KR102605278B1 - 산소공급 및/또는 co2 제거를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

산소공급 및/또는 co2 제거를 위한 방법 및 장치 Download PDF

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밀라뇨트 싱 아시
제럴딘 키오
칼럼 제임스 토마스 스펜스
마이클 바라클로우
매튜 존 페이튼
라이스 아딥 허메즈
토마스 하인리히 반즈
크레이그 칼 화이트
앨리시아 제람 헌터 에반스
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Abstract

환자의 산소공급 및/또는 CO2 제거를 위한 장치가 설명되며, 그러한 장치는: 가스 유동을 제공하기 위한 유동 공급원 또는 유동 공급원에 대한 연결, 가스 유동 조절기, 가스 유동을 제어하기 위한 제어기를 포함하고, 그러한 제어기는: 환자의 심장 활동도 및/또는 기관 가스 유동과 관련된 입력을 수신하도록, 그리고 환자의 심장 활동도 및/또는 기관 유동을 기초로 하는 주파수 또는 주파수들을 가지는 하나 이상의 발진 성분을 가지는 변동 가스 유동을 제공하기 위해서 가스 유동 조절기를 제어하도록 동작될 수 있다.

Description

산소공급 및/또는 CO2 제거를 위한 방법 및 장치
본 발명은 호흡 기능이 손상될 수 있는 마취 또는 보다 일반적으로 의학적 절차와 관련하여, 환자를 위한 산소공급 및/또는 CO2 제거를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
환자는 마취, 또는 진정제 투여, 또는 더 일반적으로 특정 의학적 절차 중에 호흡 기능을 잃을 수 있다. 의학적 절차에 앞서서, 환자 산소 포화 저장부를 제공하기 위해서 의료 전문가에 의해서 예비-산소공급될 수 있고, 이러한 예비-산소공급은 일반적으로 백(bag) 및 안면 마스크로 실행된다. 일반적인 마취 하에 있게 되면, 환자는 환자의 통기를 위해서 삽관되어야 한다. 일부 경우에, 삽관은 30초 내지 60초 이내에 완료되나, 다른 경우에, 특히 (예를 들어, 암, 심각한 부상, 비만 또는 목 근육의 경련으로 인해서) 환자의 기도를 횡단하기 어려운 경우에, 삽관은 상당히 오랜 시간이 걸릴 것이다. 예비-산소공급이 산소 포화의 감소에 대한 완충을 제공하지만, 긴 삽관 절차의 경우에, 환자의 산소 포화를 적절한 수준까지 높이기 위해서 삽관 프로세스를 중단시키고 안면 마스크를 다시 적용할 필요가 있다. 삽관 프로세스의 중단은 어려운 삽관 프로세스의 경우에 몇 차례 발생될 수 있고, 이는 시간 소모적이고 환자에게 심각한 건강상의 위험이 된다. 대략적으로 3번의 삽관 시도 이후에, 의학적 절차를 포기할 것이다.
특허 명세서, 다른 외부 문헌, 또는 다른 정보 공급원이 언급된 본 명세서에서, 이는 일반적으로 본 발명의 특징을 설명하기 위한 내용을 제공하기 위한 목적을 갖는다. 달리 구체적으로 기술되지 않는 한, 그러한 외부 문헌에 대한 언급은, 그러한 문헌 또는 그러한 정보 공급원이, 임의의 관할권 내에서, 종래 기술이라는 것을 인정하는 것으로 또는 당업계의 공통된 일반적인 지식의 일부를 형성하는 것으로 간주되지 않을 것이다.
유럽 특허출원공개공보 EP0127923 (1984.12.12. 공개)
발진 가스 유동을 환자에게 전달하기 위해서 유동 공급원을 동작시키는 것을 포함하는, 호흡 운동이 감소되거나 또는 감소될 위험이 있는 의학적 절차 중에 환자에 대해 산소공급하는 및/또는 CO2를 제거하는 방법이 개시된다.
그에 따라, 개시된 실시예의 하나 이상의 목적은 (마취를 포함하는) 의학적 절차와 관련하여 환자를 위해 산소공급 및/또는 CO2 제거를 제공하는 것 및/또는 적어도 공공에게 유용한 선택을 제공하는 것이다.
본 명세서의 문맥에서, "심장 활동도"는, 그 전기적 자극의 또는 박동 심장에 의해서 생성되는 박동성 동맥/정맥 압력의 파형으로서 묘사될 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에서, 심인성 발진은 심장의 활동도에 의해서 유발되는 가스의 이동을 지칭하고, 심장 활동도를 측정하는 것에 대한 언급은, 예를 들어 유동 센서에 의해서, 심인성 발진을 측정하는 것을 포함하는 것으로 이해될 수 있을 것이다.
본원에서 개시된 실시예의 적어도 하나에 따라서, 진동 가스 유동을 환자에게 전달하기 위해서 유동 공급원을 동작시키는 것을 포함하는, 호흡 운동이 감소되거나 또는 감소될 위험이 있는 의학적 절차 중에 환자에 대해 산소공급하는 및/또는 CO2를 제거하는 방법이 있다.
본원에서 개시된 실시예의 적어도 하나에 따라서, 가스 유동의 압력 및/또는 유량이 발진된다.
가스 유동은: 2 내지 200 Hz의 주파수에서 발진될 수 있고, 분당 200 L까지의 유량 진폭을 가질 수 있으며, 50 cmH20까지의 압력 진폭을 가질 수 있으며, 및/또는 파형 형상 또는 사인형, 정사각형, 삼각형, 및/또는 톱니 중 하나 이상을 가질 수 있다.
발진은 환자 호흡 위상에 의해서 전달 및/또는 결정될 수 있다.
가스 유동은: 환자의 심장 활동도, 환자의 폐의 공진 주파수, 무작위적 잡음, 환자의 가슴 벽 운동, 환자의 횡격막 근육 수축, 환자의 신경세포 발화, 호흡 활동도 CO2 수준 중 하나 이상을 기초로 하는 또는 그에 합치되는 주파수(들)로 발진될 수 있다.
또한, 가스 유동의 일정한, 변동적인, 발진적인, 스위칭적인 유동을 환자에게 전달하기 위해서 유동 공급원을 동작시키는 것을 포함하는, 호흡 운동이 감소되거나 또는 감소될 위험이 있는 의학적 절차 중에 환자에 대해 산소공급하는 및/또는 CO2를 제거하는 방법이 개시된다.
또한, 의학적 절차 중에 환자에게 발진 가스 유동을 제공하기 위해서, 및/또는 의학적 절차 중에 가스 유동의 일정한, 변동적인, 발진적인, 스위칭적인 제트를 환자에게 제공하기 위해서, 유동 공급원을 제어하는 제어기, 유동 공급원을 포함하는, 호흡 운동이 감소되거나 또는 감소될 위험이 있는 의학적 절차 중에 환자에 대해 산소공급 및/또는 CO2 제거하기 위한 장치가 개시된다.
가스 유동의 압력 및/또는 유량이 발진될 수 있다.
가스 유동은: 2 내지 200 Hz의 주파수에서 발진될 수 있고, 분당 200 L까지의 유량 진폭을 가질 수 있으며, 50 cmH20까지의 압력 진폭을 가질 수 있으며, 및/또는 파형 형상 또는 사인형, 정사각형, 삼각형, 및/또는 톱니 중 하나 이상을 가질 수 있다.
발진은 환자 호흡 위상에 의해서 전달 및/또는 결정될 수 있다.
가스 유동은: 환자의 심장 활동도, 환자의 폐의 공진 주파수, 무작위적 잡음, 환자의 가슴 벽 운동, 환자의 횡격막 근육 수축, 환자의 신경세포 발화 중 하나 이상을 기초로 하는 또는 그에 합치되는 주파수(들)로 발진된다.
가스 유동은 비강 캐뉼라, 기관내 관, 다른 마취 장비 중 하나 이상에 의해서 전달될 수 있다.
구성 가능한 직경을 가지는 비강 프롱(nasal prong)과의 환자 인터페이스가 더 개시된다.
가스 유동은 본원에서 설명된 구성의 환자 인터페이스에 의해서 전달될 수 있고, 프롱은 제어기에 의해서 구성된다.
본원에서 개시된 실시예 중 적어도 하나에 따라, 환자 인터페이스와 큰 보어 바늘 사이에서 상호 교환 가능하게 유동 공급원을 연결하기 위한 연결부를 더 포함하는, 본원에서 개시된 구성의 여러 실시예에 따른 장치가 있다.
본원에서 개시된 실시예 중 적어도 하나에 따라, 유동 공급원 발생기, 및 사용 시에, 사용자에게 공급되는 가스가 사용자의 심장 박동의 가스와 실질적으로 합치되도록 유동 또는 매개변수 또는 유동의 특성에 영향을 미치기 위한 제어기를 포함하는, 심박수와 합치되는 가스의 발진 유동을 제공하기 위한 시스템이 있다.
본원에서 개시된 실시예의 적어도 하나에 따라서, 사용자의 심장 박동을 측정 또는 결정하는 단계 및 사용자에게 공급되는 공급원으로부터의 가스의 유동을 조정 또는 제어하는 단계를 포함하는, 가스의 유동을 사용자의 심장 박동에 합치시키는 방법이 있다.
본원에서 개시된 실시예 중 적어도 하나에 따라, 가스 유동을 제공하기 위한 유동 공급원 또는 유동 공급원에 대한 연결, 가스 유동 조절기, 가스 유동을 제어하기 위한 제어기를 포함하는, 환자의 산소공급 및/또는 CO2 제거를 위한 장치가 있고, 제어기는: 환자의 심장 활동도 및/또는 기관 유동(trachea flow)과 관련된 입력을 수신하도록, 그리고 환자의 심장 활동도 및/또는 기관 유동을 기초로 하는 주파수 또는 주파수들을 가지는 하나 이상의 발진 성분을 가지는 변동 가스 유동을 제공하기 위해서 가스 유동 조절기를 제어하도록 동작될 수 있다.
장치는: 심장 활동도 센서를 포함하거나 심장 활동도 센서로부터의 입력을 수신하기 위한 입력부를 가질 수 있고, 및/또는 심장 활동도 정보를 저장하기 위한 메모리를 포함하며, 제어기는 센서, 입력부 및/또는 메모리로부터 심장 활동도와 관련된 입력을 수신하고, 및/또는 유동 센서를 포함하거나 유동 센서로부터의 입력을 수신하기 위한 입력부를 갖는다.
장치는 비강적으로 많은 유동을 제공하기 위한 장치일 수 있고 및/또는 장치가 많은 유동의 비강 캐뉼라를 포함하거나 그와 함께 이용하기 위한 것일 수 있다.
변동 가스 유동은 발진 유량을 가질 수 있고, 제어기는 가스 유동 조절기를 제어하여 약 375 리터/분 내지 약 0 리터/분, 또는 바람직하게 약 240 리터/분 내지 약 7.5 리터/분, 또는 더 바람직하게 약 120 리터/분 내지 약 15 리터/분의 발진 유량을 가지는 변동 가스 유동을 제공한다.
발진 유량은 기본 유량 성분을 포함할 수 있고, 기본 유량은 약 375 리터/분 내지 0 리터/분, 또는 약 150 리터/분 내지 약 0 리터/분이거나, 바람직하게 약 120 리터/분 내지 약 15 리터/분이거나, 더 바람직하게 약 90 리터/분 내지 약 30 리터/분이다.
장치는 약 30 kg 초과의 사람에게 사용하기 위한 것일 수 있다.
발진 유량은 기본 유량 성분을 포함할 수 있고, 기본 유량은 약 0.5 리터/분 내지 약 25 리터/분이다.
발진 유량은 기본 유량 성분을 포함하고, 기본 유량은 환자의 킬로그램당 0.4 리터/분 내지 환자의 킬로그램당 0.8 리터/분의 범위이다.
장치는 약 0.3 내지 30 kg의 사람에게 사용하기 위한 것일 수 있다.
발진 유량은 기본 유량 성분을 포함할 수 있고, 기본 유량은 약 2 킬로그램 미만의 사람의 경우에 약 8 리터/분이다.
가스 유동 조절기는 유동 발생기일 수 있고, 유동 공급원은 유동 발생기를 포함하며, 제어기는 발진 가스 유동을 제공하기 위해서 유동 발생기를 제어하도록 동작될 수 있다.
가스 유동 조절기는 유동 공급원 이후의 밸브일 수 있고, 제어기는 발진 가스 유동을 제공하기 위해서 밸브를 제어하도록 동작될 수 있다.
제어기는 가스 유동 조절기를 제어하도록 동작되어, 심장 활동도를 기초로 하는 주파수 및/또는 위상을 가지는 하나 이상의 발진 성분을 가지는 변동 가스 유동을 제공할 수 있다.
상대적인 위상이 a) 심장 활동도와 동위상이거나, b) 심장 활동도와 반-위상이거나, c) 임의의 위상일 수 있다.
심장 활동도는 하나 이상의 주파수를 가질 수 있고, 제어기는 가스 유동 조절기를 제어하여, 심장 활동도의 주파수 또는 주파수들과 상이한 주파수 또는 주파수들을 가지는 하나 이상의 발진 성분으로 발진 가스 유동을 제공하도록 동작될 수 있다.
심장 활동도는 하나 이상의 주파수를 가질 수 있고, 제어기는 가스 유동 조절기를 제어하여 심장 활동도의 주파수 또는 주파수들에 상응하는 주파수 또는 주파수들을 가지는 하나 이상의 발진 성분으로 발진 가스 유동을 제공하도록 동작될 수 있다.
변동 가스 유동은, 각각의 주파수를 가지는 적어도 2개의 유량 성분을 포함하는 발진 유량을 가질 수 있고, 제1 유량 성분은 환자의 호흡률에 상응하는 주파수로 벌크 가스 유동을 제공하며, 제2 유량 성분은 다른 주파수를 갖는다.
가스 유동 조절기는: 수중 압력 릴리즈 밸브, 발진 가능한 격막, 인-라인 선형 작동기, 유동 초퍼(flow chopper), 공기역학적 또는 기계적 플러터 밸브(flutter valve), (선택적으로, 전기 신호를 기초로 변경될 수 있는, 가변적인 크기의 오리피스를 가지는 비례 밸브를 포함하는) 비례 밸브 중 하나 이상일 수 있다.
가스 유동 조절기는 유동 공급원 이전에, 내부에, 또는 이후에 위치될 수 있다.
가스 유동은 100%, 또는 30 내지 40% 또는 40 내지 50% 또는 60 내지 70% 또는 80 내지 90% 또는 90 내지 100%의 산소 분율(fraction)을 가질 수 있다.
가스 유동은 적어도 약 21%의 산소 분율을 가질 수 있고, 아산화질소, 산화질소, 및/또는 헬륨 중 하나 이상을 포함한다.
가스 유동이 공기일 수 있다.
장치는, 비-밀봉 또는 밀봉의, 환자 인터페이스를 통해서 환자에게 가스 유동을 제공하도록 구성될 수 있다.
장치는, 비-밀봉 캐뉼라를 통해서 환자에게 가스 유동을 제공하도록 구성될 수 있다.
장치는, 발진 전에 또는 발진 후에, 가스 유동을 가습하기 위해서 가습기를 포함할 수 있다.
장치는 부가적으로 환자의 하나 이상의 생리적인 매개변수를 측정하기 위한 하나 이상의 센서, 및/또는 환자의 생리적 매개변수를 측정하기 위한 하나 이상의 센서로부터 신호를 수신하기 위한 하나 이상의 입력부를 포함할 수 있고, 하나 이상의 생리적 매개변수는: 심장 활동도, 산소 포화, 혈액 내의 산소의 부분압, 호흡률, 혈액 내의 CO2의 부분압, 내쉰 CO2 중 하나 이상이다.
변동 가스 유동은 발진 유량을 가질 수 있고, 변동 가스 유동 및 발진 유량은 하나 이상의 매개변수를 가지며, 그러한 매개변수는: 최대 유량, 최소 유량, 주파수 기간 중 하나 이상을 포함하고, 그리고 변동 가스 유동 및/또는 발진 유량 매개변수는 사용자 입력을 기초로 및/또는 환자 생리적 기능 및 환자 생리적 매개변수의 측정으로부터 자동적으로 제어기에 의해서 설정된다.
제어기는 내쉰 CO2와 관련된 입력을 수신하도록 그리고 그 입력을 이용하여 가스 유동을 제어하도록 구성될 수 있다.
본원에서 개시된 실시예 중 적어도 하나에 따라, 가스 유동을 제공하기 위한 유동 공급원 또는 유동 공급원에 대한 연결, 가스 유동 조절기, 하나 이상의 주파수를 가지는 변동 가스 유동을 제공하기 위해서 가스 유동 조절기를 제어함으로써 가스 유동을 제어하기 위한 제어기를 포함하는, 의학적 절차 중에, 환자의 산소공급 및/또는 CO2 제거를 위한 장치가 있고, 그러한 절차 중에 환자는 적어도 절차의 적어도 일부 동안 무호흡적이고 및/또는 환자는 감소된 호흡 기능 또는 호흡 기능이 감소될 위험을 유발하는 마취 하에 있다.
변동 가스 유동은 발진 유량을 가질 수 있고, 제어기는 가스 유동 조절기를 제어하여 약 375 리터/분 내지 약 0 리터/분, 또는 바람직하게 약 240 리터/분 내지 약 7.5 리터/분, 또는 더 바람직하게 약 120 리터/분 내지 약 15 리터/분의 발진 유량을 가지는 변동 가스 유동을 제공하고, 및/또는 발진 유량은 약 0.1 Hz 내지 약 200 Hz, 및 바람직하게 약 0.1 Hz 내지 약 3 Hz, 그리고 더 바람직하게 약 0.5 Hz 내지 약 3 Hz의 하나 이상의 주파수를 갖는다.
발진 유량은 기본 유량 성분을 포함할 수 있고, 기본 유량은 375 리터/분 내지 0 리터/분, 또는 150 리터/분 내지 약 0 리터/분이거나, 바람직하게 약 120 리터/분 내지 약 15 리터/분이거나, 더 바람직하게 약 90 리터/분 내지 약 30 리터/분이다.발진 유량은 기본 유량 성분을 포함할 수 있고, 기본 유량은 환자 킬로그램당 약 0.2 리터/분 내지 환자 킬로그램당 약 2.5 리터/분이고; 바람직하게 환자 킬로그램당 약 0.25 리터/분 내지 환자 킬로그램당 약 1.75 리터/분이며; 더 바람직하게 환자 킬로그램당 약 0.3 리터/분 내지 환자 킬로그램당 약 1.25 리터/분, 또는 약 1.5 리터/분이다.
장치는 약 30 kg 초과의 사람에게 사용하기 위한 것일 수 있다.
본원에서 개시된 실시예 중 적어도 하나에 따라, 의학적 절차 중에 환자의 산소공급 및/또는 CO2 제거를 위한 방법이 있고, 그러한 방법은: 환자가 절차의 적어도 일부 동안 무호흡인 동안 및/또는 환자가 감소된 호흡 기능 또는 감소된 호흡 기능의 위험을 유발하는 마취 하에 있는 동안, 절차 중에 하나 이상의 주파수로 가스 유동을 변동시키는 것에 의해서 비강 인터페이스를 통해서 환자에게 변동 가스 유동을 전달하는 단계를 포함한다.
