JP7291483B2 - フロー療法装置のための流路感知 - Google Patents

Description

本開示は、ガスを患者へ送るためのフロー療法装置における流路感知のための方法およびシステムに関する。本出願は、米国特許出願第６２／３３７，７９５号明細書および同第６２／５０７，０１３号明細書からの優先権を主張し、上記出願の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。

呼吸補助装置は、病院環境、医療施設環境、在宅看護環境または家庭環境などの様々な環境において、ガスフローをユーザまたは患者へ送るために用いられている。呼吸補助装置またはフロー療法装置は、酸素をガスフローとともに送るために用いられる弁、および／または加熱されかつ加湿されたガスを送るための加湿装置を含み得る。フロー療法装置は、流量、温度、ガス濃度、湿度、圧力などを含むガスフローの特性の調整および制御を可能にし得る。ガスのこれらの特性を測定するために、加熱温度感知要素および／またはサーミスタなどのセンサが用いられる。

本開示は、非密閉システムまたは密閉システムにおいてガスフローを患者に提供するために用いられ得るフロー療法装置を記載する。呼吸ガスのフローは、患者の検出された呼吸サイクルに基づいて調整することができる。患者の呼吸サイクルは、流量、送風機モータ速度および／またはシステム圧力など、１つ以上の測定されたパラメータを用いて決定され得る。フロー供給源は、患者の呼吸サイクルのものに基づく位相を有するように調整される周期波形を用いて制御することができ、それにより、フローは、患者が吸息および呼息するのに応じて調整される。

呼吸システムにおいて呼吸療法を実施するための方法が提供される。本方法は、制御信号を用いて送風機モータを駆動することであって、送風機モータは、患者への空気フローを発生させるように構成される、駆動することを含み得る。本方法は、患者の呼吸サイクルを検出することであって、少なくとも１つのフローセンサからの１つ以上のフロー測定値を含む第１のセンサ入力を受信すること、少なくとも１つの圧力センサからの１つ以上の圧力測定値または送風機モータに関連付けられた１つ以上のモータ速度測定値を含む第２のセンサ入力を受信すること、および少なくとも受信されたフロー測定値を用いて呼吸サイクル波形を発生させることであって、呼吸サイクル波形は、患者による複数の交互の吸気および呼気期間を含み得る、発生させることによる、検出することをさらに含み得る。本方法は、制御信号を呼吸サイクルと同期させることであって、呼吸サイクル波形の位相を識別すること、および制御信号と呼吸サイクル波形との間の規定の位相差を達成するために制御信号の位相を反復的に更新することであって、それにより、制御信号は、患者の吸気および呼気に基づいて送風機モータの速度を調整するように構成され得る、更新することによる、同期させることをさらに含み得る。本方法は、送風機モータによって受信される制御信号と、１つ以上のフロー測定値との間のシステム遅延に基づいて制御信号を位相変位させることをさらに含み得る。本方法は、制御信号が呼吸サイクル波形を設定時間量だけ先取りすることができるように制御信号を位相変位させることをさらに含み得る。少なくとも１つのフローセンサは、超音波センサ組立体を含み得る。少なくとも１つのフローセンサは、加熱温度感知要素をさらに含み得る。制御信号は、呼吸サイクル波形に位相ロックされ得る。制御信号の大きさは、呼吸サイクル波形の振幅、正のフィードバックパラメータおよび負のフィードバックパラメータに少なくとも部分的に基づいて決定され得る。第２の入力センサは、送風機モータに関連付けられた１つ以上のモータ速度測定値であり得る。呼吸サイクル波形は、受信されたフローおよびモータ速度測定値を用いて発生され得る。呼吸サイクル波形は、受信されたフローおよびモータ速度測定値を用いて算出されたフローの制約に少なくとも部分的に基づいて発生され得る。呼吸サイクル波形は、算出された患者のフローに少なくとも部分的に基づいて発生され得、患者のフローは、受信されたフローおよびモータ速度測定値を用いて算出されたシステム漏出に基づき得る。モータ速度測定値は、１つ以上の送風機モータパラメータに少なくとも部分的に基づいて決定され得る。送風機モータは、ブラシレスＤＣモータを含み得る。患者の呼吸サイクルを検出することは、第３のセンサ入力を受信することを含み得、第３のセンサ入力は、少なくとも１つの圧力センサからの１つ以上の圧力測定値を含む。第２の入力センサは、少なくとも１つの圧力センサからの１つ以上の圧力測定値であり得る。呼吸療法を実施するための方法は、ハイフロー呼吸システムにおいて実施され得る。呼吸療法を実施するための方法は、非密閉呼吸システムにおいて実施され得る。呼吸療法を実施するための方法は、密閉呼吸システムにおいて実施され得る。本方法は、少なくとも１つの圧力センサからの１つ以上の圧力測定値に基づいて、システムの所定の圧力を達成するようにモータ速度を調整することをさらに含み得る。密閉呼吸システムは、非侵襲的換気マスクを含み得る。圧力センサは、非侵襲的換気マスクもしくは非侵襲的換気マスクを患者呼吸導管に接続するマニホールド内、または患者呼吸導管内、または呼吸システムのハウジング内に配置され得る。システムは、データを記憶するためのメモリを有し得る。記憶されるデータは、呼吸数、処置時間、モータ速度、流量および／または圧力を含み得る。メモリは、ＥＥＰＲＯＭであり得る。

呼吸療法装置が提供される。装置は、患者のための空気フローを発生させるための送風機であって、モータに関連付けられ、モータは、制御信号によって駆動されるように構成され得る、送風機を含み得る。装置は、少なくとも流量を測定するように構成された１つ以上のセンサであって、モータ速度または圧力を測定するようにさらに構成される１つ以上のセンサをさらに含み得る。装置は、制御システムであって、患者の呼吸サイクルを検出することであって、少なくとも１つのフローセンサからの１つ以上のフロー測定値を含む第１のセンサ入力を受信すること、少なくとも１つの圧力センサからの１つ以上の圧力測定値または送風機モータに関連付けられた１つ以上のモータ速度測定値を含む第２のセンサ入力を受信すること、および少なくとも受信されたフロー測定値を用いて呼吸サイクル波形を発生させることであって、呼吸サイクル波形は、患者による複数の交互の吸気および呼気期間を含み得る、発生させることによる、検出することを行うように構成された制御システムをさらに含み得る。制御システムは、制御信号を呼吸サイクルと同期させることであって、呼吸サイクル波形の位相を識別すること、および制御信号と呼吸サイクル波形との間の規定の位相差を達成するために制御信号の位相を反復的に更新することであって、それにより、制御信号は、患者の吸気および呼気に基づいて送風機モータの速度を調整するように構成され得る、更新することによる、同期させることを行うようにさらに構成され得る。制御信号は、送風機モータによって受信される制御信号と、感知される結果として生じた空気フローとの間のシステム遅延に基づいて制御信号を位相変位させるようにさらに構成され得る。制御信号は、制御信号が呼吸サイクル波形を設定時間量だけ先取りすることができるように制御信号を位相変位させるようにさらに構成され得る。少なくとも１つのフローセンサは、超音波センサ組立体を含み得る。少なくとも１つのフローセンサは、加熱温度感知要素をさらに含み得る。制御信号は、呼吸サイクル波形に位相ロックされ得る。呼吸サイクル波形は、患者の呼吸数を算出するために用いられ得る。制御信号の大きさは、呼吸サイクル波形の振幅、正のフィードバックパラメータおよび負のフィードバックパラメータに少なくとも部分的に基づいて決定され得る。第２の入力センサは、送風機モータに関連付けられた１つ以上のモータ速度測定値であり得る。呼吸サイクル波形は、受信されたフローおよびモータ速度測定値を用いて発生され得る。呼吸サイクル波形は、算出された患者のフローに少なくとも部分的に基づいて発生され得、患者のフローは、受信されたフローおよびモータ速度測定値を用いて算出されたシステム漏出に基づき得る。モータ速度測定値は、１つ以上の送風機モータパラメータに少なくとも部分的に基づいて決定され得る。送風機モータは、ブラシレスＤＣモータを含み得る。制御システムは、第３のセンサ入力を受信することによって呼吸サイクルを検出するように構成され得、第３のセンサ入力は、少なくとも１つの圧力センサからの１つ以上の圧力測定値を含む。第２の入力センサは、少なくとも１つの圧力センサからの１つ以上の圧力測定値であり得る。呼吸療法装置は、呼吸ハイフロー療法装置であり得る。呼吸療法装置は、非密閉呼吸システムにおける使用のために構成され得る。呼吸療法装置は、密閉呼吸システムにおける使用のために構成され得る。呼吸療法装置は、圧力センサからの１つ以上の圧力測定値に基づいて、密閉呼吸システムの所定の圧力を達成するようにモータ速度を調整するように構成され得る。呼吸療法装置は、非侵襲的換気マスクと結合されるように構成され得る。圧力センサは、非侵襲的換気マスクもしくは非侵襲的換気マスクを患者呼吸導管に接続するマニホールド内、または患者呼吸導管内、または呼吸療法装置のハウジング内に配置され得る。装置は、データを記憶するためのメモリを有し得る。記憶されるデータは、呼吸数、処置時間、モータ速度、流量および／または圧力を含み得る。メモリは、ＥＥＰＲＯＭであり得る。

患者の吸気および呼気に従って呼吸システムの流量を調整するための方法である。本方法は、プロセッサにおいて、制御信号に少なくとも部分的に基づいて供給源によって発生された空気フローの流量に対応する第１の入力を受信することと、プロセッサにおいて、少なくとも第２の入力を受信することと、プロセッサにより、第１の入力および第２の入力に少なくとも部分的に基づいて患者の予測呼吸サイクルを決定することとを含む。本方法は、正のフィードバックパラメータを用いて、予測呼吸サイクルの振幅に少なくとも部分的に基づいて制御信号を調整することをさらに含み得る。本方法は、負のフィードバックパラメータを用いて、予測呼吸サイクルの振幅に少なくとも部分的に基づいて制御信号を調整することをさらに含み得る。本方法は、供給源のための制御信号を調整することをさらに含み得、制御信号を調整することは、予測呼吸サイクルと照らし合わせて制御信号に対する少なくとも１回の位相ロックループの反復を行うことを含み、それにより、制御信号の位相は、規定の位相差によって予測呼吸サイクルの位相に実質的に一致し得る。第２の入力は、供給源に関連付けられたモータの速度に対応し得る。本方法は、第３の入力を受信することをさらに含み、第３の入力は、圧力を含む。第２の入力は、圧力に対応し得る。制御信号を調整することは、予測呼吸サイクルに対して制御信号を位相変位させることをさらに含み得る。制御信号を調整することは、システム遅延に少なくとも部分的に基づいて、予測呼吸サイクルに対して制御信号を位相変位させることをさらに含み得る。制御信号を調整することは、予測呼吸サイクルを指定量だけ先取りするために、予測呼吸サイクルに対して制御信号を位相変位させることをさらに含み得る。本方法は、非密閉呼吸システムまたは密閉呼吸システムにおいて用いられ得る。システムは、データを記憶するためのメモリを有し得る。記憶されるデータは、呼吸数、処置時間、モータ速度、流量および／または圧力を含み得る。メモリは、ＥＥＰＲＯＭであり得る。

