JP4917218B2 - ガス分析システムにおいて水とガスとを分離するための方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の分野】
本発明は患者の状態を監視するためのシステムに関するものであって、更に詳しく言えば、患者の呼気ガスから凝縮した液体を除去するための水・ガス分離装置を含む監視システムに関する。
【０００２】
【発明の背景】
患者の医療に際しては、患者の呼気を監視し、そして時には呼気ガスの組成を分析することが望ましい場合がある。たとえば、呼気ガスの監視は無呼吸状態の分析や麻酔下にある患者の呼気の分析に際して使用されることがある。通例、患者の呼気はそれの少なくとも一部分を適当な感知装置又は分析装置に供給することによって監視される。
【０００３】
患者の呼気中のガスの正確な分析は、部分的には、分析結果をゆがめることのある要因を導入することなしに呼気ガスの流れを収集することに依存する。呼気ガスの流れ中への汚染物の導入又は監視システム内における呼気ガスのその他の変化は、患者の実際の状態又は実際に近い状態を反映しない分析結果をもたらすことがある。
【０００４】
患者の呼気は湿気を比較的多く含むのが通例であるから、ガスが感知装置に到達する前に凝縮した液体を除去しなければならない。呼気ガスが患者からガス分析装置又は感知装置にまで流れる間に、水のごとき液体が凝縮することがある。それ故、２つの可能な水分汚染源が存在することになる。それらは、呼気中における水分の同伴及び以後の呼気の流れ中における以前の凝縮液の再同伴である。凝縮液は、感知装置又は分析装置において不正確な読みを生じることがある。その上、集積した凝縮液が感知装置への呼気の円滑な流れを中断させることがあるが、これは感知装置の動作を乱すもう１つの原因となり得る。更にまた、患者監視システムにおいて使用される感知装置（たとえば、赤外分光計）はしばしばデリケートであって、感知装置に流入する液体によって非較正状態となることがある。
【０００５】
呼気のガス組成（感知装置又は分析装置によって生成されるガスの波形）のゆがみを防止すると共に、感知装置又は分析装置を保護する目的で呼気から液体を除去するため、患者と感知装置との間に液体・気体分離装置又は水分トラップを配置することにより、呼気ガスが感知装置に流入する前に呼気ガスから液体及び（又は）水分を分離することが知られていた。
【０００６】
ある種の従来の液体・気体分離装置又は水分トラップにおいては、多孔質の親水性材料を使用することによって呼気ガスの流れから水蒸気が分離される。親水性材料は湿潤ガスの流れから一定量の凝縮水分を効果的に除去し得るが、ある種の従来の液体・気体分離装置及び水分トラップにおけるそれらの使用は別の問題を引起こした。たとえば、親水性材料は多孔質であって空隙を含んでいる。親水性材料を用いたかかる従来の液体・気体分離装置及び水分トラップにおいては、親水性材料に接近するか親水性材料を通過するようにして呼気を流すことによって呼気から水分を除去する。このような構成の場合、多孔質の親水性材料中に保持されたガスが呼気の流れに再同伴又は混入することによって呼気のガス組成が変化することがある。更に詳しく述べれば、かかる再同伴又は混入は、空隙中に保持された以前の呼気ガス又は試料ガスが以後の呼気ガス又は試料ガスの流れ中に放出されることに由来するものであって、それが以後の流れのガス含量をゆがめることがある。このような場合、感知装置に到達した呼気の流れはその瞬間における患者の状態を正確に表わしておらず、従って感知装置又は分析装置は誤ったガス波形を生成することになる。一般に、呼気の流れに暴露される親水性材料の体積が大きくなるほど、その中に保持され得るガスの量は大きくなり、従って以後に呼気を汚染するために役立つガスの量は大きくなる。ある種の従来装置において使用される親水性材料の体積をできるだけ小さくすれば、かかる混入の量を減少させることができるが、液体・気体分離装置又は水分トラップの能力が低下することがあるので望ましくない。更にまた、ある種の従来の液体・気体分離装置又は水分トラップにおいては、全体的又は部分的に使い捨ての装置を使用することも知られている。全体的又は部分的に使い捨ての装置の使用は、消費者（たとえば、患者、病院及び保健施設）に対してより高額の費用をもたらす。このような費用は、再使用可能な水分トラップ又は液体・気体分離装置を使用することによって削減することができる。
