SISTEMA PORTÁTIL DE CONCENTRACIÓN DE OXÍGENO Y PROCEDIMIENTO PARA SU UTILIZACIÓN.

Sistema concentrador de oxígeno portátil (100) transportable por un usuario que comprende:

una fuente de energía recargable interna (104); un dispositivo de separación de aire (102) accionado por dicha fuente de energía y adaptado para convertir aire ambiente en oxígeno gaseoso concentrado para dicho usuario, y expulsa el gas de escape, incluyendo el dispositivo de separación de aire (102) una serie de columnas de adsorción, una válvula rotativa, válvula rotativa que puede girar con respecto a la serie de columnas de adsorción para proporcionar una acción de válvula para transferir fluidos selectivamente a través de la serie de columnas de adsorción para convertir aire ambiente en oxígeno gaseoso concentrado para dicho usuario, un compresor (112) y un concentrador de oxígeno (114) por adsorción por oscilación de presión con vacío "VPSA", estando el comprensor (112) adaptado para comprimir y suministrar aire ambiente a dicho concentrador de oxígeno VPSA (114) y estando adaptado dicho concentrador de oxígeno VPSA (114) para separar oxígeno gaseoso concentrado del aire ambiente suministrado; como mínimo un sensor adaptado para detectar uno o varios estados indicativos de las necesidades de oxígeno gaseoso de dicho usuario; una unidad de control (110) interrelacionada con dicho dispositivo de separación de aire y dicho, como mínimo, un sensor para controlar el dispositivo de separación de aire a efectos de suministrar una cantidad de oxígeno gaseoso equivalente a las necesidades de oxígeno gaseoso de dicho usuario, basándose como mínimo en parte en el estado o estados detectados por dicho como mínimo un sensor; y un generador de vacío (124) que extrae gases de escape del dispositivo de separación de aire (102) para mejorar la recuperación y productividad del dispositivo de separación de aire (102), incluyendo el generador de vacío (124) un lado de vacío con una presión comprendida entre -8,8 y -4,4 psig con el generador de vacío (124) a la velocidad nominal máxima; en el que la combinación de la fuente de energía recargable interna (104) y el dispositivo de separación de aire (102) que tiene una serie de columnas de adsorción y válvula rotativa que forman el sistema concentrador de oxígeno portátil (100) que tienen un peso comprendido entre 0,90 kilos y 6,80 kilos (2 libras a 15 libras)

Antecedentes de la invención

El sector técnico de esta invención se refiere, en general, a concentradores de oxígeno y, en particular, a sistemas de concentración de oxígeno de tipo portátil para pacientes respiratorios de tipo ambulatorio que les permite llevar una vida normal y productiva. 5

Existe una necesidad creciente de oxígeno de aplicación ambulatoria y en el hogar. Un suplemento de oxígeno es necesario para pacientes que sufren de enfermedades de los pulmones; por ejemplo, fibrosis pulmonar, sarcoidosis o bien enfermedades pulmonares profesionales. Para estos pacientes, la terapia de oxígeno es un sistema que facilita sus vidas, beneficioso de forma creciente. Si bien no constituye una curación para las enfermedades pulmonares, el oxígeno suplementario aumenta la oxigenación de la sangre, lo que invierte la hipoxemía. Esta terapia impide los efectos a largo 10 plazo de la deficiencia de oxígeno sobre los sistemas de órganos, en particular el corazón, el cerebro y el riñón. El tratamiento con oxígeno se prescribe también para la Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica (COPD) que afecta aproximadamente seis millones de personas en USA y para otras enfermedades que debilitan el sistema respiratorio, tal como enfermedades cardiacas y sida. La terapia con oxígeno suplementario se prescribe para asma y enfisema.

La prescripción normal para pacientes de COPD requiere un caudal de oxígeno suplementario mediante una cánula o 15 mascara nasal las 24 horas del día. La prescripción para un paciente promedio es de dos litros por minuto de oxígeno de alta concentración para incrementar el nivel de oxígeno del aire total inspirado por el paciente desde un normal de 21% hasta aproximadamente 40%. Si bien la exigencia de flujo de oxígeno promedio es de dos litros por minuto, el concentrador de oxígeno promedio tiene una capacidad de 4 a 6 litros de oxígeno por minuto. Esta capacidad adicional es ocasionalmente necesaria para algunos pacientes que han desarrollado problemas más graves, no siendo en general 20 capaces de abandonar su casa (tal como ocurre con los pacientes ambulatorios) y no requieren un suministro de oxígeno portátil.

