JP2022543077A - 呼吸治療のための方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、米国仮特許出願第62/880,533号(出願日2019年7月30日)の利益を主張する。本明細書中、同文献全体が本明細書に参照することにより組み込まれる。
2.1 技術の分野
本技術は、呼吸関連疾患のスクリーニング、診断、監視、治療、予防および改善のうち1つ以上に関する。本技術は、医療デバイスまたは装置と、その使用とに関する(例えば、流れの推定(例えば、流れセンサの精度の評価、システム状態または呼吸状態の検出または動作もしくはその両方の制御のためのもの)において有用な方法およびデバイス)。このようなプロセスは、流れセンサまたは適切に動作している流れセンサが無い状態において実行され得る。
2.2.1 ヒトの呼吸器系およびその疾患
身体の呼吸器系は、ガス交換を促進させる。鼻および口は、患者の気道への入口を形成する。
持続的気道陽圧(CPAP)療法が、閉塞性睡眠時無呼吸(OSA)の治療において用いられている。その作用機構としては、例えば軟口蓋および舌を押して後口咽頭壁へ前進または後退させることにより、持続陽圧呼吸療法が空気スプリントとして機能し、これにより上気道の閉鎖を防止し得る。CPAP治療によるOSAの治療は自発的なものであり得るため、このような患者が、治療の提供に用いられるデバイスについて、不快、使用困難、高価、美観的な魅力の無さのうち1つ以上に気づいた場合、患者が治療を遵守しないことを選択する可能性がある。
これらの治療は、治療システムまたはデバイスによって提供され得る。このようなシステムおよびデバイスは、疾患を治療することなく診断するためにも用いられ得る。
患者インターフェースは、例えば気道入口への空気流れを提供することにより呼吸装具へのインターフェースを装着者へ提供するために、用いられ得る。空気流れは、鼻または口もしくはその両方へのマスク、口への管、または患者気管への気管切開管を介して提供され得る。適用される療法に応じて、患者インターフェースは、例えば患者の顔の領域とのシールを形成し得、これにより、療法実行のための雰囲気圧力と共に充分な分散の圧力において(例えば、例えば雰囲気圧力に対して約10cmH2Oの陽圧において)ガス送達を促進する。酸素送達などの他の治療形態において、患者インターフェースは、約10cmH2Oの陽圧において気道へのガス供給の送達を促進するのに充分な密閉を含まない場合がある。
空気圧生成器は、広範な用途(例えば、工業規模通気システム)において公知である。しかし、医療用途のための空気圧生成器は、より一般的な空気圧生成器(例えば、医療機器の信頼性要件、サイズ要件および重量要件)では満足できない特定の要件を有する。加えて、医療治療向けに設計されたデバイスであっても、快適性、ノイズ、使いやすさ、有効性、サイズ、重量、製造可能性、コストおよび信頼性のうち1つ以上に関連して欠陥を免れない場合がある。
空気流れの送達を加湿無しで行った場合、気道の乾燥に繋がり得る。加湿器をRPTデバイスおよび患者インターフェースと共に用いた場合、加湿ガスが生成されるため、鼻粘膜の乾燥が最小化され、患者気道の快適性が増加する。加えて、より冷涼な気候においては、概して患者インターフェースの周囲の顔領域へ温風を付加すると、冷風の場合よりも快適性が高まる。一定範囲の人工的加湿機器およびシステムが公知であるが、医療加湿器の特殊な要件を満たせていない。
一般に、スクリーニングおよび診断は、障害の兆候と症状によって疾患を特定することである。通常、スクリーニングは、患者の障害がさらなる調査を求める程であるかないかを示す真偽結果を出すいっぽう、診断は、臨床で実行可能な情報を出すことが多い。スクリーニングおよび診断は、一回性手続きになる傾向であることに反して、障害の経過をモニタリングすることは無限定に続けられる。いくつかのスクリーニングや診断システムは、スクリーニングや診断にのみ適合されているが、いくつかはモニタリングにも使用することができる。
4.1 治療システム
本技術についてさらに詳細に説明する前に、本技術は、本明細書中に記載される異なり得る特定の実施例に限定されるのではないことが理解されるべきである。本開示中に用いられる用語は、本明細書中に記載される特定の実施例を説明する目的のためのものであり、限定的なものではないことも理解されるべきである。
一形態において、本技術は、呼吸器疾患の治療方法を含む。本方法は、患者1000の気道の入口へ陽圧における空気、または高流量の空気を送達するステップを含む。
一形態において、本技術は、呼吸障害の治療のための装置またはデバイスを含む。装置またはデバイスは、加圧空気を患者インターフェース3000への空気回路4170を介して患者1000へ送達するRPTデバイス4000を含み得る。いくつかのバージョンにおいて、RPTデバイスは、高流量治療デバイスであり得、制御された空気流量の患者への(開口状態の患者インターフェース(例えば、カニューレ)を通じた)送達を典型的な吸気流量よりも概して高い速度において行う。
本技術の一態様による非侵襲的患者インターフェース3000は、シール形成構造3100、プレナムチャンバ3200、位置決めおよび安定化構造3300、通気部3400、空気回路4170への接続のための一形態の接続ポート3600、および前額支持部3700の機能態様を含む。いくつかの形態において、機能態様が、1つ以上の物理的コンポーネントによって提供され得る。いくつかの形態において、1つの物理的コンポーネントは、1つ以上の機能態様を提供し得る。使用時において、シール形成構造3100は、気道への陽圧での空気送達を促進するように、患者の気道の入口を包囲するように配置される。他の患者インターフェースデバイスが、RPTによって提供される治療の種類に応じて用いられ得る。
