(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体流が必要な患者またはその他の人に供給する気体流を給湿する給湿装置であって、
給湿チャンバ手段を通って前記気体流が流れるように入口と出口とを有する給湿チャンバ手段と、
前記給湿チャンバ手段を通過する気体流に水蒸気を供給するために該給湿チャンバ手段内の液体水を蒸発させるようになっている、前記給湿チャンバ手段に隣接して設けられたチャンバ加熱器手段と、
前記気体流を必要とする患者またはその他の人に前記気体流を送るために前記給湿チャンバ手段の前記出口に連結された導管と、
前記給湿チャンバ手段の出口にほぼ近接して備えられた第１の絶対湿度センサと、前記導管の患者側端部にほぼ近接して備えられた第２の絶対湿度センサと、を備え、前記患者側端部の遠位側が、前記給湿チャンバ手段の出口に連結され、
前記第１および第２の湿度センサは、前記給湿チャンバ箇所と、前記導管の患者側端部箇所とにおける、前記気体流の絶対湿度の表示を提供するように構成され、
前記気体流の絶対湿度の表示を入力信号として受け、該入力信号に基づいて前記導管内の気体からの水蒸気の凝結量を推定し、前記導管内の気体の推定された凝結量が最少になるように前記チャンバ加熱器手段を制御するように構成あるいはプログラムされた制御装置または処理装置と、
前記導管内の気体流および／または該導管を加熱するようになっている導管加熱手段と、を備え、
前記制御手段は、前記導管内の気体からの蒸気が凝結するのを最小にするために、前記導管加熱手段を、少なくとも前記凝結量の推定値に応じて作動させるように構成されており、
前記凝結量の推定値は、前記第１の絶対湿度センサの出力によって示される前記給湿チャンバ手段の出口の絶対湿度と、前記第２の絶対湿度センサの出力によって示される前記導管の患者側端部の絶対湿度との差に基づき、
前記制御手段は、
（ｉ）前記導管内に存在する凝結した液体をほぼ蒸発させるのに適したレベルまで、少なくとも前記凝結量の推定値に応じて前記導管加熱手段を作動させ、
（ｉｉ）前記導管内の気体からの蒸気の凝結を最小限にするのに適したレベルまで、少なくとも前記凝結量の推定値に応じて前記導管加熱手段を作動させる、ように構成されている、
ことを特徴とする給湿装置。
【請求項２】
前記工程（ｉ）および（ｉｉ）が、規則的な間隔で連続的に繰り返される、
請求項１に記載の給湿装置。
【請求項３】
前記工程（ｉ）および（ｉｉ）が規則的な間隔で交互に行われる、
請求項１に記載の給湿装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、これに限ったものではないが特に人工呼吸器に援助されている患者の呼吸を補助するための給湿システムの使用法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
呼吸補助を必要とする患者に湿った気体を供給するための多くの方法が当業者には公知である。このような従来技術の給湿器は概して加圧空気源（または他の混合気体源）と、水源と水を蒸発させるための加熱手段とを備える給湿チャンバと、患者またはユーザに給湿気体を搬送するための導管とを具備する。
【０００３】
例えば、米国特許第４０３８９８０号には、「瞬間蒸発」給湿器が記載されており、この給湿器では呼吸器を給湿するために熱容量の低い加熱器に水を滴らせる。この特許には、「相対湿度を検知する手段に応じて水供給率を自動的に調整するように制御手段が設けられる」と記載されているが、水の流量を手動で制御するのが好ましいとしている。したがって、この給湿器は電気的な加熱量を制御するのではなく、湿度センサと協働して水量を制御している。
【０００４】
米国特許第５０９２３２６号には、給湿器の湿度センサの使用が記載されている。この特許は中央マイクロプロセッサに接続された被加熱給湿器および湿度センサと協働する周波数の高い換気システム（ventilation system）を記載している。気道に供給される混合気体を湿らせるための機器が開示されており、マイクロプロセッサは混合気体に供給される水分の量を制御する。この特許は患者の気道にある湿度センサを開示しているが、使用すべき実際の給湿形態を開示していない。
【０００５】
米国特許第５７６９０７１号は、熱・湿気交換器（ＨＭＥ）と、ＨＭＥへの水分供給器と、加熱要素と、湿度センサが組み込まれた給湿器を開示している。湿度センサは水供給率によってまたは（加熱要素を介して）温度によって湿度を制御する。湿度センサは患者の気道に位置するように記載されている。
【０００６】
