JP4865942B2 - 内部に流体用ヒータを有する医療用空気ホース - Google Patents

Description

発明が属する技術分野
本発明は、一般的には、医療患者に空気や酸素などの気体を送る導管の内部における温度および／または湿度の制御に関し、さらに詳しく言えば、内部にある患者への供給前の気体について温度および湿度を制御するための内部発熱体を備えた管に関する。
【０００１】
関連技術の説明
空気またはその他の気体を、何らかの原因のために自身で呼吸することができない患者に供給するのを補助するシステムが、現在使用されている。人間の上部気道は、吸い込まれた空気が気道を通って肺に達する前に加熱および加湿される場所である。自身で呼吸することができない患者には、換気装置による呼吸補助が必要となる。換気装置から供給される空気は、通常乾燥しており、圧搾ポンプまたは液体酸素が供給源となっている。上部気道にバイパス処置が施された患者に空気を供給すると、下部気道の粘液分泌層および敏感な組織が乾燥してしまうのに加え、患者の身体には、空気を体温の高さまで加熱するための新陳代謝が必要となる。加湿を行わない形で長期間患者に空気供給し続けると、下部気道の中に粘液質の凝固物が生じるが、これについては、器具を挿入して吸い出さなければならない。また、下部気道組織を損傷させ、気道の乾燥を進行させるおそれもある。新陳代謝の必要が増大すると、全ての生理システムに対して負荷が重くなり、患者のその後を脅すことになる。そのため、上部気道が気管内または気管形成用の管を用いてバイパス処置され、換気装置による補助を受けている患者に対しては、患者への供給に先立って換気空気を加熱および加湿することがある。
【０００２】
従来の換気空気加湿の手順は、先ず、高温になるまで水を暖めて、その後、吸入される空気に、この水の上または中を通過させて湿気を取り込ませ、その結果得られる水蒸気／空気の混合物を加湿器の温度と均衡させる。吸入される空気は、換気装置回路のホースまたは管（通常は、ひだを付けたポリエチレンホース）を介して患者へ送られ、このホースまたは管は、気管内管または気管形成管に接続されている。この連結用ホースについては、抵抗が小さく、軽量で、柔軟性に優れ、それによって、吸入に過大な労力を必要としないようなフローチャネル、を実現できるように設計される。ホースは、空気が患者に供給される場所であるマスク、または、気管内管／気管形成管につなぎ合わせられるように作られている。
【０００３】
換気装置回路ホースは、通常、比較的壁が薄く、しかも、ひだを有するために表面積が大きい。そのため、加熱された空気流と比較的低温のホース周囲の空気との間で大量の熱移動が生じる。加熱された空気がホースを通って移動する間に、熱の一部はホース外の大気中に逃げてしまい、その結果、空気流の温度が低下する。可湿された状態でホース内を流れている空気の温度が低下すると、空気が保持できる水蒸気量が小さくなり、その結果、管全体に沿って水蒸気が凝結して水滴となる。このように空気の冷却に従って空気流の湿気が低下すると、その結果、管のひだの中に水がたまる。凝結した溜まった水の量が多くなると、気管内管／気管形成管に流れ込み、患者にとって大変に危険な状況となる。すなわち、水が管を通って患者の肺に流れ込むおそれが出てくるのである。さらに、暖かいホースの中にたまった水は、気道感染を引き起こすバクテリアにとって、非常に繁殖しやすい場所である。そして最後に、このような温度低下によって、換気装置を出た時点での空気温度だけでなく、患者に供給される時点での空気温度までもが不安定になってしまう。
【０００４】
水の凝結を減らし、空気温度を適正な値に維持する目的で、従来、電気的加熱ホースが用いられてきた。これは、ホース全体に渡って中を流れる空気に更に熱を加え、失われた熱を補うものである。従来の電気的加熱ホース／管は、単抵抗線または撚り抵抗線から成る発熱体を用い、こうした抵抗線は、ホースの壁に埋め込まれるか、ホースの周囲に巻き付けられるかしている。抵抗線については、ホースに巻き付けられる前に、補助スレッドに螺旋状に巻き付けておく場合もある。こうしたホースは壁から熱を加え、その熱は、ホース内を流れる流体へ対流によって伝えられる。それ以外の形として、発熱体は、ホースのルーメン内にゆるく結び付けられていることとしてもよい。この場合、発熱体から出た熱は当該発熱体を覆う形で配置された絶縁部を介してルーメン内部を通る流体に伝えられる。
