(57)【要約】  本発明に係る人工呼吸を行うための人工呼吸器（１０）は特に、人工呼吸導管アセンブリ（３０）におけるガスフローを定量的に検出するためのフローセンサアセンブリ（４４、４８）を有しており、当該フローセンサアセンブリは、人工呼吸導管アセンブリ（３０）の患者側端部から遠く離れて配置された遠位フローセンサ（４８）と、人工呼吸導管アセンブリ（３０）の患者側端部の近くに位置する近位フローセンサ（４４）とを含んでおり、人工呼吸器（１０）は、少なくともフローセンサアセンブリ（４４、４８）の測定信号を処理するための制御装置（１８）を有しており、制御装置（１８）は、遠位フローセンサ（４８）及び／又は近位フローセンサ（４４）の測定信号に基づいて、エラーを推測するように構成されている。本発明によると、制御装置（１８）は、一方のフローセンサ（４４）の測定信号（５４、５８、６８、７２）の変化値（６２、７６）の、それぞれ他方のフローセンサ（４８）の測定信号（５２、５６、６６、７０）の変化値（６０、７４）との比較、及び／又は、一方のフローセンサ（４４）の測定信号（５４、５８、６８、７２）との比較に基づいて、フローセンサアセンブリ（４４、４８）のエラーを推測するように構成されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工呼吸を行うための人工呼吸器（１０）であって、
−  人工呼吸ガス源（１６）、
−  前記人工呼吸ガス源（１６）と、患者側の近位端との間に延在する人工呼吸導管アセンブリ（３０）、
−  吸気弁（２０）及び呼気弁（２２）を含む弁アセンブリ（２０、２２）、
−  前記人工呼吸導管アセンブリ（３０）内のガスフローの定量的検出のためのフローセンサアセンブリ（４４、４８）であって、前記人工呼吸導管アセンブリ（３０）の患者側端部から遠く離れて配置された遠位フローセンサ（４８）と、前記人工呼吸導管アセンブリ（３０）の患者側端部の近くに位置する近位フローセンサ（４４）とを有するフローセンサアセンブリ、及び、
−  少なくとも前記フローセンサアセンブリ（４４、４８）の測定信号を処理するための制御装置（１８）であって、前記遠位フローセンサ（４８）及び／又は前記近位フローセンサ（４４）の測定信号に基づいて、エラーを推測するように構成された制御装置（１８）、
を有する人工呼吸器（１０）において、
前記制御装置（１８）が、
−  前記近位フローセンサ（４４）の測定信号（５４、５８、６８、７２）の変化値（６２、７６）の、
−  前記遠位フローセンサ（４８）の測定信号（５２、５６、６６、７０）の変化値（６０、７４）との比較、及び／若しくは、
−  前記近位フローセンサ（４４）の測定信号（５４、５８、６８、７２）との比較に基づいて、並びに／又は、
−  前記遠位フローセンサ（４８）の測定信号（５２、５６、６６、７０）の変化値（６０、７４）の、
−  前記近位フローセンサ（４４）の測定信号（５４、５８、６８、７２）の変化値（６２、７６）との比較、及び／若しくは、
−  前記遠位フローセンサ（４８）の測定信号（５２、５６、６６、７０）との比較に基づいて、
前記フローセンサアセンブリ（４４、４８）のエラーを推測するように構成されていることを特徴とする人工呼吸器。
【請求項２】
前記遠位フローセンサ（４８）及び前記近位フローセンサ（４４）の内の一方のフローセンサ（４４又は４８）の測定信号（５４、５８、６８、７２又は５２、５６、６６、７０）の変化値（６２、７６又は６０、７４）が、それぞれ他方のフローセンサ（４８又は４４）の変化値（６０、７４又は６２、７６、６０、７４）とは反対の変化方向を有している場合に、前記フローセンサアセンブリ（４４、４８）のエラーを推測するように、前記制御装置（１８）が構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の人工呼吸器。
【請求項３】
−  前記近位フローセンサ（４４）の測定信号（５４、５８、６８、７２）の、相前後して発生する、好ましくは直接連続する変化値（６２、７６）の合計値の、第１の基準値に対する比が、所定の基準閾値を上回る場合、及び、
