JP2011502737A - 電気機械ドライバを備えた呼吸治療システム - Google Patents
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Abstract
呼吸治療システムは、ドライバユニットと患者用インターフェースデバイスとを備える。ドライバユニットは、源から患者用インターフェースデバイスに加圧ガスを供給するように構成されている。少なくとも1つの電子弁が、患者用インターフェースデバイスに所望の流れを供給するために使用されている。
Description
(関連出願の相互参照)
本出願は、2007年11月19日に出願された米国仮特許出願第60/988977号に基づくとともにその利益を主張するものである。また、本出願は、本出願と同日出願の米国特許出願第12/274083号(タイトル「Patient Interface Assembly For Respiratory Therapy」)に関連し、その全体は参照として本明細書に組み込まれている。
本出願は、2007年11月19日に出願された米国仮特許出願第60/988977号に基づくとともにその利益を主張するものである。また、本出願は、本出願と同日出願の米国特許出願第12/274083号(タイトル「Patient Interface Assembly For Respiratory Therapy」)に関連し、その全体は参照として本明細書に組み込まれている。
本発明は、呼吸治療システムおよびデバイスに関する。特に、患者に対して呼吸の圧力パルス(例えば、高周波数の肺内パーカッション換気)を供給する動作について複数のモードを提供することができる、呼吸治療システム、およびシステムの一部として使用される圧力パルス発生器またはドライバユニットに関連する。
今日、幅広い種類の呼吸治療デバイスが、患者の呼吸器官の健康を手助けする、または治療する、若しくは改善するために使用されている。例えば、陽性気道圧(positive airway pressure)(PAP)は、長い間、酸素化の改善や肺容量の増加を容易にすることによって気管支の清浄化を促進する有効なツールとして認識されている。特に、PAPは、患者の肺からの分泌物(例えば粘液)の移動や除去の促進に有益なものとして認識されている。この関連として、患者の気柱(air column)について高頻度気道クリアランス(high−frequency assisted airway clearance)(HFAAC)の形式の陽性気道圧が、分泌物の除去を容易にする技術として認識されている。概括的に言えば、HFAACデバイスは、模擬的な咳によって誘発されてクリアランスが陽性の痰の粘性を体外で減少させる。HFAACは、患者の胸壁に力を直接的に加えることにより、実行されるまたは作り出される(すなわち、胸部の理学療法(chest physical therapy)(CPT)、または患者の気道に直接的に力を加えることにより(すなわち、高頻度肺内パーカッション換気(high frequency intrapulmonary percussive ventilation)(IPV)などの呼吸治療))。多くの患者や介護人は、あまり目ざわりでなく、より簡単に実施できる呼吸治療アプローチを好む。この目的を達成するために、IPV技術が、肺を拡張して分泌物を移動させることに関して、CPTにとって代わる効率的なものとして浮かびあがっている。
様々なIPV治療システムが、上述の呼吸治療(高頻度肺内パーカッション換気)(このほかに他の治療および/または換気)のために、使用されている。概括的に言えば、高頻度IPVシステムは、陽圧ガス(例えば、空気、酸素など)源と流体的に接続される患者の呼吸回路を確立する携帯式のデバイスを含んでいる。この関連として、システムはさらに、供給された陽圧ガスに影響を与え、圧力プロファイル(profile)を形成し、あるいはこれとは異なり、患者の呼吸回路に間欠的にガスの流れを発生させ、そして、患者の肺をパーカッション換気するドライバユニットを備える。このアプローチによれば、患者は呼吸回路のマウスピース(またはマスク)を介して呼吸し、マウスピース(またはマスク)が、患者の気道に対して発生した高速のガス流「小爆発(mini−bursts)」を供給する。脈動するパーカッション気流は、患者の気道圧を周期的に上昇させる。
従来のドライバユニットは、患者の呼吸回路や患者に供給される圧力プロファイルを発生する/制御する空圧式の弁に依存している。このように機能するドライバアプローチを組み込んでいるIPVの例として、IPV(登録商標)ベンチレータデバイス(アイダホ州、サンドポイントのPercussionAire社製)やパーカッションネブ(登録商標)システム(カリフォルニア州サクラメントのVortran Medical Technology社製)がある。これらのまたはそれ以外の入手可能なIPVシステムがIPV治療(例えば、陽性気道圧を供給するおよび/またはエアロゾル供給)に加えて他の動作モードを提供する可能性があるものの、空圧式の弁を用いたものでは、患者に対して供給される周波数および/または圧力の利用可能な範囲が明らかに制限される。システムの他の欠点としては、弁の制御が制限されることまたはフィードバックに基づく弁の制御ができないこと、所望の制御設定を確立したり維持したりすることが困難であることなどがある。
上述のことを考慮すると、呼吸治療システムを改良する必要がある。また、このようなシステムに使用されるドライバユニットは、患者に対して所望のIPV治療(他の治療も同様に)を安定して実行できる必要がある。
本発明に係るいくつかの態様は、患者用インターフェースデバイスとドライバユニットを備えて呼吸治療を実行するシステムに関連する。患者用インターフェースデバイスは、患者の呼吸回路として機能し、また入口と出口とを定義する。ドライバユニットは、その入口にガス流を供給し、また、入力側ライン、出力側ライン、少なくとも1つの電子式の弁(電子弁)、およびコントローラを備える。入力側ラインは、介護人側(例えば、家庭や病院)に設けられたコンプレッサや加圧された空気源または酸素源などの、ガス源に流体的に接続可能である。出力側ラインは、患者用インターフェースデバイスの入口に流体的に接続し、ドライバユニットによって発生した(または影響を受けた)ガス流を供給する。電子弁は、入力側ラインに流体的に接続される入力側と出力側ラインに流体的に接続される出力側とを備える。最後に、コントローラは、電子弁に電気的に接続され、また、電子弁の動作を制御して入力側ラインから出力側ラインに向かうガス流を選択的に変化させるように構成されている。いくつかの実施形態において、コントローラは、高周波数(高頻度)の圧力パルス(例えば、パーカッション治療)を出力側ラインに選択的に供給するように電子弁を制御するように構成され、また、連続的な陽性気道圧を選択的に供給するように電子弁を制御することもできる。
別の実施形態において、ドライバユニットはさらに、入力側ラインと出力側ラインとの間に流体的に配置され、コントローラによって電気的に制御される第2の電子弁を備える。この関連として、コントローラは、入力側ラインと出力側ラインとの間に並列状態で流体的に接続されている電子弁とともに、出力側ラインに連続的な陽性気道圧を選択的に供給するように第2の電子弁を制御するように構成されている。さらに別の実施形態において、ドライバユニットは、入力側ラインとネブライザとの間に流体的に接続されるネブフロー(neb flow)弁などの1つまたはそれ以上の追加的な構成要素を備える。ネブライザは、ドライバユニットから離れて設けられ、患者用インターフェースデバイスの出口端に選択的に接続される。他のオプション的な構成要素として、1つまたはそれ以上の電子弁の上流側に流体的に配置される圧力レギュレータと、患者用圧力ラインに流体的に接続されたパージ用電子弁と、出力側ラインに流体的に接続された遮断用電子弁と、1つまたはそれ以上の圧力センサと、グラフィックユーザインターフェースと、および/またはユーザ入力デバイスとがある。さらに、コントローラは、いくつかの実施形態において、電子弁の動作を制御することによって、1つまたはそれ以上の予め決定された治療プロトコルを、他の所望の動作モードと同様に、実行する。
(詳細な説明)
図1は呼吸治療システム20の一実施形態を概略的に示している。呼吸治療システム20は、ドライバユニット22と、インターフェースデバイス24とを備える。インターフェースデバイス24は、使用中、患者25に向かう呼吸経路と、患者25から始まる呼吸経路とを確立する患者のインターフェース回路の役割をする。特に、呼吸経路は、患者25の気道(例えば、口、副鼻腔)にまで及んでいる。一実施形態において、気道にまで及ぶ呼吸経路は、挿管を介して患者25に確立されている。また、所望される場合、システム20は、ベンチレータ(ventilator)とともに、若しくはベンチレータがない状態で使用される。種々の構成要素の詳細については後述する。概括的に言えば、ドライバユニット22は、加圧ガス(例えば、空気、酸素など)源26(ほとんどの場合)と流体的に接続するように構成されており、また、入力側ライン30と出力側ライン32との間に流体的に配置されている1つまたはそれ以上の電子弁の動作を制御するコントローラ28を備える。特に、源26から流れた加圧ガスは入力側ライン30で電子弁の影響を受け、それにより出力側ライン32を介して患者用インターフェースデバイス24に所望の流れ/圧力が発生するまたは供給される。
図1は呼吸治療システム20の一実施形態を概略的に示している。呼吸治療システム20は、ドライバユニット22と、インターフェースデバイス24とを備える。インターフェースデバイス24は、使用中、患者25に向かう呼吸経路と、患者25から始まる呼吸経路とを確立する患者のインターフェース回路の役割をする。特に、呼吸経路は、患者25の気道(例えば、口、副鼻腔)にまで及んでいる。一実施形態において、気道にまで及ぶ呼吸経路は、挿管を介して患者25に確立されている。また、所望される場合、システム20は、ベンチレータ(ventilator)とともに、若しくはベンチレータがない状態で使用される。種々の構成要素の詳細については後述する。概括的に言えば、ドライバユニット22は、加圧ガス(例えば、空気、酸素など)源26(ほとんどの場合)と流体的に接続するように構成されており、また、入力側ライン30と出力側ライン32との間に流体的に配置されている1つまたはそれ以上の電子弁の動作を制御するコントローラ28を備える。特に、源26から流れた加圧ガスは入力側ライン30で電子弁の影響を受け、それにより出力側ライン32を介して患者用インターフェースデバイス24に所望の流れ/圧力が発生するまたは供給される。
