JP6760398B2 - Ｃｐａｐ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、持続性陽性気道圧（ＣＰＡＰ：Continuous Positive Airway Pressure）装置に関する。
従来、閉塞性睡眠時無呼吸症候群（ＯＳＡ）などの睡眠関連の障害の治療用として、例えば、持続陽性気道圧（ＣＰＡＰ：Continuous Positive Airway Pressure）装置（以下、ＣＰＡＰ装置）等の流体制御装置が用いられる（例えば、特許文献１参照）。ＣＰＡＰ装置は、ファンを内蔵した装置本体を有し、患者の口や鼻に装着されたマスクに装置本体から大気圧より高い圧力で気体（例えば空気）を供給する。
ＣＰＡＰ装置は、例えばファンにより供給される気体の供給経路に設けられた流量センサによって気体の流量を測定し、所定の圧力の気体を供給する。排気ポートに設けられる流量センサは、整流板を有し、ＣＰＡＰ装置は、供給経路における整流板の前後の圧力に基づいて供給経路における流量を得る。
特開２０１６−３４４１１号公報
ところで、ＣＰＡＰ装置は、患者の就寝中に用いられる。このため、患者が出張や個人的な旅行等で外泊する際にＣＰＡＰ装置を携行する必要がある。上述のＣＰＡＰ装置では、排気ポートに流量センサが設けられ、その流量センサに整流板を設ける必要があるため、圧力損失が生じる。その結果、より大型のファンを必要とするため、ＣＰＡＰ装置が大型化してしまう。従って、ＣＰＡＰ装置（流体制御装置）の小型化が望まれている。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、小型化することを可能とした流体制御装置を提供することにある。
上記課題を解決する流体制御装置は、吸入口と排気ポートとを有し、ファンを回転駆動して前記吸入口より外部から吸入した流体を前記排気ポートから排出する流体制御装置であって、前記ファンと、前記ファンを収容するファンケースとを有するファンユニットと、前記ファンを駆動制御する制御ユニットと、前記吸入口により外部と連通する第１送風室と、前記ファンユニットを収容する第２送風室と、前記第１送風室と前記第２送風室とを連通する連通部と、を有するケースと、前記第１送風室の内部の圧力と前記第２送風室の内部の圧力との差圧を検知する差圧検知部と、を有し、前記ケースの内部には、前記第１送風室と前記第２送風室とを区画し、前記連通部を形成する隔壁が形成されている。
この構成によれば、ファンの回転駆動によって外部から吸入口を介して第１送風室に吸入される流体は、第１送風室から連通部を介して第２送風室へと流入する。連通部は、流体の流れにおいて圧力損失となり、第１送風室の圧力と第２送風室の圧力との間に差圧が生じる。この差圧は、第１送風室から第２送風室に流れる流体の流量、つまり流体制御装置から排出される流体の流量に対応する。制御ユニットは、差圧検知部によって検知された差圧に基づいてファンを駆動制御でき、従って、排気ポート内もしくは外部に流量センサを設ける必要がなくなる。このため、流体制御装置を小型化、軽量化することができる。
また、流体は、第２送風室に収容されたファンの駆動により、装置の外部から吸入口、第１送風室、連通部を経て第２送風室へと流れる。このため、第１送風室と第２送風室において流体の流れが安定しており、それぞれの内部の圧力を安定して検出することができる。
上記差圧検知部が前記第１送風室の内部の圧力を検知するための第１圧力検知部と、前記第２送風室の内部の圧力を検知するための第２圧力検知部と、によって得られる前記第１送風室の内部の圧力と前記第２送風室の内部の圧力との差圧を検知することが好ましい。
この構成によれば、差圧検知部を用いることで、第１送風室の圧力と第２送風室の圧力との微少な差圧を検知することができる。このため、第１送風室と第２送付室との間の圧力損失が小さくても差圧を検出することができ、ファンユニットの小型化を図ることができる。
上記の流体制御装置において、前記制御ユニットは、前記差圧が所定の値と比較して正である場合は前記ファンの回転数を増加させる制御を行い、負である場合は前記ファンの回転数を減少させる制御を行うことが好ましい。
この構成によれば、差圧と所定の値とを比較するという簡単な処理または演算によってファンの回転数を制御できるので、制御ユニットの演算負荷の低減および／または制御ユニットの構造の簡略化において有利である。
上記の流体制御装置において、前記制御ユニットは、前記差圧が所定の値と比較して正である場合は前記排気ポートに連通する患者の呼吸状態が吸気状態であり、負である場合は前記排気ポートに連通する患者の呼吸状態が呼気状態であることを判断することが好ましい。
この構成によれば、差圧と所定の値とを比較するという簡単な処理または演算によってファンの回転数を制御できるので、制御ユニットの演算負荷の低減および／または制御ユニットの構造の簡略化において有利である。
上記の流体制御装置において、前記ケースは、前記第１送風室及び前記第２送風室と隣接し前記制御ユニットを収容する制御室を有し、前記第１圧力検知部は、前記第１送風室と前記制御室との間の区画壁に形成され前記第１送風室側に開口する第１圧力検知孔であり、前記第２圧力検知部は、前記第２送風室と前記制御室との間の区画壁に形成され前記第２送風室側に開口する第２圧力検知孔であることが好ましい。
この構成によれば、第１送風室と第２送風室とに隣接した制御室に制御ユニットを収容することで、第１送風室と第２送風室の圧力を検出するための経路が短くてすみ、流体制御装置の小型化を可能とすることができる。
上記の流体制御装置において、前記第１圧力検知孔は、前記吸入口の開口方向と直交する方向を開口方向として形成され、前記第２圧力検知孔は、前記連通部の開口方向と直交する方向を開口方向として形成されていることが好ましい。