−  前記遠位フローセンサ（４８）の測定信号（５２、５６、６６、７０）の、相前後して発生する、好ましくは直接連続する変化値（６０、７４）の合計値の、第２の基準値に対する比が、所定の基準閾値を下回る場合に、
前記フローセンサアセンブリ（４４、４８）のエラーを推測するように、前記制御装置（１８）が構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の人工呼吸器。
【請求項４】
前記第１の基準値及び／又は前記第２の基準値が、前記近位フローセンサ（４４）の測定信号値であり、特に、前記変化値（６２、７６、６０、７４）の合計の開始時又は開始直前における、前記近位フローセンサ（４４）の測定信号値であることを特徴とする、請求項３に記載の人工呼吸器。
【請求項５】
前記近位フローセンサ（４４）の測定信号値及び／又は変化値が、所定の信号閾値（６４）を上回る場合に、変化値（６２、７６、６０、７４）の合計を開始するように、前記制御装置（１８）が構成されていることを特徴とする、請求項３又は４に記載の人工呼吸器。
【請求項６】
前記制御装置（１８）が、前記近位フローセンサ（４４）及び前記遠位フローセンサ（４８）の測定信号を呼吸毎に処理するように構成されており、好ましくは、前記近位フローセンサ（４４）の測定信号値が、閾値呼吸における所定の信号閾値（６４）を上回る場合に、第１及び／又は第２の基準値が、前記閾値呼吸の直前の呼吸に割り当てられる、前記近位フローセンサ（４８）の測定信号値であることを特徴とする、請求項５に記載の人工呼吸器。
【請求項７】
−  前記近位フローセンサ（４４）の測定信号の、相前後して発生する、好ましくは直接連続する変化値の合計値の、第３の基準値に対する比が、所定の基準閾値を上回る場合、及び、
−  前記遠位フローセンサ（４８）の測定信号の、相前後して発生する、好ましくは直接連続する変化値の合計値の、第４の基準値に対する比が、所定の基準閾値を下回る場合に、前記フローセンサアセンブリ（４４、４８）のエラーを推測するように、又は、
−  前記近位フローセンサ（４４）の測定信号の、相前後して発生する、好ましくは直接連続する変化値の合計値の、第５の基準値に対する比が、所定の基準閾値を下回る場合、及び、
−  前記遠位フローセンサ（４８）の測定信号の、相前後して発生する、好ましくは直接連続する変化値の合計値の、第６の基準値に対する比が、所定の基準閾値を上回る場合に、前記フローセンサアセンブリ（４４、４８）のエラーを推測するように、
前記制御装置（１８）が構成されていること、を特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の人工呼吸器。
【請求項８】
付加的に、
−  前記近位フローセンサ（４４）の測定信号の、相前後して発生する、好ましくは直接連続する変化値の合計値が、所定の第１の合計閾値を上回る場合、及び／又は、
−  前記遠位フローセンサ（４８）の測定信号の、相前後して発生する、好ましくは直接連続する変化値の合計値が、所定の第２の合計閾値を上回る場合にのみ、前記フローセンサアセンブリ（４４、４８）のエラーを推測するように、前記制御装置（１８）が構成されていることを特徴とする、請求項７に記載の人工呼吸器。
【請求項９】
前記第３の基準値及び／又は前記第５の基準値が、前記近位フローセンサ（４４）の測定信号値であり、特に、前記変化値の合計の開始時又は開始直前における、前記近位フローセンサ（４４）の測定信号値であることを特徴とする、請求項７又は８に記載の人工呼吸器。
【請求項１０】
前記第４の基準値及び／又は前記第６の基準値が、前記遠位フローセンサ（４８）の測定信号値であり、特に、前記変化値の合計の開始時又は開始直前における、前記遠位フローセンサ（４８）の測定信号値であることを特徴とする、請求項７から９のいずれか一項に記載の人工呼吸器。
【請求項１１】
前記近位フローセンサ（４４）及び／又は前記遠位フローセンサ（４８）の測定信号の変化値の値が、所定の閾値（７８）を上回る場合に、合計値を形成するための、変化値の合計が開始することを特徴とする、請求項７から１０のいずれか一項に記載の人工呼吸器。
【請求項１２】
