JP2015526239A - 空気脈動装置制御システム - Google Patents

Abstract

治療ガーメント（３０）に接続され、人間（６０）の体に圧力および繰り返し圧迫力を適用する装置およびその方法を提供する。装置は、空気脈動装置（１１）と、ユーザプログラム可能な時間、周波数および圧力のコントローラ（１０６）とを有する。コントローラは、人間（６０）の体に適用される空気パルスの作動時間、周波数および特定の空気圧を調整可能である。

Description

発明の分野
本発明は、血液の循環を補助し、粘液を肺および気管から緩めて除去し、および筋肉と神経の緊張を緩和するために、人間の体に反復的な圧迫力を適用する胸部治療ガーメントとともに動作可能な医療装置に関する。

発明の背景
健康な人間の気道からの粘液除去は、主に、人間の正常な粘膜線毛運動および咳嗽によって達成される。正常の条件下では、これらのメカニズムは、非常に効率的である。正常な粘膜線毛輸送システムの障害または呼吸粘液の過剰分泌は、肺中において粘液および残屑の蓄積をもたらし、低酸素血症、高炭酸症、慢性気管支炎および肺炎などの重篤な合併症を引起す可能性がある。これらの合併症は、生活品質の低下をもたらし、死に至る原因になることもできる。呼吸器粘液の除去異常は、百日咳、嚢胞性線維症、肺拡張不全、気管支拡張症、肺空洞疾患、ビタミンＡ欠乏症、慢性閉塞性肺疾患、ぜんそく、線毛不動症候群および神経筋異常などのような多くの内科疾患による症状である。タバコの煙、大気汚染物質およびウイルス感染への暴露は、粘膜線毛機能に不利な影響を与える。手術後の患者、麻痺のある人および呼吸窮迫症候群をもつ新生児は、粘膜線毛輸送機能も低下する。

胸部理学療法は、長い歴史を経て臨床有効性を示し、呼吸器粘液輸送を強化するための標準医療レジメンの典型的な療法である。胸部理学療法は、胸の機械的処置、振動による体位排痰、咳嗽、呼吸および自律排痰の能動周期の誘導を含むことができる。胸の外部処置および呼吸行動の訓練は、慣例である。粘液の除去を強化する胸部理学療法の種々の方法は、最適な効果を得るために、しばしば組合わせられ、または担当医師によって規則に従って患者ごとに個別化される。

嚢胞性線維症（ＣＦ）は、白色人種において生命を脅かす最も一般的な遺伝的疾患である。この遺伝的疾患は、細胞内外への塩化物の輸送を妨害し、外分泌腺から通常の粘液を非常に濃厚および粘着に変化させ、最終的に膵臓、肺および肝臓の腺管を塞ぐことになる。膵臓腺の障害は、重要な消化酵素の分泌を阻み、栄養失調をもたらす可能性のある腸の疾患を引起す。また、肺の気道内に蓄積した濃厚な粘液は、慢性感染症、瘢痕化および肺活量の低下を引起す。通常の咳嗽は、これらの粘液付着物を排出するのに不十分である。ＣＦは、通常、人の最初の１０年に、多くの場合幼年期に現れる。最近までは、ＣＦを患っている子供は、十代に生きて行けることが期待できない。しかしながら、消化酵素の補給、抗炎症療法、胸理学療法および抗生物質の進歩に連れて、平均寿命は、３０歳まで増加しており、一部の患者が５０歳以上に生きている。ＣＦは、劣性遺伝子を介して遺伝される。すなわち、両親がその遺伝子を持っている場合、子世代は、持病の確率が２５％となり、携帯者になる確率が５０％となり、遺伝的に影響されない確率が２５％となる。両親から変異遺伝子を遺伝した一部の個体は、発症しない。ＣＦの正常進行は、起因呼吸不全による胃腸障害、成長障害、繰返した複数の肺感染、および死亡を含む。ＣＦ患者の一部は、深刻な消化器症状を経験するが、その過半数（９０％）は、最終的に呼吸困難で死亡する。

事実上、ＣＦを患っているすべての患者は、毎日の医療レジメンの一部として、呼吸療法を必要とする。肺中の濃厚な粘着性の粘液の蓄積は、気道を詰まり、細菌を閉じ込むため、呼吸器感染症および慢性炎症の理想的な環境を形成する。この炎症は、肺組織の永久的な瘢痕化を引起し、酸素を吸込み、生命を維持するための肺活量を低下する。人間が健康的である場合においても、感染症を予防し且つ肺活量を維持するために、呼吸療法を行う必要がある。伝統的に、医療提供者は、胸部理学療法（ＣＰＴ）を一日あたり１〜４回に行う。ＣＰＴは、患者が基本１２ポジションのうち１つのポジションで横たわっている間に、介護者が胸部および背中から各肺葉を敲くまたは連続強打することを含む。すべての１２ポジションにおいて肺のすべての領域を治療するためには、吸入療法とともに、３０分〜４５分間の連続強打が必要である。ＣＰＴは、胸振動を介して気道の分泌物を振り緩め、口腔に向って緩めた粘液を排出することによって粘液を除去する。最終的に緩めた粘液を除去するのには、能動的咳嗽が必要である。ＣＰＴは、介護者の援助が必要とする。介護者は、看護師または呼吸療法士が望ましいが、多くの場合に、看護師または呼吸療法士が利用できないときに、家族の一員である。ＣＰＴは、ＣＦ患者と介護者の両方にとって体力消耗プロセスである。患者と介護者が所定のプロトコルを不遵守することは、広く認められた問題であり、この方法の有効性を損なう。ＣＰＴの有効性は、技術に高度に敏感であり、施術者が疲れると、有効性が低下する。したがって、治療を行うために二人目の施術者が必要であるという要件は、ＣＦ患者の自立性を厳しく制限する。

