(57)【要約】  ある態様に従って、被験者８に補助酸素を供給する装置４を提供する。この装置４は、被験者８がそれを介して息を吸うことができる患者インタフェース１０、コンテナ１２であり、このコンテナ１２に蓄えられた酸素レベルの高いガスが被験者８により吸い込まれることを可能にするために、被験者インタフェース１０に接続される第１の排出口１８、第１の吸入口２４及びコンテナ１２を通るガスの酸素含有量を増大させるために、コンテナ１２を通るガスから測定のガスを取り除く材料１５を有するコンテナ１２、並びにコンテナ１２の第１の吸入口２４に接続され、被験者８が装置４を使用するとき、コンテナ１２に空気を供給する送風機１４を有する。
2017528228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者に補助酸素を供給する装置であり、
被験者がそれを介して息を吸うことができる被験者インタフェース、
コンテナであり、
−前記コンテナに蓄えられた酸素レベルの高いガスが前記被験者により吸い込まれることを可能にするために前記被験者インタフェースに接続される第１の排出口と、
−第１の吸入口と、
−前記コンテナを通る空気の酸素含有量を増大させるために、前記コンテナを通る前記空気から特定のガスを取り除く材料と、
を持つコンテナ、
前記コンテナの前記第１の吸入口に接続され、前記被験者が前記装置を使用するとき、前記コンテナ内に空気を供給する送風機、並びに
前記被験者への補助酸素のフローを可能にするために、前記コンテナと前記被験者インタフェースとの間に置かれる第１の弁
を有する装置。
【請求項２】
前記装置はさらに、当該装置の動作を制御する制御ユニットを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記コンテナは、酸素レベルの高いガスを大気圧より上の圧力で蓄えている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記送風機は、前記コンテナに蓄えられた前記酸素レベルの高いガスの圧力が大気圧である又は大気圧に近いとき、前記コンテナ内に空気を供給するために、前記制御ユニットにより稼働する、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記送風機は、以下の条件、
（i）前記材料が前記特定のガスで飽和されるとき、
（ii）前記被験者による最初の吸気から既定の時間後、
（iii）前記装置の最後の充填から既定の時間、前記被験者が前記装置を使用した後、
（iv）前記被験者による既定の吸気回数の後、
（v）前記被験者に供給される前記ガスの温度が上昇するとき、又は
（vi）前記被験者に供給される前記ガスの酸素含有量がしきい値を下回るとき、
の何れか１つを満たすとき、前記制御ユニットにより稼働を停止する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記第１の吸入口及び前記第１の排出口は、前記送風機により前記第１の吸入口を介して前記コンテナ内に吹き込まれた空気が、前記第１の排出口を介して前記コンテナに蓄えられた酸素レベルの高いガスを押し出すように互いに配される、請求項１乃至５の何れか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記装置はさらに、前記送風機と前記第１の吸入口との間に位置決められる逆止弁を有し、前記逆止弁は、前記送風機が稼働していないとき前記コンテナにあるガスが前記送風機に流れるのを防ぐために、前記コンテナに蓄えられた酸素レベルの高いガスの圧力が大気圧より上であるときは閉じる、及び前記送風機により空気が前記コンテナ内に供給されることを可能にするために、前記コンテナに蓄えられた酸素レベルの高いガスの圧力が大気圧である又は大気圧より下であるときは開くように構成される、請求項１乃至６の何れか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記装置はさらに、充填処理中、酸素レベルの高いガスを受け入れる第２の吸入口、及び前記充填処理中、排ガスを排出する第２の排出口を有する、請求項１乃至７の何れか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記装置はさらに、前記特定のガスの物質をパージするために、充填処理の開始時に、酸素レベルの高いガスが前記コンテナ内に供給されることを可能にするために開いている、前記第２の吸入口に接続される荷重弁、及び前記充填処理の開始時に、排ガスを前記コンテナの外に出すことを可能にするために開いている、前記第２の排出口に接続される排出弁を有する請求項１乃至８の何れか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記排出弁は、前記充填処理中は閉じられる一方、酸素レベルの高いガスを前記コンテナに蓄えるために、酸素レベルの高いガスが前記荷重弁及び第２の吸入口を介して前記コンテナに供給される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記装置はさらに、前記被験者が前記被験者インタフェースを介して息を吐くとき、前記被験者に陽圧空気を供給する手段を有する、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか一項に記載の装置、並びに
前記装置に酸素レベルの高いガスを充填する及び/又は前記特定のガスの物質をパージするために、前記装置に選択的に結合され得る、酸素レベルの高いガスの供給源、
を有する酸素補充システム。
【請求項１３】
被験者に補助酸素を供給する方法において、
被験者がそれを介して息を吸うことができる被験者インタフェース、
コンテナであり、前記コンテナに蓄えられた酸素レベルの高いガスが前記被験者により吸い込まれることを可能にするために前記被験者インタフェースに接続される第１の排出口と、第１の吸入口と、前記コンテナを通る空気の酸素含有量を増大させるために、前記コンテナを通る空気から特定のガスを取り除く材料とを持つコンテナ、
前記コンテナの前記第１の吸入口に接続され、前記コンテナに空気を供給する送風機、並びに
前記送風機と前記第１の吸入口との間に位置決められる、供給される空気のフローを制御する弁
を有する装置を提供するステップ、
前記第１の排出口及び前記被験者インタエースを介して、前記被験者に酸素レベルの高いガスを投与するステップ、並びに
前記被験者による前記装置の使用中、前記コンテナに空気を供給するために前記送風機を稼働させるステップ
を有する方法。
【請求項１４】
前記投与するステップの前に、前記コンテナは、酸素レベルの高いガスを大気圧より上の圧力で蓄えている、及び前記送風機を稼働させるステップは、前記コンテナに蓄えられた酸素レベルの高いガスの前記圧力が大気圧である又は大気圧に近いときに行われる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記方法はさらに、前記装置に充填するステップを有し、このステップは、
前記コンテナの第２の吸入口を酸素レベルの高いガスの供給源に接続するステップ、
前記特定のガスの物質をパージするために、前記供給源からの酸素レベルの高いガスを前記コンテナに供給するステップ、及び
前記パージされた特定のガスが前記コンテナの排出口を介して前記コンテナの外に出ることを可能にするステップ、
を有する、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記装置に充填するステップはさらに、
前記供給源からの酸素レベルの高いガスが前記コンテナに蓄えられるように、前記特定のガスの物質が一度パージされると、ガスが前記コンテナの外に出るのを防ぐステップ、及び
前記コンテナに蓄えられた酸素レベルの高いガスが必要とされる圧力になるまで、酸素レベルの高いガスを前記コンテナに供給し続けるステップ、
を有する請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被験者に補助酸素を供給するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