前記制御装置（１８）が、前記フローセンサアセンブリ（４４、４８）の測定信号を、フィルタリングによって、特に移動平均の形成によって、好ましくは移動加重平均の形成によって、又は、１よりも高次のデジタルフィルタ、好ましくは２よりも高次のデジタルフィルタ、特に好ましくは４次のデジタルフィルタを用いて、平滑化するように構成されており、前記制御装置（１８）は、好ましくはさらに、平滑化された測定信号に基づいて変化値を検出するように構成されていることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の人工呼吸器。
【請求項１３】
前記近位フローセンサ（４４）及び前記遠位フローセンサ（４８）が、それぞれ呼吸毎に、前記呼吸に割り当てられたガスフローを表す１つの、好ましくはまさに１つの測定値を供給することを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の人工呼吸器。
【請求項１４】
前記近位フローセンサ（４４）が、圧力差センサであることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の人工呼吸器。
【請求項１５】
前記制御装置（１８）が、エラーを推測した場合に、アラームを発するように構成されており、好ましくは、前記近位フローセンサ（４４）の測定信号の処理は継続されることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の人工呼吸器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工呼吸を行うための人工呼吸器に関するものであり、当該人工呼吸器は、
−  人工呼吸ガス源、
−  人工呼吸ガス源と、患者側の近位端との間に延在する人工呼吸導管アセンブリ、
−  吸気弁及び呼気弁を含む弁アセンブリ、
−  人工呼吸導管アセンブリ内のガスフローの定量的検出のためのフローセンサアセンブリであって、人工呼吸導管アセンブリの患者側端部から遠く離れて配置された遠位フローセンサと、人工呼吸導管アセンブリの患者側端部の近くに位置する近位フローセンサとを有するフローセンサアセンブリ、及び、
−  少なくともフローセンサアセンブリの測定信号を処理するための制御装置であって、遠位及び／又は近位センサの測定信号に基づいて、エラーを推測するように構成された制御装置、
を有している。
【背景技術】
【０００２】
この種の人工呼吸器としては、例えばＭａｑｕｅｔ社の「ＳＥＲＶＯ−Ｕ」という市販されている製品が知られている。この知られている人工呼吸器は、人工呼吸器内部に存在する内部センサを遠位フローセンサとして用いている。人工呼吸器には、人工呼吸導管アセンブリの遠位端が接続されている。さらに、この知られている人工呼吸器は、Ｙピースにおける熱線風速計の形で、近位フローセンサを用いており、当該近位フローセンサ内では、患者に向かう方向において、吸気ホースと呼気ホースとが、患者に向かって延在する共通の人工呼吸導管に統合される。この知られている人工呼吸器の使用説明書によると、内部の圧力センサ及びフローセンサの出力は、Ｙピース内の近位センサの測定結果と比較され、比較に用いられた値の間に重要な差異が認められる場合には、当該近位センサは停止させられる。
【０００３】
知られている人工呼吸装置と、そこで明らかになるエラーの検出とに関する欠点は、２つの異なるセンサの測定値の比較に基づくエラーの検出は、実際にセンサアセンブリにおいて生じているエラーの一部しか検出できないことにある。加えて、２つのセンサの間には、人工呼吸導管アセンブリが、弾性ホースの形で存在しており、当該弾性ホースは、呼吸の度に、弾性ホースを通過する呼吸ガスによって、その弾性に反して引き伸ばされる。このホースの弾性に基づいて、呼吸ガスフローの異なる位置に配置された２つのフローセンサは、両方の検出位置において、有効な呼吸ガスフローが同じ場合でも、異なる測定値を供給する。つまり、ホースを引き伸ばす呼吸ガスは、遠位フローセンサを通過するが、近位フローセンサを通過しないので、遠位フローセンサの測定値は一般的に、近位フローセンサの測定値よりも高い。
