KR101118234B1 - 환기장치 - Google Patents

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Abstract

호흡기 장치는 환기 마스크 및 흡입 가능한 가스를 상기 환기 마스크로 강제로 공급하도록 하는 수단과 상기 환기 마스크로부터 가스를 배기시키기 위한 수단을 포함하는 호흡기 장치에 있어서, 가압 수단은 상기 마스크의 입구 근처에 제공되는 것을 특징으로 하여, 환기 마스크까지의 공기 공급 호스의 길이를 상당히 감소시켜, 이용할 수 없는 공간의 고압과 대용적으로 인한 문제점을 완화할 수 있다.
호흡기 장치, 환기 마스크, 공기 공급 호스, 가압 수단

Description

환기장치{VENTIATOR APPARATUS}
본 발명은 호흡기 또는 환기 장치에 관한 것으로서, 얼굴 마스크와, 압축 공기를 상기 얼굴 마스크에 공급하는 수단을 포함하는 장치 및 이러한 장치들에 사용되는 밸브들에 관한 것이다.
불 침투성, 마스크 형 환기 장치들은 공지된 장치로서 얼굴 마스크, 압축 공기 공급원 및 밸브를 포함한다. 이러한 환기 장치들은 여러 가지 문제점들을 가지며, 식도를 통한 복부의 팽창으로 인한 문제가 가장 크다. 복부가 팽창됨에 따라, 이는 횡격막을 밀어 올려서 폐의 체적을 감소시키고, 동시에 호흡 용적(tidal volume, Vt)을 감소시킨다.
또한, 종래 기술의 환기 장치는 번거로울 뿐만 아니라 환자의 거동을 상당히 제한하며, 이는 압축 공기 공급원이 상기 마스크로부터 공기 또는 다른 적절한 호흡 가스의 고정 공급원까지 연장되는 특정 길이의 튜브를 포함하기 때문이다. 상기 마스크 및 튜브 장치는 또한 무겁고 가요성이 부족하여 환자에게 무리가 따르게 된다.
상당 길이의 튜브는 또한 이용할 수 없는 공간을 어느 정도 만들게 된다. 여기서, 상기 이용할 수 없는 공간은 가스 교환 표면들, 특히, 허파꽈리와 접촉할 수 없는 전체 호흡 유동에 수반되는 공기의 체적이다. 환자가 정상적으로 호흡하는 경우, 상기 이용할 수 없는 공간은 기관(trachea), 코 및 인두(pharynx)를 포함하며, 이들은 함께 전체 600ml의 호흡 용량 중 대략 150ml 정도를 형성한다.
종래 기술의 마스크를 사용함으로써, 상기 공기 공급 튜브는 10mm의 내경과 1800mm의 길이를 가지며, 이는 자연 발생하는 150mm에 더하여 약 558ml의 이용할 수 없는 공간을 제공하여, 호흡 용적을 거의 두 배로 만들 뿐만 아니라 만족스런 환기를 위해 요구되는 압력을 적어도 두 배로 만든다. 이는 복부에 가스가 차게하는 문제를 유발할 정도의 압력이다.
이러한 문제점에 대한 하나의 해결 방안은 마스크 내의 호흡 유동을 증가시키고 누출을 유발함으로써 이산화탄소가 풍부한 배기가 빠져나가도록 함으로써, 이용할 수 없는 공간의 문제를 감소시킨다. 다른 선택적 해결 방안은 상기 튜브 내에 밸브를 제공하여 흡입된 공기가 이전 단계에서 빠져나가도록 한다. 이들 해결 방안 둘 다 여전히 만족스러운 환기를 달성하도록 상당한 압력을 필요로 한다.
현재의 마스크들 내의 CO2 배출을 위해, 환자의 호흡 중에도, 연속적인 정유동(positive flow) 및 그에 따른 압력이 필요하게 된다. 이러한 유동을 얻는데 필요한 압력은 대략 8cmH20 또는 그 이상이다. 이는 기본적인 호흡 압력을 형성하며, 상기 호흡 압력은 환자가 숨을 토해내도록 하며, 환자가 숨을 내뱉도록 하기 위해 극복될 필요가 있는 것이다. 이 압력은 환자가 요구하는 것 이상으로 호흡 작업량을 증가시키며 폐의 체적을 팽창시키지만, 적어도 동일한 진폭(정점 흡기 및 저점 호기 압력 사이의 차이)이 적절한 호흡 용적을 얻도록 함으로써, 일반적인 환자에 대한 0 ~ 10 cmH2O가 얼굴 마스크를 사용하는 환자에 대하여 8 ~ 18 cmH2O가 되도록한다. 이러한 효과는 매우 유독할 수도 있는바, 이는 0 ~ 10 cmH2O의 호흡 용적은 폐의 압력-체적 곡선으로 인해 8 ~ 18 cm H2O 보다 크기 때문이다.
불침투성이며, 정압(positive pressure)의 환기가 가능한 일 형태의 마스크 환기 장치가 "호흡기 보호 장비(Respiratory Care Equipment)" 1999년 2판의 609 페이지에 개시되된다. 그 안의 밸브는 자연 호기에 의존하여 호기에 의해 작동됨으로써 정압의 공급을 중단 또는 감소시킴으로써, 환자가 숨을 내쉴 수 있도록 한다. 이러한 형태의 환기 장치에 있어서, 호흡 사이클의 하나의 위상, 즉, 흡기 상태만이 도움이 되고, 그에 따라 활동성을 갖게 된다. 이는 환자의 자연 호에 의존하는 외에 선택할 수 있는 방안이 없기 때문에 분당 4 내지 30 사이클 이상으로 호흡률을 증가시킬 수 없는 문제점이 있다. 수동적 반동은 통상 최소 일 초를 필요로 하며, 이는 이러한 환기 장치가 30cpm 이상 작동할 수 없음을 의미한다. 전력 유닛 내에는 배기 밸브가 있어서 사용할 수 없는 공간의 문제가 여전히 존재하며, 송풍기로부터의 공기가 통과하는 단일 압력 챔버가 존재하여 흡기 또는 호기 중에 배기를 통해 환자에게 전달되는 공급을 감소 또는 중단시킨다.
