JP3845736B2 - Cpap治療又は補助された人工呼吸における圧力制御 - Google Patents
Cpap治療又は補助された人工呼吸における圧力制御 Download PDFInfo
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Description
この発明は、連続正圧気道圧力(CPAP)治療又は補助された人工呼吸の適用における圧力制御の装置に関する。
発明の背景
CPAPは、閉塞性睡眠無呼吸症候群(OSA)や上部気道抵抗症候群の治療では一般的に適用されている。大気圧より高い圧力の空気や呼吸可能気体を患者の気道の入口に与えることによって患者の上部気道の気送補助としてCPAP治療が効果的に作用することが要求されてきた。4〜25cm水柱の範囲の治療圧力に一般的に遭遇される。
CPAP装置のいずれの形態にも共通しているものは、フロー発生器に可橈給気管を介して接続している患者着用マスクである。極く一般には、フロー発生器は、モータ制御器の制御を受ける電気モータによって駆動される。この明細書で、『マスク』とは、鼻マスクや口マスク、組合わさった鼻と口のマスク、鼻プロング、鼻ピロー又は顔面マスクを含むものと理解すべきである。
CPAPは、(i)一定の治療圧力レベルの維持、(ii)呼吸の吸気位相と呼気位相を同期した2つの一定のレベル間での交替(『2レベルCPAP』)及び(iii)患者の治療上の必要性に応じて自動設定を含んだ幾つかの形態を成し得るものである。これらケースの全てにおいて、患者の気道に供給される空気や呼吸可能気体の圧力について制御しなければならない。
従来技術の一形態では、治療圧力についての制御は、一緒にフロー発生器を構成するタービン(又はファン)を駆動する電気モータの速度制御によって達成される。2レベルCPAPのケースでは、モータは、約100ms以内にその作動速度を各々2倍に(半分に)加速(減速)できなければならない。
一般的なCPAP治療のために、これは所定時間間隔以内に定常電力をほぼ2回供給する(又は減らす)必要がるのに匹敵している。急激な変速に関連したモータ性能上の欠点は、例えば磁気歪み効果や軸受振動による騒音や、大な熱散逸を必要とすることである。騒音を下げることは、患者の治療への順応を高めることになる。
図1は、CPAP装置のケーシング14から分離されたチャンバー12から構成された従来のフロー発生器10を横断面図として示している。ケーシング14は、フロー発生器10に関連した制御回路(図示されていない)を収容している。フロー発生器は、更に誘導フロー遠心タービン(インペラー)18を駆動するモータ16から構成され、タービン18は、空気入口20によって空気又は呼吸可能気体の流れを誘発し、空気出口22によって空気又は呼吸可能気体に圧力を加えて空気供給管(図示されていない)に、そしてマスク(これも図示されていない)に通している。タービン18は、インペラー羽根24を放射状に向けている。軸流ファンの代替使用はCPAP装置でも知られている。
制御可能なフロー発生器の別形態では、駆動モータを低速で運転し、またタービンの出力側から過剰空気を抜いたり抽気したりする。図2に示すように、タービン18は、供給管32によってプレナム室30に接続されている。プレナム室は、空気出口38で所望の出力圧を得るように、大気へ空気を通気させるために室壁の開口36を指度開閉作動する制御可能なスピル弁34を有している。
そのような構成にも欠点がある。第1に、治療圧力が調節される時に空気抜きによって過大な騒音が生じる。これは特に、治療圧力が一般に16cm水柱から6cm水柱に減圧される時に2レベルCPAP治療中に起きる各補償事象に対するケースであり、かくしてプレナム室30内の空気の圧力ヘッドの1/2以上がスピル弁34によって抜かれなければならない。スピル弁位置のわずかな変更は、空気出口38において比較的大きな変化を与えるために正確な治療圧力調整を持続するのも困難である。この特徴は、更にCPAP治療の効力に傷をつける自前の低い最大流速にも通じている。特に、スピル弁34は、プレナム室30からの流出量を増大することによって作業をするので、供給管32とタービン18における圧力低下を増大し、かくしてプレナム室での圧力低下を増大することになる。供給管32とタービン18の複合空圧インビーダンスは、プレナム室30への、またスピル弁34を引続き閉じた時に患者への最大達成可能流速を制限する。
