JP6464094B2 - 中空糸膜を有する麻酔回路 - Google Patents

Description

本発明は、患者を麻酔するための麻酔回路に関する。本発明は、患者を麻酔するために麻酔回路を使用する方法、および麻酔回路に接続可能な流体分離装置にも関する。

麻酔剤は、医学的手技において患者を麻酔するために一般的に使用される。ストレスレベルを低く保ち、患者をリラックスさせるために、多くの医学的手技において患者は眠っていなければならない。麻酔剤が患者に投与された後、部分的に再利用される麻酔回路システムが当技術分野で知られている。この利点は、使用される麻酔剤が少ないという点である。これは、ほとんどの麻酔剤が比較的高価であるため、財政面で有利である。ハロゲン化炭化水素セボフルランなどのいくつかの麻酔剤はたとえば温室効果流体であるため、使用する麻酔剤が少ないことは環境にもよいことであると思われる。

二酸化炭素は、細胞内で形成され、息を吐くときに肺胞を通して、呼気流体混合物の5%程度のレベルで放出される。息を吐き終わったときの濃度は、二酸化炭素の呼気終末濃度(etCO₂)と称される。二酸化炭素の吸気レベルは、通常0.5%未満である。過剰なレベルの二酸化炭素が患者の血中にあると、血液のpH値が減少し(アシドーシス)、適切に治療されないと、患者の脳活動に影響を与え、最終的に、患者は意識を失い、死亡することになり得る。

患者が流体混合物中の麻酔剤を吸引すると、麻酔剤は肺胞を通って患者の血液中に入る。患者は、ほかにも成分はあるがとりわけ、吐出麻酔剤、吐出酸素、および吐出二酸化炭素を含む流体混合物を吐出する。人間の肺の動作により、吐出流体混合物の二酸化炭素含有量は、吸引流体混合物の二酸化炭素含有量よりも高い。さらに、吐出流体混合物の酸素含有量は、ほとんどの場合において吸引流体混合物の酸素含有量よりも低い。流体混合物(吐出麻酔流体を含む)を再利用できるようにするために、吐出流体混合物の二酸化炭素は、再吸引に適したレベルにまで下げられなければならない。

患者によって再吸引される二酸化炭素流体の量を減少させることを目指す麻酔回路は、当技術分野で知られている。業界の一部では、吐出酸素および吐出麻酔剤を再吸引のために麻酔回路内に維持することを試みることと共に、吐出混合物中の二酸化炭素含有量を減少させることに注目している。吐出酸素流体を維持する望みは、患者の血液中の酸素飽和度を適切な代謝に可能にするのに十分な高さに保つ適切なレベルで吸引混合物の一部として酸素が供給される必要があるという考えを前提としている。多くの刊行物はCO₂を特異的に分離または結合することに注目し、したがって、それを麻酔剤を含む流体混合物から分離する。

いくつかの従来の麻酔回路では、二酸化炭素吸収装置を使用して、麻酔回路内の吐出二酸化炭素を低減する。いくつかの場合において、たとえば、ソーダライムまたはバラライムが使用される。セボフルランおよび他の麻酔剤蒸気は、これらの二酸化炭素吸収装置と反応して、化合物Aなどの有害な化学物質を生成し得る。化合物Aは、ネフロおよびセレボ毒作用などの悪影響をもたらすことが判明している。

他の従来のシステムでは、麻酔回路からの吐出二酸化炭素の量を減らすために、二酸化炭素(および場合によっては、麻酔剤)との化学反応性を有する物質を含浸させた膜が使用される。たとえば、二酸化炭素との化学反応性を有するアミノ酸またはアミン基を含む膜が、当技術分野で知られている。反応部位は、時間の経過と共に劣化するか、または汚染されてしまう可能性があり、膜を処分して交換する必要がある。

少なくとも1つの他の流体から麻酔剤を分離する当技術分野で知られている選択膜の特定の例として、Schmidtの米国特許第2007/0017516号、Schmidtの米国特許出願第2010/0031961号、Kulkarniらの米国特許第2009/0126733号、およびThe Journal of Membrane Science Article、「Xenon recycling in an anaesthetic closed-system using carbon molecular sieve membranes」(S. Lagorsse、F.D. Magalhaes、A. Mendes; Journal of Membrane Science 301 (2007年)29〜38頁)が挙げられる。

米国特許出願公開第2007/0017516号明細書 米国特許出願公開第2010/0031961号明細書 米国特許出願公開第2009/0126733号明細書

The Journal of Membrane Science Article、「Xenon recycling in an anaesthetic closed-system using carbon molecular sieve membranes」(S. Lagorsse、F.D. Magalhaes、A. Mendes; Journal of Membrane Science 301 (2007年)29〜38頁)

吐出麻酔剤が効果的に保持され、患者に再循環され得る改善された麻酔回路に対する必要性が存在する。

以下の概要は、この後のより詳細な説明に読者を導くために用意されている。この概要は、請求項を制限する、または定義することを意図されていない。

本開示の広い一態様によれば、患者を治療するための麻酔回路が実現される。麻酔回路は、
流路と、
外用麻酔剤を流路内に導入するために流路と流体的に連通する麻酔剤入口と、
少なくとも外用麻酔剤を患者に供給するために流路と流体的に連通する少なくとも1つの流体ポートであって、
少なくとも1つの流体ポートは患者から吐出流体混合物を受け入れ、吐出流体混合物は吐出酸素、吐出二酸化炭素、および吐出麻酔剤を含み、流路は少なくとも1つの流体ポートから吐出流体混合物を受け入れるために少なくとも1つの流体ポートと流体的に連通する、少なくとも1つの流体ポートと、
複数の中空糸を備える膜であって、流路と流体的に連通し、少なくとも1つの流体ポートから吐出流体混合物を受け入れるように構成され、吐出流体混合物が膜と接触した後に吐出麻酔剤を流路内に少なくとも部分的に留めておくために吐出麻酔剤に対して少なくとも部分的に不浸透性を有する膜であって、
膜は、膜が1よりも大きい吐出二酸化炭素対吐出麻酔剤の選択度を有するように吐出二酸化炭素に対して浸透性を有し、
吐出流体混合物は膜と接触し、膜は吐出流体混合物から吐出二酸化炭素の一部を分離して、吐出流体混合物よりも少ない量の吐出二酸化炭素を有する修正された流体混合物を流路内に残し、
少なくとも1つの流体ポートは、膜から修正された流体混合物を受け入れ、少なくとも修正された流体混合物を患者に供給するように構成されている、膜と、
患者に供給される修正された流体混合物に加えられるべき外部流体を流路内に導入するための流体入口とを備える。

いくつかの場合において、吐出麻酔剤は、吐出分子麻酔剤(exhaled molecular anesthetic agent)である。いくつかの実施形態では、膜は、少なくとも1つのポリマー材料を含む。いくつかの場合において、膜は、膜が1よりも大きい吐出酸素対吐出分子麻酔剤の選択度を有するように吐出酸素に対して浸透性を有する。

いくつかの実施形態では、膜は、少なくとも2の吐出酸素対吐出麻酔剤の選択度を有するように吐出酸素に対して浸透性を有する。

いくつかの場合において、膜は、少なくとも2の吐出二酸化炭素対吐出麻酔剤の選択度を有する。

いくつかの実施形態では、膜は、全体がポリマー材料で構成される。

いくつかの場合において、膜は、流路の外部に配置される二次酸素が、膜を通過し、流路内に入るように構成される。

いくつかの実施形態では、麻酔回路は、外部酸素で外部流体を富化するための外部酸素源をさらに備える。他の実施形態では、外部酸素源は、外部酸素を麻酔回路内に直接導入する。

いくつかの場合において、麻酔回路は、吐出流体混合物および修正された流体混合物を流路内に通すのを円滑にするための少なくとも1つの流動発生器(flow generator)をさらに備える。

いくつかの実施形態では、麻酔回路は、流路内に乱流誘発コンポーネント(turbulence-inducing component)をさらに備え、これにより、膜のところに吐出流体混合物の乱流を発生させて吐出流体混合物と膜との間の接触を増大させる。

いくつかの場合において、吐出麻酔剤は、揮発性麻酔剤であり、膜は、揮発性麻酔剤に対して少なくとも部分的に不浸透性を有する。

いくつかの実施形態では、吐出麻酔剤は、ポリハロゲン化エーテルである。

いくつかの場合において、吐出麻酔剤は、セボフルラン、イソフルラン、またはデスフルランのうちの少なくとも1つを含む。

いくつかの実施形態では、吐出麻酔剤は、168g/モルよりも大きい分子量を有する。

いくつかの場合において、二酸化炭素吸収材料が、流路の外部にある膜の側部に配置される。いくつかの場合において、膜は、二酸化炭素吸収材料を流路内に留められた吐出麻酔剤から分離して、吐出麻酔剤が二酸化炭素吸収材料と接触するのを妨げる。いくつかの場合において、二酸化炭素吸収材料は、ソーダライム、アルカノライム(alkanolime)、アルカノールアミン、アミノ化合物、アミノ酸のアルカリ塩、グリシン、DL-アラニン、ベータアラニン、セリン、トレオニン、イソロイシン、DL-バリン、ピペラジン-2-カルボン酸、プロリン、アルギニン、ガンマアミノ酪酸、オルニチン、グリシン酸カリウム、トレオン酸カリウム、タウリン、クレアチン、およびヒスチジンのうちの少なくとも1つを含む。

いくつかの実施形態では、吐出流体混合物の麻酔回路は、アセトアルデヒド、アセトン、エタン、エチレン、水素、イソプレン、メタン、メチルアミン、またはペンタンを含む代謝産物を含む。いくつかの場合において、膜は、代謝産物に対して浸透性を有し、吐出流体混合物は膜と接触して、吐出流体混合物よりも少ない量の代謝産物を有する修正された流体混合物を流路内に残す。

いくつかの場合において、膜は、ポリハロカーボン膜である。より具体的には、いくつかの場合において、膜は、ポリメチルペンテン膜である。いくつかの場合において、膜は、ポリシロキサン膜である。より具体的には、いくつかの場合において、膜は、ポリジメチルシロキサン膜である。

いくつかの実施形態では、膜は、緻密膜である。

いくつかの場合において、膜は、複数の中空糸を備える非対称膜であり、複数の中空糸は、多孔質支持層と緻密層とを備える少なくとも1つの壁を有する。

いくつかの実施形態では、膜は、ガラス質ポリマー、ポリマーサイズ選択性膜(polymeric size selective membrane)、または複合ポリマー膜を含む。

いくつかの場合において、膜は、吐出二酸化炭素に関して完全に不活性であり、アミノ酸を含まない。

いくつかの実施形態では、少なくとも1つの流体ポートは、少なくとも外用麻酔剤を患者に供給するための流路と流体的に連通する排出口と、患者から吐出流体混合物を受け入れるための排出口と別の進入口とを備える。流路は、進入口から吐出流体混合物を受け入れるために進入口と流体的に連通しているものとしてよい。排出口は、膜から修正された流体混合物を受け入れ、修正された流体混合物を患者に供給するように構成され得る。

いくつかの場合において、少なくとも1つの流体ポートは、ただ1つの流体ポートを含む。1つの流体ポートは、少なくとも外用麻酔剤を患者に供給するために流路と流体的に連通するものとしてよい。1つの流体ポートは、患者から吐出流体混合物を受け入れるものとしてよい。流路は、1つの流体ポートから吐出流体混合物を受け入れるために1つの流体ポートと流体的に連通しているものとしてよい。この1つの流体ポートは、膜から修正された流体混合物を受け入れ、修正された流体混合物を患者に供給するように構成され得る。

いくつかの場合において、それぞれの中空糸は、吐出流体混合物と接触し、吐出二酸化炭素の少なくとも一部が中空糸内に流れ込むのを許す第1の側部と、吐出二酸化炭素の少なくとも一部が中空糸内に流れ込んだ後に修正された流体混合物が供給される対向する第2の側部とを有する外壁を有する。

いくつかの実施形態では、中空糸は、掃引流体(sweep fluid)がその中を通過するのを許し、それにより吐出二酸化炭素の少なくとも一部を中空糸内に運ぶのを円滑にし、また中空糸は、掃引流体および吐出二酸化炭素を流路から外へ導く。

いくつかの場合において、膜は、膜ハウジング内に配置される。吐出流体混合物は、ハウジング入口を介して膜ハウジング内に入るものとしてよい。膜ハウジングは、吐出流体混合物を膜と接触させて、修正された流体を供給することができる。膜ハウジングは、ハウジング入口を介して修正された流体混合物をハウジングから外へ導くことができる。代替的に、膜ハウジングは、ハウジング出口を介して修正された流体混合物をハウジングから外へ導くことができる。

いくつかの場合において、ハウジング出口とハウジング入口とは別々であり、互いに同心状である。

いくつかの実施形態では、複数の中空糸が、互いに間隔をあけて配置され、吐出流体混合物が最初に複数の中空糸と接触したときに吐出流体混合物の進入方向に実質的に平行になるように配置構成される。

いくつかの場合において、複数の中空糸が、互いに間隔をあけて配置され、吐出流体混合物が最初に複数の中空糸と接触したときに吐出流体混合物の流れ方向に実質的に垂直になるように配置構成される。

いくつかの実施形態では、膜は、吐出流体混合物を中に受け入れるための開放端を有する中空の内芯を画成する円筒形ロールに巻き付けられた複数の中空糸を備える。

いくつかの実施形態では、複数の中空糸は、少なくとも第1の平面状マットに形成される。いくつかの場合において、第1の平面状マット内の複数の中空糸は、互いに間隔をあけて、互いに実質的に平行になるように配置される。

いくつかの場合において、第1の平面状マットはロール状に巻かれて、実質的に平行な中空糸の同心層を形成する1本の円筒形ロールにされる。

いくつかの実施形態では、ロール状に巻かれた第1の平面状マットは、吐出流体混合物を受け入れるための第1の開放端を有する中空の内芯および閉じられた第2の端部を画成する。

いくつかの場合において、複数の中空糸は、第1の平面状マットおよび第2の平面状マットに形成され、第2の平面状マット内の複数の中空糸は、互いに間隔をあけて、互いに実質的に平行になるように配置され、第1の平面状マットは、第2の平面状マットに重ね合わされ、重ね合わされた第1および第2の平面状マットはロール状に巻かれて、中空糸の同心層を形成する1本の円筒形ロールにされる。

いくつかの実施形態では、第1の平面状マットは、第1の平面状マットの中空糸が第2の平面状マットの中空糸に対してある角度で向き付けられ、綾巻きされた中空糸の同心層を構成するように第2の平面状マットと重ね合わされる。

いくつかの場合において、ロール状に巻かれた第1の平面状マットおよび第2の平面状マットは、吐出流体混合物を受け入れるように構成された第1の開放端を有する中空の内芯を画成する。

いくつかの実施形態では、複数の中空糸は、互いに積み重ねられた平面状円板に形成される。それぞれの平面状円板内の中空糸は、互いに間隔をあけて配置され、対応する円板方向に互いに実質的に平行に向き付けられる。

いくつかの場合において、第1の円板に対する対応する円板方向は、第1の円板に隣接して直に積み重ねられている他の円板に対して対応する円板方向と異なる。

いくつかの実施形態では、積み重ねられている円板のすべてに対する対応する円板方向は、実質的に同じである。

いくつかの場合において、膜の複数の中空糸は、長手方向中心線を有する細長いチャネル内に配置されている。

いくつかの実施形態では、複数の中空糸は、細長いチャネルの長手方向中心線に実質的に垂直に配置構成される。

いくつかの場合において、細長いチャネルは、長手方向中心線に垂直な平面内で実質的に矩形の断面を有する。

いくつかの実施形態では、細長いチャネルは、長手方向中心線に垂直な平面内で丸い断面を有する。

いくつかの場合において、細長いチャネルは、約300mm²から20,000mm²の断面積を有する長手方向中心線に垂直な平面内の断面を有する。

いくつかの実施形態では、細長いチャネルの長手方向中心線は、湾曲している。

いくつかの実施形態では、膜の複数の中空糸は、膜ハウジング内に配置され、中空糸は、膜ハウジング内にランダムに詰め込まれる(ランダムに向き付けられる)。

いくつかの場合において、吐出流体混合物は、ハウジング入口を介してハウジング内に入り、膜ハウジングは、吐出流体混合物を膜と接触させて、修正された流体混合物を供給し、膜は、ハウジング出口を介して修正された流体混合物を膜ハウジングから外へ導く。

いくつかの場合において、膜の複数の中空糸は、ハウジング内に配置され、少なくとも1本の中空糸は、別の中空糸の対応する形状および向きと異なる対応する形状および向きを有する。

いくつかの場合において、それぞれの中空糸は、ハウジング内の他のすべての中空糸の対応する形状および向きと異なる対応する形状および向きを有する。

本開示の別の広い態様によれば、麻酔回路に流体的に接続可能な流体分離装置が実現され、麻酔回路は少なくとも吐出麻酔剤および吐出二酸化炭素を含む吐出流体混合物を流路に通して運ぶための流路を有する。流体分離装置は、
複数の中空糸を有する膜であって、
膜は吐出流体混合物が膜と接触した後に吐出麻酔剤を流路内に少なくとも部分的に留めておくために吐出麻酔剤に対して少なくとも部分的に不浸透性を有する膜であって、
膜は、膜が1よりも大きい吐出二酸化炭素対吐出麻酔剤の選択度を有するように、吐出麻酔剤よりも、吐出二酸化炭素に対して高い浸透性を有する、膜と、
中に膜を収容する膜ハウジングであって、
ハウジングは、ハウジング入口を介して吐出流体混合物を受け入れるように構成され、
膜ハウジングは、吐出流体混合物を膜と接触させて、吐出流体混合物よりも少ない量の吐出二酸化炭素を有する修正された流体を供給し、
膜ハウジングは、ハウジング出口を介して修正された流体混合物を膜ハウジングから外へ導き、
少なくとも1本の中空糸は、掃引流体がその中を通過するのを許し、それにより吐出二酸化炭素の少なくとも一部を少なくとも1本の中空糸内に運ぶのを円滑にし、
膜ハウジングは、掃引流体を中に通して受け入れるための少なくとも1つの掃引入口と、掃引流体を膜ハウジングから追い出すための少なくとも1つの掃引出口とを有する、膜ハウジングとを備える。

