KR20180095504A - 흡입 치료 가스로 고농도 no를 확산시키는 장치 및 방법 - Google Patents

흡입 치료 가스로 고농도 no를 확산시키는 장치 및 방법 Download PDF

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존 씨. 팔리건트
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말린크로트 하스피탈 프로덕츠 아이피 리미티드
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Abstract

본 발명의 시스템 및 방법은 바람직하지 않은 많은 양의 NO2를 생성시킴이 고농도 NO를 없이 확산 장치를 통해 인공 호흡기 호흡 회로로 전달할 수 있다.

Description

흡입 치료 가스로 고농도 NO를 확산시키는 장치 및 방법
본 발명의 원리 및 실시형태는 일반적으로 흡입 치료를 위해 환자에게 투여되는 다른 가스와 산화질소(NO)를 결합시키는 장치에 관한 것이다.
다수의 가스가 사람과 동물에 약학적 작용을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 이러한 가스 중 하나는, 흡입 시, 폐에서 혈관을 확장시켜 혈액에 산소 공급을 개선하고 폐 고혈압을 감소시키는 산화질소(NO)이다. 급성 폐 혈관 수축, 고혈압 및 혈전 색전증 또는 흡입 상해와 같은 다양한 폐 질환에 대한 흡입 치료 분야에서, 치료는 가스 실린더로부터 공급되는 치료용 가스 NO를 사용하는 것을 포함하였다. 보다 구체적으로, 흡입 치료를 위한 가스 NO는 NO를 함유하는 고압 가스 실린더로부터 환자에게 공급된다. 예를 들어, 이러한 접근법은 전체 내용이 본 명세서에 병합된 발명의 명칭이 "Nitric Oxide Delivery System"인 미국 특허 번호 5,558,083에 개시되어 있다.
일반적으로 말하면, 흡입형 산화질소(Inhaled Nitric Oxide: INO) 치료는 설정 투여량(set dose)의 NO 농도를 기계적으로 인공 호흡되는(ventilated) 환자에게 전달하는 것을 수반한다. 이 유형(랩어라운드 스타일)의 NO 전달 시스템은 기계식 인공 호흡기(ventilator)의 흡기 사지(inspiratory limb)에서 신선한 가스 유동을 감지하고, NO를 소스 실린더로부터 주입기 모듈을 통해 인공 호흡기의 흡기 사지로 비율 계량 방식으로 전달하여 처방된 환자 투여량을 달성할 수 있다.
통상적으로 말하면, (예를 들어, 소스 실린더로부터) NO 소스의 농도는 약 800 ppm NO일 수 있다. 전술한 바와 같이, 800 ppm의 NO 소스 가스는 신선한 가스 유동에서 NO 농도가 약 5 ppm 내지 80 ppm이 되도록 신선한 가스 유동으로 비례적으로 전달될 수 있다(예를 들어, 비율 계량 방식으로 전달될 수 있다).
INO 치료가 많은 장점을 갖고 있지만, 신선한 가스 유동으로 NO를 전달할 때, 신선한 가스 유동 내 O2와 반응하여 독성 가스인 이산화질소(NO2)가 생성될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 보다 구체적으로, 이산화질소의 형성은 NO 농도의 제곱에 O2의 농도를 곱한 값에 비례한다.
NO가 NO2로 전환되는 역학 방정식 및 전환율 방정식(rate equation)은 다음과 같이 주어진다:
2 NO → N2O2
N2O2 + O2 → 2NO2
따라서, NO2 = k[NO]2[O2]의 생성률을 제공하고, 여기서 k는 L
Figure pct00001
mol-1
Figure pct00002
s-1의 단위이거나 또는 가스의 분압이다.
따라서, 발생된 NO2의 양(ppm NO2)은 NO 농도의 제곱에 관계되고, 산소 공급 농도 및 시간에 선형이다.
상기를 고려하여, 저농도 NO 소스(예를 들어, 100 ppm, 400 ppm 및 800 ppm NO 실린더)로부터 인공 호흡기의 호흡 회로(breathing circuit)로 전달되는 NO는 예를 들어 1 ppm를 초과하는 바람직하지 않은 많은 양의 NO2를 생성하지 않을 수 있으나; 상기 역학 방정식에 따라, 고농도 소스(예를 들어, 2000 ppm, 5000 ppm 및 10,000 ppm NO 실린더)로부터 인공 호흡기의 호흡 회로로 전달되는 NO를 사용하는 것은, 예를 들어, 60% O2에서 40 ppm의 NO 투여량을 제공할 때 생성되는 용인할 수 없는 양의 독성 NO2, 예를 들어, 1 ppm을 초과하는 NO2를 생성할 것으로 예상된다. 이론적으로, 동일한 NO 치료 투여량에서, 5000 ppm 소스 가스로부터 NO2는 800 ppm 소스보다 39배 더 많은 생성률을 가질 수 있다.
일부 사람은 가변 기술을 사용하여 이 문제를 해결하려고 시도하였으나; 이러한 기술은 특정 시스템에서 작동하지 않거나, 고농도 NO를 전달할 때 작동하지 않거나, 전혀 작동하지 않거나, 또는 이전에 인식하지 못한 NO2 생성의 실제 원인 및/또는 NO2 생성의 근원적 요인을 해결하지 못할 수 있다. 따라서, 특정 시스템에서 작동하고, 이전에 인식하지 못한 NO2 생성의 실제 원인 및/또는 근본적인 요인을 해결하는 NO2 생성을 감소시키는 시스템 및 방법에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명의 시스템 및 방법은 예를 들어 인공 호흡기 호흡 회로에서 신선한 가스 유동으로 전달될 때 생성되는 NO2를 감소시키는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 시스템 및 방법은 100% O2에서 40 ppm NO의 투여량에 대해 바람직하지 않은 많은 양의 NO2, 예를 들어, 1 ppm을 초과하는 NO2를 생성함이 없이 고농도 NO를 확산 장치를 통해 인공 호흡기 호흡 회로로 전달할 수 있다. 고농도의 NO 소스(예를 들어, 2000 ppm, 4880 ppm, 10,000 ppm NO 실린더)를 사용하면 더 작은 NO 가스 실린더를 사용하는 것과 같은 장점, 즉 휴대성을 높이고 소량의 고농도 가스를 인공 호흡기 가스 스트림에 도입하며, NO 및 캐리어 N2 가스에 의해 산소가 풍부한 신선한 가스 유동(Fresh Gas Flow: FGF)을 덜 희석시킬 수 있다는 등의 장점을 제공할 수 있다. 놀랍게도, 등가 속도 또는 더 높은 속도로 확산되게 더 작은 NO 용적(volume)을 도입하는 것에 의해 더 작은 가스 용적과 관련된 더 짧은 확산 시간으로 전체적으로 더 적은 NO2를 생성할 수 있는 것이 발견되었다. 본 명세서에서 해결되는 과제는 높은 NO2 농도가 형성되기 전에 적어도 신속하게 NO 농도를 감소시키는 것에 관한 것이다.
상기 문제를 해결하는 방법은 여러 가지 있는데, NO가 다른 가스로 확산되는 속도를 증가시키거나 및/또는 급속 확산되기 전에 인공 호흡기 호흡 회로에서 고농도의 NO의 체류 시간(residence time)을 감소시킴으로써 달성될 수 있는 인공 호흡기 가스 스트림 내에 고농도의 NO가 존재하는 시간을 감소시키는 것을 포함한다. 이 시간의 감소는 고농도(소스 농도)로부터 저농도(설정 투여량 농도)로 과도적인 NO 농도 시간을 최소화하는 방법을 통해 NO를 주입하는 즉시 시점에서 달성될 수 있다. 주입 즉시 시점에서 소스로부터 설정 투여량으로 매우 신속한 NO 농도 감소는 NO2 생성을 상당히 감소시키고, 예를 들어, 가스 혼합, 가스 확산, 열 효과, 교차 가스 유동 배향, 교차 가스 스트림 속도, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 방법을 포함하지만 이들로 제한되지 않는 다양한 방법을 통해 달성될 수 있다. 과도적인 NO 농도 시간 또는 설정 투여량을 상당히 넘는 NO가 FGF에 존재하는 시간은 NO가 설정 투여량에 있거나 설정 투여량 부근에 있는 FGF에 존재하는 시간에 비해 상당히 더 높은 속도로 NO2가 생성될 수 있는 시간이다. 다시 말해, 균일한 NO 농도가 달성된 후에도 NO2가 계속 생성된다는 것이 인정된다. 그러나, NO 농도가 설정 투여량에 근접한 구역에서 NO2 생성은 O2 농도 및 시간과 선형이어서 과도적인 NO 농도의 시간 동안 관찰되는 NO2 생성에 비해 상당히 더 낮은 속도에 있다.
본 발명의 원리 및 실시형태는 일반적으로 고농도 NO 소스를 포함하는 NO 흡입 치료로 환자를 치료하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 그러나, 본 명세서에 기술된 방법, 시스템 및 장치는 고농도 NO 소스와 관련하여 논의되었지만, 본 명세서에 기술된 방법, 시스템 및 장치는 또한 예를 들어 800 ppm NO 이하의 저농도 NO 소스에도 적용될 수 있다.
본 발명의 양태는, 환자에게 전달하기 위해 NO를 포함하는 가스 스트림과 분자 산소(O2)를 포함하는 신선한 가스 유동 스트림을 결합시키는 장치로서, NO 및 O2의 확산은 충분히 신속히 발생하여 NO2의 발생이 최소화되므로 1 ppm 미만의 NO2가 환자에게 전달되거나 인공 호흡기 회로에서 생성되는, 상기 장치에 관한 것이다.
다양한 실시형태에서, 환자 흡기 가스 내의 NO의 농도는 약 1 ppm 내지 약 80 ppm 범위, 또는 대안적으로 5 ppm 내지 약 80 ppm 범위, 또는 약 20 ppm 내지 약 60 ppm 범위이다. 설정 투여량에 대한 다른 예시적인 NO 농도는 약 1 ppm, 약 2 ppm, 약 3 ppm, 약 4 ppm, 약 5 ppm, 약 10 ppm, 약 15 ppm, 약 20 ppm, 약 25 ppm, 약 30 ppm, 약 35 ppm, 약 40 ppm, 약 45 ppm, 약 50 ppm, 약 55 ppm, 약 60 ppm, 약 65 ppm, 약 70 ppm, 약 75 ppm 또는 약 80 ppm을 포함한다.
다양한 실시형태에서, NO 소스의 농도는 약 200 ppm 내지 약 10,000 ppm 범위, 또는 약 400 ppm 내지 약 10,000 ppm 범위, 또는 800 ppm 초과 내지 약 10,000 ppm 범위, 또는 약 1,000 pm 내지 약 5,500 ppm 범위이다. NO 소스의 다른 예시적인 NO 농도는 약 200 ppm, 약 300 ppm, 약 400 ppm, 약 500 ppm, 약 600 ppm, 약 700 ppm, 약 800 ppm, 약 1000 ppm, 약 1200 ppm, 약 1500 ppm, 약 2000 ppm, 약 2200 ppm, 약 2400 ppm, 약 2440 ppm, 약 2500 ppm, 약 3000 ppm, 약 3500 ppm, 약 4000 ppm, 약 4500 ppm, 약 4800 ppm, 약 4880 ppm, 약 5000 ppm, 약 6000 ppm, 약 7000 ppm, 약 8000 ppm, 약 9000 ppm 또는 약 10,000 ppm을 포함한다.
다양한 실시형태에서, 고농도 NO 소스(예를 들어, 4880 ppm 또는 5000 ppm NO 소스)를 사용하여 발생된 NO2 수준은 저농도 NO 소스(예를 들어, 200 ppm 또는 800 ppm NO 소스)로 발생된 NO2 수준과 비슷하거나 이보다 더 낮을 수 있다.
본 발명의 양태는, 다양한 폐 질환을 치료하기 위해 호흡 가스, 신선한 가스 유동 내에서 NO의 혼합 및/또는 확산 효율을 증가시킴으로써, 소스 농도로부터 설정 투여량으로 신속한 NO 농도 감소 방법에 관한 것이다.
본 발명의 양태는, 고농도 가스를 횡방향 가스 스트림에 주입하기 위한 확산 장치로서, 두께, 외부 표면, 및 중공(hollow) 내부 구역을 둘러싸는 내부 표면을 갖는 벽을 포함하는 몸체; 상기 몸체의 내부 표면으로부터 연장되는 돌출부; 및 상기 벽 및 돌출부를 관통하여, 신선한 가스 유동의 속도가 높은 곳에 위치된 (예를 들어, 상기 몸체의 단면의 중심에 위치되거나, 더 높은 곳을 향한 곳에 위치된 등) 주입 포트로 진행하는 주입 채널을 포함하는, 상기 확산 장치에 관한 것이다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 가스 유동의 "높은 속도"는 에지 경계(edge boundary)(예를 들어, 튜브의 벽)에 있거나 그 부근에 있는 가스 유동의 속도보다 더 높은 속도를 갖는 가스 유동의 임의의 부분이다. 난-슬립(non-slip) 상태로 인해, 에지 경계에서의 가스 유동은 제로(0)의 속도를 갖고, 가스의 점성 때문에, 제로 속도 가스에 더 가까운 가스 유동은 에지 경계 및 제로 속도 가스로부터 더 멀리 있는 가스 유동보다 더 낮은 속도를 갖는다.
따라서, 예시적인 실시형태에서, 상기 고농도 가스는 에지 경계(예를 들어, 벽)로부터 소정의 거리에서 횡방향 가스 스트림의 일부 내로 주입된다.
본 발명의 양태는, 고농도 가스(예를 들어, 800 ppm 내지 10,000 ppm NO)를 횡방향 가스 스트림에 주입하기 위한 확산 장치로서, 두께, 외부 표면 및 내부 표면을 갖는 벽을 포함하는 몸체; 상기 환형 몸체의 내부 표면으로부터 연장되는 돌출부; 두께, 외부 표면 및 내부 표면을 갖는 벽, 제1 직경을 갖는 입구 단부, 및 상기 제1 단부와 반대쪽에 제2 직경을 갖는 출구 단부를 포함하는 테이퍼진 구획(tapered section)으로서, 상기 제2 직경은 상기 제1 직경보다 더 작으며, 상기 테이퍼진 구획은 상기 돌출부가 상기 테이퍼진 구획에 대한 지지체를 형성하도록 상기 돌출부에 연결되고 상기 돌출부에 매달려 있는, 상기 테이퍼진 구획; 및 상기 돌출부를 관통하여 상기 테이퍼진 구획의 내부 표면의 주입 포트로 진행하는 주입 채널을 포함하는, 상기 확산 장치에 관한 것이다. 예시적인 실시형태에서, 상기 주입 채널로부터 그리고 이어서 상기 주입 포트 밖으로 나가는 가스 유동은 가장 빠른 가스 속도가 존재하는 횡방향 가스 스트림 내로 유동하도록 지향될 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 상기 고농도 가스(예를 들어, 800 ppm 초과 내지 10,000 ppm NO)를 횡방향 가스 스트림에 주입하기 위한 확산 장치는 상기 돌출부로부터 매달려 있는 테이퍼진 구획을 포함하지 않는다. 다양한 실시형태에서, 상기 돌출부는 상기 환형 몸체의 내부 표면으로부터 반경 방향으로 상기 원통형 벽에 의해 둘러싸인 개방 용적의 대략 중심으로 연장되고, 주입 채널은 상기 돌출부를 통해 주입 포트로 관통한다.