フロー発生器の出力部で作動する別の従来技術の構成の一例が、ピューリタンベネット(Puritan−Bennet)社の名前の国際公報第WO90/14121(PCT/US90/02800)から得られる。
上述のように、本発明は、更に補助された人工呼吸を提供する装置へも応用される。『補助された人工呼吸』の要語の使用は、通気装置と人工呼吸器の両方を含むものと理解される。通気装置は、患者に容積サイクル制御モードの通気を提供するものとして広く特徴付けられ、患者に呼吸作業を行わせる。他方、人工呼吸は、患者に完全な呼吸作業を行わせたり、又は行わせないもので、吸気と呼気の間に大きな治療圧力差があり且つ30〜40cm水柱にも達する高い吸気治療圧を有した2レベル作動によって特徴付けられる。
発明の開示
本発明の目的は、従来技術に関連した問題点の一つ以上を克服し、又は少なくとも解消するものである。本発明の要点は、フロー発生器又はその構成要素のタービンの効率を制御することで出力圧力の制御を行うものである。
従って、本発明は、CPAP治療又は補助された人工呼吸の適用における呼吸可能気体を供給する制御可能なフロー発生器を広く開示しており、フロー発生器は、タービンに駆動連結されたモータと、タービンに連通した呼吸可能気体の入口と、大気圧より高い圧力で呼吸可能気体を供給する出口と、フロー発生器の効率を制御し、かくしてフロー発生器を出る呼吸可能気体の圧力を制御する手段とから構成されている。
この明細書では、フロー発生器又は構成要素のタービンに関連した要語の『効率』は、所定流速と所定圧における或る量の空気の加圧能力として理解すべきである。
一好適な形態では、制御手段はタービンの効率を制御し、最も好ましくは調節可能なピッチタービン羽根又はタービンルーバから構成されている。別の好適な形態では、制御手段は、タービンに入る呼吸可能気体を制御する。代わりに、それは入口に入る気体を制御する。更に制御手段は、出口のインピーダンスを制御することができる。フロー発生器は、更に出口からフロー発生器を出る空気又は呼吸可能気体の圧力を検出する検出手段からも構成され、検出された圧力は、上記制御手段に与えられ、また制御手段は、設定圧力と検出圧力を比較でき、その比較の結果に応じてタービン効率を制御することによって、上記設定圧力とほぼ等しく上記流出圧力を維持する。
本発明は、更にCPAP治療又は補助された人工呼吸の適用における加圧された呼吸可能気体の供給用制御可能フロー発生器を開示しており、フロー発生器はタービンに駆動連結されたモータと、タービンに連通した呼吸可能気体用入口と、大気圧より高い圧力で上記呼吸可能気体の供給を行う出口と、タービンに入る呼吸可能気体を制御し、かくして出口で呼吸可能気体の圧力を制御する制御手段とから構成されている。
有利なことには、制御手段は、フロー発生器の入口を制限する働きをする。その制限は、或る範囲の入口開口度に渡って行うことができる。その範囲は、入口全開と部分又は完全閉鎖との間とすることができる。タービンの運転回転速度に対して、開放と少なくとも部分閉鎖の際に入口に対する範囲の限度は、各々供給された空気又は呼吸可能気体の最高出口圧力と最低出口圧力に対応している。
好適な形態では、制御手段は、上記入口の口部の少なくとも一部分を閉じる手段から構成される。代わりに、上記制御手段は、少なくとも部分的に上記入口を制限する制御可能弁から構成される。
代わりに、制御手段は、入口に向かって開いているタービンインペラーの有効入口面積を調節する働きをする。その調節は或る範囲に渡る。その範囲は、入口に開放したタービンの全有効入口面積と入口に開放したタービンの部分又はゼロの有効入口面積との間となっている。上記タービンの運転回転速度に対して、上記全有効表面積と少なくとも部分有効入口面積とに対する範囲の限度は、各々供給された空気又は呼吸可能気体の最高出口圧力と最低出口圧力に対応している。
好適な形態では、制御手段は、入口に開放した有効口部面積の少なくとも一部分を遮蔽できる位置調節可能なバッフルから構成される。
