JP2021192717A - フェイスマスク及びサブピーク吸気流量ブロワを有するスーパマスク人工呼吸器システム - Google Patents

Abstract

【課題】フェイスマスクに補足的な吸気流量を提供するためのブロワを使用する人工呼吸器システムの提供。【解決手段】フェイスマスクは、近位面及び遠位面を有するフィルタ材料を有する空気透過性本体と、フィルタ材料を通じてサブピーク吸気流量が発生するように構成されたブロワと、を含んでおり、空気透過性本体は、ユーザが着用したときに、ユーザの鼻と口を覆うように近位面を構造的に構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、フェイスマスクとブロワを有する人工呼吸器システムに関する。

フェイスマスクは、治療中又はほこりの多い環境下等のような様々な状況において個人用保護具としてよく使用される。看護師や外科医のような医療関係者は、患者にケアを提供するときにフェイスマスクを着用する必要がよくある。そのようなフェイスマスクは、通常、ユーザが病原菌や他の汚染物質を吸い込まないように保護するのと同時に、ユーザの近くにいる人々が、ユーザが吐き出す汚染物質を吸い込まないように保護するために、ユーザによって吸入される空気から気中浮遊汚染物質をろ過するように設計されている。産業労働者又は消費者の空気中の粒子への曝露は、大気汚染、花粉、火災、粉砕、研磨、塗装等からもたらされ得る。そのような気中浮遊汚染物質は、エアロゾル化した唾液、バクテリア、ウイルス、数千の潜在的な発生源からの粉塵、又は、空気中に浮遊しうる他のタイプの粒子が含まれるかもしれない。

高レベルの保護を有するフェイスマスクの１つの従来のタイプは、国立労働安全衛生研究所（ＮＩＯＳＨ）によって決定された効率評価を参照するＮ９５マスクである。Ｎ９５の指定は、０．３ミクロン以上の粒子の約９５％をブロックするマスクに対応する。Ｎ９５マスクの一般的な問題の１つは、高いろ過率によって、通常のマスクをしていない吸気流量を発生させるために、通常、ユーザに要求される呼吸の労力が増加することにある。Ｎ９５マスク及び別のタイプのろ過ベースのマスクに伴うもう１つの問題は、吐き出された空気における蒸気が、マスクの内部に捕捉されると共に、これによる湿気は、熱も捕捉することである。このことは、マスクの着用を不快にする。いくつかのＮ９５マスクは、いくらかの熱と蒸気を低減するための呼気弁を有するが、それでも呼吸をするための増加した労力を必要とする。新鮮なろ過されたガスをマスクへ流し、ユーザが呼吸をするための空気を供給するために、外部ブロワに依存するマスクがある。これらは、空気を冷やすと共に湿気を下げ、快適さは増加する。人間は、正弦波パターンの流れで吸入するため、吸気中の平均流量よりも多いピーク吸気流量がある。ユーザを保護するために、ブロワシステムを有するマスクは、ピーク吸気流量に対応するために、ろ過された空気を保持するためのタンク（容器、reservoir）を有する必要がある、又は、ブロワ流量をピーク吸気流量よりも多くする必要がある。もし、そうしない場合は、ユーザは、ろ過されていない空気を吸入することになり、潜在的に有害な粒子を吸入する危険にさらされる。ろ過タイプのマスクのもう一つの一般的な問題は、マスクの寿命が、吸気の間にマスクに引き寄せられた粒子によってフィルタ材料が目詰まりをおこすまでにどれくらいの時間がかかるのかによって実質的に決定されることにある。材料が、呼吸をするのが困難となるようなレベルまで目詰まりしたときに、マスクは取り替えられなければならない。

従って、ろ過されていない空気を吸入するリスクに妥協することなく、呼吸の労力を低減し、かつ、ユーザの快適性を改良するために、フェイスマスクに補足的な吸気流量を提供するためのブロワを使用する、改良された人工呼吸器システムが、当該技術分野において必要となる。

