СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ГАЗОВОГО ПОТОКА, СОДЕРЖАЩЕГО ОКИСЬ АЗОТА
METHOD AND ARRANGEMENT FOR GENERATING A GAS STREAM COMPRISING NITRIC OXIDE

Область техники
Изобретение относится к области применения окиси азота. Более конкретно, изобретение относится к области терапевтического применения окиси азота посредством ингаляции.
Уровень техники изобретения
Использование окиси азота (NO) широко известно для многих применений. Наряду с промышленным применением, таким как промежуточный продукт в процессе Оствальда для синтеза азотной кислоты из аммиака, известны, в частности, несколько терапевтических применений, использующих окись азота.
Одним из самых известных терапевтических применений окиси азота является ее введение новорожденным, страдающим стойкой легочной артериальной гипертензией (PPHN). Однако известны и обсуждаются многие сопоставимые или другие терапевтические применения с использованием окиси азота. Например, окись азота используется эндотелием кровеносных сосудов для передачи сигнала на расслабление окружающей гладкой мышце, приводя, таким образом, к расширению кровеносных сосудов и, следовательно, увеличению кровотока. Это приводит к тому, что окись азота особенно широко применяется для терапии гипертензии. Дополнительные примеры применения окиси азота относятся к ее использованию для улучшения легочной функции и лечения или предупреждения бронхоспазма, обратимой легочной вазоконстрикции или для лечения или предупреждения артериального рестеноза, являющегося следствием избыточной интимальной гиперплазии. Эти применения предусматривают, главным образом, вдыхание газового потока, содержащего окись азота.
2
2
Введение окиси азота (NO) пациентам может, однако, вызывать затруднения. Поскольку окись азота имеет склонность реагировать с кислородом (О), могут образовываться токсичные оксиды азота с более высокими окислительными состояниями. Например, диоксид азота (NO) может образоваться в результате реакции окиси азота с кислородом. Главным образом, должно быть минимизировано или исключено образование диоксида азота из-за его высокой токсичности даже при очень низких концентрациях.
Таким образом, существует дилемма, когда, с одной стороны, окись азота должна вводиться в концентрации, достаточно высокой, чтобы достигнуть требуемого эффекта, но, с другой стороны, в достаточно низкой для исключения или минимизации образования диоксида азота.
Для решения этой проблемы, известной из документа WO 95/10315 A1, существует применение окиси азота, которое, в частности, относится к использованию окиси азота при лечении некоторых легочных заболеваний. Такое применение окиси азота основывается, главным образом, на подаче окиси азота в легкие посредством вдыхания, при этом часто невозможно полностью исключить смешивание кислорода с вдыхаемой газообразной окисью азота из-за того, что пациент использует газовые маски. Из этого документа, таким образом, известен способ лечения, при котором окись азота вводится пациенту не непрерывно, а прерывисто короткими выбросами известного, заранее установленного объема в один или более подходящих моментов во время каждого вдоха. Эти выбросы окиси азота, таким образом, подаются в конце или в начале каждого дыхательного цикла пациента, причем дыхательный цикл может управляться датчиком, расположенным в маске. Выбросы вводятся одновременно с подачей или, предпочтительно, чередуясь с подачей воздуха, кислорода или обогащенного кислородом воздуха.
Однако даже если имеется некоторое разделение окиси азота и кислорода в сформированном газовом потоке непосредственно после введения выброса окиси азота, существует опасность растворения окиси азота в кислородной фазе посредством газовой диффузии, или, наоборот, опасность образования оксидов азота.
Кроме того, из-за того, что выброс окиси азота должен обеспечиваться либо в начале дыхательного цикла, либо в его конце следует особенно контролировать дыхательный цикл. Это требует использования датчика, что может привести к удорожанию способа. Кроме того, при неисправности датчика может существовать опасность образования при вдыхании еще больших количеств оксидов азота.
Заявка US 2006/02075294 А1 относится к способам и устройствам для подачи млекопитающим экзогенной или газообразной окиси азота. Подробнее, прерывистое дозирование и подача окиси азота обеспечивается в сочетании с использованием профиля дыхательного потока пациента во время периодов подачи окиси азота. Такое прерывистое дозирование содержит доставку прерывистых высоких доз окиси азота в течение периодов времени, рассеянных среди периодов времени с более низкими концентрациями окиси азота.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения состоит в обеспечении способа формирования газового потока, содержащего окись азота, который преодолевает по меньшей мере один из недостатков, изложенных выше.
