JP2023506608A - 可搬人工呼吸器 - Google Patents

Abstract

可搬酸素送給システムは、ハウジングを有する酸素濃縮器と、ハウジングの内部に搭載された圧縮機と、ハウジング内に配置されて圧縮機と流体接続している篩モジュールであって濃縮酸素を生成するために圧力変動吸着プロセスを通じて空気から窒素を除去するためのゼオライトを含む篩モジュールと、ハウジングに取り付けられた電源と、圧力変動吸着プロセスを電子的に制御するための酸素コントローラデバイスとを含む。可搬酸素送給システムは、好ましくは、送風機ハウジング、送風機ハウジングの内部に搭載された送風機モータ、送風機モータに接続された送風機ファン、送風機ハウジングに取り付けられた第２の電源、及び送風機を電子的に制御するための送風機コントローラデバイスを有する、酸素濃縮器と流体接続された送風装置をさらに含む。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は２０２０年３月１３日出願の米国仮特許出願第６２／９８９１５９号、発明の名称「Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｖｅｎｔｉｌａｔｏｒ」の利益を主張し、その内容全体がその全体において参照によりここに取り込まれる。

世界保健機関（「ＷＨＯ」）によると、世界で２億５千万（２５０，０００，０００）人以上が慢性閉塞性肺疾患（「ＣＯＰＤ」）及び他の肺障害に罹患している。中等症から重症のＣＯＰＤの患者は、通常は、その血中酸素濃度を上昇させるために酸素補給を処方される。慢性呼吸不全の患者に長期にわたって酸素を投与することで、患者の血流における酸素が正常以下又は低濃度となる重篤な安静時低酸素血症の患者の生存率が上昇することが示されている。

酸素補給は、過去では従来的な加圧酸素シリンダによって供給され、より最近ではゼオライトの使用及び圧力変動吸着法といわれるプロセスを通じて通常のすなわち周囲空気から９０パーセント（９０％）以上の純度の酸素を生成する酸素濃縮器デバイスによって供給されている。そのような酸素濃縮器デバイスの例は、特許文献１、発明の名称「Ｕｌｔｒａ Ｒａｐｉｄ Ｃｙｃｌｅ Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｏｘｙｇｅｎ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ」に記載されている。

可搬的な酸素補給によって、患者は、可搬酸素濃縮器を携帯しながら移動可能となり、患者の運動を促進することによって運動の更なる利益を受けることが可能となる。しかし、ＣＯＰＤは、多くの肺疾患と同様に進行性の疾患である。患者は通常、長期にわたり、適切な血中酸素飽和度を維持するのにより多くの酸素を必要とすることになる。より多くの酸素が必要となるので、酸素濃縮器は通常、患者に必要とされる高濃度の酸素を生成するための、より大型かつ高重量のサイズを必要とする。残念ながら、より低濃度の濃縮酸素又は未濃縮酸素と比べた場合、高濃度の酸素は、より乾燥し、患者の気道に対してより強い刺激を引き起こす傾向にある。

最近の研究は、特定の患者については、非侵襲的な人工呼吸器が、パルス投与及び連続フローの双方において、酸素濃縮器と比べて高い吸入酸素濃度（「ＦｉＯ_２」）及び増加した一回呼吸量を生成可能であることを示した。非特許文献１を参照する。ＭｃＣｏｙの研究では、Ｂｒｅａｔｈｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．による非侵襲的開放換気療法（「ＮＩＯＶ」）システムは、その研究で使用された酸素濃縮器よりも高いＦｉＯ_２及び高い一回呼吸量を提供した。ＮＩＯＶシステム及びその後継製品ＬｉｆｅＡｉｒ２０００は、準可搬人工呼吸器製品である。そのような人工呼吸器は、真に可搬であるためには、長い期間にわたって非電気的に繋がれることができ、かつバッテリなどの可搬の電源を介して必要な空気及び酸素の量及び濃度を生成することができなくてはならない。

種々の肺疾患の背景
ＣＯＰＤは、進行性肺疾患のグループである。最も一般的なものは、肺気腫及び慢性気管支炎である。ＣＯＰＤを患う多くの人は、その状態の両方を有する。肺気腫は肺の気嚢を徐々に破壊し、それは吐出気流を阻害する。気管支炎は気管の炎症及び狭小化を引き起こし、それにより粘液が蓄積する。

ＣＯＰＤの主な原因は、喫煙である。化学的刺激物への長期の曝露も、ＣＯＰＤを引き起こすことがある。これは、通常は発症するのに長期を要する疾患である。診断は、通常は撮像検査、血液検査及び肺機能検査を伴う。

ＣＯＰＤは治癒するものではないが、処置はその症状を軽減し、合併症の可能性を低減し、ＣＯＰＤ患者の生活の質を概ね改善することに役立ち得る。投薬、酸素補給療法、及び外科手術は、症状を軽減するのに利用される処置の一部の形態である。処置されないＣＯＰＤは、疾患、心臓の問題及び悪化する呼吸器感染症の一層速い進行をもたらすことになる。米国では約３千万人がＣＯＰＤであると推定される。その半数もが、それを罹患していることに気付いていない。

ＣＯＰＤは、先進国における通院の主な原因である。米国では、ＣＯＰＤは、大量の救急外来及び入院の理由となっている。２０００年には、ＣＯＰＤに関連する７０万（７００，０００）件以上の入院及び約１５０万（１，５００，０００）件の救急外来があった。肺癌を患う人の間では、４０～７０パーセント（４０～７０％）がＣＯＰＤも患っている。

米国では毎年約１２万（１２０，０００）人がＣＯＰＤで死亡している。これは、米国では３番目に多い死亡原因である。毎年、男性よりも女性の方が多くＣＯＰＤで死亡している。ＣＯＰＤと診断される患者数は２０１０年から２０３０年までに１５０パーセント（１５０％）以上増加するものと予測されている。その増加の多くは、高齢化に起因し得る。

ＣＯＰＤとともに起こる肺損傷は、それが極めて重篤な場合には低酸素症を引き起こすことがある。ＣＯＰＤは、それが酸素濃度を阻害する場合には身体に悪影響を及ぼし得る。低酸素症が大きく進行すると、それは障害及び死をもたらすことがある。

酸素は、肺組織から肺胞、すなわち、気嚢を通じて血中に入る。そして、酸素供給された血液は、肺を出て体内を循環して他の組織に移動する。生体臓器及び器官、特に脳及び心臓は、生存するのに充分な酸素を必要とする。ＣＯＰＤは、肺の気嚢を損傷し、そのプロセスを阻害する。損傷が臨界点に達すると、人は低酸素症を発症し得る。低酸素症は、血液が充分な酸素を肺の気嚢に送給しない場合に起こる。

人体は、通常よりも低い酸素濃度に対処するように適合することができる。ただし、ＣＯＰＤを患う人では、肺における低酸素症は、酸素濃度が極めて低くなることを意味する。酸素濃度が極めて低い濃度に達すると、身体の臓器は充分な酸素を得ることができず、損傷及び傷害を発症し始める。これは、低酸素血症として知られている。

低酸素症及び低酸素血症は、いくつかの状態を例示すると、神経認知機能障害、肺高血圧症、二次性多血症、骨格筋機能障害及び全身性炎症など、他の状態をもたらすこともある。

神経認知機能障害について。低酸素症は、脳及び神経細胞に傷害を引き起こすことがある。低酸素症は、脳機能及び思考プロセスの変化を誘発し得る。ＣＯＰＤが脳酸素濃度を大きく低下させると、それは脳が生み出す神経伝達物質数を低下させることにもなる。神経伝達物質は、確実に脳及び神経系の異なる部分を相互に通信可能とする化学的メッセンジャーである。これらの神経伝達物質を生み出してそれらが正しく機能することを確実にするためには充分な酸素が不可欠となる。

肺高血圧症について。通常、右心系が低酸素血液を肺に送り込む。それが肺に到達すると、血液は吸気から酸素を取り出すことができる。そして、酸素供給された血液は左心系に戻り、左心系はそれを全身に送り込む。ＣＯＰＤを患う人は、血液を右心系から肺に移送する動脈の炎症を経験することがある。この炎症によってこれらの動脈の圧力が高くなり、これは肺高血圧症としても知られている。このように圧力が高くなるということは、右心系が血液をそれらの動脈を通じて送り込むのにより大きな負担で動作しなければならないことを意味する。心臓の過剰な動作は、心臓に損傷を引き起こし、それを弱めることになる。

二次性多血症について。二次性多血症は、ＣＯＰＤに起因する慢性低酸欠乏に対する身体の反応である。身体は、より多くの酸素を輸送するために余剰な赤血球を生成し始める。血球が余剰であるということは、血液がより凝固し易くなることを意味する。ＣＯＰＤを患う人において、この状態は、異常な心律動、入院の長期化及び呼吸器系合併症の増加といったリスクも増加させ得る。

骨格筋機能障害について。ＣＯＰＤがより末期となった人は、肉体的運動及び活動にかかわることが難しくなることがある。結果として、彼らの筋肉は衰え始める。衰えた筋肉は疲弊し易くなり、ＣＯＰＤを患う人が運動するのは難しくなる。運動不足又は運動ができないことによって、ＣＯＰＤを患う患者の多くの状態が悪化することになる。

全身性炎症について。酸素の慢性的な欠乏は、身体の組織における炎症を引き起こすことになり、それはいくつかの状態をもたらし得る。その例はアテローム硬化症を含み、それにより動脈が硬化する。アテローム硬化症により、心疾患、心臓発作及び脳卒中のリスクが増加する。

人がＣＯＰＤに起因する重篤な低酸素血症を患うと、医師は通常は酸素療法を推奨することになる。酸素療法は、鼻孔に合う小型の柔軟なチューブ又は鼻腔カニューレを通じて余剰酸素を吸い込むことを伴う。オープンアクセス科学誌ＰＬＯＳ Ｏｎｅにおける２０１９年の研究によると、長期の酸素療法は、ＣＯＰＤフレアを減少させて肉体的活動への耐性を増加させることによって、ＣＯＰＤ低酸素血症を患う人の生活の質を改善し得る。

現在の研究は、重篤なＣＯＰＤを患う個人が酸素治療から最も恩恵を受ける可能性があることを示している。ただし、ＣＯＰＤを患う全ての人が酸素補給の良い対象というわけではない。医師が酸素療法を慎重に処方して綿密に監視することが望ましい。過剰な酸素は、二酸化炭素濃度を増加させ得る。ＣＯＰＤを患う人には運動が難しい場合があるものの、肉体的活動は中等症のＣＯＰＤを患う人の肺の酸素摂取を改善し、彼らの呼吸パターンを改善することになる。ただし、より末期の低酸素症を患う者にとっては、どのような量の肉体的活動であっても困難なものとなり得る。

ＣＯＰＤに加えて、酸素補給によって処置される他の疾患は、肺線維症、肺炎、嚢胞性線維症、重症急性呼吸器症候群コロナウイルス（ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２又はＣＯＶＩＤ－１９）及び睡眠時無呼吸症候群を含む。

