JP2023523841A - 着脱式気道を備える人工呼吸器システム - Google Patents

着脱式気道を備える人工呼吸器システム Download PDF

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Abstract

本開示は、着脱式気道を備える人工呼吸器システムの技術を提供する。人工呼吸器システムは、着脱式気道とベースユニットとを含み得る。着脱式気道は、空気入口ポートと患者吸気ポートと空気排出ポートと患者呼気ポートと圧力センサの第１部分と流量センサの第１部分とを含み得る。ベースユニットは、二つのピンチバルブと圧力センサの第２部分と流量センサの第２部分とを含み得る。幾つかのケースで、気道は、空気入口ポートと空気排出ポートと患者吸気ポートと患者呼気ポートとを除いて如何なる開口部も具備していない。幾つかのケースで、着脱式気道の内側の空気は、始めて空気排出ポートから出る以外にベースユニットの如何なる部位とも接触しない。【選択図】 図３４Ｃ

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、１）２０２０年４月２９日に「人工呼吸器(Ventilator)」の名称で出願された米国仮特許出願第６３／０１６，９９５号と、２）２０２０年１０月１日に「着脱式気道を備える人工呼吸器(Ventilator with Removable Airway)」の名称で出願された米国仮特許出願第６３／０８６，０５５号と、３）２０２０年１０月１日に「着脱式気道を備える人工呼吸器(Ventilator with Removable Airway)」の名称で出願された米国仮特許出願第６３／０８６，３７５号との優先権及び利益を主張して、２０２１年４月２７日に「着脱式気道を備える人工呼吸器システム(Ventilator System With Removable Airway)」の名称で出願された米国非仮特許出願第１７／２４１，２４８号の優先権を主張し、これら出願全てがあらゆる目的で参照により本明細書に援用される。
本発明は、着脱式気道を備える人工呼吸器システムに関する。
人工呼吸器は、身体的に呼吸が不可能であるか呼吸が不充分である患者に息をさせるように、患者の肺へ、或いは肺から、呼吸可能な空気を出入させることにより機械的人工呼吸を提供する装置である。従来の人工呼吸器は、センサ（例えば圧力及び流量センサ）のフィードバックに基づいてコンピュータ化（例えばマイクロプロセッサ制御による）制御システムにより制御されるバルブを備える装置であり得るか、（例えば手動バッグ、バルブ、マスクを収容する）より基本的な装置であり得る。人工呼吸器は一般に、集中治療医学、在宅治療、救急医療で、また麻酔学で（麻酔装置のコンポーネントとして）使用される。
従量式人工呼吸器及び圧力式人工呼吸器など、従来の人工呼吸器には多様なタイプがある。従来の人工呼吸器は、例えば人工呼吸器に結合された患者からの汚染を受け易い。バルブ及びセンサを含む人工呼吸器の内面は、患者から吐出された空気に露出される。患者からの空気は、院内肺炎と関連する細菌などの病原体を含有することがあり、これが人工呼吸器を汚染して人工呼吸器の後続ユーザ（例えば人工呼吸器を使用する次の患者）を潜在的に感染させ得る。従来の人工呼吸器の幾つかのコンポーネントは異なる患者による使用の間に清浄化又は交換され得るが、しかしながら、人工呼吸器内の他の隣接領域が汚染されたままである場合には幾つかのコンポーネントの清浄化又は交換は効果的でない。例えば、人工呼吸器の幾つかのエリア（例えばバルブの移動コンポーネント又は流量センサの圧力面）に残る細菌が、人工呼吸器内を移動する空気流を汚染することによりシステムの他所を汚染することがある。
本発明は、上記従来の技術における課題を解決するためになされたものである。
本開示は、着脱式気道を備える人工呼吸器システムの為の技術を提供する。幾つかの実施形態において、人工呼吸器システムは、着脱式気道とベースユニット（或いはベース人工呼吸器ユニット）とを含む。着脱式気道は、空気入口ポートと患者吸気ポートと空気排出ポートと患者呼気ポートと圧力センサの第１部分と流量センサの第１部分とを含み得る。ベースユニットは、二つのピンチバルブと圧力センサの第２部分と流量センサの第２部分とを含み得る。空気は空気入口ポートを通って着脱式気道へ入り、空気排出ポートを通って着脱式気道から排出され、患者吸気ポートを通って着脱式気道を出て、患者呼気ポートを通って着脱式気道に入る。幾つかのケースにおいて、気道は、空気入口ポートと空気排出ポートと患者吸気ポートと患者呼気ポートを除いて如何なる開口部も具備していない。幾つかのケースで、着脱式気道の内側の空気は、最初に空気排出ポートを出る以外にベースユニットの如何なる部位とも接触しない。
幾つかの実施形態において、人工呼吸器システムは着脱式気道とベースユニットとを含む。着脱式気道は、空気供給ポートと空気排出ポートと患者吸気ポートと患者呼気ポートとを含む四つのポートと、柔軟領域を具備する第１圧力センサの第１部分と、ダイヤフラムを具備する第１流量センサの第１部分とを含み得る。ベースユニットは二つのピンチバルブを含み、各ピンチバルブはバルブボデーとアクチュエータと可動要素と固定要素とを具備して、着脱式気道は固定要素と可動要素との間を通過し、第１圧力センサの第２部分は、柔軟領域への力を測定するように構成されたロードセルを具備し、第１流量センサの第２部分は、ダイヤフラムから発出される音波を測定するように構成されたマイクロフォンを具備する。幾つかのケースで、着脱式気道は、四つのポートを除いて如何なる開口部も具備していない。幾つかのケースで、着脱式気道の内側の空気はベースユニットの如何なる部位とも接触しない。
上に記載された人工呼吸器システムの幾つかのケースにおいて、着脱式気道は更に、吸入マニホルドと吐出マニホルドとを含む。吸入マニホルドは、空気供給ポートと患者吸気ポートと第１圧力センサの第１部分と第１流量センサの第１部分とを含み得る。吐出マニホルドは、空気排出ポートと患者呼気ポートと第２圧力センサの第１部分と第２流量センサの第１部分とを含み得る。上に記載された人工呼吸器システムの幾つかのケースにおいて、ベースユニットは更に、吸入マニホルドの流れを制限するように構成された第１及び第２ピンチバルブを含み、第１及び第２ピンチバルブの各々の可動要素は、回転アームに結合されたローラと、呼気マニホルドの流れを制限するように構成された第３及び第４ピンチバルブとを具備し、第３及び第４ピンチバルブの各々の可動要素は、回転アームに結合されたローラと、第１圧力センサの第２部分と、第１流量センサの第２部分と、第２圧力センサの第２部分と、第２流量センサの第２部分とを具備する。
幾つかの実施形態による人工呼吸器システムの吸入マニホルドの一例の簡略図である。 幾つかの実施形態による人工呼吸器システムの吐出マニホルドの一例の簡略図である。 乃至 幾つかの実施形態によるピンチバルブの一例の簡略図である。 乃至 幾つかの実施形態によるピンチバルブの別の例の簡略図である。 幾つかの実施形態による、図４Ａ乃至４Ｂに示されたピンチバルブの簡略図である。 乃至 幾つかの実施形態による、バルブの位置を制御する為のシステムの一例のそれぞれ前面及び側面での簡略図である。 幾つかの実施形態による、バルブの位置を制御する為のシステムの一例の簡略図である。 幾つかの実施形態による圧力制限圧力リミット検出サブシステムの一例を示す簡略図である。 幾つかの実施形態による圧力リミット検出サブシステムの一例を示す簡略図である。 乃至 幾つかの実施形態によるベローズの例の簡略図である。 乃至 幾つかの実施形態による圧力検出システムの一例の簡略図である。 幾つかの実施形態による流量センサの一例の簡略図である。 幾つかの実施形態による人工呼吸器システムのガスマニホルド（例えば気道）全体の一例の簡略図である。 幾つかの実施形態による、マニホルド（例えば、気道）のセンサ部分と、人工呼吸器ベースユニットに配置されたセンサの光電池部分とを含む図１５のガスマニホルド全体の一例の簡略図である。 乃至 幾つかの実施形態による光電池の例の簡略図である。 幾つかの実施形態による人工呼吸器システムの一例の簡略図である。 幾つかの実施形態による人工呼吸器システムの一例の簡略図である。 幾つかの実施形態による、着脱式システム及びベースユニット内の部分を備えるセンサの一例の簡略図である。 乃至 幾つかの実施形態による柔軟領域を備える気道の一例の簡略図である。 乃至 幾つかの実施形態による圧力センサの一例の簡略図である。 乃至 幾つかの実施形態による圧力センサの一例の簡略図である。 幾つかの実施形態による、ベースユニット内に収容される流量センサの一例の簡略図である。 幾つかの実施形態による、着脱式システムの一部であると共にベースユニットの一部である部分を備える流量センサの一例の簡略図である。 幾つかの実施形態による、着脱式システムの一部であると共にベースユニットの一部である部分を備える流量センサの一例の簡略図である。 幾つかの実施形態による、着脱式システムの一部であると共にベースユニットの一部である部分を備える流量センサの一例の簡略図である。 幾つかの実施形態による、着脱式システム内に収容された流量センサの一例の簡略図である。 幾つかの実施形態による、着脱式システムの一部であるか、着脱式システム及びベースユニットの一部である部分を備える流量センサの簡略図である。 幾つかの実施形態による、流量センサのマイクロフォンにより検出され得る音波を発生させ得るチューブ内の構造の一例と、ガス（例えば空気）の流量を判断するように処理される音波の周波数スペクトルとの簡略図を示す。 乃至 幾つかの実施形態による、着脱式システム及びベースユニットの一部である部分を備える流量センサの簡略図である。 幾つかの実施形態による、着脱式システム及びベースユニットの一部である部分を備える流量センサの一例の簡略図である。 乃至 幾つかの実施形態による、着脱式システムに収容されるか、着脱式システム及びベースユニットの一部である部分を有する流量センサに使用される流量センサ部分の簡略図である。 乃至 幾つかの実施形態による、着脱式気道を備える人工呼吸器システムの一例の簡略図である。 乃至 幾つかの実施形態による、人工呼吸器システムの吸入ラインと吐出ラインのそれぞれの例の簡略図である。
人、或いは霊長類など他の動物の呼吸を支援する為の人工呼吸器システムが開示される。人工呼吸器システムは着脱式ユニットとベースユニットとを収容し、着脱式ユニットは使い捨てでもよい。
幾つかのケースでは、着脱式ユニットがベースユニットから手で（例えば人の手のみを使用して）取り外される。幾つかのケースにおいて、如何なる工具も使用せずに（例えば、ねじドライバ、ペンチ、他の工具を使用せずに）着脱式ユニットがベースユニットから取り外され得る。幾つかのケースで、着脱式ユニットは工具（例えばねじドライバ）でベースユニットから取り外され、着脱式ユニットを取り外すのに必要な作業の数は、１から４個の作業など最小である（例えば、１から４個の作業は１から４本のねじの取り外しを含む）。幾つかのケースでは、着脱式ユニットが取り外されて、周期的に（例えば、異なる患者による人工呼吸器の使用と使用の間に、或いは毎日や毎週など特定の持続時間の後に）処分され得る。
幾つかのケースでは、（例えば、患者回路及び／又は気管内チューブを通して）人工呼吸器に結合された患者から吐出される空気の全てが、着脱式ユニット（例えば着脱式気道）内での移動に制約される、及び／又は、患者から吐出された空気のいずれもベースユニットと接触しない。幾つかのケースで、患者から吐出された空気はベースユニットと接触せずに着脱式ユニットを通過し、そして空気は着脱式ユニットのポートから（例えば、フィルタを通って）大気へ放出され、空気はベースユニットの幾つかの部分（例えば外面）と接触し得る。１）患者と患者の間で取り外されて交換され得る、２）患者から吐出された空気（及び他の物質又は粒子）が着脱式ユニットを除いて人工呼吸器の如何なる一部とも接触するのを（例えば、ベースユニットの如何なる部位とも接触するのを）防止する着脱式ユニット（例えば気道）を含む本明細書に記載の人工呼吸器を使用して、患者と患者の間での交差汚染が排除（或いは軽減又は低減）され得る。
本明細書に記載の人工呼吸器システムの空気は、酸素、窒素、他のガス、或いは他の材料（液体粒子、固体粒子、病原体、及び／又は、薬用エアロゾルなど）と、これらの混合物とを含有し得る。
幾つかの実施形態で、本明細書に記載の人工呼吸器システムは、着脱式ユニットを通る空気の流れを制御するバルブを含む。バルブは、着脱式ユニットの一部分（例えばチューブ）を通る流れを抑制する移動部位を含み得る。幾つかのケースで、バルブの移動部位は、本明細書に記載の人工呼吸器に結合された患者から吐出される空気と接触しない。例えば、バルブは移動要素と固定要素とを収容し、移動要素が着脱式ユニットのチューブを圧迫するように構成される（可動及び固定要素の間にチューブが位置決めされる）ことにより、チューブを通る流れを被制御状態で制限する。
幾つかの実施形態において、着脱式気道システムは、ブローオフバルブなど、プリセット圧力で開く一方向バルブを収容し得る。プリセット圧力は、５０又は６０ｃｍＨ２Ｏなど、過圧から肺を保護するレベルに設定され得る。ベースユニットは、バルブの検出動作又はバルブからの流れを検出するなど過圧事象の検出の為のサブシステムを有し得る。
幾つかの実施形態において、本明細書に記載の人工呼吸器システムはセンサ（例えば、圧力センサ、流量センサ、及び温度センサ）を含む。幾つかのケースで、センサはベースユニットに収容されるので、本明細書に記載の人工呼吸器に結合された患者から吐出される空気とセンサの如何なる部位も接触しない。他の実施形態において、センサは着脱式ユニット内に収容され、（例えば、着脱式ユニットからの空気を漏出させない密閉開口部を通って）着脱式ユニットの一部分（例えばチューブ）を貫通する電気接続部（例えば電線）を有し得る。他の実施形態において、センサは着脱式ユニットの一部分とベースユニットの一部分とを有し、着脱式ユニットの一部分は、人工呼吸器に結合された患者から吐出された空気と接触し、ベースユニットの一部分は、人工呼吸器に結合された患者から吐出された空気と接触し得ない。例えば、圧力センサは、（例えばチューブの表面に配設された）着脱式ユニットの柔軟領域と、ベースユニットの柔軟領域に隣接するロードセルとを収容し得るので、着脱式ユニット内の圧力変化は柔軟領域への力の変化を生じることにより、柔軟領域を移動させると共に柔軟領域の力（及び／又は移動）をロードセルに検出させる。この例で、柔軟領域は患者から吐出された空気に露出されるが、ロードセルは患者から吐出された空気と接触しない。着脱式ユニット内に安価な部分が配置され（例えば、患者の使用後、人工呼吸器が異なる患者に使用される前に処分され）、一方で高価な部分（例えばこの例ではロードセル）が汚染から保護され、それゆえ（例えば異なる患者により）多数回使用され得るので、このようなセンサは費用効果が高い。
幾つかのケースでは、着脱式ユニットの複雑性が最小化されて、例えば潜在的に使い捨ての着脱式ユニットの費用を最小限にする。
幾つかの実施形態において、人工呼吸器は、１）着脱式である（幾つかのケースでは使い捨てでもある）気道マニホルド（つまり着脱式気道）であって、人工呼吸器に結合された患者から吐出された空気をフィルタリング後に排気孔へ移送する着脱式気道、２）ベース人工呼吸器ユニットであって、患者からの空気がベース人工呼吸器ユニットの如何なるコンポーネントにも接触しないように着脱式気道とベースユニットとが構成される、ベース人工呼吸器ユニット、３）患者からの空気が接触しないバルブコンポーネントを含むバルブ（例えば、着脱式気道のチューブを圧迫する移動要素を使用）、４）患者からの空気が接触しない圧力センサコンポーネントを備える構成を持つ圧力センサ（例えば、気道の柔軟コンポーネントと、患者からの空気が接触しない気道の外側の圧力センサコンポーネント、或いは水ベースのセンサを使用）、５）患者からの空気が接触しない流量センサコンポーネントを備える構成を持つ流量センサ（例えば、気道のダイヤフラムコンポーネントと、患者からの空気が接触しない気道の外側の流量センサコンポーネントとを使用）、及び／又は、６）バルブに結合されてセンサにも結合され得る制御システムであって、着脱式気道を通る空気の流れを制御するようにバルブの開閉を制御する制御システムを含む。幾つかのケースで、着脱式気道内の圧力又は流れ又は体積の測定値は、光電池を介して電気信号に変換される。
幾つかの実施形態において、人工呼吸器システムは、圧力及び流れ制御サブシステム（例えばバルブ）と測定コンポーネント（例えばセンサ）とから成る。本明細書に記載の人工呼吸器システムの着脱式ユニット（又は気道）は、患者への流入空気の為の空気マニホルド（つまり吸入マニホルド）と、患者から出る空気の為のマニホルド（つまり吐出マニホルド）とを含み得る。
本明細書に記載の人工呼吸器システムは、バルブを開閉する為の制御システムも含み得る。制御システムは、人工呼吸器システムの一以上のバルブに結合されてバルブの開閉を制御し得る。制御システムは一以上のセンサに結合され、センサから信号を受信し、信号を情報に処理し、この情報を使用してシステムの一以上のコンポーネント（例えば一以上のバルブ）を制御するように構成され得る。プロセッサは、一以上のバルブと、及び／又は、一以上のセンサと、バスシステムを通して通信し得る。制御システムはプロセッサ（又はマイクロプロセッサ）を収容し、（例えばバスシステムを通して）プロセッサに結合される非一時的コンピュータ可読メモリを収容し得る。
幾つかのケースで、システムの電子機器はマイクロプロセッサを有さなくてもよい。幾つかのケースでは、全ての機能がアナログ及び／又はデジタル回路に配線接続され得るので、システムはソフトウェアを有していない。これは安全性検査及び開発費用について有益であり得る。
幾つかの実施形態において、本明細書に記載の人工呼吸器の着脱式ユニットは、空気流入及び空気流出の為の接続部と、吸入及び吐出ラインの為の患者への（例えば、患者回路及び／又は気管内チューブの）接続部とを含む。着脱式ユニットを通過する空気は、ベース人工呼吸器ユニットの如何なる部位への通路、接続部、又は接点も有していない。人工呼吸器システムに接続された患者からの空気は、ベースユニットのいずれとも接触しない。幾つかのケースで、人工呼吸器システムに接続された患者からの空気は、フィルタリングされ得る排出ポートを通過せずベースユニットのいずれとも接触しない。即ち、人工呼吸器システム及びベースユニットに接続された患者の気道からの開放導管に通路が設けられない。幾つかのケースでは、人工呼吸器システム及びベースユニットに接続された患者の気道からの開放導管を通る通路は、フィルタリング後の排出ポートの他に設けられない。やはり、チューブ或いは患者への他の接続手段から人工呼吸器へ流入し得る空気或いは他の粒子又は物質は人工呼吸器の他所から完全に隔離され、着脱式部位の外側の人工呼吸器の表面に空気又は物質を到達及び接触させる為の通路は設けられていないことを意味する。幾つかのケースで、チューブ又は患者への他の接続手段から人工呼吸器へ流入できる空気或いは他の粒子又は物質は人工呼吸器の他所から完全に隔離され、初めて排出ポートから出る以外に、着脱式部位の外側にある人工呼吸器の表面と空気又は物質を到達及び接触させる通路は設けられていない。着脱式ユニット内の空気との接触状態にあることが想定されていないベースユニットの領域又は表面は、着脱式ユニットの外側と考えられる。ベースユニットは、使い捨てユニット或いは使い捨てシステム又はサブシステムを除いた人工呼吸器システムの部位である。
幾つかのケースで、人工呼吸器システムに接続された患者からの空気は第１着脱式ユニット（気道）と接触し、患者が人工呼吸器システムから分断され、第１着脱式ユニット（気道）がベースユニットから取り外されて第２着脱式ユニット（気道）と交換される。このようなケースでは、ベースユニットの一部分での汚染が第２着脱式ユニット（気道）へ導入されない限りは、患者からの空気が第１着脱式ユニット（気道）と接触して患者からの空気がベースユニットの一部分と接触してもよい。例えば、患者が第１着脱式ユニット（気道）を細菌で汚染し、患者からの空気がベースユニットの一部分と接触することにより、ベースユニットのこの部分を汚染し得る。しかしながら、（例えば、着脱式気道内の正圧により）ベースユニットのこの部分からの汚染が第２着脱式ユニット（気道）を汚染することはない。このケースは、第１着脱式ユニット（気道）からの空気が漏出してベースユニットを汚染するケースで生じ得る。しかしながら、（例えば第２着脱式気道内の正圧により）ベースユニットからの汚染物を第１着脱式ユニット（気道）へ再流入させるか、第２着脱式ユニットへ流入させる為の経路は設けられていない。
