JP5860540B2 - 呼吸用加湿器の温度測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、患者に呼吸ガスを供給するための呼吸器用加湿器の温度測定装置に関する。

例えば、集中治療の病棟において患者に機械的な人工呼吸が施されるとき、人工呼吸を施す対象の患者は、人工呼吸用の配管系によって人工呼吸器へと空圧的に接続される。患者へと供給される呼吸ガスは、温度および湿度に関して患者の生理学的ニーズを満たすように調節されなければならないため、呼吸器用加湿器は、呼吸ガスを加熱および加湿するために吸入管または吸気管に配置される。呼吸器用加湿器は、通常は、蒸留水で満たされた液体容器を備えており、容器の底板がハウジング内の加熱板に熱的に接触することで、液体が温められる。吸入用の気体が液体容器へ導かれ、加湿され、次いで特定の温度で液体容器から出て行く。

一方で、呼吸ガスの温度は、通常は、患者の近くに配置された温度センサを使用することによって測定され、センサは、例えば呼吸器用加湿器に配置された制御ユニットへ電気測定線によって接続される。他方で、呼吸ガスの温度は、呼吸用加湿器の内部において、好ましくは液体容器へ入るとき、および液体容器を出るときに測定される。測定値は、呼吸用加湿器に存在する制御ユニットへ送られ、制御ユニットは、加湿器の加熱の出力を調節する。

非接触での温度測定のための高温計または放射温度計は、当技術分野において知られている。これらは、０Ｋよりも高い温度を有するあらゆる物体が熱放射を発するという事実に基づいて動作し、最大放射の点の強度および位置は、物体の温度に依存する。この放射が、高温計によって検出され、評価される。室温付近（約１０℃から約４０℃）の温度測定においては、中赤外線領域（ＭＩＲ）の波長が使用される。

独国特許出願第１０２００７０３７９５５号は、流路を有する呼吸用加湿器の非接触型温度測定装置を開示しており、この装置においては、温度を記録するための閉じた中空体が流路へ突き出し、赤外線検出器が、流路へと突き出している中空体の内面へと向けられている。温度測定装置のこの設計の欠点は、その中に中空体が突き出している流路を製造することが容易でない点にある。なぜならば、中空体を、流路と同じ材料から形成しなければならず、もしくは第２の製造段階において流路へと接合しなければならず、あるいは流路および中空体を別々の金型によって製造しなければならず、これが複雑かつ高価だからである。さらに、中空体が流路内に位置することで、流れに対する抵抗が比較的大きくなり、これにより呼吸ガスの流れが妨げられ、流量が減少する。

独国特許出願第１０２００７０３７９５５号公報

したがって、本発明の目的は、容易かつ低いコストで製造できるにもかかわらず、信頼できる非接触で温度測定を可能にする呼吸用加湿器の温度測定装置を提供することである。

この目的は、請求項１の特徴によって達成される。好ましい詳細事項および実施形態は、引用形式の請求項に記載される。

本発明の一の概念によれば、液体容器を備える呼吸用加湿器の温度測定装置であって、呼吸ガスの流路と、流路内の呼吸ガスの温度を非接触で検出するために外部から流路へ向けられた赤外線検出器と、を備えており、流路は、該流路の側面に、測定部分を備えており、該測定部分は、周囲の側面領域に整列し、赤外線検出器は、測定部分へ向けられており、流路は、呼吸ガスの流れを好ましくは１０°よりも大きく１７０°よりも小さい所定の流入角で測定部分へと導く流れ案内要素を備えている。測定部分は、例えば独国特許出願公開第１０ ２００７ ０３７ ９５５号公報の場合のように側面から突き出すことがないため、流路の側面上での測定部分の配置は単純な設計を呈する。ここで「側面」とは、例えば、円筒形の流路の壁面、あるいは矩形または多角形の断面を有する流路の平坦な壁と理解される。そのような流路は、液体容器の一体の一部分として設計可能であり、単独または液体容器と一緒に低コストで容易に製造することができる。測定部分は、側面の周囲の領域に二次元的かつおおむね連続的に整列し、さらには／あるいはそれらの表面と面一に位置する。