呼吸器系の背景
海面位における男性の平均的な総肺気量は約６リットル（６Ｌ）であり、女性については約４．２リットル（４．２Ｌ）である。体格が大きくかつ体力のある人及びより高い標高に住む人は、通常はより大きな総肺気量を有する。一回呼吸量、すなわち、両性別について、安静時呼吸中に肺に出入する空気の体積は、平均約５００ミリリットル（５００ｍＬ）である。

空気は、ガスの混合物であり、主に窒素（Ｎ_２、７８．６パーセント）、酸素（Ｏ_２、２０．９パーセント）、水蒸気（Ｈ_２Ｏ、０．５パーセント）及び二酸化炭素（ＣＯ_２、０．０４パーセント）である。身体において、酸素が身体組織の細胞によって使用され、二酸化炭素が老廃物として生成される。酸素消費量に対する二酸化炭素生成量の比は、呼吸商（「ＲＱ」）である。ＲＱは、通常は１０分の７～１（０．７～１．０）の間で変化する。

空気混合物の各ガス成分が、圧力を及ぼす。混合物における個々のガスの圧力は、そのガスの分圧である。上記のように、大気の約２１パーセント（２１％）が酸素である。一方、二酸化炭素は、相対的に少量、約０．０４パーセント（０．０４％）である。したがって、酸素の分圧は、二酸化炭素の分圧よりも大幅に高い。

ＲＱは、肺内の肺胞空間内の酸素の分圧、肺胞の酸素分圧（「ＰＯ_２」）を計算するのに使用される。

肺の構造は、ガス拡散を増加させるようにその表面積を最大化する。肺胞は多数であるため（ヒトの各肺あたり約３億（３００，０００，０００）個）、肺の表面積は非常に大きく、約７５平方メートル（７５ｍ^２）である。そのような大きな表面積を有することで、肺の内外に拡散可能なガスの量が増加する。

肺内において、酸素は、肺胞から拡散して肺胞を囲む毛細血管内に拡散する。酸素（約９８パーセント（９８％））は、赤血球（ＲＢＣ）に見られる呼吸器の色素ヘモグロビンに可逆的に結合する。ＲＢＣは、酸素がヘモグロビンから解離して組織の細胞内に拡散する組織に酸素を搬送する。より具体的には、肺胞のＰＯ_２（「Ｐ_ａｌｖＯ_２」）は、毛細血管内の血液のＰＯ_２（４０ｍｍＨｇ）よりも肺胞内で高い（Ｐ_ａｌｖＯ_２＝１００ｍｍＨｇ）。この圧力勾配が存在するために、酸素はその圧力勾配を下方に拡散し、肺胞を出て、Ｏ_２がヘモグロビンに結合する毛細血管の血液に入る。同時に、肺胞の二酸化炭素の分圧（「ＰＣＯ_２」）は、血液のＰＣＯ_２＝（４５ｍｍＨｇ）よりも低いＰ_ａｌｖＯ_２＝４０ｍｍＨｇである。ＣＯ_２は、その圧力勾配を下方に拡散し、毛細血管を出て肺胞に入る。

増加した分圧の酸素を吸い込むと高酸素症となり、すなわち、身体組織内の酸素が過剰となる。高酸素血症は、患者がその血流中に過剰な二酸化炭素（ＣＯ_２）を有する場合に起こる。過剰なＣＯ_２は通常、低換気の結果として、又は適切に呼吸して酸素を肺に取り込むことができない結果として起こる。肺線維症などの慢性収縮性疾患、乳幼児呼吸窮迫症候群及び気胸は、肺気量の低下を引き起こす。喘息のような慢性閉塞性疾患ＣＯＰＤ及び肺気腫は肺容量の減少をもたらさないが、流速が阻害される。

ヒトから呼出されるガスは、約４～５体積パーセント（４～５％）の二酸化炭素であり、吸気量の約百（１００）倍の増加となる。酸素の体積は、吸入される酸素と比較して少量である４～５パーセント（４～５％）だけ減少する。

標準的な呼気

平均的な成人男性の平均肺気量及び容量は、以下の通りである。

患者の血中酸素飽和度を上昇させる際に酸素補給よりも人工呼吸器の方が良い１つの理由は、患者の吸気能力及び彼らの肺の酸素及び二酸化炭素の交換／伝達の有効性に関係する。

図１６は、周囲空気、動脈血及び静脈血の酸素及び二酸化炭素の分圧など、標準的なヒトの肺循環系を示す模式図である。患者の吸気能力が低い場合、酸素補給を通じて酸素濃度を上昇させることは肺の酸素及び二酸化炭素の交換を改善するが、適切なガス交換に必要な圧力を与えるには一回呼吸量が充分とはならないので、二酸化炭素を呼出することが患者には困難となる可能性がある。ヘンリーの法則により、液体中のガスの溶解性は、溶液の表面上の当該ガスの圧力に正比例する。これは、呼気終末陽圧（「ＰＥＥＰ」）を増加させるとシステムの圧力が増加する点で、機械的又は非侵襲的な人工呼吸器にも当てはまる。これは、同様に、酸素の溶解性及び肺胞毛細血管膜を通過して血中の酸素含有量を増加させるその能力を増加させる。

表３は、様々な酸素補給レベルにおける様々な一回呼吸量の患者について、酸素濃度の測定値を反映する。

ＰＥＥＰは、機械的な人工呼吸器と併せて使用される治療法のモードである。機械的又は自然の呼気の終了時に、ＰＥＥＰは、肺の受動的な排気動作に対抗する圧力をかけることによって患者の大気レベル以上の気道圧を維持する。この圧力は通常、呼気の終了時に陽圧流量を維持することによって達成される。この圧力は、水柱センチメートルで測定され得る。

ＰＥＥＰ療法は、正常呼気の終了時に肺に残存するガスの体積である機能的残気量（「ＦＲＣ」）の急激な低下をもたらすびまん性肺疾患を患う患者に使用される場合に有効となり得る。ＦＲＣは、主に肺及び胸壁の弾性特性によって特定される。ＰＥＥＰは通常、急性呼吸不全症候群（「ＡＲＦＳ」）に対して利用されて、与えられている酸素濃度を低下させる。外因性ＰＥＥＰが、酸素化を増加させるのに使用されてもよい。

外因性ＰＥＥＰは、換気－血流（「ＶＱ」）不均衡を改善するのにも使用され得る。気道内への陽圧の付与は、虚脱する可能性があった気道を開き、又は「スプリントする」ことができ、無気肺を減少させ、肺胞換気を改善し、一方でＶＱ不均衡を減少させる。

したがって、外因性ＰＥＥＰの付与は、酸素化における直接の影響及び換気に対する間接的な影響を有することになる。気道を開くことによって、肺胞表面が増加し、より多くのガス交換のための面積を生成し、換気をいくらか改善する。それでもなお、外因性ＰＥＥＰは、換気量を増加させるという唯一の目的のために使用されるべきではない。患者が換気の改善によってＣＯ_２を一掃する必要がある場合、患者は、二相性気道陽圧（「ＢＰＡＰ」）又は侵襲的換気のいずれかを介して、換気のためにある程度の圧力補助を受けるべきである。

外因性ＰＥＥＰはまた、呼吸の動作を大幅に軽減する。これは、低コンプライアンスの硬化した肺に対して特に重要である。低コンプライアンスの挿管患者において、呼吸動作は、彼らの総エネルギー消費量の重要な部分（３０パーセント（３０％）まで）となり得る。これによりＣＯ_２及び乳酸産生が増加し、その両方とも、それ自体、問題となり得る。呼吸動作を軽減することによって、ＣＯ_２及び乳酸産生が減少して（高炭酸症及びアシドーシスを修正する）高い分時換気量の必要性を減少させ、それにより、正効果ループにおいて、呼吸ドライブを低減させ、患者が必要とする呼吸動作をさらに減少させる。Ｃａｒｐｉｏによる記事「Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｅｎｄ－Ｅｘｐｉｒａｔｏｒｙ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ」は、ＰＥＥＰを記載し、換気を必要とする患者の介護に関するＰＥＥＰの使用の適応、禁忌、合併症及び他の要素を考察している。

外因性ＰＥＥＰの使用は手際を要するものであり、それは有益なものとなり得るが、充分な臨床的意義に導かれる必要がある。動的な気流の閉塞の場合、特に肺胞の虚脱があるＣＯＰＤでは（ただし、これは気道の炎症はあるが必ずしも気道の虚脱がない喘息を含まない）、外因性ＰＥＥＰの付与は、気道をスプリントして開くことになり、このように空気が肺胞嚢から洗い流されることを可能とし、内因性ＰＥＥＰを減少させる。外因性ＰＥＥＰはまた、適切な設定において呼吸動作を軽減させることになる。それでもなお、外因性ＰＥＥＰの付与は、動的な気流の閉塞がない患者におけるように、誤った設定において付与されると、空気が肺から出るのを阻害する背圧を生成することになり、エアトラッピングを悪化させてしまう。外因性ＰＥＥＰは最初に内因性ＰＥＥＰに付加されて胸腔内圧を増加させることを理解することも重要である。使用時に、外因性ＰＥＥＰを内因性ＰＥＥＰの７５～８５パーセント（７５～８５％）以下に維持することが推奨される。ここでも、内因性ＰＥＥＰを処置するのに外因性ＰＥＥＰを使用することは、それが全患者に対して有益となるわけではなく他者にとっては有害となるので、強力な臨床的意義によって推進される。内因性ＰＥＥＰにおける外因性ＰＥＥＰの効果を評価する現実的な方法は、小さな増分の外因性ＰＥＥＰを付与して肺内の静圧を確認することである。静圧が増加しない場合には外因性ＰＥＥＰの付与は患者に有益となり得るが、圧力が増加する場合、このストラテジーを見直す時である。

呼吸器処置デバイスを設計する際の他の要素は、呼吸は動的なものであり、呼吸数及び継続期間の双方とも活動とともに変化することを理解することである。酸素及び一回呼吸量アシストは、通常は患者の要件に相関する。表４は、標準的なＣＯＰＤ患者の呼吸パターンを示す。

酸素補給を必要とする患者を処置する場合、ＣＯＰＤ患者と比較して非ＣＯＰＤ患者に必要とされる血中酸素飽和度は異なることを理解することが重要である。非ＣＯＰＤ患者については、呼吸器療法士は、９４～９８パーセント（９４～９８％）の間の飽和度を目標とすべきである。過去に実施されていたであろうものに反して、過剰な酸素は有害となり得る。患者が１００パーセント（１００％）の酸素の飽和度を有する場合、酸素の量は、それが酸素の高い分圧を生成するので、低減されるべきである。

