特開 2024-75017 医療用ガス供給装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024075017

(43)【公開日】2024-06-03

(54)【発明の名称】医療用ガス供給装置

(51)【国際特許分類】

   A61M 16/12 20060101AFI20240527BHJP

【ＦＩ】

A61M16/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022186109

(22)【出願日】2022-11-22

(71)【出願人】

【識別番号】320011650

【氏名又は名称】大陽日酸株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100128358

【弁理士】

【氏名又は名称】木戸 良彦

(74)【代理人】

【識別番号】100086210

【弁理士】

【氏名又は名称】木戸 一彦

(72)【発明者】

【氏名】橋 弘樹

(72)【発明者】

【氏名】三木 仲七海

(57)【要約】

【課題】流量が変動する人工呼吸器からの吸気ガスに対して、高精度な制御をすることなく一定流量で医療用ガスを供給しても、適切な医療用ガスを提供できるとともに、医療用ガス濃度を安定させることができる医療用ガス供給装置を提供する。
【解決手段】吸気ガスに水素ガスを供給する医療用ガス供給装置１であって、人工呼吸器側の吸気ライン２ａに接続する吸気ガス経路Ｌ１と、水素ガス供給手段に接続する水素ガス導入経路Ｌ２と、これら２つの経路が合流する合流点４と、合流点の下流側に設けられ、ガス入口６ａとガス出口６ｂを備え、吸気ガス経路よりも大径であって、吸気ガスと水素ガスを混合して混合ガスとするタンク５と、ガス出口と患者側の吸気ライン２ｂとを接続する混合ガス供給路Ｌ４と、吸気ガス経路に設けられる流量計７と、医療用ガス導入経路に設けられる流量制御手段８と、流量計と流量制御手段に接続される制御部９とを備える。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

人工呼吸器からの吸気ガスに医療用ガスを供給する医療用ガス供給装置であって、
人工呼吸器側の吸気ラインに接続する吸気ガス経路と、
医療用ガス供給手段に接続する医療用ガス導入経路と、
前記吸気ガス経路と前記医療用ガス導入経路とが合流する合流点と、
前記合流点の下流側に設けられ、ガス入口とガス出口を備え、前記吸気ガス経路の流路径よりも大径であって、吸気ガスと医療用ガスを混合して混合ガスとするタンク状構造部と、
前記ガス出口と患者側の吸気ラインとを接続する混合ガス供給路と、
前記吸気ガス経路に設けられる流量計と、
前記医療用ガス導入経路に設けられる流量制御手段と、
前記流量計と前記流量制御手段に接続される制御部とを備え、
前記制御部は、前記流量計で計測された所定時間の流量に基づいて、前記混合ガスが所定の濃度になるように前記流量制御手段を制御することを特徴とする医療用ガス供給装置。

【請求項2】

前記流量計が、ガスが流れる方向も検知できることを特徴とする請求項１記載の医療用ガス供給装置。

【請求項3】

前記吸気ガス経路に逆止弁を設けたことを特徴とする請求項１記載の医療用ガス供給装置。

【請求項4】

前記医療用ガスの分子量が前記吸気ガスの分子量よりも小さく、
前記タンク状構造部の上面に前記ガス入口を、下面に前記ガス出口を設けたことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項記載の医療用ガス供給装置。

【請求項5】

前記医療用ガスは水素であることを特徴とする請求項４記載の医療用ガス供給装置。

【請求項6】

前記医療用ガスの分子量が前記吸気ガスの分子量よりも大きく、
前記タンク状構造部の下面に前記ガス入口を、上面に前記ガス出口を設けたことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項記載の医療用ガス供給装置。