幾つかのケースでは、本明細書に記載の人工呼吸器システムと患者回路との間の接続部から空気が漏出することがあり、この空気が排出ポート（又は専用排出ポート）から流出することなくベースの一部位と接触する可能性がある。しかしながら、このようなケースでは、患者接続部から漏出した空気は着脱式気道の内側の空気ではない。
幾つかのケースで、着脱式気道内での患者からの空気又は物質は、出口ポートから大気へ出る前に一以上のフィルタを通過する。幾つかのケースで、着脱式気道内の患者からの空気又は物質は一以上の開口部（例えば、流出ポート又は患者吸入回路）のみから出て、一以上の開口部は専用開口部であり、専用開口部は気道から（例えば大気へ、又は患者へ）の余剰ガスを放出するのに使用され、専用開口部が他の機能の為に（例えばセンサポートとして）使用されることはない。加えて、幾つかのケースでは、着脱式気道内の流れを抑制するのに使用されるバルブ部品の全てがベースユニットに収容され、如何なるバルブコンポーネントも患者から吐出された空気（又はその中に含有される物質）と接触しない。他のケースで、着脱式ユニットは、バルブシステムの一部分である一以上のバルブコンポーネントを有し、バルブコンポーネントは着脱式ユニット内の空気と接触してもしなくてもよい。幾つかのケースでは、空気を含有する着脱式ユニットのチューブの外側又は内側にバルブコンポーネントが結合され得る。例えば、着脱式ユニットは、チューブの外側との接触状態にあるバルブコンポーネントを収容し、バルブコンポーネントはバルブの第１部分である。このような着脱式ユニットがベースユニットへ挿入されると、ベースユニットにあるバルブの第２部分がバルブの第１部分のバルブコンポーネント（例えばプランジャ）に押圧され、ベースユニットのバルブがチューブを直接的に押圧するのではなくバルブコンポーネントがチューブを押圧し得る。
幾つかのケースで、患者に供給される流入空気はポートで着脱式気道に入る。ポートの下流にバルブが配設され得る。バルブが開放された時にはバルブの下流に気流が生じ、こうしてバルブの下流の気道にあり得る物質がバルブの上流へ移動するのを防止するような圧力を流入空気が有する。このようにして、ガスの発生源が患者空気又は物質による汚染から保護される。
幾つかのケースで、環境からの病原体（例えば細菌）は、例えば入口から着脱式ユニットへ入ることにより本明細書に記載の人工呼吸器システムの着脱式ユニット（気道）を汚染し得る。着脱式ユニット（気道）が（例えば患者と患者の間で）周期的に取り外されることにより病原体（例えば細菌）が着脱式ユニット（気道）内で成長する時間量を制限すると共に汚染物に露出される患者の数を制限するので、このような状況では、本明細書に記載の人工呼吸器システムが有利である。
幾つかのケースで、気道は適所で清浄化されるように構成される（例えば、気道は着脱式であるように構成されて適所で清浄化されるようにも構成されるか、気道が着脱式の構成を持たない）。清浄化性能は、ベースユニットからの気道の隔離により可能となる。本明細書に記載のシステムは、蛇行経路及び奥所や狭隙（或いは割れ目や細いチューブのように狭い密閉された領域。「狭い(tight)」及び「細い(small)」は清浄剤がこれらの領域を貫通する能力に関して定義される）の欠如の故、清浄化に適している。幾つかのケースで、気道の材料は、化学的、熱的、又はＵＶによる殺菌に適している。幾つかのケースで、本明細書に記載の人工呼吸器の気道は概ね直線状であり、最小寸法が１０ｍｍ未満である体積領域或いは５ｍｍ未満の寸法（つまり空間の内法寸法）を有する空間を含有していない。上記の気道形状及びサイズは、本明細書に記載の人工呼吸器システムの清浄化を容易にし得る。幾つかの実施形態で、本明細書に記載の人工呼吸器システムは、システムの如何なる部位も取り外す必要を伴わずに清浄化が容易である隔離気道を有する。本明細書に記載の人工呼吸器システムを清浄化するように、様々な入口及び出口への接続により殺菌剤が導入可能である。熱及び紫外線など他の殺菌方法も、本明細書に記載の人工呼吸器システムを清浄化するのに使用され得る。
本明細書に記載の人工呼吸器システムは、ベースユニットに対して着脱式であると共に取り外されて清浄化又は処分される気道を含み得る。処分される場合には、後で新品ユニット又は清浄化済みユニットと交換され得る。幾つかの実施形態において、隔離気道は着脱式であり得る。幾つかの実施形態において、着脱式気道は使い捨てである。幾つかの実施形態で着脱式気道は清浄化可能である。これらの実施形態は相互排他的ではない。
幾つかの実施形態で、本明細書に記載の人工呼吸器システムは、バルブを通過するチューブを圧迫する一以上のバルブを含む。このようなバルブは一般に「ピンチ」バルブと呼ばれる。ピンチバルブでは、チューブがバルブから取り外され得る。ピンチバルブは、チューブの内側からの流体がバルブコンポーネントに接触しないという好ましい利点を有する。故に、チューブが取り外されて処分され、別のチューブがバルブへ挿入される場合には、使用の間にバルブの殺菌が必要とされない。幾つかのケースで、本明細書に記載の人工呼吸器のピンチバルブは、チューブの挿入及び取り外しを許容する開位置（又はチューブ取り外し位置）を有する。幾つかのケースで、バルブは、作動中に使用される開位置と、バルブが開位置よりも広く開くチューブ取り外し位置とを有する。
幾つかのケースで、本明細書に記載の人工呼吸器システムのピンチバルブは、バルブを通る（つまり、バルブを通過するチューブを通る、或いはバルブを通過するチューブの圧迫区分を通る）ガスの流れを可変的に調節するように構成され得る。ピンチバルブを通過するチューブの圧力を変えることにより、チューブの領域での圧迫量は、非圧迫から部分的圧迫、完全圧迫まで変えられ得る。チューブが圧迫されていない時に、バルブは、バルブを通る流れが最大である全開位置にある。チューブの領域が完全に圧迫された時に、圧迫されたチューブの内部空間の断面積はゼロであるので、空気はチューブを通過せず、バルブは完全に閉止されたと考えられる。部分的圧迫位置では、圧迫領域におけるチューブの内部空間の断面積は全開位置と比較して減少し、結果的に流れ抵抗が高くなり、ガスがバルブを通過する時には関連して流れが減少する。バルブの可動コンポーネントは、幾つかのケースで、チューブの内部空間の断面積の連続的又はほぼ連続的な範囲を結果的に生じる連続的又はほぼ連続的に調節可能な位置範囲を有する。このようにして、着脱式気道のチューブ材区分が通過するピンチバルブの流量が、連続的又はほぼ連続的に調節され得る。
幾つかのケースで、バルブを通るガスの流れを可変的に調節できる本明細書に記載の人工呼吸器システムのピンチバルブは、バルブを通る流れを調節するようにステッパモータにより制御される回転アームを含む。ステッパモータのステップは１ステップ当たり０．１度など極小であり得るので、調節サイズは最小であり、幾つかのケースで、この最小レベルの運動の結果、システムの流量センサの検出レベルを下回る流れの変化を生む。このケースは、ほぼ連続的に調節され得るバルブの一例と考えられ得る。
バルブを通るガスの流れを可変的に調節できる本明細書に記載の人工呼吸器システムのピンチバルブは、０，１／４，１／２，３／４，１など一組の値にわたって流れが変えられ得るように一組の所定位置又は設定も有し、これらの数字はバルブにおける全体流と比較したバルブにおける流画分に相当する。
バルブを通るガスの流れを可変的に調節できる本明細書に記載の人工呼吸器システムのピンチバルブは、幾つかのケースで開ループと閉ループの何れかの制御で構成され得る。開ループ制御では、バルブは、センサ示数の結果として決定される位置ではなく、所定の設定により決定される位置に設定され得る。閉ループ制御では、流量センサなどのセンサ示数に応じてバルブの位置が変更される。幾つかのケースでは、制御システムによりセンサ値が決定される連続サイクルが用意され、このセンサ値（例えば流量）が、制御システムへ入力された設定値（例えば流量）と比較され、差分が判断される。そして、差分を小さくする為に（つまりセンサ値を設定値に近づける為に）バルブを更に開閉するのにこの差分が使用される。例えば、測定された流れが入力された設定より高い場合には、測定された流れの値に応じてより密閉された位置にバルブが調節される。バルブの調節後には、センサが再び読み取られ、バルブが更に調節される。センサ示数と入力設定との間の差分が、システム公差或いはプリセットされた最小差分の中で同じになるまで、サイクルが継続し得る。各サイクルについてバルブが調節される増分は、比例、積分、微分（ＰＩＤ）制御方法などの制御アルゴリズムで設定され得る。制御アルゴリズムは、データ集合からバルブ設定が学習され得るシステムの複数の入力による一組の過去データから、特定の流量を達成するのに必要な位置が導出され得る人工知能（ＡＩ）も含み得る。
本明細書に開示の人工呼吸器システムは、特定画分（例えば、約０．２と約１．０の間、又は０．２１と０．５の間、又は０．２１と１．０の間）の吸入酸素（ＦｉＯ２）を含む混合ガスを純酸素から発生させる為のデバイス又はサブシステムを収容し得る。ガス源は、着脱式ユニットの入口ポートに直接的に接続され得る。ガス源は特定のＦｉＯ２を含む混合ガスである。ガスの発生源は、加圧ライン、タンク、或いはコンプレッサ又はブロワであり得る。ベースユニットは、酸素及び窒素など多数のガス源の為の入口を有し、ベースユニットは、これらの入口ガスを混ぜる為のサブシステムと、混合ガスを着脱式ユニットの投入部に提供する出口とを有し得る。
幾つかのケースで、本明細書の人工呼吸器システムの為の回転要素を備えるピンチバルブは３０ＲＰＭでトルクが４０グラムｃｍのモータを使用できる。例えば、このようなモータはシリコーンチューブ（例えば直径１／２”）を圧迫するのに使用され得る。
着脱式ユニット（気道）は一以上のチューブを収容し得る。本明細書に記載の人工呼吸器システムのチューブは、ビニル又はシリコーンなど何らかの可撓性材料であり得る。幾つかのケースで、チューブは、多数回（例えば、約１００万回、又は１００，０００から２００万回、又は１００，０００から１，０００万回、又は１００万回超、又は１，０００万回超）の圧迫（或いは吸入又は吐出）サイクルに耐え得る。例えば、１０日間にわたる２０回／分の呼吸は２８８，０００サイクルである。ビニル及びシリコーンは、本明細書に記載の人工呼吸器システムの要件を満たし得るチューブ材料の例である。幾つかのケースで、チューブ材はチューブ材の壁の中にあるかこれに接続される強化繊維を含有し得るので、チューブ材は、強化繊維を含まない場合よりも高い圧力に耐え得るが、それでも圧迫は可能である。幾つかのケースで、患者と患者の間での処分に費用が掛からないように、着脱式ユニット（又は気道）は安価なプラスチック材料で製作され得る。
本明細書に記載の人工呼吸器システムのバルブにより使用されるモータは、ＤＣモータ、ステッパモータ、サーボモータ、制御及び位置決め可能なモータ、線形アクチュエータ、又は位置決め可能なアクチュエータなど、バルブの起動が可能であるか人工呼吸器システムのコンポーネントに動きを付与する何らかのモータであり得る。制御回路は、モータを駆動又は停止させることによりこれを位置決めし得る。幾つかのケースで、モータの位置は、発光器及び光センサを含む光電池により決定され得る。
本明細書に記載の人工呼吸器の着脱式システムは、センサを収容し得る。センサは、圧力、流量、及び／又は他のパラメータ（例えば温度）であり得る。センサは、電気による動力供給など能動的であり得る。着脱式システムは、センサを収容する場合に、本明細書に記載の人工呼吸器のベースユニットのコネクタと係合する着脱式システムのコネクタを有し得る。コネクタは電気的であり得る。本明細書に記載の人工呼吸器のセンサへの電気接続は非接触型であってもよい。センサへの動力は、Ｑｉ規格或いは他の放射又は誘導手段の使用など、ワイヤレスであり得る。本明細書に記載の人工呼吸器のプロセッサ又は制御システムとの（例えばセンサからの、及び／又は、バルブへの）通信は、Ｗｉ－Ｆｉ又はブルートゥース（登録商標）など、ワイヤレスでも有線でもよい。
本明細書に記載の人工呼吸器の着脱式ユニットは、関係するベースユニットのシステムと共にセンサシステムを形成する領域又はシステムを有し得る。幾つかの実施形態において、着脱式ユニットの領域又はシステムは、電力を受け取る電子機器又はセンサなど能動的コンポーネントを収容しないという点で、受動的である。
幾つかのケースで、本明細書に記載の人工呼吸器システムは、発光器と、システム内の一以上の状態を検出するように構成された検出器とを収容する光電池を使用する。本明細書に開示の光電池は、対象の（透明又は半透明）領域（例えばチューブ）の何れかの側に発光器及び検出器を備える構成であり得る。他のケースでは、発光器からの光が、再帰反射面又は高コントラスト明暗面など反射面で反射して検出器により検出されるように構成され得る。例えば、発光器及び検出器は、概ね同じ方向に面しており、各々と近いか近接状態にあり得る。
幾つかのケースで、本明細書に記載の人工呼吸器システムは、電気的と機械的の何れかにより調節可能であるパラメータを有する。例えば、吸入：吐出の時間比に関係しているサイクル間の遅延は、ノブ及び可変レジスタなどでの制御システムへの入力により調節され得る。最大吸気圧（ＰＩＰ）は、例えば、本明細書に記載のＰＩＰ圧力制限槽を上下に移動させることにより調節され得る。呼気終末陽圧（ＰＥＥＰ）も同様に、例えば、本明細書に記載のようにＰＥＥＰ圧力制限槽を上下に調節することにより調節され得る。幾つかのケースで、吸入及び吐出時の一回呼吸量は、本明細書に記載のように光電池センサを上下に移動させることにより調節され得る。幾つかのケースにおいて、流量センサで検出可能な最小の流れは、本明細書で記載のように光電池を上下に移動させることにより調節され得る。幾つかのケースは、本明細書に記載のように光電池を上下に移動させることにより、誘発呼吸圧力が調節され得る。幾つかのケースでは、上に記載の機械的調節全てが、ユーザにより調節され得るパネルの上のスライダに移動部位を装着する機構を含み得る。例えば、パネルは、上に記載の調節の各々について一つずつ、７個のユーザ調節可能スライダを有し得る。幾つかのケースで、パネルは呼吸速度に関係する遅延を調節する二つのノブも有する。
幾つかの実施形態において、本明細書に記載の人工呼吸器システムは、液体（例えば水又は油）を収容する一以上の圧力制限サブシステム及び／又は圧力制限圧力リミット検出サブシステムを含む。幾つかのケースにおいて、圧力制限サブシステムは、液体（例えば水又は油）を収容する槽と、水に浸漬されるチューブとを含み、チューブの深さは槽内の液体より上におけるチューブの圧力を制限する。幾つかのケースにおいて、圧力制限圧力リミット検出サブシステムは、液体（例えば水又は油）を収容する槽と、水に浸漬されるチューブとを含み、チューブの深さは槽内の液体より上におけるチューブの圧力を制限し、（例えば液体内の気泡を検出することにより）圧力リミットを超過したかどうかを判断するのに検出器（例えば光電池）が使用される。
幾つかの実施形態において、本明細書に記載の人工呼吸器システムを使用する為の方法は、以下のステップを含む。幾つかのケースで、オペレータはドアを開け、着脱式気道マニホルドを挿入し、正確な場所（例えば圧力制限サブシステム）で水（又は油）をこれに充填する。ドアは、制御パネルと反対にあるユニット後部に配置され、制御パネルは可動センサに結合されている。そしてオペレータはドアを閉じ、患者及びガス源にユニットを装着し得る。人工呼吸器は特定のＦｉＯ２を含む混合ガスを発生及び調節する為の（上に記載の）手段も含み得るので、（例えば人工呼吸器システムの吸入ラインへの）投入ガスは別のガス（例えば空気又は窒素）と混合された純粋なＯ２であり、オペレータは、（例えば人工呼吸器システムの部位又は人工呼吸器システムの外側のシステムの部位である）バルブを開放して、投入ガスをシステムへ導入し得る。幾つかのケースで、人工呼吸器システムは、自己密閉式継手を使用して空気源（例えば、エアコンプレッサ又は混合ガス（例えばＦｉＯ２）発生システム）に結合され、空気源と人工呼吸器との間にバルブは必要とされない。圧力制限サブシステム（例えば、上に記載のＰＩＰ及びＰＥＥＰ槽）は、制御パネルの上下調節の為のスライダに接続された一以上のホルダへのスナップ結合などを介して、オペレータによりシステムの他所にも接続され得る。
幾つかのケースにおいて、本明細書に記載の人工呼吸器システムは、画面型ユーザインタフェース（例えばＬＣＤディスプレイ）を含み得る。幾つかのケースで、人工呼吸器システムは（例えば、一組のＬＥＤインジケータ、又はディスプレイを形成する一組のＬＥＤを備える）ＬＥＤベースのユーザインタフェースを含み得る。幾つかの実施形態において、インタフェースはバルブ配列、流れ、そして（例えば光電池からの）他のセンサデータを表示する。また患者データは制御システムにより記憶及び出力され得る。
幾つかの実施形態において、本明細書に記載の人工呼吸器システムは、一以上の流量センサと一以上の圧力センサと一以上の温度センサとを含む。流量、圧力、及び／又は、温度センサは、着脱式ユニット（気道）及び／又はベースユニットでの部分を有し得る。温度センサは、気道内の空気の温度を判断するのに赤外線検出器を使用することなどにより、非接触型である。例えば窓を通して、或いは気道内の温度のインジケータとして気道の単数又は複数の領域の表面温度を検出することにより、非接触型温度測定が行われ得る。温度センサは幾つかのケースにおいて、気道の単数又は複数の領域との接触状態になるベースユニットの接点を有し、ベースユニットの接点はサーミスタなどの温度センサを含み得る。
幾つかの実施形態では、センサ（例えば圧力及び流量センサ）の能動的コンポーネントが、本明細書に記載の人工呼吸器システムの着脱式ユニット（又は気道）に組み込まれ得る。例えば、熱線などの熱源とサーミスタなどの温度センサとが、ベースユニットの係合部位との外部電気接続部と共に気道に配設されて、概して熱線流速測定として知られるものを可能にする。ＭＥＭセンサなどの圧力センサも、ベースユニットに係合する外部電気接続部と共に気道に配設され得る。着脱式ユニットは、バッテリなどの動力源を収容し得るか、プラグ又は接点ベースのコネクタを介した動力源への接続部を有し得るか、Ｑｉ規格を使用することなどによりワイヤレスエネルギー源を有し得る。着脱式ユニットは、電子機器（例えば、一以上のセンサにより得られた測定値を処理するプロセッサ、通信ユニットとワイヤレス通信する通信ユニット、ベースユニットのプロセッサ、及び／又は、ワイヤレス受電器）を含み得る。着脱式ユニットのセンサは、着脱式ユニットの電子機器に測定値を送り（或いは通信し）、任意で測定値からの情報がベースユニットへワイヤレス送信され得る。
幾つかの実施形態において、本明細書に記載の人工呼吸器システムは、流動ガス又はガスの流量を検出できる流量センサを含み、ガスは他の材料（例えば粒子）を含有し得る。本明細書に記載の流量センサ（又は検出器）は、入口又は出口チューブ又はパイプに接続され得る独立型ユニットである部分であるか、これを有し得る。本明細書に記載の流量検出器は、クランプなどを介してチューブ又はパイプに固定結合可能（装着可能）である部分であるか、これを有するシステムであり得る。
幾つかの実施形態において、超音波流量センサは、着脱式ユニットの気道（又は気道）内の流れを測定するように配置構成され得る。超音波流量センサを使用する幾つかの実施形態では、着脱式ユニットに能動的コンポーネントは設けられていない。着脱式気道の係合サブシステムはチューブ材と、任意でベースユニットの超音波発生源及びセンサに係合サブシステムを固定結合する手段（例えば、スロット、又はピン、又は他の整合構造）とを収容し得る。チューブ材は、金属、プラスチック、或いは超音波を伝達する為の他の適当な材料であり得る。
本明細書に記載の人工呼吸器システムは、チューブ又はチューブ材を含み得る。チューブ又はチューブ材は、内腔に隣接する表面により収容されて入口及び出口など内腔への少なくとも二つの開口部を備える内腔を含み得る。チューブ又はチューブ材の幾何学形状は限定されない。例えば、チューブ又はチューブ材は、ほぼ円筒形の内腔、ほぼ方形又は矩形の断面を持つ内腔、半円形断面を持つ内腔、又は他の何らかの幾何学形状を有し得る。幾つかのケースで、チューブ又はチューブ材の区分はセンサの一部分であり得る。幾つかのケースで、チューブ又はチューブ材は取り外されてセンサの一部分で置き換えられる区分を有し得る。例えば、チューブ又はチューブ材は側面の一方に切り抜かれた孔を有し得るか、チューブ又はチューブ材の側面の一方の孔と、（例えば、本明細書に記載のように圧力センサの一部分を形成する）柔軟領域或いは（本明細書に記載のように音響式流量センサの一部分を形成する）ダイヤフラムで被覆される孔が形成され得る。センサの当該部分により被覆された孔も密閉されるので、センサ部分の（或いは、これに隣接するか近傍にある）孔を通って空気がチューブ又はチューブ材から漏出できない。幾つかのケースで、チューブ又はチューブ材は別々の区分を有し、別々の区分は材料又は寸法が異なり得る。例えば、ピンチバルブで使用されるチューブ材の一部分（例えば、ピンチバルブの近傍にあるチューブ材の一部分）はシリコーンなど高柔軟性の材料であり、ピンチバルブの上流及び下流のチューブ材は柔軟性の低いビニルであり得る。ビニルチューブ材はシリコーンチューブ材より安価であって、高柔軟性が必要とされる領域のみにシリコーンチューブ材を使用することにより着脱式ユニットの総費用を低下させるという点で、これは有利であり得る。
