JP6297329B2 - 鼻インタフェース装置 - Google Patents

Description

本発明は、呼吸不全や睡眠時無呼吸などの呼吸器系障害患者用の人工呼吸治療の分野に関する。特に、本発明は人工呼吸患者に加湿を提供する鼻インタフェース装置に関する。

何らかの形の人工呼吸治療を必要とする様々な臨床的症候群がある。そうした症候群には、低酸素血症、様々な形の呼吸不全、および気道障害などが含まれうる。鬱血性心不全や神経筋疾患などの人工呼吸治療を必要とする非呼吸器系および非気道系疾患もある。通常、こうした人工呼吸治療システムを通じてガスを受け取る患者の場合、送達されるガスを加湿してガスが気道を乾燥させるのを防ぐ必要がある。また、酸素治療では、酸素が６ｌｐｍ超の流量で長時間送達される場合、気道が乾燥し、人工的な加湿が必要になることが既知である。

現行のシステムでは、送達されるガスを加湿器の気相に通過させる、あるいは水を通じてガスを泡立てることによって加湿される。機械式人工呼吸器の場合、現行のシステムにおいて人工呼吸器から患者に呼吸ガスを流動的に送るガス送達管または患者回路は、人工呼吸器と患者との間の低い圧力低下を提供するサイズである。この管のサイズは内径が１５ｍｍまたは２２ｍｍである。蒸気が管内で凝結するのを防ぐため、ガス送達管を加熱する、あるいは保護被覆で断熱する補助技術が一般的には適用される。

より小型の管を利用して呼吸ガスを患者に送る新世代の機械式人工呼吸器が登場している。この新世代人工呼吸器のガス送達管の内径は、現在入手可能なシステムの送達管の内径１５ｍｍまたは２２ｍｍと比較して、２〜１４ｍｍである。したがって、新ガス送達管内で達成される圧力は大気圧よりも０〜０．５５１２ＭＰａ高い（０〜８０ｐｓｉｇ）となる可能性がある一方、現在入手可能な人工呼吸器の管内圧力は通常、大気圧よりも０．００６８９ＭＰａだけ高い圧力（１ｐｓｉｇ）内に収まる。新機械式人工呼吸器システムのガス送達回路の小径および高圧により、新加湿システムにもそれに相当する需要がある。

また、新世代機械式人工呼吸器の中には、開放気道技術を利用するものもあり、従来の機械式人工呼吸器システムのように、人工呼吸器と患者間の空気の通路が封止されない。開放気道技術を利用するシステムは、人工呼吸器から送達されるガスに加えて、ベンチュリシステムを介して大気が患者インタフェース近傍に同伴され、患者に送達されるガスは人工呼吸器から送達されるガスと同伴空気との組み合わせである。新開放システムでは、従来の方法を用いて送達されたガスを加湿することは困難かつ非効率的である可能性がある。したがって、開放気道技術と両立する新しい加湿技術が必要とされる。さらに、新世代機械式人工呼吸器が歩行中や運動中の使用に重点を置くように設計されている一方で、現行の呼吸システムは患者が車いすに拘束されるときのような用途に可動性を制限しがちである。通常、現行の加湿システムは、大型で配向の影響を受け易い水槽を利用し、携帯バッテリ源による動力で使用されるよりも多くの動力を消費するシステムによって加熱される。これらの理由から、現行のシステムは普通、患者が動かないときのみに加湿するように使用される。したがって、小型で、軽量で、持ち運びできる加湿技術も求められている。

現行の加湿システムは通常、システムに導入される水の量を正確に制御せず、患者の呼吸パターンと同期していない。いくつかの研究で示されるように、普通患者は５０％超の相対湿度の加湿レベルに関して効果を感知できないが、典型的には、現行のシステムは９０％超の相対湿度の加湿レベルを提供することができる。さらに、現行のシステムは連続する意図的漏出または呼気流のいずれかを有し、また、名目上患者は息を吸うよりも２倍長く吐くため、システムが患者の吸気サイクル間にのみ水を提供する場合、現行の加湿システムは最大３倍水を消費する可能性がある。さらに患者の需要よりも多くの加湿を提供することによって、現行の加湿システムは管内の過剰な「水滴降下」すなわち凝結という問題を招くことが多く、管内に余分な水を捕捉して患者への悪影響を防止する除水器を設け、システム内に堆積する水を吸引する機器が必要となる。また、睡眠中に使用される際、患者の中には、提供される過剰な湿気のために枕が水で濡れると現行の加湿システムに苦情を申し立てる者もいる。これらのおよびその他の理由から、添加される加湿の量を正確に制御する、および／または加湿と患者の呼吸パターンとを同期させる加湿システムも求められている。
通常、現行のシステムは水を加熱して蒸発させるため、水道水などの溶解固形物を含むその他の水源により残される固形物のせいで性能が劣化する可能性があり、そのために通常はシステムに蒸留水を使用する必要がある。しかしながら、加湿システムのユーザは、システム用に蒸留水を得るための費用や不都合に対処しなくてよいことを望む。したがって、蒸留水やその他の特別な水を必要としない加湿システムも望まれている。

本発明は、小径、高圧力、開放気道ガス送達回路への加湿を可能にする独特の特徴により従来のシステムの制限を解決する。
本発明の実施形態では、ガス送達管から呼吸ガスを受け取り加湿する鼻インタフェース装置は、ガス送達回路からガスを１つまたは２つ以上の構造に送達する鼻インタフェース内の１つまたは２つ以上の流路を含むことができ、１つまたは２つ以上の構造は呼吸ガスを患者の鼻に方向づける１つまたは２つ以上の流路と流体連通し、該装置は呼吸ガスの流路において鼻インタフェース内に吸湿性材料を含むことができる。

