СИНТЕЗ ОКСИДА АЗОТА ДЛЯ ВДЫХАНИЯ
SYNTHESIS OF NITROGEN OXIDE FOR INHALATION

Притязания на приоритет
Согласно настоящей заявке испрашивается приоритет в соответствии с предварительной заявкой на выдачу патента США с серийным №61/789161 и заявкой на выдачу патента США с серийным №61/792473, поданных 15 марта 2013 г., полное содержание которых таким образом включено ссылкой.
Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее изобретение относится к синтезу оксида азота, инициируемому вдыхаемым потоком.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Оксид азота (NO) является важным для многих биологических систем и, как известно, содействует контролю кровяного давления, помогает иммунной системе уничтожать паразитов, которые внедряются в клетки, ингибировать деление раковых клеток, передавать сигналы между клетками мозга и вносит вклад в массовое отмирание клеток мозга, которые могут ослаблять людей с ударами или болезнью Хантингтона. Оксид азота также содействует расслаблению гладких мышц, находящихся, например, в стенках кровеносных сосудов, бронхах, желудочно-кишечном тракте и мочеполовом тракте. Введение газообразного оксида азота в легкое путем ингаляции, как было показано, дает локализованное расслабление гладких мышц для лечения сужения бронхов и легочной гипертензии, пневмонии и пр. у взрослых и детей без системных побочных эффектов.
Вдыхаемый оксид азота является сильным местным легочным вазодилататором и бронходилататором, который улучшает соответствие вентиляции с перфузией, таким образом увеличивая эффективность переноса кислорода в пострадавшем легком и повышает напряжение кислорода в артериальной крови. Оксид азота объединяет быстрое начало действия, возникающее в течение секунд, с отсутствием системной вазодилатации. При вдыхании он диффундирует через сосудистую сеть легкого в кровоток, где он быстро дезактивируется путем объединения с гемоглобином. Таким образом, бронхорасширяющее действие вдыхаемого оксида азота ограничено дыхательными путями, а сосудорасширяющее действие вдыхаемого оксида азота ограничено сосудистой сетью легкого. Способность оксида азота селективно расширять сосуды легких обеспечивает терапевтические преимущества при лечении острой и хронической легочной гипертензии.
2
3
В патенте США №5396882, выданном Zapol, который включен ссылкой в настоящий документ, описывается генерация под действием электричества оксида азота (NO) из воздуха под давлением окружающей среды для медицинских целей. Как описано в патенте США №5396882, входное отверстие для воздуха системы используют для непрерывного введения воздуха в камеру с электрической дугой. Нежелательные побочные продукты, образовавшиеся при получении NO (например, диоксида азота (NO) и озон (O)), абсорбируют, например, поглотителем или каталитическим нейтрализатором перед тем, как электрически сгенерированный NO используют для медицинских целей.
2
2
2
NO окисляется в кислородсодержащей атмосфере с образованием NO. NO представляет собой токсичный побочный продукт, который образует азотную кислоту при растворении в секретах дыхательных путей или клетках. Часто требуется получение NO с низкими уровнями NO.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Согласно некоторым аспектам способ предусматривает сбор информации, относящейся к одному или нескольким инициирующим событиям, связанным с дыхательной системой. Способ также предусматривает определение одного или нескольких контрольных параметров на основании собранной информации. Способ также предусматривает возбуждение ряда электрических дуг для генерации оксида азота на основании определенных контрольных параметров.
Варианты осуществления могут предусматривать одно или несколько из следующего.
Инициирующее событие может представлять собой снижение температуры вследствие вдыхания газа.
Инициирующее событие может представлять собой поток газа.
Информация, относящаяся к одному или нескольким инициирующим событиям, может включать одно или несколько из времени начала вдоха, дыхательного объема вдоха, температуры вдыхаемого газа и концентрации кислорода в газообразном реагенте.
Ряд электрических дуг можно получить, когда происходит инициирующее событие.
Ряд электрических дуг можно получить за заранее определенный промежуток времени перед тем, как происходит инициирующее событие.
Ряд импульсов может возбуждать ряд электрических дуг, и ряд импульсов может содержать группы импульсов, характеризующиеся импульсами с различной длительностью импульса.
Длительность импульса начальных импульсов в одной из групп импульсов может быть больше, чем у других импульсов в группе импульсов.
Ряд электрических дуг может генерировать пониженный уровень диоксида азота или озона.
Пониженный уровень диоксида азота может характеризоваться концентрацией, которая составляет менее 20%, 10%, 6% или 5% концентрации образованного оксида азота.
Дыхательная система может включать трахею.
Дыхательная система может включать одну или обе из трахеостомической трубки и эндотрахеальной трубки.
Дыхательная система может включать надеваемую маску для пациента.
Согласно некоторым дополнительным аспектам аппарат содержит датчик дыхания для сбора информации, относящейся к одному или нескольким инициирующим событиям, связанным с дыхательной системой. Аппарат также содержит датчик кислорода для сбора информации, относящейся к концентрации кислорода в газе. Аппарат также содержит контроллер для определения одного или нескольких контрольных параметров на основании собранной информации. Аппарат также содержит электроды для возбуждения ряда электрических дуг для генерации оксида азота на основании определенных контрольных параметров.
Варианты осуществления могут предусматривать одно или несколько из следующего.
Инициирующее событие может представлять собой снижение температуры вследствие вдыхания газа.
Инициирующее событие может представлять собой поток газа, проходящий мимо датчика дыхания.
Информация, относящаяся к одному или нескольким инициирующим событиям, может включать одно или несколько из времени начала вдоха, дыхательного объема вдоха, температуры вдыхаемого газа и концентрации кислорода в газообразном реагенте.
Электроды могут генерировать ряд электрических дуг, когда происходит инициирующее событие.
Электроды могут генерировать ряд электрических дуг за заранее определенный промежуток времени перед тем, как происходит инициирующее событие.
Ряд импульсов может возбуждать ряд электрических дуг, и ряд импульсов может содержать группы импульсов, характеризующиеся импульсами с различными длительностями импульсов.
Длительность импульса начальных импульсов в одной из групп импульсов может быть больше, чем у других импульсов в группе импульсов.
Ряд электрических дуг может генерировать пониженный уровень диоксида азота или озона.
Пониженный уровень диоксида азота может характеризоваться концентрацией, которая составляет менее 20%, 10%, 6% или 5% концентрации полученного оксида азота.
Дыхательная система может включать трахею.
Дыхательная система может включать одну или обе из трахеостомической трубки и эндотрахеальной трубки.
Дыхательная система может включать надеваемую маску для пациента.
Надеваемая маска для пациента может содержать один или несколько клапанов для разделения вдыхаемого потока газа и выдыхаемого потока газа.
Датчик или электроды могут быть сконфигурированы для размещения в трахее.
Электроды могут содержать благородный металл.
Электроды могут содержать иридий.
Электроды могут содержать никель.
Согласно некоторым дополнительным аспектам система генерации оксида азота содержит аппарат, расположенный в трахее млекопитающего. Аппарат содержит датчик дыхания для сбора информации, относящейся к одному или нескольким инициирующим событиям, связанным с трахеей. Аппарат также содержит датчик кислорода для сбора информации, относящейся к концентрации кислорода в газе. Одна или несколько пар электродов включены в аппарат для возбуждения ряда электрических дуг для генерации оксида азота. Система генерации оксида азота также содержит контроллер для определения одного или нескольких контрольных параметров на основании информации, собранной датчиком дыхания и датчиком кислорода, причем ряд электрических дуг возбуждается на основании контрольных параметров, определенных контроллером.
Варианты осуществления могут предусматривать одно или несколько из следующего.
Инициирующее событие может представлять собой снижение температуры вследствие вдыхания газа.
Инициирующее событие может представлять собой поток газа, проходящий мимо датчика дыхания.
Информация, относящаяся к одному или нескольким инициирующим событиям, может включать одно или несколько из времени начала вдоха, дыхательного объема вдоха, температуры вдыхаемого газа и концентрации кислорода в газообразном реагенте.
Электроды могут генерировать ряд электрических дуг, когда происходит инициирующее событие.
Электроды могут генерировать ряд электрических дуг за заранее определенный промежуток времени перед тем, как происходит инициирующее событие.
Ряд импульсов может возбуждать ряд электрических дуг, и ряд импульсов может содержать группы импульсов, характеризующиеся импульсами с различными длительностями импульсов.
Длительность импульса начальных импульсов в одной из групп импульсов может быть больше, чем у других импульсов в группе импульсов.
Ряд электрических дуг может генерировать пониженный уровень диоксида азота или озона.
Пониженный уровень диоксида азота может характеризоваться концентрацией, которая составляет менее 20%, 10%, 6% или 5% концентрации полученного оксида азота.