流入角は、好ましくは約３０°〜約６０°の範囲にあり、さらにより好ましくは約４０°〜約５０°の範囲にある。この流入角に設定された流れ案内要素に衝突する呼吸ガスの流れは、直接測定部分へと逸らされて、測定部分と衝突した結果として、呼吸ガスの流れは、自身の熱の一部分をきわめて効果的に測定部分の材料に伝える。したがって、測定部分の温度は、入射する呼吸ガスの流れの温度にさらにより正確に対応する。

流れ案内要素は、流路の内部に配置されると特に好都合である。好ましくは、流れ案内要素は、真っ直ぐな板または湾曲した板であってよい。この設計の流れ案内要素によれば、例えば流路の長手方向に到来する呼吸ガスの流れを、好ましい流入角にそらすことができる。流路の内部のこの形式の流れ案内要素は、比較的容易に製造することができる。

しかしながら、流れ案内要素を、矩形、円形、多角形、もしくは楕円形の断面を有する真っ直ぐな管または湾曲した管とすることも可能である。

あるいは、流路そのものを、流れ案内要素を備えるように設計することができる。この目的のため、流路そのものを、測定部分への所望の流入角が得られるようなやり方で曲げることができ、あるいは測定部分への所望の流入角が得られるようにねじることができる。

また、流れ案内要素の表面が構造を有することも好都合である。考えられる１つの構造は、例えば一組の穴であり、あるいは、板を粗くする、すなわち、板が複数の隆起または窪みを備えるような構造であり、これらの隆起または窪みは様々な形状を取ることができる。この構造の表面は、呼吸ガスの流れの乱流を増すように機能し、もって、測定部分は、可能な限り一様に加熱される。さらに、呼吸ガスの流れの乱流は、呼吸ガスの流れによる水分および熱の取り込みを増すうえでも有用となりうる。

さらに、測定部分を薄い壁で設計し、測定部分の材料に約０．９０〜約１．００の範囲の放射率を持たせることも好都合である。測定の壁が隣接する側面領域の壁よりも薄いため、測定部分がより迅速に加熱され、測定部分の温度もより効果的に、すなわちより一様に分布する。測定をきわめて正確にするために、材料は、熱的に最適化される、すなわち、１．００に近い放射率を備えなければならない。このために、測定部分を黒色コーティング層を有するように設計することができ、このコーティング層は、例えば所定の場所に貼り付けられるか又は何らかの他のやり方で塗布される。

赤外線検出器は、好ましくは、ボロメータ、焦電センサ、または熱電対列などの熱赤外線測定素子を備える。そのような赤外線測定素子は、呼吸用加湿器が好ましく使用される温度範囲、すなわち約１０℃〜約４０℃の周囲温度の範囲で、きわめて適している。しかしながら、当業者であれば、上述の温度範囲に適した他の種類の赤外線測定素子を使用することもできるであろう。

赤外線検出器は、好ましくはレンズなどの集束用の光学部品を備える。流路または液体容器の材料は、ＬＤ−ＰＥ（低密度ポリエチレン）などの透明なプラスチックを含むことも、好都合である。透明性は、ユーザが液体容器内に凝縮物が形成されているか否かを外部から見て取ることができるがゆえに、好都合である。他の適切な透明プラスチック材料も使用可能である。

さらに、本発明の別の概念によれば、人工呼吸器の呼吸用加湿器が、ハウジングと、液体容器と、上述のとおりの温度測定装置と、を備え、液体容器は、測定部分を有する流路を備えており、赤外線検出器は、ハウジングに配置される。

この形式の呼吸用加湿器は、好都合には、第１の温度測定装置および第２の温度測定装置を備え、液体容器は、第１の測定部分を有する呼吸ガスの導入のための第１の流路と、第２の測定部分を有する呼吸ガスの放出のための第２の流路と、を備え、ハウジングは、温度測定のための第１および第２の測定部分へ向けられた第１および第２の赤外線検出器を備える。