補助酸素は、慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）、慢性気管支炎又は慢性肺気腫の発生を患う被験者に使用される一般的な治療であり、これらは一般的に長期にわたる喫煙の影響である。ＣＯＰＣを患う被験者は、被験者の状態が一時的に悪化している間又は昼夜にわたり、呼吸に追加の酸素を必要としている。それは、５５ｍｍＨｇ以下の酸素の分圧（ＰａＯ２）又は８８％以下の動脈酸素飽和レベル（ＳａＯ２）を持つ被験者に示される。
【０００３】
酸素は、状況、流量条件及び患者の好みに応じて多数の装置を介して送出されることができる。電動の酸素濃縮器は、家での酸素療法及び携帯型酸素に最もよく使用され、かなり大きなガスシリンダーを追加で提供する必要がなく連続供給するという利点がある。酸素濃縮器は、酸素富化空気（例えば２１％である大気よりも高い酸素含有量を持つ空気）を連続して生成及び被験者に供給するように動作する。
【０００４】
これらの装置において、被験者インタフェースとして鼻カニューレがよく使用される。鼻カニューレは、一方の端部において、鼻孔に置かれる及びそこから酸素が流れる２つのプロング(prong)に別れている軽量チューブからなる。他方の端部は、例えば携帯型の酸素濃縮器（ＰＯＣ）のような酸素供給部に接続される。
【０００５】
酸素療法に対し知られている解決法は、米国特許公開番号US 2008/0053310に開示されている。この公報は、空気から窒素を吸着するための複数のシーブベッド(sieve bed)であり、空気を吸入／排出する端部及び酸素を吸入／排出する端部を有するシーブベッドと、シーブベッドの酸素を吸入／排出する端部から出る酸素を蓄えるために前記シーブベッドの酸素を吸入／排出する端部と連通している少なくとも１つのリザーバと、前記シーブベッドの空気を吸入／排出する端部に空気を１つ以上の所望する圧力で送出するためのコンプレッサであり、中心軸を定めるクランクシャフトに結合されるモータを有し、前記中心軸の周りに離間して配される３つのヘッド、及び夫々のヘッドとクランクシャフトとの間に延在しているロッドを有するコンプレッサとを含む携帯型の酸素濃縮器が提供されることを開示している。
【０００６】
ＣＯＰＤに関する酸素療法に使用される現在の解決法は、理想からかけ離れている。酸素送出装置は粗大であり、さらに携帯型の酸素濃縮器は、全く軽量ではない（通例、４−１０ポンド(lbs)／１．８−４．５ｋｇの重量である）。その上、鼻カニューレは、分離されず、使用時に不快であるため、ユーザにより評価されず、この鼻カニューレは、最も重要なことに、重篤な病人と分かるしるし(stigma)を強調している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記欠点は、２４時間ベースで補助酸素が必要である被験者にとって克服するのは難しい。被験者は日中も完全に酸素を頼り、故に現在利用可能な機器を使用せざるを得ない。それほどひどくない又はより中程度のＣＯＰＤ若しくは他の呼吸疾患を患う患者は、別々の方法、すなわち連続ではなく断続的に又はオンデマンドで補助酸素を使用する又は使用することができる。これら被験者は、一定の活動及び/又は身体運動の前、最中及び/又はその後に酸素を補充することができる。その後、被験者は例えば、（鼻カニューレを着用する必要ないことを含む）前記機器を使用する必要なく及びそれ（鼻カニューレ）に付いているしるしを無しに社会と関わることができる。しかしながら、これら被験者は、この補助酸素を供給する及び血中酸素化レベルを上げるために、現在の装置も使用しなければならない。これら現在の装置は、携帯型であるように設計されたとしても、この種類の使用を想定して設計されてなく、従って現在の装置よりもかなり軽量及びポータブルである並びに短時間にわたり補助酸素を供給することが可能である、補助酸素を供給する装置を提供する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の態様によれば、被験者に補助酸素を供給する装置が提供され、この装置は、被験者がそれを介して息を吸うことができる被験者インタフェース、コンテナであり、このコンテナに蓄えられた酸素レベルの高いガスが被験者により吸い込まれることを可能にするために被験者インタフェースに接続される第１の排出口と、第１の吸入口と、前記コンテナを通る空気の酸素含有量を増大させるために、このコンテナを通る空気から特定のガスを取り除く材料とを持つコンテナ、前記コンテナの第１の吸入口に接続され、被験者が前記装置を使用するとき、前記コンテナに空気を供給する送風機、並びに前記被験者への補助酸素のフローを可能にするために、コンテナと患者インタフェースとの間に置かれる第１の弁を有する。
【０００９】
幾つかの実施例において、前記コンテナは、大気圧より上の圧力で酸素レベルの高いガスを蓄える。
【００１０】
幾つかの実施例において、前記送風機は、コンテナに蓄えられた酸素レベルの高いガスの圧力が大気圧である又は大気圧に近いとき、コンテナ内に空気を供給するように稼働する。
【００１１】
幾つかの実施例において、送風機は、以下の条件
（i）前記材料が特定のガスで飽和される、
（ii）前記被験者による最初の吸気から既定の時間後、
（iii）装置の最後の充填から既定の時間、被験者が前記装置を使用した後、
（iv）前記被験者による既定の吸気回数の後、
（v）前記被験者に供給されるガスの温度が上昇するとき、
（vi）前記被験者に供給されるガスの酸素含有量がしきい値を下回るとき、
の何れか１つが満たされるとき、稼働を停止する。
【００１２】
幾つかの実施例において、第１の吸入口及び第１の排出口は、送風機により第１の吸入口を介してコンテナ内に吹き込まれた空気が、第１の排出口を介して前記コンテナに蓄えられた酸素レベルの高いガスを押し出すように互いに配される。
【００１３】
幾つかの実施例において、前記装置はさらに被験者インタフェースと第１の排出口との間に位置決められる送出弁を有し、この送出弁は、被験者が息を吸うとき、コンテナから酸素レベルの高いガスを被験者に放出するように構成される。
【００１４】
幾つかの実施例において、前記装置はさらに、送風機と第１の吸入口との間に位置決められる逆止弁を有し、この逆止弁は、送風機が稼働していないときコンテナにあるガスが送風機に流れるのを防ぐために、コンテナに蓄えられた酸素レベルの高いガスの圧力が大気圧より上にあるときは閉じる、及び送風機により空気がコンテナ内に供給されることを可能にするために、コンテナに蓄えられた酸素レベルの高いガスの圧力が大気圧である又は大気圧より下であるときは開くように構成される。
【００１５】
幾つかの実施例において、前記装置はさらに、充填処理中、酸素レベルの高いガスを受け入れる第２の吸入口、及び充填処理中、排ガスを排出する第２の排出口を有する。
【００１６】
幾つかの実施例において、前記装置はさらに、特定のガスの物質をパージするために、充填処理の開始時に、酸素レベルの高いガスがコンテナ内に供給されることを可能にするため開いている、前記第２の吸入口に接続される荷重弁、及び充填処理の開始時に、排ガスをコンテナの外に出すことを可能にするために開いている、第２の排出口に接続される排出弁を有する。
【００１７】
幾つかの実施例において、前記排出弁は、充填処理中は閉じられる一方、酸素レベルの高いガスをコンテナに蓄えるために、酸素レベルの高いガスが前記荷重弁及び第２の吸入口を介して前記コンテナに供給される。
【００１８】
幾つかの実施例において、前記装置はさらに、被験者が被験者インタフェースを介して息を吐くとき、被験者に陽圧空気を供給する手段を有する。
【００１９】
幾つかの実施例において、前記装置はさらに、この装置の動作を制御する制御ユニットを有する。
【００２０】
幾つかの実施例において、前記特定のガスは窒素である。幾つかの実施例において、前記材料は、この特定のガスを吸着するための吸着材料である。幾つかの実施例において、前記吸着材料は、ゼオライトである。他の実施例において、前記材料は、前記特定のガスを吸着するための吸着材料である。
【００２１】
第２の態様によれば、上述したような装置及びこの装置に酸素レベルの高いガスを充填する及び前記特定のガスの物質をパージするために、前記装置に選択的に結合される酸素レベルの高いガスの供給源を有する酸素補充システムを提供する。
