JP2020534966A - 携帯用パーソナルレスピレータおよびその使用 - Google Patents

Abstract

レスピレータシステムは、空気フィルタを備えるレスピレータ、センサレスＤＣモータを備える流れ発生装置、マスク、プロセッサ、センサ、電源、および無線トランシーバを含む。レスピレータは、空気を濾過し、空気の圧力を高め、大気より高い圧力で空気をマスクに送達し、レスピレータの動作についてセンサでデータを収集し、そのデータを送信する。中継電子デバイスは、分離され、レスピレータから遠隔であり、送信されたデータを受信し、そのデータを処理し、かつそのデータを再送する構成とされる。コンピュータは、データを受信し、そのデータを処理し、かつレスピレータまたはレスピレータのユーザに関する少なくとも１つのレポートを生成する。【選択図】図７

Description

一般の人々にとって、日々の生活における公害および病気からの保護は、防塵マスクや外科用マスクに大きく依存している。しかし、これらマスクは、この種のマスクを製造する際に使用するフィルタ材料が、高効率のフィルタリングに適していることが通常ラベル付けされている場合においても、マスクの周囲からの漏れにより、基本的な保護を単に提供するにすぎない。フィルタ媒体にて生じる余分な抵抗によって、ユーザは、普段マスクをしない場合よりも、かなり強く息をする必要がある。このように、誰にとっても、この種のマスクを快適に長期間使用することは、非常に困難である。さらに、マスクの内部に二酸化炭素や湿気が溜まり、それが状況をさらに悪くしがちである。加えて、フィルタ媒体の効率が良いほど、それによって生じる流れ抵抗も高くなり、これらのマスクの長期間の使用をさらに不快にさせる。こうした影響は、お年寄り、子供、ならびに喘息患者およびＣＯＰＤ患者などの病人など、呼吸器系が弱い、または呼吸器系に障害がある人にとっては、特に明らかである。

このため、防塵マスクおよび外科用マスクは、一般の人々に広く使用されており、それは主に、それらの使用が手軽であり、誰もがより効率の良い快適な装置があればそれを使いたいと望んだ場合に、入手可能で満足のいく電動ファン付呼吸用保護具（ＰＡＰＲ：ｐｏｗｅｒｅｄ ａｉｒ ｐｕｒｉｆｙｉｎｇ ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒ）による解決方法がないということによる。

しかし、多くの日々の状況において、空気の質が非常に悪い可能性があることは明らかである。大都市では、自動車、バス、トラックおよびオートバイの密度が高く、過剰な毒性汚染物質を排出していることが多い。発電所は、公害の別の主要源である。砂嵐、いずれの種類の火事などの自然災害、または人災も、人々の呼吸器系に害を与える。これらの公害には、ほこり（懸濁粒子）、鉛、および二酸化窒素、亜硫酸ガス、一酸化炭素、オゾン、揮発性有機化合物、煙などの有害ガスが含まれる。これらの公害に長期間さらされることは、有害であることは明らかであり、生命を脅かす病気を引き起こす場合がある。ＳＡＲＳ、鳥および豚インフルエンザといった最近の３つの病気に関連した人間に対する脅威もまた、汚染物質病または空気伝染病であり、人類にとって潜在的に致命的である。

同様の水準の保護および快適さを提供し、さらに普通の人々、または軽工業／専門職のユーザによる使用を満足できる防護装置は、明らかに必要である。

その全体が参照にて本明細書に組み入れられるＶｉｒｒらによる米国特許出願公開第２０１２／０１７４９２２号明細書は、マスクおよび首側構成部品を含む呼吸装置を開示している。マスクは、少なくともユーザの口または鼻の孔をほぼ覆うように適合している。首側構成部品は、上記マスクに取り付けられ、ユーザの首の後ろをほぼ覆うように適合している。首側構成部品は、流れ発生装置を含んでおり、周りの環境から濾過されていない空気を受け取り、その濾過されていない空気を濾過して、濾過された空気を上記マスクにもたらす。呼吸装置は、従来の装置に比べて薄型の外観を有し、ユーザの首の周りに快適に位置するように適合している。

その全体が参照にて本明細書に組み入れられるＫａｏらによる米国特許出願公開第２０１４／０３７３８４６号明細書は、汚染環境で一般に使用する電動ファン付き呼吸用保護具を開示している。電動ファン付き呼吸用保護具は、空気を大気から引き込むように配置された電動インペラ、フィルタ要素およびマスクを含んでおり、濾過された圧縮空気をユーザに供給する。電動ファン付き呼吸用保護具は、ユーザの頭部後ろにフィルタおよび空気を加圧するためのインペラを備える発電機ユニットを含んでおり、ユーザへの空気の送達を改善し、その質を改善する構成部品を含んでいる。

米国特許出願公開第２０１２／０１７４９２２号明細書および米国特許出願公開第２０１４／０３７３８４６号明細書に記載の装置は、当技術分野において著しい進歩を含んでいた。しかしながら、サイズの縮小、データ収集および収集したデータの分析などの分野でのさらなる進歩が望まれる。本願は、こうした望ましい進歩を開示し、かつ／または従来技術の不足を克服することを求めるものである。

