KR20190128061A - 냉각된 일산화 질소 발생기를 위한 시스템들 및 방법들 - Google Patents

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Abstract

일산화 질소(NO) 발생 시스템을 위한 시스템들 및 방법들이 제공된다. 특히, 본 개시는 환자 사용 및 접촉을 위한 안전한 온도로 또는 그 미만으로 시스템의 NO 발생기를 유지하기 위해 냉각되도록 구성되는 NO 발생 시스템을 제공한다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, NO 발생 시스템은 그것에 냉각을 제공하기 위해 NO 발생기를 향해 및/또는 NO 발생기를 통해 유체(예컨대, 가스)를 공급하도록 구성된 펌프를 포함할 수 있다.

Description

냉각된 일산화 질소 발생기를 위한 시스템들 및 방법들
관련 출원들에 대한 상호-참조들
본 출원은 2017년 3월 31일에 출원된, 미국 가 특허 출원 번호 제62/480,320호 및 2017년 9월 15일에 출원된, 미국 가 특허 출원 번호 제62/558,882호에 기초하며 그것에 대한 우선권을 주장한다. 그 각각은 여기에서 참조로서 통합된다.
본 개시는 일반적으로 가스들로부터의 일산화 질소(NO)의 전기 플라즈마 합성에 관한 것이며, 보다 구체적으로 의료 애플리케이션들에서 사용될 냉각된 NO 발생기를 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
NO는 많은 생물학적 시스템들의 결정적 매개자이며, 다른 것들 중에서, 폐동맥과 조직 압력을 선택적으로 조절하고, 면역 체계가 세포들에 들어가는 침투 기생체들을 죽이도록 돕고, 암 세포들의 분열을 억제하고, 뇌 세포들 간에 신호들을 송신하며, 뇌졸증들 또는 심근 경색들이 있는 사람들을 약화시키는 뇌 세포들의 죽음에 기여하는 것으로 알려져 있다. NO는 예를 들면, 혈관들, 기관지들, 위장관, 및 비뇨 생식로의 벽들에 존재하는 민무늬근의 이완을 가능하게 한다. 흡입에 의한 폐로의 NO 가스의 투여는 폐의 혈관들 내에서 국소화된 민무늬근 이완을 생성하는 것으로 보여져 왔으며 전신 혈관 확장 및 저혈압과 같은 전체에 영향을 주는 부작용들을 생성하기 않고, 폐고혈압, 폐렴, 신생아의 호흡 부전 등을 치료하기 위해 널리 사용된다.
NO를 들이마시는 것은 관류와 환기의 매칭을 개선하는 강하고 선택적인 폐 혈관 확장을 즉시 생성할 수 있고, 그에 의해 다친 폐의 산소 수송 효율을 증가시키며, NO를 내뱉는 것은 동맥혈 산소분압을 올릴 수 있다. NO를 내뱉는 것은 전신 혈관 확장의 부재로 호흡을 시작하는 수 초 내에 발생하는 폐 혈관 확장제 작용의 급속한 시작을 생성한다. 일단 흡입되면, NO는 폐 혈관을 통해 혈류로 퍼지며, 여기에서 그것은 산소헤모글로빈과의 결합에 의해 빠르게 비활성화된다(NO 이산소화 반응). 그러므로, 흡입된 NO의 혈관 확장 효과들은 급성 및 만성 폐고혈압의 치료시 폐에 제한된다. 흡입된 NO는 또한 심근 경색을 가진 성인들에서 관상 동맥 중재술 후 허혈 재관류 손상을 방지하기 위해 사용될 수 있다. 더욱이, 흡입된 NO는 NO 바이오대사산물들(고리형 구아노신 일인산염을 포함한)을 순환시키는 레벨들을 증가시킴으로써 및 플라즈마에서 철분 헤모글로빈(메트헤모글로빈)으로 철분을 함유한 헤모글로빈을 순환시키는 산화와 같은, 다른 메커니즘들에 의해 전신 항-염증 및 항-혈소판 효과들을 생성할 수 있다. 더 나아가, NO는 알려진 항균성 활동을 가진다.
일산화 질소(NO) 발생 시스템을 위한 시스템들 및 방법들이 제공된다. 특히, 본 개시는 환자 사용 및 접촉을 위한 안전한 온도로 또는 그 미만으로 시스템의 NO 발생기를 유지하기 위해 냉각되도록 구성되는 NO 발생 시스템을 제공한다.
일 양상에서, 본 개시는 일산화 질소 발생기를 포함하는 일산화 질소 발생 시스템을 제공한다. 상기 일산화 질소 발생기는 제 1 단부 및 일반적으로 개방된 제 2 단부를 가진 하우징, 상기 하우징 내에 밀폐된 전극들의 쌍, 및 상기 전극들의 쌍과 상기 하우징 사이에 형성된 반응 챔버를 포함한다. 상기 일산화 질소 발생 시스템은 스캐빈저(scavenger) 및 그 안에 배치된 필터를 가진 스캐빈저 하우징을 추가로 포함한다. 상기 스캐빈저 하우징은 상기 하우징의 제 2 단부에 착탈 가능하게 부착되도록 구성된다. 상기 일산화 질소 발생 시스템은 상기 전극들의 쌍에 연결된 전원 공급 장치, 및 상기 펌프와 상기 전원 공급 장치와 통신하는 제어기를 추가로 포함한다. 상기 제어기는 상기 반응 챔버 내에서 일산화 질소를 발생시키도록 그 사이에서 하나 이상의 방전들을 발생시키기 위해 전극들의 쌍에 전력을 제공할 것을 전원 공급 장치에 선택적으로 지시하도록 구성된다. 상기 일산화 질소 발생 시스템은 유체 흐름을 제공하도록 구성된 펌프 및 상기 펌프와 상기 반응 챔버 사이에서 유체 연통을 제공하도록 구성된 흐름 관을 추가로 포함한다. 상기 펌프로부터 상기 반응 챔버로 제공된 유체 흐름은 일산화 질소 발생기를 냉각시키며 상기 반응 챔버로부터 발생된 일산화 질소의 확산을 돕도록 구성된다.
일 양상에서, 본 개시는 제 1 단부, 일반적으로 개방된 제 2 단부, 및 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부 사이에 배치된 공동을 가진 하우징, 상기 하우징의 공동 내에 배치된 전극들의 쌍, 및 상기 전극들의 쌍과 상기 하우징 사이에 형성된 반응 챔버를 포함하는 일산화 질소를 발생시키기 위한 장치를 제공한다. 상기 전극들의 쌍은 상기 반응 챔버 내에서 일산화 질소를 발생시키기 위해 그 사이에서 하나 이상의 방전들을 발생시키도록 구성된다. 상기 장치는 스캐빈저 및 그 안에 배치된 필터를 가진 스캐빈저 하우징을 추가로 포함한다. 상기 스캐빈저 하우징은 상기 하우징의 제 2 단부에 착탈 가능하게 부착되도록 구성된다. 상기 장치는 펌프와 상기 반응 챔버 사이에서 유체 연통을 제공하기 위해 상기 하우징을 통해 상기 반응 챔버로 연장된 흐름 관을 추가로 포함한다. 상기 펌프로부터 상기 반응 챔버로 제공된 유체 흐름은 상기 일산화 질소 발생기를 냉각시키며 상기 반응 챔버로부터 상기 발생된 일산화 질소의 확산을 돕도록 구성된다.
일 양상에서, 본 개시는 전극들의 쌍 사이에서 전기 플라즈마 방전을 통해 일산화 질소 가스를 전기적으로 발생시키도록 구성된 일산화 질소 발생기를 냉각시키는 방법을 제공한다. 상기 일산화 질소 발생기는 전극들의 쌍을 밀폐시키며 상기 전극들의 쌍과 상기 하우징 사이에서 반응 챔버를 형성하는 하우징을 포함한다. 상기 방법은 유체 흐름을 제공하도록 구성된 펌프를 제공하는 것, 그 사이에서 유체 연통을 제공하기 위해 펌프와 반응 챔버 사이에서 흐름 관을 연결하는 것, 및 상기 흐름 관을 따라 상기 펌프로부터 상기 반응 챔버로 유체를 흐르게 하고, 그에 의해 일산화 질소 발생기를 냉각시키는 것을 포함한다.
앞서 말한 것 및 개시의 다른 양상들 및 이점들은 다음의 설명으로부터 명백할 것이다. 설명에서, 참조는 그 일부를 형성하며, 개시의 바람직한 구성이 예시로서 도시되어 있는, 수반된 도면들에 대해 이루어진다. 이러한 구성은 반드시 개시의 전체 범위를 나타내는 것은 아니며, 그러므로 개시의 범위를 해석하기 위해 참조가 청구항들에 대해 이루어진다.
본 발명은 완전히 휴대 가능하고, 경량이며, 의료 애플리케이션들에서 및 현장 진단(point-of-care)에서 유용한 농도로 일산화 질소(NO)를 신뢰 가능하고 안전하게 발생시킬 수 있는 NO 발생 시스템을 제공한다.