【００２２】
幾つかの実施例において、酸素レベルの高いガスの供給源は、酸素濃縮器である。
【００２３】
幾つかの実施例において、酸素レベルの高いガスの供給源は、前記装置用のベースユニットの一部である。
【００２４】
第３の態様によれば、被験者に補助酸素を供給する方法を提供する。この方法は、被験者がそれを介して息を吸うことができる被験者インタフェース、コンテナであり、コンテナに蓄えられた酸素レベルの高いガスが被験者により吸い込まれることを可能にするために前記被験者インタフェースに接続される第１の排出口と、第１の吸入口と、コンテナを通る空気の酸素含有量を高めさせるためにこのコンテナを通る空気から特定のガスを取り除く材料とを有するコンテナ、このコンテナの第１の吸入口に接続され、コンテナに空気を供給する送風機、この送風機と第１の吸入口との間に位置決められる、供給される空気のフローを制御する弁を有する装置を提供するステップ、第１の排出口及び被験者インタフェースを介して被験者に酸素レベルの高いガスを投与するステップ、並びに被験者による装置の使用中、コンテナ内に空気を供給するために送風機を稼働させるステップ、を有する。
【００２５】
幾つかの実施例において、前記投与するステップの前に、コンテナは酸素レベルの高いガスを大気圧より上の圧力で蓄え、送風機を稼働させるステップは、コンテナに蓄えられた酸素レベルの高いガスの圧力が大気圧である又は大気圧に近いとき行われる。
【００２６】
幾つかの実施例において、前記方法はさらに、送風機の稼働を停止させるステップを有する。
【００２７】
幾つかの実施例において、送風機の稼働を停止させるステップは、以下の条件（i）前記材料が特定のガスで飽和されるとき、（ii）被験者による最初の吸気から既定の時間後、（iii）前記装置の最後の充填から被験者が装置を既定の時間使用した後、（iv）被験者による既定の回数の吸気後、（v）被験者に供給されるガスの温度が増大しているとき、又は(vi)被験者に供給されるガスの酸素含有量がしきい値を下回るとき、の何れか１つを満たしたときに行われる。
【００２８】
幾つかの実施例において、送風機の可動を停止させるステップは、コンテナに蓄えられた酸素レベルの高いガスを第１の排出口を介して被験者インタフェースに押し出すために行われる。
【００２９】
幾つかの実施例において、投与するステップは、被験者が息を吸うとき、コンテナから酸素レベルの高いガスを被験者へ投与するステップを有する。
【００３０】
幾つかの実施例において、前記方法はさらに、装置に酸素レベルの高いガスを充填するステップを有する。
【００３１】
幾つかの実施例において、装置に充填するステップは、コンテナの第２の吸入口を酸素レベルの高いガスの供給源に接続するステップ、特定のガスの物質をパージするために、前記供給源からの酸素レベルの高いガスをコンテナに供給するステップ、及びパージされた特定のガスがコンテナの排出口を介してコンテナの外に出ることを可能にするステップを有する。
【００３２】
幾つかの実施例において、装置に充填するステップはさらに、前記供給源からの酸素レベルの高いガスがコンテナに蓄えられるように、特定のガスの物質が一度パージされるとガスがコンテナの外に出るのを防ぐステップを有する。
【００３３】
幾つかの実施例において、装置に充填するステップはさらに、コンテナに蓄えられた酸素レベルの高いガスが必要とされる圧力になるまで、酸素レベルの高いガスをコンテナに供給し続けるステップを有する。
【００３４】
幾つかの実施例において、前記特定のガスは窒素である。幾つかの実施例において、前記材料は、この特定のガスを吸着するための吸着材料である。幾つかの実施例において、吸着材料はゼオライトである。他の実施例において、前記材料は、この特定のガスを吸着するための吸着材料である。
【００３５】
第４の態様によれば、被験者に補助酸素を供給するための装置を提供し、この装置は、被験者がそれを介して息を吸うことができる被験者インタフェース、酸素レベルの高いガスを蓄えるコンテナであり、蓄えられた酸素レベルの高いガスが被験者により吸い込まれることを可能にするために、前記被験者インタフェースに接続されるコンテナ、及び被験者が被験者インタフェースを介して息を吐くとき、被験者に陽圧空気を供給する手段、を有する。
【００３６】
前記装置が第１の態様の上述した実施例の何れかに従って構成される第４の態様の様々な実施例も検討される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】例示的な酸素補充システムを概略的に示す。
【図２】本発明の第１の態様によるハンドヘルド装置の概略図である。
【図３】酸素が被験者に投与されているときの図２のハンドヘルド装置を概略的に示す。
【図４】酸素が被験者に投与されているときのハンドヘルド装置にある弁の動作を説明する。
【図５】被験者に酸素を投与するためにハンドヘルド装置を動作させる方法を説明するフローチャートである。
【図６】ハンドヘルド装置の動作中の例示的な窒素濃度のグラフを説明する。
【図７】ハンドヘルド装置に充填されているときの図２のハンドヘルド装置を概略的に示す。
【図８】ハンドヘルド装置に充填されているときのハンドヘルド装置にある弁の動作を説明するグラフである。
【図９】ハンドヘルド装置に充填する方法を説明するフローチャートである。
【図１０】ハンドヘルド装置に充填中の例示的な窒素濃度のグラフを説明する。
【図１１】本発明の態様によるハンドヘルド装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明をより良く理解するために、及び本発明を実施する方法をより明瞭に示すために、付随する図面が単なる例として参照される。
【００３９】
図１は、本発明の態様による酸素補充システムの実施例を示す。この実施例において、システム２は、ハンドヘルド装置４及びこのハンドヘルド装置４用のベースユニット６を有する。このハンドヘルド装置４は、要求に応じてユーザ又は被験者８に補助酸素（"酸素レベルの高い（すなわち空気中に普通に含まれるよりも高い）ガス"、"酸素富化空気"、"酸素富化ガス"、"酸素で富化したガス"又は"富化した酸素を有するガス"と本明細書において別に区別なく呼ばれる）を送る。ハンドヘルド装置４は、被験者８が簡単に保持できる及び/又はこのハンドヘルド装置４を介して被験者８による多数の呼吸に補助酸素を供給するように設計される。ベースユニット６は、ハンドヘルド装置４がこのベースユニット６に結合されるとき、ハンドヘルド装置４の酸素レベルを充填又は補充するために設けられる。ベースユニット６は、ハンドヘルド装置４に酸素レベルの高い（すなわち、海面位で約２１％の通常の空気の酸素含有量よりも高い）空気又はガスを供給する酸素濃縮器、例えば既知の圧力変動吸着サイクルの原理に従って動作する酸素濃縮器を有する。代わりに、ベースユニット６は、ハンドヘルド装置４に充填或いは補充するのに使用される、液体酸素若しくは酸素レベルの高い圧縮空気又はガスの供給源を含んでもよいし又はその供給源に結合されてもよい。ベースユニット６は、ハンドヘルド装置４の内部あるバッテリーを充電してもよい。
【００４０】
代替実施例において、システム２は単にハンドヘルド装置４だけから構成されてもよく、このハンドヘルド装置４の酸素レベルを充填又は補充するためのベースユニットは必要ない。これらの実施例において、ハンドヘルド装置４は、このハンドヘルド装置４にある取り外し可能な酸素コンテナを交換することにより、又はこのハンドヘルド装置４を酸素レベルの高い酸素又はガスの供給器（例えば、液体酸素を含むボンベ(cylinder)又は酸素レベルの高い圧縮空気の供給源）に接続することにより酸素が補充されてもよい。
【００４１】
上記実施例の全てにおいて、ハンドヘルド装置４は、このハンドヘルド装置４からの補助酸素を受け取るために、被験者８がそれを介して息を吸う被験者インタフェース１０を具備する。幾つかの実施例において、被験者８は、被験者インタフェース１０を介して息を吐くことが可能であってもよい（又は息を吐くように求められてもよい）。
【００４２】
