KR20230128025A - 호흡 보조 시스템 및 방법 - Google Patents

호흡 보조 시스템 및 방법 Download PDF

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나다나엘 찰스 그레이
매튜 로버트 윌슨
해미시 아드리안 오스본
매튜 존 페이튼
맨 키트 재키 청
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피셔 앤 페이켈 핼스케어 리미티드
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Abstract

본 개시는 환자에게 호흡(용) 가스 기류를 제공하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 상기 시스템은 컨트롤러, 기류 조절장치, 및 하나 이상의 센서를 포함하며, 상기 컨트롤러는 압력 임계값을 초과하는 또는 초과하지 않는 것으로 판단되는 시스템 압력에 대한 대응으로 호흡용 가스 기류를 조절하게끔 기류 조절장치를 제어하도록 구성된다.

Description

호흡 보조 시스템 및 방법
본 개시는 환자에게 제공되는 호흡(용) 가스 기류를 제어하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
특히, 전적으로는 아니지만, 본 시스템 및 방법은 호흡 가스 기류를 제공하는 기류 조절장치의 하류측의 시스템 압력 변화에 대한 대응으로 환자에게 전달되는 호흡용 가스 기류를 제어한다.
환자는 마취나 진정 중에, 또는 더 일반적으로는 특정한 의료 시술 중에 호흡 기능을 상실할 수 있다. 의료 시술에 앞서, 의료진은 환자에게 사전에 산소투여(산소공급)를 수행함으로써 환자가 소정의 산소 포화도를 비축할 수 있으며, 이러한 사전-산소투여 단계는 일반적으로 인공호흡 백과 안면 마스크를 사용하여 수행된다. 일단 전신 마취가 이루어진 후에는 환자에게 삽관을 하여 인공호흡을 시켜 주어야 한다. 일부 경우, 삽관이 30초 내지 60초 내에 완료되지만, 다른 경우, 특히 (예를 들어, 암, 심각한 부상, 비만, 또는 경추근육 경련 등으로 인해) 환자의 기도를 통과시키기가 어려운 경우에는 삽관하는 데 상당히 더 오래 걸릴 수 있다. 사전-산소투여가 산소 포화도 감소에 반한 완충 작용을 하지만, 시간이 많이 드는 삽관 시술의 경우에는, 삽관 과정을 중단한 후 안면 마스크를 다시 씌워서 환자의 산소 포화도를 적절한 수준까지 높여야 한다. 까다로운 삽관 과정 시, 이렇게 삽관 과정을 중단시키는 경우가 여러 차례 발생하기도 하는데, 이로 인해 시간이 많이 소요되고 환자를 심각한 건강 위험에 빠뜨릴 수 있다. 삽관 시도가 세 번 정도 이루어진 후에는 의료 시술을 아예 정지시킬 수도 있다.
여러 호흡 보조 시스템이 필요한 시술에서는 보조 시스템들의 조합(들)으로 인해 과도한 압력 전달이 유발될 수도 있다는 우려가 있을 수 있다(예를 들어, 환자에 캐뉼라가 꽂혀 있는 상태에서 마취의가 캐뉼라 위에 씌어져 있는 마스크를 통해 호흡 보조를 수행하고자 하는 경우).
또한, 서로 다른 보조 시스템 간 전환에 시간이 많이 소요되거나 어려울 수 있다. 따라서, 예를 들어 고유량을 통한 보조와, 안면 마스크 및 백 또는 마취 기계를 통한 호흡 보조와 같은, 호흡 보조 시스템들 간 전환을 수월하게 만들 수 있는 구성을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 또한 가스 기류를 빠르고 쉽게 멈추거나 감소시킬 수 있도록 하는 것도 바람직할 수 있다.
본원에서 어떤 특허 문헌, 또는 선행 기술인 것으로 확인된 다른 주제를 언급했다고 해서, 이를 해당 문헌 또는 다른 주제가 공지되어 있었음을 인정하는 것으로 받아들이거나 또는 포함된 정보가 청구항들 중 어느 하나의 우선일에서 흔한 일반 지식의 일부였음을 인정하는 것으로 받아들여서는 안 된다.
본 개시의 일 양태에서, 환자에게 호흡용 가스 기류를 제공하는 호흡 보조 시스템을 제공한다. 상기 시스템은, 기류 조절장치; 및 시스템 내 호흡용 가스 기류의 유량 및 압력에 관한 입력을 수신하도록 구성된 컨트롤러로서, 호흡용 가스 기류를 목표 유량으로 환자에게 제공하게끔 기류 조절장치를 제어하도록; 및 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력이 목표 유량에 상응하는 압력 임계값을 충족하거나 초과하는 경우, 호흡용 가스 기류를 목표 압력으로 조절하게끔 기류 조절장치를 제어하도록 구성된 것인 컨트롤러를 포함한다.
일부 실시예에서, 목표 압력은 목표 유량에 상응하는 압력 임계값 또는 목표 유량보다 낮은 임의의 유량에 상응하는 압력 임계값을 포함한다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 호흡용 가스 기류의 유량이 목표 유량 미만이면 호흡용 가스 기류를 목표 압력으로 조절하게끔 기류 조절장치를 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 호흡용 가스 기류의 유량이 목표 유량을 초과하면 호흡용 가스 기류를 목표 유량으로 조절하게끔 기류 조절장치를 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 호흡용 가스 기류의 압력이 목표 유량에 상응하는 압력 임계값을 초과하거나 목표 유량보다 낮은 임의의 유량에 상응하는 압력 임계값을 초과하면 기류 조절장치를 목표 압력으로 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 시스템이 '오프' 또는 휴면 상태로 있다가 작동하기 시작하면, 컨트롤러는 시스템 내 호흡용 가스 기류의 유량을 모니터링하도록, 및 호흡용 가스 기류를 목표 유량으로 조절하게끔 기류 조절장치를 제어하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 목표 유량은 시간 경과에 따라 변경되어 현재 값에서 유량 설정값까지 높아진다.
일부 실시예에서, 목표 유량은 유량 설정값이다. 유량 설정값은 호흡 보조 시스템의 사용자에 의해 결정될 수 있다. 일부 실시예에서, 유량 설정값은 사용자가 컨트롤러에 입력을 제공함으로써 설정될 수 있다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 유량 제어 출력을 제공하는 유량 컨트롤러 및 압력 제어 출력을 제공하는 압력 컨트롤러를 포함하며, 기류 조절장치로의 제어 입력은 유량 제어 출력 또는 압력 제어 출력 중 최소값이다.
일부 실시예에서, 기류 조절장치는 송풍기를 포함하며, 유량 제어 출력 및 압력 제어 출력은 송풍기의 각속도를 포함한다.
일부 실시예에서, 기류 조절장치는 비례 밸브를 포함하며, 유량 제어 출력 및 압력 제어 출력은 비례 밸브를 통과하는 유로 제한 크기를 포함한다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 환자에게 제공되는 호흡용 가스의 유량을 나타내는 유량 값을 수신하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 유량이 목표 유량을 초과하면 제1 제어 모드에서 작동 가능하여 유량을 목표 유량으로 제어하고, 컨트롤러는 호흡용 가스 기류의 압력이 목표 유량에 상응하는 압력 임계값을 초과하거나 목표 유량보다 낮은 임의의 유량에 상응하는 압력 임계값을 초과하면 제2 제어 모드에서 작동 가능하여 압력을 목표 압력으로 제어한다.
일부 실시예에서, 호흡 보조 시스템은 환자에게 제공되는 시스템 내 호흡용 가스 기류의 유량을 감지하도록 구성된 하나 이상의 유량 센서를 포함한다.
일부 실시예에서, 호흡 보조 시스템은 환자에게 제공되는 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력을 감지하도록 구성된 하나 이상의 압력 센서를 포함한다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 하나 이상의 유량 센서로부터 시스템 내 호흡용 가스 기류의 유량을 나타내는 입력과 하나 이상의 압력 센서로부터 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력을 나타내는 입력을 수신하도록 추가로 구성된다.
일부 실시예에서, 호흡 보조 시스템은 기류 조절장치에서 환자 인터페이스까지 가스 기류를 제공하기 위한 전달 도관을 포함하며, 환자 인터페이스는 호흡용 가스 기류를 환자에게 전달하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 환자 인터페이스는 비강 캐뉼라, 선택적으로는 비(非)밀봉식 비강 캐뉼라를 포함한다.
일부 실시예에서, 환자 인터페이스는 전달 도관과 유체 연통하는 가스 전달 측 아암, 가스 전달 측 아암의 단부에 마련된 매니폴드, 및 매니폴드에서 연장되고 호흡용 가스 기류를 환자의 하나 이상의 콧구멍에 제공하도록 구성된 하나 이상의 비강 요소를 포함하며, 가스 전달 측 부재는 접철식 부분(collapsible portion)을 포함한다.
일부 실시예에서, 접철식 부분은 대체로 개방된 상태인 제1 형태(configuration)와 대체로 폐쇄된 상태인 제2 형태에서 작동할 수 있다.
일부 실시예에서, 컨트롤러가 기류 조절장치를 목표 압력으로 제어하는 경우, 환자에게 제공되는 기류가 약 15 L/min 이하, 약 10 L/min 이하, 약 10 L/min, 약 5 L/min 내지 약 10 L/min, 약 5 L/min 미만, 또는 0 L/min의 유량으로 감소된다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 호흡용 가스 기류를 목표 유량을 향해 증가시키게끔 기류 조절장치를 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 전달 도관은 전달 회로 및 상기 전달 회로와 환자 인터페이스 사이에 배치되는 환자 호흡 회로를 추가로 포함하며, 환자 호흡 회로는 출구 커넥터를 통해 전달 회로에 연결된다.
일부 실시예에서, 기류 조절장치는, 컨트롤러에 의해 제어되어 환자로의 호흡용 가스 기류를 조절하도록 구성된 기류 발생기, 또는 컨트롤러의 제어 하에 호흡용 가스 기류를 조절하도록 구성된 비례 밸브 중 하나 이상을 포함한다.
일부 실시예에서, 기류 발생기는 컨트롤러에 의해 제어되어 호흡용 가스 기류를 발생시키도록 구성된 송풍기를 포함한다.
일부 실시예에서, 호흡 보조 시스템은, 호흡 보조 시스템의 산소(O2) 전달 회로에서의 압력을 감지하도록 구성된 산소(O2) 압력 센서를 포함한다.
일부 실시예에서, 호흡 보조 시스템은 산소(O2) 전달 회로 내 O2 기류의 유량을 감지하도록 구성된 산소(O2) 유량 센서를 포함한다. 일부 실시예에서, 산소(O2) 전달 회로 내의 O2 유량 센서와 O2 압력 센서 사이에 비례 밸브가 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 환자 호흡 회로가 구비된 경우, 환자 호흡 회로는 O2 전달 회로 및 공기 전달 회로에 연결될 수 있으며, 상기 환자 호흡 회로 및/또는 환자 인터페이스는 환자측 압력 센서와 환자측 유량 센서를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 기류 조절장치는 송풍기를 포함하고, 송풍기는 환자 호흡 회로에서, 환자측 압력 센서와 환자측 유량 센서의 앞에 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 압력 임계값들과 그에 상응하는 유량들 간의 관계를 표현하는 함수, 곡선, 룩업 테이블 또는 알고리즘 중 하나 이상을 저장하는 메모리 요소와 상호동작 가능하게 통신하거나 이러한 메모리 요소를 포함한다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 호흡용 가스 기류를 가변 감소율만큼 감소시키게끔 기류 조절장치를 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 압력 임계값들과 그에 상응하는 유량들 간의 관계는 S자형 곡선을 정의하는 압력 한계 곡선 또는 함수에 의해 표현될 수 있다.
일부 실시예에서, 압력 임계값들과 그에 상응하는 유량들 간의 관계는 제1 압력 영역, 제2 압력 영역, 및 제1 압력 영역과 제2 압력 영역 사이에 위치하는 전이 영역으로 이루어진다.
일부 실시예에서, 제1 압력 영역은 접철식 부분이 대체로 제1 형태로 있을 때에 해당할 수 있고, 제2 영역은 접철식 부분이 대체로 제2 형태로 있을 때에 해당할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 압력 영역은 기준치 압력 값들로부터 제1 압력 마진만큼 오프셋된 압력 임계값들을 포함하고, 제2 압력 영역은 기준치 압력 값들로부터 제2 압력 마진만큼 오프셋된 압력 임계값들을 포함하되, 제1 압력 마진은 제2 압력 마진보다 크다.
일부 실시예에서, 제1 및 제2 마진은 압력 한계 곡선의 제2 압력 영역 내 압력 임계값들의 오프셋에 대체로 평행한, 제1 압력 영역 내 압력 임계값들의 오프셋을 제공하며, 제1 압력 영역 및 제2 압력 영역은 호흡용 가스 기류의 최소 변화율에 해당한다.
일부 실시예에서, 압력 한계 곡선의 전이 영역의 기울기(gradient)는 호흡용 가스 기류의 최대 변화율에 해당한다.
일부 실시예에서, 압력 한계 곡선의 전이 영역은 전이 유량을 중심으로 위치할 수 있다. 일부 실시예에서, 컨트롤러는 압력 및 그에 상응하는 유량이 압력 한계 곡선의 전이 영역에 속하는 경우 호흡용 가스 기류를 최대 변화율로 달성하게끔 기류 조절장치를 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 제1 및 제2 압력 마진은, 컨트롤러가 기류 조절장치를 제어하여 호흡용 가스 기류를 증가시키게 하는 것 없이, 호흡용 가스 기류의 시스템 압력이 압력 임계값 아래로부터 일시적으로 감소되는 것에 대한 마진을 제공한다.
본 개시의 다른 양태에서, 환자에게 호흡용 가스 기류를 제공하는 호흡 보조 시스템을 제공한다. 상기 시스템은, 컨트롤러; 및 상기 컨트롤러에 의해 제어되어 호흡용 가스 기류를 환자에게 제공하도록 구성된 기류 조절장치를 포함하며, 상기 컨트롤러는, 기류 조절장치를 유량-기반 압력 설정값(flow rate determined pressure set point)으로 제어하도록; 및 호흡용 가스 기류의 유량을 유량 설정값 이하로 제한하게끔 기류 조절장치를 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 유량 설정값은 호흡 보조 시스템의 사용자에 의해 설정된다. 일부 실시예에서, 유량 설정값은 사용자가 컨트롤러에 입력을 제공함으로써 설정될 수 있다.
일부 실시예에서, 시스템은 복수의 유량-기반 압력 설정값을 포함하며, 컨트롤러는 기류 조절장치를 상기 설정값으로 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 유량-기반 압력 설정값은 호흡용 가스 기류의 유량을 바탕으로 한다.
일부 실시예에서, 유량-기반 압력 설정값은 기설정된다.
일부 실시예에서, 유량-기반 압력 설정값은 호흡용 가스 기류의 유량이 유량 설정값에 도달했거나 가까우면 정상 시스템 압력 값에서 제1 마진만큼 떨어져 있게 되고, 호흡용 가스 기류의 유량이 O L/min이거나 그에 가까우면 정상 시스템 압력 값에서 제2 마진만큼 떨어져 있게 되되, 제1 마진은 제2 마진보다 크다.
일부 실시예에서, 호흡용 가스 기류의 유량이 0 L/min이거나 그에 가까울 때의 유량-기반 압력 설정값은 0 cmH2O이다.
일부 실시예에서, 기류 조절장치는 송풍기 및/또는 비례 밸브를 포함한다.
일부 실시예에서, 호흡 보조 시스템은 유량 센서, 압력 센서 또는 사용자 인터페이스 중 하나 이상을 추가로 포함한다.
일부 실시예에서, 호흡 보조 시스템은, 기류 조절장치와 유체 연통하며 환자에게 호흡용 가스 기류를 제공하도록 구성된 비밀봉식 비강 인터페이스를 추가로 포함한다.
일부 실시예에서, 비밀봉식 비강 인터페이스는 가스 전달 측 아암, 가스 전달 측 아암의 단부에 마련된 매니폴드, 및 매니폴드에서 연장되고 호흡용 가스 기류를 환자의 하나 이상의 콧구멍에 제공하도록 구성된 하나 이상의 비강 요소를 포함하며, 가스 전달 측 부재는 접철식 부분을 포함한다.
일부 실시예에서, 접철식 부분은 대체로 개방된 상태인 제1 형태와 대체로 폐쇄된 상태인 제2 형태에서 작동할 수 있다.
일부 실시예에서, 유량 설정값은 0 L/min 초과, 선택적으로 0 L/min 초과 내지 약 120 L/min, 선택적으로 약 20 L/min 내지 약 90 L/min, 및 선택적으로 약 40 L/min 내지 약 70 L/min이다.
본 개시의 또 다른 양태에서, 환자에게 호흡용 가스 기류를 제공하는 호흡 보조 시스템을 제공한다. 상기 시스템은, 컨트롤러; 및 상기 컨트롤러에 의해 제어되어 호흡용 가스 기류를 환자에게 제공하도록 구성된 기류 조절장치를 포함하며, 상기 컨트롤러는, 유량 설정값과 관련된 입력을 수신하도록; 기류 조절장치의 하류측의 호흡용 가스 기류에 상응하는 시스템 압력을 나타내는 하나 이상의 압력 입력을 수신하도록; 기류 조절장치의 하류측의 호흡용 가스 기류를 나타내는 하나 이상의 유량 입력을 수신하도록; 수신된 압력 입력 및/또는 유량 입력을 해당 유량에 대한 기설정된 압력 임계값 및 유량 설정값과 비교하도록; 및 기류 조절장치를 제1 제어 모드와 제2 제어 모드 간의 전환을 제어하도록 구성되되, 상기 제1 제어 모드는 시스템 압력이 해당 유량에 대한 기설정된 압력 임계값 미만일 때 기류 조절장치를 제어하여 호흡용 가스 기류를 유량 설정값으로 제공하게 하는 것을 포함하고, 상기 제2 제어 모드는 호흡용 가스 기류의 유량이 유량 설정값 미만일 때 기류 조절장치를 제어하여 호흡용 가스 기류를 목표 압력으로 조절하게 하는 것을 포함한다.
본 개시의 또 다른 양태에서, 환자에게 호흡용 가스 기류를 제공하는 호흡 보조 시스템을 제공한다. 상기 시스템은, 컨트롤러; 및 상기 컨트롤러에 의해 제어되어 호흡용 가스 기류를 환자에게 제공하도록 구성된 기류 조절장치를 포함하며, 상기 컨트롤러는, 시스템 압력을 나타내는 입력을 수신하도록; 시스템 압력을 해당 유량에 대한 하나 이상의 압력 임계값과 비교하도록; 해당 유량에 대한 하나 이상의 압력 임계값을 충족하거나 초과하는 시스템 압력에 대한 대응으로 시스템 압력을 감소시키게끔 기류 조절장치를 제어하도록; 및 해당 유량에 대한 하나 이상의 압력 임계값을 충족하지 않거나 초과하지 않는 시스템 압력에 대한 대응으로 목표 유량을 달성하게끔 기류 조절장치를 제어하도록 구성된다.
본 개시의 또 다른 양태에서, 환자에게 호흡용 가스 기류를 제공하는 호흡 보조 시스템을 제공한다. 상기 시스템은, 컨트롤러; 및 상기 컨트롤러에 의해 제어되어 호흡용 가스 기류를 환자에게 제공하도록 구성된 기류 조절장치를 포함하며, 상기 컨트롤러는, 기류 조절장치를 유량 설정값으로 제어하도록; 및 호흡용 가스 기류의 압력을 유량-기반 압력 설정값 이하로 제한하게끔 기류 조절장치를 제어하도록 구성된다.
본 개시의 또 다른 양태에서, 환자에게 호흡용 가스 기류를 제공하는 호흡 보조 시스템을 제공한다. 상기 시스템은, 컨트롤러; 상기 컨트롤러에 의해 제어되어 호흡용 가스 기류를 환자에게 제공하도록 구성된 기류 조절장치; 및 환자에게 제공되는 호흡 보조 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력을 측정하도록 구성된 하나 이상의 센서를 포함하며, 상기 컨트롤러는, 상기 하나 이상의 센서로부터 호흡 보조 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력을 나타내는 입력을 수신하도록; 이렇게 수신된 압력을 해당 유량에 대한 압력 임계값과 비교하도록; 해당 유량에 대한 압력 임계값을 초과하는 압력에 대한 대응으로 호흡용 가스 기류를 감소시키게끔 기류 조절장치를 제어하도록; 및 해당 유량에 대한 압력 임계값을 초과하지 않는 압력에 대한 대응으로 호흡용 가스 기류를 조절하게끔 기류 조절장치를 제어하도록 구성된다.
호흡 보조 시스템의 컨트롤러는 마이크로컨트롤러, PID(비례-적분-미분) 컨트롤러, 또는 컨트롤러의 비례, 적분 및 미분 성분들을 필요에 따라 턴온 또는 턴오프할 수 있는 PID 컨트롤러 변형(이를테면, P 컨트롤러, PI 컨트롤러, 또는 I 컨트롤러), 또는 컨트롤러와 통신하는 메모리에 저장되어 있는 알고리즘에 의해 작동하여 호흡 보조 시스템의 제어가능한 구성요소들의 작동을 지시하도록 구성된 일부 다른 아키텍처를 포함할 수 있다. 따라서 컨트롤러는 호흡 보조 시스템이 시스템 내 압력 및/또는 유량 변화에 대한 대응으로 시스템의 하나 이상의 구성요소를 제어할 수 있게 한다. 컨트롤러의 시스템 내 압력 변화에 대한 대응으로 기류 조절장치를 제어할 수 있다. 시스템 내 압력은 기류 조절장치의 하류측 압력일 수 있다. 이는 시스템 압력이 압력 임계값을 초과하는 경우 일반적으로 가스를 대기로 배출하여 시스템 내 압력을 완화시키는 압력 릴리프 밸브와 대조된다. 이렇게 전달 가스를 배출시키는 것을 폐기물의 원인으로 간주될 수 있다.
호흡 보조 시스템의 컨트롤러는 시스템의 압력 입력을 수신하고, 막힘 현상(여전히 약간의 기류 유동이 있을 수 있음) 또는 장애물(기류 유동이 전혀 없게 됨)을 나타내는 시스템 압력 값이 해당 유량에 대한 임계값을 충족하거나 초과하는지 여부를 판단한다. 이러한 판단에 대응하여 컨트롤러는 호흡 보조 시스템의 구성요소(기류를 조절할 수 있는 구성요소)를 제어한다. 또한 컨트롤러는 막힘 현상 또는 장애물이 해소된 후에는 요구되는 기류를 호흡 보조 시스템에 복원시킨다. 이런 식으로, 환자에게 제공되는 호흡용 가스 기류를 제어하는 컨트롤러는 산소와 같은 가스의 낭비를 줄인다. 이는 또한 다른 호흡 보조 시스템을 통해 환자에게 제공되는 호흡용 가스 기류에 미치게 될 바람직하지 않은 영향을 잠재적으로 감소시킨다. 예를 들어, 컨트롤러는 본 개시의 시스템과 함께 사용되는 마취 시스템을 통해 환자에게 제공되는 마취제가 희석되는 것을 최소화하기 위해 호흡용 가스 기류를 제어한다. 후술되는 바와 같이 캐뉼라 위에 마스크를 사용할 수 있는 상황에서, 이는 막힌/장애물이 있는(즉, 접철된) 부분에 작용하는 압력을 보다 효과적으로 제어함으로써, 사용자가 필요한 것보다 많은 힘을 캐뉼라 위의 마스크에 가할 필요가 없고, 캐뉼라와 연관된 접철식 부분에 걸쳐 남아있는 임의의 잔류 기류를 제어할 필요가 없어 유리할 수도 있다.
일부 실시예에서, 기류 조절장치는 컨트롤러에 의해 제어되어 환자에게 제공되는 호흡용 가스 기류를 발생시키도록 구성된, 송풍기와 같은, 기류 발생기를 포함한다.
일부 실시예에서, 기류 조절장치는 컨트롤러에 의해 제어되어 호흡용 가스 기류를 조절하도록 구성된 비례 밸브를 포함한다.
일부 실시예에서, 기류 조절장치는 비례 밸브 및 기류 발생기를 추가로 포함한다.
