JP2016512745A - パルス的および連続的流れ制御による治療用ガス送達装置 - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの比例制御弁および少なくとも１つのバイナリ制御弁を用いる、治療用または医療ガスを送達するための方法および装置が説明されている。比例制御弁をバイナリ制御弁と直列として、比例制御弁の設定に応じた異なる流量で、治療用ガスをパルス化できる弁の組み合わせを提供し得る。あるいは、比例制御弁およびバイナリ制御弁は、平行な流路にあってもよい。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、概して、治療用ガス投与の分野に関し、特に、一酸化窒素を送達する装置および方法に関する。

一酸化窒素（ＮＯ）は、吸入されると、肺の血管を拡張させ、血液の酸素化（ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ）を改善し、および肺高血圧症を減少させるように作用するガスである。このため、一酸化窒素は、肺高血圧症の患者用の吸息呼吸ガスに治療用ガスとして提供される。

いくつかの一酸化窒素送達装置は、臨床医によって設定された所望の濃度に基づいて、患者の吸息呼吸ガスにほぼ一定濃度の一酸化窒素をもたらすように治療用ガスを連続的に流すために、比例制御弁を用いる。しかしながら、呼吸ガスの流量は吸息または呼息フェーズ内で急速に上昇しかつ下降するため、送達されたＮＯガスを、吸息流量に応じて比例する（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｒａｔｉｏ−ｍｅｔｒｉｃ）用量で連続的にもたらすことは困難となる。これは、ＮＯ設定用量および人工呼吸器の流量のために低ＮＯ要求量、それゆえ低治療用ガス要求量となるときなど、ＮＯ流量範囲の下限において特に当てはまる。

他の一酸化窒素送達装置は、１つ以上のバイナリ制御弁（ｂｉｎａｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｖａｌｖｅｓ）を用いて、バイナリ制御弁で定常的にパルス流にすることによって、一酸化窒素の平均一定濃度を近似させている。これらの装置はまた、ＮＯ送達範囲の下限において問題を有し、および人工呼吸器の吸息フェーズに応答して、ＮＯ流量の突然の要求量の増加に対応する際の応答時間に問題があり得る。

さらに他の一酸化窒素送達装置は、患者が自発的に吸入するとき、単一パルスの一酸化窒素を患者に投与する。そのような装置は、患者が特定の呼吸で吸息を始めたときを検出し、かつまた、患者の呼吸の各フェーズ：すなわち吸息、呼息などを検出するために、患者トリガーセンサーとして公知の圧力または流量センサーを使用することが多い。これらの装置は、一般的に、少なくとも１つのバイナリ制御弁を使用して、パルス化作動の最中はＮＯを一定流量にするが、用量の範囲が制限を受ける。なぜなら、用量は、バイナリ制御弁が開放している時間を変更することによってのみ変更できるためである。

従って、ＮＯ含有ガスなどの治療用ガスを送達するための新しい方法および装置が必要とされている。

治療用ガス投与の用量範囲を広げるために、少なくとも１つのバイナリ制御弁（すなわち一定流量弁）および少なくとも１つの比例制御弁（すなわち可変流量弁）を用いる方法および装置が提供される。

本発明の一態様は、少なくとも１つのバイナリ制御弁および少なくとも１つの比例制御弁を含む治療用ガス送達装置に関する。この態様の１つ以上の実施形態では、ガス送達装置は、治療用ガス源に接続する入口と、患者に治療用ガスを注入する装置に接続する出口と、入口および出口と流体連通し、一定流量の治療用ガスを送達する少なくとも１つのバイナリ制御弁と、入口および出口と流体連通し、可変流量の治療用ガスを送達する少なくとも１つの比例制御弁と、バイナリ制御弁および比例制御弁の１つ以上を通して治療用ガスを送達する制御システムとを含む。治療用ガスは、一酸化窒素または一酸化窒素放出剤を含んでもよく、または本明細書で説明するような別の治療用ガスであってもよい。

１つ以上の実施形態によれば、バイナリ制御弁および比例制御弁は直列である。このバイナリ制御弁と比例制御弁との組み合わせによって、可変流量で治療用ガスのパルスをもたらし得る。一部の実施形態では、治療用ガス送達装置は、さらに圧力センサーを含み、比例制御弁は圧力センサーの上流にあり、および圧力センサーはバイナリ制御弁の上流にある。

１つ以上の実施形態では、バイナリ制御弁および比例制御弁は平行な流路にある。

複数のバイナリおよび／または比例制御弁が使用される場合、並列および／または直列での弁の様々な組み合わせが可能である。特定の１つの構成は、複数のバイナリ制御弁を並列で含むことができ、これは、治療用ガスのパルスを同じ流量または異なる流量のいずれかでもたらし得る。一部の実施形態では、第１のバイナリ制御弁の流量対第２のバイナリ制御弁の流量の比は、約１：２〜約１：１０にわたる。一部の実施形態では、制御システムは、第１のバイナリ制御弁および第２のバイナリ制御弁の１つ以上を通して、呼吸ごとに複数のパルスを送達する。

１つ以上の実施形態によれば、ガス制御システムは、バイナリ制御弁および比例制御弁の１つ以上を通して治療用ガスを呼吸ガスの流れに送達し、治療用ガスが実質的に一定濃度の状態で、治療用ガスと呼吸ガスとの複合流をもたらす。さらなる実施形態では、バイナリ制御弁および比例制御弁は平行な流路にあり、および制御システムは、治療用ガス要求量が送達範囲の５％以上であるとき、比例制御弁を通して連続的な流れの治療用ガスを送達し、および治療用ガス要求量が送達範囲の１％以下であるとき、バイナリ制御弁を通して治療用ガスの１つ以上のパルスを送達する。本明細書で説明するように、他の治療用ガス要求量を使用して、バイナリ弁または比例弁のどちらを使用するかを決定し得る。

治療用ガスを患者に注入する装置は、人工呼吸器と流体連通し得るか、または患者は、自発的に呼吸し得る。患者に治療用ガスを注入するために使用され得る装置の例は、鼻カニューレ、気管内チューブまたはフェイスマスクを含む。