Дополнительная задача настоящего изобретения состоит в обеспечения способа формирования газового потока, содержащего окись, который дополнительно снижает образование оксидов азота и может использоваться в терапевтических применениях независимо от дыхательного цикла пациента.
Эти задачи решаются посредством способа формирования газового потока, при котором газ содержит кислород и окись азота, причем обеспечивается прерывистый поток кислородсодержащего газа по меньшей мере с одним промежутком и в этом промежутке обеспечивается выброс газа, содержащего окись азота, при этом момент выброса газа, содержащего окись азота, заключен между первым выбросом инертного газа, обеспечиваемым перед выбросом газа, содержащего окись азота, и вторым выбросом инертного газа, обеспечиваемым после выброса газа, содержащего окись азота, причем первый выброс инертного газа и второй выброс инертного газа обеспечиваются в промежутке прерывистого потока кислородсодержащего газа.
В соответствии с изобретением, опасность окисления окиси азота из-за реакции с кислородом, присутствующим в кислородсодержащем газе, устраняется посредством обеспечения прерывистого потока кислородсодержащего газа, имеющего по меньшей мере один промежуток. Это означает, что поток кислородсодержащего газа не обеспечивается непрерывно, а имеется по меньшей мере один промежуток или перерыв, соответственно, во время которого кислородсодержащий газ не подается. Очевидно, что в соответствии с продолжительностью подачи газового потока может обеспечиваться множество промежутков. Промежуток или промежутки могут быть определены с точки зрения времени, а также длины, благодаря текучему характеру газового потока. Предпочтительно, в прерывистом потоке кислородсодержащего газа обеспечивается множество промежутков.
В каждом промежутке обеспечивается выброс газа, содержащего окись азота. Газ, содержащий окись азота, может, таким образом, представлять собой чистую окись азота или, предпочтительно, смесь окиси азота в несущем газе. Это может быть предпочтительным для многих применений, где требуется ограниченная концентрация окиси азота. Газ, содержащий окись азота, может, таким образом подаваться или вводиться в поток кислородсодержащего газа, или в его промежутки, соответственно, с помощью клапана или чего-то подобного. Таким образом, газ, содержащий окись азота, отделяется от кислородсодержащего газа по времени и, таким образом, по месту относительно всего газа, транспортируемого на определенное расстояние. Это уже позволяет снизить окисление окиси азота.
Кроме того, в соответствии с изобретением, выброс газа, содержащего окись азота, происходит между двумя выбросами инертного газа или, соответственно, вводится между двумя выбросами инертного газа. Эта дополнительная мера имеет тот эффект, что газ, содержащий окись азота, не имеет прямого контакта с кислородсодержащим газом, и за счет чего, в любом случае, обеспечивается непрерывный газовый поток. Таким образом, предотвращается контакт кислорода с окисью азота или такой контакт по меньшей мере значительно снижается, приводя к еще большей минимизации опасности окисления окиси азота.
Этот выгодный эффект достигается, таким образом, не только непосредственно после формирования соответствующего газового потока, но также после прохождения сформированным газовым потоком некоторого расстояния, то есть после некоторого периода времени протекания газа. В этих условиях иногда нельзя полностью исключить, что соответствующие газовые фазы в некоторой и ограниченной степени не перемешаются. Например, возможно, что соответствующий газ диффундирует через фазовый барьер и, таким образом, будет разбавлен в соседней газовой фазе. Однако, в соответствии с изобретением, если, например, кислород продиффундирует через барьер газовой фазы, он будет сначала смешиваться с выбросом инертного газа. Соответственно, даже если окись азота продиффундирует через фазовый барьер, он сможет сначала диффундировать в выброс инертного газа, но не в кислородсодержащий газ. Дополнительно, даже если и оксид азота и кислород продиффундируют в выброс инертного газа, или, соответственно, в фазу, концентрация будет слишком низкой, чтобы привести к быстрой реакции кислорода и окиси азота, поскольку эта реакция сильно зависит от концентрации обоих газов. Дополнительно, даже если оба эти газа каким-либо образом вступят в реакцию, концентрация образовавшихся оксидов азота, в частности диоксида азота, будет слишком низкой для существования значительной угрозы для безопасности. Существует даже случай терапевтических применений сформированного таким образом газового потока.
Следовательно, выброс инертного газа образует диффузионный барьер для кислорода и/или для окиси азота, который минимизирует или полностью исключает контакт окиси азота и кислорода и, таким образом, минимизирует или полностью исключает образование значительного количества диоксида азота.