いくつかの実施形態では、膜ハウジングは、掃引入口から受け入れた掃引ガスを第1の掃引方向に複数の中空糸の第1の部分に通し、その後、掃引ガスが掃引出口を介してハウジングから出る前に第1の掃引方向と実質的に反対の第2の掃引方向に複数の中空糸の第2の部分に通すように構成される。いくつかの場合において、複数の中空糸の第1の部分は、複数の中空糸の第2の部分から径方向外向きである。

いくつかの実施形態では、掃引流体は、少なくとも窒素ガスを含み、膜は、窒素ガスに対して少なくとも部分的に不浸透性を有し、膜が1よりも大きい吐出二酸化炭素対窒素ガスの選択度を有するように吐出二酸化炭素に対して浸透性を有する。

いくつかの場合において、膜は、吐出流体混合物を受け入れるための開放端を有する中空の内芯を画成する円筒形ロールに巻き付けられた複数の中空糸を備える。

いくつかの実施形態では、膜は、吐出流体混合物中の代謝産物に対して浸透性を有し、吐出流体混合物は膜と接触して、吐出流体混合物よりも少ない量の代謝産物を有する修正された流体混合物を流路内に残す。代謝産物は、アセトアルデヒド、アセトン、エタン、エチレン、水素、イソプレン、メタン、メチルアミン、またはペンタンを含み得る。

いくつかの場合において、膜ハウジングは、膜の中空の内芯内に挿入された内側シャフトを備え、内側シャフトは、中に複数の開口を有し、吐出流体混合物をこれらの開口に通し、膜内に導き入れる。いくつかの場合において、膜ハウジング入口から遠く離れて配置されている開口は、一般的に、膜ハウジング入口により近くに配置されている開口よりも小さい。

本開示の別の広い態様によれば、患者を麻酔治療するための方法が提供される。この方法は、
流路を介して外用麻酔剤を患者の方へ、また患者体内に導入するステップと、
吐出酸素、吐出二酸化炭素、および吐出麻酔剤を含む吐出流体混合物を患者から、体外へ導いて流路に入れるステップと、
吐出流体混合物を流路に通して流路と流体的に連通する複数の中空糸を備える膜の方へ前進させて、膜と接触させるステップと、
吐出流体混合物が膜と接触した後に吐出流体混合物から吐出麻酔剤に比べて吐出二酸化炭素の多くを膜に通して、流路から移送し、流路内に修正された流体混合物を残すステップであって、修正された流体混合物は、吐出流体混合物よりも低い濃度の吐出二酸化炭素を有する、ステップと、
修正された流体混合物を流路に通して患者の方へ前進させて、少なくとも修正された流体混合物を患者に供給するステップとを含む。

いくつかの場合において、患者の麻酔治療のための方法は、
吐出流体混合物が膜と接触した後に吐出酸素を膜に通して移送し、修正された流体混合物を流路内に残すステップであって、膜は、1より大きい吐出酸素対吐出麻酔剤の選択度を有し、
外用麻酔剤は、分子麻酔剤を含み、
吐出麻酔剤は、吐出分子麻酔剤であり、
複数の中空糸は、少なくとも部分的にポリマー材料から作られる、ステップと、
修正された流体混合物を流路に通して患者の方へ前進させて、少なくとも修正された流体混合物を患者に供給するステップとをさらに含む。

本開示のさらに別の広い態様によれば、膜は、麻酔回路内の吐出流体混合物から流体を選択的に分離するために用意され、吐出流体混合物は少なくとも吐出麻酔剤と吐出二酸化炭素とを含む。膜は、
複数の中空糸を備え、
吐出流体混合物が膜と接触した後に吐出麻酔剤を流路内に少なくとも部分的に留めておくために吐出麻酔剤に対して少なくとも部分的に不浸透性を有し、
膜は、膜が1よりも大きい吐出二酸化炭素対吐出麻酔剤の選択度を有するように、吐出麻酔剤よりも、吐出二酸化炭素に対して高い浸透性を有する。

いくつかの実施形態では、膜は、吐出流体混合物を中に受け入れるための開放端を有する中空の内芯を画成する円筒形ロールに巻き付けられた複数の中空糸を備える。

いくつかの実施形態では、膜は、互いに積み重ねられた平面状円板に形成される複数の中空糸を備える。いくつかの場合において、それぞれの平面状円板内の中空糸は、互いに間隔をあけて配置され、対応する円板方向に互いに実質的に平行に向き付けられる。

本開示のさらに別の広い態様によれば、膜の使用は、本明細書で説明されているように、麻酔回路内の吐出流体混合物から流体を選択的に分離するためになされ、吐出流体混合物は少なくとも吐出麻酔剤と吐出二酸化炭素とを含む。

本開示のさらに別の広い態様によれば、流体分離装置の使用は、本明細書で説明されているように、麻酔回路内の吐出流体混合物から流体を選択的に分離するためになされ、吐出流体混合物は少なくとも吐出麻酔剤と吐出二酸化炭素とを含む。

さまざまな実施形態の説明において添付図面が参照される。

本発明の一実施形態による例示的な麻酔回路の側面図である。 膜ハウジングに対する代替的位置を示す、図1の例示的な麻酔回路の側面図である。 外部酸素源をさらに備える、図1の麻酔回路の側面図である。 圧縮可能な部材を有する代替的実施形態による麻酔回路の側面図である。 圧縮可能な部材を有するさらに別の実施形態による麻酔回路の側面図である。 ベロウを有する代替的実施形態による麻酔回路の側面図である。 例示的な流動発生器を有する代替的実施形態による麻酔回路の側面図である。 膜ハウジングの代替的位置を示す、図3bの麻酔回路の側面図である。 例示的な流動発生器を備える代替的実施形態による麻酔回路の側面図である。 膜ハウジングの代替的位置を示す、図3fの麻酔回路の側面図である。 乱流誘発部材をさらに備える、図1の麻酔回路の側面図である。 複数の膜ハウジングおよび膜をさらに備える、図1の麻酔回路の側面図である。 図1の麻酔回路内の流体流を例示している麻酔回路の側面図である。 二次酸素を含む流体流を示す図1の麻酔回路の側面図である。 例示的な膜の側面図である。 代替的な膜の側面図である。 二酸化炭素吸収材料をさらに備える図8の膜の側面図である。 二酸化炭素吸収材料をさらに備える図9の膜の側面図である。 例示的な酸素供給器の側面図である。 流路に関して90°回転させた、図12の酸素供給器の側面図である。 例示的なOXYPLUS(商標)膜の中空糸の部分的平面図である。 例示的なOXYPLUS(商標)膜の緻密層および多孔質支持層の部分的平面図である。 ACCUREL(商標)生産工程の例示的な配置図である。 ULTRAPHOBIC(商標)膜の例示的な中空糸の平面図である。 ULTRAPHOBIC(商標)膜の緻密層および多孔質支持層の部分的平面図である。 膜の例示的な中空糸の切欠側面図である。 平面状マット内の中空糸を備える例示的な膜の平面図である。 中空の内芯を囲む中空糸を備える例示的な円筒形膜の切欠上面図である。 図21aの円筒形膜の切欠側面図である。 図20の膜がロール状に巻かれて平行な中空糸を有する円筒形膜にされた様子を示す断面図である。 図21cのロール状に巻かれた円筒形膜の斜視図である。 第1の平面状マットおよび第2の平面状マットが綾巻きされた糸を有するロール状に巻かれた円筒形膜を形成するための一ステップとしてロール状に巻かれている様子を示す斜視図である。 図23の第1の平面状マットおよび第2の平面状マットが綾巻きされた糸を有するロール状に巻かれた円筒形膜を形成するための一ステップとして台形形状になるように引っ張られ、互いに重ね合わされる様子を示す平面図である。 図24の第1の平面状マットおよび第2の平面状マットが綾巻きされた糸を有するロール状に巻かれた円筒形膜を形成するように組み合わされる様子を示す斜視図である。 図21、図22、または図25のロール状に巻かれた円筒形膜を収容する膜ハウジングを備える例示的な流体分離装置の切欠側面図である。 図26のハウジング入口およびハウジング出口の平面詳細図である。 中空糸を備える平面膜円板の上面斜視図である。 図28の平面状円板の底面斜視図である。 例示的な積層円筒形膜を形成するように積み重ねられた図28および図29の平面状円板の斜視図である。 図30の積層円筒形膜を収容するための例示的な膜ハウジングの斜視図である。 図30の積層円筒形膜を収容するための膜ハウジングを備える例示的な流体分離装置の切欠側面図である。 例示的な膜を収容する膜ハウジングを備える流体分離装置の代替的実施形態の斜視図である。 図33の流体分離装置の側面図である。 図33の流体分離装置の部分的切欠側面図である。 図33の流体分離装置の正面図である。 膜ハウジングが湾曲している例示的な膜を収容する膜ハウジングを備える流体分離装置の代替的実施形態の平面図である。 例示的な膜を収容する膜ハウジングを備える流体分離装置のさらなる実施形態の斜視図である。 膜ハウジングの同じ側にハウジング入口およびハウジング出口を有するように修正された、図1の麻酔回路の側面図である。 例示的な膜を収容する膜ハウジングを備える例示的な流体分離装置の斜視図である。 図39の流体分離装置の側面図である。 図39および図40の流体選択装置の底面図である。 図39から図41の流体選択装置の上面図である。 図39から図42の流体分離装置の切欠側面図である。 図39から図42の流体分離装置の別の切欠側面図である。 図39から図42の流体分離装置の別の切欠側面図である。 図45の流体分離装置から見た膜の一部の詳細図である。 図45の一部の詳細図である。 図45の別の一部の詳細図である。 例示的な膜を収容する膜ハウジングを備える別の例示的な流体分離装置の斜視図である。 図49の流体分離装置の平面側面図である。 図49の流体分離装置の別の平面側面図である。 図49から図51の流体分離装置の上面図である。 図49から図52の流体分離装置の切欠側面図である。 図49から図52の流体分離装置の別の切欠側面図である。 図54の一部の詳細図である。 図54の別の一部の詳細図である。 例示的な膜を収容する膜ハウジングを備える別の例示的な流体分離装置の斜視図である。 図57の流体分離装置の正面図である。 図57および図58の流体分離装置の上面図である。 図57から図59の流体分離装置の切欠側面図である。 図57から図59の流体分離装置の切欠上面図である。 図57の流体分離装置の別の切欠側面図である。 図60の一部の詳細図である。 図60の別の一部の詳細図である。 膜ハウジングに対する例示的な内側シャフトの側面図である。 膜ハウジングに対する別の例示的な内側シャフトの側面図である。

図1は、患者を治療するための例示的な麻酔回路10を示している。図1に示されているように、麻酔回路10は、流路12を備える。流路12は、流体を患者20に移送し、患者20から移送するための通路を構成する。流体は、本明細書で説明されているように、気体もしくは気体の組み合わせ、または液体もしくは液体の組み合わせを含むことに留意されたい。液体は、たとえば、蒸気の形態で存在し得る。流体という用語は、流体と液体との混合物(場合によっては、蒸気の形態であってもよい)も包含し得る。いくつかの場合において、流路12は、中空の導管を構成する。流路12は、たとえば、可撓管であってもよい。流路12は、プラスチックなどのポリマー材料から作られてもよい。いくつかの場合において、麻酔回路10は、換気システムであるか、または場合によっては、換気システムと連動して動作可能であるものとしてよい。

麻酔剤入口14は、流路12と流体的に連通する。麻酔剤入口14は、少なくとも外用麻酔剤16を流路12内に導入する。図1は、外用麻酔剤16を患者20に送達するために従来から使用されているような、麻酔器18と流体的に連通する流路12の麻酔剤入口14を示している。外用麻酔剤16は、麻酔器18によって流路12内に貯蔵され、送達され得る。麻酔器18は、流路12内を移動している流体の流速を監視し得る。麻酔器18は、患者20の身体特性および生命兆候を監視するためにも使用され得る。患者20は、人間であるものとして図1に示されているが、患者20は、任意のヒト、動物、細胞、または生命体であってよい。麻酔回路10は、たとえばヒトおよび動物などの、任意の生体細胞または生命体を治療するために使用され得る。麻酔回路10は、たとえば、イヌおよびネコなどの、ペットを治療するために使用され得る。

麻酔回路10は、少なくとも1つの流体ポート24を備える。少なくとも1つの流体ポート24は、少なくとも外用麻酔剤16を患者20に供給するために流路12と流体的に連通する。外用麻酔剤16は、少なくとも1つの流体ポート24を介して、外用麻酔剤16を患者20の気道に送達することにより麻酔過程が開始するときに、最初に患者20を麻酔する。いくつかの場合において、少なくとも1つの流体ポート24は、排出口22および進入口36を備える。排出口22は、流路12から流体を患者20に送達するために、患者20の気道によって直接受け入れられるように構成され得る。代替的に、少なくとも1つの流体ポート24は、Yピースを備え、排出口22は、患者20の気道によって受け入れられるYピースと係合し得る。患者20は自分の気道を通して外用麻酔剤16を息と共に吸い込み、それによって麻酔剤が患者の肺に送達される。

患者20が変換された吐出流体混合物26を息と共に吐き出すように患者20の肺胞内で交換が行われる。吐出流体混合物26は吐出酸素28、吐出二酸化炭素30、および吐出麻酔剤34を含む。

吐出麻酔剤34は、分子麻酔剤であるものとしてよく、これは、吐出酸素28および吐出二酸化炭素30に加えて他の流体と混合されても混合されなくてもよい。当業者であれば、分子麻酔剤では中の複数の異なる原子同士が結合して1つの分子を形成していることを理解するであろう。たとえば、セボフルランは、化学形態(1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロ-2-(フルオロメトキシ)プロパン)を有する分子麻酔剤である。次いで、セボフルランは、異なる元素状フッ素、炭素、および酸素同士が結合したものを含む。対照的に、希ガスは、他の元素に結合されていないただ1つの元素からなる。たとえば、キセノン麻酔剤は、キセノン原子のみで構成され、アルゴンは、アルゴン原子のみで構成される。吐出麻酔剤34は、外用麻酔剤16に由来するものとしてよく、分子麻酔剤を含み得る。いくつかの場合において、吐出麻酔剤34は、患者体内に溶解された分子麻酔剤である(すなわち、心臓手術の後の)。いくつかの場合において、吐出麻酔剤34は、患者体内に部分的に溶解され、患者の気道に導入された外用麻酔剤16に部分的に含まれている分子麻酔剤を含む。いくつかの実施形態では、吐出分子麻酔剤34は、吐出麻酔剤のみである。いくつかの実施形態では、吐出麻酔剤34は、他の非分子麻酔剤と混合される分子麻酔剤を含む。

適宜、吐出麻酔剤34は、ポリハロゲン化エーテルを含む。吐出麻酔剤34は、疎水性であり得る(すなわち、気体形態では、水よりも油によく溶解し、液体形態では水と自由に混和し得る)。吐出麻酔剤34の非限定的な例として、セボフルラン、デスフルラン、またはイソフルランが挙げられる。吐出麻酔剤34は、全体がセボフルラン、デスフルラン、もしくはイソフルランのうちの1つ、またはこれらの混合物からなるものとしてよい。

吐出麻酔剤34は、揮発性麻酔剤であってもよい。揮発性麻酔剤は、室温(適宜、1atmで20℃)では液体であるが、減圧下では容易に蒸発する。適宜、吐出麻酔剤34は、20℃で約155mmHgから670mmHgの間の蒸気圧を有する。適宜、吐出麻酔剤34は、20℃で約250mmHgから500mmHgの間の蒸気圧を有する。

適宜、吐出麻酔剤34は、760mmで20℃から60℃の範囲内の沸点を有する。

適宜、吐出麻酔剤34は、少なくとも150g/モルの分子量を有する分子麻酔剤である。適宜、吐出麻酔剤は、少なくとも168g/モルの分子量を有する分子麻酔剤である。特に、対照的に、キセノン(原子状麻酔剤である)は、131.3g/モルのより小さい分子量を有する。

麻酔回路10は、少なくとも1つの流体ポート24を有する。少なくとも1つの流体ポート24は患者20から吐出流体混合物26を受け入れる。吐出流体混合物26は吐出酸素28、吐出二酸化炭素30、および吐出麻酔剤34を含む。流路12は少なくとも1つの流体ポート24から吐出流体混合物26を受け入れるために少なくとも1つの流体ポート24と流体的に連通している。

少なくとも1つの流体ポート24は、患者20から吐出流体混合物26を受け入れるための進入口36を備えるものとしてよい。流路12は、進入口36から吐出流体混合物26を受け入れるために進入口36と流体的に連通しているものとしてよい。進入口36は、患者20から流体を流路12に送達するために、患者20の気道によって直接受け入れられるように構成され得る。進入口36は、逆止め弁であってよい。少なくとも1つの流体ポート24は、Yピースを備え、進入口36は、患者20の気道によって受け入れられるそのYピースと係合し得る。進入口36は、図1に例示されているように、排出口22から分離され、明確に異なるものとしてよい。これらの場合において、排出口22は、膜38から修正された流体混合物42を受け入れ、修正された流体混合物42を患者20に供給するように構成される。いくつかの実施形態では、麻酔剤入口14は、進入口36および排出口22と分離し、明確に異なるものである。排出口22は、逆止め弁であってよい。いくつかの実施形態では、進入口36および排出口22の少なくとも一方は、麻酔剤入口14として機能してもよい。麻酔剤入口14は、液体麻酔剤用の注入器であってもよい。

