(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
呼吸用ガスの加湿フローを患者に送達する呼吸装置用の加湿機であって、該加湿機は、
給水を格納して呼吸用ガスのフローを加湿するように構成された加湿機チャンバであって、前記給水を加熱するように構成された第１の加熱素子を備える加湿機チャンバと、
送達ホースであって、前記加湿機の出口に接続するように構成された第１の端部と、患者インターフェースに接続するように構成された第２の端部と、前記送達ホース内の前記加湿フローを加熱するように構成された第２の加熱素子とを備える送達ホースと、
加湿フローの絶対湿度及び温度を検出し、且つ前記加湿フローの絶対湿度及び温度を示す信号を生成する少なくとも１つのセンサと、
コントローラであって、前記少なくとも１つのセンサから前記信号を受け取り、且つ前記第１の加熱素子及び前記第２の加熱素子を制御して、
１）所定の絶対湿度及び所定の温度を前記呼吸用ガスのフローに提供するか、または２）前記所定の温度及び所定の相対湿度を前記呼吸用ガスのフローに提供する、
ように構成されたコントローラと、
を備え、
前記コントローラが、前記呼吸用ガスの流量の変化を判断すると共に、前記流量の該変化が所定の流量変化を超えるとき、前記所定の温度を調整するように構成された、
加湿機。
【請求項２】
前記加湿機チャンバが、給水を格納する槽を受容するように構成されており、前記槽が熱伝導性の基部プレートを備えている、請求項１に記載の加湿機。
【請求項３】
前記少なくとも１つのセンサが、前記送達ホースの前記第２の端部において前記加湿フローの温度を検出すると共に、該検出温度を示す信号を生成するように構成された、前記送達ホースの前記第２の端部における温度センサを備えている、請求項１または２に記載の加湿機。
【請求項４】
前記コントローラが、前記温度センサからの前記信号に応答して前記第２の加熱素子を制御して、前記所定温度及び前記所定の相対湿度で前記送達ホースの前記第２の端部において前記加湿フローを提供するように構成された、請求項３に記載の加湿機。
【請求項５】
前記所定の絶対湿度が、前記送達ホースの前記第２の端部における前記所定温度及び前記所定の相対湿度に対応している、請求項１から４のいずれか一項に記載の加湿機。
【請求項６】
前記送達ホースの前記第２の端部における前記所定温度が、前記周囲空気温度に等しいか、それよりも高い、請求項５に記載の加湿機。
【請求項７】
前記コントローラが、前記流量の前記変化が前記流量の所定の減少を超えるとき、前記第２の加熱素子を制御して前記所定温度を上昇させるように構成された、請求項１から６のいずれか一項に記載の加湿機。
【請求項８】
前記コントローラが、前記第２の加熱素子を制御して、前記所定温度を飽和温度を上回るまで上昇させるように構成された、請求項７に記載の加湿機。
【請求項９】
前記コントローラが、前記流量の前記変化が前記流量の前記所定の減少を超えるとき、前記第１の加熱素子を制御して前記給水の前記温度を低下させるように構成された、請求項８に記載の加湿機。
【請求項１０】
前記コントローラが、前記給水の前記温度を低下させるように前記第１の加熱素子が制御された後、前記第２の加熱素子を制御して所定時間に前記所定温度を低下させるように構成された、請求項９に記載の加湿機。
【請求項１１】
前記コントローラが、前記流量の前記変化が前記流量の所定の増加を超えるとき、前記第２の加熱素子を制御して前記所定温度を低下させるように構成された、請求項１から１０のいずれか一項に記載の加湿機。
【請求項１２】
前記コントローラが前記第１の加熱素子のデューティ比を制御するように構成された、請求項１から１１のいずれか一項に記載の加湿機。
【請求項１３】
前記コントローラが、前記第１の加熱素子及び前記第２の加熱素子それぞれのデューティ比を制御するように構成された、請求項１から１１のいずれか一項に記載の加湿機。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのセンサが絶対湿度センサを含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の加湿機。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのセンサが、相対湿度センサを含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の加湿機。
【請求項１６】
呼吸用ガスのフローを生成するフロージェネレータと、
請求項１から１５のいずれか一項に記載の加湿機とを備える、呼吸用ガスの加湿フローを患者に送達する呼吸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００８年３月６日出願の米国出願第６１／０３４，３１８号、２００８年４月３日出願の同第６１／０４２，１１２号、及び２００８年７月２９日出願の同第６１／０８４，３６６号に対する優先権を主張し、これらそれぞれの全内容を参照により本明細書に組み込む。
【０００２】
本発明は、侵襲性及び非侵襲性の換気、持続陽圧気道圧（ＣＰＡＰ：Continuous Positive Airway Pressure）、二重レベル治療（Bi-Level therapy）、並びに閉塞性睡眠時無呼吸（ＯＳＡ：Obstructive Sleep Apnea）等の睡眠呼吸障害（ＳＤＢ：sleep disordered breathing）の症状及び他の様々な呼吸障害及び疾患の治療を含む、全ての形態の呼吸装置換気システムに使用される、呼吸用ガスの湿度を制御するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
呼吸装置は、一般に、患者の気道の乾燥と、その結果生じる患者の不快感及びそれに関連する合併症とを低減するため、呼吸用ガスの湿度を変更する能力を有する。フロージェネレータと患者のマスクとの間に置かれた加湿機を使用することで、鼻粘膜の乾燥が最小限に抑えられ、患者の気道の快適さを向上させる加湿ガスが生成される。それに加えて、より涼しい気候では、マスク内及びマスク周りの顔領域に一般に適用される暖かい空気は、冷たい空気よりも快適である。
【０００４】
多くの加湿機タイプが利用可能であるが、最も便利な形態は、関連する呼吸装置と一体化されるか、またはそれに結合されるように構成されたもののどちらかである。受動的加湿機はある程度の緩和をもたらすことができるが、一般に、患者が快適になるように十分な湿度及び温度を空気に提供するため、加湿機を加熱することが求められる。加湿機は、一般的に、数百ミリリットルの容量を有する水槽、槽内の水を加熱する加熱素子、加湿のレベルを可変にする制御部、フロージェネレータからのガスを受け入れる給気口、及び加湿ガスを患者のマスクに送達する患者導管（patient conduit）に接続するように適合された排気口を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６９１８３８９号明細書
【特許文献２】国際公開第２００４／１１２８７３号パンフレット
【特許文献３】米国特許第６９３５３３７号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００８／０３０２３６１号明細書
【特許文献５】国際公開第２００８／１４８１５４号パンフレット
【特許文献６】米国特許第６３３８４７３号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００８／０１０５２５７号明細書
【特許文献８】国際公開第２００９／０１５４１０号パンフレット
【特許文献９】特開２００１−３１４５０８号公報
【特許文献１０】特表２００５−５３７０８３号公報
【特許文献１１】国際公開第２００７／０４５０１７号パンフレット
【特許文献１２】特表２００７−５１８４５１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Mosby’s Respiratory Care Equipment (7th edition)
【非特許文献２】Wiest et al. (Sleep, Vol. 24, No. 4, pp. 435 - 440, 2001)
【非特許文献３】Heat Transfer, Y. Cengel, McGraw-Hill, 1998 (pp. 958-59, table A9)
【非特許文献４】Release on the IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam, The International Association for the Properties of Water and Steam, September, 1997, Erlangen, Germany
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般的には、加熱素子は、水槽の下にあり、且つそれと熱接触しているヒータープレートに組み込まれる。
【０００８】
加湿空気は、加湿機から患者までの導管に沿ったその経路において冷めることがあり、それが、導管の内側で生じる「水滴降下（rain-out）」、すなわち凝結の現象につながる。これに対抗するため、加湿ガスを加湿機から患者のマスクに供給する患者導管に挿入された熱ワイヤ回路を用いて、患者に供給されているガスを付加的に加熱することが知られている。そのようなシステムは、非特許文献１の９７ページに例証されている。あるいは、加熱ワイヤ回路は患者導管の壁に位置してもよい。そのようなシステムは特許文献１に記載されている。
【０００９】
病院環境では、病院内の雰囲気の周囲温度は、空調によって、例えば約２３℃でほぼ一定であるように制御される。従って、呼吸装置に供給される加湿ガスに求められる温度は、設定温度パラメータ内に制御されてもよい。制御温度パラメータは、加湿ガスがそれらの露点を上回る温度で保たれて、呼吸回路内での凝結を防ぐことを確保する。
【００１０】
加湿機は、呼吸障害及び睡眠時無呼吸症の治療等、在宅治療環境で使用される場合が多い。家庭用のＣＰＡＰデバイスと共に使用される加湿システムは、価格の制約によって、また、システムを小型且つ軽量に維持し、快適なホース及びマスクを備え、訓練されていないユーザにとって複雑ではないという必要性によって制限されてきた。診療所または病院で使用されるシステムでは、そのような制約は、一般に問題ではなく、温度及び湿度センサが空気経路内に、且つ患者の鼻付近に位置して、制御システムに直接フィードバックを提供し、その結果、良好な性能を確保してもよい。これらのシステムのコスト、サイズ、重量、及び不快感は家庭用には適していなかった。従って、ホームユーザは、試行錯誤によって得られた経験に依存して、容認可能な性能を得ていた。
【００１１】
在宅治療環境では、周囲温度及びガス温度の範囲は病院環境の範囲を大きく超過することがある。在宅治療環境では、夜間は１０℃程度の低い温度が存在することがあり、日中は２０℃を超える温度が存在することがある。これらの温度差は、上述の一般に用いられる制御技術が不都合を被る原因となる。上述のタイプの加湿機では、呼吸導管内の凝結（すなわち、水滴降下）が少なくともある程度存在するであろう。凝結の程度は周囲温度に大きく依存し、周囲温度とガス温度との差が大きければ更に大きくなる。呼吸管内に大量の水が生じることによって、患者に対して相当な不都合がもたらされ、ガスの冷却が加速されることがあり、管が最終的に閉塞することがあり、管内にごぼごぼという音が生じ、または水が患者に対して放出されることがある。また、周囲温度から大きく外れた温度で送達されたガスを呼吸するとき、患者は不快感を経験することがある。過度の凝結はまた、加湿機の加湿チャンバ内にある水の利用を非効率的にする。