【請求項7】

前記医療用ガスは二酸化炭素であることを特徴とする請求項６記載の医療用ガス供給装置。

【請求項8】

前記タンク状構造部の前記ガス入口側にガス拡散部を設けたことを特徴とする請求項１記載の医療用ガス供給装置。

【請求項9】

前記ガス拡散部は、前記タンク状構造部のガス入口に隙間を介して面する邪魔板であることを特徴とする請求項８記載の医療用ガス供給装置。

【請求項10】

前記ガス拡散部は、前記タンク状構造部のガス入口に隙間を介して面するパンチングメタルであることを特徴とする請求項８記載の医療用ガス供給装置。

【請求項11】

前記ガス拡散部は、前記ガス出口から前記ガス入口側に延出し、先端面が前記ガス入口に隙間を介して面する円筒部と、前記円筒部の側面に設けられた開口部とを備えていることを特徴とする請求項８記載の医療用ガス供給装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、医療用ガス供給装置に関し、詳しくは、人工呼吸器からの吸気ガスに、医療用ガスを供給して混合させる医療用ガス供給装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、人工呼吸器からの吸気ガスに、医療用ガスとしての水素をタンクで合流させて混合し、この水素混合ガスを患者に供給する水素混合ガス供給装置があった（例えば、特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５６３１５２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

通常、人工呼吸器からの吸気ガス流量は、患者の呼吸状態に応じて、換気モードが定められ、例えば、図５に示すように吸気ガス流量は定められたサイクルで変動を繰り返している。このため、水素混合ガスを患者に供給しようとする場合、吸気ガスと水素とを合流点で単純に合流させて混合するだけでは、混合ガス中の医療用ガス濃度にムラが生じるおそれがあり、高精度な制御が必要となっていた。

【0005】

特に、医療用ガスとして水素を用いる場合では、酸素を含む吸気ガスと水素とを混合させることから、爆発性ガスが発生するおそれがあり、水素濃度を爆発下限界の４ｖｏｌ％を超えない濃度で安定させる必要があった。

【0006】

そこで本発明は、流量が変動する人工呼吸器からの吸気ガスに対して、高精度な制御をすることなく一定流量で医療用ガスを供給しても、適切な医療用ガスを提供できるとともに、医療用ガス濃度を安定させることができる医療用ガス供給装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明の医療用ガス供給装置は、人工呼吸器からの吸気ガスに医療用ガスを供給する医療用ガス供給装置であって、人工呼吸器側の吸気ラインに接続する吸気ガス経路と、医療用ガス供給手段に接続する医療用ガス導入経路と、前記吸気ガス経路と前記医療用ガス導入経路とが合流する合流点と、前記合流点の下流側に設けられ、ガス入口とガス出口を備え、前記吸気ガス経路の流路径よりも大径であって、吸気ガスと医療用ガスを混合して混合ガスとするタンク状構造部と、前記ガス出口と患者側の吸気ラインとを接続する混合ガス供給路と、前記吸気ガス経路に設けられる流量計と、前記医療用ガス導入経路に設けられる流量制御手段と、前記流量計と前記流量制御手段に接続される制御部とを備え、前記制御部は、前記流量計で計測された所定時間の流量に基づいて、前記混合ガスが所定の濃度になるように前記流量制御手段を制御することを特徴としている。

【0008】

また、流量計が、ガスが流れる方向も検知できると好ましい。

【0009】

また、吸気ガス経路に逆止弁を設けると好ましい。

【0010】

さらに、前記医療用ガスの分子量が前記吸気ガスの分子量よりも小さく、前記タンク状構造部の上面に前記ガス入口を、下面に前記ガス出口を設けることを特徴とし、そのような場合の医療用ガスが水素であると好適である。

【0011】

さらに、医療用ガスの分子量が前記吸気ガスの分子量よりも大きく、前記タンク状構造部の下面に前記ガス入口を、上面に前記ガス出口を設けることを特徴とし、そのような場合の医療用ガスが二酸化炭素であると好適である。

【0012】

さらに、タンク状構造部の前記ガス入口側にガス拡散部を設けると好ましい。

【0013】

また、ガス拡散部は、前記タンク状構造部のガス入口に隙間を介して面する邪魔板、または、パンチングメタルであると好適であり、さらに、ガス拡散部は、前記ガス出口から前記ガス入口側に延出し、先端面が前記ガス入口に隙間を介して面する円筒部と、前記円筒部の側面に設けられた開口部とを備えていると好ましい。

