JP5858480B2 - 直線的に作動させられる気体調節弁を有する呼吸補助装置 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００９年６月９日出願の米国仮特許出願第６１／１８５，２５０号の利益を主張するものであり、その全体は参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、呼吸補助装置に関し、より詳細には、呼吸補助装置の気体調節弁内で使用される線形アクチュエータに関する。

今日では、本文で一般に「人工呼吸器」とも呼ばれる、様々な呼吸補助装置が利用可能である。これらの人工呼吸器は、加圧された呼吸気体の供給源を備える。それらを動作させるためには、加圧された外部気体の供給が必要とされないので、それらは一般に「自律的」であると言われる。これらの装置は、各吸気の際に、呼吸気体（通常、酸素など補足気体を加えることができる周囲空気）を患者に提供する。

様々なタイプの人工呼吸器が知られている。これらの装置のサイズは重要なパラメータであるので、こうした様々なタイプの人工呼吸器は、そのサイズに従って分類することができる。一般に、たとえば家庭ならびに病院内など、多数の異なる場所での人工呼吸器の動作を促進するために、人工呼吸器のサイズを最小化することが望ましい。さらに、より小さいサイズの人工呼吸器は、患者の可動性を高める傾向がある。

非可搬型人工呼吸器
第１のタイプの人工呼吸器は、一般に、非可搬型人工呼吸器と呼ばれる。非可搬型人工呼吸器は、図１ａから図１ｄに概略的に示される。そのような装置は、一般に、非常に大きいサイズおよび／または重量を有する呼吸気体供給源Ｓ１を備える。この気体供給源は、装置の内部にあることができ、または装置の外部にあることができる。気体供給源Ｓ１は、一般に、２つのダクトを通じて患者Ｐに結合されるが、単一のダクトを使用することもできる。吸気ダクト１１は、吸気相専用であり、吸気中に、加圧された気体を気体供給源から患者Ｐへと運ぶ。呼気ダクト１２は、呼気相専用であり、呼気相中に患者によって吐き出される二酸化炭素などの呼気気体を運ぶ。

これらの非可搬型人工呼吸器は、吸気弁１３および呼気弁１４をさらに備える。これら２つの弁はそれぞれ、気体供給源Ｓ１の付近で、吸気ダクト１１上および呼気ダクト１２上に配置される。吸気弁１３は、吸気相中に患者に送られる、加圧された気体の流束を制御する。呼気弁１４は、患者の呼気気体が呼気ダクト１２を通り、周囲外気中に出ることを可能にする。呼気弁は、呼気終末陽圧（ＰＥＥＰ）制御方式に基づいて制御することができる。

人工呼吸器のほとんどの動作モードは、呼気気体流および／または呼気圧力の監視を必要とする。したがって、気体流および／または圧力を感知するための１つまたは複数のセンサ１９が、呼気ダクト１２内に配置される。それぞれのセンサは通常、電力の供給を受けるため、およびデータを伝達するために、少なくとも３本のワイヤにより人工呼吸器の中央装置１０に接続される必要がある。したがって、センサ１９は一般に、センサおよびワイヤを加えることにより、既に非常に複雑かつ大きい二重伝送回路をさらに複雑にすることを避けるために、気体供給源Ｓ１の付近に配置される。吸気弁および呼気弁は両方とも、一般に処理装置または制御装置１５の形である、複雑であることが多い固有の制御システムを必要とし、この処理装置または制御装置１５は、弁およびセンサ１９に結合され、そうでなければそれらと通信する。

非可搬型人工呼吸器は、一般に、通常約１５０ｃｍ〜１８０ｃｍの、比較的長いダクトを備える。この構成は、高い呼吸抵抗をもたらし、それにより患者が呼吸する労力が増大する。実際、呼気弁１４が気体供給源Ｓ１付近の呼気ダクト１２の端部（「遠位端部」）に配置され、呼気ダクト１２が比較的長い場合、患者Ｐは、吐き出された空気がそれを大気中に放出する呼気弁１４に到達するまで、呼気ダクト１２を通して自分の呼吸を「押す」ことが必要となる。

非可搬型人工呼吸器につながれるとき、患者Ｐは、図１ｄに示すように、気体供給源Ｓ１が機能しない場合でも、呼気ダクト１２を通して常に呼息することができる。呼気中に、呼気気体の陽圧により、呼気ダクト１１上の安全逆流弁１６が閉じられ、呼気ダクト１２上の呼気弁１４が開かれる。こうして患者は、呼気気体を吐き出すことができるようになる。

また、気体供給源Ｓ１が機能しない場合、患者は、吸気ダクト１１を通じて大気気体を吸い込むことができるようになる。図１ｃに示すように、吸気相中に、患者は、吸気ダクト上の安全逆流弁１６を通じて大気気体を吸い込むことができるようになり、呼気ダクト１２上の呼気弁１４が閉じられる。患者Ｐが、通常吐き出された二酸化炭素を含む呼気ダクト１２を通じて吸息することは危険なので、安全逆流停止弁１６は、呼気ダクト１２上に配置されない。

可搬型人工呼吸器
第２のタイプの人工呼吸器は、可搬型人工呼吸器と呼ぶことができる。可搬型人工呼吸器は、図２ａから図２ｄに概略的に示される。この可搬型人工呼吸器は、内部呼吸気体供給源Ｓ２を含む中央装置２０を備える。気体供給源Ｓ２は、装置が占める体積を制限するために最適化された特徴を有する、小さいタービンまたはブロアとすることができる。

これらの可搬型人工呼吸器は通常、２つのダクト（吸気ダクトおよび呼気ダクト）を有する装置と対照的に、供給源Ｓ２と患者Ｐとの間で単一の気体輸送ダクト２１を使用する。人工呼吸器は、患者Ｐの付近（すなわちダクトの近位端にて）単一のダクト２１上に配置される、呼気弁２２を使用する。上記で説明した非可搬型人工呼吸器とは対照的に、呼気弁２２を近位に配置することにより、非可搬型人工呼吸器における患者と呼気弁との間のダクトの長さによって生じる、呼気相中の呼吸抵抗現象がなくなる。

典型的な可搬型人工呼吸器では、図２ａから図２ｄに示すように、呼気弁２２は、空気弁であり、この空気弁は、呼吸気体供給源Ｓ２（または独立したマイクロブロアなど別の圧力供給源）と呼気弁２２の閉塞カフ２４との間に結合される、加圧された空気の供給導管２３によって動作させられる。気体供給源Ｓ２からの圧力は、吸気相中に閉塞カフ２４を膨張させて、輸送ダクト２１に沿って移動する気体が患者Ｐに確実に送達されるようにする。

すなわち呼気弁の制御には、第２の導管２３が必要であり、これによって人工呼吸器、特に呼吸回路の小型化が、明らかに制限される。呼気相中に、患者の肺内の残留する過剰圧力を相殺するように気体輸送ダクト内に呼気終末陽圧（ＰＥＥＰ）を確立するために、呼気弁２４が開かれ、または部分的に閉じられる。そのようなＰＥＥＰを確立するために、呼気弁２２のカフ２４の膨張空気圧を、非常に精密に制御する必要がある。これにより、人工呼吸器の制御装置２５の複雑さが増す。

一部の吸気モードでは、呼気弁２２は可能な限りリアルタイムで操作されなければならないが、そのような呼気弁では、それらに付随する空気圧慣性のため非常に難しい。さらに、そのような知られた人工呼吸器の構成は、ＰＥＥＰの値を約２０ｃｍＨ_２Ｏに制限するが、一部の吸気モードは、より高い値のＰＥＥＰ（たとえば４０ｃｍＨ_２Ｏまたはそれ以上）を必要とする。

非可搬型人工呼吸器と同じ理由で、呼気気体流および／または呼気圧力を制御しなければならないことがあり、したがって気体流および／または圧力センサ２９は、通常呼気弁２２の近くに設けられる。ここでも同様に、これにより、中央装置２０と患者Ｐとの間の気体輸送ダクト２１に沿ってワイヤを設けることが必要となる。通常、３本のワイヤ（２本は電力供給用、および１本はデータ伝送用）が、それぞれの圧力センサおよびそれぞれの気体流センサに設けられる。呼気気体の流量および圧力を一般に測定しなければならないので、中央装置２０と装置の近位端の呼気弁２２との間に、少なくとも５本のワイヤの接続ケーブル２６が必要となる。

そのような可搬型人工呼吸器を患者が安全に使用するために、装置は、加圧された気体の供給源が機能しない場合を含め、いかなる状況においても患者が呼吸することを可能にしなければならない。単一の気体輸送ダクト２１と、呼気弁２２の空気圧制御用の別個の導管２３とを有する人工呼吸器を用いると、患者Ｐは、図２ｄに示すように、呼気弁２２の空気供給が機能しない場合でも呼気空気弁２２を通して常に呼息することができる。実際、呼気弁の空気供給が機能しない場合、すなわち気体供給源が機能しない場合、吸気弁２２のカフ２４は膨張させられず、患者Ｐは、呼気弁２２を通じて呼気気体Ｅ_Ｐを吐き出すことができる。そのような場合、カフ２４が通路を閉塞させるので、患者Ｐがこの呼気空気弁２２を通じて吸息することが不可能となる。ただし患者Ｐは、図２ｃに示すように、吸気導管２１上に配置された安全逆流低支弁２７を通じて吸息することができる。図２ａに示すように、この安全弁２７は通常、気体供給源Ｓ２からの圧力供給Ｇ_Ｓの効果で閉じられる。しかし、気体供給源Ｓ２が機能しない場合、図２ｃに示すように、患者吸気Ｉ_Ｐの圧力により安全弁２７が開き、患者Ｐが外側からの空気を吸入することを可能にする。

安全弁２７およびダクト２１の全長を通る安全な吸気を可能にするために、ダクトの直径は、相対的に大きくなければならない。この安全性の問題を解決するために、満たすべき圧力損失の標準要件が一般に存在する。たとえば仏国標準では、供給源と患者との間の最大圧力損失が、成人では１リットル／秒で６ｈＰａ、小児では０．５リットル／秒で６ｈＰａを超えてはいけないと述べられている。これらの要件を満たすためには、図２ａから図２ｄに示すような典型的な装置の輸送ダクトは、成人用で２２ｍｍの最小直径、小児用で１５ｍｍの最小直径をもたなくてはならない。そのような大直径のダクトの要求は、装置、特に呼吸回路の小型化の障害である。

可搬型人工呼吸器と同じ理由で、図１ａから図１ｄに示す非可搬型人工呼吸器上のダクトの直径は、圧力損失要件を満たすために比較的大きくなくてはならない。すなわちダクトは、安全弁１６を通る安全な吸気を可能にするために、小児用で少なくとも１５ｍｍ、および成人用で２２ｍｍの直径をもたなくてはならない。

上記で説明した人工呼吸器によって治療されるべき病理および疾患は多種多様であり、したがって呼吸補助装置は、様々なタイプのものとすることができる。人工呼吸器は、圧力制御式または体積制御式とすることができ、それらは異なる動作モードに従って動作させることができる。それぞれの動作モードは、特定の設定変数およびチェック変数によって規定されるが、同様に、特定のタイプの材料によっても規定される。