스위스 특허 번호 CH 제685678호에는 압력 산소가 저장되는 베이스형 컨테이너를 포함하는 흡입기가 개시되어 있다. 프랑스 특허 출원 번호 FR 제2446115호에는 벌브(bulb)로부터 공기를 공급하도록 환자의 입에 맞는 인공 호흡기 (resuscitator)가 개시되어 있으며, 상기 인공 호흡기는 혀 누르개(tongue depressor)를 더 포함한다. 손으로 작동되는 에어백 또는 벌브에 의해 생성되는 압력은 환자의 입 안으로 공기를 공급한다.
미국 특허 번호 제3,216,413호에는 호스 없는 인공 호흡을 위한 손으로 작동되는 동심 벨로우즈형 인공 호흡기 장치로, 하나의 벨로우즈는 제 2 벨로우즈 내에 위치되며, 적절한 압력으로 환자의 폐로부터 공기의 흡기 호기를 도울수 있는 밸브 장치가 제공되는 인공 호흡기 장치가 개시된다.
미국 특허 번호 제3,939,830호에는 수동 조작되는 산소 호흡기 또는 환자의 목으로부터 이물질을 제거하는 질식 방지기(dechoker)가 개시되어 있다. 피스톤의 왕복 행정은 환자의 폐를 팽창 및 수축시키도록 사용된다.
미국 특허 출원번호 제2003/0111074호에는 후드 안에 정압을 생성하도록 공기를 필터에 통과시키는 전기 작동식 송풍기를 포함하는 정압 후드(positive pressure hood)가 개시된다. 일 방향 퍼지 밸브(purge valve)는 호기 가스의 배기를 위해 배치된다. 상기 장치는 상기 후드 내에 깨끗한 공기의 공급을 위한, 예를 들면, 연구소 또는 기타 오염된 환경에서의 공기 공급을 유지하는데 적합한 장치이다.
유럽 특허 출원번호 제0 352 938호에는 공기를 상류 필터 유닛을 통해 빨아들이거나 공기를 하류 필터 유닛을 통과시켜 얼굴 쪽으로 이동시키는 모터 구동 팬 유닛을 포함하는 동력식 호흡기가 개시되어 있다. 상기 팬은 압력 센서에 의해 작동되며, 상기 압력 센서는 팬에 의해 해당 도움을 받게 되는 환자에 의한 흡기 또는 호기를 검출한다. 따라서, 이 장치는 환자가 제 1 장소에서 호흡하도록 요구하지만, 인공 호흡 장치로서 고려될 수 있는 것은 아니다.
유럽 특허 출원번호 제0 352 938호에 개시된 장치의 목적은 자극이 필요할 때 팬을 작동함으로써 배터리 수명을 절약하는 것이다. 이는 사용자의 흡기에 팬 출력을 매치시킴으로써 얻어질 수 있다. 게다가, 상기 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 상당한 정도의 이용할 수 없는 공간을 포함하며, 이와 관련된 문제들도 전술된 바와 같이 수반된다.
놀랍게도, 공기 공급 호스의 길이를 상당히 감소시킴으로써 고압과 관련한 문제점들이 완화될 수 있다는 것을 이제 알게 되었다.
따라서, 제 1 관점에 있어서, 호흡기 장치는 환기 마스크 및 흡입 가능한 가스를 상기 환기 마스크로부터 강제로 공급하기 위한 수단과, 상기 환기 마스크로부터 가스를 배기시키기 위한 수단을 포함하는 환기 장치로, 가압 수단은 상기 환기 마스크의 입구 근처에 제공되는 것을 특징으로 한다.
튜브를 통과한 거리에서가 아닌, 환기 마스크의 입구에서 가압 효과를 제공함으로써, 상당한 양의 이용할 수 없는 공간이 생성되는 것을 막을 수 있으며, 적은 양의 CO2가 씻겨져 나갈 필요가 있는 점을 감안할 때, 상당히 낮은 압력 및 유동은 환기를 얻는데 효과적이며, 이는 튜브가 거의 없거나 아예 없기 때문이다. 사실, 환자에 의해 사용 및 착용할 수 있는 휴대용 배터리 작동식 장치를 충분히 저압에서 사용함으로써, 환자가 사용 가능한 경우, 상당한 이동의 자유를 허용한다.
환기 마스크 경계면에 필요 압력을 제공하기 위해, 적절한 팬 펌프가 제공될 수 있다. 상기 팬은 동력 전달 및 모터 겸용 방식으로 직접 구동될 수 있다. 선택적으로, 예를 들면, 배터리 형태의, 동력 공급 장치가 포켓 내와 같은 곳에 제공될 수 있다. 상기 모터 또한 일정 거리에 제공될 수 있으며, 팬까지 적절한 기어 링크 또는 트레인에 의해 링크될 수 있다.
일반적으로, 경량의 모터 장착식 펌프가 제공되어 상기 환기마스크에 직접 장착되며, 예를 들면, 적절한 케이블이나 기타 수단에 의해 연결되는 원격 동력 공급원을 구비하는 것이 바람직하다. 적절한 펌프들은 www.rietschle.co.uk/principles/ radial.asp에 도시된 바와 같은 원심 임펠러 송풍기들로서, 50L/min의 최대 유량을 제공하도록 적절하게 소형화되거나 달리 적용된다. 이는 종래 기술에 사용되는 180L/min과 대비되며, 본 발명의 장점을 반영할 뿐만 아니라, 휴대용 전원의 사용이 가능하도록 한다.