この構成によれば、吸入口から第１送風室へと吸入される流体の流れに対して直交する方向に第１圧力検知孔が開口しているため、流体の流れに影響されることなく第１送風室の圧力の検知が可能となる。また、連通部から第２送風室へと流れる流体の流れに対して直交する方向に第２圧力検知孔が開口しているため、流体の流れに影響されることなく第２送風室の圧力の検知が可能となる。
上記の流体制御装置において、前記制御ユニットは、前記差圧を前記流体の流量に変換し、前記流量に基づいて前記ファンを制御することが好ましい。
この構成によれば、差圧に応じて供給する流体の圧力を制御することを可能とすることができる。
上記の流体制御装置において、前記制御ユニットは、前記流量に基づいて呼気タイミングを推定し、前記呼気タイミングに応じて前記ファンを制御して前記流体の圧力を変更することが好ましい。
この構成によれば、流量に基づいて呼気タイミングを推定することで、流体を供給する患者の呼吸状態に応じて圧力を制御することを可能とすることができる。
本発明の流体制御装置によれば、小型化することを可能とすることができる。
（ａ）は流体制御装置の概略を示す平断面図、（ｂ）は流体制御装置の概略を示す側断面図。 流体制御装置の使用状態を示す概略図。 流体制御装置の電気的構成を示すブロック図。 制御ユニットの概略構成を示すブロック図。 変形例の流体制御装置の概略を示す平断面図。 変形例の流体制御装置の概略を示す縦断面図。 変形例の流体制御装置の概略を示す縦断面図。 変形例の流体制御装置の概略を示す平断面図。
以下、各形態を説明する。
なお、添付図面は、理解を容易にするために構成要素を拡大して示している場合がある。構成要素の寸法比率は実際のものと、または別の図面中のものと異なる場合がある。また、断面図では、理解を容易にするために、一部の構成要素のハッチングを省略している場合がある。
図２に示すように、流体制御装置１は、例えば持続陽性気道圧（ＣＰＡＰ:Continuous Positive Airway Pressure）装置として用いられる。流体制御装置１は、チューブ８１を介してマスク８２に接続される。マスク８２は、患者８３の口や鼻に装着される。流体制御装置１は、チューブ８１とマスク８２を介して患者８３に所望の圧力の気体（例えば空気）を供給する。また、流体制御装置１は、患者８３の状態（例えば呼気時）を判定し、患者の状態に応じて患者８３に供給する気体の圧力を制御する。
流体制御装置１は、ケース１０と、ケース１０の上面に配置された表示部５１と操作部５２とを備えている。流体制御装置１は、設定値を含む各種情報を表示部５１に表示する。また、流体制御装置１は、操作部５２の操作に基づいて、設定値を含む各種情報を設定する。設定値は、供給する気体の圧力値、気体の流量値を含む。また、設定値は、呼気時に供給する気体の圧力値を含む。
流体制御装置１は、マスク８２が装着された患者８３の呼気状態を推定する。そして、流体制御装置１は、推定した呼気状態に同期するように、供給する気体の圧力値を制御する。例えば、吸気時の圧力は１０００［Ｐａ］、呼気時の圧力は７００［Ｐａ］である。患者８３が呼気状態であるときに、供給する気体の圧力を低下させることで、患者８３における息苦しさを低減する。
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、流体制御装置１は、ケース１０と、ケース１０に内設されたファンユニット３０及び制御ユニット４０を有している。
ケース１０は、外壁１１と、外壁１１の内側に配設された区画壁１２とを有している。ケース１０の内部は、立設された区画壁１２によって送風室２１と制御室２２とに区画されている。本実施形態において、ケース１０は、概略略直方体状であり、扁平状に形成されている。外壁１１は、４つの外壁１１ａ〜１１ｄを含む。
送風室２１の内部には、隔壁１３が配設されている。隔壁１３は、送風室２１の内部を、第１送風室２１ａと第２送風室２１ｂとに区画する。隔壁１３は、区画壁１２に接続され、その区画壁１２から外壁１１に向かって延びるように形成されている。従って、第１送風室２１ａと第２送風室２１ｂは、制御室２２に隣接している。隔壁１３の先端１３ａは、外壁１１ｂから離間している。この隔壁１３と外壁１１ｂは、第１送風室２１ａと第２送風室２１ｂとを連通する連通部２３を形成する。
図１（ａ）に示すように、ケース１０の外壁１１ａには、ケース１０の内部とケース１０の外部とを連通する吸入口１４が形成されている。この吸入口１４が形成された外壁１１ａの一部は、第１送風室２１ａを形成する。従って、吸入口１４は、第１送風室２１ａの内部とケース１０の外部とを連通する。この吸入口１４は、外壁１１ａの表面（ケース１０の外側面、内側面）と直交する方向に向かって形成されている。この吸入口１４が向かう方向を開口方向とする。
連通部２３は、隔壁１３の先端１３ａと、外壁１１との間に形成されている。つまり、連通部２３は、隔壁１３の厚さ方向に開口している。本実施形態において、吸入口１４の開口方向と連通部２３の開口方向は一致している。そして、開口方向から視て、吸入口と連通部２３は、互いに重ならない位置に形成されている。
第２送風室２１ｂにはファンユニット３０が収容されている。図１（ｂ）に示すように、ファンユニット３０は、ファンケース３１と、ファンケース３１に収容されたファン３２と、ファン３２を駆動する駆動源としてのモータ３３とを有している。
ファンケース３１は、ファン３２を収容する収容部３１ａと、収容部３１ａの側面に突出する排出部３１ｂとを有している。収容部３１ａには、下方に開口する流入口３１ｃが形成されている。ケース１０において、第２送風室２１ｂを形成する外壁１１ｃには、ファンケース３１の排出部３１ｂが挿通される挿通口１５が形成されている。その挿通口１５に挿通された排出部３１ｂの先端は、ケース１０から突出する。この突出する排出部３１ｂの先端は、この流体制御装置１の排気ポート１６として機能する。この排気ポート１６には、図２に示すチューブ８１が連結される。
モータ３３はファンケース３１の上面に取着され、そのモータ３３の回転軸３３ａはファンケース３１内に挿入されている。ファン３２は、モータ３３の回転軸３３ａに取着されている。ファン３２は例えば遠心ファンである。