特定の実施形態では、１つまたは２つ以上の構造を１つまたは２つ以上の鼻ピローとすることができ、吸湿性材料は１つまたは２つ以上の鼻ピロー内または１つまたは２つ以上の鼻ピローに装着されるクッション内に配置することができる。少なくとも１つの圧力センサ装置を設けることができ、少なくとも１つの圧力センサは患者側の吸湿性材料に配置される。ガス送達回路は約２〜１４ｍｍの内径を有することができる。システムは携帯型人工呼吸システムで使用することができる。加湿呼吸ガスの送達はサーボ制御することができ、サーボ機構が患者の需要に基づき加湿レベルを制御し、サーボ機構が加湿レベルを予測的に制御する。サーボ機構は、患者に送達されるガス流、周囲温度、周囲湿度、およびそれらの組み合わせを検討することができる。加湿呼吸ガスは、患者の呼吸周期と同期して送達することができる。患者の呼気相よりも患者の吸気相中により多くの加湿呼吸ガスを送達することができる。加熱された管を提供することができる。患者の需要および患者の呼吸周期と同期してエネルギーを加熱管に印加することができる。

本発明の実施形態は加湿呼吸ガスの送達方法を含むことができ、該方法は、鼻インタフェース装置を設けることであって、鼻インタフェース装置が、ガスをガス送達回路から１つまたは２つ以上の構造に送達する１つまたは２つ以上の流路であって、１つまたは２つ以上の構造が１つまたは２つ以上の流路と流体連通して呼吸ガスを患者の鼻に差し向ける流路と、呼吸ガスの流路における鼻インタフェース装置内の吸湿性材料とを含むことと、加湿呼吸ガスを患者に送達することと、を含む。

特定の実施形態では、１つまたは２つ以上の構造は１つまたは２つ以上の鼻ピローとすることができ、吸湿性材料は、１つまたは２つ以上の鼻ピロー内、または１つまたは２つ以上の鼻ピローに装着されるクッション内に配置することができる。少なくとも１つの圧力センサを設けることができ、少なくとも１つの圧力センサは患者側の吸湿性材料に配置することができる。ガス送達回路は約２〜１４ｍｍの内径を有することができる。加湿呼吸ガスの送達はサーボ機構で制御することができる。加湿呼吸ガスは患者の呼吸周期と同期して送達することができる。

本発明の実施形態は呼吸ガスを加湿するシステムを含むことができ、該システムは、人工呼吸器と、近位端で人工呼吸器と流体連通し、遠位端で患者気道と流体接続し、約２〜１４ｍｍの内径を有する患者回路と、流体容器と、加湿装置と、加湿装置と患者回路の遠位端との間の流路とを含む。

本発明の特定の実施形態では、患者インタフェースを提供することができ、患者インタフェースは鼻インタフェース、口インタフェース、または経気管インタフェースとすることができる。流体は水、薬液、またはそれらの組み合わせとすることができる。薬剤は加湿して送達することができる。人工呼吸器は携帯型とすることができる。患者回路内のガスによって生成されるジェットベンチュリが流路からの蒸気を同伴するように、流路は患者回路の端部に近接して終了することができる。流体容器は、人工呼吸器からのガスによって加圧することができる。噴霧スクリーンは、流路の遠位端に設けることができる。噴霧スクリーンの前に噴霧を生成するためにガスを送達する第２の流路を設けることができる。親水性媒体カートリッジを流路内に設けることができる。毛管力式気化器を設けることができる。振動メッシュネブライザを設けることができる。エアロゾルカテーテルを設けることができる。流路を取り巻くガス流路を設けることができる。流路はガス流路を取り巻くことができる。高温ガスを加湿器に、低温ガスを人工呼吸器に供給する渦熱分離器を設けることができる。加湿呼吸ガスの送達はサーボ制御することができる。加湿呼吸ガスは、患者の呼吸周期に同期して送達することができる。人工呼吸器によって送達されるガスの平均流量は約６ｌｐｍより大きくすることができる。加湿ガスの送達は５０〜９５％の相対湿度内に制御して、患者回路内の水滴降下を防止することができる。

本発明の実施形態は呼吸器系障害を治療する方法を含むことができ、該方法は、人工呼吸器と、近位端で人工呼吸器と流体連通し、遠位端で患者気道と流体接続し、約２〜１４ｍｍの内径を有する患者回路と、流体容器と、加湿装置と、加湿装置と患者回路の遠位端との間の流路とを備える呼吸システムを設けることと、呼吸ガスを患者に供給することとを含む。

特定の実施形態は、加湿呼吸ガスの送達をサーボ機構で制御することを含むことができる。加湿呼吸ガスは患者の呼吸周期に同期して送達することができる。薬液は加湿呼吸ガスと共に送達することができる。人工呼吸器によって送達されるガスの平均流量は約６ｌｐｍよりも大きくすることができる。

本発明の実施形態は、加湿呼吸ガスを送達する装置を含むことができ、該装置は、内径が約２〜１４ｍｍの１つまたは２つ以上の管と、１つまたは２つ以上の管の長に沿った１つまたは２つ以上のヒータとを含み、１つまたは２つ以上の管が加湿呼吸ガスを患者に送達するように適合される。

特定の実施形態は、患者の需要および患者の呼吸周期に同期して熱を送達するように制御装置によって制御される１つまたは２つ以上のヒータを含むことができる。１つまたは２つ以上のヒータは、環境条件に基づき熱を送達するように制御装置によって制御することができる。

本発明の追加の特徴、利点、および実施形態は、以下の詳細な説明、図面、および請求の範囲に記載されている、あるいはそれらから自明である。さらに、上記の発明の概要と下記の詳細な説明はいずれも例であって、請求される本発明の範囲を限定せずにさらなる説明を提供することを目的とすると理解されたい。