被験者インタフェース１０は好ましくはマウスピースであるが、被験者８の口及び/又は鼻により非侵襲的に係合される他の種類のインタフェースが使用されることもできる。適切なインタフェースは、それらに限定されないが、鼻カニューレ、鼻マスク、経鼻経口マスク、フルフェイスマスク及びトータルフェイスマスクを含む。
【００４３】
酸素補充システム２は、慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）又は（例えば２０％−４０％のレベル又はそれより上である）追加の酸素が必要とされる若しくは被験者８にとって有益である他の呼吸障害を患う患者により使用される。
【００４４】
図２は、本発明の実施例によるハンドヘルド装置４の概略図である。好ましくは、ハンドヘルド装置４は、被験者８がこの装置を簡単に携帯できるほど十分に小さく、軽量である一方、依然として有用な多数の呼吸に補助酸素を供給し、このハンドヘルド装置４の構成要素は、それに応じて設計及び/又は選択される。
【００４５】
ハンドヘルド装置４は、上述したような被験者インタフェース１０、ハウジング１１、被験者８が被験者インタフェース１０を介して息を吸うとき、被験者８に投与される酸素を保存及び発生させるコンテナ又はタンク１２、コンテナ１２に空気を送るために配される送風機、空気ポンプ又は扇風機１４、及び送風機１４の動作を含む、ハンドヘルド装置４の動作を制御する制御ユニット１６を有する。
【００４６】
ハウジング１１は、被験者８がハンドヘルド装置を簡単に保持できる形状、外形及び/又は質感でよい。
【００４７】
コンテナ１２は、このコンテナ１２にある若しくはコンテナ１２を通過する空気又は他のガスから１つ以上の特定のガスを取り除くための材料１５を含む。この材料１５は、（例えば海面位で約２１％の）通常の空気中に含まれる酸素濃度よりも上に酸素濃度を増大させるために、コンテナ１２にあるガスから前記１つ以上の特定のガスを取り除くために設けられる。好ましい実施例において、この材料１５は、コンテナ１２にあるガスから窒素を取り除く。好ましい実施例において、材料１５は、コンテナ１２にある空気又は他のガスから特定のガス（例えば窒素）を吸着させる吸着材料である。これらの実施例において、吸着材料１５は好ましくはゼオライト(zeolite)、例えばリチウムがドープされた低シリカゼオライトＸ（ＬｉＬＳＸ）のゼオライトである。代替実施例において、材料１５は、コンテナ１２にある空気又は他のガスから特定のガス（例えば窒素）を吸着させる吸着材料とすることができる。そのような吸着材料は、有機金属構造体（ＯＭＦ）を有することができる。
【００４８】
以下において、本発明が吸着材料である材料１５を参照して説明されたとしても、これらの実施例は単なる説明であること、開示される本発明は、そうせずに吸着材料を用いて実施されることを当業者は分かっている。
【００４９】
例示的な実施例において、コンテナ１２は、略円筒形の形状、約０．１１ｍの長さ及び約０．０４ｍの直径を持つ。しかしながら、ハンドヘルド装置４の所望するサイズ及び/又は形状に従って、他のサイズ及び/又は形状のコンテナ１２が使用され得ることも分かっている。この例示的な実施例において、他の分量のゼオライト、他のゼオライト及び/又は他の吸着材料１５が使用され得ることが分かっていても、コンテナ１２は、約０．０９４ｋｇのＬｉＬＳＸのペレット（例えば直径０．０００５５ｍのペレット）を含む。
【００５０】
送風機、空気ポンプ又は扇風機１４は、コンテナ１２内に空気を供給する及びこのコンテナ１２において空気圧の僅かな増大（過圧）を提供するのに適した如何なる種類の装置である。送風機、空気ポンプ及び扇風機の用語は、本明細書において区別なく使用され、特にはっきりと述べない限り、どれか１つの参照は他の物も含む。好ましくは、送風機１４は、例えば０．０１−０．１５バール(bar)（約１００−１５００ｍｍＨ２Ｏ）の範囲で僅かな過圧を提供することができる。好ましくは、動作時の送風機１４の最大の空気流量は、０.３から１リットル／分の間である。幾つかの実施例において、より高い圧力上昇を提供する送風機、空気ポンプ又は扇風機１４も考えられるけれども、この送風機、空気ポンプ又は送風機は、圧力で約１０％まで又は２０％までのコンテナ１２内の圧力の増大（夫々１１３６ｍｍＨ２Ｏ又は２０６６ｍｍＨ２Ｏまでの空気圧の上昇）を提供するのに十分である。従って、送風機１４は好ましくは、ハンドヘルド装置４に使用するのに適した小さく、低電力の構成要素であることが分かっている。この送風機１４は、圧力変動吸着サイクルに従って動作している酸素濃縮器にしばしば見られる空気圧縮機よりも小さく、強力ではないことも分かっている。
【００５１】
制御ユニット１６は、１つ以上の処理器、処理ユニット、処理モジュール及び/又は以下に詳細に説明されるようなハンドヘルド装置４の動作を制御するように構成される又はプログラムされる他の電子回路を有する。
【００５２】
コンテナ１２の第１の排出口１８は、本明細書において送出弁とも呼ばれる第１の弁２０及び第１の導管２２を介して被験者インタフェース１０に接続される。この第１の弁２０は、被験者８が息を吸うとき、酸素レベルの高いガスをコンテナ１２から第１の導管２２を通り、被験者インタフェース１０へ放出するのに使用される。幾つかの実施例において、第１の弁２０の開閉は、制御ユニット１６により制御される。幾つかの実施例において、制御ユニット１６は、被験者８が息を吸う又は息を吐いているのを夫々検知することに応じて、第１の弁２０の開閉を制御する。他の実施例において、第１の弁２０の開閉は、被験者インタフェース１０を介して夫々息を吸う及び息を吐いている患者に応じて直接的でもよい（例えば第１の弁２０は、患者が息を吸うことによる第１の導管２２内の圧力の低下が第１の弁２０を開くのに十分である、及び患者が息を吐くことによる第１の導管２２内の圧力の上昇が第１の弁を閉じるのに十分であるか又は患者が息を吸うのを止めたとき第１の弁２０が自動的に閉じるように第１の弁２０は荷重がかけられているかの何れか一方であるように構成される）。幾つかの実施例において、第１の弁２０は、この第１の弁２０が開くたびに、予め設定した量のガスが（すなわち、コンテナ１２から）流れることを可能にするだけのパルス投与弁である。各々の動作中に第１の弁２０が投与する予め設定した量のガスは、被験者８の要望に依存することができる。一般的な量は、１５ｍｌから１００ｍｌの範囲であり、この場合、正常な１回呼吸量は、約４００ｍｌから５００ｍｌであるため、被験者インタフェース１０及び/又は第１の導管２２は、必要とされる１回呼吸量を満たすために、第１の弁２０を介して投与される酸素富化ガスと大気から引き込まれる空気との混合を容易にすることができる。パルス投与弁２０の構成及び動作は当業者には知られていて、本明細書においてさらに詳細には述べない。
【００５３】
送風機１４は、第２の弁２６及び第２の導管２８を介してコンテナ１２の第１の吸入口２４に接続される。送風機１４は、送風機がこれを介して前記装置４に空気を吸い込むことができる空気吸入口３０も持つ。第２の弁２６は、本発明において逆止弁とも呼ばれる。この第２の弁２６は、（特に、送風機１４が活動していないとき）ガスがコンテナ１２を出て、送風機１４に流れるのを防ぐために設けられる。好ましくは、第２の弁２６は逆止弁であり、他では一方向弁又は逆流防止弁として知られている。第２の弁２６は好ましくは、コンテナ１２と環境との間の相対圧力に応じて動作する、すなわちコンテナ１２のガス圧が装置４の外側にある空気圧よりも高いとき、弁２６は閉じられ、（送風機１４の動作により生じる僅かな過圧を含む）前記外側の圧力がコンテナ１２のガス圧を上回るとき、弁２６は開く。相対圧力に従って動作する逆止弁２６が弁２６にとって好ましい形状であったとしても、他の種類の弁が使用され得ることも分かり、第２の弁２６の開閉が制御ユニット１６により制御され得ることも分かっている（この場合、制御ユニットは、第２の弁２６を開く及び閉じるときを決めるために、コンテナ１２内の圧力を監視する）。
【００５４】
第１の吸入口２４及び第１の排出口１８は、送風機１４によりコンテナ１２内に吹き込まれる空気にコンテナ１２に蓄えられたガスを押し出させるようにコンテナ１２に配される。幾つかの実施例において、第１の吸入口２４は、コンテナ１２の第１の排出口１８を持つ側とは異なるコンテナ１２の側にある。好ましい実施例において、第１の吸入口２４及び第１の排出口１８は、コンテナ１２の向かい合う側にある。