【００１２】
家庭用の呼吸システムと関連した問題を解決する試みは、修正ヒーター入力を予測する制御アルゴリズムに対する入力として、周囲温度及び空気流量を監視して、ユーザ独自の設定を追跡することを伴っていた。しかし、この方策は、各使用条件に対してユーザが適切な設定を決定することに依然として依存している。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
１つの態様は、患者インターフェースに送達される呼吸用ガスの不適当な暖かさ、鼻の乾燥の徴候、及び／または空気送達ホース内の過度の凝結に関する患者の不満を解消する呼吸装置である。
【００１４】
別の態様は、患者インターフェースに送達される呼吸用ガスの温度及び／または相対湿度及び／または絶対湿度を患者が選択できるようにする呼吸装置である。代替及び／または追加の態様では、加湿機の出口における絶対湿度は、患者に送達される所定の相対湿度を調節するように制御される。
【００１５】
更なる態様は、変化する周囲の温度及び／または湿度を考慮しながら、所定の温度及び／または湿度で加湿フローを患者インターフェースに提供する呼吸装置である。
【００１６】
更なる別の態様は、呼吸用ガスの加湿フローの流量の変化を考慮しながら、所定の温度及び／または湿度で呼吸用ガスの加湿フローを患者インターフェースに提供する呼吸装置である。
【００１７】
更に別の態様は、フロージェネレータと加湿機との間の連通を可能にする、且つ／または接続及び／若しくは除去を示すように互いに接続可能なフロージェネレータ及び加湿機を備える呼吸装置に関する。
【００１８】
更なる態様は、加湿機及び熱空気送達用の管、ホース、または導管を備える呼吸装置に関する。加湿機の加熱素子のデューティサイクル及び加熱管のデューティサイクルは、組み合わせたデューティサイクルが１００％を超えないように、且つ／または加湿機の加熱素子及び加熱管が同時に電力を受け取らないように制御されてもよい。代替及び／または追加の態様では、加湿機の加熱素子及び／または加熱管は、固定のデューティ比を適用するのではなく、温度を調節する。更なる代替及び／または追加の態様では、患者に送達される所定の相対湿度を調節するため、空気送達管内にある呼吸用ガスの加湿フローの温度は、加湿機の下流で測定される。
【００１９】
別の態様は、管、例えば加熱管の接続、及び／または接続された管のサイズ、及び／または加湿機からの管の切断を検出するフロージェネレータに関する。
【００２０】
更に別の態様は、加湿機及び／または加熱管を制御するため、三線内挿（trilinearly interpolated）されてもよい、例えばテーブルに格納される、制御パラメータ等の定数を含むフロージェネレータに関する。
【００２１】
更なる態様は、加湿機及び加湿機に接続可能な加熱されていない管を含む、呼吸装置及びその制御に関する。
【００２２】
更に別の態様は、例えばサーミスタの両端間で測定した電位を温度に変換する加湿機制御に関する。
【００２３】
更なる態様は、接続可能であって、シリアル通信リンクを通じてデータ及び／またはコマンドを通信してもよい、フロージェネレータ及び加湿機を備える呼吸装置に関する。
【００２４】
実例的一実施形態によれば、呼吸用ガスの加湿フローを患者に送達する呼吸装置用の加湿機は、給水を格納して呼吸用ガスのフローを加湿するように構成された加湿機チャンバであって、給水を加熱するように構成された第１の加熱素子を備える加湿機チャンバと、周囲空気の相対湿度を検出し、且つ周囲相対湿度を示す信号を生成する相対湿度センサと、周囲空気の温度を検出し、且つ周囲温度を示す信号を生成する第１の温度センサと、相対湿度センサ及び第１の温度センサによって生成された信号から周囲空気の絶対湿度を判断し、且つ第１の加熱素子を制御して所定の絶対湿度を呼吸用ガスのフローに提供するように構成されたコントローラとを備える。
【００２５】
別の実例的実施形態によれば、呼吸用ガスの加湿フローを患者に送達する呼吸装置用の加湿機は、給水を格納して呼吸用ガスのフローを加湿するように構成された加湿機チャンバであって、給水を加熱するように構成された第１の加熱素子を備える加湿機チャンバと、加湿フローの絶対湿度を検出し、且つ絶対湿度を示す信号を生成する絶対湿度センサと、絶対湿度センサから信号を受け取り、且つ第１の加熱素子を制御して所定の絶対湿度を呼吸用ガスのフローに提供するように構成されたコントローラとを備える。
【００２６】
更なる別の実例的実施形態によれば、呼吸用ガスの加湿フローを患者に送達する呼吸装置用の加湿機は、給水を格納して呼吸用ガスのフローを加湿するように構成された加湿機チャンバであって、給水を加熱するように構成された第１の加熱素子を備える加湿機チャンバと、周囲空気の相対湿度を検出し、且つ周囲相対湿度を示す信号を生成する相対湿度センサと、周囲空気の温度を検出し、且つ周囲温度を示す信号を生成する第１の温度センサと、相対湿度センサ及び第１の温度センサによって生成された信号から周囲空気の絶対湿度を判断し、且つ第１の加熱素子を制御して、所定の絶対湿度、所定の温度、及び／または所定の相対湿度を呼吸用ガスのフローに提供するように構成されたコントローラとを備える。
【００２７】
更に別の実例的実施形態によれば、呼吸用ガスの加湿フローを患者に送達する呼吸装置用の加湿機は、給水を格納して呼吸用ガスのフローを加湿するように構成された加湿機チャンバであって、給水を加熱するように構成された第１の加熱素子を備える加湿機チャンバと、周囲空気の絶対湿度を検出し、且つ周囲絶対湿度を示す信号を生成する絶対湿度センサと、周囲空気の温度を検出し、且つ周囲温度を示す信号を生成する第１の温度センサと、第１の加熱素子を制御して、所定の絶対湿度、所定の温度、及び／または所定の相対湿度を呼吸用ガスのフローに提供するように構成されたコントローラとを備える。
【００２８】
更なる実例的実施形態によれば、呼吸用ガスの加湿フローを患者に提供する呼吸装置は、呼吸用ガスのフローを生成するフロージェネレータと、上述のような加湿機とを備える。
【００２９】
更なる別の実例的実施形態によれば、患者に提供される呼吸用ガスのフローを加湿する方法は、呼吸用ガスのフローを形成するために使用される周囲空気の絶対湿度を決定する段階と、呼吸用ガスのフローを加湿する給水の温度を制御して、患者に送達されるフローの所定の温度及び所定の相対湿度に対応する所定の絶対湿度を提供する段階とを含む。
【００３０】
別の実例的実施形態によれば、呼吸用ガスの加湿フローを患者に送達する呼吸装置用の加湿機は、呼吸用ガスのフローを加湿する給水を格納するように構成された加湿機チャンバを備える。加湿機は、呼吸用ガスのフローを受け入れるように構成された入口と、給水を加熱するように構成された第１の加熱素子と、呼吸用ガスの加湿フローを導管に送達するように構成された出口とを更に備える。コントローラは、所定の絶対湿度を呼吸用ガスの加湿フローに提供するため、加熱素子に供給される電力を制御するように構成される。コントローラは、周囲条件及び／または呼吸用ガスのフローの変化に応答して、第１の加熱素子に供給される電力を継続的に調整して、諸例の絶対湿度を継続的に提供する。
【００３１】
更に別の実例的実施形態によれば、患者に提供される呼吸用ガスのフローを加湿する方法は、呼吸用ガスのフローを形成するために使用される周囲空気の絶対湿度を決定する段階と、呼吸用ガスのフローを加湿する給水の温度を制御して、所定の絶対湿度を加湿フローに提供する段階とを含む。給水の温度の制御は、周囲空気温度、周囲空気相対湿度、周囲空気絶対湿度、及び／または呼吸用ガスのフローの変化に応答して給水の温度を調整して、所定の絶対湿度を継続的に提供する段階を含む。
【００３２】
更なる別の実例的実施形態によれば、患者に供給される呼吸用ガスのフローを加湿する方法は、患者インターフェースに接続されるように構成された送達ホースの端部で加湿フローの温度を検出する段階と、送達ホースの端部における加湿フローの温度を示す信号を生成する段階と、信号に応答して送達ホース加熱素子を制御する段階とを含む。
【００３３】
更に別の実例的実施形態によれば、呼吸用ガスの加湿フローを患者に送達する呼吸装置用の加湿機は、給水を格納して呼吸用ガスのフローを加湿するように構成された加湿機チャンバであって、給水を加熱するように構成された第１の加熱素子を備える加湿機チャンバと、周囲空気の絶対湿度を検出し、且つ絶対湿度を示す信号を生成する絶対湿度センサと、絶対湿度センサからの信号を受け取り、第１の加熱素子を制御して、所定の絶対湿度を呼吸用ガスのフローに提供するように構成されたコントローラとを備える。所定の絶対湿度は、所定の温度及び所定の相対湿度に対応する。
【００３４】
実例的実施形態を、添付図面を参照して以下に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実例的一実施形態によるフロージェネレータ及び加湿機を示す概略図である。
【図２】図１のフロージェネレータを示す概略図である。
【図３】図１の加湿機を示す概略図である。
【図４】実例的一実施形態による空気送達ホース及び患者インターフェースを示す概略図である。
【図５】空気送達ホースの反対側の端部における図４の空気送達ホース、及びそれに接続可能な電気的コネクタを示す概略図である。
【図６】実例的一実施形態による呼吸装置を示す概略図である。
【図７】水蒸気で飽和した状態の周囲空気の絶対湿度と周囲空気の温度との間の関係を示す概略図である。
【図８】一実施例による、加湿機槽内の水の温度と周囲絶対湿度が変化しない場合の周囲空気温度との間の関係を示す概略図である。
【図９】比較例による、加湿機槽内の水の温度と、患者インターフェースに送達される空気流の温度と、周囲絶対湿度が変化しない場合の周囲温度との間の関係を示す概略図である。
【図１０】別の実施例による、送達されたガスの温度の変化に応答する水温の変化を示す概略図である。
【図１１】別の実施例による、周囲温度が変化しない場合の周囲湿度の変化に応答する水温の変化を示す概略図である。
【図１２】一実施例による、加湿機を通る平均ガス流量の変化に応答する水温の変化を示す概略図である。
【図１３】別の実例的実施形態による加湿機を示す概略図である。
【図１４】実例的一実施形態による、呼吸装置の使用中における周囲条件及び／または平均流量の変化に応答して、加湿機の加熱素子を制御することによる、加湿機の一例の設定の補償を示す概略図である。
【図１５】実例的一実施形態による呼吸装置の制御を示す概略図である。
【図１６】別の実例的実施形態による呼吸装置の制御を示す概略図である。
【図１７】別の実例的実施形態による呼吸装置の制御を示す概略図である。
【図１８】別の実例的実施形態による呼吸装置の制御を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
加湿理論
湿度は、空気中に存在する水蒸気の量を指す。湿度は、一般に、絶対湿度（ＡＨ：absolute humidity）及び相対湿度（ＲＨ：relative humidity）という２つの形で測定される。絶対湿度は、単位体積当たりの重量に関して記録された水の実際の含量である。絶対湿度は、通常、１立方メートル当たりのグラム数（ｇ／ｃｍ３）または１リットル当たりのミリグラム数（ｍｇ／Ｌ）で測定される。