Выброс кислородсодержащего газа, выброс газа, содержащего окись азота, а также выброс инертного газа могут, таким образом, подаваться или вводиться в трубопровод в одном месте. Это позволяет обеспечить четкие границы соответствующих выбросов или газовых фаз, соответственно, минимизируя риск смешивания соответствующих фаз непосредственно в начале и, таким образом, оптимизируя эффект выбросов инертного газа. Поток, а именно протекающий газ, может, таким образом, обеспечиваться просто посредством нагнетания соответствующих газов в трубопровод. Это может быть реализовано посредством подходящего насоса или обеспечивая, например, устройства для хранения сжатого газа.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения обеспечивается газовый поток в газоподающем устройстве для терапевтического применения. Это должно означать, что сформированный газовый поток подается к газоподающему устройству или что он по, меньшей мере частично, формируется в нем. Этот вариант осуществления особенно предпочтителен, поскольку существует множество терапевтических применений, в которых подается газ, содержащий кислород и окись азота. В соответствии с этим вариантом осуществления, становится очевидным главное преимущество настоящего изобретения. Благодаря тому, что выброс окиси азота вставляется между двумя выбросами инертного газа, введение его пациенту может выполняться независимо от дыхательного цикла последнего. Таким образом, нет необходимости обеспечивать датчик, обнаруживающий дыхание или, соответственно, вдох пациента. Это обеспечивает выполнение способа, соответствующего изобретению, при экономии затрат и более простым путем. Фактически, может быть исключено наблюдение за дыхательным циклом, что делает способ, соответствующий изобретению, выполнимым, например, без участия какого-либо медицинского персонала. Кроме того, из процедуры исключается компонент, всегда имеющий риск выхода из строя.
Таким образом, благодаря тому, что датчик обнаружения дыхательного цикла отсутствует, не требуется контролировать функцию последнего и предотвращается риск выхода из строя и, таким образом, недостаточное введение газа пациенту. Предпочтительно, газовый поток формируется вблизи газоподающего устройства для дополнительного снижения диффузии газа соответствующих фаз на их коротком пути к пациенту.
H
SATP
H
3
2
2
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения газовый поток обладает числом Рейнольдса ≤4000, в частности ≤2300. Число Рейнольдса в воздуховоде определяется как Re=Q*D/(v*A), где Q = объемная скорость потока (m /c), (SATP - нормальные условия температуры и давления), D = гидравлический диаметр трубопровода (м), v = кинематическая вязкость воздуха (м/с) и А = площадь поперечного сечения трубопровода (м). Это обеспечивает возможность для газового потока иметь, по существу, ламинарное течение, благодаря которому турбулентности уменьшаются или полностью исключаются. Таким образом, диффузия соответствующих выбросов или фаз дополнительно снижается и, таким образом, дополнительно снижается или полностью исключается опасность реакции окиси азота с кислородом. Предпочтительно, чтобы газовый поток обладал указанным выше числом Рейнольдса в трубопроводе, в котором формируется или, соответственно, транспортируется газовый поток,  содержащий различные выбросы кислородсодержащего газа, инертного газа и газа, содержащего окись азота. Таким образом, настолько, насколько это касается терапевтических применений по меньшей мере к моменту времени, в который пациент вдыхает сформированный газ, отсутствует или имеет очень ограниченное место смешивание и, таким образом, не образуется никаких или никаких значительных количеств оксидов азота. Однако в зависимости от ингаляционного устройства, используемого пациентом, сформированный газовый поток может попадать в трахею необходимым способом, то есть газ, содержащий окись азота, полностью или по меньшей мере, по существу, полностью вводится в два выброса инертного газа. Следовательно, реакция окиси азота может снижаться даже в трахее и до тех пор, пока пациент поглощает соответствующие газы или выдыхает их.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения в качестве кислородсодержащего газа используется воздух или кислород. Это позволяет сочетать, например, терапию, основанную на введении окиси азота, с терапией с введением кислородосодержащих газов, особенно при использовании кислорода. Однако если в качестве кислородсодержащего газа используется воздух, сформированный газовый поток может исключительно использоваться в качестве газообразной среды для дыхания пациента. Таким образом, газовый поток может вводиться пациенту, и пациент может дышать нормальным образом, получая, таким образом, терапевтическое количество окиси азота, а также надлежащее количество, соответственно, воздуха или кислорода.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения кислородсодержащий газ представляет собой воздух, и первый выброс кислорода обеспечивается перед первым выбросом инертного газа, а второй выброс кислорода обеспечивается после второго выброса инертного газа, причем первый и второй выбросы кислорода обеспечиваются в промежутке воздуха. Это позволяет объединять введение пациенту и кислорода, и окиси азота, основываясь, таким образом, на введении воздуха с целью нормального дыхания.