(57)【要約】  単一のデバイスにおいて複数の肺機能検査を実施するための特徴と、呼気中の一酸化窒素の存在を検出するための特徴とを備える呼吸モニタが開示される。また、個別の吸入通路および呼出通路を可能にし、呼吸モニタ中への呼出前に所定の種に関して吸気および呼気をフィルタリングすることを可能にするマウスピースが説明される。モニタは、さらに有線接続、無線接続、およびネットワーク接続に可能にし、肺データならびに関連環境データを通信および相関させ、患者および介護専門家による使用のためにデータを表示させるためにクラウドベースシステムを可能にする。
2017515614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
a.息サンプル入口と、
b.前記息サンプル入口から下流へと続く息流通路と、
c.前記息流通路中に位置決めされた湿度平衡器と、
d.前記湿度平衡器の下流において前記息流通路中に位置決めされた触媒フィルタと、
e.前記反応フィルタの下流において前記息流通路中に位置決めされたNOXセンサと、
f.前記反応フィルタおよび前記NOXセンサと電気接続状態にあるコントローラと、
を備える、装置。
【請求項２】
a.ハウジングと、
b.前記ハウジング内に位置決めされたガス入口と、
c.前記入口セクションに隣接して配置され、前記ガス入口と流体連通状態にある測定セクションと、
d.前記入口セクション内に位置決めされた流量検出構成要素と、
e.前記流量検出構成要素の上流に位置決めされた調節可能流れ制限構成要素と、
f.前記流量検出構成要素の下流に位置決めされた調節可能パーテションと、
g.前記測定セクション中に位置決めされた1つまたは複数のガス検出器と、
を備える、モニタリングデバイス。
【請求項３】
解析器に吸気および呼気を送る方法であって、
a.ユーザ口、ガス入口、および排気口を有するマウスピースをユーザに用意するステップであって、前記ガス入口、前記ユーザ口、および前記排気口は、流体連通状態にあるステップと、
b.前記ユーザ口を通して前記ユーザに吸入させるステップと、
c.前記吸気の最中に前記排気口と前記ユーザ口との間の流体連通を阻止するステップと、
d.前記ユーザ口を通して前記ユーザに呼出させるステップと、
e.呼気が前記ガス入口から退出するのを阻止するステップと、
f.前記ユーザ口と前記排気口との間の流体連通を開くステップと
を含む、方法。
【請求項４】
a.コンピュータネットワークデータシステムに呼気一酸化窒素測定値をアップロードするステップと、
b.電子データ記憶媒体に前記測定された呼気一酸化窒素量を格納するステップと、
c.1つまたは複数の環境値をアップロードするステップと、
d.電子データ記憶媒体に前記環境値を格納するステップと、
e.コンピュータデバイス内で前記測定された呼気一酸化窒素量および前記局地的環境値を相関させるステップと、
f.前記局地的環境値の中の1つまたは複数と共に前記測定された呼気一酸化窒素量へのアクセスを可能にするステップと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、以下の先行出願、すなわち2014年3月7日に出願された米国特許仮出願第61/949,871号および2014年3月18日に出願された米国特許仮出願第61/955,192号に基づく優先権を主張し、これらの先行出願に関する。これらの先行出願は、明細書および図面の全体を含め、参照によりそのすべてが本願に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、一般的には肺機能の測定に使用されるモニタリングデバイスに関し、より詳細には肺活量測定検査および一酸化窒素検査ならびに呼吸に関する医学的状態のモニタリングに関連する他の指標に関する。
【背景技術】
【０００３】
呼吸器疾患は、世界中で最も一般的な障害の中のいくつかである。かかる呼吸器疾患には、COPD、喘息、嚢胞性線維症、および肺線維症などの病状が含まれる。例えば、慢性閉塞性肺疾患(COPD)は、多数の人々が患い、米国における高い罹患率および死亡率に関与している。COPDは、通常は投薬治療により完全には回復しない気流制限の漸進的進展を特徴とする慢性肺疾患を表現するために使用される用語である。COPDの一般的症状としては、呼吸困難、喘鳴、および慢性咳が含まれる。
【０００４】
喘息は、呼吸困難および喘鳴など、COPDと同様の症状を伴う慢性肺疾患のもう1つの例であるが、COPDとは病因が異なる。喘息は、広く一般的な医療問題であり、米国内および世界中において多数の人々が患っている。喘息を患う患者の約40%が、中度および重度の喘息の患者として分類され、気道炎症のより頻繁なモニタリングを受けることが有益となる。COPDおよび喘息は、異なる治療を必要とするが、COPDおよび喘息の検査結果は、しばしば重複する。
【０００５】
特に、喘息は、肺内への気流を制限する過敏症気道における炎症反応を特徴とする。近年では、呼気一酸化窒素(eNO)の測定は、非侵襲的な、および特に喘息を患う被検者における気道炎症を評価する際の他の肺機能検査に対する補足的なツールとなることが判明している。したがって、eNOの存在は、周知の世界的に認められた気道炎症の生体指標となっている。
【０００６】
一酸化窒素は、一酸化窒素シンターゼにより細胞内で内因的に生成され、末梢肺胞内で好酸球により分泌される。その生成は、(喘息エピソードと関連する)炎症性サイトカインに反応して増加し、呼気NOは、気道好酸性炎症の間接的尺度と考えられる。したがって、下部気道(例えば鼻気道)から呼出される一酸化窒素は、気道炎症の度合いと相関し得る。喘息を患う患者は、その呼気中に高レベルのNOを含む。一酸化窒素レベルは、臨床症状の出現前に上昇し、そのレベルは、適切な療法に応じて気道炎症の軽減につれて低下する。これらの2つの特徴により、一酸化窒素レベルは喘息状態を管理するための理想的な生体指標となる。これにより、2011年に、米国胸部学会(ATS)は、喘息の診断および管理のために呼気一酸化窒素の測定を推奨する新たなガイドラインを発行した。喘息の診断は、呼気中の一酸化窒素レベルが50ppbを超過する場合に下され得る。また、高eNOレベルは、他の炎症性呼吸器状態に関連付けられる。
【０００７】
呼吸器疾患の診断では、一連の検査が定型的に実施される。一般的な肺機能検査(PFT)は、肺活量測定であり、これは、個人の気道の閉鎖を測定するものである。最大/強制肺呼気量の低下は、気道の閉鎖をしばしば示唆する。肺活量測定検査の結果は、肺機能を推定し、呼吸器疾患および呼吸器状態の評価を補助するために使用され得る。この肺活量測定検査では、患者は、デバイス内に強制的に空気を呼出することにより、1度の完全な呼吸で呼出される空気の量(体積)または気流速度(気流流量)を測定する。eNOを測定するために一般的に利用される技法では、被検者は、NOセンサを含むデバイス内に(オンライン)または後に解析され得るリザーバ内に(オフライン)呼出することが必要となる。eNOの濃度は流量に反比例相関し、呼気量がより少ない場合には気道からのeNOの進入はより多くの時間がかかり得るため、eNO検査では、ユーザは、通常50ml/秒の一定の流量で呼出することが必要となる。上述のように、十億分率(ppb)で測定されるeNOレベルは、健康な個人に比べて喘息患者では顕著により高くなる。
【０００８】
肺活量検査は、気流閉鎖測定の一般的な方法であり、肺障害のモニタリングを容易にし得るが、COPDおよび喘息のいくつかの状態における結果の重複により、喘息とCOPDとを区別するために肺活量検査単体での使用は制限される。また、eNO検査、CTスキャン、またはパルスオキシメトリを利用したさらなる調査が、肺疾患および肺状態の評価を補助するために一般的に使用される。
【０００９】
現行の肺機能検査にはいくつかの難点が存在する。肺機能検査は、典型的には大型の、かつ検査のために患者が医師の診療所または病院にいることが必要となるデバイスを使用する。さらに、これらの検査は、個別のデバイスを必要とする。なぜならば、呼吸器疾患および呼吸器状態の評価では、肺活量測定およびeNO検査について個別の測定プロトコルが必要となるからである。典型的には、NOは、診断のために病院または医師の診療所の臨床環境内で測定される。これらのデバイスは、購入および維持が高額である。定期的なNOモニタリングから得られるものが最も多い患者は、医師のもとに頻繁に訪れない限りは正確なNO測定装置に定期的にアクセスすることができない。したがって、少なくとも中度から重度の喘息を患う多数の人々について、自宅での毎週または毎日のNOモニタリングが可能となる費用対効果の高いデバイスの必要性が存在する。
【００１０】
