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WO2019008949A1 - 麻酔器に用いる酸素濃縮装置及び酸素濃縮方法 - Google Patents

麻酔器に用いる酸素濃縮装置及び酸素濃縮方法 Download PDF

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Definitions

  • oxygen gas with a concentration of 100% has been used for general anesthesia using an anesthesia machine.
  • the harmful effect of anesthesia with pure oxygen is known, and the oxygen concentration of inhaled oxygen gas is preferably about 60%.
  • a compressor that supplies air in the atmosphere, an oxygen concentration unit that generates concentrated oxygen from the air supplied by the compressor, and one of the concentrated oxygen that can be supplied to the anesthesia machine from the oxygen concentration unit.
  • An oxygen concentrator having a flow rate adjusting unit for purging the unit into the atmosphere, the flow rate adjusting unit adjusts the flow rate of the concentrated oxygen to be purged into the atmosphere, and the It is characterized in that the oxygen concentration of concentrated oxygen is controlled.
  • the cost required for oxygen, nitrogen or compressed air used in an anesthesia machine can be significantly reduced, and at the same time, safe anesthesia can be performed and can be widely adopted in medical fields.
  • the heat exchanger 14 is for reducing the temperature of the compressed air that has been compressed by the compressor 12 to a high temperature. By driving the fan 16, an air-cooling type heat radiation effect can be obtained.
  • the pair of oxygen concentration units 20A and 20B each include, for example, a housing and a zeolite contained in the housing. This is also referred to as a molecular sieve, which has the ability to separate molecules depending on their size. Zeolites adsorb nitrogen and pass oxygen. The reason is that the size of the nitrogen molecule is relatively large and is trapped in the pores of the zeolite, while the size of the oxygen molecule is relatively small and is not trapped in the pores of the zeolite. As a result, when compressed air passes through the zeolite, oxygen and nitrogen in the air are separated, nitrogen is adsorbed to the zeolite, and concentrated oxygen is generated.
  • the anesthesia machine 28 generates an anesthetic effect on the patient, and the concentrated oxygen of a predetermined concentration is supplied to the anesthesia machine 28.
  • a flow meter 26A and a flow rate adjustment unit 27A are provided in proximity to or integrally with the anesthesia machine 28, and the flow rate of the concentrated oxygen supplied to the anesthesia machine 28 can be adjusted.
  • flow volume adjustment part 30A, 30B adjusts the flow volume of the gas which flows through a flow path.
  • concentrated oxygen is stored in the concentrated oxygen tank 22.
  • a portion of the concentrated oxygen in the concentrated oxygen tank 22 is supplied to the first flow path 36, and the remainder of the concentrated oxygen is supplied to the second flow path 38.
  • the relationship between the flow rate of concentrated oxygen and the concentration is shown in FIG.
  • the flow rate of the oxygen concentrator 10 is increased, it is shown that the oxygen concentration decreases.
  • the first flow path 36 is intentionally purged by passing a part of the concentrated oxygen supplied from the concentrated oxygen tank 22 through the second flow path 38 and into the atmosphere without passing through the anesthesia machine 28.
  • the flow rate and oxygen concentration of the concentrated oxygen supplied to the patient through and through the anesthesia machine 28 can be simultaneously reduced.
  • compressed air and nitrogen gas are not required to dilute the oxygen concentration of the oxygen gas supplied to the anesthesia machine.
  • the flow rate of concentrated oxygen supplied to the anesthesia machine 28 was changed at 2 L / min and 5 L / min. Further, the flow rates of the concentrated oxygen purged from the second flow path 38 to the atmosphere were changed to 6 L / min, 12 L / min, 23 L / min, and 30 L / min.
  • the oxygen concentration of concentrated oxygen is 25% when the flow rate of concentrated oxygen supplied to the anesthesia machine 28 is 2 L / min under the flow rate of 30 L / min for the flow rate of concentrated oxygen purged to the atmosphere from the second flow path 38 In the case of 5 L / min, the oxygen concentration of concentrated oxygen became 23%.
  • the difference in the oxygen concentration of the concentrated air supplied to the anesthesia machine 28 becomes the difference of the concentration air supplied to the anesthesia machine 28. It has been proved that the flow rate decreases between the high and low values (values of 2 L / min and 5 L / min). That is, if the flow rate value of the concentrated oxygen purged into the atmosphere from the second flow path 38 increases, the oxygen concentration of the concentrated oxygen supplied to the anesthesia machine 28 becomes the value of the flow rate of the concentrated oxygen fed to the anesthesia machine 28 It turned out that it tends to converge so that it may reduce to a fixed value regardless of.