患者の吸気および呼気に従って流量を調整するように構成されたシステムが提供される。システムは、制御信号に少なくとも部分的に基づいて空気フローを発生させるように構成された供給源を含み得る。システムは、プロセッサをさらに含み得、プロセッサは、空気フローの流量に対応する第１の入力を受信することと、少なくとも第２の入力を受信することと、第１の入力および第２の入力に少なくとも部分的に基づいて患者の予測呼吸サイクルを決定することとを行うように構成される。プロセッサは、正のフィードバックパラメータを用いて、予測呼吸サイクルの振幅に少なくとも部分的に基づいて制御信号を調整するように構成され得る。プロセッサは、負のフィードバックパラメータを用いて、予測呼吸サイクルの振幅に少なくとも部分的に基づいて制御信号を調整するように構成され得る。プロセッサは、供給源のための制御信号を調整するようにさらに構成され得、制御信号を調整することは、予測呼吸サイクルと照らし合わせて制御信号に対する少なくとも１回の位相ロックループの反復を行うことを含み得、それにより、制御信号の位相は、規定の位相差によって予測呼吸サイクルの位相に実質的に一致し得る。制御信号を調整することは、予測呼吸サイクルに対して制御信号を位相変位させることをさらに含み得る。制御信号は、システム遅延に少なくとも部分的に基づいて、予測呼吸サイクルに対して位相変位され得る。制御信号は、予測呼吸サイクルを指定量だけ先取りするために、予測呼吸サイクルに対して位相変位され得る。プロセッサは、患者の予測呼吸サイクルに少なくとも部分的に基づいて患者の呼吸数を算出するようにさらに構成され得る。第２の入力は、供給源に関連付けられたモータの速度に対応し得る。プロセッサは、第３の入力を受信するように構成され得、第３の入力は、圧力を含む。第２の入力センサは、圧力に対応し得る。システムは、ハイフロー呼吸システムを含み得る。システムは、非密閉呼吸システムであり得る。システムは、密閉呼吸システムであり得る。少なくとも１つの圧力センサからの１つ以上の圧力測定値に基づいて、システムの所定の圧力を達成するようにモータ速度を調整するように構成された呼吸療法装置である。システムは、非侵襲的換気マスクを含み得る。圧力センサは、非侵襲的換気マスクもしくは非侵襲的換気マスクを患者呼吸導管に接続するマニホールド内、または患者呼吸導管内、または呼吸システムのハウジング内に配置され得る。システムは、データを記憶するためのメモリを有し得る。記憶されるデータは、呼吸数、処置時間、モータ速度、流量および／または圧力を含み得る。メモリは、ＥＥＰＲＯＭであり得る。

呼吸補助装置のための制御波形を調整するための方法が提供される。本方法は、患者の呼吸サイクルを検出することと、制御波形を、検出された呼吸サイクルと同期させることと、検出された呼吸サイクルに対して制御波形を位相変位させることとを含み得る。制御波形は、呼吸サイクルに対して規定の位相差を有するように位相変位され得る。制御波形を、検出された呼吸サイクルと同期させることは、正のフィードバックを用いて呼吸サイクルを増強することを含み得る。制御波形を、検出された呼吸サイクルと同期させることは、負のフィードバックを用いて呼吸サイクルを調節することを含み得、負のフィードバックは、呼吸サイクルの大きさが閾値量を満たすときに呼吸サイクルに適用され得る。制御波形は、検出された呼吸サイクルに対する位相ロックループであり得る。位相ロックループは、サイクルごとに、制御波形と検出された呼吸サイクルとの間の誤差を漸進的に低減し得る。制御波形は、呼吸補助装置に関連付けられたシステム遅延を補償するための量だけ位相変位され得る。制御波形は、呼吸サイクルを先取りするための量だけ位相変位され得る。呼吸補助装置は、少なくとも１つのフローセンサを含み得る。少なくとも１つのフローセンサは、超音波センサ組立体を含み得る。少なくとも１つのフローセンサから流量フィードバックが受信され得る。呼吸補助装置は、送風機を含み得る。送風機は、モータを含み得る。送風機モータからモータ速度フィードバックが受信され得る。モータは、センサレスフィードバックを提供するように構成され得るブラシレスＤＣモータであり得る。モータは、低慣性モータであり得る。本方法は、位相変位された制御波形を用いて送風機モータを駆動することをさらに含み得る。呼吸補助装置は、モータを含む送風機と、少なくとも１つのフローセンサとを含み得、本方法は、モータおよび少なくとも１つのフローセンサからのフィードバック変数を受信することをさらに含み得、受信されたモータおよびフローセンサのフィードバック変数は、呼吸サイクル波形を生成するために組み合わせて計算され得る。送風機モータからモータ速度フィードバックが受信され得る。モータからのフィードバックは、システム圧力の指示を含み得る。呼吸システムは、圧力センサを含み得る。受信された圧力およびフローセンサフィードバック変数は、呼吸サイクル波形を生成するために組み合わせて計算され得る。受信された圧力、モータおよびフローセンサフィードバック変数は、呼吸サイクル波形を生成するために組み合わせて計算され得る。呼吸療法を実施するための方法は、ハイフロー呼吸システムにおいて実施され得る。呼吸療法を実施するための方法は、非密閉呼吸システムにおいて実施され得る。呼吸療法を実施するための方法は、密閉呼吸システムにおいて実施され得る。本方法は、圧力センサによる圧力測定値に基づいて、システムの所定の圧力を達成するようにモータ速度を調整することをさらに含み得る。密閉呼吸システムは、非侵襲的換気マスクを含み得る。圧力センサは、非侵襲的換気マスクもしくは非侵襲的換気マスクを患者呼吸導管に接続するマニホールド内、または患者呼吸導管内、または呼吸システムのハウジング内に配置され得る。システムは、データを記憶するためのメモリを有し得る。記憶されるデータは、呼吸数、処置時間、モータ速度、流量および／または圧力を含み得る。メモリは、ＥＥＰＲＯＭであり得る。

患者の吸気および呼気に従って流量を調整するように構成された呼吸補助装置が提供される。装置は、モータを含む送風機を含み得る。装置は、流量を測定するための少なくとも１つのセンサをさらに含み得る。装置は、プロセッサをさらに含み得、プロセッサは、少なくとも流量に基づいて患者の吸気および呼気の予測サイクルを決定することと、患者の呼吸に従って呼吸ガスのフローを調整することとを行うように構成される。少なくとも１つのセンサは、第１の超音波トランスデューサおよび第２の超音波トランスデューサを含み得る。少なくとも１つのセンサは、加熱温度感知要素を含み得る。少なくとも１つのセンサは、第１の超音波トランスデューサおよび第２の超音波トランスデューサならびに加熱温度感知要素の両方を含み得る。呼吸ガスのフローは、正および負のフィードバックの両方を用いる双安定系に少なくとも部分的に基づいて調整され得る。プロセッサは、流量および送風機モータ速度を指示する信号に基づいて患者の吸気および呼気の予測サイクルを決定し得、モータは、送風機モータ速度を指示する信号を提供するように構成される。呼吸補助装置は、圧力を測定するための圧力センサをさらに含み得る。プロセッサは、流量および圧力に基づいて患者の吸気および呼気の予測サイクルを決定し得る。プロセッサは、流量、モータ速度および圧力に基づいて患者の吸気および呼気の予測サイクルを決定し得る。呼吸補助装置は、ハイフロー呼吸補助装置であり得る。呼吸療法装置は、非密閉呼吸システムにおける使用のために構成され得る。呼吸療法装置は、密閉呼吸システムにおける使用のために構成され得る。呼吸療法装置は、圧力センサによって測定された圧力に基づいて、密閉呼吸システムの所定の圧力を達成するようにモータ速度を調整するように構成され得る。呼吸療法装置は、非侵襲的換気マスクと結合されるように構成され得る。圧力センサは、非侵襲的換気マスクもしくは非侵襲的換気マスクを患者呼吸導管に接続するマニホールド内、または患者呼吸導管内、または呼吸補助装置のハウジング内に配置され得る。装置は、データを記憶するためのメモリを有し得る。記憶されるデータは、呼吸数、処置時間、モータ速度、流量および／または圧力を含み得る。メモリは、ＥＥＰＲＯＭであり得る。

患者の吸気および呼気に従って流量を調整するように構成されたシステムが提供される。システムは、送風機とプロセッサとを含み得る。プロセッサは、流量に対応する第１の入力および第２の入力を受信するように構成され得る。プロセッサは、第１の入力および第２の入力に基づいて患者の吸気および呼気の予測サイクルを決定することと、患者の吸気および呼気の予測サイクルに従って呼吸ガスのフローを調整することとを行うようにさらに構成され得る。流量は、第１の超音波トランスデューサおよび第２の超音波トランスデューサを用いて決定され得る。流量は、加熱温度感知要素を用いて決定され得る。流量は、第１および第２の超音波トランスデューサを加熱温度感知要素と組み合わせて用いて決定され得る。呼吸ガスのフローは、正および負のフィードバックの両方を用いる双安定系に少なくとも部分的に基づいて調整され得る。第２の入力は、送風機モータ速度を指示する信号を提供するように構成されたモータ速度フィードバック手段であり得る。プロセッサは、第３の入力を受信するように構成され得、第３の入力は、圧力を含む。第２の入力は、圧力センサからの圧力であり得る。システムは、ハイフロー呼吸システムであり得る。呼吸療法装置は、非密閉呼吸システムにおける使用のために構成され得る。呼吸療法装置は、密閉呼吸システムにおける使用のために構成され得る。呼吸療法装置は、圧力センサからの圧力に基づいて、密閉呼吸システムの所定の圧力を達成するようにモータ速度を調整するように構成され得る。呼吸療法装置は、非侵襲的換気マスクと結合されるように構成され得る。圧力センサは、非侵襲的換気マスクもしくは非侵襲的換気マスクを患者呼吸導管に接続するマニホールド内、または患者呼吸導管内、または呼吸療法装置のハウジング内に配置され得る。第２の入力は、モータフィードバックに加えて圧力であり得る。システムは、データを記憶するためのメモリを有し得る。記憶されるデータは、呼吸数、処置時間、モータ速度、流量および／または圧力を含み得る。メモリは、ＥＥＰＲＯＭであり得る。

患者の呼吸数を決定するように構成された呼吸システムが提供される。システムは、流量を測定するように構成された少なくとも１つのセンサと、呼吸システムを用いて患者の流量測定値を受信するために少なくとも１つのセンサと電気通信するように構成されたプロセッサとを含み得、プロセッサは、時間に対する流量測定値のプロットを自己相関させることによって患者の呼吸数を決定するようにさらに構成される。プロセッサは、時間に対する流量測定値のプロットの自己相関の１つ以上のピークまたはゼロ交差から呼吸サイクルを決定するように構成され得る。少なくとも１つのセンサは、第１の超音波トランスデューサおよび第２の超音波トランスデューサを含み得る。少なくとも１つのセンサは、加熱温度感知要素を含み得る。少なくとも１つのセンサは、第１の超音波トランスデューサおよび第２の超音波トランスデューサならびに加熱温度感知要素の両方を含み得る。プロセッサは、決定された呼吸数に少なくとも部分的に基づいて呼吸サイクル波形を発生させるように構成され得、呼吸サイクル波形は、患者による複数の交互の吸気および呼気期間を含み得る。システムは、患者のための空気フローを発生させるための送風機であって、モータに関連付けられ、モータは、制御信号によって駆動されるように構成され得る、送風機をさらに含み得る。送風機モータは、ブラシレスＤＣモータを含み得る。プロセッサは、制御信号を呼吸サイクルと同期させることであって、呼吸サイクル波形の位相を識別すること、および制御信号と呼吸サイクル波形との間の規定の位相差を達成するために制御信号の位相を反復的に更新することであって、それにより、制御信号は、患者の吸気および呼気に基づいて送風機モータの速度を調整するように構成され得る、更新することによる、同期させることを行うように構成され得る。プロセッサは、送風機モータによって受信された制御信号と、感知される結果として生じた空気フローとの間のシステム遅延に基づいて制御信号を位相変位させるようにさらに構成され得る。プロセッサは、制御信号が呼吸サイクル波形を設定時間量だけ先取りすることができるように制御信号を位相変位させるようにさらに構成され得る。プロセッサは、流量測定値および送風機モータに関連付けられたモータ速度測定値に基づいて呼吸サイクル波形を発生させるように構成され得る。モータ速度測定値は、１つ以上の送風機モータパラメータに少なくとも部分的に基づいて決定され得る。呼吸サイクル波形を発生させることは、流量測定値および圧力センサからの１つ以上の圧力測定値に基づき得る。呼吸サイクル波形を発生させることは、流量測定値、モータ速度測定値および圧力センサからの１つ以上の圧力測定値に基づき得る。呼吸システムは、呼吸ハイフロー療法装置を含み得る。呼吸システムは、非密閉呼吸システムであり得る。呼吸システムは、密閉呼吸システムであり得る。プロセッサは、圧力センサからの１つ以上の圧力測定値に基づいて、システムの所定の圧力を達成するようにモータ速度を調整するように構成され得る。呼吸システムは、非侵襲的換気マスクを含み得る。圧力センサは、非侵襲的換気マスクもしくは非侵襲的換気マスクを患者呼吸導管に接続するマニホールド内、または患者呼吸導管内、または呼吸システムのハウジング内に配置され得る。システムは、データを記憶するためのメモリを有し得る。記憶されるデータは、呼吸数、処置時間、モータ速度、流量および／または圧力を含み得る。メモリは、ＥＥＰＲＯＭであり得る。

