KR20210018306A - 인공호흡기 회로를 위한 호흡 작동식 네뷸라이저 - Google Patents

인공호흡기 회로를 위한 호흡 작동식 네뷸라이저 Download PDF

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KR20210018306A
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제랄드 스말던
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더 리서치 파운데이션 포 더 스테이트 유니버시티 오브 뉴욕
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Abstract

호흡 가스의 가습과 함께 기계식 인공호흡기를 사용하는 환자에게 네뷸라이저로부터 기관내 튜브를 통해 에어로졸화된 약물을 투여하기 위한 인공호흡기 회로 장치가 제공된다. 환자에게 공기 유동의 중단 없이 네뷸라이저를 분리하는 수단이 제공되며, 인공호흡기 회로에 있는 T-피팅 및 삼방 밸브는 공기 유동이 네뷸라이저를 우회하게 하여, 환자에 대한 호흡 가스의 유동 중단 없이 네뷸라이저가 장치로부터 제거될 수 있게 한다. 실시예에서, 네뷸라이저는 호흡-증강식 제트 네뷸라이저이다. 일 실시예에서, 제트 네뷸라이저는, 분무화에 필요한 제트를 구동하는 가압 공기의 유동을 네뷸라이저로 토글링하는 공기 압력 센서의 사용에 의해, 호흡-작동된다.

Description

인공호흡기 회로를 위한 호흡 작동식 네뷸라이저
관련 출원에 대한 상호 참조
본 특허 출원은 2018년 6월 6일자로 출원된 미국 특허 출원 제62/681,654호에 대한 우선권을 주장한다.
발명의 분야
본 발명은 기계식 인공호흡기 호흡 회로(mechanical ventilator breathing circuit)에 연결된 환자에 대한 분무화된 약물(nebulized drug)의 투여에 관한 것이다.
기계식 인공호흡기를 사용하는 환자에게 분무화된 약물을 투여하는 것은 중요한 의료적 요구이다. 의료용 인공호흡기를 사용하는 환자에게 분무화된 약물을 투여함에 있어서의 과제는 환자의 폐로의 효율적인 약물 전달 및 적절하게 가습된 호흡 가스의 제공을 최대화하는 것을 포함한다. 비효율적인 약물 전달은 고가일 수 있는 약물 제품을 낭비하고, 환자에게 예측 불가능한 투여(너무 많거나 너무 적은 약물의 투여)를 야기할 수 있으며, 주변 사람에 대한 바람직하지 않은 약물 노출을 야기할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "분무화된(nebulized)"은 "무화된(atomized)" 또는 "에어로졸화된(aerosolized)"으로도 지칭되며, 3 개의 용어 모두는 상호 교환 가능하다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "약물(drug)"은 "약학 조성물(pharmaceutical composition)"과 상호 교환 가능하다.
인공호흡기를 사용하는 환자에게 분무화된 약물을 투여하는 종래 기술의 접근법은 전형적으로 호흡 회로에 통합된 네뷸라이저(nebulizer)를 포함한다. 호흡 회로에서의 분무화된 약물의 투여의 과제 중에는, 적절한 가습을 유지하는 것 및 환자에 대한 약물 전달의 변동성을 최소화하는 것이 있다.
통상적으로, 기계식 인공호흡기를 사용하는 환자는 흡기된 공기 또는 다른 가스의 가습을 필요로 한다. 그러나, 가습과 함께 많은 약물의 분무화는 문제가 될 수 있다. 가습은 무화된 약물 조성물의 적절한 크기의 액적의 형성 및 이송을 방해할 수 있다. 따라서, 많은 경우에, 가습 없이 약물 조성물을 분무화하는 것이 바람직하다.
다른 문제는 환자의 호흡에 대한 중단을 최소화하도록 인공호흡기 회로를 관리하는 것이다. 전형적으로, 네뷸라이저를 제거하여 재충전하거나 청소하는 것이 바람직하다. 동시에, 전체 회로를 순간적으로라도 오프(off)로 하는 것은 기계식 인공호흡기를 사용하는 환자에게 문제가 될 수 있다.
기계식 인공호흡 동안에 분무화된 에어로졸 전달은 엄청난 비조절된 에어로졸 손실을 초래하며, 에어로졸 손실은 듀티 사이클(duty cycle) 또는 흡기-호기(I/E) 비율, 바이어스 유동(bias flow) 및 가습과 강한 상관관계가 있다. 이전 연구에서는 분무화 동안의 가습이 약물 출력을 감소시킬 수 있다고 제안했다(T.G. O'Riordan, G.C. Smaldone, et al., "Nebulizer Function during Mechanical Ventilation," Am Rev Respir Dis. 1992 May; 145(5): 1117-22, https://doi.org/10.1164/ajrccm/145.5.1117, PubMed 1586056; P. Diot and G.C. Smaldone et al., "Albuterol Delivery in a Model of Mechanical Ventilation," Am J Respir Crit Care Med 1995, 152, 1391-1394, doi: 10.1164/ajrccm.152.4.7551401; D.D. Miller, G.C. Smaldone et al., "Aerosol Delivery and Modern Mechanical Ventilation, In Vitro/In Vivo Evaluation," Am J Respir Crit Care Med, 2003, 168, 1205-1209, doi: 10.1164/rccm.200210-1167OC(see table 1)).
인공호흡 회로는 이전에, 예를 들어 2014년 8월 24일자로 공개된 US 2014/0238397 A1, 및 2015년 4월 23일자로 공개된 US 2015/0108670 A1에 개시되어 있다.
본 발명은 주로 흡기 동안 에어로졸을 생성시키고(호흡-증강) 호기 손실을 최소화하는(호흡-작동) 디자인을 이용함으로써 듀티 사이클 또는 흡기-호기(I/E) 비율, 바이어스 유동 및 가습의 영향을 최소화하는 새로운 인공호흡기 회로를 개시한다. 이 회로는 인공호흡기의 브랜드와 독립적으로 보충 가습 및 기능의 제어를 용이하게 한다.