【００５５】
コンテナ１２にある酸素富化空気が使い尽くされた又は投与された後（例えば吸着材料１５が吸着されたガスで飽和されるとき）、コンテナ１２が充填又は補充されることを可能にするために、コンテナ１２は、"パージ"ガスを受け入れるための第２の吸入口３１及び排ガス（すなわち吸着材料１５により吸着されたガス）を排出するための第２の排出口３２を備える。第２の吸入口３１及び第２の排出口３２は、第２の吸入口３１を介してコンテナ１２内を通る酸素富化空気に吸着材料１５に吸着されるガスを押し出させるようにコンテナ１２に配される。幾つかの実施例において、第２の吸入口３１は、コンテナ１２の第２の排出口３２を持つ側とは異なるコンテナ１２の側にある。好ましい実施例において、第２の吸入口３１及び第２の排出口３２は、（図２に示されるように、夫々が必ずしも第１の排出口１８及び第１の吸入口２４と同じ側にある必要はないが）コンテナ１２の向かい合う側にある。
【００５６】
第２の吸入口３１は、第３の弁３６を介してハンドヘルド装置４の外側にある供給ポート３８に通じている第３の導管３４に接続される。この第３の弁３６は、本明細書において荷重弁とも呼ばれる。供給ポート３８は、酸素、酸素富化空気又は他のパージガスの供給源がハンドヘルド装置４に結合され、従って荷重弁３６が開くときコンテナ１２に供給されることを可能する。ハンドヘルド装置４が充填のためにベースユニット６とドッキングされる実施例において、この供給ポート３８は、前記酸素、酸素富化空気又は他のパージガスを受け入れるために、ベースユニット６にある対応するポート又は排出口に接続される。第３の弁３６の動作は好ましくは、制御ユニット１６により制御される。
【００５７】
第２の排出口３２は、第４の弁４２を介してハンドヘルド装置４の外側にある排出ポート４４に通じている第４の導管４０に接続される。この第４の弁４２は、本明細書において排出弁とも呼ばれる。排出弁４２は、装置４から大気中へ排ガス（例えばハンドヘルド装置４の前の動作中に吸着材料１５により吸着されたガス）を流すことを可能にするために開かれる。第４の弁４２の動作は好ましくは、制御ユニット１６により制御される。
【００５８】
本明細書において特に規定されない限り、第１の弁２０、第２の弁２６、第３の弁３６及び第４の弁４２の何れも以下の種類の弁、つまりプラグ弁、ボール弁、逆止弁、バタフライ弁、ソレノイド、圧力スイッチ及び/又は他の圧力調整装置の何れかを有することができる。
【００５９】
図２は単に、本発明のこの実施例を説明するのに必要なハンドヘルド装置４の構成要素を示しているだけであり、本発明によるハンドヘルド装置４の実用的な実施が示される以外の他の構成要素を含んでよいことも分かっている。例えば、ハンドヘルド装置４は、上述した構成要素に給電するための電源及び/又は被験者が装置４を制御することを可能にするユーザインタフェースを有してもよい。電源は例えば、少なくとも数分間、前記ハンドヘルド装置４に給電することが可能である１つ以上の交換可能又は充電可能なバッテリーを有する。ユーザインタフェースは、被験者８が装置４から情報を受け取ること及び/又は装置４と対話する若しくは装置４を制御することを可能にするための構成要素を有する、並びに例えば装置４を稼働させる、稼働を停止させる及び別の方法で動作を制御するための１つ以上のボタン、スイッチ又はコントローラ、被験者８に視覚的出力を供給するための１つ以上のディスプレイ、ライト、インジケータ等、及び/又は被験者８に音響的出力を供給するための１つ以上のスピーカーを含む。
【００６０】
図３、４及び５は、酸素富化空気が本発明の態様に従って被験者９に送出されるときの図２のハンドヘルド装置４の動作を説明している。図３は、ガス流の方向が示される図２のハンドヘルド装置４を示し、図４は、（グラフのｘ軸により示される弁の開閉の特定のタイミングは単なる例であり、限定ではないことが分かっているが）弁２０、２６、３６及び４２の動作を説明するグラフであり、並びに図５は、ハンドヘルド装置４を操作する方法を説明するフローチャートである。
【００６１】
最初に、ハンドヘルド装置４を使用する準備ができると、このハンドヘルド装置４にあるコンテナ１２は、ハンドヘルド装置の周囲の空気圧よりも高い（すなわち大気圧よりも高い）圧力まで酸素富化空気（すなわち２１％よりも高い酸素含有量を持つ空気）で十分に"充填"される。全ての弁２０、２６、３６及び４２は閉じられ、送風機１４は稼働していない。
【００６２】
好ましくはコンテナ１２は、少なくとも４０％の酸素含有量を持つガスで充填される、より好ましくはコンテナ１２は、少なくとも６０の酸素含有量を持つガスで充填される、さらにもっと好ましくはコンテナ１２は、少なくとも８０％の酸素含有量を持つガスで充填される、及びさらにもっと好ましくはコンテナ１２は、少なくとも９０％、例えば９２％の酸素含有量を持つガスで充填される。好ましくはコンテナ１２内のガスは、少なくとも１．２気圧である、より好ましくはコンテナ１２内のガスは、少なくとも１．５気圧である、さらにもっと好ましくはコンテナ１２内のガスは、少なくとも１．８気圧である。コンテナ１２内の最初の圧力が高いほど、ハンドヘルド装置４の性能（例えば、補充又は充填を必要とする前に、ハンドヘルド装置４が動作され得る時間の長さに関して）は良くなり、最初の酸素濃度及び/又は最初の圧力が上記範囲の下端（又はそれより下）にあっても、本発明によるハンドヘルド装置４の性能は依然として、同等の酸素濃度及び開始圧力を持つガスを含むスタンドアローン型の酸素キャニスター（すなわち、扇風機又は吸着材料を含まない、酸素を含むキャニスター）よりもかなり良好であることが分かっている。
【００６３】
被験者８が補助酸素を必要とするとき、被験者８は、ユーザインタフェースを介して又は幾つかの実施例においては単に被験者インタフェース１０を介して息を吸うことにより、ハンドヘルド装置４を稼働させることができる。（図４において時間０秒として示される）ハンドヘルド装置４の稼働は、送出弁２０が開いた状態のとなり、これは、酸素富化空気のフロー又はパルスをコンテナ１２から第１の導管２２を介して被験者８に送ることを可能にする。図４は、送出弁２０が送出動作中（例えば０秒から６６秒まで）ずっと開いていることを示しているが、実際には、送出弁２０は、前記送出動作中の被験者の呼吸と一致して開いたり、閉じたりすることも分かっている。その他の弁２６、３６及び４２は閉じられたままである。
【００６４】
被験者８がコンテナ１２から酸素富化空気を受け取るため、コンテナ１２内の圧力は低下する。コンテナ１２内の圧力が大気圧と一致し、逆止弁２６が開くときに備え、制御ユニット１６は、送出弁２０が最初に開いた直後に動作を開始するように送風機１４を制御する（この例において、これは最初の２０秒のうち何れかとすることができる）。これは、図５のステップ１０３に対応している。制御ユニット１６がコンテナ１２内の圧力を監視している（及び/又は別の方法で逆止弁２６の動作を制御している）他の実施例において、制御ユニット１６は、監視される圧力が大気圧に近い又は大気圧であるとき、送風機１４を稼働させることができる。
【００６５】
コンテナ１２内の圧力が大気圧と一致し、逆止弁２６が開くとき、送風機１４は（ハンドヘルド装置４の外側から吸い込まれた）空気を押し出しコンテナ１２内に及び吸着材料１５に通す。被験者８に供給される空気の酸素濃度を上げさせるために、吸着材料１５は、その空気から特定のガス（例えば窒素）を吸着させる。送風機１４の動作は、コンテナ内に僅かな過圧（例えば０．０１−０．１５バール）を生じさせ、これは、コンテナ１２を通り被験者８に送る空気の流速を上げさせる、及び前記特定のガスを吸着させる吸着材料１５の能力も僅かに上げさせる。送風機１４の動作もコンテナ１２に最初に蓄えられた酸素富化空気を被験者８に押し出すように作用する。
【００６６】
被験者８が被験者インタフェース１０を介して酸素富化空気を吸い続け、送風機１４により新鮮な空気がコンテナ１２内に吹き込まれるので、吸着材料１５は、この材料が吸着する特定のガス（例えば窒素）で徐々に飽和される。
【００６７】