以下のように、ドライバユニット22は複数の異なる構成要素や機能を備え、また、システム20はネブライザ(nebulizer:噴霧器)34などのオプション的な構成要素を備える。システム20に使用することができるネブライザとして、オハイオ州ダブリンのCardinal Health社から得られるAirLife(登録商標)のBrand Misty Max 10(登録商標)がある。ネブライザ34を使用する場合、予備ライン35がドライバユニット22からネブライザ34に向かって延びる。コントローラ28は、ドライバユニット22を制御し、予備ライン35を介してネブライザ34に所望の流れ/圧力を供給するために使用される。とにかく、システム20は、ドライバユニット22の動作を介して高周波圧力パルスを患者に供給することができ(例えばパーカッション治療)、また、従来からある空圧式の弁をベースとするドライバユニットと比較して、実行可能な周波数範囲および圧力範囲が広い。患者用圧力ライン36は、患者用インターフェースデバイスに流体的に接続し、ドライバユニット22に戻るように設けられている。それにより、患者用インターフェースデバイス24内の圧力が測定されるおよび/またはモニタリングされる。コントローラ28は、患者用インターフェースデバイス24内の圧力の測定結果に基づいて患者25への空気供給量を制御するように構成されている。ドライバユニット22はさらに電子弁を備える。電子弁として、例えば患者用圧力ライン36をパージするためのものであって患者用圧力ライン36内に流体が過剰に蓄積しないようにするものや、または圧力センサの自動零点調整を可能にするものなどがある。一実施形態において、ドライバユニット22は、中央の処理ステーション、例えばナースステーションに、ドライバユニット22の動作に関する情報および/または患者に関する情報を送信するために接続されている。
図2に示すように、ドライバユニット22は、コントローラ28に加えて複数の他の構成要素を備えており、それぞれは携帯型ハウジング37内または該ハウジング37によって保持されている。例えば、図2の一構成では、ドライバユニット22は、供給加圧ガスに影響を与え、連続的な高周波圧力パルスにするように構成された電子弁40(例えば比例ソレノイドバルブ)を備える。代わりとして、複数のオン−オフ式ソレノイドバルブを、電子弁40を補完するために、および/または電子弁40と置換するために使用することができる。電子弁40は、供給加圧ガスに選択的に影響を与え、基準圧力、陽性気道圧(PAP)、連続的な陽性気道圧(CPAP)などとして供給するように構成されている。2層の圧力を供給する2層(bilevel)PAP(BiPAP)などの他の形態の陽性気道圧が使用されてもよい。いずれにしても、PAPはドライバユニット22内のマニホールド用センサによって制御され、一方、CPAPは患者用圧力ライン36に流体的に接続されている患者用圧力センサから制御される。電子弁40は、入力側ライン30と出力側ライン32との間を流体的に接続し、またコントローラ28と電気的に接続されている。したがって、コントローラ28は、コントローラ28が保持するプログラム(例えばソフトウェアおよび/またはハードウェア)に基づいて電子弁40の動作を制御する。これに関連して、コントローラ28は、コントローラ28に電気的に接続されている電源(図示せず)を用いて、電子弁40への電力供給も制御してもよい(後述するように他の構成要素に対しても同様である)。電源としては、ハウジング37内に保持されるバッテリ、従来からある壁面コンセント電源に接続されている電力コードなど、様々な形態のものが可能である。
電子弁40は、入力側42と出力側44とを備えるまたは定義する。入力側42はハウジング37内の内部入力側ライン46に流体的に接続し、一方、出力側44はハウジング37内の内部出力側ライン48に流体的に接続している。内部入力側ライン46は入力側ライン30に流体的に接続し、内部出力側ライン48は出力側ライン32に流体的に接続している。このような構成により、入力側ライン30に供給されたガス流は、電子弁40に送られる。電子弁40は、源26から流れた加圧ガスに影響を与えるとき、高周波圧力パルスを導入するまたは発生させるのに適した様々な形態をとることができる。特に、システム20が病院に設けられている「標準的な」ソースガス圧(例えば、40−70psiの範囲の圧力で維持されている酸素または空気)を使用するように構成されている実施形態においては、電子弁40は、コントローラ28からの信号に応答して内部のオリフィスを繰り返し開閉するように(すなわち、ガスの通過を許可するまたは防止するように)構成され、それにより、周波数および圧力が広範囲であるパルス圧流を発生させる。例えば、いくつかの構成において、電子弁40は、1−25Hzの範囲の周波数の圧力パルスを発生させることができる。他の周波数として、1Hzより下の周波数または25Hz(例えば、30Hzまたは40Hz)より上の周波数であってもよい。
従来からある空圧式のシャトル弁をベースとするドライバユニットと比較すると、本発明の電子弁40は、より正確に制御でき、周波数や圧力の使用可能範囲が拡大するという著しい利点を提供する。また、空圧式の弁はチャージする必要があり、それにより、患者への最初の圧力パルスが大きくなる。さらに、電子弁40を電気的に制御することにより、源26でガス圧が変化しても、電子弁40によって発生するパルスプロフィールへの影響は小さくなる若しくは影響はない。それにより、予期せぬ高圧の発生を抑制しつつ安定した治療を実行することができる。さらにまた、電気制御される弁40は、振動圧力モードでの動作中、「失速(stall)」しない。それにより、空圧式の弁を用いるドライバユニットでは起こった、問題のある、予期せぬ高い一定圧力が供給されることが回避される。加えて、ドライバユニット22内のパラメータをモニタリングすることにより、ドライバユニット22は、好ましくない状況を回避することによって安全性を向上することができ、および/または介護人にアラームを介して警告することができる。電子弁40は、所望される場合、連続的な陽性気道圧を発生するために提供される。電子弁40はさらに、死容積(dead volume)が減少するように構成可能である。一つの特別な実施形態において、死容積は2立方インチより小さくされる。
上述の電子弁40に加えて、ドライバユニット22は、コントローラ28に電気的に接続されて制御される、オプション的なパージ用電子弁50を備える。一実施形態において、パージ用電子弁50は、ソレノイドバルブである。図2の一構成の場合、パージ用電子弁50は、電子弁40と並列した状態で内部入力側ライン46に流体的に接続され、患者用インターフェース24からドライバユニット22に向かう患者用圧力ライン36をパージする役割をする。パージ用電子弁50は、内部入力側ライン46と流体的に接続する入力側52と、パージライン56と流体的に接続する出力側54とを備える。パージライン56が患者用圧力ライン36に流体的に接続されることにより、パージ用電子弁50が動作して、患者用圧力ライン36から蓄積した流体、特に患者25から排出された液体および/または他の粒子が取り除かれる。
この目的を達成するために、患者感知用の自動零点調整用電子弁60(例えばソレノイドバルブ)が、パージ用電子弁50と協働するために設けられている。自動零点調整用電子弁60は、コントローラ28と電気的に接続されて制御され、入力側62、出力側64、および排出側66を備える。通常動作中、自動零点調整用電子弁60は、常時「開弁(open)」状態であって、後述するように、患者用圧力ライン36から患者用圧力センサ67に流体が流れることを許可する。患者用圧力ライン36がパージされるとき、自動零点調整用電子弁60は閉弁(クローズ)し、患者用圧力センサ67が、外気に開放されている(例えば、ハウジング37の外側に流体的に開放されている)排出ライン68に流体的に接続される。次に、パージ用電子弁50が開弁され、患者用圧力ライン36がパージ可能にされる。患者用圧力ライン36のパージが完了すると、パージ用電子弁50は閉じられ、自動零点調整用電子弁60は通常動作状態として開弁される。
自動零点調整用電子弁60は、例えばシステム20の立ち上げ時に、患者用圧力センサ67をキャリブレーションするために使用される。患者用圧力センサ67をキャリブレーションするために、自動零点調整用電子弁60は閉弁し、それにより、排出ライン68を介して外気に流体的に接続されている患者用圧力センサ67は外気圧を検出する。そうでない場合、患者用圧力センサ67は、既知の基準外気圧に調整される。所望される場合、患者用圧力ライン36は、この調整中にパージされる。キャリブレーションの後、自動零点調整用電子弁60は、通常動作状態として開弁される。
ドライバユニット22は、追加的またオプション的な機能として予備用弁70を備える。予備用弁70は、電子式(例えばソレノイド)または空圧式である。予備用弁70は、入力側72と出力側74とを定義し、コントローラ28に電気的に接続されて制御される。入力側72は、電子弁40とパージ用電子弁50と並列状態で内部入力側ライン46に流体的に接続されている。しかしながら、出力側74は、内部出力側ライン46に接続されていない。代わりに、出力側74は、予備ライン35と選択的に接続するためにハウジング37内を延びている内部予備ライン78に流体的に接続されている。このような構成の場合、予備用弁70は、ネブライザ34へのガスの流れを制御し、そのため、「ネブフロー弁(neb flow valve)」と呼ばれている。ネブライザ34の詳細は後述する。概括的に言えば、しかしながら、ネブライザ動作モードにおいて、コントローラ28は、ネブフロー弁70を開弁状態に制御し、それによりネブライザ34へのガスの流れを可能にする。
