(57)【要約】【課題】コンサーバーバルブ（４）を制御するための装置を提供する。【解決手段】本装置は、呼吸圧力を検出するための圧力トランスデューサ（５）を含む、呼吸の感知に応じて信号を発生する呼吸センサ（５）と、プログラマブルコントローラー（６）とを備えている。このプログラマブルコントローラーは、調節自在の遅延フィードバック要素を含む、トランスデューサに対する電子インターフェース（５）を有する、センサ信号を増幅する制御回路（６０）と、呼吸センサ（５）に対する制御回路（６０）の応答を変化させる回路コントローラーとを含み、前記プログラマブルコントローラー（６）は、バルブ（４）を制御するバルブ制御信号を発生する。
2008504102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
呼吸圧力計測デバイスであって、
呼吸圧力を検出するための圧力トランスデューサと、
遅延フィードバック要素を含む、前記トランスデューサに対する電子インターフェースとを備え、
前記遅延フィードバック要素は、使用者の制御下で調節できるような、デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のデバイスにおいて、
前記フィードバック要素の大きさは、所定の複数の大きさからコントローラーによって選択できるような、デバイス。
【請求項３】
請求項２に記載のデバイスにおいて、
前記所定の複数の大きさは、減衰ネットワークの組み合わせ体の間で切り換えを行うコントローラーによって選択されるような、デバイス。
【請求項４】
請求項１に記載のデバイスにおいて、
前記フィードバック要素は、コントローラーから切り換えデバイスに供給されるパルス幅変調信号によって、連続的にオン及びオフで切り換えが行われるような、デバイス。
【請求項５】
請求項４に記載のデバイスにおいて、
前記パルス幅変調信号の負荷サイクルは、患者の広範な活動レベル及び呼吸パターンに亘って適切な感度を得るため、前記コントローラーによって適応性があるよう変化させられるような、デバイス。
【請求項６】
請求項４に記載のデバイスにおいて、
前記フィードバック要素は、負のフィードバックが要求されていない時間中、完全にオフに切り換えることができるような、デバイス。
【請求項７】
呼吸圧力計測デバイスであって、
吸気呼吸圧力を検出し、圧力レベルと比例した振幅の電気信号を出力するよう構成された圧力トランスデューサと、
前記圧力トランスデューサの前記出力を増幅するよう構成された増幅器と、
前記増幅器の出力を所定の閾値と比較するよう構成されたコンパレータと、
前記コンパレータの出力に入力が連結されたフィードバック回路であって前記増幅器に対してバイアス電圧を発生するよう構成されたフィードバック回路とを備え、
前記フィードバック回路の周波数応答は調節自在であるような、呼吸圧力計測デバイス。
【請求項８】
請求項７に記載の呼吸圧力計測デバイスにおいて、
前記周波数応答は、前記フィードバック回路の前記入力のオン及びオフを、コントローラーから切り換えデバイスに供給されるパルス幅変調信号によって決定されるような連続的方法で切り換えることによって調節されるような、呼吸圧力計測デバイス。
【請求項９】
請求項７に記載の呼吸圧力計測デバイスにおいて、
前記周波数応答は、減衰ネットワークの組み合わせ体の間で切り換えることによって調節されるような、呼吸圧力計測デバイス。
【請求項１０】
コンサーバーバルブを制御するための装置であって、
呼吸圧力を検出するための圧力トランスデューサを含む、呼吸の感知に応じて信号を発生する呼吸センサと、
プログラマブルコントローラーとを備え、
このプログラマブルコントローラーは、
調節自在の遅延フィードバック要素を含む、前記トランスデューサに対する電子インターフェースを有する、前記センサ信号を増幅する制御回路と、
前記呼吸センサに対する前記制御回路の応答を変化させる回路コントローラーとを有し、
前記プログラマブルコントローラーは、バルブを制御するバルブ制御信号を発生するような、装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置において、
前記回路コントローラーから供給されるパルス幅変調信号が切り換えデバイスを制御し、フィードバック要素のオン及びオフを連続的に切り換えるような、装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置において、
前記パルス幅変調信号の負荷サイクルを、前記回路コントローラーによって適応性があるよう変化させ、患者の広範な活動レベル及び呼吸パターンに亘って適切な感度を得るような、装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の装置において、