ＣＯＰＤを患う患者は、その目標として８８～９２パーセント（８８～９２％）の飽和度を有しているべきである。より低い酸素飽和度を目標とする理由は、ＣＯＰＤ患者は通常は過剰なＣＯ_２を保持するからである。ＣＯ_２を保持してしまう理由は、気管支拡張症若しくは嚢胞性線維症などの重篤な閉塞性肺疾患、又は神経筋疾患、重篤な脊柱管狭窄症及び高度肥満によって引き起こされるものなどの重篤な肺拘束性疾患を含む。

ＣＯＰＤを患う患者は、そのガス交換を低酸素性血管収縮によって最適化して肺胞換気－血流比率（「Ｖ／Ｑ」）の改良をもたらす。過剰な酸素投与がこれを上回ると、換気不足の肺胞に血流の増加をもたらし、Ｖ／Ｑ不均衡を増加させ、したがって生理学的死腔を増加させる。このＶ／Ｑ不均衡の増加は、ＣＯ_２保持者及び非保持者の両方で起こるが、特定の患者において差異がより顕著となるように見える。過剰な酸素がＣＯＰＤ患者に対して有害となり得る他の理由は、ホールデイン効果に起因する。脱酸素化ヘモグロビン（Ｈｂ）は、酸素化ヘモグロビン（ＨｂＯ_２）よりも高い親和性でＣＯ_２と結合する。したがって、酸素は、ＣＯ２解離曲線の右側へのシフトを含み、これをホールデイン効果という。分時換気量も増加させることができない重篤なＣＯＰＤを患う患者において、ホールデイン効果は、Ｏ_２投与に起因する総ＰａＣＯ_２の増加のうちの約２５パーセント（２５％）を占める。

酸素送給
過剰な酸素を供給することなく、増加した酸素流量及び圧力を送給してＰＥＥＰを生成する１つの方法は、ベンチュリーマスク又は鼻腔カニューレを使用することである。

標準的な低流量酸素システムは、多くの場合、患者の総分時換気量未満の補充酸素しか提供しない。これは、患者の分時換気量が流量を超え、デバイスによって送給される酸素が周囲空気で希釈され、結果として吸入酸素送給量が想定未満となるからである。低流量酸素送給システムは、鼻腔カニューレ、鼻腔カテーテル及び経気管カテーテルからなる。

標準の鼻腔カニューレは、毎分１～８リットル（１～８ＬＰＭ）の範囲の供給流量において２４～４４パーセント（２４～４４％）のＦｉＯ_２を送給する。一般式は、ＦｉＯ_２＝２０パーセント（２０％）＋（４×酸素リットル流量）である。ＦｉＯ_２は、呼吸数、一回呼吸量及び病態生理学に影響される。吸気流が遅いほどＦｉＯ_２は高くなり、吸気流が速いほどＦｉＯ_２は低くなる。送給される酸素の割合は呼吸困難時には非常に一貫しなくなるので、急性の重篤な低酸素血症、又は過度に高い酸素濃度が呼吸抑制をもたらし得る低酸素ドライブにおいて呼吸する患者については、鼻腔カニューレは推奨されない。鼻腔カニューレは、酸素の外部貯留部を利用せず、患者の上気道を酸素貯留部として利用する。毎分約４リットル（４ＬＰＭ）よりも高い流量については、乾燥吸入ガスの加湿を確実にするのに加湿デバイスが推奨される。湿度があっても、毎分６～８リットル（６～８ＬＰＭ）の追加流量が、鼻腔の乾燥及び出血を引き起こすことがある。鼻腔カニューレの最良の臨床適応は、比較的安定した呼吸パターンを有する患者、低い酸素割合を必要とする患者、又は手術若しくは診断の処置中に酸素補給を必要とする患者に対するものであり、又は慢性期在宅介護に対するものである。

鼻腔カテーテルは、先端に複数の孔を有する軟質ペーストチューブである。鼻腔カテーテルは、鼻孔に挿入され、通常は８時間毎に交換される必要がある。鼻腔カテーテルデバイスは、特定の状況では鼻腔カニューレに置き換えられていたが、口腔又は鼻腔の処置を受けている患者に使用されてもよい。

経気管カテーテルは、酸素を気管内に直接送給する。ガス交換を促進し、高流量の酸素を供給するウォッシュアウト及び貯蔵効果がある。高流量経気管カテーテルは、慢性的酸素ユーザにおける呼吸の動作を軽減するとともにＣＯ_２の除去を増量し得る。経気管酸素療法は、気管及び喉頭における酸素貯留部を生成することによって酸素送給の効率を向上する。結果として、平均酸素節約量は、安静時には約５０パーセント（５０％）、運動時には約３０パーセント（３０％）となる。経気管酸素は、肺胞換気量をわずかに増加させつつ、死腔換気量及び吸入分時換気量を減少させ、呼吸の酸素使用量の低減をもたらし得る。結果として、このデバイスを用いる患者は、運動耐性の改善及び呼吸困難の軽減を経験し得る。この送給デバイスは、在宅介護、及び長時間の移動を必要として鼻腔カニューレを装着することを不快に感じる外来患者に対して最も好適に使用される。

空気混入デバイスは、ベンチュリーマスク及び鼻腔カニューレを含む。従来的なベンチュリーマスクシステムによると、酸素流入部が、設定酸素流入速度を与えるマスクの基部において特定のカラーコード付けされた混入デバイスに接続される。種々の混入デバイスが、毎分４～１５リットル（４～１５Ｌ／ｍｉｎ）の酸素流入量及び毎分３５～４５リットル（３５～４５Ｌ／ｍｉｎ）の患者（混入された空気を含む）に送給される総流量により、０．２４～０．５の酸素の流量を与えることができる。患者のピーク吸気流量がこの総流量を超える場合、より低い流量の酸素が吸入される。ベンチュリーマスクは、低度から中程度の酸素要件を有するが、無制御の酸素療法による高炭酸症のリスクがあるＣＯＰＤを患う患者には非常に有益となり得る。

図１７は、ベンチュリーデバイスの流体力学を示す模式図である。ベンチュリーマスク又はカニューレについて、ガス供給源は、通常は９５パーセント超（＞９５％）の酸素純度の濃縮酸素である。ガスインジェクタを通過してより大きなカニューレに入る加速酸素による陰圧は、狭小化されたカニューレを通じてガス、この場合では通常の空気を「引き込む」。その効果として、大容量の「混合された」空気及び酸素が患者に送給される。

現在、様々な着色ベンチュリーが様々な流速に対応している。青色は、通常は毎分２～４リットル（２～４Ｌ／ｍｉｎ）の流速で使用され、約２４パーセント（２４％）のＯ_２を送給する。白色は、通常は毎分４～６リットル（４～６Ｌ／ｍｉｎ）及び２８パーセント（２８％）のＯ_２に対応する。黄色は、通常は毎分８～１０リットル（８～１０Ｌ／ｍｉｎ）及び３５パーセント（３５％）のＯ_２に対応する。赤色は通常は毎分１０～１２リットル（１０～１２Ｌ／ｍｉｎ）及び４０パーセント（４０％）のＯ_２に対応し、緑色は通常は毎分１２～１５リットル（１２～１５Ｌ／ｍｉｎ）及び６０パーセント（６０％）のＯ_２に対応する。

据置人工呼吸器
従来技術の人工呼吸器は、以下に記載するものを除き、可搬性についてほとんど乃至まったく考慮されることなく病院又は在宅使用のために設計されている。なぜなら、患者は通常は移動可能ではなく、機器は固定の電源、すなわち、壁コンセントを必要とし、又は可搬電源が利用されたとしても非常に重く扱いにくいものとなるからである。

２つの準可搬人工呼吸器をここに説明する。第１のものは、Ｖｅｎｔｅｃ Ｌｉｆｅ ＳｙｓｔｅｍｓによるＶＯＣＳＮである。ＶＯＣＳＮは、人工呼吸器、酸素補給、吸入器、カフアシスト及びネブライザーを組み合わせたデバイスであり、重量は１８ポンド（１８ｌｂ）を超える。ＶＯＣＳＮは、可搬であることを謳っているが、ウェアラブルとは程遠く、呼吸に問題がある患者が輸送するのは難しいものとなり得る。

第２のデバイスは、Ｂｒｅａｔｈｅ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによるＬｉｆｅ２０００人工呼吸器システムである。Ｌｉｆｅ２０００人工呼吸器は１ポンド（１ｌｂ）しかないことを謳い、ウェアラブルであるが、換気を患者に与えるためにＬｉｆｅ２０００人工呼吸器が酸素供給源又は圧縮機に接続されなければならない。Ｌｉｆｅ２０００の圧縮機は、１１０／２２０ボルト電源コンセントを介して給電される。あるいは、酸素金属シリンダが、人工呼吸器を駆動して酸素又は混合された空気及び酸素を患者に供給する酸素供給源として使用され得る。酸素シリンダは、酸素濃縮器が有限の酸素供給量を有するのとは異なり、比較的重くなることがあるとともに、潜在的な燃焼の危険性を生み出す。

人工呼吸器は、呼吸用空気の圧力アシスト及び／又は酸素含有量の増加の形態で呼吸システムにエネルギーを与える。医師は、圧力アシスト及び酸素療法の双方をともに処方することが多い。

好適な本発明は、従来技術のデバイスの欠点に対処して、酸素補給を必要として可動性を維持することを好む患者に可搬人工呼吸器を提供する。これは、患者に対して有益な効果を奏することが多い。

米国特許第８８９４７５１号明細書

ＭｃＣｏｙ，Ｒｏｂｅｒｔ，Ａ Ｂｅｎｃｈ Ｓｔｕｄｙ ｔｏ Ｃｏｍｐａｒｅ Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｔｈｅｒａｐｉｅｓ ｆｏｒ Ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ Ｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｃｙ： Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｆｌｏｗ Ｏｘｙｇｅｎ（ＣＦ），Ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔ Ｆｌｏｗ Ｏｘｙｇｅｎ（ＩＦ），ａｎｄ Ｎｏｎ－Ｉｎｖａｓｉｖｅ Ｏｐｅｎ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ（ＮＩＯＶ） Ｖａｌｌｅｙ Ｉｎｓｐｉｒｅｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ

好適な本発明は、酸素送給機能を、可搬でかつ好ましくは携帯可能な、更に好ましくは呼吸疾患を患う患者によって携帯可能なユニットに組み合わせる。好適なユニット又はシステムは、好ましくはＣＯＰＤ又は他の肺疾患を患う通常の又は平均的な患者によって携帯可能であり、好ましくは患者の移動を可能とする。軽量の、好ましくは８ポンド（８ｌｂ）未満の可搬の人工呼吸器デバイス又はシステムが、可搬性のために及び濃縮酸素を患者に供給するために設計される。可搬とするために、人工呼吸器はバッテリ動作とされてそれ自体の酸素を生成することができる。さらに、好適なデバイスは、患者の疾患が進行するにつれて、又は運動若しくは環境に伴って酸素の必要性が変化するにつれて、患者に対してデバイスの重量及びコストを減少させるように縮小可能及び構成可能である。