一つの具体的な好適な形態では、制御手段は、第1のより高い圧力と第2のより低い圧力で上記出口における呼吸可能気体の繰り返しのシーケンシャルな供給を行う働きをする。フロー発生器は、更に上記出口における圧力を検出する検出手段から構成され、その検出された圧力は上記制御手段に与えられる。上記制御手段は、更に、設定圧力と検出圧力を比較でき、その比較の結果に応じてタービン効率を制御することによって、上記設定圧力とほぼ等しく上記出口圧力を維持する。
本発明は、更に患者マスクと、該マスクに一端で接続した空気供給管と、空気供給管の他方端に接続され且つ運転回転速度でタービンを駆動するモータから構成されたフロー発生器と、呼吸可能気体を受け取る入口と、大気圧より高い圧力で上記呼吸可能気体の上記空気供給管への供給を行う出口と、タービンに入る呼吸可能気体を制御し、かくして出口で呼吸可能気体の圧力を制御する制御手段とから構成されている。
一好適な形態では、制御手段は、フロー発生器の入口を制限する働きをする。代わりに、制御手段は、入口に開放したタービンの有効面積を調節する働きをする。
本装置は、更にタービンをバイパスする上記出口からの患者呼気回路から構成されている。呼気回路は、大気へ通気したり、上記入口に再循環することができる。
有利なことには、CPAP装置は、2レベルCPAP治療の適用のために使用でき、制御手段は、所望の患者吸気治療圧力と減圧された所望の患者呼気治療圧力とに各々対応した2つの状態間で作動できる。
有利なことには、CPAP装置は、患者の必要に応じて調節する治療圧力を導入でき、そこで制御手段は、所望の治療圧力に対応して現在の設定レベルを連続的に調節し、出口レベルを所望のレベルに圧力を維持するように制御させる。
CPAP装置は、更に上記出口での又は上記空気供給管又は上記マスクにおける或る点での圧力を検出する圧力検出手段から構成され、検出された圧力は上記制御手段に与えられ、上記制御手段は、更に検出された圧力を現在の設定圧力と比較して、その比較の結果に従って所望のレベルでほぼ一定な治療圧力を維持するように作動できる。
別の好適な形態では、CPAP治療装置は、上記制御手段を連続制御して上記マスクにおける治療圧力をほぼ一定に維持するように作動できる。
本発明は、更にCPAP治療又は補助された人工呼吸の適用においてフロー発生器によって供給される呼吸可能気体の圧力を制御する方法を開示しており、該方法は、運転回転速度でフロー発生器を運転して、それによって上記呼吸可能気体がフロー発生器の入口によってタービンに流入し、大気圧より高い圧力でタービンを流出する工程と、タービンに入る呼吸可能気体を制御し、かくして流出圧力を制御する工程とから構成される。
過剰気体を溢出させることで、結果的に音響発散増大とモータ出力要求の増大を伴うことになる圧力制御を行う従来技術の構成と比較すると、全ての上記構成は、フロー発生器を通る呼吸可能気体の通過量を制限するものである。上述のような本発明の実施例は、従来技術の構成と比較して、より低い動力と、より低い音響ノイズと、より高い最大空気量と、改善された圧力制御と言った一つ以上の長所を与えてくれる制御可能なフロー発生器又はCPAP装置を提供できる。一つ以上の実施例では、フロー発生器への動力は、その定格を半分にでき、かくしてコストを削減し、熱発散を低減し、占有容積を削減できる。
『治療圧力』とは全て、もし必要ならば治療の必要に応じて時間と共に変化でき、従って必ずしも一定レベルの必要のない連続した圧力を包含するものであることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
さて、本発明の幾つかの実施例を添付図面を参照にして説明する。
図1と2は、従来技術の制御可能なフロー発生器の例を示しており;
図3−5は、本発明に係る制御されたフロー発生器の第1実施例を示しており;
図6と7は、制御されたフロー発生器の別の実施例を示しており;
図8と9は、制御されたフロー発生器の更に別の実施例を示しており;
図10と11は、制御されたフロー発生器の更に別の実施例を示しており;
図12aと12bは、制御されたフロー発生器の更に別の実施例の横断面図と平面図とを各々示しており;
図13は、図12aと12bに示された制御されたフロー発生器に対する変形例を示しており;
図14は、図12aと12bに示された制御されたフロー発生器の更に別の実施例を示しており;