Электроды могут содержать благородный металл.
Электроды могут содержать иридий.
Электроды могут содержать никель.
Согласно некоторым дополнительным аспектам аппарат, имплантируемый в межхрящевые промежутки в горле, содержит датчик дыхания для сбора информации, относящейся к одному или нескольким инициирующим событиям, связанным с дыхательной системой. Аппарат также содержит датчик кислорода для сбора информации, относящейся к концентрации кислорода в газе. Аппарат также содержит контроллер для определения одного или нескольких контрольных параметров на основании собранной информации. Одна или несколько пар электродов включены в аппарат и находятся внутри искровой камеры, причем электроды предназначены для возбуждения ряда электрических дуг для генерации оксида азота на основании определенных контрольных параметров, причем искровая камера отделена от окружающей среды мембраной, которая проницаема для оксида азота и непроницаема для диоксида азота и озона.
Варианты осуществления могут предусматривать одно или несколько из следующего.
Аппарат может также содержать очищающее устройство для удаления слизи с мембраны.
Согласно некоторым дополнительным аспектам аппарат, имплантируемый в трахею млекопитающего при помощи методики Сельдингера, содержит датчик дыхания для сбора информации, относящейся к одному или нескольким инициирующим событиям, связанным с дыхательной системой. Аппарат также содержит датчик кислорода для сбора информации, относящейся к концентрации кислорода в газе. Аппарат также содержит контроллер для определения одного или нескольких контрольных параметров на основании собранной информации. Одна или несколько пар электродов включены в аппарат для возбуждения ряда электрических дуг для генерации оксида азота на основании определенных контрольных параметров.
Подробности одного или нескольких вариантов осуществления настоящего изобретения изложены в сопутствующих графических материалах и описании ниже. Другие признаки, объекты и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из описания и графических материалов, а также из формулы изобретения.
Краткое описание фигур
На фиг. 1 представлена блок-схема системы для получения NO.
На фиг. 2А представлен пример генератора NO.
На фиг. 2В представлен пример генератора NO.
На фиг. 2С представлен пример генератора NO.
На фиг. 2D представлен пример генератора NO.
На фиг. 3 показано изображение ряда импульсов и группы импульсов.
На фиг. 4 представлена электрическая схема примера части датчика дыхания.
На фиг. 5 показан пример временного ряда напряжений от датчика дыхания.
На фиг. 6А показан средний ток и напряжение в зависимости от количества искровых разрядов за секунду.
На фиг. 6В показана средняя мощность в зависимости от количества искровых разрядов за секунду.
На фиг. 7А-В показаны осциллограммы напряжения и тока во время двух искровых разрядов при разряде 1 искра/секунду.
2
На фиг. 8 показаны концентрации NO и NO при использовании различных материалов электродов.
2
На фиг. 9 показаны концентрации NO и NO при различных концентрациях кислорода в газообразном реагенте.
2
На фиг. 10 показаны концентрации NO и NO при различных концентрациях кислорода в газообразном реагенте.
2
На фиг. 11 показаны концентрации NO и NO при различных концентрациях кислорода в газообразном реагенте.
На фиг. 12 показаны уровни озона при различных концентрациях кислорода.
На фиг. 13 показаны уровни озона при различных концентрациях кислорода.
На фиг. 14 показаны уровни озона при различных концентрациях кислорода.
На фиг. 15 показаны уровни озона при различных концентрациях кислорода.
2
На фиг. 16 показаны концентрации NO и NO при различных концентрациях кислорода в газообразном реагенте.
На фиг. 17 показано среднее давление в легочной артерии в течение периода инфузии.
2
2
На фиг. 18 показаны концентрации NO и NO при различных FiO.
2
На фиг. 19 показано среднее давление в легочной артерии при различных FiO.
2
2
На фиг. 20 показаны концентрации NO и NO при различных FiO.
2
На фиг. 21 показано среднее давление в легочной артерии при различных FiO.
На фиг. 22 показано среднее давление в легочной артерии при различных дыхательных объемах.
2
На фиг. 23 показаны концентрации NO и NO при различных дыхательных объемах.
2
На фиг. 24 показана испытательная установка для измерения уровней NO и NO в гипобарической камере при различных атмосферных давлениях.
2
На фиг. 25 показаны уровни NO и NO при различных атмосферных давлениях.
На фиг. 26 показано среднее давление в легочной артерии в течение периода инфузии.
На фиг. 27 показано среднее давление в легочной артерии при вдыхании NO.
На фиг. 28 показано среднее давление в легочной артерии во время искрения, инициируемого при вдохе.
На фиг. 29 показано среднее давление в легочной артерии во время непрерывного искрения.
На фиг. 30 показана свеча зажигания, установленная в дыхательные пути овцы.
На фиг. 31 показано среднее давление в легочной артерии во время периода инфузии легочного сосудосуживающего средства U46619.
На фиг. 32 показано среднее давление в легочной артерии при вдыхании NO.
На фиг. 33 показано среднее давление в легочной артерии во время искрения, инициируемого при вдохе.
На фиг. 34 показана установка для стендового испытания с имитатором дыхательных путей овцы.
На фиг. 35 показан выход NO при постоянном расходе газообразного реагента при использовании модифицированной маленькой свечи зажигания с разрывом цепи.
На фиг. 36 показана модифицированная маленькая свеча зажигания с разрывом цепи.
На фиг. 37 представлена принципиальная схема.
На фиг. 38 показан пример вычислительного устройства и мобильного вычислительного устройства, которые можно использовать для осуществления операций и техник, описанных в настоящем документе.
Подобные обозначения ссылок на различных фигурах показывают подобные элементы.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
Как описано в настоящем документе, синтез под воздействием электричества оксида азота инициируется при (или перед) вдохе для обеспечения получение оксида азота на месте по требованию для терапевтического использования. На фиг. 1 показан пример системы 100 для получения NO в дыхательной системе. В некоторых примерах дыхательная система включает трахею млекопитающих, респираторную маску, носовые канюли, аппарат искусственной вентиляции легких или аппарат для ингаляционного наркоза, среди прочего. Газообразный реагент (например, воздух или смесь 20-90% кислорода в азоте) входит в генератор 102 NO, а газообразный продукт (содержащий NO) выходит из генератора 102 NO. Генератор 102 NO содержит электроды 106, датчик 108 дыхания и контроллер 110. Если газообразный реагент представляет собой газ, отличный от воздуха, генератор 102 NO может содержать датчик 112 кислорода. Датчик 112 кислорода может представлять собой электрод, сконфигурированный для определения концентрации кислорода в газообразном реагенте. Электроды 106 создают искровые разряды в присутствии газообразного реагента с получением NO 104, как описано в настоящем документе.
Согласно некоторым вариантам осуществления генератор 102 NO является портативным и переносным. Например, на фиг. 2А показан пример генератора 200 NO для получения NO, который может находиться в трахее млекопитающего. Устройство можно помещать в гортань при помощи волоконного бронхоскопа и прикреплять к стенке трахеи. На фиг. 2А показан вид в поперечном разрезе трахеи 202 с трахеостомической или эндотрахеальной трубкой 204, расположенной в трахее 202. Генератор 200 NO соединен с трахеостомической или эндотрахеальной трубкой 204. Генератор 200 NO содержит электроды 206 и датчик 208 дыхания. В некоторых примерах генератор 200 NO содержит датчик 209 кислорода. Генератор 200 NO может содержать контроллер 210, который соединен с электродами 206, датчиком 208 дыхания и датчиком 209 кислорода. В некоторых примерах контроллер 210 отделен от генератора 200 NO. Генератор 200 NO может содержать более одного датчика 208 дыхания.
В некоторых примерах электроды 206 можно дублировать с целями безопасности для обеспечения резерва. Электроды 206 можно удваивать или утраивать для увеличения мощности и выхода NO, например, при больших дыхательных объемах.
2
Электроды, подача мощности и провода датчика могут быть вмонтированы в стенку трахеостомической или эндотрахеальной трубки 204. Электроды могут располагаться в трубке или помещаться в небольшой полости или выемке в стенке трубки. Полость может представлять собой камеру искрообразования, которая покрыта микропористой мембраной для защиты электродов от слизи или секретов органов дыхания. Мембрана может также представлять собой полупроницаемую мембрану (обладающую избирательной проницаемостью), такую как DMPS, которая пропускает NO, не пропуская водяные пары. Мембрана может представлять собой любую мембрану для пропускания NO без пропускания NO. Небольшой внутренний скребок можно поместить над мембраной для удаления прилипшей слизи или секретов органов дыхания, которые могут препятствовать диффузии NO в просвет. Скребок можно регулировать извне.
