JP2020535918A - 閉ループ酸素制御 - Google Patents

Abstract

本開示は、フロー療法装置のガスの流れを制御する１つ以上の閉ループ制御システムを実施し得るフロー療法装置を提供する。フロー療法装置は、患者の血中酸素飽和度（ＳｐＯ２）を監視し、且つ患者に供給される酸素の割合（ＦｄＯ２）を制御し得る。フロー療法装置は、患者の目標ＳｐＯ２値を達成するために、ＦｄＯ２を自動的に調整することができる。

Description

本開示は、フロー療法装置での酸素供給を制御するための方法及びシステムに関する。

呼吸器は、病院、医療施設、居住介護又は家庭環境などの様々な環境においてユーザ又は患者にガスの流れを供給するために使用されている。呼吸器又はフロー療法装置は、ガスの流れと共に補足酸素を供給できるようにする酸素流入口並びに／又は加熱及び加湿ガスを供給するための加湿装置を含み得る。フロー療法装置は、流量、温度、酸素濃度などのガス濃度、湿度、圧力などを含むガス流の特性の調整及び制御を可能にし得る。

本明細書で開示する第１の実施形態のいくつかの特性、態様及び利点によれば、患者にガスの流れを提供する呼吸器であって、閉ループ制御を使用して患者へのガスの供給を制御するように構成されたコントローラであって、少なくとも１つのセンサーから、患者の酸素飽和度（ＳｐＯ２）を示す患者パラメータデータを受信すること、制御フェーズを実行することであって、治療セッション中の呼吸器の動作は、少なくとも一部には患者パラメータデータに基づいている、実行することを行うように構成されるコントローラと、呼吸器の動作中、少なくともガス流の酸素含有量（ＦｄＯ２）を決定するように構成されたガス組成センサーであって、超音波センサーシステムであるガス組成センサーとを含む呼吸器である。

第１の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、フェイスマスク、鼻マスク、鼻枕マスク、気管切開インターフェース、鼻カニューレ又は気管内チューブの少なくとも１つから選択される患者インターフェースを含む。

第１の実施形態のいくつかの構成では、鼻カニューレは、非シール鼻カニューレである。

第１の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、ネーザルハイフロー（ＮＨＦ）でガスの流れを患者に供給するように構成される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、少なくとも１つのセンサーは、パルスオキシメータである。

第１の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、ガス流の酸素濃度を示す機器パラメータデータを受信するように構成される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、補足ガス流入口弁を含む。

第１の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、補足ガス流入口弁の動作を制御するように構成される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、補足ガス流入口弁は、比例弁である。

第１の実施形態のいくつかの構成では、補足ガス流入口弁は、酸素流入口弁である。

第１の実施形態のいくつかの構成では、補足ガス流入口弁は、スイベルコネクタを含む。

第１の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、周囲空気流入口を含む。

第１の実施形態のいくつかの構成では、酸素流入口弁は、フィルターモジュールと流体連通しており、及び呼吸器は、フィルターモジュール内の周囲空気流入口からの周囲空気と一緒に、酸素流入口弁から受け入れられた酸素を吸い込むように構成される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、ガス組成センサーは、呼吸器の送風器モジュールの下流に位置決めされる。

第１の実施形態のいくつかの構成では、フィルターモジュールは、呼吸器の送風器モジュールの上流に位置決めされる。

第１の実施形態のいくつかの構成では、送風器モジュールは、周囲空気と酸素とを混合する。

第１の実施形態のいくつかの構成では、閉ループ制御は、供給された酸素の目標割合（ＦｄＯ２）を決定するように構成された第１の閉ループ制御モデルを使用することを含む。

第１の実施形態のいくつかの構成では、目標ＦｄＯ２は、少なくとも一部には目標ＳｐＯ２及び実測ＳｐＯ２に基づいて決定される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、目標ＦｄＯ２は、少なくとも一部には実測ＦｄＯ２にさらに基づいている。

第１の実施形態のいくつかの構成では、目標ＦｄＯ２は、少なくとも一部には以前の目標ＦｄＯ２にさらに基づいている。

第１の実施形態のいくつかの構成では、閉ループ制御は、少なくとも一部には目標ＦｄＯ２と実測ＦｄＯ２との差に基づいて、酸素流入口弁のための制御信号を決定するように構成された第２の閉ループ制御モデルを使用することを含む。

第１の実施形態のいくつかの構成では、酸素弁のための制御信号は、少なくとも一部には目標ＦｄＯ２及び実測ＦｄＯ２に基づいて決定される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、酸素弁のための制御信号は、少なくとも一部にはガス流量にさらに基づいて決定される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、ガス流量は、総ガス流量である。

第１の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、少なくとも１つのセンサーの信号品質が閾値を下回るとき、手動動作モードに移るように構成される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、ユーザに対して、少なくとも１つのセンサーの信号品質が閾値を下回っていることを示す通知を生成するように構成される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、通知は、手動動作モードに移るかどうかのユーザ指示の入力を要求する。

第１の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、患者ＳｐＯ２が、規定された限界値外であるとき、手動動作モードに移るように構成される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、患者ＳｐＯ２が、規定された限界値外であるとき、アラームをトリガするように構成される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、ガスの供給の制御は、ガス流のＦｄＯ２の制御を含み、及びコントローラは、少なくとも１つのセンサーの信号品質の表示度数を受信し、且つ少なくとも一部には信号品質に基づいてＦｄＯ２の制御に重み付けを適用するように構成される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、信号品質の表示度数は、特定のＳｐＯ２読取値に対応する。

第１の実施形態のいくつかの構成では、制御フェーズは、患者特有モデルを使用して実行されるように構成される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、患者特有モデルは、治療セッションの学習フェーズ中に生成される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、患者特有モデルは、治療セッション中に生成される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、患者特有モデルは、治療セッション中に更新される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、制御フェーズは、少なくとも一部には患者特有モデルに基づいてＰＩＤ制御を使用して実行されるように構成される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、患者特有モデルは、患者の酸素効率を含む。

第１の実施形態のいくつかの構成では、酸素効率は、少なくとも一部には実測ＳｐＯ２及び実測ＦｄＯ２に基づいて決定される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、酸素効率は、少なくとも一部には、実測ＦｄＯ２で割られた実測ＳｐＯ２に基づいて決定される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、酸素効率は、少なくとも一部には、患者の実測ＳｐＯ２と実測ＦｄＯ２との間の非線形関係に基づいて決定される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、少なくとも一部には実測ＦｄＯ２に基づいて患者のＳｐＯ２を予測するように構成される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、ＳｐＯ２の以前の予測値は、モデル誤差を計算するために実測ＳｐＯ２と比較される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、モデル誤差は、少なくとも１つのセンサーの信号品質によって重み付けされる。

第１の実施形態のいくつかの構成では、モデル誤差は、現在のＳｐＯ２予測値を訂正するために使用される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、予測ＳｐＯ２は、少なくとも一部にはスミス予測器（Ｓｍｉｔｈ ｐｒｅｄｉｃｔｏｒ）に基づいている。

第１の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、患者の特性を識別する入力を受信するように構成される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、患者特性は、患者タイプ、年齢、体重、身長又は性別の少なくとも１つを含む。

第１の実施形態のいくつかの構成では、患者タイプは、正常、高炭酸ガス血症又はユーザが定義したものの１つである。

第１の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、実測ＦｄＯ２及び実測ＳｐＯ２に対応するデータを記録するようにさらに構成される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、加湿器を含む。

第１の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、統合された送風器及び加湿器を含む。

第１の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、運搬可能であるように構成される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、制御された可変流量を有するように構成される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、加熱された呼吸管を含む。

第１の実施形態のいくつかの構成では、超音波センサーシステムは、第１の超音波トランスデューサ及び第２の超音波トランスデューサを含む。

第１の実施形態のいくつかの構成では、第１の超音波トランスデューサ及び第２の超音波トランスデューサのそれぞれは、受信器及び送信器である。

第１の実施形態のいくつかの構成では、第１の超音波トランスデューサ及び第２の超音波トランスデューサは、双方向にパルスを送る。

第１の実施形態のいくつかの構成では、第１の超音波トランスデューサは、送信器であり、及び第２の超音波トランスデューサは、受信器である。

第１の実施形態のいくつかの構成では、第１の超音波トランスデューサ又は第２の超音波トランスデューサの少なくとも一方は、ガス流に沿ってパルスを送る。

第１の実施形態のいくつかの構成では、第１の超音波トランスデューサ又は第２の超音波トランスデューサの少なくとも一方は、ガス流にわたってパルスを送る。

第１の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、呼吸器のディスプレイに第１の酸素効率特性を表示するように構成される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、呼吸器のディスプレイに第２の酸素効率特性を表示するように構成され、及び酸素効率の第２の表示度数は、少なくとも一部には患者の酸素効率及び実測呼吸数に基づいている。

第１の実施形態のいくつかの構成では、第２の酸素効率特性は、実測ＳｐＯ２を実測ＦｄＯ２で割り、且つ結果として生じる値を実測呼吸数で割ることによって計算される。

第１の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、規定された期間にわたる第１の酸素効率特性又は第２の酸素効率特性の少なくとも一方を示すグラフ又は傾向線を表示するように構成される。

本明細書で開示する第２の実施形態のいくつかの特性、態様及び利点によれば、患者にガスの流れを提供する呼吸器であって、閉ループ制御を使用して患者へのガスの供給を制御するように構成されたコントローラであって、患者へのガス流の酸素濃度（ＦｄＯ２）を制御することと、少なくとも１つの患者センサーから、患者の実測酸素飽和度（ＳｐＯ２）を示すデータを受信することと、ガス流の実測ＦｄＯ２を示すデータを受信することと、患者の目標ＳｐＯ２を受信することと、ガス流のＦｄＯ２に対してステップ変化を実行することであって、ステップ変化の大きさは、少なくとも一部には患者の実測ＳｐＯ２、目標ＳｐＯ２及び酸素効率に基づいている、実行することとを行うように構成されるコントローラを含む呼吸器である。

第２の実施形態のいくつかの構成では、酸素効率は、少なくとも一部には実測ＳｐＯ２及び実測ＦｄＯ２に基づいて決定される。

第２の実施形態のいくつかの構成では、酸素効率は、少なくとも一部には、実測ＦｄＯ２で割られた実測ＳｐＯ２に基づいて決定される。

第２の実施形態のいくつかの構成では、酸素効率は、少なくとも一部には、患者の実測ＳｐＯ２と実測ＦｄＯ２との間の非線形関係に基づいて決定される。

第２の実施形態のいくつかの構成では、ステップ変化の大きさは、少なくとも一部にはステップ変化前の目標ＦｄＯ２に対する最近の変化に基づいている。

第２の実施形態のいくつかの構成では、ステップ変化の大きさは、少なくとも一部にはステップ変化前の目標ＦｄＯ２に対する最近の変化に基づいている。

第２の実施形態のいくつかの構成では、新しい目標ＦｄＯ２は、少なくとも一部には以前の目標ＦｄＯ２に基づいて計算される。

第２の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、ステップ変化後にフィードフォワードステージを実行するように構成される。

第２の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、ステップ変化の直後にフィードフォワードステージの全持続時間にわたって目標ＦｄＯ２を維持するようにさらに構成される。

第２の実施形態のいくつかの構成では、フィードフォワードステージは、実測ＳｐＯ２が目標ＳｐＯ２を満たすか又はそれを上回る場合に終了する。

第２の実施形態のいくつかの構成では、フィードフォワードステージは、規定された最大期間に達する場合に終了する。

第２の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、フェイスマスク、鼻マスク、鼻枕マスク、気管切開インターフェース、鼻カニューレ又は気管内チューブの少なくとも１つから選択される患者インターフェースを含む。

第２の実施形態のいくつかの構成では、鼻カニューレは、非シール鼻カニューレである。

第２の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、ネーザルハイフロー（ＮＨＦ）でガスの流れを患者に供給するように構成される。

第２の実施形態のいくつかの構成では、少なくとも１つの患者センサーは、パルスオキシメータである。

第２の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、加湿器を含む。

第２の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、呼吸器の動作中に実測ＦｄＯ２を決定するように構成されたガス組成センサーを含み、及びガス組成センサーは、超音波トランスデューサシステムである。

第２の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、フィードフォワードステージ後に制御フェーズを実行するようにさらに構成される。

第２の実施形態のいくつかの構成では、制御フェーズでは、コントローラは、フィードバック制御を使用して目標ＦｄＯ２を達成するためにガス流のＦｄＯ２を制御するようにさらに構成される。

第２の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、少なくとも１つの患者センサーの信号品質の表示度数を受信し、且つ少なくとも一部には信号品質に基づいてＦｄＯ２の制御に重み付けを適用するようにさらに構成される。

第２の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、患者の予測ＳｐＯ２を使用して制御フェーズを実行するようにさらに構成される。

第２の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、運搬可能であるように構成される。

第２の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、呼吸器のディスプレイに第１の酸素効率特性を表示するように構成される。

第２の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、呼吸器のディスプレイに第２の酸素効率特性を表示するように構成され、及び酸素効率の第２の表示度数は、少なくとも一部には患者の酸素効率及び実測呼吸数に基づいている。

第２の実施形態のいくつかの構成では、第２の酸素効率特性は、実測ＳｐＯ２を実測ＦｄＯ２で割り、且つ結果として生じる値を実測呼吸数で割ることによって計算される。

第２の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、規定された期間にわたる第１の酸素効率特性又は第２の酸素効率特性の少なくとも一方を示すグラフ又は傾向線を表示するように構成される。

本明細書で開示する第３の実施形態のいくつかの特性、態様及び利点によれば、患者にガスの流れを提供する呼吸器であって、閉ループ制御を使用して患者へのガスの供給を制御するように構成されたコントローラであって、ガス流の酸素濃度（ＦｄＯ２）を示す機器パラメータデータを受信することと、少なくとも１つのセンサーから、患者の酸素飽和度（ＳｐＯ２）読取値を示す患者パラメータデータを受信することであって、患者のＳｐＯ２は、ガス流のＦｄＯ２によって影響される、受信することと、少なくとも１つのセンサーの信号品質の表示度数を受信することと、少なくとも一部には信号品質に基づいてＦｄＯ２の制御に重み付けを適用することとを行うように構成されるコントローラを含む呼吸器である。

第３の実施形態のいくつかの構成では、信号品質の表示度数は、特定のＳｐＯ２読取値に対応する。

第３の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、フェイスマスク、鼻マスク、鼻枕マスク、気管切開インターフェース、鼻カニューレ又は気管内チューブの少なくとも１つから選択される患者インターフェースを含む。

第３の実施形態のいくつかの構成では、鼻カニューレは、非シール鼻カニューレである。

第３の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、ネーザルハイフロー（ＮＨＦ）でガスの流れを患者に供給するように構成される。

第３の実施形態のいくつかの構成では、少なくとも１つのセンサーは、パルスオキシメータである。

第３の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、患者の特性を識別する入力を受信するように構成される。

第３の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、患者の予測ＳｐＯ２を使用してガスの供給を制御するように構成される。

第３の実施形態のいくつかの構成では、予測ＳｐＯ２は、少なくとも一部にはスミス予測器に基づいている。

第３の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、患者特有モデルを使用してガスの供給を制御するように構成される。

第３の実施形態のいくつかの構成では、モデルは、患者の治療セッションの学習フェーズ中に生成される患者特有モデルである。

第３の実施形態のいくつかの構成では、患者特有モデルは、少なくとも一部にはデフォルトモデルに基づいて治療セッション中に生成される。

第３の実施形態のいくつかの構成では、患者特有モデルは、治療セッション中に更新される。

第３の実施形態のいくつかの構成では、モデルは、遅延時間を含む。

第３の実施形態のいくつかの構成では、モデルは、指数関数的減衰を含む。

第３の実施形態のいくつかの構成では、モデルは、患者の酸素効率を含む。

第３の実施形態のいくつかの構成では、酸素効率は、少なくとも一部には実測ＳｐＯ２及び実測ＦｄＯ２に基づいて決定される。

第３の実施形態のいくつかの構成では、酸素効率は、少なくとも一部には、実測ＦｄＯ２で割られた実測ＳｐＯ２に基づいて決定される。

第３の実施形態のいくつかの構成では、酸素効率は、少なくとも一部には、患者の実測ＳｐＯ２と実測ＦｄＯ２との間の非線形関係に基づいて決定される。

第３の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、運搬可能であるように構成される。

本明細書で開示する第４の実施形態のいくつかの特性、態様及び利点によれば、患者にガスの流れを提供する呼吸器であって、閉ループ制御を使用して患者へのガスの供給を制御するように構成されたコントローラであって、患者へのガス流の酸素濃度（ＦｄＯ２）を制御することと、少なくとも１つの患者センサーから、患者の実測酸素飽和度（ＳｐＯ２）を示すデータを受信することと、ガス流の実測ＦｄＯ２を示すデータを受信することと、患者の目標ＳｐＯ２を受信することと、待機ステージを実行することであって、この待機ステージ中、コントローラは、制御フェーズに移る前にフィードフォワードステージを実行するかどうかを決定するように構成され、ガス流の目標ＦｄＯ２は、この待機ステージ中、一定に保たれる、実行することと、制御フェーズを実行することであって、ＦｄＯ２は、フィードバック制御を使用して目標ＳｐＯ２を達成するように制御される、実行することとを行うように構成されるコントローラを含む呼吸器である。

第４の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、少なくとも一部には目標ＳｐＯ２及び実測ＳｐＯ２に基づいて、フィードフォワードステージを実行するかどうかを決定するようにさらに構成される。

第４の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、少なくとも一部には患者の酸素効率に基づいて、フィードフォワードステージを実行するかどうかを決定するようにさらに構成される。

第４の実施形態のいくつかの構成では、酸素効率は、少なくとも一部には実測ＳｐＯ２及び実測ＦｄＯ２に基づいて決定される。

第４の実施形態のいくつかの構成では、酸素効率は、少なくとも一部には、実測ＦｄＯ２で割られた実測ＳｐＯ２に基づいて決定される。

第４の実施形態のいくつかの構成では、酸素効率は、少なくとも一部には、患者の実測ＳｐＯ２と実測ＦｄＯ２との間の非線形関係に基づいて決定される。

第４の実施形態のいくつかの構成では、コントローラがフィードフォワードステージを実行すると決定する場合、コントローラは、待機ステージ後にフィードフォワードステージを実行し、及びコントローラがフィードフォワードステージを実行しないと決定する場合、コントローラは、待機フェーズ後に制御フェーズを実行する。

第４の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、フィードフォワードステージの全持続時間にわたって目標ＦｄＯ２を維持するようにさらに構成される。

第４の実施形態のいくつかの構成では、フィードフォワードステージは、実測ＳｐＯ２が目標ＳｐＯ２を満たすか又はそれを上回る場合に終了する。

第４の実施形態のいくつかの構成では、フィードフォワードステージは、規定された最大期間に達する場合に終了する。

第４の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、フィードフォワードステージ後に制御フェーズを実行するようにさらに構成される。

第４の実施形態のいくつかの構成では、フィードフォワードステージの実行前、コントローラは、ガス流のＦｄＯ２に対してステップ変化を実行するかどうかを決定するように構成される。

第４の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、少なくとも一部には目標ＦｄＯ２に対する最近の変化に基づいて、ステップ変化を実行するかどうかを決定するようにさらに構成される。

第４の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、少なくとも一部には目標ＳｐＯ２及び実測ＳｐＯ２に基づいて、ステップ変化を実行するかどうかを決定するようにさらに構成される。

第４の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、少なくとも一部には患者の酸素効率に基づいて、ステップ変化を実行するかどうかを決定するようにさらに構成される。

第４の実施形態のいくつかの構成では、ステップ変化の大きさは、少なくとも一部には患者の実測ＳｐＯ２、目標ＳｐＯ２及び酸素効率に基づいている。

第４の実施形態のいくつかの構成では、ステップ変化の大きさは、少なくとも一部には目標ＦｄＯ２に対する最近の変化に基づいている。

第４の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、フェイスマスク、鼻マスク、鼻枕マスク、気管切開インターフェース、鼻カニューレ又は気管内チューブの少なくとも１つから選択される患者インターフェースを含む。

第４の実施形態のいくつかの構成では、鼻カニューレは、非シール鼻カニューレである。

第４の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、ネーザルハイフロー（ＮＨＦ）でガスの流れを患者に供給するように構成される。

第４の実施形態のいくつかの構成では、少なくとも１つの患者センサーは、パルスオキシメータである。

第４の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、加湿器を含む。

第４の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、呼吸器の動作中に実測ＦｄＯ２を決定するように構成されたガス組成センサーを含み、及びガス組成センサーは、超音波トランスデューサシステムである。

第４の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、少なくとも１つの患者センサーの信号品質の表示度数を受信し、且つ少なくとも一部には信号品質に基づいてＦｄＯ２の制御に重み付けを適用するようにさらに構成される。

第４の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、制御フェーズ中に重み付けを適用するようにさらに構成される。

第４の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、患者の予測ＳｐＯ２を使用して制御フェーズを実行するようにさらに構成される。

第４の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、運搬可能であるように構成される。

本明細書で開示する第５の実施形態のいくつかの特性、態様及び利点によれば、患者にガスの流れを提供する呼吸器であって、閉ループ制御を使用して患者へのガスの供給を制御するように構成されたコントローラであって、患者にネーザルハイフロー（ＮＨＦ）でガス流を供給することと、少なくとも１つの患者センサーから、患者の実測酸素飽和度（ＳｐＯ２）を示すデータを受信することと、ガス流の供給された酸素の実測割合（ＦｄＯ２）を示すデータを受信することと、患者の酸素効率を決定することと、実測ＳｐＯ２及び実測ＦｄＯ２に基づいて患者特有モデルを生成することであって、患者特有モデルは、患者の酸素効率を使用する、生成することとを行うように構成されるコントローラを含む呼吸器である。

第５の実施形態のいくつかの構成では、酸素効率は、少なくとも一部には実測ＳｐＯ２及び実測ＦｄＯ２に基づいて決定される。

第５の実施形態のいくつかの構成では、酸素効率は、少なくとも一部には、実測ＦｄＯ２で割られた実測ＳｐＯ２に基づいて決定される。

第５の実施形態のいくつかの構成では、酸素効率は、少なくとも一部には、患者の実測ＳｐＯ２と実測ＦｄＯ２との間の非線形関係に基づいて決定される。

第５の実施形態のいくつかの構成では、患者特有モデルは、少なくとも一部にはデフォルトモデルに基づいて生成される。

第５の実施形態のいくつかの構成では、患者特有モデルは、学習フェーズ中に生成される。

第５の実施形態のいくつかの構成では、患者特有モデルは、患者の治療セッション中に更新される。

第５の実施形態のいくつかの構成では、患者特有モデルは、少なくとも一部にはＦｄＯ２の変化に基づいてＳｐＯ２の変化の大きさをモデリングする。

第５の実施形態のいくつかの構成では、患者特有モデルは、ガス流の流量を使用する。

第５の実施形態のいくつかの構成では、患者特有モデルは、患者のＦｄＯ２の変化とＳｐＯ２の変化との間の遅延時間を含む。

第５の実施形態のいくつかの構成では、遅延時間は、少なくとも一部にはガス流の流量に基づいている。

第５の実施形態のいくつかの構成では、患者特有モデルは、指数関数的減衰を含む。

第５の実施形態のいくつかの構成では、少なくとも１つの患者センサーは、パルスオキシメータである。

第５の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、加湿器を含む。

第５の実施形態のいくつかの構成では、ＦｄＯ２は、超音波トランスデューサシステムを使用して測定される。

第５の実施形態のいくつかの構成では、超音波トランスデューサシステムは、第１の超音波トランスデューサ及び第２の超音波トランスデューサを含む。

第５の実施形態のいくつかの構成では、第１の超音波トランスデューサ及び第２の超音波トランスデューサのそれぞれは、受信器及び送信器である。

第５の実施形態のいくつかの構成では、第１の超音波トランスデューサ及び第２の超音波トランスデューサは、双方向にパルスを送る。

第５の実施形態のいくつかの構成では、第１の超音波トランスデューサは、送信器であり、及び第２の超音波トランスデューサは、受信器である。

第５の実施形態のいくつかの構成では、第１の超音波トランスデューサ又は第２の超音波トランスデューサの少なくとも一方は、ガス流に沿ってパルスを送る。

第５の実施形態のいくつかの構成では、第１の超音波トランスデューサ又は第２の超音波トランスデューサの少なくとも一方は、ガス流にわたってパルスを送る。

第５の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、運搬可能であるように構成される。

本明細書で開示する第６の実施形態のいくつかの特性、態様及び利点によれば、患者にガスの流れを提供する呼吸器であって、閉ループ制御を使用して患者へのガスの供給を制御するように構成されたコントローラであって、患者へのガス流の酸素濃度（ＦｄＯ２）を制御することと、少なくとも１つの患者センサーから、患者の実測酸素飽和度（ＳｐＯ２）を示すデータを受信することと、ガス流の実測ＦｄＯ２を示すデータを受信することと、患者の目標ＳｐＯ２を受信することと、ガス流のＦｄＯ２に対して、目標ＦｄＯ２へのステップ変化を実行することと、フィードフォワードステージを実行することと、制御フェーズを実行することであって、ＦｄＯ２は、フィードバック制御を使用して目標ＳｐＯ２を達成するように制御される、実行することとを行うように構成されるコントローラを含む呼吸器である。

第６の実施形態のいくつかの構成では、ステップ変化の大きさは、少なくとも一部には患者の実測ＳｐＯ２、目標ＳｐＯ２及び酸素効率に基づいている。

第６の実施形態のいくつかの構成では、目標ＦｄＯ２は、少なくとも一部にはステップ変化前の目標ＦｄＯ２に対する最近の変化に基づいている。

第６の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、ステップ変化の直後にフィードフォワードステージの全持続時間にわたって目標ＦｄＯ２を維持するようにさらに構成される。

第６の実施形態のいくつかの構成では、フィードフォワードステージは、規定された最大期間に達する場合に終了する。

第６の実施形態のいくつかの構成では、フィードフォワードステージは、実測ＳｐＯ２が目標ＳｐＯ２を満たすか又はそれを上回る場合に終了する。

第６の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、フィードフォワードステージ後に制御フェーズを実行するようにさらに構成される。

第６の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、フェイスマスク、鼻マスク、鼻枕マスク、気管切開インターフェース、鼻カニューレ又は気管内チューブの少なくとも１つから選択される患者インターフェースを含む。

第６の実施形態のいくつかの構成では、鼻カニューレは、非シール鼻カニューレである。

第６の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、ネーザルハイフロー（ＮＨＦ）でガスの流れを患者に供給するように構成される。

第６の実施形態のいくつかの構成では、少なくとも１つの患者センサーは、パルスオキシメータである。

第６の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、加湿器を含む。

第６の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、呼吸器の動作中に実測ＦｄＯ２を決定するように構成されたガス組成センサーを含み、ガス組成センサーは、超音波トランスデューサシステムである。

第６の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、少なくとも１つの患者センサーの信号品質の表示度数を受信し、且つ少なくとも一部には信号品質に基づいてＦｄＯ２の制御に重み付けを適用するようにさらに構成される。

第６の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、患者の予測ＳｐＯ２を使用して制御フェーズを実行するようにさらに構成される。

第６の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、運搬可能であるように構成される。

本明細書で開示する第７の実施形態のいくつかの特性、態様及び利点によれば、患者にガスの流れを提供する呼吸器であって、閉ループ制御を使用して患者へのガスの供給を制御するように構成されたコントローラであって、ネーザルハイフロー（ＮＨＦ）を使用して患者にガスの流れを供給することと、患者へのガス流の酸素濃度（ＦｄＯ２）を制御することと、少なくとも１つの患者センサーから、患者の実測酸素飽和度（ＳｐＯ２）を示すデータを受信することと、患者の目標ＳｐＯ２を受信することと、ガス流のＦｄＯ２に対してステップ変化を実行することであって、ステップ変化の大きさは、少なくとも一部には患者の実測ＳｐＯ２及び目標ＳｐＯ２に基づいている、実行することとを行うように構成されるコントローラを含む呼吸器である。

第７の実施形態のいくつかの構成では、ステップ変化は、少なくとも一部には患者の酸素効率にさらに基づいている。

第７の実施形態のいくつかの構成では、酸素効率は、少なくとも一部には実測ＳｐＯ２及び実測ＦｄＯ２に基づいて決定される。

第７の実施形態のいくつかの構成では、酸素効率は、少なくとも一部には、実測ＦｄＯ２で割られた実測ＳｐＯ２に基づいて決定される。

第７の実施形態のいくつかの構成では、酸素効率は、少なくとも一部には、患者の実測ＳｐＯ２と実測ＦｄＯ２との間の非線形関係に基づいて決定される。

第７の実施形態のいくつかの構成では、ステップ変化の大きさは、少なくとも一部には、ステップ変化前の規定された期間内の目標ＦｄＯ２の変化に基づいている。

第７の実施形態のいくつかの構成では、新しい目標ＦｄＯ２は、少なくとも一部には以前の目標ＦｄＯ２に基づいて計算される。

第７の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、ステップ変化後にフィードフォワードステージを実行するように構成される。

第７の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、フィードフォワードステージの全持続時間にわたってＦｄＯ２を目標ＦｄＯ２に維持するようにさらに構成される。

第７の実施形態のいくつかの構成では、フィードフォワードステージは、実測ＳｐＯ２が目標ＳｐＯ２を満たすか又はそれを上回る場合に終了する。

第７の実施形態のいくつかの構成では、フィードフォワードステージは、規定された最大期間に達する場合に終了する。

第７の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、フェイスマスク、鼻マスク、鼻枕マスク、気管切開インターフェース、鼻カニューレ又は気管内チューブの少なくとも１つから選択される患者インターフェースを含む。

第７の実施形態のいくつかの構成では、鼻カニューレは、非シール鼻カニューレである。

第７の実施形態のいくつかの構成では、少なくとも１つの患者センサーは、パルスオキシメータである。

第７の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、加湿器を含む。

第７の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、呼吸器の動作中に実測ＦｄＯ２を決定するように構成されたガス組成センサーを含み、及びガス組成センサーは、超音波トランスデューサシステムである。

第７の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、フィードフォワードステージ後に制御フェーズを実行するようにさらに構成される。