【０００５】
螺旋状に巻かれた加熱ワイヤ部材に関して特に問題となるのは、電力密度のばらつきのためにホットスポットが局所化した形で形成されることである。電力密度にばらつきが生じるのは、部材の短い部分の上で螺旋ピッチが不均一になることが原因である。巻き付けピッチは、特に、こうした要素を製造する業者にとっては一定に保つことが難しいようで、高速の型抜き加工処理の中で検知するために専門的なテストと設備とが必要となる。このように局所的にホットスポットが生じると、ホースの壁が溶けてしまうことにもなりかねず、火災のおそれすらある。
【０００６】
発明の目的および要約
本発明は、先行技術の課題を解決して、所定の温度および湿度を有する気体を供給する技術を改良することのできるような、フレキシブル管用のヒータを提供すること、を第１の目的とする。
また、本発明は、溶解による管の破損が発生しにくいヒータを提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、現在用いられている気体供給システムにも適用できるヒータを提供することを目的とする。
また、さらに、本発明は、従来の加熱システムよりよ効率良く気体を加熱するヒータを提供することを目的とする。
これらの目的を達成するために、本発明は、フレキシブル管であって当該管の内側のおおむね中央位置に沿って配置され、管全体に延びる細長く柔軟なプラスチックリボンを有するフレキシブル管と、リボンに保持され空気を加熱する発熱体とを用いる。また、本発明の好適な実施の形態では、空気供給位置におかれた温度ゲージを用いる。これは、加熱および加湿された空気の患者へ供給される位置における温度が一定に保たれるよう、ヒータを調節するのに使われる。
【０００８】
好適な実施の形態の詳細な説明
以下の説明は、あらゆる当業者が本発明を製造および使用することができるように提供されるものであり、発明を実行するうえでの最適の様態であると発明者が考えるものを開示している。しかしながら、様々な変形が可能であることは、当業者が見れば明らかであろう。なぜなら、本発明の基本的な原理が、以下の内容では特に、加熱、加湿された空気を患者に供給するのにとりわけ適したフレキシブルな管と共に用いられるヒータを提供すること、に限定されているからである。
【０００９】
図１は、本発明を用いた加熱空気供給システムの実施の形態の概要を示す図である。ポリエチレンまたはその他の適当な材料で作られたフレキシブルひだ付き管２０は、患者に供給される加湿空気用の通路となるものである。フレキシブル管２０は、管状アダプタ２３において空気加湿機１０２に接続されているとともに、第２の端部２４が、“Ｙ”アダプタにおいて気管内管（図２参照）または気管形成管に接続されている。なお、患者の口の上にマスクが置かれている場合もある。空気加湿機１０２は、空気を加熱および加湿し、患者が受け入れやすい状態にする。
【００１０】
図１に示すように、水供給容器１０４は管１０６に接続されており、ここを通って空気加湿器１０２内の加熱プラテン（図示せず）に水が供給される。加熱プラテンは室１１２に格納されており、当該プラテンが水を加熱することで室１１２内に充分な量の水蒸気が放出される。そして、換気装置（図示せず）に接続された空気供給ホース１００から、空気（または供給対象の他の気体）が室１１２に供給され、空気はここで水蒸気に接する。室１１２に入ってきた空気は、水蒸気と混ざり合うとともに、水蒸気の存在によって加熱され、プラテン温度によって制御される温度に達する。空気は、加熱され“加湿”された状態で、出口ポート１１４から室１１２を抜けると、管１２０のアダプタ２２へ進む。
【００１１】
管２０の入口にはコネクタ２６（図３参照）があり、当該コネクタ２６は、相互連結コネクタ１２２と加湿機１０２のコントローラ／モニタから出た電気ケーブル１１６とにつながって、当該コントローラ/モニタから電圧を受け取る。コネクタ２６は、ポート３２から延びるかポート３２上に設置されている小片３０によってつながれている。また、コネクタ２６は発熱体４２に電気的に接続されており、この発熱体４２は、リボン３４に支持されている、あるいはリボン３４内に収められている。以下により詳しく説明するが、フレキシブルリボン３４は、管２０内部の温度と湿気とを制御するために用いられる発熱体４２を保持している。
