JP2011083305A - 多重モジュラー式飛沫感染防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半閉鎖的な小空間を任意に区切って飛沫の飛散を防止する装置は知られていないが、既存の医療機関などで使用するためには心理的抵抗が少ない装置が望ましく、操作用の開口部を持ちながら飛沫の拡散（侵入）を妨げる、小型軽量で簡易かつ省電力な飛沫拡散防止装置を提供する。
【解決手段】折り返し袖つき隔離パネル２、並列薄型ファンを用いた層流送風機３および換気装置つき頭頚部シールド４の３部分から構成される飛沫感染防止装置。発生源からの飛沫は折り返し袖つき隔離パネル（カーテン）によって大部分が阻止され、並列薄型ファンを用いた層流送風機３からの気流によって吹き返される。また操作（処置）者は換気装置つき頭頚部シールドによって守られる。いずれのモジュールも独自あるいは組み合わせて用いることが可能で、飛沫遮閉装置として医療機関以外でも用いられる。
【選択図】図１

Description

本発明は３モジュールから構成される飛沫感染防止装置に関するものである。

感染性飛沫の拡散防止（隔離）を達成するには、空間そのものを完全に仕切って気流が相互に混合しないようにするのが理想である。しかし人為的な操作（処置）が必要とされる場合、遠隔操作装置を用いない限り完全な空間隔離は達成できない。したがって感染性飛沫の拡散を減少させることが現実的な目標となる。このためにはフィルターによって飛沫を大気中から排除する技術と、気流の制御によって飛沫の飛散を偏向（限定）する手段が用いられてきた。たとえば採痰装置としては採痰時に発生する飛沫を発生源（患者）前方の吸引装置によって集め、フィルターを通過させて足元から排気する（特許文献１）。このような装置は実験用フードの応用として考案されたもので、フィルターの性能に応じた清浄度が確保できるものの、外部から別の人物（たとえば医師）が操作（処置）を行なうことはできない。しかもフィルターを用いる飛沫の除去は、装置の大型化と同時に換気量の増大にともなって、飛沫捕捉率の低下が避けられない。

閉鎖した空間の内部に定常気流を発生させ、フィルターを通して外部へ排気する無菌ブースも考案されている（特許文献２）が、この場合は操作（処置）する人物は定常気流によって保護されるだけで、感染性飛沫からの遮閉は個人防護具に頼るしかない。しかも送風機による気流を利用して清浄度を保つには飛沫の拡散速度を上回る気流を確保する必要があるが、咳嗽くしゃみによって発生する気流は秒速２０メートル近くに達するため、これを上回る気流速度を確保することは困難となる。さらに突発的な飛沫の拡散を抑止する気流を確保できたとしても、乱流の発生によって操作（処置）者の安全は不十分となる。

飛沫発生源（患者）と操作（処置）者が対面しながら両者の間に隔離手段を講じようとすれば、対面式防護パネルあるいは軟性素材のカーテンを設置する方法もある（たとえば特許文献３）。しかし対面式防御パネルに操作（処置）用の開口部を設ければ、発生源からの飛沫を遮断できなくなってしまう。これは軟性素材のカーテンによっても同じである。対面状態で操作（処置）を実施する場合、古くから飛沫を遮断するグローブなどを遮閉壁と一体化する保育器あるいはグローブボックスが用いられているが、飛沫発生源（患者）が交代するような場面では用いることはできない。

個人防護具によって飛沫感染を防ごうとする試みも行なわれているが、いずれもフィルターを介して外気を導入し、操作者の装着する防御具の内部圧力を周辺より高める機構である（特許文献４ー８）。軟性素材から構成されるシールドや防御服には微細な開口部が生じ易く、内部の気圧を外気よりも高く保つのは合理的な方法に違いない。しかし陽圧換気装置は日常的に装着する防御具としては大きく複雑であり、外部からエネルギーの供給が困難なこともあって、手術室など特殊な環境下でしか用いられない。また使い捨て（ディスポーザブル）でない装置あるいは部品が多く、実質的に医療機関の外来などでは利用できない。

気流と隔離用カーテンおよびフィルターを組合わせて、操作者を飛沫から防禦しようとする装置も市販されている（非特許文献１）が、操作（処置）を行なうには隔離用のカーテンを引き上げなければならず、操作者の下半身は飛沫から守られない。また開口部からの飛沫侵入を防止するため、飛散する飛沫の拡散速度を上回る気流を発生させる必要があり、装置の大型化は免れない（たとえば非特許文献１では１００キロを超える）。また隔離パネルとは別に層流送風機を設置しようとしても、既存の層流送風機（たとえば特許文献９）は６センチ以上の厚味と３０キロ以上の重量があり、消費電力も７０ワットに達する（非特許文献２）、このため小規模な診察室などに設置するのは困難である。また吸気部と電動ファンによって、送風面積が制限されるという限界を持っている。