図15は、作動用構造を有した制御されたフロー発生器の実施例を示しており;
図16は、図15の制御されたフロー発生器を作動させる代替構造を示しており;
図17は、上記図の制御可能なフロー発生器のいずれか一つを備えたCPAP装置の概略ブロック線図であり;
図18aと18bは、制御されたフロー発生器の別の実施例の横断面図を示しており;
図19aと19bは、制御されたフロー発生器の更に別の実施例の概略図を示しており;
図20a−20dは、圧力変遷関数の例を示しており;
図21は、図12aと12bのフロー発生器に対する圧力対時間のグラフを示している。
好適な実施例と最良実施形態の説明
幾つかの制御可能なフロー発生器の構成について説明する。各々のまた全ての構成は、本願出願人のサリバン(Sullivan−商標)III、サリバンV、VPAP(商標)及びオートセット(Autoset−商標)の機械を含め、本願出願人によって製造されるCPAP装置に容易に組込まれるものと理解すべきである。
説明する実施例は、CPAP治療を参照にしているが、本願発明は補助された人工呼吸治療の装置にも等しく適用できるものである。
適当な場合、同じ参照番号は、他の実施例や従来技術と共通した構成部品を示すのに使用されている。
図3から図5に示された実施例は、図1に示された従来技術の構成と次の点で異なっている。即ち、制御エレメント40は、タービンインペラー羽根24の基端側の入口20の空気流入経路に配置されており、またバッフルプレート44で終結する軸42から構成されている。制御エレメント40は、入口20に開放したタービンインペラー24の有効入口面積を変えるために、いずれかの従来のアクチュエータ(図示されていない)によって限定された範囲以内で垂直に移動される。一般に、これはタービン18に入る空気又は呼吸可能気体を制御するもので、更に一般的にはフロー発生器の効率を制御する。バッフルプレート44は、その端とタービン18の羽根24(又は羽根ハウジング)との間に小さな隙間を有することができる。同じく、バッフルプレート44は、タービン18と共に回転するためにタービン18と接触した状態とすることができる。
フロー発生器10の運転において、モータ16は、患者のマスクにおける最大必要治療圧力を発生させるか、又は若干より高い圧力を発生させるほぼ一定の運転回転速度でタービン18を回転させる。図4では、バッフルプレート44は、その下限域に配置されており、それで入口20からタービンインペラー羽根24への空気流を制限することはない。これはCPAP治療のために出口22に最大圧力、一般に20−30cm水柱の圧力を与える。
図5は、バッフルプレート44が範囲のその最上限に位置するように配置された状態を示しており、それによってタービンインペラー羽根に入る空気又は呼吸可能気体はほとんどゼロになる、即ち入口20に開放した羽根24の有効表面積が事実上ゼロになる。また、モータ16は、同じ運転回転速度でタービン18を駆動しており、その場合ほぼゼロの正圧(又は少なくとも非常に低い正圧)が出口22で生じている。実際には、この構成では、出口22に約0−2cm水柱の正圧を与えることになる。更に、シールがファンの頂部に設けられ、バッフルプレート44とシールとの協働によって、完全な遮蔽を確保して、バッフルプレート44の端縁周りでの漏れを無くしている。
かくして、制御エレメント40の制御によって、フロー発生器の効率は制御され、フロー発生器出口の(従ってマスクの)異なった治療圧力が得られる。以下に明らかになるように、2つの圧力がバッフルエレメント40の制御によって2レベルCPAPの実施の為に適宜選択される。より高い吸気圧力は、制御エレメント40の下方位置に対応しており、より低い呼気圧力は、制御エレメント40のより高い位置に対応している。
制御エレメント40に接続された作動装置は、患者の吸気と呼気の間の変化を検出する呼吸検出回路との接続部を有しており、それによって、バッフルエレメント40の移動に関する制御は、患者の人工呼吸の状況と同調している。本願出願人のVPAP(商標)装置は、そのような呼吸検出回路を有している。
