は、前記装置において、熱および湿度損失を補償するのに役立つ。薄層における水分蒸発は、例えば、毛管現象または重力による水の供給を可能にし、更に、加熱装置の温度調節により、適正な水蒸気の生成を確実なものにする。
本発明の実施態様において、前記加熱加湿発生手段は、空気の流れに垂直に設けることが好ましく、これにより、空気の流れを部分的に遮るものである。空気の流れに対して、膜および熱交換要素を垂直に配置してあるため、本装置は、装置を流れる空気を迅速かつ最適に調和するのを確実なものにしている。加熱装置と加熱加湿発生手段の間に供給される水への加熱装置の作用により生成する水蒸気で、空気はそれ自体十分に加湿される。
本発明の装置は、循環する空気の適正な湿度が、常に維持されることを保証するものであり、同時に前記空気の加温および任意のフィルタリングも行っている。更に、本発明の装置は、省スペースおよび取り扱い易さといった利点を提供する。確かに、大多数の先行技術装置は、貯水槽と水を蒸発させる加熱手段という形態の加湿装置および加温装置で構成されており、場合により蒸発手段を備えている。そのような部品の組み立ては面倒であり、そのような装置の交換又は清掃が必要な場合には不便さを生じる。更に、前記組み立てを、空気の供給源や患者に接続する場合には、あまりにも多くの吸気口、排気口および管類が含まれるため、間違い犯す恐れがある。本発明は、一つの装置にすべて組み込まれた、受動加湿ユニットおよび能動加湿ユニットを提供する。前記装置は、給気源に接続される少なくとも一つの吸気口と、患者に接続される少なくとも一つの排気口をもつという利点を有する。新規の装置を接続する方法はただ一つしかないので、混乱することはあり得ない。更に、本発明の装置は、ハウジングに着脱自在に配置される加熱装置を有しているという利点があり、これにより、加熱過程のよりよい制御性や、必要時に前記加熱装置の容易な取り外しおよび取り替えの実現性を備えている。
本発明を、更に詳細に開示する。そこで、下記に本発明の装置の好ましい実施態様を、詳細に開示する。説明は、実施例によってのみなされるが、発明を限定するものではない。参照番号は添付した図に対応している。
発明の詳細な説明
本発明は、呼吸気の調和に適する装置に関する。
本明細書で使用される用語「呼吸気」は、それを必要とする個体にとって適切な、あらゆる呼吸に適した気体、例えば、前記個体の肺に供給される標準的な空気などを示す。本明細書で使用される用語「個体」は、動物、好ましくは哺乳動物、更に好ましくは人間を指す。
本明細書で使用される用語「呼吸気の調和」および/または「呼吸気の処理」は、前記呼吸気の加湿/保湿および加温を指す。
前記装置の実施態様は、図1および図2に示される。前記装置は、好ましい実施態様において、円筒状であるハウジング1によって構成されている。ハウジングは、医療用に適する材料で作ることができる。ハウジングはプラスチック製であることが好ましい。
図2に示されるように、前記装置は、底部2と、周壁3と、蓋体4とを有するハウジング1を含み、前記底部2は、呼吸気の供給用の吸気開口5を備え、前記供給は、矢印22で図示される。蓋体4は、排気開口6を備え、そこから矢印23で図示される処理済の呼吸気が排出される。前記装置は、更に前記吸気口5と前記排気口6の間の前記ハウジング1に配置される受動加湿手段7と、加熱装置、給水口13、および加熱加湿発生手段を装着するための第二開口10とを含んでいる。適切な受動加湿手段は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などの、公知技術である任意の材料からも作製することができる。本発明の実施態様において、前記受動加湿手段7は、公知技術の任意の加熱加湿交換器(HME)であってもよい。それらはひだをつけた紙、又は吸湿性材料で更なる処理をした、スポンジのような材料、束状の中空繊維、若しくは多層状のPTFEから作製してもよい。好ましい実施態様において、前記受動加湿手段7は、ひだつき紙製の加熱加湿交換器を含んでいる。本発明の装置は、更に上記ハウジング1に、細菌フィルタを含んでいる。前記細菌フィルタは、公知技術である疎水性または静電性の材料から作製してもよい。図2のハウジング1は、接着剤で接着されるか、あるいは固定された数個の独立した構成部品から構成されるものとして図示されているが、本発明は、ひとつの型から形成されたハウジング1も含んでいる。
本発明の実施態様において、加熱加湿発生手段は、実質的な非透水性および水蒸気透過性を有する膜12、および所望の熱量を確保する熱交換要素を含んでいる。