感染性飛沫の遮閉には操作者と発生源の間に隔離手段（パネルあるいはカーテン）を必要とするが、操作（処置）用の開口部が拡大するにつれて開口部からの飛沫侵入は阻止できなくなる。この課題に対して操作（処置）者側から発生源に向って定常気流を送って解決を図るとしても、装置の大型化と騒音あるいは乱流発生のため、既設の小空間（たとえば小規模な病院や診療所）では実用的な飛散防止装置が設置できなかった。また操作（処置）者が身につける個人防御具あるいは換気装置つきシールドは、エネルギー供給と携帯性の面から長時間の装着が困難である。すなわち小型軽量で小規模な診療室内に設置面でき、必要な清浄度を維持しながら心理的圧迫を与えないという装置は提供されていない。

実用新案登録第３０７００６０号 特開平７ー２４１３１８ 実用新案登録第３１５２４９３号 特表２００３ー５２４０８３ 特表２００３ー５２７９４１ 特表平１１ー５１１３５９ 特開２００７ー２７５１９０ 特表２００９ー５０１８４８ 特開２０００ー３４２９２１

http://www.tte-net.co.jp/technology/system-23.html http://www.airteck.co.jp/itiran.htm

本発明が解決しようとする課題は、小空間（たとえば医療機関の外来）を任意に仕切って飛沫の飛散を防止し、必要とされる清浄度に応じて隔離の手段を組み合わせて設定することである。とくに半開放あるいは半閉鎖の空間（診療所施設など）において、操作者を防御するための飛沫感染防止装置を提供することである。

上記の課題を解決するため本発明は、空間を仕切るための折り返し袖つき隔離パネル（カーテン）、パネル（カーテン）の片側から定常気流を送る層流送風機、および換気装置つき頭頚部シールドの３モジュール（部分）から構成される多重モジュラー式飛沫感染防止装置を提供する。

図１および図２に示すように本発明では、発生源（患者）から飛散する感染性の飛沫は、隔離パネル（カーテン）の中央平面部によって阻止されて左右上下に拡散するが、四辺に設けられた折り返し袖によって発生源側に偏向する。このため感染性飛沫の発生源から生じた突発的な気流の大部分は、発生源側に逆流して操作（処置）者側に侵入して来ない。隔離パネルはフレーム（骨組）に軟性素材のカーテンを被せる構造のため、軽量にして簡易であり占有面積も小さい。さらに容易に移動可能な構造のため、限られた面積の閉鎖空間内でも自由な位置に設置できる。

折り返し袖つき隔離パネル（カーテン）の中央部は凡そ平面であり、視認用の透明窓を設けてある（図３）。これによりパネル（カーテン）越しの操作（処置）が確実に行える。また折り返し袖つき隔離パネルの全面に薄い透明素材を用いることで患者の心理的圧迫感が減少し、症状の聴取や指示の伝達における困難が解消される。すなわち折り返し袖つき隔離パネルのフレーム本体に取り外し可能な透明カーテンを掛けた構造であり、容易に廃棄できるため使用後に交換が可能である。

問題は正面パネル（カーテン）に設けられた操作用の開口部および貫通するポケットであるが、これらには自重式のフラップを取り付け、飛沫の侵入を最小限に抑制する構造である（図４）。すなわち操作（処置）者が開口部から上肢を差し入れている期間のみ自重式フラップが持ち上がり、引き抜くと同時に閉鎖する仕組みである。フラップよって開口部の面積が縮小されるとともに、フラップの上面に沿って、斜め上方からの咳嗽くしゃみの気流が吹き返される。したがって開口部から飛沫が操作（処置）者側に侵入する確率は低下する。また物品を受け渡すポケットについても、同様なフラップ構造を設けることにより、飛沫の侵入を最小限に止める構造である。

また図１および２に示したように、パネル後方（操作者側）に設置された層流送風機から送られる定常気流によって、操作用の開口部および折り返し袖の周辺から飛沫の侵入が阻止される。図５に示した層流送風機は、電動機軸が回転翼の前縁と後縁の間に限定される薄型ファン（いわゆるインハブタイプ）から構成され（図６）、床と垂直な平面（二次元）に等間隔で並列される。個々の回転翼と電動機は両側あるいは片側のフレームによって支持されているが、相互に直接結合することも可能である。