컨트롤러에 의해 실행되는 알고리즘은 호흡 보조 전달 시 환자에게 가스를 공급하는 호흡 보조 시스템에 압력/유량 제어를 제공하기 위해, 송풍기 및/또는 비례 밸브와 같은, 기류 조절장치를 제어한다. 호흡 보조의 예를 위에 언급하였으며, 비강 고유량, 지속적 기도 양압, 및 환기를 포함한다. 호흡 보조 시스템은 2개 이상의 송풍기 및/또는 2개 이상의 비례 밸브를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 호흡용 가스 기류의 압력을 나타내는 입력으로부터 호흡용 가스 기류의 유량을 결정하도록 추가로 구성된다.
또 다른 실시예에서, 하나 이상의 센서는 환자에게 제공되는 전달 도관 내 호흡용 가스 기류의 유량을 감지하도록 구성된 하나 이상의 유량 센서를 포함한다. 컨트롤러는 이들 하나 이상의 유량 센서로부터 전달 도관 내 호흡용 가스 기류의 유량을 나타내는 입력을 수신하도록 추가로 구성된다. 바람직하게, 상기 유량을 나타내는 입력은 유량을 나타내는 데이터이다.
일부 실시예에서, 호흡 보조 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력은 호흡 보조 시스템 내 호흡용 가스 기류의 유량을 나타내는 데이터로부터 결정된다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 센서는 기류 조절장치의 하류측의 호흡 보조 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력을 감지하도록 구성된다. 바람직하게, 상기 하나 이상의 센서는 기류 조절장치의 하류측에 위치한다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 센서는 환자에게 제공되는 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력을 감지하도록 구성된 하나 이상의 압력 센서를 포함한다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 센서는 하나 이상의 압력 센서 및 하나 이상의 유량 센서를 포함한다.
일부 실시예에서, 호흡 보조 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력은 기류 조절장치의 하류측의 호흡용 가스 기류의 압력이다.
일부 실시예에서, 호흡 보조 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력을 나타내는 입력은 데이터를 포함한다.
일부 실시예에서, 호흡 보조 시스템은 전달 도관 및 상기 전달 도관의 한 단부에 마련된 환자 인터페이스를 추가로 포함하며, 상기 환자 인터페이스는 호흡용 가스 기류를 환자에게 전달하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 호흡용 가스 기류의 압력은 접철식 부분의 상류측 또는 접철식 부분에서의 호흡용 가스 기류의 압력이다.
일 예에서, 환자 인터페이스는 가스 공급부와 유체 연통하며, 가스 기류는 호흡 보조 시스템의 기류 조절장치에 의해 제어된다. 가스 공급부의 예로, 가압 공급원(이를테면, 가스 탱크, 또는 병원의 벽 매립형 공급부), 송풍기, 블렌더, 또는 이들의 조합이 포함된다. 호흡 보조 시스템은 또한 가스가 환자에게 전달되기 전에 가스를 가습하기 위한 가습기를 포함할 수도 있다.
일부 실시예에서, 환자 인터페이스는 환자의 콧구멍(들) 또는 입에 수용되는 출구; 상기 출구의 한 쪽에서 연장되는 가스 전달 측 부재를 포함하며, 상기 가스 전달 측 부재는 환자 인터페이스의 입구에서 상기 출구까지의 가스 기류를 위한 내강; 및 접철식 부분을 포함한다. 예를 들어, 환자 인터페이스는 비강 캐뉼라이며, 선택적으로는 비밀봉식 비강 캐뉼라이다.
일부 실시예에서, 접철식 부분은 제1 형태로 있도록 구성되고 제1 형태에서 제2 형태로 접철될 수 있다. 호흡용 가스 기류는 제1 형태의 접철식 부분을 통과할 때보다 제2 형태의 접철식 부분을 통과할 때 유량이 감소된다. 예를 들어, 이러한 감소된 유량은 약 15 L/min 이하, 약 10 L/min 이하, 약 10 L/min, 약 5 L/min 내지 약 10 L/min, 약 5 L/min 미만, 또는 0 L/min이다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 해당 유량에 대한 압력 임계값을 초과하는 압력에 대한 대응으로 호흡용 가스 기류를 상기 감소된 유량까지 낮추게끔 기류 조절장치를 제어하도록 추가로 구성된다. 예를 들어, 호흡용 가스 기류를 단계적 방식으로 상기 감소된 유량까지 낮춘다. 일부 실시예에서, 컨트롤러는 기류 조절장치를 제어하도록 구성되어, 기류 조절장치로 하여금 시스템 내 압력을 감소시키게 하고 결과적으로 (시스템 내부의 기류에 대한 저항 및 압력 변화에 의해 결정된) 호흡용 가스의 유량을 감소시키게 한다. 예를 들어, 시스템 내 압력은 예컨대 기류 조절장치의 작동을 단계적 방식으로 늦춤으로써(slow) 감소될 수 있다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 호흡용 가스 기류를 지속적으로 상기 감소된 유량을 향해 감소시키게끔 기류 조절장치를 제어하도록 추가로 구성된다. 대안으로/추가로, 컨트롤러는 시스템 내 압력을 지속적으로 압력 목표를 향해 감소시키게끔 기류 조절장치를 제어하도록(예컨대, 기류 조절장치의 작동을 늦춤) 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 해당 유량에 대한 압력 임계값을 초과하지 않는 압력에 대한 대응으로 호흡용 가스 기류를 목표 유량으로 조절하게끔 기류 조절장치를 제어하도록 추가로 구성된다. 예를 들어, 목표 유량은 40 내지 70 L/min일 수 있다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 호흡용 가스 기류를 지속적으로 목표 유량을 향해 조절하게끔 기류 조절장치를 제어하도록 추가로 구성된다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 호흡용 가스 기류를 목표 유량을 향해 증가시키게끔 기류 조절장치를 제어하도록 추가로 구성된다.
일 예에서, 호흡용 가스 기류는 단계적 방식으로 목표 유량까지 증가한다. 대안으로, 컨트롤러는 호흡용 가스 기류를 지속적으로 목표 유량을 향해 증가시키게끔 기류 조절장치를 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 전달 도관은 전달 회로 및 상기 전달 회로와 환자 인터페이스 사이에 배치되는 환자 호흡 회로를 추가로 포함하며, 상기 환자 호흡 회로는 출구 커넥터를 통해 전달 회로에 연결된다.
일부 실시예에서, 전달 도관은 전달 회로 및 상기 전달 회로와 환자 인터페이스 사이에 배치되는 환자 호흡 회로를 추가로 포함하며, 상기 환자 호흡 회로는 출구 커넥터를 통해 전달 회로에 연결된다.
일부 실시예에서, 컨트롤러, 기류 조절장치, 하나 이상의 센서 및 전달 회로는 하우징 내부에 수용되고, 출구 커넥터는 하우징에 장착된다. 예를 들어 하우징은 상자 구조로 이루어진다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 센서는 호흡 보조 시스템의 O2 전달 회로에서 O2 공급부로부터 환자에게 제공되는 O2 기류의 압력을 감지하도록 구성된 산소(O2) 압력 센서를 포함한다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 센서는 O2 공급부로부터 환자에게 제공되는 O2 기류의 유량을 감지하도록 구성된 산소(O2) 유량 센서를 포함한다.
일부 실시예에서, 비례 밸브는 O2 전달 회로에서 O2 압력 센서와 O2 유량 센서 사이에 배치된다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 센서는 호흡 보조 시스템의 공기 전달 회로에서 주변 공기로부터 환자에게 제공되는 공기 기류의 압력을 감지하도록 구성된 공기압 센서를 포함한다.
일부 실시예에서, 송풍기는 공기 전달 회로에서 공기압 센서 뒤에 배치된다.
일부 실시예에서, 환자 호흡 회로는 O2 전달 회로 및 공기 전달 회로에 연결되며, 환자 호흡 회로 및/또는 환자 인터페이스는 환자측 압력 센서와 환자측 유량 센서를 추가로 포함한다.
일부 실시예에서, 환자 호흡 회로는 O2 전달 회로 및 공기 전달 회로에 연결되며, 환자 호흡 회로 및/또는 환자 인터페이스는 환자측 압력 센서와 환자측 유량 센서를 추가로 포함한다.
일부 실시예에서, 송풍기는 환자 호흡 회로에서 환자측 압력 센서 및 환자측 유량 센서의 앞에 배치된다.
일부 실시예에서, 해당 유량에 대한 압력 임계값들을 이용하여 압력 한계 곡선을 형성한다.
일부 실시예에서, 해당 유량에 대한 압력 임계값을 이용하여 압력 한계 곡선을 형성한다. 일부 실시예에서, 컨트롤러는 압력 및 유량을 압력 한계 곡선과 비교하도록 추가로 구성된다.
일부 실시예에서, 압력 한계 곡선은 제한 받고 있는 전달 도관 및/또는 호흡 보조 시스템 내의 기류와 관련이 있다.
일부 실시예에서, 기류 조절장치는 호흡용 가스 기류를 압력 한계 곡선에 상응하는 가변 감소율만큼 감소시키도록 구성된다.
일부 실시예에서, 압력 한계 곡선은 S자형이다.
일부 실시예에서, S자형 압력 한계 곡선은 제1 압력 영역, 제2 압력 영역, 및 제1 압력 영역과 제2 압력 영역 사이에 위치하는 전이 영역을 포함한다.
일부 실시예에서, 제1 압력 영역은 제1 형태에 해당하고 제2 영역은 제2 형태에 해당한다.
일부 실시예에서, 제1 형태에서는 전달 도관 내 호흡용 가스 기류의 정상 작동 압력이 압력 한계 곡선에서 아래로 제1 압력 마진만큼 떨어져 있고, 제2 형태에서는 호흡용 가스 기류의 정상 작동 압력이 압력 한계 곡선에서 아래로 제2 압력 마진만큼 떨어져 있되, 제1 압력 마진은 제2 압력 마진보다 상당히 크다. 따라서 제1 및 제2 압력 마진은 호흡용 가스 기류를 감소시키지 않도록 호흡용 가스 기류의 압력이 정상 작동 압력으로부터 일시적으로 증가하는 것에 대한 마진을 제공한다.
또 다른 실시예에서, 제1 및 제2 압력 마진은 호흡용 가스 기류를 증가시키지 않도록 호흡용 가스 기류의 압력이 정상 작동 압력으로부터 일시적으로 감소하는 것에 대한 마진을 제공한다.
일부 실시예에서, 제1 압력 영역은 압력 한계 곡선의 제2 압력 영역에 대체로 평행하고, 제1 압력 영역 및 제2 압력 영역은 호흡용 가스 기류의 최소 감소율에 해당한다.
일부 실시예에서, 압력 한계 곡선의 전이 영역은 호흡용 가스 기류의 최대 감소율에 해당한다.
일부 실시예에서, 압력 한계 곡선의 전이 영역은 전이 유량을 중심으로 위치한다.
일부 실시예에서, 기류 조절장치는 압력 및 그에 상응하는 유량이 압력 한계 곡선의 전이 영역에 속하는 경우 호흡용 가스 기류를 최대 감소율로 감소시키도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 환자에게 호흡용 가스 기류를 제공하는 호흡 보조 시스템을 제공한다. 상기 시스템은, 컨트롤러; 상기 컨트롤러에 의해 제어되어 호흡용 가스 기류를 환자에게 제공하도록 구성된 기류 조절장치; 환자에게 제공되는 호흡 보조 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력을 측정하도록 구성된 하나 이상의 센서; 및 상기 기류 조절장치와 유체 연통하며 환자에게 호흡용 가스 기류를 제공하도록 구성되고, 상기 기류 조절장치로부터 호흡용 가스 기류를 전해 받기 위한 입구, 호흡용 가스 기류를 환자의 기도에 전달하기 위한 출구, 및 제1 형태와 제2 형태 간에 전환되도록 구성된 접철식 부분을 포함한 가스 도관을 포함하는 환자 인터페이스를 포함하며, 접철식 부분이 제2 형태에 있을 때의 호흡 보조 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력은 접철식 부분이 제1 형태에 있을 때의 호흡 보조 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력보다 크고, 상기 컨트롤러는, 상기 하나 이상의 센서로부터 호흡 보조 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력을 나타내는 입력을 수신하도록; 이렇게 수신된 압력을 압력 임계값과 비교하도록; 압력 임계값을 충족하거나 초과하는 압력에 대한 대응으로 호흡용 가스 기류에 제1 조절을 행하게끔 기류 조절장치를 제어하도록; 및 압력 임계값을 충족하지 않거나 초과하지 않는 압력에 대한 대응으로 호흡용 가스 기류에 제2 조절을 행하게끔 기류 조절장치를 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 제2 조절은 제1 조절과 다르다.
일부 실시예에서, 제1 조절은 호흡용 가스 기류를 감소시키거나 유지하는 것을 포함한다.
일부 실시예에서, 제1 조절은 압력 임계값을 초과하는 압력에 대한 대응으로 호흡용 가스 기류를 감소시키는 것을 포함한다.
일부 실시예에서, 제1 조절은 압력 임계값을 충족하는 압력에 대한 대응으로 호흡용 가스 기류를 감소시키거나 유지하는 것을 포함한다.
일부 실시예에서, 제2 조절은 호흡용 가스 기류를 증가시키는 것을 포함한다.
일부 실시예에서, 제2 조절은 호흡용 가스 기류를 목표 유량으로 조절하는 것을 포함한다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 센서는 기류 조절장치의 하류측에 위치한다.
일부 실시예에서, 호흡 보조 시스템은 호흡용 가스 기류를 기류 조절장치에서 환자 인터페이스까지 전달하도록 구성된 전달 도관을 추가로 포함한다.
일부 실시예에서, 전달 도관은 전달 회로 및 상기 전달 회로와 환자 인터페이스 사이에 배치되는 환자 호흡 회로를 추가로 포함하며, 환자 호흡 회로는 출구 커넥터를 통해 전달 회로에 연결된다.
일부 실시예에서, 컨트롤러, 기류 조절장치, 하나 이상의 센서 및 전달 회로는 하우징 내부에 수용되고, 출구 커넥터는 하우징에 장착된다.
일부 실시예에서, 기류 조절장치는 컨트롤러에 의해 제어되어 환자에게 제공되는 호흡용 가스 기류를 발생시키도록 구성된 기류 발생기를 포함한다.
일부 실시예에서, 기류 조절장치는 컨트롤러에 의해 제어되어 호흡용 가스 기류를 조절하도록 구성된 비례 밸브를 포함한다.
일부 실시예에서, 기류 조절장치는 비례 밸브 및 기류 발생기를 추가로 포함한다.
일부 실시예에서, 기류 발생기는 컨트롤러에 의해 제어되어 호흡용 가스 기류를 발생시키도록 구성된 송풍기를 포함한다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 센서는 호흡 보조 시스템의 O2 전달 회로에서 O2 공급부로부터 환자에게 제공되는 O2 기류의 압력을 감지하도록 구성된 산소(O2) 압력 센서를 포함한다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 센서는 O2 공급부로부터 환자에게 제공되는 O2 기류의 유량을 감지하도록 구성된 산소(O2) 유량 센서를 포함한다.
일부 실시예에서, 비례 밸브는 O2 전달 회로에서 O2 압력 센서와 O2 유량 센서 사이에 배치된다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 센서는 호흡 보조 시스템의 공기 전달 회로에서 주변 공기로부터 환자에게 제공되는 공기 기류의 압력을 감지하도록 구성된 공기압 센서를 포함한다.
일부 실시예에서, 송풍기는 공기 전달 회로에서 공기압 센서의 뒤에 배치된다.
일부 실시예에서, 환자 호흡 회로는 O2 전달 회로 및 공기 전달 회로에 연결되며, 환자 호흡 회로 및/또는 환자 인터페이스는 환자측 압력 센서와 환자측 유량 센서를 추가로 포함한다.
일부 실시예에서, 송풍기는 환자 호흡 회로에서 환자측 압력 센서 및 환자측 유량 센서의 앞에 배치된다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 센서는 환자에게 제공되는 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력을 감지하도록 구성된 하나 이상의 압력 센서를 포함한다. 상기 하나 이상의 압력 센서는 기류 조절장치의 하류측의 호흡 보조 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력을 감지하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 호흡 보조 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력을 나타내는 입력은 데이터를 포함한다.
일부 실시예에서, 호흡 보조 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력은 기류 조절장치의 하류측의 호흡용 가스 기류의 압력이다.
일부 실시예에서, 호흡용 가스 기류의 압력은 접철식 부분의 상류측 또는 접철식 부분에서의 호흡용 가스 기류의 압력이다.
본 개시의 또 다른 양태에서, 환자에게 호흡용 가스 기류를 제공하기 위한 호흡 보조 시스템 작동 방법을 제공한다. 상기 방법은, 호흡 보조 시스템을 사용하여 호흡용 가스 기류를 환자에게 제공하는 단계; 호흡 보조 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력을 측정하도록 구성된 하나 이상의 센서를 사용하여, 환자에게 제공되는 호흡 보조 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력을 결정하는 단계; 상기 하나 이상의 센서로부터 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력을 나타내는 입력을 수신하는 단계; 수신된 압력을 해당 유량에 대한 압력 임계값과 비교하는 단계; 해당 유량에 대한 압력 임계값을 초과하는 압력에 대한 대응으로 호흡용 가스 기류를 감소시키게끔 기류 조절장치를 제어하는 단계; 및 해당 유량에 대한 압력 임계값을 초과하지 않는 압력에 대한 대응으로 호흡용 가스 기류를 조절하게끔 기류 조절장치를 제어하는 단계를 포함한다.
본 개시의 또 다른 양태에서, 전술한 호흡 보조 시스템의 작동 방법을 제공한다. 상기 방법은, 호흡 보조 시스템을 사용하여 호흡용 가스 기류를 환자에게 제공하는 단계; 호흡 보조 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력을 측정하도록 구성된 하나 이상의 센서를 사용하여, 환자에게 제공되는 호흡 보조 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력을 결정하는 단계; 상기 하나 이상의 센서로부터 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력을 나타내는 입력을 수신하는 단계; 수신된 압력을 해당 유량에 대한 압력 임계값과 비교하는 단계; 해당 유량에 대한 압력 임계값을 초과하는 압력에 대한 대응으로 호흡용 가스 기류를 감소시키게끔 기류 조절장치를 제어하는 단계; 및 해당 유량에 대한 압력 임계값을 초과하지 않는 압력에 대한 대응으로 호흡용 가스 기류를 조절하게끔 기류 조절장치를 제어하는 단계를 포함한다.
이하, 본 개시의 여러 실시예를 하기 도면들을 참조하여 더 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 호흡용 가스를 환자에게 제공하기 위한 호흡 보조 시스템의 일 예를 보여주는 개략도이다.
도 2a와 도 2b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 환자에게 호흡용 가스를 제공하는 호흡 보조 시스템과 함께 사용되는 제1 환자 인터페이스를 착용하고 있는 환자(도 2a), 그리고 제1 환자 인터페이스 및 제2 환자 인터페이스 둘 다 착용하고 있는 환자(도 2b)를 나타낸다.
도 3a와 도 3b는 환자 인터페이스의 접철식 부분을 위한 제1 및 제2 형태의 개략도를 제공한다. 도 3a는 제1 형태를 나타내고, 도 3b는 제2 형태를 나타낸다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른, 환자에게 호흡용 가스를 제공하는 호흡 보조 시스템의 개략도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른, 환자에게 호흡용 가스를 제공하는 호흡 보조 시스템의 개략도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른, 환자에게 호흡용 가스를 제공하는 호흡 보조 시스템의 개략도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른, 환자에게 호흡용 가스를 제공하는 호흡 보조 시스템의 개략도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른, 환자에게 호흡용 가스를 제공하는 호흡 보조 시스템의 개략도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 호흡용 가스의 유량을 제어하는 데 이용되는, 유량과 압력 간의 관계를 나타내는 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 호흡용 가스의 유량을 제어하는 데 이용되는, 유량과 압력 간의 관계를 나타내는 또 다른 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 호흡용 가스의 유량을 제어하는 데 이용되는, 유량과 압력 간의 관계를 나타내는 또 다른 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 12는 제로 유량에서 압력 곡선이 공칭 압력 한계(곡선 R) 또는 제로 압력 한계(곡선 S)를 가질 수 있음을 예시하는 그래프이다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 호흡용 가스의 유량을 제어하는 데 이용되는, 유량과 압력 오프셋 간의 관계를 나타내는 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 14는 시스템이 겪게 되는 유량 저항이 증가함에 따라 압력과 유량 간의 관계가 변화하는 것을 예시하는 그래프이다.
도 15는 본 개시의 일 실시예에 따른 호흡 보조 시스템의 작동 상태들을 나타내는 상태 다이어그램이다.
도 16은 본 개시의 일 실시예에 따른 호흡 보조 시스템의 작동 흐름도이다.
도 17은 본 개시의 일 실시예에 따른 호흡 보조 시스템 작동 방법의 흐름도이다.
도면 및 명세서 전반에 걸쳐서, 동일하거나 유사한 구성요소를 표시하기 위해 유사한 참조부호를 사용하였고, 중복되는 설명은 생략하기도 하였다.
앞서 언급한 바와 같이, 호흡 보조 시스템은 환자에게 전달하기 위한 가스를 제공한다. 호흡 보조 시스템은 지속 양압 시스템(CPAP) 및 고유량 호흡 가스 시스템(예컨대, 고유량 요법(치료) 및 마취 시술에 사용)과 같이 다양한 형태일 수 있다.
본 명세서에서, "고유량"은 유량이 일반/정상 수치보다 높은, 이를테면 건강한 환자의 정상 흡기 유량보다 높은, 모든 가스 기류를 의미하지만 이에 국한되지는 않는다. 대안으로 또는 추가로, 고유량은 전후 문맥과 관련된 일부 다른 임계 유량보다 높을 수 있다. 예를 들어, 흡기 요구량을 충족하기 위한 유량의 가스 기류를 환자에게 제공하는 경우, 이는 다른 상황이었다면 제공되었을 공칭 유량보다 높기 때문에 해당 유량은 "고유량"으로 간주될 수 있다. 따라서, "고유량"은 상황에 따라 달라지며, 무엇이 "고유량"을 구성하느냐는 환자의 건강 상태, 제공되는 시술/요법/보조 유형, 환자의 특징(큰 체격, 작은 체격, 성인, 소아) 등에 따라 달라진다. 당업자라면 전후 문맥을 통해 무엇이 "고유량"을 구성하는지 이해할 것이다. 다른 상황이었다면 제공되었을 유량을 상회하는 유량의 크기가 고유량이다.
그러나, 비제한적으로, 고유량의 일부 지시값은 다음과 같을 수 있다.
일부 구성에서, 환자에게 분당 약 5 또는 10 리터(5 또는 10 LPM(또는 L/min) 이상 유량의 가스가 전달된다.
일부 구성에서, 환자에게 약 5 또는 10 LPM 내지 약 150 LPM, 또는 약 15 LPM 내지 약 95 LPM, 또는 약 20 LPM 내지 약 90 LPM, 또는 약 25 LPM 내지 약 85 LPM, 또는 약 30 LPM 내지 약 80 LPM, 또는 약 35 LPM 내지 약 75 LPM, 또는 약 40 LPM 내지 약 70 LPM, 또는 약 45 LPM 내지 약 65 LPM, 또는 약 50 LPM 내지 약 60 LPM 유량의 가스가 전달된다. 예를 들어, 본원에 설명되는 다양한 실시예 및 구성에 따르면, 시스템을 통해 또는 기류 공급원이나 기류 조절장치로부터 인터페이스에 공급되거나 제공되는 가스의 유량으로, 적어도 약 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150 LPM 또는 그 이상의 유량이 포함될 수 있되 이에 국한되지는 않으며, 유용한 범위는 이들 값 중 어느 하나로 선택될 수 있다(예를 들어, 약 20 LPM 내지 약 90 LPM, 약 40 LPM 내지 약 70 LPM, 약 40 LPM 내지 약 80 LPM, 약 50 LPM 내지 약 80 LPM, 약 60 LPM 내지 약 80 LPM, 약 70 LPM 내지 약 100 LPM, 약 70 LPM 약 80LPM).
"고유량"의 경우, 전달 대상 가스는 예를 들어 의도된 치료 용도에 따라 선택될 수 있다. 전달 대상 가스에는 일정 퍼센트 비율의 산소가 포함될 수 있다. 일부 구성에서, 전달 대상 가스 중의 산소 퍼센트 비율은 약 15% 내지 약 100%, 또는 20% 내지 약 100%, 또는 약 30% 내지 약 100%, 또는 약 40% 내지 약 100%, 또는 약 50% 내지 약 100%, 또는 약 60% 내지 약 100%, 또는 약 70% 내지 약 100%, 또는 약 80% 내지 약 100%, 또는 약 90% 내지 약 100%, 또는 약 100%, 또는 100%일 수 있다.