변동 가스 유동은 약 375 리터/분 내지 약 0 리터/분, 또는 바람직하게 약 240 리터/분 내지 약 7.5 리터/분, 또는 더 바람직하게 약 120 리터/분 내지 약 15 리터/분의 발진 유량을 가질 수 있고, 및/또는 발진 유량은 약 0.1 Hz 내지 약 200 Hz, 및 바람직하게 약 0.1 Hz 내지 약 3 Hz, 그리고 더 바람직하게 약 0.5 Hz 내지 약 3 Hz의 하나 이상의 주파수를 갖는다.
발진 유량은 기본 유량 성분을 포함할 수 있고, 기본 유량은 약 375 리터/분 내지 0 리터/분, 또는 150 리터/분 내지 약 0 리터/분이거나, 바람직하게 약 120 리터/분 내지 약 15 리터/분이거나, 더 바람직하게 약 90 리터/분 내지 약 30 리터/분이다.
발진 유량은 기본 유량 성분을 포함할 수 있고, 기본 유량은 환자 킬로그램당 약 0.2 리터/분 내지 환자 킬로그램당 약 2.5 리터/분이고; 바람직하게 환자 킬로그램당 약 0.25 리터/분 내지 환자 킬로그램당 약 1.75 리터/분이며; 더 바람직하게 환자 킬로그램당 약 0.3 리터/분 내지 환자 킬로그램당 약 1.25 리터/분 또는 약 1.5 리터/분이다.
그러한 방법은 약 30 kg 초과의 환자를 위한 것일 수 있다.
그러한 방법은 의학적 절차에 앞서서 가스 유동을 제공하기 위한 것일 수 있다.
가스 유동은 유량을 가질 수 있고, 제1 유량은 의학적 절차에 앞서서 제공되고, 제2 유량은 의학적 절차 중에 제공되고, 선택적으로 제3 유량이 의학적 절차 이후에 제공된다.
제2 유량이 제1 유량 보다 많을 수 있고; 및/또는 제3 유량은 제2 유량 보다 적을 수 있다.
그러한 방법은: 약 15 L/분 내지 약 90 L/분, 또는 약 20 L/분 내지 약 80 L/분, 또는 약 25 L/분 내지 약 60 L/분, 또는 약 30 L/분 내지 약 50 L/분, 또는 약 40 L/분, 또는 약 30 L/분인 제1 유량; 및/또는 약 20 L/분 내지 약 150 L/분, 또는 약 40 L/분 내지 약 120 L/분, 또는 약 50 L/분 내지 약 100 L/분, 또는 약 60 L/분 내지 약 80 L/분, 또는 약 70 L/분, 또는 약 60 L/분인 제2 유량을 가질 수 있고; 및/또는 제3 유량은 약 90 L/분 미만, 또는 약 70 L/분 미만, 또는 약 50 L/분 미만, 또는 약 40 L/분 미만, 또는 약 20 L/분 미만, 또는 약 40 L/분, 또는 약 30 L/분이다.
제어기는 내쉰 CO2와 관련된 입력을 수신하도록 그리고 그 입력을 이용하여 가스 유동을 제어하도록 구성될 수 있다.
장치는 비강적으로 많은 유동을 제공하기 위한 장치일 수 있고 및/또는 장치가 많은 유동의 비강 캐뉼라를 포함하거나 그와 함께 이용하기 위한 것이다.
방법은 비강적으로 많은 유동 요법을 전달하는 것을 포함할 수 있다.
본원에서 개시된 실시예의 적어도 하나에 따라서, 환자와의 가스 교환을 촉진하기 위한 장치가 있고, 그러한 장치는: 가스 유동을 제공하기 위한 유동 공급원 또는 유동 공급원에 대한 연결, 가스 유동 조절기, 가스 유동을 제어하기 위한 제어기를 포함하고, 제어기는 기본 가스 유동 성분 및 약 0.1 Hz 내지 약 3 Hz의 하나 이상의 주파수를 가지는 적어도 하나의 발진 가스 유동 성분을 가지는 변동 가스 유동을 제공하도록 가스 유동 조절기를 제어하게 동작될 수 있다.
하나 이상의 발진 가스 유동 성분이 약 0.3 Hz 내지 약 3 Hz의 하나 이상의 주파수를 가질 수 있다.
변동 가스 유동은 발진 유량을 가질 수 있고, 제어기는 가스 유동 조절기를 제어하여 약 375 리터/분 내지 약 0 리터/분, 또는 바람직하게 약 240 리터/분 내지 약 7.5 리터/분, 또는 더 바람직하게 약 120 리터/분 내지 약 15 리터/분의 발진 유량을 가지는 변동 가스 유동을 제공한다.
발진 유량은 기본 가스 유동 성분을 포함할 수 있고, 기본 유량은 약 375 리터/분 내지 0 리터/분, 또는 약 150 리터/분 내지 약 0 리터/분이거나, 바람직하게 약 120 리터/분 내지 약 15 리터/분이거나, 더 바람직하게 약 90 리터/분 내지 약 30 리터/분이다.
발진 유량은 기본 가스 유동 성분을 포함할 수 있고, 기본 유량은 환자 킬로그램당 약 0.2 리터/분 내지 환자 킬로그램당 약 2.5 리터/분이고; 바람직하게 환자 킬로그램당 약 0.25 리터/분 내지 환자 킬로그램당 약 1.75 리터/분이며; 더 바람직하게 환자 킬로그램당 약 0.3 리터/분 내지 환자 킬로그램당 약 1.25 리터/분 또는 약 1.5 리터/분이다.
발진 유량은 적어도 하나의 발진 유량 성분을 포함할 수 있고, 각각의 발진 유량은 환자 킬로그램당 약 0.05 리터/분 내지 환자 킬로그램당 약 0.5 리터/분이고; 바람직하게 환자 킬로그램당 약 0.12 리터/분 내지 환자 킬로그램당 약 0.4 리터/분이며; 더 바람직하게 환자 킬로그램당 약 0.12 리터/분 내지 환자 킬로그램당 약 0.35 리터/분이다.
장치는 약 30 kg 초과의 사람에게 사용하기 위한 것일 수 있다.
발진 유량은 기본 가스 유동 성분을 포함할 수 있고, 기본 유량은 약 0.5 리터/분 내지 약 25 리터/분이다.
발진 유량은 기본 가스 유동 성분을 포함할 수 있고, 기본 유량은 환자의 킬로그램당 약 0.4 리터/분 내지 환자의 킬로그램당 약 0.8 리터/분의 범위이다.
발진 유량은 적어도 하나의 발진 유량 성분을 포함할 수 있고, 각각의 발진 유량은 환자 킬로그램당 약 0.05 리터/분 내지 환자 킬로그램당 약 2 리터/분의 범위이고; 바람직하게 환자 킬로그램당 0.1 리터/분 내지 환자 킬로그램당 1 리터/분의 범위이며; 더 바람직하게 환자 킬로그램당 0.2 리터/분 내지 환자 킬로그램당 0.8 리터/분의 범위이다.
장치는 약 0.3 내지 30 kg의 사람에게 사용하기 위한 것일 수 있다.
기본 가스 유동 성분은 그러한 범위의 기본 유량 성분일 수 있고, 기본 유량은 약 2 킬로그램 미만의 사람에 대해서 약 8 리터/분이다.
발진 가스 유동은 복수의 주파수에서 복수의 발진 가스 유동 성분을 가질 수 있다.
장치는 약 0.1 Hz 내지 약 3 Hz의 주파수 중 하나 이상을 가질 수 있다.
장치는 약 0.3 내지 약 10초의 기간의 발진 가스 유동을 가질 수 있다.
제어기는 내쉰 CO2와 관련된 입력을 수신하도록 그리고 그 입력을 이용하여 가스 유동을 제어하도록 구성될 수 있다.
장치에서, 휴지 심박수가 약 40 내지 약 100 bpm인 경우에, 발진 가스 유동 성분은 약 0.67 내지 약 1.67 Hz의 주파수를 가지고, 심박수가 약 30 내지 약 180 bpm인 경우에, 발진 가스 유동 성분은 약 0.67 내지 약 0.5 내지 약 3 Hz의 주파수를 갖는다.
장치는 비강적으로 많은 유동을 제공하기 위한 장치일 수 있고 및/또는 장치가 많은 유동의 비강 캐뉼라를 포함하거나 그와 함께 이용하기 위한 것일 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은 "포함하는"라는 용어는 "적어도 ~의 일부로 이루어진"을 의미한다. "포함하는"이라는 용어를 포함하는 본 명세서 내의 각각의 기술 내용을 해석할 때, 그러한 용어에 의해서 시작되는 특징부 또는 특징부들 이외의 특징부가 또한 존재할 수 있다. "포함한다("comprise" 및 "comprises")"와 같은 관련 용어가 동일한 방식으로 해석될 것이다.
본 발명은 또한, 개별적으로 또는 집합적으로, 출원의 명세서 내에서 언급되거나 표시된 부분, 요소 및 특징부, 그리고 그러한 부분, 요소 또는 특징부의 임의의 둘 이상으로 이루어진 임의의 또는 모든 조합으로 이루어지는 것으로 넓게 설명될 수 있고, 본 발명과 관련된 기술 분야에서 공지된 균등물을 가지는 특정 정수(integer)가 본원에서 언급된 경우에, 그러한 공지된 균등물은 본원에서 개별적으로 기술된 바와 같이 포함되는 것으로 간주된다.
본원에서 개시된 숫자의 범위에 대한 언급(예를 들어, 1 내지 10)은 또한 그러한 범위 내의 모든 유리수(예를 들어, 1, 1.1, 2, 3, 3.9, 4, 5, 6, 6.5, 7, 8, 9 및 10) 그리고 또한 그러한 범위 내의 임의의 범위의 유리수(예를 들어, 2 내지 8, 1.5 내지 5.5, 및 3.1 내지 4.7)에 대한 언급을 포함할 것이다.
"많은 유동 요법"은 약 5 또는 10 LPM 내지 약 100 LPM, 또는 약 15 LPM 내지 약 95 LPM, 또는 약 20 LPM 내지 약 90 LPM, 또는 약 25 LPM 내지 약 85 LPM, 또는 약 30 LPM 내지 약 80 LPM, 또는 약 35 LPM 내지 약 75 LPM, 또는 약 40 LPM 내지 약 70 LPM, 또는 약 45 LPM 내지 약 65 LPM, 또는 약 50 LPM 내지 약 60 LPM의 유량으로 가스를 환자에게 전달하는 것을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 본원에서 설명된 여러 실시예 및 구성에 따라, 유동 경로를 통하는 것과 같이, 시스템을 통해서 또는 인터페이스로 공급된 또는 제공된 가스의 유량은, 비제한적으로, 적어도 약 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150 L/분 이상의 유동을 포함할 수 있고, 유용한 범위는 이러한 값들 중 임의의 값들 사이에서(예를 들어, 약 40 내지 약 80, 약 50 내지 약 80, 약 60 내지 약 80, 약 70 내지 약 100 L/분, 약 70 내지 80 L/분) 선택될 수 있다.
본 발명은 전술한 것으로 구성되고, 또한 단지 예로서 이하에서 제공되는 구성이 예상된다.
단지 예로서 그리고 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이다.
도 1은 마취와 관련하여 많은 유동 가스로 환자에 대해 산소공급 및/또는 CO2 제거하기 위한 장치/시스템을 도시한다.
도 1a는 조정 가능한 직경의 프롱을 가지는 비강 캐뉼라을 개략적으로 도시한다.
도 1b는 유동을 위한 큰 보어 바늘을 도시한다.
도 1c는 마취와 관련하여 많은 유동 가스로 환자에 대해 산소공급하고 및/또는 CO2 제거하기 위한 장치/시스템의 변경예를 도시한다.
도 2는 마취와 관련하여 많은 유동 가스로 환자에 대해 산소공급하기 위한 방법을 도시한다.
도 3은 마취 스테이지를 결정하는 방법을 도시한다.
도 4는 환자의 기도를 도시한다.
도 5a 내지 도 5g는, 압력 및 유량과 같은 발진 매개변수를 가지는 변동 가스 유동을 도시한다.
도 6 및 도 7은 하나의 예에 따른 마취와 관련한 많은 유동 가스 및 결과적인 매개변수 파형으로 환자에게 산소공급하기 위한 장치/시스템을 도시한다.
도 8 및 도 9는 대안적인 예에 따른 마취와 관련한 많은 유동 가스로 환자에게 산소공급하기 위한 장치/시스템을 도시한다.
도 10은 설명된 장치 및 방법에 의해서 전달되는 가능한 유량을 도시한다.
도 11은 실험적인 예 #1에 대한 심인성 파형을 도시한다.
도 12a 및 도 12b는 실험 장치를 도시한다.
도 13은 실험적인 예 #1 중의 요법 동안의 폐 내의 CO2 농도를 도시한다.
도 14 및 도 15a는 실험적인 예 #1 중의 폐 압력 및 유량을 도시한다.
도 15b는 발진 가스 유동의 전달 중의 기도 내의 가스 유동을 도시한다.
도 16은 심인성 발진과 관련된 발진 유량을 도시한다.
도 17은 발진 성분 위상 천이(oscillatory component phase shift)와 관련된 CO2 제거를 도시한다.
도 18은, 발진 가스 유동과 관련된, ECG 신호를 도시한다.
도 19 및 도 20은 대안적인 가우스 발진 유량 파형 및 관련된 CO2 제거를 도시한다.
1. 실시예 및 예의 개관
일반적인 용어로, 본원에서 설명된 장치 및 방법은, 호흡하는 환자(호흡은 자발적 호흡 또는 보조되는 호흡을 지칭한다) 내의, 그리고 바람직하게 마취 중에, 및/또는 소생 중에, 및/또는 임의의 의학적 절차 또는 그러한 보조가 요구되는 다른 시간에, 산소공급 및/또는 CO2 제거를 돕는 유동 요법 방법 및 장치에 관한 것이다. 유동 요법(또한 많은 유동 요법으로 지칭됨)은, 환자 호흡을 보조하기 위해서 비교적 많은 가스의 유동을 전달하는 장치 및 방법과 관련된다.
본원에서 설명된 일부 장치 및 방법은 가스 유동 발진으로 변동 가스 유동을 생성하기 위해서 가스 유동을 변동시킨다. 이는 CO2 제거를 돕고, 또한 환자의 산소공급을 도울 수 있다. 예를 들어, 전달되는 변동되는 많은 가스의 유동의 매개변수(들)이 조정되어, 변동 가스 유동을 제공하기 위해서 그러한 매개변수(들)을 발진시킨다. 예를 들어, 전달되는 많은 가스의 유동의 압력 및/또는 유량이 발진된다. 일부 실시예에서, 발진은: 환자 폐 및/또는 가슴 벽의 공진 주파수, 환자 심인성 맥동, 환자 횡격막 수축, 환자 뇌 활동성, 환자 호흡률, CO2 또는 O2의 부분압, 내쉬는 CO2 또는 기타 중 하나, 그리고 또한 다른 적합한 감지된 생리적인 매개변수를 이용하는 것을 기초로 하거나(예를 들어, 상응하거나, 동기화되어) 그러한 것을 이용하여 달리 결정된다. 그러한 방법 및 장치는, 의학적 절차 또는 기타 중에, 환자가 무호흡이거나 달리 호흡 기능이 감소될 때, 이용될 수 있다. 부가적인 효율성을 제공하기 위해서, 선택적으로 환자의 산소공급 요건이 결정될 수 있고, 가스 유동 발진이 그에 따라 조정되어 산소공급을 개선할 수 있고, 및/또는 환자의 CO2를 감지하여 CO2 제거를 위해서 가스 유동 발진으로 가스 유동을 어떻게 변동시켜야 할지를 결정하는 것을 도울 수 있다. 설명되는 바와 같이, 변동되는 많은 유동 가스 유동 내에서 가스 유동 발진을 제공하는 것이 CO2 제거를 돕고/개선하는 것이 확인되었다. 무호흡은, 예를 들어, 마취(또는 다양한 다른 원인)로부터의 호흡 강하로 인해서 발생될 수 있고, 그에 따라 환자가 호흡을 중단한다.
산소의 연속적인 공급은, 호흡 기능이 손상될 수 있는 의학적 절차 중에(예를 들어, 마취 중에) 건강한 호흡 기능을 지속하는데 있어서 필수적이다. 이러한 공급이 손상될 때, 저산소증 및/또는 고탄산혈증이 발생될 수 있다. 마취와 같은 의학적 절차 중에, 이러한 것이 발생되지 않도록 환자를 모니터링한다. 만약 산소 공급 및/또는 CO2 제거가 손상된다면, 임상의는 의학적 절차를 중단하고 산소 공급 및/또는 CO2 제거를 촉진한다. 이는, 예를 들어, 백-밸브-마스크를 스스로 팽창시키는 것을 통해서 환자를 수동적으로 통기시키는 것에 의해서 달성될 수 있다.
본원에서 설명된 다른 방법 및 장치에서, 장치 및/또는 방법은, 의학적 절차 중에 산소공급 및/또는 CO2 제거를 돕기 위해서, 비-발진적 환자에게 전달/제공되는 방식으로 많은 가스의 유동의 매개변수(들)(예를 들어, 압력 및/또는 유량)를 조정할 수 있다. 환자 산소공급 요건이 보조를 위해서 결정될 수 있다.
1.1 변동 가스 유동을 이용한 산소공급 및/또는 CO2 제거
본원에서 설명된 방법 및 장치에서, 변동 가스 유동이 제공될 수 있고, 변동 가스 유동이 발진되어 기본 가스 유동 성분 및 하나 이상의 발진 가스 유동 성분을 포함하는 발진 가스 유동을 생성한다. 가스 유동 발진을 가지는 변동 가스 유동은, 환자의 호흡 운동이 손상되거나 적어도 감소될 때, 그러한 손상 또는 감소가 의학적 절차 이전, 도중 또는 이후 이든지 간에 또는 임의의 다른 상황에서, 유용할 수 있다. 발진 성분을 가지는 변동 가스 유동은 호흡하는 환자로부터 CO2를 제거하는 것을 주로 돕는다. CO2 제거는, 환자가 무호흡일 때, 또는 진정제 투여되거나 마취로 빠져 들거나 마취에서 깨어날 때와 같이, 환자의 호흡 기능이 감소될 때, 유용할 수 있다. 이러한 경우 중에, 환자의 호흡 기능은, 보조가 없이 CO2를 충분히 제거할 정도로 양호하지 않을 수 있다. CO2 제거 보조가 또한 바람직한 다른 상황이 있을 수 있다. 설명되는 바와 같이, 변동 가스 유동 내에서 발진을 제공하는 것이 CO2 제거를 돕고/개선한다는 것이 확인되었다.