【００３７】
相対湿度は、任意の所与の温度においてガスが水を含む能力と比較した、ガスの実際の水蒸気含量の百分率である。空気の温度が上昇するにつれて、空気が水蒸気を保持する能力が増加する。安定した絶対湿度を有する空気の場合、空気の温度が上昇するにつれて相対湿度は減少する。反対に、水で飽和した空気（すなわち、１００％ＲＨ）の場合、温度が減少すると余分な水が空気から凝縮する。
【００３８】
ヒトが呼吸した空気は、気道によって、３７℃の温度及び１００％ＲＨまで加熱され加湿される。この温度で絶対湿度は約４４ｍｇ／Ｌである。
【００３９】
ＣＰＡＰのための加湿
ＩＳＯ８１８５は、医療用加湿機が、最低で１０ｍｇ／Ｌ ＡＨ、患者の上気道を回避する場合は最低で３３ｍｇ／Ｌを供給できることを求めている。これらの最低要件は乾燥空気の入力を用いて計算される。また、これらの最低要件は短期の使用にのみ適している。これらの最低要件は、鼻及び上気道の乾燥の徴候を最小限に押えるのには不十分な場合が多い。通常の動作条件下では、患者または臨床医が、患者インターフェースに送達される空気の温度を周囲温度から約３７℃までに設定することが可能であるべきである。警報システムまたはインジケータが呼吸装置に提供されていない場合、ＩＳＯ８１８５、セクション５１．６１〜５１．８によれば、通常の単一故障状態では、患者インターフェースに送達される空気の温度は約４１℃を超過するべきではない。
【００４０】
ＣＰＡＰの場合、患者の上気道は回避されないので、４４ｍｇ／Ｌの上位レベルは適切ではないことがある。他方で、１０ｍｇ／Ｌの下位レベルは、ＣＰＡＰに対して、特に口元の漏れがある患者に対して低すぎることがある。
【００４１】
ＣＰＡＰに必要な加湿の最低レベルを決定する研究は行われてこなかったが、非特許文献２は、北米及びヨーロッパの患者について、加湿機システムを用いずにＣＰＡＰ治療が使用されるとき、１０ｍｇ／Ｌの平均絶対湿度は低すぎることを見出した。この研究は、両方が少なくとも２３ｍｇ／Ｌの絶対湿度を供給する２つの加湿機を試験した。非特許文献２は、ＣＰＡＰに対する要件はＩＳＯ８１８５の１０ｍｇ／Ｌ ＡＨを上回るが、研究に使用した２３ｍｇ／Ｌ ＡＨを恐らくは下回るという結論を下した。本出願人らは、約２０〜３０ｍｇ／Ｌの絶対湿度が適切な患者の快適さを提供すると判断した。
【００４２】
加湿機及びフロージェネレータ
図１を参照すると、呼吸装置１は、互いに接続可能に構成されたフロージェネレータ２及び加湿機４を備えてもよい。そのようなフロージェネレータと加湿機との組合せは、例えば、その全内容を参照により本明細書に組み込む特許文献２に開示されている。加湿機はまた、例えば、その全内容を参照により本明細書に組み込む特許文献３に開示されているような加湿機であってもよい。
【００４３】
フロージェネレータ２は、オンオフスイッチ６と、フロージェネレータの動作状態及びより詳細に後述するような他のパラメータを表示する表示装置８、例えばＬＣＤとを備えてもよい。フロージェネレータ２はまた、フロージェネレータ２の動作を制御する、例えば、フロージェネレータの動作を制御するように構成された、コントローラのメモリに格納された様々なプログラムを選択するボタン１４を備えてもよい。ボタン１４はまた、フロージェネレータ２の様々なパラメータ、例えば流量を設定するのに使用されてもよい。
【００４４】
加湿機４は、より詳細に後述するように、加熱素子（図示なし）への電力を制御し、患者インターフェースにおける温度を設定するための制御ノブ１０を備えてもよい。あるいは、加湿機４の制御はフロージェネレータ２内に組み込まれてもよい。加湿機４はまた、患者インターフェースを通して呼吸用ガスの加湿フローを患者に送達するための空気送達ホースまたは導管に接続するように構成された出口１２を備えてもよい。
【００４５】
図２を参照すると、フロージェネレータ２は、例えば、頂部ケース１６及び底部ケース１８の２つの部分に成形された硬質プラスチック材料から作られてもよい。頂部ケース１６及び底部ケース１８は、加湿機４がフロージェネレータ２に接続されたときに加湿機４を係合するように構成された、フロージェネレータ２の噛合面２０を規定する。噛合面２０は、フロージェネレータ２及び加湿機４がそれによって互いに接続される、加湿機４上に設けられた対応する舌（図示なし）によって係合されるように構成された一対のスロット２２を含む。フロージェネレータ２及び加湿機４が接続されたとき、加湿機４に電力を提供する電気接続部２４が設けられてもよい。フロージェネレータ２は、フロージェネレータ２及び加湿機４が接続されたとき、呼吸用ガスのフローを加湿機４に送達するように構成された出口２６を更に備えてもよい。
【００４６】
図３に示されるように、加湿機４はヒンジ蓋２８を備えてもよい。加湿機４はまた、例えば、その全内容を参照により本明細書に組み込む特許文献４に開示されているような槽を含んでもよい。加湿機４はまた、制御ノブ１０によって制御可能な加熱素子を含んでもよい。そのような加熱素子は、例えば、その全内容を参照により本明細書に組み込む特許文献５に開示されている。加湿機はまた、例えば、特許文献２と同様に加熱されてもよい。
【００４７】
フロージェネレータ及び加湿機は、互いに接続して統合ユニットとなることが可能な別個のユニットとして開示しているが、フロージェネレータ及び加湿機は、例えば、その全内容を参照により本明細書に組み込む特許文献６に開示されているように、互いに接続して統合された外観を提示することができない別個の要素として提供されてもよいことを理解されたい。
【００４８】
空気送達ホース
図４を参照すると、空気送達導管またはホース３０は、呼吸用ガスの加湿フローを加湿機出口から患者に送達するため、患者インターフェース３２、例えばマスクに接続される。患者インターフェース３２は、鼻用マスク、フルフェースマスク、鼻用カニューレ、ピロー若しくはプロング、または患者の口を取り囲むように構成されたクッションと鼻用ピロー若しくはプロングとの組合せであってもよい。
【００４９】
空気送達ホース３０は、例えば、その全内容を参照により本明細書に組み込む特許文献７に開示されているような加熱管であってもよい。空気送達ホース３０は、例えば熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ：thermoplastic elastomer）で形成された管３０ａと、例えば超低密度ポリエチレンで形成された螺旋状リブ３０ｂとによって形成されてもよい。ワイヤ３０ｃ、３０ｄ、及び３０ｅは、管３０ａの外表面と接触するようにして、螺旋状リブ３０ｂによって支持される。ワイヤ３０ｃ、３０ｄ、及び３０ｅは、管３０ａを加熱し、フロージェネレータ２及び／または加湿機４内のコントローラとの間で信号をやり取りするのに使用されてもよい。空気送達ホース３０は２つのワイヤを備えてもよく、信号は２つのワイヤを通して多重化されてもよいことを理解されたい。また、空気送達ホース３０は、例えば、その全内容を参照により本明細書に組み込むＷＯ  ２００９／０１５４１０  Ａ１に開示されているような、例えば加熱ストリップまたはワイヤの形態の、加熱素子を含んでもよいことを理解されたい。
【００５０】
空気送達ホース３０は、空気送達ホース３０を患者インターフェース３２に接続するように構成されたコネクタまたはカフ３４を備える。患者インターフェースカフ３４は、患者インターフェース３２に送達される呼吸用ガスの加湿フローの温度を感知するため、温度センサを、例えば、その全内容を参照により本明細書に組み込む特許文献７に開示されているようなサーミスタを備えてもよい。
【００５１】
図５を参照すると、空気送達ホース３０は、加湿機の出口１２に接続されるように構成されたコネクタまたはカフ３６を備える。加湿機カフ３６は、出口１２に接続するように構成された端部３６ａと、空気送達ホース３０と出口１２との間の接続及び切断のため、より良好な把持を提供する把持部分３６ｂとを備える。
【００５２】
加湿機カフ３６は、電気的コネクタ３８によって加湿機４のコントローラに接続されてもよい。電気的コネクタ３８は、空気送達ホース３０を加湿機４から患者インターフェース３２までのその長さに沿って加熱するため、空気送達ホース３０のワイヤ３０ｃ、３０ｄ、及び３０ｅに電力を提供する。
【００５３】
呼吸システム
図６を参照すると、本発明の実例的一実施形態による呼吸システムは、フロージェネレータ２、加湿機４、及び空気送達ホース３０を備えてもよい。患者インターフェース３２は空気送達ホース３０に接続されてもよい。
【００５４】
フロージェネレータ２はコントローラ４０を備えてもよい。フロージェネレータコントローラ４０は、例えば、プログラマブル論理コントローラまたは特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：application specific integrated circuit）を備えてもよい。フロージェネレータ２は、フロージェネレータ２によって生成され、加湿機４の入力に送達される呼吸用ガスのフローの体積（例えば、Ｌ／ｍｉｎ）を感知するフローセンサ４２を更に備えてもよい。フローは、フローセンサから直接提供されるのではなく、フロージェネレータのモータの速度から概算されてもよいことを理解されたい。
【００５５】
加湿機４はコントローラ４４を備えてもよい。加湿機コントローラ４４は、例えば、プログラマブル論理コントローラまたはＡＳＩＣであってもよい。フロージェネレータ及び加湿機を接続して統合ユニットを形成することができる場合、フロージェネレータコントローラ及び加湿機コントローラは、両方のデバイスを制御するように構成された単一のコントローラであってもよいことを理解されたい。あるいは、フロージェネレータのコントローラ４０はコントローラ４４の機能性を全て含むことができ、加湿機が取り付けられたとき、加湿に関連する機能性にコントローラ４０からアクセスすることができる。
【００５６】
加湿機４は、加湿機４に格納された給水を加熱するように構成された加熱素子４６を更に備える。加熱素子４６は、例えば、加湿機の槽の下方に設けられるプレートであってもよい。加熱素子４６は、例えば、その全内容を参照により本明細書に組み込む特許文献８に開示されているような加熱素子を含んでもよいことも理解されたい。加熱素子４６によって加熱された水の温度を感知する温度センサ４８が設けられてもよい。水の温度は、加熱素子４６の温度を感知または測定することによって、例えば、温度センサを使用して加熱素子の温度を直接感知することによって判断されてもよいことを理解されたい。
【００５７】
加湿機４は、周囲空気の温度を検出する周囲温度センサ５０と、周囲空気の相対湿度を検出する相対湿度センサ５２とを更に備えてもよい。加湿機はまた、周囲圧力センサ５３を任意に備えてもよい。センサ５０、５２、及び５３は加湿機上に設ける必要はなく、例えばセンサを含み、加湿機４に接続可能なステーションから、別個に提供されてもよいことを理解されたい。また、センサ５０、５２、及び５３は、加湿機４の代わりにフロージェネレータ２に設けられてもよく、または、周囲温度、相対湿度、及び周囲圧力は、ステーションから、加湿機４の代わりにフロージェネレータ２に提供されてもよいことを理解されたい。更に、フローセンサ４２は、フロージェネレータ２の代わりに、またはそれに加えて加湿機４に設けられてもよいことを理解されたい。更にまた、周囲温度センサ５０、相対湿度センサ５２、及び周囲圧力センサ５３は、例えば加湿機出口において加湿フローの絶対湿度を検出し、絶対湿度を示す信号を生成するように構成された絶対湿度センサに置き換えられてもよいことを理解されたい。