일부 실시예에서, 전달 대상 가스에는 일정 퍼센트 비율의 이산화탄소가 포함될 수 있다. 일부 구성에서, 전달 대상 가스 중의 이산화탄소 퍼센트 비율은 0% 초과, 또는 약 0.3% 내지 약 100%, 또는 약 1% 내지 약 100%, 또는 약 5% 내지 약 100%, 또는 약 10% 내지 약 100%, 또는 약 20% 내지 약 100%, 또는 약 30% 내지 약 100%, 또는 약 40% 내지 약 100%, 또는 약 50% 내지 약 100%, 또는 약 60% 내지 약 100%, 또는 약 70% 내지 약 100%, 또는 약 80% 내지 약 100%, 또는 약 90% 내지 약 100%, 또는 약 100%, 또는 100%일 수 있다.
미숙아/유아/소아(체중이 약 1 내지 약 30 kg 범위)를 위한 "고유량" 요법에서의 유량은 다를 수 있다. 유량은 0.4 내지 8 L/min/kg으로 설정될 수 있으며, 최소값은 약 0.5 L/min, 최대값은 약 70 L/min일 수 있다. 체중이 2 kg 미만인 환자의 경우 최대 유량은 8 L/min으로 설정될 수 있다.
고유량은 환자의 정상적인 실제 흡기 유량을 충족하거나 초과하여 환자의 산소공급을 늘리고/늘리거나 호흡일량을 줄이는 데 효과적인 것으로 밝혀졌다. 게다가, 고유량 요법은 비인두에 플러싱 효과를 야기함으로써 상부 기도의 해부학적 사강이 유입되는 높은 가스 기류에 의해 플러싱되도록 할 수 있다. 이는 매 호흡마다 사용가능한 신선한 가스 저장소를 생성하는 한편 이산화탄소, 질소 등의 재호흡을 최소화한다.
예로, 도 1을 참조하여 고유량 호흡 보조 시스템(10)을 설명하기로 한다. 고유량 요법은 산소 및/또는 다른 가스류를 전달하고 환자의 기도에서 CO2를 제거함으로써, 가스 교환 및/또는 호흡 보조를 증대시키는 수단으로 이용될 수 있다. 고유량 요법은 의료 시술 및/또는 마취 시술 전, 도중, 또는 후에 특히 유용할 수 있다.
고유량 요법을 의료 시술 전에 수행하면 고유량의 가스를 통해 산소를 환자에 미리 공급하는 것으로, 환자의 혈중 산소 포화도와 폐 속의 산소량이 더 높아져, 의료 시술 도중 환자가 무호흡 상태에 있는 동안 산소 버퍼를 제공할 수 있게 된다.
호흡 기능이 손상(예컨대, 저하 또는 중지)될 수 있는 의료 시술 도중(이를테면, 마취 도중)에 건강한 호흡 기능을 유지하기 위해서는 지속적인 산소 공급이 중요하다. 이러한 공급이 제대로 수행되지 못하면 저산소증, 저산소혈증 및/또는 고탄산혈증이 발생할 수 있다. 환자가 의식이 없거나 무의식 상태가 될 수 있는 마취 및/또는 진정과 같은 의료 시술 시, 이러한 일이 발생하는 때를 포착하도록 환자를 모니터링한다. 산소 공급 및/또는 CO2 제거가 제대로 수행되지 않으면, 임상의는 의료 시술을 중단하고 산소 공급 및/또는 CO2 제거가 원활히 진행되도록 해야 한다. 이는, 예를 들어, 백 마스크를 통해 환자를 수동으로 환기시키거나 또는 고유량 호흡 보조 시스템을 사용하여 환자의 기도에 고유량의 가스를 제공함으로써 달성될 수 있다. 또한, 진정/환기를 위해 사용되는 마스크(반드시 백 마스크로 국한되지는 않음)는 또한 사전-산소투여 용도로 사용될 수도 있고 호기말 CO2 등과 같은 환자 매개변수를 모니터링하기 위해 사용될 수도 있음을 이해할 것이다.
고유량의 가스가 갖는 또 다른 장점으로, 환자의 기도 내 압력을 높여 기도, 기관, 폐/폐포 및 세기관지를 열어주는 압력을 지원한다는 것이 포함될 수 있다. 이러한 구조들의 개방은 산소공급을 향상시키고 CO2 제거에 어느 정도의 도움을 준다.
가습된 상태의 고유량 가스는 또한 기도 건조를 방지하고 점액 섬모 손상을 완화하며 후두 경련의 위험 및 기도 건조와 관련된 위험(이를테면, 코피, 코피로 인한 흡인, 그리고 기도의 폐쇄, 부종 및 출혈)을 낮춘다. 고유량 가스의 또 다른 장점은 수술 중에 발생된 공기 통로 내, 예를 들어 레이저 및/또는 지짐 장치(cauterizing device)에 의해 발생될 수 있는 연기를 제거할 수 있다는 점이다.
도 1을 참조하면, 호흡 보조 시스템(10)은 일체형 또는 개별형 구성요소-기반 구조형태로 이루어질 수 있으며, 이를 도 1에서는 개괄적으로 점선으로 표시된 박스(11)로 도시하였다. 일부 구성에서 시스템(10)은 여러 구성요소의 모듈형 구조형태로 이루어질 수 있다. 시스템(10)은 기류 공급원(12), 이를테면, 벽 매립형 산소 공급원, 산소 탱크, 송풍기, 유량 요법 장치, 또는 산소, 다른 가스 또는 이들을 조합한 가스의 임의의 다른 공급원을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서 기류 공급원(12)은 기류 조절장치를 포함할 수 있으며, 일부 실시예에서 상기 기류 조절장치는 기류 발생기, 이를테면 송풍기, 벨로우즈, 및/또는 피스톤을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 기류 조절장치는 환자에게 전달되는 혼합 가스(이를테면, 공기(바람직하게는 여과된 공기)와 산소) 기류 내의 산소 농도를 제어하는 기능을 할 수 있는 비례 밸브 및 기류 발생기를 포함한다. 일부 실시예에서 기류 조절장치는 비례 밸브로 구성되며, 이러한 실시예의 경우 기류 조절장치는 기류 발생기를 포함하지 않을 수 있다. 이와 관련해서 기류 발생기 및 비례 밸브를 포함하는 시스템의 한 예를 도 7 및 도 8을 참조로 설명한다. 다른 실시예에서, 기류 공급원(12)은 기류 발생기를 포함하지 않아도 되며, 이러한 실시예의 경우 기류 공급원(12)은 벽 매립형 가스 공급원 및/또는 혼합 가스나 기타 가스 공급부를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 기류 공급원(12)은 압축 가스 공급원(예컨대, 벽 매립형 가스 공급원, 산소 탱크 공급부 등) 및 송풍기를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 기류 공급원(12)은 마취 기계를 포함하거나 마취 기계의 일부이다. 시스템(10)은 또한 기류 공급원(12)으로부터의 가스류와 배합될 수 있는 1종 이상의 다른 가스를 포함하는 추가 가스 공급원(12A)을 구비할 수 있다. 기류 공급원(12)은 전달 도관(14) 및 환자 인터페이스(15)(이를테면, 비강 캐뉼라)를 통해 환자(16)에게 전달될 수 있는 가스 기류(13)를 제공할 수 있다. 위의 설명과 관련하여, 고유량의 가스 기류(13)가 환자에게 전달될 수 있다. 컨트롤러(19)는 밸브 등을 통해 기류 공급원(12)과 추가 가스 공급원(12a)을 제어하여 기류 및 다른 특성들, 이를테면 가스 기류(13)의 유량, 압력, 조성, 농도 또는 부피 중 하나 이상을 제어한다. 예를 들어 컨트롤러(19)의 제어 하에 가스를 가습하고/하거나 가스의 온도를 제어할 수 있는 가습기(17)를 또한 선택적으로 구비한다. 하나 이상의 센서(18a, 18b, 18c, 18d), 이를테면 유량, 산소, 압력, 습도, 온도 또는 기타 센서들을 시스템 전체에 및/또는 환자(16)에, 환자(16) 신체 상에 혹은 환자(16) 가까이에 배치할 수 있다. 이들 센서의 예로, 혈중 산소 농도를 측정하기 위해 환자 신체 상에 배치되는 맥박 산소 측정기(18d)가 포함될 수 있다.
컨트롤러(19)는 유선 또는 무선 커플링을 비롯한 다양한 수단에 의해 시스템(10)의 하나 이상의 구성요소와 상호동작 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(19)는, 기류 공급원(12), 추가 가스 공급원(12a), 가습기(17), 센서들(18a 내지 18d) 또는 입출력부(I/O) 인터페이스(20) 중 하나 이상과 상호동작 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(19)는 고유량 기기 상에 또는 그 내부에 구비될 수 있고/있거나 개별 구성요소일 수 있고/있거나 다른 장치(이를테면, 마취 기계 또는 인공호흡기)에 통합되거나 그와 함께 사용될 수 있다. 또한 컨트롤러(19)는 시스템(10)의 일부를 구성하며, 환자의 호흡을 보조하기 위해 본 시스템(10)과 함께 사용되는 개별 구성요소들의 작동을 제어하는 하나 이상의 개별 컨트롤러와 통신할 수 있다. 컨트롤러는 마이크로컨트롤러, PID(비례-적분-미분) 컨트롤러, 또는 컨트롤러의 비례, 적분 및 미분 성분들을 필요에 따라 턴온 또는 턴오프할 수 있는 PID 컨트롤러 변형(이를테면, P 컨트롤러, PI 컨트롤러, 또는 I 컨트롤러), 또는 컨트롤러와 통신하는 메모리에 저장되어 있는 알고리즘에 의해 작동하여 호흡 보조 시스템의 제어가능한 구성요소들의 작동을 지시하도록 구성된 일부 다른 아키텍처를 포함할 수 있다. 따라서 컨트롤러(19)는 기류 공급원(12) 및 시스템(10)의, 또는 함께 사용되는, 다른 구성요소들을 제어하여, 특정한 특성들, 이를테면 하나 이상의 센서(18a 내지 18d)로부터의 피드백에 근거하여 바람직한 유량, 압력, 조성(2종 이상의 가스가 제공되고 있는 경우), 부피 및/또는 다른 매개변수를 갖는 전달 대상 가스 기류가 환자에게 제공되도록 할 수 있다. 컨트롤러(19)는 또한 환자의 산소투여량, 기도내 압력, 및/또는 기류 요건들(예를 들어, 기설정되거나 사용자가 인터페이스(20)를 통해 설정함) 및/또는 시스템의 압력 및/또는 기류 요건들을 충족하기 위해 기류 공급원의 임의의 다른 적절한 매개변수를 제어할 수도 있다. 컨트롤러(19)는 또한 센서들(18a 내지 18d) 중 하나 이상으로부터의 피드백에 근거하여 가습기(17)를 제어할 수도 있다. 센서들로부터의 입력을 이용하여, 컨트롤러는 산소투여량 요건을 충족하기에 필요한 작동 변경사항을 결정하고 필요에 따라 기류 공급원(12) 및/또는 가습기(17) 및/또는 다른 추가 가스 공급원(12A) 및/또는 시스템의 다른 구성요소들의 제어 매개변수를 수정할 수 있다.
입출력부(I/O) 인터페이스(20)(이를테면, 디스플레이 및/또는 입력 장치)가 구비될 수 있다. 이러한 인터페이스(20)는 요구되는 호흡 보조를 제공하는 데 필요한 특성들을 갖는 가스 기류(13)를 얻기 위해 기류 공급원(12), 추가 가스 공급원(12A) 또는 시스템(10)의 다른 구성요소들 중 하나 이상을 제어할 때 이용되는 산소투여, 압력, 기류 요건들 및/또는 다른 시스템 설정을 결정하는 데 이용될 수 있는 정보 및 입력사항(이를테면, 요구되는 환자 호흡 보조 매개변수들)을 사용자(예를 들어, 임상의 또는 환자)로부터 수신할 수 있도록 한다. 일부 실시예에 의하면, 시스템은 컨트롤러 및/또는 I/O 인터페이스를 구비하지 않아도 된다. 간호사나 기사(technician)와 같은 전문 의료인이 필요한 제어 기능을 제공할 수 있다.
위에서 주목한 대로, (선택적으로는 가습된) 고유량 가스를 전달 도관(14) 및 환자 인터페이스(15) 혹은 '인터페이스'(이를테면, 캐뉼라, 마스크, 비강 인터페이스, 구강 장치 또는 이들의 조합)를 통해 환자(16)에게 전달할 수 있다. 일부 실시예에 의하면, (선택적으로는 가습된) 고유량 가스를 수술에서의 용도(이를테면, 수술을 위한 가스주입)로 환자(16)에게 전달할 수 있다. 이들 실시예에서, '인터페이스'는 수술용(외과용) 캐뉼라, 트로카, 또는 다른 적절한 인터페이스일 수 있다. 환자 인터페이스는 환자의 기도와 밀봉되거나, 대체로 밀봉되거나, 부분적으로 밀봉되거나, 밀봉되지 않거나, 대체로 밀봉되지 않거나, 부분적으로 밀봉되지 않을 수 있다. 본원에 사용되는 비강 인터페이스는 환자의 한쪽 또는 양쪽 콧구멍 속으로 가스 기류를 안내하도록 구성된 캐뉼라, 비강 마스크, 비강 필로우, 또는 다른 유형의 비강 장치나 이들의 조합과 같은 장치이다.
비강 인터페이스는 또한 안면 마스크(300)(도 2b에 나타냄) 또는 구강 장치(이를테면, 입 안에 삽입되는 튜브)와 함께 사용될 수 있고/있거나 비강 인터페이스에 착탈 가능한 마스크 또는 구강 장치(이를테면, 입 안에 삽입되는 튜브)와 함께 사용될 수 있다.
비강 캐뉼라는 환자의 비강 통로에 삽입되도록 구성된 하나 이상의 프롱(prong)을 포함할 수 있는 비강 인터페이스이다. 마스크는 환자의 비강 통로 및/또는 입을 커버하는 인터페이스를 지칭하며, 또한 환자의 입을 커버하는 마스크 부분들이 착탈식으로 구비되어 있는 장치를 포함할 수도 있다. 마스크는 또한 환자의 콧구멍과 실질적 밀봉을 형성하는 비강 필로우를 포함한 비강 인터페이스를 지칭하기도 한다.
도 2a와 도 2b는 접철식 호흡 도관 부분을 갖는 환자 인터페이스(200), 예를 들어 도 1의 호흡 보조 시스템(10)의 비강 캐뉼라(15)를 착용한 환자(16)의 예를 나타낸다. 도시된 환자는 성인이다. 그러나, 해당 환자가 유아, 소아 또는 청소년일 수 있다.
환자 인터페이스(200)는 제1 가스 (전달) 도관(202)을 포함한다. 제1 가스 도관(202)은 도 1의 호흡 보조 시스템(10)으로부터 (예를 들어, 도 1에 도시된 도관(14)을 통해) 가스를 전해 받아 환자(16)에게 안내하도록 구성된다. 제1 가스 도관(202)은 힘이 가해져 발생되는 제1 가스 도관(202)의 변형 또는 붕괴 현상을 방지하기 위해 제1 가스 도관을 강화하도록 및/또는 강성을 증가시키도록 구성된 보강 요소(203)를 포함할 수 있다. 보강 요소(203)는 다수의 구조체를 포함할 수 있으며, 그 예로 제1 가스 도관(202)의 내강 안에나 그 벽에 놓이는 플라스틱 또는 금속 보강 비드를 들 수 있지만 이에 국한되지는 않는다.
환자 인터페이스(200)는 제1 가스 도관(202)과 유체 연통하는 가스 전달 측 아암을 포함할 수 있다. 제1 가스 도관(202)은 가스 전달 측 아암의 단부에 마련되어 있는 유동 매니폴드(206)와 공압식으로 연통한다. 유동 매니폴드(206)는 제1 가스 도관(202)으로부터 가스를 전해 받으며 유동 매니폴드에서 연장되는 하나 이상의 비강 전달 요소(208)(예컨대, 비강 프롱)로의 통로를 제공한다. 상기 하나 이상의 비강 전달 요소(208)는 유동 매니폴드(206)에서 외부쪽으로 연장된다. 상기 하나 이상의 비강 전달 요소(208)는 환자(16)의 하나 이상의 콧구멍 안에 비밀봉식으로 위치하도록 구성된다. 따라서 제1 환자 인터페이스(200)는 비밀봉식 환자 인터페이스이다. 도시한 바와 같이, 환자 인터페이스(200)는 환자의 양쪽 콧구멍에 각각 하나씩 위치하도록 구성된 2개의 비강 프롱(208)을 포함한다. 각각의 비강 프롱(208)은 환자 코의 중격을 향해 내부쪽으로 연장되도록 하는 형상 또는 각도로 제공될 수 있다. 대안으로, 제1 환자 인터페이스(200)는 밀봉식 비강 인터페이스일 수 있다.
도 2a와 도 2b에 나타낸 실시예에서, 유동 매니폴드(206)는 (환자(P) 얼굴을 양분하는 가상 수직면을 기준으로) 한쪽 측면으로부터 기류를 전해 받으며 매니폴드를 통해 각 비강 프롱(208)으로 향하도록 기류 통로를 제공한다. 일부 실시예에서, 도관은 매니폴드의 한쪽, 예를 들어 매니폴드의 왼쪽 또는 오른쪽에서 연장될 수 있다. 일부 상황에서는, 임상의가 예를 들어 삽관을 위해 접근하는 것을 감안해서 도관이 환자 인터페이스의 왼쪽에 제공되는 것이 바람직할 수 있다. 대안으로, 예를 들어, 환자가 통상 왼쪽으로 누워 있는 내시경과 같은 시술에서는 오른쪽에서 연장되는 도관이 바람직할 수 있다. 다른 구성에서, 환자 인터페이스(200)는 비강 전달 요소(208)를 더 많은 개수(예를 들어, 3개 또는 4개) 또는 더 적은 개수(예를 들어, 1개)로 포함할 수 있다. 다른 구성에서, 각각의 비강 전달 요소(208)는 다양한 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 비강 전달 요소들(208) 중 하나는 상대적으로 길 수 있고 다른 비강 전달 요소(208)는 상대적으로 짧을 수 있다.
일부 구성에서, 유동 매니폴드(206)는 양쪽 측면에서 (예를 들어, 도 2a와 도 2b에서 보이는 것처럼 단지 환자의 오른쪽 유동 매니폴드(206) 대신에 유동 매니폴드(206)의 왼쪽과 오른쪽에서) 기류를 전해 받도록 구성될 수 있다. 이러한 일부 구성에서, 유동 매니폴드(206)와 호흡 보조 시스템(10) 간의 공압식 연통을 제공하기 위해 다수의 가스 도관이 사용될 수 있다. 예를 들어, 환자 인터페이스는 이중 도관, 즉, 인터페이스의 제1 측(예시된 예에서, 환자의 오른쪽)에서 연장되는 제1 가스 도관(202) 및 인터페이스의 제2 반대측(미도시)에서 연장되는 제2 가스 도관(미도시)을 포함할 수 있다. 일부 구성에서, 유동 매니폴드(206)는 측면이 아닌 쪽에서(예컨대, 유동 매니폴드(206)의 저부 또는 상부 또는 둘 모두에서) 또는 환자(16) 맞은편의 유동 매니폴드(206)의 전면 쪽에서 기류를 전해 받도록 구성될 수 있다.
환자 인터페이스(200)는 환자의 얼굴에 가스 도관(202) 또는 도관들을 부착 및/또는 지탱하기 위한 마운트 및/또는 지지대, 예컨대 볼 지지대(210)를 추가로 포함할 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 환자 인터페이스(200)는 하나 이상의 머리 끈 또는 헤드기어(미도시)를 통해 제위치에 유지될 수 있다.
환자 인터페이스(200)의 제1 가스 도관(202)은 제1 부분(204)을 포함한다. 이때 제1 부분(204)은 제1 수준의 가스가 제1 부분(204)을 통과할 수 있는 제1 형태에서 제2 수준의 가스가 제1 부분(204)을 통과할 수 있는 제2 형태로 전환하도록 구성된다.
도 2b는 안면 마스크 어셈블리(300)(제2 환자 인터페이스) 바로 밑에 2개의 비강 프롱(208)이 함께 배치된 환자 인터페이스(200)를 착용하고 있는 환자(16)를 나타낸다. 본 구조형태에서, 안면 마스크 어셈블리(300)는 환자(16)가 착용한 환자 인터페이스(200) 상에 배치된다. 도 2b는 마스크 어셈블리(300) 아래의 환자 인터페이스(200)를 예시하기 위해 안면 마스크 어셈블리(300)를 투명한 구조로 개략적으로 나타내었다. 제1 환자 인터페이스(200)는 제1 호흡 보조 시스템(10)과 함께 사용될 수 있으며, 안면 마스크 어셈블리(제2 환자 인터페이스)(300)는 제2 호흡 보조 시스템(미도시)과 함께 사용될 수 있다. 일부 구성에서, 제1 및 제2 호흡 보조 시스템은 동일한 시스템이고/이거나, 제1 및 제2 호흡 보조 시스템은 서로 다른 호흡 보조 모드를 제공하되 공통 기류 공급원을 포함한다. 다른 구성에서, 제1 및 제2 호흡 보조 시스템은 개별 시스템이다.
도 2b에 나타낸 구성은 상이한 환자 인터페이스를 사용하여 환자에게 개별 요법 또는 개별 보조 모드를 선택적으로 전달하는 데, 및/또는 인터페이스로부터의 요법 전달을 중단 또는 중지시키는 데, 및/또는 인터페이스에서 제공하는 가스를 샘플링할 수 있도록 하는 데 유리할 수 있다. 예를 들어, 본 구성은 긴급 심폐 소생술, 고유량 요법을 받는 환자의 기관 내 삽관 전후, 이비인후과(ENT) 수술, 마취제 투여 전 환자의 수술전 상태 조절 지원, 및 발관(extubation) 후 회복 중에 특히 적용될 수 있다.
안면 마스크 어셈블리(300)는 제2 호흡 보조 시스템으로서 또는 제2 호흡 보조 시스템과 함께 사용될 수 있고/있거나, 캐뉼라(200)에 의해 전달되는 물질 이외의 1종 이상의 물질을 전달하기 위해, 예를 들어, 마취제 및/또는 산소를 환자에게 전달하기 위해 또는 제1 환자 인터페이스(200)에서와 동일한 물질을 다른 유량 및/또는 압력 수준으로 전달하기 위해 사용될 수 있다. 대안으로, 안면 마스크 어셈블리(300)는 제1 환자 인터페이스(200)를 통해 제1 호흡 보조 시스템으로부터의 요법 전달을 줄이거나 중지시키는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 안면 마스크 어셈블리(300)는 또한 호흡 가스(예를 들어, 환자가 내쉰 이산화탄소)를 측정하도록 구성될 수 있으며, 제1 호흡 보조 시스템의 환자 인터페이스(200)로부터의 기류가 측정값에 영향을 미칠 수 있다.
도 2b에 나타낸 구성은 2개의 상이한 호흡 보조 시스템을 교대로 사용할 수 있도록 한다. 또한, 본 구성은 환자가 제1 환자 인터페이스(200)를 (환자가 시술 내내 환자 인터페이스(200)를 통해 치료를 계속 받는지 여부와 상관없이) 의료 시술 내내 및/또는 회복까지, 다른 임상 진료에 방해되지 않으면서, 착용하고 있을 수 있도록 한다.
도시된 실시예에서, 안면 마스크 어셈블리(300)는 환자의 코와 입을 모두 덮도록 구성된 전체 안면 마스크(302)를 포함한다. 다른 구성에서, 안면 마스크 어셈블리(300)는 환자의 코 부위만을 덮도록 환자 인터페이스(200) 위에 배치되는 비강 마스크를 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 안면 마스크(302)는 환자의 얼굴에 밀봉되도록 구성된 밀봉 영역(304)을 포함한다. 안면 마스크 어셈블리(300)는 예를 들어 안면 마스크를 통해 환자에게 하나 이상의 다른 가스를 공급하는 제2 가스 공급원에 필터 요소(350)를 통해 연결된다. 일부 구성에서, 제2 가스 공급원은 환자 인터페이스(200)에 가스를 공급하는 공급원(예를 들어, 보조 가스 공급원 또는 기류 발생기)과 상이하다. 일부 구성에서, 제2 가스 공급원은 환자 인터페이스(200)에 가스를 공급하는 공급원과 동일하다.