幾つかの実施形態において、本明細書に記載の人工呼吸器システムは、干渉法、或いは（例えば、シュリーレン写真又はシャドウグラムを使用する）シュリーレン型シャドウグラムなどにより、光学素子で流れを測定し得る。このようなシステムは、乱流又は誘発カルマン渦など、気道での外乱に関係する流れを測定する。このようなセンサは、（例えば光源と検出器とを含み、検出器が光検出器のアレイ又はカメラ（例えばＣＣＤカメラ）である）光学システムと、流動ガスを収容する気道に光を出入させる為の一以上の窓とを含み得る。センサの光学システムからの光は、透光性材料を含む第１窓（又は第１窓部分）を介して気道に入る。光は、気道内のガスとの相互作用の後に第２窓（又は第２窓部分）を通って気道から出る。第１及び第２窓は同じ窓でも異なる窓でもよく、第１及び第２窓部分は同じ窓の部分であるか異なる窓の部分であり得る。第１及び第２窓（又は窓部分）は、入射光を歪曲させるかその方向を変えないように平坦であり得るか、一以上のレンズであり得る。
幾つかの実施形態において、本明細書に記載の人工呼吸器システムは、チューブ内の空気流にパドルホイール又はタービンを使用するなど着脱式気道の機械的手段を使用して流れを測定し得る。着脱式気道内の空気流はホイール又はタービンを回転させる。パドルホイール又はタービンの動きは、外部（つまりベースユニットの）光源と、検出器手段（例えば、本明細書に記載の光電池）とにより測定され、これによりパドルホイールは（例えば、回転ホイール又はタービンの一部位に衝突することにより）光源からの光を遮断し、回転部位が動く際に検出器により検出される強度を変化させる。光は反射、屈折、回折されるか、光が遮断される位置を通過し、周期的に遮断されることはない。流量センサは校正され得るので、光強度の変化の割合は回転手段の速度と流量とに変換され得る。幾つかの実施形態において、回転ホイール又はタービンは、制動などにより回転を減速する為の手段を有し得る。実際の抑制流量より高い流量であることを示す速度でのホイールの運動量の故にホイールがスピンを継続する高流量期間の後でブレーキを使用して低流量が検出され、ブレーキが一時的に使用されてホイールの速度を抑制し得るので、ホイール速度が実際の流量をより迅速に表す。ブレーキは静電式であり、静電グリッパ又はチャックのように、電位差が適用される気道の外側に少なくとも二つの概ね隣接する導電性領域が載置される。ブレーキは、１０分の１秒毎、又は１秒毎など、周期的に、或いは一定間隔で操作され得る。ホイールが減速する割合は流量が低下する割合より低く、結果的にタイムラグを伴う測定となるので、抑制流量の検出をこうして助けることができる。ブレーキは、気道内の回転ホイール又はタービンに結合されて電場又は磁場の作用を受けるシステムに収容される電気粘性又は磁性流体も含み得る。ベース人工呼吸器のサブシステムにより、或いは気道内のサブシステムにより、電場又は磁場が設けられ得る（例えば、気道への電気接続を介してベース人工呼吸器システムにより電気エネルギーが提供される）。
幾つかの実施形態において、本明細書に記載の人工呼吸器システムは、ガスなどの流動媒体により発生される音波の変換を検出できる一以上の流量センサを含む。幾つかの実施形態において、本明細書に記載の人工呼吸器システムは、ガスなどの流動媒体により発生される音波を測定することにより（例えばチューブ内の）流れを検出する一以上の流量センサを含む。幾つかのケースで、センサは、入口と出口とを備える（例えば着脱式ユニット又は気道の一部である）部分を含み得る。幾つかのケースで、センサは、音波、例えばチューブ内を流れるガスにより発生される音波を検出するコンポーネントを含み、コンポーネントはチューブの外側にある（例えば、コンポーネントはベースユニットに収容されるセンサ部分の一部である）。幾つかのケースで、センサの第１コンポーネントは、（着脱式ユニット又は気道の一部である）チューブに（又はその内側に）結合され、流量センサの第２コンポーネントは、（例えば、ベースユニットの一部である）チューブの外側にある（チューブに接続されないか、接触しないか、接触するが接続されていない）。
幾つかの実施形態において、本明細書に記載の人工呼吸器システムは、流動流体から発生された音波を測定することにより流体の流れを測定する一以上の音響式流量センサを含む。幾つかのケースで、音響式流量センサは、着脱式気道のチューブの一部を形成する（又はこれに結合される）ダイヤフラムを収容し、チューブを流れる空気（又は他の材料を含む空気）はダイヤフラムに音波を発出させる。音響式流量センサは更に、ダイヤフラムにより発生された音波を測定するように構成されたベースユニットに含まれる音センサ（例えばマイクロフォン）を含み得る。幾つかのケースで、着脱式気道のチューブは更に、本明細書に記載のように音波を発生する構成である一以上の構造を含む。幾つかのケースにおいて、隔離領域は、チューブ及び／又はマイクロフォン内の流れに応じて音波を発生させるチューブの一部分を囲繞し（又はこれに隣接し）、本明細書に記載のように、チューブの当該部分の外側で発生される音波（又はノイズ）からチューブ領域及び／又はマイクロフォンを隔離する。幾つかのケースで、音響式流量センサは、チューブ内の流れの割合及び方向を検出する構造及び又は一より多いマイクロフォンを収容する。音波発生領域（例えば、チューブ内のダイヤフラム及び／又は構造）はチューブ内の一より多い箇所にあり得る、及び／又は、チューブを囲繞し得る。音波がチューブの全周にわたって概ね径方向外向きに発出されるように、音波発生領域は薄い区分（ダイヤフラム）などのチューブ区分であり得る。幾つかのケースでは、室がチューブの周りに配設されて、チューブにより発出された多方向からの音波を収集し得る。幾つかのケースで、音波検知区分に隣接するチューブ区分は、前後に蛇行する経路を形成することなどにより環境音から音センサ（例えばマイクロフォン）を隔離する音波ブロック要素を収容し、吸音及び減衰面を収容し得る。
幾つかのケースにおいて、流量センサの第１部分は、着脱式ユニット（気道）の一部であるチューブであり、流量センサの第２部分はベースユニットの一部であるマイクロフォンである。このようなケースでは、（例えば、チューブ内の流動ガスが音波を発生させ、マイクロフォンがこの音波を検出できる）対象の周波数範囲の音波を伝達するようにチューブが構成され得る。例えば、音波を伝達するようにチューブの材料が選択される、及び／又は、（例えば本明細書に記載のような構造を収容する）チューブ内の流動ガスに応じて効率的に音波を発生させるようにチューブが設計され得る。
幾つかの実施形態では、（着脱式ユニットの一部である）音響式流量センサのダイヤフラムに（ベースユニットの一部である）加速度計を載置することにより、流量が検出され得る。このようなケースでは、ベースユニットへの加速度計の支持及び接続部がダイヤフラムより低い柔軟性を有すると好ましいだろう。幾つかの実施形態では、ベースユニットからの光がダイヤフラムに衝突し、その後でベースユニットの光検出器により検出されることにより、ダイヤフラムの動きが検出され、ダイヤフラムの動きによる光の変化が検出され得る。幾つかのケースでは、例えば音響式流量センサの一部分を形成する加速度計が着脱式ユニットに組み込まれ得る。
幾つかの実施形態において、ダイヤフラムは電線のコイルを収容し、ベースユニットは、永久磁石などの磁場発生手段を収容し得る。ダイヤフラム上の電線コイルは、例えば着脱式ユニットの硬質区分に固定された位置に電気接続部を有し得る。電気接続部は、コイルの電流を検出する為にベースユニットの電子機器（例えば制御システム）に結合され得る。気道内の流動ガスから発生された音波によりコイルが動くと、ベースユニットにより提供される磁場へのコイルの近接により電流が発生される。コイルは、一般のスピーカに使用されるコイルに類似している。代替実施形態では、磁石などの磁場発生手段がダイヤフラムに取り付けられ、コイル又は磁力計などの磁場検出手段はベースユニットにある。幾つかの実施形態で、ダイヤフラム上の磁場発生手段はコイルであり得る。幾つかのケースで、磁場発生手段と磁場検知手段（例えば、コイル、磁力計、ホールセンサ、又は磁場の検出が可能な何らかのデバイス）は、（例えば制御システムの）負帰還増幅器システムを介して結合されるので、ダイヤフラムに結合された磁場検知又は磁場発生手段がほぼ固定の位置など定常状態のままであるか、ほぼ一定の振幅又は周波数で振動するように、ダイヤフラム（例えばコイル）に結合された磁場検知又は磁場発生手段を増幅器が駆動する。結果的にダイヤフラムのほぼ定常位置にある負帰還増幅器の信号は、気道内の音波の振幅を表す信号として使用され得る。
幾つかのケースにおいて、音響式流量センサは、圧力及び／又は温度など流動ガスの他のパラメータも測定し得る。幾つかのケースで、音響式流量センサは、圧力及び／又は温度など流動ガスの他のパラメータを測定する一以上の別のセンサと併せて作用し得る。（例えば制御システムの一部である）プロセッサは、被検出音波（例えば強度及び／又は周波数）と別の被検出パラメータ（例えば温度及び／又は圧力）とをガスの流量に変換し得る。幾つかのケースでは、測定されたガスの流量と別の被検出パラメータ（例えば温度及び／又は圧力）が、センサを過ぎる（又は通る）（或いはチューブ内を移動する）ガス（例えば、空気又は酸素）の量にガス流量を変換するのに制御システムにより使用され得る。幾つかのケースでは、センサシステムを通るガスの総量が、独立した流量、圧力、及び温度センサによる入力から計算され得る。
幾つかのケースで、人工呼吸器システム内のガスは空気であり、様々な比率での酸素と空気の組み合わせ、（液体粒子、病原体、及び／又は、薬用エアロゾルなど）他の材料も含有して患者から吐出された空気、或いは（例えば、患者又はシステムに結合されたガス源からの）他の汚染物と混合された空気など、空気は本明細書に記載の人工呼吸器システムで使用される適当なガスであり得る。
幾つかのケースで、本明細書に記載の流量検出器（センサ）は、検出された音波を流量に合わせて校正する手段を有し、例えば、このような流量は予設定及び校正された検出器システムにより測定される。本明細書に記載の流量センサでは、校正データ又は設定の調節又は入力が行われ得る。気道は、線形又は２Ｄバーコードなど、表面にプリントされる機械可読形式で記憶された校正データを有し得る。
幾つかの実施形態において、本明細書に記載の人工呼吸器システムは、着脱式ユニット（気道）及びベースユニットにコンポーネントを有する圧力センサを収容する。幾つかのケースでは、着脱式気道の表面（例えば柔軟領域）の変形により圧力が測定され得る。気道内の圧力が上昇する時に軟質領域が外向きに押圧されるように、気道を包囲する囲繞領域より低い柔軟性を有する領域において変形が発生し得る。本明細書に記載のようにベースユニットに収容される一以上のセンサ部分（例えば力センサ、ロードセル、又は光電池）を使用して、柔軟領域の変形が検出され得る。幾つかの実施形態で、圧力センサは従動発振器を含み、振動の変化が圧力に変換され得る。このようなシステムは、ダイヤフラムに取り付けられたコイルと、ベースに取り付けられた永久磁石とから成り、コイルは一定の振幅及び周波数で駆動される。振幅、位相、又は周波数の変化が圧力変化に変換され得る。
幾つかのケースで、気道は湿度センサも収容し得る。
幾つかのケースにおいて、校正システムは着脱式気道の吸気及び呼気ポートに装着され、一方で人工呼吸器のベース人工呼吸器ユニットの適所にある。校正システムは、流量、圧力、及び温度センサなどの能動的センサを有し、ベース人工呼吸器システムに接続する為の電気ポートを収容し得る。ベースユニットは、校正システムにより検出され得る設定の割合又は割合の範囲でガスを流れさせる設定を有するか、そのように構成可能であり得る。こうして、気道の校正は、手動入力で、或いはベースユニットから校正システムへの電気接続を介して自動的に、点検及び調節され得る。校正システムは固定チューブも含み得るので、バルブの所定設定では周知の量のガスが固定チューブを流れると予想され、人工呼吸器システムを校正するように、測定による流れが予想による流れと比較される。固定チューブは硬質で一定の幾何学形状を有するチューブ、例えば硬質プラスチックで成形されて人工呼吸器システムのコンポーネントとして提供されるチューブであり得る。人工呼吸器ベースユニットは、人工呼吸器システムに（例えば制御システムに）組み込まれ得る校正ルーチンと考えられる、予めプログラムされた設定及び／又は設定シーケンス及び示数を有し得る。
システム例
図１は、幾つかの実施形態による人工呼吸器システムの吸入マニホルド１０００の一例の簡略図である。吸入マニホルド１０００は、チューブ１，４，６，１０，１４，２７とコネクタ３，１３とベローズ７とウェイト８とバルブ５，９と圧力制限圧力検出サブシステム１１と流量検知サブシステム１２と圧力センササブシステム３１とを収容する。チューブ１は患者に供与されるガス（例えば特定のＦｉＯ２、純空気、又は純酸素を含む混合ガス）を収容する。吸入マニホルド１０００は、純酸素からの特定ＦｉＯ２を含む混合ガスの発生の為のデバイス又はサブシステム（不図示）を収容し得る。チューブ１は、ガス流２の方向においてコネクタ３をチューブ４に接続する。チューブ４はバルブ５に接続され、バルブはチューブ６に接続される。チューブ６はベローズとバルブ９とに接続される。バルブ９の出口はチューブ１０を介して圧力制限圧力検出サブシステム１１及び流量検知サブシステム１２に接続される。流量検知サブシステム１２の出口はチューブ２７を介してコネクタ１３に接続され、コネクタは、患者回路の入口など患者吸入チューブに通じるチューブ１４に接続され、ガスは方向１５に流れる。
図２は、幾つかの実施形態による人工呼吸器システムの吐出マニホルド２０００の一例の簡略図である。吐出マニホルド２０００は、チューブ１７，１９ａ，１９ｂ，２４とコネクタ２９とベローズ２１とウェイト２２とバルブ１８及び２３と圧力維持サブシステム２０と流量センササブシステム３０と（例えばフィルタを含む）出口ポート２５とを収容する。チューブ２８は、患者の肺から、患者回路及び／又は気管内チューブなどを介して、チューブ１７に接続されるコネクタ２９に、ガス流方向１６で通じている。入口チューブ１７はバルブ１８に接続されている。バルブ１８の出口はチューブ１９ａに接続されている。チューブ１９ａは圧力維持サブシステム２０に接続されている。圧力維持サブシステム２０を通過するガスは、チューブ１９ｂとベローズサブシステム２１とに入る。チューブ１９ｂはバルブ２３にも接続され、その出口チューブ２４は、ガス２６を大気へ放出する排出ポート２５に接続されている。バルブ１８の出力は流量センサ３０も通過する。
吸入マニホルド１０００と吐出マニホルド２０００とを含む人工呼吸器システムには幾つかの作動モードがある。制御システム（不図示）は、圧力制限圧力検出サブシステム１１、流量検知サブシステム１２、圧力センササブシステム３１、圧力維持サブシステム２０、そして流量センササブシステム３０からの信号を監視し、そして（例えば、信号に基づいて）バルブ５，９，１７，２３とシステムの他のコンポーネント（例えば、ベローズ７及び／又は２１）とを調節する。制御システムは、多様な作動モードに従って人工呼吸器システムのバルブを調節する。
一回呼吸量吸気制御モードでは、バルブ５が開放されてバルブ９が閉止される。下に記載されるベローズ７は（例えば空気圧により）、５００ｃｃ、又は５０ｃｃから１０００ｃｃ、又は５０ｃｃ未満から１０００ｃｃ超までなど所定体積まで膨張する。所定体積に達した時に、制御システムはバルブ５を閉止してバルブ９を開放する。バルブ１８及び２３は、ベローズ７の膨張中に開放又は閉止され得る。バルブ９が開く（例えばバルブ１８及び／又は２３が閉止される）と、ガスが患者（不図示）の肺を膨張させ始め、圧力制限サブシステム１１で圧力が発生する。例えば、吸入ライン１０００からのガスが患者の肺を膨張させる間にベローズ２２が患者から隔離されるように、バルブ９が開く時にバルブ１８は閉止され得る。吐出マニホルド２０００にベローズ２２が設けられていないケースでは、バルブ２３が閉止されてバルブ１８が開放されるか、バルブ１８及び２２の両方が閉止され得る。サブシステム１１の圧力が所定値或いはＰＩＰ（例えば、約３０ｃｍＨ２Ｏ、約４０ｃｍＨ２Ｏ、１５ｃｍＨ２Ｏから４５ｃｍＨ２Ｏ、又は１５ｃｍＨ２Ｏ未満から４５ｃｍＨ２Ｏ超まで）に達すると、制御システムによりバルブ９が閉止されて吸入サイクルを完了させる。そしてこのモードの次の吸入サイクルの準備が行われるようにバルブ５が開放されてベローズ７を充満させ得る。
バルブ９が閉じた時に、このモードの吐出サイクルが始まり得る。制御システムは、１秒以下から３秒以上など、所定のユーザ設定可能な、或いは一定の遅延を有するので、遅延が経過した後にバルブ１８が開き得る。幾つかのケースでは遅延はゼロである。バルブ１８が開いた時に、ガスは肺からチューブ１９ａへ通過し始める。一つのモードでは、吐出サイクルの第１部分の間にバルブ２３が閉止され得る。サブシステム２０はプリセット値以上（例えば、約５ｃｍＨ２Ｏ、又は２ｃｍＨ２Ｏから１５ｃｍＨ２Ｏ、又は２ｃｍＨ２Ｏ未満から１５ｃｍＨ２Ｏ超）に圧力を維持し、ベローズ２１に吐出ガスが充満する。ガスは流量センササブシステム３０内も流れ得る。ベローズ２１が所定体積に達することにより、或いは流量センサ３０が流れなしなど所定の低レベルの流れを検出することにより、或いは圧力センサがプリセット最小値（ＰＥＥＰ）に達することにより、吐出サイクルの第１部分の終了が判断され得る。これらの吐出終了状態の何れかに達すると、制御システムはバルブ１８を閉止してバルブ２３を開放し、吐出サイクルの第２部分を開始する。吐出サイクルの第２部分では、ベローズ２１のガスがフィルタ２５から大気へ発出されることにより吐出サイクルを完了する。吐出サイクルが完了した後には、上に記載されたように吸入サイクルを反復する前に（例えば、１秒以下から３秒以上までの）遅延が含まれ得る。
別の作動モードである圧力制御モードで、人工呼吸器システムは、ピーク圧力制限サブシステム１１のプリセット値により判断されるＰＩＰを使用してシステムを制御する。このモードでは、バルブ５及び９の両方が吸入サイクルの開始時に同時に開放される（そして例えばバルブ１８及び／又は２３が閉止される）。圧力制限サブシステム１１の動作により上昇が停止する圧力まで、患者の肺が膨張する。制限圧力に達した時に、制御システムは、（例えば、ＰＩＰが閾値、例えば約３０ｃｍＨ２Ｏ、約４０ｃｍＨ２Ｏ、又は１５ｃｍＨ２Ｏから４５ｃｍＨ２Ｏまで、又は１５ｃｍＨ２Ｏ未満から４５ｃｍＨ２Ｏ超に達したことを示す）信号をサブシステム１１から受信し、制御システムはバルブ９を閉止する。そして（例えば適当な遅延を含む）一回呼吸量吸気制御モードに関して上に記載されたように、吐出サイクルが開始される。上記のように、吐出サイクルの終了は流量センサ３０又はベローズ体積２１を介して判断され得る。吐出サイクルが完了した後に、上に記載された吸入サイクルを反復する前に（例えば、１秒以下及び３秒以上までの）遅延が含まれ得る。
先行する二つの作動モードは、一般に「強制呼吸」モードと呼ばれる。臨床的に望ましい別のモードは、一般に「誘発」又は「自発」呼吸モードと呼ばれる。誘発呼吸モードでは、バルブ９が閉じてバルブ５が開いた吐出サイクルの終了時に、圧力センササブシステム３１が負圧（例えば、約－２ｃｍＨ２Ｏ、又は－４ｃｍＨ２Ｏから－２ｃｍＨ２Ｏ、又は－４ｃｍＨ２Ｏ未満から－２ｃｍＨ２Ｏ超）について監視され、負圧閾値が所定値に設定され得る。圧力センササブシステム３１の負圧閾値に達するか、圧力センササブシステム３１の圧力が閾値よりもマイナスである場合に、制御システムはバルブ９を開放する。圧力制限サブシステム１１は所定値（例えば、約１０ｃｍＨ２Ｏ、又は４ｃｍＨ２Ｏから２０ｃｍＨ２Ｏ、又は４ｃｍＨ２Ｏ未満から２０ｃｍＨ２Ｏ超）に設定され得るので、大気圧を上回るバックグラウンド圧力により呼吸が補助される。この誘発呼吸モードの吸入サイクルの終了は、プリセットされた低レベルの流れ（例えば、毎分約３リットル（ｌｐｍ）、０．１ｌｐｍから１０ｌｐｍ、又は１ｌｐｍから１０ｌｐｍ、又は０．１から１ｌｐｍ）を流量センササブシステム１２が検出することにより判断され得る。このモードで、吐出サイクルは強制呼吸モードについて上に記載されたものと同じであり、吐出サイクル終了は、吐出された体積により、或いは流量により判断され得る。加えて、吐出サイクルが完了した後に、（上に記載された）誘発呼吸モードについての吸気サイクルを反復する前に（例えば、１秒以下及び３秒以上までの）遅延が含まれ得る。
