JP6942730B2 - 高度順応化のための装置およびこの装置を機能させるための方法 - Google Patents

Description

本発明は、高度（高地）に順応化させるための装置及びこの装置を使用する方法に関する。

高度（高地）は、呼吸する空気中の酸素の利用可能性が低く、身体への酸素供給量が少ない。この低酸素症が、身体的および／または認知機能的能力の低下、場合によっては頭痛、吐き気および疲労の発症の原因であることがよく知られている。

非特許文献１によれば、高地度条件下で被験者の口の換気マスクを使用する呼気圧力が、人為的な肺内圧の増加により、血液および筋肉酸素化を増加させることによって高度の影響を制限することを可能にする。そのようなマスクは、例えば、特許文献１に記載されている。

欧州特許出願公開第０７７１５７８号明細書

H．Nespouletらの「Positive Expiratory Pressure Improves Oxygenation in Healthy Subjects Exposed to Hypoxia」（２０１３年１２月のジャーナル「ＰＬＯＳ one」、第８巻、第１２号の刊行物）

引用された文献によって報告された研究の一部として使用された実験装置は、初期の科学理論を検証することを可能にしたが、現在の使用には適していない。さらに、その複雑な構成に加えて、それが正しく使用されることを保証し、その有効性を確実にするために、専門家による監督が必要である。

本発明の目的は、簡潔な指示に基づいてコンパクトで容易に使用可能な高度順応化するための装置を提案し、その使用者の身体への酸素供給を効果的に増加させることを可能にすることである。

この目的を達成する観点から、本発明の目的では、使用者の顔面に装着されたときに密閉空気スペースを画定する呼吸マスクを含んでなる高度順応化のための装置を提案する。当該マスクは、
- 呼吸（吸込み）時に周囲の空気を密閉スペースの中に入れるための吸入バルブと、
- 呼吸（吐出し）時に密閉スペースに空気の過圧が生じるように、所定の抵抗で空気を排出する呼気バルブと、
- 密閉空気スペースの圧力に関する情報を確立するためのセンサと、
を含んでなる。

順応化装置はさらに、呼吸モードの調整を使用者に推奨する観点から、使用者の呼吸特性を確立し、少なくとも１つの目標値と比較するように構成された圧力情報を処理するユニットを含み、呼吸特性が、８〜１２ｃｍＨ２Ｏの間の目標値で呼吸（吐出し）するときの密閉スペース内の最大圧力と、３．５〜４．５秒の間の目標値での呼吸（吐出し）の持続時間と、１．５〜２．５秒の間の目標値での呼吸（吸込み）の持続時間と、を含む。

したがって、装置の使用者は、呼吸マスクを使用して、使用者の身体への酸素供給を効果的に増加させることを可能にする指示を受ける。

本発明の他の有利かつ非限定的な特徴によれば、以下を単独または組み合わせることができる。
- 順応化装置はまた、処理ユニットに接続された酸素濃度計を含む。
- 順応化装置はまた、処理装置に接続された推奨ユニットを含む。
- 処理ユニットは、マスク内またはマスク上に配置される。
- 処理ユニットは、マスクから分離されて配置され、マスクから分離されたデバイスによって構成されている。

本発明の第２の目的は、使用者の顔面に装着されたときに密閉空気スペースを画定する呼吸マスク（２）を含んでなる高度順応化のための順応化装置（１）を機能させる方法であって、
- 密閉空気スペースの圧力を測定するステップと、
- 圧力測定値から、使用者の呼吸特性を確立するステップと、
- 呼吸特性を少なくとも１つの目標値と比較するステップと、
- 使用者の呼吸モードの調整を推奨するステップと、
を含んでなる。

本発明によれば、呼吸特性は、８〜１２ｃｍＨ２Ｏの間の目標値で呼吸（吐出し）するときの密閉スペース内の最大圧力、３．５〜４．５秒の間の目標値での呼吸（吐出し）の持続時間、および、１．５〜２．５秒の間の目標値での呼吸（吸込み）の持続時間である。