최대 호흡 압력 출력은 25cmH2O의 영역에 있는 것이 바람직하며, 사용중에는 5 ~ 12cmH2O의 범위가 채용되는 것이 바람직하다. 이 또한 표준 마스크 환기 장치들에 사용되는 표준 15 ~ 20 cmH2O 및 30 ~ 35 cmH20 까지의 범위와 극단적으로 유리하게 비교된다. 본 발명에 사용되는 압력은 종래 기술에 사용되는 것보다 상당히 효과적이며, 이는 이용할 수 없는 공간 및 호흡 용적 문제들이 최소화되기 때문이며, 압력 체적 선도로 알 수 있는 바와 같이 저압에서 더 좋은 응답성을 갖는다. 본 발명에 사용되는 펌프들은 24V 이하, 바람직하게는 15V 이하의 전압 조건을 가지며, 6 ~ 12V의 범위가 바람직하지만, 필수 유동을 제공할 수 있는 펌프 또는 임펠러라면 모두 사용할 수 있다.
환자에 의해 호흡용으로 공급되는 공기는 단순히 대기일 수도 있는바, 이 경우에는 대기 공급이외의, 일반적으로 공급을 위한 요건이 있는 것은 아니다. 그러나, 어떤 형태의 호흡 가능한 가스든 필요할 수도 있고 요구될 수도 있으며, 이는 적절한 방식으로 펌프까지 공급될 수 있거나, 100%보다 작은 양이 요구된다면, 펌프와 독립적으로 공급될 수 있다.
배기 수단은 상기 환기 마스크 내에 단순 구조의 밸브를 포함할 수 있는바, 이는 펌프에 의해 생성되는 압력에 의해 작동되는 것이 아니라, 환자의 호기에 의해서만 작동되는 것이 일반적이다.
본 실시예가 종래 기술에 비해 많은 장점을 제공하지만, 환기 마스크로의 공기 또는 가스 압력을 조절하도록 밸브를 추가로 설치하여 상기 환기 장치의 기능을 강화하는 것이 바람직하다.
이러한 밸브와 관련하여 환기를 제공하는 경우, 상기 펌프의 입구 및 배기 포트를 모두 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 이러한 연결부에 사용되는 적절한 펌프는 전술된 바와 같은 팬의 회전 축선에서 또는 그와 인접하여 공기를 빨아들여서 로터 또는 임펠러 주위의 경계부에서 공기 압력을 증가시키는 경량의 원심펌프로서, 이는 적절한 포트를 통해 나타날 수 있다. 유리한 실시예에 있어서, 원심 팬의 입구 및 출구 포트는 펌프의 동일 면에 제공된다. 이는 밸브와의 상호 작용을 용이하게 하는 장점이 있다.
특히, 본 발명의 본 관점에서의 장점은 I/E 비율(흡기 대 호기 시간 비율)을 완전히 제어할 수 있다는 것으로서, 폐의 수동적 반동에 의존하지 않으므로, 호흡 사이클의 두 위상은 완전히 제어될 수 있고 상기 I/E 비율은 원하는 수준까지 실질적으로 변화될 수 있다.
본 발명의 적절한 밸브들은 회전 가능한 밸브 플레이트에 의해 분리되는 두 개의 제 1,2 밸브 바디 부분들을 포함할 수 있다. 제 1 밸브 바디 부분은 상기 환기 마스크와 상호 작용하며, 적절한 고정 수단에 의해 고정적으로 또는 제거 가능하게 고정될 수 있다. 상기 제 1 밸브 바디 부분이 제거 가능한 경우, 그의 부착은 억지 끼워 맞춤(interference fit), 밀어 끼워 맞춤(push fit) 또는 딸각 끼워 맞춤(snap fit)과 같은 적절한 방식에 의해 수행될 수 있다.
제 1 밸브 바디 부분은 상기 환기 마스크의 내부와 상기 밸브 플레이트에 연결되는 마스크 액세스 챔버 및 대기로의 출구를 가지며, 환기 마스크가 아닌, 상기 밸브 플레이트와 연결되는 배기 챔버를 규정하는 것이 바람직하다. 두 챔버들 사이의 연통은 상기 밸브 플레이트에 의해 방지되는 것이 일반적이다.
상기 밸브 플레이트는 상기 제 1 밸브 바디 부분 위에 위치하며, 상기 제 1 밸브 바디 부분 및 제 2 밸브 바디 부분의 챔버들 사이를 연통시키는 개방공들을 갖는다. 회전과 같은 상기 플레이트의 이동은 각각의 제 1,2 밸브 바디 부분의 챔버들이 서로 연통하는 방법을 규정하게 된다. 예를 들면, 상기 밸브 내의 개방공들은 일반적으로 부채꼴 형상으로서 동일한 크기를 가지며, 상기 밸브 플레이트는 전후, 또는 회전-반대회전 동작을 수행하며, 이 경우, 상기 밸브의 각기 다른 부분에서 소요되는 시간의 제어를 통해 상기 I/E 비율을 완전하게 제어하도록 한다. 상기 밸브 섹션 또는 상기 밸브 플레이트를 포함하는 적어도 일부는 원형이며, 상기 밸브를 둘러싸는 하우징 및 벽들이 원하는 적절한 구성을 가질 수 있겠지만, 예를 들면, 손으로 작동하기에 적절한 구성을 갖는 것이 바람직하다.
상기 밸브 플레이트는 스핀들 또는 기타 작동 가능한 수단에 장착되어 상기 플레이트 내의 구멍들을 상기 밸브 바디 부분들의 적절한 챔버들에 연관되도록 위치시키는 것이 바람직하다. 상기 스핀들은 예들 들면 제 1 모터 수단에 의해 작동 가능하다. 상기 제 2 모터는 제어 가능한 것이 바람직하며, 환자(작동 또는 동기화 모드) 또는 외부 설정(제어 모드)의 동작에 따라 반응하는 것이 바람직하다.
환자에 의해 반응하는 경우, 호기가 호기를 허용 또는 증진하도록 상기 플레이트를 이동케 할 수 있다. 흡기에서도 마찬가지이므로, 호흡 사이클의 두 위상들은 완전히 능동적으로 제어될 수 있다. 상기 환기 마스크 내에 위치하는 적절한 검출 요소들은 상기 모터와 관련된 작동체로 신호를 전송한다.
