JP2013527011A - 高圧縮治療ガスを含む貯蔵器から正確な用量の治療ガスを投与するためのガスディスペンサー - Google Patents

Abstract

本明細書では、治療用ガスを患者に鼻腔内送達するためのデバイスを説明する。デバイスは、測定チャンバと、圧力調節器の組み合わせと、圧力調節器と関連付けられた弁を制御する、シーケンス制御機構とを含み得る。携帯用ディスペンサー内に実装されると、携帯用ディスペンサーは、測定チャンバ内の治療用ガスの未知の状態および圧力に関わらず、確実に、一貫したガスの用量を送達し得る。一実施形態において、デバイスは、ガス流量を制御するためのオリフィスをさらに備え、第２の弁の出力が、オリフィスの一端に連結され、オリフィスの他端は、患者に連結されている。

Description

（関連出願の引用）
本願は、米国仮出願第６１／３５０，４１７号（２０１０年６月１日出願）を基礎とする優先権を主張する。該出願は、その全体が参照により本明細書に引用される。

（技術分野）
本明細書では、治療用ガスを患者の鼻粘膜に投与するためのデバイスを説明する。より具体的には、投与デバイスは、加圧された治療用ガスの安全かつ制御された鼻腔内送達のために、携帯用ディスペンサーからのガス流量および圧力を調節するための１つ以上の構成要素を含む。治療用ガスを患者に鼻腔内送達する方法も説明される。

典型的圧縮ガス圧力調節器は、ガス排出オリフィスの開放および閉鎖を調節する、バネ荷重ダイヤフラム機構を組み込む。本機構は、指定される範囲内の任意の値において、一定の送達圧力を提供するように、手動で較正することができる。所望の送達圧力が設定された後、調節器は、ガス排出を開放または閉鎖し、一定の圧力を維持する。順に、流量が、別個の制限オリフィスまたは類似構成要素の使用によって、制御され得る。多くの異なる圧力調節および流量制御特徴が、市販されている。しかしながら、これらの周知のガスディスペンサーは、常に、治療用ガスを正確および／または経済的に投与するわけではない。

故に、治療用ガスの投与を最適化する、または標的組織、例えば、鼻粘膜への治療用ガスの送達を最適化するのを支援する、機械および／または機能的特色を有する、ディスペンサーは、有用となるであろう。

本明細書では、治療用ガスを患者の鼻粘膜に投与するためのデバイスおよび方法を説明する。一般に、デバイスは、圧縮ガスシリンダと、第１の弁および第２の弁と、第１の圧力調節器および第２の圧力調節器と、第１の圧力調節器によって設定された所定の圧力において、規定量の治療用ガスを有する測定チャンバと、第１の弁および第２の弁に連結されるシーケンス制御機構とを含むように構成される。シーケンス制御機構は、交互に、第１の弁および第２の弁を開放および閉鎖し得る。前述の構成要素は、一貫した治療用ガスの用量を患者に投与するように、相互に動作可能に接続されると見なされ得る。

いくつかの変形例では、圧縮ガスシリンダは、第１の弁の入力に連結され、第１の弁の出力は、第１の圧力調節器の入力に連結され、第１の圧力調節器の出力は、第２の圧力調節器の入力および測定チャンバに連結される。第２の圧力調節器の出力は、第２の弁の入力に連結され得、第２の弁の出力は、患者に連結され得る。使用において、治療用ガスは、典型的には、圧縮ガスシリンダから、第１の圧力調節器を通って、測定チャンバに通過する。治療用ガスは、次いで、測定チャンバから、第２の圧力調節器を通って、通過し、患者に一定量の治療用ガスを提供する。

デバイスの変形例はさらに、ガス流量を制御するためのオリフィスを含み得、第２の弁の出力は、オリフィスの一端に連結され、オリフィスの他端は、患者に連結される。デバイスのシーケンス制御機構は、機械装置または電子装置のいずれかを備え得る。

