СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ СИНТЕЗА ОКСИДА АЗОТА Российский патент 2020 года по МПК A61M16/10 

Ссылки на родственные заявки

Согласно настоящей заявке испрашивается приоритет в соответствии с предварительной заявкой на выдачу патента США №62/065,825, поданной 20 октября 2014 года под названием «Producing Nitric Oxide for Inhalation by Electric Discharge in Air», и предварительной заявкой на выдачу патента США №62/077,806, поданной 10 ноября 2014 года под названием «Synthesis of Nitric Oxide», содержание которых ссылкой полностью включено в настоящий документ.

Заявление о финансируемом из федерального бюджета исследовании

Отсутствует.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

Настоящее изобретение относится к электроплазменному синтезу оксида азота (NO) из газов и, более конкретно, к системам и способам получения безопасного NO для использования в медицинских применениях.

Оксид азота представляет собой ключевой медиатор многих биологических систем и, как известно, контролирует уровень системного и легочного артериального давления, помогает иммунной системе уничтожать проникшие в клетки инвазивные паразитирующие организмы, ингибирует деление злокачественных клеток, передает сигналы между клетками головного мозга и, среди прочего, является причиной отмирания клеток головного мозга, что ослабляет здоровье людей, перенесших инсульт или инфаркт миокарда. Оксид азота опосредует расслабление гладкой мускулатуры, находящейся, например, в стенке кровеносных сосудов, бронхов, желудочно-кишечного тракта и мочеполовых путей. Известно, что введение газообразного оксида азота в легкое с помощью ингаляции производит локализованное расслабление гладкой мускулатуры в легочных кровеносных сосудах, а также находит широкое применение для лечения легочной гипертензии, пневмонии, гипоксемической дыхательной недостаточности новорожденных и т.д., не оказывая системных побочных эффектов.

Ингаляционное поступление оксида азота может немедленно произвести сильную и селективную легочную вазодилатацию, которая улучшает согласование газообмена с перфузией, тем самым увеличивая эффективность транспорта кислорода в поврежденном легком, и вдыхание оксида азота может повысить напряжение кислорода в артериальной крови. Вдыхание оксида азота вызывает быстрое начало легочного сосудорасширяющего действия, происходящего в течение нескольких секунд после начала вдыхания при отсутствии системной вазодилатации. После вдыхания оксид азота диффундирует по сосудистой системе легких в кровоток, где он быстро инактивируется за счет комбинации с гемоглобином (реакции деоксигенации оксида азота). В связи с этим, сосудорасширяющие эффекты вдыхаемого оксида азота ограничены указанными пульмонарными терапевтическими преимуществами в лечении острой и хронической легочной гипертензии. Вдыхаемый оксид азота также можно использовать для профилактики ишемически-реперфузионного повреждения после чрескожного вмешательства на коронарных сосудах у взрослых с инфарктом миокарда. Кроме того, вдыхаемый оксид азота может производить системные противовоспалительные и антитромбоцитарные эффекты путем увеличения содержания циркулирующих биометаболитов оксида азота и с помощью других механизмов, таких как окисление циркулирующего феррогемоглобина в плазме. Наконец, оксид азота характеризуется известной противомикробной активностью.

Краткое раскрытие настоящего изобретения

Согласно настоящему изобретению предложены системы и способы получения оксида азота (NO) для использования в медицинских применениях. В частности, предложены системы и способы генерирования NO, которые способны генерировать требуемую концентрацию чистого и безопасного NO, подлежащего доставке в респираторную систему для вдыхания пациентом.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения предложено устройство для генерации оксида азота, содержащее одну или несколько пар электродов, фильтр, расположенный ниже по потоку от электродов, и поглотитель, расположенный ниже по потоку от электродов. Устройство дополнительно содержит один или несколько датчиков, выполненных с возможностью измерения по меньшей мере одного из следующего: расход газа, концентрация кислорода выше по потоку от электродов, концентрация оксида азота ниже по потоку от поглотителя и концентрация диоксида азота ниже поглотителя, и контроллер, соединенный с электродами и одним или несколькими датчиками и выполненный с возможностью подавать на электроды электрический сигнал, регулирующий момент искрообразования и характеристики искрообразования электродов. Характеристики искрообразования электродов определяют концентрацию оксида азота, генерируемого электродами.

Согласно некоторым вариантам осуществления электроды содержат по меньшей мере одно из следующего: карбид вольфрама, углерод, никель, иридий, титан, рений и платина.

Согласно некоторым вариантам осуществления электроды содержат иридий.

Согласно некоторым вариантам осуществления поглотитель изготовлен из гидроксида кальция.

Согласно некоторым вариантам осуществления один или несколько датчиков включают в себя измеритель расхода газа в дыхательных путях, расположенный ниже по потоку от электродов, датчик кислорода, расположенный выше по потоку от электродов, датчик оксида азота, расположенный ниже по потоку от поглотителя, и датчик диоксида азота, расположенный ниже по потоку от поглотителя.

Согласно некоторым вариантам осуществления индукционная катушка связана с контроллером и электродами.

Согласно некоторым вариантам осуществления контроллер дополнительно сконфигурирован таким образом, чтобы подавать команду индукционной катушке на подачу накопленной электрической энергии на электроды.

Согласно некоторым вариантам осуществления электрический сигнал, подаваемый на электроды, регулирует по меньшей мере одно из следующего: количество групп искровых разрядов электродов в секунду, количество отдельных искровых разрядов электродов на группу искровых разрядов, время между отдельными искровыми разрядами электродов и длительность импульса.

Согласно некоторым вариантам осуществления контроллер дополнительно сконфигурирован таким образом, чтобы изменять по меньшей мере одно из следующего: количество групп искровых разрядов электродов в секунду, количество отдельных искровых разрядов электродов на группу искровых разрядов, время между отдельными искровыми разрядами электродов и длительность импульса, в ответ на обратную связь от одного или нескольких датчиков.

Согласно некоторым вариантам осуществления устройство дополнительно содержит газовый насос, расположенный выше по потоку от электродов.

Согласно некоторым вариантам осуществления один или несколько датчиков обеспечивают индикацию вдоха.

Согласно некоторым вариантам осуществления контроллер дополнительно сконфигурирован таким образом, чтобы подавать электрический сигнал на электроды в ответ на обнаружение вдоха.

Согласно некоторым вариантам осуществления фильтр выполнен с возможностью фильтрования находящихся ниже по потоку от электродов частиц с диаметром более приблизительно 0,22 мкм.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложено устройство для генерации оксида азота, предназначенное для встраивания в респираторную систему, содержащую дыхательное устройство, линию вдоха и измеритель расхода газа в дыхательных путях, расположенный на линии вдоха. Устройство содержит одну или несколько пар электродов, сообщающихся с линией вдоха, фильтр, расположенный ниже по потоку от электродов, и поглотитель, расположенный ниже по потоку от электродов. Устройство дополнительно содержит один или несколько датчиков, выполненных с возможностью измерения по меньшей мере одного из следующего: концентрация кислорода выше по потоку от электродов, барометрическое давление, концентрация оксида азота ниже по потоку от поглотителя и концентрация диоксида азота ниже по потоку от поглотителя, и контроллер, связанный с электродами, одним или несколькими датчиками и измерителем расхода газа в дыхательных путях и выполненный с возможностью подавать электрический сигнал на электроды, который контролирует момент искрообразования и характеристики искрообразования электродов. Характеристики искрообразования электродов определяют концентрацию оксида азота, генерируемого электродами.

Согласно некоторым вариантам осуществления электроды расположены между входом и выходом, причем выход соединен с линией вдоха.

Согласно некоторым вариантам осуществления электроды по меньшей мере частично интегрированы в линию вдоха.

Согласно некоторым вариантам осуществления фильтр расположен на линии вдоха.

Согласно некоторым вариантам осуществления поглотитель расположен на линии вдоха.

Согласно некоторым вариантам осуществления электроды содержат по меньшей мере одно из следующего: карбид вольфрама, углерод, никель, иридий, титан, рений и платина.

Согласно некоторым вариантам осуществления электроды содержат иридий.

Согласно некоторым вариантам осуществления поглотитель изготовлен из гидроксида кальция.

Согласно некоторым вариантам осуществления один или несколько датчиков включают в себя датчик кислорода, расположенный выше по потоку от электродов, датчик оксида азота, расположенный ниже по потоку от поглотителя, и датчик диоксида азота, расположенный ниже по потоку от поглотителя.

Согласно некоторым вариантам осуществления индукционная катушка связана с контроллером и электродами.

Согласно некоторым вариантам осуществления контроллер дополнительно сконфигурирован таким образом, чтобы подавать команду индукционной катушке на подачу накопленной электрической энергии на электроды.

Согласно некоторым вариантам осуществления электрический сигнал, подаваемый на электроды, регулирует по меньшей мере одно из следующего: количество групп искровых разрядов электродов в секунду, количество отдельных искровых разрядов электродов на группу искровых разрядов, время между отдельными искровыми разрядами электродов и длительность импульса.

Согласно некоторым вариантам осуществления контроллер дополнительно сконфигурирован таким образом, чтобы изменять по меньшей мере одно из следующего: количество групп искровых разрядов электродов в секунду, количество отдельных искровых разрядов электродов на группу искровых разрядов, время между отдельными искровыми разрядами электродов и длительность импульса, в ответ на обратную связь от одного или нескольких датчиков.

Согласно некоторьм вариантам осуществления устройство дополнительно содержит газовый насос, расположенный выше по потоку от электродов.

Согласно некоторым вариантам осуществления измеритель расхода газа в дыхательных путях обеспечивает индикацию вдоха.

Согласно некоторым вариантам осуществления контроллер дополнительно сконфигурирован таким образом, чтобы подавать электрический сигнал на электроды в ответ на обнаружение вдоха.

Согласно некоторым вариантам осуществления фильтр выполнен с возможностью фильтрования находящихся ниже по потоку от электродов частиц с диаметром более приблизительно 0,22 мкм.

Согласно некоторым вариантам осуществления дыхательное устройство содержит одно из следующего: вентиляционная система, система для самостоятельного дыхания с постоянно положительным давлением (CPAP), высокочастотный вибрационный вентилятор (HFOV), лицевая маску, носовая канюлю или ингалятор.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложено устройство для генерации оксида азота, предназначенное для встраивания в респираторную систему, содержащую дыхательное устройство и линию вдоха. Устройство содержит камеру, содержащую вход камеры и по меньшей мере одну или несколько пар электродов, расположенных внутри камеры, и главную камеру, сконфигурированную для обеспечения протока к дыхательным путям пациента. Устройство дополнительно содержит фильтр, расположенный ниже по потоку от электродов, поглотитель, расположенный ниже по потоку от электродов, и один или несколько датчиков, выполненных с возможностью измерения по меньшей мере одного из следующего: концентрация кислорода выше по потоку от электродов, барометрическое давление, концентрация оксида азота ниже по потоку от поглотителя и концентрация диоксида азота ниже по потоку от поглотителя. Устройство дополнительно содержит контроллер, связанный с электродами и одним или несколькими датчиками. Контроллер выполнен с возможностью подавать электрический сигнал на электроды, который контролирует момент зажигания и характеристики искрообразования электродов. Камера сообщается с главной камерой, и газ в камере немеханическим путем втягивается в главную камеру.

Согласно некоторым вариантам осуществления главная камера содержит трубку Вентури.