【発明の効果】

【0014】

本発明の医療用ガス供給装置によれば、吸気ガス経路に流量計を、医療用ガス導入経路に流量制御手段をそれぞれ設けるとともに、流量計で計測された所定時間の吸気ガス流量に基づいて、混合ガス中の水素ガス濃度が所定の濃度になるように流量制御手段を制御する制御部を設けたことにより、変動を繰り返す吸気ガスに対して、医療用ガスを適切な流量で供給することができる。

【0015】

詳しくは、制御部によって流量計で計測された所定時間の吸気ガス流量に基づいて、一定時間の吸気ガス流量の平均値を算出するとともに、該平均値から供給する医療用ガス流量を算出し、流量制御手段により、医療用ガス流量を制御して、前記算出された医療用ガス流量を吸気ガスに供給する。これにより、高精度な制御を行うことなく、一定流量で医療用ガスを供給しても、適切な医療用ガスを吸気ガスに供給することができる。

【0016】

また、吸気ガス経路と医療用ガス導入経路とが合流する合流点では、医療用ガス濃度にムラがある状態の混合ガスを、吸気ガス経路の流路径よりも大径のタンク状構造部に導入することで、タンク状構造部内に発生するガス流れによって、医療用ガス濃度のムラを解消することができる。これにより、医療用ガスの効能を最大限に発揮できる混合ガスを患者に送気できるとともに、酸素濃度も安定することから、患者が低酸素濃度の混合ガスを吸入するおそれがない。

【0017】

さらに、流量計が、ガスの流れる方向を検知可能であったり、或いは、吸気ガス経路に逆止弁を設けることにより、医療用ガス供給装置の入口側の接続部（人工呼吸器の吸気ラインに接続される接続部）と、出口側の接続部（患者の吸気ラインに接続される接続部）とを、誤って逆に接続することがあったとしても、流量計により誤りを検知してアラートを出力させたり、逆止弁により患者の吸気ラインへの混合ガスの流れを遮断したりすることができる。

【0018】

また、医療用ガスの分子量が吸気ガスの分子量よりも小さい、例えば、水素であった場合に、タンク状構造部の上面にガス入口を、下面にガス出口をそれぞれ設けることにより、上面のガス入口から下面のガス出口に向かう下方向のガス流に対して、分子量の小さい医療用ガスが上昇し、上方向のガス流が発生することから、混合ガスが良好に撹拌され医療用ガスの濃度を安定させることができる。特に、医療用ガスが水素ガスの場合では、がタンク構造部の上方に水素ガスが溜まることを防止でき、爆発性ガスが発生するおそれがない。

【0019】

また、前記医療用ガスの分子量が前記吸気ガスの分子量よりも大きい、例えば、二酸化炭素であった場合に、タンク状構造部の下面にガス入口を、上面にガス出口をそれぞれ設けることにより、下面のガス入口から上面のガス出口に向かう上方向のガス流に対して、分子量の大きい医療用ガスが下降し、下方向のガス流が発生することから、混合ガスが良好に撹拌され医療用ガス濃度を安定させることができる。

【0020】

さらに、タンク状構造部のガス入口側にガス拡散部を設けたことにより、タンク状構造部に導入された混合ガスが良好に拡散され、医療用ガス濃度を安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の第１形態例を示す医療用ガス供給装置の構造を示す模式図である。

