JP2005514166A - 喀痰誘導のための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 低周波オーディオ衝撃波で患者の肺を振動させる装置及び方法を提供する。
【解決手段】 ハウジング（１０２）、ハウジング内に配置されたリード（１０４）、及び音響抵抗（１０６）を含む肺の分泌物を薄めるための装置（１００）。リード（１０４）は、振動する時に低周波オーディオ衝撃波を発生する。音響抵抗（１０６）は、患者の肺をオーディオ衝撃波に結合し、患者の肺の中に低周波衝撃波の逆圧を生成する。

Description

優先権及び関連出願
本出願は、２００２年１０月２１日申請の「喀痰誘導方法及び装置」という名称の米国特許出願番号第１０／２７４，７１５号、及び２００２年１月７日申請の「肺清浄装置」という名称の米国特許仮出願番号第６０／３４６，３４３号に対する優先権を主張するものである。上記の特定の優先出願の各々の全ての開示内容は、本明細書においてその全てが引用により組み込まれる、
本発明は、一般的に、患者の肺を振動させて肺に含まれる粘液の粘性を減少させることに関する。より詳細には、本発明は、低周波オーディオ衝撃波で患者の肺を振動させる装置及び方法に関する。

ヒトの肺には、粘液を除去するための自然な手段が備わっている。ヒトの肺は、ほぼ１８Ｈｚで振動する微小な清浄繊毛を含む。この振動数において、粘液は、粘体から流体、更に薄い分泌物まで相がかなり変化する。従って、繊毛は、粘液をより流動性にすることにより粘液を緩めるように作用する。粘液の流動性が高まった状態では、粘液をより容易に排出することができる。
肺が弱い、疾病、又は他の不調がある一部の患者の肺は、粘性喀痰に十分な相変化を生じさせることができない。更に、医師は、患者から喀痰サンプルを誘導する必要があることもある。従って、ほぼ１８Ｈｚで肺を振動させる人工的な手段を用いて、患者の自然な粘液システムを補強することができる。場合によっては、肺を振動させる人工的な手段は、肺の自然な繊毛で生じるような同じ相変化を粘液にもたらすことができる。

患者の肺を人工的に振動させる従来の１つの方法は、経口で肺中に導入される空気圧のパルスの使用によるものである。しかし、このような方法は、肺の脆弱な空気嚢を損傷する可能性がある危険なほど高い空気圧を生成することがある。
人工的に患者の肺を振動させる別の従来の方法は、ほぼ１８Ｈｚの低周波オーディオを用いて肺の分泌物を薄くすることである。低周波のオーディオは、上述の空気パルスに伴う潜在的に危険な高空気圧を肺に誘導しない。しかし、従来の方法では、低周波の振動を引き起こすのに非常に高いオーディオ出力が必要である。一般的なラウドスピーカのコンポーネントを用いて、肺を振動させるための高出力オーディオソースを提供することができる。しかし、高出力オーディオドライバの使用寿命は短く、その費用も高い。更に、動力式サブウーファ及びラウドスピーカは、一般的に使い捨てでも持ち運び可能でもない。
患者の肺及び声帯は、声域では特に効率的なラウドスピーカとなる。しかし、声帯及び肺が共に小さすぎるために、低周波は効率的には生成されない。肺を大きくすることができたならば、低周波オーディオの生成を助け、低周波オーディオソースとも効率的に結合するであろう。

従って、当業技術には、肺に含まれる粘液の粘性を変化させるための低価格、使い捨て、及び／又は持ち運び可能な患者の肺を振動させる人工的手段を提供することができるシステム及び方法に対する必要性が存在する。また、当業技術には、オーディオソースに患者の肺を結合し、肺内に低周波振動を生成させる効率的な手段に対する必要性も存在する。更に、当業技術には、患者の肺を人工的に振動させるための非動力式低周波オーディオソースの必要性が存在する。

米国特許出願番号第１０／２７４，７１５号 米国特許仮出願番号第６０／３４６，３４３号

本発明は、患者の肺を人工的に振動させ、肺内に含まれる粘液の粘性を変化させるための装置及び方法を提供することができる。この装置及び方法を用いて、肺から粘液を除去することができ、又は、診断のために肺から喀痰サンプルを誘導することができる。
本発明による肺振動装置及び方法は、粘液の粘性を変化させるのに望ましい周波数で肺を振動させることができる低周波オーディオを肺に生成させることができる。一般的に、ヒトの肺は、小さすぎて低周波のオーディオサウンドを生成することができない。本発明による肺振動装置及び方法は、肺の見かけの容積を増大させ、それによって望ましい範囲の低周波オーディオを肺に生成させることができる音響抵抗を含むことができる。音響抵抗により、肺は、オーディオソースと効率的に結合して低周波の衝撃波を生成することができる。音響抵抗により、オーディオソースは、体腔のみよりも遥かに大きな容積で作動しているように振る舞うことができ、これによって低周波オーディオを生成させ、エネルギ伝達効率をかなり改善することができる。本発明は、「シール−スモール」ラウドスピーカパラメータに基づく音響結合技術を用いることにより、比較的低周波を効率的に発生させることができる。

本発明による装置は、音響抵抗を用いて肺のような体腔へのオーディオエネルギの伝達を改善することができる。本装置は、低周波オーディオを生成することができ、次に、体腔をラウドスピーカ封入容器として用いることができる。音響抵抗は、体腔を効率的に低周波音に結合させることができる。更に、音響抵抗は、音／オーディオ／衝撃波を体腔に効率的に結合し、肺を望ましい周波数で振動させることができる。従って、小さくて廉価な音源でも、体腔に低周波オーディオを効率的に発生させることができる。

