JP2017525513A - 決定論的に制御された加湿システム - Google Patents
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Abstract
Description
本出願とともに提出された出願データシートにおいて外国または国内の優先権主張が特定されているありとあらゆる出願は、37 CFR 1.57に基づいて参照により本明細書に組み込まれる。本出願は、2014年9月3日に出願された米国仮特許出願第62/045,358号明細書および2015年9月2日に出願された米国仮特許出願第62/213,534号明細書からの優先権を主張し、それらの出願の各々の内容は、全体として参照により本明細書に組み込まれる。
Claims (107)
- 患者の気道に提供される前にガス通路を通るガスを加湿する呼吸加湿システムであって、
制御された液体流を提供する液体流量制御部と、
ガス通路内に配置されかつ前記ガス通路を通るガスを加湿するように構成された加熱面を含む加熱システムであって、前記制御された液体流を受け取り、約30℃〜約99.9℃の所定温度で前記加熱面を維持するように構成された加熱システムと、
前記加熱システムにおいて受け取られる前記制御された液体流を調節するように前記液体流量制御部に指示することにより、前記ガス通路を通るガスの湿度レベルの決定論的制御を提供する1つまたは複数のハードウェアプロセッサと、
を備える呼吸加湿システム。 - 前記液体流量制御部が計量システムを含む、請求項1に記載の呼吸加湿システム。
- 前記液体流量制御部がポンプを含む、請求項1または2に記載の呼吸加湿システム。
- ポンプが容積型ポンプを含む、請求項3に記載の呼吸加湿システム。
- 前記容積型ポンプが、圧電ダイヤフラムポンプまたは蠕動ポンプを含む、請求項4に記載の呼吸加湿システム。
- 前記液体流量制御部が重力送り装置および制御弁を含む、請求項1または2に記載の呼吸加湿システム。
- 前記液体流量制御部が逆止弁を備える、請求項1〜6のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記液体流量制御部が、ウィッキングまたは毛管作用を用いるように構成されている、請求項1〜7のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 液体リザーバをさらに備える、請求項1〜8のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記液体リザーバと前記液体流量制御部との間に配置され、かつ重力駆動流が送達される液体流に影響を与えないように構成された流れ制限装置をさらに備える、請求項9に記載の呼吸加湿システム。
- 前記液体流量制御部が開ループ構成のポンプである、請求項1〜10のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 流量センサをさらに備える、請求項1〜10のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記流量センサが、熱質量計、滴下カウンタまたは差圧流量センサである、請求項12に記載の呼吸加湿システム。
- 前記液体流量制御部が、閉ループ構成で前記流量センサと直列であるポンプまたは流れアクチュエータである、請求項12または13に記載の呼吸加湿システム。
- 前記流量制御部が、所望の液体流量の約±15%の精度で制御された液体流を提供する、請求項1〜14のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記1つまたは複数のハードウェアプロセッサが、以下のうちの1つまたは複数に基づいて前記湿度レベルの決定論的制御を提供し、すなわち、
前記ガスの流量、
前記加熱面からの水の気化速度、
前記加熱面の温度であって、一定温度で維持される前記加熱面の温度、
前記加熱面の温度であって、制御される前記加熱面の温度、
前記入口におけるガスの絶対圧または気圧、
前記入口における前記ガスの露点温度に基づく湿度レベル、
前記加熱面によって与えられるエンタルピーに基づく湿度レベル、
前記加熱システムと相互作用する前の前記ガスの温度、
前記加熱システムと相互作用する前の前記ガスの相対湿度に基づく湿度レベル、
ガスの圧力、
ガス速度の関数、および/または
前記制御された液体流における液体の温度
である、請求項1〜15のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。 - 水温センサ、前記ガス通路の出口におけるガス流量センサ、前記ガス通路の入口におけるガス流量センサのうちの1つまたは複数をさらに備える、請求項1〜16のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- モデルによって求められる液体流量をさらに含む、請求項1〜17のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- モデルによって求められるガス流量をさらに含む、請求項1〜18のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- ガス予熱器をさらに備える、請求項1〜19のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 周囲圧力センサ、
前記ヒータ表面にまたはその近くに配置された圧力センサ、
加熱面温度センサ、
加湿領域の上流に配置された周囲露点温度センサまたは周囲湿度センサ、
ガス予熱器から上流に配置された周囲露点温度センサ、
ガス予熱器から下流に配置された周囲露点温度センサ、および/または
前記ガス予熱器から下流に配置されかつガス通路入口において温度センサと結合された周囲露点温度センサ
のうちの1つまたは複数をさらに備える、請求項1〜20のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。 - 前記加熱システムの一部を形成する少なくとも1つの温度センサをさらに備える、請求項1〜21のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記少なくとも1つの温度センサが、液体で浸される前記ヒータの割合を求めるために利用される、請求項22に記載の呼吸加湿システム。