Контроллер 210 может быть внутри или во внешнем пространстве пользователя. Например, контроллер 210 можно подсоединять к пользователю (например, нарукавной повязкой или бандажом) или имплантировать подкожно пользователю. Электроды 206, датчик 208 дыхания и выходы 212 можно внедрять в стенку трахеостомической или эндотрахеальной трубки 204 или помещать внутри или прикреплять к внешней поверхности трахеостомической или эндотрахеальной трубки 204. Выходы 212 могут быть изолированы инертным материалом. Выходы 212 могут подключаться к электродам 206 и датчику 208 дыхания. В некоторых примерах выходы 212 могут быть отдельно помещены при помощи прокола между хрящевыми трахеальными кольцами (методика Сельдингера). Датчик 208 дыхания может представлять собой, например, один или несколько из датчика давления, датчика температуры, датчика скорости газового потока (например, термоанемометр), датчика дыхательного объема, абдоминального или торакального бандажа для плетизмографии (Respitrace™) или подобного. В некоторых случаях электроды 206 и/или датчик 208 дыхания, по меньшей мере, частично покрывают защитным элементом 214. Защитный элемент 214 можно размещать вблизи баллона 216 трахеостомической или эндотрахеальной трубки 204, разработанной для изоляции дыхательных путей от электрического удара и для сохранения электродов 206 и датчика 208 дыхания чистыми.
2
3
В некоторых случаях очищающее устройство, кисть, скребок, шлифовальный элемент или другое очистительное устройство, автоматизированное или нет, соединяют с защитным элементом 214. Защитный элемент 214 может также содержать фильтр, например, микропористую мембрану, такую как политетрафторэтилен, или способную диффундировать, но обладающую избирательной проницаемостью мембрану, такую как PDMB или полиметилпентен (РМР), чтобы побочные продукты, образованные на электродах 206 (такие как NO и О), не попадали в дыхательные пути. Фильтр или мембрана могут также удерживать твердые вещества или пар в дыхательных путях, например, влажность и слизь, от контакта с электродами 206 и датчиком 208 дыхания.
2
3
На фиг. 2В показан пример альтернативной компоновки для генератора 200 NO, соединенного с трахеостомической или эндотрахеальной трубкой 204. В этом примере защитный элемент 214 содержит обладающую избирательной проницаемостью мембрану 218. Область, где находятся электроды 206 (например, внутри генератора 200 NO), называется искровой камерой. Обладающая избирательной проницаемостью мембрана 218 может иметь толщину приблизительно 10-50 микрон и может закрепляться на сетке-носителе. Обладающая избирательной проницаемостью мембрана 218 может обеспечивать проход NO из генератора 200 NO (например, искровой камеры) в дыхательные пути, в то же время препятствуя проходу NO и О из генератора 200 NO (например, искровой камеры) в дыхательные пути. Обладающая избирательной проницаемостью мембрана 218 может также препятствовать проходу водяного пара из дыхательных путей в генератор 200 NO. В некоторых примерах обладающая избирательной проницаемостью мембрана 218 может быть микропористой мембраной. В этом примере датчик 208 дыхания находится в трахеостомической или эндотрахеальной трубке 204. Однако, датчик 208 дыхания может также находиться в генераторе 200 NO, как описано со ссылкой на фиг. 2А. В некоторых примерах очищающее устройство соединено с генератором 200 NO. Очищающее устройство сконфигурировано для удаления слизи с обладающей избирательной проницаемостью мембраны 218. Очищающее устройство может быть автоматизировано.
На фиг. 2С показан пример генератора 220 NO для получения NO, который прикреплен к маске 222, которая может быть надета на пациента. Части генератора 220 NO могут помещаться в носовой полости, например, в области за ноздрей, как в генераторе 200 NO фиг. 2А. Маска 222 может быть частью дыхательной системы. Маска 222 сконфигурирована для помещения на лицо пользователя, причем электроды 228 и датчик 230 дыхания присоединены к маске 222 и расположены вблизи носового отверстия пользователя. В некоторых примерах генератор 220 NO содержит датчик 234 кислорода. Генератор 220 NO может находиться в инспираторной линии 240, которая питает маску 222. Маска 222 может содержать один или несколько клапанов (например, вдыхательный клапан 236 и выдыхательный клапан 238) для отделения вдыхаемого потока газа из инспираторной линии 240 от выдыхаемого потока газа через экспираторную линию 242. Контроллер 232 может быть подключен к генератору 220 NO. Контроллер 232 может быть соединен с маской 222 или с пользователем. В некоторых примерах электроды 228 и датчик 230 дыхания могут располагаться в ноздре пользователя. Генератор 220 NO работает, как описано выше относительно генератора 200 NO фиг. 2А. Вход маски 222 может иметь один или несколько клапанов, инспираторную линию и экспираторную линию. Генератор 220 NO можно помещать на инспираторную линию.
2
3
На фиг. 2D показан пример генератора 250 NO для получения NO, который может находиться в трахее 252. В некоторых примерах генератор 250 NO достаточно маленький, чтобы быть имплантированным при помощи методики Сельдингера. Генератор 250 NO содержит электроды 254 и датчик 256 дыхания (например, содержащий терморезистор). Генератор 250 NO может быть покрыт защитным элементом 258 для изоляции дыхательных путей от электрического удара и для сохранения электродов 254 и датчика 256 дыхания чистыми. Генератор NO может также содержать мембрану 260. Мембрана 260 может представлять собой обладающую избирательной проницаемостью мембрану, которая может обеспечивать прохождение NO из генератора 250 NO в дыхательные пути, в то же время препятствуя прохождению NO и О из генератора 250 NO в дыхательные пути. Мембрана 260 может также препятствовать прохождению водяного пара из дыхательных путей в генератор 250 NO. Провода 262 могут соединять источник 264 напряжения с генератором 250 NO. Провода 262 могут быть изолированы для защиты ткани от электрического удара. Контроллер (например, контроллер 266) может быть сконфигурирован для поддержания связи с генератором 266 NO. Контроллер 266 может быть сконфигурирован для беспроводной связи с генератором 250 NO. В некоторых примерах генератор 250 NO содержит контроллер 266, и контроллер 266 находится в трахее 252.
2
Ссылаясь снова на фиг. 2А, генератор 200 NO работает, как описано в настоящем документе, для получения NO в дыхательных путях млекопитающего на основании инициирующего события (например, объема или времени потока газа, изменения в температуре вдыхаемого газа или изменения давления), что обнаруживается датчиком 208 дыхания в некоторых примерах. Контроллер 210, функционально соединенный с датчиком 208 дыхания, координирует включение источника напряжения в контроллере 210 для подачи ряда электрических импульсов на электроды 206, таким образом генерируя NO в дыхательных путях млекопитающего при вдохе. Контроллер 210 может определять один или несколько контрольных параметров на основании информации, которую собрали от датчика 208 дыхания (например, информации, относящейся к одному или нескольким инициирующим событиям). Контроллер 210 может быть сконфигурирован для возбуждения ряда искровых разрядов и для контроля параметров, таких как длительность искрового разряда, частота искровых разрядов и подобные, для образования необходимого количества NO и минимального количества NO. В некоторых примерах источник напряжения в контроллере 210 может представлять собой первичный источник тока, аккумуляторную батарею или пьезоэлектрический генератор.
Контроллер 210 может определять один или несколько контрольных параметров на основании информации, полученной от датчика кислорода (например, датчика 112 кислорода фиг. 1). Например, определенные контрольные параметры могут быть основаны на концентрации кислорода в газообразном реагенте.
В некоторых примерах датчик 208 дыхания сконфигурирован для измерения дыхательного объема вдыхаемого газа. Контроллер 210 может определять один или несколько контрольных параметров на основании объемных измерений вдыхаемого газа. Например, контрольные параметры могут быть основаны на фактическом или предполагаемом объеме вдоха.
Взрослые люди обычно вдыхают-выдыхают 10-20 раз в минуту, каждый вдох длится 3-6 секунды. Обычно от приблизительно половины до одной трети длительности вдоха-выдоха представляет собой вдох. В среднем, каждый вход характеризуется дыхательным объемом приблизительно 500 мл. У детей каждый вдох обычно имеет меньший объем, но дыхание происходит с большей частотой.
Ожидаемый объем вдоха можно рассчитать, используя предыдущие измерения дыхательного объема. Например, контроллер 210 может определять, что ожидаемый дыхательный объем последующего вдоха предполагается таким же, как измерение дыхательного объема для большинства последних вдохов. Контроллер 210 может также усреднять дыхательные объемы нескольких предыдущих вдохов для определения ожидаемого дыхательного объема последующего вдоха. В некоторых случаях применяют механическую вентиляцию через маску для поддержания дыхания. В этих случаях объем вдоха и время вдоха можно подавать на контроллер от устройства искусственной вентиляции легких.
