(57)【要約】【課題】  被験者の換気の必要性に調和した換気補助を提供するための装置に関する。【解決手段】  瞬間的弾性圧力の関数として、大気圧より高く昇圧された選択可能な圧力で被験者の気道に呼吸可能な空気を絶えず供給するために調節可能な空気供給手段と、換気気流を表わす流量信号を生成する流量検出手段と、流量検出手段からの流量信号を処理して換気気流の測定値を提供するとともに空気供給手段をコントロールする処理手段とを備え、処理手段は、被験者に対するエラスタンス値を入力として受け入れることと、流量信号からのサンプルされた流量値を用いて、あらゆるリークが突然に変化する度合いを示す指数値を計算することと、換気気流の測定値及び指数値の関数として、気流の吸気体積を計算することと、吸気体積及び前記エラスタンス値の関数として、瞬間的弾性反動圧力を計算することとを実行するようにプログラムされている。【選択図】  図１
2005279317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
瞬間的弾性圧力の関数として、大気圧より高く昇圧された選択可能な圧力で被験者の気道に呼吸可能な空気を絶えず供給するために調節可能な空気供給手段と、
換気気流を表わす流量信号を生成する流量検出手段と、
前記流量検出手段からの流量信号を処理して換気気流の測定値を提供するとともに空気供給手段をコントロールする処理手段とを備え、該処理手段は、
被験者に対するエラスタンス値を入力として受け入れることと、
流量信号からのサンプルされた流量値を用いて、あらゆるリークが突然に変化する度合いを示す指数値を計算することと、
換気気流の前記測定値及び前記指数値の関数として、気流の吸気体積を計算することと、
前記吸気体積及び前記エラスタンス値の関数として、瞬間的弾性反動圧力を計算することとを実行するようにプログラムされていることを特徴とする、換気補助を提供している間に気流の吸気体積を計算する瞬間的弾性反動圧力を決定するための装置。
【請求項２】
リークが突然増加することを示す流量信号のファジー度合い、及びリークが突然減少する流量信号のファジー度合いのファジー論理関数から、前記指数値が計算されることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記ファジー論理関数は、リークが突然増加するファジー度合い及びリークが突然減少するファジー度合いのピークファジー和集合のファジー否定であり、
換気気流の前記測定値及び前記指数値の前記関数は、前記測定値と前記指数値の関数との積の積分であることを特徴とする、請求項２記載の装置。
【請求項４】
瞬間的弾性圧力の関数として、大気圧より高く昇圧された選択可能な圧力で被験者の気道に呼吸可能な空気を絶えず供給するブロワー及びマスクと、
換気気流を表わす流量信号を生成する圧力変換器と、
前記流量検出手段からの流量信号を処理して換気気流の測定値を提供するとともに空気供給手段をコントロールする処理手段とを備え、該処理手段は、
被験者に対するエラスタンス値を入力として受け入れることと、
流量信号からのサンプルされた流量値を用いて、あらゆるリークが突然に変化する度合いを示す指数値を計算することと、
換気気流の前記測定値及び前記指数値の関数として、気流の吸気体積を計算することと、
前記吸気体積及び前記エラスタンス値の関数として、瞬間的弾性反動圧力を計算することとを実行するようにプログラムされていることを特徴とする、換気補助を提供している間に気流の吸気体積を計算する瞬間的弾性反動圧力を決定するための装置。
【請求項５】
リークが突然増加することを示す流量信号のファジー度合い、及びリークが突然減少する流量信号のファジー度合いのファジー論理関数から、前記指数値が計算されることを特徴とする、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記ファジー論理関数は、リークが突然増加するファジー度合い及びリークが突然減少するファジー度合いのピークファジー和集合のファジー否定であり、
換気気流の前記測定値及び前記指数値の前記関数は、前記測定値と前記指数値の関数との積の積分であることを特徴とする、請求項５記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被験者の換気の必要性に調和した換気補助を提供するための方法及び装置に関する。換気補助は、自発呼吸又は非自発呼吸しているか、又はこれらの呼吸状態の間を動いている被験者に対するものである。本発明は、特に睡眠している間、長期の換気補助を必要とする自発呼吸している被験者に特に適切であるが、これに限定されない。
【背景技術】
【０００２】
ひどい肺の病気、胸壁の病気、神経筋疾患、又は換気制御の病気にかかった被験者は、入院して機械的換気補助を必要とし、次に、特に睡眠している間、長期の家庭の機械的換気補助を必要とする。人工呼吸器は、吸気の間が低い圧力で、呼気の間が高い圧力で、ノーズマスクのようなインタフェースを通して、被験者に酸素リッチな空気又は空気を供給する。
【０００３】
目がさめた状態、及び、眠るのを待っている間、被験者の換気パターンは、速度及び深さが変化する。最も既知の換気デバイスは、マスク圧力の振幅及び相が被験者の自発的努力と正確に調和しておらず、不快状態又はパニック状態になってしまう。非同期の量が大きいと、デバイス効率が低減する。睡眠している間、被験者の気道、換気の筋肉、及び胸壁の仕組みと同様に呼吸の神経制御が変化して、実質的に増大した換気サポートが必要になる。したがって、デバイスがサポートの度合を自動的に調節することができない限り、送出圧力の振幅は、睡眠の間では不十分であるか、又は、目がさめた状態で過大であるに違いない。このことが、例えば、肥満の低換気症候群シンドロームのような、中枢神経系の低換気症候群の呼吸制御異常を持った被験者で特に重要である。あるいは、不十分な化学受容体駆動があり、ひどい心不全や発作のある患者のようなチェーンストークス呼吸には特に重要である。そこでは過大又は不安定な化学受容体駆動がある。
【０００４】
さらに、睡眠の間、マスクと被験者との間で、すなわち又は被験者の口で、これが自由にしたままであるならば、必然的に大きいリークがある。そのようなリークは、被験者の必要性に対して機械が努力する相及び大きさに調和させる際にエラーを悪化させ、口からのリークの場合、換気サポートの効果を低減する。
【０００５】
理想的には、換気補助デバイスは、以下の目標について同時に扱わなければならない。
(i) 被験者が起きており、実質的な換気努力を行っている間、供給された補助は、患者の努力及び相と密接に調和しなければならない。
(ii) 機械は、被験者の化学反射に完全に依存することなく、少なくとも指定された最小換気を維持するために補助の度合いを自動的に調節しなければならない。
(iii) それは、大きなリークが存在する際に、正しく動作しなければならない。
【０００６】
最も単純な家庭の人工呼吸器は、一定体積を供給するか、又は2つの一定圧力の間を循環する。それらが、どちらか一定速度でそうする、あるいは患者の自発的な努力、又はその両者によって引き金となる。全てのそのような単純なデバイスは、少なくとも与えられた換気を維持するために補助の度合いを調節する目標(ii)に合うことができない。それらは、被験者の換気相と密接に調和するという目標(i)に主に合うことができない。時間を定められたデバイスは、被験者の努力と同期しようとしない。引き金となったデバイスは、被験者の努力で呼吸のスタート及び終わりで同期しようとするが、呼吸の間、被験者の努力に瞬間的な圧力を調整しようとしない。さらに、引き金となることは、リークが存在すると失敗する傾向があり、このように目標(iii)を失敗する。
【０００７】
少なくとも20年間知られているサーボ-換気装置類が、換気を測定するとともに、補助の度合いを調節し、指定されたレベルでまたはそれ以上で、換気を維持する、目標(ii)に合う。しかし、それらは、上記の理由のために、被験者の自発的な努力の相と密接に調和する目標(i)に合うことができない。目標(iii)に合うための試みはなされていない。
【０００８】
比例した補助換気(PAV)は、マジー・ヨウネス博士によって教えられるように(例えば、機械的換気装置の原理と実践、章15において)、所望の換気を達成するために必要な気道圧を最小にしている間、被験者の抵抗と弾力のあるワークを部分的にまたは完全に取り除くために、一呼吸内に時間と圧力とのプロフィールを調整することを目的とする。吸気の半サイクルの間、管理された圧力は、以下の形を取る。
P(t) = P0 + R.fRESP(t) + E.V(t)
ここで、Rは気道抵抗のパーセンテージであり、fRESP(t)は時間ｔでの瞬間換気気流であり、Eは肺と胸壁とのエラスタンスのパーセンテージであり、V(t)は吸気のスタートから瞬時的現在までの吸気体積である。呼気の半サイクルの間、V(t)は、ゼロと見なされ、受動の呼気を生み出す。
【０００９】
自発呼吸の間の比例した補助換気の利点は、補助の度合いが被験者の即時の必要性とそれらの呼吸パターンとに適合するように自動的に調節され、したがって、自発呼吸をする被験者において快適であるということである。しかしながら、少なくとも2つの重要な不利な点がある。第一に、V(t)は、吸気のスタートからの時間について、流れを積分したものとして計算される。このように、V(t)を計算する不利な点は、リークの存在で、リークによる流れの積分したものがV(t)の中に含まれ、結果的にV(t)を過大に見積りし、また、管理された圧力において決定的に増加するということである。これは、被験者を苦しませる。第二に、PAVは被験者の化学受容体反射作用に依存し、動脈の血の構成をモニターし、それによって自発的な努力のレベルをセットする。PAVデバイスは、この自発的な努力を増大する。異常な化学受容体反射作用を持った被験者において、自発的な努力は完全に終わるか、又は、動脈の血の構成に無関係になり、これらの努力の拡大が不十分な換気を生み出す。睡眠の間、既存のチェーンストークス呼吸をしている患者において、PAVはデザインによって被験者の強くなったり弱くなったりしている呼吸の努力を拡大し、妨害を過大に見積りすることによって実際に物事を悪くする。このように、PAVは被験者の自発呼吸と同調している補助を与えるという目標(i)に実質的に合うが、被験者が不十分な化学反射を有するならば、補助の深さを調節するという目標(ii)に合うことができず、満足に目標(iii)に合わない。
【００１０】
このように、上記の目標のそれぞれに合致する既知のデバイスがあるが、全ての目標に同時に合うデバイスがない。さらに、上記目標のいずれか一つに関する従来技術を改良することは、望ましい。