다음의 상세한 설명에 대해 고려될 때 발명이 보다 양호하게 이해될 것이며 상기 제시된 것들과 다른 특징들, 양상들 및 이점들은 명백해질 것이다. 이러한 상세한 설명은 다음의 도면들을 참조한다.
도 1은 본 개시의 일 양상에 따른 일산화 질소 발생 시스템의 개략적인 예시를 도시한 도면.
도 2는 본 개시의 일 양상에 따른 도 1의 일산화 질소 발생 시스템 내에서의 일산화 질소 발생기의 상세한 개략도.
도 3은 본 개시의 일 양상에 따라 발생기에 반경 방향으로 들어간 관을 가진 도 2의 일산화 질소 발생기의 상세한 개략도.
도 4는 본 개시의 일 양상에 따라 발생기로 비스듬히 들어간 관을 가진 도 2의 일산화 질소 발생기의 상세한 개략도.
도 5는 도 1의 일산화 질소 발생 시스템을 동작시키기 위한 단계들을 개괄한 흐름도.
도 6은 도 1의 일산화 질소 발생 시스템을 테스트하기 위해 사용된 셋업의 예시를 도시하는 도면.
도 7은 도 5의 테스트 셋업의 개략적인 예시를 도시하는 도면.
도 8a는 본 개시의 일 양상에 따른 하우징에 착탈 가능하게 부착된 0.8그램 스캐빈저를 가진 도 2의 일산화 질소 발생기의 프로토타입의 예시를 도시하는 도면.
도 8b는 본 개시의 일 양상에 따른 하우징에 착탈 가능하게 부착된 1.6그램 스캐빈저를 가진 도 2의 일산화 질소 발생기의 프로토타입의 예시를 도시하는 도면.
도 9는 도 8a 및 도 8b의 프로토타입들의 테스트 동안 전극들로 공급된 시간의 함수로서 전압 및 전류 파형들을 예시한 그래프.
도 10은 40ppm의 일산화 질소(NO)를 발생시키는 동안 3일의 테스트 동안 시간의 함수로서 도 8a의 프로토타입 발생기에 의해 발생된 이산화질소(NO2) 농도를 예시한 그래프.
도 11은 40ppm의 일산화 질소(NO)를 발생시키는 동안 3일의 테스트 동안 시간의 함수로서 도 8a의 프로토타입 발생기의 온도를 예시한 그래프.
도 12a는 발생된 일산화 질소(NO) 농도의 함수로서 0.8그램 스캐빈저를 갖거나 또는 그것이 없는 도 8a의 프로토타입 발생기에 의해 발생된 오존(O3) 농도를 예시한 그래프.
도 12b는 프로토타입 디바이스로 입력된 산소(O2) 농도의 함수로서 0.8그램 스캐빈저를 갖거나 또는 그것이 없는 도 8a의 프로토타입 발생기에 의해 발생된 오존(O3) 농도를 예시한 그래프.
도 12c는 다양한 흡기 산소 농도들(FiO2)을 위해 0.8그램 스캐빈저를 가진 도 8a의 프로토타입 발생기에 의해 발생된 오존(O3) 농도를 예시한 그래프.
도 13은 40ppm 일산화 질소(NO)를 발생시키는 24시간 테스트 동안 다양한 스캐빈저 및 필터 조합들을 사용하여 도 8a의 프로토타입 발생기에 의해 출력된 니켈, 이리듐, 및 백금의 농도를 예시한 표.
도 14는 도 8a의 프로토타입 발생기에 의해 발생된 다양한 농도들의 일산화 질소(NO)를 들이마시고 NO/N2 탱크로부터 40ppm 일산화 질소(NO)를 들이마시는, U46619 주입으로 인해, 급성 폐고혈압을 가진 마취된 토끼들에서 시간의 함수로서 우심실 수축기압(RVSP)을 예시한 그래프.
도 15는 매 호흡마다, 다른 호흡마다, 및 3번째 호흡마다 트리거된 도 8a의 프로토타입 발생기에 의해 발생된 80ppm의 일산화 질소(NO)를 들이마시는, U46619 주입으로 인해, 급성 폐고혈압을 가진 마취된 토끼들에서 시간의 함수로서 우심실 수축기압(RVSP)을 예시한 그래프.
여기에서 용어 "유체"의 사용은 물질의 상에 관한 것이며 액체, 가스, 또는 2-상 액체 및 가스에 관한 것일 수 있다.
여기에서 용어들 "다운스트림" 및 "업스트림"의 사용은 유체의 흐름에 대한 방향을 나타내는 용어들이다. 용어 "다운스트림"은 유체 흐름의 방향에 대응하는 반면, 용어 "업스트림"은 유체 흐름의 방향의 반대인 또는 그것에 맞서는 방향을 나타낸다.
설명될 바와 같이, 본 개시는 완전히 휴대 가능하고, 경량이며, 의료 애플리케이션들에서 및 현장 진단(point-of-care)에서 유용한 농도로 일산화 질소(NO)를 신뢰 가능하고 안전하게 발생시킬 수 있는 NO 발생 시스템을 제공한다. 일반적으로, 본 개시의 몇몇 비-제한적인 예들은 환자 사용 및 접촉에 안전한 온도로 또는 그 미만으로 시스템의 NO 발생기를 유지하기 위해 냉각되도록 구성되는 NO 발생 시스템을 제공한다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, NO 발생 시스템은 그것에 냉각을 제공하기 위해 NO 발생기를 향해 및/또는 그것을 통해 유체(예컨대, 가스)를 공급하도록 구성된 펌프를 포함할 수 있다. 펌프에 의해 제공된 유체 흐름은 또한 NO 발생의 효율을 증가시키고, 갓 발생된 NO의 확산을 가능하게 하며, 내쉰 이산화탄소(CO2)의 적어도 일 부분이 시스템에 들어가는 것을 방지하도록 도울 수 있다.
도 1은 본 개시에 따른 NO 발생 시스템(100)의 하나의 비-제한적인 예를 예시한다. NO 발생 시스템은 제어기(102), 전원 공급 장치(104), 펌프(106), NO 발생기(108), 및 필터/스캐빈저(110)를 포함한다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, 전원 공급 장치(104)는 공진 전원 공급 장치(resonant power supply)일 수 있다. 제어기(102)는 전원 공급 장치(104) 및 펌프(106)와 통신한다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, 제어기(102)는 NO 발생기(108)로 전력을 제공할 것을 전원 공급 장치(104)에 선택적으로 지시하도록 구성될 수 있으며, 이것은 환자로 공급될 원하는 농도의 NO 가스의 발생을 야기한다. 예를 들면, 제어기(102)는 흡기 이벤트와 같은, 하나 이상의 입력들에 기초하여 전원 공급 장치(104)를 선택적으로 트리거하도록 구성될 수 있다. 흡기 이벤트는 환자의 호흡의 하나 이상의 특성들을 통해 검출될 수 있다. 예를 들면, 유체 유량, 온도, 압력, 산소(O2) 농도, CO2 농도, 흉부 부피 등. 대안적으로 또는 부가적으로, 제어기(102)는 흡기 이벤트 동안 또는 전에 NO 발생기(108)를 트리거할 때를 결정하기 위해 인공 호흡기로부터 하나 이상의 입력들을 수신하도록 구성될 수 있다.
몇몇 비-제한적인 예들에서, 제어기(102)는 각각의 흡기 이벤트 동안 또는 전에 미리 결정된 양의 시간 동안 원하는 농도의 NO를 생성할 것을 NO 발생기(108)에 지시하도록 구성될 수 있다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, 제어기(102)는 하나씩 거른 흡기 이벤트 동안 또는 전에 미리 결정된 양의 시간 동안 원하는 농도의 NO를 생성할 것을 NO 발생기(108)에 지시하도록 구성될 수 있다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, 제어기(102)는 3번째 흡기 이벤트 동안 또는 전에, 또는 흡기 이벤트들 사이에서의 보다 큰 갭들로(예컨대, 4번째, 5번째, 또는 6번째 흡기 이벤트마다) 미리 결정된 양의 시간 동안 원하는 농도의 NO를 생성할 것을 NO 발생기(108)에 지시하도록 구성될 수 있다.
몇몇 비-제한적인 예들에서, 전원 공급 장치(104)는 전력을 펌프(106)에 제공하도록 구성될 수 있다. 이들 비-제한적인 예들에서, 제어기(102)는 NO 발생기(108)로 및/또는 그것을 통한 유체 흐름을 가능하게 하기 위해 펌프(106)에 전력을 제공할 것을 전원 공급 장치(104)에 선택적으로 지시하도록 구성될 수 있다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, 펌프(106)는 네이티브 전원 공급 장치와 통합될 수 있거나 또는 전원 공급 장치(104)로부터 분리된 또 다른 외부 전원 공급 장치를 통해 전력을 공급받을 수 있다. 이들 비-제한적인 예들에서, 제어기(102)는 NO 발생기(108)로 및/또는 그것을 통해 유체 흐름을 공급할 것을(낮은 ml/min에서 높은 ml/min으로 또는 그 반대로) 펌프(106)에 선택적으로 지시하도록 구성될 수 있다.
