JP2006503649A5 - - Google Patents
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Description
(発明の背景)
本発明は、クッション、マットレス、座席、および関連する物品に関する。本発明は、褥瘡防止マットレスに関して特定の用途を見出し、そして特に、この褥瘡防止マットレスを参照して記載される。しかし、本発明はまた、ベッドおよび手術台のための褥瘡防止マット、車椅子のためのクッション、航空機の座席、他の型の椅子および座席などと組み合わせた用途を見出すことが、理解されるべきである。
本発明は、クッション、マットレス、座席、および関連する物品に関する。本発明は、褥瘡防止マットレスに関して特定の用途を見出し、そして特に、この褥瘡防止マットレスを参照して記載される。しかし、本発明はまた、ベッドおよび手術台のための褥瘡防止マット、車椅子のためのクッション、航空機の座席、他の型の椅子および座席などと組み合わせた用途を見出すことが、理解されるべきである。
マットレスおよび座席クッションは、この上に載る人の快適さを改善する。しかし、人は、代表的に、規則的に動き、そして位置を移動して、接触圧が高い身体領域への完全な毛細管血流を維持しようと試みる。制限された毛細管での流れは、健常な人において不快さを引き起こし得る。損なわれた健康を有する人は、しばしば、褥瘡性潰瘍(栄養分の多い血流の欠乏から生じる組織壊死の形態)の形成を効率的に防止するために動き得ない。
褥瘡性潰瘍または他の床ずれは、病院およびナーシングホームに関する重要な問題である。ナーシングホームは、そこの患者における17〜20%の床ずれの発生を推定し、そして病院は、11%を超える発生を推定する。
褥瘡性潰瘍は、支持表面と接触する身体の塊の接触圧から生じる。環境との接触点における力は、組織において応力を発生させ、この応力は、この力がこの組織接触表面に対して垂直である場合には、「圧力」と称され得、またはこの力がこの組織接触表面に接する場合には、「せん断」と称され得る。組織の粘弾特性および微小血管特性は、これらの力に対する応答を決定する。毛細管領域およびリンパ管領域の上の組織コラーゲンネットワークにおける長期間の応力は、閉塞した血液および断続的な流体流、虚血、疼痛、壊死、および死んだ組織の脱落を生じ得る。
褥瘡性潰瘍は、最も頻繁に、病院のベッド内、手術台の上、および車椅子の座席の患者において起こる。手術台は、しばしば、最も重大である。なぜなら、深い麻酔下にある患者は、圧力点から自分を保護するために動かないからである。圧迫性潰瘍は、手術台上でほんの5分で起こり得る。褥瘡性潰瘍および床ずれは、最も頻繁に、臀部、後頭部、踵、および肩において起こり、これらは、支持表面と接触する、身体における骨っぽい突出部である。負荷を保有する皮膚表面に対する血管の配向が、この表面負荷に対するこの血管の応答を決定する。一般に、主要な脈管およびそれらの分枝は、皮膚表面に対して水平または垂直のいずれかに配向する。このパターンは、動脈循環および静脈循環の連続的な分枝について繰り返される。表面に対して平行な脈管は、圧力負荷から容易につぶれ;一方で、表面に対して垂直な脈管は、重量を保有する組織に付与されるせん断負荷によって屈曲し、そして潰れる。せん断応力による閉鎖を最も受けやすい脈管は、組織面の間の界面に貫入する脈管である。外部から付与される力もまた、組織の輪郭を変化させる。毛細管が、スリップする組織層および組織層の間で屈曲する脈管の結果として潰れるかまたは閉鎖される場合に、遠位毛細管への血流は、損なわれる。従って、圧力負荷とせん断負荷との両方が、組織の層および皮下組織において、この虚血および壊死を引き起こし得る。
圧力およびせん断は、褥瘡性潰瘍を導く主要な要因であるが、他の多くの要因(例えば、上昇した組織温度、含水した皮膚、付与される負荷の持続時間、身体の***、および組織の萎縮)もまた同定されている。これらの問題は、繰り返される応力、栄養分の不十分さ、生化学的活性および酵素活性の変化、コラーゲン分解、ならびに他の要因によって、誇張され得る。