本技術の一態様によるRPTデバイス4000は、機械コンポーネントおよび空気圧式コンポーネント4100、電気コンポーネント4200を含み、1つ以上のアルゴリズム4300を実行するように構成される。RPTデバイスは、外部ハウジング4010を持ち得る。外部ハウジング4010は、上部4012および下部4014の2つの部分によって形成される。さらに、外部ハウジング4010は、1つ以上のパネル(単数または複数)4015を含み得る。RPTデバイス4000は、RPTデバイス4000の1つ以上の内部コンポーネントを支持するシャーシ4016を含む。RPTデバイス4000は、ハンドル4018を含み得る。
RPTデバイスは、以下のコンポーネントのうち1つ以上を一体ユニット中に含み得る。一代替形態において、以下のコンポーネントのうち1つ以上が、それぞれの別個のユニットとして配置され得る。
本技術の一形態によるRPTデバイスは、空気フィルタ4110または複数の空気フィルタ4110を含み得る。
本技術の一形態において、入口マフラー4122は、空気圧経路内において圧力生成器4140の上方に配置される。
本技術の一形態において、空気の流れまたは送達を陽圧において生成する圧力生成器4140は、制御可能な送風機4142である。例えば、送風機4142は、ボリュート内に収容された1つ以上のインペラを備えたブラシレスDCモータ4144を含み得る。送風機は、空気供給の送達を例えば約120リットル/分までの速度で、約4cmH2O~約20cmH2Oの範囲の陽圧で、または他の形態において約30cmH2Oまで行うことができる。送風機については、米国特許第7,866,944号、米国特許第8,638、014号、米国特許第8,636,479号およびPCT特許出願公開WO2013/020167の特許または特許出願のうちいずれか1つに記載があり得る。本明細書中、同文献全体を参考のため援用する。
変換器は、RPTデバイスの内部に設けてもよいし、あるいはRPTデバイスの外部に設けてもよい。外部変換器は、例えば空気回路上に配置してもよいし、あるいは空気回路の一部を形成してもよい(例えば、患者インターフェース)。外部変換器は、非接触センサの形態をとり得る(例えば、データRPTデバイスを送るかまたは移動させるドップラーレーダー移動センサ)。
本技術による流量センサ4274は、差圧変換器(例えば、SENSIRIONからのSDP600シリーズ差圧変換器)に基づき得る。いくつかのバージョンにおいて、本技術は、流量センサ無しで実行され得る(例えば、流量推定信号が他のセンサ信号(すなわち、流量センサ信号ではないもの)に基づいて生成される場合)。
本技術による圧力センサ4272は、空気圧経路と流体連通して配置され得る。よって、圧力センサ4272は、空気圧経路内のガスの圧力特性(例えば、RPTの送風機によって生成された圧力)を測定する。適切な圧力変換器の一実施例として、HONEYWELL ASDXシリーズからのセンサがある。別の適切な圧力変換器として、GENERAL ELECTRICからのNPAシリーズからのセンサがある。
本技術の一形態において、モータ4144または送風機4142もしくはその両方の回転速度を決定するために、モータ速度変換器4276またはセンサが用いられ得る。モータ速度変換器4276からのモータ速度信号は、治療装置コントローラ4240へ提供され得る。モータ速度変換器4276は、例えば速度センサであり得る(例えば、ホール効果センサ)。
本技術のいくつかのバージョンにおいて、ガス温度センサ4275である。いくつかのこのような実行において、ガス温度センサは、(温度および流量信号を生成し得るが独立型温度センサまたは他の温度感知デバイスであり得る)別のセンサ(例えば、Sensirion SDP-872流れセンサ)(例えば、熱線センサ)のコンポーネントであり得る。このようなセンサにより、RPTの空気圧経路のガス中においてまたはRPTの空気圧経路のガスに関連して測定されたガス(空気)温度を示す信号(例えば、電子)が生成され得る。このような測定値は、RPTの空気圧流路の周囲にあるガスも示し得る。このようなセンサは、例えばRPTのPCB上に配置され得る。このセンサは、感知された温度をアナログ信号またはデジタルもしくはその両方の信号中に生成し得、(サンプルされた信号またはこのようなセンサ信号もしくはその両方からの温度値を含むメモリを介して)コントローラ4230のプロセッサによってアクセスされ得る。
本技術のいくつかのバージョンにおいて、雰囲気圧力センサ4277である。例えば、RPTの雰囲気圧力センサ(例えば、RPTのPCB上のもの)は、雰囲気圧力(すなわち、RPTの空気圧流路の外部の圧力)を測定するように構成される。このセンサは、感知された雰囲気圧力をアナログ信号またはデジタル信号もしくはその両方中に生成し得、コントローラ4230のプロセッサによって(サンプルされた信号またはこのようなセンサ信号もしくはその両方からの雰囲気圧力値を含むメモリを介して)アクセスされ得る。
本技術のいくつかのバージョンにおいて、周囲相対湿度センサ4279である。例えば、RPTの相対湿度センサ(例えば、RPTの上のもの)は、周囲相対湿度(すなわち、RPTの空気圧流路の外部の相対湿度)を測定するように構成される。上記センサは、感知された相対湿度をアナログ信号またはデジタル信号もしくはその両方中に生成し得、コントローラ4230のプロセッサによって(サンプルされた信号または相対湿度値(例えば、このようなセンサ信号からのパーセンテージ値)もしくはその両方を含むメモリを介して)アクセスされ得る。