本発明の例示的な態様では、肺振動装置は、ハウジング内に配置されたリードを含むことができる。患者は、ハウジングを通して空気を吹き込むことができ、これによってリードが振動し、オーディオ衝撃波を生成することができる。本装置の音響抵抗は、リードで生成されたオーディオ衝撃波を肺と結合させて低周波振動を生成することができる。従って、音響抵抗は、低周波振動を肺内部に伝達して粘液の粘性変化を引き起こすことができる逆圧をもたらすことができる。
本発明のこれら及び他の態様、目的、及び特徴は、例示的実施形態の以下の詳細説明を添付図面と共にかつそれを参照しながら読むことにより明らかになるであろう。

同じ参照番号が類似の要素を表す図１〜図１２を参照して、本発明の例示的な実施形態を以下に説明する。
図１Ａは、本発明の例示的実施形態による肺振動装置１００の切り欠き斜視図である。図１Ｂは、例示的肺振動装置１００の側面断面図である。装置１００は、非動力式使い捨てオーディオ雑音発生器を含む。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、装置１００は、ハウジング１０２内にハーモニカ型の自由リード１０４を含む。装置１００はまた、ハウジング１０２内に配置された音響抵抗１０６を含む。

ハウジング１０２は、標準的な呼吸管又は他の適切な材料を含むことができる。図示のように、リード１０４は、ハウジング１０２に配置されたインサート１０２ａに点Ｐで結合することができる。代替的に、ハウジング１０２の端部に結合された別の端部キャップ（図示せず）内にリード１０４を設けることができる。リード１０４は、任意の適切な方法でハウジング１０２又はハウジングインサート１０２ａに結合することができる。例えば、リード１０４は、ハウジング１０２又はインサート１０２ａに接着するか、又は超音波溶接することができる。

リード１０４は、プラスチック、木材、又は金属、又はこれらの材料の組合せのような任意の適切な材料で形成することができる。例示的な一実施形態では、固体黄銅でリード１０４を形成することができる。別の例示的な実施形態では、「マイラー」でリード１０４を形成することができる。別の例示的な実施形態では、リード１０４は、いくつかの材料の複合体とすることができる。例えば、リード１０４は、内側に補強材料を有する２つの「マイラー」シートで形成することができる。補強材料は、任意の適切な材料、例えば錫箔とすることができる。

リード１０４の効率は、その自由端に重り（図示せず）を設けることにより増大させることができる。リードの自由端を加重することのより完全な説明に関しては、図９Ａ〜図９Ｆを関連した以下の考察を参照することができる。重りは、空気がリード１０４を通過して流れる時にリード１０４が振動するのを助けることができる。代替的に又は追加的に、リード１０４の効率は、その自由端にエアホイル（図示せず）を設けることにより増大させることができる。空気がリード１０４を通過して流れる時、エアホイルは揚力をもたらし、これによってリード１０４の自由端が上昇する。エアホイルは、自由端と共に上昇する時に失速し、リード１０４を落下させる。

ほとんどの患者の肺清浄繊毛は、ほぼ１８Ｈｚで作動するために、装置１００は、広範囲の周波数の音を再生する必要はない。従って、例示的な実施形態では、装置１００は、作動周波数である約１８Ｈｚに調節するか、又は特定の患者の繊毛の作動周波数に符合するように調節することができる。装置の音響抵抗を患者の肺腔に合わせると、装置が効率的になり、費用を安くすることができる。例示的な代替実施形態では、装置は、約１２Ｈｚから約２４Ｈｚの範囲の周波数で作動するように調節することができる。例示的な別の代替実施形態では、装置は、約１６Ｈｚから約２０Ｈｚの範囲の周波数で作動するように調節することができる。

装置の振動周波数に関して、リードは、望ましい周波数で振動するように調節することができる。代替的に、サブハーモニックダブリングと呼ばれる処理を用いることができる。この処理では、リードは、望む周波数のほぼ２倍の周波数で振動するように調節することができる。しかし、サブハーモニックダブリングでは、振動周波数の約１／２で付加的な衝撃波が生成される。従って、ほぼ望む周波数で付加的な衝撃波が生成される。例えば、リードを約３６Ｈｚで振動するように調節することにより、望む周波数であるほぼ１８Ｈｚで付加的な衝撃波を生成することができる。

本発明の例示的実施形態では、音響抵抗１０６は、発泡体の小片、望む音響抵抗の医療用「ＨＥＰＴＡ」フィルタ、又は直径が小さくなるテーパ−付の円錐を含むことができる。例示的な別の代替実施形態では、可変音響抵抗を用いて特定の患者にシステムを調節することができる。例えば、音響抵抗１０６は、発泡体の可変的に圧縮された一片、異なる抵抗を有する互換性「ＨＥＰＴＡ」フィルタ、又は調節可能な出口直径をもたらす可変シャッタ又はバルブとすることができる。代替的に、音響抵抗１０６は、ハウジング１０２の出口端に配置された可動ピストン（図示せず）で置換することができる。可動ピストンは、ハウジング１０２を出る空気にもたらされる抵抗の量を制御することができる。

肺清浄又は喀痰サンプル誘導のための装置１００を用いるために、患者は、約３分又はそれ以下の間、装置１００のハウジング１０２を通して息を吐く。患者がハウジング１０２を通して息を吐くと、空気は、ハウジング１０２の端部１０２ｄを通ってＡ方向にハウジングに入り、ハウジング１０２及び端部１０２ｅを出る。リード１０４の近くを通る空気は、リード１０４を振動させる。リード１０４は、約１８Ｈｚ（又は、患者の繊毛に対応する周波数）で振動するように調節することができる。装置は、約１０ｄＢａから約７５ｄＢａの音量を生成することができる。別の例示的な代替実施形態では、装置は、約１０ｄＢａから約２０ｄＢａ、又は約６５ｄＢａから約７５ｄＢａの音量を生成するように調節することができる。生じる圧力抵抗は、１００Ｌｐｍで約２．５ｃｍＨ₂Ｏとすることができる。圧力又は出力に関して、７０ｄＢａは、怒鳴り声又は喧しい連続的な咳のような典型的な動作よりもマグニチュードが約３桁小さい。

