JP2018501066A - 機械式人工呼吸器におけるイノベーション - Google Patents

Abstract

ユーザの胸部及び／又は腹部に対しデッドスペースを最小にして締結されるシェルと、前記シェルに取り付けられた１以上の真空及び圧縮空気チャンバと、前記真空及び圧縮空気チャンバにそれぞれ接続された真空発生及び圧縮空気発生源と、シェル及びユーザの身体の間に閉じ込められた空気を前記真空及び圧縮空気チャンバとの間で交換可能にする前記シェル上の１以上の開口と、前記真空及び圧縮空気チャンバ間を往復するバルブとを備えた陰圧型人工呼吸装置。ある実施の形態では、小さなデッドスペースと、ユーザの近くで事前発生させた真空及び圧縮空気と、高速作動バルブの使用とにより、出力要求、重量及びサイズを減少させ、安価かつ可搬型の装置が製造される。ある実施の形態では、真空及び圧縮空気発生装置がシェル自体に取り付け可能であり、当該装置が歩行型にもなる。

Description

本発明の実施の形態は、機械式人工呼吸器の分野に係り、より具体的には、自然呼吸プロセスを模した陰圧人工呼吸器タイプの可搬型かつ歩行型の医療用人工呼吸器の分野に関する。

この出願は、２０１４年１２月２６日に発明者らによりインドのムンバイ特許庁に提出された仮特許出願第４１６８／ＭＵＭ／２０１４の利益を主張する。

呼吸器疾患は、世界的にみて主要な死因であり、世界保健機構（ＷＨＯ）によれば死因のトップ１０に常に入っている。インドなどの発展途上国では、この問題はより深刻であり、呼吸器疾患は２番目に多い死因になっている。人工呼吸器は、呼吸困難及び呼吸不全の場合において不可欠な救命呼吸支援を行うために使用される。人工呼吸器は、呼吸器疾患だけでなく、心臓手術後などのような他の医療シナリオにおいても、呼吸努力を軽減し、患者のリソースを他の危機的な臓器に振り向けるために使用される。

しかしながら、従来の人工呼吸器は非常に高価であり、しばしば侵襲的であり、人工呼吸器の操作に熟練したスタッフを要する。このため、特に貧しい発展途上国において、人工呼吸器支援の供給が不足しており、それによって、多くの人々、特に社会の貧困層の人々が、医療緊急時に不可欠な救命呼吸支援を受けることができない。

また、従来の人工呼吸器は、一般に陽圧型であり、大気圧よりも高い圧力で空気を肺に押し込む。これらの人工呼吸器は、さらなる医療的合併症、例えば、高圧による換気量損傷や圧損傷、また、これらの装置の侵襲的かつ強力な特性による感染症や肺炎を引き起こし、死に至ることさえあることが知られている。実際、「人工呼吸器誘発肺損傷」（ＶＩＬＩ：Ventilator Induced Lung Injury）と呼ばれ、他とは区別された医療的傷害の分類がある。

これらの危険な「副作用」の結果として、従来の陽圧人工呼吸器は、新生児に適しておらず、特に、しばしば初期の呼吸支援が生存に必要となる早産児に適していない。早産児では、これらの装置で使用される高圧が、新生児の気管支肺異形成症や慢性肺疾患、あるいは、認知機能障害を引き起こし、重大な後遺症を招く。実際、１ｋｇ未満の幼児では「費用対効果」が良くないと考えられており、多くの尊い生命が失われている。

陰圧人工呼吸器は、先行技術にも存在し、事実、最初に開発されたタイプの人工呼吸器であり、１９５０年代のポリオ流行中に救命に用いられた唯一のタイプであった。伝統的なタイプのものは、身体全体をタンク内に入れ、タンク内を減圧することにより、肺の周囲を減圧して、大気圧で鼻孔を介して肺に空気を静かに導入し、圧力を平衡させる。従って、これらの人工呼吸器は、呼吸筋の動きが肺に陰圧を作り出し、周辺の空気が鼻腔を通って圧力を平衡させるという自然の呼吸プロセスを模している。

陰圧人工呼吸器は、非常に効果的ではあるが、それでも幾つかの欠点を有する。例えば、ネックシールが脳溢血や首の痛みを引き起こすことがある。身体全体がタンクに包み込まれるため、患者のケアも困難になる。また、身体全体が陰圧チャンバに閉じ込められるため、心臓への静脈還流が妨げられる。

ユーザの胸部及び腹部を包み込むキュイラス（胸甲）型陰圧人工呼吸器は、改良されて伝統的な陰圧人工呼吸器の上記欠点が除去されているが、なお多くの制約を有する。キュイラスは、体格が異なるユーザに適合させるために大きくて扱いにくく、長い大口径のパイプを用いて、キュイラス内に負圧を生じさせる大型の真空ポンプに接続されている。キュイラス及び広口径パイプ内には多くのデッドスペースがあり、それらを真空化しなければならず、また、所要の陰圧を迅速に発生させる必要があるため、真空ポンプは大型である必要がある。真空ポンプが大型であることにより、当該装置は、大きな電力を消費し、大きな騒音が生じ、重く高価である。従って、貧困地域、また、田舎の村のような電力が貧弱、不安定又は無供給の地域において使用することができない。

さらに、キュイラス人工呼吸器は、可搬型であるが、大型で重い真空ポンプに広口径のパイプが接続されて扱いにくいことから、歩行型ではない。

例えば、気管支喘息、気管支炎などの慢性呼吸疾患（世界中で多くの子供や大人が患っている）は、呼吸筋の疲労により、日常生活における呼吸器支援を必要する。しかし、彼らは、チューブと重い真空ポンプをつけているため、自由に動き回ることができず、それによって活動、生産性及び生活の質が大幅に制限される。