呼吸用加湿器が、温度測定装置によって提供される測定値にもとづいて加熱の出力を調整するように設定された制御ユニットを備えることが好都合である。２つの温度測定装置が存在する場合、第２の測定装置を、上部に向かって追い出される呼吸ガスの流れ（これは下方から到着する流れであり、すなわち液体の表面から液体容器に到着し、第２の測定部分へと導かれ、その後に吸入管を通って出て行き、管接続要素を介して患者へと進む流れ）を測定するために使用できることが明らかである。

添付の図面を参照し、好ましい例示的実施形態にもとづいて本発明を以下で説明する。

本発明による温度測定装置の好ましい実施形態を備える呼吸用加湿器の部分切断の斜視図。 図１に示す本発明の好ましい実施形態の必須の構成要素の側面図。

図１は、ハウジング３と、ハウジング３に着脱可能に挿入された液体容器５と、を備える呼吸用加湿器１の斜視図であり、ハウジング３および液体容器５の一部は、本発明のよりよい理解を促進するために切り取られている。液体容器５は、水平方向において基本的にＵ字形の断面を有しているので、ハウジング３へ横方向／水平方向に挿入された後、液体容器５は、表示装置と操作要素とを有するユーザインターフェイス７が上面に配置されたハウジング３の中央突出部を囲む。図１において液体容器５のうちの左方に示されている領域において、容器は、流路９を備えており、流路９は、円形の断面を有する管状のソケット１１で始まり、そこから側面１３の形態を有しながら下方へ延びている。流路９を囲む二次元の壁面として画成される側面１３は、測定部分１５を備えており、測定部分１５の壁は、側面１３の残りの部分の壁よりも薄い。測定部分１５は、側面１３の周囲の領域に整列し又は側面１３の周囲の領域と面一にあり、側面１３から流路９の内部へと突出するいかなる要素も有していない。ここに示される実施形態においては、流路９は、流れ案内要素１７を備えており、この流れ案内要素１７は、測定部分１５に対しておおむね６０°の角度で側面１３の反対側の側面部分から、流路９の断面のおおむね４分の３を占めるように延びている本質的に平坦な板である。

図示された液体容器５は、内部の液体および凝縮物の蓄積を外部から見て取ることができるように透明なプラスチック材料で作られている。さらに、液体容器５は、新しい液体を外部のリザーバから液体容器５へ自動的に加えることができるように、上方へ延びている補給管１９を備えている。左方の領域において、ハウジング３は、（図１では一部分が切り取られている）壁を備えており、この壁は、加湿器の稼働時に、液体容器５の側面１３に平行であり、２つの面の間には狭いエアギャップしか存在しない。ハウジングのこの壁において赤外線検出器２１が凹部に配置されており、赤外線検出器２１のレンズは、側面１３の測定部分１５へ向けられている。

図２は、本発明による温度測定装置の図１の好ましい実施形態の側面からの断面図を示している。図示の一部分の断面図は、拡大されており、本発明にとって必須ではない呼吸用加湿器の残りの要素が省略されている。管状のソケット１１を通って進入する流路９内の呼吸ガスの流れを流れ案内要素１７がどのように測定部分１５へとそらすのかが明確に見て取ることができる。３つの矢印は、流れ案内要素１７における呼吸ガスの流れの方向を原理的に示している。

図２の左方の部分において陰影が付けられた赤外線検出器２１を容易に認識することができ、この赤外線検出器２１は、液体容器５の外側から測定部分１５へ水平に向けられている。赤外線検出器２１は、測定信号を評価して温度または加熱の出力を相応に調節するためにハウジング３に組み込まれた制御ユニット（図示されていない）へ接続される。