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения для обеспечения первого и второго выбросов инертного газа используется азот. Это обеспечивает возможность использования экономически выгодного инертного газа, обращение с которым не создает проблем. Дополнительно, диффузия азота в фазу газа, содержащего окись азота, или в фазу кислородсодержащего газа не приводит к каким-либо проблемам.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения в качестве газа, содержащего окись азота, используется смесь азота и окиси азота. Эта газовая смесь предпочтительно используется для множества применений, в которых требуется окись азота в низких концентрациях. Дополнительно, эта смесь может быть экономически выгодной и может храниться по меньшей мере в течение ограниченного периода времени без риска образования оксидов азота. Помимо этого, в настоящем варианте осуществления возможно, в частности, получить дополнительные синергетические эффекты. Например, в комбинации с азотом, используемой для выброса инертного газа, возможно использование только одного источника окиси азота, одного источника кислорода и одного источника азота. В этом случае смесь азота и окиси азота может образовываться при введении соответствующего количества каждого газа в трубопровод во время промежутка в потоке кислородсодержащего газа.
Соответственно, кислородсодержащий газ может формироваться посредством использования азота и кислорода. Таким образом, способ, соответствующий настоящему варианту осуществления настоящего изобретения, может выполняться с газовыми резервуарами меньшего объема и может дополнительно регулироваться, например, в отношении желаемых концентраций газа, даже во время выполнения способа, соответствующего настоящему изобретению. Это может быть предпочтительным для терапевтического применения и особенно для устройств, применяемых в домашних условиях, поскольку могут экономиться вес, а также пространство.
SATP
SATP
SATP
SATP
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения газовый поток демонстрирует расход SATP в диапазоне от ≥0,01 л/мин до ≤10 л/мин, в частности 0,4 л/мин, при этом "л" означает количество газа в 1 л объема при стандартной комнатной температуре (25°C; 298,15 K) и давлении (1 бар). Эти расходы хорошо подходят для непосредственного введения сформированного газового потока, содержащего окись азота, без необходимости его (предварительного) хранения. Разумеется, предпочтительны низкие расходы, поскольку это дополнительно минимизирует опасность смешивания различных фаз. Специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что скорости потоков газа, содержащих окись азота, соответствующие выбросы инертного газа, а также выброс кислородсодержащего газа, для получения хорошо сформированного непрерывного газового потока должны находиться в одном и том же диапазоне. Это, однако, легко достигается определением условий вставки соответствующих выбросов. Разумеется, дополнительно к расходу газового потока, концентрация, особенно газа, содержащего окись азота, может варьироваться в соответствии с желаемым применением. Например, окись азота может обеспечиваться в газе, содержащем окись азота, в концентрации, лежащей в диапазоне от ≥1 частей на миллион до ≤500 частей на миллион, особенно предпочтительно в диапазоне от ≥10 частей на миллион до ≤100 частей на миллион. Конкретно, если сформированный газовый поток, содержащий окись азота, используется для терапевтических применений, должны удовлетворяться различные параметры. Конкретно, если газ используется для дыхательных применений, например, при PPHN, требуются довольно большие потоки воздуха в диапазоне 6 л/мин при средних концентрациях окиси азота в диапазоне 20-40 частей на миллион. Среднее значение концентрации, таким образом, означает концентрацию окиси азота относительно всего потока воздуха.
pulse
Дополнительно, предпочтительно, чтобы ширина выброса W(выброса) для каждого выброса инертного газа лежала в диапазоне ≥1 см до ≤10 см, предпочтительно в диапазоне от ≥4 см до ≤ 6 см, более предпочтительно около 5 см. Эти длины выбросов обеспечивают барьер, который является достаточно широким для недопущения или по меньшей мере значительного снижения диссоциации кислорода в фазу окиси азота или наоборот. Специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что эти длины выбросов могут регулироваться соответственно любому требуемому применению. Они могут легко регулироваться, учитывая расход Q газового потока, а также площадь А поперечного сечения трубопровода газового потока, обеспечиваемого в нем:
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>W</mi><mrow><mi>p</mi><mi>u</mi><mi>l</mi><mi>s</mi><mi>e</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>T</mi><mrow><mi>p</mi><mi>u</mi><mi>l</mi><mi>s</mi><mi>e</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mi>V</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>Q</mi><mi>A</mi></mfrac></mrow>
pulse
где T - длина выброса по времени и V - средняя скорость газа.