또한, 기계식 인공호흡에 의한 호흡 회로에서 분무화 동안의 가습이 약물 출력을 감소시킬 수 있음을 제안하는, 상기에서 인용된 참고문헌(O'Riordan, Diot 및 Miller)을 고려하여, 본 발명은 건식 분무화, 요구에 따른 가습, 및 호흡의 중단 없이 효율적인 제거를 위한 네뷸라이저의 격리의 이점을 제공하도록 설계된다.
제1 양태에서, 환자에 대한 호흡 가스를 제어하는 기계식 인공호흡기를 사용하는 환자에게 기관내 튜브를 통해 분무화된 약물을 투여하기 위한 인공호흡기 회로 장치가 제공된다. 상기 장치는, 인공호흡기에 연결된 흡기 림 및 호기 림을 갖는 호흡 회로; 환자에 대한 호흡 가스의 유동 중단 없이 흡기 림으로부터 제거될 수 있도록 T-피팅과 삼방 밸브 사이에 개재된 흡기 림 상의 네뷸라이저; 및 네뷸라이저와 기관내 튜브 사이에 개재된 흡기 림 상의 가습기 또는 열 및 수분 교환기(HME)를 갖는다. 일 실시예에서, 환자에 대한 모든 호흡 가스는 인공호흡기 회로를 통해 유동한다. 일 실시예에서, 네뷸라이저는 제트 네뷸라이저이다. 일 실시예에서, 네뷸라이저는 호흡-작동식이며, 네뷸라이저와 인공호흡기 사이에 개재된 압력 센서를 더 포함하고, 압력 센서는, 환자에 의한 흡기를 강제하기 위해 인공호흡기로부터의 공기 압력의 상승에 의해 유발된 흡기 림 상의 압력 상승 동안에만 분무화가 일어나도록, 분무화가 일어나는 데 필요한 네뷸라이저로의 가압 공기 공급을 제어한다. 일 실시예에서, 네뷸라이저는 호흡-증강식이다.
다른 양태에서, 환자가 흡기하는 호흡 가스를 제공하는 기계식 인공호흡기를 사용하는 환자에게 기관내 튜브를 통해 분무화된 약물을 투여하기 위한 인공호흡기 회로 장치가 제공된다. 일 실시예에서, 상기 장치는, 환자 내로 삽관된 기관내 튜브에 연결된 흡기 튜브; 및 3 개의 연결부를 갖는 T-피팅을 포함하는 인공호흡기 회로로서, T-피팅의 제1 연결부는 흡기 튜브에 연결되고, T-피팅의 제2 연결부는 가습기의 출력 포트에 연결되며, T-피팅의 제3 연결부는 네뷸라이저의 출력 포트에 연결되는 것인, 인공호흡기 회로를 가지며; 네뷸라이저의 입력 포트는 삼방 밸브에 연결되고, 삼방 밸브의 제2 연결부는 가습기의 입력 포트에 연결되고, 삼방 밸브의 제3 연결부는 기계식 인공호흡기의 흡기 출력에 연결되고; 삼방 밸브의 제1 위치에서, 회로는 개방되어 네뷸라이저를 우회하고 기계식 인공호흡기의 흡기 출력을 가습기에 직접 연결하며, 삼방 밸브의 제2 위치에서, 기계식 인공호흡기의 흡기 출력은 가습기를 우회하고 네뷸라이저로 지향되고; 삼방 밸브의 제2 위치에서, 네뷸라이저 내의 약물 용액은 분무화되어 환자가 분무화된 약물을 흡기하는 흡기 튜브로 분무화된 약물을 전달하고; 삼방 밸브의 제1 위치에서, 가습된 호흡 가스가 흡기 튜브로 전달된다. 일 실시예에서, 가습기에 의해 생성되는 수증기의 양을 제어하는 온도 센서가 흡기 튜브 상에 제공된다. 일 실시예에서, T-피팅의 1 개 또는 2 개의 연결부는 스프링-부하식 자체-밀봉 피팅을 가져서, 연결부에 삽입된 튜브가 뽑혀지게 하고 이때 연결부가 자체-밀봉되게 한다.
다른 양태에서, 환자가 흡기하는 호흡 가스를 제공하는 기계식 인공호흡기를 사용하는 환자에게 기관내 튜브를 통해 분무화된 약물을 투여하기 위한 인공호흡기 회로 장치가 제공된다. 이러한 실시예에서, 상기 장치는, 환자 내로 삽관된 기관내 튜브와 유체 연통하는 흡기 튜브; 및 3 개의 연결부를 갖는 T-피팅을 포함하는 인공호흡기 회로로서, T-피팅의 제1 연결부는 흡기 튜브에 연결되고, T-피팅의 제2 연결부는 삼방 밸브에 연결되고, T-피팅의 제3 연결부는 네뷸라이저의 출력 포트에 연결되는 것인, 인공호흡기 회로를 가지며; 네뷸라이저의 입력 포트는 삼방 밸브에 연결되고, 삼방 밸브의 제3 연결부는 기계식 인공호흡기의 흡기 출력에 연결되고; 삼방 밸브의 제1 위치에서, 회로는 개방되어 네뷸라이저를 우회하고 기계식 인공호흡기의 흡기 출력을 흡기 튜브에 직접 연결하며, 삼방 밸브의 제2 위치에서, 기계식 인공호흡기의 흡기 출력은 네뷸라이저로 지향되고; 삼방 밸브의 제2 위치에서, 네뷸라이저 내의 약물 용액은 분무화되어 환자가 분무화된 약물을 흡기하는 흡기 튜브로 분무화된 약물을 전달한다. 일 실시예에서, 바이패스 모드를 갖는 열 및 수분 교환기(HME)는, 삼방 밸브가 제1 위치에 있을 때, HME가 가습된 호흡 가스를 환자에게 전달하고, 삼방 밸브가 제2 위치에 있을 때, HME가 바이패스 모드로 전환되도록, 흡기 튜브 상에 있다.