前記フィードバック要素は、負のフィードバックが要求されていない時間中、完全にオフ切り換えられてもよいような、装置。
【請求項１４】
コンサーバーバルブを制御するための装置であって、
呼吸の検出に応じて信号を発生する呼吸センサと、
プログラマブルコントローラーとを備え、
このプログラマブルコントローラーは、
前記センサ信号を増幅する制御回路であって、前記プログラマブルコントローラーは、バルブを制御するバルブ制御信号を発生し、前記制御回路はフィードバック回路を有しており、周波数応答が前記フィードバック回路の時定数で決まるような、制御回路と、
前記フィードバック回路の時定数を変化させ、前記呼吸センサに対する制御回路の応答を変化させる、回路コントローラーとを有するような、装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の装置において、
前記フィードバック回路の大きさは、所定の複数の大きさから前記コントローラーによって選択できるような、装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の装置において、
前記所定の複数の大きさは、前記回路コントローラーによって、減衰ネットワークの組み合わせ体の間で切り換えを行うことによって選択されるような、装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置において、
前記減衰ネットワークは抵抗器ネットワークであるような、装置。
【請求項１８】
コンサーバーバルブを制御する方法であって、
呼吸の検出に応じてバルブ制御信号を発生する工程と、
前記制御信号を使用してバルブを制御する工程と、
バルブ制御信号を調節する工程とを備え、
前記調節工程は、回路を少なくとも二つのモードで作動する工程を含み、前記回路は、呼吸に対し、前記二つのモードのうちの一方で、前記二つのモードのうちの別のモードよりも敏感であり、
前記回路は、遅延フィードバック要素を含み、
前記バルブ制御信号が前記遅延フィードバック要素を調節するような、方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、
呼吸圧力を検出する工程を更に含むような、方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、
前記遅延フィードバック要素を調節する工程は、前記遅延フィードバック要素の大きさを所定の複数の大きさから選択する工程を含むような、方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法において、
前記所定の複数の大きさは、減衰ネットワークの組み合わせ体の間で切り換えを行うことによって選択されるような、方法。
【請求項２２】
コンサーバーバルブを制御する方法であって、
呼吸の検出に応じてバルブ制御信号を発生する工程と、
前記制御信号を使用してバルブを制御する工程と、
バルブ制御回路を使用してバルブ制御信号を調節する工程とを備え、
前記調節工程は、呼吸に対する前記回路の感度が経時的に変化するように前記バルブ制御回路を作動する工程を含むような、方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法において、
前記バルブ制御回路は、遅延フィードバック要素を含む、バルブ制御信号を調節する工程は、前記遅延フィードバック要素を調節する工程を含むような、方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法において、
前記遅延フィードバック要素を調節する工程は、前記遅延フィードバック要素のオン及びオフを、パルス幅変調信号によって連続的な方法で切り換えを行う工程を含むような、方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法において、
前記パルス幅変調信号の負荷サイクルは、患者の広範な活動レベル及び呼吸パターンに亘って適切な感度を得るため、適応性があるよう変化させられるような、方法。
【請求項２６】
請求項２４に記載の方法において、
前記遅延フィードバック要素は、負のフィードバックが要求されていない時間中、完全にオフに切り換えることができるような、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は呼吸感知デバイスに関し、更に詳細には、酸素濃縮器等の治療用ガス送出システムと関連して使用される呼吸感知デバイスに適用できる。
【背景技術】
【０００２】
