(57)【要約】本発明呼吸療法装置は、一端にマウスピース１３を有し、その反対端１１で大気に開口している導管１０を具える。シリンダ２２、１１０、２０３の一端は導管１０内に開口しており、これはシリンダに沿って摺動しうるピストン２１、１１１、２０５を収容している。ピストン２１、１１１、２０５はシリンダを囲む電磁コイル２５、２６、１０１〜１０９により生ぜしめられる磁界と相互作用する永久磁石２４を有している。コイルは、圧力、流量及びピストン位置センサ４０、４１及び４２からの入力を受信する制御ユニット３０により駆動され、ピストンをシリンダ内で振動させ且つ患者の気道内の粘液を可動化させるとともに治療効果を生ぜしめるのに充分な振幅で振動波形を導管１０に沿う通常の周期性呼吸に重畳させるようにする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の気道と結合されるように構成配置された呼吸システム（１）を具える呼吸療法装置において、この呼吸療法装置は、前記呼吸システム（１）と結合された構成配置（２０）を具えており、この構成配置により、気道内の粘液を可動化させるとともに治療効果を生ぜしめるのに充分な振幅で振動波形（Ｆ３）を、前記呼吸システム（１）を介して通常の周期性呼吸に重畳させるようにしたことを特徴とする呼吸療法装置。
【請求項２】
請求項１に記載の呼吸療法装置において、前記振動波形（Ｆ３）は、非対称にするとともに、肺内に入る方向でのピーク流量よりも肺から出る方向でのピーク流量を大きくして、肺から出る流量を増大させるように構成配置したことを特徴とする呼吸療法装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の呼吸療法装置において、前記振動波形（Ｆ３）は、周期が異なる一連の正弦波形（Ｆ１及びＦ２）から構成した複合波形としたことを特徴とする呼吸療法装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の呼吸療法装置において、前記呼吸システム（１）と結合された前記構成配置（２０）は、シリンダ（２２、１１０、２０３）内で移動しうるピストン（２１、１１１、２０５）を具えていることを特徴とする呼吸療法装置。
【請求項５】
請求項４に記載の呼吸療法装置において、前記呼吸システム（１）と結合された前記構成配置は、前記ピストン（２１、１１１、２０５）を前記シリンダ（２２、１１０、２０３）に対して振動的に移動させる磁気構成配置（２４、２５、２６、１０１〜１０９、２０４、２０１、２０２）を具えていることを特徴とする呼吸療法装置。
【請求項６】
請求項５に記載の呼吸療法装置において、前記ピストン（２１、２０５）は永久磁石（２４、２０４）を具え、前記シリンダ（２２、１１０、２０３）は、前記永久磁石の磁界と相互作用する磁界を前記シリンダ内に生ぜしめて前記ピストン（２１、１１１、２０５）を前記シリンダ（２２、１１０、２０３）に沿って移動させるように構成配置された電磁コイル（２５、２６、２０１、２０２、１０１〜１０９）を具えていることを特徴とする呼吸療法装置。
【請求項７】
請求項６に記載の呼吸療法装置において、前記の又は各電磁コイル（２５、２６、１０１〜１０９）は前記シリンダ（２２，１１０）の外側面を囲むように延在していることを特徴とする呼吸療法装置。
【請求項８】
請求項４〜７の何れか一項に記載の呼吸療法装置において、この呼吸療法装置は、前記ピストン（２１）の位置に応答する位置センサ（４４）を具えていることを特徴とする呼吸療法装置。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項に記載の呼吸療法装置において、前記呼吸システム（１）は導管（１０）を具え、この導管は一端（１１）で大気に対して開口しており、その反対端（１２）でマウスピース（１３）に対して開口していることを特徴とする呼吸療法装置。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項に記載の呼吸療法装置において、この呼吸療法装置は、前記呼吸システム（１）内の圧力に応答する圧力センサ（４０）を具えていることを特徴とする呼吸療法装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか一項に記載の呼吸療法装置において、この呼吸療法装置は、前記呼吸システム（１）内の流量に応答する流量センサ（４１）を具えていることを特徴とする呼吸療法装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れか一項に記載の呼吸療法装置において、この呼吸療法装置は、前記呼吸システム（１）からのフィードバックに応じて、生成された前記振動波形（Ｆ３）の特性を調整するように構成配置されていることを特徴とする呼吸療法装置。