다른 양태에서, 환자가 흡기하는 호흡 가스를 제공하는 기계식 인공호흡기를 사용하는 환자에게 기관내 튜브를 통해 분무화된 약물을 투여하기 위한 인공호흡기 회로 장치가 제공된다. 일 실시예에서, 상기 장치는, 환자 내로 삽관된 기관내 튜브에 연결된 흡기 튜브; 및 3 개의 연결부를 갖는 T-피팅을 포함하는 인공호흡기 회로로서, T-피팅의 제1 연결부는 흡기 튜브에 연결되고, T-피팅의 제2 연결부는 튜브에 의해 삼방 밸브의 제1 연결부에 연결되며, T-피팅의 제3 연결부는 네뷸라이저의 출력 포트에 연결되는 것인, 인공호흡기 회로를 가지며; 네뷸라이저의 입력 포트는 삼방 밸브의 제2 연결부에 연결되고, 삼방 밸브의 제3 연결부는 기계식 인공호흡기의 흡기 출력에 연결되고; 삼방 밸브의 제1 위치에서, 회로는 개방되어 네뷸라이저를 우회하고 기계식 인공호흡기의 흡기 출력을 흡기 튜브에 직접 연결하며, 삼방 밸브의 제2 위치에서, 기계식 인공호흡기의 흡기 출력은 네뷸라이저로 지향되고; 삼방 밸브의 제2 위치에서, 네뷸라이저 내의 약물 용액은 분무화되어 환자가 분무화된 약물을 흡기하는 흡기 튜브로 분무화된 약물을 전달한다. 일 실시예에서, T-피팅과 네뷸라이저 사이에 볼 밸브가 개재된다. 일 실시예에서, T-피팅과 네뷸라이저 사이에 볼 밸브가 개재되며, 삼방 밸브가 제1 위치에 있고 볼 밸브가 폐쇄되는 경우, 네뷸라이저는 환자에 대한 호흡 가스의 유동 중단 없이 인공호흡기 회로로부터 제거될 수 있다. 일 실시예에서, 가습기에 의해 생성되는 수증기의 양을 제어하는 온도 센서가 흡기 튜브 상에 제공된다. 일 실시예에서, 상기 장치는 HME를 갖는다.
다른 양태에서, 본 발명의 장치 실시예들 중 어느 하나에 의해 분무화된 약물을 투여하는 방법이 제공된다.
실시예들에서, 본 발명은 호흡-증강식 네뷸라이저를 사용한다. 일 실시예에서, 분무화는 호흡-활성화될 수 있다. 종래 기술의 호흡-증강식 네뷸라이저는 자가 호흡 환자에게만 사용되어 왔다. 기계식 인공호흡기 및 호흡 회로와 함께 호흡-증강식 네뷸라이저를 사용하는 것은 환자의 호흡을 더욱 증강시킬 수 있고, 원하는 약물 흡입을 용이하게 한다.
본 발명자들은 본 발명에 개시된 것과 같은 호흡-증강식 네뷸라이저(BEN)가 환자에 의해 흡기되고 폐로 전달되는 약물의 비율을 현저하게 증가시킬 수 있다는 것을 밝혀냈다(테스트 장치에서 흡기 매스(inhaled mass; IM) 필터에 의해 측정됨). 또한, BEN은 특정 투여량의 약제를 분무화하는 데 필요한 시간을 현저하게 단축할 수 있으며, 이는 치료 시설에 중요한 장점이 될 수 있다.
도 1은 흡기 공기 유동이 네뷸라이저로 지향되는 본 발명의 인공호흡기 회로의 일 실시예를 도시한다.
도 2는 도 1의 인공호흡기 회로의 실시예의 개략도이지만, 흡기 공기 유동은 네뷸라이저를 우회하고 가습기를 통과한다.
도 3은 흡기 공기 유동이 네뷸라이저로 지향되고 열 및 수분 교환기(HME)를 통과하는 인공호흡기 회로의 일 실시예의 개략도이다.
도 4는 흡기 공기 유동이 네뷸라이저를 우회하고 HME를 통과하는 도 3의 인공호흡기 회로의 실시예의 개략도이다.
도 5는 T-피팅 및 볼 밸브를 갖는 인공호흡기 회로의 일 실시예의 개략도이다.
도 6은 도 5의 인공호흡기 회로의 일부의 개략도로서, 분무화된 약물이 네뷸라이저에 의해 제공되는 동안, 공기가 흡기 중에 네뷸라이저와 볼 밸브를 통해 유동하는 것을 도시한다.
도 7은 도 5의 인공호흡기 회로의 일부의 개략도로서, 공기 유동이 네뷸라이저를 우회하고 가습기를 통과하는 것을 도시한다.
도 8은 도 5의 인공호흡기 회로의 일부의 개략도로서, 네뷸라이저가 회로로부터 격리되고 회로의 중단 없이 제거될 수 있도록 삼방 밸브 및 볼 밸브가 구성되는 것을 도시한다.
도 9는 가습기가 없는 도 5의 인공호흡기 회로의 개략도로서, 흡기 동안의 공기 유동을 도시한다. 이러한 실시예에서는 HME가 사용될 것이다.
본원에는 기계식 인공호흡기 및 호흡 회로의 도움으로 호흡하는 환자에게 분무화된 약물을 투여하기 위한 호흡 회로가 개시되어 있다. 일 실시예에서, 회로의 일부는 환자가 약물을 흡기하도록 약물 용액을 분무화하는 네뷸라이저이다. 일 실시예에서, 네뷸라이저는 네뷸라이저 제트로의 압축 공기 공급으로부터의 전단력에 의해 약물 용액을 분무화하는 제트 네뷸라이저(jet nebulizer)이다. 일 실시예에서, 네뷸라이저는 다른 유형의 네뷸라이저, 예를 들어 진동 메시 네뷸라이저(vibrating mesh nebulizer) 또는 초음파 네뷸라이저(ultrasonic nebulizer)이다.