선택적으로, 상기 펌프는 환자의 호흡과 별도로 제어될 수 있으며, 예를 들면, 요구되는 일정한 압력으로 설정된다. 본 발명의 밸브들에 따라, 사이클의 속도 및 숫자가 결정될 수 있으며, 이는 1000/min cpm 또는 그 이상을 용이하게 초과할 수 있다.
상기 제 2 밸브 바디 부분은 적어도 두 개의 챔버를 포함하며, 그 중 하나는 밀폐되어 압축 공기 또는 가스에 대응한다. 나머지 챔버는 공기 배출용 도관의 기능을 수행한다. 상기 두 챔버들은, 상기 밸브 플레이트의 위치에 따라, 상기 마스크와 연통하는 상기 제 1 바디 부분 내의 상기 챔버와 연통하도록 위치된다. 환자가 어느 정도의 압력으로, 정압이든 부압이든, 단순히 숨을 내뱉기만 하여도, 제 2 밸브 바디 부분 내의 배기 챔버는 대기에 대해 개방될 수 있다. 상기 챔버, 또는 추가의 챔버가 상기 펌프의 입구에 연결되어 환자가 부압에 의해 호기를 증진할 수 있도록 하므로, 이 경우, 상기 챔버의 일측은 상기 펌프의 입구에만 연결되며, 상기 밸브 플레이트가 정확한 구성을 갖는 경우, 반대 측에서는 제 1 밸브 바디 부분의 챔버에 연결된다.
바람직한 실시예에 있어서, 본 발명의 밸브는 환자에게 정압, 부압 또는 대기압의 3가지 설정을 제공할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 밸브의 제 1 밸브 바디 부분은 3 개 이상의 챔버를 포함할 것이다. 제 4 의 빈 챔버 또는 단순 표면이 대기 챔버의 반대 측에 제공될 수 있다. 빈 챔버가 제공되는 경우, 이는 필요에 따라 개방될 수 있다.
펌프의 출구가 밸브의 제 1 밸브 바디 부분의 연결 챔버에 연결되는 경우, 펌프의 입구는 밸브의 제 1 밸브 바디 부분 내의 챔버에 연결되어 대기로의 배기를 가능하게 한다. 마찬가지로, 상기 입구가 상기 연결 챔버에 연결되면, 상기 출구는 대기에 연결되어 그로의 배기를 가능하게 한다.
전술한 펌프의 실시예들은 바람직한 것으로서 본 발명의 별도의 관점을 형성하며, 특히, 본 발명의 호흡기 장치 또는 다른 호흡기 장치용으로 사용될 수 있다.
상기 환기 마스크는 본 발명에 있어 필수 불가결한 것은 아니다. 통상의 마스크가 사용 및 적용될 수 있으며, 환자에게 공기 통로를 가스 밀봉 상태로 제공할 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한 상기 환기 마스크가 기관 튜브 또는 이러한 튜브를 연결하는 수단에 의해 대체되는 장치에 적용될 수 있다.
다른 관점에 있어서, 본 발명은 또한 기관에 직접 호흡가능한 기체를 연결하거나, 기관 절개부 또는 입을 통해 상기 기관까지 튜브를 연결하는 수단과, 호흡 가능한 가스를 기관까지 공급하는 적절한 수단, 및 그로부터 가스를 배출하는 수단을 포함하는 환기 장치를 포함하되, 상기 가압 수단은 기관, 또는 환자의 입 근처에 제공된다.
호흡 가능한 가스를 직접 기관으로 공급하는 수단은 기관용 튜브인 것이 바람직하며, 선택적으로, 상기 기관용 튜브로부터 상기 호흡 가능한 가스를 공급하는 적절한 수단까지 연결하는 것이 가능하다.
선택적으로, 호흡 가능한 가스를 직접 기관으로 공급하는 수단은 상기 장치를 현재의 기관용 튜브까지 공기 밀봉 방식으로 연결하는 수단인 것이 바람직하다.
상기 기관용 튜브는 환자의 입 또는 기관 개방공을 통해 상기 장치의 나머지에 연결되거나, 바람직하게는 환자의 목 내의 구멍 또는 절개, 예를 들면, 기관 절개부를 통해 연결되는 것이 바람직하다. 이러한 예에 있어서, 상기 가압 수단은 상기 기관의 입구에 인접하여 제공된다.
따라서, 본 발명의 상기 관점은 통상의 침투성 정압 환기(PPV), 예를 들면, 기관 절개된 환자에게 적절히 사용되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 장치는 침투성 호흡 장치인 것이 바람직하다.
상기 장치는 본 발명의 관점에 따른 환기 마스크에 대한 적용예에서 설명된 바와 같이 사용되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 장치는 밸브, 바람직하게는 전술된 바와 같은 밸브를 포함할 수 있다.
상기 장치는 정압 환기 장치 또는 고주파 발진기로서 작동하는 것이 바람직하다.
본 발명의 이러한 관점, 예를 들면, 침투성 호흡 장치를 사용하는 경우 몇 가지 장점이 있다. 상기 장치로부터 상기 기관용 튜브까지의 직접 연결은 필요한 튜브를 최소화할 수 있다. 이러한 장점들은 환기 중에(마스크 환기 장치보다 PPV 내의 이용할 수 없는 공간이 더 적더라도) 또한 이용할 수 없는 공간을 감소시키며, 그에 따라, 더욱 낮은 압력이 환자의 적절한 환기를 위해 필요하게 된다. 다시 말하면, 이는 고압으로 인한 부정적 부작용을 예방하는데 도움이 된다. 게다가, 상기 장치는 기관에 직접 연결될 수 있으므로, 환자의 기관 및 입 등과 관련된 이용할 수 없는 공간을 상당량, 예를 들면, 50% 정도까지 감소시킬 수 있다.
상기 기관용 튜브는 본 발명에 따른 환기 마스크의 일부를 형성하여 상기 호흡기 장치가 환기 마스크 및 기관용 튜브를 포함하도록 한다.