図６は、ハンドヘルド装置４の動作中の例示的な窒素濃度のグラフを説明し、このグラフは、Ｎ２（窒素）のモル分率ｙＮ２の軸方向のグラフｙＮ２（ｚ）である。アルゴンを無視すると、ｙＯ２（ｚ）＝１−ｙＮ２（ｚ）と述べることができる。ＬｉＬＳＸゼオライトの１つの関心のある特徴は、ガスがコンテナ１２を流れているとき、ｙＮ２の高い値がｙＮ２の低い値よりも速く動くことである。図６は、新鮮な空気がコンテナ１２内に流れ込むとき、（"物質移動帯(MTZ)"と呼ばれる）急峻な"前部(front)"がどの様に形成されるかを示している。それ故に、コンテナ１２の全体積が殆ど空気で満たされる一方、生成物（被験者１２に出力されるガス）の酸素純度は高いままである。最終的に、空気の前部が（第１の弁２０が置かれる）コンテナ１２の生成物の側に到達し、生成物の酸素純度は突然低下する（これは、窒素の生成物への破過"N2 breakthrough into the product"と呼ばれる）。
【００６８】
吸着材料１５が完全に飽和したとき、被験者８に出力される空気は、送風機１４によりコンテナ１２内に吹き込まれる空気と同じ酸素含有量を持つ。この段階において、ハンドヘルド装置４のコンテナ１２は、この装置が再び被験者８に補助酸素を提供するために使用される前に、充填を必要とする。制御ユニット１６はそれ故に、送風機の稼働を停止させる（ステップ１０５）。このとき、制御ユニット１６は、送出弁２０も閉じる又は送出弁２０がさらに開くのを防ぐ及び/又は（制御ユニット１６により制御される場合）逆止弁２６を閉じる。ハンドヘルド装置４を最後にフル充填してからハンドヘルド装置４が一定の時間量使用された後、又は最初の吸入から一定の時間量の後（ここで一定の時間量は、ハンドヘルド装置４が補助酸素を提供することが可能であると予測される時間量辺りに設定される）若しくは、被験者８による一定の吸気回数の後（ここで一定の吸気回数は、ハンドヘルド装置４が補助酸素を提供することが可能であると予測される総吸気回数である）、制御ユニット１６は、送風機１４の稼働を停止させ、送出弁２０を（及び制御ユニット１６の制御下にある場合、任意で逆止弁２７も）閉じる若しくはさらに開くのを防ぐ。代わりに、コンテナ１２の酸素含有量又は被験者８に出力されるガスが既定のレベル（例えば２１％）を下回る又は既定のレベルであることを検出ことに応じて、制御ユニットは、送風機１４の稼働を停止させ、送出弁２０（及び上述したように逆止弁２６）を閉じる若しくはさらに開くのを防ぎ、この場合、生成ガスの酸素含有量を監視するために適切なセンサが設けられる。もう１つの代替例として、被験者８へのガス流の温度の上昇を検出することに応じて、制御ユニット１６は、送風機１４の稼働を停止させ、送出弁２０（及び上述したように逆止弁２６）を閉じる若しくはさらに開くのを防ぐ。温度の上昇は、コンテナ１２内に吹き込まれる空気が被験者８への空気流内に破過(breakthrough)するとき起こり、この温度の上昇は、短期間に、例えば約０．１秒から１秒の間に起こる。本発明に開示される例示的な実施例において、温度の上昇は、約９Ｋである。この実施例において、温度センサは、この温度変化を監視するために、制御ユニットに結合され、第１の排出口１８内若しくは第１の排出口１８に又は第１の導管２２内に設けられる。
【００６９】
図７、８及び９は、本発明の態様による、酸素富化空気が再び被験者８に送出されることを可能にするためにコンテナ１２が充填されるときの図２のハンドヘルド装置４の動作を説明している。図７は、ガス流の方向が示される図２のハンドヘルド装置４を示し、図８は、（グラフのｘ軸により示される弁の開閉の特定のタイミングは単なる例であり、限定ではないことが分かっているが）弁２０、２６、３６及び４２の動作を説明するグラフであり、並びに図９は、ハンドヘルド装置４を操作する方法を説明するフローチャートである。
【００７０】
ハンドヘルド装置４が充填を必要とするとき、このハンドヘルド装置４にあるコンテナ１２は、約２１％の酸素含有量の（すなわちハンドヘルド装置４の周りの空気と同じ）空気を含み、吸着材料１５は、吸着したガス（例えば窒素）で飽和されている。本発明のこの態様による充填処理は、前記吸着したガスを吸着材料１５及びコンテナ１２からバージする。好ましくは、この充填処理はさらに、好ましくは大気圧よりも高い圧力までコンテナ１２を酸素富化ガスで満たす。この処理は、全ての弁２０、２６、３６及び４２は閉じられ、送風機１４の稼働を停止した状態で始まる。
【００７１】
この充填処理が始まる前に、ハンドヘルド装置４は、例えば液体酸素又は酸素レベルの高い圧縮されたガス若しくは空気のような、酸素又は酸素富化空気の供給源、或いは既知の変動圧力吸着サイクルの原理に従って動作する及び（すなわち、海面位で約２１％の通常の酸素含有量より上である）酸素レベルの高いガスを供給する酸素濃縮器に接続される。これは、図９のステップ１２１として示される。酸素又は酸素富化ガスの供給源は、ベースユニット６を介して又は直接ハンドヘルド装置４に設けられることができる。好ましくは、酸素富化ガスは、少なくとも４０％の酸素含有量を、より好ましくは少なくとも６０％の酸素含有量を、さらにより好ましくは少なくとも８０％の酸素含有量を、及びさらにより好ましくは少なくとも９０％、例えば９２％の酸素含有量を持つ。
【００７２】
充填処理中、送出弁２０及び逆止弁２６は閉じたままである。荷重弁３６及び排出弁４２は、酸素富化ガスがコンテナ１２内に流れ込むこと及び排ガスがコンテナ１２から排出弁４２を介して大気中に流れ出ることを可能にするために、この処理の開始時に制御ユニット１６（又は任意でベースユニット６にある制御ユニット）により開かれる（ステップ１２３）。
【００７３】
コンテナを通る酸素富化ガスのフローは吸着材料１５をパージし、吸着材料１５に吸着したガス（例えば窒素）を放出させる。このガスはこのとき排出弁４２を介してコンテナ１２から押し出される。図１０は、ハンドヘルド装置４の充填中の例示的な窒素濃度のグラフを説明し、これはハンドヘルド装置４のシミュレーションに基づいている。図１０は、ｙＮ２の高い値がｙＮ２の低い値よりも速く動くことを説明している。故に、高いＮ２濃度値は、処理の早い段階でコンテナ１２を離れるが、低いＮ２濃度値は、そうなるのにより多くの時間（及び酸素パージガスの量）を必要とする。これは、吸着材料１５から"全て" の窒素をパージすることは不可能であることを意味する。実際の"パージ時間"の設定は、コンテナの貯蓄容量に達するのに必要とされる時間と、必要とされる酸素パージ量との妥協である。
【００７４】
酸素富化ガスのフローは、コンテナ１２において吸着されるガスの濃度に関係なく続く。これは、酸素を無駄にしないこと、故に効率的な酸素濃縮作業を保証することが重要であるため、吸着されるガスの濃度がしきい量より下（例えば７８％より下）になるとき、パージは停止される酸素濃縮器と対照的である。故に、酸素濃縮器において、パージ期間は、（この"効率的な"作業は、吸着材料が十分に窒素をパージされないことを意味したとしても）この効率的な作業を保証するために（通例は２０秒未満に）制限される。対照的に、本発明によるハンドヘルド装置４において、コンテナ１２にある吸着材料１５を出来るだけきれいにするためにパージが行われ、パージ又は充填段階において供給される何らかの酸素が無駄にされる（すなわち、コンテナ１２に蓄えられない）ことは重要ではない。上述した例示的な実施例において、パージステップは、約１００秒続くことができる。
【００７５】
吸着材料１５が一度きれいにされると、排出弁４１は（図８に示される及び図９のステップ１２５のように）閉じられ、必要とされる最初の圧力（例えば幾つかの実施例において１．８気圧）までコンテナ１２を加圧するために、コンテナ１２への酸素富化ガスのフローが続く。
【００７６】
必要とされる最初の圧力に一度達すると、荷重弁３６は閉じられ、充填処理は完了する（ステップ１２７）。前記装置４は、被験者８による使用の準備ができている。
【００７７】
