(57)【要約】  ハウジング集合体と、リニアアクチュエータと、リニアコイルと、プッシュロッドに装着されたピストンと、ハウジングを第１の側と第２の側とに分離するダイアフラムとを具備する高振動数振動呼吸装置であって、第２の側に開口部を有し、この開口部は、開口部にガスを吐出するように、患者の気道に流体的に接続される。リニアアクチュエータは、ハウジング集合体に固定されるように装着され、ハウジング内に同軸的に配置されたリニアコイルを有する。プッシュロッドが、リニアコイルとリニアアクチュエータとの間に、相対的に軸方向に摺動可能なように、リニアアクチュエータにリニアコイルを支持する。ピストンは、往復運動が、患者の気道中のガスに、正の圧力波と負の圧力波とが交互に発生するように協同されたリニアコイルによって行われるように、ダイアフラムに直接装着されている。
2009514637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング集合体と、
このハウジング集合体内に、固定されるように装着されているリニアアクチュエータと、
このリニアアクチュエータ内に、同軸的に配置されているリニアコイルであって、このリニアアクチュエータに、このリニアコイルを軸方向に摺動可能に支持するように、このリニアアクチュエータを通って、軸方向に延びているプッシュロッドを有するリニアコイルと、
このプッシュロッドの一端部に装着されているピストンと、
前記ハウジング集合体内を、第１の側と、第２の側とに、密閉するように分離し、かつ前記ピストンに動作的に係合可能なダイアフラムと、
前記第２の側に形成され、患者の気道にガスを吐出するように、患者の気道に流体的に接続される開口部とを具備する高振動数振動人工呼吸装置であって、
前記リニアコイルと、前記リニアアクチュエータとは、協同して、患者の気道中のガスに、正の圧力波と負の圧力波とが交互に発生するように、前記ダイアフラムの往復運動を行わせる高振動数振動人工呼吸装置。
【請求項２】
前記リニアアクチュエータは、プッシュロッド孔を有し、このプッシュロッド孔は、このリニアアクチュエータを軸方向に通るように形成され、前記プッシュロッドを軸方向に摺動可能に受けるように、サイズが設定され、かつ構成されている請求項１の高振動数振動人工呼吸装置。
【請求項３】
前記リニアコイルは、前記プッシュロッドの、前記ピストンが装着されている一端部と反対側の端部で、前記プッシュロッドに装着されている請求項１の高振動数振動人工呼吸装置。
【請求項４】
前記ハウジング集合体は、前記第１の側に配置されている円筒状のボアを有し、
前記ダイアフラムは、このダイアフラムの周縁部に渡って形成されている、径方向の深い溝を有し、この溝は、前記円筒状のボアに、サイズが設定され、かつ相補的に構成されている請求項１の高振動数振動人工呼吸装置。
【請求項５】
前記溝は、前記ピストンの往復運動の間、反転しないように構成されている請求項４の高振動数振動人工呼吸装置。
【請求項６】
前記ダイアフラムは、このダイアフラムの往復運動の間、前記ピストンに直接固定されている請求項１の高振動数振動人工呼吸装置。
【請求項７】
前記ハウジング集合体は、前記第１の側に形成されている少なくとも１つの換気ポートを有する請求項１の高振動数振動人工呼吸装置。
【請求項８】
前記リニアアクチュエータは、前記リニアコイルの換気のために、このリニアコイルを貫通するように形成されている少なくとも１つの孔を有する請求項７の高振動数振動人工呼吸装置。
【請求項９】
ハウジング集合体と、
このハウジング集合体を、第１の側と、第２の側とに、密閉するように分離しているダイアフラムと、
この第１の側の内部に収容されているアクチュエータ集合体と、
このアクチュエータ集合体に、動作的に係合されているピストンであって、このピストンに直接取着されているダイアフラムを有するピストンと、
前記第２の側に形成され、患者の気道にガスを吐出するように、患者の気道に流体的に接続されている開口部とを具備する高振動数振動人工呼吸装置であって、
前記アクチュエータ集合体は、患者の気道中のガスに、正の圧力波と負の圧力波とが交互に発生するようにして、前記ピストンと、前記ダイアフラムとの往復運動を行わせるように構成されている高振動数振動人工呼吸装置。
【請求項１０】
前記第２の側に配置されているカバープレートをさらに具備し、このカバープレートは、前記ダイアフラムが、このカバープレートと前記ピストンとの間に挟持されるように設けられている請求項９の高振動数振動人工呼吸装置。
【請求項１１】
前記ダイアフラムは、このダイアフラムの周縁部に渡って形成されている、径方向の深い溝を有し、この径方向の深い溝は、この溝が、前記ピストンの往復運動の間、反転しないように、このピストンの所定のストロークに対して相補的に形成されている深さを有する請求項９の高振動数振動人工呼吸装置。
【請求項１２】
前記ハウジング集合体は、錐形のカバー体を有し、
前記ダイアフラムと、この錐形のカバー体とは、前記第２の側を、一緒になって囲んでいる請求項９の高振動数振動人工呼吸装置。
【請求項１３】
前記錐形のカバー体は、前記ハウジング集合体に、取り外し可能に取着されるように構成されている請求項１２の高振動数振動人工呼吸装置。
【請求項１４】
前記ハウジング集合体は、前記アクチュエータ集合体を冷却するように、前記第１の側に形成されている少なくとも１つの換気ポートを有する請求項９の高振動数振動人工呼吸装置。
【請求項１５】
ハウジング集合体と、
このハウジング集合体を、第１の側と、第２の側とに、密閉するように分離しているダイアフラムであって、このダイアフラムの周縁部に渡って形成されている、径方向の深い溝を有するダイアフラムと、
前記第１の側の内部に収容されているアクチュエータ集合体と、
このアクチュエータ集合体に、動作的に係合されているピストンであって、このアクチュエータ集合体に直接取着されているダイアフラムを有するピストンと、