例えば、レスピレータシステムは、空気フィルタ、センサレスＤＣモータを備える流れ発生装置、マスク、プロセッサ、センサ、電源、および第１の無線トランシーバを含むレスピレータであって、周囲の空気を空気フィルタを通して引き込み、空気の圧力を高め、周囲より高い圧力でマスクに空気を送達し、レスピレータの動作についてセンサでデータを収集し、そのデータを第１の無線トランシーバで伝送する構成とされたレスピレータと、プロセッサ、メモリ、第２の無線トランシーバおよび第１のネットワークトランシーバを備える中継電子デバイスであって、分離され、レスピレータから遠隔であり、第１の無線トランシーバにて伝送されたデータを受信し、そのデータを処理し、かつそのデータを第１のネットワークトランシーバで再送する構成とされた中継電子デバイスと、第２のネットワークトランシーバ、プロセッサ、および実行されると、コンピュータにデータを受信させ、そのデータを処理させ、かつレスピレータまたレスピレータのユーザに関する少なくとも１つのレポートを生成させる命令を格納するメモリを備えるコンピュータと、を備える。

例えば、レスピレータシステムは、フィルタ、モータ、第１のデータトランシーバ、および第１のプロセッサであって、定常モータ力およびレスピレータの所定の特徴評価を用いてレスピレータを通る流量を判定し、第１のデータトランシーバに上記流量およびレスピレータ内の圧力に対応するデータを送信させる構成とされた第１のプロセッサを含むレスピレータと、第２のデータトランシーバおよび第２のプロセッサであって、第２のデータトランシーバによるデータの受信後、データを読み取り、そのデータを用いてレスピレータの状態を判定する構成とされた第２のプロセッサを含む電子デバイスと、を備える。

例えば、フィルタおよびモータを含むレスピレータの状態を判定する方法は、定常モータ力およびレスピレータの所定の特徴評価を使用してレスピレータを通る流量を計算することと、その流量およびレスピレータ内の圧力に対応するデータを伝送することと、電子デバイスでそのデータを受信することと、そのデータおよび電子デバイスを用いてレスピレータの状態を判定することと、を含む。

本開示の一部であり、例として、本技術の原理を示す添付の図面と共に取り組むと、本技術の他の態様、特徴、および利点は、以下の詳細な説明から明らかになろう。

本技術によるシステムの構造である。

本技術によるレスピレータのシステムの図である。

電池に関連する様々な計算および動作を示す。 電池に関連する様々な計算および動作を示す。

レスピレータを通るフローを計算するアルゴリズムを示す。

フィルタの状態を判定するアルゴリズムを示す。 フィルタの状態を判定するアルゴリズムを示す。

レスピレータにて除去される微粒子を判定するアルゴリズムを示す。

例示的なレスピレータを示す。

以下の説明を、共通の特性および特徴を共有するいくつかの例に関して行う。任意の例のうちの１つ以上の特徴は、他の例の１つ以上の特徴と組み合わせてもよいことが理解されよう。加えて、任意の例のうちの任意の単一の特徴または特徴の組合せは、追加の例を構成してもよい。

図１は、レスピレータ１００、中継電子デバイス２００、遠隔データ処理のための中継手段３００、および生成されたレポート４００を有するシステムの構造の一実施形態を示す。レスピレータ１００は、中継電子デバイス２００と、好ましくは無線通信で通信するが、有線通信で使用されてもよい。比較的電力消費が低く、広範囲で利用できるため、ブルートゥース（登録商標）などの比較的短い距離の無線通信が、レスピレータ１００と中継電子デバイス２００との間で望ましい可能性がある。中継電子デバイス２００は、携帯電話またはドングルなどの何か他のデバイスでもよく、汎用コンピュータまたはレスピレータに取り付けることができる。携帯電話は、広範囲での利用可能性、（ダウンロード可能なアプリケーションを介しての）適応性、ならびにブルートゥース（登録商標）およびＷｉ−Ｆｉなどの複数の無線プロトコルを介し、かつセルラーネットワーク上で通信する能力のため有利である。ドングルまたは類似のデバイスは、携帯電話が利用できず、または特定の場所で望ましくない場合に有利である。例えば、職場のプライバシーまたはデータの安全性が十分重要である場合は、ドングルが携帯電話より望ましい場合がある。ドングルは、携帯電話より複雑でない可能性がある。例えば、ドングルは、通信およびメモリ機能を有するが、比較的限られた処理機能である。

レスピレータ１００は、データを中継電子デバイス２００に送信する。中継電子デバイス２００の使用により、レスピレータ１００のコスト、複雑さ、重量および電力消費のうちの少なくとも１つを低減できる。より高い水準のコンピュータ処理、より大きいメモリおよびより長い距離のデータ伝送は、中継電子デバイス２００の必須の態様になる。したがって、レスピレータ１００は、機能するためレスピレータ１００内に配置されていなければならないか、または中継電子デバイス２００に含まれていないかのいずれかであり、データの取得に関係する構成部品および監視に関係する構成部品（センサ（例えば、圧力センサ）が両方の例である）を含むことのみを必要とする。または、携帯電話を、レスピレータ１００のユーザがすでに所持していてもよい。中継電子デバイス２００として携帯電話を利用すると、未活用のコンピューティングソースの効率的な使用が実現する場合があり、まだそばにないか、またはユーザが所持していない機器を必要としない。