ハウジング1の底部2および蓋体4において、開口5および6が、接続管5aおよび6aを有し、それぞれには管が取り付けられるようになっている。前記開口5および6、そして対応する接続管5aおよび6aは、同一または異なる寸法であってもよい。前記装置を流れる流量の割合は、開口5と6ならびに/あるいは対応する接続管の位置や寸法を調整することにより調節してもよい。もし、装置の外への流量を減らす必要がある場合、開口6の寸法を小さくすることができる。装置を循環する空気の最良の調和状態を得るように、開口5および6の位置を調整してもよい。これに応じて、空気流の調和を最適にするように、開口10の位置および寸法を調節することができる。
接続管5aは、給気管に接続することができる。給気管については、図示されていない麻酔装置または図示されていない呼吸装置に接続される管の一部であると理解する必要がある。図2に示される好ましい実施態様において、前記接続管5aは、使用に応じて、直径が異なる管類への適合が可能となる直径が異なる2つの円筒体で構成しても良い。接続管6aは、患者に空気を供給する管類に接続することができる。供給される呼吸気の加温を助けるように、接続管を更に加熱してもよい。
更に、別の実施態様において、図2に示されるように、本発明による装置の底部2は、更に吸気口18を有することができる。前記吸気口18は閉じることができ、その場合は、ストッパー19が取り付けられる。前記吸気口18の利用の際には、ストッパー19は、本発明の装置の底部2に位置する保持装置20に収納することができる。
この吸気口18は、本発明による装置を循環する空気をサンプリングするのに適している。前記吸気口18を通して、本発明の装置は、空気監視および/または分析装置に接続してもよい。このオプションが使用されない場合は、ストッパー19が吸気口18を閉じることができる。吸気口18が使用される場合は、ストッパーを保持装置20に収納そして保持してもよい。
本発明の別の実施態様において、前記ハウジング1は、周壁3を囲むグリップリング8を有してもよい。前記グリップリング8は、前記壁に取り付けられ、前記壁3に存在するフランジ9で固定される。グリップリング8とフランジ9のいずれも、溝を形成する形をしている。前記グリップリングおよびフランジリングの存在によって、とりわけ容易にそして確実に、装置をつかむことができる。このことが、前記装置の取り替えあるいは清掃の際には、本発明の装置の取り扱い易さをもたらす。前記装置は、側面から確実につかむことができるので、滑ることは、実用上あり得ない。前記装置の取り付けおよび取り外しは、容易に行えるようになり、問題もなくなる。
本発明の装置は、更に、壁11を備える第二開口10をハウジング1が備えることを特徴をする。開口10は、加熱装置の取り付けに適している。壁11は、同心状に配置された二重壁であるように設計されることが好ましい。そのような設計は、発熱抵抗体が作動している際にはハウジングを冷却するのに役立ち、断熱手段としての役割を果たす。前記開口10は、加熱加湿発生手段を備える。好ましい実施態様において、前記加熱加湿発生手段は、実質的に非透水性および水蒸気透過性を有する膜12と、所望の熱量を確保する熱交換要素とを含んでいる。好ましい実施態様において、前記要素は多孔金属板14である。
更に、給水口13は、加熱装置と膜12の間のハウジングに接続される。単なる毛管現象、拡散、能動揚水および/または重力によって、水を流すことができる。給水口13は、更に、流量絞りを備えることができる。前記流量絞りは、3〜15 ml/h、より好ましくは、1時間当たり6〜8 mlの流量の水を流すことが可能な寸法の毛管であってもよい。
本発明の実施態様によると、膜12は、親水性膜12aと、水蒸気透過性かつ非透水性の膜12bとに区分される。前記膜12bは、非透水性かつ水蒸気透過性の材料からできており、親水性膜12aと金属板14の間に配置されることが望ましい。膜12bを使用することで、水蒸気のみが装置に入ることが可能であり、前記装置を通過する空気流による、水滴のエントレイメントは阻止される。前記膜12bは、PTFEのような、非透水性かつ水蒸気透過性を有する公知技術の任意の材料で作ることが可能である。例えば、前記膜12bは、分散重合PTFEであるゴアテックスで作ることが可能である。疎水性のPTFEは、水蒸気を通過させることができる細孔から、液体の水をはじくことが可能である。
図2に示されるように、前記加熱装置は、構成部品15を含み、そのフラット面17は、前記膜12に向けられている。実施態様において、前記フラット面17が熱を伝達し、構成部品15のケーシングは熱的に遮断される。前記加熱装置は、PTC型の自己調節性抵抗体であってもよい。図2には示されてはいないが、前記構成部品15は、いずれかの都合のよい方法で、電源ケーブルを介して、電力源に接続される。前記構成部品15は、前記電源ケーブルを差し込んだり、LED(発光ダイオード)表示器を差し込んだりするために、更に少なくとも2つの孔21を有する。構成部品15のフラット面17は、少なくとも一つの横断する水路を備えることができる。上記構成部品15は、更に、摺動移動あるいは圧力によって作動させることができるマイクロスイッチ16を備えることができ、これにより、加熱装置のスイッチを入れる。