Согласно некоторым вариантам осуществления устройство дополнительно содержит канал, соединяющий камеру с трубкой Вентури главной камеры.

Согласно некоторым вариантам осуществления поток газа через трубку Вентури сконфигурирован таким образом, чтобы создавать разрежение в камере.

Согласно некоторым вариантам осуществления устройство дополнительно содержит входной поглотитель, расположенный выше по потоку от входа камеры.

Согласно некоторым вариантам осуществления устройство дополнительно содержит входной фильтр, расположенный выше по потоку от входа камеры.

Согласно некоторым вариантам осуществления главная камера и камера ограничивают параллельный путь.

Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения предложен способ генерации оксида азота в респираторной системе, содержащей дыхательное устройство, сообщающееся с дыхательными путями пациента. Способ предусматривает соединение генератора оксида азота, содержащего пару электродов, с дыхательными путями пациента, активирование генератора оксида азота для получения требуемой концентрации газообразного оксида азота и определение требуемых характеристик искрообразования электродов для получения требуемой концентрации газообразного оксида азота. Способ дополнительно предусматривает, после того как характеристики искрообразования определены, подачу электрического сигнала на электроды, который инициирует требуемые характеристики искрообразования между электродами для генерации требуемой концентрации газообразного оксида азота в потоке газа, подаваемого к дыхательным путям пациента.

Согласно некоторым вариантам осуществления активирование генератора оксида азота для получения требуемой концентрации газообразного оксида азота предусматривает: мониторинг по меньшей мере одного из следующего: расход подаваемого пациенту газа, температура подаваемого пациенту газа и давление подаваемого пациенту газа, обнаружение изменения по меньшей мере одного из следующего: расход подаваемого пациенту газа, температура подаваемого пациенту газа и давление подаваемого пациенту газа, и определение того, что обнаруженное изменение указывает на событие вдоха.

Согласно некоторым вариантам осуществления способ дополнительно предусматривает фильтрование твердых частиц в потоке подаваемого пациенту газа.

Согласно некоторым вариантам осуществления способ дополнительно предусматривает захватывание по меньшей мере одного из диоксида азота и озона в потоке подаваемого пациенту газа.

Согласно некоторым вариантам осуществления определение требуемых характеристик искрообразования электродов предусматривает: измерение атмосферного давления; и определение количества групп искровых разрядов электродов в секунду, количества отдельных искровых разрядов электродов на группу искровых разрядов, времени между отдельными искровыми разрядами электродов и длительности импульса.

Согласно некоторым вариантам осуществления способ дополнительно предусматривает: мониторинг концентрации оксида азота ниже по потоку от электродов, определение того, что концентрация оксида азота не равна требуемой концентрации оксида азота, и в ответ на определение того, что концентрация оксида азота ниже по потоку от электродов не равна требуемой концентрации оксида азота, изменение посредством электрического сигнала по меньшей мере одного из следующего: количество групп искровых разрядов электродов в секунду, количество отдельных искровых разрядов электродов на группу искровых разрядов, время между отдельными искровыми разрядами электродов и длительность импульса.

Согласно некоторым вариантам осуществления способ дополнительно предусматривает: мониторинг концентрации диоксида азота ниже по потоку от электродов; определение того, что концентрация диоксида азота превышает предварительно заданную максимальную концентрацию; и при определении того, что концентрация диоксида азота ниже по потоку от электродов превышает предварительно заданную максимальную концентрацию, прекращение подачи электрического сигнала на электроды.

Вышеизложенные и другие аспекты и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из последующего описания. Настоящее описание содержит отсылки к прилагаемым фигурам, которые составляют его часть и на которых в качестве иллюстрации представлен предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения. Тем не менее, такой вариант осуществления не обязательно является исчерпывающим, и объем настоящего изобретения ограничен лишь прилагаемой формулой изобретения.

Краткое описание фигур

Настоящее изобретение станет более понятным и признаки, аспекты и преимущества, отличные от представленных выше, станут очевидными при рассмотрении представленного ниже подробного раскрытия, выполненного со ссылкой на прилагаемые фигуры, где:

На фиг. 1 показана схематическая иллюстрация респираторной системы согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 2 показана подробная схема генератора оксида азота в респираторной системе, показанной на фиг. 1, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 3 показан электрический сигнал, подаваемый на электроды генератора оксида азота, показанного на фиг. 2, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 4 показана схематическая иллюстрация респираторной системы согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 5 показана подробная схема генератора оксида азота в респираторной системе, показанной на фиг. 4, согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 6 показана одна реализация генератора оксида азота, показанного на фиг. 5, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 7 показана респираторная система согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 8 показана респираторная система согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 9 показана блок-схема, иллюстрирующая этапы использования респираторной системы согласно настоящему изобретению.

На фиг. 10 показана схема, используемая для испытания генератора оксида азота согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 11 показан график, на котором проиллюстрированы концентрации NO и NO₂, образованные при испытании генератора оксида азота, показанного на фиг. 2.

На фиг. 12 показан график, на котором проиллюстрированы концентрации NO и NO₂, образованные генератором оксида азота, показанным на фиг. 2, в течение 10-дневного испытания.

На фиг. 13А показан график, на котором проиллюстрирован эффект различного количества искровых групп в секунду на концентрацию NO и NO₂ для генератора оксида азота, показанного на фиг. 2.

На фиг. 13B показан график, на котором проиллюстрирован эффект разного количества искровых разрядов на концентрацию NO и NO₂ для генератора оксида азота, показанного на фиг. 2.

На фиг. 13С показан график, на котором проиллюстрирован эффект изменения времени между искровыми разрядами на концентрацию NO и NO₂ для генератора оксида азота, показанного на фиг. 2.

На фин. 13D показан график, на котором проиллюстрирован эффект изменения длительности импульса на концентрацию NO и NO₂ для генератора оксида азота, показанного на фиг. 2.

На фиг. 14 показан график, на котором проиллюстрированы концентрации NO и NO₂, образованные генератором оксида азота, показанным на фиг. 2, при изменяющихся значениях атмосферного давления.

На фиг. 15 показан график, на котором проиллюстрированы концентрации NO и NO₂ на входе и на выходе из поглотителя, следующего за генератором оксида азота и включенного последовательно с генератором оксида азота, показанным на фиг. 2.

На фиг. 16 показан график, на котором проиллюстрированы концентрации NO и NO₂ на входе и на выходе из поглотителя генератора оксида азота, показанного на фиг. 5.

На фиг. 17 показан график, на котором проиллюстрированы концентрации озона (О₃) на входе и на выходе из поглотителя генератора оксида азота, показанного на фиг. 2.

На фиг. 18А показано увеличенное изображение неиспользованного наконечника электрода.

На фиг. 18B показано увеличенное изображение наконечника электрода, показанного на фиг. 18А, после непрерывного искрообразования в течение 10 дней.

На фиг. 19А показано увеличенное изображение неиспользованного фильтра.

На фиг. 19B показано увеличенное изображение фильтра, показанного на фиг. 19А, после того, как он был расположен ниже по потоку от электродов, генерирующих искровой разряд в течение 10 дней.

На фиг. 20А показан график, на котором проиллюстрированы результаты энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX) фильтра, показанного на фиг. 19A.

На фиг. 20B показан график, на котором проиллюстрированы результаты рентгеновской спектроскопии (EDX) фильтра, показанного на фиг. 19B.

На фиг. 21 показан график, на котором проиллюстрировано отношение NO₂/NO, образованных электродами, изготовленными из различных металлов.

На фиг. 22 показан график, на котором проиллюстрированы концентрации NO и NO₂, образованные с микропористой мембраной, покрывающей генератор оксида азота, показанный на фиг. 5, и без нее.

На фиг. 23А показан график, на котором проиллюстрированы показатели среднего давления крови в легочной артерии (РАР) у подвергнутого анестезии ягненка с острой легочной гипертензией вследствие инфузии U46619 после ингаляции оксида азота, образованного с использованием респираторной системы, показанной на фиг. 1, и оксида азота, доставленного из газового баллона со сжатыми NO/N₂.

На фиг. 23B показан график, на котором проиллюстрированы индексы сопротивления кровотоку в кровеносных сосудах легких (PVRI) у подвергнутого анестезии ягненка с острой легочной гипертензией после ингаляции оксида азота, образованного с использованием респираторной системы согласно, показанной на фиг. 1, и оксида азота, доставленного из газового баллона со сжатыми NO/N₂.

На фиг. 24А показан график, иллюстрирующий средние показатели давления крови в легочной артерии (РАР) у подвергнутого анестезии ягненка с острой легочной гипертензией после ингаляции оксида азота, полученного с использованием респираторной системы, показанной на фиг. 4, с генератором оксида азота, непрерывно искрящимся и сравнимым с оксидом азота, поданным из баллона с сжатым газом.

На фиг. 24B показан график, на котором проиллюстрированы индексы сопротивления кровотоку в кровеносных сосудах легких (PVRI) у подвергнутого анестезии ягненка с острой легочной гипертензией после ингаляции оксида азота, образованного с использованием респираторной системы, показанной на фиг. 4, в состав которой входит генератор оксида азота с непрерывным искрообразованием, и оксида азота, доставленного из баллона со сжатым газом.

На фиг. 25А показан график, на котором проиллюстрированы показатели среднего давления крови в легочной артерии (РАР) у подвергнутого анестезии ягненка с острой легочной гипертензией после ингаляции оксида азота, образованного с использованием респираторной системы, показанной на фиг. 4, в состав которой входит генератор оксида азота с периодическим искрообразованием, и оксида азота, доставленного из баллона со сжатым газом.

На фиг. 25B показан график, на котором проиллюстрированы индексы сопротивления кровотоку в кровеносных сосудах легких (PVRI) у подвергнутого анестезии ягненка с острой легочной гипертензией после ингаляции оксида азота, образованного с использованием респираторной системы, показанной на фиг. 2, в состав которой входит генератор оксида азота с периодическим искрообразованием, и оксида азота, доставленного из баллона со сжатым газом.

Подробное раскрытие настоящего изобретения

Термины «выше» и «ниже» в настоящем документе представляют собой термины, которые указывают на направление относительно потока газа. Термин «ниже» соответствует направлению потока газа, тогда как термин «выше» соответствует направлению, противоположному потоку газа, или против направления потока газа.

В настоящее время проведение ингаляционной терапии оксидом азота (NO) требует применения баллонов со сжатым газом, распределительной сети для газового баллона, сложного устройства для доставки, устройств для мониторинга газа и калибровочных устройств, а также обученного персонала по респираторной терапии. В связи с указанными выше требованиями проведение терапии оксидом азота является дорогостоящим для учреждения (например, больницы), производящего проведение терапии оксидом азота, и, следовательно, для получающего терапию оксидом азота пациента. Для многих учреждений ингаляционная терапия оксидом азота может являться одним из наиболее дорогостоящих процессов, используемых в неонатальной медицине. Необходимость использования громоздких газовых баллонов и высокая стоимость ингаляционной терапии оксидом азота приводят к тому, что проведение ингаляционной терапии оксидом азота недоступно в большинстве стран мира, а также недоступно для амбулаторного применения.