米国特許第５９８８１６４号は給湿器と共に使用するための被加熱呼吸チューブシステムを記載している。この給湿器は気体が一定の相対湿度になるように、被加熱式呼吸回路によって提供された加熱量を制御するための（患者のそばに配置された）相対湿度センサを使用する。被加熱式呼吸回路は電気加熱法またはチューブ内の暖かい循環水による加熱法を用いる。さらに、湿度センサの出力値に基づく電気加熱ワイヤの制御方法または被加熱水用チューブの制御方法が記載されている。
【０００７】
前述の米国特許第４０３８９８０号と同第５７６９０７１号とは給湿チャンバが患者の近くに（近接して）配置される給湿器を記載している。この給湿器は患者の近くに重量、熱および複雑さを招いてしまい、更に不便であり、患者を傷つけてしまうという欠点を有する。引用した従来技術においては、米国特許第５９８８１６４号のみが患者から離れて配置された給湿チャンバを記載している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
患者から離れて配置される給湿チャンバを用いた従来の給湿システムには幾つかの欠点がある。このような従来の給湿器から流出する気体は水蒸気で飽和状態（相対湿度１００％状態）にある。しかしながら、このような給湿器から流出する気体が実際に水蒸気で飽和状態にある保証はない。或る状況では（例えば流入する気体が既に暖かい場合）、このような給湿器から流出する気体の相対湿度は１００％よりもかなり低い。このことは、給湿器が典型的には所望の気体出口温度に到達するように制御されるためであり、このような場合では所望の気体出口温度は流入空気より大して高くないこともある。
【０００９】
従来の給湿システムの別の欠点は、患者を呼吸補助機器に接続する（時々加熱される）導管内で凝結が起こることにある。このことは、導管に沿って温度特性が均一でなく、導管の或る部分がその地点の気体よりも冷えている場合に起こる。
【００１０】
従来の給湿システムの第三の欠点は、給湿器から流出する気体の相対湿度が１００％であると、気体は何らかの導管加熱器によって迅速に加熱されなければならないか、また導管の壁を介して熱を損失して凝結を起こし、気体に含まれた絶対湿度の量だけ滴になってしまうことにある。
従来の給湿システムの第四の欠点は、センサを患者に非常に近接して配置する必要があり、患者の気道にある機器の重量および体積を増加させてしまうことにある。
【００１１】
従来の給湿システムの第五の欠点は、流量が間欠的であるまたは流量が変化すると給湿器によって絶対湿度が不均一に発生してしまうことにある。このことは、このような給湿器を作動させる任意の制御ループよりも速く流量が変化してしまうために起こる。流量が多いと給湿器を通過する空気の加熱時間および給湿時間が短く、流量が少ないと給湿チャンバを通過する空気はより温度が高く高い絶対湿度を有する。同時に、このような従来の給湿システムの導管にとって凝結することなく且つ絶対湿度の損失なく、高い湿度のまま搬送することは困難である。
【００１２】
従って、本発明の目的は、上述した欠点を克服する給湿システム、または少なくとも一般人に有用な選択を提供する給湿システムを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様によれば、気体が必要な患者またはその他の人に供給する気体を給湿する給湿装置であって、給湿チャンバ手段であって、該給湿チャンバ手段を通って前記気体が流れるように入口と出口とを有する給湿チャンバ手段と、前記給湿チャンバ手段に隣接して設けられたチャンバ加熱器手段であって、前記給湿チャンバ手段を通過する気体に水蒸気を供給するために該給湿チャンバ手段内の液体水を蒸発させるように構成されたチャンバ加熱器手段と、前記気体を必要とする患者またはその他の人に前記気体流を送ることができるように前記給湿チャンバの出口に連結された導管と、少なくとも前記給湿チャンバの一箇所と前記導管に沿った前記気体流内の一点における前記気体流の絶対湿度を示すように構成された湿度センサと、前記気体流の絶対湿度を入力信号として受け、該入力信号に基づいて前記導管内の気体の凝結量を推定し、前記導管内の気体の凝結が最少になるように前記チャンバ加熱器手段を制御するように構成あるいはプログラムされた処理装置の制御装置とを備えていることを特徴とする給湿装置が提供される。
【００１４】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記湿度検知手段からの出力を入力信号として受ける制御手段をさらに備え、該制御手段は前記気体搬送通路手段内の気体における蒸気が凝結する量を推定するように構成されている。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記湿度センサは、前記給湿チャンバ手段の出口付近に第１の絶対湿度センサを備えている。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記導管は、患者側端部を有し、該患者側端部の遠位側が、前記給湿チャンバ手段の出口に連結され、前記湿度センサは前記導管の患者側端部にほぼ近接した第２の絶対湿度センサを更に備えている。