일부 실시예에서, 안면 마스크 어셈블리(300)는, 임의의 기류 공급원과는 별개로 호흡 보조를 제공하도록 구성된 별도의 가스 공급원 또는 별도의 호흡 보조 시스템에 해당하는 또는 이러한 별도의 가스 공급원 또는 별도의 호흡 보조 시스템을 포함하는 제2 기류 공급원에 연결되거나, 가스 기류를 제1 환자 인터페이스(200)로 전달하는 호흡 보조 시스템에 연결된다. 예를 들어, 상기 별도의 호흡 보조 시스템은 인공호흡기, CPAP, 고유량 요법 장치, 수동 호흡회복장치(예를 들어, 백이 장착된 핸드헬드 안면 마스크)일 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 안면 마스크 어셈블리(300)는 호흡 가스의 특성을 측정하는 장치에 연결될 수 있다.
대안으로, 상기 별도의 호흡 보조 시스템은 마취 장치에 해당할 수 있거나 마취 장치를 포함할 수 있고/있거나, 제2 가스 공급원은 안면 마스크(302)를 통해 전달되는 마취 가스, 공기, 산소 또는 가스 조합을 포함할 수 있다.
도 2b에 나타낸 구성은 적어도 2개의 상이한 호흡 보조 모드를 통해 다수의 공급원으로부터 가스를 전달할 수 있도록 하며, 또한 의사, 임상의 또는 의료 전문인이 호흡 보조 모드 유형을 빠르고 쉽게 바꿀 수 있도록 한다.
한 가지 특정 응용예로, 환자가 아직 자발적으로 호흡하고 있고 마취제를 투여하기 전에, 마취 시술이 행해질 환자에게 고유량의 산소, 가습된 가스 또는 이 둘의 혼합을 예를 들어 비강 캐뉼라를 통해 전달함으로써 사전-산소투여를 수행할 수 있다. 사전-산소투여는 마취 시술에 앞서 환자의 산소 저장소를 증가시킨다. "마취 시술"이란 용어는 전신 마취, 시술 진정 및/또는 국부/국소 마취를 지칭할 수 있지만 이에 국한되지는 않는다. 일부 상황에서, 환자의 마취 시술을 담당하는 마취의는, 이를테면 안면 마스크 어셈블리(300)를 통한, 하나의 환자 인터페이스(예를 들어, 비강 캐뉼라(200))로부터의 가스 기류 전달과 다른 환자 인터페이스로부터의 가스 기류 전달 간에 전환하기를 원할 수 있다.
마취의는 또한 백이 장착된 마스크를 사용하여 환자에게 산소를 공급하며, 환자의 바이탈 신호가 떨어지기 시작한 경우에는 더 많은 압력을 전달하여 환자의 기도를 지원하기 위해서, 또는 전달된 압력의 변화에 대한 수동 제어를 개선하기 위해서 백 마스크를 사용하는 것이 더 이익이라는 점을 알고 있다. 일부 상황에서, 전문 의료인은 서로 다른 호흡 보조 시스템 간에 또는 서로 다른 호흡 보조 모드 간에 전환하기를 원할 수 있다. 제1 시스템으로부터의 호흡 보조가 감소되었거나 중지된 경우, 제1 모드에서 제1 호흡 보조 시스템이 (예를 들어, 환자 인터페이스(200)를 통해) 호흡 보조를 제공할 수 있고, 제2 모드에서 제2 호흡 보조 시스템이 (예를 들어, 안면 마스크 어셈블리(300)를 통해) 호흡 보조를 제공할 수 있다. 예를 들어, 안면 마스크 어셈블리(300)를 통해 마취제를 전달할 때에는 제1 환자 인터페이스(200)로부터의 고유량을 중지시키는 것이 바람직할 수 있다. 그 이유는 해당 인터페이스(200)로부터의 고유량으로 인해, 안면 마스크 어셈블리(300)에 의해 제공되는 마취 회로(전형적으로, 밀봉된 회로)의 예상 거동이 변경될 수 있고 안면 마스크 어셈블리(300)에 의해 전달되는 마취제가 희석될 수 있기 때문이다. 따라서, 제1 호흡 보조 시스템으로부터의 추가적인 기류를 중지시키거나 실질적으로 감소시킬 수 있는 것이 유리할 수 있다.
일부 구성에서, 2개의 호흡 보조 모드들 간의 전환 또는 서브시스템들 간의 전환은 제1 부분(204)을 갖는 제1 가스 도관(202)의 구조에 의해 용이해질 수 있으며, 이때 제1 부분(204)은 제1 수준의 가스가 제1 부분(204)을 통과할 수 있는 제1 형태에서 제2 수준의 가스가 제1 부분(204)을 통과할 수 있는 제2 형태로 전환하도록 구성된다.
일부 구성에서, 제1 부분(204)은 도관(202)의 다른 부분들보다 더 많이 접철되거나 보다 수월하게 조정되도록 구성됨으로써, (도관을 통과하여 환자에게 전달되는 가스 기류를 감소시키기 위해) 제1 부분(204)을 통과하는 가스 기류를 변경시키고/시키거나 마스크의 밀봉부가 도관의 상단 위를 밀봉할 수 있도록 한다. 다른 구성에서는, 도관(202)을 통과하는 가스 기류를 변경시키기 위해 전체 도관(202)이 접철되거나 보다 수월하게 조정되도록 구성될 수 있다. 일부 구성의 경우, 접철식 부분의 상류측에 벤트 장치를 구비하여, 접철식 부분의 상류측에 있는 도관으로부터의 가스를 대기로 배출시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 형태는 완전히 또는 대체로 개방된 상태를 나타내고, 제2 형태는 완전히 또는 대체로 폐쇄된 상태를 나타낸다. 즉, 도관(202)의 제1 부분(204)은 제2 형태에 있을 때 기류를 완전히 또는 대체로 폐쇄하기 위해 도관(202)의 다른 부분들보다 더 많이 접철, 변형 또는 조정 가능하도록 구성된다. 이러한 제1 형태와 제2 형태 사이에 하나 이상의 중간 상태가 있을 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 하나 이상의 중간 상태는 제1 형태에 해당하는 완전히 또는 대체로 개방된 상태보다 덜 개방(또는 더 폐쇄)되고 제2 형태에 해당하는 완전히 또는 대체로 폐쇄된 상태보다 더 개방(또는 덜 폐쇄)된 상태일 수 있다.
도 3a와 도 3b는 제1 형태와 제2 형태의 개략도를 제공한다. 여기서 도 3a는 제1 형태일 때의 제1 부분(204)(대체로 개방됨)을 나타내고, 도 3b는 제1 부분(204) 위로 안면 마스크(302)의 밀봉부(304)가 도포되어 있는 제2 형태일 때의 제1 부분(204)(대체로 폐쇄됨)을 나타낸다. 일부 실시예에 의하면, 제1 가스 도관(202)의 제1 부분(204)(즉, 더 많이 접철 또는 변형 가능한 구획)의 길이는 제1 가스 도관(202)의 제1 부분(204)을 지탱하는 안면 마스크(302) 밀봉부(304) 구획의 폭보다 커야 한다. 이는 안면 마스크(302)의 밀봉부가 제1 가스 도관(202)의 비-접철식 구획을 지탱하지 않도록 보장한다. 예를 들어, 제1 부분(204)은 사용자의 코 중심으로부터 35 mm 이하의 거리 내지 50 mm 이상의 거리까지 연장될 수 있다. 제1 부분(204)의 길이는 적어도 약 5 mm, 약 1 mm 내지 약 30 mm, 또는 약 5 mm 내지 약 15 mm, 또는 약 10 mm일 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 부분(204)의 길이는 적어도 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, 11 mm, 12 mm, 13 mm, 14 mm, 15 mm, 20 mm, 25 mm, 30 mm, 35 mm, 40 mm, 45 mm, 50 mm 이상일 수 있다.
제1 부분(204)의 벽에 가해지는 힘의 상대적 수준에 따라 제1 부분(204)이 제1 형태와 제2 형태 사이를 진행할 수 있다. 예를 들어, 도 2와 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 힘은 안면 마스크(302)의 밀봉부(304)가 가한 것일 수 있다. 본 예에서, 제1 부분(204)은 안면 마스크(302)의 밀봉부(304) 아래에 위치하도록 구성된다.
대안으로, 다른 수단(예컨대, 클램프(미도시))이 제1 부분(204)에 힘을 가할 수 있거나, 대안으로는 의사가 어느 한 손가락이나 엄지 손가락으로 도관 벽을 눌러 도관을 압축할 수 있다.
일부 실시예에서, 안면 마스크의 밀봉부가 가스 도관(202)의 제1 부분(204)에 작용함으로써 제1 부분(204)은 기류 공급원(12)과 제1 환자 인터페이스(200)의 코 출구들(nasal outlet) 사이에 밀봉 상태 또는 적어도 부분 밀봉 상태를 형성한다. 또한, 안면 마스크의 밀봉부는 가스 도관(202)의 제1 부분(204) 상부에 밀봉 상태 또는 적어도 부분 밀봉 상태를 형성한다.
따라서 호흡 보조 요법들 간의 전환은 마스크를 환자의 얼굴에 씌움으로써, 제1 인터페이스(200)를 공급하는 가스 도관(202)의 제1 부분(204)을 마스크의 밀봉재로 (부분적으로 또는 완전히) 접철시켜 제1 인터페이스(200)에 의해 공급되는 호흡 보조 요법을 감소시키거나 중지시키는 식으로 간단히 달성될 수 있다. 이는 또한 도관(202)의 제1 부분(204)의 외부 표면과 안면 마스크 어셈블리(300) 사이에 밀봉 상태를 형성함으로써, 제1 환자 인터페이스(200)가 제공하는 호흡 보조 또는 요법이 감소되거나 차단될 수 있는 경우에 안면 마스크 어셈블리(300)가 호흡 보조 또는 요법을 제공할 수 있도록 한다. 접철식 도관 부분(204)을 갖는 환자 인터페이스(200) 덕분에, 사용자(예컨대, 마취의, 간호사 또는 임상의)는 환자 인터페이스(200) 위에 안면 마스크 어셈블리(300)를 사용하여 다수의 호흡 보조 시스템으로부터의 가스 전달을 선택 및 제어함으로써 다양한 요법 또는 보조 모드를 제공할 수 있다. 제1 환자 인터페이스(200)는, 제1 부분(204)이 제2 형태에 있을 때 고유량 및 다른 호흡 요법 또는 마취제가 제1 환자 인터페이스(200)를 통해 전달되는 것을 막는 방식으로 기능하는 구조일 수 있다. 일부 실시예에서, 환자의 얼굴에서 안면 마스크 어셈블리(300)가 제거되면 제1 부분(204)은 제1 형태로 되돌아가며, 이로써 제1 환자 인터페이스(200)는 호흡 보조 또는 요법을 다시 제공하기 시작하거나 구성이 변경될 때까지 현재 상태로 작동할 수 있다.
본 개시의 실시예들은 환자에게 제공되는 호흡용 가스 기류에 대한 개선된 제어를 가능하게 한다. 일부 실시예에서, 호흡 보조 시스템은 압력 릴리프 밸브 또는 장치를 포함한다. 본 시스템(10)은 이러한 압력 릴리프(또는 압력 조절) 장치, 혹은 압력 제한 장치(100)(예컨대, 압력 릴리프 밸브, 즉 PRV)를 포함할 수 있다. 압력 제한 장치(100)는 전체 개시를 본원에 참조로 포함한 WO2018/033863에 기재된 특징들을 갖는 밸브일 수 있다. 일부 실시예에서, 호흡 보조 시스템은 압력 릴리프 밸브 또는 장치를 구비하지 않거나 배제한다. 일부 실시예에서, 호흡 보조 시스템은 유량 보상형 압력 릴리프 밸브 또는 장치, 예를 들어 WO2018/033863에 기재된 특징들을 갖는 유량 보상형 압력 릴리프 밸브를 구비하지 않거나 배제한다.
압력 릴리프(완화) 및 압력 제어는 비밀봉식 환자 인터페이스(이를테면, 제1 환자 인터페이스(200)의 비강 캐뉼라)를 포함하는 고유량 시스템(10)과 같은 호흡 보조 시스템에 사용함으로써, 기류 공급원(12)의 하류측에서 발생하여 결과적으로는 환자의 기도 압력(환자측 압력으로도 지칭됨)에 영향을 미칠 수 있는 압력에 대한 상한치를 부여하도록 하는 것이 특히 바람직하다. 중요하게는, 안전 임계값을 제공하도록, 환자측 압력 안전을 보장하도록, 및/또는 과압으로 인한 시스템(10) 내 튜브, 유체 연결부 또는 다른 구성요소들에 대한 손상을 방지하도록, 압력 상한치를 형성할 수 있다. 유사하게, 압력 릴리프 또는 제한 장치(100)는 밀봉식 시스템, 이를테면 CPAP(지속적 기도 양압) 시스템, BiPAP(기도 이중 양압) 시스템 및/또는 기포 CPAP 시스템에 사용되어 환자에게 제공되는 압력을 조절할 수 있다.
도 4 내지 도 8은 본 개시의 다양한 실시예에 따른, 환자에게 호흡용 가스 기류를 제공하는 호흡 보조 시스템(22)을 나타낸다.
도 4는 컨트롤러(24) 및 기류 공급원(12)을 포함하는 호흡 보조 시스템(22)을 나타낸다. 상기 기류 공급원(12)은 컨트롤러(24)에 의해 제어되어 환자(16)로의 호흡용 가스 기류를 조절하도록 구성된 기류 조절장치를 포함할 수 있다. 컨트롤러는 시스템 내 호흡용 가스 기류의 유량 및 압력에 관한 입력을 수신하도록 구성될 수 있다. 또한 컨트롤러는, 환자에게 호흡용 가스 기류를 목표 유량으로 제공하게끔 기류 공급원을 제어하도록, 그리고 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력이 목표 유량에 상응하는 압력 임계값을 충족하거나 초과하는 경우 호흡용 가스 기류를 목표 압력으로 조절하게끔 기류 조절장치를 제어하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 목표 압력은 목표 유량에 상응하는 압력 임계값 또는 목표 유량 미만의 유량에 상응하는 압력 임계값으로 이루어진다. 목표 유량에 상응하는 압력 임계값은 예컨대 본원의 다른 부분에서 설명한 바와 같이 컨트롤러의 메모리 요소에 저장되거나 컨트롤러와 상호동작 가능하게 연결된 메모리 요소에 저장된 함수를 사용하여 컨트롤러가 결정할 수 있다. 목표 압력 또는 압력 임계값은 절대 압력 값 또는 게이지 압력 값으로 정의될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 기류 공급원(12)은 컨트롤러(24)에 의해 제어되어 호흡용 가스 기류를 생성하도록 구성된 기류 발생기, 이를테면 송풍기를 포함할 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 기류 공급원(12)은 컨트롤러(24)에 의해 제어되어 가스 공급원으로부터의 호흡용 가스 기류를 조절하도록 구성된 비례 밸브를 포함할 수 있거나, 기류 공급원(12)은 기류 발생기와 비례 밸브를 조합하여 포함할 수 있다.
일반적으로, 시스템(22)은 호흡 보조 시스템의 특성, 예를 들어 호흡 보조 시스템 내의 및/또는 환자에게 제공되는 호흡용 가스 기류의 특성을 파악하도록 구성된 하나 이상의 센서(28)를 추가로 포함한다. 시스템(22)에서는, 컨트롤러(24)와 통신하는, 초음파 트랜스듀서(들), 유량 센서(들)(이를테면, 서미스터 기류 센서(들)), 압력 센서(들), 온도 센서(들), 습도 센서(들), 또는 다른 센서들이 사용되어, 적절한 호흡 보조를 제공하는 방식으로 시스템(22)을 작동시키고/시키거나 시스템(22)의 특성을 모니터링할 수 있다. 이러한 특성으로, 가스 농도, 유량, 압력, 온도, 습도 또는 기타 특성이 포함될 수 있다. 압력 센서, 온도 센서, 습도 센서 및/또는 유량 센서와 같은 센서들(28)은 시스템(22)의 다양한 위치, 이를테면 시스템(22)의 구성요소들이 수용되어 있는 메인 하우징 내부, 환자 도관(12) 내부 및/또는 환자 인터페이스(200) 내부에 배치될 수 있다. 컨트롤러(24)는 센서들(28)로부터 신호를 수신할 수 있으며, 이는 적절한 호흡 보조를 제공하는 방식으로 호흡 보조 시스템(22)의 하나 이상의 구성요소에 대한 제어를 결정하는 데 이용되는 컨트롤러 입력을 제공한다. 예를 들어, 컨트롤러(24)는 하나 이상의 센서(28)로부터의 신호를 이용하여 가스 기류의 적절한 목표 - 온도, 습도, 유량 및/또는 산소 농도, 또는 시스템 내부의 기류 공급원(12)의 하류측에서 발생할 수 있는 적절한 압력을 결정할 수 있다. 적절한 호흡 보조를 제공하는 것에는 환자의 흡기 요구량을 충족하는 것이 포함될 수 있다. 적절한 호흡 보조 유량, 이를테면 고유량, 및/또는 환자의 흡기 요구량을 충족하거나 초과하는 유량에 대해서는 본원의 다른 부분에서 설명하였다.
일부 실시예에서, 센서는 환자(16)에게 제공되는 가스 기류의 유량을 감지하도록 구성된 유량 센서(이를테면, 초음파 유량 센서, 열식 유량 센서 또는 다른 적합한 유량 센서)를 포함하며, 컨트롤러(24)는 이렇게 감지된 유량을 이용하여, 상기 감지된 유량에서의 시스템(22) 작동에 안전한 압력 상한치를 결정한다. 이어서 컨트롤러(24)는 시스템(22)의 하나 이상의 구성요소(예컨대, 액추에이터)의 작동을 제어하거나 시스템(22)의 하나 이상의 구성요소(예컨대, 기류 공급원(12))로 제어 신호를 전송하여 예컨대 송풍기 속도를 변경함으로써, 컨트롤러에 저장된, 또는 컨트롤러와 상호동작 가능하게 통신하는 메모리나 시스템의 임의의 다른 구성요소에 저장된 목표 유량을 달성한다. 목표 유량은 시스템 사용자가 I/O 인터페이스(20)를 통해 입력한 유량 설정값일 수 있거나 컨트롤러 또는 연관된 메모리/구성요소에 미리 프로그램 되어 있거나 결정된 것일 수 있다. 유량 변경은 송풍기 속도를 증가시키거나 감소시켜 (및/또는 비례 밸브의 개구 크기를 증가시키거나 감소시켜) 이에 따라 유량이 각각 증가되거나 감소되도록 하는 것을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 시스템이 '오프' 또는 휴면 상태로 있다가 작동하기 시작하면, 컨트롤러(24)는 시스템 내 호흡용 가스 기류의 유량을 모니터링하도록 구성되며 또한 컨트롤러는 호흡용 가스 기류를 조절하여 목표 유량을 달성하게끔 기류 조절장치를 제어하도록 구성된다. 이상적으로, 목표 유량은 시간 경과에 따라 변경되어 현재 값에서 유량 설정값까지 높아진다. 그외 다른 상황에서(이를테면 시스템이 작동하는 유량 설정값을 사용자가 변경하는 경우), 컨트롤러는 새로운 목표 유량에 이를 때까지 호흡용 가스 기류의 유량을 모니터링하도록 구성될 수도 있다.
컨트롤러(24)는 하나 이상의 압력 센서로부터 입력을 수신할 수 있다. 컨트롤러는 환자에게 전달된 압력을 압력 센서 입력으로부터 추론하거나 또는 측정할 수 있다. 이들 압력 센서는 기류 공급원(12)의 하류측에 위치한다. 예를 들어, 한 압력 센서가 환자 인터페이스(200)에 또는 그 가까이에 위치할 수 있다. 또한 한 압력 센서가 기류 공급원 바로 뒤에 위치할 수 있다. 컨트롤러는 주변 압력과 기류 공급원의 하류측의 절대 압력 간의 차이를 계산함으로써, 환자의 기도로 전달된 압력(환자측 압력)을 파악할 수 있다. 환자측 압력은, 기류 발생기의 하류측의 메인 장치 하우징 내 압력을 측정하고 전달 도관(202)을 따라 일어나는 압력 강하를 계산함으로써 추정 가능하다. 압력 센서(들)는 또한 기류 공급원(12)의 하류측의 공압 회로 내 여러 위치에 배치될 수 있다. 압력 센서(들)는 하나 이상의 게이지 압력 센서, 또는 대안으로 하나 이상의 절대 압력 센서를 포함할 수 있다. 게이지 압력 센서(들)는 주변 압력과 기류 발생기의 하류측의 절대 압력 간의 차이를 직접 측정할 수 있다. 시스템에 2개의 절대 압력 센서가 구비된 경우, 한 센서는 기류 공급원의 하류측에 위치하여 기류 공급원의 하류측의 절대 압력을 측정할 수 있고, 나머지 한 센서는 다른 위치에 자리하여 주변 압력을 측정할 수 있다. 컨트롤러는 2개의 절대 압력 센서가 획득한 압력 측정값들 간의 차이를 구함으로써, 환자에게 전달된 압력을 파악할 수 있다.
다양한 실시예에서 컨트롤러(24)는 하나 이상의 압력 센서로부터 하나 이상의 신호를 직접 수신하도록 구성되거나, 또는 컨트롤러와 상호동작 가능하게 통신하는 사용자 인터페이스에 제공된 수동 입력들을 통해 유량 값을 얻도록 구성되거나, 또는 호흡 보조 시스템(22)에서 호흡용 가스 기류를 환자(16)에게 전달하는 기류 공급원(12)의 하류측의 공압 회로에서의 시스템 압력을 나타내는 값에서 유량 값을 도출하도록 구성된다. 컨트롤러(24)는 수신된 신호를 압력 값으로 변환할 수 있으며, 이 값을 컨트롤러에 저장된 또는 컨트롤러와 상호동작 가능하게 통신하는 메모리 장치나 모듈에 저장된 해당 유량에 대한 압력 임계값과 비교할 수 있다. 시스템 압력이 해당 유량에 대한 압력 임계값을 충족하거나 초과하는지 확인하려면 공압 회로 내 가스 유량을 알아야 하기 때문에 컨트롤러는 또한 하나 이상의 유량 센서로부터 하나 이상의 신호를 직접 수신할 수 있거나, 또는 컨트롤러와 상호동작 가능하게 통신하는 사용자 인터페이스에 제공된 수동 입력을 통해 유량 값을 얻을 수 있거나, 또는 예컨대 시스템(22)의 공압 구성요소들 내 유량에 대한 저항을 알아낸 다음 예컨대 기류 공급원(12)의 송풍기 속도로부터 유량을 계산함으로써 유량 값을 도출할 수 있다.
컨트롤러(24)는 시스템 압력을 지속적으로 또는 간헐적으로 파악할 수 있으며 각 방식에 따라 관련된 이점이 있을 수 있다. 예를 들어, 시스템 압력을 지속적으로 파악하면, 시스템 압력이 해당 유량에 대한 압력 임계값을 충족하거나 초과하는지(또는 미달인지) 등의 변화를 컨트롤러가 얼마나 빨리 감지할 수 있는 것과 기류 공급원(12) 제어를 통해 신속하게 대응할 수 있는 것과 관련하여 최대한의 대응이 가능해진다. 예컨대, 해당 유량에 대한 압력 임계값을 충족하거나 초과하는 압력에 대한 대응으로 컨트롤러는 기류 공급원(12)을 제어하여 예컨대 송풍기 속도를 줄이도록 하고(이는 결과적으로 호흡용 가스 기류를 감소시킬 수 있음), 해당 유량에 대한 압력 임계값을 충족하지 않거나 초과하지 않는 압력에 대한 대응으로 컨트롤러는 기류 공급원(12)을 제어하여 호흡용 가스 기류를 조절하게 한다. 대안으로, 컨트롤러(24)는 압력 입력들을 간헐적으로 감지하거나 수신할 수 있다. 이는 보다 경제적인 작동을 가능하게 하지만, 컨트롤러가 압력 입력을 수신하기 전에 때때로 시스템 압력이 변하기도 하여 기류 공급원(12)의 조절 및/또는 제어가 그다지 대응적이지 않을 수 있기 때문에 시스템의 대응이 지연될 수 있다.