ハイブリッド人工呼吸器と呼ぶことができる一部の人工呼吸器は、いくつかの動作モードに従って動作することができる。ただし、それらの材料構成、具体的には付属部品（気体供給源と患者との間のダクトのタイプ、呼気弁の存在、装置とマスクの併用など）は、選択される動作モードに適合されなければならない。

ＰＣＴ／ＩＢ２００５／００２３２６号 ＰＣＴ／ＥＰ２００６／０６１９８９号 ＰＣＴ／ＡＵ２００９／０００６７１号

装置のダクト、付属部品などを適合させることなどにより装置をそれぞれのモード用に修正することを必要とせずに、単一の装置が多種多様のモードに従って動作することを可能にすることが望ましい。

本発明の一態様は、気体調節弁のための線形アクチュエータに関し、この線形アクチュエータは、ハウジングと、ハウジングの内側に取り付けられるヨークと、ヨークの内側に可動式に取り付けられ、ボビンの第１の端部から延在する第１および第２のアームを有するボビンとを備え、ワイヤコイルが、ボビンに巻き回される。線形アクチュエータはまた、可撓性の回路アセンブリを備え、可撓性の回路アセンブリは、ヨークに取り付けられる中心部分と、中心部分から延在しそれぞれボビンの第１および第２のアームに取り付けられる第１および第２の延長部とを有する。第１および第２の電気接点は、中心部分上に形成され、第１および第２の電気接点は、それぞれワイヤコイルの第１および第２の端部に結合される。線形アクチュエータはまた、ヨークに取り付けられる磁石を備える。好ましくは、線形アクチュエータ、ハウジング、ヨーク、ボビン、および磁石は、ほぼ円筒形状を有する。

本発明の別の態様は、線形アクチュエータを備える気体調節弁に関し、この線形アクチュエータは、そこから延在する中央通路と、気体送達管に取り付けられるように構成された第１のハウジング部分と、患者インタフェースに取り付けられるように構成された第２のハウジング部分とを有する。第１および第２のハウジング部分のうちの一方は、少なくとも部分的に線形アクチュエータの中央通路を通って延在する。線形アクチュエータは、薄膜アセンブリを作動させることができ、この薄膜アセンブリは、第１および第２のハウジング部分を通り薄膜アセンブリを通る気体が線形アクチュエータから隔離されるように、第１のハウジング部分と第２のハウジング部分との間に結合させられる。

本発明の別の態様は、気体調節弁を製造する方法に関し、この方法は、中央通路の第１の区間を形成するために、第１のハウジング部分の第１の端部を線形アクチュエータに通して挿入するステップと、薄膜アセンブリを第１のハウジング部分の第１の端部内へと挿入することと、中央通路の第２の区間を形成するために、薄膜アセンブリの第１の端部を第１のハウジング部分に結合するステップと、第２のハウジング部分が中央通路の第３の区間をもたらし、気体調節弁が１つのユニット内に包含されるように、第１のハウジング部分および第２のハウジング部分を、それらの外面上のラッチシステムによって連結させるステップとを含む。線形アクチュエータを完全に作動させることにより、第１のハウジング部分、薄膜アセンブリ、および第２のハウジング部分によって、貫通する中央気体通路が形成され、気体通路が線形アクチュエータから隔離されるように、薄膜アセンブリの第２の端部が第２のハウジング部分に結合される。

本発明の別の態様は、線形アクチュエータを製造する方法に関し、この方法は、ボビン上に巻かれたワイヤコイルを有する中空のボビンを、中空のヨーク内に挿入するステップと、中心部分から突出する第１および第２の弧形状延長部を有する、可撓性の回路アセンブリの中心部分をヨークに取り付けるステップと、ワイヤコイルの第１および第２の端部を、可撓性の回路アセンブリの第１および第２の弧形状延長部に結合するステップとを含む。この方法はまた、中空の磁石を円筒状のボビンの内側に挿入するステップと、磁石をヨークに取り付けるステップとを含む。

本発明の別の態様は、呼吸補助装置を用いて患者を治療する方法に関し、この呼吸補助装置は、気体供給部と、患者インタフェースと、気体供給部と患者インタフェースとを結合する気体供給ラインと、気体供給部から患者インタフェースへの気体の流れを制御する気体調節弁とを備え、気体調節弁は、患者の気道から密閉された線形アクチュエータを備える。この方法は、供給ラインおよび患者インタフェースのうちの一方の内部の気体圧力を感知するステップと、線形アクチュエータのコイルの直線運動を生じるために、感知された気体圧力に基づく制御信号を気体調節弁の線形アクチュエータへと送信するステップとを含み、コイルの直線運動により、気体調節弁の閉塞部材が動かされる。

本発明の別の態様は、呼吸補助装置を用いて患者を治療する方法を含み、この補助装置は、患者インタフェースの呼息通気部のサイズを制御する線形アクチュエータを有する患者インタフェースを含み、線形アクチュエータは、患者の気道、気体供給部、および気体供給部と患者インタフェースとを結合する供給ラインから密閉される。この方法は、気体供給ラインおよび患者インタフェースのうちの少なくとも一方の内部の気圧を感知するステップと、線形アクチュエータのコイルの直線運動を生じるために、感知された気体圧力に基づく制御信号を線形アクチュエータに送信するステップとを含み、コイルの直線運動により、呼息通気部の閉塞部材が動かされる。

本発明の別の態様は、気体供給部と、患者インタフェースと、気体供給部と患者インタフェースを結合する気体供給ラインと、気体供給部と気体供給ラインとの間に結合される気体調節弁とを備える、呼吸補助装置を含む。気体調節弁は、気体供給部から患者インタフェースへの気体の流れを制御し、気体調節弁は、患者の気道から密閉された線形アクチュエータを備える。

本発明の別の態様は、気体供給部と、気体供給部に結合された気体供給ラインと、患者インタフェースと、患者インタフェース内の圧力を感知する圧力センサと、気体供給ラインと患者インタフェースとの間に結合される気体調節弁とを備える、呼吸補助装置を含む。気体調節弁は、気体調節弁が気体供給ラインを患者インタフェースに結合する閉位置と、気体調節弁が患者インタフェースを大気へと結合する開位置との間で動く可動閉塞部材を備え、呼吸補助装置はまた、圧力センサおよび気体調節弁に結合された、制御装置を備える。制御装置は、閉塞部材が開位置から閉位置に向かって動く度合を制御する制御信号を、気体調節弁へと送信する。制御装置は、患者が呼息するときに、圧力センサにより感知される患者インタフェース内の圧力、および気体調節弁へと送信される制御信号の値に基づいて、患者の呼気流量を算出する。

本発明の別の態様は、患者が呼吸補助装置を用いるときに患者の呼気流量を算出する方法を含み、この呼吸補助装置は、気体調節弁に結合される患者インタフェースを備え、気体調節弁を通る流れを制御するために、制御信号が気体調節弁に加えられる。この方法は、患者が呼息する間に、患者インタフェース内の圧力と大気圧との間の圧力差を決定するステップと、患者が呼息する間に、気体調節弁に加えられる制御信号の値を決定するステップと、決定された圧力差および決定された制御信号の値に基づいて、患者の呼気流量を算出するステップとを含む。

本発明のさらなる態様、特徴部分、および利点は、以下の詳細な説明を、本開示の一部であり本発明の原理を例として示す添付の図面と併せて読むことにより明らかになるであろう。

添付の図面は、本発明の様々な実施形態の理解を容易にする。

従来技術の非可搬型人口呼吸器を示す図である。 従来技術の非可搬型人口呼吸器を示す図である。 従来技術の非可搬型人口呼吸器を示す図である。 従来技術の非可搬型人口呼吸器を示す図である。 従来技術の可搬型人口呼吸器を示す図である。 従来技術の可搬型人口呼吸器を示す図である。 従来技術の可搬型人口呼吸器を示す図である。 従来技術の可搬型人口呼吸器を示す図である。 呼吸補助装置を示す概略図である。 気体調節弁の動作モードを示す図である。 気体調節弁の動作モードを示す図である。 気体調節弁の動作モードを示す図である。 気体調節弁の別のタイプの動作モードを示す図である。 気体調節弁の別のタイプの動作モードを示す図である。 上記で説明したような気体調節弁において使用することができる線形アクチュエータを示す斜視図である。 上記で説明したような気体調節弁において使用することができる線形アクチュエータを示す斜視図である。 図６ａおよび図６ｂに示す線形アクチュエータの一部を示す拡大図である。 線形アクチュエータのコイルアセンブリを示す斜視図である。 図６ａおよび図６ｂに示す線形アクチュエータの組立てステップを示す図である。 図６ａおよび図６ｂに示す線形アクチュエータの組立てステップを示す図である。 図６ａおよび図６ｂに示す線形アクチュエータの組立てステップを示す図である。 図６ａおよび図６ｂに示す線形アクチュエータの組立てステップを示す図である。 図６ａおよび図６ｂに示す線形アクチュエータの組立てステップを示す図である。 図６ａおよび図６ｂの線形アクチュエータのハウジングを示す斜視図である。 図６ａおよび図６ｂに示す線形アクチュエータの組立てにおける最終ステップを示す図である。 線形アクチュエータを組み込む弁アセンブリを示す拡大斜視図である。 図１２に示す弁アセンブリの閉塞機構および流量制御器を示す拡大斜視図である。 図１２に示す弁アセンブリを示す断面図である。 開位置にある図１２に示す弁アセンブリを示す図である。 閉位置にある図１２に示す弁アセンブリを示す図である。 線形アクチュエータを備える、可変通気呼吸マスクを示す図である。 気体供給源に隣接する気体調節弁を利用する、呼吸補助装置を示す概略図である。 気体送達管の両端部に配置される２つの気体調節弁を利用する呼吸補助装置を示す概略図である。 直線的に作動させられる気体調節弁を備える、呼吸補助システムの要素を示す概略図である。 直線的に作動させられる気体調節弁を利用する呼吸補助システムの、別の実施形態の要素を示す概略図である。

共通の特徴および特徴部分を共有することができるいくつかの実施形態に関して、以下で説明する。いかなる実施形態の１つまたは複数の特徴部分も、他の実施形態の１つまたは複数の特徴部分と組み合わせることができることを理解されたい。さらに、いかなる単一の特徴部分、またはいかなる実施形態の特徴部分の組み合わせも、さらなる実施形態を構築することができる。

この明細書では、「備えている（comprising）」という語は、その「開いた」意味、すなわち「含んでいる（Including）」という意味で理解されるべきであり、したがって、その「閉じた」意味、すなわち「のみからなる（consisting only of）」という意味に限定されない。対応する語「備える（comprise）」、「備えられた（comprised）」および「備える（comprises）」は、それらが現れるところで、対応する意味を示す。

「空気」という用語は、たとえば補給用酸素を含む空気など、呼吸可能な気体を含むとみなされる。本明細書に記載されるブロアは、空気以外の流体を給送するように設計することができると考えられる。

人工呼吸器および呼吸補助装置の全体的な構造
最初に、図３に示すような、人工呼吸器または呼吸補助装置として用いることができる装置の全体的な構造を説明する。この装置のいくつかの実施形態は、睡眠時無呼吸および他の同様な疾患を治療するための持続気道陽圧（Ｃ−ＰＡＰ）装置として使用することもできる。たとえばこの装置は、Ｃ−ＰＡＰモードにおいて動作する換気装置の一部となることができる。