Изобретение дополнительно относится к устройству, обеспечивающему газовый поток, содержащий кислород и окись азота, причем устройство содержит источник первого газа для газа, содержащего окись азота, источник второго газа для кислородсодержащего газа и источник третьего газа для инертного газа, причем источник первого газа, источник второго газа и источник третьего газа каждый соединяется с трубопроводом, в котором для каждого источника газа обеспечивается устройство регулирования расхода для обеспечения регулирования расхода газа в трубопроводе и в котором устройство дополнительно содержит управляющее устройство для управления устройством регулирования расхода, так что газовый поток формируется в соответствии со способом, соответствующим изобретению.
Устройство, соответствующее изобретению, таким образом, выполнено с возможностью осуществления способа, соответствующего изобретению, и, таким образом, демонстрирует преимущества способа, подобные описанным выше.
Трубопровод, таким образом, может быть любым трубопроводом, пригодным для направления газового потока. Например, трубопровод может быть каналом, трубкой, трубопроводом и тому подобное. Исключительно для терапевтических применений может быть предпочтительным использование гибкой трубки, которая может, например, изготавливаться из пластмассы.
Устройство регулирования потока может быть любым средством, пригодным для разрешения и запрещения прохождения газового потока, полностью или частично. Например, устройство регулирования потока может быть клапаном.
Соответствующие источники газа могут быть любым источником, способным обеспечить подачу необходимого газа. Например, источниками газа могут быть устройства для хранения газа, например газовые баллоны.
Альтернативно, источниками газа могут быть устройства, способные формировать требуемый газ на месте, и в этом случае устройства формирования газа предпочтительно соединяются с газовым баллоном для гарантии, что требуемое количество газа может быть обеспечено в любой момент времени.
Управляющее устройство для управления регулирующим устройством таким образом, чтобы газовый поток формировался согласно способу, соответствующему изобретению, можно проектировать по методикам, известным специалистам в данной области техники. Как пример, может обеспечиваться управляющее устройство, в которое могут вводиться и сохраняться соответствующие последовательности выбросов. Управляющее устройство затем будет воздействовать на соответствующее устройство регулирования потока, и открывать или закрывать подключение соответствующего источника газа, чтобы позволять этому газу выходить в трубопровод или препятствовать этому выходу или регулировать объем выхода. За счет избирательного открывания, или закрывания, или регулирования количества выходящего газа могут формироваться соответствующие выбросы и, таким образом, может формироваться соответствующая последовательность выбросов с требуемой концентрацией.
Краткое описание чертежей
Эти и другие варианты изобретения станут очевидны и будут объяснены при обращении к описанным здесь далее вариантам осуществления.
На чертежах:
Фиг. 1 - схематичный вид устройства, выполненного с возможностью осуществления способа, соответствующего изобретению;
Фиг. 2 - выбранная последовательность выбросов, пригодная для выполнения способа, соответствующего изобретению;
Фиг. 3 - моделирование распределения концентрации газов согласно фиг. 2 непосредственно после формирования последовательности выбросов (фиг. 3a) и после некоторого транспортирования (фиг. 3b);
Фиг. 4 - дополнительная выбранная последовательность выбросов, пригодная для выполнения способа, соответствующего изобретению; и
Фиг. 5 - моделирование распределения концентрации газов согласно фиг. 4 непосредственно после образования последовательности выбросов (фиг. 5a) и после некоторого транспортирования (фиг. 5b).
Подробное описание вариантов осуществления
На фиг. 1 представлено устройство 10, соответствующее изобретению, выполненное с возможностью реализации способа, соответствующего изобретению. Конкретно, устройство 10 содержит источник 12 первого газа для газа, содержащего окись азота, источник 14 второго газа для кислородсодержащего газа и источник 16 третьего газа для инертного газа. Источники 12, 14, 16 газа соединены с трубопроводом 18, например, посредством газоподающей секции 20. Это обеспечивает простоту введения соответствующих газовых потоков одного за другим в виде выбросов, позволяя, таким образом, обеспечить четкие барьеры между газами. Трубопровод 18 может быть выполнен в виде системы трубок и тому подобного и может соединяться с газоподающим устройством 22. Газоподающее устройство 22 может быть выполнено в зависимости от необходимого применения сформированного газового потока. Например, при использовании для терапевтических применений газоподающее устройство 22 может быть выполнено в виде маски.