【００１１】
したがって、本発明は少なくとも部分的に以下の少なくとも1つを達成することである。
(i) 換気が目標換気を十分に越えているとき、補助の相及び度合いを被験者の自発的な努力と調和すること。
(ii) 完全に被験者の化学反射に依存することなく少なくとも指定された最低の平均換気を維持するために、補助の度合いを自動的に調節すること、及び、チェーンストークス呼吸のような自発的な換気努力における不安定性を抑制すること。
(iii) 突然のリークの効果にいくらかの免除を与えること。
【発明の開示】
【００１２】
以下のことにおいて、ファジーメンバーシップ関数は、ゼロと1との間の値を返すものであり、ファジー交差A AND Bが、AとBの小さい方であり、ファジー結合A OR Bは、AとBとの大きい方であり、ファジー否定NOT Aが、1−Aである。
【００１３】
本発明は、連続変数として換気サイクルにおける瞬間相の決定方法を開示する。
【００１４】
本発明は、以下のことを決めるステップを少なくとも含む、換気サイクルでの瞬間相を計算する方法をさらに開示する。すなわち、該方法においては、瞬間気流が小さく、早く増加しているならば、それが吸気のスタートの近くにあり、瞬間気流が大きく安定しているならば、それが中間吸気の近くにあり、瞬間気流が小さく早く減少しているならば、それが中間呼気に近く、瞬間気流がゼロであり安定しているならば、それが終端の呼気休止の間にあり、上記の間での中間の気流条件は、対応した中間の相と関連している。
【００１５】
本発明は、0〜1間での繰り返しで連続的に変化するように、換気サイクルでの瞬間相を決める方法をさらに開示する。その方法は、
予想された呼吸の流れ対時間の波形に類似した典型的な流れ対時間の波形f(t)の少なくとも2つの同定可能な特徴FNを選ぶステップと、各々の前記特徴に対して、
重み付けWNを前記相に指定して、前記特徴に対する換気サイクルにおける相φNを検査することによって決めるステップと、
メンバーシップ関数が換気気流の関数である「大きさ」ファジー集合MNと、そのメンバーシップ関数が換気気流の時間微分の関数であって、全ての他の選ばれた特徴に近いポイントに対するものより、その相が前記特徴FNに近い一般化された典型的な呼吸の波形の上のポイントに対して、ファジー交差MN AND CNが大きい方であるように選ばれた「変化速度」ファジー集合CNとを規定するステップと、
流れがMNであり、流れの変化率がCNであるならば、重み付けWNで相=φNであるように、選ばれた特徴FNにファジー推論規則RNをセットするステップと、
リークの訂正された換気気流を測定するステップと、
各々の特徴FNに対して、ファジー集合MNとCNでのファジーメンバーシップを計算するステップと、
各々の特徴FNに対して、相がφNであるファジー度合い YN = MN AND CNを決めるために、ファジー推論規則RNを適用するステップと、
瞬間相φを決めるために相φN及び重み付けWNで、YNを用いて、非ファジー化(defuzzification)手順を適用するステップと、を備えている。
【００１６】
好ましくは、同定可能な特徴は、典型的な流れ対時間の波形の0交差、ピーク、屈曲点、又は高原部を含む。さらに、前記重み付けは、1であり、あるいは、特別な特徴の推論の予期された信頼性を反映するように選ばれる。
【００１７】
本発明は、上述したように、連続変数として換気サイクルでの瞬間相を計算する方法をさらに開示する。換気気流を計算するステップは、非呼吸ノイズを低減するためにローパスフィルター処理するステップを含み、ローパスフィルターの時定数が換気サイクルの長さの見積りの増加関数である。
【００１８】
本発明は、上述したように、連続変数として換気サイクルでの瞬間相を測定する方法をさらに開示する。非ファジー化(defuzzification)ステップが、換気気流をローパスフィルター処理するステップに導入されたあらゆる相遅延を訂正することを含む。
【００１９】
本発明は、平均換気速度を測定するステップを備えている方法をさらに開示し、
リークの訂正された換気気流を測定するステップと、
換気気流から、0〜1間での繰り返しで連続変数として換気サイクルでの瞬間相φを計算し、瞬間相変化率dφ/dtを計算するステップと、
前記瞬間相変化率dφ/dtをローパスフィルター処理することにより平均換気速度を計算するステップとを備えている。
【００２０】
好ましくは、瞬間相は、上述した方法によって計算される。
【００２１】
本発明は、自発呼吸の被験者での換気補助を提供する方法をさらに開示し、
領域0〜1間での繰り返し及び範囲0〜1で、所望の波形テンプレート関数Π(φ)を割り当てるステップと、
0〜1間での繰り返しの連続変数として換気サイクルでの瞬間相φを計算するステップと、
所望の圧力変調振幅Aを選択するステップと、
前記計算された相φで波形テンプレート関数Π(φ)の値に所望の圧力変調振幅Aを乗じたものに終端呼気圧力を加えたものとして、所望の瞬間送出圧力を計算するステップと、
被験者に対する送出圧力を所望の送出圧力にセットするステップとからなる、サンプリング間隔で繰り返して実行されたステップを備える。
【００２２】
本発明は、上述したように、所望の圧力変調振幅を選ぶステップが、一定の振幅である、自発呼吸をする被験者での換気補助を提供する方法をさらに開示する。
【００２３】
本発明は、上述したように、前記振幅が被験者の一回換気体積の見積りを乗じたエラスタンスと等しい所望の圧力変調振幅を選ぶステップを備える、自発呼吸をする被験者での換気補助を提供する方法をさらに開示する。
【００２４】
本発明は、上述したように、所望の圧力変調振幅を選ぶステップが、
通常のサイクル時間を与える通常の換気速度を指定するステップと、
前記通常の換気速度を印加するために予め設定された圧力変調振幅を指定するステップと、
観察されたサイクル時間を与える観察された換気速度を計算するステップと、
前記指定されたサイクル時間で除された前記観察されたサイクル時間に前記予め設定された圧力変調振幅を乗じたものとして圧力変調の所望の振幅を計算するステップとからなるサブステップを備える、自発呼吸をする被験者での換気補助を提供する方法をさらに開示する。
【００２５】
本発明は、換気サイクルでの相が被験者の換気気流から決められるが、被験者の呼吸が不十分であるという度合いであって、換気サイクルでの相が予め設定された速度で増加するように、被験者が適切に換気される度合いを決めるステップと、前記相の関数としてマスク圧力をセットするステップとを少なくとも含む、自発呼吸をする被験者における換気補助を与えるための方法をさらに開示する。
【００２６】
本発明は、換気気流を測定するステップと、気流から決められるが、換気サイクルでの相が正確に決定されることなく、相が予め設定された速度で増加するように、換気サイクルでの瞬間相が被験者の換気気流から決められる度合いを決めるステップと、前記相の関数として圧力を供給するステップとからなるステップを備える、自発呼吸をする被験者における換気補助を与えるための方法をさらに開示する。
【００２７】
本発明は、被験者の瞬間換気の体積を計算するための方法であって、突然にリークを変える条件下で暴走することなく実質的に使用できる方法をさらに開示する。すなわち、該方法は、
リークのために大略訂正された換気気流を決めるステップと、
前記訂正換気気流が、予想よりも長い間大きく正であるか、または予想よりも長い間大きく負であるというファジー度合に等しい、0〜1に変化する指数Jを計算するステップと、
吸気のスタートを同定するステップと、
吸気のスタートから、前記指数Jのファジー否定を乗じた前記訂正換気気流を時間で積分したものとして瞬間吸気体積を計算するステップとからなるステップを備えている。
【００２８】
本発明は、自発呼吸をする被験者での換気補助を提供する方法「A」をさらに開示する。その方法は、
リークのために大略訂正された換気気流を決めるステップと、
前記換気気流が予想より大きく正であるか又は予想より大きく負であるファジー度合いに等しい0〜1で変化する指数Jを計算するステップと、
前記指数Jのファジー否定で乗じられた前記換気気流に等しい修正された気流を計算するステップと、
換気サイクルでの相を同定するステップと、
時間に対して前記修正気流の積分したものとして瞬間吸気体積を計算し、該積分が換気サイクルの呼気部分間でゼロに保たれるステップと、
少なくとも前記瞬間吸気体積の関数として所望の瞬間送出圧力を計算するステップと、
被験者に対する送出圧力を所望の送出圧力にセットするステップとからなり、サンプリング間隔で繰り返して実行される、ステップを備えている。
【００２９】
本発明は、自発呼吸をする被験者での換気補助を提供するための方法「B」をさらに開示し、
リークのために大略訂正された換気気流を決めるステップと、
前記換気気流が予想より大きく正であるか又は予想より大きく負であるファジー度合いに等しい0〜1で変化する指数Jを計算するステップと、
換気サイクルでの相を同定するステップと、
前記指数Jのファジー否定で乗じた換気気流に等しい修正された換気気流を計算するステップと、
時間に関して前記修正気流を積分したものとして瞬間吸気体積を算出し、該積分が換気サイクルの呼気の部分間でゼロに保たれるステップと、
呼気の圧力に、瞬間換気気流で乗じた抵抗を加え、換気気流の絶対値を乗じた換気気流を乗じた非線形抵抗を加え、前記調節された瞬間吸気体積を乗じたエラスタンスを加えて、所望の瞬間送出圧力を算出するステップと、
被験者に対する送出圧力を前記所望の瞬間送出圧力をセットするステップとからなるステップを備えている。
【００３０】
本発明は、被験者の必要性に調和する補助換気を提供する方法「C」をさらに開示し、
領域0〜1間での繰り返し及び範囲0〜1で所望の波形テンプレート関数Π(φ)を記述するステップと、
リークに対して大略訂正された換気気流を決めるステップと、
換気気流が予想より大きく正であるか、又は予想より大きく負であるというファジー度合いに等しい0〜1に変化する指数Jを計算するステップと、
指数Jの最近のピークに等しいJPEAKを計算するステップと、
換気サイクルでの瞬間相を計算するステップと、
指定された換気を少なくとも越える換気の度合いをサーボコントロールするために選ばれた、圧力変調の所望の振幅を計算するステップと、
終端呼気圧力に、前記計算された相φでの波形テンプレート関数Π(φ)の値を乗じて計算された圧力変調振幅Aを加えて、所望の送出圧力を計算するステップと、
被験者に対する送出圧力を前記所望の瞬間送出圧力をセットするステップとからなるステップを備えている。
【００３１】