システム１０００及び２０００のバルブ５，９，１８，及び／又は２３は、幾つかの実施形態においてピンチバルブであり得る。バルブ５，９，１７，及び／又は２３は、本明細書に記載のようにバルブを通る（例えば、バルブを通過するチューブを通る、又はバルブを通過するチューブの圧迫区分を通る）ガスの流れを可変的に調節するように構成され得る。
図３Ａ及び３Ｂは、幾つかの実施形態によるピンチバルブの一例の簡略図である。図３Ａは開状態（又は位置）でのバルブを示し、図３Ｂは閉状態（又は位置）でのバルブを示す。この例のバルブは、バルブボデー３２と可動要素３４と固定要素３３とを収容する。図３Ａにおいて、ガス収容チューブ３１は、チューブ領域３５が開状態にある開放バルブを通過する。バルブボデー３２内のアクチュエータ（不図示）が起動すると、要素３４がチューブ３９へ押圧されてバルブを閉止する。図３Ｂは、可動要素３４がチューブ領域３８の固定要素３３にチューブ３９を圧迫する閉状態のバルブを示す。チューブ領域３８はチューブ３９の圧迫区分である。幾つかのケースでは、バルブが閉止された時にチューブが閉止され、人工呼吸器システムで到達した圧力ではガス（又は限定量のガス）が通過できない。バルブボデー３２はチューブバックストップ３３に対して空間的に固定されている。可動要素３４が図３Ａに示されている位置にある時など、この例のバルブが開いている時には、チューブ３１がバルブから取り外され得る。図３Ａ及び３Ｂに示されているバルブは、本明細書に記載のように、バルブを通る（つまり、バルブを通過するチューブを通る、或いはバルブを通過するチューブの圧迫区分を通る）ガスの流れを可変的に調節するように構成され得る。例えば、可動要素３４は、チューブ３１を可変量だけ圧迫するように構成された複数の位置を有し得る。
図４Ａ及び４Ｂは、幾つかの実施形態によるピンチバルブの別の例の簡略図である。図４Ａは開状態（又は位置）でのバルブを示し、図４Ｂは閉状態（又は位置）でのバルブを示す。この例のバルブは、バルブボデー４６とローラ４４とアーム４８と軸５２と固定要素４３とを収容する。この例で、ローラ４４は、アーム４５の軸５２で回転することによりチューブ４１を圧迫し得る。アーム４５の回転は、バルブボデー４６の回転アクチュエータを介して起動される。図４Ａは、開位置でのアーム４８及びローラ４４を示してチューブ４１のチューブ領域４２は開いているので、ガスは領域４２を通過し得る。図４Ｂは、人工呼吸器システムで達した圧力でガス（又は限定量のガス）が通過できるように、ローラ４４がチューブ４７に押圧されてチューブ領域４９が固定要素４３に圧迫されている閉位置のアーム４８及びローラ４４を示す。チューブ領域４９は、チューブ４７の圧迫区分である。バルブボデー４６は、チューブバックストップ４３に対して空間的に固定される。図４Ａに示されている位置にアーム４８及びローラ４４がある時など、この例のバルブが開いている時に、チューブ４１はバルブから取り外され得る。図４Ａ及び４Ｂに示されているバルブは、本明細書に記載のようにバルブを通る（つまりバルブを通過するチューブを通る）ガスの流れを可変的に調節するように構成され得る。例えば、アーム４８は、チューブ４１を可変量だけ圧迫するように構成された複数の位置を有し得る。
幾つかのケースで、回転アクチュエータは、ギヤヘッドモータなどのモータである。図４Ａ及び４Ｂに示されているバルブの利点は、広範囲のモータ仕様がバルブの必要性を満たすことである。幾つかのケースで、ＲＰＭでの出力シャフトの回転速度は３０ＲＰＭ以下の最小値を有し、トルクは最低でもチューブの圧迫が充分に可能である。
図５は、幾つかの実施形態による図４Ａ及び４Ｂに示されたピンチバルブの簡略図である。図５に示されているように、ローラ４４がチューブ４１に近くてローラ４４とチューブ４１との間の距離５８が短い開位置を有することにより、この例ではバルブを閉止する時間が最小化され得る。この例で、アーム４８とライン５７（ライン５７はチューブに対してほぼ垂直である）との間の角度５５は３０度など３６０度の一部であり、開位置におけるローラとチューブとの間の距離は、０ｍｍか１ｍｍ、又は２ｍｍ、又は０ｍｍから３ｍｍ、１ｍｍ未満から３ｍｍ超など、小さい。アーム４８の回転速度が３０ＲＰＭであって角度５５が３０度である場合には、バルブを閉止する時間はおよそ０．３秒である。長い閉止時間が許容可能である場合には低いＲＰＭも使用され得る。短い閉止時間が必要である場合には高いＲＰＭが使用され得る。幾つかのケースで、図５に示されているバルブの開位置はチューブの挿入及び取り外しを許容する。幾つかのケースで、バルブは、作動中に使用される開位置と、チューブ４１がバルブから取り外される時にローラ４４がチューブ４１から離れるチューブ取り外し位置とを有する。
幾つかのケースで、本明細書に記載の人工呼吸器システムの為の回転要素を備えるピンチバルブは、３０ＲＰＭと４０グラムｃｍのトルクとを持つモータを使用できる。例えば、（例えば１／２”の直径を持つ）シリコーンチューブを圧迫するのにこのようなモータが使用され得る。
本明細書に記載の人工呼吸器システムのチューブ、例えば図１乃至５に示されているものは、ビニル又はシリコーンなど可撓性材料によるものであり得る。本明細書に記載の人工呼吸器システムのバルブに使用されるモータ、例えば図１乃至５に示されているものは、ＤＣモータであり得る。制御回路は、駆動及び停止させることによりモータを位置決めし得る。幾つかのケースにおいて、モータの位置は光電池により判断され、光電池は発光器と光センサとを含む。
図６Ａ及び６Ｂは、幾つかの実施形態による、バルブの位置を制御する為のシステムの一例のそれぞれ前面と側面での簡略図である。図６Ａに示されているシステムは、回転アクチュエータシャフト６６に取り付けられた概ね非透光性（又は不透明）のディスク６５を含む。アーム５９は図４Ａ，４Ｂ，５のアーム４８と同じであり得る。ディスク６５は、切り込まれた二つのスロット６３，６４と、アーム５９と図５の方向５７に類似した（つまりチューブ（不図示）に概ね垂直である）方向６０との間の角度６１と概ね同じ角距離６２とを有する。二つのスロット６３，６４は、その間の角度が概ね角度６２である限りはディスク６５のどこに位置決めされてもよい。二つの位置を検出するように単一の光電池がディスク６５に対して固定して配設され得る。図６Ｂはディスク６５を側面から示す。光源６９と、光電池を具備する光検出器７０との間に配設されたスロット６３が示されている。図６Ｂに示された位置にある時に、検出器は光を検出する。他の位置では、検出する光が少ないだろう。バルブが異なる位置にある時を制御システムにより判断するのに、この差が使用され得る。スロット６３，６４は、バルブの或る位置、例えば開位置と閉位置とに対応するように配置され得る。幾つかのケースでは、二より多いバルブ位置、例えば開位置、閉位置、そしてバルブからチューブを取り外す為の位置を指示するように、二より多いか少ないスロットが設けられ得る。図６Ａ及び６Ｂに示されたシステムを使用するバルブは、本明細書に記載のように、バルブを通る（つまりバルブを通過するチューブを通る、或いはバルブを通過するチューブの圧迫区分を通る）ガスの流れを可変的に調節するように構成され得る。例えば、バルブを通過するチューブを可変量だけ圧迫するように構成された複数の位置に対応する複数のスロット（不図示）が設けられてもよい。
作動時には、スロット６３を通して光が検出されるまで回転アクチュエータが駆動され、この点でアクチュエータは停止される。例えば、スロット６３を通して光が検出された時に、バルブは開位置にある。バルブが閉止される時には、スロット６４を通して光が検出されるまで制御システムが回転アクチュエータを駆動し、それから制御システムはアクチュエータを停止させてバルブを閉位置にする。スロットの検出と回転アクチュエータの停止との間で制御システムが所定の遅延を有する際に、スロット間の角度６２は、角度６１より多いか少なくなる。開始後に回転が停止するのに幾らかの時間を要する場合に正確な開又は閉位置を達成するのに、このような遅延は有益であり得る。幾つかのケースで、スロット（例えば６３及び６４）は、望ましい最終休止位置の前の位置にあり得る。バルブがチューブを押圧する力が大き過ぎる（例えばチューブを破損させるかチューブの寿命を減少させる）ことのないように閉位置が制御されてもよい。回転可動要素を備えるピンチバルブのケースで、チューブの最大圧迫は、可動要素（及びこれに結合されたローラ）の幾何学形状により、或いは可動要素の位置にリミットを設定することにより設定され得る。線形可動要素を備えるピンチバルブのケースでは、可動要素の位置にリミットを設定することによりチューブの最大圧迫が設定され得る。
別の実施形態（不図示）では、スロットの代わりに、暗領域などコントラスト領域をディスクが有し、ディスクの同じ側の発光器及び検出器はコントラスト領域を照射及び検出するように構成される。
図７は、幾つかの実施形態による、バルブの位置を制御する為のシステムの一例の簡略図である。この例で、図６Ａ及び６Ｂのシステムのディスクは、前縁部７３と後縁部７４とを備える要素７２（図７に示されている例で、要素７２は環形の一区分である）と置き換えられて、縁部７３及び７４が光電池７５を通過する時に光電池が光透過の変化を検出し得る。光電池７５は、図６Ｂに示されたものに類似した構成を持つか、上に記載のように要素７２の同じ側に構成される光源及び検出器（不図示）を含み得る。要素７２は、前縁部及び後縁部を有する形状のものであって、光電池の発光器の波長の光について概ね非透光性である材料によるものであり得る。
幾つかの実施形態では、光電池により検出される光の波長では概ね透光性である材料を有するディスク又は他の要素が、本明細書に記載のバルブ制御システムで使用され得る。このようなケースで、非透光性である領域は、スロット６３及び６４と同様にディスク又は他の要素の周囲に配設され、光電池を通過する時に変化（光減少の検出）として光電池により検出可能である。
他のケースでは、リミットスイッチ、近接センサ、回転エンコーダ、その他など、バルブ（例えば図１乃至５に示されたバルブ）の回転の二つの位置（又は複数の位置）を検出する多様な手段が考えられる。バルブ（例えば図１乃至５に示されたバルブ）の回転アクチュエータは、ＤＣモータ、ステッパモータ、サーボモータ、又は空気モータであり得る。
図８は、幾つかの実施形態による（図１の）圧力制限圧力リミット検出サブシステム１１の一例を示す簡略図である。サブシステム１１は、水又は油などの流体７７を保管できる容器７６と、チューブ７８とを含む。チューブ７８（例えば、硬質チューブ、或いは高さ７９が制御される構成のチューブ）は、その末端部８７が液体の表面８８より下になるように配設される。作動時に、チューブ７８の内側の圧力が液柱の高さ７９により判断される圧力を下回る場合には、ガスは放出されず、チューブの内側の液体の表面８０は液体の表面８８とチューブの先端８７との間の位置にある。チューブの内側の圧力が液柱の高さ７９であるかこれより大きい場合には、ガスが液体へ漏出する。チューブの内側での流れ及び圧力の増加は液柱の高さ７９の増加を概ね超えないので、液柱の高さを上回る圧力が放出される。例えば、幾つかの実施形態において、高さ７９は３０ｃｍであって液体は水であるので、チューブ７８の内側の（故に人工呼吸器システムの気道の一部分での）制限圧力は３０ｃｍＨ２Ｏである。この制限圧力は一般にＰＩＰ（最大吸気圧）と呼ばれる。チューブ８７の先端を液体の表面８８に対して近づけるか遠ざけることにより制限圧力が調節され得る。
幾つかのケースで、吐出マニホルドにおける（図２の）圧力維持サブシステム２０は、サブシステム１１について上に記載されたのと同じか類似の構成のものである。作動時に、吸入が吐出サイクルに切り替えられると、患者の肺のガスは所望の最低維持圧力より高い圧力になるので、ガスはほぼ即座に気泡として水から出始める。大気又は流入ガスに対してシステムが閉じられると、患者の肺で密閉されるので、最低プリセット維持圧力に達するまでサブシステム２０からガスが放出され得る。この圧力は一般にＰＥＥＰと呼ばれる。ＰＥＥＰ制御の為の液体容器は密閉されるので、気泡となった全てのガスが図２のチューブ１９ｂへ入る。
図９は、幾つかの実施形態による圧力リミット検出サブシステム９０００の一例を示す簡略図である。サブシステム９０００を使用して、吸入サイクルの終了或いは圧力リミットの到達が検出され得る。幾つかのケースでは、図１の圧力制限圧力リミット検出サブシステム１１及び／又は図２の圧力維持サブシステム２０のように、サブシステム９０００が使用され得る。液面より下にあるチューブの先端８９の深さによって設定される制限圧力をチューブ８５の圧力が満たすか超えると、チューブから気泡が生じる。気泡を特定の方向に強制的に向けるように、先端８９は角度を成して切断されている。所望の気泡進行方向へチューブの先端が曲げられてもよい。液体収容槽９０の外側に配設されるのは、光源８３と検出器８４とで構成される光電池である。気泡９１は、チューブ８５から放出される時に、上昇して光電池の光路９２を妨害するので、気泡が通過する時に光電池は光の減少を検出する。こうして、制御システム（例えば、制御バルブと、本明細書に記載の人工呼吸器システムの他のコンポーネント）は圧力リミットの到達を検出できる。
他の実施形態において、サブシステム９０００の光電池は、両方が互いに近接して概ね同じ方を向いている発光器及び検出器を備える構成であって、発光器からの光は、再帰反射面などの反射面、或いは高コントラストの明暗面で反射する。（反射面で反射する前及び／又は後に）気泡が光の経路を妨害すると、光電池が光の減少を検出し、上に記載されたように信号を制御システムに提供できる。
図１０は、幾つかの実施形態による（図１の）ベローズ７の一例の簡略図である。ベローズ７により決定されるプリセット充填体積を有し得るサブシステムにより、吸入サイクルが制御され得る。伸張容器９３はチューブ９５に接続される。チューブ９５からガスが入ると、容器が伸張して固体上面９４が方向９７に動く。光源９８及び検出器９９を備える光電池を妨害するまで上昇できる半透明部材９６が上面に配設される。光電池の位置は、光電池が起動された時に到達される体積を決定する。幾つかのケースで、所定体積に達すると、（例えば、充填体積に達したとの光電池からの信号を受信した制御システムにより）バルブ９が開放され、人工呼吸器システムから患者の肺へガスが移送される。伸張容器９３を圧迫して肺へ空気を吐出するようにウェイト１００が配設され得る。幾つかのケースで、吐出マニホルドでの図２のベローズ２１は、図１０のベローズ７について上に記載されたのと同じか類似の構成のものである。
図１１は、幾つかの実施形態による（図１の）ベローズ７の別の例の簡略図である。幾つかの実施形態において、ベローズ７の伸張ガス容器は、図１１に示されているように０．５ｍｍ未満の厚さのシリコーン膜により達成されるような非硬質材料１０３である。この例で、ガスは入口１０４を通って可撓性材料１０３のバッグへ入り、可撓性材料は充填時に、シリンダ１０１を介して、定位置に保持されたピストン１０２を持ち上げる。バッグ１０３の内側でのガスの体積は充填の際に、バッグ内でのガス体積増加と正比例してピストンが上に移動するように増加する。幾つかのケースで、吐出マニホルドでの図２のベローズ２１は、図１１のベローズ７について上に記載されたのと同じか類似の構成のものであり得る。
図１２は、幾つかの実施液体による（図１の）ベローズ７の別の例の簡略図である。この例では、ガスがノズル１０５を介して流入して軟質バッグ１０６を膨張させ、バッグは固定面１０７に対して１０９でヒンジ結合されたプレート１０８を持ち上げる。幾つかのケースで、プレート１０８の位置はバッグ１０６の内側でのガスの体積に関して校正される。
幾つかの実施形態において、図１のベローズ７及び／又は図２のベローズ２１の各々は、伸張して不透明な手段（例えばプレート、ブロック、或いは不透明又は反射性の物体）を押圧して光電池を妨害する概ね膨張性の容器を収容する。不透明手段は膨張性容器に直接的に接続されてもされなくてもよい。幾つかのケースで、不透明手段は、ベースユニットの一部である反復的可動手段（例えば可動ロッド、ホイール、又はピストン）に装着され得る。
図１３Ａ乃至１３Ｃは、幾つかの実施形態による（図１の）圧力検出システム３１の一例の簡略図である。この例の圧力検出システム３１は、Ｕ字管ナノメートルでは一般的であるように、方向１２３が地面から離れるように配設されたＵ字管１１０の中の液体１１１を含む。二つの液面１１１及び１１３の高さの差に正比例する圧力が測定され、図１３Ａでこれらは同じ高さであってチューブ１１０内の液体１１１のいずれの側にも圧力差が生じない。図１３Ｂでは、チューブの側１２５の方向での圧力が高く、レベル１１６はレベル１１７を下回る。圧力差はスケール１２２で読み取られ得る。図１３Ｃで、圧力差はマイナスであり、発光器１２０と検出器１２１とを含む光電池の位置によるプリセットレベルで高さ１１９が検出される。この負圧検出は誘発呼吸を開始するのに使用され得る。加えて、幾つかのケースで、肺での最大プラトー圧（つまり吸気が停止して肺の圧力が平衡になった後に達する圧力）が、スケール１２２を使用してナノメートルで測定され得る。
図１４は、幾つかの実施形態による、図１及び２の流量センサ１２及び３０の一例の簡略図である。図１４の流量センサは、入口１２７から出口１３２へ外向きに概ねテーパ状である容器１２８への入口１２７を含み、地面から上向きであるのが方向１３３である。ボール１２９は容器１２８の内側で自由に移動する。ガスが入ると、ボールが、発光器１３０及び検出器１３１による光電池の経路から上向きに移動することで、制御システムが流れを検出することを可能にする。光検出器の位置を垂直に調節することにより最少流が調節され得る。
幾つかの実施形態では、例えば上に記載された光電池を使用してＰＥＥＰ設定水収容システム（例えば図２の圧力維持サブシステム２０）における気泡の不在により、吐出サイクルの終了が検出され得る。
図１５は、幾つかの実施形態による、バルブを含まない人工呼吸器システムのガスマニホルド（例えば気道）全体の一例の簡略図である。ガス（例えば、空気或いは空気と混合された酸素）は１４１でチューブ材１４６に入る。マニホルドは硬質の固定ユニットであり、全てのサブシステム及びコンポーネントが互いに対して適所に固定される（例えば硬質プラスチックの平面に取り付けられる）。ユニットとしてのマニホルドは、バルブと制御ユニットと光電池と調節インタフェース及び機構とを収容するベース人工呼吸器ユニットに載置され得る。チューブ材１３４，１３５，１３６，１３７の当該区分が（例えば図３Ａ乃至７に示されているような）ピンチバルブへ挿入される。伸張容器は（例えば図１０乃至１２に示されているような）１３８及び１３９である。流量センサ１４０の第１部分と流量センサ１５０の第１部分とがマニホルドに含まれ、流量センサの各々の第２部分（例えば光電池）は（例えば図１４に示されているような）ベース人工呼吸器ユニットに配置される。圧力センサの一部分は（例えば図１３Ａ乃至１３Ｃに示されているような）マノメータ１４４を含む。（例えば図８乃至９に示されているような）最大圧力ユニット１４７によりＰＩＰが設定され、余剰ガスはフィルタ１４８を通って大気へ出る。ガスは１４２で患者に送られる。患者から吐出されたガスは１４３で入る。（例えば図８に示されているような）最小圧力維持サブシステム１４９（ＰＥＥＰ）は、吐出された一回呼吸量を測定できる（例えば、図１０乃至１２に示されているような）ベローズ１３９に通じる（例えば、図１４に示されているような）流量センサ１５０と直列である。そして吐出ガスはフィルタ１５１を通って大気へ出る。
図１６は、幾つかの実施形態による、マニホルド（例えば気道）のセンサの当該部分と人工呼吸器ベースユニットに配置されたセンサの光電池部分とを含む図１５のガスマニホルド全体の一例の簡略図である。人工呼吸器ベースユニットに配置されたセンサの当該部分は光電池１５３，１５４，１５５，１５６，１５７，１５８，１５９，１６０，１６１であり、ベース人工呼吸器ユニットに取り付けられ得る光源と光検出器とを各々が含む。光電池１５３，１５４，１６１，１６２は、回転アクチュエータのバルブ位置決めの為のものである。光電池１５２，１６０はベローズ内の体積を検出する為のものである。光電池１５５，１５９は、（例えば図１４の容器及びボールを収容する）流量センサ１４０及び１５０の当該部分と連動する流量センサの当該部分である。センサ１５７及び１５８は、圧力解放トラップへの流れを検出する（容器、最大圧力ユニット１４７の液体及びチューブ、そして最小圧力維持サブシステム１４９と連動する）流量センサの当該部分である。光電池１５６は、マノメータ１４４と連動して誘発呼吸モードの負圧を検出する。図１５及び１６に示されたシステムのバルブは、本明細書に記載のように、バルブを通る（つまり、バルブの各々を通過するチューブを通る、或いはバルブを通過するチューブの圧迫区分を通る）ガスの流れを可変的に調節するように構成され得る。