現行の標準的な肺機能検査における別の難点は、検査の精度および効率である。効率的なeNO検査は、標準的な検査に対して補足的なものとなるが、呼気中に存在する微量のNO(典型的にはppbで測定される)を検出することが可能な安価なセンサが不足している。さらに、NOセンサは、水および二酸化炭素(CO2)を含む他の干渉する恐れのあるガス成分の存在下において正確なNO測定を実現する必要がある。NO測定のさらなる難点は、患者の息中の一酸化窒素(NO)と二酸化窒素(NO2)との間における識別の困難さである。すなわち、患者の息から導入されるガスは、典型的には各濃度のNO、NO2、一酸化炭素(CO)、および酸素(O2)を含む。従来のセンサは、しばしば非識別型であり、かつ2つの主要なNOX対象成分、すなわちNOとNO2との間の識別が不可能であるため、誤った読取値が結果的に得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第6,764,591号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、1つのデバイスで複数の肺機能検査ならびに他の関連する測定の実施が可能な正確、効率的、かつ可搬性の呼吸モニタを提供することが望ましくかつ有利である。また、検査データの遠隔モニタリングがさらに可能となり、それにより患者が医師の診療所および病院に訪れる必要性を解消するようなデバイスを提供することが望ましくかつ有利である。さらに、呼吸データを効率的かつ容易に理解可能なフォーマットで提示され得る他の関連環境データへと相関づけることが可能な呼吸モニタを提供することが望ましくかつ有利である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、ユーザからの呼気が検出デバイス内の流通路に続くサンプル入口を経由して検出デバイスに進入する、一酸化窒素検出器を組み込んだ呼吸モニタに関する。流通路内において、1つまたは複数の湿度平衡器が、周囲空気の湿度へと流通路内の息サンプルの湿度を平衡化して、湿度平衡化された息サンプルを生成する。次いで、流通路中の触媒フィルタが、湿度平衡化されたサンプルを受け、NOXからNOおよびNO2の既知の平衡混合物を発生させる。次いで、流通路内に位置決めされたNOXセンサが、サンプル中のNOX濃度を測定する。その後、コントローラが、測定されたNOX濃度および既知の平衡に基づきサンプル中の総NOを算出する。
【００１４】
本発明の別の態様では、1つまたは複数の呼吸機能が、単一のデバイスで測定され得る。このモニタリングデバイスは、ハウジング内に位置決めされ、例えば被検者の肺から呼出された空気などの気体サンプルを受けるように構成された入口セクションを収容するハウジングを備える。測定セクションが、入口セクション内に位置決めされ、入口セクションに進入する気体サンプルの流量を測定するように構成された流量検出構成要素と共に、入口セクションに隣接して配置される。調節可能気流制限構成要素が、流量検出構成要素の上流に位置決めされる。また、調節可能パーテションが、デバイス内で気流をさらに配向および制限するために流量検出構成要素の下流に位置決めされ得る。少なくとも1つのガス検出センサが、測定セクション内に位置決めされ、入口セクション内で受けられた気体サンプル中に含まれた所定のガスの存在を測定するように構成される。
【００１５】
本発明の別の態様では、ガス検出センサは、開口方向流量にて呼気NOを検出するように構成された少なくとも1つの電気化学式一酸化窒素(NO)センサを備える。
【００１６】
デバイスは、血流測定を実施するように構成された光学センサをさらに備えることが可能であり、また呼吸測定を実施するように構成された加速度計を備えることも可能である。
【００１７】
所望に応じて、デバイスは、デバイスと一体化されセンサに電子的に結合された電子コントローラをさらに備えることが可能である。コントローラは、ユーザ情報を入力し、プログラムを実行し、センサから信号を受信し、選択されたネットワークまたは他の遠隔位置にデータを送信するように構成され得る。
【００１８】
本発明の別の態様では、モニタリングデバイスのユーザ用のマウスピースにより、新鮮な空気が、マウスピースを通して専用通路を経由して吸入され、マウスピースを通しておよび別個の専用通路を経由してモニタリングデバイス内に呼出されることが可能となる。1つまたは複数の濾過剤、フィルタ、または濾材が、一方または両方の通路に組み込まれることにより、例えばNOXなどの特定の気体成分の選別が可能となり得る。
【００１９】
本発明の別の態様では、肺活量測定および一酸化窒素測定は、選択された環境因子と相関づけられ、容易に理解可能なフォーマットで提示され得る。本明細書において説明されるデバイスは、有線技術または無線技術により測定値を通信し、遠隔モニタリング、アクセス、および予測解析のためにクラウド内にデータを維持するように構成され得る。
【００２０】
本発明の原理を利用した実施形態が、添付の図面を参照として説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】NO検出デバイスの一実施形態を示す概略図である。
【図２】NO検出デバイスの一実施形態のレイアウトである。
【図３】NO検出デバイスの一実施形態のレイアウトである。
【図４】センサプレートの一実施形態を示す図である。
【図５Ａ】センサプレートの一実施形態を示す図である。
【図５Ｂ】センサの一実施形態を示す図である。
【図６Ａ】マイクロチャネルリアクタおよびセンサアセンブリの一実施形態を示す図である。
【図６Ｂ】マイクロチャネルリアクタおよびセンサアセンブリの一実施形態を示す図である。
【図６Ｃ】マイクロチャネルリアクタおよびセンサアセンブリの一実施形態を示す図である。
【図７Ａ】ユーザインターフェースの一実施形態を示す概略図である。
【図７Ｂ】ユーザインターフェースの一実施形態を示す概略図である。
【図７Ｃ】ユーザインターフェースの一実施形態を示す概略図である。
【図８】較正曲線の一例を示す図である。
【図９】本モニタリングデバイスの一実施形態の斜視図である。
【図１０】モニタリングデバイスに組み付けられたマウスピースの一実施形態を伴う本モニタリングデバイスの一実施形態の斜視図である。
【図１１】開パーテション位置にあるデバイスを示す、モニタリングデバイスの一実施形態の背部平面図である。
【図１２】閉パーテション位置にあるデバイスを示す、図11に示すようなモニタリングデバイスの一実施形態の背部平面図である。
【図１３】本モニタリングデバイスの羽根車-シャッターアセンブリの一実施形態の平面図である。
【図１４】図13に示すような羽根車-シャッターアセンブリの一実施形態の斜視図である。
【図１５】羽根車シェルの一実施形態の斜視図である。
【図１６】本モニタリングデバイスの保持リングアセンブリの一実施形態の平面図である。
【図１７】図15に示すような保持リングアセンブリの一実施形態の斜視図である。
【図１８】肺活量測定(PEF)およびFeNO測定についての流量対時間を示すサンプルのグラフである。
【図１９】多通路マウスピースの一実施形態を示す斜視図である。
【図２０】多通路マウスピースの一実施形態のユーザ側部を示す斜視図である。
【図２１】多通路マウスピースの一実施形態のデバイス側部の斜視図である。
【図２２】多通路マウスピースの一実施形態の気流の斜視図である。
【図２３】多通路マウスピースの一実施形態の側面図である。
【図２４】多通路マウスピースの一実施形態の分解図である。
【図２５】ネットワークへのNO検出デバイスの接続を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本明細書において使用される場合、「備える(comprises, comprising)」、「含む(includes, including)」、「有する(has, having)」またはそれらの任意の他の変形体などの用語は、非排他的包含を範囲に含むように意図される。例えば、列挙された要素を含むプロセス、方法、物、または装置は、それらの要素のみに必ずしも限定されず、明示されないまたはかかるプロセス、方法、物、もしくは装置に固有ではない他の要素を含み得る。さらに、逆のことが明示されない限り、「または(or)」は、包含的な「または」を指し、排他的な「または」を指さない。例えば、条件AまたはBは、以下のもの、すなわちAが真であり(もしくは存在し)かつBが偽である(もしくは存在しない)、Aが偽であり(もしくは存在せず)かつBが真である(もしくは存在しない)、ならびにAおよびBが共に真である(もしくは存在する)の中の任意の1つによって満たされる。
【００２３】
また、「1つの(a, an)」の使用は、本発明の要素および構成要素を記述するために採用される。これは、専ら便宜上の理由によりなされることであり、本発明の一般的な意味を与えるためのものである。この記述は、1つまたは少なくとも1つを含み、また単数形は、他のことを意味することが明らかでない限り複数形を含む。
【００２４】
別様のことが定義されない限りは、本明細書で使用される技術用語および科学用語は、本発明が属する技術の当業者により一般的に理解されるものと同一の意味を有する。本明細書に記載されるものと同様または均等な方法が、本発明の実践または検査で使用され得るが、適切な方法および材料が、本明細書で説明される。本明細書で述べられるすべての刊行物、特許出願、特許、および他の参考文献が、参照により全体として組み込まれる。矛盾がある場合には、定義を含む本明細書が優勢となる。加えて、材料、方法、および例は、専ら例示のものであり、限定的には意図されない。
【００２５】