前記第２の側に形成され、患者の気道にガスを吐出するように、患者の気道に流体的に接続されている開口部とを具備する高振動数振動人工呼吸装置であって、
前記アクチュエータ集合体は、患者の気道中のガスに、正の圧力波と負の圧力波とが交互に発生するようにして、前記ピストンと、前記ダイアフラムとの往復運動を行わせるように構成され、
前記溝は、このピストンの往復運動の間、反転しないように構成されている高振動数振動人工呼吸装置。
【請求項１６】
前記第１の側は、円筒状のボアを規定し、
前記溝は、この円筒状のボアに対応するサイズに設定され、かつ相補的に構成されている請求項１５の高振動数振動人工呼吸装置。
【請求項１７】
前記ピストンは、ディスク形状であり、このピストンの周縁部に渡って延びているピストンフランジを有し、
前記円筒状のボアと、このピストンフランジとは、前記溝に対応するサイズに設定され、かつ相補的に構成されている環状ギャップを、一緒になって構成している請求項１５の高振動数振動人工呼吸装置。
【請求項１８】
前記ハウジング集合体は、錐形のカバー体を有し、
前記ダイアフラムと、この錐形のカバー体とは、前記第２の側を、一緒になって囲んでいる請求項１５の高振動数振動人工呼吸装置。
【請求項１９】
前記錐形のカバー体は、前記ハウジング集合体に、取り外し可能に取着されるように構成されている請求項１８の高振動数振動人工呼吸装置。
【請求項２０】
前記ハウジング集合体は、前記アクチュエータ集合体を冷却するように、前記第１の側に形成されている少なくとも１つの換気ポートを有する請求項１５の高振動数振動人工呼吸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、医療器具に関する。特に、患者に供給される呼吸用の空気に、正の圧力波と負の圧力波とを提供するための高振動数振動人工呼吸装置に関する。本発明の高振動数振動人工呼吸装置（ＨＦＯＶ）は、従来技術のＨＦＯＶ’ｓと比較すると、ノイズレベルを下げ、減らされたパワーの下で操作されるように、特に効果的に構成されている。
【従来の技術】
【０００２】
吸入状態の間のみ換気し、吐出状態の間、人体の生理的な換気への応答に頼るような慣例的な人工呼吸装置に対して、従来技術のＨＦＯＶ’ｓは、特定の肺の病気にかかっている新生児や子供、または大人の患者のような特性の患者の呼吸作用において重要な、活発な吐出を発生させる。ある場合には、患者の肺は、特に吐出状態での適切な換気、即ちガスの交換を与えることができない可能性がある。
【０００３】
これを考慮すると、従来技術のＨＦＯＶ’ｓは、吐出状態が十分になされない呼気機能の患者に、十分なガスの交換と充分な酸素を与えることとを提供するように、特に発達されている。このような利点にもかかわらず、従来技術のＨＦＯＶ’ｓは、全体の有用性を損なうようないくつかの欠点を有する。例えば、一般的なＨＦＯＶ’ｓの１つが、Ｊｅｎｓｅｎに特許され、「振動人工呼吸装置と方法」（Ｊｅｎｓｅｎの公知文献）と題されている米国特許第４，７１９，９１０号に、図示され、記載されているものと類似して構成され、この公知文献の全体の内容は、ここでの公知文献により、明白に含まれている。
【０００４】
このＪｅｎｓｅｎの公知文献のＨＦＯＶは、ハウジングを有し、このハウジングは、磁石と、このハウジング内に配置されているダイアフラムとを有する。コイルが、このダイアフラムの第１の側に装着されている。このコイルは、第１の側で、ピストンを往復運動させるように動作可能である。このＨＦＯＶは、代わって、ハウジング内でダイアフラムを前後に動かすようなこのピストンの往復運動を行わせるように、コイルの電流極性を逆にするような、適切な回路構成を有する。ダイアフラムの振動は、患者の気道に供給されるガス中に、正の圧力波と負の圧力波とを発生させる。
【０００５】
Ｊｅｎｓｅｎの公知文献で開示されているようなＨＦＯＶは、過度の加圧状態によってのように、患者の肺を傷つけることなく、患者の呼気状態においてガスの交換を行うために効果的である。しかし、このＨＦＯＶは、残念ながら、新生児の集中治療室のように、従来技術のＨＦＯＶ’ｓが一般的に使用される敏感な環境中で好ましくないような、比較的大きなノイズレベルを発生する。さらに、前記Ｊｅｎｓｅｎの公知文献のＨＦＯＶは、コイルのリニアアクチュエータ部分を支持する複数のスパイダばね（ｓｐｉｄｅｒ  ｓｐｒｉｎｇ）の配置に左右される。残念ながら、コイルに対するリニアアクチュエータの往復運動が、ダイアフラムの振動を引き起こすとき、比較的大きなパワー量が、この重要なばね力を克服するために必要とされる。
【０００６】
さらに、上述のＨＦＯＶは、患者に呼吸用のガスを与えることと同様に、コイルを冷却するための特性のガス源に左右される。さらに、ファンが、このコイルを通る冷却ガスの十分な流れを発生させるように、このＨＦＯＶに組み込まれることができる。これを考慮すると、このＨＦＯＶに関するさらなる欠点は、このコイルの過度の加熱である。この過度の加熱は、コイルが過熱されるにつれて、このコイルの抵抗の変化によって、ピストンが中央に配置されることの正確さを低下させる。
【０００７】
従来技術のＨＦＯＶ’ｓのノイズによって発生される高いノイズレベルは、コイルに形成されている様々な流路を通って、冷却空気が通過する流れによって発生されるノイズと同様に、ファンによって発生されるノイズを含む複数の源によって発生される可能性がある。冷却ガスは、コイルを出て周辺環境に入るので、さらなるノイズが、コイルのハウジングに形成されている複数の孔を通る冷却ガスの流出によって発生される。
【０００８】