해당 유량에 대한 압력 임계값은 컨트롤러(24)의 메모리 요소에 저장될 수 있거나, 컨트롤러(24)와 상호동작 가능하게 통신하는 외부 메모리 장치 또는 외부 구성요소에 저장될 수 있다. 압력 임계값들과 해당 유량들 사이의 관계는 함수, 곡선, 룩업 테이블 또는 수학적 모델이나 알고리즘 중 하나 이상의 형태로 저장될 수 있으며 컨트롤러가 해당 유량에 대한 특정 압력 임계값을 정하는 데 이용된다. 일부 실시예에서, 컨트롤러(24)가 이용하는, 압력 임계값들과 해당 유량들 사이의 관계는 그래픽으로 표현될 수 있으며, 그 예들을 도 9 내지 도 14에 나타내었다.
도 5는 컨트롤러(24) 및 기류 공급원(12)을 포함하는 호흡 보조 시스템(22)의 또 다른 실시예를 나타낸다. 상기 기류 공급원(12)은 컨트롤러(24)에 의해 제어되고, 기류 공급원(12)과 유체 연통하며 환자(16)에게 호흡용 가스 기류를 전달하도록 구성된 환자 인터페이스(200)를 통해, 환자(16)에게 제공되는 호흡용 가스 기류를 조절하도록 구성된다. 호흡 보조 시스템(22)은 또한 기류 공급원(12)의 하류측의 시스템 압력, 및/또는 환자에게 가스를 제공하는 호흡 보조 시스템 내 호흡용 가스 기류의 유량을 측정하도록 구성된 하나 이상의 센서(28)를 포함할 수 있다.
환자 인터페이스(200)는 도관(202)을 통해 기류 공급원(12)으로부터 호흡용 가스 기류를 전해 받는다. 도관(202)은 적어도 제1 형태 및 제2 형태로 작동하도록 구성된 제1 부분(204)을 포함한다.
도 5에 나타낸 실시예의 컨트롤러(24)는, 호흡 보조 시스템(22) 내 호흡용 가스 기류의 압력 및/또는 유량을 나타내는 입력을 센서(28)로부터 수신하고, 이렇게 감지된 압력을 압력 임계값과 비교하며, 압력 임계값을 충족하거나 초과하는 압력에 대한 대응으로 호흡용 가스 기류에 제1 조절을 행하게끔 기류 공급원(12)을 제어하도록, 그리고 압력이 압력 임계값을 충족하지 않거나 초과하지 않는 압력에 대한 대응으로 호흡용 가스 기류에 제2 조절을 행하게끔 기류 조절장치(26)를 제어하도록 구성될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 일부 실시예에서, 제2 조절은 제1 조절과 다르며, 제1 조절은 기류 공급원의 하류측의 시스템 압력을 목표 압력, 예를 들어 압력 임계값으로 유지하고/하거나 기류 공급원의 하류측의 시스템 압력을 압력 임계값보다 낮은 목표 압력으로 감소시키는 것을 포함한다. 제2 조절은 압력 임계값을 충족하지 않거나 초과하지 않는 기류 공급원의 하류측의 시스템 압력에 대한 대응으로 호흡용 가스 기류의 유량을 목표 유량까지 증가시키거나 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
해당 유량은 환자 인터페이스(200)에 가스 기류를 제공하는 호흡 보조 시스템(22)의 공압 회로의 일부에서 또는 그 일부를 따라 측정되거나 환자 인터페이스(200) 및/또는 환자의 기도에서 측정되는, 기류 공급원에 의해 제공되는 호흡용 가스 기류의 유량일 수 있다. 위에서 주목한 바와 같이, 해당 유량은 컨트롤러(24)에 입력을 직접 제공하는 하나 이상의 유량 센서에 의해 획득된 유량일 수 있거나, 컨트롤러와 상호동작 가능하게 통신하는 사용자 인터페이스를 조작하는 사용자에 의해 입력될 수 있거나, 시스템(22)의 공압 구성요소들의 저항이 알려진 경우 예컨대 기류 공급원의 송풍기 속도와 같은 다른 인자들로부터 추론될 수 있다.
도 6은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 호흡 보조 시스템(22)을 나타낸다. 본 실시예에서, 시스템(22)은 컨트롤러(24), 및 기류 조절장치 또는 송풍기(27) 형태의 기류 공급원을 포함한다. 상기 기류 공급원은 컨트롤러(24)에 의해 제어되어 전달 도관(202)을 통해 환자(16)에게 제공되는 호흡용 가스 기류를 발생시키도록 구성된다. 전형적으로, 컨트롤러(24)와 송풍기(27)는 공통 하우징(33) 안에 수용되지만, 컨트롤러가 송풍기(27) 및 호흡 보조 시스템의 다른 구성요소들에서 이격된 곳에 배치되거나 별도의 하우징에 배치될 수 있음을 고려한다. 일부 실시예에서, 하우징(33)에는 또한 (도 1의 실시예에 나타낸 바와 같이) 가습 챔버를 포함하는 가습기가 수용되어 있어, 환자에게 제공될, 송풍기로부터의 가스 기류가 가습 챔버를 통과할 때 수분 함량을 증가시키고 일부 경우에는 온도를 높임으로써 가스를 가습한다. 이어서, 가습된 가스는 전달 도관(202)(가습기 및 환자 호흡 회로(40)의 하류측 전달 도관(38)의 일부를 포함할 수 있음)에 의해 환자 인터페이스(200)로 전달된다. 호흡 보조 시스템(22)은 환자(16)에게 전달하기 위한 가스 기류를 전달 도관(202)을 통해 전해 받도록 구성된 환자 인터페이스(200)를 추가로 포함한다. 환자 인터페이스(200)는 가스를 환자의 콧구멍(들) 또는 입에 각각 또는 둘 다에 제공하도록 구성된 하나 이상의 비강 요소 또는 안면 마스크 어셈블리를 포함할 수 있다. 환자 인터페이스(200)는 도관(202)을 통해 송풍기(27)로부터 호흡용 가스 기류를 전해 받는다. 도관(202)은 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이 적어도 제1 형태 및 제2 형태로 작동하도록 구성된 접철식 제1 부분(204)을 포함한다.
접철식 부분(204)은 제1 형태(예컨대, 접철되지 않은 상태이거나 완전히 또는 대체로 개방된 상태)에서 작동하도록 구성되며, 상기 제1 형태에서 제2 형태(예컨대, 접철된 상태이거나 완전히 또는 대체로 폐쇄된 상태)로 접철될 수 있다. 이러한 제1 형태와 제2 형태 사이에 하나 이상의 중간 상태가 있을 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 하나 이상의 중간 상태는 제1 형태에 해당하는 완전히 또는 대체로 개방된 상태보다 덜 개방(또는 더 폐쇄)되고 제2 형태에 해당하는 완전히 또는 대체로 폐쇄된 상태보다 더 개방(또는 덜 폐쇄)된 상태일 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 컨트롤러(24)는, 접철식 부분(204)이 제1 형태에 있을 때와 비교하여, 접철식 부분(204)이 제2 형태에 있을 때 기류 공급원의 작동을 변경한다. 일부 실시예에서, 이는 송풍기(27)의 속도를 조절(예컨대, 감소)함으로써 달성되며, 결국은 감지된 시스템 압력이 환자에게 제공되는 호흡용 가스 기류의 해당 유량에 대한 압력 임계값을 충족하거나 초과하면 이에 대한 대응으로 호흡용 가스 기류를 조절(예컨대, 감소)하여 시스템 내 유량을 감소시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 컨트롤러(24)는 하나 이상의 비례 밸브의 상태(예컨대, 개구 정도)를 변경하며, 결국은 감지된 시스템 압력이 환자에게 제공되는 호흡용 가스 기류의 해당 유량에 대한 압력 임계값을 충족하거나 초과하면 이에 대한 대응으로 호흡용 가스 기류를 조절(예컨대, 감소)하여 시스템 내 유량을 감소시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 컨트롤러(24)는 송풍기 및 비례 밸브 둘 다의 작동 및/또는 상태를 변경한다.
도 6에 나타낸 호흡 보조 시스템(22)은 2가지 유형의 센서를 포함한다: 호흡 보조 시스템(22) 내 호흡용 가스 기류의 유량을 감지하도록 구성된 유량 센서(들)(32); 및 하우징(33) 출구의 하류측을 포함하는 송풍기(27) 하류측의 호흡 보조 시스템(22) 내 압력을 감지하도록 구성된 압력 센서(들)(29).
유량 센서(들)(32) 및 압력 센서(들)(29)는 기류 조절장치(즉, 송풍기(27))의 하류측에 위치한다. 유량 센서(들)(32) 및 압력 센서(들)(29)는 기류 조절장치의 하류측과 전달 도관(202) 내의 유량 및 압력을 각각 감지하도록 구성된다. 본 실시예에서, 컨트롤러(24)는 유량 센서(들)(32) 및 압력 센서(들)(29)로부터 전달 도관(202) 내 호흡용 가스 기류의 유량 및 압력을 나타내는 데이터를 수신하도록, 그리고 감지된 압력을 컨트롤러(24)에 저장되거나 또는 컨트롤러와 상호동작 가능하게 연결된 메모리 요소에 저장된 해당 유량에 대한 압력 임계값과 비교하도록 구성된다.
일부 실시예에 의하면, 시스템 출구 압력을 측정하기 위해, 하나 이상의 압력 센서가 전달 도관(202)이 결합된 시스템 출구 근처의 송풍기(27)의 하류측에 위치할 수 있다. 추후 설명하겠지만 출구에서의 압력을 이용하여 환자측 압력을 추론할 수 있다. 일부 실시예에 의하면, 주요 압력 센서가 고장나는 경우에 백업 압력 입력을 제공하도록 제2 압력 센서(29)가 여분으로 구비될 수 있다. 일부 실시예에서, 컨트롤러(24)는 절대 (주변) 압력 센서(29a)로부터 입력을 수신하여 예컨대 고도에 따라 달라질 수 있는 작동 기압을 검출할 수 있으며, 기류 공급원 및 그의 구성요소들(이를테면, 송풍기)의 성능에 대해 영향을 미칠 수 있다. 한편, 게이지 센서는 우수한 해상도를 가지고 있어 여러 응용 분야에서 선호되는 압력 센서일 수 있다.
일부 실시예에서, 전달 도관 내의 압력을 감지하도록 구성된 압력 센서(29) 외에도, 환자에게 전달된 압력을 감지하도록 구성된 압력 센서가 있다. 이로써 컨트롤러(24)는 이들 두 센서가 감지한 압력 간의 차이를 바탕으로, 환자에게 전달된 가스 기류의 유량을 파악할 수 있게 된다.
환자 인터페이스(200)는 전술한 특징들을 갖는다. 따라서 일부 실시예에서, 환자 인터페이스(200)는 제1 형태와 제2 형태 간에 전환가능한(도 3b) 접철식 부분(204)을 갖는 도관(202)으로부터 호흡용 가스 기류를 전해 받는 비강 캐뉼라(이를테면, 비밀봉식 비강 캐뉼라)이다.
본 개시의 실시예에 따라 호흡용 가스를 전달하는 것과 관련된 구성품들에 대한 보다 구체적인 설명을 제공하기 위해, 이하 환자 인터페이스(200)를 비강 캐뉼라(200)로 지칭하기로 한다. 일부 실시예에서, 안면 마스크 어셈블리(300)를 비강 캐뉼라(200) 위로 환자(16)에 씌우면 접철식 부분(204)은 제2 형태로 접철된다. 안면 마스크 어셈블리(300)를 마스크(300)로 약칭할 수 있다. 따라서 전달 도관(202)은 접철식 부분(204)을 통해 호흡용 가스 기류를 환자(16)에게 전달하도록 구성되되, 접철식 부분(204)이 제1 형태일 때와 비교하여 접철식 부분(204)이 제2 형태일 때 더 적은 유량을 전달한다. 예를 들어, 접철식 부분(204)이 제2 형태일 때 전달되는 더 적은 유량이란 약 15 L/min 미만, 약 0 내지 15 L/min, 약 5 내지 15 L/min, 또는 0 L/min일 수 있다. 한편 접철식 부분(204)이 제1 형태일 때에는 약 20 L/min, 약 20 내지 90 L/min 또는 약 40 내지 70 L/min 범위일 수 있는 고유량이 전달된다.
전달 도관(202)은 전달 회로(38) 및 상기 전달 회로(38)와 환자 인터페이스(200) 사이에 배치되는 환자 호흡 회로(40)를 제공하기 위한 것으로 간주될 수 있다. 환자 호흡 회로(40)는 출구 커넥터(34)를 통해 전달 회로(38)에 연결된다. 도 6의 실시예에서, 컨트롤러(24), 송풍기(27), 압력 센서(들)(29), 유량 센서(들)(32) 및 전달 회로(38)는 하우징(33) 안에 수용된다. 출구 커넥터(34)는 하우징(33)에 장착되거나 하우징(33)을 관통하며 장착되어 하우징 내부의 전달 회로(38)와 하우징 외부의 환자 호흡 회로(40) 간의 물리적 연결을 제공할 수 있다. 환자 인터페이스(200)가 커넥터(도면에 미도시됨)를 통해 환자 호흡 회로(40)에 연결될 수 있음을 이해할 것이다. 시스템(22)이 전술한 유형의 하나 이상의 비례 밸브를 추가로 포함할 수 있다는 것과 이러한 비례 밸브 역시 하우징(33) 안에 수용될 수 있음을 이해할 것이다. 이해하겠지만, 환자 인터페이스(200)의 일부를 의도적으로 접철하거나 또는 환자 인터페이스에 가스 기류를 전해주는 접철식 부분(204)을 의도적으로 접철하면, 호흡 보조 시스템 내의 기류는 유동에 제한을 받게 된다. 사용 중인 호흡 보조 시스템(22)의 한 예에서 이러한 일이 발생하면, 컨트롤러(24)는 시스템 압력이 증가한 것으로 파악하여 기류 유동에 대한 제한을 감지한 후, 기류 조절장치(26)를 제어하여(예를 들어, 송풍기(27)의 속도를 변경하고/하거나 비례 밸브(25)를 통과하는 유로의 크기를 변경함으로써, 도 7 참조) 시스템 압력을 조절하도록 할 수 있다. 접철식 부분(204)이 제1 형태로 돌아가면, 컨트롤러(24)는 시스템 압력이 감소한 것으로 파악하여 변화를 감지한 후, 송풍기(27) 및/또는 비례 밸브(25)를 제어하여 호흡용 가스 기류를 증가시키도록 할 수 있다. 이는 결과적으로 시스템 압력을 높일 수 있지만, 가스 기류의 유량에 상응하는 압력 임계값 미만으로 유지하는 한에서 이루어진다.
호흡 보조 시스템은 예컨대 전달 도관(202)이 걸리거나(snagging), 접히거나 또는 찌그러짐으로 인해 야기되는 우발적 기류 유동 제한에 취약할 수 있다. 특정 환자 인체구조 및/또는 기도 특징들의 저항이 높을 경우에도 시스템 내의 기류 유동이 제한될 수 있다. 이러한 제한으로 인해 해당 제한 지점의 상류측 유로에 상당한 배압이 생성될 수 있다. 호흡 보조 시스템(22)의 일부 실시예에서는, 이러한 제한이 발생하는 경우, 호흡 보조 시스템은, 컨트롤러(24)의 작동에 의해, 전달 도관(202) 내의 압력이 해당 유량에 대한 압력 임계값을 초과한다는 것을 파악할 수 있으며, 이에 컨트롤러(24)는 송풍기(27)를 제어하여 호흡용 가스 기류를 감소시키도록 함으로써 시스템(22) 내의 압력을 낮출 수 있다. 우발적인 제한이 해제되면, 컨트롤러(24)는 추가로 송풍기(27)를 제어하여 호흡용 가스 기류를 증가시키도록 함으로써 시스템(22) 내의 압력을 높일 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 컨트롤러(24)는 비례 밸브(25)를 제어하여 더 개방하도록 함으로써, 호흡용 가스 기류를 증가시키고 시스템(22) 내의 압력을 높일 수 있다.
도 7과 도 8은 본 개시의 실시예에 따른, 환자에게 호흡용 가스 기류를 제공하는 호흡 보조 시스템(22)의 구성요소들에 대한 예시적 개략도이다. 보다 구체적으로, 도 7과 도 8은 산소(O2) 공급원(42)(예컨대, 벽 매립형 산소 공급원 또는 O2 탱크) 및 주변 공기 공급원(44)으로부터의 호흡용 가스를 비강 캐뉼라(200) 및 환자에게 전달하는 호흡 보조 시스템(22)과 관련된 구성요소들을 나타낸다.
호흡 보조 시스템(22)은, 도 7과 도 8에 나타낸 바와 같이, 호흡 보조 시스템(22)의 O2 전달 회로(47)에서의 압력을 감지하도록 구성된 압력 센서(46)(예컨대, O2 압력 센서)를 포함한다. 이러한 압력 센서는 O2 전달 회로(47)가 O2 공급원(42)에 연결되었음을 파악하는 데에도 사용될 수 있다. O2 기류의 제어는 컨트롤러(24)(미도시)가 제어 가능한 비례 밸브(25)에 의해 수행될 수 있다. O2 전달 회로(47)는, 비례 밸브(25)에 의해 조절된 후의, O2 공급원으로부터의 O2 기류의 유량을 감지하도록 구성된 유량 센서(48)(예컨대, O2 유량 센서)를 추가로 포함한다.
호흡 보조 시스템(22)은, 도 7과 도 8에 나타낸 바와 같이, 호흡 보조 시스템(22)의 공기 전달 회로(49) 내 주변 공기 공급원(44)으로부터의 공기 유량을 감지하도록 구성된 유량 센서(50)(예컨대, 공기 기류 센서)를 추가로 포함한다. 일부 실시예에서 환자 호흡 회로(40)는 O2 전달 회로(47) 및 공기 전달 회로(49)에 연결되며, 환자 호흡 회로 및/또는 환자 인터페이스는 환자측 압력 센서 및 환자측 유량 센서를 추가로 포함한다. 공기 기류의 제어는 컨트롤러(24)가 제어 가능한 전술한 유형의 송풍기(27)에 의해 수행된다. 도 7에서 송풍기(27)는 공기 전달 회로(49)에 구비되어 있는 반면, 도 8에서 송풍기(27)는 환자 호흡 회로(40)에 구비되어 있다. 이들 두 실시예에서, 호흡 보조 시스템(22)은, 컨트롤러(24)를 통해, 즉 컨트롤러(24)로 하여금 송풍기(27)의 작동을 제어하게 함으로써(예컨대, 송풍기(27)의 각속도/모터 속도 및/또는 송풍기(27)에 공급되는 전류나 전압을 변화시킴으로써), 및/또는 컨트롤러(24)로 하여금 비례 밸브(25)의 개방도를 제어하게 함으로써(예컨대, 밸브로 공급되는 전류를 변화시켜, 환자 호흡 회로(40)에 유입되는 O2를 제한하거나 변경함으로써), 압력 및/또는 유량에 대한 폐루프 제어를 제공한다.
일부 실시예에서, 송풍기(27)는 호흡용 가스 기류를 조절하는 것을 가능하게 하고, 비례 밸브(25)는 호흡용 가스 내의 산소 농도를 제어하는 것을 가능하게 한다. 둘 다 컨트롤러(24)의 제어 하에 작동한다. 따라서, 유량 설정값이 일정한 조건에서 사용자가 I/O 인터페이스(20)를 작동시켜 기류를 증가시키는 경우, 송풍기(27)에 대한 제어로 인해 송풍기 속도가 증가되어 O2 농도가 희석될 수 있다. 이를 보상하기 위해 컨트롤러(24)는 비례 밸브(25)를 작동시켜 더 개방하게끔 만들어(예컨대, 비례 밸브로 공급되는 전류를 증가시켜) 더 많은 O2가 환자에게 흘러갈 수 있도록 함으로써 사용자가 요구하는 O2 농도 설정값을 충족한다. 사용자가 O2 농도 설정값을 더 높은 농도로 바꾸는 경우, 컨트롤러(24)는 비례 밸브(25)를 제어하여 환자에게 전달될 호흡용 가스에 더 많은 산소를 유입할 수 있도록 할 수 있다.
도 7과 도 8에 나타낸 실시예들에서, 환자 호흡 회로(40)는 O2 전달 회로(47) 및 공기 전달 회로(49)와 유체 연통한다. 앞서 언급한 바와 같이, 도 8에서 환자 호흡 회로(40)는 송풍기(27)를 포함한다. 상기 송풍기(27)는 컨트롤러(24)에 의해 제어되어, 통상 공기와 O2를 함유한 가스 기류를 비강 캐뉼라(200)로 전달한다. 이들 두 실시예에서, 환자 전달 회로(40)는 비강 캐뉼라(200)를 통해 환자에게 전달될, 공기와 O2가 조합된 호흡용 가스의 압력 및/또는 유량을 모니터링하도록 구성된, 환자측 압력 센서(54) 및/또는 환자측 유량 센서(52)를 포함할 수 있다.
이와 관련하여, 도 7과 도 8의 실시예들에서, 공기 전달 회로(49) 내에(예를 들어, 도 7에서와 같이 주변 공기 공급원(44)으로부터 주변 공기를 전해 받는 송풍기(27)의 입구와 송풍기(27) 하류측의 유로 내 위치들 사이에) 양방향 유동을 허용하는 개방 유로가 있을 수 있다. 개방 유로는 단일 방향 유동만 허용하는 일방향 밸브나 구성요소가 없는 유로를 포함한다. 이는 예컨대 환자 호흡 회로(40)와 결합하는 시스템 출구에 장애물이 있는 상황에서 유리할 수 있다. 이로써, 시스템 내에 축적되는 과도한 가스를 송풍기(27)를 통해 공기 전달 회로(49) 밖으로 안전하게 "누출"시킬 수 있게 되므로, 일부 구성요소를 손상시킬 수 있는 높은 시스템 압력을 피하게 된다. 많은 종래 기술 호흡 보조 시스템은 가스 기류를 환자에게 전달하는 데 있어서 일방향 밸브에 의존하며 앞서 설명한 상황에서 역류를 방지하므로, 잠재적으로는 구성요소 손상 및/또는 시스템 고장을 야기한다.
도 7의 실시예에서, O2는 송풍기(27)의 하류측에서 주변 공기와 혼합된다. 이는 환자에게 제공되는 가스를 가습하는 실시예에 유리할 수 있는데, 그 이유는 송풍기(27)가 작동되면 송풍기를 통과하는 가스는 가온될 수 있으므로, 송풍기(27)의 하류측에서 혼합되는 가스의 온도가 송풍기의 상류측에서 혼합되는 가스의 온도보다 낮기 때문이다(도 8 참조). 이는 가습 챔버에 진입하는 가스의 온도에 기반하여 가습기를 제어하는 경우에 가습 정확도를 향상시키는 결과를 낳는다. 일부 실시예에서, 고도 변화와 같은 다양한 작동 조건에 맞추어 대응할 수 있도록 하나 이상의 압력 센서를 구비하여 주변 기압을 모니터링할 수 있다.
도 9 내지 도 14는 본 개시의 여러 실시예에서 환자에게 호흡용 가스 기류를 전달하기 위해 호흡 보조 시스템의 구성요소들을 제어하는 데 이용되는 유량과 압력 간의 관계를 나타내는 곡선을 예시하는 그래프이다. 앞서 언급한 바와 같이, 컨트롤러(24)는 호흡용 가스 기류를 증가, 유지 또는 감소시키게끔 기류 조절장치(26)를 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 컨트롤러(24)는 송풍기(27)에 전자 제어 신호를 제공하거나 송풍기에 공급되는 전압 또는 전류를 직접 제어하여 송풍기(27)의 각속도(즉, 속도)가 증가, 유지 또는 감소되게 하는 식으로 호흡용 가스 기류를 증가, 유지 또는 감소시키게끔 송풍기(27)를 제어하도록 구성된다. 컨트롤러(24)는, 도 9 내지 도 14의 곡선들(이하, 압력 한계 곡선들(C)로 지칭될 수 있음)에 나타낸 것과 같이 해당 유량에서의 하나 이상의 압력 임계값을 충족하지 않거나 초과하지 않는 압력 또는 충족하거나 초과하는 압력에 대한 대응으로, 기류 조절장치(26)에 적절한 제어를 결정한다. 일부 실시예에서, 컨트롤러(24)는 해당 유량에서의 압력 임계값 미만, 충족, 또는 초과하는 시스템 압력에 대한 대응으로 기류 조절장치(26)에 적절한 제어를 결정한다. 하나 이상의 압력 임계값은 기설정된 압력 임계값일 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 압력 임계값들 및 해당 유량들은 컨트롤러(24)의 메모리 요소에 저장되거나 컨트롤러(24)와 상호동작 가능하게 연결된 구성요소에 저장될 수 있다.
