(57)【要約】人工呼吸器、または、呼吸補助装置が、呼吸困難を有し得る患者に通気するために開示され、該デバイスは、少なくとも３つのポートを備える弁であって、該３つのポートは、１つの入口ポート、第１の出口ポート、および第２の出口ポートを備え、入口ポートは、ガス流のために構成される一次ダクトを介した患者への接続のために適合される、弁と、弁の第１の出口ポートへの接続のために適合される少なくとも１つのピーク吸気圧（ＰＩＰ）制御ダクトと、弁の第２の出口ポートへの接続のために適合される少なくとも１つの終末呼気陽圧（ＰＥＥＰ）制御ダクトと、弁に通信可能に接続され、弁のサイクリング速度を制御し、それによって、１分あたりの呼吸数を制御し、かつ吸気時間としても知られる、ピーク吸気圧の持続時間を制御するための少なくとも１つのコントローラとを備える。
2016530022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工呼吸器システムであって、
加圧ガス供給源と、
流体の本体と、
近位端および遠位端を含む、一次ダクトであって、前記近位端は、前記加圧ガス供給源への接続のために適合され、前記一次ダクトはまた、前記近位端と前記遠位端との間の患者インターフェースへの接続のために適合される、一次ダクトと、
少なくとも３つのポートを備える弁であって、前記３つのポートは、１つの入口ポート、第１の出口ポート、および第２の出口ポートを備え、前記入口ポートは、前記一次ダクトの遠位端への接続のために適合される、弁と
を備え、
（ｉ）前記弁の第１の出口ポートへの接続のために適合され、前記流体の本体中に浸漬されるように構成される、少なくとも１つのピーク吸気圧（ＰＩＰ）制御ダクトと、
（ｉｉ）前記弁の第２の出口ポートへの接続のために適合され、前記流体の本体中に浸漬されるように構成される、少なくとも１つの終末呼気陽圧（ＰＥＥＰ）制御ダクトと
をさらに備え、
（ｉｉｉ）ＰＩＰ制御ダクトの浸漬される長さは、ＰＥＥＰ制御ダクトの浸漬される長さを上回る、人工呼吸器システム。
【請求項２】
流体の本体を含む容器をさらに備え、前記ＰＩＰ制御ダクトおよび前記ＰＥＥＰ制御ダクトは、前記容器内の流体の本体中に浸漬される、請求項１に記載の人工呼吸器システム。
【請求項３】
少なくとも２つの容器をさらに備え、第１の容器は、流体の本体を含み、第２の容器も、流体の本体を含み、前記ＰＩＰ制御ダクトは、前記第１の容器内の流体の本体中に浸漬され、前記ＰＥＥＰ制御ダクトは、前記第２の容器内の流体の本体中に浸漬される、請求項１に記載の人工呼吸器システム。
【請求項４】
コントローラが、前記弁に通信可能に接続され、前記弁のサイクリング速度を制御し、それによって、１分あたりの呼吸数を制御し、かつ（ａ）秒単位の吸気時間、（ｂ）吸気時間と呼気時間の比率、および（ｃ）サイクル時間のパーセントとしての吸気時間のうちの少なくとも１つを制御し、それによって、ユーザによって所望される吸気時間と呼気時間の比率を維持する、請求項１に記載の人工呼吸器システム。
【請求項５】
前記ＰＩＰ制御ダクトおよびＰＥＥＰ制御ダクトの浸漬される長さに対して補正が行われ、前記補正と前記人工呼吸器システム内のガスの流速との間の関係を示すチャートをさらに備える、請求項１に記載の人工呼吸器システム。
【請求項６】
前記一次ダクトへの接続のために適合され、流体の本体中に浸漬されるように構成される少なくとも１つの安全ダクトをさらに備え、前記安全ダクトの浸漬される長さは、前記ＰＩＰ制御ダクトの浸漬される長さを上回る、請求項１に記載の人工呼吸器システム。
【請求項７】
前記弁は、約１．５を上回る流れ係数Ｃｖを有する、請求項１に記載の人工呼吸器システム。
【請求項８】
前記弁は、ソレノイド弁であって、前記流体は、水を含む、請求項１に記載の人工呼吸器システム。
【請求項９】
少なくとも１つの角度付けられた区分が、前記ＰＩＰ制御ダクトおよび前記ＰＥＥＰ制御ダクトのうちの少なくとも１つの先端に接続される、請求項１に記載の人工呼吸器システム。
【請求項１０】
前記第１の容器のサイズおよび形状は、前記第２の容器のサイズおよび形状に類似し、前記第１の容器内のＰＩＰ制御ダクトの先端の場所は、前記第２の容器内のＰＥＥＰ制御ダクトの先端の場所に類似する、請求項３に記載の人工呼吸器システム。
【請求項１１】
患者に呼吸支援を提供するための装置であって、
少なくとも３つのポートを備える弁であって、前記３つのポートは、１つの入口ポート、第１の出口ポート、および第２の出口ポートを備え、前記入口ポートは、ガス流のために構成される一次ダクトを介した前記患者への接続のために適合される、弁と、
前記弁の第１の出口ポートへの接続のために適合される少なくとも１つのピーク吸気圧（ＰＩＰ）制御ダクトと、
前記弁の第２の出口ポートへの接続のために適合される少なくとも１つの終末呼気陽圧（ＰＥＥＰ）制御ダクトと、
前記弁に通信可能に接続され、前記弁のサイクリング速度を制御し、それによって、１分あたりの呼吸数を制御し、かつ（ａ）秒単位の吸気時間、（ｂ）吸気時間と呼気時間の比率、および（ｃ）サイクル時間のパーセントとしての吸気時間のうちの少なくとも１つを制御し、それによって、ユーザによって所望される吸気時間と呼気時間の比率を維持する、少なくとも１つのコントローラと
を備える、装置。
【請求項１２】
前記弁は、ソレノイド弁であって、約１．５を上回る流れ係数Ｃｖを有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
容器をさらに備え、前記容器は、室温の水の本体を含有し、前記ＰＩＰ制御ダクトおよび前記ＰＥＥＰ制御ダクトは、前記容器内の水の本体中に浸漬されるように構成され、ＰＩＰ制御ダクトの浸漬される長さは、ＰＥＥＰ制御ダクトの浸漬される長さを上回る、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
少なくとも２つの容器をさらに備え、第１の容器は、室温の水の本体を含み、第２の容器は、室温の水の本体を含み、前記ＰＩＰ制御ダクトは、前記第１の容器内の水の本体中に浸漬され、前記ＰＥＥＰ制御ダクトは、前記第２の容器内の水の本体中に浸漬される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記一次ダクトへの接続のために適合され、水の本体中に浸漬されるように構成される、少なくとも１つの安全ダクトをさらに備え、前記安全ダクトの浸漬される長さは、前記ＰＩＰ制御ダクトの浸漬される長さを上回る、請求項１３または１４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願への相互参照）
本出願は、同時係属中の２０１３年９月５日に出願された米国仮特許出願番号第６１／８７４，３２３号；２０１４年１月２１日に出願された米国仮特許出願番号第６１／９２９，９４７号；２０１４年８月２５日に出願された米国実用特許出願番号第１４／４６８，３２０号；のより早い出願日の利益を主張しており、そしてこれらの特許出願は、本明細書中に参考として援用される。
【０００２】
（分野）
本明細書に説明される実施形態は、呼吸問題を患うあらゆる年齢の患者において、ガス交換を補助し、肺体積を安定化させる、デバイスおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
（背景）
呼吸困難を有する患者は、従来、機械的人工呼吸器を使用して、呼吸補助が提供される。これらのデバイスは、概して、高価であって、特に、経済的に恵まれない国々における人口の大部分にとって、手の届かないものである。これらのデバイスはまた、操作および保守のために、実質的訓練および専門知識を要求する。さらに、これらのデバイスは、ユーザに、流体柱（ｆｌｕｉｄ  ｃｏｌｕｍｎ）を使用した容易かつ安価な方法において、患者特異的である安全陽圧の上限を設定および変動させ、人工呼吸の間に設定されるピーク吸気圧レベルに釣り合わせる能力を提供しない。
【０００４】
近年、安価な呼吸補助デバイスの開発への関心が、高まりつつある。米国特許第８，４９９，７５９号は、圧力調整式呼吸補助装置内の双方向弁の使用を開示しており、弁が、流体を含む単一容器内に可変長で浸水される、２つの圧力制御導管の中間に設置される。そのような装置では、弁のサイズに応じて、背圧が発生され、それによって、患者インターフェースにおけるガスの圧力は、制御導管のうち一方を使用して設定される圧力より高くなり得るが、他方ではそうではない。正しく考慮されない場合、この背圧は、デバイスが患者に対して使用される場合に、重要な取扱いおよび安全上密接な関係を有する。さらに、２つの圧力制御導管が、同一容器内に位置するとき、動作時の２つの導管間の相互作用は、患者インターフェースにおける圧力に影響を及ぼし得る。