この層流送風機を折り返し袖つき隔離パネル（カーテン）と平行に設置することで、パネル（カーテン）の中央平面部に略均等な風圧を加える。これによって折り返し袖の辺縁および自重フラップつき開口部では、操作（処置）者側から飛沫発生源側に向って定常気流が流れる。このため折り返し袖およびフラップによって偏向された飛沫は、定常気流と合して操作（処置）者から遠ざかる（図１および２）。並列した薄型ファン（インハブタイプ）は凡そ毎秒２メートル以下の気流を発生させるに過ぎないが、隔離パネル（カーテン）の折り返し袖つきと自重式フラップ構造によって、飛沫の侵入を防止できる（図４）。

これは薄型ファンによって発生する定常気流が略層流であることによる。本来、回転翼による気体の圧縮は回転方向のものと回転軸方向に分けられるが、二つの異なる方向に気体が圧縮されることで乱流が発生する（図７）。とくに回転翼の回転方向に圧縮された気体は、回転軸方向への気流に回転力を与えてしまう。多くの層流送風機では乱流を含む圧縮された気体を、整流板によって層流化してきた。整流板による層流化が圧力較差を伴うのは言うまでもない。

ところが等間隔に並列された薄型ファン（インハブタイプで回転軸が回転翼の前縁と後縁の間に限定されるもの）から発生する気流は、発生直後に乱流部分（回転翼の回転方向の気流）が相互に打ち消し合うため、原理的に層流部分のみが気流として送られる。なぜなら回転翼によって回転方向に圧縮された空気は、隣接するファンの間で逆方向の圧縮を受けるからである（図８）。このためとくに整流板を設けなくても、一定の風圧が平行して置かれた正面の隔離パネルまで到達する。また定常気流は層流であるため、送風機と隔離パネル（カーテン）の間に障害物（操作者）が入っても、大きな影響を受けない。

また薄型ファン（電動機軸が回転翼の前縁と後縁の間に限定されるもの）を並列することで静粛性が高まり、電動モーターの発熱およびエネルギー消費も少なくできる。これは多段式の整流板構造を省略することの利点でもあるが、さらに耳障りな風切り音も発生しない。また投影床面積が少なくなるため、狭い室内でも自由に設置場所を選べる。このため静粛性や会話が必要な医療機関においても設置が容易となる。さらに並列薄型ファンを用いた層流送風機にフィルターを装着して空気清浄機能を付加すれば、比較的狭い閉鎖空間においても循環気流中の飛沫および塵埃を減少させることも可能である。

フェイスシールドに換気装置を付加した個人用防御機構であり、頭頚部を覆う軟性カバーと換気装置つきフェイスシールドは、粘着材によって取り外し可能な形で一体化している（図９）。

換気装置は直径６センチを超えない薄型ファン（電動機軸が回転翼の前縁と後縁の間に限定されるもの）に外部排気カバーを取り付けたものである。排気カバーは操作（処置）者の前方が閉鎖されており、凡そ後方（背後方向）が開放されている（図１０）。

換気装置はシールド内部から排気のみを行なうが、前方から飛散する感染性飛沫はフェイスシールドの内部に侵入できない。なぜなら前方が閉鎖された排気カバーによって、気流はカバー内へ逆行することなく、操作（処置）者の後方へ流れるからである。このため換気装置の薄型ファンは電動機の出力を限定することができる。

感染性飛沫の侵入を防止するフィルター機能は、頭頚部覆いおよび防御服全体が担うが、頭頚部のカバーは体幹および四肢を保護する防御服と緊密に連結する必要はない。なぜなら肩を含めた上半身を頭頚部のカバーが覆っており、フェイスシールドと頭頚部カバーを装着した上から防御服を着用すれば、感染性飛沫が侵入する開口部は実質的に極小化あるいは閉鎖される。このような場合には頭頚部カバーおよび防御服が、飛沫に対するフィルターとして機能するため、別に陽圧の換気装置あるいは換気口を設ける必要がない。また感染症を扱う医療機関では個人防御具の装着が日常化しており、頭頚部を覆うカバーは医療操作（処置）の障害とはならない。

換気装置はフェイスシールドと一体化しているため、自由な頭部の運動が可能で着脱も容易である。小直径（およそ６センチ以下）の薄型ファン（電動機軸が回転翼の前縁と後縁の間に限定されるもの）を用いることで、医療操作（処置）を行なうための視野も十分に確保できる。小直径の換気装置であっても複数取り付けることで、必要な換気量が確保される。