第７の実施形態のいくつかの構成では、制御フェーズでは、コントローラは、フィードバック制御を使用して目標ＦｄＯ２を達成するためにガス流のＦｄＯ２を制御するようにさらに構成される。

第７の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、少なくとも１つの患者センサーの信号品質の表示度数を受信し、且つ少なくとも一部には信号品質に基づいてＦｄＯ２の制御に重み付けを適用するようにさらに構成される。

第７の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、患者の予測ＳｐＯ２を使用して制御フェーズを実行するようにさらに構成される。

第７の実施形態のいくつかの構成では、呼吸器は、運搬可能であるように構成される。

第７の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、呼吸器のディスプレイに第１の酸素効率特性を表示するように構成される。

第７の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、呼吸器のディスプレイに第２の酸素効率特性を表示するように構成され、及び酸素効率の第２の表示度数は、少なくとも一部には患者の酸素効率及び実測呼吸数に基づいている。

第７の実施形態のいくつかの構成では、第２の酸素効率特性は、実測ＳｐＯ２を実測ＦｄＯ２で割り、且つ結果として生じる値を実測呼吸数で割ることによって計算される。

第７の実施形態のいくつかの構成では、コントローラは、規定された期間にわたる第１の酸素効率特性又は第２の酸素効率特性の少なくとも一方を示すグラフ又は傾向線を表示するように構成される。

本明細書で開示する実施形態の少なくとも１つのいくつかの特性、態様及び利点によれば、患者にガスの流れを提供する呼吸器であって、閉ループ制御を使用して患者へのガスの供給を制御するように構成されたコントローラであって、少なくとも１つのセンサーから、患者の酸素飽和度（ＳｐＯ２）を示す患者パラメータデータを受信することと、制御フェーズを実行することであって、治療セッション中の呼吸器の動作は、少なくとも一部には患者パラメータデータに基づいている、実行することとを行うように構成されるコントローラを含む呼吸器である。

いくつかの構成では、呼吸器は、フェイスマスク、鼻マスク、鼻枕マスク、気管切開インターフェース、鼻カニューレ又は気管内チューブの少なくとも１つから選択される患者インターフェースを含む。

いくつかの構成では、呼吸器は、ネーザルハイフロー（ＮＨＦ）でガスの流れを患者に供給するように構成される。

いくつかの構成では、少なくとも１つのセンサーは、パルスオキシメータである。

いくつかの構成では、呼吸器は、補足ガス流入口弁を含む。

いくつかの構成では、コントローラは、補足ガス流入口弁の動作を制御するように構成される。

いくつかの構成では、補足ガス流入口弁は、比例弁である。

いくつかの構成では、補足ガス流入口弁は、酸素流入口弁である。

いくつかの構成では、呼吸器は、周囲空気流入口を含む。

いくつかの構成では、酸素流入口弁は、フィルターモジュールと流体連通しており、呼吸器は、フィルターモジュール内の周囲空気流入口からの周囲空気と一緒に、酸素流入口弁から受け入れられた酸素を吸い込むように構成される。

いくつかの構成では、呼吸器は、呼吸器の動作中、少なくともガス流の酸素含有量を決定するように構成されたガス組成センサーを含む。

いくつかの構成では、ガス組成センサーは、超音波トランスデューサシステムである。

いくつかの構成では、ガス組成センサーは、呼吸器の送風器モジュールの下流に位置決めされる。

いくつかの構成では、フィルターモジュールは、呼吸器の送風器モジュールの上流に位置決めされる。

いくつかの構成では、閉ループ制御は、供給された酸素の目標割合（ＦｄＯ２）を決定するように構成された第１の閉ループ制御モデルを使用することを含む。

いくつかの構成では、目標ＦｄＯ２は、少なくとも一部には患者の目標ＳｐＯ２及びＳｐＯ２に基づいて決定される。

いくつかの構成では、目標ＦｄＯ２は、少なくとも一部には実測ＦｄＯ２にさらに基づいている。

いくつかの構成では、閉ループ制御は、酸素流入口弁のための制御信号を決定するように構成された第２の閉ループ制御モデルを使用することを含む。

いくつかの構成では、酸素弁のための制御信号は、少なくとも一部には目標ＦｄＯ２及び実測ＦｄＯ２に基づいて決定される。

いくつかの構成では、酸素弁のための制御信号は、少なくとも一部にはガス流量にさらに基づいて決定される。

いくつかの構成では、コントローラは、少なくとも１つのセンサーの信号品質が閾値を下回るとき、手動動作モードに移るように構成される。

いくつかの構成では、コントローラは、患者のＳｐＯ２が、規定された限界値外であるとき、手動動作モードに移るように構成される。

いくつかの構成では、コントローラは、信号品質の表示度数を受信し、且つ少なくとも一部には信号品質に基づいてＦｄＯ２の制御に重み付けを適用するように構成される。

いくつかの構成では、信号品質の表示度数は、特定のＳｐＯ２読取値に対応する。

いくつかの構成では、コントローラは、呼吸器の治療セッション中、複数のフェーズを実行するように構成され、コントローラは、学習フェーズを実行し、学習フェーズ中、コントローラは、患者特有モデを生成するように構成され、且つ少なくとも一部には患者特有モデルに基づいて制御フェーズを実行するように構成される。

いくつかの構成では、学習フェーズ中、コントローラは、患者に提供されるガス流の酸素濃度を示す機器パラメータデータを受信し、且つ少なくとも１つのセンサーから、患者の酸素飽和度を示す患者パラメータデータを受信するように構成される。

いくつかの構成では、コントローラは、少なくとも一部には、ガス流の酸素濃度と患者の酸素飽和度との間の関係に基づいて患者特有モデルを生成するように構成される。

いくつかの構成では、学習フェーズは、最大持続時間を有する。

いくつかの構成では、学習フェーズは、治療セッション中に複数回実行される。

いくつかの構成では、コントローラは、学習フェーズ中に酸素濃度を変化させるようにさらに構成される。

いくつかの構成では、コントローラは、患者パラメータの実測酸素飽和度が安定していることをコントローラが検出した後、酸素濃度を変化させるようにさらに構成される。

いくつかの構成では、変化は、酸素濃度を上げることである。

いくつかの構成では、変化は、酸素濃度を下げることである。

いくつかの構成では、患者特有モデルは、少なくとも一部には、学習フェーズ中に記録されるセンサーの信号品質データに基づいている。

いくつかの構成では、患者特有モデルは、遅延時間を決定し、遅延時間は、ガス流の酸素濃度の変化が生じる時点と患者の酸素飽和度の反応との間の期間である。

いくつかの構成では、患者特有モデルは、指数関数的減衰を計算する。

いくつかの構成では、患者特有モデルのパラメータは、遅延時間、指数関数的減衰速度、酸素濃度の変化及び血中酸素飽和度の変化の少なくとも１つを含む。

いくつかの構成では、コントローラは、定義された特徴付け基準を患者特有モデルが満たした後、制御フェーズを実行するようにさらに構成される。

いくつかの構成では、定義された特徴付け基準は、患者特有モデルのパラメータの１つ以上のそれぞれに関して、パラメータに関する許容可能な値の範囲を定義する。

いくつかの構成では、制御フェーズは、少なくとも一部には患者特有モデルに基づいてＰＩＤ制御を使用して実行されるように構成される。

いくつかの構成では、コントローラは、ガス流の酸素濃度を示す機器パラメータデータを受信するように構成される。

いくつかの構成では、コントローラは、少なくとも一部にはガス流の酸素濃度に基づいて患者の酸素飽和度を予測するように構成される。

いくつかの構成では、予測値は、少なくとも部分的に１つ以上の患者パラメータ読取値に基づいている。

いくつかの構成では、患者パラメータの以前の予測値は、モデル誤差を計算するために実測患者パラメータ読取値と比較される。

いくつかの構成では、モデル誤差は、信号品質によって重み付けされる。

いくつかの構成では、モデル誤差は、現在の予測値を訂正するために使用される。

いくつかの構成では、予測値は、モデルに基づいている。

いくつかの構成では、モデルは、患者特有である。

いくつかの構成では、モデルは、治療セッションの学習フェーズ中に生成される。

いくつかの構成では、制御フェーズは、患者の酸素飽和度を予測するために予測アルゴリズムを使用して実行されるように構成される。

いくつかの構成では、予測アルゴリズムは、スミス予測器である。

いくつかの構成では、予測アルゴリズムの出力は、少なくとも一部には患者特有モデルに基づいている。

いくつかの構成では、コントローラは、患者の特性を識別する入力を受信するように構成される。

いくつかの構成では、患者の特性は、患者タイプ、年齢、体重、身長又は性別の少なくとも１つを含む。

いくつかの構成では、患者タイプは、正常、高炭酸ガス血症又はユーザが定義したものの１つである。

いくつかの構成では、コントローラは、学習フェーズを実行することであって、学習フェーズ中、コントローラは、患者に提供されるガス流の酸素濃度を示す機器パラメータデータを受信し、少なくとも１つのセンサーから、患者の酸素飽和度を示す患者パラメータデータを受信し、且つ機器パラメータデータ及び患者パラメータデータに基づいて、患者特有モデルに関して１つ以上のモデルパラメータを計算するように構成される、実行することと、１つ以上のパラメータの少なくとも１つが患者特有モデルの生成のための患者特徴付け基準を満たしていないことを決定することと、制御フェーズを実行することであって、治療セッション中の呼吸器の動作は、少なくとも一部にはデフォルトの患者モデルに基づいている、実行することとを行うように構成される。

いくつかの構成では、デフォルトの患者モデルは、少なくとも一部には患者の特性の１つ以上に基づいて複数のデフォルトの患者モデルから選択される。

いくつかの構成では、デフォルトの患者モデルは、少なくとも一部には患者のタイプに基づいて複数のデフォルトの患者モデルから選択される。

いくつかの構成では、コントローラは、実測酸素濃度及び実測酸素飽和度に対応するデータを記録するようにさらに構成される。

いくつかの構成では、コントローラは、規定された期間後、データの記録を停止するようにさらに構成される。

いくつかの構成では、コントローラは、患者特有モデルが、定義された特徴付け基準を満たした後、データの記録を停止するようにさらに構成される。

いくつかの構成では、呼吸器は、加湿器を含む。

いくつかの構成では、呼吸器は、統合された送風器及び加湿器を含む。

いくつかの構成では、呼吸器は、運搬可能であるように構成される。

いくつかの構成では、呼吸器は、制御された可変流量を有するように構成される。

いくつかの構成では、目標ＦｄＯ２は、少なくとも一部には信号品質にさらに基づいている。

いくつかの構成では、呼吸器は、送風器のモータ速度を変えることにより、流量を変えるように構成される。

本明細書で開示する実施形態の少なくとも１つのいくつかの特性、態様及び利点によれば、患者にガスの流れを提供する方法であって、呼吸器のコントローラにより、少なくとも１つのセンサーから、患者の酸素飽和度を示す患者パラメータデータを受信することと、少なくとも一部には患者パラメータデータに基づいて、治療セッションの制御フェーズ中、閉ループ制御を使用して呼吸療法装置の動作を制御することとを含む方法である。

いくつかの構成では、方法は、治療セッション中に学習フェーズを実行することであって、学習フェーズは、患者に提供されるガス流の酸素濃度を示す機器パラメータデータ及び少なくとも１つのセンサーからの患者の酸素飽和度を示す患者パラメータデータを受信することを含む、実行すること、少なくとも一部には、ガス流の酸素濃度と患者の酸素飽和度との間の関係に基づいて患者特有モデルを生成することを含む。

いくつかの構成では、方法は、少なくとも一部には患者特有モデルに基づいて、治療セッションの制御フェーズ中、呼吸療法装置の動作を制御することを含む。

いくつかの構成では、方法は、実測酸素濃度及び実測酸素飽和度に対応するデータを記録することを含む。

いくつかの構成では、方法は、規定された期間後、データの記録を停止することを含む。

いくつかの構成では、方法は、少なくとも一部には、学習フェーズ中に記録される少なくとも１つのセンサーの信号品質データに基づいて患者特有モデルを生成することを含む。

いくつかの構成では、患者特有モデルのパラメータは、遅延時間、指数関数的減衰速度、酸素濃度の変化及び血中酸素飽和度の変化の少なくとも１つを含む。

いくつかの構成では、方法は、定義された特徴付け基準を患者特有モデルが満たした後、制御フェーズを実行することを含む。

いくつかの構成では、定義された特徴付け基準は、患者特有モデルのパラメータの１つ以上のそれぞれに関して、パラメータに関する許容可能な値の範囲を定義する。

いくつかの構成では、方法は、少なくとも一部には患者特有モデルに基づいてＰＩＤ制御を使用して制御フェーズを実行することを含む。

いくつかの構成では、方法は、患者の酸素飽和度を予測するために予測アルゴリズムを使用して制御フェーズを実行することを含む。

いくつかの構成では、方法は、制御フェーズ中、予測酸素飽和度を使用することを含む。

いくつかの構成では、予測アルゴリズムは、スミス予測器である。

いくつかの構成では、予測アルゴリズムの出力は、少なくとも一部には患者特有モデルに基づいている。

いくつかの構成では、方法は、患者の特性を識別する入力を受信することを含む。

いくつかの構成では、患者の特性は、患者タイプ、年齢、体重、身長又は性別の少なくとも１つを含む。

いくつかの構成では、方法は、学習フェーズ中に酸素濃度を変化させることを含む。

いくつかの構成では、方法は、患者パラメータの実測酸素飽和度が安定していることを検出した後、学習フェーズ中に酸素濃度を変化させることを含む。

いくつかの構成では、変化は、酸素濃度を上げることである。

いくつかの構成では、変化は、酸素濃度を下げることである。

いくつかの構成では、方法は、治療セッション中に学習フェーズを複数回実行することを含む。

いくつかの構成では、方法は、少なくとも１つのセンサーの信号品質が閾値を下回るとき、手動動作モードに移ることを含む。

いくつかの構成では、方法は、患者のＳｐＯ２が、規定された限界値外であるとき、手動動作モードに移ることを含む。

いくつかの構成では、方法は、第１の閉制御ループを使用して目標ＦｄＯ２を決定することを含む。

いくつかの構成では、目標ＦｄＯ２は、少なくとも一部には患者の目標ＳｐＯ２及びＳｐＯ２に基づいて決定される。

いくつかの構成では、目標ＦｄＯ２は、少なくとも一部には実測ＦｄＯ２にさらに基づいている。

いくつかの構成では、方法は、第２の閉制御ループを使用して、酸素流入口弁のための制御信号を決定することを含む。

いくつかの構成では、制御信号は、少なくとも一部には目標ＦｄＯ２及び実測ＦｄＯ２に基づいて決定される。

いくつかの構成では、酸素弁のための制御信号は、少なくとも一部にはガス流量にさらに基づいている。

いくつかの構成では、方法は、制御信号に基づいて酸素流入口弁を調整することを含む。

いくつかの構成では、方法は、呼吸器のフィルターモジュール内の周囲空気流入口からの周囲空気と一緒に、酸素流入口弁から酸素を吸い込むことを含む。

いくつかの構成では、方法は、信号品質の表示度数を受信することと、少なくとも一部には信号品質に基づいてＦｄＯ２の制御に重み付けを適用することとを含む。

いくつかの構成では、方法は、呼吸器の動作中、ガス流の少なくとも酸素含有量を決定することを含む。

いくつかの構成では、目標ＦｄＯ２は、少なくとも一部には信号品質にさらに基づいている。

本明細書で開示する実施形態の少なくとも１つのいくつかの特性、態様及び利点によれば、患者にガスの流れを提供する呼吸器であって、患者にガスの供給を制御するように構成されたコントローラであって、学習フェーズを実行することであって、学習フェーズ中、コントローラは、患者に提供されるガス流の酸素濃度を示す機器パラメータデータを受信し、少なくとも１つのセンサーから、患者の酸素飽和度を示す患者パラメータデータを受信し、且つ少なくとも一部には、ガス流の酸素濃度と患者の酸素飽和度との間の関係に基づいて患者特有モデルを生成するように構成される、実行することと、制御フェーズを実行することであって、治療セッション中の呼吸器の動作は、少なくとも一部には患者特有モデルに基づいている、実行することとを行うように構成されるコントローラを含む呼吸器である。

いくつかの構成では、呼吸器は、フェイスマスク、鼻マスク、鼻枕マスク、気管切開インターフェース、鼻カニューレ又は気管内チューブの少なくとも１つから選択される患者インターフェースを含む。

いくつかの構成では、呼吸器は、ネーザルハイフロー（ＮＨＦ）でガスの流れを供給する装置である。

いくつかの構成では、センサーは、パルスオキシメータである。

いくつかの構成では、コントローラは、実測酸素濃度及び実測酸素飽和度に対応するデータを記録するようにさらに構成される。

いくつかの構成では、コントローラは、規定された期間後、データの記録を停止するようにさらに構成される。

いくつかの構成では、患者特有モデルは、少なくとも一部には、学習フェーズ中に記録されるセンサーの信号品質データに基づいている。

いくつかの構成では、患者特有モデルは、遅延時間を決定し、遅延時間は、ガス流の酸素濃度の変化時点と患者の酸素飽和度の反応との間の期間である。

いくつかの構成では、患者特有モデルは、指数関数的減衰を計算する。

いくつかの構成では、患者特有モデルのパラメータは、遅延時間、指数関数的減衰速度、酸素濃度の変化及び血中酸素飽和度の変化の少なくとも１つを含む。

いくつかの構成では、コントローラは、定義された特徴付け基準を患者特有モデルが満たした後、制御フェーズを実行するようにさらに構成される。

いくつかの構成では、定義された特徴付け基準は、患者特有モデルのパラメータの１つ以上のそれぞれに関して、パラメータに関する許容可能な値の範囲を定義している。

いくつかの構成では、制御フェーズは、閉ループ制御を使用して実行されるように構成される。

いくつかの構成では、制御フェーズは、少なくとも一部には患者特有モデルに基づいてＰＩＤ制御を使用して実行されるように構成される。

いくつかの構成では、制御フェーズは、患者の酸素飽和度を予測するために予測アルゴリズムを使用して実行されるように構成される。

いくつかの構成では、コントローラは、制御フェーズ中に予測酸素飽和度を使用するようにさらに構成される。

いくつかの構成では、予測アルゴリズムは、スミス予測器である。

いくつかの構成では、予測アルゴリズムの出力は、少なくとも一部には患者特有モデルに基づいている。

いくつかの構成では、コントローラは、患者の特性を識別する入力を受信するように構成される。

いくつかの構成では、患者の特性は、患者タイプ、年齢、体重、身長又は性別の少なくとも１つを含む。

いくつかの構成では、コントローラは、学習フェーズ中に酸素濃度を変化させるようにさらに構成される。

いくつかの構成では、コントローラは、患者パラメータの実測酸素飽和度が安定していることをコントローラが検出した後、酸素濃度を変化させるようにさらに構成される。いくつかの構成では、変化は、酸素濃度を上げることである。いくつかの構成では、変化は、酸素濃度を下げることである。

いくつかの構成では、学習フェーズは、治療セッション中に複数回実行される。

さらに、本明細書で開示する実施形態の少なくとも１つのいくつかの特性、態様及び利点によれば、患者にガスの流れを提供する呼吸器であって、ネーザルハイフロー（ＮＨＦ）でガスの流れを患者に供給するように構成され、呼吸器の治療セッション中、呼吸器の動作を制御し、且つ複数のフェーズを実行するように構成されたコントローラであって、学習フェーズを実行することであって、学習フェーズ中、コントローラは、患者特有モデルを生成するように構成される、実行することと、制御フェーズを実行することであって、治療セッション中の呼吸器の動作は、少なくとも一部には患者特有モデルに基づいている、実行することとを行うように構成されるコントローラを含む呼吸器である。

いくつかの構成では、学習フェーズ中、コントローラは、患者に提供されるガス流の特性を測定するようにさらに構成される。いくつかの構成では、特性は、ガス流の酸素濃度である。

いくつかの構成では、学習フェーズ中、コントローラは、少なくとも１つのセンサーを使用して患者の生理的パラメータを測定するようにさらに構成される。いくつかの構成では、生理的パラメータは、患者の酸素飽和度である。

いくつかの構成では、コントローラは、患者に提供されるガス流の酸素濃度を示す機器パラメータデータを受信し、且つ少なくとも１つのセンサーから、患者の酸素飽和度を示す患者パラメータデータを受信するようにさらに構成される。いくつかの構成では、学習フェーズ中、コントローラは、少なくとも一部には、ガス流の酸素濃度と患者の酸素飽和度との間の関係に基づいて患者特有モデルを生成するようにさらに構成される。

いくつかの構成では、少なくとも１つのセンサーは、パルスオキシメータである。

いくつかの構成では、コントローラは、学習フェーズ中に酸素濃度を変化させるようにさらに構成される。いくつかの構成では、コントローラは、患者パラメータの実測酸素飽和度が安定していることをコントローラが検出した後、酸素濃度を変化させるようにさらに構成される。いくつかの構成では、変化は、酸素濃度を上げることである。いくつかの構成では、変化は、酸素濃度を下げることである。

いくつかの構成では、コントローラは、実測酸素濃度及び実測酸素飽和度に対応するデータを記録するようにさらに構成される。

いくつかの構成では、コントローラは、規定された期間後、データの記録を停止するようにさらに構成される。

いくつかの構成では、コントローラは、定義された特徴付け基準を患者特有モデルが満たした後、データの記録を停止するようにさらに構成される。

いくつかの構成では、患者特有モデルは、少なくとも一部には、学習フェーズ中に記録されるセンサーの信号品質データに基づいている。

いくつかの構成では、センサーデータに関する誤差値は、対応する信号品質データによって重み付けされ得る。

いくつかの構成では、患者特有モデルは、遅延時間を決定し、遅延時間は、ガス流の酸素濃度の変化時点と患者の酸素飽和度の反応との間の期間である。

いくつかの構成では、患者特有モデルは、指数関数的減衰を計算する。

いくつかの構成では、患者特有モデルのパラメータは、少なくとも、遅延時間、指数関数的減衰速度、酸素濃度の変化及び血中酸素飽和度の変化を含む。

いくつかの構成では、制御フェーズは、閉ループ制御を使用して実行されるように構成される。

いくつかの構成では、制御フェーズは、少なくとも一部には患者特有モデルに基づいてＰＩＤ制御を使用して実行されるように構成される。

いくつかの構成では、制御フェーズは、患者の生理的パラメータを予測するための予測アルゴリズムを使用して実行されるように構成される。

いくつかの構成では、コントローラは、制御フェーズ中に予測酸素飽和度を使用するようにさらに構成される。

いくつかの構成では、予測アルゴリズムは、スミス予測器である。

いくつかの構成では、予測アルゴリズムの出力は、少なくとも一部には患者特有モデルに基づいている。

いくつかの構成では、学習フェーズは、治療セッション中に複数回実行される。

いくつかの構成では、コントローラは、患者の特性を識別する入力を受信するように構成される。いくつかの構成では、患者の特性は、患者タイプ、年齢、体重、身長又は性別の少なくとも１つを含む。いくつかの構成では、患者タイプは、正常、高炭酸ガス血症又はユーザが定義したものの１つである。

さらに、本明細書で開示する実施形態の少なくとも１つのいくつかの特性、態様及び利点によれば、患者にガスの流れを提供する呼吸器であって、患者へのガスの供給を制御するように構成されたコントローラであって、ガス流の酸素濃度を示す機器パラメータデータを受信することと、患者の酸素飽和度読取値を示す患者パラメータデータを受信することであって、患者の酸素飽和度は、ガス流の酸素濃度によって影響される、受信することと、少なくとも一部にはガス流の酸素濃度に基づいて患者の酸素飽和度を予測することとを行うように構成されるコントローラを含む呼吸器である。

いくつかの構成では、呼吸器は、フェイスマスク、鼻マスク、鼻枕マスク、気管切開インターフェース、鼻カニューレ又は気管内チューブの少なくとも１つから選択される患者インターフェースを含む。

いくつかの構成では、呼吸器は、ネーザルハイフロー（ＮＨＦ）でガスの流れを供給する装置である。

いくつかの構成では、センサーは、パルスオキシメータである。

いくつかの構成では、予測値は、少なくとも部分的に１つ以上の患者パラメータ読取値に基づいている。いくつかの構成では、患者パラメータの以前の予測値は、モデル誤差を計算するために実測患者パラメータ読取値と比較される。

いくつかの構成では、モデル誤差は、信号品質によって重み付けされる。

いくつかの構成では、モデル誤差は、現在の予測値を訂正するために使用される。

いくつかの構成では、予測値は、モデルに基づいている。

いくつかの構成では、モデルは、患者特有である。

いくつかの構成では、モデルは、治療セッションの学習フェーズ中に生成される。

いくつかの構成では、患者特有モデルは、遅延時間を決定し、遅延時間は、ガス流の酸素濃度の変化時点と患者の酸素飽和度の反応との間の期間である。

いくつかの構成では、患者特有モデルは、指数関数的減衰を含む。

いくつかの構成では、コントローラは、制御フェーズ中に予測酸素飽和度を使用するようにさらに構成される。

いくつかの構成では、予測は、スミス予測器に基づいている。

いくつかの構成では、コントローラは、閉ループ制御を使用してガスの供給の制御を実行するように構成される。

いくつかの構成では、モデルは、少なくとも一部には、学習フェーズ中に記録されるセンサーの信号品質データに基づいている。

さらに、本明細書で開示する実施形態の少なくとも１つのいくつかの特性、態様及び利点によれば、患者にガスの流れを提供する呼吸器であって、閉ループ制御を使用して患者へのガスの供給を制御するように構成されたコントローラであって、ガス流の酸素濃度を示す機器パラメータデータを受信することと、患者の酸素飽和度読取値を示す患者パラメータデータを受信することであって、患者の酸素飽和度は、ガス流の酸素濃度によって影響される、受信することと、信号品質の表示度数を受信することと、少なくとも一部には信号品質に基づいて酸素濃度の制御に重み付けを適用することとを行うように構成されるコントローラを含む呼吸器である。

いくつかの構成では、信号品質の表示度数は、特定の酸素飽和度読取値に対応する。

いくつかの構成では、呼吸器は、フェイスマスク、鼻マスク、鼻枕マスク、気管切開インターフェース、鼻カニューレ又は気管内チューブの少なくとも１つから選択される患者インターフェースを含む。

いくつかの構成では、センサーは、パルスオキシメータである。

いくつかの構成では、コントローラは、患者の酸素飽和度を予測するための予測アルゴリズムを使用してガスの供給を制御するように構成される。いくつかの構成では、予測アルゴリズムの出力は、少なくとも一部にはモデルに基づいている。いくつかの構成では、モデルは、患者特有である。いくつかの構成では、モデルは、治療セッションの学習フェーズ中に生成される。いくつかの構成では、モデルは、遅延時間を含む。いくつかの構成では、モデルは、指数関数的減衰を含む。いくつかの構成では、予測アルゴリズムは、スミス予測器である。

いくつかの構成では、コントローラは、患者の特性を識別する入力を受信するように構成される。

さらに、本明細書で開示する実施形態の少なくとも１つのいくつかの特性、態様及び利点によれば、患者にガスの流れを提供する呼吸器であって、患者へのガスの供給を制御するように構成されるコントローラであって、学習フェーズを実行することであって、学習フェーズ中、コントローラは、患者に提供されるガス流の酸素濃度を示す機器パラメータデータを受信し、少なくとも１つのセンサーから、患者の酸素飽和度を示す患者パラメータデータを受信し、且つ機器パラメータデータ及び患者パラメータデータに基づいて、患者特有モデルに関する１つ以上のモデルパラメータを計算するように構成される、実行することと、１つ以上のパラメータの少なくとも１つが患者特有モデルの生成のための患者特徴付け基準を満たしていないことを決定することと、制御フェーズを実行することであって、治療セッション中の呼吸器の動作は、少なくとも一部にはデフォルトの患者モデルに基づいている、実行することとを行うように構成されるコントローラを含む呼吸器である。

いくつかの構成では、呼吸器は、フェイスマスク、鼻マスク、鼻枕マスク、気管切開インターフェース、鼻カニューレ又は気管内チューブの少なくとも１つから選択される患者インターフェースを含む。

いくつかの構成では、呼吸器は、ネーザルハイフロー（ＮＨＦ）でガスの流れを供給する装置である。

いくつかの構成では、センサーは、パルスオキシメータである。

いくつかの構成では、コントローラは、実測酸素濃度及び実測酸素飽和度に対応するデータを記録するようにさらに構成される。

いくつかの構成では、１つ以上のモードパラメータは、遅延時間、指数関数的減衰速度、酸素濃度の変化又は血中酸素飽和度の変化の少なくとも１つを含む。

いくつかの構成では、デフォルトの患者モデルは、複数のデフォルトの患者モデルの１つから選択される。

いくつかの構成では、コントローラは、１つ以上の患者の特性の入力を受信するように構成される。いくつかの構成では、患者の特性は、患者タイプ、年齢、体重、身長又は性別の少なくとも１つを含む。いくつかの構成では、患者タイプは、正常、高炭酸ガス血症又はユーザが定義したものの１つである。いくつかの構成では、デフォルトの患者モデルは、少なくとも一部には１つ以上の患者の特性に基づいて複数のデフォルトの患者モデルから選択される。いくつかの構成では、デフォルトの患者モデルは、少なくとも一部には患者のタイプに基づいて複数のデフォルトの患者モデルから選択される。

いくつかの構成では、制御フェーズは、閉ループ制御を使用して実行されるように構成される。

いくつかの構成では、制御フェーズは、少なくとも一部にはデフォルトの患者モデルに基づいてＰＩＤ制御を使用して実行されるように構成される。

いくつかの構成では、制御フェーズは、患者の酸素飽和度を予測するために予測アルゴリズムを使用して実行されるように構成される。

いくつかの構成では、コントローラは、患者へのガスの供給を制御するために、制御フェーズ中に予測酸素飽和度を使用するようにさらに構成される。

いくつかの構成では、予測アルゴリズムは、スミス予測器である。

いくつかの構成では、予測アルゴリズムの出力は、少なくとも一部にはデフォルトの患者モデルに基づいている。

さらに、本明細書で開示する実施形態の少なくとも１つのいくつかの特性、態様及び利点によれば、患者にガスの流れを提供する方法であって、呼吸療法装置のコントローラにより、治療セッション中に学習フェーズを実行することであって、学習フェーズは、患者に提供されるガス流の酸素濃度を示す機器パラメータデータを受信すること、少なくとも１つのセンサーから、患者の酸素飽和度を示す患者パラメータデータを受信すること、及び少なくとも一部には、ガス流の酸素濃度と患者の酸素飽和度との間の関係に基づいて、患者特有モデルを生成することを含む、実行することと、少なくとも一部には患者特有モデルに基づいて、治療セッションの制御フェーズ中に呼吸療法装置の動作を制御することとを含む方法である。