【００５８】
空気送達ホース３０は、患者インターフェースカフ３４に、温度センサ５４、例えばサーミスタを含む。温度センサ５４は、カフ３４の代わりに患者インターフェース３２に設けられてもよいことを理解されたい。温度センサ５４によって検出された温度は、空気送達ホース３０を通して信号として加湿機コントローラ４４に送られてもよい。
【００５９】
図６のシステムは、患者が、患者インターフェース３２に送達される呼吸用ガスの加湿フローの温度を選択し設定することを可能にするように構成されてもよい。例えば、システムは、ユーザが、加湿機４の制御ノブ１０またはフロージェネレータ２の制御ボタン１４のどちらかを使用して、患者インターフェース３２において加湿フローの温度を設定することを可能にするように構成されてもよい。例えば、システムは、患者または臨床医が、約１０〜３７℃、例えば約２６〜２８℃という、患者インターフェースにおける加湿フローの温度を選択することを可能にするように構成されてもよい。システムは、患者若しくは臨床医が、周囲温度を下回る温度を選択及び／または設定することを防ぐように構成されてもよい。周囲温度がフロージェネレータの表示装置８上に表示されてもよく、または、選択した温度が周囲温度を下回るため、無効であることを患者または臨床医に示すメッセージが表示されてもよい。あるいは、システムは、例えば２７℃という、自動またはデフォルトの温度設定を選択できるようにしてもよい。
【００６０】
図６のシステムはまた、例えば、約１０〜４４ｍｇ／Ｌの絶対湿度を患者インターフェース３２に提供するように構成されてもよい。患者インターフェースにおけるフローの相対湿度は、１００％ＲＨ未満、例えば約７０〜９０％ＲＨ、例えばデフォルト設定として約８０％を有するように制御されてもよい。空気送達ホース３０内のフローの相対湿度を１００％ＲＨを下回るように保つことは、加湿機４と患者インターフェース３２との間の空気送達ホース内における水滴降下を防ぐ助けとなる。システムはまた、例えば８０％の患者インターフェース３２における自動またはデフォルトの相対湿度を提供するように構成されてもよい。システムはまた、患者または臨床医が患者インターフェース３２におけるフローの相対湿度を設定できるように構成されてもよい。患者インターフェース３２におけるフローの相対湿度は、患者インターフェース内に置かれた湿度センサによって直接検出されてもよいが、湿度センサは、凝結が存在する状態では読み違いまたは誤動作を起こしがちなので、より信頼性の高い方策は、周囲空気または入ってくるガスフローの相対湿度及び温度を検出し、絶対湿度を計算することであってもよい。
【００６１】
図６のシステムは、周囲温度及び湿度の広範なばらつきを補償してもよい。患者インターフェース３２におけるフローの温度は、例えば温度センサ５４によって直接検出されてもよい。患者インターフェースにおけるフローの相対湿度は、１）周囲空気の含水量（その周囲温度及び相対湿度から）、２）加湿機槽内の水の温度（例えば、温度センサ４８によって検出されるような）、並びに／または、３）加湿機槽を通る流量（例えば、フロージェネレータのフローセンサ４２によって検出されるような）から計算されてもよい。相対湿度はまた、例えば管３０の端部または患者インターフェース３２内にある相対湿度センサによって、直接検出されてもよいことを理解されたい。
【００６２】
患者インターフェース３２におけるフローの温度は、空気送達ホース３０に供給される電力を制御することによって、例えばホース３０のワイヤへの電流を制御することによって制御されてもよい。患者インターフェース３２におけるフローの相対湿度は、周囲温度、周囲相対湿度、及び流量を入力パラメータとして利用して、加湿機槽内の水の温度によって制御されてもよい。
【００６３】
湿度制御
図７を参照すると、周囲空気の飽和の絶対湿度は、水蒸気の湿度特性（psychrometric properties）から計算することができる。例えば、非特許文献３を参照のこと。また、例えば、非特許文献４を参照のこと。図７に示されるように、条件が周囲温度及び標準（海水面）圧力、すなわちＡＴＰＳである場合、絶対湿度は、ｍｇ／Ｌ単位で、すなわち空気の単位体積当たりの水蒸気質量で表現される。周囲空気の絶対湿度ＡＨａは、水蒸気の湿度特性に対応するあらゆる方程式またはルックアップテーブルによって定義されてもよい。例えば、次の二次方程式である。
ＡＨａ  ＝  ＲＨａ・（Ｋ１−Ｋ２・Ｔａ＋Ｋ３・Ｔａ２）・・・式（１）
式中、ＲＨａは周囲空気の相対湿度、Ｔａは周囲空気の温度、Ｋ１、Ｋ２、及びＫ３は係数である。例えば、係数Ｋ１、Ｋ２、及びＫ３は、利用可能なデータに対する曲線適合等によって経験的に決定されてもよい。例えば、Ｋ１は７．２６４に等しくてもよく、Ｋ２は０．０９２７６に等しくてもよく、Ｋ３は０．０２９３１に等しくてもよい。
【００６４】
マスクにおけるフローの目標温度Ｔｍ及びマスクにおける目標相対湿度ＲＨｍは、同様に、次式によって定義されるような、マスクにおける絶対湿度ＡＨｍを決定する。
ＡＨｍ＝ＲＨｍ・（Ｋ１−Ｋ２・Ｔｍ＋Ｋ３・Ｔｍ２）・・・式（２）
式中、例えば、Ｋ１＝７．２６４、Ｋ２＝０．０９２７６、及びＫ３＝０．０２９３１である。
【００６５】
式（１）によって決定されるような周囲絶対湿度ＡＨａと、式（２）によって決定されるようなマスク絶対湿度ＡＨｍとの間の差ΔＡＨは、加湿機４によってフローに付加される絶対湿度に等しい。当然ながら、ＡＨｍ＜ＡＨａの場合、加湿は不要である。加湿機槽を通る流量Ｆ（Ｌ／ｍｉｎ）を所与とすると、水の蒸発率Ｅは、加湿機の応答を特徴付けることによって導き出される式を使用して決定されてもよい。例えば、一実施形態では、蒸発率は、流量と絶対湿度の変化とから、次式によって決定されてもよい。
Ｅ（ｇ／ｈｒ）＝ΔＡＨ（ｍｇ／Ｌ）・Ｆ（Ｌ／ｍｉｎ）・（６０ｍｉｎ／ｈｒ）・０．００１ｇ／ｍｇ・・・式（３）
【００６６】
一例として、図６のシステムを使用するＣＰＡＰ治療の場合、ＯＳＡ患者を治療するのに１０ｃｍ  Ｈ２Ｏの圧力が供給されるべきである。１０ｃｍ  Ｈ２Ｏでは、流量Ｆは約３５Ｌ／ｍｉｎであり、所定圧力におけるマスク換気フローに等しい。２０℃の周囲温度Ｔａ及び５０％の周囲相対湿度ＲＨａでは、加湿機に入る空気の絶対湿度ＡＨａは、式（１）から、０．５・１７．３＝１０．４ｍｇ／Ｌに等しい。患者が２５℃のマスク温度Ｔｍを選択し、９０％の相対湿度が選択されているか、または自動的に設定されていると仮定すると、マスクにおける絶対湿度ＡＨｍは、式（２）から、０．９・２３．３＝２０．９ｍｇ／Ｌに等しい。加湿機によって加えられる絶対湿度ΔＡＨは２０．９−１０．４＝１０．５ｍｇ／Ｌに等しい。加湿機からの蒸発率Ｅは、従って、式（３）から、Ｅ＝（１０．５ｍｇ／Ｌ）・（３５Ｌ／ｍｉｎ）・（６０ｍｉｎ／ｈｒ）・（０．００１ｇ／ｍｇ）＝２２ｇ／ｈｒとして決定される。
【００６７】
水の蒸発率は、液体水の温度によって推進されるその蒸気圧に関連する。概して言えば、水温が１０℃上昇するごとに、飽和蒸気圧はほぼ２倍になる。例えば、非特許文献３を参照のこと。また、例えば、非特許文献４を参照のこと。それに加えて、周囲空気温度及び周囲空気相対湿度から決まる周囲空気の含水量、すなわち、周囲空気中に既に存在する水の蒸気圧は、蒸発率を低減する。周囲空気の気圧はまた、蒸発率に影響を及ぼすが、水温と周囲空気の含水量との上昇よりも影響は少ない。水蒸気は、より低い気圧で、例えばより高所でより急速に蒸発する。
【００６８】
加湿機槽内の水の温度は閉ループ制御されてもよい。あるいは、水の下にある加熱素子の温度が閉ループ制御されてもよい。他のパラメータが、閉ループ制御のセットポイントに寄与してもよい。例えば、蒸発率Ｅは、加湿機槽内の水蒸気の飽和によって制限される。槽内の水蒸気の飽和は、フロージェネレータから加湿機に流れ込む空気の温度に応じて変わる。フロージェネレータは、例えばフロージェネレータモータによって生成される熱により、加湿機に流れ込む空気の温度を上昇させてもよい。
【００６９】
蒸発率と水の温度との間の理論的関係もまた、加湿機槽内の水蒸気が槽から効率的に取り除かれるものと仮定する。しかし、槽を通る空気流のパターンは、水蒸気が生成されるいくつかのポケットを回避してもよい。それに加えて、空気流による攪拌動作が槽内の水全体に熱を均等に分配してもよい。
【００７０】
理論的関係はまた、蒸発率は飽和に達するまで槽内の空気の温度にほぼ影響されないものと仮定する。実際には、例えば周囲空気温度の低下によって水の表面を冷却することで、蒸発率が低減されてもよい。温度勾配は、槽の水及び壁を通しての槽の加熱から、加湿機の外部までに存在する。これらの温度勾配は、感知温度と水の表面における実際の温度との矛盾に寄与することがある。温度センサが使用されない場合であっても、温度勾配は、水の本体の温度と水の表面の温度との間の矛盾に寄与することがある。蒸発率は水面における温度に関連する。
［実施例］
【実施例１】
【００７１】
マスク温度の制御を伴う周囲温度の変化に対する調整
この実施例では、図６のシステムを、３０℃でマスクに飽和空気を送達するように設定する。温度は、フロージェネレータ２の制御ボタン１４及び／または加湿機４の制御ノブ１０を使用することによって、患者または臨床医によって設定されてもよい。周囲空気の絶対湿度は１０ｍｇ／Ｌであり、これは、例えば、患者の寝室内で患者の睡眠中に周囲空気の温度が変化しても変化しない。表１に示されるように、加湿機槽内の水の温度は、患者インターフェースにおいて１００％ＲＨの空気が得られるように調整される。
【００７２】
【表１】
0006009527.tif 000002
【００７３】
図８に示されるように、閉ループ制御の結果は、室内の空気の周囲温度にかかわらず、槽内の水の温度をほぼ同じセットポイントに保たなければならないということである。従って、マスクにおける温度が調節される場合、システムが周囲温度の変化に応答する必要はない。
【００７４】
（比較例１）
マスク温度の制御を伴わない周囲温度の変化に対する調整
この比較例では、患者インターフェースに送達される空気の温度はフィードバック制御ループの下にない。代わりに、システムは、表２及び図９に示されるように、加湿機槽内の水の温度が周囲温度を追跡するように制御されるようにして制御される。
【００７５】
【表２】
0006009527.tif 000003
【００７６】
この比較例では、患者インターフェースに送達される空気の相対湿度は全ての温度について１００％ＲＨであるが、患者インターフェースに送達される空気の絶対湿度は、例えば１２．５ｍｇ／Ｌ〜３０．７ｍｇ／Ｌと広く変動する。患者インターフェースに送達される空気流の温度も周囲温度によって変動する。従って、患者は、患者インターフェースに送達される空気流の温度を上昇させることができない。
【実施例２】
【００７７】
患者インターフェースにおける設定温度の変化に対する調整
表３及び図１０を参照すると、この実施例では、図６のシステムは飽和空気を送達するように制御され、患者インターフェースにおける温度が変更される。
【００７８】
【表３】
0006009527.tif 000004
【００７９】