本発明の目的は、フェイスマスクに補足的な吸気流量を提供するためのブロワを使用する人工呼吸器システムを提供することである。

１つの実施形態では、人工呼吸器システムは、近位面と、遠位面と、開口部と、を有するフィルタ材料を備えた空気透過性本体を有するフェイスマスクと、少なくとも１つのフィルタを有するブロワユニットと、を含んでおり、空気透過性本体は、ユーザが着用したときに、ユーザの鼻と口を覆うための近位面を構造的に構成しており、ブロワユニットは、チューブによって空気透過性本体の開口部と連結されると共に、チューブを通じてろ過された空気のサブピーク吸気流量を発生するように構成されている。１つの実施形態では、ブロワは、フィルタ材料のコネクタを通じてサブピーク吸気流量だけを発生するように構成されている。１つの実施形態では、フィルタは、ブロワユニットの近位かつチューブの遠位に取り付けられている。１つの実施形態では、フィルタは、ブロワユニットの遠位に取り付けられている。１つの実施形態では、第１のフィルタは、ブロワユニットの遠位に取り付けられており、第２のフィルタは、ブロワユニットの近位かつチューブの遠位に取り付けられている。１つの実施形態では、チューブは、開口部から取り外し可能であり、かつ、一方向弁に取換え可能である。１つの実施形態では、ブロワは、毎分約１Ｌから毎分約１５０Ｌの間のサブピーク吸気流量を発生するように構成されている。１つの実施形態では、フェイスマスクは、圧力センサをさらに備える。１つの実施形態では、ブロワは、ピーク吸気流量、平均吸気流量及び瞬間吸気流量によって構成されたグループから選択されたユーザの吸気流量の間に、圧力センサによって計測された空気圧の関数として設定された速度を有する。１つの実施形態では、ブロワの速度設定は、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％及び９０％からなるグループから選択された、ユーザのピーク吸気流量の間に計測された負の空気圧の絶対値のパーセンテージである、フェイスマスク内の空気圧を調整するように設定されている。１つの実施形態では、ブロワの速度設定は、フェイスマスク内の空気圧を、正味の負の空気圧を維持する間のユーザのピーク吸気流量において計測された負の空気圧よりも小さい、事前に設定された量に調整するように設定されており、事前に設定された量は、マイナス０．１ｃｍＨ_２Ｏ、１ｃｍＨ_２Ｏ、２ｃｍＨ_２Ｏ、３ｃｍＨ_２Ｏ、４ｃｍＨ_２Ｏ及び５ｃｍＨ_２Ｏによって構成されたグループから選択されている。１つの実施形態では、ブロワの速度設定は、約マイナス０．１ｃｍＨ_２Ｏの空気圧の下限を提供するように設定されている。１つの実施形態では、フェイスマスクは、開口部の周りの空気透過性本体の近位面に取り付けられたインナシールをさらに備えており、インナシールは、着用したときに、ユーザの鼻及び口の周りの気密シールを形成するように構成された実質的な円形状を有する。１つの実施形態では、フェイスマスクは、空気透過性本体の近位面に取り付けられたアウタシールをさらに備えており、アウタシールは、着用したときに、ユーザの顔の周りの気密シールを形成するように構成された空気透過性本体に沿った外周を形成する。

１つの実施形態では、人工呼吸器システムは、近位面と、遠位面と、開口部と、を有するフィルタ材料を備えた空気透過性本体を有するフェイスマスクと、少なくとも１つのフィルタを有するファンユニットと、を含んでおり、空気透過性本体は、ユーザが着用したときに、ユーザの鼻と口を覆うための近位面を構造的に構成しており、ファンユニットは、チューブによってフェイスマスクと連結されると共に、チューブを通じて毎分約３０Ｌから毎分約６０Ｌの間でろ過された空気の吸気流量を発生するように構成されている。１つの実施形態では、人工呼吸器システムは、遠位端部と２つの近位端部とを有するＹコネクタをさらに備えており、遠位端部は、チューブと連結されると共に、２つの近位端部は、フェイスマスクと連結された追加チューブとそれぞれ連結されている。１つの実施形態では、ファンユニットは、外側入口ポートと、内側吸気口と、を備えており、外側入口ポートは、内側吸気口の開口部よりも大きい開口部を有する。１つの実施形態では、外側入口ポートは、内側吸気口が面する方向に対して直交する方向に面する。１つの実施形態では、フィルタは、外側入口ポートの開口部と実質的に同じ大きさを有する。１つの実施形態では、フィルタは、外縁にエラストマーガスケットを備える。

前述の目的及び特徴は、他の目的及び特徴と同様に、本発明の理解を提供するために含まれると共に、同様の数字が同様の要素を表す明細書の一部を構成する、以下の説明及び添付の図を参照して明らかになるであろう。

図１は、１つの実施形態による、フェイスマスクに取り付けられたブロワを有する人工呼吸器システムの写真である。 図２Ａは、１つの実施形態による、近位フィルタを有するブロワと連結されたフェイスマスクを備えた人工呼吸器システムの正面斜視図である。 図２Ｂは、図２Ａに示されたフェイスマスクの断面図であり、ろ過されていない空気（実線）及びろ過された空気（破線）の通路を示す。 図２Ｃは、図２Ａに示されたフェイスマスクの背面斜視図であり、ユーザの鼻、口、顔面へのフィット感及び空気流を高めるためのシーリングストリップを示す。 図３は、図２Ａに示されたフェイスマスクの断面図であり、吸気及び呼気の間の空気の流動様式を示す。一番上の概略図は、ブロワ流量よりも少ない吸気流量を描写しており、ブロワ流量は、ユーザの吸入空気量を満たすことが可能であり、余分なブロワ流量（もし、ある場合）は、フェイスマスクのフィルタ材料を通過する。中央の概略図は、ブロワ流量よりも多い吸気流量を描写しており、ブロワによって供給される量を超えるユーザの吸入空気量は、フェイスマスクのフィルタ材料を通じて引き寄せられた空気によって補われている。一番下の概略図は、呼気流量を描写しており、組み合わされたブロワ流量とユーザの呼気流量とは、フェイスマスクのフィルタ材料を通過する。 図４Ａは、１つの実施形態による、遠位フィルタを有するブロワと連結されたフェイスマスクを備えた人工呼吸器システムの正面斜視図である。 図４Ｂは、図４Ａに示されたフェイスマスクの断面図であり、ろ過されていない空気（実線）及びろ過された空気（破線）の通路を示す。 図５Ａは、１つの実施形態による、近位フィルタ及び遠位フィルタを有するブロワと連結されたフェイスマスクを備えた人工呼吸器システムの正面斜視図である。 図５Ｂは、図５Ａに示されたフェイスマスクの断面図であり、ろ過されていない空気（実線）及びろ過された空気（破線）の通路を示す。 図６は、１つの実施形態による、ブロワ及び一方向弁を取り付けるための係合部を備えた開口部を有するフェイスマスクの正面斜視図である。 図７は、１つの実施形態による、フェイスマスクに取り付けられたブロワを有する人工呼吸器システムの正面斜視図（左）及び分解組立図（右）である。 図８は、１つの実施形態による、ファンユニット（一番上）の正面斜視図及び背面斜視図及び電源（一番下）の背面図である。 図９は、１つの実施形態による、ファンユニット及びフィルタユニットの正面斜視図である。 図１０は、１つの実施形態による、ファンユニットの正面斜視図である。 図１１は、１つの実施形態による、ファンユニット及びフィルタユニットの断面図である。