病院の職員だけでなく、患者にも混乱を伴う可能性があるようなノイズのさらなる重要な源は、ダイアフラムによって発生されるノイズである。さらに、特に、上述の従来技術のＨＦＯＶでは、ダイアフラムは、このダイアフラムの周縁部に渡って与えられている溝（ｒｅｌｉｅｆ）を有する。この溝は、患者の気道中のガスに、正の圧力波と負の圧力波とが交互に発生させるように、ピストンがダイアフラムと一体となって往復運動をすることができる。残念ながら、このダイアフラムの一貫した前後運動は、この往復運動が起こるとき、スナッピングノイズ（ｓｎａｐｐｉｎｇ  ｎｏｉｓｅ）を発生させるような、溝を速く連続して絶えず反転させる原因となる。
【０００９】
各々の正のストロークの間を繰り返すようにして、ピストンがダイアフラムの下面に当たるとき、さらなるノイズの源が、ピストンによって発生される。ダイアフラムの底部が絶えず繰り返して当たることにより、繰り返されるスラッピングノイズ（ｓｌａｐｐｉｎｇ  ｎｏｉｓｅ）が発生される。このノイズは、ＨＦＯＶによって発生される全体のノイズに専ら加えられ、患者の睡眠および回復を、残念ながら乱す。例えば、上述の形式のＨＦＯＶ’ｓは、フルパワーで操作されるとき、６５ｄＢに達するノイズレベルを発生させる。
【００１０】
理解され得るように、患者の睡眠および休息を乱さないように、音の出力を下げ、効果的に操作されるように、特に形成されているようなＨＦＯＶが必要とされている。さらに、減らされたパワーで操作され、既存のＨＦＯＶ’ｓの臨床的な性能に適し、現在のＨＦＯＶ’ｓよりも高いエネルギー効率であるようなＨＦＯＶが必要とされている。さらに、ＨＦＯＶが、既得状態の病気の患者を輸送するときに使用されることが可能であるように、移動性を高めるように、サイズが小さくされたＨＦＯＶが必要とされている。最終的に、単純な構成および低コストのＨＦＯＶが必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、従来技術の高振動数振動人工呼吸装置（ＨＦＯＶ’ｓ）に関する上記の公知文献の欠点に特に向けられ、解決する。さらに、特に、本発明は、従来のＨＦＯＶ’ｓの臨床的な性能に適するように、以下のように構成されている。このＨＦＯＶは、プッシュロッドを支持するリニアコイルの使用、およびこのＨＦＯＶ中でローリング運動をするダイアフラムの組み込みによって、小さなサイズおよび下げられたノイズとパワー消費とで、既存のＨＦＯＶ’ｓの臨床的な性能に適するように構成されている。ローリング運動をするダイアフラムは、ピストンに直接係合されている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のＨＦＯＶは、ハウジング集合体を有し、このハウジング集合体は、ハウジング集合体に固定されるように装着されているリニアアクチュエータを有する。リニアコイルが、前記リニアアクチュエータ内に、同軸的に配置されている。このリニアコイルは、リニアコイルの軸方向の往復運動を可能にするようにして、前記リニアアクチュエータを通って軸方向に延びているプッシュロッドによって、支持されている。ピストンが、プッシュロッドの一端部に装着され、前記リニアコイルが、このプッシュロッドの対向端部に装着されている。前記ダイアフラムは、前記ハウジング集合体を、第１の側と、第２の側とに、密閉するように分離している。このダイアフラムは、前記ピストンに動作的に係合され、このＨＦＯＶが、患者間で移動され得るように、取り外し可能と、置換可能との少なくとも一方に、好ましくは構成されている。
【００１３】
前記ダイアフラムが置換可能であることは、一対の留め具ブラケットによって、このＨＦＯＶのハウジング集合体に固定されているコーンカバー体の使用によって、容易にされる。これら留め具ブラケットの対向端部によって、前記ハウジング集合体に固定されている一対の蝶ねじが、前記ダイアフラムにアクセスするための、前記コーンカバー体の素早い開放と取り外しとを可能にする。このコーンカバー体に形成されている開口部は、この開口部にガスを吐出するように、患者の気道に流体的に連通する。ガスが、圧縮ガス、または酸素のようなガス源によって供給される。
【００１４】
Ｍｏｒｃｏｓに特許され、「流量に焦点を合わせた（ＦＬＵＸ−ＦＯＣＵＳＥＤ）インターリーブ磁気回路を使用した移動コイル駆動装置」と題されている米国特許第５，３４５，２０６号に、図示され、記載されているように、この公知文献の全体の内容は、本発明での引用により明白に含まれている。アクチュエータ集合体は、カリフォルニアのサンマークスのＢＥＩ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社から商業的に入手可能なものと類似したボイスコイルとして、形成されることができる。このボイスコイルのリニアコイルとリニアアクチュエータとは、患者の気道中のガスに、正の圧力波と負の圧力波とが交互に発生するようにして、前記ダイアフラムの往復運動を行わせるように協同している。
【００１５】
本発明のＨＦＯＶによって発生されるノイズは、このダイアフラムが、本質的に反転しないように、前記ダイアフラムの終端部に渡って形成されている径方向の深い溝の組み込みのおかげで、慣例的なＨＦＯＶ’ｓと比較して、大きく減らされる。本発明のダイアフラムの特定の形態は、従来技術のＨＦＯＶ’ｓのピストンおよびダイアフラムの高い振動数の振動の間に起こるポッピング音を無くす。さらに、本発明のダイアフラムは、従来技術のＨＦＯＶ’ｓのピストンの前方ストロークの間に、ダイアフラムとピストンとの間に起こる断続的な係合とは反対に、前記ピストンに直接付加、即ち取着されている。ダイアフラムへの、ピストンのこのような直接的な取着は、ピストンが、このピストンの前方ストロークの間、ダイアフラムの下面に繰り返し当たるとき、従来技術のＨＦＯＶ’ｓによって発生されるスラッピング音を無くす。
【００１６】
先に述べられているように、本発明のＨＦＯＶのパワー消費は、本質的に浮動性のあるリニアコイルをもたらすリニアアクチュエータを通って延びているプッシュロッドの使用のおかげで、従来技術のＨＦＯＶ’ｓと比較して、減らされる。リニアコイルとピストンとの位置を、中央に配置し維持するような、径方向に延びているスパイダばねを使用する従来技術のＨＦＯＶ’ｓと比較すると、本発明のＨＦＯＶでのパワー消費は、ばね力の少なさのおかげで、大きく減少される。