本発明の他の有利かつ非限定的な特徴によれば、以下を単独または組み合わせることができる。
- 少なくとも１つのインジケータライトの照明、或いは、音または音声メッセージの発信、若しくは、スクリーン上のテキストまたはグラフィックの表示を含む方法。
- 測定された圧力および／または呼吸特性の記録をさらに含む方法。

本発明は、添付の図面を参照して、本発明における特定の非限定的な実施形態に関する以下の説明を照らして最もよく理解されるであろう。

本発明に基づく高度順応化するための装置の呼吸マスクを示す。 図１の呼吸マスクの斜視図である。 本発明による装置の特定の例を示す図である。 本発明による装置の特定の例を示す図である。 本発明による装置の特定の例を示す図である。

大変一般的には、本発明に適合する高度順応化のための装置１は、使用者の顔に装着される呼吸マスク２と、この使用者の呼吸特性を確立してその呼吸モードの調整を推奨するように構成された処理ユニット３とを備える。

本出願の範囲において、「呼吸特性」は、使用者が呼吸（吸込み／吐出し）する空気に関する測定または計算された情報を意味する。これは、例えば、呼吸（吸込み）された空気の量または呼吸（吐出し）された空気の量、マスク２内のこの空気の圧力、呼吸（吸込み）および／または呼吸（吐出し）の時間、呼吸速度（換言すれば、時間単位で呼吸（吸込み／吐出し）する回数）。本出願では、使用者の呼吸特性の組み合わせは、その呼吸モードを形成する。したがって、呼吸モードの調整は、１つまたは複数の特性の変更に対応することができる。

図１は、使用者の顔面に装着された高度順応化のための装置の呼吸マスク２を示している。図２には、マスク２の斜視図が示されている。図１に示されているように、マスク２は、使用者の口および鼻を取り囲むように構成されている。詳細に後述されるように、マスク２は空気を吸込み、空気を吐出すためのオリフィスを有する。

マスク２は、ストラップ（図示せず）のような適切な手段によって、顔の上に取り付けられ、有利には使用者の顔形態に調整可能である。いったんマスク２が位置決めされると、そのエッジ２ａは、使用者の顔の周辺支持ゾーンに支持される。支持力は、支持ゾーンのレベルでマスクの十分なシーリングを確保しながら、好ましくは、マスク２の装着が使用者にとって快適が保持されるように選択される。このように、マスクの内側には、マスク２の内面と使用者の顔とで画定された密閉されたスペースが画定される。

「十分なシーリング」とは、使用者が過剰に加圧された呼気状態で呼吸した場合であっても、呼吸（吸込み／吐出し）される空気が通常の使用条件下でマスクのエッジ２ａと周辺支持ゾーンとの間を通過しにくいことを意味する。したがって、一例として、周辺支持ゾーンとマスク２のエッジ２ａとの間のシーリングは、密閉スペースと外部環境との間の圧力差が１５ｃｍＨ２Ｏ（１４７０Ｐａ）、さらには２０ｃｍＨ２Ｏ（１９６０Ｐａ）まで上昇するまで保持され得る。

有利には、上述した快適性およびシーリングの理由のために、マスクのエッジ２ａにサポートシール（図２には示されていない）を装備することができる。

簡単に言及したように、呼吸マスク２は、第１および第２のオリフィスを備えている。本発明によれば、第１のオリフィスには、呼吸（吸込み）時に密閉スペース内に周囲の空気を取り入れる吸入バルブ４ａが設けられている。第２のオリフィス自体には、呼気バルブ４ｂが設けられており、マスク２の密閉スペースに空気の過圧を生じさせるために、呼吸（吐出し）時に所定の閾値を有する抵抗または圧力値を空気に与える。

従って、呼吸（吸込み）した使用者は、マスク２の内部でわずかに不十分な加圧を生じさせて、吸入バルブ４ａの開放および呼気バルブ４ｂの閉鎖に導き、これによって、使用者の肺に吸い込まれる前に、周囲の空気が密閉スペースに自由に入り込む。

同様に、呼吸（吐出し）している使用者は、マスク２の密閉スペースに過剰な加圧を生じさせて、吸入バルブ４ａを閉鎖する。呼気バルブ４ｂ自体は、密閉スペースの過圧が所定の閾値圧力値を超えるときにのみ開く。