本発明の図及び説明は、本発明のより明確な理解に関連する要素を示すために簡略化されているが、明確さのために、人工呼吸器及びフェイスマスクに見受けられる多くの別の要素が除外されていることを理解されたい。当業者は、本発明を実施する際に、他の要素及び／又はステップが望ましく、かつ／又は、必要とされることを認識するであろう。しかしながら、そのような要素及びステップは、当該技術分野においてよく知られており、かつ、本発明のより良い理解を促進しないため、そのような要素及びステップの説明はここでは提供されない。本明細書の開示は、当業者に知られているそのような要素及び方法に対する、そのような全ての変形及び修正を志向する。

他に定義されない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び科学用語は、本発明が属する技術分野における当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書に記載されているものと同様又は同等の方法及び材料を、本発明の実施又は試験に使用することができるけれども、例示的な方法及び材料が記載されている。

本明細書で使用される場合、以下の各用語は、この節における意味と関連する意味を有する。

冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、冠詞の文法上の目的語の１つ又は複数の（すなわち、少なくとも１つ）を言及するために本明細書において使用される。例として、「１つの要素」は、１つの要素又は複数の要素を意味する。

本明細書において使用される「約」は、量、時間的持続時間等の測定可能な値を言及するときには、変動が適切であるため、特定された値から±２０％、±１０％、±５％、±１％及び±０．１％の変動を包含することを意味する。

範囲：この開示全体を通じて、本発明の様々な態様を範囲の形式で表示することができる。範囲の形式による説明は、単に利便性及び簡潔さのためであり、本発明の範囲に対する柔軟性のない制限として解釈されるべきではないことが理解されるべきである。適切な場合に、範囲の説明は、全ての可能な部分範囲とその範囲内における個々の数値を具体的に開示していると考えられるべきである。例えば、１から６までといった範囲の説明は、１から３まで、１から４まで、１から５まで、２から４まで、２から６まで、３から６まで、等といった部分範囲も、例えば、１、２、２．７、３、４、５、５．３及び６といった、その範囲内の個々の数値も、具体的に開示していると考えられるべきである。このことは、範囲の幅に関係なく適用される。

本発明は、フェイスマスクとブロワを備えた人工呼吸器システムに関する。ブロワは、呼吸の労力を低減すると共に、高温かつ多湿の呼気を取り除くことによって快適性を向上するために、フェイスマスクへの正圧の吸気流量を追加的に提供する。正圧は、フェイスマスクに付着した粒子も取り除き、長い時間の間詰まりを除去することによってフェイスマスクの寿命を増加させる。ブロワのバッテリ寿命は延長されており、ブロワへ少ない流量を要求するユーザの労力と快適さの要件に合致することができる。これにより、ユーザは、汚染された環境で人工呼吸器システムを取り外す必要なく、モバイル環境において長時間操作することができる。

ここで、図面を詳細に参照すると、様々な実施形態において、同様の参照番号は、いくつかの図を通じて同様の部品または要素を示し、ここで示されているものは、サブピーク吸気流量ブロワと連結されたフェイスマスクを備えた人工呼吸器システムである。

