TWM544941U - 通氣設備 - Google Patents

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TWM544941U
TWM544941U TW105218785U TW105218785U TWM544941U TW M544941 U TWM544941 U TW M544941U TW 105218785 U TW105218785 U TW 105218785U TW 105218785 U TW105218785 U TW 105218785U TW M544941 U TWM544941 U TW M544941U
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周百謙
楊惠如
周劉節
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長庚醫療財團法人林口長庚紀念醫院
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Description

通氣設備
本創作係關於一種通氣設備，藉由使用本文所描述的通氣設備，依據病患需求同步輸送正壓通氣及負壓通氣。
機械通氣涉及使用呼吸器或壓縮袋來機械性的輔助病人的呼吸及/或取代病人的自發呼吸的方法。機械通氣傳輸兩種通氣方式：(a)空氣(或混合氣體)被擠壓進入病人的上呼吸道及肺部的正壓通氣，以及(b)擴張病人的胸腔以在病人肺部內製造次大氣壓的負壓通氣。在缺少負壓通氣時，病人的肺部自然的將內部氣體衝回及逐出。
呼吸器一般是用於有呼吸輔助需求的病人，但其傳統上體積龐大、笨重且耗電而幾乎難以提供病人機動性。使用正壓通氣(產生正壓通氣)及負壓通氣(產生負壓通氣)來提供同步通氣有著效能及安全性上的限制。舉例而言，正壓通氣及負壓通氣可能具有時間上不同步的缺點。同步輸送並符合病人的氣流需求的兩個獨立的呼吸器一旦失效，可能導致嚴重的併發症，例如缺氧、氣壓傷及過長的機械通氣。
因此，急需發展一種能夠同步輸送正壓通氣及負壓通氣給呼吸困難或有肺部復健需求的病患的呼吸器。本創作提供能夠滿足上述需求的呼吸器。
在實施例中，本創作提供一種通氣設備，其包含具有第一通氣孔及第二通氣孔之外殼；設置在該外殼內之固定間隔件；以及可操作的與動力機構連接之可動間隔件，其中可動間隔件及固定間隔件將外殼劃分為第一空間及第二空間，其中第一通氣孔及第二通氣孔設置在固定間隔件之兩側；以及其中可動間隔件在第一方向上旋轉，並在第一通氣孔中產生負壓，及在第二通氣孔中產生正壓，且可動間隔件以相反於第一方向之方向旋轉以同時降低第一通氣孔中的負壓及第二通氣孔中的正壓。
在另一實施例中，亦提供一種對患者通氣的方法，其包含使用本文所描述的通氣設備，同步產生正壓通氣及負壓通氣，以及在患者的吸氣階段期間，傳輸負壓通氣、正壓通氣或同步傳輸負壓通氣及正壓通氣給患者。
在本案中所使用的用語「創作(utility)」、「該創作(the utility)」、「此創作(this utility)」及「本創作(the present utility)」意在廣義的指稱本案及下述申請專利範圍的所有標的。包含這些用語的陳述應理解為不限於本文所述的標的，或不限於下述申請專利範圍的意義或範疇。由本案所涵蓋的實施方式係由以下專利申請範圍所界定，而非由本創作內容所界定。因此，此處提供了本創作的各個態樣的高級別的概述，並介紹將在以下實施方式部分進一步描述的一些概念。本創作內容並非意在辨識所請求的標的的關鍵特徵或必要特徵，亦非意在用於協助判斷所請求的標的的範圍。本案的標的應藉由參考說明書全文、任何或所有附圖及各申請專利範圍的適當部份來理解。
當閱讀附圖及所對應的實施方式時，本創作將變得更為顯而易見。
100、100’‧‧‧通氣設備
102‧‧‧外殼
104‧‧‧第一通氣孔
104A、106A‧‧‧壓力感測器
106‧‧‧第二通氣孔
108‧‧‧固定間隔件
109‧‧‧第二間隔件
110‧‧‧可動間隔件
112‧‧‧動力機構
114‧‧‧第一空間
116‧‧‧第二空間
120、122‧‧‧擋板