図2に示すように、電子弁40、パージ用電子弁50、自動零点調整用電子弁60、およびネブフロー弁70は、マニホールド80の一部として、またはマニホールド80に接続されている。マニホールド80は、事実上、内部入力側ライン46から3本の並列なガスの流路を確立する。電子弁40によってガスの流れが許可される内部出力側ライン48に至る流路、パージ用電子弁60によってガスの流れが許可されるフィードバックライン36に至る流路、およびネブフロー弁70によってガスの流れが許可される上述した予備ライン35(コントローラ28の制御により)に至る流路が確立される。
オプション的なボリュームチャンバ88が、電子弁40の「上流側」の内部入力側ライン46に沿って設けられる。ボリュームチャンバ88は、入力側ライン30からの流体を貯えるアキュムレータまたはリザーバとして機能する。したがって、ボリュームチャンバ88は、弁40,50,70の一つ以上が開弁したことによる圧力降下を抑制することができる。例えば、パージ用電子弁50が開弁すると、ボリュームチャンバ88内の流体は、ボリュームチャンバ88からパージ用電子弁50の入力側52までの圧力降下を抑制するために使用される。
起こりうる圧力変動をガス源26から求めるために、ドライバユニット22はさらに、弁40の「上流側」の内部入力側ライン46に沿って、オプション的な圧力レギュレータ90を備える。圧力レギュレータ90は、機械的にまたは電気的に制御されるデバイスであって、流入してきた加圧ガスの流れを所定の圧力になるように規制し、それにより、源26での供給圧力に関係なく、安定したシステム20による治療結果が維持される。そのようなドライバユニット22により、どこの病院でも安定した治療結果が得られる。場所によって実際の源26の圧力が変わりうることが確認されている。
図2のドライバユニット22には、追加的なオプション機能として、弁40の「上流側」の内部入力側ライン46に流体的に接続されているフィルタ100が設けられている。フィルタ100は、様々な形態をとることが可能であり、概して、源26からのガス流内に混入しているくず(debris)や湿気を取り除くように構成されている。いくつかの実施形態において、フィルタ100は、水分を捕捉するものであって、圧力レギュレータ90の上流側に流体的に配置されている。
所望される場合、ドライバユニット22はさらに、入力用電子弁(ソレノイド)102を備える。入力用電子弁102は、入力側104と出力側106とを備える。入力用電子弁102は、フィルタ100の「上流側」の内部入力側ライン46に流体的に接続されている。また、入力用電子弁102は、コントローラ28に電気的に接続されて制御される。入力用電子弁102は、緊急用の「遮断」弁として動作し、内部圧力が規定限界を超えたとき、または患者側の圧力が規定値を超えたときに閉弁状態に制御され、ドライバユニット22への流れを遮断する。入力用電子弁102は、常時「閉弁」状態であって、コントローラ28からの指示に基づいて、入力側104から出力側106に向かって選択的に流体を流すことも可能である。ドライバユニット22が非動作状態にあるとき、入力用電子弁102は閉弁している。その結果、マニホールド80および/またはハウジング37内の圧力が潜在的に増加するリスクが低減される。
さらなる実施形態において、電子式排出弁108と排出ライン109とが、内部入力側ライン46と外気とを流体的に接続し、電子式排出弁108によって内部入力入側ライン46内の圧力の増加を抑制している。排出弁108は、コントローラ28に電気的に接続されて制御される電子弁である。排出弁108は、入力側112と出力側114とを定義する。入力側112は内部入力側ライン46に流体的に接続され、出力側114は排出ライン109に流体的に接続されている。排出弁108は、常時「開弁」状態であって、入力側112から出力側114への流れを許可する。ドライバユニット22の通常動作中、排出弁108は、コントローラ28によって閉弁状態に制御される。さらに別の実施形態において、電子弁40、パージ用電子弁50、および/またはネブフロー弁70は、内部入力側ライン46内の圧力を低下させるために制御される。
いくつかの構成の場合、ドライバユニット22は、1つまたはそれ以上の異なる源26からのガスを扱うように構成されている。例えば、源は酸素、コンプレッサからの加圧空気、ブレンダからの微量酸素などである。また、これらの源は、源の種類、地域の基準などに基づいて、いくつかの異なる種類のコネクタを備えていてもよい。この点に関して、入力側ライン30は1つまたはそれ以上の入力側コネクタ110と流体的に選択的に接続されており、コネクタ110それぞれは、別々の供給源26に流体的に接続するように構成されている。例えば、1つのコネクタは加圧酸素源に流体的に接続され、別のコネクタは加圧空気に流体的に接続されている。それにより、ドライバユニット22の内部においてガスのブレンドが可能になる。加えて、コネクタは、微量の吸気用酸素を供給するブレンダに接続されるように構成されている。図示されている実施形態においては、1つのコネクタ110のみが設けられ、入力側ライン30に接続されている。コネクタ110はまた、内部入力側ライン46に流体的に接続されている。
上述したように、コントローラ28は、弁40,50,60,70,102,108の動作を制御する。いくつかの実施形態において、コントローラ28は、制御している動作についてのフィードバック情報を利用する。この点に関して、ドライバユニット22はさらに、内部出力側ライン48に流体的に接続されている、オプション的なマニホールド用圧力センサ120を備えている。マニホールド用圧力センサ120は、内部出力側ライン48内のガス圧を検出できる種々の形態をとることができる。とにかく、マニホールド用圧力センサ120は、コントローラ28に電気的に接続されており、出力側ライン32内で検出された圧力を示す情報を信号として出力し、それにより、コントローラ28に、クローズドループフィードバックを提供する。一例において、マニホールド用圧力センサ120は、所望のPAPレベルが患者に提供されているか否かをモニタリングするために使用されている。
上述したように、患者用圧力センサ67は、コントローラ28に対する情報源として構成され、またその役割をする。患者用圧力センサ67は、種々の形態をとることができ、また患者用インターフェースデバイス24に流体的に接続され、患者用圧力ライン36と自動零点調整用電子弁60とを介して患者用インターフェースデバイス24内の圧力を検出する。以下に詳細に記載するように、患者用インターフェースデバイス24は、(ハウジング37によって保持されている)患者用圧力センサ67に流体的に接続された患者用圧力ライン36を受け入れる便利な(convenient)ポートを備えるように構成されている。とにかく、患者用圧力センサ67は、コントローラ28に電気的に接続され、患者用インターフェースデバイス24で検出された圧力を示す情報を信号として出力する。一例において、患者用圧力センサ67は、所望のCPAP設定が患者に対して提供されているか否かをモニタリングするために使用されている。計測手段や肺活量測定手段がドライバユニット22に統合されている場合は、患者に対して供給される流量やパルス量などの他のパラメータが、コントローラ28にフィードバックされる。
ドライバユニット22はさらに、オプションとして、介護人に対して情報を表示する1つまたはそれ以上のディスプレイシステム130を備える。一例において、ディスプレイシステム130は液晶ディスプレイである。ディスプレイシステムは、コントローラ28に電気的に接続されて制御され、またグラフィックユーザインターフェース(GUI)132を備える。以下に説明するように、GUI132は、種々の動作情報(例えば、現在のパルスプロファイル、最小圧力、最大圧力などのグラフィック描写)を表示するように制御される。
ドライバユニット22は、コントローラ28に電気的に接続されたユーザ入力デバイス(すなわちインターフェース)140を備える。ユーザインターフェース140は、介護人が所望の後述するような動作モードを選択できるように、選択指針として機能する。したがって、ユーザインターフェース140は、機械的デバイス(例えば、コントロールノブ)および/または視覚的デバイス(例えば、タッチパッドデバイス)を含む、幅広い種々の形態をとることができる。
システム20の使用中、入力側ライン30は、適当なコネクタ110を介して供給源26に流体的に接続されている。患者用インターフェースデバイス24は、ドライバユニット22から離れた介護人に対して提供される。患者用インターフェースデバイス24は、以下に記載するように、種々の構成が可能である。概括的に言えば、しかしながら、患者用インターフェースデバイス24は、ハウジング37から延びている出力側ライン32に流体的に接続するように構成されている入口端150と、患者が呼吸する(マウスピースやマスクなどの患者用呼吸部材と接続可能なまたは該呼吸部材を形成する)出口端152とを備える、使い捨ての携帯型製品である。一実施形態において、出力側ライン32、予備ライン35、および患者用圧力ライン36はそれぞれ、患者用インターフェースデバイス24に備えられたチューブの形態である。
ライン32,35,36はそれぞれ、ドライバユニット22の対応するコネクタポート158内に係合する大きさのコネクタピース156(ほとんどの場合)で終端する。例えば、コネクタポート158は、ハウジング37によって支持され、オペレータによる接続工程が一回ですむように、出力側ライン32、患者用圧力ライン36、および/または予備ライン35の流体接続を確立する(すなわち、コネクタピース156がコネクタポート158に挿入される)。代わりとして、コネクタポート158は、ハウジングおよび/またはマニホールドと一体的に形成されてもよい。とにかく、コネクタピース156は、ドライバユニット22への流体接続を単純にするために、ライン32,25,36のそれぞれを一定の関係の状態で保持する。さらに、コネクタピース156は、コネクタポート158に対する固定と解除とを容易にする簡易脱着(クイックリリース)機構を備えていてもよい。