方法は、実測酸素濃度及び実測酸素飽和度に対応するデータを記録することを含み得る。

方法は、規定された期間後、データの記録を停止することを含み得る。

方法は、少なくとも一部には、学習フェーズ中に記録される少なくとも１つのセンサーの信号品質データに基づいて患者特有モデルを生成することを含み得る。

患者特有モデルのパラメータは、遅延時間、指数関数的減衰速度、酸素濃度の変化及び血中酸素飽和度の変化の少なくとも１つを含む。

方法は、定義された特徴付け基準を患者特有モデルが満たした後、制御フェーズを実行することを含み得る。定義された特徴付け基準は、患者特有モデルのパラメータの１つ以上のそれぞれに関して、パラメータに関する許容可能な値の範囲を定義し得る。

方法は、少なくとも一部には患者特有モデルに基づいてＰＩＤ制御を使用して制御フェーズを実行することを含み得る。

方法は、患者の酸素飽和度を予測するための予測アルゴリズムを使用して制御フェーズを実行することを含み得る。方法は、制御フェーズ中に予測酸素飽和度を使用することを含み得る。予測アルゴリズムは、スミス予測器であり得る。予測アルゴリズムの出力は、少なくとも一部には患者特有モデルに基づき得る。

方法は、患者の特性を識別する入力を受信することを含み得る。患者の特性は、患者タイプ、年齢、体重、身長又は性別の少なくとも１つを含み得る。

方法は、学習フェーズ中に酸素濃度を変化させることを含み得る。方法は、学習フェーズ中、患者パラメータの実測酸素飽和度が安定していることを検出した後、酸素濃度を変化させることを含み得る。変化は、酸素濃度を上げ得る。変化は、酸素濃度を下げ得る。

方法は、治療セッション中に学習フェーズを複数回実行することを含み得る。

１つ以上の実施形態又は構成からの特徴は、１つ以上の他の実施形態又は構成からの特徴と組み合わされ得る。さらに、患者の呼吸補助のプロセス中に２つ以上の実施形態が一緒に使用され得る。

本明細書では用語「含んでいる」は、「少なくとも一部には〜からなる」を意味する。用語「含む」を含む本明細書の各文を解釈するとき、用語の前に来る特徴以外の特徴も存在し得る。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」などの関連語は、同じように解釈されるものとする。

本明細書で開示する数値の範囲（例えば、１〜１０）への言及は、その範囲内の全ての有理数（例えば、１、１．１、２、３、３．９、４、５、６、６．５、７、８、９及び１０）及びまたその範囲内にある有理数の任意の範囲（例えば、２〜８、１．５〜５．５及び３．１〜４．７）への言及も組み込み、従って本明細書で明白に開示される全範囲の全ての部分範囲が本明細書に明白に開示されているものとする。これらは、具体的に意図するものの例にすぎず、列挙される最小値と最大値との間の数値の取り得る全ての組み合わせが同様に本出願において明白に述べられているとみなされる。

代替的な実施形態又は構成は、本明細書で図示、説明又は言及される部分、要素又は特徴の２つ以上の任意の又は全ての組み合わせを含み得ることを理解すべきである。

本発明は、本出願の明細書で言及されるか又は示される部分、要素及び特徴に個別に又はまとめてあり、且つ任意の２つ以上の前記部分、要素又は特徴の任意の又は全ての組み合わせにあるとも広く言われ得る。

本発明が関連する技術分野の当業者には、構成における多くの変更形態並びに本発明の大きく異なる実施形態及び出願が、それら自体、添付の特許請求の範囲に定義されるような本発明の範囲から逸脱しないことが示唆される。本明細書の開示及び説明は、純粋に説明であり、決して限定を意図するものではない。本発明が関連する分野において公知の均等物を有する特定の完全体が本明細書で述べられる場合、そのような公知の均等物は、あたかも個別に説明されたかのように本明細書に組み込まれるとみなされる。

フロー療法装置の概略的な形態を示す。 フロー療法装置において使用され得る流量センサーを含むセンシング回路基板を示す。 直交流ビームを使用するセンサーシステムのための様々な超音波トランスデューサ構成の概略図を示す。 流れに沿ったビームを使用するセンサーシステムのための様々な超音波トランスデューサ構成の概略図を示す。 フロー療法装置の動作フェーズを示すグラフを示す。 患者モデルの適合傾向線を示すグラフを示す。 患者モデルに関する傾向線の反復を示すグラフを示す。 予測ＳｐＯ２値と実際のＳｐＯ２値との間の信号時間差を示すグラフを示す。 ＰＩＤコントローラと一緒に使用されているスミス予測器を示す。 遅延時間のある予測ＳｐＯ２値のグラフを示す。 ＰＩＤコントローラのための異なる計算モデルの出力を示すグラフを示す。 フロー療法セッション中のフロー療法装置の動作を制御する方法のためのプロセスのフローチャートを示す。 フロー療法セッションの学習フェーズに関するサブプロセスのフローチャートを示す。 フロー療法セッションの制御フェーズに関するサブプロセスのフローチャートを示す。 閉ループ制御システムの概略図である。 患者に関する酸素効率を計算するプロセスを示す。 フロー療法装置の動作フェーズを示すグラフを示す。 フロー療法セッション中のフロー療法装置の動作を制御する方法のプロセスのフローチャートを示す。 フロー療法セッションの設定フェーズに関するサブプロセスのフローチャートを示す。 フロー療法セッションの制御フェーズに関するサブプロセスのフローチャートを示す。 モータ及び／又はセンサーモジュールサブアセンブリのための、ハウジングの内部の凹部を示す、フロー療法装置の主ハウジングの第１の下面の斜視図である。 モータ及び／又はセンサーモジュールサブアセンブリのための凹部を示す、フロー療法装置の主ハウジングの第２の下面の斜視図である。 主ハウジングの下面のモータ及び／又はセンサーサブアセンブリ並びにフロー療法装置の固定されたＬ字継手の斜視図である。 サブアセンブリを通る矢印のガス流路によって概略的に示す、モータ及び／又はセンサーサブアセンブリの構成要素の分解斜視図である。 センサーの位置を示す、モータ及び／又はセンサーサブアセンブリのカバー及び感知ＰＣＢの下面の図である。 モータ及び／又はセンサーサブアセンブリを受け入れるための凹部を提供する主ハウジングの一部分の配置構成を示す、装置の後縁に隣接した断面で示したフロー療法装置の後方からの斜視図である。 フロー療法装置の左前からの斜視図である。 フロー療法装置の左前からの斜視図である。 弁モジュール及びフィルターモジュールを示す、部分的に切り欠いた左前からの斜視図である。 フィルターモジュール及び弁モジュールに関するガス流路の概略図であり、実線矢印は、酸素（又は他のガス）の流れを表し、及び破線矢印は、周囲空気流れを表す。 フィルターモジュール及び弁モジュールを通るガス流路を示す断面図である。 第１の構成の弁モジュールの後方の頭上からの斜視図である。 第１の構成の弁モジュールを通るガス流路を示す後方の頭上からの斜視図であり、実線矢印は、酸素（又は他のガス）の流れを表し、及び破線矢印は、周囲空気流れを表す。 第１の構成の弁モジュールを通る断面図である。 第１の構成の弁モジュールの弁と弁マニホールドとの結合及びそれらを通るガス流路を示す断面図である。

様々な健康状態及び疾患を患っている患者が酸素療法の恩恵を受け得る。例えば、慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）、肺炎、喘息、気管支肺異形成症、心不全、嚢胞性線維症、睡眠時無呼吸、肺疾患、呼吸系への外傷、急性呼吸窮迫を患い、術前及び術後の酸素供給を受けている、及び他の状態又は疾患を患っている患者は、酸素療法の恩恵を受け得る。そのような問題を治療する一般的な方法は、患者に補足酸素の供給を行うことにより、患者の血中酸素飽和度（ＳｐＯ２）が低下しすぎる（例えば、約９０％を下回る）ことを防止することである。しかしながら、患者に酸素を供給しすぎると、血液を過度に酸素化しすぎることがあり、これも危険であるとみなされる。一般的に、患者のＳｐＯ２は、約８０％〜約９９％及び好ましくは約９２％〜約９６％の範囲に保たれるが、これらの範囲は、患者の状態によって異なり得る。呼吸数、肺の一回換気量、心拍数、活動レベル、身長、体重、年齢、性別などの様々な要因及び他の要因のため、各患者に対して目標範囲のＳｐＯ２反応を一貫して達成できるようにするための１つの規定補足酸素レベルはない。個々の患者は、目標ＳｐＯ２を達成するために正確なＦｄＯ２を受けていることを保証するために、患者毎に供給される酸素の割合（ＦｄＯ２）が定期的に監視されて調整される必要がある。正確且つ一貫性のあるＳｐＯ２を達成することは、様々な健康状態又は疾患の患者の治療における重要な要素である。さらに、これらの健康問題を患っている患者は、酸素飽和度を自動的に制御するシステムの恩恵を見出し得る。本開示は、迅速且つ正確な酸素飽和度の制御を必要とする様々な患者に適用できる。

患者に供給される酸素の割合（ＦｄＯ２）は、手動で制御され得る。臨床医は、酸素供給弁を手動で調整して、患者に供給されている酸素の流量又は割合を変えることができる。臨床医は、パルスオキシメータなどの患者モニターを使用して患者のＳｐＯ２レベルを決定できる。患者のＳｐＯ２レベルが、決定されたレベルに達するまで、臨床医は、患者に供給される酸素の量を手動で調整し続け得る。

現在の方法での問題の１つは、臨床医が特定のＳｐＯ２レベルを達成しようとするとき、臨床医が、ＦｄＯ２を変更し、ＳｐＯ２読取値が落ち着くのを待ち、その後、ＳｐＯ２が求められるレベルになるまでＦｄＯ２にさらに変化を加える必要があることである。ＦｄＯ２の変更及びＳｐＯ２が落ち着くまでの待機の繰り返しプロセスは、特に複数の患者が同じ治療を必要としている場合、著しく時間のかかるプロセスとなり得る。

別の問題は、達成され得るＳｐＯ２の精度である。ＳｐＯ２制御の精度は、表示されるＳｐＯ２及び選択可能なＦｄＯ２に関して増分がどの程度細かいかに依存し得る。臨床医は、理想的なＳｐＯ２に近づくと、ＦｄＯ２をこれ以上変更する必要はないと決定することがあるため、精度は、段々と正確になる値を得るために必要な時間が長くなることによって妨げられ得る。

別の問題は、ＦｄＯ２に全く変化がなくても、他の要因により、時間が経つにつれて患者のＳｐＯ２レベルを変化させ得ることにある。患者は、ＳｐＯ２を正しい値に維持するために、定期的にチェックされ、且つＦｄＯ２が調整される必要がある。このプロセスは、臨床医にとってかなり時間のかかるものとなり得る。さらに、調整間の時間が長すぎる場合、患者は、目標レベルからＳｐＯ２が逸脱しすぎる危険性があり得る。

同じようなことを試みようとするいくつかのシステムが存在するが、それらの多くは、患者の酸素飽和度の測定における困難に起因するさらなる問題に直面する。パルスオキシメータ及び同様の機器は、供給される酸素の割合の変化に大きく遅れて対応する信号を生成する。さらに、酸素飽和度読取値は、様々な要因によって不正確になり得る。

本開示は、患者又は臨床医が目標ＦｄＯ２の代わりに目標ＳｐＯ２を設定できるようにするフロー療法装置の閉ループ制御を提供する。フロー療法装置は、目標ＳｐＯ２、現在のＳｐＯ２及び現在のＦｄＯ２の各値に基づいて目標ＳｐＯ２を達成するために、フロー療法装置のＦｄＯ２を自動的に変更できる。ＦｄＯ２を自動的に制御することは、目標ＳｐＯ２が達成されるまでＦｄＯ２を迅速且つ正確に調整することを支援し得る。いくつかの構成では、システムは、治療セッションを開始する各患者に対する患者特有モデルを生成し得る。フロー療法装置は、臨床医によって絶えず監視されることなく、目標ＳｐＯ２範囲内に留まるように必要に応じてＦｄＯ２を調整することにより、より高い目標ＳｐＯ２の達成精度を有し得る。

本開示は、１つ以上の閉ループ制御システムを実行できるフロー療法装置を提供する。閉ループ制御システムの特徴は、本明細書で開示する１つ以上の構成の特徴と組み合わされ得る。

フロー療法装置は、自動モードで動作するか又は手動モードで動作し得る。自動モードでは、コントローラは、目標ＳｐＯ２及び／又は実測ＳｐＯ２に基づいて決定された目標ＦｄＯ２に基づいてＦｄＯ２を自動的に制御できる。酸素流入口にある弁は、目標ＦｄＯ２に基づいてガス流中の酸素濃度を制御できるコントローラに接続され得る。コントローラは、フロー療法装置によって出力されたＦｄＯ２を測定できる制御アルゴリズムを実行できる。ＦｄＯ２測定は、ガス濃度センサーの最大サンプルレートなどの規定された周波数若しくはそれよりも低い周波数で周期的に行われ得るか、又は測定は、非周期的に行われ得る。コントローラは、実測ＦｄＯ２が目標ＦｄＯ２に到達するまで、酸素流入口にある弁を調整し続けることができる。実測ＦｄＯ２は、ガス組成センサーによって決定され得る。

手動モードでは、コントローラは、臨床医又は患者から例えばユーザインターフェースを介して目標ＦｄＯ２を受信し得る。コントローラは、受信した目標ＦｄＯ２に基づいてＦｄＯ２を自動的に制御できる。コントローラは、目標ＦｄＯ２に基づいて酸素流入口弁を制御することにより、ガス流中の酸素濃度を制御できる。コントローラは、コントローラへの入力として、フロー療法装置によって（例えば、フロー療法装置のガス組成センサーによって）出力された実測ＦｄＯ２を使用できる制御アルゴリズムを実行できる。ＦｄＯ２測定は、ガス濃度センサーの最大サンプルレートなどの規定された周波数若しくはそれよりも低い周波数で周期的に行われ得るか、又は測定は、非周期的に行われ得る。コントローラは、実測ＦｄＯ２を目標ＦｄＯ２に向かわせるように、酸素流入口にある弁を調整し続けることができる。実測ＦｄＯ２は、ガス組成センサーによって決定され得る。

フロー療法装置は、患者のＳｐＯ２が患者の許容範囲内にないとき、自動モードから手動モードに変わるように構成され得る。場合により、フロー療法装置は、患者のＳｐＯ２が患者の限界値外（上若しくは下）であるとき、又は患者のＳｐＯ２が、治療セッションの開始後の規定された期間内に限界値内で動かない場合、手動モードに戻る。フロー療法装置は、患者センサーの信号品質が、規定された期間にわたって閾値レベルを下回るとき、手動モードに戻り得る。いくつかの構成では、フロー療法装置は、自動モードから手動モードに切り替わるとき、アラームをトリガし得る。いくつかの構成では、フロー療法装置は、患者センサーの信号品質が、規定された期間にわたって閾値レベルを下回るとき、アラームをトリガし得る。アラームがトリガされた後、フロー療法装置は、自動モードで機能し続け得る。フロー療法装置は、グラフィカルユーザインターフェースにより、アラームを無効にするか又は自動モードから出るオプションをユーザに提供し得る。

自動モードでは、コントローラは、２つの制御ループを利用し得る。第１の制御ループは、目標ＳｐＯ２に基づいて目標ＦｄＯ２を決定し得る。第２の制御ループは、第１の制御ループによって出力された目標ＦｄＯ２及び実測ＦｄＯ２を使用して酸素流入口弁制御信号を出力し得る。手動モードでは、コントローラは、第２の制御ループのみを使用し得、第２の制御ループは、ユーザ入力から出力された目標ＦｄＯ２又はデフォルト値を受信し得る。

ハイフロー療法セッション中、機器で測定された酸素濃度、供給された酸素の割合（ＦｄＯ２）は、供給されるガスの流量が患者のピーク吸気需要を満たすか又はそれを上回るとき、ユーザが呼吸しているときの酸素濃度、吸入酸素の割合（ＦｉＯ２）と実質的に同じであり得る。これは、吸気中に機器によって患者に供給されるガスの量が、吸気中に患者によって吸気されるガスの量を満たすか又はそれを上回ることを意味する。ハイフロー療法は、患者が息を吸うときの周囲空気の吸い込み及び呼気による患者の気道のフラッシングを防止することを支援する。供給されたガスの流量が患者のピーク吸気需要を満たすか又はそれを上回る限り、周囲空気の吸い込みは、防止され、且つ機器によって供給されるガス、ＦｄＯ２は、患者が息を吸うガス、ＦｉＯ２と実質的に同じである。

フロー療法装置
図１Ａにフロー療法装置１０が示されている。装置１０は、モータ／インペラ配置構成（例えば、送風器）の形態の流れ発生器１１と、任意選択的な加湿器１２と、コントローラ１３と、ユーザインターフェース１４（例えば、ディスプレイ及び１つ又は複数のボタン、タッチスクリーンなどの１つ又は複数の入力機器を含む）とを入れている主ハウジング１００を含み得る。コントローラ１３は、装置の動作を制御するように構成又はプログラムされ得る。例えば、コントローラは、限定するものではないが、患者に供給するためのガスの流れ（ガス流）を生じるために流れ発生器１１を動作させること、発生したガス流を加湿及び／又は加熱するために加湿器１２（存在する場合）を動作させること、流れ発生器の送風器への酸素の流れを制御すること、装置１０の再構成及び／又はユーザが定義した動作のためにユーザインターフェース１４からユーザ入力を受信すること及びユーザに対して情報を（例えば、ディスプレイ上に）出力することを含む装置の構成要素を制御できる。ユーザは、患者、ヘルスケア専門家又は装置の使用に関心がある他の人物であり得る。本明細書では、「ガス流」は、呼吸補助又は呼吸装置において使用され得るいずれかのガスの流れ、例えば周囲空気流れ、実質的に１００％の酸素を含む流れ、周囲空気と酸素とのいくつかの組み合わせを含むガス流などを指し得る。

患者呼吸導管１６は、一方の端部において、フロー療法装置１０のハウジング１００のガス流出口２１に結合される。患者呼吸導管１６は、別の端部において、マニホールド１９及び鼻プロング１８を備える非シール鼻カニューレなどの患者インターフェース１７に結合される。加えて又は代わりに、患者呼吸導管１６は、フェイスマスク、鼻マスク、鼻枕マスク、気管内チューブ、気管切開インターフェースなどに結合され得る。フロー療法装置１０によって発生されるガス流は、加湿され、且つ患者導管１６を経由してカニューレ１７を通って患者に供給され得る。患者導管１６は、患者を通過するガス流を加熱するためのヒーター線１６ａを有し得る。ヒーター線１６ａは、コントローラ１３の制御下にあり得る。患者導管１６及び／又は患者インターフェース１７は、フロー療法装置１０の一部又は代わりにその周辺機器とみなされ得る。フロー療法装置１０、呼吸導管１６及び患者インターフェース１７は、一緒にフロー療法システムを形成し得る。

コントローラ１３は、所望の流量のガス流を発生させるように流れ発生器１１を制御できる。コントローラ１３は、補足酸素の供給を可能にする補足酸素流入口も制御し得、加湿器１２（存在する場合）は、適切なレベルにガス流を加湿し得、且つ／又はガス流を加熱し得るなどである。ガス流は、患者導管１６及びカニューレ１７を通って患者に向けられる。コントローラ１３は、所望のレベルの治療及び／又は患者の快適度のための所望の温度にガスを加熱するために、加湿器１２内の加熱素子及び／又は患者導管１６内の加熱素子１６ａも制御し得る。コントローラ１３は、ガス流の好適な目標温度によってプログラムされ得るか又はそれを決定し得る。

酸素流入口ポート２８は、弁を含み、そこを通って加圧ガスが流れ発生器又は送風器に入り得る。弁は、流れ発生器の送風器に流入する酸素の流れを制御できる。弁は、比例弁又はバイナリ弁などの任意のタイプの弁であり得る。酸素源は、酸素タンク又は病院の酸素供給源であり得る。医療グレードの酸素は、一般に、９５％〜１００％の純度である。より低い純度の酸素源も使用され得る。弁モジュール及びフィルターの例は、２０１６年１０月１８日出願の「Ｖａｌｖｅ Ｍｏｄｕｌｅｓ ａｎｄ Ｆｉｌｔｅｒ」という名称の米国仮特許出願第６２／４０９，５４３号明細書及び２０１７年４月２３日出願の「Ｖａｌｖｅ Ｍｏｄｕｌｅｓ ａｎｄ Ｆｉｌｔｅｒ」という名称の米国仮特許出願第６２／４８８，８４１号明細書に開示されており、これらの全体が参照により本明細書に援用される。弁モジュール及びフィルターについて、図１７〜２５を参照して下記でさらに詳細に説明する。

フロー療法装置１０は、患者に供給されているガスの酸素含有量、従って患者によって吸気されるガスの酸素含有量を測定及び制御できる。ハイフロー療法中、供給される高流量のガスは、患者のピーク吸気需要を満たすか又はそれを上回る。これは、吸気中に機器によって患者に供給されるガスの量が、吸気中に患者によって吸気されるガスの量を満たすか又はそれを上回ることを意味する。従って、ハイフロー療法は、患者が息を吸うときの周囲空気の吸い込み及び呼気による患者の気道のフラッシングを防止することを支援する。供給されたガスの流量が患者のピーク吸気需要を満たすか又はそれを上回る限り、周囲空気の吸い込みは、防止され、及び機器によって供給されるガスは、患者が息を吸うガスと実質的に同じである。そのようなものとして、機器で測定された酸素濃度、供給された酸素の割合（ＦｄＯ２）は、ユーザが息を吸う酸素濃度、吸気酸素の割合（ＦｉＯ２）と実質的に同じになり、及びそのようものとして、両方の用語は、均等とみなされ得る。

動作センサー３ａ、３ｂ、３ｃ、例えば流れ、温度、湿度及び／又は圧力センサーがフロー療法装置１０内の様々な箇所に配置され得る。追加的なセンサー（例えば、センサー２０、２５）は、患者導管１６及び／又はカニューレ１７の様々な箇所に配置され得る（例えば、吸気チューブの端部に又はその近くに温度センサー２９があり得る）。センサーからの出力は、コントローラ１３によって受信されて、好適な治療法をもたらすようにコントローラがフロー療法装置１０を動作させることを支援し得る。いくつかの構成では、好適な治療法をもたらすことは、患者のピーク吸気需要になることを含む。装置１０は、コントローラ１３がセンサーからの信号８を受信すること、及び／又は限定するものではないが、流れ発生器１１、加湿器１２及びヒーター線１６ａを含む、フロー療法装置１０の様々な構成要素又はフロー療法装置１０に関連する付属品若しくは周辺機器を制御することができるようにする送信器及び／又は受信器１５を有し得る。加えて又は代わりに、送信器及び／又は受信器１５は、リモートサーバにデータを提供し得るか、又は装置１０のリモートコントロールを可能にし得る。

酸素は、酸素と周囲空気との混合終了後、１つ以上のガス組成センサー（例えば、超音波トランスデューサシステム、超音波センサーシステムとも呼ばれる）を配置することによって測定され得る。測定値は、機器、供給導管、患者インターフェース内又は任意の他の好適な箇所で取られ得る。

酸素濃度は、周囲空気流入口導管、酸素流入口導管及び最終供給導管の少なくとも２つで流量センサーを使用することによっても測定され、少なくとも２種類のガスの流量を決定し得る。両方の流入口ガスの流量又は一方の流入口ガスの流量及び一方の総流量を、流入口ガスの仮定又は測定された酸素濃度（周囲空気では約２０．９％、酸素では約１００％）と併せて決定することにより、最終的なガス組成の酸素濃度が計算され得る。代わりに、流量センサーは、周囲空気流入口導管、酸素流入口導管及び最終供給導管の３つ全てに配置され得、冗長性と、読取値の一貫性をチェックすることによる、各センサーが正しく動作していることの試験とを可能にする。フロー療法装置１０によって供給される酸素濃度を測定する他の方法も使用され得る。

フロー療法装置１０は、パルスオキシメータなどの患者センサー２６又は患者監視システムを含み、患者の１つ以上の生理的パラメータ、例えば患者の血中酸素飽和度（ＳｐＯ２）、心拍数、呼吸数、灌流指標を測定し、且つ信号品質の指標を提供し得る。センサー２６は、有線接続又はセンサー２６の無線送信器による通信によってコントローラ１３と通信し得る。センサー２６は、患者の指に接続されるように設計された使い捨ての粘着センサーであり得る。センサー２６は、使い捨てではないセンサーであり得る。センサーは、異なる年齢層用に設計され且つ患者の異なる箇所に接続されて利用可能であり、フロー療法装置と一緒に使用され得る。パルスオキシメータは、ユーザ、一般にユーザの指に取り付けられるが、他の場所、例えば耳たぶも選択肢である。パルスオキシメータは、機器内のプロセッサーに接続され、且つ患者の血中酸素飽和度を示す信号を絶えず提供する。患者センサー２６は、ホットスワップ可能な機器であり得、フロー療法装置１０の動作中に取り付けられ得るか又は入れ替えられ得る。例えば、患者センサー２６は、ＵＳＢインターフェースを使用して又は無線通信プロトコル（例えば、近距離無線通信、ＷｉＦｉ又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）など）を使用してフロー療法装置１０に接続され得る。患者センサー２６が動作中に接続を切られると、フロー療法装置１０は、規定された期間にわたり、その以前の動作状態で動作し続け得る。規定された期間後、フロー療法装置１０は、アラームをトリガし、自動モードから手動モードに移行し、且つ／又は制御モード（例えば、自動モード又は手動モード）から完全に出得る。患者センサー２６は、物理的又は無線インターフェースによってフロー療法装置１０と通信するベッドサイド監視システム又は他の患者監視システムであり得る。

フロー療法装置１０は、ハイフロー療法装置を含み得る。本明細書では、「ハイフロー」療法は、患者のピーク吸気需要を満たすか又はそれを上回る比較的高流量での患者の気道へのガスの投与を指す。「ハイフロー」を達成するために使用される流量は、下記に挙げる流量のいずれかであり得る。例えば、いくつかの構成では、成人患者では、「ハイフロー療法」は、１分当たり約１０リットル（１０ＬＰＭ）以上、例えば約１０ＬＰＭ〜約１００ＬＰＭ、又は約１５ＬＰＭ〜約９５ＬＰＭ、又は約２０ＬＰＭ〜約９０ＬＰＭ、又は２５ＬＰＭ〜７５ＬＰＭ、又は約２５ＬＰＭ〜約８５ＬＰＭ、又は約３０ＬＰＭ〜約８０ＬＰＭ、又は約３５ＬＰＭ〜約７５ＬＰＭ、又は約４０ＬＰＭ〜約７０ＬＰＭ、又は約４５ＬＰＭ〜約６５ＬＰＭ、又は約５０ＬＰＭ〜約６０ＬＰＭの流量での患者へのガスの供給を指し得る。いくつかの構成では、新生児、幼児又は小児患者では、「ハイフロー療法」は、１ＬＰＭを上回る、例えば約１ＬＰＭ〜約２５ＬＰＭ、又は約２ＬＰＭ〜約２５ＬＰＭ、又は約２ＬＰＭ〜約５ＬＰＭ、又は約５ＬＰＭ〜約２５ＬＰＭ、又は約５ＬＰＭ〜約１０ＬＰＭ、又は約１０ＬＰＭ〜約２５ＬＰＭ、又は約１０ＬＰＭ〜約２０ＬＰＭ、又は約１０ＬＰＭ〜１５ＬＰＭ、又は約２０ＬＰＭ〜２５ＬＰＭの流量での患者へのガスの供給を指し得る。成人患者、新生児、幼児又は小児患者でのハイフロー療法装置は、約１ＬＰＭ〜約１００ＬＰＭの流量又は上記で概要を述べた部分範囲のいずれかの流量で患者にガスを供給し得る。フロー療法装置１０は、１００％までの任意の濃度の酸素（例えば、ＦｄＯ２）を約１ＬＰＭ〜約１００ＬＰＭの任意の流量で供給し得る。いくつかの構成では、流量のいずれかは、約２０％〜３０％、２１％〜３０％、２１％〜４０％、３０％〜４０％、４０％〜５０％、５０％〜６０％、６０％〜７０％、７０％〜８０％、８０％〜９０％及び９０％〜１００％の酸素濃度（ＦｄＯ２）と組み合わされ得る。いくつかの組み合わせでは、流量は、約２０％〜３０％、２１％〜３０％、２１％〜４０％、３０％〜４０％、４０％〜５０％、５０％〜６０％、６０％〜７０％、７０％〜８０％、８０％〜９０％及び９０％〜１００％の酸素濃度（ＦｄＯ２）と組み合わされて、約２５ＬＰＭ〜７５ＬＰＭであり得る。いくつかの構成では、フロー療法装置１０は、手動モードで動作するとき、ユーザが患者に酸素を供給しすぎることを防止する安全閾値を含み得る。

ハイフロー療法は、ユーザの鼻孔に及び／若しくは経口的に、又は気管切開インターフェースを介して投与され得る。ハイフロー療法は、意図したユーザのピーク吸気流量条件以上の流量でユーザにガスを供給し得る。ハイフロー療法は、鼻咽頭内でフラッシング効果を生成し、上気道の解剖学的死腔が高流入ガス流によってフラッシングされるようにし得る。これにより、一回一回の呼吸に利用できる新鮮なガスの溜め部を形成し得る一方、窒素及び二酸化炭素の再呼吸を最小限にする。吸気需要になること及び気道のフラッシングは、患者のＦｄＯ２を制御しようとするときにさらに重要である。ハイフロー療法は、例えば、鼻カニューレなどの非シール患者インターフェースによって供給され得る。鼻カニューレは、意図したユーザのピーク吸気流量条件を上回る流量でユーザの鼻孔に呼吸ガスを供給するように構成され得る。