ここで、図１、図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃを参照すると、１つの実施形態による人工呼吸器システム１００が示されている。人工呼吸器システム１００は、ブロワ１０８と連結されたフェイスマスク１０１を備える。フェイスマスク１０１は、微粒子をろ過するように設計されたフィルタ材料１０２から作られた空気透過性本体１０３を含む。ストラップ１０６は、使用中に空気透過性本体１０３がユーザの顔へのシールを形成するのに役立つ。いくつかの実施形態では、使用中にユーザの鼻へのシールを強化するために、屈曲可能なノーズストリップ１０４が設けられている。フィルタ材料１０２は、使用時にユーザ１５０に面する近位面１１２と、ユーザ１５０から離れた側に面しており、ろ過されていない空気に曝される遠位面１１０と、を含む。ブロワ１０８は、チューブ１０９によって、フィルタ材料１０２の遠位面１１０上の開口部１０７に取り付けられている。ブロワ１０８は、吸気口１２０と排気口１２２との間に延在する空洞部（lumen）１１８を含む筐体１１６を備える。いくつかの実施形態では、フェイスマスク１０１は、排気口１２２の下流側に置かれた圧力センサ１３０をさらに備える。圧力センサ１３０は、チューブ１０９の内部といった、開口部１０７に隣接する排気口１２２の下流側のいずれの位置や、フィルタ材料１０２の近位面１１２上に、配置することができる。交換可能なフィルタ１１４は、排気口１２２及びチューブ１０９の遠位端に係合されている。ファン１２４は、空洞部１１８内に配置されると共に、ろ過された空気をユーザ１５０に届けるために、フィルタ１１４及びチューブ１０９を通って近位方向に、ろ過されていない空気をユーザ１５０へ向けて押すように構成される。ブロワ１０８は、電源１２６によって給電することができる。いくつかの実施形態では、ブロワ１０８は、コントローラ１２８によって起動及び変調され得る。

いくつかの実施形態では、フェイスマスク１０１は、フィルタ材料１０２の近位面１１２に取り付けられた、内側シール１３２、外側シール１３４、又は、両方を、さらに備える。内側シール１３２は、空気透過性本体１０３とフェイスマスク１０１を着用したときのユーザの鼻及び口との間の、３６０度の気密保護用シールを形成するように構成された、実質的に円形又は楕円形を有する、比較的柔軟な材料（シリコン、ラバー、発泡体のような）を備えることができる。内側シール１３２は、内側シール１３２の密封特性を改良するために、ユーザの鼻の両側のユーザの顔の形状に合わせるように構成された、より広い、又は、より厚い領域も備えることができる。外側シール１３４は、フェイスマスク１０１の外周に取り付けられた比較的柔軟な材料（シリコン、ラバー、発泡体のような）を備えることができ、空気透過性本体１０３とフェイスマスク１０１を着用したときのユーザの顔との間の気密シールを形成するために、ユーザの顔の輪郭に合わせるように構成されている。１つの実施形態では、フェイスマスク１０１とユーザの顔との間のシールの質をさらに改良するために、内側シール１３２、外側シール１３４、又は、両方と併用して、刺激の少ない接着剤が使用されてもよい。もう１つの実施形態では、マスクとユーザの顔との間のシールの質をさらに改良するために、内側シール１３２外側シール１３４、又は、両方は、粘着性（sticky）効果又は粘着性（tacky）効果を生み出すように配合されたエラストマ材料を備えてもよい。

ブロワ１０８は、サブピーク吸気流量を発生させる速度で作動するように構成されてもよい。１つの実施形態では、ブロワ速度は、予測されるピーク吸気流量に基づいて、少なくとも１つのサブピーク吸気流量に予め調整されている。ブロワ１０８は、予め調整されたブロワ速度を選択できるように構成された、スイッチ又はダイヤルを含むことができる。１つの実施形態では、ユーザの吸気、呼気及び間の呼吸の休止は、圧力センサによってモニタされている。例えば、呼吸の休止の間、ブロワは、マスクの内側の空気圧に影響を与えることができる唯一のソースとなるため、圧力センサは、マスクの内側の第１の正の空気圧を計測することができる。ユーザの吸気の間、ユーザが空気を吸い込んで負圧を提供する一方で、ブロワは、正圧を供給するため、圧力センサは、マスク内の正味の負圧を計測することができる。ユーザの呼気の間、ユーザが空気を吐き出して正圧を提供する一方で、ブロワは、正圧を供給するため、圧力センサは、第１の正の空気圧よりも大きい、マスク内の正味の正圧を計測することができる。

いくつかの実施形態では、ブロワ速度は、サブピーク吸気流量を維持するために、圧力センサの計測に基づく、プリント基板（ＰＣＢ）コントローラによって調整することができる。例えば、ＰＣＢコントローラは、マスクの内側の実質的に正弦波的な空気圧のパターンを計測することができ、実質的に正弦波的なパターンは、ピーク吸気流量の間の最小空気圧に対応する谷部と、ピーク吸気流量の間の最大空気圧に対応する山部と、ブロワによって供給される正の空気圧に相当する谷部と山部との間の実質的な定常状態と、を有する。１つの実施形態では、圧力センサは、１回又は複数回の呼吸におけるマスクの中の平均空気圧を計測しており、ブロワ速度は、ＰＣＢコントローラによって、実質的に定常状態の空気圧としての平均空気圧を生じさせる一定速度に調整される。いくつかの実施形態では、ブロワ速度は、ＰＣＢコントローラによって、圧力センサによって計測されたユーザの吸気流量と合わせるように調整されるため、ブロワ速度は、低い圧力の間は増加し、高い圧力の間は減少するが、サブピーク吸気流量に相当する圧力を維持する。いくつかの実施形態では、ＰＣＢコントローラは、呼吸サイクルの時間として各谷部の間の時間又は各山部の間の時間を計測する。ブロワ速度は、単一の呼吸サイクル内のピーク吸気流量の間の空気圧よりも大きい、計測された空気圧の一定の割合の空気圧を生じさせるように、ＰＣＢコントローラによって、調整することができる。