【０００５】
作製、操作、および保守することが、容易かつ安価であって、所望の患者特異的吸気圧レベルに対して単純であって、信頼性があって、かつ容易に調節可能である、高陽圧安全特徴を有する、呼吸補助装置を提供する、有意義な必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の要旨）
概して、人工呼吸補助を受ける患者内の肺体積の安定化およびガス交換における改良は、適切な設定と、発生される陽圧の制御、すなわち、人工呼吸器内の変動する（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ）陽圧の振幅および頻度とを通して達成され得ることは、医療業界において公知である。本明細書に説明される実施形態は、ユーザに、圧力、変動（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）、振幅（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）、および頻度（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を設定するためのデバイスならびに方法を提供し、さらに、ユーザが、患者特異的である陽圧の上限を設定し、肺への損傷の可能性を低減させることを可能にする。加えて、本明細書に説明される実施形態は、患者の平均気道圧を制御レベルに維持する。容器内の流体のレベル、容器内の流体中に浸漬されるダクトの長さ等のデバイスパラメータは、高圧ならびに低圧を制御するように変動されることができる。これらの実施形態はまた、ユーザが、１分あたりの呼吸、吸気時間、ならびに吸気と呼気時間の比率を選択および変調させることを可能にする特徴を有する。本明細書に説明される実施形態は、成人、子供、および新生児に有用である。さらに、実施形態は、患者の搬送の間に使用されることができ、機械的人工呼吸器へのアクセスを有していない設備内で使用されてもよい。本明細書に説明されるいくつかの実施形態はまた、バブル式持続的気道内陽圧（ＣＰＡＰ）システムに変換されることができる。
【０００７】
一実施形態では、人工呼吸器システムは、加圧ガス供給源と、流体で充填された２つの容器と、２つの端部（近位端および遠位端）を伴う一次ダクトとを有するように提供される。近位端は、加圧ガス供給源に接続される。一次ダクトは、近位端と遠位端との間の患者インターフェースへの接続のために適合される。遠位端では、ピーク吸気圧制御ダクトが、接続され、第１の容器内の流体の本体中に浸漬される。終末呼気陽圧制御ダクトもまた、ダクトの遠位端に接続され、第２の容器内の流体の本体中に浸漬される。双方向弁としてもまた知られる、２ポート弁が、吸気圧制御ダクトと終末呼気陽圧制御ダクトとの間に接続され、弁の開閉速度が、制御されることができる。加えて、少なくとも１つの安全ダクトが、近位端近傍において、一次ダクトに接続され、ピーク吸気圧制御ダクトの浸漬される長さを上回る深度において、第１の容器内の流体柱中に浸漬される。浸漬される長さは、流体表面の頂部から圧力制御ダクトの先端まで測定される、垂直距離である。少なくとも１つの安全ダクトが浸漬される深度は、ユーザによって制御される。いくつかの実施形態では、ダクトは、例えば、水のｃｍ単位における単純マーキングを有し、ユーザが、高圧（ピーク吸気圧）、低圧（終末呼気陽圧）、および高圧限界（瞬間オフ（Ｐｏｐ−Ｏｆｆ））を設定するのに有用である。他の実施形態では、浸漬される長さは、水柱高さを変動させることによって、またはダクトの位置を変動させることによって、または両方によって、調節され、高圧および低圧を送達する。ある実施形態では、安全特徴として、人工呼吸器システムのデフォルト位置は、人工呼吸器システムが患者に接続されると、ＣＰＡＰとして、常時、より低い圧力を送達するためのものである。
【０００８】
二つの容器の使用は、ユーザが、患者を呼吸支援から分断せずに、１つの容器またはダクトに関するいかなる問題も隔離および修正することを可能にする。また、二つの容器の使用は、一方の容器内で発生された気泡が、他方の容器内に設置されたダクト内の液体柱レベルおよび圧力に影響を及ぼさないように防止する。いくつかの実施形態では、双方向または３方向弁は、ユーザが、呼吸数を、従来の機械的呼吸として知られる、１分あたり４〜６０に、頻度を、高頻度範囲として知られる、１分あたり６０−９００の範囲に設定することを可能にする。他の実施形態では、コントローラは、ユーザが、吸気と呼気の比率を制御するか、またはそれをサイクル時間のパーセントとして固定させ、サイクル頻度が調節されるとき、所望の吸気時間と呼気時間の比率を維持することを可能にする。実施形態において使用される弁として、限定ではないが、ソレノイド弁、空気圧弁、および太陽電池式弁が挙げられる。
【０００９】
別の実施形態では、人工呼吸器システムは、加圧ガス供給源と、流体が充填された２つの容器と、２つの端部（近位端および遠位端）を伴う一次ダクトとを有するように提供される。近位端は、加圧ガス供給源に接続される。一次ダクトは、近位端と遠位端との間の患者インターフェースへの接続のために適合される。また、１つの入口ポートおよび２つの出口ポートを有する、３ポート弁（３方向弁としても知られる）も提供される。一次ダクトの遠位端は、弁の入口ポートに接続される。弁の第１の出口ポートは、第１の容器内の流体の本体中に浸漬されるピーク吸気圧制御ダクトに接続される。弁の第２の出口ポートは、第２の容器内の流体の本体中に浸漬される終末呼気陽圧制御ダクトに接続される。動作時、弁は、交互に、入口ポートを第１の出口ポートおよび第２の出口ポートに接続し、すなわち、入口ポートに流入するガスは、ある時間の間、第１の出口ポートを通して通過し、次いで、入口ポートに流入するガスは、別の時間の間、第２の出口ポートを通して通過し、第１の出口ポートおよび第２の出口ポートを通したガスの通過のサイクルを完了する。このサイクルは、次いで、繰り返される。弁に通信可能に接続されるコントローラは、単位時間あたりのサイクル数、例えば、１分あたりのサイクル数を制御する。加えて、少なくとも１つの安全ダクトが、近位端の近傍において、一次ダクトに接続され、ピーク吸気圧制御ダクトの浸漬される長さを上回る深度において、第１の容器内の流体の本体中に浸漬される。
【００１０】
いくつかの実施形態では、２つの容器は、同一サイズであって、ピーク吸気圧制御の先端および終末呼気陽圧制御ダクトの先端は、２つの容器のそれぞれ内の同一場所に位置付けられる。この場所は、容器の底部内側表面から制御ダクトの先端までの垂直距離によって判定される。本実施形態では、ピーク吸気圧および終末呼気陽圧は、２つの容器内の流体レベルを変化させることによって、ユーザによって設定される。
【００１１】
別の実施形態では、第１の容器内の流体のレベルは、ピーク吸気圧制御ダクトの浸漬される長さが終末呼気陽圧制御ダクトの浸漬される長さを上回るように、第２の容器内の流体のレベルを上回る。
【００１２】
ある実施形態では、使用される流体は、水である。他の実施形態では、ピーク吸気圧制御ダクトおよび終末呼気陽圧制御ダクトは、約０．５〜２ｃｍの内径を有する実質的に円形であって、容器内側のそれの浸漬される長さは、約２−５０ｃｍの範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、第１の容器内の流体中に浸漬されるピーク吸気圧制御ダクトと、第２の容器内の流体中に浸漬される終末呼気陽圧制御ダクトと、ピーク吸気圧制御ダクトと終末呼気陽圧制御ダクトとの間に位置する１つの２ポート弁とを利用し、第１の容器内の流体柱の高さは、第２の容器内の流体柱の高さを上回る、人工呼吸器システムを描写する。弁の開放および遮断時間の持続時間に基づいて、低頻度ならびに高頻度呼吸支援が、呼気時間に対する吸気の固定または可変比率において送達されることができる。
【図２】図２は、第１の容器内の流体中に浸漬されるピーク吸気圧制御ダクトと、第２の容器内の流体中に浸漬される終末呼気陽圧制御ダクトと、ピーク吸気圧制御ダクトと終末呼気陽圧制御ダクトとの間に位置する１つの２ポート弁と、ピーク吸気圧制御ダクトの浸漬される長さを上回る深度において第１の容器内の流体中に浸漬される１つの高圧安全ダクトとを利用し、第１の容器内の流体柱の高さは、第２の容器内の流体柱の高さを上回る、人工呼吸器システムを描写する。