本技術のいくつかのバージョンは、1つ以上の酸素センサを任意選択的に含み得る(例えば、酸素センサ信号7021を生成するためのもの)。これらの酸素センサは、RPTなどの装置の空気圧経路を通過するガスの酸素濃度を決定するように適合される。実行において、呼吸導管を通過するガスの酸素濃度の推定値は、酸素センサ7023を用いて行われる。酸素センサは、ガス中の酸素濃度を測定するように構成されたデバイスである。酸素センサの例を非限定的に挙げると、超音波酸素センサ、電気酸素センサ、化学酸素センサ、および光学酸素センサがある。1つの実行において、酸素センサ7023は、超音波エミッタおよび超音波受信器を含む超音波酸素センサであり得る。
本技術のいくつかのバージョンは、他のモータパラメータ信号(複数可)7021(例えば、モータ電流、モータ電圧およびモータ力の少なくとも1つ)の決定または感知を行う1つ以上のセンサまたは回路要素を任意選択的に含み得る。例えば、1つ以上のセンス抵抗(複数可)が、送風機のモータへ供給される電流または電圧もしくはその両方の測定のために用いられ得る。いくつかのバージョンにおいて、例えば測定された電流および既知のまたは測定された電圧を用いて、モータの瞬時電力が(例えば装置の中央コントローラにより)計算され得る(例えば、電流X電圧=電力)。
本技術の一形態において、アンチスピルバック弁が、加湿器5000と、空気圧ブロック4020との間に配置され得る。アンチスピルバック弁は、水が加湿器5000から上流に(例えば、送風機のモータ4144へ)流れる危険性を低減させるように、構築および配置される。
本技術の一態様による空気回路4170は導管または管であり、使用時において空気流れが2つのコンポーネント(例えば、空気圧ブロック4020および患者インターフェース3000)間に移動するように、構築および配置される。
本技術の一形態において、補充用酸素4180が、空気圧経路における1つ以上のポイント(例えば、空気圧ブロック4020の上流)、空気回路4170または患者インターフェース3000もしくはその両方へ送達され得る。
5.4.2.1 電源
電源4210は、RPTデバイス4000の外部ハウジング4010の内部または外部に配置され得る。
本技術の一形態において、RPTデバイス4000は、人間がデバイスと相互作用を可能にするためのボタン、スイッチまたはダイヤルの形態をとる1つ以上の入力デバイス4220を含む。ボタン、スイッチまたはダイヤルは、タッチスクリーンを介してアクセスすることが可能な物理的デバイスまたはソフトウェアデバイスであり得る。ボタン、スイッチまたはダイヤルは、一形態において外部ハウジング4010に物理的に接続させてもよいし、あるいは、別の形態において中央コントローラ4230と電気接続された受信器と無線通信してもよい。
本技術の一形態において、中央コントローラ4230は、RPTデバイス4000の制御に適した1つまたは複数のプロセッサである。
RPTデバイス4000は、中央コントローラ4230へ接続された時計4232を含み得る。
本技術の一形態において、治療デバイスコントローラ4240は治療制御モジュール4330であり、中央コントローラ4230によって実行されるアルゴリズム4300の一部を形成する。
本技術による1つ以上の保護回路4250は、電気保護回路、温度または圧力もしくはその両方の安全回路を含み得る。
本技術の一形態によれば、RPTデバイス4000は、メモリ4260(例えば、不揮発性メモリ)を含む。いくつかの形態において、メモリ4260は、電池式スタティックRAMを含み得る。いくつかの形態において、メモリ4260は、揮発性RAMを含み得る。
本技術の一形態において、データ通信インターフェース4280が設けられ、中央コントローラ4230へ接続される。データ通信インターフェース4280は、遠隔外部通信ネットワーク4282またはローカル外部通信ネットワーク4284もしくはその両方へ接続可能であり得る。遠隔外部通信ネットワーク4282は、遠隔外部デバイス4286へ接続可能であり得る。ローカル外部通信ネットワーク4284は、ローカル外部デバイス4288へ接続可能であり得る。
本技術による出力デバイス4290は、視覚、音声および触覚ユニットのうち1つ以上の形態をとり得る。視覚ディスプレイは、液晶ディスプレイ(LCD)または発光ダイオード(LED)ディスプレイであり得る。
ディスプレイドライバ4292は、ディスプレイ4294上へ表示されるべき文字、記号または画像を入力として受信し、ディスプレイ4294にこれらの文字、記号または画像を表示させるコマンドへ変換する。
ディスプレイ4294は、ディスプレイドライバ4292から受信されたコマンドに応答して、文字、記号または画像を視覚的に表示するように構成される。例えば、ディスプレイ4294は8セグメントディスプレイであり得、その場合、ディスプレイドライバ4292は、各文字または記号(例えば、数字「0」)を、特定の文字または記号を表示するために各8個のセグメントを活性化させるべきかを示す8個の論理信号へ変換する。
5.4.3.1 事前処理モジュール
本技術の一形態による事前処理モジュール4310は、変換器4270(例えば流量センサ4274または圧力センサ4272)からの信号を入力として受信し、1つ以上の出力値を計算するための1つ以上のプロセスステップを行う。これらの出力値は、別のモジュール(例えば、治療エンジンモジュール4320)への入力として用いられる。