データが中継電子デバイス２００に送信されると、少なくとも２つの選択肢が起こる。第１に、中継電子デバイス２００は、遠隔データ処理のためインターネット経由でデータを生の形態で中継手段３００に伝達してもよい。この筋書きでは、すべてのデータ処理は、中継手段３００で生じる。第２に、中継電子デバイス２００は、データの一部またはすべてを中継手段３００に伝送する前に処理してもよい。もちろん、生データおよび加工データのそれぞれは、中継電子デバイス２００から中継手段３００に伝送できる。データが生の形態で送られるか、または送る前に処理されるか否かは、データ速度、電池の寿命、および加工データをすぐにユーザにフィードバックすることの有用性などの要因に基づいて決定される。

中継手段３００において、生データ３０２は、解析エンジン３０４にて処理される。解析エンジン３０４は、汎用コンピュータまたはサーバ上で動作するソフトウェアまたは他の論理を含む。解析エンジンにて処理された後、生データ３０２は、加工データ３０６に変換される。様々な種類のデータおよびそれが処理される方法は、以下でさらに論じる。データが処理されると、それは、レポート４００を生成するために使用される。レポート４００の生成は、生データ３０２または加工データ３０６とは分離された、ユーザ特定データまたは他のレスピレータからのデータなどの他のデータを利用してもよい。例えば、ユーザ特定データは、加工データと組み合わされた場合、ユーザの健康に関する予測または分析をするために使用できるユーザの生理学上のパラメータを含んでもよい。この種のデータは、特定の法律権限またはユーザにて機密情報３０８とみなされる場合があり、この種の機密情報３０８は、より高度な異なる水準の安全性を必要とする可能性がある。他のレスピレータからのデータは、保守、修理、予備部品の発注、資産の配分などのプランニングを提供するために組合せできる。この種のデータは、データを機密情報３０８ともさせる管理会社の情報でもよい。レポート４００は、加工データ３０６の視覚化を実現でき、かつ／または加工データ３０６を閲覧するためのオンラインポータルでもよい。加工データ３０６の交換は、中継電子デバイス２００と中継手段３００との間でいずれの方向にも起こる。例えば、中継電子デバイスを用いて、データの一部またはすべてを処理する場合、解析エンジン３０４は、バイパスされてもよい。あるいは、一部の加工データ３０６は、ユーザが使用するため中継電子デバイス２００に送り戻されてもよい。

図２は、レスピレータ１００の構成部品およびレスピレータ１００と相互に作用する構成部品の実施形態を含むシステムの図である。レスピレータ１００は、モータ１０２、モータ制御部１０４、通信モジュール１０６、圧力センサ１０８、ユーザインタフェース１１０、電池１１２（電源の一例）、充電／制御回路１１４、外部電源監視回路１１６、主制御ユニット１１８、電源管理回路１２０、保護回路１２２、およびユーザマスク１２４を含む。モータ１０２は、流れ発生装置のインペラを駆動するセンサレスＤＣモータが好ましい。

システムは、１秒当たり約１００回（１００Ｈｚ）のマスク圧を測定できる。主制御ユニット１１８は、断続的に（例えば、１００Ｈｚの周波数で）マスク圧を通常約１０ｍｍＨ２Ｏの目標値に維持する目的から、モータ（およびしたがって、関連する流れ発生装置）の速度を調整できる。

ＣＰＵは、センサレスＤＣモータを制御するため、モータ速度、モータ電流、電池電圧、およびレスピレータ１００内の温度パラメータ（これも１００Ｈｚ）を監視することが好ましい。

レスピレータは、断続的に（１００Ｈｚ）データの流れを通信モジュール１０６に書き込む。この流れは、モータ速度、モータ電流、マスク圧および電池電圧を含む。

通信モジュール１０６は、中継電子デバイス２００と通信するために使用されるブルートゥース（登録商標）を含んでもよい。レスピレータは、そのシリアルデータ列をブルートゥースにて中継電子デバイス２００に書込みできる。また、呼吸毎に計算される簡易統計からなる低周波数のデータ列、例えば呼吸持続期間、最小および最大モータ速度、ならびにマスク圧が、所定の閾値未満に維持される長さなどの、様々なパラメータを書き込むこともできる。

一部の実施形態において、通信は、レスピレータ１００と中継電子デバイスとの間で双方向であってもよい。携帯電話上で実行されるアプリケーションを含み得る中継電子デバイス２００は、レスピレータ１００のメモリにデータを書き込みできてもよい。中継電子デバイス２００はまた、例えばある一定のモータ速度またはマスク圧を維持、あるいは必要に応じて任意の他の行為を維持するように命令するなど、モータ１０２の制御を担うことができる。

中継電子デバイス２００は、特に携帯電話である場合、ＧＰＳからユーザの現在位置（緯度、経度および高さ）にアクセスできる。

少なくとも一実施形態において、レスピレータ１００は、（磁気センサなどの）センサを含み、フィルタがないとき、ならびにフィルタが変えられたおよび／または取り外された、および交換されたときを検出できる。レスピレータ内のセンサは、磁界の除去によりフィルタの除去および／または交換を示す、フィルタ内の１つまたは複数の磁石を読み取ることができる。

上述の構成部品の１つ以上で、以下の計算の１つ以上を実施できる。

図３Ａおよび図３Ｂは、電池１１２に関連する様々な計算および動作を示す。

図３Ａの５０２で、レスピレータ１００の実施形態は、電池電圧を判定できる。５０４で、電池の残存容量の割合を判定できる。例えば、最大電池電圧が１２．６Ｖであり、最小電圧が９．０Ｖである場合、現在の電圧は、その範囲のうちの割合として判定される。この計算は、レスピレータ１００または中継手段３００で行ってもよいが、特に、中継電子デバイス２００が携帯電話である場合、中継電子デバイス２００で計算されることが好ましい。５０６で、電池の残存割合を表示でき、それにより、携帯電話は、ディスプレイ内蔵であるため、中継電子デバイス２００として好ましいことを示す。