2
3
На фиг. 3 показано изображение ряда 300 импульсов, который инициируется контроллером 210. Контроллер 210 может определять один или несколько контрольных параметров для создания ряда импульсов. На фиг. 3 также показан увеличенный вид одной из групп 302 импульсов ряда 302 импульсов. Электрические импульсы подаются на электроды 206, и электроды 206 генерируют ряд искровых разрядов (иногда называемых электрическими дугами). Время возникновения импульсов (и полученных искровых разрядов) регулируется контроллером 210 и может быть оптимизировано для получения необходимого количества NO, в то же время давая минимальное количество NO и О. Множество искровых разрядов составляют группу импульсов, а множество групп импульсов составляют ряд импульсов. Таким образом, ряд 302 импульсов возбуждает ряд электрических дуг.
2
3
Переменные В и N регулируют общую энергию, которая создается электродами 206. Переменная N устанавливает число искровых разрядов в группе импульсов, а переменная В устанавливает число групп импульсов в секунду. Значения В и N влияют на количество NO, NO и О, которое образуется. Значения В и N также влияют на то, сколько тепла выделяется электродами 206. Большие значения или В, или N образуют больше NO и вызывают выделение электродами 206 большего количества тепла.
Переменные Е, F, Н и Р регулируют время возникновения искровых разрядов, полученных в каждой группе импульсов. Переменная Н представляет собой точное время импульса (например, количество времени, в течение которого источник напряжения контроллера 210 активируется для каждого электрического импульса). Точное время иногда называют длительностью импульса. Р представляет промежуток времени между импульсами. Таким образом, Р минус Н представляет период времени, когда импульсы не возникают (например, источник напряжения контроллера 210 неактивен). Большие значения Н и меньшие значения Р приводят к генерированию большего количества энергии электродами 206. Когда электроды 206 создают искровой разряд, образуется плазма. Температура плазмы пропорциональна количеству энергии, генерируемой электродами 206.
2
2
2
2
3
2
Химические реакции, которые вызывают получение NO и NO, зависят от температуры плазмы. А именно, более высокие температуры плазмы дают больший выход NO и NO. Однако, относительные соотношения полученных NO и NO изменяются в зависимости от различных температур плазмы. В некоторых примерах искровые разряды, образованные первыми двумя импульсами в группе импульсов, создают плазму. Первые два искровых разряда могут иметь точное время, которое дольше чем искровые разряды, полученные остальными импульсами в группе импульсов. Промежуток времени, в течение которого длятся первые два импульса, представлен переменными Е и F, соответственно. Искровые разряды, образованные импульсами после первых двух импульсов, требуют меньше энергии для поддержания плазмы, поэтому точное время последующих импульсов (представленных переменной Н) может быть меньше для предотвращения слишком сильного увеличения температуры плазмы. Например, хотя относительно высокая температура плазмы может давать большое количество получаемых NO, и NO и О, относительно высокая температура плазмы может быть неидеальной для получения желаемых соотношений NO и NO.
2
3
2
2
2
2
Многие факторы могут влиять на количество и соотношения NO, NO и О, которые получаются. Например, материал электродов 206 играет важную роль при определении того, как много энергии требуется для генерации конкретного искрового разряда. Электроды, которые содержат благородный металл, могут давать низкое соотношение NO/NO. В некоторых примерах вольфрамовые электроды давали относительно высокое соотношение NO/NO, никелевые электроды давали более низкое соотношение NO/NO, а иридиевые электроды давали еще более низкое соотношение NO/NO, как показано на фиг. 8.
Каждый искровой разряд, который генерируется, образует конкретное количество NO. NO растворяется в объеме газа, который вдыхается. Чтобы убедиться, что концентрация NO во вдыхаемом газе находится на предполагаемом и достаточном уровне для получения желаемого физиологического действия, контроллер 210 получает информацию, относящуюся к дыхательному объему вдыхаемого газа, от датчика 208 дыхания для определения контрольных параметров для поддержания соответствующей концентрации NO.
Реализации контроллера 210 могут включать цифровую электронную схему, или компьютерное программное обеспечение, программно-аппаратные средства или аппаратные средства, включая структуры, раскрытые в настоящем описании и их структурные эквиваленты, или комбинации одного или нескольких из них. Например, контроллер 210 может представлять собой имеющий в основе микропроцессор контроллер (или систему управления), а также электромеханический контроллер (или систему управления). Команды и/или логическое устройство в контроллере 210 можно реализовывать в виде одной или нескольких компьютерных программ, т.е. одного или нескольких модулей команд для компьютерных программ, закодированных на запоминающем устройстве вычислительной машины для выполнения или для контроля работы устройства обработки данных. Альтернативно или в дополнение, программные команды могут быть закодированы искусственно сгенерированным распространяющимся постоянным сигналом, например, генерируемым машиной электрическим, оптическим или электромагнитным сигналом, который генерируется для кодирования информации для передачи подходящему приемному аппарату для выполнения устройством обработки данных.
Контроллер 914 может содержать клиентов и серверы и/или контроллеры управления и ведомые контроллеры. Клиент и сервер обычно удалены друг от друга и обычно взаимодействую через сеть передачи данных. Взаимосвязь клиента и сервера происходит посредством компьютерных программ, работающих на соответствующих компьютерах и имеющих взаимосвязь клиент-сервер друг с другом. Согласно некоторым аспектам контроллер 210 представляет основной контроллер (например, управления), коммуникационно соединенный посредством элементов связи (например, проводных или беспроводных) с каждым из компонентов генератора 200 NO.
Контроллер 210 может быть сконфигурирован для поддержания связи с генератором 200 NO беспроводным образом (например, посредством Bluetooth). Контроллер 210 может также быть сконфигурирован для поддержания связи с внешними устройствами (например, компьютером, планшетом, смартфоном или подобным). Внешние устройства можно затем использовать для выполнения функций контроллера 210 или для помощи контроллеру 210 в выполнении функций.
В некоторых примерах контроллер 210 может отключать некоторые компоненты генератора 200 NO во время, перед или после того, как генерируется ряд искровых разрядов. В некоторых примерах контроллер 210 может также содержать средства для: i) обнаружения и прерывания непредусмотренных искровых разрядов; ii) подтверждения того, что ряд искровых разрядов безопасен, перед инициацией ряда искровых разрядов; iii) проверки того, что временные значения проверены относительно резервных копий временных значений после того, как каждый ряд искровых разрядов генерируется, для обнаружения повреждения временной переменной; и iv) определения, были ли повреждены резервные копии временных переменных.
В некоторых примерах генератор 200 NO может помещаться или находиться в носовых трубках, эндотрахеальных трубках и подобном. Электроды 206 и датчик 208 дыхания могут быть очищаемыми или заменяемыми. В некоторых примерах электроды 106 и датчик 208 можно удалять из трахеостомической или эндотрахеальной трубки 204 и очищать или заменять.
2
Искрообразование при входе в генераторе 200 NO означает начало небольшой порции вдыхаемого газа с электрически синтезированным свежим NO. В некоторых примерах желательно генерировать NO только в начале вдоха. Это минимизирует количество получаемого свежего NO, снижает загрязнение окружающей среды и эффективно подает NO наиболее быстро без разбавления в терминальных бронхиолах и альвеолярном воздухе, где он может активно расширять кровеносные сосуды легких (альвеолы и нижние дыхательные пути). Через короткий период времени NO начинает окисляться в NO, который при растворении в воде образует азотную кислоту и нитратные соли. Если NO получают задолго до того, как пользователь готов его вдыхать, NO может окислиться к моменту вдоха. Азотная кислота и нитратные соли могут вызывать повреждения компонентов генератора 200 NO, а также дыхательных путей и ткани легких.
В некоторых примерах для увеличения дозы может быть желательным генерировать NO в конце выдоха и немного перед началом вдоха. Это иногда называют преждевременное срабатывание. Контроллер 210 может возбуждать ряд электрических дуг за заранее определенный промежуток времени перед тем, как происходит инициирующее событие. Такое преждевременное срабатывание может быть необходимо, когда имеется большой объем вдыхаемого газа, или когда требуется высокая концентрация вдыхаемого NO. Контроллер 210 может отслеживать время и объем вдоха вдыхаемого газа и использовать предыдущие значения времени для определения времени следующего вдоха. Отслеживаемую информацию можно использовать для расчета заранее определенного промежутка времени, который представляет собой отметку, когда произойдет следующий вдох. В некоторых примерах контроллер 210 может возбуждать ряд электрических дуг приблизительно тогда, когда происходит инициирующее событие (например, немного перед или немного после инициирующего события). Преждевременное срабатывание можно оптимизировать для, в конечном итоге, подачи больших концентраций NO во вдыхаемый газ.