一部の実施形態では、制御システムは、バイナリ制御弁および比例制御弁の１つ以上を通して、患者の呼吸において単一パルスをもたらす。

本発明の別の態様は、バイナリ制御弁および可変圧力調整器を含む治療用ガス送達装置に関する。この態様の様々な実施形態では、治療用ガス送達装置は、治療用ガス源に接続する入口と、患者に治療用ガスを注入する装置に接続する出口と、入口および出口と流体連通し、上流の圧力が一定であるとき一定流量の治療用ガスを送達する少なくとも１つのバイナリ制御弁と、バイナリ制御弁と流体連通し、バイナリ制御弁の上流の圧力を変化させる少なくとも１つの可変圧力制御装置と、バイナリ制御弁を通して治療用ガスを送達する制御システムとを含む。治療用ガスは、一酸化窒素または一酸化窒素放出剤を含み得る。

１つ以上の実施形態によれば、制御システムは、可変圧力調整器と通信し、およびバイナリ制御弁の上流の圧力を変化させる。一部の実施形態では、可変圧力制御装置は比例制御弁および圧力センサーを含む。

本明細書で説明した他の実施形態のように、システムは、複数のバイナリ制御弁、複数の比例制御弁および／または複数の可変圧力調整器を含み得る。一部の実施形態では、送達システムは、第１のバイナリ制御弁に並列な第２のバイナリ制御弁を含む。これらの２つのバイナリ制御弁は、治療用ガスの複数のパルスを同じ流量または異なる流量のいずれかでもたらし得る。一部の実施形態では、第１のバイナリ制御弁の流量対第２のバイナリ制御弁の流量の比は、約１：２〜約１：１０にわたる。一部の実施形態では、制御システムは、第１のバイナリ制御弁および第２のバイナリ制御弁の１つ以上を通して、呼吸ごとに複数のパルスを送達する。

ここでも、患者に治療用ガスを注入する装置は、人工呼吸器と流体連通し得るか、または患者は、自発的に呼吸し得る。患者に治療用ガスを注入するために使用され得る装置の例は、鼻カニューレ、気管内チューブまたはフェイスマスクを含む。

一部の実施形態では、制御システムは、患者の呼吸において単一パルスをもたらす。

本発明のさらに別の態様、本明細書で説明した治療用送達装置のいずれかを使用することを含む、患者への治療用ガスの投与方法。一部の実施形態では、方法は、一定流量の治療用ガスを送達する少なくとも１つのバイナリ制御弁と、可変流量の治療用ガスを送達する少なくとも１つの比例制御弁とを有する治療用ガス送達装置を提供するステップ、およびバイナリ制御弁および比例制御弁の１つ以上を通る吸息の最中に、患者に治療用ガスを送達するステップを含む。本明細書で説明した実施形態のいずれかのように、治療用ガスは、限定されるものではないが、一酸化窒素または一酸化窒素放出剤を含む。

１つ以上の実施形態では、バイナリ制御弁および比例制御弁は直列であり、バイナリ制御弁と比例制御弁とを組み合わせることによって、治療用ガスのパルスを可変流量でもたらし得る。

１つ以上の実施形態では、バイナリ制御弁および比例制御弁は平行な流路にある。

様々な実施形態は、患者が一定濃度の薬物を投与されるように、治療用ガスが送達されることを提供する。例えば、方法は、さらに、呼吸ガスの流量を測定するステップ、および呼吸ガスの流量に実質的に比例する量で治療用ガスを送達するステップを含み得る。

一部の実施形態では、バイナリ制御弁および比例制御弁は平行な流路にあり、および治療用ガス要求量が送達範囲の５％以上であるとき、治療用ガスの連続的な流れが比例制御弁を通して送達され、および治療用ガス要求量が送達範囲の１％以下であるとき、治療用ガスの１つ以上のパルスがバイナリ制御弁を通して送達される。

１つ以上の実施形態では、治療用ガス送達装置は、さらに、第１のバイナリ制御弁に並列な第２のバイナリ制御弁を含み、これは、一定流量の、または同じ流量もしくは異なる流量で治療用ガスのパルスを送達し得る。一部の実施形態では、第１のバイナリ制御弁の流量対第２のバイナリ制御弁の流量の比は、約１：２〜約１：１０にわたる。

１つ以上の実施形態は、方法が、さらに、患者の吸息の始まりを感知し、および吸息中に、患者に１つ以上のパルスで治療用ガスを送達することを含むことを提供する。一部の実施形態では、少なくとも１つのパルスは、患者の吸息の前半に送達される。

１つ以上の実施形態では、第１の量の治療用ガスは、第一呼吸中に患者に送達され、および方法は、さらに、患者の呼吸数または患者の呼吸数の変化を監視し、および監視された呼吸数または患者の呼吸数の変化に基づいて、１つ以上の後続の呼吸中に、患者に送達される治療用ガスの量を変化させることを含む。

上記は、本発明のいくつかの特徴および技術的利点をかなり概括的に概説した。当業者は、開示された具体的な実施形態は、本発明の範囲内の他の構造またはプロセスを修正または設計するための基礎として簡単に用いられ得ることを理解されたい。当業者は、そのような均等な構造が、添付の特許請求の範囲に記載されるような本発明の趣旨および範囲から逸脱しないことも理解されたい。

上記で列挙した本発明の特徴が詳細に理解され得るように、上記で簡潔に要約した本発明のさらに詳細な説明は、実施形態を参照することによってなされてもよく、それらのいくつかは、添付の図面に示される。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを示し、それゆえ、その範囲を限定するものとはみなされず、本発明は、他の同様に効果的な実施形態を認め得ることに留意されたい。

本発明の１つ以上の実施形態による、比例制御弁およびバイナリ制御弁を直列で有する治療用ガス送達装置を示す。 本発明の１つ以上の実施形態による、比例制御弁および２つのバイナリ制御弁を並列で有する治療用ガス送達装置を示す。