【図３】図３は、ピーク吸気圧制御ダクトおよび終末呼気陽圧制御ダクトに追加される角度付けられた部分を伴う、図１に示されるような人工呼吸器システムを描写する。
【図４】図４は、ピーク吸気圧制御ダクトおよび終末呼気陽圧制御ダクトに追加される角度付けられた部分と、ピーク吸気圧制御ダクトの浸漬される長さを上回る深度において第１の容器内の流体中に浸漬される１つの高圧安全ダクトとを伴う、図２に示されるような人工呼吸器システムを描写する。
【図５】図５は、第１の容器内の流体中に浸漬されるピーク吸気圧制御ダクトと、第２の容器内の流体中に浸漬される終末呼気陽圧制御ダクトと、ピーク吸気圧制御ダクト、終末呼気陽圧制御ダクト、および一次ダクトに接続される１つの３ポート弁とを利用し、第１の容器内の流体柱の高さは、第２の容器内の流体柱の高さを上回る、人工呼吸器システムを描写する。
【図６】図６は、第１の容器内の流体中に浸漬されるピーク吸気圧制御ダクトと、第２の容器内の流体中に浸漬される終末呼気陽圧制御ダクトと、ピーク吸気圧制御ダクト、終末呼気陽圧制御ダクト、および一次ダクトに接続される１つの３ポート弁と、ピーク吸気圧制御ダクトの浸漬される長さを上回る深度において第１の容器内の流体中に浸漬される１つの高圧安全ダクトとを利用し、第１の容器内の流体柱の高さは、第２の容器内の流体柱の高さを上回る、人工呼吸器システムを描写する。
【図７】図７は、ピーク吸気圧制御ダクトおよび終末呼気陽圧制御ダクトに追加される角度付けられた部分を伴う、図５に示されるような人工呼吸器システムを描写する。
【図８】図８は、ピーク吸気圧制御ダクトおよび終末呼気陽圧制御ダクトに追加される角度付けられた部分と、ピーク吸気圧制御ダクトの浸漬される長さを上回る深度において第１の容器内の流体中に浸漬される１つの高圧安全ダクトとを伴う、図６に示されるような人工呼吸器システムを描写する。
【図９】図９は、第１の容器内の流体中に浸漬されるピーク吸気圧制御ダクトと、第２の容器内の流体中に浸漬される終末呼気陽圧制御ダクトと、ピーク吸気圧制御ダクトと終末呼気陽圧制御ダクトとの間に位置する２ポート弁である第１の弁と、ピーク吸気圧制御ダクトと２ポート弁との間に位置するオン／オフ遮断弁である第２の弁と、ピーク吸気圧制御ダクトの浸漬される長さを上回る深度において第１の容器内の流体中に浸漬される１つの高圧安全ダクトとを利用し、第１の容器内の流体柱の高さは、第２の容器内の流体柱の高さを上回る、人工呼吸器システムを描写する。
【図１０】図１０は、ピーク吸気圧制御ダクトと高圧安全ダクトを相互接続するためのコネクタを利用する、人工呼吸器システムを描写する。
【図１１】図１１は、容器内の流体中に浸漬されるピーク吸気圧制御ダクトと、同一容器内の流体中に浸漬される終末呼気陽圧制御ダクトと、ピーク吸気圧制御ダクト、終末呼気陽圧制御ダクト、および一次ダクトに接続される１つの３ポート弁と、弁に通信可能に接続されるコントローラとを利用し、ピーク吸気圧制御ダクトの浸漬される長さは、終末呼気陽圧制御ダクトの浸漬される長さを上回る、人工呼吸器システムを描写する。
【図１２】図１２は、容器内の流体中に浸漬されるピーク吸気圧制御ダクトと、同一容器内の流体中に浸漬される終末呼気陽圧制御ダクトと、終末呼気陽圧制御ダクト上に位置する１つの２ポート弁と、ピーク吸気圧制御ダクト上に位置する１つの２ポート弁と、両弁に通信可能に接続されるコントローラとを利用し、ピーク吸気圧制御ダクトの浸漬される長さは、終末呼気陽圧制御ダクトの浸漬される長さを上回る、人工呼吸器システムを描写する。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（詳細な説明）
本明細書に説明される実施形態は、ユーザに、高圧および低圧、変動、振幅、および頻度を設定するためのデバイスおよび方法を提供し、さらに、ユーザが、患者特異的である陽圧の上限を設定し、肺への損傷の可能性を低減させることを可能にする。容器内の流体のレベル、容器内の流体中に浸漬されるダクトの長さ等のデバイスパラメータは、圧力を制御するために変動されることができる。これらの実施形態はまた、ユーザが、１分あたりの呼吸、吸気時間、および呼気の時間に対する吸気の比率を選択および変調させることを可能にする特徴を有する。本明細書に説明される実施形態は、成人、子供、および新生児を含む、あらゆる年齢の患者に有用である。さらに、実施形態は、あらゆる年齢の患者の搬送の間および機械的人工呼吸器へのアクセスを有していない設備内で使用されることができる。動作時、加圧ガスは、図１−１２に開示される人工呼吸器システムのガス供給源から一次ダクトの中に放出され、ガスが、患者に送達される。
【００１５】
図１は、加圧ガス供給源１０２と、流体で充填された２つの容器１０４および１０６と、２つの端部（近位端１１０および遠位端１１２）を伴う一次ダクト１０８とを有する、患者人工呼吸システム１００を図示する。近位端１１０は、加圧ガス供給源１０２に接続される。ダクト１０８は、近位端１１０と遠位端１１２との間の患者インターフェース１１４への接続のために適合される。遠位端１１２では、少なくとも１つのピーク吸気圧（ＰＩＰ）制御ダクト１１６が、接続され、第１の容器１０４内の流体の本体１１８中に浸漬される。少なくとも１つの終末呼気陽圧（ＰＥＥＰ）制御ダクト１２０もまた、ダクトの遠位端１１２に接続され、第２の容器１０６内の流体の本体１２２中に浸漬される。２ポート弁１２４は、吸気圧制御ダクトと終末呼気陽圧制御ダクトとの間に接続される。弁１２４は、開放位置から遮断位置にサイクルし、開放位置に戻り、弁のサイクリング速度は、弁に通信可能に接続されるコントローラ（図示せず）によって制御されることができる。弁１２４の故障モードは、開放位置であって、それによって、ガス流は、終末呼気陽圧（ＰＥＥＰ）制御ダクト１２０に指向され、患者インターフェース１１４における圧力は、より低いまたはベースラインレベルに維持される。
【００１６】
一実施形態では、２つの容器１０４および１０６は、容器の底部内側表面から容器の頂部開口部まで測定される高さが同一であって、ピーク吸気圧制御ダクト１１６および終末呼気陽圧制御ダクト１２０の遠位端（先端）は、それぞれ、２つの容器１０４および１０６の底部内側表面から同一垂直距離にある。第１の容器１０４内の流体のレベルは、第２の容器１０６内の流体のレベルを上回り、それによって、流体表面の頂部から圧力制御ダクトの先端まで測定される垂直距離である、浸漬される長さは、終末呼気陽圧制御ダクト１２０についてよりピーク吸気圧制御ダクト１１６について大きくなる。他の実施形態では、容器１０４の高さは、容器１０６の高さを上回る。さらに別の実施形態では、容器１０４内の流体のレベルは、容器１０６内の流体のレベルとほぼ同じである。流体は、限定ではないが、水または水の細菌汚染の可能性を低減させるために酢が添加された水を含む、広範囲の密度、質量、および粘度を呈する、任意の数の好適な流体または液体を含み得る。
【００１７】
ある実施形態では、２つの容器は、形状およびサイズが同じであって、ダクトは、同じ場所において、容器内に事前に位置付けられる。同じように位置付けられるＰＩＰおよびＰＥＥＰ制御ダクトを伴う、同じ容器を有する利点は、加工および動作の容易性である。他の実施形態では、２つの容器は、形状およびサイズが類似し、ダクトは、類似場所において、容器内に事前に位置付けられる。ある実施形態では、ピーク吸気圧制御ダクトおよび終末呼気陽圧制御ダクトは、約０．５〜３ｃｍの内径を有する実質的に円形であって、容器内側の浸漬される長さは、約２〜５０ｃｍの範囲内である。ＰＩＰおよびＰＥＥＰ制御ダクトの浸漬される垂直長さは、流体表面からダクトの遠位端までの垂直距離として測定されることができる。全実施形態では、ＰＩＰおよびＰＥＥＰ制御ダクトの浸漬される垂直長さは、流体を追加または除去し、流体レベルを調節することによって、ダクトを上下に摺動させ、ダクト場所を調節することによって、または両方を行うことによって、任意の値に調節されることができる。
【００１８】
ＰＩＰおよびＰＥＥＰ制御ダクトのいくつかの実施形態では、ダクトの直径は、約０．５ｃｍ〜２ｃｍである。他の実施形態では、１つを上回るＰＩＰ制御ダクトおよび１つを上回るＰＥＥＰ制御ダクトが、使用されてもよい。さらに他の実施形態では、ＰＩＰおよびＰＥＥＰ制御ダクトはそれぞれ、実質的に類似の長さおよび直径または異なる長さおよび直径を有してもよい。一次ダクト、ＰＩＰ制御ダクト、およびＰＥＥＰ制御ダクトの長さおよび断面形状は、好ましくは、短く、実質的に円形または若干卵形の形状である。しかしながら、ダクトのいずれかまたは全ては、本開示の思想から逸脱することなく、限定ではないが、任意の長さ、または正方形、長方形、三角形等を含む、断面形状を有することができる。