【０００４】
人工呼吸器は、自発呼吸が不可能な患者、又は、自発呼吸を十分には行えない患者にとっては、生命を維持するための重要な機器である。従って、その正確な機能は、決定的に重要である。人工呼吸器の正確な機能はやはり、患者に供給される呼吸ガス量の可能な限り正確な検出に依存する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１００４０２８７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、冒頭に挙げた種類の人工呼吸器を、フローセンサアセンブリの機能にエラーが生じた場合に、エラーを早期に、確実に認識できるように、さらに発展させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によると、本課題は、同属の人工呼吸器によって解決される。当該人工呼吸器では、制御装置が、近位フローセンサ及び遠位フローセンサの内の一方のフローセンサの測定信号の変化値の、近位フローセンサ及び遠位フローセンサの内のそれぞれ他方のフローセンサの測定信号の変化値との比較に基づいて、フローセンサアセンブリのエラーを推測するように構成されている。測定信号自体ではなく、測定信号の変化値を用いることによって、フローセンサアセンブリのエラーを、従来よりも早期に、及び／又は、確実に検出することができる。従って、例えば、近位フローセンサの測定値と、遠位フローセンサの測定値とが、わずかにではあるが、異なる方向に変化している場合、例えば、一方のフローセンサが流量の増大を示し、それぞれ他方のフローセンサが流量の減少を示すような場合には、エラーを検出することがすでに可能である。従って、２つのフローセンサの測定値を互いに比較した結果、何ら重要な差異が示されなかったとしても、エラーを推測することはすでに可能である。
【０００８】
代替的又は付加的に、近位フローセンサ及び遠位フローセンサの内の一方のフローセンサの測定信号の変化値を、同一のフローセンサの測定信号と、すなわち再び、この一方のフローセンサの測定信号と比較することができるので、例えば優勢な動作条件に基づく変化前の最新の測定信号に関するその変化値が、異常に大きい又は以上に小さい場合には、１つかつ同一のフローセンサ、すなわち近位フローセンサ又は遠位フローセンサの信号のみに基づき、それぞれ他方のフローセンサの信号を考慮せずに、この一方のフローセンサのエラーを推測することができる。
【０００９】
その際、異なるセンサの変化値を互いに比較する場合は、同時の変化値又はほぼ同時の変化値、すなわち同じ時点又は同じ呼吸において検出される変化値が重要である。
【００１０】
測定信号の変化値を、測定信号と比較する場合、変化値の、時間的に早く検出された測定信号との比較、好ましくは変化値の時間的に直前に検出された測定信号との比較が重要である。
【００１１】
従って、本発明によって提案される解決は、エラーを、先行技術に係る人工呼吸器に関して知られているよりも大きな規模で検出することを可能とし、それに加えて、一方のフローセンサのエラーを、他方のフローセンサの信号とは無関係に検出することを可能にする。
【００１２】
上述した、フローセンサアセンブリのエラーを検出するための可能性が、代替的にだけではなく、重複的に用いられる場合、特に確実なエラー認識が得られる。
【００１３】
すでに示唆したように、迅速かつ効果的なエラー検出は、遠位フローセンサ及び近位フローセンサの内の一方のフローセンサの測定信号の変化値が、それぞれ他方のフローセンサの変化値とは反対の変化方向を有している場合に、フローセンサアセンブリのエラーを推測するように制御装置が構成されている場合に可能である。その際、エラーを推測するためには、数値を互いに比較する必要はなく、各変化値の符号を比較すれば十分であり得る。
【００１４】
これまでの経験によると、フローセンサアセンブリ、特に近位フローセンサでは、主に２つの異なる種類のエラーが生じる。これらのエラーの種類は、主に、発達し、人工呼吸器に作用する期間を通じて異なっている。
【００１５】
