JP2749091B2 - 胸圧縮装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、一般には医学装置により、より詳細には、
人の、特に嚢胞性線維症によって冒されている人々の、
肺から粘液を離れさせ除去することを助ける振動胸圧縮
装置に関する。

（発明の背景） 嚢胞性線維症は、致命的な遺伝病である。20人に１人
が劣勢遺伝子を持ち、嚢胞性線維症を持つ子供の妊娠
が、400の出産をする結婚毎におよそ１回生じる。この
病気に対する治療法は、発見されていない。嚢胞性線維
症は、体の粘液分泌線を冒すので、粘液の過剰生産が生
じる。肺は、余分の粘液により連続的に満たされ、形成
と感染の危険を減少するために毎日除去されねばならな
い。今日、治療は、気管支排液を得るための１日に３回
または４回のエアロゾル療法と、吐出のために粘液を離
すための毎日の胸壁の物理的強打を含む。毎日の治療
は、４時間から６時間の範囲にわたり、胸を打つための
呼吸治療者または少なくとも訓練された個人を必要とす
る。

本発明は、犬について過去の研究により得られた事実
を基にする。周期的圧力は、気道で粘液の除去を助け、
同時に起こる振動は、運動性を増大させることにより粘
液の粘性を小さくする。犬についての研究は、犬の周り
に肋骨構造の領域で巻かれた変形血圧カフを使用した。
カフの中の空気袋は、振動ポンプにより加圧される。

体への機械的振動の分野における技術は、呼吸、例え
ば人工呼吸を助けるために人に着せる膨張可能な上着や
衣服などを示す。米国特許第3,043,292号、同第2,354,3
97号、及び同第2,588,192号は、代表的なものである。
さらに、体のマッサージのために振動を与える衣服が、
米国特許第3,310,050号に示されている。しかし、従来
の技術は、前に説明した嚢胞性線維症の治療の問題を解
決するものではない。

（発明の概要） 本発明は、人の胸に圧力を加えるための機構を含む、
人のための振動圧縮装置を目的としている。加圧機構
は、加圧空気を収容する袋を含む。この装置は、また、
袋に対して加圧空気の規則的パターンのパルスを与える
機構と、袋から加圧空気を抜く機構と、このパルス発生
機構と空気抜き機構を交互に調節する機構とをふくむ。

好ましい実施例では、回転バルブが、圧力側から袋に
入る空気と減圧側から袋を排気する空気との周期変化を
決定する。第一ブロワーは回転バルブの加圧側に使用さ
れ、第二ブロワーは、空気を急速に移動するために排気
側に使用できる。袋は、人にぴったり合い固定されるシ
ェルにより人の胸に隣接して保持される。調節スイッチ
は、回転バルブの加圧側でソレノイドバルブを作用さ
せ、患者の呼吸サイクルの吸気部分で加圧を停止させ
る。

別の実施例では、第一次ベローズは、人の胸に隣接し
た袋に空気を供給するために振動される。さらに、第二
次ベローズが、吸気の間に空にされた後に、袋を急速に
満たすことができる空気貯蔵部を満たすために振動され
る。

本発明に係る装置は、嚢胞性線維症を有する人々が面
する治療問題に対する開拓者的解決である。発明の効果
は、通常の治療プログラムよりはむしろ本装置を利用し
た治療プログラムから得られる利益に関係する。この点
で、本発明の装置を用いた治療プログラムは、嚢胞性線
維症に対し、その人が機械だけを操作できる点において
独立性を与える。もはや訓練された個人によるスケジュ
ール治療は、必要ではない。このため、心理的自由と物
理的自由と自尊心が増大する。その人は、治療において
柔軟になり、普通の風邪と戦う場合のように有用であれ
ば、別の治療を追加できる。他の長所は、治療費の著し
い低下である。