【００１２】
管２０は、室１１２から来る加湿された空気を受け取り、空気は当該管に沿って流れる。管２０は、その内部にプラスチック製リボン３４を有し、これは、管２０に合わせて曲がる程度の柔軟さを有すると共に、曲がっても側面を維持するだけの固さがある。フレキシブルリボン３４の側面（図４参照）は、管２０の内壁３８までひろがっており、フレキシブルリボン３４を管２０内をすべらせて出し入れでき、しかも、フレキシブルリボン３４を管２０内の中央位置に保持することができるだけの許容誤差を備えている。フレキシブルリボン３４の側面は、これ以外の形とすることも可能で、例えば、３つのスポークを有する三角形の側面としてもよい。ただし、一般的に言って好ましいのは図２に示すよう平べったい側面である。なぜなら、より複雑な形の側面に比べて柔軟性に優れているからである。また、フレキシブルリボン３４は、比較的溶点の高いプラスチック材料で作られていることが望ましく、好適なプラスチック材料としては、明確に言うと、ホースの材料と組成が似たポリエチレンが挙げられる。
【００１３】
フレキシブルリボンは、管２０内を通過する流れを加熱するために用いられる発熱体４２を、その側面から見て中央付近に保持している。発熱体４２については、フレキシブルリボン３４の上または中に保持される単抵抗線とすることが望ましい。発熱体４２は、フレキシブルリボン３４の頂上に配置することとしてもよい。または、好適な実施の形態として、リボンの厚みが発熱体によって発生させられた熱を流体に伝えられるくらい薄いという条件を満たすように、フレキシブルリボン（図４）内の押し出し加工で形成される。フレキシブルリボン全体に渡って１本のワイヤが通っていることとしてもよいが、図５のように、複数のワイヤ４２ａ、４２ｂ、４２ｃを用いてもよい。リボン３４の保持されるワイヤ４２またはその他の電気的伝導性部材は、電熱回路抵抗の合計が所望の値となるように、直列、並列、または直列と並列との組合わせで接続すればよい。１または複数の発熱体４２は、始点・終点が単一の端部にある形でフレキシブルリボン３４に沿ってループを形成した形とすることで、電源を当該単一の端部にだけ接続すればよいようにできる。
【００１４】
既に述べたように、発熱体４２は、空気加湿機１０２内部の電源にケーブル１１６（図６参照）を介して接続されている。電圧が加えられると発熱体に電流が生じ、次いで、発熱体はワイヤの抵抗によって熱を発生させる。発熱体４２が発生させた熱エネルギーは、管２０を流れる加湿空気へ伝わる。より高い電圧が発熱体４２に加えられると、より多くの熱エネルギーがローに供給される、そして、その熱量は、出口２４における空気の温度が適当な値で維持されるように調節することができる。発熱体４２を管全体に渡って延ばすことで、患者への供給の直前まで空気を加熱することが可能となり、加湿された空気の水蒸気が凝結する可能性も小さくすることができる。また、患者に供給される空気の温度を更に制御するために、温度プローブ１１８を管２０の出口２４におけるＹコネクタ２５に配置し、患者に供給される空気の出口温度を測定することにしてもよい。温度情報はケーブル１２４を介して加湿機１０２内のコントローラ／モニタに伝えられ、これを受けたコントローラ／モニタは、発熱体４２または加熱プラテンに供給する電力を調節して、所望の出口温度を維持する。
【００１５】
管は、「Ｙ」接合部２５または「Ｔ」ジョイント（プラスチックであることが望ましい）の所で終わる、そして、Ｙ接合部は、図２に示すような気管内管３０などの供給装置に接続されている。なお、これ以外の供給システム、例えば呼吸マスクおよび気管形成管、を用いることも可能であり、これら供給システム各々の動作は、当業者には公知のものである。
【００１６】
また、患者が吐き出した空気は、管２１によって運び去られる。管２１については、管２０と同様に発熱体を有することとしてもよい。これは、患者から出る空気も湿気を含んでおり、排気側の管でも凝結に伴なう危険（バクテリアの繁殖、生存など）が同様に存在するためである。