治療で使用するための酸素濃縮器を用いることは周知であり、このようなデバイスの多くの変形例が存在する。特に有用な種類の酸素濃縮器は、ポータブルであるように設計されており、使用者は貯蔵酸素供給体を持ち運ぶ必要なしに長期間に亘って動き回ったり旅行したりできる。このようなポータブル濃縮器は、効果的であるためには、小型で軽量でなければならない。酸素濃縮器は、概して、これらの濃縮器が酸素を患者に送出できる速度に関し、必然的に制限されているが、持続時間が電力に対するアクセスによってしか制限されていないため、有利である。ポータブル濃縮器を小型で軽量にするため、デバイスによる酸素濃縮速度は更に制限される。しかしながら、濃縮器と患者との間で製品ラインに配置されたコンサーバー（ｃｏｎｓｅｒｖｅｒ）と呼ばれるデバイスを使用することにより、この制限が緩和される。
【０００３】
当該技術分野で多くの設計が周知のコンサーバーは、患者の呼吸要求を感知し、所定容積の酸素濃厚ガス（濃縮塊（ｂｏｌｕｓ）即ちボーラスとして知られている）を患者に送出することによってこれに応答する。このボーラスは、代表的な全吸入容積よりもかなり小さく、呼吸の吸気により取り込まれ、空気と混合し、最終的には、肺、食道、及び呼吸器系のキャビティ（鼻や口）に達する。吸気のほぼ半分が肺に入り、ここで酸素が吸収される。この容積では酸素濃度が高められているため、ガスの大部分が血中に移動し、これにより患者の健康が高められる。肺は、この肺に到達した容積の酸素しか使用できないため、吸入の一部分の間にボーラスを送出し、これが肺に達することが重要である。これは、概して呼吸の最初の半分であり、ボーラスを迅速に送出しなければならないことが明らかであるため、患者の呼吸後にボーラスの送出をできるだけ迅速に開始する必要がある。
【０００４】
ボーラスを迅速に送出することにより、概して、比較的小さなボーラスを送出することで、酸素に関する患者の要求を満たすことができる。かくして、有効治療量の酸素を比較的小さい短いボーラスで送出するコンサーバーは、濃縮した製品ガスを更に効率的に使用する。これにより、ガスを連続的に流す大型の供給装置と等しく効果的な小型で軽量の濃縮器を設計できる。
【０００５】
しかしながら、休息時や就寝時を含む患者の広範な活動中のコンサーバーの有効性を最適にするのが望ましい。かくして、コンサーバーは、広範な呼吸状態に適応できるものが望ましい。コンサーバーの感度又は閾値吸入負圧（代表的には、鼻腔を通して感知される）の大きさは、概して、ボーラスの送出を開始させるのに使用される重要なパラメータである。偽の開始（ｆａａｌｓｅ  ｔｒｉｇｇｅｒｓ、呼吸が起こっていないときのボーラスの送出）を減少させるため、吸入負圧を計測することによって行われる呼吸の検出は、概して、通常の日中の呼吸パターン及び活動パターンと対応する閾値レベルに設定される。これは、下文中において、低感度作動と呼ばれる。
【０００６】
多くのコンサーバー設計は、圧力トランスデューサ及び電子トランスデューサインターフェースを含む。一つのこのようなトランスデューサ及び電子インターフェースは、「高感度圧力スイッチ」という表題の米国特許第６，８１０，８７７号に記載されている。同特許を参照することにより、この特許に開示される内容は本明細書中に含まれたものとする。米国特許第６，８１０，８７７号において、トランスデューサには、日中の活動及びトランスデューサが患者に接近する場所の物理的構成に対応する要件が課せられる。かくして、トランスデューサの選択により、回路のゲインを１０，０００以下にできる。このように、米国特許第６，８１０，８７７号に記載された技術は、低感度態様について良好な性能を提供する。
【０００７】
しかしながら、この性能レベルは、休息状態又は就寝状態についての呼吸を確実に検出するのに十分な感度を備えていない。開始圧力が高すぎる（感度が低すぎる）場合には、コンサーバーは、呼吸の大部分が既に吸気されるまで、呼吸を認識せず、これによって、送出されたボーラスの有効性を減少させる。
【０００８】
更に、コンサーバーの幾つかの用途において、トランスデューサは、計測された吸気圧力範囲よりも数桁大きい圧力に曝される。このような場合には、圧力による損傷がトランスデューサに加わらないようにするため、ワイドレンジトランスデューサを用いることが望ましい。この場合には、トランスデューサの信号のゲインは、５０，０００よりも大きくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