測定チャンバに関して、デバイスの本構成要素は、約２００ｐｓｉの制御された圧力で、ある量の治療用ガスを貯蔵し得る。患者は、約１気圧の制御された圧力で、約０．５標準リットル／分の一定ガス流量を受け取り得る。投与され得る治療用ガスとして、限定ではないが、二酸化炭素、一酸化窒素、酸素、ガス状酸、ヘリウム、およびそれらの組み合わせが挙げられる。

治療用ガスを患者に鼻腔内送達する方法も、本明細書に説明される。一般に、方法は、圧縮ガスシリンダと、第１の弁および第２の弁と、第１の圧力調節器および第２の圧力調節器と、第１の圧力調節器によって設定された所定の圧力において、規定量の治療用ガスを有する測定チャンバと、第１の弁および第２の弁に連結される、シーケンス制御機構とを備えているデバイスを取得するステップと、シーケンス制御機構を作動させ、第１の弁を開放し、第２の弁を閉鎖し、治療用ガスを圧縮ガスシリンダから、測定チャンバに流動させるステップと、シーケンス制御機構を作動させ、第１の弁を閉鎖し、第２の弁を開放し、治療用ガスを測定チャンバから、患者に流動させるステップとを含む。方法は、患者が一定流量および圧力において、治療用ガスを受け取るように工夫されている。

図１は、例示的治療用ガスディスペンサーの構成要素を図式的に例証する。 図２は、治療用ガスディスペンサーの例示的流量性能を例証する。 図３は、治療用ガスディスペンサーの一変形例の主要サブシステムを例証する。 図４は、図３におけるディスペンサーの詳細図を示す。 図５は、一般的ピストン調節器の３つのレイアウとを描写する。 図６は、図５のレイアウト２ａに類似する、ダイヤフラム調節器を例証する。 図７は、二酸化炭素相図を示す。

本明細書では、治療用ガスを患者の鼻粘膜に投与するためのデバイスおよび方法を説明する。デバイスは、典型的には、測定チャンバ、圧力調節器、および圧力調節器と関連付けられた弁を制御する、シーケンス制御機構の組み合わせを備えている。より具体的には、デバイスは、概して、圧縮ガスシリンダと、第１の弁および第２の弁と、第１の圧力調節器および第２の圧力調節器と、第１の圧力調節器によって設定された所定の圧力において、規定量の治療用ガスを有する、測定チャンバと、第１の弁および第２の弁に連結される、シーケンス制御機構とを含むように構成される。本明細書に説明されるデバイスが、携帯用ディスペンサー内に実装されると、携帯用ディスペンサーは、治療用ガスの未知の状態および圧力に関わらず、確実に、一貫したガスの用量を送達し得る。本明細書に説明されるデバイスのさらなる利点は、安価な機械構成要素から構築され、非常にコンパクトな形態で製造され得ることである。

例示的デバイス１００は、図１に示される。示されるように、デバイス１００は、以下を備えている。
１．液体または超臨界二酸化炭素または他の治療用ガスで充填され得る、標準サイズの圧力容器または圧縮ガスシリンダ１０１と、ユーザが、デバイスを作動するまで、無傷のままである、金属密閉。
２．シリンダをデバイスに取り付けおよび密閉するための機構。
３．圧力容器密閉を穿刺するための機構。
４．粒子がシリンダからデバイス内に通過するのを防止する、フィルタ１０２。圧縮ガスシリンダ１０１は、フィルタ１０２の入力に連結され、フィルタ１０２の出力は、第１の弁１０３の入力に連結される。
５．圧縮ガスシリンダ１０１から流出後、二酸化炭素の圧力を設定値まで低下させる、「一次」または第１の圧力調節器１０４。第１の弁１０３の出力は、「一次」または第１の圧力調節器１０４の入力に連結される。
６．一次または第１の圧力調節器１０４によって設定された制御圧力において、ガスで充填される、容積測定チャンバまたは測定チャンバ１０８。測定チャンバ１０８は、第１の圧力調節器１０４によって設定された所定の圧力において、規定量の治療用ガスを決定する、またはそれを有する。
７．測定チャンバ１０８から流出する場合にガスの圧力を設定値まで低下させる、「二次」または第２の圧力調節器１０５。
８．設定流量、すなわち、ガス流量を、第２の圧力調節器１０５によって提供される入力圧力を用いて提供する、オリフィス１０９。
９．ユーザに、２つの弁、第１の弁１０３および第２の弁１０６を連続的に動作させ、測定されたガス用量を送達させる、ユーザインターフェース機構またはシーケンス制御機構１０７。具体的には、シーケンス制御機構は、第１の弁１０３および第２の弁１０６に連結され、シーケンス制御機構１０７は、交互に、第１の弁および第２の弁を開放および閉鎖する。第２の弁の出力１０６は、オリフィス１０９の一端に連結され、オリフィス１０９の他端は、ユーザ１１１または患者に連結される。
１０．ガスが投与されている間、ユーザの鼻孔に対して密閉する、ユーザ１１１のためのノーズピース。