다양한 실시형태에서, 상기 주입 포트는 약 0.58㎜(0.023 인치) 내지 약 4.75㎜(0.187 인치) 범위, 또는 약 0.8㎜(0.031 인치) 내지 약 2.4㎜(0.094 인치) 범위, 또는 약 1.12㎜(0.044 인치) 내지 약 2.29㎜(0.090 인치) 범위, 또는 약 1.83㎜(0.072 인치)의 내부 직경을 갖는다. 예시적인 하한은 약 0.58㎜, 약 0.6㎜, 약 0.7㎜, 약 0.8㎜, 약 0.9㎜, 약 1㎜, 약 1.1㎜, 약 1.2㎜, 약 1.3㎜, 약 1.4㎜, 약 1.5㎜, 약 1.6㎜, 약 1.7㎜ 및 약 1.8㎜를 포함한다. 예시적인 상한은 약 4.75㎜, 약 4.5㎜, 약 4㎜, 약 3.5㎜, 약 3㎜, 약 2.5㎜, 약 2.4㎜, 약 2.29㎜, 약 2.2㎜, 약 2.1㎜, 약 2㎜ 및 약 1.9㎜를 포함한다.
하나 이상의 실시형태에서, 상기 확산 장치는 대응하는 적절한 인공 호흡기 튜브 크기에 따라 신생아, 소아 또는 성인을 위해 스케일링된 호흡 회로 내로 삽입되고 이 호흡 회로와 유체 연통하도록 구성되고 치수화될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 상기 환형 몸체는 약 10㎜ 내지 약 25㎜ 범위의 외부 직경 및 약 10㎜ 내지 약 25㎜ 범위의 내부 직경을 갖고, 여기서 상기 내부 직경은 상기 원통형 벽의 두께만큼 상기 외부 직경보다 더 작다.
다양한 실시형태에서, 상기 원통형 벽('C')의 두께는 약 1㎜ 내지 약 3.175㎜ 범위, 또는 약 1.5㎜이다.
다양한 실시형태에서, 상기 확산 장치는 예를 들어 인공 호흡기 호흡 회로를 위한 호흡 튜브에 삽입되도록 구성되고 치수가 정해진다.
다양한 실시형태에서, 상기 제1 직경은 약 6㎜ 내지 약 18㎜의 범위에 있고, 상기 제2 직경은 약 3.17㎜ 내지 약 9.5㎜의 범위에 있고, 여기서 상기 제1 직경은 상기 제2 직경보다 더 크다.
다양한 실시형태에서, 상기 테이퍼진 구획은 축을 중심으로 대칭이며, 상기 주입 채널은 상기 테이퍼진 구획의 축에 대해 약 60° 내지 약 120° 범위의 각도를 형성한다.
다양한 실시형태에서, 상기 테이퍼진 구획은 깔때기 형상이다.
다양한 실시형태에서, 상기 테이퍼진 구획은 절두 원추형(truncated cone) 형상이다.
다양한 실시형태에서, 상기 테이퍼진 구획은 벨(bell) 형상이다.
본 발명의 양태는, 고농도 가스를 횡방향 가스 스트림으로 확산시키는 방법으로서, 두께, 외부 표면 및 내부 표면을 갖는 벽, 제1 직경을 갖는 입구 단부, 및 상기 입구 단부 반대쪽에 상기 제1 직경보다 더 작은 제2 직경을 갖는 출구 단부를 포함하는 테이퍼진 구획을 통해 제1 가스의 적어도 일부를 통과시키는 단계; 및 제2 가스 스트림을 주입 채널을 통해 상기 테이퍼진 구획의 내부 표면의 주입 포트로 통과시키는 단계를 포함하고, 상기 제2 가스 스트림은 상기 테이퍼진 구획 내에서 상기 제1 가스 스트림으로 진입하고 적어도 부분적으로 확산되는, 상기 고농도 가스를 횡방향 가스 스트림으로 확산시키는 방법에 관한 것이다.
다양한 실시형태에서, 본 방법은 상기 제1 가스의 적어도 일부분을 상기 테이퍼진 구획의 외부 표면의 적어도 일부 주위로 통과시키는 단계를 더 포함하고, 여기서 상기 테이퍼진 구획은 외부 표면 및 내부 표면, 및 상기 테이퍼진 구획의 상기 제1 직경보다 더 큰 내부 직경을 갖는 환형 몸체 내에 있다.
다양한 실시형태에서, 지지체는 상기 환형 몸체를 상기 주입의 상기 테이퍼진 구획에 연결시켜, 상기 주입 채널을 통과하는 제2 가스가 상기 지지체를 통해 상기 주입 포트로 통과하게 한다.
다양한 실시형태에서, 상기 제2 가스 스트림은 초기에 약 60° 내지 약 120° 범위의 각도로 상기 제1 가스 스트림에 진입한다.
다양한 실시형태에서, 상기 제1 가스는 분자(N2) 및 분자(O2)를 포함하는 호흡 가능한 가스이고, 상기 제2 가스는 분자(NO) 및 분자(N2)를 포함한다.
다양한 실시형태에서, 상기 제2 가스에서 NO의 농도는 800 ppm 초과 내지 약 5,500 ppm 범위이다.
다양한 실시형태에서, 상기 제1 가스는 약 0 리터/분(liter per minute)(SLPM) 내지 약 120 SLPM 범위, 또는 약 0.5 SLPM 내지 약 60 SLPM 범위, 또는 약 0.5 SLPM 내지 약 2 SLPM 범위의 유속(flow rate)으로 상기 환형 몸체에 진입한다.
다양한 실시형태에서, 상기 제1 가스(예를 들어, FGF)는 분자(N2) 및 분자(O2)를 포함하는 호흡 가능한 가스이고, 상기 제2 가스는 1000 ppm 초과 내지 약 5,500 ppm의 범위의 농도의 분자(NO)를 포함하고, 상기 제2 가스는 약 0.05 밀리리터/분(mililiter per minute)(SMLPM) 내지 약 2SLPM 범위, 또는 약 0.1 SMLPM 내지 약 1 SLPM 범위의 유속으로 주입 포트를 빠져 나간다.
환자 인공 호흡기 회로의 산소 농도는 의료용 공기(21% O2) 내지 의료용 산소(100% O2)의 연속 범위에 걸쳐 값으로 설정될 수 있지만 일반적으로 INO 치료를 받는 환자에게는 60%로 상승될 수 있다.
다양한 실시형태에서, 상기 제2 가스의 유속은 상기 제1 가스의 유속에 선형적으로 비례한다.
다양한 실시형태에서, 상기 제1 가스의 속도는 상기 테이퍼진 구획의 제1 직경에서의 상기 제1 가스의 속도보다 상기 테이퍼진 구획의 제2 직경에서 더 크고, 상기 제2 가스는 더 크거나 또는 동일한 속도의 지점에서 상기 제1 가스로 진입한다.
또한 본 발명의 양태는, 고농도 가스를 횡방향 가스 스트림으로 확산시키는 방법으로서, 중공 내부 구역을 둘러싸는 내부 표면을 갖는 몸체의 상기 중공 내부 구역을 통해 제1 가스의 적어도 일부를 통과시키는 단계; 및 제2 가스 스트림을 주입 채널을 통해 상기 몸체의 중공 내부 구역 내로 돌출하는 주입 포트로 통과시키는 단계를 포함하고, 상기 제2 가스 스트림은 상기 중공 내부 구역 내에 상기 제1 가스 스트림으로 진입하고 적어도 부분적으로 확산되는, 상기 고농도 가스를 횡방향 가스 스트림으로 확산시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시형태의 추가적인 특징, 성질 및 다양한 장점은 또한 본 출원인에 의해 고려되는 최선의 형태를 도시하는 첨부된 도면과 관련하여 취해진 다음의 상세한 설명을 고려할 때 더욱 명확해질 것이며, 첨부된 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 부분을 나타낸다.
도 1a 내지 도 1f는 다양한 조건 하에서 산소가 풍부한 공기 속으로 NO를 주입한 후에 생성된 NO2를 도시한 도면;
도 1g는 NO 주입 지점으로부터 하류에 있는 다양한 지점에서 생성된 NO2를 도시한 도면;
도 2a 내지 도 2c는 복수의 블레이드(blade)를 갖는 혼합 장치의 예시적인 실시형태를 도시한 도면;
도 3a 내지 도 3c는 복수의 각진 핀(angled fin)을 갖는 테이퍼진 구획의 예시적인 실시형태를 도시한 도면;
도 4a 내지 도 4c는 복수의 플레이트(plate)를 갖는 혼합 장치의 예시적인 실시형태를 도시한 도면;
도 5a 내지 도 5c는 복수의 만곡된 블레이드를 갖는 혼합 장치의 예시적인 실시형태를 도시한 도면;
도 6a 내지 도6c는 테이퍼진 구획에서 복수의 만곡된 블레이드 및 주입 채널을 갖는 혼합 장치의 예시적인 실시형태를 도시한 도면;
도 7은 튜브 내의 가스 유동의 예시적인 속도 분포를 도시한 도면;
도 8a 내지 도 8b는 높은 NO 소스 농도, 낮은 용적의 가스 유동, 및 높은 용적의 가스 유동을 확산시키기 위한 장치의 예시적인 실시형태를 도시한 도면;
도 8c 내지 도 8d는 높은 NO 소스 농도, 낮은 용적의 가스 유동, 및 높은 용적의 가스 유동을 확산시키기 위한 장치의 다른 예시적인 실시형태를 도시한 도면;
도 9a는 깔때기 형상을 갖는 테이퍼진 구획의 예시적인 실시형태를 도시한 도면;
도 9b는 원추형 형상을 갖는 테이퍼진 구획의 예시적인 실시형태를 도시한 도면;
도 9c는 벨 형상을 갖는 테이퍼진 구획의 예시적인 실시형태를 도시한 도면;
도 10은 양방향 테이퍼진 구획의 예시적인 실시형태를 도시한 도면;
도 11은 테이퍼진 구획 벽의 내부 표면의 볼록한 윤곽을 나타내는 예시적인 테이퍼진 구획을 도시한 도면;
도 12는 테이퍼진 구획을 통과하는 제1 가스 내로 주입 채널을 통과하는 제2 가스를 주입하는 예시적인 실시형태를 도시한 도면;
도 13은 인공 호흡기 회로에 삽입된 확산 장치의 예시적인 실시형태를 도시한 도면;
도 14는 본 명세서에 기술된 예시적인 확산기 및 종래의 낮은 소스 농도 주입기 모듈을 사용하여 기계적 인공 호흡 동안 생성된 NO2를 비교한 것을 도시한 도면;
도 15a 내지 도 15f는 본 명세서에 기재된 예시적인 확산기, 본 명세서에 기술된 예시적인 가속기, 및 종래의 낮은 소스 농도 주입기 모듈을 사용하여 평활한 보어 튜브(bore tubing) 내 정상 상태(steady state)의 FGF 유동 조건 하에서 생성된 NO2를 비교한 것을 도시한 도면;
도 16은 예시적인 인공 호흡기 호흡 회로를 가열함으로써 생성된 NO2의 감소를 도시한 도면;
도 17은 약 1:1의 가스 속도 비(FGF:NO)에서 800 ppm 내지 9760 ppm 범위의 다양한 NO 소스 실린더 농도에서 초기 구역에서 생성된 NO2를 도시한 도면;
도 18a 내지 도 18d는 가변 가스 속도 비(FGF:NO)에서 및 10 ppm NO의 설정 투여량에서 800 ppm 내지 9760 ppm 범위의 다양한 NO 소스 실린더 농도에서 초기 구역에서 생성된 NO2를 도시한 도면;
도 19는 가변 가스 속도 비(FGF:NO)에서 4880 ppm NO 소스 실린더 농도 및 40 ppm의 설정 투여량에서 초기 구역에서 생성된 NO2를 도시한 도면;
도 20a 내지 도 20b는 가변 가스 속도 비(FGF:NO)에서 및 10 ppm NO의 설정 투여량에서 800 ppm 내지 9760 ppm 범위의 다양한 NO 소스 실린더 농도에서 초기 구역에서 생성된 NO2를 도시한 도면;
도 21은 가변 가스 속도 비(FGF:NO)에서 4880 ppm NO 소스 실린더 농도 및 40 ppm의 설정 투여량에서 초기 구역에서 생성된 NO2; 및 설정 투여량과 동일한 40 ppm의 균일한 단계 동안 생성된 NO2를 도시한 도면; 및
도 22a 내지 도 22b는 더 높은 유동에서 흡기 시간 기간에 대해 호기 시간 기간의 변화를 시뮬레이션하여 설정 투여량의 퍼센트로 ppm 단위로 생성된 NO2를 도시한 도면.
본 발명은, 일반적으로 말하면, NO2 생성이 최소화되도록 인공 호흡기 호흡 회로의 흡기 사지 내 신선한 가스 유동에 NO를 주입하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 놀랍게도 출원인이 발견한 NO2 생성에 영향을 미치는 이전에 알려지지 않은 요인을 이용한다. 보다 구체적으로, 본 발명의 시스템 및 방법은, 예를 들어, 신선한 가스 유동 내로 NO의 주입 위치, 신선한 가스 유동 속도, NO 유동 속도, 및/또는 NO 및 신선한 가스 유동의 충돌 속도의 비율 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는 변수들을 인자로 사용하여, NO2 생성이 실질적으로 최소화되도록 및 생성된 NO2가 원하는 범위(예를 들어, 1 ppm 미만의 NO2를 환자에 전달하는 것, 종래의 주입기 모듈을 사용하는 상당히 더 낮은 농도의 NO 소스에 의해 생성된 것과 동일하거나 더 적은 NO2를 생성하는 것 등) 내에 있도록, 고농도 NO 소스(예를 들어, 5000 ppm NO 소스)로부터 인공 호흡기 호흡 회로의 흡기 사지의 신선한 가스 유동 내로 NO를 전달하는 데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 시스템 및 방법은 예를 들어 60 SLPM에서 1.5 cm H2O 미만의 압력 강하를 실질적으로 야기하지 않는 것, 유동 프로파일 변화를 최소화하는 것, 신선한 가스 유동의 압축 가능한 용적의 증가를 최소화하는 것, 및/또는 인공 호흡기 호흡 회로에서 환자 자발 호흡을 가능하게 하는 것에 의해 인공 호흡기 호흡 회로에 사용될 수 있다. 더 나아가, 본 발명의 시스템 및 방법은 신선한 가스 유동이 층류(laminar)일 것을 요구하는 유동 센서로부터 바로 하류에서 사용되거나 및/또는 적어도 하나의 가스 샘플링 라인으로부터 바로 상류에서 사용될 수 있다.
"압축 가능한 용적"은 도관 및 이 도관의 유동 경로와 유체 연통하고 일렬로 있는 모든 구성 요소의 용적을 의미한다. 예를 들어, 호흡 회로의 압축 가능한 용적은 호흡 회로 및 이 호흡 회로 내의 모든 구성 요소(예를 들어, 가습기, 주입기 모듈, 샘플 티형상부)의 용적이다.
본 명세서에서 사용되는 "확산", "확산되는" 및 이와 관련된 용어는 하나의 가스(예를 들어, NO)의 분자들이 다른 가스(예를 들어, 산소가 풍부한 공기)의 스트림 내로 및 이 스트림에 걸쳐 전체적으로 수송되는 것을 말한다. "확산", "확산되는" 및 이와 관련된 용어의 사용은 벌크 유체 운동 또는 다른 수송 현상이 2개 이상의 가스 스트림을 혼합하고 균일화하는데 미치는 기여도를 배제하지 않는다.
전술된 바와 같이, 출원인의 연구 이전에, NO2 생성은 NO 및 O2의 농도(예를 들어, NO의 ppm, O2의 퍼센트(또는 FiO2로도 알려져 있음)), 및 가스 혼합과 환자 사이의 거리/거주 시간에 기초한다고 믿어왔다. 이러한 믿음에 따라, 고농도 소스(예를 들어, 5000 ppm, 10,000 ppm NO 실린더)로부터 NO를 전달하면 상당히 높은 수준의 NO2를 초래하게 된다. 예를 들어 4880 ppm NO 실린더 농도가 10 ppm의 설정 투여량으로 감소된 것은 488:1의 감소 비율인 반면, 800 ppm 실린더 농도가 10 ppm 설정 투여량으로 감소된 것은 80:1의 감소 비율을 가져서, 이론적으로 NO2는 10 ppm의 투여량에 대해 800 ppm NO 공급 실린더에서보다 4880 ppm NO 공급에서 약 37배 더 많은 비율로 생성된다. 이 문제를 극복하는 수단이 없다면, 환자에게 바람직하지 않은 높은 수준의 NO2가 전달될 수 있기 때문에, 고농도의 NO 소스는 INO 치료에 사용될 수 없고, INO 치료를 위해 고농도의 NO 소스를 사용하는 것과 관련된 많은 장점(예를 들어, NO 공급 실린더가 작을수록, INO 치료 장치의 휴대성이 증가하고, 호흡 회로에서 NO-함유 가스(예를 들어, 질소 및 NO 가스 혼합물)의 용적이 작을수록, 주입된 NO-함유 가스의 용적이 더 작아지는 것으로 인해 흡기되는 산소 희석이 줄어든다는 것 등)을 실현하지 못할 것이다.