図1に例示されているように、麻酔回路10は、少なくとも1つのポリマー材料を含み得る膜38を備え、流路12と流体的に連通している。図1に例示されているように、膜38は、膜ハウジング40内に収容され得る。代替的に、膜38は、膜ハウジング40が存在しない場合に、流路12の壁内の開口に嵌合し得る。膜38が、流路12の壁の開口内に嵌合すると、膜38は、流路12の壁の残り部分に付着して固定されるか、またはそれと一体形成され得る。いくつかの場合において、膜38は、流路12の壁の間の内側に広がる。

図1に例示されているように、膜38は、少なくとも1つの流体ポート24から吐出流体混合物26を受け入れるように構成される。いくつかの場合において、少なくとも1つの流体ポート24は、排出口22から離れている進入口36を備える。いくつかの場合において、膜38は、進入口36から下流に配置される。この実施形態では、吐出流体混合物26が流路12内を移動するときに、それが膜38と接触した後に、吐出流体混合物26の一部が膜38を通過して、流路12から外へ出て、修正された流体混合物42を流路内12に残す。

図1に例示されているように、膜38が膜ハウジング40内に収容されている場合、吐出流体混合物26は、膜ハウジング40内にハウジング入口44を通して受け入れられ得る。いくつかの実施形態では、麻酔回路10は、膜38と膜ハウジング40とを備える、流体分離装置41を備える。流体分離装置41は、流路12に解放可能に接続可能であってよい。いくつかの場合において、流体分離装置41は、流路12に解放可能に接続可能であるカートリッジの形態をとる。いくつかの場合において、流体分離装置41は、たとえば流体分離が損なわれた場合に、麻酔回路から取り外され、別の流体分離装置41と交換され得る。ハウジング入口44は、たとえば、流体的に封止された摩擦嵌めまたはクランプ結合を用いて流路12と係合し得る。吐出流体混合物26が、膜ハウジング40内の膜38と接触した後、修正された流体混合物42が膜ハウジング40内に形成される。修正された流体混合物42は、ハウジング出口46を介して膜ハウジング40を出るものとしてよい。ハウジング出口46は、たとえば、流体的に封止された摩擦嵌めまたはクランプ結合を用いて流路12と係合し得る。修正された流体混合物42は、膜ハウジング40から出た後、流路12を通して運ばれ得る。

膜38は、少なくとも1つのポリマー材料を含み得る。いくつかの実施形態では、膜38は、全体がポリマー材料で構成される。いくつかの実施形態では、膜38は、全体がただ1つの種類のポリマー材料で構成される。いくつかの実施形態では、膜38は、ポリシロキサンを含み、したがってポリシロキサン膜である。より具体的には、膜38は、ポリジメチルシロキサンを含むものとしてよく、したがってポリジメチル膜であるものとしてよい。いくつかの実施形態では、膜38は、ハロカーボンポリマーを含み、したがってポリハロカーボン膜である。より具体的には、膜38は、ポリメチルペンテンを含むものとしてよく、したがってポリメチルペンテン膜であるものとしてよい。

少なくとも1つの流体ポート24は、膜38から修正された流体混合物を受け入れ、少なくとも修正された流体混合物42を患者20に供給するように構成されている。進入口36および別の排出口22が存在している場合、排出口22は、修正された流体混合物42を膜38から受け入れるように構成される。いくつかの場合において、排出口22は、膜38から下流に配置される。排出口22は、少なくとも修正された流体混合物42を患者20に供給する。進入口36は、膜38から上流に配置され得る。

図1に示されているように、麻酔回路10は、流路12内の修正された流体混合物42に加えられる外部流体を外部流体源52から導入するための流体入口50を備える。流体入口50は、流路12と流体的に連通する独立した入口であってよい。代替的に、麻酔剤入口14は、図1に示されているように、流体入口50としても働き得る。流体入口50は、流路12内の酸素レベルが患者20を支援するために許容可能なレベルを下回る場合に、追加の新鮮な流体(たとえば、酸素または空気)を流路12に加えて、必要ならば患者20に供給することを可能にできる。酸素補充は、たとえば、患者20が自分の代謝速度を高める場合に必要になり得る。酸素補充は、かなりの量の酸素が膜38を介して通路12から出る場合にも必要になり得る。一般的に、空気または酸素を流路12に加える方が、外用麻酔剤16を流路12に加えるよりも(単位体積当たり)安価であることに留意されたい。外部空気源52は、圧縮された加圧流体(たとえば、空気)を中に収容するタンクであってよい。

上が概要を述べたように、流体は、少なくとも部分的に流路12内を再循環し得る。例示的な流体流方向48は、図1に示されている。

図1に示されている代替的実施形態において、膜38は、流体流方向48に対応する環状ループ内で流体を移動する流路12の部分の外部にある部分内に配置され得る。いくつかの場合において、膜38は、流体源52と流体流方向48に対応する環状ループ内で流体を移動する流路12の部分のとの間に配置された流路12の分岐通路内に配置され得る。いくつかの実施形態では、膜38は、麻酔器18内に配置され得る。

図1aは、図1の膜38の配置に対する代替的配置の膜38を示している。

図2に示されているように、場合によっては、麻酔回路10は、外部酸素で外部流体を富化するための外部酸素源56を備える。外部酸素源56は、圧縮された加圧酸素流体を中に収容するタンクであってよい。外部酸素は、流体入口50を通じて送達され得る。

図1を再度参照すると、麻酔回路10は、流路12を通る吐出流体混合物26および修正された流体混合物42の流れを円滑にするための少なくとも1つの流動発生器58を備えているものとしてよい。図1に示されている実施形態では、麻酔器18は、一般に当技術分野で知られているように、流動発生器58として働き得る。いくつかの場合において、複数の流動発生器58が用意され得る。たとえば、第1の流動発生器は、吐出流体混合物26の流れを駆動することができ、第2の流動発生器は、修正された流体混合物42の流れを駆動することができる。流動発生器58の例は、流体を流路12内に送り込むことができるモーター、ファン、ポンプ、またはバキュームを備える。

図3aに示されている代替的実施形態では、流動発生器58は、圧縮性部材59を備える。図3aに例示されているように、圧縮性部材59は、対向する壁60を備える。対向する壁60が互いの方へ移動されると、駆動陽圧が流路12内に引き起こされる。対向する壁60は、可撓性を有するものとしてよい。対向する壁60は、人手によって手動で圧縮可能であるものとしてよい。

いくつかの場合において、図3aに例示されているように、流路12は、必要ならば流路12内に流体を放出するための少なくとも1つの放出弁62を備える。

いくつかの場合において、図3aに例示されているように、少なくとも1つの流体ポート24は、ただ1つの流体ポートを含む。例示されているように、1つの流体ポート24は、少なくとも外用麻酔剤16を患者20に供給するために流路12と流体的に連通する。1つの流体ポート24は、患者20から吐出流体混合物を受け入れ、流路12は、1つの流体ポート24から吐出流体混合物26を受け入れるために1つの流体ポート24と流体的に連通している。1つの流体ポート24は、膜38から修正された流体混合物42を受け入れ、修正された流体混合物42を患者20に供給するように構成される。

図3bに例示されているように、中に膜38を有する膜ハウジング40は、流路12の残り部分と流動発生器58との間にも配置され得る。図3bに例示されているように、流動発生器58は、対向する壁60を有する圧縮可能チャンバー59を備えることができる。

図3bに例示されているように、膜38は、膜ハウジング40内に配置される。吐出流体混合物26は、ハウジング入口44を介して膜ハウジング40内に入る。膜ハウジング40は、吐出流体混合物26を膜38と接触させて、修正された流体混合物42を供給することができる。修正された流体混合物42は、最初に膜出口46を介して膜ハウジング40から排出され得る。流動発生器58は、2度目に、修正された流体混合物42を膜ハウジング40内に戻して膜38と接触させることができ、次いで膜ハウジング40は、ハウジング入口44を介して修正された流体混合物42を膜ハウジング40から外へ導くことができる。

図3cに示されている代替的実施形態では、流動発生器58は、流体流を発生させるためのプランジャ61を備えるベロウを備える。

図3dに示されている実施形態では、麻酔回路10は、膜ハウジング40を備える。膜ハウジング40は、膜ハウジング入口44を有する。動作時に、吐出流体混合物26は、入口44のところでハウジング40内に入り、膜38と接触する。この流体流において、制御弁63は、開位置にある。吐出が完了したときに流体が膜38を通ると、制御弁63は閉じて、流体が注入ポート67内に送達され、修正された流体混合物42の方向を強制的に変更し、膜ハウジング入口44の方へ流れを戻す(これで、修正された流体混合物42は膜ハウジング40から出ることができる)。修正された流体混合物42が、膜ハウジング入口44の方へ移動すると、これは、2度目に膜38のそばを通り、それによって、修正された流体混合物42中の吐出二酸化炭素30の濃度をさらに低減する。前進および逆進する流体流は、流体混合物と膜38との間の接触時間を長くし、それによって、吐出二酸化炭素抽出の効率(吸引/吐出サイクル毎)を高める。

図3eに示されている実施形態では、膜38および膜ハウジング40は、患者20の口の付近に配置される。この場合、少なくとも1つの流体ポート24は、ただ1つの流体ポート24を含む。流体ポートは、少なくとも外用麻酔剤16を患者20に供給する。流体ポートは、患者20から吐出流体混合物26も受け入れ、膜38の方へ導く。ベロウ60(または類似の圧力発生デバイス)により、吐出流体混合物26は膜38を2回通過し(反対方向に)、次いで、修正された流体混合物42として流体ポート24に戻り、そこで流体ポート24が、修正された流体混合物42を受け入れ、少なくとも修正された流体混合物42を患者20に供給する。

同様に、図3fおよび図3gに示されている実施形態では、少なくとも1つの流体ポート24は、ただ1つの流体ポート24を備え、膜38を通る二重の流体流を円滑にする。

流路12は、図中、膜ハウジング40から分離している不連続の通路として示されているけれども(たとえば、図3fおよび図3gを参照)、いくつかの実施形態では、流路12は、不連続要素ではなく、膜ハウジング40から分離していないことは理解されるであろう。たとえば、膜ハウジング40の内側は、流路12の全体を画成し、膜ハウジング40(またはそこから延在している小さなポート)は、分離している流路配管が存在しない場合に、患者20の口と直接係合し得る。

図3b〜図3gに示されている実施形態では、吐出流体混合物26は、最初に、膜38を通過し、修正された流体混合物42になる。修正された流体混合物42は、2度目に、膜38のそばを通り、それによって、修正された流体混合物42中の吐出二酸化炭素30の濃度をさらに低減する。前進および逆進する流体流は、流体混合物と膜38との間の接触時間を長くし、それによって、吐出二酸化炭素抽出の効率(吸引/吐出サイクル毎)を高める。

図4に示されているように、麻酔回路10は、乱流誘発コンポーネント64も備え得る。乱流誘発コンポーネント64は、膜38のところに吐出流体混合物26の乱流を発生させ、吐出流体混合物26と膜38との間の接触を高める。乱流誘発コンポーネント64は、図4に示されているように、流路12内に置かれている物体であるものとしてよく、これにより、その中を移動する流体は強制的にその物体の周りを流れる。代替的に、乱流誘発コンポーネント64は、流路12の少なくとも1つの壁内の幾何学的形状の変化を含み得る。適宜、幾何学的形状の変化は、急激であり、これにより、流路12内に流体流の渦が発生する。乱流誘発コンポーネント64は、適宜、上流に、また膜38に隣接して配置される。膜38が、膜ハウジング40内に収容される場合、乱流誘発コンポーネント64は、図4に示されているように、上流に、またハウジング入口44に隣接して配置され得る。乱流誘発コンポーネント64は、膜ハウジング40内にも配置され得る。

図3a〜図3eに例示されているように、流路12は、流路12を通る流体の乱流を促進するためにその長さ全体にわたって不均一な断面を有するものとしてよい。

図5に例示されているように、麻酔回路10は、複数の膜38を備えるものとしてよい。図5に例示されているように、それぞれの膜38は、それ専用の膜ハウジング40内に収容され得る。

図6に例示されているように、膜38は、吐出流体混合物26が膜38と接触した後に吐出麻酔剤34を流路12内に少なくとも部分的に留めておくために、吐出麻酔剤34に対して少なくとも部分的に不浸透性を有する。いくつかの場合において、膜38は、吐出流体混合物26が膜38と接触した後に吐出麻酔剤34を流路12内に実質的に留めておくために、吐出麻酔剤34に対して実質的に不浸透性を有する。適宜、膜38は、吐出麻酔剤34に対して実質的に不浸透性を有する。いくつかの場合において、膜38は、麻酔剤の5%未満を透過するように構成される。これらの場合において、吐出麻酔剤34は、吐出分子麻酔剤であってよい。適宜、膜38は、原子状麻酔剤(すなわち、たとえば、キセノンを含む、希ガス)に対して実質的に不浸透性を有する。

最も一般的には、膜の分離係数は、物質Aの透過率と物質Bの透過率との比として定義される。透過率は、分圧差で割った流束に等しい。したがって、特定の流体に対する膜の透過率は、膜の特性であり、動作条件に直接的には結び付かない。たとえば、流体A対流体Bの膜の選択度は、したがって、透過率Bで割った透過率Aとして定義される。

膜38は、膜38が1よりも大きい吐出酸素対吐出麻酔剤の選択度を有するように吐出酸素28に対して浸透性を有するものとしてよい。言い換えると、膜38を通って流路12を出る吐出酸素28は、吐出麻酔剤34よりも多いものとしてよい。膜38は、膜38が少なくとも2の吐出酸素対吐出麻酔剤の選択度を有するように吐出酸素28に対して浸透性を有するものとしてよい。言い換えると、膜38を通って流路12を出る吐出酸素28は、吐出麻酔剤34よりも少なくとも2倍多いものとしてよい。適宜、膜38は、少なくとも3、4、5、10、50、100、または250の吐出酸素対吐出麻酔剤の選択度を有するように吐出酸素28に対して浸透性を有するものとしてよい。これらの場合において、吐出麻酔剤34は、吐出分子麻酔剤であってよい。適宜、膜38は、吐出酸素に対して実質的に浸透性を有する。

膜38は、膜38が1よりも大きい吐出二酸化炭素対吐出麻酔剤の選択度を有するように吐出二酸化炭素に対して浸透性を有する。言い換えると、膜38を通って流路12を出る吐出二酸化炭素30は、吐出麻酔剤34よりも多い。膜は、膜が1よりも大きい吐出二酸化炭素対吐出麻酔剤の選択度を有するように、吐出麻酔剤34よりも、吐出二酸化炭素30に対して高い浸透性を有する。膜38は、膜38が少なくとも2の吐出二酸化炭素対吐出分子麻酔剤の選択度を有するように吐出二酸化炭素に対して実質的に浸透性を有するものとしてよい。言い換えると、膜38を通って流路12を出る吐出二酸化炭素30は、吐出麻酔剤34よりも少なくとも2倍多いものとしてよい。適宜、膜38は、少なくとも3、4、5、10、50、100、または250の吐出二酸化炭素対吐出麻酔剤の選択度を有するように吐出二酸化炭素30に対して浸透性を有するものとしてよい。これらの場合において、吐出麻酔剤34は、吐出分子麻酔剤であってよい。適宜、膜38は、吐出二酸化炭素に対して実質的に浸透性を有する。

吐出流体混合物26は、膜38と接触して、修正された流体混合物42を流路12に残す。膜38は、吐出流体混合物26から吐出二酸化炭素30の一部を分離する。修正された流体混合物42は、吐出流体混合物26が有しているのよりも少ない量の吐出二酸化炭素30を有する。言い換えると、修正された流体混合物42内の吐出二酸化炭素30の量は、吐出流体混合物26中の吐出二酸化炭素30の量より少ない。いくつかの場合において、修正された流体混合物42は、吐出流体混合物26よりも少ない量の吐出酸素28を有する。図6は、吐出流体混合物26が膜38と接触した後に吐出酸素28および吐出二酸化炭素30が膜38を通過し、流路12から外へ出る状況を示している。

麻酔回路内で使用される多くの従来の膜では、流路12内に吐出酸素28を留めておくことを重視している。いくつかの場合において、吐出酸素28の一部を膜38に通させることが有利である。図6は、吐出酸素28が膜38を通して流路12から排出される状況を示している。いくつかの実施形態では、実質的な量の吐出酸素28がシステムから出ることが許容される。膜38を通して吐出酸素28が失われることを考慮して、外部酸素が流路12内に比較的安価に補充され得る。外部酸素のコストは、外用麻酔剤16のコストよりも実質的に低い。ある程度の(適宜、実質的な量の)吐出酸素28を膜38に通し、麻酔回路10から排出することを可能にしながら、吐出分子麻酔剤であってもよい、吐出麻酔剤34を少なくとも部分的に(適宜、実質的に)留めておくことが有利である。これらの特性を有する膜は、比較的高い(二酸化炭素)/(酸素)選択度を有する従来の膜に勝るいくつかの利点を備えている。いくつかの場合において、麻酔剤34(分子麻酔剤であってもよい)よりも多い吐出酸素28を通す膜は、麻酔回路10で使用するのに有利である。この特性を有するいくつかの膜は、有害な副産物を発生する吐出二酸化炭素30(および場合によっては吐出分子麻酔剤34)との化学反応性を有する物質を含まない。さらに、化学的反応性を有する材料を使い切ったときに膜を交換する必要性も、吐出酸素28(適宜、実質的な量の)を通せるいくつかの膜を使用することで回避され得る。