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記凝結量は、前記第１の絶対湿度センサの出力によって示される前記給湿チャンバ手段の出口の絶対湿度と、前記第２の絶対湿度センサの出力によって示される前記導管の患者側端部の絶対湿度との差に基づいて推定される。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記導管内の気体流および／または該導管を加熱するのに適する導管加熱手段を更に備え、前記制御装置が、前記導管内の気体の蒸気が凝結するのを最小限にするように、少なくとも前記凝結量の推定値に基づいて前記導管加熱手段を作動させる。
【００１５】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記導管内の気体流および／または該導管を加熱するように構成された導管加熱手段を更に備え、前記制御手段は、（ｉ）前記導管内に存在する凝結した液体を実質的に蒸発させるのに適したレベルまで、前記制御手段は少なくとも前記凝結量の推定値に応じて前記導管加熱手段を作動させるように、且つ、（ｉｉ）前記導管内の気体からの蒸気の凝結を最小限にするのに適したレベルまで、少なくとも前記凝結量の推定値に応じて前記導管加熱手段を作動させる、ように構成されている。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記工程（ｉ）および（ｉｉ）が、規則的な間隔で連続的に繰り返される。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記工程（ｉ）および（ｉｉ）が規則的な間隔で交互に行われる。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記導管が、患者側端部を有し、該患者側端部の遠位側が前記給湿チャンバ手段の出口に連結され、前記湿度センサが、前記給湿チャンバ手段の出口にほぼ近接した第１の温度センサと、前記導管の患者側端部にほぼ近接した第２の絶対湿度センサとを更に備えている。
【００１６】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記導管内の気体流および／または該導管を加熱するように構成された導管加熱手段を更に備え、前記制御手段が、前記導管内の気体からの凝結を最小限にするのに適したレベルで、少なくとも前記凝結量の推定値に基づいて前記導管加熱手段を作動させ、且つ前記気体流を予め定められた絶対湿度で前記気体を必要とする患者またはその他の人に送るように構成されている。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記給湿センサは、前記給湿装置を通過する気体流の流路内の少なくとも一つの地点における、温度および相対湿度を示す、少なくとも一つの温度センサおよび少なくとも一つの相対湿度センサを備えている。
本発明の他の好ましい態様によれば、当該給湿装置を通って流れる気体の流量を示すように構成された流量検知手段を更に備えている。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記流量検知手段は、ほぼ一定温度に維持するように構成され、且つ前記給湿装置を通過する気体の流路に設けられた加熱要素を備え、該被加熱要素からの熱損失が前記気体の流量を示す。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記湿度センサが、前記気体流と前記温度センサとの間で微生物に対する実質的なバリアを提供できるように使い捨てカバー手段を更に備えている。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記湿度センサが、前記気体流と前記温度センサとの間で微生物に対する実質的なバリアとして多孔質材料を提供できるように、多孔性の使い捨てカバー手段を更に備えている。
【００１７】
本発明に関する当業者にとって、特許請求の範囲に定められた本発明の範囲を逸脱することなく、構成の多くの変更および大きく異なった実施例および本発明の応用例が提案される。開示および説明は単なる例示であり、意味を限定するものではない。
【００１８】
本発明は後述するものから成り、且つ後述する例の構成について考察する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な形態の一つを説明する。