前記加熱装置は、本発明の装置のハウジングに統合することが可能であり、これにより一つの部品を形成し、全体として使い捨てにしてもよい。別の実施態様において、前記加熱装置は分離可能に前記ハウジングに取り付けることができ、取り外しや交換の容易さを備えており、更に本発明の装置を使い捨てる際は、加熱装置の再利用を可能としている。
ハウジング1は、開口10の中への加熱装置の構成部品15の装着により得られる、熱および湿度の損失を補償するための能動加湿装置を含んでいる。前記ハウジング中の親水性膜12aは、したがって、構成部品15のフラット面17に置かれる。
開口10中の加熱装置の構成部品15の装着が、公知の手段、例えば密封Oリング(図示せず)、および/または差込継手の使用により実現することが可能である。Oリングは、構成部品15の壁の円形のくぼみに装着することが可能である。好ましい実施態様においては、装着は密封Oリングおよび差込継手により実現することが可能である。
患者に供給されるべき空気の加熱や加湿を所望の水準に維持するために、親水性膜12aが、加熱装置のフラット面17に置かれる。次に、ここで、第二の膜、すなわち、非透水性かつ水蒸気透過性の膜12bが置かれる。両方の膜は複合材料として作られ、この両方の膜が全体の膜12を形成する。
呼吸気を加湿するために中に通さなければならない水は、ハウジング1に接続されている給水管13を通って、開口10の内部に達する。
図2から導かれるように、水はすでに上述の膜12aおよび12bの真下であり、かつ加熱装置のフラット面17の上の開口に流入することができ、これにより、水の薄層を形成する。加熱装置のフラット面17は、少なくも横断する水路14を有してもよく、それは親水性膜12aにおける理想的な水の拡散を確実なものにすることを助けることができる。給水管13を通って供給された水は、次いで、均一かつ一律に、加熱装置のフラット面17の上に拡散され、このフラット面17に配置された親水性膜12aを浸す。
膜12bは非透水性かつ水蒸気透過性を示すので、所望の水準の水蒸気がこの膜を通して移動することができる。そのような特性を有する膜は公知である。それらの膜は、マイクログラス繊維あるいはポリエステル繊維の支持体に接着された多孔性PTFEで作ることができる。同じ特性を有する他の膜を、ここで使用することも可能である。
所望の温度でかつ一定の水準でもたらされる、できる限り多量の湿った空気を維持し、そして、その空気をこの状態で患者に供給するため、前記膜12bを、多孔金属板14に置く。多孔金属板14の助けにより、凝縮を減少させたり、あるいは防止することができる。前記板14は熱交換器として作用し、生成された水蒸気によるだけではなく、この板によっても、循環空気が適正な温度で維持されることを確実にしている。同様の目的を、特別な自己調節性発熱電気抵抗体で、前記金属板14を置き換えることによっても達成することができる。更に、前記多孔金属板14は、保護の役割を有しており、膜12に傷がついたり、穴があいたりするのを防止する効果がある。
金属板14により行われる熱交換は、双方向性であり、そして、そのフィードバック特性により加熱装置の自己調節機能に影響を及ぼすことができるので、したがって、より大きな空気流の場合でもこの装置はより多量の水を蒸発させる。加熱装置は、P.T.C型の抵抗体であってもよく、装置のハウジングに分離可能に取り付けてもよく、あるいは、別の実施態様においては、前記装置のハウジングに、全体として一体化してもよい。
したがって、本発明は、呼吸気の調和、すなわち、前記呼吸気の、受動的および能動的な加湿および加熱を可能にし、更には、上記呼吸気の任意のろ過を可能にする装置を提供する。前記装置は、一つの材料で作られることが好ましく、取り扱い、取り付け、および取り外しが容易である。その装置はまた、一回の使用に適しており、使い捨てすることもできる。更に、制御下にある装置では、湿った空気の温度を厳密に維持することで、その中での多量の凝縮水の形成を防ぐことができる。
前記装置は、患者に空気を供給したり、戻したりする管にある水蒸気を所望の加熱水準に維持し、かつ湿度水準を確保する際に、明らかに役に立つものであり、これにより、これらのチューブでは最低限の凝縮しか起こらない。