124‧‧‧接合部
128‧‧‧傳動桿
130‧‧‧放置槽
D1、D2‧‧‧方向
200‧‧‧病患
202‧‧‧面罩
204‧‧‧外殼裝置
206‧‧‧第一導管
208‧‧‧第二導管
210‧‧‧第一洩壓閥
212‧‧‧第一壓力感測器
214‧‧‧第二洩壓閥
216‧‧‧第二壓力感測器
218‧‧‧氣體供應機構
300‧‧‧第三導管
302‧‧‧雙向洩壓閥
304‧‧‧單向洩壓閥
本創作的例示性實施例將參考以下附圖詳細說明：第1A及1B圖係為根據本創作的實施例的通氣設備100的俯視圖。
第2圖繪示通氣設備的第一導管及第二導管與病患之間的連接的示意圖。
第3圖繪示通氣設備的第一導管、第二導管及第三導管與病患之間的連接的示意圖。
第4A圖及第4B圖係為根據本創作的第二實施例的通氣設備100的頂角視圖。
下文中，本公開的實施例將參考附圖詳細描述，使得本公開所屬領域具有通常知識者能理解本公開的內容。本公開所屬領域具有通常知識者應當理解，所描述的實施例可在不脫離本案的精神與範疇的前提下，以各種不同方式進行修改。
除非內文另有明確定義，如本文所使用的，單數形式「一(a)」、「一(an)」及「該(the)」意在也涵蓋複數形式。其將進一步理解的是，當在說明書中使用用語「包含(comprises)」及/或「包含(comprising)」時，其明確指出所陳述的特徵、整體、步驟、操作、元件及/或構件的存在，而非排除一或多個其 他特徵、整體、步驟、操作、元件及/或構件及/或其群組的增加或存在。其將進一步理解的是，雖然在本文中使用用語「第一」及「第二」來描述各種元件，然而，這些元件不應被這些用語所侷限。這些用語僅用於區分一元件與另一元件。
為了說明書的清楚及簡明，圖式可能省略一些部份，並且相同的元件字母或符號代表相同的部件或類似的部件。在附圖中，層、膜、平板、區域等的厚度可為了清楚而誇大，而非用於侷限本創作的實施例。若元件如層、膜、區域或基板被稱作「在」另一元件「上(on)」，代表該元件可直接在其他元件上，或可能存在中間元件。
用語「病患(subject)」可代表處在呼吸困難或需要通氣輔助的脊椎動物。病患包含溫血動物，例如哺乳動物、靈長類動物，以及較佳的，包含人類。非人類靈長類動物亦可為病患。用語病患包含馴養動物，如貓、狗等，家畜(例如，牛、馬、豬、綿羊、山羊等)及實驗動物(例如，小鼠、兔、大鼠、沙鼠、豚鼠豬等)。因此，獸醫用途及醫學製劑均在本文考量中。
本文的所有數值可理解為以「約(about)」來修飾。在實施例中，當用語「約(about)」涉及測量值如量(amount)、時間期間等，代表涵蓋了具體數值±10%，較佳為±5%，更精確為±1%，甚至更佳為±0.1%的變量，同樣的變量亦適用於負壓，除非另有定義。如本文所用的用語「約(about)」，當涉及範圍時，代表涵蓋了具體數值±10%，較佳為±5%，更精確為±1%，甚至更佳為±0.1%的變量，同樣的變量亦適用於負壓，除非另有定義。
本創作係關於一種可攜式或穿戴式通氣設備100，以同步提供病患正壓及負壓通氣，而不需控制器來同步正壓及負壓通氣的傳輸。在實施例中， 如第1A圖及第1B圖所示，通氣設備100包含具有第一通氣孔104及第二通氣孔106的外殼102、固定間隔件108及連接於動力機構112的可動間隔件110。在一些實施例中，外殼102實質上為圓形的。固定間隔件108設置在外殼102內，並與可動間隔件110共同將外殼102劃分為第一空間114及第二空間116。在第一空間114及第二空間116內的氣體之間彼此並無連通(亦即，在第一空間114中的氣體並不會移動至第二空間116，反之亦然)。在一些實施例中，固定間隔件108及可動間隔件110為剛體。在其他實施例中，固定間隔件108及可動間隔件110為彈性體。
在實施例中，動力機構112包含下列部件的至少其中之一：齒輪組、電動馬達或用於調整電動馬達的可調速驅動器。在另一實施例中，可動間隔件110的一端可連接於齒輪組並作為軸，使得可動間隔件110能夠藉由動力機構112繞著該軸旋轉。