図１は典型的な呼吸給湿システムを示すものであり、この呼吸給湿システムは、患者から所定の距離に配置された給湿チャンバであってこの給湿チャンバを通って流れる気体を加熱し且つほぼ水蒸気で飽和状態にする給湿チャンバと、可撓チューブから成り且つ被給湿気体を給湿チャンバ１から気体出口５へ送る搬送システムと、給湿チャンバ１を加熱し且つ計測機能と制御機能とを提供する加熱ベースとの三つの部品からなる。
【００２０】
給湿すべき気体はポート４から給湿チャンバ１に流入し、気体流出ポート５において搬送システム２から流出する。流出ポート５から流出した気体はフェイスマスクまたはその均等物（図示せず）を介して患者へと流れる。呼吸給湿システムは位置７および８に配置されたセンサ、典型的には温度プローブを用いて制御される。気体入口４の乾燥気体は、この乾燥気体が流出ポート１０において給湿チャンバ１から流出する時に水蒸気でほぼ飽和状態になるように、給湿チャンバ１内の温水６の表面上を通過することによって加熱され且つ給湿される。温水６は加熱プレート９によって加熱され、その加熱量は気体が流出ポート１０において予め定められた温度になるように制御される。この温度はセンサ７で計測される。したがって、給湿チャンバ１は医療用気体が給湿チャンバ１の出口において水蒸気でほぼ飽和状態になり且つ予め定められた温度になるように医療用気体を加熱および給湿するように作用する。
【００２１】
（搬送チューブまたは呼吸回路として知られる）気体搬送システム２は加熱器１２を備える可撓チューブ１１を具備し、この加熱器１２は加熱抵抗ワイヤを具備する。給湿チャンバ１から送られた気体はチューブ１１を通過し、且つチューブ１１の壁による熱損失を補うために加熱器１２によって加熱される。加熱器１２に加えられる加熱量は、センサ８により計測された時に気体が気体出口５において予め定められた温度になるように調整される。チューブ１１内で凝結が起こってしまうことを確実になくすように気体をチューブ１１に沿って加熱するために、センサ８における制御温度は大抵センサ７における制御温度よりも高い。
【００２２】
上述した呼吸給湿システムは連続流式気体源（図示せず）から気体入口４に流入し且つ気体出口５を介して呼吸給湿システムから流出する気体を有する。しかしながら、同様に気体源が患者に呼吸を提供するために間欠的な流れのパターンを作り出す送風機（ベンチレータ）であるようなシステムを利用してもよい。この場合、気体出口ポート５は気体入口ポート１６に直接連結される。患者は気管内チューブまたはその均等物（図示せず）を介してポート１７に連結される。患者の吸息中には、送風機から送られた乾燥気体は入口ポート４において呼吸給湿システムに流入し、給湿チャンバ１と搬送システム２とＹ字状部材１３とを通って、ポート１７を介して患者に到達する。患者の呼息中には、気体はポート１７を介して戻ってＹ字状部材１３とチューブ１４とを通って気体出口ポート１８から流出する。チューブ１４も凝結を防止するために加熱器１５によって加熱される。
【００２３】
絶対湿度検知
表示および制御のための湿度センサが組み込まれた給湿器については従来技術に関して説明したが、ここで使用されている全ての湿度センサは患者の気道に配置されている。最近の研究により、患者から離れた位置に配置された給湿チャンバと、湿気を患者に伝える被加熱式呼吸回路と、患者に供給される気体の絶対湿度または相対湿度を制御するための湿度センサとが組み込まれた新しい給湿器の構成が示された。なお、これら湿度センサは、（１）給湿チャンバの出口のみ、（２）給湿チャンバの出口および患者の傍、あるいは（３）患者の傍のみのいずれかに配置される。
【００２４】
本発明の一つの特徴はセンサ７として湿度センサを使用することにある。湿度センサ７の目的は給湿チャンバ１で発生せしめられた絶対湿度を測定することにある。このようにセンサ７として絶対湿度センサを使用するのが好ましいが、同様に温度センサを備えた相対湿度センサを使用してもよい。この呼吸給湿システムは給湿チャンバの出口１０における絶対湿度のレベルを制御することができることに利点があるが、チューブ１１で凝結が起こってしまう場合にはこの絶対湿度のレベルは患者にまでは到達しない。
【００２５】
この欠点を克服する別の呼吸給湿システムは地点８において温度センサの代わりに第二の絶対湿度センサを用いる。センサ７とセンサ８との間の絶対湿度の差により、これら二つの地点間で凝結が起こったか否かを給湿器が検知することができる。二つの絶対湿度センサ７、８の読みが等しい絶対湿度レベルである場合、チューブ内で凝結は起こっていない。センサ７における絶対湿度がセンサ８における絶対湿度より高い場合、その差は起こった凝結の割合を示す。
【００２６】