５０８で、異なるタイムスタンプでの以前の電池電圧の記録にアクセスできる。５１０で、以前の電池電圧およびタイムスタンプは、前の電池電圧読み取りおよびタイムスタンプと比較できる。電池電圧および時間の違いを比較することによって、残存実行時間の推測を生成できる。この計算は、レスピレータ１００または中継手段３００で行ってもよいが、特に、中継電子デバイス２００が携帯電話である場合、中継電子デバイス２００で計算されることが好ましい。５１２で、残存実行時間を表示でき、それにより、携帯電話は、ディスプレイ内蔵であるため、中継電子デバイス２００として好ましいことを示す。

図３Ｂは、図３Ａと同様であるが、いくつかの追加のステップを含む。追加のステップのみを記す。５１４で、中継電子デバイス２００の実施形態は、電池低下の記録にアクセスできる。これは、アンペア時毎電圧の変化の形態で、または経時的電圧の低下もしくはサイクル毎電圧の低下の形態でもよい。５１６で、中継電子デバイス２００は、不十分な電力によりレスピレータ１００が最後に停止したときの記録された電池電圧を判定できる。５１８で、５１４および５１６で判定されたデータを比較して、現在の（例えば、ｍｍＡ時の）電池容量の推測を生成できる。電池の残存容量対元の電池容量の割合であり得る電池の健康の判定が、実施され得る。この判定は、レスピレータ１００または中継手段３００で行ってもよいが、特に、中継電子デバイス２００が携帯電話である場合、中継電子デバイス２００で計算されることが好ましい。５２０で、電池の健康要因を表示でき、それにより、携帯電話は、ディスプレイ内蔵のため、中継電子デバイス２００として好ましいことを示す。

一部の実施形態において、レスピレータ１００は、前の停止とは異なる電池電圧で不十分な電力により停止した場合に、電池のセル不整合があると判定される。この判定は、レスピレータ１００または中継手段３００で行ってもよいが、特に中継電子デバイス２００が携帯電話である場合、中継電子デバイス２００で計算されることが好ましい。５２２で、電池の健康要因を表示でき、それにより、携帯電話は、ディスプレイ内蔵であるため、中継電子デバイス２００として好ましいことを示す。

図４は、少なくとも吸入の間、レスピレータ１００を介してフローを計算するアルゴリズムを示す。この計算は、すべてがレスピレータで実施される。５２４で、モータ速度が判定される。５２６で、電池の電圧が判定される。５２８で、モータの電流が判定される。５３０で、生のモータ電力が、電池電圧とモータ電流とを掛けることで計算される。５３２で、モータの制御パラメータが判定される。５３４で、定常モータ力が判定される。モータ制御パラメータから、モータの加速に使用される電力が計算され得る。モータ速度が一定の場合、加速力はゼロであろう。定常モータ力は、生のモータ力から加速力を引くことで判定される。５３６で、フローおよび圧力が判定される。フローは、所与の流れ発生装置に対する定常モータ力とモータ速度との関数である。生産中、各レスピレータは、流量計、流量制御弁、圧力メータおよびレスピレータのシリアル通信ポートに接続されたコンピュータから成る試験装置に取り付けられる。レスピレータは、その後、複数（例えば、１００個）の速度フロー点（例えば、２５０００ｒｐｍ−１００リットル／分）を介して動作される。各速度フロー点で、マスク圧、モータ電流および電池電圧は、レスピレータ内のフィルタなしで記録される。このキャリブレーション工程の出力は、モータ速度およびモータ力へのフローに関連するデータ点または曲線の一群である。したがって、実行中の任意の時間で、流れ発生装置、よってレスピレータを通るフローは、瞬間のモータ速度およびモータ力の知識を用いて計算される。同じ計算はまた、レスピレータにて生成（例えば、デバイスの入口、すなわち直接フィルタの後ろからマスクの内側まで）され、現在の圧力の差異をもたらす。

フローおよび圧力を判定するこの方法の実施形態を用いて、レスピレータ１００の簡略化およびコスト低減が達成される。この方法により、センサレスＤＣモータの使用が可能になり、流量計を無くすことができる。流量計は、普通、システム内のある狭窄中の圧力変化を監視する高感度の圧力変換器を含んでいる。この種の流量計は、正確であるが追加の圧力変換器を必要とするため高価である。しかしながら、上述の方法の実施形態を用いると、圧力変換器および狭窄は必要なくてもよい。したがって、伝統的な意味での流量計を省略することができる。

図５Ａは、フィルタの状態を判定するアルゴリズムを示す。５３８で、レスピレータを通る流量が判定される。流量は、レスピレータ１００によって判定される。５４０で、フィルタを通る圧力の低下がレスピレータ内で測定される。こうした測定は、レスピレータ１００内の圧力変換器にて可能である。５４２で、現在のフィルタ詰まり係数が計算される。これは、５３８で判定された流量によって５４０で測定されたフィルタを通る圧力の低下を割ることで計算される。現在の詰まり係数の計量法の１つの例示的な単位は、ｍｍＨ_２Ｏ／リットル／分である。５４４で、詰まったフィルタ係数は、中継電子デバイスまたは中継手段３００内のメモリなどのメモリから読み取られる。詰まったフィルタ係数は、前もって判定されることが好ましく、研究所での試験に基づいて、または屋外での使用の結果として判定され得る。詰まったフィルタ係数は、現在の詰まり係数の計算法と同じ単位を有することが好ましい。５４６で、現在の詰まり係数は、詰まったフィルタ係数と比較されて、フィルタが詰まる相対量を判定する。５４８で、詰まり割合またはフィルタの抵抗が表示され、それにより、携帯電話は、ディスプレイ内蔵であるため、中継電子デバイス２００として好ましいことを示す。