以下の説明では、様々なシステム構成要素の識別などの多数の具体的詳細が、本発明の実施形態を理解するために提示される。しかし、本発明の実施形態は、かかる具体的詳細、通常の方法、構成要素、材料等の中の1つまたは複数を用いることなく実践され得る点が、当業者には理解されよう。さらに他の例では、周知の構造体、材料、または操作は、本発明の様々な実施形態の態様を曖昧にすることを回避するために詳細に図示または説明されない。
【００２６】
本明細書全体における「一実施形態」への言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体における様々な箇所での「一実施形態で」という言い回しの出現は、その実施形態を必ずしもすべての場合において指すわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または作業特性は、1つまたは複数の実施形態において任意の適切な様式で組み合わされ得る。
【００２７】
一態様では、本呼吸モニタは、それにより湿度、温度、圧力、および流量などの変数を考慮に入れた、呼気中の一酸化窒素の検出を可能にする。一般的には、呼気サンプルは、サンプル入口を通してモニタ内に受けられる。サンプルは、流通路に沿って進み、湿度に関して平衡化される。湿度平衡化されたサンプルは、この通路に沿って、NOXからNOおよびNO2の既知の平衡混合物を生成するように構成された触媒フィルタまで進む。その後、サンプルは、湿度平衡化されたサンプルにおけるNOX濃度を測定するように構成されたNOセンサまで流れる。その後、コントローラが、サンプル中の総NOを算出する。次に、本発明をさらに説明する本モニタの様々な実施形態の詳細な説明を示す。
【００２８】
図1を参照すると、直接的にまたは可撓性ホースにより検出ボックス104に使い捨てマウスピース102が連結された、NO検出デバイス100が示される。(気流方向に)息サンプルを受けるための入口105、活性アルミナなどの乾燥剤106、流量センサ108、湿度センサ110および圧力センサ112、ならびに流量制限器113を示す、検出ボックス104が図示される。流量制限器113の後に、サンプルの第1の部分は、出口114にてシステムから退出し得る。この実施形態では、サンプルの第2の部分は、流量制限器113の前で第1の部分から分岐し、解析のために検出ボックス104を通り進み続けることが可能である。したがって、第2の部分は、ナフィオン管材などの湿度平衡器116、3方向制御弁118、ナフィオン管材などの別の湿度平衡器126、湿度センサ119、ポンプ120、およびマイクロチャネル反応器/センサアセンブリ122を通過し得る。さらに、周囲空気が、入口124を通り(3方向制御弁118を通り)システム内に運ばれる。次いで、周囲空気は、湿度平衡器126、湿度センサ119、ポンプ120、およびマイクロチャネル反応器/センサアセンブリ122を通過する。
【００２９】
有利には、流量制限器113は、(残りの部分が出口114を通り送られることにより)サンプルをさらに分割するために使用され得る。すなわち、流量制限器113は、入口105にておよびユーザの帆(軟口蓋)を閉じるユーザの気道にて背圧を生成する役割を果たし、それにより鼻息が口に進入しその後マウスピースを通過するのを防止し得る。有利には、息の主要部分からサンプル部分を引き離すことにより、解析されるガスの体積および流量を一定レベルに維持することが可能となる。さらに、息のサンプルの吸い上げにより、デバイス100の電力消費量およびサイズが低減および縮小され、それによりデバイスの電池作動が可能となり得る。すなわち、より多量のガス体積が解析のために要する場合よりも、より少量の電力および/またはより少量の構成要素を使用して、より少量のガス体積がフィルタリング、加熱、および解析され得る。
【００３０】
湿度平衡器116、126は、ナフィオンチューブ(ポリマーベースチューブ)などの選択的透過性膜を備えることが可能であり、このチューブは、水分子が前記管材の壁部を選択的に通過させ得ることにより、チューブの外部の水分含有量に対してチューブ内の水分含有量を平衡化させる一方で、チューブの長さにわたり通過する際にチューブ内のNO、NO2、またはNOXの濃度に同時に影響を与えない。したがって、湿度平衡器116、126は、周囲条件に対して息サンプルの湿度を平衡化させるために使用され得る。また、湿度平衡器は、乾燥剤106と組み合わせて使用され得る。
【００３１】
マイクロチャネル反応器/センサアセンブリ122によりNO検出精度を向上させるためには、一般的にはシステム内の湿度を実質的に一定に維持することが望ましい。図示する実施形態では、周囲空気は、入口124を通してシステムに引き込まれる。さらに、湿度平衡器116、126は、息サンプルが周囲空気と実質的に同一の湿度を有するのを確保するために息サンプルの湿度を平衡化する。第1の湿度平衡器116は、サンプル息の湿度を低下させるに過ぎない一方で、第2の湿度平衡器126は、息サンプルおよび周囲空気が共に実質的に均等な制御された湿度量を有するのを確保する。
【００３２】
マイクロチャネル反応器/センサアセンブリ122は、息サンプルガスから総NO濃度を判定するように構成される。患者の息サンプルは、純NO、純NO2、およびそれらの混合物を含むNOXを含み得る。典型的に患者の息から導入されるガスは、0〜1000ppbの範囲のNO濃度、NO2濃度、および一酸化炭素(CO)濃度を有する。さらに、ガスは、典型的には14〜18%の酸素(O2)を含む。図示するように、マイクロチャネル反応器/センサアセンブリ122は、流通路内に白金およびゼオライトを含む触媒フィルタを備える。流通路を通り流れるガスは、ある特定の温度で触媒フィルタと相互作用して、NOおよびNO2の平衡混合物を形成する。マイクロチャネル反応器/センサアセンブリ122は、中を通り流れるNOXの量を感知するように構成されたセンサ素子をさらに備える。図示する実施形態では、センサ素子は、固体電解質イットリア安定化ジルコニア上に以下のような2つの電極を、すなわち(1)NOおよびNO2の平衡混合物に接触するように触媒フィルタデバイスの下流に配設された感知電位差電極と、(2)基準電位差電極とを備える。NOおよびNO2の相対量が、フィルタによる平衡反応により既知となるため、センサのNOX読取値は、サンプル中のNO量を判定するために使用され得る。
【００３３】
センサおよびマイクロチャネル反応器は、NOX平衡化反応に推進力を与えるためにそれぞれ異なる温度に維持される。すなわち、反応器は、反応器(白金-ゼオライト(PtY)を含む)の温度に原則的に基づきNO-NO2混合物を平衡化し、次いで電位が、反応器の温度とは異なる温度で基準電極(PtY)および感知電極と反応するとNOおよびNO2のこの平衡化の変化に基づきセンサ素子において展開する。センサは、2つの電極間の電位差を測定することにより作動し、総NOX濃度(および次いでNO濃度)が、較正曲線に対して電位を比較することによって算出され得る。かかる較正曲線の一例が、図8に示され、これは、検出ボックス104に既知の濃度の混合ガスを通過させることによって生成されたものである。センサ反応は、感知素子に対する露出期間に依存し得るものであり、したがって露出期間は、図8の例の較正曲線に含まれる。また、感知素子を経由するガスの流量は、センサ反応に影響し得るが、流量は、流れが較正の因子とはならないようにこの実施形態では十分に制御される。
【００３４】
反応器およびセンサに関する詳細は、「Potentiometric sensors comprising yttria-stabilized zirconia and measurement method of total NOx sensing without CO interference」と題する米国特許第6,764,591号に記載されており、その全体が、参照により本明細書に組み込まれる。
【００３５】
図6A〜図6Cを参照すると、一実施形態では、マイクロチャネル反応器/センサアセンブリ122は、共に接着された薄いプレートの積層体を備え得る。図6Bに示すように、この積層体は、(気流の順に)入口アダプタ202、ヒータおよび抵抗温度検出器(RTD)プレート204、スペーサ206、PtYプレート208、別のスペーサ210、別のヒータおよびRTDプレート212、センサ215を懸吊するセンサプレート214、センサスペーサ216、ならびに出口アダプタ218を備え得る。プレートは、それらの間に空気の流れを制御するように構成された空間を備え得る。したがって、図6Cに示すように、息サンプルは、ガス経路に沿って触媒材料(この場合はPtY)で被覆されたプレート同士の間に設けられた空間内へと入口アダプタ202を通り流入し得る。次いで、息サンプルは、触媒材料で被覆されたプレート同士の間に設けられた空間内を通過し、その後マイクロチャネル反応器/センサ122のプレート同士の間に設けられた、センサが位置し、息サンプルがセンサアセンブリ215の表面上の電極材料と相互作用し得るさらに別の空間内に進み、最終的には出口アダプタ218を通過する。この実施形態では、PtYプレート208は、スペーサプレート206および210の開口に対応する、プレートの両側部に位置するPtYエリアを有する。同様に、ヒータ/RTDプレート204および212はそれぞれ、スペーサプレート206および210の開口に対応する、プレートの一方の側部に位置するPtYエリアを有する。
【００３６】