以下において「スプリングエラー」と表記されるエラーは、突然出現し、数秒の内に、測定結果に重大なエラーをもたらす。
【００１６】
以下において「ドリフトエラー」と表記される他方のエラーは、徐々に出現し、数分間を超えて、３０分又は４５分までの間に、測定結果に重大なエラーをもたらす。
【００１７】
これまでの認識によると、これら２つのエラーは、まず間違いなく、近位フローセンサにおける凝縮液の沈殿と関連している。近位フローセンサが、患者の非常に近くに設けられていることによって、近位フローセンサは、呼吸気中の湿気の影響をより強く受ける可能性がある。スプリングエラーが、特に圧力差原理で機能するフローセンサにおいて、非常に良く理解される一方で、ドリフトエラーに関しては、ドリフトエラーを検出した後で、凝縮液で曇ったフローセンサを乾燥したフローセンサと交換した場合に、ドリフトエラーが消失することを、これまでは現象論的にのみ確認可能であった。
【００１８】
少なくとも１つの近位フローセンサが、好ましくは、例えば特許文献１から知られているような、圧力差原理で機能するフローセンサであるとは言っても、本発明は、圧力差原理で機能する少なくとも１つのフローセンサを備えたフローセンサアセンブリを有する人工呼吸器に限定されるべきではない。ここで提案されている、改善された人工呼吸器は、フローセンサにおけるエラー検出の精度が向上しており、基本的に、フローセンサがガスフローの測定のために、いずれの物理的動作原理を利用するかとは関係なく、あらゆる任意のフローセンサを用いることができる。
【００１９】
完全性のために言及すべきことには、現在の理論によると、スプリングエラーは、特許文献１に記載の圧力差原理で動作する近位フローセンサにおいて、センサ内で流れの方向において連続して配置された２つの圧力測定チャンバを分離する可動性のフラップが、センサ内に蓄積した凝縮液に浸漬しており、それによって、その動きのために、乾燥しているセンサにおいてよりも大きな抵抗を克服しなければならない場合に発生する。
【００２０】
スプリングエラーは、有利には、制御装置が、以下の場合において、フローセンサアセンブリのエラーを推測するように構成されている場合、迅速かつ確実に検出され得る。
−  近位フローセンサの測定信号の、相前後して発生する変化値の合計値の、第１の基準値に対する比が、所定の基準閾値を上回る場合、及び、
−  遠位フローセンサの測定信号の、相前後して発生する変化値の合計値の、第２の基準値に対する比が、所定の基準閾値を下回る場合。
【００２１】
その際、つまり、近位フローセンサ及び遠位フローセンサの測定信号の、相前後して発生する変化値が合計され、それによって、各フローセンサの測定信号の、合計の期間にわたって生じた変化の全体が定量化される。この測定信号の変化の合計値は、フローセンサアセンブリが正確に機能しているか否かを評価するために、基準値と照合され得る。この評価は、所定の基準閾値を用いて行われ得る。
【００２２】
好ましくは、合計値を形成するために、直接連続して発生する測定信号の変化値が合計され、それによって、可能な限り短い期間にわたる合計値を形成することが可能であり、フローセンサアセンブリ内の対応するエラーを迅速に検出することが可能である。さらに、フローセンサアセンブリの動作の正確性の評価に関して、考慮されない測定信号の変化値は存在しないことが保証され得る。
【００２３】
本発明の好ましいさらなる発展形態によると、第１及び／又は第２の基準値は、近位フローセンサの測定信号値である。それによって、近位フローセンサの変化値と、遠位フローセンサの変化値とをそれぞれ、近位フローセンサ及び遠位フローセンサの内、エラーを生じやすいフローセンサである近位フローセンサの変化の合計と照合することが可能である。これは、フローセンサアセンブリの正確な動作の評価に関して、しばしば有用である。なぜなら、測定信号の変化の絶対値は一般的に、変化を通じて変更される測定値との関連においてのみ、その妥当性に関して有効に評価され得るからである。それに対応して、エラー検出、特にスプリングエラーの検出の精度は、第１及び／又は第２の基準値が、変化値の合計の開始時又は開始直前における、近位フローセンサの測定信号値であることによって向上し得る。これらの変化は、その妥当性又は正確性の評価のための照合対象である測定信号と直接関連している。