상기 장치는 세척 및 소독이 용이한바, 이는 부품의 숫자가 적고 연마(rubbing)할 필요가 없어서 환자가 감염될 가능성을 감소시킨다. 게다가, 상기 장치는 소형 경량이며 작동될 배터리는 선택사항이어서, 본 발명이 철저히 관리되어 사용되는 경우 적은 공간을 차지하는 휴대용 호흡 장치로서 사용되도록 한다. 블루투스나 적외선과 같은 무선 방식으로 정보를 보냄으로써 통상의 환기 장치로서 모니터링이 수행될 수 있다.
대부분의 휴대용 이송 환기 장치들은 상당량의 배터리 전력을 필요로 하는 꽤 큰 배터리 작동식 장치이거나, (이러한 이유로 인해) 그들의 작업을 위해 압축 공기를 필요로 하는 작은 크기의 공압 장치들이다. (호흡기 보호 장비 527 ~ 565 페이지, 브랜든 외(Brandon et al) "이송 환기 장치" 참조).
본 발명의 장치에 의해 생성되기 적당한 압력은 종래 기술과 비교하여 낮은 것이 일반적이며, 환기 마스크에 적절한 압력은 대기압보다 높은 통상 5 ~ 12cmH2O로서 흡기 위상 중에는 최대 25cmH2O, 호기 위상 중에는 최대 -5 cmH2O에서 대기압 이하, 대기압 또는 대기압 이상이다.
기관 장치의 경우, 생성되는 압력은 더욱 높아질 수 있는바, 통상 흡기 위상 중에는 최대 40cmH2O, 호기 위상 중에는 최대 -15 cmH2O에서 대기압 이하, 대기압 또는 대기압 이상이다.
이러한 압력들은 단지 가이드라인일 뿐이며, 더 높은 압력뿐만 아니라 더 낮은 압력도 사용가능하지만, 이들은 더욱 큰 전원 입력을 필요로 하며, 종래 기술의 문제점과 관련될 수 있다.
본 발명은 또한 환자를 환기시키기 위한 방법을 제공하는바, 상기 방법은 환자에게 상기 장치, 특히, 전술된 바와 같이, 상기 환기 마스크를 장착하는 단계와, 상기 펌프를 작동시키는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 장치는 산소 또는 호흡 가능한 가스들의 공급원, 예를 들면, 압력 용기 또는 탱크, 또는 상기 가스들의 소스(source)와의 연결부를 포함한다. 바람직하게는, 산소는 연결부를 통해 상기 장치까지 보충되며, 바람직하게는, 상기 밸브까지 보충되어, 실내 공기 수준 이상으로 FiO2 (흡입된 산소의 일부)를 증가시킨다.
통상의 환기 장치 또는 환기 마스크들에 의해 처리 가능한 모든 상태는 본 발명에 따라 처리 가능하며, 숙련된 의사에 의해 감독 되는 한, 수면 무호흡 및 폐질환이 있는 환자를 보호할 수 있다. 따라서, 환자에게 필요한 환기를 제공하는 방법이 제공되는바, 상기 방법은 본 발명에 따른 장치의 사용을 포함한다.
바람직하게는, 상기 장치는 호흡 장치 또는 환기 장치이다. 본 발명에 따른 장치는 환자의 호흡률을 제어하며, 상기 장치는 환자의 호흡에 의해 시동 된다. 바람직하게는, 본 발명의 실시예에 따라, 흡기 및 호기는 환자의 호흡에 의해 기동 되지 않지만, 예를 들면, 수명 지지 장치와 같은 적절한 제어 장치에 의해 제어된다. 따라서, 본 발명은 호흡이 불가능한 환자에게 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 장치는 또한 오염 물질을 흡입된 및/또는 배출된 공기로부터 제거하는 필터를 포함한다.
바람직하게는, 상기 장치는 상기 장치를 환자의 얼굴이나 목에 뒤집어서 고정하기 위한 수단을 포함하여, 상기 장치를 환자가 특정 위치에 고정하지 않고도, 손을 자유롭게 사용하도록 할 수 있다. 예를 들면, 상기 장치가 마스크인 경우, 상기 장치를 뒤집을 수 있게 고정하는 수단은 적어도 하나의 또는 복수의 스트랩 또는 끈을 포함하며, 이는 환자의 머리 둘레를 통과하도록 하는데 적합하다. 상기 스트랩 또는 끈은 탄성 물질인 것이 바람직하다.
상기 장치가 기관용 튜브를 포함하는 경우, 상기 스트랩 또는 끈들은 예를 들면 환자의 목 둘레를 통과하기에 적절한 것이다. 상기 장치는 또한 일련의 플랜지들을 포함하며, 이들은 상기 장치가 붕대로 환자에게 고정되도록 사용한다.
바람직하게는, 상기 장치에 의해 부가된 추가적인 이용할 수 없는 공간은 환자에 의해 자연적으로 발생하는 것으로서, 절대 최소값, 바람직하게는 200ml 또는 그 이하, 더욱 바람직하게는 100ml 또는 그 이하, 바람직하게는 50ml 또는 그 이하, 바람직하게는 20ml 또는 그 이하, 바람직하게는 25 ~ 50ml, 바람직하게는, 10 ~ 15ml, 더욱 바람직하게는 10ml, 가장 바람직하게는 5ml 또는 그 이하이다.
상기 장치는 이상성(biphasic, 二相性)으로 이루어져 공기를 환자의 폐 속으로 강제 흡입시키는 것뿐만 아니라, 종래 기술의 경우와 같이, 폐가 그와 일치하여 자연적으로 팽창하도록 하는 것이 아닌, 공기를 폐로부터 능동적으로 분출하는 것이 바람직하다. 양 위상들은 환자의 호흡에 의해 기동될 수 있거나, 장치의 제어에 따르거나, 온보드 프로세서의 제어에 따르거나, 생명 지지 장치와 같은 추가의 제어 수단의 제어에 따른다. 이는 사용자나 의사에게 흡기/호기율에 대한 더욱 높은 정도의 제어를 제공하는 장점을 갖는다.
도 1은 밸브가 세 개의 압력 설정들을 갖는 경우 본 발명의 환기 마스크 및 밸브를 도시하는 분해 사시도이다.