本発明の理解を深めるために含まれ、本明細書に組み込まれて本発明の一部を成す添付図面は、本発明の好適な実施形態を図示し、詳細な説明と共に本発明の原理を説明するのに供する。
例示の実施形態に係る本発明のシステムの概略図である。 従来技術のパスオーバまたはパススルーバブルシステムを示す。 図２Ａの従来技術のパスオーバまたはパススルーバブルシステムの拡大図である。 図２Ａの湿度システムの改良版を示す。 例示の実施形態に係る蒸気同伴システムを示す。 図３Ａの蒸気同伴システムの拡大図である。 例示の実施形態に係るエアロゾル化システムを示す。 例示の実施形態に係る水分供給システムを示す。 例示の実施形態に係る水分供給噴霧システムを示す。 図６Ａの水分供給噴霧システムの拡大図である。 例示の実施形態に係る水分同伴システムを示す。 例示の実施形態に係るカートリッジ同伴システムを示す。 例示の実施形態に係るカートリッジパススルーシステムの実施形態を示す。 例示の実施形態に係る毛管力式気化器の実施形態を示す。 例示の実施形態に係るネブライザを有する実施形態を示す。 図１１Ａのネブライザシステムと共に使用可能な例示の加湿システムを示す。 図１１Ｂに示されるような加湿システムの概略図である。 例示の実施形態に係るエアロゾライザを有する実施形態を示す。 例示の実施形態に係るエアロゾルガス流路を有する実施形態を示す。 例示の実施形態に係る別のガス送達回路遠位端の詳細図である。 例示の実施形態に係る追加ガス流路を用いて加湿ガスを送達する実施形態を示す。 例示の実施形態に係る図１４Ａの別の実施形態の詳細を示す。 例示の実施形態に係る人工呼吸器用の加湿システムを示す。 例示の実施形態に係る加熱加湿ガス用のシステムを示す。 例示の実施形態に係る吸湿性材料を組み込んだ鼻インタフェースを示す。

加湿システムは、人工呼吸治療システムと併せて使用される。加湿システムは小径、高圧呼吸ガス送達システムに組み込むのに適する。本発明は上記の用途に適用されるが、従来の人工加湿システムを超える固有の利点を有することができ、従来の呼吸システムにも酸素治療システムや薬剤送達システムにも適用可能であると理解し得る。

加湿システムは、顔全体、鼻、口、または経気管患者インタフェースを含むことのできる患者インタフェースと併せて使用することができる。
湿気および／またはエアロゾルは、鼻マスクや経気管などの患者インタフェースに添加することができ、あるいは直接気道に適用することができ、あるいは呼吸ガスを患者に伝達するガス送達回路に適用することができる。湿気またはエアロゾルは、呼吸ガスと並行して送達することができ、あるいは呼吸ガスと組み合わせることができる。理想的には、湿気粒子は遠隔で生成され送達される場合は１５ミクロン未満であり、患者気道の入口近傍で生成される場合は気道に細菌を伝達しないように２０ミクロン未満とする。人工呼吸器により送達されるガスの平均流量は約６ｌｐｍ超とすることができる。

加湿は、水分粒子のガス送達システムへの、通常は患者インタフェースマスクまたは接続部間での能動的な加熱加湿またはエアロゾル化、熱水分交換（ＨＭＥ）、またはその組み合わせによってガス送達回路に添加することができる。

インタフェースマスクまたは接続部に水滴降下が発生するのを防ぐため、マスクまたは接続部は、集まる水分を除去する排水ラインを有することができる。
本発明の実施形態は、水の消費量を低減し、患者の可動性を増大させるように加湿を向上させることができる。すべての能動加湿システムに適用可能な全般的コンセプトとして、患者の呼吸パターンにタイミングを合わせた水分の送達を含むことができる。加熱された管を使用することができる。加熱管は、固定する、環境条件に応じて制御する、呼吸パターンにタイミングを合わせる、および／または呼吸パターンに合わせることができる。

本発明の実施形態は、通常は内径が１５ｍｍ未満の小管内の加湿に対応することができる。小径管は通常、送風器／人工呼吸器による高圧、管に沿った高圧低下を特徴とする。
小管システムでの従来の加湿システムを以下説明する。従来の加湿システムは、システムを通過する流体流を成長させるために同伴に頼らないシステムを指すことができる。本発明の実施形態によると、管に沿った圧力低下は相対湿度パーセントを低下させる。この作用は、管の長に沿ったガスの冷却による相対湿度パーセントの上昇に対抗することができる。その結果、水滴降下が防止され、相対湿度パーセントが約５０〜約９９のガスが患者に送達される。好適な実施形態では、加湿ガスの送達は５０〜９５％の相対湿度内で、患者回路内の水滴降下を防止するように制御される。

小管内での同伴システムを以下説明する。通常、患者への呼吸可能ガス流（Ｑｐ）は、（１）同伴作用を生成する人工呼吸器からの流（Ｑｊｅｔ）と、（２）同伴流（Ｑｅｎｔ）とから成る。同伴ガス（Ｑｅｎｔ）を直接加湿することができる。もしくは、または加えて、空気、酸素などの人工呼吸器（Ｑｊｅｔ）からの流を加湿することができる。呼吸可能ガス流（Ｑｊｅｔ）を加湿する利点は、患者に送達されるガスの密度を増大させて同伴作用を高めることができる点にある。加湿装置またはシステムは、人工呼吸器の前から同伴ノズル自体までの呼吸可能ガス（Ｑｊｅｔ）の流路に沿ったいずれの場所でも配置することができる。加湿液体は加熱してもしなくてもよい。加湿システムによって加熱される場合、加湿システムは毛管力式気化器を使用することができる。加湿システムによって加熱されない場合、呼吸可能ガス（Ｑｊｅｔ）の流は別個のヒータによって加熱されてもされなくてもよい。こうした構成では、加湿システムは、追加給水ライン、超音波ネブライザ、エアブラシ型エアロゾル発生器（高速ガス噴流が液体を同伴し、液体を噴霧化する）、振動メッシュネブライザなどを有する親水性媒体カートリッジを使用することができる。

本発明の実施形態では、加湿は直接水分送達技術、水分再利用技術、および／またはそれらの組み合わせを用いて患者インタフェース内で行うことができる。
直接水分送達技術は患者インタフェース内に設けることができる。加湿液体は加熱してもしなくてもよい。加湿システムによって加熱される場合、加湿システムは毛管力式気化器を使用することができる。加湿システムによって加熱されない場合、呼吸可能ガス（Ｑｊｅｔ）の流は別個のヒータによって加熱されてもされなくてもよい。これらの構造では、加湿システムは、追加の給水ライン、超音波ネブライザ、エアブラシ型エアロゾル発生器、振動メッシュネブライザなどを有する親水性媒体カートリッジを使用することができる。