重要なことには、図5に示すように、患者の呼気に際して、低いインピーダンスの呼気経路46が用意されるが、さもなければ呼気の最中の低下された治療圧力は、呼気の間に過大な作業をするように要請されている患者によって拒絶されることになろう。呼気回路46は、タービン18の側部と頂部の周りの開放スペースによって出口22と入口20の間で生じ、大気へ通じた経路を作り出す。呼気経路が無ければ、脊圧が患者の呼気に際して形成され、達成可能な最低治療圧力を制限することになり、このことは、4cm水柱の呼気治療圧力が一般的となっている2レベルCPAPにおける呼気治療圧力にとって特に重要なことである。理想的には、呼気に際しての脊圧は、呼気経路46を設けることによって2cm水柱に制限されるべきである。低いインピーダンスの呼気経路は、2レベルCPAP治療にとってばかりでなく、圧力が一定ではあるが患者の呼気による反対流れに対する過大なインピーダンスが存在してはならない単一レベルのCPAPにとっても好ましいものである。
図6と図7は、制御可能なフロー発生器の別の実施例を示しており、そこでは入口への空気又は呼吸可能気体の供給が、絞り経路54で終結している軸52によって形成されたチョーク50によって制御自在に制限される(かくしてフロー発生器の効率が低減される)。従って、空気入口20への開口にプレート54を近接することで、タービン18に入る空気又は呼吸可能気体は制御される。図6に示されているように、チョークプレートは空気入口20への開口から離れており、従って入口へのまたタービン18への空気又は呼吸可能気体の流入の制約が存在しなくなっている。これは、タービン18の所定の運転回転速度に対して最大の治療圧力が提供できる状況を表している。チョークプレート54が空気入口20の口部に対して着座して空気又は呼吸可能気体の入口への流入を制限している図7に示された状況では、同じ又はほぼそれに近い運転回転速度で作動しているタービン18に対して最も低くできる治療圧力を提供する。明らかに、図6と図7に示された構成によって与えられる限度間の中間の治療圧力は、チョーク軸52の垂直移動によって達成され、空気入口20への開口に必要な制限を与えるものである。
2レベルCPAP治療を適用している間は、呼気治療圧力は低くなり、その場合チョークプレート54は空気入口20の口部上にほとんど着座され、患者の呼気のための高いインピーダンス経路を作り出す。この理由のために、抽気孔56が、ファン室12から出口22へ延びている管58に設けられている。抽気孔56は、患者に対して低いインピーダンス呼気経路を提供する。以下に明らかになるように、抽気孔56は、更に単一レベルのCPAPの適用中に、又は2レベルのCPAP治療における吸気の間に体験される治療圧力の為の出口22における空気又は呼吸可能気体の圧力に小さな影響しか有しない漏れを与える。抽気孔56によって起こされる小さな圧力低下は、チョーク50の適当な調節によって容易に補償される。チョーク50を制御する作動回路は、出口22におけるマスクの圧力を検出するセンサーからフィードバック制御を受けて作動し、その場合、抽気孔56による圧力低下は自動的に補償される。抽気孔56は、2cm水柱を越すような圧力低下を受け持つべきではない。さもなければ最小呼気治療圧力は無意味にされかねない。
図8と図9は、図6と図7の抽気孔56に対する代替構造を有した制御可能なフロー発生器48’を示しており、或る例では、患者の呼気の間以外のいかなる状況においても(例えば、2レベルのCPAP治療でも)開いている抽気孔56を持つ必要が無いことがある。図示のように、抽気孔56は、管58からの枝管60によって代替され、空気出口22と連通している。枝管60は、弁軸64と弁板66によて形成された弁62によって制御可能に開閉される。図8の場合は、2レベルCPAP治療における吸気治療圧力を提供するもので、その場合、出口22からなんら漏れがないように弁板66は枝管60を閉じており、かくしてフロー発生器10からの全吸気出力圧力が空気供給管(図示されていない)に、またマスク(図示されていない)に供給される。図9のケースは、呼気治療圧力を提供するもので、その場合、チョークプレート54は、空気入口22の口部を閉じ、枝管60は弁62の作動によって大気へ開放され、呼気経路を設けている。チョーク50と弁62の作動は、同期され、圧力と弁開度との間の関係を直線化するために、たまたまの開放よりもむしろ弁62の作動に際して枝管60の口部の開度を目盛制御するのが望ましい。枝管60と弁62の構成は、圧力低下が最小呼気治療圧力、一般には4cm水柱、最も好ましくは2cm水柱を確実に越さないようなものでなければならない。