本技術の一形態において、圧力補償アルゴリズム4312は、空気圧ブロックの出口の近位の空気圧経路中の圧力を示す信号を入力として受信する。圧力補償アルゴリズム4312は、圧力低下を空気回路4170を通じて推定し、患者インターフェース3000中の推定圧力Pmを出力として提供する。
本技術の一形態において、通気流量推定アルゴリズム4314は、患者インターフェース3000中の推定圧力Pmを入力として受信し、患者インターフェース3000中の通気孔3400からの空気の通気流量Qvを推定する。
本技術の一形態において、漏洩流量推定アルゴリズム4316は、全体流量Qtおよび通気流量Qvを入力として受信し、漏洩流量の推定値Qlを出力として提供する。一形態において、漏洩流量推定アルゴリズム4316は、いくつかの呼吸サイクル(例えば、約10秒)を含むくらいに充分に長い期間にわたって全体流量Qtと通気流量Qvとの間の差平均を計算することにより、漏洩流量Qlを推定する。
本技術の一形態において、呼吸流量推定アルゴリズム4318は、全体流量Qt、通気流量Qvおよび漏洩流量Qlを入力として受信し、通気流量Qvおよび推定漏洩流量Qlを全体流量Qtから減算することにより、患者への空気呼吸流量Qrを推定する。
本技術の一形態において、流量信号は、(例えば全流量Qt、通気部流量Qvおよび漏洩流量Qlの推定を生成するための)流量信号推定アルゴリズム4317によって推定され得、患者の空気の呼吸流量Qrの推定値を(通気部流量Qvおよび推定された漏洩流量Qlを推定された全流量Qtから減算することにより)さらに行う。このような流量信号推定プロセスについて、本明細書中さらに詳細に説明する。このような流量信号推定は、(例えば流れセンサの動作において故障が検出された場合に)流れセンサからの流量信号の代わりに用いられ得る。同様に、このような流量信号推定は、流れセンサの動作において故障を検出するためまたは他の場合に流量センサの精度を本明細書中により詳細に記載のように評価するために用いられ得る。
本技術の一形態において、治療エンジンモジュール4320は、患者インターフェース3000中の圧力Pmおよび患者への空気呼吸流量Qr(例えば、流量推定信号から誘導されたもの)のうち1つ以上を入力として受信し、1つ以上の治療パラメータを出力として提供する。
本技術の一形態において、フェーズ決定アルゴリズム4321は、呼吸流量Qrを示す信号を入力として受信し、患者1000の現在の呼吸サイクルのフェーズを出力Φとして提供する。
本技術の一形態において、波形決定アルゴリズム4322は、患者の呼吸サイクル全体を通じてほぼ一定の治療圧力を提供する。
・「時間スケール」として知られるパラメータの第1の半分の2/3までの直線的上昇、
・時間スケールの第2の半分について1までの放物線状の上昇。
本技術の一形態において、換気決定アルゴリズム4323は、呼吸流量Qr(これは、前述のように、推定流量信号から誘導され得る)を入力として受信し、現在の患者換気を示すVent測定値を決定する。
・ 呼吸流量が非負から負へ変化したとき、または
・ 呼吸流量が負から非負へ変化したとき、および
・ 呼吸流量Qrの整数の絶対値が患者の解剖学的死腔容量を下回る期間にわたって呼吸流量の符号が変化した後。
本技術の1つの形態において、治療エンジンモジュール4320は、流れ制限の範囲(呼吸流量波形の吸気部分の部分的な上気道閉塞とも呼ばれる(本明細書中、「吸気波形」という略称で呼ぶ))を決定する1つ以上のアルゴリズムを実行する。一形態において、流量制限決定アルゴリズム4324は、呼吸流量信号Qr(これは、前述のように、推定流量信号から誘導され得る)を入力として受信し、各吸気波形が流量制限を示す範囲の測定値を出力として提供する。
本技術の一形態において、治療エンジン4320モジュールは、1つ以上のアルゴリズムを実行して、吸気波形内の「M字形」を検出する。一形態において、M字形検出アルゴリズム4326は、呼吸流量信号Qrを入力として受信し、各吸気波形がM字形を示す範囲を表す測定値を出力として提供する。
本技術の一形態において、治療エンジンモジュール4320は、無呼吸検出アルゴリズム4325を実行して、無呼吸を検出する。
本技術の一形態において、中央コントローラ4230は、現在の換気Ventの測定値を入力としてとり、患者1000の典型的な最近の換気を表す値Vtypの決定のために、1つ以上の典型的な最近の換気決定アルゴリズム4328を実行する。
本技術の一形態において、中央コントローラ4230は、気道開通性の決定のために、気道開通性決定アルゴリズム4327を実行する。いくつかの具現例において、気道開通性決定アルゴリズム4327は、「閉鎖」もしくは「開放」のどちらかを返送するか、それに相当するブール値(例えば、閉鎖を示す「真」と開放を示す「偽」)を返送する。
本技術のいくつかの形態において、中央コントローラ4230は、治療エンジンモジュール4320中のその他のアルゴリズムのうち1つ以上から返送された値を用いて、1つ以上の治療パラメータの決定のための1つ以上の治療パラメータ決定アルゴリズム4329を実行する。
本技術の一態様による治療制御モジュール4330は、治療エンジンモジュール4320の治療パラメータ決定アルゴリズム4329からの治療パラメータを入力として受信し、これらの治療パラメータに従って圧力生成器4140から空気流れを送達させるように、圧力生成器を制御する。