麻酔回路10内の吐出二酸化炭素30の量を(適宜実質的に)減らしながら、患者20による再吸引用の少なくともある程度の(適宜、実質的な量の)比較的高価な吐出麻酔剤34(吐出分子麻酔剤であってもよい)を留めておくことが有利である。吐出二酸化炭素30は、膜38を通り、流路12から排出されることが許されるので、これは、患者が、健康への有害な影響をもたらし得る、過剰な量の吐出二酸化炭素30を再吸引することを防ぐ。

吐出麻酔剤34は、揮発性麻酔剤であってもよい。この場合、膜38は、揮発性麻酔剤に対して少なくとも部分的に(適宜、実質的に)不浸透性を有する。吐出麻酔剤34は、セボフルラン、イソフルラン、および/またはデスフルランの混合物を含み得る。膜38は、セボフルラン、イソフルラン、および/またはデスフルランに対して少なくとも部分的に(適宜、実質的に)不浸透性を有するものとしてよい。

いくつかの場合において、図7に例示されているように、膜38は、流路12の外部に配置される二次酸素65が、膜38を通過し、流路12内に入るように構成される。二次酸素65は、流路12の外部にある膜の側部の、膜38に隣接する大気の一部である天然要素であるものとしてよい。二次酸素65は、たとえば、空気または実質的に純粋な酸素の圧縮タンクなどの、外部源から導入することもできる。

本出願の文脈において、空気中に典型的に存在する無視できる量の麻酔物質は、麻酔剤とは考えられない。外用麻酔剤16(図1を参照)および吐出麻酔剤34は、本出願の目的に関して、患者20に対して麻酔または望ましい保護効果を有する(または少なくとも目立って寄与する)十分な量が存在する物質に関係する。したがって、麻酔剤への言及が、空気の天然成分に加えられる化学物質を指す。いくつかの実施形態では、外用麻酔剤16は、異なる麻酔剤の混合物を含み、吐出麻酔剤34は、異なる麻酔剤の混合物を含む。

ある程度の(または適宜、実質的な量の)吐出麻酔剤34(吐出分子麻酔剤であってもよい)を流路12内に留めておくことによって、吐出麻酔剤34は再循環され、患者20によって再吸引され得る。したがって、患者を麻酔の影響下に保つために、比較的コストの低い外用麻酔剤16(図1を参照)が流路12に加えられるだけでよい。外部大気に排出される環境に有害な吐出麻酔剤16の量が最小限に減らされ得る。

いくつかの場合において、膜38は、吐出麻酔剤34に関して不活性である。

いくつかの場合において、膜38は、完全に不活性である。言い換えると、膜38は、他の物質との化学反応性を有しない。

膜38は、アミノ酸を含まないものとしてよい。この場合、アミノ酸は、膜38中に含浸されない、または膜38の表面上に堆積さない。

膜がアミノ酸に含浸されているか、またはアミノ酸を堆積させている場合、アミノ酸は、吐出二酸化炭素30と反応する。この反応でアミノ酸は消費され得る。アミノ酸が消費されると、膜38は交換されなければならない(またはさらに多くのアミノ酸が加えられる)。不活性であり、化学分解のせいで交換または補充されなくてもよい膜38を有することは有利である。

いくつかの実施形態では、吐出流体混合物26は、アセトアルデヒド、アセトン、エタン、エチレン、水素、イソプレン、メタン、メチルアミン、またはペンタンを含む代謝産物を含む。膜38は、代謝産物に対して浸透性を有し、代謝産物を膜38に透過させ、流路12から排出することができる。適宜、膜38は、1よりも大きい代謝産物対吐出麻酔剤34(分子麻酔剤であってもよい)の選択度を有する。この場合、吐出流体混合物26は膜38と接触して、吐出流体混合物26よりも少ない量の代謝産物を有する修正された流体混合物42を流路内に残す。膜38は、少なくとも2の代謝産物対吐出麻酔剤(吐出分子麻酔剤であってもよい)の選択度を有し得る。適宜、膜38は、少なくとも3、4、5、10、50、100、または250の代謝産物対吐出麻酔剤(吐出分子麻酔剤であってもよい)の選択度を有する。

次に、膜38に対する例示的な膜(図1〜図7に概略が示されている)について、詳細に説明する。

本開示のいくつかの実施形態では、膜は、少なくとも1本の中空糸を含む。いくつかの実施形態では、膜は、複数の中空糸を備える。膜は、全体が複数の中空糸からなるものとしてよい。中空糸は、ポリマー材料を含み得る。中空糸は、全体がポリマー材料からなるものとしてよい。

本開示の一実施形態において、膜は、互いに間隔をあけて配置され、吐出流体混合物が最初に複数の中空糸と接触したときに吐出流体混合物の進入方向に実質的に平行になるように適合可能である複数の中空糸を備える。

膜38は、図8に示されているように、たとえば、図1に示されている麻酔回路10などの、麻酔回路で使用され得る。図8に例示されているように、吐出流体混合物26は、進入方向70を有する。吐出流体混合物26の異なる部分の流れ方向は、可変であり、流れは、この地点で乱流となり得るけれども、吐出流体混合物26は、流路12によって画成されるように、中空糸72に接近して接触すると進入方向70によって示される平均方向を有する。図示されているように、膜38は、複数の中空糸72を備える。いくつかの場合において、中空糸72の長手方向軸は、図8に示されているように、吐出流体混合物26の進入方向70に実質的に平行である。

図8は、互いに間隔をあけて配置され、吐出流体混合物26の進入方向70に実質的に平行である中空糸72を例示している。図8に示されているように、膜38は、少なくとも部分的に、膜ハウジング40内に収容され得る。この場合、吐出流体混合物26は、中空糸の一端を介して中空糸72内に入る。中空糸72の内部に留まる吐出流体混合物の部分は、修正された流体混合物42として膜38から出る。中空糸72の内部から外部に選択的に移動する成分(またはその一部)は、膜38を通過し、流路12から排出される。少なくとも吐出二酸化炭素30は、中空糸72から選択的に出る。いくつかの場合において、吐出酸素28も、中空糸72から選択的に出る。

本開示の一実施形態において、膜は、互いに間隔をあけて配置され、吐出流体混合物が最初に複数の中空糸と接触したときに吐出流体混合物の進入方向に実質的に垂直になるように適合可能である複数の中空糸を備える。

膜38は、図9に示されているように、たとえば、図1に示されている麻酔回路10などの、麻酔回路で使用され得る。図9は、互いに間隔をあけて配置され、吐出流体混合物26の進入方向70に実質的に垂直である中空糸72を備える膜38を例示している。図9に示されているように、膜38は、少なくとも部分的に、膜ハウジング40内に収容され得る。吐出流体混合物26が、中空糸72の外面に接触すると、少なくとも吐出二酸化炭素30は、中空糸72内に選択的に入る。いくつかの場合において、吐出酸素28も、中空糸72に選択的に入る。次いで、中空糸72内に入る成分(またはその一部)は、膜38を通過し中空糸72の少なくとも一端を介して流路12から排出される。中空糸72の外部に留まる(すなわち、流路12内に留まる)吐出流体混合物26の部分は、修正された流体混合物42としてハウジング40から出る。典型的には、修正された流体混合物42の、中空糸72の端部を通して失われる成分(またはその一部)の量は比較的少ない。

代替的一実施形態では、中空糸72の少なくとも一部は、吐出流体混合物の進入方向70に対して垂直または平行以外の角度に向き付けられる。

図10および図11に示されている実施形態において、麻酔回路10は、二酸化炭素吸収材料66を備える。二酸化炭素吸収材料66は、ソーダライム、アルカノライム(alkanolime)、アルカノールアミン、アミノ化合物、アミノ酸のアルカリ塩、グリシン、DL-アラニン、ベータアラニン、セリン、トレオニン、イソロイシン、DL-バリン、ピペラジン-2-カルボン酸、プロリン、アルギニン、ガンマアミノ酪酸、オルニチン、グリシン酸カリウム、トレオン酸カリウム、タウリン、クレアチン、およびヒスチジンのうちの少なくとも1つを含むものとしてよい。二酸化炭素吸収材料66は、流路12から吐出二酸化炭素30を吸収し、患者20に再導入される吐出二酸化炭素30の量を減少させる。図10および図11に例示されているように、二酸化炭素吸収材料66は、流路12の外部にある膜38の側部に配置されている。膜38は、二酸化炭素吸収材料66を流路12内に留められた吐出麻酔剤34(吐出分子麻酔剤であってもよい)から分離して、吐出麻酔剤34が二酸化炭素吸収材料66と接触するのを妨げる。

図10および図11に示されているように、膜38は、吐出流体混合物26中の吐出麻酔剤34を二酸化炭素吸収材料66から分離することができる。図10に示されているように、二酸化炭素吸収材料66は、中空糸72の外側にあり、中空糸の壁によって流路12から隔てられ得る。図11に示されているように、二酸化炭素吸収材料66は、中空糸72の内側にあり、中空糸の壁によって流路12から隔てられ得る。

膜38に、吐出麻酔剤34(吐出分子麻酔剤であってもよい)と二酸化炭素吸収材料66との化学的相互作用を妨げさせると有利である。たとえば、吐出麻酔剤34が、セボフルランであり、二酸化炭素吸収材料66が、ソーダライムである場合、吐出麻酔剤34と二酸化炭素吸収材料66との間の接触および相互作用は、十分な量を吸引した場合に患者20に有害な効果をもたらし得る、化合物Aなどの、有害な副産物を生成し得る。膜38は、吐出麻酔剤34(吐出分子麻酔剤であってもよい)よりも多い吐出二酸化炭素30が通過することを選択的に許すので、吐出二酸化炭素30を吸収し流路12から抽出することをそのまま効果的に行いながら、これらの有害な反応は最小限に抑えられる。

いくつかの実施形態では、膜38は、緻密膜を含む。この場合、膜38は、緻密膜と考えられる。いくつかの場合において、膜38は、全体が緻密膜材料から作られる。当業者であれば理解するように、緻密膜は、細孔または空隙のない固形物を含む。物質は、溶解と拡散の過程によって緻密膜を通過する。物質は、溶解して膜38内に入り、その反対側へ通過することによって膜38を通過する。中空糸の場合、物質は、中空糸の壁を通過し得る。緻密膜は、その中を通して無孔質コンシステンシー(non-porous consistency)を有する単一の固体層を備える緻密な無孔質膜であってよい。いくつかの場合において、膜38は、全体が緻密膜材料で構成される。膜38が複数の中空糸膜を備える場合、膜の壁は、単一の固体層から構成されるものとしてよい。

いくつかの実施形態では、膜38は、ポリメチルペンテンから作られた緻密膜である。より具体的には、単一の固体層は、ポリメチルペンテンから作られ得る。いくつかの場合において、膜38は、高分子シリコーンから作られた緻密膜を備える。より具体的には、膜38は、ポリジメチルシロキサンを含み得る。緻密膜は、膜内を移動する原理として、また選択度に関して、溶解と拡散とに頼る。以下でさらに詳しく説明されるように、ポリメチルペンテン膜は、分子麻酔剤とは反対に、二酸化炭素および酸素に対する選択度の優先傾向を有することが判明した。高分子シリコーン、より具体的には、ポリジメチルシロキサンは、ポリメチルペンテン緻密膜のように緻密膜であるので、類似の選択度が予想される。

ポリメチルペンテン緻密膜は、たとえば、QUADROX-D(商標)人工肺と共に使用され得る。QUADROX(商標)の商標は、MAQUET CARDIOPULMONARY AG(商標)が所有している。QUADROX-D(商標)製品は、GETINGE AB(商標)会社グループの一部である、MAQUET(商標)によって販売されている。出願人が知る限り、QUADROX-D(商標)人工肺などの人工肺は、オンポンプ心臓手術で使用されている。本発明のいくつかの実施形態において、QUADROX-D(商標)人工肺は、麻酔回路10の一部として使用され、膜ハウジング40が中に膜38を有している(たとえば、図1を参照)。

QUADROX-D(商標)人工肺は、膜を膜ハウジング内に配設されている。QUADROX-D(商標)用の膜ハウジングは、ポリカーボネートから作られる。QUADROX-D(商標)は、約0.5〜7l/分の血流速度を有する。全充填量は250mlであり、流体交換のための有効表面積は、約1.8m²である。熱交換のための有効表面積は、約0.6m²である。酸素供給繊維は、ポリメチルペンテンから作られる。熱交換繊維およびポッティング材は、ポリウレタンから作られる。保護キャップは、ポリエチレンから作られる。

図12は、血液入口76および血液出口78を有する膜ハウジング40を備えるQUADROX-D(商標)人工肺と基本動作が似ている人工肺を例示している。オンポンプ心臓手術では、血液が血液入口76を介して膜ハウジング40内に入り、ハウジング内の膜を通過し、修正された形態で血液出口78を介して膜ハウジング40から出る。典型的には、修正された血液は、より高い酸素濃度およびより低い二酸化炭素濃度で出て来る。一実施形態において、血液入口76は、ハウジング入口44として機能する。血液がハウジング入口44内に入るのとは反対に、吐出流体混合物26は、ハウジング入口44を介して膜ハウジング40内に入る。この実施形態では、血液出口78は、ハウジング出口46として機能する。修正された血液がハウジング出口46内から出るとは反対に、修正された流体混合物42は、ハウジング出口46を介して膜ハウジング40から出る。

図12に示されている人工肺、掃引入口80および掃引出口82も備える。掃引流体84は、掃引入口80を介して膜ハウジング40内に入り、掃引出口82を介して膜ハウジング40から出る。適宜、掃引入口80、ハウジング出口46、掃引出口82、およびハウジング入口44は、膜ハウジング40を通る掃引流体84の流れが膜ハウジング40内への吐出流体混合物26の進入方向70に実質的に直交するように、4つの別々の直交する壁上に食い違い配置にされる。掃引流体84は、吐出流体を膜ハウジング40内の膜の方へ、接触するように誘導する。掃引流体84は、たとえば、空気または実質的に純粋な酸素であってよい。

別の実施形態では、図13に例示されているように、血液入口76および血液出口78は、掃引流体84用の入口および出口として機能する。この実施形態では、掃引入口80および掃引出口82は、ハウジング入口44およびハウジング出口46としてそれぞれ機能する。図13に例示されている実施形態では、QUADROX-D(商標)と基本動作が類似している人工肺は、図12に例示されている人工肺に関して90°回転されている。図13に例示されているように、掃引入口80および掃引出口82は、流路12と係合する。

吐出流体混合物26が、吐出流体混合物26が修正された流体混合物42に変換されるように膜ハウジング40内の図13の膜と接触する。

いくつかの場合において、たとえば、QUADROX-D(商標)などの人工肺の膜ハウジング40内の膜38の表面は、SAFELINE(商標)処置により処置される。いくつかの場合において、膜38の表面は、BIOLINE(商標)コーティングにより処置され得る。いくつかの場合において、膜38の表面は、SAFELINE(商標)またはBIOLINE(商標)処置により処置されない。

たとえば、QUADROX-D(商標)人工肺などの、人工肺内で使用するための例示的な膜38は、OXYPLUS(商標)膜である。OXYPLUS(商標)の商標は、MEMBRANA GMBH CORPORATION(商標)が所有している。OXYPLUS(商標)は、ポリハロカーボン膜である。OXYPLUS(商標)は、疎水性ポリオレフィン膜である。より具体的には、OXYPLUS(商標)は、ポリメチルペンテン膜である。OXYPLUS(商標)は、ポリメチルペンテンから作られた多孔質支持層およびこれもまたポリメチルペンテンから作られた緻密層を有する非対称膜である。そのような膜は、外側緻密層の存在により、当技術分野では緻密層と称されることは理解されるであろう。同様に、膜38は、ポリメチルペンテンのみから構成された膜とすることができる。緻密層は、1.5マイクロメート、1マイクロメートル、または0.5マイクロメートル以下の厚さを有するものとしてよい。緻密層の密度の高い無孔性であるという性質により、物質は、完全に密度の高い膜または緻密層に対する従来の方法のように、拡散と溶解とによって緻密層を通して移動する。

OXYPLUS(商標)は、典型的には、中空糸を備える。この場合、膜38は、多孔質支持層と緻密層とを備える少なくとも1つの壁を有する中空糸72を備える非対称膜である。図14は、OXYPLUS(商標)中空糸72の外径の一部および緻密層83から内向きに延在する多孔質支持層85の一部に沿った緻密層83を示している。それぞれの中空糸72(その壁部分が図14に示されている)は、約380マイクロメートル(+または-10%もしくは20%)の外径、および約200マイクロメートル(+または-10%もしくは20%)の内径を有するものとしてよい。いくつかの実施形態では、複数の中空糸72は、互いに綾巻きされ、互いに関して固定位置を維持することができる。

引き続き14を参照すると、吐出流体混合物26は、最初に緻密層83を通過し、次いで、多孔質支持層85を通過して、中空糸の内側内腔114内に入るものとしてよい。このようにして、OXYPLUS(商標)中空糸膜は、図9に関して説明されている仕方で動作する。代替的に、吐出流体混合物26は、最初に、多孔質支持層85を通過し、次いで緻密層83を通過して、中空糸の外側領域116に入るものとしてよい。このようにして、OXYPLUS(商標)中空糸膜は、図8に関して説明されている仕方で動作する。