本発明のいくつかの例示的な実施形態を説明する前に、本発明は、以下の説明に記載される構造またはプロセスのステップの詳細に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であり、および様々な方法で実行または実施できる。

一酸化窒素送達装置を具体的に引き合いに出すが、当業者は、本明細書で説明する方法および装置が他の医療または治療用ガスを送達するために使用し得ることを理解されたい。投与され得る例示的なガスは、限定されるものではないが、一酸化窒素、酸素、窒素、および一酸化炭素を含み得る。本明細書で使用する場合、語句「治療用ガス」は、患者の疾患または医学的障害を治療するために使用されるガスを指す。

一酸化窒素が治療用ガスとして使用される場合、治療され得る例示的な疾患または障害は、新生児持続性肺高血圧症（ＰＰＨＮ）、肺動脈高血圧症（ＰＡＨ）、慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）、気管支肺異形成症（ＢＰＤ）、慢性血栓塞栓性肺高血圧症（ＣＴＥ）、特発性肺線維症（ＩＰＦ）、急性呼吸促迫症候群（ＡＲＤＳ）または肺高血圧症（ＰＨ）を含むか、または一酸化窒素は、抗菌薬として使用され得る。

バイナリ制御弁および比例制御弁の双方を用いる、患者に治療用ガスを投与する方法および装置が提供される。これらの装置は、連続的な一定濃度送達、および呼吸ごとの単一パルス送達の双方に対して、用量範囲を広くし得る。

本明細書で使用する場合、「バイナリ制御弁」は、少なくとも２つの状態、完全に閉鎖している第１の状態および実質的に開放している第２の状態を有する制御弁を指す。そのような弁の例は、限定されるものではないが、ソレノイド弁および圧電弁を含む。大きなフロースルー開口領域（圧力低下が小さい）から小径オリフィス（圧力低下が大きい）のバイナリ弁が想定される。そのような弁は、一般的に、開放時に、上流の圧力に依存して、一定流量のガスをもたらす。圧力調整器と組み合わせて、これらの弁は、公知の一定流量、または上流の圧力に比例したガス容積のパルスを提供し得る。

本明細書で使用する場合、「比例制御弁」は、可変流量のガスを提供できる弁である。バイナリ制御弁とは異なり、比例制御弁は、完全な閉鎖状態と完全な開放状態との間のほとんど無限数の流量を提供するように、開度を変更できる。制御範囲のある部分にわたって、これらの弁は、流量出力対現在の入力量の線形領域において作動する。これらの弁は、感知装置の統合に依存して、流量または圧力を制御するように構成され得る。

従って、本発明の一態様は、少なくとも１つのバイナリ制御弁および少なくとも１つの比例制御弁を有する治療用ガス送達装置に関する。バイナリ制御弁は、比例制御弁と直列にあっても、または比例制御弁と並列にあってもよい。２つ以上のバイナリ制御弁および／または比例制御弁が存在する場合、様々な弁は、弁の直列および並列の組み合わせで、複数の構成に配置され得る。

図１は、バイナリ弁および比例制御弁を直列に有する例示的な一酸化窒素送達装置１００を示す。一酸化窒素を含む治療用ガス源は、ガス貯蔵シリンダー１０３を含み得る。例示的なシリンダーは、窒素などのキャリアガス中にＮＯを含んでもよく、ＮＯ濃度は、１ｐｐｍ〜２０，０００ｐｐｍにわたり、例えば５ｐｐｍ〜１０，０００ｐｐｍ、または１０ｐｐｍ〜５，０００ｐｐｍである。１つ以上の実施形態では、シリンダーは、約２４４０ｐｐｍまたは約４８８０ｐｐｍなど、高一酸化窒素濃度を有する。他の実施形態では、シリンダー濃度は約８００ｐｐｍである。

ＮＯを含むガスを貯蔵するシリンダーの代わりに、二酸化窒素（ＮＯ_２）または亜硝酸塩（ＮＯ_２ ⁻）などの一酸化窒素放出剤を、適切な還元剤または共反応体と一緒に使用して、ＮＯの流れをもたらしてもよい。例えば、ガス貯蔵シリンダー１０３は、１ｐｐｍ〜２０，０００にわたる濃度でＮＯ_２ガスを含み、および装置は、患者への投与前にＮＯ_２をＮＯへ変換する適切な反応を用いることができる。

ガス貯蔵シリンダー１０３は、導管１０５と流体連通しており、導管１０５は、治療用ガスをガス貯蔵シリンダー１０３から一酸化窒素送達装置へ送給する。導管１０５は、治療用ガスを患者に送達するために、鼻カニューレまたは他の鼻もしくは口呼吸器具１１３と流体連通してもよい。さらに、導管１０５は、ガスホースまたはチューブセクション、圧力調整器、送達マニホールドなどを含み得る。鼻カニューレを具体的に参照するが、他のタイプの鼻または口呼吸器具、例えば呼吸マスクまたは気管内チューブを使用してもよい。

１つ以上の比例制御弁１０７、ならびに１つ以上のバイナリ制御弁１０９は、導管１０５を通って患者に至る治療用ガスの流量を調整する。図１では、比例制御弁１０７をバイナリ制御弁１０９の上流に示すが、比例制御弁１０７の上流かつそれと直列にバイナリ制御弁１０９を有することは、均等な構成であろう。一部の実施形態では、比例制御弁１０７が圧力を受けて開放している場合、バイナリ制御弁１０９の上流にある必要があり得る。

比例制御弁１０７に加えてまたはその代わりに、可変圧力調整器が、バイナリ制御弁１０９の上流に配置され得る。可変圧力調整器は、一定の圧力で公知の体積を制御または維持する役割を果たし得る。そのような可変圧力調整器は、出力圧力を変化させ得、それにより、下流のバイナリ制御弁１０９の流量を変化させ、かつバイナリ制御弁１０９のダイナミックレンジを広げる。可変圧力調整器は、一酸化窒素送達装置の制御システムによって電子的に制御され得る。