【０００７】
このようなわけで、呼気のガス組成を実質的に変化させることなしに呼気の流れから凝縮水分を除去するための液体・気体分離装置が要望されている。また、液体・気体分離装置が再使用可能であるような液体・気体分離システムも要望されている。更に、患者の呼気からの凝縮水分を収容する容量を拡大したことにより、液体が液体・気体分離装置を通って感知装置に流入しないことを保証するような水分分離システムも要望されている。更にまた、医学的処置の進行中に容易にからにしたり清掃したりすることのできる液体・気体分離システムも要望されている。
【０００８】
【発明の概要】
本発明の実施の一態様は、液体・気体分離装置に関する。かかる液体・気体分離装置は入口及び出口を含んでいる。上記の液体・気体分離装置はまた、入口に連結された第１の内室をも含んでいる。第１の内室は排液孔を有すると共に、第１の内室の周囲には実質的に密閉された第２の内室が設けられている。第１の内室は入口からガスと液体との混合物を受入れ、そしてガスから液体の少なくとも一部を分離する。その結果、第１の内室の底に液体が集積する。次いで、第１の内室の底に集積した液体は排液孔を通して第２の内室に移送される。
【０００９】
本発明の別の実施の態様は、ガス試料から液体を分離するために使用されるガス分析システムに関する。かかるシステムは、第１のガス試料を供給するガス試料供給源を含んでいる。第１のガス試料は、気体又は液体の状態で供給源から導入された液体を少なくとも部分的に含有している。上記のシステムはまた、第１のガス試料を受入れる入口をも含んでいる。更に上記のシステムは、第２のガス試料を供給する出口をも含んでいる。第２のガス試料は、第１のガス試料から誘導されかつ実質的に液体を含有しないものである。更にまた、上記のシステムは出口に連結されかつ第２のガス試料のガス含量を分析するように構成されたガス分析装置をも含んでいる。更にまた、上記のシステムは入口に連結された第１の内室をも含んでいる。第１の内室は排液孔を有すると共に、第１の内室の周囲には実質的に密閉された第２の内室が設けられている。第１の内室は入口からガスと液体との混合物を受入れ、そしてガスから液体の少なくとも一部を分離する。その結果、第１の内室の底に液体が集積する。次いで、第１の内室の底に集積した液体は排液孔を通して第２の内室に移送される。
【００１０】
本発明の更に別の実施の態様は、液体・気体分離システムに関する。かかるシステムは、第１のガス試料を受入れる入口を含んでいる。第１のガス試料は、気体又は液体の状態で患者から導入された液体を少なくとも部分的に含有している。上記のシステムはまた、入口に連結されて第１のガス試料を受入れるように形成された第１の内室をも含んでいる。第１の内室は排液孔を有している。更に上記のシステムは、第１の内室に連結され、そして第１の内室から第２のガス試料を受入れるように形成された出口をも含んでいる。第２のガス試料は、第１のガス試料から誘導されかつ実質的に液体を含有しないものである。更にまた、上記のシステムは第１の内室の周囲において実質的に密閉された第２の内室をも含んでいる。第１の内室は入口からガスと液体との混合物を受入れ、そしてガスから液体の少なくとも一部を分離する。第１の内室は、それの底に液体が集積するように形成されている。次いで、第１の内室の底に集積した液体は排液孔を通して第２の内室に移送される。
【００１１】
本発明の更に別の実施の態様は、ガス試料の分析方法に関する。かかる方法は、第１の膨張室内に第１のガス試料を受入れる工程を含んでいる。上記の方法はまた、第１のガス試料から液体を分離する工程をも含んでいる。更に上記の方法は、第１の膨張室に設けられた排液孔を通して第１の膨張室から第２の膨張室に液体を供給する工程をも含んでいる。更にまた、上記の方法は第１の膨張室からガス分析装置に第２のガス試料を供給する工程をも含んでいる。