Искровой разряд можно инициировать в начале вдоха рядом путей. В некоторых примерах датчик 208 дыхания детектирует вдох. Датчик 208 дыхания может содержать терморезистор быстрого срабатывания, который расположен около электродов 206 в дыхательных путях. Датчик 208 дыхания может воспринять изменение температуры (вдыхаемый воздух часто незначительно холоднее, чем выдыхаемый воздух). Таким образом, холодный вдыхаемый газ может инициировать ряд искровых разрядов. А именно, вдох или часть вдоха может быть инициирующим событием. Более конкретно, снижение температуры вследствие вдоха воздуха может быть инициирующим событием.
Различные типы электрических схем можно внедрять в генератор 200 NO и его компоненты. На фиг. 4 показана электрическая схема 400 примера части датчика 208 дыхания, который можно использовать для детектирования вдоха. Датчик 208 дыхания может отслеживать температуру воздуха в дыхательных путях. Датчик дыхания может содержать терморезистор 402. Сопротивление терморезистора 402 увеличивается, когда он охлаждается, и снижается, когда он нагревается.
В этом примере датчик 208 дыхания устроен как делитель напряжения, который содержит терморезистор 402 и другое сопротивление. Альтернативная конфигурация состоит в использовании терморезистора в параллельной конфигурации с другими сопротивлениями. При вдохе газ при комнатной температуре или температуре вдоха вдыхается, проходя терморезистор 402. При выдохе газ, который обычно теплее комнатной температуры (например, газ, который находится при или около температуры тела), проходит терморезистор 402. А именно, при обычной работе сопротивление терморезистора 402 повышается при вдохе, а при выдохе - снижается. Изменение сопротивления терморезистора 402 приводит к изменению напряжения среднего элемента делителя напряжения. Это изменение напряжения можно изменить одним или несколькими усилителями.
Датчик 208 дыхания может содержать дифференцирующее устройство, которое выдает напряжение, которое пропорционально изменяющемуся напряжению делителя напряжения. Это напряжение можно направлять в контроллер 210 и превращать в цифровое значение напряжения. Контроллер 210 может использовать цифровое значение напряжения для определения начала вдоха. Альтернативно, выход дифференцирующего устройства можно изменить усилителем, а затем подать в триггер Шмидта. Триггер Шмидта может превратить напряжение в цифровое значение напряжения и создать запаздывание. Запаздывание может помочь различить небольшие снижения температуры, наблюдаемые позднее во время вдоха (которые следует игнорировать), и большие снижения температуры, наблюдаемые в начале периода вдоха (которые представляют интерес). Цифровое значение напряжения можно направлять в контроллер 210, который может установить начало вдоха.
На фиг. 5 показан пример временного ряда 500 напряжений датчика 208 дыхания. Как объяснено выше, при вдохе относительно холодный вдыхаемый газ проходит терморезистор 402. Холодный вдыхаемый газ вызывает увеличение сопротивления терморезистора, что в свою очередь вызывает увеличение напряжения на среднем элементе делителя напряжения, что отражено в области 502. При выдохе относительно нагретый газ при температуре, близкой к температуре внутри тела (приблизительно 37 градусов Цельсия), проходит мимо терморезистора 402. Теплый газ вызывает снижение сопротивления терморезистора, что в свою очередь вызывает увеличение напряжения на среднем элементе делителя напряжения, что отражено в области 504.
В некоторых примерах датчик дыхания 208 может представлять собой трубку, контактирующую с областью вблизи электродов 206, которые могут определять давление. Спонтанный вдох инициируется нижними дыхательными путями и внутригрудным давлением, тогда как механическое вентилирование дает положительное давление в дыхательных путях (для наполнения легких). Таким образом, замер давления вдоха, или положительного (механическое вентилирование), или отрицательного (спонтанный вдох) может инициировать искровой разряд. В некоторых примерах термоанемометр или пневмотахограф могут определять время и объем вдоха.
В некоторых примерах кольцевой пояс с нагрудным датчиком, содержащим сопротивление (например, ртутный тензиометр), или датчик сопротивления может детектировать увеличение грудного (или брюшного) отдела и, таким образом, инициировать искровой разряд для получения NO в начале вдоха. В некоторых случаях, если пациент подключен к респиратору, механический респиратор или аппарат искусственной вентиляции легких может включать эндотрахеальный или трахеостомический импульс синтеза электричества (поскольку аппарат искусственной вентиляции легких может знать время, дыхательный объем вдоха и концентрацию вдыхаемого кислорода) для получения необходимого количества NO при помощи искровых разрядов, рассчитанных по времени для начала вдоха аппарата искусственной вентиляции легких.
В случаях, где датчик дыхания 208 не измеряет температуру, датчик 208 дыхания может быть сконфигурировать для обнаружения того, когда происходит вдох или выдох. Датчик 208 дыхания может также различать вдох и выход. Например, датчик 208 дыхания может детектировать направление потока воздуха у воздуха, проходящего мимо датчика 208 дыхания, для определения того, был ли воздух вдыхаемым или выдыхаемым.
Результаты, полученные с генератором 200 NO (и маской 220 с генератором NO фиг. 2В), описаны в настоящем документе.
На фиг. 6А представлен график 600 среднего тока и напряжения, который показывает средний ток и напряжение относительно количества искровых разрядов/секунду для генератора 200 NO. На фиг. 6В представлен график 602 средней мощности, который показывает среднюю мощность относительно количества искровых разрядов/секунду для генератора 200 NO. Средний ток и пик мощности соответствуют диапазону от 0,5 до 2 искровых разрядов/секунду, а среднее напряжение падает в том же диапазоне. На фиг. 7А показана осциллограмма 700 для напряжения (верхняя осциллограмма) и тока (нижняя осциллограмма) во время 2 искровых разрядов при разряде 1 искра/секунду. На фиг. 7В показаны осциллограммы 702 для напряжения (верхняя осциллограмма) и тока (нижняя осциллограмма) для разряда 1 искра/секунду при длительности искрового разряда (одного искрового разряда) 27 мс.
Исследование на животных 1
2
Исследовали четырех ягнят, имеющих вес приблизительно 32 кг. Общее обезболивание осуществляли 5% вдыхаемым изофураном (1-хлор-2,2,2-трифторэтилдифторметиловый эфир, Baxter, Дирфилд, Иллинойс) в кислороде посредством маски, а затем поддерживали 1-4% изофураном при исходной фракции вдыхаемого кислорода (FiO) 0,40. После интубации в трахею животным вводили постоянные катетеры Свана-Ганза в сонную артерию и легочную артерию.
Все гемодинамические измерения выполняли у ягнят под обезболиванием. Всем ягнятам вентилировали легкие при помощи механического аппарата искусственной вентиляции (модель 7200, Puritan Bennett, Плезантон, Калифорния) при дыхательном объеме 400 мл и скорости 12 вдохов/мин.
Чтобы вызвать легочную гипертензию сильное легочное сосудосуживающее средство U46619 (Cayman Chemical, Энн-Арбор, Мичиган), аналог эндопероксидного простагландина Н2, вводили внутривенно со скоростью 0,8-0,9 мкг/кг/мин для увеличения среднего давления в легочной артерии (РАР) до 30 мм рт.ст.
Для исследования сосудорасширяющего эффекта на легкие оксида азота (NO), полученного электрическим разрядом, или маленькую свечу зажигания, или иридиевую свечу зажигания помещали в инспираторную линию аппарата искусственной вентиляции легких овцы, в то время как измерения потока газа в дыхательных путях проводили при помощи программного обеспечения (NICO Respironics, Уоллингфорд, Коннектикут) для определения вдоха, выдоха и дыхательного объема каждого механического вдоха-выдоха. Электроды свечи зажигания генерировали ряд искровых разрядов, как описано со ссылкой на фиг. 3. В некоторых исследованиях искровые разряды получали непрерывно на протяжении дыхательного цикла (непрерывное искрение). В других испытаниях искровые разряды получали на каждый вдох-выдох, начинающийся вдохом, или сразу перед началом вдоха (прерывистое искрение в течение 0,8 секунд/вдох-выдох, 12-15 вдохов-выдохов/мин). Это проводили для предупреждения потерь при получении NO во время фазы выдоха при дыхании.
2
2
На фиг. 8 показаны концентрации NO и NO от генератора NO (например, генератора 102 NO фиг. 1) при использовании различных материалов электродов. Условия тестирования включали использование ¼-дюймового стержня, зазора между электродами 2,0 мм, постоянного расхода воздуха 5 л/мин и FiO 0,21. Для вольфрамового электрода В=40 групп импульсов в секунду, N=30 искровых разрядов на группу импульсов, Р=100 микросекунд, а Н=20 микросекунд. Для никелевых электродов В=35 групп импульсов в секунду, N=40 искровых разрядов на группу импульсов, Н=180 микросекунд, а Р=70 микросекунд. Для иридиевых электродов В=35 групп импульсов в секунду, N=40 искровых разрядов на группу импульсов, Н=180 микросекунд, а Р=80 микросекунд.