Соответствующие газы, а также трубопровод 18 и газоподающее устройство 22 предпочтительно выполнены с возможностью обеспечения сформированного газового потока с числом Рейнольдса в диапазоне ≤4000, предпочтительно в диапазоне ≤2300. Это дает возможность сформированному газовому потоку образовывать, по существу, ламинарный газовый поток.
<mrow><mi>A</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>π</mi><mn>4</mn></mfrac><mo>⋅</mo><msubsup><mi>D</mi><mi>H</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow>
<mrow><mi>Re</mi><mo>=</mo><mfrac><mn>4</mn><mrow><mi>π</mi><mo>⋅</mo><mi>v</mi></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mfrac><mi>Q</mi><mrow><msub><mi>D</mi><mi>H</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><msub><mi>D</mi><mi>H</mi></msub><mo>></mo><mn>1375</mn><mfrac><mrow><mi>min</mi></mrow><mi>L</mi></mfrac><mo>⋅</mo><mfrac><mi>Q</mi><mrow><msub><mrow><mi>Re</mi></mrow><mrow><mi>k</mi><mi>r</mi><mi>i</mi><mi>t</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mi>м</mi><mi>м</mi></mrow>
H
H,
2
Возьмем для примера цилиндрический воздушный трубопровод с
и числом Рейнольдса
. Это подразумевает, что для заданного расхода Q достаточно низкое число Рейнольдса (для гарантии ламинарного потока) может быть реализовано посредством выбора подходящего большого диаметра D. Также предпочтительна малая шероховатость поверхности, чтобы сместить переход от ламинарного потока к турбулентному в область более высоких значений Re. Кинематическая вязкость воздуха при 20°C составляет около 0,154 см/с. Нижний предел Dтаким образом, задается отношением
.
Каждый из источников 12, 14, 16 газа может быть выполнен в виде газового баллона, в котором обеспечивается соответствующий газ или газовая смесь. Например, источник 12 первого газа для газа, содержащего окись азота, может содержать чистую окись азота или смесь окиси азота в азоте, а источник 14 второго газа для кислорода может содержать чистый кислород или воздух. Кроме того, источник 16 третьего газа для инертного газа может предпочтительно содержать азот.
В особенно предпочтительном варианте осуществления в источнике 12 первого газа обеспечивается чистая окись азота, в источнике 14 второго газа может обеспечиваться чистый кислород, и в источнике 16 третьего газа может обеспечиваться азот. Это позволяет регулировать, например, концентрации кислородсодержащего газа и газа, содержащего окись азота, в соответствии с требуемым применением без дополнительных изменений и в любых ситуациях, даже во время выполнения способа. Конкретно, кислородсодержащий газ может быть сформирован чистым кислородом и азотом, а газ, содержащий окись азота, может формироваться из окиси азота и азота, тогда как инертным газом является азот.
Таким образом, устройства 24, 26, 28 регулирования потока могут обеспечиваться между каждым из источников 12, 14, 16 газа и трубопроводом 18 или газоподающей секцией 20.
В соответствии с изобретением, в трубопровод 18 или газоподающую секцию 20, соответственно, вводится строго определенная последовательность газовых выбросов. Поэтому установка 10 дополнительно содержит управляющее устройство 30 для управления регулирующими устройствами 24, 26, 28, так чтобы формировался газовый поток, содержащий требуемые последовательности выбросов.
На фиг. 2 представлен один из вариантов осуществления приведенной в качестве примера выбранной последовательности выбросов. Согласно фиг. 2, обеспечивается прерывистое и, таким образом, дискретное течение или поток, соответственно, кислородсодержащего газа, например чистого кислорода, обозначенный линией a). Поток a) имеет по меньшей мере один промежуток. В этом промежутке или во время этого промежутка, соответственно, обеспечивается определенный выброс газа, содержащего окись азота, например смеси азота и окиси азота. Этот выброс обозначен линией c). Дополнительно, можно видеть, что выброс газа, содержащего окись азота, введен в первый выброс инертного газа, обеспечиваемый перед выбросом газа, содержащего окись азота, а второй выброс инертного газа обеспечивается после выброса газа, содержащего окись азота, причем первый выброс инертного газа и второй выброс инертного газа обеспечиваются в промежутке прерывистого потока кислородсодержащего газа. Выбросы инертного газа обозначены линией b) и могут состоять из азота. Предпочтительно, не существует никакого зазора или времени между соответствующими выбросами или газовыми фазами, соответственно. Это означает, что в соответствии с фиг. 2 за выбросом кислородсодержащего газа сразу же следует выброс инертного газа, сразу после которого следует выброс газа, содержащего окись азота. Следовательно, выброс газа, содержащего окись азота, следует сразу же после выброса инертного газа, после которого сразу обеспечивается выброс кислородсодержащего газа.