コネクタピース156はさらに、ドライバユニット22の性能を示す、RFIDタグなどの従来からある種類のストレージメディア(記憶媒体)160に記憶されている識別子(identifier)を備える。そのために、ドライバユニット22はさらに、コントローラ28に電気的に接続され、ストレージメディア160から情報を受け取る、RFIDタグリーダなどのデバイス162を備える。ストレージメディア160は、デバイス162を介してコントローラ28に送信されるさらなる情報を有することも可能である。例えば、ストレージメディア160は特定の予め決定された治療プロトコルに関連付けされており、それにより、コントローラ28は所望の治療プロトコルに関連して動作する。また、ストレージメディア160に記憶されている他の情報としては、患者情報、互換性情報などがある。代わりとして、他の種類の通信手段を、患者用インターフェースデバイス24に関連する情報をドライバユニット22に送信するために使用することも可能である。一例の通信手段として、カリフォルニア州のサニーベールのMaxim Integrated Products社製の1−Wire(登録商標)シリアルメモリー製品などのコンタクトシリアルインターフェースが使用される。この場合、ホストとインターフェースを形成するスレーブのハードウェアとの間を直接的に接続するために、無線信号の干渉の可能性が取り除かれる。
とにかく、患者用インターフェース24が出力側ライン32に流体的に接続された状態で、また患者用圧力センサ67が設けられた(患者用圧力ライン36を介して)状態で、介護人は、患者に対して呼吸治療を実行するためにドライバユニット22を操作する。これに関して、ドライバユニット22は、自動零点調整モード、パーカッションモード、基準モード、陽性気道圧(PAP)モード、パージモード、ネブライザモードを含む少なくとも6つの動作モードを選択的に提供する。これらのモードそれぞれは他と独立して実行される、若しくは2つまたはそれ以上のモードが同時に実行される。動作モードそれぞれの詳細は以下に記載する。1つまたはそれ以上のモードは、介護人によって簡単に実行される予め定義されたプロトコルの定義に従い、コントローラ28によって実行される。
出発点として、ドライバユニット22は、電子弁40,50,70,102それぞれを通過するガスの流れが生じない常時「閉弁」状態を、電子弁40,50,70,102のデフォルトとするように選択的に構成されている。電子弁60,108は、ガスが弁60,108を通過する常時「開弁」状態をデフォルトとしている。特に、弁60の出力側64が入力側62に流体的に接続され、弁108の出力側114が入力側112側に流体的に接続される。システム20に電源が投入されると、自動零点調整モードが、患者用圧力センサ67をキャリブレーションするために、開始する。自動零点調整モードにおいて、患者用圧力センサ67が排出ライン68を介して外気に接続されていることから、自動零点調整用電子弁60が閉弁することにより、患者用圧力センサ67は外気圧を検出することができる。患者用圧力センサ67の検出結果に基づいて、患者用圧力センサ67が既知の大気圧を記録するように調整が実行される。患者用圧力センサ67が所望に調整されると、自動零点調整用電子弁60は開弁される。
パーカッションモードを所望する介護人の指示を受け取ると(ユーザ入力140を介して)、コントローラ28は、電子弁40を素早く開閉弁する。それにより、入力側ライン30から出力側ライン32へと流れるガスに圧力パルスを与えることができる。これに関して、電子弁40の電気機械的構成により、コントローラ28は、マニホールド用圧力センサ120の検出結果に基づいて供給される圧力パルスプロファイルを正確に制御することが可能になる。したがって、出力側ライン32を介して患者用インターフェースデバイス24に供給されるパルス化されたガスの流れは、電子弁40の動作能力に対応した、いくつかの異なる周波数および/または圧力のうちの1つの周波数および/または圧力にされる。所望される場合、基準モードが、肺の健康回復を維持するために、パルス化されたガスの流れを補う。基準点の周波数や圧力が異なると患者への効果は異なる。例えば、約20Hzの周波数では粘液の粘性が低下することが分かっている。一方、8−15Hzの範囲の周波数は、標準的な繊毛ビート周波数の範囲であり、それにより分泌物を移動させる役割をする。2−5Hzの範囲の周波数は、「軽い咳(mini−cough)」や粘液のせん断(shear mucous)を促すことと同様に、肺を膨張させ、肺胞に酸素を送ることが分かっている。したがって、所望される治療結果に基づいて、介護人は(ユーザインターフェース140を介して)所望のプロトコル/周波数を実行する。
いくつかの場合において、介護人は所望のプロトコル(例えば、圧力および/または周波数)を承知しており、ユーザインターフェース140に所望値を入力してコントローラ28に次に続く動作を実行させることができる。他の実施形態の場合、コントローラ28には、1つまたはそれ以上の潜在的な適用可能なプロトコル設定が予めプログラムされている。例えば、コントローラ28は、プロトコル設定のライブラリが保持されているメモリを備えている。プロトコルは、いくつかの要因に基づいて選択される。一実施形態において、流量検出手段および/または肺活量測定手段が使用される場合、プロトコルは、これらの手段から得られた測定結果に基づいて選択される。ユーザインターフェース140で所望のプロトコルが選択されると、コントローラ28は、予め決定された設定を自動的に「ロード」する。これにより、従来のドライバユニットに比べて、システム20の動作に関して、介護人のトレーニングが少しですみ、介護人によるセットアップが容易になる。例えば、1つの予め決定された所望のプロトコルは、2分間のPAPモードを行い、次に20Hzのパーカッション治療を2分間行い、続いて2Hzのパーカッション治療を2分間行うなどである。
代わりとして、または加えて、ストレージメディア160(例えばRFIDタグ)は、デバイス162(例えばRFIDタグリーダ)によって読取られ、またコントローラ28に送信される特定の所望の設定を記憶することができる。さらに、予めプログラムされた機能が、介護人の治療知識とは別に、患者に対して一定で一律な治療が提供されることを実現する。一定で一律な治療を実行することにより、介護人は、患者用圧力センサ67の所定の変化から、患者の気道に生じた変化を(例えば、肺の健康回復が改善したこと)を確認することができる。このことは、直感的にセットアップできないまたは使用できない市場に従来からあるデバイス/ドライバと正反対である。パルスのプロファイルを制御するために、介護人によって操作されるニードル弁がいくつか必要とされる。空圧式のシステムにおいて強度を変化させた場合、強度と周波数とを独立して変化させることが困難であるために、周波数も変化し得る。ニードル弁の位置を微小に調整しただけでも、その結果として、パルスプロファイルが大きく予想外に変化する可能性がある。これが、既存のデバイスにおいて、一定で期待通りの治療を行うことを困難にしている。
予めプログラムされた設定に加えてまたはこれに代って、コントローラ28は、1つまたはそれ以上の所望の治療プロトコルを記憶するために、介護人によってプログラムされる。このようなプログラムは、介護人によってまたは介護人の同僚によって入力され(病院用の設定などとして)、それにより、確実に、病院全体にわたっておよびドライバユニット22を使用する呼吸療法士全ての間で、正確で同一の治療行為が実現される。所望される場合、この情報は、ストレージメディアに直接記憶され、ドライバユニット22の製造中および/または組み立て中に要求に応じて調整される。例えば、大人用と対照的な小児科用のシステムを用意するときに、異なるパラメータが使用され、これにより、異なる治療設定および/または警告設定が可能になる。
ユーザ入力されたおよび/または予め決定された設定に基づく電子弁40の制御に加えて、いくつかの実施形態において、コントローラ28はさらに、患者の肺の共振周波数(最も効果的に治療が行える可能性がある)を「探す(located)」ための実例ルーチンを実行するようにプログラムされている。特に、実例ルーチンには、コントローラ28が、最初に高周波数パルス速度(例えば20Hz)を発生させ、段階的に低速度(例えば2Hz)に低下させることを電子弁40に実行させることが含まれている。このプロセスは、繰り返し行われ、その度に圧力が高圧側に増加される。所望される場合、高周波数パルス速度で開始し、そして低速度に低下することにより、速度をさらに低下することが可能である。
実例ルーチンの間中、患者は、圧力センサ67,120から信号として出力された情報から胸の小刻みの動きをモニタリングされる。それにより、特定の患者の共振周波数、すなわち「スイートスポット(sweet spot)」に適切なベストのパルス速度周波数を決定する。一実施形態において、加速度計が患者の胸に取り付けられ、胸の動きを示す信号を出力する。この胸の動きの信号は、最適な周波数を特定するために、供給された周波数パルスの速度に基づいてモニタリングされている。
パーカッションモードの動作は、基準モードの動作によって補完される。基準モードは所望の圧力を供給し、そこにおいて、電子弁40は、内部入力側ライン46から内部出力側ライン48への流れを部分的に妨害する。その圧力は、パーカッション治療の実行中(例えば、空気の流れの噴出の間)、患者の気道を開いた状態で維持するために供給される。
上述の行為のように、コントローラ28は、患者に対してPAP圧力を供給している電子弁40の制御を含む1つまたはそれ以上の治療プロトコルが予めプログラムされているまたはプリセットされている。一例として、非限定のプロトコルプログラムは、1)5分間低圧力でPAPモードを実行する(すなわち電子弁40が開弁する)、2)3分間低圧力にするとともに電子弁40を20Hzで制御する、3)3分間低圧力にするとともに電子弁40を制御して2Hzの周波数のパーカッションパルスを発生させる、4)5分間高圧力にするとともに電子弁40を5Hzの周波数で制御することを含む。幅広い種類の他のプロトコルが同様に利用可能である。