參考第1A圖，在可動間隔件110沿著第一方向D1移動前，在第一空間114及第二空間116中的壓力相等，為大氣壓力。根據波以爾定律，當可動間隔件110沿第一方向D1旋轉時(亦即，從第一空間114朝向第二空間116)，第二空間116中的氣體被壓縮，並在其中產生正壓來保持病患的上呼吸道。於此同時，第一空間114擴張並在其中產生負壓以擴張病患的胸部或肺部。在實施例中，可動間隔件110對應於病患的吸氣階段而沿著第一方向D1旋轉。
在實施例中，當可動間隔件110到達第二通氣孔106前的擋板122或到達第二通氣孔106處，在第一導管(如第2圖所繪示)中的第一洩壓閥210及在第二導管(如第2圖所繪示)中的第二洩壓閥214同時開啟以使氣體平衡。這分別減少了第一空間114及/或第一通氣孔104中的負壓，以及第二空間116及/或第二通氣孔106中的正壓。在實施例中，在第一洩壓閥210開啟後，第一空間114及 /或第一通氣孔104中的壓力達到大氣壓力。在例示性實施例中，以壓力感測器104A測量第一空間114及/或第一通氣孔104中的壓力。在另一實施例中，在第二洩壓閥214開啟後，第二空間116及/或第二通氣孔106中的壓力達到大氣壓力。隨後，可動間隔件110朝相反於第一方向的方向旋轉(即沿著方向D2，從第二空間116向第一空間114)，如第1B圖所示。在其他實施例中，當可動間隔件沿著方向D2旋轉時，第一洩壓閥212及第二洩壓閥214維持開啟，因此在沿著方向D2旋轉期間，第一空間114、第一通氣孔104、第二空間116及/或第二通氣孔106中的壓力維持在大氣壓力。在實施例中，可動間隔件110對應於患者的呼氣階段，朝相反於第一方向D1的方向(亦即，沿著方向D2)旋轉。在例示性實施例中，以壓力感測器106A測量第二空間116及/或第二通氣孔106中的壓力。在另一例示性實施例中，壓力感測器104A與壓力感測器106A與可動間隔件110進行通訊。根據來自壓力感測器104A及106A的輸入訊號，可藉由改變可動間隔件110的旋轉狀態，來調整第一空間114及/或第一通氣孔104中的壓力，以及第二空間116及/或第二通氣孔106中的壓力。
第2圖繪示了本創作的通氣設備與需要通氣輔助的患者200之間的連接狀態。通氣設備100進一步包含用於將通氣設備(例如，通氣設備的第一通氣孔104)連接於病患胸部的第一導管206，以及用於將通氣設備(例如，通氣設備的第二通氣孔106)連接於病患的上呼吸道(例如，病患的臉部及嘴部)的第二導管208。在實施例中，第一導管206使用外殼裝置204連接於病患的胸部，外殼裝置204為選自體腔系統(body tank system)、胸甲(chest cuirass)、體套(body wrap)或其組合。在例示性實施例中，外殼裝置204與通氣設備共同提供足夠的負壓來擴張病患的胸腔或肺部。在另一實施例中，第二導管208使用面罩202連接於病患的 上呼吸道。面罩202的非受限實施例包含防漏面罩、口部呼吸道持續正壓(continuous positive airway pressure,CPAP)面罩及全臉面罩。在例示性實施例中，面罩202與通氣設備100共同提供足夠的正壓來開啟並支持病患的上呼吸道。
在一些實施例中，第一壓力感測器212及/或第一洩壓閥210係設置在第一導管206中。在例示性實施例中，第一壓力感測器212係靠近病患200。在其他實施例中，第二壓力感測器216及/或第二洩壓閥214係設置在第二導管208中。在例示性實施例中，第二壓力感測器216係靠近病患200。第一壓力感測器212及第二壓力感測器216經配置以分別監測或檢測第一導管206及第二導管208中的壓力。壓力感測器的非受限實施例包含應變計式壓力感測器(pressure transducer)、壓力傳送器(pressure transmitter)、壓力發送器(pressure sender)、壓力指示器(pressure indicator)、壓力錶(piezometer)及壓力計(manometer)。在一些實施例中，第一壓力感測器212及第二壓力感測器216係分別電性連接第一洩壓閥210及第二洩壓閥214，並分別控制第一洩壓閥210及第二洩壓閥214開啟及關閉，因此在第一導管206及第二導管208內的壓力維持在預定範圍內。