本発明は、先行技術のように位置決めのゆるい発熱体に対し、いくつかの点でこれを上回る効果を有す。流れのほとんどがホース断面の中央近くで生じるようなホースの内部には、疑似的な空気層流が存在する。また、管２０内の流れは、管の中央域あたりで最大速度を示してから、半径方向に行くほど減速して、管壁３８で最低速度となるような速度曲線を示すであろう。そこで、発熱体４２を空気流の中央に配置することによって、ルーメンを通って流れる空気に対し熱がより効率的に伝わることが保証される。発熱体４２から空気流への熱交換の効率は、空気の大部分が通る位置で熱交換を促進することで向上する。本発明のフレキシブルリボンのように発熱体を保持する部材がない場合、発熱体の位置が確実に管の中央にくるとは保証できず、ヒータがホース内壁の近くまたはこれに接触するような位置にくると、熱伝達が不充分となる結果を招く。すると、空気よりも管壁に多くの熱が伝わり、局所的に凝結が発生する結果にもなりかねない。それに加えて、発熱体が壁に触れる箇所では、溶融の危険がある上に、発火の可能性も出てくる。
【００１７】
これに対し、本発明では、発熱体４２は、換気装置回路ホースの壁３８からは離れて、空気流の中央近くの位置に支持リボン３４によって保持されている。空気流量の大きい位置での消散の度合いが高い位置において、温度は最も低くなるが、これは、熱が伝導により支持リボンを広がり、対流によって周囲の空気に奪われるからである。そのため、ホースやヒータ絶縁部が溶けてしまったりする可能性は、空気流の中央、すなわち、消散が広がってエネルギーの移転が最大となる位置に発熱体４２を保持することで、最小限に抑えられる。
【００１８】
その他の実施の形態として、発熱体は、支持部材に螺旋状に巻き付けられた抵抗線であって、同様のプラスチック支持構造物において型から押し出されて形成されるもの、とすることもできる。構造および電気的接続は、前出の実施の形態と同じである。また、熱伝達および電気接続については、伝導性バンドの形をとる抵抗素子、直線または蛇の目パターンのエッチングを施したフォイル、または、リボンに貼り付けまたは埋め込まれた伝導性フィルム、を用いて実現することも可能であることも、容易に理解できるであろう。
【００１９】
上述の好適な実施の形態については、本発明の範囲や精神から逸脱することなしに、その構成を様々に改変あるいは変形することが可能であることは、当業者が見れば明らかであろう。したがって、添付の特許請求の範囲内で、本発明を、特にここに記したのとは別の形で実施することが可能であることを理解しておいていただきたい。
【００２０】
【発明の効果】
【図面の簡単な説明】
本発明に関して新規と思われる目的および特徴は、特に添付の特許請求の範囲において明らかになる。本発明についての構成および操作方法は、更なる目的および効果と共に、以下の記述を添付の図面と関連付けながら参照することで、よりよく理解できるであろう。
【図１】本発明の好適な実施の形態と共に用いられる加湿空気生成器を含む加湿システムの斜視図である。
【図２】加熱管に接続された気管内管を一部切り欠いて示す側面図である。
【図３】本発明の好適な実施の形態を一部切り欠いて示すで立面斜視図ある。
【図４】図３における指示線に沿った斜視横断面図である。
【図５】本発明のフレキシブルリボンを、その中の発熱体と共に示す斜視横断面図である。

Claims (16)

1. 温度制御された気体を供給源から受容者に供給するための、フレキシブル管加熱システムであって、
   内部領域を規定する内壁を有する、フレキシブルな中空管と、
   前記管内に配置されて実質的に前記供給源の側の近位端部から前記受容者側の遠位端部まで延びている、細長く、平らで、フレキシブルな絶縁性のリボンであり、内壁に接する第１および第２のエッジと前記管の中央内部領域の範囲内に位置する中央部分とを有するリボン、と、
   前記リボン内に前記内壁から離された位置にある電気ユニットであって、近位端部から遠位端部へと移動する気体を加熱することでフレキシブル管内部に液体が形成されるのを防止するもの、とを有すること、
   を特徴とするフレキシブル管加熱システム。
2. 前記リボンが前記管内に固定的に配置されていること、
   を特徴とする請求項１に記載のフレキシブル管加熱システム。
3. 前記リボンが、前記管と一体化した形で形成されていること、
   を特徴とする請求項２に記載のフレキシブル管加熱システム。