米国特許第６，８１０，８７７号の基本的回路は、コンサーバー又は呼吸検出感度の改良を提供するのに対し、本発明の特定の好ましい実施形態には、米国特許第６，８１０，８７７号の回路に対する改良が記載してあり、この改良により、高ゲインのトランスデューサ回路に対して、及び夜間時作動等の高感度の用途に対して、使用することができるようになる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一の態様では、本発明の好ましい実施形態は、改良された呼吸圧力計測デバイスを提供する。このデバイスは、吸気呼吸圧力を検出するための圧力トランスデューサと、遅延フィードバック要素を含む、トランスデューサに対する電子インターフェースとを備えており、前記遅延フィードバック要素は、使用者の制御下で調節できる。一の実施形態では、フィードバック要素の大きさは、所定の複数の大きさからコントローラーによって選択できる。別の実施形態では、前記所定の複数の大きさは、減衰ネットワークの組み合わせ体の間で切り換えを行うコントローラーによって選択される。更に別の実施形態では、フィードバック要素は、コントローラーから切り換えデバイスに供給されたパルス幅変調信号によって、連続的にオン及びオフで切り換えを行うことができる。パルス幅変調信号の負荷サイクルは、患者の広範な活動レベル及び呼吸パターンに亘って適切な感度を得るため、コントローラーによって適応性があるよう変化させることができる。更に、フィードバック要素は、負のフィードバックが要望されていない時間中に完全にオフに切り換えることができる。
【００１１】
別の態様では、本発明の好ましい実施形態は、改良された呼吸圧力計測デバイスを提供する。このデバイスは、吸気呼吸圧力を検出し、圧力レベルと比例した振幅の電気信号を出力するよう構成された圧力トランスデューサと、この圧力トランスデューサの出力を増幅するよう構成された増幅器と、この増幅器の出力を所定の閾値と比較するよう構成されたコンパレータと、このコンパレータの出力に入力が連結されたフィードバック回路であって増幅器に対してバイアス電圧を発生するよう構成されたフィードバック回路とを備え、フィードバック回路の周波数応答は調節自在となっている。
【００１２】
更に別の態様では、本発明の好ましい実施形態は、コンサーバーバルブを制御するための装置を提供する。この装置は、呼吸センサと、プログラマブルコントローラーとを備えている。呼吸センサは、呼吸の感知に応じて信号を発生する。プログラマブルコントローラーは、呼吸センサ信号を増幅する制御回路と、呼吸センサに対する制御回路の応答を変化させる回路コントローラーとを含む。プログラマブルコントローラーは、バルブを制御するバルブ制御信号を発生する。
【００１３】
更に別の態様では、本発明の好ましい実施形態は、コンサーバーバルブを制御するための装置を提供する。この装置は、呼吸の検出に応じて信号を発生する呼吸センサと、プログラマブルコントローラーとを備えている。プログラマブルコントローラーは、センサ信号を増幅する制御回路と、時定数に基づいた所定の周波数応答を有するフィードバック回路とを備えている。プログラマブルコントローラーは、バルブを制御するバルブ制御信号を発生する。プログラマブルコントローラーは、更に、フィードバック回路の時定数を変化させ、呼吸センサに対する制御回路の応答を変化させる回路コントローラーを有している。
【００１４】
更に別の態様では、本発明の好ましい実施形態は、コンサーバーバルブを制御する方法を提供する。この方法は、呼吸の検出に応じてバルブ制御信号を発生する工程と、制御信号を使用してバルブを制御する工程と、バルブ制御信号を調節する工程とを備えている。この調節工程は、回路を少なくとも二つのモードで作動する工程を含み、回路は、呼吸に対し、二つのモードのうちの一方で、二つのモードのうちの別のモードよりも敏感である。
【００１５】
更に別の態様では、本発明の好ましい実施形態は、コンサーバーバルブを制御する方法を提供する。この方法は、呼吸の検出に応じてバルブ制御信号を発生する工程と、制御信号を使用してバルブを制御する工程と、バルブ制御回路を使用してバルブ制御信号を調節する工程とを備えている。調節工程は、呼吸に対する回路の感度が経時的に変化するようにバルブ制御回路を作動する工程を含む。
【００１６】
本発明を手短に説明する目的のため、本発明の特定の特徴、利点、及び新規な特徴を説明した。このような利点の全ては、必ずしも、本発明の任意の特定の実施形態に従って達成されるわけではないということは理解されるべきである。かくして、本発明は、本明細書中に教示された一つの利点又は一群の利点を達成する又は最適化する方法で、必ずしも、本明細書中に教示された又は示唆された他の利点を達成することなく、実施されてもよい。
【００１７】
次に、本発明の様々な特徴を実施する全体構成を添付図面を参照して説明する。添付図面及び関連した説明は、本発明の実施形態を例示するためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。添付図面において、参照番号を付した構成要素間で対応するものには同じ参照番号を使用する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の好ましい実施形態では、図１に示す治療用ガス送出システムの一部分として、改良された呼吸感知デバイスを組み込む。このシステムは、全体的に、酸素源１と、患者３への酸素の送出を制御するためのコンサービングデバイス２とを含む。酸素源１は、酸素濃縮器であってもよいし、高圧酸素タンクであってもよいし、酸素を供給する任意の他のデバイスであってもよい。酸素源１の一の実施形態は、米国特許出願第２００５／００７２２９８号に記載されている。同特許出願を参照することにより、この特許出願に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。