幾つかの実施形態において、人工呼吸器ユニットのセンサからの全ての測定値は光電池の遮断に変換される。こうしてサプライチェーン管理及び組立と共に開発及び統合を簡易化でき、システムの費用も削減し得る。幾つかのケースで、本明細書に記載の人工呼吸器システムのセンサは「光電池」を使用する。
図１７Ａ乃至１７Ｂは、幾つかの実施形態による光電池の例の簡略図である。
図１７Ａの光電池は、光１６６の経路に非透光性手段１７０を挿入することにより（非透光性手段１７０を方向１７１に移動させることにより）非透光性手段１７０が光を遮断できるように、距離１６７だけ離れた検出器１６４に（概ねライン１６５上で）光１６６を発出する光源１６３を含む。
代替的に、図１７Ｂは、経路１７４上の入射光１７２を反射させて発射光１７３にする固定面１７５に同じ方向に面して発光器及び検出器１６８，１６０が互いに隣り合っており、固定反射面が発光器及び／又は検出器から距離１７８だけ離れている一例を示す。反射面１７５は、高い反射率及び／又は低い吸収率、及び／又は、経路１７４上で光１７２の３０％超、又は５０％超、又は８０％超、又は１０％から１００％を反射するなど高い正反射率を有し得る。非透光性物体１７６は、光の経路１７４に挿入されることにより（方向１７７に非透光性物体１７６を移動させることにより）、例えば光１７２を吸収することにより（或いは検出器１６９から光１７２を散乱させることにより、又は検出器１６９から光１７２を偏向させることにより）、光路を遮断し得る。他のケースで、反射面１７５は、（高反射率を有し得る）物体１７６と比較して低い反射率（及び／又は高い吸収率、及び／又は低い正反射率）を有し、物体１７６は、光の経路上で移動する時に、発光器１６８からの光を検出器１６９に反射させ、検出器１６９により検出される光１７３の強度が上昇する。
図１５及び１６に示されているシステムの人工呼吸器パラメータ全ては、電気的又は機械的に調節可能である。吸入と吐出の時間比に関係するサイクル間の遅延は、ノブ又は可変レジスタなど制御システムへの入力により調節され得る。上に記載されたように、例えばＰＩＰ容器１４７（例えば、液体７７を収容する移動槽７６）を上下に移動させることにより、ＰＩＰは調節され得る。上に記載されているように、例えばＰＥＥＰ容器１４９を上下に調節することにより、ＰＥＥＰも同様に調節され得る。吸入及び吐出での一回呼吸量は、上に記載されたように光電池センサを上下に移動させることにより調節され得る。センサ１４０及び１５０の最小流は、上に記載されているように光電池を上下に移動させることにより調節され得る。誘発呼吸圧力は、上に記載されているように光電池センサを上下に移動させることにより調節され得る。幾つかのケースで、これらの機械的調節全ては、当該部位に装着されてユーザにより調節され得るパネル上のスライダまで移動される機構を含み得る。例えば、パネルは、上に記載された調節の各々に一つずつ、７個のユーザ調節可能スライダを有し得る。幾つかのケースで、パネルは、呼吸速度に関係する遅延を調節する二つのノブも有する。
図１５のガスマニホルドは、患者と患者の間で処分されてもされなくてもよい。患者と患者の間での処分に費用が掛からないように、マニホルドは安価なプラスチック材料で製作され得る。油又は水などの液体がＰＩＰ及びＰＥＥＰ圧力トラップ及びマノメータにより使用される。幾つかのケースで、液体収容槽は充填を許容する着脱式の下方区分を有し得るか、充填を許容するルアー継手などの継手を有し得る。
幾つかのケースで、図１５及び１６に示されている人工呼吸器システムの為の制御システムの電子機器は、マイクロプロセッサを有していない。幾つかのケースで、全ての機能はアナログ及び／又はデジタル回路に配線接続され得るので、システムはソフトウェアを有していない。安全性検査及び開発費用についてこれは有益であり得る。
幾つかのケースで、オペレータは、ドアを開け、マニホルドを挿入し、正確な箇所でマニホルドに水を充填することにより、図１５及び１６に示されている人工呼吸器システムを使用する。ドアは、制御パネルの反対にあるユニットの後部に配置され、制御パネルは可動センサに結合されている。そしてオペレータはドアを閉じ、患者及びガス源にユニットを装着し得る。人工呼吸器は、（例えば、酸素、窒素、及び／又は、空気を含有する）混合ガスを発生させてＦｉＯ２を調節する為の手段も含み得るので、投入ガスは、別のガス（例えば、空気又は窒素）と混合された純Ｏ２であり得る。ＰＩＰ及びＰＥＥＰ槽は、制御パネルでの上下の調節の為のスライダに接続される一以上のホルダへのスナップ結合などを介して、システムの他所に接続され得る。
幾つかのケースで、図１５及び１６に示されている人工呼吸器システムは、画面型ユーザインタフェース（例えばＬＣＤディスプレイ）を含み得る。幾つかのケースで、人工呼吸器システムは、（例えば、一組のＬＥＤインジケータ或いはディスプレイを形成する一組のＬＥＤを備える）ＬＥＤベースのユーザインタフェースを含み得る。幾つかの実施形態において、インタフェースは、バルブの配列、流れ、そして光電池からの他のセンサデータを表示する。患者データも記憶されて制御システムにより出力され得る。
図１８は、幾つかの実施形態による人工呼吸器システムの一例の簡略図である。患者１８７は、空気伝導手段により（例えば患者回路１８８を介して）、接続部１９０を介して着脱式システム１８６に結合される。着脱式システム１８６はベースユニット１９１へ挿入され、ベースユニットはバルブ及び制御システム電子機器など、人工呼吸器システムの幾つかのコンポーネントを収容する。患者から着脱式システムへの連続経路は１８９と記されている。幾つかの実施形態において、患者１８７から吐出された空気（又はこれに含有される物質）は着脱式システム１８６に収容されるので、経路１８９上の如何なる点もベースユニット１９１と接触しない。即ち、患者が着脱式システム１８６に結合された時に、空気又は物質が患者からベースユニット１９１の表面に達する為の通路はないのである。幾つかのケースで、患者からの空気又は物質は、大気への一以上の出口（例えば余剰ガス流出ポート）を通る場合を除いて、着脱式システム１８６内に閉じ込められる。幾つかのケースで、患者からの空気又は物質は、大気への流出ポートを出る前に一以上のフィルタを通過する。幾つかのケースで、流出ポートは専用の流出ポートであり、流出ポートは余剰ガスを大気へ放出するのに使用され、（例えばセンサポートとしての）他の機能には使用されない。幾つかのケースで、着脱式気道内の空気（或いは追加のガス及び／又は物質を含む空気）は、（フィルタリング済みの）流出ポート（例えば、本明細書に記載の専用流出ポート）を通って着脱式気道から最初に出る以外に、ベースユニットの如何なる部分とも接触しない。加えて、幾つかのケースで、バルブコンポーネントは全てベースユニットに収容され、患者１８７から吐出された空気（又はこれに含有される物質）にバルブコンポーネントは接触し得ない。
幾つかのケースでは、ベースユニット１９１の当該部分の汚染物が、着脱式ユニット１８６（又は着脱式ユニット１８６がベースユニット１８６から取り外された後に着脱式ユニット１８６と交換される第２着脱式ユニット）へ導入されない限り、患者からの空気は着脱式ユニット１８６と接触し、患者からの空気はベースユニット１９１の一部分と接触し得る。言い換えると、ベースユニット１９１に生じ得る汚染物が着脱式ユニットを交差汚染することはない。
幾つかのケースで、患者は、呼吸チューブを介して人工呼吸器に結合される人か動物である。
図１９は、幾つかの実施形態による人工呼吸器システム１９０００の一例の簡略図である。人工呼吸器システム１９０００は、着脱式システム１７９とベースユニット１８０とを含む。着脱式システム１７９は、気道、或いは本開示全体では着脱式気道と呼ばれ得る。着脱式システム（又は気道）１７９は２又は３又は４又は４より多い開口部（又はポート）を有し得る。幾つかのケースで、着脱式システム（又は気道）１７９への開口部全ては、着脱式システム（又は気道）１７９へ空気を挿入するか、着脱式システム（又は気道）１７９から空気を除去し、着脱式システム（又は気道）１７９への開口部のいずれも、他の目的に（例えばセンサポートとして）使用されない。この例の着脱式システム（又は気道）１７９は、着脱式システム（又は気道）１７９へ空気を挿入するかこれから除去するのに使用されてセンサポートとしては使用されない４個のポートを有する。例えば、開口部又はポート１８１は空気供給に使用され、開口部又はポート１８２は空気排出に使用され、開口部１８３は吸気の為に患者に結合され、開口部１８４は呼気の為に患者に結合され得る。
別の例で、着脱式システム１７９は二つのポート１８１及び１８３のみを有する。この例で、開口部又はポート１８１は空気源及び排気孔に使用され得る。これは空気源と排気孔（大気又は収容システムであり得る）に交互に接続される空気源の外部バルブ操作を必要とし得る。そして吸気及び呼気の為の単一のポート１８３を通して、患者への接続が行われ得る。この実施形態は、吸入中に給気をポートに誘導すると共に排出中に排気を排気孔に誘導する内部バルブ操作を必要とし得る。
着脱式システム１７９は、ドッキングステーションなどベースユニットの領域１８５でベースユニット１８０へ挿入されるか又は接続されて概ね固定状態で載置され得る。幾つかのケースでは、着脱式システム（又は気道）１７９とベースユニット１８０との整合を補助する構造（例えば、ガイドピン、ガイドスラット、ガイドホール、ガイドスロット、又は対向パズルピースのような形状の構造）が設けられる。着脱式システム１７９は、ベースユニットの領域１８５より大きいか小さい。例えば、着脱式システム１７９は領域１８５より大きく、着脱式システム１７９の入口及び出口は領域１８５の境界よりも延出し得る。別の例では、着脱式システム１７９が領域１８５内に嵌着するように、着脱式システム１７９は領域１８５より小さい。このようなケースでは、着脱式システムのポートへの接続が上から行われ得るように、着脱式システム１７９のポート（つまり入口及び出口）は（例えば９０度の）屈曲部を含み得る。
システム１７９はベース１８０から取り外し可能であるように構成され得る。着脱式システム１７９は取り外されて清浄化されるか処分され、その後で新品の着脱式システム１７９或いは清浄化済みの着脱式システム１７９と交換され得る。
システム１７９は更に、適所で清浄化されるように構成され得る（例えば、システム１７９は取り外し可能であって適所で清浄化されるように構成されるか、システム１７９は取り外し可能の構成ではない）。清浄化性能は、上に記載されたようにベースユニットからの気道の隔離とそのサイズ及び形状により可能となる。
幾つかの実施形態において、隔離された気道１７９は取り外し可能である。幾つかの実施形態において、着脱式気道１７９は（例えば患者と患者の間で）使い捨てである。幾つかの実施形態で、着脱式（又は非着脱式）の気道１７９は清浄化が可能である。これらの実施形態は相互排他的ではない。
幾つかの実施形態において、着脱式システム１７９はセンサを収容し得る。センサは圧力又は流れについてのものであり得る。センサは、電気により動力供給されるなど能動的であり得る。着脱式システムがセンサを収容する場合に、着脱式システムは、ベースユニット１８０のコネクタと係合する着脱式システムのコネクタを有し得る。コネクタは電気的であり得る。電気的接続部は非接触型であってもよい。センサへの動力は、Ｑｉ規格或いは他の放射又は誘導手段などによりワイヤレスであり得る。センサへの通信は、Ｗｉ－Ｆｉ又はブルートゥースなどワイヤレス又は有線であり得る。
幾つかの実施形態において、着脱式ユニット１７９は、ベースユニット１８０の関係システムと共にセンサシステムを形成する領域又はシステムを有し得る。幾つかの実施形態において、着脱式ユニットの領域又はシステムは、電力を受け取る電子機器又はセンサなどの能動的コンポーネントを収容しないという点で、受動的である。
図２０は、幾つかの実施形態による、着脱式システム（例えば図１９の１７９）及びベースユニット（例えば図１９の１８０）での部分を備えるセンサの一例の簡略図である。図２０において、着脱式ユニット１９２のサブシステム１９６はセンサの第１部分を形成する。サブシステム１９６は、着脱式システムの他のコンポーネントにサブシステム１９６を結合する入口１９４及び出口１９５を有する。ベースユニット１９３のコンパニオンシステム１９７は、二つのサブシステムがセンサシステムを形成するようにセンサの第２部分を形成する。即ち、サブシステム１９６及び１９７は例えば圧力及び／又は流れを測定するセンサを共に形成する。二つのサブシステム１９６及び１９７の間の相互作用の方法は、電気的、光学的、機械的、又は他の相互作用手段であり得る。各サブシステム１９６及び１９７は、単独ではセンサとして機能しないが、組み合わされると、所望の特性の検知が可能であるシステムを形成するコンポーネントを具備する。センサは、システムの特性（例えば圧力又は流れ）に関係すると予測される出力信号を有し得る。出力信号は電気的（アナログとデジタルの何れか）、光学的、或いは機械的であり得る。
幾つかの実施形態において、着脱式ユニット１９２のサブシステム１９６は、ガラス、水晶、又はプラスチック、或いは光学フィルタ又はレンズなど、透明窓のような、気道へ光を入れる為の手段を有する。サブシステム１９６は、複数の窓、或いは鏡、レンズ、及び格子など他の受動的光学コンポーネントも有し得る。
幾つかのケースで、着脱式ユニット１９２（又は図１９の１７９）の複雑性が最小となり、例えば潜在的に使い捨てである着脱式ユニットの費用を最小にする。
圧力及び流量センサなどの能動的コンポーネントがサブシステム１９６に組み込まれ得る。例えば、熱源（熱線）と温度センサ（例えばサーミスタ）とがサブシステム１９６に配設され、サブシステム１９６はベースユニットの係合部位への外部電気接続を有して、熱線流速測定として概ね知られるものを可能にする。別の例では、圧力センサ（例えばＭＥＭＳセンサ）もサブシステム１９６に配設され、サブシステム１９６はベースユニットに係合する外部電気接続部を有し得る。
幾つかの実施形態では、着脱式ユニットの気道内の流れを測定するように超音波流量センサが配置構成され得る。超音波流量センサを使用する幾つかの実施形態では、着脱式ユニット１９６には能動的コンポーネントが設けられない。係合サブシステム１９６はチューブ材と、任意でベースユニット１９３の超音波源及びセンサにサブシステム１９６を固定結合する手段（例えばスロット又はピン又は他の整合構造）とを収容し得る。チューブ材は金属、プラスチック、又は超音波を伝達する為の他の適当な材料のものである。
また別の実施形態において、（着脱式ユニット１９２の一部である）サブシステム１９６内の流れが、干渉法により、或いは（例えばシュリーレン写真又はシャドウグラムを使用する）シュリーレン型シャドウグラムにより、（ベースユニット１９３の一部である）係合ユニット１９７の光学素子で測定され得る。このようなシステムは、乱流又は誘発カルマン渦など気道内の外乱に関係する流れを測定する。このようなセンサは、（例えば光源と検出器とを含み、検出器が光検出器のアレイであるかカメラ（例えばＣＣＤカメラ）である）係合ユニット１９７の光学システムと、本明細書に記載のように流動ガスを収容するサブシステム１９６内の気道に光を出入させる為の一以上の窓とを含む。
また別の実施形態では、パドルホイール又はタービンの使用など、着脱式サブシステム１９６の機械的手段により流れが測定され得る。空気流によりホイール又はタービンが回転する。パドルホイール又はタービンの動きは、外部（例えば係合ユニット１９７の）光源と検出器手段（例えば本明細書に記載の光電池）とにより測定され、回転部位が動く際に光を受け取るように配設された検出器が強度の変化を測定するように、回転部位の一部に衝突する光の強度の変化をパドルホイールが遮断する。光は、反射、屈折、回折されるか、遮断される位置を通過して、その後は周期的に遮断されない。強度変化の割合は回転手段の速度と流量とに対応する。
幾つかの実施形態で、サブシステム１９６の気道の表面の変形により圧力が測定され得る。気道内の圧力が上昇する時に軟質（又は柔軟）領域が外向きに押圧されるように、気道を包囲する囲繞領域より低い柔軟性を有する領域内で変形が発生し得る。
図２１Ａ乃至２１Ｂは、幾つかの実施形態におけるサブシステム１９６のコンポーネントであり得る柔軟領域を備える気道の一例の簡略図である。図２１Ａにおいて、気道２０２は柔軟領域１９８を収容する。圧力２００が気道の内側と外側で同じである時に、領域１９８は弛緩状態（例えば平坦或いは他の幾何学形状）である。圧力２０１が気道の外側の圧力（概ね大気圧）より高い時に、領域１９９（又は領域１９９の一部分）が歪曲する。この歪曲は、光学的、電気的、及び又は機械的など、柔軟領域の変化を測定する多様な手段を使用して測定可能である。例えば、光源を歪曲領域で跳ね返させて反射光の規模又は位置の変化を検出することにより、歪曲が測定され得る。別の例では、歪曲領域の導電部分と、歪曲領域１９９の導電部分に近接して固定される第２導電面との間の静電容量の変化を検出することにより、歪曲が測定され得る。歪曲領域１９９の導電部分と第２導電面との構成は、所望の圧力変化が測定可能な静電容量の変化を起こすのに充分であるように構成され得る。別の例では、ひずみゲージを歪曲領域に結合して、ひずみゲージの（例えば抵抗）変化を検出する手段にひずみゲージからの電気接続部を結合することなどにより、歪曲領域１９９が電気的に測定され得る。光ファイバひずみゲージなど他のひずみゲージも、領域１９９の歪曲を検出するのに使用され得る。幾つかのケースで、変形可能領域１９８は、ブルドン管の表面など機械的圧力ゲージと接触し得る。
図２２Ａ乃至２２Ｂは、幾つかの実施形態による圧力センサの一例の簡略図である。図２２Ａでは、ベースサブシステム１９７のコンポーネントであり得る力測定手段２０７と柔軟領域２０６が接触する。即ち、力測定手段２０７はベースユニット１９３内の一部であってこれに固定され得る。着脱式ユニット１９６が取り外される時には、（１９６に対応する）サブシステム２０９が取り外され、（１９７に対応する）力測定手段２０８との接触状態にない。圧力２０５が大気圧よりも上昇すると、領域２０６が力測定ユニット２０７を押圧する。力測定ユニット２０７により測定される力は、ｃｍＨ２Ｏなど（例えば制御システムにより）ユニットシステムで読み取られるように校正され得る。力測定ユニット２０７は、スケールシステムのひずみゲージ、或いは他のロードセルを収容し得る。気道の内側と外側との間の圧力平衡状態で、力測定ユニット２０７により正の力が測定されるように、力測定ユニット２０７は柔軟領域２０６との接触状態に載置され得る。幾つかのケースでは、力測定ユニット２０７が（例えば、磁気結合、電磁結合、クリップ、ピン及びアイホール、接着剤、或いは他の可逆的な機械接続手段を使用して、着脱式ユニットが取り外される時に分離され得るように可逆的に）柔軟領域２０６に結合され得るので、気道の外側に対する気道の内側の負圧が測定され得る。幾つかのケースにおいて、力測定ユニット２０７は、柔軟領域２０６に結合されて着脱式ユニット１９６の一部であり得る。幾つかのケースでは、本明細書に記載のように、気道の外側に対する気道の内側の負圧が、光を使用して（例えば、ベースユニット１９３の一部である光源及び検出器を使用して）測定されて、柔軟領域２０６の移動を検出し得る。
図２３Ａ乃至２３Ｂは、幾つかの実施形態による圧力センサの一例の簡略図である。図２３Ａで、チューブ２１０の内側の圧力２１６はチューブ２１０の外側の圧力２１７と同じである。変形可能領域２１１はこの例ではほぼ平坦であるか非変形状態であるが、この平衡状態で他の形状を有してもよい。ロードセル（又は他の力検知手段）２１２の一部分は、図示の位置で変形可能領域２１１との接触状態にある。図２３Ｂは、チューブの内側の圧力がチューブの外側の圧力より高く、変形可能領域２１４が外向きに伸張し、ロードセル（又は他の力検知手段）２１５を押圧するケースを示す。図２３Ｂは、ロードセル（又は他の力検知手段）２１５が新規位置へ移動するところを示し、力検知手段により位置が測定される。この測定は所望のユニットの圧力に変換され得る。力と圧力は線形でなくてもよい。このようなケースで、システムは、測定された力を圧力に変換する曲線適合式などにより力と圧力の間の関係を記憶するルックアップテーブル又は他の手段を有し得る。
幾つかの実施形態において、着脱式気道（例えば図２０の１９２）内でのガス（例えば空気、或いは他のガスと混合された酸素、或いは固体又は液体粒子など他の材料を含むガス）の流れが、移動ガスにより発生された音波を使用して測定され得る。
幾つかの実施形態では、チューブ内を移動しているガス（例えば空気）により発せられる音波のレベルを検出することにより、着脱式気道（例えば図２０の１９２）内のガス流が測定され得る。概して、（電気信号に、或いは光など音波ではない別の検出可能な信号に音波を変換するセンサについての語として使用される）マイクロフォンは、完全にチューブの外側にあってベースユニット１９７に収容される。