예시적인 실시형태에서, 더 높은 고농도의 소스 가스를 사용하면 환자에게 전달되는 NO2 부분을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 소스 가스의 NO 농도가 높을수록, 원하는 NO 설정 투여량을 얻기 위해 전달될 필요가 있는 소스 가스의 용적이 더 작아진다. 소스 가스에서 동일한 NO2 농도(예를 들어, 가스 실린더 내의 동일한 NO2 농도)에서도, 이 더 낮은 용적의 소스 가스를 사용함으로써, 소스 가스로부터 NO2의 더 작은 용적을 전달할 수 있어서 환자는 NO 소스(예를 들어, 실린더)로부터 더 적은 NO2를 받을 수 있다.
적어도 이들 실현하지 못하는 장점을 고려하여, 본 출원인은 인공 호흡기 호흡 회로의 흡기 사지에 NO를 주입할 때 NO2가 생성하는 것에 대해 광범위한 연구 및 테스트를 수행하였다.
이 연구 및 테스트로부터 놀랍게도 인공 호흡의 호기 단계 동안 NO2 생성이 더 크고, 인공 호흡기의 흡기 사지에서 신선한 가스 유동이 인공 호흡의 흡기 비층류(난류) 단계 동안보다 상당히 더 느린 층류(비 난류)라는 것이 발견되었다. 이러한 지식을 바탕으로 NO-함유 가스의 충돌 속도, FGF의 유속 및 NO 투여량과 같은 변수와 NO2 배출 사이의 관계를 결정하기 위해 추가 연구와 테스트를 수행하였다. 이들 실험 각각에서, 신선한 가스는 산소가 풍부하고(예를 들어, 60% O2/공기), NO2 농도는 NO 주입 지점을 넘어 소정의 거리(예를 들어, 1,000㎜)에서 측정되었고, NO 소스 농도는 저농도(예를 들어, 800 ppm NO)이거나 또는 고농도(예를 들어, 4880 ppm NO)이었다. NO를 주입하고 가스를 종래의 주입기 모듈을 사용하여 혼합하였다. 이 테스트의 결과는 표 1, 표 2 및 도 1a 내지 도 1f에 제시된다.
Figure pct00003
Figure pct00004
도 1a 및 도 1b는 호흡 회로에서의 신선한 가스 유동으로 NO의 충돌 속도가 생성되는 NO2의 양에 상당히 영향을 줄 수 있는 것을 도시한다. 또한, 도 1a(저농도)와 도 1b(고농도)를 비교하여 알 수 있는 바와 같이, NO 농도를 증가시키면 일반적으로 발생되는 NO2의 양이 증가했다.
도 1c 내지 도 1f는 상이한 유속을 갖는 FGF에 NO를 주입할 때, 상이한 NO 설정 투여량에 대해 발생된 NO2의 각각의 양을 도시한다. 도 1c(저농도)와 도 1d(고농도)를 비교하여 알 수 있는 바와 같이, NO 농도를 증가시키면 일반적으로 특히 FGF의 낮은 유속에서 발생되는 NO2의 양이 증가했다. 이는 또한 0.5 SLPM에 대해 NO2 배출 곡선이 낮은 NO 소스 농도와 높은 NO 소스 농도 간에 현저히 상이하기 때문에 도 1e(저농도)와 도 1f(고농도)를 비교하여 도시된다.
전술한 것은 NO2 생성을 이해하는데 유익하지만, 이것은 (예를 들어, 고농도 NO 소스로부터) NO가 인공 호흡기 호흡 회로의 흡기 사지 내로 주입될 때 NO2 생성의 최소화를 실질적으로 복잡하게 한다. 예를 들어, 신선한 가스 유속은 변할 수 있고(예를 들어, 신선한 가스 유속은 환자 호흡 사이클(cycle) 등의 과정에서 변할 수 있다는 등); 신선한 가스 유동으로 주입되는 NO 속도는 변할 수 있고(예를 들어, NO 유속은 예를 들어 NO 전달 라인 내의 압력, 확산 장치에서 NO 주입 포트의 치수, NO 전달 시스템 내 NO 전달 도관의 치수에 따라 변할 수 있고); 및 예를 들어 일정한 흡기 NO 농도를 달성하기 위해 INO 치료에 필요할 수 있는 비율 계량 전달은 신선한 가스 유동에 비례하여 전달되는 NO를 변화시킬 것을 요구할 수 있다. 호기 단계 동안 일부 인공 호흡기는 낮은 바이어스 유동(0.5 SLPM)을 사용하고, 인공 호흡기 호흡 회로에서 더 느린 FGF를 가져서, (인공 호흡기 호흡 회로에서 더 빠른 FGF) 인공 호흡 단계 동안에서보다 NO2를 더 많이 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 데이터는, 동일한 시간 기간에 걸쳐 인공 호흡기 호기 바이어스 유동과 관련된 낮은 FGF에서 800 ppm NO에서보다 4880 ppm NO에서 10배 내지 20배 더 많은 NO2가 생성될 수 있다는 것을 보여주며, 여기서 종래의 주입기 모듈에서는 불충분한 확산이 발생할 수 있다.
따라서, 예시적인 실시형태에서, 확산 장치는 NO 및 신선한 가스 유동의 충돌 속도 및 FGF 내로 NO의 주입 위치를 제어함으로써 NO2 생성을 최소화하도록 설계될 수 있다. 다양한 실시형태에서, NO 유동 스트림의 속도는 생성되는 NO2를 최소화하기 위해 NO가 주입되는 위치에서 FGF에 비해 충분히 높을 수 있다. 이론에 구애됨이 없이, NO 유동 스트림은 FGF 스트림에 수직으로 그리고 비례 속도로 침투할 수 있다고 생각된다. 이론에 구애됨이 없이 FGF 속도에 비해 매우 낮은 NO 속도에서, NO는 FGF 스트림의 외부 벽에 체류하여 불량한 혼합을 일으킨다고 믿어진다. 반대로, NO 속도만이 높고 FGF는 아니라면, 혼합 시간이 또한 연장되어 NO2가 높아질 수 있다.
임의의 특정 이론에 구속되기를 바라지는 않지만, 2개의 혼합 가스 스트림의 초기 접촉 확산 속도는 분자 운동 에너지에 의해 일차적으로 제어될 수 있다고 믿어진다. 이러한 가스 충돌 혼합 공정에서, 가스 운동량으로부터 소산 교환은 직접 작용 혼합을 제공할 수 있다. 이 신속한 확산은 바로 노즐 출구 부근에서 또는 직접 가스 충돌 지점에서 발생할 수 있다. 분자 운동 에너지는 몰 질량 x 속도의 제곱의 1/2배로 정의되며, 따라서 속도는 몰 질량의 제곱근에 반비례한다. 상이한 가스의 등가 용적은 동일한 수의 입자를 포함하고, 주어진 온도와 압력에서 리터당 몰 수는 일정하다. 이것은 가스의 밀도가 몰 질량에 직접 비례함을 나타낸다. 따라서, 이것은 NO, N2, 공기 및 O2의 분자량이 모두 28 내지 32 그램/몰 범위에서 유사한 것으로 인해 동일한 혼합 에너지(즉, 동일한 운동 에너지)가 대략 동일한 속도 또는 1:1의 비율로 존재할 것이라는 것을 나타낸다. 그러나 공기/O2 혼합물과 NO/N2 혼합물 사이에 약간의 분자량 불균형을 감안할 때, 소산 에너지 교환으로부터의 최대 확산은 N2, NO, O2 및 공기의 상대적인 비율에 따라 0.85:1, 0.9:1 또는 0.95:1과 같은 1:1 미만의 속도 비(FGF:NO)에 있을 수 있다.
다양한 실시형태에서, 2개의 가스 스트림의 속도는 생성되는 NO2를 최소화하기 위해 서로 비례할 수 있다. NO 속도는, 다른 인자(예를 들어, NO 전달 라인 내의 압력, NO 주입 채널의 치수 등)가 고정될 수 있기 때문에, 예를 들어, NO 주입 포트의 치수를 변경함으로써 제어될 수 있다. NO 속도를 제어하기 위한 임의의 수단이 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 그러나, 신선한 가스 유동의 속도는 일반적으로 인공 호흡기에 의해 제어되기 때문에 신선한 가스 유동 속도를 제어하는 것은 상당히 어려울 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 호기 단계 동안 신선한 가스 유동의 속도는 상당히 느릴 수 있다. 적어도 일부 경우에, 적어도 호기 단계 동안 신선한 가스 유동의 충돌 속도는 NO2 생성을 최소화하기에는 너무 느릴 수 있다. 따라서, 예시적인 실시형태에서, 확산 장치는 예를 들어 NO-함유 가스와의 교차점을 향할 수 있는 원하는 충돌 속도로 신선한 가스 유동을 가속시킬 수 있는 적어도 하나의 가속기를 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 신선한 가스 유동 튜브와 NO 가스의 충돌 지점에서 오리피스(orifice)의 직경은 확산 모듈(100)의 튜브 직경(즉, FGF 튜브 직경)과, NO 노즐 출구 직경 면적(즉, 주입 포트 오리피스 직경) 사이에 고정된 종횡비 출구 면적을 유지하도록 적절히 사이즈 정해질 수 있다. 튜브 출구 면적에서 이러한 비율은 NO 설정 투여량에 대한 NO 실린더 농도에 비례할 수 있다. 예를 들어, 20 ppm의 설정 투여량에서 800 ppm 실린더 농도에 대해 NO 유속에서 40 대 1의 감속 비율이 존재한다. 1:1 충돌 가스 속도 관계를 유지하기 위해, 주입기 모듈 유동 튜브 면적 대 주입 노즐 출구 면적은 가장 낮은 예상되는 신선한 가스 유속(예를 들어, 0.5 SLPM)에서 40:1로 크기가 정해질 수 있다. 또 다른 예로서, 10 ppm의 설정 투여량에서 4880 ppm 실린더 농도에 대해 NO 유속에서 488 대 1의 감속 비율이 존재한다. 1:1 충돌 가스 속도 관계를 유지하기 위해, 주입기 모듈 튜브 면적 대 주입 노즐 출구 면적은 488:1로 사이즈 정해질 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 주입 채널 및 주입 포트의 치수는 NO 속도 대 FGF 속도의 비율이 약 2:1 미만이 되도록, 예를 들어, 약 1.5:1, 1:1, 0.95:1, 0.9:1, 0.85:1, 0.8:1, 0.7:1, 0.6:0.5:1, 0.4:1, 0.3:1, 0.2:1, 0.1:1 또는 0.05:1이 되도록 조정될 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 적어도 하나의 가속기는 신선한 가스 유동의 전부 또는 일부를 가속시킬 수 있는 임의의 장치 또는 구성 요소일 수 있다. 예를 들어, 가속기는 테이퍼진 표면, 테이퍼진 구획, 양방향 원추형 구조, 및/또는 신선한 가스 유동을 가속시킬 수 있는 임의의 형상 또는 표면을 갖는 원추형 구조일 수 있다. 다른 예로는 날개의 상부(만곡된 표면)를 흐르는 가스가 날개의 바닥(상대적으로 평평한 표면) 아래를 흐르는 가스보다 더 빠른 속도를 갖기 때문에 날개와 유사한 표면을 가진 구조물을 포함한다. 이러한 가속기 구조는 단지 예시적인 것이며, 가스 유동의 적어도 일부분을 가속시킬 수 있는 다른 구조물도 또한 본 발명의 범위 내에 있다.
특히, 신선한 가스 유동에 NO를 주입할 때, 장치의 구성 및 치수는 소스 NO 농도를 가능한 한 빨리 감소시키도록 조절될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 혼합 특징부는 NO 주입 지점으로부터 하류에서 장치에 추가될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 혼합은 2개의 단계로 생각될 수 있다. NO2의 대부분이 생성될 수 있는 첫 번째 단계는 NO가 주입된 때부터 NO 농도가 설정 투여량(예를 들어, 설정 투여량과 동일한 균일한 상태)에 도달할 때까지의 시간이다. NO2 생성의 두 번째 단계는 설정 투여량에서 흡기 사지에 체류 시간으로 인한 것이다. NO2의 대부분은 NO와 신선한 가스 유동(예를 들어, O2) 사이의 제1 접촉 지점에서 또는 이 지점 부근에서 생성될 수 있다. NO 생성의 이러한 두 단계는 도 1g에서 볼 수 있고, 도 1g는 주입 지점으로부터 하류의 다양한 지점에서의 NO2 농도를 도시한다. 도 1g로부터 볼 수 있는 바와 같이, NO2의 대부분은 NO가 주입된 직후에 생성되고(단계 1), NO2의 작은 부분만이 NO의 초기 주입 및 혼합 후에 생성된다(단계 2). NO 주입의 제1 단계에서 국부적인 NO 농도가 가장 높기 때문에 (예를 들어, 균일한 NO 설정 투여량을 제공하기 위해 NO가 신선한 가스 유동으로 아직 확산되지 않았기 때문에) 제1 단계 동안 생성되는 NO2의 대부분은 상기 NO2 생성 역학을 따른다. 예로서, 호흡 회로에 5000 ppm NO를 주입할 때, NO가 신선한 가스 유동으로 아직 확산되지 않았기 때문에, 주입 지점에서 NO 농도가 가장 높다(예를 들어, 약 5000 ppm NO). 이 주입 지점 이후에, 주입된 NO 및 신선한 가스 유동은 함께 확산되어 NO 농도를 보다 낮은 농도로 (예를 들어, 5000 ppm NO로부터 20 ppm NO의 원하는 투여량으로) 감소시킨다.
따라서, NO 및 FGF를 신속하게 혼합하기 위한 하나의 접근법은 결합된 가스 스트림이 가능한 한 조기에 균일한 NO 농도를 갖는 것을 보장하기 위해 NO 주입 지점 바로 하류에 또는 그 부근에 배치된 혼합 장치를 사용하는 것이다. 예를 들어, 2개의 가스 스트림의 신속한 혼합을 보장하기 위해 복수의 블레이드, 플레이트 및/또는 핀이 NO 주입 지점의 하류에 배치될 수 있다. 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개, 11개, 12개, 13개, 14개, 15개 이상의 블레이드, 플레이트 및/또는 핀이 사용될 수 있다. 도 2a 내지 도 2c는 4개의 블레이드를 갖는 혼합 장치의 예시적인 구성에 대한 다양한 도면을 제공한다. 도 3a 내지 도 3c는 3개의 각진 핀을 갖는 혼합 장치의 예시적인 구성에 대한 다양한 도면을 제공한다. 도 4a 내지 도 4c는 8개의 플레이트를 갖는 혼합 장치의 예시적인 구성에 대한 다양한 도면을 제공한다. 도 5a 내지 도 5c는 4개의 만곡된 블레이드를 갖는 혼합 장치의 예시적인 구성에 대한 다양한 도면을 제공한다. 도 6a 내지 도 6c는 테이퍼진 구획에 4개의 만곡된 블레이드 및 주입 채널을 갖는 혼합 장치의 예시적인 구성에 대한 다양한 도면을 제공한다.