呼吸システムを用いて患者の呼吸数を決定するための方法が提供される。本方法は、呼吸システムを用いて少なくとも１つのセンサから患者の流量測定値を受信することと、時間に対する流量測定値のプロットを自己相関させることと、自己相関から患者の呼吸数を決定することとを含み得る。患者の呼吸数を決定することは、自己相関における１つ以上のピークまたはゼロ交差から患者の呼吸サイクルを決定することをさらに含み得る。流量測定値は、第１の超音波トランスデューサおよび第２の超音波トランスデューサによって生成され得る。流量測定値は、加熱温度感知要素によって生成され得る。流量測定値は、第１の超音波トランスデューサおよび第２の超音波トランスデューサならびに加熱温度感知要素の両方によって生成され得る。本方法は、決定された呼吸数に少なくとも部分的に基づいて呼吸サイクル波形を発生させることであって、呼吸サイクル波形は、患者による複数の交互の吸気および呼気期間を含み得る、発生させることをさらに含み得る。呼吸システムは、患者のための空気フローを発生させるための送風機であって、モータに関連付けられ、モータは、制御信号によって駆動されるように構成され得る、送風機を含み得る。送風機モータは、ブラシレスＤＣモータを含む。本方法は、制御信号を呼吸サイクルと同期させることであって、呼吸サイクル波形の位相を識別すること、および制御信号と呼吸サイクル波形との間の規定の位相差を達成するために制御信号の位相を反復的に更新することであって、それにより、制御信号は、患者の吸気および呼気に基づいて送風機モータの速度を調整するように構成され得る、更新することによる、同期させることをさらに含み得る。同期させることは、送風機モータによって受信された制御信号と、患者によって感知される結果として生じた空気フローとの間のシステム遅延に基づいて制御信号を位相変位させることをさらに含み得る。同期させることは、制御信号が呼吸サイクル波形を設定時間量だけ先取りすることができるように制御信号を位相変位させることをさらに含み得る。本方法は、決定された呼吸数および送風機モータに関連付けられたモータ速度測定値に基づいて呼吸サイクル波形を発生させることをさらに含み得る。本方法は、１つ以上の送風機モータパラメータに基づいてモータ速度測定値を決定することをさらに含み得る。呼吸サイクル波形を発生させることは、決定された呼吸数および圧力センサからの１つ以上の圧力測定値に基づき得る。呼吸サイクル波形を発生させることは、決定された呼吸数、１つ以上の送風機モータパラメータおよび圧力センサからの１つ以上の圧力測定値に基づき得る。呼吸システムは、呼吸ハイフロー療法装置を含み得る。呼吸システムは、非密閉呼吸システムであり得る。呼吸システムは、密閉呼吸システムであり得る。プロセッサは、圧力センサからの圧力測定値に基づいて、システムの所定の圧力を達成するようにモータ速度を調整するように構成され得る。呼吸システムは、非侵襲的換気マスクを含み得る。圧力センサは、非侵襲的換気マスクもしくは非侵襲的換気マスクを患者呼吸導管に接続するマニホールド内、または患者呼吸導管内、または呼吸システムのハウジング内に配置され得る。システムは、データを記憶するためのメモリを有し得る。記憶されるデータは、呼吸数、処置時間、モータ速度、流量および／または圧力を含み得る。メモリは、ＥＥＰＲＯＭであり得る。

呼吸療法装置が提供される。呼吸療法装置は、患者のための空気フローを発生させるための送風機であって、モータに関連付けられ、モータは、制御信号によって駆動されるように構成され得る、送風機と、少なくとも流量を測定するように構成された１つ以上のセンサと、制御システムとを含み得、制御システムは、患者の呼吸サイクルを検出することであって、１つ以上のセンサからの１つ以上のフロー測定値を受信すること、少なくとも受信されたフローを用いて呼吸サイクル波形を発生させることであって、呼吸サイクル波形は、患者による複数の交互の吸気および呼気期間を含み得る、発生させること、および制御信号と呼吸サイクル波形との相互相関から制御信号と呼吸サイクル波形との間の位相差を識別することによる、検出することを行うように構成される。制御システムは、制御信号と呼吸サイクル波形との相互相関の１つ以上のピークまたはゼロ交差から位相差を決定するように構成され得る。制御システムは、制御信号を呼吸サイクルと同期させることであって、識別された位相差に基づいて制御信号と呼吸サイクル波形との間の所定の位相差を達成するために制御信号の位相を反復的に更新することであって、それにより、制御信号は、患者の吸気および呼気に基づいて送風機モータの速度を調整するように構成され得る、更新することによる、同期させることを行うように構成され得る。制御システムは、送風機モータによって受信された制御信号と、患者によって感知される結果として生じた空気フローとの間のシステム遅延に基づいて制御信号を位相変位させるようにさらに構成され得る。制御システムは、制御信号が呼吸サイクル波形を設定時間量だけ先取りすることができるように制御信号を位相変位させるようにさらに構成され得る。１つ以上のセンサは、超音波センサ組立体を含み得る。１つ以上のセンサは、加熱温度感知要素をさらに含み得る。制御信号は、呼吸サイクル波形に位相ロックされ得る。呼吸サイクル波形は、患者の呼吸数を算出するために用いられ得る。患者の呼吸数は、経時的な流量測定値の自己相関から算出され得る。サイクルは、自己相関における１つ以上のピークまたはゼロ交差から決定され得る。制御信号の大きさは、呼吸サイクル波形の振幅、正のフィードバックパラメータおよび負のフィードバックパラメータに少なくとも部分的に基づいて決定され得る。呼吸サイクル波形は、受信されたフローおよび送風機モータに関連付けられたモータ速度測定値に基づいて発生され得る。呼吸サイクル波形は、算出された患者のフローに少なくとも部分的に基づいて発生され得、患者のフローは、受信されたフローおよび送風機モータに関連付けられたモータ速度測定値を用いて算出されたシステム漏出に基づく。モータ速度測定値は、１つ以上の送風機モータパラメータに少なくとも部分的に基づいて決定され得る。送風機モータは、ブラシレスＤＣモータを含み得る。制御システムは、受信されたフローおよび圧力センサからの１つ以上の圧力測定値に基づいて呼吸サイクル波形を発生させるように構成され得る。制御システムは、受信されたフロー、送風機モータに関連付けられたモータ速度測定値および圧力センサからの１つ以上の圧力測定値に基づいて呼吸サイクル波形を発生させるように構成され得る。呼吸療法装置は、呼吸ハイフロー療法装置であり得る。呼吸療法装置は、非密閉呼吸システムにおける使用のために構成され得る。呼吸療法装置は、密閉呼吸システムにおける使用のために構成され得る。呼吸療法装置は、圧力センサからの圧力測定値に基づいて、密閉呼吸システムの所定の圧力を達成するようにモータ速度を調整するように構成され得る。呼吸療法装置は、非侵襲的換気マスクと結合されるように構成され得る。圧力センサは、非侵襲的換気マスクもしくは非侵襲的換気マスクを患者呼吸導管に接続するマニホールド内、または患者呼吸導管内、または呼吸療法装置のハウジング内に配置され得る。システムは、データを記憶するためのメモリを有し得る。記憶されるデータは、呼吸数、処置時間、モータ速度、流量および／または圧力を含み得る。メモリは、ＥＥＰＲＯＭであり得る。

呼吸システムにおいて呼吸療法を実施するための方法が開示される。本方法は、制御信号を用いて送風機モータを駆動することであって、送風機モータは、患者への空気フローを発生させるように構成される、駆動することと、患者の呼吸サイクルを検出することであって、少なくとも１つのフローセンサからの１つ以上のフロー測定値を受信すること、および少なくとも受信されたフローを用いて呼吸サイクル波形を発生させることであって、呼吸サイクル波形は、患者による複数の交互の吸気および呼気期間を含み得る、発生させることによる、検出することと、制御信号と呼吸サイクル波形との相互相関から制御信号と呼吸サイクル波形との間の位相差を識別することとを含み得る。識別することは、制御信号と呼吸サイクル波形との相互相関の１つ以上のピークまたはゼロ交差から位相差を決定することを含み得る。本方法は、制御信号を呼吸サイクルと同期させることであって、識別された位相差に基づいて制御信号と呼吸サイクル波形との間の所定の位相差を達成するために制御信号の位相を反復的に更新することであって、それにより、制御信号は、患者の吸気および呼気に基づいて送風機モータの速度を調整するように構成され得る、更新することによる、同期させることをさらに含み得る。同期させることは、送風機モータによって受信された制御信号と、患者によって感知される結果として生じた空気フローとの間のシステム遅延に基づいて制御信号を位相変位させることをさらに含み得る。同期させることは、制御信号が呼吸サイクル波形を設定時間量だけ先取りすることができるように制御信号を位相変位させることをさらに含み得る。少なくとも１つのフローセンサは、超音波センサ組立体を含み得る。少なくとも１つのフローセンサは、加熱温度感知要素を含み得る。本方法は、制御信号を呼吸サイクル波形に位相ロックすることをさらに含み得る。呼吸サイクル波形は、患者の呼吸数を算出するために用いられ得る。検出することは、経時的な流量測定値の自己相関から患者の呼吸数を算出することをさらに含み得る。患者の呼吸サイクルは、自己相関における１つ以上のピークまたはゼロ交差から決定され得る。制御信号の大きさは、呼吸サイクル波形の振幅、正のフィードバックパラメータおよび負のフィードバックパラメータに少なくとも部分的に基づいて決定され得る。呼吸サイクル波形は、１つ以上のフロー測定値および送風機モータに関連付けられたモータ速度測定値に基づいて発生され得る。呼吸サイクル波形は、受信されたフローおよび送風機モータに関連付けられたモータ速度測定値を用いて算出されたフローの制約に少なくとも部分的に基づいて発生され得る。呼吸サイクル波形は、算出された患者のフローに少なくとも部分的に基づいて発生され得、患者のフローは、受信されたフローおよびモータ速度測定値を用いて算出されたシステム漏出に基づき得る。モータ速度測定値は、１つ以上の送風機モータパラメータに少なくとも部分的に基づいて決定され得る。送風機モータは、ブラシレスＤＣモータを含み得る。呼吸サイクル波形は、受信されたフローおよび圧力センサからの１つ以上の圧力測定値に基づいて発生され得る。呼吸サイクル波形は、１つ以上のフロー測定値、送風機モータに関連付けられたモータ速度測定値および圧力センサからの１つ以上の圧力測定値に基づいて発生され得る。本方法は、ハイフロー呼吸システムにおいて実施され得る。本方法は、非密閉呼吸システムにおいて実施され得る。呼吸療法を実施するための方法は、密閉呼吸システムにおいて実施され得る。本方法は、圧力センサからの圧力測定値に基づいて、システムの所定の圧力を達成するようにモータ速度を調整することをさらに含み得る。密閉呼吸システムは、非侵襲的換気マスクを含み得る。圧力センサは、非侵襲的換気マスクもしくは非侵襲的換気マスクを患者呼吸導管に接続するマニホールド内、または患者呼吸導管内、または呼吸システムのハウジング内に配置され得る。システムは、データを記憶するためのメモリを有し得る。記憶されるデータは、呼吸数、処置時間、モータ速度、流量および／または圧力を含み得る。メモリは、ＥＥＰＲＯＭであり得る。