【００１２】
添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を考察することによって本発明は一層明確に理解されよう。なお、図面中においては、同じ参照番号は同じ構成要素を示している。
【００１３】
【好適な実施の態様の詳細な説明】
図１に示されるごとく、患者監視システム１０は患者の呼気ガスの流れを収集するための装置１２を含んでいる。収集装置１２は患者の鼻及び口を覆うように配置されたマスクの形態を有するものとして図示されているが、その他の標準的な収集装置を使用することもできる。
【００１４】
監視システム１０はまた、感知装置又はガス分析装置１４をも含んでいる。各種の感知装置を好適かつ有利に使用し得ることは言うまでもないが、ここに開示される実施の態様においては、感知装置１４はたとえば二酸化炭素（ＣＯ₂） 又は麻酔ガスを含む患者のガス組成を分析するために役立つ通常の赤外分光計であり得る。感知装置１４はまた、呼気の流れの完全な停止を検出するための無呼吸モニタ（図示せず）を含んでいてもよい。更にまた、感知装置１４は電子式かつ光学式の分析装置ではなくて化学的な分析装置であってもよい。
【００１５】
呼気の流路を提供するため、収集装置１２と感知装置１４との間には１対の導管１６及び１８が連結されている。導管１６及び１８は、標準的な導管又はカニューレであり得る。実施の一態様に従えば、導管は通常の柔軟な透明プラスチックで作製されている。実施の一態様に従えば、導管１６及び１８の間かつ収集装置１２と感知装置１４との間に液体・気体分離装置２０が連結されている。導管１６は収集装置１２を液体・気体分離装置２０への入口３４に連結している一方、導管１８は液体・気体分離装置２０からの出口３６及びガス分析装置１４への入口に連結されている。液体・気体分離装置２０は、感知装置１４を液体の導入から保護すると共に患者モニタとしての感知装置の信頼性を保証する目的で呼気の流れから凝縮液を除去するために設けられている。
【００１６】
液体・気体分離装置としては、原価が安く、ユーザがからにすることのできる受け器を具備し、独立の真空装置を必要とせず、かつ汚染又は経時変化による性能低下が少ないようなものが好ましい。次に図２について説明すれば、液体・気体分離装置２０は試料管路を通って液体・気体分離装置２０内に水が流入した場合に重力及び自然の圧力勾配による運動を利用して上記のごとき利点を達成するものである。図示のごとく、液体・気体分離装置２０は試料入口３４及び試料出口３６（図１及び３も参照されたい）を有する基部３２を含んでいる。試料入口３２は基部３２を貫通して延び、そして内室入口３８を通って第１の内室４０に達している。第１の内室４０は、内室入口３８及び内室出口３９の周囲において実質的に密閉されている。第１の内室４０はまた、第２の内室５０と流通可能に連結された排液孔４２をも有している。第２の内室５０は基部３２に対して実質的に連結され、かつそれによって密閉されている。
【００１７】
ガスの波面を破壊することなしに試料ガスから液体（たとえば水）を除去するための第１の工程は、ガス及び液体の速度を低下させて液体に重力を作用させ得るような成形物（たとえば、膨張室）にガス及び液体を通過させることであればよい。かかる成形物はまた、内壁間を横切って延びる液体の表面張力を支持することがなく、従って液体を液滴にして内室の底に落下させるような内部空間に開いている必要がある。図２及び３は、このような機能を果たすように構成された成形物の一実施例を示している。使用に際しては、試料ガス中の水蒸気が試料管路１６（図１参照）の内壁上に凝縮する。かかる凝縮液がある量にまで集積すると、それは試料管路の内壁から離れて移動するようになる。このような凝縮液の集積は、内壁に沿って液体のなだれを引起こす。すなわち、より多くの液体が液滴中に引込まれて、そして遂には内壁の全周を橋渡しする。かかる液体は内壁に付着してガスの流れを減速させると共に、やがては液滴の両側におけるガスの圧力低下を引起こす。次いで、分析装置１４内のポンプによって分離装置２０の分析装置１４側に低い圧力が生み出されると共に、分離装置２０の試料採取側に高い圧力が存在する結果、液滴は液体・気体分離装置内に吸引される。内室入口３８から内室出口３９へシャンプする液体量の変化を排除するため、第１の内室の内室入口３８は第１の内室４０の内部にまで延びている。内室入口３８から流入するガスの質量が小さいため、それは第１の内室４０の内壁の形状に従って流れ、そして内室出口３９から流出する。しかるに、液体は第１の内室４０の内部に捕捉される。
