(57)【要約】  既存の振動換気人工呼吸器と比較してバイアスフローを減じることができる、患者に人工呼吸するための装置および方法。前記装置は、振動配管、患者配管および呼気配管あるいは戻り配管を含むガス流回路を有する。ガス供給配管と流出弁は、ガス流回路と通気可能に連結されている。１以上の二酸化炭素除去装置と１以上の逆止め弁が回路に設置されている。そのような装置を用いて人工呼吸する方法も開示されている。
2005515840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流回路を有する、振動換気人工呼吸器に取り付けるための装置であって、前記ガス流回路には、
第１末端と第２末端を有し、該第１末端は接続チューブを通じて発振器と接続できるように構成された振動配管、
前記振動配管の第２末端に連結された患者配管、
両端が振動配管に連結された戻り配管、
戻り配管の両端の間にある振動配管内に設けられた逆止め弁、および
振動配管あるいは戻り配管内に設置されている二酸化炭素除去装置
が含まれていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記二酸化炭素除去装置が、戻り配管に設置されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記二酸化炭素除去装置が、振動配管に設置されている、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記戻り配管が、逆止め弁を有する、請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記二酸化炭素除去装置が、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウムおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される化合物を含む、請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記ガス流回路が、さらに酸素センサーおよび二酸化炭素センサーを有する、請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記ガス流回路に接続された圧力計をさらに含む、請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記振動配管あるいは前記患者配管に連結されたガス供給配管をさらに含む、請求項１記載の装置。
【請求項９】
流出弁をさらに含む、請求項１記載の装置。
【請求項１０】
振動換気人工呼吸器に取り付けるための装置であって、
ａ）以下の構成を有するガス流回路
第１末端と第２末端を有し、該第１末端が発振器と通気的に連結できるよう構成された振動配管、
前記振動配管の第２末端に連結された患者配管、
両端が振動配管に連結された戻り配管、
戻り配管の両端の間にある振動配管内に設けられた逆止め弁、
振動配管あるいは戻り配管内に設置された二酸化炭素除去装置
ｂ）前記ガス流回路と通気可能に形成されたガス供給配管、および
ｃ）前記ガス流回路と通気可能に形成された流出弁、
とを有することを特徴とする装置。
【請求項１１】
前記二酸化炭素除去装置が、戻り配管に設置されている、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記二酸化炭素除去装置が、振動配管に設置されている、請求項１０記載の装置。
【請求項１３】
両端が振動配管に連結されたバイパス配管をさらに含む、請求項１０記載の装置。
【請求項１４】
前記バイパス配管に二酸化炭素除去装置が設置された、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記ガス供給配管が、振動配管に連結されている、請求項１０記載の装置。
【請求項１６】
前記流出弁が、振動配管に連結されている、請求項１０記載の装置。
【請求項１７】
前記二酸化炭素除去装置が、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウムおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される化合物を含む、請求項１０記載の装置。
【請求項１８】