装置１００は、約７５から約１００ｄＢａを気道に加えるだけであるが、それは、厚い衣類を通して肺が振動するのを感じるのに十分なほど強く胸腔を駆動することができる。肺をほぼ１８Ｈｚで振動させることにより、肺の分泌物を薄くすることができ、肺の粘液ポンプの自然な清浄作用が分泌物を処理することを可能にする。装置１００を用いた後、分泌物は、患者の喉の後部に約３から１２時間で集まる。その後、患者は、分泌物を飲み込むか又は口から吐き出すことができる。

図２は、ハウジング１０２に配置されたリード１０４の例示的実施形態を示す例示的ハウジングインサート１０２ａの断面図である。リード１０４が折れて患者が飲み込むことを防ぐために（装置１００の適正な端部を用いているが、装置を通して強く吸い込み過ぎた患者に対して）、リード１０４の自由端１０４ａは、ハウジングインサート１０２ａの端部を通って肺の内部まで嵌り込まないように十分に大きく作ることができる。

装置１００が逆向きに用いられ、患者が息を吸い込んだ時にリードが振動する場合は、肺の分泌物は、肺の奥深くに押し込まれる可能性がある。例示的実施形態では、患者が装置１００を逆向きに用いて、息を吸い込む時にリード１０４を振動させないように、音響抵抗１０６とハウジング１０２の出口端１０２ｅとの間でハウジング１０２に１つ又はそれ以上の穴（図示せず）を設けることができる。１つ又は複数の穴により、十分な空気がハウジング１０２に入り、リード１０４の振動の防止を可能にすることができる。ハウジング１０２のリード端部に穴を設ける場合、それは、リード１０４と音響抵抗１０６との間に設けることができる。

また、非動力式使い捨て装置１００を用いる動力式システム（図示せず）も本発明に含むことができる。例示的な動力式システムは、リード１０４の先端に加えた小さな鉄鋼要素を用いてリード１０４を駆動する外部音声コイルを含むことができる。コイルは、交互に作動させてリード１０４を振動させることができる。集中治療室（ＩＣＵ）又は新生児肺清浄のような潜在的用途のいくつかでは、患者が装置を通して息を吐くことができない場合、外部動力式システムが必要であろう。更に、動力式システムは、意識不明の患者又は肺に過剰な分泌物があるか又は広範な傷がある患者に有用である可能性がある。本発明による動力式システムの別の利点は、患者と接する全ての部品が使い捨てということである。

肺の分泌物を肺の奥深くに追し込む可能性があるために、息を吸い込む間は動力式システムを用いるべきではない。息を吸い込む間のシステムの作動を防ぐために、動力式システムは、ハウジング１０２に息を吸い込む時に開く感圧フラップを含み、それによってリード１０４の振動を引き起こすのに必要な程度よりも低く音響結合及び低周波効率を減少させることができる。
非動力肺振動装置１００もまた、上述の取り込みフラップを含むことができる。しかし、息を吸う時にリードが振動しない場合があり、かつリードシールにより息を吸うことが困難になるために（使用者が、装置の右端部を通して吹き込む場合）、非動力式装置にはフラップが必要でない場合がある。

図３は、本発明の例示的な代替実施形態による肺振動装置３００を示す側面図である。図４は、図３に示す例示的肺振動装置３００の断面図である。図示のように、肺振動装置３００は、ハウジング３０４に結合した第１の端部キャップ３０２を含む。ハウジング３０４は、実質的に等しい高さＨ₁で示されるように実質的に均一な断面を含むことができる。
第１の端部キャップは、マウスピースを含み、これを通して患者がハウジング３０４内にＡ方向に空気を吹き込むことができる。ハウジング３０４内には、リード４０２が配置される。リード４０２は、固定端４０２ａ及び自由端４０２ｂを含む。図４の例示的実施形態に示すように、固定端４０２ａは、第１の端部キャップ３０２とハウジング３０４との間に圧縮又は摩擦嵌めで固定することができる。例示的実施形態では、ハウジング３０４及び端部キャップ３０２の一方は、リード４０２をハウジング３０４の中心に沿って位置決めする位置決めチャンネル（図示せず）を含むことができる。別の例示的実施形態では、ハウジング３０４及び端部キャップ３０２の一方は、リード４０２の固定端４０２ａに接触してリード４０２を所定位置に保持するリブ（図示せず）を含むことができる。別の例示的実施形態では、リード４０２の固定端４０２ａは、端部キャップ３０２の外側に延びるＴ字形（図示せず）を含むことができる。Ｔ字形は、リード４０２がハウジング３０４内に滑り込むのを阻止することにより、ハウジング３０４内の適正位置にリード４０２を維持することができる。

例示的な代替実施形態（図示せず）では、リード４０２の固定端４０２ａは、端部キャップ３０２又はハウジング３０４のいずれかに接着されるか、超音波で溶接するか、又はテープ止めすることができる。リードを装置に結合する適切な方法は、いずれも本発明の範囲に含まれる。例示的実施形態では、端部キャップ３０２の入口開口部は、リードが装置から出て患者に吸い込まれないように十分に小さくすることができる。例示的な代替実施形態では、端部キャップ３０２は、端部キャップ３０２の開放面積を減少させてリードの通過を防ぐベーン（図示せず）を含むことができる。