５４２で判定された現在のフィルタ詰まり係数に基づいて、フィルタの残存耐用寿命の推測が判定される。５５０で、以前の現在フィルタ詰まり係数に、タイムスタンプと共にアクセスできる。５５２で、現在の値と前の値とを比較する。変化した耐用時間の割合および値の間の時間に基づいて、フィルタの残存使用時間の推測が判定される。５５４で、フィルタの残存時間を表示でき、それにより、携帯電話は、ディスプレイ内蔵であるため、中継電子デバイス２００として好ましいことを示す。

代替のフィルタの状態のアルゴリズムが、図５Ｂに示される。このアルゴリズムは、フィルタ中の圧力低下が、測定する代わりに推測される図５Ａのアルゴリズムとは異なる。

５５６で、モータ速度が判定される。５５８で、流量が判定される（例えば、５２４〜５３６および関連する上記記述を参照）。５６０で、レスピレータの圧力（例えば、フィルタの下流からマスクへの圧力上昇）が判定される。５６２で、マスク圧が、レスピレータ１００にて測定される。５６４で、フィルタの圧力低下が、レスピレータの圧力からマスク圧を引くことで推測される。５４２〜５５４は、図５Ａと同じであり、その記載をここで繰り返さない。

図６は、レスピレータ１００にて除去される微粒子を判定するアルゴリズムを示す。５６６で、呼吸量が判定され、それは、１０ｍ秒毎の量、一呼吸毎の量、または任意の他の適切な呼吸の量の表示であってもよい。これは、図４に関連して、上述したように、レスピレータにて判定され得る。５６８で、呼吸の総量が計算される。呼吸の総量は、経時的呼吸量の積分計算にて判定でき、所与の使用期間（一日など）に対し計算できる。５７０で、レスピレータ１００の位置を判定する。位置は、ユーザにて入力され、または位置システム（ＧＰＳまたは携帯電話内にある他の位置システム）にて自動的に判定されてもよく、位置データは、中継電子デバイス２００にて伝送された任意のデータに加えるか、またはそれと共に送信できる。位置データはまた、単独で伝送されてもよい。

５７２で、レスピレータの位置の汚染濃度が判定される。これは、例えばデータベース、遠隔測定システムなどから公害データを取得する中継電子デバイス２００または中継手段３００にて判定される。５７４で、粒子の重量は、呼吸総量を汚染濃度に掛けることで計算される。５７６で、レスピレータ１００で使用中のフィルタの種類が、フィルタの性能データと共に判定される。この情報は、例えば中継電子デバイス２００に格納できる。もちろん、この情報はまた、レスピレータ１００または中継手段３００によって任意の他の適切な場所に格納されてもよい。５７８で、除去された粒子の重量が、フィルタの効率を粒子の重量に掛けることにより計算される。５８０で、所与の期間の間に除去された汚染物質の重量を表示する。これは、中継手段のデバイスで表示でき、それにより、携帯電話は、ディスプレイ内蔵であるため、中継電子デバイス２００として、またはレポート４００の一部として好ましいことを示す。このアルゴリズムは、呼吸量が、初期の研究所の試験から推論される従来の方法よりかなり正確である。言い換えると、正確さを使用中の呼吸の実測定により得ることができる。

フィルタが詰まる割合、フィルタの残存時間、および除去された汚染物質の量は、それぞれレスピレータの状態例である。

フィルタのモデル番号または部品番号および／またはフィルタの濾過係数は、フィルタに関連付けられた所定の値の例である。

レスピレータの制御の種類（高速、超反応）は、物理的な変化がマスクに起こる速度を反映する周波数でパラメータの範囲（マスク圧、モータ速度、モータ電流、電池電圧など）を測定する。例えば、漏れは発達し、１秒の何分の１かの期間（ユーザの呼吸における生理学的に重要な変化は、吸入の３００ｍｓ〜５００ｍｓの期間に亘って起こる流量の変化にて示される）に亘って再封止できる。したがって、レスピレータ１００は、マスクからのフローパターンの変化（例えば、漏れ）またはユーザの呼吸パターン（例えば、排気、短い呼吸、フロー制限、肺の容量など）の検出も可能な速度で制御される。マスク圧の知識（および上述の他のパラメータのうちの１つ以上）を用いて、マスクへの漏れ（その結果、マスクの「フィット」または「防護係数」）を直接推測できる。

例えば、図６のアルゴリズムを用いて、濾過しない粒子量を判定できる。これは、例えばマスクの内側と外側との粒子の濃度比など、防護係数に関連付けできる。また、推測というこの方法を用いて、専用の器具を用いた一年に一度の試験の部分の代わりに連続的に（使用中すべての呼吸を）防護係数を評価できる。従来のシステムは、マスク内の真空の衰退に基づくマスクのフィットを評価する方法を用いることができる。本技術は、（１）試験目的で特別に生成された真空ではなく普通のマスク圧を測定する、（２）追加のアダプタまたは監視機器を必要としない、（３）圧力は連続的に高周波数で測定されるが、真空試験測定は１つの長い圧力衰退に基づく、という点が異なる。