従って、例えば、ユーザ用にカスタマイズ可能な設定、安全アラーム、追加的センサー、噴霧療法、加湿等のような従来の人工呼吸器の高度な機能性の全てを備えるとともに、歩行型であり、安全、低コスト、小電力かつ使い勝手がよく、そのために、安全な方法で、日常生活を中断させることなく、全ての経済的背景をもつ人々に救命及び生活向上の呼吸支援を提供することができる人工呼吸装置が世界中で切に求められている。

本発明の実施の形態は、低コスト、小電力、可搬型及び歩行型の陰圧人工呼吸装置であって、ユーザの胸部及び／又は腹部の前部及び側部を閉じ込めるシェルと、シェルに取付けられた１以上の真空チャンバと、シェルに取付けられた１以上の圧縮空気チャンバと、前記１以上の真空チャンバに接続された真空発生源と、１以上の圧縮空気チャンバに接続された圧縮空気発生源と、シェルとユーザの身体との間に閉じ込められる空気を真空チャンバ及び圧縮空気チャンバと交換できるようにするシェル上の１以上の開口と、真空チャンバと圧縮空気チャンバとの間で往復するバルブと、シェルに取付けられ、バルブ、及び／又は、真空発生源及び圧縮空気発生源、及び／又は、前記装置のその他の任意の電子部品を制御する１以上のセンサ及び１以上の電子制御ユニットと、電子制御ユニットに取付けられ、当該装置に電源供給する１以上のバッテリ及び／又は配電線又は外部電源への電気接続部と、シェルをユーザの身体に対してシールするための軟性で快適なシール機構と、シェルをユーザの身体に対して締結するためのシェル締結機構とを含む陰圧人工呼吸装置に関する。

この装置は、非侵襲的で自然呼吸プロセスを模しており、使用のためのトレーニングを必要としない。この装置はユーザに巻き付けられ、遠隔操作でも設定が可能であり、あるいは、幾つかの実施の形態では、当該装置は、デフォルトモードで機能し、選択されたシェルの寸法に基づいて所要の呼吸リズム、呼吸数及び換気量を生成することができる。

ユーザによる吸息の開始時に、あるいは、電子制御ユニットにおいてプログラムされた所定の時間設定に基づいて、バルブが真空チャンバを開放してシェルとユーザの身体との間の空気を排出し始め、ユーザの肺の周りに陰圧が作り出され、吸息が開始され吸息が起きる。吸息の終了時には、バルブが真空チャンバを閉鎖して圧縮空気チャンバを開放し、シェルとユーザの身体との間に空気を入填し始め、呼息が開始され支援される。従って、この装置は呼吸周期の両フェーズを支援する。

真空発生源及び圧縮空気発生源は、真空チャンバを予め空にしておき、かつ、圧縮空気チャンバを予め満たしておくことによって、幾つかの実施の形態の高速作動バルブと相まって、呼吸の両サイクルが超高速に開始することが可能になる。このことにより、ユーザの呼吸努力との非常に良好な同期化が可能になるため、吸息と呼息の両方に対するユーザの努力が著しく削減される。更に、当該装置は、高速作動によって、吸息時に所望の空気量を肺に侵入させるために肺の周りで発生させる必要がある陰圧も低減する。これにより呼吸が穏やかになり、その結果、極めて安全になる。また、これにより真空発生源の電力要件が低減され、その結果、当該装置の寸法及び重量が低減される。

この装置の電力要件を低減するために、本発明は幾つかの方法を活用する。

第１に、装置に取付けられた真空チャンバ及び圧縮空気チャンバ内に、予め発生した真空及び圧縮空気が蓄積されているため、この真空及び圧縮空気がシェル上の開口を介して連通することにより、真空発生源及び圧縮空気発生源を、より小型かつ小電力にすることが可能になる。真空及び圧縮空気が予め発生するため、真空発生源及び圧縮空気発生源は、より軽い負荷を有し、従って、バルブ開口上で所望の真空又は圧縮を即時に達成するのにさほど強力でなくてよい。このことにより、真空発生源及び圧縮空気発生源は、先行技術と比較して、はるかに小型かつ小電力なものにすることができる。

第２に、ユーザの身体と真空発生源との間のデッドスペースを低減することにより、電力及び寸法の低減が達成される。このことは２つの仕方で行われる。幾つかの実施の形態において、このことは、多くの寸法のシェルから選べるためデッドスペースが最小限のぴったり合うシェルをユーザが得られることにより、及び／又は、シェルを僅かに可撓性にして真空及び圧縮空気を更に構造的に取り込めるようにし、デッドスペースを最小にすることにより、行われる。

他方の仕方としては、先行技術とは異なり、シェルを真空発生源に接続する広口径管をなくし、このことが、広口径管内部から、空にされるべきデッドスペースの容量を更に低減するということがある。これらの２つの仕方は、肺内で所望の陰圧を発生させるために排出する必要のある空気量を低減するのであり、そのことが、所要の真空発生源及び圧縮空気発生源の寸法及び重量を、従って電力要件を低減する。

第３に、幾つかの実施の形態は、マイクロ秒単位の超高速作動バルブを有する。超高速作動バルブでは、吸息時にユーザの肺に所望の空気容量を侵入させるための、真空ポンプにより発生する陰圧が、少なくて済む。本発明はここでも、ミリ秒単位で動作するバルブを活用する全ての先行技術と異なっている。全ての先行技術は、その故に、吸息時の肺における同じ空気容量を達成するための電力要件が高めである。