図１では、デバイスは、圧縮ガスシリンダ１０１が、第１の弁１０３の入力に連結され、第１の弁１０３の出力が、第１の圧力調節器１０４の入力に連結され、第１の圧力調節器１０４の出力が、第２の圧力調節器１０５の入力および測定チャンバ１０８に連結されるように構成される。

さらに、図１に示されるように、第２の圧力調節器１０５の出力は、第２の弁１０６の入力に連結され、第２の弁１０６の出力は、オリフィス１０９に連結される。オリフィス１０９は、ユーザ１１１に連結される。治療用ガスは、測定チャンバ１０８から、第２の圧力調節器１０５およびオリフィス１０９を通って、通過し、ユーザ１１１に、一定量の治療用ガスを提供する。

本明細書に説明されるデバイスは、医療目的のために、正確に制御された用量の二酸化炭素または他の治療用ガスをユーザの鼻腔内に送達する（鼻表面、鼻膜、鼻粘膜等に接触するため）携帯用デバイスとして構成され得る。デバイスは、概して、二酸化炭素または他の治療用ガスの単一の加圧された容器から、複数用量を送達し、各用量は、固定された流量で送達され得る。

用量のサイズは、概して、温度範囲約１０−４０℃にわたって動作される場合、比較的に一定のままでなければならない。二酸化炭素の臨界温度は、約３１℃（すなわち、デバイス動作範囲内）であるため、シリンダ内の状態および圧力は、未知である。その結果、本温度範囲にわたっての容器からの制御用量のガスは、困難であり得る。容器内のＣＯ_２の物理的状態は、飽和液体、超臨界流体、または加圧されたガスであることができる。対応するシリンダ圧力は、シリンダ内の二酸化炭素の温度および量に応じて、約６００ｐｓｉから約２０００ｐｓｉの範囲であることができる。付録Ｂ参照。

いくつかの変形例では、ある用量の二酸化炭素または他の治療用ガスを未知の状態の容器から引き出すために、ガスは、圧力調節器を通って通過し、制御圧力約２００ｐｓｉにおいて、容積測定または測定チャンバを充填し得る。容積測定チャンバを制御された圧力まで充填する本技法によって、デバイスは、正確かつ反復可能用量のガスを容器から引き出すことが可能となり得る。その用量を患者に送達するために、ガスは、測定チャンバから放出され、第２の圧力調節器（圧力を約１気圧まで低下させる）を通って通過し、次いで、０．００５インチ（０．０１３ｃｍ）直径オリフィスを通って、ノーズピース内へと通過する。オリフィスは、一定の８ｐｓｉ圧力降下を提供し、約０．５標準リットル／分の比較的に一定流量のガスを生成する。