フロー療法装置の形態の例示的な呼吸補助装置を概略的な形式で示す。 呼吸補助システムの構成要素と対話し、かつ／またはそれらに制御および指示を提供する制御システムの例示的なブロック図を示す。 呼吸補助システムの構成要素と対話し、かつ／またはそれらに制御および指示を提供する制御システムの例示的なブロック図を示す。 例示的なコントローラのブロック図を示す。 例示的なモータ／センサモジュールのブロック図を示す。 フロー療法装置の動作を調整するための例示的なプロセスのフローチャートを示す。 流量を決定するための例示的なプロセスのフローチャートを示す。 フロー療法装置のための呼吸サイクルの増強を行うための例示的なシステムのブロック図を示す。 フロー療法装置のための位相ロック制御ループを実施するための例示的なシステムのブロック図を示す。 患者の呼吸サイクルを補助するための例示的なプロセスのフローチャートを示す。 患者の呼吸サイクル波形および制御信号波形の例示的なチャートを示す。 送風機モータの制御信号を、患者の感知された呼吸サイクルとの位相ロックループとして実施するための例示的なプロセスのフローチャートを示す。 システム遅延を補償するために制御信号を位相変位させるための例示的なプロセスのフローチャートを示す。 システム遅延を補償するために制御信号を更新することを示すチャートを示す。 患者の呼吸サイクル波形を先取りするために、位相変位された制御信号を構成するための例示的なプロセスのフローチャートを示す。 患者の呼吸サイクルおよび位相変位された制御ループの例示的なチャートを示す。 システムによって測定された患者の生の流量読み値の例示的なチャートを示す。 図１４Ａの生の流量読み値の自己相関の例示的なチャートを示す。

図１にフロー療法装置１０が示される。概して、装置１０は、モータ／インペラ機構の形態のフロー発生器１１、任意選択的な加湿器１２、コントローラ１３、およびユーザインターフェース１４（例えば、ディスプレイおよびボタン、タッチスクリーンもしくは同様のものなどの入力デバイスを含む）を包含する主ハウジング１００を含み得る。コントローラ１３は、患者へ送るためのガスのフロー（ガスフロー）を作り出すようにフロー発生器１１を動作させ、発生されたガスフローを加湿および／または加熱するように加湿器１２（存在する場合）を動作させ、装置１０の再構成および／またはユーザ定義動作のためのユーザインターフェース１４からのユーザ入力を受信し、情報を（例えば、ディスプレイ上で）ユーザへ出力することを含む、装置の構成要素の制御を行うように構成またはプログラムされる。ユーザは、患者、医療専門家または装置を使用することに関与する他の任意の者であり得る。

患者呼吸導管１６がフロー療法装置１０のハウジング１００内のガスフロー出力２１に結合され、マニホールド１９および鼻プロング１８を有する鼻カニューレなどの患者インターフェース１７に結合される。追加的にまたは代替的に、患者呼吸導管１６は、フェイスマスクに結合することができる。加湿され得るガスフローは、フロー療法装置１０によって発生され、患者導管１６を介してカニューレ１７を通して患者へ送られる。患者導管１６は、患者へ通過するガスフローを加熱するための加熱器ワイヤ１６ａを有することができる。加熱器ワイヤ１６ａは、コントローラ１３の制御下にある。患者導管１６および／または患者インターフェース１７は、フロー療法装置１０の一部または代替的にその周辺装置と見なすことができる。フロー療法装置１０、呼吸導管１６、および患者インターフェース１７が全体としてフロー療法システムを形成する。

次に、フロー療法呼吸装置１０の一般的動作を説明する。コントローラ１３は、所望の流量のガスフローを発生させるようにフロー発生器１１を制御し、ガス混合を制御するように１つ以上の弁を制御し（例えば、Ｏ_２制御）、かつ／または存在する場合には加湿器１２を、ガスフローを加湿し、および／またはガスフローを適切なレベルまで加熱するように制御することができる。ガスフローは、患者導管１６およびカニューレ１７を通して患者まで出るように誘導される。コントローラ１３はまた、所望の治療レベルおよび／または患者のための快適レベルを達成する所望の温度にガスを加熱するように加湿器１２内の加熱要素および／または患者導管１６内の加熱要素１６ａを制御することができる。コントローラ１３は、ガスフローの好適な目標温度を用いてプログラムすることができるか、またはそれを決定することができる。

フロー療法装置１０内の様々な場所において、フローセンサ、温度センサ、湿度センサ、および／または圧力センサなどの動作センサ３ａ、３ｂ、３ｃを配置することができる。患者導管１６および／またはカニューレ１７上の様々な場所において、追加のセンサ（例えば、センサ２０、２５）が配置され得る（例えば、吸気管の端部またはその付近に温度センサが存在し得る）。センサからの出力は、コントローラ１３が、好適な治療を提供する方法でフロー療法装置１０を動作させることを補助するためにコントローラ１３によって受信され得る。好適な治療を提供することは、患者の吸気要求量を満たすことを含み得る。装置１０は、コントローラ１３がセンサからの信号８を受信し、かつ／または限定するものではないが、フロー発生器１１、加湿器１２、および加熱器ワイヤ１６ａ、またはフロー療法装置１０に関連付けられた付属装置もしくは周辺装置を含む、フロー療法装置１０の様々な構成要素を制御することを可能にするための送信器および／または受信器１５を有し得る。装置１０は、呼吸数、処置時間、モータ速度、流量、圧力、および同様のものなどのデータを記憶するためのメモリを有し得る。メモリは、例えば、ＥＥＰＲＯＭであり得る。追加的にまたは代替的に、送信器および／または受信器１５は、データを遠隔サーバへ送るかまたは装置１０の遠隔制御を可能にし得る。

フロー療法装置１０は、ハイフロー療法装置を含み得る。本明細書で使用するとき、「ハイフロー呼吸」療法は、比較的高い流量、例えば成人に対して少なくとも１５Ｌ／ｍｉｎ、または２０Ｌ／ｍｉｎ、または２５Ｌ／ｍｉｎ、または３０Ｌ／ｍｉｎ、または４０Ｌ／ｍｉｎ、または５０Ｌ／ｍｉｎ、または最大で１５０Ｌ／ｍｉｎにおける患者の気道へのガスの投与を含み得る。小児および幼児に対し、流量は、１Ｌ／ｍｉｎおよび最大で２５Ｌ／ｍｉｎ、または２Ｌ／ｍｉｎ、または３Ｌ／ｍｉｎ、または５Ｌ／ｍｉｎ、または１０Ｌ／ｍｉｎ、または１５Ｌ／ｍｉｎ、または２０Ｌ／ｍｉｎであり得る。ハイフロー療法は、ユーザの鼻孔へかつ／もしくは経口的に、または気管開口インターフェースを介して施され得る。ハイフロー療法は、意図されるユーザの最大吸気流量要求におけるまたはそれを超える流量でガスをユーザへ送り得る。高流量のガスが患者の気道に到達することは、患者の気道を洗い流すために有益であり得、これは、解剖学的死腔の容積を低減することができる。ハイフロー療法は、多くの場合、例えば、鼻カニューレなどの非密閉患者インターフェースを用いて送られる。鼻カニューレは、意図されるユーザの最大吸気流量要求を超える流量で呼吸ガスをユーザの鼻孔へ送るように構成され得る。

用語「非密閉患者インターフェース」は、本明細書で使用するとき、患者の気道と（フロー発生器１１などからの）正のガスフロー供給源との間の空気連結をもたらすインターフェース、および患者の気道を完全に閉塞しないものを指し得る。非密閉空気連結は、患者の気道の９５％未満の閉塞を含み得る。非密閉空気連結は、患者の気道の９０％未満の閉塞を含み得る。非密閉空気連結は、患者の気道の４０％～８０％の閉塞を含み得る。気道は、患者の鼻孔または口の１つ以上であり得る。

本明細書に記載されるシステムはまた、密閉患者インターフェースとともに用いられ得る。密閉患者インターフェースの非限定例としては、非侵襲的換気（ＮＩＶ）フルフェイスマスクおよび鼻マスクを挙げることができる。ＮＩＶマスクは、挿管または気管開口を必要とすることなく患者の呼吸を支援することができる。ＮＩＶマスクは、患者の顔に合った輪郭を有し、マスクと患者の顔との間の密閉適合をもたらす患者インターフェースを有することができる。

例示的なフロー療法装置のさらなる詳細は、２０１５年１２月２日に提出された「Ｆｌｏｗ Ｐａｔｈ Ｓｅｎｓｉｎｇ ｆｏｒ Ｆｌｏｗ Ｔｈｅｒａｐｙ Ａｐｐａｒａｔｕｓ」という名称の米国仮特許出願第６２／２６２，３２５号明細書に開示されている。上記の出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

制御システム
図２Ａは、患者の状態を検出し、ガス供給源を含むフロー療法装置の動作を制御することができる例示的な制御システム２２０のブロック図２００を示す。制御システム２２０は、ガスが患者へ送られる際、フロー療法装置を通って流れるガスの流量を管理することができる。例えば、制御システム２２０は、送風機（以下では「送風機モータ」とも呼ばれる）のモータ速度の出力２３０、またはブレンダ内の弁の出力２３２を制御することによって流量を増大または減少させることができる。制御システム２２０は、後述されるとおりの特定の患者のための流量の設定値または個人的値を自動的に決定することができる。流量は、制御システム２２０により、患者の快適性および治療を改善するために最適化され得る。

制御システム２２０はまた、音声出力および／またはディスプレイ／視覚出力２３８、２３９を生成することができる。例えば、フロー療法装置は、ディスプレイ３０８および／またはスピーカを含み得る。ディスプレイ３０８は、制御システム２２０によって発生された任意の警告または警報を医師に指示することができる。ディスプレイ３０８はまた、医師によって調整され得る制御パラメータを指示することができる。例えば、制御システム２２０は、特定の患者のための流量を自動的に推奨することができる。制御システム２２０はまた、限定するものではないが、患者の呼吸数を生成することを含め、患者の呼吸状態を決定しかつそれをディスプレイへ送ることができる。

制御システム２２０は、加熱要素の１つ以上を制御するために（例えば、患者へ送られるガスの温度設定点を維持するために）加熱器制御出力を変更することができる。制御システム２２０はまた、加熱要素の動作またはデューティサイクルを変更することができる。加熱器制御出力は、加熱器プレート制御出力２３４および加熱呼吸管制御出力２３６を含み得る。

制御システム２２０は、１つ以上の受信された入力２０１～２１６に基づいて出力２３０～２３９を決定することができる。入力２０１～２１６は、コントローラ３００（図２Ｂに示される）によって自動的に受信されたセンサ測定値に対応することができる。制御システム２２０は、限定するものではないが、温度センサ入力２０１、フローセンサ入力２０２、モータ速度入力２０３、圧力センサ入力２０４、ガス分画センサ入力２０５、湿度センサ入力２０６、パルスオキシメータ（例えば、ＳｐＯ_２）センサ入力２０７、記憶されたパラメータもしくはユーザパラメータ２０８、デューティサイクルもしくはパルス幅変調（ＰＷＭ）入力２０９、電圧入力２１０、電流入力２１１、音響センサ入力２１２、電力入力２１３、抵抗入力２１４、ＣＯ_２センサ入力２１５、および／または肺活量計入力２１６を含むセンサ入力を受信することができる。制御システム２２０は、ユーザからの入力またはメモリ３０４（図２Ｂに示される）内に記憶されたパラメータ値を受信することができる。制御システム２２０は、患者のための流量を彼らの治療の時間にわたって動的に調整することができる。制御システム２２０は、システムパラメータおよび患者パラメータを継続的に検出することができる。当業者は、本明細書における開示に基づいて、任意の他の好適な入力および／または出力を制御システム２２０とともに用い得ることを理解するであろう。