通常、職務のための分時拍出量の９５％パーセンタイルのためのピーク吸気流量の範囲は、毎分１８２Ｌと毎分２９５Ｌの間の範囲と推定されている（Caretti DM他を参照してください。職場の呼吸数：人工呼吸器認定試験のための予測値と範囲の定義、2004年報告書ECBC-TR-316、エッジウッド化学生物学センター、米国陸軍研究。 アバディーン性能試験場、MD：開発及びエンジニアリングコマンド）。いくつかの実施形態では、ユーザの安静時空気流動率は、毎分約３０Ｌであるけれども、ユーザの活発な運動の間の空気流動率は、毎分約６０Ｌである。１つの実施形態では、ブロワ速度は、毎分約１Ｌから毎分約１５０Ｌの間のサブピーク吸気流量を発生させるように調整されている。１つの実施形態では、ブロワ速度は、毎分約３０Ｌから毎分約８５Ｌの間の空気流量を発生させるように調整されている。１つの実施形態では、ブロワ速度は、毎分約３０Ｌから毎分約６０Ｌの間の空気流量を発生させるように調整されている。１つの実施形態では、ブロワ速度は、毎分約３０Ｌ以下の空気流量を発生させるように調整されている。１つの実施形態では、ブロワ速度は、毎分約５０Ｌ以下の空気流量を発生させるように調整されている。１つの実施形態では、ブロワ速度は、毎分約７０Ｌ以下の空気流量を発生させるように調整されている。１つの実施形態では、ブロワ速度は、毎分約８５Ｌ以下の空気流量を発生させるように調整されている。１つの実施形態では、ブロワ速度は、毎分約１５０Ｌ以下の空気流量を発生させるように調整されている。ブロワ速度は、毎分約１Ｌの最小の空気流量を提供できるように予め調整することができる。

１つの実施形態では、ブロワ速度は、ユーザのピーク吸気流量、平均吸気流量、又は、瞬間吸気流量において計測された空気圧の絶対値のパーセンテージによって、マスク内の空気圧に合わせるように調整されている。例えば、ブロワ速度は、ユーザのピーク吸気流量、平均吸気流量、又は、瞬間吸気流量における空気圧の絶対値の約１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、又は９０％に合わせるように調整されている。１つの実施形態では、ブロワ速度は、正味の負の空気圧を維持しながら、ユーザのピーク吸気流量、平均吸気流量、又は、瞬間吸気流量において計測された空気圧よりもさらにマイナスの予め調整された量に、マスク内の空気圧を合わせるように調整されている。例えば、ブロワ速度は、正味の負の空気圧を維持しながら、ユーザのピーク吸気流量、平均吸気流量、又は、瞬間吸気流量の間のマスク内の空気圧を、マイナス約０．１ｃｍＨ_２Ｏ、マイナス約１ｃｍＨ_２Ｏ、マイナス約２ｃｍＨ_２Ｏ、マイナス約３ｃｍＨ_２Ｏ、マイナス約４ｃｍＨ_２Ｏ、マイナス約５ｃｍＨ_２Ｏ、又は、それ以下に合わせるように調整することができる。ブロワ速度は、マイナス約０．１ｃｍＨ_２Ｏの最小の空気圧を生じさせるように予め調整することができる。

有利なことに、ブロワは、ユーザのピーク吸気流量よりも少なくなるように制限されたろ過された空気の遮られない流れを供給する（図３、上段）。ブロワ流量よりも多い吸気流量の間に、ユーザは、マスクのフィルタ材料を通じて追加の空気を吸い込み、全ての吸気がろ過されていることを確保する（図３、中段）。ブロワは、ピーク吸気流速よりも速い流速を提供する必要がなくなり、ブロワのバッテリの寿命が長い期間にわたって延長されるため、ブロワのバッテリ寿命は、それによって延長される。ろ過された空気の遮られない流れは、また、ユーザの吸気と呼気の間のマスクの内側の正圧を維持し、ろ過されていない空気の侵入を防ぐ。さらに、呼気の間、ブロワからの流れが、マスクを通じて（呼気と共に）流れ出ているときは、ろ過された空気のより多くの流量が、マスクから粒子を押し出し、マスクの寿命を延ばす（図３、下段）。