일부 실시예에서, 컨트롤러(24)는 호흡용 가스 기류의 유량이 목표 유량보다 낮으면 호흡용 가스 기류를 목표 압력까지 조절하게끔 기류 조절장치를 제어하도록 구성된다. 이렇게 하면, 목표 유량에 이르기 위해 컨트롤러가 기류를 증가시키고 이에 따라 시스템 압력이 현재 유량에 대한 압력 임계값을 초과하게 될 상태를 피하게 된다. 대안으로/추가로, 컨트롤러는 호흡용 가스 기류의 유량이 목표 유량보다 높으면 기류 조절장치를 제어하도록 구성되어, 기류 조절장치로 하여금 호흡용 가스 기류를 목표 유량까지 조절하게 함으로써(즉, 유량이 초과되었다면 기류를 목표 유량으로 낮추어 조절하게 함으로써) 환자에게 해를 끼칠 위험을 방지한다. 일부 실시예에서, 컨트롤러는 호흡용 가스 기류의 압력이 목표 유량에 상응하는 압력 임계값을 초과하거나 목표 유량보다 낮은 임의의 유량에 상응하는 압력 임계값을 초과하면 호흡용 가스 기류의 압력을 목표 압력으로 조절하게끔 기류 조절장치를 제어하도록 구성된다.
압력 한계 곡선(C)은 시스템 구성요소들의 기류 저항 및 환자에게 전달되는 유량을 비롯한 주어진 값들을 고려하여 결정되었다. 압력 한계 곡선(C)은 앞서 설명한 바와 같이 컨트롤러(24)에 의해 액세스 가능한 메모리, 이를테면 컨트롤러(24)가 본원에 기술된 바와 같은 제어를 수행하는 데 필요한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독가능한 매체(예컨대, 디스크, 하드 드라이브, USB, 광학 드라이브 또는 다른 데이터 저장 장치) 등에 저장될 수 있다.
일부 실시예에서, 압력 한계 곡선(C)은, 비강 캐뉼라(200)로의 기류에 제한이 있을 때(이를테면, 접철식 부분(204)이 접철된 형태로 있고 환자가 마스크를 쓰고 있을 때) 환자에게 제공되는 해당 가스 유량에 대한 안전한 환자측 압력인 안전 임계값을 제공한다. 이러한 압력 임계값은 환자의 기도에 압력상해를 일으킬 수 있는 과도한 압력이 환자에게 가해지는 위험을 줄이기 위해 적용된다. 따라서 일부 실시예에서, 컨트롤러(24)는, 전달 도관(202)에 장애물이 있을 때(이를테면, 우발적 막힘) 또는 환자의 환기를 위해 마스크(300)를 사용하되 접철식 부분(204)이 예컨대 제2 형태로 접철되기에 충분한 압력으로 마스크가 비강 캐뉼라 위에 씌워졌을 때, 비강 캐뉼라(200)를 통해 환자에게 전해지는 기류를 자동으로 감소시킨다. 이러한 일이 발생하면, 컨트롤러(24)는 송풍기(27) 및/또는 다른 구성요소(이를테면, 비례 밸브(25))의 작동을 제어하여 시스템(22)의 압력 제어를 구현함으로써, 압력 한계 곡선(C)에 의해 유도되는 목표 압력을 달성할 수 있다. 또한, 컨트롤러(24)는 마스크가 벗겨지면 호흡용 가스 기류를 자동으로 증가시켜, 접철식 부분(204)이 제1 형태로 되돌아갈 수 있게 한다.
일부 실시예에서, 컨트롤러(24)는 송풍기(27)만 (예컨대, 각속도를) 제어하거나, 송풍기(27)와 하나 이상의 비례 밸브(25)를 제어하거나, 하나 이상의 비례 밸브(25)만 제어하여, 호흡용 가스 기류의 유량 및/또는 압력을 조절하게 할 수 있다. 비례 밸브 및 송풍기가 평행한 유로들에 배치된 실시예의 경우(예를 들어, 도 7), 기류가 주변 공기 공급원(44)을 통해 공기 전달 회로(49) 밖으로 역류되는 것을 방지하기 위한 역류 방지 밸브(미도시)를 공기 전달 회로(49)로의 송풍기 앞쪽 또는 뒤쪽에 구비함으로써, 비례 밸브가 호흡용 가스 기류의 유량 및/또는 압력을 제어하게 한다. 일부 실시예에 의하면, 시스템에 압력 릴리프 밸브(미도시)가 구비될 수 있으며, (예를 들어, 대기로 배출시키는) 압력 릴리프 밸브는 컨트롤러(24)에 의해 작동되어 호흡용 가스 기류의 유량 및/또는 압력을 제어할 수 있다.
일부 실시예에서, 컨트롤러(24)는, 임의의 유량에 도달하면 컨트롤러(24)를 트리거하여 예를 들어 송풍기(27)를 끄고/끄거나 비례 밸브(25)를 폐쇄하는 식으로 기류 조절장치(26)의 작동을 실질적으로 감소시키거나 중지시키는 압력 한계치인 추가 안전 임계값을 적용하도록 프로그램 될 수 있다. 이러한 안전 임계값은 약 20 cmH2O를 상회하는 값, 이를테면 약 30 cmH2O, 약 40 cmH2O, 약 50 cmH2O, 약 60 cmH2O, 또는 약 70 cmH2O일 수 있다. 일부 실시예에서, 약 60 cmH2O의 안전 임계값이 바람직할 수 있거나, 해당 유량에 대한 기설정된 압력 임계값보다 크게 충분한 마진을 두고 계산된 안전 임계값을 또는 시스템 압력의 정상 예상 영역 또는 범위보다 크게 충분한 마진을 두고 계산된 안전 임계값을 이용할 수 있다.
시스템 구성요소들의 기류 저항은 측정, 계산 및/또는 추정 가능하며, 호흡 보조 시스템(22)의 모든 구성요소들, 선택적으로는 기류 조절장치(26)의 출구 하류측의 모든 구성요소들의 저항을 포함할 수 있다. 시스템(22)의 소비품들은 기류 저항에 대한 엄격한 공차를 갖도록 신중하게 설계되어야 하거나, 제조 공차가 덜 엄격한 경우를 고려하여 가장 엄정한(conservative) 가정을 취할 수도 있다. 호흡 보조 시스템(22)의 저항을 알면 시스템(22) 전체에 걸친 압력 차이를 추정할 수 있고 시스템 압력으로부터 환자측 압력을 추론할 수 있게 된다. 호흡 보조 시스템(22)은 또한 압력 센서들(29)과 유량 센서들(32)로부터 전달 도관(30) 내 저항의 실시간 특성을 파악하고 이를 알려진 저항과 비교하여 환자측 압력의 예상 변동을 감소시킬 수 있다. 현재의 환자측 압력을 알면 압력 한계 곡선(C)에 따라 확실히 압력을 제어할 수 있으며, 결과적으로 호흡 보조 시스템(22)은 비강 캐뉼라(31)로의 압력/유량을 더 효과적으로 제어할 수 있게 된다. 실제로, 컨트롤러(24)는 후술되는 바와 같이 시스템이 "과도한 압력(과압)" 영역(영역(64)에 해당함)에서 작동되는 것을 막거나 최소화하는 방식으로 송풍기(27) 및 시스템(22)의 다른 구성요소들을 작동시킨다.
호흡 보조 시스템(22)의 작동 시, 해당 유량에 대한 "정상" 작동 압력 값은 압력 한계 곡선(C) 아래에 있는 것으로 표시되어 있다. 보다 구체적으로, 해당 유량에서의 정상 작동 시스템 압력에 해당하는 영역(58)을 도 9와 도 10에 나타내었다. 유리하게, 정상 작동 영역은 해당 유량에 대한 안전한 시스템 압력 범위를 제공하며, 따라서 실제로 임상의가 환자의 기도에 과도한 압력을 전달할 위험과 압력상해나 다른 상해를 입힐 위험 없이, 환자에게 가스를 전달하는 데 요구되는 시스템의 구성요소들, 이를테면 전달 도관(202), 접철식 부분(204), 매니폴드(206), 캐뉼라(200) 및 다른 구성요소들을 안전하게 조작하게 하는 "안전한" 범위를 제공한다.
도 10은 제한 작동 영역(60)을 나타내며, 이 영역 내에, 호흡용 가스를 환자에게 전달하기 위한 시스템의 작동을 제어하는데 이용되는 압력 한계 곡선(C)이 정의될 수 있다. 일부 실시예에서, 컨트롤러(24)는 컨트롤러의 메모리 요소나 컨트롤러와 상호동작 가능하게 연결된 구성요소에 저장되어 있는 함수를 이용하여 곡선(C)의 모양을 산출한다. 따라서, 사용자가 I/O 인터페이스(20)에 입력한 "유량 설정값"을 수신하면, 컨트롤러는, 주어진 압력 하한치(시스템의 작동 제한조건으로 제조업체 또는 사용자가 정의할 수 있음) 및 제한 작동 영역(60) 안에 곡선이 속하도록 하는 함수를 이용하여, 요구되는 곡선(C)의 유량 상한치를 정의한다. 컨트롤러(24)가 시스템 압력을 제한 작동 영역(60) 안과 곡선(C) 아래에 있도록 정하더라도, 유량 감소를 위해 시스템 구성요소들의 제어를 즉시 변경하는 것이 아니라 현재 제어 조건 하에 유량이 계속 전달되도록 할 수도 있다. 제한 작동 영역(60)은, 가능하게는 부주의하게 튜브가 휘어질 때마다 또는 임상의가 환자와 소통할 때 및/또는 (환자에 환자 인터페이스를 위치시키는 경우를 포함하여) 호흡 보조 시스템의 다양한 구성요소들을 배치할 때 튜브가 휘어지면서 일시적 또는 순간적으로 기류 유동이 막히거나 제한될 때마다, 컨트롤러(24)가 유량을 즉시 감소시키는 것을 막는 데 바람직할 수 있다. 도 9와 도 11에 나타낸 실시예에서는 압력 한계 곡선(C)이 정상 작동 영역 바로 옆에 정의되었고 컨트롤러가 이용 가능한 압력 임계값들이 제공되기 때문에, 전술한 제한 작동 영역이 존재하지 않는다. 도 9와 도 11의 실시예에서 적용된 제어 매개변수들은 유량을 감소시키기 전에 전달 도관(202) 내의 부주의한(또는 고의적인) 일시적 막힘 정도를 제한하는 것이 바람직할 수 있는 여러 상황에서 활용될 수 있다.
압력 한계 곡선(C) 아래의, 정상 작동 영역 밑에 있는 영역은 부적합 영역(62)이다. 전달 도관이 누출되거나 시스템의 기류 발생 구성요소들에서 연결해제되면(예컨대, 하우징(33)에서 연결해제되면) 이러한 부적합 영역에서 작동이 이루어진다. 또한, 호환되지 않거나 의도되지 않은 시스템 구성요소들이 사용된 경우에 부적합 영역(62)에 해당하는 유량과 압력이 발생할 수 있다. 해당 유량에 대해 바람직하지 않을 수 있는 압력, 이를테면 적합하거나 의도된 호흡 보조를 달성하지 못할 수 있는 압력도 이 영역에 속할 수 있다. 일부 실시예에서, 컨트롤러(24)는 이러한 부적합/연결해제 영역(62)에 속하는 압력을 검출하면, 가시적 및/또는 가청적일 수 있는 알람 또는 경보를 울릴 수 있으며, 이는 시스템(22)이 예를 들어 시스템의 누출 또는 분리를 뜻할 수 있는 부적합 상태를 검출하였음을 시스템 사용자에게 전달한다.
도 10에 나타낸, 압력 한계 곡선(C) 위의, 제한 작동 영역(60) 위에 있는 영역은 과압 영역(64)으로 지칭된다. 안전 임계값(도 11)을 적용하는 실시예에서, 이 한계치는 과압 영역(64) 안에 위치할 수 있다. 컨트롤러(24)는 시스템 압력이 압력 한계 곡선(C)에 의해 정의된 임계값을 초과하는 것으로 판단되면 송풍기(27)에 대한 제어를 변경하여 송풍기 속도가 감소되도록 만들어, 시스템 압력을 목표 압력(예를 들어, 해당 유량에서 곡선(C)에 의해 정의된 압력 값 이하의 압력)으로 감소시킬 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 컨트롤러(24)는 비례 밸브(25)와 같은 밸브의 작동을 제어하여 시스템 내 압력을 감소시킬 수도 있다. 일부 실시예에서, 컨트롤러(24)는 제한 작동 영역(60)에서 및/또는 압력 한계 곡선(C) 위에서 소용된 시간을 추적하도록 구성될 수 있으며, 호흡 보조 시스템(22) 내 압력이 일정 기간 후에도 이 영역에 머물러 있으면, 컨트롤러(24)는 사용자에게 가스 전달 도관 또는 시스템의 다른 구성요소가 막혔을 가능성에 대한 경보를 주기 위해 가청 및/또는 가시 알람을 트리거할 수 있다.
도 10은 또한 컨트롤러가 압력 및/또는 유량을 감소시키지 않는 일시적 압력 증가를 허용하는 S자형 압력 한계 곡선(C)을 보여준다. 즉, 사용 시, 접철식 부분(204)이 제1 형태로 있을 때, 정상 작동 압력 영역(58)의 공칭(기준치) 시스템 압력은 압력 한계 곡선(C)에서 아래로 제1 압력 마진(M1) 이상만큼 떨어져 있게 된다. 접철식 부분(204)이 제2 형태로 있을 때, 정상 작동 압력 영역(58)의 공칭(기준치) 시스템 압력은 압력 한계 곡선(C)에서 아래로 제2 압력 마진(M2) 이상만큼 떨어져 있게 된다. 공칭(기준치) 압력은 정상 작동 압력 영역(58)의 압력 상한치일 수 있다. 도 10에서, 제1 압력 마진(M1)이 제2 압력 마진(M2)보다 크다는 것을 알 수 있다. 즉, 시스템(22) 내 압력 변화의 편차는 허용 가능한 범위이다. 시스템(22)이 정상 작동 상태(58)에 있을 때, 정상 시스템 압력으로부터의 허용 가능한 편차의 마진은 저유량일 때보다 고유량일 때 더 크다. 저유량에서의 좁은 압력 마진은 접철된 상태에 해당할 수 있고 고유량에서의 큰 압력 마진은 접철되지 않은 상태에 해당할 수 있어, 상당한 압력 및/또는 유량 변화가 없다는 전제 하에, 시스템(22)의 제어는 각각 이들 영역과 "접철된" 또는 "접철되지 않은" 상태에 유지된다. 따라서, 접철식 부분(204)이 제2 (접철된) 형태에서 제1 (접철되지 않은) 형태로 또는 그 반대로 전환할 때 요구될 수 있는 것과 같이, 컨트롤러(24)는 시스템 내 압력이 상당히 변화된 후에야 제어 변경(예컨대, 압력 제어에서 유량 제어로, 또는 그 반대로)을 시작하도록 되어 있어, 막힘 현상이 실질적으로 해소되기(유량 제어로의 전환을 트리거함) 전이나 또는 막힘 현상이 일시적인 것 이상이기(압력 제어로의 전환을 트리거함) 전에는 제어 변경을 실시하지 않도록 보장한다.
도 11의 그래프를 참조하면, 호흡 보조 시스템(22)이 정상 작동 압력 영역(58)에서 작동되는 동안, 기류 조절장치는 컨트롤러(24)에 의해 제어되어 목표 유량(예를 들어, 임상의와 같은 사용자가 I/O 인터페이스(20)를 사용하여 규정한 유량 설정값)의 호흡용 가스 기류를 제공한다. 시스템 압력이 목표 유량에서의 압력 한계 곡선(C)에 의해 정의된 압력 값 미만으로 유지되는 한, 정상 작동 영역(58)에서, 컨트롤러(24)는 기류 조절장치를 제어하여 가스 기류를 목표 유량으로 제공하게 한다. 이러한 상황에서의 컨트롤러는 유량 제어 모드인 제1 제어 모드에 있는 것으로 간주될 수 있다. 도 11에 예시된 제어에 따르면, 시스템 압력이 목표 유량에서의 압력 한계 곡선(C)에 의해 정의된 압력 값을 충족하거나 초과하는 것으로 판단되면(예를 들어, 막힘 현상이 일어나기 시작하는 경우) 컨트롤러(24)는 기류 조절장치(26)를 제어하여 호흡용 가스 기류를 압력 한계 곡선(C)에 의해 정의된 압력 값 이하인 목표 압력으로 조절하게 한다. 이러한 상황에서의 컨트롤러는 압력 제어 모드인 제2 제어 모드에 있는 것으로 간주될 수 있다. 도 11의 실시예에서, 목표 압력은 압력 한계 곡선(C)을 따르는 압력 값으로 이루어진다. 막힘 현상이 증가함에 따라 (예를 들어, 접철식 부분(204)이 더 많이 접철되면), 시스템 내 호흡용 가스 기류의 유량이 감소하고, 감소된 유량에서의 해당 목표 압력 또한 감소한다. 따라서, 막힘 현상이 증가하면 컨트롤러(24)는 기류 조절장치(26)를 제어하여 호흡용 가스 기류를 압력 한계 곡선(C)을 따라 아래쪽으로 조절하게 한다.
컨트롤러(24)는 감지된 압력 입력 값이 해당 유량에 대한 곡선의 값과 같으면 시스템 압력이 압력 한계 곡선(C)을 "충족하는" 것으로 식별하도록 구성될 수 있지만, 컨트롤러는 또한 감지된 시스템 압력이 압력 한계 곡선(C)의 값에 "근사"하거나 매우 근접하면, 예컨대 곡선 값의 최대 약 10% 이내, 곡선 값의 최대 약 5% 이내, 곡선 값의 최대 약 3% 이내, 곡선 값의 최대 약 2% 이내, 곡선 값의 최대 약 1% 이내이면, 제어 변경을 활성화하도록 프로그래밍될 수도 있다. 일부 실시예에서, 호흡용 가스 기류의 유량은 점진적으로 감소되어 결국에는 0 L/min에 가까운(또는 일부 경우에, 도달하는) 매우 낮은 유량에 이를 수 있다. 이는 호흡 보조 시스템(22) 내 압력을 감소시키며 시스템(22) 내 압력이 압력 한계 곡선(C)을 충족하거나 초과하는 것을 피할 수 있다.
일부 실시예에서, 컨트롤러(24)는 기류 조절장치(26)를 제어하여 호흡용 가스 기류를 조절하게 함으로써 시스템 압력을 압력 한계 곡선(C)에 또는 압력 한계 곡선(C)을 따라 유지한다. 시스템 압력이 해당 유량에서의 압력 한계 곡선(C)을 따르는 압력 한계치 아래로 떨어지면, 컨트롤러(24)는 기류 조절장치(26)를 제어하여 호흡용 가스 기류를 증가시키게 함으로써 목표 압력을 달성할 수 있다. 상기 목표 압력은 압력 한계 곡선(C)을 따르는 압력 값일 수 있다. 상기 목표 압력은 압력 한계 곡선(C)을 따르는 더 높은 목표 압력일 수 있다. 다시 말해, 막힘 현상이 감소됨에 따라, 또는 주어진 시스템 압력에서 송풍기의 속도가 증가함에 따라, 호흡용 가스의 유량이 증가하고 압력 한계 곡선(C)을 따르는 해당 목표 압력이 증가하므로, 막힘 현상이 감소하면 컨트롤러는 기류 조절장치(26)를 제어하여 호흡용 가스의 유량을 압력 한계 곡선(C)을 따라 위쪽으로, 유량 설정값 쪽으로 조절하게 한다. 목표 유량이 충족된 경우, 선택적으로는 목표 유량이 충족되었고 시스템 압력이 목표 유량에서의 압력 한계 곡선(C)을 따르는 압력 값보다 낮은 경우, 목표 압력에 대한 제어를 유량 제어로 전환할 수 있다. 호흡용 가스 기류의 증가 및/또는 감소는 지속적인 증가 및/또는 감소일 수 있거나, 단계적인 증가 및/또는 감소일 수 있다.
압력 한계 곡선(C)은, 환자에게 안전하지 않은 압력 또는 시스템 압력을 전달하여 시스템 구성요소들을 손상시킬 수도 있는 과도한 압력 사건 또는 상태를 유발하는 시스템(22) 내 기류 유동 제한 가능성을 피하거나 감소시키기 위해 컨트롤러(24)에 지침을 제공하도록 고안되었다. 앞서 언급한 바와 같이, 기류 유동 제한은 비강 캐뉼라(200)의 일부를 제공하거나 형성하는 접철식 부분(204)이 위에 씌어지는 마스크(300)로 인해 접철되면서 의도적으로 유발될 수 있거나, 또는 전달 도관의 일부가 예를 들면 걸리거나 꼬이거나 휘어져 우발적으로 일어날 수도 있다. 도 10과 도 13에 나타낸 압력 한계 곡선(C)의 모양은 S자형이다. S자형 압력 한계 곡선을 활용하는 실시예에서, 컨트롤러(24)는 기류 조절장치(26)를 작동시켜 가스의 유량을 가변 비율(variable rate)로 증가 또는 감소시키는 방식으로 조절하게 할 수 있다. S자형 압력 한계 곡선(C)은 컨트롤러(24)가 저유량에서 낮은 시스템 압력이 제공되거나 유지될 수 있게 기류 조절장치를 제어할 수 있도록 한다. 이는 접철식 부분(204)이 접철된 상태에 유지될 수 있게 하는 데 유리할 수 있으며, 또한 접철식 부분(204)이 제2 형태로 있을 때 접철식 부분에 걸쳐 압력 차이 또는 상당한 압력 차이가 생겨, 잔류 기류를 접철식 부분(204)을 통해 환자에게 전달시키거나, 필요한 호흡 보조 전달을 위해 캐뉼라 위로 마스크를 씌우는 일을 어렵게 만들 수 있는 가능성을 최소화하는 데 유리할 수 있다. 일부 실시예에서는, 제2 형태의 접철식 부분(204)에 걸쳐 소정 양 또는 다양한 양의 잔류 기류가 발생하도록 압력 한계 곡선(C)을 정의할 수 있다. 예를 들어, 제2 형태의 접철식 부분(204)에 걸쳐 특정 양의 압력 차이가 생겨, 특정 양의 잔류 기류가 발생할 수 있다. 매끄러운 압력 임계값 곡선(C)은, 접철식 부분(204)과 마스크(300)를 통해, 시스템 압력에 의해 힘이 가해지는 경우 이를 마스크(300)를 통해 느낄 수 있는 사용자에게 매끄러운 촉각 피드백이 주어질 수 있도록 한다.
압력 한계 곡선(C)는 모양이 다양할 수 있지만, 어떤 상황에서든, 해당 유량에 대한 압력 한계치 이하에서 가스가 전달되도록 직접 제어를 위한 모양을 가지며, 이상적으로는 상대적으로 매끄러운 모양을 가짐으로써 보다 원활한 제어를 달성하도록 하는 것임을 이해해야 한다(일부 실시예에서는 계단형 곡선(C)에서 비롯되는 계단식 제어를 채택할 수도 있지만, 이는 단계들 사이에 제어 불안정성을 야기할 수 있다). 곡선(C) 아래의 정상 작동 영역(58)은 시스템(22) 내부의 구성요소들의 기류 저항에 따라 결정될 수 있어, 전술한 바와 같이 제조 공차가 다양할 수 있다. 곡선(C)의 매개변수는 작동 선호사항에 따라 다를 수 있다. 일부 실시예에 의하면, 제로 유량(y-절편)에서의 압력 한계치가 높을수록 더 많은 잔류 기류가 제2 형태의 접철식 부분(204)을 가로질러 흐를 수 있다. 다른 실시예에서, 제로 유량에서의 목표 압력은 0 cmH2O에 가깝거나 0 cmH2O일 수 있다. 대안으로/추가로, 고유량에서의 압력 한계치가 높을수록(즉, 압력 한계 곡선(C)과 영역(58) 내 정상 작동 시스템 압력 간의 차이가 클수록), 컨트롤러(24)가 기류 조절장치에 대한 제어를 변경하여 압력을 감소시키기 전에 시스템 상태에 더 많은 변화가 생길 수 있다(예컨대, 접히거나 막힌 캐뉼라 상태). 이는 목표 유량에서의 압력 한계 곡선(C)의 압력 한계치가 충족되거나 초과되기 전에 시스템 압력 증가에 대해 더 큰 공차를 제공한다. 일부 실시예에서, 곡선(C)은 최소 작동 압력과 최대 작동 압력으로 정의되는 제어 종단점들 사이의 선형 부분이거나 이러한 선형 부분을 포함할 수 있다. 그러나 선형 곡선(C)에 따라 제어하면 접철식 부분(204)이 저유량으로 제2 형태에 있을 때 바람직하지 않는 양의 잔류 기류가 상기 접철식 부분(204)을 가로질러 흐를 수 있다. 대안으로/추가로, 곡선(C)은 4각(quadratic) 부분일 수 있거나 이러한 4각 부분을 포함할 수 있지만, 일부 상황에서 이는, 우발적 또는 일시적으로 휘었거나 꼬였거나 그 외 다른 상태로 인해 시스템 압력이 높아진 경우, 압력 임계값 감지에 따른 우발적 트리거링을 더 쉽게 유발할 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서는 "제한(된)" 작동 영역(60)과 함께 여러 S자형 곡선이 제어 유도에 바람직할 수 있다고 판단되었다.