在一些實施例中，氣體供應機構218連接於第二導管208。可動間隔件110沿著第一方向(如第1A圖所示的方向D1)旋轉的同時，來自氣體供應機構218的氣體(例如，氧氣)被傳輸至第二導管208，並與來自第二空間116的氣體(例如，室內氣體)混合。在其他實施例中，在第二導管208中產生的正壓將來自氣體供應機構218的氧氣傳輸至病患200的上呼吸道，藉此提昇針對病患的供氧量。
第3圖繪示本創作的通氣設備100的另一實施例，其中，通氣設備100進一步包含下列元件的至少其中之一：連接於第一導管206及第二導管208的 第三導管300、在第二導管208中的雙向洩壓閥302或在第三導管300中的單向洩壓閥304，其中，單向洩壓閥304靠近第一導管206設置。在例示性實施例中，氣體供應機構218較雙向洩壓閥302更靠近病患設置。
在某些實施例中，可設想由第二導管208提供持續的正壓，例如當病患200需要心肺復甦(cardiopulmonary resuscitation,CPR)或清痰(sputum clearance)時。在例示性實施例中，可藉由以下步驟達成第二導管208中的持續正壓：在呼吸循環的呼氣階段期間，可動間隔件110沿著第一方向D1旋轉，以產生第二空間116及第二導管208中的正壓。一旦當可動間隔件110到達第二通氣孔106前方的擋板122，或到達第二通氣孔106處，第一導管206中的第一洩壓閥210即開啟，因此在沿方向D1旋轉的期間，外殼裝置204、第一空間114及第一導管206中產生的負壓平衡至大氣壓力。類似的，第二導管208中的第二洩壓閥214開啟，因此在沿方向D1旋轉的期間，第二空間116及第二導管208中產生的正壓平衡至大氣壓力。在需要在第一導管206中的正壓的實施例中，一旦當第一壓力感測器212偵測到第一導管206的壓力降低或到達大氣壓力，第一洩壓閥210及第二導管208中的雙向洩壓閥302即關閉。在不需要第一導管206中的正壓的另一實施例中，一旦當第二壓力感測器216偵測到第二導管208中的壓力降低或到達大氣壓力，第二導管208中的雙向閥302即關閉，同時第一洩壓閥210維持開啟。在一些實施例中，第二洩壓閥214在沿著方向D2旋轉/呼氣階段期間維持開啟。當可動間隔件110沿D2方向旋轉，第一空間114及第一導管206中的壓力上升到達一點，在該點中，第一導管206中的壓力(由第一壓力感測器212所偵測)高於第二導管208中的壓力(由第二壓力感測器216所偵測)，單向洩壓閥304開啟，使得第一導管206中約5至約40公分水柱的正壓通過第三導管300到達第二導管208 及病患的上呼吸道。當可動間隔件100到達第一通氣孔104前方的擋板120或到達第一通氣孔104處，第一洩壓閥210為了使氣體平衡而再次開啟，因此在沿D2旋轉/呼氣階段期間在第一空間114及第一導管206中產生的正壓下降，直到其中的壓力達到大氣壓力。在實施例中，當可動間隔件100到達第一通氣孔104前方的擋板120或到達第一通氣孔104處，第二導管208中的雙向洩壓閥302開啟。可動間隔件110再次沿著第一方向D1旋轉，以對應於病患的吸氣階段，如前文中所描述。
藉由可動間隔件110如本文所描述的沿著第一方向D1及相反第一方向的方向D2旋轉，並結合第三導管300來持續提供約5至約40公分水柱的壓力至第二導管，可執行CPR或清痰功能。在實施例中，第二導管208中的持續正壓可支持病患的上呼吸道，並持續提供病患所需的氣體(例如，氧氣)，同時第一導管206中間歇的正壓可壓縮病患的胸腔，以提昇心臟輸出量或分泌物排出。與向病患上呼吸道提供間歇的正壓的手動CPR相比，第二導管208及病患上呼吸道中持續的正壓具有優勢。
CPR的頻率可藉由調整可動間隔件110的旋轉速度來調整。在實施例中，在進階心臟生命維持期間，藉由提供正壓到外殼裝置204，在每30次的胸部按壓中，正壓(約5至約40公分水柱)從第一導管210被傳輸至第三導管300及第二導管208兩次。
在實施例中，可動間隔件110、第一洩壓閥210、第二洩壓閥214及第二導管302中的雙向閥對於第一導管206及第二導管208的壓力的效果示出如表1及表2所示。