図10と図11に示された構成は、図8と9の実施例の変形例である制御可能なフロー発生器48''を示しており、その場合、枝管60を空気入口20’に接続する再循環導管68が設けられている。かくして、空気又は呼吸可能気体は患者の呼気の間に再循環され、大気への抽気の必要を無くし、かくして起こりかねないノイズ源を除去することになる。図10では、弁板66は、吸気治療圧力を提供している間に枝管60への出口を閉じており、患者の呼気へと変化する際には弁62は徐々に上方へ持ち上げられて図11に示されているように再循環導管68へ枝管60を開放させ、それで患者の呼気の間に再循環経路を提供する。
図12aと図12bは、図8と図9の実施例に類似した制御可能なフロー発生器48'''の更に別な実施例を示している。チョーク50と弁62の代わりに、摺動圧力制御板70が設けられている。圧力制御板70は、空気入口20への開口と関連してチョーク弁74を形成している円形開口72を有している。その開口は、同様に、規則正しくない形にも成形され得る。板70も、枝管60への出口と関連して、インピーダンス制御弁78を形成する形状スロット76を有している。
制御板40は、呼吸検出・治療圧力制御回路との接続部を有したアクチュエータ(図示されていない)によって摺動作動される。板70が左に移動して更に入口20の口部を制限するに従って、スロット76を通して開放した枝管60の出口における有効表面面積は同程度増大され、かくしてより低インピーダンスの呼気経路を提供する。板70が右に移動されると反対の状況が起こり、円形開口72が吸気治療圧力に対応して入口20の口部を完全に覆うように配置されると、スロット76は枝管60への出口の左限度部を通過するので、枝管70の出口は制御板70によって完全に閉鎖される。スロット76のテーパ付き構造は、多くの可能な構成の一つであり、この場合、呼気インピーダンスと治療圧力との間にほぼ直線的関係を与える。
図13は、図12aと図12bのものに対する代替構成を示しており、圧力制御板70''は最早摺動はしないが、むしろ転動可能となっており、それ以外では作動原理は同等のままである。
図14は、図6と図7に示された構成に幾分類似した制御可能なフロー発生器80の更に別な実施例を示している。この構成では、タービン18に入る空気は、空気又は呼吸可能気体の流れに対して空気入口22を制限する働きをするバタフライチョーク弁81によって制御される。このフロー発生器の作動は、図6と図7に関連して説明したように別の方法になっている。図示はされていないが、図6と図7に関連して、タービン18の下流側に抽気弁が設けられており、低いインピーダンスの呼気経路を提供する。
以前に説明した全ての弁構成に関連して使用されるアクチュエータは、ソレノイドや、ブラシレスモータ/アクチュエータ、ステッパーモータ/アクチュエータ又は切換式磁気抵抗モータ/アクチュエータのリニアー式又はロータリ式構造を含むことができる。
アクチュエータの一例が図15に示されており、それは、一般に図3−図5に示された制御可能なフロー発生器に関するものである。バッフルプレート44は、タービン羽根24(又は羽根ハウジング)と接触してはいないが、非回転であり、位置決めピン82によって整合されている。軸42’は、作動リンク84と旋回可能に接続されており、次いでファン室12から起立しているポスト86に旋回可能に搭載される。作動リンク84は、『L』形状を成しており、下方向を向いた脚を接極子90とヘリカルスプリング92に接続している。接極子90は、少なくとも呼吸検出回路に接続しているソレノイド94の制御を受けている。スプリング92は、ソレノイドが駆動されていない時には復帰力を与える。かくして、吸気と呼気の間の移行の検出に応答して、ソレノイド94は、接極子90を移動させ、次いで作動リンク94を、そしてバッフルプレート44を動かして、患者の吸気と呼気の間の所望の治療圧力を制御する。
ソレノイド94は、更に圧力制御回路にも接続され、特にその圧力調整において所望の治療圧力に渡って細やかな制御を行う。