周囲空気は２２．５℃と仮定され、絶対湿度は１０ｍｇ／Ｌ、相対湿度は５０％である。周囲空気条件は変化しないものと仮定する。加湿機槽内の水の温度は、表３に示されるように、患者インターフェースにおいて１００％ＲＨを達成するように調整される。患者インターフェースにおける要求温度が上昇されるにつれて、加湿機槽内の水の温度は送達される空気の飽和を維持するように上昇される。図１０に示されるように、加湿機槽内の水の温度と送達される空気の温度との間の関係はほぼ線形であり、例えば、患者インターフェースに送達される空気の温度が１℃上昇するごとに、水温がほぼ１．５５℃上昇する。マスクにおける温度は、加熱管に対する電力を制御することによって、自動的且つ独立に制御されてもよい。
【００８０】
この実施例では、患者インターフェースに送達される空気の温度は、例えば、フロージェネレータ２の制御ボタン１４を使用することによって、患者または臨床医によって選択されてもよい。患者は、患者インターフェースにおける空気の温度の調整を可能にする動作モードを選択してもよい。その結果、加湿機の加熱素子は、患者インターフェースにおける空気の要求温度が上昇するにつれて、加湿機槽内の水の温度を上昇させ、それに対応して、要求される空気温度が低下するに従って水温を低下させるように、自動的に制御される。
【実施例３】
【００８１】
周囲湿度の変化に対する調整
図６のシステムはまた、周囲湿度の変化に合わせて調整するように構成されてもよい。例えば、センサ５０及び５２からの信号がコントローラ４０及び／または４４に提供されて、周囲空気の絶対湿度が周期的または継続的に計算されてもよい。表４及び図１１に示されるように、周囲空気の温度は比較的一定に、例えば２２．５℃で維持されるが、絶対湿度は患者の睡眠周期全体を通して変化する。
【００８２】
【表４】
0006009527.tif 000005
【００８３】
加湿機槽内の水の温度は、患者インターフェースにおいて１００％ＲＨを達成するように調整される。患者インターフェースにおける温度は一定に、例えば３０℃で維持される。その結果、加湿機槽内の水の温度は、周囲空気絶対湿度及び相対湿度が増加するにつれて低下する。この手法におけるシステムの制御により、表４に示されるように、患者インターフェースに送達される飽和空気の温度を比較的一定に維持することが可能になる。
【実施例４】
【００８４】
空気流量の変化に対する調整
表５及び図１２を参照すると、周囲温度及び相対湿度と患者インターフェースに送達される空気の温度とは一定である。
【００８５】
【表５】
0006009527.tif 000006
【００８６】
加湿機を通る流量は、例えば、ＲｅｓＭｅｄ社のＡＵＴＯＳＥＴ（登録商標）制御アルゴリズムの動作によって調整される。流量はまた、例えば患者インターフェースにおける漏れに応答して調整されてもよい。表５及び図１２に示されるように、空気流量が増加するにつれて加湿機槽内の水の温度が上昇されて、患者インターフェースにおける飽和が維持される。
【００８７】
呼吸システムは、実施例１〜４それぞれ及びそれらの組合せに従って制御されてもよい。表１及び表３〜表５並びに図８及び図１０〜図１２に提供されるデータは、メモリに、例えばコントローラ４０及び／または４４に格納されてもよい。コントローラ４０及び４４は、格納された情報からのデータを参照するようにプログラムされてもよい。コントローラ４０及び４４はまた、格納された情報からのデータを内挿及び／または外挿するようにプログラムされてもよい。周囲温度及び湿度、フロー、並びに所定の出力湿度の各組合せに対して適切な蒸発率を提供する加熱素子のセットポイントは、設計を特徴付け、次にコントローラに組み込まれるように、例えばメモリ内のテーブルとして、若しくは一組の式として格納されるように、実験によって決定されてもよい。
【００８８】
実施例１〜４それぞれにおいて患者インターフェースに送達される空気の相対湿度は１００％として記載しているが、患者インターフェースに送達される空気の相対湿度は、約５０％〜１００％、例えば約７０％〜９０％、または別の実施例として約８０％、あるいは患者若しくは臨床医によって選択される他のあらゆる値であってもよいことを理解されたい。
【００８９】
加湿機制御
加湿機４は、マスク３２における所定の含水量の自動送達をもたらすユーザ選択可能な設定を提供してもよい。送達空気の含水量に対する例示値は、管３０内の望ましくない凝結につながる条件を考慮に入れて決定される。正常な上気道を有するユーザの場合、所望の生理学的結果は、鼻における正常な吸気条件に近似するように空気を調節することである。例えば、周囲空気は２０℃及び２５％ＲＨ（４ｍｇ／Ｌ ＡＨ）であってもよい。空気は、８０％ＲＨ（１４ｍｇ／Ｌ ＡＨ）で約２０℃に等しい条件まで加熱され加湿されてもよい。従って、２０℃及び８０％ＲＨにおける絶対湿度に対応する１４ｍｇ／Ｌの含水量が例示値として選択されてもよい。加湿機は、出力を１４ｍｇ／Ｌに保つように設定される。１０ｍｇ／Ｌの差が加湿機によって加えられる。この値は例示値として選択されてもよく、加湿機は、この値を自動的に提供するユーザ設定を含むように構成されてもよいが、例示値は臨床上の助言に基づいて決定または改訂されてもよく、加湿機は、臨床的に決定された含水量を自動的に提供するユーザ設定を含むように構成または再構成されてもよいことを理解されたい。例えば、患者または臨床医は、約１０ｍｇ／Ｌ〜２５ｍｇ／Ｌ、例えば、約２７〜２８℃の温度における７０％〜８０％の相対湿度にほぼ対応する２０ｍｇ／Ｌの絶対湿度を選択してもよい。
【００９０】
ＣＰＡＰシステムにおける送達空気の実際の温度は、室温よりも高くてもよく、加熱管を備える呼吸装置の場合、一般的には約２９℃である。従って、鼻におけるＲＨ値は同じ絶対湿度値について５０％未満である。加熱管を有さない呼吸装置の場合、加湿空気は管内で周囲温度を１〜２℃上回る温度まで冷える。加熱管がない場合、空気は約２２℃及び７０％ＲＨ（１４ｍｇ／Ｌ ＡＨ）で送達される。
【００９１】
例えば１０ｍｇ／Ｌの最適な設定では、送達空気の温度をその露点（２２℃の周囲温度で動作するＣＰＡＰ装置を伴うマスクに一般的に送達されるような２９℃の空気に対して約１６℃）を下回るまで降下させるのに十分な室温の降下がない限り、呼吸管内の凝結は生じない。室温が低下し続けて、送達空気の温度も低下させる場合、凝結を回避するが、依然として最適レベルを可能な限り緊密に目標とするため、送達される含水量を最適レベルよりも低下させるようにヒーター温度が自動的に低減される。
【００９２】
図１３を参照すると、本発明の別の例示的一実施形態による加湿機４は、設定インジケータ１０ａを含む制御ノブ１０を備える。加湿機４は、複数の設定を示す目印（indicia）１１を備える。目印１１ａは、デフォルト含水量を提供する自動設定を指定してもよい。例えば、図１３に示されるように、自動設定目印１１ａは例えば▼を含んでもよい。他のあらゆる目印が使用されてもよく、例えば、目印１１ａは「最適」または「自動」という語句を含んでもよいことを理解されたい。残りの目印１１は、ユーザが送達湿度を増減させることを可能にする、例えば１〜４及び６〜９の数字を含んでもよい。目印はまた、％ＲＨとして、相対湿度または絶対湿度及び温度の値を示すように構成されてもよい。デフォルト設定を選択するためには、ユーザは、制御ノブ１０の設定インジケータ１０ａを自動設定目印１１ａと見当合わせする。湿度設定を調整するためには、ユーザは、設定インジケータ１０ａを他の目印１１のいずれかと、または他の目印１１のいずれかの間のあらゆる位置で見当合わせする。例えば、湿度設定を低下させるためには、ユーザは、設定インジケータ１０ａを数字１〜４のいずれか１つまたはそれらの間のあらゆる設定と見当合わせしてもよい。同様に、湿度設定を上昇させるためには、ユーザは、設定インジケータ１０ａを数字６〜９のいずれか１つまたはそれらの間のあらゆる設定と見当合わせしてもよい。また、制御はノブ以外であってもよく、例えば、制御は、設定を表示するＬＣＤ等の表示装置、及び設定の選択を可能にすると共に表示される設定を変更するボタン（１つまたは複数）を含んでもよいことを理解されたい。
【００９３】
図１４に示されるように、例えば設定インジケータ１０ａを目印１１ａと見当合わせすることによって、自動のデフォルト含水量が選択されているとき、加湿機４は、加湿機４の加熱素子４６が継続的に調整されて、所定のデフォルトレベルにおける呼吸用ガスのフローの含水量、例えば１４ｍｇ／Ｌが維持されるように制御されてもよい。より詳細に後述するように、加熱素子４６は、管３０内の凝結、すなわち水滴降下を依然として防ぎながら、フローの含水量をデフォルトレベルに可能な限り緊密な値に維持するように継続的に調整される。
【００９４】
ユーザの睡眠セッションの間に変化する室内条件、例えば周囲温度、周囲相対湿度、及び／若しくは周囲圧力に応答して、且つ／またはフローの変化に応答して、加熱素子４６は、デフォルト含水量（例えば、１４ｍｇ／Ｌ）を維持するように制御される。例えば、患者の睡眠セッションの開始時（条件１）では、室内条件は、第１の温度、第１の相対湿度、及び第１の圧力であってもよい。フロージェネレータは、患者の睡眠セッションの開始時に第１のフローＱ１を生成してもよい。加湿機４の加熱素子４６は、患者が設定インジケータ１０ａを目印１１ａと見当合わせすることによって自動設定を選択すると、デフォルト含水量、例えば１４ｍｇ／Ｌが提供されるように制御される。
【００９５】
条件１は患者の睡眠セッションの開始時に対応するものとして上述しているが、条件１は、呼吸システムの起動からの時間、例えば、周囲温度を上回る送達空気温度の影響を考慮に入れる予熱時間に対応してもよい。
【００９６】
患者の睡眠セッションの間、周囲温度、周囲相対湿度、及び／または圧力を含む室内条件は第２の条件（条件２）へと変化してもよい。フロージェネレータによって生成されたフローＱ２も、一連の患者の睡眠セッションの間に変化してもよい。加湿機４の加熱素子４６は、室内条件の変化にかかわらず、フローの含水量がデフォルト含量、例えば条件２において１４ｍｇ／Ｌであるように制御される。
【００９７】
同様に、例えば設定インジケータ１０ａを目印「９」（含水量をデフォルトから増加させる）または目印「１」（含水量をデフォルトから減少させる）と見当合わせすることによって、患者が起動時の異なる設定（条件１）を選択する場合、加熱素子４６は、条件２においてマスクに送達される含水量が条件１において送達されるのと同じであるように制御される。デフォルト設定をほぼ中心とする含水量設定の全範囲は、周囲温度、周囲相対湿度、周囲圧力、及び送達フローの監視値に応答して、選択された設定が選択された含水量を送達するように常に較正されるように、継続的且つ自動的に再設計される。
【００９８】
湿度制御の第１の実施形態
図１５を参照すると、呼吸装置の制御システム及びプロセスが示される。Ｓ１では、マスクに送達されるフローの温度Ｔｍが決定される。Ｓ２では、マスクに送達されるフローの相対湿度ＲＨｍが決定される。ユーザは、例えばフロージェネレータ２上のボタン１４を使用することによって、温度Ｔｍ及び相対湿度ＲＨｍを設定してもよいことを理解されたい。あるいは、ユーザは、加湿機の制御ノブ１０を調整することによって、マスクに送達されるフローの含水量、すなわち絶対湿度を選択してもよい。例えば、ユーザは、設定インジケータ１０ａをデフォルト設定目印１１ａに見当合わせしてもよい。デフォルト含水量は、公称含水量、例えば１４ｍｇ／Ｌ、または臨床的に決定された含水量であってもよい。ユーザはまた、設定インジケータ１０ａを目印１１の別のものと見当合わせすることによって、デフォルト以外の含水量を選択してもよい。加湿機がフロージェネレータに一体的に接続される場合、呼吸装置は、ユーザが、フロージェネレータ２のボタン１４または加湿機４の制御ノブ１０のどちらかを使用して、含水量を選択することができるように構成されてもよい。ユーザが含水量を選択する場合、マスクに送達される温度Ｔｍ及び相対湿度ＲＨｍは、選択された含水量設定に対応する。