マスク２の適合した使用の間に、密閉スペースにおける一種の過圧が、呼吸（吐出し）フェース中に形成され、これは使用者の肺胞の開口に強く有利に働き、次の呼吸（吸込み）フェース中に身体への酸素供給を増加させることが可能となる。

呼気バルブ４ｂは、所定の抵抗が約１０ｃｍＨ２Ｏ（９８０Ｐａ）の密閉スペースの過圧に対応するように構成され得る。より一般的には、所定の抵抗は、５〜２０ｃｍＨ２Ｏ（４９０〜１９６０Ｐａ）の間となり得る。

有利には、呼気バルブ４ｂの所定の抵抗は、使用者によって調節可能である。一例として、
- 所定の抵抗が、例えば、５ｃｍＨ２Ｏ（４９０Ｐａ）の密閉スペースの第１の過圧に対応する、第１の構成を有する呼気バルブ４ｂ、および
- 所定の抵抗が、例えば１０ｃｍＨ２Ｏ（９８０Ｐａ）である、第１の加圧より大きい密閉スペースの第２の過圧に対応する第２の構成、
を設けることができる。

このようにして、非常に異なる顔形態を有する使用者が使用することができ、いずれの場合でも高度で満足のいく高度順応化を得ることができる単一の呼吸装置１が提案され得る。

吸入バルブ４ａ及び呼気バルブ４ｂは、それ自体は周知の現存の装置で、典型的には、バルブの両側に存在する圧力差に反応して通路を開閉する機械的なバルブから形成される。

バルブ４ａ、４ｂの他の実施形態は、当然のことながら、定義された機能を保証するために本発明の範囲内で想定される。

本発明によれば、マスク２には、密閉スペースの圧力に関する情報を提供するためのセンサ５も設けられている。密閉スペースへの直接的なアクセスを有し、その圧力を決定するために、センサ５はマスクの内面に配置され、取り付けられ得る。センサ５はまた、マスクの壁に形成され、測定を可能にするために密閉スペースに導かれたハウジング内に配置することができ、および、この測定を容易にする他の任意の場所に配置することができる。

有利には、センサ５は、処理ユニット３による処理を可能にするために、電気的またはデジタル形式の圧力情報を提供する。この情報は、その進捗の監視が可能になるように測定された傾向に対して、連続的に、または十分な周波数でもたらされる。したがって、情報を利用可能にする周波数は、０．１Ｈｚから１０Ｈｚの間であり得る。

本発明による高度順応化のための装置１は、センサ５によって提供される密閉スペースの圧力に関する情報を処理するためのユニット３も含む。この目的のために、センサ５とユニット３は、接続の仲介によって互いに接続されている。この接続は、情報がデジタルである場合のデータバス、例えばBluetooth（登録商標）規格による無線接続においても、単一の電気接続に対応することができる。このような接続の場合、センサ５は、少なくとも発信手段および受信手段ユニット３を備えている。

処理ユニット３は、例えば図２に示されているように、マスク２上に取り付けられてもよいが、本発明はこの構成に全く限定されない。したがって、処理ユニット３をマスクの外側に取り付けることもできる。これらの２つの構成は、コンパクトな装置１を構成するという利点を有する。この場合、マスクには、パワーパックまたはバッテリなどのエネルギー源が設けられ、処理ユニット３などの能動素子や可能性のある周辺機器を設けることを可能にする。

あるいは、ユニット３は、マスク２から分離されたデバイス８に含まれていてもよく、接続ケーブルまたは無線接続によって接続することができる。分離されたデバイス８は、例えば、使用者が手で保持することができ、またはその手首に保持することができるイヤピースまたは他のデバイスとすることができる。

処理ユニット３によって実行される機能は、様々な様式で実施することができる。このように、ユニットは、メモリに記録されたプログラムを実行するマイクロコントローラ構成またはＦＰＧＡタイプのプログラム的マテリアル構成の、統合された或いは統合されていない、ロジックおよび電子コンポーネントから構成することができる。