Ранее предпринимались попытки использования различных способов для получения оксида азота для биомедицинских целей, например, химическое получение NO из N₂O₄, требующее дорогостоящей очистки с помощью антиоксидантов. Также были предприняты попытки использования различных электрических систем, например, на основе импульсной дуги, скользящей дуги, диэлектрического барьера, СВЧ, коронного разряда, индуцированного радиочастотным излучением сопряженного разряда и нетермического высокочастотного плазменного разряда при атмосферном давлении. Тем не менее, известные системы и способы производят большие количества вредных побочных продуктов (например, диоксид азота (NO₂) и озон (О₃)) и требуют сложных систем очистки.

Таким образом, исходя из существующих в настоящее время трудностей в отношении введения и генерации NO для ингаляционной терапии, существует необходимость в создании облегченного и экономичного генератора NO, который можно использовать для ингаляционной терапии оксидом азота у постели пациента или в переносных установках. Кроме того, существует необходимость в создании генератора NO, который может быть легко подсоединен к вентиляционным системам или интегрирован в них. С точки зрения безопасности предпочтительно, чтобы генерируемый NO был максимально чистым, чтобы даже в случае, когда поглотитель является неисправным или изношенным, доставляемый пациенту NO не был загрязнен NO₂ или О₃.

На фиг. 1 показана респираторная система 10 для введения NO пациенту 11 согласно одному неограничивающему примеру настоящего изобретения. Респираторная система 10 содержит дыхательное устройство 12 и генератор 14 NO. Согласно некоторым неограничивающим примерам дыхательное устройство 12 может представлять собой вентиляционную систему, систему для самостоятельного дыхания с постоянно положительным давлением (СРАР), высокочастотный вибрационный вентилятор (HFOV), лицевую маску, носовую канюлю или ингалятор. Дыхательное устройство 12 выполнено с возможностью обеспечивать прохождение газа к дыхательным путям пациента 11 и от них. Согласно некоторым неограничивающим примерам дыхательная система 12 может обеспечивать пациенту механическую вентиляцию (т.е. создавать положительное давление для наполнения легких пациента 11). Согласно другим неограничивающим примерам пациент 11 может дышать самостоятельно, и дыхательная система 12 может обеспечивать проток к дыхательным путям пациента 11. Проиллюстрированная дыхательная система 12 содержит линию 18 вдоха, линию 20 выхода и измеритель 22 расхода газа в дыхательных путях, соединенный с линией 18 вдоха. Вентилятор 16 может представлять собой коммерчески доступный механический вентилятор, используемый в биомедицинских применениях (например, ингаляционной терапии). Как известно в области техники, механический вентилятор 16 выполнен с возможностью подавать поток газа (например, воздуха или газовой смеси азота и кислорода) через линию 18 вдоха к дыхательным путям пациента 11. Впоследствии, вентилятор 16 выполнен с возможностью удалять поток газа (например, выдыхаемый газ) через линию 20 выхода из дыхательных путей пациента 11. Таким образом, вентилятор 16 может искусственно воспроизводить процесс дыхания у пациента 11. Измеритель 22 расхода газа в дыхательных путях измеряет расход газа в линии 18 вдоха. Согласно одному неограничивающему примеру измеритель 22 расхода газа в дыхательных путях может контролировать синхронизацию по времени и количество NO, генерируемого при помощи искрового плазменного разряда в генераторе 14 NO.

Генератор 14 NO расположен между входом 24 и выходом 26. Газ (например, воздух или газовую смесь азота и кислорода) втягивают в генератор 14 NO на входе 24. Генератор 14 NO выполнен с возможностью генерировать заданную концентрацию NO, вдыхаемого пациентом 11, как будет описано подробно ниже. NO-содержащий газ доставляют из генератора 14 NO к выходу 26. Выход 26 соединен с линией 18 вдоха дыхательного устройства 12 выше по потоку от измерителя 22 расхода газа в дыхательных путях.

Респираторная система 10 содержит входной фильтр 28, газовый насос 30, датчик 32 расхода газа, которые расположены выше по потоку от генератора 14 NO. Входной фильтр 28 расположен ниже по потоку от входа 24 и выше по потоку от газового насоса 30. Датчик 32 расхода газа расположен ниже по потоку от газового насоса 30 и выше по потоку от генератора 14 NO. Согласно одному неограничивающему примеру входной фильтр 28 может быть сконфигурирован таким образом, чтобы отфильтровывать частицы, капли воды и бактерии с диаметром, превышающим приблизительно 0,22 микрометров (мкм). Следует понимать, что размер частиц, отфильтрованных с помощью входного фильтра 28, не является ни в коей мере ограничивающим, и альтернативные входные фильтры, которые фильтруют другие размеры частиц, находятся в пределах объема настоящего изобретения. Согласно другим неограничивающим примерам входной фильтр 28 можно удалить, если текучая среда, доставленная к входу 24, предварительно обработана (т.е. отфильтрована и высушена). Согласно некоторым вариантам осуществления входной поглотитель (не показан) может быть расположен выше по потоку от входного фильтра 28 для удаления, например, СО₂ из входного газа. Удаление СО₂ из входного газа устраняет необходимость удаления СО₂ из газа, выходящего из генератора 14 NO.

Газовый насос 30 выполнен с возможностью втягивать газ из входа 24 и нагнетать газ при повышенном давлении в генератор 14 NO и на выход 26. Следует отметить, что согласно другим неограничивающим примерам газовый насос 30 можно заменить вентилятором или устройством сильфонного типа. Датчик 32 расхода газа выполнен с возможностью измерения расхода газа, проходящего от газового насоса 30 к генератору 14 NO. Контроллер 33 связан с генератором 14 NO, газовым насосом 30, датчиком 32 расхода газа и измерителем 22 расхода газа в дыхательных путях. Контроллер 33 выполнен с возможностью контролировать работу генератора 14 NO и газового насоса 30, как будет описано подробно ниже.

Как показано на фиг. 2, генератор 14 NO содержит датчик 34 кислорода, расположенный выше по потоку от электродов 36. Датчик 34 кислорода измеряет концентрацию кислорода в газе, подаваемом газовым насосом 30 к электродам 36. Согласно некоторым неограничивающим примерам электроды 36 могут содержать одну или несколько пар отдельных электродов, которые могут быть покрыты карбидом вольфрама, углеродом, никелем, иридием, титаном, платиной, рением или сплавом вышеупомянутых материалов или изготовлены из них. Согласно одному неограничивающему примеру электроды 36 покрыты иридием или изготовлены из него, поскольку, как описано ниже, иридий может производить пониженную концентрацию NO₂ относительно концентрации генерируемого NO, что является важным фактором безопасности генератора 14 NO.

Индукционная катушка 38 связана с электродами 36 и выполнена с возможностью накапливать и высвобождать электрическую энергию. Энергию, накопленную индукционной катушкой 38, подают на электроды 36 для создания плазмы в зазоре между электродами 36. Плазма, генерируемая между электродами 36, генерирует NO, при условии, что азот и кислород присутствуют в газе, подаваемом на электроды 36. Контроллер 33 связан с индукционной катушкой 38 и выполнен с возможностью контролировать момент подачи индукционной катушкой 38 накопленной энергии и, следовательно, контролировать момент искрообразования между электродами 36 (т.е. момент образования плазмы и генерирования NO). Следует отметить, что согласно некоторым неограничивающим примерам контроллер 33 можно быть объединен с генератором 14 NO в единый портативный блок.

Ниже по потоку от электродов 36 генератор 14 NO содержит поглотитель 42, выходной фильтр 44, датчик 46 NO и датчик 48 NO₂. Выходной фильтр 44 расположен выше по потоку от датчиков 46 и 48 NO и NO₂ и ниже по потоку от поглотителя 42. Поглотитель 42 выполнен с возможностью удаления вредных побочных продуктов (например, NO₂ и О₃), произведенных в плазме, созданной искровым разрядом между электродами 36. Согласно одному неограничивающему примеру поглотитель 42 может быть изготовлен из гидроксида кальция (Са(OH)₂). Выходной фильтр 44 выполнен с возможностью фильтрования частиц (например, фрагментов из поглотителя 42 и/или частиц, которые откололись от электродов 36 при искрообразовании) в текучей среде, проходящей от электродов 36 к выходу 26. Наличие фильтра может предотвратить вдыхание пациентом 11 содержащего такие частицы газа, а также частиц электродов, которые испаряются вследствие высоких температур при искрообразовании. Согласно одному неограничивающему примеру выходной фильтр 44 может быть выполнен с возможностью фильтрования частиц с диаметром, составляющим больше или меньше чем приблизительно 0,22 мкм. Следует понимать, что размер частиц, отфильтрованных с помощью выходного фильтра 44, не является ни в коей мере ограничивающим, и альтернативные выходные фильтры, которые фильтруют другие размеры частиц, находятся в пределах объема настоящего изобретения. Тем не менее, размер частиц, отфильтрованных с помощью выходного фильтра 44, должен быть достаточно мелким для обеспечения безопасности и предотвращения отрицательного влияния на здоровье пациента 11.

Датчик 46 NO измеряет концентрацию NO в газе, проходящем от электродов 36 к выходу 26, и датчик 48 NO₂ измеряет концентрацию NO₂ в текучей среде, проходящей от электродов 36 к выходу 26.

Рассмотрим далее фиг. 2, контроллер 33 получает входное питание от блока 50 питания. Согласно одному неограничивающему примеру блок 50 питания может являться внешним по отношению к генератору 14 NO (например, блок питания розеточного типа). Согласно другому неограничивающему примеру блок 50 питания можно интегрировать в генератор 14 NO. Согласно такому неограничивающему примеру блок 50 питания может быть выполнен в форме батареи или перезаряжаемой аккумуляторной батареи. Контроллер 33 содержит приемопередатчик 52 и коммуникационный порт 54. Контроллер 33 может быть выполнен с возможностью обмениваться данными по беспроводной сети при помощи приемопередатчика 52 с внешним процессором (не показан) и/или дисплеем (не показан) с использованием Bluetooth®, WiFi или любого протокола беспроводной связи, известного в области техники или разработанного в будущем. Альтернативно или дополнительно, контроллер 33 может быть выполнен с возможностью обмениваться данными при помощи коммуникационного порта 54 с внешним процессором (не показан) и/или дисплеем (не показан) с использованием USB-соединения, Интернет-соединения или любого протокола проводной связи, известного в области техники или разработанного в будущем.

Контроллер 33 связан с газовым насосом 30, датчиком 32 расхода газа, датчиком 34 кислорода, датчиком 46 NO и датчиком 48 NO₂. Во время эксплуатации контроллер 33 выполнен с возможностью контролировать объемную производительность (т.е. расход газа от входа 24 к выходу 26) газового насоса 30. Например, требуемый расход, составляющий 5 литров в минуту (л/мин), может быть введен в контроллер 33 с помощью внешнего процессора. Согласно такому неограничивающему примеру контроллер 33 может регулировать объемную производительность газового насоса 30 в ответ на расход, измеренный датчиком 32 расхода газа, чтобы попытаться поддержать расход в пределах заданного предела, составляющего приблизительно 5 л/мин.