多数の褥瘡防止マットレス製品が、提唱されている。多くのものは、褥瘡性潰瘍の制限された減少または過小に制限された状況のみを提供する。他のものは、高価すぎて手ごろではなく、そして容易に入手可能ではない。以前のマットレスとしては、ラムウール、ローテク発泡体、ハイテク発泡体、ゲルを充填されたマットレス、空気マットレス、振動空気マットレス、および自動的に患者を傾けるマットレスが挙げられる。診断補助部は、圧力点および圧力分布の視覚的読み取りを生じるための、感圧性ポリマーマットの使用を包含した。振動圧力マットレスの1つの設計は、このマットレスを横方向に横切って並べられた、大きい管を使用する。これらの管内の圧力が、非常に大きい身体セクションを振動させるために、調節される。ハイテクのコンピュータ化された負荷感知デバイス、多数のセンサ、マイクロチップ、コンピュータで制御される弁、空気ライン、ならびに高圧の領域を同定し、そしてマットの輪郭を能動的に再形成する他のハイテク感知および制御構成要素を使用する、能動的または高度な機能を備えた褥瘡防止マットレスが、提唱されている。対応する多数の電子構成要素を備える多数の空気ブラダーは、発泡体およびゲルのような受動的マットレスよりも大きい範囲の患者の輪郭の調節を可能にする。しかし、これらの設計は、ハードウェアが効果であり、そして非常に費用がかかる。この高い費用は、能動マットレスが容易に入手可能であるようにこれらのマットレスを大量生産することを、抑止している。
多くの研究および努力にもかかわらず、改善された低費用の褥瘡防止マットに対する必要性が、なお存在する。
本願は、上記問題および他の問題を克服する、安価な能動的な褥瘡防止マットを提供する。
(発明の要旨)
本発明の1つの局面に従って、マットは、空気を満たされた個々のブラダーのアレイ、および身体の熱に応答する手段を備える。この身体の熱に応答する手段が、個々のブラダー内の圧力を調節して、これらのブラダーにおける接触圧力を個々に調節する。この熱に応答する手段は、各ブラダーの露出した表面に摂津された、熱センサおよび排気構造体を備える。
本発明の1つの局面に従って、マットは、空気を満たされた個々のブラダーのアレイ、および身体の熱に応答する手段を備える。この身体の熱に応答する手段が、個々のブラダー内の圧力を調節して、これらのブラダーにおける接触圧力を個々に調節する。この熱に応答する手段は、各ブラダーの露出した表面に摂津された、熱センサおよび排気構造体を備える。
本発明の別の局面に従って、圧迫潰瘍の可能性を減少させながら、被験体を支持する方法が提供される。この被験体は、複数の空気ブラダー上に支持され、これらの空気ブラダーの各々は、加圧される。各ブラダーにおける潜在的な接触点における温度が感知され、そしてこの感知された温度に応答して、各ブラダー内の圧力が調節される。この圧力は、各ブラダー内でこれらのブラダーを排気し、これらのブラダーから被験体の下側に沿って空気の流れを通して、プールされた水分を減少させることによって、調節される。
本発明の1つの利点は、褥瘡性潰瘍についての最も高い危険性の領域である、高圧の領域を能動的に感知し、そして同定することである。
本発明の別の利点は、同定された高圧の領域におけるマットの輪郭または圧力を、自動的に調節することである。
本発明の別の利点は、その低い費用にある。
本発明の別の利点は、その製造の単純さにある。
本発明のなおさらなる利点は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明を読み、そして理解する際に、当業者に理解される。
本発明は、種々の構成要素および構成要素の配置、ならびに種々の工程および工程の配置の形態をとり得る。図面は、好ましい実施形態を説明する目的のみであり、そして本発明を限定するとは解釈されるべきではない。
(好ましい実施形態の詳細な説明)