在實施例中，本創作的通氣設備產生的正壓範圍從約0至約200公分水柱。在實施例中，正壓的下限等於或大於約10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20公分水柱，或該等數值之間以0.1公分水柱為增量的任意值或範圍(例如，約15.2公分水柱、約12.1公分水柱)。在另一例示性實施例中，正壓的上限等於或小於約200、199、198、197、196、195、194、193、192、191、190公分水柱，或該等數值之間以0.1公分水柱為增量的任意值或範圍(例如，約195.2公分水柱、約192.1公分水柱)。在另一實施例中，正壓為介於本文前述的上限及下限之間的壓力，例如12公分水柱至200公分水柱，13.2公分水柱至199.5公分水柱。
在一些實施例中，由本創作的通氣設備所產生的負壓範圍為約0至約-200公分水柱。在例示性實施例中，負壓的下限等於或大於約-10、-11、-12、-13、-14、-15、-16、-17、-18、-19或-20公分水柱，或該等數值之間以0.1公分水柱為增量的任意值或範圍(例如，約-15.2公分水柱、約-12.1公分水柱)。在另一例示性實施例中，負壓的上限等於或小於約-200、-199、-198、-197、-196、-195、-194、-193、-192、-191、-190公分水柱，或該等數值之間以0.1公分水柱為增量的任意值或範圍(例如，約-196.3公分水柱、約-198.4公分水柱)。在另一實施例中，負壓為介於本文前述的上限及下限之間的壓力，例如-12公分水柱至-200公分水柱，-13.2公分水柱至-199.5公分水柱。
在其他實施例中，通氣設備100的負壓及正壓可根據波以爾方程式P1*V1=P2*V2來計算。在例示性實施例中，在可動間隔件110沿著第一方向D1移動時，第一檔板114中的壓力P1為一大氣壓力(1033.23公分水柱)，並且體積V1為患者的肺部體積(約3L)。當可動間隔件110沿著第一方向旋轉直到到達第 二通氣孔的檔板處，V2=3L(病患的肺部容量)+3L(外殼裝置204的體積)=6L，並且計算的P2=P1*V1/V2=501.67公分水柱。因此，最大負壓Pnm=P2-大氣壓力=-501.67公分水柱。在另一例示性實施例中，在可動間隔件110以相反於第一方向的方向旋轉時(亦即，第一方向的反方向)，P1’為一大氣壓力(1033.23公分水柱)且V1’=3L(外殼裝置204的體積)+3L(病患的肺容量)=6L。當可動間隔件110沿著第一方向的反方向旋轉直到到達第一通氣孔處的檔板，V2’為肺容量=3L且所計算的正壓P2’=P1’*V1’/V2’=2066公分水柱。因此，最大正壓Ppm=P2’-一大氣壓力=2066-1033公分水柱=1033公分水柱。
在實施例中，可動間隔件110沿著第一方向D1及反方向(方向D2)之旋轉為單一呼吸循環，並且各呼吸循環需時約0.5至約15秒。各呼吸循環的頻率範圍從約4次/分至約60次/分，並且可根據病患之年齡及身體條件來調整。
參考第4A圖，在另一實施例中，通氣設備包含位於外殼102內的可動間隔件110及第二間隔件109。第二間隔件109的一端固定於動力機構112。在例示性實施例中，第二間隔件109包含接合部124，且動力機構112包含凹部。第二間隔件109藉由將接合部插入動力機構112的凹部而固定於動力機構112。可動間隔件110及第二間隔件109將通氣設備分為第一空間114及第二空間116。
在實施例中，可動間隔件110沿著D1方向移動(以在第二通氣孔106中產生負壓，並在第一通氣孔104中產生正壓)並通過第二通氣孔106。就在可動間隔件110到達第二間隔件109之前，該第二間隔件109將從外殼102抽離。在例示性實施例中，第二間隔件109透過傳動桿128滑入放置槽130，同時從外殼102抽離，如第4B圖所示。當第二間隔件109從外殼102抽離，可動間隔件110繼續沿著D1方向移動並到達第一通氣孔104處。第二間隔件109再次連接動力機構 112，可動間隔件110繼續沿著D1方向移動以在第一通氣孔104中產生負壓，並在第二通氣孔106中產生正壓。