ユニット３が含まれ、マスク２から分離されたデバイス８に対応する場合、既存の装置（電話、腕時計、タブレット端末等）で実行されるプログラムの様式でその機能を実現することが有利であり得る。

このユニット３の実施形態がどのようなものであっても、マスク２内の密閉空気スペースの圧力に関する情報は、その呼吸モードの調整を使用者に推奨することを考慮して、そこで処理される。この調整は、高度順応化を改善または加速することを目的としている。これは、例えば、動脈酸素飽和度の進展によって測定することができる。本発明による装置１に適合する使用は、４５００ｍの高度で平均して、この値を６％以上増加させることができるので、これは重大な意味を有する。

したがって、処理ユニットは、当該装置に適合する使用を保証する主な機能を有する。これを行うために、このユニットは、圧力情報から、目標値と比較する使用者の呼吸特性を確立し、その呼吸モードを調整するための推奨を作成する。より具体的には、処理ユニット３は、以下のステップ、すなわち、
- 使用者の顔面に装着されたマスクによって画定された密閉空気スペースの圧力の測定値を受け取るステップと、
- 圧力測定値から、使用者の呼吸特性を確立するステップと、
- それぞれ呼吸特性を目標値と比較して呼吸モードを調整することを使用者に推奨するステップと、
を含む方法を実施する。

本出願の範囲において、「推奨」および「推奨する」という用語は、使用者の呼吸モードに関連する指示または情報を使用者に伝達することを可能にする任意の技術的手段の使用に対応し、特にそれを調整して、順応化装置１を適切に使用することに対応する。一般に、呼吸モードを調整するためのこれらの推奨は、処理ユニット３に接続された推奨ユニット６を使用して使用者に伝達される。

処理ユニット３によって確立された第１の呼吸特性は、息が吐き出されたときに密閉スペースの最大圧力に対応する。本出願の発明者が行った研究によれば、この特性は好ましくは８〜１２ｃｍＨ２Ｏ（７８４〜１１７６Ｐａ）であることが必要であることが示された。

処理中に、ユニット３の比較によって最大圧力が８ｃｍＨ２Ｏ未満であると識別された場合、より大きな力で呼吸することが使用者に推奨される。逆に、ユニット３の比較によって最大圧力が１２ｃｍＨ２Ｏより大きいと識別された場合、使用者にはより小さな力で呼吸することが推奨される。

最後に、ユニット３のこれらの比較から最大圧力がまさに８〜１２ｃｍＨ２Ｏであると特定された場合、この呼吸特性が合致していることを確認するだけであれば、特定の推奨を使用者に知らせる必要はない。

第２の呼吸特性は呼吸（吐出し）の持続時間であり、目標値は３．５〜４．５秒である。呼吸（吐出し）の持続時間は、センサ５によって提供される情報が周囲の圧力よりも大きい圧力に対応する時間を決定することによって、ユニット３が確立することができる。したがって、推奨は、場合によっては呼吸（吐出し）の持続時間の延長または減少に対応することができる。

第２の呼吸特性から生じる第３の呼吸特性は、呼吸（吸込み）の持続時間である。対応する目標値は１．５〜２．５秒である。前の場合と同様に、呼吸（吸込み）の持続時間は、センサ５によって提供される情報が、密閉スペース内の圧力が周囲の圧力よりも低い圧力に対応する時間を決定することによって、ユニット３が確立することができる。したがって、推奨は、場合によっては呼吸（吸込み）の持続時間の減少または延長に対応することができる。

呼吸圧力をかけることのない自然呼吸が約２．５秒間の呼吸（吐出し）持続時間および約２秒間の呼吸（吸込み）持続時間に導くことに留意されたい。このような自然呼吸の状態では、酸素パルス飽和測定（一般に、ＳｐＯ２という用語で表される）によって推定される４３００ｍ高度の使用者の動脈酸素供給量は、典型的には７５％〜８０％の間である。ＳｐＯ２測定はパルス酸素濃度計を用いて容易に得ることができ、この測定値％は血液中のヘモグロビンの全量に対する酸素化されたヘモグロビンのパーセンテージを表していることを思い出されたい。