前記ガス流回路が、さらに酸素センサーおよび二酸化炭素センサーを含む、請求項１０記載の装置。
【請求項１９】
前記ガス流回路に接続された圧力計をさらに含む、請求項１０記載の装置。
【請求項２０】
振動換気人工呼吸器に取り付けるための装置であって、
ａ）以下の構成を有するガス流回路
第１末端と第２末端を有し、該第１末端は前記振動換気人工呼吸器と連結できるように構成され、且つ逆止め弁を持つように構成された振動配管、
前記振動配管の第２末端に連結された患者配管、
一端が患者配管に連結され、他端が振動配管に連結された、二酸化炭素除去装置を有する呼気配管
ｂ）前記ガス流回路と通気可能に形成されたガス供給配管、および
ｃ）前記ガス流回路と通気可能に形成された流出弁、
とを有することを特徴とする装置。
【請求項２１】
前記呼気配管内にさらに逆止め弁が設置された、請求項２０記載のガス流回路。
【請求項２２】
前記流出弁が、前記振動配管に連結されている、請求項２０記載の装置。
【請求項２３】
前記呼気配管と前記振動配管との間にさらに再循環配管が設置された、請求項２０記載の装置。
【請求項２４】
前記呼気配管に連結されたバイパス配管をさらに含む、請求項２０記載の装置。
【請求項２５】
前記バイパス配管に、二酸化炭素除去装置が設置された、請求項２４記載の装置。
【請求項２６】
人工呼吸の方法であって、
発振器、ガス流回路、さらにガス供給配管、該ガス流回路に接続された流出弁、および二酸化炭素除去装置とを有する人工呼吸装置を準備するステップ、（該ガス流回路は、
第１末端と第２末端を有し、該第１末端が前記発振器と通気的に連結され、第２末端が患者配管と連結された振動配管、
二酸化炭素除去装置を有し、一端が前記患者配管に連結され、他端が前記振動配管に連結された呼気配管
とを有する）
前記患者配管を患者に取り付けるステップ、
前記ガス供給配管を通じて前記ガス流回路にガスを供給するステップ、および
前記発振器を動かし、前記振動配管に近づけたり遠ざけたりするステップ、
とを有する方法。
【請求項２７】
供給されるガスが酸素と窒素の混合物である、請求項２６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動物の呼吸をサポートするための人工呼吸器に関する。より詳しくは、本発明は人工呼吸の装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
動物患者の正常な呼吸が損なわれて、外的手段の助けを借りなければならない状況は多い。振動換気人工呼吸器は、そのような状況において呼吸を促進するために使用される。利用可能な様々な人工呼吸器の中に、高頻度振動換気人工呼吸器がある。米国特許第4,719,910号公報は、高頻度振動換気人工呼吸器について記載している。ガスの流れはガス源から高頻度発振器へと導かれる。高頻度発振器は、ハウジング（磁石を含み、内部に振動板で密閉されたピストンが備え付けられている）、振動板の第１サイド上のハウジング内のスペースとガス導入手段とを接続する吸気口、および振動板の第１サイドに備え付けられたコイルとを有する。回路はコイル内の電流の両極性を逆転させることができるように構成され、これによって振動板がハウジング内を前後に動く。振動板の第二サイド上のスペースとガス源及び患者の軌道とを接続するチューブが設けられる。
【０００３】
この従来技術では、吸気ガスは、U字形チューブと振動板の移動によって患者の内外へ出入りする。従来技術について説明すると、U字形チューブは、末端を有する第１リム(limb)、末端を有する第２リム、および両リム間のチューブを備えたものとして説明できる。両リム間のチューブに接続された他のチューブ(「患者配管」)は、U字形チューブから患者にガスを送達し、かつ患者からU字形チューブへガスを送達する。前記患者配管は気管内チューブを経て患者に接続できる。第１リムの末端は、U字型チューブ内のガスが振動板を前後に動かすよう、振動板で密封される位置に設けられる。吸気に好適なガス（「吸気ガス」）は、振動板と患者配管の間に位置するU字型チューブ上で供給される。
【０００４】
吸気ガスは、U字型チューブの第１リムを通り、呼気ガスは該チューブの第２リムを通り、第２リムの末端から大気中へ抜け出る。呼気が、呼吸の呼気相の間に第１リム内に戻ることを防ぐために、患者によって必要とされるより多い吸気ガスが提供され、呼気を第２リム内に移動させる。患者の必要を超えて提供される過度の吸気ガスを、本明細書中では「バイアスフロー」と称する。