患者インタフェースに置いて水分を再利用することができる。外部の水分はこの種のシステムでは必要とされない。水分再利用システムは、マニホルド内、鼻ピロー内、およびそれらの組み合わせに配置することができる。特に、熱および水分交換器は１つまたは２つ以上の鼻ピロー内で使用することができる。正確なセンサ測定値を得るため、圧力センサ装置は患者に近接し、患者と熱水分交換器との間に配置することができる。水分再利用システムの別の利点は、空気流の排出が分散されることと、および／または消音されてノイズが低減することである。

また、水の効率性を高めるため加湿技術を組み合わせることができる。たとえば、熱水分交換器は、余熱してもしなくてもよい、水を供給された親水性カートリッジと組み合わせることができる。

図１は、本発明の実施形態を使用する呼吸システム１０１のブロック図である。呼吸システム１０１は通常、空気、酸素、またはそれらの組み合わせを患者に供給することができるが、代替治療ガスも供給することができる。呼吸システム１０１は患者自身が携帯できるようにバッテリとガス源を内蔵することができるため、患者は歩行して日常生活の諸活動に携わることができる。人工呼吸器１１５は呼吸ガスを供給することができる。呼吸システム１０１のその他の任意の特徴は、送信機／受信機、歩数計、アクティグラフィセンサ、パルスオキシメータ、ＣＯ_２モニタ、ブレンダ、加圧空気供給源または発生装置、液体酸素（ＬＯＸ）システム、呼吸センサなどを含むことができる。

加湿器１０５は呼吸システム１０１と一体化させる、あるいは外部に置くことができる。しかしながら、従来のシステムと異なり、加湿ガスは、ガス送達回路のガス送達流路、ガス送達回路の別の膜、または別個のカニューレまたは管を通じて送達することができる。長期使用中、患者が動かない可能性が高いときは、加湿システムは比較的大量の湿気を送達できる静置システムとすることができ、可動期間中、患者は加湿を受けることができない、あるいはサイズとエネルギー消費制約のために比較的少量の湿気しか伝達することができない携帯型加湿システムを使用することができる。従来のシステムと異なり、本発明において開示されるいくつかの加湿技術は患者の呼吸と同期させることができ、システムに導入される湿気を正確に制御することによって、システムの必要とする水の量、システム内での凝結量、およびシステムを駆動するのに要する電力量を低減することができる。

呼吸システム１０１は、たとえば約４．５４ｋｇ（１０ポンド）未満で持ち運び可能にすることができ、たとえば１５ｍｍ未満の内径の小径管を有することができる。従来の加湿システムは携帯することができず、大径管（通常１５ｍｍまたは２２ｍｍの内径）を有している。携帯性と小径管により加湿の際に独自の結果が生じる。

薬剤送達モジュール１２７は、人工呼吸器システム１０１の内部または外部に任意で組み込むことができる。現行のエアロゾル化薬剤送達吸入器の抱える課題のため、本発明は、担体推進剤なしに、呼吸系の奥深くに薬剤粒子を推進して堆積させるために利用することができる。患者がこの療法を利用する際には処方薬も必要な場合が多いため、これは薬剤を投与するのに簡便で効率的な方法である。薬剤送達モジュール１２７は加湿と共に、加湿と交互に、あるいはその組み合わせで薬剤を送達することができる。制御装置は、薬剤が薬剤送達モジュール１２７によって送達されるときを決定および／または調整することができる。

本発明の実施形態は、同伴作用を生成するシステムで使用することができる。図２Ａ〜２Ｃは、加湿ガスおよび／または大気を同伴する従来技術のパスオーバまたはパススルーシステムを示す。図３〜１０は、本発明の実施形態がどのように同伴システムに組み込まれるかを示す。

図２Ａ〜２Ｃは従来技術のパスオーバまたはパススルーバブルシステムを示す。図２Ａでは、人工呼吸器２０１が患者回路２０５を通って患者２０７までガス２０３を送達する。パスオーバ２０９および／またはパススルー２１１は、ガスを加湿器／気化器／エアロゾライザ２１３に供給することができる。加湿器／気化器／エアロゾライザ２１３は水や溶液など２１５と気相２１７を有することができる。パスオーバ２０９の場合、ガスは気相２１７のみを通過することができる。パススルー２１１の場合、ガスは液体相２１５および／または気相２１７を通過することができる。ガスは加湿器／気化器／エアロゾライザ２１３内の蒸気または水分を集めることができる。湿気は加熱加湿器またはエアロゾライザを用いて生成することができる。エアロゾライザの中には流源を自己生成できるものもある。蒸気は、膨張のために流源なしでも患者に届けることができる。加湿器／気化器／エアロゾライザ２１３を出た後、加湿ガスは蒸気流路２１９を通過することができる。

図２Ｂに示されるように、蒸気流路２１９は呼吸ガス送達流路２２１に近接して配置することができる。１つまたは２つ以上の感知線２２３は患者回路２０５に近接して配置し、圧力、温度、湿度、流、呼吸などの各種パラメータを感知することができる。図２Ｂの特定の実施形態では、患者回路２０５の遠位端を患者気道２２５の外部で終端とさせることができる。ガス２０３の送達は大気２２７を患者気道２２５に同伴させることができる。もしくは、患者回路２０５は患者気道２２５またはその内部で終端とさせることができる。

図２Ｃは、加湿器／気化器／エアロゾライザ２１３が人工呼吸器２０１から分離しているパスオーバ２０９を示す。加湿器／気化器／エアロゾライザ２１３と人工呼吸器２０１とは別個の装置とすることができる、および／または一体化させることができる。

図３Ａ〜３Ｂは蒸気同伴システムを示す。図３Ａでは、人工呼吸器３０１は、患者回路３０５を通って患者３０７までジェットベンチュリを介してガス３０３を送達する。加湿器／気化器／エアロゾライザ３０９は、水や溶液など３１１と気相３１３を有することができる。湿気は、加熱加湿器またはエアロゾライザ３２５を用いて生成することができる。素子の加熱やエアロゾル化は容器または患者への管内で行うことができる。加湿器／気化器／エアロゾライザ３０９を出た後、加湿ガスは蒸気流路３１５を通過することができる。