また、気体調節弁は高度に制御可能であるので、この装置は、吐出中よりも吸入中により高圧の空気または気体を送達する、バイレベル気道陽圧（Ｂｉ−ＰＡＰ）装置として使用することもできる。装置はまた、気体圧力が能動的な可変制御下にあるモードにおいて動作させることもできる。

この装置は、加圧された呼吸気体を患者Ｐに供給するための内部気体供給源Ｓを備える、中央装置３０を含む。気体供給源Ｓは通常、小型のブロアである。いくつかの例では、気体供給源はまた、患者に送達される気体内に選択された量の酸素を導入することができる、酸素混合器を備えることもできる。酸素混合器システムの詳細は、その内容が参照により本明細書に組み込まれる２００５年６月２３日出願の国際出願ＰＣＴ／ＩＢ２００５／００２３２６号（公開番号ＷＯ２００６／１３６８７８号）に見ることができる。呼吸補助装置はさらに、患者Ｐが吸息および呼息することを可能にするように、中央装置３０と患者Ｐとの間の気体輸送回路を備える。

気体調節弁３２は、近位位置にて前記気体輸送回路内に間置される。「近位位置」という用語は、気体調節弁３２が、患者Ｐに結合された気体輸送回路の端部付近（たとえば通常数センチメートル）に配置されることを意味する。本文においてさらに説明するように、調節弁は多くの異なる実施形態に従って製作することができ、そのいくつかの例を以下で説明する。そのような気体調節弁のさらなる実施形態は、その内容が参照により本明細書に組み込まれる２００６年５月２日出願の国際出願ＰＣＴ／ＥＰ２００６／０６１９８９号（公開番号ＷＯ２００６／１１７３７９号）に見ることができる。

気体供給源Ｓは、好ましくは、いくつかの呼気モードに従って動作することができる。この気体供給源は、患者Ｐに供給される周囲空気を収集するための空気入口３３ａに連結される。周囲空気に混入するための酸素など２次呼吸気体のための、さらなる入口３３ｂを設けることもできる。気体供給源Ｓは、電力供給部３７を通じて電力供給される。この電力供給部３７は、内部電池または外部電力供給部とすることができる。

気体輸送回路は、１つまたは複数の空気輸送ダクトで構成することができる。図３に示すように、一実施形態では、呼吸補助装置は、単一の気体輸送ダクト３１で構成される気体輸送回路を備える。この気体輸送ダクト３１は、供給源Ｓに結合された遠位端３１ｄ、および患者Ｐに結合された近位端３１ｐを備える。輸送ダクト３１の近位端３１ｐは、患者インタフェース３６など連結装置を用いて、患者Ｐに連結させられる。この患者インタフェース３６は、気管切開または鼻マスク、全面マスクなどマスクに適合される装置とすることができ、あるいは患者インタフェースは、鼻挿入具、鼻プラグ、およびそのような他の装置に連結されるように、適合させることができる。一代替実施形態では、呼吸補助装置は、２つの別個の気体輸送ダクトを備えることができ、一方は吸息用であり、もう一方は呼息用である。

呼吸補助装置は、データ伝送および電力供給のために使用される連結リンク３９を介して気体調節弁３２を制御するための、処理装置または制御装置３５をさらに備える。この連結リンク３９は、接続ケーブル３９とすることができる。制御装置３５は、１つまたは複数の測定装置、すなわちセンサ３４に結合される。センサは通常、接続ケーブル３９を介して制御装置３５に結合される、気体流センサおよび圧力センサを備える。これらのセンサの一部またはすべては、近位に配置することができ、すなわち気体調節弁３２付近に配置される。これらのセンサの一部またはすべてを、気体輸送ダクト３１の遠位端３１ｄ付近など、気体輸送ダクト３１の別の部分上に配置することも可能である。制御装置３５は、ハードウェア、ソフトウェアおよび場合によってはファームウェアを含むことができる様々なセンサからの信号を処理するための、データ処理装置をさらに備える。

いくつかの実施形態では、制御装置３５のデータ処理装置は、遠位位置、すなわち気体供給源Ｓ上に配置することができる。他の実施形態では、データ処理装置は、近位位置、すなわち患者Ｐ付近に配置することができる。実際、より多くのセンサが気体調節弁３２付近に存在するほど、気体輸送ダクト３１に沿った接続ケーブル３９内により多くのワイヤが存在しなければならない。ワイヤの数を減らすのを支援するためには、センサからの多数の異なる信号を近位位置にて処理し、次いで単一のデータ伝送ワイヤを通じて制御装置３５の遠位データ処理装置へと伝送することができるように、近位データ処理装置３８を気体調節弁３２に隣接して設けることが有利となることがあり、この例では、３本のワイヤ、すなわち１本のデータ伝送ワイヤおよび２本の電力供給ワイヤしか必要としなくてもよい。

気体輸送ダクト３１は、様々な直径のものとすることができる。特に、この気体輸送ダクト３１は、図１ａ〜図１ｄおよび図２ａ〜図２ｄに示すものなど、知られている呼吸補助装置において使用されるダクトよりも小さい直径を有することができる。以下でより詳細に説明するように、気体輸送ダクト３１内に間置される気体調節弁３２の特徴により、相対的に大きい直径のダクトを必要とせずに、このタイプの呼吸補助装置が圧力損失および安全基準を満たすことが可能になる。したがって気体輸送ダクト３１は、成人用で２２ｍｍ（内径１９ｍｍ）より小さく、小児用で１５ｍｍより小さい外径を有することが可能である。たとえば、成人用の気体輸送ダクトは、１５ｍｍなど、１０ｍｍから１８ｍｍの間の、または１２ｍｍから１７ｍｍの間の内径を有することができる。

気体調節弁３２は、弁を動作させるための別個の空気供給導管が不必要となるように、弁に供給される空気圧とは無関係に制御される。たとえば気体調節弁３２は、電気的に制御することができる。応答を遅延させる空気圧慣性が存在しないので、これはまた、気体調節弁がリアルタイムでより速く応答することも可能にする。すなわちこれは、より小型の装置をもたらす。気体調節弁上、すなわち近位に配置されるデータ処理装置３８を用いる場合、呼吸補助装置はさらに小型化される。上記で説明した従来技術の呼吸補助装置とのこれらの差異にもかかわらず、呼吸補助装置は安全性および信頼性が非常に高いままである。

気体調節弁の動作方法
上記で説明した気体弁は、気体供給源または制御装置が故障したとしても患者が呼吸することができるように構成される。このことを、上記で説明した弁の基本動作概念を一緒に示す図４ａ〜図４ｃ、図５ａおよび図５ｂを参照しながら説明する。

図４ａ〜図４ｃは、円筒状の閉塞要素が円筒状の弁体の外部上で開口部を遮断しまたは開く、第１のタイプの弁を示す。この実施形態では、気体供給源から患者へと移動する気体は、円筒状の閉塞要素の中心を下方へと移動する。図５ａおよび図５ｂは、遮断要素が気体の主通路の片側に配置される、別の弁構造を示す。弁は、円形断面形状を有する円柱として示されるが、弁は、正方形、長方形、または他の何らかの幾何学形状など、他の断面形状を有することができることに留意されたい。

装置の正常動作は、気体供給源Ｓおよび制御装置３５の両方が、正常に動作する場合に相当する。図４ａおよび図５ａに示すように、吸気相中は、閉塞要素７２／８２は、開口部７１／８１が閉塞させられるように位置決めされる。その結果、気体供給源Ｓからの加圧された気体Ｇが、患者Ｐへと輸送される。

図４ｂおよび図５ｂに示すように、呼気相中は、開口部７１／８１は少なくとも部分的に開き、弁の内側と外側との間で気体が循環することを可能にする。その結果、患者が息を吐くとき、開いた開口部は、吐き出された気体が開口部７１／８１を通って弁から出ることを可能にする。開口のサイズを制御することにより、ＰＥＥＰモードにおける呼気陽圧を制御することができ、いくつかの例では、患者が正しく呼息することができるように、気体輸送におけるＰＥＥＰを注意深く制御することが重要である。ＰＥＥＰを制御することは、患者の肺内に残留する過剰圧力を相殺するための方法である。ＰＥＥＰの制御を実行するために、閉塞要素７２／８２の位置が、感知された気体輸送ダクト内の圧力に基づいてリアルタイムで制御される。

気体供給源Ｓが動作不可能となる場合にも患者は呼吸可能でなければならず、この状況では、呼吸補助装置の制御装置によって、閉塞要素は、吸気中および呼息中の両方において開口部７１／８１を少なくとも部分的に開いたままにする位置に置かれる。吸気相中は、開口部が開くので、患者は開口部を通じて周囲大気から空気を吸い込むことが可能となる。呼気相中は、制御装置は閉塞要素の位置を依然注意深く制御し、それにより正しいＰＥＥＰを維持することができる。

制御装置自体が機能しないときは、閉塞要素を制御することができない。したがって、制御装置が機能しない場合はいつでも、開口部が確実に開いたままになるように、戻り機構が設けられる。これにより、患者が開口部を通じて大気を吸い込むことおよび吐き出すことが可能になる。ただし、閉塞要素の位置を制御することができないので、ＰＥＥＰを制御することは不可能である。

図４ａ〜図４ｃに示す実施形態では、閉塞要素７２の位置を制御するために、磁石７３およびコイル７４が使用される。これらの要素は、信号が制御装置からコイル７４に供給されないときに、コイルと磁石との間の磁力によって、閉塞要素７２が図４ｃに示すように開位置となることを保証するように設計される。当然、代替実施形態では、開口部７１を開いたままにする位置へと閉塞要素７２が戻ることを保証するために、偏移するばね要素など戻り装置を使用することもできる。

図５ａ〜図５ｂに示す実施形態では、磁石およびコイルもまた、閉塞要素の位置を制御する。ただし、閉塞要素８２を開位置へと偏移させるために、戻りばねも設けられる。すなわち、制御装置からの信号がコイルに送信されないとき、閉塞要素８２は図５ｂに示すように開位置をとる。

線形アクチュエータ
図６ａおよび図６ｂは、以下で説明するような気体調節弁において用いることができる線形アクチュエータを示す。線形アクチュエータ１２００は、可動コイルアセンブリおよび磁気要素を収容する、ハウジング１２０２を備える。ケーブルアセンブリ１２０４は、線形アクチュエータ１２００のコイルへの電気接続を提供する。線形アクチュエータは、気体流路を受容するための通路を形成するようになされた中央開口部を有する。可動コイルアセンブリおよび磁気要素は、アクチュエータの外周の周り、好ましくはアクチュエータの環状外周の周りに設けられる。線形アクチュエータは、好ましくは円形であるが、別の形状を用いることができる。アクチュエータは、直線的に動く。

図７は、線形アクチュエータのコイルおよび磁気要素を示す。図７に示すように、コイルアセンブリ１２１０は、ボビン１２１３の周りに巻かれたワイヤコイル１２１１を備える。ボビン１２１３は、ボビン１２１３の片側から上方に延在する、第１のアーム１２１２ａおよび第２のアーム１２１２ｂを備える。ワイヤコイル１２１１の自由端部１２１７ａ、１２１７ｂは、第１および第２のアームの上方へと延在する。すなわち、アーム１２１２ａ、１２１２ｂは、ワイヤ位置合せ構造であり、他の形のそのような構造を用いることができることを、当業者であれば理解するであろう。さらにボビンは、第１および第２のアームと反対のボビンの第２の側から下向きに延在する、複数の従属脚部１２１５を備える。これらの脚部１２１５は、以下でより詳細に示すようなコイルの運動と共に動く、薄膜など閉塞部材の運動を促進する突起である。ボビンの第２の側の上の、コイルの運動との閉塞要素の協調運動を容易にする、異なる形状およびサイズを有する他の形の突起を用いることもできることを認識されたい。