別の形態では、ソレノイド95は、呼吸検出回路にだけ接続され、2レベルCPAPに対する吸気と呼気の治療圧力は、各端部ストップ88、90によって機械的に選択される。そのような構成に対しては、圧力制御回路を保持する必要が無く、市場に出す際により安価な製品とすることができる。
図16は、図15に示された制御可能なフロー発生器のアクチュエータの代替構成を示している。この場合、バッフルプレート44は軸42’がタービン18と共に回転できるようにタービン羽根24(又は羽根ハウジング)と接触していることができる。軸42''の上端は、磁気リンクを形成する別の永久磁石90によって囲まれた永久磁石又は電磁石88を担持している。このように、ファン18と同調して回転する軸42''の例が適合され、バッフルプレート44''の作動は,外部永久磁石(又は電磁石)の組立体90と連結された軸92の垂直移動によって行われる。
図17は、上記の実施例のいずれか一つに従って制御可能なフロー発生器を組込んだCPAP装置を制御する為の代表的なブロック線図を示している。タービン18は、モータ制御器100の制御の下でモータ16によって運転回転速度で駆動され、回転速度は『設定速度』でほぼ一定に保持され、調整は比較器104による『設定速度』信号とフィードバック信号102との間の比較によって行われる。治療圧力の制御は、モータの速度制御によって行われないのであるが、勿論『設定速度』信号は変えることができる。その場合、『設定圧力』信号は、『設定速度』信号から独立しており、フロー発生器の出口22の圧力を(管112を介して)計測する圧力発信器106の出力と比較器108によって比較される。検出された圧力は、代わりにマスクにおける治療圧力とすることができる。設定圧力と出口22での計測圧力との間のエラー信号は、アクチュエータ110に制御エレメント/チョーク40、50の位置を調節させる。『設定圧力』信号は、単一レベルCPAPに対して一定とできるが、又は2レベルCPAP又は自動設定CPAP治療の例では変化できる。
圧力比較器108からの出力信号は、人工呼吸率と深さを反映し、更に患者の吸気と呼気の間の移行を開始させる信号として使用される。このことは、在来の呼吸検出回路の簡略化や冗長さにも通じ得よう。それは、更に流量や微少容積等のパラメータの尺度も提供する。
図18a、18b、19a及び19bは、フロー発生器の効率が、流出呼吸可能気体に影響するフロー発生器出口の空圧インピーダンスによって制御されるようになっている2つの構成を示している。フロー発生器のインピーダンスは、出口の横断面積や容積容量の変化が、当業者に明らかなように所定流速と所定圧力で或る量の空気を加圧する能力を発揮すると言う意味で効能を現わす。
図18aと図18bに示されているフロー発生器148は、上述の実施例に共通した幾つかのエレメントを有している。通路158は、チャンバー12から出て、入口159を介してプレナム160と流出気体を連通させている。プレナムは、出口孔162を有しており、それによってCPAP治療又は補助された人工呼吸を適用するための患者マスクに導管を介して加圧呼吸可能気体が供給される。プレナム160は、大気と連通した別の孔164を有している。孔164と、プレナム160への入口159の双方は、それらの開放面積を摺動インピーダンス制御板166によって減らすように制御可能に閉じられる。制御板166は、位置に応じて全開から全閉までの範囲で各通路を制限できる開口168を有している。
図18aでは、制御板166は、開口168が制御孔164を閉じてはいるが尚通路158からの流出呼吸可能気体をプレナム160へまた流出孔162に連通できるようにしている位置となっている。呼吸可能気体流の方向は、矢印頭付き線によって示されている。図18bは、制御板166が、入口159が閉じられてはいるがインピーダンス制御孔164が開いている位置に在る状態を示している。この状態は、患者の呼気の為に低インピーダンス経路を設けているのに相当している。
明らかに、図18aと図18bは、インピーダンス制御板166の作動の限度範囲を示している。開口168や、プレナム160への入口159が制御孔164と同様に部分的に開いていられるように寸法決めされている。このように、出口122のインピーダンスは制御可能で、かくしてフロー発生器148の効率を制御することになる。