ハウジング３０４は、矩形又は正方形の形状を含み、リード４０２の周囲の空気の流れを最小限にすることができる。しかし、本発明はこれらの形状に限定されず、他の形状も含む。例えば、ハウジング２０４は、円形、楕円形、又は任意の他の適切な形状とすることができる。これらの形状では、効率は僅かに落ちる場合があるが、これは、装置の音響抵抗を調節することにより補正することができる。

リード４０２は、振動から過剰なエネルギを吸収することにならない適切な剛度を有する任意の材料を含むことができる。例えば、リード４０２には、プラスチック、木材、骨、金属、又はこれらの材料の組合せを含むことができる。例示的実施形態では、リード４０２は、「マイラー」を含むことができる。「マイラー」の厚さは、約０.９５ミリ（約３．７５ミル（mils)）から約２.５４ミリ（約１０ミル（mils)）の範囲とすることができる。図４の例示的実施形態では、リードは、厚さ約１.２７ミリ（約５ミル（mils)）及び長さ約３１.１センチ（約１２．２５インチ）の「マイラー」を含む。

端部キャップ３０２は、患者の口が端部キャップ３０２の回りに適切な密封を達成することができるような外面的形状にすることができる。例えば、端部キャップ３０２は、円形又は楕円形の外面形状にすることができる。適切な密封を達成する他の外面形状も本発明の範囲に含まれる。例えば、外面形状は、正方形又は矩形とすることができる。
端部キャップ３０２は、様々な方法によりハウジング３０４に結合することができる。例示的実施形態では、端部キャップ３０２は、ハウジング３０２に接着するか、又は超音波溶接することができる。例示的な代替実施形態では、端部キャップ３０２は、ハウジング３０４上に圧縮又は摩擦嵌めで固定することができる。例示的な別の代替実施形態では、端部キャップ３０２は、フック及びラッチ又は他の適切な種類のクリッピング装置を用いることにより、ハウジング３０４と連結させることができる。いずれにせよ、端部キャップ３０２は、Ａ方向に移動する空気が端部キャップ３０２とハウジング３０４との間から装置３００の効果を低減するほど十分な量で漏れないようにハウジング３０４に結合することができる。
代替実施形態（図示せず）では、ハウジング３０４は、その入口端部でマウスピースの機能を果たすのに適切な形状にすることができる。この実施形態では、端部キャップ３０２は省略することができる。

図５は、本発明の例示的実施形態による作動時の肺振動装置３００の断面図である。患者は、作動時に、第１の端部キャップ３０２内にＡ方向に空気を吹き込む。空気がＡ方向にリード４０２を超えて通過すると、リード４０２の自由端４０２ｂは、矢印Ｂで示すように上下に振動する。振動により、ハウジング３０４内に音響衝撃波が生じる。
装置３００内の音響抵抗により、患者の肺が音響衝撃波に結合され、低周波のオーディオ衝撃波の生成を可能にする。この音響抵抗により、端部キャップ３０２を通って患者の肺内に戻る音響衝撃波の逆圧３０２がもたらされる。図４及び図５に示す例示的実施形態では、音響抵抗は、ハウジング３０４内に形成された空気塊を含むことができる。この例示的実施形態では、ハウジング３０４の長さＬ及び高さＨ₁は、望ましい音響抵抗（及び逆圧）を生成するのに十分な大きさの空気塊を形成する十分な容積を含むことができる。
追加的に又は代替的に、リード４０２の大きさ又はコンプライアンスは、音響抵抗をもたらすことができる。例えば、リード４０２の大きさ又はコンプライアンスは、リード４０２を振動させるのに必要な空気の量が望ましい音響抵抗及び患者の肺内への逆圧を生じるのに十分になるまで増大させることができる。

図６は、本発明の例示的な代替実施形態による肺振動装置６００の断面図である。図示のように、装置６００は、第１の端部キャップ３０２及びハウジング６０４を含む。リード４０２は、ハウジング６０４内に配置される。ハウジング６０４は円錐形にすることができ、これによって第１の部分の高さがＨ₁で第２の部分の高さはＨ₁よりも高いＨ₂となる。従って、第１の部分の断面積は、第２の部分の断面積よりも小さい。作動時には、リード４０２の自由端４０２ｂにより、ハウジング６０４の第２の部分が上下に振動する。従って、自由端４０２ｂは、上下に振動する付加的な空間を有する。更に、自由端４０２ｂは、ハウジング６０４に接触しにくい。また、角型形状により、装置を通る空気流が増大する。空気流の増大は、いくつかの利点を有する可能性がある。例えば、空気流が増大すると、ハウジング上に形成された結露を乾燥させることによりハウジングの霧を減少させる付加的な空気を供給することができる。更に、容積が大きくなると装置の音響抵抗を大きくすることができる。

図７は、本発明の別の例示的実施形態による肺振動装置７００の断面図を示す。図示のように、装置７００は、端部キャップ７０２及びハウジング７０４を含む。装置７００はまた、ハウジング７０４内に配置されたリード４０２を含む。端部キャップ７０２及びハウジング７０４は、対応してテーパの付いた端部７０６ａ及び７０６ｂを有することができる。テーパ付き端部により、端部キャップ７０２とハウジング７０４との間の圧縮嵌めを改善することができる。更に、テーパ付き端部７０６ａ及び７０６ｂにより、端部キャップ７０２及びハウジング７０４を互いに押し付けた時のハウジング７０４からのリード４０２の固定端４０２ａの引き込み及びその過剰量を防ぐことができる。

図８は、本発明の例示的実施形態による肺振動装置の出口端面図を示す。図示のように、ハウジング３０４は、互いに結合した４つの別々の部分を含むことができる。これらの部分は、接着剤、超音波溶接、テープ付け、又は他の適切な手段により互いに結合することができる。代替的に、ハウジング３０４は、単一部分（図示せず）として成形することができる。ハウジング３０４は、プラスチック、木材、金属、又は他の適切な材料で形成することができる。