【００１７】
本発明のピストンの中央への配置は、前記プッシュロッドに接続されている光センサのようなセンサによって、容易にされる。内部ループ制御システムが、閉じたループのフィードバックメカニズムを提供する。このメカニズムは、先に述べているように、前記ピストンの位置が、このピストンが中央に位置する正確さに影響を与えるような、コイルの温度の変化にもかかわらず、常に正確に維持されることによって提供される。本発明のアクチュエータ集合体の冷却は、ハウジング集合体に形成されている複数の換気ポートの使用によって容易にされる。これら換気ポートは、前記アクチュエータ集合体を通って循環する大気の空気によって、対流的に冷却することを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明が、特に添付図面を参照して以下に説明される。図１ないし図３は、最も広い意味において、ハウジング集合体３０を有する高振動数振動人工呼吸装置（ＨＦＯＶ）１０を示す。このハウジング集合体３０は、ハウジング集合体３０に装着されているアクチュエータ集合体１０２を有する。このアクチュエータ集合体１０２は、リニアアクチュエータ１０４と、リニアコイル９４とを有する。このリニアコイル９４は、前記リニアアクチュエータ１０４にリニアコイル９４を支持させるプッシュロッド７６を有する。このプッシュロッド７６は、前記リニアアクチュエータ１０４内で、軸方向に摺動可能であり、前記ハウジング集合体３０を、第１の側７０と、第２の側７２とに、密閉するように分離しているダイアフラム６２に直接装着されている。前記アクチュエータ集合体１０２は、患者の気道に与えられるガス中に、正の圧力波と負の圧力波とが交互に発生するように、ピストン４８と前記ダイアフラム６２との往復運動を行わせるように構成されている。
【００１９】
前記アクチュエータ集合体１０２は、Ｍｏｒｃｏｓに特許され、「流量に焦点を合わせた（ＦＬＵＸ−ＦＯＣＵＳＥＤ）インターリーブ磁気回路を使用した移動コイル駆動装置」と題されている米国特許第５，３４５，２０６号に、図示され、記載された形式に類似したリニアモータとして構成されることができる。この公知文献の全体の内容は、ここでの公知文献（前記Ｍｏｒｃｏｓの公知文献）により、明確に含まれている。図２および図２Ａにおいて理解され得るように、このアクチュエータ集合体１０２は、前記ハウジング集合体３０内に装着されている前記リニアアクチュエータ１０４を有する。前記リニアコイル９４は、このリニアアクチュエータ１０４内に同軸的に配置されているように、これら図で見られ得る。Ｍｏｒｃｏｓの公知文献で開示されている形式のアクチュエータ集合体１０２は、ボイスコイルとしても良く、カリフォルニアのサンマークスのＢＥＩ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社から、商業的に入手可能である。本発明のＨＦＯＶ１０は、ＢＥＩ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社のボイスコイルのモデルＮｏ．ＬＡ２５を好ましくは使用するが、異なる実施の形態が、本発明で使用され得る。
【００２０】
重要なことに、本発明の前記ダイアフラム６２の特有の形態は、従来技術のＨＦＯＶ’ｓ１０によって発生するノイズと比較して、このダイアフラム６２の周縁部の全周に渡って形成されている径方向の深い溝６４を組み込むことにより、減少されたノイズレベルをもたらす。この深さのおかげで、前記溝６４は、前記ピストン４８の往復運動の間、反転せず、この結果、径方向の深い溝６４よりも比較的浅い溝（ｒｅｌｉｅｆ）を有するダイアフラム６２の場合に一般的に発生されるポッピングノイズを無くしている。従来技術のＨＦＯＶ’ｓ１０では、ダイアフラム６２のこの溝は、ピストン４８の振動の間、連続的に反転し、大きなポッピング音を発生させる。
【００２１】
先に述べられているように、本発明の前記ピストン、即ちプレート部分４８は、図に示されているように、前記ダイアフラム６２に直接取着されることができる。ピストン４８とダイアフラム６２との間のこのような直接的な取着は、このピストン４８が、正のストローク時にこのダイアフラム６２に当たるとき、従来技術のＨＦＯＶ’ｓ１０で起こるスラッピングノイズを、好ましくは除去する。しかし、本発明では、このダイアフラム６２は、前記ピストン４８と、前記ハウジング集合体３０の第２の側７２に配置されているカバープレート６０との間に挟持されることができる。このダイアフラム６２は、これらカバープレート６０と前記ピストン４８との間に介在されている。このダイアフラム６２と径方向の深い溝６４とは、ピストン４８の形状にほぼ対応しており、これを考慮すると、このピストン４８と、前記ダイアフラム６２と、前記カバープレート６０とは、ほぼディスク形状であるが、他の形状でも良い。このピストン４８は、ピストンの周端部の全周に渡って延びているピストンフランジ７４を有する。このピストンフランジ７４は、図に示されているように、前記径方向の深い溝６４の深さよりも通常は長い長さを、好ましくは有する。
【００２２】
前記ハウジング集合体３０は、前方ハウジング３２と後方ハウジング３４とに分離されることができ、この前方ハウジング３２は、前記ピストン４８が往復運動し得る内部の円筒状のボア６６を規定している。この円筒状のボア６６と、前記ピストンフランジ７４とは、前記ダイアフラム６２の溝６４に相補的になるように、好ましくはサイズを設定され、構成されている環状ギャップ６８によって、分離されている。特に、前記環状ギャップ６８の間隔は、この環状ギャップの厚さ、即ち前記溝６４の幅に、好ましくはほぼ等しい。このようにして、前記ピストン４８の往復運動は、前後方向のストロークの間、前記溝６４のローリング運動を結果として生じる。このピストン４８の前方ストロークの間、前記ダイアフラム６２の溝６４は、このピストン４８が前方に動くのに従って、前記円筒状のボア６６から次第に離れるように引かれる。