およそ直径が６センチ以下の薄型ファン（電動機軸が回転翼の前縁と後縁の間に限定されるもの）は軽量で小電力でも駆動可能であり、一般的な乾電池など携帯可能な軽量内部電源によって長時間の駆動が可能である。たとえばボタン電池による駆動を選択すれば、電源部分も頭頚部カバーの内部に搭載できる。

陰圧換気装置は人体から発生する水蒸気、二酸化炭素および熱を排出するばかりではなく、頭頚部カバーの内部に十分な空間的余裕が保てるという利点がある。またマスク等の個人防御具に較べて呼吸抵抗が小さく、音声伝達に必要な開口の制限がない。さらに陰圧換気のため音声の外部への伝達に問題が生じない。また頭頚部の軟性カバーは音声伝達を遮断しないため、聴力の低下も無視できる範囲に留まる。

本発明の換気装置つき頭頚部シールドは、医療者が直接に飛沫発生源と接触する場合にも有効で、折り返し袖つき隔離パネルおよび薄型ファンを並列した層流送風機が設置されていない場所でも用いることができる。たとえば感染性家畜の処理や検疫などが実施される開放空間であっても、従来の個人防御具よりも実用的な感染予防具として用いることができる。

多重モジュラー式飛沫感染防止装置（請求項１）の全体側面図である。 多重モジュラー式飛沫感染防止装置（請求項１）の全体平面図でる。 折り返し袖つき隔離パネル（請求項２）の正面図である。 折り返し袖つき隔離パネル（請求項２）の側面断面図である。 並列薄型ファンを用いた層流送風機（請求項３）の正面図である。 並列薄型ファンを用いた層流送風機（請求項３）の側面断面図（部分）である。 薄型ファンにおける乱流発生の原理を示した図である。 並列した薄型ファンの間で乱流が消滅する原理を示した図である。 換気装置つき頭頚部シールド（請求項４）の正面図である。 換気装置と排気カバーの水平断面図である。 実施例２の平面図である。 実施例３の平面図である。 実施例４の説明図である。 実施例５の側面図である。

図１および２のように三つのモジュールを同時に用いるのが、本発明を実施するための最良の形態である。さらに並列薄型ファンを用いた層流送風機（請求項３）と換気装置つき頭頚部シールド（請求項４）に飛沫除去および逆流防止用のフィルターを取り付けることもできる。

図１および２は本発明装置の平面図ならびに側面図であり、最も一般的なモジュールの組合わせを示す。折り返し袖つき隔離パネル、層流送風機および陰圧換気装置つき頭頚部シールドによって、操作者は飛沫発生源からの気流から多重に隔離される。

図１１は実施例２の平面図であり、小児患者に対応するため小型の折り返し袖つき隔離パネル（カーテン）を用いている。この場合、操作者（医療者）はパネルの外側から上肢を伸ばすことになり、隔離機能が低下する可能性がある。しかしながら小児の場合には体動を抑制することが難しく、保護者が抱えているとしても、操作者（医療者）の自由度が高くなければならない。したがって操作（処置）用の開口部を設けるのではなく、隔離パネルの全幅を詰めることが合理的な選択となる。

図１２は実施例３の平面図である。入院患者の処置、介護あるいは治療に当っては、飛沫発生源と操作者（医療者）の間に隔離パネルを設置することが困難である。なぜなら操作の内容が限定されたものでなく、操作者は移動しながら力源としての役割を果さなければならないからである。たとえば体位変換やリネン類の交換などを想定すると、折り返し袖つき隔離パネルの設置は実用的でない。したがって操作者は陰圧換気装置つきの頭頚部シールドを装着し、後方から層流送風機の風を得ることで満足しなければならない。

図１３は待合室や通路などを任意に仕切る場合、層流送風機が果す役割を模式化して示した説明図である。発熱外来を設置する場合に、主建物から分離して診療室と待合を設けるのが理想的だが、小規模な診療所などでは受付あるいは待合室を別に設置できない。このような場合に一般患者と発熱患者が混在すれば、飛沫感染を拡大する温床となりかねない。層流送風機によって待合室のスペースに定常気流を発生させ、飛沫を含む気体を建物外部へ排気すれば、一般患者や医療者の感染を抑制することができる。飛沫発生源となる患者と健常者を隔てるのは、スプリットタイプのカーテンあるいは選択透過性を持つ素材であり、突発的に発生する飛沫は一次的に阻止される。感染性飛沫を含む気体の屋外への排出には通常の換気扇が利用できるが、本発明の層流送風機を流用することも不可能ではない。ただ冬期における飛沫感染を想定する場合、暖房効率からも比較的床近くに滞留する大気を排気することが望ましく、排気ダクトを設置するのが好ましい。