図4に示すように、センサ215は、センサプレート214の開口内に懸吊される。センサ215は、基板および複数のセンサ303を備えることが可能であり、各センサ303は、2つの電極を備える(感知電位差電極および基準電位差電極)。この実施形態では、直列に接続された9つのセンサ303が存在する。いくつかの実施形態では、電極材料表面積の比率範囲は、約3:1など、1:1〜5:1の間であることが可能である。有利には、この範囲内の比率により、センサが、十億分率(ppb)範囲でNOを測定し、ならびにppb対象範囲(3〜500ppb)でNO結果を取得するために必要とされる信号調整レベルを最低限に抑えるように構成されることが確実となる。
【００３７】
図5A〜図5Bを参照すると、センサ215は、センサ素子303の対向側のセンサ基板の裏側に(または基板内に)形成された加熱素子およびRTD要素を有することも可能である。加熱素子およびRTD要素は、蛇行形状で形成され、センサ基板に組み込まれ得る(例えば基板が共焼成セラミックであることが可能である)。また、ヒータおよびRTDプレート204、212は、図6Bに示すような蛇行形状に形成されたそれらの加熱素子およびRTD要素を有することも可能である。この実施形態では、プレート204および212は、同一であり、それぞれが一方の側に加熱素子およびRTD要素(図6Bでプレート212上に見られるように)と、対向側に配設されたPtY(プレート204上に見られるような)とを有する。有利には、埋設された蛇行状ヒータおよびRTD要素は、マイクロチャネル反応器センサアセンブリのプレートにわたって好ましい熱分布を実現し、マイクロチャネル反応器センサアセンブリのプレート上の温度差の正確な検出および制御を実現することが可能である。
【００３８】
図4〜図5Bに示すように、センサおよび組み込まれたヒータは、熱伝導を抑制するためにマイクロチャネルフレーム内に懸吊され得る。熱伝導経路が最小限に抑えられると、組み込まれたヒータを有するセンサは、センサアレイ中にわたり好ましい熱分布を維持することが可能となる。センサアレイの温度は、センサの性能および精度にとって重要である。熱伝導に対して高い抵抗を有する懸吊構造は、センサ基板のみが加熱され、したがってセンサを目標温度にするために必要とされる電力量が軽減されることを意味する。電力量の制御は、電池動作性およびしたがってデバイスの可搬性の維持のためには重要となる。
【００３９】
有利には、マイクロチャネル反応器およびセンサ122アセンブリを本明細書において説明されるような一連のプレートとして設置することにより、空気サンプル体積に対する露出されるPtYの表面積比率は、最大化される。さらに、プレートの使用により、マイクロチャネル反応器/センサアセンブリ122は、比較的小型にすることが可能となるため、それによりデバイス100をより容易に可搬性のものにすることが可能となり、空気サンプルを加熱するために必要とされるエネルギーが低減され得る。他の実施形態では(図示せず)、マイクロチャネル反応器およびセンサ122アセンブリは、アセンブリをさらに小型化するために他の技法を利用して製造することが可能である。例えば、様々な材料堆積(追加)および除去(控除)プロセスが、さらにより小さな寸法を有するマイクロチャネル反応器およびセンサアセンブリを生成するために利用されてもよい。これらのアセンブリは、化学気相成長法(CVD)、物理気相成長法(PVD)、電着、または無電解堆積法等を利用して層ごとに作製され得る。いくつかの実施形態では、図6Cに見られるものなどの気流のための空部が、犠牲層を生成することによって形成され得る。この犠牲層は、犠牲層の頂部に追加された層のための基板としての役割を果たした後に、後に溶解される。
【００４０】
図2〜図3を参照すると、デバイス100のレイアウトは、可搬性を確保するためにコンパクトなものであることが可能である。例えば、一実施形態では、検出ボックス104は、8インチ×2インチ×6.5インチであることが可能である。比較的平坦な設計により、被加熱構成要素(マイクロチャネル反応器/センサ)と非被加熱ではあるが熱感応性の構成要素(電池およびPCBボード)との間の距離を最大化することが可能となり得る。「平坦レイアウト」の構成要素が相互の上に積層されないため、これによりデバイスの体積が縮小され、それにより効率的な放熱が可能となる。
【００４１】
デバイス100は、湿度、温度、圧力、および流量などの重要な変数を正確に制御するように構成され得る。例えば、湿度は、第1の湿度センサ110および第2の湿度センサ119を使用して制御され得る。第1の湿度センサ110は、マウスピース102を通る患者の息からデバイス100内に入ってくる湿度量を検出し得る。第2の湿度センサ119は、息がマイクロチャネル反応器/センサ122内へと湿度制御システムを横断すると、湿度量を検出し得る。第2のセンサ119における湿度レベルが、第1のセンサ110における湿度レベル以上である場合には、これは、システムの故障を示唆し得る。したがって、コントローラは、エラーの合図を示し得る。第2のセンサ119における湿度は、周囲状況と実質的に同等であり、周囲湿度の2%の範囲内となるようになど周囲湿度レベルへと厳密に制御されるべきである。この制御により、マイクロチャネル反応器センサアセンブリ内に進む湿度レベルは、測定期間中に実質的に一定となることが確保される。
【００４２】
さらに、触媒コンバータおよびセンサの温度差は、RTDまたは複数のRTDにより約200℃など、約100〜300℃の範囲内となるように制御され得る。この温度差の正確な制御は、いくつかの実施形態では重要となる。なぜならば、温度差がより大きいほど、信号もより大きくなるからである。使用時に、触媒コンバータは、反応効率を維持するために200℃超で動作すべきである一方で、センサは、センサ触媒材料内の酸素伝導を活性化するために350℃超で動作すべきである。さらに、いくつかの実施形態では、NOセンサにおける950℃超の温度は、デバイスが適切に機能するには高すぎる温度となる恐れがある一方で、反応フィルタにおける200℃未満の温度は、触媒反応フィルタが効率的に機能するには低すぎる温度となる恐れがある。一実施形態では、所望の温度差は、電子機器により反応フィルタの温度およびセンサの温度がそれぞれ名目上で250℃および550℃に維持されることが確保されることによって達成される。
【００４３】
流量センサ108および圧力センサ112は、3方向制御弁118を始動させて、トグル切替えし、周囲ラインではなく息サンプルラインから引くことにより、マイクロチャネル反応器/センサアセンブリにわたって息サンプルを送給してNOX測定を実施するために使用され得る。いくつかの実施形態では、目標流量は、3L/分(±10%)である。同様に、圧力センサは、H2Oの5〜20cmの圧力を予期することが可能である。流量または圧力範囲のいずれかが合致しない場合には、3方向制御弁118は、トグル切替えしないように構成されることが可能であり、そのためNOセンサは、患者の息中のNOを測定しない。いくつかの実施形態では、圧力センサ112および流量センサ108は、ユーザがNO測定の活性化のために必要な圧力および/または流れを供給するのを補助するために、圧力および/または流量に関するフィードバックをユーザに提供するためにも使用され得る。さらに、いくつかの実施形態では、ユーザは、NO読取値を取得するために、約10秒など合計15秒未満にわたり連続的に圧力および流量の両目標値を満たすことが要求される。
【００４４】
いくつかの実施形態では、これらの変数のすべてを制御することにより、結果的に得られるNO読取値の精度が、±7ppbの範囲内または±3ppbの範囲内など、±10ppbの範囲内となり得る。
【００４５】
図7A、図7B、および図7Cを参照すると、いくつかの実施形態では、ユーザインターフェースが、システムの変数および/または結果に関する視覚フィードバック、聴覚フィードバック、および/または触覚フィードバックを患者に与えるために設けられ得る。
【００４６】
いくつかの実施形態では、デバイス100は、マイクロチャネル反応器およびセンサに結合された電子機器を使用して較正される。そうするために、各反応フィルタおよびセンサアセンブリの加熱パラメータは、マイクロチャネル反応フィルタおよびセンサアセンブリがデバイスにプラグ接続されると、デバイスにアップロードされ得る。また、マイクロチャネル反応フィルタおよびセンサアセンブリ(MCRS)は、デバイスに較正曲線パラメータを与えることも可能である。このようにして、デバイスは、センサからの測定された電位がある特定のNO濃度と同等であるか否かを解明する。図8に、サンプル較正曲線が示される。
【００４７】
検出システム100は、空気(入口124を取る周囲からのまたはマウスピース102における息からのいずれか)がシステムの内外に連続的に流入および流出し得る点において、流通デバイスであることが可能である。すなわち、システムの内外への空気の量は、任意の時点で制御され得る。有利には、ユーザの呼吸の前後にデバイスを通る周囲空気の流れを制御し連続的なものにすることにより、NO測定のための確実な基線が設定され得る。さらに、連続気流による(すなわち息をためない)息の解析を実現することにより、NO読取値は、迅速かつ効率的に実現され得る。例えば、システムは、ユーザがデバイス内に呼出し始めてから15秒未満でNO読取値を提示し得る。
