(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分圧のガスを液体に送り込むための装置であって、
上流領域と、下流領域と、両流域の中間にあり接触部材を有するガスと液体の接触領域とを含む容器と、
ガスを抜かれた液体を受け入れるために上流領域に設けられた液体導入口と、
ガスに富んだ液体を送出するために下流領域に設けられた液体送出口と、接触領域で液体と接触する前のガスを受け入れるための容器に設けられたガス導入口と、
液体中に溶解されなかったガスを戻すための容器に設けられたガス送出口と
を有するガス移送装置と、
ガスを高圧（Ｐ）で供給するためのガスのリザーバーと、
液体導入口と液体連通し、Ｐよりも低い圧力ｐでガス移送装置のガス導入口と気体連通し、リザーバーと気体連通しているガスを抜かれた液体のフラスコとから成り、
ガスのリザーバーが、ガスが接触部材を横切って拡散しないように、接触領域で接触部材を通して液体に、そして接触部材の周囲のガスに働きかけるための静水圧を供給することを特徴とする装置。
【請求項２】
ガスのリザーバーと液体のフラスコとの間に配置された第１調整器を更に含む、上記請求項１に記載の装置。
【請求項３】
液体のフラスコとガス移送装置のガス導入口との間に設置された第２調整器を更に含む、上記請求項１に記載の装置。
【請求項４】
ガスのリザーバーと液体のフラスコとの間に配置された第１調整器と、液体のフラスコとガス移送装置との間に配置された第２調整器とを更に含む、上記請求項１に記載の装置。
【請求項５】
ガスを抜かれた液体のフラスコが、比較的気泡のない液体のガス移送装置の液体導入口への送出を推進するためにフラスコ内に含まれている液体のメニスカスより低い位置に配置された開口端を有する液体導管を含むことを特徴とする、上記請求項１に記載の装置。
【請求項６】
ガスを豊富に含み気泡のない液体を必要とされる箇所へ供給する役割を果たす、液体送出口と連通している高抵抗送出導管を更に含む、上記請求項１に記載の装置。
【請求項７】
（Ｐ）−（ｐ）が５ｐｓｉから２０ｐｓｉの範囲にあることを特徴とする、上記請求項１に記載の装置。
【請求項８】
ガスが酸素から成り、且つ液体が血液から成ることを特徴とする、上記請求項１に記載の装置。
【請求項９】
ガスが酸素から成り、且つ液体が水から成ることを特徴とする、上記請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
ガスが空気から成り、且つ液体が水から成ることを特徴とする、上記請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
ガスが空気から成り、且つ液体がガソリンから成ることを特徴とする、上記請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
ガスが二酸化炭素から成り、且つ液体が水から成ることを特徴とする、上記請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
ガスが窒素から成り、且つ液体が水から成ることを特徴とする、上記請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
高分圧のガスを液体に送り込むための方法であって、
接触部材を有するガス移送装置にガスと液体の接触領域を備えることと、
ガスを抜かれた液体をガスを抜かれた液体のフラスコからガス移送装置へと放出するためにガスを抜かれた液体のフラスコへ圧力を掛けられたガスを供給することと、
ガスを抜かれた液体をガス移送装置へ送ることと、
ガスを抜かれた液体とガスとの間の接触領域内での圧力差を調整することとから成り、
圧力調整することにおいてはガスが接触部材を横切って気泡化しないように液体は接触部材を通して働きかけられガスは接触部材の周りを流れることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