一部の実施形態では、圧力センサー１０８は、比例制御弁１０７の下流、およびバイナリ制御弁１０９の上流に配置され得る。比例制御弁１０７と圧力センサー１０８を組み合わせることにより、バイナリ制御弁１０９の上流の圧力を制御する可変圧力調整器の機能を果たし得る。なぜなら、比例制御弁１０７は、流入量を制御して、圧力センサー１０８において所望の圧力を達成し得るためである。

一部の実施形態では、「公知の圧縮ガス容積」は、バイナリ制御弁１０９の上流の圧力センサー１０８によって測定される。図１では、公知の圧縮ガス容積は、比例制御弁１０７とバイナリ制御弁１０９との間の導管１０５の圧縮ガスの体積である。比例制御弁１０７から下流およびバイナリ制御弁１０９の上流の導管１０５の部分は、チャンバーを画定し、およびこのチャンバーの体積および圧力が分かることによって、比例制御弁１０７が、バイナリ制御弁１０９を通る流量を制御できるようにする。

導管１０５と通路１１１が流体連通しており、この通路１１１は、患者トリガーセンサー１１９を導管１０５に接続する。患者トリガーセンサー１１９は、圧力または流量センサーである。トリガーセンサー１１９からの信号は、さらに、中央処理装置（ＣＰＵ）１１５を含む制御システムによって、ハードウェアおよび／またはソフトウェア論理により処理され得る。トリガーセンサー１１９は、患者が吸息および／または呼息を始めるときを検出し、およびその情報を制御システムに提供し得る。

一部の実施形態では、トリガーセンサー１１９を使用して、患者の呼吸努力によって生じた負圧を検出することにより、患者の吸息を決定し得る。この負圧は、２つの基準点間、例えば通路１１１と一酸化窒素送達装置上の差圧ポート（図示せず）との間で測定され得る。通路１１１は導管１０５と流体連通しており、導管は同様に患者と流体連通しているため、通路１１１の圧力は、患者が吸息を始めて患者の鼻または口に小さな負圧が生じると、降下する。

同様に、患者トリガーセンサー１１９は、患者に起因する正圧を検出することによって、患者の呼息を検出し得る。一部の実施形態では、この正差圧は、通路１１１の圧力が差圧ポートの圧力を超える量である。

一酸化窒素送達装置１００は、１つ以上のＣＰＵ１１５を含む制御システムを含み得る。ＣＰＵ１１５は、ユーザー入力装置１１７と通信し得る。このユーザー入力装置１１７は、ユーザーから所望の設定、例えば患者の処方（ｍｇ／ｋｇ単位での理想体重、ｍｇ／ｋｇ／時、ｍｇ／ｋｇ／呼吸、ｍＬ／呼吸、シリンダー濃度、送達濃度、パルス持続時間などで）、患者の年齢、身長、性別、体重などを受信し得る。１つ以上の実施形態では、ユーザー入力装置１１７は、ディスプレイおよびキーボードおよび／またはボタンを含むか、またはタッチスクリーン装置とし得る。

ＣＰＵ１１５はまた、比例制御弁１０７およびバイナリ制御弁１０９を通る治療用ガスの流量を測定する流量センサー１２１と通信し得る。ＣＰＵ１１５は、メモリ（図示せず）に結合でき、かつ容易に入手できるメモリ、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、コンパクトディスク、フロッピーディスク、ハードディスク、または任意の他の形態のローカルまたはリモートデジタルストーレージのうちの１つ以上とし得る。ＣＰＵ１１５にサポート回路（図示せず）が結合されて、ＣＰＵ１１５、センサー、制御弁などを従来の方法で支援し得る。これらの回路は、キャッシュ、電力供給装置、クロック回路、入力／出力回路、サブシステム、電力制御装置、信号調整装置などを含む。

制御システムのＣＰＵ１１５は、比例制御弁１０７、バイナリ制御弁１０９、患者トリガーセンサー１１９、流量センサー１２１および圧力センサー１０８と通信し得る。患者トリガーセンサー１１９が、患者が吸息を始めていると判断すると、ＣＰＵ１１５は、制御弁１０７および１０９の一方または双方に信号を送信して制御弁を開放し、治療用ガスを送達する。

特定のＮＯ投与レジメンに応じて、制御弁１０７および１０９は、いくつもの異なる方法で動作し得る。例えば、治療用ガスの１つ以上のパルスが呼吸に投与されると、比例制御弁１０７を若干開に設定でき、およびバイナリ制御弁１０９を使用して、治療用ガスの複数のパルスをもたらし得る。このようにして、比例制御弁１０７は、バイナリ制御弁１０９を通る流量を制御するために、可変サイズのオリフィスとしての機能を果たし得る。比例制御弁１０７の開度は、バイナリ制御弁１０９に望まれる流量に応じて、呼吸ごとに増減させ得る。一例では、第一呼吸は、比例制御弁１０７を、最大開度の７５％で使用し、それに続く呼吸は、比例制御弁１０７を、最大開度の５０％で使用し得る。これは両弁の利点を組み合わせ、比例制御弁１０７によって流量を変化させることができ、同時に、システムは、バイナリ制御弁１０９の高速応答時間および正確さを用いる。

比例制御弁１０７およびバイナリ制御弁１０９のこの動作は、多くの投与スケジュールに有用とし得る。そのような１つの投与スケジュールは、患者に投与されるＮＯ量を各呼吸で変化させるものである。薬物の所望の総量は、時間当たりの理想体重のキログラム当たりでもたらされるＮＯ量（ｍｇ／ｋｇＩＢＷ／時）など、ユーザーによって設定され得る。患者の理想体重は、患者の性別および身長に応じる。装置は、呼吸毎に与えられる薬物量を調整するため、送達される量は、患者の呼吸数とは無関係である。図１のバイナリおよび比例制御弁構成は、弁が開放している時間を変化させることだけに依拠するのではなく、流量を変化させ得ることによって、呼吸ごとのより広範囲の用量をもたらし得る。これは、ＮＯパルスのタイミングまたは持続時間が重要である場合、特に重要であり得る。従って、一部の実施形態では、治療用ガスの１つ以上のパルスが、吸息の前半または吸息の始めの３分の１においてもたらされる。