Концентрации, измеренные датчиком 34 кислорода, датчиком 46 NO и датчиком 48 NO₂, передают на контроллер 33. Во время эксплуатации контроллер 33 выполнен с возможностью изменять время срабатывания и характеристики искрообразования электродов 36 в ответ на измерения датчика 34 кислорода, датчика 46 NO и датчика 48 NO₂ и измерителя 22 расхода газа в дыхательных путях. Согласно одному неограничивающему примеру время срабатывания электродов 36 можно соотнести с вдохом пациента 11. Как показано на фиг. 3, контроллер 33 выполнен с возможностью подавать на индукционную катушку 38 и, тем самым, на электроды 36 электрический сигнал, который содержит множество прямоугольных колебаний. Согласно неограничивающему примеру, представленному на фиг. 3, электрический сигнал, подаваемый на электроды 36 контроллером 33, может включать в себя группы прямоугольных колебаний, в которых каждый отдельное прямоугольное колебание в соответствующей группе представляет искровой разряд, генерируемый между электродами 36. Согласно такому неограничивающему примеру контроллер 33 может быть выполнен с возможностью контролировать количество групп искровых разрядов в секунду (В), количество отдельных искровых разрядов на группу (N), время между отдельными искровыми разрядами (Р) и длительность импульса для каждого отдельного прямоугольного колебания в группе (Н).

Изменение значений В, N, Р и Н может изменять значения концентрации NO и NO₂, генерируемых генератором 14 NO, как будет описано подробно ниже. Данные, собранные от изменяющихся В, N, Р и Н, можно использовать для разработки теоретической модели генерации для данной концентрации NO. Теоретическую модель можно дополнительно уточнить путем испытания генератора 14 NO при различных значениях концентрации кислорода, давления, влажности и температуры. Затем, зная концентрацию кислорода, давление, температуру и/или влажность текучей среды, проходящей к электродам 36, контроллер 33 может рассчитать идеальные значения В, N, Р и Н для генерации требуемой концентрации NO. Датчик 46 NO осуществляет мониторинг концентрации произведенного NO и обеспечивает обратную связь на контроллер 33, который в ответ на концентрацию произведенного NO, отклоняющуюся от требуемой концентрации, может изменять значения В, N, Р и/или Н соответствующим образом.

Согласно одному неограничивающему примеру концентрация кислорода в газе, подаваемом на электроды 36, может представлять собой постоянное, известное значение (например, воздух с 21% О₂), которое вводят в контроллер 33. Согласно такому неограничивающему примеру датчик 34 кислорода может отсутствовать в генераторе 14 NO. Альтернативно или дополнительно, датчик давления (не показан) можно быть расположен выше по потоку от электродов 36 для измерения окружающего давления. Как описано ниже, количество NO, произведенного генератором 14 NO, может представлять собой функцию атмосферного давления. Согласно одному неограничивающему примеру контроллер 33 может быть выполнен с возможностью регулировать характеристики искрообразования электродов 36 в ответ на давление, измеренное датчиком давления. Альтернативно или дополнительно, контроллер 33 может быть выполнен с возможностью мониторинга состояния или износа поглотителя 42 путем определения того, превышает ли концентрация NO₂, измеренная датчиком 48 NO₂, заданное значение. Если концентрация NO₂ превышает заданное значение, то поглотитель 42 может быть истощен, при этом контроллер 33 может прекратить генерирование искрового заряда на электродах 36 и выдать команду пользователю генератора 14 NO заменить поглотитель 42. Альтернативно или дополнительно, колориметрический датчик рН может оценивать истощение поглотителя 42.

Во время эксплуатации генератор 14 NO сконфигурирован таким образом, чтобы производить терапевтические концентрации NO, например, от приблизительно 5 до 80 миллионных долей (м.д.) с помощью импульсного генерирования искрового разряда на электродах 36. Терапевтические концентрации NO, произведенного генератором 14 NO, можно подавать в линию 18 вдоха и, тем самым, к пациенту 11. Таким образом, генератор 14 NO не требует применения клапанов для обеспечения потока насыщенного NO газа к пациенту 11. Согласно одному неограничивающему примеру электроды 36 генератора 14 NO могут быть активированы с помощью контроллера 33 для непрерывного искрообразования. Согласно другому неограничивающему примеру электроды 36 генератора 14 NO могут быть активированы с помощью контроллера 33 для искрообразования во время вдоха пациента 11 или перед ним. Активирование электродов 36 во время вдоха или перед вдохом может избежать генерирования избыточного NO, образованного во время выдоха, и может обеспечить потребление генератором 14 NO меньшего количества энергии по сравнению с непрерывной работой.

Контроллер 33 может быть выполнен с возможностью обнаруживать вдох пациента 11 на основании расхода, измеренного измерителем 22 расхода газа в дыхательных путях, температуры в линии 18 вдоха, температуры в линии 20 выдоха, давления в линии 18 вдоха и/или давления в линии 20 выдоха. Теоретическую модель, выполненную контроллером 33 для определения значений В, N, Р и Н для требуемой концентрации NO, можно отрегулировать, независимо от того генерируют ли электроды 36 искровой разряд непрерывно или периодически (т.е. во время или перед вдохом).

На фиг. 4 показана схематическая иллюстрация респираторной системы 100 согласно другому неограничивающему примеру настоящего изобретения. Респираторная система 100, показанная на фиг. 4, подобна респираторной системе 10, показанной на фиг. 1, за исключением отличий, описанных ниже или показанных на фиг. 4. Как показано на фиг. 4, респираторная система 100 содержит генератор 102 NO, интегрированный в линию 18 вдоха дыхательного устройства 12. При наличии генератора 102 NO, интегрированного в линию 18 вдоха, респираторная система 100 может не содержать входного фильтра 28, газового насоса 30 и датчика 32 расхода газа, поскольку поток газа к генератору 102 NO подает вентилятор 16.

Генератор 102 NO, показанный на фиг. 5, подобен генератору 14 NO, показному на фиг. 1, за исключением отличий, описанных ниже или показанных на фиг. 5. Как показано на фиг. 5, поглотитель 42, выходной фильтр 44, датчик 46 NO и датчик NO₂ интегрированы в линию 18 вдоха, и генератор 102 NO содержит мембрану 104, окружающую или покрывающую электроды 36. Мембрана 104 защищает электроды 36 от капель воды или слизи из линии 18 вдоха, при этом газ, проходящий через линию 18 вдоха (например, воздух или смесь газообразного азота и кислорода), свободно проходит через мембрану 104. Согласно одному неограничивающему примеру мембрана 104 может представлять собой микропористую политетрафторэтиленовую (PTFE) мембрану. Следует понимать, что нет необходимости в том, чтобы электроды 36 были полностью интегрированы в линию 18 вдоха, при этом только наконечники электродов 36 должны находиться на пути подачи газа, определяемом линией 18 вдоха.

Во время эксплуатации расположение генератора 102 NO на линии 18 вдоха снижает время поступления образованного газа NO в легкое пациента 11. В результате этого снижается вероятность окисления образованного NO до NO₂ перед тем, как он попадает в организм пациента 11. Кроме того, расположение генератора 102 NO на линии 18 вдоха устраняет необходимость в клапанах для обеспечения потока насыщенного NO газа к пациенту 11. Согласно одному неограничивающему примеру контроллер 33 выполнен с возможностью периодически вызывать генерирование искрового разряда электродами 36 генератора 102 NO перед вдохом или во время вдоха пациента 11. Если сравнивать с непрерывным генерированием искрового разряда электродами 36, генерация NO только во время вдоха или при вдохе позволяет генератору 102 NO осуществлять генерирование NO в течение промежутка времени, равного приблизительно от одной четвертой до одной восьмой общего времени дыхательного цикла пациента 11. В результате этого снижается потребление энергии генератором 102 NO, повышается портативность всей системы, предотвращается генерирование избыточного NO и снижаются размеры поглотителя 42.

На фиг. 6 показана одна неограничивающая реализация генератора 102 NO, в котором контроллер 33 и индукционная катушка 38 заключены в основной блок 110. Основной блок 110 соединен с трубкой 112, выполненной с возможностью встраивания в линию вдоха респираторной системы или дыхательного устройства. Электроды 36 расположены частично в пределах основного блока 110 таким образом, чтобы наконечники электродов 36 располагались на пути текучей среды, определяемом трубкой 112. Проиллюстрированный генератор 102 NO содержит шнур питания 114, прикрепленный к основному блоку 102 для подачи электроэнергии в контроллер 33 и блок 50 питания. Шнур питания 114 может быть отсоединен от основного блока 110 для обеспечения портативности генератора 102 NO.

Первый конец 116 трубки 112 выполнен с возможностью сопряжения с картриджем 118 в сборе, а второй конец 117 трубки 112 выполнен с возможностью соединения с линией 18 вдоха. Картридж 118 в сборе содержит вход 119 картриджа, сконфигурированный для соединения с первым концом 116 трубки 112, картридж 120, расположенный выше по потоку и соединенный с выходным фильтром 44, и выход 122 картриджа, сконфигурированный для соединения с линией 18 вдоха. Согласно одному неограничивающему примеру картридж 120 может быть заполнен микропористым материалом (например, пеной). Поглотитель 42 расположен между картриджем 120 и выходным фильтром 44.

На фиг. 7 показана респираторная система 200, содержащая генератор 201 NO согласно другому неограничивающему примеру настоящего изобретения. Как показано на фиг. 7, генератор 201 NO содержит камеру 202, содержащую вход 204 камеры, расположенный выше по потоку от электродов 206. Аналогично электродам 36, описанным выше, электроды 206 могут питаться от контроллера 207, который выполнен с возможностью контролировать момент подачи энергии на электроды 206, и, следовательно, контролировать момент искрообразования между электродами 206 (т.е. момент образования плазмы и генерирования NO). Камера 202 соединена с главной камерой 208 при помощи канала 210. Главная камера 208 содержит главный вход 212, главный выход 214 и трубку 216 Вентури, расположенную между ними. Главный выход 214 связан с возможностью прохождения газа с дыхательными путями пациента. Канал 210 соединен с трубкой 216 Вентури главной камеры 208 и содержит выходной фильтр 218 и выходной поглотитель 220. Выходной фильтр 218 выполнен с возможностью фильтрования частиц (например, частиц, которые откололись или испарились из электродов 36 при искрообразовании) в газе, проходящем через канал 210 из камеры 202 в главную камеру 208. Выходной поглотитель 220 выполнен с возможностью удаления вредных побочных продуктов (например, NO₂ и О₃), полученных в плазме, созданной в результате генерирования искровых разрядов электродами 206. Согласно другим неограничивающим примерам выходной фильтр 218 и/или выходной поглотитель 220 могут быть расположены в главной камере 208 ниже по потоку от трубки 216 Вентури.

Согласно одному неограничивающему примеру входной фильтр 222 может быть расположен выше по потоку от входа 202 камеры для удаления частиц и/или капель воды в текучей среде, подаваемой на вход 202 камеры. Альтернативно или дополнительно, входной поглотитель 224 может быть расположен выше по потоку от входа 202 камеры для удаления соединений, которые являются потенциально вредными для выходного поглотителя 220 (например, диоксид углерода (CO₂)). Предварительная очистка газа, проходящего к электродам 206, может обеспечить снижение размера выходного поглотителя 220 (не выходного фильтра). Снижение размера выходного поглотителя 220 путем предварительной очистки может согласно одному неограничивающему примеру обеспечить расположение выходного поглотителя 220 над зазором между электродами 206 в пределах трахеостомической трубки или эндотрахеальной трубки для производства NO внутри дыхательных путей, даже вблизи бифуркации трахеи.