モータ３３によってファン３２が回転駆動されると、図１（ａ）に矢印にて示すように気体が吸入口１４から第１送風室２１ａを経て第２送風室２１ｂの内部へと取り込まれる。更に、図１（ｂ）に矢印にて示すように、気体は、第２送風室２１ｂ内から流入口３１ｃを介してファンケース３１の内部へと吸入される。そして、ファンケース３１の内部の気体は、排出部３１ｂから排出される。その排出される気体は、図２に示すチューブ８１及びマスク８２を介して患者８３へと送られる。
制御室２２には制御ユニット４０が配設されている。制御ユニット４０は、例えば、回路基板と、回路基板に実装された複数の電子部品とを含む。
制御ユニット４０には、差圧センサ４１（差圧検知部）が配設されている。差圧センサ４１は、第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力との差（差圧）を検出する。
図１（ａ）に示すように、第１送風室２１ａと制御室２２との間の区画壁１２ａには、第１圧力検知孔１７ａが形成されている。第１圧力検知孔１７ａは、区画壁１２ａの厚さ方向にその区画壁１２ａを貫通している。そして、本実施形態において、第１圧力検知孔１７ａは、吸入口１４の開口方向（外壁１１ａにおける吸入口１４の貫通方向）と直交する方向に向かって開口して形成されている。また、第１圧力検知孔１７ａの開口方向は、連通部２３の開口方向と直交する方向である。
第１圧力検知孔１７ａは、検出チューブ４２ａを介して差圧センサ４１に接続されている。この第１圧力検知孔１７ａにより、第１送風室２１ａの圧力が差圧センサ４１へと伝達される。つまり、第１圧力検知孔１７ａは、第１送風室２１ａの圧力を検出するための圧力センシング部として機能する。
同様に、第２送風室２１ｂと制御室２２との間の区画壁１２ｂには、第２圧力検知孔１７ｂが形成されている。第２圧力検知孔１７ｂは、区画壁１２ｂの厚さ方向にその区画壁１２ｂを貫通している。そして、本実施形態において、第２圧力検知孔１７ｂは、連通部２３の開口方向と直交する方向に向かって開口して形成されている。
第２圧力検知孔１７ｂは、検出チューブ４２ｂを介して差圧センサ４１に接続されている。この第２圧力検知孔１７ｂにより、第２送風室２１ｂの圧力が差圧センサ４１へと伝達される。つまり、第２圧力検知孔１７ｂは、第２送風室２１ｂの圧力を検出するための圧力センシング部として機能する。
制御ユニット４０は、差圧センサ４１による検出結果に基づいて、ファン３２を回転駆動する。
以下の説明では、第１送風室２１ａの圧力及び第１送風室２１ａの圧力を参照符号Ｐ２１ａ、Ｐ２１ｂでそれぞれ示すことがある。第１送風室２１ａの圧力と第１送風室２１ａの圧力との差（すなわちＰ２１ａ−Ｐ２１ｂ）を参照符号ＰＤとして示すことがある。第１送風室２１ａの圧力及び第２送風室２１ｂの圧力は、患者８３の呼吸状態に応じて変化する。そこで、一態様として、制御ユニット４０は、第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力とを比較し、第１送風室２１ａの圧力が第２送風室２１ｂの圧力より高い場合（すなわちＰ２１ａ＞Ｐ２１ｂ）、患者８３が吸気タイミングであると推定し、第１送風室２１ａの圧力が第２送風室２１ｂの圧力より低い場合（すなわちＰ２１ａ＜Ｐ２１ｂ）、患者８３が呼気タイミングであると推定するように構成され得る。第１送風室２１ａの圧力が第２送風室２１ｂの圧力と同じ場合（Ｐ２１ａ＝Ｐ２１ｂ）、制御ユニット４０は、患者８３が呼気タイミングと吸気タイミングとの間の移行期であると推定してもよい。
第１送風室２１ａの圧力と第１送風室２１ａの圧力との差（Ｐ２１ａ−Ｐ２１ｂすなわちＰＤ）は患者８３の呼吸状態に応じて変化する。そこで、別態様として、制御ユニット４０は、第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力とを比較し、第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力との差ＰＤが所定の値Ｐｔｈ（第１の基準値または呼吸状態判定値と呼称することがある）より高い場合、患者８３が吸気タイミングであると推定し、第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力との差ＰＤが当該所定の値Ｐｔｈより低い場合、患者８３が呼気タイミングであると推定するように構成され得る。制御ユニット４０は、差ＰＤが所定の値Ｐｔｈと同じである場合、患者８３が呼気タイミングと吸気タイミングとの間の移行期であると推定してもよい。当該所定の値Ｐｔｈは、ゼロであり得る任意の値である。制御ユニット４０は当該所定の値Ｐｔｈを設定可能に構成され得る。当該所定の値Ｐｔｈは、デフォルト値として制御ユニット４０に予め設定してもよいが、当該所定の値Ｐｔｈは、例えば患者８３に応じて、または、流体制御装置１から患者８３までの気体経路の体積に応じて変更されてもよい。当該所定の値Ｐｔｈがゼロに設定される特定の例では、第１送風室２１ａの圧力が第２送風室２１ｂの圧力より高ければ（すなわちＰ２１ａ＞Ｐ２１ｂ）、第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力との差ＰＤが正の値となり、制御ユニット４０は患者８３が吸気タイミングであると推定する。逆に、第１送風室２１ａの圧力が第２送風室２１ｂの圧力より低ければ（すなわちＰ２１ａ＜Ｐ２１ｂ）、第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力との差ＰＤが負の値となり、制御ユニット４０は患者８３が呼気タイミングであると推定する。