メモリは、特定の患者の処方を達成するために、所望のガスパルス容積およびパルススケジュールを計算するための一連の機械実行可能命令（またはアルゴリズム）を記憶し得る。例えば、患者の呼吸数およびシリンダーの濃度が分かっている場合、ＣＰＵ１１５は、所望の用量の一酸化窒素をもたらすためには、各呼吸または一連の呼吸でどの程度の容積の治療用ガスを投与する必要があるかを計算できる。メモリはまた、各パルスの最中にバイナリ制御弁１０９が開放している時間を記録し得るため、どの程度の一酸化窒素が既に投与されたかの将来的な計算を考慮できる。

一部の実施形態では、メモリは、ＣＰＵ１１５による実行時に、一連の機械実行可能命令（またはアルゴリズム）を記憶し、送達装置に：トリガーセンサーによって患者の吸息を感知し、吸息の最中、一酸化窒素を含有する治療用ガスのパルスを患者へ送達し、患者の呼吸数または患者の呼吸数の変化を監視し、およびそれに続く呼吸で送達される治療用ガスの量（例えば体積または質量）を変化させることを含む方法を実行させる。機械実行可能命令はまた、本明細書で説明した他の方法のいずれかに関する命令を含み得る。

図１の弁の構成はまた、各呼吸で一定のパルス容積または用量をもたらす投与スケジュールに使用できる（すなわちｍＬ／呼吸、ｎｍｏｌ／呼吸、ｎｇ／呼吸など）。ここでは、単一の装置を、広範囲の用量条件の患者に使用できる。なぜなら、比例制御弁１０７を使用して、バイナリ制御弁１０９への流量または供給圧力を設定できるためである。従って、一人の患者の治療中に流量が変化しない場合でも、装置は、パルス幅（すなわちパルスの長さ）が等しいｍＬ／呼吸に関し、ある範囲の用量をもたらすことができ、および、異なる処方の複数の患者に１つの装置を使用できる。さらに、患者の呼吸パターンの変化につれて、所与の患者の治療の量を１ｍＬ／呼吸の量から異なるｍＬ／呼吸の量まで変化させることが望ましいとし得る。例えば、患者は、目が覚めているときには、ある用量のｍＬ／呼吸を、および眠っているときには、それよりも高い用量のｍＬ／呼吸を必要とし得るため、時間または他の期間ごとに送達される薬物量には、大きなばらつきはない。

それゆえ、バイナリ制御弁と比例制御弁の組み合わせは、用量範囲の能力を広げ得るか、または患者へのＮＯ送達パルスタイミングのより正確な制御をもたらし得る。

バイナリ制御弁および比例制御弁はまた、図２に示すものなどの並列構成とし得る。図２では、一酸化窒素送達装置２００は、バイナリ制御弁２０９および２１０と並列の比例制御弁を有する。図１の装置のように、一酸化窒素送達装置２００は、一酸化窒素または一酸化窒素放出剤の供給を行う治療用ガス源２０３に接続され得る。導管２０５は、３つの平行な流路に分かれ、各流路は、異なる制御弁（２０７、２０９、２１０）およびそれ自体の流量センサー（２２１、２２３、２２５）を含む。より多数またはより少数の平行な流路を使用してもよく、バイナリおよび比例制御弁は、同じ流路で組み合わせられてもよい。さらに、流量センサーが、平行な流路が集中する箇所の下流に、または平行な流路が分岐する箇所の上流に配置される場合には、各流路はそれ自体の流量センサーを有する必要はない。

制御システムが、各制御弁（２０７、２０９、２１０）および各流量センサー（２２１、２２３、２２５）と通信し得るＣＰＵ２１５を含む。ＣＰＵ２１５はまた、ユーザー入力装置２１７と通信し得る。ＣＰＵ２１５およびユーザー入力装置２１７は、図１のＣＰＵ１１５およびユーザー入力装置１１７に関して上述した特徴のいずれかを有し得る。

図２では、一酸化窒素送達システム２００は、人工呼吸器２３７を使用して、患者に治療用ガスを送達する。流量センサー２２７は、人工呼吸器２３７から吸息リム（ｌｉｍｂ）２３１を通る呼吸ガスの流量を測定し、かつＣＰＵ２１５に信号を送信する。その後、ＣＰＵ２１５は、１つ以上の制御弁（２０７、２０９、２１０）を開放して、導管２０５を通る治療用ガスの流れをもたらし、その治療用ガスの流れを、注入モジュール２２９内の呼吸ガスと組み合わせる。ＣＰＵ２１５は、呼吸ガス流量に比例する（比率で測定した（ｒａｔｉｏ−ｍｅｔｒｉｃ）としても公知）治療用ガスの流量をもたらし、呼吸ガスと治療用ガスの複合流に所望の濃度のＮＯをもたらす。その後、治療用ガスと呼吸ガスの複合流は、患者リム２３５を経由して患者に送達され、および患者の呼息ガスは、呼息リム２３３を通って人工呼吸器２３７まで伝えられる。流量センサー２２７は注入モジュール２２９内にあるとして示すが、吸息リム２３１のどこにでも、例えば注入モジュール２２９の上流に配置してもよい。また、流量センサー２２７の代わりに、ＣＰＵ２１５は、人工呼吸器２３７からの呼吸ガスの流量を表す信号を、人工呼吸器２３７から直接受信し得る。

図１および図２に示す２つの構成は、バイナリおよび比例制御弁を用いる治療用ガス送達装置の２つの例にすぎない。他の構成は、限定されるものではないが：
ａ．２つ以上の平行な流路であって、各流路が、少なくとも１つのバイナリ制御弁および少なくとも１つの比例制御弁を直列で有する、流路；
ｂ．２つ以上の平行な流路であって、１つ以上の流路が、少なくとも１つのバイナリ制御弁および少なくとも１つの比例制御弁を直列で有し、および１つ以上の他の流路が、バイナリ制御弁のみ、または比例制御弁のみを有する、流路；
ｃ．２つ以上の平行な流路であって、１つ以上の流路がバイナリ制御弁を有し、および１つ以上の流路が比例制御弁を有する、流路；および
ｄ．平行な流路において、２つ以上の比例制御弁と直列のバイナリ制御弁
を含み得る。