一つの制御方法としては、絶対湿度差がゼロにまで減少するように加熱器１２に提供される加熱量を制御することがあげられる。しかしながら、湿度差が凝結の割合を示すだけのものでありチューブ内での絶対的な凝結量を示すものではないため、それでもチューブは流動的な凝結液を含んだままになってしまうことがある。そこで別の制御方法として、計測した凝結率がゼロになり、全ての凝結液が除去されたことを示す状態になるまで計測した凝結率が負になる（すなわちチューブ１１内の凝結液が蒸発せしめられる）ように、加熱器１２を加熱することによってこの凝結液を除去してチューブを乾燥させることがあげられる。その後、凝結が起こり始めたことをセンサが示すまで加熱量を小さくし、そして適正なレベルへと加熱量を僅かに大きくする。チューブを乾燥させることは連続的な工程であってもよいし、または規則的な時間間隔で行われてもよい。
【００２７】
図１に示した呼吸給湿システムの別の変更例はセンサ７として温度センサを用い、地点８において絶対湿度センサを用いる。この呼吸給湿システムは地点７および８の両方で絶対湿度センサを有するよりも単純である。作動中において、制御装置は搬送チューブ１２内で凝結が起こることなく正確な絶対湿度になるように加熱器１２および加熱プレート９の加熱量を調整しなければならない。実際、二つの別個の制御アルゴリズムが必要とされ、一方は凝結が起こらないようにチューブ１１内での加熱量を制御するものであり、他方は給湿チャンバ１内における絶対湿度が所望のレベルになるように加熱プレート９を制御するものである。加熱プレート９が加熱器１２よりも遅く反応し、絶対湿度の素早い変化は加熱器１２の作用を示すのでこれら二つのアルゴリズムは同時に作動する。センサ７は加熱プレート９の制御地点を提供するが、必要なわけではない。
【００２８】
相対湿度の低い給湿チャンバ
上述した全ての呼吸給湿システムは、気体出口１０から流出する気体を高い相対湿度レベルまで給湿することを意図した給湿チャンバ１を用いている。こうした新しい給湿構成は湿度制御装置を用いているのでこの条件は新しい給湿構成の正確な作動にとっては本質的なものではないが、純粋に温度に基づいて制御が行われる従来の給湿器にとっては本質的なものである。しかしながら、気体を相対湿度が低いながらも適切な絶対湿度（すなわち、気体の温度が気体の露点よりも高く、したがって気体が飽和状態にない状態）に加熱する給湿チャンバを用いることによって得られる幾つかの利点もある。
【００２９】
第一の利点は、凝結を防止するために気体が搬送チューブに流入した直後に気体を加熱する必要がないので、凝結することがないように上記気体を搬送する被加熱搬送システムを形成するのが容易であることにある。第二に、給湿チャンバから流出する相対湿度の低い気体を用いることは、気体が既に高いエネルギ量を有し且つ気体がチューブ１２内で凝結する前に大きなエネルギ損失を許容するので、そうではない場合よりも加熱要素１２の作動が低い電力ですむことを意味する。給湿チャンバが十分なエネルギをもった気体を供給する場合、被加熱式呼吸回路の代わりに非加熱式断熱呼吸回路を用いることも可能である。なお、給湿チャンバの加熱が温度センサではなく絶対湿度センサを用いて制御される場合にのみ相対湿度の低い給湿チャンバを使用可能であり、さもなければ絶対湿度出力が極めて低くなってしまう。
【００３０】
この目的のために、高温で相対湿度の低い気体を出力する給湿チャンバを図２〜図８に示す。図２は、芯材料が取付けられていない（例えば螺旋渦巻き状の）金属要素２０が組み込まれた給湿チャンバを示す。この給湿チャンバでは（金属要素を介した）乾燥加熱と被加熱水２１による加熱給湿とが行われる。この構成では、この気体に対して行われる加熱の一部が金属製渦巻き体による乾燥加熱であることにより、給湿チャンバ１９は不飽和状態の気体を提供する。給湿チャンバによって発生せしめられる相対湿度は気体の流路、渦巻き形状、寸法、水量の影響を受け、よって使用するのに当たって迅速に調整することができない。しかしながら、給湿チャンバ１９にはその出力の相対湿度が低く絶対湿度が制御されていることによって凝結が減少するという利点がある。
【００３１】
図３および図４は、出力時に相対湿度が低く高温の気体を提供する別の給湿チャンバを示す。図３は加熱・給湿機能を提供するための水２３を含む（多孔性セラミックのような）多孔性材料２２を用いた給湿チャンバを示し、図４は給湿チャンバ内の水２５にバリアを提供するために半透膜２４を用いた給湿チャンバを示す。両方の場合において、これら給湿チャンバは多孔性材料または半透性材料によって、乾燥加熱と水による被加熱給湿とを提供する。両方の場合において、給湿に対する加熱の割合は一定であり、水の供給を制限することによる調整を除いて簡単に調整することができない。
【００３２】