たとえば、ＣＦなどの呼吸器疾患を有し、気道清掃療法を受けるため、ベッドまたは椅子に拘束されることに不利な患者は、圧力脈動装置を用いて治療される。圧力脈動装置は、肺の呼吸機能および血液の循環を支援するために、患者の胸部に高周波圧力パルスを適用する。圧力脈動装置は、患者の上半身の周りに着用されるように構成された胸部治療ガーメントに動作可能に連結されている。病院、診療所および家庭看護において、患者に必要されたのは、使用簡単且つ低コストの使い捨て可能な胸部ガーメントである。この胸部ガーメントは、選択的に患者の左側または右側のすぐそばに配置することができる携帯型空気圧脈動装置に接続可能である。

患者の胸部に圧力を印加および解除するように構成された人工呼吸装置は、ＣＦ患者の肺呼吸機能を補助し且つＣＦ患者の肺からの粘液を緩めて除去するために使用されている。圧力パルスまたは振動を患者の胸部および肺に加えることは、肺粘液および気道粘液の粘度を低下させ、よって、粘液の流動性を高め、肺から除去し易くなる。参照により本明細書に組込まれる米国特許第６５４７７４９号においてHansen, C. N.による開示された例示の身体脈動方法および装置は、空気圧および空気パルスの生成装置を収容するケースを有している。生成装置の運搬を容易にするために、ケースに回動可能に取付けられたハンドルは、ハンドグリップとして使用される。呼吸療法を必要とする患者に治療を提供するために、生成装置を収容するケースを異なる場所に運搬する必要がある。これらの装置は、患者の胸部を囲み、空気を収容している空芯部を備える胸部治療ガーメントを使用している。身体脈動装置とともに使用されるガーメントの例は、Helgeson, L. J.およびHansen, C. N.により米国特許第６６７６６１４号および第７３７４５５０号において開示されている。このガーメントは、空気圧および空気パルスの生成装置とともに使用される。規則的なパターンまたはパルスで、圧力空気をダイアフラムと空気袋に供給するためのソレノイド作動またはモータ作動する空気バルブ、ふいごおよびピストンなどの機械的な機構は、従来技術において開示されている。各々の患者を治療するためにおよび各々の患者を治療している間に、手動操作のつまみを使用して空気圧および空気パルスの周波数を調整する。ＣＦ患者の胸部の周りに着用されたガーメントは、２５周期／秒という高周波数で胸部を反復的に圧迫し解放する。各圧迫は、肺の肺葉から空気激流を生成する。この空気激流は、気道壁から分泌物を切離し、切離した分泌物を口腔に向かって推進し、口腔から通常の咳嗽によってこれらの分泌物を除去することができる。胸部圧迫医療装置の例は、以下の米国特許により開示されている。

Warwick, W. J.およびHansen, L. G.は、米国特許第４８３８２６３号および５０５６５０５号において、患者の胸部を囲む胸部ベストを備える胸部圧迫装置を開示している。テーブル上に位置するハウジング内に配置された電動回転バルブは、空気をベストの内部に吹込みおよび空気をベストから排出することができるため、患者の胸部に圧力パルスを適用する。代替的なパルスポンプ式システムは、直流電動モータにより駆動されるロッドを備えるクランク軸に連結された１対の蛇腹を有する。モータの速度は、コントローラにより調整され、ベストに適用される圧力パルスの周波数を制御する。患者は、空気抜き管の端部を開けたり閉めたりすることによって、ベスト内の空気圧を制御する。呼吸療法を必要とする患者に治療を提供するために、この装置を異なる場所に運搬する必要がある。

Gelfand, M.は、米国特許第５７６９８００号において空気圧制御ユニットを有する心肺蘇生システムを開示している。この制御ユニットは、支持面に沿って移動できるように、車輪を備えている。

Van Brunt, N. P.およびGagne, D. J.は、米国特許第５７６９７９７号および６０３６６６２号において、振動式胸部圧迫装置を開示している。この振動式胸部圧迫装置は、空気パルス生成装置を含み、生成装置は、空気チャンバを有する壁と、壁に取付けられ且つ空気チャンバに暴露されるダイアフラムとを備える。ダイアフラムに枢動可能に接続され且つクランク軸に回転可能に接続されたロッドは、クランク軸の回転中に、ダイアフラムに力を伝達する。電動モータは、特定の制御速度でクランク軸を駆動して、可動ダイアフラムにより生成された空気パルスの周波数を調整する。送風機は、空気チャンバに空気を供給して、空気チャンバ内の空気を大気圧より高い気圧に維持する。ダイヤフラムを動かしおよび送風機を回転させるモータは、空気圧パルスおよび空気チャンバの空気圧に応じて制御される。これらの制御は、モータの動作速度を調整する空気パルス−空気圧応答フィードバックシステムを用いて、ベストにおけるパルス周波数および空気圧を制御する。空気パルス生成装置は、ハンドルと１対の車輪とを有する可動ユニットである。

Hansen, C. N.は、米国特許第６５４７７４９号において、身体脈動装置を開示している。この身体脈動装置は、モータに接続され、空気圧パルスを生成するダイヤフラムを有する。生成された空気圧パルスは、胸部治療ガーメントに導かれ、患者の身体に高周波の圧力を与える。第１の手動つまみは、操作され、直流モータの速度を制御して、空気圧パルスの周波数を調整する。第２の手動つまみは、空気流量制御バルブを作動させ、ガーメントに導入された空気の圧力を調節することによって患者身体上のガーメントの圧力を調整する。モータの速度の増減は、患者の体に与える空気圧パルスの周波数およびベスト内の圧力を変更する。患者または介護者は、第２の手動つまみを使用して、ガーメント圧を特定の圧力に維持するために調整する必要がある。