제어기(102)는 펌프(106)에 의해 NO 발생기(108)로 제공된 유체 유량을 제어하도록 구성될 수 있다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, 제어기(102)는 펌프(106)에 의해 제공된 유체 유량을 제어함으로써 원하는 온도 범위 내에서 NO 발생기(108)의 온도를 유지하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 제어기(102)는 NO 발생기(108)의 온도를 측정하도록 구성되는 온도 센서(112)와 통신할 수 있으며 온도 센서(112)에 의해 측정된 온도에 기초하여 펌프(106)에 의해 제공된 유체 유량을 제어하도록 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 온도 센서(112)는 환자에게 제공되는 필터/스캐빈저(110)를 빠져나가는 유체 흐름의 온도를 측정하도록 구성될 수 있으며, 제어기(102)는 원하는 온도 범위 내에서 환자로의 빠져나간 유체 흐름을 유지하기 위해 펌프(106)에 의해 제공된 유체 유량을 제어하도록 구성될 수 있다.
NO 발생기(108)는 NO 발생기(108) 내에서 주위 가스들 및/또는 펌프(106)에 의해 공급된 가스로부터, 전원 공급 장치(104)로부터의 전력을 공급받을 때, 원하는 농도의 NO 가스를 발생시키도록 구성된다. 예를 들면, NO 발생기(108)는 그 사이에서의 방전을 통해 플라즈마를 발생시키도록 구성되는 전극들의 하나 이상의 쌍들을 포함할 수 있다. NO 가스는 방전을 통해 발생된 플라즈마 내에서 주변 또는 그보다 높은 압력 가스들에서의 O2 및 질소(N2)로부터 합성될 수 있다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, 전원 공급 장치(104)에 의해 NO 발생기(108)로 제공된 파형(예컨대, 구형파 등)은 그에 의해 발생된 NO의 농도를 제어할 수 있다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, NO 발생기(108)에 의해 발생된 NO 농도는 측정될 수 있으며 제어기(102)는 원하는 범위 내에서 NO 농도를 유지하도록 전원 공급 장치(104)를 제어할 수 있다.
일반적으로, 필터/스캐빈저(110)는 NO-함유 가스가 환자의 기도로 들어가기 전에 입자들을 필터링하고 그를 방지하도록 구성된 적어도 하나의 필터 및 NO 발생기(108)에 의해 생성된 바람직하지 않은 부산물들(예컨대, NO2 및 O3)의 농도를 제어하거나, 또는 제한하도록 구성된 스캐빈저를 포함할 수 있다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, 필터/스캐빈저(110)는 NO 발생기(108)에 착탈 가능하게 부착될 수 있는 단일의 구성요소로 통합될 수 있다. 예를 들면, 필터/스캐빈저(110)는 NO 발생기(108)에 설치되며 일단 스캐빈저가 배출되면 제거되도록 구성되는 교체 가능한 구성요소일 수 있다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, 필터/스캐빈저(110)는 나사들, 퀵-디스커넥트(스냅 온/오프), 쇠가 걸린 피처, 착탈 가능한 접착제, 및/또는 스레드들을 통해 NO 발생기(108)에 착탈 가능하게 부착될 수 있다.
NO 발생 시스템(100)은 예를 들면, 저산소증 아기들에게 현장 진단 치료를 제공하는 경량이며 휴대 가능한 디바이스로 통합될 수 있다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, NO 발생기(108)는 환자의 기도에 설치되는 기관내관에 또는 그 가까이에 설치될 수 있다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, NO 발생기(108)는 흡기 사지에서, 마우스 피스에 가능한 가깝게 환자의 기도에 직접 설치될 수 있다. 그러나, 시스템(100)은 인간, 다른 포유동물, 또는 다른 동물을 포함할 수 있는, 다양한 대상들 중 임의의 것과 함께 사용될 수 있거나, 또는 대상을 포함하지 않는 다른 애플리케이션들에서 사용될 수 있다.
도 2로 가면, 하나의 비-제한적인 예에서, NO 발생기(108)는 하우징(204) 내에 배치된 전극들(202)의 쌍을 포함한다. 전극들(202)은 텅스텐 탄화물, 탄소, 이리듐, 티타늄, 백금, 레늄, 또는 앞서 언급한 재료들의 합금, 또는 다른 노블 불활성 금속들로부터 제작되거나 또는 그것으로 도금될 수 있다. 하나의 비-제한적인 예에서, 전극들(202)은 여기에서 참조로서 통합되는, 국제 특허 출원 번호 PCT/US2015/056443('443 국제 출원)에서 설명된 바와 같이, 다른 금속들에 비교될 때 이리듐에 의해 발생된 NO2 대 NO의 보다 낮은 비로 인해 이리듐으로부터 제작되거나 또는 그것으로 도금된다. 다른 비-제한적인 예들에서, NO 발생기(108)는 전극들(202)의 둘 이상의 쌍들을 포함할 수 있다. 전극들(202)은 방전 시 그 사이에 플라즈마를 생성하도록 구성된다. 전극들(202)에 의해 발생된 플라즈마는, 질소 및 산소가 NO 발생기(108)가 위치되는 대기에 존재하는 한, NO 가스를 발생시킨다.
하우징(204)은 서로 세로 방향으로 대향하는 제 1 단부(206) 및 제 2 단부(208)를 포함한다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, 하우징(204)은 금속 재료(예컨대, 알루미늄)로부터 제작될 수 있다. 제 1 단부(206)는 하우징(204)의 내부에 의해 형성된 공동(211)으로의 접근을 제공하는 애퍼처(210)를 포함한다. 애퍼처(210)는 전극 절연체(212)를 수용하도록 치수화될 수 있다. 한 쌍의 고 전압 와이어들(213)은 전극 절연체(212)를 통해 연장되며 전원 공급 장치(104)에 전극들(202)을 연결한다. 고 전압 와이어들(213)은 전기적으로 절연시키고 단락을 방지하도록 작용하는, 전극 절연체(212)(예컨대, 세라믹 재료) 내에 위치될 때를 제외하고 와이어 절연(215)을 포함할 수 있다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, 와이어 절연(215)은 그것을 통해 연장시키기 위해 와이어들(213)에 대한 애퍼처들 및 흐름 관(224)을 포함하는 몰딩 구성요소일 수 있다. 이들 비-제한적인 예들에서, 와이어 절연(215)은 전기 절연체로부터 제작될 수 있으며 하우징(204)의 제 1 단부(206)에 부착되도록 구성될 수 있다.
몇몇 비-제한적인 예들에서, 제 2 단부(208)는 스캐빈저 하우징(214)에 착탈 가능하게 부착하도록 구성되는 일반적으로 개방된 단부를 형성할 수 있다. 이들 비-제한적인 예들에서, 스캐빈저 하우징(214)은 제 1 필터(216), 제 2 필터(218), 및 제 1 필터(216)와 제 2 필터(218) 사이에 배치된 스캐빈저(220)를 포함할 수 있다. 도 2에 예시된 바와 같이, 조립될 때, 제 1 필터(216)는 하우징(204)의 제 2 단부(208)와 맞물릴 수 있다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, 스캐빈저 하우징(214)은 나사들, 퀵-디스커넥트, 쇠가 달린 피처, 착탈 가능한 접착제, 및/또는 스레드들을 통해 하우징(204)에 착탈 가능하게 부착될 수 있다.
몇몇 비-제한적인 예들에서, 제 1 필터(216)는 하우징(204)에 통합되며 그것의 제 2 단부(208)에 부착될 수 있다. 이들 비-제한적인 예들에서, 스캐빈저 하우징(214)은 제 2 필터(218) 및 스캐빈저(220)를 포함할 수 있다.
제 1 및 제 2 필터들(216 및 218)은 하우징(204) 내의 가스가 환자의 기도로 들어가기 전에 입자들을 필터링하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 제 1 및 제 2 필터들(216 및 218)은 스캐빈저(220)로부터의 단편들 및/또는 방전 동안 발생된 높은 온도들로 인해 전극들(202)로부터 증발한 입자들/증기들이 환자의 기도에 들어가는 것을 방지할 수 있다. 예시된 비-제한적인 예에서, NO 발생기(108)는 스캐빈저(220)의 위쪽에 배치된 하나의 필터 및 스캐빈저(220)의 아래쪽에 배치된 또 다른 필터를 포함한다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, 제 1 및 제 2 필터들(216 및 218)은 약 0.22 마이크로미터(㎛)보다 큰 직경을 가진 입자들을 필터링하도록 구성될 수 있다. 일 구성에서, 제 1 및 제 2 필터들(216 및 218)은 고성능 미립자 제거(HEPA) 필터들일 수 있다. '443 국제 출원에서 설명된 바와 같이, 환자의 위쪽으로 배치된 0.22㎛ 입자 필터는 동작 동안 약화되고 기화하는 전극 조각들을 제거하기에 충분하다. 제 1 및 제 2 필터들(216 및 218)에 의해 필터링된 입자 크기는 임의의 방식으로 제한적이도록 의도되지 않으며, 상이한 입자 크기들을 필터링하는 대안적인 입자 필터들이 본 개시의 범위 내에 있다는 것이 알려져야 한다. 그러나, 제 1 및 제 2 필터들(216 및 218)에 의해 필터링된 입자 크기는 환자의 안전과 건강을 유지하기 위해 충분히 작아야 한다.