PAP治療が所望される場合、コントローラ28は、ユーザインターフェース140で介護人が対応するPAPモードを選択したことを受け、電子弁40を所望量「開弁」するように制御する。これに関して、PAP治療に要求される圧力は、実行する電子弁40の設定が所望の圧力を達成できるか否かを判定するためにマニホールド用圧力センサ120からの情報をコントローラ28がモニタリングすることによって、それとともにユーザによって選択される(または予めプログラムされる)。代わりとして、または加えて、CPAP、Bi−PAPなどの治療は、患者用圧力センサ67から受け取った情報に基づいて実行される。
パージモードは、上述した自動零点調整モードとともに実行される。また、パージモードは自動零点調整モードから独立して実行することも可能である。患者用圧力ライン36をパージするために、自動零点調整用電子弁60が閉弁状態に移行し、それにより、入力側62から出力側64への流れが遮断される。この段階では、患者用圧力センサ67は、携帯ハウジング37から出る排出ライン68に流体的に接続されている。したがって、患者用圧力センサ67が外気圧を検出してコントローラ28にフィードバックすることが遅延し、および/または患者用圧力センサ67が自動零点調整モードに関して説明したように調整される。次にパージ用電子弁50が開弁され、それにより入力側ライン30からの流れは、患者用圧力ライン36の流体および/または他の蓄積物をパージするのに使用される。患者用圧力ライン36のパージが完了した後、パージ用電子弁50は閉弁され、自動零点調整用電子弁60は開弁状態に移行される。これにより、患者用圧力センサ676への流れが可能になる。
ネブライザモードにおいて、ネブライザ34は、患者用インターフェースデバイス24と同様に、ネブフロー弁70に(予備ライン35を介して)流体的に接続される。例えば、上述された1つのコネクタ156は、コネクタポート158を介するドライバユニット22に対する流体接続を必要とする。いくつかの実施形態において、ネブライザ34が患者用インターフェースデバイス24の出力ポート152と流体的に接続するように、それとともにネブライザ34がドライバユニット22から離れて設けられるように、患者用インターフェースデバイス24とネブライザ34は構成されている。とにかく、患者用インターフェースデバイス24の「下流側」にネブライザ34を配置することにより、ネブライザ34によって発生したエアロゾル化された薬剤は患者用インターフェースデバイス24を通過せず、それにより、患者用インターフェースデバイス24の形状内でエアロゾルが分解する可能性が著しく低下する。例えば、患者用インターフェースデバイス24の「下流側」に配置されるネブライザ34の構成により、患者が吸入可能な質量(例えばエアロゾル化された薬剤)が、従来からある患者用インターフェースの構成に比べて、5倍以上になる。
上述するようにネブライザ34が流体的に接続されている場合、コントローラ28は、ユーザインターフェース140で対応する介護人の選択を受け、ネブフロー弁70制御して、予備ライン35とネブライザ34へのガスの流れを可能にする。これに関して、コントローラ28は電子弁40を閉弁状態で維持し、患者に対してネブライザ治療のみを実行する。代わりとして、また介護人に所望された場合、電子弁40は同時に制御され(ネブフロー弁70が少なくとも部分的に開弁されるとともに)、パーカッションとともに、基本治療および/またはPAP治療のためのパーカッションとともに、および/または予め定義されたプロトコル中に、患者に対してエアロゾル化された薬剤が供給される。
パーカッション、PAP、またはネブライザ治療を実行している状態でシステム20が動作している間、コントローラ28は、患者用圧力センサ67および/またはマニホールド用圧力センサ120から受信した情報を介して電子弁40の所望の出力を維持するようにプログラムされている。マニホールド用圧力センサ120は、コントローラ28による電子弁40の出力のモニタリングを可能にするフィードバックを提供する。それにより、クローズドループシステムが形成され、コントローラ28による弁40の追加的な調整制御が可能になる。この機能により、所望のまたは現在のパルス圧力(または、基準モードの場合は基準圧力)が患者に対して一貫して絶え間なく確実に供給される。
患者用圧力センサ67は、患者に対して供給されている圧力をモニタリングする。一例において、コントローラ28が検出された患者側圧力および/またはマニホールド圧力が規定値を超えていると判定すると、コントローラ28は、電子弁40、70,および/または102を自動的に制御し始めて閉弁状態にする。また、患者に対して供給される圧力は、患者用圧力センサ67によって検出された圧力に基づいて調整される。一例において、患者の呼吸の吸気段階や呼気段階は、情報をコントローラ28に送信する患者用圧力センサ67および/または肺活量測定手段を使用することにより検出される。パーカッションモードの動作中、パーカッション治療は、患者の吸気段階中に電子弁40を制御することによって実行され、それにより、吸気段階中にパーカッションパルスが供給される。最大患者側圧力が既知である場合(例えば医者によって規定されて)、電子弁40はさらに最大患者側圧力と吸気/呼気段階とに基づいて制御される。代わりとして、肺活量測定手段が患者の呼吸の検出に使用され、所望の効果が最大限に得られるように、吸気段階または呼気段階のいずれかの間に、治療の実行を変更することができる。
他の測定手段が、表示するための情報をコントローラ28に提供するためにおよび/またはドライバユニット22の動作を制御するために使用される。例えば、肺活量計が、患者の吸気量および/または排気量を測定するために使用される。肺活量計は、患者用インターフェースデバイス24に統合可能であり、また、肺の一部がきれいになったおよび/または回復したことに基づいて患者の回復を判断するために使用される(例えば、患者の排気量の増加は、患者の回復を示している可能性がある)。
上述したように、ディスプレイシステム130は、コントローラ28によって制御され、所望するような介護人に対する種々の情報を表示する。様々な動作上の制御設定(例えば、動作モード、選択された圧力および/または周波数)を表示することに加えて、コントローラ28は、患者に対して供給されている現在の圧力やガス流量を示すまたは関連する情報を特定して表示する。例えば、コントローラ28は、患者用圧力センサ67によって検出された圧力を記録するように、また、ディスプレイシステム130に表示される情報であって、最小圧力、平均圧力、最大圧力、および/または圧力の動向などの情報を算出するようにプログラムされている。ディスプレイプロトコルは変更でき、いくつかの実施形態において、コントローラ28は、前のデータ取得の期間(例えば秒)に記録された最大圧力とともに、表示する情報を周期的(例えば、1秒ごと)にアップデートするようにプログラムされている。
ドライバユニット22はまた、コントローラ28によって制御される、種々のオプション的なアラーム機能を備える。例えば、マニホールド用圧力センサ120および/または患者用圧力センサ67が検出した圧力が規定の圧力限界を超えると、コントローラ22は、介護人に警告するために警報(例えば、音声的、視覚的)を発するように、また、治療プロトコルをステップダウンして選択的に電子弁40,70,102を閉弁するようにプログラムされている。これらの警報は、様々な状況に基づいた出来事(例えば、調整可能なしきい値を超えたこと)の情報を通知するために、あらゆる種類の設定にユーザによって調整することが可能である。
システム20は、患者に対する呼吸治療の実行に有益な機能を、他に類を見ないほど、多数備えている。他の実施形態において、機能は、所望に追加される、変更される、または取り除かれる。例えば、図3は、ボリュームチャンバ88とともに、パージ用電子弁50、自動零点調整用電子弁60、入力用電子弁102、排出用電子弁108が取り除かれた治療システム170を示している。また、治療システム170は、別々の供給源と接続される複数のコネクタ110を備えている。一方のコネクタは加圧酸素源と流体的に接続し、他方のコネクタは加圧空気源と流体的に接続している。さらにまた、一方のコネクタは、ガスブレンダによって生成された微量の吸入酸素源に接続することも可能である。別のさらなる実施形態において、ガスブレンダは、ハウジング37と一体にされる。加えて、治療システム170は、第2の電子弁172および排出用弁174を備える。
第2の電子弁172は、電子弁40と同様に構成され、コントローラ28に電気的に接続されて制御される。電子弁40と第2の電子弁172は、パーカッション治療とPAP治療とを別々に実行するように機能し、一方の弁が主にパーカッション治療を実行するために使用され、他方の弁が主に基本治療および/またはPAP治療を実行するために使用される。また、第2の電子弁172は、第1の弁とともに制御されているパーカッション治療の間中において、強度設定の範囲を拡大させるために使用される。第2の電子弁172はさらに電子弁40に対してずらして配置され、それにより、パーカッション治療の実行について、高周波数設定を可能にしている。
図示された実施形態において、第2の電子弁172は、電子弁40およびネブフロー弁70と並行に配置されている。第2の電子弁は、内部入力側ライン46と流体的に接続される入力側176と、内部出力側ライン48と流体的に接続される出力側178とを備える。図3において、電子弁40はパーカッション治療を実行するように構成されており、一方、第2の電子弁172はPAP治療を実行するように構成されている。したがって、コントローラ28は、パーカッション治療が所望される場合は電子弁40を駆動制御し、PAP治療が所望される場合は第2の電子弁172を駆動制御する。さらに、コントローラ28は、電子弁40のパーカッション動作中は第2の電子弁172を開弁(または部分的に開弁)状態に制御し、それにより、外気圧を超える基準圧力(例えば、基準モード)を組み合わせた状態のパーカッション治療を実行する。