本発明によるハンドヘルド装置４の性能の説明は、コンテナ１２が概ね円筒形形状を持ち、約０．１１ｍの長さであり、約０．０４ｍの直径であり及び約０．０９４ｋｇのＬｉＬＳＸのペレットを含む上記の例示的な実施例に対し与えられている。コンテナ１２が９２％の酸素まで富化され、１．８気圧まで充填される場合、ハンドヘルド装置４は、被験者８に対し４６ｍｌのパルス量を持つ酸素富化空気の２１個のパルスを送出することが可能であり、これは、ハンドヘルド装置４が充填を必要とする前に、約６５秒間連続して使用され得ることを意味する。比較のために、同じ酸素濃度及び圧力に充填されるコンテナを持つが、吸着材料１５又は送風機１４を含まないハンドヘルド装置４は、４６ｍｌの酸素富化空気のパルスをたった２回だけ供給し、ハンドヘルド装置４が充填を必要とする前に、約６秒間だけ連続して使用されることを可能にする。
【００７８】
故に、使用中、コンテナ１２に追加の空気を吹き込むために、吸着材料１５及び扇風機４を備えるコンテナ１２の使用は、標準的な酸素のコンテナ又はキャニスターに比べ、特に高い性能を提供する。この性能は、被験者８が息を吸うとき、被験者８に出力される９２％（又は他の濃度）の酸素流に略完全に加えられる、扇風機１４からの空気流に含まれる酸素により、及び酸素のパージ／充填処理中の特定のガス（例えば窒素）の脱着により（上記例において）約１３ケルビンだけ冷却される吸着材料１５（例えばゼオライトのシーブベッド）によっても部分的に引き起こされる。この冷却は、特定のガスを吸着する吸着材料の容量を約２０％だけ増大させる。
【００７９】
以下において、上記の例示的なコンテナ１２並びに最初の酸素含有量及び圧力に対し４つのシナリオが考えられる。第１のシナリオは、吸着材料１５又は扇風機１４を持たないコンテナ１２に対応し、第２のシナリオは、扇風機１４は持つが、吸着材料１５は持たないコンテナ１２に対応し、第３のシナリオは、吸着材料１５は持つが、扇風機１４は持たないコンテナ１２に対応し、並びに第４のシナリオは、吸着材料１５及び扇風機１４を持つ、図２に示されるようなコンテナ１２に対応している。第１のシナリオにおいて、１．８気圧から１気圧に減圧されるため、１０１ｍｌの酸素がコンテナ１２から出力される。第２のシナリオにおいて、理想的な場合、１気圧まで減圧された後、コンテナ１２に残っている酸素、約１２６ｍｌは、２２７ｍｌの総出力を与える、扇風機１４によりコンテナ１２内に吹き込まれる空気により放出される。第３のシナリオにおいて、コンテナ１２の内部に如何なる空気も存在せず、単に９２％の純度及び異なる圧力の酸素だけが存在し、これは吸着材料（ゼオライト）１５の温度が殆ど変化しない（単に約２．４Ｋだけ）ことを意味する。吸着材料１５の存在は、コンテナ１２の酸素容量を約２．８５倍に増大させ、これは、１．８気圧でタンク内にある酸素の量は６４７ｍｌ（１９６ｍｌの窒素と共に）であることを意味する。１気圧に減圧されるとき、これは、３７４ｍｌの酸素及び１８５ｍｌの窒素がコンテナ１２に残ることになる。従って、２７３ｍｌの酸素が送出される。第４のシナリオにおいて、"空の"状態は、１気圧の空気（１．７９Ｌの窒素を加えた７８ｍｌの酸素）で満たされるコンテナである。１気圧で１ＬＭＳ(standard liter per minute)の酸素を用いて９９秒間コンテナ１２をパージし、２１秒以内に１．８気圧まで加圧されることは、５５０ｍｌの窒素を加えた、７４３ｍｌの酸素の総ガス量を与える（酸素でのパージ中の窒素の脱着により、吸着材料１５の温度が１３Ｋだけ減少するので、これは第３のシナリオよりも高い）。動作中にコンテナ１２に吹き込まれる空気の１．６４Ｌは、３４４ｍｌの酸素も含むので、酸素の総出力は必要に高く、僅かな酸素だけ（約７８ｍｌ）がコンテナに残る。故に、第４のシナリオにおいて、送出される酸素の総量は、７４３ｍｌ＋３４４ｍｌ−７８ｍ＝１００９ｍｌである。
【００８０】
上記実施例において、ハンドヘルド装置４は、装置４を酸素富化ガスの供給源に又は酸素富化ガスの供給源を持つベースユニット６に結合することにより充填される。幾つかの実施例において、コンテナ１２は切り離して（例えばベースユニットにおいて又はコンテナ１２を酸素富化ガスの供給源に結合することにより）充填されることを可能にするために、コンテナ１２をハンドヘルド装置４から外し、取り除くことが可能である。この実施例は故に、排出したコンテナ１２が前に充填されたコンテナ１２と交換されることを可能にし、装置４がすぐに使用され続けることを可能にする。この実施例において、コンテナ１２が装置４から取り除かれるとき、吸入口１８、３１及び排出口２４、３２は、空気がコンテナ１２に入る又はコンテナ１２から空気が出るのを防ぐために閉じられる（これはコンテナ１２が充填されたとき特に重要である）ようにコンテナ１２が構成されることが分かっている。これは、弁２０、２６、３２及び３６が取り外し可能なコンテナ１２の一部であるように弁２０、２６、３２及び３６を構成することにより又はコンテナ１２に追加の弁を設けることにより達成される。
【００８１】
図１１は、本発明のもう１つの若しくは別の態様によるハンドヘルド装置５０を説明している。この態様において、ハンドヘルド装置５０は、被験者８が息を吸うとき、この被験者に補助酸素を供給する及び被験者８が息を吐くとき、この被験者８に増大した圧力若しくは抵抗を供給する。このハンドヘルド装置５０は、上記実施例の何れかにおいて開示された及び示されたようにすることができ、さらに被験者８が被験者インタフェース（例えば図１１における被験者インタフェース５２）を介して息を吐くとき、この被験者８に陽圧空気を供給するための何らかの手段を有する。代替実施例において、ハンドヘルド装置５０は、上述したような吸収材料若しくは扇風機を含まない簡単な酸素キャニスターを有することができ、この装置５０は、被験者８が被験者インタフェース５２を介して息を吐くとき、この被験者８に陽圧空気を供給するための何らかの手段を含む。
【００８２】
説明されるハンドヘルド装置５０は、それを介して被験者が息を吸う及び息を吐く被験者インタフェース５２、この被験者インタフェース５２を酸素富化ガスを保有している（上記図２に示されるようにすることができ、さらに吸着材料及び/又は扇風機若しくは送風機を有する）コンテナ１２に結合する第１の導管５４、呼気がコンテナ５６に入るのを防ぐ一方向弁又は逆止弁５８、並びに呼気が通過する排出口（排気ポート）６２に前記被験者インタフェース５２を結合する第２の導管６０を有する。この態様によれば、第２の導管６０は、被験者が息を吐くとき、この被験者に陽圧空気を供給するための何らかの手段６４を含む。幾つかの実施例において、手段６４は、被験者が息を吐くのに通る第２の導管６０における部分的な障害物又はくびれ（例えば導管６０の狭窄又は他の収縮）である。幾つかの実施例において、手段６４は、排気ポート６２における受動的な流量制限として実施されてもよい。他の実施例において、手段６４は、被験者が息を吐くとき、この被験者に陽圧を能動的に供給する。当業者は、ハンドヘルド装置を使用して陽圧空気が被験者に能動的に供給され得る方法を知っているので、本明細書ではこれ以上詳細に説明しない。
【００８３】
幾つかの実施例において、ハンドヘルド装置４又はシステム２のもう１つの部品は、被験者８の酸素レベルを測定するセンサを有する。このようなセンサは、抹消毛細血管の酸素飽和度（ＳｐＯ２）を測定するセンサとすることができる。
【００８４】
他の又は別の実施例において、ハンドヘルド装置４又はシステム２は、装置のより大きな"生態系"の一部、例えばスマートフォンのインタフェース／アプリケーション、スマートセンサ及び様々な被験者インタフェースの１つ以上とすることができる。上述したように、ハンドヘルド装置４と共に使用され得る１つのセンサは、例えば指先又は耳において抹消酸素化レベルを測定するためのＳｐＯ２センサである。幾つかの実施例において、ＳｐＯ２センサ及び/又は他の種類のセンサは、起こり得る運動誘発性の飽和度低下事象（例えば酸素レベルが９０％より下）を特定するために、活動及び/又は運動中にＳｐＯ２が測定されることを可能にするための腕時計又は同様の装置内に実装される。これらの実施例において、酸素レベルがしきい値を下回る場合、被験者の酸素レベルを補うためにスマートフォンが被験者８にフィードバック又は指示を提供するのに使用されることができる。
【００８５】
本発明は、図面及び上記説明において詳細に説明及び開示されたのに対し、そのような説明及び開示は、説明的又は例示的であると考えられるべきであり、本藩発明は開示した実施例に限定されない。
【００８６】