本明細書では、用語「非シール患者インターフェース」は、患者の気道を完全には閉塞しない、患者の気道とガス流源（例えば、流れ発生器１１からの）との間の空気式リンクを提供するインターフェースを指し得る。非シール空気式リンクは、患者の気道の約９５％未満の閉塞を含み得る。非シール空気式リンクは、患者の気道の約９０％未満の閉塞を含み得る。非シール空気式リンクは、患者の気道の約４０％〜約８０％の閉塞を含み得る。気道は、患者の鼻孔又は口の１つ以上を含み得る。鼻カニューレでは、気道は、鼻孔を通る。

流れ発生器又は送風器１１は、周囲の室内の空気を送風器に吸い込む周囲空気流入口ポート２７を含み得る。フロー療法装置１０は、弁に至る酸素流入口ポート２８も含み得、その弁を通って、加圧ガスが流れ発生器又は送風器１１に流入し得る。弁は、流れ発生器送風器１１への酸素の流れを制御できる。弁は、比例弁又はバイナリ弁を含め、任意のタイプの弁であり得る。

送風器は、約１，０００ＲＰＭ超及び約３０，０００ＲＰＭ未満、約２，０００ＲＰＭ超及び約２１，０００ＲＰＭ未満又は上述の複数の値のいずれかの間のモータ速度で動作し得る。送風器の動作は、流入口ポートを通って送風器に流入するガスを混合できる。ミキサーとして送風器を使用することによって混合にエネルギーを要するため、例えばバッフルを含む静的ミキサーなどの別個のミキサーを備えるシステムで発生し得る圧力低下を減少させ得る。

さらに、図１Ｂを参照すると、フロー療法装置１０に実装され得るセンシング回路基板２２００が示されている。センシング回路基板２２００は、センサー室内に位置決めされて、センシング回路基板２２００が少なくとも部分的にガスの流れに浸されるようにし得る。ガスの流れは、送風器１１から流出して導管を通ってセンサー室内の流路に流入し得る。センシング回路基板２２００上のセンサーの少なくともいくつかは、ガスの流れ内に位置決めされて、その流れのガスの特性を測定し得る。センサー室内の流路を通過した後、ガスは、上述の加湿器１２に流出し得る。

センシング回路基板２２００は、センシング印刷回路基板（ＰＣＢ）であり得る。代わりに、基板２２００上の回路は、回路基板上に印刷されているのではなく、電子部品を接続する電線を備えて組み立てられ得る。センシング回路基板２２００の少なくとも一部分は、ガスの流れ外に取り付けられ得る。ガスの流れは、上述の流れ発生器１１によって発生され得る。センシング回路基板２２００は、超音波トランスデューサ２２０４を含み得る。センシング回路基板２２００は、１つ以上のサーミスタ２２０５を含み得る。サーミスタ２２０５は、ガス流の温度を測定するように構成され得る。センシング回路基板２２００は、サーミスタ流量センサー２２０６を含み得る。センシング回路基板２２００は、他のタイプのセンサー、例えば別個の温度センサーと一緒に使用される湿度のみのセンサー並びに湿度及び温度複合センサーを含む湿度センサー、大気圧を測定するためのセンサー、差圧を測定するためのセンサー及び／又はセンサーゲージ圧を測定するためのセンサーを含み得る。サーミスタ流量センサー２２０６は、熱線風速計、例えば白金線及び／又はサーミスタ、例えば負温度係数（ＮＴＣ）若しくは正温度係数（ＰＴＣ）サーミスタを含み得る。加熱された温度感知素子の他の非限定的な例は、ガラス若しくはエポキシでカプセル化された又は非カプセル化サーミスタを含む。サーミスタ流量センサー２２０６は、定電力で供給されていることによってガスの流量を測定するか、又は一定のセンサー温度に若しくはセンサーとガスの流れとの間が一定の温度差に維持されるように構成され得る。

センシング回路基板２２００は、第１の部分２２０１及び第２の部分２２０２を含み得る。第１の部分２２０１は、ガスの流路内に位置決めされ得る一方、第２の部分２２０２は、ガスの流路外に位置決めされ得る。ガスの流れの方向は、図１Ｂにおいて矢印２２０３によって示されている。ガスの流れの方向は、直線であり得るか、又は図１Ｂに示すように湾曲し得る。

サーミスタ２２０５及び／又はサーミスタ流量センサー２２０６の１つ以上を複合型送風器及びミキサーの下流に位置決めすることにより、送風器からのガス流に供給される熱を考慮し得る。また、温度ベースの流量センサーを流路に浸すことにより、流れに浸されているセンサーが、ガスが流れるときと同じ条件、例えば温度にさらされる傾向がより高くなり得るため、測定精度を高め、従ってガスの特性をより良好に示し得る。

センシング回路基板２２００は、超音波トランスデューサ、送受信機又はガス流のガス特性、例えばガスストリーム内の１種以上のガスのガス組成若しくは濃度を測定するためのセンシング回路基板のセンサーを含み得る。任意の好適なトランスデューサ、送受信機又はセンサーは、理解されるように、センシング回路基板２２００に取り付けられ得る。この構成では、センシング回路基板は、ガス濃度を決定するために超音波又は音波を利用する超音波トランスデューサシステム（超音波センサーシステムとも呼ばれる）を含む。様々なセンサー構成が図１Ｃ〜１Ｆを参照して下記で説明される。

超音波トランスデューサシステムは、ガス流中の２種以上のガスの相対的なガス濃度を決定し得る。超音波トランスデューサシステムは、実質的に窒素（Ｎ２）と酸素（Ｏ２）との二成分気体混合物である、補足酸素で補強された大気からなるバルクガスストリーム流中の酸素割合を測定するように構成され得る。超音波トランスデューサシステムは、窒素（Ｎ２）及び二酸化炭素（ＣＯ２）を含む、ガスストリーム中の大気とブレンドされた他の補強ガスのガス濃度を測定するように構成され得ることも理解される。超音波トランスデューサは、比較的高い周波数でガス流中のガスのガス濃度を決定できる。例えば、超音波トランスデューサは、センサーの最大サンプルレート又は最大サンプルレートよりも低い周波数、例えば約１Ｈｚ〜２００Ｈｚ、約１Ｈｚ〜１００Ｈｚ、約１Ｈｚ〜５０Ｈｚ及び約１Ｈｚ〜２５Ｈｚで実測ＦｄＯ２値を出力できる。

いくつかの構成では、センシング回路基板２２００は、センシング回路基板の対向する両側に設けられた超音波トランスデューサの対を含む。超音波トランスデューサの様々な代替的な構成は、超音波のビーム又はパルスの送信及び受信によってガスストリームの特性を感知するために使用され得る。

センシング回路基板２２００の両端部の超音波トランスデューサ２２０４間の距離は、測定分解能に影響を及ぼし得る。概して、実測長は、一定量の誤差を有し、及びその長さが長くなる場合、測定中に生成される誤差の割合は、より短い長さに対するものよりも少ないため、超音波トランスデューサ２２０４のそれぞれの間の距離の増大は、比例的又は部分的誤差を減少させ得る。従って、測定の全体的な不確実性が低下する。距離の増大は、超音波トランスデューサ２２０４間の音響信号をより長い期間にできるため、測定分解能及び精度も上げ得る。しかしながら、距離が増大すると、信号がより弱くなり得る。

超音波トランスデューサ２２０４は、超音波トランスデューサ２２０４間の空間が少なくとも部分的に流路と一致するように位置決めされ得る。いくつかの構成では、超音波トランスデューサは、センシング回路基板の対向端部に位置決めされる。流路の面全体が音響経路にさらされるため、音波が流路中の全てのガスを通って伝播する。波の平均化は、流路の１セクションではなく、流路全体にわたって発生し得る。より長い距離の平均化は、誤差を減少させ、及び空気−酸素の混合の依存性を低下させる。超音波トランスデューサは、流路に対するいずれかの角度からガスの特性を測定するように構成され得る。

流路又はモジュール外の代わりに、流路又はモジュール内のポジショニングセンサーは、トランスデューサ２２０４の両方とも互いに対してより小さい温度範囲内又は両方とも実質的に１つの温度（すなわちガス流の温度）において動作できるようにする。トランスデューサは、温度に敏感であるため、それらを実質的に均質な温度にすることによって精度を高める。さらに、流路に沿ったポジショニングセンサーは、ガスの速度の影響を説明する測定及び計算を可能にするため、ガスの速度の影響は、センサーの測定値から除去され得る。

超音波トランスデューサシステムは、超音波二成分気体感知システムとして構成される。超音波を使用する二成分気体分析は、この場合、センサーハウジングの感知通路を流れるガスストリームのバルク又は一次流であるガス試料を通る音響パルスの速度を感知することに基づいている。音速は、ガスの平均分子量及び温度の関数である。システムは、超音波トランスデューサ間のビーム経路間を流れるガスの温度を示すセンサー信号を受信できる。感知した音速及び感知した温度を知った上で、ガスストリーム中のガス組成が決定又は計算され得る。特に、感知通路にわたる音速の測定値は、超音波による二成分気体分析の分野で公知のように、経験的関係、標準アルゴリズム又はルックアップテーブルの形態で記憶されたデータを参照することにより、２種の公知のガスの比率を推測するために使用され得る。代わりに、超音波トランスデューサのビーム経路内のガスストリームの温度の推定値は、温度センサーが利用されない場合、二成分気体分析の計算において使用され得ることが理解される。そのような代替的な実施形態では、ガスストリームの温度は、狭い温度帯内で調節又は制御され得、ビーム経路内のガスストリームの温度の推定値を使用できるようにする。

いくつかの構成では、フロー療法装置は、湿度センサーも備え得、この湿度センサーは、流路内に配置され、且つセンサーアセンブリを流れるガスストリームの湿度を示す湿度信号を生成するように構成される。そのような実施形態では、ガス組成は、感知した音速及び感知した温度及び／又は感知した湿度によって決定され得る。湿度センサーは、相対湿度センサー又は絶対湿度センサーであり得る。いくつかの実施形態では、ガス組成は、温度センサーを必要とせずに、感知した音速及び感知した湿度に基づいて決定され得る。

超音波トランスデューサシステムは、ガス組成中の任意の２種の公知のガスのそれぞれの比率を測定するために使用され得る。超音波トランスデューサシステムは、窒素／酸素混合物と実質的に均等である、補足酸素とブレンドされた空気の混合物中の相対的なガス濃度を決定できる。そのような二成分気体混合物では、音速を監視し、且つ温度を考慮することにより、ガスの平均分子量を決定でき、従って２種類のガスの相対濃度が決定され得る。この比率から、ガスストリームの酸素割合又は窒素割合が導き出され得る。

図１Ｃ〜１Ｆを参照して、超音波ビーム又はパルスを送信及び受信することにより、ガスストリームを通る音速を感知するためのガス組成感知システムに関して、超音波トランスデューサの様々な構成を説明する。同様の参照符号は、同様の構成要素を表す。

図１Ｃを参照して説明すると、トランスデューサ構成２３００は、互いに対向し且つ感知通路２３０６の対向する両側に位置決めされるトランスデューサ２３０２、２３０４の対がある配置構成を提供し、ガス流路の方向を全体的に２３０８で示している。この構成では、トランスデューサ２３０２、２３０４のそれぞれは、専用の送信器又は受信器のいずれかとして駆動されて、超音波パルス２３１０がガス流路にわたって送信器から受信器トランスデューサに一方向に送信されるようにする。図示の通り、トランスデューサ対は、空気流路方向２３０８に対して位置合わせされ（すなわち互いから上流又は下流に変位されない）、且つガス流路方向に対して実質的に垂直である直交流パルスを送信するように構成される。

図１Ｄを参照すると、感知通路の対向する両側にトランスデューサ２３２２、２３２４の対が互いに対向して設けられているが、各トランスデューサが送信器及び受信器の両方として動作し得る（すなわち、トランスデューサは、超音波送信器−受信器、すなわち送受信機である）、代替的なトランスデューサ構成２３２０が示されている。この構成では、双方向性超音波パルス２３２６がトランスデューサ対２３２２、２３２４間で送られ得る。例えば、パルスは、トランスデューサ間で交互に行ったり来たりするか、又は任意の他のシーケンス若しくはパターンで送られ得る。ここでも、トランスデューサ対は、ガス流路方向に対して位置合わせされ、且つガス流路方向に対して実質的に垂直である直交流パルスを送信するように構成される。

図１Ｅを参照すると、感知通路２３０６の対向する両端部に互いに対向するトランスデューサ２３６２、２３６４の対があり、ガス流路方向又は軸が全体的に２３０８によって示されている、代替的なトランスデューサ構成２３６０が示されている。この構成２３６０では、トランスデューサ２３６２、２３６４のそれぞれは、専用の送信器又は受信器のいずれかとして駆動されて、感知通路２３０６内のガス流路軸２３０８と実質的に位置合わせされるか又はそれに対して平行である、流れに沿った超音波パルス２３６６が送信器と受信器との間のビーム経路内を一方向に送信されるようにする。図示の実施形態では、送信器は、受信器の上流にあるが、反対の配置構成も利用できることが理解される。この構成では、流量センサーは、感知通路内に設けられて、感知通路内のガスストリームの流量を示す流量信号を提供する。感知通路内の音速は、前述したものと同様の方法で導き出され得るか又は決定され得ること、及び流量信号は、計算された音速信号のガス流量を除去又は補償するために信号処理において用いられることが理解される。

図１Ｆを参照すると、図１Ｅのように感知通路の対向する両端部に互いに対向してトランスデューサ２３７２、２３７４の対が設けられているが、各トランスデューサが送信器及び受信器の両方として動作し得る、すなわち超音波送信器−受信器、すなわち送受信機である、代替的なトランスデューサ構成２３７０が示されている。この構成では、流れに沿った超音波パルス２３７６がトランスデューサ対２３７２と２３７４との間で双方向に送られ得る。例えば、パルスは、トランスデューサ間で交互に行ったり来たりするか、又は任意の他のシーケンス若しくはパターンで送られ得る。ここでも、トランスデューサ対は、ガス流路軸２３０８と位置合わせされ、且つ感知通路２３０６内のガス流路軸２３０８と実質的に位置合わせされているか又はそれに対して平行な１つ又は複数のビーム経路内で流れに沿ったパルスを送信するように構成される。この構成では、音速信号の流量成分は、送信及び受信された音響パルスの処理から直接導き出され得るか又は決定され得るため、別個の流量センサーが必ずしも設けられる必要はない。

フロー療法装置のいくつかの例は、２０１６年１２月２日出願の「Ｆｌｏｗ Ｐａｔｈ Ｓｅｎｓｉｎｇ ｆｏｒ Ｆｌｏｗ Ｔｈｅｒａｐｙ Ａｐｐａｒａｔｕｓ」という名称の国際出願ＰＣＴ／ニュージーランド特許出願公開第２０１６／０５０１９３号明細書及び２０１６年６月２４日出願の「Ｂｒｅａｔｈｉｎｇ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ａｐｐａｒａｔｕｓ」という名称の国際出願ＰＣＴ／ＩＢ２０１６／０５３７６１号明細書に開示されており、これらの全体が参照により本明細書に援用される。本開示の態様と使用され得るフロー療法装置の構成の例について、下記で図１１〜１６に関してさらに詳細に説明する。

制御システム
再度、図１Ａを参照して説明すると、コントローラ１３は、フロー療法装置の動作を制御するために閉ループ制御システムを実行するようにプログラム又は構成され得る。閉ループ制御システムは、患者のＳｐＯ２が目標レベルに達し、且つこのレベルに又はその近くに一貫して留まることを保証するように構成され得る。

コントローラ１３は、ユーザから１つ又は複数の入力を受信し得、これらの入力は、閉ループ制御システムを実行するためにコントローラ１３によって使用され得る。目標ＳｐＯ２値は、単一の値又は値の範囲であり得る。１つ又は複数の値は、臨床医によって事前設定されるか、選択されるか、又は患者のタイプに基づいて決定され得、ここで、患者のタイプは、現在の苦痛及び／又は患者に関する情報、例えば年齢、体重、身長、性別及び他の患者の特性を指し得る。同様に、目標ＳｐＯ２は、２つの値であり得、それぞれ上述のいずれかの方法で選択される。２つの値は、患者のＳｐＯ２に関する許容可能な値の範囲を表す。コントローラは、前記範囲内の値を目標にし得る。目標値は、範囲の中央値又は範囲内の任意の他の値であり得、これは、ユーザによって事前設定又は選択され得る。代わりに、範囲は、ＳｐＯ２の目標値に基づいて自動的に設定され得る。コントローラは、患者のＳｐＯ２値が範囲外に動くとき、１つ以上の設定された反応をするように構成され得る。反応は、アラームを発すること、ＦｄＯ２の手動制御への変化、ＦｄＯ２の特定の値への変化及び／又は他の反応を含み得る。コントローラは、１つ以上の範囲を有することができ、ここで、各範囲外に動くとき、１つ以上の異なる反応を生じる。

フロー療法装置のグラフィカルユーザインターフェースは、ユーザに患者のタイプを入力するようにプロンプトするように構成され得、及びＳｐＯ２限界値は、ユーザが選択する内容に基づいて決定される。さらに、ユーザインターフェースは、ユーザが限界値を定義できるカスタムオプションを含み得る。

一般的に、ＳｐＯ２は、約８０％〜約１００％、又は約８０％〜約９０％、又は約８８％〜約９２％、又は約９０％〜約９９％、又は約９２％〜約９６％で制御される。ＳｐＯ２は、上述の範囲のいずれか２つからの任意の２つの好適な値間で制御され得る。目標ＳｐＯ２は、約８０％〜約１００％、又は約８０％〜約９０％、又は約８８％〜約９２％、又は約９０％〜約９９％、又は約９２％〜約９６％、又は約９４％、又は９４％又は約９０％、又は９０％、又は約８５％、又は８５％であり得る。ＳｐＯ２目標は、上述の範囲のいずれか２つからの任意の２つの好適な値間の任意の値であり得る。ＳｐＯ２目標は、定義された範囲に関するＳｐＯ２の中央に対応し得る。

ＦｄＯ２は、範囲内で制御されるように構成され得る。前述の通り、装置内で測定された酸素濃度（ＦｄＯ２）は、流量が患者のピーク吸気需要を満たすか又はそれを上回る限り、患者が呼吸する酸素濃度（ＦｉＯ２）と実質的に同じであり、そのようなものとして、両方の用語は、均等とみなされ得る。範囲の限界値のそれぞれは、ユーザによって事前設定されるか、選択されるか、又は患者のタイプに基づいて決定され得、ここで、患者のタイプは、現在の苦痛及び／又は患者に関する情報、例えば年齢、体重、身長、性別及び／又は他の患者の特性を指し得る。代わりに、ＦｄＯ２に関する単一の値が選択され得、及び範囲は、この値に少なくとも部分的に基づいて決定され得る。例えば、範囲は、選択したＦｄＯ２の上及び下の設定された量であり得る。選択したＦｄＯ２は、コントローラのための出発点として使用され得る。システムは、コントローラがＦｄＯ２を範囲外に動かそうとする場合、１つ以上の反応をし得る。これらの反応は、アラームを発すること、ＦｄＯ２を範囲外に動かそうとすることを防止すること、ＦｄＯ２の手動制御に切り替えること及び／又は特定のＦｄＯ２に切り替えることを含み得る。機器は、１つ以上の範囲を有し得、ここで、各範囲の限界値に達すると、１つ以上の異なる反応を生じる。

ＦｄＯ２は、約２１％〜約１００％、又は約２１％〜約９０％、又は約２１％〜約８０％、又は約２１％〜約７０％、又は約２１％〜約６０％、又は約２１％〜約５０％、又は約２５％〜約４５％で制御され得る。ＦｄＯ２は、上述の任意の２つの範囲からの任意の２つの好適な値間で制御され得る。ＦｄＯ２目標は、上述の任意の２つの範囲からの任意の２つの好適な値間であり得る。範囲が単一の値に基づく場合、上限及び下限は、選択した値に対して一定量を足す／引くことによって決定され得る。足された又は引かれた量は、約１％、又は約５％、又は１０％、又は約１５％、又は約２０％、又は約３０％、又は約５０％、又は約１００％であり得る。足された／引かれた量は、選択した値に対して変化することができる。例えば、上限は、選択した値よりも２０％高いことができるため、５０％の選択した値では、ＦｄＯ２は、制御範囲に対して６０％の上限を有する。範囲に使用される百分率は、約１％、又は約５％、又は１０％、又は約１５％、又は約２０％、又は約３０％、又は約５０％、又は約１００％であり得る。下限及び上限を計算するための方法は、必ずしも同じである必要はない。単一の値が使用される場合、値は、約２１％〜約１００％、又は約２５％〜約９０％、又は約２５％〜約８０％、又は約２５％〜約７０％、又は約２５％〜約６０％、又は約２５％〜約５０％、又は約２５％〜約４５％であり得る。

グラフィカルユーザインターフェース１４（ＧＵＩ）は、ＦｄＯ２及び／又はＳｐＯ２が制御されている値の範囲を表示するように構成され得る。範囲は、範囲内に現れるインジケータが範囲の限界値に対して現在の値の位置をグラフ式に示す状態でＧＵＩ上において互いに離れている、互いに別々に設定された２つの限界値を有することによって表示され得る。

ＧＵＩは、最近のＦｄＯ２及び／又はＳｐＯ２データのグラフを表示し得る。ＧＵＩは、同じ又は異なるグラフにおいて、１時間以上などの規定された期間にわたって各パラメータのレベルを表示し得る。データが表示される時間の長さは、データが現在利用可能である時間の長さに適合し得る。

表示されるＦｄＯ２データは、目標ＦｄＯ２又は実測ＦｄＯ２の少なくとも１つであり得る。ＳｐＯ２データは、目標ＳｐＯ２を示すラインを含み得る。加えて又は代わりに、ＳｐＯ２及び／又はＦｄＯ２データは、それらのそれぞれの制御限界値を示す１つ以上のライン又は斜線部分を含み得る。

グラフは、デフォルトのディスプレイ上に表示され得る。代わりに、グラフは、現在のデータ値のみが示されている状態で隠され得る。グラフは、規定されたパラメータのためのグラフを見るために選択することによってなど、ＧＵＩとの相互作用によって利用可能になる。

閉ループ制御
図１０を参照すると、閉ループ制御システム１０００の概略図が示されている。閉ループ制御システムは、２つの制御ループを利用し得る。第１の制御ループは、ＳｐＯ２コントローラによって実行され得る。ＳｐＯ２コントローラは、一部には目標ＳｐＯ２及び／又は実測ＳｐＯ２に基づいて目標ＦｄＯ２を決定できる。上述の通り、目標ＳｐＯ２値は、単一の値又は許容可能な値の範囲であり得る。１つ又は複数の値は、臨床医によって事前設定されるか、選択されるか、又はクライアント特性に基づいて自動的に決定され得る。一般的に、目標ＳｐＯ２値は、治療セッション前又はその初めに受信又は決定され得るが、目標ＳｐＯ２値は、治療セッション中にいつでも受信され得る。治療セッション中、ＳｐＯ２コントローラは、入力として、ガス組成センサーから１つ又は複数の実測ＦｄＯ２読取値、及び患者センサーから１つ又は複数の実測ＳｐＯ２読取値、及び１つ又は複数の信号品質読取値も受信し得る。いくつかの構成では、ＳｐＯ２コントローラは、目標ＦｄＯ２を入力として受信し得、そのような場合、ＳｐＯ２コントローラの出力は、入力としてＳｐＯ２コントローラに直接戻るように提供され得る。少なくとも一部には入力に基づいて、ＳｐＯ２コントローラは、第２の制御ループに目標ＦｄＯ２を出力し得る。

第２の制御ループは、ＦｄＯ２コントローラによって実行され得る。ＦｄＯ２コントローラは、実測ＦｄＯ２及び目標ＦｄＯ２の入力を受信し得る。その後、ＦｄＯ２コントローラは、酸素流入口弁制御信号を出力して、これらの実測ＦｄＯ２及び目標ＦｄＯ２値間の差に基づいて酸素弁の動作を制御し得る。ＦｄＯ２コントローラは、フロー療法装置が自動モードで動作しているとき、第１の制御ループから出力される目標ＦｄＯ２値を受信し得る。ＦｄＯ２コントローラは、流量値、ガスの特性及び／又は実測ＦｄＯ２などの追加的なパラメータも受信し得る。ガスの特性は、Ｏ２流入口におけるガスの温度及び／又は供給源の酸素含有量を含み得る。酸素流入口弁に接続されたガス供給源は、酸素富化ガス流であり得、ここで、供給源の酸素含有量は、純酸素（すなわち１００％）未満であり得る。例えば、酸素供給源は、１００％未満及び２１％超の酸素含有量を有する酸素富化ガス流であり得る。

入力の少なくともいくつかから、ＦｄＯ２コントローラは、目標ＦｄＯ２を達成するために必要とされる酸素流量を決定できる。ＦｄＯ２コントローラは、弁制御信号を変更するために流量入力を使用できる。流量が変化する場合、ＦｄＯ２コントローラは、ガス濃度センサーからのフィードバック、例えば実測ＦｄＯ２値を待つ必要なく、新しい流量で目標ＦｄＯ２を維持するために必要である、新しく必要とされる酸素流量を自動的に計算できる。そのため、ＦｄＯ２コントローラは、変更された弁制御信号を出力して、新しい流量に基づいて弁を制御し得る。いくつかの構成では、ＦｄＯ２コントローラの制御信号は、酸素弁の電流を設定して酸素弁の動作を制御し得る。加えて又は代わりに、ＦｄＯ２コントローラは、実測ＦｄＯ２の変化を検出し、それに応じて弁の位置を変更し得る。手動モード中、第２の制御ループは、第１の制御ループから目標ＦｄＯ２を受信せずに、独立して動作し得る。むしろ、目標ＦｄＯ２は、ユーザ入力又はデフォルト値から受信され得る。

治療セッション中、ＳｐＯ２及びＦｄＯ２コントローラは、治療セッションが終了するまで又はある事象が自動モードから手動モードへの変更をトリガするまで、フロー療法装置の動作を自動的に制御し続け得る。

患者モデルを使用する閉ループ制御
図２は、治療セッション中のフロー療法装置の動作の複数のフェーズを示す、ＳｐＯ２及びＦｄＯ２に関するグラフ２００を提供する。ＦｄＯ２（供給される酸素の割合）がグラフ内で使用されているが、前述したように、流量が患者のピーク吸気需要を満たすか又はそれを上回る限り、ＦｄＯ２は、ＦｉＯ２と実質的に同じである。動作フェーズは、学習フェーズ２１０及び制御フェーズ２２０を含む。学習フェーズ中、コントローラは、患者特有モデルを生成する。個々の患者間の違いに起因して、各患者のＳｐＯ２がＦｄＯ２の変化に反応する方法に違いがあり得る。その結果、患者特有モデルは、患者のＳｐＯ２をより良好に制御するように生成され得る。モデル構築フェーズとも呼ばれる学習フェーズ２１０は、待機ステージ２１２、フィードフォワードステージ２１４及びモデル生成又は患者特徴付けステージ２１６を含み得る。患者特徴付けステージは、フィードフォワードステージ２１４の少なくとも一部分と同時に発生する。患者特徴付けフェーズ中、患者特有モデルは、フィードフォワードステージ２１４中にデータが集められるため、反復的に発展され得る。学習フェーズは、患者特有モデルの生成後に完結する。学習フェーズ後、フロー療法装置は、治療セッションの終わりまで制御フェーズで動作する。下記で説明する通り、フロー療法装置は、治療セッション中に学習フェーズに戻るように構成され得る。いくつかの構成では、学習フェーズは、任意選択的であり、及び患者特有モデルは、規定された学習フェーズがなくても生成され得る。例えば、そのような構成では、デフォルトモデルが最初に使用され得る。そのため、デフォルトモデルは、治療セッション中に患者特有モデルに更新され得る。患者特有モデルは、治療セッション中、規定された間隔で、規定された事象で、周期的に、非周期的に且つ／又は連続的に更新され得る。

学習フェーズ
フロー療法装置が最初に電源を入れられると、フロー療法装置は、手動モード又は自動モードで開始し得る。機器が手動モードである場合、自動モードに切り替えられ得る。自動モードで開始するとき又は自動モードに切り替えられるとき、フロー療法装置は、ユーザが１つ以上の動作設定（例えば、ＦｄＯ２限界値、ＳｐＯ２限界値、流量など）を提供した後、治療セッションで開始し得る。このセッションが開始すると、コントローラは、待機ステージ２１２を開始し得る。待機ステージ２１２中、酸素流入口弁の位置は、学習フェーズの開始前のＦｄＯ２設定に基づいており、これにより同じ位置に留まる弁又は弁の位置の変化（例えば、開放又は閉鎖）を生じ得る。患者のＳｐＯ２は、ハイフロー療法に応えて変化し得る。コントローラは、フィードフォワードステージ２１４に進む前に、ＳｐＯ２が安定して、ＳｐＯ２がかなり一定の値に落ち着くまで待機し得る。待機ステージ２１２は、規定された期間にわたって続き得る。コントローラは、待機ステージ２１２なしでフィードフォワードステージ２１４を開始するように構成され得る。

フィードフォワードステージ２１４中、コントローラは、ＦｄＯ２のレベルを変化させ得、例えばレベルを上げるか又は下げ得る。新しいＦｄＯ２値は、患者の現在のＳｐＯ２などの要因に基づいて事前設定又は決定され得る。新しいＦｄＯ２は、臨床医によって選択され得、臨床医は、臨床医自身の経験及び知識に基づいてＦｄＯ２を選択する。選択されたＦｄＯ２は、患者のＳｐＯ２を目標ＳｐＯ２レベルに近づけ得る。ＦｄＯ２は、コントローラ１３によって自動的に決定され得る。

フィードフォワードステージ２１４中、コントローラは、患者のＳｐＯ２を測定及び記録する。コントローラは、ＦｄＯ２を測定及び記録できる。グラフは、ＦｄＯ２の目標ＦｄＯ２値へのステップ変化を示す。実際のＦｄＯ２は、目標ＦｄＯ２まで、規定された期間にわたって上昇し得る。ＳｐＯ２及びＦｄＯ２に関して、実測データは、ＳｐＯ２とＦｄＯ２との間の関係の評価及びモデルの生成に組み込まれ得る。患者センサー２６からの信号品質インジケータも記録され得る。