스캐빈저 하우징(214)이 하우징(204)에 부착될 때, 스캐빈저(220)는 전극들(202)의 아래쪽으로 배치되도록 구성된다. 동작 시, 스캐빈저(220)는 시스템(100)에 의해 생성된 바람직하지 않은 부산물들(예컨대, NO2 및 O3)을 제어하도록 구성될 수 있다. 하나의 비-제한적인 예에서, 스캐빈저(220)는 수산화칼슘(Ca(OH)2)으로부터 제작될 수 있다. 또 다른 비-제한적인 예에서, 스캐빈저(220)는 임의의 환원제(예컨대, 아스코르브산)로 구성된 환원제 스캐빈저일 수 있다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, NO 발생 시스템(100)은 환자의 흡기 시 트리거함으로써 환자에 의한 흡입을 위한 NO 가스를 효율적으로 발생시키도록 구성될 수 있으며, 이것은 시스템(100)의 전력 요건들을 감소시키고 작은 스캐빈저(220)의 사용을 가능하게 할 수 있다. 예를 들면, 스캐빈저(220)는 약 2그램(g)보다 작을 수 있다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, 스캐빈저(220)는 약 1g 내지 약 2g 사이에 있을 수 있다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, 스캐빈저(220)는 약 1.6g일 수 있다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, 스캐빈저(220)는 약 1g보다 작을 수 있다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, 스캐빈저(220)는 약 0.1g 내지 약 1g 사이에 있을 수 있다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, 스캐빈저(220)는 약 0.8g일 수 있다.
조립될 때, 흐름 경로는 발생된 NO-함유 가스의 환자로의 전달을 가능하게 하는 NO 발생기(108)를 통해 형성될 수 있다. 흐름 경로는 반응 챔버(222)로부터 아래쪽으로 제 1 필터(216), 스캐빈저(220)를 통해 제 2 필터(218)로 연장될 수 있다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, 제 2 필터(218)는 흐름 경로의 출구일 수 있다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, 스캐빈저 하우징(214)은 그 안에 제 2 필터(218)를 고정시키지만 유체가 그것을 통해 흐르는 것을 허용하도록 구성되는 구멍이 난 출구 벽을 포함할 수 있다.
반응 챔버(222)는 전극 절연체(212) 및 하우징(204)의 내부 표면 사이에서의 반경 방향 틈새에서 공동(211)의 일 부분으로서 형성될 수 있다. 반응 챔버(222) 내에서의 주위 가스들은 전극들(202) 사이에서의 전기 플라즈마 방전을 따르는 화학적 반응을 겪을 수 있으며, 질소 및 산소의 존재 시, NO 가스는 주어진 농도로 환자에게 공급되도록 발생될 수 있다. 여기에서 설명된 바와 같이, NO 발생 시스템(100)은 스캐빈저(220)의 크기 및 전력 소비를 감소시키기 위해 환자의 선택적 흡기 이벤트들 시 또는 전에 단지 NO 가스만을 발생시키도록 트리거될 수 있다. 그러나, 전극들(202) 사이에서의 전기 플라즈마 방전은, 동작 동안 NO 발생기(108)의 가열을 야기할 수 있는, 열을 발생시킨다. 가열 효과를 감소시키고 NO 발생기(108)의 온도를 제어하기 위해, 흐름 관(224)이 반응 챔버(222)와 펌프(106) 사이에서 유체 연통을 제공하도록 배치된다. 예시된 비-제한적인 예에서, 흐름 관(224)은 전극 절연체(212)와 하우징(204)의 내부 표면 사이에서의 반경 방향 위치에서 하우징(204)의 제 1 단부(206)로 일반적으로 축방향으로 연장된다.
하우징(204) 및 반응 챔버(222)에 대한 흐름 관(224)의 배향은 반응 챔버(222) 내에서 원하는 흐름 패턴 및/또는 소용돌이 특성들을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 도 3 및 도 4에서 예시된 바와 같이, 흐름 관(224)은 하우징(204)을 통해 반응 챔버(222)로 반경 방향으로 연장될 수 있거나(도 3), 또는 흐름 관(224)은 하우징(204)을 통해 반응 챔버(222)로 비스듬히 연장될 수 있다(도 4). 몇몇 비-제한적인 예들에서, 흐름 관(224)과 하우징(204)의 외부 표면 사이에서 형성된 각도는 약 0도 내지 90도 사이에 있을 수 있다.
몇몇 비-제한적인 예들에서, 펌프(106)는 증가된 압력 하에서의 환경으로부터 주위 공기를 흐름 관(224)을 통해 NO 발생기(108)로 공급하도록 구성될 수 있다. 펌프(106)에 의해 반응 챔버(222)로 제공된 공기 흐름은 환자 사용 및 접촉에 안전한 온도로 또는 그 미만으로 NO 발생기(108)를 유지하기 위해 NO 발생기(108)를 대류성 냉각시키도록 동작할 수 있다. 또한, 펌프(106)에 의해 제공된 공기 흐름은 주위 공기에서 질소 및 산소로부터 NO 가스의 발생을 가능하게 하기 위해 신선한 공기를 반응 챔버로 제공하도록 동작할 수 있다. 뿐만 아니라, 펌프(106)에 의해 제공된 공기 흐름은 NO 발생기(108)의 출구로 및 그에 의해 환자로 갓 발생된 NO 가스의 확산을 가능하게 할 수 있다. 더 나아가, 펌프(108)에 의해 제공된 공기 흐름은 내쉰 CO2의 적어도 일 부분이 스캐빈저(220)에 도달하는 것을 막도록 도울 수 있다. 일반적으로, 인간들은 날숨 동안 약 50,000ppm의 CO2를 방출할 수 있으며, CO2는 스캐빈저(220)의 유용한 수명을 저하시키도록 동작할 수 있다. 따라서, 내쉰 CO2가 NO 발생기(108)에 들어가는 것을 억제하거나 또는 방지하는 것이 바람직할 수 있다. NO 발생 시스템(100)은 호흡 사이클 동안 계속해서보다는, 흡기 시 또는 전에 발생을 트리거함으로써, 및 반응 챔버(222)로의 부가적인 공기 흐름을 펌프(108) 및 흐름 관(224)에 공급함으로써 내쉰 CO2를 통해 스캐빈저(220)의 저하를 제한하도록 구성된다. 펌프(106)에 의해 제공된 부가적인 공기 흐름은, 주변에 비교될 때, 반응 챔버(222) 안에서 약간의 양의 압력을 발생시키며, NO 발생기(108)로의 역 흐름을 억제하도록 동작할 수 있어서 내쉰 CO2의 적어도 일 부분이 스캐빈저(220)에 도달하는 것을 방지할 수 있다.
여기에서 설명된 바와 같이, NO 발생 시스템(100)은, 예를 들면, 저산소증을 가진 아기들을 위한 현장 진단 시 신뢰 가능하고 안전한 NO 가스를 발생시키기 위해 사용될 수 있다. NO 발생 시스템(100)의 동작의 비-제한적인 일 예는 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명될 것이다. 처음에, 도 5에 예시된 바와 같이, NO 발생기(108)는 단계(300)에서 환자의 기도에 결합될 수 있다. 예를 들면, NO 발생기(108)는 하우징(204)에 부착된 스캐빈저 하우징(214)과 조립될 수 있으며 NO 발생기(108)의 출구는 환자의 기도와 유체 연통하여 위치될 수 있다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, NO 발생기(108)의 출구는 인공 호흡기에 결합될 수 있다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, NO 발생기(108)의 출구는 환자의 기도에 위치된 호흡 관에 결합될 수 있다.