図２Ｂに示されるように、制御システム２２０は、胸腹非同期性（ＴＡＡ）センサ入力２０２、呼吸センサ入力２０４、呼吸仕事量（ＷＯＢ）センサ入力２０６、ＣＯ２および／または圧力センサ入力２０８、ユーザ入力および／または記憶された値２１０など、フロー療法装置の複数の構成要素からの入力を受信することができる。図２Ａに示される入力２０２～２１０の全てが存在しなくてもよい。図２Ｂにおける制御システム２２０は、入力２０２～２１０に基づいて加熱器制御出力２３０、流量制御出力２３２、およびディスプレイ／音声出力２３４を出力することができる。入力２０２～２１０および出力２３０～２３４は、必ずしも存在しなくてもよい。例えば、制御システム２２０は、ＥＭＧ入力２０６を受信し、流量制御測定値２３２を発生させるのみであり得る。構成に依存して、入力に対応する構成要素のいくつかは、フロー療法装置内に含まれなくてもよい。入力の欠如自体が、制御システム２２０により、入力条件またはシステム条件を決定するために用いられ得る。

コントローラ
制御システム２２０は、入力条件の検出および出力条件の制御のためのプログラム命令を含み得る。プログラム命令は、図２Ｂに示されるとおりのコントローラ３００のメモリ３０４内に記憶され得る。プログラム命令は、本明細書に記載される方法、プロセスおよび機能に対応することができる。制御システム２２０は、コントローラ３００の１つ以上のハードウェアプロセッサ３０２によって実行され得る。プログラム命令は、Ｃ、Ｃ＋＋、ＪＡＶＡ、または任意の他の好適なプログラミング言語で実装することができる。制御システム２２０の部分の一部または全ては、ＡＳＩＣおよびＦＰＧＡなどの特定用途向け回路機構３０６内に実装することができる。

図２Ｃは、例示的なコントローラ３００のブロック図を示す。コントローラは、メモリ３０４内に記憶された命令を実行することができるハードウェアプロセッサ３０２を含み得る。制御システム２２０は、プログラム命令としてメモリ３０４内に記憶され得る。コントローラはまた、センサ信号を受信するための回路３０６を含み得る。コントローラは、患者および呼吸補助システムのステータスを伝えるためのディスプレイ３０８をさらに含み得る。ディスプレイ３０８はまた、警告を示すことができる。コントローラはまた、ディスプレイ３０８などのユーザインターフェースを介してユーザ入力を受信することができる。ユーザインターフェースは、代替的にまたは追加的にボタンまたはダイアルを含み得る。

モータ／センサモジュール
図３は、フロー療法装置の一部として用いられ得るモータ／センサモジュール２０００のブロック図を示す。モータ／センサモジュールは、室内気を取り込んで患者へ送るための送風機２００１を含む。送風機２００１は、遠心送風機であり得る。

室内気は、入口ポート２００３を通して送風機２００１に入る室内気入口２００２に入る。入口ポート２００３は、加圧されたガスが送風機２００１に入ることができる弁２００４を含み得る。弁２００４は、送風機２００１内への酸素の流れを制御することができる。弁２００４は、比例弁または２値弁を含む任意の種類の弁であり得る。入口ポートは、弁を含まなくてもよい。

送風機２００１は、１，０００ＲＰＭ超かつ３０，０００ＲＰＭ未満、２，０００ＲＰＭ超かつ２５，０００ＲＰＭ未満、２０，０００ＲＰＭ超かつ２４，０００ＲＰＭ未満、または上述の値の任意のものの間のモータ速度で動作することができる。送風機２００１の動作は、入口ポート２００３を通して送風機２００１に入ったガスを混合する。混合がエネルギーを必要とするのに対し、送風機はエネルギーを与えるため、送風機２００１を混合機として用いることは、バッフルを含む静止型混合機などの別個の混合機を有するシステムにおいてさもなければ生じるであろう圧力降下を減少させることができる。

混合された空気は、導管２００５を通して送風機２００１から出て、測定チャンバ２００７内の流路２００６に入る。センサ２００８を有する回路板は、回路板がガスフロー内に浸されるように測定チャンバ２００７内に位置付けられている。回路板上のセンサ２００８は、フロー内のガス特性を測定するためにガスフロー内に位置付けられている。測定チャンバ２００７内の流路２００６を通過した後、ガスは、液体チャンバ３００へ出る（２００９）。

複合された送風機および混合機２００１の両方の下流にセンサ２００８を位置付けると、送風機および／または混合機の上流にセンサを位置付けるシステムよりも、酸素濃度を含むガス分画濃度の測定値などの測定値の精度を増大させることができる。このような位置付けは、繰り返し可能なフロープロファイルを与えることができる。さらに、送風機の前に感知が行われる場合、バッフルを有する静止型混合機などの別個の混合機が入口と感知システムとの間に必要とされるため、複合された送風機および混合機の下流にセンサを位置付けると、さもなければ生じるであろう圧力降下が回避される。混合機は、混合機間で圧力降下を生じさせる。送風機の後に感知を位置付けることは、送風機が混合機となることを可能にし、静止型混合機であれば圧力を低下させるであろうが、対照的に、送風機は圧力を増大させる。また、センサがフロー内に浸されることは、センサがガスフローと同じ温度になる可能性がより高くなり、したがってガス特性のより良好な表現を提供することを意味するため、回路板およびセンサ２００８を流路内に浸すことは、測定値の精度を増大させる。

測定チャンバ
図３に示されるように、測定チャンバ２００７は、モータ／センサモジュール２０００内の送風機２００１の下流に位置付けることができる。測定チャンバ２００７は、流路２００６を含み、回路板および１つ以上のセンサ２００８を保持するように設計される。

ガスフローは、フロー療法装置内の通過中に圧力降下を経験し得る。これは、エネルギーを散逸させ、したがって特定の流量に到達するシステム能力に影響を及ぼし得る。圧力損失は、流路の直線区間における摩擦のために、または経路内の曲がり、弁、収縮もしくは拡張などの直線経路からの逸脱から生じ得る。

流路２００６は、湾曲した形状を有する。ガスフローは、入口２１０３から入り、湾曲した流路２１０４に沿って流れ、流路２１０５の反対側において出る。入口および出口は、鉛直方向反対向きに位置付けられ得、ガスフローは、鉛直上方向に経路に入り、次に水平方向へ湾曲し、次に再び鉛直上方向へ湾曲し得る。流路は、急な曲がり角を有しなくてもよい。流路は、より直線の中間区間とともに、湾曲した端部を有し得る。流路は、流路の長さ全体を通じて一定の断面形状を維持することができる。流路は、流路の第１の端部から若干内向きに先細状になることができ、流路の第２の端部へと再び広がる。これは、測定値のより良好な精度、安定性および再現性のためにフローの速度を増大させることができる。流路の表面は、流路内の摩擦を低減するために表面改質剤／潤滑剤でライニングを施すことができる。湾曲した流路形状は、測定領域を流路と部分的に一致させることにより、フロー測定値の感度を低減することなくガスフローの圧力降下を低減することができる。多数の異なる流路構成を用いることができる。可能な流路構成の追加の例は、本明細書において参照される米国仮特許出願第６２／２６２，３２５号明細書に開示されている。

呼吸サイクルに基づくフローの調整
患者の呼吸をより良好に補助するために、患者の呼吸サイクルに基づいてフロー療法装置の動作を調整し得ることが有益であり得る。例えば、患者が吸息および呼息するのに従って、フロー療法装置によって提供される空気の流量が調整され得る。流量は、患者の吸気または呼気に基づいて調整することができる。例えば、流量は、患者の吸気中に増大され、患者の呼気中に減少され得る。流量は、患者の吸気中に調整され（例えば、吸気中に増大される）、患者の呼気中に調整を行わないかまたはその逆であり得る。吸気および呼気はまた、吸息および呼息と呼ばれる場合もある。

患者の呼吸サイクルは、交互の呼息位相および吸息位相を含む波形として表すことができる。患者の呼吸サイクル波形を決定し、監視することにより、患者の呼吸サイクルに基づいてフロー療法装置の動作を変更することができる。例えば、フロー療法装置は、患者の測定された呼吸サイクル波形に基づいて調整され得る周期波形を用いてガスフローを制御するように構成され得る。

図４は、フロー療法装置の動作を調整するための例示的なプロセスのフローチャートを示す。ブロック４０２において、制御信号を用いて、フロー療法装置（例えば、図１に示されるとおりのフロー発生器１１または図３に示される送風機２００１）に関連付けられた送風機モータを駆動する。送風機モータは、患者の呼吸を補助するために空気フローを発生させるように用いられ得る。制御信号は、初期波形を含み得る。初期波形は、省略時波形を含むか、または患者に関連付けられた１つ以上の測定値に基づき得る。

ブロック４０４において、患者の呼吸サイクルを決定するために用いられ得る複数の測定値を受信する。これらは、流量４０４ａ、モータ速度４０４ｂ、圧力４０４ｃ、および／または同様のものを含み得る。これらの種類の測定値の各々は、以下においてさらに詳細に説明されることになる。

ブロック４０６において、受信した測定値を用いて患者の予測呼吸サイクルを決定する。患者の予測呼吸サイクルは、フローの逸脱４０６ａ、フローの制約４０６ｂ、システム漏出４０６ｃ、および／または同様のものなどの１つ以上の異なる技法を用いて決定され得る。これらの異なる技法の各々は、以下においてさらに詳細に説明されることになる。

ブロック４０８において、予測呼吸サイクルに基づいて送風機モータへの制御信号を調整する。例えば、制御信号は、流量が、患者が吸息する際に増大され、かつ患者が呼息する際に減少されるように調整され得る。制御信号は、予測呼吸サイクルとの位相ロックループであるように構成され得る。これらの実装形態の各々は、以下においてさらに詳細に説明されることになる。

次に、プロセスは、ブロック４０２へ戻り得、ブロック４０２において、調整された制御信号を用いて、患者のための空気フローを生成するために送風機モータを駆動する。

システムパラメータの測定
上述されたように、患者の呼吸サイクルは、測定されたフロー、測定されたモータ速度、測定された圧力、またはこれらの組み合わせなど、複数の異なる測定値に少なくとも部分的に基づいて決定することができる。

ａ）フロー
フローは、システムを通した（例えば、送風機モータまたは他のフロー発生器から患者への）ガスのフローを指す。流量は、１つ以上のフローセンサを用いて測定され得る。例えば、流量は、加熱温度感知要素を用いて測定され得る。加熱温度感知要素は、白金線もしくは加熱サーミスタなどの加熱温度感知要素、熱線風速計、および／または負温度係数（ＮＴＣ）サーミスタを含み得る。加熱温度感知要素の他の非限定例は、ガラスまたはエポキシ封入または非封入サーミスタを含む。加熱温度感知要素は、ガスの流量を測定するように構成される。

流量は、第１の超音波トランスデューサおよび第２の超音波トランスデューサを含む超音波センサ組立体などの高速応答時間フローセンサを用いて測定され得る。１つ以上のセンサは、図３に示されるものなどの流路に近接して配置され得る。流路の一部分に沿った超音波トランスデューサを用いてフローを測定する一例は、本明細書において参照される米国仮特許出願第６２／２６２，３２５号明細書に開示されている。具体的には、第１の超音波トランスデューサは、上述された測定チャンバ内の流路の下流部分にあることができ、第２の超音波トランスデューサは、上述された測定チャンバ内に流路の上流部分にあることができる。第１の超音波トランスデューサおよび第２の超音波トランスデューサは、それぞれ互いに向けて超音波信号を送信し、互いから超音波信号を受信することができる。呼吸装置のコントローラは、第１の超音波トランスデューサと第２の超音波トランスデューサとの間の飛行時間測定値に基づいて、限定するものではないが、流量を含むガスフローの１つ以上の特性を決定することができる。流量はまた、１つ以上の超音波送信器およびマイクロフォンなどの１つ以上の超音波受信器を用いて測定され得る。１つ以上の超音波送信器は、音響経路に沿って超音波信号を送信することができる。１つ以上の超音波受信器は、音響経路に沿って位置付けられ、超音波信号を受信することができる。呼吸装置のコントローラは、１つ以上の超音波送信器と受信器との間の飛行時間測定値に基づいて、限定するものではないが、流量を含むガスフローの１つ以上の特性を決定することができる。