（図面の簡単な説明） 本発明の効果と目的は、特に以下に簡単に説明する図
面を参照して、以下に説明される。

第１図は、本発明に係る他の実施例を操作する人の図
である。

第２図は、本発明の好ましい実施例に係る装置の図式
的な図面である。

第３図は、第１図に示された変形実施例に係る装置の
図式的な図面である。

第４図は、患者の呼吸サイクルを表す振動的曲線に重
ねられた圧力パルスに図である。

（好ましい実施例と変形実施例の詳細な説明） 同じ参照番号が同じまたは対応する部分を示す図面、
特に第２図を参照して、本発明に係る装置は、番号10に
より一般的に示される。第１図を参照して、変形実施例
の装置は、一般に番号10′により示される。第１図にお
いて、図示されている人12は、シェル14と胸の間に空気
ベスト即ち袋16を備えたシェル14を着ている。ホース11
4は、パルスポンピングシステム18をベスト袋16と結合
する。図示されている人12は、ベスト袋16に対して空気
パルスの供給を調節する制御スイッチ162を左手に持
ち、右手で、管116の開閉によりベスト袋の通気を調節
する。

好ましい実施例10′は、後に明らかになるように片手
だけで調節可能なことを除いて、第１図と同様に示すこ
とができる。第２図に示されるように、装置10の空気パ
ルスシステム18は、一対の大容量の再生式ブロワー26、
62を備え、ブロワー26は、大口径回転バルブ22により調
節される出口を備える。圧力側のブロワー26は、１分当
り2.4立方メートルの容積に110センチメートルの水圧を
発生可能な市販のユニットを使用して試験された。ブロ
ワー26は、モーター27により駆動される。試験ユニット
は、1/2馬力のACモーターにより1725rpmで駆動された。
排気側ブロワー62は、モーター63により駆動される。試
験ブロワーは、１分当り2.4立方メートルの容積で72セ
ンチメートルの水圧を発生可能であった。この試験ブロ
ワーは、1/8馬力ACモーターにより1725rpmで動かされ
た。好ましくは、圧力側ブロワー26は、試験ユニットに
関して示されたように、排気後に急速に再膨張を完了す
るために排気側ブロワー62に比べて大きいサイズであ
る。

交互の正と負の圧力は、回転バルブ22を介してベスト
袋16に加えられる。バルブ22を通っての正の入力パルス
の間に、システムの負の圧力側は、閉じられる。負の圧
力パルスの間に、システムの正の圧力側は、閉じられ
る。回転バルブ22は、ベスト袋16に対し交互の正と負の
圧力パルスを作り出し、モーター53により駆動される。
試験の間、通常のDC調節器54により調節されるI/20馬力
のDCモーター53が使用される。磁気的ピックアップを備
えた電子タコメーターが、バルブ回転速度を監視するた
めに使用された。ブロワーは連続的に作動されるので、
パルス速度は、調節器54により制御された。

ソレノイドバルブ24は、正側のブロワー26と回転バル
ブ22の間に位置される。試験の間、ソレノイドバルブ24
は、1.25インチの口径であり、24ボルトの電力で作動さ
れた。バルブ24は、通常は閉じていて、患者の持つ手ス
イッチ30により調節される。開放位置では、正の110セ
ンチメートルの水圧の加圧空気流は、回転バルブ22に加
えられ、回転バルブ22は、次に空気を圧力パルスの形で
ベスト袋16へ通す。回転バルブ22が正側のブロワー26と
ベスト袋16との間の空気流れを開閉するので、パルスが
生成される。パルス化率は回転バルブ22の回転速度によ
って決定されるが、この回転速度は、モーター調節器54
によって決定される。

ソレノイドバルブ24が閉鎖位置にあるときは、正側の
ブロワー26からの空気流は、ベスト袋16へ通らない。む
しろ、ベスト袋16は、負の圧力側のブロワー62により排
気される。そのような排気は、吸入の間に患者によって
要求される努力を小さくする。ある患者は、負の圧力が
快適な吸入のためにベストを排気するために必要でない
と分かるかも知れない。そのような患者に対して、真空
または負の圧力のブロワー62はオプションである。