Hansen, C. N.、Cross, P.C.およびHelgeson, L.H.は、米国特許第７５３７５７５号において、患者の上半身に圧力および高周波圧力パルスを適用するための方法および装置を開示している。第１のユーザプログラム可能なメモリは、装置を作動させるモータの駆動時間を制御することによって、患者の上半身の周囲に取付けられた胸部治療ガーメントに供給される圧力空気および圧力パルスの供給時間を制御する。第２のユーザプログラム可能なメモリは、モータの速度を制御することによって、ガーメントに与えられる空気圧パルスの周波数を調整する。手動操作される空気流量制御バルブは、ガーメントに導入された空気の圧力を調節することによって、患者上半身に与えられるガーメント圧を調整する。モータの速度の増減は、空気圧パルスの周波数および患者上半身のガーメント圧を変更する。患者または介護者は、手動操作される空気流制御バルブを使用して、ガーメント圧を特定の圧力に維持する必要がある。ガーメント圧は、特定の圧力を維持するようにプログラムされていない。

Van Brunt, N. P.およびWeber, M. A.は、米国特許第７１２１８０８号において、電動モータを有する空気パルスモジュールを備える高周波空気パルス生成装置を開示している。モジュールは、電動モータに動作可能に接続されたクランク軸により駆動される第１および第２のダイアフラム組立体を含む。空気パルスモジュールは、正弦波形パターンに従って、空気チャンバ組立体内の空気を特定の周波数で振動する。定常状態の空気圧は、別体の電動モータにより駆動される送風機を用いて、空気チャンバ内において達成される。制御基板は、空気パルスモジュールの動作を制御するための電子回路を備える。放熱構造を使用して、電子回路および電動モータによって生成される熱を最大に放熱させる。

発明の概要
本発明は、患者の気道清掃を促進し且つ気管支排痰を改善するために、高周波の胸部壁振動を送達するように使用される医療装置である。装置の主な構成要素は、ユーザプログラム可能な時間、周波数および圧力のコントローラを備える空気パルス生成装置、空気膨張式胸部治療ガーメント、および空気パルス生成装置からの空気圧と圧力パルスとをガーメントに伝達するように、空気パルス生成装置とガーメントとを連結する可撓性ホースを含む。空気パルス生成装置は、定常正圧の排気量、空気圧および空気流をガーメントに提供する空気排気組立体を有している。空気排気組立体は、２つの剛性一体式部材を有する。この２つの剛性一体式部材は、互いに対して移動することによって、空気流量制御バルブから空気を吸込み、特定の周波数で空気圧パルスをガーメントに送出す。動力伝達装置は、２つの部材を一定の角度で反対方向に移動する。プログラム可能なコントローラにより制御される可変速度電動モータは、動力伝達装置に駆動可能に接続されている。胸部治療ガーメントは、空気を収容するための略平行な複数の細長いチャンバを有する細長い可撓性本体または空芯部を有する。本体の下部に連結された空気入口コネクタは、空気パルス生成装置の空気パルス出口に連結された可撓性ホースに解除可能に連結されている。胸部治療ガーメントは、患者のベッドまたは椅子のいずれかの一側からアクセス可能な単一空気入口コネクタを備え、両面兼用であってもよい。使用利便のため、空気パルス生成装置は、空気パルス生成装置のコントローラを支持するハウジングを含む。空気パルス生成装置のコントローラは、電子メモリプログラムを起動して、空気パルス生成装置の動作時間または動作期間、胸部治療ガーメントに導入される空気パルスの周波数および空気パルスの圧力を調整するためのユーザ対話式制御を含む。空気パルス生成装置によって達成された空気圧は、空気パルスの周波数に応じて調整されており、したがって、空気パルスの周波数が変更される場合、空気圧が実質的に特定の圧力に維持される。

患者の胸部周囲に配置され、ホースを介して台座に取付けられた空気パルス生成装置に接続された胸部治療ガーメントの斜視図である。 患者の胸部の周囲に配置された図１の胸部治療ガーメントの部分断面を示す正面図である。 患者の胸部に配置された図２の胸部治療ガーメントの右側を示す拡大断面図である。 図１の空気パルス生成装置用のユーザプログラム可能な制御システムを示す図である。 第１実施形態の空気パルス生成装置に使用されるユーザプログラム可能な制御システムを示す図である。 第２実施形態の空気パルス生成装置に使用されるユーザプログラム可能な制御システムを示す図である。 図６の７−７線に沿って切断した、開放位置にある排気装置を示す拡大断面図である。 図７と類似した、閉合位置にある排気装置を示す拡大断面図である。

発明の説明
図１に示された携帯式人体脈動装置１０は、ハウジング１２を有する空気パルス生成装置１１を備える。可動台座２９は、空気パルス生成装置１１とハウジング１２とを床などの表面上に支持している。台座２９は、呼吸療法士および患者の介護者が呼吸療法を必要とする複数の患者を収容する異なる場所にまたは貯蔵場所に、この人体脈動装置を運搬することを可能にする。脈動装置１０は、台座２９から分離され、患者身体の一部に呼吸療法を提供するように使用することもできる。

人体脈動装置１０は、胸部治療ガーメント３０とともに使用され、患者の胸部に圧力および繰返しパルスを適用することによって、分泌物および粘液の除去療法を提供するための装置である。呼吸器の粘液除去は、百日咳、嚢胞性線維症、肺拡張不全、気管支拡張症、肺空洞疾患、ビタミンＡ欠乏症、慢性閉塞性肺疾患、ぜんそくおよび線毛不動症候群のような多くの病状に適用可能である。手術後の患者、麻痺のある人および呼吸窮迫症候群をもつ新生児は、粘膜線毛輸送機能が低下している。脈動装置１０は、高周波胸部壁振動またはパルスを提供することによって、粘膜線毛輸送が低下している患者の粘液除去および気道清掃を増強する。患者の肺および気管に呼吸療法を提供することに加えて、胸部に与えられた高周波圧力パルスはさらに、胸腔内に位置する心臓と、動脈および静脈に流れている血流を刺激する。筋肉および神経の緊張も、胸部の前面、側面および背面に与えられた反復的な圧力パルスにより緩和される。胸部の下部は、腹腔を含む。腹腔は、胸骨の下端まで上方へ延在し、肝臓、脾臓、胃、腎臓などの重要且つ容易に損傷される腹部臓器に重大な保護を与える。腹腔は、極少ない高周波圧力パルスを受ける。