フィードフォワードステージ２１４は、少なくとも規定された最小期間にわたって続くことができ、及び規定された最大期間後に自動的に終了し得る。いくつかの構成では、最小期間は、約３０秒、約１分、約２分、３分又は上述の値内の別の値であり得る。最大期間は、約３分、約４分、約５分、約６分又は上述の値内の別の値であり得る。最小値及び最大値は、上述の任意の２つの好適な値の組み合わせであり得る。最小期間後、コントローラは、定義された患者特徴付け基準の分析に基づいて、患者が十分に特徴付けられたかを決定できる。患者が十分に特徴付けられずに最大期間に到達する場合、フィードフォワードステージは、終了し、デフォルトの患者モデルを使用して制御フェーズが開始される。デフォルトモデルは、患者タイプ（例えば、正常、高炭酸ガス血症、ユーザが定義したもの又は他のタイプ）に依存し得る。デフォルトの患者モデルは、少なくとも一部には、患者の１つの又は受信したそれよりも多い特性に基づき得る。患者の特徴付けに失敗する理由を下記でさらに詳細に説明する。

フィードフォワードステージ２１４中、コントローラは、ＦｄＯ２とＳｐＯ２との間の関係を分析し得る。コントローラは、指数関数的減衰関数を使用して関係をモデリングするように構成され得、ここで、指数関数的減衰定数は、モデルをデータに最良適合させるように変えられる。指数関数的減衰関数において使用される初期の及び最終的なＦｄＯ２値は、初期の及び最終的な目標ＦｄＯ２値によって設定され得る。モデルをＦｄＯ２データに適合することは、ＳｐＯ２モデルの分析的評価を可能にし、これは、より迅速であり、且つ計算的に負担が少ないことができる。両組の傾向の適合がどのように見えるかの例が図３に示されている。任意選択的に、コントローラは、目標ＦｄＯ２の変化からの実測ＦｄＯ２と時間量との関係を決定し得る。

さらに、図３を参照して説明すると、グラフ３０１は、ＳｐＯ２グラフ３０２及びＦｄＯ２グラフ３０５に関する適合傾向を示す。グラフは、患者モニターの信号品質３０４の指標も含む。ＳｐＯ２データに傾向を適合させるために、ＳｐＯ２データの挙動を表すモデルが生成され、及びモデルの少なくとも１つの定数パラメータが決定され得る。モデルは、ＦｄＯ２の各変化を時間ベースのＳｐＯ２の変化と相関させ得る。

ＦｄＯ２の変化後、ＳｐＯ２は、ある期間にわたり、前記ＦｄＯ２の変化に起因するいかなる変化も示さず、これは、遅延時間と呼ばれ得る。遅延時間は、様々な要因の組み合わせに起因する。考えられる１つの要因は、機器がＦｄＯ２を変化させ、明らかに整合性があるようになるのにかかる時間である。別の考えられる要因は、ガスが機器からインターフェースに移動するのにかかる時間であり、これは、選択された流量に依存し得る。別の考えられる要因は、ガスがユーザインターフェースから患者の肺に移動するのにかかる時間である。これは、選択された流量に依存し得るだけでなく、患者の気道の制限及びインターフェースから患者の肺への通路の長さにも依存し得る。別の考えられる要因は、酸素化された血液が患者の肺から測定部位（すなわち患者センサーの箇所）に移動するのにかかる時間である。これは、患者の生理機能及び心拍数に基づいて変わる血液の移動速度に依存する。さらに、この時間の長さは、患者の肺と、使用される患者センサーのタイプとの間の距離に依存し得る。距離は、患者センサーの位置によって変更され得る。加えて又は代わりに、距離は、患者の大きさによって変更され得る。

遅延時間後、ＳｐＯ２は、指数関数的減衰曲線を示し得、ここで、ＳｐＯ２は、新しい値に漸近的に近づき、ここで、全体的な変化は、ＦｄＯ２の全体的な変化に比例する。いくつかの実施形態では、その形状に影響を及ぼし得るモデルの４つのパラメータがある（ＦｄＯ２供給の変化の影響に加えて）。第１のパラメータは、ＦｄＯ２の変化とＳｐＯ２の最初の変化との間の遅延時間である。第２のパラメータは、ＳｐＯ２の初期値である。第３のパラメータは、ＦｄＯ２の変化の大きさに対するＳｐＯ２の総変化の大きさである。第４のパラメータは、遅延時間後、どの程度迅速にＳｐＯ２がその最終値に到達するかを規定する指数関数的減衰速度である。

単一の変化を示さない代わりに、時間が経つにつれて変化するＦｄＯ２に起因して、ＳｐＯ２モデルは、時間が経つにつれた様々なＦｄＯ２の変化の影響の積分として評価され得る。使用され得るモデルは、下記で式（１）に示される。

式（１）は、モデルを生成するときに評価及び決定され得る、モデルに関する５つのパラメータを含む。初期ＦｄＯ２であるＦｄＯ２_０、初期ＳｐＯ２であるＳｐＯ２_０、遅延時間であるＤＴ、指数関数的減衰定数であるτ及びＳｐＯ２とＦｄＯ２との変化の比であるａである。ＦｄＯ２_０は、初期目標ＦｄＯ２から決定され得る。残りの４つのパラメータは、データに最良適合するモデルを見出すように変えられ得る。

適合は、最小二乗法として公知の方法によって定量化され得る。最小二乗法は、各データ点を見て、誤差を計算することを含み、ここで、誤差は、前記データ点とモデル上の関連点との間の差に基づく。各データ点の誤差は、モデルに関する誤差の総合値を与えるように加算され得る。

モデルは、取り得る最小の全誤差を有するモデルを生じるパラメータの組を選択することによって決定され得る。パラメータの組に関する値は、定数パラメータの理想的な組に漸進的に一層近くなることを目指す好適な反復法を使用して計算され得る。１つのアルゴリズムは、Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔアルゴリズムである。図４をさらに参照して説明すると、最良適合４０５に到達する前の傾向線の反復を示すグラフ４０１及び信号品質のグラフ４０４が示されている。

さらに、誤差を計算するとき、各個のデータの誤差値は、前記各個のデータに関する対応する信号品質によって重み付けされ得る。患者センサーの信号品質がグラフ４０４に示されている。それぞれのデータ点の重み付けは、定数パラメータを決定し且つ傾向線に適合させるとき、より正確なデータ点に余分な重みを与え得る。重み付けせずに、モデルのデータ点の誤差は、不正確なデータ点による影響を非常に受ける可能性がある。

学習フェーズの結果は、個々の患者に最適にするようにコントローラを同調するために使用され得る。個々の患者に特有にモデリングされていない非同調コントローラは、いくつかの欠点を示し得る。概して、遅い／過減衰されたコントローラは、目標ＳｐＯ２に到達するまでにより時間がかかり、及びいかなる変動に対する反応も遅くなり得る。他方では、速い／減衰不足のコントローラは、目標値に向かって迅速に動こうとしすぎて、それをオーバーシュートするというリスクを冒す。これは、目標の周りでのコントローラの振動につながり、及び不安定になり得る。好ましくは、コントローラは、厳密に減衰され、すなわち、モデルは、目標ＳｐＯ２値に迅速に到達し得るが、実質的に目標をオーバーシュートして不安定になるほどに速く行われない。患者特徴付けによって生成されるモデルを使用して、制御アルゴリズムを厳密に減衰する解析解が見出され得る。

この学習フェーズ中に実施され得る解析のいくつかは、ネーザルハイフローを利用するシステムによって容易にされる。マスク又は気管切開インターフェースを介した換気などの他のシステムでは、ＦｄＯ２とＳｐＯ２との間の関係は、患者の呼吸数によって大きく影響される。これに関する１つの理由は、再呼吸される呼気ガスである各呼吸の部分である。患者が短く速く呼吸するとき、呼吸の大部分は、再呼吸されるガスであるため、患者の肺に入るガスは、より少量の治療用ガスで構成される。同様に、患者がゆっくりと深い呼吸をするとき、呼吸のより少量の部分は、再呼吸されるガスであるため、患者の肺に入るガスは、より大量の治療用ガスで構成される。これは、患者の肺の酸素濃度に影響を及ぼし、これは、次にＳｐＯ２に影響を与える。

前述したように、ネーザルハイフローは、患者の気道を治療用ガスでフラッシングして、再呼吸をかなり減少させる効果を有する。これは、患者の呼吸数に関わらず、再呼吸が最小限であり、及び患者の肺に入るガスが、組成において、機器によって供給される治療用ガスに遥かに類似していることを意味する。

ＦｄＯ２／ＳｐＯ２関係に対する呼吸数の影響が減少されるため、機器は、起動時に学習フェーズを利用でき、ここで、計算的に負担のかかる定数学習の必要なく、データ分析により、コントローラの最適な同調及び／又は患者特有の予測制御の実施を可能にする。

特徴付け基準が満たされたとき、患者は、十分に特徴付けされている。患者特徴付け２１６後、学習フェーズ２１０は、終了して、制御フェーズ２２０が始まる。特徴付け基準は、患者モデルの計算に使用されるパラメータの少なくともいくつかに関する許容範囲を定義し得る。例えば、特徴付け基準は、ＦｄＯ２の変化とＳｐＯ２の最初の変化との間の決定された遅延時間に関する許容可能な値の範囲、ＳｐＯ２の初期値に関する許容可能な値の範囲、遅延時間後にどの程度迅速にＳｐＯ２がその最終値に到達するかを規定する指数関数的減衰速度に関する許容可能な値の範囲、ＳｐＯ２とＦｄＯ２との間の変化の比に関する許容可能な値の範囲及び／又はモデルの生成に関連付けられる他のパラメータを含み得る。特徴付け基準は、パラメータに関する最小又は最大値のみを定義し得る。

場合により、患者特徴付けは、失敗し得る。そのような状況では、コントローラは、デフォルトＰＩＤコントローラによって制御フェーズを開始し得るか、又はＦｄＯ２の規定レベルでの自動的な維持に戻るように切り替え得る。デフォルトＰＩＤコントローラは、全てではないにしろほとんどの患者に対して、厳密に減衰されるか又は過減衰されるように設計され得る。一般的に、ＳｐＯ２目標の方にゆっくりと動く、過減衰されるコントローラは、振動して不安定になる減衰不足のコントローラよりも望ましい。各タイプの患者は、異なるデフォルトＰＩＤコントローラを有し得る。

患者特徴付けの失敗の理由は、データセット、例えば低平均信号品質、ＦｄＯ２増加が少量すぎること、及び／又はＳｐＯ２増加が少量すぎることなどの問題を含み得る。加えて又は代わりに、失敗は、いくつかのパラメータが特定の許容範囲外になるなど、データのモデリングに関連付けられる理由で発生し得る。これらのパラメータは、モデルとデータとの間の大量の誤差がモデルの妥当性を低下させるため、モデルの適合／誤差を含み得る。パラメータは、これらのいずれかに関する非現実的な値がモデルに誤差を示すため、前述したモデルの変化したパラメータを含み得る（初期ＳｐＯ２、遅延時間、指数関数的減衰定数及びＦｄＯ２とＳｐＯ２との比の増加）。加えて又は代わりに、失敗は、同調されたＰＩＤ値のいずれかが特定範囲外に入る場合、ＰＩＤの同調を行っている期間中に発生し得る。

臨床医は、理想的には、これが発生したことをアラームによって警告され、及び別の学習フェーズを試みるためのオプションが利用可能であり得る。加えて又は代わりに、機器は、それ自体、患者を特徴付けようとして、別の学習フェーズを開始し得る。自動的な試みの数は、規定された数に制限され得る。加えて又は代わりに、患者特有モデルは、デフォルトモデルから生成され、その後、任意選択的に治療セッション中に更新され得る。

学習フェーズは、治療セッション中に２回以上繰り返され得る。学習フェーズが成功する場合でも、治療セッション中、コントローラを学習フェーズに再度入らせる状況が生じることがある。コントローラは、患者モデルが有効である最大時間を有し得る。例えば、病院の状況では、患者の状態は、ＦｄＯ２とＳｐＯ２との間の関係に影響するように、時間が経つにつれて変化し得る。そのようなものとして、制御フェーズを終了し且つ／又は新しい学習フェーズを自動的に開始して、１日以上などの一定の時間後、患者を再び特徴付けることが有用であり得る。加えて又は代わりに、患者特有モデルは、治療セッション中、更新されて再び特徴付けられ得る。例えば患者特有モデルは、治療セッション中、規定された間隔で、規定された事象で、周期的に、非周期的に且つ／又は連続的に更新され得る。

コントローラは、対応する予測ＳｐＯ２値と実測ＳｐＯ２値との間の誤差を試験し得る。おそらく複数の誤差値又は規定された期間にわたる十分に大きい誤差は、間違った患者モデルを示し得、及びコントローラは、新しい学習フェーズを開始するように構成され得る。場合により、患者のＳｐＯ２が目標範囲外になる場合、コントローラは、制御フェーズを終了し、且つ新しい学習フェーズをトリガできる。

制御フェーズ中の予測制御
図５は、予測ＳｐＯ２値とＳｐＯ２データとの間の信号時間差のグラフ５００を示す。ＳｐＯ２信号に基づくＦｄＯ２の制御の難しさの１つは、遅延時間及び結果として生じる信号時間差である。ＦｄＯ２が機器で変更されると、新しい酸素濃度のガスは、導管を通って患者インターフェースに、患者の気道を下方に患者の肺まで移動し、且つ患者の肺においてガス交換を実施する必要がある。その後、酸素化された血液が患者の血管を通ってパルスオキシメータ部位まで移動して、患者センサーによって測定される必要があり、その後、前記測定データがコントローラによって受信される。測定データがコントローラによって受信されるときまでに複数の追加的なサイクルが既に処理されており、目標ＳｐＯ２のかなりのオーバーシュートを生じる可能性があり、これは、次に、患者のＳｐＯ２の大きい振動及び制御の不安定さを引き起こし得る。さらに、ネーザルハイフローの別の態様は、治療セッション中の加湿器の使用である。加湿器がなければ、患者の気道は、急速に乾燥する。加湿構成要素は、機能するために十分な滞留時間を必要とし得、それにより遅延時間を長くする。この追加的な遅延は、遅延時間の把握における予測因子をかなり重要にする。

これを取り扱ういくつかの方法は、コントローラを過減衰すること、低感受性を有すること及び／又は制御信号の各反復間に遅延を有することにより、ＦｄＯ２における以前の変化が十分に効力を生じることができるようにすることを含む。そのような遅延は、少なくとも部分的に、前述の学習フェーズにおいて測定されたデータに基づき得る。そのようなシステムは、信号遅延を適切に取り扱うため、遅すぎて患者の状態に反応しないことに起因する新しい問題を生じ得る。例えば、機器が最初に電源を入れられるとき、目標ＳｐＯ２に到達するまでにかかる時間がかなり長くなるか、又はコントローラは、患者のＳｐＯ２の突然の変化に反応するには遅すぎることがあり得る。

コントローラは、制御フェーズ中にＰＩＤコントローラに予測制御を実行するように構成され得る。予測制御は、スミス予測器であり得る。予測制御は、少なくとも一部には、学習フェーズ２１０中に分析された１つ以上のパラメータに基づいて決定され得る。予測コントローラを設計又は修正するために、学習フェーズ２１０中に受信したデータを使用することは、遥かに効率的且つ患者特有の制御を可能にする。予測制御の目的は、信号時間差を把握してＳｐＯ２値を予測し、且つ実測ＳｐＯ２の代わりに予測ＳｐＯ２値に基づいてＦｄＯ２を制御することである。これは、かなり感度が高く且つ安定的であり得る制御アルゴリズムを生じる。

ＳｐＯ２の予測値は、遅延時間の経過後のＳｐＯ２を表し得る。遅延時間は、ＦｄＯ２への変化をもたらした時点と、ＳｐＯ２に反応が見られる、すなわち対応する反応が被測定ＳｐＯ２中に検出される時点との間の期間である。いかなるＦｄＯ２変化も、遅延時間の経過後までＳｐＯ２に対して全く影響を有しないため、遅延時間の期間の最後まで、ＳｐＯ２は、ＳｐＯ２及びＦｄＯ２の現在利用可能なデータを使用してかなり正確に予測され得る。予測器は、図５に示すように、遅延時間が除去された状態で実測ＳｐＯ２データと実質的に同じデータを生成し得る。予測は、実データに示される外乱を予測しないが、曲線の全体的な形状が適合される。

予測器は、１つ以上の実測ＦｄＯ２値、１つ以上の目標ＦｄＯ２値、１つ以上の予測ＳｐＯ２値、１つ以上の実測ＳｐＯ２値及び／又は１つ以上の目標ＳｐＯ２値を含む入力を受信し得る。入力のそれぞれは、最新の値及び／又は少なくとも一時的にプロセッサーによって記憶される以前の値であり得る。入力のそれぞれは、信号品質測定値及び／又は測定が行われる時点に関する値などの入力データ点に関連付けられる任意の関連データと対にされ得る。

ここから、ＰＩＤコントローラは、前述したように実質的に同じように機能するが、ＰＩＤコントローラは、実測ＳｐＯ２の代わりに推定ＳｐＯ２を使用し、及びそのようなものとして、この推定値と目標との差が代わりに計算される。この値は、ＳｐＯ２の変化を表す。予測器を使用することに起因して、ＳｐＯ２の変化は、依然として効力を生じていないＦｄＯ２の以前の変化を考慮する。ＳｐＯ２の変化は、現在のＦｄＯ２と対にされて、新しい目標ＦｄＯ２を決定する。

図６は、ＰＩＤコントローラと一緒に利用されているスミス予測器の概略図６００を示す。初めに、ＰＩＤコントローラは、予測された患者のＳｐＯ２と目標ＳｐＯ２との間の差の入力を受信し、及び目標ＦｄＯ２をＦｄＯ２コントローラに出力して、患者のＳｐＯ２を目標ＳｐＯ２に近づける。ＦｄＯ２コントローラは、ＰＩＤコントローラによって出力された目標ＦｄＯ２に基づいてフロー療法装置の弁を制御するために命令を出力する。

この新しいＦｄＯ２は、患者に供給され、且つ他の外乱と組み合わされ、患者の反応を生じ得る。これらの外乱は、機械（酸素弁など）内の任意のセンサー又は制御機構からの誤差を含み得、変更されたＦｄＯ２を生じる。患者の反応の追加的な変化は、患者のＳｐＯ２に影響を有する患者の生理学的及び身体的パラメータ（身体運動、呼吸数の変化など）から生じ得る。そのため、ＳｐＯ２が測定され、及びその値は、患者の現在のＳｐＯ２±センサーからのいずれかの誤差となる。信号品質表示もＰＩＤコントローラに出力される。

参考のために、スミス予測器のないコントローラでは、実測ＳｐＯ２値が目標ＳｐＯ２と比較され、及び２つの間の差がＰＩＤにフィードバックされる。スミス予測器モデルでは、第１に、コントローラは、ＳｐＯ２の予測を行う。これは、学習フェーズ中に生成される同じモデル又はデフォルトモデル（例えば、患者が特徴付されることができないか又は特徴付されていない）を使用して行われ得、ここで、ＳｐＯ２は、時間が経つにつれたＦｄＯ２の全ての変化の影響を積分し、その後、それらを初期ＳｐＯ２に加算することによって推定される。

ここで、ＤＴ、ＳｐＯ２_０、ａ、τ、ＦｄＯ２_０は、学習フェーズ中に生成され得るか又はデフォルト値として開始し得るモデルの定数パラメータである。パラメータは、治療セッションを通して不変であるか、又は連続的に、周期的に若しくは非周期的に更新され得る。重要なことに、ＤＴは、ＦｄＯ２の変化とＳｐＯ２の反応開始時との間の遅延時間である。第１のステップでは、この計算は、ＤＴが０であると仮定されて実行される。これは、遅延時間の経過後の患者のＳｐＯ２の推定値を生じる。この値は、遅延時間のない予測ＳｐＯ２と呼ばれ得る。

これに続いて、学習フェーズからのＤＴに関する推定値を使用して同じ式が再び処理される。ＤＴを使用するときのモデルの出力は、遅延時間のある予測ＳｐＯ２と呼ばれ得、これは、パルスオキシメータからの現在の読取値を予測する。遅延時間のある予測ＳｐＯ２は、遅延時間のない、ＳｐＯ２の以前の推定値に戻って参照することによっても計算され得る。例えば、遅延時間が９０秒であった場合、遅延時間のあるＳｐＯ２の推定値は、９０秒前に行われた、遅延時間のないＳｐＯ２の推定値である。

その後、遅延時間値のないＳｐＯ２と実測ＳｐＯ２値との間の差が計算される。モデルが完璧である場合、差は、０になる。一般に、ある程度の差が存在し、及びこれは、モデルの誤差並びに前述のＳｐＯ２における外乱の誤差の両方を表す。

図７は、遅延時間が含まれる予測値のグラフ７００を示す。そのため、この誤差及び外乱の値は、遅延時間のないＳｐＯ２の第１の予測値に加算され、及び実際のＳｐＯ２と予測ＳｐＯ２との間の測定誤差を使用して予測ＳｐＯ２を訂正するために使用され得る。この最終値は、遅延時間プラス外乱のない予測ＳｐＯ２を表す。

その後、遅延時間プラス外乱のない予測ＳｐＯ２と目標ＳｐＯ２との差が計算され、及びその結果がＰＩＤコントローラにフィードバックされ、プロセスが再度開始する。

ＳｐＯ２反応をモデリングする計算負荷を減少させるために仮定がなされ得る。第１に、ＦｄＯ２は、制御サイクルの各反復によってステップ増分で変化されるため、式は、離散する時点を使用することによって評価され得る。このため、モデルは、反復プロセスにさらに再配置され得、ここで、モデルの以前の反復からの結果は、モデルの現在の反復の評価に含まれ得る。

場合により、スミス予測器は、ＰＩＤコントローラがＳｐＯ２読取値に反応するのではなく、その予想に反応できるようにする。例えば、スミス予測器は、目標レベルまで上昇してそこで落ち着くＳｐＯ２を予測し得る。しかしながら、実際のＳｐＯ２測定値が入るとき、ＳｐＯ２が予測よりも速く目標に近くなっており、以前起きたＦｄＯ２の変化に基づいて今や目標値をオーバーシュート寸前であることを示し得る。そのようなものとして、コントローラは、ＦｄＯ２を迅速に低下させて、オーバーシュートの発生を最小限にし得るか又はさらに防止し得る。スミス予測器がない場合、制御システムは、オーバーシュートが既に発生するときまでオーバーシュートに応答しない。

図８は、ＰＩＤコントローラのための異なる計算モデルを示す。スミス予測器が生じる違いを明示するために、計算モデルは、ＣＯＰＤ患者を表すように設定された。モデルは、通常発生するＳｐＯ２の不規則変動と一緒に、健康なＳｐＯ２読取値からの急激な低下を含めていた。目的は、どの程度迅速に制御システムが患者を健康なＳｐＯ２読取値に戻し、且つこの点で落ち着かせるか、並びにどの程度良好に不規則変動に対処し得るかを見ることであった。同一の不規則変動のある同じモデルが、３つの異なるＰＩＤコントローラ、１つはスミス予測器８０２を備え、１つが特定の患者８０４に同調され、及び１つがデフォルト患者８０６に同調された通常のＰＩＤを備えるＰＩＤコントローラでテストされた。ＰＩＤコントローラは、同調され得るか又は非同調であり得る。非同調ＰＩＤコントローラは、デフォルトＰＩＤ又は非同調ＰＩＤと呼ばれる。非同調コントローラは、特定の患者に同調されていないＰＩＤコントローラと呼ばれる。しかしながら、非同調コントローラは、安定性又は一般的な患者のタイプ又は特定の患者のタイプ（例えば、正常、高炭酸ガス血症など）に関して同調され、且つフロー療法装置の動作前にコントローラに搭載され得る。さらに、同調ＰＩＤコントローラ及びデフォルトＰＩＤコントローラは、スミス予測器を組み込まないＰＩＤコントローラと呼ばれ得る。スミス予測器は、同調ＰＩＤを変えるために使用され得る。

上述の通り、スミスＰＩＤ８０２は、デフォルトＰＩＤ８０６よりも約４倍早く健康なＳｐＯ２読取値に戻ることができ、且つ目標ＳｐＯ２の維持がより正確であった。同調ＰＩＤ８０４は、デフォルトＰＩＤ８０６よりも良好であったが、スミスＰＩＤ８０２ほど良好ではなかった。

信号の重み付け
図３及び図４を参照して説明すると、グラフ３０４及び４０４が患者センサーの信号品質インジケータを提供している。使用中、患者センサーからのＳｐＯ２信号の品質は、変化し得る。パルスオキシメータなどの患者センサーは、パルスオキシメータが動かされているときなど、いくつかの状況において不正確であり、質の悪いデータを生じ得る。パルスオキシメータなどの一部の患者センサーは、各ＳｐＯ２読取値を備える信号品質インジケータを提供し得る。信号品質インジケータは、患者センサーの測定精度の指標と定義され得る。信号品質インジケータの値は、規定されたスケール、例えば０〜１で計算され得、ここで、０は、信号がないことを表し、及び１は、最強の信号を表す。患者センサーからの信号品質を表すデータは、異なるスケール（０〜５など）からシステムの規定されたスケール（０〜１など）への適合を含む１つ以上の方法で処理され得る。

ＰＩＤコントローラを同調するとき（デフォルト、患者特有又は予測に関わらず）、予期される周期的摂動が分析され得る。周期的摂動は、制御変量（ＦｄＯ２）を越える要因によるＳｐＯ２の変動であり、且つＳｐＯ２測定値に誤差を含む。ＰＩＤコントローラを同調するとき、予期される周期的摂動が推定され得、次に信号品質に起因するＳｐＯ２読取値の標準偏差も推定され得る。ＳｐＯ２読取値は、測定される値と真値との間に一定レベルの誤差を有する。この誤差は、標準偏差の指標によって表され得る。標準偏差は、信号品質に反比例する。

信号品質の変化は、ＳｐＯ２測定値の誤差に影響を及ぼし得、これは、システムの周期的摂動に影響を及ぼす。これは、以前に同調されたＰＩＤが厳密な減衰から過減衰（ここで、コントローラは、不必要に低速である）又は減衰不足（ここで、コントローラは、不安定になる）に進むことを意味する。信号品質は、患者センサーからの信号品質読取値に基づいて制御アルゴリズムを重み付けることによって明らかにされ得る。制御出力に信号品質を乗じて、低信号品質のデータ点の影響を低下させ得る。目的は、信号品質が低下するときにＰＩＤコントローラを減衰させ、予期される周期的摂動が変化するとき、ＰＩＤコントローラを効果的に再同調することである。

重み付けは、ＰＩＤ制御によって出力されるＦｄＯ２の変化に適用され得る。ＦｄＯ２の変化は、最新の信号品質読取値に対して拡大縮小される。例えば、ＦｄＯ２が３０％であり、及びパルスオキシメータからの信号が、患者のＳｐＯ２が低下したことを示す場合、ＰＩＤは、３４％にするようにＦｄＯ２の４％の増加を命令し得る。しかしながら、前記測定値の信号品質が０．５にすぎず、及び線形の重み付けが使用されている場合、増加は、２％まで減衰され得るため、新しいＦｄＯ２は、３２％となるにすぎない。重み付けは、コントローラが患者のＳｐＯ２を制御し続けることができるようにするが、質の悪い測定値を過補償しないようにするためにゆっくりとそれを行う。

信号品質と制御アルゴリズム重み付けとの間の関係は、信号品質が低下するときのノイズの増加を表すように設計されるいずれかの関数によって定義され得、及び上述のような線形関数に限定されない。信号品質と制御重み付けとの間の関係は、信号品質と誤差の標準偏差との間の相関に基づき得る。

信号品質に基づいてＳｐＯ２測定値を重み付けることにより、ＰＩＤコントローラは、モーションアーチファクト及び不十分な灌流などのＳｐＯ２測定値の外乱によって受ける影響が小さくなり得る。信号品質による制御アルゴリズムの重み付けは、信号品質が低下するときにノイズの多いデータを補償し得る、よりロバストで安定的なコントローラを生じ得る一方、信号品質が高く且つデータの信頼性が高いときに迅速且つ正確な制御をもたらす。

フロー療法装置の制御プロセス
図９Ａ〜９Ｃは、ハイフロー療法セッション中にフロー療法装置の動作を制御する方法のフローチャートを示す。プロセス９００及びサブプロセス９１０及び９３０は、フロー療法装置の動作を制御できるいずれかのシステムによって実行され得る。例えば、プロセス９００は、全体又は一部においてコントローラ１３によって実行され得る。複数の異なるコントローラは、プロセス９００を実行するように構成され得る。例えば、プロセスの異なる態様は、コントローラによって実行され得る。遠隔設置されたシステムは、プロセスの一部分を実行するように構成され得る。例えば、遠隔設置されたシステムは、システムの学習フェーズ９１０を実行するように構成され得、及び制御フェーズ９３０は、コントローラ１３によってローカルで実行され得る。任意の数のシステムが、全体又は一部においてプロセス９００を実行できるが、説明を簡潔にするために、プロセス９００は、コントローラ１３及びフロー療法システム１０の特定の構成要素に関して説明される。

プロセス９００では、ブロック９０２において、ユーザは、フロー療法装置１０でハイフロー療法セッションを開始できる。治療セッションを開始するために、フロー療法装置は、患者に関する明確な情報を必要とし得る。例えば、入力は、１つ以上の患者の特性、例えば患者のタイプ（例えば、正常、高炭酸ガス血症又は他のタイプ）、年齢、体重、身長、性別及び／又は他の患者の特性を含み得る。フロー療法装置１０は、ユーザに、患者の目標ＳｐＯ２値又は値の範囲を設定するようにも要求し得る。フロー療法装置は、少なくとも一部には受信した患者の特性に基づいて目標ＳｐＯ２値を自動的に決定し得る。情報を受信後、治療セッションは、ユーザによって開始され得、及びプロセスは、ブロック９１０に進み得る。