【００１９】
図１に示すように、コンサービングデバイス２は、ボーラス（ｂｏｌｕｓ、濃縮塊）送出要素４、呼吸センサ５、及びプログラマブルコントローラー６を有する。ボーラス送出要素４は、適切な種類及び機能を有するバルブを備えていてもよい。呼吸センサ５は、好ましくは、呼吸器系の呼吸圧力を検出してこれを計測し、信号をプログラマブルコントローラー６に伝達できるトランスデューサ等の呼吸圧力センサである。
【００２０】
プログラマブルコントローラー６は、呼吸センサ５から受け取った信号に基づいてボーラスの容積及びボーラスのタイミングを決定できる、電子コンサーバー回路及び回路コントローラー即ちマイクロプロセッサを含む。一実施例では、コントローラー６は、各送出時に送出バルブ４をどれ程長く開放状態に維持するのかということを制御することによってボーラスの容積を決定し、バルブ４を開放する時期を決定することによって、ボーラスのタイミングを制御する。
【００２１】
治療用ガス送出システムの好ましい機能には、吸気呼吸圧力を計測する性能、及び送出バルブの開放タイミングを制御する性能が含まれ、これによりボーラスの容積を制御する。特定の実施形態では、システムは、患者に治療用ガスを就寝中に送出することに関連した困難さ及び問題点に対処するように構成される。
【００２２】
肺での酸素濃度を高めることによる効果は、早期（肺胞）吸気で、どれ程多くの酸素が送出されるのかということに関連していることが、一般に知られている。吸気されたガスの正確な量は患者によって異なるが、一般的には、吸気サイクルの最初の半分の間に送出されたボーラス容積が、患者に酸素を供給する上で更に効果的である。かくして、コンサービングデバイス２は、好ましくは、各吸気サイクルの非常に早期の段階中に酸素をパルス状で患者３に送出するように設計されている。
【００２３】
代表的には、コンサービングデバイス２は、呼吸センサ５から所定の吸気圧力を検出したときに、ボーラス送出を開始させる。かくして、「閾値圧力」という用語は、概して、ボーラスの送出が開始されるときの検出された吸気圧力に関する。概して、電気信号ノイズや患者の活動によってカニューレで発生する圧力ノイズによる偽呼吸（ｆａｌｓｅ  ｂｒｅａｔｈ）の検出に基づいて、ボーラスの送出が開始されることがないようにするため、閾値圧力をできるだけ高く設定するのが好ましい。しかしながら、設定が高過ぎると、治療をあまり効果的ではないものにしてしまう。
【００２４】
図２は、閾値圧力の設定と送出されたガスの効果との間の関係を示すグラフである。図２に示すように、２つの異なる設定閾値圧力ＴＡ、ＴＢについてのボーラス送出性質２０２Ａ、２０２Ｂを、患者の吸気サイクルの圧力性質２０４に相関させた。圧力性質２０４は、第１半部２０６及び第２半部２０８を含む。
【００２５】
閾値圧力レベルＴＡでは、２０２Ａに示すように、吸気サイクルの第１半部２０６で全ボーラスを送出できるのに十分早期の送出を開始させる。しかしながら、閾値圧力レベルＴＢでは、２０２Ｂに示すように、ボーラスのかなりの部分を吸気サイクルの第２半部２０８で送出し、このためそれ程効果的でない。従って、閾値圧力レベルが、吸気サイクルの非常に早期の段階の吸気圧力に対して大き過ぎる場合には、ボーラスの大部分が吸気サイクルの第２半部２０８中に送出されるようになり、これにより、治療効果が低くなる。
【００２６】
高い閾値圧力設定に関連した問題点は、従来のガス送出システムで、患者が眠っている場合や活動していない状態にある場合に特に明らかである。図３に示すように、就寝中の患者の呼吸の吸気圧力性質３０２は、通常の活動中の患者の呼吸の吸気性質３０４よりも遥かに小さい。かくして、日中の通常の活動中に有効な閾値圧力値ＴＡ３０６は、夜間、患者が眠っている場合には無効である。
【００２７】
多くの場合に呼吸が浅いような就寝中には、吸気サイクル３０２で、ボーラスの大部分をサイクルの第１半部３０８で送出できるのに十分に早期に、閾値圧力値ＴＡに達することができない。図３は、閾値圧力値ＴＢ３１０に対する夜間の応答が、閾値圧力値ＴＡ３０６に対する日中の応答と等しいということを示す。しかし、夜間のボーラスのタイミング及び容積は、日中の有効なボーラスと一致していなくてもよいということが理解されよう。
【００２８】
図４は、呼吸感知性能を向上するように設計された制御回路即ちコンサーバー回路４０の一の実施形態の概略ブロックダイヤグラムである。回路４０は、呼吸圧力センサ５に対する電子インターフェースである圧力トランスデューサ４３、要素４４、４５、４６を含む計測増幅器、フィードバック要素４７、初期設定要素４８、及びコンパレータ４９を含む。