例示的実施形態では、ハウジング３０４の内面は、実質的に滑らかな表面（図示せず）を含むことができる。図８に示す例示的な代替実施形態では、ハウジング３０４の下部内面８０２及び上部内面８０４は、１つ又はそれ以上の溝８０６を含むことができる。溝８０６は、リード４０２に接触することができるハウジング３０４の内面８０２及び８０６の表面積を減少させる。従って、ハウジング３０４の上部及び下部内面８０２及び８０４に蓄積する結露を全て溝８０６に收集することができる。リード４０２の自由端４０２ｂは、ハウジング３０４のより小さな表面区域に接触する。更に、上部内面８０４の溝で示すように、溝は、リード４０２に接触する表面積を更に減少させるように丸くすることができる。例示的な代替実施形態（図示せず）では、リード４０２に接触する表面積を最小限にするために、溝を尖らせることができる。すなわち、表面積が減少すると、ハウジング３０４の内面８０２及び８０４上の結露にリード４０２が付着しにくくなる。

また、溝８０６により他の利点をもたらすこともできる。例えば、溝８０６により、リードをハウジングの内面から持ち上げようとする空気経路を設けることができる。更に、例示的実施形態では、溝の表面を粗面（図示せず）にすることができる。水分は、リード４０２に接触する滑らかな表面区域よりも溝８０６内の荒い表面区域上に結露する傾向がある。従って、リード４０２に接触することができるハウジング表面上の水分を減少させることができる。

本発明は、図８に示す溝８０６の形状に限定されない。リード自由端４０２ｂに接触するハウジング３０４の表面積を減少させる適切な形状は、全て本発明の範囲に含まれる。例えば、溝８０６は、半円形、Ｖ字形、又は他の適切な形状を含むことができる。更に、溝８０６は、ハウジング３０４の長さに沿って設けることができる。代替的に、溝８０６は、ハウジング３０４の一部分のみに沿って設けることができ、又は、ハウジング３０４の断続的な各部分に沿って設けることができる。断続的な各部分に対しては、溝８０６は、ハウジング３０４の内面において個々の正方形、矩形、又は他の形状のように見えるであろう。

図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｄ、図９Ｅ、及び図９Ｆは、リード９０２の自由端９０４に設けられる重りの例示的な代替実施形態を示す。図９Ａは、リード９０２を示す。リード９０２は、上述のようなリードを含むことができる。リードの自由端の参照番号９０４で示す位置には、重りを設けることができる。
図９Ｂは、本発明の例示的実施形態によるリード重り９０６を示す側面図である。図９Ｃは、図９Ｂに示すリード重り９０６の端面図である。図９Ｂ及び図９Ｃに示すように、重り９０６は、リード９０２の周りに結合された重りを含むことができる。例示的実施形態では、重り９０６は、リード９０２の端部に設けられたテープを含むことができる。

図９Ｄは、本発明の別の例示的実施形態による代替リード重り９０８を示す。図示のように、リード重り９０８は、リード９０２の端部を包むことができる。更に、リード重り９０８は、テーパ付きの先端部９０８ａを有することができる。例示的実施形態では、先端部９０８ａは、リード９０２の厚さよりも薄くすることができる。先端部９０８ａの厚さが減少すると、リード９０２の効率が増大し、リード９０２によって達成可能な周波数を下げることができる。例示的実施形態では、リード重り９０８の薄くなった先端部９０８は、望ましい厚さのテープ材料を用いて設けることができる。代替的に、リード重り９０８の自由端を削ることによりテーパ付きにすることができ、リード重り９０８の自由端に刻み目を設けてリード重り９０８の端部の表面積を減少させることができる。例示的実施形態では、リード重りは、厚さ約０.１３ミリから０.３８ミリ（約０．５から１．５ミル（mils)）のテープを含むことができる。例示的な一実施形態では、テープは、医療用テープを含むことができる。

図９Ｅは、本発明の例示的な別の代替実施形態によるリード重り９１０を示す。リード重り９１０は、リード９０２の端部に配置された重りを含む。この例示的実施形態では、リード重りは、リード９０２の厚さ及び重さをその自由端で単に増加させることができる。例示的実施形態では、リード重り９１０は、リード９０２と同じ材料を含むことができる。例示的な代替実施形態では、リード重り９１０は、リードの材料と異なる材料、例えばテープを含むことができる。別の例示的実施形態では、リード／重りの組合せの自由端は、上述のようにテーパ付きにすることができ、又は刻み目を付けることもできる。

図９Ｆは、本発明の例示的な別の代替実施形態によるリード重り９１２を示す。リード重り９１２は、リード９０２の二重部分を含むことができる。この点に関しては、リード９０２の端部をそれ自体の上に二重に折り畳んでリード重り９１２を生成することができる。例示的実施形態では、リード／重りの組合せの自由端は、上述のようにテーパ付きにすることができ、又は刻み目を付けることもできる。
リード／重りの任意の組合せの端部面積を減少させて、リード９０２の効率を改善することができる。面積は、リード重りの端部を研磨してテーパ付きにすることにより減少させることができる。代替的に、重りとリードの組合せの自由端に溝又は穴を設けることにより面積を減少させることができる。溝又は穴は、重りの端部の表面区域を取り除き、それによって面積を減少させる。