복수의 블레이드, 플레이트 및/또는 핀이 혼합 장치에서 사용되는 경우, 블레이드, 플레이트 및/또는 핀들은 NO 주입 지점으로부터 동일한 거리만큼 하류에 병렬로 배치될 수 있고 및/또는 NO 주입 지점으로부터 다양한 거리만큼 하류에 직렬로 배치될 수 있다. 예를 들어, 각각의 블레이드, 플레이트 또는 핀은 NO 주입 지점으로부터 1 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm, 5 cm, 6 cm, 7 cm, 8 cm, 9 cm, 10 cm, 15 cm, 20 cm, 25 cm, 30 cm, 35 cm, 40 cm, 50 cm, 60 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm 또는 100 cm만큼 하류에 배치될 수 있다.
또한 혼합 장치의 존재는 O2, NO 및 NO2 농도와 같은 결합된 가스의 조성을 모니터링하기 위해 NO 주입 지점과 하나 이상의 샘플링 지점 사이의 거리를 단축시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 샘플링 지점은 혼합 장치로부터 1 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm, 5 cm, 6 cm, 7 cm, 8 cm, 9 cm, 10 cm, 15 cm, 20 cm, 25 cm, 30 cm, 35 cm, 40 cm, 50 cm, 60 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm 또는 100cm만큼 하류에 위치될 수 있다. 또한, NO 주입 지점으로부터 다양한 거리에 위치된 샘플링 지점과 같은 복수의 샘플링 지점이 사용될 수 있다. 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개, 15개, 20개, 25개, 30개 이상의 샘플링 지점이 사용될 수 있다. 샘플링 지점들 간의 거리는 1 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm, 5 cm, 6 cm, 7 cm, 8 cm, 9 cm, 10 cm, 15 cm, 20 cm, 25 cm 또는 30cm일 수 있다. 복수의 샘플링 지점은 호흡 회로 아래로 거리의 함수로서 결합된 가스 스트림을 개별적으로 분석하는데 사용될 수 있고, 또는 2개 이상의 샘플링이 가스의 조성에 대한 평균을 제공하기 위해 결합될 수 있다.
또한, 신선한 가스 유동 내로 NO의 주입 지점의 위치는 NO2 생성의 감소에 영향을 줄 수 있다. 예시적인 실시형태에서, NO 주입 지점은 초기 고농도의 체류 시간이 최소화되고 및/또는 초기 고농도 NO가 신속히 분산되는 곳에 위치될 수 있다. 예를 들어, NO(예를 들어, 고농도 NO, 5000 ppm NO)의 주입 지점은 NO가 초기 고농도로 남아 있는 시간의 양을 줄이기 위해 환형 몸체의 중심에 위치되거나 또는 테이퍼진 구획의 일부로서 위치될 수 있다. 따라서, NO 주입 지점이 NO가 신선한 가스 유동과 신속하게 혼합되는 곳에 위치되어 고농도 NO의 체류 시간을 최소화하여 생성되는 NO2를 감소시킬 수 있다. 임의의 특정 이론에 구속되기를 바라지는 않지만, 신선한 가스 유동이 높은 속도를 갖는 지점에서 NO를 주입하면, 신선한 가스 유동이 낮은 속도를 갖는 튜브의 에지(즉, 벽)에서 NO를 주입하는 다른 종래 기술보다 더 적은 NO2를 생성할 수 있다고 믿어진다.
도 7은 튜브를 통과하는 가스 유동의 예시적인 속도 분포를 도시한다. 도 7로부터 볼 수 있는 바와 같이, 가스 유동은 에지 경계(예를 들어, 튜브의 벽)에 가장 가까운 곳에 최저 속도를 갖고, 에지 경계로부터 가장 먼 곳에 최고 속도를 갖는다. 따라서, 일부 실시형태에서, 가스 속도가 에지 경계에서 또는 에지 경계 부근에서의 가스 속도보다 더 높은 곳, 즉 에지 경계로부터 소정의 거리에 NO가 주입된다.
예시적인 실시형태에서, NO2 생성을 감소시키기 위해, 신선한 가스 유동으로 NO의 주입 지점은 신선한 가스 유동이 원하는 속도로 가속되는 곳에 위치될 수 있다. 가속기는 입구 단부로부터 출구 단부로 신선한 가스 유동 속도를 증가시키도록 작용할 수 있으며, 주입 포트는 신선한 가스 유동이 의도된 속도로 증가된 곳, 즉 입구로부터 소정의 거리에 위치된다. 속도의 증가는 가스의 포텐셜 에너지를 운동 에너지로 변환함으로써 생성될 수 있다. 예를 들어, 가스가 고압 구역으로부터 저압 구역으로 흐름에 따라, 테이퍼진 구획의 감소하는 단면에 의해 속도가 증가될 수 있다. 가스 속도는 단면적의 변화 및 가스 밀도의 변화에 비례한다. 물론 속도를 증가시키기 위한 다른 기술들이 고려된다.
인공 호흡기 호흡 회로에 NO를 주입할 때 NO2 생성을 최소화하기 위한 임의의 잠재적 해결책을 더욱 복잡하게 하는 경우, 인공 호흡기는 인공 호흡기 호흡 회로에 사용되는 임의의 요소(예를 들어, 주입기 모듈, NO2 최소화 장치 등)가 (유동 또는 증가된 압축 가능한 용적에 대해 저항이 저항하는 것에 의해) 인공 호흡기의 흡기 유동 프로파일에 상당한 변화를 야기하지 않을 것을 요구한다. 일반적으로 말하면, 호흡 회로 전체에 걸쳐 허용 가능한 압력 강하는 인공 호흡기 출구 저항을 포함하여 성인의 경우 30 SLPM에서 6 cm H2O이고, 소아의 경우 15 SLPM에서 6 cm H2O이고, 신생아의 경우 2.5 SLPM에서 6 cm H2O일 수 있다. 이를 고려하여, 확산기에 걸쳐 허용 가능한 압력 강하는 최소화되어야 한다. 예를 들어, 현재 INOmax DS 주입기 모듈은 60 SLPM에서 1.5 cm H2O로 정격되어 있다. 따라서, 본 발명의 시스템 및 방법은 환자 인공 호흡기 가스 교환에 영향을 줄 수 있는, 예를 들어, 인공 호흡기 성능에 영향을 미침이 없이, 및/또는 상당한 압력 강하, 유동 프로파일 변화를 야기함이 없이, 및 상당한 압축 가능한 용적을 도입함이 없이 NO2를 최소화한다.
따라서, 예시적인 실시형태에서, 확산 장치는, 적어도 가속기가, 최고 피크 신선한 가스 유동에서 상당한 압력 강하를 야기하지 않고, 흡기 신선한 가스 유동의 유동 프로파일에 상당한 변화를 일으키지 않고, 호흡 회로에 상당한 압축 가능한 용적을 생성하지 않으면서, 예상된 최저 신선한 가스 유속에서 신선한 가스 유동 충돌 속도를 증가시키도록 구성되고 치수화될 수 있다. 예를 들어, 입부(mouth)와 목부(throat)의 직경은 환자에 대한 압력 변화 및 가스 유동의 지연을 최소화하면서 FGF 속도를 증가시키도록 선택될 수 있다. 압력, 유동 및 압축 가능한 용적의 변화를 최소화하기 위해, 확산 장치는 가속기를 우회하는 신선한 가스 유동 구역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 확산기는 확산기 및/또는 가속기의 둘레(periphery) 주위에 위치될 수 있는 우회 갭을 포함할 수 있다.
제1 단계에서 NO2 생성을 최소화하기 위해 본 명세서에 개시된 기술 (예를 들어, 주입 지점에서 NO 및 신선한 가스 유동을 신속히 확산하는 것 등)을 사용한 후에, NO는 원하는 설정 투여량(예를 들어, 1 ppm 내지 80 ppm NO)에서 또는 이 설정 투여량에 매우 근접해서 호흡 회로의 나머지 구역을 계속해서 횡단할 수 있다. 원하는 설정 투여량에 있거나 이에 매우 근접한 NO 투여량이 호흡 회로의 나머지 구역을 횡단하기 때문에 NO2가 생성될 수 있으나(제2 단계); 전술한 바와 같이, 본 명세서에 개시된 기술을 사용하면, 발생될 수 있는 NO2의 대부분이 실질적으로 최소화되어, 생성되는 NO2의 총량(예를 들어, NO2가 생성된 즉시 및 잠재적인 NO2 생성)을 실질적으로 감소시킬 수 있다.
NO2 생성을 추가로 완화시키기 위해, NO 및 O2가 함께 이송되는 시간을 감소시킴으로써 접촉 시간을 감소시키기 위해 기술적으로 가능한 한 환자에 가까운 곳에서 NO가 (예를 들어, 인공 호흡기 호흡 회로에서) 도입되어 부분적으로 NO2 생성을 감소시킬 수 있다. NO2 전환 시간은 환자에게 도달하기 전에 NO와 산소가 결합하여 존재하는 경과 시간이다. 그리하여 NO2 전환 시간은 인공 호흡기 유속(흡기 및 호기), 인공 호흡기 I:E 비율, 및 NO 주입 지점으로부터 환자 기도 단부까지의 호흡 회로 용적의 함수이다.
그러나, 전술한 바와 같이, 예시적인 실시형태에서, 하류에서 NO2 생성(즉, 단계 2)은 주입시 NO2 생성(단계 1)보다 훨씬 더 적다. 따라서, 일부 실시형태에서, NO-함유 가스는 환자로부터 상당히 상류 위치에서, 예를 들어, 환자로부터 수 피트(feet) 떨어진 곳에서 주입되지만, NO2는 허용 가능한 수준(예를 들어, 1 ppm 미만)일 수 있다. 예시적인 NO 주입 지점은 환자로부터 적어도 1 피트, 2 피트, 3 피트, 4 피트, 5 피트, 6 피트, 7 피트, 8 피트, 9 피트, 또는 10 피트만큼 상류에 있는 지점을 포함한다. 이러한 위치는 환자 "Y" 부재의 상류에, 가습기의 상류에, 분무기의 상류에, 또는 인공 호흡기 호흡 회로에서 환자로부터 상류 다른 위치에 있을 수 있다.
다양한 실시형태에서, 제2 가스 스트림은 제1 가스 스트림의 축에 대해 약 60° 내지 약 120° 범위의 각도로, 또는 약 75° 내지 약 105° 범위, 또는 약 80° 내지 약 100° 범위 또는 약 85° 내지 95° 범위의 각도로, 또는 약 90° 각도로 주입될 수 있다.
본 발명의 일 양태는 고농도 가스를 횡방향 가스 스트림에 주입하기 위한 주입 장치에 관한 것이다.
하나 이상의 실시형태에서, 장치는 제2 가스 스트림을 제1 가스 스트림에 수직으로 주입하는 주입 포트를 포함한다.
다양한 실시형태에서, 고농도 NO-함유 가스는 800 ppm NO 초과 약 5000 ppm NO 범위, 또는 약 2000 ppm NO 내지 약 4880 ppm NO 범위, 또는 약 4880 ppm NO에 있을 수 있다. 예시적인 하한은 약 800 ppm, 약 1,000 ppm, 약 1,200 ppm, 약 1,400 ppm, 약 1,600 ppm, 약 1,800 ppm, 약 2,000 ppm, 약 2,200 ppm, 약 2,400 ppm, 약 2,600 ppm, 약 2,800 ppm, 약 3,000 ppm, 약 3,200 ppm, 약 3,400 ppm, 약 3,600 ppm, 약 3,800 ppm, 약 4,000 ppm, 약 4,200 ppm, 약 4,400 ppm, 약 4,600 ppm 및 약 4,800 ppm을 포함한다. 예시적인 상한은 약 10,000 pm, 약 9,000 ppm, 약 8,000 ppm, 약 7,000 ppm, 약 6,500 ppm, 약 6,000 ppm, 약 5,500 ppm, 약 5,200 ppm, 약 5,000 ppm 및 약 4,900 ppm을 포함한다. 고농도 NO-함유 가스는 약 200 psig 내지 약 3000 psig 범위, 또는 약 2000 psig 내지 약 2400 psig 범위 또는, 약 2200 psig 내지 약 2400 psig 범위의 압력에서 가압 실린더 내에 포함될 수 있다. 물론 고농도 NO의 다른 소스도 고려된다.
도 8a 내지 도 8b는 전술한 기술을 사용하여 고농도의 저용적 가스 유동 및 고용적 가스 유동을 확산시키기 위한 예시적인 장치를 도시한다.
하나 이상의 실시형태에서, 확산 장치(100)는 벽(115) 및 중공 (이는 '개방된'이라고도 함) 내부 구역(118)을 갖는 실린더에 의해 형성된 환형 몸체일 수 있는 몸체(110)를 포함한다. 몸체(110)는, 인공 호흡기 호흡 회로의 튜브(예를 들어, 10㎜, 15㎜. 및 22㎜)에 연결되거나, 인공 호흡기 튜브에 끼워지거나, 또는 인공 호흡기 튜브가 몸체에 끼워지도록 구성되고 치수화될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 장치의 입구 단부는, 인공 호흡기 튜브에 결합하도록 구성되고 치수가 정해진 수형 연결부(male connection)를 포함하고, 출구 단부는 인공 호흡기 튜브 또는 가습기 챔버 입구에 결합되도록 구성되고 치수가 정해진 암형 연결부(female connection)를 포함한다. 비 제한적인 예에서, 장치의 입구 단부는 22㎜(O.D.) 수형 연결부를 포함하고, 출구 단부는 22㎜(I.D.) 암형 연결부를 포함한다. 또한, 다양한 실시형태에서, 확산 장치(100)는 이 기술 분야에 알려진 바와 같이 인공 호흡기 호흡 회로에 결합되거나 또는 가습기 챔버와 같은 구성 요소에 결합되는 주입기 모듈의 구성 요소 또는 일부일 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 확산 장치(100)는, 인공 호흡기 호흡 회로의 튜브(예를 들어, 10㎜, 15㎜ 및 22㎜)에 연결되도록 구성되고 치수화된 직사각형, 입방체 또는 다른 기하학적 형상일 수 있고 중공 내부 구역을 갖는 몸체(110)를 포함한다. 편의상, 몸체가 원통형 벽을 포함하는 실시형태에서, 몸체는 본 명세서에서 환형 몸체라고 지칭된다.