図１および４に示すように、ハウジング１２は、上壁１６に連結された前壁１３と側壁２６，２７とを有する略長方形部材である。上壁１６の上方に延在する水平状ハンドル１８を有する弓形部材１７は、上壁１６の両側に連結される。よって、ハンドル１８を用いて、空気パルス生成装置１１を手動で運搬しおよび空気パルス生成装置１１を台座２９上に容易に取付けることができる。治療ガーメント３０に導入される空気の時間、周波数および圧力をプログラムするために、上壁１６に取付けられた制御パネル２３は、タッチスクリーン２４を有する。タッチスクリーン２４は、治療ガーメント３０に導入される空気の時間、周波数および圧力をプログラムするための対話式つまみを含む。スイッチおよびダイヤルを含む他の制御装置を使用して、治療ガーメント３０に転送する空気の時間、周波数および圧力をプログラムすることもできる。タッチスクリーン２４は、呼吸療法士および脈動装置１０の利用者によって容易にアクセスすることができる。

患者介護センタ、生活支援施設および診療所において、呼吸療法または高周波胸部壁振動を医療処置として必要とする数多くの患者を異なる部屋または場所に収容する可能性がある。携帯式脈動装置１０を必要な場所に手動で移動して、可撓性ホース６１を介して患者胸部の周囲に配置された胸部治療ガーメント３０に接続することができる。脈動装置１０をベッドまたは椅子に拘束され得る患者６０の左側または右側のすぐそばに選択的に配置することができる。

台座２９は、気圧式縦型ピストン−シリンダ組立体３１を有する。ピストン−シリンダ組立体３１は、外側に延在する脚部３３，３４，３５，３６および３７を有するベース３２に取付けられている。他の種類の線形伸縮可能な装置を用いて、生成装置１１の位置を変更することができる。人体脈動装置１０を支持面に沿った移動を容易にするために、キャスター輪３８が脚部３３〜３７の外側端部に回動可能に取付けられている。装置１０を固定位置に保持するために、１つ以上のキャスター輪３８には、解放可能なブレーキを設けている。台座の例示は、Helgeson, L.J.およびLarson, W.により米国特許第７７１３２１９号において開示されている。ピストンとシリンダー組立体３１は、空気脈動装置１０を呼吸療法士またはユーザにとって便利な高さに上昇させるために、直線的に延伸可能である。環状の足踏みレバー３９を有するガス制御バルブを用いて、ピストン−シリンダ組立体３１の直線延伸量を調整することによって、脈動装置１０の上昇量を調整する。脈動装置１０は、最高位置と最低位置との間に配置されることができる。レバー３９およびガス制御バルブは、ピストン−シリンダ組立体３１の下端に操作可能に連結されている。

平行な横部材４２および４３とプラットフォーム４４とを有するフレーム組立体４１は、ハウジング１２を縦型ピストンシリンダ組立体３１の上部に取付ける。ピストン−シリンダ組立体３１の上部部材は、プラットフォーム４４の中央に固定される。プラットフォーム４４の対向端部４６は、横部材４２および４３の上面から下方に曲げられ、ファスナー４８を用いて横部材４２および４３に固定される。横部材４２の両端に連結された倒立Ｕ字状アーム５１および５２は、ハウジング１２の両側壁２６および２７に隣接して配置される。Ｕ字状ハンドル５６および５７は、アーム５１および５２に連結され且つアーム５１および５２から外側に延在することによって、床またカーペット上で脈動装置１０および台座２９の手動による移動を容易にするためのハンドグリップを形成する。側壁２７に取付けられた電気メスレセプタクル５８は、アーム５１によって囲まれた場所に直面するため、空気パルス生成装置１１に電力を提供するためにレセプタクル５８に挿入されるオスプラグ（図示せず）を保護する。管状の空気排気スリーブがハウジング１２の側壁２６に取付けられている。胸部治療ガーメント３０につながるホース６１は、このスリーブに嵌入されており、よって、ホース６１を通って、空気、空気圧および空気パルスを胸部治療ガーメント３０に伝送することを可能にし、患者の体に圧力およびパルスを適用する。

図３に示された胸部治療ガーメント３０は、患者の胸部６９の周囲に配置され、胸部６９の全周に実質的に面接触している。ガーメント３０は、空気パルスおよび圧力空気を収容するための１つ以上の密閉チャンバ４０を有する空芯部３５を含む。チャンバ内の空気の圧力は、ガーメント３０を胸部６９と密接するように保持する。空芯部３５は、チャンバ４０から空気を排出する複数の孔を有する。胸部治療ガーメント３０は、矢印７１および７２により示される反復的な高周波圧迫パルスまたは圧力パルスを患者の肺６６，６７および気管６８に適用するように機能する。肺６６，６７および気管６８は、圧力パルスに反応して、肺組織の反復的な伸縮を引起し、分泌および粘液の除去治療をもたらす。胸腔は、肺６６，６７、心臓６２、動脈６３，６４、および胸部７０を含む胸郭の上部のみを占める。胸部６９に適用された高周波圧力パルスは、心臓６２、動脈６３，６４の血流、および胸腔内の静脈を刺激する。胸部７０は、肺６６，６７および気管６８への圧力パルスの分布を支援する。