開示した実施例の変形例は、図面、本開示及び付随する特許請求の範囲を検討することにより、請求される本発明を実施する当業者により理解及び成し遂げられ得る。請求項において、"有する"という言葉は、それ以外の要素又はステップを排除していない、及び複数あることの述べなくてもそれら要素が複数あることを排除していない。単一の処理器又は制御ユニットが請求項に挙げられる幾つかのアイテムの機能を果たしてもよい。ある方法が互いに異なる従属請求項に挙げられているという単なる事実は、これらの方法の組み合わせは有利に使用されることができないことを示してはいない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと一緒に若しくは他のハードウェアの一部として供給される適切な媒体、例えば光学記憶媒体又はソリッドステート媒体に記憶／分配されてもよいが、他の形式、例えばインターネット又は他の有線若しくはワイヤレス電話通信システムを介して分配されてもよい。請求項における如何なる参照符号もその範囲を限定するとは考えるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成29年8月17日(2017.8.17)
【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】
被験者に補助酸素を供給するハンドヘルド装置であり、
被験者がそれを介して息を吸うことができる被験者インタフェース、
コンテナであり、
−前記コンテナに蓄えられた酸素レベルの高いガスが前記被験者により吸い込まれることを可能にするために前記被験者インタフェースに接続される第１の排出口と、
−第１の吸入口と、
−前記コンテナを通る空気の酸素含有量を増大させるために、前記コンテナを通る前記空気から特定のガスを取り除く材料と、
を持つコンテナ、
前記コンテナの前記第１の吸入口に接続され、前記被験者が前記装置を使用するとき、前記コンテナ内に空気を供給する送風機、並びに
前記被験者への補助酸素のフローを可能にするために、前記コンテナと前記被験者インタフェースとの間に置かれる第１の弁
を有する装置。
【請求項２】
前記装置はさらに、当該装置の動作を制御する制御ユニットを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記コンテナは、酸素レベルの高いガスを大気圧より上の圧力で蓄えている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記送風機は、前記コンテナに蓄えられた前記酸素レベルの高いガスの圧力が大気圧である又は大気圧に近いとき、前記コンテナ内に空気を供給するために、前記制御ユニットにより稼働する、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記送風機は、以下の条件、
（i）前記材料が前記特定のガスで飽和されるとき、
（ii）前記被験者による最初の吸気から既定の時間後、
（iii）前記装置の最後の充填から既定の時間、前記被験者が前記装置を使用した後、
（iv）前記被験者による既定の吸気回数の後、
（v）前記被験者に供給される前記ガスの温度が上昇するとき、又は
（vi）前記被験者に供給される前記ガスの酸素含有量がしきい値を下回るとき、
の何れか１つを満たすとき、前記制御ユニットにより稼働を停止する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記第１の吸入口及び前記第１の排出口は、前記送風機により前記第１の吸入口を介して前記コンテナ内に吹き込まれた空気が、前記第１の排出口を介して前記コンテナに蓄えられた酸素レベルの高いガスを押し出すように互いに配される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記装置はさらに、前記送風機と前記第１の吸入口との間に位置決められる逆止弁を有し、前記逆止弁は、前記送風機が稼働していないとき前記コンテナにあるガスが前記送風機に流れるのを防ぐために、前記コンテナに蓄えられた酸素レベルの高いガスの圧力が大気圧より上であるときは閉じる、及び前記送風機により空気が前記コンテナ内に供給されることを可能にするために、前記コンテナに蓄えられた酸素レベルの高いガスの圧力が大気圧である又は大気圧より下であるときは開く、
前記装置はさらに、充填処理中、酸素レベルの高いガスを受け入れる第２の吸入口、及び前記充填処理中、排ガスを排出する第２の排出口を有する、並びに
前記装置はさらに、前記特定のガスの物質をパージするために、充填処理の開始時に、酸素レベルの高いガスが前記コンテナ内に供給されることを可能にするために開いている、前記第２の吸入口に接続される荷重弁、及び前記充填処理の開始時に、排ガスを前記コンテナの外に出すことを可能にするために開いている、前記第２の排出口に接続される排出弁を有する請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記排出弁は、前記充填処理中は閉じられる一方、酸素レベルの高いガスを前記コンテナに蓄えるために、酸素レベルの高いガスが前記荷重弁及び第２の吸入口を介して前記コンテナに供給される、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記装置はさらに、前記被験者が前記被験者インタフェースを介して息を吐くとき、前記被験者に陽圧空気を供給する手段を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のハンドヘルド装置、並びに
前記装置に酸素レベルの高いガスを充填する及び/又は前記特定のガスの物質をパージするために、前記装置に選択的に結合され得る、酸素レベルの高いガスの供給源、
を有する酸素補充システム。
【請求項１１】
被験者に補助酸素を供給する方法において、
被験者がそれを介して息を吸うことができる被験者インタフェース、
コンテナであり、前記コンテナに蓄えられた酸素レベルの高いガスが前記被験者により吸い込まれることを可能にするために前記被験者インタフェースに接続される第１の排出口と、第１の吸入口と、前記コンテナを通る空気の酸素含有量を増大させるために、前記コンテナを通る空気から特定のガスを取り除く材料とを持つコンテナ、
前記コンテナの前記第１の吸入口に接続され、前記コンテナに空気を供給する送風機、並びに
前記送風機と前記第１の吸入口との間に位置決められる、供給される空気のフローを制御する弁
を有するハンドヘルド装置を提供するステップ、
前記第１の排出口及び前記被験者インタエースを介して、前記被験者に酸素レベルの高いガスを投与するステップ、並びに
前記被験者による前記装置の使用中、前記コンテナに空気を供給するために前記送風機を稼働させるステップ
を有する方法。
【請求項１２】
前記投与するステップの前に、前記コンテナは、酸素レベルの高いガスを大気圧より上の圧力で蓄えている、及び前記送風機を稼働させるステップは、前記コンテナに蓄えられた酸素レベルの高いガスの前記圧力が大気圧である又は大気圧に近いときに行われる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記方法はさらに、前記装置に充填するステップを有し、このステップは、
前記コンテナの第２の吸入口を酸素レベルの高いガスの供給源に接続するステップ、
前記特定のガスの物質をパージするために、前記供給源からの酸素レベルの高いガスを前記コンテナに供給するステップ、及び
前記パージされた特定のガスが前記コンテナの排出口を介して前記コンテナの外に出ることを可能にするステップ、
を有する、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記装置に充填するステップはさらに、
前記供給源からの酸素レベルの高いガスが前記コンテナに蓄えられるように、前記特定のガスの物質が一度パージされると、ガスが前記コンテナの外に出るのを防ぐステップ、及び
前記コンテナに蓄えられた酸素レベルの高いガスが必要とされる圧力になるまで、酸素レベルの高いガスを前記コンテナに供給し続けるステップ、
を有する請求項１３に記載の方法。
【国際調査報告】
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