いくつかの例では、制御ユニット４０は、さらに、第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力との差ＰＤの値に応じてファン３２の回転数の増減を決定するように構成され得る。具体的には、制御ユニット４０は、第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力とを比較し、第１送風室２１ａの圧力が第２送風室２１ｂの圧力より高い場合（すなわちＰＤが正の値）、ファン３２の回転数を増加させる制御を行い、第１送風室２１ａの圧力が第２送風室２１ｂの圧力より低い場合（すなわちＰＤが負の値）、ファン３２の回転数を減少させる制御を行うように構成され得る。例えば、制御ユニット４０は、第１送風室２１ａの圧力が第２送風室２１ｂの圧力よりも高くなるほど（すなわちＰＤが大きいほど）、ファン３２の回転数を徐々にまたは段階的に増加させ、第１送風室２１ａの圧力が第２送風室２１ｂの圧力よりも低くなるほど（すなわちＰＤが小さいほど）、ファン３２の回転数を徐々にまたは段階的に減少させるように構成される。
いくつかの例では、制御ユニット４０は、第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力とを経時的に比較することにより、患者の呼吸状態を確認するように構成され得る。例えば、制御ユニット４０は、第１送風室２１ａの圧力が第２送風室２１ｂの圧力より高い状態（すなわちＰＤが正の値）から、第１送風室２１ａの圧力が第２送風室２１ｂの圧力と同じかまたは低い状態（すなわちＰＤが負の値またはゼロ）への変化事象に基づいて、患者が吸気状態から呼気状態に移行したと判断するように構成され得る。逆に、制御ユニット４０は、第１送風室２１ａの圧力が第２送風室２１ｂの圧力より低い状態から（すなわちＰＤが負の値）、第１送風室２１ａの圧力が第２送風室２１ｂの圧力と同じかまたは高い状態（すなわちＰＤが正の値またはゼロ）への変化事象に基づいて、患者８３が呼気状態から吸気状態に移行したと判断するように構成され得る。
また、複数点における第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力との差圧の変化を比較することにより、患者８３の呼吸状態を確認することができる。例えば、制御ユニット４０は、インターバルをおいて検知した複数点における第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力との差ＰＤの変化傾向（増加傾向、減少傾向）によって、患者８３が吸気状態であるか呼気状態であるかを判断するように構成され得る。
また、いくつかの例では、制御ユニット４０は、第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力との差圧の平均値ＭＰ２１が所定の値Ｍｔｈ（第２の基準値またはリーク判定値と呼称することがある）より大きい場合、マスク８２等からのエアリークが発生していると判断するように構成され得る。例えば、制御ユニット４０は、第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力との差圧を監視し、制御されたタイミングでまたは定期的に、第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力との差圧の平均値ＭＰ２１を算出し、算出した差圧の平均値ＭＰ２１と当該リーク判定値Ｍｔｈとを比較し、平均値ＭＰ２１がリーク判定値Ｍｔｈより大きい場合に、エアリークの発生を判断するように構成され得る。制御ユニット４０は、エアリークが発生していると判断した場合、例えば表示部５１にエアリークの発生を表示するように構成され得る。
以下に、差圧から気体の流量を推定または差圧を気体の流量に変換するように構成される制御ユニット４０の具体例を説明する。例えば、制御ユニット４０は、差圧センサ４１による検出結果に基づいて、気体の流量を得る。流体制御装置１において、気体は、ケース１０の外部から、吸入口１４−第１送風室２１ａ−連通部２３−第２送風室２１ｂ−ファンユニット３０の気体経路を経て、排気ポート１６から排出される。そして、排気ポート１６から、図２に示すチューブ８１とマスク８２を介して患者８３へと供給される。
上述の気体経路では、連通部２３において圧力損失が生じる。このため、第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力に差が生じる。この差圧は、気体の流量に応じて変化する。制御ユニット４０は、差圧センサ４１により第１送風室２１ａと第２送風室２１ｂとの間の差圧を測定し、気体の流量を得る。例えば、制御ユニット４０は、演算式により、流量を算出する。演算式の一例は、流量（ｍ／ｓ）をＦＲ、差圧（Ｐａ）をＰＤ、係数をＫ１，Ｋ２とすると、
ＦＲ＝Ｋ１×ＰＤＫ２
と表すことができる。係数Ｋ１，Ｋ２は、例えば実験やシミュレーション等により予め求められる。係数Ｋ１は例えば「１０」であり、係数Ｋ２は例えば「０．５」である。なお、流量と差圧とを関連付けたテーブルを記憶し、テーブルを参照して差圧を流量に変換するようにしてもよい。
図３は、流体制御装置１の電気的構成を示す。
図３に示すように、流体制御装置１は、表示部５１、操作部５２、モータ３３、制御ユニット４０、圧力センサ５３、差圧センサ４１、モータアンプ５４、ホールセンサ５５を有している。
圧力センサ５３は、例えば図１（ａ）に示すファンケース３１に設けられ、ファンユニット３０から排出される気体の圧力を検出する。
差圧センサ４１は、図１（ａ）に示す制御ユニット４０に設けられている。
制御ユニット４０は、駆動指令（速度指令）をモータアンプ５４に出力する。モータアンプ５４は、駆動指令に応じた駆動電流をモータ３３に供給する。モータ３３は、供給される駆動電流に応じて回転する。つまり、モータ３３は、駆動指令に対応する回転数にて回転する。
ホールセンサ５５は、モータ３３に設けられ、モータ３３の回転に応じた信号を出力する。モータアンプ５４は、ホールセンサ５５の出力信号を電圧に変換する。制御ユニット４０は、モータアンプ５４から出力される電圧に基づいて、モータ３３の回転速度を得る。そして、制御ユニット４０は、所望の圧力にて気体を排出するように、モータ３３の回転速度を制御する。