患者が吸息および呼息するのに従ってシステムの流量が変動し得るため、流量を迅速かつ正確に測定し得ることが重要である。流量は、２つ以上の異なるセンサの組み合わせを用いて測定され得る。例えば、第１の種類のセンサは、より良好な短期的または局所的な精度で流量を測定すること（例えば、呼吸ごとの急速な流量変化を検出すること）が可能であり得るが、（例えば、小さい誤差の累積のために）長期的精度がより低くなり得る。一方、第２の種類のセンサは、（例えば、局所的ノイズのために）より低い局所的精度であるが、より良好な平均精度で流量を測定することが可能であり得る。より正確なフロー測定値を決定するために、第１の種類のセンサおよび第２の種類のセンサの両方からの出力読み値が組み合わされ得る。例えば、以前に決定された流量および第２の種類のセンサからの１つ以上の出力を、予測される現在の流量を決定するために用いることができる。次に、予測される現在の流量は、最終流量を算出するために、第１の種類のセンサからの１つ以上の出力を用いて更新され得る。第１の種類のセンサは、超音波センサ組立体を含み得る一方、第２の種類のセンサは、加熱温度感知要素を含み得る。

図５は、流量を決定するための例示的なプロセスのフローチャートを示す。ブロック５０２において、加熱温度感知要素センサなどの第１のフローセンサからの第１の流量測定値を受信する。ブロック５０４において、上述されたとおりの超音波センサ組立体からの第２の流量測定値を受信する。

ブロック５０６において、第２の流量測定値および以前の流量測定値に基づいて現在のフロー予測を決定する。ブロック５０８において、現在のフロー予測および第１の流量測定値を用いて流量を決定する。加熱温度感知要素センサおよび超音波トランスデューサの両方を利用することにより、両方の種類のセンサの欠点を軽減することができ、流量が迅速かつ正確に測定されることが可能になる。

異なる種類のセンサからの測定値が異なる方法で組み合わされ得る。例えば、１つ以上の超音波トランスデューサからの測定値を直接読み込むことができる一方、加熱温度感知要素の測定値が、（例えば、より良好な長期的精度を有する加熱温度感知要素を用いて、より高速な応答時間を呈する超音波トランスデューサの測定値を補正することによって）超音波フロー計算に対する基礎的補正を提供するために取り入れられる。

ｂ）モータ速度
送風機モータのモータ速度を測定するために１つ以上のセンサ（例えば、ホール効果センサ）が用いられ得る。送風機モータは、ブラシレスＤＣモータを含み得る。ブラシレスＤＣモータから、別個のセンサを用いることなく、モータ速度を測定することができる。例えば、ブラシレスＤＣモータの動作中、モータの通電されていない巻線から逆ＥＭＦを測定することができ、逆ＥＭＦからモータの位置を決定することができ、その結果、モータの位置を用いてモータ速度を算出することができる。加えて、モータドライバを用いてモータ電流を測定し得、モータ電流を、測定されたモータ速度とともに用いてモータトルクを算出し得る。送風機モータは、低慣性モータを含み得る。

ｃ）圧力
システム圧力は、１つ以上の圧力センサを用いて決定され得る。１つ以上の圧力センサは、１つ以上のゲージ圧センサまたは１つ以上の絶対圧センサであり得る。１つ以上の圧力センサは、システム内のいずれの箇所にでもあり得るが、少なくとも１つの圧力センサは、呼吸装置の主ハウジング内の流路内に位置付けられ得る。１つ以上のモータパラメータが、別個の圧力センサを必要とすることなくシステム圧力を決定するために用いられ得る。モータのパラメータから決定されたシステム圧力を確認するために圧力センサが用いられ得る。

システム圧力を算出するためにモータパラメータを用いることは、良好な短期的精度を有し得るが、別個の圧力センサを用いることに比べてより低い長期的平均精度を有し得る。そのため、正確なシステム圧力測定値を（例えば、流量測定値に関して上述された技法の１つ以上を用いて）決定するために、圧力センサからの出力およびモータパラメータが一緒に用いられ得る。

呼吸サイクルの決定
ａ）フローの逸脱
患者の呼吸サイクルは、平均または設定点流量値

に対するシステムの流量Ｑの逸脱を観察することによって決定することができる。例えば、流量は、患者が吸息するのに応じて増大し、かつ患者が呼息するのに応じて減少する傾向を有し得る。しかし、モータの速度も変化し得るため、逸脱のいずれの部分がモータ速度の変化に起因するか、およびいずれの部分が患者の呼吸サイクルに起因するかを決定することが難しくなり得る。

ｂ）制約
フローの制約は、患者の呼吸サイクルを決定するために用いられ得る。概して、呼吸システムは、全体として、次式に示されるように、システムの圧力ｐの変化とシステムの流量の２乗（Ｑ^２）との関係を指示するために用いることができる、フローに対するいくらかの抵抗（「制約」またはＲとも呼ばれる）を有することになる。
ｐ＝ＲＱ^２

そのため、制約Ｒは、次式のように近似することができる。

制約Ｒは、患者が吸息および呼息するのに従って変化し得る。Ｒのより小さい値は、より大きい制約を表す（例えば、患者が呼息するとき）。

加えて、圧力ｐはまた、次式に示されるように、モータ速度の関数として近似され得る。
ｐ＝ｋ_ｍω^２
ここで、ωは、モータ速度に対応し、ｋ_ｍは、定数に対応する。そのため、制約Ｒは、次式のように近似することができる。

そのため、Ｒの変化する値を患者の呼吸サイクルの指示として用いて、測定された流量Ｑおよび測定されたモータ速度ωに基づいて患者の呼吸サイクルが決定され得る。定数ｋ_ｍの値を算出するために１つ以上の圧力測定値が用いられ得、またはｋ_ｍの値が仮定され得る。

次式に示されるように、患者の呼吸サイクル（吸息／呼息）に起因する圧力降下および他の因子に起因する圧力降下（システム圧力降下とも呼ばれる）を合計することができる。

ここで、ｋ_ｃは、システム圧力降下に関連付けられた定数に対応する。患者の呼吸サイクルの検出は、Ｒの大きさの代わりに、Ｒの逸脱（例えば、平均値

からの逸脱）を検出することに基づく。そのため、定数ｋ_ｃは、無視することができる。（例えば、不規則な呼吸、カニューレの動き、および／または同様のものに起因する）制約における逸脱を補償し、より滑らかな波形を提供するために、

の値が移動平均として追跡され得る。

ｃ）システム漏出
送風機によって発生される空気のフローは、患者の肺へ流れる第１の部分、および「漏出フロー」と呼ばれる、システムによって漏出される第２の部分を含み得る。これは、次式によって表され得る。
Ｑ＝Ｑ_ｐ＋Ｑ_ｌ
ここで、Ｑ_ｐは、患者のフローに対応し、Ｑ_ｌは、漏出フローに対応する。

加えて、カニューレにおける圧力は、「漏出圧力降下」と呼ばれ得る。システムの全送風機圧力は、次式のように表すことができる、システム圧力降下および漏出圧力降下の合計として近似され得る。

ここで、ｋ_ｌは、漏れ定数に対応する。閉鎖または密閉システムでは、ｋ_ｌは、定数になるであろう。非密閉システムでは、患者が呼吸するのに従い、ｋ_ｌは、時間とともに変化し得るが、特定の呼吸サイクルにわたって実質的に一定として扱われ得る。ｋ_ｌは、「システム漏出」を特徴付ける。

そのため、漏出フローは、次式のように近似することができる。

カニューレにおける圧力は、

（漏出圧力のみ）として近似することができ、患者の肺のフローは、Ｑ_ｐ＝Ｑ－Ｑ_ｌとして近似することができる。患者の肺のフローが変化するのに従い、患者の呼吸サイクルが決定され得る。

上述されたように、変数Ｑ、Ｑ_ｐ、Ｑ_ｌ、ｋ_ｍ、およびｋ_ｃは、測定、算出、または推定することができる。加えて、ｋ_ｌは、患者の肺内への平均フローが呼吸補助を提供する目的のためにほぼ０になることを知ることにより推定することができる。換言すれば、以下の仮定を行うことができる。

ガス交換に起因する、患者が吸息するガスおよび呼息するガスの量の差（「ドリフト」とも呼ばれる）が算出され得、平均フローに対してドリフト補正が行われることを可能にする。患者の呼吸の期間Ｔが既知である場合、このとき、システムの平均漏出は、次式によって近似され得る。

次に、上式を用いてｋ_ｌを計算することができる。期間Ｔが未知である場合、期間Ｔを近似するために、特定の呼吸数が存在することが分かっている時間期間の時間荷重平均が用いられ得る。

患者の呼吸サイクルが（例えば、以上において開示された技法の任意のものを用いて）決定されると、患者の呼吸サイクルに基づいて制御信号を調整することができる。加えて、呼吸サイクルを用いて患者の呼吸数（例えば、１分当たりの呼吸）を算出し得る。算出された呼吸数は、（例えば、ディスプレイ３０８において）表示されるか、記憶されるか、または送信され得る。

密閉システム内における圧力制御
上述されたとおりの密閉患者インターフェースを有する呼吸システムでは、圧力センサ読み値は、患者端部においてまたは患者呼吸導管の一部分に沿って入手可能であり得る。圧力センサ読み値は、フロー療法装置内からも入手可能であり得る。圧力センサは、流路内の任意の場所に配置することができる。密閉患者インターフェースの非限定例は、ＮＩＶマスクである。ＮＩＶマスクは、患者の顔に対して密閉され得、その結果、システム漏出を実質的に生じさせない。それにより、患者端部の付近または患者端部における患者へ送られたガスの圧力を測定することが可能になる。圧力センサは、ＮＩＶマスクの内部に位置付けることができる。圧力センサは、患者の鼻孔の外部の場所に位置付けることができる。圧力センサは、ＮＩＶマスクを、図１に示される患者呼吸導管１６など、患者呼吸導管に接続するマニホールド内に位置付けることができる。

ＮＩＶマスク内のまたは患者呼吸導管の一部分に沿った圧力センサなど、患者端部付近または患者端部に配置された圧力センサからの測定値は、上述された式のいくつかを用いた患者へ送られる圧力の制御を可能にすることができる。具体的には、式ｋ_ｍω^２＝ｋ_ｃＱ^２＋ＲＱ^２における圧力項ＲＱ^２を圧力センサ読み値Ｐによって置換することができ、次式に達する。

この式のために、システムの動作が急速に変化しないため、Ｑ／ωがほぼ一定であると仮定することができる。この式は、式の両辺に項（Ｑ／ω）^２を乗算することによってさらに整理し直すことができ、圧力センサ読み値Ｐおよび／またはシステムのフローＱがどのようにモータ速度ωに影響を与えることができるかをより明確に示す表現に達する。

この式に基づいて、モータ速度を制御することによってシステムの所望の圧力を達成することができる。システムの所望または所定の圧力が既知である場合、所望または所定の圧力を達成するために必要とされるモータ速度を算出することができる。次に、コントローラは、密閉呼吸システムにおけるモータ速度を調整することによってシステムの圧力を制御することができる。

呼吸サイクルの増強
患者の呼吸サイクルが決定されると、送風機モータへの制御信号は、患者の呼吸をより良好に補助するために、決定された呼吸サイクルに基づいて調整され得る。例えば、フロー療法装置は、患者が吸息している間に空気フローを増大させる一方、患者が呼息している間にフローを減少させることにより、患者の呼吸サイクルを補助し得る。

図６Ａは、フロー療法装置のための呼吸サイクルの増強を行うための例示的なシステムのブロック図を示す。図６Ａに示されるように、患者６０２がフロー療法装置６０４に接続される。呼吸システム装置６０４は、空気フローを患者６０２へ提供するために用いられ得る送風機モータ６０６または他の種類のフロー発生器を含む。