例示的実施形態では、リード重りは、第１の材料を含むことができ、リードは、第２の材料を含むことができる。第１の材料のコンプライアンスは、第２の材料のコンプライアンスの約１／８から約１／２の範囲とすることができる。別の例示的実施形態では、第１の材料のコンプライアンスは、第２の材料のコンプライアンスの約１／４とすることができる。コンプライアンスに差があると、リードの効率を増大させることができる。
例示的実施形態では、リードは、リードが使用寿命に達した後に取り替えることができるように交換可能とすることができる。従って、肺振動装置は、リードを取り替えることにより再構成することができる。
別の例示的実施形態では、リードは、単独か又は重りを含むかに関わらず、その自由端に磨耗指示器を含むことができる。指示器は、リードが使用寿命に達し、適正な作動周波数を提供することができなくなった時にそれを使用者に指示することができる。一実施形態では、リードは、リードの使用寿命に亘って振動して落ちるインク付きの指示器を含むことができる。

図１０は、本発明の例示的な別の代替実施形態による肺振動装置１０００の断面図である。図示のように、肺振動装置１０００は、音響抵抗プラグ１００２を含む。音響抵抗プラグ１００２は、「ＨＥＰＴＡ」フィルタ又は発泡体プラグを含むことができる。更に、装置１０００は、付加的な音響抵抗を含むことができる。例えば、装置１０００は、図４を参照して上述したように、リード４０２の大きさによって生成された音響抵抗を含むことができる。追加的に又は代替的に、装置１０００は、図４を参照して上述したように、ハウジング３０４内に形成された空気塊から成る音響抵抗を含むことができる。

図１１は、本発明の例示的な別の代替実施形態による肺振動装置１１００の断面図である。図示のように、肺振動装置１１００は、ハウジング３０４上に設けられた第２の端部キャップ１１０２を含むことができる。第２の端部キャップ１１０２は、ハウジング３０４からの空気流を制限することにより音響抵抗として機能することができる。更に、第２の端部キャップ１１０２は、装置１１００を人工呼吸器に結合するための手段を提供することができる。例示的な代替実施形態では、第２の端部キャップ１１０２は、音響抵抗として働くことなく装置１１００を人工呼吸器に結合するための手段を提供することができる。人工呼吸器に結合されると、その人工呼吸器は、ハウジング３０４を通して空気を引き込んでリード４０２を駆動し、患者の肺内に音響衝撃波を生じさせることができる。

図１２は、本発明の例示的実施形態による肺振動装置のための例示的な動力補給装置１２００を示すブロック図である。図示のように、ファン１２０２により、ダクト１２０４を通して矢印Ａの方向に空気を押し込むことができる。ダクト１２０４は、開口１００６を含むことができる。肺振動装置１２０８の出口開口部は、開口１２０６の近くに設けることができる。ダクト１２０４内の方向Ａに移動する空気は、肺振動装置１２０８を通して空気を方向Ｂに引き込むことができる。従って、動力補給装置１２００は、肺振動装置１２０８から矢印Ｂの方向に空気を引き込むことにより、肺振動装置１２０８に少なくとも部分的真空を生成することができる。例示的実施形態では、装置１２００は、肺振動装置１２０８に約３.８１センチ（約１．５インチ）の負の水圧を生成することができる。

当業者には明らかなように、本発明による肺振動装置は、添付図面に示していない多くの特徴を組み込むことができる。例えば、各例示的実施形態は、折り畳み可能、蝶番式、又は伸縮式ハウジングを組み込んだ省スペース設計を含むことができる。別の実施形態は、丸めて処分することができる薄い材料で形成された装置を含む。
肺振動装置を用いて、多くの機能を実行することができる。例えば、本装置を用いて喀痰を誘導して肺を清浄にし、又は、診断用サンプルを準備し、術後の粘液繊毛除去を改善し、肺虚脱（肺拡張不全）を防止し、酸素化を改善し、運動選手の運動前の肺気量又は肺クリアランスを改善し、又は、煙の吸入の治療を行うことができる。

低周波音を生成するためのオーディオソースと体腔との効率的な結合は、他の用途に用いることができる。音響抵抗は、特定の用途に基づいて適正な周波数をもたらすように調節することができる。更に、リードは、その大きさ、形状、又は材料を変えることにより、適正周波数をもたらすように調節することができる。例えば、他の用途には、以下のものを含むことができる。
冠血管プラーク：１つの用途は、振動により冠動脈プラークを侵食することである。動力式システムを改造すれば、内部胸腔振動により冠動脈プラークを侵食することができ、これは、有用な臨床的応用であると考えられる。
副鼻腔及び耳：動力及び非動力式肺清浄システムの変形のいくつかは、副鼻腔排膿及び中耳清浄に用いることができる。この作業には、音響抵抗を調節することによる肺清浄システムの簡単な周波数調節が必要である。副鼻腔排膿及び中耳清浄のような用途では、システムは、約７５ｄＢａから約１００ｄＢａの出力で約１５Ｈｚと約６０Ｈｚの間の範囲で作動することができる。システムはまた、約４０Ｈｚと約６０Ｈｚの間、及び約４４Ｈｚで作動することができる。
診断：本発明による肺振動装置は、肺炎、ＣＯＰＤ、喘息、及び肺癌のような肺疾患に対する最新の診断ツールの基礎を提供することができる。診断システムは、ラウドスピーカモータの現在のフェーズの電圧をモニタし、次に、異なる周波数と異なる圧力及び真空での肺の動的コンプライアンスを導くことができる。肺のコンプライアンスは、異なる分泌物負荷で変化し、長期間の肺組織の劣化によって生じた弾性の変化も示す。従って、その結果は、既存条件と相関をとることができる。初期の無症候の結果はまた、後の疾病条件と相関をとることができる。
腸／結腸：別の用途は、患者の結腸をオーディオソースと効率的に結合して患者の腸又は結腸を清浄にすることである。この用途は、腸の閉塞を除去することができ、これは、このような閉塞が危険な感染を引き起こすのを防止することができる。