図1および2を参照すると、遠隔空気供給源10が、0.04〜0.104バール(0.5〜1.5psi)の圧力の空気を、空気圧供給マニホルドに供給し、このマニホルドは、個々の空気供給ライン12に分岐している。計量オリフィス14が、空気供給ライン12を、褥瘡防止マット18の個々のセルまたはポケット16に接続する。セルまたはブラダー16は、好ましくは、膨張される場合に、直径が2.5〜10cmのオーダーであり、そして可撓性のエラストマー材料から構成される。
図1および2を参照すると、遠隔空気供給源10が、0.04〜0.104バール(0.5〜1.5psi)の圧力の空気を、空気圧供給マニホルドに供給し、このマニホルドは、個々の空気供給ライン12に分岐している。計量オリフィス14が、空気供給ライン12を、褥瘡防止マット18の個々のセルまたはポケット16に接続する。セルまたはブラダー16は、好ましくは、膨張される場合に、直径が2.5〜10cmのオーダーであり、そして可撓性のエラストマー材料から構成される。
これらのセルを備えるマットは、好ましくは、膜材料または射出成型された材料(例えば、ビニル)から作製される。このマットは、ゴムセプタムまたはポリマー弁を、膜ブラダーに連結することによって製造され得る。膜材料は、複雑な膜および非膜アセンブリを作製するように成型され得、そしてゴムセプタムは、射出成型に一緒に成型され得るか、またはシートストック膜材料が、熱シールされて、チャンバを形成し得る。
ポリマーセンサおよび弁20が、各セルの頂部に設置される。好ましくは、これらのセルの頂部は、センサ/排気口が、身体部分22によるセルとの最初の接触の点にあるように、ドーム状である。図3、4、5、および6を参照すると、ポリマーセンサ弁構築物の各々は、好ましくは、スカート部分24を備え、このスカート部分は、セル16の対応する1つに、交換可能にかまたは永続的に取り付けられる。このスカートは、比較的閉じた位置に自己付勢する、排気開口部分26を規定する。この排気開口部分に隣接して、ポリマーを充填されたチャネル28が、ポリマーが温められる際に排気口26が開かれるパターンで規定される。より具体的には、冷たい構成(図4)において、このポリマーは収縮し、そしてこれらのチャネルはほぼ平坦であり、そして断面が楕円形である。好ましい実施形態において、このポリマーは、21℃(70°F)において、その収縮状態にある。このポリマーが体温の方へと温められるにつれて、このポリマーが膨張し、これらのチャネルをより円形の断面(図5)まで押し、これは、これらのチャネルの高さを増加させ、そしてこれらのチャネルの幅を減少させる。これにより、スカートに対する応力ベクトル30が生じ、これが、排気口26を開くように推進する。好ましくは、ポリマーが約32℃(90°F)の温度に達成する場合に、図5の実質的に丸い構成が達成されるように、このポリマーは調合され、そしてこのチャネルは大きさが決められる。
このポリマーとしては、イオノマー、モノマー、グリセリン、コポリマー、蝋、脂肪酸、トリグリセリド、および商品名においてポリマーとは代表的に称されない場合でさえも、記載されるように挙動する他の材料が挙げられる。ポリマーは、水ベースのゲルと他のゲルとの両方の使用を包含する。好ましくは、このポリマーは、固相/液相変化を起こす。
再度図2を参照すると、最初に、排気口26は閉じているか、または少なくとも比較的制限されている。空気ライン12からセル内に流れる空気は、これらのセルを、空気ラインの圧力および圧力供給源10によって供給される圧力に匹敵する、比較的高い圧力まで加圧する。人が、このマット上に横たわるかまたは座る場合、褥瘡性潰瘍を形成する傾向がある圧力点が、下にあるセルを最も激しく押す。より具体的には、身体の主として接触する部分が、ポリマーセンサ/排気口20に接触し、そしてチャネル28内のポリマーを、体温の方へと温める。このポリマーが温められるにつれて、このポリマーが膨張し、排気口を開き始めさせる。この排気口が開くにつれて、セル内からの空気がこの排気口を通って逃れ、このセルの圧力を低下させ、このセルを潰し、そして隣接するセルに、身体の周囲の領域を支持させる。