本発明は、上述したように、被験者の必要性に調和する補助換気を提供する方法をさらに開示する。すなわち、圧力変調の所望の振幅を計算するステップが指定された換気を少なくとも越える換気の度合いをサーボコントロールするために選ばれ、
目標換気速度で除された目標換気の二倍に等しい目標気流を計算するステップと、
目標気流を差し引いたローパスフィルター処理された瞬間換気気流の絶対値に等しい誤差項を導くステップと、
利得を乗じた誤差項の積分したものから、圧力変調の振幅を計算し、該積分がゼロと最大値との間に存するようにクリップするステップとからなるステップを備える。
【００３２】
本発明は、上述したように、被験者の必要性に調和する補助換気を提供する方法をさらに開示する。指定された呼吸を少なくとも越える換気の度合いをサーボコントロールするために選ばれた、圧力変調の所望の振幅を計算するステップは、
目標換気の速度で除された目標換気の2倍に等しい目標気流を計算するステップと、
目標気流を差し引いたローパスフィルターを乗じた瞬間換気気流の絶対値と等しい誤差項を導くステップと、
利得で乗じた誤差項の積分から、圧力変調の訂正されてない振幅を計算して、該積分がゼロと最大値との間に存するようにクリップするステップと、
換気サイクルの長さの数倍の時定数で、ローパスフィルター処理された振幅として前記振幅の最近の平均を計算するステップと、
最近のピークの妨害指数JPEAKを乗じたローパスフィルター処理された振幅に、JPEAKのファジー否定を乗じた前記訂正されてない振幅を加えたものに等しい圧力変調の実際の振幅をセットするステップとからなるステップを備える。
【００３３】
本発明は、被験者の必要性に調和する補助換気を提供し、変化する呼吸の仕組み、不充分な呼吸の駆動、異常な化学受容体反射作用、低換気症候群、又はチェーンストークス呼吸を患う被験者に特別に適用され、リークの突然の変化に調節された比例した補助換気の利点と結合された方法をさらに開示する。そして、
上記の「A」または「B」の方法に対して記載したように、瞬間的なマスク圧力計算するステップと、
上記の「C」の方法に対して記載したように、瞬間的なマスク圧力を計算するステップと、
上記の2つの圧力の加重平均を計算するステップと、
マスク圧力を前記加重平均にセットするステップとからなる、サンプリング間隔で繰り返し実行されたステップを備える。
【００３４】
本発明は、規定された方法のそれぞれに効果をもたらし、流れおよび／あるいは圧力を測定するための一つ以上の変換器と、計算と手順とを実行するためのプロセッサ手段と、大気圧より上の圧力で呼吸可能なガスを供給するための流れ生成器と、被験者の気道に呼吸可能なガスにガスを供給するガス送出手段とを含む装置をさらに開示する。
【００３５】
本装置は、人工呼吸器、換気補助デバイスと、一定したレベル、2つのレベル、又は自動セットレベルデバイスを含んでいるCPAPデバイスとを含むことができる。
【００３６】
本発明を具体化しているアルゴリズムがファジー論理に関して説明されるが、これらのアルゴリズムの概算がファジー論理形式を使用することなくつくられることは、理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
記載した2つの実施形態は、上述の3つの目標を同時に達成しようとする方法で動作する人工呼吸器である。
【００３８】
第1の実施形態
装置の第一実施形態を与える装置を図１（a）に示す。ブロワー10が、送出チューブ12を経た被験者の気道と連通したマスク11に呼吸可能なガスを供給し、排出拡散器13を通して排出された。マスク11への気流は、呼吸気流計14と差圧圧力変換器15を用いて測定される。変換器15からのマスク流れ信号は、マイクロプロセッサー16によってサンプリングされる。マスク圧力は、圧力変換器18を用いているポート17で測定される。変換器18からの圧力信号は、マイクロプロセッサー16によってサンプリングされる。マイクロプロセッサー16が、瞬間的なマスク圧力要求信号をサーボ19に送る。変換器18から制御ファンモータ20までの実際の圧力信号と前記圧力要求信号とを比較する。マイクロプロセッサーの取り付けは、シリアルポート21を通して調節される。
【００３９】
マスクが、気管切開チューブ、気管内チューブ、鼻のピロー、又は、空気の送出手段と被験者の気道との気密接続を作る他の手段で、等しく置換されることができることは、理解されるであろう。
【００４０】
マイクロプロセッサー16は、以下のステップを実行するためにプログラムされており、表1及び2に関連して考慮されている。
【００４１】
表１
第1の実施形態に対するファジー推論規則
2005279317.tif 000003
【００４２】
表２
第1の実施形態に対するファジー規則と相との関連
2005279317.tif 000004
【００４３】
l. 吸気時間TITGT、呼気時間TETGTと、分時換気VTGTに対する所望の目標値をセットすること。適切な定数POとASTDとを選択すること。ここで、POが所望の終端呼気圧力である、ASTDは、呼吸時間TTTGT= TITGT＋TETGTに対する終端吸気での上記圧力POでの所望の増加である。
2. 図2に示されたように、相Φでの所望の送出圧力が以下の式によって与えられるように、適切な圧力波形関数Π(Φ)を選択すること。
P= P0＋AΠ(Φ)
ここで、振幅Aは、終端吸気圧と終端呼気の圧力差に等しい。しかしながら、他の波形は、特別な必要性を持った被験者に適切である。
3. 換気サイクルでの相Φをゼロに初期化すること、及び、実際の吸息と呼息との現在の見積りTIとTEとを、それぞれ、TITGTとTETGTとに初期化すること。
4. 長さTのサンプリング間隔での吸気するときの相の変化率ΔΦIを初期化すること。
ΔΦI＝0.5T/TITGT 
5. 呼気するときの相の変化率ΔΦEを初期化すること。
ΔΦE=0.5T/TETGT 
6. 瞬間換気気流fRESPを測定すること
7. 平均的な全呼吸時間  TT = TI＋TEを計算すること。
8. 一定でTTの部分である調節可能な時定数τfで換気気流をローパスフィルター処理すること。
9. 換気気流の絶対値の半分として瞬間換気Vを計算する。
V =0.5 |fRESP|
10. 目標換気VTGTと測定された分時換気Vとから、VERRの大きい値は不十分な換気を示すように、誤差項VERRを導くこと。
VERR = (VTGT - V)dt
11. TTと比較して長い時定数τVBARでVをローパスフィルター処理した結果としてVBARをとること。
12. 正規化された気流fNORMを計算すること。
fNORM = fRESP/VBAR
13. fNORMから、メンバーシップ関数が図3に示されるファジー集合の各々のメンバーシップの度合いを計算すること。
14. 平均的な換気サイクル時間TTの現在の見積りで除されたdfNORM/dtに等しい、正規化された変化率dfNORM/dΦを計算すること。
15. 正規化された変化率から、図4に示したファジー集合の各々でのメンバーシップの度合いを計算すること。
16. 表lにおける各々の列Nに対して、ファジー推論規則を適用することによって、コラム分類したファジー相に示したファジー集合でのメンバーシップの度合いgNを計算すること。
17. 表2に示すようにN規則の各々の結果を相ΦNと結合すること(Φ10が現在の相Φであることに注意すること)。
18. Φ10を除くΦNの各々を0.89τ/TTずつ増大させて、前出のローパスフィルターステップを補償すること。
19. 半径gNと角度ΦN 回転の極座標でNユニット質量の重心までの角度として、新しい瞬間相ΦINSTを計算すること。
20. 前のステップで見積られた相と現在の相との間での最小のサインされた差ΔΦINSTを計算すること。
ΔФINST = １-(ΔФINST -Ф)          (ФINST-Ф＞0.5)
ΔФINST = ФINST -Ф+１              (ФINST-Ф＜-0.5)
ΔФINST = ФINST -Ф                  (上記以外)
21. 前のステップで計算された値と平均的な値(ΔΦIまたはΔΦE)との加重平均に等しい修正された見積りΔΦREVを導入すること。
ΔФ = (１-W)ΔФI + WΔФINST        (0＜Ф＜0.5)
ΔФ = (１-W)ΔФI + WΔФINST        (上記以外)
被験者が規則正しく呼吸しているならば、Wの小さい方の値は、相のよりよい追跡を引き起こす。被験者が不規則に呼吸しているならば、大きい方の値が相のよりよい追跡を引き起こす。
22. 混合割合〔比〕が、被験者の換気がVTGTより上であるならば1であり、被験者がVTGTの近くまたは下であるならばゼロである、被験者の換気が中間の範囲を通して増大するとき、ゼロから1まで比例して増加するように混合割合Bを導くこと。
23. 被験者の換気がVTGTより上にあるならば、被験者の換気のアクティビティーからステップ21で計算したΔΦによって主に影響され、被験者がVTGTの近くまたはその下で呼吸しているならば、目標換気の時間によって主に影響され、換気が中間の範囲にあるならば、これら2つの量の間で比例するΔΦBLENDを計算すること。
ΔФBREND = BΔФ + 0.5(１-B)T／TITGT          (0＜Ф＜0.5)
ΔФBREND = BΔФ + 0.5(１-B)T／TITGT          (上記以外)
24. ΦBLENDによるΦを増加させること。
25. 相の平均的な変化率(ΔΦIまたはΔΦE)をアップデートすること。
ΔФI = T／τVBAR(ΔФBREND−ΔФI)          (0＜Ф＜0.5)
ΔФE = T／τVBAR(ΔФBREND−ΔФE)          (上記以外)
26.吸気TI及び呼気TEの概略の時間を再計算すること。
TI＝0.5T／ΔФI
TE＝0.5T／ΔФE
27. 所望のマスク圧力変調振幅ADを計算すること。
AD＝ASTD／２                (TT＜TTSTD／２)
AD＝２・ASTD                (TT＞２・TTSTD)
AD＝ASTD・TT／TTSTD          (上記以外)
28. 誤差項VERRから、追加のマスク圧力変調振幅AEを計算すること。
AE＝K・VERR                (VERR＞０のとき)
AE＝０                    (上記以外)
ここで、Kのより大きい方の値が、補助の度合いの早いが安定性の少ない制御を生み出すが、Kの小さい方の値が、補助の度合いの遅いが安定性の大きい制御を生み出す。
29. マスク圧力PMASKをPMASK = PO＋(AD＋AE)Π(Φ)にセットすること。