超高速の早開きバルブがあり、真空が予め発生する幾つかの実施の形態の別の利点として、ユーザに球麻痺（鼻の筋肉及び上気道に影響を与える特定の麻痺）がある場合に、超高速の早開きバルブ及び真空は鼻閉塞の可能性をも低減するということがある。陰圧の構築に時間がかかる場合、このようなユーザにおいては、迅速に発生する場合よりもはるかに多くの陰圧が必要になる。陰圧が高くなると、このようなユーザの上気道が崩壊し得、それにより肺への空気流が遮断される可能性がある。先行技術における全てのバルブ及びポンプはミリ秒単位で動作するが、予め蓄積しておかれる真空、及びマイクロ秒単位で作動するバルブを有することにより、この装置により発生する陰圧が非常に低いため、このことにより、このようなユーザの鼻道は崩壊しないのであり、このようなユーザにおいて使用することさえ適切になる。

上記のこと全てにより、本発明では、より低い電力を、従って小型のポンプを活用することが可能であるため、先行技術とは異なり、真空源及び圧縮空気源をシェル上に装着することさえできるのであり、装置が歩行型になる。この特徴により、この装置は、ユーザをストレッチャ上で遠隔地域から病院まで搬送する間、及び現地で搬送する間も使用することができる。真空ポンプ及び圧縮機が小型になると電力要件が低減され、装置の費用も低減する。

更に、この装置のシェルは、扱いにくいものではない。先行技術とは異なり、このシェルは軽量で寸法が小型なのであり、幾つかの実施の形態では締結時に自動的に始動することさえでき、これにより、使用が非常に容易になるであろう。

従って、本発明は、低コストであり、軽量、歩行型、可搬型であり、使用が安全かつ容易である。

幾つかの実施の形態は、装置からの排気を活用する設備をも有し、温かい加湿及び／又は霧状の空気を患者に、無視できるほどの付加的なエネルギー費用で提供する。

本発明の主たる目的は、任意の熟練した操作者なしに動作させることのできる、安全で、低コスト、軽量、小電力である人工呼吸装置を提供することである。

本発明の別の目的は、装置を歩行型にし、呼吸支援の間、ユーザが日常活動を実施して良質で生産的な生活を送ることができるようにすることである。

本発明の別の目的は、人工呼吸器シェルが、ユーザごとに最小のデッドスペースでユーザに快適に適合するよう、幾つかの寸法を経済的に作成できるようにシェルを作成することである。

本発明の別の目的は、人工呼吸器シェルを軽量かつ可撓性にし、更にシェルとユーザの身体との間の真空及び圧縮空気に耐えられるようにして、より良好で快適な適合を可能にし、漏出を低減することである。

本発明の別の目的は、ユーザの呼吸努力との瞬間的同期を提供することにより、ユーザの努力を低減することである。このことは、センサ及びマイクロ秒単位の高速作動バルブを用いて達成される。

本発明の別の目的は、ユーザの身体に対して装置を良好にシールし、ユーザの不快感を最小にする一方で、同時に漏出を防止することである。

本発明の別の目的は、装置をセットする危機的な数分間を失うことに起因した不慮によるいかなる人命の喪失をも防止するために、救命救急診療ステップが最初に少し開始された後、後になってもそのユーザに対してカスタマイズできる性能を備えた、最低限の強制呼吸で自動的に始動する人工呼吸装置を作成することである。

本発明の別の目的は、真空取出口及び圧縮空気取出口を既に有する病院又は医療施設にとって経済的な装置を作成することである。

本発明の別の目的は、外部の真空発生源及び／又は圧縮空気発生源に接続されている場合であっても寝たきりのユーザにとってより軽量かつ小電力で済む装置を作成することである。

本発明の別の目的は、圧縮機単独であっても真空及び圧縮空気を発生させることができるようにすることである。

本発明の別の目的は、ユーザにとって必要である限り、霧状の薬剤及び／又は温かい加湿空気を、無視できるほどのエネルギー費用で又は付加的なエネルギー費用なしで提供できるようにすることである。

本発明の別の目的は、運動選手、慢性的な呼吸器疾患のある者、ならびにストレス性疾患のある者にとって特に有益な呼吸トレーニングを提供することのできる装置を提供できるようにすることである。

本発明の別の目的は、低コスト、小電力、可搬型、歩行型、軽量である陽圧人工呼吸器を提供できるようにすることである。

本明細書において、例として幾つかの実施の形態及び説明の図面を使用して本発明を記載するが、本発明が、記載した１以上の図面の実施の形態に限定されるものでなく、これらの図面が様々な構成要素の大きさを表すことが意図されるものでないことを当業者であれば認識するであろう。更に、図説を容易にするために、本発明の一部を成し得る幾つかの構成要素を特定の図において説明しないことがあるが、このような省略が、概説される実施の形態を限定するものでは決してない。図面及びこれらの図面に対する詳細な説明が、開示される特定の形態に本発明を限定することが意図されるものではなく、反対に、本発明が、添付の請求項により規定されるような本発明の精神及び範囲内にある全ての修正、等価物、及び代替物を網羅すべきものであることが理解されるべきである。本明細書において使用する見出しは、編成の目的のためだけのものであり、説明又は請求項の範囲を限定するために使用されることが意味されるものではない。本願を通して使用するような単語「することができる」は、強制の意図（即ち、ねばならない、を意味する）ではなく、許可する意図（即ち、する潜在性を有する、を意味する）で使用される。同様に、単語「包含する」、「包含している」、及び「（三人称単数が）包含する」は、包含する、を意味するが、これに限定されるものではない。更に、他に言及しない限り、単語「ａ」又は「ａｎ」は「少なくとも１つの」を意味し、単語「複数」は、１以上、を意味する。