En la actualidad existen tres modalidades de oxígeno médico suplementario: cilindros de gas a alta presión, líquido criogénico en contenedores aislados en vacío o botellas termo habitualmente llamadas “dewar” y concentradores de oxígeno. Algunos pacientes requieren oxígeno en suministro domiciliario mientras que otros requieren oxígeno 25 domiciliario y también ambulatorio dependiendo de la prescripción. Las tres modalidades son utilizadas para utilización domiciliaria, si bien los concentradores de oxígeno son preferentes porque no requieren rellenado de recipientes termo o intercambio de cilindros vacíos por otros llenos. No obstante, los concentradores de oxígeno de tipo doméstico tienen sus inconvenientes. Consumen cantidades relativamente grandes de electricidad (350-400 vatios), son relativamente grandes (aproximadamente las dimensiones de una mesilla de noche), son relativamente pesados (peso de unas 50 30 libras), emiten bastante calor y son relativamente ruidosos.

Solamente las pequeñas botellas de gas a presión y pequeños recipientes “dewar” son verdaderamente portátiles en grados suficientes para su utilización para necesidades ambulatorias (fuera del domicilio). Cualquiera de las modalidades puede ser utilizada tanto de forma ambulatoria como domiciliaria o bien se puede combinar con un concentrador de oxígeno que proporcionaría la utilización doméstica. 35

Tal como se describe más adelante, los métodos y dispositivos actualmente conocidos de suministro de oxígeno se han demostrado engorrosos y poco adaptables y existe desde hace tiempo la necesidad de un dispositivo portátil mejorado para suministrar oxígeno para el usuario.

Para personas que necesitan disponer de oxígeno y que se encuentran habitualmente lejos de un centro generador de oxígeno o de almacenamiento de oxígeno, tal como un sistema de oxígeno estacionario (o incluso un sistema portátil 40 que no puede ser transportado fácilmente) las dos opciones más frecuentemente recomendadas de las que disponen los pacientes son: (a) llevar pequeños cilindros de manera típica en un carrito con ruedas; y (b) llevar contenedores portátiles típicamente en una mochila. Estas dos opciones de oxígeno gaseoso y oxígeno líquido tienen sustanciales inconvenientes, pero desde el punto de vista médico ambas tienen la capacidad de incrementar la vida productiva de un paciente. 45

El inconveniente más importante de una opción de oxígeno gaseoso es que los pequeños cilindros de oxígeno gaseoso pueden proporcionar gas solamente durante un periodo de tiempo corto. Otro inconveniente es que los cilindros de oxígeno gaseoso de alta presión para un paciente no son permitidos en algunos lugares tales como aviones por consideraciones de seguridad. Otro inconveniente de la opción del oxígeno gaseoso es la exigencia de rellenado de oxígeno una vez que éste se ha agotado en el cilindro. Estos cilindros de gas de pequeñas dimensiones deben ser 50 recogidos por el cuidador domiciliario y rellenados en una instalación especializada. Esto requiere visitas regulares al domicilio del paciente por el cuidador y una sustancial inversión en cilindros de pequeñas dimensiones por el proveedor porque muchos de ellos quedan en el domicilio del paciente y en la instalación de rellenado. Si bien es técnicamente posible rellenar estos cilindros en el domicilio del paciente utilizando un concentrador de oxígeno de tipo comercial que extrae oxígeno del aire, esta tarea requeriría de manera típica un compresor de oxígeno en el propio lugar para reforzar 55 la presión de salida del concentrador a un nivel elevado a efectos de llenar los cilindros. Algunas desventajas del sistema de compresores de oxígeno en el mismo lugar es que son caras, la generación de ruidos y la emisión de calor. Además el intentar comprimir el oxígeno en recipientes a presión en el propio domicilio es potencialmente peligroso, especialmente por parte de personas no entrenadas para ello. Este sistema presenta desde luego varios problemas de seguridad para su utilización doméstica. Por ejemplo, a efectos de disponer suficiente cantidad de gas en un contenedor portátil, éste se debe comprimir de manera típica a una elevada presión (-2000 psi). La compresión de oxígeno desde 5 psi (presión de salida típica de un concentrador de oxígeno) hasta 2000 psi produce una gran cantidad de calor. 5 (Suficiente para elevar la temperatura a 165ºC por etapa basándose en tres etapas de compresión adiabática con refrigeración intermedia). Este calor combinado con el oxígeno que pasa a ser más reactivo a presiones más elevadas, plantea un problema potencial de combustión en el compresor en el domicilio del paciente. Por lo tanto, el sistema basado en la utilización de gas a alta presión en el hogar del paciente es peligroso y no es una solución práctica.