中継電子デバイス２００ならびに／あるいは中継手段３００の計算、通信および／または記憶機能を備え、データのフローは、レスピレータ１００からクラウドまたは特定のコンピュータもしくはサーバに生じる。これにより、個々のレスピレータ１００のデータ解析（および／または関連のユーザ）あるいはレスピレータの収集が可能になる。これにより、呼吸の速度と、毎分呼吸量と、呼吸量と、呼吸運動と、疲労水準および警告と、苦痛水準と、他の装置に対するベンチマークと、保守点検または機器の問題に対する警報と、フィルタの交換の警報および督促と、連続自動監視ならびに機器の性能の通知および保守点検通知と、推奨の範囲外で動作する装置に対する警報と、時間当たりもしくは経時的な使用にて選別された危険の量と、圧力と、温度と、電池の負荷および電池の使用と、電池の状態／寿命と、フィルタの付加と、フィルタの抵抗と、フィルタの性能と、モータの性能および故障と、防護係数の測定と、リアルタイムでのマスクおよびシステムのフィットと、ユーザ毎の使用および経時的な順応性と、携帯電話のアプリケーションを介したユーザへのリアルタイムのデータ（機器のチェック、保護、性能）と、経時的な負荷に基づくフィルタの推奨と、使用者の健康、機器の性能、スポーツなどの縦断的研究のデータと、健康診断、呼吸パターンおよび呼吸パソロジまたは深刻な呼吸の変化の予測と、フロー制限と、経時的な呼吸パターンの変化と、スポーツまたはフィットネスの性能および消費者の汚染などの計算を可能にする。また、レスピレータにデータを書き込む能力などの行為（例えば、最後のフィルタの負荷、フィルタの種類）が起こる。

図７は、上述の方法を実施するために適切な、例示的なレスピレータ１００の例であり、図２に関連して説明された特徴を含む。ユーザのマスク１２４は、ユーザの鼻および口を覆う例示的なマスクである。ユーザの顔のいくらかを覆う他のマスクの種類が使用されてもよい。例えば、マスクは、鼻または口だけを覆ってもよい。あるいは、マスクは、ユーザの目を覆うことを含んでもよい。マスクは、コネクタ１２８で取り外し可能である。

レスピレータ１００の後部１２６は、一部の実施形態において、図２の一点鎖線に対応する中に含まれるすべての構成部品を含むことができる。マスク１２４は、後部１２６から取り外し可能であるので、後部１２６は、機能的な意味でレスピレータ１００であり、マスク１２４は、レスピレータと共に使用するユーザインタフェースである。

レスピレータ１００は、左アーム１３０および右アーム１３２を含む。一部の実施形態においては、一方のアームのみをマスク１２４へのフロー用に使用し、フローダクトを含み、他方のアームは、フロー用に使用されるアーム（フローダクトなし）とほぼ同じサイズである圧力感知線を備える。さらに小さい圧力感知線を使用してもよいが、少なくとも１つの実施形態においては、１つのみアームを有し、または他方よりさらに小さな１つのアームは、ユーザに良く受け入れられないが、フロー線と同じサイズの圧力感知線を有することは有利であることが分かっている。例えば、圧力センサは、後部１２６に配置でき、マスク１２４から比較的遠いが、まだほぼ瞬間的にマスク１２４の圧力および圧力変化を測定できる。マスク圧は、ファン出口近くの圧力での読み取りから推測するより、フローダクトなしで、事実上マスクで直接読み取れられる。マスクに圧力センサを含むと、ファン出口近くで圧力を読み取ることで圧力を推測する必要も回避できるが、これは、追加の電気接続など圧力変換器をマスク１２４に含むことに関連する複雑さと費用をもたす。

本技術は、いくつかの実施例と共に記載されているが、本技術は、開示された例に制限されることなく、むしろ、本技術の精神および範囲内に含まれる様々な変更および同等の構成を網羅することが意図されると理解されたい。

本明細書で、その内容にて明らかに別途定められている場合を除き、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、「それだけからなる」などの用語の排他的な意味を持つことを意図せず、むしろ、「少なくとも含む」の意味で非排他的な意味を持つ。同じことが、対応する文法の変化に関して、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」などの用語の他の形態にも適用される。

本明細書に使用される選択された用語に対する他の定義は、本発明の詳細な説明に見ることができ、それを通して適用される。別段の定義がない限り、本明細書に使用されるすべての他の科学的および技術的用語は、本発明が属する技術分野の当業者に共通に理解されるものと同じ意味を有する。

本書類になされるいずれの誓約も本発明の一部の実施形態に関連するものと理解されるべきであり、本発明についてのすべての実施形態に対して誓約がなされることを意図するものではない。本発明のすべての実施形態に適用すると思われる誓約がある場合、出願人／特許権者は、後にそれを記述から削除する権利を保持し、いずれの国の特許の受理またはその後の譲渡に対してもこれら誓約に依拠しない。

Claims (45)