図１は、例示的ガスディスペンサーを備えている、用量測定および送達システムの略図を示す。シーケンス制御機構１０７は、弁作用およびタイミングを制御し、種々の形態をとり得る。シーケンス制御機構１０７は、厳密に機械的要素に基づいてもよく、またはマイクロプロセッサおよび電気アクチュエータを採用し、弁を制御し得る。すなわち、シーケンス制御機構１０７は、機械または電子装置のいずれかであり得る。

図１では、用量を測定および送達するためのイベントの例示的順序は、以下のようになる。
１．デフォルト、すなわち「準備」状態では、第１の弁１０３は、閉鎖され、第２の弁１０６は、開放される。第１の弁は、治療用ガスが、圧縮ガスシリンダ１０１から流出するのを防止する。第２の弁１０６を開放したまま維持することは、圧力が、第１の弁１０３を通しての漏出によって、測定チャンバ１０８内に蓄積するのを防止する。
２．第２の弁１０６が、閉鎖される。
３．第１の弁１０３が、開放され、治療用ガスをフィルタ１０２を通って、第１の圧力調節器１０４に流動させる。治療用ガスは、第１の圧力調節器１０４を通って、流動し、指定されるチャンバ圧力に到達するまで、測定チャンバ１０８を充填し、到達時点において、第１の圧力調節器１０４は、治療用ガスの流動を停止させる。
４．第１の弁１０３が、閉鎖される。
５．第２の弁１０６が、開放され、治療用ガスを測定チャンバ１０８から、第２の圧力調節器１０５およびオリフィス１０９を通って流動させる。第２の圧力調節器１０５は、比較的に一定の圧力をオリフィス１０９に供給し、オリフィス１０９から流出し、ユーザ１１１に送達される、治療用ガスの一定流をもたらす。
６．測定チャンバ１０８が空になると、システムは、再び、デフォルト「準備」状態になる。

故に、治療用ガスは、圧縮ガスシリンダ１０１から、第１の圧力調節器１０４を通って、測定チャンバ１０８に通過し、次いで、治療用ガスは、測定チャンバ１０８から、第２の圧力調節器１０５を通って通過し、ユーザ１１１または患者に、一定量の治療用ガスを提供する。

デバイスの実践的実装では、図１に例証される種々の構成要素は、組み合わせられ得る。例えば、弁および圧力調節器の機能は、単一ユニットに統合され得る。

デバイス、例えば、携帯用デバイス全体はまた、圧縮ガスシリンダ１０１を取り付けるため、圧縮ガスシリンダ１０１上の密閉を穿刺するため、ユーザフレンドリーに弁の動作を順序付けるため、圧縮ガスシリンダ１０１から投与される用量数を計数するための機構を含み得る。加えて、デバイスは、用量が投与されている間、ユーザの鼻孔に対して密閉する、ノーズピースを含み得る。

図２は、例示的治療用ガスディスペンサーの流量性能を例証する。示されるように、流量性能は、１００％の充填レベルから約１０％の充填レベルまで、圧縮ガスシリンダ１０１の充填レベルに対して比較的に一定である。さらに、性能は、１０℃から４０℃の温度にわたって、比較的に一定である。

図３は、治療用ガスディスペンサー、例えば、携帯用ディスペンサーの一変形例の詳細を例証する。図３に示されるのは、シリンダ取り付けおよび穿刺機構３０１、ノーズピース３０２、二次圧力調節器３０３、一次圧力調節器３０４、および測定チャンバ３０５である。