このセルが、身体から引き離されるために十分に潰れた後に、ポリマーが冷め始め、そして収縮し始める。周囲のセルに接触する、最初の突出部分に隣接する身体の部分は、収縮の間に身体部分から離れて収縮された第一の排気口が冷め始めるにつれて、これらのセルのポリマーセンサ排気口を温め始める。このポリマーが、弁オリフィス26を閉じ始めるために十分に冷却されると、このセルは、再度加圧され始め、上にある身体部分との接触に戻る。この様式で、このマットのセルは、マットを身体形状に合わせて形作る能動的な応答を、全体的に提供する。
好ましい実施形態において、熱膨張するポリマーを含む管またはチャネルは、図4の構成と図5の構成との間で、管の長軸すなわち水平軸に沿って、約25%の長さ変化を起こす。この管断面の収縮は、管アレイの幾何学的形状と組み合わせて、排気開口部を囲む膜の引っ張り応力を生じる。この管の収縮は、湾曲した外側管において、弁を開くように推進するという二次的な効果を生じる。湾曲した管またはチャネルを加圧することによって、管の曲率を減少させる傾向がある力を生じる。これは、圧力ゲージにおけるBourdon管機構の作用に類似である。この作用は、管の長軸における引張り負荷を発生させ、そしてこの長軸に対して直角な軸に沿って、この膜における張力を減少させる。この様式で、このポリマーは、非電気的な自動制御システムとして働き、高圧の点でより高い温度でセルを選択的に屈曲および減圧させ、そしてより低圧の点でより低い温度で、負荷されていないセルを加圧する。
一定の身体皮膚温度、および空気ラインからセル内へと流れる一定の空気温度(例えば、21℃(70°F))を仮定すると、このポリマーは、最終的に、これらの温度の間のいずれかのほぼ定常状態温度に達し得る。この定常状態温度は、図7に示されるような、ポリマーの上下の熱抵抗の関数である。このポリマーの定常状態平衡温度Teqは、以下の式によって計算される:
Teq=Tlow+(Thigh−Tlow)(Rlow÷(Rlow+Thigh))。
Teq=Tlow+(Thigh−Tlow)(Rlow÷(Rlow+Thigh))。
この式は、センサ温度が、身体の高い温度および空気の低い温度との間の熱抵抗の比に比例することを、単純に表す。図7は、身体すなわち高温供給源からセル中の空気すなわち温度シンクへの、熱移動経路の複数の抵抗を図示する。センサより上の代表的な抵抗は、圧力感受性であり、そしてこれらの熱抵抗は、接触圧とともに減少する。代表的な抵抗としては、収縮抵抗および布地の抵抗が挙げられる。接触抵抗は、材料が絞られる場合に、有効接触面積を増加させることによって、増加する。布地は、空気ギャップによって分離された繊維から構成され、この空気ギャップは、これらの繊維に対する圧力が互いに対する接触を増加させ始める場合に、減少する。これらの抵抗因子が圧力とともに減少することによって、そのポリマーにおける平衡温度が上昇する。すなわち、接触圧力の増加とともに、この温度が上昇する。
このシステムによって提供される第二の作用は、患者の身体の下の排気弁を通る空気流の放出である。この空気流は、汗および体液の蓄積物(これは、褥瘡性潰瘍の発生に寄与する要因の1つであると確認されている)を蒸発させる。
本発明のマットが達成する第三の作用は、ゆっくりとした振動作用またはマッサージ作用を達成することであり、これは、毛細管内の血流を刺激することによって、圧迫潰瘍を処置および防止するために有利である。