本発明の、上で参照した特徴を実施するやり方を詳細に理解することができるよう、上で簡単に概説した本発明を、実施の形態を参照することにより、より具体的に説明する。その実施の形態の幾つかを添付の図面において図説する。ただし、本発明が、等しく効果的なその他の実施の形態に通じ得るため、添付の図面は、本発明の代表的な実施の形態のみを示すこと、従って、本発明の範囲を限定するものと見なされるべきでないことに留意すべきである。

図面全体にわたって同様の構造を参照する同様の参照番号と共に以下のテキスト図を参照すれば、本発明のこれら及びその他の特徴、利益、ならびに利点が明らかになるであろう。

ユーザに締結された本発明の一実施の形態による人工呼吸装置の外観図を示す。 本発明の一実施の形態による人工呼吸装置の組立体の斜視図を示す。 真空ポンプ排気からの温かい空気が使用されて薬剤が噴霧され及び／又は空気が加湿され、この薬剤及び／又は空気がユーザの鼻孔に送出される、本発明の一実施の形態による人工呼吸装置の外観図を示す。

本発明において開示する人工呼吸装置は自然呼吸プロセスをシミュレートしている。呼吸を開始するために、この人工呼吸装置は、胸腔の周りに陰圧を直接（人工呼吸器シェルが胸部に取付けられる場合）、又は間接的に（人工呼吸器シェルが腹部に取付けられる場合であり、その場合、腹部の膨張が横隔膜を下降させ、肺を間接的に陰圧にする）のいずれかで作り出し、鼻孔を介して肺に空気を侵入させて圧力を均一にし、このように吸息を引き起こす。圧力が均一になると、装置は今度は、胸腔又は腹部の周りに圧縮空気を押し入れることにより肺の本来の弾性収縮力を支援し、このことが肺から空気を追い出すことを助け、従って呼息を支援する。

図１及び図２は、最良の態様の、又は好適な実施の形態である本発明の一実施の形態による人工呼吸装置を示す。図１は、ユーザの腹部の前部及び側部を閉じ込めるシェル１０を示しており、このシェルは、シェル１０をシールしてシェルとユーザの身体との間の空気の漏出を防止するシール１２を備えている。シェルは締結具によってユーザの身体に締結される。シェル１０へと固定されるのは、シェル１０に取付けられる組立体１４であり、この組立体は、図２に詳細に表すような、装置の他の部品を含む。組立体１４は、真空チャンバ１６及び２つの圧縮空気チャンバ１８と、バルブハウジング２０と、真空チャンバ１６及び圧縮空気チャンバ１８にそれぞれ接続された、真空ポンプ２２である真空発生源及び圧縮機２４である圧縮空気発生源とを含む。バルブハウジング２０内部に置かれたバルブ２６が、真空チャンバ１６及び圧縮空気チャンバ１８と連通する。バルブハウジング２０は、開口２８及び３０を介してシェル１０と連通する。これもシェル１０上に装着されるのは、電気接続部３４とバッテリ３６とを備えた電子制御ユニット３２である。真空チャンバ１６内、圧縮空気チャンバ１８内、及びシェル１０とユーザの身体との間に、圧力センサが存在する。真空ポンプ２２と真空チャンバ１６との間、及び圧縮機２４と圧縮空気チャンバ１８との間にそれぞれ圧力及び／又は流量調整器４４、４６が位置する。この装置は、電子制御ユニット３２に接続された有線の及び／又は無線の接続部を介してプログラムすることができるのであり、この実施の形態では、接続部はそれぞれＷｉｆｉモジュール４８及びＵＳＢケーブル５０である。シェル内の１以上の開口内に、１以上の呼吸センサが位置する。

呼吸センサにより、ユーザの吸息の開始が感知される。このことにより、真空チャンバ１６が高速作動バルブ２６により同期して開放される。真空チャンバ１６は、真空ポンプ２２により予め発生した真空を有し、次に、シェル１０内部の空気が、シェル１０上の開口２８を介して真空チャンバ１６へと侵入する。このことにより、ユーザの腹部の周りの圧力が即時に低減し、陰圧領域内への腹部の膨張が開始する。このことにより、横隔膜が縮小し、従って、同時に肺が膨張し、鼻孔を介した肺への空気の吸息が開始する。このことは、呼吸筋により肺が膨張して肺内が陰圧になり大気が鼻孔を介して肺に侵入する自然呼吸をシミュレートしている。バルブ２６がマイクロ秒単位で作動することから、また、真空が真空ポンプ２２により真空チャンバ１６内に予め発生して蓄積されることから、真空発生は瞬間的である。このことがユーザの呼吸努力を低減し、これによってユーザの利便性が増すが、非常に重要なことに、このことにより、病的な状態にあるユーザのエネルギー力を、生命に関わるその他の身体機能に活用することができる。従って、有利なことに、任意の重病のユーザにより、呼吸支援を必要としない者であっても、この装置を活用してこのユーザの身体的努力を低減することができる。

更に、電子制御ユニット３２上でプログラムされるプリセットタイミングに基づき、バルブ２６が真空チャンバ１６を開放することもできよう。

真空チャンバ１６は、一回換気量（７ｍｌ／体重１ｋｇである、呼吸ごとに取り込まれ吐き出される空気容量）を一度でまるごと排出するような寸法にすることができよう。あるいは、真空チャンバをより小型にして、シェル１０とユーザの身体との間に閉じ込められた空気を１〜２秒かけて連続的に排出するように、真空チャンバ内で発生する真空を圧力及び／又は流量調整器４４により調整し、所望の一回換気量がこの１〜２秒の間で又は任意の所望の時間において排出されるようにすることができよう。後者の形態は、必要であるチャンバが小型になり、腹部及び胸部の膨張が平滑になりぎくしゃくしなくなるため、好適である。