当業者は、本発明による、並列および／または直列のバイナリおよび比例制御弁の他の組み合わせを想定できる。さらに、本明細書で説明した構成のいずれも、比例制御弁に加えてまたはその代わりにのいずれかで、可変圧力調整器を使用し得る。例えば、比例制御弁およびバイナリ制御弁が直列である代わりに、バイナリ制御弁の上流に配置された可変圧力調整器が、同じ効果をもたらし得る。さらに、比例制御弁と並列のバイナリ制御弁を有する構成の代わりに、２つのバイナリ制御弁は、上流に可変圧力調整器を有するバイナリ制御弁の一方または双方のいずれかと直列とし得る。比例制御弁と一緒に可変圧力調整器も使用し得る。一部の実施形態では、可変圧力調整器は、比例制御弁および圧力センサーを含む。

構成のいずれかにおいて、２つ以上のバイナリ制御弁を使用する場合、それらは、同じまたは異なる流量を有し得る。１つのバイナリ制御弁による送達が、別のバイナリ制御弁よりも多い流量であること、例えば、１つのバイナリ制御弁による送達は６Ｌ／分であり、および別のバイナリ制御弁による送達は１Ｌ／分であることが有利であり得る。１つ以上の実施形態によれば、低流量の弁対高流量の弁の流量比が約１：２〜約１：１０にわたる少なくとも２つのバイナリ制御弁が使用され得る。

同様に、２つ以上の比例制御弁が使用される場合、それらは、同じまたは異なる流量範囲を有し得る。例えば、第１の比例制御弁の流量範囲は０．１〜１０Ｌ／分とし、および第２の比例制御弁の流量範囲は０．００５〜１Ｌ／分とし得る。そのよう配置構成は、各比例制御弁に最適な動作範囲を使用することによって、すなわち、弁の動作範囲の極端な上限または極端な下限を使用せずに、送達される治療用ガス流の精度を最大にし得る。

一部の実施形態では、制御システムが、治療用ガスを送達するためにバイナリ制御弁（２０９、２１０）または比例制御弁（２０７）のうちの１つを使用するかどうかは、治療用ガス要求量に依存し得る。「治療用ガス要求量」は、呼吸ガスと治療用ガスの複合流に設定ＮＯをもたらすために必要な治療用ガスの量である。治療用ガス要求量は、治療用ガス中のＮＯの濃度、設定ＮＯ濃度および呼吸ガスの流量に基づいて変化し得る。シリンダー濃度が８００ｐｐｍのＮＯであり、および呼吸ガス流量が１０Ｌ／分である場合、４０ｐｐｍの送達濃度をもたらすためには、約０．５Ｌ／分の治療用ガスが必要である。従って、このシリンダー濃度、呼吸ガス流量および送達濃度の組み合わせに対しては、治療用ガス要求量は０．５Ｌ／分である。治療用ガス要求量が、比例制御弁２０７の最大治療用ガス流量のほんのわずかである場合、比例制御弁２０７は、高い治療用ガス要求量と同じ正確さでは治療用ガスを送達しないこともできる。比例制御弁２０７の最大治療用ガス流が６Ｌ／分である場合、この量の１または２％未満（すなわち０．０６または０．１２Ｌ／分未満）の治療用ガス要求量は、比例制御弁２０７を通る連続的な流れでは正確に送達されないことがある。それゆえ、これらの低い治療用ガス要求量において、比例制御弁２０７または１つ以上のバイナリ制御弁（２０９、２１０）のいずれかをパルス状にすることは有利であり得る。このパルス化技術は、呼吸ガス流量に比例する連続的なリアルタイムの治療用ガス送達を生じないが、ＮＯの「ベースライン」の平均濃度をもたらし得る。このパルス化技術は、人工呼吸器２３７が低バイアス流量を出力するとき、または一酸化窒素送達装置が、低流量の酸素を患者にもたらす鼻カニューレと一緒に使用されるとき、特に有用であり得る。

さらに、１つ以上の実施形態では、１つ以上の比例制御弁は、１つまたは複数のパルスでＮＯを送達するために使用され得る。そのような１つまたは複数のパルスのＮＯは、呼吸周期にわたって一定濃度用量のＮＯを概算するために使用され得る。パルスでＮＯをもたらすためにそのような比例制御弁を使用する装置は、ＮＯの流量を調整するために、上述の通り１つ以上のバイナリ制御弁を組み込んでも、または１つ以上の比例制御弁のみを含んでもよい。上述の通り、２つ以上の比例制御弁が使用される場合、それらは、同じまたは異なる流量範囲を有し得る。装置はまた、ある流量（低流量など）で比例弁を通してガスの複数のパルスをもたらし、および他の流量（高流量など）でガスの連続的な流れをもたらし得る。

従って、一部の実施形態では、ＣＰＵ２１５は、高い治療用ガス要求量で比例制御弁２０７を、および低い治療用ガス要求量でバイナリ制御弁（２０９、２１０）の１つ以上を、使用する。一部の実施形態では、送達装置２００は、治療用ガス要求量が比例制御弁２０７の送達範囲の０．１％を上回るとき、例えば治療用ガス要求量が、送達範囲の以下の百分率：０．５、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１２、１５または２０％以上であるとき、比例制御弁２０７を通して治療用ガスの連続的な流れを送達する。同様に、一部の実施形態では、送達装置は、治療用ガス要求量が比例制御弁２０７の送達範囲の２０％未満であるとき、例えば、治療用ガス要求量が、送達範囲の以下の百分率：１５、１２、１０、９、８、７、６、５、４、３、２、１、０．５または０．１％以下であるとき、バイナリ制御弁２０９または２１０を通して治療用ガスの１つ以上のパルスを送達する。あるいは、送達システム２００は、要求量が前述の百分率のいずれか以下であるとき、比例制御弁２０７を通してパルス化し得るか、または送達システムは、治療用ガス要求量が低いとき、直列のバイナリ制御弁と比例制御弁の組み合わせを通して、パルス化し得る。