本発明の特定の実施形態を詳細に上述したが、その説明は、単に説明のためのものである。例示的実施形態の開示した態様の様々な修正及びこれに対応する同等の段階は、上述したものに加えて、特許請求の範囲に規定した本発明の精神及び範囲から逸脱することなく当業者によって行うことができ、本発明の範囲は、そのような修正及び同等の構造を含むような最も広い解釈を許容するものとする。

本発明の例示的実施形態による肺振動装置の切り欠き斜視図である。 図１に示す例示的肺振動装置の側面断面図である。 ハウジングに配置されたリードの例示的実施形態を示す例示的なハウジングインサートの断面図である。 本発明の例示的な代替実施形態による肺振動装置を示す側面図である。 図３に示す例示的肺振動装置の断面図である。 本発明の例示的実施形態による肺振動装置の作動を示す断面図である。 本発明の例示的な代替実施形態による肺振動装置の断面図である。 本発明の別の例示的実施形態による肺振動装置の断面図である。 本発明の例示的実施形態による肺振動装置の出口端面図である。 本発明の例示的実施形態によるリード重りの位置を示す図である。 本発明の例示的実施形態によるリード重りを示す側面図である。 図９Ｂに示すリード重りの端面図である。 本発明の例示的実施形態による代替リード重りを示す図である。 本発明の例示的な別の代替実施形態によるリード重りを示す図である。 本発明の例示的な別の代替実施形態によるリード重りを示す図である。 本発明の例示的な代替実施形態による肺振動装置の断面図である。 本発明の例示的な別の代替実施形態による肺振動装置の断面図である。 本発明の例示的実施形態による肺振動装置のための例示的な動力補給装置を示すブロック図である。

符号の説明

１００ 肺振動装置
１０２ ハウジング
１０４ リード
１０６ 音響抵抗

Claims (62)