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Abstract

通常の酸素治療に使用する酸素濃縮器を用いて、麻酔器に供給する酸素ガスの濃度を約２５～９０％の範囲で任意に調節可能な酸素濃縮装置及び酸素濃縮方法を提供する。　大気中の空気を供給するコンプレッサ１２と、コンプレッサ１２で供給された空気から濃縮酸素を生成する酸素濃縮部２０Ａ、２０Ｂと、酸素濃縮部２０Ａ、２０Ｂから麻酔器２８に供給され得る濃縮酸素の一部を大気中にパージするための流量調整部３０Ｂと、を有する酸素濃縮装置１０であって、流量調整部３０Ｂで大気中にパージする濃縮酸素の流量を調整し、麻酔器２８に供給される濃縮酸素の酸素濃度を制御する。

Description

麻酔器に用いる酸素濃縮装置及び酸素濃縮方法
　本発明は、例えば、人又は猫、犬などの動物の全身麻酔器に用いる酸素濃縮装置及び酸素濃縮方法に関する。
　従来では、麻酔器を利用した全身麻酔には濃度１００％の酸素ガスを用いていた。しかしながら、近年では、純酸素での麻酔弊害が知られ、吸入する酸素ガスの酸素濃度は約６０％前後が好ましいとされている。
　この酸素濃度約６０％の酸素ガスを患者に供給するために、窒素ガス又は圧縮空気（無菌・低湿度のもの）を別途用意し、酸素に混合して酸素濃度約６０％の気体を作っている。
　また、手術終了時麻酔を覚醒させる際にはさらに酸素濃度を下げ、大気の酸素濃度に近い低濃度の酸素を患者に吸入させ、患者の身体に馴染ませて安全性を確保していた。
国際公開ＷＯ２０１６／０９８１８０
　しかしながら、上記方法では、日常的に入手困難な窒素又は圧縮空気を別途用意する必要があり、動物病院などの現場では、コスト等の問題でその採用が困難であった。
　そこで、本発明は、上記問題に鑑み、通常の酸素治療に使用する酸素濃縮器を用いて、麻酔器に供給する酸素ガスの濃度を約２５～９０％の範囲で任意に調節可能な酸素濃縮装置及び酸素濃縮方法を提供することを目的とする。
　第１の発明は、大気中の空気を供給するコンプレッサと、前記コンプレッサで供給された空気から濃縮酸素を生成する酸素濃縮部と、前記酸素濃縮部から麻酔器に供給され得る前記濃縮酸素の一部を大気中にパージするための流量調整部と、を有する酸素濃縮装置であって、前記流量調整部で大気中にパージする前記濃縮酸素の流量を調整し、前記麻酔器から供給される前記濃縮酸素の酸素濃度を制御することを特徴とする。
　この場合、前記流量調整部から大気中にパージされる前記濃縮酸素の流量を測定可能な流量計を有することが好ましい。
　第２の発明は、コンプレッサで供給された空気から酸素濃縮部で濃縮酸素を生成する濃縮酸素生成工程と、前記酸素濃縮部から麻酔器に供給され得る前記濃縮酸素の一部を流量調整部で大気中にパージ（放出）するパージ工程と、を有する酸素濃縮方法であって、前記パージ工程では、大気中にパージ（放出）する前記濃縮酸素の流量を調整し、前記麻酔器に供給される前記濃縮酸素の酸素濃度を制御することを特徴とする。
　この場合、前記パージ工程では、大気中にパージ（放出）される前記濃縮酸素の流量を流量計で測定可能にすることが好ましい。
　本発明によれば、麻酔器に用いる酸素、窒素又は圧縮空気に要するコストを大幅に削減でき、同時に安全な麻酔の実施が可能となり医療現場で広く採用することができる。
本発明の酸素濃縮装置の構成図である。 酸素流量と酸素濃度の関係を示すグラフである。 本発明の酸素濃縮方法の実験結果を示した図である。
　本発明の一実施形態に係る酸素濃縮装置及び酸素濃縮方法について説明する。
　図１に示すように、酸素濃縮装置１０は、主として、コンプレッサ１２と、熱交換器１４と、ファン１６と、空気制御部１８と、一対の酸素濃縮部２０Ａ、２０Ｂと、濃縮酸素タンク２２と、圧力調整部２４と、複数の流量計２６Ａ、２６Ｂと、複数の流量調整部３０Ａ、３０Ｂと、を有している。
　コンプレッサ１２は、大気中の空気を下流側へ供給する供給源である。
　熱交換器１４は、コンプレッサ１２で圧縮されて高温になった圧縮空気の温度を下げるためのものである。ファン１６が駆動することで空冷式の放熱効果が得られる。