Las cuestiones de comodidad y de seguridad no son los únicos inconvenientes de este enfoque del oxígeno 10 comprimido. Otro inconveniente es que los compresores o amplificadores de presión necesarios son costosos porque requieren cuidados y materiales especiales para su compatibilidad con oxígeno a alta presión.

Haciendo referencia a continuación a la opción de almacenamiento de oxígeno líquido, su inconveniente principal es que requiere un recipiente de base

- - un recipiente estacionario de base dentro del domicilio del paciente que tiene las dimensiones habituales de un barril 15 de cerveza

- - que puede ser rellenado una vez a la semana aproximadamente desde una fuente externa. Entonces se puede transferir oxígeno líquido desde la unión de base del paciente a un recipiente dewars portátil, que puede ser utilizado por el paciente ambulatorio. Asimismo, con la opción de oxígeno líquido existe un desperdicio sustancial dado que una determinada cantidad de oxígeno se pierde durante la transferencia a los contenedores portátiles y por la evaporación. 20 Se estima que el 20% del contenido total del cilindro base se pierde en el curso de dos semanas a causa de pérdidas en las transferencias y evaporación normal. Estas unidades se vacían por completo de manera típica a lo largo de un periodo de 30 a 60 días incluso si no se extrae oxígeno. Los sistemas de rellenado doméstico que producen oxígeno líquido y tienen capacidad de rellenado de recipientes “dewar” de oxígeno líquido portátiles han sido también objeto de propuesta. No obstante,...

1. Sistema concentrador de oxígeno portátil (100) transportable por un usuario que comprende:

una fuente de energía recargable interna (104); un dispositivo de separación de aire (102) accionado por dicha fuente de energía y adaptado para convertir aire ambiente en oxígeno gaseoso concentrado para dicho usuario, y expulsa el gas de escape, incluyendo el dispositivo de separación de aire (102) una serie de columnas de adsorción, una válvula rotativa, válvula rotativa que puede girar con respecto a la serie de 5 columnas de adsorción para proporcionar una acción de válvula para transferir fluidos selectivamente a través de la serie de columnas de adsorción para convertir aire ambiente en oxígeno gaseoso concentrado para dicho usuario, un compresor (112) y un concentrador de oxígeno (114) por adsorción por oscilación de presión con vacío “VPSA”, estando el comprensor (112) adaptado para comprimir y suministrar aire ambiente a dicho concentrador de oxígeno VPSA (114) y estando adaptado dicho concentrador de oxígeno VPSA (114) para 10 separar oxígeno gaseoso concentrado del aire ambiente suministrado;

como mínimo un sensor adaptado para detectar uno o varios estados indicativos de las necesidades de oxígeno gaseoso de dicho usuario;

una unidad de control (110) interrelacionada con dicho dispositivo de separación de aire y dicho, como mínimo, un sensor para controlar el dispositivo de separación de aire a efectos de suministrar una cantidad de oxígeno gaseoso 15 equivalente a las necesidades de oxígeno gaseoso de dicho usuario, basándose como mínimo en parte en el estado o estados detectados por dicho como mínimo un sensor; y

un generador de vacío (124) que extrae gases de escape del dispositivo de separación de aire (102) para mejorar la recuperación y productividad del dispositivo de separación de aire (102), incluyendo el generador de vacío (124) un lado de vacío con una presión comprendida entre -8,8 y -4,4 psig con el generador de vacío (124) a la velocidad nominal 20 máxima;

en el que la combinación de la fuente de energía recargable interna (104) y el dispositivo de separación de aire (102) que tiene una serie de columnas de adsorción y válvula rotativa que forman el sistema concentrador de oxígeno portátil (100) que tienen un peso comprendido entre 0,90 kilos y 6,80 kilos (2 libras a 15 libras).