【００１９】
ガス供給源は、加圧された医療グレードのガスを、一次ダクト、患者ダクト、ＰＩＰ制御ダクト、およびＰＥＥＰ制御ダクトを含む、人工呼吸器システムに提供する。ガス供給源によって送達されるガスは、大気ガス、または、限定ではないが、大気空気、酸素、窒素、ヘリウム、またはそれらの組み合わせを含む、好適なガスの任意の組み合わせ、混合物、または混成物（ｂｌｅｎｄ）を含み得る。ガス供給源は、ガスコンプレッサ、加圧ガスの容器、事前に加圧されたガスの実質的に可搬性の容器、ガスライン接続部（病院に見出されるような）、または加圧ガスの任意の他の好適な供給源、またはそれらの組み合わせを含み得る。ガス供給源は、好ましくは、ユーザによって制御され、各患者の個々の要件に従って調節されることができる、可変ガス流速を有するように制御または構成される。患者人工呼吸システムまたはガス供給源はまた、限定ではないが、機械弁、電子制御式機械弁、ロータメータ、圧力調整器、流れ変換器、またはそれらの組み合わせを含む、１つまたはそれを上回る流れ制御デバイス（図示せず）を含んでもよい。当技術分野において一般に使用される、ガス流速は、典型的には、約２リットル／分（Ｌ／分）〜約１５Ｌ／分の範囲である。しかしながら、これらの実施形態は、ユーザによって設定されるガスの任意の流速を可能にする。例えば、より大柄の患者は、より多くのガス流れを要求し得る。流速を増加することは、より高い圧力の送達をもたらし得る。しかしながら、安全ダクトの高圧噴出レベルを安全レベルに設定することによって、患者への過剰に高い圧力の不注意による送達を回避することができる。
【００２０】
熱湿交換器（図示せず）もまた、患者人工呼吸システム内に含まれ、患者インターフェースに送達されるガスの温度および湿度を制御することができる。送達ダクト内のガスの連続的流れはまた、肺から吐き出された再呼吸ガスから患者を守る。
【００２１】
図１を参照すると、患者インターフェース１１４は、限定ではないが、顔または鼻マスク、鼻プロング、鼻カニューレ、鼻または鼻咽頭内に留置された短いチューブ（単数または複数）、気管内チューブ、気管切開チューブ、またはそれらの組み合わせを含む、侵襲的または非侵襲的なものであることができる。２ポート弁１２４は、機械的または電気機械的弁を備えてもよい。２ポート弁１２４は、ユーザが、人工呼吸速度および吸気時間または呼気時間対する吸気の比率を設定可能であるように、電子的に制御または機械的に制御されてもよい。２ポート弁１２４は、故障の場合、弁が開放されたままであって、患者がより低いか、またはベースライン圧力に曝されるであろうように、好ましくは、「通常開放」される。２ポート弁１２４が開放されると、ガスは、ＰＩＰ制御ダクト１１６を有する容器１０４より低い流体のレベルを伴う容器１０６内に設定される、ＰＥＥＰ制御ダクト１２０を通って流れ、それによって、回路内の終末呼気陽圧を制御する。２ポート弁１２４が閉鎖されると、加圧された回路内のガスは、ＰＥＥＰ制御ダクト１２０を有する容器１０６より高い流体のレベルを伴う容器１０４内に設定される、ＰＩＰ制御ダクト１１６を通って流れ、それによって、圧力をピーク吸気圧まで上昇させ、「強制呼吸」を患者に送達する。弁１２４は、次いで、再び開放され、患者が息を吐き出すことを可能にすることができ、プロセスは、繰り返され得る。このように、患者は、ピーク吸気圧および終末呼気陽圧（Ｂｉ−ＰＡＰ人工呼吸）または間欠的陽圧人工呼吸（ＩＰＰＶ）を受けることができる。いくつかの実施形態では、任意の数の弁、ＰＩＰ制御ダクト、およびＰＥＥＰ制御ダクトが、異なるレベルの高圧および低圧を提供するために使用されることができる。
【００２２】
図２は、図１に類似する人工呼吸器システムを図示するが、加えて、少なくとも１つの安全ダクト２３０を有する。安全ダクト２３０が、一次ダクト２０８の近位端２１０の近傍において、一次ダクト２０８に接続される。安全ダクト２３０は、ピーク吸気圧制御ダクト２１６の浸漬される長さを上回る深度において、第１の容器２０４内の流体の本体２１８中に浸漬される。安全ダクトは、設定ＰＩＰ圧力に対して安全圧力の限界の設定を可能にする。例えば、いくつかの実施形態では、使用される流体は、水であって、浸漬される安全ダクト２３０および浸漬されるＰＩＰ制御ダクト２１６の先端間の垂直距離の差異は、ユーザが、肺が曝され得る最大圧力が設定ＰＩＰ圧力を５ｃｍ分の水より上回らないことを所望する場合、５ｃｍに設定されることができる。
【００２３】
図３は、第１の容器３０４内のＰＩＰ制御ダクト３１６と、第２の容器３０６内のＰＥＥＰ制御ダクト３２０とを利用する、図１に図示されるものに類似する患者人工呼吸器システムを図示する。ダクト３１６および３２０は、流体中に浸漬され、Ｂｉ−ＰＡＰまたはＩＰＰＶを受ける患者内の気道圧を変調させるように構成される。図３に図示される実施形態はさらに、それぞれ、ＰＩＰおよびＰＥＥＰ制御ダクトの遠位端に接続される２つの角度付けられた区分３３２および３３４を備える。角度付けられた区分の角度は、垂直に対して０〜１８０度の間で改変され、吸気および呼気サイクルの両方に対して、気道圧波形の上に重畳される、気道圧変動の振幅および頻度を制御してもよい。いくつかの実施形態では、角度付けられた区分の角度付けられたアームは、長さ２ｃｍ〜１０ｃｍを有する。他の実施形態では、２つを上回る角度付けられた区分が、使用されてもよい。一実施形態では、２つまたはそれを上回る角度付けられた区分の角度は、実質的に、類似してもよい。他の実施形態では、２つまたはそれを上回る角度付けられた区分の角度は、異なってもよい。一実施形態では、角度付けられた区分の直径は、ＰＩＰおよびＰＥＥＰ制御ダクトの直径と同一である。別の実施形態では、角度付けられた区分の直径は、ＰＩＰおよびＰＥＥＰ制御ダクトの直径と異なる。ＰＩＰおよびＰＥＥＰ制御ダクトの浸漬される垂直長さは、流体表面から角度付けられた区分の曲がりまでの垂直距離として測定されることができる。
【００２４】
図４は、図３に類似する人工呼吸器システムを図示するが、加えて、少なくとも１つの安全ダクト４３０を有する。安全ダクト４３０が、一次ダクト４０８の近位端４１０の近傍において、一次ダクト４０８に接続される。安全ダクト４３０は、ピーク吸気圧制御ダクト４１６の浸漬される長さを上回る深度において、第１の容器４０４内の流体の本体４１８中に浸漬される。
【００２５】
図５は、加圧ガス供給源５０２と、流体で充填された２つの容器５０４および５０６と、２つの端部（近位端５１０および遠位端５１２）を伴う一次ダクト５０８とを有する、患者人工呼吸器システム５００を図示する。近位端５１０は、加圧ガス供給源５０２に接続される。一次ダクト５０８は、近位端５１０と遠位端５１２との間の患者インターフェース５１４への接続のために適合される。３ポート（３方向としても知られる）弁５２５が、１つの入口ポートおよび２つの出口ポートとともに提供される。遠位端５１２は、３ポート弁５２５の入口ポートに接続される。弁５２５の第１の出口ポートは、第１の容器５０４内の流体の本体５１８中に浸漬される、少なくとも１つのピーク吸気圧（ＰＩＰ）制御ダクト５１６に接続される。弁５２５の第２の出口ポートは、第２の容器５０６内の流体の本体５２２中に浸漬される、少なくとも１つの終末呼気陽圧（ＰＥＥＰ）制御ダクト５２０に接続される。一実施形態では、２つの容器５０４および５０６は、容器の底部内側表面から容器の頂部開口部まで測定される、同一高さであって、ピーク吸気圧制御ダクト５１６および終末呼気陽圧制御ダクト５２０の遠位端（先端）は、それぞれ、２つの容器５０４および５０６の底部内側表面から同一垂直距離にある。第１の容器５０４内の流体のレベルは、第２の容器５０６内の流体のレベルを上回り、それによって、流体表面の上部から圧力制御ダクトの先端まで測定される、浸漬される垂直長さは、終末呼気陽圧制御ダクト５２０についてよりピーク吸気圧制御ダクト５１６について大きくなる。他の実施形態では、容器５０４の高さは、容器５０６の高さを上回る。さらに別の実施形態では、容器５０４内の流体のレベルは、容器５０６内の流体のレベルとほぼ同一である。
【００２６】