도 12는 제로 유량에서 압력 곡선이 공칭 압력 한계치를 가지거나(곡선(R)) 제로 압력 한계치를 가질 수 있음(곡선(S))을 설명하기 위해 제공된 그래프이다. 이론적으로, 유량이 제로일 때 압력 한계치가 제로이면, 시스템에 막히거나 접철된 상태가 있을 때 잔류 기류가 발생되지 않는다. 공칭 제로 유량 압력 한계치(곡선(R))가 높을수록 접철 상태 시 더 많은 잔류 기류가 발생할 수 있다. 일부 실시예에서, 유량이 낮거나 제로인 경우에는(예컨대, 접철식 부분(204)이 제2 형태에 있을 때) 소량의 잔류 압력으로 시스템(22)을 작동시키는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 실시예에서, 컨트롤러(24)는 제로(또는 낮은) 유량으로 소량의 시스템 압력이 유지되도록, 예를 들어 송풍기(27)가 매우 낮은 각속도를 유지하도록, 기류 조절장치(26)의 작동을 제어하고 유지한다. 이는 접철식 부분(204)이 제1 형태로 변해 갈 때 시스템 내의, 또한 환자에게 제공될 기류를 복원하는 것을 돕는다는 이점이 있다. 특히, 접철식 부분(204)이 제2 형태에서 제1 형태로 변경될 때(즉, 막힘 현상이 감소될 때), 호흡용 가스 기류의 유량이 증가하고 시스템 압력이 감소하게 된다. 그러면 컨트롤러(24)는 기류 조절장치(26)를 제어하여 호흡용 가스 기류를 이때의 증가된 유량에 대한 새로운 목표 압력으로 조절하게 할 수 있다. 새로운 목표 압력을 달성하는 데 있어서, 호흡용 가스 기류의 유량이 다시 증가하고 이는 새로운 목표 압력을 제시한다.
따라서, 컨트롤러(24)는 기류 조절장치(26)를 제어하여, 유량 설정값이 충족될 때까지 호흡용 가스 기류를 압력 한계 곡선(C)을 따르는 목표 압력으로 조절하게 한다. 유량 설정값이 충족되면 컨트롤러(24)는 유량 제어 모드로 전환한다. 그러나 제로(또는 낮은) 유량에서의 낮은 시스템 압력으로 인해 접철식 부분(204)에 걸쳐 압력 차이가 생겨, 잔류 기류가 발생할 수 있다. 일부 응용 분야에서는 잔류 기류가 바람직할 수 있다. 다른 응용 분야에서는 잔류 기류가 바람직하지 않을 수 있어, 기류 조절장치(26)의 완전한 차단에 해당할 수 있는 압력-유량 그래프의 원점(0, 0)에서 y축을 교차하도록 압력 한계 곡선을 구성함으로써 이러한 잔류 기류를 중지시키거나 상당히 감소시킬 수 있다. 이러한 실시예에서, 시스템 내 기류 유동이 전혀 없으면, 컨트롤러(24)가 압력 제어 (압력-유도식 제어) 모드 및/또는 유량 제어(유량-유도식 제어) 모드로 작동하기에 충분한 압력 변화 및/또는 유량 변화가 시스템 내에서 일어났는지 컨트롤러(24)가 판단하지 못하게 될 수 있다. 이에 따라, 컨트롤러(24)는 기류 조절장치(26)를 제어하여 "테스트 펄스"에 해당하는 숏 버스트 또는 펄스식 기류를 전달하게 함으로써, (예컨대, 접철식 부분(204)이 제2 형태에 있음으로 인해 발생되는) 막힘 현상 또는 장애물이 해소되었음을 나타내는 시스템 내 압력 변화 여부를 판단하도록 구성될 수 있다. 테스트 펄스로 인해 (유량 증가는 미미한 채) 시스템 압력만 증가하였다면, 컨트롤러는 막힘 현상이나 장애물이 여전히 존재하므로 압력-유도식 제어(또는 테스트 펄스를 제외한, 기류 조절장치의 비활성화)를 유지해야 한다고 판단한다. 테스트 펄스 간격은, 장애물이 해소되지 않았다면 보다 규칙적인(또는 더 긴) 펄스가 잔류 기류를 증가시킬 수 있다는 점을 감안하여, 작동 요구사항에 따라 미리 프로그램 하고/하거나 변경 가능하다. 반대로, 펄스 간격이 긴 경우, 잔류 기류는 상당히 감소할 수 있지만, 테스트 펄스가 발생하기 전까지는 컨트롤러가 시스템 압력의 감소를 감지할 수 없기 때문에 충분히 대응하지 않을 수 있다. 컨트롤러는 테스트 펄스에 대응한 기류 증가를 감지한 경우 이를 장애물이 해소된 것으로 판단한 후 기류 조절장치에 대한 제어를 변경하여 기류 조절장치의 속도가 높아지도록 함으로써, 시스템 내의 유량 및/또는 압력을 증가시킬 수 있다.
일 예에서, 컨트롤러(24)는 시스템(22) 내 호흡용 가스 기류의 압력 및/또는 유량을 나타내는 데이터를 지속적으로 수신하거나 주기적으로 샘플링하고, 이렇게 수신된 데이터를 압력 한계 곡선(C)으로부터 얻은 값들과 비교한다. 이상적으로는, 시스템 내 압력이 곡선(C)을 따르는 값들에 상응하는 목표 압력을 초과하지 않는다는 조건으로, 컨트롤러(24)는 유량 설정값에 상응하는 목표 유량을 달성하고자 한다. 컨트롤러(24)는 수신되는 압력 값들에 따라 기류 조절장치(26)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 시스템 압력이 해당 유량에 대한 곡선(C)의 값을 충족하였거나 초과하였음이 수신된 압력 값들을 통해 드러나면, 컨트롤러(24)는 시스템을 제어하여 시스템 압력이 해당 유량에 대한 곡선(C)의 값 이하가 되게 한다(즉, 압력-유도식 제어). 대안으로, 시스템 압력이 해당 유량에 대한 곡선(C)의 값을 충족하지 않았거나 초과하지 않았음이 수신된 압력 값들을 통해 드러나면, 컨트롤러는 시스템을 제어하여 목표 유량을 달성하게 한다(즉, 유량-유도식 제어). 예로서, 컨트롤러(24)는, 해당 유량에 대한 압력 한계 곡선(C)의 값을 초과하는 수신된 압력에 대한 대응으로 환자에게 제공되는 호흡용 가스 기류를 감소시키거나 중지하게끔 기류 조절장치(26)를 제어하는 식으로 시스템(22)의 작동을 조절하여 호흡용 가스 기류가 감소되도록 할 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 컨트롤러는 비례 밸브(25)를 작동시켜 시스템 내의 압력을 감소시킬 수 있다. 한편, 컨트롤러는 해당 유량에 대한 압력 한계 곡선(c)의 값을 초과하지 않는 압력에 대한 대응으로 호흡용 가스 기류를 증가시키게끔 기류 조절장치(26)(및 선택적으로, 비례 밸브(25))를 제어하는 식으로, 수신된 압력이 해당 유량에 대한 압력 한계 곡선(c)의 값을 초과하지 않는 경우에 대한 대응으로 시스템(22)의 작동을 조절하여 호흡용 가스 기류가 증가되도록 할 수 있다.
컨트롤러(24)는 수신된 압력이 압력 한계 곡선(C)을 초과하지 않는 것으로 판단되고 또한 목표 유량과 측정된 유량 간에 차이가 있는 것으로 판단되면 디지털 통신 인터페이스를 통해 명령을 출력하거나 공급 전압 혹은 공급 전류를 조절함으로써 송풍기(27)의 모터 속도를 증가 또는 감소시킬 수 있고/있거나 비례 밸브(25)를 개방 또는 폐쇄시킬 수 있다. 이러한 제어는 양분법적(예컨대, 송풍기 온/오프 전환)일 수 있거나, 지속적(예컨대, 앞서 언급된 차이에 기반하여, 송풍기 및/또는 비례 밸브로의 공급 전압 또는 공급 전류를 제어하여 송풍기의 각속도 및 밸브의 개방도 조절)일 수 있다. 감지된 압력 값이 압력 한계 곡선(C)을 충족하거나 초과하는 경우, 컨트롤러(24)는 송풍기로의 공급 전압 또는 공급 전류를 설정량만큼, 설정된(일정) 감소율만큼, 가변 감소율만큼, 또는 앞서 설명한 압력-기반 PID 제어 등을 이용하여, 감소시킬 수 있다. 피드백 제어의 각 반복마다 송풍기의 각속도는 감지된 압력 값이 압력 한계 곡선(C)의 값 이하로 떨어질 때까지 또는 유량 임계값에 도달할 때까지 감소될 수 있다. 이는 막힌 상태를 나타낼 수 있다. 송풍기의 각속도는 일정 비율 또는 가변 비율로 감소될 수 있다.
도 13은 좀더 명확한 설명을 위해 오프셋 압력 특성분석에 기반한 S자형 압력 한계 곡선(C)의 일 예를 나타낸다. 본 그래프는 정규화된 시스템 압력, 및 저유량(예컨대, 1 cmH2O)에서의 압력 임계값이 고유량(예컨대, 20 cmH2O)에서의 압력 임계값과 어떻게 다른지 보여준다. S자형 압력 한계 곡선(C)은 정상 상태의 비강 캐뉼라(31)에 해당하는 제1 압력 영역(66), 접철된 상태의 비강 캐뉼라(31)에 해당하는 제2 압력 영역(68), 또는 시스템(22)이나 전달 도관(30) 내의 일부 기류 유동 제한을 갖는다. S자형 압력 한계 곡선(C)은 제1 압력 영역(66)과 제2 압력 영역(68) 사이에 위치한, 파선으로 표시된 전이 영역(69)을 갖는다. S자형 압력 한계 곡선(C)에서 제1 압력 영역(66)은 제2 압력 영역(68)과 실질적으로 평행하다. 제1 압력 영역(66) 및 제2 압력 영역(68)은 각 영역에서의 해당 유량들에 대한 압력 임계값들에 상응한다. 전이 영역은 필요한 작동 매개변수들에 따라 결정될 수 있으며 일반적으로는 다양한 범위의 저유량에서의 낮은 압력 임계값들의 이점을 누리는 것이 바람직한지, 또는 다양한 범위의 고유량에서의 높은 압력 임계값들의 이점을 누리는 것이 바람직한지 고려한 절충안에 의해 결정된다. 매끄러운 "S"자형 전이를 통해 이어짐으로써 보다 원활한 제어가 가능해지면서, 압력 전이가 즉각적인 단계로 이루어진 경우의 시스템에 발생할 수 있는 진동 및/또는 불안정성을 방지한다. 압력 한계 곡선(C)과 관련하여 2개의 압력 영역에 대해 설명하였지만, 추가적인 압력 영역들이 제공될 수 있음을 이해해야 한다.
압력 한계 곡선의 전이 영역(69)은 호흡용 가스 기류 제어 시의 최대 증가율/감소율을 나타내며, 정상 작동 시의 유량 설정값(즉, 목표 유량)보다 낮은 전이 유량을 중심으로 위치한다. 즉, 컨트롤러(24)는 감지된 압력 및 감지된 유량이 압력 한계 곡선(C)의 전이 영역(69)에 속하고 감지된 압력이 해당 유량에 대한 압력 한계 곡선(C)를 초과하면 호흡용 가스 기류를 최대 감소율로 감소시키게끔 기류 조절장치(26)를 제어하도록 구성된다. 일 예로, 이러한 전이 영역(69)에 있을 때 시스템(22)은 환자 기도 압력이 안전 한계치를 초과하지 않도록 막고, 예를 들어 비강 캐뉼라(200)가 백 마스크 환기를 위해 접철된 경우에는 유량을 (이상적으로는 거의 제로까지) 감소시킨다.
앞서 언급한 바와 같이, 목표 유량과 전이 영역 내 유량 간의 차이로 인해 시스템 압력이 일시적으로 증가할 수 있다. 이때 압력 증가의 원인이 일시적인 제한이고 일시적인 압력 증가 역시 신속하게 해소된 경우, 컨트롤러(24)는 전이 유량에 이를 때까지 호흡용 가스 기류를 초기의 최소 감소율로 감소시킬 수 있다.
도 14는 예컨대 임상의가 캐뉼라 위에 씌어진 마스크에 압력을 점점 더 많이 가하는 경우(또는 시스템 내에 다른 유형의 장애물이 더 증가하는 경우)와 같이, 시스템이 겪는 기류 저항 증가에 따른 압력과 유량 간의 관계 변화를 예시하기 위해 제공된 그래프이다. 임상의가 마스크를 내리누르면 캐뉼라가 접철되기 시작하고 시스템 내 기류 저항이 증가한다(이는 시스템 압력이 증가한 것으로 감지된다). 도 14에서는 이렇게 점점 더 증가하는 기류 저항을 상승 추세 기울기 R1 내지 R4의 파선들로 표시하였으며, 그래프 상에서 R1은 최저 저항을 나타내고 R4는 최고 저항을 나타낸다. 따라서, 유량이 일정한 조건에서, 캐뉼라가 접철됨으로 인해 기류 저항이 증가되면 시스템 압력이 증가하고, 충분히 높은 기류 저항(예컨대, 완전히 접철된 상태의 캐뉼라)으로 시스템 압력이 압력 한계 곡선(C)과 교차한다는 것을 알 수 있다. 교점 P1, P2 및 P3으로 표시된 바와 같이, 저항이 높을수록 압력 한계 곡선(C)과 더 아래쪽에서 교차한다. P3은 높은 기류 저항(R4 곡선)이 낮은 압력 및 낮은 유량에서 압력 한계 곡선(C)과 쉽게 교차하는 지점으로서, 완전히 또는 거의 완전히 접철된 상태(또는 다른 종류의, 완전히 또는 거의 완전히 막힌 상태)의 캐뉼라에 해당한다.
일부 실시예에서, 시스템(22)에 장애물이 생겼거나 접철식 부분이 제2 형태에 있는 것으로 컨트롤러(24)가 판단하였다면, 이는 접철 상태(68)(도 13)가 되었다는 것이며 컨트롤러(24)는 기류 조절장치(26)를 제어하여 기류를 감소시키게 한다. 접철식 부분이 접철 상태가 되었다는 것 및/또는 마취제 전달이 시작될 수 있다는 것을 나타내기 위해 컨트롤러(24)는 I/O 장치(20)나 임의의 다른 시스템 구성요소를 통해, 가시 또는 가청 경보와 같은, 출력을 제공하도록 추가로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서 상기 출력은 마취 기계에 제공되는 제어 신호를 포함할 수 있다. 이는 마취제가 비강 캐뉼라(200) 위에 놓인 마스크(300)를 통한 흡입 방식으로 전달되는 상황에서 유리할 수 있는데, 그 이유는 환자에게 제공되는 기류가 실질적으로 감소되지 않은 경우라면 이러한 기류에 의해 마취제가 희석될 수도 있기 때문이다.
앞서 언급한 바와 같이, 도 10에 나타낸 제한 영역(60)에서는 S자형 압력 한계 곡선(C)이 정의될 수 있고 컨트롤러(24)가 기류 조절장치(26)의 제어를 변경하기 전에 일시적인 압력 증가가 발생해도 허용된다. 예를 들어, 호흡 보조 시스템(22)의 튜브가 우발적으로 휘어진 경우 일시적인 압력 증가가 발생할 수 있다. 일부 실시예에서는, 압력 한계 곡선(C)을 예상 정상 압력에 가능한 한 가깝게 설정함으로써, 낮은 압력에서의 기류 유동을 최소화하고, 유량 설정값까지 빠르게 기류를 증가시키지 않으면서 비강 캐뉼라(200) 위의 마스크(300)를 움직일 수 있게 할 수 있다.
압력 한계 곡선(C)이 S자형에 국한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 그러나 S자형은 두 압력 영역 간의 압력이 순간적인 점프 없이 빠르게 전이될 수 있도록 한다. 이러한 불연속성으로 인해 호흡 보조 시스템(22)의 제어가 불안정해질 수 있기 때문에 순간적인 점프는 이상적이지 않을 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(24)로부터의 출력(예컨대, 송풍기 속도 제어 매개변수)이 전이 영역에서의 압력 및 유량의 순간변화율에 상응하는 상당한 양으로 변화할 수 있으며, 이러한 컨트롤러 출력의 순간변화율이 불안정성을 초래하게 된다.
도 13을 다시 참조하면, 호흡 보조 시스템(22)이 정상 작동 영역(66)에서 작동 가능하지만, S자형 압력 한계 곡선(C)의 전이 영역(69)에 더 근접하게 작동할 때, 호흡 보조 시스템(22)의 압력 상태들 간의 전이가 더 빠르게 이루어질 수 있다( 즉, 정상 작동 압력을 기준으로, 더 높은 압력 오프셋 vs 더 낮은 압력 오프셋). 앞서 언급한 바와 같이, 전체 모양이 다른 곡선들, 이를테면 압력 전이가 여전히 빠르게 이루어질 수 있는 "Z"자형 곡선도 고려된다. "Z"자형 곡선은 압력 한계 곡선이 비-접철 상태와 접철 상태에서 "평탄"(압력 한계치에서 일정하게 유지됨)할 수 있다.
도 15는 도 9 내지 도 14의 압력 한계 곡선들에 관련된 호흡 보조 시스템(22)의 작동 상태들을 나타내는 상태도이다. 호흡 보조 시스템(22)은 정상 작동 상태에서 시작하여 부적합/연결해제 상태로 전이될 수 있다. 부적합/연결해제 상태가 되면, 컨트롤러(24)는 호흡용 가스 기류를 증가시켜 목표 유량/설정값에 도달하도록 할 수 있지만, 감지된 압력이 예상값을 충족하지 않을 수 있으므로, 컨트롤러(24)는 호흡 보조 시스템(22)의 사용자에게 알람을 트리거할 수 있고/있거나 컨트롤러(24)는 기류 조절장치(26) 또는 비례 밸브(25)를 작동시켜 기류를 감소시키거나 중지시키게 할 수 있다.
정상 상태는 또한 예를 들어 시스템 압력이 해당 유량에 대한 압력 한계 곡선(C)을 충족하는(단, 초과하지는 않는) 제한 상태로 전이될 수도 있다. 즉, 일부 실시예에서, 감지된 압력이 주어진 유량에 대한 압력 한계 곡선(C)에 있을 때, 컨트롤러(24)는 압력-유도식 제어를 시작하여 압력이 압력 한계치에 머물거나 그 아래로 복귀하게 한다. 다른 실시예에서, 컨트롤러(24)는 감지된 압력이 압력 한계 곡선(C)을 충족하거나 초과하면 송풍기의 속도를 감소시키거나 기류 조절장치의 비례 밸브의 개방도를 낮출 수 있다. 대안으로, 컨트롤러(24)는 압력-유도식 제어 모드는 유지하되 목표 유량을 더 낮은 설정값으로 변경할 수도 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 압력이 압력 한계 곡선을 충족하거나 초과하면 조작인이 규정한 목표 유량(예컨대, 70 L/min)을 무효로 하고 더 낮은 설정값(예컨대, 20 L/min)을 새로운 목표 유량으로 정할 수 있다. 컨트롤러(24)는 시스템 압력이 압력 한계치 아래로 떨어졌다고 판단되면 (점진적으로) 유량 설정값을 충족시키기 위해 유량-유도식 제어로 전환하여 송풍기의 속도를 증가시키거나 기류 조절장치의 비례 밸브의 개방도를 높일 수 있다. 컨트롤러(24)는 시스템 압력을 주기적으로 또는 지속적으로 점검할 수 있으며, 시스템 압력이 압력 한계치 아래로 떨어지지 않았다면 전술한 기류 조절장치 매개변수들을 유지하거나 추가로 감소시킬 수 있다. 송풍기 속도를 감소시키는 일은 예컨대 기류 조절장치로의 제어 신호 또는 공급 전류(또는 전압)를 줄여 송풍기의 각속도를 감소시킴으로써 달성될 수 있다. 대안으로/추가로, 컨트롤러는 유량을 감소시키기 위해 비례 밸브의 작동을 제어할 수 있다. 다른 실시예에서, 컨트롤러(24)는 시스템 압력을 주기적으로 또는 지속적으로 판단하기보다는 시스템이 더 낮은 유량 설정값에서 작동하고 있다는 것이 유량 입력들을 통해 입증된 후에만 현재의 시스템 압력을 판단하도록 구성될 수 있다.
정상 상태에서, 컨트롤러(24)는 기류 조절장치(26)를 제어하여 (유량 설정값이라고도 지칭되는) 목표 유량이 비강 캐뉼라(200)를 통해 환자에게 전달되게 할 수 있다. 시스템 압력의 일시적인 변화에 대응하여 우발적인 또는 불필요한 압력 및/또는 유량 제한 사건을 최소화하기 위해 컨트롤러(24)는 유량-유도식 제어 모드와 압력-유도식 제어 모드 간의 전환 없이 호흡 보조 시스템(22)을 제어하여 제한된 상태에서 작동할 수 있게 한다. 이 덕분에 호흡 보조 시스템(22)의 사용자는 호흡 보조 시스템(22)을 정상적으로 조작하는 동안, 본 명세서의 다른 부분에서 설명한 과압 상태로의 전이 없이, 회로를 이동시키거나/구부릴 수 있고, 환자가 호흡하고 있는지 확인할 수 있으며, 환자의 머리 위치를 바꿔줄 수 있고, 환자를 깨워줄 수도 있으며, 비강 굴곡 삽관(nasal fibre optic intubation)을 시행할 수 있는 등 더 자유롭게 일을 할 수 있다. 일부 실시예에서 압력 한계 곡선(C)은 환자의 안정을 보장하는 한에서 가능한 높게 설정된다.
감지된 압력이 증가하여 해당 유량에서의 압력 한계 곡선(C)을 교차하면 제한 상태가 과압 상태로 전이된다. 과압 상태에서, 컨트롤러(24)는 전술한 바와 같이 호흡용 가스 기류를 감소시키거나 중지시키게끔 및/또는 이러한 과압 상태가 장시간 동안 발생하면 가청 및/또는 가시 알람이 발하기 시작하게끔 기류 조절장치(26) 또는 비례 밸브(25)를 제어하도록 구성될 수 있다. 이상적으로는 과압 상태로의 전이로 인해 컨트롤러가 압력-유도식 제어 모드로 전환하고, 일부 실시예에서, 컨트롤러는 압력-유도식 제어 모드에 있는 동안 경보를 울리도록, 또는 압력-유도식 제어가 미리 프로그램된 지속시간보다 오래 계속되거나 환자에게 호흡 보조가 제공된 기간의 미리 프로그램된 비율보다 오래 계속되면 경보를 울리도록 구성될 수 있다. 과압 상태에 있는 동안 하나 이상의 경보 또는 알람을 트리거하는 것은 환자에게 기류가 전달되는지 여부 및/또는 목표 유량의 어느 정도 비율까지 달성되고 있는지(예컨대, 90%)와 같은 기타 매개변수들에 따라 달라질 수도 있다.