　空気制御部１８は、例えば、二方バルブマニホールドが採用される。二方バルブマニホールドには、４個の二方バルブが組み合わされ、各サイクルに２個のバルブが作動し、空気の送り込み及び窒素の排出を行う。二方バルブマニホールドの作動は、所定時間又は所定圧力の周期で第一サイクルと第二サイクルを繰り返す。作動サイクルは、電源周波数と流量で異なる。
　一対の酸素濃縮部２０Ａ、２０Ｂは、例えば、筐体と、筐体の内部に収容されたゼオライトと、を有する。これは、分子篩とも言われ、分子の大きさに依って分子を分離する能力がある。ゼオライトは、窒素を吸着し、酸素を通す。この理由は、窒素分子の大きさが相対的に大きく、ゼオライトの孔で捕捉されるのに対して、酸素分子の大きさが相対的に小さく、ゼオライトの孔で捕捉されないからである。この結果、圧縮空気がゼオライトを通過すれば、空気中の酸素と窒素が分離され、窒素がゼオライトに吸着され、濃縮酸素が生成される。
　生成された濃縮酸素は、濃縮酸素タンク２２に貯えられ、圧力調整部２４で所定値に制御されてから、流量調整部３０Ａの出口で枝分れする。
　すなわち、流量調整部３０Ａの出口側には、第１流路３６と第２流路３８との２つのルートが設けられている。第１流路３６には麻酔器２８が接続され、第２流路３８には別の流量調整部３０Ｂを介して大気に開放されている。
　ここで、酸素濃度と流量の関係について考察する。
　図２に示すように、濃縮酸素を供給するときの流量が例えば２Ｌ／ｍｉｎで酸素濃度が約９０％前後になる酸素濃縮装置を利用すると、流量３０Ｌ／ｍｉｎに調整すれば酸素濃度が約２５％になる。このため、高濃度酸素を患者に供給することの弊害を解決するためには、可能な限り大きな流量で麻酔器２８に濃縮酸素を供給すればよい。
　しかしながら、大きな流量で麻酔器２８に濃縮酸素を供給すると、患者が消費する濃縮酸素以外の麻酔成分を含んだ濃縮酸素が手術室内に同時に排気され、医師及び医療スタッフ等にとって適切な医療行為の妨げになり得る。
　かかる理由から、必要以上の流量の濃縮酸素を麻酔器２８に供給することを回避する必要がある。
　麻酔器２８は、患者に対する麻酔効果を発生させるものであり、所定の濃度の濃縮酸素が麻酔器２８に供給される。麻酔器２８には、流量計２６Ａと、流量調整部２７Ａと、が近接され又は一体に設けられ、麻酔器２８に供給される濃縮酸素の流量を調整することができる。
　第２流路３８の流量調整部３０Ｂにも、同様にして、流量計２６Ｂが設けられている。
　なお、流量調整部３０Ａ、３０Ｂは、流路を流れる気体の流量を調整する。
　次に、本実施形態に係る酸素濃縮装置及び酸素濃縮方法の作用について説明する。
　図１に示すように、濃縮酸素タンク２２に濃縮酸素が貯えられる。濃縮酸素タンク２２の濃縮酸素の一部が第１流路３６に供給され、濃縮酸素の残りが第２流路３８に供給される。
　第１流路３６に供給された濃縮酸素は、流量調整部２７Ａによって流量が適宜調整されながら、麻酔器２８を介して患者に供給される。
　第２流路３８に供給された濃縮酸素は、流量調整部３０Ｂによって流量が適宜調整されながら、大気中にパージされる。
　ここで、酸素濃縮装置１０の特性として、濃縮酸素の流量と濃度の関係は、図２で示される。酸素濃縮装置１０の流量を大きくすれば、酸素濃度が低下していくことを示している。
　上述したように、例えば９０％のような高濃度の濃縮酸素が長時間患者の体内に取り入れられると、かえって悪影響を及ぼすことになる。このため、濃縮酸素の流量を大きくして、患者に提供される濃縮酸素の濃度を低下させる必要があった。
　しかしながら、濃縮酸素の流量を大きくしたとき、麻酔成分を含んだ濃縮酸素のうち患者が消費せずに余った濃縮酸素が麻酔器２８に設備されたリリーフバルブを通じて手術室内に放出され、医療関係者の医療行為の妨げになる危険がある。
　このため、濃縮酸素タンク２２から供給される濃縮酸素の一部を、意図的に第２流路３８を通しかつ麻酔器２８を介さずに大気中にパージすることにより、第１流路３６を通しかつ麻酔器２８を介して患者に供給される濃縮酸素の流量及び酸素濃度を同時に低減させることができる。
　本発明では、麻酔器に供給する酸素ガスの酸素濃度を希釈させるために、圧縮空気や窒素ガスが不要になる。