Один или несколько датчиков 226 расположены ниже по потоку от трубки 216 Вентури. Датчики 226 выполнены с возможностью измерения концентрации кислорода, концентрации NO и/или концентрации NO₂ в газе, проходящем от трубки 216 Вентури к главному выходу 214. Альтернативно или дополнительно, камера 202 может содержать один или несколько дополнительных датчиков (не показаны) для измерения по меньшей мере одного из следующего: давление, температура и влажность в камере 202.

Согласно некоторым неограничивающим примерам главная камера 208, камера 202 и/или канал 210 могут включать в себя один или несколько других каналов или модулей, таких как вентилятор потока газа или дыхательное устройство.

Во время эксплуатации, в главный вход 212 и вход 204 камеры поступает поток газа (например, воздуха или смеси газообразного азота и кислорода). Расход газа, поступающего на главный вход 212, может существенно превышать расход газа, поступающего на вход 204 камеры, что вызывает поток через трубку 216 Вентури для создания разряжения в камере 202. Разряжение, создаваемое в камере 202, может обеспечивать поступление текучей среды из камеры 202 в главную камеру 208. Такое функционирование генератора 201 NO может устранять необходимость контролировать общее количество обогащенного NO газа, нагнетаемого в главную камеру 208 с помощью одного или нескольких клапанов. Кроме того, генератор 201 NO обеспечивает поток насыщенного NO газа к пациенту без использования механических средств (т.е. без насоса или клапанов).

Работа контроллера 207 подобна работе контроллера 33, описанной выше, при этом контроллер 207 выполнен с возможностью контролировать концентрацию NO, генерируемого за счет искрового разряда между электродами 206, путем изменения параметров В, N, Р и Н. Контроллер 207 может регулировать В, N, Р и/или Н в ответ на результаты измерения, полученные от одного или нескольких датчиков 226. Согласно одному неограничивающему примеру требуемую концентрацию NO, генерируемого для конкретного практического применения, можно рассчитать с помощью контроллера 207 на основании массового расхода газа через главную камеру 208 и степени разряжения, созданного в камере 202. Согласно некоторым неограничивающим примерам генератор 201 NO может содержать датчик потока (не показан), связанный с контроллером 207 для обеспечения синхронизированной с вдохом генерации NO. Согласно такому неограничивающему примеру контроллер 207 может быть выполнен с возможностью активировать электроды 206 для генерации NO во время вдоха или перед вдохом пациента, что может снижать износ электродов 206, окисление NO до NO₂ и количество электроэнергии, потребляемой генератором 201 NO.

На фиг. 8 показана респираторная система 300, содержащая генератор 301 NO согласно другому неограничивающему примеру настоящего изобретения. Генератор 301 NO, показанный на фиг. 8, подобен генератору 201 NO, показанному на фиг. 7, за исключением отличий, описанных ниже или показанных на фиг. 8. Как показано на фиг. 8, генератор 301 NO может использовать пропорциональную параллельную доставку. Вместо смешивания газа перед его доставкой пациенту, вдох может втягивать обогащенный NO газ из камеры 202 и текучую среду из главной камеры 208 из параллельного канала 302. Иными словами, пациент может втягивать выходной газ напрямую из параллельного канала 302 без необходимости использовать клапаны или насос для доставки произведенного насыщенного NO газа пациенту.

Как описано выше, генераторы 14, 102, 201 и 301 NO могут работать аналогично для доставки безопасного и чистого NO в дыхательные пути пациента. Работа соответствующего контроллера (т.е. контроллеров 33 и 207) в респираторных системах 10, 100, 200 и 300 может контролировать работу генераторов 14, 102, 201 и 301 NO. На фиг. 9 показан один неограничивающий пример работы любой из описанных выше респираторных систем 10, 100, 200 и 300. Как показано на фиг. 9, генератор NO (например, генератор 14, 102, 201 и/или 301 NO) соединяют с дыхательными путями пациента на стадии 304. Как описано выше, генератор NO можно соединить с дыхательными путями пациента, например, посредством соединения с линией вдоха, трубкой Вентури, параллельным каналом, или генератор NO можно поместить в одну линию с дыхательными путями пациента. Когда генератор NO, соединен с дыхательными путями пациента, на стадии 306 контроллер (например, контроллер 33 или контроллер 207) осуществляет мониторинг входных сигналов от датчиков для управления подачей NO пациенту. Согласно некоторым неограничивающим примерам контроллер может осуществлять мониторинг концентрации кислорода ниже по потоку от генератора NO, окружающего давления, расхода подаваемого пациенту газа (механически или другим путем), концентрации NO ниже по потоку от генератора NO и концентрации NO₂ ниже по потоку от генератора NO.

Затем контроллер (например, контроллер 33 или контроллер 207) на стадии 308 определяет, должен ли быть запущен генератор NO для генерирования NO, вдыхаемого пациентом. Согласно некоторым неограничивающим примерам контроллер может быть выполнен с возможностью активирования генерирования NO во время или непосредственно перед событием вдоха (например, путем мониторинга потока газа, подаваемого пациенту, давления в линии вдоха, температуры в линии вдоха и т.д.). Согласно другим неограничивающим примерам пользователь генератора NO может активировать вручную контроллер. Как только генератор NO был активирован контроллером на стадии 308, контроллер может определить требуемые характеристики искрообразования, обеспечиваемые импульсным электрическим сигналом, посылаемым на электроды (например, электроды 36 или электроды 208) на стадии 310. Контроллер можно предварительно настроить таким образом, чтобы получить требуемую концентрацию чистого и безопасного газа NO, подлежащего вдыханию пациентом. Согласно одному неограничивающему примеру предварительно заданную концентрацию газа NO определяют на стадии 310 с помощью контроллера как функцию атмосферного давления и/или описанных выше характеристик искрообразования электродов В, N, Р и Н. Иными словами, контроллер на основании измеренного атмосферного давления может определять требуемые характеристики В, N, Р и Н электрического сигнала для получения предварительно заданной концентрации NO.

Определив требуемые характеристики искрообразования на стадии 310, контроллер посылает соответствующий электрический сигнал на электроды, и генератор NO на стадии 312 производит с помощью искрового плазменного разряда предварительно заданную концентрацию чистого и безопасного газа NO, который подается к дыхательным путям пациента. В то время как генератор NO производит газ NO на стадии 312, контроллер осуществляет мониторинг входных сигналов от датчиков (например, концентрации кислорода выше по потоку от генератора NO, окружающего давления, скорости потока подаваемого пациенту газа (механически или другим путем), концентрации NO ниже по потоку от генератора NO и концентрации NO₂ ниже по потоку от генератора NO). На основании входных сигналов от датчиков контроллер на стадии 314 определяет, существует ли необходимость в регулировке генерирования NO. Например, если контроллер обнаруживает, что выходная концентрация газообразного NO по существу не равна требуемой концентрации газообразного NO, контроллер может изменять характеристики искрообразования электродов на стадии 316 путем изменения по меньшей мере одного из В, N, Р и Н для приведения концентрации генерируемого газообразного NO в соответствие с требуемой концентрацией газообразного NO.

Альтернативно или дополнительно, если контроллер обнаруживает увеличение потока газа, подаваемого к дыхательным путям пациента, он может изменять характеристики искрообразования электродов на стадии 316 путем соответствующего изменения по меньшей мере одного из В, N, Р и Н. Таким образом, контроллер (например, контроллер 33 или контроллер 207) выполнен с возможностью изменять характеристики искрообразования (т.е. концентрацию синтезированного газообразного NO, произведенного с помощью искрового плазменного разряда между электродами) на основании обратной связи от одного или нескольких датчиков.

Примеры

Следующие примеры подробно представляют пути использования или реализации респираторных систем 100 и 200 и/или генераторов 14, 102, 201 и 301 NO, и они помогут специалисту в данной области техники лучше понять принцип, лежащий в их основе. Следующие примеры представлены лишь в качестве иллюстрации и не являются ограничивающими.

Пример 1: Измерение генерации NO и NO₂ при изменяющихся концентрациях кислорода и азота.

Генератор 14 NO испытывали с изменяющимися концентрациями азота и кислорода, подаваемыми на электроды 36. Испытание проводили с использованием испытательной установки, показанной на фиг. 9, и при атмосферном давлении. Контроллер 33 выполнен с возможностью вызывать генерирование искрового разряда электродами 36 с использованием следующих настроек: В=25; N=35; Р=240 мкс; и Н=100 мкс. Концентрации NO и NO₂, генерируемые генератором 14 NO, измеряли при постоянном расходе газа, составляющем 5 л/мин, и с содержаниями кислорода, составляющими 10%, 21%, 50%, 80% и 90%, и уравновешенным количеством азота. На фиг. 10 показаны концентрации NO и NO₂, генерированные во время испытания. Как показано на фиг. 10, максимальные концентрации NO (68±4 м.д.) и NO₂ (6±2 м.д.) получали при содержании кислорода, составляющем 50%. При отклонении концентрации кислорода от 50% (т.е. увеличении концентрации кислорода выше 50% или уменьшении концентрации кислорода ниже 50%) получали пониженные концентрации NO и NO₂.

Пример 2: Измерение концентраций NO и NO₂ во время непрерывной работы в течение 10 дней.

Генератор 14 NO испытывали при концентрации кислорода, составляющей 21% (т.е. концентрации, присутствующей в воздухе), и постоянном расходе газа, составляющем 5 л/мин. Электроды 36 были изготовлены из сплава иридия и платины. Испытание проводили с использованием испытательной установки, показанной на фиг. 9, и при атмосферном давлении. Контроллер 33 выполнен с возможностью вызывать генерирование искрового разряда электродами 36 с использованием следующих настроек для получения приблизительно 50 м.д. NO: В=20, N=20, Р=240 мкс; и Н=70 мкс. На фиг. 11 показаны концентрации NO и NO₂, генерируемые генератором NO в течение 10-дневного испытания. Как показано на фиг. 11, концентрации NO и NO₂ оставались по существу постоянными в течение 10 дней.

Пример 3: Измерение генерации NO и NO₂ при изменяющихся показателях В, N, Р и Н.

Как описано выше, теоретическую модель генерации NO и NO₂ при изменяющихся показателях В, N, Р и Н можно ввести в контроллер соответствующей респираторной системы. Генератор 14 NO испытывали при концентрации кислорода, составляющей 21% (т.е. концентрации, присутствующей в воздухе), и постоянном расходе газа, составляющем 5 л/мин. Электроды были изготовлены из сплава иридия и платины. Испытание проводили с использованием испытательной установки, показанной на фиг. 10, и при атмосферном давлении. На фиг. 13А показан эффект изменения В с N=25, Р=240 мкс и Н=100 мкс. Как показано на фиг. 13А, генерируемые концентрации NO и NO₂ увеличивались существенно и линейно с увеличением значений В. На фиг. 13B показан эффект изменения N с В=35, Р=240 мкс и Н=100 мкс. Как показано на фиг. 13А, генерируемые концентрации NO и NO₂ увеличивались существенно и линейно с увеличением значений N. На фиг. 13С показан эффект изменения Р с В=35, N=25 и Н=100 мкс. Как показано на фиг. 13С, генерируемые концентрации NO и NO₂ увеличивались существенно и линейно с увеличением значений Р. На фиг. 13D показан эффект изменения Н с В=35, N=25 и Р=240 мкс. Как показано на фиг. 13D, генерируемые концентрации NO и NO₂ увеличивались существенно и линейно с увеличением значений Н. Данные, показанные на фигурах 12A-D, указывают на то, что получение NO можно точно контролировать (при помощи В, N, Р и Н), и что получение NO можно увеличить с помощью повторения импульсов (В и N) и количества запасаемой энергии (Р и Н).