本出願の発明者らは、呼気圧力を８〜１２ｃｍＨ２Ｏに制御し、呼吸時間を３．５〜４．５秒に制御し、呼吸（吸込み）時間を１．５〜２．５秒にしたとき、ＳｐＯ２測定値が、８０％以上の数値で、８５％に近く、特に、血液の酸素供給量に対するこの呼吸モードの顕著な効果を示し、さらに、高地での人の順応化に顕著な効果を示す。

勿論、ユニット３によって実行される処理は、上記の例に限定されない。特に、マスク２は、呼吸モードを調整するためのユニット３による推奨の確立に寄与することができる他のセンサを備えることができ、使用者に装着することができる。ユニット３は、後の使用を考慮して受信および／または処理されたデータを記録するように構成することもできる。

したがって、一例として、センサ５の場合のように、有線または無線接続を使用して処理ユニット３に接続することができる心拍センサまたは酸素濃度計を使用者に装着することができる。（使用者の耳または指に配置することができる）酸素濃度計の利用は、使用者の高度順応化の目標測定にアクセスできるという利点を有する。この測定結果はそれらに伝達可能で、装置１の適合する（またはしない）使用を確認し、高度順応化の生理学的状態をそれらに知らせることができる。

有利には、推奨ユニット６は、使用者に命令を伝達するための視覚的手段を含む。これは、マスク上に配置され、使用者に見える複数のインジケータライトであって、可能であれば異なる色がよい。代替的にまたは相補的に、それは手に保持されるか、または手首に保持される複数のスクリーンであってもよく、それらの上にテキストまたはグラフィックの様式で指示が表示され得る。

代替的または相補的に、推奨ユニット６は、通信音手段を含む。それは、マスク２上に配置されたスピーカまたは使用者自身に装着されたイヤピースで、それぞれ、ユニット３と通信する。これらの通信は、複数の音に対応することができ、これらの音の各々が事前に設定された特定の推奨に関連し、有利には、これらの通信が事前に記録されたメッセージである。

〔例１〕図３において、使用者の顔面に配置されたマスク２には、吸入バルブ４ａ、呼気バルブ４ｂ、及び圧力センサ５が設けられている（図３にはバルブ４ａのみが示されている）。処理ユニット３は、それ自体がマスク２の内側に配置され（したがって、この図では見えない）、マスク２の下部に配置される。このユニットは、単一の電気的接続によってセンサ５に接続される。ユニット３はまた、使用者の耳に配置されたイヤピース７（推奨ユニット）に接続されており、予め録音されたメッセージの形式で使用者の呼吸モードを調節するための推奨を伝達する。ユニット３は、この例１の場合には、センサ５およびイヤピース７との接続を確立するための入力／出力ポートを含むマイクロコントローラから構成されている。また、それは、事前に記録されたメッセージ及び処理プログラムが存在する不揮発性メモリであって、その後の利用のための出力中に確立された圧力情報及び呼吸特性が記録され得る不揮発性メモリを含む。

〔例２〕図４は、本発明に基づく装置１の第２の例を示す。第２の例のマスク２は、すべての点で例１のマスク２と同様である。しかし、この例２では、呼吸モードを調整するための推奨は、マスク２から分離されたデバイス８を使用して使用者に伝達され、デバイス８は、有線接続９を介して処理ユニット３に接続されている。デバイス８は、例えば、手に保持されてもよいし、使用者の手首に装着されてもよい。デバイス８は、複数のインジケータライト８ａを備え、これらのインジケータの各々が、インジケータライトの近傍に示す予め定義された、または所定の特性を参照する推奨を示す。この例の変形例では、有線接続９を無線接続に置き換えることができる。

〔例３〕図５は、本発明に基づく装置１の別の例を示す。この例では、マスク２は、先の例におけるマスクと同様に、バルブ４ａ、４ｂ（しかし、この図ではバルブ４ａのみが見える）およびセンサ５を備える。センサ５は、分離された計算デバイス８に情報を伝達するための手段を備えている。有利には、計算デバイス８は、電話機、タブレット、またはスマートウォッチである。これらの計算手段で実行されるアプリケーションは、受領した圧力情報を処理し、呼吸モードを調整するための推奨を、例えばグラフィックスまたはテキストの形式で表示スクリーン８ｂに表示する。