하나 이상의 실시형태에서, 환형 몸체(110)는 입구 단부 및/또는 출구 단부에서 외부 직경('A')을 가질 수 있다. 외부 직경('A')은 약 10㎜(0.394 인치) 내지 약 25㎜(1.0 인치) 범위이거나, 또는 약 22㎜(0.866 인치)일 수 있으며, 여기서 인공 호흡기 튜브는 입구 단부(OD) 외부에 및 출구 단부(ID) 내부에 끼워질 수 있다. 다양한 실시형태에서, 인공 호흡기 튜브는 이 기술 분야에 알려진 바와 같이 마찰 끼워 맞춤 연결을 이용하여 확산 장치의 입구 단부 및/또는 출구 단부에 연결될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 입구 단부에서의 OD는 출구 단부의 OD와 동일하거나 상이할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 환형 몸체는 출구 단부 및/또는 입구 단부에서 내부 직경('B')을 가질 수 있다. 내부 직경('B')은 약 10㎜(0.394 인치) 내지 약 25㎜(1.0 인치) 범위이거나 또는 약 22㎜(0.866 인치)일 수 있으며, 여기서 인공 호흡기 튜브는 입구 단부(ID)의 내부에 끼워질 수 있다. 다양한 실시형태에서, 인공 호흡기 튜브는 이 기술 분야에 알려진 바와 같이 마찰 끼워 맞춤 연결을 사용하여 확산 장치의 입구 단부 및/또는 출구 단부에 연결될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 입구 단부에서의 ID는 출구 단부의 ID와 동일하거나 상이할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 가스(들)는 확산 장치(100)의 입구 단부로 들어가고, 확산 장치의 출구 단부를 빠져 나갈 수 있으며, 여기서 가스(들)는 호흡 가능한 가스의 혼합물을 포함할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 호흡 가능한 가스는 공기를 포함하거나 또는 공기와 추가 산소를 포함할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 원통형 벽(115)의 벽 두께('C')는 약 1㎜(0.040 인치) 내지 약 3.175㎜(0.125 인치)의 범위 또는 약 1㎜(0.040 인치) 내지 약 2㎜(0.079 인치) 범위 또는 약 1.588㎜(0.0625 인치) 내지 약 2.388㎜(0.094 인치) 범위일 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 확산 장치는 약 6.35㎜(0.25 인치) 내지 약 41.3㎜(1.625 인치) 범위, 또는 약 22.225㎜(약 0.875 인치) 내지 약 41.275㎜(1.625 인치) 범위, 또는 약 25.4㎜(1.00 인치) 내지 약 38.1㎜(1.50 인치) 범위의 길이('D')를 가질 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 확산 장치에 전달 튜브를 부착하기 위한 니플(nipple)(190)은 원통형 벽(115)의 외부 표면으로부터 돌출할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 니플은 직경('M') 4.5㎜ 직경(0.177")을 가질 수 있고, 원통형 벽(115)의 외부 표면으로부터 높이('N') 8.7㎜(0.34 인치) 돌출할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 니플은 전달 튜브를 부착하기 위한 호스 미늘(hose barb)을 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 장치는 원통 벽(115)의 내부 표면으로부터 연장되는 돌출부(195)를 더 포함한다. 다양한 실시형태에서, 돌출부(195)는 중공 내부 구역(118) 내로 반경 방향 거리('P')만큼 연장될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 돌출부(195)는 벽(115)의 ID의 절반일 수 있는, 중공 내부 구역(118)의 중심까지 연장되거나 이 중심에 인접한 곳으로 연장할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 거리('P')는 ID의 절반보다 약간 미만이어서, NO-함유 가스는 노즐 오리피스로부터, FGF 가스 속도가 원통형 벽의 내부 표면에서보다 더 높은 중간으로 전방으로 돌출될 수 있다. 따라서, 다양한 실시형태에서, 'P'와 'B'/2 사이의 차이는 약 0.1㎜ 내지 약 5㎜ 범위이거나 또는 약 0.5㎜ 내지 약 3㎜의 범위이다. 예시적인 실시형태에서, 'P'와 'B'/2 사이의 차이는 약 1.5㎜이며, 즉 돌출부(195)는 중공 내부 구역(118)의 중심으로부터 약 1.5㎜에서 종료한다. 'P'와 'B'/2 사이의 예시적인 차이는 약 0.1㎜, 약 0.2㎜, 약 0.3㎜, 약 0.4㎜, 약 0.5㎜, 약 0.6㎜, 약 0.7㎜, 약 0.8㎜, 약 0.9㎜, 약 1㎜, 약 1.1㎜ 약 1.2㎜, 약 1.3㎜ 및 약 1.4㎜의 하한을 가질 수 있고, 예시적인 상한은 약 5㎜, 약 4.5㎜, 약 4㎜, 약 3.5㎜, 약 3㎜, 약 2.5㎜, 약 2.4㎜, 약 2.3㎜, 약 2.2㎜, 약 2.1㎜, 약 2㎜, 약 1.9㎜, 약 1.8㎜, 약 1.7㎜ 및 약 1.6㎜일 수 있다.
일부 실시형태에서, 'P'는 'B'의 특정 퍼센트, 예를 들어 약 50%, 약 49%, 약 48%, 약 47%, 약 46%, 약 45%, 약 40%, 약 40%, 약 35%, 약 30%, 약 25%, 약 20%, 약 15%, 약 10% 또는 약 5%와 같은 퍼센트로 제공된다. 예시적인 실시형태에서, 'P'는 'B'의 약 40% 내지 약 45%이다.
하나 이상의 실시형태에서, 치수('B', 'P', 'L' 등)는 치수들 사이의 원하는 관계 및/또는 특정 조건 하에서 가스 특성들 사이의 원하는 관계를 달성하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 'B' 및 'L'은, 주어진 소스 가스 농도와 주어진 원하는 NO 투여량(예를 들어, 20 ppm)에 대해 가장 낮은 예상된 FGF에서 가스 속도가 NO-함유 가스의 가스 속도와 대략 동일하도록 선택될 수 있다. 다른 예로서, 'B' 및 'L'은 주어진 소스 가스 농도에 대해 FGF의 가스 속도가 원하는 NO 투여량(예를 들어, 5 ppm 내지 80 ppm)의 범위에 걸쳐 NO-함유 가스의 가스 속도와 유사하도록 선택될 수 있다. 또 다른 예로서, 'B' 및 'P'는 NO-함유 가스가 노즐 오리피스로부터 전방으로 원통형 벽의 내부 표면으로부터 소정의 거리만큼 돌출하도록, 예를 들어, 중공 내부 구역(118)으로 또는 이 구역 부근으로 돌출하도록 선택될 수 있다. 또 다른 예로서, 'B' 및 'P'는 NO-함유 가스가 노즐 오리피스로부터 전방으로 FGF의 피크 속도의 특정 퍼센트, 예를 들어, FGF의 최대 속도의 99%, 98%, 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20% 또는 10%와 같은 퍼센트를 갖는 FGF 부분으로 돌출하도록 선택될 수 있다.
다양한 실시형태에서, 주입 포트(185)에 이르는 주입 채널(180)이 니플에 형성될 수 있으며, 여기서 주입 채널(180)은 'L'의 내부 직경을 갖는다. 다양한 실시형태에서, 내부 직경('L')은 약 0.8㎜(0.03125 인치) 내지 약 2.4㎜(0.094 인치) 범위이거나 또는 약 1.6㎜(0.0625 인치)일 수 있다. 예시적인 하한은 약 0.5㎜, 약 0.6㎜, 약 0.7㎜, 약 0.8㎜, 약 0.9㎜, 약 1㎜, 약 1.1㎜, 약 1.2㎜, 약 1.3㎜, 약 1.4㎜, 약 1.5㎜ 및 약 1.6㎜를 포함한다. 예시적인 상한은 약 4.75㎜, 약 4.5㎜, 약 4㎜, 약 3.5㎜, 약 3㎜, 약 2.5㎜, 약 2.4㎜, 약 2.29㎜, 약 2.2㎜, 약 2.1㎜, 약 2㎜, 약 1.9㎜, 약 1.8㎜, 약 1.7㎜ 및 약 1.6㎜를 포함한다. 주입 채널은 가스(예를 들어, NO)를 확산 장치(100)의 중공 내부 구역(118)에 전달하기 위한 유동 경로를 제공한다.
하나 이상의 실시형태에서, 확산 장치(100)는 몸체(110)로부터 돌출된 니플(190)을 포함하지 않고, 전달 튜브가 플러깅될 수 있는 암형 커넥터를 구비하고, 여기서 암형 커넥터는 전달 튜브가 주입 채널(180)에 연결되어 유체 연통될 수 있게 할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 전달 튜브의 ID 및 주입 채널의 ID는 동일하고 및/또는 균일한 단면적을 갖는다.
하나 이상의 실시형태에서, 주입 포트(185)는 주입 채널(180)을 통해 흐르는 가스가 의도된 율(rate) 및/또는 속도로 중공 내부 구역(118)으로 들어갈 수 있게 하는 오리피스일 수 있다. 다양한 실시형태에서, 주입 포트는 유속과 관련된 의도된 유동 속도를 제공하는, 주입 채널의 직경과 동일하거나 다를 수 있는 고정된 치수의 개구일 수 있다. 다양한 실시형태에서, 예를 들어, 돌출부(195)의 길이를 따라 다수의 주입 포트(185)를 갖는 것에 의해, 및/또는 각 돌출부(195)가 하나의 또는 다수의 주입 포트(185)를 갖는, 다수의 돌출부(195)를 갖는 것에 의해, 둘 이상의 주입 포트(185)가 사용될 수 있다. 상기에서 제시된 바와 같이, 주입 포트들은, NO-함유 가스가 제로 또는 낮은 속도를 갖는 FGF 부분이 아니라 높은 속도를 갖는 FGF에 주입되도록 에지 경계로부터 소정의 거리에 있는 FGF 부분에 NO-함유 가스를 주입할 수 있다. 일부 실시형태에서, 둘 이상의 주입 포트(185)가 사용될 때, 주입 포트(185)의 직경은, NO-함유 가스의 속도가 감소되지 않고 FGF 속도에 비례하여 유지되는 것을 보장하기 위해 단일 주입 포트(185)에 사용될 수 있는 것보다 더 작은 직경을 갖는다.
다수의 주입 포트(185)를 사용하는 일부 실시형태에서, 주입 포트(185)들 중 단 하나 또는 일부만이 한 번에 사용될 수 있으며, 이 경우 일부는 NO의 설정 투여량에 따라 선택된다. 예를 들어, 다수의 주입 포트(185)는 가변 오리피스 직경을 가질 수 있고, 더 작은 오리피스 직경은 NO의 더 낮은 설정 투여량에 사용되고, 더 큰 오리피스 직경은 NO의 더 높은 설정 투여량에 사용된다. 이러한 방식으로, NO-함유 가스 및 FGF의 속도의 비율은 NO의 설정 투여량이 상이한 경우에도 일정한 비율로 유지될 수 있다. 일부 실시형태에서, 더 많은 포트(185)가 더 높은 NO 설정 투여량에서 사용되고, 더 적은 주입 포트(185)가 더 적은 NO 설정 투여량에서 사용되어, NO-함유 가스 및 FGF의 속도를 원하는 비율로 맞춘다. 다른 실시형태에서, 다수의 주입 포트(185) 모두는 동시에 사용될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 다수의 주입 포트(185)는 주입기 모듈의 일부로서 다수의 비례 제어 밸브일 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 밸브(미도시) 및/또는 가변 오리피스는 주입 포트(185)와 유체 연통될 수 있고 및/또는 주입 포트(185)에 위치될 수 있다. 비례 밸브 및/또는 가변 오리피스는 주입 채널(180)로부터 중공 내부 구역(118) 내로 주입되는 가스의 속도를 제어하도록 조절될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 밸브 오리피스 및/또는 가변 오리피스의 사이즈 및 주입 포트(185)를 통해 주입되는 가스의 속도는 밸브 및 가스 속도가 피드백 루프를 통해 제어될 수 있는 FGF 속도와 관련하여 조정될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 피드백 루프는 호흡 회로에서 신선한 가스 유동을 측정할 수 있는 유동 센서를 포함할 수 있으며, 여기서 유동 센서는, 밸브 및/또는 가변 오리피스를 조정함으로써 밸브 및/또는 가변 오리피스 및 주입 채널(180)을 통해 확산 모듈(100)로 공급되는 NO의 양을 제어하는 제어 모듈과 전기적으로 통신할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 확산기 및 신선한 가스 유동을 측정할 수 있는 유동 센서는 단일 부재로 통합되고 예를 들어 주입기 모듈과 일체일 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 확산 모듈(100)은 비례 제어 밸브, NO 유동 센서, 및 호흡 회로 내의 신선한 가스 유동을 측정하고 원하는 NO 설정 투여량을 제공하도록 FGF에 비례하는 NO-함유 가스의 유동을 전달하는 FGF 유동 센서를 포함한다. 이러한 실시형태에서, 비례 제어 밸브 및/또는 유동 센서는 제어 모듈로부터 제거될 수 있다. 이러한 구성은, 확산 모듈(100) 내의 비례 밸브가 NO-함유 가스가 호흡 회로로 흐르는 것을 조절하기 위한 1차 밸브로서 사용되므로, 제어 모듈과 확산기 사이에 압축된 가스 용적을 제거할 수 있다. 임의의 특정 이론에 구속되기를 바라지는 않지만, 확산 모듈(100) 내에 비례 밸브를 갖고 제어 모듈 내에 비례 밸브를 가지면, 압축된 가스가 각 흡기 사이클 종료시 주입 채널 내에 저장되고 NO 전달 튜브 내에 저장될 수 있고, 이 압축된 가스는 이후 압축 해제되어, 일정량의 NO-함유 가스가 호흡 회로에 유입되어 NO가 과다 전달되게 할 수 있는 것으로 여겨진다. 이러한 잠재적 문제는 감소된 전달 용적으로 인해 고농도 NO에서는 확대될 수 있다. 따라서, 확산 모듈(100) 내에 비례 제어 밸브를 사용하는 대신 제어 모듈 내에 비례 제어 밸브를 사용하면 이러한 잠재적인 문제점의 영향을 감소하거나 또는 제거할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, NO-함유 가스는 하나 이상의 주입 포트(185)로부터 복수의 펄스로서 FGF 내로 주입된다. 복수의 펄스는 NO-함유 가스의 유동이 일정한 경우에서보다 NO-함유 가스의 더 높은 속도를 제공하는데 사용될 수 있다. 펄스(예를 들어, NO 유동의 오프(OFF)-온(ON)-오프-온)를 제공함으로써, 결합된 가스 스트림에서 원하는 NO 농도를 제공하는데 필요한 것보다 더 높은 평균 용적 유속을 제공함이 없이 순시 NO 속도의 상응하는 증가와 함께 더 높은 순시 NO 용적 유속을 제공할 수 있다. 일례로서, 시스템이 낮은 FGF 바이어스 유동(예를 들어, 0.5 SLPM)을 검출하여야 하였다면, NO는 이 단계 동안 NO-함유 가스 용적의 올바른 양을 유지하기 위해 복수의 고속 펄스로서 전달될 수 있다. 이러한 방식으로, NO 전달 시스템은, 원하는 평균 NO 유속 또는 설정 투여량 농도를 유지하면서, FGF 가스 속도에 비례하여 NO의 더 높은 가스 속도를 유지하기 위해 (예를 들어, 호기 바이어스 유동 동안) NO 유동의 펄스 폭 변조를 이용할 수 있다.
호기 단계 동안 박동성의 높은 피크 유동만을 전달하여 NO 사출 속도를 증가시킨다. 이 단계 동안 올바른 양의 가스 용적을 유지하기 위해. 박동성 있는 유동은 설정 투여량을 충족시키는 데 필요한 평균 유속을 충족시키기 위해 오프-온-오프-온이다. NO 유동의 펄스 폭 변조.
또한 본 발명의 양태는, 고농도의 가스를 횡방향 가스 스트림으로 확산시키는 방법으로서, 중공 내부 구역을 둘러싸는 내부 표면을 갖는 몸체의 상기 중공 내부 구역을 통해 길이방향으로 제1 가스의 적어도 일부를 통과시키는 단계; 및 제2 가스 스트림을 주입 채널을 통해 상기 몸체의 중공 내부 구역으로 돌출하는 주입 포트로 통과시키는 단계를 포함하고, 상기 제2 가스 스트림은 상기 중공 내부 구역 내 상기 제1 가스 스트림으로 진입하고 적어도 부분적으로는 확산되는, 상기 고농도의 가스를 횡방향 가스 스트림으로 확산시키는 방법에 관한 것이다.
도 8c 내지 도 8d는 상기 개시된 기술을 사용하여 고농도의 저용적 가스 유동 및 고용적 가스 유동을 확산시키는 또 다른 예시적인 장치를 도시한다. 물론, 상기 기술을 사용하여 고농도의 저용적 가스 유동 및 고용적 가스 유동을 확산시킬 수 있는 다른 구성들도 고려된다. 치수는 성인용 호흡 회로/부속품에 사용되는 22㎜ 공칭 확산기에 대한 예시이다. 치수 및/또는 구성의 비 제한적 예로는 표준 성인 호흡 회로에 의도된 것이고, 장치의 치수 및 비율은 과도한 실험 없이 표준 신생아 호흡 회로, 표준 소아 호흡 회로 또는 다른 비표준 크기의 호흡 회로를 수반하는 응용을 위해 조정될 수 있음을 유의해야 한다.