真空チャンバ１６内部の圧力センサ、及びユーザの身体とシェル１０との間の圧力センサは、真空ポンプ２２に、及び、圧力を調整している及び／又は流れを制御している圧力及び／又は流量調整器４４にフィードバック制御を提供し、真空チャンバ１６内で適当な真空を維持して、シェル１０とユーザの身体との間の空気を十分に排出し、所望の一回換気量が呼吸ごとに排出されるようにする。

別の実施の形態において、真空ポンプ２２及び圧縮機２４は、センサからのフィードバックに基づき、直接モータ制御することができよう。

所望の一回換気量がいったん排出されると、シェル１０とユーザの身体との間の空気を更に排出することは停止され、吸息はあったとしても所望の時間抑えておくことができ、その後、バルブ２６が真空チャンバ１６を閉じると同時に圧縮空気チャンバ１８を開放する。圧縮空気チャンバ１８からの空気がシェル１０上の開口３０を介して、シェル１０とユーザの身体との間の間隙に侵入する。この空気は腹部を活発に押圧するため、呼息中に肺の弾性ばね収縮力に起因して発生するはずの腹部の本来の脱気が支援される。このことは、完全に息を吐き出すことに障害を有する、喘息及び慢性気管支炎のような慢性的な肺病のある人々に特に役立つ。圧縮空気チャンバ１８内の圧縮空気の量及び圧力は、ユーザの身体とシェル１０の間の圧力センサ、及び圧縮空気チャンバ１８内の圧力センサからのフィードバックに基づき、圧力及び／又は流量調整器４６により調整される。

全てのセンサ、調整器４４、４６、真空ポンプ２２、及び圧縮機２４は、全ての構成要素の作動を連係させる電子制御ユニット３２により制御され、所望の圧力、流量、一回換気量、呼吸数、及び呼吸リズムが達成される。これらの設定のうちの幾つかは、制御ユニット３２へと予めプログラムしておくことができる一方で、その他の設定は、適切な計算装置又は携帯電話に接続するであろうＷｉＦｉモジュール４８又はＵＳＢケーブル５０を介して、後でいつでもプログラムすることができよう。その他の実施の形態において、同じことを、その他の任意の適切な有線又は無線手段を介して、及び、インターネットを介してさえも、行うことができる。このことにより、はるかに軽量かつ経済的な装置が可能になる。更に別の実施の形態において、人工呼吸装置は、この装置を直接プログラムするために、キーパッド及びＬＣＤ、又はタッチスクリーン、あるいは、その他の任意の適切な入力及び／又は表示装置をこの装置に取付けておくことができる。

その他の実施の形態において、その他のセンサ、例えば温度センサ、酸素飽和センサ等をも使用して、一回換気量、呼吸数、又はリズムを適宜変更することにより、ユーザに与えられる人工呼吸器支援を更に微調整することができよう。

センサから集められたユーザデータは、装置上に蓄積し、又は任意の外部装置に送信することができよう。前述したものは全て、バッテリ３６を動力源とするが、電気接続部３４を介して幹線を動力源とすることもできる。理想的には、バッテリ３６は、容易に利用可能、充電可能、及び交換可能な１以上の携帯電話バッテリである。ユーザが動き回る際には軽量バッテリで運転させて休止中には電気接続部３４を介して１以上のバッテリを充電する前記実施の形態では、ユーザは完全に動き回ることができる。電気接続部３４が装置に直接動力を与えることもできよう。

シェル１０とユーザの身体との間の軟性シール１２が、空気の漏出を防止する。好適な実施の形態における前記シール１２は、外面に膜のあるオープンセルの軟性発泡体であり、シールからの空気が大気と連通しないようにする一方でシール内での空気の移動を可能にするため、非常に軟性で快適な、更には頑丈なシールになる。

シェル１０は、幾つかの寸法において作製することができるのであり、注文製とすることさえできる。更に、シェルは僅かに可撓性とすることができるのであり、用意された寸法を更に調節することができ、従って、シェルは全てのユーザの身体にぴったり適合させることができる。このことにより、シェルとユーザの腹部との間のデッドスペースは最小になり、約１〜２リットル、好ましくは約１リットルまでになる。

更に、幾つかの実施の形態において、シェル１０及びチャンバ１６、１８は、好ましくは、支持フィンを備えた二重壁、又は狭く離間したリブ付き構造により支持される単一壁とすることのできる薄壁製であり、これにより、発生する圧力及び真空に耐える必要のあった先行技術の単純な厚いシェルよりも軽量にて、より大きい強度が可能になる。このことによってもシェルが僅かに可撓性になるのであり、このことにより、デッドスペースが少なくなって漏出の低減された、より良好かつ快適な適合が可能になる。

シェル１０は、調節可能な締結具によってユーザの身体に締結される。好適な実施の形態において、人工呼吸装置は、締結具に固着されると自動的に始動するように構成され、従って、このことにより即座の呼吸支援が可能になるのであり、この呼吸支援は、多くの事例において救命用とすることができよう。この事例における人工呼吸装置は、前記シェル寸法にとって適切なデフォルトの最小の呼吸、及び一回換気量で、自動的に始動することになろう。その後、人工呼吸装置はその後いつでも、ユーザにとって適当に設定することができよう。

通常の呼吸努力は、１人当たり２．５ワットのエネルギー消費量を必要とする。最小の可搬型人工呼吸装置は５０〜１００ワットの電力要件を有する。それに対して、本発明により、はるかに小型の真空ポンプ２２及び圧縮機２４、ならびに、５〜２０ワット、好ましくは５〜１０ワットの範囲内の、はるかに少ない電力要件が可能になる。このことは、幾つかの方法を使用することにより達成される。