발진 성분으로 가스 유동을 변동시키는 것은 또한, 산소의 전달을 보조하는 것에 의해서 직접적으로 그리고 CO2를 제거하는 것에 의해서 간접적으로 환자에게 산소공급하는 것을 도울 수 있다.
많은 가스 유동 산소공급의 매개변수를 변경하기 위한, 장치/시스템 및 방법의 특별한 실시예 및 예가 설명된다. 이러한 실시예 중 적어도 일부는, 예를 들어 (마취와 같은) 의학적 절차 중에, 가스 전달에 의해서 환자로부터 CO2를 제거하는 것을 도울 수 있다. 설명된 실시예는, 자발적으로 호흡하지 못하는 환자에게 특히(그러나 유일한 것은 아니다) 유용하다. 환자가 자발적으로 호흡하지 못할 때, 환자의 산소공급 및 CO2 제거 능력이 감소될 수 있다. 일부 실시예는 산소공급 및/또는 CO2 제거의 장치 및 방법에 관한 것이다. 일반적인 용어로, 실시예는 환자에게 산소공급하기 위한 많은 가스(예를 들어, 산소 및/또는 다른 가스 혼합물)의 유동 공급원을 이용하는 방법 및 장치, 및/또는 CO2의 제거를 돕는 방법 및 장치에 관한 것이다.
1.2 많은 가스 유동을 이용한 산소공급 및/또는 CO2 제거
본원에서 설명된 방법 및 장치에서, (많은) 유동 가스(예를 들어, 산소 또는 산소 및 하나 이상의 다른 가스의 혼합물)가 환자에게 전달되어 저산소증 위험을 감소시킬 수 있다. 이러한 많은 유동 가스는 환자가 여전히 (자발적으로) 호흡하는 동안 마취에 앞서서(예비-산소공급) 의학적 절차 중에, 또는 환자가 무호흡일 수 있는 때를 포함하여, 마취 중에(이 경우에, 환자는 자발적으로 호흡하지 않을 수 있고 도움을 필요로 할 수 있다) 제공될 수 있다. 가스 유동의 이용은, 현재의 방법과 달리, 손이 자유로운 산소공급을 제공하여, 환자의 탈-포화 없이, 마취의 또는 다른 임상의가 의학적 절차 자체를 집중적으로 실시할 수 있게 한다. 가스 유동은 저산소증을 피하기 위해서 요구되는 산소의 "투여량(dose)"(환자 산소 요건)을 전달하기 위해서 일정한 유량으로 제공될 수 있다. 이러한 투여량은 필요 "요법" 또는 "지원"으로도 지칭될 수 있다. 투여량은 전달되는 많은 유동 가스의 하나 이상의 매개변수와 관련되고, 최적의 또는 요구되는 투여량은, 환자에게 그들의 산소 요건을 제공하는 많은 유동 가스 매개변수와 관련된다. 예를 들어, 매개변수는 이하 중 하나일 수 있다(그러나, 이러한 것으로 제한되지 않는다):
- (산소 유량과 같은 그리고 발진 유동을 포함하는) 가스의 유량
- 전달되는 가스의 부피
- 가스의 압력
- 가스의 조성 및/또는 농도.
1.3 산소공급 요건의 결정
본원에서 설명된 방법 및 장치에서, 산소 요건을 결정하고, 그에 따라 가스 유동 매개변수를 (연속적으로 또는 주기적으로) 조정하여 요구되는 수준까지의 산소공급 및/또는 CO2 제거를 보장하는 것이 바람직할 수 있다. 일반적인 용어로, 투여량/산소 요건은 마취 전에 및/또는 (예를 들어, 연속적이거나 주기적인 모니터링을 통해서) 마취 중에 결정될 뿐만 아니라, 관 제거 기간을 포함하여 마취 이후에 결정되고; 이어서 많은 가스 유동의 매개변수가 그에 따라 (수동적으로 또는 자동적으로) 변경되어 요구되는 산소공급을 환자에게 제공한다. 본 명세서 전체를 통해서 "마취" 및 그 스테이지에 대한 언급은 실제 마취 및 (예비-산소공급 스테이지와 같은) 마취 전의 기간을 지칭할 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다.
2. CO2 제거 및/또는 산소공급을 보조하기 위한 장치/방법의 제1 실시예
2.1 변동 가스 유동을 이용하여 CO2 제거 및/또는 산소공급을 돕기 위한 장치
도 1은 CO2 제거를 돕기 위해서 발진을 가지는 변동 가스 유동(발진 가스 유동)을 환자에게 전달하기 위한 시스템/장치(10)를 도시하며, 시스템/장치는 또한 전술한 상황에서 산소공급을 도울 수 있다.
시스템/장치(10)는, 도 1의 점선 상자(11) 내에 대체로 도시된, 통합된 또는 별개의 구성요소 기반의 배열체일 수 있다. 일부 구성에서, 시스템(10)은 구성요소의 모듈형 배열체일 수 있다. 이하에서, 이는 시스템으로서 지칭될 것이나, 이는 제한적인 것으로 간주되지 않아야 한다.
장치는 산소, 산소 및 하나 이상의 다른 가스의 혼합물과 같은 많은 유동 가스를 제공하기 위한 유동 공급원(12)을 포함한다. 대안적으로, 장치는 유동 공급원에 대한 결합을 위한 연결을 가질 수 있다. 그에 따라, 유동 공급원은, 문맥에 따라, 장치(10)의 일부를 형성하는 것으로 간주될 수 있거나 그와 별개인 것으로 간주될 수 있거나, 심지어 유동 공급원의 일부가 장치의 일부를 형성하고, 유동 공급원의 일부가 장치의 외부에 있을 수 있다.
유동 공급원은 산소의 벽-내(in-wall) 공급부, 산소의 탱크, 다른 가스의 탱크, 및/또는 송풍기/유동 발생기(3)를 가지는 많은 유동 요법 장치일 수 있다. 도 1은 유동 발생기(3), 선택적인 공기 유입구(6) 및 차단 밸브 및/또는 조정기 및/또는 다른 가스 유동 제어부(모두가 '7'로서 표시됨)를 통한 (탱크 또는 O2 발생기와 같은) O2 공급원(5)에 대한 선택적인 연결을 가지는 유동 공급원을 도시하나, 이는 단지 하나의 선택사항이다. 도 1c의 대안예에서, 유동 발생기가 없으나, 유동 공급원(12)은, 선택적으로 유량계를 가지는, 벽-내 O2 또는 혼합된 O2/공기 공급부이다. 차단 밸브, 조정기 및 압력 센서 배열체(7)가 또한 도시되어 있다. 여기에서의 설명이 어느 하나의 실시예를 참조할 수 있다. 유동 공급원은 설명된 바와 같은 유동 발생기, O2 공급원, 공기 공급원 중 하나 또는 그 조합일 수 있다. 유동 공급원(12)과 연관된 임의 밸브는, 문맥에 따라, 유동 공급원의 일부로서, 또는 그 외부에 있는 것으로 간주될 수 있다. 유동 공급원이 시스템(10)의 일부로서 도시되어 있지만, 외부 산소 탱크 또는 벽-내 공급원의 경우에, 이는 별개의 구성요소로 간주될 수 있고, 그러한 경우에 장치는 그러한 유동 공급원에 연결하기 위한 연결 포트를 갖는다. 유동 공급원(12)은, 전달 도관(14) 및 ((비밀봉) 비강 캐뉼라 또는 밀봉 비강 마스크와 같은) 환자 인터페이스(15)를 통해서 환자(16)에게 전달될 수 있는 (바람직하게 많은) 가스(13)의 유동을 제공한다. 유동 공급원은 예를 들어 0.5 리터/분 내지 375 리터/분의, 또는 그러한 범위 내의 임의 범위의, 또는 심지어 상한 또는 하한을 가지는 범위의 기본 가스 유량을 제공할 수 있다. 유량의 범위 및 성질에 관한 상세 내용은 후술될 것이다.
가습기(17)가 유동 공급원과 환자 사이에 선택적으로 제공되어 전달되는 가스의 가습을 제공할 수 있다. 유동, 산소 분율, 압력, 가습, 온도와 같은 하나 이상의 센서(18a, 18b, 18c, 18d) 또는 다른 센서가 시스템 전체를 통해서 및/또는 환자(16)에, 환자 상에 또는 그 부근에 배치될 수 있다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 그러한 매개변수가 유도될 수 있는 센서가 이용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 센서(18a 내지 18d)는 심박수, 산소 포화, 혈액 내의 산소의 부분압, 호흡률, 혈액 내의 CO2의 부분압과 같은 환자의 생리적 매개변수를 감지하기 위한 하나 이상의 생리적 센서일 수 있다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 그러한 매개변수가 유도될 수 있는 센서가 이용될 수 있다. 다른 환자 센서가 EEG 센서, 호흡을 검출하기 위한 몸통 밴드, 및 임의의 다른 적합한 센서를 포함할 수 있다. 일부 구성에서, 가습기가 선택적일 수 있거나, 가습기는 기도의 상태를 유지하는 것을 돕는 가습된 가스의 장점으로 인해서 바람직할 수 있다. 하나 이상의 센서가 장치의 일부를 형성할 수 있거나, 그 외부에 있을 수 있고, 장치는 임의의 외부 센서를 위한 입력부를 갖는다.
센서로부터의 출력이 제어기로 송신되어 가스 유동을 변동시킴으로써 발진 가스 유동을 제공하기 위해서, 다른 것들을 포함하여, 장치의 제어를 보조한다.
예로서, 센서는 혈액 내의 산소 포화를 결정하기 위해서 환자 상에서 펄스 산소 농도계(18d)를 포함할 수 있다. 펄스 산소 농도계는 제어기(19)를 위한 아날로그 또는 디지털 전기 신호를 제공한다.
다른 예로서, 혈액 내의 산소의 부분압은 경피적 산소 모니터(센서)의 이용에 의해서 감지될 수 있다. 산소 센서는 산소의 농도를 측정하고, 이러한 판독값이 온도에 대해서 교정되어, 추정된 혈액 내의 산소에 대한 부분압을 생성한다. 기구 전자 시스템은, 혈액 산소의 부분압을 직접적으로 나타내는 아날로그 또는 디지털 신호를 제공하고, 제어기(19)에 연결된다.
다른 예로서, 제어기(19)에 연결되는 아날로그 또는 디지털 신호를 가지는 호흡 인덕턴스 혈량측정법(respiratory inductance plethysmography)(RIP)을 이용하여 호흡률이 감지될 수 있다.
다른 예로서, 제어기(19)에 연결되는 아날로그 또는 디지털 신호를 가지는 경피적 모니터를 이용하여 혈액 내의 CO2의 부분압이 감지될 수 있다.
다른 예로서, 내쉰 CO2 센서를 이용하여 내쉰 CO2가 감지된다. CO2 부분압 판독값이 아날로그 또는 디지털 형태로 제어기에 전송된다.
다른 예는 환자 심장 활동도를 감지하기 위한 심장 활동도 센서이다. 제어기(19)는 환자의 심장 활동도와 관련된 심장 활동도 센서로부터 (센서 출력 신호와 같은) 입력을 수신하도록 연결된다. 이는, 심장 활동도 센서로부터의 수신된 입력을 기초로, 제어기가 가스 유동을 제어할 수 있게 한다.
유동 공급원(12), 가습기(17) 및 센서(18a 내지 18d)에 결합된 제어기(19)가 제공된다. 제어기는 이하에서 설명되는 장치의 이러한 그리고 다른 양태를 제어한다.
장치는 또한, 조절(즉, 가스 유동의 매개변수를 변경, 수정, 조정, 또는 달리 제어하는 것)을 위해서 이용될 수 있는 하나 이상의 가스 유동 조절기(59)를 포함한다. 각각의 가스 유동 조절기는, 유동 공급원 이후 및 가습기 이전에, 가습기 이후에, 및/또는 가스 유동 경로를 조절하기 위한 장치 내의 임의의 다른 적합한 위치에서, 유동 공급원 내에 제공될 수 있다(그리고 유동 공급원 자체는 가스 유동 조절기일 수 있다). 예는 도 1 및 도 1c에 도시되어 있으나, 이러한 모든 것이 요구되는 것은 아니며, 그 위치 및 수는 시스템의 요건에 따라 달라질 수 있다. 도 6 내지 도 9를 참조하여 다른 예를 후술한다. 가스 유동 조절기의 유형을 후술할 것이다.
제어기(19)는 유동 공급원을 동작시켜 전달되는 가스의 유동을 제공할 수 있다. 제어기는 또한 (유동 공급원을 포함하여) 가스 유동 조절기(들)를 동작시켜, 센서로부터의 피드백을 기초로, 또는 선택적으로 피드백이 없이(예를 들어, 디폴트 설정을 이용하여) 유동 공급원에 의해서 제공되는 가스의 유동, 압력, 부피, 및/또는 다른 매개변수를 제어할 수 있다. 제어기는 또한, 산소공급 요건 및/또는 CO2 제거를 충족시키기 위해서 유동 공급원의 임의의 다른 적합한 매개변수를 제어할 수 있다. 제어기(19)는 또한 센서(18a 내지 18d)로부터의 피드백을 기초로 가습기(17)를 제어할 수 있다. 센서로부터의 입력을 이용하여, 제어기는, 필요에 따라, 산소공급 요건을 결정할 수 있고, 유동 공급원, 가스 유동 조절기(들) 및/또는 가습기의 매개변수를 제어할 수 있다. (디스플레이 및/또는 입력 장치와 같은) 입/출력 인터페이스(20)가 제공된다. 입력 장치는, 산소공급 요건 결정 및/또는 CO2 검출을 위해서 이용될 수 있는 정보를 사용자(예를 들어, 임상의 또는 환자)로부터 수신하기 위한 것이다.
장치는 또한 마취 중에/마취와 관련하여(즉, 예비-산소공급 위상 중의 마취전 산소 요건 및/또는 마취 중의 산소 요건 - 이는 환자가 무호흡일 때 또는 환자가 호흡을 할 때를 포함할 수 있다), 그리고 관 제거 기간을 포함할 수 있는 그러한 절차 이후에, 환자의 투여량/산소공급 요건(이하에서, "산소 요건")을 결정하도록 동작될 수 있다. 시스템/장치(10)는 또한, 산소공급 요건을 충족시키기 위한 필요에 따라, 마취의 목적을 위해 환자에 대한 많은 가스 유동을 조정하거나 제공하도록, 그리고 환자에게 전달되는 많은 유동 가스의 (압력, 유량, 가스의 부피, 가스 조성과 같은) 매개변수를 조정하도록 구성된다.
2.2 변동 유동을 이용한 CO2 제거 및/또는 산소공급
장치의 이용을 이제 설명할 것이다.
많은 유동 요법 방법 또는 장치에 의해서 전달되는 많은 유동 가스는, 발진되도록 조정되는 것을 포함하여, 조정될 수 있는 하나 이상의 매개변수를 가지는 여러 구성요소를 포함한다. 각각의 매개변수는 다른 매개변수와 독립적으로, 또는 종속적으로 조정될 수 있다. 이는 변동 가스 유동(변동 가스 유동 매개변수)을 제공한다. (발진을 가지는) 변동 가스 유동은 CO2 제거를 돕고, 산소공급을 도울 수 있다.
일 실시예에서, 제어기(19)는, 가스 유동을 변경하여 발진 가스 유동을 생성함으로써 CO2 제거를 개선하도록 (그리고 선택적으로 산소공급을 개선하도록) 구성된다. 이는 예비-산소공급 중에 또는 마취 중에, 또는 환자가 무호흡이거나 호흡 기능이 감소될 수 있는 임의의 다른 의학적 절차 중에 이용될 수 있다. 발진 가스 유동을 생성하기 위해서, 전달되는 가스 유동의 매개변수 또는 매개변수들이, 하나 이상의 주파수, 진폭 및/또는 위상으로 발진된다. 예를 들어, 그리고 전형적으로, 가스 유동의 유량은 (위상 및 진폭을 포함하는) 하나 이상의 주파수로 발진되고, 이는 다시 전달되는 가스 유동에 의해서 생성되는 압력을 발진시킨다. 그러나, 다른 매개변수가 발진될 수 있고 - 예를 들어 가스 유동의 압력이 발진될 수 있다. 발진 가스 유동은, 모두의 주파수, 진폭 및 위상이 상이한, 하나 이상의 발진 성분을 포함할 수 있다. 전체 발진 가스 유동은 (합산된) 파형으로 표시될 수 있고, 파형 형상은 다양한 (합산된) 발진 성분을 포함한다. 이제, 도 5a 내지 도 5d를 참조하여, 변동 가스 유동의 성질을 설명한다. 변동 가스 유동은, 비제한적으로, 유량(유량 매개변수) 및 압력(압력 매개변수)를 포함하는, 하나 이상의 매개변수를 갖는다. 각각의 변동 가스 유동 매개변수 (및 가스 유동 전체)는, (합산된 파형 또는 신호를 생성하기 위해서) 함께 조합되는, 기본 성분, 및 하나 이상의 발진 성분을 포함한다. 결과적으로 변동 가스 유동 전체가 또한 발진될 수 있고, 발진은 가스 유동 성분의 또는 전체 가스 유동의 발진으로 지칭될 수 있다. 변동 가스 유동/가스 유동 매개변수는 (유량 파형 및 압력 파형과 같은) 하나 이상의 파형으로서 표시될 수 있고, 도 5e에서와 같이, 여러 가지 성분이 파형 형상을 구성한다. 파형 자체가 발진될 수 있고, 성분들의 조합으로 인해서, 그러한 성분으로 인한 파형 형상을 가질 것이다. 성분이 사인파형 푸리에 성분으로 표시되거나 간주될 수 있으나, 이러한 것이 본질적이 아님을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 경우에, 기본 성분은 기본 주파수, 또는 DC/바이어스 유동 성분일 수 있다.
전형적으로, 장치(10)를 제어하여 발진 가스 유량을 가지는 변동 가스 유동을 생성하고, 이는 발진 가스 유동 압력을 초래한다. 도 5a 내지 도 5e에 대한 나머지 설명이 그러한 문맥으로 설명될 것이다. 그러나, 이는 본질적인 것은 아니고, 그 대신에 장치를 제어하여 가스 유동 압력 또는 다른 가스 유동 매개변수를 발진시킬 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
변동 가스 유동의 기본 유량 성분은 전형적으로 일정하나(도 5a 참조), (선형적으로 또는 달리) 상승하는 것(도 5b 참조) 또는 하강하는 것(도 5c 참조), 또는 (비교적 느리게) 발진 방식으로 변동되는 것(도 5d 참조)과 같이 또한 변동될 수 있다. 기본 유량의 발진은, 있다 하더라고, 일반적으로 매우 낮은 주파수이다. 기본 유량이 변경되는 경우에, 이는 최대 크기(진폭)와 최소 크기(진폭)를 가질 수 있고, 그 사이에서 변경될 수 있다. 유사하게, 변동 가스 유동의 기본 압력 성분은 전형적으로 일정하나(도 5a 참조), (선형적으로 또는 달리) 상승하는 것(도 5b 참조) 또는 하강하는 것(도 5c 참조), 또는 (비교적 느리게) 발진 방식으로 변동되는 것(도 5d 참조)과 같이 또한 변동될 수 있다. 기본 압력의 발진은, 있다 하더라고, 일반적으로 매우 낮은 주파수이다. 기본 압력이 변경되는 경우에, 이는 최대 크기(진폭)와 최소 크기(진폭)를 가질 수 있고, 그 사이에서 변경될 수 있다. 다른 가스 유동 매개변수가 유사한 방식으로 변경될 수 있다.