手動の流れバルブ46は、正の圧力のブロワー26とベス
ト袋16との間に位置され、ベスト袋16への流量即ちパル
ス力を制御するために調整をする。同様に、手動の流れ
バルブ64は、回転バルブ22と負側のブロワー62の間に位
置され、排気に関連した調節を行う。即ち、ある患者に
対しては、ベスト袋16の全体の排気は不必要かも知れ
ず、または、希望しないかも知れない。回転バルブ22は
一定速度で回転するので、そして、負の側のブロワー62
は一定速度で作動するので、流れバルブ64が回転バルブ
22とブロワー62との間の連通線を制限するために取り付
けられるとき、流れバルブ64は、回転バルブ22の１回転
の間に排気される空気量を有効に減らす。従って、装置
10の圧力側がどれだけ長く閉じられるかに依存して、排
気側の完全な排気は生じないかも知れない。

第２図に関連して、装置10が以下にさらに詳しく説明
される。圧力側ブロワー26は、ホース28を通って、通常
は閉じているソレノイドバルブ24と連通している。ホー
スは、空気を１点から他の点へ向ける管や他の機構であ
ってもよいことが分かる。ソレノイドバルブ24は、好ま
しくは手動で操作可能な流れ調節バルブ46を通って回転
バルブ22と連通する。ここで、ホース44は、ソレノイド
バルブ24を流れ調節バルブ46と結合し、ホース48は、流
れ調節バルブ46を回転バルブ22と結合する。ホース50と
して示された１本以上のラインが、回転バルブ22をベス
ト袋16と結合する。負の圧力側では、回転バルブ22は、
流れ調節バルブ64を介して排気ファン62と連通する。ホ
ース66は、回転バルブ22を流れ調節バルブ64と結合し、
ホース68は、バルブ64をファン62と結合する。

ACモーター27は、加圧ファン26を駆動し、電線70、72
を介して電源42へ結合される。ACモーター63は、排気フ
ァン62を駆動し、線74、76を介して電源42に結合され
る。DCモーター53は、線57、58を介して調節器54と結合
される。調節器54は、モーター53の速度を変えるための
手動調節部56を含む。モーター調節器54は、線59、60を
介して電源42から電力を受け取る。

ソレノイドバルブ24は、絶縁トランス36をとおして電
源42に結合される。より詳細には、ソレノイドバルブ24
は、トランス36の一つの側に線38を介して結合され、ト
ランス36の他方の側に線32、34を介して患者調節スイッ
チ30を通って結合される。このトランスの他方の側は、
電源42に線40、41を介して結合される。

嚢胞性線維症の患者は、一般に弱く、弱い咳をし、肺
から粘液を離す事が出来ず、時にはほとんど出来ない。
高周波の振動の助けにより、粘液の粘性を減らし、粘液
を肺壁から離し、従って弱い咳でも粘液を取れ易くな
る。一部の粘液が取れると、咳が強くなり、それにより
粘液がますます取り易くなる。

第４図は、よりグラフ的な図を示す。より低周波のラ
イン78は、患者の呼吸サイクルを表す。この低周波ライ
ンの部分に重畳されたより高周波のラインは、患者の胸
に対してベスト袋16により与えられるパルス化運動を表
す。

始め、患者は、むしろ浅く呼吸し、吸気予備容積線82
と呼気予備容積線84との間の領域によって表される全肺
容積の小さいパーセントのみを使用する。一部の粘液が
取れると、患者は、肺容積のより大きなパーセントを使
い始める。治療のゴールは、患者を深く呼吸させて、線
86によって表される予備容積を減らし、これにより、肺
容量を大きくすることである。