2. Sistema concentrador de oxígeno portátil (100), según la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema 25 concentrador de oxígeno portátil (100) comprende como mínimo una modalidad activa y una modalidad de conservación.

3. Sistema concentrador de oxígeno portátil (100), según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el dispositivo de separación de aire (102) comprende un compresor espiral sin aceite para comprimir y suministrar aire ambiente a dicho concentrador de oxígeno. 30

4. Sistema concentrador de oxígeno portátil (100), según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el dispositivo de separación de aire (102) comprende un compresor sin aceite para comprimir y suministrar aire ambiente a dicho concentrador de oxígeno, incluyendo el sistema concentrador de oxígeno portátil (100) como mínimo una modalidad activa y una modalidad de conservación.

5. Sistema concentrador de oxígeno portátil (100), según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2 a 4, caracterizado 35 porque comprende además una cuna (134) para recibir y acoplar el sistema concentrador de oxígeno portátil (100) a una fuente externa de energía para cargar la fuente de energía recargable y/o activar el sistema concentrador de oxígeno portátil (100).

6. Sistema concentrador de oxígeno portátil (100), según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2 a 5, caracterizado por comprender además un compresor de velocidad variable para suministrar aire ambiente al dispositivo de separación de 40 aire (102) y una unidad de control (110) para controlar la velocidad del compresor de velocidad variable basándose en las necesidades de oxígeno gaseoso del usuario.

7. Sistema concentrador de oxígeno portátil (100), según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2 a 6, caracterizado por comprender además, como mínimo, un sensor adaptado para detectar uno o varios estados indicativos de las necesidades de oxígeno gaseoso de dicho usuario; y una unidad de control (110) interrelacionada con dicho dispositivo 45 de separación de aire (102) y dicho, como mínimo, un sensor para controlar el dispositivo de separación de aire (102) a efectos de suministrar una cantidad de oxígeno gaseoso equivalente a las necesidades de oxígeno gaseoso de dicho usuario basadas como mínimo en parte en el estado o estados detectados por dicho como mínimo un sensor.

8. Sistema concentrador de oxígeno portátil (100), según la reivindicación 7, caracterizado por comprender además un recipiente de alta presión adaptado para suministrar oxígeno gaseoso, dicha unidad de control (110) interrelacionada 50 con dicho recipiente de alta presión y dicho, como mínimo, un sensor para provocar que dicho recipiente de alta presión suministre oxígeno gaseoso a dicho usuario basándose como mínimo en parte en uno o varios estados detectados por dicho, como mínimo, un sensor.

9. Sistema concentrador de oxígeno portátil (100), según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2 a 8, caracterizado porque el dispositivo de separación de aire (102) es un concentrador de absorción por oscilación de presión (PSA) incluyendo un material de cribado de litioXzeolita.

10. Sistema concentrador de oxígeno portátil (100), según la reivindicación 7, en el que dicho como mínimo un sensor comprende un sensor metabólico (156) adaptado para detectar un estado metabólico del usuario, dicha unidad de 5 control (110) interrelacionada con dicho dispositivo de separación de aire (102) y dicho sensor metabólico (156) para controlar el dispositivo de separación de aire (102) a efectos de suministrar una cantidad de oxígeno gaseoso equivalente a las necesidades de oxígeno gaseoso de dicho usuario, basándose como mínimo en parte en el estado metabólico detectado por dicho como mínimo un sensor.

11. Sistema concentrador de oxígeno portátil (100), según la reivindicación 10, en el que dicho sensor metabólico (156) 10 está adaptado para medir como mínimo el ritmo cardíaco, saturación de oxígeno, ritmo respiratorio, presión sanguínea, EKG, temperatura corporal, proporción de tiempo de aspiración/espiración.

12. Sistema concentrador de oxígeno portátil (100), según la reivindicación 7, en el que dicho como mínimo un sensor comprende un sensor de estado ambiental adaptado para detectar un estado ambiental o de entorno en el entorno de dicho usuario, dicha unidad de control (110) interrelacionada con dicho dispositivo de separación de aire (102) y dicho 15 sensor de estado ambiental para controlar el dispositivo de separación de aire (102) a efectos de suministrar una cantidad de oxígeno gaseoso equivalente a las necesidades de oxígeno gaseoso de dicho usuario basándose como mínimo en parte en el estado ambiental detectado por dicho detector de estado ambiental.