작동 시에, 2 개의 작동 위치를 갖는 삼방 밸브가 포함될 수 있다. 제2 위치는 모든 인공호흡기 유동을 네뷸라이저로 지향시켜서 에어로졸을 생성시키며, 이는 호흡 사이클의 흡기 부분 동안의 분무화에만 제한될 수 있다. 삼방 밸브의 제1 작동 위치에서, 인공호흡기로부터의 호흡 가스는 인공호흡기를 우회하고, 대신에 호흡 회로의 흡기 림(inspiratory limb)으로 직접 전달되거나 가습기를 통해 흡기 림으로 전달된다. 일 실시예에서, 인공호흡기 회로에서의 특수한 연결은 네뷸라이저를 우회시키고, 회로의 공기 유동의 차단 또는 환자에 대한 호흡의 중단 없이 서비스를 위해 네뷸라이저를 제거할 수 있게 한다.
일 실시예에서, 본 발명에서 사용되는 네뷸라이저는 제트 네뷸라이저이고, 네뷸라이저 공기 유동이 제공될 때에만 분무화에 의해 에어로졸을 생성한다. 예시적인 네뷸라이저는 2018년 6월 6일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/681,654호에 기초하여 [ ]자로 출원된 공동 계류중인 특허 출원 [ ]에 개시된 것이다. 거기에 개시된 바와 같이, 호흡-증강식 및 호흡-작동식 네뷸라이저가 제공된다.
호흡-증강식 네뷸라이저는 종래 기술의 제트 네뷸라이저에 비하여 분무화 속도를 증강시키거나 증폭시키는 내부 구성을 갖는다. 호흡-증강식 네뷸라이저의 실시예는 미국 가특허 출원 제62/681,654호에 기초한 공동 계류중인 특허 출원 [ ]에 개시되어 있다. 기계식 인공호흡기에 의해 제어되는 호흡 회로에서 사용될 수 있는 다른 제트 네뷸라이저 디자인, 진동 메시 및 초음파 네뷸라이저를 포함하여, 다른 유형의 네뷸라이저가 본 발명에서도 유용할 수 있다.
일 실시예에서, 분무화는 호흡 작동식이다. 호흡-작동식 네뷸라이저의 경우, 환자가 흡기하는 동안에만 압축 공기가 네뷸라이저에 제공된다. 이것은 필요에 따라 네뷸라이저 공기 유동을 온(on) 또는 오프(off)로 토글링(toggling)하는 압력 센서로 제어된다. 호흡 사이클의 흡기 부분은 환자가 실제로 흡기할 때의 전체 흡기/호기 사이클의 시간 비율인 "듀티 사이클(duty cycle)"로도 지칭된다. 일 실시예에서, 호흡-작동은, 환자가 호기하거나, 호기도 흡기도 하지 않을 때가 아니라, 환자가 흡기할 때를 검출할 수 있는 압력 센서에 의존하며, 센서는 압축 공기를 네뷸라이저에 제공하는 솔레노이드(solenoid)를 활성화시킬 수 있다. 일 실시예에서, 압력 센서는 기계식 인공호흡기의 흡기 출구와 유체 연통하는 튜브 상에 배치된다. 인공호흡기가 흡기 출구에서의 공기 압력을 상승시킴으로써 환자가 흡기하게 하는 경우, 압력 센서는 이러한 상승을 검출하고 네뷸라이저로의 네뷸라이저 공기 유동을 온으로 전환하고, 이는 제트 네뷸라이저를 구동하고 분무화가 일어나게 한다. 다른 유형의 네뷸라이저에서는 분무화를 토글링하는 다른 수단이 가능하다. 예를 들어, 전기 구동식 진동 메시 또는 초음파 네뷸라이저의 경우, 압력 센서가 분무화를 구동하는 전원 공급장치를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 분무화된 약물은 가습이 분무화 동안에 사용되지 않는 방식으로 본 발명의 호흡 회로에 의해 제공된다. 이것은 가습된 공기 또는 다른 호흡 가스가 네뷸라이저로 진입하도록 가습기가 네뷸라이저 이전에 배치되는 경우에 훨씬 더 낮은 네뷸라이저 효율을 제안하는 이전 연구(상기에서 인용된 O'Riordan, Diot 및 Miller)에 기초한 바람직한 특징일 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "호흡 가스(breathing gas)"는 일반 공기, 또는 기계식 인공호흡에 사용하도록 지시된 다른 호흡 가스 혼합물, 예컨대 산소가 풍부한 공기를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에서, 흡기관(inspiratory tract) 내의 호흡 가스의 전체 매스는 네뷸라이저가 활성화될 때 네뷸라이저를 통과한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은 본 발명의 일 실시예에서, 환자에 대한 호흡 가스를 제어하는 기계식 인공호흡기(102)를 사용하는 환자에게 기관내 튜브를 통해 분무화된 약물을 투여하기 위한 인공호흡기 회로 장치(100)가 제공된다. 이 장치는 인공호흡기(102)에 연결된 흡기 림(inspiratory limb)(107) 및 호기 림(exhalation limb)(119)을 갖는 호흡 회로; 환자에 대한 호흡 가스의 유동 중단 없이 흡기 림으로부터 제거될 수 있도록 T-피팅(T-fitting)과 삼방 밸브 사이에 개재된 흡기 림 상의 네뷸라이저(101); 및 환자 내로 삽관된 기관내 튜브와 유체 연통하는 호흡 튜브(108)와 네뷸라이저 사이에 개재된 흡기 림 상의 가습기(121) 또는 열 및 수분 교환기(heat and moisture exchanger; HME)(125, 도 3 내지 도 5)를 갖는다. 일 실시예에서, 환자에 대한 모든 호흡 가스는 인공호흡기 회로를 통해 유동한다.