【００９９】
空気送達管３０の加熱素子は、所定温度Ｔｍをマスクに送達されるフローに提供するように制御される。空気送達ホース３０の端部にある温度センサ５４は、空気送達ホース３０の端部におけるフローの実温度を感知する。所定温度Ｔｍと感知温度との間の差ΔＴｍは、Ｓ１１において、コントローラ（１つまたは複数）４０、４４によって決定され、コントローラ（１つまたは複数）４０、４４は、所定温度と感知温度との間の差がほぼゼロになるまで、空気送達管３０の加熱素子に対する電力を調整する。
【０１００】
Ｓ３では、センサ５４によって感知された温度とマスクに送達される所定の相対湿度ＲＨｍとを式（２）に挿入して、マスクに送達される絶対湿度ＡＨｍ、すなわち含水量を提供する。Ｓ５では、センサ５０からの周囲温度Ｔａとセンサ５からの周囲相対湿度ＲＨａとを式（１）に挿入して、Ｓ６において、周囲絶対湿度ＡＨａを提供する。Ｓ７では、マスクに送達される絶対湿度ＡＨｍと周囲絶対湿度ＡＨａとの間の差ΔＡＨが決定される。差ΔＡＨは、選択された含水量を送達するために加湿機４がフローに付加しなければならない絶対湿度である。
【０１０１】
Ｓ８では、フローセンサ４２によって感知されるような、または概算された流量Ｆを、差ΔＡＨと共に式（３）に挿入して、加湿機内の給水からの必要な蒸発率Ｅを決定する。Ｓ９では、蒸発率Ｅを生み出すのに必要な水温、または加湿機の加熱素子４６の相当温度が、例えば上述の閉ループ制御によって決定される。
【０１０２】
Ｓ１０では、センサ４８によって感知されるような水温とＳ９で決定された必要な水温との間の差ΔＴが計算される。コントローラ（１つまたは複数）４０、４４は、必要な水温と感知された水温との間の差がほぼゼロになるまで、加湿機４の加熱素子４６を制御する。あるいは、加熱素子４６は、必要な加熱素子温度と感知された加熱素子温度との差がほぼゼロになるまで制御される。
【０１０３】
湿度制御の第２の実施形態
図１６を参照すると、別の実例的実施形態による呼吸装置の制御システム及びプロセスが示される。呼吸器の使用中、流量は、例えばＡＵＴＯＳＥＴ（登録商標）制御アルゴリズムの動作によって変化してもよく、そのアルゴリズムは、流量の比較的遅い変化を提供してもよく、または、マスククッション周り若しくは鼻マスクの使用による口元の漏れのどちらかの漏れが発生することによって、流量の比較的速い変化を提供してもよい。流量が急速に変化する場合、加熱管若しくはホース及び／または加湿機の制御は、管内の凝結を防ぐのに十分に急速に応答しなくてもよいが、それは、加湿機が給水の温度を変化させるのに比較的長い時間がかかるため、応答が比較的遅いことによる。
【０１０４】
図１６に示されるように、流量センサ４２によって感知される、または例えばブロワー速度から概算される変化、すなわち差ΔＦが、Ｓ１２において決定される。差ΔＦは、周期的間隔で感知または概算された流量を比較することによって決定されてもよい。Ｓ１３では、差ΔＦが所定の差ΔＦｐｔｄと比較される。周期的な流量の間の差ΔＦが所定量ΔＦｐｔｄを超える場合、プロセスはＳ１４に進行し、患者インターフェースに送達されるガスの温度Ｔｍが、例えば、コントローラ（１つまたは複数）４０、４４を使用して加熱管を制御することによって調整される。差ΔＦが所定量ΔＦｐｔｄを超えない場合、プロセスは、第１の実施形態に関して上述したのと同様に進行し、Ｓ８において、絶対湿度の差ΔＡＨと検出または概算された流量とから、必要な蒸発率が計算される。
【０１０５】
差ΔＦが負の場合、すなわち流量の変化は減少である場合、温度ＴｍはＳ１４において上昇される。温度Ｔｍは、Ｓ１４において、患者インターフェースに送達される空気の温度Ｔｍを飽和点を上回る温度に保つのに十分上昇される。流量の減少により、また、Ｓ９における水温または加熱素子温度の低下がもたらされ、Ｓ１０における差ΔＴの計算、及びコントローラ（１つまたは複数）４０、４４による加熱素子の制御により、加湿機の温度セットポイントが低減される。加湿機の給水の温度が低減されるので、絶対湿度ＡＨｍが飽和点に達することなく通り過ぎるべきマージンが存在する。
【０１０６】
温度センサ５４によって感知された温度と調整された温度Ｔｍとの間の差ΔＴｍが、Ｓ１１において決定され、差ΔＴｍがほぼゼロになるまで、加熱管３０が制御される。所定の期間にわたって、加湿機内の給水の温度が加湿機の新しいセットポイントまで低減されるまで、調整された温度ＴｍはＳ１２において徐々に低減される。
【０１０７】
Ｓ１１において決定された流量差ΔＦが正であり、すなわち流量の変化が増加であり、所定の差ΔＦｐｔｄよりも大きい場合、Ｓ１４における調整は、絶対湿度ＡＨｍを飽和に近く保つように温度Ｔｍを低減させることであってもよい。ただし、患者が、温度Ｔｍの低減が不快であることに気付くことがある。その場合、コントローラ（１つまたは複数）４０、４４は、流量の増加を示す流量差ΔＦを無視するように構成されてもよい。
【０１０８】
実例的実施形態を参照して本明細書にて考察する加湿機及び呼吸装置は、熱加湿機の未経験のまたは新しいユーザに、あらゆる所与の使用条件に対して送達空気のデフォルトの含水量（公称で１４ｍｇ／Ｌ）を提供するように設計された、自動またはデフォルトの設定を提供する。患者の睡眠セッションの間、必要であれば、凝結が空気管内で生じるのを回避するため、デフォルトの含水量の目標値を低減するように自動補償が起動する。
【０１０９】
本明細書に開示される実例的実施形態による加湿機の正確な性能は、デバイスを適正に設定し動作させるためにユーザの知識または介在を全く必要としない。このことは、そうでなければ適切な加湿機設定を確立することが困難であると考えるユーザにとって役立つ。正確な性能は、送達空気の含水量及び凝結の可能性に影響する、周囲絶対湿度、周囲温度、相対湿度及び圧力、並びに送達空気の流量を含む要因に対する変化に応答して、患者の睡眠セッションの間自動的に維持される。
【０１１０】
ユーザには、必要であれば、好みに従って、自動またはデフォルトの設定を微調整する追加の設定が提供される。利用可能な設定の全範囲は、中央値を、上述したような空気送達ホース内の凝結の防止に影響されるデフォルトの含水量で較正されるように維持するため、継続的に再設計される。すなわち、従来技術の加湿機とは異なり、デフォルト設定及び設定の利用可能な全範囲は実際の周囲条件に対して常に較正される。１つの地域における気候差、例えば寒く湿った気候は、ヒーター設定が固定のデバイスの場合に起こり得るように、別の地域における利用可能な加湿性能または利用可能な設定を損なうことはない。
【０１１１】
例えば、ユーザは、目印１１によって示される「３」等の、デフォルト若しくは自動設定よりも低い設定、または目印１１によって示される「７」等の、デフォルト若しくは自動設定よりも高い設定が、最も快適な加湿フローを提供すると判断してもよい。従って、ユーザは、周囲条件及び／または流量にかかわらず、患者によって最も快適であると判断されるような、患者インターフェースに送達されるフローの所望の設定及び絶対湿度を選択してもよい。
【０１１２】
加湿機制御の第３の実施形態
図１７を参照すると、別の実例的実施形態による呼吸装置の制御システム及びプロセスが示される。図１７の実例的実施形態のシステム及びプロセスは、図１５の実例的実施形態の上述のＳ１〜Ｓ８及びＳ１１と同様に動作する。
【０１１３】
Ｓ８において、所定温度で所定湿度を送達するのに必要な蒸発率を計算した後、それを上回ると固定のデューティ比を適用する加熱素子温度の閾値がＳ１５において決定され、加湿機を駆動するデューティ比がＳ１６において決定される。Ｓ１５において加熱素子温度の閾値を決定した後、加熱素子温度が閾値を上回っているかがＳ１７において判断される。加熱素子温度が閾値を上回っている場合（Ｓ１７：Ｙｅｓ）、Ｓ２１において固定のデューティ比が加熱素子に適用される。加熱素子温度が閾値を上回っていない場合（Ｓ１７：Ｎｏ）、Ｓ１８において１００％のデューティ比が加熱素子に適用される。
【０１１４】
Ｓ１９において、加熱素子温度センサ４８によって感知された加熱素子温度が、安全運転温度を上回っているかが判断される。感知された加熱素子温度が安全運転温度を下回っている場合（Ｓ１９：Ｎｏ）、加熱素子温度が閾値を上回っているかを判断するため、Ｓ１７において加熱素子温度が再びチェックされる。感知された加熱素子温度が安全運転温度を上回っている場合（Ｓ１９：Ｙｅｓ）、Ｓ２０において、加熱素子のデューティサイクルが０％に設定され、すなわち加熱素子がオフにされる。
【０１１５】
加湿機は、給水を収容する異なるタイプの容器、すなわち槽を使用して動作するように構成されてもよい。そのような１つの加湿機は、例えば、その全内容を参照により本明細書に組み込む２００８年９月１７日出願の米国出願第６１／０９７，７６５号に開示されている。使用されてもよい２つのタイプの加湿機槽は、例えばステンレス鋼の基部を備えた「再使用可能な」槽、及び例えばアルミニウムの基部を備えた「使い捨ての」槽である。熱移動特性は２つの基部で異なる。加熱素子が恒温に調節されると、２つの槽は異なる湿度出力を提供してもよい。しかし、どちらの槽がデバイスに適合されても、湿度出力が予測可能であることが望ましい。また、どのタイプの槽が加湿機に適合されているかを検出する手段があることが好ましい。
【０１１６】
湿度出力は、図１７を参照して上述したように、加熱素子がそこで保たれる温度ではなく、加熱素子に動力が供給されるデューティ比に相関されてもよい。これは、一定のデューティ比では、加熱素子に電力が定速で送達され、システム内におけるその電力の主な散逸は槽からの水の蒸発によるものであるためである。実際には、「使い捨ての」及び「再使用可能な」槽は、同じデューティ比で操作されたとき、同等の蒸発率を有する。
【０１１７】
やはり図１７を参照して上述したように、実例的実施形態は、デューティ比を変動させてホットプレートの温度を調節するのではなく、加熱素子に対して電力の一定のデューティ比を適用する。加熱素子は、抵抗型負荷Ｒ、例えば９．６Ωであり、それに対して、一定の電位Ｖ、例えば２４Ｖが、デューティ比によって規定されるタイミングでオンオフを切り替えられる。これは、Ｐ＝Ｖ２／Ｒによって規定される電力、例えば１００％のデューティ比において６０Ｗで、加熱素子を駆動することと等価である。
【０１１８】
デューティ比は、加熱素子温度セットポイントが図１５及び図１６の実例的実施形態において決定されたのと同じやり方で、すなわち、周囲絶対湿度、患者に送達されるガスの温度、及びガスが送達される流量という３つの変数を考慮して、デバイスの性能を特徴付けることによって決定されてもよい。
【０１１９】
一定のデューティ比での動作の２つの不利な点も、この実例的実施形態によって克服される。第１の不利な点は、加湿機内の水の本体が冷態始動から温まるまでにより長い時間がかかることである。これは、Ｓ１５において温度閾値を概算し、Ｓ１８において、温度閾値に達するまで１００％のデューティ比で加熱素子を駆動し、次にＳ２１において、所望の蒸発率に必要な一定または固定のデューティレベルに切り替えることによって克服される。
【０１２０】
第２の不利な点は、水が全て蒸発したとき等、加湿機槽の水が空になると、加熱素子が過剰な温度に達する可能性があることである。これは、Ｓ２０においてデューティ比を０％に設定することによって、加熱素子がその温度を上回ると動作不能になる最大安全動作温度をＳ１９において適用することによって克服される。
【０１２１】