図５〜図８は相対湿度および温度のレベルを変えて気体を供給することができる給湿チャンバを示す。図５では、可変バルブ２６は使用者が水の表面に沿って流れる気体に対する乾燥バイパスチューブ２７を通過する気体の割合を調整することがきる。バイパスチューブは気体を加熱するために水中を通過する。二つの気体の流れは出口２９で合流する。この供給チャンバは、気体を加熱および給湿するために気体が分割されて二つの異なった経路をとる「並列」システムの例である。図６では、気体は調整バルブ３０を用いて二つの気体通路に分割される。一方の気体の部分は給湿チャンバ３２内の水３１を横断することによって給湿せしめられ、他方の気体の部分はチューブ３３を囲う加熱器５８によって加熱せしめられる。これら気体通路は合流地点３４において合流する。
【００３３】
図５および図６の可変バルブ２６、３０の角度は永続的に設定され、すなわち固定されてもよいし、手動で調整可能であっても、または自動調整可能であってもよい。自動調整バルブの一つの利点は、給湿チャンバが例えばベンチレータと共に使用される場合のように流量が間欠的である場合に用いられた時に、給湿チャンバから流出する時の湿度を一定に保つことができることにある。これら流れのパターンは、給湿チャンバが流量が多い時に湿度が低くなってしまうために、呼吸サイクルの或る部分の湿度が他の部分の湿度よりも低くなってしまうので問題であった。この問題を解決する一つの方法は敏速流量反応センサを用いて瞬間的な流量を計測し、次に可変バルブの角度を迅速に調整することにある。この効果を得るためのより有用な方法は弾性部材としてバネ７０および７１を用いたバネ負荷式バルブ２６および３０を用いることにある。このことは流量が少ないとほとんどの気体がバイパスチューブを通過し、流量が多いとバネ負荷式バルブが作動して多くの気体が給湿チャンバ内の水上を通過することができることを意味する。バネ負荷式可変バルブの角度は給湿器によって気体の流量を計測するのにも使用可能である。
なお、バルブ２６、３０が電気機械アクチュエータにより作動せしめられるタイプのバルブでもよい。
【００３４】
図７および図８は低相対湿度タイプの給湿チャンバの別の一連の構成を示す。ここでは、被加熱水３６の入った給湿チャンバ３５内に流入する乾燥気体が、図７においては加熱器３７によって予め加熱され、図８においては給湿チャンバから流出した後に加熱器３８によって加熱される。両方の場合において、加熱器は気体を乾燥加熱し、相対湿度が低くて高温の気体を出口３９から流出させる。
【００３５】
図２〜図８に示した任意の低相対湿度高温タイプの給湿チャンバは、先述した湿度制御機構と共に使用可能であるが、従来の給湿器は温度制御はされるが湿度制御がされないので従来の給湿器はうまく使用することはできない。
【００３６】
断熱搬送チューブ
本発明の別の例を図９に示す。ここでは、図８の低相対湿度高温タイプの給湿システムが非加熱型の断熱搬送チューブと組み合わされている。気体はポート３５から加熱プレート３８によって加熱される水３７の入った標準的な給湿チャンバ３６内に流入する。気体は給湿チャンバ３６内で実質的に水蒸気で飽和状態になって気体出口３９を通って給湿チャンバ３６から流出し、相対湿度が低くなるように湿った気体を高温へと加熱する加熱チューブ部分４０に流入する。そして気体は周りに断熱層４２を有するチューブ４１を通過する。ここでの断熱層４２は熱損失を減少させるために停滞した空気から成る薄いジャケットであるのが好ましい。高温で相対湿度の低い気体が断熱チューブを通過すると、少量の熱がチューブの壁を介して損失せしめられ、気体が冷える。しかしながら、加熱器４０に加えられる熱量は、気体がチューブ４１内で凝結が起こってしまう露点以下に冷却されてしまうことが決してないように制御される。
【００３７】
次に、幾つかの異なったセンサの構成を提案する。一つ目は、給湿チャンバ３６が湿度を所望のレベルにするように、センサ４３が加熱プレート３８を制御する絶対湿度センサである場合である。また、一つの実施例において、センサ４５はセンサ４５を通過する気体が或る所望の温度に継持されているように加熱器４０を制御する温度センサである。この温度がセンサ４３における気体の露点より高い場合、チューブ４１内では凝結は起こらない。しかしながら、給湿器が作動せしめられる時に、既にチューブ４１内で凝結が起こっている場合がある。温度センサの代わりのセンサ４５として湿度センサが使用される場合、チューブ４１内で起こる凝結は制御される。この呼吸給湿システムでは、二つの湿度センサを制御するために上述したようなアルゴリズムを用いることができる。
【００３８】
また、絶対湿度センサ用の位置が位置４３ではなく位置４４である場合がある。気体が加熱されていてその湿気は失われないので、ここでの絶対湿度は位置４３におけるレベルと等しい。しかしながら、例えば、相対湿度の低い環境で良好に作動するので、絶対湿度センサを位置４４に配置するのには利点がある。この位置にある絶対湿度センサは位置４５にある温度センサまたは湿度センサのどちらとも共に使用することができる。
【００３９】
患者の気道センサのない給湿器構成