【００２３】
逆に、前記ピストン４８の方向が逆転し、このピストン４８が後方に動くのに従って、前記溝６４は、前記円筒状のボア６６に逆にローリングする。そして、このピストン４８が中間点を通過すると、代わって、この溝６４は、前記ピストンフランジ７４から離れるように引かれる。このようにして、この溝６４のローリング運動が、前記ダイアフラム６２の往復運動により発生するほぼゼロのノイズを、結果として発生する。前記ピストン４８のストロークに応じる前記溝６４は、従来技術の一般的なノイズを発生するＨＦＯＶ’ｓ１０によくあるような溝６４の反転を避けるように、好ましくはサイズが設定されていることが理解されることができる。
【００２４】
図１ないし図２Ａを参照すると、前記カバープレート６０は、このカバープレートの周端部の全周に渡って形成されているリップを、好ましくは有するように示されている。このリップは、前記ダイアフラム６２が、前記径方向の深い溝６４部分への、このダイアフラム６２の撓みを制限するようにして、本質的に挟持されるように、前記ピストンフランジ７４に相補的に形成されている。この溝６４を超えた径方向で、前記ダイアフラム６２は、このダイアフラム６２の全周に渡って延びている周端部を有し、このＨＦＯＶ１０の装着ブラケット１６と錐形のカバー体３８との間に挟持されている。この錐形のカバー体３８は、錐形のカバー体の周りに延びている環状溝を有することができ、この環状溝は、Ｏリング４０を受けるように構成されている。このＯリング４０は、患者に流体的に接続される前記第２の側７２を密閉するように与えられることができ、この第２の側は、前記錐形のカバー体３８によって、一緒になって規定されている。この錐形のカバー体３８は、患者の気道にガスを与える患者用チューブ１４６に接続可能な開口部１３０を有する。ほぼ円錐形状で示されているこの錐形のカバー体３８は、前記ピストン４８のストロークによって発生される圧力波が、前記開口部１３０を通って、前記患者用チューブ１４６へ向けられることができるように、このピストンのストロークの距離に相補的に、好ましくはサイズが設定されている。
【００２５】
前記錐形のカバー体３８は、前記装着ブラケット１６に、永久的に装着されることができるが、このような装着構成体は、患者から出る流体に接触するこのＨＦＯＶ１０の特定の部材を、取り外し、置換する能力を低下させてしまう。これを考慮して、この錐形のカバー体３８は、患者からの流体に接触する前記ダイアフラム６２が、容易に取り外し可能であり、この結果、ある患者から次の患者へとこのＨＦＯＶ１０を移動する前に、消毒され再利用されることと、完全に置換されることとの少なくとも一方が可能であるように、前記装着ブラケット１６に好ましくは装着されている。このダイアフラム６２にアクセス可能にするための、この錐形のカバー体３８の取り外しは、複数の蝶ねじ４４によって前記装着ブラケット１６に固定されている複数の留め具ブラケット４２の使用によって、容易にされることができる。これら留め具ブラケット４２は、これら留め具ブラケット４２の各々が、前記錐形のカバー体３８のリップの所定の部分に係合されるように、この錐形のカバー体３８に相補的に形成されているほぼ半円形状を有する。
【００２６】
前記装着ブラケット１６は、複数の柱、即ち外側に延びている留め具４６を有することができる。この留め具４６は、前記留め具ブラケット４２を留めるために、前記錐形のカバー体３８に対して適切な記録で、これら留め具ブラケット４２を位置させるように支持され得るこれら留め具ブラケット４２の両端部に、外向きに延びている。前記蝶ねじ４４は、前記錐形のカバー体３８が、ハウジングブラケットに固定されることによって、素早い解放メカニズムを、好ましくは提供する。図１において理解され得るように、一対の留め具ブラケット４２が、前記装着ブラケット１６の両側に配置されている。しかし、いかなる数の留め具ブラケット４２も、使用されることができ、いかなる形態およびサイズでも与えられることができる。
【００２７】
前記プッシュロッド７６は、前記ピストン４８と、前記ダイアフラム６２と、このプッシュロッド７６の自由端部で終端している前記カバープレート６０とを通るように延びていることが、理解されることができる。ショルダー部が、前記ピストン４８が設けられ得る前記プッシュロッド７６の端部を収容し得る。一対の完全に対向している平面５０が、前記プッシュロッド７６の自由端部に与えられることができる。前記ピストン４８に形成されている複数の孔１１４と、前記ダイアフラム６２と、前記カバープレート６０とは、ピストン４８の往復運動の間、これら平面５０の回転を防ぐように、これら平面５０に相補的に、好ましくは構成されている。理解され得るように、このダイアフラム６２の回転は、ダイアフラム６２の構造の完全性を損ない得るような、ダイアフラム６２の径方向の深い溝６４の過度のねじれの原因となる。
【００２８】
プレートキャップ５８が、前記カバープレート６０を覆うように固定されることができる。また、このプレートキャップ５８は、前記プッシュロッド７６の末端部に形成されている周縁部のプッシュロッド溝５４に挿入されているＥリング５２によって、このプッシュロッドに保持されることができる。このＥリング５２は、前記プッシュロッド７６に対する前記ピストン４８の軸方向の動きを防ぐように、好ましくは構成されている。このピストン４８は、ピストンから前記Ｅリング５２に、上方に延びているつばをさらに有する。キャップカバー体５６が、前記プレートキャップ５８と、前記ピストン４８のつばとの間の環状空間に、前記プッシュロッド７６を覆うように挿入されることができる。このキャップカバー体５６は、前記第１の側７０に配置されているアクチュエータ集合体１０２を、患者から出るガスおよび流体に対して分離するように、この集合体を密閉して封じ込める外周フランジをさらに有することができる。このようにして、前記ダイアフラム６２の取り外しおよび置換は、前記蝶ねじ４４を緩め、前記プレートキャップ５８からプレートカバー５６を外し、前記プッシュロッド７６の周縁部の溝５４から前記Ｅリング５２を取り外し、このプッシュロッド７６のカバープレート６０とダイアフラム６２とを軸方向に摺動させることにより、前記留め具ブラケット４２を最初に取り外すことによって、行われる。次に、前記ダイアフラム６２と、前記Ｏリング４０と、前記錐形のカバー体３８とは、他の患者にこのＨＦＯＶ１０を移動する前に、取り外される、または置換されることができる。