簡潔に述べると、好適なデバイスは、ハウジングを有する酸素濃縮器と、ハウジング内部に搭載された圧縮機と、ハウジング内に位置して圧縮機と流体接続する取外し可能に搭載されたカートリッジであって、濃縮酸素を生成するために圧力変動吸着プロセスを通じて空気から窒素を除去するためのゼオライトを含むカートリッジと、ハウジングに取り付けられた電源と、圧力変動吸着プロセスを電子的に制御するための酸素コントローラデバイスと、を含む可搬酸素送給システムに向けられる。可搬酸素送給システムは、好ましくは、送風機ハウジング、送風機ハウジングの内部に搭載された送風機モータ、送風機モータに接続された送風機ファン、送風機ハウジングに取り付けられた第２の電源、及び送風機を電子的に制御するための送風機コントローラデバイスを有する、酸素濃縮器と流体接続された送風装置をさらに含む。

好適なシステムは、米国特許第８８８８９０２号明細書、第８８９４７５１号明細書、第９１９９０５５号明細書、第９４９２７８１号明細書及び第９９９３７６５号明細書並びに国際公開第２０１８／２２６５３２号に記載される可搬酸素濃縮器とともに利用され得るものであり、その内容はそれらの全体において参照によりここに取り込まれる。可搬の濃縮酸素の供給源を提供して患者のＣＯＰＤ又は他の呼吸疾患に対処するために、これらの可搬酸素濃縮器がここに記載される好適なシステムとともに採用され得る。

好適な本発明の好適な可搬人工呼吸器システムとともに利用され得る、酸素濃縮器の側面斜視図、及び破線楕円内から抜き出された篩モジュールの拡大部分断面図である。 本発明の第１の好適な実施形態に係る可搬人工呼吸器の上面斜視図であり、酸素濃縮器、遠隔流量コントローラ又は送風装置及び患者インターフェース、好ましくは鼻腔カニューレを有する酸素濃縮器システムを含み、遠隔流量コントローラ又は送風装置の各部は特定の構成要素を示すために透明とされている。 図２Ａの可搬人工呼吸器システムの代替の上面斜視図であり、遠隔流量コントローラ又は送風装置の各部は特定の構成要素を示すために透明とされている。 図２Ａの可搬人工呼吸器システムの一体型送風機を有する酸素濃縮器及び遠隔流量コントローラ又は送風装置の部分上面斜視図であり、送風装置が拡大され、特定の構成要素を示すために各部が透明とされている。 第２の好適な実施形態に係る一体型送風機による酸素シリンダ及び遠隔送風装置を有する酸素補給送給システムの部分上面平面図及び正面立面図であり、遠隔流量コントローラ又は送風装置が拡大され、特定の構成要素を示すために各部が透明とされている。 第３の好適な実施形態に係る一体型送風機、流量制御システム及び患者インターフェースを有する酸素濃縮器システムの上面斜視図であり、酸素濃縮器の各部は内部構成要素を示すために透明とされている。 好適なシステムの１つについてのガス圧及び流量のグラフである。 図２Ａの可搬人工呼吸器システムの上面斜視図及び正面立面図であり、システムは個別に図示されて患者に装着され、システムは好ましくは毎分８リットル（８Ｌ／ｍｉｎ）のパルス投与酸素流量を生成するために構成される。 好適な実施形態のいずれかに係る人工呼吸器制御及び送給貯留部又は送風装置の正面立面図及び上面平面図である。 好適な実施形態のいずれかに係る人工呼吸器制御及び送給貯留部又は送風装置の代替の正面立面図及び上面平面図である。 好適な実施形態のいずれかに係る薬剤送給装置を組み込む一体型送風機を有する遠隔流量コントローラの詳細図である。 好適な実施形態のいずれかに係る薬剤送給装置を組み込む一体型送風機を有する遠隔流量コントローラの詳細図である。 好適な実施形態のいずれかに係る薬剤送給装置を組み込む一体型送風機を有する遠隔流量コントローラの詳細図である。 好適な実施形態のいずれかに係る薬剤送給装置を組み込む一体型送風機を有する遠隔流量コントローラの詳細図である。 本発明の好適な実施形態に係る可搬人工呼吸器システムの斜視図であり、システムの各部は内部構成要素を示すために透明とされている。 本発明の好適な実施形態に係る可搬人工呼吸器システムの鼻腔空気混入による患者インターフェースに着目する平面説明図である。 制御システム及びフィードバックを表す、好適な実施形態の可搬人工呼吸器システムの利用についてのプロセスフロー図である。 好適な実施形態に係る可搬人工呼吸器システムの貯留部及び患者インターフェースの概略図であり、可搬人工呼吸器は中圧酸素供給源によって動力付与され、システムの各部は内部構成要素を示すために透明とされている。 好適な実施形態の可搬人工呼吸器システムについての気流及び圧力に関する標準的なタービン又は送風機ファン性能のグラフである。 第６の好適な実施形態に係る可搬人工呼吸器の送風装置の上面斜視図、正面立面図及び上面平面図であり、同図の送風装置の各部は貯留部の内部構成要素を示すために透明とされている。 第６の好適な実施形態に係る可搬人工呼吸器の送風装置の上面斜視図、正面立面図及び上面平面図である。 図１２Ａ及び１２Ｂの送風装置の上部パネルの上面斜視図、正面立面図及び上面平面図であり、図１３Ａの上部パネルの各部は上部パネルの内部構成要素を示すために透明とされている。 図１２Ａ及び１２Ｂの送風装置の上部パネルの上面斜視図、正面立面図及び上面平面図である。 可搬人工呼吸器システムの代替の好適な実施形態に係る可搬人工呼吸器の送風装置及び関連する内部構成要素の上面斜視図、正面立面図及び上面平面図であり、図１４Ａの送風装置の各部は送風装置の内部構成要素を示すために透明とされている。 可搬人工呼吸器システムの代替の好適な実施形態に係る可搬人工呼吸器の送風装置及び関連する内部構成要素の上面斜視図、正面立面図及び上面平面図である。 図１４Ａ及び１４Ｂの貯留部の取外し可能なバッテリ構成要素並びに図１４Ａ及び１４Ｂの取外し可能なバッテリ構成要素の関連する内部構成要素の上面斜視図、正面立面図及び上面平面図であり、図１５Ａの取外し可能なバッテリ構成要素の各部は好適な貯留部の充電可能なバッテリを示すために透明とされている。 図１４Ａ及び１４Ｂの貯留部の取外し可能なバッテリ構成要素並びに図１４Ａ及び１４Ｂの取外し可能なバッテリ構成要素の関連する内部構成要素の上面斜視図、正面立面図及び上面平面図である。 周囲空気、動脈血及び静脈血の酸素及び二酸化炭素の分圧など、標準的なヒトの肺循環系を示す模式図である。 ベンチュリーデバイスの流体力学を示す模式図である。

本出願のデバイス、システム及び方法の上記の概要及び好適な実施形態の以下の詳細な説明を添付図面と併せて読むことにより、より深く理解することになる。可搬人工呼吸器、システム及び方法を説明する目的のため、好適な実施形態を図面で示す。ただし、出願は、図示される厳密な配置及び手段に限定されないことを理解すべきである。

特定の文言が説明の便宜のみのために以下の説明において使用され、それらは限定的なものではない。特にここに断りがない限り、用語「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、１つの要素に限定されるのではなく「少なくとも１つ」を意味するものとして読まれるべきである。用語「右」、「左」、「下側」及び「上側」は、参照される図面において方向を指定するものである。用語「内向きに」又は「遠位に」及び「外向きに」又は「近位に」は、それぞれ、患者の身体又は好適な可搬人工呼吸器システム及びその関連部品の幾何学中心へ向かう方向及びそこから離れる方向を指す。用語「前」、「後」、「上」、「下」、「横」並びに関連する用語及び／又は語句は、参照される人体における好適な位置、方向及び／又は向きを指定するものであり、限定的なものを意味するものではない。文言は、上記用語、その派生語及び類義語を含む。

ここで使用される用語「約（ａｂｏｕｔ）」、「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、「概略／概ね」、「実質的に／略」及び類似の用語は、好適な発明の構成要素の寸法又は特性に言及する場合、記載される寸法／特性は厳密な境界又はパラメータではなく、当業者によって理解され得る機能的に同一又は同様となる軽微な変化をそこから排除するものではないことを示すことも理解されるべきである。最低でも、数値パラメータを含むような言及は、当技術で許容される数学的及び工業的原理（例えば、四捨五入、測定値又は他のシステム上の誤差、製造公差など）を用いても、最小有効数字を変化させることにならない変化を含むことになる。

図１～図１５Ｂを参照すると、好適な本発明は、可搬人工呼吸器システム及び関連する方法の複数の実施形態に向けられる。

図２Ａ～図２Ｂａ及び図４を参照すると、第１の好適な実施形態において、濃縮酸素を患者に送給するための、概ね１００で指定される酸素送給システム又は可搬人工呼吸器は、ベンチュリー空気誘導システムを通じて患者に対する流量を増加させる高圧空気又は酸素及び空気供給源を利用する。通常の空気又は濃縮酸素及び空気は、発明の名称「Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｏｘｙｇｅｎ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄ」の国際公開第２０１８／２２６５３２号（「ＷＯ－５３２」）に記載されるものなどの可搬酸素濃縮器によって生成される。ＷＯ－５３２は、バッテリ給電され、４ポンド未満の重量であり、連続流酸素の場合に毎分１リットル又はパルス送給モードで同等の毎分５リットルを送給することができる。ＷＯ－５３２の酸素濃縮器は、可変の酸素純度及び流量を生成することができる。例えば、４０～５０パーセント（４０～５０％）の酸素の低い酸素純度において、流量は、毎分８リットル（８Ｌ／ｍｉｎ）のパルス投与の大きさとなり得る。平方インチあたり１０～２０ポンド（１０～２０ｐｓｉｇ）の出口圧力で作動される場合、ベンチュリーは、低濃縮酸素の空気出力流量の２倍までの低圧気流を誘導することができる。これは、別個の酸素シリンダがシステムに統合された場合のＬｉｆｅＡｉｒ２０００システムと類似する。より高容量の濃縮器も、より高い流量、圧力又は酸素純度を必要とする患者のための設計仕様に含まれる。