上述の好ましい実施形態は、測定部分１５が流路９の側面１３に容易に形成され、流れ案内要素１７も流路９の内部に容易に形成できるため、呼吸用加湿器１の液体容器５における呼吸ガスの流れの非接触での温度測定のための単純な技術解決策を呈している。また、流れ案内要素１７は、到来する流れを最適化し、したがって測定部分１５における温度分布を最適化する１つのやり方として、複数の部分からなる設計であってよく、湾曲していてもよく、もしくは構造づけられていてもよく、または測定部分１５に対して異なる流入角を備えてもよい。

本発明の主題により、容易かつ低いコストで製造できるにもかかわらず、信頼できる非接触での温度測定を得ることを可能にする呼吸用加湿器のための温度測定装置がもたらされた。

Claims (14)

1. 液体容器（５）を有する呼吸用加湿器（１）の温度測定装置であって、
   呼吸ガスの流路（９）と、
   外部から前記流路（９）内の測定部分（１５）へ向けられており、前記流路（９）内の前記呼吸ガスの温度を非接触で検出する赤外線検出器（２１）と、
   を備えており、
   前記流路（９）を包囲する二次元壁面として画成された側面（１３）は、前記測定部分（１５）から成り、
   前記測定部分（１５）は、前記側面（１３）の周囲領域に整列するとともに、前記側面（１３）から前記流路（９）内に突出する要素がなく記周囲領域と面一となっており、
   前記流路（９）は、好ましくは１０°よりも大きく１７０°よりも小さい所定の流入角で前記呼吸ガスの流れを前記測定部分（１５）へ向けるよう構成された流れ案内要素（１７）を備えていることを特徴とする温度測定装置。
2. 前記流入角は、約３０°〜約６０°の範囲にあり、さらにより好ましくは約４０°〜約５０°の範囲にある請求項１に記載の温度測定装置。
3. 前記流れ案内要素（１７）は、前記流路（９）の内部に配置されている請求項１に記載の温度測定装置。
4. 前記流れ案内要素（１７）は、真っ直ぐな板または湾曲した板である請求項３に記載の温度測定装置。
5. 前記流れ案内要素（１７）は、矩形、円形、多角形、または楕円形の断面を有する真っ直ぐな管または湾曲した管である請求項１に記載の温度測定装置。
6. 前記流れ案内要素（１７）は、構造的な表面を備えている請求項１または５に記載の温度測定装置。
7. 前記測定部分（１５）は薄い壁で設計されており、約０．９０〜約１．００の範囲の放射率を備えている請求項１に記載の温度測定装置。
8. 前記赤外線検出器（２１）は、ボロメータ、焦電センサ、または熱電対列などの熱赤外線測定素子を備えている請求項１に記載の温度測定装置。
9. 前記赤外線検出器（２１）は、集束用光学部品を備えている請求項１に記載の温度測定装置。
10. 前記流路（９）の材料は、透明なプラスチックである請求項１に記載の温度測定装置。
11. ハウジング（３）と、液体容器（５）と、請求項１に記載の温度測定装置と、を有する人工呼吸器の呼吸用加湿器（１）であって、
    前記液体容器（５）は、前記測定部分（１５）を有する前記流路（９）を備えており、前記赤外線検出器（２１）は、前記ハウジング（３）に配置されていることを特徴とする呼吸器用加湿器。
12. 請求項１に記載の第１の温度測定装置と、請求項１に記載の第２の温度測定装置とを備える人工呼吸器の呼吸用加湿器（１）であって、
    前記液体容器（５）は、第１の測定部分（１５）を有する、呼吸ガスの導入のための第１の流路と、第２の測定部分を有する、呼吸ガスの放出のための第２の流路と、を備えており、
    前記ハウジング（３）は、前記第１および第２の測定部分へと向けられた第１および第２の赤外線検出器を備えていることを特徴とする呼吸器用加湿器。
13. 前記温度測定装置によって提供される測定値にもとづいて加熱の出力を調整するように設定された制御ユニットを備えている請求項１１に記載の呼吸用加湿器。
14. 前記温度測定装置によって提供される測定値にもとづいて加熱の出力を調整するように設定された制御ユニットを備えている請求項１２に記載の呼吸用加湿器。

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