　なお、符号３２はオリフィスであり、符号３４はＰＥバルブである。
　次に、本実施形態の酸素濃縮方法の実験例について説明する。
　図１に示す流量調整部３０Ｂを調整して大気中にパージされる濃縮酸素の流量値の変化に応じて、麻酔器２８に提供される濃縮酸素の酸素濃度がどのように変化するかを確認するための実験を行った。
　その実験では、図３に示すように、麻酔器２８に供給される濃縮酸素の流量を２Ｌ／ｍｉｎと５Ｌ／ｍｉｎで変化させた。また、第２流路３８から大気中にパージされる濃縮酸素の流量を６Ｌ／ｍｉｎ、１２Ｌ／ｍｉｎ、２３Ｌ／ｍｉｎ、３０Ｌ／ｍｉｎと変化させた。
　図３に示すように、第２流路３８から大気中にパージされる濃縮酸素の流量を６Ｌ／ｍｉｎのもと、麻酔器２８に供給される濃縮酸素の流量が２Ｌ／ｍｉｎの場合に濃縮酸素の酸素濃度が６０％となり、５Ｌ／ｍｉｎの場合に濃縮酸素の酸素濃度が４３％となった。
　第２流路３８から大気中にパージされる濃縮酸素の流量を１２Ｌ／ｍｉｎのもと、麻酔器２８に供給される濃縮酸素の流量が２Ｌ／ｍｉｎの場合に濃縮酸素の酸素濃度が４０％となり、５Ｌ／ｍｉｎの場合に濃縮酸素の酸素濃度が３５％となった。
　第２流路３８から大気中にパージされる濃縮酸素の流量を２３Ｌ／ｍｉｎのもと、麻酔器２８に供給される濃縮酸素の流量が２Ｌ／ｍｉｎの場合に濃縮酸素の酸素濃度が３０％となり、５Ｌ／ｍｉｎの場合に濃縮酸素の酸素濃度が２９％となった。
　第２流路３８から大気中にパージされる濃縮酸素の流量を３０Ｌ／ｍｉｎのもと、麻酔器２８に供給される濃縮酸素の流量が２Ｌ／ｍｉｎの場合に濃縮酸素の酸素濃度が２５％となり、５Ｌ／ｍｉｎの場合に濃縮酸素の酸素濃度が２３％となった。
　以上の結果から、麻酔器２８に供給される濃縮空気の流量と酸素濃度との関係は、第２流路３８から大気中にパージされる濃縮酸素の流量の値によって、麻酔器２８に供給される濃縮空気の流量が増加すれば（２Ｌ／ｍｉｎ→５Ｌ／ｍｉｎ）、当該濃縮酸素の酸素濃度が低下したことが判明した。これにより、麻酔器２８に供給される濃縮空気の流量が増加すれば、当該濃縮酸素の酸素濃度が低下することが証明された。
　また、第２流路３８から大気中にパージされる濃縮酸素の流量の値が増加すれば、麻酔器２８に供給される濃縮酸素の酸素濃度が低下していくことが証明された。このことは、麻酔器２８に供給される濃縮空気の流量の値が２Ｌ／ｍｉｎと５Ｌ／ｍｉｎにおいて同様の傾向になることが証明された。
　しかしながら、第２流路３８から大気中にパージされる濃縮酸素の流量の値が増えれば、麻酔器２８に供給される濃縮空気の酸素濃度の差が、麻酔器２８に供給される濃縮空気の流量の大小間（２Ｌ／ｍｉｎと５Ｌ／ｍｉｎの値）において小さくなっていくことが証明された。すなわち、第２流路３８から大気中にパージされる濃縮酸素の流量値が増えれば、麻酔器２８に供給される濃縮酸素の酸素濃度が、麻酔器２８に供給される濃縮酸素の流量の値によらず、一定値に低減するように収束する傾向にあることが判明した。
　以上のように、第２流路３８から濃縮酸素を大気中にパージさせることが麻酔器２８に供給される濃縮酸素の酸素濃度の低下に大きく寄与することが判明した。
　この前提のもとで、第２流路３８から大気中にパージされる濃縮酸素の流量値の大小にかかわらず、麻酔器２８に供給される濃縮酸素の流量を大きくすることにより、麻酔器２８に供給される濃縮酸素の酸素濃度が低下することが判明した。
　また、第２流路３８から大気中にパージされる濃縮酸素の流量値が大きくなれば、麻酔器２８に供給される濃縮酸素の流量値の大小にかかわらず、麻酔器２８に供給される濃縮酸素の酸素濃度が一定値に低減するように収束していくことが判明した。
１０　　酸素濃縮装置
１２　　コンプレッサ
１４　　熱交換器
１６　　ファン
１８　　空気制御部
２０Ａ　酸素濃縮部
２０Ｂ　酸素濃縮部
２２　　濃縮酸素タンク
２４　　圧力調整部
２６Ａ　流量計
２６Ｂ　流量計
２７Ａ　流量調整部
２８　　麻酔器
３０Ａ　流量調整部
３０Ｂ　流量調整部
３２　　オリフィス
３４　　ＰＥバルブ
３６　　第１流路
３８　　第２流路
　