本発明の更なる別の特徴は患者の気道にセンサを配置する必要性をなくすことにある。安全にこのセンサをなくすために、搬送チューブから流入する気体の温度および絶対湿度が確実に安全なレベルになるようにし、且つ搬送チューブの内面の温度が確実に安全なレベルを超えないようにしなければならない。このことは搬送チューブの内壁温度が一定であることを意味する。
【００４０】
したがって、温度を所望の温度に自己調整する被加熱搬送チューブを備えることが望まれる。加熱器は搬送チューブ自体の壁に埋め込まれるか、または搬送チューブの導管内に載置されるか、または搬送チューブの外面周りを覆う。このような加熱器は、加熱器が熱くなると加熱器の抵抗値が増大して出力が小さくなるような正温度係数材料（正温度係数材料、ＰＴＣ材料；例えば米国、カリフォルニア州、メンロパーク（Menlo Park, California USA）にあるレイケム社（Raychem Corp.）の「ウィンターガード（Winterguard）」）から成る。しかしながら、搬送チューブは一つ以上の環境を通過したり、またはその或る部分に局所的な通気部を有したりする。そこでＰＴＣ要素を平行に且つ並列に配設すると、ＰＴＣ加熱器の利点を十二分に得ることができる。ＰＴＣ要素を平行に且つ並列に配置した場合、チューブの冷えた部分の抵抗値は低く、より多くの熱が放出される。こうして、チューブは自己の温度を調整する。
なおチューブの一部を正温度係数材料とは逆に作用する負温度係数材料から形成してもよい。
【００４１】
図１０は平行で且つ並列なワイヤ構成で可撓ＰＴＣ要素が組み込まれたチューブの構成を示す。チューブ４８は可撓ＰＴＣ材料から成り、チューブの両側に抵抗値の低い二つのストリップ状連結部４６および４７を有する。このことにより、チューブの各部分が導電体４６と４７との間に平行に且つ並列に連結されたチューブの短い伝導部分から成ることになる。これら部分を図１０にチューブを囲う点線で示した。導電体４６および４７は電圧調整可能な直流あるいは交流電源４９に接続される。チューブはチューブを絶縁し且つ断熱する外層（図示せず）を有する。チューブの各部分は長手方向において残りの部分から独立して自己の温度を調整することができる。この調整作用を高めるために、個々のＰＴＣ部分の断面間の電気的接続をなくすために、チューブの軸線に対して垂直に延びる平行なスロット５０を提供することが必要である。
【００４２】
一つの特定のＰＴＣ被加熱チューブの形状について説明したが、別のＰＴＣチューブの形状を用いてもよい。また、長さ方向に沿って一定の温度特性を持つＰＴＣチューブではなく異なった温度特性を持つＰＴＣチューブを作り出すことにも利点がある。ＰＴＣ構造が、例えばＹ部材（図１のポート１７）と患者の気管内チューブとの間に連結される可撓延長チューブのように患者の呼吸回路の他の部分にＰＴＣ加熱器を備えるように延ばされてもよい。ＰＴＣチューブを自己加熱式・温度制御式気管内チューブ内へ延ばしてもよい。
【００４３】
図１０に関して説明したＰＴＣチューブにより、患者の気道に位置する如何なるセンサをも用いない給湿器を形成することができるようになる。図１１にはこのチューブを用いた給湿器の構成を示す。気体は入口ポート５１を通って給湿チャンバ５２に流入し、加熱プレート５４によって加熱された水５３によって給湿される。絶対湿度センサ５５を通過する気体の絶対湿度が所望のレベルになるように絶対湿度センサ５５が加熱プレートを制御する。ＰＴＣチューブ５６は、内面温度が気体の露点より高く選択された所望の一定温度になるように外部電圧（図示せず）によって加熱される。したがって、出口５７においてチューブ５６から流出する気体の温度はチューブの温度に近い温度であり、その湿度は絶対湿度センサ５５によって制御される所望の絶対湿度である。
【００４４】
図１１に示した呼吸給湿システムの変更例は位置５５において温度センサを用いる。一定温度の内壁を備えるチューブの別の変更例は、搬送チューブの壁内の小さな導管に被加熱水または他の液体をポンプによって流す搬送チューブである。被加熱流体が空気に対して高い比熱を有するので、この流体が搬送チューブの壁内の導管を通過する間、流体の温度はほぼ一定に維持される。
【００４５】
センサ／加熱器用マニホルドの使用
従来の給湿器では、温度を計測するためにプローブ状のセンサを呼吸回路の側方にある特別に形成された孔を通って挿入するように使用する傾向にある。しかしながら、上述した給湿器は給湿チャンバ周りの多数のセンサと組み合わされて構成されているので、図１２に示したようなマニホルド５９を使用するのが有用である。
【００４６】
給湿チャンバ６０は図１２に示したように給湿基部６１上で摺動することができる取外し可能な物品である。給湿チャンバ６０が給湿基部に対して摺動すると、給湿チャンバ６０の基底は加熱プレート６２と接触し、給湿チャンバ６０の入口ポート６３および出口ポート６４はマニホルド５９内の孔６７および６８と接触する。給湿すべき乾燥気体はポート６５からマニホルドに流入し、ポート６７を通ってマニホルドから流出し、ポート６３を通って給湿が行われる給湿チャンバ６０に流入する。