【図2】本発明の第１形態例を示すタンク状構造物を示す断面斜視図である。

【図3】同じくタンク状構造物の断面図である。

【図4】図３のＩＶ－ＩＶ断面図である。

【図5】人工呼吸器からの吸気ガス流量を測定したグラフである。

【図6】水素流量と濃度を測定したグラフである。

【図7】本発明の第２形態例を示す医療用ガス供給装置の構造を示す模式図である。

【図8】本発明の第２形態例を示すタンク状構造物を示す断面斜視図である。

【図9】同じくタンク状構造物の断面図である。

【図10】図９のＸ－Ｘ断面図である。

【図11】タンク状構造物の第３形態例を示す断面斜視図である。

【図12】同じくタンク状構造物の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１乃至図６は、本発明の医療用ガス供給装置の第１形態例を示す図である。医療用ガス供給装置１は、人工呼吸器２からの吸気ガス、例えば、空気、酸素、空気と酸素の混合ガスに、水素ガス（本発明の医療用ガス）を供給して混合させる装置であり、医療用ガス供給装置１から導出された混合ガスが患者Ｐの治療に使用される。

【0023】

この医療用ガス供給装置１は、図１に示すように、人工呼吸器２側の吸気ライン２ａに接続する吸気ガス経路Ｌ１と、水素ガス供給手段３（本発明の医療用ガス供給手段）に接続する水素ガス導入経路Ｌ２（本発明の医療用ガス導入経路）と、吸気ガス経路Ｌ１と水素ガス導入経路Ｌ２とが合流する合流点４と、合流点４の下流側に設けられるタンク５（本発明のタンク状構造部）と、タンク５に設けられたガス入口６ａと前記合流点４とを接続する混合ガス経路Ｌ３と、タンク５に設けられたガス出口６ｂと患者側の吸気ライン２ｂとを接続する混合ガス供給路Ｌ４とを備えている。また、吸気ガス経路Ｌ１には吸気ガスの流量を計測する流量計７が、水素ガス導入経路Ｌ２には水素ガスの流量を制御する流量制御手段８がそれぞれ設けられ、流量計７と流量制御手段８には制御部９が接続されている。

【0024】

制御部９は、流量計７で計測された所定時間の吸気ガス流量に基づいて、混合ガス中の水素ガス濃度が所定の濃度になるように流量制御手段８を制御するもので、詳しくは、制御部９によって流量計７で計測された所定時間の吸気ガス流量に基づいて、一定時間の吸気ガス流量の平均値を算出するとともに、該平均値から供給する水素ガス流量を算出し、量制御手段８により水素ガス流量を制御して、前記算出された水素ガス流量を吸気ガスに供給する。これにより、水素ガスを適切な流量で吸気ガスに供給することができる。

【0025】

また、流量計７は、ガスが流れる方向も検知できるもので、ガスの流れが逆となるマイナス流量が発生した際にはアラートが出力される。

【0026】

タンク５は、図２乃至図４に示されるように、吸気ガス経路Ｌ１の流路径よりも大径の縦長円筒状に形成されたケーシング５ａの上面と下面とを天井板５ｂと底板５ｃとでそれぞれ閉塞して形成され、天井板５ｂの中央部にガス入口６ａが、底板５ｃの中央部に前記ガス出口６ｂがそれぞれ設けられている。

【0027】

また、天井板５ｂのタンク内側には、ガス入口６ａに隙間を介して面する邪魔板５ｄ（ガス拡散部）が配置されている。邪魔板５ｄは、ガス入口６ａよりも大径の円形状に形成され、邪魔板５ｄの外周部と天井板５ｂのタンク内側面とを、２本の支持部材５ｅ，５ｅで連結している。

【0028】

上述のように形成された医療用ガス供給装置１を使用する際は、まず、第１接続部１０を介して、人工呼吸器２の吸気ライン２ａと吸気ガス経路Ｌ１とを接続するとともに、第２接続部１１を介して患者Ｐ側の吸気ライン２ｂと混合ガス供給経路Ｌ３とを接続する。

【0029】

患者Ｐへの人工呼吸を開始すると、人工呼吸器２から吸気ガス経路Ｌ１に吸気ガスが、水素ガス供給手段３から水素ガス導入経路Ｌ２に水素ガスがそれぞれ導入される。吸気ガス経路３Ｌに導入された吸気ガスは、図５に示されるように、患者Ｐの呼吸状態に応じて換気モードが定められており、吸気ガス流量は定められたサイクルで変動を繰り返す状態で合流点４に導入される。