本文所描述的通氣設備呈現了諸如下列特徵：1.同步傳輸正壓通氣及負壓通氣給病患而不發生任何時間延遲；2.僅需小型的外殼及簡便的動力機構，使裝置可方便攜帶並且經濟實惠；以及3.藉由選擇性設置的第三導管，在第一導管及第二導管中提供正壓，可用於執行CPR。
雖然本創作已經藉由舉例以及就較佳的實施例來描述，但應當了解本創作不限於此。相反而言，其意在涵蓋各種修改及類似的安排及步驟，並且所附申請專利範圍應該以最廣義的方式解讀，從而涵蓋所有此種修改及類似的安排及步驟。
100‧‧‧通氣設備
102‧‧‧外殼
104‧‧‧第一通氣孔
104A、106A‧‧‧壓力感測器
106‧‧‧第二通氣孔
108‧‧‧固定間隔件
110‧‧‧可動間隔件
112‧‧‧動力機構
114‧‧‧第一空間
116‧‧‧第二空間
120、122‧‧‧擋板
D1、D2‧‧‧方向

Claims (13)

  1. 一種通氣設備，其包含：一外殼，係具有一第一通氣孔及一第二通氣孔；一固定間隔件，係設置在該外殼內；以及一可動間隔件，係可操作的與一動力機構連接，其中該可動間隔件及該固定間隔件將該外殼劃分為一第一空間及一第二空間，其中該第一通氣孔及該第二通氣孔係設置在該固定間隔件之兩側；以及其中該可動間隔件在一第一方向上旋轉，並在該第一通氣孔中產生負壓，及在該第二通氣孔中產生正壓，且該可動間隔件以相反於該第一方向之方向旋轉以同時降低該第一通氣孔中的負壓及該第二通氣孔中的正壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之通氣設備，其進一步包含用於將該通氣設備連接於病患胸部之一第一導管，以及用於將該通氣設備連接於病患的上呼吸道的一第二導管。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之通氣設備，其中該第一導管使用體腔系統(body tank system)、胸甲(chest cuirass)、體套(body wrap)或其組合連接於病患的胸部。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之通氣設備，其中該第一導管進一步包含一洩壓閥、一壓力感測器或其組合。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之通氣設備，其中該第二導管進一步包含：一氣體供應機構、一壓力感測器、至少一洩壓閥或其 組合。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之通氣設備，其進一步包含用於連接該第一導管至該第二導管之一第三導管，其中該第三導管包含一單向閥。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之通氣設備，其中該單向閥允許從該第一導管至該第二導管之壓力氣流。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之通氣設備，其中該單向閥不允許從該第一導管至該第二導管之壓力氣流。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之通氣設備，其中該負壓為約0公分水柱至約-200公分水柱。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之通氣設備，其中該正壓為約0公分水柱至約200公分水柱。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之通氣設備，其中該可動間隔件沿著該第一方向或反方向的旋轉需時約0.5秒至15秒。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之通氣設備，其中該第一空間或該第二空間之體積為約0.5L至約6L。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之通氣設備，其中該通氣設備實質上不需控制器來同步正壓通氣及負壓通氣的傳輸。
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