図４は、図３に示されるディスペンサーデバイスのさらなる詳細を例証する。図４に示されるのは、以下である。
１．液体または超臨界二酸化炭素で充填された標準サイズの圧力容器（４０１）。複数用量の二酸化炭素が、本容器から投与される。容器は、ユーザがデバイスを作動させるまで、無傷のままである、金属密閉を有する。
２．シリンダをデバイスに取り付けおよび密閉するための機構。本機構は、シリンダ（４０２）の上部に対して嵌合する、面密閉を伴う、螺着ポートから成り得る。
３．圧力容器密閉を穿刺するための機構。機構は、解放されると、ピン（４０３）を密閉の中に駆動する、バネ荷重質量（４０４）から成り得る。バネは、円筒形コイル状バネ（４０５）（図面に示されるように）または先細バネであり得る。先細バネは、平坦に圧縮し、穿刺アセンブリのサイズを減少させるように設計されるであろう。クリップまたはプルタブ（４０６）は、デバイスが作動されるまで、アセンブリを固定し得る。
４．粒子が、シリンダからデバイス内へと通過するのを防止する、フィルタ（４０７）。フィルタは、焼結されたステンレス鋼フリットまたは焼結されたプラスチックから成り得る。フィルタは、穿刺ピンまたは破裂した密閉から、粒子がデバイス内へと飛散するのを防止し得る。フィルタはまた、デバイス内への二酸化炭素の流動を減速させ、有意な圧力降下をもたらす。本圧力降下は、液体または固体二酸化炭素が、デバイス内へと飛散し得る機会を低減させる。
５．圧力容器から流出後、二酸化炭素の圧力を設定値まで低下させ得る、「一次」圧力調節器。図４では、一次調節器は、バネ荷重ピストン（４０８、４０９）調節器から成る。代替として、いくつかの単純調節器構成が使用され得る。適用可能圧力調節器構成の実施例は、付録Ａに説明される。
６．容積測定チャンバまたは測定チャンバ（４１０）を使用して、各用量を容器から引き出し得る。一次圧力調節器によって設定された圧力において、二酸化炭素ガスで充填される。
７．測定チャンバ（４１０）から流出する場合に、二酸化炭素の圧力を設定値まで低下させる、「二次」圧力調節器。図４では、二次調節器は、バネ荷重ピストン（４１１、４１２）調節器から成る。代替として、いくつかの単純調節器構成が使用され得る。適用可能圧力調節器構成の実施例は、付録Ａに説明される。
８．二次調節器によって提供された入力圧力を用いて、設定流量を提供するオリフィス。
９．ユーザに、２つの調節器を連続して動作させ、測定された用量の二酸化炭素ガスを送達させる、ユーザインターフェース機構。
１０．二酸化炭素が投与されている間、ユーザの鼻孔に対して密閉する、ノーズピース（４１３）。

（付録Ａ 圧力調節器）
前述のように、本明細書に説明されるデバイスは、圧力調節器と、圧力調節器と関連付けられた弁を制御するシーケンス制御機構とを含む。説明されるデバイスは、前述のようにではなく、圧力調節器を構成および機能的に実装する。種々の圧力調節器設計が、採用され得る。本節は、本明細書に説明される治療用ガスディスペンサーにおいて好適であり得る、圧力調節器の基本動作を説明する。

図５は、いくつかの一般的に使用される「ピストン調節器」レイアウトとともに、その挙動を予測するために使用される式を例証する。全構成において、出力圧力Ｐ_ｏｕｔは、２つの面積Ａ_１およびＡ_２、入力圧力Ｐ_ｉｎ、ならびに弁が閉鎖すると、ピストンに作用するバネ力に依存する。理想的調節器では、２つの面積Ａ_２／Ａ_１の比は、ゼロとなるであろう。この場合、出力圧力Ｐ_ｏｕｔは、面積Ａ１およびバネ力のみに依存する。言い換えると、出力圧力は、入力圧力から独立する。

機械的差異に加え、レイアウト１および２ａ／ｂ間の主要な差異は、入力圧力の変化に対するその応答である。レイアウト１では、出力圧力は、増加した入力圧力に伴って増加する。レイアウト２ａ／ｂでは、出力圧力は、増加した入力圧力に伴って減少する。

本願では、レイアウト１の応答特性は、レイアウト２に対して好ましいであろう。測定チャンバが、予期される範囲の動作温度にわたって、反復可能な質量の二酸化炭素または他の治療用ガスで充満することが望ましいため、測定チャンバ圧力は、より高い温度では、若干高くなることが好ましい。入力圧力は、より高い温度で増加するので、レイアウト１を使用することが有益となり得る。当然ながら、理想的調節器出力圧力は、全ての圧力および温度で一定となるであろう。