【００１８】
このように、患者１２から流出した液体及びガスが試料管路１６を通って移動して入口３４に達し、そして内室入口３８を通って第１の内室４０に流入すると、そこにおいて凝縮液はガスから分離される。その後、ガスは内室出口３９に流入し、出口３９から導管１８を通って流れ、そして分析装置１４に達する。第１の内室４０が液体で満たされるのを防止するため、第１の内室４０は排液孔４２を有している。液体は第１の内室４０から排液孔４２を通って密閉状態の第２の内室５０に流入する。第１の内室４０と第２の内室５０との間におけるガス交換を防止しながら液体を第１の内室４０から第２の内室５０に流入させる適正な圧力低下を維持するため、第２の内室は密閉室であることが重要である。正常な動作時には、液体・気体分離装置２０の第２の内室５０の圧力は第１の内室４０の圧力と同じである。その場合、第１の内室４０と第２の内室５０との間におけるガス交換は排液孔４２を通っての気体分子の拡散に由来するもののみであるが、それは僅かである。しかも、最初の液滴がカップに流入して（液体の表面張力に基づき）排液孔４２を実質的に塞げば、かかるガス交換は停止する。排液孔４２を横切る液体の表面張力は、試料管路内の液体のポンプ作用が生じない限り（すなわち、試料管路１６又は入口３４内の液体が第１の内室４０における圧力低下を引起こさない限り）、液体が第２の内室５０に流入するのを許さない。
【００１９】
たとえば、分析装置１４内のポンプの位置における圧力は６６０ｍｍＨｇであり得る一方、大気圧は７６０ｍｍＨｇであるから、１００ｍｍＨｇの差が存在する。試料管路が１０単位の全絞りのうち１単位の絞りをもたらすとすれば、それは１０％の圧力低下（すなわち、１０ｍｍＨｇの圧力低下）を生み出す。その結果、試料管路がガス分析装置１４に連結された位置における圧力は７５０ｍｍＨｇとなる。液体が試料管路１６に流入した場合、液体は試料管路１６の内壁に付着して流れを減速させると共に、試料管路の絞りを増大させる。その増大量が９単位の絞りに等しくなると、試料管路中における圧力低下は全低下量の中点値（９／９）又は５０％になる。この場合、それは５０ｍｍＨｇである。その結果、試料管路が分析装置１４に連結された位置における圧力は７１０ｍｍＨｇとなる。試料管路１６と分析装置１４との間に液体・気体分離装置２０が連結されると、分析装置１４は７５０ｍｍＨｇから７１０ｍｍＨｇへの圧力変化に暴露されることになる。方向決定のために重力の助けを借りながら、このような圧力変化は液体・気体分離装置の受け器にポンプ作用を及ぼす。すなわち、試料管路１６中に液体が存在する場合、第１の内室４０における圧力は７１０ｍｍＨｇに低下する。その結果、空気が排液孔４２を通過するため、第２の内室５０の圧力も７１０ｍｍＨｇに低下する。新たな液体が第１の内室４０に流入して分離された場合、それは第１の内室４０の底に集積する。集積した液体はもはや試料管路１６中に存在せず、従って第１の内室４０の圧力は７５０ｍｍＨｇに戻る。この場合、第１の内室４０の内部に存在する液体は排液孔４２を通って第２の内室５０に流入すると共に、この過程において第２の内室５０の圧力は７１０ｍｍＨｇから７５０ｍｍＨｇに戻る。次の液滴は、このような過程全体を再び開始させる。
【００２０】
かかる二室型の液体・気体分離装置２０を使用すれば実質的な性能改善が得られることに注意するのが重要である。液体・気体分離装置２０は、同等のシステムに比べて最終のガス読取り誤差が実質的に小さくなるという利点を有している。このような利点が得られる理由は、同等のシステムにおいては試料ガスが連続的に希釈されるために誤ったガス試料の読みを生じることにある。