図１４は受付カウンターなどにおける隔離カーテンと層流送風機の応用を示す実施例５の側面図で、必ずしもカウンター上に折り返し袖つきパネルは必要とされない。なぜなら受付カウンターの両脇が壁によって仕切られている場合、正面の平面部に相当するカーテンのみで充分な隔離効果を持つ。さらに隔離カーテンは自重式フラップを持つものばかりでなく、スプリットタイプの遮閉カーテンや選択透過性をもつ素材から構成されることもある。もちろん全体が開放型のカウンターであれば、隔離パネルの折り返し袖を左右および上部に備える必要がある。さらに受付カウンターなどでは層流送風機を天井から吊り下げて用いることが、スタッフの動線上も合理的な選択となる。この場合には送風機からの風が隔離カーテンに対して斜め上方から吹きつけるが、隔離性能に大きな欠陥は生じない。

本発明は医療機関以外の公的空間あるいは接客業などにおいても応用が可能であり、インフルエンザなどの飛沫感染症が流行する場合には広く用いられる。たとえば卓上型の折り返し袖つき隔離パネルと、壁掛け式あるいは天井吊りの層流送風機を用いれば、一般的な受付カウンターなどでも充分に効果が期待できる。

請求項３の並列薄型ファンを用いた層流送風機は簡便に層流を作り出せるため、家庭用あるいは他の産業分野における送風機として広く利用可能である。たとえば壁掛け式の層流送風機あるいは空気清浄機として家庭内に設置することも可能で、乱流が少ないために小電力で遠方まで気流が届く。従来のサーキュレーターで室内の温度を一定に保とうとすれば、ファンの騒音やモーターの大型化という問題が顕在化したが、並列薄型ファンを用いた層流送風機によって、これらの問題が解決可能である。また簡単に定常気流が作り出せるため、高い空気清浄度が要求される生産設備の内部に設置することも可能である。たとえば作業を行なう人間に対して機械装置側から定常気流を発生させれば、機械装置が人体の発する飛沫から守られる。また空間内部に定常気流を維持することができるため、空調装置の補完的設備としても利用可能である。

請求項４の換気装置つき頭頚部シールドは、携帯可能な小電力源（ボタン電池など）によって長時間駆動ができるため、屋外などの開放空間においても利用可能である。同じく介護や看護など隔離空間を設定できない環境下で、直接に飛沫発生源（患者）と接する場合にも有用である。

また請求項４は外部が清浄な環境で、装着者が発する飛沫を防止する目的で用いることも可能である。その場合には換気装置を逆向きに取り付けて陽圧換気とし、頭頚部カバーや防護服の素材が排気フィルターとして機能することになる。こうした場合にも、マスク等の個人防御具に比較して呼吸抵抗の低減や排熱の効率化が図れ、頭部や上肢の動きを制限しない。また視野も実質的に制限されないため、長時間の作業にも適している。

１ 気流の方向
２ 折り返し袖つき隔離パネル（カーテン）
３ 並列薄型ファンを用いた層流送風機
４ 換気装置つき頭頚部シールド

Claims (4)

1. 折り返し袖つき隔離パネル（カーテン）、並列ファンを用いた層流送風機、および排気装置つき頭頚部シールドから構成される多重モジュラー式の飛沫感染防止装置。
2. 折り返し袖つき隔離パネル（カーテン）は中央平面部の周囲に角度つきの突出部を持ち、中央部には透明素材よりなる平面窓と処置用の開口部ならびに物品を受け渡すためのポケットが付属し、いずれも自重式のフラップによって自動的に閉鎖される構造を特徴とする。
3. 等間隔に二次元並列した薄型ファン（インハブタイプで回転軸が翼の前縁と後縁の間に限られるもの）から構成される送風機は、およそ毎秒２メートル以下の定常層流を発生させ、５センチ以下の厚味であることを特徴とする。
4. 頭頚部カバーと連続する顔面シールド（防御面）は、装着者の前方側が閉鎖されたカバーに覆われたインハブタイプの電動ファン（直径６センチ以下）を持ち、内部から外部へ気流を送り出す陰圧換気を特徴とする。
   

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