図４に示すように、装置は、ハウジング１２内に配置されたケース１００を備える空気パルス生成装置１１を含む。ケース１００に取付けられた電動モータ１０１は、生成装置１１によって生成され且つガーメント３０に導入される空気パルスの時間および周波数を制御するように動作する。ホール効果センサのようなセンサ１２は使用され、モータ１０１の動作速度を表す信号を生成する。電気ケーブル１０４を介してモータ１０１に連結されたモータ速度調整装置１０３は、モータ１０１の動作速度を制御する。他の装置を使用して、モータ１０１の速度を決定し、速度データをコントローラ１０６に提供することができる。コントローラ１０６は、メモリ要素を有するユーザプログラム可能な制御を備え、電気ケーブル１０７を介してモータ速度調整装置１０３に連結され、モータ１０１の動作時間、モータ１０１の速度、および矢印１０５により示されたガーメント３０に与えられる空気の圧力を制御する。センサ１０２によって生成された信号は、ケーブル１０８を介してコントローラの参照データテーブルに伝送される。参照データテーブルは、モータ１０１の速度および空気パルスの周波数が変更された場合、特定の空気圧を維持するように、モータ１０１の速度を調整し、その結果、空気パルスの周波数を特定の空気圧に調整する。参照データテーブルは、予め計算され且つ静的プログラム格納部に格納されたモータ１０１の速度および空気パルス生成装置により生成された空気圧力の一連のデジタルデータであり、モータ１０１の速度変化によって初期化され、ソレノイドまたはステッピングモータのような電気装置１２６に出力を提供することにより、空気流量制御部材１２２を調整して、空気パルス生成装置１１により生成された空気圧を予め設定したまたは特定の空気圧に維持する。

制御パネル２３のスクリーン２４は、３つの対話式制御１０９，１１０および１１１を有する。制御１０９は、モータ１０１の動作時間または動作期間に関する制御である。動作時間は、０〜３０分の間に選択することができる。制御１１０は、空気パルス周波数をたとえば５〜２０周期／秒またはＨｚの間に制御するモータ速度調整装置である。空気パルス周波数の変化は、ガーメント３０内の空気圧の増減をもたらす。ガーメント３０内の空気の圧力は、空気圧制御１１１を用いて選択される。時間、周波数および圧力の変更は、制御１０９，１１０および１１１に沿って指圧を加えることによって手動で行うことができる。制御パネル２３は、空気パルス生成装置１１を外部電源に接続するように動作可能なスタートボタン１１２を含む。セットボタン１１３およびホームボタン１１４は、コントローラ１０６のメモリデータに特定の時間、周波数および圧力を入力するために使用される。ケーブル１１６は、コントローラ１０６を制御パネル２３に配線する。１つ以上のケーブル１１７は、制御パネル２３をコントローラ１０６に配線する。よって、制御１０９，１１０および１１１から生成された時間、周波数および圧力の信号がコントローラ１０６に伝送される。スイッチおよびダイヤルを含む他の種類のパネルおよび装置は、ユーザからの入力をコントローラ１０６に提供するために使用することができる。

ガーメント３０内の空気圧は、空気パルス生成装置１１に流入するまたはそこから流出する空気の流量を制限または阻止するように動作可能な可変オリフィスを有する空気流量比例制御バルブ１１８を用いて調整される。バルブ１１８は、本体１１９を有する。本体１１９は、空気が本体１１９を通って通過することを可能にする第１の通路１２１を有する。第１の通路内に延伸した端部を有する空気流量制御部材または制限装置１２２は、通路１２１を通って管１３１に流入する空気の流量を調整する。本体１１９は、一定量の空気を管１３１に流入することを可能にする第２の空気バイパス通路１２３を有する。通路１２３内の空気が空気流量制限器１２２をバイパスすることによって、最小の療法治療がゼロにならないように最小量の空気が空気パルス生成装置１１に流入する。本体１１９の空気流入端に接続された円筒状のフィルタ部材１２４は、バルブ１１８に流入する周囲空気をろ過する。空気流量制限器１２２は、ソレノイドまたはステッピングモータのような電気制御装置１２６により調整される。ステッピングモータは、電力がモータに印加されないときに、固定されたままに維持されるステップと呼ばれる自然にセットされたインデックス点を有する。制御装置１２６は、ケーブル１２７を介して、制御装置１２６の動作を制御するコントローラ１０６に連結される。ソレノイド空気バルブの例は、米国特許第７０４９９１７号に開示されている。テッピングモータに制御される計量バルブの例は、Sing, G.およびHorne, A. J.により米国特許出願公開番号第２０１０／０２８８３６４号に開示されている。回転可能な溝付きボールまたは可動ディスクのような、電子制御を有する他の種類の空気流量計を使用して、空気パルス生成装置１１への空気流量を調整することができる。空気流量制御部材１２８が、長手方向の通路１２９を有し、管１３１の内部に配置されている。部材１２８は、空気パルス生成装置１１に流入する空気およびそこから流出する空気の最大量を制限するによって、ガーメント３０の最高空気圧を最大安全レベルに制限する。

図５に示された空気パルス生成装置１１の一実施形態は、米国特許第７５３７５７５号に開示されたパルス生成装置を備える。このパルス生成装置は、参照により本明細書に組込まれる。このパルス生成装置のケース１００は、空気マニホールドチャンバまたは空気出入りチャンバ１３４から空気脈動チャンバ１３３を隔離する内壁１３２を有する。ダイヤフラム１３６および１３７として示された一対の可動部材は、ダイヤフラムの間に位置する空気脈動チャンバ１３３を密封する。ダイヤフラム１３６および１３７の外側に隣接して位置する脈動チャンバ１３８および１３９は、マニホールドチャンバ１３４と空気連通している。ダイヤフラム１３６は、可撓性の周縁１４３を介してケース１００に連結される剛性板１４２を有する。ダイヤフラム１３７は、可撓性の周縁１４６を介してケース１００に連結される剛性板１４４を有する。周縁１４３および１４６は、矢印１４７および１４８によって示されたように、剛性板１４２および１４４の側方線形運動を可能にする。