呼吸ごとの単一パルス送達（すなわち、ｍｇ／ｋｇＩＢＷ／時、またはｍＬ／呼吸）に対し、図１の一酸化窒素送達装置１００を使用する、または一定濃度に対し、図２の一酸化窒素送達装置２００を使用する必要はない（制御弁のいずれかを繰り返しパルス化動作させるか、または比例制御弁を連続的に流れるかのいずれか）。実際、一酸化窒素を送達するこれらの方法のいずれかは、複数のバイナリおよび比例制御弁を並列で、直列で、またはそれら双方の組み合わせで使用し得る。所望の一酸化窒素療法に依存して、本明細書で説明した装置のいずれかは、自発的に呼吸している患者の呼吸を検出するために、適切な呼吸トリガーセンサーを有し得るか、または人工呼吸器と一緒に使用するように適合され得る。また、「呼吸ごとの単一パルス」療法への言及は、呼吸毎に治療用ガスのパルスを送達する方法に加え、１つ以上の呼吸をスキップする方法を含む。一定濃度用量または呼吸ごとのパルス式用量のいずれかに、本明細書で説明した装置のいずれかを使用することも可能である。

本発明の別の態様は、治療用または医療ガスを投与する方法であって、少なくとも１つのバイナリ制御弁および少なくとも１つの比例制御弁を含む治療用ガス送達装置を提供するステップ、およびバイナリ制御弁および比例制御弁の１つ以上を通して、患者に治療用ガスを送達するステップを含む方法を提供する。この方法の治療用ガス送達装置は、直列、並列またはそれら双方の弁の組み合わせを有するなど、バイナリおよび比例制御弁の双方を有する治療用ガス送達装置に関して既に説明した特徴のいずれかを有し得る。治療用ガスは、一酸化窒素または一酸化窒素放出剤を含み得る。治療用ガスが一酸化窒素放出剤を含む場合、好ましくは、患者への投与前に一酸化窒素に変換される。

本明細書を通して、「一実施形態」、「いくつかの実施形態」、「１つ以上の実施形態」または「実施形態」への言及は、実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造、材料、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。それゆえ、本明細書を通して様々な個所における「１つ以上の実施形態では」、「いくつかの実施形態では」、「一実施形態では」または「実施形態では」などの語句の出現は、必ずしも、本発明の同じ実施形態を指すものではない。さらに、特定の特徴、構造、材料、または特性は、１つ以上の実施形態では任意の好適な方法で組み合わせ得る。

本明細書では、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これらの実施形態は、単に、本発明の原理および適用例を説明するためのものであることを理解されたい。当業者には、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに、本発明の方法および装置に対する様々な修正形態および変形形態をなし得ることが明白である。それゆえ、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内にある修正形態および変形形態を含むものとする。

Claims (38)