【００２９】
トランスデューサ４３は、計測増幅器４４、４５、４６に個別に接続されている。多くのポータブル濃縮器が電池を電源としているため、回路４０には、概して、シングルエンド電源によって電力が提供されるからである。好ましい実施形態で使用される回路４０には、５ｖの電力が提供される。かくして、好ましい中間点即ちゼロ点は２．５Ｖである。従って、トランスデューサ４３は、ゼロ信号が直流２．５Ｖであるようにバイアスが加えられる。呼吸信号が直流２．５Ｖを越えてコンパレータ４９の出力を正にし、呼吸が行われたことを表示するように、計測増幅器４４、４５、４６の出力を直流２．５Ｖと比較する。
【００３０】
回路４０では、トランスデューサ４３は、呼吸に応じて電圧を発生する。この電圧は、使用可能な信号を発生するため、計測増幅器４４、４５、４６で約７０００のゲインを必要とする。このゲインで、トランスデューサ４３のゼロ点での任意の顕著なドリフトにより、増幅器４４、４５、４６を飽和させ、増幅器出力がその最大値に達し、これにより呼吸信号を検出不能にする。圧力トランスデューサ４３には、温度ドリフト並びに他のエラーが経時的に加わり、これが補償されないと、回路４０が使用不能になってしまう。
【００３１】
フィードバック要素４７がゼロ点のドリフトを調節する。フィードバック要素４７は、非常に大きい時定数を有するように設計されている。フィードバック要素４７に対する非常にゆっくりとした変化が増幅器４６の一つの端子に効果的にフィードバックされる。ドリフトが数分に亘って生じるため、トランスデューサ４３のゼロ点の変化を、高ゲイン段階の前に、呼吸信号から差し引く。しかし、呼吸波形等の比較的高い周波数の信号はフィードバックされない。増幅器４４、４５、４６における結果的に得られるゲインは、１Ｈｚ以下及びそれ以上の周波数の波形については非常に高く、ゼロバイアス点までのゆっくりとした変化についてはゼロである。
【００３２】
フィードバック要素４７の時定数が長いため、コンサーバー２に電力が供給されている場合に呼吸を迅速に検出できるようにするため、初期設定要素４８が設けられている。初期設定要素４８は、フィードバック要素４７の容量性素子が一杯に充電されるまで、フィードバックを不能にする。
【００３３】
上文中に説明した回路４０は、通常の日中の作動中、幾つかのコンサーバー構成について良好に作動する。しかしながら、本設計の２つの目的は、回路４０によって達成できるものよりも、コンサーバーインターフェースから高い性能を得ること必要とする。
【００３４】
第１に、本発明の一の実施形態は、圧力トランスデューサ４３を高い供給圧力に曝すことができるよう設計されており、このためトランスデューサ４３を更に広い範囲で使用することができる。従って、呼吸によって発生した実際の信号は、回路４０の信号よりも１／１０程度に小さくてもよい。この困難な要件が悪化すると、本発明の実施形態では、更に、就寝時の浅い呼吸中に発生するような小さな吸気圧力信号についても作動する。この場合、呼吸圧力信号は、日中の作動よりも遥かに小さくてもよい。かくして、本発明の一実施形態についての増幅器のゲインは、約５０乃至約１００，０００の範囲内にある。この高いゲインは、フィードバック要素４７の有効性を大幅に変化させる。更に、このような高いゲインのため、圧力トランスデューサ４３に何らかの初期インバランスが生じ、これによりオフセットが高くなる。一の実施形態では、この高いオフセットは、より有利には、初期セットアップ中に回路の手動オフセット調節を必要とすることなく、ゼロにされる。
【００３５】
フィードバック要素４７は、抵抗−キャパシタンス（Ｒ−Ｃ）の時定数を用いて、ゼロ点のゆっくりとしたドリフトと、呼吸を検出するための問題の周波数との間を区別する。しかしながら、抵抗（Ｒ）及びキャパシタンス（Ｃ）の実際の値は無限大であるはずがなく、そのため任意のＲＣ要素について有限のロールオフ（ｒｏｌｌ  ｏｆｆ）がある。呼吸信号自体を含む問題の周波数範囲内の信号は、フィードバック要素４７を通過する。コンサーバー回路４０では、フィードバック要素４７を通ってフィードバックされた減衰した高周波数信号が、特に呼吸が浅い態様において、所望の信号を無効にするのに十分である。それでも、フィードバック要素４７のドリフト調節の利点は、比較的高いゲインについて更に重要である。
【００３６】
図５に示す本発明の実施形態は、コンサーバー回路を改良し、フィードバック量を調節できるようにすることによって、フィードバック要素４７を通った信号の無効化の問題点を解決する。図５に示すように、制御回路即ちコンサーバー回路５５は、圧力トランスデューサ４３と、計測増幅器４４、４５、４６と、フィードバック要素４７と、初期設定要素４８と、コンパレータ４９とを含む。回路５５は、更に、コンパレータ４９の出力とフィードバック要素４７の入力との間のフィードバックループにあるネットワーク５０、５１と、これらのネットワーク５０、５１の少なくとも一部分を有効にするコントローラー５２とを含む。