ダイアフラム１３６および１３７は、線形運動伝達組立体１４９および１５１とともに、横方向において反対に線形的に移動される。可変速度ブラシレス直流電動モータ１０１は、動力伝達装置１５７を介して、運動伝達組立体１４９および１５１に駆動可能に接続される。運動伝達組立体１４９および１５１は、米国特許第７５３７５７５号に開示されたスコッチヨークである。他の種類の運動伝達組立体を使用して、ダイヤフラム１３６および１３７を横方向において反対に線形的に移動することによって、パルス生成装置１１に空気を吸入し、両側方向に空気圧を増加し、およびガーメント３０に導入される空気を脈動することができる。

空気流量比例制御バルブ１１８は、空気パルス生成装置に流入する空気の流量を調節することにより、空気パルス生成装置１１内の空気圧を調整する。制御装置１２６は、コントローラ１０６からの制御信号に応じて、空気流量制限器１２２の位置を制御することにより、空気パルス生成装置１１およびガーメント３０内の空気圧を特定の空気圧に維持する。空気パルス生成装置１１によって生成された空気パルスの周波数は、モータ１０１の動作速度を増減することによって、変更することができる。空気パルスの周波数の変化は、空気パルス生成装置１１およびガーメント３０内の空気圧を変更する。コントローラ１０６は、モータ１０１の速度変化に応じて、制御装置１２６を作動させ、空気流量制限器１２２の位置を調整することによって、空気パルス生成装置１１およびガーメント３０内の空気圧を特定の空気圧に維持する。コントローラ１０６は、患者または介護者が制御パネル２３の圧力入力１１１を介して設定した特定の空気圧を維持するように、モータ１０１の速度を空気パルス生成装置１１の空気圧に関連付ける参照データメモリテーブルを有する。

図６に示された空気パルス生成装置２１１の第２の実施形態は、マニホールドチャンバ２３４から空気脈動チャンバ２３３を隔離する内壁２３２を有する。脈動チャンバ２３３の両側に位置する壁２３２および２３６に旋回可能に取付けられた一対の排気装置１５２および１５３は、一定の角度で移動することによって、空気を空気パルス生成装置２１１を通って移動させるまたは空気パルス生成装置２１１からの空気を脈動させる。排気装置２５２および２５３の外側に隣接する空気脈動チャンバ２３８および２３９は、マニホールドチャンバ２３４と空気連通している。壁２３２に設けられた穴は、空気がチャンバ２３４と２３８との間におよびチャンバ２３４と２３９との間に流れることを可能にする。排気装置２５２および２５３に取付けられた逆止弁２０８および２７２は、排気装置２５２および２５３が図７に示された開放位置に移動されたときに、空気がチャンバ２３８および２３９から脈動チャンバ２３３に流入することを可能にする。脈動チャンバ２３３の空気は、通路２４２を介して、治療ガーメント３０に接続された可撓性ホース２６１に流入する。排気装置２５２および２５３は、動力伝達機構２８９および３１２によって開放位置と閉合位置との間に一定の角度で移動される。動力伝達機構２８９および３１２は各々、排気装置２５２および２５３に連結されたローラ部材２９６，２９８および３０１を支承するクランク軸２９１および３１３と、排気装置２５２および２５３を一定の角度で移動させるアーム２７８および３０９とを有する。電力伝達組立体２１７に接続された電動モータ２０１は、動力伝送機構２８９および３１２のクランク軸２９１および３１３を相反の回転方向に回転する。空気パルス生成装置２１１のさらなる詳細は、参照により本明細書に組込まれた米国特許出願第１３／４３１９５６号に開示されている。

ガーメント３０内の空気圧は、空気パルス生成装置２１１に流入するまたはそこから流出する空気の流量を制限する可変オリフィスを有する空気流量比例制御バルブ２１８を用いて調整される。バルブ２１８は、本体２１９を有する。本体２１９は、多孔性の空気フィルタ部材２２４から本体２１９を通って空気パルス生成装置２１１に流入する空気流を収容できる最終通路２２１を有する。本体２１９は、空気が空気フィルタ部材２２４から本体を通って空気パルス生成装置２１１に流入することを可能にする第２の空気バイパス通路２２３を有する。通路２２３は、制限された流量の空気が空気パルス生成装置２１１に自由に流入することを可能にすることによって、療法治療がゼロにならないように空気パルス生成装置２１１に空気を供給する。空気流量制御部材２２８は、本体２１９を空気パルス生成装置２１１に接続する。部材２２８は、空気パルス生成装置２１１に流入する空気およびそこから流出する空気の最大量を制限するによって、ガーメント３０の最高空気圧を最大安全レベルに制限する。空気流量制御部材または制限装置２２２は、通路２２１の大きさを変更することによって通路２２１を通る空気の流量を調整するために、通路２２８に配置された端部を有する。空気流量制御部材２２２は、通路２２１を通る空気の流量を変更するための、ソレノイドまたはステッピングモータのような制御装置１２６により回転されるねじ付きロッドである。制御装置２２６は、ケーブル２２７を介して、コントローラ２０６に連結される。コントローラ２０６は、制御装置２２６の作動を調整することによって、空気流量制御部材２２２を制御して、通路２２１を通る空気の流量を調整する。