임상 실무에서, 기관내 튜브는 도 1 내지 도 9에 개시된 것과 같은 인공호흡기 회로를 사용하는 환자에 의해 사용될 것이다. 호흡 튜브(108)는 기관내 튜브에 연결될 것이다. 실험 목적을 위해, 시뮬레이션된 폐(110)가 사용될 수 있고, 다양한 측정 디바이스(111 및 112)가 사용될 수 있다(하기에서 논의됨). 호기 라인(림)(119)은 또한 호기된 공기를 인공호흡기 호기 입력 포트(104)로 안내하는 Y-커넥터(127)를 통해 호흡 튜브(108)에 부착된다.
일 실시예에서, 네뷸라이저(101)는, 본원에서 논의된 바와 같이, T-피팅(106)을 통해 흡기 라인(107) 및 흡기 라인(107)의 하류에 위치된 기관내 튜브(108)로 분로되는 에어로졸을 (활성화 시에) 생성하고, 기관내 튜브(108)에서 에어로졸이 환자(110)에 의해 흡기된다.
일 실시예에서, 네뷸라이저(101)는 호흡-작동식이며, 네뷸라이저(101)와 인공호흡기(102) 사이에 개재된 압력 센서(114)를 더 포함하고, 압력 센서는, 환자에 의한 흡기를 강제하기 위해 인공호흡기로부터의 공기 압력의 상승에 의해 유발된 흡기 림 상의 압력 상승 동안에만 분무화가 일어나도록, 분무화가 일어나는 데 필요한 네뷸라이저로의 가압 공기 공급(117)을 제어한다. 일 실시예에서, 압력 센서(114)는 압축 공기(117)의 공급을 온 및 오프로 토글링하는 솔레노이드 밸브(116)와 전기 연결부(115)를 통해 전자적으로 통신한다. 114에서의 압력이 상승하여 호흡 사이클의 흡기 단계를 신호할 때, 압력 센서(114)는 온으로 토글링하도록 솔레노이드(116)를 활성화시켜서, 네뷸라이저 공기 공급 라인(118)을 통해 네뷸라이저(101)에 압축 공기(117)를 공급하여, 분무화가 시작되게 한다. 인공호흡기가 포트(103)에서의 공기 압력을 하강시킬 때, 압력 센서(114)는 흡기 단계가 중지된 것을 검출하고, 솔레노이드 밸브(116)는 오프로 토글링되어 네뷸라이저(101)로의 압축 공기를 중지시켜서 분무화를 중지시킨다. 공기 공급 라인(118)이 활성화되지 않으면 제트 네뷸라이저(101)에 의해 분무화가 일어나지 않을 것이다.
제트 네뷸라이저가 사용되는 실시예에서, 전형적으로 50 psig의 네뷸라이저 압축 공기(117)가 제트를 구동하는 데 사용된다. 연속 모드에서는 2 L/min의 네뷸라이저 유동 및 호흡 작동 동안에는 3.5 L/min의 네뷸라이저 유동(전형적으로 속도; 다른 유속도 가능함)이 제트 네뷸라이저와 함께 사용된다.
일 실시예에서, 네뷸라이저는 상기에서 논의된 호흡-증강식이다.
일 실시예에서, 가습기(121)는 적절하게 가습된 호흡 가스를 환자에게, 이상적으로는 Y-커넥터(127)에서 100% 습도 및 37 ℃로 공급한다. 회로의 습도 양의 조절이 중요하다. 습도가 너무 높으면, 회로 내측에 물이 응축되는 경향이 있으며, 이는 바람직하지 않다. 습도가 너무 낮으면, 환자가 불편해지고 분비물(secretion)이 증가할 수 있다. 습도는 와이어(129)에 의해 가습기에 링크된 Y-커넥터(127) 내의 온도 센서(128)에 의해 적어도 부분적으로 제어될 수 있다. 또한, 흡기 림(107)은 호흡 가스를 적절한 온도로 가열하기 위한 내부 가열 요소를 포함할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 가습기 대신에, 열 및 수분 교환기(HME)(125)가 이용될 수 있다. 이것은 도 3 및 도 4에 도시되어 있다. HME는 환자로부터의 호기 공기에서의 수분을 재활용할 수 있는 디바이스이다. 일 실시예에서, HME는 가습 특징부가 오프로 되고 호흡 가스가 단순히 통과하는 바이패스 모드를 갖는다. 이것은 분무화가 활성화될 때 필요하다. 네뷸라이저가 활성화되는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 분무화된 약물이 HME의 내부 멤브레인(internal membrane)을 통과할 수 없기 때문에, HME는 바이패스 모드가 된다. 따라서, 임상 사용 시에, 가습된 호흡 가스를 환자에게 제공하기 위해, HME는 네뷸라이저가 우회되는 도 4에 도시된 가스 유동 구성으로 활성화될 것이다. 이것은 디폴트 작동 모드일 수 있으며, 이는 네뷸라이저가 사용되는 시간(즉, 도 3에 도시됨)이 1일 당 1 내지 2 시간 동안만일 수 있기 때문이다.
삼방 밸브(105)의 작동에서, 호흡 사이클의 흡기 단계 동안, 기계식 인공호흡기의 흡기 출력 포트(103)로부터의 호흡 가스는 스톱콕(stopcock)(105)을 갖는 삼방 밸브로 지향된다. 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 삼방 밸브(105)는 2 개의 모드를 갖는다. 제1 모드(본원에서 제1 위치로 지칭됨)에서, 삼방 밸브(105)는 호흡 가스가 네뷸라이저를 우회하고 가습기(121)를 통해 분로되거나(도 2), 활성 모드에서 HME(125)로 직접 분로되도록(도 4) 구성된다. 밸브(105)의 다른 모드(본원에서 제2 위치로 지칭됨)에서, 호흡 가스는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 네뷸라이저(101)로 분로된다. 이러한 단계에서, 호흡-작동 모드 또는 연속 분무화 모드에서 분무화가 일어날 수 있다.