弁５２５は、第１の出口ポートと第２の出口ポートとの間をサイクルし、それによって、入口ポートから第１の出口ポートおよび入口ポートから第２の出口ポートにガス流を連続的に切り替える。各サイクルは、１回の呼吸に対応する。動作時、ガスが入口ポートから弁５２５の第１の出口ポートに流れると、ガスは、ＰＥＥＰ制御ダクト５２０を有する容器５０６より高い流体のレベルを伴う容器５０４内に設定される、ＰＩＰ制御ダクト５１６を通って流れ、それによって、回路内のＰＩＰを制御する。ガスが入口ポートから弁５２５の第２の出口ポートに流れると、加圧された回路内のガスは、ＰＩＰ制御ダクト５１６を有する容器５０４より低い流体のレベルを伴う容器５０６内に設定される、ＰＥＥＰ制御ダクト５２０を通って流れ、それによって、圧力をＰＥＥＰまで下げ、患者が息を吐き出すことを可能にする。弁５２５は、次いで、第１の出口ポートに戻るようにサイクルし、患者がＰＩＰを受けることを可能にすることができ、サイクルは、繰り返され得る。このように、患者は、ピーク吸気圧および終末呼気陽圧（Ｂｉ−ＰＡＰ人工呼吸）または間欠的陽圧人工呼吸（ＩＰＰＶ）を受けることができる。
【００２７】
一実施形態では、弁５２５のサイクリング速度（１分あたりのサイクルにおいて測定される）は、弁に通信可能に接続されるコントローラ（図示せず）を使用して制御される。別の実施形態では、コントローラは、ユーザが、ガスが入口ポートから第１の出口ポートに流れる時間Ｔ１（吸気時間）と、ガスが入口ポートから第２の出口ポートに流れる時間Ｔ２（呼気時間）とを設定することを可能にする。一実施形態では、Ｔ１は、秒単位の時間として設定される。別の実施形態では、Ｔ１またはＴ２は、Ｔ１およびＴ２の合計が、１サイクルの時間に等しくなるように、サイクル時間の割合またはＴ１およびＴ２の比率として設定されることができる。ＰＩＰ制御ダクトは、第１の出口ポートに接続され、ＰＥＥＰ制御ダクトは、第２の出口ポートに接続されるため、Ｔ１は、サイクルまたは呼吸の吸気時間であって、Ｔ２は、呼気時間である。一実施形態では、呼気時間Ｔ２は、吸気時間Ｔ１を上回るように設定され、比率Ｔ２／Ｔ１は、１を上回る。吸気時間と呼気時間の比率は、Ｔ１：Ｔ２として描写され、この比率は、１：Ｎとして示されてもよく、ここで、一実施形態では、Ｎは、１を上回る数である。別の実施形態では、コントローラは、Ｎの値が１未満であることを可能にしない。別の実施形態では、１分あたりの呼吸（ｂｐｍ）および秒単位の吸気時間（Ｔ１）は、ユーザによって設定され、コントローラは、式Ｔ２＝（６０／ｂｐｍ）−Ｔ１を使用して、呼気時間（Ｔ２）を秒単位で計算する。さらに別の実施形態では、秒単位で計算される呼気時間（Ｔ２）が、ユーザによって設定される秒単位の吸気時間（Ｔ１）未満である場合、コントローラは、Ｔ１＝Ｔ２＝３０／ｂｐｍを設定する。別の実施形態では、コントローラは、ユーザが、呼気時間Ｔ２に対する吸気時間Ｔ１の比率を制御するか、または所望の呼気時間に対する吸気時間の比率を維持するためのサイクル時間のパーセントとして固定されたＴ１を有することを可能にする。例えば、Ｔ１がサイクル時間の３３％として設定される場合、Ｔ２は、サイクル時間の６７％となり、１：２のＴ１：Ｔ２比率を与える。別の実施形態では、コントローラは、弁と統合され、制御論理が弁内に埋め込まれる。一実施形態では、弁５２５の故障モードは、第２の出口ポートへの開放位置であって、それによって、ガス流は、ＰＥＥＰ制御ダクト５２０に指向され、人工呼吸器システム内の圧力は、ベースライン、すなわち、より低いレベルに維持される。別の実施形態では、コントローラが、弁５２５のサイクリング速度をゼロとして設定する場合、弁は、第２の出口ポートへの開放位置のままであって、それによって、ガス流は、ＰＥＥＰ制御ダクト５２０に指向され、人工呼吸器システム内の圧力は、ベースライン、すなわち、より低いレベルに維持される。別の実施形態では、弁５２５への電力が遮断される場合、弁は、第２の出口ポートへの開放位置のままであって、それによって、ガス流は、ＰＥＥＰ制御ダクト５２０に指向され、人工呼吸器システム内の圧力は、ベースライン、すなわち、より低いレベルに維持される。したがって、装置は、単に、弁への電力を遮断するか、または弁のサイクリング速度をゼロに設定することによって、Ｂｉ−ＰＡＰ人工呼吸からバブルＣＰＡＰに変換されることができる。
【００２８】
図６は、図５に類似する人工呼吸器システムを図示するが、加えて、少なくとも１つの安全ダクト６３０を有する。安全ダクト６３０は、一次ダクト６０８の近位端６１０近傍において、一次ダクト６０８に接続される。安全ダクト６３０は、ピーク吸気圧制御ダクトの浸漬される長さ６１６を上回る深度において、第１の容器６０４内の流体の本体６１８中に浸漬される。安全ダクトは、設定ＰＩＰ圧力に対して安全圧力の限界の設定を可能にする。例えば、いくつかの実施形態では、使用される流体は、水であって、浸漬される安全ダクト６３０および浸漬されるＰＩＰ制御ダクト６１６の先端間の垂直距離の差異は、ユーザが、肺が曝され得る最大圧力が設定ＰＩＰ圧力を５ｃｍ分の水より上回らないことを所望する場合、５ｃｍに設定されることができる。
【００２９】
図７は、第１の容器７０４内のＰＩＰ制御ダクト７１６と、第２の容器７０６内のＰＥＥＰ制御ダクト７２０とを利用する、図５に図示されるものに類似する患者人工呼吸器システムを図示する。ダクト７１６および７２０は、流体中に浸漬され、Ｂｉ−ＰＡＰまたはＩＰＰＶを受ける患者内の気道圧を変調させるように構成される。図７に図示される実施形態はさらに、それぞれ、ＰＩＰおよびＰＥＥＰ制御ダクトの遠位端に接続される２つの角度付けられた区分７３２および７３４を備える。角度付けられた区分の角度は、垂直に対して０〜１８０度の間で改変され、吸気および呼気サイクルの両方に対して、気道圧波形の上に重畳される、気道圧変動の振幅および頻度を制御してもよい。いくつかの実施形態では、角度付けられた区分の角度付けられたアームは、長さ２ｃｍ〜１０ｃｍを有する。いくつかの実施形態では、２つを上回る角度付けられた区分が、使用されてもよい。他の実施形態では、２つまたはそれを上回る角度付けられた区分の角度は、実質的に、類似してもよい。さらに他の実施形態では、２つまたはそれを上回る角度付けられた区分の角度は、異なってもよい。
【００３０】
図８は、図７に類似する人工呼吸器システムを図示するが、加えて、少なくとも１つの安全ダクト８３０を有する。安全ダクト８３０は、一次ダクト８０８の近位端８１０近傍において、一次ダクト８０８に接続される。安全ダクト８３０は、ピーク吸気圧制御ダクトの浸漬される長さ８１６を上回る深度において、第１の容器８０４内の流体の本体８１８中に浸漬される。
【００３１】
図９は、図２のものに類似する人工呼吸器システムを図示するが、付加的安全装置として第２の弁９２６を有する。第２の弁９２６は、ピーク吸気圧制御ダクト９１６と２ポート弁９２４との間に提供され、第２の弁９２６は、弁９２４および終末呼気陽圧制御ダクト９２０を一次ダクト９０８から隔離し、それによって、人工呼吸器ガス流回路の残りから隔離することができる、開閉式遮断弁である。弁９２４の隔離は、弁９２４の壊滅的故障が存在する場合に必要となり得る。遮断弁９２６の遮断はまた、ユーザが、人工呼吸器システムをバブルＣＰＡＰシステムとして採用することを可能にする。
【００３２】
図２、４、および６に図示される安全ダクトに加え、いくつかの実施形態は、高圧「瞬間オフ（ｐｏｐ−ｏｆｆ）」または「瞬間開放（ｐｏｐ−ｏｐｅｎ）」安全弁等の付加的安全特徴（図示せず）を含み、患者が所定の閾値を上回る気道圧を受けないように保護し、思いがけず、患者回路が患者と流体容器を通してシステムから流出するガスとの間で閉塞される場合、高圧が患者に到達する可能性を低減させることができる。瞬間オフ弁は、図２におけるダクト２３０等の安全ダクトが人工呼吸器システム内に存在するとき、第２のレベルの保護を提供する。瞬間オフ弁の圧力レベル設定は、概して、安全ダクトの噴出圧力設定より高くあり得る。しかしながら、瞬間オフ安全弁は、概して、ある値に事前に設定され、ユーザに、設定ＰＩＰ圧力に対して安全圧力の限界の設定を可能にする、安全ダクトによって提供される柔軟性を提供しないことに留意されたい。
【００３３】