【０００５】
U字型チューブの第２リム内に呼気を移動させるために、吸気ガスは人工呼吸の対象が幼児である場合は、流速約20リットル/分で用いられ、人工呼吸の対象が年長の小児や成人であるばあいは、60〜80リットル/分ぐらいで用いられる。このような多量の吸気ガスは、大方の輸送機関や救急車において利用できる供給量を、急速に使い果たしてしまうであろう。さらに、このような従来技術の装置は、吸気ガスと混ぜられる多量且つコストのかかる治療用の気体（例えば、揮発性吸入麻酔薬、一酸化窒素、揮発性ペルフルオロカーボン、ヘリウム/酸素混合物など）を必要とする。最終的に、患者によって必要とされる吸気ガスの量と、人工呼吸器に供給される、これより多量の吸気ガスとを考えたとき、このような従来技術の装置は非効率的である。
【特許文献１】米国特許第4,719,910号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、人工呼吸の装置および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題は、発振振動板のような発振器、および発振器で密閉されたあるいは発振器と通気的に連結された第１末端を有する振動配管を含むガス流回路を持つ人工呼吸装置によって解決される。ガス供給配管は振動配管に連結され、患者配管は振動配管の第２末端に接続される。流出配管は、患者配管と通気性につながり、患者配管から遠位の流出配管端部は流出弁と接続している。流出弁は、吸気の間は、流出配管からガスを流出させ、呼気の間は流出配管からガスが流出するのを防ぐ。本発明の一実施形態では、装置はガス供給配管に連結した振動配管、振動配管の第２末端に連結した患者配管、患者配管と通気性につながる流出配管、流出配管に接続した流出弁、１以上のＣＯ２除去装置、および、該１以上の除去装置を通過するガスの一方向性の流れを担保する逆止め弁を１以上有する。この実施例の装置は、振動換気人工呼吸器に接続可能である。
【０００８】
他の実施形態では、本発明の装置は、従来技術であるU字型の人工呼吸器付属部品に連結可能に構成される。本発明の一実施形態では、装置は、第１末端と第２末端を持つ振動配管を含むガス流回路を有する。第１末端は、直接あるいは他の装置（従来のU字型チューブ、振動配管の第２末端に接続された患者配管、振動配管に接続された戻り配管、１以上の二酸化炭素除去装置、および、ガスの一方向性の流れを確保するための１以上の逆止め弁など）を通じて振動換気人工呼吸器に接続できるように構成される。状況に応じて、装置は流出弁およびガス供給配管を有していてもよく、また、従来のU字型チューブと連結して用いられる際は、従来のU字型チューブの流出弁及びガス供給配管を用いてもよい。
【０００９】
本発明に係る方法では、上述したような人工呼吸装置が提供される。患者は患者配管と通気性に連結され、ガスは振動配管に供給される。発振器は振動配管の方へ動き、流出弁が開く。その後、発振器は振動配管から離れ、流出弁が閉じる。
【００１０】
本発明の本質及び課題の十分な理解のため、添付の図面とともに以下の説明が参照される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本明細書中で使用する「ガス」という語は、純気体あるいは混合気体を意味する。したがって、「ガス」という語は、Ｏ２とＮ２の混合物を指してもよいし、治療用の気体を含むものであってもよい。
【００１２】
本発明に係る装置１０は、米国特許第4,719,910号公報および第5,307,794号公報に記載されている振動板のような発振器１１を有する振動機械に接続することができる。図１に示すように、吸気ガス源５は、供給配管８を通じて本発明に係る装置１０に接続される。装置１０内の吸気ガスの流れは、供給配管８と連結した流量調節器９によって調節できる。供給配管８から接続配管１８への吸気ガスの流れは、基本的に一定速度であることが好ましい。接続配管１８は、振動配管１４に接続されている。
【００１３】
図１に示す実施形態では、インバウンド逆止め弁２０が振動配管１４内にある。インバウンド逆止め弁２０の下流にある振動配管１４部分を、ここではインバウンド配管１５と称する。逆止め弁２０は、矢印２１方向へのガスの流れを許し、ガスが反対方向へ流れるのを防ぐ。インバウンド逆止め弁２０の上流側の圧力が、インバウンド逆止め弁２０の下流側の圧力より高ければ、インバウンド逆止め弁２０が開いて、ガスが矢印２１の方向へ流れるのを可能にする。インバウンド逆止め弁２０の上流側の圧力が、下流側の圧力より低ければ、インバウンド逆止め弁２０は閉じてガスがインバウンド配管１５へ流れるのを効果的に遮断する。