制御ユニット４０には、各種設定値が記憶されている。設定値は、基準圧力値、減圧量、流量判定値、を含む。
制御ユニット４０は、圧力センサ５３により検出された実圧力値と、設定値に含まれる基準圧力指令に基づいて、モータ３３の回転数を決定する。そのモータ３３の回転により、流体制御装置１から気体が吐出される。制御ユニット４０は、基準圧力指令と減圧量とに基づいて圧力指令値を算出する。制御ユニット４０は、圧力指令値と実際の圧力値の差に基づいて、流体制御装置１が吐出する気体の圧力を制御する。
制御ユニット４０は、差圧センサ４１により得た流量に基づいて患者８３の呼気タイミングを推定する。例えば、流体制御装置１における気体の流量は、患者８３が呼吸状態に応じて変化する。制御ユニット４０は、流量に基づいて、吸気から呼気へと切り替わるタイミング（呼気タイミング）を推定する。そして、制御ユニット４０は、推定した呼気タイミングに基づいて、患者８３に供給する気体の圧力を制御する。
制御ユニット４０は、患者８３の呼吸状態に基づいて、圧力指令値を変更する。例えば、制御ユニット４０は、患者が吸気状態にあるときに、基準圧力指令値を圧力指令値として設定する。これにより、患者８３に基準圧力の気体が供給される。一方、制御ユニット４０は、患者８３が呼吸状態にあるとき、基準圧力指令値に減圧量を加味した値を圧力指令値として設定する。これにより、患者８３に供給される気体の圧力が低くなる。基準圧力指令値、減圧量は、患者８３に応じて設定される。
図４は、制御ユニット４０の一部ブロック回路図を示し、モータ３３の駆動に係る制御ブロックを示す。
制御ユニット４０は、流量値変換部６１、呼気タイミング判定部６２、圧力指令発生器６３、圧力制御器６４を有している。
流量値変換部６１は、差圧センサ４１により得られた差圧を流量に変換する。
呼気タイミング判定部６２は、変換後の流量に基づいて呼気タイミングを判定する。
圧力指令発生器６３は、呼気タイミング判定部６２の判定結果に基づいて、患者８３の呼吸状態に応じた圧力指令値を生成する。
圧力制御器６４は、圧力指令値に応じて、モータ３３を駆動する駆動指令値を生成する。また、圧力制御器６４は、圧力センサ５３の検出結果に基づいて、排出する気体の圧力を所望の圧力（圧力指令値）と一致するように駆動指令値を制御する。
モータアンプ５４は、駆動指令値に応じた電流をモータ３３に供給する。そのモータ３３は供給される電流に応じて回転する。
次に、この流体制御装置１の作用を説明する。
流体制御装置１は、ケース１０と、ケース１０に内設されたファンユニット３０及び制御ユニット４０を有している。ケース１０の内部は、立設された区画壁１２によって送風室２１と制御室２２とに区画されている。制御室２２に制御ユニット４０が収容されている。送風室２１の内部には、隔壁１３が配設され、送風室２１の内部が、第１送風室２１ａと第２送風室２１ｂとに区画されている。第２送風室２１ｂにファンユニット３０が収容されている。
第１送風室２１ａと制御室２２との間の区画壁１２ａには、第１圧力検知孔１７ａが形成されている。第２送風室２１ｂと制御室２２との間の区画壁１２ｂには、第２圧力検知孔１７ｂが形成されている。制御ユニット４０は、差圧センサ４１によって第１送風室２１ａの内部の圧力と第２送風室２１ｂの内部の圧力との差圧を検出し、その差圧に基づいてファン３２を制御する。
ファン３２の回転駆動によって外部から吸入口１４を介して第１送風室２１ａに吸入される気体は、第１送風室２１ａから連通部２３を介して第２送風室２１ｂへと流入する。連通部２３は、気体の流れにおいて圧力損失となり、第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力との間に差圧が生じる。この差圧は、第１送風室２１ａから第２送風室２１ｂに流れる気体の流量、つまり流体制御装置１から排出される気体の流量に対応する。従って、排気ポート内もしくは外部に流量センサを設けることなく、気体の流量を求めることができる。
ファンユニット３０より排出側の気体の流れにはムラがある。一方、本実施形態において、気体は、第２送風室２１ｂに収容されたファン３２により、装置の外部から吸入口１４、第１送風室２１ａ、連通部２３を経て第２送風室２１ｂへと流れる。このため、第１送風室２１ａと第２送風室２１ｂにおいて気体の流れが安定しており、それぞれの内部の圧力を安定して検出することができる。
流量センサは、例えば気体の供給経路に配設される。流量センサは、整流板を有し、整流板の前後の圧力に基づいて流量を検出する。整流板は、気体に対して圧力損失となる。従って、気体の供給経路に流量センサを配設した場合、その流量センサにおける圧力損失のため、供給先に所望の圧力にて気体を供給しようとすると、供給元である流体制御装置にて排出する気体の圧力を、圧力損失に応じて高くする必要があり、流体制御装置の大型化を招く。
これに対し、本実施形態の流体制御装置１では、ファンユニット３０と吸入口１４との間、つまりファンユニット３０より上流側の気体の経路において、第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力との差圧を検出する。これら第１送風室２１ａと第２送風室２１ｂの気体の流れは安定しているため、小さな圧力損失でも差圧を検出することができる。このため、大きな圧力損失を発生させる必要がないため、小さなファンユニット３０を用いることができ、流体制御装置１の小型化を図ることができる。
ファンユニット３０において、回転駆動するファン３２により発生する音は、ファンユニット３０−第２送風室２１ｂ−連通部２３−第１送風室２１ａ−吸入口１４の経路にて外部へと放出される。この経路において、音は、経路の内壁に当たることで小さくなる。このため、流体制御装置１から外部へと放出される音は小さくなり、流体制御装置１の静粛性を高めることができる。