30. 換気サイクルの時間と比較すると短いサンプリング間隔Tを待つこと。そして、換気気流を測定するステップに続くこと。
【００４４】
換気気流の測定値
上記のことから次のように、それは当業者には標準の手順である換気気流に必要である。リークがない場合、換気気流は、マスクと排出との間で配置された呼吸気流計で直接測定される。可能なリークの存在で、クロスレフェレンスによって本明細書に組み込まれたヨーロッパ出願番号 0 651 971（すなわち米国特許番号5,704,345）で開示された1つの方法は、リークを通して平均的な流れを計算することである。そこから、マスク圧力を変化させることによって誘発されたリークを通して流れの変調により、呼吸気流計流れ信号の変調の量を計算する。すなわち、以下のステップを用いる。
l. 呼吸気流計を用いて、マスクでの気流fMASKを測定するステップと、
2. マスクでの圧力PMASKを測定するステップと、
3. 呼吸と比較すると長い時定数で、ローパスフィルター処理した気流から、平均リークを計算するステップと、
4. 呼吸と比較すると長い時定数で、ローパスフィルター処理したマスク圧力から、平均マスク圧力を計算するステップと、
5. リークを通した流れの変調を計算するステップと、
δ(leak) = 0.5×平均的なリーク×誘発圧力
ここで、誘発圧力は、PMASK-平均マスク圧力である。
そこから、瞬間換気気流は、次のように計算される。
fRESP = fMASK −平均的なリーク−δ(leak)
クロスレフェレンスによって本明細書に組み込まれたヨーロッパ出願番号 0 651 971（すなわち米国特許番号5,704,345）で開示されるような便利な拡大は、気流fTURBINEと圧力PTURBINEをタービンの出口で測定することである。空気送出ホースで圧力を下降させ、排出を通して気流を失なわせるによってPMASKとfMASKとを計算すること。
1. ΔPHOSE = K1(FTURBINE) - K2(FTURBINE)2
2. PMASK = PTURBINE - ΔPHOSE
3. FEXHAUST = K3(PMASK)0.5
4. FMASK = FTURBINE - FEXHAUST
【００４５】
変形例
以下の実施形態は、変化する換気の仕組み、不充分な換気の駆動、異常な化学受容体反射作用、低換気症候群、又はチェーンストークス呼吸を持った被験者に特に適用でき、又は上気道又は下気道、肺、胸壁、又は神経筋のシステムの異常を持った被験者に適用できる。
【００４６】
ひどい肺病気にかかった多くの患者は、必要なピーク圧力が受け入れがたいほど高いか、又は例えばノーズマスクで達成できないので、スムーズな生理的な圧力波形を用いて、簡単に扱うことができない。そのような患者は、吸気の努力の開始の瞬間、圧力が爆発的に早く上がる正方形の圧力波形を好むことができる。これは、高い内因性のPEEPを持った患者において特に重要である。超インフレの危険によって外因性のPEEP又はCPAPの高いレベルの使用によって内因性のPEEPに打ち勝つことは実行可能でない。そのような被験者において、予想され観察されたサポートの間の桁外れのミスマッチのために、引き金となることのあらゆる遅延が非常に苦悩を与えるものとして知覚される。スムーズな波形は、内因性のPEEPを越えるために管理された圧力のために取られた時間のために、知覚された遅延を誇張する。この実施形態が、正方形(例えばひどい肺、胸壁の病気又は内因性のPEEPをもつ患者に適している)から非常に平坦(普通の肺と胸壁を持っているが、異常な換気の制御、又は神経筋の異常を持った患者に適している)に連続的に変化している波形の使用を許す。この波形は、目標換気に等しい、又は越える分時換気のサーボコントロールで、比例した補助換気(リークで突然の変化のために訂正された)のエレメントの有無にかかわらず、結合されている。後者のサーボコントロールが調節できる利得を有する。その結果、例えばチェーンストークス呼吸を持った被験者が、彼ら自身の強くなったり弱くなったりしているパターンを優先するために、非常に高いサーボ利得を用いて処置される。様々な中枢神経系の低換気症候群を持った被験者は、低いサーボ利得で処置される、その結果、短い中枢神経系の無呼吸は、例えば咳をすること、咳払いをするか、話すか、寝て転がることを許すが、それらが、高い換気の前の繰り返しに続くだけであるならば、普通の被験者は、中間の利得で処置される。
【００４７】
上記のことを別の言葉で再び述べる。
補助の度合いのサーボコントロールの積分された利得が、非常に早く(0.3 cmH2O/L/秒/秒)から非常にゆっくりまで調節できる。チェーンストークス呼吸をもつ患者が、非常に高い換気の制御ループ利得を有するが、長い制御ループ遅延を有し、ハンチングになる。ループ利得を均一で高くセットすることによって、患者のコントローラーは、安定する。これによって、チェーンストークス呼吸の各々のサイクルの間に通常起る極端な息切れが妨げられる。これがあると患者を非常に安心させる。彼らが中枢神経系の無呼吸を持つことは、不可能である。逆に、肥満の低換気症候群にかかった被験者は、低いまたはゼロループ利得を持つ。彼らは、中枢神経系の無呼吸の間、息を切らしたと感じない。しかしながら、彼らが多くの粘液を持ち、咳をする必要があり、非常にそわそわし、ベッドの回りで転がる必要がある。このことは、彼らが機械が処置しない中枢神経系の無呼吸を持つことを要求する。ループ利得を非常に低くセットすることによって、患者は、一組の深呼吸をすることができ、咳をしたり、転がったりしている間、適度な長さ中枢神経系の無呼吸を持つことができるが、考慮に入れるとそれからために許される、しかし、長時間、維持された無呼吸又は呼吸低下が防止される。
【００４８】
リーク流れの突然の変化は、感知され、ファジー論理アルゴリズムを用いて処理された。アルゴリズムの原理は、明白な換気気流が患者の予想された換気サイクルと比較して長時間にわたってゼロから離れているというファジー度合まで、リークフィルター時定数が動的に低減しているということである。
【００４９】
2つの状態(IPAP，EPAP)間で単に引き金となっているよりはむしろ、デバイスは、連続変数として換気サイクルでの位置を見積るためにファジー論理アルゴリズムを用いる。アルゴリズムは、患者の瞬間換気のパターンに自動的にその上昇時間を調節するために、スムーズな圧力波形を許す。
【００５０】
普通の条件下のファジー相検出アルゴリズムは、患者の呼吸をしっかりと追跡する。高いか突然に変化しているリークがあるか又は患者の換気が小さいという度合いに対して、相の変化率(換気速度)は、指定された目標換気速度になめらかに戻る。換気が平均して十分であるという度合いに対して、長いか深い呼吸低下が許される。サーボ利得がチェーンストークス呼吸を妨げるために高くセットされるという度合いに対して、短く且つ浅い休止が許される。
【００５１】
気流フィルターリングが、適したローパスフィルターを用いる。非常に速い応答時間を与えるために、被験者が早く呼吸するならば、時定数を短くする。被験者がゆっくり呼吸しているならば、心原性の人工物を除去するのを助けるために長くする。
【００５２】
ファジー変化リーク検出アルゴリズムと、スムーズな波形とともに、短い呼気の休止のその微分取り扱いと変化しているリークの取り扱いを持ったファジー相検出アルゴリズムとは、別々に及び協力して突然のリークの効果に比較的免疫性のシステムを作る。
【００５３】
様々なパラメータを適切にセットすることによって、システムは、CPAPと、二つのレベルの自発的な、二つのレベルの時間を定められた、比例した補助換気と、体積循環された換気と、体積循環されたサーボ換気との中で動作することができ、したがって、全てのこれらのモードは本実施形態のサブセットである。しかしながら、本実施形態が、あらゆる上記の状態によって達成されることができない操作の状態を許し、したがって、それらとは区別される。
【００５４】
注
注1：この第2の実施形態において、様々な量のために用いた名前及び記号は、第1の実施形態の中で用いられたそれらと異なっている。
注2：「スイング」という用語が、終端吸気での所望の瞬間的な圧力と終端呼気での所望の瞬間的な圧力との間での差異を示すために用いられる。
注3：ファジーメンバーシップ関数は、完全な非メンバーシップに対するゼロと、完全なメンバーシップに対する1との間で値を返すものである。ファジー交差 A AND Bは、AとBの小さい方であり、ファジー結合 A OR Bは、A及びBの大きい方であり、ファジー否定 NOT Aは、1−Aである。
注4：root(x)は、xの平方根であり、abs(x)は、xの絶対値であり、sign(x)は、xが負であるならば-1であり、それ以外の場合+1である。
星印(*)は、これが前後関係から明らかではならない乗算を示すために明示的に用いられる。
【００５５】
装置
第2の実施形態の装置を図１（b）に示す。ブロワー110は、マスク111まで空気送出ホース112を通して、圧力のかかった空気を供給する。吐出された空気は、マスク111にある排出口113を通して排出される。呼吸気流計114及び差圧圧力変換器115は、先端112での気流を測定する。流れ信号は、マイクロプロセッサー116に供給する。先端112に沿ったあらゆる都合のよいポイント117での圧力は、圧力変換器118を用いて測定される。圧力変換器118からの出力は、マイクロコントローラ116に供給され、さらにモータサーボ119に供給される。マイクロプロセッサ116が、圧力要求信号でモータサーボ119を供給し、その信号は、ブロワーモータ120を制御するために圧力変換器l18からの信号と比較される。ユーザーが可変できるパラメータが、通信ポート121を経由してマイクロプロセッサ116に装填される。計算されたマスク圧力と流れとが、希望するならば、通信ポート121を経由して出力される。
【００５６】
初期化
ユーザーが調節可能な以下のパラメータは、指定されて記憶される。
【００５７】
表３
2005279317.tif 000005
【００５８】
初期化において、以下のことが上記のユーザーが指定したセッティングから計算される。
【００５９】
換気サイクルの予想時間、吸気の予想時間、及び呼気の予想時間が、それぞれセットされる。
STD TTOT = 60/目標換気の速度
STD TI = STD TTOT *目標デューティサイクル
STD TE = STD TTOT - STD TI
【００６０】
吸気と呼気との間の相(繰り返し/秒)の標準変化率が、それぞれセットされる。
STD dφI = 0.5/STD TI
STD dφE = 0.5/STD TE
【００６１】
換気サイクルでのあらゆる相φでの瞬間的な弾性サポートは、以下のように与えられる。