装置10を使用するため、まず、ベスト袋16とシェル14
が、個々の患者に適合させて作られる。ベスト袋16は、
肺を覆う胸の領域を覆わねばならない。ベスト袋は、一
つの空気室を備え、空気室には、少なくとも１個の、好
ましくは２個の空気ポートが胸の上側部分の近くに位置
される。ベストは、試験モデルでは、ホックとループの
留め具を前に備えた15ミルのポリウレタンから作られ
た。

シェル14は、幾つかの可能なタイプのうちどれでも良
い。例えば、固いシェルは、容易に着用出来るように別
れた側部を備えたポリウレタンボデイ鋳造品から作って
も良い。他方、シェル14は、非伸縮性衣服材料から柔ら
かなベストとして作っても良い。あるいは、ベスト14
は、非伸縮性衣服材料から作るが、固いポリプロピレン
板を収容するポケットを形成する前と後ろのパネルを持
たせても良い。全てのシェルのタイプは、好ましくは、
ホックとループの留め具を備えさせても良い。

患者がベスト袋16とシェル14とをベスト袋16が胸にい
ごこち良く、きつくはなく適合するようにして装着した
後に、ホース50がそこに接続される。次に、３個のモー
ター27、53、63が起動される。ソレノイドバルブ24が通
常は閉じているので、ファン26は、作動していないけれ
ども、ベスト袋16を排気するように作用する。排気ファ
ン62は、いま作動していて、ベスト袋16を排気するよう
に機能する。患者は、次に、スイッチ30を閉じて、これ
によりソレノイドバルブ24を開き、モーター調節器54の
調節部56によってセットされる周波数での空気パルスに
よりベスト袋16の加圧を可能にする。もしシステムの圧
力側からの空気の量が大きすぎるか又は十分でなけれ
ば、手動調節バルブ46、64が適当に作用される。

作用しているシステムにおいて、患者は、自分の呼吸
サイクルに一致して装置10を調節することを学ばねばな
らない。即ち、呼気の間にパルス化を与え吸気の間に排
気をさせるように、スイッチ30は、呼気の間に下げてい
なければならず、吸気の間に離される。第４図に図式的
に示されるように、その効果は、吸気予備容積線82の方
に向く滑らかな線78と呼気予備容積線84の方に向く重畳
された波状の線80とによって示される。個々の患者に対
して適当な高周波パルス率は、異なった周波数と異なっ
た時間の長さのこの装置10を用いた治療において患者に
より呼吸される流れ速度又は容積を測定して、経験的に
得られる。本装置は、肺のエネルギー伝達を最適化する
ようにパルス化率が個々の患者にたいして調整される点
で特に利点がある。典型的には、呼吸サイクルは、比較
的低周波数であり、健康な人においては普通約0.2から
0.4ヘルツである。嚢胞性線維症や他の病気の人におい
ては、呼吸周波数は、１又は２ヘルツまでに高くなり得
る。高周波パルス化は一般に10から30ヘルツの間に同調
でき、小さな子供に対しては30ヘルツまで高くできる。
どの場合でも、低周波呼吸サイクルは５ヘルツ以下であ
り、高周波パルス化率は５ヘルツより上である。

好ましい実施例の装置が患者に多数の長所を提供する
ことに留意するべきである。圧縮パルス化は、胸全体に
加えられる。パルス化周波数は、最適なエネルギー伝達
のために同調できる。装置10は、患者により調節でき
る。もし患者がスイッチ30を落としても、装置10は、単
に圧力を排気する。

装置10の別の実施例は、第１図に描かれる。装置10′
は、第３図に図式的に示される。パルスポンプシステム
は、一対のベローズ88,90を備えるが、このベローズ
は、大きな乗り物のサスペンションのために共通して使
用されるタイプの空気バネであってもよい。ベローズ8
8,90は、反対の方向に作用する。ベローズ88,90は、中
央で支持されるクランクシャフト96に5mmタイミングベ
ルト112によって結合される1/2馬力のDC電気モーター92
により駆動される。タイミングベルト112は、一対のプ
ーリー108、110と共に動く。クランクシャフト96は、ベ
アリングピローブロック98、100により位置に保たれ
る。可変速DCモーター調節器142は、モーター速度を制
御するために使用される。