【００４８】
マウスピースを通る流量は、3L/分(±10%)に調整され得る。触媒コンバータおよびNOセンサを通る流れは、0.2L/分など、0.01〜1L/分の範囲内となり得る。MCRを加熱するために必要とされる電力は、2〜9ワットであることが可能である。反応フィルタ(触媒コンバータ)の質量は2〜200グラムの範囲内であることが可能である。この実施形態におけるマイクロチャネル反応フィルタおよびセンサアセンブリの外寸は、名目上は0.75インチ×1.25インチ×0.5インチである。コンバータにおける温度の変動は、±2℃未満であることが可能である。コンバータの効率は、センサの適切な性能を確保するために90%超であることが可能である。
【００４９】
上述のように、肺機能検査は、典型的には種々の検査を実施するための種々の機械を必要とする。例えば、肺活量測定およびFeNO測定のための息流量間のラージデルタは、以前は測定を行うために単一の機構の使用の妨げとなっていた。以下に示す実施形態では、肺活量測定検査およびeNO検査などの複数の指標が、気流制限機構が介在する単一のデバイスにおいて測定され追跡され得る。他の肺機能検査またはガスセンサが、示すデバイスにおいて使用され得る。
【００５０】
一実施形態では、モニタリングデバイスは、入口セクション、測定セクション、および流量検出構成要素を収容するハウジング内に収容される。加えて、デバイスは、調節可能気流制限構成要素および少なくとも1つのガス検出センサを収容する。入口セクションは、例えば被検者などの被検者または入口セクションに空気を送り込む供給源から気体サンプルを受け、次いでこの気体サンプルは、被検者からデバイス内に送り込まれる気体サンプルの速度および経路を変更する可変的な制約にしたがってデバイス内へと下流に進む。図示する実施形態では、入口セクションは、ハウジングに位置決めされ、気体サンプルを受けるように構成される。測定セクションが、入口セクションに隣接して位置決めされ、入口セクションの穴を介して連結される。流量検出構成要素は、入口セクションに位置決めされ、入口セクションに進入する気体サンプルの流量を測定するように構成される。流量検出構成要素の上流には、空気流制約構成要素が位置決めされる。また、調節可能パーテションが、流量検出構成要素の下流に位置決めされ、これは空気流をさらに配向および制約するように調節可能であり得る。少なくとも1つのガス検出センサが、測定セクションに位置決めされる。
【００５１】
上記に示すように、肺機能モニタリングデバイスは、被検者から気体サンプルを収集および感知するための2つのセクションを備える。入口セクションは、空気流経路に軸方向に沿って対向側の端部まで延在する、一方の端部にオリフィスを有する入口ポートまたはチャネルから構成され、これは、シャッター制御式開口などの空気流制限構成要素を組み込む。使い捨て式または滅菌の容易なマウスピースが、空気流を入口セクションに送り込むのを可能にするためにオリフィス開口部に対して適合化され得る。例えば肺活量測定検査を実施する場合に、ユーザは、マウスピースを介してデバイス内に入口ポートへと空気を吹き込み、入口ポートでは気体サンプルは、羽根車ベース流量計などの流量検出構成要素を通り流れ、デバイスから退出する対向側の開口部を経由して入口セクションから退出することが可能である。対照的に、eNO検査を実施する場合には、ユーザは、空気流制限構成要素が制限位置にある状態において、入口セクション内に息を一定で呼出する。気流制限構成要素が制限位置にあることにより、結果として気体サンプルは、感知セクション内に収容されたeNO検出器へと別経路で送られる。デバイスから出る気流をさらに遮断するために、ハウジングの裏側の可動パーテションが、この検査中に閉位置へと移動され、それにより穴を通り測定セクション内へと気体サンプルをさらに保持し別経路で送ることが可能である。例えば上述のNOセンサなどの少なくとも1つのガスセンサが、感知コンパートメントに沿って配置される。
【００５２】
本発明をさらに説明するために、本発明の一実施形態に関する図面を参照する。図9を参照すると、モニタリングデバイスハウジング305の一例が示される。好ましくは、このハウジングは、ハンドヘルド式および可搬式となり得るように設計される。さらに、ハウジングは、羽根車アセンブリ309を収容する入口セクションをさらに含む。羽根車アセンブリ309を収容する入口セクションに空気流を送り込むためにデバイスに装着され得るマウスピース307が図示される。マウスピースは、ユーザの呼気がデバイスの入口セクション内に送られることが可能である限りは、任意の適切な形状が可能であり、任意の適切な材料から作製され得る。マウスピースは、使い捨て式であってもよく、または容易に滅菌される材料から作製され得る。
【００５３】
図10をより具体的に参照すると、モニタリングデバイス305に装着されたマウスピース307が示される。例として、および所望の検査に応じて、被検者は、例えば空気などの気体サンプルを肺から入口ポート内へとマウスピースを経由して送り込む。入口に位置決めされ流路に沿って位置する流量検出計が、気体サンプルを測定する。好ましい一実施形態では、流量検出計は、羽根車の回転を光学的に計数する光学-羽根車ベース流量計である。
【００５４】
図11および図12を参照すると、モニタリングデバイスハウジングの裏側に位置決めされた可動パーテション311を示すモニタリングデバイスが示される。この実施形態では、可動パーテションは、デバイスが種々の検査に対して使用されるのを可能にするために、デバイス内の気流経路をさらに変更するように調節され得る。例えば、可動パーテションは、図11に示すように完全開位置へと調節され得る。この位置では、被検者から呼出された息は、デバイスを直接的に通過することが可能であり、それにより例えば被検者がデバイス内へと息を強制的に送り込むことが必要となる肺活量測定検査などが可能となる。別の例では、可動パーテションは、図12に示すように完全閉位置へと調節され得る。この位置では、被検者によりデバイス内に送り込まれた空気は、代替経路に沿って例えば感知エリアに送られる。かかる閉位置では、デバイスは、ユーザがデバイス内に低く一定の流量で息を呼出するeNO測定で使用され得る。加えて、可動パーテションは、他の検査要件に対応するために完全開位置と完全閉位置との間の任意の位置へと調節され得る。
【００５５】
図13および図14を参照すると、羽根車-シャッターアセンブリ313の一実施形態が示される。羽根車-シャッターアセンブリ313内に収容された羽根車アセンブリ309が示され、この羽根車アセンブリ309は、羽根車アセンブリと、1つまたは複数の光学センサなどの感知要素と、羽根車シェル315とを備える、流量計の一部を形成する。図15をより具体的に参照すると、羽根車シェル315は、入口セクションと測定セクションとの間の気流連通を可能にする穴317を有して図示される。
【００５６】
図示する実施形態では、流量計の羽根車アセンブリは、デバイス内に流入するある特定量の空気により羽根車アセンブリを旋回させることを必要とする。非常に低い流量では、羽根車は、旋回しないか、または不規則に旋回する。被検者が、例えば肺機能肺活量測定検査などの特定の測定のためにデバイス内に空気を強制的に送り込むと、気体サンプルが、羽根車を通り流れて、羽根車を回転させる。典型的な肺活量測定検査では、気流は、100〜700LPMの範囲であることが可能である。次いで、空気は、シャッター制御式開口の開端部にて退出する。次いで、羽根車を通過する空気の量および速度が、羽根車アセンブリに沿った感知手段により検出され得る。本発明の一実施形態では、流量計から測定される肺機能パラメータは、信号に変換され、モニタリングデバイスと一体化されたマイクロコントローラに送信され得る。
【００５７】
図13および図14を再び参照すると、気流制限器/シャッターが入口セクションから延在する気流経路に沿って羽根車アセンブリ309の上流に配設された、羽根車-シャッターアセンブリ313が示される。図示する実施形態に示すように、流れシャッターは、シャッターブレード319を備えるマルチブレードダイヤフラムを備える。流れシャッターの開口は、入口セクションから退出する気体サンプルの量を制御することにより、種々の気流速度を必要とする種々の検査を可能にするために、所望の程度まで完全開位置、完全閉位置、または部分開位置へと調節され得る。
【００５８】
図16および図17をより具体的に参照すると、流れシャッターの開口部寸法は、羽根車-シャッターアセンブリ313の一部を形成する外方保持リングアセンブリ321により微調整され得る。シャッター開口部の寸法は、方向323に前後へとリング321を回転させることにより調節される。シャッター開口部は、手動操作により機械的に制御され得るか、または例えばデバイスと一体化されたマイクロコントローラにリングの回転を結びつけることなどにより電子的に制御され得る。
【００５９】
流れシャッターが、ユーザによる強制的は呼出を必要とする肺活量測定検査中に手動制御または電気信号に応答して完全に開くと、開いたシャッターにより、気流が入口セクションに自由に進入することが可能となる。一方で、流量が流量計により測定され得る。
【００６０】