図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、１つの実施形態による人工呼吸器システム２００が示されている。人工呼吸器システム２００は、ブロワ２０８と連結されたフェイスマスク２０１を備える。フェイスマスク２０１は、粒子をろ過するように設計されたフィルタ材料２０２から作られた空気透過性本体２０３を含む。ストラップ２０６は、使用中に空気透過性本体２０３がユーザの顔へのシールを形成するのに役立つ。いくつかの実施形態では、使用中にユーザの鼻へのシールを強化するために、屈曲可能なノーズストリップ２０４が設けられている。フィルタ材料２０２は、使用時にユーザ２５０に面する近位面２１２と、ユーザ２５０から離れた側に面しており、ろ過されていない空気に曝される遠位面２１０と、を含む。ブロワ２０８は、チューブ２０９によって、フィルタ材料２０２の遠位面２１０上の開口部２０７に取り付けられている。ブロワ２０８は、吸気口２２０と排気口２２２との間に延在する空洞部（lumen）２１８を含む筐体２１６を備える。いくつかの実施形態では、フェイスマスク１０１は、排気口１２２の下流側に置かれた圧力センサ１３０をさらに備える。圧力センサ１３０は、チューブ１０９の内部といった、開口部１０７に隣接する排気口１２２の下流側のいずれの位置や、フィルタ材料１０２の近位面１１２上に、配置することができる。交換可能なフィルタ２１４は、吸気口２２０に係合されており、ブロワ２０８をチューブ２０９から外すことなく交換することができる。ファン２２４は、空洞部２１８内に配置されると共に、ろ過された空気をユーザ２５０に届けるために、フィルタ２１４を通じてろ過されていない空気を引っ張ると共に、チューブ２０９を通って近位方向に、ろ過された空気をユーザ２５０へ向けて押すように構成される。ブロワ２０８は、電源２２６によって給電することができる。いくつかの実施形態では、ブロワ２０８は、コントローラ２２８によって起動及び変調され得る。

図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、１つの実施形態による人工呼吸器システム３００が示されている。人工呼吸器システム３００は、ブロワ３０８と連結されたフェイスマスク３０１を備える。フェイスマスク３０１は、粒子をろ過するように設計されたフィルタ材料３０２から作られた空気透過性本体３０３を含む。ストラップ３０６は、使用中に空気透過性本体３０３がユーザの顔へのシールを形成するのに役立つ。いくつかの実施形態では、使用中にユーザの鼻へのシールを強化するために、屈曲可能なノーズストリップ３０４が設けられている。フィルタ材料３０２は、使用時にユーザ３５０に面する近位面３１２と、ユーザ３５０から離れた側に面しており、ろ過されていない空気に曝される遠位面３１０と、を含む。ブロワ３０８は、チューブ３０９によって、フィルタ材料３０２の遠位面３１０上の開口部３０７に取り付けられている。ブロワ２０８は、吸気口３２０と排気口３２２との間に延在する空洞部（lumen）３１８を含む筐体３１６を備える。交換可能なフィルタ３１４ａは、排気口３２２と、チューブ３０９の遠位端部と、に係合されており、交換可能なフィルタ３１４ｂは、吸気口３２０に係合されている。二重フィルタ設計は、フィルタ３１４ａにおけるろ過を維持しながらフィルタ３１４ｂを交換することを促進する。ファン３２４は、空洞部３１８内に配置されると共に、ろ過された空気をユーザ３５０に届けるために、フィルタ３１４ｂを通じてろ過されていない空気を引っ張ると共に、フィルタ３１４ａ及びチューブ３０９を通って近位方向に、ろ過された空気をユーザ３５０へ向けて押すように構成される。ブロワ３０８は、電源３２６によって給電することができる。いくつかの実施形態では、ブロワ３０８は、コントローラ３２８によって起動及び変調され得る。

図６を参照すると、１つの実施形態によるモジュール式人工呼吸器システム４００が示されている。モジュール式人工呼吸器システム４００は、ブロワ４０８と連結されたフェイスマスク４０１を備える。フェイスマスク４０１は、粒子をろ過するように設計されたフィルタ材料４０２から作られた空気透過性本体４０３を含む。ストラップ４０６は、使用中に空気透過性本体４０３がユーザの顔へのシールを形成するのに役立つ。いくつかの実施形態では、使用中にユーザの鼻へのシールを強化するために、屈曲可能なノーズストリップ４０４が設けられている。フィルタ材料４０２は、使用時にユーザに面する近位面４１２と、ユーザから離れた側に面しており、ろ過されていない空気に曝される遠位面４１０と、を含む。遠位面４１０は、近位面４１２を通って延在する開口部４０７を有する。開口部４０７は、互換性のある係合部４１６に解放可能に取り付けるように構成された係合部４１６を含む。例示的な係合部４１６は、ねじ込み係合、ツイストロック係合、摩擦嵌合係合、磁気係合、スロット付き係合、クランプ係合等を含むが、これらに限定されない。係合部４１６は、Ｏリング、ゴムフラップ、又は、気密性を高めると共に、ろ過されていない空気の進入を防ぐように構成された他の機構によって補われてもよい。

フェイスマスク４０１は、係合部４１６に取り付け可能な任意の適切なモジュールを受け入れることができる。例えば、少なくとも１つのフィルタ４１４と、チューブ４０９の遠位端部に配置された係合部４１６を有するチューブ４０９と、を有するブロワモジュール４０８は、本明細書の他の部分で説明したように、サブピーク吸気流量を提供するために、フェイスマスク４０１の開口部４０７に解放可能に取り付けることができる。もう１つの例では、係合部４１６を有する一方向弁モジュール４１８は、フェイスマスク４０１への受動的な呼気バルブを提供するために、開口部４０７に解放可能に取り付けることができる。