まず、真空チャンバ１６及び圧縮空気チャンバ１８がそれぞれシェル１０に取付けられていることによるものがある。それらのチャンバの機能は、バルブ２６が開放するとそれぞれ即時に排出及び圧縮するための十分な真空及び圧縮空気を予め発生させることである。先行技術と比較すると、真空及び圧縮空気を、シェル１０に取付けられた真空チャンバ内及び圧縮空気チャンバ内に予め蓄積しておくことにより真空発生及び圧縮空気発生の効率が大いに改良され、小電力、軽量、及び小型寸法のポンプの使用が可能になって所望の真空及び圧縮が迅速に提供され、従って、真空源及び圧縮空気源、真空ポンプ２２、及び圧縮機２４をそれぞれシェル１０に装着することも可能になる。

この高速の真空発生は高速作動バルブ２６により支援されるが、このことにより、真空ポンプ２２により必要となる電力も低減される。というのも、所望の空気容量を肺へ吸息できるようにするためにこの瞬間的作動が必要とする陰圧の発生が、はるかに少ないからである。

更に、シェル１０とユーザの身体との間のデッドスペース、及び、シェル１０と真空ポンプ２２との間のデッドスペースも大いに低減される。先行技術の人工呼吸装置は、患者の様々な体格を収容するために、ユーザの身体とシェルとの間に非常に高いデッドスペースを有し、シェルを真空ポンプに接続するために使用される大口径管内には更なるデッドスペースを有する。その真空ポンプは過度に大型かつ重量があるため、この大きいデッドスペースを迅速に空にして所望の陰圧を発生させることはできず、真空ポンプはシェルに装着することができず、従って、先行技術の装置は歩行型にならない。

それに対して、本発明では、シェル１０が、異なるユーザを収容するために幾つかの寸法において作製され、更に僅かに可撓性かつ調節可能であるため、シェルとユーザの腹部との間のデッドスペースが最小になる。また、真空ポンプ２２とシェル１０との間に、空にすべき広口径管がない。このことは真空ポンプ２２の電力要件を低減する。というのも、真空ポンプが、十分な陰圧を作り出して肺を膨張し始めるためにこのデッドスペースから排出せねばならない空気が少なくて済むからである。そしてこのことにより、真空ポンプ２２及び圧縮機２４の寸法を小型にすることができる。

上述の人工呼吸装置は全体的に軽量であり、理想的には重量が１．５ｋｇ未満である。

本発明の別の実施の形態において、真空発生源２２及び圧縮空気発生源２４はそれぞれ、シェル１０の外側にあり、このシェルに、２つの小口径（＜１ｃｍ）パイプによって接続される。前記外部発生源はそれぞれ、病院ラインの、外部の真空ポンプ及び圧縮ポンプ、又は外部の真空取出口及び圧縮空気取出口とすることができよう。シェル１０とユーザの身体との間に少ないデッドスペースを有することにより、及び、シェル１０上に圧縮空気チャンバ及び真空チャンバを有することにより、これらの外部発生源に接続するパイプは、未満１ｃｍ、理想的には５ｍｍの小口径のものであり、好ましくは６０ｐｓｉの圧縮空気及び７５％の真空に耐えることができるものとすることができる。病院ラインにおいて標準のものであるこのような高圧及び真空を使用することにより、更に、狭口径管が所要の圧力及び真空を発生させることができ、真空源と圧縮空気源との間、及び、真空チャンバと圧縮空気チャンバとの間のデッドスペースがそれぞれ低減される。この実施の形態は、圧縮空気取出口及び真空取出口が既に利用可能である病院においては適切であり、このことにより、装置の費用が低減される。より小規模の老人ホームにおいてさえ、このような真空ライン及び圧縮空気ラインを特別に据え付けることができるのであり、これらの人工呼吸装置上で、従来の人工呼吸装置単一の費用よりも安価な費用で、多くのユーザに同時にサービスすることが可能になる。このような外部発生源ならば、寝たきりのユーザに対して、軽量で、より安価、かつ小電力で済む人工呼吸器支援を提供することもできよう。真空チャンバ内及び圧縮空気チャンバ内で所望の真空又は圧力をそれぞれ可能にするには、パイプ上の圧力及び／又は流量調整器が設置されねばならないであろう。更に、先行技術の装置とは違って、この実施の形態は、真空チャンバ内及び圧縮空気チャンバ内にそれぞれ予め蓄積される真空及び圧縮空気に起因してやはり即時に作動するものであるため、１ｃｍ未満の、理想的には約５ｍｍの、非常に狭い口径管で働くことができる。先行技術の装置は、広口径管により真空ポンプに接続される。

本発明の他の実施の形態において、圧縮機は、圧縮空気チャンバ内へと空気を圧縮すること、及び、ベンチュリの原理を介して真空チャンバを空にすることの両機能を実施する。

本発明の他の実施の形態において、組立体１４の幾つかの部品又は全ての部品が共に、シェル１０に取付け可能な別個の小片上にあり、このことにより、この別個の小片は、異なる寸法のシェルと共に使用することができる。異なる寸法のシェルを数多く提供することにより、異なる体格のユーザが、好適な１〜２リットルの範囲内の最小のデッドスペースを有するシェルを得ることが容易になる。病院、学校、鉄道等は装置を数多く蓄えておかねばならないはずである。そしてそれは費用がかかるはずである。本発明におけるシェル１０は、好ましくは、軽量かつ経済的であるため、使い捨てとすることさえできる。従って、組立体１４の幾つかの構成要素又は全ての構成要素を単一の別個のユニット上に有することにより、全てのシェルが一度に使用中ではないことから、幾つかのシェルを１つの又は少数のこのようなユニットと共に使用することができるのであり、費用は劇的に低下する。組立体１４の幾つかの構成要素又は全ての構成要素は、装置の費用のほとんどを占める。成長期の子供の場合にもこのことは有益であり、子供は成長するにつれてシェル１０を変えさえすればよい。