【００１４】
インバウンド逆止め弁２０のさらに下流（例えばインバウンド配管１５沿い）に、ガスの量をモニターするためのＯ２センサー２４及びＣＯ２センサー２２を設けてもよい。更に、加湿器、噴霧器などのモディファイヤやモニターを設置してもよい。インバウンド配管１５は、患者配管２５と接続し、患者配管２５は、患者の気道、そして最終的には患者の肺にガスを送達するための気管内チューブ（図１に図示せず）と接続している。
【００１５】
インバウンド配管１５は、呼気配管３０にも接続されている。呼気配管３０内に、圧力計、スルーポート(through port)２８のような圧力モニタ装置を設置してもよい。呼気配管３０は、ガス洗浄配管３６を含み、再循環配管３４に接続している。再循環配管３４は、振動配管１４に接続している。再循環配管３４とガス洗浄配管３６の接合部に、２位置弁３２があり、ガスの流れを再循環配管３４あるいはガス洗浄配管３６のいずれかの方向に導く。２位置弁３２は、普段はガス洗浄配管３６にガスの流れを導くための適当な位置に置かれている。好ましくは、２位置弁３２は、普段はガスが再循環配管３４に流れないように調節されている。
【００１６】
呼気配管３０内には、ガス除去缶３８、アウトバウンド配管４０、および排出配管１６が含まれる。第二除去装置６８が含まれていてもよく、ガス除去缶３８が使用されていない場合（例えば、ガス除去缶３８を取り替えている間あるいは再充電している間）に、例えばガスの別の流れ(図示せず)を使用してＣＯ２を除去するのに使用されてもよい。ガス除去弁７０Ａおよび７０Ｂは、好ましくは一緒に作動して、ガス除去缶３８あるいは第二除去装置６８のいずれかを稼働中にする。好ましい実施形態では、ガス除去弁７０Ａおよび７０Ｂは、２つの分離した弁ではなく、当該医療コミュニティーで共通に使用される１つのスライド型の弁であって、外側の円筒形のシェルと内側の可動式シリンダーを有し、それぞれに設けられた穴によって、ガス除去缶３８あるいは第二除去装置６８のいずれかを作動中とすることができる。
【００１７】
アウトバウンド配管４０には、アウトバウンド逆止め弁４２が設置されており、これは矢印４３の方向にガスを流し、ガスが反対方向に流れるのを防ぐ。アウトバウンド逆止め弁４２の下流には、排出配管１６があり、その中には遮断弁４４がある。遮断弁４４は、普段は開放位置にセットされている。遮断弁４４が開放位置にあるときにはガスが流れ、閉鎖位置にあるときにはガスの流れが遮断される。排出配管１６は振動配管１４に接続している。
【００１８】
振動配管１４は、一端で患者配管２５に接続し、他端は発振器１１で密閉されるように構成されている。好ましくは、発振器１１は、高頻度振動機の振動板である。振動配管１４に接続された流出配管５０は、流出弁５２と接続している。流出弁５２は、調節配管５４によって提供される調節圧力に応じて開閉可能である。流出弁５２の開閉位置を図２ａおよび図２ｂにそれぞれ示す。外部の調節圧力は、発振器１１をコントロールする振動機によって、調節配管５４に提供されてもよい。本発明の一実施形態では、配管５４によって提供される調節圧力は、実質的に安定であり、振動板１１の動きによってもたらされた配管１４内の振動圧力が流出弁５２を開閉させる。あるいは流出弁５２の操作は、ソレノイド等の他の手段によってもよい。
【００１９】
発振器１１の高頻度振動は、ガスが患者の気道内外に出入りするのを促進する。したがって、吸気相の間、発振器１１が振動配管１４の方に動いているときには、加圧サイクルが発生し、呼気相の間、発振器１１が振動配管１４から離れる方向に動いているときには、減圧サイクルが発生する。加圧サイクルの間、インバウンド逆止め弁２０の上流側の圧力が増加し、弁が開いて、ガスが矢印２１の方向へ流れ、その結果、患者配管２５を経て患者の肺の中にガスが流れ込む。同時に、発振器１１が装置１０の方向へ動くことに起因して、アウトバウンド逆止め弁４２の下流側の圧力が上流側の圧力より高くなり、アウトバウンド逆止め弁４２が閉じて、排出配管１６からガス除去缶３８中へガスが流れ入むのが防止される。
【００２０】