制御ユニット４０は、差圧を気体の流量に変換し、流量に基づいて呼気タイミングを推定し、呼気タイミングに応じてファン３２を制御して気体の圧力を変更する。このように、差圧を気体の流量に変換し、その流量に基づいて呼気タイミングを推定することで、気体を供給する患者の呼吸状態に応じて圧力を制御することを可能とすることができる。
ケース１０は、第１送風室２１ａ及び第２送風室２１ｂと隣接し制御ユニット４０を収容する制御室２２を有している。第１圧力検知孔１７ａは、第１送風室２１ａと制御室との間の隔壁に形成され第１送風室２１ａ側に開口する。第２圧力検知孔１７ｂは、第２送風室２１ｂと制御室との間の隔壁に形成され第２送風室２１ｂ側に開口する。従って、第１送風室２１ａと第２送風室２１ｂとに隣接した制御室２２に制御ユニット４０を収容することで、第１送風室２１ａと第２送風室２１ｂの圧力を検出するための経路が短くてすみ、流体制御装置１の小型化を可能とすることができる。
第１圧力検知孔１７ａは、吸入口１４の開口方向と直交する方向を開口方向として形成され、第２圧力検知孔１７ｂは、連通部２３の開口方向と直交する方向を開口方向として形成されている。吸入口１４から第１送風室２１ａへと吸入される気体の流れに対して直交する方向に第１圧力検知孔１７ａが開口しているため、気体の流れに影響されることなく第１送風室２１ａの圧力の検知が可能となる。また、連通部２３から第２送風室２１ｂへと流れる気体の流れに対して直交する方向に第２圧力検知孔１７ｂが開口しているため、気体の流れに影響されることなく第２送風室２１ｂの圧力の検知が可能となる。
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）流体制御装置１のケース１０の内部は、区画壁１２によって送風室２１と制御室２２とに区画されている。送風室２１の内部には、隔壁１３が配設され、送風室２１の内部が、第１送風室２１ａと第２送風室２１ｂとに区画されている。第２送風室２１ｂにファンユニット３０が収容されている。第１送風室２１ａと制御室２２との間の区画壁１２ａには、第１圧力検知孔１７ａが形成されている。第２送風室２１ｂと制御室２２との間の区画壁１２ｂには、第２圧力検知孔１７ｂが形成されている。制御ユニット４０は、差圧センサ４１によって第１送風室２１ａの内部の圧力と第２送風室２１ｂの内部の圧力との差圧を検出し、その差圧に基づいてファン３２を制御する。
ファン３２の回転駆動によって外部から吸入口１４を介して第１送風室２１ａに吸入される気体は、第１送風室２１ａから連通部２３を介して第２送風室２１ｂへと流入する。連通部２３は、気体の流れにおいて圧力損失となり、第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力との間に差圧が生じる。この差圧は、第１送風室２１ａから第２送風室２１ｂに流れる気体の流量、つまり流体制御装置１から排出される気体の流量に対応する。従って、排気ポート内もしくは外部に流量センサを設けることなく、気体の流量を求めることができる。このため、流体制御装置１を小型化、軽量化することができる。
（２）ファンユニット３０において、回転駆動するファン３２により発生する音は、ファンユニット３０−第２送風室２１ｂ−連通部２３−第１送風室２１ａ−吸入口１４の経路にて外部へと放出される。この経路において、音は、経路の内壁に当たることで小さくなる。このため、流体制御装置１から外部へと放出される音は小さくなり、流体制御装置１の静粛性を高めることができる。
（３）制御ユニット４０は、差圧を気体の流量に変換し、流量に基づいて呼気タイミングを推定し、呼気タイミングに応じてファン３２を制御して気体の圧力を変更する。このように、差圧を気体の流量に変換し、その流量に基づいて呼気タイミングを推定することで、気体を供給する患者の呼吸状態に応じて圧力を制御することを可能とすることができる。
（４）ケース１０は、第１送風室２１ａ及び第２送風室２１ｂと隣接し制御ユニット４０を収容する制御室２２を有している。第１圧力検知孔１７ａは、第１送風室２１ａと制御室との間の隔壁に形成され第１送風室２１ａ側に開口する。第２圧力検知孔１７ｂは、第２送風室２１ｂと制御室との間の隔壁に形成され第２送風室２１ｂ側に開口する。従って、第１送風室２１ａと第２送風室２１ｂとに隣接した制御室２２に制御ユニット４０を収容することで、第１送風室２１ａと第２送風室２１ｂの圧力を検出するための経路が短くてすみ、流体制御装置１の小型化を可能とすることができる。
（５）第１圧力検知孔１７ａは、吸入口１４の開口方向と直交する方向を開口方向として形成され、第２圧力検知孔１７ｂは、連通部２３の開口方向と直交する方向を開口方向として形成されている。吸入口１４から第１送風室２１ａへと吸入される気体の流れに対して直交する方向に第１圧力検知孔１７ａが開口しているため、気体の流れに影響されることなく第１送風室２１ａの圧力の検知が可能となる。また、連通部２３から第２送風室２１ｂへと流れる気体の流れに対して直交する方向に第２圧力検知孔１７ｂが開口しているため、気体の流れに影響されることなく第２送風室２１ｂの圧力の検知が可能となる。
（変形例）
尚、上記各実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
なお、以下の説明において、上記実施形態と同じ構成部材については同じ符号を付してその説明の一部又は全てを省略する。また、説明に係わらない構成部材の符号を省略する場合がある。
・上記実施形態に対し、流体制御装置の構成を適宜変更してもよい。
図５に示す流体制御装置１０１は、隔壁１３の先端１３ａから延びる通路壁１０２を有している。この通路壁１０２とケース１０の外壁１１ｂとの間が連通部１０３となる。このように延びる連通部１０３によって、第１送風室２１ａから第２送風室２１ｂへと流れる気体の流れが安定するため、第１送風室２１ａと第２送風室２１ｂにおける圧力を安定して検出することができる。また、このように延びる連通部１０３によって第２送風室２１ｂから第１送風室２１ａと伝わる音が低減され、流体制御装置１０１の静粛性を高くすることができる。