【請求項１３】
一端にマウスピース（１３）を有し、その反対端（１１）で大気に開口している導管（１０）を具える呼吸療法装置において、シリンダ（２２、２０３、１１０）の一端が前記導管（１０）内に開口しており、前記シリンダはこのシリンダに沿って摺動しうるピストン（２１、１１１、２０５）を収容しており、前記ピストン（２１）は、前記シリンダを囲む少なくとも１つの電磁コイル（２５、２６）により生ぜしめられる磁界と相互作用する永久磁石（２４）を有しており、前記呼吸療法装置は前記コイル又は各コイル（２５及び２６）に接続された制御ユニット（３０）を具えており、この制御ユニットは前記シリンダ内の前記ピストンの位置及び前記導管内の圧力を表す入力を受信するように接続されており、前記制御ユニット（３０）は、前記ピストン（２１）を前記入力に応答して前記シリンダ内で振動させ、これにより患者の気道内の粘液を可動化させるとともに治療効果を生ぜしめるのに充分な振幅で振動波形を前記導管（１０）に沿う通常の周期性呼吸に重畳させるように構成配置されていることを特徴とする呼吸療法装置。
【請求項１４】
呼吸療法を患者の気道に適用する方法において、振動波形（Ｆ３）を、気道内の粘液を可動化させるとともに治療効果を生ぜしめるのに充分な振幅で通常の周期性呼吸に重畳させることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法において、前記振動波形（Ｆ３）を、非対称にするとともに、肺内に入る方向でのピーク流量よりも肺から出る方向でのピーク流量を大きくして、肺から出る流量を増大させるように構成配置することを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１４又は１５に記載の方法において、前記振動波形（Ｆ３）を、周期が異なる一連の正弦波形（Ｆ１及びＦ２）から構成した複合波形とすることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、患者の気道と結合させるように配置した呼吸システムを有する種類の呼吸療法装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ぜんそく、ＣＯＰＤ（慢性閉塞性肺疾患）、嚢胞性線維症、等のような呼吸器系の疾病のある患者には、しばしば粘液輸送の障害を伴う粘液分泌過多の形態の顕著な病態生理学的特徴がある。粘液輸送と分泌との間のこの不均衡の結果、粘液が呼吸器系内に貯留される。呼気陽圧（ＰＥＰ）装置、すなわち、デバイスを通る呼息に対し抵抗を呈する装置が、さまざまな呼吸障害を患っている患者を治療するのに現在広く使用されている。最近では、流量に対して交互の抵抗を与えることにより胸部理学療法を適用するような装置が特に有効であることが確かめられている。このような装置の一例は、アカペラ“Acapella”（スミスメディカル（Smiths Medical）社の登録商標）の名称でスミスメディカル社により市販されており、米国特許 US6581598、 US6776159、 US7059324及び US7699054に記載されている。他の振動呼吸療法（V-PEP）装置は、例えば、セイヤー（Thayer）社製のクウェイク“Quake”（登録商標）、モナハン（Monaghan）製のアエロＰＥＰ“AeroPEP”（登録商標）、スミスメディカル社製のテラＰＥＰ“TheraPEP”（登録商標）及びパーカッショネアー（Percussionaire）社製のＩＰＶパーカッショネィター“Percussionator”（登録商標）として入手しうる。発生された振動陽圧は、粘液の高分子の結合を崩壊させることにより粘液の粘弾性を機械的に低減させて粘膜毛様体クリアランスを高める。フィリップス（Philips）社製のコフアシスト“CoughAssist”（登録商標）のような他の装置も入手しうる。呼吸療法装置は上述したことに代えて吸入中の流量に対して交互の抵抗を与えるようにしうる。