図３Ｂは、装置の患者端の詳細を示す。蒸気流路３１５は、呼吸ガス送達流路３１７に近接して配置することができる。１つまたは２つ以上の感知線３１９は患者回路３０５に近接して配置して、圧力、温度、湿度、流、呼吸などの各種パラメータを感知することができる。図３Ｂの特定の実施形態において、患者回路３０５の遠位端は患者気道３２１の外部で終端とさせることができる。ガス３０３の送達は大気３２３を患者気道３２１に同伴させることができる。もしくは、患者回路３０５は患者気道３２１またはその内部で終端とさせることができる。加湿ガスは、人工呼吸器ジェットベンチュリによって患者気道３２１に引き込むことができる。

図４はエアロゾル化システムを示す。人工呼吸器４０１は患者回路４０５を通って患者４０７までガス４０３を送達することができる。液体は、容器４１３から通路４１１を通ってエアロゾライザ／気化器４０９まで供給することができる。エアロゾライザ／気化器４０９からは、液体は蒸気と、蒸気を患者４０７へと推進する自己生成された流源とを生成することができる。

図５は、水分供給システムを示す。人工呼吸器５０１は、患者回路５０５を通じて患者５０７にガス５０３を送達することができる。人工呼吸器５０１は、供給圧力通路５１１を介して容器５０９を加圧することができる。液滴は蒸気流路５１３を介して容器５０９から患者回路５０５を出るガス５０３によって生成されるジェットベンチュリにより患者気道に引き込むことができる。液体は、患者に届く前にエアロゾル化することができる。液体は、患者回路５０５内の素子で加熱する、あるいはエアロゾル化することができる。

図６Ａ〜６Ｂは水分供給噴霧システムを示す。図６Ａに示されるように、人工呼吸器６０１は、患者回路６０５を通って患者６０７までガス６０３を供給することができる。人工呼吸器６０１は、供給圧力通路６１１を介して容器６０９を加圧することができる。患者回路６０５を出るガス６０３によって生成されるジェットベンチュリにより、液滴は流体送達流路６１３を介して容器６０９から患者気道へと引き込むことができる。液体は患者に届く前にエアロゾル化することができる。液体は、患者回路６０５内の素子で加熱する、あるいはエアロゾル化することができる。図６Ｂは、装置の患者端の詳細図である。流体送達流路６１３は、呼吸ガス送達流路６１５に近接して配置することができる。第２のガス送達流路６２３および／またはジェット６２５は噴霧スクリーン６２７でミストを生成することができる。１つまたは２つ以上の感知線６１７は、患者回路６０５に近接して配置され、圧力、温度、湿度、流、呼吸などの各種パラメータを感知することができる。図６Ｂの特定の実施形態では、患者回路６０５の遠位端を患者気道６１９の外部で終端とさせることができる。ガス６０３の送達は、大気６２１を患者気道６２１内に同伴させることができる。もしくは、患者回路６０５は患者気道６２１またはその内部で終端とさせることができる。湿気ガスは人工呼吸器ジェットベンチュリによって患者気道６２１内に引き込むことができる
図７は水分同伴システムを示す。人工呼吸器７０１は、患者回路７０５を通って患者７０７にガス７０３を送達することができる。液体は、通路７１１を通って容器７１３からエアロゾライザ／気化器７０９に供給することができる。エアロゾライザ／気化器７０９からは、液体は人工呼吸器７０１によって生成されるジェットベンチュリにより患者７０７に吸引することができる。液体は、たとえば、ガス流源を必要としない毛管力式気化器（ＣＦＶ）を用いて患者７０７に到達する前にエアロゾル化することができる。

図８はカートリッジ同伴システムを示す。人工呼吸器８０１は、患者回路８０５を通って患者８０７までガス８０３を送達することができる。液体は、通路８１１を通じて容器８１３から親水性媒体カートリッジ８０９へと引き込む、あるいは圧送させることができる。親水性媒体カートリッジ８０９からは、液体は、人工呼吸器８０１によって生成されるジェットベンチュリにより患者回路８０５内へ引き出すことができる。

図９はカートリッジパススルーシステムを示す。人工呼吸器９０１は、患者回路９０５を通じて患者９０７にガス９０３を送達することができる。液体は、通路９１１を通じて容器９１３から親水性媒体カートリッジ９０９に引き込む、あるいは圧送させることができる。好ましくは人工呼吸器９０１からの流源は、親水性媒体カートリッジ９０９を通る通路９１５を介して供給することができる。親水性媒体カートリッジ９０９からは、液体は患者回路９０５から分離した送達通路９１７を介して患者９０７に送達させることができる。

図１３Ａ〜１３Ｂはエアロゾルガス流路を有する実施形態を示す。図１３Ａは、装置を出る前にエアロゾルガス流路１３０３に入る流体流路１３０１を示す。ガスと流体とが接触して湿気を生み出すことができる。図１３Ｂは、流体流路１３０１からエアロゾルガス流路１３０３へと流体を移送する２つの通路１３０５、１３０７を有する別の実施形態を示す。流体は、人工呼吸器１３１３と流体連通する通路１３１１を介して加圧可能な容器１３０９から引き込む、あるいは圧送させることができる。呼吸ガス送達回路１３１５は患者回路１３１７を介してガスを送達することができる。

本発明の実施形態は、非同伴ベースシステムに組み込む、あるいは該システムと共に使用することができる。
図１０は、気化したガスを患者インタフェース１００５に供給する毛管力式気化器１００３を有する人工呼吸器１００１の実施形態を示す。毛管力式気化器１００３は、液体を液体容器から、液体が加熱された蒸気に変換される小型加熱素子へと引き込むサブシステムである。毛管力式気化器は、人工呼吸器に近接して、患者インタフェース内に、または患者回路内に配置することができる。好適な実施形態では、毛管力式気化器が人工呼吸器に近接して配置され、蒸気が人工呼吸器からの流と共に患者回路を介して患者インタフェースに送達される。蒸気が管内で凝結するのを防ぐため、管を加熱することができる、あるいは患者回路が患者回路の壁を周囲温度から絶縁する特徴を有することができる。