일단 NO 발생기(108)가 단계(300)에서 환자의 기도에 결합되면, NO 발생기(108)의 발생 특성들은 단계(302)에서 결정될 수 있다. 예를 들면, 다른 파라미터들 중에서, 발생될 원하는 농도의 NO, 흡기 후 발생될 NO에 대한 시간 양, 1회 호흡량, 몸무게, 호흡수, 주위 온도, 주위 압력이 입력되고 및/또는 제어기(102)에 의해 결정될 수 있다. 예를 들면, 작동 파라미터들에 기초하여, 제어기(102)는 원하는 양의 시간 동안 원하는 양의 NO 가스를 생성하기 위해 필요한 NO 발생 특성들을 결정할 수 있다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, 제어기(102)는 초당 필요한 수의 전극 방전 그룹들, 그룹당 전극 방전들의 수, 그룹 내에서 인접한 전극 방전들 사이의 시간(예컨대, 마이크로초로), 및 전원 공급 장치(104)에 의해 전극들(202)에 공급된 각각의 개개의 방전의 펄스 시간(예컨대, 마이크로초로)을 결정할 수 있다. 제어기(102)에 의해 결정된 특성들은 예를 들면, 출력 NO 농도, 출력 NO2 농도, 출력 O3 농도, 주위 온도, 주위 압력, NO 발생기(108) 온도, 및/또는 환자의 측정된 생물학적 파라미터들(예컨대, 심실 수축기 압력, 폐동맥 압력 등)을 수용하기 위해, 동작 동안 조정될 수 있다.
단계(302)에서 결정된 NO 발생 특성들을 갖고, 환자의 흡기 이벤트가 단계(304)에서 검출되었는지가 결정될 수 있다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, 흡기 이벤트는 유체 유량, 온도, 압력, 산소(O2) 농도, CO2 농도, 흉부 부피, 및/또는 인공 호흡기 작동 파라미터들과 같은, 환자의 하나 이상의 호흡 특성들을 모니터링함으로써 검출될 수 있다. 흡기 이벤트가 단계(304)에서 검출되면, NO 발생기(108)는 단계(306)에서 검출된 흡기 이벤트 후 원하는 양의 시간 동안 원하는 농도의 NO 가스를 발생시키도록 트리거될 수 있다.
NO 발생 시스템(100)의 하나 이상의 출력 파라미터들이 단계(308)에서 모니터링될 수 있으며 측정된 출력 파라미터들에 기초하여 NO 발생 특성들이 변경될 필요가 있는지가 단계(310)에서 결정될 수 있다. 예를 들면, 출력 NO 농도, 출력 NO2 농도, 출력 O3 농도, NO 발생기(108) 온도, 및/또는 환자의 측정된 생물학적 파라미터들(예컨대, 심실 수축기 압력, 폐동맥 압력 등)이 제어기(102)에 의해 모니터링되고 및/또는 그것으로 입력될 수 있다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, 제어기(102)는 단계(308)에서 출력 파라미터들 중 하나 이상을 모니터링하며 단계(310)에서 출력 파라미터들 중 하나가 미리 결정된 동작 범위 밖에 있으며 변화가 요구되는지를 결정할 수 있다. 예를 들면, 제어기(102)는 발생된 NO 가스의 농도가 원하는 농도의 미리 결정된 범위 내에 있지 않음을 검출하며, 이에 응답하여 단계(302)에서 결정된 발생 특성들 중 하나 이상을 변경하도록 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, NO2 및/또는 O3의 출력 농도는 스캐빈저(220)가 교체될 필요가 있는지를 결정하기 위해 모니터링될 수 있다. 예를 들면, 환자 안전을 위한 NO2 및/또는 O3의 미리 결정된 최대 농도가 수립될 수 있으며, 이러한 미리 결정된 최대 농도가 도달되면, 스캐빈저(220)가 교체되도록 요구된다는 것이 결정될 수 있다. 스캐빈저 하우징(214) 및 하우징(204) 사이에서의 착탈 가능한 부착으로 인해, 스캐빈저(220)는 현재 스캐빈저 하우징(214)을 제거하고 그 안에 배치된 새로운 스캐빈저(220)로 새로운 스캐빈저 하우징(214)을 설치함으로써 쉽게 교체될 수 있다.
몇몇 비-제한적인 예들에서, NO 발생기(108)의 온도는 모니터링될 수 있으며 단계(310)에서 펌프(106)가 그것으로 충분한 공기의 흐름을 공급하고 있는지가 결정될 수 있다. 예를 들면, NO 발생기(108)의 온도가 미리 결정된 최대 값에 도달하면, 제어기(102)는 환자 사용 및 접촉에 안전한 온도로 또는 그 미만으로 NO 발생기(108)를 유지하기 위해 반응 챔버(222)에 공급된 공기의 유량을 증가시키도록 펌프(106)에 지시할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 단계(310)에서 NO 가스가 원하는 양의 시간 동안 발생되었는지가 결정될 수 있다. 그렇다면, NO 발생기(108)는 단계(312)에서 NO 가스의 발생을 정지시키며 다음의, 또는 또 다른, 흡기 이벤트를 기다릴 수 있다. 몇몇 비-제한적인 예들에서, NO 발생 시스템(100)은 환자의 흡기의 종료 이전에, 또는 그동안 NO 가스의 발생을 정지시킬 것을 NO 발생기(108)에 지시하도록 구성될 수 있다.
상기 설명된 단계들(302 내지 312)은 환자에게 신뢰 가능하고 안전한 NO-함유 가스를 계속해서 공급하고 환자 사용 및 접촉에 안전한 온도로 NO 발생기(108)를 유지하기 위해 각각의 흡기 이벤트 동안 반복될 수 있다. 일반적으로, 본 개시는 NO 발생기(108), 및 구체적으로 반응 챔버(222)를 냉각시키기 위해 작은 유체(예컨대, 가스) 흐름을 이용하는 NO 발생 시스템(100)을 제공한다. 작은 유체 흐름이 또한 발생된 NO의 확산을 가능하게 하므로, 원하는 레벨들의 NO를 생성하기 위해 높은 에너지에 대한 요구는 무효화된다. 따라서, 본 NO 발생 시스템(100)은 감소된 에너지 소비를 제공하며 또한, 높은 에너지에 대한 요구 없이, NO 발생기(108)에서 온도 증가를 제한한다.
예들
다음의 예들은 NO 발생 시스템(100) 및/또는 NO 발생기(108)가 사용되거나 또는 구현될 수 있으며, 이 기술 분야의 숙련자가 그것의 원리들을 보다 쉽게 이해할 수 있게 하는 방식들을, 상세하게 제시한다. 다음의 예들은 예시로서 제공되며 임의의 방식으로 제한적이도록 의도되지 않는다.
테스트 셋업 및 프로토타입 NO 발생기들
도 6 및 도 7은 프로토타입 NO 발생기들을 테스트하기 위해 사용된 테스트 셋업을 예시한다(도 8a 및 도 8b). 도 6 및 도 7에서 예시된 바와 같이, 프로토타입 NO 발생기(400)(예컨대, 여기에서 설명된 NO 발생기(108)의 프로토타입)는 프로토타입 NO 발생기(400)의 아래쪽으로 배치된 테스트 폐(402)와 유체 연통하여 위치된다. 가스 분석기(403)는 테스트 폐에 공급되고 있는 NO(콜로라도, 볼더, GE Analytical Instruments, Sievers 280i 일산화 질소 분석기), NO2(매사추세츠, 빌레리카, Aerodyne Research Inc., CAPS NO2 모니터), 및 O3(로드 아일랜드, 워런, American Ecotech, EC 9810 오존 분석기)의 농도를 측정하기 위해 프로토타입 NO 발생기(400)와 테스트 폐(402) 사이에 위치되었다. 프로토타입 NO 발생기(400)의 위쪽에서, 산소 분석기(404)(일리노이, 거니, Ohio Medical Corporation, MiniOX I)는 O2의 입력 농도를 측정하였고, 소아용 인공 호흡기(406)(매사추세츠, 홀리스톤, Harvard Apparatus, Inspira asv)는 테스트 폐(402)로 호흡을 제공하였으며, 유량계(408)(Respironics, NICO2)는 프로토타입 NO 발생기(400)로 입력된 유체 유량을 측정하였다.
도 8a 및 도 8b에 예시된 프로토타입 발생기들은 복수의 체결 요소들(410)(예컨대, 나사들 또는 볼트들)을 통해 하우징(204)의 제 1 단부(206)에 부착된 와이어 절연체(215) 및 하우징(204)의 제 2 단부(208)에 착탈 가능하게 부착된 스캐빈저 하우징(214)으로 구성되었다. 도 8a의 프로토타입 NO 발생기는 0.8g 스캐빈저로 구성되었으며 무게가 약 14g이었다. 도 8b의 프로토타입 NO 발생기는 1.6g 스캐빈저로 구성되었으며 무게가 약 20g이었다. 따라서, 구성된 프로토타입 NO 발생기들은 매우 경량이며, 이것은 그것의 휴대성 및 현장 진단 시 NO-함유 가스를 제공하기 위한 능력을 돕는다.