【００３７】
コントローラー５２は、フィードバックループに含まれるネットワーク５０、５１の値を制御することによって、フィードバック要素４７の時定数を呼吸信号又は呼吸タイミングに基づいて変更する。フィードバック要素４７の時定数を変更するための多くの方法は、当業者には理解されよう。一の実施例では、コントローラー５２によって制御されるソリッドステートリレー又は機械式リレーで、様々な抵抗器ネットワークで切り換えを行いこれによってフィードバック要素４７のＲＣ時定数を変更する。かくして、呼吸信号が大きい場合に、又は更に重要なことには、呼吸信号がないことが予想される時間中に、更に多くのフィードバックを行うことができる。
【００３８】
ゼロドリフトが比較的ゆっくりとしているため、選択された時間にドリフトを無効にするため、フィードバック要素４７を有効にでき、次いで呼吸が予想されるときにフィードバックを低下させるか或いは場合によっては切ることができる。ゼロオフセット補正がフィードバック要素４７のキャパシタによって保持されるため、短い期間に亘ってフィードバック入力がなくなった場合、ドリフト補正はほとんど変化しない。
【００３９】
フィードバック量を最大値からゼロまで、及びこれらの間の点となるよう調節するのが有用であることが理解されよう。これは、図５に示す実施形態によって、所望の数の切り換え可能なネットワーク５０、５１を設けることによって行うことができる。幾つかの実施形態では、抵抗値が例えば１０ＭΩ（メガオーム）又はそれ以上であるような高い抵抗器を使用し、長いＲＣ時定数を発生させる。
【００４０】
図６は、制御回路又はコンサーバー回路６０用の調節自在のフィードバック要素４７の別の実施形態を示す。図６に示すように、回路６０は、圧力トランスデューサ４３と、計測増幅器４４、４５、４６と、フィードバック要素４７と、初期設定要素４８と、コンパレータ４９とを含む。回路６０は、更に、コンパレータ４９の出力とフィードバック要素４７の入力との間のフィードバックループにあるスイッチ６２と、このスイッチ６２を制御するコントローラー５２とを有する。
【００４１】
コントローラー５２は、ＲＣ時定数を変更するのでなく、スイッチ６２を制御して、フィードバック要素４７へのフィードバック信号をパルス幅変調（ＰＷＭ）でオン−オフ切り換えを行う。かくして、高負荷サイクルのＰＷＭ信号がフィードバック要素４７に与えられ、ゼロ調整を行う。速度が低下するとフィードバックが減少する。かくして、速度が低下すると、高周波数信号からのフィードバック量が減少し、これにより呼吸信号を無効化できる。
【００４２】
フィードバック要素４７のキャパシタは、ＰＷＭ負荷サイクルが非常に低かったりサイクルの一部分に亘ってゼロであった場合でも、呼吸検出のシナリオに対してゼロ補正を与える。かくして、ＰＷＭを用いた方法により、フィードバックの時定数の効果的な無限の感度限界調節を行うことができる。抵抗値が低い抵抗器を使用してもよい。これは、制御された態様でフィードバック量を減少でき、呼吸信号の周波数で信号の劣化が起こらないようにするのに長いＲＣ時定数を必要としないためである。更に、初期セットアップ時に存在する固有のトランスデューサオフセットを補正するように、ＰＷＭ負荷サイクルを設定できる。
【００４３】
ボーラスの送出後、次の呼吸まで所定の期間がある。コントローラー５２は、この「ブラインド時間」中に呼吸を待機させないようにプログラムできる。ブラインド時間中、ゼロドリフト補正を行うためにフィードバックを完全に行うことができる。ブラインド時間後、呼吸を行うことができる期間があり、フィードバックを減少させ、呼吸信号の無効化を減少させる。これにより、低い圧力信号を検出できるようにすることによって呼吸検出感度を向上させる。ドリフト補正は、本発明の回路設計の一実施形態では、フィードバックを減少したとき又は停止したとき、代表的な呼吸期間よりも長い期間に亘ってほぼ一定のままである。最終的には、呼吸が長期間に亘って検出されなかった場合又は前の呼吸が非常に浅かった場合、フィードバックをある期間に亘って完全に停止させ、これによって呼吸を検出するための感度を最大にする。
【００４４】
特定の好ましい実施形態では、制御回路すなわちコンサーバー回路４０、５０、６０はコンサーバー２に配置されているが、これらの回路４０、５０、６０の特定の構成要素をコンサーバー以外に、例えば濃縮器又は酸素供給装置１に配置してもよいということが当業者には理解されよう。
【００４５】
複数の呼吸パラメータに応じた適応制御