ブロック９１０において、コントローラは、学習フェーズサブプロセスを実行できる。学習フェーズは、制御フェーズ中に使用するための患者特有モデルを生成し得る。場合により、学習フェーズは、制御フェーズ９３０中に使用されるデフォルトの患者モデルを生じさせることができないことがあり得る。本明細書で説明するように、患者特有モデルは、デフォルトモデルから生成され、その後、規定した学習フェーズのない治療セッション中に任意選択的に更新され得る。

図９Ｂをさらに参照して、学習フェーズをさらに詳細に説明する。ブロック９１２において、コントローラは、患者のＳｐＯ２値が安定するまで待機ステージを実行する。待機ステージ２０２中、酸素流入口弁は、以前のＦｄＯ２設定に対するデフォルトであり、及び弁は、必要に応じて開閉し得る。患者のＳｐＯ２は、ハイフロー療法に応えて変化し得、及びそのようなものとして、コントローラは、ブロック９１４に進む前に、ＳｐＯ２がかなり一定の値に落ち着くまで待機し得る。任意選択的に、待機ステージは、迂回され得、及びプロセスは、ブロック９１２における待機ステージを実行することなくブロック９１４に直接進み得る。

ブロック９１４において、コントローラは、ガス流の酸素濃度を、目標ＳｐＯ２レベルに基づく新しいレベルに上げ得る。新しいＦｄＯ２値は、患者の現在のＳｐＯ２などの要因に基づいて事前設定又は決定され得る。新しいＦｄＯ２は、臨床医によって選択され得、臨床医は、臨床医自身の経験及び知識に基づいてＦｄＯ２を選択する。選択されたＦｄＯ２は、患者のＳｐＯ２を目標ＳｐＯ２レベルに近づけ得る。ＦｄＯ２は、コントローラ１３によって自動的に決定され得る。

ブロック９１６において、コントローラは、患者パラメータ及び機器パラメータを測定及び記録する。患者パラメータは、ＳｐＯ２であり得、及び機器パラメータは、ＦｄＯ２であり得る。コントローラは、ＦｄＯ２及びＳｐＯ２データを測定及び記録できる。実際のＦｄＯ２は、規定された期間にわたって目標ＦｄＯ２まで上昇し得る。患者センサーからの信号品質インジケータも記録され得る。

ブロック９１８において、コントローラは、患者と機器パラメータとの間の関係を分析し、且つ関係をモデリングし得る。例えば、関係は、ＦｄＯ２とＳｐＯ２との間であり得、及びコントローラは、実測ＦｄＯ２と目標ＦｄＯ２の変化からの時間との間の関係を決定できる。関係は、指数関数的減衰関数を使用してモデリングされ得、ここで、指数関数的減衰定数は、モデルをデータに最良適合するように変えられる。指数関数的減衰関数において使用される初期の及び最終的なＦｄＯ２値は、初期の及び最終的な目標ＦｄＯ２値によって設定され得る。関係のモデリングは、本明細書でさらに説明するように実施され得る。

ブロック９２０において、コントローラは、患者特徴付け基準が満たされているかどうかを決定できる。特徴付け基準は、患者モデルの計算に使用されるパラメータの少なくともいくつかに関する許容範囲を規定し得る。例えば、特徴付け基準は、ＦｄＯ２の変化とＳｐＯ２の最初の変化との間の決められた遅延時間に関する許容可能な値の範囲、ＳｐＯ２の初期値に関する許容可能な値の範囲、遅延時間後、どの程度迅速にＳｐＯ２がその最終値に到達するかを規定する指数関数的減衰速度に関する許容可能な値の範囲、ＳｐＯ２とＦｄＯ２との間の変化の比率に関する許容可能な値の範囲及び／又はモデルの生成に関連付けられる他のパラメータを含み得る。特徴付け基準は、パラメータに関する最小又は最大値のみを規定し得る。基準が満たされる場合、ブロック９２２において、コントローラは、制御フェーズ中に使用するための患者特有モデルを出力する。患者特徴付け基準が満たされていない場合、プロセスは、ブロック９２４に進み、ここで、コントローラは、学習フェーズの最大時間を超過したかどうかを決定する。時間を超過していない場合、コントローラは、モデルで反復し続ける。時間を超過した場合、コントローラは、ブロック９２６において、患者に対してデフォルトの患者モデルを使用する。コントローラは、患者特徴付け基準が満たされていない場合、学習フェーズサブプロセス９１０を１回以上再開し得る。

学習フェーズの完了後、モデルは、サブプロセス９３０において、制御フェーズ中に使用するために出力される。制御フェーズサブプロセスは、図９Ｃを参照してさらに説明される。

ブロック９３２において、コントローラは、学習フェーズ中に出力された患者モデルに基づいてＰＩＤコントローラを実行する。ＰＩＤコントローラは、目標ＳｐＯ２に基づいてＦｄＯ２を制御するように構成され得る。ブロック９３４において、ＰＩＤは、スミス予測器などの予測アルゴリズムを使用してＳｐＯ２を予測できる。ブロック９３６において、ＰＩＤは、予測された患者のＳｐＯ２値に基づいてＦｄＯ２値を決定できる。ブロック９３８において、ＰＩＤコントローラは、患者センサーに関連付けられた信号品質インジケータに基づいてＦｄＯ２値の出力を調整できる。ブロック９４０において、モデルは、患者の反応に基づいて調整される。予測ＳｐＯ２と目標ＳｐＯ２との差が計算され、及びその結果がＰＩＤコントローラにフィードバックされる。ブロック９４２において、コントローラは、治療セッションが完了したかどうかを決定する。治療セッションが完了していない場合、プロセスは、再び始まる。完了している場合、治療セッションは、終了する。

酸素効率を使用する閉ループ制御
図１０に示すフロー療法装置１０のための閉ループ制御システムを実行する別の構成では、フロー療法装置１０は、患者に関連付けられた酸素効率を決定する。フロー療法装置１０は、治療セッション中に患者の酸素効率を使用する患者モデルを生成し得る。

システムは、患者の酸素効率の推定値（ξ_Ｏ２）を他のパラメータと共に計算できる。一般的に、酸素効率は、患者の実測ＳｐＯ２及び実測ＦｄＯ２に基づいて計算され得る。１つの構成では、酸素効率は、実測ＦｄＯ２で割られた患者の実測ＳｐＯ２に基づいて決定される。１つの構成では、酸素効率は、患者の実測ＳｐＯ２と実測ＦｄＯ２との間の非線形関係に基づいて決定される。

補足酸素を必要とする患者の酸素効率は、健康な人を下回り得る。例えば、健康な人では、ＦｄＯ２の変化は、低酸素効率の患者のＳｐＯ２のように、ＳｐＯ２の２倍の変化を引き起こし得る。患者の酸素効率の指標を有することにより、閉ループ酸素制御システムをより効率的に実行できるようにする。

図１１に示すように、コントローラ１３は、患者の酸素効率を計算できる。コントローラは、実測ＳｐＯ２値及び実測ＦｄＯ２値を受信し得る。実測ＦｄＯ２値は、ガス組成センサーから受信され得る。そのため、実測ＳｐＯ２及び実測ＦｄＯ２値に基づいて瞬間的な酸素効率が計算され得る。その後、患者の全体酸素効率は、運転中のフィルターを瞬間的な酸素効率データに適用することによって推定され得る。瞬間的な酸素効率データのフィルタリングは、患者の全体酸素効率の推定値の変動を減少させ得る。コントローラは、より最近のデータを優先することもできる。瞬間的な酸素効率データは、パルスオキシメータの信号品質によって重み付けでき、低信号品質のデータから行われた瞬間的な酸素効率の測定が患者の全体酸素効率の推定値への影響を減少させ得るようにする。瞬間的な酸素効率データは、ＦｄＯ２への最近の変化のサイズに基づいても重み付けされ得、ＦｄＯ２の大きい変化に続いてデータから行われた瞬間的な酸素効率の測定が患者の全体酸素効率の推定値への影響を減少させ得るようにする。これは、ＦｄＯ２に変化がもたらされる時点と実測ＳｐＯ２が変化する時点との間に遅延があるためである。コントローラは、患者の酸素効率を推定するとき、患者がカニューレを装着しているかどうかも考慮し得る。例えば、コントローラは、患者がカニューレを装着していない期間からの効率データを無視し得る。

機器は、患者の全体酸素効率の推定値を絶えず監視及び更新し得る。患者の全体酸素効率は、閉ループ制御システムの複数の部分、例えば予測モデル、ＰＩＤ係数の同調及び／又はフィードフォワードステージ前のステップ変化によって使用され得る。患者の全体酸素効率は、患者の瞬間的な酸素効率の推定値が変化するため、絶えず更新され得る。コントローラは、補足酸素を必要とする患者の典型的な酸素効率に基づく患者の酸素効率の初期推定値で開始し得る。その後、全体酸素効率は、データが受信されると更新され得る。酸素効率のより高い推定値は、ＦｄＯ２の変化を小さくし、これにより、患者が酸素を多く受け取りすぎるリスクを低下させ得る。より低い推定値は、ＦｄＯ２の変化をより大きくし、これによりコントローラが目標ＳｐＯ２をより迅速に達成できるようにするが、オーバーシュートを引き起こす可能性がある。

いくつかの構成では、フロー療法装置１０は、患者の酸素効率を決定するために初期酸素効率計算フェーズを有し得る。いくつかの構成では、酸素効率は、初期酸素効率計算後に更新されない。

閉ループ制御治療セッションの開始
閉ループ制御治療セッションは、本明細書で説明するようなフロー療法装置１０のグラフィカルユーザインターフェースとの相互作用を用いてユーザによって開始され得る。閉ループ制御は、パルスオキシメータなどの患者センサー２６が患者及びフロー療法装置１０に接続され、及び患者センサーの信号品質が許容可能なレベルであることを必要とする。閉ループ制御が始まる前、ユーザは、ＦｄＯ２及びＳｐＯ２に対して動作パラメータを設定する必要がある。これらの動作パラメータを選択するための様々な方法を本明細書で説明する。

ＦｄＯ２は、上限及び下限の制御値を有する制御範囲を有し得る。ユーザは、ＦｄＯ２の制御範囲の上限及び下限を選択できる。上限と下限との差は、固定され得る。制御範囲は、酸素濃度で規定した差、例えば５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％及び５０％並びに／又は上述の複数の値間の任意の他の範囲の差に固定され得る。そのため、ユーザは、特定のＦｄＯ２範囲、例えば２５％〜４５％、５２％〜７２％、８０％〜１００％又は任意の他の範囲などを選択できる。ユーザは、１％、２％、５％の増分又は他の増分でＦｄＯ２制御限界値の値を変更できる。

フロー療法装置は、ＦｄＯ２制御範囲に対して２１％の下限及び１００％の上限を有し得る。ＦｄＯ２制御範囲は、機器が都合よく供給できる酸素濃度の限界値（例えば、９５％、９０％又はそれよりも低い値）によって切り捨てられ得る。例えば、酸素流入口弁に接続されたガス供給源は、酸素富化ガス流であり得、ここで、供給源の酸素含有量は、純酸素（すなわち１００％）未満であり得る。

フロー療法装置は、ＦｄＯ２制御範囲の限界値を設定するための様々な構成オプションを含み得る。例えば、ユーザは、酸素源の酸素濃度を入力でき、フロー療法装置は、製造中、上限を事前にプログラムされ得、これは、変えることができず、上限は、技術者によって変えられ得るが、通常のユーザによって変えることができず、ユーザは、酸素源タイプ（例えば、コネクタ、酸素ボトルなど）を入力でき、及びフロー療法装置は適切な限界値を決定でき、及び／又はフロー療法装置は、酸素源から来るガスの酸素濃度を測定できる。

さらに、フロー療法装置は、目標酸素濃度を達成できない場合、アラームを発し得る。アラームは、酸素源の濃度を上回る制御範囲が選択される状況でのフェイルセーフの機能を果たし得る。例えば、９０％の酸素源に接続されるときに制御範囲が８０％〜１００％である場合、フロー療法装置は、９０％超になることができず、アラームをトリガする。

ユーザが、それぞれ上限を上回って又は下限を下回ってＦｄＯ２の制御範囲を下げようと試みる場合、制御範囲は、切り捨てられ得る。例えば、ユーザが、２１％〜４１％の制御限界値を下げようと試みた場合、上限は、下げられ続け得るが、下限は、２１％に留まる。これは、２０％よりも狭い制御範囲（例えば、２１％〜３５％）を生じる。制御範囲は、そのサイズに対する下限も有し得る（例えば、５％、１０％、１５％など）。下限は、制御範囲のサイズに基づき得る。例えば、下限は、制御範囲のサイズの半分であり得る。具体的には、制御範囲の限界値の一方がその物理的限界（すなわち２１％又は１００％）にあるとき、他方の限界値は、他方の限界値の上又は下の少なくとも１０％であり得る。そのような構成では、取り得る最低及び最高制御範囲は、それぞれ２１％〜３１％及び９０％〜１００％である。コントローラは、患者の目標範囲内にＳｐＯ２を維持するために、制御範囲の上限と下限との間でＦｄＯ２を変更できる。

本明細書で説明するように、ユーザは、ＳｐＯ２の目標範囲を手動で設定できる。いくつかの構成では、ＳｐＯ２の目標範囲を手動で選択する代わりに、ユーザは、患者のタイプを選択し得、その後、コントローラは、前記患者のタイプに基づいて、予め決められたＳｐＯ２制御限界値を選択する。患者のタイプの例は、規定されたＳｐＯ２制御範囲が９０％〜９８％、９２％〜９８％、９２％〜９６％若しくは別の定義された範囲内などの「正常」又は規定された制御範囲が８８％〜９２％、８６％〜９０％、８８％〜９０％若しくは別の規定された制御範囲などの「高炭酸ガス血症」を含み得る。

患者のＳｐＯ２を目標範囲内に維持するために、コントローラは、患者の目標範囲の中心を目標とし得る。目標範囲の限界値は、アラーム限界値としての機能をさらに果たし得る。例えば、ＳｐＯ２目標範囲が９２％〜９６％の「正常」な患者では、機器は、９４％のＳｐＯ２値を目標とする。そのため、機器は、患者のＳｐＯ２値が９２％〜９６％の範囲外になった場合、アラームを発する。フロー療法装置は、選択されたＳｐＯ２制御範囲とは無関係である、規定された限界値に設定された追加的なアラームを有し得る。例えば、フロー療法装置は、５０％、６０％、７０％、７５％及び／又は８０％でアラームを発して、患者の酸素飽和度低下を示し得る。

フロー療法装置１０は、これらの値のいくつか又は全てを変えることができ得る構成メニューを含み得る。構成メニューは、ＰＩＮ又は同様のパスワード機能によって保護され得、一定のユーザは、これらの設定にアクセスできないようにされる。例えば、構成メニューは、一般のユーザ（患者又は看護師など）にはアクセス不能であるように意図されるが、代わりに、機器の構成を設定するいずれの人物でも（技術者又は製造者など）アクセス可能であるように設計され得る。

構成メニューでは、ＦｄＯ２制御範囲に選択され得る限界値が修正され得る。例えば、機器は、ＦｄＯ２の制御範囲の上限が９０％を超えることができないように構成され得る。制御範囲の設定限界値は、機器が過度に高い及び／又は低い酸素濃度を供給することを防止することにより、安全性特徴の機能を果たし得る。さらに、限界値は、機器が供給可能とするものに基づいて設定され得る。例えば、機器が、９０％の酸素濃度のガスを含む酸素富化源に接続される場合、機器は、１００％ＦｄＯ２を達成することが不可能である。この状況では、選択可能なＦｄＯ２制御範囲の上限は、９０％以下に設定される必要がある。

ＦｄＯ２の制御範囲のサイズは、より高いレベルのメニューで変えられる可能性もある。例えば、制御範囲のサイズは、１０％、１５％、２０％、２７％、３０％、３６％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％又は任意の他の制御範囲に設定できる可能性がある。制御範囲は、上述の限界値の１つに到達するとき、例えば半分だけ減少させることができる。例えば、ＦｄＯ２下限が２１％であり、範囲が４０％に設定される場合、最も低い選択可能な範囲は、２１％〜４１％となる。

ＳｐＯ２目標範囲は、ユーザによって手動で設定され得る。各患者のタイプのＳｐＯ２目標範囲は、構成メニューにおいて変更できる可能性もある。さらに、機器は、構成メニューによって選択可能にできる追加的な患者のタイプを有し得る。例えば、追加的な患者のタイプは、「他」と分類され得、及びカスタマイズ可能なＳｐＯ２目標範囲を含み得る。各患者のタイプのＳｐＯ２目標範囲の上限及び下限は、１％の増分で８０％〜１００％で変えられ得る。

治療セッション中、ＳｐＯ２コントローラ及びＦｄＯ２コントローラは、治療セッションが終了するか又はある事象によって自動モードから手動モードに変わるまで、フロー療法装置の動作を自動的に制御できる。

治療セッション中、グラフィカルユーザインターフェースは、酸素効率のグラフィカルインジケータを表示し得る。グラフィカルユーザインターフェースに表示される酸素効率特性は、ＳｐＯ２及びＦｄＯ２に基づく出力値であり得る。別の酸素効率特性は、決定された酸素効率及び患者の呼吸数に応じ得る。酸素効率特性が、決定された酸素効率及び患者の呼吸数に応じる場合、ＳｐＯ２をＦｄＯ２によって割り、その後、この値を呼吸数によって割ることによって計算され得る。酸素効率特性値は、グラフ又は傾向線フォーマットに記録及び表示されて、時間の経過と共にどの程度値が変化するかを示し得る。グラフィカルユーザインターフェースは、酸素効率特性及び呼吸数酸素効率特性のそれぞれを個別に又は一緒に表示するように構成され得る。例えば、各特性と関連付けられた値は、同じスクリーン又は別のスクリーンに一緒に表示され得る（例えば、ユーザは、異なる特性を見るために、インターフェース内の異なるスクリーンに移行し得る）。グラフ又は傾向線は、同じスクリーンに各特性を個別に又は一緒に表示するように構成され得る。

図１２は、治療セッション中のフロー療法装置の動作の複数のフェーズを示す、ＳｐＯ２及びＦｄＯ２のグラフ１２００を示す。ＦｄＯ２（供給される酸素の割合）をグラフ内で使用したが、前述したように、ＦｄＯ２は、流量が患者のピーク吸気需要を満たすか又はそれを上回る限り、ＦｉＯ２と実質的に同じである。

動作フェーズは、待機ステージ１２１２、ステップ変化１２１４、フィードフォワードステージ１２１６及び制御フェーズ１２２０を含む。制御限界値を設定すると、フロー療法装置１０は、待機ステージ１２１２に入り得る。待機ステージ１２１２は、ＳｐＯ２センサーが落ち着くことができるようにし、且つＳｐＯ２、ＦｄＯ２、信号品質及び他のパラメータなどのいくつかの初期データの収集を可能にする。特に、患者の酸素効率の初期推定値が決定され得る。患者が、ＳｐＯ２センサーが取り付けられている状態で、既に手動酸素制御モードで機器を使用している場合、機器は、既に患者の酸素効率の推定値を有し得る。その場合、収集されたデータは、この推定値を更新し続けるために使用され得る。

この構成では、待機ステージ１２１２は、予め決められた一定の時間だけ延ばされ得る。この時間は、１秒〜６０秒、若しくは２秒〜３０秒、若しくは３秒〜１５秒、若しくは４秒〜１０秒、５秒、又は上述の範囲内の任意の他の期間であり得る。

待機ステージ１２１２中、機器は、データを評価して、後続のフィードフォワードステージ１２１６中に実行されるアクションが何であるかも決定し得る。フィードフォワードステージ１２１６前に、コントローラは、ＦｄＯ２のステップ変化１２１４を実行し得る。フロー療法装置は、実際のＳｐＯ２を目標範囲内にするか又はそれに近づけようとして、ＦｄＯ２にステップ変化を行い得る。ＦｄＯ２にステップ変化を行った後、ＦｄＯ２は、フィードフォワードステージ１２１６中、患者のＳｐＯ２が落ち着くことができるように、規定した持続期間にわたって一定に保たれ得る。

待機ステージ１２１２の最後の近くでは、いくつかのパラメータに関するデータは、ステップ変化１２１４の大きさ及びフィードフォワードステージ１２１６が実行されるかどうかを決定するために評価され得る。第１に、患者のＳｐＯ２が目標ＳｐＯ２範囲と比較され得る。患者のＳｐＯ２が目標範囲内であるか又はそれを上回るとき、ステップ変化１２１４及びフィードフォワードステージ１２１６は、迂回され得、及びコントローラは、待機ステージ１２１２から制御フェーズ１２２０に直接移る。患者のＳｐＯ２が目標範囲を下回る場合、コントローラは、ステップ変化１２１４が要求されるかどうかを決定できる。例えば、ＦｄＯ２の最近の大きい変化は、ＦｄＯ２のステップ変化１２１４が要求されていないことを意味し得る。ステップ変化１２１４が要求される場合、機器は、待機ステージ１２１２の終了に続いてステップ変化１２１４に進む。

ステップ変化１２１４では、コントローラは、ＦｄＯ２の変化を実行することを決定する。ステップ変化の大きさは、少なくとも一部には現在のＳｐＯ２、目標ＳｐＯ２及び酸素効率に基づく。

ＦｄＯ２の変化と、ＳｐＯ２に変化が現れるときとの遅延に起因して、酸素効率を計算するときに依然として影響を有していないＦｄＯ２の変化がある可能性がある。フロー療法装置１０は、予測ＳｐＯ２、酸素効率及びステップ変化の大きさを決定するとき、ＦｄＯ２の任意の最近の変化を考慮し得る。

フィードフォワードステージ１２１６中、コントローラは、決定されたＦｄＯ２にＦｄＯ２を維持し得る。ステップ変化１２１４が発生しない場合、ＦｄＯ２は、現在のＦｄＯ２値に維持され得る。ステップ変化１２１４がある場合、決定されたＦｄＯ２は、以前の実測ＦｄＯ２とステップ変化の大きさとの和である。フィードフォワードステージ１２１６は、フィードフォワードステージに規定された最大時間（例えば、６０秒、１２０秒又は別の規定された最大持続時間）に達するまで、又は実測ＳｐＯ２が目標ＳｐＯ２値になり且つ／又は目標ＳｐＯ２範囲内になるまで続き得る。フィードフォワードステージ１２１６の終了後、制御フェーズ１２２０が始まる。

制御フェーズ中の予測制御
制御フェーズ１２２０中、コントローラは、ＦｄＯ２を制御範囲内に変えて目標ＳｐＯ２を達成する。速度形式では、制御フェーズ中に目標ＦｄＯ２を決定するための式を以下に示す。

式中、Ｅ_ＳｐＯ２は、誤差関数であり、且つＫ_Ｐ、Ｋ_Ｉ及びＫ_Ｄは、ＰＩＤ係数である。誤差関数は、患者のＳｐＯ２が目標ＳｐＯ２からどの程度離れているかを表し、及びスミス予測器が使用されるかどうかに依存して異なって計算される。いくつかの構成では、誤差関数は、一次ローパスＢｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈフィルターを用いてフィルタリングされて、ランダム測定誤差を除去することもできる。

本明細書で説明するように、ＰＩＤ係数は、患者の目標ＳｐＯ２をより良好に達成するように同調され得る。さらに、ＰＩＤ係数は、患者の酸素効率の逆数によっても重み付けされ得、コントローラが低酸素効率で患者のＦｄＯ２により大きい変化をもたらすようにして、ＳｐＯ２の一貫した変化を達成する。

デフォルトＰＩＤ又は同調されたＰＩＤが使用される場合、誤差関数は、以下の通りである。
Ｅ_ＳｐＯ２（ｔ）＝ＳｐＯ２_{Ｍｅａｓｕｒｅｄ}（ｔ）−ＳｐＯ２_{Ｔａｒｇｅｔ}

本明細書で説明するように、ＰＩＤ係数は、患者の特性に基づいて同調され得る。さらに、スミス予測器は、ＦｄＯ２に変化がもたらされる時点と、ＳｐＯ２に対応する変化が検出される時点との間の純粋な時間遅延を除去するために使用され得る。遅延時間は、フロー療法装置１０の流量に基づいて推定され得る。

スミス予測器は、ＦｄＯ２の変化に基づいて患者のＳｐＯ２反応のモデルを使用できる。モデルを使用して、スミス予測器は、ＳｐＯ２が遅延時間後にどうなるかの予測を行い得る。

予測値は、モデリングされたＳｐＯ２と実測ＳｐＯ２との間の誤差を表す外乱項を使用して絶えず訂正される。初期ＳｐＯ２の予測が行われると、予測値は、外乱項を組み込むことによって調整される。これらのパラメータを組み合わせることにより、外乱調整された予測ＳｐＯ２値を与える。その後、この値は、誤差関数の計算に使用される。モデル及び推定遅延時間が十分に正確である場合、スミス予測器ＰＩＤは、遅延時間なしで、患者で使用されるデフォルト又は同調ＰＩＤと同様に機能する。

本明細書で説明するように、いくつかの構成では、スミス予測器モデルは、ＦｄＯ２の変化とＳｐＯ２の変化との関係を表す係数によって乗じられたＦｄＯ２の変化の累積を使用して、ＳｐＯ２に関して評価され得る。係数は、患者に特有であり、且つ初期推定値を使用して生成される。そのため、係数は、患者から受信したライブデータ（例えば、ＳｐＯ２及びＦｄＯ２）に基づいて絶えず更新される。係数は、閉ループ制御モードの全フェーズ中に更新され得、及び特定の学習フェーズに限定されない。

スミス予測器モデルにおいて使用される係数は、患者の酸素効率であり得る。患者の酸素効率は、モデルのアルゴリズムにおいて絶えず評価及び更新される。本明細書で説明するように、酸素効率推定値は、待機ステージ、フィードフォワードステージ及び制御フェーズを通して、且つパルスオキシメータが使用されている場合には手動モード中に更新される。

ＰＩＤコントローラ重み付け
本明細書で説明するように、制御信号は、患者センサー２６からの信号品質によって重み付けされ得る。加えて、制御信号は、実測ＳｐＯ２が目標値を上回るか又は下回るかに依存しても重み付けされ得る。実測ＳｐＯ２が目標を下回るとき、重み付けは、１以上、１〜２、１．１〜１．７５、１．２〜１．５、１．２５又は上述の範囲内の任意の値若しくは範囲であり得る。実測ＳｐＯ２が目標を上回るとき、重み付けは、１以下、０．２５及び１、０．５〜０．９、０．７５〜０．８５、０．８又は上述の範囲内の任意の値若しくは範囲であり得る。これにより、コントローラは、ＳｐＯ２が低すぎるとき、酸素濃度をより迅速に上げることができるだけでなく、ＳｐＯ２が高すぎて酸素濃度が低下しているとき、ＳｐＯ２目標をオーバーシュートする機会を減少させもする。この重み付けプロセスは、患者がより低い濃度の酸素を受け取る時間を減少させることを支援し得る。

フロー療法装置の制御プロセス
図１３Ａ〜１３Ｃは、ハイフロー療法セッション中のフロー療法装置の動作を制御する方法のフローチャートを示す。プロセス１３００及びサブプロセス１３１０及び１３３０は、フロー療法装置の動作を制御できるいずれのシステムによっても実行され得る。例えば、プロセス１３００は、全体又は一部においてコントローラ１３によって実行され得る。複数の異なるコントローラは、プロセス１３００を実行するように構成され得る。例えば、プロセスの異なる態様は、コントローラによって実行され得る。遠隔設置されたシステムは、プロセスの一部分を実行するように構成され得る。例えば、遠隔設置されたシステムは、システムの設定フェーズ１３１０を実行するように構成され得、及び制御フェーズ１３３０は、コントローラ１３によってローカルで実行され得る。任意の数のシステムが全体又は一部においてプロセス１３００を実行し得るが、説明を簡潔にするために、プロセス１３００は、コントローラ１３及びフロー療法システム１０の特定の構成要素に関して説明する。

プロセス１３００では、ブロック１３０２において、ユーザは、フロー療法装置１０でのハイフロー療法セッションを開始できる。治療セッションを開始するために、フロー療法装置は、患者に関する明確な情報を必要とし得る。例えば、入力は、１つ以上の患者の特性、例えば患者のタイプ（例えば、正常、高炭酸ガス血症又は他のタイプ）、年齢、体重、身長、性別及び／又は他の患者の特性を含み得る。フロー療法装置１０は、ユーザに患者の目標ＳｐＯ２値又は値の範囲を設定するようにも求め得る。フロー療法装置は、少なくとも一部には、受信した患者の特性に基づいて患者の目標ＳｐＯ２値又は値の範囲を自動的に決定し得る。何らかの情報が必要とされる場合、情報を受信した後、治療セッションは、ユーザによって開始され得、及びプロセスは、ブロック１３１０に進み得る。

ブロック１３１０において、コントローラは、設定フェーズ実行できる。設定フェーズサブプロセス１３１０は、図１３Ｂをさらに参照して説明される。ブロック１３１２において、コントローラは、進む前に、規定された期間にわたって待機する。待機時間は、患者のＳｐＯ２値が落ち着くための期間を提供し得る。待機ステージ１２１２中、酸素流入口弁は、以前のＦｄＯ２設定に対するデフォルトであり得、及び弁は、必要に応じて開閉し得る。

ブロック１３１４において、待機ステージ中、コントローラは、患者パラメータ及び機器パラメータを測定及び記録する。患者パラメータは、ＳｐＯ２であり得、及び機器パラメータは、ＦｄＯ２であり得る。コントローラは、ＦｄＯ２及びＳｐＯ２データを測定及び記録できる。コントローラは、ＳｐＯ２及びＦｄＯ２に基づいて酸素効率を決定できる。

ブロック１３１６において、コントローラは、患者のＳｐＯ２が目標ＳｐＯ２範囲内にあるか又はそれを上回るかを決定できる。目標が既に目標ＳｐＯ２範囲にあるか又はそれを上回る場合、プロセスは、ステップ変化及びフィードフォワードステージを迂回して、ブロック１３２２における制御フェーズに直接進む。患者のＳｐＯ２値が目標範囲内にない場合、プロセスは、ブロック１３１７に進む。

ブロック１３１７において、コントローラは、ＦｄＯ２が許容可能なレベルであるかを決定できる。ＦｄＯ２がＦｄＯ２の最近の変化に起因して既に許容可能なレベルにある場合、フィードフォワードステージ前にＦｄＯ２に対するさらなる調整は必要とされず、及びプロセスは、ステップ変化を迂回し、及びブロック１３２０に直接進む。ＦｄＯ２が許容可能なレベルにない場合、プロセスは、ブロック１３１８に進む。