図２４は、幾つかの実施形態による、ベースユニット（例えば図１９の１８０）に収容される流量センサの一例の簡略図である。（例えば図１９の着脱式システム１７９の一部である）チューブ２１８の中にはガス（例えば空気）２１９が流れ得る。ガスは、電線２２２上の出力信号に音波２２０を変換するマイクロフォン２２１を介してチューブの外側で検出可能である音波２２０をチューブから発出させる。そして人工呼吸器の多様なコンポーネント（例えば、バルブを通るガスの流れを可変的に調節するように構成されたバルブ）を制御する為の（本明細書に記載の）制御システムに、出力信号が提供され得る。
幾つかのケースで、チューブ２１８は着脱式システム（例えば図１９の１７９）の一部である流量センサの一部分であり、マイクロフォン２２１はベースユニット（例えば図１９の１８０）の一部である流量センサの一部分である。例えば、チューブ（又はチューブ区分）２１８は、チューブの壁に音波を通過させるように構成され得るので、チューブ内の流動ガスにより発生された音波は、チューブ２１８の外側に配置されたマイクロフォン２２１へ効率的に移送され得る。例えば、音波の通過を許容する材料（例えばシリコーン、ビニル、プラスチック、又は金属）で製作されたチューブ２１８により、及び／又は、流動ガスにより発生された音波の強度を上昇させる構造をチューブ２１８内に含めることにより、チューブの壁に音波を通過させるようにチューブ２１８が構成され得る。着脱式システム（例えば図１９の１７９）の一部であると共にベースユニット（例えば図１９の１８０）の一部である部分を備える音響式流量センサの追加例が本明細書で記載される。
図２５は、幾つかの実施形態による、着脱式システム（例えば図１９の１７９）の一部であると共にベースユニット（例えば図１９の１８０）の一部である部分を備える流量センサの一例の簡略図である。チューブ２２３の壁は、チューブの壁よりも容易に音波２２５を伝達するように配設された材料による領域（又はダイヤフラム）２２４を有し得る。チューブ２２３及び領域２２４は、着脱式システム（例えば図１９の１７９）の一部であり得る。この領域２２４は、（例えばプラスチック製の）薄いダイヤフラムであり得る。このようなダイヤフラム２２４は、聴診器又はスピーカの面に見られるものに類似し得る。ダイヤフラム２２４はその縁部でチューブ２２３に固定される。幾つかのケースで、チューブ２２３はダイヤフラム２２４に隣接する平坦領域を有し得るので、ダイヤフラム２２４は、平坦な非湾曲面に位置する外周部を有し得る。ダイヤフラム２２４は湾曲しているか（例えばより大きな動きを許容する）凹凸を有し得る。そして、上に記載されたように、ダイヤフラム２２４から発出された音波は、電線２２２上の出力信号に音波２２５を変換するマイクロフォン２２１を使用して検出され得る。
他の実施形態では、ダイヤフラム２２４に加速度計（不図示）を載置することによりチューブ２２３内の流量が検出され得る。ベースユニットへの支持及び接続部は、概ねダイヤフラムより低い柔軟性を有する。
図２６は、幾つかの実施形態による、着脱式システム（例えば図１９の１７９）の一部であると共にベースユニット（例えば図１９の１８０）の一部である部分を備える流量センサの一例の簡略図である。図２６は、円錐体２２８に包囲された（例えば１９７に対応する）ベースユニットのマイクロフォン２２９を示す。円錐体２２８はチューブ２２７と接触して音波伝達領域（例えばダイヤフラム）２２６を囲繞し得る。幾つかのケースで、チューブ２２７は、音波収集手段（又は円錐体）２２８円錐体とマイクロフォン２２９とに機械的に接続されていない。故に、チューブ２２７は音波検出手段（２２８及び２２９）から分離され、続いて同じ（又は類似の）チューブ２２７がまた音波検出手段（２２８及び２２９）との接触状態に置かれる。人工呼吸器で、音波検出システム（２２８及び２２９）はベース人工呼吸器ユニットの一部であり、チューブは使い捨て気道システムの一部である。
図２７は、幾つかの実施形態による、着脱式システム（例えば図１９の１７９）の一部であると共にベースユニット（例えば図１９の１８０）の一部である部分を備える流量センサの一例の簡略図である。チューブ２３０には、ガス（例えば空気）２３１が衝突する音波発生サブシステム２３２がその中に、或いはシステムの一部として配設されている。音波発生サブシステム２３２は、ガス２３１が衝突した時に音波を発生して流動ガス２３１のエネルギーの一部を音波に変換するように設計されている。これは、検出の為にチューブ２３０で発生された音波の量を増加させるという有益な効果を有し得る。音波発生サブシステム２３２により発出される音波は、上に記載のようにマイクロフォン２２１を使用して検出され得る。
図２８は、幾つかの実施形態による、着脱式システム（例えば図１９の１７９）内に収容される流量センサの一例の簡略図である。図２８では、着脱式システムの一部であるチューブ２３３内にマイクロフォン２３４ａが配設され得る。幾つかのケースで、マイクロフォンからの出力信号を運ぶ電線２３４ｂはチューブ２３３の壁を密閉状態で通過して、（本明細書で記載のように）音波出力信号を表示し得るか或いは使用し得る制御システムと接続される。
図２９は、幾つかの実施形態による、着脱式システム（例えば図１９の１７９）の一部であるか、着脱式システム（例えば図１９の１７９）及びベースユニット（例えば図１９の１８０）の一部である部分を備える流量センサの簡略図である。図２９は、異なる方向の流れが異なる形で検出されることで流方向を示すように、一つより多いマイクロフォン（このケースでは２個であるが他のケースでは２個より多くてもよい）を備える流量検出器システムを示す。チューブ２３５は第１構造２３８と第２構造２３９とを有し得る。幾つかのケースで、構造２３８及び２３９はマイクロフォンであり、マイクロフォン２３８は、マイクロフォン２３９によってより容易に検出され得る音波２３８とは反対の方向からの音波２３６に対してより感度が高い。マイクロフォンは、流方向に対して非対称の感度を有することを可能にする何れかの方向に載置され得る。
図２９は、チューブ２３５の外側に配置されてベースユニット（例えば図１９の１８０）であり得るマイクロフォン２２１及び２２１ｂも示す。幾つかのケースで、構造２３８及び２３９は音波発生サブシステム（例えば図２７のサブシステム２３２）である。これらの音波発生構造２３８及び２３９は一方向の流れからの音波を別の方向からのものより多く発生させるように配設され、マイクロフォン２２１及び２２１ｂは流れの方向を検出するのに使用され得る。音波発生構造２３８及び２３９は、異なる周波数の音波など異なる音波も発生し、一つの音波発生器はガス（例えば空気）が一方向から来る場合にトーンを発生させ、第２音波発生器は第１発生器とは異なるトーンを持つ反対方向からの音波を発生させ、単一のマイクロフォン（例えば、チューブ２３５の外側に配置された２２１）は、トーンを判断し、こうしてどの発生器が音波を発したか、故にどの流方向からであったかを判断するように処理され得る信号を出力する。このようなトーンは流れにも比例し得るので、流量を判断するのに音波の周波数（又は比周波数か周波数スペクトル）が使用され得る。音波発生サブシステム２３８及び２３９から発出された音波は、上に記載のようにマイクロフォン２２１及び２２１ｂを使用して検出され得る。
図３０は、幾つかの実施形態による、流量センサのマイクロフォンにより検出され得る音波を発生させ得るチューブ内の構造と、ガス（例えば空気）の流量を判断するように処理される音波の周波数スペクトルとの一例の簡略図を示す。本明細書に記載される音響式流量センサは、例えば１００Ｈｚ未満から２０ｋＨｚ超まで、又は１００Ｈｚから２０ｋＨｚまで、又は１ｋＨｚから２０ｋＨｚまで、又は約２０ｋＨｚから約４０ｋＨｚまで、又は約１０ｋＨｚであるマイクロフォンが作動する周波数範囲の（流動ガスにより発生される）音波を検出し得る。この領域での周囲ノイズは小さい傾向があってセンサの作動に干渉する周囲ノイズが少ないので、約２０ｋＨｚを上回るなど高い周波数が有利であり得る。図３０は、検出可能な高調波コンテンツを有する音波を発生させ得るガス（例えば空気）が流れるチューブシステムを示す。即ち、音波はホワイトノイズなどのノイズとしての特徴を持たず、バックグラウンドより大きい（又ははるかに大きい）振幅を持つ或る種の周波数を有し得る。オリフィス２５９はガスが流入するチューブ２３９より小さく、好ましくは或る種の音波周波数を発生できる。この例で、ガス（例えば空気）２４０を含むチューブ２３９は、一以上のピークが存在する周波数スペクトル２５２を持つ対時間トレース２５１を有する音波２５０を発生させる。周波数のピークが検出され、フーリエ変換或いは時間領域を周波数領域に変換する他の数学的変換を行うことにより、フィルタの使用により、或いはロックイン技術などにより、その振幅が流量と関連付けられる。チューブシステムは特定の周波数を発生させるように設計され得る。周波数が、概ね１０ｋＨｚ又は２０ｋＨｚを上回る音波がそれほど多くない病院など殆どの周囲音を上回る高周波数であると有利である。加えて、オリフィス２５９を使用すると、オリフィス２５９などを含まないチューブより高い音波レベルを同じ流量で発生し得る。
代替的に、図２７の２３２などのサブシステムは好ましくは或る周波数の音波を発生させ、音波は上に記載のように周波数スペクトルで解析され、周囲ノイズにより生じるエラーを流量検出器が受けにくくする。例えば、図２７のサブシステム２３２はリード又はホイッスルであり得る。本明細書に記載の流量センサに使用されるリードは、クラリネットのようにガス（例えば空気）が通過する時に振動して、流れエネルギーを音エネルギーに変換するように設計される構造であり得る。幾つかのケースで、本明細書に記載の流量センサは、二以上又は複数のリードを使用し得る。二以上のリードは同じトーンスペクトル又は異なるトーンスペクトルを発生させるか、異なる流量で異なるトーンを発生させ得る。音波発生サブシステム２３２はホイッスル（例えば、流動ガス（例えば空気）を独自の経路で通過させて、音波に変換されるガスの圧迫振動である共鳴を生じる構造）であってもよい。
図３１Ａ乃至３１Ｂは、幾つかの実施形態による、着脱式システム（例えば図１９の１７９）及びベースユニット（例えば図１９の１８０）の一部である部分を備える流量センサの簡略図である。図３１Ａは、チューブ２５３内の流量検出領域を囲繞する領域２５４及び２５５とマイクロフォン２５８とを含む流量センサを示す。領域２５４及び２５５は、音波検出領域の外部の音源から音波検出領域を隔離する一以上の構造を含み得る。例えば、領域２５５の構造は、ガラス繊維絶縁体、スタイロフォーム（登録商標）(STYROFOAM（登録商標）)ＴＭ、ポリマーフォーム、金属、或いは（例えば音波透過に対する交互インピーダンスを有する）積層体などの遮音材料を含み得る。図３１Ｂは領域２５４の一例を示す。幾つかのケースで、領域２５４は、（図３１Ａのチューブ２５３と結合される）チューブ２５６と、音波は阻止するがガス（例えば空気）は自由に流通させ得るジグザグパターンの構造（例えばバッフル）２５７とを含み得る。幾つかのケースで、マイクロフォン２５８は又、音波検出領域の外部の音源から材料及び／又は構造（不図示）で隔離され得る。領域２５４及び／又は２５５は着脱式システム（例えば図１９の１７９）の一部及び／又はベースユニット（例えば図１９の１８０）の一部であり得る。チューブは、着脱式システム（例えば図１９の１７９）の一部であるダイヤフラム（不図示）を含み得る。マイクロフォン２５８はベースユニット（例えば図１９の１８０）の一部であり得るか、着脱式システム（例えば図１９の１７９）に装備されて、その一部であり得る。
本明細書（例えば図１４及び２０乃至３３Ｅ）に記載の流量検出器のマイクロフォンは、音波振幅の変化に応じてリアルタイムで調節可能である利得を有し得る。幾つかの実施形態で、低レベルの音波について利得は高く、高レベルの音波について利得は低い。幾つかの実施形態において、マイクロフォンからの出力信号はほぼ一定の振幅を有し、出力信号の振幅をほぼ一定に保つように利得が継続的に調節されるので、出力信号が利得であって、この利得が音波レベルと関連付けられる。こうして、本明細書に記載の流量センサで使用されるマイクロフォンは、増大したダイナミックレンジを有する。
人工呼吸器において、検出される流量は概ね毎分１リットル未満から毎分６０リットルまで、或いは毎分１００リットルまでの範囲にある。音波による流量検出はタービン又は熱線流速計と比較して非常に感度が高く、素早い反応時間も有する。概ね直径が約２５ｍｍのチューブでは毎分０．１リットルで流量が検出可能である。これは、毎秒約３ｍｍと非常に遅いガス移動である。更に、毎分１０～５０リットル又は毎分１～６０リットルの流領域では、発生された音波の流量と振幅は（幾つかのチューブにおいて）ほぼ線形であり得る。幾つかのケースで、発生された音波の振幅は或る流量を上回ると減少し、低流量では低下が上昇より大きいので、或る流量を高い感度で検出するのに使用され得ることで有利であり得る。
図３２は、幾つかの実施形態による、着脱式システム（例えば図１９の１７９）及びベースユニット（例えば図１９の１８０）の一部である部分を備える流量センサの一例の簡略図である。図３２は、チューブで発生した音波を検出するのに光学手段を使用する流量センサを示す。ガスが流入しているチューブ２６０は、ダイヤフラム２６１／２６２を位置２６１及び２６２の間で振動させる。光源２６４により発生された光線２６３はダイヤフラムの表面に衝突し、検出器２６５へと反射され得る。検出器での光線の強度及び／又は位置は、光線２６３の強度の測定が可能なフォトダイオード、或いは光線２６３の位置の測定が可能な光センサ（例えば、分割フォトダイオード、フォトダイオードのアレイ、或いはカメラなどの画像センサ）などにより、ダイヤフラムの音波又は動きに比例する信号に変換され得る。光源２６４は、レーザ、白熱灯、又はＬＥＤであり得る。ダイヤフラム２６１／２６２は着脱式システム（例えば図１９の１７９）の一部であり、光源２６４及び検出器２６５はベースユニット（例えば図１９の１８０）の一部であり得る。
図３３Ａ乃至３３Ｅは、幾つかの実施形態による、着脱式システム（例えば図１９の１７９）に収容されて流量センサに使用され得るか、着脱式ユニット（例えば図１９の１７９）及びベースユニット（例えば図１９の１８０）の一部である部分を有する流量センサで使用され得る流量センサの当該部分の簡略図である。流量センサのチューブ、或いはチューブの変形領域は、平面以外の形状及び幾何学形状を有し得る。例えば、一以上の構造がチューブに延出するかチューブから突出し得るので、チューブ内の流れが構造に衝突して音波を発生させる。図３３Ａ乃至３３Ｄは、流量センサのチューブ２６７ａ～ｅに延出するかこれから突出する多様な構造２６６ａ～ｅの例を示す。図３３Ａはチューブ２６７ａに延出する尖頭凹溝又は円錐くぼみを含む構造２６６ａを示す。図３３Ｂは、チューブ２６７ｂに延出する丸いくぼみを含む構造２６６ｂを示す。図３３Ｃは、チューブ２６７ｃに延出する細いくぼみ（又は柱）を含む構造２６６ｃを示す。図３３Ｄは、チューブ２６７ｄに延出する幾何学形状が同じか異なる一以上のロッド又はスラットを複数含む構造２６６ｄを示す。図３３Ｅは、チューブ２６７ｄから突出する領域を含む構造２６６ｅを示す。チューブは、複数の音波発生構造（図３３Ａ乃至３３Ｃに示された２６６ａ～ｅ）及び／又は構造２６６ａ～ｅからの音波を検出する複数のマイクロフォン（不図示）を有し得る。音波発生構造（例えば２６６ａ～ｅ）は、チューブ（例えば２６７ａ～ｅ）の一以上の音波発生領域の中に配置され得る。音波発生領域はチューブ内の一より多い箇所であり得る、及び／又は、チューブを囲繞し得る。チューブの全周にわたって概ね径方向外向きに音波が発出されるように、音波発生領域は細い区分などチューブの一区分である。チューブにより発出された多方向からの音波を収集する室が、チューブの周りに配設され得る。
本明細書に記載の（例えば図１４及び２０乃至３３Ｅの）流量検出器は、入口及び出口チューブ又はパイプに接続され得る独立型ユニットであるか、この部分を有し得る。
本明細書に記載の（例えば図１４及び２０乃至３３Ｅの）流量検出器は、クランプなどを介してチューブ又はパイプに固定結合可能（又は装着可能）であるか、この部分を有するシステムであり得る。
本明細書に記載の（例えば図１４，２０～３３Ｅの）流量検出器は、検出された音波を流量に合わせて校正する手段を有し、予め設定及び校正された検出器システムによりこのような流量が測定される。検出器は、校正データ又は設定の調節か入力を有し得る。
幾つかのケースにおいて、本明細書に記載の（例えば図１４及び２０乃至３３Ｅの）音響式流量センサは、圧力及び／又は温度など流動ガスの他のパラメータも測定し得る。幾つかのケースで、本明細書に記載の（例えば図１４及び２０乃至３３Ｅの）音響式流量センサは、圧力及び／又は温度など流動ガスの他のパラメータを測定する別の一以上のセンサと連動して作用し得る。（例えば制御システムの一部である）プロセッサは、検出された音波（例えば強度及び／又は周波数）と、検出された別のパラメータ（例えば温度及び／又は圧力）とをガスの流量に変換し得る。幾つかのケースで、測定されたガスの流量と検出された別のパラメータ（例えば温度及び／又は圧力）とは、センサを越える（又は通る）（或いはチューブ内を移動する）ガス（例えば空気又は酸素）の量にガス流量を変換するのに制御システムにより使用され得る。幾つかのケースで、センサシステム内を移動するガスの総量は、独立した流量、圧力、及び温度センサによる入力から計算され得る。
図３４Ａ乃至３４Ｃは、幾つかの実施形態による、着脱式気道を備える人工呼吸器システムの一例の簡略図である。図３４Ａは、着脱式ユニットが挿入され得る人工呼吸器ベースユニット区分２７０（例えば図１９の１８０）の上面図である。図３４Ｂは、図３４Ａのベースユニット区分２７０へ挿入され得る着脱式ユニット２８６（例えば図１９の１７９）の底面図である。図３４Ｃは、ベースユニット２９５（例えば図３４Ａのベースユニット２７０の収容部分）と着脱式ユニット３０４（例えば図３４Ａの２８６）の両方の等角図である。着脱式ユニット２８６（又は３０４）内の流れの制御はピンチバルブを介したものであり、ピンチバルブはローラ２７３又は２７４（或いはプランジャなど他の手段）を含み、ローラ２７３又は２７４（或いはプランジャ又は他の手段）は、着脱式ユニット２８６（又は３０４）の可撓性チューブを圧迫するように構成される。ピンチバルブは、チューブが間に置かれる二つの対向要素など、組み合わせでチューブを圧迫する多数の可動要素を有し、両方の要素が互いに近づいてその間の間隙を閉じることで、はさみ機構などのようにチューブを圧迫する。
幾つかの実施形態では、着脱式ユニット２８６（又は３０４）のチューブをピンチバルブがどれほど圧迫するか、そしてチューブ内でどれ程の収縮部が形成されるかを制御することにより、着脱式ユニット２８６（又は３０４）内の流量が制御され得る。チューブを完全に収縮させるのに充分なピンチバルブからの圧力で、チューブが閉止され得る。流量センサは、吸入側ではバルブの下流に、そして吐出側ではバルブの上流に位置決めされ得る。着脱式ユニット２８６（又は３０４）は吸入に一つと吐出に一つ、線形又は直線チューブであり得る二つの気道を有し得る。チューブの端部にはガスのコネクタが設けられ得る。チューブを一定の相対位置に保持するプレート又は他の手段にチューブが取り付けられ得る。着脱式ユニット２８６（又は３０４）は、ベースユニット２７０（又はベースユニット２９５）と着脱式ユニット２８６（又は３０４）の当該部分において、適当な係合部分（例えばピン、スラット、ホール、スロット、パズルピースのように組み合う構造）により、所定箇所において唯一の可能な配向でベースユニット２７０（又はベースユニット２９５）の当該部分に嵌着され得る。着脱式ユニット２８６（又は３０４）は適所に係止又はスナップ止めされ得るか、ベースユニット２７０（又はベースユニット２９５）の当該部分に消耗品が手で設置された時に、自動的に、或いは手で嵌合する留め金を有し得る。着脱式ユニット２８６（又は３０４）の空気入口及び出口は、患者回路（つまり患者の気管チューブ又はマスクに人工呼吸器を接続するチューブ）又はフィルタなど標準的な人工呼吸器気道コンポーネントと係合するようにテーパ状である。着脱式ユニット２８６（又は３０４）の吸入側のコネクタは、病院用空気源など空気源に接続されるタイプのものであり得る。バルブは、着脱式ユニット（又は３０４）のチューブを押圧できるローラと、押圧される時にチューブを支承する（例えば二つのバルブの間の）リブとを有し得る。流量及び／又は圧力センサ（又はその第１部分）は、着脱式ユニット２８６（又は３０４）内の流れを測定するように、及び／又は、着脱式ユニット２８６（又は３０４）でのセンサの第２部分（例えばダイヤフラム）と係合するように上向きであるベースユニット２７０（又はベースユニット２９５）の部分に取り付けられ得る。