- ガス通路入口における前記ガスの温度が、前記予熱器への電力の制御を介して開ループ式に制御される、請求項20〜23のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 液体予熱器をさらに備える、請求項1〜24のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記加熱面がウィッキング面を備える、請求項1〜25のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 加熱されかつ加湿された呼吸ガスを患者に提供する高効率呼吸加湿システムであって、
入口および出口を有する呼吸ガス通路であって、ガスが動作中に前記入口から前記出口まで流れる、呼吸ガス通路と、
ガス流を加熱するように構成された予熱器と、
前記予熱器とは別個でありかつ前記予熱器から下流に配置された加熱面であって、前記加熱面の面にわたって液体を運ぶように構成されたウィッキング機構を含み、運んでいる間および/または運んだ後に前記液体を加熱するようにさらに構成されている加熱面と、
を備える、高効率呼吸加湿システム。 - ガス流れ発生器をさらに備える、請求項27に記載の呼吸加湿システム。
- 前記予熱器がガス加熱素子を備える、請求項27または28に記載の呼吸加湿システム。
- 前記ガス加熱素子が、抵抗素子を含むPCB、エッチング箔フィルム、加熱コイルまたはPTC素子のうちの1つである。請求項29に記載の呼吸加湿システム。
- 前記予熱器から下流に配置された温度センサをさらに備える、請求項27〜30のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記ガス加熱素子に提供される電力が、前記下流温度センサから得られる測定値に従って制御される、請求項31に記載の呼吸加湿システム。
- 前記予熱器から上流に配置された温度センサをさらに備える、請求項27〜32のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記ガス加熱素子に提供される電力が、ガス流量と前記上流温度センサから得られる測定値とに従って制御される、請求項33に記載の呼吸加湿システム。
- 前記ガス加熱素子の特徴付けが、温度センサとして使用される、請求項29〜34のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記加熱面の気化速度に従って所望の下流温度が設定される、請求項27〜35のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記所望の下流温度が、実質的にすべての顕熱が前記予熱器によって前記ガス流に供給されるのを確実にするために設定される、請求項27〜36のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記所望の下流温度が、出力露点温度より0℃〜約5℃高く設定されている、請求項27〜37のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記所望の下流温度が、所定の出力相対湿度を得るように設定されている、請求項27〜38のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記所望の下流温度が、所定の出力絶対湿度を得るように設定されている、請求項27〜39のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記所望の下流温度が、約25℃から43℃、約31℃から43℃、約31℃から41℃、約31℃から37℃または約37℃に設定されている、請求項27〜40のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 液体流を発生させる液体流発生器をさらに備える、請求項27〜41のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記液体流を予熱する装置をさらに備える、請求項27〜42のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記液体流を予熱する前記装置が、前記水が導入される位置において加熱トラックの数を増加させることによって前記ヒータ表面構造内に組み込まれる、請求項43に記載の呼吸加湿システム。
- 前記液体流を予熱する前記装置が給水ラインにある、請求項44に記載の呼吸加湿システム。
- 前記ウィッキング機構が、吸収性の布または紙、マイクロチャネル、親水性コーティング面、毛管もしくは接触ウィック、または薄い多孔質媒体のうちの1つまたは複数である、請求項27〜45のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記ウィッキング機構が、液体を分散させるように構成された連結部を備える、請求項27〜46のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記加熱面が、約30℃〜約99.9℃、約35℃〜約90℃、約40℃〜約80℃、約45℃〜約70℃、約45℃〜60℃、約50℃〜約60℃、または約50℃の温度で維持される、請求項27〜47のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記加湿システムが、患者にガスを送達する吸気管内にあるかまたはその一部であるように構成されている、請求項27〜48のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- フィルタをさらに備える、請求項27〜49のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記フィルタが液体送達ラインにある、請求項50に記載の呼吸加湿システム。
- 前記フィルタがポンプから下流に配置されている、請求項50または51に記載の呼吸加湿システム。
- 前記フィルタが前記加熱面への入口に配置されている、請求項50〜52のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記フィルタが生物学的フィルタである、請求項50〜53のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 滅菌用のUV源をさらに備える、請求項27〜54のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 加熱されかつ加湿された呼吸ガスを患者に提供する呼吸加湿システムであって、