Пример 4: Измерение генерации NO и NO₂ при изменяющемся атмосферном давлении.

Генератор 14 NO испытывали при концентрации кислорода, составляющей 21% (т.е. концентрации, присутствующей в воздухе) в 500 миллиметровой камере. Контроллер 33 выполнен с возможностью вызывать генерирование искрового разряда электродами 36 с использованием следующих настроек: В=100, N=10, Р=140 мкс; и Н=10 мкс. Генератор NO приводили в действие в течение 1 мин, и концентрации NO и NO₂ измеряли при одной трети АТА (абсолютная атмосфера, атм), половине АТА, одной АТА и двух АТА. На фиг. 14 показаны концентрации NO и NO₂ при изменяющихся значениях атмосферного давления. Как показано на фиг. 14, по сравнению с концентрациями NO и NO₂, генерируемыми при одной АТА, выход NO и NO₂ снижался с уменьшением АТА и повышался с увеличением АТА. Тем не менее, соотношение NO₂/NO оставалось по существу постоянным для каждого из исследуемых значений атмосферного давления.

Пример 5: Измерение концентраций NO и NO₂ на входе и на выходе из поглотителя 42 генератора 14 NO при изменяющихся концентрациях кислорода и азота.

Генератор 14 NO испытывали при постоянном расходе газа, составляющем 5 л/мин. Электроды 36 были получены из сплава иридия и платины. Испытание проводили с использованием испытательной установки, показанной на фиг. 10, при атмосферном давлении. Поглотитель 42 содержал 72 г Са(OH)2, и выходной фильтр 44 помещали ниже по потоку от поглотителя 42. Контроллер 33 выполнен с возможностью вызывать генерирование искрового разряда электродами 36 с использованием следующих настроек: В=25, N=35, Р=240 мкс; и Н=100 мкс. Концентрации NO и NO₂, генерируемые генератором 14 NO, измеряли на входе (т.е. выше по потоку) и на выходе (т.е. ниже по потоку) поглотителя 42 при содержаниях кислорода, составляющих 21% (т.е. воздух), 50% и 80%, и уравновешенном количестве азота. На фиг. 15 показаны концентрации NO и NO₂, измеренные во время испытания. Как показано на фиг. 15, при содержании кислорода, составляющем 21% (т.е. концентрации, присутствующей в воздухе), генератор 14 NO производил 48±5 м.д. NO и на выходе из поглотителя 42 концентрация NO составляла 44±5 м.д. Генератор 14 NO производил 4,1±0,4 м.д. NO₂ и на выходе из поглотителя 42 концентрация NO₂ составляла 0,5±0,03 м.д. При содержании кислорода, составляющем 50%, генератор 14 NO производил 68±11 м.д. NO и на выходе из поглотителя 42 концентрация NO составляла 62±11 м.д. Генератор 14 NO производил 6,2±0,4 м.д. NO₂ и на выходе из поглотителя 42 концентрация NO₂ составляла 0,7±0,02 м.д. При содержании кислорода, составляющем 80%, генератор 14 NO производил 41±1 м.д. NO и на выходе из поглотителя 42 концентрация NO составляла 37±2 м.д. Генератор 14 NO производил 3,9±0,5 м.д. NO₂ и на выходе из поглотителя 42 концентрация NO₂ составляла 0,9±0,04 м.д. Таким образом, поглотитель 42 удалял от приблизительно 87% до 95% NO₂, произведенного генератором 14 NO. Указанные результаты продемонстрировали, что поглотитель 42 является высоко эффективным для удаления NO₂ (до значений ниже уровня, установленного Управлением по охране окружающей среды (ЕРА)) без снижения концентраций NO.

Пример 6: Измерение концентраций NO и NO₂ на входе и на выходе из поглотителя 42 генератора 102 NO.

Как описано выше, генератор 102 NO подобен генератору 14 NO, но встроен в линию вдоха 18, выше по потоку от выдыхаемого CO₂, что обеспечивает возможность уменьшить размер поглотителя 42. Генератор 102 NO испытывали при постоянном расходе газа, составляющем 5 л/мин. Испытание проводили с использованием испытательной установки, показанной на фиг. 10, при атмосферном давлении. Электроды 36 были получены из сплава иридия и платины. Поглотитель 42 содержал 15 г Са(ОН)₂, и выходной фильтр 44 был расположен ниже по потоку от поглотителя 42. Контроллер 33 выполнен с возможностью вызывать генерирование искрового разряда электродами 36 с использованием следующих настроек: В=35, N=25, Р=240 мкс; и Н=70 мкс. Концентрации NO и NO₂, генерируемые генератором 102 NO, измеряли на входе (т.е. выше по потоку) и на выходе (т.е. ниже по потоку) поглотителя 42 при содержаниях кислорода, составляющих 21% (т.е. воздух), 50% и 80%, и уравновешенном количестве азота. На фиг. 16 показаны концентрации NO и NO₂, измеренные во время испытания. Как показано на фиг. 16, поглотитель 42 удалял приблизительно свыше 95% NO₂, произведенного генератором 102 NO. Указанные результаты являются сходными с поглотителем 42 большего размера (75 г). Таким образом, меньший поглотитель 42 с меньшим сопротивлением газового потока (например, 0,2 см водн. ст.*мин*л^-1), используемым в генераторе 102 NO, эффективно удаляет NO₂ без снижения концентраций NO.

Пример 7: Измерение и захватывание концентраций О₃, произведенного генератором 14 NO.

Генератор 14 NO испытывали при постоянном расходе газа, составляющем 5 л/мин. Электроды 36 были получены из сплава иридия и платины. Испытание проводили с использованием испытательной установки, показанной на фиг. 10, и при атмосферном давлении. Поглотитель 42 содержал 72 г Са(ОН)₂, и выходной фильтр 44 был расположен ниже по потоку от поглотителя 42. Контроллер 33 выполнен с возможностью вызывать генерирование искрового разряда электродами 36 с использованием следующих настроек: В=25, N=35, Р=240 мкс; и Н=100 мкс. Концентрации О₃, генерируемые генератором 14 NO, измеряли на входе (т.е. выше по потоку) и на выходе (т.е. ниже по потоку) поглотителя 42 при содержаниях кислорода, составляющих 21% (т.е. воздух), 50% и 80%, и уравновешенном количестве азота. На фиг. 17 показаны концентрации О₃, измеренные во время испытания. Как показано на фиг. 17, при содержании кислорода, составляющем 21% (т.е. концентрации, присутствующей в воздухе), генератор 14 NO производил 17±2 частей на миллиард (млрд^-1) О₃, и на выходе из поглотителя 42 концентрация О₃ составляла <0,1 млрд-1. При содержании кислорода, составляющем 50%, генератор 14 NO производил 18±10 млрд^-1 О₃, и на выходе из поглотителя 42 концентрация О₃ составляла <0,1 млрд^-1. При содержании кислорода, составляющем 80%, генератор 14 NO производил 20±1 млрд^-1 О₃, и на выходе из поглотителя 42 концентрация О₃ составляла <0,1 млрд^-1. Указанные результаты продемонстрировали, что поглотитель 42 является высоко эффективным для удаления О₃ до пренебрежимо малых содержаний, намного ниже уровня, установленного ЕРА для О₃. Аналогичные результаты были получены с использованием поглотителя 42 меньшего размера генератора 102 NO.

Пример 8: Эрозия электродов.

Как описано выше, электроды могут разрушаться и испаряться с течением времени вследствие образования искрового разряда. На фиг. 18А показан новый иридиевый наконечник электрода, а на фиг. 18B показан иридиевый наконечник электрода через десять дней работы, производивший 50 м.д. NO при расходе газа, составляющей 5 л/мин. Как показано на фиг. 18B, наконечник электрода разрушился, и произошла потеря материала наконечника вследствие образования искрового разряда. Таким образом, необходим выходной фильтр 44 в генераторе 14 и 102 NO и выходной фильтр 218 в генераторе 201 и 301 NO. По мере того, как электроды подвергаются эрозии и испарению, фрагменты электродов осаждаются на выходном фильтре 44, 218. Для подтверждения того, что выходной фильтр 44, 218 захватывает фрагменты электродов, были получены изображение выходного фильтра с ограничением по размеру частиц, составляющим 0,22 мкм, через десять дней непрерывного генерирования искрового разряда. На фиг. 19А показан новый 0,22 мкм выходной фильтр и на фиг. 19B показан 0,22 мкм выходной фильтр через десять дней работы. Как показано на фиг. 19B, бывший в употреблении 0,22 мкм выходной фильтр содержал иридиевые фрагменты. Это было подтверждено с помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX), как показано на графиках, представленных на фиг. 20А и фиг. 20B. На фиг. 20А показана спектроскопия EDX нового 0,22 мкм выходного фильтра, а на фиг. 20B показана спектроскопия EDX бывшего в употреблении 0,22 мкм выходного фильтра. Как показано на фиг. 20А и 20B, бывший в употреблении 0,22 мкм выходной фильтр содержал иридий, тогда как новый 0,22 мкм выходной фильтр не содержал иридий. Таким образом, одиночный 0,22 мкм выходной фильтр являлся достаточным и необходимым для захвата фрагментов электродов, произведенных за счет эрозии электродов.

Пример 9: Минимизация генерации NO₂ путем изменения состава электродов.

Генератор 14 NO испытывали при постоянном расходе газа, составляющем 5 л/мин, с электродами 36, изготовленными из карбида вольфрама, углерода, никеля и иридия. Испытание проводили с использованием испытательной установки, показанной на фиг. 10, и при атмосферном давлении. Контроллер 33 выполнен с возможностью вызывать генерирование искрового разряда электродами 36 с использованием следующих настроек: В=25, N=35, Р=240 мкс; и Н=50 мкс. На фиг. 21 показано соотношение NO₂/NO, генерируемых при различных составах электродов. Как показано на фиг. 21, иридиевый электрод производил 4,5±0,1% NO₂/NO, никелевый электрод производил 6,5±0,1% NO₂/NO, углеродный электрод производил 7,8±0,5% NO₂/NO и электрод из карбида вольфрама генерировал 12,9±1,9% NO₂/NO. Очевидно, пониженное соотношение NO₂/NO является предпочтительным, и, таким образом, иридиевый электрод является идеальным кандидатом для состава, используемого для изготовления электродов 36.

Пример 10: Измерение скоростей диффузии NO и NO₂ через мембрану 104 генератора 102 NO.

Как описано выше, поскольку генератор 102 NO встраивают в линию 18 вдоха, микропористую мембрану 104 можно поместить вокруг электродов 36 для их защиты от капель или выделений из дыхательных путей. Генератор 102 NO испытывали при постоянном расходе газа, составляющем 0,5 л/мин, в течение 5 минут с получением NO. Произведенные NO и NO₂ усредняли за 5 минут и измеряли концентрации с мембраной 104 (+) и без (-) нее. Контроллер 33 выполнен с возможностью вызывать генерирование искрового разряда электродами 36 с использованием следующих двух наборов настроек. Настройка №1: В=25, N=35, Р=240 мкс; и Н=30 мкс. Настройка №2: В=25, N=35, Р=240 мкс; и Н=60 мкс. На фиг. 22 показаны концентрации NO и NO₂, произведенных в течение 5 минут с мембраной 104 (+) и без (-) нее при двух различных настройках искрообразования. Как показано на фиг. 22, 95±2% NO, генерированного без (-) мембраны 104, генерировали с (+) мембраной 104, и 95±1% NO₂, генерированного без (-) мембраны 104, генерировали с (+) мембраной 104. Таким образом, добавление мембраны 104 не существенно изменяет характеристики генерирования NO генератора 102 NO.