【０００３】
呼吸システムの入力インピーダンスは、小振幅波形を患者の気道に与えることによりサブアコースティック周波数〜約５０Hzの周波数帯内で測定しうる。得られた流量の結果及び圧力の変化を記録し且つ入力インピーダンスの実数及び虚数部を計算するのに用いる。気道に与えられる波形は、測定のためだけには極めて小さい振幅となっており、如何なる治療効果をも得るには不充分である。
【０００４】
【特許文献１】米国特許 US6581598
【特許文献２】米国特許 US6776159
【特許文献３】米国特許 US7059324
【特許文献４】米国特許 US7699054
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、従来に代わる呼吸療法装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、上述した種類の呼吸療法装置であって、この呼吸療法装置は、前記呼吸システムと結合された構成配置を具えており、この構成配置により、気道内の粘液を可動化させるとともに治療効果を生ぜしめるのに充分な振幅で振動波形を、前記呼吸システムを介して通常の周期性呼吸に重畳させるようにしたことを特徴とする呼吸療法装置を提供する。
【０００７】
前記振動波形は、非対称にするとともに、肺内に入る方向でのピーク流量よりも肺から出る方向でのピーク流量を大きくして、肺から出る流量を増大させるように構成配置するのが好ましい。この振動波形は、周期が異なる一連の正弦波形から構成した複合波形とするのが好ましい。前記呼吸システムと結合された前記構成配置は、シリンダ内で移動しうるピストンを具えるようにするのが好ましく、前記ピストンを前記シリンダに対して振動的に移動させる磁気構成配置を具えるようにしうる。前記ピストンは永久磁石を具え、前記シリンダは、前記永久磁石の磁界と相互作用する磁界を前記シリンダ内に生ぜしめて前記ピストンを前記シリンダに沿って移動させるように構成配置された電磁コイルを具えるようにするのが好ましい。前記の又は各電磁コイルは前記シリンダの外側面を囲むように延在しているようにしうる。前記呼吸療法装置は、前記ピストンの位置に応答する位置センサを具えるようにするのが好ましい。前記呼吸システムは導管を具え、この導管は一端で大気に対して開口しており、その反対端でマウスピースに対して開口しているようにするのが好ましい。前記呼吸療法装置は、前記呼吸システム内の圧力に応答する圧力センサと、前記呼吸システム内の流量に応答する流量センサとを具えるようにするのが好ましい。前記呼吸療法装置は、前記呼吸システムからのフィードバックに応じて、発生波形の特性を調整するように構成配置されているようにするのが好ましい。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、一端にマウスピースを有し、その反対端で大気に開口している導管を具える呼吸療法装置であって、シリンダの一端が前記導管内に開口しており、前記シリンダはこのシリンダに沿って摺動しうるピストンを収容しており、前記ピストンは、前記シリンダを囲む少なくとも１つの電磁コイルにより生ぜしめられる磁界と相互作用する永久磁石を有しており、前記呼吸療法装置は前記コイル又は各コイルに接続された制御ユニットを具えており、この制御ユニットは前記シリンダ内の前記ピストンの位置及び前記導管内の圧力を表す入力を受信するように接続されており、前記制御ユニットは、前記ピストンを前記入力に応答して前記シリンダ内で振動させ、これにより患者の気道内の粘液を可動化させるとともに治療効果を生ぜしめるのに充分な振幅で振動波形を前記導管に沿う通常の周期性呼吸に重畳させるように構成配置されていることを特徴とする呼吸療法装置を提供する。
【０００９】
本発明の更に他の態様によれば、呼吸療法を患者の気道に適用する方法であって、振動波形を、気道内の粘液を可動化させるとともに治療効果を生ぜしめるのに充分な振幅で通常の周期性呼吸に重畳させることを特徴とする方法を提供する。
【００１０】