図１１Ａは、振動メッシュネブライザまたは超音波ネブライザなどのネブライザ１１０３を有して、霧状加湿を患者インタフェース１１０５に供給する人工呼吸器１１０１の実施形態を示す。ネブライザ１１０３は、人工呼吸器に近接して、患者インタフェース内に、または患者回路に配置することができる。好適な実施形態では、ネブライザが人工呼吸器内に配置され、蒸気が人工呼吸器からの流と共に患者回路を介して患者インタフェースに送達される。ネブライザが人工呼吸器に近接して配置される場合、管を加熱して、霧状液体の蒸気への転換を支援し、快適な温度のガスを患者に供給することができる。図１１Ｂおよび１１Ｃは、開放気道呼吸システム用の患者インタフェースに配置される振動メッシュネブライザの実施形態を示す。

図１１Ｂは例示の加湿システムを示す。コネクタの特徴は、シリンジ駆動液体供給システム１７０１、電力制御配線１７０３、振動メッシュアダプタ１７０５、高速プロトタイプアダプタ１７０７、エアロゾルの流量を増大させる開口部１７０９、改良旋回コネクタ１７１１、および／または人工呼吸器患者回路１７１３を含むことができる。

図１１Ｃは、図１１Ｂに示されるような加湿システムの概略図である。人工呼吸器１８０１は、グラフィカルユーザインタフェース１８０３、プロセッサ１８０５、液体供給システム電力配線装置１８０７、電源１８０９、および／または液体容器１８１１を含むことができる。ガス送達膜１８１３は気管切開管１８１５につなげることができる。圧力感知膜１８１７も人工呼吸器１８０１から気管切開管１８１５へと設けることができる。振動メッシュネブライザ電力制御配線１８１９は、人工呼吸器１８０１から振動メッシュネブライザ１８２１まで延びることができる。振動メッシュネブライザ１８２１は、液体容器１８１１と流体連通する１８２３ことができる。旋回またはその他の種類のコネクタ１８２５は、振動メッシュネブライザ１８２１と気管切開管１８１５を連結することができる。

図１２は、エアロゾル化されたガスを患者インタフェース１２０５に供給するエアロゾルカテーテル１２０３を有する人工呼吸器１２０１を示す。エアロゾルカテーテル１２０３は、液体を液体容器から、液体がエアロゾルに変換される小型エアロゾル化チップまで移送するサブシステムである。駆動圧力を使用して、エアロゾルカテーテルを通って液体を供給し、エアロゾルを生成する。好適な実施形態では、人工呼吸器からの圧力が、駆動圧力を生成するのに使用される。エアロゾルカテーテルは、患者回路が液体を液体源からエアロゾル化チップに移送するためだけに使用される膜を有するように、患者回路に挿入することができる、あるいは患者回路に組み込むことができる。エアロゾル化チップは、人工呼吸器に近接して、患者インタフェース内に、または患者回路内に配置することができる。好適な実施形態では、エアロゾルと患者インタフェースの壁との間の相互作用が最小限でエアロゾルが患者に送達されるように、エアロゾル化チップが患者インタフェースに近接して、または患者インタフェース内に配置される。患者の快適性を最適化するため、液体を液体容器からエアロゾル化チップに移送するエアロゾルカテーテルの部分を加熱することができる。

図１４Ａ〜１４Ｂは、追加のガス流路を用いて加湿ガスを送達する実施形態を示す。図１４Ａでは、流体流路１４０１は、流体流路１４０１とほぼ同じ位置で終了するガス流路１４０３で囲むことができる。流路１４０１、１４０３の終点で、流体はエアロゾル化され、患者インタフェースまたは直接気道に送達させることができる。図１４Ｂでは、ガス流路１４０５は、ガス流路１４０５とほぼ同じ位置で終了する流体流路１４０７で囲むことができる。流路１４０５、１４０７の終点で、流体はエアロゾル化され、患者インタフェースまたは直接気道に送達させることができる。追加の実施形態では、１４０３および１４０１または１４０５および１４０７のいずれかによって構成されるシステムは、同伴ポート位置で呼吸ガス送達流路と同心に配置することができる、あるいはより一般的にはベンチュリポンプのジェット部とすることができる。本実施形態では、ガス流１４０３または１４０５は、流路１４０１および１４０７でそれぞれ流体をエアロゾル化する。結果として生じるエアロゾル化された流体およびガス混合物は、呼吸ガス送達流路に空気を同伴させる噴霧となる。ガス／エアロゾル混合物の密度が高くなると、同伴性能が向上して、同じガス流により多くの空気を有効に同伴させることができる。

毛管力式気化器、振動メッシュネブライザ、およびエアロゾルカテーテルなどの加湿源は、患者の需要に応じた加湿レベルを提供するように制御することができる。たとえば、１つまたは２つ以上の加湿センサを加湿源と患者の間に配置することができ、これらのサブシステムによって追加される湿気の量がサーボ制御されて、患者の需要を満たすが水滴降下を防止する目標加湿レベル、たとえば、７５％相対湿度を提供することができる。もしくは、加湿サブシステムは、制御システムが、加湿サブシステムの既知の特徴、および患者に送達されるガス流、周囲温度、周囲湿度、およびそれらの組み合わせなどのその他の変数に基づき、加湿源の出力を予測的に設定することができるように特徴づけることができる。加湿システム用制御装置は独立型サブシステムとすることができる、あるいは、好適な実施形態では、人工呼吸器と一体化させることができる。

好ましくは、患者の吸気相間には多くの湿気を追加し、患者の呼気相間にはほとんど湿気を追加しない、あるいは湿気をまったく追加しないように、患者の呼吸周期と同期して加湿源を制御することができる。当業者であれば、今日実際に使用されている大径管は大容量で（２２ｍｍ管の場合、約７５０ｍｌ）、管の非常に大きな位相遅延のために、管の人工呼吸器端部で加湿を供給しつつ、患者の接続ポートで湿度レベルと患者の呼吸パターンとを同期させることが困難である、あるいは不可能であることを認識するであろう。それに比べて、本発明で具体化される小径管の内部容量（６ｍｍ管の場合、約５０ｍｌ）は位相遅延のための誤差がほんのわずかである。