프로토타입 NO 발생기들의 각각은 두 개의 이리듐 방전 전극들, Ca(OH)2를 포함한 스캐빈저, 스캐빈저의 대향 단부들 상에 배치된 두 개의 0.22㎛ HEPA 필터들, 및 냉각 및 NO 전달을 가능하게 하기 위해 그것에 연장된 흐름 관을 포함한다. 이들 구성요소들은 알루미늄 하우징 안에 감싸여진, 세라믹 절연체에 의해 둘러싸여졌다. 전극들은 마이크로제어기 회로에 의해 동력을 공급받으며, 에너지는 단권 변압기(autotransformer)에 의해 저장되고 방출되었으며 플라즈마를 생성하기 위해 스파크 갭(2mm)으로 전달되었다. NO 생성의 레벨은, 초당 스파크 그룹들의 수, 그룹당 스파크 방전들의 수, 두 개의 스파크 방전들 간의 마이크로초(μsec) 단위 시간, 및 μsec 단위의 펄스 시간을 포함하여, 4개의 펄스 패턴 변수들에 의해 제어되었다. 테스트 동안, 프로토타입 NO 발생기는 유량계(408)에 의해 측정된 바와 같이, 계속해서 스파킹되거나 또는 각각의 흡기의 시작 시 0.5초 동안 스파킹을 위해 트리거되었다.
전압 및 전류 파형들의 측정
NO 발생 동안, 스파크 갭에 걸친 전압 및 이리듐 전극들을 통과한 전류의 파형들은 1000×고 전압 프로브(오리건, 비버턴, Tektronix p6015A) 및 전류 프로브(영국, 케임브리지셔, Aim&Thurlby Thandar Instruments Ltd, I-prober 520)를 구비한 디지털 인광체 오실로스코프(오리건, 비버턴, Tektronix DPO 2012B)에 의해 캡처되고 기록되었다. 전압 및 전류 파형들은 18mL의 1회 호흡량, 40비트/분(bpm)에서의 호흡 수, 기도 O2 레벨 50%, 및 0.5초의 스파크 기간을 갖고 40 펄스/초를 생성하는 40ppm에서의 NO 농도에서 측정되며 도 8a의 프로토타입 NO 발생기에 대해 비교된다. 전극들은 프로토타입 NO 발생기의 위쪽으로 50% O2 기도 가스와 혼합된 70ml/분 공기로 계속해서 냉각되었다.
통상적으로, 전기 아크(electric arc)를 개시하기 위한 전압 및 전류는 다음의 아크들보다 제 1 아크 상에서 더 높다. 도 9에서 예시된 바와 같이, 초기 전압은 각각의 0.5초 스파킹 이벤트 동안 약 3kV였으며, 그 후 플라즈마가 형성되고 전극들이 가열됨에 따라 기하급수적으로 쇠퇴하였다. 유사하게, 초기 전류는 약 200mA였으며, 그 후 점진적으로 쇠퇴하였다. 에너지 소비는 18mL의 1회 호흡량, 50%의 기도 O2 레벨을 가진 40bpm에서의 호흡 수로 40ppm NO를 발생시키기 위해 약 2 내지 3와트(W) 사이에 있었다. 공기 펌프, 고-전압 오버헤드, 및 전원 공급 장치를 포함하여, NO 발생 시스템의 다른 구성요소들은 약 1.5와트 에너지를 소비한다. 따라서, 여기에서 설명된 NO 발생 시스템(100)은 낮은 전력 소비를 제공하며, 이것은 그것의 휴대성 및 현장 진단 시 NO-함유 가스를 제공하기 위한 능력을 돕는다.
Ca(OH)2 스캐빈저의 스캐빈징 용량
도 8a의 프로토타입 NO 발생기 상에서 0.8g Ca(OH)2 스캐빈저의 스캐빈징 용량이 테스트되었다. 테스트 동안, 소아용 인공 호흡기(406)가 18mL의 1회 호흡량 및 40bpm의 호흡 수를 발생시키기 위해 사용되었다. 기도 O2 레벨은 50%로 설정되었으며 원하는 NO 농도는 40ppm이었다. 유량계는 기도 흐름을 감지하였으며 프로토타입 NO 발생기를 트리거하였다. 흡기된 산소의 부분(FiO2)은 공기 튜브(ID= 1.6mm)를 통해 70ml/분의 공기를 주입하는 것으로 인해 0.48로 측정되었다. NO2 레벨들은 첫 12시간 동안 1시간마다, 및 24, 48, 및 72시간에 한 번 측정되고 기록되었다. 프로토타입 NO 발생기의 알루미늄 하우징의 온도 변화들은 첫 12시간 동안 매시간마다, 및 24, 48, 및 72시간에 한 번 적외선 온도계(일리노이, 버논 힐즈, Cole-Parmer)로 측정되었다.
도 10 및 도 11에 예시된 바와 같이, NO2 레벨들은 48시간 동안 1ppm 미만이었으며, 온도는 전체 NO 발생 테스트에 걸쳐 30.6±0.5℃였다. 이들 데이터는, 흡기 시 트리거된 NO 발생으로, 0.8g의 스캐빈저가 적어도 2일 동안 NO2 레벨들을 낮추기에 충분하며, 스파크 챔버의 온도는 3일 동안 약 31℃로 일정한 채로 있다는 것을 시사한다.
스캐빈저를 갖거나 또는 없는 배출 가스에서의 오존(O3) 레벨들
O2에서의 방전은 잠재적인 해로운 부산물로서 O3를 생성할 수 있다. 도 8a의 프로토타입 NO 발생기에 의해 생성된 O3 레벨들은 변화하는 NO 레벨들 및 O2 레벨들에서 측정되었으며, O3를 제거하기 위한 0.8g Ca(OH)2 스캐빈저의 능력이 테스트되었다. 도 12a에 예시된 바와 같이, 1L/분의 송풍량에서, O3 레벨들은 증가하는 NO 생성에 따라 증가하였다. 그러나, 스캐빈저를 통과한 후, O3 레벨은 80ppm의 NO를 갖고 3ppb만큼 감소되었다. 21% 내지 80%로 변화하는 O2 레벨들을 갖고, 도 12b에 예시된 바와 같이, O3 레벨들은 스캐빈저 앞에서 5.5ppb이고 뒤에서 1.5ppb였다. 또한, 도 12c에 예시된 바와 같이, O3 레벨들은 1L/분의 가스 유량 및 40ppm의 NO 농도에서 범위가 21% 내지 100%에 이르는 모든 O2 농도들에 대해 1.5ppb 미만으로 유지되었다. 이 데이터는 전기 프로토타입 NO 발생기가 테스트된 모든 O2 농도들에서 최소량의 O3를 생성한다는 것을 시사하며, 0.8g 스캐빈저가 하루 8시간 동안 80ppb 노출의 미국 환경 보호청(EPA) O3 제한들 훨씬 아래의 레벨들로 O3를 효과적으로 제거한다.
프로토타입 NO 발생기의 아래쪽에 있는 배출 가스에서의 미량 금속들
도 8a의 프로토타입 NO 발생기의 아래쪽으로 배출 가스에서의 미량 금속들의 레벨들을 측정하기 위해, 5개의 그룹들이 다음과 같이 연구되었다: (1) 스캐빈저 및 HEPA 필터가 없음, (2) 스캐빈저와 1개의 HEPA 필터를 가짐, (3) 스캐빈저 및 2개의 HEPA 필터들을 직렬로 가짐, (4) 스캐빈저만을 가짐, 및 (5) 1개의 HEPA 필터만을 가짐. NO는 24시간 동안 1L/분의 송풍량을 갖고 40ppm으로 발생되었다. 배출 가스는 15ml의 5% 질산(매사추세츠, 캠브리지, Fisher Scientific, Optima Grade)으로 계속해서 기포화되었다. 모든 샘플들은 24시간에 수집되었으며, 메사추세츠 주립 대학 질량 분석 센터(매사추세츠, 애머스트)에서 사극자 유도-결합 질량 분석법(ICP-MS)으로 분석되었다.
도 13의 표에서 예시된 바와 같이, 필터 및 스캐빈저 없이, 40ppb에서 니켈 입자들은 1L/분의 송풍량으로 24시간의 NO 발생 후 플라즈마에 의해 생성되었다. 인라인 Ca(OH)2 (0.8g) 스캐빈저를 갖지만, HEPA 필터 없이, 니켈 레벨은 1.7ppb로 감소되었다. 단일의 HEPA 필터만을 갖고, 니켈 레벨은 0.3ppb에 있었다. 0.8g Ca(OH)2 스캐빈저 및 하나 또는 두 개의 HEPA 필터들에 앞서 NO 발생기를 갖고, 니켈 레벨들은 40-시간 주당 근무 시간에 걸쳐 8시간 교대 동안 작업자들을 보호하기 위해 작업실 공기에서 금속성 니켈 및 니켈 화합물들에 대해 1.0mg/m3(mg/m3 = 1ppb)의 OSHA 제한 레벨 미만인, 1ppb 미만으로 감소되었다. 이리듐 및 백금의 다른 미량 금속들은 스캐빈저 또는 HEPA 필터를 갖거나 또는 그것 없이 0.03ppb 미만이었으며, 전기적으로 발생된 NO 가스에서 무시될 수 있다. 이들 데이터는 NO 발생 동안 스캐빈저 및 HEPA 필터에 의해 효과적으로 차단될 수 있는 미량의 니켈이 방출될 것임을 시사한다.