図６に示す流体制御装置１１１は、ケース１１２を上下方向に区画する区画壁１１３を有し、その区画壁１１３によりケース１１２の下方に配設された送風室２１と、ケース１１２の上方に配設された制御室２２とを有している。送風室２１は、隔壁１３により第１送風室２１ａと第２送風室２１ｂとに区画されている。そして、第１送風室２１ａの圧力を検出するための第１圧力検知孔１７ａは、第１送風室２１ａと制御室２２との間の区画壁１１３ａ、つまり第１送風室２１ａの天井面に形成されている。同様に、第２送風室２１ｂの圧力を検出するための第２圧力検知孔１７ｂは、第２送風室２１ｂと制御室２２との間の区画壁１１３ｂ、つまり第２送風室２１ｂの天井面に形成されている。なお、第１送風室２１ａ及び第２送風室２１ｂを制御室２２の上側に配置した構成としてもよい。
図７に示す流体制御装置１２１は、第１送風室２１ａと、第１送風室２１ａの上に配設された第２送風室２１ｂとを有している。そして、第１送風室２１ａ及び第２送風室２１ｂの側方（図７では左側）に制御室２２が配設されている。第１送風室２１ａと第２送風室２１ｂを上下に区画する隔壁１２２に、第１送風室２１ａと第２送風室２１ｂとを連通する連通部１２３が形成されている。なお、第１送風室２１ａの下に第２送風室２１ｂを配設するようにしてもよい。
図８に示す流体制御装置１３１は、第２送風室２１ｂに隣接する第３送風室１３２を有している。第２送風室２１ｂと第３送風室１３２との間の隔壁１３３には、挿通孔１３４が形成され、その挿通孔１３４にファンユニット３０の排出部３１ｂが挿入されている。第３送風室１３２を形成する外壁１３５ａには、排出口１３６が外壁１３５ａを貫通して形成されるとともに、外壁１３５ａから突出する排気ポート１３７が形成されている。この排気ポート１３７にチューブ８１（図２参照）が接続される。
なお、第３送風室１３２を形成する外壁１３５ｂに排出口１３６及び排気ポート１３７を配設してもよい。また、第３送風室１３２に圧力センサ５３を配設し、流体制御装置１３１から排出する気体の圧力を検出するようにしてもよい。
・上記実施形態では、差圧センサ４１を用いて第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力との差圧を検出するようにした。これに対し、同じ特性を有する２つの圧力センサを用いて第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力とをそれぞれ検出し、それぞれの圧力の差圧を得るようにしてもよい。
・上記実施形態では、第１送風室２１ａ及び第２送風室２１ｂと制御室２２との間の区画壁１２ａ，１２ｂに圧力検出のための第１圧力検知孔１７ａと第２圧力検知孔１７ｂを形成したが、少なくとも一方の圧力検知孔を他の場所に形成するようにしてもよい。例えば、図１に示す第１送風室２１ａと第２送風室２１ｂとの間の隔壁１３に圧力検知孔を形成してもよい。この場合、圧力検知孔と差圧センサとを接続する一方の検出チューブを第１送風室２１ａ、第２送風室２１ｂに露出するようにしてもよい。また、検出チューブを隔壁１３に埋設するようにしてもよい。また、例えば隔壁１３を２重構造とし、２つの隔壁１３の間に検出チューブを配設してもよい。
・上記実施形態では、流体として気体（例えば空気）を供給する場合について説明したが、他にも霧状の液体を含む気体−液体混合物等を供給する場合に用いられてもよい。また、上記実施形態では、流体制御装置１はチューブ８１とマスク８２を介して患者８３と接続しているが、当該マスク８２に替えてカニューレが用いられてもよい。
・上記実施形態の流体制御装置は、例えば持続陽性気道圧装置として用いる例を示したが、その他の用途に用いるようにしてもよい。その他の用途としては、例えば種々の人工呼吸器があげられる。種々の人工呼吸器としては、例えばＢＩＰＡＰ（Bilevel Positive Airway Pressure）やＰＳＶ（圧支持換気：Pressure Support Ventilation）などがあげられる。
・上記実施形態では、制御ユニット４０は、差圧から気体の流量を推定または差圧を気体の流量に変換するように構成されるが、制御ユニット４０は、差圧から気体の流量を算出または推定しなくてもよい。
限定を意図するものではないが、例えば、制御ユニット４０は、差圧に直接基づいてファン３２の回転数を制御するように構成されてよい。
限定を意図するものではないが、例えば、制御ユニット４０は、第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力とを比較し、第１送風室２１ａの圧力が第２送風室２１ｂの圧力より高いことを示す場合に、患者８３が吸気タイミングであると推定し、第１送風室２１ａの圧力が第２送風室２１ｂの圧力より低い場合、患者８３が呼気タイミングであると推定するように構成されてよい。
限定を意図するものではないが、例えば、制御ユニット４０は、第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力とを比較し、第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力との差が所定の値Ｐｔｈより高い場合、患者８３が吸気タイミングであると推定し、第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力との差が当該所定の値Ｐｔｈより低い場合、患者８３が呼気タイミングであると推定するように構成されてよい。
限定を意図するものではないが、例えば、制御ユニット４０は、第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力との差圧の値に応じてファン３２の回転数の増減を決定するように構成されてよい。例えば、この制御ユニット４０は、第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力とを比較し、第１送風室２１ａの圧力が第２送風室２１ｂの圧力より高い場合、ファン３２の回転数を増加させる制御を行い、第１送風室２１ａの圧力が第２送風室２１ｂの圧力より低い場合、ファン３２の回転数を減少させる制御を行うように構成されてよい。