2
На фиг. 9 показаны концентрации NO и NO при различных концентрациях кислорода в газообразном реагенте от генератора NO при использовании маленькой свечи зажигания (Micro Viper Z3 с 6 мм HEX и 10-40 THRD, Rimfire, Бентон, Вашингтон) при непрерывном искрении.
2
На фиг. 10 показаны концентрации NO и NO при различных концентрациях кислорода в газообразном реагенте от генератора NO при использовании иридиевой свечи зажигания (ACDelco 41-101, Уолтем, Массачусетс) при непрерывном искрении.
2
На фиг. 11 показаны концентрации NO и NO при различных концентрациях кислорода в газообразном реагенте от генератора NO при использовании иридиевой свечи зажигания при прерывистом искрении.
3
2
2
2
2
2
Озон (О) является сильным окислителем, который имеет множество промышленных и потребительских применений, связанных с окислением. Однако, его высокий окислительный потенциал высок, и он является токсичным газом, вызывая повреждения слизистых оболочек и тканей дыхательного тракта у животных, а также тканей растений. Это делает озон очень опасным для дыхания и загрязняющим веществом на предельно малых высотах. Озон образуется при атмосферных электрических разрядах и реагирует с NO с образованием диоксида азота (NO) и О или реагирует с N с получением NO и О. В некоторых примерах уровни озона больше при непрерывном искрении, чем при прерывистом искрении, а также увеличиваются при увеличении концентраций О.
3
2
На фиг. 12 показаны уровни О при различных концентрациях O при использовании маленькой свечи зажигания и иридиевой свечи зажигания при непрерывном искрении. В этом примере В=60 групп импульсов в секунду, N=50 искровых разрядов на группу импульсов, Р=140 микросекунд, Н=40 микросекунд, а расход воздуха составляет 5 л/мин.
3
2
На фиг. 13 показаны уровни О при различных концентрациях О при использовании маленькой свечи зажигания и иридиевой свечи зажигания при прерывистом искрении, инициирующемся на каждый вдох-выдох, начинающийся вдохом, или сразу перед началом вдоха. В этом примере В=60 групп импульсов в секунду, N=50 искровых разрядов на группу импульсов, Р=140 микросекунд, Н=40 микросекунд, а расход воздуха составляет 5 л/мин.
3
2
На фиг. 14 показаны уровни О при различных концентрациях О при использовании маленькой свечи зажигания и иридиевой свечи зажигания при непрерывном искрении. В этом примере В=35 групп импульсов в секунду, N=25 искр на группу импульсов, Р=240 микросекунд, Н=100 микросекунд, а расход воздуха составляет 5 л/мин.
3
2
На фиг. 15 показаны уровни О при различных концентрациях О при использовании маленькой свечи зажигания и иридиевой свечи зажигания при прерывистом искрении, инициирующемся на каждый вдох-выдох, начинающийся вдохом, или сразу перед началом вдоха. В этом примере В=35 групп импульсов в секунду, N=25 искровых разрядов на группу импульсов, Р=240 микросекунд, Н=100 микросекунд, а расход воздуха составляет 5 л/мин.
2
На фиг. 16 показаны концентрации NO и NO при различных концентрациях кислорода в газообразном реагенте при использовании концентратора кислорода. В этом примере В=5 групп импульсов в секунду, N=25 искровых разрядов на группу импульсов, Р=200 микросекунд, Н=60 микросекунд, а расход воздуха составляет 5 л/мин.
На фиг. 17 показано среднее давление в легочной артерии (РАР) во время инфузии U46619. На базовой линии перед тем, как начинали инфузию U46619, РАР составляло 14 мм рт.ст. За 30 минут инфузии среднее РАР повышалось до 28 мм рт.ст. После того как устанавливалось РАР, искровые разряды генерировали в начале каждого вдоха в течение периода в четыре минуты. После четырехминутного периода РАР значительно снижалось до 22 мм рт.ст. После прекращения искрения и ожидания в течение четырехминутного периода среднее РАР снова росло до 28 мм рт.ст. В этом примере В=60 групп импульсов в секунду, N=100 искровых разрядов на группу импульсов, Р=140 микросекунд, Н=17 микросекунд, а дыхательный объем (Vt)=400 мл.
2
2
На фиг. 18 показаны концентрации NO и NO при различных FiO при генерировании прерывистых искровых разрядов, инициированных вдыхаемым потоком, при использовании иридиевой свечи зажигания.
2
На фиг. 19 показано среднее РАР при различных уровнях FiO во время инфузии U46619 перед и после генерации прерывистых искровых разрядов. В этих примерах В=35 групп импульсов в секунду, N=25 искровых разрядов на группу импульсов, Р=240 микросекунд, Н=100 микросекунд, a Vt=400 мл.
2
2
2
На фиг. 20 показаны концентрации NO и NO при различных уровнях FiO при генерации непрерывных искровых разрядов, инициированных при вдыхании потока, при использовании иридиевой свечи зажигания. На фиг. 21 показано РАР при различных уровнях FiO во время инфузии U46619 перед и после генерации непрерывных искровых разрядов. В этих примерах В=35 групп импульсов в секунду, N=25 искровых разрядов на группу импульсов, Р=240 микросекунд, Н=100 микросекунд, a Vt=400 мл.
В некоторых дополнительных примерах меньшие размеры вдохов дают большие уровни NO из-за сниженного разбавления синтезированного посредством искровых разрядов NO.
На фиг. 22 показано среднее РАР при различных Vt (уровнях дыхательного объема вдоха) во время инфузии U46619 перед и после генерации NO искровыми разрядами, инициированными вдыхаемым потоком, при использовании иридиевой свечи зажигания.
2
2
На фиг. 23 показаны концентрации NO и NO у ягнят при различных уровнях вентилирования дыхательного объема (Vt). В этих примерах В=35 групп импульсов в секунду, N=25 искровых разрядов на группу импульсов, Р=240 микросекунд, Н=100 микросекунд, a FiO=0,21.
2
На фиг. 24 показана испытательная установка для измерения уровней NO и NO в гипобарической камере 2400 при различных атмосферных давлениях. Результаты теста показаны на фиг. 25. Для создания вакуумметрического давления (например, 1/2 ATА, 1/3 ATА) внутри гипобарической камеры 2400 впускной и выпускной клапаны закрывали, а поршень перемещали от свечи зажигания. Свечу зажигания затем зажигали на 30 секунд. В этом примере В=100 групп импульсов в секунду, N=10 искровых разрядов на группу импульсов, Р=140 микросекунд, а Н=10 микросекунд. Поршень затем перемещали в направлении свечи зажигания для получения давления в гипобарической камере 2400 снова 1 АТА. Выпускной клапан открывали, а образцы газа отбирали в 3 л дыхательный резервуар путем дополнительного перемещения поршня в направлении свечи зажигания. Отобранные образцы газа анализировали при помощи Sievers NOA i280 сразу после отбора.
Исследование на животных 2
Маленькую свечу зажигания (Micro Viper Z3 с 6 мм HEX и 10-40 THRD, Rimfire, Бентон, Вашингтон) устанавливали в дыхательные пути овцы №1. Маленькую свечу зажигания включали датчиком дыхания, который измерял изменение температуры вдыхаемого газа при вдохе. Электроды маленькой свечи зажигания генерировали ряд искровых разрядов, как описано со ссылкой на фиг. 3.
На фиг. 26 показано РАР во время инфузии U46619 в течение периода времени. U46619 представлял собой внутривенный, вводимый с концентрацией 50 мкг/мл со скоростью 18 мл/ч. На базовой линии среднее РАР составляло 13 мм рт.ст. Через 30 минут инфузии среднее РАР повышалось до 27-28 мм рт.ст.
На фиг. 27 показано среднее РАР, когда овца вдыхала NO с концентрацией 40 ppm из резервуара. Среднее РАР снижалось до 18 мм рт.ст. через две минуты.
На фиг. 28 показано среднее РАР во время искрения, инициированного вдыханием (например, инициированного NICO датчиком дыхания при вдохе). В этом примере В=1 групп импульсов в секунду, N=70 искровых разрядов на группу импульсов, Р=140 микросекунд, а Н=40 микросекунд. In-vitro при 200 мл/мин концентрация NO, измеренная хемилюминесценцией, составляла 25 ppm.