送達管内の「水滴降下」すなわち水の凝結の主因は、送達管に流れ込む加湿呼吸可能ガスの冷却により飽和を超過して相対湿度が上昇することである。小径管を使用するには、患者インタフェースで適切な治療圧力値を得るために機械式人工呼吸器によって高圧レベル（４０ｐｓｉｇ以上）を生成する必要がある。小径管に沿った高圧力低下は、上述したような水の凝結を導く相対湿度の上昇に対抗するために採用することができる。呼吸可能ガスの圧力が患者の遠位部から送達管の近位部へと低下するにつれ、相対湿度もそれに伴い低下する。この作用は高く一定の相対湿度を維持するのに利用され、送達管内で水が凝結しないように確保する。必要な流量が大きいほど送達管に沿った圧力低下が大きくなり、人工呼吸器によって生成される圧力がより高くならなければならないため、この作用の大きさは患者に送達される実際の流量に左右される。また、管に沿った熱損失はガスの流量にも左右され、具体的には流量が低いほど熱損失も低い。低流量値では、呼吸可能ガスの温度低下による相対湿度の上昇は小さくなり、送達管に沿った圧力低下による相対湿度の低下も小さくなる。高流量の場合は逆である。上述の２つの作用の相殺メカニズムは、当然ながら患者の呼吸周期と同期させることができる。大径管（内径１５ｍｍ以上）はこの現象が認知可能な大きさとなる圧力レベルを必要としないため、この作用は小径管が使用されるときにのみ利用することができる。

また、加熱された管が使用される場合、ヒータに印加されるエネルギーを患者の需要と呼吸周期に同期して制御することができるため、高度に最適化されたシステムが可能となる。加熱管は好ましくは内径約２〜１４ｍｍの小径管である。当業者であれば、加熱管として熱を提供する電気素子を採用することを認識するであろう。ヒータに供給される電力は、患者呼吸周期および／または呼吸周期中の湿気需要と同期させることができる。小径管を使用することで、システムに少ない熱慣性を提供して、ガス送達システムの迅速な反応と正確な温度／湿度制御とを効果的に可能にすることができる。

図１５は、人工呼吸器用の加湿システムを示す。人工呼吸器１５０１は、酸素入力１５０３と患者回路出力１５０５を含むことができる。自重送りの水源１５０７を含めることができる。患者回路出力１５０５は湿度アダプタアセンブリ１５０９を含むことができる。水入口１５１１は付勢バネ１５１３または類似の装置、次に容器１５１５へとつなげることができる。容器は、約５ｍｌまたはその他の適切なサイズにすることができる。人工呼吸器１５０１の拡張部は容器１５１５へと供給することができる１５１７。患者回路１５２１に出力１５１９を設けることができる。約２ｐｓｉｇのバネ１５２３は呼気中の過剰充填を防ぐことができる。

図１６は、加熱加湿ガス用システムを示す。ガスシリンダまたはポンプなどの源１６０１は、約１００ｐｓｉｇ以上でガスを供給することができる。源１６０１は、所定のおよび／または所望のレベルにガス圧を調節するレギュレータ１６０３にガスを供給することができる。特定の実施形態では、これは約１００ｐｓｉｇであってもよい。その後、ガスは渦熱分離器１６０５に供給されて、そこで高温ガスを第２のレギュレータ１６０７に供給することができ、ガス圧は所定のおよび／または所望のレベルに調節される。特定の実施形態では、これは約５０ｐｓｉｇであってもよい。次に、流制御弁１６０９が高温ガスを加湿器１６１１に供給することができる。渦熱分離器１６０５からは、低温ガスを第３のレギュレータ１６１３に供給することができ、そこでガス圧が所定のおよび／または所望のレベルに調節される。第３のレギュレータ１６１３は低温ガスを熱交換器１６１９に供給することができる。特定の実施形態では、これは約５０ｐｓｉｇであってもよい。低温ガスを人工呼吸器１６１５に提供することができる。加湿器からの加熱加湿ガスは、患者インタフェース１６１７の前で、内で、または該インタフェースとは別に人工呼吸器からの低温ガスと混合させることができる。

図１７は、吸湿性材料１７０３を組み込んだ鼻インタフェース１７０１を示す。吸湿性材料は、患者の呼気から熱と水分を捕捉し、熱と水分を患者の吸入したガスに戻す。これは、患者にとっての加熱／加湿目標を確立するのに電気や水分の供給などの複雑な要素を必要としないため、簡易な呼吸用の加熱／水分システムを実現する受動的な技術である。好適な吸湿性材料はたとえば、市販の熱水分交換器（ＨＭＥ）、および保湿を強化するために通常はカルシウムまたは塩化リチウムなどの吸湿性化学物質で処理された紙やポリプロピレンの挿入物を含む、吸湿処理された熱水分交換器（ＨＨＭＥ）である。吸湿性材料１７０３は多孔性とすることができる。特定の実施形態では、患者の吸気および／または呼気の全部または略全部が吸湿性材料１７０３を通過することができる。これらの実施形態では、鼻ピロー１７０５は患者の鼻を封止することができる。好ましくは、患者の呼気および吸気がすべて吸湿性材料を通過して、呼気相中の加熱と保湿を最適化し、患者の吸う呼吸可能ガスの加熱と加湿を最大限にすることができる。最適サイズは通常、患者インタフェースの使用材料、厚さ、および流体力学設計に左右される。好適な実施形態は、吸湿性素子の表面の大半を患者の呼気と吸気流にさらすことができ、好ましくは約２〜約２０ｍｍの厚さと約１５０〜約８００ｍｍ^２の表面積を有することができる。