ブロック１３１８において、コントローラは、酸素濃度のステップ変化を実行できる。コントローラは、目標ＳｐＯ２レベル、ＦｄＯ２及び酸素効率に基づいてガス流の酸素濃度を新しいレベルに上げるためにステップ変化を実行できる。新しいＦｄＯ２値は、患者の現在のＳｐＯ２などの要因に基づいて決定され得る。新しいＦｄＯ２は、臨床医によって選択され得、臨床医は、臨床医自身の経験及び知識に基づいてＦｄＯ２を選択する。選択されたＦｄＯ２は、患者のＳｐＯ２を目標ＳｐＯ２レベルに近づけ得る。ＦｄＯ２は、コントローラ１３によって自動的に決定され得る。

ブロック１３２０において、コントローラは、フィードフォワードステージを実行できる。フィードフォワードステージ１２１６中、コントローラは、ＦｄＯ２を、決められた値に、決められた時間にわたって維持する。コントローラがステップ変化を迂回するとき、コントローラは、ＦｄＯ２を変化させずにフィードフォワードステージを進め得る。フィードフォワードステージ１２１６は、フィードフォワードステージに対して規定された最大時間に達するまで（例えば、１２０秒）、又は実測ＳｐＯ２が目標ＳｐＯ２値になり且つ／又は目標ＳｐＯ２範囲内になるまで続き得る。フィードフォワードステージの完了後、プロセスは、ブロック１３２２に進んで、制御フェーズサブプロセス１３３０を始める。制御フェーズサブプロセス１３３０について、図１３Ｃを参照してさらに説明する。

ブロック１３３２において、コントローラは、フロー療法装置１０の実行を制御するためにＰＩＤコントローラを使用する制御フェーズを実行する。ＰＩＤコントローラは、目標ＳｐＯ２及び実測ＳｐＯ２に基づいてＦｄＯ２を制御するように構成され得る。ブロック１３３４において、コントローラは、スミス予測器などの予測アルゴリズムを使用してＳｐＯ２を予測できる。ブロック１３３６において、コントローラは、予測された患者のＳｐＯ２値に基づいて目標ＦｄＯ２値を決定できる。ブロック１３３８において、コントローラは、実測ＳｐＯ２値及び実測ＦｄＯ２に基づいて酸素効率を決定できる。ブロック１３４０において、コントローラは、患者センサーに関連付けられた信号品質インジケータに基づいてＦｄＯ２値の出力を調整できる。ブロック１３４２において、酸素弁へのコントローラ制御信号が調整される。予測ＳｐＯ２と目標ＳｐＯ２との差が計算され、及びその結果がＰＩＤコントローラにフィードバックされて、酸素弁を制御する。ブロック１３４４において、コントローラは、治療セッションが完了したかどうかを決定する。治療セッションが完了していない場合、プロセスは、治療セッションが終了するまで続く。

モータ及び／又はセンサーモジュール構成
フロー療法装置１０の構成が図１４〜１６に示されている。フロー療法装置は、主ハウジング１００を含む。主ハウジング１００は、主ハウジング上部外枠１０２及び主ハウジング下部外枠２０２を有する。

図１４及び図１５に示す通り、下部外枠２０２は、図１３〜１５に示し且つ下記でさらに詳細に説明する、取り外し可能又は取り外し不能なモータ及び／又はセンサーモジュール４００を受け入れるためのモータ用凹部２５０を有する。図１３及び図１５に示され、且つ下記でさらに詳細に説明する取り外し可能又は取り外し不能なモータ／センサーモジュール４００を受け入れるための凹部開口部２５１が底壁２３０にその後縁に隣接して設けられる。

図１６〜１９は、モータ及び／又はセンサーモジュール又はサブアセンブリ４００をさらに詳細に示す。上述の通り、下部外枠２０２は、モータ及び／又はセンサーモジュール４００を受け入れるための凹部２５０を含む。

図１６〜１９に示す形態では、モータ及び／又はセンサーモジュール４００は、３つの主構成要素、サブアセンブリ４００のベース４０３（そこにモータ４０２が位置決めされる）と、ベース４０３の上方に位置決めされた流出口ガス流路及び感知層４２０と、カバー層４４０との積層配置構成を含む。ベース４０３、感知層４２０及びカバー層４４０を組み立てて、凹部２５０の形状に相補的な形状を有するサブアセンブリハウジングを形成するため、サブアセンブリ４００は、凹部２５０に受け入れられ得る。ベース４０３は、サブアセンブリ４００が凹部２５０内に位置決めされると凹部開口部２５１を閉鎖するように構成される。サブアセンブリ４００は、凹部内の適所に例えば締結具、クリップ又は簡易脱着配置構成などの任意の好適な方法で維持されるか、又は取り外し不能に固定され得る。

感知層は、１つ以上のセンサーを備えるガス流路を含み、ガス流路は、ガスをハウジングの流出口ポートに供給するように配置されている。

モータ４０２は、インペラを入れるインペラ室を画定する本体４０８を有する。モータ４０２は、任意の好適なガス送風器モータであり得、及び例えば国際公開第２０１３／００９１９３号パンフレットで説明されているタイプのモータ及びインペラアセンブリであり得る。その明細書の内容全体が参照により本明細書に援用される。

ガス流出口４０６は、モータの上部に積み重ねられた流出口ガス流路及び感知層４２０のガス流入口と流体連通している。この層４２０は、本体４２２を含み、本体は、本体４２２をベース４０３に固定するために、ベース４０３の複数の取付けスロット（図示せず）に挿入され得る複数の取付け脚部４２５を含む。１つの構成では、本体４２２は、ガス流出口４０６をガス流路及び感知層４２０のガス流入口に結合するガス流路を画定する。

本体４２２は、感知及びガス流路の下方部分４２６を画定する。カバー層４４０は、感知及びガス流路の上方部分４４６を画定する本体４４２を有し、上方及び下方部分４２６、４４６の形状は、実質的に互いに対応する。

図１７及び図１８に示す通り、ガス流路は、線形の長尺状ガス流部分４２８、４４８を含む。流入口は、ガス流路の線形の長尺状部分４２８、４４８の入口端部に又はそれに隣接して配置されるガス流路の接線入口部分４３０、４５０と流体連通している。凹部４３３、４５３及び４３４、４５４は、ガス流路の線形の長尺状部分の対向する両端部に設けられ得る。

ガス流出口ポート４５２は、カバー層４４０の本体４４２を通って垂直に延在し、及びガス流路の線形の長尺状部分４２８、４４８の対向する出口端部に又はそれに隣接して配置される。ガス流出口ポート４５２は、モータ用凹部２５０の上方部分と流体連通しており、それは、次にガス流路と流体連通している。ここでも、凹部２５０の壁２５２及び天井２６２の構成に起因して、モータ／センサーモジュール４００からのガスの漏れがある場合、ガスは、電子機器及び制御装置の大部分を入れている主ハウジング１００の部分に入るのではなく、大気に放出される。凹部２５０は、図１５に示す通り、天井２６２から下方に突出するラグなどの１つ又は複数のスペーサを含み、ガス流出口ポート４５２及び凹部の天井２６２からガス流に好適な間隔を維持し得る。

図１７から、モータ及び／又は感知モジュール４００を通ってそこから出るガス流路の少なくとも一部は、蛇行状又は波状構成を有していることが分かる。例えば、長尺状部分４２８、４４８を移動するガス流の方向は、一般的に、ガス流出口ポート４５２からガス流路の入口にＬ字継手３２４を通って移動するガス流の方向とは反対である。

図１８及び図１９に示す通り、カバー層４４０は、感知印刷回路基板（ＰＣＢ）４５６を含む。カバー層４４０は、ガス流路の長尺状部分４２８、４４８に載置されるサーミスタなどの１つ以上の温度センサーも含み得る。一方のセンサーは、ガスの温度を測定し、及び他方のセンサーは、冗長温度センサーの機能を果たし得る。代わりに、サーミスタの１つは、基準流量センサーとして使用され得（例えば、定温サーミスタとしての使用によって）、及び実測温度は、ガス流路の部分４２８、４４８を通るガス流量を決定するために使用され得る。１つ以上の温度センサーは、ガス流に対面する感知ＰＣＢ４５６の部分に配置され得る。感知ＰＣＢ４５６は、限定するものではないが、圧力センサー、湿度センサー及び露点センサーを含む他のセンサーをさらに含み得る。

電子基板２７２の一方又は両方は、センサーと電気通信しているか又はそれに結合されていて、センサーから受信した情報を処理し、且つセンサーから受信した情報に基づいて装置１０を動作させる。

代替的な構成では、モータ／インペラユニットは、装置１０から離れた箇所に提供され得る。その構成では、凹部２５０に受け入れられたモジュールは、ガス流路及び様々なセンサーのみを含んで、固定されたＬ字継手３２４に、それにより液室３００にガスを供給し得る。代替的な構成では、凹部２５０に受け入れられたモジュールは、モータ及びガス流路のみを含み、センサーを含まなくてもよい。

別の代替的な構成では、モータ及び／又はセンサーモジュール４００は、凹部２５０から取り外すことができなくてもよく、むしろそこに永久的に取り付けられ得る。電気／電子部品からガスを絶縁する利点は、依然としてその構成においてもたらされる。

流路は、コンパクトであり、且つカーブ／急カーブが少なくされており、それにより流れの分離を減少させ、且つ流れに対する抵抗を低下させる。

モータ及び流路の配置構成は、壁配置構成のために別の絶縁層を提供する。

モジュール式モータ及び／又はセンサーモジュールを有することにより、洗浄及び／又は修理が必要である場合、モジュールの様々な部品を分解することができる。

モータ及び／又はセンサーモジュールに漏れ経路がないことが好都合である。モータ及び／又はセンサーモジュールに潜在的な漏れ点があり得、その領域での漏れにより、酸素が大気又は液室内に放出されることになる。

弁モジュール
図２０〜２８は、弁モジュール４００１の第１の構成を示す。弁モジュール４００１は、装置１０のガス流路に入る酸素及び／又は他のガスの流れを制御し、及び装置１０が、空気の流れに吸い込まれる酸素の割合を調整できるようにする。弁モジュールは、例えば、不具合、定期保守又は将来のアップグレード／改良の場合、製造、組み立て、修理若しくは交換を簡単にするためにモジュール式ユニットとして形成される。

弁モジュール４００１は、主ハウジングの下部外枠２０２に弁モジュール受口３０６を垂直方向に上向きに挿入する。代替的な構成では、弁モジュールは、ハウジング内に異なる方向において、例えば前向き、下向き、後向き又は横向きで挿入可能であり得る。弁モジュール４００１は、装置の主ハウジングと取り外し可能に係合可能であり、弁モジュール４００１が実質的にハウジングに受け入れられ、且つハウジングの外部からアクセス可能であるようにする。いくつかの構成では、弁モジュール４００１は、主ハウジング内に固定され、取り外し可能でないようにできる。弁モジュールがハウジングに取り外し可能に係合されるとき、弁モジュール４００１の一部は、ハウジングの外壁と実質的に同一平面になるように配置される。

弁モジュールは、モジュール式であり、且つハウジングの外部からアクセス可能であるため、弁モジュールは、装置１０を著しく解体することなく、且つ装置のハウジングのシールを損なうことなく交換できる。弁モジュール４００１は、ハウジング内に実質的に受け入れられるため、弁モジュールがハウジングと係合されると、弁モジュールは、ハウジングと一体化するため、ハウジングのサイズ又は嵩を大きくすることはない。さらに、弁モジュールの構成要素、例えば下記で説明する弁４００３及び弁マニホールド４０１１は、使用中、弁支持体４０５１及び装置の主ハウジング内に位置決めされるため、使用中保護される。この構成は、装置１０が不注意に叩かれたり又は落とされたりする場合、弁モジュール及び弁モジュールの構成要素が損傷される可能性を著しく低下させる。

弁モジュールは、弁マニホールド４０１１を通るガスの流れを制御するように配置される流れ制御弁４００３を含む。弁は、装置の部分へのガスの流れを制御するように配置される。例えば、弁は、フィルターモジュール１００１へのガスの流れを制御するように配置され得る。代わりに、弁４００３は、装置の別の部分へのガスの流れを制御するように配置され得る。弁モジュール４００１及びフィルターモジュール１００１は、送風器４０２及びモータ及び／又はセンサーモジュール４００の上流に位置決めされる。いくつかの実施形態では、弁モジュール４００１及びフィルターモジュール１００１は、送風器４０２の下流に位置決めされる。

弁４００３は、シリンダー状本体４００５と、本体内に弁部材とを含む。

フロー制御弁は、例えば、ソレノイド弁であり得るか、モータ駆動され得るか、又はピエゾ操作され得る。

ソレノイド弁では、弁部材は、開放位置と閉鎖位置との間で作動される。ソレノイド弁は、比例弁であり得る。弁を通るガス流の量（すなわち弁の開放サイズに起因する）は、弁に供給される電流に相関的である。

代わりに、ソレノイド弁は、変調入力信号によって制御され得るため、弁は、開放位置と閉鎖位置との間で変調される。

弁４００３は、ニードル弁、プランジャー弁、ゲート弁、ボール弁、バタフライ弁、グローブ弁などであり得る。弁は、圧力補償タイプであり得る。

いくつかの構成では、弁は、ノーマルクローズ弁である。すなわち、弁は、電源が切られているとき、閉鎖されている。それにより、装置の電源が切られているとき、接続されているガス供給ラインが絶えず酸素又は他のガスを放出することを防止する。いくつかの代替的な構成では、弁は、ノーマルオープン弁である。

いくつかの構成では、弁４００３は、電気的に作動した比例ソレノイド弁である。例えば、弁は、Ｓｔａｉｇｅｒ ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．ＫＧ（Ｅｒｌｉｇｈｅｉｍ、Ｇｅｒｍａｎｙ）から入手可能なμＰｒｏｐ弁若しくはＥｍｅｒｓｏｎ／Ａｓｃｏ Ｖａｌｖｅｓ（Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ）から入手可能なＡｓｃｏ ２０２シリーズのＰｒｅｃｉｆｌｏｗ弁又は任意の他の好適なタイプの弁であり得る。

弁は、同軸の流入口−流出口構成を有し得る。

弁モジュール４００１は、弁マニホールドガス流入口４０１７と１つ以上の弁マニホールドガス流出口４０１９との間にガス流路４０１５を画定する本体４０１３を有する弁マニホールド４０１１を含む。弁マニホールドのガス流入口４０１７は、弁マニホールドの端部に又はその方に向けて軸方向に配置される。いくつかの構成では、弁マニホールド４０１１は、弁マニホールドに半径方向に配置される単一のガス流出口４０１９を有する。いくつかの構成では、弁マニホールド４０１１は、弁マニホールドの周りに半径方向に配置される複数の弁マニホールドガス流出口４０１９を含む。弁マニホールド流出口４０１９は、弁マニホールドガス流入口４０１７からフィルターモジュール１００１のガス流入口にガスを供給するように配置される。１つ又は複数の流出口４０１９の半径方向の配置は、酸素（又は他のガス）をフィルターモジュールの方に向けること、酸素損失を最小限にすること及び吸い込み効率を高めることを支援する。弁４００３は、弁マニホールドガス流入口４０１７から１つ又は複数の弁マニホールドガス流出口４０１９へのガスの流れを制御するように配置される。弁が「閉鎖されている」とき、ガス流入口４０１７から１つ又は複数のガス流出口４０１９へのガス流が防止される。弁が「開放されている」とき、ガス流入口４０１７から１つ又は複数のガス流出口４０１９へのガス流が可能にされる。

ガス流入口に対向する弁マニホールド４０１１の端部４０１８は、弁４００３を受け入れて、それと封止式に係合して、弁及び弁マニホールドが流体連通するようにする。端部４０１８は、弁に取り付けるためのフランジ４０２３を含む。フランジ４０２３は、マニホールドを弁４００３に締結するための締結具４０２３Ｆを受け入れるアパーチャ４０２３Ａを有する。１つ又は複数のＯリングが弁４００３と弁マニホールド４０１１との間のインターフェースの周辺に提供されて、弁を弁マニホールドと封止式に係合する。

弁マニホールド４０１１は、酸素を、弁から、半径方向に配置されたガス流出口４０１９を経由するように方向付ける／分散させる。いくつかの実施形態では、単一のガス流出口４０１９が弁マニホールドに設けられている。酸素が１つ又は複数の流出口を通過するとき、ノイズが生成される。呼吸器は、医療及び／又は家庭環境において、患者のごく近くで使用され得るため、生成されるノイズを最小限にすることが望ましい。

加えて又は代わりに、ノイズを減少させるために、１つ又は複数の弁マニホールド流出口４０１９の周りに、その近くに又はそれと流体連通して、フード、ダクト又はチャンネルが形成され得る。加えて及び／又は代わりに、ノイズを減少させるために、発泡体などが弁マニホールドの周りに、弁マニホールド流出口の近くに配置され得る。

弁マニホールドガス流入口４０１７の流入口内に小型フィルターが提供されて、塵又は微粒子が弁に導入されることを防止する。

ガス流入口４０１５に対応する弁マニホールドの端部は、コネクタ４０３１を受け入れてそれに接続されるように配置される。図示の形態では、コネクタ４０３１はスイベルコネクタである。代わりに、コネクタ４０３１は、コネクタのガス流入口４０３３が例えば並進運動又は旋回運動などの異なる方法で動くことができるように配置され得る。

弁モジュール４００１は、装置の流路の最初に配置される。弁４００３が塞がれた場合（すなわち塵、微粒子などによって）、開放した状態に保たれるように、過度の加圧酸素又は他のガスは、弁支持体４０５１にある１つ又は複数の周囲空気入口開口部から「まとめて吐き出される」（例えば、図２６では、開口部は、スイベルコネクタの真下に示されている）。これにより、いかなる過剰圧力も患者に到達することを防止する。そのようなものとして、システムは、圧力逃し弁を使用することなく、本質的に圧力が制限されているとみなされ得る。

１つ又は複数の開口部４０５１Ｏが弁支持体４０５１に設けられて、周囲空気を装置のガス流路に引き入れるようにする。周囲空気流路は、弁の近く又はそれに隣接して通過する。図示の形態では、開口部４０５１Ｏは、スイベルコネクタのガス流入口の周囲に配置される。加えて又は代わりに、開口部は、弁支持体のいずれか他の箇所に配置される。装置の送風器モータ４０２が動作されるとき、フィルターモジュール及び弁モジュールを通る吸引を生じ、装置に周囲空気を吸引する。周囲空気流路は、弁モジュールを通過し、且つ周囲空気がフロー制御弁からのガスの流れと一緒に吸い込まれることができるようにする。周囲空気流路は、周囲空気を供給するように適合されたガス流出口を有して、周囲空気が装置の１つ以上の温度センサーを通り過ぎて流れて、ガスの流れを供給するようにする。

装置は、同時に、弁マニホールドのガス流入口からガス及び周囲空気を引き入れ得るか、又はガス流入口からのガスを加圧して、ガスを、強制的にフィルターを通るようにし得る。ガスは、弁モジュールから流出して、フィルター内のガス流入口に流入する。装置は、ガス流入口からのガス及び周囲空気が装置のガス流出口に供給される前に装置内に動的に吸い込まれる／そこで混合されるように構成され得る。

弁モジュールは、スイベルコネクタのあたり及び／又はいずれか他の箇所に配置された周囲空気のための大きい開口部４０５１Ｏ、流路内の丸みをつけた／丸い／傾斜のある縁（すなわち例えば弁マニホールド内）の１つ以上を有することにより、弁モジュールの前後の圧力低下を最小限にして、乱流を最小限にし、且つ流れを滑らかにするように構成され得る。

本明細書で説明するこの弁モジュール４００１は、フィルター１００１と直接結合して、弁モジュールからフィルターへのガス流路を提供するように配置される。弁モジュールとフィルターモジュールとの間にホース接続は必要とされない。これにより、構成要素のサイズを最小限にし、且つモジュール式弁モジュールとフィルターモジュールとの接続及び切り離しを簡単にする。

本明細書で説明するフィルターモジュール及び弁モジュールは、装置に様々なガス流路を提供し得る。例えば、弁モジュールは、弁モジュール及びフィルターモジュールを経由して装置のガス流路に流入する酸素の流れを制御し得る。代わりに、弁モジュールは、第１のサブコンパートメントガス流入口（例えば、図２４の流入口１０１１）によるフィルターモジュールへの代替的な酸素源の直接的な接続によって迂回され得る。これは、ユーザが酸素供給源を手動で調整したい状況では現実的であり得る（すなわち壁面供給のロータメータによるなど）。

本明細書で説明するフィルターモジュール及び弁モジュールは、ガスの流れを供給する装置内で別々に使用され得ることが理解される。代わりに、フィルター及び弁モジュールは、機能性を向上させるためにフィルター及び弁アセンブリとして一緒に使用され得る。

図示の構成では、装置１０は、以下の少なくとも１つによって酸素を受け取る：弁モジュールを経由して（装置による自動酸素調整）、又はフィルターの上部に設けられた代替的なガス流入口を経由して（手動で調整可能な酸素供給源の取り付けを可能にする − すなわち壁面供給のロータメータによるなど）。

説明した様々な構成は、例示的な構成にすぎない。構成のいずれかからの任意の１つ以上の特徴が他の構成のいずれかからの任意の１つ以上の特徴と組み合わせて使用され得る。

例えば、弁モジュールにおいて使用されるスイベルコネクタは、追加的な機能性を有し得る。いくつかの構成では、スイベルコネクタは、２つ以上の軸の周りでスイベル回転するように配置され得、及び例えば互いに直角の回転軸を備える２つの隣接するスイベル接続部分を有し得るため、スイベルコネクタのガス流入口は、２つの軸の周りで回転できる。いくつかの構成では、スイベルコネクタは、球継手配置構成又は同様のものを含み得、スイベルコネクタのガス流入口を実質的にいずれの方向にも回転できるようにする。いくつかの構成では、スイベルコネクタは、スイベル回転運動及び並進運動の両方を提供するように配置され得、スイベルコネクタガス流入口が例えば約１つ以上の軸の周りでスイベル回転し得、及びまた線形に移動し得るようにする。これは、例えば、装置の一方の側面から装置の他方の側面など、装置の１つの部分から別の部分にガス流入口を平行移動させるのに有用であり得る。いくつかの構成では、ガス流入口は、回転する代わりに平行移動するように配置され得る。

別の例として、モータ及び／又はセンサーサブアセンブリ凹部は、主ハウジングの下面にあると説明されるが、代わりにハウジングの後部、側面、前面又は上部にあり得る。そのような変形形態では、空気及び／又は酸素流入口も必要に応じて異なって位置決めされ得る。

別の例として、液室及び室用空間は、液室がハウジングの前面から室用空間に挿入され且つそこから取り出されるように構成されるのではなく、構成は、液室がハウジングの側面、後部又は上部から室用空間に挿入され且つそこから取り出されるように構成され得る。

別の例として、フィルターモジュールは、上からハウジングに挿入され、及び弁モジュールは、下からハウジングに挿入されると説明されるが、それらの構成要素の一方又は両方は、ハウジングの任意の好適な部分、上方部、下方部、側面部、前方部又は後方部に挿入され得る。

フィルターモジュール及び弁モジュールは、患者又はユーザに加熱及び加湿ガスを供給できるフロー療法装置を参照して説明される。装置は、慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）の治療に好適であり得る。装置は、高流量（ハイフロー療法）、特にネーザルハイフロー療法で患者インターフェースにガスを供給ように構成され得る。

代わりに、フィルターモジュール及び／又は弁モジュールは、異なる目的で装置において使用され得る。装置は、ハイフロー療法装置又はローフロー療法装置であり得る。特徴は、ガス（加湿又は他のもの）を陽圧で供給し得る持続気道陽圧（ＣＰＡＰ）をもたらすための装置にも提供され得る。

代わりに、フィルターモジュール及び／又は弁モジュールは、加湿器を必要としない装置と一緒に使用され得るため、液室３００又は室用空間１０８の特徴を必要としない。例えば、モータ及びガス流路を電気及び電子部品から絶縁する構成は、他のタイプのガス供給装置において広く適用されることが理解される。

「フロー療法装置」という言葉は、そのような変形形態を全て網羅するものとする。

本明細書におけるいずれの従来技術への言及も、従来技術が世界中のいずれかの国における努力分野における一般的知識の一部を形成することの承認又はいずれの形態の提案でもなく、そのように取られるべきではない。

本明細書では、「上方」、「下方」、「前方」、「後方」、「水平」、「垂直」などの方向の用語に言及する場合、それらの用語は、装置が典型的な使用中の位置にあるときを指し、及び相対的な方向又は向きを示し且つ／又は説明するために使用される。

文脈上明白に他の意味に解釈すべき場合を除いて、説明及び特許請求の範囲を通して、語「含む」、「含んでいる」などは、排他的又は徹底的であるのとは対照的に、包括的に、すなわち「限定するものではないが、〜を含む」という意味で解釈される。

本明細書では、用語「およそ」、「約」及び「実質的に」は、依然として所望の機能を果たすか又は所望の結果を達成する、述べた量に近い量を表す。例えば、いくつかの実施形態では、文脈が許せば、用語「およそ」、「約」及び「実質的に」は、述べた量の１０％以下以内、５％以下以内及び１％以下以内の量を指し得る。

本明細書では、いずれの従来技術への言及も、従来技術が世界中のいずれかの国における努力分野における一般的知識の一部を形成することの承認又はいずれの形態の提案でもなく、そのように取られるべきではない。

開示の装置及びシステムは、本出願の明細書で言及されるか又は示される部分、要素及び特徴に個別に又はまとめてあり、且つ前記部分、要素及び／又は特徴の２つ以上の組み合わせのいずれか又は全てにあるとも広く言われ得る。

上述の説明において、完全体又はその公知の均等物を有する構成要素に言及する場合、それらの完全体は、本明細書では個別に説明されたかのように援用される。

実施形態に依存して、本明細書で説明したアルゴリズム、方法又はプロセスのいずれかのいくつかの行為、事象又は機能は、異なるシーケンスで実施され得、追加、併合又は完全に省略され得る（例えば、説明される全ての行為又は事象が必ずしもアルゴリズムの実施に必要なわけではない）。さらに、いくつかの実施形態では、行為又は事象は、逐次的にではなく、例えばマルチスレッド処理、割り込み処理又は複数のプロセッサー若しくはプロセッサーコアによって又は他の並列アーキテクチャ上で同時に実行され得る。

本明細書で説明した現在好ましい実施形態に対する様々な変更形態及び修正形態は、当業者に明白であることに留意するべきである。そのような変更形態及び修正形態は、開示の装置及びシステムの趣旨及び範囲から逸脱することなく、且つそれに付随する利点を減少させることなくなされ得る。例えば、様々な構成要素が必要に応じて再配置され得る。従って、そのような変更形態及び修正形態は、開示の装置及びシステムの範囲内に含まれるものとする。さらに、特徴、態様及び利点の全てが、開示の装置及びシステムを実施するために必ずしも必要とされるわけではない。従って、開示の装置及びシステムの範囲は、以下の特許請求の範囲によってのみ定義されるものとする。

Claims (171)