PEL(φ)=スイング*Π(φ)
ここで、スイングは終端呼気での圧力を差し引いた終端吸気での圧力である。
Π(φ)= e-2τφ            吸気の間
Π(φ)= e-4t(φ-0.5)      呼気の間
τはユーザーが選択可能な波形の時定数である。
τ= 0ならば、Π(φ)は、正方形の波である。図5に大略示したように、τ= 0.3に対する最大実行値は、波形を生み出す。
【００６２】
Π(φ)の平均値は、次のように計算される。
【００６３】
【数１】
2005279317.tif 000006
【００６４】
すべて20ミリ秒で実行された操作
以下のことは、50 Hzでされたルーチン処理の概要である。
流れセンサで流れを測定し、圧力感知ポートで圧力を測定すること。
センサ圧力と流れとからマスク圧力と流れとを計算すること。
マスクリークのコンダクタンスを計算すること。
リークによって瞬間気流を計算すること。
換気気流と、ローパスフィルター処理された換気気流とを計算すること。
マスクオン／オフ状態と導入を計算すること。
瞬間的で最近のピークの妨害を計算すること。
リークコンダクタンス計算に対する時定数を計算すること。
換気サイクルでの相を計算すること。
吸気と呼気とに対する相の平均変化率と、吸息時間と呼息時間の長さと、換気速度とをアップデートすること。
ホース圧力損失をEPAP圧力に加えること。
抵抗のアンロードを加えること。
サーボコントロール換気に必要な瞬間的な弾力の補助を計算すること。
様々な仮定を用いて瞬間的な弾力の反動圧力を見積ること。
重み付けすること及び見積りを結合すること。
所望のセンサ圧力を発生させるためにサーボ圧力を加えること。
所望のセンサ圧力を達成するためのモータ速度をサーボコントロールすること。
各々のステップの詳細を次に説明する。
【００６５】
流れ及び圧力の測定
流れは、呼吸気流計と差圧圧力変換器とを用いて、ブロワーの出口で測定される。圧力は、ブロワー出口とマスクとの間のあらゆる都合のよいポイントで測定される。給湿器および／あるいは抗菌性のフィルターは、圧力検知ポートとブロワーとの間に挿入することができる。流れ及び圧力は、Ａ／Ｄコンバーターを用いて、50 Hzでデジタル化される。
【００６６】
マスク流れ及び圧力の計算
圧力測定ポイントからマスクまでの圧力損失は、ブロワーでの流れから計算され、測定ポイントからマスクまでの(２次の)抵抗から計算される。
ホースの圧力損失 = sign(flow)*ホース抵抗*流れ2
ここで、sign(x)= -1  (x<0のとき)であり、+1  (xがそれ以外のとき)である。マスク圧力は、測定したセンサ圧力からホース圧力損失を差し引くことによって計算される。
マスク圧力 = センサ圧力 - ホース圧力損失
【００６７】
マスク排出拡散器を通った流れは、拡散器穴の既知の放物線状の抵抗及びマスク圧力の平方根から計算される。
拡散器の流れ = 排出抵抗*sign(マスク圧力)* 平方根(abs(マスク圧力))
【００６８】
最後に、マスク流れは、以下のように計算される。
マスク流れ = センサ流れ - 拡散器流れ
【００６９】
様々な処理モードにおけるマスク圧力及び流れの計算を記載している。診断されたモードにおいて、患者は鼻の套管(マスクではない)だけを着けている。套管は、圧力検知ポートに差し込まれる。鼻の気流は、線形化ステップ後に圧力から計算され、マスク圧力が規定によってゼロにセットされる。
【００７０】
リークのコンダクタンス
リークのコンダクタンスは、次のように計算される。
ルートマスク圧力 = sign(PMASK)(abs(PMASK))0.5
LPマスク気流 = ローパスフィルター処理されたマスク気流
LPルートマスク圧力 = ローパスフィルター処理されたルートマスク圧力
リークのコンダクタンス = LPマスク気流 / LPルートマスク圧力
二つのローパスフィルター処理されたステップに対する時定数は、10秒に初期化され、それ以来動的に調整される(下記参照)。
【００７１】
リークによる瞬間的な流れ
リークによる瞬間的な流れは、瞬間的なマスク圧力とリークのコンダクタンスとから計算される。
瞬間的なリーク = リークのコンダクタンス*ルートマスク圧力
【００７２】
換気気流
換気気流は、マスクでの流れと瞬間的なリークとの差である。
換気気流 = マスク流れ - 瞬間的なリーク
【００７３】
ローパスフィルター処理された換気気流
心原性気流と他のノイズとを除去するために換気気流をローパスフィルター処理すること。時定数は、換気サイクルTTOT(STD_TTOTに初期化され、下のようにアップデートされる)の現在の見積られた長さの1/4Oであるように動的に調節される。このことは、高い換気速度で、フィルターによって導入された短い相遅延だけがあり、低い換気速度で、心原性気流の有効な拒絶があることを意味する。
【００７４】
マスクのオン／オフ状態
マスクは、初めに外れていると仮定される。オン／オフの移行は、換気気流が最初に0.2L/秒より上に行くとき起るように見なされ、オン-オフの移行は、l.5秒以上の間マスク圧力が2cmH20未満であるとき起るように見なされる。
【００７５】
引込
図6に示すように、引込は、マスクがオフであるならばゼロから、ちょうど着られていて、20秒以上の間マスクがオンであるならば1.0までの値をとる。
【００７６】
瞬間的な妨害指数Jの算出
Jは、リークのインピーダンスが突然に変化したファジー度合いである。それは、予想されるより長い間、換気気流の絶対的な大きさが大きいファジー度合いとして計算される。
【００７７】
予想より長い間、気流が正であるファジー度合い ＡIは、計算された換気気流信号が正から0を横切る時間 tZIから計算され、図7に示すファジーメンバーシップ関数を用いて、特別な被験者に対する普通の吸気の予想された時間STD TIから計算される。
【００７８】
気流が大きく且つ正であるというファジー度合いBIは、図8に示したファジーメンバーシップ関数を用いて、瞬間換気気流から計算される。
【００７９】
リークが突然に増加しているファジー度合いIIは、AIとBIとのファジー交差(小さい方)を計算することによって計算される。
【００８０】
正確に対称な計算は、リークが突然に減少するファジー度合いとしてIEを導入して、呼気に対して実行される。AEはTZEとTEから計算され、BEはfRESPを差し引くことから計算され、IEはAEとBEのファジー交差である。
瞬間的な妨害指数Jは、指数IIとIEとのファジー結合(大きい方)として計算される。
【００８１】
最近のピークの妨害
瞬間的な妨害指数が最近のピークの妨害指数の最近の値より大きいならば、最近のピークの妨害指数は、瞬間的な妨害指数に等しいようにセットされる。一方、最近のピークの妨害指数は、10秒の時定数でローパスフィルター処理された瞬間的な妨害指数に等しいようにセットされる。計算の電気的な類推したものを図9に示す。
【００８２】
リークコンダクタンス計算に対する時定数
リークのコンダクタンスが突然に変化するならば、計算されたコンダクタンスは、初めのうちは不正確であり、ローパスフィルターの時定数が長いならば遅い速度で、時定数が短いならば、早い速度で、正しい値に徐々に近づく。逆に、リークのインピーダンスが安定しているならば、時定数が長ければ長いほど、瞬間的なリークの計算はより正確になる。したがって、リークが安定しているという度合いに対して時定数を長くすることと、リークが突然に変化しているという度合いに対して時定数を低減することと、それがリークが安定しているという中間的な場合であるならば、中間的に長いまたは短い時定数を用いることは望ましい。
【００８３】
リークのコンダクタンスにおいて大きく且つ突然に増加するならば、計算された換気気流は不正確である。特に、明白な吸気の間、計算された換気気流は、普通の吸気の予想された時間と比較して大きい時間に対して大きく正である。逆に、リークのコンダクタンスにおいて突然に減少するならば、明白な呼気の間、計算された換気気流は、普通の呼気の時間と比較して大きい時間に対して大きく負である。
【００８４】
したがって、リークのコンダクタンスの計算に対する時定数が、JPEAKにしたがって調節される、JPEAKは、図1Oに示すように、リークが最近突然に変化するというファジー度合いの算出値である。
【００８５】
演算において、大きなリークが突然に起っているという度合いに対して、JPEAKは大きく、変化するリークコンダクタンスの計算に対する新しい時定数は、小さく、リークのコンダクタンスの新しい値に基づいて急速な収束を許す。逆に、リークが長い間安定しているならば、JPEAKは小さく、リークコンダクタンスの計算に対する時定数が大きく、瞬間換気気流の正確な計算を可能にする。計算された瞬間換気気流が大きく且つ長い期間である中間の状況の領域において、JPEAKは次第により大きくなり、リークの計算に対する時定数が次第に低減する。例えば、リークが、実際に一定であり、被験者が、単に大きいため息を始めるだけである、あるいは、実際、リークが突然に増加しているかどうかが不確実である瞬間で、指数は中間の値であり、リークのインピーダンスの計算に対する時定数は中間値である。利点は、リークのインピーダンスについての知識が全くなくても、いくらかの矯正的な行動が非常に早く生じることである。
【００８６】
換気サイクルにおける瞬間相
現在の相φが、吸気のスタートに対して0から、呼気のスタートに対して0.5まで、終端呼気=次の吸気のスタートに対する1.0まで、変化する。9つの別々の特徴(ピーク、0交差、高原状態、及びいくらかの中間ポイント)は、図11に示すように波形に基づいて同定される。
【００８７】
正規化された換気気流の計算
フィルター処理された換気気流は、ユーザーの特定した目標換気に関して次のように正規化される。
標準の気流 = 目標換気/7.5 L/分
f' = フィルター処理した換気気流/標準の気流
【００８８】
次に、ファジー集合大きく負、ゼロ、小さく負、及び大きく正のファジー集合におけるファジーメンバーシップは、瞬間気流を記載しており、図12に示されたメンバーシップ関数を用いて計算される。例えば、正規化された気流が0.25であるならば、気流が大きく負では度合いが0.0であり、小さく負では度合いが0.0であり、ゼロでは度合いが0.5であり、小さく正では度合いが0.5であり、大きく正では度合いが0.00である。
【００８９】
正規化された気流変化速度の計算
フィルター処理した換気気流の変化速度は、次のように、15 呼吸/分での7.5 L/分の目標換気に計算されて正規化される。
標準のdf/dt = 標準気流*目標周波数/15
d(フィルターをかけた気流)/dtを計算すること