図19aと図19bは、図18aと図18bに示された出口部122に対する代替構成として出口部122’の別の実施例を示している。再度、共通エレメントは、同じ参照番号を使って示されている。プレナム160’は、円形横断面となっている。以前の摺動インピーダンス制御板166に代えて回転可能な制御板170が設けられている。図19aに示された位置では、孔164’は制御板170によって閉じられ、タービンからの気体の全流量は、通路158からプレナム160’を介して流出開口162’へ通ることを意味している。この状態は最大治療圧力を表している。
図19bに示された状態は、インピーダンス制御板170が現在のところプレナム160’への入口159’を完全に閉じて、最小出力圧力となり、再度、患者呼気における低インピーダンス経路を提供している。
図18a、18b、19a及び19bの両実施例に対して、以前に適用された各インピーダンス制御板166、170を制御する構成が同等に適用される。
図面に具体的に示されていない別の実施例では、タービンは、タービンにおける変化、従ってフロー発生器効率の変化を起こすように制御可能な調節可能なピッチ又は寸法のインペラ羽根を有することができ、またこのように、出力圧力に渡って制御する。そのようなタービンは、更に空気流量を損じて効率を調節するルーバ構成を取ることができる。
上述した全ての弁/チョーク構成では、幾つかの2レベルCPAPによる吸気/呼気の移行スキームが採用される。第1のケースでは、図20aに示されているように、急速に上昇する圧力出力である治療圧力間のパルス状変化は、約0.5−1.0cm水柱/ミリ秒の上昇速度を有している。第2のケースは、図20bに示されているように、一般に0.2−0.04cm水柱/ミリ秒の間の勾配を有した立ち上がり関数となっている。第3のケースは、図20cに示されているように、傾斜部が続くパルス状段として最初の2つが組合わさったものとなっている。段は、1/2(PI−PE)のオーダとなっている。最後に、図20dは、立ち上がり傾斜が吸気位相の始めに過大圧力(>PI)を有しており、パルス状変化は吸気位相への移行となっているケースを表している。
図21は、図12と図12bで説明した実施例の2レベルの運転に対する計測出口圧力対時間のチャートを示しており、その場合、吸気治療圧力は約16cm水柱で、呼気治療圧力は約8cm水柱となっている。
上述の実施例は一定の回転速度で作動するタービンを有しているが、出力圧力に対する制御中にモータ速度制御をフロー発生器効率(例えば、タービンに入る空気又は呼吸可能気体に対する制御)に組合わせることも同じく可能である。
Claims (3)
- 呼吸可能な高い圧力の気体を供給するための制御可能なフロー発生器であって、
入口から気体を受け入れて該受け入れた気体の圧力を高めると共に、該気体を流出気体として出口に供給するブロワーと、
実質的にD形の回転可能な制御板を備えた実質的に円形のプレナムチャンバを有する制御装置であって、該プレナムチャンバは、上記流出気体を受け入れるための入口と、該流出気体を供給する流出開口と、外気に対して制御される気体の連絡に用いられる孔と、を有する制御装置と、を備え、
吸気動作モードにおいて、上記制御装置は、上記流出開口が十分に開口すると共に上記孔が十分に閉じた状態を維持しながら、上記制御板を回転させて上記入口の開口領域を増減させることにより上記流出気体を制御自在に所望量上記流出開口に向けるように、動作可能であり、
呼気動作モードにおいて、上記制御装置は、上記流出開口が十分に開口すると共に上記入口が十分に閉じた状態を維持しながら、上記制御板を回転させて上記孔の開口領域を増減させることにより上記流出開口内に入る気体を制御自在に所望量上記孔に向けるように、動作可能である、フロー発生器。 - 上記制御板は、上記吸気動作モードにおいて、上記入口の上記開口領域を実質的に十分に開いた状態と実質的に十分に閉じた状態との間で増減させるように、回転自在である、請求項1記載のフロー発生器。
- 上記制御板は、上記呼気動作モードにおいて、上記孔の上記開口領域を実質的に十分に開いた状態と実質的に十分に閉じた状態との間で増減させるように、回転自在である、請求項1記載のフロー発生器。
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