この装置の別の使用例として、ユーザの呼吸筋を訓練することがある。このことは、呼吸器疾患のない個人においてさえも、様々な利益のために使用することができよう。呼吸数が低減され、呼吸リズムが改良されるようにこの装置を適切にプログラムすることにより、前記装置によってユーザの呼吸筋に抵抗トレーニングを提供することができよう。この装置は、例えばユーザの吸息努力に適当な抵抗をかけることにより、あるいはユーザが深い呼息を実施するのを助けることにより、急速で浅く不規則な呼吸を不可能にするであろう。従って、腕又は身体の残部の筋肉の抵抗トレーニングと同じように、このようなトレーニングを受ける呼吸筋が訓練されるであろう。

このような筋肉が呼吸に要するエネルギーは少なくなり、運動選手にとっても、慢性的な呼吸器疾患のある患者にとっても重大なその生命エネルギーが、身体の他の領域に回るであろう。高血圧症等のようなストレス性の疾患では、ストレスを低減するにあたって、呼吸が遅くて深いほうが非常に沈静効果があるとともに有益であり、非常に癒されることも分かる。古代サンスクリットの格言が述べているように、「呼吸のために人生がある。うまく呼吸すればこの世で長生きするであろう」。実際、医学博士ドクター・アーサー・Ｃ・ガイトン（Ｄｒ．Ａｒｔｈｕｒ Ｃ．Ｇｕｙｔｏｎ， ＭＤ）が「医療生理学に関する教本」（Ｔｈｅ Ｔｅｘｔｂｏｏｋ ｏｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ）において述べているように、「全ての慢性疼痛、苦痛、及び疾病は、細胞レベルでの酸欠により引き起こされる」。

従って、本発明は、上述の数多くを患う都市の全住民にとって非常に不可欠である。本発明は、可搬型、非侵襲的で、使用が容易であり、安全かつ経済的であるため、健康増進及び疾病予防の重要な装置になることができよう。

この装置の実施の形態は、陽圧人工呼吸を提供するために使用することもできよう。特定の時間に、例えば胸部又は腹部又は背部の手術中、この装置をその陰圧モードで使用することは不可能である。このような場合、及び他の同様の場合、同じこの装置を陽圧装置として使用することもできる。圧縮空気源２４は圧縮空気チャンバ１８内に圧縮空気を満たすことになろう。そして、高速作動バルブ２６、ならびに圧力及び／又は流量調整器４６は、空気を所望の陽圧でユーザの肺へと圧送するのを助けることになろう。このような使用中、シェル１０はユーザの胸部及び／又は腹部に固定する必要はないため、ユーザの近くに横たわるものとすることができよう。

ユーザに陽圧人工呼吸を提供するために、その他の実施の形態は、真空チャンバ１６、真空発生源２２、及びシェル１０を排除して、圧縮空気チャンバ１８、高速作動バルブ２６、及び圧縮空気源２４を、所要のセンサ、制御電子機器、鼻腔パイプ及び／又はマスク及び／又はヘルメット、及び／又は気管内チューブ等と共に活用することができよう。この装置は、任意の適切な手段により患者に巻き付ける、あるいは患者の近くに置いておくことができよう。この実施の形態は、高速作動バルブ２６、及び予め蓄積された圧縮空気の利点をも有するため、従来の陽圧人工呼吸器と比較すると、必要な電力が少なくなるであろう。そして、より軽量であり、経済的である。

図３は、本発明の一実施の形態による人工呼吸装置の外観図を示す。そこでは、真空排気からの温かい空気が使用されて、薬剤が噴霧され、及び／又は空気が加湿され、この薬剤及び／又は空気がユーザの鼻孔に送出される。呼吸支援を必要とする多くのユーザにはしばしば、霧状の形態にして薬剤が送出されることが必要である。図３に示すように、一実施の形態において、真空ポンプ２２からの温かい排気が、図に示すように、パイプ５２によりユーザの鼻孔に直接運ばれ、あるいは別法として、鼻腔マスク又はヘルメットを介して運ばれる。パイプ５２は、鼻へいく途中で、薬剤及び／又は加湿器タンク５４を通り過ぎるうちに狭くなる。この狭窄部を通過する空気が、ベンチュリ効果を介して液剤及び／又は水を引き上げてこの液剤及び／又は水と混合し、薬剤及び／又は加湿空気の細かい霧を作り出す。この霧はパイプ５２を介してユーザの鼻孔まで進む。霧は、必要である限りにおいて、パイプ５２上の調整器５６により調整し、使用することができる。残余時間に真空ポンプ２２は取出口５８を介して大気に排気する。

上述の明細書において、本発明の特定の実施の形態を記載した。けれども、上で検討した様々な実施の形態、及び以下に続く請求項において明記するような本発明の精神及び範囲から逸脱することなしに様々な修正及び変更を行うことができることを、当業者ならば評価するであろう。それ故に、明細書及び図は制限的な意図ではなく説明的な意図において考慮されるべきであり、このような全ての修正が本発明の範囲内に包含されることが意図される。利益、利点、問題への解決法、及び、任意の利益、利点、又は解決法が思い浮かび得る又はより明白になり得る任意の原理が、本明細書において記載したような、重大な、所要の、あるいは必須の特徴又は要素と解釈されるべきではない。

Claims (13)