변동 가스 유동의 기본 유량 성분은, (자체적으로 발진될 수 있는) 변동 가스 유동을 생성하기 위한 주파수를 각각 가지는, 하나 이상의 (비교적 높은 주파수의) 발진 유량 성분과 합산/조절될(예를 들어, 변경될, 수정될, 조정될, 또는 달리 제어될, 등) 수 있거나 달리 조합될 수 있다. 기본 성분과 합산된 하나의 발진 성분이 도 5a 내지 도 5d에 도시되어 있으나, (도 5e에서 도시되고 곧 설명되는 바와 같이) 추가적인 발진 성분이 가능하다. 각각의 발진 유량 성분은, 기본 유량의 임의의 느린 발진 변동에 비해서, 비교적 높은 주파수를 갖는다. 각각의 발진 성분은 최대 크기(진폭) 및 최소 크기(진폭)를 갖는다. 각각의 발진 성분은 또한 위상을 갖는다. 유사하게, 변동 가스 유동의 기본 압력 성분은 하나 이상의 (비교적 높은 주파수의) 발진 압력 성분으로 조절되고/합산되고 또는 달리 조합되어 발진 변동 가스 유동을 생성할 것이다. 각각의 발진 압력 성분은, 기본 유량의 임의의 발진 변동에 비해서, 비교적 높은 주파수를 갖는다. 각각의 발진 성분은 최대 크기(진폭) 및 최소 크기(진폭)를 갖는다. 각각의 발진 성분은 또한 위상을 갖는다.
도 5e는 기본 유동 성분(예를 들어, 유량 또는 압력) 및 복수의 발진 가스 유동 성분(예를 들어, 유량 또는 압력)을 가지는 변동 가스 유동의 일반적인 경우의 예를 도시하며, 그 성분의 각각이 함께 조합되어 전체적인 기간/발진을 가지는 (파형 형상을 가지는) 변동 가스 유동을 제공한다.
본원에서 일반적으로, 발진 성분 또는 기타에 대한 언급은, 기본 성분이 아니라, 고주파수 성분을 지칭할 것이나, 모든 그러한 성분이 발진적일 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이하에서, 발진에 대한 언급은, 문맥이 허용할 때, 압력 및/또는 유량의 발진에 대한 언급일 것이나, 이러한 것은 제한적인 것으로 간주되지 않아야 하며, 다른 매개변수의 발진이 가능할 수 있을 것이다. 발진에 대한 언급은 또한 하나 이상의 성분 또는 주파수를 가지는 발진을 지칭할 수 있다.
예로서, 그리고 도 5e, 도 5f를 참조하면, 제어기(19)는 (장치의 제어에 의해서) 유동 공급원(12)으로부터의 가스 유동 유량(13)을 기본 또는 바이어스(DC 바이어스 유사와 균등한, 영으로부터의 오프셋의 의미에서 바이어스) 유량(50) 주위에서 변경한다. 이는, 산소공급 및/또는 CO2 제거를 돕는 (바람직하게 일정하나 필수적이지는 않은) 기본 유량(50) 주위의 (바람직하게 고주파수의) 발진 가스 유동(52)을 제공한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 가스 유동 기본 압력(53)이 발진 압력(54)에 의해서 수정되어 발진 가스 유동 압력(55)을 제공한다. 압력은, 발진 유량의 결과로서 간접적으로, 또는 직접적으로 발진될 수 있다.
예로서, 발진 성분의 주파수가 2 내지 250 Hz일 수 있으나, 그러한 주파수는 이러한 범위를 벗어날 수 있다. 더 바람직하게, 주파수는 약 100 Hz 이하인데, 이는 이러한 것이 회로 내의 댐핑 문제를 피할 수 있기 때문이다. 복수의 발진 성분이 있는 경우에, 각각의 성분은 전술한 범위 이내일 수 있다. 본원의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 다른 주파수가 가능하다. 예를 들어, 주파수는 바람직하게 약 0.1 Hz 내지 약 3 Hz일 수 있다.
주파수 또는 주파수들은 생리적인 매개변수를 기초로 선택될 수 있다. 예를 들어, 심장 활동도에서의 주파수 바이어싱의 경우에, 주파수는, 일반적으로 250 Hz 미만인 심장 활동도 주파수의 부근일 것이다. 더 바람직하게, 주파수(들)은 어린이에 대해서 약 4 Hz 이하, 그리고 더 바람직하게 약 2 Hz 이하이고, 성인에 대해서 약 1 Hz 이하이다. 더 바람직하게, 주파수는 약 0.1 Hz 내지 3 Hz, 또는 0.3 Hz 내지 3 Hz일 수 있다. 다른 선택사항에서, 발진/변동이 단일 주파수를 가지지 않을 수 있고, (연관된 위상 및 진폭을 가지는) 복수의(범위를 포함) 주파수를 포함할 수 있다 - 예를 들어, 도 5e 참조. 본원에서의 개시 내용이 하나 이상의 주파수를 가지는 유량/압력 또는 다른 매개변수 변동/발진의 임의 종류와 관련될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 본 명세서 내의 발진 주파수에 대한 언급은 제한적인 것으로 간주되지 않아야 하고, 둘 이상의 주파수를 포함하는 발진을 포함하는 것으로 간주되어야 하며, 또한 위상/진폭 정보를 포함할 수 있다.
변동 가스 유동 유량이 이하의 비제한적인 값의 예를 가질 수 있다. 이는 도 5a 내지 도 5g를 참조하여 만들어 졌다.
전체적인 조합된/합산된 파형에 대한 유량 값을 먼저 설명할 것이다 - 예를 들어, 도 5e 참조. 이는 기본 성분과 함께 합산된 하나 이상의 발진 성분이다. 전체 (발진) 파형은 피크 유량(진폭), 바닥 유량(trough flow rate)(진폭) 그리고 순간적인 유량 및 기간을 갖는다. 이러한 가스 유동 파형은 약 375 리터/분 내지 약 0 리터/분, 또는 바람직하게 약 240 리터/분 내지 약 7.5 리터/분, 또는 더 바람직하게 약 120 리터/분 내지 약 15 리터/분의 순간적인 유량을 가질 수 있다. 전체 파형은 약 375 리터/분 내지 약 0.5 리터/분, 또는 바람직하게 약 240 리터/분 내지 약 30 리터/분, 또는 더 바람직하게 약 120 리터/분 내지 약 60 리터/분의 피크(최대) 유량을 가질 수 있다. 전체 파형은 약 240 리터/분 내지 약 0 리터/분, 또는 바람직하게 약 120 리터/분 내지 약 7.5 리터/분, 또는 더 바람직하게 약 60 리터/분 내지 약 15 리터/분의 바닥(최소) 유량을 가질 수 있다. 주파수는 약 0.1 Hz 내지 3 Hz, 또는 0.3 Hz 내지 3 Hz일 수 있다.
기본 성분(도 5a 내지 도 5g 참조)은 순간적, 최대, 및 최소 유량(진폭)을 갖는다. 기본 성분은 약 375 리터/분 내지 0 리터/분, 또는 150 리터/분 내지 약 0 리터/분, 또는 바람직하게 약 120 리터/분 내지 약 15 리터/분, 또는 더 바람직하게 약 90 리터/분 내지 약 30 리터/분의 순간적인 유량을 가질 수 있다. 만약 기본 성분이 변동된다면(예를 들어, 경사진다면), 성분은 약 150 리터/분 내지 약 0 리터/분, 또는 바람직하게 약 120 리터/분 내지 약 15 리터/분, 또는 더 바람직하게 약 90 리터/분 내지 약 30 리터/분의 최대 유량을 가질 수 있다. 만약 기본 성분이 변동된다면(예를 들어, 경사진다면), 성분은 약 150 리터/분 내지 약 0 리터/분, 또는 바람직하게 약 120 리터/분 내지 약 15 리터/분, 또는 더 바람직하게 약 90 리터/분 내지 약 30 리터/분의 최소 유량을 가질 수 있다. 하나의 예에서, 기본 성분이 30 리터/분 내지 105 리터/분이나, BMI > 40인 성인의 경우에 50 리터/분 내지 120 리터/분일 수 있다. 최대 및 최소 유량은 여전히 순간적인 유량 범위 내에 있을 수 있고, 순간적인 유량 범위는 여전히 전체 파형 유량 범위 내에 있을 수 있다.
각각의 발진 성분이 순간적인, 최대, 및 최소 유량(진폭), 주파수 및/또는 위상을 갖는다. 발진 성분의 진폭은, 예를 들어 기본 성분을 참조하여, 상대적인 진폭으로서 규정될 수 있을 것이고, 또는 절대 진폭으로서 규정될 수 있고, 또는 양자 모두로 규정될 수 있다. 각각의 발진 성분은 약 375 리터/분 내지 0 리터/분, 또는 150 리터/분 내지 약 0 리터/분, 또는 바람직하게 약 240 리터/분 내지 약 7.5 리터/분, 또는 더 바람직하게 약 120 리터/분 내지 약 15 리터/분의 순간적인 유량을 가질 수 있다.
발진 성분은 약 375 리터/분 내지 약 0.5 리터/분 (또는 기본 성분에 대한 약 270 리터/분 내지 약 0.25 리터/분), 또는 바람직하게 약 270 리터/분 내지 약 15 리터/분 (또는 기본 성분에 대해서 약 120 리터/분 내지 약 0.5 리터/분), 또는 더 바람직하게 약 150 리터/분 내지 약 30 리터/분 (또는 기본 성분에 대해서 약 60 리터/분 내지 약 10 리터/분)의 최대 유량을 가질 수 있다. 발진 성분은 약 370 리터/분 내지 약 0.5 리터/분 (또는 기본 성분에 대한 약 270 리터/분 내지 약 0.25 리터/분), 또는 바람직하게 약 240 리터/분 내지 약 15 리터/분 (또는 기본 성분에 대해서 약 120 리터/분 내지 약 5 리터/분), 또는 더 바람직하게 약 150 리터/분 내지 약 30 리터/분 (또는 기본 성분에 대해서 약 60 리터/분 내지 약 10 리터/분)의 최소 유량을 가질 수 있다.
피크와 바닥 사이의 차이(피크 대 피크 유량)가 약 240 리터/분 내지 0.5 리터/분, 또는 바람직하게 120 리터/분 내지 약 5 리터/분, 또는 더 바람직하게 약 60 리터/분 내지 약 10 리터/분, 또는 대안적으로 약 0 내지 약 100 리터/분, 또는 약 40 리터/분 내지 70 리터/분의 유량일 수 있다. 최대 및 최소 유량은 여전히 순간적인 유량 범위 내에 있을 수 있고, 순간적인 유량 범위는 여전히 전체 파형 유량 범위 내에 있을 수 있다. 발진 성분의 주파수는 약 0 내지 약 200 Hz, 또는 바람직하게 약 0.1 Hz 내지 약 20 Hz, 또는 더 바람직하게 약 0.5 Hz 내지 약 3 Hz, 그리고 더 바람직하게 약 0.1 Hz 내지 약 3 Hz일 수 있다. 위상은 약 0 내지 약 360도 또는 바람직하게 약 0 내지 약 270도, 또는 더 바람직하게 약 0 내지 180도일 수 있다.
보다 일반적인 용어로, 인터페이스에 또는, 유동 경로를 통하는 것과 같이, 시스템을 경유하여 공급 또는 제공되는 임의 동작 지점에서의 가스의 순간적인 유량은, 비제한적으로, 15 리터/분 내지 150 리터/분 그리고 375 리터/분까지의, 그리고 선택적으로 적어도 약 40, 50, 60, 70, 또는 80 L/분, 또는 그 초과의 유동을 포함할 수 있고, 유용한 범위는 이러한 값들 중 임의의 값들 사이에서 선택될 수 있다(예를 들어, 약 40 내지 약 80, 약 50 내지 약 80, 약 60 내지 약 80, 약 70 내지 약 80 L/분, 또는 15 리터/분 내지 120 리터/분의 임의의 다른 하위범위, 또는 심지어 150 리터/분 이상).
예를 들어, 기본 유동 범위는 각각 40 kg 및 150 kg의 환자의 경우에 약 8 내지 약 100 L/분 및 약 30 내지 약 375 L/분의 최소/최대 유동을 초래할 수 있다. 더 바람직하게, 최대/최소 유량이 약 15 리터/분 내지 250 리터/분 그리고 더 바람직하게 15 리터/분 내지 70리터/분이다.
(체중이 약 1 내지 약 30 kg의 범위인) 조산아/유아/소아의 경우에, 기본 유동이 0.4 내지 8 L/분/kg으로 설정될 수 있고, 최소는 약 0.5 L/분이고 최대는 약 25 L/분일 수 있다. 2 kg 미만의 환자의 경우에, 최대 유동이 8 L/분으로 설정된다. 발진 유동은 0.05 내지 2 L/분/kg으로 설정되고, 바람직한 범위는 0.1 내지 1 L/분/kg이고 다른 바람직한 범위는 0.2 내지 0.8 L/분/kg이다.
이하의 표는 40 kg 및 150 kg(이러한 것은, 2004년 조사에서, 미국의 여성/남성에 대한 평균이 각각 약 75/85 kg인 정상 질량 분포를 약간 벗어난 것이다)의 환자 각각에 대한 최대 및 최소 유량을 도시한다. 전술한 유량은, 정상 범위 내에서, 150 kg의 환자가 30 L/분의 예비-산소공급을 가질 수 있도록 그리고 매우 가벼운 환자(40 kg)는 전형적인 70 리터/분 유량의 ~ 50%를 가질 수 있도록 설정된다. 발진 유량의 경우에, 150 Kg에 대한 최소 발진 유동은 7.5 L/분이고 40 kg 환자에 대한 최대는 20 L/분이다. 압력이 유동의 제곱과 관련되기 때문에, 압력 요동은 절대 기본 유량 더하기 발진 유량 또는 기본 유량 빼기 발진 유량 값에 크게 의존한다.
그러한 가스의 비교적 많은 유량은 사용자의 기도 내로의, 또는 사용자의 기도의 다른 부분으로의 공급 공기를 제공하는 것을 도울 수 있고, 예를 들어 그러한 유량은, 도 4에 도시된 것과 같이, 그러한 가스를 상부 또는 하부 기도 영역에 전달하게 할 수 있다. 상부 기도 영역은 전형적으로 비강 공동, 인두 및 후두를 포함하는 한편, 하부 기도 영역은 전형적으로 기관, 원발성 기관지 및 폐를 포함한다.
비제한적인 예로서, 본원에서 설명된 장치 및 방법에 의해서 제공되는 가스 유량이 또한 도 10에 도시된 것과 같을 수 있다. 본원에서의 모든 유량은 대략적인 또는 근사적인 것으로 판독될 수 있고, 반드시 그러한 유량과 엄격하게 일치될 필요는 없다.
전술한 여러 유량을 고려할 때, 바람직하게 음의 유량(이는 환자로부터 장치로 거슬러 올라가는 유동에 상응할 것이다)은 존재하지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 장치로부터 환자에게로 이동하는 유동이 바람직하다. 그에 따라, 허용되는 발진 성분의 최대 진폭은 기준선 유량과 같다. 만약 진폭이 이러한 것 보다 커진다면, 바닥 유동이 영 보다 작아질 수 있다(즉, 이는 장치에 의해서 환자로부터 흡입되는 유동에 상응할 것이다). 그에 따라, 전술한 유량이 이러한 문맥으로 고려될 것이고, 특별한 성분의 특별한 유량 매개변수는 다른 성분의 유량 매개변수에 의해서 영향을 받을 수 있다.
대칭적인 발진 성분에서, 최대 피크 유동은, 규정에 의해서, 기준선 유동의 2배와 같다. 그러나, 특정 상황 하에서, 비대칭적인 발진이 유량에 적용될 수 있고, 그에 의해서 피크 유동이 이러한 것 보다 클 수 있으나, 바닥 유동은 항상 영 이상에서 유지된다.
보다 일반적인 용어로, 제어기(19)는 유동 공급원, 일반적인 조절기(59) 및/또는 장치의 임의의 다른 양태를 제어하여 변동 가스 유동을 제공하도록 구성될 수 있고, 그러한 변동 가스 유동은: 환자를 위한 산소공급 및/또는 CO2 제거를 개선하기 위한 희망 기준 유량 및/또는 압력(주파수 및 진폭) 그리고 희망 발진 성분 또는 성분들(주파수 및 진폭)을 갖는다.
제어기는 임의의 적합한 접근 방식을 이용하여 기준 가스 유동 매개변수(들)를 변동시켜 발진을 생성할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 유동 공급원의 속력을 제어하는 것에 의해서 압력 및/또는 유량을 직접적으로 변경할 수 있을 것이다. 대안적으로, 하나 이상의 가스 유동 조절기(59)와 같은 외부 장치가 이용될 수 있다. 발진은 임의의 적합한 기계적 및/또는 전기적 구성에 의해서 생성될 수 있다. 예를 들어, (예를 들어, 전기적인, 자기적인 또는 공압적인) 밸브, 초퍼 휠(chopper wheel), 변환기, 피스톤, 또는 공급원의 전자적 조절과 같은, 발진을 위한 임의의 적합한 장치를 이용할 수 있다. 도 1은 가스 유동을 발진시키기 위해서 제어기에 의해서 동작되는 일반적인 조절기(59)를 도시하나, 이는 예시적인 것이고, 그 위치 및 성질은 제한적인 것으로 간주되지 않아야 한다.
압력 발진을 생성하는 가스 유동 조절기(들)(59)(도 1 참조)가 시스템의 길이를 따라서 (인터페이스(15)의 환자 단부로부터 유동 공급원(12)까지) 임의의 장소에 배치될 수 있고, 이하에서 나열되는 일부 비제한적인 방법 및 성분과 같은, 많은 수의 방식으로 발진(51/54)을 달성할 수 있을 것이다. 성분(59)은 회로 및/또는 시스템으로부터 제거될 수 있다.
● 비례 밸브 또는 솔레노이드 밸브와 같은 전자 밸브
● 제어기에 의해서 작동되는, 송풍기 속력의 급격한 변동.
● 인라인 스피커 또는 솔레노이드 작동형 격막.
● 인라인 선형 작동기
● 회전 또는 선형 유동 초퍼
● 임의의 공기역학적 또는 기계적 플러터 밸브.
● 제어 밸브를 가지는 압축 가스 공급원으로부터의 압축 가스(즉, 공기 또는 산소)의 분출
● 회전 운동으로부터 선형 운동으로 임의 배열체를 구동하는 모터
● 발진을 생성하는 진동 리드(reed)
● 특정 압력에서 개방되는, 선택적으로 스프링에 의해서 부하가 가해지는, 일방향 밸브/플랩
설명된 바와 같은 가스 유동에 대한 유동/압력 발진의 부가는 이하를 수행할 수 있다.