8/50秒の時定数でローパスフィルター処理すること
標準のdf/dtで除することによって正規化すること
【００９０】
下降している、安定している、上昇しているファジー集合において、正規化されたdf/dtのメンバーシップを見積る。そのメンバーシップ関数を図13に示す。
【００９１】
換気、正規化された換気、及び呼吸低下の計算
換気 = abs(換気気流)をSTD TTOTの時定数でローパスフィルター処理する
正規化された換気 = 換気 / 標準気流
【００９２】
呼吸低下は、正規化換気がゼロであるファジー度合いである。呼吸低下に対するメンバーシップ関数を図14に示す。
【００９３】
最近の換気、正規化された最近の換気、及び過呼吸の計算
最近の換気が、ローパスフィルター処理されたabs(換気気流)であるが、調節できる時定数でフィルター処理され、図15に示すように、サーボ利得(ユーザーによって指定される)から計算される。例えば、サーボ利得が0.3という最大値にセットされるならば、時定数がゼロであり、最近の換気が瞬間的なabs(換気気流)に等しい。逆に、サーボ利得がゼロであるならば、時定数はSTD TTOTの2倍であり、通常の呼吸の予想された長さである。
目標の絶対の換気 = 2*目標換気
正規化された最近の換気 = 最近の換気 / 目標絶対気流
【００９４】
過呼吸は、最近の換気が大きいファジー度合いである。過呼吸に対するメンバーシップ関数を図16に示す。
【００９５】
大きいリーク
大きなリークがあるというファジー度合いは、図17に示したメンバーシップ関数から計算される。
【００９６】
ファジー「引き金を引く」に関係したさらなるファジー集合
スイッチ負及びスイッチ正のファジー集合のメンバーシップは、図18に示したメンバーシップ関数を用いて、正規化換気気流から計算される。そして、吸気相及び呼気相のファジー集合でのメンバーシップは、図19に示したメンバーシップ関数を用いて、現在の相fから計算される。
【００９７】
相に対するファジー推論規則
手順W(y)は、ユニット高さ及びユニットベースの二等辺三角形の領域を計算し、図20に示すように、高さYで頭切りしている。計算において、ファジー交差 a AND bは、a and bの小さい方であり、ファジー結合 a OR bは、a and bの大きい方であり、ファジー否定 NOT aは、1-aであることを思い出すこと。
【００９８】
第1のファジー規則は、その相が標準の速度で増加することになっているという他のあらゆる情報を欠いていることを示す。この規則が無条件に正しく、特に、突然に大きなリークがある、又は最近にリークが変化する、又は呼吸低下があるならば、非常に重い重みづけを有する。
WSTANDARD = 8＋16*JPEAK＋16*呼吸低下＋16*大きなリーク
【００９９】
ファジー規則の次のバッチは、通常の流れ対時間カーブの様々な特徴の検出に対応する。これらの規則の全ては、ユニット重みづけを有し、示されたセットのファジーメンバーシップを条件としている。
WEARLY INSP = W(上昇AND小さな正)
WPEAK INSP = W(大きく正 AND 安定 AND NOT 最近のピーク妨害)
WLATE INSP = W(下降 AND 小さく正)
WEARLY EXP = W(下降 AND 小さく負)
WPEAK EXP = W(大きく負 AND 安定)
WLATE EXP = W(上昇 AND 小さく負)
【０１００】
次の規則は、最近の過呼吸があり、リークが最近変化していないならば、合理的な呼気の休止(無呼吸とは対照的に)であることを示す。
WPAUSE = (過呼吸 AND NOT JPEAK)*W(安定 AND 0)
【０１０１】
サーボ利得が増加するときに過呼吸に対する時定数が短くなり、サーボ利得が増加するときに呼気の休止の許された長さがもっと短くなり、サーボ利得が最大でゼロになるということを思い出すこと。これに対する正当性は、(i) 呼吸時の長い休止を足した高いサーボ利得は、サーボコントローラーの「乱調（ハンチング）」となり、(ii)被験者の化学受容体反応が非常に活発であるならば、一般に高いサーボ利得において用いられる。長い無呼吸の抑制又は呼吸低下によって、被験者の自分自身の内部のサーボコントロールを乱すことが防止され、それによってチェーンストークス呼吸を防止する。
【０１０２】
最後に、2つの相-スイッチ規則がある。大略予想された速度で規則的に静かに呼吸する間、これらの規則が強く働くべきでないが、それらは、不規則な呼吸又は普通でない速度での呼吸を取り扱うことである。
それらは、非常に重い重みづけを有する。
WTRIG INSP = 32W(呼気相ANDスイッチ正)
WTRIG EXP = 32W(吸気相ANDスイッチ負)
【０１０３】
非ファジー化(defuzzification)
上記の１０のファジー規則の各々に対して、我々は、表ZZZに示すように、相角度fNを添付する。φNが回転であって、ラジアンでないことに注意すること。現在、我々は、単位円を中心に適切な相角度φNで上記のものを計算した10の質量W(N)を配置しており、セントロイドを考慮に入れている。
【０１０４】
表４
2005279317.tif 000007
ここで、k = STD TI/STD TE
【０１０５】
ユーザーが非常に短いデューティサイクルに入っているならば、kが小さいことに注意すること。例えば、普通のデューティサイクルは、40 %であり、k = 40/60= 0.67を与える。このように、呼気のピークが、0.5+0.2*0.67=0.63という相の角度に関連しており、呼気時間への26 %に対応している。呼気の休止は、0.5+0.5*0.67=0.83で始まり、呼気時間への67%に対応している。逆に、デューティサイクルがひどい閉塞性の肺病気にかかっている患者において20 %にセットされるならば、特徴6〜特徴10がゆがめられるか、又は、呼気の前記に圧縮されて、適切な長い呼気の休止を作り出す。
【０１０６】
相の新しい見積りは、極座標において、上記10の規則のセントロイドである。
【０１０７】
【数２】
2005279317.tif 000008
【０１０８】
現在の相φからセントロイドまでの相変化dφは、極座標において計算される。このように、セントロイドが0.01であり、現在の相が0.99であるならば、相の変化は、dφ= 0.02である。逆に、セントロイドが0.99であり、現在の相が0.01であるならば、dφ= -0.02である。それから、新しい相がセントロイドにセットされる。
【０１０９】
φ=セントロイド
これは、換気サイクルφでの瞬間相の計算を終える。
【０１１０】
算出された、平均吸気時間、平均呼気時間、サイクル時間、及び、換気速度
現在の相が吸気である(φ＜0.5)ならば、算出された吸気時間TIはアップデートされる。
LP(dφI) = 4*STD TTOTの時定数でdφをローパスフィルター処理すること
(0.5/STD TI)/2〜4(0.5/STD TI)の範囲でLP(dφI)を切り取ること
TI = 0.5/切り取られたLP(dφI)
【０１１１】
逆に、現在の相が呼気(φ >= 0.5)であるならば、算出された呼気時間TEがアップデートされる。
LP(dφE)=4*STD TTOTの時定数でdφをローパスフィルター処理すること 
(0.5/STD TE)/2〜4(0.5/STD TE)の範囲でLP(dφE)を切り取ること
TE = 0.5/切り取られたLP(dφE)
【０１１２】
切り取ること（クリッピング）の目的は、第一に、ゼロで除されることを妨げることであり、その結果、計算されたTI及びTEは、小さい4というファクター、又は予想されるより大きな2というファクターより決して大きくない。
【０１１３】
最後に、観察された平均呼吸時間TTOT及び換気速度RRは、以下のようになる。
TTOT = TI＋TE
RR = 60/TTOT
【０１１４】
非負荷抵抗
非負荷抵抗は、患者の上部及び下部の気道を横切る圧力下降であり、SRAMに記憶された換気気流と抵抗値から計算される。
f = +/-2L/秒に頭切りされた換気気流
非負荷抵抗 = 気道抵抗*f＋上部気道抵抗*f2*sign(f)
【０１１５】
瞬間的な弾力補助
瞬間的な弾力補助の目的は、肺と胸壁のバネ性(瞬間的な弾性力)によって供給された弾力のある収縮圧力のいくらかまたは全てをバランスする圧力を提供することである。平均して予め設定された目標換気を少なくとも越えるように、分時換気をサーボコントロールに必要な追加の構成要素をプラスする。さらに、最小スイング(常に存在する)は、全てに加えられる。ユーザーが指定したパラメータエラスタンスは、患者の肺及び胸壁の既知又は見積られたエラスタンスの50-75%を言うように予め設定される。様々な構成要素は、次のように計算される。
【０１１６】
医者によってセットされた最小圧力スイングに基づいた瞬間補助
瞬間最小補助 = 最小スイング*Π(φ)
【０１１７】
目標に等しいか、又は越えるように換気をサーボコントロールに必要な弾力補助
サーボスイングされた量は、平均して、予め設定された目標換気に少なくとも等しいものに分時換気をサーボコントロールするのに必要な追加の圧力変調振幅である。
【０１１８】
分時換気は、分当りの吸気又は呼気されたリットルの全数として規定される。しかしながら、我々は、それを計算するために、全部の瞬間、あるいは、数秒間待つことができない。なぜならば、我々が数秒続く無呼吸又は呼吸低下を防止することができることを希望し、数秒間以上の平均換気に基づいたPIコントローラーは、鈍い又は不安定であるからである。
【０１１９】
実際に、サーボコントロールされた量は、瞬間換気気流の絶対値の半分である。減衰のない単純な省略された一体コントローラーは、非常に満足に動作する。コントローラー利得及び最大出力は、マスクを装着したあとの最初の数秒以上暴走する。
【０１２０】
口からのリークが突然に増加したならば、気流は長い間ゼロ以外である。副作用は、換気が不正に上記目標と同様に誤って測定され、サーボ補助の量が誤ってゼロに低減されるということである。これが妨げるために、ファジー最近のピーク妨害指数が大きいというファジー度合いまで、妨害に先立って、我々は、その最近の平均的な値でのサーボ補助の度合いを保持する。
【０１２１】
サーボスイングを計算するためのアルゴリズムは、次のようになる。
誤差 = 目標換気−abs(換気気流)/2
サーボスイング = S誤差*サーボ利得*0〜20cmH2Oでサンプル間隔でクリップサーボスイング*引込
セットされた最近のサーボスイング = 多くともJPEAKであるクリップサーボスイングを25秒の時定数でローパスフィルター処理されたサーボスイング*最近のサーボスイング
【０１２２】