図２におけるものに類似する人工呼吸器システムを図示する、図１０に示されるある実施形態では、安全ダクト２３０は、コネクタ２３３を使用して、ＰＩＰ制御ダクト２１６と相互接続され、それによって、ユーザは、コネクタを摺動させることによって、またはコネクタの漸増ステップにおいて、ＰＩＰ制御ダクト２１６の先端と安全ダクト２３０の先端との間の垂直間隔を調節し、それによって、人工呼吸器システム内の圧力サージの場合、加圧ガスの噴出に対して、ＰＩＰ圧力を越える測定された流体柱高さの安全性を提供することができる。ある実施形態では、流体は、水であって、ユーザは、高圧限界（瞬間オフ）がＰＩＰ圧力を上回る０〜約１５ｃｍ水柱の範囲内であるように、ＰＩＰ制御ダクト２１６の先端に対して安全ダクト２３０の先端を調節することができる。図１０に示される実施形態では、容器２０４内の流体２１８のレベルは、容器２０６内の流体２２２のレベルとほぼ同一であるが、２つの容器内の流体のレベルはまた、前述の実施形態に示されるように、異なり得る。図１０に示されるように特定の実施形態では、ピーク吸気圧制御ダクト２１６および終末呼気陽圧制御ダクト２２０の遠位端（先端）は、それぞれ、２つの容器２０４および２０６の底部内側表面から異なる垂直距離にある。
【００３４】
いくつかの実施形態は、低圧「瞬間開放」または一方向弁（図示せず）を含み、患者が、所定の閾値より低い気道圧、例えば、大気圧以下の圧力を受けないように防止することができる。このように、一方向弁は、肺が圧潰しないように防止するのに役立ち、患者が流体を吸飲しないように防止するのに役立ち、患者が呼吸呼気ガスを再呼吸しないように防止するのに役立つことができる。制御された濃度の新鮮なガス（図示せず）もまた、一方向弁に供給されることができる。
【００３５】
図１１は、加圧ガス供給源５０２と、流体で充填された容器５０５と、２つの端部（近位端５１０および遠位端５１２）を伴う一次ダクト５０８とを有する、患者人工呼吸器システムを図示する。近位端５１０は、加圧ガス供給源５０２に接続される。一次ダクト５０８は、近位端５１０と遠位端５１２との間の患者インターフェース５１４への接続のために適合される。３ポート（３方向としても知られる）弁５２５が、１つの入口ポートおよび２つの出口ポートとともに提供される。遠位端５１２は、３ポート弁５２５の入口ポートに接続される。弁５２５の第１の出口ポートは、容器５０５内の流体の本体５２３中に浸漬される少なくとも１つのピーク吸気圧（ＰＩＰ）制御ダクト５１７に接続される。弁５２５の第２の出口ポートは、容器５０５内の流体の本体５２３中に浸漬される少なくとも１つの終末呼気陽圧（ＰＥＥＰ）制御ダクト５２１に接続される。流体表面の頂部から圧力制御ダクトの先端まで測定される、浸漬される垂直長さは、ＰＥＥＰ制御ダクト５２１についてよりＰＩＰ制御ダクト５１７について大きくなる。弁５２５は、第１の出口ポートと第２の出口ポートとの間でサイクルし、それによって、入口ポートから第１の出口ポートおよび入口ポートから第２の出口ポートにガスの流れを連続的に切り替える。各サイクルは、１回の呼吸に対応する。一実施形態では、弁５２５のサイクリング速度（１分あたりのサイクルにおいて測定される）は、弁に通信可能に接続されるコントローラ５１５を使用して制御される。別の実施形態では、コントローラ５１５は、ユーザが、ガスが入口ポートから第１の出口ポートに流れる時間Ｔ１と、ガスが入口ポートから第２の出口ポートに流れる時間Ｔ２とを設定することを可能にする。一実施形態では、Ｔ１は、秒単位の時間として設定される。別の実施形態では、Ｔ１またはＴ２は、Ｔ１およびＴ２の合計が１サイクルの時間に等しくなるように、サイクル時間の割合として、またはＴ１およびＴ２の比率として設定されることができる。ＰＩＰ制御ダクトは、第１の出口ポートに接続され、ＰＥＥＰ制御ダクトは、第２の出口ポートに接続されるため、Ｔ１は、呼吸の吸気時間であって、Ｔ２は、呼気時間である。一実施形態では、呼気時間Ｔ２は、吸気時間Ｔ１を上回るように設定される。別の実施形態では、１分あたりの呼吸（ｂｐｍ）および秒単位の吸気時間Ｔ１は、ユーザによって設定され、コントローラは、式Ｔ２＝（６０／ｂｐｍ）−Ｔ１を使用して、呼気時間Ｔ２を秒単位で計算する。さらに別の実施形態では、秒単位で計算される呼気時間Ｔ２が、ユーザによって設定される秒単位の吸気時間Ｔ１未満である場合、コントローラ５１５は、Ｔ１＝Ｔ２＝３０／ｂｐｍを設定する。別の実施形態では、コントローラ５１５は、ユーザが、呼気時間Ｔ２に対する吸気時間Ｔ１の比率を制御するか、または所望の吸気時間と呼気時間の比率を維持するためのサイクル時間のパーセントとして固定されたＴ１を有することを可能にする。別の実施形態では、コントローラ５１５は、弁と統合され、制御論理が弁内に埋め込まれる。一実施形態では、弁５２５の故障モードは、第２の出口ポートへの開放位置であって、それによって、ガス流は、ＰＥＥＰ制御ダクト５２０に指向され、人工呼吸器システム内の圧力は、ベースライン、すなわち、より低いレベルに維持される。別の実施形態では、コントローラ５１５が弁５２５のサイクリング速度をゼロとして設定する場合、弁は、第２の出口ポートへの開放位置のままであって、それによって、ガス流は、ＰＥＥＰ制御ダクト５２０に指向され、人工呼吸器システム内の圧力は、ベースライン、すなわち、より低いレベルに維持される。別の実施形態では、弁５２５またはコントローラ５１５への電力がオフに切り替えられる場合、弁は、第２の出口ポートへの開放位置のままであって、それによって、ガス流は、ＰＥＥＰ制御ダクト５２０に指向され、人工呼吸器システム内の圧力は、ベースライン、すなわち、より低いレベルに維持される。
【００３６】
図１２は、加圧ガス供給源１０２と、流体で充填された容器１０５と、２つの端部（近位端１１０および遠位端１１２）を伴う一次ダクト１０８とを有する、患者人工呼吸システムを図示する。近位端１１０は、加圧ガス供給源１０２に接続される。ダクト１０８は、近位端１１０と遠位端１１２との間の患者インターフェース１１４への接続のために適合される。遠位端１１２では、少なくとも１つのピーク吸気圧（ＰＩＰ）制御ダクト１１７が、接続され、容器１０５内の流体の本体１２３中に浸漬される。少なくとも１つの終末呼気陽圧（ＰＥＥＰ）制御ダクト１２１もまた、ダクトの遠位端１１２に接続され、容器１０５内の流体の本体１２３中に浸漬される。ＰＩＰ制御ダクト１１７の浸漬される長さは、ＰＥＥＰ制御ダクト１２１の浸漬される長さを上回る。２ポート弁１０９が、ＰＩＰ制御ダクト１１７上に設置され、ＰＩＰ制御ダクト１１７と一次ダクトの遠位端１１２との間に位置する。別の２ポート弁１２５が、ＰＥＥＰ制御ダクト１２１上に設置され、ＰＥＥＰ制御ダクト１２１と一次ダクトの遠位端１１２との間に位置する。弁１０９および１２５は、開放位置から遮断位置にサイクルし、開放位置に戻り、弁のサイクリング速度は、弁１０９および１２５に通信可能に接続されるコントローラ１１５によって制御されることができる。弁１０９および１２５は、弁１０９が開放されると、弁１２５が閉鎖され、弁１０９が閉鎖されると、弁１２５が開放されるように、コントローラ１１５によって制御される。
【００３７】
動作時、２ポート弁１２５が開放され、２ポート弁１０９が閉鎖されると、ガスが、ＰＥＥＰ制御ダクト１２１を通って流れ、それによって、回路内のＰＥＥＰを制御する。２ポート弁１２５が閉鎖され、２ポート弁１０９が開放されると、加圧された回路内のガスは、ＰＩＰ制御ダクト１１７を通って流れ、それによって、圧力をピーク吸気圧まで上昇させる。弁１２５は、次いで、再び開放され、弁１０９は、閉鎖され、患者が息を吐き出すことを可能にすることができ、そしてプロセスは、繰り返され得る。このように、患者は、ピーク吸気圧および終末呼気陽圧（Ｂｉ−ＰＡＰ人工呼吸）または間欠的陽圧人工呼吸（ＩＰＰＶ）を受けることができる。
【００３８】
さらなる実施形態は、前述の組み合わせのうちの１つ以上を使用して、対象（例えば、成人、子供、幼児ヒト、または別の哺乳類）の呼吸を補助する方法に関する。いくつかのアプローチによって、呼吸問題を有する対象が、識別または選択され、該対象は、本明細書に説明されるデバイスのうちの１つまたはそれを上回るものに接続される。いくつかの実施形態では、対象は、鼻プロングによって、デバイスに取着され、他の実施形態では、対象は、顔または鼻マスク、鼻咽頭内に留置されたチューブ（単数または複数）、気管内チューブ、気管切開チューブ、またはそれらの組み合わせによって、デバイスに取着される。いったん対象およびデバイスが接続されると、ガス流が、開始される。幼児のための好ましいガス流は、約１〜１０Ｌ／分である一方、成人は、約１〜３０Ｌ／分のガス流を要求し得、大型の哺乳類は、１〜１００Ｌ／分またはそれを上回る量を要求し得る。随意に、頻度、サイクルする