1. 空気フィルタ、センサレスＤＣモータを備える流れ発生装置、マスク、プロセッサ、センサ、電源、および第１の無線トランシーバを含むレスピレータであって、前記レスピレータは、周囲の空気を前記空気フィルタを通して引き込み、前記空気の圧力を高め、前記空気を前記マスクに大気より高い圧力で送達し、前記レスピレータの動作について前記センサでデータを収集し、前記データを前記第１の無線トランシーバで送信する構成の、レスピレータと、
   プロセッサ、メモリ、第２の無線トランシーバおよび第１のネットワークトランシーバを備える中継電子デバイスであって、前記中継電子デバイスは、分離され、前記レスピレータから遠隔であり、前記中継電子デバイスが、前記第１の無線トランシーバにて送信された前記データを受信し、前記データを処理し、前記データを前記第１のネットワークトランシーバで再送する構成の、中継電子デバイスと、
   第２のネットワークトランシーバ、プロセッサ、および実行された場合に、前記コンピュータに前記データを受信させ、前記データを処理させ、かつ前記レスピレータまたは前記レスピレータのユーザに関する少なくとも１つのレポートを生成させる命令を格納するメモリを備えるコンピュータと、
   を備える、レスピレータシステム。
2. 前記プロセッサは、モータ速度、モータ電流、および電源電圧を監視する構成とされ、
   前記センサは、前記空気の前記圧力を前記マスクで測定する構成の圧力センサであり、
   前記データは、前記モータ速度、前記モータ電流、マスク圧および前記電源電圧を含み、かつ
   前記レスピレータは、前記データを所定の周波数で送信する構成とされた、
   請求項１に記載のレスピレータシステム。
3. 前記所定の周波数は、１００Ｈｚである、
   請求項２に記載のレスピレータ。
4. 前記所定の周波数は、呼吸毎である、
   請求項２に記載のレスピレータ。
5. 前記センサは、前記空気の前記圧力を前記マスクで測定する構成の圧力センサであり、
   前記プロセッサは、モータ速度、モータ電流、および電源電圧を監視する構成とされ、
   前記データは、前記モータ速度、前記モータ電流、マスク圧および前記電源電圧を含み、かつ
   前記レポートは、前記モータ速度、前記モータ電流、前記マスク圧および前記電源電圧を用いて計算される前記フィルタを通る流量を含む、
   請求項１に記載のレスピレータシステム。
6. 前記レスピレータは、フローセンサを含まない、
   請求項５に記載のレスピレータシステム。
7. 前記センサは、前記空気の前記圧力を前記マスクで測定する構成の圧力センサであり、
   前記プロセッサは、モータ速度、モータ電流、および電源電圧を監視する構成とされ、
   前記データは、前記モータ速度、前記モータ電流、マスク圧および前記電源電圧を含み、かつ
   前記レポートは、前記モータ速度、前記モータ電流、前記マスク圧および前記電源電圧を用いて計算される前記フィルタを通る流量に基づく前記フィルタを交換する推奨を含む、
   請求項１に記載のレスピレータシステム。
8. 前記センサは、前記空気の前記圧力を前記マスクで測定する構成の圧力センサであり、
   前記プロセッサは、モータ速度、モータ電流、マスク圧および電源電圧を監視する構成とされ、
   前記データは、前記モータ速度、前記モータ電流、前記マスク圧および前記電源電圧を含み、かつ
   前記レポートは、防護係数を含む、
   請求項１に記載のレスピレータシステム。
9. 前記防護係数は、前記マスクの内側および外側の粒子の濃度比である、
   請求項８に記載のレスピレータシステム。
10. 前記防護係数は、ほぼリアルタイムに生成される、
    請求項８に記載のレスピレータシステム。
11. 前記防護係数は、中継デバイスに表示される、
    請求項１０に記載のレスピレータシステム。
12. 前記防護係数は、ユーザの各呼吸に対応して生成される、
    請求項８に記載のレスピレータシステム。
13. 前記防護係数は、ユーザの呼吸速度より速い周波数で抽出された前記マスクでの前記空気の前記圧力を用いて計算される、
    請求項８に記載のレスピレータシステム。
14. 前記周波数は、３００ｍ秒〜５００ｍ秒以内で生じる流量の変化を区別するために十分速い、
    請求項１３に記載のレスピレータシステム。
15. 前記中継デバイスは、ＧＰＳを含み、前記中継デバイスがＧＰＳ情報を前記データに加えた後、前記データが再送される、
    請求項１に記載のレスピレータシステム。
16. 前記レポートは、ユーザの順応性の兆候を含む、
    請求項１に記載のレスピレータシステム。
17. フィルタ、モータ、第１のデータトランシーバおよび第１のプロセッサを含むレスピレータであって、前記第１のプロセッサは、定常モータ力および前記レスピレータの所定の特徴評価を用いて前記レスピレータを通る流量を判定し、前記第１のデータトランシーバに前記レスピレータ内の前記流量および圧力に対応するデータを送信させる構成の、レスピレータと、
    第２のデータトランシーバおよび第２のプロセッサを含む電子デバイスであって、前記第２のプロセッサは、前記第２のデータトランシーバによる前記データの受信後に前記データを読み取り、前記データを用いて前記レスピレータの状態を判定する構成の、電子デバイスと、
    を備える、レスピレータシステム。
18. 前記レスピレータは、電源を備え、
    前記第１のプロセッサは、前記モータの速度、前記電源の電圧、および前記モータの電流を判定し、前記速度、前記電圧および前記電流を用いて前記定常モータ力を判定する構成とされた、
    請求項１７に記載のレスピレータシステム。
19. 前記定常モータ力は、生のモータ力であって、より加速の少ないモータ力である、
    請求項１８に記載のレスピレータシステム。