本技術の一形態において、中央コントローラ4230は、故障状態の検出のための1つ以上の方法を実行する。1つ以上の方法によって検出された故障状態は、以下のうち少なくとも1つを含み得る。
・ 停電(電力無しまたは電力不足)
・ 変換器故障の検出
・ コンポーネントの存在を検出できない
・ 動作パラメータが推奨範囲から外れている(例えば、圧力、流量、温度、PaO2)
・ 検出可能な警告信号を生成するための試験警告の不履行。
・ 流れセンサからの流量信号と、流量信号推定4137のプロセスからの流量推定信号との有意な不等
・ 可聴、視覚、動力学的(例えば、振動的)警告の開始
・ 外部デバイスへのメッセージ送信
・ インシデントのロギング
・ 本明細書中により詳細に記載のような制御パラメータの変更
本技術の一形態において、患者へ送達されるべき空気またはガスの絶対湿度を周囲空気に相対して変化させるための加湿器5000が提供される(例えば、図5Aに示すようなもの)。典型的には、加湿器5000は、患者気道へ送達される前に空気流れの(周囲空気に相対する)絶対湿度を増加させかつ温度を増加させるために、用いられる。
本技術の一形態における治療パラメータ決定アルゴリズム4329によって用いられる治療圧力方程式(1)中のパラメータAおよびP0の値に応じて、多様な呼吸圧力治療モードがRPTデバイス4000によって行われ得る。
いくつかの具現例において、圧力補助Aは等しくゼロであるため、治療圧力Ptは呼吸サイクル全体において同様にベース圧力P0に等しい。このような具現例は、CPAP治療の見出し下において主にグループ分けされる。このような具現例において、フェーズΦまたは波形テンプレートΠ(Φ)を決定するための治療エンジンモジュール4320は不要である。
他の具現例において、方程式(1)中の圧力補助Aの値は正であり得る。かかる具現例は換気治療として知られている。一定圧力補助換気治療として公知の換気治療のいくつかの形態において、圧力補助Aは、所定の値(例えば、10cmH2O)に固定される。所定値の圧力補助Aは、RPTデバイス4000の設定であり、例えばRPTデバイス4000の構成時にハードコードされるかまたは入力デバイス4220を通じた手動入力により設定され得る。いくつかのバージョンにおいて、圧力は双レベルであり得、例えば、より高い圧力が患者吸気時に送達され、より低い圧力が患者呼気時に送達される。
いくつかのバージョンにおいて、RPTは、例えば推定流れ信号による流れ制御ループと共に構成され得、「開口」(非密封)状態の患者の気道に対してインターフェースを用いて呼吸治療を提供する。呼吸治療は、患者自身の自発呼吸に対し、調整ガスまたはエンリッチガスの制御された流れを補給し得る。一実施例において、高流量療法(HFT)とは、シールされていないかまたは開口した患者インターフェースを通じて、呼吸サイクル全体にかけてほぼ一定に保持される「治療流量」で制御することである。治療流量は、患者のピーク吸気流量を超えるようにノミナル設定されている。一定の流量の代替例として、治療流量は、呼吸サイクルにわたって変動するプロファイルに追随し得る。
上記したように、コントローラまたはプロセッサ(例えば、RPTの1つ以上)は、図4Dの流量信号推定4317のプロセスの実行により、流量信号推定を(例えば流量センサからの信号の利用無しに)行い得る。1つのこのような例示的流れ推定プロセスを、図7の推定プロセス7002中に示す。図示のように、プロセスにおいて、流れ推定ユニット7004(例えば、上記したような制御論理またはプロセッサ制御命令を用いた中央コントローラまたはプロセッサのもの)が用いられ得、1組のセンサからの測定値を含み得る1組の入力信号7010から流量推定信号7008を導出する流れ推定関数を含む関数(複数可)を実行する。本例において、流量推定ユニット7004は、信号を受信し得(例えば、データ値へのアクセスをメモリまたはセンサもしくはその両方から直接的に行って)、流量推定信号7008を生成し得る。図示のように、入力信号は、送風機の動作と関連付けられるように、圧力7012(例えば、RPTの空気圧経路中の圧力センサ4272からのもの)を含み得る。入力信号は、RPTの送風機のモータと関連付けられ得るモータ速度7014(例えば、速度センサ4276からのもの)を含み得る。入力信号は、雰囲気圧力7016を含み得る(例えば、周囲圧力を測定するように構成され得る雰囲気圧力センサ4277からのもの)。入力信号は、RPTの空気圧経路内のガスと関連付けられ得るガス温度7018(例えば、ガス温度センサ4275からのもの)を含み得る。これらの入力信号は、RPTの空気圧経路の外部(例えば、周囲)のガスと関連付けられ得る周囲相対湿度7020(例えば、周囲相対湿度センサ4279からのもの)を含み得る。いくつかのバージョンにおいて、入力信号は、酸素センサ(例えば、酸素濃度7021)からの信号(複数可)またはモータパラメータセンサ(複数可)からの信号(複数可)(例えば、モータパラメータ7023)もしくはその両方も任意選択的に含み得る。これらの入力信号は、流量推定信号の同時生成を経時的に反復的に行うために、センサからリアルタイムまたはほぼリアルタイムで受信され得る。さらに、いくつかのバージョンにおいて、このような推定信号プロセスにおいて、メモリ内に保存された値からこのような信号全てのうち1つ以上が用いられ得る。
Flow_estは、生成された流れ推定信号であり、
A、BおよびCはそれぞれ、例えば少なくとも回転周波数(例えば、測定されたモータ速度)の1組の関数の周波数関連関数であり、
Pressure_measは、送風機によって生成された圧力の測定値(例えば、RPTの空気圧経路内の圧力センサ4272によってとられたもの)である。