【００２４】
しかしながら、人工呼吸器は、その動作の時間全体にわたって、持続的にエラー検出を行う必要はない。この必要性が、人工呼吸器の動作から明らかになった場合に、より正確なエラー検出のために、人工呼吸器の制御装置の計算能力を供給すれば十分である。
【００２５】
従って、好ましくは、人工呼吸器の制御装置は、フローセンサアセンブリの動作を、第１の、より少ない計算能力を必要とする試験プロセスに従って、エラーに関して持続的に監視するように構成されており、さらに、第１の試験プロセスが、フローセンサアセンブリのエラーが疑われる状態を示している場合には、フローセンサアセンブリの動作を、第２の、より多い計算能力を必要とする試験プロセスに従って、エラーに関して持続的に監視するように構成されている。
【００２６】
これは、上述の集中的な試験プロセスの好ましい場合に関して、制御装置が、近位フローセンサの測定信号値及び／又は変化値が所定の信号閾値を上回る場合に、変化値の合計を開始するように構成されているということを意味し得る。近位フローセンサの測定信号値及び／又は変化値が、所定の信号閾値を上回っているかの試験は、好ましくは持続的に実施され、抽象的に上述した、より少ない計算能力を必要とする第１の試験プロセスに対応している。近位フローセンサの変化値及び／又は測定信号値が、所定の信号閾値を上回る場合、エラーが疑われる状態が検出されているので、好ましくは、上述の変化値の合計と、その基準値との比較とが開始される。
【００２７】
並行して、第１の試験プロセスが継続され、第２の試験プロセスを再び終了させることが考えられ得るが、それは、第１の試験プロセスが、所定の呼吸周期数にわたって、エラーが疑われる状態をもはや示さなかった場合、すなわち、例えば近位フローセンサの測定信号値及び／又は変化値が、所定の数の連続的に評価される測定信号にわたって、所定の信号閾値をもはや上回らない場合である。
【００２８】
しかしながら、同様に、エラーが疑われる状態が一度検出された場合に、第２の、より多くの計算能力を必要とする試験プロセスを、人工呼吸器の動作の終了まで継続することも考えられる。
【００２９】
人工呼吸器の好ましい態様では、遠位フローセンサは、呼吸している間の呼吸ガスフローの可能な限り正確な制御に用いられる。これは、呼吸ガスフローが、呼吸している間に、遠位フローセンサによって供給された測定信号に基づいて変更されることを意味している。
【００３０】
それに対して、近位フローセンサは、例えば知られている換気モードＡＳＶ、Ｉｎｔｅｌｌｉｖｅｎｔ−ＡＳＶ及びＡＰＶで用いられるように、分時換気量の制御に用いられ得る。その際、好ましくは、分時換気量は、呼吸毎に調整又は制御される。すなわち、近位フローセンサの測定信号に基づいて、呼吸をしている間に、呼吸ガスフローの変更が行われることはない。これは、患者に実際に与えられる呼吸ガス量が、患者の近くに配置された近位フローセンサを用いて、遠位フローセンサを用いるよりも正確に決定され得るという利点を有する。特になぜなら、例えば人工呼吸ホースにおけるホース導管の弾性等の、測定信号の精度にネガティブな影響を与える効果は、近位フローセンサの測定信号に影響を与えないか、与えるとしても非常にわずかな規模に過ぎないからである。
【００３１】
遠位フローセンサ及び近位フローセンサの配置ゆえに、遠位フローセンサは、好ましくは専ら吸気ガスが貫流する一方で、近位フローセンサは、吸気ガスも呼気ガスも貫流する。ここからも、遠位フローセンサに比べて、近位フローセンサの方がエラーを生じやすいことが明らかである。
【００３２】
人工呼吸器が、上述したように、呼吸ガスフローを呼吸している間にも変化させるとしても、基本的に、不連続な呼吸で患者に人工呼吸を施すので、好ましくは、制御装置が、近位フローセンサ及び遠位フローセンサの測定信号を呼吸毎に処理するように構成されていることも考えられる。これは、人工呼吸器の動作を決定する大部分の人工呼吸パラメータが、呼吸毎に、すなわち実施されるべき呼吸それぞれに関して存在するという利点を有する。