図７を参照すると、１つの実施形態による人工呼吸器システム５００が示されている。人工呼吸器システム５００は、複数のエアチューブ５０６と、Ｙコネクタ５０８と、少なくとも１つのチューブアダプタ５１０と、によってファンユニット５０４と連結されたフェイスマスク５０２を備えている。ファンユニット５０４は、（約１５０ｍｍ×約６０ｍｍ×約４５ｍｍといった）便利なサイズを有する、携帯可能な軽量ユニット（約３００ｇ）である。フェイスマスク５０２は、粒子をろ過するように設計されたフィルタ素材から作られた空気透過性本体を含む。様々な実施形態では、フェイスマスク５０２は、本明細書の他の部分で説明したように、内側シール、ストラップ、屈曲可能なノーズストリップ等を含むが、これらに限定されない、ユーザに対するフィット感とシールを高めるための１つ又は複数の様々な特徴を含む。フェイスマスク５０２のフィルタ材料は、使用時にユーザに面する近位面と、ユーザから離れた側に面しており、ろ過されていない空気に曝される遠位面と、を含む。ろ過されていない空気は、ファンユニット５０４へ吸い込まれ、ろ過されると共に、ろ過された空気は、エアチューブ５０６を通じてフェイスマスク５０２へ向けて吹き込む。エアチューブ５０６は、約１３ｍｍの直径及び約５００ｍｍから約８００ｍｍの間の長さといった、何らかの所望する寸法を有することができる。いくつかの実施形態では、ろ過された空気は、エアチューブ５０６を通じてファンユニット５０４から直接吹き込むと共に、単一のチューブアダプタ５１０を通ってフェイスマスク５０２へ入る。いくつかの実施形態では、Ｙコネクタ５０８は、２つのチューブアダプタ５１０を通じて、ろ過された空気の２つの流れをフェイスマスク５０２へ方向付けるために、エアチューブ５０６と遠位端部において連結されると共に、追加エアチューブ５０６と２つの近位端部において連結されており、空気は、ユーザの顔の両側に均等に分布する。いくつかの実施形態では、フェイスマスク５０２は、各チューブアダプタ５１０と係合する入口ポートを備える。いくつかの実施形態では、フェイスマスク５０２は、任意のフェイスマスクであってよく、ここで、チューブアダプタ５１０は、クリップ又はねじ継手といった固定機構によって、ユーザから離れた側に面している遠位面に取り付けられる。

ここで、図８を参照すると、ケーシング５１２と、カバー５１４と、空気排気口５２４と、電源５２８と、調整スイッチ５３０と、クリップ５３４と、を備えるファンユニット５０４の外観が示されている。電源５２８は、充電ポート５３２などを介する再充電可能な電源とされてよい。電源５２８は、４０００ｍＡｈ又はそれ以上のレンジといった、拡張使用のための高容量を有してもよい。いくつかの実施形態では、ファンユニット５０４は、調整スイッチ５３０によって起動されると共に、ファン速度が調整されてもよい。図９において見ることができるように、カバー５１４を取り外すことによって、交換可能なフィルタ５１６を明らかにする。フィルタ５１６は、約９５％、約９９％、約９９．９７％、又は、それ以上の評価といった、任意の所望のフィルタ効率評価を有することができる。いくつかの実施形態では、フィルタ５１６は、空気漏れを防ぐために、外縁にエラストマーガスケット５１８を備えており、ろ過されていない空気は、フィルタ５１６を確実に通過する。いくつかの実施形態では、フィルタ５１６は、フィルタトレイ又はカートリッジの中に置かれており、フィルタトレイ又はカートリッジは、外縁にエラストマーガスケット５１８を備える。図１０及び図１１に示されるように、ろ過されていない空気は、ろ過された空気になるために、ファン５２２によって、カバー５１４及びフィルタ５１６を通じて吸い込まれる。ろ過された空気は、吸気口５０４を通じて吸い込まれ、隙間５２６を経由してファン５２２とケーシング５１２との間を通過する。隙間５２６は、最適な空気流量及びノイズ低減のために約４ｍｍから６ｍｍの間のスペースといった、任意の適切な距離とされてよい。空気は、吸気口５０４に対して側部入口ポートからファンユニット５０４に入ることも理解されるべきである。いくつかの実施形態では、側部入口ポートは、吸気口５０４が面する方向に対して直交する方向に面している。空気の側部流入経路は、風圧抵抗及びノイズを低減するための複数の空気ダクトの使用を許容し、フィルタの表面積を大きくすることも許容する。呼吸抵抗は１８０Ｐａ未満とすることができ、モーター、ファン及び風のノイズの組み合わせは、ユーザにとって５０ｄｂ未満かつ約１ｍの距離において６０ｄｂ未満とすることができる。ファン５２２に到達した後、上述のように、ろ過された空気をユーザに届けるために、エアチューブ５０６を経由して、フェイスマスク５０２へ導かれるように、ろ過された空気は、排気口５２４を通じて吹き出される。

本明細書において引用されている、各々及び全ての特許、特許出願及び刊行物の開示は、その全体が、参照によって本明細書に組み込まれる。特定の実施形態の参照を伴って本発明を開示してきたが、本発明の別の実施形態及び変形が、本発明の真の精神及び範囲から逸脱することなく当業者によって考案され得ることは明白である。

Claims (20)