도 2는 두 개의 압력 설정들을 갖는 본 발명의 밸브를 도시하는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명에 사용되는 밸브를 도시하는 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 밸브의 선택적 실시예를 도시하는 분해 사시도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
도 1에 있어서, 환기 마스크(10)는 상기 환기 마스크(10)를 환자의 입과 코(미도시)에 고정하도록 스트랩 등의 부착을 위한 돌기들(20)을 갖는다.
밸브(30)는 세 개의 섹션들(40, 50, 60)로 이루어지며, 제 1 밸브 바디 부분(40)의 플랜지(65)를 통해 환기 마스크(10)의 구멍(25) 내에 위치될 수 있다. 연결 챔버(70)는 환기 마스크(10)의 내부와 밸브 플레이트(50) 사이에 장애물이 없는 통로를 제공한다. 챔버(75)는 랜드(80)에 의해 밀봉되어, 환기 마스크(10)의 내부와 가스 연통하지 않게 한다. 배기 슬롯(85)은 외부 대기와 연통한다.
밸브 플레이트(50)는 스핀들(90)을 구비하며, 상기 스핀들은 제 1 밸브 바디 부분(40) 내의 홈(95)에 대응하여 위치한다. 스핀들(90)은 외부 구동 수단(미도시)을 구비하여 효과적으로 회전된다.
구멍들(100, 105)은 제 1 밸브 바디 부분(40) 및 제 2 밸브 바디 부분(60) 사이의 연통을 제어한다. 상기 밸브 플레이트(50)의 외주는 제 1 밸브 바디 부분(40) 내의 내부 플랜지(110) 상에 위치하여, 완전 가스 밀봉 또는 상당한 가스 밀봉을 제공한다. 공기 흐름의 일반적 양에 따라, 밀봉을 통과하게 되는 임의의 가스가 바람직한 환기 효과를 실질적으로 방해하지 않는다면, 반드시 상기 밀봉이 완전 가스일 필요 없다는 것은 인식될 것이다.
제 2 밸브 바디 부분(60)은 슬롯들(123, 126, 133, 136, 145, 155)을 구비하는 네 개의 챔버들(120, 130, 140, 150)을 구비한다. 임펠러 엔드 플레이트(160)는 부압 포트 또는 입구(165, negative pressure port or inlet) 및 정압 포트 또는 출구(170, positive pressure port or outlet)를 구비한다. 상기 임펠러의 나머지 부분은 도시되지 않는다. 정압 포트(170)는 제 2 밸브 바디 부분(60)의 챔버(120)와 대응하는 반면, 부압 포트(165)는 챔버(130)와 대응한다. 구멍 100이 구멍 133위에 위치하는 경우, 구멍 105는 구멍 123 위에 위치할 것이다. 이러한 구조에서, 부압 포트(165)는 구멍 133 및 구멍 100을 통해 챔버(70)와 연통하여 환기 마스크(10) 내의 압력을 감소시킨다. 이와 동시에, 정압 포트(170)는 구멍들(123, 105)을 통해 작동하여 데드 엔드 챔버(75, dead end chamber) 내의 슬롯(85)을 통해 배기한다.
구멍 100 및 구멍 136이 결합하도록 상기 밸브 플레이트(50)를 회전시키는 것은 구멍 105가 구멍 126과 연결시켜, 역효과가 일어난다. 즉, 부압 포트(165)는 구멍들(136, 100)을 통해 빈 챔버(75)와 연통하여 공기를 슬롯(85)을 통해 끌어내며, 정압 포트(170)는 구멍들(126, 105)을 통해 연통 챔버(70)와 연통하여 환기 마스크(10) 내의 압력을 올린다. 구멍 105가 구멍 126이 아닌 구멍 136과 대응하면 동일한 효과가 얻어질 것이며, 둘 중 하나의 구성이 단순화의 목적으로 도시되었음을 알 수 있을 것이다. 마찬가지 고려사항들이 복수의 등가물들이 존재하는 경우 다른 구성에 적용된다.
제 3 구성에 있어서, 구멍들(105, 100)은 구멍들(145, 155)과 각각 상호 작용한다. 이러한 구성에 있어서, 본 실시예의 다른 모든 구성들에 따라, 챔버(150)나 개방 챔버(140) 모두 임펠러 상의 어떤 포트와도 대응하지 않는다. 따라서, 이러한 구성에 있어서, 제공되는 효과는 연결 챔버(70) 및 구멍들(100, 145)을 통해 환기 마스크를 대기에 직접 연결하는 것이며, 챔버(140) 내에 벽이 없기 때문에 대기로의 즉각적 접근이 가능하다.
도 2를 참조하면, 밸브(30')는 제 1 밸브 바디 부분(40'), 밸브 플레이트(50') 및 제 2 밸브 바디 부분(60')으로 이루어진다. 본 실시예에 있어서, 도면 부호들은 도 1과 동일한 의미가 있다.
제 1 밸브 바디 부분(40')의 선택적 예가 도시되어 있는바, 챔버(75)는 속이 비어 있지 않는 형태여서, 구멍 85가 챔버 내에서 대기와 단순 연통하도록 한다.
제 2 밸브 바디 부분(60')에 있어서, 챔버들(140, 150)은 존재하지 않음으로써, 단지 정압 챔버(120) 및 부압 챔버(130) 만이 제공된다. 이러한 구조에 있어서, 부압은 구멍 100이 구멍 133과 대응하고 구멍 105가 구멍 123과 대응하는 경우 환기 마스크에 제공된다. 정압은 구멍 100이 구멍 126과 대응하고 밸브 플레이트(50')의 구멍 105가 구멍 136과 대응하는 경우 제공된다.
도 3에 있어서, 밸브(30")는 정압 출구만이 밸브 바디 부분(60")의 챔버(120)와 결합하는 경우 송풍기와 함께 사용된다. 챔버(130)는 대기에 개방된다. 밸브 바디 부분(40")에는 슬롯(85)이 없다. 대신, 챔버(72)는 밸브 면 플레이트 내의 개방공 105가 적절히 위치되는 경우 밸브 바디 부분(60") 내의 개방공 123에 직접 연결된다.