● 특정 수준의 산소공급 및/또는 CO2 제거를 달성하는데 필요한 시간 평균적 유량/압력의 감소. 많은 유량은 덜 편안한 것으로 인지될 수 있고, 그에 따라 동일한 산소공급 지원을 유지하면서 유량을 줄일 수 있는 임의 능력이 바람직하다.
● 많은 유동 가스 전달의 전체 산소공급 및 CO2 제거 능력의 증가
● 예비-산소공급에 필요한 시간 단축
가스 유동의 발진 주파수(압력 또는 유동)는 전술한 바와 같이 약 2 내지 약 200 Hz의 임의의 값일 수 있고 또는 본원의 어느 장소에서 설명된 바와 같은 값일 수 있고(더 바람직하게, 주파수는 약 0.1 Hz 내지 3 Hz, 또는 0.3 Hz 내지 3 Hz일 수 있다), 순간적인 압력 또는 유동 진폭이 200 L/분 및/또는 50 cmH2O 또는 본원의 어느 장소에서 설명된 바와 같은 값일 수 있다. 발진의 파형이 임의의 적합한 형상일 수 있다. 파형 형상의 일부 예는 다음과 같다:
● 사인파형
● 정사각형
● 삼각형
● 톱니형
● 가우스형
● 생리적 파형 기초(예를 들어, 혈압 또는 심인성 맥동, 기침, 재채기 파동 패턴 등)
2.3 변동 가스 유동에 대한 기본 및 발진 성분 주파수, 진폭, 및/또는 위상의 결정
일반적인 용어로, 기본 및/또는 발진 성분의 (전술한 바와 같은 그 매개변수를 포함하는) 진폭, 주파수, 및/또는 위상은 디폴트 매개변수, 사용자 입력, 실험 데이터 및/또는 생리적 매개변수를 기초로 결정된다. 이들은 환자 응답을 최적화하도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 변동 가스 유동의 기본 및/또는 발진 성분의 주파수 및/또는 진폭 및/또는 위상은 이하와 같은(그러나 그에 제한되지는 않는다) 여러 가지 고려사항 중 하나 또는 그 조합을 기초로 할 수 있다.
최적의 환자 응답을 찾기 위한 주파수 및/또는 진폭의 스위핑(sweeping).
환자의 호흡률 및 호흡 위상.
환자의 폐의 공진 주파수.
환자의 흉강의 공진 주파수.
환자의 심박수(또는 더 일반적으로 심장 활동도).
환자의 뇌 활동도.
무작위적 잡음.
임상의 입력, 예를 들어 평균 폐동맥 압력.
실험 데이터 또는 디폴트 매개변수/미리 결정된 매개변수.
O2의 측정.
CO2의 측정.
전술한 것을 기초로, 가수 유동 성분은 설정된 순간적인 진폭, 주파수, 위상, 최대 진폭 및 최소 진폭을 갖는다.
예를 들어, (즉, 위상, 주파수, 및 진폭과 같은, 여러 가지 성분의 매개변수인) 발진 성분은 하나의 또는 많은 수의 상이한 호흡 또는 다른 환자 매개변수에 상응할 수 있거나 (기초로 할 수 있거나) 동기화/합치될 수 있다. "상응한다"는 더 일반적으로, 관련되거나 영향을 받으나, 반드시 합치될 필요는 없는(그러나, 합치를 또한 포함할 수 있다) 것을 의미한다.
CO2가 기관을 통해서 내쉬어질 때, CO2의 플러그(plug)가 기관을 통해서 이동되고 발진 가스 유동이 이러한 플러그를 기도로부터 제거하는 것을 돕는다는 것이 확인되었다. 전술한 장치 및 방법은 발진 가스 유동을 제공하는 것에 의해서 CO2 제거 및/또는 산소공급을 제공하는 것을 돕는다. 발진 성분의 매개변수가 전술한 바와 같이 생리적 매개변수를 기초로 하는 경우에, CO2 제거 및/또는 산소공급의 효율이 개선될 수 있다. 생리적 매개변수 주파수/위상, 또는 그러한 주파수/위상의 일부 고조파 또는 다른 배수와 합치되는 주파수 및/또는 위상을 가지도록 발진이 선택될 수 있다. 다른 예로서, 발진 성분은 (심장 활동도와 같은) 생리적 매개변수의 진폭에 비례하는 또는 반비례하는 (순간적인, 최대, 및/또는 최소) 진폭을 가지도록 선택될 수 있다.
이러한 것의 일부가 이하에서 더 구체적으로 설명되고, 설명된 여러 가지 다른 예는, 가스 유동 성분(발진 또는 기본 성분)이 어떻게 생리적인 매개변수를 기초로 할 수 있는지를 보여준다.
2.3.1 심장 활동도
심장 활동도는 가스 유동을 환자의 기관 위 및 아래로 이동시킨다. 심장은, 기본적인 주파수를 가지는 전기 신호를 갖는다. 전기 신호는 심장이 그러한 주파수로 펌핑되도록 격발하고, 이는 다시 그러한 주파수의 발진 펄스로 혈액을 펌핑한다. 이는 그러한 주파수에서 폐의 발진 수축 및 팽창에 영향을 미치고, 이는 다시 그러한 주파수로 기관의 위와 아래로 가스가 발진 이동하는 것에 영향을 미칠 수 있다. 심장 활동도는 이러한 프로세스 중 임의의 프로세스를 지칭할 수 있고, 심장 활동도의 주파수는 그러한 주파수를 지칭할 수 있다. 전술한 각각의 스테이지에서의 발진이 동일한 주파수를 가지지만, 각각의 스테이지는, 각각의 스테이지 사이의 지연으로 인해서, 상이한 위상을 가질 수 있다. 예를 들어, 발진 전기 신호 발생과 기관의 위와 아래로의 발진 가스 이동 사이에는 위상 지연이 있을 수 있다.
환자에 대한 비강적인 많은 유동의 전달 중에, 폐로의 이송이 아벤틸래토리 질량 유동(Aventilatory Mass Flow)에 의해서 자연스럽게 발생된다. 그러나, 폐로부터의 CO2의 제거는 이러한 순 유동에 대항하여 발생되어야 한다. 심장 활동도와 동일한 주파수로 발생되는 호흡 유동의 작은 발진이 흡기 및 배기 모두 동안에 관찰되었다. 본 발명자들은, 많은 인두(pharyngeal) 유동으로부터 혼입된 난류와 조합된 심인성 맥동이 기관 내의 가스의 길이방향 혼합을 유발한다는 것을 확인하였다. 혼합은 CO2를 폐로부터 위쪽으로 이동시키는데 충분한 한편, 산소를 기관 아래로 이송하는 것을 또한 촉진하기에 충분하다. 각각의 심인성 사이클의 배기 부분에서, 기관 내의 혼합 가스의 일부가 이어서 강하게 플러싱된(flushed) 인두 영역 내로 사출된다. 예를 들어, 발진 압력을 가지는 가스 유동이 2 cmH2O의 압력 요동의 진폭과 함께 전달된다면, 약 140 내지 200 ml의 가스가 내부로 펌핑될 것이고, 이어서 각각의 압력 사이클에 걸쳐 폐의 외부로 다시 펌핑될 것이다. 기도 사공간(dead space)은 약 150 ml이고, 그에 따라 이러한 예에서 약 0 ml 내지 40 ml의 가스가 각각의 사이클에서 폐로부터 제거될 수 있을 것이다. 이러한 단순화된 경우에, 제거는, 펌핑된 가스의 부피가 행정마다 150 ml에 도달할 때, 발생되기 시작할 것이고, 이는 이러한 예에서 2.14 cmH20(예에서 낮은 폐 순응도(lung compliance)의 경우) 내지 1.5 cmH2O(높은 폐 순응도의 경우)의 압력 변동에 상응할 것이다. 기도 및 폐가 대기압에 비해서 5 cmH2O까지의 압력을 용이하게 견딜 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다.
따라서, 본 발명자들은, 심장 활동도 주파수를 기초로 하는 올바른 주파수, 위상, 및/또는 진폭의 적어도 하나의 발진 성분을 가지는 변동 가스 유동을 제공하는 것이 CO2 제거 및/또는 산소공급 프로세스를 보조할 수 있다는 것을 확인하였다. 예를 들어, 발진 성분(들)이 주파수(들)를 갖는다면, 동일한 또는 근접한 심인성 맥동(심장 활동도)이 이러한 효과를 생성하고 CO2 제거 및/또는 산소공급을 돕는다. 제공되는 변동 가스 유동은, 예를 들어 심장 활동도의 주파수(들)와 합치되는 주파수(들)를 가지는 발진 성분을 가지도록 가스 유동을 변동시키는 것에 의해서, 심장 활동도와 동기화되어 변동될 수 있다. 이러한 것의 효과는 가스를 기관의 위와 아래로 이동시키는 것이고, CO2를 폐의 외부로 이송하는 것 그리고 산소를 폐 내로 이송하는 것에 기여한다. 이러한 효과는 자연적으로 발생되는 기관 위쪽 및 아래쪽으로의 가스의 심인성-유도 발진을 향상시킨다. 심장-동기화된 유동 변동이 그러한 유동에 미치는 순수한 효과는, 스스로 심장발생(cardiogenesis)에 의해서 달성되는 CO2의 제거를 (일반적으로 3 내지 10배 만큼) 크게 향상시키는 것이다. 더 일반적으로, 발진 주파수는 심장 활동도와 동기화될 필요가 없고, 그 대신에 일부 방식으로 심장 활동도에 상응한다.
어떻게 가스 유동 성분이 생리적인 매개변수를 기초로 할 수 있는지에 관한 하나의 예로서; 심장 활동도가 감지될 수 있고 하나 이상의 발진 성분의 주파수가 심장 활동도와 같거나 유사한 주파수를 가지게 할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 심박과 기관 내의 가스 유동 사이에 지연이 있기 때문에, 각각의 발진 성분은, 가스 유동 지연을 보상하기 위해서, 심장 활동도 파형에 비해서, 위상 지연과 같은 지연을 가질 수 있을 것이다. 바람직하게, 최적의 CO2 제거 및/또는 산소공급을 제공하기 위해서, 가스 유동 발진 성분은 (심장 활동도를 보여주는 ECG 신호 및 동일한 또는 유사한 주파수를 가지는 발진 성분을 도시한 도 18에 도시된 바와 같이) 심장 활동도 주파수에 가능한 한 근접하게 합치되나, 일부 변동이 가능하다. 위상은 바람직하게 합치되나, 위상차는 (도 11에 도시된 바와 같은) 유용한 효과를 여전히 생성한다. 또한, 전술한 바와 같이, 심장 활동도의 하나의 스테이지에 대한 위상 지연은 심장 활동도의 다른 스테이지의 위상과 정렬시키는 것을 도울 수 있다.
하나의 예시적인 예에서, 제어기(19)는 센서(예를 들어, 센서(18d))를 통해서 환자의 심장 활동도를 모니터링할 수 있고, 가스 유동 발진(52/55)이 환자의 심장 활동도를 기초로 동기화/합치되도록 또는 심장 활동도에 달리 상응하도록, 시스템(10)을 제어할 수 있다. 제어기(19)는, 가스의 혼합을 증가시켜 산소공급 및 CO2 제거를 촉진하기 위해서, 환자의 심장 활동도 주파수와 동일한 주파수로 (또는 심장 활동도 주파수를 달리 기초로 하여) 발진되는(52/55) 가스 유동을 제공하도록 유동 공급원(12)을 제어하게 구성될 수 있다. 발진은 심박수와 동위상이거나, 반-위상이거나 (또는 일정한 상대적 위상이거나), 상이한 위상일 수 있으나, 전술한 바와 같이, 바람직하게 동위상이거나 동위상에 근접할 수 있다(또는 위상 지연을 갖는다). 바람직한 예에서, 발진 성분의 주파수는 0.1 Hz 내지 약 3 Hz, 또는 바람직하게 0.5 Hz 내지 약 3 Hz일 수 있고, 이는 전형적인 심장 활동도의 주파수에 상응한다.
하나의 예에서, ("심장 박동" 또는 "심박수" 또는 전술한 바와 같은 임의의 심장 활동도 스테이지를 포함하는) 환자의 심장 활동도가 센서(18d)를 이용하여 모니터링될 수 있고, 그 출력 신호는, 가스 유동 발진(52/55)의 주파수를 결정하기 위해서, 제어기 내로의 입력으로서 이용될 수 있다. 예를 들어, 심장 활동도는 많은 방법 중 하나 이상으로 센서(예를 들어, 18d)를 이용하여 모니터링될 수 있다. 비제한적인 예는 다음과 같다.
심박수 모니터 이용(심장 활동도 센서). 기관 내의 가스 유동을 측정하기 위한 유동 센서.
펄스 산소 농도계 탐침으로부터의 혈류 측정 신호의 이용
피부(일반적으로 가슴)에 부착되고 매우 민감한 증폭기에 결합된 전극(센서)에 의해서 얻어지는 ECG 신호의 이용.
각각의 경우에, 이는, 제어기에 연결된 심장 활동도와 동기화되어 요동되는 출력 전기 신호이다.
대안적으로, 실험 데이터, 이전에 기록된 심장 활동도, 또는 일부 다른 공급원으로부터, 심장 활동도 정보를 입/출력 인터페이스(20) 내로 입력하도록 사용자에게 알려줄 수 있다. 이러한 경우에, 제어기(19)는 - 환자의 펄스를 취하는 임상의로부터와 같이 - 입/출력부로부터 환자의 심장 활동도와 관련된 입력을 수신한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 심장 활동도 정보가 제어기의 일부를 형성하거나 그와 별개인 메모리 내에 있을 수 있다. 이러한 경우에, 제어기(19)는 환자의 심장 활동도와 관련된 입력을 메모리로부터 수신하고, 그러한 입력은, 예를 들어, 효과적인 것으로 입증된 전형적인 심장 활동도 주파수 및/또는 전형적인 가스 유동 발진 주파수에 관한 실험적인 데이터를 기초로 저장된 것일 수 있다. 예를 들어, 휴식 심박수(resting heart rate)는 전형적으로 40 내지 100 bpm(0.67 내지 1.67 Hz)이나, 극단적인 생리상태 하에서 (예를 들어, 의학적 절차 또는 강한 운동 하에서) 30 내지 180 bpm (0.5 내지 3 Hz)의 범위 이내일 수 있다.
대안적으로, 가스 유동 시스템(10)은 (시스템에서 심장 활동도 센서로서 간주될 수 있는) 심전도 또는 심박수 모니터 또는 심초음파를 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 제어기(19)는 시스템 내의 센서로부터 환자의 심장 활동도와 관련된 입력을 수신한다.
심장 활동도가 어떻게 측정되거나 달리 결정되는지와 관계없이, 이는, 변동 가스 유동의 발진 성분(들)에 적합한 주파수(들)를 결정하기 위해서 제어기에 의해서 이용될 수 있다. 예를 들어, 만약 심박수가 분당 80번의 박동으로 측정되었다면, 70 L/분 내지 40 L/분의 유동을 1분에 80회(1.333 Hz)로 발진시키도록(52) 많은 유동의 시스템이 설정될 수 있다.
더 일반적인 용어로, 변동 가스 유동 발진 성분 주파수 및 위상은 기관 내의 가스 유동을 기초로 한다. 심장 활동도 주파수를 이용하여 전술한 바와 같은 기관 내의 가스 유동의 주파수를 결정할 수 있고, 그에 따라 가스 유동 발진 성분 주파수 및 위상은 심장 활동도 주파수를 기초로 한다. 그러나, 다른 측정이 기관 가스 유동을 위해서 이용될 수 있다. 예를 들어, 기관 내의 유량을 측정하도록 유동 센서가 배치될 수 있고, 가스 유동 주파수를 기초로 하는 발진 성분 주파수 및 위상이 유동 센서로부터 결정된다.
센서가 사용되는 경우에, 연속적인 또는 주기적인 심박수 활동도의 피드백이 있을 수 있고, 그에 따라, 발진 성분의 주파수가 희망 주파수 또는 위상으로부터 이동될 때, 발진 성분의 주파수가 조정될 수 있다.
인간 신체는 매우 적응적이고, 심장이 발진 유동(52/55)과 동기화될 수 있다. 그에 따라, 대안예에서, 가스 유동이 심장의 주파수가 되는 것을 원할 때 그리고 심장의 주파수 내에서 변화시키고자 할 때, 사용자는 발진 주파수(51/54)를 입력할 수 있다. 이러한 경우에, 사용자는 설정된 주파수만을 가지도록 선택할 수 있거나 약간의 변동을 주파수에 제공하도록 선택할 수 있다(예를 들어, 사용자가 분당 80번의 박동을 설정한다면, 많은 유동의 시스템이 설정된 지점 주위에서 분당 ±4 사이의 박동으로 사이클링될 수 있다). 변동이 유리한 것으로 생각된다.
제어기(19)는, 이하 중 하나에 따라 가스 유동 발진을 생성하기 위해서 유동 공급원(12)을 제어할 수 있다.
● 심장이 팽창될 때, 가스 유동의 증가가 전달되어, 기도로부터 CO2를 플러싱하도록 그리고 그러한 CO2를 유동 공급원으로부터의 산소로 대체하도록, 발진(51/54)이 동기화된다. 심인성 발진의 결과로서 가스가 기관의 위쪽으로 이동될 때, 가스 유동이 감소되어 가스의 유입을 돕는다. 심인성 발진의 결과로서 가스가 기관의 아래쪽으로 이동될 때, 가스 유동이 증가된다.
● 심장이 팽창될 때, 가스 유동의 감소(이는 양, 영, 또는 음일 수 있다)가 전달되어, CO2에 미치는 흡입 효과를 유발하여 CO2가 기도로부터 인출되도록 그리고 유동이 다시 증가될 때 산소가 CO2를 대체할 수 있도록, 발진(51/54)이 동기화된다.
심장 활동도를 기초로 변동 가스 유동을 위한 하나 이상의 발진/기본 성분을 결정하는 것에 더하여, 그러한 변동 가스 유동의 하나 이상의 다른 발진/기본 성분이 (다음에 설명되는 것과 같은) 다른 생리적인 매개변수를 기초로 결정될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 명세서 전체를 통한 심장 활동도를 기초로 하는 하나 이상의 발진/기본 성분을 가지는 변동 가스 유동에 대한 임의의 언급은, 생리적인 매개변수와 같은 일부 다른 매개변수를 기초로 하는 하나 이상의 다른 발진/기본 성분을 가지는 변동 가스 유동을 배제하지 않는다. 모두가 복수의 상이한 생리적인 매개변수 또는 다른 매개변수를 기초로 하여 결정된, 각각 주파수, 위상 및/또는 진폭을 가지는, 복수의 발진 성분이 결정되고 조합되어 CO2 제거 및/또는 산소공급을 위한 변동 가스 유동을 형성할 수 있다. 예를 들어, 이는, 발진 가스 유동이 복수의 주파수에서 복수의 발진 가스 유동 성분을 가지는 것일 수 있다. 본원에서 설명된 모든 예는 단독으로 또는 조합되어 이용될 수 있다.