1. ハウジングと、
   前記ハウジング内に配置され、振動する時に低周波衝撃波を発生するリードと、
   患者の肺の中に前記低周波衝撃波の逆圧を生成するための音響抵抗と、
   を含むことを特徴とする、肺の分泌物を薄めるための装置。
2. 前記音響抵抗は、前記ハウジング内に配置されたフィルタを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記音響抵抗は、前記ハウジング内に配置された発泡体プラグを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記音響抵抗は、前記ハウジングからの空気の流れを制限する前記ハウジングのテーパ付きの端部を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記音響抵抗は、前記ハウジングからの空気の流れを制限する前記ハウジングの端部に配置された端部キャップを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記音響抵抗は、前記ハウジングに閉じ込められた空気塊を含み、
   前記ハウジングは、前記空気塊を生成するのに十分な容積の空気を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記音響抵抗は、前記ハウジング内の空気の流れに対する抵抗をもたらす大きさの前記リードを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 患者の肺の中に前記低周波衝撃波の逆圧を生成するための複数の音響抵抗を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 前記複数の音響抵抗は、特定の大きさの前記リードと前記ハウジングに閉じ込められた空気塊とを含むことを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記衝撃波は、約１２Ｈｚから約２４Ｈｚの範囲の周波数を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
11. 前記衝撃波は、約１６Ｈｚから約２０Ｈｚの範囲の周波数を含むことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記衝撃波は、約１８Ｈｚの周波数を含むことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 前記ハウジングに結合されたマウスピースを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
14. 前記リードは、前記ハウジングに結合された前記マウスピースに結合されることで該ハウジングに結合されることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 前記ハウジングの端部は、前記マウスピースを前記ハウジングに結合するために該マウスピース内に配置され、
    前記リードは、該リードの端部を前記ハウジング及び前記マウスピース間で圧縮することによって該ハウジングに結合される、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
16. 前記ハウジング及び前記マウスピースの一方は、前記リードを該ハウジング内に位置決めする位置決めチャンネルを含むことを特徴とする請求項１５に記載の装置。
17. 前記ハウジングは、第１の断面積を有する第１の部分と第２の断面積を有する第２の部分とを含み、
    前記第２の断面積は、前記第１の断面積よりも大きい、
    ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
18. 前記リードは、自由端を含み、
    前記自由端は、前記ハウジングの前記第２の部分内で振動する、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の装置。
19. 前記ハウジングは、その内面に溝を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
20. 前記ハウジングは、上部内面及び下部内面を含み、
    前記溝は、前記上部及び下部内面の一方に配置される、
    ことを特徴とする請求項１９に記載の装置。
21. 前記ハウジングは、前記上部及び下部内面の少なくとも一方に配置された複数の溝を含むことを特徴とする請求項２０に記載の装置。
22. 前記リードは、自由端を含み、
    前記自由端は、前記リードの別の部分の断面区域よりも小さい断面区域を含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
23. 前記リードは、自由端を含み、
    前記リードの前記自由端に配置された重り、
    を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
24. 前記重りは、前記リードの一部分の断面積よりも小さい断面積を有する自由端を含むことを特徴とする請求項２３に記載の装置。
25. 前記重り及び前記リードの一部分は、該重り及び該リードの別の部分の断面区域よりも小さい断面区域を含むことを特徴とする請求項２３に記載の装置。
26. 前記重りは、第１の材料を含み、
    前記リードは、第２の材料を含み、
    前記第１の材料のコンプライアンスは、前記第２の材料のコンプライアンスの約１／８から約１／２の範囲である、
    ことを特徴とする請求項２３に記載の装置。
27. 前記重りは、前記リードの二重部分を含むことを特徴とする請求項２３に記載の装置。
28. 前記重りは、前記リードの前記自由端に結合されたテープを含むことを特徴とする請求項２３に記載の装置。
29. 前記ハウジングに結合されて該ハウジング内に少なくとも部分的真空を生成する動力補給装置を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
30. 前記ハウジングは、出口開口部を含み、
    前記動力補給装置は、前記ハウジングの前記出口開口部を通過する空気の流れを含む、
    ことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
31. 装置を人工呼吸器に結合するための、前記ハウジングの第１及び第２の端部に結合された人工呼吸器管を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
32. 前記ハウジングの反対端に結合された一対の端部キャップを更に含み、
    前記人工呼吸器管は、前記端部キャップに結合される、
    ことを特徴とする請求項３１に記載の装置。
33. 肺装置のハウジングの中に息を吹き込む段階と、
    低周波衝撃波を発生させるために前記ハウジング内に配置されたリードを振動させる段階と、
    患者の肺の中に前記低周波衝撃波の逆圧を生成する段階と、
    を含むことを特徴とする、肺の分泌物を薄める方法。
34. 前記生成する段階は、前記ハウジング内に音響抵抗を設ける段階を含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
35. 前記設ける段階は、前記ハウジング内にフィルタ及び発泡体プラグの一方を設ける段階を含むことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
36. 前記設ける段階は、前記ハウジングからの空気の流れを制限するために該ハウジングの端部にテーパを付ける段階を含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
37. 前記設ける段階は、前記ハウジングの端部に配置された前記ハウジングからの空気の流れを制限する端部キャップを設ける段階を含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
38. 前記設ける段階は、前記逆圧を生成する空気塊を発生させるのに十分な容積の空気を前記ハウジング内に供給する段階を含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
39. 前記設ける段階は、前記逆圧を生成するのに十分な大きさを有する前記リードを設ける段階を含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
40. 前記リードが前記ハウジング内で振動する間に、該リードが該ハウジングの上部内面及び下部内面に付着するのを防止する段階を更に含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
41. 前記リードの自由端に重りを設けることにより前記振動させる段階の効率を改善する段階を更に含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
42. 前記振動させる段階を助けるために、少なくとも部分的真空を前記ハウジング内に発生させる段階を更に含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
43. ハウジングと、
    前記ハウジングに結合された固定端と該ハウジング内の自由端とを含み、該自由端に配置された重りを更に含み、振動する時に低周波音響衝撃波を発生するリードと、
    患者の肺の中に前記低周波衝撃波の逆圧を生成する少なくとも１つの音響抵抗と、
    を含むことを特徴とする、肺の分泌物を薄めるための装置。
44. 前記音響抵抗は、前記ハウジング内に配置されたフィルタを含むことを特徴とする請求項４３に記載の装置。
45. 前記音響抵抗は、前記ハウジング内に配置された発泡体プラグを含むことを特徴とする請求項４３に記載の装置。
46. 前記音響抵抗は、前記ハウジングのテーパ付き端部を含むことを特徴とする請求項４３に記載の装置。
47. 前記音響抵抗は、前記ハウジングからの空気の流れを制限するための前記ハウジングの端部に配置された端部キャップを含むことを特徴とする請求項４３に記載の装置。
48. 前記音響抵抗は、前記ハウジングに閉じ込められた空気塊を含み、
    前記ハウジングは、前記空気塊を生成するのに十分な容積の空気を含む、
    ことを特徴とする請求項４３に記載の装置。
49. 前記音響抵抗は、前記逆圧を生成するのに十分な大きさの前記リードを含むことを特徴とする請求項４３に記載の装置。
50. 前記衝撃波は、約１６Ｈｚから約２０Ｈｚの範囲の周波数を含むことを特徴とする請求項４３に記載の装置。
51. 前記ハウジングに結合されたマウスピースを更に含み、
    前記リードは、前記固定端を前記ハウジング及び前記マウスピース間で圧縮することにより該ハウジングに結合される、
    ことを特徴とする請求項４３に記載の装置。
52. 前記ハウジングに結合されたマウスピースを更に含み、
    前記リードは、前記ハウジングに結合した前記マウスピースに結合することで該ハウジングに結合される、
    ことを特徴とする請求項４３に記載の装置。
53. 前記リードの前記固定端は、前記ハウジングに該ハウジングの第１の部分で結合され、
    前記リードの前記自由端は、前記ハウジングの第２の部分内で振動し、
    前記第２の部分は、前記第１の部分よりも大きな断面区域を含む、
    ことを特徴とする請求項４３に記載の装置。
54. 前記ハウジングは、該ハウジングの内面に配置された少なくとも１つの溝を含むことを特徴とする請求項４３に記載の装置。
55. 前記重りは、自由端を含み、
    前記重りの前記自由端は、前記リードの厚さよりも薄い、
    ことを特徴とする請求項４３に記載の装置。
56. 前記重りは、第１の材料を含み、
    前記リードは、第２の材料を含み、
    前記第１の材料のコンプライアンスは、前記第２の材料のコンプライアンスの約１／８から約１／２の範囲である、
    ことを特徴とする請求項５５に記載の装置。
57. 前記ハウジングに結合されて該ハウジング内に少なくとも部分的真空を生成する動力補給装置を更に含むことを特徴とする装置請求項４３に記載の装置。
58. ハウジングと、
    前記ハウジング内に配置され、空気によって振動する時に低周波衝撃波を発生するリードと、
    患者の体腔の中に前記低周波衝撃波の逆圧を生成するための音響抵抗と、
    を含むことを特徴とする、ヒトの分泌物の粘性を低下させるための装置。
59. 前記衝撃波は、約１６Ｈｚから約２０Ｈｚの範囲の周波数を含むことを特徴とする請求項５８に記載の装置。
60. 前記衝撃波は、約１５Ｈｚから約６０Ｈｚの範囲の周波数を含むことを特徴とする請求項５８に記載の装置。
61. 前記衝撃波は、約４４Ｈｚの周波数を含むことを特徴とする請求項６０に記載の装置。
62. 前記体腔は、副鼻腔を含むことを特徴とする請求項５８に記載の装置。

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