呼気相（あるいはサイクルの減圧期間）の間、発振器１１は振動配管１４から離れ、インバウンド逆止め弁２０の前後の圧力差により、インバウンド逆止め弁２０が閉鎖する。呼気ガスは、患者の肺によって呼気配管３０内に、そしてＣＯ２ガス除去缶３８内に押される。同時に、アウトバウンド逆止め弁４２の前後の圧力差により、アウトバウンド逆止め弁４２が開く。このようにして、ＣＯ２が除去されたガスは、正常時は開いている遮断弁４４を通り、振動配管１４に戻る。排出配管１６を経て振動配管１４に戻ったガスは、振動配管１４内のガスと混ざる。振動配管１４内のガスは、インバウンド逆止め弁２０が、発振器１１の動作によって閉鎖されると、流出弁５２の方へ移動する。図２ａおよび図２ｂは、圧縮空気を用いた際の、流出弁５２の開閉位置を図示する。調節配管５４によって供給される調節圧力が、振動配管１４内の圧力を上回ると(図２ａ)、流出弁５２は閉鎖位置となり、振動配管１４のガスが装置１０から流出するのを防ぐ。調節配管５４によって供給された調節圧力が、振動配管１４内の圧力より低い場合は（図２ｂ）、流出弁５２は開放位置となり、振動配管１４のガスが装置１０から流出する。図１から５に示す実施形態では、好ましくは少なくとも呼気層の間（すなわち、発振器１１が装置１０から離れることによって、振動配管１４内の圧力が減少している間）、流出弁５２は閉鎖され、少なくとも吸気相の間（すなわち、発振器１１が装置１０の方へ移動することによって、振動配管１４内の圧力が増加している間）、流出弁５２は開放される。
【００２１】
本発明の装置１０内のＣＯ２ガス除去缶３８は、他の配置で使用されてもよい。例えば、図３ａ、３ｂ及び３ｃに示すように、ガス除去缶３８は、インバウンド配管１５から遠位の患者配管２５の端部に配置されてもよい。図３ａおよび３ｃに示すように、好適な逆止め弁２０、４２及び戻り配管６７は、ガス除去缶３８を通る一方行性の流れを想定して設置されてもよい。バイパス配管６６は、ガス除去缶３８の交換に対応するために設けることができる。本発明の好ましい実施形態では、第二ガス除去缶６８は、バイパスライン６６内に設けられる。第二ガス除去缶６８は、明細書中に記載されたガス除去缶３８を持つどの実施形態においても設置することができる。図３ａ、３ｂ及び３ｃに描かれた装置は、従来技術の人工呼吸器回路とともに用いることができる。
【００２２】
ガス除去缶３８には、ＣＯ２のような不要ガスを除去する物質が含まれる。例えば、ガス除去缶３８には、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、または水酸化バリウムが含まれる。シリカと混合した水酸化ナトリウムおよび水酸化カルシウムは、ソーダライム（登録商標）として市販されている。他に市販されているＣＯ２除去装置としては、水酸化バリウム及び水酸化カルシウムを含むBaralyme（登録商標）がある。ＣＯ２ガス除去缶３８の洗浄能力が使い果たされれば、交換すればよい。ガス除去缶３８を交換するために、遮断弁４４が閉鎖位置にセットされている間、二位置弁３２は、ガスが呼気配管３０から再循環配管３４に流れるようにセットされる。ガス除去缶３８の交換後、二位置弁３２および遮断弁４４は正常の位置にリセットされる。
【００２３】
図４ａおよび図４ｂは、本発明のさらなる２つの実施形態を示す。図４ａに示すように、ガス除去缶３８は、振動配管１４内のＣＯ２及びＯ２センサー２２，２４の上流に設置されてもよく、あるいは図４ｂに示すように、センサー２２，２４の下流に設置されてもよい。図４ａおよび図４ｂに示す実施形態では、吸気ガスの流れを患者配管２５へ向けるため、または呼気の流れをガス除去缶３８の方へ向けるための逆止め弁は、必要とされていない。通常、ガスはガス除去缶３８を通って両方向へ移動する。ガス除去缶３８を交換する際には、２つのブロック弁６２，６４は一時的に、ガスがバイパス配管６６を通って流れるように調節される。
【００２４】
図５は、除去装置が振動配管１４内に配置され、ガスが、ガス除去缶３８を通って患者配管２５の方へ流れる本発明の他の実施形態を示す。患者配管２５からの流れは、呼気配管３０を通って振動配管１４へ移動する。逆止め弁４２は、バイパス配管６６内に位置し、流れが呼気配管３０を通って一方向のみに流れるようにする。追加の逆止め弁２０を振動配管１４内に設け、ガス除去缶３８を通る一方向のみの流れを確実にしてもよい。
【００２５】