개방공 105가 개방공 133과 대응하는 경우, 정압이 챔버(70)를 통해 환기 마스크 내로 공급되며, 챔버(72)는 밸브 면 플레이트(50")에 의해 폐쇄된다.
밸브 면 플레이트(50")는 슬롯(105)이 개방공 123이나 개방공 133과 대응하지 않은 경우 중앙 위치를 또한 점유할 수 있어, 공기가 이러한 구조에 있어서 환기 마스크 안으로나 안으로부터 통과하지 않도록 할 수 있다. 이는 예를 들면 흡기 및 호기 사이인 것이 적합할 수 있다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 홈 부분(180)은 밸브 바디 섹션(40") 상의 립(lip) 내에 위치되며, 상기 립과 대향하여 인접한다.
도 4에는 도 1과 유사한 실시예의 밸브가 도시되어 있으며, 그의 기능 또한 유사하다. 이러한 실시예에 있어서, 밸브 바디 부분(40''')은 랜드 부분(72)이 없어서, 개방공들(136, 155, 123) 중 어느 하나가 개방공(100, 105) 중 하나에 의해 노출되는 경우, 대기와의 직접 접촉이 이루어진다.
밸브 바디 부분(40''') 내의 챔버(70)는 수놈 부재(75) 내의 루멘 형태를 취하며, 환기 마스크(10) 내의 암놈 부재(78)와 결합한다. 개방공들(126, 145, 133)은 플랜지(110) 아래의 홈이 파인 챔버(72)를 통해 개방공들(100, 105) 중 하나에 의해 노출될 때 루멘과 연통하여 정압, 부압 및 대기압을 원하는 대로 제공한다.
전술한 도면의 실시예들에서 다양한 변형예들이 가능하고, 특정 구멍이 개방되는 정도를 변화시킴으로써 환기 마스크 내의 압력을 변화시키는 것이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 대기압 또는 부압이 아닌, 더욱 낮은 정압을 호기 중에 연속 제공하는 것이 바람직하다. 바람직한 경우로, 이는 송풍기 내의 압력을 낮춤으로써, 또는 I/E 비율을 통해 압력을 제어함으로써 유효하게 됨으로써, 환기 마스크가 환기 마스크로의 대기압 또는 부압을 허용하는 경우라도, 환기 마스크 내의 전체 정압을 유지하도록 한다. 임펠러의 속도를 변화시키는 것이 가능하더라도, 환기 장치가 스위치 오프된 경우에도, 에너지를 보존하고 가장 빠른 반응 시간을 제공하기 위해 상기 임펠러의 속도를 일정 비율로 유지하는 것이 바람직하다.

Claims (34)

  1. 환기 마스크 및 일정압력하에서 호흡 가능한 가스 또는 공기를 상기 환기마스크에 공급하는 수단과, 상기 환기 마스크로부터 가스 또는 공기를 배기시키기 위한 수단으로서, 상기 환기 마스크의 입구에 장착되어 가스 또는 공기를 압축시키는 가압수단과, 상기 가압수단과 함께 상기 환기 마스크의 입구에 장착되고 상기 가압수단을 동작시키는 가압수단용 모터와, 상기 압축된 공기 또는 가스의 압력을 조절하는 밸브를 포함하는 환기 장치에 있어서,
    상기 환기 장치는 환자의 흡기 대 호기 시간 비율 및/또는 호흡률을 제어하는 것을 특징으로 하는 환기 장치.
  2. 환자의 기관에 직접 호흡 가능한 튜브를 연결하거나, 기관 절개부 또는 입을 통해 상기 기관까지 상기 튜브를 연결시키는 수단 및, 일정압력하에서 호흡 가능한 가스 또는 공기를 상기 기관까지 상기 튜브를 통해 상기 기관에 공급하는 수단과, 상기 기관으로부터 가스 또는 공기를 배기시키기 위한 수단으로서,
    상기 튜브 또는 상기 튜브를 상기 기관까지 연결시키는 수단의 입구에 장착되어 가스 또는 공기를 압축시키는 가압수단과, 상기 가압수단과 함께 상기 튜브 또는 상기 튜브를 상기 기관까지 연결시키는 수단의 입구에 장착되고 상기 가압수단을 동작시키는 가압수단용 모터와, 상기 압축된 공기 또는 가스의 압력을 조절하는 밸브를 포함하는 환기 장치에 있어서,
    상기 환기 장치는 환자의 흡기 대 호기 시간 비율 및/또는 호흡률을 제어하는 것을 특징으로 하는 환기 장치.
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  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 환기 장치에는 휴대용의 전원을 사용하는 것을 특징으로 하는 환기 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 전원은 배터리의 형태인 환기 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 가압수단은 원심 임펠러 송풍기인 것을 특징으로 하는 환기 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 환기 마스크의 입구는 상기 환기장치가 사용상태인 경우에 가압수단의 입구 및 배기 포트와 연통되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 환기 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 밸브는 호흡 가능한 공기 또는 가스, 상기 환기마스크내의 호흡 가능한 공기 또는 가스 압력을 조절하는 환기 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 밸브는 회전 가능한 밸브 플레이트에 의해 분리되는 두 개의 제 1,2 밸브 바디 부분들을 포함하되,
    상기 제 1 밸브 바디 부분은 상기 환기 마스크의 입구에 결합되는 것으로 상기 환기 마스크의 내부와 상기 밸브 플레이트에 연결되는 마스크 액세스 챔버 및 대기로의 출구를 가지며,
    상기 밸브 플레이트는 상기 제 1 밸브 바디 부분 위에 위치하며, 상기 제 1 밸브 바디 부분 및 제 2 밸브 바디 부분의 챔버들 사이를 연통시키는 개방공들을 가지며,
    상기 제 2 밸브 바디 부분은 두 개 이상의 챔버를 포함하며, 그 중 하나는 밀폐되어 압축된 공기 또는 가스에 따라 개방되며, 나머지 챔버는 공기 배출용 도관의 기능을 수행하며, 상기 두 챔버들은 상기 밸브 플레이트의 위치에 따라 상기 환기 마스크와 연통하는 상기 제 1 밸브 바디 부분내의 상기 챔버와 연통하도록 위치되는 환기 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 밸브는 환자에게 정압이나 부압 또는 대기압의 압력을 선택적으로 제공하는 설정모드로 동작하며, 상기 밸브의 상기 제 1 밸브 바디 부분은 정압의 설정모드로 동작하여 환기마스크내의 가스 또는 공기 압력을 올리는 세 개 이상의 챔버 및, 부압의 설정모드로 동작하도록 대기압 챔버의 반대 측에 위치되어 가스 또는 공기의 압력을 감소시키는 선택적 빈 챔버, 또는 상기 빈 챔버를 밀봉시키는 랜드를 포함하며, 상기 대기압 챔버는 대기로 직접 가스 또는 공기를 배기시키도록 구성하는 것을 특징으로 하는 환기 장치.