На фиг. 29 показано среднее РАР во время непрерывного искрения. В этом примере В=1 групп импульсов в секунду, N=407 искровых разрядов на группу импульсов, Р=140 микросекунд, а Н=40 микросекунд. In-vitro при 200 мл/мин концентрация NO составляла 125 ppm.
Маленькую свечу зажигания установили в дыхательные пути овцы №2, как показано на фиг. 30. Маленькую свечу зажигания включали датчиком дыхания, который измерял изменение температуры вдыхаемого газа при вдохе. Электроды маленькой свечи зажигания генерировали ряд искровых разрядов, как описано со ссылкой на фиг. 3.
На фиг. 31 показано среднее РАР во время инфузии U46619 в течение периода времени. U46619 вводили при 50 мкг/мл при 18 мл/ч. На основной линии среднее РАР составляло 12 мм рт.ст. После 30 минут инфузии среднее РАР увеличивалось до 27 мм рт.ст.
На фиг. 32 показано среднее РАР, когда овца вдыхала NO при фиксированной концентрации 40 ppm, подаваемой из баллона. Среднее РАР снижалось до 15 мм рт.ст. через две минуты.
На фиг. 33 показано среднее РАР при искрении, инициированном вдохом (например, инициированном датчиком дыхания NICO при вдохе), с контролем расхода. В этом примере В=60 групп импульсов в секунду, N=100 искровых разрядов на группу импульсов, Р=140 микросекунд, а Н=17 микросекунд.
Стендовые испытания
На фиг. 34 показана установка для стендовых испытаний при использовании маленькой свечи зажигания, включающейся при вдохе (с регулируемым расходом, монитор NICO), с имитатором дыхательных путей овцы.
На фиг. 35 показан выход NO при постоянном расходе газообразного реагента 1 л/мин при использовании модифицированной маленькой свечи зажигания с разрывом цепи (как показано на фиг. 36) при различных условиях. В этом примере Н увеличивали от 10 до 17. Непрерывное искрение в воздухе давало большие количества NO (т.е. приблизительно 250 ppm). Выступающий электрод маленькой свечи зажигания удаляли при модификации для увеличения зазора между электродами от 0,4 мм до 1,1 мм.
Ссылаясь на фиг. 37, принципиальная схема 3700 представляет порядок операций контроллера (например, контроллера 210, показанного на фиг. 2А). Обычно операции выполняются процессором, находящимся в контроллере. Однако, операции могут также выполняться несколькими процессорами, находящимися в контроллере. Хотя обычно выполняются одним контроллером, в некоторых компоновках выполнение операций можно распределить между двумя или более контроллерами.
Операции включают сбор 3702 информации, относящейся к одному или нескольким инициирующим событиям, связанным с дыхательной системой. Например, датчик 208 дыхания фиг. 2А может собирать информацию, относящуюся к одному или нескольким инициирующим событиям, связанным с дыхательной системой. Информация может включать время начала вдоха и дыхательный объем вдоха (например, полученный от устройства NICO, термоанемометра, пневмотахографа и пр.). Инициирующее событие может представлять собой вдох. Операции могут также включать определение 3704 одного или нескольких контрольных параметров на основании собранной информации. Например, контроллер 210 фиг. 2А может определять один или несколько контрольных параметров. Контрольные параметры могут создавать ряд импульсов. Операции также включают возбуждение 3706 ряда электрических дуг для получения оксида азота на основании определенных контрольных параметров. Например, электроды 206 фиг. 2А могут возбуждать ряд электрических дуг для генерации оксида азота на основании определенных контрольных параметров. Контрольные параметры могут регулировать время возникновения ряда электрических дуг.
На фиг. 38 показан пример вычислительного устройства 3800 и пример мобильного вычислительного устройства 3850, которые можно использовать для осуществления операций и техник, описанных в настоящем документе. Например, часть или все операции контроллера 110 (показанного на фиг. 1), контроллера 210 (показанного на фиг. 2А), контроллера 232 (показанного на фиг. 2С) или контроллера 266 (показанного на фиг. 2D) могут выполняться вычислительным устройством 3800 и/или мобильным вычислительным устройством 3850. Вычислительное устройство 3800 предназначено для представления различных форм цифровых вычислительных машин, включая, например, ноутбуки, настольные компьютеры, рабочие станции, «электронные помощники», серверы, blade-серверы, универсальные вычислительные машины и другие подходящие компьютеры. Вычислительное устройство 3850 предназначено для представления различных форм мобильных устройств, включая, например, «электронные помощники», планшетные вычислительные устройства, сотовые телефоны, смартфоны и другие подобные вычислительные устройства. Компоненты, показанные здесь, их соединения и взаимосвязи и их функции предназначены быть только примерами, а не направлены на ограничение реализаций техник, описанных и/или заявленных в настоящем документе.
Вычислительное устройство 3800 содержит процессор 3802, память 3804, запоминающее устройство 3806, высокоскоростной интерфейс 3808, подключенный к памяти 3804 и высокоскоростным портам 3810 расширения, и низкоскоростной интерфейс 3812, подключенный к низкоскоростной шине 3814 и запоминающему устройству 3806. Каждый из компонентов 3802, 3804, 3806, 3808, 3810 и 3812 взаимосоединен при помощи различных шин и может быть установлен на общей материнской плате или другими образами при необходимости. Процессор 3802 может обрабатывать команды для выполнения в вычислительном устройстве 3800, включая команды, хранящиеся в памяти 3804 или на запоминающем устройстве 3806, для отображения графических данных для GUI на внешнем устройстве ввода/вывода, включая, например, дисплей 3816, соединенный с высокоскоростным интерфейсом 3808. В других реализациях множество процессоров и/или множество шин можно использовать, при необходимости, вместе с множеством памятей и типов памяти. Также множество вычислительных устройств 3800 можно соединять, причем каждое устройство обеспечивает части необходимых операций (например, в виде группы серверов, группы blade-серверов или многопроцессорной системы).
Память 3804 хранит данные в вычислительном устройстве 3800. В одной реализации память 3804 представляет собой блок или блоки энергозависимой памяти. Согласно другой реализации память 3804 представляет собой блок или блоки энергонезависимой памяти. Память 3804 также может представлять собой другую форму машиночитаемого носителя, включая, например, магнитный или оптический диск.
Запоминающее устройство 3806 способно обеспечивать запоминающее устройство большой емкости для вычислительного устройства 3800. В одной реализации запоминающее устройство 3806 может представлять собой или содержать машиночитаемый носитель, включая, например, дискетное устройство, жесткий диск, оптический диск или запоминающее устройство на ленте, флэш-память или другую подобную твердотельную память, или ряд устройств, включая устройства в сети хранения данных или других конфигурациях. Компьютерный программный продукт можно практически включать в носитель данных. Компьютерный программный продукт также может содержать команды, которые при выполнении осуществляют один или несколько способов, включая, например, описанные выше. Носитель данных представляет собой считываемый компьютером или машиночитаемый носитель, включая, например, память 3804, запоминающее устройство 3806, память на процессоре 3802 и подобное.
Высокоскоростной контроллер 3808 управляет высокопроизводительными операциями для вычислительного устройства 3800, тогда как низкоскоростной контроллер 3812 управляет более низкопроизводительными операциями. Такое распределение функций является только примером. В одной реализации высокоскоростной контроллер 3808 соединен с памятью 3804, дисплеем 3816 (например, через графический процессор или акселератор), и с высокоскоростными портами 3810, расширения, которые могут принимать различные платы расширения (не показаны). В реализации низкоскоростной контроллер 3812 соединен с запоминающим устройством 3806 и низкоскоростным портом 3814 расширения. Низкоскоростной порт расширения, который может содержать различные коммуникационные порты (например, USB, Bluetooth, интернет, беспроводной интернет), может быть соединен с одним или несколькими устройствами ввода/вывода, включая, например, клавиатуру, указательное устройство, сканнер или устройство для работы с сетью, включая, например, переключатель или роутер, например, через сетевой адаптер.
Вычислительное устройство 3800 может быть реализовано рядом различных форм, как показано на фигуре. Например, его можно реализовать в виде стандартного сервера 3820 или множества их в группе таких серверов. Его также можно реализовать в виде части системы 3824 серверных шкафов. В дополнение или в качестве альтернативы, его можно реализовать в персональном компьютере, включая, например, портативный компьютер 3822. В некоторых примерах, компоненты из вычислительного устройства 3800 можно объединять с другими компонентами из мобильного устройства (не показано), включая, например, устройство 3850. Каждое из таких устройств может содержать одно или несколько из вычислительных устройств 3800, 3850, и вся система может состоять из множества вычислительных устройств 3800, 3850, имеющих связь друг с другом.