図15は、図14に関して拡大されている、例示的なOXYPLUS(商標)の、緻密層83および多孔質支持層85を示している。

OXYPLUS(商標)は、ACCUREL(商標)過程を使用して生産される。ACCUREL(商標)過程は、Membrana GmbH(商標)過程である、熱的に誘導される相分離過程である。図16を参照すると、ポリマー86は、熱源94によって加熱されながら、混合装置90内で溶媒88と実質的に均質的に溶融混合されてミックス92を形成する。OXYPLUS(商標)を生産するときに、ポリマー86は、ポリメチルペンテンとすることができる。溶媒88は、たとえば、大豆およびキャスターなどの、天然種油を含み得る。ミックス92は、熱押出機96を通過する。熱押出機96内で窒素をミックス92に加えるために窒素流体源98が使用され得る。次いで、ミックス92は、紡績室102に達するまで、温度制御された空隙100内を通過する。紡績室102内で、OXYPLUS(商標)膜の中空糸72は、中空糸72を紡ぎ、冷却することによって形成される。冷却時に、相分離が開始され、固体ポリマーからなる多孔質骨格構造の形成がなされる。紡績室102内で、細孔はそのまま油で満たされる。次いで、形成された中空糸72は、抽出室106に渡される。抽出室106では、油残留物が、高温アルコール108を使用して細孔から取り除かれる。次いで、中空糸72が、乾燥段階110に渡され、そこで中空糸72が乾燥されてOXPLUS(商標)膜を形成する。ミックス92および中空糸72を誘導して図16に示されている処理段階に通すために、糸巻きが使用される。OXYPLUS(商標)の生産過程で、緻密層83が形成され、多孔質支持層85上に配設される。したがって、OXYPLUS(商標)膜は、緻密層83によって囲まれた多孔質支持層85を備える(図14および15を参照)。

代替的な例示的な膜38は、Membrana GmbH(商標)によって生産されるULTRAPHOBIC(商標)膜である。OXYPLUS(商標)と同様に、ULTRAPHOBIC(商標)はポリハロカーボン膜である。ULTRAPHOBIC(商標)は、疎水性ポリオレフィン膜である。より具体的には、ULTRAPHOBIC(商標)は、ポリメチルペンテン多孔質支持層およびポリメチルペンテン緻密層を有するポリメチルペンテン膜である。

図17は、緻密層83および多孔質支持層85を有するULTRAPHOBIC(商標)膜用の中空糸72を示している。図17は、中空糸の内側内腔114および中空糸の外側領域116を示している。ULTRAPHOBIC(商標)は、OXYPLUS(商標)膜について上で概要を述べた仕方と同様に動作する(図14〜図15を参照)。

ULTRAPHOBIC(商標)膜は、緻密層および多孔質支持層を有する。図18は、ULTRAPHOBIC(商標)膜に対する緻密層83および多孔質支持層85を示している。

膜38は、ガラス質ポリマーを含み得る。より具体的には、膜38は、酢酸セルロース、ポリイミド、およびポリサルフォンのうちの少なくとも1つを含み得る。ガラス質ポリマーは拡散選択的である、つまり、膜材料中で溶解性がより低い無極性分子(たとえば、セボフルラン、デスフルラン、およびイソフルラン蒸気など)に比べて、膜材料中で溶解性がより高い有極性分子(たとえば、二酸化炭素および酸素ガスなど)をより高速に透過させる。

より具体的には、膜38は、高自由体積ガラス質ポリマーを含み得る。より具体的には、膜38は、PTMSPの少なくとも1つを含み得る(すなわち、ポリ(1-トリメチルシリル-1-プロピン)およびポリメチルペンテン)。以下でより詳しく説明されるように、ポリメチルペンテン膜は、セボフルラン、イソフルラン、およびイソフルラン麻酔剤などの分子麻酔剤とは反対に、二酸化炭素および酸素に対する選択度の優先傾向を有することが判明した。ポリメチルペンテンのようなPTMSPは、高体積ガラス質ポリマーであり、分子麻酔剤の選択度とは反対に、酸素および二酸化炭素の選択度に対して親和性を示すことが予想される。これらの膜は、比較的高い凝縮性/溶解性レベルを持つ材料(たとえば、酸素および二酸化炭素ガスなど)を優先的に透過させる傾向を有する。特に、無極性炭化水素の透過は有極性有機化学種の透過と比べてかなり低い。高自由体積ガラス質ポリマーは、通常のガラス質ポリマーと比べて透過率/透過流束が高いという利点を有する。

膜38は、ポリマーサイズの選択性を有する膜を含み得る。これらの膜は、分子篩機構に基づき機能する。これらは、膜の細孔サイズよりも小さい分子(たとえば、酸素および二酸化炭素ガス)が膜を通過するのを許すが、より大きい分子(たとえば、セボフルラン、デスフルラン、およびイソフルラン蒸気)は膜によって実質的に保持される。

膜38は、ポリマー複合体、またはポリマー混合マトリクス膜を含み得る。複合膜は、異なる透過率/選択度を持つ物質の複数の層を有する。1つの層は、たとえば、高自由体積層であってもよい。混合マトリクス膜は、ポリマーマトリクス内に固定化された他の相/物質を有する。複合膜は、上で説明されているような、通常の、および高自由体積のガラス質ポリマー、またはサイズ選択性の膜の特性、またはこれらの組み合わせを有するように適合され得る。膜38は、複合POLARIS(商標)膜を含み得る。POLARIS(商標)は、Membrane Technology and Research, Inc.(商標)によって提供される製品である。

図2に示されているセットアップでQUADROX-D(商標)人工肺が使用される試験が実施された。このセットアップにおいて、膜38(QUADROX-D(商標)人工肺)はOXYPLUS(商標)膜であった。特に、380マイクロメートルの外径を有する中空糸72(図9を参照)および1マイクロメートル未満の厚さを有する緻密層83を備えるOXYPLUS(商標)90/200膜が、使用された。

1つの実験の結果が、Table 1(表1)に示されている。この実験では、図13に示されている人工肺構成が使用された。掃引流体84は、酸素であった。試験#1では、麻酔剤34は、吐出分子麻酔剤であり、セボフルラン(SEVO)およびイソフルラン(ISO)として別々に試験された。

QUADROX-D(商標)人工肺が1つの膜38(図2)、2つの膜38、および3つの膜38を有する麻酔回路10で使用される実験#2(試験#2〜4)も実施された。複数の膜38が存在する場合、膜38は、たとえば、図5に示されているように、流路12に沿って直列に構成され得る。これらのセットアップにおいて、膜38(QUADROX-D(商標)人工肺)はOXYPLUS(商標)膜であった。特に、380マイクロメートルの外径を持つ中空糸72および1マイクロメートル未満の厚さを有する緻密層83を有するOXYPLUS(商標)90/200膜が、使用された。

試験#2〜4の結果は、Table 2(表2)に示されている。この試験群に対しては、図12に示されている人工肺構成が使用された。掃引流体84は、空気であった。掃引流体84は、30l/分の流量を有していた。吐出流体混合物26は、7l/分の流量を有していた。試験#2〜4では、吐出麻酔剤34は、吐出分子麻酔剤、特に、セボフルラン(SEVO)であった。

QUADROX-D(商標)人工肺が1つの膜38(図2)、2つの膜38、3つの膜38、および4つの膜38(図5)を有する麻酔回路10で使用される試験#5〜8も実施された。これらのセットアップにおいて、膜38(QUADROX-D(商標)人工肺)はOXYPLUS(商標)膜であった。特に、380マイクロメートルの外径を持つ中空糸72および1マイクロメートル未満の厚さを有する緻密層83を有するOXYPLUS(商標)90/200膜が、使用された。

試験#5〜8の結果は、Table 3(表3)に示されている。この試験群に対しては、図12に示されている人工肺構成が使用された。掃引流体84は、空気であった。掃引流体84は、30l/分の流量を有していた。吐出流体混合物26は、15l/分の流量を有していた。

図2に示されているセットアップで人工肺が使用される第4の実験が実施された。膜38は、OXYPLUS(商標)膜であった。

この実験では、膜ハウジング40は、図9について上で説明されている構成に類似していた。吐出流体混合物26が、中空糸72の外面に接触すると、吐出酸素28および吐出二酸化炭素30は、少なくとも1つの中空糸72の中空の内側内に選択的に入った。次いで、中空糸72の内側に入る成分(またはその一部)は、膜38を通過し中空糸72の少なくとも一端を介して流路12から排出された。中空糸72の外部に留まる吐出流体混合物26の部分は、修正された流体混合物42として膜38の周りを巡った。

第4の実験では、掃引流体84(図13を参照)を、内部中空糸72を通過させて、中空糸72内に入る修正された流体混合物42の吐出酸素28、吐出二酸化炭素30、および吐出分子麻酔剤34を測定した。吐出流体混合物26の濃度は、酸素中の2%の吐出麻酔剤34および94%の吐出酸素28中の4.8%の吐出二酸化炭素30であった。流量は、掃引流体84については0.8L/分であり(図13を参照)、吐出流体混合物26については2.0L/分であった。出て来る掃引流体流中の濃度は、患者モニタおよび四重極質量分析計を使用して測定された。患者モニタ測定結果は、体積パーセントで反映され、質量分析測定結果は、各質量についてアンペア単位のイオン電流として反映される。一端から中空糸の内側に入った元の掃引流体84と、中空糸の他端から出た修正された掃引流体との間の変化を測定することによって(吐出流体が膜の中空糸壁を通過し、中空糸内に入った後)、中空糸内に入った吐出分子麻酔剤、酸素、および二酸化炭素の量を識別することが可能であった。

実験#4に対する結果は、Table 4(表4)にまとめられている。

図19は、たとえば、図9に示されている複数の中空糸72のうちの単一の中空糸72を例示している。外側領域116は、外壁118によって中空糸72の内側内腔114から分離される。外壁118は、吐出流体混合物26と接触し、吐出二酸化炭素30の少なくとも一部が中空糸72内に流れ込むのを許す第1の側部120を有する。外側領域116は、膜ハウジング40内に収容され得る(たとえば、図1の膜ハウジング40を参照)。外壁118は、第1の側部120に対向する第2の側部122を有する。修正された流体混合物42(吐出二酸化炭素30の濃度が低減されている)は、吐出二酸化炭素30の少なくとも一部が中空糸72内に流れ込んだ後に供給される。吐出流体混合物26が、中空糸72の第1の側部120に達すると、吐出二酸化炭素30の一部は、外壁118を通過して、中空糸72内に入り、したがって、残っている流体は外壁118の周りに流れて中空糸72の第2の側部122に、吐出流体混合物26と比べて吐出二酸化炭素30の濃度が低い修正された流体混合物42として到達する。

中空糸72は、掃引流体84がその中を通過するのを許し、それにより吐出二酸化炭素30の少なくとも一部が外壁118を通過して中空糸72内に運ばれるのを円滑にすることができる。中空糸72は、吐出二酸化炭素30を流路12から排出させることができる。

掃引流体84は、掃引入口80のところから中空糸72内に入り、吐出二酸化炭素30のような透過物を掃引出口82を介して中空糸72から運び出すことができる。いくつかの場合において、膜38は、掃引流体84中の二次酸素が膜38を通過し、流路12内に入るように構成される。掃引流体84は、たとえば、実質的に純粋な酸素または空気であってよい。

中空糸72が、吐出流体混合物26の進入方向70に実質的に平行になるように配置構成されている場合に(図8に示されているように)、吐出流体混合物26は、中空糸72の内側内腔114を通って流れ、掃引ガス84は外壁118の周りに流れ、吐出二酸化炭素30は内側内腔114から外側領域116に流れ得ることは理解されるであろう。

膜を通して中空糸内に(または中空糸から外に)運ばれる吐出二酸化炭素の量、したがって、表面積当たりの吐出流体混合物から取り除かれる吐出二酸化炭素の量を最適化するために、変更できる膜のパラメータは、膜のより薄い厚さ、膜のより低い密度、中空糸の直径の変化、結果として自由体積を増減する膜材料の異なる重合、および/または膜材料のより弾力性のある、またはよりガラス状の状態を含む。中空糸の長さが短ければ短いほど、中空糸の内側の掃引流体中の吐出二酸化炭素の蓄積は制限され、したがって、吐出二酸化炭素に対するより高い分圧勾配が維持され、したがって、膜を通して吐出二酸化炭素がより十分に運ばれ得る。

本開示の別の実施形態において、図20に例示されているような膜は、少なくとも1つの平面状マットに形成された複数の中空糸を備える。第1の平面状マット内の複数の繊維は、互いに間隔をあけて、互いに実質的に平行になるように配置される。

図20に示されているように、平面状マット124は、それぞれの中空糸の間に間隔126を有する平行な中空糸72を備える。いくつかの実施形態では、間隔126は、平面状マット124全体を通して等しい。図20に示されている平面状マットは、中空糸72を互いから間隔をあけて並べるために使用される縦糸128を備える。縦糸128は、それぞれの中空糸72に垂直になるように織られるものとしてよい。縦糸128は、中空糸72のように、ポリマー材料から作られ得る。

膜マット層の間隔を変更することで、より均一な流れパターン、および均一に分布する二酸化炭素濃度がもたらされ、したがって、膜を通して吐出流体混合物からの吐出酸化炭素の平均輸送量を増やすことができる。

一実施形態において、膜38は、平面状マット124、または一連の平面状マット124を互いに積み重ねたものを備え得る。いくつかの場合において、それぞれの積み重ねられた平面状マット124の中空糸72は、それぞれ、図8および図9に示されているように、複数の平行または垂直な中空糸72を構成するように揃えられ得る。代替的に、平面状マット124は、中空糸の向きが一方の平面状マットから他方の平面状マットに関して変化するように積み重ねられ得る。

代替的一実施形態では、中空糸72は、平面状マット124に形成されるものとしてよく、そこでは、同じ平面状マット124内の中空糸は、互いに関して異なる角度で配置構成される。いくつかの実施形態では、平面状マット124内の中空糸72のうちの少なくともいくつかは、吐出流体混合物26の進入方向70に平行または垂直にならないように配置構成される(進入方向70については図8および図9を参照)。いくつかの実施形態では、中空糸72はすべて、進入方向70に関して0°または90°以外の角度に配置構成される。

本開示の別の実施形態において、膜38は、図21aに例示されているように、吐出流体混合物26を中に受け入れるための開放端150を有する中空の内芯134を画成する円筒形ロール130に巻き付けられた複数の中空糸72を備える。円筒形ロール130は、閉鎖端152を有するものとしてよく、これはたとえばスナップ式キャップまたはプラグを備える。図21aに例示されているように、膜38は、中空の内芯134から径方向外向きに吐出流体混合物26を導くように構成される。吐出流体混合物26が、径方向外向きに移動すると、これは、膜38の複数の中空糸72と接触し、それにより、吐出流体混合物26を修正された流体混合物42に変換する。

図21bは、図21aの直線A-Aに沿った切欠図を示している。図21aおよび図21bは、図解しやすくするために円筒形ロール130を中実体として示しているけれども、図21aおよび21bに例示されている円筒形ロール130は、複数の中空糸72から構成されることは理解されるであろう。いくつかの実施形態では、比較的長い中空糸が、糸巻きの周りに巻き付けられるか、または紡がれ(たとえば、「編み糸」で編むように)、互いに綾巻きされる。他の実施形態では、複数の中空糸が、円筒形ロール130内にランダムに配置構成され得る。

本開示の別の実施形態において、図21cおよび図22に例示されている膜は、ロール状に巻かれて実質的に平行な中空糸の同心層を形成する1本の円筒形ロールにされる第1の平面状マットを備える。逆に、平面状マット内の中空糸が、互いに角度を付けて向き付けられている場合、中空糸の同心層は、互いに関してランダムに配置構成される。特定の一実施形態において、ロール状に巻かれた第1の平面状マットは、吐出流体を受け入れるための第1の開放端、および閉じられた第2の端部を有する中空の内芯を画成する。

膜38は、ロール状に巻かれた平面状マット124を含み得る。図21および図22は、中空糸72が繊維126の間の間隔および層間隔132を有する、円筒形ロール130として配置構成されている単一の中空糸72または中空糸マット124(図20を参照)を例示している。平面状マット124内の複数の中空糸72は、互いに間隔をあけて、互いに実質的に平行になるように配置され得る。平面状マット124は、ロール状に巻かれて、実質的に平行な中空糸72の同心層を形成する1本の円筒形ロール130にされ得る。逆に、中空糸72は、互いに関して角度を付けられ得る。いくつかの実施形態では、平面状マット124は、円筒形ロール130の長手方向軸に沿って中空の内芯134を画成する。後でさらに詳しく説明されるように、動作時に、吐出流体混合物26は、壁の厚さ136を通って径方向外向に流れ、修正された流体混合物42を形成する。

本開示の別の実施形態において、膜は、第2の平面状マットに形成された複数の中空糸の一部を有する。この実施形態では、第2の平面状マット内の複数の中空糸は、互いに間隔をあけて、互いに実質的に平行になるように配置される。第1の平面状マットは、第2の平面状マットと重ね合わされる。複数の中空糸は、第1の平面状マットおよび第2の平面状マットに形成される。重ね合わされた第1および第2の平面状マットはロール状に巻かれて、中空糸の同心層を形成する1本の円筒形ロールにされる。本開示のさらなる実施形態において、第1の平面状マットは、第1の平面状マットの中空糸が第2の平面状マットの中空糸に対してある角度で向き付けられ、綾巻きされた中空糸の同心層を構成するように第2の平面状マットと重ね合わされる。ロール状に巻かれた第1の平面状マットおよび第2の平面状マットは、吐出流体混合物を受け入れるように構成された第1の開放端、および閉じられた第2の端部を有する中空の内芯を画成し得る。