第１の好適な可搬人工呼吸器システム（可搬人工呼吸器）１００の基本設計は、可搬酸素濃縮器１、空気及び酸素流量コントローラ又は貯留部又は送風装置３並びに患者インターフェース５を含む。空気及び酸素流量コントローラ又は送風装置３は、図２Ａの実施形態に示すように可搬酸素濃縮器１の遠隔にあってもよいし、図２Ｃの実施形態に示すように酸素濃縮器１に統合されてもよい。酸素流量コントローラ又は送風装置３は、好ましくは、患者インターフェース５への酸素の流量を制御するための構成要素を内包する送風機ハウジング３ｂを含む。送風装置３は、好ましくは、送風装置３を電子的に制御するための送風機コントローラデバイス９ｂを含む。空気及び酸素流量コントローラ又は送風装置３は、好ましくは、患者インターフェース５への酸素及び空気の流量を制御する送風機コントローラデバイス９ｂによって制御されるバルブ１４ａ、１４ｂ、１４ｃを含む。単数又は複数のバッテリ２５は、好ましくは酸素コントローラ又は送風装置３に給電し、好ましくは充電可能である。バルブ１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、機械的に制御されてもよいし、電子的に制御されてもよく、好ましくは送風機コントローラデバイス９ｂによって電子的に制御されてもよい。バルブ１４ａ、１４ｂ、１４ｃの制御はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）又は類似の非テザーシステム若しくは機構を介した無線であってもよいことも考慮される。酸素流量コントローラ又は送風装置３がウェブ又はセルラ接続を介して制御されてもよく、遠隔ユーザがノートパソコン又は携帯電話のアプリを用いて酸素流量コントローラ又は送風装置３を制御してもよいことがさらに考慮される。

図１を参照すると、可搬人工呼吸器１００で利用され得る酸素濃縮器１は、ハウジング５０内に取外し可能に搭載された取外し可能な篩モジュール１ａ、及び篩モジュール１ａへの導入のために周囲空気を圧縮する圧縮機６０を含む。圧縮機６０は、好ましくは、ハウジング５０に取り付けられた電源（バッテリ）６１によって給電され、電源６１は、好ましくは、取外し可能かつ充電可能な単数又は複数のバッテリ６１からなる。電源６１は、取外し可能かつ充電可能なバッテリ６１からなるものに限定されず、ＡＣ電源コネクタなど、可搬酸素濃縮器１、具体的には圧縮機６０に給電可能なあらゆる電源から構成され得る。ＷＯ－５３２に記載され、ここに更に記載されるように、篩モジュール又はカートリッジ１ａは、ゼオライト材料１ｂを含む少なくとも１つのシリンダ１ｅを備える。一般的に、ゼオライト材料１ｂは、これに限定されないが、吸着といわれるプロセスを通じて分子を分離するのに使用される微多孔質アルミノシリケート材料からなる。カートリッジ又は篩モジュール１ａは、好ましくは、ハウジング５０内に取外し可能に搭載及び配置され、圧縮機６０と流体接続している。カートリッジ１ａは、濃縮酸素を生成するための圧力変動吸着プロセスを通じて周囲空気から窒素を除去するためのゼオライト材料１ｂを含む。圧力変動吸着プロセスは、好ましくは、酸素コントローラデバイス９ａによって制御される。

ゼオライト材料１ｂは、家庭用及び業務用の水浄化、軟化及び他の用途におけるイオン交換床として使用される。化学作用において、ゼオライト材料１ｂは、分子を分離し（特定のサイズ及び形状の分子のみが通過可能である）、分子のトラップとして使用され、それにより分子が分析可能となる。ゼオライト材料１ｂは、触媒及び吸着剤としても広く使用されている。それらは、明確に規定された細孔構造及び調整可能な酸性度によって、多様な反応において非常に活性なものとなる。ゼオライト材料１ｂは、低級天然ガス流から水（Ｈ_２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）及び二酸化硫黄（ＳＯ_２）の除去を含む、ガスの正確かつ特異な分離を与える可能性を有する。他の分離は、希ガス、窒素（Ｎ_２）、酸素（Ｏ_２）、フロン及びホルムアルデヒドの分離を含む。ＷＯ－５３２に記載されるように、ゼオライトは、圧力変動吸着（「ＰＳＡ」）プロセスを通じて窒素を除去するのに使用される。高圧バルブ１ｃが、篩モジュール１ａのシリンダ１ｅから延在する濃縮酸素導管１ｄの遠位端に図示されている。ＰＳＡプロセスを通じて、通常の空気は、窒素分子をゼオライト材料１ｂに一時的に結合させてからシリンダ１ｅから排出させる。残存する濃縮酸素は、強制的にシリンダ１ｅから管１ｄに排出される。

図２Ａを参照すると、濃縮酸素送給管１０が、酸素濃縮器１と、送風機コントローラデバイス９ｂによって制御される送風装置３との間に流体接続されている。送風装置３は、患者送給ホース１０ｅを通じた患者インターフェース５への送給のために加圧酸素を保存する。貯留部又は送風装置３は、送風装置３の構成要素を内包又は収容する送風機ハウジング３ｂを含む。送風装置３は、圧縮機６０に流体接続され、送風機ハウジング３ｂ、送風機ハウジング３ｂ内部に搭載された送風機モータ２１ａ、送風機モータ２１ａに接続された送風機ファン（送風機）２１、送風機ハウジング３ｂに取り付けられる好ましくは充電可能なバッテリ２５からなる第２の電源２５、及び送風装置３を電子的に制御するための送風機コントローラデバイス９ｂを含む。第１のバルブ１４ａ、好ましくは、圧電バルブ（第１のバルブ）１４ａ（ただし圧電バルブ１４ａに限定されない）は、酸素又は他のガスのフローを遮断及び／又は制御する任意のタイプの又は様々なバルブから構成されてもよく、患者インターフェース５への酸素送給管１０ａを介した酸素濃縮器１からの濃縮酸素を調整する。第２のバルブ１４ｂ、これも好ましくは、圧電バルブ（第２のバルブ）１４ｂ（ただし限定されない）は、入口フィルタ２７を通じて受容される通常の空気を調整し、その通常の空気は、加圧貯留部３に流体接続された第３のバルブ１４ｃ、これも好ましくは、圧電バルブ（第３のバルブ）１４ｃ（ただし限定されない）を通じて受容される濃縮酸素と混合され得る。混合された空気及び酸素の混合物は、患者送給管１０ｂを通じて患者インターフェース５に送給される。

図２Ｂｂを参照すると、第２の好適な、すなわち、代替の好適な実施形態において、酸素濃縮器１が、圧縮酸素で充填されたシリンダ２９と置き換えられる。シリンダ２９も同様に、濃縮酸素を貯留部３に供給することができる。

図２Ａ～図２Ｂａを参照すると、第１の好適な実施形態の代替の構成において、貯留部又は送風装置３は、濃縮酸素が第１のバルブ１４ａを流通した後に加圧気流を生成する送風機ファン又はタービン２１を用いる。送風機ファン２１は、貯留部３の送風機ハウジング３ｂ内に位置決めされる。送風機ファン２１の好適な例は、持続陽圧呼吸療法（「ＣＰＡＰ」）及び二相性気道陽圧（「ＢｉＰＡＰ」）機械において使用される複数の様々なタイプのタービンから構成され得る。例えば、１つのそのようなタービンは、ｅｂｍ－ｐａｐｓｔ Ｉｎｃ．によるＲＶ遠心ファン（タービン）２１である。ＲＶ遠心ファン２１は、２０インチＨ_２Ｏ圧力において、毎分４２０リットル（４２０Ｌ／ｍｉｎ）までの空気を移動させることができる。ＲＶ遠心ファン２１は、約１３５グラム（１３５ｇ）の重量であり、約４３ワット（４３Ｗ）で動作する。タービン又は送風機ファン２１の他の例は、Ｍｉｃｒｏｎｅｌ ＡＧによるＵ６５ＭＮ－ＫＤ－５送風機である。タービン又は送風機ファン２１は、送風装置３に含まれ、貯留部又は送風装置３の送風機ハウジング３ｂに取り付けられる。送風装置３は、電子部品及び充電可能なバッテリ２５も含み得る。好適な遠隔流量コントローラは、濃縮酸素送給管１０を通じて酸素濃縮器１に流体接続されかつ患者送給管１０ｂを通じて患者インターフェース５に流体接続された送風装置３に取り付けられる。酸素濃縮器は、好ましくは、圧力変動吸着プロセスを電子的に制御するための酸素コントローラデバイス９ａを含む。あるいは、貯留部又は送風装置３及び送風機ハウジング３ｂはともに酸素濃縮器１及び関連するハウジング５０に組み込まれてもよく、ハウジング５０はバッテリ２５、送風機ファン２１、送風機ファン２１及び種々のバルブ１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１５のためのコントローラなどの関連する電子部品、篩モジュール１ａ並びに圧縮機６０を含む（図２Ｃ参照）。遠隔流量コントローラは、送風機コントローラデバイス９ｂにおいて、図５に示すように貯留部３に永久的に一体化されてもよいし、そこに解放可能に固定されてもよい。

図２Ｂｂを参照すると、第２の好適な実施形態は、可搬酸素濃縮器１から供給されるのとは対照的に、酸素シリンダ２９から送風装置３に供給される酸素を含む。酸素供給ホース（濃縮酸素送給管）１０を通じた酸素の流量は、好ましくは、シリンダ２９に取り付けられた圧力レギュレータ１１によって調整される。

図２Ａ～図２Ｂａ及び図４を参照すると、遠隔流量コントローラ又は送風装置３は、好ましくは、酸素濃縮器１から遠隔に、かつ患者インターフェース５の患者の鼻孔に比較的近接して位置し、それにより、カニューレ圧力損失が最小化される。１つの可能性あるシステムレイアウトの例を図４に示す。酸素濃縮器１は、患者による比較的便利な携帯のためにショルダーストラップ３０によって患者に固定されて図示されるが、リュック又は同様の携帯デバイスに含まれてもよい。遠隔流量コントローラ又は送風装置３が隣接してリュックに取り付けられ又は取外し可能に取り付けられる実施形態では、患者の腰部位置における場合とは対照的に、遠隔流量コントローラ３から患者の鼻孔までの距離が比較的近くなる。

貯留部又は送風装置３におけるタービン又は送風機ファン２１の性能を最大化するとともにサイズ及びエネルギー使用を最小化するために、送風機ファン２１を概ね患者インターフェース５の付近に配置することが望ましい。図２Ａ～図２Ｂａ、図４及び図１１を参照すると、種々の配管の長さ及び直径に対する圧力差分ΔＰが示される。送風機ファン２１は、送給長、送給曲率及び内部の管閉塞などの圧力の制約が導入されるにつれて減少するカニューレコネクタ１０ｄの流通量に対する出口ガス流量を生成する。それにより、好適な可搬人工呼吸器１００は、患者インターフェース５における必要な圧力及び流量を維持するようなサイズとなる。

静脈還流に対する陽圧による機械的換気の効果は、心原性肺水腫を患う患者に使用される場合に有益となり得る。これらの体液量過剰の患者において、静脈還流を減少させることは、右心拍出量を減少させることによって、肺水腫が生成される量を直接減少させることになる。同時に、還流の減少は、左心室の過膨張を改善することになり、それをフランクスターリング曲線上のより有利な点として、おそらくは心拍出量を改善する。