Исследования на животных

Исследования на животных были одобрены Институциональным комитетом по уходу за животными и их использованию многопрофильной больницы штата Массачусетс (Massachusetts General Hospital) (Бостон, Массачусетс). Исследовали 8 ягнят (New England Ovis, Дувр, Нью Гэмпшир) массой 32±2 кг. Общую анестезию вызывали с помощью 5% вдыхаемого изофурана (1-хлор-2,2,2-трифторэтилдифторметиловый эфир, Baxter, Дирфилд, Иллинойс) в кислороде, доставляемом с помощью маски, и затем поддерживали с помощью 1-4% изофурана в 50% кислороде в течение операции. После интубации трахеи ягнятам имплантировали катетеры сонной артерии/легочной артерии. Все гемодинамические измерения проводили на анестезированных ягнятах, вентиляцию легких которых обеспечивали с помощью механического вентилятора (модель 7200, Puritan Bennett, Плезантон, Калифорния) при дыхательном объеме, составляющем 400 мл/мин и частоте дыхания, составляющей 12-15 вдохов в минуту.

Для индукции легочной гипертензии сильный легочной вазоконстриктор U46619 (Cayman Chemical, Анн-Арбор, Мичиган), аналог эндопероксид-простагландина H₂, вводили с помощью внутривенной инфузии с расходом, составляющим 0,8-0,9 мкг/кг/мин для увеличения легочного артериального давления (РАР) до 30 мм рт. ст. Среднее артериальное давление и РАР непрерывно подвергали мониторингу с использованием системы усиления Gould 6600 (Gould Electronics, Inc., Истлейк, Огайо). Давление в концевых легочных капиллярах, частоту сердечных сокращений и объемную скорость кровотока сердца периодически измеряли на начальном уровне, во время инфузии U46619 и перед и после ингаляции NO, генерируемого с использованием респираторной системы 10 или респираторной системы 100, или NO, доставленного из баллона со сжатым газом и разведенного до такого же содержания. Объемную скорость кровотока сердца оценивали с помощью термического разведения как среднее от трех измерений после внутривенной болюсной инъекции 10 мл ледяного физиологического раствора. Индекс сопротивления кровотоку в кровеносных сосудах легких (PVRI), а также индекс объемной скорости кровотока сердца (CI) рассчитывали с использованием стандартных формул. Газовый баллон содержал 500 м.д. NO, разведенного в азоте.

Пример 11: Непрерывная генерация NO из воздуха с использованием респираторной системы 10 на анестезированных ягнятах.

Респираторную систему 10 испытывали на анестезированном ягненке в качестве пациента 11. Получали начальный уровень (BL), затем генератор 14 NO респираторной системы 10 запускали для непрерывного искрообразования (т.е. генерации NO) после введения U46619 в течение 30 минут. NO подавали с расходом, составляющим 5 л/мин, в линию 18 вдоха. Электроды 36 были получены из сплава иридия и платины. После активирования контроллер 33 сконфигурирован вызывать генерирование искрового разряда электродами 36 в течение 4 минут с использованием следующих настроек: В=35, N=25, Р=240 мкс; и Н=100 мкс, в результате чего получали приблизительно 40 м.д. NO, и затем контроллер 33 останавливал генератор 14 NO. Испытание проводили при подаче на вход 24 генератора 14 NO 21% кислорода, при подаче на вход 24 генератора 14 NO 50% кислорода, и для сравнения при подаче NO, доставляемого при той же концентрации к анестезированному ягненку из газового баллона.

На фиг. 23А показано среднее давление крови в легочной артерии (РАР) анестезированного ягненка в течение испытаний, а на фиг. 23B показан индекс сопротивления кровотоку в кровеносных сосудах легких (PVRI) анестезированного ягненка в течение испытаний. Как показано на фиг. 23А и 23B, в течение 4 минутного окна 400, когда NO непрерывно производили генератором 14 NO, РАР и PVRI быстро снижались при вдыхании как 21%, так и 50% кислорода. Кроме того, снижение РАР и PVRI для NO, произведенного генератором 14 NO, являлось аналогичным снижению РАР и PVRI для NO, подаваемого из газового баллона и разведенного до аналогичного уровня. Следовательно, респираторная система 10 может представлять собой полноценно конкурентоспособную и эквивалентную замену газовых баллонов при проведении ингаляционной терапии NO.

Пример 12: Непрерывная генерация NO из воздуха с использованием респираторной системы 100 на анестезированных ягнятах.

Респираторную систему 100 испытывали на анестезированном ягненке в качестве пациента 11. Получали начальный уровень (BL), затем генератор 102 NO респираторной системы 100 запускали для непрерывного искрообразования (т.е. генерации NO) после введения U46619 в течение 30 минут. NO подавали с расходом, составляющем 5 л/мин, в линию 18 вдоха. Электроды 36 были получены из сплава иридия и платины. После активирования контроллер 33 сконфигурирован вызывать генерирование искрового разряда электродами 36 в течение 4 минут с использованием следующих настроек: В=35, N=25, Р=240 мкс; и Н=100 мкс, в результате чего получали приблизительно 40 м.д. NO, и затем контроллер 33 останавливал генератор 14 NO. Испытание проводили при подаче на вход 18 21% кислорода, при подаче на вход 18 50% кислорода и при подаче NO анестезированному ягненку из газового баллона.

На фиг. 24А показано среднее давление крови в легочной артерии (РАР) анестезированного ягненка в течение испытаний, и на фиг. 24B показан индекс сопротивления кровотоку в кровеносных сосудах легких (PVRI) анестезированного ягненка в течение испытаний. Как показано на фиг. 24А и 24B, в течение 4 минутного окна 402, когда NO непрерывно производили генератором 102 NO, РАР и PVRI быстро снижались при вдыхании как 21%, так и 50% кислорода. Кроме того, снижение РАР и PVRI для NO, произведенного генератором 102 NO, являлось аналогичным снижению РАР и PVRI для NO, подаваемого из газового баллона. Кроме того, производительность респираторной системы 100 являлась аналогичной респираторной системе 10. Следовательно, респираторная система 100 может представлять собой полноценно конкурентоспособную и эквивалентную замену баллонов со сжатым газом при проведении ингаляционной терапии NO.

Пример 13: Периодическая генерация NO из воздуха с использованием респираторной системы 100 на анестезированных ягнятах.

Респираторную систему 100 испытывали на анестезированном ягненке в качестве пациента 11. Получали начальный уровень (BL), затем генератор 102 NO респираторной системы 100 запускали для периодического искрообразования (т.е. генерации NO) после введения U46619 в течение 30 минут. Электроды 36 были получены из сплава иридия и платины. После активирования контроллер 33 сконфигурирован вызывать генерирование искрового разряда электродами 36 только во время первых 0,8 секунд вдоха в течение 4 минут с использованием следующих настроек: В=35, N=25, Р=240 мкс; и Н=100 мкс, и затем контроллер 33 останавливал генератор 102 NO. Испытание проводили при подаче на вход 18 21% кислорода, при подаче на вход 18 50% кислорода и при подаче NO анестезированному ягненку из газового баллона.

На фиг. 25А показан РАР анестезированного ягненка в течение испытаний, а на фиг. 25B показан PVPI анестезированного ягненка в течение испытаний. Как показано на фиг. 24А и 24B, в течение 4 минутного окна 404, когда NO производили в течение первых 0,8 секунд вдоха генератором 102 NO, среднее давление крови в легочной артерии (РАР) и индекс сопротивления кровотоку в кровеносных сосудах легких (PVRI) быстро снижались при вдыхании как 21%, так и 50% кислорода. Кроме того, снижение РАР и PVRI для NO, произведенного генератором 102 NO, являлось аналогичным снижению РАР и PVRI для NO, подаваемого и разведенного из баллона со сжатым газом. Кроме того, производительность респираторной системы 100 при периодическом генерировании искрового разряда электродами 36 являлась аналогичной респираторной системе 100 респираторной системе 10 при непрерывном генерировании искрового разряда электродами 36. Следовательно, периодическая генерация NO с помощью респираторной системы 100 может представлять собой полноценно конкурентоспособную замену газовых баллонов при введении ингаляционной терапии NO.

Несмотря на то, что настоящее изобретение описано выше, оно распространяется на любую комбинацию признаков согласно настоящему изобретению, изложенных выше или в последующем описании. Несмотря на то, что иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения подробно описаны в настоящем документе со ссылкой на прилагаемые фигуры, следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено указанными конкретными вариантами осуществления. Кроме того, предусмотрено, что конкретный признак, описанный либо отдельно, либо как часть варианта осуществления, можно комбинировать с другими отдельно описанными признаками или частями других вариантов осуществления, даже если в других признаках и вариантах осуществления не упомянут этот конкретный признак. Таким образом, настоящее изобретение распространяется на такие конкретные еще не описанные комбинации.

Хотя настоящее изобретение описано выше в связи с конкретными вариантами осуществления и примерами, настоящее изобретение не обязательно ограничено ими, и предусмотрено, что многочисленные другие варианты осуществления, примеры, применения, модификации и отклонения от вариантов осуществления, примеров и применений включены в прилагаемую к настоящему документу формулу изобретения. Полное раскрытие каждого патента и публикации, процитированных в настоящем документе, включено посредством ссылки так, как если бы каждый такой патент или публикация были отдельно включены в настоящий документ посредством ссылки.

Группа изобретений относится к медицинской технике. Устройство для генерации оксида азота содержит одну или несколько пар электродов; поглотитель, расположенный ниже по потоку от электродов для фильтрования по меньшей мере диоксида азота. Фильтр расположен ниже по потоку от электродов для фильтрования частиц, проходящих от электродов и поглотителя. Один или несколько датчиков выполнены с возможностью измерения по меньшей мере одного из следующего: расход газа, концентрация кислорода выше по потоку от электродов, концентрация оксида азота ниже по потоку от поглотителя и концентрация диоксида азота ниже по потоку от поглотителя. Контроллер связан с электродами и одним или несколькими датчиками и выполнен с возможностью подавать электрический сигнал на электроды, который контролирует момент искрообразования и параметры искрообразования электродов. Момент искрообразования и параметры искрообразования электродов определяют концентрацию оксида азота, генерируемого электродами. Раскрыты варианты устройства для генерации оксида азота, предназначенного для встраивания в респираторную систему, и способ генерации оксида азота в респираторной системе, содержащей дыхательное устройство, сообщающееся с дыхательными путями пациента. Технический результат сводится к обеспечению требуемой концентрации оксида азота, подлежащего доставке в респираторную систему для вдыхания пациентом. 4 н. и 39 з.п. ф-лы, 25 ил.