Claims (4)

  1. 　大気中の空気を供給するコンプレッサと、
    　前記コンプレッサで供給された空気から濃縮酸素を生成する酸素濃縮部と、
    　前記酸素濃縮部から麻酔器に供給され得る前記濃縮酸素の一部を大気中にパージするための流量調整部と、
    　を有する酸素濃縮装置であって、
    　前記流量調整部で大気中にパージする前記濃縮酸素の流量を調整し、前記麻酔器に供給される前記濃縮酸素の酸素濃度を制御する酸素濃縮装置。
  2. 　前記流量調整部から大気中にパージされる前記濃縮酸素の流量を測定可能な流量計を有する請求項１に記載の酸素濃縮装置。
  3. 　コンプレッサで供給された空気から酸素濃縮部で濃縮酸素を生成する濃縮酸素生成工程と、
    　前記酸素濃縮部から麻酔器に供給され得る前記濃縮酸素の一部を流量調整部で大気中にパージするパージ工程と、
    　を有する酸素濃縮方法であって、
    　前記パージ工程では、大気中にパージする前記濃縮酸素の流量を調整し、前記麻酔器に供給される前記濃縮酸素の酸素濃度を制御する酸素濃縮方法。
  4. 　前記パージ工程では、大気中にパージされる前記濃縮酸素の流量を流量計で測定可能にする請求項３に記載の酸素濃縮方法。
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