2.3.2 호흡률
하나의 예에서, 가스 유동에 대한 적절한 발진 파형을 결정하는 것을 보조하기 위해서, 제어기는 (하나 이상의 센서를 이용하여) 환자의 호흡(숨쉬기) 유동을 모니터링하여 호흡 유동의 매개변수 및/또는 위상 그리고 환자의 요건을 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어기(19)는 (호흡의 위상 및/또는 흡기 및 배기 사이의 전이를 포함하는) 호흡 유동 파동의 매개변수를 이용할 수 있다. (예를 들어, 피크) 흡기 수요를 충족시키고 (예를 들어, 피크) 흡기 수요를 추정하는, 호흡 유동 파동을 위한 방법 및 장치가 이용될 수 있다. 또한, 이하의 것은 흡기와 배기 사이의 동작의 모드를 스위칭하는 이용할 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다. 스위칭의 정확한 순간은 정확한 전이 지점으로 제한되지 않아야 한다.
환자의 호흡 유동을 결정하는 것에 의해서, 제어기(19)는, 이하 중 하나 이상을 실시하기 위해서, 유동 공급원(12) 및 시스템(10)의 다른 양태를 동작시키도록 구성될 수 있다.
● (도 5f에 도시된 바와 같은) 발진 유동(51)을 호흡 유동 상에 중첩시킨다.
● 호흡(흡기, 배기)의 위상을 결정하고, 그리고
o 설정된 위상(흡기 또는 배기 또는 배기의 종료 부근) 중에 발진 유동만을 전달하고,
o 폐가 피동적으로 배기할 수 있도록 배기 중에 유동을 중단시키고; "정지" 유동은 예를 들어 0 L/분 또는 적은 유동(예를 들어, 20 L/분 미만)이고, 및/또는
o (도 5f에 도시된 바와 같은) 발진 유동(52)을 제공하고 호흡의 배기 부분 동안 음의 유동을 간헐적으로 제공하며; "음의" 유동은 예를 들어 0 L/분이거나, 환자로부터 유동을 흡입하는 음의 유동이다.
발진 유동은, 통상적인 많은 유동 요법에서 이루어지는 것과 같이, 환자 인터페이스(예를 들어, 비강 캐뉼라 또는 비강 마스크)를 통해서 전달될 수 있다. 그러나, (마취와 같은) 의학적 절차 중에 발진 가스 유동(52/55)이 제공되는 본 실시예에서, 이하를 포함하는 다른 가능한 전달 구성이 또한 존재한다.
● 장치(예를 들어, 마스크 및 캐뉼라 조합 인터페이스(15))를 이용하여 발진 유동(52/55)을 코 및 입을 통해서 전달할 수 있다. 전달되는 발진은 코 및 입에 대해서 동일하거나 상이할 수 있다. 그러한 발진들은 또한 상이한 시간에(예를 들어, 코를 통해서만, 이어서 입을 통해서만) 전달될 수 있다.
● 장치(예를 들어, 연장된 기관내관)를 이용하여 상이한 발진 유동들(52/55)을 좌측 및 우측 기관지 내로 전달하여, 폐의 각각의 측면의 공진 주파수에 맞출 수 있는 가능성을 최대화할 수 있다.
2.3.3 공진 주파수 폐
다른 예에서, 가스 유동 발진이 환자의 폐 공진 주파수 또는 주파수들과 동기화/합치되도록 또는 달리 상응하도록, 제어기가 시스템을 제어할 수 있다. 전체적으로 폐의 공진 주파수/주파수들과 합치되는 주파수, 또는 폐의 여러 기도의 공진 주파수를 포함하는 주파수의 스펙트럼을 전달하는 것은 혼합, 산소공급 및 CO2 제거를 촉진한다. 공진 주파수/공진 주파수들은 각각의 환자에 대해서 상이할 것이다. 제어기(19)는 폐의 공진 주파수를 검출하기 위한 센서(예를 들어, 18d) 및/또는 다른 입력부를 통해서 구성된다. 이는, 환자가 호흡하는 동안 주파수의 범위에 걸쳐 상이한 주파수들의 스윕을 가지는 발진 가스 유동(52/55)을 제공하도록 유동 공급원을 동작시키는 것, 그리고 산소공급 및/또는 CO2 제거가 최대화될 때 피드백을 제공하기 위해서 센서(들)를 통해서 호흡 매개변수를 모니터링하는 것을 포함할 수 있다. 가능한 호흡 매개변수가 이하 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다:
● CO2(배기, 경피적)
● O2(배기, 경피적, SpO2)
호흡률(낮은 CO2 농도는 감소된 호흡률을 유도한다)
제어기(19)에 의한 호흡 매개변수의 연속적인 모니터링을 이용하여, 주파수가 마취 또는 다른 의학적 절차 기간 전체에 걸쳐서 합치되도록 보장할 수 있다.
다른 예에서, 잡음으로 가스 유동(13)을 조절하여 기도를 상이한 주파수로 발진시키기 위한 가스 유동 발진(52/55)을 생성하도록, 제어기(19)가 구성된다. 공진 주파수와 같은, 환자 특이적 주파수를 이용하는 대신에, 무작위적 주파수(잡음)의 무작위적 신호가 제어기에 의해서 이용되어, 개체군의 최적의 공진 주파수의 대부분을 포함하기 위한 잡음 발진 가스 유동을 생성할 수 있다.
2.3.4 공진 주파수 가슴
다른 예에서, 가스 유동 발진(51/54)이 환자의 가슴 벽의 공진 주파수와 동기화/합치되도록 또는 달리 상응하도록, 제어기(19)가 시스템(10)을 제어할 수 있다. 호흡 인덕턴스 혈량측정법(RIP)은 가슴 및 복벽의 이동을 측정하는 것에 의해서 폐활량을 평가하는 방법이다. 제어기(19)는 가슴 벽 운동을 측정하기 위해서 가슴 밴드 또는 다른 장치/센서(18d)로부터 입력을 수신할 수 있다. 이어서, 제어기(19)는 유동 공급원(12)을 제어하여, 가슴 및 복벽의 대부분의 운동이 가스 운동 및 혼합을 장려하여, 산소공급 및/또는 CO2 제거를 촉진하게 하는 주파수에서 발진 가스 유동(52/55)을 전달한다. 제어기(19)는, 가슴 및 복벽 운동을 최적화하는 (공진) 주파수를 확인하기 위해서, 주파수의 범위를 통해서 유동 공급원(12) 발진을 스위핑할 수 있다.
2.3.5 횡격막 수축
다른 실시예에서, 가스 유동 발진(52/55)이 횡격막 근육 수축의 주파수와 동기화/합치되도록 또는 달리 상응하도록, 제어기(19)가 시스템(10)을 제어할 수 있다. 근전도 검사(EMG)는 근육의 전기 활성도를 평가하고 기록하는 기술이다. 제어기는, 발진 주파수를 결정하기 위해서 제어기(19)가 이용하는, EMG 시스템으로부터의 입력을 수신할 수 있다. 이어서, 제어기(19)는, 가스의 혼합을 증가시켜; 산소공급 및/또는 CO2 제거를 촉진하기 위해서, 횡격막 근육 수축과 동일한 주파수로 발진되는(52/55) 가스 유동을 제공하도록, 유동 공급원(12)을 동작시킨다.
2.3.6 뇌 활동도
다른 실시예에서, 가스 유동 발진(52/55)이 뇌 전기 활동도의 주파수와 동기화/합치되도록 또는 달리 상응하도록, 제어기(19)가 시스템(10)을 제어할 수 있다. 제어기(19)는, 신경세포 발화의 발진의 주파수를 결정하기 위해서 제어기(19)가 이용하는, EEG 시스템 또는 다른 센서(18d)로부터의 입력을 수신할 수 있다. 이어서, 제어기(19)는, 가스의 혼합을 증가시켜; 산소공급 및/또는 CO2 제거를 촉진하기 위해서, 신경세포 발화와 동일한 주파수로 발진되는(52/55) 가스 유동을 제공하도록, 유동 공급원(12)을 동작시킨다.
2.3.7 부가적인 고려 사항
환자 내의 CO2를 감지하는 것 그리고 이를 제어기에 제공하는 것은, 환자의 상태를 최적화하기 위한 가스 유동 성분의 추가적인 자동적 조정을 가능하게 한다.
산화 포화 수준을 감지하는 것 그리고 이를 제어기에 제공하는 것은, 환자의 상태를 최적화하기 위한 가스 유동 성분의 자동적 조정을 가능하게 한다. 산소 포화가 각각 감소 또는 증가됨에 따라 유량이 증가 또는 감소될 수 있다.
다른 예에서, 혈액 내의 산소의 부분압을 감지하는 것을 이용하여 장치를 제어한다. 혈액 내의 산소의 부분압은 신체 내에 저장된 산소량의 지표를 제공한다. 예를 들어 점진적인 마취로 인해서, 이러한 것이 감소되기 시작한다면, 그러한 것을 증가시키기 위한 조치가 취해져야 한다. 그에 따라, 혈액 내의 산소의 부분압이 감소되는지의 여부를 결정하기 위해서, 때때로 혈액 내의 산소의 부분압을 모니터링하는 것이 유리하다(포화 측정 단독으로는 높은 부분압 수준에서 이러한 것이 정확하게 이루어지지 않을 수 있다). 만약 혈액 내의 산소의 부분압이 감소되기 시작한다면, 기계, 또는 임상의는, 혈액 산소 포화 수준이 감소되기 시작하기 전에 그리고 환자가 손상을 입기 전에, 추가적인 감소를 방지하기 위한 행동을 취할 수 있다.
동시에, 제어기는, 사이클 동안에 적은 유량이 적용되는 시간이 감소되도록, 그리고 결과적으로, 많은 유량이 적용되는 시간이 증가되도록, 파형의 특성을 변화시킨다. 발진 유량의 경우에, 유량이 최소 유량을 향해서 발진될 때, 최소에서 또는 그 부근에서 유지되는 시간은 최대 유량에서 또는 그 부근에서 유지되는 시간에 비해서 감소될 수 있다. 이는 여러 발진 성분의 합산을 통해서, 파형의 듀티 사이클비의 제어를 통해서, 적절한 비율을 가지는 정사각형 파동 성분의 제공을 통해서, 또는 다른 적절한 수단을 통해서 달성될 수 있다. 이는 평균 유량을 증가시킨다. 기도 및 폐는, 유량이 최대 유량 또는 그 부근에 있는 동안, 높은 압력에서 유지되고, 그에 따라 이러한 특성을 파형에 적용하는 것은, 기도 및 폐가 높은 압력에서 유지되는 시간을 증가시킨다 - 그에 의해서 평균 압력을 증가시키고, 추가적으로 폐를 재팽창시킨다. 이는 적용되는 파형을 변화시키는 제어기의 예이다.
제어기는 혈액 산소의 부분압 수준을 계속 모니터링한다. 만약 수준이 더 감소된다면, 제어기는 상부(최대) 및 하부(최소) 유량을 다시 증가시키고 또한 전술한 바와 같이 상부 및 하부 유량이 적용되는 사이클의 분율을 변화시켜 기도 평균 압력을 더 증가시킨다.
가스 유동은 100%, 또는 30 내지 40% 또는 40 내지 50% 또는 60 내지 70% 또는 80 내지 90% 또는 90 내지 100%의 산소 분율을 가질 수 있다. 가스 유동은 적어도 약 21%의 산소 분율을 가질 수 있고, 아산화질소, 산화질소, 및/또는 헬륨 중 하나 이상을 포함한다.
전술한 모니터링 및 제어 프로세스 중의 임의 시간에, 임상의는 모니터링 및 제어 사이클을 중단시킬 수 있고, 수동적으로 상부(최대) 및 하부(최소) 유량의 값 및 유동 변동 사이클의 기간(주파수)을 그들의 판단으로 환자를 위한 더 양호한 결과를 제공할 수 있는 값으로 수동적으로 설정할 수 있다. 이러한 매개변수의 수동적인 설정에 이어서, 임상의는 자동적인 모니터링 및 제어 프로세스를 재-이용하는, 또는 수동적인 설정 값을 유지하는 선택 사항을 갖는다.
가스 유동은 유량을 가질 수 있고, 제1 유량은 의학적 절차에 앞서서 제공되고, 제2 유량은 의학적 절차 중에 제공되고, 선택적으로 제3 유량이 의학적 절차 이후에 제공된다. 제2 유량이 제1 유량 보다 클 수 있고; 및/또는 제3 유량은 제2 유량보다 작다. 제1 유량은 약 15 L/분 내지 약 90 L/분, 또는 약 20 L/분 내지 약 80 L/분, 또는 약 25 L/분 내지 약 60 L/분, 또는 약 30 L/분 내지 약 50 L/분, 또는 약 40 L/분, 또는 약 30 L/분이고; 및/또는 제2 유량은 약 20 L/분 내지 약 150 L/분, 또는 약 40 L/분 내지 약 120 L/분, 또는 약 50 L/분 내지 약 100 L/분, 또는 약 60 L/분 내지 약 80 L/분, 또는 약 70 L/분, 또는 약 60 L/분이며; 및/또는 제3 유량은 약 90 L/분 미만, 또는 약 70 L/분 미만, 또는 약 50 L/분 미만, 또는 약 40 L/분 미만, 또는 약 20 L/분 미만, 또는 약 40 L/분, 또는 약 30 L/분이다.
다른 예에서, 내쉰 CO2가 장치의 제어를 위한 입력으로서 이용된다. 내쉰 CO2 정보는 다음과 같이 이용될 수 있다.
1. 만약 환자가 호흡한다면, 구강 내의 CO2의 부분압은 호흡 사이클의 배기 부분에서 실질적으로 상승될 것이다. 이는 제어기에 의해서 검출되고, 이는 다시, 무호흡이 시작되는지의 여부를 자동적으로 결정할 수 있게 하고, 그에 따라 유동 매개변수를 조정할 수 있게 한다. 이는 - 예를 들어 - 30 L/분의 초기의 일정한 유량으로부터, 심장 활동도와 사이클적으로 동기화되어 30 L/분의 적은 유량으로부터 70 L/분의 더 많은 유량까지 변경되고 이어서 다시 복귀되는 유동 패턴으로 유동을 스위칭시키는 것으로 구성될 수 있다.
2.4 CO2 제거 및/또는 산소공급 위해서 변동 가스 유동을 이용하는 것의 예
기관에 인가되는 압력을 변경하기 위해서 그리고 폐의 통기를 유발하기 위해서 유량이 주기적으로 사이클링되는 도 6을 참조하여, 산소공급 및/또는 CO2 제거를 위해서 가습 가스의 많은 유동을 공급하기 위한 장치 및 방법의 하나의 예시적인 그리고 비제한적인 예를 설명할 것이다. 장치는 도 1의 일반적인 실시예의 하나의 예이다. 이러한 실시예에서, 조절 장치는 가습기 이후의 밸브(60)이다.
이러한 셋업에서, 환자에게 적용하기 위한 요법에 적합한 공기, 산소 또는 가스의 임의 혼합물일 수 있는 건조 공기가, 평균 유량의 제어를 가능하게 하는 밸브(59)를 통해서, 유동 공급원(12)으로부터 가습기(17)에 공급된다. 압력 조정기는 또한 가스 공급부 내로 통합될 수 있다. 평균 유량 및 발진 유량은, 대안예에서, 2개의 별개로 제어되는 라인들 상에서 제공될 수 있다.
가습기(17)는 이용하고자 하는 요법에 적절한 수준 - 일반적으로, 이는 37℃에서의 포화 수준 바로 아래일 수 있으나, 환자에게 적합한 임의 수준일 수 있다 - 까지 가스를 가습한다. 가습된 가스(13)는, 제어기(19)에 의해서 제어되는 2방향 비례 밸브(60)를 통과한다. 비례 밸브는 가스를 환자에게, 또는 배출부로 - 또는 그 임의 조합으로 향하게 할 수 있다. 2방향 밸브를 이용하는 목적은, 환자로의 유동이 제어기의 제어 하에서 넓은 범위에 걸쳐 변경될 수 있음에도 불구하고, 가습기를 통한 유동이 가능한 한 일정하도록 (그에 의해서 최적의 가습을 제공하도록) 보조하기 위한 것이다.
제어기(19)는, 환자에게 가는 유량을 주기적으로 변경하여 전술한 바와 같은 희망 발진 매개변수를 가지는 변동 가스 유동을 달성하도록, 그에 따라 전술한 희망 통기를 유도하도록, 밸브(60)를 제어한다. 환자의 생리적인 기능의 측정으로부터의 입력 신호, 예를 들어: - 심장 활동도, 자발적인 호흡 등, 그리고 생리적인 매개변수, 예를 들어: 산소공급의 수준, 혈액 내의 CO2의 부분압 등이 제어기(19)에 제공된다. 예를 들어 - 임상의가 적절하다고 생각하는, 무호흡 환자를 위한 심장발생의 효과를 향상시키기 위해서 또는 호흡 환자를 위한 자발적인 통기를 향상시키기 위해서 요동 유동이 동작될 수 있도록, 유동 요동을 주기적인 생리적인 기능과 동기화시킬 수 있다. 그러나, 많은 적용예에서 - 특히 무호흡 환자의 경우에 - 호흡 동기화는 필수적이지 않을 것임을 주목하여야 할 것이다.
상한 및 하한 유량, 유량 사이클의 주기, 및 유량 사이클 중의 유동의 파형 대 시간과 같은 매개변수는, 인간 운영자에 의해서 제공되는 입력으로부터, 또는 환자 생리적 기능 및 환자 생리적 매개변수의 측정으로부터 자동적으로 제어기에 의해서 설정될 수 있다.
도 7은 - 입이 개방되고 전형적인 기도 치수를 가지는 무호흡 환자에 대한 - 전달된/적용된 유량, 인두 압력, 폐 부피, 및 사공간이 고려된 후의 폐의 내외로의 순 가스 유동 사이의 관계를 도시한다.
이러한 예에서, 유량 사이클의 기간은 1초였고, 유량 사이클은 t = 0에서 시작되었다. 만약 정상적인 환자가 이러한 방식으로 통기되었다면, 달성되는 분당 호흡량(minute volume)은 약 13 l - 최소 필요치 보다 상당히 더 크다 - 일 수 있다.
도 8은, 가습기 및 회로가 유동의 급격한 요동에 응답할 수 있는 경우에 이용하기 위한 다른 예시적인 실시예(이번에, 단순화된 배열체)를 도시한다. 여기에서, 유동을 제어하기 위해서 이용되는 밸브는, 시스템 내의 전체 유동을 증가 및 감소시키는 비례 밸브이다.
마지막으로, 도 9는, 유동 제어 밸브가 가습기에 대한 가스 공급부 내에 배치되는 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 이러한 것이 장점을 갖는데, 이는 비례 밸브가 - 포화점에 가까운 습도를 가지는 가스 대신에 - 건조 공기에서 작동될 수 있고 그리고 가스가 건조한 경우에 신속하고 정밀한 제어를 제공하는 신뢰 가능한 메커니즘의 설계가 더 용이하기 때문이다.