膜38は、互いに重なり合って綾巻き中空糸72を形成する複数の平面状マットを含み得る。複数の中空糸72は、第1の平面状マット124および第2の平面状マット140に形成され得る。そのような綾巻き膜を生産するために、第1の平面状マット124(図19に示されているような)は、図23に示されているように、一時ボビン138上にロール状に巻き付けられる。第2の平面状マット140は、平面状マット124に類似しており、一時ボビン142上にロール状に巻き付けられる。図23に例示されているように、第1の平面状マット124内の複数の中空糸72は、互いに間隔をあけて、互いに実質的に平行になるように配置される。同様に、複数の中空糸72は第2の平面状マット140であり、互いに間隔をあけて、互いに実質的に平行になるように配置される。いくつかの場合において、同じ平面状マット内のすべての中空糸72の間の間隔126は、実質的に同じである。第1の平面状マット124および第2の平面状マット140のそれぞれは、各一時ボビン138および142から巻きを解かれ、それぞれ、中空糸72と縦糸128との間に画成されている台形状内に引き込まれて、巻きを解かれるまで第1の平面状マット124および第2の平面状マット140を互いに重ね合わせる(図24を参照)。図24に示されているように、第1の平面状マット124は、第1の平面状マット124の中空糸72が第2の平面状マット140の中空糸72に対してある角度144で向き付けられるように第2の平面状マット140と重ね合わされ得る。このようにして、図25に示されているように、綾巻きロール146が形成され、輸送または貯蔵用に一時ボビン148上にロール状に巻き付けられ得る。一時ボビン148が取り外された後、中空の内芯134(空隙の形態をとる)は、綾巻きロール146で用意される。次いで、膜38として使用され得る綾巻きロール146が用意される。

代替的に、図24の角度144はゼロであってもよく、その場合、第1の平面状マット124および第2の平面状マット140の中空糸72のすべては、実質的に互いに平行である。この配置構成において、膜38は、複数のロール状に巻かれた平面状マットを含むが、他の場合には、図21および図22に示されている円筒形ロール130に似ているように見える。

図26は、図21および図22の円筒形ロール130または例示的な膜ハウジング40内の図25の綾巻きロール146の形態の膜38を備える流体分離装置41を例示している。いくつかの実施形態では、流体分離装置41は、麻酔回路に解放可能に接続可能である。いくつかの場合において、流体分離装置41は、流路12に解放可能に接続可能であるカートリッジの形態をとる。図26に示されているように、膜ハウジング40は、互いに同心円状に配置されているハウジング入口44およびハウジング出口46を有する。吐出流体混合物26は、ハウジング入口44を通じてハウジング40内に入る。図26に示されているように、ロール130または146の中空の内芯134は、吐出流体混合物26を受け入れる用に構成された第1の開放端150、および閉じられた第2の端部152を有する。吐出流体混合物26が中空の内芯134内に流れ込むと、内芯134内の流体圧力が増大する。閉じられた第2の端部152は、圧力のこの増大を円滑にするが、それは、流体混合物26が、閉じられた第2の端部152を介して中空の内芯134から漏れることがあり得ないからである。中空の内芯134内で圧力が増加し、吐出流体混合物26が中空の内芯134内に流れ込むことが続くと(そこが高圧力領域になる)、吐出流体混合物26は、強制的に、より低い圧力の領域の方へ径方向外向きに送られる。ロール130、146の第1の(内側の)側部とロール130、146の第2の(外側の)側部との間の径方向のこの圧力差は、径方向外向きの流体流を引き起こす。次いで、吐出流体混合物26は、中空糸72の少なくともいくつかの外壁118と接触する(例示的な中空糸72については図19を参照)。図19を参照しつつ上で説明されているように、吐出二酸化炭素30の少なくとも一部は、吐出流体混合物26から抽出されて中空糸72に入る。

掃引流体84は、掃引入口80を通じて膜ハウジング40内に入る。吐出流体混合物26が中空糸72の外面に沿って移動するのと同時に、掃引流体84が中空糸72の内側内腔114(図19を参照)を通過し、それによって、吐出流体混合物26から吐出二酸化炭素30を抽出する。掃引流体84は、吐出二酸化炭素30で富化され、次いで、掃引出口82を介して膜ハウジング40から出る。

いくつかの場合において、吐出流体は、患者が吸引するときに吐出流体混合物26として膜ハウジング40内に入り、同じ膜ハウジング入口44を介して修正された流体混合物42として膜ハウジング40から出る。いくつかの場合において、図27に詳細が説明されているように、膜ハウジング入口44および膜ハウジング出口46は、互いに分離し同心円状である。

実験は、図25に示されているのと類似する円筒形ロールを使用して実行された。綾巻きロールは、図26に示されているように、膜ハウジング(膜ハウジング40を参照)内に置かれた。

吐出流体混合物26は、ハウジング内に、93%の酸素、4.8%の二酸化炭素、および空気から中に漏れる2.2%の他の分割物を含む流体として入った。掃引流体84は、100%の酸素としてハウジング内に入った。

吐出流体混合物26は、中空糸72と接触して、吐出流体混合物26から吐出二酸化炭素30を抽出し、修正された流体混合物42を形成した。データは、修正された流体混合物42が、吐出流体混合物26よりも少ないパーセンテージの二酸化炭素を有していたこと示している。吐出流体混合物26は、中空の内芯134から中空糸72の反対側の外側(すなわち、膜38)へ中空糸の外側の周りを巡り、修正された流体混合物42を形成した。抽出過程は、中空糸72と接触したときの吐出流体混合物26の流量(リットル/分を単位として測定される)および中空糸72の内側を通って流れている掃引流体84の流量に依存していた。

膜38によって処置された後の修正された流体混合物42中の二酸化炭素および酸素の相対濃度(体積)パーセンテージは、以下のTable 5(表5)に示されている。Table 5(表5)に示されているように、掃引流体84が中空糸72を通って流れたときに、修正された流体混合物42中の二酸化炭素の相対量は、一般的に、吐出流体混合物26の組成に関して減少した。

Table 6(表6)は、吐出流体混合物26が膜38によって処置された後の掃引流体84中の二酸化炭素および酸素の相対濃度(体積)パーセンテージを示している。Table 6(表6)によって示されているように、吐出流体混合物26が、中空糸72の外側の周りを流れたときに、吐出流体混合物26中の吐出二酸化炭素30の少なくとも一部は、中空糸72内に流れ込み、流路12から(すなわち、中空糸72の周りに流れる修正された流体混合物42から)流れ出た。

Table 5(表5)およびTable 6(表6)は、中空糸72が吐出流体混合物26から吐出二酸化炭素30を抽出して、修正された流体混合物42を形成したことを示している。

本開示の別の実施形態において、膜は、互いに垂直に積み重ねられた平面状円板に形成される複数の中空糸を備える。いくつかの実施形態では、それぞれの平面状円板内の中空糸は、互いに間隔をあけて配置され、対応する円板方向に互いに実質的に平行に向き付けられ得る。いくつかの特定の実施形態では、第1の円板に対する対応する円板方向は、第1の円板に隣接して直に積み重ねられている他の円板に対して対応する円板方向と異なる。積み重ねられている円板のすべてに対する対応する円板方向は、実質的に同じであるものとしてよい。

図28および図29に示されているさらなる実施形態において、膜38は、互いに積み重ねられた平面状円板154に形成される複数の中空糸72を備える。平面状円板は、図20を参照しつつ説明されている平面状マットに類似の平面状マットから切り出され得る。図28および図29に示されているように、それぞれの平面状マットは、丸い周囲を有するマットを画成するように切り出される。いくつかの実施形態では、平面状円板154は、円形形状を有する。他の実施形態では、平面状円板154は、楕円形状を有する。平面状円板154は、それぞれの円盤の間に画成された垂直の円板の間隔距離156をあけて積み重ねられ得る。いくつかの実施形態では、垂直の間隔距離156はゼロであり、積み重ねられた平面状円板154は、互いに直接接触している。いくつかの場合において、同じ平面状円板154内のすべての中空糸72の間の間隔126は、同じである。

図28および図29に例示されているように、それぞれの平面状円板内の中空糸72は、互いに間隔をあけて配置され、対応する円板方向に互いに実質的に平行に向き付けられる。いくつかの実施形態では、図28に示されているように、平面状円板154のうちの第1の円板の対応する方向は、平面状円板154のうちの第1の円板に直接隣接する他の平面状円板に対する対応する円板方向と異なる。言い換えると、1つの平面状円板154の平行な中空糸72と互いに隣接して積み重ねられている別平面状円板154の中空糸72との間である角度157をなすものとしてよい。

代替的に、積み重ねられている平面状円板154のすべてに対する対応する円板方向は、実質的に同じであるものとしてよく、その場合、中空糸72はすべて、実質的に平行である。

中空糸円板154は、図30に示されているように、積層円筒158の形態の膜38が結果としてできあがるように積み重ねられ得る。いくつかの場合において、積層円筒158は、約175から225個の平面状円盤154を収容する。それぞれの平面状円盤154は、その真上または真下の平面状円板に接着剤で接着され得る。接着剤は、それぞれの平面状円板154上に放射状に塗布され、これにより、グルーライン160の径方向内向きに配置された円筒形チャネル162を画成するガス不浸透性グルーライン160を画成することができる。円筒形チャネル162は、吐出流体混合物26を受け入れるように構成され得る。

図31は、図30を参照しつつ上で説明されているように、積層円筒158を収納するための例示的な膜ハウジング40を示している。積層円筒158は、グルーライン160を介してハウジング40のいずれかのエンドキャップに接着され、これにより、流体分離装置41を形成することができる。図示されているように、膜ハウジング40は、掃引入口80、掃引出口82、膜ハウジング入口44、および膜ハウジング出口46を有する。膜ハウジング40の外壁と積層円筒158との間の空間は、2つのバッフル164によって2つの対称的区画に分割され得る。掃引入口80および掃引出口82は、それぞれ、バッフル164によって形成される2つの対称的な容積のうちの各一方に配置され得る。図31に示されている実施形態では、膜出口46は、掃引入口と掃引出口との間の、膜ハウジング40の、掃引入口80および掃引出口82と同じ端部にある。

図32は、膜ハウジング40を備える流体分離装置41を通る切欠図を示している。いくつかの実施形態では、流体分離装置41は、麻酔回路に解放可能に接続可能である。いくつかの場合において、流体分離装置41は、流路12に解放可能に接続可能であるカートリッジの形態をとる。吐出流体混合物26は、膜ハウジング入口44を介して膜ハウジング40内に入る。吐出流体混合物26が、強制的に、積層円筒158の円筒形チャネル162に通されるときに、吐出二酸化炭素30の少なくとも一部は、中空糸72の少なくともいくつかの中空糸の内側内腔114(図19を参照)内に流れ込む。中空糸72のうちの少なくとも一部を通り過ぎて流れるその結果得られる修正された流体混合物42は、濃度が低減された吐出二酸化炭素30を有する。図31に示されているのとは異なり、図32は、膜ハウジング40の、膜ハウジング入口44と同じ端部にあるハウジング出口46を例示している。

掃引流体84は、掃引入口80を通じて膜ハウジング40内に入る。吐出流体混合物26が積層円筒158の円筒形チャネル162を通過し、積層円筒158の中空糸72の少なくとも一部の周りを巡るのと同時に、吐出二酸化炭素30は、中空糸72の外壁118(図19を参照)を通して運ばれ、中空糸72を介して流路12から外に出る。掃引流体84は、吐出二酸化炭素30で富化され、次いで、掃引出口82を介して膜ハウジング40から出る。

本開示の別の実施形態において、図33に例示されている膜は、長手方向中心線を有する細長いチャネル内に配置される。細長いチャネルは、長手方向中心線の周りで細長い。いくつかの実施形態では、複数の中空糸は、チャネルの長手方向中心線に実質的に垂直に配置構成される。いくつかの実施形態では、細長いチャネルは、長手方向中心線に垂直な平面内で丸い断面を有する。いくつかの実施形態では、細長いチャネルは、長手方向中心線に垂直で、約300mm²から20,000mm²の断面積を有する平面内の断面を有する。長手方向中心線は湾曲していてもよい。

図33は、膜38として使用され得る膜を例示している。例示されているように、膜38の複数の中空糸72は、膜ハウジング40内に配置され、流体分離装置41を形成する。膜ハウジング40は、長手方向中心線168を有する細長いチャネル166である。細長いチャネル166は、長手方向中心線168の周りで細長い。

図34aおよび図34bに例示されているように、複数の中空糸72は、長手方向中心線168に実質的に垂直に配置構成され得る。代替的に、中空糸72は、長手方向中心線168に関して90°または0°以外の角度に向き付けられ得る。これらの場合において、吐出流体混合物26は、中空糸72の周りに流れて、吐出流体混合物26から吐出二酸化炭素30を取り除く。

図35に例示されているように、細長いチャネル166は、長手方向中心線168に垂直な平面内で実質的に矩形の断面を有するものとしてよい。代替的に、細長いチャネル166は、長手方向中心線168に垂直な平面内で実質的に丸い断面を有するものとしてよい。いくつかの場合において、細長いチャネル166は、円形、卵形、または楕円形の断面を有するものとしてよい。他の場合には、細長いチャネル166は、湾曲した縁を有するものとしてよい。

細長いチャネル166は、約300mm²から20,000mm²の(長手方向中心線168に垂直な平面内で)断面を有するものとしてよい。

図33、図34、および図35は、細長いチャネル166の対向する端部のところのハウジング入口44およびハウジング出口46を示している。これらの実施形態では、吐出流体混合物26/修正された流体混合物42は、1回、膜38を越えて流れる。代替的一実施形態では、ハウジング入口44およびハウジング出口46は、細長いチャネル166の同じ端部に配置され、膜38の中空糸72を横切る双方向の(二重の)流体流を円滑にする。

いくつかの場合において、細長いチャネル166は、湾曲した長手方向中心線168を有する。図36は、膜ハウジング40内に配設され、螺旋状パターンで配置構成されている連続する細長いチャネル166を備える流体分離装置41を例示している。図36に例示されているように、膜ハウジング40は、膜ハウジング入口44を有する。動作時に、吐出流体混合物26は、膜ハウジング入口44のところでハウジング40内に入り、チャネル66の長手方向中心168に平行な方向に移動する。吐出流体混合物26が中空糸72を通り越すと(図34および図35に示されている)、吐出二酸化炭素30が抽出されて、修正された流体混合物42を供給する。これが流れているときに、弁170は、開位置にある。吐出が終了すると、弁170は閉じ、外部流体は、注入ポート172(弁170の近くにあってよい)を介して細長いチャネル166に入り、修正された流体混合物42の方向を強制的に変更して、修正された流体混合物42の流れを膜ハウジング入口44(現在は修正された流体混合物42を膜ハウジング40から排出できるように機能する)の方へ戻す。修正された流体混合物42が、中空糸72のそばを2回目に通った後、膜ハウジング入口44の方へ移動すると、修正された流体混合物42中の吐出二酸化炭素の濃度をさらに低減する。前進および逆進する流体流は、流体混合物と中空糸膜との間の接触時間を長くし、それによって、吐出二酸化炭素抽出の効率(吸引/吐出サイクル毎)を高める。この場合、細長いチャネル116は、注入ポート172と連携して、流動発生器として働き、細長いチャネル116を通る流体の移動を促進し、いくつかの場合において、流路12(たとえば、図1の流路12を参照)の他の部分を通る移動を促進することができる。

本開示の別の実施形態において、図37に例示されている膜は、ハウジング内に配置され、膜の少なくとも1本の中空糸は、別の中空糸の対応する形状および向きと異なる対応する形状および向きを有する。より具体的な実施形態において、それぞれの中空糸は、ハウジング内の他のすべての中空糸の対応する形状および向きと異なる対応する形状および向きを有する。

図37は、膜38と膜ハウジング40とを備える流体分離装置41に対するさらなる実施形態を示しており、膜38は、膜ハウジング40内に複数の中空糸72を備える。この実施形態では、少なくとも1本の中空糸72は、別の中空糸の対応する形状および向きと異なる対応する形状および向きを有する。図示されているように、それぞれの中空糸は、膜ハウジング40内の他のすべての中空糸の対応する形状および向きと異なる対応する形状および向きを有する。それぞれの中空糸72は、膜ハウジング40内の他のすべての中空糸72の湾曲した形状および角度方向と異なる膜ハウジング40に関する湾曲した形状および角度方向を有するものとしてよい。言い換えると、中空膜72は、「スパゲッティのように」膜ハウジング40内にランダムに詰め込まれ(ランダムに向き付けられ)得る。膜ハウジング40内の空間の容積当たりの使用される中空糸72の量は、膜ハウジング入口44から膜ハウジング出口46に通過する吐出流体混合物26に対する抵抗を定義する。図示されているように、掃引流体84は、中空糸72(図19を参照)内の内側内腔114を通って、膜ハウジング40内に導入される吐出流体混合物26から吐出二酸化炭素を取り除くことを円滑にする。

上で説明されている膜38の実施形態のそれぞれは、膜ハウジング入口44および膜ハウジング出口46を有する麻酔回路10内の膜ハウジング40内に配置され得る。たとえば、図1、図1a、図2、図3a、図4、図5、図6、および図7に示されているように、吐出麻酔剤流体26は、膜ハウジング入口44を介して膜ハウジング40内に入り、1回膜38を通して流れ、次いで、膜ハウジング出口46を介して修正された流体混合物42として膜ハウジング40から出る。たとえば、図26および図32は、膜ハウジング40の同じ端部に配置されている膜ハウジング入口44および膜ハウジング出口46を例示している。図26および図32に示されている実施形態は、たとえば、わずかに修正されたときに、図1、図2、図3a、図4、図5、図6、および図7に示されているのと類似する麻酔回路10に適用可能である。たとえば、図38は、ハウジング入口44およびハウジング出口46を膜ハウジング40の同じ側に有するようにわずかに修正された、図1の麻酔回路を示している。

たとえば、図1に示されているように、麻酔回路10は、排出口22および進入口36を有する。図1に例示されているように、進入口36および排出口22は、流路12内の異なる開口部であってよい。代替的に、たとえば、図3bに示されているように、流路12内に1つの流体ポート24を有する。