【００２９】
図において理解されるように、前記プッシュロッド７６は、前記ダイアフラム６２から軸後方方向に延び、前記アクチュエータ集合体１０２を貫通している。先に述べられているように、このアクチュエータ集合体１０２は、前記リニアコイル９４を備えたリニアアクチュエータ１０４を一般的に有し、このリニアコイル９４は、リニアアクチュエータ１０４の周りに同軸的に配置されている。このリニアアクチュエータ１０４は、前記ハウジング集合体３０に固定可能なように装着されている。また、このリニアアクチュエータ１０４は、開端部１１６で開いており、反対側の閉端部１１０で閉じているシェル１０６を、一般的に有する。間隔を置いて同軸的に並べられている複数の磁石１１８が、前記シェル１０６に対して間隔を置いて配置されている。対応している柱構成体１２０が、これら磁石１１８の間に配置され、このような磁石１１８と柱構成体１２０とは、好ましくはディスク形状であり、互いに一続きに配置されている。代わって、これら磁石１１８と柱構成体１２０との集合体は、前記シェル１０６に接続されている前記リニアアクチュエータ１０４の閉端部１１０に固定される。
【００３０】
前記リニアコイル９４は、前記シェル１０６と、これら磁石１１８と柱構成体１２０との集合体との間の、環状ギャップ６８内に配置されている。このリニアコイル９４は、ほぼ円筒形状であり得、少なくとも第１のコイル９６を有し、この第１のコイルは、第２のコイル９８に対して軸方向に配置されている。このリニアコイル９４は、前記リニアアクチュエータ１０４の閉端部１１０に対向している一端に配置されているコイルキャリア１１２を有する。前記プッシュロッド７６は、このリニアアクチュエータ１０４を通って延びている。また、このプッシュロッド７６は、プッシュロッドボス８２によって、前記コイルキャリア１１２に固定されるように取着されている。このプッシュロッドボス８２は、ほぼディスク形状であり得、前記コイルキャリア１１２にこのプッシュロッド７６を固定するように、プッシュロッド７６の半径よりもほぼ大きな半径を有する。このコイルキャリア１１２は、パワー供給源に接続されることができ、前記第１のコイル９６および第２のコイル９８の周りに配置されている巻き線１００を有し、前記アクチュエータ集合体１０２の操作のための適切な極性を有するように構成されている。
【００３１】
図２および図２Ａにおいて理解され得るように、コイルクリアランス１０８が、前記第１のコイル９６および第２のコイル９８と、前記シェル１０６との間に構成されている。前記プッシュロッド７６は、前記リニアコイル９４とリニアアクチュエータ１０４との間の接触を防ぐために、リニアコイル９４を固定して支持するように、好ましくは構成されている。さらに、このプッシュロッド７６は、前記ハウジング集合体３０を有する前側および後方ハウジング３４に対するこのプッシュロッドの往復運動の間、前記リニアコイル９４の径方向のアラインメントを維持するように、好ましくは構成されている。
【００３２】
前記プッシュロッド７６を貫通して延びているブッシュハウジング１２６が、前記リニアアクチュエータ１０４の閉端部１１０上にある。ほぼ縦長のプッシュロッド７６のブッシュ１２４が、前記リニアアクチュエータ１０４中に形成されているプッシュロッド７６のボア１２２の長さに沿って軸方向に延ばすことができる。先に述べられているように、前記プッシュロッド７６は、前記リニアコイル９４がこのプッシュロッドによって軸方向に支持されるように、このプッシュロッド７６のボア１２２を通って軸方向に、好ましくは延びている。
【００３３】
前記プッシュロッド７６からハウジングに、外向きに径方向に延び、角度をもって配置されている複数のスパイダばねを使用し得る、従来技術のＨＦＯＶ’ｓ１０に対して、本発明のＨＦＯＶは、以下のように構成されている。このＨＦＯＶ１０は、前記リニアコイル９４が、前記リニアアクチュエータ１０４を通って延びているプッシュロッド７６によって中央に位置するように、軸方向に支持されていることによって、従来技術と同じ効果のある臨床的な呼吸特性を有するより小さなパッケージで、パワー消費を減らすことができる。さらに、特に、本発明のＨＦＯＶ１０は、０．５ｋｇから１００ｋｇの範囲の、好ましくは３０ｋｇの患者の、６０水柱ｃｍ（５．８８ｋＰａ）未満の、好ましくは４５水柱ｃｍ（４．４１ｋＰａ）未満の最大平均気道圧力（Ｐａｗ）の下で、呼吸作用を維持するための臨床的な要求に応えるように、特に構成されることができる。
【００３４】
前記Ｍｏｒｃｏｓの公知文献で開示されているものと類似したアクチュエータ集合体１０２の使用が示され、このアクチュエータ集合体は、ＢＥＩ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社からモデル番号ＬＡ２５として商業的に入手可能であり、本発明のＨＦＯＶ１０は、上述の臨床的な要求に応えるように最適化されてきている。前記リニアコイル９４が、前記プッシュロッド７６のベアリングによって支持されているような、前記ＬＡ２５のボイスコイルのモデルで示されているアクチュエータ集合体１０２の使用は、複数のスパイダばねを使用するアクチュエータ集合体１０２を操作するために必要とされる力のおよそ半分の力を使用して、６Ｈｚで、前記ピストン４８を振動させることができる。さらに、本発明のＨＦＯＶ１０は、前記リニアコイル９４を中心に配置させるように複数のスパイダばねを使用する従来技術のＨＦＯＶ１０よりも、およそ３倍の効率で、圧力に対して容積を置き換える。