１つの例示的な実施形態では、ボビン１２１３は、合成の成形材料で形成され、ワイヤコイル１２１１は、被覆された銅ワイヤで形成される。当然、代替実施形態では、他の材料を用いることができる。

線形アクチュエータはまた、磁石１２３０および磁極片１２３２も備える。磁石１２３０および磁極片１２３２は、示されるように好ましくは全体的に円筒形を有するが、線形アクチュエータの他の構成要素の形状に応じて、他の形状を有することもできる。ボビン１２１３およびワイヤコイル１２１１、磁石１２３０および磁極片１２３２はすべて、ヨーク１２２０の内側に嵌まる。このアセンブリはまた、可撓性の回路アセンブリ１２２４も備える。

１つの例示的な実施形態では、磁石は、エポキシ、ニッケル、または金など耐食材料で被覆された、ＮｄＦｅＢ焼結磁石である。ヨーク１２２０および磁極片１２３２は、ステンレス鋼で製作される。代替実施形態では、他の材料をこれらの部片に用いることができる。

図８は、コイルアセンブリ１２１０をより詳細に示す。そこに示されるように、ワイヤコイル１２１１は、ボビン１２１３の周りに巻かれる。突起１２１４ａ、１２１４ｂは、第１のアーム１２１２ａの端部および第２のアーム１２１２ｂの端部の上に形成される。いくつかの実施形態では、突起１２１４ａおよび１２１４ｂは、断面が楕円形である。

線形アクチュエータの組立工程を、図９ａ〜図９ｅに示す。図９ａおよび図９ｂに示すように、コイルアセンブリ１２１０はまず、ヨーク１２２０内に挿入される。第１の開口部１２２１ａおよび第２の開口部１２２１ｂがヨーク１２２０内にあり、コイルアセンブリの第１のアーム１２１２ａおよび第２のアーム１２１２ｂが開口部を通って突出することを可能にする。上記で説明したように、コイルワイヤ１２１１の自由端部１２１７ａ、１２１７ｂもまた、第１のアーム１２１２ａおよび第２のアーム１２１２ｂの上へと、すなわち開口部１２２１ａ、１２２１ｂを通って延在する。

次いで、可撓性の回路アセンブリ１２２４が、コイルアセンブリの第１および第２のアームに取り付けられる。第１のアーム１２１２ａおよび第２のアーム１２１２ｂの頂部上の突起１２１４ａ、１２１４ｂは、可撓性の回路１２２４の端部１２２６ａ、１２２６ｂ内の対応する開口部内へと挿入される。第１のアーム１２１２ａおよび第２のアーム１２１２ｂの頂部上の突起１２１４ａ、１２１４ｂを、可撓性の回路１２２４の端部内の開口部に設けることができ、またはそうでなければ、熱かしめを用い（可撓性の回路内の開口部内に突起が挿入された後に突起を溶融させることにより）、締り嵌めにより、接着剤を用いて、または他の適当な手段により、そこに取り付けることができる。

さらに、ワイヤコイル１２１７ａ、１２１７ｂの自由端部は、可撓性アセンブリ１２２４の端部１２２６ａ、１２２６ｂ内に形成された切欠き内へと挿入される。ワイヤコイル１２１１の端部１２１７ａ、１２１７ｂは、はんだ付けにより、接着剤を用いて、または他の適当な手段で、可撓性の回路１２２４の端部１２２６ａ、１２２６ｂ内の切欠きに取り付けることができる。次いで、残っているワイヤのいかなる自由端部も切り落とされる。

可撓性の回路１２２４の電気接点１２２５の下にある部分は、接着剤または何らかの他のタイプの固定方法を用いて、ヨーク１２２０の頂部に取り付けることができる。いくつかの実施形態では、追加の取付け要素を、組立工程中にヨーク１２２０の頂面と可撓性の回路アセンブリ１２２４の底面との間に位置決めすることができ、現在好ましい実施形態では、可撓性の回路アセンブリの製造中に、スペーサ要素が可撓性の回路アセンブリの下面に予め取り付けられ、それにより線形アクチュエータの最終的なアセンブリを単純にする。可撓性の回路の電気接点アセンブリ１２２５は、第１および第２の電気接点を備え、これらの電気接点は、可撓性の回路１２２４内の導電路によって、ワイヤコイルの自由端部に電気的に結合される。

図９ｃ〜図９ｅに示すように、次いで磁石１２３０が、コイルアセンブリ１２１０の内側に取り付けられる。次に、磁極片１２３２が、コイルアセンブリ１２１０の内側および磁石１２３０の隣に取り付けられる。磁石および磁石片は、磁気要素を形成するように、接着剤を用いて互いに結合させることができる。さらに、この磁石を、接着剤を用いてヨーク１２２０に結合させることができる。現在好ましい実施形態では、磁石１２３０および磁極片１２３２がコイルアセンブリおよびヨークの内側に取り付けられた後に、ヨーク１２２０が、シアノアクリレートなどウィッキング接着剤を用いて磁石１２３０および磁極片１２３２に結合させられる。

図１０に示すように、次いでケーブルアセンブリ１２０４が、ハウジング１２０２の突起１２０１内へと挿入される。図１０に示すように、ケーブルアセンブリ１２０４上の第１の電気接点１２０３ａおよび第２の電気接点１２０３ｂは、ケーブルアセンブリ１２０４がハウジング１２０２上の突起１２０１の内側に取り付けられた後に、ハウジング１２０２内で上方を向く。２つの電気接点１２０３ａ、１２０３ｂは、ケーブルアセンブリ１２０４内を通って延在する２本の電線に接続される。

ヨーク内に取り付けられたコイルアセンブリ、ならびにコイルアセンブリの内側に取り付けられた磁石および磁極片を備える、図９ｅに示すアセンブリは次いで、図１１に示すように線形アクチュエータハウジング１２０２の内側に取り付けられる。可撓性の回路１２２４上の電気接点１２２５は、ケーブルアセンブリ１２０４上の電気接点１２０３ａ、１２０３ｂと整列させられる。その結果、ヨーク１２２０がハウジング１２０２内へと挿入されるので、可撓性の回路１２２４の電気接点１２２５は、ケーブルアセンブリ１２０４の電気接点１２０３ａ、１２０３ｂに係合する。ハウジング１２０４上のタブ１２０５は、ヨーク、コイル、および磁石アセンブリを、ハウジング１２０２内に保持する。ラッチ、フック、クランプなど、ヨーク、コイル、および磁石アセンブリをハウジング１２０２内に保持するための他の手段を用いることができる。その最終的な結果が、図６ａおよび図６ｂに示す線形アクチュエータ１２００である。線形アクチュエータの構造化された設計により、線形アクチュエータの統合および組立てが容易になり、その結果製造コストが低減される。

組み立てられた線形アクチュエータ内で、ヨーク１２２０は、ハウジング１２０２に固定され、磁石１２３０および磁極片１２３２は、ヨーク１２２０に固定される。こうして、これらの要素は、静止したままとなることが意図される。ボビン１２１０に巻き回されたワイヤコイル１２１１を備えるコイルアセンブリは、装置内で軸方向に自由に動く。ボビンの従属脚部１２１５は、気体調節弁を通る気体の流れを制御するために、閉塞部材など気体調節弁の可動部分に対して押し付け、または取り付けることができる。コイルは、低質量および非常に低い抵抗力を有し、その結果、迅速な動的応答を有する線形アクチュエータがもたらされる。迅速な動的応答を有することにより、線形アクチュエータを、以下でより詳細に説明するような様々な異なる換気モードの実現において用いることが可能になる。

一代替実施形態では、磁気要素は可動式とすることができ、コイルアセンブリはヨークに固定する（すなわち静止したままにする）ことができる。これにより、電力供給部の配線に関する利点をもたらすことができる。ただし磁気要素は、コイルアセンブリよりも大きい重量を有し、そのため結果的に、より高い慣性およびより遅い応答時間をもたらし、アクチュエータの全体的な効率を低下させる。また、磁石の運動を駆動するために、より高い電流需要が必要となる。

線形アクチュエータのコイルアセンブリが軸方向に動くとき、ボビンの第１のアーム１２１２ａおよび第２のアーム１２１２ｂが、ヨーク１２２０の頂面上に形成された開口部１２２１ａ、１２２１ｂ内で動く。これにより、可撓性の回路アセンブリ１２２４のアーム１２２６ａ、１２２６ｂの端部が、ボビンのアーム１２１２ａ、１２１２ｂとともに動かされる。可撓性の回路アセンブリ１２２４の中心部分は、ヨーク１２２０の頂面上に固定される。こうして、コイルアセンブリが軸方向に動くとき、それにより可撓性の回路アセンブリの撓みが生じる。

この線形アクチュエータは、アクチュエータの磁気設計のため、非常に効率的であり、要求される最適の力を送達することができる一方で低い電力消費をもたらす。さらに、この線形アクチュエータは非常に小型の設計であるため、この線形アクチュエータは、全体の重量およびサイズが小さい。線形アクチュエータの重量は、約２５ｇ〜３０ｇ、好ましくは２７．５ｇとすることができる。線形アクチュエータのヨークは、約２５ｍｍから４０ｍｍ、好ましくは３０ｍｍの外径を有することができ、完全に後退させられた位置にある線形アクチュエータの高さは、約１６ｍｍか〜２０ｍｍ、好ましくは１８．７ｍｍである。線形アクチュエータの他のサイズ、形状、および重量を用いることができることが認識されるが、それらは依然本発明の範囲内にある。

線形アクチュエータが上記で説明したような気体調節弁内に設置されるときは、電力が喪失した場合に、患者が依然呼吸することができるように気体調節弁が「開いた」位置／構成に留まることを保証するための機構がなければならず、いくつかの実施形態では、気体調節弁内のばねまたは他の偏位要素が、気体調節弁の閉塞要素を開位置に偏位させるように作用し、いくつかの実施形態では、電力がない場合に、薄膜の弾性自体により、弁を開くための戻りばね力がもたらされて、患者が呼吸することを可能にする。薄膜は、閉塞要素および戻りばねの両方として作用し、別個の戻りばねの必要をなくす。

線形アクチュエータを備える気体調節弁
上記で説明したような線形アクチュエータを利用する、気体調節弁の一実施形態をここで説明する。この気体調節弁は、図３に示すような呼吸補助装置において使用することができる。この気体調節弁の設計は、線形アクチュエータのどの部分も、患者によって使用される空気経路内に存在しないこと、またはそうでなければ患者の気道を通る空気に露出されないことを保証する。その結果、各使用の間に線形アクチュエータを滅菌せずに、線形アクチュエータを多数の患者に再利用することができる。

図１２は、気体調節弁１３００の主要要素を示す。そこに示すように、気体調節弁１３００は、遠位ハウジング１３１０、薄膜アセンブリ１３２０、線形アクチュエータ１３３０、近位ハウジング１３４０、ならびに、気体調節弁１３００内の流量および圧力を検出するために使用することができる管１３５０を備える。