이러한 예시적인 실시예에서, 캐뉼라가 코 내로 밀봉되고 구강이 폐쇄되는 경우에 환자의 압력손상(barotrauma)을 방지하기 위해서, 선택적인 압력 릴리프 밸브가 캐뉼라에 근접하여 제공될 수 있다. 압력 릴리프 밸브는, 환자의 압력이 특정 수준 초과로 상승되는 경우에 제어기가 유동을 전환하도록, 비례 밸브 제어기에 연결된 압력 측정 시스템에 의해서 대체될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본원 발명자들은, 자발적으로 호흡하지 않는 환자의 기관 내의 (전술한 바와 같은) 유동을 발진시키는 것에 의해서, 가스가 기관의 아래로 폐까지 이동되고, 이어서 폐로부터 기관까지 역으로 이동된다는 것 - 즉, 이는 폐 내외로의 가스 이송을 위한 메커니즘을 제공한다는 것 - 을 확인하였다.
2.5 변동 가스 유동의 장점을 나타내는 실험 결과
이하의 실험에 관한 설명은 이러한 것을 나타낸다.
2.5.1 실험 장치
벤치탑(benchtop) 실험 모델을 이용하여 발진되는 많은 비강 유동(HNF)가 무호흡 중에 가스 교환 및 이산화탄소(CO2) 제거에 미치는 영향을 조사하였다. 그러한 모델은 본원에서 설명된 장치(10)의 실시예의 적절한 표현이고 도 12a, 도 12b에 도시되어 있다.
그러한 모델은 실제 생리학에서의 폐-가슴 벽 시스템과 유사한 순응도를 가지는 폐 저장부에 연결된 성인의 상부 기도의 기하형태로 구성된다(약 45 ml/cmH2O). 이는 비강 및 인두 공동, 개방 구강, 기관, 그리고 제6 세대(sixth generation)까지의 일차적 및 이차적 분기점을 포함하였다. 폐 저장부는 여러 제어기 및 센서와 연결되어, 폐 내의 CO2의 퍼센트 농도를 도입/모니터링하였고, 유입 유동을 측정하였으며, 그리고 정적 폐 압력을 모니터링하였다.
또한, 심인성 펌프를 이용하여 기도 내의 가스 운동에 미치는 심장의 영향을 시뮬레이트하였다. (심장의 영향에 의해서 유발되는) 혈액 유동의 맥동적 성질이 하부 기도의 작은 압착을 유발하고, 이는 다시 상부 기도 및 기관 내의 가스의 플러그를 이동시키는 것으로 생각된다. 펌프는 수치 제어형 스텝퍼 모터-주사기 시스템으로 구성되었고, 특정 파동 형상 및 주파수로 가스의 기지의 부피를 폐 저장부 내로 발진시켰다. 심인성 발진은 진폭(행정 부피)이 5 내지 30 mL이고 주파수가 0.5 내지 3 Hz인 사다리꼴 파형으로 근사화될 수 있다. 심인성 매개변수(파형, 주파수, 및 행정 부피)는 환자들 마다 그리고, 심박수 및 혈압의 변동성으로 인해서 동일한 환자 내에서 시간 마다 달라질 수 있다. 도 11은 하나의 실험의 실현으로부터 유도된 매개변수를 가지는 단편-방식으로 선형적으로 근사화된 심인성 파형의 예를 도시한다. 64.2 bpm의 심박수, 22.5 mL의 행정 부피, 및 각각 0.7 및 0.15의 상승 및 지연 분율을 기초로 맞춰졌다. 도 11은 또한 변동하는 많은 가스 유동에서의 위상 천이를 설명하는(실제 축척이 아니다) 그리고 예 3에서 설명될 천이된 사인파형 파동의 플롯을 포함한다(양의 값은 폐 내로 가스를 밀어 넣는 것을 암시한다는 것을 주목하여야 할 것이다).
(본원에서 설명된 실시예의 장치(10)에 적합한 모델인) 도 12a의 실험적인 장치(120)를 참조하면, 가스 유동 발진은 유동 공급원(12)을 이용하여 벽 공급부(122A), 병 공급부(122B) 및/또는 송풍기(122C)로부터, 조정기 및 비례 밸브에 직렬로 연결된 많은 유동의 비강 캐뉼라를 이용하여 비강 공동으로 전달되었다. 비례 밸브는, 복수의 주파수로 구성된 임의적인 파형을 생성하기 위한 충분한 분해능을 가지는 전자적으로 제어되는 오리피스-유형의 밸브이다. 임상적 실무에서, 하나 이상의 밸브는, 직렬의 조정기/압력 릴리프가 있거나 없는 상태로, 가스 공급원(벽, 병, 또는 송풍기) 부근에; 가습기(124) 및 제어 시스템 이전에 또는 이후에; 그리고 전달 회로의 단부 이전에 또는 이후에, 그러나 캐뉼라(123) 이전에, 배치될 수 있다(도 12a 참조). 밸브를 그러한 위치에 배치하는 것은 특정 장점을 갖는다. 예를 들어, 가스 공급원 또는 유입구 부근의 밸브는 의학적 비상 상황의 경우에 또는 과다 압력이 환자 단부에서 감지될 때 유동을 차단 또는 전환할 수 있다. 밸브를 가습기/제어기 부근에 배치하는 것은 장치를 시스템의 나머지와 통합하는 것을 단순화시킨다. 밸브를 캐뉼라에 밀접하게 근접하여 배치하는 것은, 호흡 도관의 유연한 성질로 인한 환자의 회로 내의 고주파수 유동 발진의 소산을 최소화한다.
유동 발진을 위한 방법은 전자적 비례 밸브로 제한되지 않는데, 이는 격막, 유동 초퍼; 기계적 플러터 또는 압력 릴리프 밸브와 같은 다른 장치가 또한 사용될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 도 12b는, 침잠된 관의 수, 구경, 배향, 및 깊이에 의해서 지정되는 넓은 발진 스펙트럼을 생성하기 위해서 수중 압력 릴리프 시스템을 이용하는 것을 도시한다. 유량, 관 오리피스의 횡단면 및 액체의 표면 장력은 또한 발진의 성질에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 발진 메커니즘은 기포 CPAP와 상이한데, 이는 유동 요동이 환자 단부의 상류에서 발생되기 때문이다.
실험적 절차는 일정한 농도(약 9.5 내지 10%)의 CO2를 폐 내로 인가하는 것, 시스템을 안정화시키는 것, 그리고 많은 가스 유동의 요법(비강적인 많은 유동의 요법 - NHF)을 적용하고 시간에 따라 폐 저장부로부터 CO2가 감쇠되는 것을 모니터링하는 것으로 구성되었다. 결과의 샘플이 도 13에 도시되고, 요법의 시작 이후의 폐 내의 CO2 주입, 안정화 기간 및 CO2 농도의 감쇠를 포함한다. 점선의 구배는 감쇠율을 나타낸다.
임상적인 관련성과 별개로, CO2 감쇠율을 하기 예에서 이용하였는데, 이는 그러한 지연율이 폐와 외부 환경 사이의 가스 교환의 직접적인 척도이기 때문이다. 이러한 실험에서, 유입되는 많은 유동의 가스 혼합물로서 건조 공기가 이용되었으나, 다른 가스 또는 기체 혼합물(예를 들어, 37도에서 수증기로 포화된 순수 산소, O2, N2, 및 헬륨의 혼합물)이 또한 가능하다는 것을 주목하여야 한다. 초기 제거율은 요법의 최초 5분 동안 농도-시간 곡선의 구배로서 계산되었고, 폐 부피를 곱하여 분당 밀리리터 단위의 가스 교환 데이터를 획득하였다. 이하의 예의 데이터는 향상 인자를 계산하기 위해서 발진이 없는 데이터로 정규화되었다.
하나의 예에서, 진동되는 메시 분무기를 카리나(carina) 위로 약 5 cm에서 상부 기도 모델에 연결하였고, 유동 가시화를 가능하게 하기 위해서 물안개(평균 입자 크기 < 4 ㎛를 생성하였다. 900 fps의 고속 카메라로 가스 이동을 동시에 캡쳐하였고, 추후에 화상 프로세싱 소프트웨어(ImageJ, 및 Matlab)를 이용하여 분석함으로써 비행 시간 및 벌크 가스 속도를 추정하였다.
이하의 예는, 유량을 변동시키는 것이 폐 내에서 가스 교환을 어떻게 촉진시키는지에 관한 것, CO2 제거가 향상되는 유용한 주파수 범위의 존재, NHF 파형을 심장 신호와 동기화시키는 것의 장점, 복수의 주파수를 조합하는 것의 장점, 및 파동 형상을 변경하는 것의 장점을 보여준다. 그러한 예는, 효과적이고 CO2를 제거할 발진 가스 유동의 성질을 포괄하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것을 주목하여야 할 것이다. 오히려, 그러한 것들은 발진 가스 유동의 장점의 비제한적인 특별한 예를 나타낸다. 테스트된 것 이외의 매개변수 및 매개변수 값(예를 들어, 주파수, 위상, 진폭, 및 기타)을 가지는 가스 유동 발진이 또한 CO2 제거에 있어서 효과적일 것이다.
2.5.2 예 #1
생리적인 사공간(후두영역까지 아래로 이어지는 비강 공동)의 일부를 플러싱하는 것에 더하여, NHF의 장점 중 하나는 정적인 폐 압력의 완만한 증가라는 것을 앞서서 제시하였다. 이러한 압력은 전형적으로 대략적인 유량의 제곱으로서 스케일링되고(scale), 약 1 cmH2O이다(기계적 통기 중의 ~15 cmH2O와 비교된다). NHF로 생성되는 압력은, 무호흡 중에 무기폐(lung atelectasis)를 방지하는데 있어서 유리한 것으로 생각되고, 이는 다시 호흡 시스템의 통기/관류 합치를 개선하며 탈포화를 방지한다. 개방형 HNF 시스템에서 유동을 발진하는 것의 결과로서 생성되는 압력 변화가 상부 기도 내의 그리고 폐 내로의 가스 이동을 촉진할 수 있을 정도로 충분하였다는 것을 놀랍게도 발견하였다. 일정한 그리고 변동되는 NHF 비율에 따른 폐 압력의 예가 도 14 및 도 15a에 도시되어 있다. 도 14는 압력-유동 관계의 제곱 성질(square nature)을 강조하고, 많은 유동을 발진시키는 것이 적은 유동(성인의 경우에, 이는 전형적으로 15 L/분 이하이다)을 발진시키는 것 보다 더 효율적이라는 것을 제시한다. 성인에 대해서 임상적으로 이용되는 많은 유량은, 예를 들어, 150 L/분 이상까지 이를 수 있다. 도 15a는, 1 Hz의 주파수에서 35 내지 105 L/분의 사인파형 유동 발진이 압력 변화를 효과적으로 촉진하고(위상 지연은 기도 저항에 의존한다), 이는 다시 폐 순응도(압력/부피 관계)의 결과로서 폐의 부피 유동 유입/유출을 개선할 수 있다는 것을 보여준다.
도 15b는 약 6 ms 간격에서의 캡쳐된 일련의 고속 화상을 도시하고, 1 Hz에서의 30 내지 100 L/분의 사인파형 유동 발진의 초기 부분 동안의 가스의 이동을 나타낸다. 이러한 벌크 대류(bulk convection)는 신속하고(약 1 m/s), 각각의 발진 중에 폐의 하부 기도로부터의 CO2를 후두 위의 신선한 유입 가스와 교환하는 것을 담당한다. 가스의 덩어리(parcel)가 단일 유동 진동 중에 이동하는 거리는 유량뿐만 아니라 발진의 주파수 및 파형의 형상에 의존하는데, 이는 그러한 것들이 발생될 수 있는 가스 가속, 비행 시간 및 임의의 덩어리내 혼합 또는 덩어리간 혼합을 결정할 것이기 때문이다. 후자는 가스 교환을 개선하는데 있어서 유리한 것으로 생각되는데, 이는 폐 기도를 따른 농도 구배가 감소되기 때문이다.
2.5.3 예 #2
비강의 많은 유동은 비강 캐뉼라(대형)로 그리고 사인파형 파형을 이용한 0 내지 20 Hz 주파수에서 30 내지 100 L/분의 발진으로 전달되었다. 심인성 발진이 270도의 상이한 위상에서의 1 Hz의 주파수에서 행정 부피가 22.5 mL인 유동에 인가되었다.
또한, 비강의 많은 유동과 심인성 발진의 위상 합치(즉, 동기화)는 거의 6배만큼의 CO2 제거의 부가적인 개선을 제공할 수 있다. 이는, 심장 활동도의 기간과 합치되는 기간 및 해당 신호에 대한 일정한 상대적인 위상을 가지는 적어도 하나의 파형을 가지는 것이 유리할 수 있다는 것을 제시한다. 휴식 심박수(resting heart rate)는 전형적으로 40 내지 100 bpm(0.67 내지 1.67 Hz)이나, 극단적인 생리상태 하에서 (예를 들어, 의학적 절차 또는 강한 운동 하에서) 30 내지 180 bpm (0.5 내지 3 Hz)의 범위 이내일 수 있다.
NHF 위상 천이를 심인성 발진의 위상 천이와 합치시키는 것은, 2개의 주파수가 동일할 때, 가장 의미가 있으며, 그렇지 않은 경우에 위상 천이는 불가피하다는 것에 주목할 만한 가치가 있다.
2.5.4 예 #3
비강의 많은 유동은 비강 캐뉼라(대형)으로 그리고 동시에 1 Hz 내지 10 Hz에서 6 L/분(최소 진폭) 내지 136 L/분(최대 진폭)으로 발진되어 전달되었다(도 9 - 상단 패널). 심인성 발진은 1 Hz에서 그리고 90도 증분으로 0 내지 270도 천이된 위상으로 비강의 많은 유동에 인가되었다(도 16 - 하단 패널). 행정 부피는 1 Hz의 주파수에서 22.5 mL로 설정되었다.
제거율은, 심장과의 동기화(0의 위상 천이)가 반대의 경우(180도의 위상 천이)에 대해서 2배의 상향을 제공한다는 것을 보여준다(도 17 참조). 이는, 유동과 기관 내의 심인성 부피 교환의 조합된 효과가 물리적으로 부가되고; 그에 따라 가스 이동을 증폭시키기 때문이다. 즉, 그와 같은 또는 약 90도, 180도, 270도 또는 임의의 다른 위상 천이와 같은, 다른 위상 천이에서 여전히 양호한 제거가 달성된다. 임의의 위상 천이에서의 향상은 기본 유동 보다 여전히 크고, 이는 주파수 합치가 임의의 위상 오프셋에서 유리하다는 것을 나타낸다. 위상 천이의 정확한 값이 심인성 파형의 형상에 그리고 일부 경우에 그 진폭에 크게 의존한다는 것을 주목할 가치가 있는데, 이는 사인곡선 및 비-이상적인 사다리꼴의 부가가 비-직관적일 수 있기 때문이다. 또한, 혈액으로부터 기도 조직을 통해서 그리고 가스 덩어리의 가속이 발생될 가스 내로의 맥동형 파형의 전달에서의 지연으로 인해서, 각각의 심인성 발진을 가지는 기관 내에서 변위되는 가스의 플러그가 모든 심장 박동 이후에 순간적으로 발생되지 않을 수 있다. 이러한 전송 지연은 환자의 생리기능(예를 들어, 심박수, 혈압, 기도 저항 등)에 따라 달라질 수 있고, 그에 따라 가스 위상 내에서 심인성 펄스와 동기화시키는 것이 더 유용할 수 있다. 이는 주파수를 심장 활동도와 합치시키는 것 그리고 위상 천이를 측정하는 것, 또는 (계산 또는 CO2 제거 측정에 의해서) 추정하는 것에 의해서 이루어질 수 있다.
임상적 설정에서 환자의 생리기능이 시간에 따라 달라질 수 있고 그에 따라 위상 천이 또한 가변적이어야한다는 것을 주목하여야 한다. 이는, 심장 신호와의 동기화가 동위상(또는 일정한 상대적 위상), 상이한 위상 또는 그 사이의 임의의 것일 수 있다는 것을 의미한다. 가변성이 너무 큰 경우에, NHF 및 심장 신호가 시간-평균화된 또는 개체수-평균화된 의미로 합치되는 경우에, 측정된 또는 계산된 평균 위상 천이 값을 이용하는 것이 유리할 수 있다.
3. 산소공급을 돕기 위한 장치/방법의 실시예
3.1 의학적 절차 중의 산소공급
전술한 장치를 이용하여, 마취 또는 다른 의학적 절차 중에, 산소공급을 달성하기 위한 다른 실시예가 제공될 수 있다.
도 2의 흐름도를 참조하여, 도 1의 시스템을 이용하는 방법을 설명할 것이다. 제어기는 산소 요건의 결정을 실행하도록 그리고 산소공급 및/또는 CO2 제거를 위한 많은 가스 유동의 매개변수를 제어하도록 구성된다. 첫 번째로, 마취전 스테이지 중에, 제어기는 단계(21)에서 환자의 산소공급 요건을 결정한다. 이는, 역사적/실험적 데이터를 기초로 마취 이전에 및/또는 도중에 요구될 수 있는 것의 예측을 기초로 하는 산소공급 요건일 수 있다. 제어기(19)는 센서(18a 내지 18d)로부터 및/또는 입력 인터페이스(20)를 통해서 사용자로부터 입력을 수신한다. 그러한 입력 데이터 및/또는 저장된 데이터(참조 표, 역사적 데이터, 매개변수, 관계, 그래프 또는 기타)로부터, 단계(21)에서, 제어기는 산소공급 요건을 결정한다. 그러한 결정은 임의의 프로세싱, 참조 표, 관계(실험적 또는 수학적) 또는 기타를 통해서 이루어질 수 있다. 그러한 입력 및 결정 프로세싱의 비-배타적인 예는 다음과 같다. 하나 이상의 단독체 또는 조합을 이용하여 산소 요건을 결정할 수 있다.
(마취의사 또는 다른 임상의, 또는 환자와 같은) 사용자는, 인터페이스(20)를 통해서, 모든 환자에 대한 위험의 수준을 추정하기 위한 수술전 평가의 입력을 제공한다. 이러한 위험 수준은 마취 중에 환자가 저산소증에 진입할 수 있는 위험과 관련된다. 이어서, 제어기는 단계(21)에서 위험 수준을 기초로 산소공급 요건을 결정하고 및/또는 사용자(예를 들어, 마취의사 또는 임상의)는 실제 산소공급 요건 및/또는 투여량/요법 설정 및/또는 많은 유동의 가스 전달을 위한 실제 매개변수 설정을 나타내는 입력을 제공한다. 임의의 입력이 하나의 설정으로서 또는 설정의 범위로서 또는 하나 이상의 입력 값으로서 제공될 수 있다. 후술되는 바와 같이, 시스템은 권장 설정을 사용자에게 알릴 수 있거나 설정을 제공하도록 시스템을 제어할 수 있다.