フロー療法装置６０４の動作中、患者６０２の呼吸サイクルに基づいて送風機モータ４０６への制御信号を調整するために複数の測定値が取得され、制御信号フィードバックモジュール６１０へ送信され得る。例えば、送風機モータ４０６のパラメータは、モータ速度および／またはシステム圧力を測定するために用いられ得る。空気フローの流量は、１つ以上のフローセンサ６０８を用いて監視され得る。フローセンサ４０８は、加熱温度感知要素および超音波センサ組立体などの２つ以上の異なる種類のセンサを含み得る。加えて、圧力センサ（図示されていない）などの１つ以上の追加のセンサは、１つ以上の追加の測定値（例えば、圧力）を測定するために用いられ得る。

複数の測定値（例えば、モータ速度、流量、および／または同様のもの）は、呼吸サイクル検出モジュール６１２において患者の呼吸サイクルを決定するために用いられ得る。決定された呼吸サイクルは、交番波形（例えば、実質的に正弦波状の波形）の形態のものであり得る。

患者の呼吸サイクルが決定されると、それは、送風機モータ６０６への制御信号を調整するために用いられ得る。例えば、呼吸サイクル検出モジュール６１２からの算出された呼吸サイクル波形は、正のフィードバック６１４および／または負のフィードバック６１６を受け得る。正のフィードバック６１４および負のフィードバック６１６の両方は、算出された呼吸サイクルに基づいて行われ、６１８において組み合わされて送風機モータ６０２のための制御信号を発生させ得る。

正のフィードバック６１４は、患者が呼息するのに従ってモータ速度を落とし、および／または患者が吸息するのに従ってモータ速度を増大させることにより、患者の呼吸サイクル中に患者と連動するように機能することができる。患者の吸息／呼息の決定された大きさに基づいて、送風機モータ４０６の速度を制御する制御信号の大きさを増大／減少させるために１つ以上のスケーリングパラメータが用いられ得る。例えば、送風機モータ制御信号のための正のフィードバックは、次式のように表され得る。

ここで、ωは、モータ速度に対応し、Ｒは、患者の制約に対応し、

は、それらの平均またはベースライン値に対応し、ｋ_ｐは、正のフィードバックパラメータに対応する。

他方では、負のフィードバック６１６は、患者が吸息または呼息するのに従った制御信号の変更を抑制することにより、患者の呼吸サイクルに提供される正のフィードバックを制限するために用いられ得る。例えば、患者が吸息するのに従って、送風機モータのモータ速度は、患者の吸気の大きさが増大するにもかかわらず、特定の限度までのみ増大され得る。負のフィードバック６１６は、任意選択的に、患者の吸息または呼息の大きさが閾値レベルを超えたときにのみ用いられ得る。負のフィードバックは、吸気中に提供されるが、呼気中に提供されないかまたはその逆であり得る。

負のフィードバックは、制御信号に適用される正のフィードバックを特定の限界に制限することを含み得る。負のフィードバックは、次式などの明示的な項を含み得る。

ここで、負のフィードバックパラメータｋ_ｎおよびＮは、負のフィードバックが、制約の逸脱

が低い（例えば、０に近い）ときには無視できるが、逸脱が増大するにつれて正のフィードバックを支配し始めるように設定される。正または負のフィードバックの量（例えば、正および負のフィードバックパラメータｋ_ｐおよびｋ_ｎの値）は、患者の呼吸サイクル（例えば、患者が吸息しているか、それとも呼息しているか）に基づいて調整され得る。

図７は、患者の呼吸サイクルを補助するための例示的なプロセスのフローチャートを示す。ブロック７０２において、制御信号を用いて、フロー療法装置に関連付けられた送風機モータを駆動する。

ブロック７０４において、患者の呼吸サイクルを検出する。患者の呼吸サイクルを検出することは、流量測定値、モータ速度測定値、圧力測定値、および／または同様のものなど、１つ以上のセンサからの複数の測定値を受信することを含み得る。受信した測定値は、例えば、上述された技法の任意のものを用いて患者の呼吸サイクルを決定するために用いられ得る。

ブロック７０６において、患者が現在吸息しているか、それとも呼息しているかに関する決定を行う。患者が吸息している場合、次にブロック７０８において、モータへの制御信号を、患者への空気フローを増大させるように変更することができ、吸気の間に患者によって行われるために必要とされる呼吸仕事量を潜在的に低減する。呼吸仕事量は、増大された空気フローのために低減され得る。他方では、患者が呼息している場合、次にブロック７１０において、モータへの制御信号を、患者への空気フローを減少させるように変更することができる。これは、患者が、到来する空気フローに息を吹き込む必要がなくなるために呼気中における呼吸仕事量を低下させるため、患者にとって有益であり得る。加えて、患者の呼息ガスとカニューレからの到来ガスとの間の衝突によって生じる騒音が低減され得る。患者の吸気／呼気に基づいて空気フローを調整し得ることで、ハイフロー呼吸療法の効果が高められ得る。例えば、患者が、呼気中に到来する空気フローへ息を吹き込む必要がなくなるため、実質的により高い流量を（例えば、吸気の間に）送ることができ、より大きい死腔洗浄および／またはＣＯ_２洗い流しを提供する。

空気フローの増大または減少量は患者による吸気／呼気の大きさに基づき得る。制御信号を調整するために正および負のフィードバックの組み合わせを用いることができる。例えば、正のフィードバックは、患者の吸気／呼気の大きさに基づいて、患者が吸息しているときにはモータ速度を増大させ、患者が呼息しているときにはモータ速度を減少させることにより、患者の呼吸を補助するために用いることができる一方、負のフィードバックは、モータ制御信号に適用される正のフィードバックを限度内にとどめるかまたは軽減するために用いることができる。次に、プロセスは、ブロック７０２へ戻り得、ブロック７０２において、更新された制御信号を用いてモータを駆動し、患者の呼吸サイクルを引き続き監視する。

図７は、患者の呼吸サイクルの吸気位相および呼気位相の両方中にフィードバックが実施される様子を示しているが、上述されたように、正または負のフィードバックパラメータは、患者が呼吸サイクルのいずれにいるか（例えば、患者が吸息しているか、それとも呼息しているか）に少なくとも部分的に基づいて調整され得る。例えば、正のフィードバックは、吸気中に実施されるが、呼気中に実施されなくてもよい。例えば、呼気時に「口すぼめ呼吸」を使って呼吸する際の患者の仕事量を低下させることを試みる患者は、吸気中、流量を増大させるための正のフィードバックを用いて補助される恩恵を受け得るが、呼気中には流量を減少させるための正のフィードバックがない。呼気中に正のフィードバックを実施しないことにより、呼気圧力および呼気時間を増大させることができ、これは、特定の患者にとって有益であり得る。

位相変位された制御ループ
患者の呼吸を補助するために送風機モータを駆動するための制御信号は、制御信号を患者の呼吸サイクルと同期させる、患者の感知された呼吸サイクルとの位相ロックループとなるように構成することができる。

図６Ｂは、フロー療法装置のための位相ロック制御ループを実施するためのシステムのブロック図を示す。図６Ｂに示されるように、患者６０２は、図６Ａに示されるのと同様に、フロー療法装置４０４に接続される。送風機モータ６０６は、受信された制御信号に従って空気フローを患者６０２へ供給するように構成される。送風機モータ６０６を制御する制御信号は、初期周期波形（例えば、省略時波形または１つ以上の患者測定値に基づく波形）を含み得る。

送風機モータ６０６およびフローセンサ６０８は、モータ速度および流量をそれぞれ測定するように構成され得る。モータ速度および流量は、制御信号フィードバックモジュール６１０によって受信され得る。そこで、患者の呼吸サイクルが呼吸サイクル検出モジュール６１２において決定され得る。呼吸サイクルは、波形を含み得る。

決定された呼吸サイクルを用いて、患者の呼吸サイクル波形の位相６２０が決定され、適用制御信号波形６２４の位相６２６と比較され、適用制御信号波形６２４の位相を更新する位相ロック制御ループ６２２内へ入る。そのため、適用制御信号波形６２４の位相と呼吸サイクル波形との間の誤差を反復的に低減することができ、適用制御信号波形６２４を患者の呼吸サイクルに同相に実質的に整合させる。例えば、図８は、患者の呼吸サイクル波形８０２および制御信号波形８０４の例示的なチャートを示す。制御信号８０４の位相は、位相不整合８０６を決定するために呼吸サイクル８０２のものと比較される。制御信号８０４の位相は、反復的に更新することができ、それにより、制御信号および呼吸サイクルの位相が実質的に同期される（例えば、位相不整合８０６を低減する）。制御信号の位相は、位相不整合が閾値量（例えば、設定時間、位相比率、および／または同様のもの）以内になるまで反復的に更新され得る。

加えて、制御信号は、位相変位された適用波形６２８を生成するために位相変位される。制御信号波形は、送風機モータへの信号と、結果として生じたフローを患者が受け取ることとの間の遅延を補償するために位相変位される。波形は、患者の呼吸サイクルを先取りするために位相変位され得る。例えば、制御信号は、患者が吸息し始める前に送風機モータの速度を若干増大させ、患者が呼息し始める前に送風機モータの速度を若干減少させるように構成され得る。これは、厳密に反応的なシステムではなく、予測的なシステムをもたらし、それにより、それは、患者が吸息および呼息するのに従うより快適な呼吸の移行を可能にする。

図９は、送風機モータの制御信号を、患者の感知された呼吸サイクルとの位相ロックループとして実施するための例示的なプロセスのフローチャートを示す。ブロック９０２において、制御信号を用いて、フロー療法装置に関連付けられた送風機モータを駆動する。

ブロック９０４において、患者の呼吸サイクルを検出する。患者の呼吸サイクルを検出することは、流量測定値、モータ速度測定値、圧力測定値、および／または同様のものなど、１つ以上のセンサからの複数の測定値を受信することを含み得る。受信した測定値は、例えば、上述された技法の任意のものを用いて患者の呼吸サイクルを決定するために用いられ得る。加えて、決定された呼吸サイクルに基づいて呼吸数または頻度が算出され得る。

コントローラは、多数の方法で呼吸数を推定することができる。コントローラは、コントローラが最初に始動したとき、および／またはコントローラが作動しているときに呼吸数を推定することができる。呼吸数は、本明細書に記載される種類の任意のものの呼吸信号のゼロ交差を数えることによって推定することができる。呼吸数は、呼吸信号の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を取り、優位周波数を探すことによって推定することができる。呼吸数は、呼吸信号の自己相関のゼロ交差またはピークを見つけることによって推定することができる。

自己相関は、遅延の関数としての、信号とそれ自体の遅延されたコピーとの比較であり得る。自己相関は、例えば、ノイズによる、信号の生波形内に隠された繰り返しパターンを明らかにすることができる。具体的には、図１４Ａに示されるものなど、時間に対する、システムによって測定された患者の生の流量読み値のプロットを、図１４Ｂに示されるものなど、自己相関させることができる。自己相関のピークを識別することができる。ピークは、推定された呼吸サイクルで存在することができ、推定された呼吸サイクルを、呼吸数としても知られる患者の呼吸数を推定するために用いることができる。呼吸サイクルはまた、自己相関のゼロ交差を識別することによって決定することもできる。自己相関、特に最初の数サイクルは、生の呼吸信号波形に直接取り組むときよりもノイズに強い呼吸サイクルの推定をもたらすことができる。これは、生波形上ではノイズのためにエッジ検出が不安定になり得るためである。

送風機モータの制御信号を位相ロックループとして実施するために呼吸数または頻度を決定することを促進することに加えて、自己相関から抽出された呼吸数情報は、コンプライアンス情報を提供するために用いることができる。例えば、抽出された呼吸数情報は、患者がシステムを正しく使用しているかどうかを指示することができる。抽出された呼吸数情報は、呼吸仕事量を指示することができる。

ブロック９０６において、制御信号の位相が、感知されたサイクルの位相と整合するかどうかに関する決定が行われる。この決定は、制御信号の位相が、感知された患者の呼吸サイクルの位相の閾値量または比率以内にある場合に満足され得る。制御信号と感知された患者波形との間の位相差は、呼吸数を推定するために上述されたのと同様の方法で決定することができる。例えば、コントローラは、制御信号と感知された患者波形との間の相互相関を行い、相互相関におけるピークを探すことができる。ピークは、２つの波形の間の時間遅延においてまたは実質的にその時間遅延において生じ得る。