機械的換気の適切な管理はまた、肺圧及び肺コンプライアンスの理解を必要とする。正常な肺コンプライアンスは、約１００ｍｌ／ｃｍＨ_２Ｏである。これは、正常な肺において、陽圧換気を介した５００ミリリットル（５００ｍｌ）の空気の付与は水柱あたり５センチメートル（５ｃｍ／Ｈ_２Ｏ）だけ肺胞圧を増加させることを意味する。逆に、水柱あたり５センチメートル（５ｃｍ／Ｈ_２Ｏ）の陽圧の付与は、５００ミリリットル（５００ｍＬ）の肺体積の増加を生成することになる。人工呼吸器は常に正常な肺に使用されるわけではないため、コンプライアンスは非常に高く又は非常に低くなり得る。肺気腫などの肺実質を破壊するいずれの疾患も通常はコンプライアンスを増加させることになり、硬化した肺を生じさせるいずれの疾患（ＡＲＤＳ、肺炎、肺水腫、肺線維症）も通常は肺コンプライアンスを減少させることになる。

硬化した肺の問題は、わずかな体積の増加が圧力の大きな増加を生じさせ、気圧性外傷を引き起こし得ることである。これは、高炭酸症又はアシドーシスを患う患者において問題を生じる。これは、これらの問題を是正するのに分時換気量を増加させる必要があり得るためである。呼吸速度を増加させることは分時換気量の増加に対処し得るが、呼吸速度の増加が実行可能でない場合には、一回呼吸量を増加させると、プラトー圧力が増加し、気圧性外傷が生じ得る。

システムには、患者に機械的換気を行う際に把握すべき圧力が主に２つある。（ａ）ピーク圧は、空気が肺に押し込まれる際の吸気動作中に達成される圧力であり、気道抵抗の測定値となり、（ｂ）プラトー圧は、完全な吸気動作の終了時に達成される静圧である。プラトー圧を測定するために、圧力がシステムを通じて等化することを可能とするように、可搬人工呼吸器１００上の吸気ホールドが形成される。プラトー圧は、肺胞圧及び肺コンプライアンスの測定値である。正常なプラトー圧は、水柱あたり３０センチメートル（３０ｃｍ／Ｈ_２Ｏ）以下であり、圧力が高いと気圧性外傷が生じ得る。

水柱あたり１０～２０センチメートル（１０～２０ｃｍ／Ｈ_２Ｏ）を供給すれば、１キログラムあたり１０～１５ミリリットル（１０～１５ｍＬ／ｋｇ）の間の一回呼吸量を送給する人工呼吸器には通常は充分である。最新の人工呼吸器は毎分６０～１２０リットル（６０～１２０Ｌ／ｍｉｎ）の流速を送給することができ、毎分約６０リットル（６０Ｌ／ｍｉｎ）のピーク流速であればほとんどの患者には充分である。

酸素濃縮器１の出力は、送風装置３の入口３ａ及び送風機ファン２１に濃縮酸素送給管１０を介して送給される。濃縮酸素送給管１０の長さ、サイズ及び組成は、送風装置３に対して酸素流量がどの程度低減されるのかを概ね決定する。濃縮酸素送給管１０を通じた酸素濃縮器１からの酸素フローは、タービン入口ベンチュリー２３を介して送風機ファン２１に追加のエネルギーを付加し、これによりタービン入口の圧力が上昇する。送風機モータ２１ａは、送風機ハウジング３ｂ内部に搭載されて送風機コントローラデバイス９ｂの指示の下で動作中の送風機ファン２１を駆動及び制御する。患者が患者インターフェース５において吸入し始めると、真空が圧力センサ５ａによって検知される。圧力センサ５ａは、患者インターフェース５に組み込まれ、又はガス経路に沿ってカニューレコネクタ１０ｄの上流側でかつ送風機ファン２１の下流側に配置され得る。圧力センサ５ａは、好ましくは、送風機コントローラデバイス９ｂに信号を送信し、送風機コントローラデバイス９ｂは信号を送風機ファン２１に送信して、患者インターフェース５に送給される所定体積の空気を生成する。同時に、送風機入口ベンチュリーにおける濃縮酸素送給管１０が陰圧を検知し、濃縮器圧力センサ５ａが患者インターフェース５における吸気イベントを検知した結果として、送風機コントローラデバイス９ｂは信号を酸素コントローラデバイス９ａに送信し、酸素濃縮器１を作動してＯ_２のボーラスを送給する。酸素濃縮器１は、人工呼吸器の送風装置３に隣接し、又は長さ５０フィート（５０ｆｔ）までの管に流体接続され得る。タービン又は送風機ファン２１は、ＰＥＥＰが各排気後の患者の肺に維持可能となるようにプログラムされてもよい。

送風機コントローラデバイス９ｂはまた、好ましくは、圧力センサ５ａにおける検知圧力に基づいて送風機ファン２１の速度を増加又は減少させるように構成される。送風機コントローラデバイス９ｂは、好ましくは、患者の呼吸圧要件に一致するように送風機ファン２１の速度を制御することができ、患者の呼吸圧要件が活動によって又は他の理由のために変化及び変動するにつれて、送風機ファン２１の速度を変化及び適合させることができる。送風機コントローラデバイス９ｂは、送風機ファン２１を加速及び減速することで患者インターフェース５における圧力が患者の呼吸パターンに概ね追従するように設計及び構成されてもよく、送風機ファン２１の速度を制御することによってバルブ１４ａ、１４ｂ、１４ｃを代替可能であってもよい。

送風機ファン２１の出口流量は、送風機コントローラデバイス９ｂによって指示される圧電バルブ１４、タービンモータ速度制御部、又は両方の組合せによって制御可能である。第１の実施形態と同様に、Ｏ_２濃度の増加を達成するのに様々な酸素濃縮器容量が使用され得る。図２Ｂａの酸素濃縮器１及び遠隔流量コントローラ又は送風装置３を参照すると、構成要素の構成は、バルブ１５、入口フィルタ２７、タービン入口ベンチュリー２３及びカニューレコネクタ１０ｄを含む。タービン入口ベンチュリー２３及び送風機ファン２１への酸素流量を制御する圧電バルブ１５を示す。電気的に制御される空気圧バルブとしてはソレノイドデバイスが標準であるが、圧電バルブ１５は、それらのソレノイド対応物を上回る有利な効果を奏し、用途の完全に新しい領域を切り開くものである。圧電バルブ１５などの圧電技術によって作製された空気圧バルブは、多くの有利な効果を奏する。圧電バルブ１４、１５は、小型であり、軽量であり、極めて精度が高く、耐久性があり、速く、省エネルギーである。圧電バルブ１４、１５は、切換状態を維持するのにエネルギーを必要とせず、したがって、ほとんど発熱しない。さらに、圧電バルブ１４、１５は、潜在的にノイズなしで又は限定的なノイズで動作可能である。他の有利な効果は、圧電バルブ１４、１５は比例的に作用することである。

圧電バルブ１４、１５は、特に直接制御される比例バルブを必要とする用途において、従来のソレノイドバルブのより良好な代替物となり得る。圧電バルブ１４、１５は、空気圧シリンダのための比較的緩やかで安全な速度の制御を提供し、医療用途、研究室の自動化、製造及びさらに自動車において好適に作用する。

図２Ｃを参照すると、第３の好適な実施形態では、酸素濃縮器１は、同じハウジング５０内に含まれる全てのバルブ及び電子部品とともに遠隔流量コントローラ又は送風装置３及び送風機ファン２１を含み、それにより、ハウジング５０とともに送風装置３及び送風機ハウジング３ｂを組み込む。好適な構成要素は、これに限定されないが、送風機コントローラデバイス９ｂ、バルブ１４又は圧電バルブ１５、バッテリ２５及び送風機ファン２１を含む。この構成は、患者の使用及び可搬性の観点で、コンパクトな設計となる。酸素濃縮器１は、ハウジング５０内部に搭載された圧縮機６０と流体接続されているハウジング５０内に配置された取外し可能に搭載されたカートリッジ又は篩モジュール１ａを含む。カートリッジ又は篩モジュール１ａは、濃縮酸素を生成するために圧力変動吸着プロセスを通じて空気から窒素を除去するためのゼオライトを含む。バッテリ２５又は外部電源が、ハウジング５０に取り付けられ又は内包されてもよい。酸素コントローラ又は酸素コントローラデバイス９ａも、酸素濃縮器１の圧力変動吸着プロセスを電子的に制御するためにハウジング５０に取り付けられる。酸素コントローラデバイス９ａは、好ましくは可搬酸素濃縮器１の圧力変動吸着プロセスを電子的に制御する。

ただし、この第３の好適なシステム１ｘは、種々の濃縮器又は酸素シリンダが遠隔流量コントローラ及び貯留部３に解放可能に取り付けられ得る図２Ｂ、図２Ｂａ及び図２Ｂｂの第１及び第２の好適な実施形態で説明したモジュール性を低減してしまう。第３の好適なシステム１ｘは、送給配管又は患者送給管１０ｂが可能な限り短く又は少なくとも適度に短く維持されることを期待するものである（図２Ｃ参照）。ここでも、配管摩擦に起因する寄生圧力差分ΔＰの損失を防止するために、ここに説明したようなリュックによって、患者インターフェース５へのより短い空気及び酸素送給カニューレ又は患者送給管１０ｂが可能となることになる。ただし、このような構成は、要件又は限定となるものではない。この設計は、システム１ｘがショルダーストラップ３０によって携帯され又は患者の近くに載置される場合に最も適用可能となる。代替の実施形態（不図示）では、流量コントローラ、貯留部又は送風装置３は、好ましくは、酸素濃縮器１に取外し可能に取り付けられる。この構成は、それがより便利な場合には患者に構成要素を解放する機会を与えながら、酸素濃縮器１及び構成要素が単一の構造物に圧縮されることを可能にする。そのようなモジュール式構成は、様々な能力の異なる酸素濃縮器１が、遠隔流量コントローラ又は送風装置３に取外し可能に取り付けられることを可能とし、酸素及び空気供給源を変更する機会を患者に与える。この好適なシステムの想定重量は、既存の酸素濃縮器製品パラメータに基づくと４～５ポンド（４～５ｌｂ）となる。酸素出口ポートは、好ましくは、緊急バックアップのためのボトル詰め酸素のために設けられる（図２Ｃ参照）。

図２Ｂを参照すると、好ましくはマスク（患者インターフェース）５からなる患者インターフェース５は、圧力低下を遠隔流量コントローラ又は送風装置３に伝達して吸気の開始を示す。ソフトウェアが、好ましくは、送風機ファン又はタービン２１を起動させ、その１分あたりの回転数（「ＲＰＭ」）を上昇させて、送風機ファン２１への流通を増加させ、患者への圧力送給を増加させる。このイベントのシーケンスは、送風機入口又は入口フィルタ２７における減圧をもたらす。この減圧が、濃縮器１に伝達される。濃縮器１は、好ましくは、パルス投与モードであり、それにより、酸素のボーラスが、濃縮酸素送給管１０を通じて送風機ベンチュリーの入口又は入口フィルタ２７に送給される。ボーラス体積は、好ましくは、濃縮器濃度設定及び１分あたりの呼吸数（「ＢＰＭ」）／１分あたりの呼吸数の移動平均を用いるボーラス率参照テーブルによって決定される。ベンチュリースロートにおけるボーラス送給が、送風機２１の入口圧力を増加させることにより、送風機効率の増加をもたらす。酸素は、換気空気とともに、吸気の検出と同時に送給される。医師の推奨に応じて、任意のサイズの酸素濃縮器１が（本発明の主題であるデバイスと併せて）使用され得る。任意選択的な圧電バルブ１４、１５は、送風機コントローラデバイス９ｂを通じてタービン入口ベンチュリー２３への酸素の流量を制御し得る。