하나 이상의 실시형태에서, 확산 장치(100)는 벽 및 중공 내부 구역을 갖는 실린더일 수 있는 환형 몸체(110)를 포함한다. 몸체는, 인공 호흡기 호흡 회로의 튜브(10㎜, 15㎜ 및 22㎜)에 연결되거나, 인공 호흡기 튜브에 끼워지거나, 인공 호흡기 튜브가 몸체에 끼워지도록 구성되고 치수 정해질 수 있다. 다양한 실시형태에서, 장치의 입구 단부는 인공 호흡기 튜브에 결합하도록 구성되고 치수가 정해진 수형 연결부를 포함하고, 출구 단부는 인공 호흡기 튜브 또는 가습기 챔버 입구에 결합되도록 구성되고 치수 정해진 암형 연결부를 포함한다. 비 제한적인 예에서, 장치의 입구 단부는 22㎜(O.D.) 수형 연결부를 포함하고, 출구 단부는 22㎜(I.D.) 암형 연결부를 포함한다. 또한, 확산 장치(100)는 이 기술 분야에 알려진 바와 같이 인공 호흡기 호흡 회로에 결합되는 주입기 모듈의 구성 요소 또는 일부일 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 환형 몸체(110)는 입구 단부 및/또는 출구 단부에서 외부 직경(A')을 가질 수 있다. 외부 직경('A')은 약 10㎜(0.394 인치) 내지 약 25㎜(1.0 인치) 범위이거나 또는 약 22㎜(0.866 인치)일 수 있으며, 여기서 인공 호흡기 튜브는 입구 단부(OD)의 외부에 및 출구 단부(ID)의 내부에 끼워질 수 있다. 다양한 실시형태에서, 인공 호흡기 튜브는 이 기술 분야에 알려진 바와 같이 마찰 끼워 맞춤 연결을 사용하여 확산 장치의 입구 단부 및/또는 출구 단부에 연결될 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 환형 몸체는 출구 단부 및/또는 입구 단부에서 내부 직경('B')을 가질 수 있다. 내부 직경('B')은 약 10㎜(0.394㎜) 내지 약 25㎜(1.0 인치) 범위 또는 약 22㎜(0.866 인치)일 수 있고, 여기서 인공 호흡기 튜브는 입구 단부(ID)의 내부에 끼워질 수 있다. 다양한 실시형태에서, 인공 호흡기 튜브는 이 기술 분야에 알려진 바와 같이 마찰 끼워 맞춤 연결을 사용하여 확산 장치의 입구 단부 및/또는 출구 단부에 연결될 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 가스(들)는 확산 장치(100)의 입구 단부로 진입하고, 확산 장치의 출구 단부를 빠져 나갈 수 있는데, 여기서 가스(들)는 호흡 가능한 가스의 혼합물을 포함할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 호흡 가능한 가스는 공기를 포함하거나 또는 공기와 추가 산소를 포함할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 확산 장치(100)의 벽 두께('C')는 약 1㎜(0.040인치) 내지 약 3.175㎜(0.125 인치) 범위 또는 약 1㎜(0.040 인치) 내지 약 2㎜(0.079 인치) 범위, 또는 약 0.0625 내지 약 0.094 범위일 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 확산 장치는 약 6.35㎜(0.25 인치) 내지 약 41.3㎜(1.625 인치)의 범위 또는 약 22.225㎜(0.825 인치) 내지 약 41.275㎜(1.625 인치)의 범위 또는 약 25.4㎜(1.00 인치) 내지 약 38.1㎜(1.50 인치)의 범위의 길이('D')를 가질 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 장치는 절두 원추형 형상, 깔때기 형상, 또는 벨 형상을 가질 수 있는 벽을 포함하는 테이퍼진 구획(150)을 더 포함하고, 여기서 테이퍼진 구획(150)은 제1 단부(입구 단부)에서의 내부 직경('E')으로부터, 제1 단부와 반대쪽에 제2 단부(출구 단부)에서의 내부 직경('F')으로 좁아지고, 제1 단부(입구 단부)에서의 개구는 제2 단부(출구 단부)에서의 개구보다 더 큰 직경을 갖는다. 다양한 실시형태에서, 더 큰 직경을 갖는 제1 단부는 입부(152)이고, 더 작은 직경을 갖는 제2 단부는 목부(158)이다.
하나 이상의 실시형태에서, 가속기는 테이퍼진 구획 또는 양방향 테이퍼진 구획을 포함할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 입부(152)에서의 내부 직경('E')은 약 14㎜(0.511 인치) 내지 약 18㎜(0.709 인치) 범위 또는 약 16.03㎜(0.631 인치)일 수 있다.
다양한 실시형태에서, 목부(158)에서의 내부 직경('F')은 약 3.17㎜(0.125 인치) 내지 약 9.5㎜(0.375 인치) 범위 또는 약 6.35㎜(0.250 인치)일 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 테이퍼진 구획(150)은 입부(152)의 선두 에지로부터 목부(158)의 후미 에지까지 길이('I')를 가질 수 있다. 다양한 실시형태에서, 테이퍼진 구획(150)의 길이('I')는 약 8㎜(0.315 인치) 내지 약 13㎜(0.519 인치) 범위이거나 또는 약 10.3㎜(0.405 인치)일 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 테이퍼진 구획의 내부 표면은 입부(150)의 선두 에지에 날카로운 코너(corner)를 형성하여서, 테이퍼진 구획의 축에 수직한 평평한 표면이 존재하지 않는다. 다양한 실시형태에서, 테이퍼진 구획의 벽은 약 1㎜ 내지 약 2㎜ 범위 또는 약 1.5㎜의 두께를 가질 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 테이퍼진 구획(150)은 확산 장치(100)의 몸체(110) 내에 위치될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 테이퍼진 구획은 지지체(160)에 의해 환형 몸체(110)의 원통형 벽(115)에 매달려 있을 수 있고, 여기서 지지체(160)는 원통형 벽(115)의 내부 표면으로부터 개방된 내부 구역(118)으로 연장될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 환형 몸체(110), 테이퍼진 구획(150), 및 테이퍼진 구획(150)을 환형 몸체에 결합시키는 지지체는 하나의 일체형 부재일 수 있고, 여기서 환형 몸체(110), 테이퍼진 구획(150) 및 지지체(160)는 단일 부재로 몰딩되어서 이들 구성 요소는 단일 일체 구조를 포함한다. 다양한 실시형태에서, 테이퍼진 구획(150)과 환형 몸체(110)는 동축이다. 하나 이상의 실시형태에서, 돌출부(195)는 몸체(110)와 테이퍼진 구획(150)을 상호 연결함으로써 지지체(160)를 형성할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 입부(152)의 림(rim)과 원통형 벽(115)의 내부 표면 사이에 갭(151)이 있을 수 있는데, 여기서 이 갭(151)은 약 0.5㎜(0.02 인치) 내지 약 3㎜(0.118 인치) 범위의 사이즈('G')를 가져서, 입부(152)의 림 주위에 개구를 제공한다. 다양한 실시형태에서, 개구는 들어오는 가스 (들)의 적어도 일부가 테이퍼진 구획(150) 주위로 그리고 내부 구역의 둘레를 따라 흐름으로써 테이퍼진 구획(150)을 우회할 수 있게 한다.
하나 이상의 실시형태에서, 개구는 내부 구역의 단면적의 약 9.5% 내지 약 19.0% 범위의 단면적을 갖는다.
하나 이상의 실시형태에서, 갭(151)은 내부 구역의 단면적의 약 15% 내지 약 35%의 범위의 단면적을 갖고, 여기서 B 직경으로 한정된 내부 구역은 20㎜이다.
하나 이상의 실시형태에서, 테이퍼진 구획(150)은 환형 몸체(110)의 선두 에지로부터 거리('H')에 있을 수 있다. 다양한 실시형태에서, 환형 몸체(110)의 선두 에지로부터의 거리('H')는 3.175㎜(0.125 인치) 내지 약 12.7㎜(0.50 인치) 범위일 수 있다. 다양한 실시형태에서, 치수(H)는 감소되어 장치의 크기 및 중량을 최소화할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 테이퍼진 구획(150)은 환형 몸체(110)의 후미 에지로부터 거리('J')에 있을 수 있다. 다양한 실시형태에서, 환형 몸체(110)의 후미 에지로부터의 거리('J')는 3.175㎜(0.125 인치) 내지 약 12.7㎜(0.50 인치)의 범위에 있을 수 있다. 다양한 실시형태에서, 치수(J)는 감소되어 장치의 크기 및 중량을 최소화할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 전달 튜브를 확산 장치에 부착하기 위한 니플(190)이 원통형 벽(115)의 외부 표면으로부터 돌출할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 니플은 약 4.5㎜(0.177 인치)의 직경('M')을 가질 수 있고, 원통형 벽(115)의 외부 표면으로부터 약 8.7㎜(0.34 인치)의 높이(N)만큼 돌출할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 주입 포트로 이어지는 주입 채널(180)은 니플에 형성될 수 있으며, 여기서 주입 채널(180)은 'L'의 내부 직경을 갖는다. 다양한 실시형태에서, 내부 직경('L')은 약 0.8㎜(0.03125 인치) 내지 약 2.4㎜(0.094 인치) 범위이거나 또는 약 1.6㎜(0.0625 인치)일 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 주입 채널(180)의 내부 단부에서 주입 포트(185)를 형성하는 개구는 신선한 가스 속도가 확산기 장치에서 최대화되는 구역에 근접한 곳에 (예를 들어, 테이퍼진 구획(150)의 출구 단부로부터 거리('K')에) 위치될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 거리('K')는 테이퍼진 구획(150)의 출구 단부로부터 약 2㎜(0.787 인치) 내지 약 5㎜(0.197 인치) 범위이거나 또는 약 3㎜(0.118 인치)일 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, NO 주입 포트는 목부 벽에서 종료될 수 있고, 또는 연장 튜브는 테이퍼진 구획의 내부 표면으로부터 목부 내로 더 돌출될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 연장 튜브는 목부의 중심으로 돌출할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 주입 포트는 테이퍼진 구획의 선두 에지로부터 6.81㎜에 있을 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 테이퍼진 구획은 하우징의 중공 원통형 부분 내에 매달려 있을 수 있으며, 여기서 하우징은 인공 호흡기 튜브에 연결되도록 적응된다. 다양한 실시형태에서, 하우징은 적절한 인공 호흡기 튜브에 연결되도록 구성되고 치수 정해진 입구 및 출구를 구비하면서 원통형 또는 환형 이외의 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 확산 장치의 직사각형 하우징은 튜브에 연결하기 위해 I.D.를 갖는 출구 개구들 및 원통형 입구를 구비할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 확산 장치는, 인공 호흡기 회로에서, 비강 캐뉼라(nasal cannula)에 또는 얼굴 마스크(face mask)에 사용될 수 있다.
도 9a는 깔때기 형상을 갖는 테이퍼진 구획(300)의 예시적인 실시형태를 도시한다.
하나 이상의 실시형태에서, 깔때기 형상의 테이퍼진 구획(300)은 볼록한 내부 표면을 갖고, 입부(320)로 들어가는 가스(들)를 목부(310) 쪽으로 향하게 한다. 다양한 실시형태에서, 내부 표면의 볼록한 윤곽은 일정한 곡률 또는 변하는 곡률을 가질 수 있다.
도 9b는 원추형 형상을 갖는 테이퍼진 구획(340)의 예시적인 실시형태를 도시한다.
하나 이상의 실시형태에서, 원추형 형상의 테이퍼진 구획(340)은 테이퍼진 구획(340)의 입부(320)로부터 목부(310)까지 직선인 내부 표면을 갖고, 입부(320)로 진입하는 가스(들)를 목부(310)로 향하게 한다.
도 9c는 벨 형상을 갖는 테이퍼진 구획(370)의 예시적인 실시형태를 도시하며, 여기서 벨 형상은 일정한 곡률 또는 변하는 곡률을 가질 수 있다.
다양한 실시형태에서, 300, 340 및 370에 도시된 바와 같이 테이퍼진 구획은 임의의 배향으로 인공 호흡 회로에 삽입되어 사용될 수 있도록 양방향 테이퍼진 구획을 제공하도록 목부-목부를 맞대어 접할 수 있다. 도 10은 양방향 테이퍼진 구획의 예시적인 실시형태를 도시한다. 양방향 테이퍼진 구획(700)은 그 목부에서 결합된 2개의 테이퍼진 구획(150)을 포함할 수 있으며, 여기서 주입 밸브는 양방향 테이퍼진 구획(700)의 가장 좁은 부분에서 가스의 주입을 제공한다. 다양한 실시형태에서, 2개의 테이퍼진 구획은 원통형 구획(740)을 포함하는 목부에서 결합될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 주입 포트는 2개의 테이퍼진 구획이 결합되는 곳에 위치될 수 있고, FGF 속도는 예상되는 최저 FGF 속도에서 최대이어야 한다. 일부 실시형태에서, 테이퍼진 구획은 FGF 속도가 낮을 것으로 예상되는 환경, 예를 들어, 2 SLPM 미만인 것으로 예상되는 환경에서 사용된다.
하나 이상의 실시형태에서, 벨 형상의 테이퍼진 구획(370)은 오목한 내부 표면을 갖고, 입부(320)로 진입하는 가스(들)를 목부(310) 쪽으로 향하게 한다.
도 11은 테이퍼진 구획 벽(415)의 내부 표면의 윤곽을 나타내는 예시적인 테이퍼진 구획(400)을 도시한다.
또한 본 발명의 원리 및 실시형태는, 주입 포트를 지나 목부를 빠져 나가는 가스 유동의 속도를 증가시켜서 고농도 가스를 인공 호흡기 가스로 신속히 분산시키고 확산시키는 감소하는 단면적을 포함하는 테이퍼진 구획(400)을 포함하는 확산 장치에 관한 것이다.
하나 이상의 실시형태에서, 테이퍼진 구획(400)은 입부 영역으로부터 목부 영역으로 가면서 단면적이 감소하는 가변 단면적을 갖는 축 대칭 튜브일 수 있다. 다양한 실시형태에서, 벽(415)은 직선 윤곽, 포물선 윤곽, 쌍곡선 윤곽, 현수면(catenoidal) 윤곽, 또는 깔때기 윤곽을 가질 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 테이퍼진 구획(400)은, 단면적이 최소이고/이거나 테이퍼진 구획의 기울기가 0(즉, 수평)인 지점으로부터 길이('P')만큼 연장되는, 일정한 직경 및 단면적을 갖는 원통형 구획(440)을 포함할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 테이퍼진 구획은 증가하는 압력 구배를 생성하여서, 바람직한 압력 구배로 인해 유동 또는 경계 분리가 발생할 수 없다. 경계 분리를 회피하면 또한 가스 유동의 에너지를 고갈시키고 유동 저항을 증가시킬 수 있는 역류 구역 및 와류를 방지할 수 있다. 60 SLPM의 용적 유속에 대한 압력 강하는 약 0.65 cm H2O일 수 있고, 30 SLPM에서의 압력 강하는 약 0.16 cm H2O일 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 테이퍼진 구획 벽(430)의 윤곽은 반경(R1)을 갖는 일정한 곡률을 갖고, 여기서 R1은 7.5㎜(0.296 인치) 내지 약 8.3㎜(0.328 인치) 범위이거나 또는 약 7.6㎜(0.299 인치)일 수 있다.
본 발명의 일 양태는 고농도 가스를 횡방향 가스 스트림으로 확산시키는 방법에 관한 것이다.
도 12는 주입 채널(180)을 통과하는 제2 가스를 테이퍼진 구획(150)을 통과하는 제1 가스 내에 주입하는 예시적인 실시형태를 도시한다. (여기서 가스 유동은 직선 화살표 및 곡선 화살표로 표시된다).