既述のように、本肺機能モニタリングデバイスのシャッター制御機構により、選択された流量を必要とする気体サンプルの測定が可能となる。例えば、eNO濃度の測定は、例えば約10秒の期間にわたり3〜5LPMなどの一定の空気の流れを必要とする。この検査を実施するために、シャッターアセンブリの開口は、所定の流量を達成するために手動的にまたは電子的に調節される。入口セクションの閉じられた出口により、結果として呼気中のNOレベルを測定するために感知セクションに収容された少なくとも1つのNOセンサに結合された隣接する感知セクションへと呼気の流入が再配向される。図18に示すように、デバイス内への流量の調節が可能であることにより、広範な種々の流量条件を必要とする複数の検査を1つのデバイスで行うことが可能となる。例えば、肺活量測定流量は、数百リットル/分に達し、5秒以内にゼロに戻る。FeNO測定は、連続的な10秒間にわたり3リットル/分の一定流量を必要とする。
【００６１】
例として、本発明の一実施形態では、デバイスは、3つの呼吸測定、すなわち例えば(1)ユーザが100〜700LPMの範囲の流量にて短時間の間にデバイス内に強制的に呼出を行う、PEFおよびFEV1などの共通の検査を含む肺活量測定検査と、(2)ユーザが約10秒の期間にわたり約3LPMの制御流量にて呼出を行う部分呼気一酸化窒素検査(FeNO)と、(3)呼吸数検査とを行うために構築され得る。光学-羽根車ベース流量計の上流の大型ダイヤフラムシャッターにより、リーフシャッターが開位置にあり、例えば調節可能パーテションが開位置にあるなど、気流がデバイスを通り実質的に制限されず、それにより肺活量測定検査の自由流がデバイス外に排出され得る場合に、最大で約700LPMまでの多量の短期間流量の測定が可能となる。シャッターが、制限位置にある場合には、デバイスを通る気流は、約5LPM未満に制限され、それにより低速の一定の呼気を必要とするNO検査が可能となる。この制限位置では、空気は、ソリッドステート一酸化窒素センサなどの一酸化窒素センサに流れる。一実施形態では、この制限された流れは、例えば羽根車シェルホールを通してサンプルを吸い上げるポンプなどにより吸い上げられ、NOセンサに送達され得る。また、ポンプは、デバイスをパージするために使用され得る。呼吸数は、呼吸と相関する胸壁の動きを測定する加速度計を使用して測定され得る。一実施形態では、呼吸(例えば1分当たりの呼吸数)を測定するための加速度計は、ユーザの胴部に結合され得る。加速度計からの測定値は、有線または無線により本発明のモニタリングデバイスに送信され得る。
【００６２】
上記に加えて、一実施形態では、デバイスは、2つの他の周辺的な測定、すなわち(1)脈拍および(2)パルスオキシメトリを実施するために構築される。これらの血流測定は、標準的方法により光学センサを使用して行われ得る。
【００６３】
上述のことが可能であることにより、デバイスは、喘息患者および医師にとって重要である少なくとも4つの指標を測定することが可能となる。次に、さらなる特徴および実施形態を説明する。
【００６４】
図示するように、ユーザは、一般的にはマウスピースを介してデバイス内に呼出する。任意の適切なマウスピースが、本明細書に記載される本発明の実践において使用され得る。しかし、ユーザが外気をマウスピースを通して吸入し、吸気経路とは別の経路を通してデバイス内へとマウスピースを通して呼出するのを可能にするマウスピースを使用することが有利である。さらに、1つまたは複数の濾材により吸気および呼気をフィルタリングすることが有利である、次に、かかるマウスピースの一実施形態を示す。
【００６５】
図19〜図22を参照すると、ユーザ側部403およびデバイス側部405を有するマウスピース401が示される。ユーザが、マウスピースを通して吸入すると、新鮮な外気409が、一方向弁407を経由してマウスピースに進入し、吸入専用経路411を通してユーザへと流れる。ユーザが、マウスピース内に息を呼出すると、呼気は、第2の専用通路413を通り第2の一方向弁415を通り進み、次いでデバイス内へと進む。
【００６６】
上述のように、図示するマウスピースは、1つまたは複数のフィルタまたは濾材を収容することが可能である。例えば、図22をより具体的に参照すると、NOXから不純物を除去するための濾材417が、一方向進入弁407に隣接するマウスピースの内部に配置され得る。加えて、ペーパフィルタ419などの追加のフィルタが、バクテリアまたは菌などの微生物をフィルタリング除去するためにデバイスに組み込まれ得る。加えて、例えば乾燥剤が、そうでなければデバイスに進入し微生物の増殖を助長し得るまたは影響を被りやすい電子構成要素に害を与え得る水蒸気を呼気から除去するために、デバイス内に含まれ得る。
【００６７】
フィルタまたは濾材は、任意の適切な種類のものであってもよい。例示として、フィルタおよび濾材は、NOX、CO、CO2、NH3、O2、H2O等を含む対象のガスを選り分けるために採用され得る。濾材の例としては、活性アルミナ、Sofno-Fil、Sofno-Lime、シリカ、および活性ゼオライト構造物等が含まれる。ペーパフィルタは、所望の機能に応じて例えばポリプロピレン、紙、綿、または他の繊維などの意図する機能について任意の適切なタイプのものであってもよい。
【００６８】
マウスピースハウジングは、任意の適切な材料から構成され得る。例えば、選択される材料は、デバイスまたはフィルタ材料を通過するガス流を阻害するべきではない。1つのかかる適切な材料は、ポリエチレンテレフタレート(PET)である。マウスピースは、使用もしくは包装の前に衛生化され得る単回使用の使い捨て構成要素であるか、または容易に衛生化および再利用が可能なものであることが可能である。
【００６９】
既述のマウスピースは、多数の利点を有する。このマウスピースは、消耗品であるフィルタ材を単回使用の使い捨て構成要素へと移動させることにより、モニタのメンテナンスを軽減させ得る。また、マウスピースが再利用可能である別の実施形態では、フィルタ材は、必要に応じて交換または再装填され得る。これにより、例えばフィルタ材または弁を交換するためなどの、モニタ整備の必要性が低下し得る。これにより、モニタの費用対効果が改善される。一部の呼吸デバイスは、ユーザによるデバイスを介した吸入を必要とし、それによりバクテリアまたは菌がデバイスからユーザの体内に進入を許す恐れがあるため、安全性が高められる。また、既述のマウスピースは、呼吸解析にとって有害な種をフィルタリングすることも可能である。
【００７０】
特に好ましいデバイスでは、マウスピースは、特定の種の除去において50パーセント超の効率で機能する。例えば、水分の除去により、5〜70%まで呼気相対湿度を低下させるべきである。25から300sccmの入口流量と出口流量が望ましい。動作条件は、10℃〜45℃の周囲温度および5%〜99%の相対湿度であるべきである。
【００７１】
本発明の別の実施形態では、肺機能検査および他の関連する検査が、マイクロコントローラを組み込むことにより強化され得る。例えば、ユーザが、自身のデータをマイクロコントローラに入力し、プログラムを実行し、組み込まれた流量計およびNOセンサから送信される信号を受け得る。マイクロコントローラは、入力されたパラメータおよび受信したデータを格納するための情報記憶手段をさらに備えることが可能である。
【００７２】
別の実施形態では、1つまたは複数のガスセンサが、例えばH2、CO、またはO2などの臨床的に関連性のある生体指標を測定するように構成され、本発明の肺機能測定デバイスに組み込まれ得る。例えば電気化学感知法、音響感知法、熱量測定感知法、光学感知法、または生物学的感知法などの他の感知方法が、ガス分子を検出するために組み込まれ得る。例えば、上述のように、光学センサ(例えばパルスオキシメトリ)が、血流特性を測定するために組み込まれ得る。
【００７３】
別の実施形態では、可搬性マイクロコントローラが、遠隔地でのデータの送信および格納を行うために、例えばWi-Fi、ブルートゥース（登録商標）、またはUSBなどの選択された有線ネットワークまたは無線ネットワークと一体化することが可能である。また、GPSが、ユーザ位置を提供するために組み込まれ得る。例えば、検査データが、モニタリングおよび解析のために医師へと自動的に転送され得る。
【００７４】
別の実施形態では、デバイスは、ユーザの位置および空気の質を含む局地的な気象条件を取得し、その後このデータを記録および送信することが可能である。特に好ましい一実施形態では、部分呼気一酸化窒素濃度(FENOスコア)が、FEV1、FEV6、PEV、FVC、TLC、およびSVCなどの他の肺活量測定値についての追跡と共に、ならびに外気温度、気象条件、風速、風向き、気圧値、気圧動向、花粉数、空気の質、地表レベルのオゾン、露点、および湿度などの他の環境因子と共に、追跡および提示され得る。
【００７５】
さらに示すように、デバイス100は、喘息関連情報をユーザおよび介護者に提供するためにデータ記憶および通知システムと共に使用され得る。例えば、図23を参照すると、デバイス100は、インターネットを介してクラウドサーバに接続するように構成され得る。したがって、デバイス100は、Wi-Fi、ブルートゥース（登録商標）、携帯電話、イーサネット（登録商標）、またはインターネットへの他の接続方法を含み得る。例えば、クラウドは、空気の質、空気粒子数、および他の条件などの格納された環境データ、臨床ガイドライン、患者履歴データ等を含むことが可能であり、これらは、ユーザがデバイス100、ウェブベースアプリケーション、可搬式デバイスアプリケーション、またはローカルコンピュータを用いて読むと、次いでユーザおよび/または医師へと中継されて戻り得る。