1. Устройство для генерации оксида азота, содержащее: одну или несколько пар электродов;

поглотитель, расположенный ниже по потоку от электродов для фильтрования по меньшей мере диоксида азота (NO₂);

фильтр, расположенный ниже по потоку от электродов для фильтрования частиц, проходящих от электродов и поглотителя;

один или несколько датчиков, выполненных с возможностью измерения по меньшей мере одного из следующего: расход газа, концентрация кислорода выше по потоку от электродов, концентрация оксида азота ниже по потоку от поглотителя и концентрация диоксида азота ниже по потоку от поглотителя;

контроллер, связанный с электродами и одним или несколькими датчиками и выполненный с возможностью подавать электрический сигнал на электроды, который контролирует момент искрообразования и параметры искрообразования электродов;

при этом момент искрообразования и параметры искрообразования электродов определяют концентрацию оксида азота, генерируемого электродами.

2. Устройство по п. 1, в котором электроды содержат по меньшей мере одно из следующего: карбид вольфрама, углерод, никель, иридий, титан, рений и платина.

3. Устройство по п. 1, в котором электроды содержат иридий.

4. Устройство по п. 1, в котором поглотитель изготовлен из гидроксида кальция.

5. Устройство по п. 1, в котором один или несколько датчиков включают в себя измеритель расхода газа в воздуховоде, расположенный ниже по потоку от электродов, датчик кислорода, расположенный выше по потоку от электродов, датчик оксида азота, расположенный ниже по потоку от поглотителя, и датчик диоксида азота, расположенный ниже по потоку от поглотителя.

6. Устройство по п. 1, в котором индукционная катушка связана с контроллером и электродами.

7. Устройство по п. 6, в котором контроллер дополнительно сконфигурирован таким образом, чтобы подавать команду индукционной катушке на подачу накопленной электрической энергии на электроды.

8. Устройство по п. 1, в котором электрический сигнал, подаваемый на электроды, сконфигурирован для регулировки по меньшей мере одного из следующего: количество групп искровых разрядов электродов в секунду, количество отдельных искровых разрядов электродов на группу искровых разрядов, время между отдельными искровыми разрядами электродов и длительность импульса.

9. Устройство по п. 8, в котором контроллер дополнительно сконфигурирован таким образом, чтобы изменять по меньшей мере одно из следующего: количество групп искровых разрядов электродов в секунду, количество отдельных искровых разрядов электродов на группу искровых разрядов, время между отдельными искровыми разрядами электродов и длительность импульса, в ответ на обратную связь от одного или нескольких датчиков.

10. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее газовый насос, расположенный выше по потоку от электродов.

11. Устройство по п. 1, в котором один или несколько датчиков обеспечивают индикацию вдоха.

12. Устройство по п. 11, в котором контроллер дополнительно сконфигурирован таким образом, чтобы подавать электрический сигнал на электроды в ответ на обнаружение вдоха.

13. Устройство по п. 1, в котором фильтр выполнен с возможностью фильтрования находящихся ниже по потоку от электродов частиц с диаметром более приблизительно 0,22 мкм.

14. Устройство для генерации оксида азота, предназначенное для встраивания в респираторную систему, содержащую дыхательное устройство, линию вдоха и измеритель расхода газа в дыхательных путях, связанный с линией вдоха, причем устройство содержит:

одну или несколько пар электродов, сообщающихся с линией вдоха;

поглотитель, расположенный ниже по потоку от электродов для фильтрования по меньшей мере диоксида азота (NO₂);

фильтр, расположенный ниже по потоку от электродов для фильтрования частиц, проходящих от электродов и поглотителя;

один или несколько датчиков, выполненных с возможностью измерения по меньшей мере одного из следующего: концентрация кислорода выше по потоку от электродов, барометрическое давление, концентрация оксида азота ниже по потоку от поглотителя и концентрация диоксида азота ниже по потоку от поглотителя;

контроллер, связанный с электродами, одним или несколькими датчиками и измерителем расхода газа в дыхательных путях и выполненный с возможностью подавать электрический сигнал на электроды, который контролирует момент искрообразования и параметры искрообразования электродов;

при этом момент искрообразования и параметры искрообразования электродов определяют концентрацию оксида азота, генерируемого электродами.

15. Устройство по п. 14, в котором электроды расположены между входом и выходом, причем выход соединен с линией вдоха.

16. Устройство по п. 14, в котором электроды по меньшей мере частично интегрированы в линию вдоха.

17. Устройство по п. 16, в котором фильтр расположен в линии вдоха.

18. Устройство по п. 16, в котором поглотитель расположен в линии вдоха.

19. Устройство по п. 14, в котором электроды содержат по меньшей мере одно из следующего: карбид вольфрама, углерод, никель, иридий, титан, рений и платина.

20. Устройство по п. 14, в котором электроды содержат иридий.

21. Устройство по п. 14, в котором поглотитель изготовлен из гидроксида кальция.

22. Устройство по п. 14, в котором один или несколько датчиков включают в себя датчик кислорода, расположенный выше по потоку от электродов, датчик оксида азота, расположенный ниже по потоку от поглотителя, и датчик диоксида азота, расположенный ниже по потоку от поглотителя.

23. Устройство по п. 14, в котором индукционная катушка связана с контроллером и электродами.

24. Устройство по п. 23, в котором контроллер дополнительно сконфигурирован таким образом, чтобы подавать команду индукционной катушке на подачу накопленной электрической энергии на электроды.

25. Устройство по п. 14, в котором электрический сигнал, подаваемый на электроды, регулирует по меньшей мере одно из следующего: количество групп искровых разрядов электродов в секунду, количество отдельных искровых разрядов электродов на группу искровых разрядов, время между отдельными искровыми разрядами электродов и длительность импульса.

26. Устройство по п. 25, в котором контроллер дополнительно сконфигурирован таким образом, чтобы изменять по меньшей мере одно из следующего: количество групп искровых разрядов электродов в секунду, количество отдельных искровых разрядов электродов на группу искровых разрядов, время между отдельными искровыми разрядами электродов и длительность импульса, в ответ на обратную связь от одного или нескольких датчиков.

27. Устройство по п. 15, дополнительно содержащее газовый насос, расположенный выше по потоку от электродов.

28. Устройство по п. 16, в котором измеритель расхода газа в дыхательных путях выполнен с возможностью предоставления индикации вдоха.

29. Устройство по п. 28, в котором контроллер дополнительно сконфигурирован таким образом, чтобы подавать электрический сигнал на электроды в ответ на обнаружение вдоха.

30. Устройство по п. 14, в котором фильтр выполнен с возможностью фильтрования находящихся ниже по потоку от электродов частиц с диаметром более приблизительно 0,22 мкм.

31. Устройство по п. 14, в котором дыхательное устройство содержит одно из следующего: вентиляционная система, система для самостоятельного дыхания с постоянно положительным давлением (СРАР), высокочастотный вибрационный вентилятор (HFOV), лицевая маска, носовая канюля или ингалятор.

32. Устройство для генерации оксида азота, предназначенное для встраивания в респираторную систему, содержащую дыхательное устройство и линию вдоха, причем устройство содержит:

камеру, содержащую вход камеры и одну или несколько пар электродов, расположенных внутри камеры;

главную камеру, сконфигурированную для обеспечения протока к дыхательным путям пациента;

поглотитель, расположенный ниже по потоку от электродов для фильтрования по меньшей мере диоксида азота (NO₂);

фильтр, расположенный ниже по потоку от электродов для фильтрования частиц, проходящих от электродов и поглотителя;

один или несколько датчиков, выполненных с возможностью измерения по меньшей мере одного из следующего: концентрация кислорода выше по потоку от электродов, барометрическое давление, концентрация оксида азота ниже по потоку от поглотителя и концентрация диоксида азота ниже по потоку от поглотителя;

контроллер, связанный с электродами и одним или несколькими датчиками и выполненный с возможностью подавать электрический сигнал на электроды, который контролирует параметры искрообразования электродов; при этом камера сообщается с главной камерой, и газ в камере настроен на втягивание в главную камеру немеханическим путем.

33. Устройство по п. 32, в котором главная камера содержит трубку Вентури.

34. Устройство по п. 33, дополнительно содержащее канал, соединяющий камеру с трубкой Вентури главной камеры.

35. Устройство по п. 32, дополнительно содержащее входной поглотитель, расположенный выше по потоку от входа камеры.

36. Устройство по п. 32, дополнительно содержащее входной фильтр, расположенный выше по потоку от входа камеры.

37. Устройство по п. 32, в котором главная камера и камера ограничивают параллельный путь.

38. Способ генерации оксида азота в респираторной системе, содержащей дыхательное устройство, сообщающееся с дыхательными путями пациента, причем способ предусматривает следующее:

соединение генератора оксида азота, содержащего пару электродов, с дыхательными путями пациента;

активирование генератора оксида азота для получения требуемой концентрации газообразного оксида азота;

определение требуемых параметры искрообразования электродов для получения требуемой концентрации газообразного оксида азота;

после того как параметры искрообразования определены, подачу электрического сигнала на электроды, который инициирует требуемые параметры искрообразования между электродами для генерации требуемой концентрации газообразного оксида азота в потоке газа, подаваемого к дыхательным путям пациента;

захватывание, с использованием поглотителя, по меньшей мере одного из диоксида азота и озона в потоке газа, подаваемого пациенту; и

фильтрование частиц в потоке газа от электродов и поглотителя к дыхательным путям пациента через фильтр, расположенный ниже по потоку от электродов и поглотителя и выше по потоку от дыхательных путей пациента.

39. Способ по п. 38, в котором дыхательное устройство содержит одно из следующего: вентиляционная система, система для самостоятельного дыхания с постоянно положительным давлением (СРАР), высокочастотный вибрационный вентилятор (HFOV), лицевая маска, носовая канюля или ингалятор.

40. Способ по п. 38, в котором активирование генератора оксида азота для получения требуемой концентрации газообразного оксида азота предусматривает:

мониторинг по меньшей мере одного из следующего: расход подаваемого пациенту газа, температура подаваемого пациенту газа и давление подаваемого пациенту газа;

обнаружение изменения по меньшей мере одного из следующего: расход подаваемого пациенту газа, температура подаваемого пациенту газа и давление подаваемого пациенту газа; и

определение того, что обнаруженное изменение указывает на событие вдоха.

41. Способ по п. 38, в котором определение требуемых параметров искрообразования электродов предусматривает:

измерение атмосферного давления; и

определение количества групп искровых разрядов электродов в секунду, количества отдельных искровых разрядов электродов на группу искровых разрядов, времени между отдельными искровыми разрядами электродов и длительности импульса.

42. Способ по п. 38, дополнительно предусматривающий:

мониторинг по меньшей мере одного из следующего: концентрация оксида азота ниже по потоку от электродов и концентрация диоксида азота ниже по потоку от электродов;

определение того, что по меньшей мере одна из концентрации оксида азота и концентрации диоксида азота не равна требуемой концентрации; и

в ответ на определение того, что концентрация оксида азота ниже по потоку от электродов не равна требуемой концентрации, изменение посредством электрического сигнала по меньшей мере одного из следующего: количество групп искровых разрядов электродов в секунду, количество отдельных искровых разрядов электродов на группу искровых разрядов, время между отдельными искровыми разрядами электродов и длительность импульса.

43. Способ по п. 38, дополнительно предусматривающий: мониторинг концентрации диоксида азота ниже по потоку от электродов; определение того, что концентрация диоксида азота превышает

предварительно заданную максимальную концентрацию; и

при определении того, что концентрация диоксида азота ниже по потоку от электродов превышает предварительно заданную максимальную концентрацию, прекращение подачи электрического сигнала на электроды.