図６に示すように、本発明の別の実施形態では、呼気ガスからＣＯ２が除去される代わりに、装置１００から呼気ガスが単に出ていく構成である。装置１００は、接続配管１８を通じて吸気ガス源５に接続されている。吸気ガスは、振動配管１４に入り、インバウンド逆止め弁２０を経て、患者配管２５に向かって、矢印２１の方向に流れる。ＣＯ２およびＯ２センサー２２，２４並びに圧力モニタ部２８を、患者配管２５の付近に配置してもよい。呼気ガスは、呼気配管３０によって別タイプの流出弁５２の方へ誘導される。図６、図７ａ及び図７ｂに示す流出弁５２は、振動配管１４と呼気配管３０の間の圧力差に基づいて作動する。加圧サイクルの間、流出弁５２は、振動配管１４内の圧力が上昇することによって、呼気配管３０の端部１３２を閉鎖する。一方、減圧相の間は、流出配管５０内の圧力によって、流出弁５２が端部１３２を開放し、ガスを大気中へ放出させる。好ましくは、加圧サイクルの少なくとも一部の間、流出弁５２は閉鎖され、呼気配管３０と大気間の通気がなくなり、減圧サイクルの少なくとも一部の間、流出弁５２は開放され、配管３０と大気間に通気がある。
【００２６】
図７ａおよび図７ｂは、図６に示す流出弁５２の好適な実施形態を示す。図７ａおよび図７ｂの流出弁５２は、振動配管１４内に配置された柔軟性のある第１膜300と、流出配管５０の端部１３２を選択的に閉鎖するように配置された柔軟性のある第２膜303とを有する。柔軟性のある膜300,303は、圧力伝達配管306によって連結されている。圧力伝達配管306は、ガスあるいは流動体で満たされていてもよい。圧力伝達配管306内の圧力が、流出配管５０内の圧力より高ければ、流出配管５０の端部１３２は、柔軟性のある第２膜303によって閉鎖される。流出配管５０内の圧力が、圧力伝達配管306内の圧力より高ければ、流出配管５０の端部１３２からガスが流出できる。柔軟性のある第１膜300によって、振動配管１４内の圧力が、圧力伝達配管306内の圧力を変化させることが理解されるであろう。
【００２７】
好ましい実施形態では、圧力調節配管309が圧力伝達配管306に連結される。圧力調節配管309を設けた場合、圧力伝達配管306内の圧力を変化させることが可能であり、それにより、流出配管５０の端部132を開放するために必要な流出配管５０内の圧力を変化させることができる。
【００２８】
図９ａ、図９ｂおよび図９ｃに示す本発明の他の実施形態では、装置１０は、従来技術のＵ字型発振器チューブ（ここでは接続チューブと呼ぶ）に接続することができる。Ｕ字型チューブは、一般的にガス供給配管および流出弁あるいは流出手段を有している。本実施形態では、装置は振動配管、患者配管および戻り配管を含むガス流回路を有する。振動配管１４の第１末端は、破線404で示すようにＵ字型発振器チューブ400のコネクター402と接続できるように構成されている。振動配管１４の第２末端は、患者配管２５に連結されている。戻り配管６７は、呼気を戻すために設けられている。戻り配管の両端は、振動配管に連結されている。逆止め弁２０は、戻り配管の両端の間の振動配管に設けられ、患者配管２５の方へガスを送る。ＣＯ２除去装置３８は、戻り配管内（図９ａ）あるいは振動配管内（図９ｂ）に設けられる。好ましい実施形態（図９ａ）では、もう一つの逆止め弁４２が戻り配管内に設けられる。装置は、ガス供給配管および流出弁も有する。破線404によって示されるように、この装置を振動換気人工呼吸器410と直接つないで使用する際には（図９ｄ）、流量調節器９を有するガス供給配管８が、接続配管１８を通じてガス流回路内のいずれかの位置に接続される。流出弁５２もまた、ガス流回路内のいずれかの位置に置くことができる。供給配管１８と流出弁５２の位置の一例を、図９ｄに示す。ガス除去缶３８は、振動配管あるいは戻り配管内のいずれかの位置に置くことができるが、戻り配管に置くことが好ましい。図９ｃに示すように、随意的に、第２のＣＯ２除去缶６８を、もう一つの戻り配管６６内に設けてもよい。ガス除去弁７０Ａおよび７０Ｂは、上述のように作動し、ガス除去缶３８あるいはガス除去缶６８のいずれかが使用中になる。図１，図４ａ，図４ｂあるいは図６に示すように、Ｏ２センサー及びＣＯ２センサー、並びに圧力モニタ装置をガス流回路内に設置してもよい。
【００２９】
本発明のコンセプトを説明するために、図１の装置１０のための数学的関係を構築する。続く表１〜１０において、これらの数学的関係に対応するデータを示す。表中、
ＶＯ２は、患者によって消費される酸素の体積率であり、
ＶＩは、装置１０に供給される吸気ガスの体積率であり、
ＦｉＯ２は、吸気ガス中の酸素のモル分率であり、