【００２１】
次に図４について説明すれば、別の実施例を成す液体・気体分離装置１２０が示されている。液体・気体分離装置１２０は、第１の内室１２４を設けた基部１２２を含んでいる。第１の内室１２４は、それと流通可能に連結された試料ガス入口１２６及び試料ガス出口１２８を有している。第１の内室１２４はまた、呼気ガス又はその他のガスから分離された液体を第２の内室１３２に流入させるための排液孔１３０をも有している。第２の内室１３２は基部１２２に対して実質的に密閉されているが、基部１２２から取外すこともできる。動作時には、好ましくは少なくとも部分的に円錐形を成している第１の内室１２４が試料回路１２６から流入する液体及びガスの速度を低下させる結果、重力によってガスから液体が分離され、そして排液孔１３０に向かって流れる。更にまた、実質的に円錐形を成す第１の内室においては、ガスの波面は撹乱性の逆流を実質的に生じることなしに第１の内室を通過し得る。特定の実施の態様に従えば、第１の内室１２４は２つの円錐が底面で互いに連結されたような形状を有している。この場合、第１の円錐部分は試料管路１２６からのガスを膨張させる一方、第２の円錐部分はガスの波面を圧縮すると共に、試料管路１２８を通して分析装置１４に供給する。第２の円錐部分は、ガス波面の純度を実質的に維持しながら試料ガスの速度を回復させる。排液孔１３０は図２の実施例の排液孔と同様に形成されていて、第２の内室１３２との間の相互作用は図２及び３に示された実施例の場合と実質的に同じである。
【００２２】
図２、３及び４に示された実施例においては、第２の内室５０及び１３２は装置２０及び１２０からそれぞれ取外し得ることに注意すべきである。従って、第２の内室５０及び１３２を定期的にからにして清掃することが容易である。更にまた、装置２０及び１２０は再使用し得るように設計されていると共に、使い捨て部品を全く必要としないことにも注意すべきである。
【００２３】
上記の実施例は患者に対して使用されるガス分析装置に関するものであるが、本発明は各種の異なる環境において使用されるガス分析装置に対しても適用することができる。
【００２４】
更にまた、上記の実施例はガス分析装置に関するものであるが、この用語は広義に解釈すべきである。上記の実施例は、任意のタイプの電子装置が装置２０及び１２０から延びる試料導出管路に連通状態で連結されているような状況を包括するものである。
【００２５】
更にまた、当業者にとって容易に理解される通り、本発明はガス分析装置において具現化された様々なハードウェア構成及びソフトウェアアーキテクチャ並びに液体・気体分離装置２０及び１２０を使用しながら実現されるシステム又はプロセスと共に実施することができる。
【００２６】
以上、詳細な図面、特定の実施例、及び特定の処方に関連して本発明の実施の態様を説明したが、それらはもっぱら本発明を例示するものに過ぎない。図示されかつ記載された材料及び形状は、液体−気体分離装置の選択された性能特性及び物理的特性に応じて変更し得る。たとえば、開口、供給管路及び内室の寸法は変化し得る。図示されかつ記載された装置は、開示された厳密な細部及び条件に限定されるわけではない。更にまた、前記特許請求の範囲によって規定された本発明の範囲から逸脱することなく、上記の実施の態様の設計、動作条件及び構成に対してその他の置換、変更、改変及び省略を施すこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガス分析装置及び液体−気体分離装置を含む患者監視システムの斜視図である。
【図２】液体−気体分離装置の一実施例を示す斜視図である。
【図３】図２の液体−気体分離装置の断面図である。
【図４】液体−気体分離装置の別の実施例を示す断面斜視図である。
【符号の説明】
１２ ガス試料供給源
１４ 電子式ガス分析装置
１６ 試料管路
３４ 入口
３６ 出口
４０ 第１の内室
４２ 排液孔
５０ 第２の内室

Claims (5)