さらなる実施形態は、患者の麻酔治療のための方法を含む。図1を参照すると、この方法は、流路12を介して外用麻酔剤16を患者の方へ、また患者体内に導入するステップを含む。外用麻酔剤16は、麻酔器18または別の外部源内に貯蔵され得る。この麻酔剤は、流路12を通して、患者20に送達される。外用麻酔剤16が患者20によって吸引された後、外用麻酔剤16は、患者の肺に移動する。患者の肺は、吐出流体混合物26を発生し、これは患者が息を吐くときに患者20の気道から追い出される。次いで、吐出流体混合物26は、患者20から離れて、患者20から出て、流路12内に導かれる。患者20からの吐出流体混合物26は、吐出酸素28、吐出二酸化炭素30、および吐出麻酔剤34を含む。吐出流体混合物26は、流路12に通され、流路と流体的に連通する複数の中空糸を備える膜38の方へ送られて、膜38と接触する。吐出麻酔剤34よりも多い吐出二酸化炭素30が、吐出流体混合物26が膜38と接触した流路から外へ移送されて流路12内に修正された流体混合物42を残す。修正された流体混合物42は、吐出流体混合物26よりも低い濃度の吐出二酸化炭素30を有する。修正された流体混合物42が流路12に通されて患者20の方へ送られ、少なくとも修正された流体混合物42を患者20に供給する。吐出麻酔剤34は、吐出分子麻酔剤であってよい。

いくつかの実施形態では、患者の麻酔治療のための方法は、吐出流体混合物26が膜38と接触した後に吐出酸素28を膜38に通して流路12内に修正された流体混合物42を残すステップを含む。この特定の実施形態では、膜38は、1より大きい吐出酸素対吐出麻酔剤の選択度を有する。外用麻酔剤16は、分子麻酔剤を含み、吐出麻酔剤34は、吐出分子麻酔剤であってよく、複数の中空糸72は、少なくとも部分的にポリマー材料から作られ得る。

吐出麻酔剤34は、吐出流体混合物26が膜38と接触した後に流路12内に少なくとも部分的に保持される。いくつかの場合において、吐出麻酔剤34(吐出分子麻酔剤であってもよい)の実質的にすべて(または実質的な量)が、吐出流体混合物26が膜38と接触した後に流路12内に保持される。

図7を参照すると、流路12の外部に配置される二次酸素65は、膜38を通過し、流路12内に入るものとしてよい。二次酸素65は、膜38の動作および使用前に、流路12の外部にある酸素を含む。外部酸素は、流路12の外部にある膜38の側部に配置され得る。外部酸素は、たとえば、大気中に天然に存在する酸素、または膜38と流体的に連通している流路12の外側に配置された酸素源を含み得る。このシナリオでは、外部酸素は、流路12内の全酸素濃度を高める働きをする。

図1を参照すると、外部流体源52に貯蔵され得る、外部流体は、流体入口50を通して流路12内に導入される。いくつかの場合において、流体入口50に入る外部流体は、外部酸素源56からの酸素によって富化され得る(図2を参照)。

適宜、膜38は、少なくとも2、3、4、5、10、50、100、または250の吐出酸素対吐出麻酔剤の選択度を有するように吐出酸素28に対して浸透性を有する。この場合、吐出麻酔剤34は、吐出分子麻酔剤であってよい。

本発明の方法のいくつかの態様では、膜38は、膜38が1よりも大きい吐出二酸化炭素対吐出麻酔剤の選択度を有するように吐出二酸化炭素30に対して浸透性を有する。適宜、膜38は、2、3、4、5、10、50、100、または250の二酸化炭素対分子麻酔剤の選択度を有する。これらの場合において、吐出麻酔剤34は、吐出分子麻酔剤であってよい。

麻酔治療の方法のいくつかの実装のために、膜38は、吐出二酸化炭素30に関して不活性であるものとしてよい。

いくつかの場合において、膜は、本明細書で概要が説明されているように、膜38に隣接する流体内で、0%から100%の範囲の湿度値を含む、0から100%の範囲のすべての湿度値で完全に動作可能である(図1を参照)。

本開示の別の実施形態において、流体分離装置41が実現される。流体分離装置41は、麻酔回路(たとえば、図1に示されている麻酔回路10など)に流体的に接続可能である。すでに説明されているように、麻酔回路10は、少なくとも吐出麻酔剤34および吐出二酸化炭素30を含む吐出流体混合物26を流路12に通して運ぶための流路12を有する。いくつかの実施形態では、流体分離装置41は、麻酔回路10の流路12と解放可能に接続可能である。いくつかの実施形態では、流体分離装置41は、麻酔回路10の流路12と解放可能に接続可能であるカートリッジである。

図39は、例示的な流体分離装置41の斜視図である。図39に例示されているように、流体分離装置41は、膜ハウジング40を有する。例示されているように、膜ハウジング40は、中に吐出流体混合物26を受け入れるための膜ハウジング入口44および膜ハウジング40の内側から修正された流体混合物42を追い出すための膜ハウジング出口46を有する。図39に示されているように、ハウジング入口44およびハウジング出口46は、互いに同心円状であるものとしてよい。ハウジング出口46は、ハウジング入口44を径方向に囲み得る。

図40は、図39の流体分離装置の側面図を示している。図40に示されているように、膜ハウジング40は、掃引入口80および掃引出口82を有することができる。掃引入口80および掃引出口82は、図40に示されているように、膜ハウジング40の対向する端部のところに配置され得る。

図41は、図39および図40の流体分離装置の底面図を示している。

図42は、図39から図41の流体分離装置の上面図を示している。

図43は、図42の直線A-Aに沿った切欠図を示している。図43に示されているように、流体分離装置41は、膜ハウジング40およびその中に配設される膜38を備える。図43に例示されているように、膜38は、たとえば、図21a、図21b、図21c、および図22に示されているように、円筒形ロール130、または図25に示されているように、綾巻きロール146の形態である。図21aに示されているように、一実施形態では、膜38は、吐出流体混合物26を中に受け入れるための開放端150を有する中空の内芯134を画成する円筒形ロール130に巻き付けられた複数の中空糸72を備える。膜38は、わかりやすくするため、中実体として示されているけれども、膜38は、複数の中空糸72を含むことは理解されるであろう。

引き続き図43を参照すると、膜ハウジング40は、中空の内芯134内に挿入された内側シャフト174を備えることができる。内側シャフト174は、吐出流体混合物26を開口175に通して、膜38内に導くための開口175を中に有することができる。

図44を次に参照すると、流体分離装置41は、ハウジング入口44を介して吐出流体混合物26を受け入れるように構成されている。図44に示されているように、吐出流体混合物26は、中空の内芯134内に流れ込むものとしてよい。内芯134内の流体圧力は、流れが続くと増加する。閉じられた第2の端部152は、圧力のこの増大を円滑にするが、それは、流体混合物26が、閉じられた第2の端部152を介して中空の内芯134から漏れることがあり得ないからである。閉じた第2の端部152は、たとえば、プラグまたはスナップ式キャップであってよい。代替的に、閉じた第2の端部152は、膜ハウジング40内に一体形成され得る。中空の内芯134内で圧力が増加し、吐出流体混合物26が中空の内芯134内に流れ込むことが続くと、吐出流体混合物26は、強制的に、より低い圧力の領域の方へ径方向外向きに送られる。膜38の第1の(内側の)側部と膜38の第2の(外側の)側部との間の径方向のこの圧力差は、径方向外向きの流体流を引き起こす。以下で説明されるように、吐出流体混合物26は、膜38の第1の側部から膜38の第2の側部に径方向に流れるときに修正され、その結果、膜38の第2の側部に修正された流体混合物42が生じる。修正された流体混合物42は、ハウジング出口46を介して流体分離装置41を出るものとしてよい。図44は、流体分離装置41を通る例示的な吐出流体混合物26および修正された流体混合物42の流れ方向を示している。この実施形態および他の実施形態において、流体は、反対方向に代替的に流れ、それによって、吐出流体混合物26は膜ハウジング出口46を介して膜ハウジング40に入り、修正された流体混合物42は膜ハウジング入口44を介して膜ハウジング40を出ることは理解されるであろう。

図43および図44の流体分離装置は、図45に示されているように、掃引流体84を中に受け入れるように構成され得る。

図46は、特に、膜38内の中空糸72の例示的なグループの、図45の詳細Aからの詳細図を示している。図示されているように、吐出流体混合物26(吐出二酸化炭素30および吐出麻酔ガス34を含む)が中空糸72の外面に沿って移動するのと同時に、掃引流体84が中空糸72の内側内腔114を通過し、それによって、吐出流体混合物26から吐出二酸化炭素30を抽出する。掃引流体84は、吐出二酸化炭素30で富化され、次いで、掃引出口82を介して膜ハウジング40から出る。図46に例示されているように、吐出麻酔ガス34は、吐出麻酔ガス30よりも多い吐出二酸化炭素30が中空糸72内に入るように中空糸72の周りを巡るものとしてよい。吐出流体混合物26は、それぞれの中空糸72の外壁の第1の側部120からそれぞれの中空糸72の外壁の第2の側部122に径方向に流れるときに修正され、その結果、それぞれの中空糸72の外壁の第2の側部122に修正された流体混合物42が生じる。

図45を参照すると、掃引流体84は、掃引入口80から掃引出口82に流れている。この実施形態では、掃引流体84は、実質的に直線的に、膜38を通して1回移動する。本開示のこの実施形態および他のすべての実施形態において、掃引流体84は、反対方向に代替的に移動し、掃引出口82から掃引入口80に流れ得ることは理解されるであろう。

図47および図48は、それぞれ、掃引出口82および掃引入口80の近くの、図45からの詳細図を示している。図47および図48は、吐出流体混合物26、修正された流体混合物42、および掃引流体84の同時流を示している。

流体分離装置41の代替的実施形態が、図49に示されている。図39から図48に示されている流体分離装置41とは異なり、掃引入口80および掃引出口82は、膜ハウジング40の同じ端部に配置される。掃引入口80および掃引出口82は、膜ハウジング入口44および膜ハウジング出口46から膜ハウジングの対向する端部のところに配置される。図示されているように、掃引入口80および掃引出口82は、互いに隣接しているものとしてよい。

図50および図51は、図49の流体分離装置41の平面側面図を示している。

図52は、図49から図51の流体分離装置41の上面図を示している。

図53は、図52の直線A-Aに沿った切欠側面図を示している。図53は、膜38を通る、膜ハウジング入口44からの吐出流体混合物26、および図44の流体分離装置について示されているのと似た仕方で膜ハウジング出口46から出る修正された流体混合物42の流れを示している。代替的実施形態では、吐出流体混合物26/修正された流体混合物42は、図53に示されているのと反対の方向に流れ得る。

図54は、図49から図53の流体分離装置を通る掃引流体84の流路を例示している。膜ハウジング40は、掃引入口80から受け入れた掃引ガス84を第1の掃引方向に複数の中空糸72の第1の部分176に通し、その後、掃引ガス84が掃引出口82を介して膜ハウジング40から出る前に第1の掃引方向と実質的に反対の第2の掃引方向に複数の中空糸72の第2の部分178に通すように構成される。いくつかの場合において、複数の中空糸72の第1の部分176は、複数の中空糸72の第2の部分178から径方向外向きである。動作時に、掃引流体84は、掃引入口80を介して膜ハウジング40内に入るものとしてよい。隔壁180は、掃引流体84を膜38を通して導くように構成され得る。掃引流体84が膜38から出現すると、これは上部空間182内に入る。上部空間壁184は、掃引流体84を膜38内に導いて戻し、これは2度目の膜の通過である。いくつかの場合において、上部空間壁184は、掃引流体84を約180度旋回させて、膜38から、掃引流体84が膜38内に再入する方向と実質的に反対の方向に出現させる。このようにして、掃引流体84は、少なくとも2回、膜38を通過する。

掃引流体84を膜38に通して再循環させることによって、システムを稼働させるのに必要な掃引流体を減らせる。この結果、コストとエネルギーとを節減できる。再循環は、吐出流体混合物からの吐出二酸化炭素の抽出をより効率的にもする。吐出二酸化炭素30が膜38を通って掃引流体84中に入るために、掃引流体84中の二酸化炭素の分圧および濃度は、吐出流体混合物26よりも低くなければならない。図54に示されているような一実施形態において、掃引流体84は、その後の方向に中空糸72の第2の部分178を通って流れるのと比べて、複数の中空糸72の第1の部分176内のより少ない中空糸72を通って流れる。その一方で、最小の量の吐出二酸化炭素30は、中空糸72の第1の部分176の領域内の吐出流体混合物26から取り除かれないままとなる。この領域は、純粋な掃引流体84の高い流量、したがって分圧差を有する。次いで、中空糸72の第1の部分176から出るときに比較的少量の吐出二酸化炭素30を含む掃引流体84は、繊維の残り部分を通って流れ、より高いレベルの吐出二酸化炭素30を含む吐出流体混合物26から追加の二酸化炭素を取り除くことができる。このようにして、濃度差が維持される。

図54は、膜38を通る掃引流体の二重流を示しているけれども、いくつかの実施形態では、掃引流体84は、膜38を3回以上通過することができることは理解されるであろう。これらの実施形態では、二酸化炭素の濃度差も、上で説明されているようにして維持され、これにより、掃引流体84は、中空糸72の第1の部分176を通って流れるときに最低濃度の二酸化炭素を有し、中空糸72のその後の部分を通って流れるときにより高い濃度の二酸化炭素を有する。

図55は、上部空間182の付近にある図54の詳細図を示している。図56は、掃引入口80および掃引出口82の付近にある図54の詳細図を示している。図55および図56は両方とも、吐出流体混合物26、修正された流体混合物42、および掃引流体84の同時流を示している。

流体分離装置41の別の代替的実施形態が、図57に示されている。図示されているように、掃引入口80および掃引出口82は、膜ハウジング入口40の、互いと同じ端部、および膜ハウジング入口44および膜ハウジング出口46と同じ、膜ハウジング40の端部に配置される。図57の流体分離装置41は、図49から図56に示されている流体分離装置と類似の仕方で動作するが、掃引流体84は、異なる経路を辿る。

図58は、図57の流体分離装置41の正面図を示している。図59は、図57および図58の流体分離装置41の上面図を示している。

図60は、図59の直線A-Aに沿った切欠側面図を示し、流体分離装置41を通る吐出流体混合物26および修正された流体混合物42の流れを示している。

図61は、図57から図59の流体分離装置41の上面図を示し、流体分離装置41を通る掃引流体84の流れを示している。掃引流体84の流路は、図62にも示されており、これは図59の直線B-Bに沿った切欠側面図を示している。流路は、掃引ガス84が膜ハウジング40の対向する端部のところで掃引入口80から受け入れられることを除き(図54と比較して)、図54に示されているものと実質的に同じである。言い換えると、掃引ガス84は、複数の中空糸72の第1の部分176を通って流れ、その後、図54に示されている方向と実質的に反対の方向に複数の中空糸72の第2の部分178を通って流れる。

図63は、膜ハウジング入口44および膜ハウジング出口46に隣接する膜ハウジング40の端部の近くの図60の詳細図を示している。図64は、膜ハウジング入口44および膜ハウジング出口46と反対の膜ハウジング40の端部の近くの図60の詳細図を示している。図は両方とも、吐出流体混合物26、修正された流体混合物42、および掃引流体84の同時流を示している。

いくつかの実施形態では、掃引流体84は、少なくとも窒素ガスを含み、膜38は、窒素ガスに対して少なくとも部分的に不浸透性を有し、膜が1よりも大きい二酸化炭素対窒素ガスの選択度を有するように吐出二酸化炭素流体に対して浸透性を有する。いくつかの実施形態では、窒素選択性ポリマー膜では、掃引流体84を、純酸素よりも安価である空気とすることが許され得る。そのような膜は、当技術分野で知られている。窒素選択性ポリマーの例は、PARKER HANNIFIN CORPORATION(商標)からのポリマーを含む。掃引ガス84で空気が使用される場合、窒素選択性膜は、患者に有害な作用をもたらし得る窒素で流路を溢れさせることのないようにするため、空気中に豊富にある窒素が膜によって保持されることを実質的に防ぐことができる。

図65および図66は、膜ハウジング40に対する例示的な内側シャフト174を示している。内側シャフト174は、膜38の中空の内芯134(たとえば、図43を参照)内に挿入され得る。内側シャフト174は、吐出流体混合物26を開口175に通して、膜38内に導くための複数の開口175を中に有することができる。いくつかの場合において、膜ハウジング入口44からさらに離れている--膜ハウジング40の閉じた端部152により近い--位置に配置されている開口175は、一般的に、膜ハウジング入口44により近い位置に配置されている開口よりも小さい。閉じた端部152の領域内の開口175は小さければ小さいほど、その中の高圧領域の影響を最小限に抑える働きをし、それによって、結果として、圧力および流れが内芯134に沿ってより均一に分配される。

図65および図66に示されているように、内側シャフト174は、第1の端部186と第2の端部187とを有する。いくつかの実施形態では、第1の端部186は、膜ハウジング40内に配置されるものとしてよく、第1の端部186は第2の端部187よりも膜ハウジング入口44に近い。研究の結果、この配置構成は、内側シャフト174が等しいサイズの開口175を有している配置構成に比べて、膜38内への吐出流体混合物26の流れ分配をより均一にすることを促進することがわかった。

本明細書で実験#7として提示されている、次のデータは、約35kgのブタ(在来種、オス)で収集された。

実験#7で使用された麻酔回路は、毎分12×0.55Lリットルのガスを送達するように設定され、その結果、6.6Lpmの全量がブタに送達された。

第1のデータセットは、2Lpmの新鮮なガス流で記録され(空気中50%の酸素)、流体分離装置は、掃引ガスとして純酸素を供給された(Table 7(表7))。流体分離装置の掃引入口および掃引出口の付近から採られた対応する測定データについては、Table 8(表8)を参照。