停電の場合、第２の好適な実施形態の加圧酸素のシリンダ２９が濃縮器１の代わりに用いられてもよく、空気がベンチュリー２３に混入されてから患者インターフェース又はマスク５まで送風機２１を流通するように酸素の圧力が用いられてもよい。酸素シリンダ２９からの充分な圧力があれば、充分な流量及び陽圧を発生させて患者に陽圧空気を供給することができる。

送風機２１の動作に対応できなくなる点までバッテリ２５が放電されると、アラームが送信され、送風機２１が停止される。そして、限られてはいるものの、バルブ１４、１５を動作させるには充分なバッテリ電力が残るので、吸気がその動作を引き起こし、空気／酸素の送給は数時間にわたって維持される。

図５を参照すると、送風機コントローラデバイス９ｂを有する一体型の遠隔流量コントローラ又は送風装置３の上面及び側面図が、送風機ハウジング３ｂ内に含まれる。

図６を参照すると、一体型の流量コントローラ又は送風装置３が、一体的に圧力制御部３１を備える。

図６Ａ～図６Ｄを参照すると、流量コントローラ又は送風装置３の代替の実施形態は、送風機ファン２１から下流側に配備された薬剤送給装置３２を含む。好適な一実施形態では、薬剤送給装置３２は、ネジ状遠位端３３及びネジ状近位端３４を有する取外し可能な中空カートリッジである。送給装置３２の内部は、送風機ファン２１からのガスが薬剤送給装置３２を流通するにつれて溶出する薬剤でスパイク又は含浸される、ＰＥＢＡＸとして商業的に知られているポリエーテルブロックアミドなどの薬物又は水分溶出ポリマー３２Ａで覆われていてもよい。他の好適な実施形態では、ポリマーメッシュ３２Ｂは、薬剤送給装置３２内に配置される。ガスが送風機ファン２１から薬剤送給装置３２及びメッシュ３２Ｂを流通するにつれて、メッシュ３２Ｂ及び水分溶出ポリマー３２Ａは、鼻腔カニューレ及び患者インターフェース５を通じた患者への送給のために薬剤を毛管作用で運ぶ。そして、薬剤は、患者による吸気毎に吸い込まれる。好適な一実施形態では、カニューレコネクタ１０ｄは、薬剤送給装置３２に解放可能に接続するネジ部、及びハウジング５０又は送風装置３の送風機ハウジング３ｂに解放可能に接続するネジ部を有する。ネジ状近位端３４は、送風機ファン２１に流体接続されたガス出力部３５にネジ接続する。

薬剤送給装置３２の代替の好適な実施形態は、患者に送給される送風機ファン２１からのガスのフローと同時に医療用エアロゾルを生成する小型の電子アトマイザー、ネブライザー又は気化器３７を含む。ユーザの必要な薬剤に応じて、異なる薬剤が薬剤送給装置３２において提供される。好適な一実施形態では、アトマイザー３７は、受け口３６において解放可能に受容される。受け口３６は、バッテリ２５及び送風機コントローラデバイス９ｂに電気的に接続される。受け口３６は、送風機コントローラデバイス９ｂによって決定されるように、アトマイザー３７からの薬剤を送給装置３２に送給可能とする一方向バルブを通じて薬剤送給装置３２に接続される。あるいは、送給装置３２又はアトマイザー３７は、カニューレコネクタ１０ｄに簡易接続されてもよいし、患者送給管１０ｂに一体化されてもよい。この代替の好適な実施形態では、送給装置３２又はアトマイザー３７は、送給装置又はアトマイザー３７が迅速かつ容易に除去及び交換され、それにより、患者のニーズ又は処方に応じてユーザが薬剤又は他の治療法を迅速に追加又は除去できるように、好ましくはハウジング５０及び送風機ハウジング３ｂの外部の濃縮酸素流において搭載される。

他の好適な実施形態では、オゾン発生器（不図示）がベンチュリー２３に隣接配置される。オゾンは、細菌及びカビを死滅させることが知られている酸化性物質である。オゾン発生器は、酸素分子（Ｏ_２）にエネルギーを付与することによってオゾンを生成し、それは酸素原子を分離させ、一時的に他のＯ_２分子と再結合してオゾン（Ｏ_３）を生成する。オゾン発生器は、コロナ放電として知られるプロセスを通じてオゾンを生成する高電圧チャンバに濃縮酸素を濃縮器１から導入することによってオゾンを生成する。好適な一実施形態では、送風機ファン２１及び送風機ファン２１から患者インターフェース５に通じる配管は、オゾン発生器においてオゾンを生成してオゾンを送風機ファン２１及びインターフェース５に向かう配管を通じて吹き込むことによってオゾン消毒される。患者が大量のオゾンを吸い込むことの危険性を認識し、システム１００は、好ましくは、オゾン洗浄が行われている間にはインターフェースの使用を防止する安全機構を含む。例えば、インターフェース５は、オゾン生成を起こすために、トレイ又は受容カートリッジに固定されなければならないことになる。オゾン発生器は、好ましくは、ベンチュリー２３に隣接配置され、あるいは酸素濃縮器１の構成要素として配置される（その全体において参照によりここに取り込まれる米国特許第９４９２７８１号を参照。例えば、図１７及び請求項１７も参照）。

他の好適な実施形態では、パルスオキシメータ（不図示）が、患者の指、首、手首、耳たぶ、又は血中酸素飽和度を測定するための許容可能なその他の箇所に接続される。パルスオキシメータは、好ましくは、酸素コントローラデバイス９ａ又は送風機コントローラデバイス９ｂに無線接続される。好適なパルスオキシメータは、ＭａｓｉｍｏによるＭｉｇｈｔｙＳａｔ又はＡｐｐｌｅによるＡｐｐｌｅＷａｔｃｈなどの従来的な指固定ユニットであり得る。そのようなパルスオキシメータと酸素コントローラデバイス９ａ又は送風機コントローラデバイス９ｂとの間の無線接続は、パルスオキシメータから受信される情報が患者の空気及び酸素流量を調整する介護者又は患者によって使用される受動的接続であってもよいし、パルスオキシメータ情報又は収集データが使用されて患者の酸素及び空気流量設定を自動的に調整して所望の血中酸素飽和度を達成する能動的接続であってもよい。更なる好適な実施形態では、パルスオキシメータは、酸素又は送風機コントローラデバイス９ａ、９ｂ並びに追加のメモリストレージオプション、設定、制御、温度、位置、速度、高度、湿度及び圧力のようなウェブベースの情報を含むノートパソコン又は携帯電話などの遠隔コンピュータに接続される。そのような追加の要素は、介護者が確認するようにそのような情報の履歴も生成しながら患者の酸素及び空気流量をさらに調整するのに使用可能である。例えば、予想可能なパターンを履歴データが示す場合には血中酸素飽和度が低下するのを先に阻止するように患者の酸素飽和度に関する上記履歴データが使用され得ることがさらに考慮される。好適な一実施形態では、全地球測位システム（ＧＰＳ）トラッカーを有する携帯電話が、患者の移動経路の履歴マップを生成する。そのような状況において、患者は、マップ上で既知の傾斜を歩いて登るのに応じて、血中酸素飽和度の低下を履歴的に示していることになる。患者が好適な濃度以下で非飽和化してしまうのを先に阻止するために、携帯電話は、傾斜の予想において酸素及び空気流量を増加させるように酸素又は送風機コントローラデバイス９ａ、９ｂに命令を送信する。

図１２Ａ～図１５Ｂを参照すると、可搬人工呼吸器１００の好適な実施形態は、上記第１、第２及び第３の好適な実施形態の構成要素を、図１２Ａ～図１５Ｂに示すハウジング及びモジュール内に含む。

図１４Ａ～図１５Ｂを参照すると、送風装置３は、送風機ハウジング３ｂにおけるバッテリキャビティ３ｘに取外し可能に搭載可能なバッテリハウジング４４を含み得る。バッテリハウジング４４は、好ましくは、動作中に充電可能なバッテリ２５が除去及び再充電又は交換され得るように、バッテリキャビティ３ｘにスライド可能に搭載可能である。送風装置３は、バッテリキャビティ３ｘに取外し可能に搭載可能なバッテリハウジング４４を含むこと又は充電可能なバッテリ２５を含むことに限定されず、動作中に給電されてもよい。

上記実施形態に対してその広範な発明の概念から逸脱することなく変更がなされ得ることを当業者であれば理解するはずである。したがって、本発明は開示される特定の実施形態に限定されず、本記載によって規定されるような本発明の主旨及び範囲内の変形例を包含するものであることが理解される。

図２Ａ～図２Ｂａを参照すると、第１の好適な実施形態の代替の構成において、貯留部又は送風装置３は、濃縮酸素が第１のバルブ１４ａを流通した後に加圧気流を生成する送風機ファン又はタービン２１を用いる。送風機ファン２１は、貯留部３の送風機ハウジング３ｂ内に位置決めされる。送風機ファン２１の好適な例は、持続陽圧呼吸療法（「ＣＰＡＰ」）及び二相性気道陽圧（「ＢｉＰＡＰ」）機械において使用される複数の様々なタイプのタービンから構成され得る。例えば、１つのそのようなタービンは、ｅｂｍ－ｐａｐｓｔ Ｉｎｃ．によるＲＶ遠心ファン（タービン）２１である。ＲＶ遠心ファン２１は、２０インチＨ_２Ｏ圧力において、毎分４２０リットル（４２０Ｌ／ｍｉｎ）までの空気を移動させることができる。ＲＶ遠心ファン２１は、約１３５グラム（１３５ｇ）の重量であり、約４３ワット（４３Ｗ）で動作する。タービン又は送風機ファン２１の他の例は、Ｍｉｃｒｏｎｅｌ ＡＧによるＵ６５ＭＮ－ＫＤ－５送風機である。タービン又は送風機ファン２１は、送風装置３に含まれ、貯留部又は送風装置３の送風機ハウジング３ｂに取り付けられる。送風装置３は、電子部品及び充電可能なバッテリ２５も含み得る。好適な遠隔流量コントローラは、濃縮酸素送給管１０を通じて酸素濃縮器１に流体接続されかつ患者送給管１０ｂを通じて患者インターフェース５に流体接続された送風装置３に取り付けられる。酸素濃縮器は、好ましくは、圧力変動吸着プロセスを電子的に制御するための酸素コントローラデバイス９ａを含む。あるいは、貯留部又は送風装置３及び送風機ハウジング３ｂはともに酸素濃縮器１及び関連するハウジング５０に組み込まれてもよく、ハウジング５０はバッテリ２５、送風機ファン２１、送風機ファン２１及び種々のバルブ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１５のためのコントローラなどの関連する電子部品、篩モジュール１ａ並びに圧縮機６０を含む（図２Ｃ参照）。遠隔流量コントローラは、送風機コントローラデバイス９ｂにおいて、図５に示すように貯留部３に永久的に一体化されてもよいし、そこに解放可能に固定されてもよい。