1. 治療用ガス源に接続する入口と；
   患者に治療用ガスを注入する装置に接続する出口と；
   前記入口および出口と流体連通し、一定流量の前記治療用ガスを送達する少なくとも１つのバイナリ制御弁と；
   前記入口および出口と流体連通し、可変流量の前記治療用ガスを送達する少なくとも１つの比例制御弁と；
   前記バイナリ制御弁および前記比例制御弁の１つ以上を通して前記治療用ガスを送達する制御システムと
   を含む、治療用ガス送達装置。
2. 前記バイナリ制御弁および前記比例制御弁が直列であり、前記バイナリ制御弁と前記比例制御弁との組み合わせによって、可変流量で治療用ガスのパルスをもたらし得る、請求項１に記載の治療用ガス送達装置。
3. さらに圧力センサーを含み、前記比例制御弁が前記圧力センサーの上流にあり、および前記圧力センサーが前記バイナリ制御弁の上流にある、請求項１または２に記載の治療用ガス送達装置。
4. 前記バイナリ制御弁および前記比例制御弁が平行な流路にある、請求項１に記載の治療用ガス送達装置。
5. 前記ガス制御システムが、前記バイナリ制御弁および前記比例制御弁の１つ以上を通して前記治療用ガスを呼吸ガスの流れに送達し、治療用ガスが実質的に一定濃度の状態で、治療用ガスと呼吸ガスとの複合流をもたらす、請求項１〜４のいずれか一項に記載の治療用ガス送達装置。
6. 前記バイナリ制御弁および前記比例制御弁が平行な流路にあり、および前記制御システムが、治療用ガス要求量が送達範囲の５％以上であるとき、前記比例制御弁を通して連続的な流れの治療用ガスを送達し、および前記治療用ガス要求量が前記送達範囲の１％以下であるとき、前記バイナリ制御弁を通して治療用ガスの１つ以上のパルスを送達する、請求項５に記載の治療用ガス送達装置。
7. 前記バイナリ制御弁が第１のバイナリ制御弁であり、および前記治療用ガス送達装置が、さらに、前記第１のバイナリ制御弁に並列の第２のバイナリ制御弁を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の治療用ガス送達装置。
8. 前記第１のバイナリ制御弁および前記第２のバイナリ制御弁が、治療用ガスのパルスを異なる流量で送達する、請求項７に記載の治療用ガス送達装置。
9. 前記第１のバイナリ制御弁の前記流量対前記第２のバイナリ制御弁の前記流量の比が、約１：２〜約１：１０にわたる、請求項８に記載の治療用ガス送達装置。
10. 前記制御システムが、前記第１のバイナリ制御弁および前記第２のバイナリ制御弁の１つ以上を通して、呼吸ごとに複数のパルスを送達する、請求項７〜９のいずれか一項に記載の治療用ガス送達装置。
11. 前記治療用ガスを前記患者に注入する前記装置が、人工呼吸器と流体連通している、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の治療用ガス送達装置。
12. 前記治療用ガスを前記患者に注入する前記装置が、鼻カニューレ、気管内チューブまたはフェイスマスクである、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の治療用ガス送達装置。
13. 前記制御システムが、前記バイナリ制御弁および前記比例制御弁の１つ以上を通して、患者の呼吸において単一パルスをもたらす、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の治療用ガス送達装置。
14. 前記治療用ガス源が、一酸化窒素または一酸化窒素放出剤を含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の治療用ガス送達装置。
15. 患者への治療用ガスの投与方法であって、
    一定流量の治療用ガスを送達する少なくとも１つのバイナリ制御弁と、可変流量の前記治療用ガスを送達する少なくとも１つの比例制御弁とを有する治療用ガス送達装置を提供するステップ；および
    前記バイナリ制御弁および前記比例制御弁の１つ以上を通る吸息の最中に、前記患者に治療用ガスを送達するステップ
    を含む方法。
16. 前記バイナリ制御弁および前記比例制御弁が直列であり、前記バイナリ制御弁と前記比例制御弁とを組み合わせることによって、治療用ガスのパルスを可変流量でもたらし得る、請求項１５に記載の方法。
17. 前記バイナリ制御弁および前記比例制御弁が平行な流路にある、請求項１５に記載の方法。
18. さらに、呼吸ガスの流量を測定するステップ、および前記呼吸ガスの流量に実質的に比例する量で前記治療用ガスを送達するステップを含む、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記バイナリ制御弁および前記比例制御弁が平行な流路にあり、および治療用ガス要求量が送達範囲の５％以上であるとき、治療用ガスの連続的な流れが前記比例制御弁を通して送達され、および前記治療用ガス要求量が前記送達範囲の１％以下であるとき、治療用ガスの１つ以上のパルスが前記バイナリ制御弁を通して送達される、請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記バイナリ制御弁が第１のバイナリ制御弁であり、および前記治療用ガス送達装置が、さらに、前記第１のバイナリ制御弁に並列な第２のバイナリ制御弁を含む、請求項１５〜１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 前記第１のバイナリ制御弁および前記第２のバイナリ制御弁が、治療用ガスのパルスを異なる流量で送達する、請求項２０に記載の方法。
22. 前記第１のバイナリ制御弁の前記流量対前記第２のバイナリ制御弁の前記流量の比が、約１：２〜約１：１０にわたる、請求項２１に記載の方法。
23. さらに、前記患者の吸息の始まりを感知するステップ、および吸息中に、前記患者に１つ以上のパルスで治療用ガスを送達するステップを含む、請求項１５〜２２のいずれか一項に記載の方法。
24. 少なくとも１つのパルスが、前記患者の吸息の前半に送達される、請求項２３に記載の方法。
25. 第１の量の治療用ガスが、第一呼吸中に前記患者に送達され、および前記方法が、さらに、前記患者の呼吸数または前記患者の呼吸数の変化を監視するステップ、および前記監視された呼吸数または前記患者の呼吸数の変化に基づいて、１つ以上の後続の呼吸中に、前記患者に送達される治療用ガスの量を変化させるステップを含む、請求項１５〜２４のいずれか一項に記載の方法。
26. 前記治療用ガスが、一酸化窒素または一酸化窒素放出剤を含む、請求項１５〜２５のいずれか一項に記載の方法。
27. 治療用ガス源に接続する入口と；
    患者に治療用ガスを注入する装置に接続する出口と；
    前記入口および出口と流体連通し、上流の圧力が一定であるとき一定流量の前記治療用ガスを送達する少なくとも１つのバイナリ制御弁と；
    前記バイナリ制御弁と流体連通し、前記バイナリ制御弁の上流の前記圧力を変化させる少なくとも１つの可変圧力制御装置と；
    前記バイナリ制御弁を通して前記治療用ガスを送達する制御システムと
    を含む、治療用ガス送達装置。
28. 前記制御システムが、前記可変圧力調整器と通信し、および前記バイナリ制御弁の上流の前記圧力を変化させる、請求項２７に記載の治療用ガス送達装置。
29. 前記可変圧力制御装置が比例制御弁および圧力センサーを含む、請求項２７または２８に記載の治療用ガス送達装置。
30. 前記バイナリ制御弁が第１のバイナリ制御弁であり、および前記治療用ガス送達装置が、さらに、前記第１のバイナリ制御弁に並列の第２のバイナリ制御弁を含む、請求項２７〜２９のいずれか一項に記載の治療用ガス送達装置。
31. 前記第１のバイナリ制御弁および前記第２のバイナリ制御弁が、治療用ガスのパルスを異なる流量で送達する、請求項３０に記載の治療用ガス送達装置。
32. 前記第１のバイナリ制御弁の前記流量対前記第２のバイナリ制御弁の前記流量の比が、約１：２〜約１：１０にわたる、請求項３１に記載の治療用ガス送達装置。
33. 前記制御システムが、前記第１のバイナリ制御弁および前記第２のバイナリ制御弁の１つ以上を通して、呼吸ごとに複数のパルスを送達する、請求項２７〜３２のいずれか一項に記載の治療用ガス送達装置。
34. 前記患者に前記治療用ガスを注入する前記装置が、人工呼吸器と流体連通している、請求項２７〜３３のいずれか一項に記載の治療用ガス送達装置。
35. 前記患者に前記治療用ガスを注入する前記装置が、鼻カニューレ、気管内チューブまたはフェイスマスクである、請求項２７〜３４のいずれか一項に記載の治療用ガス送達装置。
36. 前記制御システムが、患者の呼吸において単一パルスをもたらす、請求項２７〜３５のいずれか一項に記載の治療用ガス送達装置。
37. さらに、前記バイナリ制御弁に並列または直列の少なくとも１つの比例制御弁を含む、請求項２７〜３６のいずれか一項に記載の治療用ガス送達装置。
38. 前記治療用ガス源が、一酸化窒素または一酸化窒素放出剤を含む、請求項２７〜３７のいずれか一項に記載の治療用ガス送達装置。

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