本技術の開示目的のため、本技術の特定の形態において、以下の定義のうち1つ以上が適用され得る。本技術の他の形態において、別の定義も適用され得る。
空気:本技術の特定の形態において、空気は大気を意味し得、本技術の他の形態において、空気は、他の呼吸可能なガスの組み合わせ(例えば、酸素を豊富に含む大気)を意味し得る。
無呼吸:いくつかの定義によれば、無呼吸とは、所定の閾値を下回った流れが例えば10秒間の継続期間にわたって継続した場合に発生したと言われる。閉鎖性無呼吸とは、患者の労作にもかかわらず、何らかの気道閉塞により空気の流れが許されないときに発生すると言われる。開放性無呼吸とは、気道が開放(開通)しているにも関わらず呼吸努力の低下または呼吸努力の不在に起因して無呼吸が検出された状態を指すと言われる。混合無呼吸とは、呼吸努力の低下または不在が気道閉塞と同時発生した状態を指すと言われる。
(i)(古典的な)平坦形状:隆起の後に相対的に平坦な部分が続き、その次に下降が続く。
(ii)M字型:2つの局所的ピークが1つは早期部分に、1つが後部分にあり、これら2つのピーク間に相対的に平坦な部分が来る。
(iii)椅子形:単一の局所的なピークがあり、このピークは早期部分にあり、次に相対的に平坦な部分が続く。
(iv)逆椅子形:相対的に平坦な部分の次に単一の局所的なピークが続き、ピークは後部分に設けられる。
流量:単位時間あたりに送出される空気の瞬間の量(または質量)。流量および換気量は、単位時間あたりに同じ規模の量または質量を持つが、流量は、かなり短時間にわたって測定される。場合によっては、流量について言及した場合、スカラー量(すなわち、大きさのみを有する量)を指す。他の場合において、流量について言及した場合、ベクトル量(すなわち、大きさおよび方向両方を持つ量)を指す。符号付きの量として言及された場合、流量は、患者の呼吸サイクルの吸気部分に対してノミナルに正であり得るため、患者の呼吸サイクルの呼気部分に対して負であり得る。流量には、符号Qが付与される。「流量」を簡略的に「流れ」と呼ぶ場合もある。合計流量Qtは、RPTデバイスから退出する空気の流量である。通気流量Qvは、呼気されたガスの流出を可能にするために通気孔から退出する空気の流量である。漏洩流量Qlは、患者インターフェースシステムからの漏洩の流量である。呼吸流量Qrは、患者の呼吸器系中に受容される空気の流量である。
バックアップレート:人工呼吸器のパラメータであり、(自発呼吸努力によってトリガされない場合に)人工呼吸器から患者へ送達される最小呼吸速度(典型的には、1分あたりの呼吸数)を確立させる。
横隔膜:シート状の筋肉であり、胸郭下部上に延びる。横隔膜は、心臓、肺および肋骨を含む胸腔を腹腔から分離させる。横隔膜が収縮すると、胸腔の容量が増加し、肺中に空気が引き込まれる。
5.10 他の注意事項
患者:1000
患者インターフェース:3000
非侵襲的患者インターフェース:3000
シール形成構造:3100
プレナムチャンバ:3200
構造:3300
通気部:3400
接続ポート:3600
前額支持部:3700
RPTデバイス:4000
外部ハウジング:4010
上部:4012
部位:4014
パネル:4015
シャーシ:4016
ハンドル:4018
空気圧ブロック:4020
空気圧コンポーネント:4100
空気フィルタ:4110
入口空気フィルタ:4112
出口空気フィルタ:4114
入口マフラー:4122
出口マフラー:4124
圧力生成器:4140
制御可能な送風機:4142
モータ:4144
空気回路:4170
補充酸素:4180
電気部品:4200
プリント回路基板アセンブリ:4202
電源:4210
入力デバイス:4220
中央コントローラ:4230
時計:4232
治療デバイスコントローラ:4240
保護回路:4250
メモリ:4260
変換器:4270
圧力センサ:4272
流量センサ:4274
ガス温度センサ:4275
モータ速度変換器:4276
雰囲気圧力センサ:4277
周囲相対湿度センサ:4279
データ通信インターフェース:4280
遠隔外部通信ネットワーク:4282
ローカル外部通信ネットワーク:4284
遠隔外部デバイス:4286
ローカル外部デバイス:4288
出力デバイス:4290
ディスプレイドライバ:4292
ディスプレイ:4294
アルゴリズム:4300
事前処理モジュール:4310
圧力補償アルゴリズム:4312
通気流量の推定:4314
漏洩流量推定アルゴリズム:4316
流量信号推定:4317
呼吸流量推定アルゴリズム:4318
治療エンジンモジュール:4320
フェーズ決定アルゴリズム:4321
波形決定アルゴリズム:4322
換気決定アルゴリズム:4323
吸気流れ制限検出:4324
無呼吸検出アルゴリズム:4325
M字形検出アルゴリズム:4326
気道開通性決定アルゴリズム:4327
典型的な最近の換気決定:4328
治療パラメータ決定アルゴリズム:4329
治療制御モジュール:4330
加湿器:5000
加湿器入口:5002
加湿器出口:5004
加湿器ベース:5006
加湿器リザーバ:5110
加湿器リザーバドック:5130
加熱要素:5240
加湿器コントローラ:5250
推定プロセス:7002
流量推定ユニット:7004
流量推定信号:7008
入力信号:7010
圧力:7012
モータ速度:7014
雰囲気圧力:7016
ガス温度:7018
周囲相対湿度:7020
モータパラメータ:7021
酸素センサ信号:7023