하나 이상의 실시형태에서, 제1 가스의 적어도 일부는 확산 장치(100)에 진입하고, 두께, 외부 표면 및 내부 표면을 갖는 벽(155), 제1 직경을 갖는 입구 단부, 및 입구 단부와 반대쪽에 제1 직경보다 더 작은 제2 직경을 갖는 출구 단부를 포함하는 테이퍼진 구획(150)을 통과하고; 제2 가스 스트림은 주입 채널(180)을 통해 테이퍼진 구획(150)의 내부 표면의 주입 포트(185)로 통과한다. 다양한 실시형태에서, 제2 가스 스트림은 테이퍼진 구획(150) 내의 제1 가스 스트림에 진입하고 적어도 부분적으로 확산된다. 다양한 실시형태에서, 의도된 유속 및 속도의 제2 가스를 제1 가스의 스트림으로 주입하면 2개의 가스 스트림의 접촉점 또는 합류점에서 충분한 확산을 생성할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 제2 가스(1 ppm 내지 80 ppm 투여량의 NO)의 의도된 용적 유속은 4880 ppm NO에 대해 약 0.1 SMLPM 내지 약 33.3 SMLPM 범위일 수 있고, 여기서 제2 가스(NO)의 용적 유속은 제1 가스 유속이 약 0.5 SLPM 내지 약 2.0 SLPM의 범위에 있을 때 제1 가스(FGF)의 용적 유속에 비례한다.
하나 이상의 실시형태에서, 제1 가스의 적어도 일부는 테이퍼진 구획의 외부 표면의 적어도 일부 주위를 통과하고, 여기서 테이퍼진 구획(150)은 외부 표면 및 내부 표면을 갖는 환형 몸체(110) 내에 있고, 이 환형 몸체는 테이퍼진 구획의 제1 직경보다 더 큰 내부 직경을 갖는다. 다양한 실시형태에서, 제1 가스의 적어도 일부는 입부(152)의 림(153)과 원통형 벽(115)의 내부 표면 사이의 갭(151)을 통과한다.
하나 이상의 실시형태에서, 제1 가스는 분자(N2) 및 분자(O2)를 포함하는 호흡 가능한 가스이고, 제2 가스는 분자(NO) 및 분자(N2)를 포함한다.
하나 이상의 실시형태에서, 제1 가스는 약 0 리터/분(SLPM) 내지 약 120 리터/분(SLPM) 범위의 유속으로 인공 호흡기에 의해 제공된다. 일부 경우에, 본 명세서에 기술된 바와 같이, 호기 유동 동안, 0.5 SLPM 내지 2 SLPM 범위의 유동이 있을 수 있으며, 이는 더 높은 NO2를 생성할 수 있다. 따라서, 적어도 일부 경우에, 개시된 기술은 이 더 낮은 유속을 지향할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 제2 가스에서 NO의 농도는 800 ppm 초과 내지 약 5000 ppm 범위 또는 약 2000 ppm 내지 약 4880 ppm 범위이거나 또는 약 4800 ppm이다.
하나 이상의 실시형태에서, 제2 가스의 유속은 제1 가스의 유속에 선형적으로 비례한다.
하나 이상의 실시형태에서, 제2 가스 스트림은 초기에 제1 가스 스트림의 축에 대해 약 60° 내지 약 120° 범위, 또는 약 75° 내지 약 105°의 범위 또는 약 80° 내지 약 100° 범위, 또는 약 85° 내지 약 95° 범위의 각도로, 또는 약 90°의 각도로 제1 가스 스트림에 진입한다. 다양한 실시형태에서, 제2 가스는 제1 가스 스트림에 수직으로 주입될 수 있으며, 여기서 2개의 수직 가스 스트림은 접촉 지점에서 난류를 부여하여 NO2 수준을 현재 800 ppm 치료 요법에 의해 생성된 양 이하의 값으로 감소시키는 작용을 한다.
이론에 제한됨이 없이, NO 및 FGF가 인공 호흡기 바이어스 유동에서 충분한 속도를 갖는 경우 NO 유동과 교차하는 것에 의해 FGF가 충돌할 때 충분한 확산이 생성한다고 믿어진다. 또한, NO 주입 지점 직후의 짧은 환형 출구는 테이퍼진 구획 내에서 일단 압축된 FGF 가스, 즉 이제는 NO와 결합된 가스를 신속히 발산시켜, 테이퍼진 구획을 신속히 빠져나가고, 테이퍼진 구획 주위로 우회하는 유동과 자유로이 확산될 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 제2 가스는 약 0.1 밀리리터/분(SMLPM) 내지 약 6.3 SLPM 범위, 또는 약 0.05 밀리리터/분(SMLPM) 내지 약 2 SLPM 범위, 또는 약 1.0 밀리리터/분(SMLPM) 내지 약 1 SLPM 범위의 유속으로 주입 포트(185)를 빠져 나간다. 2 SLPM의 가스 유속은 0.16 cm I.D.를 갖는 주입 채널 및 주입 포트를 통해 약 0.42 m/sec의 속도를 갖는다. 이 속도를 갖는 가스는 확산 장치를 통과할 때 소리의 속력의 0.2배(즉, 마하 수 < 0.2) 미만인 속도로 현저한 압축을 경험하지 못할 것이다. 0.5 SLPM의 가스 유속은 0.16 cm I.D.를 갖는 주입 채널 및 주입 포트를 통해 약 0.10 m/sec의 속도를 갖는다. 이것은 인공 호흡기 유속이 매우 낮은 기간(예를 들어, 호기 동안 바이어스 유동 ≤ 2 SLPM), 증가된 산소 농도(FiO2 ≥ 60%) 및 더 높은 NO 설정 투여량(≥ 20 ppm)) 동안 NO2 전환을 관리하는데 도움이 될 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 제1 가스의 속도는 테이퍼진 구획(150)의 제1 직경에서의 제1 가스의 속도보다 테이퍼진 구획(150)의 제2 직경에서 더 크다.
하나 이상의 실시형태에서, 제1 가스의 속도는 테이퍼진 구획의 제1 직경에서의 제1 가스의 속도보다 테이퍼진 구획의 제2 직경에서 더 크고, 여기서 제2 가스는 더 빠른 속도의 지점에서 제1 가스에 진입한다. 다양한 실시형태에서, 테이퍼진 구획은 환형 몸체의 중간 쪽으로 증가하는 가스 속도 및 압력 구배를 생성하여, 가장 높은 가스 속도가 테이퍼진 구획(150)의 축을 따를 수 있다. 예를 들어, 테이퍼진 구획(150)의 I.D.가 입부에서의 1.6 cm로부터 목부에서의 0.635 cm로 감소하면, 제1 가스 속도가 증가하게 된다. 일부 경우에 입구 대 출구 가스 속도의 비율은 입구 면적과 출구 면적의 비율에 비례한다.
도 12에서 볼 수 있는 바와 같이, 제2 가스는 테이퍼진 구획(150)의 목부에 더 가까운 주입 포트(185)에서 제1 가스에 진입하고, 여기서 제1 가스 유동의 속도는 테이퍼진 구획의 입부에서의 제1 가스 속도에 비해 증가된다.
도 13은 인공 호흡기 회로(600)에 삽입된 확산 장치(100)의 예시적인 실시형태를 도시한다. 다양한 실시형태에서, 인공 호흡기 시스템은 NO 투여량과 함께 상승된 (> 21%) 분율로 흡기된 산소(FiO2) 농도를 기계적으로 인공 호흡되는 환자에게 제공할 수 있다. 환자 인공 호흡기 회로의 산소 농도는 의료용 공기(21% O2)로부터 의료용 산소(100% O2) 범위에 이를 수 있지만, 일반적으로 INO 치료를 받는 환자의 경우 60%로 상승된다. 고농도 NO 가스 소스(610)에서 NO는 질소(N2)로 희석될 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 확산 장치(100)(예를 들어, 주입기 모듈(605)의 구성 요소이고, 인공 호흡 회로의 신선한 가스 유동 등을 측정할 수 있는 유동 센서(615)의 하류에 있음)는 인공 호흡기(630)로부터 오는 인공 호흡기 튜브에 연결되어 유체 연통될 수 있다. 인공 호흡기는 신선한 가스 소스(620)에 연결되어 유체 연통될 수 있다. 확산 모듈(100)은 또한 확산 모듈(100)로 공급되는 NO의 투여량을 제어하는 제어 모듈(640)에 연결되어 유체 연통될 수 있다. 제어 모듈(640)은 NO 가스 소스(610)에 연결되어 유체 연통될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 신선한 가스 소스(620) 및 NO 가스 소스(610)는 실린더들로부터의 압력을 제어하기 위한 조절기들을 가질 수 있다. 다양한 실시형태에서, 확산 장치는 수증기 함량을 환자의 흡기 가스 유동에 추가하는 가습기(650)에 연결되어 유체 연통될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 확산 장치(100)로부터 환자까지의 거리는 대략 1 미터일 수 있다. 다양한 실시형태에서, 가습기는 약 280 ml의 압축 가능한 용적을 가질 수 있다. 다양한 실시형태에서, 확산 장치(100) 및 유동 센서(615)는 주입기 모듈(605)과 일체이다.
하나 이상의 실시형태에서, 확산 장치는 인공 호흡기(630) 및 신선한 가스 소스(620)로부터 유입되는 신선한 가스 유동을, 제어 모듈(640)을 통해 흐르는 NO 가스 소스(610)로부터 유입되는 NO-함유 가스로 확산시킨다. 환자로 전달되는 가스 유동은 가습기(650) 및/또는 확산 장치(100)로부터 하류에 삽입된 샘플링 티형상부(sampling tee)(660)에서 샘플링될 수 있다. 다양한 실시형태에서, NO, NO2 및/또는 O2 농도는 환자에게 도달하기 전에 모니터링될 수 있다. 샘플링 티형상부(660)는 NO-함유 가스 및 FGF가 얼마나 빨리 결합하여 설정 투여량의 균일한 가스 스트림을 제공하는지에 따라 호흡 회로 내의 다양한 위치에 배치될 수 있다. 또한, NO 주입 지점으로부터 다양한 거리에 위치된 샘플링 지점과 같은 복수의 샘플링 지점이 사용될 수 있다. 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개, 15개, 20개, 25개, 30개 이상의 샘플링 지점이 사용될 수 있다. 샘플링 지점들 간의 거리는 1 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm, 5 cm, 6 cm, 7 cm, 8 cm, 9 cm, 10 cm, 15 cm, 20 cm, 25 cm 또는 30cm일 수 있다. 복수의 샘플링 지점은 결합된 가스 스트림을 호흡 회로 아래 거리의 함수로서 개별적으로 분석하는데 사용될 수 있고, 또는 2개 이상의 샘플링이 가스의 조성에 대한 평균을 제공하기 위해 결합될 수 있다.
하기 실시예에서 설명된 바와 같이, 놀랍게도 다른 유사한 조건 하에서 온도의 상승은 생성되는 NO2의 양을 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 본 발명의 실시형태는 또한 NO 전달 시스템 및/또는 인공 호흡기 회로의 하나 이상의 부분을 가열함으로써 NO2 생성을 최소화하는 것에 관한 것이다. 임의의 특정 이론에 구속되기를 바라지는 않지만, 가스 온도의 증가는 가스 분자들이 이용 가능한 운동 에너지를 증가시킬 수 있어서, 초기 혼합을 촉진시켜 NO2의 감소를 더 초래할 수 있다고 믿어진다.
예를 들어, 가열 요소가 NO 전달 시스템에 추가되거나, NO 전달 시스템으로부터 주입기 모듈 사이의 튜브에 추가되거나, 주입기 모듈에 추가되거나, 및/또는 인공 호흡기 회로의 흡기 사지의 튜브에 추가되거나, 및/또는 주입 지점에 또는 주입 지점의 상류, 하류의 임의의 다른 위치에 배치될 수 있다. 가열 요소는 가열식 가습기일 수도 있고 또는 전용 가열 부품일 수도 있다. 예시적인 가열 요소는 열전 냉각 장치 또는 저항 가열 요소를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. NO 전달 시스템의 가열 요소는 NO 전달 시스템 내에서 내부적으로 생성되는 NO2를 최소화하는 데 도움을 줄 수 있다. 또한, NO를 주입기 모듈에 전달하고 주입기 모듈로부터 환자로 전달하는 튜브에 배치되거나 및/또는 이 튜브와 열 전도 상태에 있는 가열 요소는 이들 지점에서 NO2 생성을 최소화하는 것을 도울 수 있다.
다양한 실시형태에서, 가열 요소는 NO 소스 가스 및/또는 결합된 NO 및 FGF를 원하는 온도로 가열할 수 있다. 예시적인 온도는 약 25℃, 약 26℃, 약 27℃, 약 28℃, 약 29℃, 약 30℃, 약 31℃, 약 32℃, 약 33℃, 약 34℃, 약 35℃, 약 36℃, 약 37℃, 약 38℃, 약 39℃, 약 40℃, 약 45℃ 또는 약 50℃를 포함하지만, 이로 한정되지는 않는다.
실시예
본 발명은 하기 제시된 실시예들에 의해 더 기술된다. 이러한 실시예들의 사용은 단지 예시적인 것이고 본 발명 또는 임의의 예시적인 용어의 범위 및 의미를 결코 제한하는 것이 아니다. 또한, 본 발명은 본 명세서에 기술된 임의의 특정 바람직한 실시형태로 제한되지 않는다. 실제로, 본 명세서를 읽을 때 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 본 발명의 많은 수정 및 변형이 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 청구범위에 허용되는 균등범위에 의해서만 제한된다.
실시예 1 - NO 2 생성 시스템 비교
본 명세서에 기술된 바와 같이 높은 NO 소스 농도(예를 들어, 4880 ppm) 및 예시적인 확산기를 갖는 주입기 모듈(예를 들어, 도 8a 내지 도 8b에 도시된 바와 같은 확산기)을 사용하는 NO 전달 시스템을, 낮은 NO 소스 농도(예를 들어, 800 ppm)와 종래의 주입기 모듈을 사용하는 종래의 NO 전달 시스템과 비교하였다. FGF는 예시적인 인공 호흡 파라미터(예를 들어, 40의 호흡 율, 30 ml의 1회 호흡량, 60%의 FiO2, 0.5 SLPM의 바이어스 유동 등)를 갖는 신생아 호흡기에 의해 제공되었다. 도 14로부터 볼 수 있는 바와 같이, 확산기를 사용하는 높은 NO 소스 농도 시스템(시스템 2)은 상당히 더 높은 NO 소스 농도에도 불구하고 더 낮은 NO 소스 농도의 종래의 NO 전달 시스템(시스템 1)과 비슷한 양의 NO2를 발생시켰다.
또한 시스템 1 및 시스템 2를, 높은 NO 소스 농도(예를 들어, 4880 ppm) 및 본 명세서에 기술된 바와 같은 예시적인 가속기(예를 들어, 도 8c 내지 도 8d에 도시된 가속기)를 갖는 주입기 모듈을 사용하는 NO 전달 시스템(이하 시스템 3이라 함)과 비교하였다. 도 15a 내지 도 15f는 다양한 NO 설정 투여량 및 FGF 유속에서 각 시스템에 대해 발생된 NO2를 도시한다. 도 15a 내지 도 15f로부터 볼 수 있는 바와 같이, 높은 NO 소스 농도에서 시스템 2와 시스템 3은 모두 40 ppm의 설정 투여량에서 더 낮은 NO 소스 농도의 종래의 NO 전달 시스템과 비슷하거나 더 낮은 NO2의 양을 발생시켰다. 특정 이론에 구속되기를 바라지는 않지만, 40 ppm에서 시스템 2와 시스템 3에 대해 비교적 낮은 NO2 값은 FGF 및 NO-함유 가스가 유사한 속도를 갖는 결과인 것으로 믿어진다. 아래 표 3에서 볼 수 있는 바와 같이, NO-함유 가스의 속도는 시스템 2와 시스템 3으로 테스트된 특정 구성에 대해 40 ppm에서 FGF 속도와 대부분 유사하였다.
Figure pct00005
실시예 2 - 가열 시스템을 이용한 NO 2 생성
실시예 1의 시스템 2에서 사용된 NO 전달 시스템을, 가열식(예를 들어, 약 38℃) 인공 호흡기 호흡 회로와 함께 사용하였다. 도 16으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 인공 호흡기 호흡 회로를 가열하면 테스트되는 모든 조건에서 NO2 수준이 감소하였다.