대안적으로 또는 부가적으로, 그리고 보다 일반적으로, 사용자는 정보를 입력하고, 그러한 정보로부터 산소공급 요건이 결정될 수 있으며, 그러한 정보는 반드시 위험 수준을 직접적으로 나타낼 필요가 없거나, 위험 수준을 전혀 나타내지 않을 수 있다.
센서 입력이 대안적으로 또는 부가적으로 이용될 수 있다.
다음에, 산소공급 요건이 일단 결정되면, 제어기(19)는 시스템의 유동 공급원(12), 가습기(17) 및/또는 다른 양태를 동작시켜, 단계(22)에서, 환자에게 전달되는 많은 유동의 가스(13)의 매개변수를 제어하며, 그에 따라 가스 유동(13)은 마취전(예비-산소공급) 스테이지 중에 산소공급 요건을 충족시킨다. 이는 이하 중 하나를 변경하는 것을 포함할 수 있다:
- (산소의 유량과 같은) 가스의 유량
- 전달되는 가스의 부피
- 가스의 압력
- 가스의 조성 및/또는 농도.
산소공급 요건 결정 및 결과적인 매개변수 설정을 위한 사용자 입력의 예는 다음과 같다.
● 사용자는 범위내의(on a scale) 값을 입력한다. 예를 들어, 사용자는 1(최소 위험)로부터 10(높은 위험)까지의 숫자를 선택할 수 있다. 이어서, 시스템은 해당 스케일 숫자를 위한 최적의 설정을 선택할 수 있다.
● 사용자는, 최적의 요법 설정(산소 요건)을 선택하기 위해서 개별적으로 또는 임의로 조합되어 이용될 수 있는, 연령, 체중, BMI, 폐 부피, 신진 대사율, 체지방 측정치(예를 들어, 백분율) 및/또는 다른 환자 인자와 같은 정보를 입력한다. 예를 들어, 점수 합산 방법이 나열된 인자들 중 둘 이상과 함께 이용될 수 있다. 이는, 요구될 지원(산소공급)의 수준을 예측하기 위해서 이용될 수 있다.
● 사용자는 기존의 환자 조건을 입력한다. 예를 들어, 만약 환자가 압력 손상의 위험을 갖는다면, 피크 흡기 수요를 충족시키도록 그러나 과다 유동을 전달하지 않도록 유동이 최소화될 수 있다.
● 하드웨어 상의 기존 한계를 사용하여 최적의 치료 설정을 선택할 수 있다. 예를 들어, 만약 수술 환경에서 산소 부족이 발생된다면, 설정이 변경될 수 있다. 100% 산소가 흡기 중에만 전달될 수 있고, 유동은 최소 폐기를 보장하기 위해서 환자의 피크 흡기 요구를 충족시키도록 설정될 수 있다.
마취가 진행되는 상이한 단계들에서 상이한 지원 수준이 최적화될 수 있다. 많은 유동 시스템(10)은, 선택적으로, 스테이지 내의 변화가 발생될 때를 검출할 수 있고 사용자에게 경고하거나 자동적으로 새로운 산소공급 요건을 결정하고 및/또는 이러한 새로운 요건에 맞추기 위해서 가스 유동 매개변수를 변경할 수 있다. 예를 들어, 예비-산소공급 스테이지 이후에, 환자에게 마취제가 투여되고 마취 단계로 들어간다. 호흡 기능이 감소될 수 있고 환자가 무호흡이될 수 있다. 그러한 마취전에 대해서 상이한 산소공급 요건이 존재한다.
그에 따라, 제어기(19)는, 단계(23)에서, 마취 스테이지(또는 마취 스테이지에서의 변화)를 검출하도록 추가적으로 구성된다. 스테이지의 변화를 검출하기 위한 가능한 방법은 다음과 같다.
● 제어기는, 환자가 호흡할 때 또는 그렇지 않을 때(예를 들어, 예비-산소공급으로부터 무호흡으로의 전이)를 검출하기 위해서 (압력 센서로부터의) 압력 파형을 이용한다.
● 제어기는, 환자가 호흡할 때 또는 그렇지 않을 때(예를 들어, 예비-산소공급으로부터 무호흡으로의 전이)를 검출하기 위해서 (센서로부터의) 배기된 CO2 파형을 이용한다.
제어기(19)가 스테이지를 모니터링하는 동안, 단계(32)에서, 많은 유동의 가스(13)는 미리 결정되고 설정된 매개변수에 따라 전달된다. (예비-산소공급 스테이지로부터 마취 스테이지로의 전이와 같은) 스테이지에서의 변화가 결정된 후에, 제어기/시스템(19/10)은 동일한 매개변수 설정으로 가스 유동(13)을 계속 전달할 수 있다. 그러나, 시스템(10)은 또한, 단계(24)에서, 모니터링 위상으로 진행될 수 있고, 단계(24)에서, 선택적으로 연속적인 또는 주기적인 방식으로, 산소공급 요건이 재-결정된다. 센서 입력(18a 내지 18d)을 이용하는 것에 부가적으로 또는 대안적으로, 다시 입력 인터페이스(20)를 통한 사용자로부터의 이전의 또는 새로운 입력을 이용하여 산소공급 요건을 결정할 수 있다. 산소공급 요건은 예비-산소공급 스테이지에 대해서 전술한 것과 같은 방식으로 결정될 수 있고, 가능할 수 있는 차이는, 센서 및/또는 사용자로부터의 업데이트된 입력을 기초로 연속적으로 또는 주기적으로 재-결정된다는 것이다.
이어서, 단계(25)에서, 가스 유동(13) 매개변수가 제어기(19)에 의해서 조정되어 새로운 산소 요건에 맞춰지고, 이러한 매개변수는 전술한 바와 같다. 업데이트된 입력이 수신되지 않더라도, 산소공급 요건은 마취의 스테이지가 변화된 것을 기초로 재-결정될 수 있거나, 대안적으로, 산소공급 요건이 구체적으로 재-결정되지 않으나, 다른 산소공급 요건이 가정되고 많은 유동의 가스 매개변수가 그에 따라 새로운 스테이지를 위해서 설정된다.
3.2 유동을 이용한 산소공급
마취 상태의 변화로 인한 기능의 특별한 비제한적인 예가 도 3에 도시되어 있다. 시스템이 시작된 후에, 단계(30)에서, 시스템은 환자를 모니터링하고 호흡을 검출하며, 단계(31)에서, 예비-산소공급 스테이지를 결정한다. 시스템은, 전형적인 산소공급 요건을 기초로, 예비-산소공급 스테이지에 적합한 분당 40 L의 유량을 포함하는 가스 유동 매개변수를 제공한다. 단계(32)에서, 환자의 추가적인 모니터링 이후에, 시스템은 무호흡을 검출하고, 마취 스테이지가 시작되었다는 것을 가정한다. 이는, 단계(32)에서, 가스 유동의 매개변수를 무호흡 스테이지의 산소공급 요건을 충족시키는 분당 70 L의 유량까지 변화시킨다.
연속적인 산소의 공급 및 이산화탄소의 제거는 건강한 호흡 기능을 유지하는데 있어서 중요하다. 산소공급 요건을 결정하고 제공하는 것과 관련된 전술한 방법에 더하여, 도 2에서와 같은 단계(24)에서, 시스템은 산소의 공급 및 이산화탄소의 제거를 모니터링하도록 또한 구성될 수 있다. 이러한 것을 모니터링하는 가능한 비제한적인 방법은 이하를 포함한다:
● (예를 들어, 센서를 이용하여) 배기된 O2 및 CO2를 모니터링
● 경피적 O2 및 CO2 모니터링
● 혈액 가스 모니터링(예를 들어, 펄스 산소 농도계)
● SpO2 모니터링
● O2 및/또는 CO2의 부분압 모니터링
● RIP 모니터링
본원에서 설명된 임의의 다른 적합한 생리적인 매개변수.
단계(24)에서, 전술한 이러한 매개변수의 경향/값을 이용하여, 요법 설정(가스 유동 매개변수)이 변화될 수 있는 때를 결정할 수 있다. 이어서, 시스템은 사용자에게 알리도록 또는 요법 투여량(즉, 가스 매개변수)을 자동적으로 제어하도록 구성된다.
예를 들어, SpO2가 90%를 지나서 감소되기 시작한다면, 단계(25)에서, 유동 및/또는 산소 농도(이미 100%가 아닌 경우)를 증가시켜 더 높은 수준의 지원을 제공할 수 있다. 만약 호흡종기 CO2 값 또는 경향이 증가를 나타낸다면, 단계(25)에서, 더 높은 지원 수준이 요구됨에 따라 요법 지원이 증가될 수 있다. 이는 산소 및 이산화탄소로 제한되지 않아야 한다. 다른 측정된 매개변수(예를 들어, 심박수, 혈압)를 또한 이용하여 요법 투여량 설정을 변화시킬 수 있다.
추가적인 실시예에서, 예측된 또는 모니터링된 예비-산소공급 또는 무호흡 시간이 짧을 때, 가스 매개변수가 그에 따라 변화될 수 있다. 예를 들어, 마취 스테이지(예비-산소공급 또는 마취/무호흡 동안)의 추정된 시간이 너무 짧다면, 가스 매개변수를 조정하여 더 긴 시간 동안 더 높은 지원 수준을 제공할 수 있다 - 예를 들어, 산소 농도, 유량, 산소 부피, 압력 및/또는 가스 조성이 예를 들어 변화될 수 있다.
비교적 많은 가스 전달 유량이 본원에서 설명된 실시예 또는 구성과 함께 이용될 수 있음에 따라, 사용자 또는 환자에게 공급 또는 전달되는 가스가 사용자의 또는 환자의 기도의 다른 부분들에 전달될 수 있다.
예를 들어, 본원에서 설명된 이러한 여러 실시예 및 구성에 따라, 유동 경로를 통한 것과 같이 시스템을 통해서 또는 인터페이스로 공급되거나 제공되는 가스의 유량은, 비제한적으로, 15 리터/분 내지 150 리터/분 그리고 선택적으로 적어도 약 40, 50, 60, 70, 또는 80 L/분, 또는 그 초과의 유동을 포함할 수 있고, 유용한 범위는 이러한 값들 중 임의의 값들 사이에서 선택될 수 있다(예를 들어, 약 40 내지 약 80, 약 50 내지 약 80, 약 60 내지 약 80, 약 70 내지 약 80 L/분, 또는 15 리터/분 내지 120 리터/분의 임의의 다른 하위범위).
그러한 가스의 비교적 많은 유량은 사용자의 기도 내로의, 또는 사용자의 기도의 다른 부분으로의 공급 가스를 제공하는 것을 도울 수 있고, 예를 들어 그러한 유량은, 도 4에 도시된 바와 같이, 그러한 가스를 상부 또는 하부 기도 영역에 전달하게 할 수 있다. 상부 기도 영역은 전형적으로 비강 공동, 인두 및 후두를 포함하는 한편, 하부 기도 영역은 전형적으로 기관, 원발성 기관지 및 폐를 포함한다.
설명된 실시예는 호흡 유동 파동 및/또는 흡기와 배기 사이의 전이에 관한 지식을 이용할 수 있다. 예를 들어, (예를 들어, 피크) 흡기 수요를 충족시키고 (예를 들어, 피크) 흡기 수요를 추정하는, 호흡 유동 파동을 위한 방법 및 장치가 이용될 수 있다. 또한, 이하의 것이 흡기와 배기 사이에서 동작의 모드를 스위칭하는 것을 이용할 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다. 스위칭의 정확한 순간은 정확한 전이 지점으로 제한되지 않아야 한다.
전술한 바와 같이, 가스 유동 매개변수는 요구되는 산소공급 및/또는 CO2 제거를 제공하도록 변화된다. 이는 예를 들어 가스 유량 및/또는 압력을 조정하는 것을 통해서 이루어질 수 있다.
본 발명에 관한 전술한 설명은 그 바람직한 형태를 포함한다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고도 그에 대한 수정이 이루어질 수 있다.

Claims (60)

  1. 의학적 절차 중에 환자의 산소공급, 이산화탄소 제거, 또는 산소공급과 이산화탄소 제거를 위해 비-밀봉 인터페이스를 통해 환자에게 변동 가스 유동을 제공하는데 사용하는 장치로서:
    가스 유동을 제공하기 위한 유동 공급원 또는 유동 공급원에 대한 연결;
    가스 유동 조절기; 및
    하나 이상의 주파수를 가지는 기본 가스 유동 성분과 적어도 하나의 발진 가스 유동 성분을 갖는 변동 가스 유동을 제공하기 위해서 상기 가스 유동 조절기를 제어하는 것에 의해서 상기 가스 유동을 제어하는 제어기;를 포함하고,
    상기 절차 중에 상기 환자는
    상기 절차의 적어도 일부 동안 무호흡이거나,
    상기 절차 중에 상기 환자는 감소된 호흡 기능 또는 감소된 호흡 기능의 위험을 유발하는 마취 하에 있거나, 또는,
    상기 절차의 적어도 일부 동안 무호흡이고, 상기 절차 중에 상기 환자는 감소된 호흡 기능 또는 감소된 호흡 기능의 위험을 유발하는 마취 하에 있는, 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 장치는 상기 환자가 무호흡이거나, 감소된 호흡 기능 또는 감소된 호흡 기능의 위험을 유발하는 마취 하에 있거나, 또는 상기 환자가 무호흡이고, 감소된 호흡 기능 또는 감소된 호흡 기능의 위험을 유발하는 마취 하에 있는 때를 결정하기 위해 센서, 사용자 입력, 또는 센서와 사용자 입력을 수신하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 변동 가스 유동은 발진 유량을 가지고, 상기 제어기는 상기 가스 유동 조절기를 제어하여 375 리터/분 내지 0 리터/분, 240 리터/분 내지 7.5 리터/분, 또는 120 리터/분 내지 15 리터/분의 발진 유량을 가지는 상기 변동 가스 유동을 제공하고, 상기 발진 유량은 0.1 Hz 내지 200 Hz, 0.1 Hz 내지 3 Hz, 또는 0.5 Hz 내지 3 Hz의 하나 이상의 주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 발진 유량은 기본 유량 성분을 포함하고, 상기 기본 유량은 375 리터/분 내지 0 리터/분, 150 리터/분 내지 0 리터/분, 120 리터/분 내지 15 리터/분, 또는 90 리터/분 내지 30 리터/분인 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제3 항 또는 제4 항에 있어서, 상기 발진 유량은 기본 유량 성분을 포함하고, 상기 기본 유량은 환자 킬로그램당 0.2 리터/분 내지 환자 킬로그램당 2.5 리터/분; 환자 킬로그램당 0.25 리터/분 내지 환자 킬로그램당 1.75 리터/분; 환자 킬로그램당 0.3 리터/분 내지 환자 킬로그램당 1.25 리터/분; 또는 환자 킬로그램당 1.5 리터/분인 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제3 항 또는 제4 항에 있어서, 30 kg 초과의 사람에게 사용하기 위한 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 장치는 마취 동안에 변동 가스 유동을 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 유동 공급원은 상기 의학적 절차에 앞서서 가스 유동을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 가스 유동은 유량을 가지고, 제1 유량은 상기 의학적 절차에 앞서서 제공되고, 제2 유량은 상기 의학적 절차 중에 제공되고, 제3 유량은 상기 의학적 절차 이후에 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 제2 유량이 상기 제1 유량 보다 많고;
    상기 제3 유량은 상기 제2 유량 보다 적은 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 유량이 15 L/분 내지 90 L/분, 20 L/분 내지 80 L/분, 25 L/분 내지 60 L/분, 30 L/분 내지 50 L/분, 40 L/분, 또는 30 L/분이고;
    상기 제2 유량이 20 L/분 내지 150 L/분, 40 L/분 내지 120 L/분, 50 L/분 내지 100 L/분, 60 L/분 내지 80 L/분, 70 L/분, 또는 60 L/분이며; 및
    상기 제3 유량은 90 L/분 미만, 70 L/분 미만, 50 L/분 미만, 40 L/분 미만, 20 L/분 미만, 40 L/분, 또는 30 L/분인 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제1 항에 있어서, 상기 제어기는 내쉰 CO2와 관련된 입력을 수신하도록 그리고 상기 입력을 이용하여 상기 가스 유동을 제어하도록 추가적으로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제1 항에 있어서, 상기 장치는 비강적으로 많은 유동을 제공하기 위한 장치이고 상기 장치는 고유동의 비강 캐뉼라를 포함하거나 고유동의 비강 캐뉼라와 함께 이용하기 위한 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제3 항에 있어서, 상기 발진 유량은 기본 가스 유동 성분을 포함하고, 상기 기본 가스 유동 성분은 0.5 리터/분 내지 25 리터/분의 기본 가스 유량이고, 상기 기본 가스 유량은 일정한 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제3 항에 있어서, 상기 발진 유량은 일정한 크기, 일정한 주파수, 또는 일정한 크기와 일정한 주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제3 항에 있어서, 상기 발진 유량은 기본 가스 유동 성분을 포함하고, 상기 기본 가스 유동 성분은 환자의 킬로그램당 0.4 리터/분 내지 환자의 킬로그램당 0.8 리터/분의 범위의 기본 가스 유량인 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제3 항, 제14 항 및 제16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발진 유량은 적어도 하나의 발진 유량 성분을 포함하고, 각각의 발진 유량은 환자 킬로그램당 0.05 리터/분 내지 환자 킬로그램당 2 리터/분의 범위; 환자 킬로그램당 0.1 리터/분 내지 환자 킬로그램당 1 리터/분의 범위; 또는 환자 킬로그램당 0.2 리터/분 내지 환자 킬로그램당 0.8 리터/분의 범위인 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제14 항 또는 제16 항에 있어서, 0.3 내지 30 kg의 사람에게 사용하기 위한 것이며, 상기 기본 가스 유동 성분은 기본 가스 유량이고, 상기 기본 가스 유량은 2 킬로그램 미만의 사람에 대해서 8 리터/분인 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제1 항에 있어서, 상기 변동 가스 유동은 심장 활동도, 산소 포화, 혈액 내의 산소의 부분압, 호흡률, 폐의 공진 주파수, 흉강의 공진 주파수, 횡경막 수축, 뇌 활동도, 혈액 내의 CO2의 부분압, 내쉰 CO2 중 하나 이상을 기초로 하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제1 항에 있어서, 상기 가스 유동 조절기는 장치 내의 별개의 구성요소인 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제1 항에 있어서, 상기 유동 공급원은 장치 내의 별개의 구성요소이며 상기 장치가 상기 유동 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제21 항에 있어서, 상기 유동 공급원 자체는 상기 가스 유동 조절기인 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제1 항에 있어서, 상기 가스 유동이 발진되기 이전에 또는 이후에 상기 가스 유동을 가습하기 위한 가습기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제1 항에 있어서, 상기 가스 유동 조절기는 유동 발생기, 비례 밸브, 또는 유동 발생기와 비례 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제1 항에 있어서, 상기 장치는 비-밀봉 환자 인터페이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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