폐고혈압을 가진 마취된 토끼들에 대한 연구
토끼 연구들은 메사추세츠 종합 병원 실험 동물 운영 위원회(매사추세츠, 보스톤)에 의해 승인되었다. 5마리의 건강한 6개월된 수컷 및 암컷 뉴질랜드의 하얀 토끼들은 무게가 3.4±0.4kg(평균±표준 편차)이었다(메인 주, 바 하버, Jackson Laboratory). 토끼들은 마취되고(iv 케타민 및 펜타닐), 마비되며(로쿠로늄), 호흡 수 40 내지 50bpm, 전달된 기도 FiO2 0.5, 0.5초의 흡기 시간 및 PEEP 1-2 cmH2O로, 6ml/kg 1회 호흡량에서 기관 절개술을 통해 기계적으로 공기가 넣어진다. 우심실 수축기압(RVSP)은 외부 경정맥을 통해 위치된 4-Fr 카테터(캘리포니아, 어바인, Edwards Lifesciences, Swan-Ganz)를 사용하여 계속해서 모니터링되었다. 폐고혈압은 강한 폐 혈관 수축약 U46619(미시간, 앤 아버, Cayman Chemical)를 주입하는 60분 동안 우심실 수축기압(RVSP)을 증가시킴으로써 유도되었다. 평균 동맥압 및 심박수는 기준치에서, U46619 주입 동안, 및 NO를 내뱉기 전 및 후에 모니터링되었다. 도 8a의 프로토타입 NO 발생기는 기관 절개관(ID=3.5mm)의 외부 단부에 위치되었으며, NO는 흡기 시 0.5초 동안 발생되고 유량계(408)에 의해 트리거되었다.
몇몇 비-제한적인 애플리케이션들에서, 프로토타입 NO 발생기는 폐고혈압을 치료하기 위해 아기 인공 호흡기에 대해 설계될 수 있다. 프로토타입 NO 발생기로부터 발생된 NO는, 프로토타입 NO가 급성 폐고혈압을 가진 토끼들에서 혈관 확장을 생성하는지를 결정하기 위해, 표준 치료, NO/N2 탱크로부터의 NO에 비교되었다. 도 14 및 도 15에 예시된 바와 같이, 마취된 토끼들은 60분에 걸쳐 트롬복산 유사물질 U46619의 연속적인 주입을 받았으며, 이것은 RVSP를 14±2mmHg에서 28 내지 30mmHg로 증가시켰다. NO는 흡기 플라즈마 방전에 의해 발생되었으며, 그 후 70ml/분으로 기관내 삽관으로 주입된다. 토끼들은 4분 동안 프로토타입 NO 발생기에 의해 흡기 시 생성된 50% O2 및 20, 40, 또는 80ppm NO를 내뱉었고, 그 후 NO 생성 및 전달은 정지되었으며, RVSP는 추가 5분 동안 측정되었다. 도 14에 대한 특정 참조로, 전기적으로 발생된 NO를 내뱉는 것은 NO 호흡 전 30mmHg에서 NO 호흡 후 1분에서 24mmHg로 RVSP를 빠르게 감소시켰다. 통제로서, 토끼들은 50% O2에서 탱크로부터 희석된 40ppm NO(뉴저지, 신나민손, Airgas, N2에서 500ppm NO)를 내뱉었다. 이러한 데이터는 전기적으로 발생된 NO가 종래의 NO/N2 실린더로부터 희석된 NO를 내뱉는 것만큼 RVSP를 감소시키는데 효과적임을 나타낸다.
에너지를 절약하고 스캐빈저의 소비를 감소시키기 위해, 흡기 시 2- 또는 3-호흡들마다 스파킹이 폐고혈압을 가진 토끼들에서 RVSP를 감소시키는지가 테스트되었다. 도 15에 예시된 바와 같이, 매 2- 또는 3-호흡들마다 발생된 NO는 토끼들에서 RVSP를 30mmHg에서 26mmHg로 감소시켰으며(P< 0.05 차이 대 NO 호흡 전), 이것은 매 2- 또는 3-호흡들 시 트리거링이 폐고혈압을 치료하는데 효과적이며 NO 발생 시스템(100)의 전력 소비를 감소시키고 스캐빈저(220)의 수명을 증가시킨다는 것을 나타낸다.
본 명세서 내에서 실시예들은 명확하고 간결한 명세서가 쓰여질 수 있는 방식으로 설명되었지만, 실시예들은 본 발명으로부터 벗어나지 않고 다양하게 조합되거나 또는 분리될 수 있다는 것이 의도되며 이해될 것이다. 예를 들면, 여기에서 설명된 모든 바람직한 특징들은 여기에서 설명된 발명의 모든 양상들에 적용 가능하다는 것이 이해될 것이다.
따라서, 발명은 특정한 실시예들 및 예들과 관련되어 위에서 설명되었지만, 발명은 반드시 그렇게 제한되는 것은 아니며, 다수의 다른 실시예들, 예들, 사용들, 실시예들, 예들 및 사용들로부터의 수정들 및 이탈들이 여기에 첨부된 청구항들에 의해 포괄되도록 의도된다. 여기에서 인용된 각각의 특허 및 공보의 전체 개시는, 각각의 이러한 특허 또는 공개가 여기에서 참조로서 개별적으로 통합되는 것처럼, 참조로서 통합된다.
100: NO 발생 시스템 102: 제어기
104: 전원 공급 장치 106: 펌프
108: NO 발생기 110: 필터/스캐빈저
112: 온도 센서 204: 하우징
210: 애퍼처 211: 공동
212: 전극 절연체 213: 고 전압 와이어
214: 스캐빈저 하우징 215: 와이어 절연
216: 제 1 필터 218: 제 2 필터
220: 스캐빈저 222: 반응 챔버
224: 흐름 관 400: 프로토타입 NO 발생기
402: 테스트 폐 403: 가스 분석기
406: 소아용 인공 호흡기 408: 유량계

Claims (45)

  1. 일산화 질소 발생 시스템에 있어서,
    일산화 질소 발생기로서:
    제 1 단부 및 일반적으로 개방된 제 2 단부를 포함한 하우징;
    상기 하우징 내에 밀폐된 전극들의 쌍; 및
    상기 전극들의 쌍과 상기 하우징 사이에 형성된 반응 챔버를 포함한, 상기 일산화 질소 발생기;
    스캐빈저(scavenger) 및 그 안에 배열된 필터를 포함한 스캐빈저 하우징으로서, 상기 스캐빈저 하우징은 상기 하우징의 제 2 단부에 착탈 가능하게 부착되도록 구성되는, 상기 스캐빈저 하우징;
    상기 전극들의 쌍에 연결된 전원 공급 장치;
    펌프 및 상기 전원 공급 장치와 통신하는 제어기로서, 상기 제어기는 상기 반응 챔버 내에서 일산화 질소를 발생시키도록 그 사이에서 하나 이상의 방전들을 발생시키기 위해 상기 전극들의 쌍에 전력을 제공할 것을 상기 전원 공급 장치에 선택적으로 지시하도록 구성되는, 상기 제어기;
    유체 흐름을 제공하도록 구성된 펌프; 및
    상기 펌프 및 상기 반응 챔버 사이에서 유체 연통을 제공하도록 구성된 흐름 관(flow tube)으로서, 상기 펌프로부터 상기 반응 챔버로 제공된 유체 흐름은 상기 일산화 질소 발생기를 냉각시키고 상기 반응 챔버로부터의 발생된 일산화 질소의 확산을 돕도록 구성되는, 상기 흐름 관을 포함하는, 일산화 질소 발생 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극들의 쌍은 텅스텐 탄화물, 탄소, 이리듐, 티타늄, 레늄, 및 백금 중 적어도 하나를 포함하는, 일산화 질소 발생 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극들의 쌍은 이리듐을 포함하는, 일산화 질소 발생 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스캐빈저는 수산화칼슘으로부터 제작되는, 일산화 질소 발생 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스캐빈저는 상기 전극들의 쌍 사이에서 상기 하나 이상의 방전들로부터의 바람직하지 않은 부산물들의 양을 제어하도록 구성되는, 일산화 질소 발생 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원 공급 장치는 공진 전원 공급 장치를 포함하는, 일산화 질소 발생 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 스캐빈저 하우징은 상기 필터로서 상기 스캐빈저의 대향 측면 상에 배열된 제 2 필터를 더 포함하는, 일산화 질소 발생 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 필터 및 상기 제 2 필터는 각각 약 0.22 마이크로미터보다 큰 직경을 가진 입자들을 필터링하도록 구성되는, 일산화 질소 발생 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 필터 및 상기 제 2 필터는 각각 HEPA 필터를 포함하는, 일산화 질소 발생 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 필터는 환자의 기도의 위쪽으로 전극 입자들을 필터링하고 입상형 스캐빈저가 상기 반응 챔버에 들어가는 것을 방지하도록 구성되고, 상기 제 2 필터는 상기 환자의 기도의 위쪽으로 전극 입자들을 필터링하도록 구성되는, 일산화 질소 발생 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징의 제 2 단부는 그것에 결합된 제 2 필터를 포함하는, 일산화 질소 발생 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 필터 및 상기 제 2 필터는 각각 약 0.22 마이크로미터보다 큰 직경을 가진 입자들을 필터링하도록 구성되는, 일산화 질소 발생 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 필터 및 상기 제 2 필터는 각각 HEPA 필터를 포함하는, 일산화 질소 발생 시스템.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 필터는 환자의 기도의 위쪽으로 전극 입자들을 필터링하고 입상형 스캐빈저가 상기 반응 챔버에 들어가는 것을 방지하도록 구성되고, 상기 제 2 필터는 상기 환자의 기도의 위쪽으로 전극 입자들을 필터링하도록 구성되는, 일산화 질소 발생 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 일산화 질소 발생기의 온도 및 상기 스캐빈저 하우징으로부터 출력된 NO-함유 가스의 온도 중 적어도 하나를 측정하도록 구성된 온도 센서를 더 포함하는, 일산화 질소 발생 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어기는 또한 상기 온도 센서에 의해 측정된 온도에 응답하여 상기 펌프에 의해 제공된 유체 유량을 선택적으로 제어하도록 구성되는, 일산화 질소 발생 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 흡기 이벤트를 검출하도록 구성되는, 일산화 질소 발생 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제어기는 또한 상기 흡기 이벤트의 검출에 응답하여 그 사이에서 하나 이상의 방전들을 발생시키기 위해 상기 전극들의 쌍에 전력을 제공할 것을 상기 전원 공급 장치에 지시하도록 구성되는, 일산화 질소 발생 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제어기는 또한 미리 결정된 양의 시간 동안 상기 전극들의 쌍으로 전력을 제공할 것을 상기 전원 공급 장치에 지시하도록 구성되는, 일산화 질소 발생 시스템.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 스캐빈저는 무게가 약 2그램 미만인, 일산화 질소 발생 시스템.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 스캐빈저는 무게가 1그램 미만인, 일산화 질소 발생 시스템.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 스캐빈저는 무게가 약 0.8그램인, 일산화 질소 발생 시스템.