1. 入口（３４）と、出口（３６）と、前記入口（３４）に連結されかつ排液孔（４２）を有する第１の内室（４０）と、前記第１の内室（４０）の周囲において密閉された第２の内室（５０）とを含んでいて、
   密閉時において前記第２の内室（５０）へのアクセスは、前記排液孔（４２）に限定され、
   前記第１の内室（４０）が前記入口（３４）からガスと液体との混合物を受入れて前記ガスから前記液体の少なくとも一部を分離することにより、前記第１の内室（４０）の底に液体が集積し、次いで前記第１の内室（４０）の底に集積した液体が前記排液孔（４２）を通して前記第２の内室（５０）に移送され、前記排液孔（４２）は、前記第１の内室（４０）に流入した液体が、その表面張力により前記排液孔（４２）を塞ぐような大きさを有しており、
   前記第１の内室は第１及び第２の円錐部分が底面で互いに連結された形状を有しており、前記第１の円錐部分が前記入口からのガスを膨張させ、前記ガスと液体との混合物速度を低下させる一方、前記第２の円錐部分が前記ガスを圧縮して前記出口に供給することを特徴とする液体・気体分離装置。
2. 前記入口（３４）及び前記出口（３６）を含み、前記第２の内室（５０）を密閉する基部（３２）を更に備え、
   前記入口（３４）は前記基部（３２）を貫通して延び、前記第１の内室（４０）の内部にまで延びる内室入口（３８）を通って前記第１の内室（４０）に達し、
   前記入口（３４）が収集装置に連結され、
   前記出口（３６）が前記入口（３４）に対し前記出口（３６）に低い圧力を生み出すポンプを備えるガス分析装置（１４）に連結される請求項１記載の液体・気体分離装置。
3. 前記第１の内室（４０）は、第１のガス試料を受け入れるように構成され、前記第１のガス試料は、気体又は液体の状態で患者から導入された液体を少なくとも部分的に含有し、前記出口（３６）は、前記第１の内室（４０）と接続し、前記第１の内室（４０）から第２のガス試料を受け入れるように構成され、前記第２のガス試料は前記第１のガス試料から誘導されかつ実質的に液体を含有しない請求項１又は２に記載の液体・気体分離装置。
4. ガス試料から液体を分離するために使用されるガス分析システムにおいて、
   気体又は液体の状態で導入された液体を少なくとも部分的に含有する第１のガス試料を供給するガス試料供給源（１２）と、
   前記第１のガス試料を受入れる入口（３４）と、
   前記第１のガス試料から誘導されかつ実質的に液体を含有しない第２のガス試料を供給する出口（３６）と、
   前記出口（３６）に連結されかつ第２のガス試料のガス含量を分析するように構成されたガス分析装置（１４）と、
   前記入口（３４）に連結されかつ排液孔（４２）を有する第１の内室（４０）と、
   前記第１の内室（４０）の周囲において密閉された第２の内室（５０）とを含んでいて、
   密閉時において前記第２の内室（５０）は、前記第２の内室（５０）の内部に導く唯一の開口を有しており、該唯一の開口が前記排液孔（４２）であり、
   前記第１の内室（４０）が前記入口（３４）からガスと液体との混合物を受入れて前記ガスから前記液体の少なくとも一部を分離することにより、前記第１の内室（４０）の底に液体が集積し、次いで前記第１の内室（４０）の底に集積した液体が前記排液孔（４２）を通して前記第２の内室（５０）に移送され、前記排液孔（４２）は、前記第１の内室（４０）に流入した液体が、その表面張力により前記排液孔（４２）を塞ぐような大きさを有しており、
   前記第１の内室（４０）は、第１及び第２の円錐部分が底面で互いに連結された形状を有しており、前記第１の円錐部分が前記入口からのガスを膨張させ、前記ガスと液体との混合物速度を低下させる一方、前記第２の円錐部分が前記ガスを圧縮して前記出口に供給することを特徴とするガス分析システム。
5. 前記入口（３４）が収集装置に連結され、前記ガス分析装置（１４）が、前記入口（３４）に対し前記出口（３６）に低い圧力を生み出すポンプを備える請求項４記載のガス分析システム。

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