送風機ファン２１の出口流量は、送風機コントローラデバイス９ｂによって指示される圧電バルブ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、タービンモータ速度制御部、又は両方の組合せによって制御可能である。第１の実施形態と同様に、Ｏ_２濃度の増加を達成するのに様々な酸素濃縮器容量が使用され得る。図２Ｂａの酸素濃縮器１及び遠隔流量コントローラ又は送風装置３を参照すると、構成要素の構成は、バルブ１５、入口フィルタ２７、タービン入口ベンチュリー２３及びカニューレコネクタ１０ｄを含む。タービン入口ベンチュリー２３及び送風機ファン２１への酸素流量を制御する圧電バルブ１５を示す。電気的に制御される空気圧バルブとしてはソレノイドデバイスが標準であるが、圧電バルブ１５は、それらのソレノイド対応物を上回る有利な効果を奏し、用途の完全に新しい領域を切り開くものである。圧電バルブ１５などの圧電技術によって作製された空気圧バルブは、多くの有利な効果を奏する。圧電バルブ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１５は、小型であり、軽量であり、極めて精度が高く、耐久性があり、速く、省エネルギーである。圧電バルブ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１５は、切換状態を維持するのにエネルギーを必要とせず、したがって、ほとんど発熱しない。さらに、圧電バルブ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１５は、潜在的にノイズなしで又は限定的なノイズで動作可能である。他の有利な効果は、圧電バルブ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１５は比例的に作用することである。

圧電バルブ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１５は、特に直接制御される比例バルブを必要とする用途において、従来のソレノイドバルブのより良好な代替物となり得る。圧電バルブ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１５は、空気圧シリンダのための比較的緩やかで安全な速度の制御を提供し、医療用途、研究室の自動化、製造及びさらに自動車において好適に作用する。

図２Ｃを参照すると、第３の好適な実施形態では、酸素濃縮器１は、同じハウジング５０内に含まれる全てのバルブ及び電子部品とともに遠隔流量コントローラ又は送風装置３及び送風機ファン２１を含み、それにより、ハウジング５０とともに送風装置３及び送風機ハウジング３ｂを組み込む。好適な構成要素は、これに限定されないが、送風機コントローラデバイス９ｂ、バルブ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ又は圧電バルブ１５、バッテリ２５及び送風機ファン２１を含む。この構成は、患者の使用及び可搬性の観点で、コンパクトな設計となる。酸素濃縮器１は、ハウジング５０内部に搭載された圧縮機６０と流体接続されているハウジング５０内に配置された取外し可能に搭載されたカートリッジ又は篩モジュール１ａを含む。カートリッジ又は篩モジュール１ａは、濃縮酸素を生成するために圧力変動吸着プロセスを通じて空気から窒素を除去するためのゼオライトを含む。バッテリ２５又は外部電源が、ハウジング５０に取り付けられ又は内包されてもよい。酸素コントローラ又は酸素コントローラデバイス９ａも、酸素濃縮器１の圧力変動吸着プロセスを電子的に制御するためにハウジング５０に取り付けられる。酸素コントローラデバイス９ａは、好ましくは可搬酸素濃縮器１の圧力変動吸着プロセスを電子的に制御する。

図２Ｂを参照すると、好ましくはマスク（患者インターフェース）５からなる患者インターフェース５は、圧力低下を遠隔流量コントローラ又は送風装置３に伝達して吸気の開始を示す。ソフトウェアが、好ましくは、送風機ファン又はタービン２１を起動させ、その１分あたりの回転数（「ＲＰＭ」）を上昇させて、送風機ファン２１への流通を増加させ、患者への圧力送給を増加させる。このイベントのシーケンスは、送風機入口又は入口フィルタ２７における減圧をもたらす。この減圧が、濃縮器１に伝達される。濃縮器１は、好ましくは、パルス投与モードであり、それにより、酸素のボーラスが、濃縮酸素送給管１０を通じて送風機ベンチュリーの入口又は入口フィルタ２７に送給される。ボーラス体積は、好ましくは、濃縮器濃度設定及び１分あたりの呼吸数（「ＢＰＭ」）／１分あたりの呼吸数の移動平均を用いるボーラス率参照テーブルによって決定される。ベンチュリースロートにおけるボーラス送給が、送風機２１の入口圧力を増加させることにより、送風機効率の増加をもたらす。酸素は、換気空気とともに、吸気の検出と同時に送給される。医師の推奨に応じて、任意のサイズの酸素濃縮器１が（本発明の主題であるデバイスと併せて）使用され得る。任意選択的な圧電バルブ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１５は、送風機コントローラデバイス９ｂを通じてタービン入口ベンチュリー２３への酸素の流量を制御し得る。

送風機２１の動作に対応できなくなる点までバッテリ２５が放電されると、アラームが送信され、送風機２１が停止される。そして、限られてはいるものの、バルブ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１５を動作させるには充分なバッテリ電力が残るので、吸気がその動作を引き起こし、空気／酸素の送給は数時間にわたって維持される。

Claims (22)

1. 濃縮酸素を患者に送給するための酸素送給システム又は可搬人工呼吸器であって、該酸素送給システムは、
   酸素濃縮器のハウジングと、
   前記ハウジングの内部に搭載された圧縮機と、
   前記ハウジング内に配置され、前記圧縮機と流体接続している篩モジュールであって、濃縮酸素を生成するために圧力変動吸着プロセスを通じて空気から窒素を除去するためのゼオライトを含む篩モジュールと、
   前記ハウジングに取り付けられた電源と、
   前記圧力変動吸着プロセスを電子的に制御するためのコントローラデバイスと、
   前記酸素濃縮器と流体連通している送風装置であって、
   送風機ハウジング、
   前記送風機ハウジングの内部に搭載された送風機モータ、
   前記送風機モータに接続された送風機ファン、
   前記送風機ハウジングに取り付けられた第２の電源、及び
   前記送風装置を電子的に制御するための送風機コントローラデバイス、
   を備える送風装置と、
   を備える酸素送給システム又は可搬人工呼吸器。
2. 前記圧縮機は、濃縮酸素送給管を通じて前記送風装置と流体連通している、請求項１に記載の酸素送給システム又は可搬人工呼吸器。
3. 前記濃縮酸素送給管からの酸素フローが、タービン入口ベンチュリーを介して前記送風機ファンに追加のエネルギーを付加する、請求項２に記載の酸素送給システム又は可搬人工呼吸器。
4. 前記送風機ハウジングに取り付けられた入口フィルタを通じて周囲空気が前記送風機ファンに導入される、請求項１に記載の酸素送給システム又は可搬人工呼吸器。
5. 前記送風機ファンからの濃縮酸素が、前記送風機ハウジングに取り付けられたカニューレコネクタを通じて前記送風装置から出る、請求項１に記載の酸素送給システム又は可搬人工呼吸器。
6. 前記送風装置は、患者送給ホースを通じて患者インターフェースへの送給のための加圧酸素を保存する、請求項１に記載の酸素送給システム又は可搬人工呼吸器。
7. 前記送風装置と流体連通している患者インターフェースであって、前記患者に濃縮酸素を供給するように構成された患者インターフェースをさらに備える請求項１に記載の酸素送給システム又は可搬人工呼吸器。
8. 前記送風機ハウジング内に位置するバルブであって、前記圧縮機から前記送風機ファンへの濃縮酸素の流量を制御するバルブをさらに備える請求項１に記載の酸素送給システム又は可搬人工呼吸器。
9. 前記篩モジュールは、前記ハウジング内に取外し可能に搭載可能である、請求項１に記載の酸素送給システム又は可搬人工呼吸器。
10. 前記電源は、前記ハウジングに取外し可能に搭載された充電可能なバッテリからなる、請求項１に記載の酸素送給システム又は可搬人工呼吸器。
11. 前記第２の電源は、前記送風機ハウジングに取外し可能に搭載された充電可能なバッテリからなる、請求項１に記載の酸素送給システム又は可搬人工呼吸器。
12. 前記送風機ハウジング内に搭載されて該送風機ハウジングを通じた周囲空気及び酸素の流量を制御する第１、第２及び第３のバルブをさらに備える請求項１に記載の酸素送給システム又は可搬人工呼吸器。
13. 前記第１、第２及び第３のバルブは、圧電バルブからなる、請求項１２に記載の酸素送給システム又は可搬人工呼吸器。
14. 前記圧電バルブは、前記送風機コントローラによって制御される、請求項１３に記載の酸素送給システム又は可搬人工呼吸器。
15. 前記ハウジング及び前記送風機ハウジングは一体であり、前記圧縮機、篩モジュール、電源、送風機モータ及び送風機ファンは前記ハウジング及び前記送風機ハウジング内に位置する、請求項１に記載の酸素送給システム又は可搬人工呼吸器。
16. 前記送風機ハウジングに搭載され、前記送風機ファンから下流側に配備された薬剤送給装置をさらに備える請求項１に記載の酸素送給システム又は可搬人工呼吸器。
17. 前記薬剤送給装置は、ネジ状遠位端及びネジ状近位端を有する取外し可能な中空カートリッジからなる、請求項１６に記載の酸素送給システム又は可搬人工呼吸器。
18. 前記薬剤送給装置の内部が、薬物又は水分溶出ポリマーで覆われている、請求項１６に記載の酸素送給システム又は可搬人工呼吸器。
19. 前記薬物又は水分溶出ポリマーは、ポリエーテルブロックアミドからなる、請求項１８に記載の酸素送給システム又は可搬人工呼吸器。
20. 前記薬物又は水分溶出ポリマーは、前記送風機ファンからのガスが前記薬剤送給装置を流通するにつれて溶出する薬剤で含浸されている、請求項１８に記載の酸素送給システム又は可搬人工呼吸器。
21. 前記送風機コントローラデバイスが、前記送風機ファンの速度を増加又は減少させて、前記送風機ハウジングを通じる及び前記患者への周囲空気及び酸素の流量を制御するように構成された、請求項１に記載の酸素送給システム又は可搬人工呼吸器。
22. 前記送風装置は、前記篩モジュール及び前記ハウジングと前記送風機ハウジングの間に延在する濃縮酸素送給管を通じて前記圧縮機と流体連通している、請求項１に記載の酸素送給システム又は可搬人工呼吸器。
    

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