モータ２０１は、ケーブル２０４を介してモータ制御装置２０３に連結される。モータ制御装置２０３は、コントローラ２０６に決められたモータ２０１の動作速度を調整可能である。モータ制御装置２０３は、ケーブル２０７を介してコントローラ２０６に連結される。モータ２０１は、ケーブル２０８を介してコントローラ２０６に連結される。モータ２０１の速度が増減するときに、センサからのデジタルデータであるモータ速度データは、コントローラ２０６に含まれている参照テーブルとともに使用され、空気パルス生成装置２１１により生成される空気圧を特定の空気圧に維持する。参照テーブルは、予め計算され且つ静的プログラム格納部に格納されたモータ速度および空気圧力の一連のデジタルデータであり、モータ速度の変化によって初期化され、ステッピングモータ２２６に出力を提供することにより、空気流量制御部材２２２を調整して、空気パルス生成装置２１１により生成された空気圧を予め設定したまたは選択した空気圧に維持する。

使用時、図７および８に示すように、排気装置２５２および２５３は、開放位置と閉合位置との間に一定の角度で移動することによって、チャンバ２３８および２３９内に空気を吸込み、空気を脈動させてチャンバ２３３から送出す。排気装置２５２および２５３がクランク軸２９１および３１３の動作によって開放位置から閉合位置に移動されると、空気が空気流量バルブ２１８を通ってチャンバ２３４、２３８および２３９に吸入される。逆止弁２０８および２７２は、空気がチャンバ２３８および２３９から脈動チャンバ２３３に進入することを防ぐ。脈動チャンバ２３３内の空気は、通路２４２を介してガーメント３０に結合されたホース２６１に強制的に送込まれる。排気装置２５２および２５３が図８に示された閉合位置から図７に示された開放位置に移動されると、空気が逆止弁２０８および２７２を介してチャンバ２３８および２３９から脈動チャンバ２３３に進入する。チャンバ２３３内の空気流は、律動的に脈動される。空気パルスの周波数は、モータ２０１の動作速度によって調整される。モータ２０１の速度の増加は、空気パルス生成装置２１１により生成された空気圧の増加を引起す。逆に、モータ２０１の速度の低下は、空気パルス生成装置２１１により生成された空気圧の低減を引起す。コントローラ２０６は、その参照テーブルおよびモータ速度の入力を用いて、制御装置２２６を作動して空気流量制御部材２２２を制御し、バルブ２１８を通る空気流を調整することにより、チャンバ２３３を特定の空気圧に維持し、モータ２０１の速度変化によって引起された空気圧の変化を補償する。換言すれば、空気パルスの周波数が変更するときには、空気パルス生成装置２１１によってガーメント３０に与えられた特定の空気圧は、実質的に一定のままに維持される。

本明細書に開示された人体脈動装置および方法は、空気パルス生成装置およびプログラムされた制御の時間、周波数および圧力操作を説明するための好ましい実施形態である。なお、人体脈動装置は、図示されおよび説明された特定の材料、構造、構成および動作方法に限定されていないことが理解される。部品、材料、構成および構造位置における変化は、本発明から逸脱することなく当業者によってなされ得る。

Claims (21)