일부 실시예에서, 컨트롤러(24)는 사용자에게 우선순위가 지정된 정보 또는 경고 사항을 전달하는 경보 시스템을 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 제1 가시 및/또는 가청 경보는 가장 높은 우선순위를 나타내는 빨간색과 더 높은 볼륨 및/또는 연속음(continuous tone)일 수 있고, 제2 가시 및/또는 가청 경보는 두 번째 우선순위를 나타내는 주황색과 더 낮은 볼륨 및/또는 펄스음(pulsed tone)일 수 있고, 제3 가시 및/또는 가청 경보는 세 번째 우선순위를 나타내는 녹색(또는, 노란색이나 흰색 등) 및/또는 더 낮은 펄스 주파수의 펄스음일 수 있다. 가시 경보는 I/O 인터페이스(20)를 통해, 또는 하우징(33)에 구비된 LED 등을 통해, 또는 사용자 편의를 위해, 하우징에서 이격되어 위치할 수 있는 (예컨대, IV 기둥, 침대 난간 또는 사용자에 부착되어 있을 수 있는) 구성요소를 통해 제공될 수 있다. 다양한 우선순위는 (환자 가료(care) 요구사항에 따라) 각기 다른 정도의 경보 우선순위를 갖는 다양한 시스템 상태에 상응할 수 있다. 경보는 컨트롤러(24)에 의해 발생될 수 있거나, 시스템 컨트롤러/마이크로컨트롤러(이를테면, 장치에 전원이 공급될 때 항상 적어도 하나의 LED가 켜지도록 보장하도록 여러 밝기 수준(예컨대, 어둡거나 아주 밝음)의 LED들을 제공하거나 허용하도록 구성될 수 있는 안전 마이크로컨트롤러)의 임의의 조합을 통해 발생될 수 있다. 이런 식으로, 시스템 내 임의의 장애(예컨대, LED를 구동하는 마이크로컨트롤러의 충돌)를 전체 시스템이 꺼져 있는 것으로 잘못 표시하지 않도록 보장한다. 이러한 구조형태에서는 장치에 공급되는 전원이 완전히 차단된 경우에만 경보 LED가 완전히 꺼지게 된다.
또 다른 실시예에서, 컨트롤러(24)는 시스템이 압력 한계 곡선(C)의 어디에서 작동하는지에 따라 다른 경보를 제공하도록 구성될 수 있다. 예로서, 컨트롤러(24)는 시스템에 유입된 장애물로 인해 시스템 압력이 목표 유량에서의 또는 목표 유량 가까이에서의 압력 한계 곡선을 충족하거나 초과하여(도 9의 X 참조) 압력-유도식 제어 모드로 전환하도록 트리거되면, I/O 인터페이스(20)로부터의 예컨대 초당 5회의 삐소리(비프음)로 이루어진 제1 가청 경보를 울리도록 구성될 수 있다. 대안으로/추가로, 컨트롤러(24)는 시스템 압력이 압력 한계 곡선(C)을 따라 아래로(도 9에서 Y를 지나쳐 아래로) 이동하면 I/O 인터페이스(20)로부터의 예컨대 초당 3회의 삐소리로 이루어진 제2 가청 경보를 울리고, 시스템 압력 및/또는 유량이 훨씬 더 감소하면(도 9에서 Z 참조) 예컨대 초당 1회의 삐소리로 이루어진 제3 가청 경보를 울리도록 구성될 수 있다. 본 예에서 제시된 삐소리 속도들은 시스템의 다양한 작동 상태를 나타내는 각기 다른 경보음(또는 가시적 단서)의 유용성을 설명하기 위한 제안일 뿐으로서, 예컨대 접철식 부분(204)이 완전히 접철되었는지 여부에 관한 유용한 피드백을 임상의에게 제공한다. 이와 같은 경보 및 다른 경보는 컨트롤러가 I/O 인터페이스(20) 및/또는 전술한 바와 같이 시스템 하우징(33)에서 이격되어 위치할 수 있는 다른 구성요소를 작동시켜 가청적 또는 가시적으로 제공될 수 있음을 이해해야 한다.
정상 상태 또는 제한 상태에서/로 전이될 수 있는 막힌 상태는 호흡 보조 시스템(22)의 또 다른 상태이다. 감지된 유량이 예를 들어 2 L/min의 임계값 또는 0 L/min에 이르렀을 때와 시스템 압력이 해당 유량에 대한 압력 한계 곡선(C)에 있거나 그 위에 있을 때, 제한 상태 또는 정상 상태가 막힌 상태로 전이된다. 일부 실시예에서, 막힌 상태에 있을 때, 컨트롤러(24)는 기류 조절장치(26)를 제어하여, (0 L/min일 수 있는) 호흡용 가스 기류를 0 cmH20(압력 한계 곡선(C)가 y-절편을 교차하는 곳)가 넘는 목표 압력으로 조절하게 한다. 그러므로 이러한 실시예에서는 제로 유량 또는 실질적으로 낮은 유량에서의 시스템 압력이 있을 수 있다. 시스템 내 막힘 현상 또는 장애물이 해소되면, 시스템 압력은 감소하고 호흡용 가스 기류의 유량은 증가하게 된다. 따라서 컨트롤러(24)는 기류 조절장치(26)를 제어하여 호흡용 가스 기류를 더 높은 유량에 상응하는 더 높은 새로운 목표 압력으로 조절하게 할 수 있다. 기류 조절장치(26)가 호흡용 가스 기류의 압력을 증가시키면, 그에 따라 유량이 증가하게 되어 결과적으로 더 높은 새로운 유량이 정해지며, 이러한 더 높은 새로운 유량에 상응하는 새로운 목표 압력이 정해진다. 따라서, 컨트롤러에 의해 제어되어 기류 조절장치(26)는 유량 설정값이 충족될 때까지 목표 압력을 점점 더 증가시키면서 호흡용 가스 기류를 제어하고, 유량 설정값이 충족된 후에 컨트롤러(24)는 유량-유도식 제어 모드로 전환된다. 추가로 또는 대안으로, 컨트롤러(24)는 감지된 압력 및 유량이 백 마스크 환기가 발생했음을 나타내는 비강 캐뉼라(31) 접철 때와 일치하는 압력 파형에 상응하는지 여부를 판단한다. 이 판단이 내려지지 않으면 컨트롤러(24)는 계속해서 기류를 증가시키고 제1 형태로 되돌아가게 된다.
도 16은 본 개시의 일 예에 따른 호흡 보조 시스템(22)의 작동 제어에 관한 높은 수준의 개략도이다. 도시된 본 예에서, 컨트롤러(24)는, 개별 모듈로서 작동하는, 유량 제어 출력을 제공하는 유량 컨트롤러와 압력 제어 출력을 제공하는 압력 컨트롤러로 구성된 것을 알 수 있다. 유량 컨트롤러는 유량 설정값(목표 유량일 수도 있음)과 감지된 유량(유량 측정값)을 입력으로 사용하고, 압력 컨트롤러는 입력으로서 해당 측정 유량에 대한 압력 한계 곡선(C)으로부터 계산된 압력 설정값과 감지된 압력(압력 측정값)을 입력으로 이용한다. 따라서 이러한 압력 컨트롤러 및 유량 컨트롤러를 동시에 구현하는 컨트롤러(24)는 호흡 보조 시스템(22)에 압력-유도식 제어와 유량-유도식 제어를 제공할 수 있다. 압력-유도식 제어 모드 또는 유량-유도식 제어 모드에서의 제어 변경은 예컨대 송풍기의 각속도를 변경하는 등의 기류 조절장치의 제어를 변경하는 것으로 달성될 수 있고/있거나 필요한 대로 유량을 증가 또는 감소시키기 위해 공급 전류나 공급 전압을 조절하여 비례 밸브의 제어를 변경하는 식으로 달성될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 곡선(C)을 통해 표현된 기설정된 압력 임계값들과 그에 상응하는 유량들은 컨트롤러(24)의 메모리 요소에 저장되거나 컨트롤러(24)와 상호동작 가능하게 연결된 메모리 요소에 저장될 수 있고, 함수, 곡선, 룩업 테이블 또는 알고리즘 등 중 하나 이상과 같은 임의의 적합한 형태로 표현될 수 있다. 제어를 실행하기 위해, 컨트롤러(24)는 유량 제어 시스템과 압력 제어 시스템에 의해 정해진 제어값들 중 최소 제어값을 선택하여, 기류 조절장치/송풍기 또는 비례 밸브를 제어한다.
이제 도 17을 참조하면, 호흡용 가스 기류를 환자에게 제공하기 위한, 본 개시의 여러 실시예에 따른 호흡 보조 시스템(22) 작동 방법(70)의 단계들을 개략적으로 나타낸다. 단계(71)에서는 호흡 보조 시스템(22)을 사용하여 가능하게는 목표 유량의 호흡용 가스 기류를 환자에게 제공한다. 일반적으로 이 단계는 호흡 보조 시스템의 컨트롤러의 제어 하에 호흡 보조 시스템의 기류 공급원으로부터 호흡용 가스 기류를 전해 받는 환자 인터페이스를 환자에게 씌우는 단계를 포함한다. 단계(72)에서, 컨트롤러는 기류 조절장치의 하류측 가스 압력에 상응하는 시스템 압력을 결정한다. 시스템 압력은 일반적으로 하나 이상의 센서(이를테면, 호흡 보조 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력을 결정하도록 구성된 하나 이상의 압력 센서)를 사용하여 결정되지만, 다른 실시예의 경우 시스템 압력은 수동적 방식을 통해 측정되어 컨트롤러에 제공될 수 있다(이를테면, 컨트롤러와 상호동작 가능하게 통신하는 입력/출력 인터페이스를 사용하여 조작인이 수치를 입력할 수 있다). 단계(73)에서, 컨트롤러는 시스템 내 호흡용 가스 기류의 유량을 나타내는 입력을 수신한다. 일반적으로, 유량은 하나 이상의 센서(이를테면, 하나 이상의 유량 센서)에 의해 측정된다. 단계(74)에서, 컨트롤러는 단계(72)에서 결정된 시스템 압력을 호흡 보조 시스템이 작동 가능한 해당 유량에 대한 기설정된 압력 임계값들과 비교한다. 구체적으로, 컨트롤러는 단계(72)에서 결정된 시스템 압력을 해당 목표 유량에 대한 압력 임계값들과 비교한다. 이들 압력 임계값은 컨트롤러의 메모리 요소에 저장되거나 컨트롤러와 상호동작 가능하게 연결된 메모리 요소에 저장될 수 있고, 함수, 곡선, 룩업 테이블 또는 알고리즘 등 중 하나 이상과 같은 임의의 적합한 형태로 표현될 수 있다. 일부 실시예에서 메모리 요소는 컨트롤러로 하여금 본원에 설명된 필요한 제어를 수행하게 하는 프로그램 명령이 들어 있는 컴퓨터 판독가능 매체(예컨대, 디스크, 하드 드라이브, USB, 광학 드라이브 또는 기타 데이터 저장 장치)로 구성될 수 있다. 단계(75)에서, 컨트롤러는 호흡 보조 시스템의 구성요소들을 제어한다. 이를테면, 단계(74)에서 컨트롤러에 의해 결정된 목표 유량에서의 압력 임계값을 충족하거나 초과하는 시스템 압력에 대한 대응으로, 혹은 충족하지 않거나 초과하지 않는 시스템 압력에 대한 대응으로, 기류 조절장치를 제어하여 호흡용 가스 기류를 유지하거나 증가시키거나 감소시키게 한다. 단계(74)에서의 비교를 통해 압력 임계값이 목표 유량을 충족하였거나 초과한 것으로 판단된 실시예의 경우, 컨트롤러는 압력-유도식 제어 모드로 전환할 수 있으며(도 15), 이 모드에서 컨트롤러는 시스템 구성요소들의 작동을 제어하여 시스템 내의 유량 및/또는 압력을 감소시키게 한다. 대안으로, 컨트롤러는 유량-유도식 제어 모드는 유지하되 목표 유량을 더 낮은 설정값으로 변경할 수도 있다. 단계(74)에서의 비교를 통해 압력이 압력 임계값 아래로 떨어졌고 목표 유량을 달성한 것으로 판단된 실시예의 경우, 컨트롤러는 유량-유도식 제어 모드로 전환한다(도 15). 단계(74)에서의 비교를 통해 압력이 압력 임계값 아래로 떨어졌지만 목표 유량을 달성하지 못한 것으로 판단된 일부 실시예의 경우, 컨트롤러는 압력-유도식 제어 모드를 유지하면서 기류 조절장치를 목표 압력으로 제어할 수 있다.
첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 전술한 부분들에 대한 다양한 수정, 추가 및/또는 대안이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.
넓은 의미로, 본 발명은 본 출원의 명세서에서 개별적으로 혹은 일괄하여 언급하였거나 명시한 부품들, 구성요소들 및 특징부들 중 둘 이상의 임의의 또는 모든 조합으로 구성된다고도 할 수 있다. 전술된 설명에서, 공지된 등가물을 갖는 완전체 또는 구성요소를 언급한 경우, 완전체는 마치 각각 따로 제시된 것처럼 본 명세서에 포함되었다.
"포함하다", "포함하는", "구성된" 또는 "이루어진"이라는 용어들 중 어느 하나 또는 모두를 본 명세서(청구범위 포함)에서 사용하는 경우, 이들은 언급된 특징, 완전체, 단계 또는 구성요소의 존재를 명시하는 것으로 해석되어야 하지만, 다른 특징, 완전체, 단계, 구성요소 또는 이들의 그룹 중 하나 이상의 존재를 배제하지 않는다.
이하 청구범위는 단지 예로서 제공되며, 미래에 청구될 수 있는 범위를 제한하려는 의도가 아님을 이해해야 한다. 본 발명 또는 발명들을 정의하거나 재정의하기 위해 여러 특징을 차후에 청구범위에 추가하거나 생략할 수 있다.

Claims (41)

  1. 환자에게 호흡용 가스 기류를 제공하는 호흡 보조 시스템에 있어서,
    기류 조절장치; 및
    시스템 내 호흡용 가스 기류의 유량 및 압력에 관한 입력을 수신하도록 구성된 컨트롤러로서,
    호흡용 가스 기류를 목표 유량으로 환자에게 제공하게끔 기류 조절장치를 제어하도록; 및
    시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력이 목표 유량에 상응하는 압력 임계값을 충족하거나 초과하는 경우, 호흡용 가스 기류를 목표 압력으로 조절하게끔 기류 조절장치를 제어하도록
    구성되는 컨트롤러
    를 포함하는, 호흡 보조 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    목표 압력은 목표 유량에 상응하는 압력 임계값 또는 목표 유량보다 낮은 임의의 유량에 상응하는 압력 임계값을 포함하는 것인, 호흡 보조 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    컨트롤러는 호흡용 가스 기류의 유량이 목표 유량 미만인 경우 호흡용 가스 기류를 목표 압력으로 조절하게끔 기류 조절장치를 제어하도록 구성되는 것인, 호흡 보조 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    컨트롤러는 호흡용 가스 기류의 유량이 목표 유량을 초과하는 경우 호흡용 가스 기류를 목표 유량으로 조절하게끔 기류 조절장치를 제어하도록 구성되는 것인, 호흡 보조 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    컨트롤러는 호흡용 가스 기류의 압력이 목표 유량에 상응하는 압력 임계값을 초과하거나 목표 유량보다 낮은 임의의 유량에 상응하는 압력 임계값을 초과하면 기류 조절장치를 목표 압력으로 제어하도록 구성되는 것인, 호흡 보조 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    시스템이 '오프' 또는 휴면 상태로 있다가 작동하기 시작하면, 컨트롤러는 시스템 내 호흡용 가스 기류의 유량을 모니터링하도록, 및 호흡용 가스 기류를 목표 유량으로 조절하게끔 기류 조절장치를 제어하도록 구성되며, 선택적으로, 목표 유량은 시간 경과에 따라 변경되어 현재 값에서 유량 설정값까지 높아지는 것인, 호흡 보조 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    목표 유량은 유량 설정값인, 호흡 보조 시스템.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    유량 설정값은 호흡 보조 시스템의 사용자에 의해 결정되는 것인, 호흡 보조 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    컨트롤러는 유량 제어 출력을 제공하는 유량 컨트롤러 및 압력 제어 출력을 제공하는 압력 컨트롤러를 포함하며, 기류 조절장치로의 제어 입력은 유량 제어 출력 또는 압력 제어 출력 중 최소값인, 호흡 보조 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    기류 조절장치는 송풍기를 포함하며, 유량 제어 출력 및 압력 제어 출력은 송풍기의 각속도를 포함하는 것인, 호흡 보조 시스템.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    기류 조절장치는 비례 밸브를 포함하며, 유량 제어 출력 및 압력 제어 출력은 비례 밸브를 통과하는 유로 제한 크기를 포함하는 것인, 호흡 보조 시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    컨트롤러는 환자에게 제공되는 호흡용 가스의 유량을 나타내는 유량 값을 수신하도록 구성되는 것인, 호흡 보조 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    컨트롤러는 유량이 목표 유량을 초과하면 제1 제어 모드에서 작동 가능하여 유량을 목표 유량으로 제어하고,
    컨트롤러는 호흡용 가스 기류의 압력이 목표 유량에 상응하는 압력 임계값을 초과하거나 목표 유량보다 낮은 임의의 유량에 상응하는 압력 임계값을 초과하면 제2 제어 모드에서 작동 가능하여 압력을 목표 압력으로 제어하는 것인,
    호흡 보조 시스템.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    환자에게 제공되는 시스템 내 호흡용 가스 기류의 유량을 감지하도록 구성된 하나 이상의 유량 센서
    를 포함하는, 호흡 보조 시스템.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    환자에게 제공되는 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력을 감지하도록 구성된 하나 이상의 압력 센서
    를 포함하는, 호흡 보조 시스템.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    컨트롤러는 하나 이상의 유량 센서로부터 시스템 내 호흡용 가스 기류의 유량을 나타내는 입력과 하나 이상의 압력 센서로부터 시스템 내 호흡용 가스 기류의 압력을 나타내는 입력을 수신하도록 추가로 구성되는 것인, 호흡 보조 시스템.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    기류 조절장치에서 환자 인터페이스까지 가스 기류를 제공하기 위한 전달 도관
    을 추가로 포함하며,
    환자 인터페이스는 호흡용 가스 기류를 환자에게 전달하도록 구성되는 것인, 호흡 보조 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    환자 인터페이스는 전달 도관과 유체 연통하는 가스 전달 측 아암, 가스 전달 측 아암의 단부에 마련된 매니폴드, 및 매니폴드에서 연장되고 호흡용 가스 기류를 환자의 하나 이상의 콧구멍에 제공하도록 구성된 하나 이상의 비강 요소를 포함하며, 가스 전달 측 부재는 접철식 부분(collapsible portion)을 포함하는 것인, 호흡 보조 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    접철식 부분은 대체로 개방된 상태인 제1 형태(configuration)와 대체로 폐쇄된 상태인 제2 형태에서 작동 가능한 것인, 호흡 보조 시스템.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    컨트롤러가 기류 조절장치를 목표 압력으로 제어하는 경우, 환자에게 제공되는 기류가 약 15 L/min 이하, 약 10 L/min 이하, 약 10 L/min, 약 5 L/min 내지 약 10 L/min, 약 5 L/min 미만, 또는 0 L/min의 유량으로 감소되는 것인, 호흡 보조 시스템.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    컨트롤러는 호흡용 가스 기류를 목표 유량을 향해 증가시키게끔 기류 조절장치를 제어하도록 구성되는 것인, 호흡 보조 시스템.
  22. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    환자 인터페이스는 비강 캐뉼라, 선택적으로는 비밀봉식 비강 캐뉼라를 포함하는 것인, 호흡 보조 시스템.
  23. 제27항, 제18항 및 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    전달 도관은 전달 회로 및 상기 전달 회로와 환자 인터페이스 사이에 배치되는 환자 호흡 회로를 추가로 포함하며, 환자 호흡 회로는 출구 커넥터를 통해 전달 회로에 연결되는 것인, 호흡 보조 시스템.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 기류 조절장치는,
    컨트롤러에 의해 제어되어 환자로의 호흡용 가스 기류를 조절하도록 구성된 기류 발생기, 또는
    컨트롤러의 제어 하에 호흡용 가스 기류를 조절하도록 구성된 비례 밸브
    중 하나 이상을 포함하는 것인, 호흡 보조 시스템.
  25. 제24항에 있어서,
    기류 발생기는 컨트롤러에 의해 제어되어 호흡용 가스 기류를 발생시키도록 구성된 송풍기를 포함하는 것인, 호흡 보조 시스템.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    호흡 보조 시스템의 산소(O2) 전달 회로에서의 압력을 감지하도록 구성된 산소(O2) 압력 센서
    를 포함하는 호흡 보조 시스템.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    호흡 보조 시스템의 O2 전달 회로 내 O2 기류의 유량을 감지하도록 구성된 산소(O2) 유량 센서
    를 포함하는 호흡 보조 시스템.
  28. 제26항에 따른 경우의, 제27항에 있어서,
    O2 전달 회로 내의 O2 유량 센서와 O2 압력 센서 사이에 배치되는 비례 밸브
    를 포함하는, 호흡 보조 시스템.
  29. 제23항에 따른 경우의, 제26항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    환자 호흡 회로는 O2 전달 회로 및 공기 전달 회로에 연결되며, 상기 환자 호흡 회로 및/또는 환자 인터페이스는 환자측 압력 센서와 환자측 유량 센서를 추가로 포함하는 것인, 호흡 보조 시스템.
  30. 제29항에 있어서,
    기류 조절장치는 송풍기를 포함하며, 상기 송풍기는 환자 호흡 회로에서, 환자측 압력 센서와 환자측 유량 센서의 앞에 배치되는 것인, 호흡 보조 시스템.
  31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    컨트롤러는 압력 임계값들과 그에 상응하는 유량들 간의 관계를 표현하는 함수, 곡선, 룩업 테이블 또는 알고리즘 중 하나 이상을 저장하는 메모리 요소와 상호동작 가능하게 통신하거나 이러한 메모리 요소를 포함하는 것인, 호흡 보조 시스템.
  32. 제31항에 있어서,
    컨트롤러는 호흡용 가스 기류를 가변 감소율만큼 감소시키게끔 기류 조절장치를 제어하도록 구성되는 것인, 호흡 보조 시스템.
  33. 제31항 또는 제32항에 있어서,
    압력 임계값들과 그에 상응하는 유량들 간의 관계는 S자형 곡선을 정의하는 압력 한계 곡선 또는 함수에 의해 표현 가능한 것인, 호흡 보조 시스템.
  34. 제31항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    압력 임계값들과 그에 상응하는 유량들 간의 관계는 제1 압력 영역, 제2 압력 영역, 및 제1 압력 영역과 제2 압력 영역 사이에 위치하는 전이 영역으로 이루어지는 것인, 호흡 보조 시스템.
  35. 제19항에 따른 경우의, 제34항에 있어서,
    제1 압력 영역은 접철식 부분이 대체로 제1 형태로 있을 때에 해당하고, 제2 영역은 접철식 부분이 대체로 제2 형태로 있을 때에 해당하는 것인, 호흡 보조 시스템.
  36. 제35항에 있어서,
    제1 압력 영역은 기준치 압력 값들로부터 제1 압력 마진만큼 오프셋된 압력 임계값들을 포함하고, 제2 압력 영역은 기준치 압력 값들로부터 제2 압력 마진만큼 오프셋된 압력 임계값들을 포함하되, 제1 압력 마진은 제2 압력 마진보다 큰 것인, 호흡 보조 시스템.
  37. 제36항에 있어서,
    제1 및 제2 마진은 압력 한계 곡선의 제2 압력 영역 내 압력 임계값들의 오프셋에 대체로 평행한, 제1 압력 영역 내 압력 임계값들의 오프셋을 제공하며, 제1 압력 영역 및 제2 압력 영역은 호흡용 가스 기류의 최소 변화율에 해당하는 것인, 호흡 보조 시스템.
  38. 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
    압력 한계 곡선의 전이 영역의 기울기(gradient)는 호흡용 가스 기류의 최대 변화율에 해당하는 것인, 호흡 보조 시스템.
  39. 제34항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    압력 한계 곡선의 전이 영역은 전이 유량을 중심으로 위치하는 것인, 호흡 보조 시스템.
  40. 제38항에 있어서,
    컨트롤러는 압력 및 그에 상응하는 유량이 압력 한계 곡선의 전이 영역에 속하는 경우 호흡용 가스 기류를 최대 변화율로 달성하게끔 기류 조절장치를 제어하도록 구성되는 것인, 호흡 보조 시스템.
  41. 제36항에 있어서,
    제1 및 제2 압력 마진은, 컨트롤러가 기류 조절장치를 제어하여 호흡용 가스 기류를 증가시키게 하는 것 없이, 호흡용 가스 기류의 시스템 압력이 압력 임계값 아래로부터 일시적으로 감소되는 것에 대한 마진을 제공하는 것인, 호흡 보조 시스템.
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