排出用電子弁174は、コントローラ28に電気的に接続されて制御され、入力側180と出力側182とを備える。排出用電子弁174は、内部出力側ライン48に流体的に接続された入力側180と排出ライン184に流体的に接続された出力側182とにより、緊急用の「放出」弁として機能する。排出ライン184は、外気に向かって開いている。一例において、コントローラ28によって内部圧力が規定の限界を超えていると判定された場合、排出用電子弁174は開弁状態に制御され、それにより、内部出力側ライン48内のガスの流れがシステム170外に排出される(それにより、患者用インターフェースデバイス24や患者に向かって流れない)。代わりとして、排出用電子弁174は、内部入力側ライン46または内部出力側ライン48のいずれかに沿った任意の位置に設けられてもよく、また「常時開弁」状態または「常時閉弁」状態のいずれに制御されてもよい。例えば、排出用電子弁174は、比例ソレノイド弁40,172の「上流側」に配置することができる(例えば、図2の排出用弁108と類似の位置に内部入力側ライン46に沿って)。さらにまた、排出用電子弁174は、常時「開弁」状態に制御されて、内部入力側ライン46または内部出力側ライン48のいずれかに一致することができる(すなわち、入力側180と出力側182が、対応する内部入力側ライン46または内部出力側ライン48に流体的に接続される)。この構成の場合、圧力状態が過剰であると判定すると、コントローラ28は、電子弁174を閉弁状態に制御し、それにより、患者に向かってガスの流れ/圧力が供給されることを抑制する。
図4は、本発明に係る、上述したシステム20(図2)のいくつかの構成要素を含んだ、基礎的な呼吸治療システム190を示している。特に、このシステム190は、ドライバユニット22と患者用インターフェース24とを備える。ドライバユニット22は、同様に、コントローラ28と電子弁40とを備える。電子弁40は、入力ライン30と出力ライン32の間のガスの流れ/圧力を規制する。コントローラ28は電子弁40を制御し、上述したようなパーカッション治療を実行する。また、コントローラ28は、所望される場合、基本圧力および/または陽性気道圧(PAP)を供給するために電子弁40を制御するように付加的にプログラムされる。
図5は、本発明に係る、代わりの呼吸治療システム200を概略的に示している。システム200は、ドライバユニット22が空気源202にのみ接続するように構成されていることを除いて、上述のシステム170(図3)と同種である。したがって、コネクタ110が1つだけ設けられている(図3の2つまたはそれ以上のコネクタ110と比べて)。
図6は、システム200と類似し、ドライバユニット22が酸素源212にのみ流体的に接続するように構成されている、別の呼吸治療システム210を示している。
図7の代わりの構成を備えた呼吸治療システム220は、フィルタ100(図3)を除いた以外、上述のシステム170(図3)と同種である。
図8は、マニホールド80(図3)を除いた以外、図3のシステム170と同種である別の呼吸治療システム230を示している。したがって、独立したラインが、電子弁40、第2の電子弁172、およびネブフロー弁70と、入力ライン30とを流体的に接続するために使用されている。代わりとして、部分的なマニホールドが設けられ、いくつかの弁が流体的に接続されてもよい(例えば、電子弁40,172、ネブフロー電子弁70のみと流体的に接続するマニホールド)。
図9の代わりの呼吸治療システム240では、オプション的な圧力レギュレータ90(図3)が除かれている。この構成により、入力される圧力の制御は、患者用圧力センサ67および/またはマニホールド用圧力センサ120が生成した情報に基づいて電子弁40または172を制御するコントローラ28によって追加的に行われる。
さらに別の呼吸治療システム250が概略的に図10に示されており、これは、図3のシステム170と多くの点で同種である。しかしながら、システム170と異なり、ドライバユニット22は、第2の電子弁172(図3)を除外している。この構成により、電子弁40は、コントローラ28によって制御され、所望のときに、陽性気道圧(PAP)を供給する。
図11の代わりの呼吸治療システム260では、エアロゾルに関連する構成要素が除かれている。したがって、ネブフロー弁70(図3)と対応する予備ライン35(図1および3)が除かれている。図11はネブライザ34(図3)を取り除かれたものを示すが、これは、別のネブライザユニット(図示せず)が、患者用インターフェースに離れて設けられ、該インターフェースに流体的に接続されている(ドライバユニット22によって制御されない)ことと理解できる。
さらに別の代わりの呼吸治療システム270は、概略的に図12に示され、図3のシステム170と類似している。しかしながら、呼吸治療システム270では、排出用電子弁174(図3)と関連する排出ライン184(図3)が除かれている。緊急時の遮断は、コントローラ28が電子弁40、172を閉弁状態に制御することにより実行される。
図13の代わりの呼吸治療システム280では、オプション的なマニホールド用圧力センサ120(図3)が除かれている。遮断用電子弁174の動作は、患者用圧力センサ67からの情報に基づいておよび/またはユーザ入力された指令に応答して決定される。
さらに別の代わりの実施形態の呼吸治療システム290が概略的に図14に示されている。システム290は、上述のシステム170(図3)と類似するが、ディスプレイシステム130(図3)が除かれている点が異なる。
上述したように、患者用インターフェースデバイス24は、ドライバユニット22とって有益な種々の形態をとることができる。非常に概括的に言えば、患者に対してガスの流れ/圧力を供給できる構成であればなんでも可能である。患者用インターフェースデバイス24は使い捨てでもよく、また呼吸治療を実行する様々な設計特性を備えてもよい。概括的に言えば、患者用インターフェースデバイス24は、ハンドピースと接続された少なくとも1つのルーメン(例えば、デュアルルーメンチューブ、2つまたはそれ以上のシングルルーメンチューブなど)を定義する。ドライバユニット22(出力ライン32を介する)からの流れは、デュアルルーメンチューブの一方側(例えば、入口端150)を通過して同伴空気と混合されるハンドピースに向かい、そして出口端152に接続されたマウスピースまたはマスクなどの他の構成要素を介して患者に到達する。デュアルルーメンチューブの他方側は、ハンドピースの患者側端近くの圧力ポートに接続される。圧力ポートは、同様に、患者用圧力ライン36に流体的に接続するように構成されている。一実施形態において、患者用圧力センサが患者用インターフェースデバイス24に直接一体化されており、そこにおいて、患者用インターフェースデバイス24はシングルのルーメンを必要とする。この例において、患者用センサに電力供給する手段とドライバユニット22にデータを送信する手段とが、患者用インターフェースデバイス24に設けられる。エアロゾル治療が所望される場合、ネブライザ34が患者のハンドピース24の出口端162に流体的に接続され、それとともにマウスピースがネブライザの反対側にT字コネクタを介して接続され、ドライバユニット22からの流体の流れは予備ライン35を介して別々のポートを通過してネブライザ34に供給される。
患者用インターフェースデバイス24にオプション的に組み込まれている追加の内部的な機能として、ベンチュリ、またはベンチュリ状アセンブリがある(例えば、移動可能なベンチュリチューブまたは固定式のベンチュリチューブ)。代わりとして、患者用インターフェースデバイス24は、固定のオリフィスを備えたノズルまたは混合用のスロートは備えるがディフューザを備えないノズルなどの、ベンチュリでない構成を備えることができる。患者用インターフェースデバイス24は、同伴用(entrainment)弁または排気弁を備えてもよいし、備えなくてもよい。さらにまた、患者用インターフェースデバイス24に使用される他の構成要素には、基礎的なダイバータ(diverter)を備えた構成のデュアルジェット(dual jet)、コアンダ効果を発揮する構成のデュアルジェット、または外気を同伴しない他の構成が含まれる。再びであるが、このような患者用インターフェースデバイスの機能の一部または全てはオプション的なものであり、本願発明に係るシステム20の動作にとって必要なものではない。
図15や図16は、患者用インターフェースデバイスの第1の例示的な実施形態を示している。図15は患者用インターフェースデバイス300の分解図であり、図16は断面図である。患者用インターフェースデバイス300は、ハウジング302と、そのハウジング302内に配置される複数の構成要素とを備える。患者用インターフェースデバイス300は、いくつかのポートを定義し、例えば、パルス空気用入力ポート304、取込ポート306、出力コネクタポート308、排出ポート310、圧力ポート312を定義する。パルス化された空気(パルス空気)がドライバユニット22(図1)から入力ポート304に入り、外気が取込ポート306を介してハウジング302内に誘引される。空気の流れは、患者用のマウスピースやネブライザと接続するように構成されている出力コネクタポート308に送られる。患者から吐出された空気は、出力コネクタポート308を介して戻り、排出ポート310を介して排出される。圧力ポート312は、患者用圧力ライン36(図1)に接続され、それにより、患者用インターフェースデバイス300内の圧力がドライバユニット22(図1)によって測定される。