【００３５】
スパイダばねの使用に対して、プッシュロッドに装着されているリニアコイル９４を使用することのさらなる効果は、操作の間、前記アクチュエータ集合体１０２によって発生される熱の減少である。さらに、特に、従来技術のＨＦＯＶ１０は、ピストン４８の位置を調整するように、開いたループの方法で電圧制御を行う。ピストン４８を中央に位置させることは、バイアス電圧調整を使用して、容易にされ得る。残念ながら、前記リニアコイル９４中で上昇する温度は、このピストン４８の中央への配置を行うような、このコイルの操作特性の変化を結果として生じる。この結果、このピストン４８は、行き過ぎたり行き足りなかったりする。
【００３６】
幸いにも、本発明のＨＦＯＶ１０は、前記コイルキャリア１１２に隣接している前記後方ハウジング３４に装着されているように、図１に示されている光学センサ９２のようなセンサの形態で、直接的なフィードバックを使用する。さらに、図１は、前記コイルキャリア１１２、また、代わって、前記プッシュロッド７６に固定されるように装着されているロッドホルダ８０を示している。このロッドホルダ８０は、前記後部ハウジング３４から外方向に延びることが可能であり、前記センサから外方向に突出しているセンサシャフト９０と表面で接触しているセンサロッド８８に固定されることができる。このような構成は、ピストン４８を中央に位置させるように必要な調整を与えるために、直接的な位置フィードバックの効果を有する閉じたループのサーボ機構制御構成体を与える。これを考慮して、従来技術のＨＦＯＶ１０によって受けるような、熱の上昇によるこのピストン４８の中央への配置の正確さの損失に対する欠点が、本質的に克服される。
【００３７】
図２および図２Ａに示されているように、前記ハウジング集合体３０は、前記後方ハウジング３４に固定されている後方ハウジングキャップ３６を有することができる。後方の留め具８６が、前記ピストン４８の後方ストロークの末端部で、支持し得る前記ロッドホルダ８０に対してバンパを与えるように、前記後方ハウジング３６の内側面に配置されることができる。同様に、前方留め具８４は、前記コイルキャリア１１２が、前方ストロークでのこのピストン４８の末端部での動きに対して支持可能であるように、前記リニアアクチュエータ１０４に固定されることができる。これら前方および後方の留め具８４は、アクチュエータ集合体１０２への衝撃を隔離するように、一般的に弾性材料で、好ましくは製造されている。
【００３８】
前記アクチュエータ集合体１０２の冷却は、アクチュエータ集合体を通した周囲の空気の循環によって、容易にされている。前記リニアアクチュエータ１０４の前端１２で、リニアコイル９４とリニアアクチュエータ１０４との冷却を可能にするように、冷却ガス（即ち、空気）の通過を可能にするように、このリニアアクチュエータ１０４に形成されている一連の孔１１４があり得る。同様に、前記前方ハウジング３２は、前方ハウジング３２中に形成されている半円形状のスロットとして規定され得る少なくとも１つの、好ましくは複数の換気ポート７８を有することができる。図２において理解され得るように、これら換気ポート７８は、前記アクチュエータ集合体１０２の対流性のある冷却のために、このアクチュエータ集合体１０２への大気ガスの流体的な連通のための通路を与える。
【００３９】
このようにして、冷却ガスの分離されている源と、冷却ファンとの少なくとも一方の必要性が、本発明のＨＦＯＶ１０では回避される。このような部材の除去は、全体のパワー消費を減らし、このＨＦＯＶ１０の構成を簡単にする。先に述べられているように、従来技術のＨＦＯＶ’ｓ１０での冷却ファンの使用は、このようなＨＦＯＶ’ｓ１０が一般的に使用される内部での敏感な環境で、患者に混乱を伴う可能性のあるような音を立てるようなノイズを、不幸にも引き起こす。
【００４０】
図１を参照すると、本発明のＨＦＯＶ１０は、適当な装着ブラケット１６によって、好ましくは支持されている。この装着ブラケット１６は、図１および図２で示されているように、底部プレート２４を有し、この底部プレート２４は、この底部プレート２４と、前記後方ハウジング３４とに取着されているスタンド２８を有する。複数の脚部２６が、表面上に、このＨＦＯＶ１０を滑らないように支持するために、底部プレート２４の下側に装着されることができる。前記装着ブラケット１６は、前方パネル１８をさらに有することができる。この前方パネル１８は、後方パネル２０に対して平行な間隔で配置され、前方ハウジング３２と、この前方パネルに装着されている錐形のカバー体３８とを有する。ハウジングカバー体２２が、これら前方パネルおよび後方パネル２０の周りに延びることができ、また、このＨＦＯＶ１０を囲むように、前記底部プレート２４に固定されることができる。
【００４１】
図３を参照すると、このＨＦＯＶ１０に組み込まれることができる内部の換気システムの概略図が示されている。先に述べられているように、前記錐形のカバー体３８は、この錐形のカバー体３８中の前記開口部１３０を通って、患者用チューブ１４６に接続されている。ガス源１４４が、この患者用チューブ１４６に、酸素と、圧縮空気との少なくとも一方が吐出され得るように接続されることができる。この患者用チューブ１４６は、患者の気道での呼吸機能を提供するように、気道内のチューブを通って患者の気道に接続されることができる。先に述べられているように、正および負の気道の形態でのガスに課される振動エネルギーが、患者の気道内に正の圧力を与えることによって、呼吸の働きを容易にする。このような圧力は、二酸化炭素が患者の肺から除去されるような、吸入と吐出とを向上させることが分かっている。
【００４２】