일 실시예에서, 폐쇄 시스템 흡입 디바이스(128)는 호흡 튜브(108)에 부착되어, 인공호흡 회로를 개방할 필요 없이 상부 흡기관으로부터 분비물을 제거할 수 있게 한다.
본 발명의 구성 및/또는 다양한 네뷸라이저의 성능 연구를 위해, 호흡 튜브(108)에 부착된 흡기 매스 필터(IM(inhaled mass) 필터)(111) 및 캐스케이드 임팩터(cascade impactor)(112)를 사용하여 환자에게 전달되는 약물의 투여량을 측정할 수 있다(도 1). 진공 펌프(113)는 캐스케이드 임팩터(112)에 부착될 수 있다. 흡기 매스 필터는 중량으로, 또는 예를 들어 방사성동위원소로 표지된 분무화 재료(radiolabeled nebulized material)에 대한 섬광 계수(scintillation counting)로 측정할 수 있는 분무화된 입자를 포획한다. 캐스케이드 임팩터는 시뮬레이션된 환자에게 도달하기 직전에 에어로졸의 액적 크기를 측정한다. 임상 실무에서, IM 필터 및 캐스케이드 임팩터는 사용되지 않는다.
도 2는 도 1에 제공된 것과 동일한 장치를 도시하지만, 삼방 밸브(105)가 네뷸라이저(101)를 우회시키는 제1 위치에 있다. 도 2에서, 흡기 공기 유동은 가습기 입구(122) 및 출구(123)를 통해 가습기(121)를 통과한다. 공기 유동 경로는 T-피팅(106)을 통해 흡기 라인(107), 및 환자에 의해 흡기되는 호흡 튜브(108)로 이동한다.
일 실시예에서, T-피팅은 1 개 또는 2 개의 스프링-부하식 자체-밀봉 피팅(spring-loaded self-sealing fitting)을 갖는다. 그러한 피팅은 튜브가 피팅 내로 삽입될 때 기도를 개방하는 내부 메커니즘이 포함한다. 튜브가 제거될 때, 밸브는 스프링력으로 인해 폐쇄되어 개구를 밀봉한다. 일 실시예에서, 스프링-부하식 자체-밀봉 피팅(132)은 네뷸라이저에 부착된 T-피팅 연결부에 위치된다. 일 실시예에서, 다른 스프링-부하식 자체-밀봉 피팅(124)이 가습기에 부착된 T-피팅 연결부에 사용된다. 이러한 자체-밀봉 피팅에 의하면, T-피팅(106)에 대한 부착부는 2 개의 부분을 분리하거나 T-피팅으로부터 연결부를 잡아당김으로써 제거될 수 있으며, 이때 T-피팅 분기부(branch)가 자체-밀봉된다. 이러한 배열은 환자의 호흡에 대한 중단 없이 네뷸라이저 또는 가습기(그렇지만, 둘 모두는 아님)를 제거할 수 있게 한다. 네뷸라이저의 제거는 가장 중요하고, 네뷸라이저 내의 약물 용액을 보충하기 위해 일상적으로 필요할 수 있다.
자체-밀봉 T-피팅은 본원에 설명된 바와 같은 인공호흡기 회로 실시예의 전체적인 작동에서 중요한 역할을 할 수 있다. 예를 들어 네뷸라이저를 교체하거나, 청소하거나, 재충전하기 위해, 인공호흡기 회로로부터 네뷸라이저를 주기적으로 제거하는 것이 필요하다. 동시에, 기계식 인공호흡을 하는 환자는 이상적으로는 수초 동안도 중단되지 않는 인공호흡기 및 폐를 위한 공기와 연관된 장치에 의존한다. 따라서, 인공호흡기 회로를 분해하는 것은 문제가 될 수 있다. 일상적인 교체를 위한 피팅 제거는 가능한 한 신속하게 실행되어야 한다. 여기에 설명된 스프링-부하식 T-피팅을 사용함으로써, 네뷸라이저는 공기 유동의 중단 없이 그리고 인공호흡기 회로의 차단 없이 회로로부터 매우 용이하게 제거될 수 있다.
가습기, T-피팅 및 삼방 밸브의 구성이 상이한 인공호흡기 회로의 대안적인 실시예가 도 5 내지 도 9에 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, T-피팅 상의 자체-밀봉 연결은 사용되지 않는다. 오히려, 네뷸라이저(101)의 출구 포트에 위치된 볼 밸브(126)가 대신 사용된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 분무화가 활성화된다. 도 6에서, T-피팅은 호흡 가스 유동을 네뷸라이저로 지향시키고 있고, 튜브(118)에서의 네뷸라이저 공기 유동이 활성화될 때 분무화가 일어날 수 있다. 볼 밸브(126)는 개방 위치에 있고, 호흡 가스 및 분무화된 약물이 네뷸라이저로부터 흡기 림(107)으로 유동하여 가습기(121)를 효과적으로 우회할 수 있게 한다.
도 7은 네뷸라이저가 우회되는 상태의 도 5의 실시예를 도시한다. 삼방 밸브(105)는 도 7에서 제1 위치에 있고, 호흡 가스 유동을 도관(131)을 통해 가습기(121)로 지향시킨다. 호흡 가스 유동은 가습기를 빠져나가고, T-피팅(106)을 통해 흡기 림(107) 및 환자에게 전달된다. 도 7에서, 볼 밸브(126)가 개방되더라도, 네뷸라이저(101)를 통한 회로가 존재하지 않으며, 그래서 호흡 가스 유동이 효과적으로 우회된다.