図１２に示す実施形態では、管１３５０は、患者に隣接する近位位置から、気体供給アセンブリ上の遠位位置へと通る。圧力および流動状態を感知するためのセンサは、気体供給アセンブリ上の遠位位置に配置することができ、代替実施形態では、圧力および流量センサを気体調節弁自体に取り付けることができる。センサに結合された処理装置または制御装置は、近位位置または遠位位置にて、気体供給アセンブリ上など、気体調節弁自体の上に配置することができる。

気体調節弁１３００を組み立てるために、近位ハウジング１３４０の突出部分１３４２が、線形アクチュエータ１３３０の第１の端部を通して挿入される。薄膜アセンブリ１３２０が、線形アクチュエータ１３３０の第２の端部内へと挿入され、近位ハウジング１３４０の突出部分１３４２に連結される。近位ハウジング１３４０は、以下でより詳細に説明するように、薄膜アセンブリ１３２０上に係止される。遠位ハウジング１３１０は、線形アクチュエータモジュール１３３０の外部を覆って嵌められる。感知管１３５０は、近位ハウジング１３４０上の対応する開口に取り付けられる。

気体調節弁アセンブリ１３００の組み立てられたものを図１４に示す。そこに示すように、近位ハウジング１３４０の突出部分１３４２は、線形アクチュエータ１３３０のヨーク１２２０、磁石１２３０、および磁極片１２３２の、内部中央開口部を通って下方に延在する。薄膜アセンブリ１３２０の一部は、近位ハウジング１３４０内の円筒状の内側開口部内へと延在する。

薄膜アセンブリ１３２０もまた、図１３に示される。そこに示すように、薄膜アセンブリは、クランプリングおよび流量制限器１３２９、作動リング１３２６、ならびに薄膜１３２２を備える。例示的な一実施形態では、薄膜１３２２は、ｓ字型または蛇行断面を形成する、複数のより小さい直径部分およびより大きい直径部分を備える。作動リング１３２６の内径１３２８は、図１４に示すように、薄膜のより小さい直径部分のうちの１つの中に挿入される。上述のように、薄膜は、閉塞要素および戻りばねの両方として作用し、別個の戻りばねの必要をなくす。

同様に図１４に示すように、遠位ハウジング１３１０は、線形アクチュエータモジュール１３３０の外面を覆って嵌められ、近位ハウジング１３４０の外面に取り付けられる。遠位ハウジング１３１０を近位ハウジング１３４０のハウジング上に係止するために、係止機構が設けられる。図示の実施形態では、近位ハウジング１３４０は、ラッチ機構１３４８を備え、遠位ハウジングは、１つのユニットの調節弁をもたらすように連結される、相補的なラッチ受容機構１３１８を備える。あるいは、遠位ハウジング１３１０は、係止機構１３４８を備えることができ、近位ハウジング１３４０は、ラッチ受容機構１３１８を備えることができる。さらに、近位ハウジング１３４０を遠位ハウジング１３１０に連結させるために、クリップ、フックなど、他の知られた代替係止機構を用いることができることを理解されたい。さらに、薄膜１３２２の外部リング１３２４は、遠位ハウジング１３１０上の段１３１４と、線形アクチュエータアセンブリ１３３０の軸方向外面１３３２との間に捕えられる。その結果、薄膜１３２２が、近位ハウジング１３４０の内部と遠位ハウジング１３１０の内部との間に封止部を形成する。これにより線形アクチュエータが、気体調節弁の内部通路、したがって弁を通る気体から隔離される。こうして、薄膜は複数の機能を有し、上記で説明したように閉塞要素および戻りばねの両方として作用し、線形アクチュエータが患者の気体流で汚染されることを防ぐように、線形アクチュエータを気体流から隔離する。

作動リング１３２６は、内径１３２８を備え、この内径１３２８は、薄膜１３２２の低減された直径部分１３２７内へと挿入される。さらに、作動リング１３２６の周縁は、近位ハウジング１３４０に向かって上向きに湾曲する、湾曲部分１３３１を備える。

線形アクチュエータモジュール１３３０のコイルアセンブリ１２１０の従属脚部１２１５は、作動リング１３２６の平坦な環状表面に対して押し付けられる。作動リング１３２６の湾曲部分１３３１は、コイルアセンブリの従属脚部１２１５を取り囲む。コイル１２１１が通電させられるとき、もたらされる磁界が磁石１２３０と相互作用して、コイルアセンブリを遠位ハウジング１３１０に向かって動かす。コイルアセンブリの脚部１２１５は、作動リング１３２６を押し、それにより薄膜が、遠位ハウジング１３１０の封止面１３１２に逆らって下向きに動かされる。コイルアセンブリのコイル１２１１に加えられる信号を制御することにより、遠位ハウジングの封止面１３１２と薄膜１３２２上の対応する封止面１３２５との間の間隙を、選択的に変えることができる。

同様に図１４に示すように、管アセンブリ１３５０の連結部１３５２が、近位ハウジング１３４０の対応する開口部１３４４内へと挿入される。近位ハウジング１３４０内の１つまたは複数の開口部１３４６が、管アセンブリ１３５０の管の内部を、近位ハウジングの内部に連結させる。これにより、近位ハウジング内の流量および圧力を検出することが可能になる。上述のように、代替実施形態では、流量または圧力を検出するためのセンサ要素を、気体調節弁内のこの位置に設置することもできる。

図１５ａおよび図１５ｂは、それぞれ開位置にある弁および閉位置にある弁を示す。図１５ａでは、ボビンの脚部１２１５が作動リング１３２８を近位端に向かって上向きに引っ張るように、コイルが作動させられている。これはまた、好ましくは、作動されずまたは電力が供給されない状態にあるコイルの位置である。すなわち、薄膜１３２５が遠位ハウジング１３１０の封止面１３１２から離れて動かされ、開口部を開く。こうして、図１５ａに示すように弁が開いた状態にあるとき、患者は呼息することができる。

図１５ｂでは、ボビンの脚部１２１５が作動リング１３２８および薄膜１３２５を遠位ハウジング１３１０の封止面１３１２に逆らって押し、それにより開口部を閉じるように、コイルが作動させられる。こうして、遠位端から供給される気体を圧力下で患者と連通させることができるように、弁が封止される。

ＰＥＥＰをもたらすように弁を動作させることが望ましい場合、コイルは、患者が呼息する間に開口部を部分的に開くように作動させられる。この例では、作動リング１３２８および薄膜１３２５は、図１５ａと図１５ｂの間の位置にある。コイルの運動の程度は、感知された圧力および流量からのフィードバックに基づいて、リアルタイムで慎重に制御することができる。

有利には、気体調節弁はサイズおよび重量が小さく、その使用をより容易にし、可搬性をより高める。一実施形態では、電力供給ケーブルおよび連結具を除いた気体調節弁は、約４０ｇから６０ｇ、好ましくは４５ｇから５０ｇ、最も好ましくは４７ｇの重量を有する。最大外径は、約４０ｍｍ〜１００ｍｍ、好ましくは４５ｍｍ〜６０ｍｍ、より好ましくは４８．５ｍｍなど、４５ｍｍ〜５０ｍｍである。気体調節弁の長さは、長さ約６０ｍｍ〜１００ｍｍ、より好ましくは７０ｍｍ〜８５ｍｍ、より好ましくは７７．７ｍｍなど、７０ｍｍ〜８０ｍｍである。ただし気体調節弁は、本発明の範囲内にありながら、様々な重量、長さ、直径、ならびに様々な形状で製作することができることが認識される。

線形アクチュエータは有利には、単一の軸に沿った運動をもたらすことにより、吸気流、呼気流量、および薄膜の作動を集中的に管理する。

図１３に示すような流量制限器１３２９は、流路の両端間で圧力差を生じる。流量制限器１３２９は、それぞれある種の特徴を提供することが意図される、様々な異なる設計を有することができる。こうして、様々な流量制限器を、弁の様々な実施形態において用いることができる。適当な流量制限器を選択および設置することによって、たとえば弁を成人および小児など異なる患者グループにカスタマイズするために、流量測定の感度をカスタマイズすることができる。

同じやり方で、薄膜は、ある種の特徴を有するように適応させることができる。たとえば、一部の薄膜の可撓性を相対的に高め、他の薄膜の剛性を相対的に高めることができる。また薄膜は、装置に電気が加えられないときに、気体調節弁を開位置へと偏位させる要素のうちの１つとして作用することができる。

いくつかの例では、医療従事者は、ある薄膜、ある作動リング、およびある流量制限器を選択することができ、次いで、弁アセンブリがある所望の特徴を示すように、それらを弁アセンブリの一部として組み合わせることができる。他の例では、これらの要素を有する複数の異なるキットを販売することができる。それぞれのキットは、特定のタイプの流量制限器、作動リング、および薄膜を備え、それぞれのキットは、ある用途／患者に適用可能となる。

流量調節器１３２９、作動リング１３２８、および薄膜１３２２を備える、図１３に示す薄膜アセンブリは、取り外され、洗浄／滅菌され、かつ複数回再利用されるように設計される。当然、薄膜および作動リングは、定期的に交換される比較的低コストの要素である。

弁の動作によりコイルが熱を放出させられ、この熱が有益となることがある。たとえばコイルの熱は、弁上での凝縮を防ぐのに役立つ可能性がある。

上記で説明したように、図示のような気体調節弁は、線形アクチュエータモジュールが、患者の空気経路の外側にあることを保証するので、線形アクチュエータモジュールは、最小限の表面洗浄で再利用することができる。気体弁の他の要素は、必要に応じて滅菌または交換することができる。さらに遠位ハウジングおよび近位ハウジングは、任意の圧力および流量感知管とともに、必要に応じて滅菌または交換することができる。

パーカッション換気モード
上記で説明した線形アクチュエータは、電気信号に応答して迅速に動くことができる。通常、線形アクチュエータは、開位置と閉位置との間を１秒間に３０回またはそれ以上の速さで動くことができる。気体調節弁が迅速かつ反復的に開閉されるとき、気体調節弁は、患者の気道内の分泌物を動かすことを助けることができるパーカッション換気モードで用いることができる。さらに、線形アクチュエータの迅速な応答により、気体調節弁を、圧力センサおよび流量センサによって感知される現在の動作状態に迅速に適合させることが可能になる。これにより、この気体調節弁を備える呼吸補助装置に連結させられるときに、患者が呼吸することをより容易にすることができる。

能動可変ベント
上記で説明したような線形アクチュエータはまた、可変通気呼吸マスクを備える、呼吸補助装置の一部として使用することもできる。そのような装置の一例を図１６に示す。

可変通気呼吸マスク１４００は、マスクシェル１４０２、気体供給ホース１４０６、および、使用者の顔に対する良好な封止を保証するための任意選択のガスケット１４０４を備える。マスク１４００はまた、上記で説明したような線形アクチュエータを有する流量調節器１４１０を備える。ただしこの例では、線形アクチュエータの部品を、気体供給ライン上に設けられる上記で説明した線形アクチュエータにおける部品よりも、物理的に小さくすることができる。電気ケーブル１４１２は、流量調節器１４１０を制御機構に接続する。