制御信号位相が、感知されたサイクルのものと整合しないと決定された場合、次にブロック９０８において、制御信号の位相を、感知されたサイクルのものと整合するように反復的に調整する。制御信号の位相は、所定の量、所定の比率、制御信号の位相と感知されたサイクルの位相との差に基づく比率もしくは量、および／または同様のものの分だけ調整され得る。次に、プロセスは、ブロック９０２へ戻り得、ブロック９０２において、モータを制御信号によって引き続き駆動し得、患者の呼吸サイクルを引き続き監視し得る。

制御信号の振幅は、１つ以上の正のフィードバックまたは負のフィードバックパラメータに基づき得る。例えば、患者の吸気または呼気の大きさが測定され、正および負のフィードバックパラメータを用いて制御信号波形の振幅を決定するために用いられ得る。

位相ロックループを実施することにより、制御信号と患者の呼吸サイクルとの間の同期性を達成することができ、患者が吸息および呼息するのに従ったより快適な呼吸移行を可能にする。非同期性が疑われる場合、正のフィードバックは、低減または解消され得る。このような場合、制御信号は、フローのピークを低減するかまたはフローを実質的に一定にするように構成され得る。ここで、一定の流量は、正のフィードバックが実施されるときの流量よりも低い。正のフィードバックの低減または解消は、制御信号に対する正のフィードバックに起因する患者への潜在的不快感を低減または解消することができる。制御信号と患者の呼吸サイクルとの間の同期性が再確立されると、正のフィードバックは、再開されるかまたは増大され得る。

制御信号波形は、同期が得られるに従って徐々に導入され得る。例えば、患者の呼吸サイクルと若干位相がずれた制御信号波形が患者に対して過度の不快感を生じさせることがないよう、制御信号波形の振幅は、より低い値で開始し得る。同期が得られるに従って制御信号波形の振幅が増大され得る。

制御信号波形は、患者の呼吸サイクルに対する目標位相差を達成するように構成することができる。例えば、制御信号波形は、システム遅延を補償するためにまたは患者の呼吸サイクルを先取りするために、呼吸サイクルに対して目標量だけ位相変位され得る。これらの実装形態は、以下においてより詳細に説明される。

制御信号が送風機モータへ送られたときと、送風機モータによって生成された結果として生じた空気フローを感知することができたときとの間には、（例えば、慣性によるモータの加速もしくは減速の遅延、感知における遅延、および／または同様のものに起因する）遅延が存在する場合があり、これは、以下においてシステム遅延と呼ばれる。制御信号は、このシステム遅延を補償するために位相変位され得る。図１０は、システム遅延を補償するために制御信号を位相変位させるための例示的なプロセスのフローチャートを示す。ブロック１００２において、制御信号を用いて、フロー療法装置に関連付けられた送風機モータを駆動する。

ブロック１００４において、送風機モータからの結果として生じたフローが１つ以上のセンサを用いて感知され得る。１つ以上のセンサは、加熱温度感知要素、超音波センサ、および／または同様のものを含み得る。測定されたフローに基づいて、制御信号が送風機モータによって受信されたときと、結果として生じた流量が感知されたときとの間のシステム遅延が決定される。

ブロック１００６において、決定されたシステム遅延に基づいて制御信号を調整する。例えば、図１１は、システム遅延を補償するために制御信号を更新することを示すチャートを示す。制御信号１１０２がモータによって受信されたときと、結果として生じたフロー１１０４が患者によって受け取られたときとの間のシステム遅延１１０６が測定される。次に、制御信号は、遅延１１０６を補償するために、位相変位された制御信号１１０８を形成するように位相変位され得る。

制御波形は、それが、感知された呼吸サイクル波形を先取りするようにさらに変位され得る。図１２は、患者の呼吸サイクル波形を先取りするために、位相変位された制御信号を構成するための例示的なプロセスのフローチャートを示す。ブロック１２０２において、制御信号を用いて、フロー療法装置に関連付けられた送風機モータを駆動する。

ブロック１２０４において、患者の呼吸サイクルを検出する。患者の呼吸サイクルを検出することは、流量測定値、モータ速度測定値、圧力測定値、および／または同様のものなど、１つ以上のセンサからの複数の測定値を受信することを含み得る。受信した測定値は、例えば、上述された技法の任意のものを用いて患者の呼吸サイクルを決定するために用いられ得る。

ブロック１２０６において、制御信号の位相を呼吸サイクルのものと整合し得る。これは、図８および／または図９を参照して上述されたものなどの反復プロセスを含み得る。

ブロック１２０８において、患者の呼吸サイクルを分析し、患者がいつ吸息または呼息しているかを識別する。例えば、図１３は、患者の呼吸サイクル１３０２および位相変位された制御信号１３０４の例示的なチャートを示す。図１３に示されるように、患者は、１３０６において、患者の呼吸サイクル波形のピーク付近で（例えば、ピークの直後に）呼息を開始し、１３０８において、呼吸サイクル波形の谷付近で（例えば、谷の直後に）吸息を始めると推測され得る。

図１２に戻ると、ブロック１２１０において、患者の呼吸サイクルに基づいて制御信号の位相を変位させる。例えば、制御信号の位相は、制御信号が呼吸サイクルのものに、設定された位相または時間量だけ先行するように変位され得る。例えば、図１３に示されるように、制御波形は、患者が呼息を開始する前にモータが速度の減少を開始するように、かつ患者が吸息を開始する前に速度の増大を始めるように変位され得る。

制御波形は、様々な既定の形状から選択され、１つ以上の呼吸パラメータ（例えば、呼吸サイクル波形の振幅）に基づいて変更され得る。制御波形は、感知された呼吸波形に基づいて動的に作成され得る。

文脈が別途明確に要求しない限り、説明および請求項全体を通じて、単語「含む」、「含んでいる」および同様のものは、排他的または網羅的意味とは対照的に、包括的な意味において、すなわち「限定するものではないが含む」の意味において解釈されるべきである。

用語「約」は、本明細書において、標準的な測定精度以内を意味するために用いられる。

本明細書における任意の従来技術への言及は、世界のいずれの国においても、従来技術が努力傾注分野における共通の一般知識の一部をなすとの認知または任意の形の示唆とはならず、そのように見なされてはならない。

また、本開示の装置およびシステムは、本出願の明細書において言及または指示される部分、要素および特徴を、前記部分、要素または特徴の２つ以上の任意または全ての組み合わせにおいて個々にまたは集合的に含むと広く言われ得る。

上述の説明において、既知の均等物を有する完全体または構成要素に言及された場合、それらの完全体は、あたかも個々に説明されたかのように本明細書に組み込まれる。

本明細書に記載されるアルゴリズム、方法、またはプロセスの任意のものの特定の動作、イベント、または機能は、異なる順序で実施することができ、追加するか、併合するか、または完全に省略することができる（例えば、説明された動作またはイベントが全てアルゴリズムの実施のために必要であるとは限らない）。さらに、動作またはイベントは、順次ではなく、例えばマルチスレッド処理、割込み処理、または複数のプロセッサもしくはプロセッサコアを通じて、あるいは他の並列アーキテクチャ上で同時に実施することができる。

当業者には、本明細書における本開示に基づく様々な変更形態および修正形態が明らかであろうことに留意されたい。このような変更形態および修正形態は、本開示の装置およびシステムの趣旨および範囲から逸脱することなく、かつその付随する利点を減じることなくなされ得る。例えば、様々な構成要素が必要に応じて再配置され得る。したがって、このような変更形態および修正形態は、本開示の装置およびシステムの範囲内に含まれることが意図される。さらに、本開示の装置およびシステムを実施するために、特徴、態様および利点の全てが必ずしも必要とされるわけではない。したがって、本開示の装置およびシステムの範囲は、添付の請求項によってのみ定義されることが意図される。

Claims (15)

1. 非密閉呼吸システムにおける使用のために構成される、ハイフロー呼吸療法装置であって、
   患者のための空気フローを発生させるための送風機であって、モータに関連付けられ、前記モータは、制御信号によって駆動されるように構成される、送風機と、
   流量を測定するように構成されたフローセンサを備えるとともに、前記モータのモータ速度を測定するように構成された速度センサまたはガスのフローの圧力を測定するように構成された少なくとも１つの圧力センサをさらに備えるセンサ部と、
   制御システムと
   を含み、前記制御システムは、
   前記患者の呼吸サイクルを検出することであって、
   前記フローセンサからの１つ以上の流量測定値を含む第１のセンサ入力を受信すること、
   前記少なくとも１つの圧力センサからの１つ以上の圧力測定値または前記速度センサからの１つ以上のモータ速度測定値を含む第２のセンサ入力を受信すること、および
   少なくとも前記受信された前記第１のセンサ入力および前記受信された前記第２のセンサ入力を用いて呼吸サイクル波形を発生させることであって、前記呼吸サイクル波形は、前記患者による複数の交互の吸気および呼気期間を含む、発生させること、
   による、検出することと、
   前記制御信号を前記呼吸サイクルと同期させて、流量が、患者の吸気期間に増大されて、患者の呼気期間に減少されるように、前記制御信号を調整し、患者の最大吸気流量要求におけるまたはそれを超える流量でガスを患者に送ることと、
   を行うように構成され、
   前記制御信号の大きさは、前記呼吸サイクル波形の振幅に少なくとも部分的に基づいて決定される、
   呼吸療法装置。
2. 前記制御システムは、前記モータによって前記制御信号が受信された時と、前記センサ部によって前記空気フローが測定された時と、の間のシステム遅延に基づいて前記制御信号を位相変位させるようにさらに構成される、請求項１に記載の呼吸療法装置。
3. 前記制御システムは、前記制御信号が前記呼吸サイクル波形を設定時間量だけ先取りするように前記制御信号を位相変位させるようにさらに構成される、請求項１または２に記載の呼吸療法装置。
4. 前記フローセンサは、超音波センサ組立体を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の呼吸療法装置。
5. 前記フローセンサは、加熱温度感知要素をさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の呼吸療法装置。
6. 前記制御信号の位相は、前記呼吸サイクル波形の位相に同期される、請求項１から５のいずれか一項に記載の呼吸療法装置。
7. 前記呼吸サイクル波形は、患者の呼吸数を算出するために用いられる、請求項１から６のいずれか一項に記載の呼吸療法装置。
8. 前記制御信号の大きさは、正のフィードバックパラメータおよび負のフィードバックパラメータに少なくとも部分的に基づいて決定される、請求項１から７のいずれか一項に記載の呼吸療法装置。
9. 前記第２のセンサ入力は、前記モータに関連付けられた前記１つ以上のモータ速度測定値である、請求項１から８のいずれか一項に記載の呼吸療法装置。
10. 前記呼吸サイクル波形は、前記受信された流量測定値およびモータ速度測定値を用いて発生される、請求項９に記載の呼吸療法装置。
11. 前記呼吸サイクル波形は、算出された患者の流量に少なくとも部分的に基づいて発生され、前記患者の流量は、前記受信された流量測定値およびモータ速度測定値を用いて算出されたシステム漏出に基づく、請求項９または１０に記載の呼吸療法装置。
12. 前記モータ速度測定値は、１つ以上の送風機モータパラメータに少なくとも部分的に基づいて決定される、請求項９から１１のいずれか一項に記載の呼吸療法装置。
13. 前記モータは、ブラシレスＤＣモータを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の呼吸療法装置。
14. 前記制御システムは、第３のセンサ入力を受信することによって前記呼吸サイクルを検出するように構成され、前記第３のセンサ入力は、前記少なくとも１つの圧力センサからの前記１つ以上の圧力測定値を含む、請求項９から１２のいずれか一項に記載の呼吸療法装置。
15. 前記第２のセンサ入力は、前記少なくとも１つの圧力センサからの前記１つ以上の圧力測定値である、請求項１から８および１３のいずれか一項に記載の呼吸療法装置。

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