【００７６】
いくつかの実施形態では、デバイスは、デバイスに内蔵されたセンサを使用して環境データを収集するように構成され得る。他の実施形態では、デバイスの位置は、GPSもしくは携帯電話による三角測量、またはWi-Fi信号三角測量、または他のシステムセンサ、あるいはかかるシステムのすべてまたは一部の組合せと、続く上述の環境パラメータについて国家的なおよび公認されたデータソースへの照会とによって判定されることが可能である。
【００７７】
他の実施形態では、本明細書において説明されるデバイスは、サブスクリプションサービスと共に使用され得る。例えば、医師は、デバイスを非常に多く使用するためにサブスクリプションを購入することが可能であり、そうすることにより医師は、履歴動向、局地的動向、地域的動向を含むがそれらに限定されない特定のユーザ結果を提供し得る、「生態系」データベースへのアクセスが認可され、通知は、予約リマインダ、または特定のNO読取値に対応し得るもしくはし得ない近隣領域内における高い花粉数の通知などの事項であってもよい、等となる。また、サブスクリプションサービスにより、ユーザまたは医師が、呼気一酸化窒素測定と共に追跡される症候ダイアリーを記録および/または維持することが可能となり、および/または任意の追加の対象となる臨床データもしくは非臨床データが、ユーザ、医師、または他のパーティに提供され得る。
【００７８】
上述のように、個人の呼吸機能のモニタリングおよび評価に関係する多数の関連的な医療パラメータおよび環境パラメータが存在する。また、関連パラメータには、個人の活動パラメータおよび挙動パラメータが含まれる。かかるパラメータを収集、格納、および解析することが可能であることは、患者、介護者、および医療専門家にとって多大な恩恵をもたらし得る。本明細書において説明されるようなデバイスにより、関連パラメータは、かかるデータを収集、格納、および解析する安全なコンピュータネットワークデータシステムに通信され得る。さらに、かかるデータが、収集および解析されると、それは、追跡され、カスタマイズ可能なコンピュータグラフィックインターフェースを介してアクセスされ得る。結果として、カスタマイズ可能なグラフィカルユーザインターフェースにおいてかかるデータを同時に見ることが可能であることにより、極めて多数の利用可能なデータによって、医療専門家および患者などの個人による評価の迅速化が可能となる。
【００７９】
関連医療パラメータとしては、呼気一酸化窒素測定値に加えて、鼻中一酸化窒素、呼気COレベルおよびCO2レベル、呼気アセトン、呼気ケトン、インターロイキン数PEF、FEV1、FEV6、PEV、FVC、TLC、およびSVC、血中好酸球数、血液酸化レベル、パルスオキシメトリ、体重、身長、およびBMI等の、対象となる他の医療パラメータについて取得された値が含まれる。
【００８０】
環境パラメータとしては、周囲NO、空気の質、空気浮遊粒子数、温度、露点、風速、風向き、花粉数、花粉の花、およびスモッグ等の値が含まれる。個人の活動パターンおよび挙動パターンには、運動および薬物療法の厳守度合い等が含まれる。
【００８１】
示唆するように、関連する医療データおよび環境データは、アップロードなどによりコンピュータネットワークデータシステムに通信され得る。データを解析、追跡、および表示するためのプログラムは、コンピュータベース、クラウドベース、またはその組合せであることが可能である。アクセスは、データがアクセスデバイス上に表示され得るようにデバイスとネットワークとの間のデータ通信を可能にするネットワークへのアクセスを有する適切なマイクロコントローラおよびグラフィカルユーザインターフェースディスプレイを有する、デスクトップ、ラップトップ、タブレット、モバイルデバイス、および本明細書において説明されるようなものなどの適切な呼吸モニタなどの、所望の情報を表示し得る任意の適切なコンピュータ化されたデバイスにより達成され得る。
【００８２】
医療データおよび環境パラメータまたは患者挙動データなどの医療関連データの収集、格納、解析、ならびにそれらへのアクセスの容易化を行うためのコンピュータ実装方法は、対象となる医療パラメータに対して環境コンテクストおよび挙動コンテクスト(相関性を有する可能性のあるもの)を提供するためのグラフ、図表、マップ、画像、および表を含むがそれらに限定されないいくつかの方法により提示され得る。
【００８３】
本明細書において説明されるようなものなどのネットワーク接続された診断デバイスは、期日、時間、位置、ユーザ識別番号、および呼気一酸化窒素濃度などの臨床パラメータ、ならびにデバイス性能に関するデバイス固有情報等を含むデータをネットワーク接続されたシステムに送信することが可能である。また、ネットワーク接続された診断デバイスは、アクティブユーザ識別番号およびソフトウェアアップデート情報等を含むネットワーク接続されたシステムからデータを受信することも可能である。
【００８４】
好ましい一実施形態では、ネットワークへのアクセス中に表示されることとなるネットワークアクセスされるグラフィカルユーザインターフェースが使用され、これは、ユーザの好みおよびアクセスレベルに基づきある特定のフォーマットでグラフ、チャート、マップ、画像、および表の形態で照会データを表示することが可能である。さらにユーザインターフェースは、ユーザのアクセスレベルに基づきセキュリティを決定および維持することが、しかし常に符号化、暗号化、パスキーアクセス等の適切なセキュリティ手段を使用するような方法でデータを送信することが可能となる。
【００８５】
ネットワークアクセスされるグラフィカルユーザインターフェースは、動向チャートに基づき示される特定の患者の指定された医療パラメータ履歴データを含む単一の患者プロファイルを表示するために主に使用され得る。かかる動向チャートは、均等な時間ベーススケールを使用して、および軸が一貫したまたは整合する良好性オリエンテーションとなるように、単一のまたは複数の医療パラメータを表示することが可能である。例えば、FEV1は、100%が良好となる百分率として表示され得る。FeNOは、低い数字が良好となる、5〜300のスケールで示され得る。FeNOスコアは、最低スコア(5ppb)がトップ(上)に配向されるように配向され得る。表示のためにユーザにより選択される追加のパラメータが、同様の様式で提示され得る。
【００８６】
加えて、ユーザの好みに応じて、医療パラメータ動向が、ユーザにより選択された位置選択によって動向決定される環境データと共に同時に表示され得る。例えば、患者およびその医師の診療所は、しばしば同じ場所に位置せず、したがって医療専門家(HCP)が患者のプロファイルを検討する場合に、HCPは、HCPのオフィスについての空気質履歴データと共にFeNOスコアを同時に閲覧することを選択してもよく、または患者の住所、都市、郵便番号、または地理的位置情報取得のための他の手段からの空気質履歴データと共に表示されてもよい。さらに、グラフィカルユーザインターフェースは、特定のデータポイントに関する特別な注釈を含み得る履歴データ動向を表示することが可能である。例えば、FeNO測定および地理的位置情報取得のコンテクストでは、特定の患者がある特定の評価の間または最中に移動してきたであろう場所が注記され得る。そのため、典型的には上げられない環境(HCP診療所、家、職場等)が、注記され考慮され得る。
【００８７】
本発明に関するさらなる詳細に関して、材料および製造技法は、当業者レベルの範囲内に含まれるものとして採用され得る。同じことが、一般的にまたは論理的に使用される追加的な動作に関して、本発明の方法ベースの態様に対しても該当し得る。また、記載された本発明の変形形態の任意のオプションの特徴は、個別に、または本明細書において説明される特徴の中の任意の1つまたは複数との組合せにおいて、記載され特許請求され得ることが企図される。本発明の範囲は、本明細書により限定されるべきではなく、むしろ使用される特許請求の範囲の用語の平易な意味のみによって限定されるべきである。
【００８８】
本開示は、当業者が本発明を実践することが可能となるのに十分なものであり、本発明者により現時点で企図される本発明を実践する最良の態様を提供する。十分かつ完全な開示が、本発明の特定の実施形態から構成される一方で、本発明は、図示および説明される厳密な構造、寸法上の関係、および動作によって限定されない。様々な修正、代替構造、設計オプション、変更、および均等物が、当業者には容易に明らかになり、本発明の主旨および範囲から逸脱することなく適切に採用され得る。かかる変更は、代替的な材料、構成要素、構造配置、サイズ、形状、形態、機能、および動作特徴等を伴い得る。
【符号の説明】
【００８９】
100  NO検出デバイス
102  マウスピース
104  検出ボックス
105  入口
106  乾燥剤
108  流量センサ
110  湿度センサ
112  圧力センサ
113  流量制限器
114  出口