20. 前記第１のプロセッサは、前記モータの制御パラメータおよび前記モータの速度の変化率のうちの少なくとも一方から前記加速モータ力を判定する構成とされた、
    請求項１９に記載のレスピレータシステム。
21. 前記第１のプロセッサは、前記電源の電圧および前記モータの電流を用いて前記生のモータ力を判定する構成とされた、
    請求項１９に記載のレスピレータシステム。
22. 前記レスピレータの所定の特徴評価は、前記定常モータ力を前記流量と関連付ける、
    請求項１７に記載のレスピレータシステム。
23. 前記レスピレータの前記所定の特徴評価は、前記レスピレータに格納された方程式である、
    請求項１７に記載のレスピレータシステム。
24. 前記レスピレータの前記所定の特徴評価は、前記レスピレータに格納されたルックアップテーブルである、
    請求項１７に記載のレスピレータシステム。
25. 前記第２のプロセッサは、前記フィルタの残存耐用寿命を判定し、前記残存耐用寿命を表示するための命令を生成する構成とされた、
    請求項１７に記載のレスピレータシステム。
26. 前記残存耐用寿命は、前記レスピレータ内の前記圧力、前記流量、および前記フィルタに関連付けられた所定の値を用いて計算される詰まりの割合である、
    請求項２５に記載のレスピレータシステム。
27. 前記電子デバイスは、前記フィルタを通る圧力低下、前記流量、および前記フィルタに関連付けられた所定の値を用いて計算された詰まり係数を格納し、前記詰まり係数の現在の値と前記詰まり係数の格納された値との間の比較に基づいて時間の長さとして残存耐用寿命を判定する構成とされた、
    請求項２５に記載のレスピレータシステム。
28. 前記レスピレータは、マスクを含み、前記第１のプロセッサおよび前記第２のプロセッサのうちの一方は、前記流量、前記モータの速度、および前記マスク内の圧力を用いて、前記フィルタを通る圧力低下を推測する構成とされた、
    請求項１７に記載のレスピレータシステム。
29. 前記レスピレータの状態は、前記フィルタにて除去された粒子の重量である、
    請求項１７に記載のレスピレータシステム。
30. 粒子の重量は、前記流量、レスピレータの位置および前記レスピレータの前記位置に対する汚染濃度を用いて判定される、
    請求項３０に記載のレスピレータシステム。
31. 前記電子デバイスは、ＧＰＳ座標およびユーザの入力のうちの少なくとも一方を用いて、前記レスピレータの前記位置を判定する構成とされた、
    請求項３０に記載のレスピレータシステム。
32. 前記流量を使用して、呼吸された空気の総量を判定する、
    請求項３０に記載のレスピレータシステム。
33. フィルタおよびモータを含むレスピレータの状態を判定する方法であって、
    前記レスピレータの定常モータ力および所定の特徴評価を用いて前記レスピレータを通る流量を計算することと、
    前記レスピレータ内の前記流量および圧力に対応するデータを送信することと、
    前記データを電子デバイスで受信することと、
    前記レスピレータの状態を前記データおよび前記電子デバイスを用いて判定することと、
    を含む方法。
34. 前記定常モータ力は、前記レスピレータ内の電源電圧、前記モータの速度、および前記モータの電流を用いて計算される、
    請求項３３に記載の方法。
35. 前記定常モータ力は、生のモータ力であって、より加速の少ないモータ力である、
    請求項３４に記載の方法。
36. 前記モータの制御パラメータおよび前記モータの速度の変化率のうちの少なくとも一方から前記加速力を判定する、
    ことをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
37. 前記電源の電圧および前記モータの電流を用いて前記生のモータ力を判定する、
    ことをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
38. 前記レスピレータの前記所定の特徴評価は、前記定常モータ力を前記流量と関連付ける、
    請求項３３に記載の方法。
39. 前記レスピレータの状態は、前記フィルタの残存耐用寿命である、
    請求項３３に記載の方法。
40. 前記レスピレータの圧力、前記流量、および前記フィルタに関連付けられた所定の値を用いて前記フィルタが詰まっている割合としての残存耐用寿命を計算することをさらに含み、
    前記レスピレータの圧力は、前記フィルタを通る圧力低下である、
    請求項３９に記載の方法。
41. 前記フィルタを通る圧力低下、前記流量、および前記フィルタに関連付けられた所定の値を用いて詰まり係数の第１の値を判定することと、
    前記第１の値より後の時間の前記詰まり係数の第２の値を判定することと、
    前記第１の値と前記第２の値との間の比較に基づいて、時間の長さとしての残存耐用寿命を判定することと、
    をさらに含む、請求項３９に記載の方法。
42. 前記レスピレータ内の圧力は、前記フィルタを通る圧力低下であり、前記流量、前記モータの速度、および前記レスピレータのマスク内の圧力を用いて前記フィルタを通る前記圧力低下を判定する、
    ことをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
43. 前記レスピレータの前記状態は、前記フィルタにて除去された粒子の重量である、
    請求項３３に記載の方法。
44. 前記流量、前記レスピレータの位置および前記レスピレータの前記位置に対する汚染濃度を用いて粒子の前記重量を判定する、
    ことをさらに含む、請求項４３に記載の方法。
45. 経時的に前記流量を積分することで呼吸される空気の総量を判定する、
    ことをさらに含む、請求項４３に記載の方法。

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