ステップまたはプロセス:8002-34
Claims (52)
- 呼吸治療デバイスと関連付けられた呼吸可能なガスの流れの流量の推定値を示す信号を生成するコントローラの方法であって、前記呼吸治療デバイスは、モータ作動型の送風機を含み、
前記呼吸可能なガスの圧力の測定値を示す電子信号を圧力センサから前記コントローラが受信することと、
前記モータの速度の測定値を示す電子信号を速度センサから前記コントローラが受信することと、
混入空気密度関数を前記コントローラが計算することと、
前記呼吸可能なガスの流量の推定値を示す信号を流れ推定関数を用いて前記コントローラが生成することと、ここで、前記流れ推定関数は、(1)前記圧力の測定値を示す信号、(b)前記モータの速度の測定値を示す信号、および(c)前記混入空気密度関数の関数を含む、
を含む方法。 - 前記混入空気密度関数は、大気密度値および大気密度基準値を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記混入空気密度関数は、前記大気密度値および前記大気密度基準値の第1の比率を含む、請求項2に記載の方法。
- 前記混入空気密度関数は、前記大気密度値および前記大気密度基準値の第2の比率を含む、請求項3に記載の方法。
- 前記呼吸可能なガスの流量を推定することは、モータ力を計算することをさらに含み、前記呼吸可能なガスの流量の決定された推定値は、前記モータ力に基づく、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記混入空気密度関数は、雰囲気圧力値、温度値および相対湿度値の関数を含む、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記混入空気密度関数を計算する酸素センサからの信号を評価することをさらに含む、請求項6に記載の方法。
- 前記呼吸可能なガスの雰囲気圧力の測定値を示す電子信号を雰囲気圧力センサから前記コントローラが受信することと、ここで、前記雰囲気圧力値は、前記呼吸可能なガスの雰囲気圧力の測定値であり、
前記呼吸可能なガスのガス温度の測定値を示す電子信号をガス温度センサから前記コントローラが受信することと、ここで、ガスの前記温度値は、前記呼吸可能なガスのガス温度の測定値であり、
前記呼吸可能なガスの周囲相対湿度の測定値を示す電子信号を周囲相対湿度センサから前記コントローラが受信することと、ここで、周囲の前記相対湿度値は、前記呼吸可能なガスの周囲相対湿度の測定値である、
をさらに含む、請求項6に記載の方法。 - 前記雰囲気圧力値、前記温度値および前記相対湿度値の関数は、温度に応じた飽和蒸気圧力関数を含む、請求項6~8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記雰囲気圧力値、前記温度値および前記相対湿度値の関数は、温度および相対湿度に応じた蒸気圧力関数を含む、請求項6~10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記流れ推定関数は、1組の周波数関数を含む、請求項1~13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記1組の周波数関数は、第1の回転周波数関数を含み、前記第1の回転周波数関数は、前記モータの速度の測定値の関数および前記混入空気密度関数である、請求項14に記載の方法。
- 前記1組の周波数関数は、第2の回転周波数関数を含み、前記第2の回転周波数関数は、前記モータの速度の測定値の関数である、請求項15に記載の方法。
- 前記1組の周波数関数は、第3回転周波数関数を含み、前記第3回転周波数関数は、前記モータの速度の測定値の関数および前記混入空気密度関数である、請求項16に記載の方法。
- 前記呼吸可能なガスの流量の測定値を示す電子信号を流量センサから前記コントローラが受信することと、
前記呼吸可能なガスの流量の測定値を示す前記電子信号と前記呼吸可能なガスの流量の推定値を示す生成された信号とを前記コントローラが比較することと、
前記比較に基づいた前記流量センサの精度の評価を示す出力インジケータを前記コントローラが生成することと
をさらに含む、請求項1~21のいずれか一項に記載の方法。 - 前記モータ作動型の送風機を作動させるための制御パラメータを前記出力インジケータに基づいて前記コントローラが変更することをさらに含む、請求項22に記載の方法。
- 前記呼吸可能なガスの推定値を示す前記生成された信号に基づいて前記モータ作動型の送風機を作動させるために制御パラメータを前記コントローラが変更することをさらに含む、請求項22に記載の方法。
- 前記制御パラメータは、圧力セットポイントおよび流量セットポイントのうちいずれか1つである、請求項23および24のいずれか一項に記載の方法。
- プロセッサ実行可能な命令が保存されたプロセッサ可読媒体であって、
前記プロセッサ実行可能な命令は、呼吸治療デバイス内のモータ作動型の送風機のプロセッサのコントローラによって実行されると、前記呼吸治療デバイスと関連付けられた呼吸可能なガスの流量の推定値を前記プロセッサに生成させ、当該プロセッサ実行可能な命令は、請求項1~25のいずれか一項に記載の方法による動作を制御させる命令を含む、プロセッサ可読媒体。 - 呼吸治療デバイスであって、
患者呼吸インターフェースに連結するように適合され、呼吸可能なガスの流れを含む呼吸治療を前記患者呼吸インターフェースを介して生成するように適合されるモータ作動型の送風機と、