ＦｍＯ２は、インバウンド逆止め弁２０を通過する混合ガス中の酸素のモル分率であり、
ＦｉＯ２＝１−ＦｉＮ２（ＦｉＮ２は、吸気ガス中の窒素のモル分率である）
ＦｍＯ２＝１−ＦｍＮ２（ＦｍＮ２は、流出弁５２から流出する混合ガス中の窒素のモル分率である）
ＶＩ＝Ｋ＋ＶＯ２（Ｋ＝流出弁からの流出体積）；
ＶＩ×ＦｉＮ２＝Ｋ×ＦｍＮ２；
ＶＩ(１−ＦｉＯ２)＝Ｋ(１−ＦｍＯ２)；
(ＶＩ÷Ｋ)(１−ＦｉＯ２)＝１−ＦｍＯ２；
ＦｍＯ２＝１−((ＶＩ÷Ｋ)(１−ＦｉＯ２))
【００３０】
【表１】
2005515840.tif 000003
【００３１】
【表２】
2005515840.tif 000004
【００３２】
【表３】
2005515840.tif 000005
【００３３】
【表４】
2005515840.tif 000006
【００３４】
【表５】
2005515840.tif 000007
【００３５】
【表６】
2005515840.tif 000008
【００３６】
【表７】
2005515840.tif 000009
【００３７】
【表８】
2005515840.tif 000010
【００３８】
【表９】
2005515840.tif 000011
【００３９】
【表１０】
2005515840.tif 000012
【００４０】
表１〜９は、酸素消費率を5ml/kg/分と想定した際の、様々な吸気ガス流速(ＶＩ)で達成されるＦｍＯ２を示す。アスタリスクを付した欄のＶＩ／ＶＯ２は、対応するＦｉＯ２の１０％以内のＦｍＯ２を達成するために必要とされる吸気ガスの最低流速を示す。表１における吸気ガスは空気（酸素２１％）である。表１に示すように、吸気ガス流速が50ml/kg/分であれば、混合ガス（吸気ガス及び洗浄された呼気ガスの混合物）中の酸素の割合は約0.12になる。したがって、ＦｉＯ２に対するＦｍＯ２の比は約0.58になる。混合ガス中の酸素の割合（ＦｍＯ２）をＦｉＯ２の１０％以内にするために必要とされる吸気ガスの流速は、200ml/分である。
【００４１】
表２〜９は、ＦｉＯ２の値を0.3(酸素３０％)〜1.0（純粋酸素）にするために必要とされる吸気ガスの流速を示す。吸気ガス中の酸素の割合が高くなるにつれて、ＦｉＯ２に対するＦｍＯ２の比率を同じに保つために必要とされる吸気ガスの流れは、より低くなる。例えば、ＦｍＯ２の値をＦｉＯ２の１０％以内にするためには、酸素を２１％含むガス（空気）を用いた場合は、吸気ガスの流速は200ml/分必要であり、一方、酸素を８０％含有する吸気ガスを用いる場合は、必要とされる吸気ガスの流速は１０倍低くなる(20ml/kg/分)(表７)。表１０は、ＦｉＯ２の１０％以内（許容レベル１０％）のＦｍＯ２値を達成するための、吸気ガス中の各酸素濃度と吸気ガスの流速の組み合わせを示す。表１０に示すように、患者配管２５に所望濃度の酸素を送るためには、ＦｉＯ２を一定に保つよう吸気ガスの流れを調節するか、あるいは吸気ガスの流速を一定に保つようにＦｉＯ２を調節すればよい。
【００４２】
これらの表に示されるデータから、本発明の装置を使用することによって、吸気ガスの流速を6〜200ml/kg/分に減らすことができることが分かる。これに対し、現在利用可能な高頻度振動換気人工呼吸器で必要とされる吸気ガスの流速は、約1000〜2000ml/kg/分である。
【００４３】
図８に、本発明に係る方法のステップを示す。この方法では、上述した装置１０のような人工呼吸装置を準備する（ステップ200）。次に、患者に患者配管を取り付け（ステップ203）、ガス供給配管を通じて、ガスを振動配管に供給する（ステップ206）。発振器が振動配管の方へ動き、流出弁が開かれる（ステップ209）。その後、発振器が振動配管から離れ、流出弁は閉じられる（ステップ212）。好ましくは、ガスはほぼ一定の流速で振動配管に供給される。
【００４４】
本発明に係る装置および方法は、実質的にバイアスフローの必要性を減じるため、第１に、現在利用できる高頻度振動換気人工呼吸器より高効率である。バイアスフローの減少により、人工呼吸装置をより小さくすることが可能になる。本発明の装置および方法が、安全な人工呼吸のために必要とされるバイアスフローの体積を減少させることは明らかである。本発明の装置を使用することによって、人工呼吸器に送達される吸気ガスの体積を、20,000〜80,000ml/分ないし最低でも20〜800ml/分減少できると考えられる。