1. 人工呼吸器システムであって、
   近位面と、遠位面と、開口部と、を有するフィルタ材料を備えた空気透過性本体を有するフェイスマスクと、少なくとも１つのフィルタを有するブロワユニットと、を備えており、
   前記空気透過性本体は、ユーザが着用したときに、該ユーザの鼻と口を覆うための前記近位面を構造的に構成しており、
   前記ブロワユニットは、チューブによって前記空気透過性本体の前記開口部と連結されると共に、前記チューブを通じてろ過された空気のサブピーク吸気流量を発生するように構成されている、人工呼吸器システム。
2. 前記ブロワは、前記フィルタ材料を通じてサブピーク吸気流動率だけを発生するように構成されている、請求項１に記載の人工呼吸器システム。
3. フィルタは、前記ブロワユニットの近位かつ前記チューブの遠位に取り付けられている、請求項１に記載の人工呼吸器システム。
4. フィルタは、前記ブロワユニットの遠位に取り付けられている、請求項１に記載の人工呼吸器システム。
5. 第１のフィルタは、前記ブロワユニットの遠位に取り付けられており、第２のフィルタは、前記ブロワユニットの近位かつ前記チューブの遠位に取り付けられている、請求項１に記載の人工呼吸器システム。
6. 前記チューブは、前記開口部から取り外し可能であり、かつ、一方向弁に取換え可能である、請求項１に記載の人工呼吸器システム。
7. 前記ブロワは、毎分約１Ｌから毎分約１５０Ｌの間のサブピーク吸気流量を発生するように構成されている、請求項１に記載の人工呼吸器システム。
8. 圧力センサをさらに備える、請求項１に記載の人工呼吸器システム。
9. 前記ブロワは、ピーク吸気流量、平均吸気流量及び瞬間吸気流量によって構成されたグループから選択されたユーザの吸気流量の間に、前記圧力センサによって計測された空気圧の関数として設定された速度を有する、請求項８に記載の人工呼吸器システム。
10. 前記ブロワの速度設定は、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％及び９０％からなるグループから選択された、ユーザのピーク吸気流量の間に計測された負の空気圧の絶対値のパーセンテージである、前記フェイスマスク内の空気圧を調整するように設定されている、請求項９に記載の人工呼吸器システム。
11. 前記ブロワの速度設定は、前記フェイスマスク内の空気圧を、正味の負の空気圧を維持する間のユーザのピーク吸気流量において計測された負の空気圧よりも小さい、事前に設定された量に調整するように設定されており、事前に設定された量は、マイナス０．１ｃｍＨ_２Ｏ、マイナス１ｃｍＨ_２Ｏ、マイナス２ｃｍＨ_２Ｏ、マイナス３ｃｍＨ_２Ｏ、マイナス４ｃｍＨ_２Ｏ及びマイナス５ｃｍＨ_２Ｏによって構成されたグループから選択されている、請求項９に記載の人工呼吸器システム。
12. 前記ブロワの速度設定は、約マイナス０．１ｃｍＨ_２Ｏの空気圧の下限を提供するように設定されている、請求項１１に記載の人工呼吸器システム。
13. 前記開口部の周りの前記空気透過性本体の前記近位面に取り付けられたインナシールをさらに備えており、前記インナシールは、着用したときに、ユーザの口及び鼻の周りの気密シールを形成するように構成された実質的な円形状を有する、請求項１に記載の人工呼吸器システム。
14. 前記空気透過性本体の前記近位面に取り付けられたアウタシールをさらに備えており、前記アウタシールは、着用したときに、ユーザの顔の周りの気密シールを形成するように構成された前記空気透過性本体に沿った外周を形成する、請求項１に記載の人工呼吸器システム。
15. 人工呼吸器システムであって、
    近位面と、遠位面と、開口部と、を有するフィルタ材料を備えた空気透過性本体を有するフェイスマスクと、少なくとも１つのフィルタを有するファンユニットと、を備えており、
    前記空気透過性本体は、ユーザが着用したときに、該ユーザの鼻と口を覆うための前記近位面を構造的に構成しており、
    前記ファンユニットは、チューブによって前記フェイスマスクと連結されると共に、前記チューブを通じて、毎分約３０Ｌから毎分約６０Ｌの間のろ過された空気の吸気流量を発生するように構成されている、人工呼吸器システム。
16. 遠位端部と、２つの近位端部と、を有するＹコネクタをさらに備えており、前記遠位端部は、前記チューブと連結されると共に、前記２つの近位端部は、前記フェイスマスクと連結された追加チューブとそれぞれ連結された、請求項１５に記載の人工呼吸器システム。
17. 前記ファンユニットは、外側入口ポートと、内側吸気口と、を備えており、前記外側入口ポートは、前記内側吸気口の開口部よりも大きい開口部を有する、請求項１５に記載の人工呼吸器システム。
18. 前記外側入口ポートは、前記内側吸気口が面する方向に対して直交する方向に面する、請求項１７に記載の人工呼吸器システム。
19. 前記フィルタは、前記外側入口ポートの前記開口部と実質的に同じ大きさを有する、請求項１７に記載の人工呼吸器システム。
20. 前記フィルタは、外縁にエラストマーガスケットを備える、請求項１７に記載の人工呼吸器システム。

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