制御された液体流を提供する液体流量制御部と、
前記制御された液体流を受け取り、前記加湿システムを通るガスを加湿するように構成された加熱面を含む加熱システムと、
前記加熱面の表面温度を測定する1つまたは複数の温度センサと、
前記液体流量制御部に対して、前記加熱システムにおいて受け取られる前記制御された液体流を調節するように指示し、前記加熱システムに対して、前記加熱面の前記表面温度を調節するように指示することにより、前記呼吸システムを通るガスの湿度レベルの決定論的制御を提供する1つまたは複数のハードウェアプロセッサであって、前記加熱面の前記表面温度を調節することにより、既知の気化領域を生成する制御が提供される、1つまたは複数のハードウェアプロセッサと、
前記加熱面が少なくとも1つの領域において湿潤しているか否かを検出するように構成された1つまたは複数の液体センサと、
を備える呼吸加湿システム。 - 前記1つまたは複数の液体センサが、前記加熱面が前記加熱面の2つ以上の領域において湿潤しているか否かを検出するように構成された少なくとも2つの液体センサを含む、請求項56に記載の呼吸加湿システム。
- 前記1つまたは複数の液体センサが、前記加熱面に、その上に、それに隣接して、または近接して配置されている、請求項56または57に記載の呼吸加湿システム。
- 前記液体流量制御部が計量システムを含む、請求項56〜58のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記液体流量制御部が、開ループ構成におけるポンプである、請求項56〜59のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記液体流量制御部が、閉ループ構成において流量センサと直列であるポンプまたは流れアクチュエータである、請求項56〜59のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記加熱システムの一部を形成する少なくとも1つの温度センサをさらに備える、請求項56〜61のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記少なくとも1つの温度センサが、液体で浸される前記ヒータの割合を求めるために利用される、請求項62に記載の呼吸加湿システム。
- 前記1つまたは複数の液体センサが、前記加熱面の上に液体があふれるのを防止するために使用される、請求項56〜63のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記1つまたは複数の液体センサが、前記1つまたは複数のハードウェアプロセッサにより、前記呼吸システムを通るガスの前記湿度レベルの前記決定論的制御を調節するために使用される、請求項56〜64のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記1つまたは複数の液体センサが、前記1つまたは複数のハードウェアプロセッサにより、前記加熱面の気化面積を調節するために使用される、請求項56〜65のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記1つまたは複数の液体センサが温度センサである、請求項56〜66のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記1つまたは複数の液体センサが抵抗センサまたは容量センサである、請求項56〜67のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- マイクロチャネルを備える表面とオーバモールドされたプリント回路基板(PCB)またはエッチング箔を備える、呼吸加湿システム用のヒータプレート。
- 前記表面が、単一方向にのみ延在するマイクロチャネルを有する、請求項69に記載のヒータプレート。
- 前記マイクロチャネルが、主チャネルの第2組に接続された分散チャネルの第1組を含む、請求項68または69に記載のヒータプレート。
- 前記分散チャネルの数が前記主チャネルの数未満である、請求項71に記載のヒータプレート。
- 前記マイクロチャネルが単一点から放射状に分散されている、請求項68〜72のいずれか一項に記載のヒータプレート。
- 前記加熱システムが、請求項68〜73のいずれか一項に記載のヒータプレートを含む、請求項1〜68のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 患者の気道に提供される前にガス通路を通るガスを加湿する呼吸加湿システムであって、
制御された液体流を提供する液体流量制御部と、
前記制御された液体流を受け取り、前記加湿システムを通るガスを加湿するように構成された加熱面を含む加熱システムであって、前記加熱面が、その表面にわたって液体を運ぶように構成されている、加熱システムと、
前記通路において前記加熱システムの上流に配置されたガス予熱器と、
を備える呼吸加湿システム。 - 前記液体制御部から前記制御された液体流を受け取り、前記液体を前記加熱面の上に分散させるように構成された連結部をさらに備える、請求項75に記載の呼吸加湿システム。
- 患者にガスを送達する吸気管と一列に並んでいるように構成されている、請求項75または76に記載の呼吸加湿システム。
- 少なくとも部分的に前記吸気管内にあるように構成されている、請求項77に記載の呼吸加湿システム。
- フィルタをさらに備える、請求項75〜78のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 滅菌用のUV源をさらに備える、請求項75〜79のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記液体流量制御部が計量システムを含む、請求項75〜80のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記液体流量制御部がポンプを含む、請求項75〜81のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記ポンプが故障した場合に液体の流れを阻止する安全弁をさらに備える、請求項75〜82のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 水リザーバをさらに備える、請求項75〜83のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記水リザーバと前記液体流量制御部との間に配置され、かつ重力駆動流が送達される液体流に影響を与えないように構成された流れ制限装置をさらに備える、請求項84に記載の呼吸加湿システム。