したがって、前記装置は、人工鼻として使用することが可能であり、すべての適用において、空気の加湿、加熱、および任意のろ過に必要とされる。したがって、本発明の前記装置は、呼吸気の処理に適している。装置は、患者に空気を供給したり、あるいは戻したりする呼吸装置に接続することが可能である。更に、前記装置は、空気の監視装置または分析装置と組み合わせて使用することができる。
更に、本発明は、呼吸気の調和方法に関し、本発明の装置を空気の供給源に接続し、そして前記装置に空気を通すステップを含んでいる。また、本発明は、呼吸気の調和方法に関し、本発明の装置の、吸気口を通して未処理の呼吸気を供給するステップ、受動加湿手段を通して前記供給呼吸気を受動的に加湿するステップ、および能動加湿手段を通して前記呼吸気を能動的に加湿するステップを含んでいる。
図1は、本発明の装置の好ましい実施態様の平面図である。 図2は、図1の装置の線II―IIに沿った断面図である。

Claims (22)

  1. 未処理の呼吸気の吸気口と処理済の呼吸気の排気口とを備えたハウジングと、前記吸気口と前記排気口との間の前記ハウジングに配置される前記呼吸気を調和する受動加湿手段とを含む呼吸気調和装置であって、能動加湿手段が、部分的に空気の流れを遮断するように、前記吸気口と前記排気口との間の前記ハウジングに配置され、前記能動加湿手段は、前記能動加湿手段において水の薄層を挿入するためのハウジングに接続される給水口と、供給された水を加熱するための加熱装置と、多孔板および/または発熱抵抗体を含む群から選択され、適正な温度の維持を補償する熱交換要素と、前記熱交換要素に接続され、実質的に非透水性かつ水蒸気透過性を有する膜とを含むことを特徴とする装置。
  2. 前記能動加湿手段が、空気の流れに関して前記熱交換要素と前記膜との位置が垂直であるように、前記ハウジングの中に配置されている請求項1に記載の装置。
  3. 前記受動加湿手段が加熱加湿交換器である請求項1または2に記載の装置。
  4. 前記ハウジングが更に細菌フィルタを備える請求項1〜3のいずれか1項に記載の装置。
  5. 前記加熱装置がハウジングに着脱自在に配置されている請求項1〜4のいずれか1項に記載の装置。
  6. 前記膜(12)が親水性膜(12a)と水蒸気透過性かつ非透水性の膜(12b)とからなる複合膜である請求項1〜5のいずれか1項に記載の装置。
  7. 前記給水口が、水の薄層が加熱装置と前記膜(12)との間に挿入されることができるように、ハウジングに接続されている請求項1〜6のいずれか1項に記載の装置。
  8. 前記熱交換要素が多孔板(14)である請求項1〜7のいずれか1項に記載の装置。
  9. 非透水性かつ水蒸気透過性の材料からなる膜(12b)が、親水性膜(12a)と多孔板(14)との間に配置される請求項8に記載の装置。
  10. 前記加熱装置が構成部品(15)を含み、そのフラット面(17)が前記膜(12)に向けられている請求項1〜9のいずれか1項に記載の装置。
  11. 親水性膜(12a)が構成部品(15)のフラット面(17)に置かれる請求項10に記載の装置。
  12. 前記ハウジング(1)は、周壁(3)に接続し、呼吸気の供給用の吸気開口(5)を備える底部(2)と、周壁(3)に接続し、処理済の呼吸気のための排気開口(6)と加熱装置を装着するための第二開口(10)を備える蓋体(4)とを含む請求項1〜11のいずれか1項に記載の装置。
  13. 構成部品(15)が開口(10)に装着される請求項12に記載の装置。
  14. 構成部品(15)が開口(10)に装着するために密封Oリングおよび/または差込継手を有する請求項12または13に記載の装置。
  15. 構成部品(15)がマイクロスイッチ(16)を有する請求項12〜14のいずれか1項に記載の装置。
  16. 前記吸気および排気開口(5,6)が、管装着用の接続管(5a,6a)を有する請求項1〜15のいずれか1項に記載の装置。
  17. 前記底部(2)が更に吸気口(18)を有する請求項12〜16のいずれか1項に記載の装置。
  18. 前記吸気口(18)が、ストッパー(19)によって装着されている請求項17に記載の装置。
  19. 前記底部(2)が更に前記ストッパー(19)の保持装置(20)を有する請求項18に記載の装置。
  20. 前記ハウジング(1)が、前記周壁(3)を囲むグリップリング(8)およびフランジ(9)を有する請求項12〜19のいずれか1項に記載の装置。
  21. 人工鼻として用いられる、請求項1〜20のいずれか1項に記載の装置。
  22. 呼吸装置に接続される、請求項1〜20のいずれか1項に記載の装置。
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