1. 患者にガスの流れを提供する呼吸器であって、
   閉ループ制御を使用して前記患者へのガスの供給を制御するように構成されたコントローラであって、
   少なくとも１つのセンサーから、前記患者の酸素飽和度（ＳｐＯ２）を示す患者パラメータデータを受信すること、
   制御フェーズを実行することであって、治療セッション中の前記呼吸器の動作は、少なくとも一部には前記患者パラメータデータに基づいている、実行すること
   を行うように構成されるコントローラと、
   前記呼吸器の動作中、少なくともガス流の酸素含有量（ＦｄＯ２）を決定するように構成されたガス組成センサーであって、超音波センサーシステムであるガス組成センサーと
   を含む呼吸器。
2. フェイスマスク、鼻マスク、鼻枕マスク、気管切開インターフェース、鼻カニューレ又は気管内チューブの少なくとも１つから選択される患者インターフェースをさらに含む、請求項１に記載の呼吸器。
3. 前記鼻カニューレは、非シール鼻カニューレである、請求項２に記載の呼吸器。
4. ネーザルハイフロー（ＮＨＦ）でガスの流れを前記患者に供給するように構成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の呼吸器。
5. 前記少なくとも１つのセンサーは、パルスオキシメータである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の呼吸器。
6. 前記コントローラは、前記ガス流の酸素濃度を示す機器パラメータデータを受信するように構成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の呼吸器。
7. 補足ガス流入口弁をさらに含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の呼吸器。
8. 前記コントローラは、前記補足ガス流入口弁の動作を制御するように構成される、請求項７に記載の呼吸器。
9. 前記補足ガス流入口弁は、比例弁である、請求項７又は８に記載の呼吸器。
10. 前記補足ガス流入口弁は、酸素流入口弁である、請求項７〜９のいずれか一項に記載の呼吸器。
11. 前記補足ガス流入口弁は、スイベルコネクタを含む、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の呼吸器。
12. 周囲空気流入口をさらに含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の呼吸器。
13. 前記酸素流入口弁は、フィルターモジュールと流体連通しており、前記呼吸器は、前記フィルターモジュール内の前記周囲空気流入口からの周囲空気と一緒に、前記酸素流入口弁から受け入れられた酸素を吸い込むように構成される、請求項１０に従属する場合の請求項１２に記載の呼吸器。
14. 前記ガス組成センサーは、前記呼吸器の送風器モジュールの下流に位置決めされる、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の呼吸器。
15. 前記フィルターモジュールは、前記呼吸器の前記送風器モジュールの上流に位置決めされる、請求項１３に従属する場合の請求項１４に記載の呼吸器。
16. 前記送風器モジュールは、周囲空気と酸素とを混合する、請求項１４又は１５に記載の呼吸器。
17. 前記閉ループ制御は、供給された酸素の目標割合（ＦｄＯ２）を決定するように構成された第１の閉ループ制御モデルを使用することを含む、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の呼吸器。
18. 前記目標ＦｄＯ２は、少なくとも一部には目標ＳｐＯ２及び実測ＳｐＯ２に基づいて決定される、請求項１７に記載の呼吸器。
19. 前記目標ＦｄＯ２は、少なくとも一部には実測ＦｄＯ２にさらに基づいている、請求項１８に記載の呼吸器。
20. 前記目標ＦｄＯ２は、少なくとも一部には以前の目標ＦｄＯ２にさらに基づいている、請求項１８又は１９に記載の呼吸器。
21. 前記閉ループ制御は、少なくとも一部には前記目標ＦｄＯ２と前記実測ＦｄＯ２との差に基づいて、酸素流入口弁のための制御信号を決定するように構成された第２の閉ループ制御モデルを使用することを含む、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の呼吸器。
22. 前記酸素弁のための前記制御信号は、少なくとも一部には前記目標ＦｄＯ２及び前記実測ＦｄＯ２に基づいて決定される、請求項２１に記載の呼吸器。
23. 前記酸素弁のための前記制御信号は、少なくとも一部にはガス流量にさらに基づいて決定される、請求項２２に記載の呼吸器。
24. 前記ガス流量は、総ガス流量である、請求項２３に記載の呼吸器。
25. 前記コントローラは、前記少なくとも１つのセンサーの信号品質が閾値を下回るとき、手動動作モードに移るように構成される、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の呼吸器。
26. 前記コントローラは、前記患者ＳｐＯ２が、規定された限界値外であるとき、手動動作モードに移るように構成される、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の呼吸器。
27. 前記コントローラは、前記患者ＳｐＯ２が、前記規定された限界値外であるとき、アラームをトリガするように構成される、請求項１〜２６のいずれか一項に記載の呼吸器。
28. 前記ガスの供給の制御は、前記ガス流のＦｄＯ２の制御を含み、前記コントローラは、前記少なくとも１つのセンサーの信号品質の表示度数を受信し、且つ少なくとも一部には前記信号品質に基づいて前記ＦｄＯ２の前記制御に重み付けを適用するように構成される、請求項１〜２７のいずれか一項に記載の呼吸器。
29. 前記信号品質の表示度数は、特定のＳｐＯ２読取値に対応する、請求項２８に記載の呼吸器。
30. 前記制御フェーズは、患者特有モデルを使用して実行されるように構成される、請求項１〜２９のいずれか一項に記載の呼吸器。
31. 前記患者特有モデルは、前記治療セッションの学習フェーズ中に生成される、請求項３０に記載の呼吸器。
32. 前記患者特有モデルは、前記治療セッション中に生成される、請求項３０に記載の呼吸器。
33. 前記患者特有モデルは、前記治療セッション中に更新される、請求項３０〜３２のいずれか一項に記載の呼吸器。
34. 前記制御フェーズは、少なくとも一部には前記患者特有モデルに基づいてＰＩＤ制御を使用して実行されるように構成される、請求項３０〜３３のいずれか一項に記載の呼吸器。
35. 前記患者特有モデルは、前記患者の酸素効率を含む、請求項３０〜３４のいずれか一項に記載の呼吸器。
36. 前記酸素効率は、少なくとも一部には実測ＳｐＯ２及び実測ＦｄＯ２に基づいて決定される、請求項３５に記載の呼吸器。
37. 前記酸素効率は、少なくとも一部には、実測ＦｄＯ２で割られた実測ＳｐＯ２に基づいて決定される、請求項３５又は３６に記載の呼吸器。
38. 前記酸素効率は、少なくとも一部には、前記患者の実測ＳｐＯ２と実測ＦｄＯ２との間の非線形関係に基づいて決定される、請求項３５又は３６に記載の呼吸器。
39. 前記コントローラは、少なくとも一部には前記実測ＦｄＯ２に基づいて前記患者の前記ＳｐＯ２を予測するように構成される、請求項１〜３８のいずれか一項に記載の呼吸器。
40. 前記ＳｐＯ２の以前の予測値は、モデル誤差を計算するために実測ＳｐＯ２と比較される、請求項３９に記載の呼吸器。
41. 前記モデル誤差は、前記少なくとも１つのセンサーの信号品質によって重み付けされる、請求項４０に記載の呼吸器。
42. 前記モデル誤差は、現在のＳｐＯ２予測値を訂正するために使用される、請求項４０又は４１に記載の呼吸器。
43. 予測ＳｐＯ２は、少なくとも一部にはスミス予測器に基づいている、請求項３９〜４２のいずれか一項に記載の呼吸器。
44. 前記コントローラは、前記患者の特性を識別する入力を受信するように構成される、請求項１〜４３のいずれか一項に記載の呼吸器。
45. 前記患者特性は、患者タイプ、年齢、体重、身長又は性別の少なくとも１つを含む、請求項４４に記載の呼吸器。
46. 前記患者タイプは、正常、高炭酸ガス血症又はユーザが定義したものの１つである、請求項４５に記載の呼吸器。
47. 前記コントローラは、前記実測ＦｄＯ２及び前記実測ＳｐＯ２に対応するデータを記録するようにさらに構成される、請求項１〜４６のいずれか一項に記載の呼吸器。
48. 加湿器をさらに含む、請求項１〜４７のいずれか一項に記載の呼吸器。
49. 統合された送風器及び加湿器をさらに含む、請求項１〜４８のいずれか一項に記載の呼吸器。
50. 運搬可能であるように構成される、請求項１〜４９のいずれか一項に記載の呼吸器。
51. 制御された可変流量を有するように構成される、請求項１〜５０のいずれか一項に記載の呼吸器。
52. 加熱された呼吸管をさらに含む、請求項１〜５１のいずれか一項に記載の呼吸器。
53. 前記超音波センサーシステムは、第１の超音波トランスデューサ及び第２の超音波トランスデューサを含む、請求項１〜５２のいずれか一項に記載の呼吸器。
54. 前記第１の超音波トランスデューサ及び前記第２の超音波トランスデューサのそれぞれは、受信器及び送信器である、請求項５３に記載の呼吸器。
55. 前記第１の超音波トランスデューサ及び前記第２の超音波トランスデューサは、双方向にパルスを送る、請求項５４に記載の呼吸器。
56. 前記第１の超音波トランスデューサは、送信器であり、及び前記第２の超音波トランスデューサは、受信器である、請求項５５に記載の呼吸器。
57. 前記第１の超音波トランスデューサ又は前記第２の超音波トランスデューサの少なくとも一方は、前記ガス流に沿ってパルスを送る、請求項５３〜５６のいずれか一項に記載の呼吸器。
58. 前記第１の超音波トランスデューサ又は前記第２の超音波トランスデューサの少なくとも一方は、前記ガス流にわたってパルスを送る、請求項５３〜５６のいずれか一項に記載の呼吸器。
59. 前記コントローラは、前記呼吸器のディスプレイに第１の酸素効率特性を表示するように構成される、請求項１〜５８のいずれか一項に記載の呼吸器。
60. 前記コントローラは、前記呼吸器のディスプレイに第２の酸素効率特性を表示するように構成され、酸素効率の第２の表示度数は、少なくとも一部には前記患者の酸素効率及び実測呼吸数に基づいている、請求項１〜５９のいずれか一項に記載の呼吸器。
61. 前記第２の酸素効率特性は、実測ＳｐＯ２を実測ＦｄＯ２で割り、且つ結果として生じる値を前記実測呼吸数で割ることによって計算される、請求項６０に記載の呼吸器。
62. 前記コントローラは、規定された期間にわたる前記第１の酸素効率特性又は前記第２の酸素効率特性の少なくとも一方を示すグラフ又は傾向線を表示するように構成される、請求項６０又は６１に記載の呼吸器。
63. 患者にガスの流れを提供する呼吸器であって、
    閉ループ制御を使用して前記患者へのガスの供給を制御するように構成されたコントローラであって、
    前記患者への前記ガス流の酸素濃度（ＦｄＯ２）を制御することと、
    少なくとも１つの患者センサーから、前記患者の実測酸素飽和度（ＳｐＯ２）を示すデータを受信することと、
    前記ガス流の実測ＦｄＯ２を示すデータを受信することと、
    前記患者の目標ＳｐＯ２を受信することと、
    前記ガス流の前記ＦｄＯ２に対してステップ変化を実行することであって、前記ステップ変化の大きさは、少なくとも一部には前記患者の前記実測ＳｐＯ２、前記目標ＳｐＯ２及び酸素効率に基づいている、実行することと
    を行うように構成されるコントローラ
    を含む呼吸器。
64. 前記酸素効率は、少なくとも一部には実測ＳｐＯ２及び実測ＦｄＯ２に基づいて決定される、請求項６３に記載の呼吸器。
65. 前記酸素効率は、少なくとも一部には、実測ＦｄＯ２で割られた実測ＳｐＯ２に基づいて決定される、請求項６３又は６４に記載の呼吸器。
66. 前記酸素効率は、少なくとも一部には、前記患者の実測ＳｐＯ２と実測ＦｄＯ２との間の非線形関係に基づいて決定される、請求項６３又は６４に記載の呼吸器。
67. 前記ステップ変化の前記大きさは、少なくとも一部には前記ステップ変化前の前記目標ＦｄＯ２に対する最近の変化に基づいている、請求項６３〜６６のいずれか一項に記載の呼吸器。
68. 新しい目標ＦｄＯ２は、少なくとも一部には以前の目標ＦｄＯ２に基づいて計算される、請求項６７に記載の呼吸器。
69. 前記コントローラは、前記ステップ変化後にフィードフォワードステージを実行するように構成される、請求項６３〜６８のいずれか一項に記載の呼吸器。
70. 前記コントローラは、前記ステップ変化の直後に前記フィードフォワードステージの全持続時間にわたって前記目標ＦｄＯ２を維持するようにさらに構成される、請求項６９に記載の呼吸器。
71. 前記フィードフォワードステージは、前記実測ＳｐＯ２が前記目標ＳｐＯ２を満たすか又はそれを上回る場合に終了する、請求項６９又は７０に記載の呼吸器。
72. 前記フィードフォワードステージは、規定された最大期間に達する場合に終了する、請求項６９〜７１のいずれか一項に記載の呼吸器。
73. フェイスマスク、鼻マスク、鼻枕マスク、気管切開インターフェース、鼻カニューレ又は気管内チューブの少なくとも１つから選択される患者インターフェースをさらに含む、請求項６３〜７２のいずれか一項に記載の呼吸器。
74. 前記鼻カニューレは、非シール鼻カニューレである、請求項７３に記載の呼吸器。
75. ネーザルハイフロー（ＮＨＦ）でガスの流れを前記患者に供給するように構成される、請求項６３〜７４のいずれか一項に記載の呼吸器。
76. 前記少なくとも１つの患者センサーは、パルスオキシメータである、請求項６３〜７５のいずれか一項に記載の呼吸器。
77. 加湿器をさらに含む、請求項６３〜７６のいずれか一項に記載の呼吸器。
78. 前記呼吸器の動作中に前記実測ＦｄＯ２を決定するように構成されたガス組成センサーをさらに含み、前記ガス組成センサーは、超音波トランスデューサシステムである、請求項６３〜７７のいずれか一項に記載の呼吸器。
79. 前記コントローラは、前記フィードフォワードステージ後に制御フェーズを実行するようにさらに構成される、請求項６３〜７８のいずれか一項に記載の呼吸器。
80. 前記制御フェーズでは、前記コントローラは、フィードバック制御を使用して前記目標ＦｄＯ２を達成するために前記ガス流のＦｄＯ２を制御するようにさらに構成される、請求項７９に記載の呼吸器。
81. 前記コントローラは、前記少なくとも１つの患者センサーの信号品質の表示度数を受信し、且つ少なくとも一部には前記信号品質に基づいて前記ＦｄＯ２の前記制御に重み付けを適用するようにさらに構成される、請求項８０に記載の呼吸器。
82. 前記コントローラは、前記患者の予測ＳｐＯ２を使用して前記制御フェーズを実行するようにさらに構成される、請求項７９〜８１のいずれか一項に記載の呼吸器。
83. 運搬可能であるように構成される、請求項６３〜８２のいずれか一項に記載の呼吸器。
84. 前記コントローラは、前記呼吸器のディスプレイに第１の酸素効率特性を表示するように構成される、請求項６３〜８３のいずれか一項に記載の呼吸器。
85. 前記コントローラは、前記呼吸器のディスプレイに第２の酸素効率特性を表示するように構成され、酸素効率の第２の表示度数は、少なくとも一部には前記患者の酸素効率及び実測呼吸数に基づいている、請求項６３〜８４のいずれか一項に記載の呼吸器。
86. 前記第２の酸素効率特性は、実測ＳｐＯ２を実測ＦｄＯ２で割り、且つ結果として生じる値を前記実測呼吸数で割ることによって計算される、請求項８５に記載の呼吸器。
87. 前記コントローラは、規定された期間にわたる前記第１の酸素効率特性又は前記第２の酸素効率特性の少なくとも一方を示すグラフ又は傾向線を表示するように構成される、請求項８５又は８６に記載の呼吸器。
88. 患者にガスの流れを提供する呼吸器であって、
    閉ループ制御を使用して前記患者へのガスの供給を制御するように構成されたコントローラであって、
    前記ガス流の酸素濃度（ＦｄＯ２）を示す機器パラメータデータを受信することと、
    少なくとも１つのセンサーから、前記患者の酸素飽和度（ＳｐＯ２）読取値を示す患者パラメータデータを受信することであって、前記患者の前記ＳｐＯ２は、前記ガス流の前記ＦｄＯ２によって影響される、受信することと、
    前記少なくとも１つのセンサーの信号品質の表示度数を受信することと、
    少なくとも一部には前記信号品質に基づいて前記ＦｄＯ２の制御に重み付けを適用することと
    を行うように構成されるコントローラ
    を含む呼吸器。
89. 前記信号品質の表示度数は、特定のＳｐＯ２読取値に対応する、請求項８８に記載の呼吸器。
90. フェイスマスク、鼻マスク、鼻枕マスク、気管切開インターフェース、鼻カニューレ又は気管内チューブの少なくとも１つから選択される患者インターフェースをさらに含む、請求項８８又は８９に記載の呼吸器。
91. 前記鼻カニューレは、非シール鼻カニューレである、請求項９０に記載の呼吸器。
92. ネーザルハイフロー（ＮＨＦ）でガスの流れを前記患者に供給するように構成される、請求項８８〜９１のいずれか一項に記載の呼吸器。
93. 前記少なくとも１つのセンサーは、パルスオキシメータである、請求項８８〜９２のいずれか一項に記載の呼吸器。
94. 前記コントローラは、前記患者の特性を識別する入力を受信するように構成される、請求項８８〜９３のいずれか一項に記載の呼吸器。
95. 前記コントローラは、前記患者の予測ＳｐＯ２を使用してガスの供給を制御するように構成される、請求項８８〜９４のいずれか一項に記載の呼吸器。
96. 前記予測ＳｐＯ２は、少なくとも一部にはスミス予測器に基づいている、請求項９５に記載の呼吸器。
97. 前記コントローラは、患者特有モデルを使用してガスの供給を制御するように構成される、請求項８８〜９６のいずれか一項に記載の呼吸器。
98. 前記モデルは、前記患者の治療セッションの学習フェーズ中に生成される患者特有モデルである、請求項９７に記載の呼吸器。
99. 前記患者特有モデルは、少なくとも一部にはデフォルトモデルに基づいて前記治療セッション中に生成される、請求項９７に記載の呼吸器。
100. 前記患者特有モデルは、前記治療セッション中に更新される、請求項９７〜９９のいずれか一項に記載の呼吸器。
101. 前記モデルは、遅延時間を含む、請求項９７〜１００のいずれか一項に記載の呼吸器。
102. 前記モデルは、指数関数的減衰を含む、請求項９７〜１０１のいずれか一項に記載の呼吸器。
103. 前記モデルは、前記患者の酸素効率を含む、請求項９７〜１０２のいずれか一項に記載の呼吸器。
104. 前記酸素効率は、少なくとも一部には実測ＳｐＯ２及び実測ＦｄＯ２に基づいて決定される、請求項１０３に記載の呼吸器。
105. 前記酸素効率は、少なくとも一部には、実測ＦｄＯ２で割られた実測ＳｐＯ２に基づいて決定される、請求項１０３又は１０４に記載の呼吸器。
106. 前記酸素効率は、少なくとも一部には、前記患者の実測ＳｐＯ２と実測ＦｄＯ２との間の非線形関係に基づいて決定される、請求項１０３又は１０４に記載の呼吸器。
107. 運搬可能であるように構成される、請求項８８〜１０６のいずれか一項に記載の呼吸器。
108. 患者にガスの流れを提供する呼吸器であって、
     閉ループ制御を使用して前記患者へのガスの供給を制御するように構成されたコントローラであって、
     前記患者への前記ガス流の酸素濃度（ＦｄＯ２）を制御することと、
     少なくとも１つの患者センサーから、前記患者の実測酸素飽和度（ＳｐＯ２）を示すデータを受信することと、
     前記ガス流の実測ＦｄＯ２を示すデータを受信することと、
     前記患者の目標ＳｐＯ２を受信することと、
     待機ステージを実行することであって、前記待機ステージ中、前記コントローラは、制御フェーズに移る前にフィードフォワードステージを実行するかどうかを決定するように構成され、前記ガス流の前記目標ＦｄＯ２は、前記待機ステージ中、一定に保たれる、実行することと、
     制御フェーズを実行することであって、前記ＦｄＯ２は、フィードバック制御を使用して前記目標ＳｐＯ２を達成するように制御される、実行することと
     を行うように構成されるコントローラ
     を含む呼吸器。
109. 前記コントローラは、少なくとも一部には前記目標ＳｐＯ２及び前記実測ＳｐＯ２に基づいて、前記フィードフォワードステージを実行するかどうかを決定するようにさらに構成される、請求項１０８に記載の呼吸器。
110. 前記コントローラが前記フィードフォワードステージを実行すると決定する場合、前記コントローラは、前記待機ステージ後に前記フィードフォワードステージを実行し、及び前記コントローラが前記フィードフォワードステージを実行しないと決定する場合、前記コントローラは、前記待機フェーズ後に前記制御フェーズを実行する、請求項１０８又は１０９に記載の呼吸器。
111. 前記コントローラは、前記フィードフォワードステージの全持続時間にわたって目標ＦｄＯ２を維持するようにさらに構成される、請求項１０８〜１１０のいずれか一項に記載の呼吸器。
112. 前記フィードフォワードステージは、前記実測ＳｐＯ２が前記目標ＳｐＯ２を満たすか又はそれを上回る場合に終了する、請求項１０８〜１１１のいずれか一項に記載の呼吸器。
113. 前記フィードフォワードステージは、規定された最大期間に達する場合に終了する、請求項１０８〜１１２のいずれか一項に記載の呼吸器。
114. 前記コントローラは、前記フィードフォワードステージ後に前記制御フェーズを実行するようにさらに構成される、請求項１０８〜１１３のいずれか一項に記載の呼吸器。
115. 前記フィードフォワードステージの実行前、前記コントローラは、前記ガス流の前記ＦｄＯ２に対してステップ変化を実行するかどうかを決定するように構成される、請求項１０８〜１１４のいずれか一項に記載の呼吸器。
116. 前記コントローラは、少なくとも一部には前記目標ＦｄＯ２に対する最近の変化に基づいて、前記ステップ変化を実行するかどうかを決定するようにさらに構成される、請求項１１５に記載の呼吸器。
117. 前記コントローラは、少なくとも一部には前記目標ＳｐＯ２及び前記実測ＳｐＯ２に基づいて、前記ステップ変化を実行するかどうかを決定するようにさらに構成される、請求項１１５又は１１６に記載の呼吸器。
118. 前記コントローラは、少なくとも一部には前記患者の酸素効率に基づいて、前記ステップ変化を実行するかどうかを決定するようにさらに構成される、請求項１１５〜１１７のいずれか一項に記載の呼吸器。
119. 前記ステップ変化の大きさは、少なくとも一部には前記患者の前記実測ＳｐＯ２、前記目標ＳｐＯ２及び酸素効率に基づいている、請求項１１５〜１１８のいずれか一項に記載の呼吸器。
120. 前記酸素効率は、少なくとも一部には実測ＳｐＯ２及び実測ＦｄＯ２に基づいて決定される、請求項１１８又は１１９に記載の呼吸器。
121. 前記酸素効率は、少なくとも一部には、実測ＦｄＯ２で割られた実測ＳｐＯ２に基づいて決定される、請求項１１８〜１２０のいずれか一項に記載の呼吸器。
122. 前記酸素効率は、少なくとも一部には、前記患者の実測ＳｐＯ２と実測ＦｄＯ２との間の非線形関係に基づいて決定される、請求項１１８〜１２１のいずれか一項に記載の呼吸器。
123. 前記ステップ変化の前記大きさは、少なくとも一部には前記目標ＦｄＯ２に対する最近の変化に基づいている、請求項１１９〜１２２のいずれか一項に記載の呼吸器。
124. フェイスマスク、鼻マスク、鼻枕マスク、気管切開インターフェース、鼻カニューレ又は気管内チューブの少なくとも１つから選択される患者インターフェースをさらに含む、請求項１０８〜１２３のいずれか一項に記載の呼吸器。
125. 前記鼻カニューレは、非シール鼻カニューレである、請求項１２４に記載の呼吸器。
126. ネーザルハイフロー（ＮＨＦ）でガスの流れを前記患者に供給するように構成される、請求項１０８〜１２５のいずれか一項に記載の呼吸器。
127. 前記少なくとも１つの患者センサーは、パルスオキシメータである、請求項１０８〜１２６のいずれか一項に記載の呼吸器。
128. 加湿器をさらに含む、請求項１０８〜１２７のいずれか一項に記載の呼吸器。
129. 前記呼吸器の動作中に実測ＦｄＯ２を決定するように構成されたガス組成センサーをさらに含み、前記ガス組成センサーは、超音波トランスデューサシステムである、請求項１０８〜１２８のいずれか一項に記載の呼吸器。
130. 前記コントローラは、前記少なくとも１つの患者センサーの信号品質の表示度数を受信し、且つ少なくとも一部には前記信号品質に基づいて前記ＦｄＯ２の前記制御に重み付けを適用するようにさらに構成される、請求項１０８〜１２９のいずれか一項に記載の呼吸器。
131. 前記コントローラは、前記制御フェーズ中に前記重み付けを適用するようにさらに構成される、請求項１０８〜１３０のいずれか一項に記載の呼吸器。
132. 前記コントローラは、前記患者の予測ＳｐＯ２を使用して前記制御フェーズを実行するようにさらに構成される、請求項１０８〜１３１のいずれか一項に記載の呼吸器。
133. 運搬可能であるように構成される、請求項１０８〜１３２のいずれか一項に記載の呼吸器。
134. 患者にガスの流れを提供する呼吸器であって、
     閉ループ制御を使用して前記患者へのガスの供給を制御するように構成されたコントローラであって、
     前記患者にネーザルハイフロー（ＮＨＦ）でガス流を供給することと、
     少なくとも１つの患者センサーから、前記患者の実測酸素飽和度（ＳｐＯ２）を示すデータを受信することと、
     前記ガス流の供給された酸素の実測割合（ＦｄＯ２）を示すデータを受信することと、
     前記患者の酸素効率を決定することと、
     患者特有モデルを生成することであって、前記患者特有モデルは、前記患者の前記酸素効率を使用する、生成することと
     を行うように構成されるコントローラ
     を含む呼吸器。
135. 前記酸素効率は、少なくとも一部には実測ＳｐＯ２及び実測ＦｄＯ２に基づいて決定される、請求項１３４に記載の呼吸器。
136. 前記酸素効率は、少なくとも一部には、実測ＦｄＯ２で割られた実測ＳｐＯ２に基づいて決定される、請求項１３４又は１３５に記載の呼吸器。
137. 前記酸素効率は、少なくとも一部には、前記患者の実測ＳｐＯ２と実測ＦｄＯ２との間の非線形関係に基づいて決定される、請求項１３４又は１３５に記載の呼吸器。
138. 前記患者特有モデルは、少なくとも一部にはデフォルトモデルに基づいて生成される、請求項１３４に記載の呼吸器。
139. 前記患者特有モデルは、学習フェーズ中に生成される、請求項１３４に記載の呼吸器。
140. 前記患者特有モデルは、前記患者の治療セッション中に更新される、請求項１３４に記載の呼吸器。
141. 前記患者特有モデルは、少なくとも一部にはＦｄＯ２の変化に基づいてＳｐＯ２の変化の大きさをモデリングする、請求項１３４〜１４０のいずれか一項に記載の呼吸器。
142. 前記患者特有モデルは、前記ガス流の流量を使用する、請求項１３４〜１４１のいずれか一項に記載の呼吸器。
143. 前記患者特有モデルは、前記患者のＦｄＯ２の変化とＳｐＯ２の変化との間の遅延時間を含む、請求項１３４〜１４２のいずれか一項に記載の呼吸器。
144. 前記遅延時間は、少なくとも一部には前記ガス流の前記流量に基づいている、請求項１４３に記載の呼吸器。
145. 前記患者特有モデルは、指数関数的減衰を含む、請求項１３４〜１４４のいずれか一項に記載の呼吸器。
146. 前記少なくとも１つの患者センサーは、パルスオキシメータである、請求項１３４〜１４５のいずれか一項に記載の呼吸器。
147. 加湿器をさらに含む、請求項１３４〜１４６のいずれか一項に記載の呼吸器。
148. 前記ＦｄＯ２は、超音波トランスデューサシステムを使用して測定される、請求項１３４〜１４７のいずれか一項に記載の呼吸器。
149. 前記超音波トランスデューサシステムは、第１の超音波トランスデューサ及び第２の超音波トランスデューサを含む、請求項１４８に記載の呼吸器。
150. 前記第１の超音波トランスデューサ及び前記第２の超音波トランスデューサのそれぞれは、受信器及び送信器である、請求項１４９に記載の呼吸器。
151. 前記第１の超音波トランスデューサ及び前記第２の超音波トランスデューサは、双方向にパルスを送る、請求項１５０に記載の呼吸器。
152. 前記第１の超音波トランスデューサは、送信器であり、及び前記第２の超音波トランスデューサは、受信器である、請求項１４８に記載の呼吸器。
153. 前記第１の超音波トランスデューサ又は前記第２の超音波トランスデューサの少なくとも一方は、前記ガス流に沿ってパルスを送る、請求項１４９〜１５１のいずれか一項に記載の呼吸器。
154. 前記第１の超音波トランスデューサ又は前記第２の超音波トランスデューサの少なくとも一方は、前記ガス流にわたってパルスを送る、請求項１４９〜１５１のいずれか一項に記載の呼吸器。
155. 運搬可能であるように構成される、請求項１３４〜１５４のいずれか一項に記載の呼吸器。
156. 患者にガスの流れを提供する呼吸器であって、
     閉ループ制御を使用して前記患者へのガスの供給を制御するように構成されたコントローラであって、
     前記患者への前記ガス流の酸素濃度（ＦｄＯ２）を制御することと、
     少なくとも１つの患者センサーから、前記患者の実測酸素飽和度（ＳｐＯ２）を示すデータを受信することと、
     前記ガス流の実測ＦｄＯ２を示すデータを受信することと、
     前記患者の目標ＳｐＯ２を受信することと、
     前記ガス流の前記ＦｄＯ２に対して、目標ＦｄＯ２へのステップ変化を実行することと、
     フィードフォワードステージを実行することと、
     制御フェーズを実行することであって、前記ＦｄＯ２は、フィードバック制御を使用して前記目標ＳｐＯ２を達成するように制御される、実行することと
     を行うように構成されるコントローラ
     を含む呼吸器。
157. 前記ステップ変化の大きさは、少なくとも一部には前記患者の前記実測ＳｐＯ２、前記目標ＳｐＯ２及び酸素効率に基づいている、請求項１５６に記載の呼吸器。
158. 前記目標ＦｄＯ２は、少なくとも一部には前記ステップ変化前の前記目標ＦｄＯ２に対する最近の変化に基づいている、請求項１５７に記載の呼吸器。
159. 前記コントローラは、前記ステップ変化の直後に前記フィードフォワードステージの全持続時間にわたって前記目標ＦｄＯ２を維持するようにさらに構成される、請求項１５６〜１５８のいずれか一項に記載の呼吸器。
160. 前記フィードフォワードステージは、規定された最大期間に達する場合に終了する、請求項１５６〜１５９のいずれか一項に記載の呼吸器。
161. 前記フィードフォワードステージは、前記実測ＳｐＯ２が前記目標ＳｐＯ２を満たすか又はそれを上回る場合に終了する、請求項１５６〜１６０のいずれか一項に記載の呼吸器。
162. 前記コントローラは、前記フィードフォワードステージ後に前記制御フェーズを実行するようにさらに構成される、請求項１５６〜１６１のいずれか一項に記載の呼吸器。
163. フェイスマスク、鼻マスク、鼻枕マスク、気管切開インターフェース、鼻カニューレ又は気管内チューブの少なくとも１つから選択される患者インターフェースをさらに含む、請求項１５６〜１６２のいずれか一項に記載の呼吸器。
164. 前記鼻カニューレは、非シール鼻カニューレである、請求項１６３に記載の呼吸器。
165. ネーザルハイフロー（ＮＨＦ）でガスの流れを前記患者に供給するように構成される、請求項１５６〜１６４のいずれか一項に記載の呼吸器。
166. 前記少なくとも１つの患者センサーは、パルスオキシメータである、請求項１５６〜１６５のいずれか一項に記載の呼吸器。
167. 加湿器をさらに含む、請求項１５６〜１６６のいずれか一項に記載の呼吸器。
168. 前記呼吸器の動作中に実測ＦｄＯ２を決定するように構成されたガス組成センサーをさらに含み、前記ガス組成センサーは、超音波トランスデューサシステムである、請求項１５６〜１６７のいずれか一項に記載の呼吸器。
169. 前記コントローラは、前記少なくとも１つの患者センサーの信号品質の表示度数を受信し、且つ少なくとも一部には前記信号品質に基づいて前記ＦｄＯ２の前記制御に重み付けを適用するようにさらに構成される、請求項１５６〜１６８のいずれか一項に記載の呼吸器。
170. 前記コントローラは、前記患者の予測ＳｐＯ２を使用して前記制御フェーズを実行するようにさらに構成される、請求項１５６〜１６９のいずれか一項に記載の呼吸器。
171. 運搬可能であるように構成される、請求項１５６〜１７０のいずれか一項に記載の呼吸器。

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