Следует заметить, что для множества применений обеспечивается достаточно длительный выброс или поток кислородсодержащего газа, который на короткое время прерывается для введения инертного газа и газа, содержащего окись азота. Однако точная продолжительность прерывания или промежутка, соответственно, и, таким образом, продолжительность и длина соответствующих выбросов регулируются в зависимости от желаемого применения.
Способ, соответствующий изобретению, использующий, например, последовательности выбросов, подобно представленным на фиг. 2, снижает или полностью исключает опасность смешивания или контакта кислорода с окисью азота и, таким образом, уменьшает или полностью исключает образование оксидов азота с более высокой степенью окисления, например диоксида азота.
H
H
SATP
<mrow><mi>V</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>Q</mi><mrow><mi>π</mi><mo>/</mo><mn>4</mn><mo>⋅</mo><msubsup><mi>D</mi><mi>H</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow></mfrac></mrow>
Эффект способа, соответствующего изобретению, можно видеть на графиках, представленных на фиг 3. Конкретно, графики, показанные на фиг. 3, основаны на прерывистом потоке воздуха, в котором обеспечиваются два выброса азота, в результате которых обеспечивается выброс смеси окиси азота и азота. Графики представляют парциальные давления соответствующих газов вдоль трубки, по которой проходит газовый поток. Полное давление составляет 1 атм. Предполагается, что газовый поток является нетурбулентным, то есть что число Рейнольдса ≤2300, что может быть переведено в соответствующее отношение между диаметром трубопровода D и объемным расходом Q D≥0,598 мм·Q[L/мин]; тогда скорость газового потока V составляет
.
2
2
При этих режимах ламинарного потока и однородности в поперечном сечении воздушного трубопровода (то есть при постоянных скорости потока и парциальных давлениях) (осевые) профили парциального давления определяются осевой диффузией и реакцией образования диоксида азота 2NO+О→2NO. Осевые координаты, приведенные в последующих абзацах, измеряются в системе координат, которая движется вместе с газовым потоком, то есть с осевой скоростью V.
-4
На фиг. 3a показаны состояния при t=0, то есть непосредственно после образования последовательности выбросов. Пока длина составляет -7,5 см присутствуют как кислород, так и азот, которые представляют присутствие воздуха, то есть выброса кислородсодержащего газа. При -7,5 см парциальное давление кислорода падает до нуля, при этом парциальное давление азота растет до 1 атм. Это показывает присутствие чистого азота, то есть первый выброс инертного газа. От -2,5 см до +2,5 см можно видеть выброс окиси азота. Парциальное давление азота все еще лежит в диапазоне l атм, поскольку концентрация окиси азота лежит в диапазоне всего 1×10 атм, остальное составляет азот. Приблизительно от +2,5 см до +7,5 см присутствует только азот с парциальным давлением приблизительно l атм, что представляет второй выброс инертного газа. При +7,5 см концентрация кислорода растет, а концентрация азота падает до соответствующих концентраций в воздухе, указывая на наличие кислородсодержащего газа.
-9
На фиг. 3b представлены состояния при t=4, то есть через 4 секунды прохождения потока, например, через трубопровод 18. Можно видеть, что соответствующие газы, в частности кислород, диффундируют через фазовые барьеры в соседний выброс. В частности, в области приблизительно 0 см можно видеть, что кислород диффундирует в выброс окиси азота только в очень ограниченных концентрациях, то есть имеет парциальное давление в диапазоне 10атм. Эти концентрации, однако, слишком низкие, чтобы позволить реакцию окиси азота и кислорода с образованием оксидов азота перед тем, как пациент вдыхает или выдыхает газовый поток. Это можно видеть, например, по тому факту, что не образуется диоксид азота.