特に、パルス空気は、コネクタピース322と中央管路324とを備えるエンドキャップ320を貫通する入力ポート304に入る。エンドキャップ320は、ハウジング302に設けられた内部穴325内に配置されている。コネクタピース322は、出力ライン32(図1)に接続されている。入力ポート304は、中央管路324に空気を供給するために、該中央管路324に流体的に接続されている。弾性のダイアフラム326は、管路324から、ジェットノズル329で終端するリテイナ328の管路327に至る流路をシールする。ノズル329からの空気はベンチュリアセンブリ330に入る。リテイナ328とベンチュリアセンブリ330は、一緒にジェットポンプを形成する。ジェットポンプは、ハウジング302内にスライド可能に配置されており、入力ポート304と出力コネクタポート308に対して前後に移動可能である。スプリング332は、ジェットポンプを入力ポート304に向かって付勢して出力コネクタポート308から遠ざける。また、Oリング334が、ベンチュリアセンブリ330とハウジング302の内部シール面338との間をシールするために設けられている。外気は、取込ポート306内に配置されているワンウェイチャック弁340を介してハウジング302内に入る。ワンウェイチャック弁340は、外気の取込ポート306への流入は許可するが、取込ポート306から外へのガスの流れは防止する。
図16に関して、ベンチュリアセンブリ330は、入力ポート304と取込ポート306とからの空気を混合し、混合された空気を出力コネクタポート308に流体的に接続されているルーメン350に送るために、取込領域342と、スロート領域344と、膨張領域346とを形成する。図示する実施形態において、取込領域342は、入力ポート304と取込ポート306のための入力側開口352を定義する。スロート領域344は、ベンチュリアセンブリ330内の流れを方向付けるテーパー状の収束領域を定義する。膨張領域346は、スロート領域344からルーメン350に向かうに従って径が増加し、出力側開口356で終端するテーパー状の発散領域を定義する。ベンチュリアセンブリ330のために他の構成が使用できるが、図15や図16に示すベンチュリアセンブリ330において、空気の流れは、収束領域を通過して発散領域に向かい、ルーメン350に達するように方向付けされる。
動作中、ドライバユニット22(図1)によって発生したパルスガスの流れは、入力ポート304に入る。パルス空気からダイアフラム326に力が作用し、ダイアフラム326は変形してジェットポンプ(すなわち、リテイナ328とベンチュリアセンブリ330)に力を付加する(スロート領域での力の方向は、図16の右側方向である)。ジェットノズル329からスライドしたベンチュリアセンブリ330にパルス空気が入る。特に、ジェットノズルからの気流が取込領域342に入り、その間、取込ポート306を介して外気を誘引する真空がスロート領域344に発生する。混合されたパルス空気と外気はスロート領域344に入って方向付けされる。変形したダイアフラム326の力によってスプリング332が圧縮されているので、スライド式のジェットポンプは出力コネクタポート308に向かってスライドするまたは移動する。スライド移動は、ベンチュリアセンブリ330の先頭端(すなわち、ベンチュリアセンブリ330によって支持されているOリング334)がハウジング302の内部シール面338と接触してその間をシールするまで継続する。このシール位置において、気流/圧力のパルスが出力コネクタポート308に、そして患者に効果的に供給される。また、ベンチュリアセンブリ330は、シール位置において、排出ポート310を効果的に閉じている。ダイアフラム326に作用する力が低減すると(すなわち、圧力パルスが終了した時点)、ダイアフラム326とスプリング332が、内部シール面338から離れる方向にベンチュリアセンブリ330を移動させ、出力コネクタポート308と排出ポート310との間の流路が連通される。したがって、患者は、出力コネクタポート308と排出ポート310とを介して簡単に息を吐くことができる(すなわち、スライド式のジェットポンプは、シール位置から離れた場合、患者から吐出された気流の直接的な抵抗にならない)。
さらなる実施形態において、ハウジング302は、ハウジング302の切り抜き部分から形成されたプログレッシブ(progressive)シール358(図15)を備える。プログレッシブシール358は、テーパー状であって、出力コネクタポート308と外気との間(すなわち、排出ポート310を介して)を直接的にシールすることを防止している。言い換えると、シール358のオリフィスの大きさは、ベンチュリアセンブリ330が内部シール面338に接近するに従って小さくなる。したがって、出力コネクタポート306と外気の間は徐々にシールされる。
代わりの実施形態において、排出用弁を、ベンチュリアセンブリと別々に設けてもよい。この場合、ベンチュリアセンブリの固定を可能にするが、排出用弁の制御が増加する。さらなる実施形態において、排出用弁が除かれてもよい。
出力コネクタポート308は、患者用マウスピースまたはネブライザのいずれかを受け入れるように構成されている(ここでは、接続されたネブライザが同様に患者用マウスピースを支持するものと理解される)。ネブライザ(例えば、図1のネブライザ34)は、ベンチュリアセンブリ330と取込ポート306の下流側に接続される。言い換えると、ネブライザからの出力コネクタポート308を介する流れは、パルス空気の流れに対して、外気と同時に取り込まれない。代わりに、噴霧された薬剤が、前もって混合されたパルスガスの流れと取り込まれた外気とに保持されて、患者に直接運ばれる。出力コネクタポート308の下流側にネブライザを配置することにより、患者用インターフェースデバイス300内において、エアロゾル化された薬剤の粒子の分解が抑制される。特に、患者用インターフェース300内での薬剤の分解を抑制することにより、呼吸できる量が患者に到着することが可能になる。例えば、患者に供給されて吸引できる薬剤(例えばアルブテロール)のパーセンテージ(質量について)が、ハウジング302内の直接的に薬剤が取り込まれることが抑制されるので、コネクタポートの下流側にネブライザが位置する場合に比べて数倍(例えば5倍以上)になる。
図示するように、排出ポート310は開口359を備えており、これにより、排出ポート310が、例えば人間の手や指によって不注意に簡単にシールされることを防止している。また、適当なフィルタ(図示せず)が排出ポート310内に配置され、これにより、好ましくない混入物質が介護人に到達することを防止する。フィルタは、細菌用、HEPA、ウイルス用などの様々な形態をとることが可能である。
圧力ポート312は、患者用圧力ライン36(図1)と接続する適当な接続手段360を備えている。上述するように、ドライバユニット22は、圧力センサ67の使用を通じて患者用圧力ライン36内の圧力を測定する。測定された圧力は、ドライバユニット22に関連する1つまたはそれ以上の弁の制御に使用される。患者用圧力ライン36がパージされる場合、流体がルーメン350内に流出する。ネブライザ34が患者用インターフェースデバイス300の下流側に配置されているため、患者用圧力ライン36には、大量の薬剤が堆積している。したがって、患者用圧力ライン36をパージすることは好都合である。
図17は、患者用インターフェースデバイス400の第2の例示的な実施形態を示している。患者用インターフェースデバイス400は、図15や図16に図示する患者用インターフェースデバイス300と類似の構成要素を備えている。また、患者用インターフェースデバイス400は、出力コネクタポート308に直接的に一体化されているネブライザポート402を備える。このように、ネブライザは、ネブライザポート402を介して、またベンチュリアセンブリ330の下流側に、患者用インターフェースデバイス400に直接的に且つ流体的に接続される。一体化されたネブライザポート402がベンチュリアセンブリ330に対して固定され、また介護人が互換性のあるネブライザを挿入するセットアップを素早くでき、さらに死容積(dead volume)が減少され、それにより、システムの効率が向上する。
図18−20は、患者用インターフェースデバイス500の第3の実施形態を示している。患者用インターフェースデバイス500は、患者用インターフェースデバイス300(図15,16)と同一の構成要素をいくつか備え、類似の構成要素には類似の符号が付されている。患者用インターフェースデバイス300と同様に、患者用インターフェースデバイス500は、入力ポート504と出力コネクタポート508とを定義するハウジング502を備える。しかしながら、取込用と排出用のポートを別々に備える代わりに、ハウジング502は、ハウジング502の全長に沿って配置されている単一の排出/取込ポート510を備える。動作中、空気は、単一のポート510の引込部510a(すなわち、ベンチュリアセンブリ330の上流側)を介して単一のポート510内に取り込まれ、排出部510b(すなわち、ベンチュリアセンブリ330の下流側)から排出される。図19に示すように、所望される場合、フィルタ(例えば、細菌用、HEPA、ウイルス用)512が単一のポート510内に配置され、好ましくない混入物質がハウジング502内に侵入することが防止される。
図20は、患者用インターフェースデバイス500の断面図であり、ハウジング502内に配置されているいくつかの構成要素を示している。ハウジング502内の構成要素は、ハウジング302内の構成要素と同様に動作し、例えば、圧力ポート312、ダイアフラム326、リテイナ328、ノズル329、ベンチュリアセンブリ330、スプリング332、Oリング334、内部シール面338、ルーメン350が同様に図20に示されている。図20において、プログレッシブシール558は、ハウジング502の内部部分を切り抜いたものである。特に、プログレッシブシール558は、内部シール面338に形成され、図15のプログレッシブシール358と同様に機能する。また、接続手段560が、ハウジング502に一体的に形成され、入力ポート504と出力コネクタポート508に関する同軸に対して斜めに方向付けされている。