【００４５】
本発明のもう一つの利点は、長期間の振動換気人工呼吸と関連する平均肺容量のロス（この種の機械的人工呼吸に伴う問題であると考えられている）に対抗し得ることである。現在この問題は、一部の人から、吸気ガス流の減少によって増大し得ると提唱されている。平均肺容量が減少する傾向に対抗することによって、肺の拡張を保つという課題への一つのアプローチは、バイアスフローの一部あるいは全てを直接気管に送達するのを可能にする、気管内チューブに取り付けた細い経路に、吸気ガス流の一部あるいは全てを再度流すことである。吸気ガスの流速が速い従来技術であれば、潜在的な危険が存在するのに対し、本発明により予定される、より低い流速の吸気ガスは、安全性が高いと考えられる。さらに、従来通りの速い流速の吸気ガスを用いて振動が行われているときでさえ、吸気ガス流の一部あるいは全てを気管先端部（肺により近い）へ再度流すことによる利点がいくらかあり得ることが認められている。吸気ガスの一部あるいは全てを気管に再度流すことにより、サイクルの吸気相の間、肺の吸気ガスは閉じこめられ、呼気相の間に、より低い圧力で装置１０に放出されるであろう。これは、無気肺あるいは無補充肺の拡張に役立つはずである。
【００４６】
本発明の実施形態が明細書中に記載されているが、本発明はこのような実施形態に限定されない。本願の特許請求の範囲が本発明を導き、本発明をさらに説明するが、本発明の範囲を限定することを意図しない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、本発明に係る装置の概要を示す断面図であって、装置の主な構成要素を図示するものであり、ＣＯ２除去装置を利用するものである。
【図２ａ】図２ａは、本発明に係る流出弁の閉鎖位置を示す断面図である。
【図２ｂ】図２ｂは、本発明に係る流出弁の開放位置を示す断面図である。
【図３ａ】図３ａは、本発明の一実施形態を示す断面図である。
【図３ｂ】図３ｂは、本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図３ｃ】図３ｃは、本発明の一実施形態を示す断面図である。
【図４ａ】図４ａは、ＣＯ２除去装置を有する本発明の他の実施形態の断面図である。
【図４ｂ】図４ｂは、ＣＯ２除去装置を有する本発明の他の実施形態の断面図である。
【図５】図５は、本発明の別の実施形態を示す断面図である。
【図６】図６は、ＣＯ２除去装置を有しない、本発明の別の実施形態の断面図である。
【図７ａ】図７ａは、本発明に係る別の流出弁の閉鎖位置を示す断面図である。
【図７ｂ】図７ｂは、本発明に係る別の流出弁の開放位置を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明に係る方法のステップを示すフローチャートである。
【図９ａ】図９ａは、Ｕ字型の発振器チューブに接続可能に形成された、本発明の実施形態を示す断面図である。
【図９ｂ】図９ｂは、Ｕ字型の発振器チューブに接続可能に形成された、本発明の実施形態を示す断面図である。
【図９ｃ】図９ｃは、Ｕ字型の発振器チューブに接続可能に形成された、本発明の実施形態を示す断面図である。
【図９ｄ】図９ｄは、振動換気人工呼吸器に接続可能に形成された、本発明の実施形態を示す断面図である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４ａ】
2005515840.tif 000019
【図４ｂ】
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【図５】
2005515840.tif 000021
【図６】
2005515840.tif 000022
【図７ａ】
2005515840.tif 000023
【図７ｂ】
2005515840.tif 000024
【図８】
2005515840.tif 000025
【図９ａ】
2005515840.tif 000026
【図９ｂ】
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【図９ｃ】
2005515840.tif 000028
【図９ｄ】
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【国際調査報告】
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