上に記載されたように他のタイプのセンサとバルブ構成とが可能であって、図３４Ａ乃至３４Ｃは人工呼吸器システムの一例を示す。ベースユニット２７０の一部分は二つの回転アーム２７１及び２７２を有する。アーム２７１及び２７２の端部には、ローラ２７３及び２７４が延在する。ローラ２７３及び２７４の間には（非可撓性であり得るか可撓性が限定される）壁又はリブ２７５が設けられるので、ローラとリブとの間に載置された時に着脱式ユニット２８６のチューブが圧迫され得る。各バルブは、回転アーム２７１又は２７２とローラ２７３又は２７４と壁又はリブ２７５とを収容する。図３４Ａ乃至３４Ｃに示されているバルブは、本明細書に記載のように、バルブを通る（つまりバルブを通過するチューブ２９０ａ又は２９０ｂを通る、或いはバルブを通過するチューブ２９０ａ又は２９０ｂの圧迫区分を通る）ガスの流れを可変的に調節するように構成され得る。例えば、各回転アーム２７１及び２７２は、可変量だけチューブ２９０ａ又は２９０ｂを圧迫する（チューブ２９０ａ又は２９０ｂの圧迫区分を圧迫する）ように構成された複数の位置を有し得る。ベースユニット２７０の当該部分は、（図３４Ｂに示されている）着脱式ユニット２８６の関連コンポーネント２８０及び２８１と係合して流量センサを形成するように構成されるマイクロフォン２７６及び２７７も収容する。ベースユニット２７０の当該部分は力センサ（例えばロードセル）２７８及び２７９も収容する。力センサ２７８及び２７９は（図３４Ｂに示されている）着脱式ユニット２８６の適合部位（例えば柔軟領域）２８２及び２８３と係合して、着脱式ユニット２８６の気道での圧力を検出する圧力センサを形成するように構成される。幾つかのケースで、図３４Ａ乃至３４Ｃの人工呼吸器システムは、吸入及び／又は吐出ラインでの最大圧力の検出に応じて開く一以上のブローオフバルブを収容し得る。
ベースユニット２７０（又はベースユニット２９５）及び着脱式ユニット２８６（又は３０４）の当該部分は、挿入時にこの二つを整合させると共に、ベース２８４の方形突出部と消耗品２８５の方形ホールなど、特定の配向のみでの挿入を許容するシステムを有し得る。多くの他の鍵と鍵穴システムが可能である。例えば、着脱式ユニット２８６（又は３０４）のプレートの形状は、ベースユニット２７０（又はベースユニット２９５）の当該部分に単一の配向で嵌着するようなものである。
着脱式ユニット２８６（又は３０４）は、互いに接続されていない二つのチューブ（又は気道）２８７及び２８８を含み得る。吸入ライン２８７はガス源へのコネクタ２８９を有し得る。可撓性チューブであるチューブ２９０ａ及び２９０ｂは、患者回路の直径より小さい直径（例えば約２０ｍｍから２５ｍｍのより小さい直径）を有するので、チューブ２９０ａ及び２９０ｂの内径は２ｍｍから６ｍｍまで、又は１０ｍｍ未満である。直径の小さい（例えば１０ｍｍ未満の）チューブは、高圧源からの空気が使用される時に、チューブ２８７及び２８８内の流れについての高い制御を許容し得る。チューブ２９０ａは区分２９１ａに接続される（区分２９１ａはチューブ２９０ａより大きい直径を有し得る）。区分２９１ａはチューブ２９０ａより低い可撓性を有し、流量センサ（例えばダイヤフラム）２８０と圧力センサ（例えば柔軟領域）２８３との係合部分を収容する。幾つかの実施形態では、流量センサ（例えばダイヤフラム）２８０の係合部分の周りに、或いは圧力センサ（例えば柔軟領域）２８３の係合部分の周りに開口部が設けられていない。それ故、空気（又は粒子など他の物質を含む空気）が、専用ポート２８９，２９４，２９２，２９３を通る以外に着脱式ユニット２８６の気道２８７及び２８８から漏出する為の開口部（又はポート）は設けられない。吸入気道２８７内の空気は、患者回路のチューブと適合するようにテーパ状であり得るコネクタ部分（又はポート）２９２から出る。吐出ライン２８８は、患者回路のチューブに適合するようにテーパ状であり得る類似の入口（又はポート）２９３を有する（が、幾つかのケースでポート２９３は、吸入及び吐出患者回路ライン（又はチューブ）の接続ミスを防止するように吸入ラインのポート２９２とは異なる寸法のものであり得る）。吐出ライン２８８は、他の人工呼吸器コンポーネントと係合するようにテーパ状であり得る出口コネクタ（又はポート）２９４を有し得る。（例えば、大気へ放出される前に粒子又は感染性の材料をフィルタリングするように）フィルタ、或いは熱又はＵＶ殺菌装置など他の清浄化手段にポート２９４が接続され得る。患者回路吐出ラインと人工呼吸器吐出ライン２８８との間での吐出流の最小制限を許容するように、吐出ライン２８８のコンポーネントの内径は患者回路吐出ライン（及び／又は気管内チューブ）のものと類似し得る。故に区分２９１ａの内径は１５ｍｍと２５ｍｍの間であり得る。吸入ライン２８７は、流量及び圧力の制御を達成するのに有利な直径のものであり得る。
図３４Ｃは、（図３４Ｂの着脱式ユニット２８６と同じ又は類似である）着脱式気道ユニット３０４を受容する（図３４Ａのベースユニット２７０の部分と同じ又は類似である）領域２９６を有するベース人工呼吸器ユニット２９５を示す。領域２９６は、固定手段（例えばプレート）３０３を備える調節可能なピンチバルブ２９７及び２９８と、マイクロフォン２９９及び３００と、力センサ３０１及び３０２とのコンポーネントを含む。本明細書に記載のように、バルブ２９７及び／又は２９８は、バルブを通る（つまりバルブを通過するチューブを通る、或いはバルブを通過するチューブの圧迫区分を通る）ガスの流れを可変的に調節するように構成され得る。着脱式気道３０４は概ね経路３０３上でベースユニット領域２９６へ挿入される。整合手段３０５及び３０６は、ホール３０６と係合する突出角柱３０５として示されている。ベースユニットは、人間相互作用領域３０７の手段、例えば、タッチ画面、ディスプレイ、制御パネル、或いは（例えば、ボタン、ノブ、スライダ等を備える）他のユーザインタフェースを有し得る。図３４Ｃに示されている人工呼吸器システムは、Ｗｉ－Ｆｉ又はブルートゥースなどのワイヤレス通信も有して、人工呼吸器の状況を視認し得る、及び／又は、これを制御し得る独立デバイス（例えば、遠隔制御部、コンピュータ、スマートフォン、又はタブレット）の人間相互作用インタフェースに接続され得る。
図３４Ｃのベースユニット２９５の上部に領域２９６が示されているが、しかしながら、他の実施形態では、後部、側部、又は下部など人工呼吸器ベースユニットの多様な表面又は配向に領域２９６が設けられ得る。着脱式ユニット２８６又は３０４のチューブの形状は図３４Ｂ及び３４Ｃに示されているように直線状であり得るか、直角部を有するか、他の角度を有するか、湾曲し得る。幾つかの実施形態では、着脱式ユニット３０４がベースユニットの（着脱式ユニット３０４より面積が小さいか大きい）領域に挿入されるように、着脱式ユニット３０４のチューブがベースユニット２９５から（例えば空気源、患者回路、及び／又はフィルタへ）垂直方向に接続され得るように、コネクタは（着脱式ユニット３０４の上部の）平面３０８に対して直角であり得る。
図３４Ａ乃至３４Ｃに示されている人工呼吸器システムは、追加のバルブ及びセンサを取り入れ得るか、図に示されたものより少数のバルブ及びセンサを有し得る。
例えば、バルブが閉止された時にライン２８７の圧力を測定するように、追加の圧力センサが吸入バルブの上流に配設され得る。これは、開放されている時に、取分け、バルブが閉止されていてバルブ上流の圧力が変化した時に、所定の流れにバルブを調節するのに役立ち得るので、設定の流れを達成した際のバルブの位置はバルブが開いている時とは異なっている。上流ラインでの圧力を使用すると、後続のサイクルでのバルブの設定を予め決定するのに役立ち得る。例えば、バルブが流量センサによる閉ループ制御下にあるので、所望の流れを達成するバルブ位置設定に近いバルブ位置の為の開始点が求められる。酸素の為の一つの入口と空気又は窒素の為の一つの入口が設けられるように、入口ライン２８７への追加の空気入口（又はポート）が含まれ得る。故に、着脱式ユニット２８６（又は３０４）は複数のガス入口を有し得る。追加のバルブ（例えばピンチバルブ）とセンサ（例えば酸素センサ）とは、入口ライン２８７の多数のガス入口からのガスを混合する目的でシステムに配設され得る。例えば、光学発光タイプの酸素センサが使用され得るので、気道２８７内の空気をセンサに露出させるポートを用いずに酸素が検知され得る。例えば、酸素センサの発光材料は着脱式ユニット２８６（又は３０４）の気道２８７に取り付けられ、発光源及びセンサコンポーネントがベースユニット２７０（又は２９５）に取り付けられ得る。
図３４Ａ乃至３４Ｃに示されているシステムより少数のセンサを備えるシステムは、吐出ラインにセンサを有していない。（例えば、吸気ラインの流量メータを使用して）吸入される供与体積（一回呼吸量）を測定することにより体積制御が達成され、（例えば、吐出ラインの圧力センサを使用して）ＰＥＥＰを維持するのに吐出バルブが使用され得る。ＰＩＰ（最大吸気圧）は、吸入ライン２８７のセンサによっても制御され得る。こうして、或る体積が供与され、ＰＥＥＰが制御されるので、ＰＩＰ及びＰＥＥＰが維持される限りは吐出体積を測定する必要はない。
幾つかの実施形態において、入口ライン（例えば２８７）は、一定の流入物又は空気と、（例えば概ね一定の割合で）ガスを漏出させ得るオリフィスとを有し得る。消耗品へ一定の空気を流入させると、ガス供給ラインへの材料の進入を防止することでこれを清浄に保つ。オリフィスは、上に記載のように挟持によりバルブ調整され得るチューブであってもよい。チューブは０．１ｍｍから１ｍｍ、又は０．０１ｍｍから０．１ｍｍの内径を有し得るか、チューブは大きな直径を有して、０．１ｍから１ｍｍ又は０．０１ｍｍから０．１ｍｍの内径を持つオリフィスを各チューブが収容し得る。幾つかのケースで、吸入チューブ２８７のこのような開口部は、閉止されるか、或いは開放時にはガス流をここから出す。幾つかのケースでは、ガス源に接続されたまま一部のガスが排気孔から（吸入側から）常に流れるように、これらの開口チューブが吐出排気孔に接続され得る。
吸入ライン２８７は、吸入ガス（例えば空気、又は空気か窒素と混合された酸素）が流れて、ＵＶ光により、又は熱などによる殺菌領域である領域を具備するシステムも有し、このような領域は１００℃から３００℃の温度の加熱体積を含む。この領域は、上流のガス源へ移動し得る流入ガス及び何れかのガス又は物質を殺菌し得る。
図３４Ａ乃至３４Ｃに示されている人工呼吸器システムの流れ及び圧力制御は、開ループ又は閉ループ制御であり得る。システムが所定のバルブ位置で所定の流れを有する場合には、開ループ制御が有効であり得る。測定された流れ、測定された圧力、及び／又は、測定された別のパラメータに応じてバルブが連続的に調節される一層正確な制御が達成され、連続的とは、測定及び調節、また測定及び調節というサイクルを意味する。幾つかのケースで、制御システムは圧力を監視し、最大及び最小圧力リミット（例えばＰＩＰ及びＰＥＥＰ閾値）に応じてバルブが開放及び閉止される。
図３４Ａ乃至３４Ｃに示されている人工呼吸器システムの流量センサは、吸入及び吐出ライン２８７，２８８内の圧力に影響を受け得る。即ち、或る流量において、センサは異なる圧力では異なる読み取りを行ない得る。流量センサの測定から判断される流量が、ルックアップテーブル又は所定の式を使用することなどにより、（圧力センサを使用して測定される）圧力の概ね同時的な読み取りに基づく流量に変換される。
図３５Ａ乃至３５Ｂは、幾つかの実施形態による人工呼吸器システムの吸入ライン及び吐出ラインのそれぞれの例の簡略図である。図３５Ａの吸入ライン３５００１と図３５Ｂの吐出ライン３５００２とは、図３４Ａ乃至３４Ｃに示された吸入ライン２８７及び吐出ライン２８８と同じか類似であり得る。図３５Ａの吸入ライン３５００２の空気入口１００１は、空気源に（或いは他のガスと混合された酸素の供給源に）結合され、空気はチューブ１００２を通って可変バルブ１００３（例えば図３Ａ乃至７及び３４Ａ乃至３４Ｃの本明細書に記載のピンチバルブ）へ進む。幾つかのケースで、空気入口１００１はガス源（例えば空気又は他のガスと混合された酸素）に結合され、ガス源は（例えば約５０ｐｓｉで）加圧される。幾つかのケースで、人工呼吸器システムは、空気入口１００１へ導入される前にガスを加圧する（例えばベースユニットの）ポンプ又はコンプレッサを収容し得る。空気はバルブ１００３から出てマニホルド（又はチューブ）区分１００４に入る。圧力センサ１００６（例えば図２１Ａ乃至２３Ｂに示されている圧力センサ）と、流量センサ１００７（例えば図２４乃至３３Ｅ及び３４Ａ乃至３４Ｃに示されている音響式流量センサ）と、（温度センサなど）他のセンサ１００８は、本明細書に記載のように、チューブ区分１００４内の圧力、流量、及び他のパラメータ（例えば温度）を測定するように構成される。患者回路（及び／又は気管内チューブ）の吸気ラインに接続され得る空気出口ポート１００５にチューブ区分１００４が接続される。
図３５Ｂは、吐出ライン３５００２の一例を示す。様々なセンサが接続されたマニホルド（又はチューブ）１０１３の区分に接続されているポート１００９に接続され得る患者回路（及び／又は気管内チューブ）の空気呼気ラインである。圧力センサ１０１２（例えば図２１Ａ乃至２３Ｂに示されている圧力センサ）と、流量センサ１０１１（例えば図２４乃至３３Ｅ及び３４Ａ乃至３４Ｃに示された音響式流量センサ）と、（温度センサなど）他のセンサ１０１０は、本明細書に記載のようにチューブ区分１０１３内の圧力、流量、他のパラメータ（例えば温度）を測定するように構成される。マニホルド１０１３の検知区分は、チューブ１０１５を介して出口ポート１０１６に接続される可変バルブ１０１４（例えば図３Ａ乃至７及び３４Ａ乃至３４Ｃで本明細書に記載のピンチバルブ）に接続される。出口ポート１０１６は、（例えば、吐出ライン３５００２からの空気が大気へ放出される前に粒子及び病原体などの汚染物を除去するかその濃度を低下させる）フィルタを含み得る。
幾つかのケースで、図３５Ａ乃至３５Ｂの人工呼吸器システムは、吸入及び／又は吐出ライン３５００１及び３５００２での最大圧力の検出に応じて開く一以上のブローオフバルブを収容し得る。図３５Ａ乃至３５Ｂに示されているバルブ１００３及び１０１４は、本明細書に記載のように、バルブを通る（つまり、バルブを通過するチューブ１００２又は１０１５を通る、或いはバルブを通過するチューブ１００２又は１０１５の圧迫区分を通る）ガスの流れを可変的に調節するように構成され得る。
方法例
幾つかの実施形態において、人工呼吸器システム（例えば図３４Ａ乃至３４Ｃ及び／又は３５Ａ乃至３５Ｂに示されている人工呼吸器システム）を使用する為の方法は、以下のステップを含む。吸入バルブ（例えば、図３５Ａのバルブ１００３）が開放されると、空気（又は酸素と他のガスとの混合物）が吸入ライン（例えば図３５Ａの３５００１）へ入る。幾つかのケースで、吸入ラインはガス源（例えば、空気又は他の気体と混合された酸素）に結合され、ガス源は（例えば約５０ｐｓｉで）加圧される。幾つかのケースで、人工呼吸器システムは、吸入ラインへ導入される前にガスを加圧するポンプ又はコンプレッサを収容し得る。吸入ライン内のガスの圧力、流れ、及び／又は他のパラメータ（例えば温度）は、センサ（例えば、図３５Ａのセンサ１００６，１００７，１００８）を使用して監視され得る。吸入バルブ（例えば、図３５Ａのバルブ１００３）は制御システムにより制御され、制御システムはセンサから測定情報を受信するように構成され得る。吸入バルブ（例えば図３５Ａのバルブ１００３）は所定の位置まで開放され得るか、センサ測定値に基づいて閉ループフィードバックで制御され得る。吸入バルブ（例えば図３５Ａのバルブ１００３）は、バルブを通る（つまりバルブを通過するチューブを通る、或いはバルブを通過するチューブの圧迫区分を通る）ガスの流れを可変的に調節するように構成され得る。吸入バルブが開放された後に、吸入ラインからの空気が、（例えば、患者回路及び／又は気管内チューブを介して）吸入バルブに結合された患者に提供され、患者の肺に空気が充満し得る。
空気が患者に提供される際に、吸入ラインの圧力が監視され、最大ＰＩＰ閾値に達すると、制御システムは吸入バルブを閉止して、吐出ライン（例えば、図３５Ｂの３５００２の）吐出バルブ（例えば、図３５Ｂの１０１４）を開放し得る。吐出バルブが開放されて吸入バルブが閉止された後に、空気が患者の肺から吐出ラインへ、そして流出ポート（例えば、図３５Ｂの１０１６）から流出し得る。空気が患者から吐出ラインへ（そして流出ポートから）流出して吐出ラインの圧力が監視され得る間に、そして最小ＰＥＥＰ閾値に達すると、制御システムが吐出バルブを閉止して吸入ラインの吸入バルブを開放し得る。吐出バルブ（例えば、図３５Ｂの１０１４）は、バルブを通る（つまりバルブを通過するチューブを通る、或いはバルブを通過するチューブの圧迫区分を通る）ガスの流れを可変的に調節するように構成され得る。吐出バルブが閉止されて吸入バルブが開放された後には、吸入ラインからの空気が再び患者に提供され、本明細書に記載のようにこの方法が継続できる。そして上に記載の吸入／吐出サイクルが多数回（例えば、数時間又は数日或いは数週間にわたって毎分約２０回）反復され得る。
上の方法の幾つかのケースにおいて、制御システムは、方法ステップの何れかの間で、１秒以下から３秒以上までなど、一以上の所定のユーザ設定可能な又は一定の遅延を有し得る。幾つかのケースでは遅延はゼロであり得る。例えば、ＰＩＰ閾値が検出された後と、吸入バルブが閉止された後に、吐出バルブが開放される前に遅延が生じ得る。
上の方法の代替実施形態では、上に記載の圧力制御方法に代わって、或いはこれに加えて、バルブを制御するのに流れが使用され得る。幾つかのケースで、温度と流れと圧力の全てが測定され、上に記載の圧力制御方法に代わって或いはこれに加えてバルブを制御するのに使用され得る。例えば、本明細書に記載の流量及び／又は圧力及び／又は温度のうち一以上は、流量、圧力、及び／又は温度など流動ガスのパラメータを測定し得る。（例えば制御システムの一部である）プロセッサは、パラメータ（例えば流量、温度、及び／又は圧力）をガスの流量及び／又は圧力に変換し、そして制御システムは人工呼吸器システムのコンポーネント（例えばバルブ）を制御するのに変換後のパラメータを使用できる。幾つかのケースで、測定されたガスの流量と検出された別のパラメータ（例えば温度及び／又は圧力）とは、センサを越える（又は通る）（或いはチューブ内を移動する）ガス（例えば、空気又は酸素）の量にガス流量を変換するのに制御システムにより使用され得る。幾つかのケースで、センサシステム内を移動するガスの総量は、独立した流量、圧力、及び温度センサからの入力から計算され得る。上記モードで作動しているシステムのバルブは、バルブの各々を通るガスの流れを可変的に調節するようにも構成され得る。
幾つかの実施形態において、人工呼吸器システム（例えば図１乃至２及び１５乃至１６に示された人工呼吸器システム）を使用する為の方法は、以下のステップを含む。一回呼吸量吸気制御モードでは、吸入ラインの第１バルブ（例えば、図１のバルブ５）が開放されて吸入ラインの第２バルブ（例えば、図１のバルブ９）が閉止される。第１バルブは、バルブを通るガスの流れを可変的に調節するように構成され得る。第１バルブの下流かつ第２バルブの上流に位置決めされた第１ベローズ（例えば、図１のベローズ７）は、（例えば加圧源からの空気圧力により）５００ｃｃ、５０ｃｃから１０００ｃｃ、或いは５０ｃｃ未満から１０００ｃｃ超など所定の体積まで膨張する。所定の体積に達すると、制御システムは第１バルブを閉止して第２バルブを開放する。吐出ライン（例えば図２の１８及び２３）のバルブは、第１ベローズの膨張の間に開放又は閉止され得る。第２バルブが開くと、ガスは患者の肺を膨張させ始め、吸気ライン（例えば、第２バルブの下流）に結合された第１圧力制限サブシステム（例えば、図１のシステム１１）で圧力が発生する。第１圧力制限サブシステムの圧力が所定値又はＰＩＰ（例えば、約３０ｃｍＨ２Ｏ、約４０ｃｍＨ２Ｏ、又は１５ｃｍＨ２Ｏから４５ｃｍＨ２Ｏ、又は１５ｃｍＨ２Ｏ未満から４５ｃｍＨ２Ｏ超）に達すると、制御システムにより第２バルブが閉止されて吸入サイクルを完了する。そして第１バルブが開放されて第１ベローズを充満させ、このモードの次の吸入サイクルの準備が整う。