関連出願に対するクロス・リファレンス
本出願は１９９４年１２月９日提出の出願番号０８／３５３，１３７の一部継続出願であり、該出願は更に、１９９４年７月１２日提出の出願番号０８／２７３，６５２の一部継続出願であり、該出願は更に、１９９３年１１月１５日提出の出願番号０８／１５２，５８９（現在、米国特許５，４０７，４２６）の一部継続出願であり、該出願は更に、１９９２年１月８日提出の出願番号０７／８１８，０４５（現在、米国特許５，２６１，８７５）の一部継続出願であり、該出願は更に、１９９１年２月１４日提出の出願番号０７／６５５，０７８（現在、米国特許５，０８６，６２０）の継続出願である。上記関連出願に記載の開示事項はこの中に参考資料として組み込まれている。
技術分野
本発明は酸素添加器を用いて液体中にガスの比較的高い分圧を発生させるための装置と方法に関する。
背景技術
産業及び医療を取り巻く多くの環境では、重要な箇所にガスを多量に含む液体を供給したいことがある。例えば産業的利用としては、炎を消すためには、液体移送媒体を使って二酸化炭素を、その移送媒体への溶解状態からの解放が早すぎないようにして、火元へと早急に送出できることが望まれる。もう一つの例として、有毒箇所清掃の環境問題は、中和若しくは清浄化ガス状薬剤が搬送媒体により早急且つ高密度で清浄化の必要な場所に送出できれば改善できるであろう。
医療分野への適用では、先に挙げた私の特許出願で開示しているように、例えば脳卒中の発作に見舞われている患者を、酸素を豊富にしてやるのが最も急務である解剖学的部位に速やかに酸素の豊富な血液流を提供できるシステムに容易にアクセスすることによって、治療することが強く求められている。
説明を簡単且つ簡素にするため、以下基本的に医療関係に例を取って論議を進めるが、本コンセプトとその必要性の適用可能性について産業分野を始めとする非医療分野においても論議できることは当業者にとっては自明のことである。
医療分野においては、酸素過飽和の血液が不適切な場所及び時間に酸素の過早解放を行えば塞栓を引き起こす危険性がある。この逆効果はよく知られている。例えば脳卒中の患者は、脳への血液流が中断する結果突然身体の半分が萎えてしまう経験をする。基本的な問題は心臓又は血管にあるはずである。脳への影響は二次的なものである。血液流は凝血（血栓）、剥がれた凝血塊が動脈につかえたもの（塞栓）、或いは動脈壁の破裂（出血）等に依って妨げられる。何れの場合でも、もし層流が泡の生成によって乱されその結果乱流となれば、酸素に富んだ血液の大量輸送速度が深刻な妨害に見舞われることになる。
理想的には、医者は酸素に富んだ過飽和血液流が、装置を送出されて後酸素が過早解放されることなく、又治療の必要な部位へ到着する前に圧力低下が生じることなく、層流状態で速やかに重要部位へと至るように管理できなければならない。
即ち必要なことは、医者や産業人が、移送媒体内で気泡の過早生成が行われることなく重要な環境部位へガスを豊富に含んだ液体を送出できる方法と装置を利用できるようになることである。
今まで、高圧酸素を医療に用いる際の障害は、装置の複雑さと共に溶血及び気泡塞栓の危険性があることであった。デイヴィッドとエンジェルは１９７５年６月の酸素添加器設計の生理学的臨床学的態様「酸素添加器設計における進歩の状況」１４０頁で、酸素を高圧で用いるためには血液を高圧領域へポンプ送入し、そこで酸素に曝し、それから正常圧に減圧する必要があると述べている。両者は、そのような操作は無視できない溶血を引き起こし、ガス圧が高くなるほど顕著になると述べている。更に、減圧箇所で急速に圧力が減少し、高速であればその結果として気泡生成が生じるであろう。
発明の概要
ここに開示するのは高分圧ガスを液体中に送り込むための方法と装置である。本装置には、ガスと液体の接触領域にある接触部材付きのガス移送装置が含まれている。
ガスはガスのリザーバーからガスの抜かれた液体のフラスコへ高圧（Ｐ）で供給される。フラスコはガス移送装置と液体連通しており、Ｐよりも低い圧力ｐでそこと気体連通している。