비록 본 발명이 특정 실시형태에 대하여 설명되었지만, 이들 실시형태는 본 발명의 원리 및 응용을 단지 예시하는 것임을 이해해야 한다. 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 장치, 시스템 및 방법에 대해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 균등범위 내에 있는 수정 및 변형을 포함하는 것으로 의도된다.
실시예 3 - 가스 속도 비를 이용한 NO 2 최소화
실시예 1의 시스템 2에서 사용된 NO 전달 시스템은, 다양한 NO 소스 농도를 갖고 NO-함유 가스 속도에 대한 FGF 속도의 비율을 다양하게 제공하도록 변형되었다. 복수의 가스 샘플링 지점이 NO 및 NO2 농도 측정에 사용되었으며, 이들 측정은 튜브의 단면 내에서 가스의 임의의 불균일한 분포를 설명하기 위해 평균화되었다. NO2 농도는 NO 주입 지점(T0)으로부터 하류 3개의 상이한 지점, 즉 지점(T1)(NO 주입 지점으로부터 203㎜만큼 하류에 있음), 지점(T2)(NO 주입 지점으로부터 673㎜만큼 하류에 있음) 및 지점(T3)(NO 주입 지점으로부터 2268㎜만큼 하류에 있음)에서 측정되었다. 아래에 설명된 실험에서 T0-T1 구역은 불균일한 가스 분포를 갖는 것으로 고려되었고, T2로부터 T3까지의 구역은 균질한 가스 분포를 갖는 것으로 고려되었다. NO2 전환율은 측정된 NO2 농도로부터 NO 소스 실린더로부터의 NO2 기여도를 뺀 후, NO2 농도의 순 이득을, 샘플 지점들 사이의 체류 시간으로 나눔으로써 (용적 유속을 세그먼트의 용적으로 나눈 값으로) 결정되었다.
도 17은 약 1:1의 가스 속도 비(FGF:NO)에서 800 ppm 내지 9760 ppm에 이르는 다양한 NO 소스 실린더 농도에서 초기 T0-T1 구역에서 생성된 NO2를 도시한다. 도 17로부터 볼 수 있는 바와 같이, 약 1:1의 가스 속도 비를 가짐으로써, 동일한 설정 투여량(20 ppm) 및 동일한 FGF 유속(0.5 또는 2 SLPM)에서 다양한 실린더 농도들 간에 NO2 생성률이 비슷하다.
도 18a 내지 도 18d는 가변 가스 속도 비(FGF:NO)에서 및 10 ppm NO의 설정 투여량에서 800 ppm 내지 9760 ppm 범위에 이르는 다양한 NO 소스 실린더 농도에서 초기 T0-T1 구역에서 생성된 NO2를 도시한다. 도 18a 내지 도 18d로부터 각각 볼 수 있는 바와 같이, 2:1 미만의 가스 속도 비는, NO 소스 농도, FGF 유속 및 NO 설정 투여량이 동일한 경우에도 2:1을 넘는 가스 속도 비보다 더 낮은 NO2 생성률을 제공한다.
도 19는 가변 가스 속도 비(FGF:NO)에서 및 40 ppm의 설정 투여량에서 4880 ppm NO 소스 실린더 농도에서 초기 T0-T1 구역에서 생성된 NO2를 도시한다. 도 19와 도 18c를 비교하면 볼 수 있는 바와 같이, NO2 생성률과 가스 속도 비 사이의 관계는 다른 설정 투여량 농도에서도 보인다.
도 20a 내지 도 20b는 가변 가스 속도 비(FGF:NO)에서 및 10 ppm NO의 설정 투여량에서 800 ppm 내지 9760 ppm 범위에 이르는 다양한 NO 소스 실린더 농도에서 초기 T0-T1 구역에서 생성된 NO2를 도시한다. 도 20a 내지 도 20b로부터 볼 수 있는 바와 같이, 2:1 미만의 가스 속도 비는, NO 소스 농도, FGF 유속 및 NO 설정 투여량이 동일한 경우에도, 2:1을 넘는 가스 속도 비보다 더 낮은 NO2 생성률을 제공한다. 도 20a 내지 도 20b는 x 축과 y 축 모두에 대해 로그의 밑(logarithmic base)이 10인 스케일로 도시되어 있어서, 이것은 순시 NO2 생성이 비선형이라는 것을 입증한다.
도 21은 기뱐 가스 속도 비(FGF:NO)에서 40 ppm의 설정 투여량에서 4080 ppm의 NO 소스 실린더 농도에서 초기 T0-T1 구역에서 생성된 NO2를 도시한다. 도 21은 T2로부터 T3까지의 평균 NO2 생성률을 더 도시한다. 도 21로부터 볼 수 있는 바와 같이, T0-T1에서의 NO2 생성률은 T2-T3에서의 NO2 생성률보다 상당히 더 높다. 또한, T2-T3에서의 NO2 생성률(삼각형으로 도시)은 가스 속도 비에 따라 변하지 않으며, 이는 결합된 가스 스트림이 T2에서 균일한 상(phase)에 도달한 후에 NO2 생성률의 일정한 율에 달성된 것을 보여준다. 도 21은 각 구성에 대해 0.942 인치, 0.669 인치 또는 0.335 인치의 FGF 파이프의 내부 직경의 크기를 더 제공한다. 볼 수 있는 바와 같이 FGF 파이프 직경을 감소시켜도, NO2 생성은 감소하지 않았지만, 대신 NO2 생성률이 더 높아졌다. 이것은 더 낮은 FGF:NO 속도 비, 특히 2:1 미만의 비로 NO2 생성이 최소화되는 관측된 현상과 일치한다.
실시예 4 - 사이클링 유동 동안 NO 2 생성
실시예 3의 NO 전달 시스템을 변형시켜 가변 유속을 갖는 인공 호흡기를 시뮬레이션하였다. 0.5 SLPM의 최소 유동과 5 SLPM의 최대 유동을 갖는 구형파 유동이 2:2 내지 1:3에 이르는 가변 흡기 대 호기 비(고 유동 대 저 유동의 비)로 사용되었다. 도 22a 내지 도 22b는 ppm 단위로 및 NO의 설정 투여량의 퍼센트로서 생성된 NO2를 도시한다. 도 22a 내지 도 22b로부터 볼 수 있는 바와 같이, 대부분의 NO2는 더 높은 호기 (낮은 유동) 비율로 생성되었다. 도 22b로부터 볼 수 있는 바와 같이, 흡기:호기 비가 1:3이고 NO 설정 투여량이 1 ppm일 때 낮은 설정 투여량에서 높은 퍼센트의 NO가 NO2로 전환되어 NO의 거의 25%가 NO2로 전환되었다.
실시예 5: NO 2 생성 시스템 비교
매달려 있는 깔때기를 사용하는 NO 전달 시스템(실시예 1의 시스템 3) 및 실시예 3의 NO 전달 시스템의 NO2 생성률을 10 ppm NO의 설정 투여량 및 4880 ppm NO의 실린더 농도에서 T0-T1에서 비교하였다. 이 비교 결과는 하기 표 4에 제시된다.
Figure pct00006
표 4로부터 볼 수 있는 바와 같이, 매달려 있는 깔때기 설계는 약 2:1의 가스 속도 비를 갖는 확산기와 유사하게 수행되었다. 그러나 2:1 미만인 속도 비(1:1 또는 0.5:1)를 갖는 확산기는 매달려 있는 깔때기 설계보다 더 낮은 NO2 생성률을 제공했다.
본 명세서 전체에 걸쳐 "일 실시예", "특정 실시예", "하나 이상의 실시예" 또는 "실시예"라는 언급은 이 실시예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조, 재료 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸쳐 다양한 곳에서 "하나 이상의 실시예에서", "특정 실시예에서", "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"와 같은 어구의 등장은 반드시 본 발명의 동일한 실시예를 언급하는 것은 아니다. 또한, 특정 특징, 구조, 재료 또는 특성은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적합한 방식으로 결합될 수 있다.

Claims (28)

  1. 고농도 가스를 횡방향 가스 스트림에 주입하기 위한 확산 장치로서,
    두께, 외부 표면, 및 중공 내부 구역을 둘러싸는 내부 표면을 갖는 벽을 포함하는 몸체;
    상기 몸체의 상기 내부 표면으로부터 상기 중공 내부 구역으로 연장되는 돌출부; 및
    상기 벽 및 돌출부를 관통하여 주입 포트로 진행하는 주입 채널을 포함하고, 상기 주입 포트는 상기 몸체의 상기 내부 표면으로부터 소정의 거리에서 상기 고농도 가스를 상기 횡방향 가스 스트림으로 주입하는, 확산 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 주입 포트는 상기 최고 속도의 횡방향 가스 스트림의 중심 중간점으로부터 리세스된(recessed) 출구를 갖는, 확산 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중공 내부 구역은 직경을 갖고, 상기 내부 표면으로부터 상기 주입 포트 출구까지 상기 돌출부의 길이는 상기 중공 내부 구역의 직경의 약 30% 내지 약 45% 범위인, 확산 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주입 포트는 약 0.7㎜ 내지 약 2.4㎜ 범위의 내부 직경을 갖는, 확산 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 몸체는 약 10㎜ 내지 약 25㎜ 범위의 외부 직경 및 약 10㎜ 내지 약 25㎜ 범위의 내부 직경을 갖는 원통형 벽을 포함하는 환형 몸체이고, 상기 내부 직경은 상기 원통형 벽의 두께만큼 상기 외부 직경보다 더 작은, 확산 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원통형 벽의 두께는 약 1㎜ 내지 약 3.175㎜ 범위이고, 상기 주입 채널은 상기 중공 내부 구역의 길이방향 축에 대해 약 60° 내지 약 120° 범위의 각도를 형성하는, 확산 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확산 장치는 호흡 튜브 내로 삽입되도록 구성되고 치수가 정해지는, 확산 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확산 장치는 유동 센서를 포함하는 주입기 모듈과 일체형인, 확산 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 두께, 외부 표면, 및 내부 표면을 갖는 벽, 제1 직경을 갖는 입구 단부, 및 상기 입구 단부와 반대쪽에 제2 직경을 갖는 출구 단부를 포함하는 테이퍼진 구획을 더 포함하고, 상기 제1 직경은 약 6㎜ 내지 약 18㎜의 범위에 있고, 상기 제2 직경은 약 3.17㎜ 내지 약 9.5㎜의 범위에 있고, 상기 제2 직경은 상기 제1 직경보다 더 작고, 상기 테이퍼진 구획은 상기 돌출부에 연결되어 매달려 있는, 확산 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 테이퍼진 구획은 축을 중심으로 대칭이고, 상기 주입 채널은 상기 테이퍼진 구획의 축에 대해 약 60° 내지 약 120° 범위의 각도를 형성하는, 확산 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 테이퍼진 구획은 깔때기 형상, 절두 원추형 형상 또는 벨(bell) 형상인, 확산 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확산 장치는 복수의 주입 포트를 포함하는. 확산 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주입 채널 및 상기 주입 포트 중 하나 이상은 비례 밸브 또는 가변 오리피스를 갖는, 확산 장치.
  14. 고농도 가스를 횡방향 가스 스트림으로 확산시키는 방법으로서,
    중공 내부 구역을 둘러싸는 내부 표면을 갖는 몸체의 상기 중공 내부 구역을 통해 제1 가스의 적어도 일부를 통과시키는 단계; 및
    제2 가스 스트림을 주입 채널을 통해 상기 몸체의 상기 중공 내부 구역으로 돌출하는 주입 포트로 통과시키는 단계를 포함하고, 상기 제2 가스 스트림은 상기 중공 내부 구역 내 상기 제1 가스 스트림으로 진입하고 적어도 부분적으로는 확산되며,
    상기 제1 가스 스트림은 제1 속도를 갖고, 상기 제2 가스 스트림은 제2 속도를 갖고, 상기 제1 속도 대 상기 제2 속도의 비는 2:1 미만인, 고농도 가스를 횡방향 가스 스트림으로 확산시키는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제2 가스 스트림은 초기에 약 60° 내지 약 120° 범위의 각도로 상기 제1 가스 스트림에 진입하는, 고농도 가스를 횡방향 가스 스트림으로 확산시키는 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 제1 가스는 분자(N2) 및 분자(O2)를 포함하는 호흡 가능한 가스이고, 상기 제2 가스는 분자(NO) 및 분자(N2)를 포함하는, 고농도 가스를 횡방향 가스 스트림으로 확산시키는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제2 가스에서 NO의 농도는 400 ppm 초과 내지 약 10,000 ppm 범위인, 고농도 가스를 횡방향 가스 스트림으로 확산시키는 방법.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 가스의 유속은 상기 제1 가스의 유속에 선형적으로 비례하는, 고농도 가스를 횡방향 가스 스트림으로 확산시키는 방법.
  19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 속도 대 상기 제2 속도의 비는 약 1:1 이하인, 고농도 가스를 횡방향 가스 스트림으로 확산시키는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제1 가스 스트림이 2 SLPM 미만의 용적 유속을 가질 때 약 1:1 이하의 비가 제공되는, 고농도 가스를 횡방향 가스 스트림으로 확산시키는 방법.
  21. 제14항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 가스 스트림은 상기 제1 가스 스트림의 최고 속도의 중심 중간점에서 또는 부근에서 상기 제1 가스 스트림으로 진입하는, 고농도 가스를 횡방향 가스 스트림으로 확산시키는 방법.
  22. 제14항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 가스 스트림은 복수의 펄스로서 상기 제1 가스 스트림에 주입되는, 고농도 가스를 횡방향 가스 스트림으로 확산시키는 방법.
  23. 고농도 NO-함유 가스를 횡방향 산소-함유 가스 스트림으로 확산시키는 방법으로서,
    사용자로부터 NO의 투여량(dose)을 수신하는 단계;
    중공 내부 구역을 둘러싸는 내부 표면을 갖는 몸체의 상기 중공 내부 구역을 통해 산소를 포함하는 제1 가스 스트림을 수용하는 단계;
    상기 NO의 투여량에 기초하여 오리피스 크기를 선택하는 단계; 및
    NO를 포함하는 제2 가스 스트림을 주입 채널을 통해 상기 몸체의 상기 중공 내부 구역으로 돌출하는 주입 포트로 통과시키는 단계를 포함하고,
    상기 제2 가스 스트림은 상기 중공 내부 구역 내에 상기 제1 가스 스트림으로 진입하고 적어도 부분적으로 확산되고, 상기 오리피스는 상기 주입 채널 및 주입 포트의 유동 경로 내에 위치되고, 상기 오리피스 크기는 상기 제1 가스의 속도와 상기 제2 가스의 속도의 미리 결정된 비를 제공하는, 고농도 NO-함유 가스를 횡방향 산소-함유 가스 스트림으로 확산시키는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 비는 2:1 미만인, 고농도 NO-함유 가스를 횡방향 산소-함유 가스 스트림으로 확산시키는 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 2:1 미만의 비는 상기 제1 가스 스트림이 2 SLPM 미만의 용적 유속을 가질 때 제공되는, 고농도 NO-함유 가스를 횡방향 산소-함유 가스 스트림으로 확산시키는 방법.
  26. 제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오리피스 크기를 선택하는 단계는 가변 크기의 오리피스의 오리피스 크기를 선택하는 단계를 포함하는, 고농도 NO-함유 가스를 횡방향 산소-함유 가스 스트림으로 확산시키는 방법.
  27. 제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오리피스 크기를 선택하는 단계는 가변 오리피스 직경을 갖는 복수의 오리피스로부터 오리피스를 선택하는 단계를 포함하는, 고농도 NO-함유 가스를 횡방향 산소-함유 가스 스트림으로 확산시키는 방법.
  28. 제23항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 가스 스트림은 상기 제1 가스 스트림과 상기 제2 가스 스트림이 결합된 가스 스트림에서 상기 설정 투여량의 NO를 제공하기 위해 복수의 펄스로서 상기 제1 가스 스트림으로 주입되는, 고농도 NO-함유 가스를 횡방향 산소-함유 가스 스트림으로 확산시키는 방법.
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