上記で説明した機構と同様、流量調節器１４１０の線形アクチュエータは、マスクから気体が出ることを可能にする開口部のサイズを変えるように、遮断要素を動かして流路内の開口部と係合および分離させる。こうして線形アクチュエータは、マスクを出る流量を選択的に変えることができる。気体が相対的に一定の圧力でマスクに供給される場合、線形アクチュエータは、使用者が吸息および呼息する間にマスク内で相対的に一定の圧力が維持されることを保証するように、開口部のサイズを制御することができる。すなわちこのタイプのマスクは、ＣＰＡＰシステムにおいて特に有用となり得る。いくつかの実施形態では、線形アクチュエータは、マスク内の内圧を監視する制御装置によって作動させることができる。

上記で説明した弁と同様、流量調節器１４１０内の線形アクチュエータの要素は、気体流路から完全に隔離することができる。その結果、線形アクチュエータは、線形アクチュエータ自体を滅菌することを必要とせずに、様々な患者に再使用することができる。たとえば線形アクチュエータを、第１の使用者のマスクの第１の流量調節器１４１０内に設置し、次いで線形アクチュエータを、そのマスクから取り外し、線形アクチュエータを滅菌せずに第２の使用者のマスクの流量調節器１４１０内に設置することができる。

図１６に示すようなマスクはまた、上記で説明したような線形アクチュエータを有する流体弁１４２０を気体供給ライン１４０６内に備えるシステム内で使用することもできる。流体弁１４２０内の線形アクチュエータはまた、電気ケーブル１４２２によって制御装置に連結される。このタイプのシステムでは、気体供給ライン内の弁１４２０の線形アクチュエータと、マスクの流量調節器１４１０の線形アクチュエータを、同じ制御装置で作動させることができる。また、２つの線形アクチュエータを選択的に作動させることにより、制御装置は、マスクを出入りする気体の流れの極めて良好な制御を実現することができる。

既存の装置への組込み
上記で説明したような気体調節弁は、相対的に小型かつ単純な構造を用いて、患者への気体の送達を制御することができる。こうして弁は、図１ａ〜図１ｄおよび図２ａ〜図２ｄに示すものなど、既存の換気装置および呼吸補助装置上に組み込むことができる。特に、空気圧力に基づいて予め動作させられた近位弁を置き換えるために、上記で説明したような気体調節弁のうちの１つを図２ａ〜図２ｄに示す実施形態内に組み込むことができうる。これにより、気体調節弁の開閉を制御するための別個の空気管２３の必要がなくなり、それによる制御構造の単純化が見込まれる。図２ａ〜図２ｄに示す装置に対するこれらの変更により、装置のサイズが縮小され、場合によっては、装置の持ち運びがより容易になる。さらに、電気制御される線形アクチュエータを有する気体調節弁は、より迅速かつ精密に開閉可能にすることができる。

再配置される弁アセンブリおよび／または多数の弁アセンブリを有する呼吸補助システム
図３に示す呼吸補助システムは、患者に送達される空気流を制御する単一の気体調節弁３２を備え、気体調節弁は、患者Ｐに隣接して配置される。

いくつかの実施形態では、図３に示す呼吸補助システムの気体供給源Ｓは、患者への治療を行うために、加湿気体または加湿環境の空気を送達する。加湿気体は通常、正常な周囲温度より高い温度で、気体供給源Ｓから出力される。加湿気体は、患者に到達する前に、気体送達ラインおよび気体調節弁を通って移動する。加湿気体は、この流路に沿って移動するとき、冷却および凝縮する傾向がある。その結果、加湿気体中の水蒸気の一部が気体供給ライン内で凝縮し、集まることがある。凝縮水の存在は、治療の提供を阻害するおそれがあり、また微生物の成長による患者の感染をもたらすおそれがある。

加湿気体を送達するいくつかの呼吸補助装置では、治療は断続的にのみ行われる。たとえば呼吸補助装置は、必要とされるときにのみ治療を行い、治療が必要とされないときに止まるように設計することができる。治療は、いびきが検出されるときにのみ提供することができ、いびきが止まると、治療を中断することができる。他の例では、呼吸補助装置は、患者が睡眠段階４にあるときにのみ、あるいは患者が睡眠段階３または４にあるときにのみ、治療を提供するように構成することができる。他のすべての場合には、治療は提供されない

他の例では、呼吸補助装置は、周期的に治療を提供するように構成することができる。たとえば呼吸補助装置は、第１の所定の期間に治療を行い、第２の所定の期間に治療を中断するように構成することができる。このオン／オフの周期は、無期限に続けることができる。

加湿気体を送達する呼吸補助装置がオンおよびオフに切り換えられるとき、オフ時間中に、気体供給ライン内に留まる何らかの加湿気体が冷却される傾向があり、気体中の水蒸気は、気体供給パイプ内で凝縮し、集まるおそれがある。上述のように、気体供給ライン内に凝縮水が存在することにより、後続の治療周期の効率が低減されるおそれがあり、かつ、微生物の成長による感染のリスクが生じる。

図３に示すようなシステムでは、治療が終了したとき、または一時的に中断させられたときに、気体調節弁が、「開」位置へと戻り、それにより患者が呼吸することを可能にし、また、患者に隣接する気体送達ラインの端部を大気へと開く。ただし、患者側でのみ大気に開くので、気体送達ライン内の加湿空気内のすべての水蒸気を逃がすことは困難である。

図１７は、気体調節弁が患者側から気体供給源側に再配置された、第１の代替実施形態を示す。この実施形態では、気体供給源２０００は、出力パイプ２０１２を通じて加湿気体または加湿周囲空気を提供する。遠位の気体調節弁２１００は、出力パイプ２０１２に連結される。遠位の気体調節弁２１００はまた、気体供給ライン２０１０の第１の端部に結合され、第１の端部は、患者インタフェース２０３０へと続く。患者インタフェース２０３０は、開いたＣＰＡＰ治療を提供するために使用されるものなど、鼻マスク、全面マスク、鼻プロング、または鼻カニューレなどいかなるタイプの患者インタフェースユニットとすることもできる。遠位の気体調節弁２１００は、図１２〜図１５ｂに示すような直線的に作動させられる気体調節弁のうちの１つとすることができる。

図１７に示すシステムは、気体調節弁が加湿器の出口に取り付けられる、開いたＣＰＡＰシステムとして用いることができる。いくつかの実施形態では、補助気体供給ライン２０４０もまた、所定の量の酸素など追加気体を、気体供給ライン２０１０へと送達することができる。補助気体供給ライン２０４０は、図１７に示すように、遠位の気体調節弁２１００の患者側で気体供給ライン２０１０に結合することができる。代替実施形態では、補助気体供給ライン２０４０は、出力パイプ２０１２に結合することができる。

気体供給源２０００と患者インタフェース２０３０との間の距離が短い限り、気体調節弁を気体供給源に隣接する位置に再配置することができ、そうすることは、上記で議論した凝縮の問題を低減するのに役立つ。治療周期中は、遠位の気体調節弁２１００は閉じられ、または少なくとも部分的に閉じられる。したがって治療空気は、遠位の気体調節弁２１００および送達管２０１０を通り、患者インタフェースへと進む。

治療が中断されるとき、遠位の気体調節弁２１００は、気体送達管２０１０を大気へと開き、気体は患者インタフェースへと流れない。こうして空気送達管２０１０は、気体供給源から切り離される。気体調節弁は、上記で説明したように、望まれるときまたは必要とされるときにのみ、治療の送達を制御するために使用することができる。

いくつかの実施形態では、気体供給源はまた、治療を中断するために遠位の気体調節弁２１００が大気へと開かれるのと同時にオフにし、または非作動状態にすることができる。これによりまた、加湿器／気体供給源を通る流れがなくなり、それにより、加湿器内の加熱された水の冷却がより少なくなる。結果的に、治療が再開されるときに、効果的な治療を迅速に開始することができるように、加湿器内の水の温度が実質的に維持される。加湿器内の水の再加熱による遅延が短縮され、またはなくなる。治療が再開されるとき、気体供給源がオンにされ、または再び作動させられ、遠位の気体調節弁２１００が大気に対して閉じられ、または少なくとも部分的に閉じられる。

治療が中断し、患者が気体送達管２０１０を通じて呼吸するとき、患者の呼吸は、終了したばかりの治療周期からの、気体送達管内に残るいかなる水分も追い出す。すなわち、気体調節弁のみを気体送達管２０１０の気体供給源２０００に配置することは、気体送達管内の凝縮を防ぐのに役立つ。気体調節弁２１００は、空気送達管内で生じる凝縮をなくしまたは少なくとも低減し、かつ加湿器内の温水を隔離する、蒸気停止システムを提供する。治療が中断されるときにシステム内に存在する飽和蒸気は、患者が「押し出し」回路を設けることで、迅速に放出される。空気送達管を通る通気を作り出すことにより、管が乾燥すること、および凝縮を防止することが可能になる。

一実施形態では、このシステムは、２００９年５月２８日に出願されＷＯ２００９／１４６４８４として公開された、本出願人の同時係属中のＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＡＵ２００９／０００６７１号に記載される装置など、開いたＣＰＡＰ装置とともに使用することができる。開いたＣＰＡＰシステムでは、患者インタフェースは、鼻カニューレを備えることができる。他の実施形態では、システムは、マスクまたは鼻プロングを用いるＣＰＡＰシステムとともに用いることができる。

図１８は、気体調節弁が気体送達管２０１０の両端部に配置される、別の代替実施形態を示す。この実施形態では、近位気体調節弁２２００は、気体送達管の第２の端部と患者インタフェースとの間に連結させられる。

図１８に示す呼吸補助装置は、治療が中断されるときに、遠位の気体調節弁２１００および近位気体調節弁２２００の両方が、自動的に開位置となるように構成される。これは、気体供給ライン２０１０の両端部が大気へと開くことを意味し、それにより、治療が中断されたときに気体供給ライン２０１０に残される何らかの水分を、より迅速に消散および蒸発させることを助ける。

図３、図１７、および図１８に示すようないくつかの呼吸補助装置は、乾燥を促進し、望ましくない凝縮を減少させるように設計された、加熱される気体送達管を備える。図３に示すように、近位気体調節弁のみが設けられる場合、および患者インタフェース側が、気体供給源よりも低い場合、気体送達ラインの加熱は、治療周期と治療周期の間に湿った空気を押し出すのに効果的ではないことがある。こうした状況では、気体送達ライン内の湿った空気を加熱することにより、湿った空気が、気体送達ラインから出ることができない気体供給源側へと上昇させられる。

ただし、遠位気体調節弁２１００および近位気体調節弁２２００の両方が設けられる場合、どちらの端部がより高いかは問題にならない。両方の気体調節弁が開いている間に、治療周期と治療周期の間で気体送達ラインを加熱することにより、気体送達ライン内の湿った気体が、より高い端部へと上昇し、そこから脱け出す。

図１７および図１８に示す呼吸補助装置のいくつかの実施形態では、遠位の気体調節弁２１００はまた、治療が中断されるときに出力パイプ２０１２を密封するための手段を備えることもできる。これらの実施形態では、遠位の気体調節弁２１００が「開いた」位置に配置されるとき、気体送達ライン２０１０が大気へと開き、出力パイプ２０１２が封止される。出力パイプを封止することは、非治療期間中に、気体供給源２０００内の加熱された何らかの気体が脱け出すことを防止するのに役立つ。出力パイプ２０１２の封止はまた、気体供給源２０００内の何らかの加熱された水または液体を、高い温度に保つのにも役立つ。気体供給源２０００が加湿気体を供給するために必要な温度まで液体を加熱する間に遅延が生じないので、後に治療が再開されるとき、気体供給源は加湿気体を即座に送達することができる。