【0030】

一方、水素ガス導入経路Ｌ２に導入された水素ガスは、制御部９によって吸気ガス流量に応じた最適な流量が算出され、流量制御手段７によって最適な流量で合流点４に導入される。例えば、図５に示されるような吸気ガス流量では、制御部９で、吸気ガスの平均流量は２０．５Ｌ／ｍｉｎと算出され、このような吸気ガス流量に対して、図６に示す水素供給・濃度グラフのような水素濃度２ｖｏｌ％となる混合ガスを得ようとした際には、２０Ｌ／ｍｉｎ×０．０２＝４１０ｍＬ／ｍｉｎの水素ガスを供給すればよいと判断され、流量制御手段７によって、水素ガス流量が最適な流量に制御される。

【0031】

合流点４で合流し、混合ガス経路Ｌ３に導入された吸気ガスと水素ガスとの混合ガスは、水素ガス濃度にムラがある状態のまま、ガス入口６ａからタンク５に導入される。

【0032】

ガス入口６ａからタンク５に導入された混合ガスは、邪魔板５ｄに当接し、邪魔板５ｄとガス入口６ａとの間に設けられた隙間を抜けて、ケーシング５ａの周壁方向に拡散しながら下方に流れる。この下方向のガス流に対して、吸気ガスよりも分子量の小さい水素ガスが上昇し、上方向のガス流が発生することから、混合ガスが良好に撹拌され水素濃度をムラなく安定させることができる。さらに、水素ガスがタンク５の上方に溜まることを防止でき、爆発性ガスが発生するおそれがない。

【0033】

このような医療用ガス供給装置１によれば、流量が変動する人工呼吸器２からの吸気ガスに対して、高精度な制御をすることなく一定流量で水素ガスを供給しても、適切な流量の水素ガスを提供できるとともに、水素ガス濃度を安定させることができる。これにより、水素ガスの効能を最大限に発揮できる混合ガスを患者に送気できるとともに、酸素濃度も安定することから、患者が低酸素濃度の混合ガスを吸入するおそれがない。

【0034】

また、医療用ガス供給装置１を接続する際に、誤って、第１接続部１０に患者Ｐ側の吸気ライン２ｂを、第２接続部１１に人工呼吸器２の吸気ライン２ａを接続してしまった際には、ガスの流れが逆となるマイナス流量が発生することから、流量計７からアラートが出力され、医療用ガス供給装置１を誤作動させることがない。

【0035】

図７乃至図１０は、本発明の第２形態例を示すもので、第１形態例と同様の構成要素を示すものには、同一の符号をそれぞれ付して、その詳細な説明は省略する。

【0036】

本形態例の医療用ガス供給装置２０では、吸気ガス経路Ｌ１に逆止弁２１を設けている。これにより、医療用ガス供給装置２０を接続する際に、誤って、第１接続部１０に患者Ｐ側の吸気ライン２ｂを、第２接続部１１に人工呼吸器２の吸気ライン２ａをそれぞれ接続してしまった際に、逆止弁２１によりガスの流れが遮断され、人工呼吸器２からアラートが出力される。

【0037】

また、本形態例のタンク２２は、天井板５ｂのタンク内側に、ガス入口６ａに隙間を介して面する上下２枚のパンチングメタル２２ａ，２２ａ（ガス拡散部）が配置されている。パンチングメタル２２ａ，２２ａは、ガス入口６ａよりも大径の円形状に形成され、隙間を介して上下に配置される。また、各パンチングメタル２２ａ，２２ａの外周部と天井板５ｂのタンク内側面とを、２本の支持部材２２ｂ，２２ｂで連結している。

【0038】

これにより、ガス入口６ａからタンク２２に導入された混合ガスは、パンチングメタル２２ａ，２２ａに当接し、上部側のパンチングメタル２２ａとガス入口６ａとの間に設けられた隙間、及び、上下のパンチングメタル２２ａ，２２ａの間に設けられた隙間を抜けて、ケーシング５ａの周壁方向に拡散しながら下方に流れ、或いは、パンチングメタル２２ａ，２２ａに形成された複数の通孔を通って下方に流れる。また、この下方向のガス流に対して、分子量の小さい水素ガスが上昇し、上方向のガス流が発生することから、混合ガスが良好に撹拌され水素濃度をムラなく安定させることができる。さらに、水素ガスがタンク２２の上方に溜まることを防止できる。