限定を意図するものではないが、例えば、制御ユニット４０は、第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力とを経時的に比較することにより、患者の呼吸状態を確認するように構成されてよい。
限定を意図するものではないが、例えば、制御ユニット４０は、複数点における第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力との差圧の変化を比較することにより、患者の呼吸状態を確認するように構成されてよい。
限定を意図するものではないが、例えば、制御ユニット４０は、第１送風室２１ａの圧力と第２送風室２１ｂの圧力との差圧の平均値ＭＰ２１が所定の値Ｍｔｈ（第２の基準値またはリーク判定値）より大きい場合、マスク８２等からのエアリークが発生していると判断するように構成されてよい。
したがって、いくつかの例では、制御ユニット４０は、流量値変換部６１を有しておらず、呼気タイミング判定部６２が差圧センサ４１により得られた差圧に基づいて呼気タイミングを判定するように構成される。別のいくつかの例では、制御ユニット４０は、流量値変換部６１及び呼気タイミング判定部６２を有しておらず、圧力指令発生器６３が差圧センサ４１により得られた差圧に基づいて圧力指令値を生成するように構成される。
制御ユニット４０は、上記した機能の全てを実施可能に構成されてもよく、または上記した機能のうちの一つまたはいくつかを実施可能に構成されてもよい。限定を意図するものではないが、例えば、制御ユニット４０は、上記した機能のうちの一つまたはいくつかまたは全てを実現するように構成されるコンピュータプログラムを実行するコンピュータプロセッサを備えることができる。
・制御ユニット４０は、差圧センサ４１による検知結果に加え、各種センサによる検知結果に基づいてファン３２を回転駆動するように構成されてもよい。
１…流体制御装置、１０…ケース、１２，１２ａ，１２ｂ…区画壁、１３…隔壁、１４…吸入口、１７ａ…第１圧力検知孔（第１圧力検知部）、１７ｂ…第２圧力検知孔（第２圧力検知部）、２１ａ…第１送風室、２１ｂ…第２送風室、２３…連通部、３０…ファンユニット、３１…ファンケース、３２…ファン、４０…制御ユニット（制御部）、４１…差圧センサ（差圧検知部）。

Claims (9)

  1. 第１孔と第２孔とを有し、ファンを回転駆動して前記第１孔と前記第２孔との間で流体を流通させるＣＰＡＰ装置であって、
    前記ファンと、前記ファンを収容するファンケースとを有するファンユニットと、
    前記ファンを駆動制御する制御ユニットと、
    前記第１孔により外部と連通する第１送風室と、前記ファンユニットを収容する第２送風室と、前記第１送風室と前記第２送風室とを連通する連通部と、を有するケースと、
    前記第１送風室の内部の圧力と前記第２送風室の内部の圧力との差圧を検知する差圧検知部と、を有し、
    前記ケースの内部には、前記第１送風室と前記第２送風室とを区画し、前記連通部を形成する隔壁が形成されている、ＣＰＡＰ装置。
  2. 前記第１孔を通り前記第１孔の開口方向に延びる仮想直線上に、前記隔壁が位置している、請求項１に記載のＣＰＡＰ装置。
  3. 前記差圧検知部が、
    前記第１送風室の内部の圧力を検知するための第１圧力検知部と、
    前記第２送風室の内部の圧力を検知するための第２圧力検知部と、
    によって得られる前記第１送風室の内部の圧力と前記第２送風室の内部の圧力との差圧を検知する、請求項１または２に記載のＣＰＡＰ装置。
  4. 前記差圧検知部が、前記第１送風室の内部の圧力から前記第２送風室の内部の圧力を減算することにより前記差圧を検知し、
    前記制御ユニットは、前記差圧が所定の値と比較して正である場合は前記ファンの回転数を増加させる制御を行い、負である場合は前記ファンの回転数を減少させる制御を行う、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＣＰＡＰ装置。
  5. 前記差圧検知部が、前記第１送風室の内部の圧力から前記第２送風室の内部の圧力を減算することにより前記差圧を検知し、
    前記制御ユニットは、前記差圧が所定の値と比較して正である場合は前記第２孔に連通する患者の呼吸状態が吸気状態であり、負である場合は前記第２孔に連通する患者の呼吸状態が呼気状態であることを判断する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＣＰＡＰ装置。
  6. 前記ケースは、前記第１送風室及び前記第２送風室と隣接し前記制御ユニットを収容する制御室を有し、
    前記第１圧力検知部は、前記第１送風室と前記制御室との間の区画壁に形成され前記第１送風室側に開口する第１圧力検知孔であり、
    前記第２圧力検知部は、前記第２送風室と前記制御室との間の区画壁に形成され前記第２送風室側に開口する第２圧力検知孔である、請求項３に記載のＣＰＡＰ装置。
  7. 前記第１圧力検知孔は、前記第１孔の開口方向と直交する方向を開口方向として形成され、
    前記第２圧力検知孔は、前記連通部の開口方向と直交する方向を開口方向として形成されている、請求項６に記載のＣＰＡＰ装置。
  8. 前記制御ユニットは、前記差圧を前記流体の流量に変換し、前記流量に基づいて前記ファンを制御する、請求項１〜７のいずれか一項に記載のＣＰＡＰ装置。
  9. 前記制御ユニットは、前記流量に基づいて呼気タイミングを推定し、前記呼気タイミングに応じて前記ファンを制御して前記流体の圧力を変更する、請求項８に記載のＣＰＡＰ装置。
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