1. 人間の体に隣接して配置されことによって人間の体に圧力および高周波空気パルスを与える空芯部を有するガーメントに、空気圧および高周波空気パルスを生成するための装置であって、
   前記ガーメントに作動可能に接続され、空気圧および高周波空気パルスを生成し、生成された空気圧および高周波空気パルスを前記ガーメントの前記空芯部に伝送するように構成された生成装置と、
   前記生成装置に駆動可能に接続され、前記生成装置を作動して空気圧および高周波空気パルスを生成するための電動モータと、
   前記生成装置によって生成された空気圧を調整するように、前記生成装置に流入する空気の流量を制限するためのバルブとを備え、前記バルブは、前記生成装置に流入する空気の流量を調整するための空気流量制御部材を含み、
   前記空気流量制御部材に作動可能に接続され、前記空気流量制御部材を作動して前記生成装置に流入する空気の流量を変更する制御装置と、
   前記生成装置の作動時間、前記生成装置によって生成された空気パルスの高周波数および空気圧を管理するように、前記モータおよび前記制御装置の動作を制御するためのコントローラとを備え、
   前記コントローラは、
   前記モータの作動時間と、前記生成装置による空気圧および高周波空気パルスの生成時間とを調整するための第１のプログラム可能な制御と、
   前記生成装置によって生成された空気パルスの高周波数を制御するように、前記モータの速度を調整するための第２のプログラム可能な制御と、
   前記生成装置によって生成された空気圧を調整するための第３のプログラム可能な制御とを含み、
   前記第３のプログラム可能な制御は、前記モータの速度および高周波空気パルスが変更された場合、前記生成装置によって生成された特定の空気圧を維持するように、前記制御装置の動作を制御することによって、前記空気流量制御部材の動作を変更して前記生成装置に流入する空気の流量を変更するためのモータ速度および空気圧の参照データテーブルを含む、装置。
2. 前記第１のプログラム可能な制御は、前記時間を３０分まで変更可能である、請求項１に記載の装置。
3. 前記第２のプログラム可能な制御は、空気パルスの周波数を５〜２５パルス／秒の間に変更するように、前記モータの速度を変更可能である、請求項１に記載の装置。
4. 前記制御装置は、前記空気流量制御部材の位置を変更することによって前記生成装置に流入する空気の流量を変更するように、前記空気流量制御部材に作動可能に接続されたソレノイドである、請求項１に記載の装置。
5. 前記制御装置は、前記空気流量制御部材の位置を変更することによって前記生成装置に流入する空気の流量を変更するように、前記空気流量制御部材に作動可能に接続されたステッピングモータである、請求項１に記載の装置。
6. 前記生成装置は、空気圧および高周波空気パルスを生成するように作動可能な少なくとも１つの可動部材を含み、
   前記モータは、前記可動部材に作動可能に接続され、前記可動部材を移動して空気圧および高周波空気パルスを生成する、請求項１に記載の装置。
7. 前記生成装置は、空気圧および高周波空気パルスを生成するように動作可能な第１および第２の可動部材とを含み、
   前記モータは、前記第１および第２の可動部材に作動可能に接続され、前記第１および第２の可動部材を移動して空気圧および高周波空気パルスを生成する、請求項１に記載の装置。
8. 人間の体に圧力および高周波パルスを与えるガーメントに使用される空気圧および高周波空気パルスを生成するための装置であって、
   人間の体に圧力および高周波パルスを与えるガーメントに使用される空気圧および高周波空気パルスを生成するための生成装置を備え、前記生成装置は、前記生成装置を作動して、空気圧および高周波空気圧パルスを生成するモータを含み、
   前記生成装置によって生成された空気圧を調整するように、前記生成装置に流入する空気の流量を制限するためのバルブと、
   前記バルブに作動可能に接続され、前記空気流量制御部材を作動して前記生成装置に流入する空気の流量を変更する制御装置と、
   前記生成装置によって生成された高周波数空気パルスおよび空気圧を管理するように、前記モータおよび前記制御装置の動作を制御するためのコントローラとを備え、
   前記コントローラは、
   前記生成装置による空気パルスの高周波数を達成するように、前記モータの速度を調整するための第１の制御と、
   前記生成装置によって生成された特定の空気圧を調整するための第２の制御とを含み、
   前記第２の制御は、前記モータの速度および高周波空気パルスが変更された場合、前記生成装置によって生成された空気圧を特定の空気圧に維持するように、前記制御装置の動作を制御することによって、前記バルブの動作を変更して前記生成装置に流入する空気の流量を変更するためのモータ速度および空気圧の参照データテーブルを含む、装置。
9. 前記バルブは、前記制御装置に作動可能に接続された空気流量制御部材を含み、前記第１のモータの速度および高周波空気パルスが変更された場合、前記第２のモータは動作して、前記空気流量制御部材を調整し、前記装置により生成された空気圧を変更するように前記生成装置に流入する空気の流量を変更する、請求項８に記載の装置。
10. 前記制御装置は、前記空気流量制御部材の位置を変更することによって前記生成装置に流入する空気の流量を変更するように、前記空気流量制御部材に作動可能に接続されたソレノイドである、請求項９に記載の装置。
11. 前記制御装置は、前記空気流量制御部材の位置を変更することによって前記生成装置に流入する空気の流量を変更するように、前記空気流量制御部材に作動可能に接続されたステッピングモータである、請求項９に記載の装置。
12. 前記第１の制御は、ユーザプログラム可能な装置である、請求項８に記載の装置。
13. 前記第２の制御は、ユーザプログラム可能な装置である、請求項８に記載の装置。
14. 前記コントローラは、装置の動作時間を調整するためのユーザプログラム可能な制御を含む、請求項８に記載の装置。
15. 前記生成装置は、空気圧および高周波空気パルスを生成するように作動可能な少なくとも１つの可動部材を含み、
    前記モータは、空気圧および高周波空気パルスを生成するため、前記可動部材に作動可能に接続され、前記可動部材を移動して空気圧および高周波空気パルスを生成する、請求項８に記載の装置。
16. 前記生成装置は、空気圧および高周波空気パルスを生成するように動作可能な第１および第２の可動部材とを含み、
    前記モータは、前記第１および第２の可動部材に作動可能に接続され、前記第１および第２の可動部材を移動して空気圧および高周波空気パルスを生成する、請求項８に記載の装置。
17. 人間の体に圧力および高周波空気パルスを印加する方法であって、
    人間の体に圧力および高周波空気パルスを与える空芯部を有するガーメントを人間の体の一部に隣接して配置するステップと、
    空気圧および高周波空気パルスを生成するための生成装置を用いて、空気圧および高周波空気パルスを生成するステップと、
    生成された空気圧および高周波空気パルスを人間の体に適用するための前記ガーメントの前記空芯部に伝送するステップと、
    前記生成装置を空気圧および高周波空気パルスを生成するように動作させるための電動モータを前記生成装置に駆動可能に接続するステップと、
    前記生成装置によって生成された空気圧を調整するように、前記生成装置に流入する空気の流量を変更可能な空気流量制御部材を備えるバルブを用いて、前記生成装置に流入する空気の流量を制限するステップと、
    前記生成装置によって生成された空気の流量および空気圧を変更するように、前記空気流量制御部材を作動させる制御装置に前記気流量制御部材を駆動可能に接続するステップと、
    前記生成装置の作動時間、前記生成装置によって生成された空気パルスの高周波数および空気圧を管理するように、前記モータおよび前記制御装置の動作を制御するステップと、
    前記生成装置によって生成された空気パルスの周波数の変化に応じて、前記生成装置によって生成された特定の空気圧を維持するように、ユーザプログラム可能な制御を提供するステップとを備える、方法。
18. 前記モータの作動時間と、前記生成装置による空気圧および高周波空気パルスの生成時間とを調整するためのユーザプログラム可能な制御を提供するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記生成装置によって生成された空気パルスの高周波数を調整するように、前記モータの速度を調整するためのユーザプログラム可能な制御提供するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
20. 前記第１のモータの速度および高周波空気パルスが変更された場合、前記装置によって生成された特定の空気圧を維持するように、前記制御装置の動作を制御するためのモータ速度および空気圧の参照データテーブルを用いて、前記装置によって生成された空気圧を調整するためのユーザプログラム可能な制御を提供するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
21. 前記装置によって生成された空気パルスの高周波数を調整するように、前記第１のモータの速度を調整するための第１のユーザプログラム可能な制御を提供するステップと、
    前記第１のモータの速度および高周波空気パルスが変更された場合、前記装置によって前記生成装置によって生成された空気圧を調整して特定の空気圧を維持するように、前記制御装置の動作を制御するためのモータ速度および空気圧の参照データテーブルを用いて、前記生成装置によって生成された空気圧を調整するための第２のユーザプログラム可能な制御を提供するステップを含む、請求項１７に記載の方法。

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