図21は、ドライバユニットのコネクタブロック602と係合するように構成されている一例のコネクタ600を示している。コネクタ600は、ドライバユニットに患者用インターフェースデバイスを素早く接続するために使用される。コネクタ600は、コネクタブロック602の対応する開口610,612,614と流体的に接続するポート604,606,608を備える。さらに、ポート604,606,608は、患者用圧力ライン36、出力ライン32、予備ライン35それぞれに流体的に接続されている。ライン32,35,36がコネクタ600に接続されると、ポート604,606,608は開口610,612,614内に配置される。また、コネクタ600はタブ620,622を備え、このタブ620,622はそれぞれ、タブ受け入れ部630,632に係合する。タブ620,622は、一方が他方に向かって押圧されてタブ受け入れ部630,632に挿入される弾力的な部材である。タブ620,622の先端のフックがタブ受け入れ部630,632に係合し、これにより、コネクタ600がコネクタブロック602に固定される。
本願発明は、好適な実施形態に関して記載されているが、本願発明の精神と範囲から逸脱することなくその形態や詳細を変更可能であることは、当業者であれば認めるところである。
Claims (30)
- 患者の気道に対してパーカッション呼吸治療を実行するシステムにおいて、
システムは、
入口と患者の気道に流体的に接続される出口とを備える患者用インターフェースデバイスと、
入口にガス流を供給するユニットであって、加圧ガス源と流体的に接続可能な入力側ラインと、患者用インターフェースデバイスの入口と流体的に接続可能な出力側ラインと、入力側が入力側ラインに対して流体的に接続され且つ出力側が出力側ラインに対して流体的に接続された少なくとも1つの電子弁とを備えたドライバユニットと、
少なくとも1つの電子弁と電気的に接続され且つ入力側ラインから出力側ラインへとガス流のパーカッションパルスが選択的に供給されるように少なくとも1つの電子弁の動作を制御するコントローラとを有するシステム。 - コントローラが、出力側ラインへと高周波数の圧力パルスが選択的に供給されるように少なくとも1つの電子弁を制御するように構成されている請求項1のシステム。
- 少なくとも1つの電子弁が、2−25Hzの範囲の周波数で動作する請求項2のシステム。
- コントローラが、出力側ラインへと基準値の陽性気道圧が選択的に供給されるように少なくとも1つの電子弁を制御するように構成されている請求項2のシステム。
- ドライバユニットが、入力側が入力側ラインに流体的に接続され且つ出力側が出力側ラインに流体的に接続された第2の電子弁を有し、
コントローラが、第2の電子弁に電気的に接続され且つ入力側ラインから出力側ラインへとガス流が選択的に供給されるように第2の電子弁を制御するように構成されている請求項1のシステム。 - コントローラが、出力側ラインへと基準値の陽性気道圧が選択的に供給されるように第2の電子弁を制御するように構成されている請求項5のシステム。
- 最初に言及した少なくとも1つの電子弁のオリフィスが、第2の電子弁のオリフィスに比べて大きい請求項5のシステム。
- 最初に言及した少なくとも1つの電子弁と第2の電子弁とが、並列状態で、入力側ラインと出力側ラインとの間に流体的に接続されている請求項5のシステム。
- ドライバユニットに設けられ、且つ入力側ラインに流体的に接続される入力側と、出力側とを備えたネブフロー弁と、
ネブフロー弁の出力側に接続可能なネブライザとを有し、
コントローラが、ネブフロー弁に電気的に接続され且つネブフロー弁からネブライザへのガスの供給を制御するように構成されている請求項1のシステム。 - ネブライザがドライバユニットから離れて設けられている請求項9のシステム。
- ネブライザが、ネブフロー弁と患者用インターフェースデバイスの出口とに選択的に流体的に接続可能である請求項10のシステム。
- ドライバユニットが、少なくとも1つの電子弁の上流側の入力側ラインに流体的に接続された圧力レギュレータをさらに有する請求項1のシステム。
- ドライバユニットが、少なくとも1つの電子弁の下流側の出力側ラインに流体的に接続された遮断用電子弁をさらに有する請求項1のシステム。
- 遮断用電子弁が、コントローラに電気的に接続され、
コントローラが、出力側ラインから圧力を選択的に放出するように遮断用電子弁の動作を制御するように構成されている請求項13のシステム。 - ドライバユニットがさらに、患者用インターフェースデバイスに流体的に接続可能な患者用圧力ラインと、
入力側が入力側ラインに流体的に接続され且つ出力側が患者用圧力ラインに流体的に接続されたパージ用電子弁とを有し、
コントローラが、パージ用電子弁に電気的に接続され且つ入力側ラインから患者用圧力ラインへとガス流が供給されるようにパージ用電子弁を制御するように構成されている請求項1のシステム。 - ドライバユニットがさらに、患者用インターフェースデバイス内の圧力を検出するために、患者用圧力ラインに選択的に流体的に接続された患者用圧力センサと、
入力側が患者用圧力ラインに流体的に接続され且つ出力側が患者用圧力センサに流体的に接続された自動零点調整用電子弁とを有し、
コントローラが、自動零点調整用電子弁に電気的に接続され、且つ、パージ用電子弁の動作中、患者用圧力ラインから患者用センサへのガス流を選択的に制限するように構成されている請求項15のシステム。 - ドライバユニットがさらに、出力側ライン内の圧力を検出するために、出力側ラインに流体的に接続された圧力センサを有し、
コントローラが、圧力センサに電気的に接続され、且つ圧力センサから送信された情報に応答して少なくとも1つの電子弁の動作を制御するように構成されている請求項1のシステム。 - ドライバユニットがさらに、患者用インターフェースデバイス内の圧力を検出するために、患者用インターフェースデバイスに選択的に流体的に接続された患者用圧力センサを有し、
コントローラが、患者用圧力センサに電気的に接続され、且つ患者用圧力センサから送信された情報に応答して少なくとも1つの電子弁の動作を制御するように構成されている請求項1のシステム。 - ドライバユニットがさらに、コントローラに電気的に接続されたグラフィックユーザインターフェースを有し、
コントローラが、グラフィックユーザインターフェースに動作パラメータを表示するように指示するように構成されている請求項1のシステム。 - 動作パラメータに、実行中の治療のための圧力パルスについての、患者側圧力の最小値、平均値、最大値、およびその動向、または周波数の少なくとも1つが含まれる請求項19のシステム。
- ドライバユニットがさらに、コントローラに電気的に接続され且つ動作モードについてのユーザの選択を受け取るように構成されたユーザ入力デバイスを有する請求項1のシステム。
- コントローラが、予め決定された治療プロトコルを少なくとも1つ記憶している請求項1のシステム。
- 患者用インターフェースデバイスがさらに、情報を記憶する記憶媒体を有し、
ドライバユニットがさらに、コントローラに電気的に接続されたデバイスを有し、
デバイスが記憶媒体から情報を読み出してコントローラに該情報を送信する請求項1のシステム。 - 記憶媒体に記憶されている情報が、ドライバユニットによって実行される予め決定された治療プロトコルに関連するものであり、
コントローラが、予め決定された治療プロトコルに基づいてドライバユニットの動作を制御する請求項23のシステム。 - コントローラが、予め決定された治療プロトコルを記憶するように構成されており、且つその予め決定された治療プロトコルを開始する指示を受け取ると、該予め決定された治療プロトコルを自動的に作成するように構成されている請求項1のシステム。
- 予め決定された治療プロトコルには、第1の期間中に第1の周波数でパーカッション治療を実行するように、且つ、第1の期間の後の第2の期間中に第1の周波数より低い第2の周波数でパーカッション治療を実行するように、少なくとも1つの電子弁を制御することが含まれている請求項25のシステム。
- ドライバユニットがさらに、少なくとも1つの電子弁の上流側の入力側ラインに流体的に接続されたボリュームチャンバを有する請求項1のシステム。
- 患者の気道に対してパーカッション呼吸治療を実行するシステムにおいて、
入口と患者の気道に流体的に接続される出口とを備える患者用インターフェースデバイスと、
入口にガス流を供給するユニットであって、加圧ガス源と流体的に接続可能な入力側ラインと、患者用インターフェースデバイスの入口に流体的に接続可能な出力側ラインと、患者用インターフェースデバイスの出口に流体的に接続可能な患者用圧力ラインと、入力側が入力側ラインに流体的に接続され且つ出力側が出力側ラインに流体的に接続された第1の電子弁と、入力側が入力側ラインに流体的に接続され且つ出力側が患者用圧力ラインに接続された第2の電子弁とを有するドライバユニットと、
第1の電子弁および第2の電子弁に電気的に接続され且つ第1の電子弁および第2の電子弁の動作を制御することにより、第1の電子弁および第2の電子弁に、出力側ラインに陽性圧力を供給する基準モード、出力側ラインに高周波数の圧力パルスを供給するパーカッションモード、および患者用圧力ラインに圧力を供給するパージモードの動作を選択的に実行させるコントローラとを有し、
コントローラがさらに、基準モードとパーカッションモードとを同時に行うように構成されているシステム。 - ドライバユニットに設けられ、入力側が入力側ラインに流体的に接続され且つ出力側が予備ラインに流体的に接続されたネブフロー弁と、
予備ラインと患者用インターフェースデバイスの出口とに流体的に接続可能なネブライザとを有し、
コントローラがネブフロー弁に電気的に接続され、且つ予備ラインにガス流を供給するネブライザモードを実行するように構成されている請求項28のシステム。 - 患者用圧力ラインに流体的に接続され、コントローラに電気的に接続され、患者用インターフェースデバイス内の圧力を示す第1の圧力信号を出力する第1の圧力センサと、
出力側ラインに流体的に接続され、コントローラに電気的に接続され、出力側ライン内の圧力を示す第2の圧力信号を出力する第2の圧力センサとを有し、
コントローラが、第1の圧力信号または第2の圧力信号の少なくとも一方の関数として第1の電子弁を動作させるように構成されている請求項28のシステム。
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