前記呼吸可能なガスの圧力の測定値を示す電子信号を生成するように構成された圧力センサと、
前記モータの速度の測定値を示す電子信号を生成するように構成された速度センサと、
1つ以上のプロセッサを含み、前記モータ作動型の送風機、前記圧力センサおよび前記速度センサに連結されるコントローラと
を含み、
前記コントローラは、
前記呼吸可能なガスの圧力の測定値を示す電子信号を受信することと、
前記モータの速度の測定値を示す前記電子信号を受信することと、
混入空気密度関数を計算することと、
前記呼吸可能なガスの流量の推定値を流れ推定関数を用いて示す信号を生成すると、ここで、前記流れ推定関数は、(1)前記圧力の測定値を示す信号、(b)前記モータの速度の測定値を示す信号および(c)前記混入空気密度関数の関数を含む、
を行うように構成される、呼吸治療デバイス。 - 前記混入空気密度関数は、大気密度値および大気密度基準値を含む、請求項27に記載の呼吸治療デバイス。
- 前記混入空気密度関数は、前記大気密度値および前記大気密度基準値の第1の比率を含む、請求項28に記載の呼吸治療デバイス。
- 前記混入空気密度関数は、前記大気密度値および前記大気密度基準値の第2の比率を含む、請求項29に記載の呼吸治療デバイス。
- 前記呼吸可能なガスの流量の推定値を決定するために、前記コントローラは、1つ以上のセンサ信号からのモータ力を計算するようにさらに構成され、前記呼吸可能なガスの流量の決定された推定値は、前記モータ力に基づく、請求項27~30のいずれか一項に記載の呼吸治療デバイス。
- 前記混入空気密度関数は、雰囲気圧力値、温度値および相対湿度値の関数を含む、請求項27~31のいずれか一項に記載の呼吸治療デバイス。
- 前記コントローラは、前記混入空気密度関数を計算する酸素センサからの信号を評価するようにさらに構成される、請求項32の呼吸治療デバイス。
- 前記呼吸可能なガスの雰囲気圧力の測定値を示す電子信号を生成するように構成され、前記雰囲気圧力値は前記呼吸可能なガスの雰囲気圧力の測定値である、雰囲気圧力センサと、
前記呼吸可能なガスのガス温度の測定値を示す電子信号を生成するように構成され、ガス温度値は前記呼吸可能なガスのガス温度の測定値である、ガス温度センサと、
前記呼吸可能なガスの周囲相対湿度の測定を示す電子信号を生成するように構成され、周囲相対湿度値が前記呼吸可能なガスの周囲相対湿度の測定値である、周囲相対湿度センサと、と
をさらに含み、
前記コントローラは、
前記雰囲気圧力の測定値を示す前記電子信号と、
ガス温度の測定値を示す前記電子信号と、
周囲相対湿度の測定値を示す前記電子信号と
を受信するように構成される、請求項32~33のいずれか一項に記載の呼吸治療デバイス。 - 前記雰囲気圧力値、前記温度値および前記相対湿度値の関数は、温度に応じた飽和蒸気圧力関数を含む、請求項32~34のいずれか一項に記載の呼吸治療デバイス。
- 前記雰囲気圧力値、前記温度値および前記相対湿度値の関数は、温度および相対湿度に応じた蒸気圧力関数を含む、請求項27~36のいずれか一項に記載の呼吸治療デバイス。
- 前記流れ推定関数は、1組の周波数関数を含む、請求項27~39のいずれか一項に記載の呼吸治療デバイス。
- 前記1組の周波数関数は、第1の回転周波数関数を含み、前記第1の回転周波数関数は、前記モータの速度の測定値の関数および前記混入空気密度関数である、請求項40の呼吸治療デバイス。
- 前記1組の周波数関数は、第2の回転周波数関数を含み、前記第2の回転周波数関数は、上記モータの速度の測定値の関数である、請求項41に記載の呼吸治療デバイス。
- 前記1組の周波数関数は、第3の回転周波数関数を含み、前記第3の回転周波数関数は、前記モータの速度の測定値の関数および前記混入空気密度関数である、請求項42の呼吸治療デバイス。
- 前記呼吸可能なガスの流量の測定値を示す電子信号を生成するように構成された流量センサをさらに含み、
前記コントローラは、
前記呼吸可能なガスの流量の測定値を示す前記電子信号を受信することと、
前記呼吸可能なガスの流量の測定値を示す前記電子信号と、前記呼吸可能なガスの流量の推定値を示す生成された信号とを比較することと、
前記比較に基づいた前記流量センサの精度の評価を示す出力インジケータを生成することと
を行うようにさらに構成される、請求項27~47のいずれか一項に記載の呼吸治療デバイス。 - 前記コントローラは、前記出力インジケータに基づいて前記モータ作動型の送風機を作動させるための制御パラメータを変更するようにさらに構成される、請求項48に記載の呼吸治療デバイス。
- 前記コントローラは、前記呼吸可能なガスの推定値を示す前記生成された信号に基づいて前記モータ作動型の送風機を作動させるために制御パラメータを変更するようにさらに構成される、請求項48に記載の呼吸治療デバイス。
- 前記制御パラメータは、圧力セットポイントおよび流量セットポイントのうちいずれか1つである、請求項49および50のいずれか一項に記載の呼吸治療デバイス。
- プロセッサ実行可能な命令が保存されたプロセッサ可読媒体をさらに含み、
前記プロセッサ実行可能な命令は、前記モータ作動型の送風機のコントローラの1つ以上のプロセッサによって実行されると、前記呼吸可能なガスの流量の推定値を前記1つ以上のプロセッサに生成させ、当該プロセッサ実行可能な命令は、請求項1~25のいずれか一項に記載の方法による動作を制御させる命令を含む、請求項27~51のいずれか一項に記載の呼吸治療デバイス。
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