도 8은 네뷸라이저가 제거를 위해 격리되어 있는 도 5의 실시예를 도시한다. 삼방 밸브(105)는 도 7에서와 동일한 위치에 있으며, 호흡 가스를 가습기(121)로 지향시킨 후에, 호흡 가스가 환자에게 들어가는 흡기 림(107)으로 지향시킨다. 도 8에서, 볼 밸브(126)는 네뷸라이저를 회로로부터 완전히 격리시키는 오프 위치(126'로 표시됨)에 있다. 네뷸라이저는 101'로서 파선으로 도시되어 있으며, 호흡 가스 회로의 중단 없이 안전하게 제거될 수 있는 것으로 나타나 있다.
도 9는 도 5와 유사하지만 가습기가 없는 실시예의 회로의 일부이다. 이러한 실시예에서, 가습은 HME(도시되지 않음)와 함께 제공될 것이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 삼방 밸브는 제2 위치에 있으며, 호흡 가스를 네뷸라이저로 분로시킨다. 호흡 가스와 무화된 약물은 흡기 림(107)으로 들어가는 화살표로 표시되어 있으며, 여기서 이들은 환자에게 지향된다. 대안적으로, 삼방 밸브가 제1 위치에 있는 경우, 호흡 가스는 도관(131)을 통해 유동하여 네뷸라이저를 우회할 것이다. 볼 밸브는 또한 도 8에서와 같이 오프로 될 수 있어, 네뷸라이저를 격리시키고 호흡 가스 회로의 중단 없이 네뷸라이저가 제거될 수 있게 한다.
100 : 인공호흡기 회로
101 : 네뷸라이저
102 : 기계식 인공호흡기
103 : 기계식 인공호흡기의 흡기 포트
104 : 기계식 인공호흡기의 호기 포트
105 : 삼방 밸브(스톱콕)
106 : T-피팅
107 : 흡기 라인
108 : 호흡 튜브
109 : 네뷸라이저 스프링-부하식 T자관
110 : 환자 또는 시뮬레이션된 폐
111 : IM 필터
112 : 캐스케이드 임팩터
113 : 진공 펌프
114 : 압력 센서
115 : 솔레노이드에 대한 압력 센서 연결부
116 : 솔레노이드
117 : 압축 공기 공급원
118 : 압축 공기 튜브
119 : 호기 림
120 : 호기 필터
121 : 가습기
122 : 가습기 입구
123 : 가습기 출구
124 : 가습기 T-피팅 밸브
125 : HME
126 : T자관 볼 밸브
127 : Y-커넥터
128 : 온도 센서
129 : 온도 센서로부터 가습기까지의 와이어
130 : 삼방 밸브로부터 인공호흡기까지의 튜브
131 : 네뷸라이저 바이패스 튜브
132 : T-피팅 내의 스프링-부하식 자체-밀봉 피팅

Claims (15)

  1. 환자에 대한 호흡 가스를 제어하는 기계식 인공호흡기를 사용하는 환자에게 기관내 튜브를 통해 분무화된 약물을 투여하기 위한 인공호흡기 회로 장치에 있어서,
    a. 상기 인공호흡기에 연결된 흡기 림 및 호기 림을 갖는 호흡 회로;
    b. 상기 환자에 대한 호흡 가스의 유동 중단 없이 상기 흡기 림으로부터 제거될 수 있도록 T-피팅과 삼방 밸브 사이에 개재된 상기 흡기 림 상의 네뷸라이저(nebulizer); 및
    c. 상기 네뷸라이저와 상기 기관내 튜브 사이에 개재된 상기 흡기 림 상의 가습기 또는 열 및 수분 교환기(HME)
    를 포함하며;
    d. 상기 환자에 대한 모든 호흡 가스는 상기 인공호흡기 회로를 통해 유동하는 것인 인공호흡기 회로 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 네뷸라이저는 제트 네뷸라이저인 것인 인공호흡기 회로 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 네뷸라이저는 호흡-작동식이며, 상기 네뷸라이저와 상기 인공호흡기 사이에 개재된 압력 센서를 더 포함하고, 상기 압력 센서는, 상기 환자에 의한 흡기를 강제하기 위해 상기 인공호흡기로부터의 공기 압력의 상승에 의해 유발된 상기 흡기 림 상의 압력 상승 동안에만 분무화가 일어나도록, 분무화가 일어나는 데 필요한 상기 네뷸라이저로의 가압 공기 공급을 제어하는 것인 인공호흡기 회로 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 네뷸라이저는 호흡-증강식인 것인 인공호흡기 회로 장치.
  5. 환자가 흡기하는 호흡 가스를 제공하는 기계식 인공호흡기를 사용하는 환자에게 기관내 튜브를 통해 분무화된 약물을 투여하기 위한 인공호흡기 회로 장치에 있어서,
    a. 환자 내로 삽관된 기관내 튜브에 연결된 흡기 튜브; 및
    b. 3 개의 연결부를 갖는 T-피팅을 포함하는 인공호흡기 회로로서, 상기 T-피팅의 제1 연결부는 상기 흡기 튜브에 연결되고, 상기 T-피팅의 제2 연결부는 가습기의 출력 포트에 연결되며, 상기 T-피팅의 제3 연결부는 네뷸라이저의 출력 포트에 연결되는 것인, 인공호흡기 회로
    를 포함하며;
    c. 상기 네뷸라이저의 입력 포트는 삼방 밸브에 연결되고, 상기 삼방 밸브의 제2 연결부는 상기 가습기의 입력 포트에 연결되고, 상기 삼방 밸브의 제3 연결부는 상기 기계식 인공호흡기의 흡기 출력에 연결되고;
    d. 상기 삼방 밸브의 제1 위치에서, 상기 회로는 개방되어 상기 네뷸라이저를 우회하고 상기 기계식 인공호흡기의 흡기 출력을 상기 가습기에 직접 연결하며, 상기 삼방 밸브의 제2 위치에서, 상기 기계식 인공호흡기의 흡기 출력은 상기 가습기를 우회하고 상기 네뷸라이저로 지향되고;
    e. 상기 삼방 밸브의 제2 위치에서, 상기 네뷸라이저 내의 약물 용액은 분무화되어 상기 환자가 분무화된 약물을 흡기하는 상기 흡기 튜브로 상기 분무화된 약물을 전달하고;
    f. 상기 삼방 밸브의 제1 위치에서, 가습된 호흡 가스가 상기 흡기 튜브로 전달되는 것인 인공호흡기 회로 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 가습기에 의해 생성되는 수증기의 양을 제어하는 온도 센서가 상기 흡기 튜브 상에 제공되는 것인 인공호흡기 회로 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 T-피팅의 1 개 또는 2 개의 연결부는 스프링-부하식 자체-밀봉 피팅을 가져서, 상기 연결부에 삽입된 튜브가 뽑혀지게 하고 이때 상기 연결부가 자체-밀봉되게 하는 것인 인공호흡기 회로 장치.