4. 前記リボンが、前記管と共に機械的に型抜き処理されて一体のユニットを形成すること、
   を特徴とする請求項３に記載のフレキシブル管加熱システム。
5. 気体を加熱するための前記電気ユニットは、電気的伝導性ワイヤから成ること、
   を特徴とする請求項１に記載のフレキシブル管加熱システム。
6. 前記電気的に伝導性のあるワイヤは、前記リボン内で、機械的に型抜き形成されていること、
   を特徴とする請求項５に記載のフレキシブル管加熱システム。
7. 前記電気的に伝導性のあるワイヤは、前記リボンに沿って近位端部から遠位端部まで延び、そして近位端部に戻ることで、前記リボンの近位端部に電気
   回路を形成できるようにしていること、
   を特徴とする請求項５に記載のフレキシブル管加熱システム。
8. 気体を加熱するための前記電気ユニットは、前記リボンの近位端部から前記リボンの遠位端部まで延びる、複数の電気的に伝導性のあるワイヤから成ること、
   を特徴とする請求項１に記載のフレキシブル管加熱システム。
9. 気体を加熱するための前記電気ユニットは、前記リボンに保持されている、電気的に伝導性のあるフィルムから成ること、
   を特徴とする請求項１に記載のフレキシブル管加熱システム。
10. 気体を加熱するための前記電気ユニットは、前記リボンに保持されている、電気的に伝導性のあるバンドから成ること、
    を特徴とする請求項１に記載のフレキシブル管加熱システム。
11. 気体を加熱するための前記電気ユニットは、電気的に伝導性があってエッチングを施され、前記リボンに保持されているフォイルから成ること、
    を特徴とする請求項１に記載のフレキシブル管加熱システム。
12. 前記リボンは、前記管に、取り外し可能に配置されていること、
    を特徴とする請求項１に記載のフレキシブル管加熱システム。
13. 加熱、加湿された気体を医療患者に供給するフレキシブル管システムであって、
    加湿された気体を生成する手段と、
    前記加湿された気体にフレキシブル導管を通って移動させる手段と、
    内壁を備えるフレキシブル導管であって、第１の端部において前記の加湿された気体を生成する手段に接続されているフレキシブル導管と、
    前記フレキシブル導管内部にあって、ほぼその全体に渡るよう配置されている発熱体であって、前記フレキシブル導管の前記内壁から離れて置かれることで、空気の速度が最高となる位置で空気流に熱が伝わるような前記発熱体、とを有し、
    当該発熱体は、プラスチック製の細長く、平らで、フレキシブルな絶縁性のプラスチックリボンであって、その幅が内部中央領域を通って延びるものと、当該リボン内にあってフレキシブル導管内で加湿された気体から液体が発生しないようするのに充分な熱を供給する熱発生要素と、を有すること、
    を特徴とするフレキシブル管システム。
14. 加湿され温度制御された気体を供給するフレキシブル管システムであって、
    加湿された気体を供給する加湿器と、
    フレキシブルなひだ付きの中空管であって、内部領域を規定する内壁を有し、一の端部において加湿器を接続されて加湿された気体を受け取る中空管と、
    細長く、平らで、フレキシブルな絶縁性のプラスチックリボンであって、管の幅とほぼ同じ幅を有し、リボンの中央部分が中空管の中央位置にくるような形で内壁内部に配置されているリボンと、
    リボンに沿い、リボン内部を延びる電気的熱発生部材であって、加湿された気体を加熱することでフレキシブル管内部に液体が生じるのを防ぐもの、とを有すること
    を特徴とするフレキシブル管システム。
15. 前記管と前記リボンとは別体であって、
    前記リボンは、挿抜自在に、前記管に内挿されている
    ことを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル管システム。
16. 前記管は、管軸に直交する断面形状が略円形であり、
    前記リボンの幅は、前記管の内径に略等しい
    ことを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル管システム。

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