圧力の振幅、または送達されるガスの体積が、特定の対象のための呼吸補助を調節するように監視される。いくつかの実施形態では、ピーク吸気圧ダクトの特定の浸漬される長さ、終末呼気陽圧ダクトの浸漬される長さ、ＰＩＰおよびＰＥＥＰ制御ダクトの直径もしくは断面積、または特定の流体を有するデバイスが、対象の特有のニーズのための選択されることができる。すなわち、いくつかの実施形態では、呼吸補助を必要とする患者が、選択または識別され、本明細書に説明されるような呼吸補助デバイスが、対象の年齢、サイズ、または治療用ニーズに従って、選択または識別される。
【００３９】
いくつかの実施形態は、本明細書に説明されるデバイスまたは装置のいずれかを提供し、ガスをガス供給源から装置の中に放出し、ガスを対象に送達することによって、変動終末呼気陽圧を伴う連続的気道陽圧を対象に提供するための方法を含む。他の実施形態は、本明細書に説明される呼吸補助デバイスまたは装置のいずれかを提供し、垂直軸に対してダクトの遠位端の角度を調節し、ガスをガス供給源から装置の中に放出し、ガスを対象に送達することによって、対象に送達されるガスの体積を増加させるための方法を含む。いくつかの実施形態では、ダクトの遠位端は、約９１〜１７０度を上回るか、またはそれに等しい角度に調節される。他の実施形態では、ダクトの遠位端は、垂直軸に対して約１３５度の角度に調節される。
【００４０】
（実施例１）
本実施例は、図１に説明されるシステムで使用される人工呼吸器システムおよびこのシステムを試験するために行われる実験を説明する。Ｉｎｇｍａｒ  Ｍｅｄｉｃａｌ（Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，  Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ（ｗｗｗ．ｉｎｇｍａｒｍｅｄ．ｃｏｍ））によって製造された肺機械が、人工呼吸器システムの患者インターフェースに接続された。ＭＡＣ  Ｖａｌｖｅｓ，  Ｉｎｃ．（Ｗｉｘｏｍ，  Ｍｉｃｈｉｇａｎ（ｗｗｗ．ｍａｃｖａｌｖｅｓ．ｃｏｍ））によって製造された２ポート（双方向）ソレノイド弁が、システム内で使用された。弁の開閉サイクルは、ＩＤＥＣ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ（ｕｓ．ｉｄｅｃ．ｃｏｍ））によって作製された電子タイマを使用して制御された。圧縮された空気および空気／酸素混合物が、試験において使用された。使用されるチューブ類は、病院設定における従来の人工呼吸器システムと併用される、標準的１０ｍｍチューブ類であった。容器内の流体は、室温における水であった。患者インターフェースにおける圧力は、Ｌｉｆｅ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  Ｉｎｃ．（Ｍａｄｉｓｏｎ，  Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ）によって製造された圧力計（ｍａｎｏｍｅｔｅｒ）を使用して測定された。圧力計は、１ｃｍ水ずつの増分において、−２０ｃｍ水〜＋８０ｃｍ水の範囲を有していた。試験は、０．５Ｌ／分ずつの増分における０．５Ｌ／分〜５Ｌ／分および１Ｌ／分ずつの増分における５Ｌ／分〜１５Ｌ／分のガス流速に対して実行された。ガス流速は、Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｍｅｄｉｃａｌ（Ｎｏｒｔｈａｍｐｔｏｎ，  Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ（ｗｗｗ．ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍｅｄｉｃａｌ．ｃｏｍ））によって製造された流量計を使用して設定された。ＰＩＰ制御ダクトの浸漬される長さは、１０〜３０ｃｍ水まで変動され、ＰＥＥＰ制御ダクトの浸漬される長さは、２〜１０ｃｍ水まで変動された。弁のサイクリングは、１分あたり１サイクル〜１分あたり６０サイクルで行われた。各サイクルは、１つの呼吸に対応し、したがって、試験は、１分あたり１呼吸〜１分あたり６０呼吸で実施された。
【００４１】
弁は、ガス流に対して抵抗を与え、圧力の損失をもたらす。弁の抵抗に起因する圧力の損失は、ガスの流速が増加されるにつれて、増加した。１５Ｌ／分のガス流速では、４ｃｍ水と同程度の高さの圧力損失が、弁内で観察され、背圧をもたらし、それによって、患者インターフェースにおいて観察されるＰＥＥＰは、第２の容器内のＰＥＥＰ制御ダクトによって設定されるものより約４ｃｍ水だけ高くなった。ＰＩＰ制御ダクトは、患者インターフェースからＰＩＰ制御ダクトまでの流れライン内に弁を有していなかったため、ＰＩＰ設定は、弁から背圧を被らなかった。したがって、ガスの流速に応じて、弁の背圧を考慮するための補正が、ＰＥＥＰ制御ダクトに行われる必要があった。背圧が４ｃｍ水であったとき、第２の容器内のＰＥＥＰ制御ダクトの浸漬される長さに対して４ｃｍの補正が、実際の浸漬される長さが患者インターフェースにおいて要求されるＰＥＥＰの４ｃｍ未満であるように行われた。したがって、患者インターフェースにおいて要求されるＰＥＥＰが１０ｃｍ水であって、背圧が４ｃｍ水である場合、ＰＥＥＰ制御ダクトの浸漬される長さは、６ｃｍである。
【００４２】
比較のために、試験がまた、水を含有する単一容器を使用しても実施され、両ＰＩＰおよびＰＥＥＰ制御ダクトが、１つかつ米国特許第８，４９９，７５９号に開示されるものと同一の容器内に浸漬された。一方のダクトからの気泡は、ＰＩＰおよびＰＥＥＰ制御ダクトが同一容器内にあるとき、他方のダクトから観察される圧力に影響を及ぼした。この影響は、より高いガス流速においてより顕著であって、容器の直径が増加されたときは、あまり顕著ではなかった。全ての他の条件が同一のままであることを前提として、制御ダクトが同一容器内にある（米国特許第８，４９９，７５９号におけるように）ときの観察される圧力と比較して、２つの制御ダクトが異なる容器内にあるとき（図１におけるように）、患者インターフェースにおいて観察される圧力は、制御ダクトによって設定された圧力により近づくことが分かった。さらに、所与のガス流速に関して、ＰＥＥＰ制御ダクト内の背圧を考慮するための補正は、２つの制御ダクトが１つの容器または２つの別個の容器内に設置されるかどうかにかかわらず、類似することが分かった。
【００４３】
（実施例２）
実施例１におけるシステムは、図２に示されるように、安全ダクトを含むように修正された。安全ダクトは、ＰＩＰ圧力を圧力３ｃｍ水だけ上回るように設定された。一次ダクトは、ダクトの閉塞をシミュレートするように、遠位端において意図的に圧搾され、安全ダクトは、患者インターフェースにおける圧力がＰＩＰ圧力を越えて３ｃｍ水に到達すると、圧力蓄積を解放した。試験は、異なる圧力レベルにおいて、首尾良く繰り返された。
【００４４】
（実施例３）
この実施例は、使用される人工呼吸器システムおよび図５に説明されるシステムを試験するために行われる実験を説明する。Ｉｎｇｍａｒ  Ｍｅｄｉｃａｌ（Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，  Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ（ｗｗｗ．ｉｎｇｍａｒｍｅｄ．ｃｏｍ））によって製造された肺機械が、人工呼吸器システムの患者インターフェースに接続された。ＭＡＣ  Ｖａｌｖｅｓ，  Ｉｎｃ．（Ｗｉｘｏｍ，  Ｍｉｃｈｉｇａｎ（ｗｗｗ．ｍａｃｖａｌｖｅｓ．ｃｏｍ））によって製造された３ポート（３方向）ソレノイド弁が、システム内で使用された。３ポート弁のサイズは、実施例１で使用される２ポート（双方向）弁と同一であった。弁のサイクリングは、ＩＤＥＣ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ（ｕｓ．ｉｄｅｃ．ｃｏｍ））によって作製された電子タイマを使用して制御された。圧縮された空気および空気／酸素混合物が、試験において使用された。使用されるチューブ類は、病院設定における従来の人工呼吸器システムと併用される、標準的１０ｍｍチューブ類であった。容器内の流体は、室温における水であった。患者インターフェースにおける圧力は、Ｌｉｆｅ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  Ｉｎｃ．（Ｍａｄｉｓｏｎ，  Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ）によって製造された圧力計を使用して測定された。圧力計は、１ｃｍ水ずつの増分において、−２０ｃｍ水〜＋８０ｃｍ水の範囲を有していた。試験は、０．５Ｌ／分ずつの増分における０．５Ｌ／分〜５Ｌ／分および１Ｌ／分ずつの増分における５Ｌ／分〜１５Ｌ／分のガス流速に対して実行された。ガス流速は、Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｍｅｄｉｃａｌ（Ｎｏｒｔｈａｍｐｔｏｎ，  Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ（ｗｗｗ．ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍｅｄｉｃａｌ．ｃｏｍ））によって製造された流量計を使用して設定された。ＰＩＰ制御ダクトの浸漬される長さは、１０〜３０ｃｍ水まで変動され、ＰＥＥＰ制御ダクトの浸漬される長さは、２〜１０ｃｍ水まで変動された。弁のサイクリングは、１分あたり１サイクル〜１分あたり６０サイクルで行われた。各サイクルは、１つの呼吸に対応し、したがって、試験は、１分あたり１呼吸〜１分あたり６０呼吸で実施された。