Вычислительное устройство 3850 содержит процессор 3852, память 3864, устройство ввода/вывода, включая, например, дисплей 3854, интерфейс 3866 связи и приемопередающее устройство 3868, среди других компонентов. Устройство 3850 также можно обеспечить запоминающим устройством, включая, например, микронакопитель или другое устройство, для обеспечения дополнительной памяти. Каждый из компонентов 3850, 3852, 3864, 3854, 3866 и 3868 взаимосоединен при помощи различных шин, и несколько компонентов могут быть установлены на общей материнской плате или другими образами при необходимости.
Процессор 3852 может выполнять команды в вычислительном устройстве 3850, включая команды, хранящиеся в памяти 3864. Процессор может быть реализован в виде набор микросхем из микросхем, которые содержат отдельные и множественные аналоговые или цифровые процессоры. Процессор может обеспечивать, например, координацию других компонентов устройства 3850, включая, например, контроль пользовательских интерфейсов, приложений, выполняемых устройством 3850, и беспроводного соединения с устройством 3850.
Процессор 3852 может связываться с пользователем посредством интерфейса 3858 управления и дисплейного интерфейса 3856, соединенного с дисплеем 3854. Дисплей 3854 может представлять собой, например, TFT LCD (жидкокристаллический дисплей на тонкопленочных транзисторах) или дисплей на OLED (органических люминесцентных диодах), или другую подходящую технологию отображения. Дисплейный интерфейс 3856 может содержать соответствующую электрическую схему для приведения в действие дисплея 3854, чтобы представлять графические и другие данные пользователю. Интерфейс 3858 управления может получать команды от пользователя и превращать их для передачи процессору 3852. Кроме того, внешний интерфейс 3862 может сообщаться с процессором 3842 с тем, чтобы облегчать близкую связь устройства 3850 с другими устройствами. Внешний интерфейс 3862 можно обеспечивать, например, для проводной связи в некоторых реализациях или для беспроводной связи в других реализациях, и множество интерфейсов также можно использовать.
Память 3864 хранит данные в вычислительном устройстве 3850. Память 3864 можно реализовать в виде одного или нескольких машиночитаемых носителей, блока или блоков энергозависимой памяти или блока или блоков энергонезависимой памяти. Дополнительную память 3874 можно также обеспечивать и присоединять к устройству 3850 посредством интерфейса 3872, расширения, который может содержать, например, интерфейс платы SIMM (модуль памяти с однорядным расположением выводов). Такая дополнительная память 3874 может обеспечивать дополнительный объем памяти для устройства 3850 или также может хранить приложения или другие данные для устройства 3850. В частности, дополнительная память 3874 может содержать команды для выполнения или дополнения процессов, описанных выше, и может содержать также защиту данных. Таким образом, например, дополнительную память 3874 можно обеспечивать в качестве защитного модуля для устройства 3850 и можно запрограммировать командами, которые обеспечивают безопасное использование устройства 3850. Кроме того, защитные применения можно обеспечить посредством SIMM-плат вместе с дополнительными данными, включая, например, помещение идентификационных данных на SIMM-плату невзламываемым образом.
Память может содержать, например, флэш-память и/или NVRAM-память, как обсуждается ниже. В одной реализации компьютерный программный продукт практически включен в носитель данных. Компьютерный программный продукт содержит команды, которые при выполнении осуществляют один или несколько способов, включая, например, описанные выше. Носитель данных представляет собой считываемый компьютером или машиночитаемый носитель, включая, например, память 3864, дополнительную память 3874 и/или память на процессоре 3852, которую можно воспринимать, например, через приемопередающее устройство 3868 или внешний интерфейс 3862.
Устройство 3850 может беспроводно связываться посредством интерфейса 3866, связи, который может содержать блок цифровой обработки сигналов при необходимости. Интерфейс 3866 связи можно обеспечивать для связи различными образами или протоколами, включая, например, голосовые звонки GSM, SMS, EMS или передачу сообщений MMS, CDMA, TDMA, PDC, WCDMA, CDMA2000 или GPRS, среди прочего. Такая связь может происходить, например, посредством радиочастотного приемопередающего устройства 3868. Кроме того, ближняя связь может происходить, включая, например, использование Bluetooth, WiFi или другого такого приемопередающего устройства (не показано). Кроме того, приемный модуль 3870 GPS (система глобального позиционирования) может обеспечивать дополнительные навигационные и локационные беспроводные данные устройству 3850, которые могут использоваться при необходимости приложениями, работающими на устройстве 3850. Датчики и модули, такие как камеры, микрофоны, компасы, оперативные клавиши (для определения положения) и пр., могут быть включены в устройство.
Устройство 3850 также может связываться акустически, используя аудиокодек 3860, который может получать устные данные от пользователя и превращать их в пригодные цифровые данные. Аудиокодек 3860 может также генерировать слышимый звук для пользователя, включая, например, посредством микрофона, например, в мобильной трубке устройства 3850. Такой звук может включать звук от голосовых телефонных звонков, может включать записанный звук (например, голосовые сообщения, музыкальные файлы и подобное), а также может включать звук, генерируемый приложениями, работающими на устройстве 3850.
Вычислительное устройство 3850 можно реализовать рядом различных форм, как показано на фигуре. Например, его можно воплотить в виде сотового телефона 3880. Его можно также воплотить как часть смартфона 3882, «электронного помощника» или другого подобного мобильного устройства.
Различные реализации систем и техник, описанных в настоящем документе, можно реализовать в цифровой электронной схеме, интегральной электронной схеме, специально разработанных ASIC (специализированных интегральных схемах), компьютерном аппаратном обеспечении, программно-аппаратных средствах, программном обеспечении и/или их комбинациях. Эти различные реализации могут включать реализацию в одной или нескольких компьютерных программах, которые выполняются и/или интерпретируются программируемой системой, содержащей по меньшей мере один программируемый процессор, который может быть специальным или для общих целей, соединенный для получения данных и команд от и для передачи данных и команд системе хранения данных, по меньшей мере одному устройству ввода и по меньшей мере одному устройству вывода
Эти компьютерные программы (также известные как программы, программное обеспечение, приложения или код) включают машинные команды для программируемого процессора и могут быть реализованы на высокоуровневом процедурном и/или объектно-ориентированном языке программирования, и/или на языке ассемблера/машинном языке. При использовании в настоящем документе выражения машиночитаемый носитель и считываемый компьютером носитель относятся к компьютерному программному продукту, аппарату и/или устройству (например, магнитным дискам, оптическим дискам, памяти, программируемым логическим устройствам (PLD)), используемым для обеспечения машинных команд и/или данных для программируемого процессора, включая машиночитаемый носитель, который получает машинные команды.
Для обеспечения взаимосвязи с пользователем системы и техники, описанные в настоящем документе, могут быть воплощены на компьютере с устройством отображения (например, регистрирующим устройством с CRT (электронно-лучевой трубкой) или LCD (жидкокристаллическим дисплеем)) для отображения данных для пользователя и клавиатурой и указательным устройством (например, мышью или трекболом), при помощи которого пользователь может вводить вводные данные в компьютер. Другие виды устройств также можно использовать для обеспечения взаимодействия с пользователем; например, обратная связь, обеспеченная для пользователя, может быть в виде сенсорной обратной связи (например, визуальной обратной связи, слуховой обратной связи или тактильной обратной связи); и входные данные от пользователя можно получать в виде, включая акустический, речевой или тактильный ввод.
Системы и техники, описанные в настоящем документе, можно осуществлять в вычислительной системе, которая содержит back-end-компонент (например, такой как сервер базы данных), или которая содержит компонент промежуточных программных средств (например, сервер приложений), или которая содержит front-end-компонент (например, клиентский компьютер с пользовательским интерфейсом или Web-браузером, посредством которого пользователь может взаимодействовать с аппаратурным оформлением систем и техник, описанных в настоящем документе), или комбинацию таких back-end-компонентов, компонентов промежуточных программных средств или front-end-компонентов. Компоненты системы могут быть взаимосвязаны формой или средой цифровой передачи данных (например, сетью передачи данных). Примеры сетей передачи данных включают локальную сеть передачи данных (LAN), глобальную сеть передачи данных (WAN) и интернет.
Вычислительная система может содержать клиентов и серверы. Клиент и сервер обычно удалены друг от друга и обычно взаимодействуют через сеть передачи данных. Взаимосвязь клиента и сервера происходит посредством компьютерных программ, работающих на соответствующих компьютерах и имеющих взаимосвязь клиент-сервер друг с другом.
Согласно некоторым вариантам осуществления процессоры, описанные в настоящем документе, могут быть разделены, объединены или включены в один или объединенный процессор. Процессоры, показанные на фигурах, не предназначены для ограничения систем, описанных в настоящем документе, архитектурами программного обеспечения, показанными на фигурах.