上記で説明したすべての実施形態において、気体調節弁と気体供給源は、好ましくは、何らかの要素が故障した場合にすべての要素がオフになるように連結される。上記で説明したように、気体調節弁がオフになるとき、それらは単純に、自動的に開位置となる。

呼気流量の測定を伴う呼吸補助システム
図１９は、呼吸補助装置を示す。装置は、気体調節弁３０３０を通して気体の流れを患者インタフェース３０４０に供給する、流量制御装置３０００を備える。図６ａ〜図１５ｂに示すように、かつ上記で説明したように、気体調節弁は、直線的に作動させられる気体調節弁とすることができる。

流量制御装置３０００は、通常大気である治療気体の流れを発生させる、流れ発生器３０１０を備える。逆止め弁３０１２は、流れ発生器３０１０に連結される出力ラインを選択的に遮断するように動作することができる。また、供給ラインの圧力センサ３０１６は、気体調節弁３０３０へと続く気体供給ライン３０１７内の圧力を感知する。流れ発生器３０１０、逆止め弁、および供給ラインの圧力センサ３０１６はすべて、制御装置３０１４に結合される。

気体調節弁は、制御装置３０１４から弁駆動ライン３０１８を通じて供給される信号に応答して開閉する。

また、２つのバイパス流導管３０２２が、気体調節弁３０３０と流量制御装置内の流量センサ３０２０との間に結合される。患者が呼息するとき、呼気流量のごく一部が一方のバイパス流動管を下り、流量センサ３０２０を横断し、もう一方のバイパス流導管を後退して気体調節弁へと戻る。流量センサ３０２０が発生させる、呼気流量を示す信号は、制御装置３０１４に伝達される。

呼吸補助装置は、患者が吸息するときに逆止め弁３０１２が開き、気体調節弁３０３０が閉じるように構成される。その結果、加圧された気体が、流れ発生器３０１０から気体供給ライン３０１７を通り、気体調節弁３０３０を通り、患者インタフェース３０４０内へと流れる。患者が呼息するとき、制御装置によって逆止め弁３０１２が閉じられ、気体調節弁３０３０が少なくとも部分的に開く。その結果、圧縮された気体は気体供給ライン３０１７を下って流れず、開かれた気体調節弁３０３０を通じて患者が呼息することが可能になる。いくつかの例では、気体調節弁が開かれる度合は、呼息工程全体を通して所望の圧力を維持するように、制御装置３０１４によって選択的に変えられる。

多くの例において、適当な治療を患者に提供するために、患者の呼気流量を測定することが望ましい。図１９に示す実施形態では、呼気流量は、流量センサ３０２０によって測定される。代替実施形態では、制御装置３０１４は、流量センサ３０２０からの信号に基づいて、呼気流量を決定することができる。

バイパス流動管および流量センサ３０２０を設けることにより、かなりの嵩およびコストがシステムに加わる。また、バイパス流動管の配置が、不都合となることがある。患者の呼息の一部が、バイパス流動管３０２２を通り、流量センサ３０２０を通って流れることは、患者の呼息抵抗が、そうでない場合よりも大きくなり得ることを意味する。さらに、患者の呼息が流量センサに連通させられるので、流量センサ３０２０が汚染され、このシステムを使用するそれぞれの新しい患者のために、流量センサ３０２０を交換することが必要になる。

患者の呼気流量を感知するための別のやり方は、図２０に示すようなシステムを用いて実現することができる。この実施形態では、流量センサ３０２０およびバイパス流導管がない。ただし、圧力センサ３０４２が、患者インタフェースに加えられる。圧力センサは、気体調節弁３０３０へと延在する電力ラインから電力を得る電子センサとすることができ、この圧力センサは、弁駆動ラインとともに延在する１つまたは複数の追加のワイヤに沿って、センサ信号を制御装置３０１４へと送信する。代替実施形態では、圧力センサは、気体調節弁３０３０の近位側に配置することができる。

上記で説明したように、気体調節弁３０３０は、呼気中に少なくとも部分的に開き、患者は、大気への開口部を通じて呼息する。呼気流量は、患者インタフェースと大気との間の圧力降下、および気体調節弁３０３０によって示されるインピーダンスに基づいて計算することができる。Ｐｍａｓｋが、気体調節弁の患者側の圧力であり、Ｐａｔｍが大気圧である場合、一般式は、

呼気流量＝（Ｐｍａｓｋ−Ｐａｔｍ）／弁インピーダンスとなる。

上記で説明するように、気体調節弁によって提供される開口部は、呼息中の所望の圧力を維持するために、制御装置３０１４によって選択的に変えられる。その結果、弁インピーダンスは、呼息中に変動する。

上記で説明したように、図６ａ〜図１５ｂに示すような気体調節弁は、コイルに信号を加えることによって開閉される。コイルに信号が加えられない場合、弁は開いたままとなる。コイルに加えられる信号の値が大きいほど、弁はより大きく閉じる。その結果、気体調節弁によってもたらされる流れ抵抗の大きさが、気体調節弁に加えられる駆動信号と比例する。信号の値が大きいほど、弁がより大きく閉じ、流れ抵抗がより大きくなる。

弁インピーダンスが、制御装置２０１４によって弁に加えられる信号の値と直線的に比例する場合、駆動信号の値を、相関定数とともに実際の弁インピーダンスの代用として単純に用いることができる。相関係数がＫである場合、呼気流量を計算するための用いられる等式は、

呼気流量＝（Ｋ）＊（Ｐｍａｓｋ−Ｐａｔｍ）／弁駆動信号となる。

実際、弁インピーダンスは、駆動信号の値に直線的に比例しない。ただし、導電性実験の後に、弁駆動信号の様々な異なる値に関する弁インピーダンスを提供する、ルックアップテーブルを作り出すことができる。次いで、呼気流量を計算するために、ルックアップテーブルを用いて得られる弁インピーダンスを、圧力差とともに用いることができる。

また、患者インタフェース３０４０内、または気体調節弁の患者側で用いられる圧力センサ３０４２が、大気圧に対する気体調節弁の患者側の圧力を示す場合、ＰｍａｓｋとＰａｔｍの間の圧力差を求める等式の部分は単純に、圧力センサ３０４２の出力によって与えられる。

上記を鑑みると、気体調節弁に加えられる信号の値および圧力センサ３０４２から出力される信号の値を用いて、呼気流量を厳密に推定することができる。

代替実施形態では、気体調節弁３０３０の患者側の圧力は、気体調節弁の患者側で開口部に結合された、単一のバイパス導管３０２２を有することによって感知することもできる。この単一のバイパス流導管は、流量制御装置３０００上の圧力センサにつなげることができる。

呼息中は、逆止め弁３０１２が閉じられるべきであり、気体調節弁の遠位側に陽圧空気が加えられるべきではない。ただし、呼吸補助装置の特定の実施形態が、呼気中に流れ発生器３０１０によって陽圧空気が加えられることを求める場合、その圧力の値は、供給ライン圧力センサ３０１６によって提供される。こうして、その圧力の値を、呼気流量の計算において考慮することができる。

患者の吸気流を推定するために、同様の技法を用いることができる。患者の吸気中は、気体調節弁３０３０が閉じられ、気体が流れ供給部３０１０から、気体供給ライン３０１７を通り、気体調節弁３０３０を通り、患者インタフェース３０４０内へと流れる。Ｐｆｇが、流れ供給部によって供給されるような気体の圧力である場合、Ｐｍａｓｋは、気体調節弁の患者側の圧力であり、全インピーダンスは、気体供給ライン３０１７および気体調節弁３０３０によってもたらされるインピーダンスであり、吸気流は、以下の等式によって与えられる。

吸気流＝（Ｐｆｇ−Ｐｍａｓｋ）／全インピーダンス

圧力センサ３０１６が、流れ供給部３０１０にて提供されるので、Ｐｆｇはわかる。同様に、気体調節弁３０３０の患者側の圧力は、患者インタフェース上、または気体調節弁の患者側の圧力センサによって感知されるので、Ｐｍａｓｋもわかる。同様に上述のように、気体調節弁の患者側の圧力もまた、バイパス導管によって気体調節弁３０３０の患者側に結合された流量制御装置３０００上の圧力センサによって感知することができる。

システムの全インピーダンスは、気体調節弁３０３０、および流れ供給部３０１０と気体調節弁との間に配置される要素、特に気体供給ライン３０１７によって提供される、インピーダンスを含む。インピーダンスは、供給圧力に関して非線形に変動する。こうして、全インピーダンスを気体供給圧力Ｐｆｇの関数として示すルックアップテーブルを作り出すために、実験を行うことができる。あるいはルックアップテーブルは、全インピーダンスを、気体調節弁の患者側の圧力の関数として示すことができる。

上記で説明したように、Ｐｆｇ、Ｐｍａｓｋ、および全インピーダンスが決定されると、吸気流を推定することができる。

本発明を、最も実用的かつ好ましい実施形態であると現在考えられているものに関連付けて説明してきたが、本発明は、開示された実施形態に限定されず、反対に、本発明の精神および範囲内に含まれる様々な修正形態および同等構成を網羅することが意図されることを理解されたい。また、上記で説明した様々な実施形態は、他の実施形態と併せて実装することができ、たとえば、さらに別の実施形態を実現するために、一実施形態の態様を、別の実施形態の態様と組み合わせることができる。さらに、いかなる所与のアセンブリのそれぞれの独立した特徴部分または構成要素も、さらなる実施形態を構築することができる。

さらに、所与の何らかのアセンブリのそれぞれ個々の構成要素、所与の何らかのアセンブリの個々の構成要素の１つまたは複数の部分、および１つまたは複数の実施形態からの構成要素の様々な組み合わせは、１つまたは複数の装飾的な設計特徴部分を備えることができる。

さらに本発明は、換気装置を必要とする患者またはＯＳＡを患う患者への特定の応用例を有するが、他の疾患（たとえば欝血性心不全、糖尿病、病的肥満、脳卒中、肥満手術など）を患う患者も、上記教示による利益を得ることができることを理解されたい。さらに上記教示は、非医療的応用例においても同様に、患者および非患者への適用性を有する。