【００４５】
実施例１において観察される背圧と同様に、１５Ｌ／分のガス流速では、４ｃｍ水と同程度の高さの背圧が、弁内で観察された。しかし、患者インターフェースにおけるＰＥＥＰが背圧によって影響されたが、患者インターフェースにおけるＰＩＰが背圧によって影響されなかった実施例１の図１におけるシステムに対して観察された性能と異なり、３ポート弁は、患者インターフェースにおいて観察される両ＰＩＰおよびＰＥＥＰに同様に影響を及ぼす背圧をもたらした。両ＰＩＰ制御ダクトおよびＰＥＥＰ制御ダクトは、患者インターフェースから個別の制御ダクトまでの流れライン内に３ポート弁を有し、それによって、弁の背圧を考慮する補正が、両ＰＥＥＰ制御ダクトおよびＰＩＰ制御ダクトに行われる必要があった。所定のガス流速に関して、補正は、両ＰＩＰ制御ダクトおよびＰＥＥＰ制御ダクトについて類似していた。背圧が４ｃｍ水であったとき、ＰＥＥＰ制御ダクトの浸漬される長さに対して４ｃｍの補正が、ＰＥＥＰ制御ダクトの実際の浸漬される長さが患者インターフェースにおいて要求されるＰＥＥＰの４ｃｍ未満であるように行われた。同様に、ＰＩＰ制御ダクトの浸漬される長さに対して４ｃｍの補正が、ＰＩＰ制御ダクトの実際の浸漬される長さが患者インターフェースにおいて要求されるＰＩＰの４ｃｍ未満であるように行われた。したがって、患者インターフェースにおいて要求されるＰＥＥＰが１０ｃｍ水であって、患者インターフェースにおいて要求されるＰＩＰが３０ｃｍ水であって、背圧が４ｃｍ水である場合、ＰＥＥＰ制御ダクトの浸漬される長さは、６ｃｍであって、ＰＩＰ制御ダクトの浸漬される長さは、２６ｃｍである。Ｌ／分単位におけるガスの流速とｃｍ水単位における補正との間の関係を示すチャートが、準備された。
【００４６】
弁からの背圧は、主に、ガス流に対する抵抗を生成する、弁のサイズ（例えば、それを通してガスが通過する弁オリフィスの直径、弁の入口と出口通路およびポートの直径）に起因する。オリフィスサイズが小さいほど、例えば、直径が小さいほど、抵抗が高くなる。背圧と、結果として生じるＰＩＰ制御ダクトおよびＰＥＥＰ制御ダクトの浸漬される長さに対する補正とを最小限にするために、オリフィスのサイズ、内部通路のサイズ、ポートのサイズは、好ましくは、人工呼吸器チューブ類のサイズと同一または類似する。弁内の圧力損失は、弁の流れ係数（Ｃｖ）を使用して計算されることができる。計算方法は、概して、公知である。圧力損失は、Ｃｖ値が増加するにつれて、減少する。ガスは、圧縮性流体であって、ガスのＣｖ値および圧力損失は、ガスの温度および圧力に依存する。人工呼吸器システム内のガスの圧力は、大気圧を若干上回り（大気を２〜５０ｃｍ水だけ上回り）、人工呼吸器システム内のガスの温度は、室温を若干上回るように保たれてもよく、摂氏４０度と同程度の高さであり得る。人工呼吸器システムにおいて一般的である、ガス圧力および温度に関して、弁の流れ係数Ｃｖは、好ましくは、約１．５を上回り、より好ましくは、約２を上回る。
【００４７】
（実施例４）
試験が、実施例３の弁、タイマ、およびチューブ類システムを使用するが、水を含有する単一容器を使用して実施され、両ＰＩＰ制御ダクトおよびＰＥＥＰ制御ダクトが、図１１に示されるように、水中に浸漬された。ガス流速、ＰＩＰおよびＰＥＥＰ制御ダクトの浸漬される長さ、弁のサイクリング速度等の試験パラメータは、実施例３におけるものと同一であった。一方のダクトからの気泡は、ＰＩＰ制御ダクトおよびＰＥＥＰ制御ダクトが同一容器内にあるとき、他方のダクトから観察される圧力に影響を及ぼした。この影響は、より高いガス流速にあるときより顕著であって、容器の直径が増加されたときは、あまり顕著ではなかった。全ての他の条件が同一のままであることを前提として、制御ダクトが同一容器内にあるときの観察される圧力と比較して、２つの制御ダクトが異なる容器内にあるとき、患者インターフェースにおいて観察される圧力は、制御ダクトによって設定された圧力により近づくことが分かった。実施例３における背圧が、実施例４における背圧と比較されたとき、所定のガス流速に関して、背圧を考慮するための補正は、２つの制御ダクトが１つの容器または２つの別個の容器内に設置されるかどうかにかかわらず、ＰＩＰ制御ダクトおよびＰＥＥＰ制御ダクトの両方について類似することが分かった。
【００４８】
（実施例５）
この実施例は、使用される人工呼吸器システムおよび図１２に示されるようなシステムを使用して行われる試験を説明し、２つの２ポート弁が使用され、２つの２ポート弁が、単一の３ポート弁が使用された実施例４で行われたシステムおよび試験を再現し得るであろうかどうかを判定した。ＭＡＣ  Ｖａｌｖｅｓ，  Ｉｎｃ．（Ｗｉｘｏｍ，  Ｍｉｃｈｉｇａｎ）によって製造された２つの２ポートソレノイド弁が、システム内で使用された。第１の２ポートソレノイド弁は、ＰＩＰ制御ダクト上に設置され、ＰＩＰ制御ダクトと一次ダクトの遠位端との間に位置する。第２の２ポートソレノイド弁は、ＰＥＥＰ制御ダクト上に設置され、ＰＥＥＰ制御ダクトと一次ダクトの遠位端との間に位置する。試験パラメータは、実施例３および４におけるものと同一であった。２つの弁は、第１の弁が開放されると、第２の弁が閉鎖され、第１の弁が閉鎖されると、第２の弁が開放されるように制御された。２つの２ポート弁は、同じであって、弁開口およびポート直径を含むそれらのサイズは、実施例４で使用される３ポート弁のものと同一であった。実施例５におけるシステムの観察される性能は、実施例４におけるシステムの性能と同様であった。単一の２ポート弁が使用され、背圧を考慮するための補正が、ＰＥＥＰ制御ダクトについてゼロを上回り、ＰＩＰ制御ダクトについてゼロである実施例１と異なり、実施例５では、背圧補正は、両ＰＩＰ制御ダクトおよびＰＥＥＰ制御ダクトについてゼロを上回り、類似することが分かった。
【００４９】
上に述べたように、呼吸支援を提供するための医療上かつ商業上有用な方法および装置が説明された。患者に関して説明されたが、本方法および装置は、呼吸を改善するために、健康な哺乳類によって使用されることが認識される。周知の構造、デバイス、および動作が、説明の理解を不明瞭にすることを回避するために、ブロック図形態において、または詳細を伴わずに、示されていることが認識され得る。適切と見なされる場合、参照番号または参照番号の終端部は、図間で繰り返され、随意に、類似特性を有し得る、対応または類似する要素を示す。説明される特定の実施形態は、本発明を限定するためではなく、それを例証するために提供される。さらに、以下の請求項が反映するように、本発明の側面は、単一の開示される実施形態の全てに満たない特徴の中にあり得る。別の状況では、本発明の側面は、本明細書に説明される実施形態の組み合わせまたは実施形態の組み合わせに説明される全てに満たない側面の組み合わせを含んでもよい。したがって、詳細な説明に続く請求項は、本明細書によって、詳細な説明に明示的に組み込まれ、各請求項は、本発明の別個の実施形態として自立する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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【図１２】
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【国際調査報告】
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