もちろん、本発明は、定義された実施形態に限定されず、請求項によって定義されるような本発明の範囲から逸脱することなく、実施形態の変形を適用することができる。

１ 装置
２ 呼吸マスク
２ａ エッジ
３ 処理ユニット
４ａ 吸入バルブ
４ｂ 呼気バルブ
５ センサ
６ 推奨ユニット
８ デバイス
８ａ インジケータライト
８ｂ 表示スクリーン
９ 有線接続

Claims (8)

1. 使用者の顔面に装着されたときに密閉空気スペースを画定する呼吸マスク（２）を含んでなる高度順応化のための順応化装置（１）であって、
   前記呼吸マスク（２）は、
   - 呼吸（吸込み）時に周囲の空気を密閉スペースの中に入れるための吸入バルブ（４ａ）と、
   - 呼吸（吐出し）時に前記密閉スペースに空気の過圧が生じるように、所定の抵抗で空気を排出する呼気バルブ（４ｂ）と、
   - 前記密閉空気スペースの圧力に関する圧力情報を特定するためのセンサ（５）と、
   を含み、
   当該順応化装置（１）は、呼吸モードの調整を前記使用者に推奨する観点から、前記使用者の呼吸特性を特定し、該呼吸特性のそれぞれを少なくとも１つの目標値と比較するように構成された、圧力情報を処理する処理ユニット（３）を更に含み、
   前記呼吸特性は、前記少なくとも１つの目標値における８〜１２ｃｍＨ２Ｏの間の目標値と比較される呼吸（吐出し）時の前記密閉スペース内の最大圧力と、前記少なくとも１つの目標値における３．５〜４．５秒の間の目標値と比較される呼吸（吐出し）の持続時間と、前記少なくとも１つの目標値における１．５〜２．５秒の間の目標値と比較される呼吸（吸込み）の持続時間と、を含んでなることを特徴とする順応化装置（１）。
2. 前記処理ユニット（３）に接続された酸素濃度計をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の順応化装置（１）。
3. 前記処理ユニット（３）に接続された推奨ユニット（６）をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の順応化装置（１）。
4. 前記処理ユニット（３）が、前記呼吸マスク（２）の内部または上に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の順応化装置（１）。
5. 前記処理ユニット（３）は、前記呼吸マスク（２）から分離されて配置され、または前記呼吸マスク（２）から分離されたデバイスで構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の順応化装置（１）。
6. 使用者の顔面に装着されたときに密閉空気スペースを画定する呼吸マスク（２）を含んでなる高度順応化のための順応化装置（１）を機能させる方法であって、
   - 前記密閉空気スペースの圧力を測定するステップと、
   - 圧力測定値から、前記使用者の呼吸特性を特定するステップと、
   - 前記呼吸特性を少なくとも１つの目標値と比較するステップと、
   - 前記使用者の呼吸モードの調整を推奨するステップと、
   を含んでなり、
   前記呼吸特性が、前記少なくとも１つの目標値における８〜１２ｃｍＨ２Ｏの間の目標値と比較される呼吸（吐出し）時の前記密閉空気スペース内の最大圧力、前記少なくとも１つの目標値における３．５〜４．５秒の間の目標値と比較される呼吸（吐出し）の持続時間、及び、前記少なくとも１つの目標値における１．５〜２．５秒の間の目標値と比較される呼吸（吸込み）の持続時間であることを特徴とする、順応化装置（１）を機能させる方法。
7. 前記推奨するステップが、少なくとも１つのインジケータライトの点灯、或いは、音または音声メッセージの発信、若しくは、テキストまたはグラフィックの表示を含むことを特徴とする請求項６に記載の順応化装置（１）を機能させる方法。
8. 測定された圧力および／または呼吸特性を記録するステップを更に含むことを特徴とする、請求項６または７に記載の順応化装置（１）を機能させる方法。

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