【００３３】
この場合、エラー検出の精度をさらに高めるための、好ましいさらなる発展形態によると、近位フローセンサの測定信号値が、閾値呼吸における所定の信号閾値を上回る場合に、第１及び／又は第２の基準値が、閾値呼吸の直前の呼吸に割り当てられている、近位フローセンサの測定信号値であることが考えられる。これもまた、フローセンサアセンブリのエラー検出に用いられるべき測定信号及び／又は変化値と、信号又は値の照合対象である基準値との間に、可能な限り直接的な時間的関連を形成するために用いられる。
【００３４】
実験が示すところによると、ドリフトエラーは、制御装置が、以下の場合：
−  近位フローセンサの測定信号の、相前後して発生する、好ましくは直接連続する変化値の合計値の、第３の基準値に対する比が、所定の基準閾値を上回る場合、及び、
−  遠位フローセンサの測定信号の、相前後して発生する、好ましくは直接連続する変化値の合計値の、第４の基準値に対する比が、所定の基準閾値を下回る場合、
において、フローセンサアセンブリのエラーを推測するように、
又は、以下の場合：
−  近位フローセンサの測定信号の、相前後して発生する、好ましくは直接連続する変化値の合計値の、第５の基準値に対する比が、所定の基準閾値を下回る場合、及び、
−  遠位フローセンサの測定信号の、相前後して発生する、好ましくは直接連続する変化値の合計値の、第６の基準値に対する比が、所定の基準閾値を上回る場合、
において、フローセンサアセンブリのエラーを推測するように構成されていることによって、良好に検出され得る。
【００３５】
ここで明確にすべきことに、本出願において、基準閾値の区別のために序数を用いることは、出願書類において基準閾値を挙げる順序を表しているのであって、人工呼吸器における基準閾値の最小数の記載として理解されるべきではない。
【００３６】
直接連続する変化値を使用する利点に関しては、スプリングエラーの検出に関する上述の記載が参照され、当該記載はここでも有効である。挙げられた基準閾値は、実験によって、医療的境界条件を考慮して、特筆すべき費用をかけずに算定されている。
【００３７】
基本的に、ドリフトエラーは、上述の条件で、すでに確実に検出可能である。ドリフトエラー検出のより高い精度は、制御装置が、以下の付加的な場合にのみ、フローセンサアセンブリのエラーを推測するように構成されていることによって得られる。
−  近位フローセンサの測定信号の、相前後して発生する、好ましくは直接連続する変化値の合計値が、所定の第１の合計閾値を上回る場合、及び／又は、
−  遠位フローセンサの測定信号の、相前後して発生する、好ましくは直接連続する変化値の合計値が、所定の第２の合計閾値を上回る場合。
【００３８】
ここでもまた、上記の条件の重複的な適用が、精度を高める。両方のセンサに関して、合計は、好ましくは共通の開始時点から、それぞれ最新の呼吸まで行われる。
【００３９】
基本的に、適切と思われる任意の基準値を、２つのフローセンサの内の１つ、又は、２つのフローセンサの測定信号の変化値の妥当性又は正確性の評価に用いることが可能である。すでに示したように、測定信号の変化又は測定信号自体を評価するために特に有意義な基準値は、近位フローセンサの測定信号値である。従って、本発明の有利なさらなる発展形態では、第３及び／又は第５の基準値が、近位フローセンサの測定信号値であることが規定されている。基準値と評価されるべき変数との間に、可能な限り直接的な時間的関連を形成するために、第３及び／又は第５の基準値は、好ましくは変化値の合計の開始時又は開始直前の近位フローセンサの測定信号値である。
【００４０】
同じ動機で、本発明の好ましいさらなる発展形態では、第４及び／又は第６の基準値が、遠位フローセンサの測定信号値であり、特に変化値の合計開始時又は開始直前の遠位フローセンサの測定信号値であることが規定されている。
【００４１】
ここでも、近位及び／又は遠位フローセンサの測定信号の変化値の値が、所定の閾値の値を上回る場合に、合計値を形成するための変化値の合計が開始することが規定され得る。
【００４２】