図１７の実例的実施形態はまた、加熱管が存在しない状態で加湿機を制御するために使用されてもよい。この場合、患者は、ユーザインターフェース（例えば、ノブ若しくはダイヤル１０及び／または制御ボタン１４）を通して加熱素子の調節温度を直接制御し、それを自身が快適であるように調整することができるので、再使用可能な槽を使用する患者は、使い捨ての槽を使用する患者よりもわずかに高い温度を設定する傾向があることがある。加熱素子に供給される電力のデューティ比を制御しなければ、加湿機は、使い捨ての槽を使用したときよりも、再使用可能な槽を使用したときにより少ない湿度を送達し、患者に対して提供する加湿の快適さの利益はより少なくなる。
【０１２２】
図１７の実例的実施形態はまた、全ての患者に同等の加湿治療を提供して、単純さを維持する。
【０１２３】
加湿機制御の第４の実施形態
加湿機の加熱素子４６のデューティ比の制御に加えて、コントローラ４０及び／または４４もまた、空気送達ホースまたは管３０の加熱素子のデューティ比を制御するように構成されてもよい。これにより、加湿機がその電源の総容量を低減することが可能になる。加湿機の加熱素子及び加熱管は、加湿機の加熱素子または加熱管のどちらかが、その全電流、例えば２４Ｖで２．５Ａを瞬間的に引き出すことができる間、それらが決して同時に活動状態にはならないように、電力負荷を共有してもよい。コントローラ４０及び／または４４は、組み合わされたデューティサイクルが１００％を超えないように、加湿機及び加熱管のそれぞれに割り当てるデューティ比を計算する。コントローラ４０及び／または４４はまた、加湿機及び加熱管の加熱サイクルが重複しないように、それらを同期させる。コントローラ４０及び／または４４は、１つのデバイスのみが一度にオンとなるように、フロージェネレータによって提供されるデューティ比によるタイミングで、各加熱素子のオンオフを切り替えるように構成されてもよい。そのような電力の管理は、例えば、その全内容を参照により本明細書に組み込む２００８年９月１０日出願の米国出願第６１／０９５，７１４号に開示されている。
【０１２４】
この実例的実施形態によれば、入力は、１）例えばユーザインターフェースまたは環境制御アルゴリズムによって設定されるような、加熱管の温度セットポイント、２）例えばサーミスタの両端間の電位差から変換されるような、加熱管によって感知される温度、３）加熱管のタイプ（例えば、１５ｍｍまたは１９ｍｍ）、４）例えばユーザインターフェースまたは環境制御アルゴリズムによって設定されるような、加湿機の温度セットポイント、並びに、５）例えばサーミスタの両端間の電位差から変換されるような、加湿機によって感知される温度を含む。
【０１２５】
実例的実施形態の出力は、１）加湿機に適用される加熱電力、例えば０〜１００％のデューティ比、並びに、２）加熱管に適用される加熱電力、例えば０〜１００％のデューティ比を含む。
【０１２６】
制御はまた、１）比例係数Ｐｆ、２）積分係数Ｉｆ、及び３）微分係数Ｄｆを含む、加熱管に対する定数を使用することを含む。同様に、制御はまた、１）比例係数Ｐｆ、２）積分係数Ｉｆ、及び３）微分係数Ｄｆを含む、加湿機に対する定数を使用することを含む。
【０１２７】
内部変数は、１）前回の示度で感知された加湿機温度Ｔｏｌｄ、２）温度差の加湿機累積和ｓｕｍＴｄ、３）前回の示度で感知された加熱管温度Ｔｏｌｄ、及び、４）温度差の加熱管累積和ｓｕｍＴｄを含む。
【０１２８】
コントローラ４０及び／または４４は、次の単純化された比例積分制御機能を含んでもよい。
１．  温度差Ｔｄ＝この温度の示度−前回の示度Ｔｏｌｄを計算する。
２．  測定された温度がセットポイントに近い場合（｜Ｔｄ｜が１／Ｐｆ未満）の場合。
ａ．  Ｔｄに積分係数Ｉｆを掛け、その結果を、温度差の累積和ｓｕｍＴｄに加える。
ｂ．  その他の場合はｓｕｍＴｄをゼロにリセットする。
３．  デューティ比＝Ｐｆ＊Ｔｄ＋Ｉｆ＊ｓｕｍＴｄを計算する。
４．  デューティ比を０と１の間になるようにトリミングする。
【０１２９】
次に、加湿機及び加熱管のそれぞれに対するデューティ比が比較される。
【０１３０】
１．  加湿機及び加熱管のデューティの合計が１．０を超える場合、一方または両方のデューティ比が低減される。例えば、加熱管のデューティ比が０．５に低減され、次に加湿機のデューティ比が必要なだけ低減される。
【０１３１】
２．  ２つのデューティ比に１００を掛けて、加湿機コントローラへの出力を０〜１００（１００％を示す）の整数値とする。
【０１３２】
加湿機制御の第５の実施形態
別の実例的実施形態によれば、コントローラ４０及び／または４４は、次のものを含む入力を使用して、加湿機の加熱素子及び加熱管を制御するように構成されてもよい。１）例えば１分間にわたって平均化された、フロージェネレータによって感知された空気流量、２）例えば加湿機によって決定または感知されるような周囲相対湿度、３）加湿機によって感知されるような周囲温度、４）加熱管が接続されている場合、加熱管によって感知された、例えば℃単位の温度、５）例えば℃単位の、ユーザインターフェースからの加熱管設定または自動設定、６）ユーザインターフェースからの加湿機設定、例えば自動設定、または標準自動設定よりも「湿度が高い」若しくは「湿度が低い」設定７）タイムスタンプ。
【０１３３】
制御の出力は、１）加湿機の温度セットポイント、及び、２）加熱管の温度セットポイントを含んでもよい。
【０１３４】
制御用の定数は、１）相対湿度から絶対湿度に変換するための係数、例えばａ）二次関数に適用する３つの係数、及び、２）加湿機の所望の湿度出力から温度セットポイントを決定するためのテーブルを含んでもよい。
【０１３５】
テーブルは、ａ）例えば１２Ｌ／ｍｉｎの間隔で１０〜７０Ｌ／ｍｉｎに相当する、６つのポイントを提供する平均空気流量に対する１つの軸、ｂ）例えば８ｍｇ／Ｌの間隔で０〜４０ｍｇ／Ｌに相当する、６つのポイントを提供する所望の絶対湿度出力に対する１つの軸、及び、ｃ）例えば５ｍｇ／Ｌの間隔で０〜３５ｍｇ／Ｌに相当する、８つのポイントを提供する周囲絶対湿度に対する１つの軸を含む、それから得たセットポイントを三線内挿することができるポイントのマトリックスであってもよい。
【０１３６】
合計のマトリックスサイズは６×６×８＝２８８のデータポイントを提供する。各データポイントは、０．１℃単位の増分で５〜９５℃の温度である。マトリックスは、例えば、次の表６に示されるようなものであってもよい。
【０１３７】
【表６Ａ】
0006009527.tif 000007
【０１３８】
【表６Ｂ】
0006009527.tif 000008
【０１３９】
【表６Ｃ】
0006009527.tif 000009
【０１４０】
【表６Ｄ】
0006009527.tif 000010
【０１４１】
【表６Ｅ】
0006009527.tif 000011
【０１４２】
【表６Ｆ】
0006009527.tif 000012
【０１４３】
【表６Ｇ】
0006009527.tif 000013
【０１４４】
内部変数は、１）周囲の絶対湿度、２）マスクにおいて目標とする絶対湿度、３）加湿機によって加えられる絶対湿度、及び、４）測定された前回の流量を含んでもよい。
【０１４５】
加湿機の温度セットポイントを生成するため、コントローラ４０及び／または４４は次のことを行う。
１．  次式に従って、周囲相対湿度及び温度から周囲絶対湿度を計算する。一定の係数ａ＝７．２６４、ｂ＝０．０９２８、ｃ＝０．０２９３を所与として、絶対湿度＝相対湿度（１の割合として）×（ａ＋ｂ×温度＋ｃ×温度×温度）。
２．  加熱管によって感知された温度から、目標絶対湿度を計算する。加熱管が利用可能ではない場合、周囲温度が代わりに適用されてもよい。関数はステップ１で使用したのと同じ二次式であるが、ここでは、相対湿度はユーザインターフェースによって設定される。
３．  目標から周囲絶対湿度を引くことによって、加湿機によって加えられる絶対湿度を計算する。
４．  加えられる絶対湿度、流量、及び温度から、加湿機に対する温度セットポイントを計算する。計算は表６の三線内挿である。
【０１４６】
加熱管に対する温度セットポイントを生成するため、次のことを行う。
１．  デフォルト温度セットポイントは、ユーザインターフェース上の設定に対応する。
２．  流量に突然の降下があった場合、温度セットポイントは、限定された持続時間（例えば、１５分間）に対するセットポイントをわずかに（例えば、数℃）上回るように調整される。
【０１４７】
フロージェネレータの設計の検討
加湿機がフロージェネレータに適合されるか、またはフロージェネレータから取り外されたとき、フロージェネレータのユーザインターフェースは、例えば１秒以内で加湿機の検出または除去を示してもよい。加熱管が加湿機に適合されるか、または加湿機から分離されたとき、フロージェネレータのユーザインターフェースは、例えば１秒以内で加熱管の検出または除去を示してもよい。
【０１４８】
上述したように、フロージェネレータのコントローラは加湿機及び加熱管を制御してもよい。フロージェネレータのコントローラは、加湿機コントローラに格納され、例えば、各値が０．０１の分解能で０〜１であり、６×６×８＝２８８のデータポイントのマトリックスである、６つの制御パラメータを含む定数を使用してもよい。各データポイントは、０．１℃の分解能で５〜９５℃の温度であってもよい。
【０１４９】
治療の間、フロージェネレータは、例えば少なくとも１０秒間に一度、加湿機の加熱素子及び加熱管の温度の示度について、加湿機に対してポーリングを行ってもよい。治療の間、フロージェネレータは、例えば少なくとも６０秒間に一度、周囲温度及び相対湿度の示度について、加湿機に対してポーリングを行ってもよい。
【０１５０】
温度は、０．１℃の分解能で５〜９５℃の値として通信されてもよい。相対湿度は、０〜１００の整数値として通信されてもよい。この範囲外の値はこの範囲に限定されるものとする。
【０１５１】
フロージェネレータは、０〜１００の整数値（１００が１００％のデューティを示す場合）として、加湿機によって適用されるデューティ比を計算してもよい。フロージェネレータはまた、０〜１００の整数値（１００が１００％のデューティを示す場合）として、加熱管に適用されるデューティ比を計算してもよい。フロージェネレータは、加湿機及び加熱管のデューティ比の合計が１００（１００％を示す）を超えないことを確保してもよい。
【０１５２】
治療の間、例えば少なくとも３秒間に一度、加湿機のデューティ比を設定するようにフロージェネレータから要求が送信されてもよく、また、例えば少なくとも１秒間に一度、加熱管のデューティ比を設定するようにフロージェネレータから要求が送信されてもよい。
【０１５３】
加湿機の設計の検討
加熱管及び加湿機の両方を加熱することを指令されたとき、コントローラ４０及び／または４４は、両方の単位体が同じ瞬間に電力を引き出さないように電力が分配されることを確保してもよい。これを達成するため、加熱管及び加湿機は同じコントローラによって制御されてもよい。
【０１５４】
フロージェネレータが、加湿機及び電源、並びに付加されてもよい他のあらゆるデバイスと通信できるようにする、適切な通信プロトコルが開発されてもよい。通信プロトコルは、例えば１６ビットのＣＲＣを利用して、通信エラーを検出してもよい。フロージェネレータと加湿機との間の通信は、配線コネクタ内のピンの数を最小限に押えるため、半二重であってもよい。
【０１５５】
加湿機は、要求に応じて、１）加湿機状態（ｏｋまたはエラー）、２）相対湿度示度、３）相対湿度示度が作られた温度、４）加湿機内の加熱素子の温度、５）加湿機加熱のデューティ比の情報をＦＧに送信してもよい。