前述のピストン調節器に加え、本明細書に説明されるデバイスは、ピストンの代わりに、ダイヤフラムを使用する類似調節器を含み得る。本概念は、図６に例証される。

（付録Ｂ 二酸化炭素の相挙動）
本明細書に説明されるデバイスが解決する、重要な課題の１つは、圧力容器内の二酸化炭素の未知の状態である。動作範囲１０−４０℃にわたって、圧力容器は、液体二酸化炭素および飽和蒸気、超臨界二酸化炭素、または二酸化炭素ガスを含み得る。状態は、容器内の二酸化炭素の温度および量に依存する。容器内の圧力は、容器内の二酸化炭素の温度および量に応じて、約６００ｐｓｉから２０００ｐｓｉの範囲であることができる。

図７は、二酸化炭素の相図を示す。点線は、容器内に存在し得る、温度および圧力の範囲を表す。二酸化炭素の「臨界」温度は、約３１℃である。液体二酸化炭素は、この温度を上回って存在することはできない。

Claims (9)

1. 治療用ガスを患者に投与するためのデバイスであって、
   圧縮ガスシリンダと、
   第１の弁および第２の弁と、
   第１の圧力調節器および第２の圧力調節器と、
   前記第１の圧力調節器によって設定された所定の圧力において規定量の治療用ガスを有する測定チャンバと、
   前記第１の弁および前記第２の弁に連結されているシーケンス制御機構であって、前記シーケンス制御機構は、交互に前記第１の弁および第２の弁を開放および閉鎖する、シーケンス制御機構と
   を備え、
   前記圧縮ガスシリンダは、前記第１の弁の入力に連結され、前記第１の弁の出力は、前記第１の圧力調節器の入力に連結され、前記第１の圧力調節器の出力は、前記第２の圧力調節器の入力および前記測定チャンバに連結され、
   前記第２の圧力調節器の出力は、前記第２の弁の入力に連結され、前記第２の弁の出力は、前記患者に連結され、
   前記治療用ガスが、前記圧縮ガスシリンダから前記第１の圧力調節器を通って前記測定チャンバに通過し、次いで、前記治療用ガスが、前記測定チャンバから前記第２の圧力調節器を通って通過することにより、前記患者に一定量の治療用ガスを提供する、
   デバイス。
2. ガス流量を制御するためのオリフィスをさらに備え、前記第２の弁の出力は、前記オリフィスの一端に連結され、前記オリフィスの他端は、前記患者に連結されている、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記シーケンス制御機構は、機械的装置または電子装置のいずれかである、請求項１に記載のデバイス。
4. 前記治療用ガスは、二酸化炭素である、請求項１に記載のデバイス。
5. 前記測定チャンバは、約２００ｐｓｉの制御された圧力で、ある量の治療用ガスを貯蔵する、請求項１に記載のデバイス。
6. 前記患者は、約０．５標準リットル／分の一定ガス流量を受け取る、請求項１に記載のデバイス。
7. 前記患者は、約１気圧の制御された圧力で前記治療用ガスを受け取る、請求項１に記載のデバイス。
8. 前記デバイスは、携帯用ディスペンサーにおいて利用される、請求項１に記載のデバイス。
9. 治療用ガスを患者に鼻腔内送達する方法であって、
   請求項１に記載のデバイスを取得するステップと、
   前記シーケンス制御機構を作動させ、前記第１の弁を開放し、かつ、前記第２の弁を閉鎖することにより、前記治療用ガスを前記圧縮ガスシリンダから前記測定チャンバに流動させるステップと、
   前記シーケンス制御機構を作動させ、前記第１の弁を閉鎖し、かつ、前記第２の弁を開放することにより、前記治療用ガスを前記測定チャンバから前記患者に流動させるステップと
   を含み、
   前記患者は、一定流量かつ一定圧力で前記治療用ガスを受け取る、方法。