瞬間的なサーボ補助は、前に計算された圧力波形テンプレートでサーボスイングを乗ずることによって計算される。
瞬間的なサーボ補助 = サーボスイング*Π(φ)
【０１２３】
瞬間的弾力性圧力を見積ること
ユーザーの特定したエラスタンスに対して吸気する弾力性作業を取り除くために必要な瞬間的な圧力は、瞬間吸気体積の指定エラスタンス倍である。あいにく、時間について換気気流を積分することによってのみ瞬間吸気体積を計算することは、3つの理由のために実際に機能しない。まず、リークは積分の爆発的な暴走を引き起こす。第二に、積分器は各々の吸気の初めでリセットされ、この点が信頼性高く感知することが難しい。第3に、及び決定的に、患者が努力しなければ、何も起こらない。
【０１２４】
したがって、4つの別々の見積もりが作られ、加重平均される。
【０１２５】
見積り1：リークにおける突然の変化に対する訂正で、瞬間一回換気体積から計算された正確な瞬間的弾力性反動
第1の見積りは、見積られた瞬間吸気体積での指定エラスタンスの瞬間弾力反動である。重み付けされた換気気流を時間で積分したものに指定エラスタンスを乗じることによって計算され、換気相が呼気であるならば、ゼロにリセットされる。換気気流は、最近のピークの妨害指数JPEAKのファジー否定によって重み付けされており、リーク検出器が変化しているリークに適するための時間を有する前に、リークが突然増加する短時間の間、積分したものの急激な暴走を部分的に改良する。リークが非常に安定している場合、JPEAKがゼロであり、重み付けは、1であり、吸気体積は、一般に且つ正しく計算される。リークが突然に増加する場合、JPEAKが素早く増大し、重み付けは減少し、計算された吸気体積は、普通、不正確であるけれども、吸気体積の過大な見積りは改良される。計算は、次のようにして行なう。
瞬間体積 = {換気気流*(1-JPEAK)dt }の積分
相が呼気である(0.5＜φ＜1.0 回転)ならば、積分をゼロにリセットする
見積り1 = 瞬間的な体積*エラスタンス
【０１２６】
見積り2：一回換気体積が目標一回換気体積に等しいという仮定に基づく。
標準のスイング量は、予め設定された目標一回換気体積の呼吸に対する、指定エラスタンスを取り除く追加の圧力変調振幅である。
目標一回換気体積 = 目標換気/目標周波数
標準スイング = エラスタンス*目標一回換気体積
見積り2 = 標準のスイング*Π(φ)
【０１２７】
見積り3：一回換気体積が、前に計算した観察された平均換気速度RRで除された目標一回換気体積に等しいという仮定に基づく。
見積り3 = エラスタンス*目標換気/RR*Π(φ)
【０１２８】
見積り4：この呼吸が最近の呼吸によく似ているという仮定に基づく。
この呼吸に対する弾力作業が最近の呼吸に対するそれに似ているという仮定に基づいた瞬間的な補助は、次のように計算される。
LP弾力補助 = 2STD TTOTの時定数でローパスフィルター処理された、瞬間弾力補助
見積り4 = LP弾力補助*Π(φ)/PBAR
【０１２９】
たとえΠ(φ)が、ユーザーによって、正方形から平坦に、又はその逆に高速に、動的に変化しても、上記のアルゴリズムが正しく働く。例えば、8cmH2Oの正方形の波(ΠBAR =1)が適切に患者を補助するならば、のこぎり歯の波(ΠBAR = 0.5)は、同じ平均的な補助を生み出すために、16cmH2Oスイングを必要とする。
【０１３０】
瞬間弾力反動圧力の最良の見積り
次に、上記の加重平均に基づいた実際の弾力性反動圧力の最良の見積りを取り除くために必要な圧力を計算すること。もしΠ(φ)が最もスムーズなセットであるならば、見積りは瞬間的弾力性反動の上記見積りの全てに等しく基づく。もしΠ(φ)が正方形の波であるならば、見積りは、見積りlを除く全ての見積りに基づく。なぜならば、正方形の波がφ=0で最大であり、見積り1がφ=0でゼロであるからである。中間の波形は、中間的に処理される。なめらかさの量は、正方形の波に対するゼロから、時定数が0.3又はそれ以上の波形に対して1まで変化する。
なめらかさ = 波形時定数 / 0.3
瞬間反動 = (なめらかさ*見積り1＋見積り2＋見積り3＋見積り4)/(なめらかさ＋3)
【０１３１】
ここで、最小スイングとサーボスイングに基づいた見積りを加える、ユーザーによってセットされた最大スイングを越えないために、頭切りすること。マスクがちょうど装着されているならば、低減する(徐々に引き込むこと)。
I = 瞬間最小補助＋瞬間サーボ補助＋瞬間反動
予め設定された最大許容スイング瞬間弾力補助より少なくなるようにIを頭切りすること = I*引込
これによって、瞬間的な弾力のある補助の計算が完了する。
【０１３２】
センサでの所望の圧力
所望のセンサ圧力 = epap＋ホース圧力損失＋非負荷抵抗＋瞬間弾力補助
【０１３３】
モータ速度のサーボ制御
最終的なステップにおいて、センサで測定した圧力は、所望のセンサ圧力に等しいサーボコントロール圧力であり、モータ電流を調節するために、例えば省略された擬差動コントローラーを用いる。このことについて図1に参照することができる。
【０１３４】
デバイス性能
図21乃至27は、それぞれ、第2の実施形態の様子を表示している実際の60秒の記録を示す。必要な操作を実行するために訓練された普通の被験者から全て記録される。計算された換気気流、マスク圧力、及び換気相は、上述のアルゴリズム、シリアルポートを通した出力、デジタル的なプロットを用いて計算される。
【０１３５】
図21乃至26において、換気気流が太い軌跡として示され、流れに対する垂直なスケールが±L/秒であり、吸気は上向きである。圧力(細い軌跡（light trace）)に対する垂直なスケールは、0.2cmH2Oである。
【０１３６】
図21は、0.1cmH2O/L/秒/秒までセットされたサーボ利得で記録されており普通の化学反射を持った被験者に適切である。被験者は最小換気より十分上で呼吸しており、特に深い息(ため息)がポイント(a)で取られる。いつものように、換気の努力は、ポイント(c)でため息の続きをやめる。デバイスが、(b)のマークした期間での終端呼気の圧力で存続しているデバイスによって示されるように、短い中枢神経系の無呼吸(b)を正しく許す。逆に、図22は、前述の深呼吸がないならば、努力が(a)で終わるとき、圧力が正しくサイクルし続け、あらゆる低酸素症を防止する。図23は、チェーンストークス呼吸をもつケースに普通であるように、異常に高い化学反射を持った被験者に適切であるように、高くセットされたサーボ利得で記録される。努力が矢印(a)でやめるとき、圧力がサイクルを続けて、前の深呼吸にもかかわらず、中枢神経系の無呼吸がもはや許されない。これは、チェーンストークス呼吸の次のサイクルを防止するのに有利である。
【０１３７】
上記の正しい動作が、時間モードデバイスによっても示されるが、自発的なモードの2レベルデバイスのそれと、すなわち等価で、比例した補助換気のそれと異なっており、その両方は、適性に関係なく、中枢神経系の無呼吸の後にサイクルさせない。
【０１３８】
図24は、被験者が自発的により深い吸気努力をするとき、終端吸気圧を自動的に増大させていることを示す。望ましい動作が、PAVと共通しているが、単純な2レベルのデバイスのそれと異なる。それは、増大した患者の要求にもかかわらず、体積サイクルデバイスに、サポートの一定のレベルを維持する。そのデバイスは増大する要求の時間で実際にサポートを減少させる。
【０１３９】
図25は、選ばれたいくぶん正方形の波形で記録される。この図は、被験者がポイント (a)で胸壁を堅くすることによって自発的に抵抗しようとするとき、自動的に増大している圧力サポートを示す。この望ましい動作は、PAVが選択的に正方形の波形を与えることができないという予想で、PAV及び体積サイクルされたデバイスと共通である。それは、増大する要求でサポートのレベルを増やさない単純な2レベルのデバイスとは別である。
【０１４０】
図26は、それを(a)でのひどいl.4 L/秒リークが突然に始まって、流れ信号は一回の呼吸のスパン以内でベースライン(b)に戻り、圧力が極めて正確にサイクルし続けることを示す。時間を定められたモードデバイスは、突然に変化するリークに直面しても正しくサイクルし続けることができ、必要であるとき(図27に示すように)、被験者の換気速度に従うことができない。他の既知の2レベルのデバイス及びPAVは、突然のひどいリークの始まりに続して、長い期間又は短い期間、ミストリガーする。そしてPAVがこれらの条件で非常に過大な圧力を供給することができる。
【０１４１】
図27は、換気気流(太い軌跡（heavy trace）、±1 L/秒フルスケール)、及び連続変数(細い軌跡（light trace）、0〜1間での繰り返し)としての換気相を示す実際の60秒の痕跡を示す。その軌跡の左半分では高い換気速度であり、その跡の右半分では低い換気速度である。この軌跡は、本発明が、連続変数としての相を決めることができることを明示している。
【０１４２】
本発明の実施形態の有利な面
連続変数として相を用いること。
従来技術において、相は、2つの値(吸気及び呼気)を持った分類上の変数として見なされる。吸気のスタートと呼気のスタートを検出するときの誤りは、送出圧力における分類上の誤りを生じる。逆に、本願では、相は値をゼロと1との間の値を有する連続変数と扱われる。このように、相の測定値における分類上の誤りは、避けられる。
【０１４３】
調節可能なフィルター周波数と相遅延に対する許容
被験者が早く呼吸しているときに短い時定数を用いることによって、及び被験者がゆっくりと呼吸しているときに長い時定数を用いることによって、フィルターは、換気サイクルのほんのわずかの一定の相遅延を導く。このように、不必要な相遅延は避けられることができるが、心原性の人工物は、ゆっくり呼吸している被験者において拒絶される。さらに、相が連続変数と扱われているので、ローパスフィルターでの遅延を十分に補償することは可能である。
【０１４４】
換気相の連続関数としての呼吸内の圧力調整
全ての従来技術では、吸気の開始、又は呼気の開始において、顕著な不連続な圧力変化がある。圧力変化が、連続であり、より快適である。
【０１４５】
比例した補助換気の状態では、瞬間圧力は、呼吸の中にはいる瞬間体積の関数である。このことは、突然の大きいリークが急激な圧力暴走を引き起こすことを意味する。本願では、瞬間圧力が一回換気体積よりもむしろ瞬間相の関数であるので、これは避けられる。
【０１４６】
平均吸気時間の関数としての呼吸間の圧力調整
平均吸気時間は、一回換気体積よりも、リークの存在で簡単に計算される。平均吸気時間と平均一回換気体積との間の相関関係を利用することによって、平均一回換気体積に適するように、変調の振幅を調節することは可能である。