【００４７】
被給湿気体は給湿チャンバ６０から流出した後、給湿チャンバポート６４を通ってマニホルドのポート６８へ流入する。最後に、被給湿気体はポート６６を通ってマニホルド５９から流出して呼吸回路へと流れ込む。
【００４８】
マニホルドは別体の取外し可能な組立体であってもよいし、または給湿基部と一体的な部分であってもよい。マニホルドは温度センサ、湿度センサ、流量センサまたは加熱要素を備えてもよい。これらは位置７２および７３においてマニホルド５９内に配置される。被給湿気体の凝結を防止するためにマニホルド５９が加熱されてもよい。マニホルド５９は上述したように給湿チャンバのポート６３および６４に連結されてもよいし、出口ポート６４のみに連結されてもよい。マニホルドを使用することの一つの特徴は、多くのセンサまたは加熱器が呼吸回路に差し込む必要のある別個のプローブを必要とするのではなく、単一の洗浄可能な組立体に組み込まれることにある。このことは使用者が接続してセットアップするのを容易にする。マニホルドの別の利点は、付加的なプローブと連結部材を用いずに流入する乾燥気体の温度および流量を容易に計測することができることある。
【００４９】
上述した構成の変更例
上述した全ての異なった給湿器について絶対湿度センサで説明したが、相対湿度センサを用いてもよい。この場合、制御アルゴリズムは上述した制御アルゴリズムとは僅かに異なる。また、相対湿度センサは温度センサと組み合わせてもよい。こうすることで、絶対湿度を直接計測するのではなく相対湿度および温度から絶対湿度を計算することができるようになる。
【００５０】
全ての上述した新たな給湿器は追加の温度センサと共に用いてもよい。これらセンサは湿度センサが壊れた場合の安全なバックアップとして付加的な利益を提供する。別の利点は、絶対湿度が許容されても相対湿度が低すぎることのないように、患者に搬送される気体の温度を或る制限内に維持することにある。
【００５１】
同様に、流量が湿度制御に影響する重要なパラメータである場合、給湿器を通る気体の流量を計測するのも有用である。したがって、流量センサを上述した呼吸給湿システムと組み合わせてもよい。従来の有用な一つの流量センサは空気流内の熱い要素からの熱損失を基にしたセンサを用いて構成される。被加熱湿度センサが使用される場合、センサを所定の温度に到達させるのに必要な熱量は気体の流量を決定するのに使用される。
【００５２】
医療器具を設計するのに汚染の制御は最も重要である。給湿システムの構成要素への細菌の侵入を防止するために、気体流と接触する任意の部分は抗菌プラスチックから形成される。センサプローブの汚染を防止するために、プローブ部分は呼吸回路内において病原菌からプローブを保護するための使い捨て鞘部材を備える。この鞘部材は特に温度プローブに適用可能である。概して、湿度プローブは気体流と接触する必要があり、使い捨て鞘部材は湿度センサが光学的原理で作動しない限り、または鞘部材が病原体を通過させない水蒸気浸透性材料で形成されない限り湿度センサには適さない。この保護用の鞘部材は使い捨て可能な呼吸回路の一体的な部分であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】三つの部品から成る給湿システムの一つの例を示す。
【図２】金属要素が組み込まれた給湿チャンバを示す。
【図３】加熱機能および給湿機能を提供するために多孔性材料を用いた給湿チャンバを示す。
【図４】半透膜を用いた給湿チャンバを示す。
【図５】バイパスされる気体の割合を調整するための可変バルブを備えた給湿チャンバを示す。
【図６】気体の一部が給湿されて気体の他の部分が加熱されるような調整可能なバルブを備えた給湿チャンバを示す。
【図７】給湿チャンバに流入する乾燥気体が予め加熱される給湿チャンバを示す。
【図８】給湿チャンバに流入した乾燥気体が給湿チャンバから流出した後に加熱される給湿チャンバを示す。
【図９】加熱されない良好に断熱された搬送チューブと組み合わされる給湿チャンバを示す。
【図１０】平行なワイヤ構成にある可撓ＰＴＣ要素が組み込まれたチューブの構成を示す。
【図１１】図１０のチューブを用いた給湿器の構成を示す。
【図１２】給湿チャンバ用マニホルドを示す。
【符号の説明】
１…給湿チャンバ
２…気体搬送システム
４…ポート
５…ポート
６…温水
７…センサ
８…センサ
９…加熱プレート
１０…ポート
１１…チューブ
１２…加熱器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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