第一次ベローズ88は、患者のベスト袋16と直接気体で
通じている。空気は、典型的には10から30ヘルツで第一
次ベローズ88よりベストへ圧縮され、ベストから排気さ
れる。パルスの容積は、患者の大きさに対して較正さ
れ、ポンプストロークとベローズの直径に依存する。

第二次ベローズ90は、ベスト袋16に対して別の空気の
流れを与え、患者が、ベスト袋接触圧を制御することを
可能にする。このことは、前に説明したように胸壁が吸
気の間に膨張する間に圧力がほとんど又は全く必要でな
いかもしくは希望されないから、重要である。従って、
吸気の間にベスト袋16の中の空気は大気中に通気され、
通気の後で次の呼吸サイクルが始まる前に急速な圧力の
回復が有効な胸圧縮のために必要である。第二次ベロー
ズ90は、小さな空気貯蔵タンク130への直列の一方向バ
ルブを通っての方向性の空気の流れを有する。この空気
貯蔵タンクの圧力は、患者の吸気の間に約0.06g/cm²に
なり、一方、空気ベスト袋16は、大気中へ通じる。患者
は、指で空気ホース116上の通気穴118を覆うか開けるか
によりベスト袋の圧力を制御する。この穴が開いていれ
ば、空気は、大気へ抜ける。患者が空気穴を閉じ、か
つ、ソレノイドバルブ132を調節するスイッチ162も閉じ
ると、空気貯蔵タンク中の圧縮空気は、膨張可能なベス
ト袋に送られる。そのような作用は、有効な振動胸圧縮
のために効率的な接触圧に達するために患者が吸入を終
わった後に、ベストの急速な再膨張を生じる。

更に詳細には、第３図に示される装置10′は、どちら
もDCモーター92により駆動される第一次ベローズ88と第
二次ベローズ90とを有する。相互に面しない側におい
て、第一次と第二次のベローズ88,90は、同じ基礎部材9
2,94によって保持される。各基礎部材92,94は、平らな
固体表面を備え、ベローズ88,90をそれに対して圧縮で
きる。クランクシャフト96は、ベアリングピローブロッ
ク98,100により支持される。コネクチングロッド102
は、一端で適当にクランクシャフト96に結合され、他端
でユニバーサルジョイント104を介してプランジャ106に
取り付けできる。理解されるように、今の説明は機能的
部品にのみ関連しているが、構造的枠組みは、当業者に
よって容易に考え、組み立てる事が可能である。プーリ
ー108,110はクランクシャフト96に固定され、モーター9
2のシャフトは、それぞれ、支持タイミングベルト112に
固定される。

第一次ベローズ88は管114を通ってベスト袋16と気体
を通じる。管114は、開放端118を備えた枝管116を備
え、患者は、ベスト袋16中の圧力を希望する時は開放端
118を閉じ、ベスト袋16を通気したいときは開放端118を
開く。第二次ベローズ90は、第二次ベローズ90の方へ流
れの方向に開く一方向逆止弁122を備えた管120を通して
補給空気を受け取る。第二次ベローズ90は、また、第二
次ベローズ90から離れる流れ方向に通じる一方向逆止弁
126を備えた管124を通った気体を通じる。バルブ126
は、空気貯蔵タンク130と管128を通して気体を通じる。
空気貯蔵タンク130は、ソレノイドバルブ132と一方向逆
止弁134を通して管114と気体を通じていて、管136,138,
140を介して、貯蔵タンク130から離れる方向にだけ流れ
を生じる。ソレノイドバルブ132が開いているとき、空
気貯蔵タンク130からの空気は、第一次ベローズ88とベ
スト袋16の一方または第一次ベローズ88とベスト袋16の
双方へ流れる。特に、第一次ベローズ88のための補給空
気は、ベスト袋16または貯蔵タンク130により供給され
る。