  14. 삭제
  15. 제 7 항에 있어서, 상기 원심 임펠러 송풍기는 일정한 압력으로 설정하되, 상기 밸브에 따라 사이클의 속도 및 숫자가 결정되면서 고주파수에서 1000/분 cpm 또는 그 이상까지 작동 가능하게 구성하는 것을 특징으로 하는 환기 장치.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 환기 장치는 환자의 호흡률을 제어하는 호흡 장치로 사용되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 환기 장치.
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 환기 장치에 의해 생성되는 압력은 흡기 위상 중에는 최대 25cmH2O의 범위를 초과하지 않도록 하고, 호기 위상 중에는 최대 -5cmH2O의 범위를 초과하지 않도록 하면서, 대기압 이하이거나, 대기압 또는 대기압보다 높은 5 ~ 12cmH2O 범위내의 압력인 것을 특징으로 하는 환기 장치.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제 2 항에 있어서, 상기 호흡 가능한 가스를 상기 기관으로 직접 공급하는 수단은 상기 튜브를 포함하되, 상기 튜브는 상기 호흡 가능한 가스를 상기 기관에 공급하는 표준 연결부를 구비하는 기관용 튜브인 것을 특징으로 하는 환기 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 호흡 가능한 가스를 상기 기관으로 직접 공급하는 수단은 상기 환기 장치를 상기 기관용 튜브까지 기체 밀봉 방식으로 연결하는 연결수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환기 장치.
  22. 삭제
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 환기 장치는 환자의 기관 절개부를 통해 호흡 가능한 가스 또는 공기를 침투시킬 수 있는 침투성 호흡 기구(PPV)인 것을 특징으로 하는 환기 장치.
  24. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 환기 장치에 의해 생성되는 압력은 흡기 위상 중에는 최대 40cmH2O의 범위를 초과하지 않도록 하고, 호기 위상 중에는 최대 -15cmH2O의 범위를 초과하지 않도록 하면서, 대기압 이하, 대기압 또는 대기압보다 높은 5 ~ 12cmH2O 범위내의 압력인 것을 특징으로 하는 환기 장치.
  25. 삭제
  26. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 환기 장치에는 환자가 착용시 그 착용상태가 고정되도록 환자의 얼굴 둘레나 목 둘레를 따라 고정되는 수단으로서, 적어도 하나 또는 복수의 스트랩 또는 끈을 포함하는 환기 장치.
  27. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 환기 장치는 상기 밸브까지 산소 또는 호흡 가능한 가스를 보충하는 공급원으로서, 압력 용기 또는 탱크, 또는 상기 가스의 소스(source)와의 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환기 장치.
  28. 삭제
  29. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 환기 장치에 의해 추가되는 이용할 수 없는 공간은 20 ~ 50 ml 의 범위인 환기 장치.
  30. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 환기 장치에 의해 추가되는 이용할 수 없는 공간은 5 ~ 15 ml 의 범위인 환기 장치.
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 호흡 가능한 공기 또는 가스, 환기마스크내의 호흡 가능한 공기 또는 가스 압력을 조절하는 밸브를 구성하되, 상기 밸브는 회전 가능한 밸브 플레이트에 의해 분리되는 두 개의 제 1,2 밸브 바디 부분들을 포함하고,
    상기 제 1 밸브 바디 부분은 상기 환기 마스크의 입구에 결합되는 것으로 상기 환기 마스크의 내부와 상기 밸브 플레이트에 연결되는 마스크 액세스 챔버 및 대기로의 출구를 가지며,
    상기 밸브 플레이트는 상기 제 1 밸브 바디 부분 위에 위치하며, 상기 제 1 밸브 바디 부분 및 제 2 밸브 바디 부분의 챔버들 사이를 연통시키는 개방공들을 가지며,
    상기 제 2 밸브 바디 부분은 두 개 이상의 챔버를 포함하며, 그 중 하나는 밀폐되어 압축된 공기 또는 가스에 따라 개방되며, 나머지 챔버는 공기 배출용 도관의 기능을 수행하며, 상기 두 챔버들은 상기 밸브 플레이트의 위치에 따라 상기 환기 마스크와 연통하는 상기 제 1 밸브 바디 부분내의 상기 챔버와 연통하도록 위치되는 밸브.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 밸브는 환자에게 정압이나 부압 또는 대기압의 압력을 선택적으로 제공하는 설정모드로 동작하며, 상기 밸브의 상기 제 1 밸브 바디 부분은 정압의 설정모드로 동작하여 환기마스크내의 가스 또는 공기 압력을 올리는 세 개 이상의 챔버 및, 부압의 설정모드로 동작하도록 대기압 챔버의 반대 측에 위치되어 가스 또는 공기의 압력을 감소시키는 선택적 빈 챔버, 또는 상기 빈 챔버를 밀봉시키는 랜드를 포함하며, 상기 대기압 챔버는 대기로 직접 가스 또는 공기를 배기시키도록 구성하는 것을 특징으로 하는 밸브.
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