第2のデータセットは、4Lpmの新鮮なガス流で記録され(空気中50%の酸素)、流体分離装置は、掃引ガスとして純酸素を供給された(Table 9(表9))。掃引入口および掃引出口の付近から採られた対応する測定データについては、Table 10(表10)を参照。

Table 7(表7)およびTable 9(表9)は、吸収装置出口における酸素、CO₂、セボフルラン(FiO₂、FiCO₂、FiSevo)の吸入画分(Fi [Vol%])、および吐出流体混合物中の酸素、CO₂、セボフルラン(etO₂、etCO₂、etSevo)の呼気終末画分(et [Vol%])を示している。

Table 8(表8)およびTable 10(表10)は、流体分離装置を出入りする掃引流V[Lpm](V_IN,V_OUT)、入る酸素、CO₂、およびセボフルランの濃度c[Vol%](c_IN(O₂),c_IN(CO₂),c_IN(Sevo))、および出て行く酸素、CO₂、およびセボフルランの濃度(c_OUT(O₂),c_OUT(CO₂),c_OUT(Sevo))を示す。

掃引入口に入る純酸素は、流体分離装置に入る流体混合物よりも酸素濃度が高く、したがって、一部の酸素は掃引ガスから吐出流体混合物中に移動し、流体分離装置に入る吐出流体混合物に比べて修正された流体混合物中の酸素の濃度が高くなる。これは、流体分離装置に入る純酸素に比べて、流体分離装置を出る掃引流体中の酸素濃度が低いことによって反映される。

掃引入口に入る純酸素は、流体分離装置に入る吐出流体混合物よりも低い濃度の二酸化炭素を含み、したがって、一部の二酸化炭素は吐出流体混合物から掃引流体中に移動し、流体分離装置に入る吐出流体混合物に比べて低い濃度の二酸化炭素を修正された流体混合物中に残す。これは、流体分離装置に入る純酸素(二酸化炭素を含まない)に比べて、流体分離装置を出る掃引流体中の二酸化炭素濃度が高いことによって反映される。

麻酔ループ内のセボフルラン濃度は、流体分離装置に入る掃引流体中のセボフルランの濃度よりも高かったけれども、掃引流体混合物は、流体分離装置を通過した後に検出可能なレベルのセボフルランを含んでいなかった。

本明細書で図示され、詳細に説明されている本発明は、本発明の上述の目的を完全に達成することができるが、それは本発明の目下の好ましい実施形態であり、したがって、本発明によって広範に企図されている主題を表すものであること、本発明の範囲は、当業者に明白なものとなり得る他の実施形態を完全に包含していること、および請求項の範囲は、例で述べた好ましい実施形態によって制限されるべきでなく、全体として説明と一致する最も広範な解釈を与えられるべきであることは理解されるであろう。さらに、デバイスまたは方法で、本発明によって解決されることが求められるありとあらゆる問題に対処することは必要でないが、それは、本発明の請求項によって包含されるべきであるからである。

10 麻酔回路
12 流路
14 麻酔剤入口
16 外用麻酔剤
18 麻酔器
20 患者
22 排出口
24 流体ポート
26 変換された吐出流体混合物
28 吐出酸素
30 吐出二酸化炭素
34 吐出麻酔剤
36 進入口
38 膜
40 膜ハウジング
41 流体分離装置
42 修正された流体混合物
44 ハウジング入口
46 膜出口
46 ハウジング出口
48 流体流方向
50 流体入口
52 外部流体源
56 外部酸素源
58 流動発生器
59 圧縮性部材
59 圧縮可能チャンバー
60 壁
60 ベロウ
62 放出弁
63 制御弁
64 乱流誘発コンポーネント
65 二次酸素
66 二酸化炭素吸収材料
67 注入ポート
70 進入方向
72 中空糸
76 血液入口
78 血液出口
80 掃引入口
82 掃引出口
83 緻密層
84 掃引流体
85 多孔質支持層
86 ポリマー
88 溶媒
90 混合装置
92 ミックス
94 熱源
96 熱押出機
98 窒素流体源
100 温度制御された空隙
102 紡績室
106 抽出室
110 乾燥段階
114 内側内腔
116 外側領域
118 外壁
120 第1の側部
122 第2の側部
124 平面状マット
126 間隔
128 縦糸
130 円筒形ロール
134 中空の内芯
138 一時ボビン
140 第2の平面状マット
144 角度
146 綾巻きロール
148 一時ボビン
150 開放端
152 閉鎖端
154 平面状円板
156 間隔距離
157 角度
158 積層円筒
160 ガス不浸透性グルーライン
162 円筒状チャネル
164 バッフル
166 チャネル
168 長手方向中心線
170 弁
172 注入ポート
174 内側シャフト
175 開口
176 第1の部分
178 第2の部分
180 隔壁
182 上部空間
184 上部空間壁
186 第1の端部
187 第2の端部

Claims (19)

1. 患者を治療するための麻酔回路であって、
   流路と、
   外用麻酔剤を前記流路内に導入するために前記流路と流体的に連通する麻酔剤入口と、
   少なくとも前記外用麻酔剤を前記患者に供給するために前記流路と流体的に連通する少なくとも1つの流体ポートであって、
   前記少なくとも1つの流体ポートが前記患者から吐出流体混合物を受け入れ、前記吐出流体混合物が吐出酸素、吐出二酸化炭素、および吐出麻酔剤を含み、前記流路が前記少なくとも1つの流体ポートから前記吐出流体混合物を受け入れるために前記少なくとも1つの流体ポートと流体的に連通する、少なくとも1つの流体ポートと、
   複数の中空糸を備える膜であって、前記流路と流体的に連通し、前記少なくとも1つの流体ポートから前記吐出流体混合物を受け入れるように構成され、前記吐出流体混合物が前記膜と接触した後に前記吐出麻酔剤を前記流路内に少なくとも部分的に留めておくために前記吐出麻酔剤に対して少なくとも部分的に不浸透性を有する膜であって、
   前記膜は、前記膜が1よりも大きい吐出二酸化炭素対吐出麻酔剤の選択度を有するように前記吐出二酸化炭素に対して浸透性を有し、
   前記膜は、前記吐出流体混合物を中に受け入れるための開放端を有する中空の内芯を画成するロール状に巻き付けられた前記複数の中空糸を備え、
   前記吐出流体混合物は前記膜と接触し、前記膜は前記吐出流体混合物から前記吐出二酸化炭素の一部を分離して、前記吐出流体混合物よりも少ない量の前記吐出二酸化炭素を有する修正された流体混合物を前記流路内に残し、
   前記少なくとも1つの流体ポートは、前記膜から前記修正された流体混合物を受け入れ、少なくとも前記修正された流体混合物を前記患者に供給するように構成されている、膜と、
   前記患者に供給される前記修正された流体混合物に加えられるべき外部流体を前記流路内に導入するための流体入口とを備える麻酔回路。
2. 前記吐出麻酔剤は、吐出分子麻酔剤であり、
   前記膜は、少なくとも1つのポリマー材料を含み、
   前記膜は、前記膜が1よりも大きい吐出酸素対吐出分子麻酔剤の選択度を有するように前記吐出酸素に対して浸透性を有する請求項1に記載の麻酔回路。
3. 前記吐出流体混合物は、アセトアルデヒド、アセトン、エタン、エチレン、水素、イソプレン、メタン、メチルアミン、またはペンタンを含む代謝産物を含み、
   前記膜は、前記代謝産物に対して浸透性を有し、
   前記吐出流体混合物は、前記膜と接触して、前記吐出流体混合物よりも少ない量の前記代謝産物を有する修正された流体混合物を前記流路内に残す請求項1から2のいずれか一項に記載の麻酔回路。
4. 前記少なくとも1つの流体ポートは、
   少なくとも前記外用麻酔剤を前記患者に供給するために前記流路と流体的に連通する排出口と、
   前記患者から前記吐出流体混合物を受け入れるための前記排出口から分離している進入口であって、前記流路は前記進入口から前記吐出流体混合物を受け入れるために前記進入口と流体的に連通し、
   前記排出口は前記膜から前記修正された流体混合物を受け入れ、前記修正された流体混合物を前記患者に供給するように構成されている、進入口とを備える請求項1から3のいずれか一項に記載の麻酔回路。
5. 前記少なくとも1つの流体ポートは、ただ1つの流体ポートを含み、
   前記1つの流体ポートは、少なくとも前記外用麻酔剤を前記患者に供給するために前記流路と流体的に連通し、
   前記1つの流体ポートは、前記患者から前記吐出流体混合物を受け入れ、前記流路は前記1つの流体ポートから前記吐出流体混合物を受け入れるために前記1つの流体ポートと流体的に連通し、
   前記1つの流体ポートは、前記膜から前記修正された流体混合物を受け入れ、前記修正された流体混合物を前記患者に供給するように構成される請求項1から3のいずれか一項に記載の麻酔回路。
6. それぞれの中空糸は、前記吐出流体混合物と接触し、前記吐出二酸化炭素の少なくとも一部が前記中空糸内に流れ込むのを許す第1の側部と、前記吐出二酸化炭素の少なくとも一部が前記中空糸内に流れ込んだ後に前記修正された流体混合物が供給される対向する第2の側部とを有する外壁を有し、
   前記中空糸は、掃引流体がその中を通過するのを許し、それにより前記吐出二酸化炭素の少なくとも一部を前記中空糸内に運ぶのを円滑にし、
   前記中空糸は、前記吐出二酸化炭素を前記流路から排出させる請求項1から5のいずれか一項に記載の麻酔回路。
7. 前記複数の中空糸は、互いに間隔をあけて配置され、前記吐出流体混合物が最初に前記複数の中空糸と接触したときに前記吐出流体混合物の流れ方向に実質的に垂直になるように配置構成される請求項1から6のいずれか一項に記載の麻酔回路。
8. 前記複数の中空糸は、少なくとも第1の平面状マットに形成され、
   前記第1の平面状マット内の前記複数の中空糸は、互いに間隔をあけて、互いに実質的に平行になるように配置され、
   前記第1の平面状マットは、ロール状に巻かれて、実質的に平行な中空糸の同心層を形成するロールにされ、
   前記第1の平面状マットは、前記吐出流体混合物を受け入れるための前記開放端および閉じた端部を有する前記中空の内芯を画成する請求項1から7のいずれか一項に記載の麻酔回路。
9. 前記複数の中空糸は、前記第1の平面状マットおよび第2の平面状マットに形成され、
   前記第1の平面状マット内の前記複数の中空糸は、互いに間隔をあけて、互いに実質的に平行になるように配置され、
   前記第2の平面状マット内の前記複数の中空糸は、互いに間隔をあけて、互いに実質的に平行になるように配置され、
   前記第1の平面状マットは、前記第2の平面状マットと重ね合わされ、
   前記重ね合わされた第1および第2の平面状マットは、ロール状に巻かれて、前記中空糸の同心層を形成する1本の円筒形ロールにされ、
   前記第1の平面状マットは、前記第1の平面状マットの前記中空糸が前記第2の平面状マットの前記中空糸に対してある角度で向き付けられ、綾巻きされた中空糸の同心層を構成するように前記第2の平面状マットと重ね合わされ、
   前記ロール状に巻かれた第1の平面状マットおよび第2の平面状マットは、前記吐出流体混合物を受け入れるための前記開放端を有する前記中空の内芯を画成する請求項8に記載の麻酔回路。
10. 患者を治療するための麻酔回路であって、
    流路と、
    外用麻酔剤を前記流路内に導入するために前記流路と流体的に連通する麻酔剤入口と、
    少なくとも前記外用麻酔剤を前記患者に供給するために前記流路と流体的に連通する少なくとも1つの流体ポートであって、
    前記患者から吐出流体混合物を受け入れ、前記吐出流体混合物は吐出酸素、吐出二酸化炭素、および吐出麻酔剤を含み、前記流路は前記少なくとも1つの流体ポートから前記吐出流体混合物を受け入れるために前記少なくとも1つの流体ポートと流体的に連通する、少なくとも1つの流体ポートと、
    複数の中空糸を備える膜であって、前記流路と流体的に連通し、前記少なくとも1つの流体ポートから前記吐出流体混合物を受け入れるように構成され、前記吐出流体混合物が前記膜と接触した後に前記吐出麻酔剤を前記流路内に少なくとも部分的に留めておくために前記吐出麻酔剤に対して少なくとも部分的に不浸透性を有し、
    前記膜は、前記膜が1よりも大きい吐出二酸化炭素対吐出麻酔剤の選択度を有するように前記吐出二酸化炭素に対して浸透性を有し、
    前記膜は、前記膜が1よりも大きい吐出酸素対吐出揮発性分子麻酔剤の選択度を有するように前記吐出酸素に対して浸透性を有し、
    前記吐出流体混合物は前記膜と接触し、前記膜は前記吐出流体混合物から前記吐出二酸化炭素の一部を分離して、前記吐出流体混合物よりも少ない量の前記吐出二酸化炭素を有する修正された流体混合物を前記流路内に残し、
    前記少なくとも1つの流体ポートは、前記膜から前記修正された流体混合物を受け入れ、少なくとも前記修正された流体混合物を前記患者に供給するように構成されている、膜と、
    前記患者に供給される前記修正された流体混合物に加えられるべき外部流体を前記流路内に導入するための流体入口とを備え、
    前記複数の中空糸は、互いに積み重ねられた平面状円板に形成され、
    それぞれの平面状円板内の前記中空糸は、互いに間隔をあけて配置され、対応する円板方向に互いに実質的に平行に向き付けられる麻酔回路。
11. 二酸化炭素吸収材料は、前記膜の近傍に配置され、前記膜は、前記二酸化炭素吸収材料を前記流路内に留められた前記吐出麻酔剤から分離して、前記吐出麻酔剤が前記二酸化炭素吸収材料と接触するのを妨げる請求項10に記載の麻酔回路。
12. 前記膜の前記複数の中空糸は、長手方向中心線を有する細長いチャネル内に配置される請求項10に記載の麻酔回路。
13. 前記複数の中空糸は、前記細長いチャネルの前記長手方向中心線に実質的に垂直に配置構成される請求項12に記載の麻酔回路。
14. 前記長手方向中心線は、湾曲している請求項12または13に記載の麻酔回路。
15. 前記膜の前記複数の中空糸は、膜ハウジング内に配置され、
    前記中空糸は、前記膜ハウジング内にランダムに詰め込まれ、
    前記吐出流体混合物は、ハウジング入口を介して前記膜ハウジング内に入り、
    前記膜ハウジングは、前記吐出流体混合物を前記膜と接触させて、前記修正された流体混合物を供給し、
    前記膜は、ハウジング出口を介して前記修正された流体混合物を前記膜ハウジングから外へ導く請求項10に記載の麻酔回路。
16. 麻酔回路に流体的に接続可能な流体分離装置であって、前記麻酔回路は少なくとも吐出麻酔剤および吐出二酸化炭素を含む吐出流体混合物を流路に通して運ぶための前記流路を有し、前記流体分離装置は、
    複数の中空糸を有する膜であって、
    前記膜が、前記吐出流体混合物が前記膜と接触した後に前記吐出麻酔剤を前記流路内に少なくとも部分的に留めておくために前記吐出麻酔剤に対して少なくとも部分的に不浸透性を有し、
    前記膜が、前記膜が1よりも大きい吐出二酸化炭素対吐出麻酔剤の選択度を有するように、前記吐出麻酔剤よりも、前記吐出二酸化炭素に対して高い浸透性を有し、
    前記膜は、前記吐出流体混合物を中に受け入れるための開放端を有する中空の内芯を画成するロール状に巻き付けられた前記複数の中空糸を備える、膜と、
    中に前記膜を収容する膜ハウジングであって、
    膜ハウジング入口を介して前記吐出流体混合物を受け入れるように構成され、
    前記膜ハウジングは、前記吐出流体混合物を前記膜と接触させて、前記吐出流体混合物よりも少ない量の前記吐出二酸化炭素を有する修正された流体混合物を供給し、
    前記膜ハウジングは、ハウジング出口を介して前記修正された流体混合物を前記膜ハウジングから外へ導き、
    前記複数の中空糸のうちの少なくとも1本は、掃引流体がその中を通過するのを許し、それにより前記吐出二酸化炭素の少なくとも一部を前記少なくとも1本の中空糸内に運ぶのを円滑にし、
    前記膜ハウジングは、前記掃引流体を中に通して受け入れるための少なくとも1つの掃引入口と、前記掃引流体を前記膜ハウジングから追い出すための少なくとも1つの掃引出口とを有する、膜ハウジングとを備える流体分離装置。
17. 前記膜ハウジングは、前記掃引入口から受け入れた前記掃引流体を第1の掃引方向に前記複数の中空糸の第1の部分に通し、その後、前記掃引流体が前記掃引出口を介して前記膜ハウジングから出る前に前記第1の掃引方向と実質的に反対の第2の掃引方向に前記複数の中空糸の第2の部分に通すように構成され、
    前記複数の中空糸の前記第1の部分は、前記複数の中空糸の前記第2の部分から径方向外向きである請求項16に記載の流体分離装置。
18. 前記掃引流体は、少なくとも窒素ガスを含み、前記膜は、前記窒素ガスに対して少なくとも部分的に不浸透性を有し、前記膜が1よりも大きい吐出二酸化炭素対窒素ガスの選択度を有するように前記吐出二酸化炭素に対して浸透性を有する請求項16または17に記載の流体分離装置。
19. 前記膜ハウジングは、前記膜の前記中空の内芯内に挿入された内側シャフトを備え、
    前記内側シャフトは、中に複数の開口を有し、前記吐出流体混合物を前記開口に通し、前記膜内に導き入れ、
    前記膜ハウジング入口から遠く離れて配置されている前記開口は、一般的に、前記膜ハウジング入口により近くに配置されている前記開口よりも小さい請求項16から18のいずれか一項に記載の流体分離装置。

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