ガスのリザーバーは、接触部材を通して液体に、そして接触部材の周りのガスに働きかける単一の静水圧源を提供するので、ガスは接触部材を横切って拡散することはない。
本発明の利点は、本発明を実施する最善の形態についての以下の詳細な説明に添付図面を組み合わせれば容易に明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
図１は、液体中に比較的高い分圧のガスを封入できる代表的装置の線図的図解でありる。
本発明実施のための最善の形態
先ず図１には液体中に高分圧ガスを送り込むための装置１０が描いてある。装置には容器１４を有するガス移送装置１２が含まれている。この容器には上流領域１６，下流領域１８，微細孔中空繊維又は固体拡散膜のような接触部材２２を有するガスと液体の接触領域２０が含まれている。接触領域２０は上流領域１６と下流領域１８の中間に位置している。
上流領域１６にはガスを抜かれた液体の導入口２４があり、そこから液体が供給される。液体の送出口２８は下流領域１８に設けられており、そこからガスを豊富に含んだ液体が医療用カテーテルのような高抵抗送出導管４４へと送り出される。産業上の利用の場合は、ノズルやそれに等しいような適切な送出装置を配備してもよい。
容器１４にはガス導入口３２が設けられており、接触領域２０で液体と接触する前にそこからガスを受け入れる。容器１４には又、ガス送出口３４が設けられており、そこから液体中に溶解しなかったガスが戻る。
ガスのリザーバー３６が高圧（Ｐ）でガスを供給する。ガスを抜かれた液体のフラスコ３８がリザーバー３６と気体連通している。必要なら、液体の連続補給手段を装着しておくこともできる。図１に示すように、フラスコは液体導入口２４と液体連通しており、「Ｔ」型継ぎ手４６を経由してガス移送装置１２のガス導入口３２と気体連通している。第１及び第２調整器４０、４２はガス圧を、フラスコ３８中の（Ｐ）で代表される値からガス導入口３２への入口での低圧（ｐ）へと徐々に下げる。
このように、ここに開示する装置は、ガスのリザーバー３６が、接触部材２２を通して液体に働きかけるばかりでなく接触部材の周囲のガスにも働きかける静水圧を供給できるようにする。こうすれば、ガスは部材を横切って拡散することはなく、ガスの液体中への大量移送が推進される。
本発明の装置をここで更に詳しく説明する。一組の実験装置では、通常、子供の体外循環の間に静脈血液の酸素添加に用いられる小児科用中空繊維（ポリプロピレン）酸素添加器に修正が加えられていた。２つの酸素出入り口３２、３４の一つは酸素のリザーバー３６と接続されていた。ガスの分圧は調整器４０で調整された。後者からの配管は蒸留水で満たされたステンレス鋼製タンク３８（ノリス、容量２７リットル）に接続されていた。
液体導管部４８はフラスコ内に入っている液体のメニスカスの下まで伸びており、液体がフラスコの底からガス移送装置即ちガス添加器１２の導入口２４の液体まで流れることができるようになっていた。「Ｔ」型継ぎ手４６を通って、第２調整器４２ではガス圧を入力圧の（Ｐ）より５〜２０ｐｓｉ低い（ｐ）へと調整できるようになっていた。調整器４２へと導いた配管は酸素添加器のガス導入口３２へと接続されていた。
この配置により、酸素の単一タンク３６は（１）酸素添加器１２内の中空繊維の内部を通して水に働きかけ、（２）中空繊維の束の外側の周りに酸素を流す、のに必要な駆動静水圧を提供できるようになっていた。
各中空繊維を横切って圧力差があるので、酸素が気体状態で中空繊維を横切って直接拡散しないことは確実だった。
中空管内で約４５ｐｓｉに静水圧を保ち、酸素ガス圧２０ｐｓｉという条件で３回試験を行ったが同じ結果だった。
内径約0.5ｍｍの金属又はプラスチック何れかの配管を通して通常の水道水中に導管４４から放流を行ったが、気泡は観察されなかった。放流のｐＯ2は約１８００ｍｍＨｇであり、この値は配管外のガス圧が配管内の水に溶解したガス圧と完全均衡すると仮定して予測したものと同じだった。
気泡生成を防止するのに追加の静水圧を加える必要はなかったことに留意すべきである。