前記振動波形は、非対称にするとともに、肺内に入る方向でのピーク流量よりも肺から出る方向でのピーク流量を大きくして、肺から出る流量を増大させるように構成配置するのが好ましい。前記振動波形は、周期が異なる一連の正弦波形から構成した複合波形とするのが好ましい。
【００１１】
本発明の呼吸療法装置及びその使用方法を、以下に添付図面を参照して例示的に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の呼吸療法装置を示す線図である。
【図２】図２は、２つの波形を組合せた効果を示すグラフ線図である。
【図３】図３は、他のアクチュエータの構成配置を示す線図である。
【図４】図４は、更に他のアクチュエータの構成配置を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
最初に図１を参照するに、本発明の呼吸療法装置は、導管１０を有する呼吸システム１を具えており、この呼吸システム１の一端１１は大気に対して開口しており、反対端１２はマウスピース１３の形態の呼吸デバイスと結合され、患者からの要求に応じて空気を、呼吸システムを介してフェイスマスクに流しうるようにする。気管チューブ、喉頭マスク、等のような他の形態の呼吸デバイスを用いることもできる。呼吸システム１には、加湿器、フィルタ、噴霧器、補足用の酸素又はその他の気体の供給源のような、他の構成要素を設けることもできる。又、呼吸システム１には、気体の流量を、この流量に抗するように変更する手段、又は流量を強めるデバイスを設けることもできる。
【００１４】
呼吸システムは、この呼吸システム１と結合されたアクチュエータ手段２０をも具えており、このアクチュエータ手段は、気道内の粘液を可動化（mobilise）させるとともに治療効果を生ぜしめるのに充分な振幅で振動波形を、呼吸システムを介して通常の周期性呼吸に重畳させるように構成配置されている。呼吸システム１と結合されたこの手段２０は、一端２３で呼吸導管１０内に開口したシリンダ２２内にピストン２１を有するように示す巻装コイルアクチュエータを以て構成する。ピストン２１は、このピストン内で同心的に装着されたリング状の永久磁石２４を具えている。シリンダ２２は、このシリンダを取り囲むとともにこのシリンダの長手方向に沿って互いに離間された２つの巻装電磁コイル２５及び２６の配列を有している。これらのコイル２５及び２６は駆動兼制御ユニット３０に接続されており、このユニットはシリンダ２２内に磁界を適切に設定するようにこれらのコイルを附勢する構成配置となっており、この磁界はピストン２１内の永久磁石２４からの磁界と作用してこのピストンがシリンダの長手方向に沿って振動的に変位するようになっている。ピストン２１は潤滑化させるか、又はＰＴＦＥのような低摩擦材料の外側面を有するようにしうる。ピストン２１が変位する体積は好ましくは約５００mlとする必要がある。シリンダ２２と呼吸システム１との間にはフィルタ（図示せず）を設け、シリンダからの如何なる破片又は汚染物も患者の気道に移動しないようにするとともに、シリンダの内部が患者からの呼気物で汚染されないようにもする。この点において、呼吸療法装置の内面に抗菌性物質を被覆することができる。シリンダ２２には使いやすい取っ手を設け、この取っ手により患者が呼吸療法装置を自分の口まで持ち上げうるようにすることができる。この場合、呼吸療法装置は手持ち式であるが、これをインライン式呼吸システム内に導入することができる。
【００１５】
巻装コイルアクチュエータは、ストローク長が５mm〜３０mmであり、連続力がピーク力の高い２Ｎ〜７０Ｎの範囲である種々の寸法で得ることができる。又、アクチュエータは、応答が極めて速く、帯域幅が高くなる低コイル質量を有するようにしうる。又、アクチュエータでは、バックラッシュ、ヒステリシス及びコギングがゼロとなり、コイルとコイルの動きとの間で接触が生ぜず、従って、摩耗が生じないようにすることもできる。又、アクチュエータは、フィードバック機構に応じて無限の分解能を伴う低速度でのスムーズな動きをとるようにもできる。他の種々の電磁的な構成配置は後に説明する。例えば、圧電アクチュエータにより得られるような他のある推進力を用いてピストンをシリンダに沿って駆動するようにもできる。
【００１６】