第２バルブが閉じた時に、このモードの吐出サイクルが開始し得る。制御システムは、１秒以下や３秒以上など、所定のユーザ設定可能又は一定の遅延を有し得るので、遅延が経過した後にバルブ１８が開き得る。遅延は幾つかのケースではゼロであり得る。吐出ラインの第３バルブ（例えば、図２のバルブ１８）が開くと、ガスが肺から吐出ラインのチューブ（例えば、図２のチューブ１９ａ）へ通過し始める。一つのモードで、吐出ラインの第４バルブ（例えば、図２のバルブ２３）は、吐出サイクルの第１部分の間に閉止され得る。サブシステム（例えば、図２のサブシステム２０）はプリセット値（例えば、約５ｃｍＨ２Ｏ、２ｃｍＨ２Ｏから１５ｃｍＨ２Ｏ、又は２ｃｍＨ２Ｏ未満から１５ｃｍＨ２Ｏ超）或いはこれを上回る圧力を維持し、吐出ラインの第２ベローズ（例えば、図２のベローズ２１）に患者からの吐出ガスが充満する。ガスは吐出ラインの流量センサ（例えば、図２の流量センササブシステム３０）にも流れ得る。第２ベローズが所定の体積に達することにより、或いは吐出ラインの流量センサがゼロ流など所定の低レベルの流れを検出することにより、或いは圧力センサがプリセット最小値（ＰＥＥＰ）に達することにより、吐出サイクルの第１部分の終了が判断され得る。これらの吐出終了状態の何れかに達すると、制御システムは第３バルブを閉止して第４バルブを開放し、吐出サイクルの第２部分を開始させる。吐出サイクルの第２部分で、第２ベローズのガスは流出ポート（例えば図２の流出ポート２５）から大気へ発出され、これにより吐出サイクルを完了する。第２、第３、及び／又は、第４バルブも、バルブの各々を通るガスの流れを可変的に調節するように構成され得る。吐出サイクルが完了した後には、上に記載のように、吸入サイクルを反復する前に遅延（例えば、１秒以下と３秒以上まで）が含まれ得る。
幾つかの実施形態では、人工呼吸器システム（例えば図１乃至２及び１５乃至１６に示された人工呼吸器システム）を使用する為の方法は、以下のステップを含む。圧力制御の作動モードで、人工呼吸器システムは、最大圧力制限サブシステム（例えば、図１のサブシステム１１）のプリセット値により決定されるＰＩＰを使用してシステムを制御する。このモードで、吸気ラインの両方のバルブ（例えば、図１のバルブ５及び９）は、吸入サイクルの開始時に同時に開放される。圧力制限サブシステムの作用により上昇が停止される圧力まで、患者の肺が膨張する。制限圧力に達すると、制御システムは、（例えば、ＰＩＰが閾値、例えば約３０ｃｍＨ２Ｏ、約４０ｃｍＨ２Ｏ、又は１５ｃｍＨ２Ｏから４５ｃｍＨ２Ｏ、又は１５ｃｍＨ２Ｏ未満から４５ｃｍＨ２Ｏ超）に達したことを示す）圧力制限サブシステムからの信号を受信し、制御システムは吸入ラインのバルブの一方又は両方を閉止する。そして、（例えば、適当な遅延を含む）一回呼吸量吸気制御モードに関して上の方法に記載されているように、吐出サイクルが開始される。上記のように、吐出サイクルの終了は、吐出ラインの流量センサ或いは第２ベローズ体積を介して判断され得る。吐出サイクルが完了した後には、上に記載の吸入サイクルを反復する前に遅延（例えば１秒以下と３秒以上まで）が含まれ得る。上記モードで作動するシステムのバルブは、バルブの各々を通るガスの流れを可変的に調節するようにも構成され得る。
先行する二つの作動モードは一般に「強制呼吸」モードと呼ばれる。臨床的に望ましい別のモードは一般に「誘発」又は「自発」呼吸モードと呼ばれる。誘発呼吸モードでは、吐出サイクルの終了時に、第２吸入バルブが閉じて第１吸入バルブが開き、吸入ラインの圧力センササブシステムは負圧（例えば、約－２ｃｍＨ２Ｏ、又は－４ｃｍＨ２Ｏ未満から－２ｃｍＨ２Ｏ、又は－４ｃｍＨ２Ｏ未満から－２ｃｍＨ２Ｏ超）について監視され、負圧閾値が所定の値に設定され得る。吸入ラインの圧力センササブシステムでの負圧閾値に達するか、吸入ラインの圧力センササブシステムの圧力が閾値よりマイナスである時には、制御システムが吸入ラインの第２バルブを開放し得る。吸入ラインの圧力制限サブシステムが所定の値（例えば、約１０ｃｍＨ２Ｏ、又は４ｃｍＨ２Ｏから２０ｃｍＨ２Ｏ、又は４ｃｍＨ２Ｏ未満から２０ｃｍＨ２Ｏ超）に設定され得るので、大気圧を上回るバックグラウンド圧力により呼吸が補助される。この誘発呼吸モードでの吸入サイクルの終了は、プリセットされた低レベルの流れ（例えば毎分約３リットル（ｌｐｍ）又は１ｌｐｍから１０ｌｐｍ）を検出する吸入ラインの流量センササブシステムにより判断され得る。このモードで、吐出サイクルは、強制呼吸モードについて上に記載された方法と同じであり、吐出サイクルの終了は吐出された体積により、或いは流量により判断され得る。加えて、吐出サイクルが完了した後には、（上に記載の）誘発呼吸モードの為の吸入サイクルを反復する前に遅延（例えば、１秒以下と３秒以上）が含まれ得る。上記モードで作動しているシステムのバルブは、バルブの各々を通るガスの流れを可変的に調節するようにも構成され得る。
幾つかの実施形態において、音波を使用して流動ガスを検出する方法は、以下のステップを含む。ガス（或いは、ガスと固体及び／又は液体粒子など他の物質とを含むガス状混合物）がチューブ内を流れ、チューブは如何なる形状でもよい（例えば、チューブは、ほぼ円筒形の内腔、ほぼ方形又は矩形の断面を持つ内腔、半円形断面を持つ内腔、或いは他の幾何学形状を有し得る）。ガスは、チューブ内を流れる際に音波を発生させる。チューブの内側とチューブの外側の何れかに位置決めされるマイクロフォンにより、音波が検出される。音波の強度及び／又は周波数は、音波の強度及び／又は周波数をガス流量に変換するように処理される。
上に記載の方法の幾つかのケースで、チューブは、音波を発生させるように構成される一以上の領域（例えばダイヤフラム）を収容する。マイクロフォンは、ダイヤフラムからの音波を検出するように位置決めされ得る。幾つかのケースで、チューブの領域からの音波をマイクロフォンに集束させる（幾つかのケースでは増幅させる）のに、円錐体又は他の構造が使用され得る。
上に記載の方法の幾つかのケースでは、流動ガスの温度も測定され、音波の強度及び／又は周波数と流動ガスの温度とは、音波の強度及び／又は周波数と流動ガスの温度とをガス流量に変換するように処理される。
上記方法の幾つかのケースで、チューブは一以上の音波発生構造（例えば図２９に示されているような、或いは図３３Ａ乃至３３Ｃに示されている２６６ａ～ｅ）を収容し得る。
上記方法の幾つかのケースでは、チューブ及び／又は音波発生構造からの音波を検出するのに二以上のマイクロフォンが使用され得る。
上記方法の幾つかのケースでは、音波発生構造及びマイクロフォンが、チューブ内の流動ガスの流方向を判断するように構成され得る。
上の方法の幾つかのケースでは、チューブ及び／又はマイクロフォンを周囲ノイズ（つまり流動ガスにより発生されたのではない音波）から絶縁するように絶縁体が配置構成され得る。
上記方法の幾つかのケースでは、音波の周波数スペクトルが（例えば、制御システムのプロセッサにより）解析され、（例えば図３０に関して上に記載されたように）ガス流量に変換される。例えば、一以上の音波発生構造（例えば、オリフィス、ホイッスル、リード、又は他の音波発生構造）が、ガスが音波発生構造を過ぎて（或いはその上、又は中を）流れる時に或る範囲の周波数を発生させ得ることが好ましく、発生された音波の周波数スペクトルは、周波数範囲内の音波の強度を判断するように解析され得る。このような方法は測定の信号ノイズ比を高め得るので有利である。
開示された発明の実施形態について詳しく言及され、開示された発明の一以上の例が添付図にも図示されている。本明細書の実施形態及び例の各々は当該技術の限定としてではなく当該技術を説明するように提供されている。更に、本発明の特定実施形態が詳しく記載されているが、上記の理解を得ると、これらの実施形態の代替物、変形、及び同等物が当業者により容易に認知され得る。例を挙げると、一実施形態に関して図示又は記載された特徴が別の実施形態に使用されると、追加の実施形態が得られる。当該の主題は、添付の請求項及びその同等物の範囲内の修正及び変形全てを内含することが意図されている。当業者は、添付の請求項においてより具体的に提示されている本発明の範囲を逸脱することなく本発明の以上及び他の修正及び変形を実践し得る。更に、当業者には理解されるように、上の記載は例に過ぎず、本発明を限定することは意図されていない。
１ チューブ
２ ガス流
３ コネクタ
４ チューブ
５ バルブ
６ チューブ
７ ベローズ
８ ウェイト
９ バルブ
１０ チューブ
１１ 圧力制限圧力検出サブシステム
１２ 流量検知サブシステム
１３ コネクタ
１４ チューブ
１７ 入口チューブ
１８ バルブ
１９ａ，１９ｂ チューブ
２０ 圧力維持サブシステム
２１ ベローズ
２２ ウェイト
２３ バルブ
２４ チューブ
２５ 出口ポート
２６ ガス
２７ チューブ
２８ チューブ
２９ コネクタ
３０ 流量センササブシステム
３１ 圧力センササブシステム／ガス収容チューブ
３２ バルブボデー
３３ 固定要素
３４ 可動要素
３５ チューブ領域
３８ チューブ領域
３９ チューブ
４１ チューブ
４２ チューブ領域
４３ 固定要素
４４ ローラ
４６ バルブボデー
４７ チューブ
４８ アーム
４９ チューブ領域
５２ 軸
５９ アーム
６３ スロット
６４ スロット
６５ ディスク
６６ 回転アクチュエータシャフト
６９ 光源
７０ 光検出器
７２ 要素
７３ 前縁部
７４ 後縁部
７５ 光電池
７６ 容器
７７ 流体
７８ チューブ
８３ 光源
８４ 検出器
８５ チューブ
８７ 先端
８９ 先端
９０ 液体収容槽
９１ 気泡
９２ 光路
９３ 伸張容器
９４ 固体上面
９５ チューブ
９６ 半透明部材
９７ 方向
９８ 光源
９９ 検出器
１００ ウェイト
１０１ シリンダ
１０２ ピストン
１０３ 非硬質材料
１０４ 入口
１０５ ノズル
１０６ 膨張軟質バッグ
１０７ 固定面
１０８ プレート
１１０ Ｕ字管
１１１ 液体
１２０ 発光器
１２１ 検出器
１２２ スケール
１２７ 入口
１２８ 容器
１２９ ボール
１３０ 発光器
１３１ 検出器
１３２ 出口
１３４ チューブ材
１３５ チューブ材
１３６ チューブ材
１３７ チューブ材
１３８ 容器
１３９ 容器
１４０ 流量センサ
１４４ マノメータ
１４６ チューブ材
１４７ 最大圧力ユニット
１４８ フィルタ
１４９ 最低圧力維持サブシステム（ＰＥＥＰ）
１５０ 流量センサ
１５１ フィルタ
１５２ 光電池
１５３ 光電池
１５４ 光電池
１５５ 光電池
１５６ 光電池
１５７ 光電池
１５８ 光電池
１５９ 光電池
１６０ 光電池
１６１ 光電池
１６２ 光電池
１６３ 光源
１６４ 検出器
１６６ 光
１６８ 発光検出器
１６９ 発光検出器
１７０ 非透光性手段
１７２ 入射光
１７３ 発射光
１７４ 経路
１７５ 反射面
１７６ 非透光性物体
１７９ 着脱式システム
１８０ ベースユニット
１８１ ポート
１８２ ポート
１８３ 開口部
１８４ 開口部
１８５ 領域
１８６ 着脱式システム
１８７ 患者
１８８ 患者回路
１８９ 経路
１９０ 接続部
１９１ ベースユニット
１９２ 着脱式ユニット
１９３ ベースユニット
１９４ 入口
１９５ 出口
１９６ サブシステム
１９７ コンパニオンシステム
１９８ 柔軟領域
１９９ 領域
２００ 圧力
２０１ 圧力
２０２ 気道
２０５ 圧力
２０６ 柔軟領域
２０７ 力測定手段
２０８ 力測定手段
２０９ サブシステム
２１０ チューブ
２１１ 変形領域
２１２ ロードセル
２１４ 変形領域
２１５ ロードセル
２１６ 圧力
２１７ 圧力
２１８ チューブ
２１９ ガス
２２０ 音波
２２１，２２１ｂ マイクロフォン
２２２，２２２ｂ 電線
２２３ チューブ
２２４ 領域／ダイヤフラム
２２５ 音波
２２６ 音波透過領域／ダイヤフラム
２２７ チューブ
２２８ 円錐体
２２９ マイクロフォン
２３０ チューブ
２３１ ガス
２３２ 音波発生サブシステム
２３３ チューブ
２３４ａ マイクロフォン
２３４ｂ 電線
２３５ チューブ
２３６ 音波
２３７ 音波
２３８ 第１音波発生構造
２３９ 第２音波発生構造／チューブ
２４０ ガス
２５０ 音波
２５１ 対時間トレース
２５２ 周波数スペクトル
２５３ チューブ
２５４ 領域
２５５ 領域
２５６ チューブ
２５８ マイクロフォン
２５９ オリフィス
２６０ チューブ
２６３ 光線
２６４ 光源
２６５ 検出器
２６６ａ，２６６ｂ，２６６ｃ，２６６ｄ，２６６ｅ 構造
２６７ａ，２６７ｂ，２６７ｃ，２６７ｄ，２６７ｅ チューブ
２７０ 人工呼吸器ベースユニット区分
２７１ アーム
２７２ アーム
２７３ ローラ
２７４ ローラ
２７５ 壁／リブ
２７６ マイクロフォン
２７７ マイクロフォン
２７８ 力センサ
２７９ 力センサ
２８０ 関連コンポーネント
２８１ 関連コンポーネント
２８２ 柔軟領域
２８３ 柔軟領域
２８４ ベース
２８５ 消耗品
２８６ 着脱式ユニット
２８７ 吸入気道
２８８ 吐出ライン
２８９ ポート
２９０ａ，２９０ｂ チューブ
２９１ａ，２９１ｂ 区分
２９２ ポート
２９３ ポート
２９４ ポート
２９５ ベース人工呼吸器ユニット
２９６ 領域
２９７ ピンチバルブ
２９８ ピンチバルブ
２９９ マイクロフォン
３００ マイクロフォン
３０１ 力センサ
３０２ 力センサ
３０３ 固定手段／経路
３０４ 着脱式気道
３０５ 突出角柱
３０６ 孔
３０７ 人間相互作用領域
３０８ 平面
１０００ 吸入マニホルド
１００１ 入口
１００２ チューブ
１００３ 空気流出バルブ
１００４ マニホルド区分
１００５ 空気出口ポート
１００６ 圧力センサ
１００７ 流量センサ
１００８ 他のセンサ
１００９ ポート
１０１０ 他のセンサ
１０１１ 流量センサ
１０１２ 圧力センサ
１０１３ マニホルド／チューブ
１０１４ 可変バルブ
１０１５ チューブ
１０１６ 流出ポート
２０００ 吐出マニホルド
９０００ 圧力リミット検出システム
１９０００ 人工呼吸器システム
３５００１ 吸入ライン
３５００２ 吐出ライン

Claims (20)

  1. 人工呼吸器システムであって、
    空気入口ポートと、
    患者吸気ポートと、
    空気吐出ポートと、
    患者呼気ポートと、
    圧力センサの第１部分と、
    流量センサの第１部分と、
    を具備する着脱式気道と、
    二つのピンチバルブと、
    前記圧力センサの第２部分と、
    前記流量センサの第２部分と、
    を具備するベースユニットと、
    を具備して、
    前記空気入口ポートを通って前記着脱式気道へ空気が流入し、
    前記空気排出ポートを通って前記着脱式気道から空気が排出され、
    前記患者吸気ポートを通って前記着脱式気道から空気が流出し、
    前記患者呼気ポートを通って前記着脱式気道へ空気が流入し、
    前記空気入口ポート、前記空気排出ポート、前記患者吸気ポート、及び前記患者呼気ポートを除いて前記気道が如何なる開口部も具備せず、
    前記着脱式気道の内側の空気が、初めて前記空気排出ポートから流出する以外に、前記ベースユニットの如何なる部位とも接触しない、
    人工呼吸器システム。
  2. 前記二つのバルブの各々が、前記ベースユニットからの取り外しの為に前記着脱式気道を解放するように構成されるバルブ位置を含む、請求項１に記載の人工呼吸器システム。
  3. 前記圧力センサの前記第１及び第２部分が、前記ベースユニットからの前記着脱式気道の取り外しを許容するように構成され、前記流量センサの前記第１及び第２部分が、前記ベースユニットからの前記着脱式気道の取り外しを許容するように構成される、請求項１に記載の人工呼吸器システム。
  4. 前記ピンチバルブの各々が、前記着脱式気道を通るガスの流れを可変的に調節するように構成される、請求項１に記載の人工呼吸器システム。
  5. 前記ピンチバルブの各々が、バルブボデーとアクチュエータと可動要素と固定要素とを具備し、前記着脱式気道が前記固定要素と前記可動要素との間を通過する、請求項４に記載の人工呼吸器システム。
  6. 回転アームに結合されたローラを前記可動要素が具備する、請求項５に記載の人工呼吸器システム。
  7. 前記圧力センサの前記第１部分が柔軟領域を具備して、前記圧力センサの前記第２部分が、前記着脱式気道内の圧力変化から生じる前記柔軟領域の変化を測定する手段を具備する、請求項１に記載の人工呼吸器システム。
  8. 前記圧力センサの前記第１部分が柔軟領域を具備して、前記圧力センサの前記第２部分が、光学的測定システム、電気的測定システム、機械的測定システム、前記柔軟領域で反射した光の規模又は位置の変化を検出するように構成されたシステム、前記歪曲領域の導電部分と第２導電性表面との間の静電容量の変化を測定するように構成されたシステム、或いは前記歪曲領域の変化を測定するように構成されたひずみゲージを備えるシステムを具備する、請求項１に記載の人工呼吸器システム。
  9. 前記圧力センサの前記第１部分が柔軟領域を具備して、前記圧力センサの前記第２部分が前記柔軟領域への力を測定する手段を具備する、請求項１に記載の人工呼吸器システム。
  10. 前記圧力センサの前記第１部分が柔軟領域を具備し、前記圧力センサの前記第２部分が、前記柔軟領域への力を測定するように構成されたロードセルを具備する、請求項１に記載の人工呼吸器システム。
  11. 前記流量センサの前記第１部分がダイヤフラムを具備し、前記流量センサの前記第２部分が、前記ダイヤフラムから発出された音波を測定するように構成されたマイクロフォンを具備する、請求項１に記載の人工呼吸器システム。
  12. 前記ダイヤフラムから発出された前記音波を増幅するように構成された円錐体の中に前記マイクロフォンが配置される、請求項１１に記載の人工呼吸器システム。
  13. 前記ダイヤフラムから発出された前記音波の振幅変化に応じて、リアルタイムで調節可能である利得を前記マイクロフォンが含む、請求項１１に記載の人工呼吸器システム。
  14. 前記第１部分、前記第２部分、或いは前記第１及び第２部分の両方が、前記ダイヤフラムから発出されていない周囲音が前記マイクロフォンに達しないように周囲音の強度を低下させるように構成された一以上の遮音要素を具備する、請求項１１に記載の人工呼吸器システム。
  15. 前記流量センサの前記第１部分が更に、前記着脱式気道内に配置される構造を具備し、流動空気が前記構造と相互作用を行う時に前記構造から発出される音波を発生させるように前記構造が構成される、請求項１１に記載の人工呼吸器システム。
  16. １００Ｈｚから２０ｋＨｚまでの周波数の音波を発生させるように前記構造が構成される、請求項１５に記載の人工呼吸器システム。
  17. 前記構造がリード又はホイッスルを含む、請求項１５に記載の人工呼吸器システム。
  18. 前記着脱式気道内の前記空気が流動時に通過しなければならないオリフィスを前記構造が具備し、前記オリフィスが前記着脱式気道の隣接下流領域より細い、請求項１５に記載の人工呼吸器システム。
  19. 人工呼吸器システムであって、
    空気供給ポートと空気排出ポートと患者吸気ポートと患者呼気ポートとを含む四つのポートと、
    柔軟領域を含む第１圧力センサの第１部分と、
    ダイヤフラムを具備する第１流量センサの第１部分と、
    を具備する着脱式気道と、
    二つのピンチバルブであって、バルブボデーとアクチュエータと可動要素と固定要素とを各々が具備するピンチバルブであり、前記着脱式気道の圧迫区分が前記固定要素と前記可動要素との間を通過する、ピンチバルブと、
    前記柔軟領域への力を測定するように構成されたロードセルを具備する前記第１圧力センサの第２部分と、
    前記ダイヤフラムから発出された音波を測定するように構成されたマイクロフォンを具備する前記第１流量センサの第２部分と、
    を具備するベースユニットと、
    を具備し、
    前記着脱式気道が、前記四つのポートを除いて如何なる開口部も具備せず、
    前記着脱式気道の内側の空気が前記ベースユニットの如何なる部位とも接触しない、
    人工呼吸器システム。
  20. 前記着脱式気道が更に、
    前記空気供給ポートと、
    前記患者吸気ポートと、
    前記第１圧力センサの前記第１部分と、
    前記第１流量センサの前記第１部分と、
    を具備する吸入マニホルドと、
    前記空気排出ポートと、
    前記患者呼気ポートと、
    第２圧力センサの第１部分と、
    第２流量センサの第１部分と、
    を具備する吐出マニホルドと、
    を具備し、
    前記ベースユニットが更に、
    前記吸入マニホルドでの流れを制限するように構成された第１及び第２ピンチバルブであって、回転アームに結合されたローラを各々の前記可動要素が具備する第１及び第２ピンチバルブと、
    吐出マニホルドでの流れを制限するように構成された第３及び第４ピンチバルブであって、回転アームに結合されたローラを各々の前記可動要素が具備する第３及び第４ピンチバルブと、
    前記第１圧力センサの前記第２部分と、
    前記第１流量センサの前記第２部分と、
    前記第２圧力センサの第２部分と、
    前記第２流量センサの第２部分と、
    を具備する、
    請求項１９に記載の人工呼吸器システム。
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