本発明の実施形態は鼻インタフェース内に吸湿性材料を組み込んで、患者ガスを加熱し加湿する患者インタフェースを提供する。吸湿性材料１７０３は、鼻インタフェース１７０１内のガス流路のいずれの場所にも配置することができる。好適な実施形態では、吸湿性材料１７０３は鼻インタフェース１７０１のピロー部１７０５内に、またはピロー部１７０５に装着されたクッション内に配置することができる。ピロー部１７０５は患者の鼻内に延在させる、および／または患者の鼻と接触させることができ、鼻インタフェースのマニホルド部１７０７内に延在させることができる。１つまたは２つ以上の流路１７０９は、鼻インタフェース１７０１を通り患者送達回路の入口１７１３から患者の鼻の近傍または鼻内の出口１７１１まで至るガス流路を提供することができる。１つまたは２つ以上の感知ポート１７１５は圧力、湿度、またはその他の変数を検知することができる。好ましくは、１つまたは２つ以上の感知ポート１７１５は患者側の吸湿性材料１７０３に配置して、より正確な測定値を生成することができる。

吸湿性素子は、呼吸システムが必要とする水の量を最小限にするために上述した能動加湿システムのいずれかと併せて使用することができる。吸湿性素子が存在するときはいつでも、加湿の送達は患者の呼吸周期とタイミングを合わせることができ、能動的な加湿の送達は特定の呼吸周期の相、たとえば呼気相中に低減させるか、あるいは中止することさえできる。これにより患者に最適な加湿を提供し、最小限の水およびエネルギーを使用することによって呼吸装置の携帯性を高めることができる。

ピロー部１７０５内の位置はいくつかの利点を提供することができる。
（１）患者の鼻に直接隣接して吸湿性材料１７０３を組み込むことによって、吸湿性材料と患者間の熱損失が無視できるほど小さいために効率性が最大化される。

（２）吸湿性材料１７０３およびピローインタフェース１７０５の両方を柔軟材料で作製することができるため、これらの材料を同一場所に配置することで、いずれの材料の機能も犠牲にせずに患者インタフェースの実装を可能な限り最小限にすることができる。

（３）ピローインタフェース１７０５および吸湿性材料１７０３のいずれも、システムの性能と清潔度を保つように定期的に交換されるユーザ交換可能な構成要素とすることができる。したがって、ピロー１７０５と吸湿性材料１７０３を同一場所に配置することでユーザ側のメンテナンスを最も簡単にすることができる。

（４）吸湿性材料１７０３の位置は患者ガス入口点での音を最小限にすることができる。音は空気と患者の両方を伝搬することができる。吸湿性材料１７０３は、呼吸ガスが患者に入る前にガス流を分散して、ガス流のノイズレベルを低減する役割を果たす。また、吸湿性材料１７０３は、患者が大気中へ吐くガス流または患者インタフェースから大気へ排出されるガス流を大気中に分散させて、ノイズを低減することができる。

１つまたは２つ以上の制御装置は本発明のシステムおよび方法を調節することができる。１つまたは２つ以上の制御装置は、１つまたは２つ以上のプロセッサと１つまたは２つ以上のメモリとを含むことができる。１つまたは２つ以上の制御装置は人工呼吸器および／または加湿システムを制御することができる。１つまたは２つ以上の制御装置は１つまたは２つ以上のセンサから信号を受信し、それらの信号を処理して新たな信号を生成して、人工呼吸器および／または加湿器に送信し、ガス送達パラメータを調節することができる。

上記の説明は本発明の好適な実施形態に関するものだが、その他の変形や修正は当業者にとって自明であり、本発明の精神または範囲を逸脱せずに行うことができることに留意されたい。さらに、本発明の一実施形態に関連して述べられた特徴は、明示されていなくても他の実施形態と併せて使用することができる。本発明は、その精神や必須の特徴から逸脱せずに他の具体的な形で実施することができる。記載の実施形態は、あらゆる点において例示的であり、限定的ではないと考えるべきである。

Claims (10)

1. 呼吸ガスを受け取り、前記呼吸ガスを加湿する鼻インタフェース装置であって、
   ガス送達回路から１つまたは２つ以上の構造にガスを送達する前記鼻インタフェース装置内に横向きに向かう１つまたは２つ以上の流路であって、前記１つまたは２つ以上の構造が前記１つまたは２つ以上の流路と流体連通して呼吸ガスを患者の鼻に差し向ける、前記流路と、
   前記呼吸ガスの流路の横断面全体に亘って延在する吸湿性材料であって、前記鼻インタフェース装置内の１つまたは２つ以上の流路のそれぞれに面する１つまたは２つ以上の流路インタフェース側部、前記１つまたは２つ以上の流路インタフェース側部と交差する交差方向に延びて前記１つまたは２つ以上の構造に面する患者インタフェース側部、及び前記交差方向において前記患者インタフェース側部と反対側に面する呼気側部によって画定され、患者の呼気から熱と水分を捕捉し、熱と水分を患者の吸入したガスに戻す、前記吸湿性材料と、を備え、
   ほぼ全ての吸気および呼気が前記吸湿性材料を通過して拡散される鼻インタフェース装置。
2. 前記１つまたは２つ以上の構造が１つまたは２つ以上の鼻ピローであり、前記吸湿性材料が前記１つまたは２つ以上の鼻ピロー内に、または前記１つまたは２つ以上の鼻ピローに装着されるクッション内に配置される、請求項１の鼻インタフェース装置。
3. 少なくとも１つの圧力センサ装置をさらに備える、請求項１の鼻インタフェース装置。
4. 前記少なくとも１つの圧力センサが吸湿性材料の患者側に配置される、請求項３の鼻インタフェース装置。
5. 前記ガス送達回路が約２〜１４ｍｍの内径を有する、請求項１の鼻インタフェース装置。
6. 前記鼻インタフェース装置が携帯型人工呼吸システムと共に使用される、請求項１の鼻インタフェース装置。
7. 前記加湿された呼吸ガスが患者の呼吸周期と同期して送達される、請求項１の鼻インタフェース装置。
8. 患者の呼気相中よりも患者の吸気相中により多くの加湿呼吸ガスが送達される、請求項７の鼻インタフェース装置。
9. 加熱された管をさらに備える、請求項１の鼻インタフェース装置。
10. エネルギーが患者の需要および患者の呼吸周期に同期して前記加熱された管に印加される、請求項９の鼻インタフェース装置。