呼吸療法装置には、呼吸システム１に沿う位置に装着され且つ患者の気道に与えられる気体の圧力及び流量に応答する圧力センサ４０及び流量センサ４１も設けられている。圧力センサ４０及び流量センサ４１からの出力はそれぞれケーブル４２及び４３を介して駆動兼制御ユニット３０に供給される。又、呼吸療法装置は、シリンダ２２に沿うピストン２１の位置に応答する追加の位置センサ４４も有している。この位置センサ４４は、光学位置センサ又はその他のある種の位置センサとすることができる。或いはまた、この位置情報をコイル中の信号から取出すことができる。
【００１７】
ピストン２１の外側の湾曲面はシリンダ２２の内面に対して摺動シールを形成し、導管１０からの空気又はその他の気体が（ピストンが開口端２３から離れるように移動した際に）シリンダ内に吸入されるか、又は（ピストンが開口端の方向に移動した際に）シリンダの外に押出されるようになっている。従って、シリンダ２２に沿うピストン２１の移動が、振動波形を患者により呼吸システムを介して通常の周期性呼吸に重畳させるようにするとともに、気道上に如何なるバックプレッシャー（すなわち、呼気陽圧ＰＥＰ又は印加陽圧ＰＡＰ）も生ぜしめないようにする。
【００１８】
駆動ユニット３０は、重畳振動波形を発生させるように構成配置されており、この波形は、必要に応じ圧力センサ４０、流量センサ４１及び位置センサ４４の出力を用いて患者の気道内の粘液の移動を増加させるように選択されている。この波形は特に、太い線状となった粘液層を越える気体の流量により生ぜしめられるせん断力を高めるように選択されている。このことは、適切な非対称の流量パターンの組合せにより、且つ重畳波形の周波数、振幅及び位相を調整することにより達成される。重畳波形を供給する手段は代表的に、２０リットル／秒のピーク流量で０．１〜２０Hzの振動を生じうるようにする必要がある。
【００１９】
非対称の波形によれば、繊毛拍動のような自然のクリアランス機構が無い場合でも、粘液クリアランスを改善しうると考えられている。特に、非対称の波形はその吸気ピーク流量よりも高い呼気ピーク流量を有し、粘液が主として気体‐液体の相互作用により肺から頭部に向かう方向に移動するようにする必要がある。駆動ユニット３０は呼吸システム１内で生じた圧力及び流量を監視し、アクチュエータ２０により生ぜしめられた波形を調整してこの効果を高めるようにする。供給される波形の効果は、この供給される波形の周波数に応じて呼吸システムの深さが異なることにより異なる。駆動ユニット３０は、呼吸システムの特定の領域における治療効果を最大とするようにこの供給される波形の周波数を選択するように構成配置されており、且つこの駆動ユニットは、影響を受ける領域を変えるように周波数をある範囲に亘って掃引させるように構成配置することができる。
【００２０】
２つの異なる正弦波形の組合せにより非対称波形を生ぜしめることができることは周知である。図２は、ほぼゼロの位置を中心とした同じ振幅であるが周波数は異ならせた２つの正弦波形Ｆ１及びＦ２を示している。これらを組み合わせた結果の波形Ｆ３は、正のピークの振幅の２倍である負のピークを有し非対称であることが分かる。駆動ユニット３０は、重畳された２つ以上の振動の周波数及び大きさを操作して、生ぜしめられる呼気のピーク流量を最適にし、これにより肺から頭部に向かう粘液の移動を最適化するように構成配置されている。
【００２１】
他の種々の構成配置の電磁的アクチュエータが可能である。図３は、シリンダ１１０がピストン１１１と、このシリンダの長手方向に沿って互いに離間され交互に右回り及び左回りに巻装された９個のコイル１０１〜１０９とを有している構成配置を示している。
【００２２】
図４は、コイル２０１及び２０２が、ピストン２０５上に支持された棒状の永久磁石２０４の外側面を囲むように、シリンダ２０３内の固定位置に装着されている他のアクチュエータを示している。
【００２３】
永久磁石を固定位置に装着し、コイルをピストン上に可動的に装着することができることは明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2017519573.tif 000009
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