図8を参照すると、身体がポリマーセンサ/排気構造体20の1つと接触する際に、曲線40によって示されるように、セル内のポリマーが膨張する。好ましくは、このポリマーは、約21℃(70°F)で、固相または1液相から相変化を起こし、そして第二の相(例えば、液相)において約32℃(90°F)で平衡に達する。一旦、このポリマーが第二の相に達すると、このポリマーは、温度が体温の方へと上昇する際に、実質的に一定の体積のままである。このポリマーが身体から引き離されるにつれて、このポリマーは、曲線42に沿って冷却される。膨張曲線40と収縮曲線42との間の温度差は、オーバーシュートの状況をもたらしえ、これは、有利なマッサージ作用を生じる。このマッサージ作用は、上記圧力平衡の第一の作用と重なって、組み合わせられた作用を与える。この効果は、熱回路を、熱源に応答して準安定系を生じるように設計することによって、生成される。この式は、熱移動、流体機械、および電気回路の差示的式において見出される、馴染み深い特性である。連続的に一過性の(時間変動性の)応答が存在し、これは頻繁に、正弦出力として現れる。この型の一過性応答の電気的アナログが、電気振動子において見出され、そして振動を発生および制御するために使用される時間遅延を設定するために、RCタンク回路に基づく。この振動特性は、ポリマーセンサに設計され、ゆっくりとしたサイクルに渡るセルの一定の膨張および収縮を引き起こす。具体的には、この材料の熱特性およびポリマーにおいて使用される寸法は、このサイクル周期、ならびに振動の周波数および振幅を制御する。
液相と固相との間を移動するポリマーの加熱温度および冷却温度の差に注目のこと。このポリマーは、冷却および収縮する温度より高い温度で加熱および膨張するので、これらのセルは、わずかに高すぎる圧力を放出し、そして低い方の平衡圧力およびコア高さを低下させる傾向がある。次いで、冷却を遅延させた後に、弁が閉じ、そしてこのセルが十分に加熱される前に、わずかに高い平衡圧力に再膨張して、このサイクルを繰り返す。このことは、ゆっくりとした過剰膨張および過小膨張のサイクルが、身体と隣接するセルとの間の接触の程度と相互作用して、周囲のセルの周期的な振動を追加する。センサポリマーの熱容量および熱抵抗は、振動の速度および振幅を制御するための主要な要因である。振動周期は、2つのセグメント(加熱サイクルおよび冷却サイクル)からなる。熱抵抗因子(図7に示され、加熱サイクルに影響を与える)は、身体からセンサへの経路での正の熱移動を制御する抵抗から、センサからセル内の空気への負の熱移動経路での有効抵抗を減算したものの組み合わせである。冷却サイクルにおける熱抵抗因子は、センサからセルの内部の空気、およびセルの外側の空気への、二重の経路を通る熱抵抗である。
このセンサ弁の時間遅延された作用は、2つの異なる熱移動効果によって生じ、そしてセルの振動作用を導く。第一の時間遅延は、十分な熱がセンサポリマーに流入して、融解および体積膨張を生じるために必要とされる時間である。第二の時間遅延は、図8における温度差曲線40および42を横切ってポリマーを冷却するために必要とされる時間によって生じる。
ここで、振動の順序を見ると、セルが冷たく、そして身体と接触していない初期段階において、ポリマーは収縮し、これによって、排気口を閉じる。空気供給ラインが空気を供給して、圧力を蓄積させ、このセルを膨張させる。いずれかの時点で、セルが身体に接触し、そして身体からの熱が、ポリマーセンサに流入し始める。十分な量の熱がセンサに入って、ポリマーを膨張させるために十分にこのセンサの温度を上昇させるための時間の遅れが存在する。この膨張は、増加した排気オリフィスサイズを生じ、セルの膨張速度を遅くする。このサイクルを、セル圧力を減少させるように動かすために十分に、排気口が開かれた場合、このセルは収縮し、そして最終的に、身体と接触しなくなる。この時点で、このセンサの膜表面の全ては、21℃(70°F)の空気と接触する。ある時間の遅れの後に、このセンサは、収縮する点まで冷却され、再度、セルが膨張し始めるために十分にこの排気口を閉じる。ここで、このセルは、第二の膨張を開始し、そして振動サイクルを開始する。この振動サイクルは、上記熱回路のRC因子の調節によって制御され得る。
このマットのセルの幾何学的形状の設計は、患者の皮膚に作用するせん断力を制御する。せん断力はまた、直接の接触圧力と組み合わせて褥瘡性潰瘍を導く、有意な要因として示唆されている。図2に図示されるように、セルは、比較的高いブラダーであり、これは、横方向の移動に対して少ない側壁強度を有する。これらの弱い壁は、身体のスライド運動の間に、身体組織に大きい横方向の力を付与することができず、これによって、皮膚に対する最終的なせん断力の大きさを最小にする。