２３ 空気管
３０ 中央装置
３１ 気体輸送ダクト
３２ 気体調節弁
３３ 入口
３３ａ 空気入口
３４ センサ
３５ 制御装置
３６ 患者インタフェース
３７ 電力供給部
３８ 近位データ処理装置
３９ 接続ケーブル
７１ 開口部
７２ 閉塞要素
７３ 磁石
７４ コイル
８２ 閉塞要素
１２００ 線形アクチュエータ
１２０１ 突起
１２０２ ハウジング
１２０３ 電気接点
１２０３ｂ 電気接点
１２０４ ケーブルアセンブリ
１２０５ タブ
１２１０ コイルアセンブリ
１２１１ ワイヤコイル
１２１２ アーム
１２１２ａ アーム
１２１２ｂ アーム
１２１３ ボビン
１２１４ 突起
１２１４ａ 突起
１２１４ｂ 突起
１２１５ 従属脚部
１２１７ 自由端部
１２１７ａ 自由端部
１２１７ａ ワイヤコイル
１２１７ｂ 自由端部
１２１７ｂ ワイヤコイル
１２２０ ヨーク
１２２１ 開口部
１２２１ａ 開口部
１２２１ｂ 開口部
１２２４ 回路アセンブリ
１２２５ 電気接点
１２２６ 端部
１２２６ａ 端部
１２２６ａ 端部
１２２６ｂ 端部
１２２６ｂ 端部
１２３０ 磁石
１２３２ 磁極片
１３００ 気体調節弁
１３１０ 遠位ハウジング
１３１２ 封止面
１３１４ 段
１３１８ ラッチ受容機構
１３２０ 薄膜アセンブリ
１３２２ 薄膜
１３２４ 外部リング
１３２５ 封止面
１３２６ 作動リング
１３２７ 直径部分
１３２８ 内径
１３２９ 流量制限器
１３３０ 線形アクチュエータ
１３３１ 湾曲部分
１３４０ 近位ハウジング
１３４２ 突出部分
１３４４ 開口部
１３４６ 開口部
１３４８ ラッチ機構
１３５０ 管アセンブリ
１３５２ 連結部
１４００ 可変通気呼吸マスク
１４００ 可変通気呼吸マスク
１４０２ マスクシェル
１４０４ ガスケット
１４０６ 気体供給ホース
１４１０ 流量調節器
１４１２ 電気ケーブル
１４２０ 流体弁
１４２２ 電気ケーブル
２０００ 気体供給源
２０１０ 気体供給ライン
２０１２ 出力パイプ
２０１４ 制御装置
２０３０ 患者インタフェース
２０４０ 補助気体供給ライン
２１００ 気体調節弁
２２００ 近位気体調節弁
３０００ 流量制御装置
３０１０ 流れ発生器
３０１２ 逆止め弁
３０１４ 制御装置
３０１６ 圧力センサ
３０１７ 気体供給ライン
３０１８ 弁駆動ライン
３０２０ 流量センサ
３０２２ バイパス流導管
３０３０ 気体調節弁
３０４０ 患者インタフェース
３０４２ 圧力センサ

Claims (22)

1. 第１および第２の電気接点が設けられたハウジングと、
   前記ハウジングの内部に取り付けられたヨークと、
   前記ヨークの内部に可動式に取り付けられたボビンであって、前記ボビンの第１の端部から延在する第１および第２のアームを有し、ワイヤコイルが周りに巻かれているボビンと、
   前記ヨークに固定された中心部分と、前記中心部分から延在する第１および第２の延長部とを有する可撓性の回路アセンブリであって、前記第１の延長部は前記第１のアームに、前記第２の延長部は前記第２のアームにそれぞれ取り付けられており、第１および第２の電気接点が前記中心部分上に形成されており、前記中心部分上の前記第１の電気接点が前記ワイヤコイルの第１の端部に、前記中心部分上の前記第２の電気接点が前記ワイヤコイルの第２の端部にそれぞれ電気的に結合されている、可撓性の回路アセンブリと、
   前記ヨークに取り付けられた磁石と、
   を備える線形アクチュエータであって、
   前記中心部分上の前記第１の電気接点が前記ハウジング側の前記第１の電気接点と、前記中心部分上の前記第２の電気接点が前記ハウジング側の前記第２の電気接点とそれぞれ整列して係合するように、前記中心部分が固定された前記ヨークが前記ハウジングの中で位置決めされていることを特徴とする気体調節弁のための線形アクチュエータ。
2. 前記ワイヤコイルの前記第１の端部が前記ボビンの前記第１のアームの上方に、前記ワイヤコイルの前記第２の端部が前記ボビンの前記第２のアームの上方にそれぞれ延在し、前記ワイヤコイルの前記第１の端部が前記可撓性の回路アセンブリ内の第１の導電路に、前記ワイヤコイルの前記第２の端部が前記可撓性の回路アセンブリ内の第２の導電路にそれぞれ電気的に結合されており、前記第１の導電路が前記可撓性の回路アセンブリの前記第１の電気接点に、前記第２の導電路が前記可撓性の回路アセンブリの前記第２の電気接点にそれぞれ結合されていることを特徴とする請求項１に記載の線形アクチュエータ。
3. 前記ハウジング、ヨーク、ボビン、および磁石が円筒形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の線形アクチュエータ。
4. 前記可撓性の回路アセンブリが、全体的に馬蹄形であり、前記第１および第２の延長部が弧形状のアームを形成していることを特徴とする請求項３に記載の線形アクチュエータ。
5. 円筒形状の前記磁石はその中心部分に開口部を有し、前記ヨークはその中心部分に開口部を有し、前記ハウジングはその中心部分に開口部を有し、前記可撓性の回路アセンブリの弧形状の前記第１および第２のアームが、円筒形状の前記磁石、ヨーク、およびハウジング内の前記開口部の周りに延在することを特徴とする請求項４に記載の線形アクチュエータ。
6. 前記線形アクチュエータの中心を通る通路を形成するように、前記ハウジング、前記ヨーク、前記ボビン、および前記磁石の中心部分が開いていることを特徴とする請求項１に記載の線形アクチュエータ。
7. 請求項２〜６のいずれか一項に記載の線形アクチュエータを備える気体調節弁。
8. 請求項６に記載の線形アクチュエータを備える気体調節弁であって、
   気体送達管に取り付けるように構成される第１のハウジング部分と、
   患者インタフェースに取り付けられるように構成される第２のハウジング部分と、
   薄膜アセンブリであって、前記第１および第２のハウジング部分を通り、かつ前記薄膜アセンブリを通る気体が、前記線形アクチュエータから隔離されるように、前記第１のハウジング部分と第２のハウジング部分との間に結合された薄膜アセンブリと、
   をさらに備え、
   前記第１および第２のハウジング部分のうちの一方が、少なくとも部分的に前記線形アクチュエータの中心の前記通路を通って延在することを特徴とする気体調節弁。
9. 前記ハウジングが円筒形状を有し、前記第１および第２のハウジング部分のうちのもう一方が、前記線形アクチュエータの円筒状の前記ハウジングの外部に取り付けられており、かつ、少なくとも部分的に前記ハウジングの外部を取り囲むことを特徴とする請求項８に記載の気体調節弁。
10. 少なくとも１つの開口部が、前記第１および第２のハウジング部分のうちの一方の内部に形成されており、前記薄膜アセンブリの一部が、前記少なくとも１つの開口部を閉じる閉位置と前記少なくとも１つの開口部を開く開位置との間で動かすことができる閉塞部材を備えることを特徴とする請求項８または９に記載の気体調節弁。
11. 前記線形アクチュエータが前記閉塞部材を前記開位置から前記閉位置へと動かすことができるように、前記薄膜アセンブリが前記線形アクチュエータの前記ボビンに結合されていることを特徴とする請求項１０に記載の気体調節弁。
12. 前記少なくとも１つの開口部が、前記第１のハウジング部分上に形成されており、前記第１のハウジング部分が、円筒状の封止面を備え、前記線形アクチュエータが、前記第１のハウジング部分上の前記少なくとも１つの開口部を閉じるために、前記閉塞部材上の封止面を前記第１のハウジング部分上の前記封止面に係合させていることを特徴とする請求項１１に記載の気体調節弁。
13. 前記薄膜アセンブリが、
    前記第１のハウジング部分と前記第２のハウジング部分との間に結合されている、可撓性円筒状の薄膜と、
    前記可撓性円筒状の薄膜の中心部分に結合されている実質的に剛性の作動リングと、
    を備え、
    前記線形アクチュエータの前記ボビンの下方端部が、前記閉塞部材を前記開位置から前記閉位置へと動かすために前記作動リングを押すことを特徴とする請求項１１または１２に記載の気体調節弁。
14. 前記薄膜アセンブリに結合された流量制限器をさらに備え、前記流量制限器が、少なくとも部分的に前記線形アクチュエータの中心の前記通路を通って延在し、前記流量制限器が、前記第１および第２のハウジング部分のうちの一方に結合されていることを特徴とする請求項８〜１３のいずれか一項に記載の気体調節弁。
15. 少なくとも１つのセンサ開口部が、前記第２のハウジング部分内に形成されており、前記センサ開口部が、前記第２のハウジング部分の内部をセンサ管に結合させるように構成されることを特徴とする請求項８〜１４のいずれか一項に記載の気体調節弁。
16. 請求項８〜１５のいずれか一項に記載の気体調節弁を備える、呼吸補助装置。
17. 請求項１に記載の線形アクチュエータを備える、可変通気呼吸マスク。
18. 線形アクチュエータを製造する方法であって、
    ボビン上に巻かれたワイヤコイルを有する中空のボビンを、中空のヨークの内側に挿入するステップと、
    可撓性の回路アセンブリの中心部分を前記ヨークに固定するステップであって、前記可撓性の回路アセンブリが、前記中心部分から突出する第１および第２の延長部を有するステップと、
    前記ワイヤコイルの第１および第２の端部を、前記可撓性の回路アセンブリの前記第１および第２の延長部に電気的に結合するステップと、
    中空の磁石を前記ボビンの内側に挿入するステップと、
    前記磁石を前記ヨークに取り付けるステップと、
    前記ヨーク、ボビン、および磁石をハウジング内に挿入するステップと、
    前記ヨークを前記ハウジングに結合するステップとを含み、
    前記ハウジングが、ワイヤアセンブリに結合される第１および第２の電気接点を備え、導電路が、前記可撓性の回路アセンブリ内に形成され、前記導電路が、前記ワイヤコイルの前記第１および第２の端部を前記可撓性の回路アセンブリの前記中心部分上に配置される第１および第２の接点に電気的に結合し、前記ヨーク、ボビン、および磁石を前記ハウジング内に挿入する前記ステップによって、前記可撓性の回路アセンブリ上の前記第１および第２の接点が前記ハウジング上の前記第１および第２の電気接点に結合されることを特徴とする方法。
19. 前記中空のボビンが、前記ボビンの第１の端部から延在する第１および第２のアームを有し、前記方法が、前記可撓性の回路アセンブリの前記第１の延長部の端部を前記ボビンの前記第１のアームの端部に、前記可撓性の回路アセンブリの前記第２の延長部の端部を前記ボビンの前記第２のアームの端部にそれぞれ取り付けるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記可撓性の回路アセンブリの前記第１および第２の延長部の前記端部が、熱かしめによって前記ボビンの前記第１および第２のアームの前記端部に取り付けられることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 前記可撓性の回路アセンブリの前記第１および第２の延長部が弧形状であり、前記可撓性の回路アセンブリの前記第１および第２の延長部の前記端部がそれぞれ、そこを通る開口部を有し、前記ボビンの前記第１および第２のアームそれぞれの端部に突起が形成され、前記可撓性の回路アセンブリの弧形状の前記第１および第２の延長部を前記ボビンの前記第１および第２のアームの端部に取り付けるステップが、前記ボビンの前記アーム上の前記突起を弧形状の前記第１および第２の延長部の前記端部内の前記開口部内に挿入するステップを含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
22. 中空の磁極片を、前記磁石の端部および前記磁極片の端部を互いに当接させるように、前記ボビンの内側に取り付けるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１８〜２１のいずれか一項に記載の方法。

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