タンクの底から水をサンプリングすることに加えて、数バール程度の比較的低溶解ガス分圧で、長時間放置された濾過された水を使用するのは、比較的ガス核のない水を酸素添加器に送り込むのに効果的なようである。数バール加わることによって、ほんの僅か配管内の酸素濃度が増加しても、それにより気泡が発生することはなく、即ち水に酸素を豊富に加えた後に静水圧を高くする必要はない。
４５ｐｓｉ程度の静水圧では、血管成形カテーテル内で使える小さな導管を通して冠状動脈を灌流するのに不十分であるのは言うまでもない。しかし、酸素過飽和水の安定性を維持するのに適した比較的大きな口径の配管（約内径0.5ｍｍ）では流量を３０〜１００ｃｃ／分の範囲とすることができた。同様の導管を持つカテーテルは、心肺バイパス処置の間、酸素過飽和の心臓麻痺剤溶液を大動脈根に送り込むのに極めて適していることになる。
別の試験では、同様なテルモ中空繊維酸素添加器がステンレス鋼容器中に設置され、はるかに高圧の試験をすることができた。サイメド膜酸素添加器を使用することもできる。静水圧及び酸素ガス圧調整のやり方は先に述べたものと同様であるが、最高圧力約５００ｐｓｉまで使える調整器が使用された。静水圧は繊維束を取り囲む酸素ガス圧（即ち、鋼製容器内側、束の外側のガス圧）よりも約２０〜５０ｐｓｉ高く保持された。
約２０ｐｓｉ（上記容器無しでの酸素添加器の使用と比較するため）、１５０ｐｓｉ、５００ｐｓｉの酸素ガス圧で試験が行われた。１５０ｐｓｉ時、１５０ミクロン以下の内径を有するシリカ配管を水道水下で試験した際には、放流の中に気泡は観察されなかった。しかし、５００ｐｓｉ時には、内径５０ミクロンのシリカ配管を使ったときでも気泡が観察された。
酸素添加器の液体アウトプットは、空圧駆動流体ポンプ（ＳＣハイドロリック社）に接続された。静水圧は、容量６００ｃｃの高圧容器（高圧装置社）の頂部に取り付けられたＴ型管内で約0.7〜1.0ｋｂａｒの範囲で上げられた。Ｔ型管からのアウトプットは、圧力低下を４０００ｐｓｉ以下の範囲に出来る液体調整器（テスコム）に接続された。Ｔ型配管内での簡単な静水圧加圧に続き、約７５ミクロンの内径を有するシリカ配管を通して約３０００〜４０００ｐｓｉの圧力で送出された放流には気泡は全く無かった。
このように、従来型の酸素添加器を、ガス過飽和液体の医療及び産業での利用において探し求められていた高レベルの溶解酸素を提供するのに利用することができる。約２０ｐｓｉのガス圧で行った３回の試験でのように、濾過及び／又は長期放置で水を比較的気泡を含んでいないようにしておけば、数バール程度の比較的低いガス圧では、液体にガスを豊富に含ませた後に追加の静水圧を加える必要はない。先の開示で述べたように、静水圧を更に上げれば、溶解ガス圧をずっと高くできるという利益が生まれる。
経験的結果から、開示した装置を使えば、２バールを越えるガス濃度を急速且つ連続的に作り出すために高圧を安全に実現できることが分かっている。このように、開示した装置を高抵抗送出システムと組み合わせて使えば、ガスを豊富に含んだ液体を気泡の生成無しに１バールの環境に射出できる。
通常の技術を持った当業者にとっては、ガスと液体の接触領域は、酸素添加器でも、膜でも、或いはそれ等と等価なものでも具体化できることは明らかであろう。膜式酸素添加器を用いる場合は、シリコン膜が好ましい。適性のある酸素添加器としては、ホークスト・セレーンス社製（リクイセル接触器）、メドトロニック社製（マキシマプラス酸素添加器）、それ等と等価なものが挙げられる。
選択するガスとして酸素の他に、水又はガソリンと組み合わせて空気が有用であり、例えば、内燃機関では燃焼が効率よく行えるようになる。ある産業的利用の分野では、水は二酸化炭素又は窒素と組み合わせて使うことができる。
本発明を実施するのに最善の形態を詳細に説明してきたが、本発明の関わる技術分野に通じた人であれば、以下の請求項で定義するように本発明を実施するための様々な代替的設計及び具体化法があることを理解されるであろう。
【図１】
0003848370.tif 000002