モーター92は、調節器142と線144,146を介して接続さ
れる。調節器142は、電源148と線150,152を介して接続
される。ソレノイドバルブ132は、電源148からトランス
154により絶縁される。トランス154の一次側は、電源14
8と線156,158を介して接続される。トランス154の二次
側は、線160と線164,166を介して患者により調節される
スイッチ162とを介してソレノイドバルブ132と接続され
る。

使用においては、好ましい実施例におけるように先ず
ベスト袋16とシェル14とが患者12に適合される。患者12
は、一方の手を管116の端に置き、他方の手をスイッチ1
62に置く。モーター92は、起動され、モーター調節器14
2を使用して好ましい実施例の装置10′に関して説明し
たように希望の速度に制御される。次に、患者は、自分
の呼吸サイクルに関していつ圧縮をかけるかを学習す
る。すなわち，呼気の間に、患者は、スイッチ162を閉
じ、管116の端118を閉じる。呼気の間に、ベスト袋16を
大気に通じることが一般に望ましく、次に、患者は、ス
イッチ162を開き管116の端118を開く。

こうして、好ましい実施例と変形実施例の両装置10
は、患者の胸に圧力パルスを与え、患者にパルスの速度
とパルスの適用を調節できるようにするけれども、明ら
かに、両システムの実際の部品は、実質的に異なってい
る。この点に関して、好ましい実施例と変形実施例の構
造と機能の長所と詳細は明らかにされたけれども、しか
しながら、それらは一例であり他の同等な実施例が可能
であることが理解される。従って、請求の範囲に表され
た語句の一般的な意味に含まれる範囲内で、特に形や、
大きさや、配置の事項において、変更がなされる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−54167（ＪＰ，Ａ) 特公 昭33−4144（ＪＰ，Ｂ１) 米国特許2588192（ＵＳ，Ａ) 米国特許2263844（ＵＳ，Ａ) 米国特許2780222（ＵＳ，Ａ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加圧空気を収容するための袋を備え、人の
   胸に力を加える加圧手段と、 連続的で規則的なパターンの加圧空気のパルスを、人の
   呼吸周波数に依存せず人の呼吸周波数より高い周波数
   で、上記の袋に供給するパルス供給手段と、 上記の袋から上記の加圧空気を出す通気手段と、 上記の袋の中の圧力が人の呼気と吸気の周波数に対応し
   て増減可能であり、かつ、上記の袋の中の加圧空気に人
   の周波数より高い上記の周波数の加圧空気が重畳可能で
   あるように、上記のパルス供給手段と上記の通気手段を
   制御する制御手段と を備えることを特徴とする振動胸圧縮装置。
2. 【請求項２】上記の加圧手段が、上記の袋が人の胸に内
   側方向に力を加えるように上記の袋の外側への膨張を制
   限するために人が着るシェルを備える請求項１に記載さ
   れた振動胸圧縮装置。
3. 【請求項３】上記のパルス供給手段が、加圧ブロアー
   と、 回転バルブと、このバルブを駆動するための手段と、 上記の加圧ブロアーと上記の回転バルブの間に空気を通
   じるための第一手段と、 上記の回転バルブと上記の袋の間に空気を通じるための
   第二手段とを備える請求項１に記載された振動胸圧縮装
   置。
4. 【請求項４】上記の通気手段が、減圧ブロアーと、上記
   の回転バルブから上記の減圧ブロアーへ空気を通じるた
   めの第三手段とを備える請求項３に記載された振動胸圧
   縮装置。
5. 【請求項５】上記の調節手段が、上記の第一通気手段内
   に取り付けられたストップバルブを備え、上記の制御手
   段がさらに上記のストップバルブを作動するために人に
   よって操作可能な手段を備える請求項４に記載された振
   動胸圧縮装置。