好ましくは、コントローラー６は様々な作動性質を得るためにボーラスの送出を変化させるようにプログラムできる。１つの作動性質を図７Ａ及び図７Ｂに示す。
【００４６】
本発明の一の好ましい実施形態のコンサーバー設計は、一又は複数の呼吸パラメータに応じてボーラスの送出を変化させる適応制御システムを使用する。このコンサーバー設計は、上述の問題点の多くに効果的に対処すると同時に、偽の開始及び無効な開始に対する免除を改善する。
【００４７】
図７Ａ及び図７Ｂは、好ましい実施例の適応制御システムが、閾値圧力等のボーラス送出開始パラメータを、連続するボーラス送出間の経過時間に従って変化させる方法をグラフで示す。図７Ａは、個々のボーラス送出７０２を時間７０４の関数として示す。図７Ｂは、ボーラス送出開始パラメータの変化を、連続するボーラス送出間の経過時間の関数として示す。
【００４８】
図示のように、Ｔ１７０８でのボーラスの送出時に、制御システムは、ブラインド時間期間７１０中にボーラスが送出されないように呼吸開始をブラインド時間期間７１０に亘って不能化することによって、開始パラメータ７０６を変化させる。ブラインド時間期間７１０中、制御システムは、検出された呼吸圧力に拘わらず、呼吸開始を受け入れない。ブラインド時間期間７１０は、約０．５秒乃至３．０秒の範囲内であってもよく、好ましくは約１．５秒である。ブラインド時間期間７１０の終了時７１４に、コントローラーは、ノイズが実質的にない高い閾値圧力レベルＰＨ７１５に合わせて調節を行うことによって、開始パラメータを変化させる。この高い閾値圧力レベルＰＨ７１５で呼吸が検出されなかった場合には、制御システムは、閾値圧力がＰＬ７１８に達するまで閾値圧力レベルを徐々に低下させることによって傾斜時間期間７１６に亘って開始感度を傾斜的に変化させる。傾斜時間期間７１６は、好ましくは約１秒乃至２秒である。傾斜時間期間７１６の後、概して約２秒乃至３秒の待機時間期間７２０の後に低い閾値圧力レベルＰＬ（高感度）でも呼吸が検出されなかった場合には、ボーラスを自動送出させる。図７Ｂに示す直線的傾斜７２２等の任意の適当な曲線を使用してもよいということが理解されよう。本発明者は、指数傾斜７２４が同様に有効であるということを発見した。
【００４９】
図７Ａ及び図７Ｂのグラフが示す適応制御システムの一例として、毎分約１５回呼吸する、酸素を必要とする一般的な患者について、新たな吸気サイクルを４秒毎に開始させる。ボーラスの送出後、コンサーバーは、次の１．５秒に亘ってブラインド状態のままである。その時間中、呼吸検出センサの全ての入力は無視される。ブラインド期間後、閾値負圧は、まず最初に、約０．３０ｃｍ水柱に設定されてもよい。予想呼吸期間が４．０秒（呼吸速度から計算した）であるため、閾値圧力を、約０．０８ｃｍ水柱の比較的高い感度レベル（閾値圧力が低い）に達するまで、次の２．２５秒（最後のボーラスから１．５秒乃至３．７５秒後）に亘って制御下で低下させる。追加の２．７５秒（最後のボーラスから６．５秒）後に呼吸が検出されなかった場合には、ボーラスを自動的に送出する。
【００５０】
上述の実施形態の好ましい用途は、酸素コンサーバーに対するものであるが、これらの実施形態には、就寝時無呼吸デバイス等の他の用途がある。
【００５１】
本発明の特定の実施形態を説明したが、上述の実施形態は、単なる例として示されるものであって、本発明の範囲を限定しようとするものではない。確かに、本明細書中に説明した新規な方法及びシステムは、様々な他の形態で実施してもよく、更に、本発明の精神から逸脱することなく、本明細書中に説明した方法及びシステムの形態の様々な省略、交換、及び変更を行ってもよい。特許請求の範囲及びその均等物は、本発明の範囲及び精神に含まれるこのような形態又は変更を含もうとするものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一の実施形態による治療用ガス送出システムのブロック図である。
【図２】吸気サイクル中のボーラスの送出タイミングと、送出されたガスの効果との間の関係を示すグラフである。
【図３】通常の活動中及び就寝中の患者の呼吸に関する例示的な吸気サイクルの圧力性質を示すグラフである。
【図４】コンサーバー回路の一の実施形態のブロック図である。
【図５】フィードバック量の調節を行うことができるコンサーバー回路の一の実施形態のブロック図である。
【図６】フィードバック量の調節を行うことができるコンサーバー回路の別の実施形態のブロック図である。
【図７Ａ】個々のボーラス送出を時間の関数として示すグラフである。
【図７Ｂ】ボーラス送出開始パラメータの変化を、連続したボーラス送出間の経過時間の関数として示すグラフである。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【国際調査報告】
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