【０１５６】
加湿機は、フロージェネレータからの、１）加湿機状態の要求、２）湿度示度の要求、３）湿度の温度示度の要求、４）加湿機内の加熱素子の温度の要求、５）加湿機内の加熱デューティ比の設定のコマンドに応答してもよい。
【０１５７】
加湿機は、加熱デューティ比を設定する要求が少なくとも１０秒ごとに受信されない限り、加湿機槽の加熱を止めてもよい。
【０１５８】
加熱管の設計の検討
加湿機は、要求に応じて、１）  ａ）加熱管の存在または不在、ｂ）加熱管の直径（１５ｍｍ若しくは１９ｍｍ）の直径、及びｃ）ｏｋまたはエラーを含む、加熱管状態、２）加熱管内の温度、及び、３）加湿機加熱のデューティ比の情報をフロージェネレータに送信してもよい。
【０１５９】
加湿機は、フロージェネレータからの、１）加熱管状態の要求、２）加熱管内の温度の要求、３）加湿機内の加熱電力レベルの設定のコマンドに応答してもよい。
【０１６０】
加湿機は、加熱デューティ比を設定する要求が少なくとも１秒ごとに受信されない限り、加熱管の加熱を止めてもよい。
【０１６１】
温度変換
コントローラ４０及び／または４４は、ルックアップテーブルを使用して、サーミスタの両端間で測定された電位を、例えば℃単位の温度に変換してもよい。次の３つのテーブルが必要である。１）及び２）各タイプの加熱管（例えば、１５ｍｍ及び１９ｍｍ）に対する温度変換テーブル（０．１℃の分解能で５〜４０℃の範囲であり、２つのテーブルそれぞれに約３６０のデータポイントを有する）、並びに、３）加湿機に対する温度変換テーブル（０．１℃の分解能で５〜９５℃の範囲であり、約９６０のデータポイントを有する）。それぞれ、サーミスタ電位の軸上で均等に間隔を空けることによって索引付けされたルックアップテーブルであってもよい。
【０１６２】
フロージェネレータに対する環境制御定数のアップロード
加湿機は、定数としてテーブルを、例えば表６を有し、環境制御が始まる前にそれをフロージェネレータに転送してもよい。これによって、フロージェネレータのソフトウェアをアップグレードする必要なしに、加湿機のアップグレードが加湿機内で実行されてもよい。
【０１６３】
表示灯
フロージェネレータからのコマンドによって、例えばシリアル通信リンクを通してコマンドを使用して、加湿機は、１つが青色で１つが黄色のＬＥＤを直接制御してもよい。加湿機は、フロージェネレータから受信したコマンドに従って表示灯を制御してもよく、各コマンドは、１）色（青色または黄色）、２）明るさ（明るい、暗い、または消灯）、及び、３）フェージング（ありまたはなし）の情報を含んでもよい。
【０１６４】
フェージングが、１）ありの場合、明るさは３秒間にわたって滑らかに移行するものとし、または、２）なしの場合、明るさは新しいレベルに切り替わるものとする。加湿機は、両方のインジケータに対する変化を同時にフェードすることができてもよく、例えば、クロスフェードの場合、フロージェネレータは、１つのコマンドが一方のインジケータをオフにフェードさせ、第２のコマンドが他方のインジケータをオンにフェードさせるという２つのコマンドを一緒に送信してもよい。
【０１６５】
加湿機制御の第６の実施形態
加湿機が管内の飽和を下回る湿度を送達するように設定された状態で眠っている患者は、管内の凝結によって、次の３つの状況を被ることがある。１）温度の低下、従って管内の空気がその露点を下回る温度まで冷える、２）周囲湿度の上昇、従って加湿機を出る空気の湿度が上昇し、次に管内でその露点を下回る温度まで冷える、並びに、３）自動設定が治療圧力を下回るとき等の流量の低下、従って加湿機が空気に湿度を更に加え、次に空気が管内でその露点を下回る温度まで冷える。
【０１６６】
管内の凝結、すなわち水滴降下の問題に対処するため、患者に現在与えられる助言としては、管を寝具の下に通して管内の冷却を低減する、且つ／または加湿機をより低い熱設定に設定することが挙げられる。これらの方策により、患者が夜間に受け取る湿度がより低くなって、露点からのマージンがより大きくなり、夜間の変更が可能になる。
【０１６７】
上述したように、実例的実施形態は、空気の所定温度及び湿度を管のマスク端部に送達する環境制御を実現する。しかし、上述の実例的実施形態を参照して記載したような環境制御は、管内の温度センサが、管内の空気の温度を監視することを必要とする。温度感知を備えた加熱管はコストが増加するので、従来の、すなわち加熱されない管を用いて、システム内の凝結からのある程度の緩和を患者に提供するということが利点である。
【０１６８】
図１８を参照すると、別の実例的実施形態によれば、管が加熱されず、送達空気温度が測定されず、ただし周囲温度センサの示度からＳ２２において概算される環境制御が提供される。概算は、周囲温度及び空気流、並びに電源、モータ、電子部品、または加湿機の加熱素子等、デバイス内の熱源の異なる条件下における、報告された周囲温度と送達空気温度との間の温度差の特徴付けに基づく。
【０１６９】
上述したように、比較例１（表２）は、図１５及び図１６を参照して上述した実例的実施形態が、周囲絶対湿度を変化させずに、且つマスク温度Ｔｍを制御せずに周囲温度を変化させなければいけないという応答を示す。送達空気温度Ｔｍが測定されずに概算される、この実例的実施形態に従って、周囲湿度の変化に対して水温度を調整するための同等のテーブルが、周囲空気温度の３つの異なる選択肢について次の表７に示される。
【０１７０】
【表７】
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【０１７１】
この実例的実施形態の特徴は、送達空気温度が概算されることなので、デバイスは、布カバーまたは寝具等によって管が周囲温度から絶縁されているかを検出しない。絶縁体は、管内の冷却を低減させることによって、送達空気温度を上昇させることができる。凝結の機会を最小限に抑えるため、管は絶縁体を有さないものと仮定されてもよく、従って、送達空気は絶縁体が適合された場合よりも低温であるか、その露点に近い。
【０１７２】
この実例的実施形態のシステムは、周囲温度及び周囲湿度並びに空気流量の同時の変化に適切に応答するであろうことを理解されたい。この実例的実施形態のシステムは、周囲温度、湿度、及びフローの変化にかかわらず、夜間を通じての管内の凝結に対する保護を提供する。この実例的実施形態のシステムはまた、加湿機の完全自動制御を提供する。送達ガスの所定の相対湿度に対するデフォルト値を仮定すると、患者は加湿機を調整する必要が全くない。この実例的実施形態のシステムはまた、ユーザインターフェースによる湿度の設定を提供し、それを、送達ガスの所定の相対湿度に転換することができる。
【０１７３】
加熱管を含む他の実例的実施形態とは異なり、この実例的実施形態は、より暖かい空気、またはより暖かい空気によって運ぶことができるより高い湿度を送達することができない。この実例的実施形態はまた、患者が送達空気の温度を選択することを可能にしない。この実例的実施形態はまた、管が絶縁されている場合に送達湿度を上昇させない。ユーザインターフェースによって湿度の設定を変化させることで、これを克服することができる。
【０１７４】
この実例的実施形態による加湿機制御により、呼吸装置に加熱管ではなく標準的な管を備えることが可能になり、結果としてシステムのコストが低減される。
【０１７５】
上述した実例的実施形態はまた、完全にソフトウェアまたはハードウェア（例えば、ＡＳＩＣ）の形で実現されてもよいので、加湿機は、品物の装置コストを増加させることなく、３つの実例的実施形態のいずれかのように動作するように構成されてもよい。
【０１７６】
本明細書に開示される実例的実施形態による加湿機は、自動最適湿度設定を提供することで、快適さが向上し、喉の乾燥／喉頭炎の可能性が低減され、且つ／または使用の容易さが改善されることによって、ユーザコンプライアンスを改善する。
【０１７７】
本明細書に開示される実例的実施形態による加湿機は、また、室内周囲温度及びフローのみを追跡する従来技術の加湿機に見られる問題に対する解決策を提供し、それは、そのような加湿機が、人的エラーや元の設定を作成する際の混乱による不適切な加湿を追跡していてもよい点である。そのような加湿機のユーザは、特に、自身の通常の環境／気候に対する相当な変化を経験するとき、例えば旅行中は常に、どの設定があらゆる所与の条件に対する最適な加湿レベルに最も近いかを認知していない。
【０１７８】
本明細書に開示される実例的実施形態による加湿機及び呼吸装置は、周囲相対湿度及び圧力（高度補償）、並びに周囲温度を測定して、周囲湿度及び圧力を感知しない従来技術のシステムと比べて、送達される湿度レベルの精度を改善する。近年、低コストの湿度及び圧力センサが利用可能であることにより、これらの追加のパラメータの監視がＣＰＡＰデバイスでも実現可能且つ実用的になっている。
【０１７９】
本明細書に開示される実例的実施形態による加湿機及び呼吸装置は、持続的な口元の漏れの検出に応答するが、従来技術のシステムとは異なり、加湿出力を、単に最適には近くない傾向がある任意設定に対してではなく、最適な水分密度に対して補正する。
【０１８０】
本発明を、現在最も実用的且つ好ましい実施形態と見なされるものに関連して記載してきたが、本発明は開示の実施形態に限定されるものではなく、それに反して、本発明の趣旨及び範囲内にある様々な修正及び同等の変更を包含するものと理解されるべきである。また、上述の様々な実施形態は、他の実施形態と併せて実現されてもよく、例えば、１つの実施形態の態様を別の実施形態の態様と組み合わせて、更に他の実施形態が実現されてもよい。更に、あらゆる所与のアセンブリの独立した機構または構成要素はそれぞれ、追加の実施形態を構成してもよい。更に、あらゆる所与のアセンブリの個々の構成要素それぞれ、あらゆる所与のアセンブリの個々の構成要素の１つ若しくは複数の部分、及び１つまたは複数の実施形態からの構成要素の様々な組合せは、１つまたは複数の装飾的な設計の特徴を含んでもよい。それに加えて、本発明はＯＳＡ患者に対して特定の用途を有するが、他の病気（例えば、うっ血性心不全、糖尿病、病的肥満、脳卒中、肥満手術等）の患者が上述の教示から利益を引き出すことができることを理解されたい。更に、上述の教示は、医療以外の用途において患者及び患者以外に一様に適用可能性を有する。
【０１８１】
本明細書では、「〜を備える／含む（comprising）」という語句は「非限定的な」意味で、すなわち「〜を含む（including）」という意味で理解されるべきであり、従って、「限定的な」意味、すなわち「〜のみから成る」という意味に限定されない。「備える」及び「備えた」という対応する語句が出現した場合、対応する意味があるものとする。
【０１８２】
更に、既知の従来技術に対する本明細書におけるあらゆる参照は、特段の示唆がない限り、そのような従来技術が、本発明が関連する分野の当業者には一般的に知られていることの容認を構成しないことを理解されたい。
【符号の説明】
【０１８３】
１  呼吸装置
２  フロージェネレータ
４  加湿機
６  オンオフスイッチ
８  表示装置
１０  制御ノブ
１２  出口
１４  ボタン
１６  頂部ケース
１８  底部ケース
２０  噛合面
２２  スロット
２４  電機接続部
２６  出口
２８  ヒンジ蓋
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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