【０１４７】
乱れた上部気道抵抗を取り除くため、及び心原性の圧力不安定性を避けるための圧力構成要素の準備
ヨウネスは、外部の装置の抵抗を取り除くために、換気気流の2乗に比例した圧力の構成要素の使用を示しているけれども、本発明の実施形態での外部の装置の抵抗は、普通、無視できる。逆に、本発明の実施形態は、ヨウネスによって予期されなかった換気気流の2乗に比例したそのような構成要素の2つの用途を示す。第一に、寝ている被験者及び鼻がブロックされた被験者は、気流の2乗に比例する大きい抵抗を有しており、気流の2乗に比例した圧力の構成要素が用いられて、解剖学上の上部気道抵抗を取り除く。第二に、心拍又は他の人工物による小さい非換気気流の構成要素は、二乗であるとき、無視できる圧力変調を生み出し、その結果、そのような構成要素の使用がそのような非換気気流に相対的な免疫を与える。
【０１４８】
自発呼吸及び制御呼吸との間のスムーズな移行
目標換気以上に自発呼吸をする間、被験者の換気パターンを柔軟に追跡することから、スムーズで継ぎ目のないグラデーションがあり、移行期間を経て、被験者が努力をしないならば、呼吸時間、呼吸深さ、及び呼吸相を十分に制御する。その移行時間において、被験者は、呼吸タイミング及び呼吸深さに対して少しずつ変化させることができる。換気が近いものであるが所望の閾値でないとき、スムーズな移行がカテゴリー誤りを避ける。その利点は、自発呼吸から制御呼吸への移行が被験者に対して目立たないように起るということである。これは、被験者が眠ろうとしているときに特に重要である。被験者が起きて、自発呼吸努力を再開するとき、類似したスムーズな移行が、逆方向に起こる。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】（a）は本発明の第1の実施形態の装置を示し、（b）は本発明の第2の実施形態の装置を示す。
【図２】本発明の第1の実施形態に対する換気サイクルでの瞬間相Φの関数として、所望の瞬間送出圧力の計算において用いた圧力波形関数Π(Φ)である。
【図３】本発明の第1の実施形態による正規化された換気気流からの5つの大きさファジー集合(「大きく負」、「小さく負」、「ゼロ」、「小さく正」と「大きく正」)の各々の、メンバーシップの度合いを計算するためのファジーメンバーシップ関数を示す。
【図４】本発明の第1の実施形態による正規化された換気気流からの5つの大きさファジー集合(「安定して」、「早く上昇」、「ゆっくり上昇」、「ゆっくり下降」、「早く下降」)の各々の、メンバーシップの度合いを計算するためのファジーメンバーシップ関数を示す。
【図５】発明の第2の実施形態に対する換気サイクルでの瞬間相Φの関数として、所望の瞬間送出圧力の計算の中で用いた圧力波形関数Π(Φ)である。
【図６】最も最近のマスクオン-オフ移行からの時間関数として、「引込」量の計算を示す。
【図７】メンバーシップ関数が換気気流が予想より長い間正である度合いを算出するように、換気気流信号を交差する最も最近の呼気から吸気まで(負から正まで)ゼロからの時間の関数としてファジー集合ＡIに対するファジーメンバーシップ関数を示す。
【図８】メンバーシップ関数が換気気流が大きく正である度合いを測定するように、換気気流の関数としてファジー集合BIに対するメンバーシップ関数を示す。
【図９】瞬間妨害指数Jから最近のピーク妨害指数JPEAKの計算の電気的アナログを示す。
【図１０】最近のピークの妨害指数JPEAKの関数として、リークのコンダクタンスの計算時のローパスフィルターリングステップで用いた時定数τの計算を示す。
【図１１】9つの特徴をマークする、x軸上の時間で、典型的な換気の流れ-時間曲線を示す。
【図１２】ファジー集合「大きく負」、「小さく負」、「ゼロ」、「小さく正」、及び「大きく正」に対するメンバーシップ関数を、本発明の第2の実施形態による正規化された換気気流の関数として示す。
【図１３】本発明の第2の実施形態による換気気流の正規化された変化率df/dtの関数として、「下降」、「安定した」、「上昇」のファジー集合に対するメンバーシップ関数を示す。
【図１４】ファジー集合「呼吸低下」に対するメンバーシップ関数を示す。
【図１５】「サーボ利得」の関数が、指定された目標換気を少なくとも越えるために分時換気をサーボコントロールするために用いた利得であるように、正規化された最近の換気の計算に対する時定数τの計算を示す。
【図１６】正規化された最近の換気の関数としてファジー集合「過呼吸」に対するメンバーシップ関数を示す。
【図１７】リークの関数としてファジー集合「大きなリーク」に対するメンバーシップ関数を示す。
【図１８】ファジー集合「スイッチ負」と「スイッチ正」に対する正規化された換気気流の関数としてメンバーシップ関数を示す。
【図１９】換気サイクルにおける瞬間相φの関数として、ファジー集合「吸気_相」と「呼気_相」に対するメンバーシップ関数を示す。
【図２０】非ファジー化(defuzzification)の中で用いられた関数W(y)がどのようにしてユニットベースの二等辺三角形の領域(陰をつけられている)と高さyより下で切り離された高さを計算するかを模式的に示す。
【図２１】操作の間での本発明の第2の実施形態からの実際の60秒の流れ及び圧力の軌跡を示す。ここで、流れ(太い跡（heavy trace))に対する垂直なスケールは、±1 L/秒であり、吸気が上向きであり、圧力(細い跡（light trace))に対すると垂直なスケールが上方へ0〜25cmH2Oである。前述の深呼吸(a)の後、努力がポイント(c)でやめるとき、短い中枢神経系の無呼吸(b)が許されることを示す。
【図２２】操作の間での本発明の第2の実施形態からの実際の60秒の流れ及び圧力追跡を援助することを示す。ここで、流れ(太い軌跡（heavy trace))に対する垂直なスケールは、±1 L/秒であり、吸気が上向きであり、圧力(細い軌跡（light trace))に対すると垂直なスケールが上方へ0〜25cmH2Oである。努力が矢(a)で前述の深呼吸なしで終わるとき、中枢神経系の無呼吸が許されないことを示す。
【図２３】操作の間での本発明の第2の実施形態からの実際の60秒の流れ及び圧力追跡を援助することを示す。ここで、流れ(太い軌跡（heavy trace))に対する垂直なスケールは、±1 L/秒であり、吸気が上向きであり、圧力(細い軌跡（light trace))に対すると垂直なスケールが上方へ0〜25cmH2Oである。高くセットされたサーボ利得で記録され、努力が矢(a)で前述の深呼吸にもかかわらず終わるとき、中枢神経系の無呼吸がもはや許されないことを示す。
【図２４】操作の間での本発明の第2の実施形態からの実際の60秒の流れ及び圧力追跡を援助することを示す。ここで、流れ(太い軌跡（heavy trace))に対する垂直なスケールは、±1 L/秒であり、吸気が上向きであり、圧力(細い軌跡（light trace))に対すると垂直なスケールが上方へ0〜25cmH2Oである。被験者が自発的により深い吸気の努力をするとき、終端-吸気圧を自動的に増大していることを示す。
【図２５】操作の間での本発明の第2の実施形態からの実際の60秒の流れ及び圧力追跡を援助することを示す。ここで、流れ(太い軌跡（heavy trace))に対する垂直なスケールは、±1 L/秒であり、吸気が上向きであり、圧力(細い軌跡（light trace))に対すると垂直なスケールが上方へ0〜25cmH2Oである。選択されたいくぶんより正方形の波形で記録され、被験者がポイント(a)で胸壁を堅くすることによって抵抗を自発的に試みるとき、圧力サポートを自動的に増大していることを示す。
【図２６】操作の間での本発明の第2の実施形態からの実際の60秒の流れ及び圧力追跡を援助することを示す。ここで、流れ(太い軌跡（heavy trace))に対する垂直なスケールは、±1 L/秒であり、吸気が上向きであり、圧力(細い軌跡（light trace))に対すると垂直なスケールが上方へ0〜25cmH2Oである。(a)で1.4  L/秒リークの突然の始まりで、流れ信号が1度の息の幅内にベースライン(b)に戻り、圧力は正しく循環し続けることを示す。
【図２７】換気気流(太い軌跡（heavy trace)、±1 L/秒  フルスケール)と、瞬間相(細い軌跡（light trace)、0〜l間の繰り返し  フルスケール)とを示す実際の60秒トレースを示す。
【符号の説明】
【０１５０】
１０  ブロワー
１１  マスク
１２  送出チューブ
１３  排出拡散器
１４  呼吸気流計
１５  圧力変換器
１６  マイクロプロセッサ
１７  ポート
１８  変換器
１９  サーボ
２０  制御ファンモータ
２１  シリアルポート
１１０  ブロワー
１１１  マスク
１１２  空気送出ホース
１１３  排出口
１１４  呼吸気流計
１１５  圧力変換器
１１６  マイクロプロセッサ
１１７  ポイント
１１８  圧力変換器
１１９  モータサーボ
１２０  ブロワーモータ
１２１  通信ポート
【図１】
2005279317.tif 000009
【図２】
2005279317.tif 000010
【図３】
2005279317.tif 000011
【図４】
2005279317.tif 000012
【図５】
2005279317.tif 000013
【図６】
2005279317.tif 000014
【図７】
2005279317.tif 000015
【図８】
2005279317.tif 000016
【図９】
2005279317.tif 000017
【図１０】
2005279317.tif 000018
【図１１】
2005279317.tif 000019
【図１２】
2005279317.tif 000020
【図１３】
2005279317.tif 000021
【図１４】
2005279317.tif 000022
【図１５】
2005279317.tif 000023
【図１６】
2005279317.tif 000024
【図１７】
2005279317.tif 000025
【図１８】
2005279317.tif 000026
【図１９】
2005279317.tif 000027
【図２０】
2005279317.tif 000028
【図２１】
2005279317.tif 000029
【図２２】
2005279317.tif 000030
【図２３】
2005279317.tif 000031
【図２４】
2005279317.tif 000032
【図２５】
2005279317.tif 000033
【図２６】
2005279317.tif 000034
【図２７】
2005279317.tif 000035