1. ユーザの胸部及び／又は腹部の前部及び側部を囲むシェルと、
   前記シェルに取付けられた１以上の真空チャンバと、
   前記シェルに取付けられた１以上の圧縮空気チャンバと、
   前記１以上の真空チャンバに接続された真空発生源と、
   前記１以上の圧縮空気チャンバに接続された圧縮空気発生源と、
   前記シェルと前記ユーザの身体との間に閉じ込められる空気を前記１以上の真空チャンバ及び圧縮空気チャンバとの間で交換可能にする前記シェル上の１以上の開口と、
   前記真空チャンバ及び圧縮空気チャンバ間を往復するバルブと、
   前記シェルに取付けられ、前記バルブ、及び／又は、前記真空発生源及び圧縮空気発生源、及び／又は、当該装置のその他の電子部品を制御する１以上のセンサ及び１以上の電子制御ユニットと、
   前記電子制御ユニットに取り付けられ、前記センサー及び電子制御ユニット、及び／又は、真空発生源及び圧縮空気発生源、及び／又は、当該装置のその他の電子部品に電源供給する１以上のバッテリ及び／又は配電線又は外部電源への電気接続部と、
   前記シェルを前記ユーザの身体に密着させるシール機構と、
   前記シェルを前記ユーザの身体に締結するシェル締結機構とを含む人工呼吸装置。
2. 前記真空発生源及び圧縮空気発生源は、真空ポンプ及びコンプレッサ、又は、ベンチュリー効果を介して真空も発生することができるコンプレッサ又はその他の手段の形態で、前記シェル上に取り付けられ、
   当該装置のいずれか又は全ての部品が、前記シェルに対する取り外しが可能な分離ユニットであり、多くのシェルサイズに取り付けることができる請求項１に記載の人工呼吸装置。
3. 前記真空発生源及び圧縮空気発生源は、外部真空ポンプ及びコンプレッサ、又は、ベンチュリー効果を介して真空も発生することができるコンプレッサ、又は、病院パイプラインの真空及び圧縮空気取出口、又は、ベンチュリー効果を介して真空も発生することができる病院パイプラインの圧縮空気取出口の形態で、前記シェルの外側にあり、
   これらの前記発生源は、小径（＜１ｃｍ）高圧パイプを用いて、前記シェルの前記真空チャンバ及び圧縮空気チャンバに接続される請求項１に記載の人工呼吸装置。
4. 前記バルブは、前記ユーザの吸入努力開始からマイクロ秒単位で、あるいは、前記電子制御ユニットのコマンドからマイクロ秒単位で超高速動作する請求項１に記載の人工呼吸装置。
5. 前記装置は、前記締結機構を締め付ける際に前記ユーザの人工呼吸を自動的に開始する請求項１に記載の人工呼吸装置。
6. 当該装置から前記ユーザの鼻へ温風を供給するパイプ及び／又は他の適切な搬送手段をさらに備え、
   薬を霧状化し及び／又は加湿し、鼻管又はマスク又はヘルメットを介して前記ユーザに運ぶことができる請求項１に記載の人工呼吸装置。
7. 前記シェルは、デッドスペースを最小にするために、複数のサイズのいずれかで作られ及び／又は調整可能であり及び／又はカスタマイズ可能である請求項１に記載の人工呼吸装置。
8. 前記シェル、及び／又は、前記真空チャンバ及び圧縮空気チャンバは、フィンにより支持された二重シェルのような薄壁で仕切られて構造的に支持された部材、又は、狭間隔のリブ又は格子構造を用いて軽量化されている請求項１に記載の人工呼吸装置。
9. 前記電子制御ユニットは、ユーザごとに設定をカスタマイズするために、適切な有線及び／又は無線手段を介して、携帯電話又はその他のコンピュータ装置のような外部プログラミング装置に接続可能であり、かつ、インターネットを介してプログラミングすることができ、又は、
   前記電子制御ユニットは、前記シェルに取り付けられ、必要に応じて当該装置に対して呼吸速度、リズム、圧力、一回換気量等のような様々な設定をプログラムするキーパッドのような入力装置及び／又は表示ユニット又はタッチスクリーンに接続される請求項１に記載の人工呼吸装置。
10. 当該装置は、例えば、ユーザの呼吸筋にウェイトトレーニングを提供し、呼吸筋の筋力を改善し、及び／又は、ユーザの呼吸の速度、リズム及び量を改善させるようにプログラムすることができる請求項１に記載の人工呼吸装置。
11. 当該装置は、鼻管及び／又はマスク及び／又はヘルメット及び／又は気管内チューブ及び／又はその他の手段を介して、陽圧人工呼吸をユーザへの提供にも使用可能である請求項１に記載の人工呼吸装置。
12. 重量２ｋｇ未満で出力２０ワット未満の軽量かつ低出力の人工呼吸装置において、
    １以上の圧縮空気チャンバと、
    前記１以上の圧縮空気チャンバに接続された圧縮空気発生源と、
    前記圧縮空気チャンバを開口させる高速作動バルブと、
    当該装置を制御する１以上のセンサ及び１以上の電子制御ユニットと、
    前記電子制御ユニットに取り付けられ、当該装置に電源供給する１以上のバッテリ及び／又は配電線又は外部電源への電気接続部と、
    鼻管及び／又はマスク及び／又はヘルメット及び／又は気管内チューブを介して、前記圧縮空気チャンバからユーザに圧縮空気を送る管とを備えた人工呼吸装置。
13. 前記シールは、外皮で覆われた連続気泡フォームで構成され、前記シール内からの空気が大気と連通するのを防止する一方、前記シール内における空気の移動を許容し、柔らかく快適で丈夫なシールであることを許容する請求項１に記載の人工呼吸装置。

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