a
b
c
d
d
Графики на фиг. 3 показывают поведение сформированного газового потока, транспортируемого пациенту, и, дополнительно, в пациента и через трахею к легким. График при t=0 снова показывает поведение непосредственно после формирования газового потока, содержащего соответствующую последовательность выбросов. В момент t, например, газовый поток протекает через трубку и достигает пациента в момент времени t. Газовый поток дополнительно проходит до трахеи во время t и, в конечном итоге, достигает легких или альвеол, соответственно, во время t и поглощается организмом человека. Как показано на фиг. 3b, состояния в момент t=4 могут учитываться, когда рассматривают t, поскольку дыхательный цикл, в основном, заканчивается после 4 секунд. Из сказанного выше можно видеть, что за время от формирования газового потока до поглощения соответствующих газов организмом человека опасность реакции окиси азота с кислородом с образованием оксидов азота в более высоких окислительных состояниях сильно уменьшилась или полностью исключена.
На фиг. 4 представлена дополнительная последовательность выбросов в соответствии со способом, соответствующим изобретению. В соответствии с фиг. 4, кислородсодержащим газом является воздух, обозначенный линией a). Во время промежутков потока воздуха снова вводится выброс газа, содержащего окись азота (линия d), который попадает между двумя выбросами инертного газа, например, азота. Выбросы инертных газов обозначены линией c). Кроме того, дополнительные выбросы газа вводятся в промежутке кислородсодержащего газа в соответствии с линией a). Эти дополнительные выбросы могут содержать чистый кислород и располагаются непосредственно перед первым выбросом инертного газа и непосредственно после второго выброса инертного газа, соответственно, и показаны линией b). И вновь, для формирования непрерывного газового потока предпочтительно обеспечивать каждый выброс сразу один за другим.
-4
На фиг. 5 представлен эффект последовательности выбросов, соответствующих фиг. 4. Условия на фиг. 5 сопоставимы с используемыми на фиг. 3. Однако последовательность выбросов на фиг. 5 содержит выброс воздуха, сопровождаемый выбросом кислорода, после которого обеспечиваются два выброса инертных газов в виде азота, вводимых в единственный выброс окиси азота. Второй выброс азота затем сопровождается дополнительным выбросом кислорода, за которым вновь следует выброс воздуха. И снова, на фиг. 5а показаны состояния в момент времени t=0. До -12,5 см соответствующие концентрации указывают на присутствие потока воздуха, то есть кислородсодержащего газа. При -12,5 см концентрация азота падает до нуля, поскольку дальше следует выброс чистого кислорода. При -7,5 см парциальное давление азота увеличивается приблизительно до 1 атм, а парциальное давление кислорода падает до нуля, поскольку далее следует выброс чистого азота, то есть первый выброс инертного газа. От -2,5 см до +2,5 см можно видеть выброс окиси азота. Концентрация азота все еще находится в диапазоне 1 атм, поскольку концентрация окиси азота находится в диапазоне всего только 1×10атм и остальное является азотом. При +7,5 см концентрация азота снова падает до нуля, а концентрация кислорода растет, приводя в результате к парциальному давлению 1 атм, что указывает на выброс чистого кислорода. В дальнейшем парциальное давление кислорода падает, а парциальное давление азота растет, приводя в результате к соответствующим концентрациям воздуха при приблизительно +12,5 см, указывающим на кислородсодержащий газ.
-9
На фиг. 5b снова показаны условия при t=4, то есть после 4 секунд прохождения потока через трубопровод. Опять можно видеть, что особенно кислород может диффундировать через барьеры, созданные выбросами. Однако его концентрация слишком низкая, чтобы позволить образование диоксида азота, например, во время, критичное для большинства применений, даже для терапевтических применений. Например, в точке 0 см парциальное давление кислорода находится в диапазоне 10 атм, тогда как концентрация окиси азота остается почти неизменной.
Хотя изобретение было представлено и подробно описано на чертежах и в предшествующем описании, такие представление и описание следует рассматривать как иллюстративные или приведенные в качестве примера, но не как создающие ограничения; изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления. Другие изменения раскрытых вариантов осуществления могут стать понятны и осуществлены специалистами в данной области техники при осуществлении на практике заявленного изобретения после изучения чертежей, раскрытия и приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения слово "содержит" не исключает другие элементы или этапы и единственное число не исключает множественное число. Тот факт, что некоторые критерии повторяются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что объединение этих критериев не может использоваться для достижения преимущества. Любые ссылочные знаки в формуле изобретения не должны истолковываться как ограничивающие объем изобретения.