【0039】

図１１及び図１２は、タンクの第３形態例を示すもので、第１形態例と同様の構成要素を示すものには、同一の符号をそれぞれ付して、その詳細な説明は省略する。

【0040】

本形態例のタンク３１は、ガス出口６ｂからガス入口６ａ側に延出する円筒部３２ａと、該円筒部３２ａの側面に設けられた複数の開口部３２ｂとを有するガス拡散部３２を備えている。円筒部３２ａの内径は、ガス出口６ｂに接続される混合ガス供給経路Ｌ４と略同径に形成され、混合ガス供給経路Ｌ４に連通するように底板５ｃに取り付けられ、先端面３２ｃは、ガス入口６ａに隙間を介して面している。

【0041】

これにより、ガス入口６ａからタンク３１に導入された混合ガスは、円筒部３２ａの先端面３２ｃに当接し、先端面３２ｃとガス入口６ａとの間に設けられた隙間を抜けて、ケーシング５ａの周壁方向に拡散しながら下方に流れる。また、この下方向のガス流に対して、分子量の小さい水素ガスが上昇し、上方向のガス流が発生することから、混合ガスが良好に撹拌され水素濃度をムラなく安定させることができる。さらに、混合ガスは、複数の開口部３２ｂを通って円筒部３２ａの内側に導入され、混合ガス供給経路Ｌ４に導入される。

【0042】

なお、上述の各形態例では、医療用ガスとして、吸気ガスよりも分子量の小さい水素ガスを用いているが、本発明の医療用ガス供給装置はこれに限るものではなく、医療用ガスとして、吸気ガスよりも分子量よりも大きい、例えば、二酸化炭素を用いるものにも適用できる。

【0043】

この場合では、タンクの下面にガス入口を、上面にガス出口を設け、ガス入口からタンクに導入された二酸化炭素を含む混合ガスは、タンクの上面に設けられたガス出口に向けて上方に流れる。この上方向のガス流に対して、吸気ガスよりも分子量の大きい二酸化炭素が下降し、下方向のガス流れが発生することから、混合ガスが良好に撹拌され二酸化炭素濃度をムラなく安定させることができる。

【0044】

このように、本発明の医療用ガス供給装置は、用いる医療用ガスの分子量に応じて、タンクに設けるガス入口とガス出口の位置を変更することにより、どのような医療用ガスにも適用することができる。

【0045】

なお、第１形態例のように、吸気ガス経路Ｌ１に逆止弁が設けられていない場合であっても、第２形態例及び第３形態例で示した構造のタンク５を用いてもよい。また、第２形態例のように、吸気ガス経路Ｌ１に逆止弁が設けられている場合であっても、第１形態例及び第３形態例で示した構造のタンク５を用いてもよい。さらに、タンクに設けるガス拡散部の形状は上述のいずれの形態例のものに限らず任意である。さらに、タンクにガス拡散部を設けていなくても差し支えない。

【符号の説明】

【0046】

１…医療用ガス供給装置、２…人工呼吸器、２ａ，２ｂ…吸気ライン、３…水素ガス供給手段、４…合流点、５…タンク、５ａ…ケーシング、５ｂ…天井板、５ｃ…底板、５ｄ…邪魔板、６ａ…ガス入口、６ｂ…ガス出口、７…流量計、８…流量制御手段、９…制御部、１０…第１接続部、１１…第２接続部、２０…医療用ガス供給装置、２１…逆止弁、２２…タンク、２２ａ…パンチングメタル、２２ｂ…支持部材、３１…タンク、３２ガス拡散部…、３２ａ…円筒部、３２ｂ…開口部、３２ｃ…先端面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】