このＨＦＯＶ１０は、ガスの交換を向上させるようにして、酸素と二酸化炭素との拡散を高める。理想的には、このＨＦＯＶ１０によって発生される矩形圧力波が、圧力の最小値で、最大の容積の置換を行うことが分かってきている。従って、図３において示されているように、圧力測定が、本発明のＨＦＯＶ１０中の患者の気道で行われることができる。この圧力測定は、代わって、前記ピストン４８の往復運動の間、患者の気道内で、望ましい圧力プロファイルを発生するように効果的に、ＨＦＯＶ１０の操作を監視し、制御するような、外部制御ループ１４２のシステムのマイクロプロセッサに与えられることができる。前記患者用チューブ１４６から、患者の肺に発生されるガス（即ち、ＣＯ２）を通すように延び、換気システムの外部への吐出をし得る吐出ポート１４８が、図３にまた示されている。一方通行のバルブ１５０が、吸入の間、周囲の空気の流入を防ぐように、前記吐出ポート１４８に含まれることができる。
【００４３】
ＨＦＯＶ１０の操作は、図を参照して説明される。加圧されたガスのような、前記ガス源１４４は、前記患者用チューブ１４６に接続され、望ましい流率（即ち、バイアス流率）で、この患者用チューブ１４６に吐出される。前記バルブ１５０が、患者用チューブ１４６に延びている前記ガス源１４４から、直線状に含まれることができる。このバルブ１５０は、部分的に膨張した状態で、患者の肺内に静圧を維持するように、好ましくは機能する。ガスは、この一方通行のバルブ１５０を通って、前記吐出ポート１４８へ、患者に吐出される。ガス内の酸素が、このＨＦＯＶ１０によって発生される負の圧力波と正の圧力波とによって、補助される患者の肺に拡散される。
【００４４】
正の圧力波と負の圧力波とは、前記ピストン４８の往復運動の結果として、このＨＦＯＶ１０によって、従って、前記ハウジング集合体３０内のダイアフラム６２の往復運動によって、発生される。前記リニアコイル９４に与えられる電流が、前記リニアアクチュエータ１０４に対する往復運動（即ち、前後の動き）を引き起こす。理想的には、図３に示されているような、前記内部制御ループ１４０が、前記プッシュロッド７６の位置を制御し、維持するように、従って、中間の位置にピストン４８があるように、前記光学センサ９２に連結されて操作される。前記ダイアフラム６２に対するピストン４８の直接的な取着によって、このピストン４８は、従来技術のＨＦＯＶ’ｓ１０に備わっているスラッピング運動（ｓｌａｐｐｉｎｇ  ｍｏｔｉｏｎ）を防ぐように、このダイアフラム６２と一緒に、前方ストロークおよび後方ストロークで動く。さらに、本発明のダイアフラム６２の前記径方向の深い溝６４は、静かなローリング運動で動く。この溝６４が反転しないので、従来技術のＨＦＯＶ’ｓ１０のポッピング音は、本発明のＨＦＯＶ１０によって発生しない。
【００４５】
先に述べられているように、前記アクチュエータ集合体１０２のパワー消費も、中央に位置し、支持されている従来技術のＨＦＯＶ’ｓ１０のリニアコイル９４を使用するスパイダばねによって発生されるばね力の除去により、減らされる。このようにして、最小摩擦力が、前記ピストン４８の振動を克服させる。代わって、前記リニアコイル９４は、前記リニアアクチュエータ１０４の中央を貫通しているプッシュロッド７６のブッシュ１２４内に同軸的に摺動する前記プッシュロッド７６に装着、即ち支持されている。
【００４６】
ある患者から次の患者への、このＨＦＯＶ１０の移動は、前記留め具ブラケット４２の取り外しによってなされる蝶ねじ４４を緩めることによって、簡単に取り外されることが可能な、取り外し可能な錐形のカバー体３８の使用によって、容易にされる。このようにして、前記ダイアフラム６２は、前記カバーキャップ５６と、前記Ｅリング５２と、前記プレートキャップ６０と、前記ダイアフラム６２とを簡単に取り外すことによって、患者間でこの装置を移動するときに、簡単に置換され、または消毒され、および再利用されることができる。
【００４７】
前記アクチュエータ集合体１０２の冷却は、前方ハウジング３２中に形成されている複数の換気ポート７８の使用によって、容易にされる。大気、または特定の冷却空気源から通過する空気は、この換気ポート７８を通って、ハウジング集合体３０に流入する。ピストン４８の動きは、このリニアアクチュエータ１０４の前記閉端部１１０に形成されている孔１１４を通るような冷却空気を与える。このようにして、このリニアコイル９４とリニアアクチュエータ１０４との対流性のある冷却が、容易にされる。
【００４８】
本発明のさらなる変更と改良とが、当業者にとって明らかなようになされることができる。従って、ここに記載され、図示されている部材の組み合わせは、本発明の特定の実施の形態を示すことのみを意図しており、本発明の態様および範囲内で、他のデバイスに限定して機能することを意図しているものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は、本発明の高振動数振動人工呼吸装置（ＨＦＯＶ）の斜視部分断面図である。
【図２】図２は、本発明のＨＦＯＶの部分分解斜視図であり、ＨＦＯＶ内部で往復運動するピストンに直接取着されている、反転しない径方向の深い溝を有する取り外し可能なダイアフラムを示す。
【図２Ａ】図２Ａは、リニアコイルと、リニアアクチュエータとを有するアクチュエータ集合体の断側面図であり、このリニアアクチュエータ内部で、軸方向に摺動するプッシュロッドによって往復運動をするように装着されているリニアコイルを示す。
【図３】図３は、人工呼吸システムに組み込まれているときの、本発明のＨＦＯＶの概略図であり、さらに、この人工呼吸システムの操作を制御するための、内部制御ループと、外部制御ループとを示す。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【国際調査報告】
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