この設計の代替の実施形態において、固有に湿った均整の取れたシステムが作製される。上で議論された振動作用は、皮膚の接触と空気の接触との間の鋭い対比によって増強され、そして連続的な振動の準安定状態で、強い振動を生じる傾向がある。高温源と低温源との間でのこの鋭い変化は、制御される傾向があり、これは一般に、オン/オフ機能または段階機能といわれる。安定な、固有に湿った状態は、両極端の間でのより均整の取れた熱抵抗変動によって達成され得、セルが、この両極端の間での平衡圧力状態を探すことを可能にする。このアプローチは、平衡に達するにつれて熱フラックスを次第に低下させることによって、オーバーシュートを回避する。より具体的には、これは、圧縮可能な連続気泡発泡体、または熱抵抗が段階機能変化とは対照的に滑らかに低下する材料の層によって、この層がマットと患者との間の圧力によって圧縮される場合に、達成される。連続気泡発泡体は、圧力下でそれらの内部の間隙を圧縮または閉鎖し、これによって、熱移動を増強する。発泡体または熱移動特徴が圧力とともに変化するほかの材料の使用は、振動を減少させるか、またはセルの圧縮を平衡の一定点に保持するために使用され得る。この様式で、センサ/排気構造体は、準安定状態と、固有に湿った制御作用との間の広範な性能特徴にあつらえられ得る。
好ましくは、排気構造体20は、図3に図示されるように、別の構造体である。このことは、交換用のセンサ/排気構成要素が、セル壁のポケットに挿入されて、損傷したかまたは欠陥のあるセンサ/排気構成要素を置き換えることを可能にする。セル内の内圧は、このセンサ/排気口をセル壁に対して密着させて、漏出に対して密封する。シーリングリッジが、必要に応じて、スカート24上、およびセル壁の内側表面上に配置されて、密封を増強し得る。
別の実施形態において、センサにおける排気オリフィスは、膜材料のいくつかの層から構成され、これは、1つの層を他の層に対してスライドさせることを可能にする。これらの2つの層におけるずれた穿孔は、これらの2つの層の穿孔の整列に依存して、変動可能な排気オリフィスを構成する。この実施形態は、弁位置のより連続的なアレイを提供する。
1つの実施形態において、センサ排気弁は、かなりの量の空気が閉位置で排気されることを可能にして、患者の下での一定の空気流を提供し、これによって、冷却された液体を除去する。例えば、排気オリフィスは、閉状態において800ml/分の空気を排気し得、そして熱状態において膨張して、排気空気流を1400ml/分まで増加させ得る。
別の実施形態において、空気供給源10からの空気は、低体温症と戦うために、室温より高温まで加熱される。このような低体温症と戦うマットレスは、図8に図示されるものとは異なる温度応答範囲を有するセンサ/排気口ポリマーを使用する。このマットレス中の空気が通常の体温より高温に加熱される場合、排気開口部分26は、開位置に付勢され、そしてポリマーの膨張が、この排気開口部分を閉じるために使用される。
この褥瘡防止マットは、既存または従来の病院のマットレスの上に配置されるマットとして、構成され得る。あるいは、この褥瘡防止マットは、病院、ナーシングホーム、または家庭での使用のためのマットレスに組み込まれ得る。このマットはまた、車椅子の座席のための大きさにされ得る。別の用途において、このマットは、手術の間に褥瘡性潰瘍が発生することを防止するために、手術台の上に重ねられるような構成および大きさにされる。このマットはまた、健常な人(特に、ほとんどの時間を座って、または伏臥位で過ごす人)の快適さを増加させるための、従来の家具に構成および適用され得る。例えば、このマットは、航空機の座席、乗用車またはトラックの座席、事務所の椅子などに組み込まれ得る。
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