  8. 환자가 흡기하는 호흡 가스를 제공하는 기계식 인공호흡기를 사용하는 환자에게 기관내 튜브를 통해 분무화된 약물을 투여하기 위한 인공호흡기 회로 장치에 있어서,
    a. 환자 내로 삽관된 기관내 튜브와 유체 연통하는 흡기 튜브; 및
    b. 3 개의 연결부를 갖는 T-피팅을 포함하는 인공호흡기 회로로서, 상기 T-피팅의 제1 연결부는 상기 흡기 튜브에 연결되고, 상기 T-피팅의 제2 연결부는 삼방 밸브에 연결되고, 상기 T-피팅의 제3 연결부는 네뷸라이저의 출력 포트에 연결되는 것인, 인공호흡기 회로
    를 포함하며;
    c. 상기 네뷸라이저의 입력 포트는 상기 삼방 밸브에 연결되고, 상기 삼방 밸브의 제3 연결부는 상기 기계식 인공호흡기의 흡기 출력에 연결되고;
    d. 상기 삼방 밸브의 제1 위치에서, 상기 회로는 개방되어 상기 네뷸라이저를 우회하고 상기 기계식 인공호흡기의 흡기 출력을 상기 흡기 튜브에 직접 연결하며, 상기 삼방 밸브의 제2 위치에서, 상기 기계식 인공호흡기의 흡기 출력은 상기 네뷸라이저로 지향되고;
    e. 상기 삼방 밸브의 제2 위치에서, 상기 네뷸라이저 내의 약물 용액은 분무화되어 상기 환자가 분무화된 약물을 흡기하는 상기 흡기 튜브로 상기 분무화된 약물을 전달하는 것인 인공호흡기 회로 장치.
  9. 제8항에 있어서, 바이패스 모드를 갖는 열 및 수분 교환기(HME)는, 상기 삼방 밸브가 제1 위치에 있을 때, 상기 HME가 가습된 호흡 가스를 상기 환자에게 전달하고, 상기 삼방 밸브가 제2 위치에 있을 때, 상기 HME가 바이패스 모드로 전환되도록, 상기 흡기 튜브 상에 있는 것인 인공호흡기 회로 장치.
  10. 환자가 흡기하는 호흡 가스를 제공하는 기계식 인공호흡기를 사용하는 환자에게 기관내 튜브를 통해 분무화된 약물을 투여하기 위한 인공호흡기 회로 장치에 있어서,
    a. 환자 내로 삽관된 기관내 튜브에 연결된 흡기 튜브; 및
    b. 3 개의 연결부를 갖는 T-피팅을 포함하는 인공호흡기 회로로서, 상기 T-피팅의 제1 연결부는 상기 흡기 튜브에 연결되고, 상기 T-피팅의 제2 연결부는 튜브에 의해 삼방 밸브의 제1 연결부에 연결되며, 상기 T-피팅의 제3 연결부는 네뷸라이저의 출력 포트에 연결되는 것인, 인공호흡기 회로
    를 포함하며;
    c. 상기 네뷸라이저의 입력 포트는 상기 삼방 밸브의 제2 연결부에 연결되고, 상기 삼방 밸브의 제3 연결부는 상기 기계식 인공호흡기의 흡기 출력에 연결되고;
    d. 상기 삼방 밸브의 제1 위치에서, 상기 회로는 개방되어 상기 네뷸라이저를 우회하고 상기 기계식 인공호흡기의 흡기 출력을 상기 흡기 튜브에 직접 연결하며, 상기 삼방 밸브의 제2 위치에서, 상기 기계식 인공호흡기의 흡기 출력은 상기 네뷸라이저로 지향되고;
    e. 상기 삼방 밸브의 제2 위치에서, 상기 네뷸라이저 내의 약물 용액은 분무화되어 상기 환자가 분무화된 약물을 흡기하는 상기 흡기 튜브로 상기 분무화된 약물을 전달하는 것인 인공호흡기 회로 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 T-피팅과 상기 네뷸라이저 사이에 볼 밸브가 개재되는 것인 인공호흡기 회로 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 T-피팅과 상기 네뷸라이저 사이에 볼 밸브가 개재되며, 상기 삼방 밸브가 제1 위치에 있고 상기 볼 밸브가 폐쇄되는 경우, 상기 네뷸라이저는 상기 환자에 대한 호흡 가스의 유동 중단 없이 상기 인공호흡기 회로로부터 제거될 수 있는 것인 인공호흡기 회로 장치.
  13. 제10항에 있어서, 가습기에 의해 생성되는 수증기의 양을 제어하는 온도 센서가 상기 흡기 튜브 상에 제공되는 것인 인공호흡기 회로 장치.
  14. 제10항에 있어서, HME를 더 포함하는 인공호흡기 회로 장치.
  15. 제1항, 제5항, 제8항 또는 제10항 중 어느 한 항의 장치를 사용하는 것을 포함하는, 환자에게 분무화된 약물을 투여하는 방법.
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