  23. 일산화 질소를 발생시키기 위한 장치에 있어서,
    제 1 단부, 일반적으로 개방된 제 2 단부, 및 상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부 사이에 구성된 공동을 포함한 하우징;
    상기 하우징의 공동 내에 배열된 전극들의 쌍;
    상기 전극들의 쌍과 상기 하우징 사이에 형성된 반응 챔버로서, 상기 전극들의 쌍은 상기 반응 챔버 내에서 일산화 질소를 발생시키기 위해 그 사이에서 하나 이상의 방전들을 발생시키도록 구성되는, 상기 반응 챔버;
    스캐빈저 및 그 안에 배열된 필터를 포함한 스캐빈저 하우징으로서, 상기 스캐빈저 하우징은 상기 하우징의 제 2 단부에 착탈 가능하게 부착되도록 구성되는, 상기 스캐빈저 하우징; 및
    펌프 및 상기 반응 챔버 사이에 유체 연통을 제공하기 위해 상기 하우징을 통해 상기 반응 챔버로 연장된 흐름 관으로서, 상기 펌프로부터 상기 반응 챔버로 제공된 유체 흐름은 상기 일산화 질소 발생기를 냉각시키며 상기 반응 챔버로부터의 상기 발생된 일산화 질소의 확산을 돕도록 구성되는, 상기 흐름 관을 포함하는, 일산화 질소를 발생시키기 위한 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 전극들의 쌍은 텅스텐 탄화물, 탄소, 이리듐, 티타늄, 레늄, 및 백금 중 적어도 하나를 포함하는, 일산화 질소를 발생시키기 위한 장치.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 전극들의 쌍은 이리듐을 포함하는, 일산화 질소를 발생시키기 위한 장치.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 스캐빈저는 수산화칼슘으로부터 제작되는, 일산화 질소 발생 시스템.
  27. 제 23 항에 있어서,
    상기 스캐빈저는 상기 전극들의 쌍 사이에서 상기 하나 이상의 방전들로부터의 바람직하지 않은 부산물들의 양을 제어하도록 구성되는, 일산화 질소 발생 시스템.
  28. 제 23 항에 있어서,
    상기 전원 공급 장치는 공진 전원 공급 장치를 포함하는, 일산화 질소 발생 시스템.
  29. 제 23 항에 있어서,
    상기 스캐빈저 하우징은 상기 필터로서 상기 스캐빈저의 대향 측면 상에 배열된 제 2 필터를 더 포함하는, 일산화 질소 발생 시스템.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 필터 및 상기 제 2 필터는 각각 약 0.22 마이크로미터보다 큰 직경을 가진 입자들을 필터링하도록 구성되는, 일산화 질소 발생 시스템.
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 필터 및 상기 제 2 필터는 각각 HEPA 필터를 포함하는, 일산화 질소 발생 시스템.
  32. 제 29 항에 있어서,
    상기 필터는 환자의 기도의 위쪽으로 전극 입자들을 필터링하고 입상형 스캐빈저가 상기 반응 챔버에 들어가는 것을 방지하도록 구성되고, 상기 제 2 필터는 상기 환자의 기도의 위쪽으로 전극 입자들을 필터링하도록 구성되는, 일산화 질소 발생 시스템.
  33. 제 23 항에 있어서,
    상기 하우징의 제 2 단부는 그것에 결합된 제 2 필터를 포함하는, 일산화 질소 발생 시스템.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 필터 및 상기 제 2 필터는 각각 약 0.22 마이크로미터보다 큰 직경을 가진 입자들을 필터링하도록 구성되는, 일산화 질소 발생 시스템.
  35. 제 33 항에 있어서,
    상기 필터 및 상기 제 2 필터는 각각 HEPA 필터를 포함하는, 일산화 질소 발생 시스템.
  36. 제 33 항에 있어서,
    상기 필터는 환자의 기도의 위쪽으로 전극 입자들을 필터링하고 입상형 스캐빈저가 상기 반응 챔버에 들어가는 것을 방지하도록 구성되고, 상기 제 2 필터는 상기 환자의 기도의 위쪽으로 전극 입자들을 필터링하도록 구성되는, 일산화 질소 발생 시스템.
  37. 제 23 항에 있어서,
    상기 일산화 질소 발생기의 온도 및 상기 스캐빈저 하우징으로부터 출력된 NO-함유 가스의 온도 중 적어도 하나를 측정하도록 구성된 온도 센서를 더 포함하는, 일산화 질소 발생 시스템.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 제어기는 또한 상기 온도 센서에 의해 측정된 온도에 응답하여 상기 펌프에 의해 제공된 유체 유량을 선택적으로 제어하도록 구성되는, 일산화 질소 발생 시스템.
  39. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 흡기 이벤트를 검출하도록 구성되는, 일산화 질소 발생 시스템.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 제어기는 또한 상기 흡기 이벤트의 검출에 응답하여 그 사이에서 하나 이상의 방전들을 발생시키기 위해 상기 전극들의 쌍에 전력을 제공할 것을 상기 전원 공급 장치에 지시하도록 구성되는, 일산화 질소 발생 시스템.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 제어기는 또한 미리 결정된 양의 시간 동안 상기 전극들의 쌍으로 전력을 제공할 것을 상기 전원 공급 장치에 지시하도록 구성되는, 일산화 질소 발생 시스템.
  42. 제 21 항에 있어서,
    상기 스캐빈저는 무게가 약 2그램 미만인, 일산화 질소 발생 시스템.
  43. 제 21 항에 있어서,
    상기 스캐빈저는 무게가 1그램 미만인, 일산화 질소 발생 시스템.
  44. 제 23 항에 있어서,
    상기 스캐빈저는 무게가 약 0.8그램인, 일산화 질소 발생 시스템.
  45. 전극들의 쌍 사이에서 전기 플라즈마 방전을 통해 일산화 질소 가스를 전기적으로 발생시키도록 구성된 일산화 질소 발생기를 냉각시키는 방법으로서, 상기 일산화 질소 발생기는 상기 전극들의 쌍을 밀폐시키는 하우징을 포함하고 상기 전극들의 쌍과 상기 하우징 사이에서 반응 챔버를 형성하는, 상기 일산화 질소 발생기를 냉각시키는 방법에 있어서,
    유체 흐름을 제공하도록 구성된 펌프를 제공하는 단계;
    그 사이에 유체 연통을 제공하기 위해 상기 펌프와 상기 반응 챔버 사이에 흐름 관을 연결하는 단계; 및
    상기 흐름 관을 따라 상기 펌프로부터 상기 반응 챔버로 유체를 흐르게 하고, 그에 의해 상기 일산화 질소 발생기를 냉각시키며 새롭게 생성된 NO의 확산을 돕는 단계를 포함하는, 일산화 질소 발생기를 냉각시키는 방법.
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