- 前記液体流量制御部が開ループ構成のポンプである、請求項75〜85のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記液体流量制御部が、閉ループ構成で流量センサと直列であるポンプまたは流れアクチュエータである、請求項75〜85のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記ポンプが圧電マイクロポンプであり、前記流量センサが熱質量計である、請求項87に記載の呼吸加湿システム。
- 前記加熱システムが、マイクロチャネルを備える表面とオーバモールドされたプリント回路基板(PCB)またはエッチング箔を備えるヒータプレートを含む、請求項75〜88のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記連結部が、繊維性ポリマー、多孔性ポリマーまたは焼結ポリマーである、請求項76〜89のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記加熱面が、前記ガス流に浸漬される、請求項75〜90のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記加熱面がモジュールゾーンを含む、請求項75〜91のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 呼吸加湿システムであって、
制御された液体流を提供する液体流量制御部と、
ガス通路内に配置されかつ前記ガス通路を通るガスを加湿するように構成された加熱面を含む加熱システムであって、前記制御された液体流を受け取り、約30℃〜99.9℃の所定温度で前記加熱面を維持するように構成された加熱システムと、
を備え、
前記呼吸加湿システムの電力出力の約80%〜99.9%が、前記水における熱に伝達される、呼吸加湿システム。 - 前記加熱面が、約35℃〜約90℃、約50℃〜約60℃または約50℃の温度で維持されるように構成されている、請求項93に記載の呼吸加湿システム。
- 前記呼吸加湿システムの電力出力の約95%〜99.99%が、前記水における熱に伝達される、請求項93または94に記載の呼吸加湿システム。
- 前記呼吸加湿システムの電力出力の約98%が、前記水における熱に伝達される、請求項93または94に記載の呼吸加湿システム。
- 請求項1〜68または75〜92のいずれか一項に記載の呼吸加湿システムを含む、請求項93〜96のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 患者の気道に提供される前にガス通路を通るガスを加湿する呼吸加湿システムであって、
ガス流を加熱し、かつ加湿領域の上流に配置された装置と、
液体流発生器と、
ガス通路内に配置されかつかつ前記ガス通路を通るガスを加湿するように構成された加熱面を含む加熱システムであって、約30℃〜99.9℃の所定温度で加熱面を維持するように構成された加熱システムと、
を備える呼吸加湿システム。 - 前記加熱システムが、約35℃〜90℃の所定温度で前記加熱面を維持するように構成されている、請求項98に記載の呼吸加湿システム。
- 前記加熱システムが、約40℃〜約80℃、または約45℃〜約70℃、または約45℃〜約60℃、または約50℃〜約60℃、または約50℃の所定温度で前記加熱面を維持するように構成されている、請求項98に記載の呼吸加湿システム。
- 前記装置が予熱器である、請求項98〜100のいずれか一項に記載の呼吸加湿システム。
- 前記予熱器がガス加熱素子を備える、請求項101に記載の呼吸加湿システム。
- 前記ガス加熱素子が、抵抗素子を含むPCB、エッチング箔フィルム、加熱コイルまたはPTC素子のうちの1つである、請求項102に記載の呼吸加湿システム。
- 呼吸加湿システムの出口に所定出口露点温度を有するガスを決定論的に送達する方法であって、前記呼吸加湿システムが、
ガスが流れることができるガス流路であって、入口位置と出口位置との間に延在しかつ前記入口位置と前記出口位置との間に加湿位置を含むガス流路と、
流体を保持するように構成された流体リザーバと、
前記加湿位置において前記ガス流路と流体連通する加熱面であって、ウィッキング要素を有する加熱面と、
前記流体リザーバおよび前記ウィッキング要素と流体連通する計量機構であって、前記流体リザーバから前記ウィッキング要素への前記流体を計量するように構成された計量機構と、
を含み、
前記ウィッキング要素が、前記計量される流体を前記加熱面の少なくとも一部に分散させるように構成され、
前記加熱面が、前記分散された流体を気化させるように潜熱エネルギーを与えるように構成され、
前記方法が、コントローラによって、前記出口位置に前記ガスを前記所定出口露点温度で送達するように前記計量機構を決定論的に制御するステップを含む、方法。 - 前記コントローラにより、入口露点温度センサから、供給ガスの入口露点温度測定値を受け取るステップであって、前記供給ガスが前記呼吸加湿システムの前記入口に提供される、ステップと、前記供給ガスの前記受け取られた入口露点温度測定値に基づいて前記計量機構を制御するステップとをさらに含む、請求項104に記載の方法。
- 前記コントローラにより、入口ガス流センサから、前記供給ガスの入口ガス流量測定値を受け取るステップと、前記供給ガスの前記受け取られたガス流量測定値に基づいて前記計量機構を制御するステップとをさらに含む、請求項104または105に記載の方法。
- 前記コントローラにより、前記ガス流路内の前記入口と加湿位置との間に配置された圧力センサから、ガス流路圧力レベル測定値を受け取るステップと、前記受け取られたガス流路圧力レベル測定値に基づいて前記計量機構を制御するステップとをさらに含む、請求項104〜106のいずれか一項に記載の方法。
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