116  湿度平衡器
118  3方向制御弁
119  湿度センサ
120  ポンプ
122  マイクロチャネル反応器/センサアセンブリ
124  入口
126  湿度平衡器
202  入口アダプタ
204  ヒータおよび抵抗温度検出器(RTD)プレート
206  スペーサ
208  PtYプレート
210  スペーサ
212  ヒータおよびRTDプレート
214  センサプレート
215  センサ
216  センサスペーサ
218  出口アダプタ
303  センサ
305  モニタリングデバイスハウジング
307  マウスピース
309  羽根車アセンブリ
311  可動パーテション
313  羽根車-シャッターアセンブリ
315  羽根車シェル
317  穴
319  シャッターブレード
321  外方保持リングアセンブリ、リング
323  方向
401  マウスピース
403  ユーザ側部
405  デバイス側部
407  一方向弁
409  新鮮な外気
411  吸入専用経路
413  第2の専用通路
415  第2の一方向弁
417  濾材
419  ペーパフィルタ
【図１】
2017515614.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
2017515614.tif 000007
【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
2017515614.tif 000009
【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2017515614.tif 000020
【図１４】
2017515614.tif 000021
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年11月8日(2016.11.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
a.息サンプル入口と、
b.前記息サンプル入口から下流へと続く息流通路と、
c.前記息流通路中に位置決めされた湿度平衡器であって、流入している息の流れの水分含有量を周囲空気の水分含有量に平衡するように適合された、湿度平衡器と、
d.前記湿度平衡器の下流において前記息流通路中に位置決めされた触媒フィルタであって、流入している息の流れのNOxからNO及びNO2の平衡混合物の形成を引き起こすように適合された、触媒フィルタと、
e.前記触媒フィルタの下流において前記息流通路中に位置決めされたNOXセンサであって、流入している息の流れからNOx濃度を測定するように適合された、NOXセンサと、
f.前記NOXセンサと電気接続状態にあるコントローラであって、測定されたNOx濃度とNO及びNO2の平衡混合物とに基づいて流入している息の流れ中の総NO濃度を判定するように適合された、コントローラと、
を備える、装置。
【請求項２】
前記触媒フィルタは、前記NOXセンサと異なる温度で操作される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記触媒フィルタは、白金及びゼオライトの反応器部材を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記触媒フィルタは、第１のプレート上に配置されており、
前記NOXセンサは、第２のプレート上に配置されており、
前記第１のプレート及び前記第２のプレートは、ガス流れのための１つ又は複数のチャネルを形成する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記NOXセンサは、感知電位差電極及び基準電位差電極を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記湿度平衡器の上流に、調節可能な流れ制限構成要素をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記湿度平衡器の上流に位置付けられた調節可能なパーテション構成要素をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
a.ハウジングと、
b.前記ハウジング内に位置決めされたガス入口セクションであって、
前記ガス入口セクション内に位置付けられた流れ検出構成要素と、
前記流れ検出構成要素の下流に位置付けられた調節可能な流れ制限構成要素と、
前記流れ検出構成要素の下流に位置付けられた調節可能なパーテション構成要素と、
前記パーテション構成要素の下流に位置付けられた湿度平衡器と、
を備える、ガス入口セクションと、
c.前記ガス入口セクションに隣接して配置され、前記ガス入口セクションと流体連通状態にある測定アセンブリであって、流入している息の流れから総NO濃度を判定するように構成された、測定アセンブリと、
を備える、装置。
【請求項９】
前記測定アセンブリは、反応器要素及びセンサ素子を備え、
さらに、前記反応器要素は白金及びゼオライトを備え、前記センサ素子は感知電位差電極及び基準電位差電極を備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記センサ素子及び前記反応器要素は異なる温度で操作される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記ガス入口セクションに入る、流入しているガス流れをさらに備え、
前記反応器要素は、前記流入しているガス流れのNOxからNO及びNO2の平衡混合物を形成する、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記センサ素子は、前記感知電位差電極及び前記基準電位差電極のうちの少なくとも１つの表面でNOx濃度を測定する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記センサ素子と電気接続状態にあるコントローラをさらに備え、
前記コントローラは、測定されたNOx濃度とNO及びNO2の平衡混合物とを使用して、前記流入しているガス流れ中の総NOx濃度を判定する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記調節可能なパーテション構成要素の上流及び前記調節可能な流れ制限構成要素の下流に位置付けられた、周囲空気のための調節可能な入口をさらに備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１５】
息サンプルから総NOx濃度を判定するための方法であって、
a.マウスピースを使用して、ユーザから息サンプルを集めるステップと、
b.前記息サンプルを、前記マウスピースから解析器の入口ポートへ流すステップと、
c.前記息サンプルを、前記解析器の前記入口ポートから前記解析器内に位置付けられた調節可能な流れ制限器へ流すステップと、
d.前記調節可能な流れ制限器から前記解析器を通じて周囲条件へ流れている前記息サンプル内の水分含有量を平衡するステップと、
e.白金及びゼオライトの反応器要素を使用して、前記息サンプルのNOxからNO及びNO2の平衡混合物を形成するステップと、
f.前記反応器要素から下流に配置されたセンサ素子を使用して、前記息サンプル内のNOx濃度を測定するステップと、
g.前記測定されたNOx濃度と前記平衡混合物とに基づいて、前記息サンプル中の総NO濃度を判定するステップと、
h.出口ポートを通じて、解析された息サンプルを解放するステップと、
を備える、方法。
【請求項１６】
前記反応器要素を、前記センサ素子と異なる温度に加熱するステップをさらに備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記反応器要素が第１のプレート上に配置され、前記センサ素子が第２のプレート上に配置されており、前記第１のプレート及び前記第２のプレートが呼気の流れのための１つ又は複数のチャネルを形成する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記センサ素子は、感知電位差電極及び基準電位差電極を備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記息サンプル中のNOx濃度は、前記感知電位差電極及び前記基準電位差電極のうちの少なくとも１つの表面で測定される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記息サンプルが前記調節可能な流れ制限器を通じて流れた後で、前記解析器から前記息サンプルの少なくとも１部を解放するステップをさらに備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記解析器は、前記解析器を通じて、前記調節可能なパーテション構成要素の下流に、且つ湿度平衡器の上流に位置付けられた前記調節可能な入口を通じて、周囲空気を収容するステップをさらに備える、請求項１５に記載の方法。
【国際調査報告】
2017515614.tif 000033
2017515614.tif 000034
2017515614.tif 000035
2017515614.tif 000036