この場合もやはり、近位フローセンサ及び／又は遠位フローセンサの測定信号の変化値の値の、所定の閾値の値との比較は、第１の、上述の意味での、より少ない計算能力を必要とする試験プロセスであり、当該試験プロセスから出発して、上述の第２の、より多くの計算能力を必要とする試験プロセスがもたらされ得る。ドリフトエラーを検出するための、より多くの計算能力を必要とする試験プロセスの実施期間に関しては、スプリングエラーの検出に関する上述の記載が参照され、当該記載は、ここでも、ドリフトエラーの検出に関連して有効である。
【００４３】
第２の、より多くの計算能力を必要とする試験プロセスを開始すべきかを決定するための第１の試験プロセスは、代替的又は付加的に、それぞれ同一の呼吸に関する、近位及び遠位フローセンサの変化値の変化方向、すなわち例えば符号の比較に関するものであり得る。符号が異なる場合、すなわち、近位フローセンサ及び遠位フローセンサの測定信号が、同一の呼吸に関して、異なる方向に変化する場合、第２の試験プロセスを開始するのに十分なエラーの疑いが存在している。
【００４４】
エラーの検出に用いられる変数の考察に、阻害要因を可能な限り含めないように、制御装置は、フローセンサの測定信号をフィルタリングによって平滑化するように構成され得る。このような阻害要因は、例えば人工呼吸器を用いて人工呼吸を施されている患者の自発呼吸であり得る。
【００４５】
効果的なフィルタリングの種類として考えられるのは、移動平均の形成である。スプリングエラーは速く、すなわち数秒以内に生じるので、いくつかの変化値及び／又は測定信号値に関して、例えば２５を超えない、好ましくは２０を超えない、例えば１６を超える値に関して、移動平均を形成すれば十分である。好ましくは、例えば異なる時点に行われる呼吸を様々に加重するために、移動加重平均が形成され得る。例えば、移動平均の考慮の際に、最新の測定に対する直近の値を、時間的にさらに遡る値よりも多くは考慮しないことが有意義であり得る。同様に、フィルタリングのために観察されるべき時間枠の終了時のフィルタリングされるべき値を、例えばやはりフィルタリングのために観察されるべき時間枠の中央に位置する値よりも少なく加重することも、エラー検出の精度にポジティブに作用し得る。
【００４６】
ドリフトエラーの決定に関しても、両方のフローセンサの測定信号値が、それぞれ移動平均、特に加重移動平均によって平滑化され得る。
【００４７】
付加的又は代替的に、平滑化されるべき測定信号値が、１よりも高い次数を有するデジタルフィルタによってもフィルタリング可能であり、２よりも高い次数でのフィルタリングによって、特に好ましくは４次のデジタルフィルタを用いて、エラー検出の際に精度を損失することなく、より優れた平滑化効果を得ることができる。このようなデジタルフィルタは、好ましくはドリフトエラーの検出の際に用いられる。
【００４８】
ドリフトエラーは、数分間という比較的長い時間にわたって、徐々に表れるので、必要に応じて加重された移動平均又はデジタルフィルタによる測定信号の平滑化の際に、好ましくはスプリングエラーの検出のための平滑化の際よりも多数の測定信号が用いられる。好ましくは、ドリフトエラー検出のための平滑化に関して、少なくとも最新の５０の測定値、特に好ましくは少なくとも最新の７５の測定値、最も好ましくは少なくとも最新の１００の測定値が用いられる。
【００４９】
制御装置は、好ましくは、変化値を平滑化された測定信号に基づいて検出するように構成されている。
【００５０】
ここで明確にすべきことに、一次デジタルフィルタとしては、以下の構造に従う、フィルタ係数ａを用いた再帰フィルタ規則が理解される。
【００５１】
【数１】
2018533999.tif 000003
【００５２】
ここで、ｙ（ｎ）は、ｎ番目の呼吸に関するフィルタ出力であり、ｙ（ｎ−１）は、直近の（ｎ−１）番目の呼吸に関するフィルタ出力であり、ｘ（ｎ）は、ｎ番目の呼吸に関する最新の入力信号であり、ａは、フィルタに関して決定されたフィルタ係数である。
【００５３】
その際、ｍ次フィルタは、ｎ番目の呼吸に関する、次に高い（ｉ＋１）次のフィルタの入力信号として、ｎ番目の呼吸に関するｉ次のフィルタ出力を有する上述のフィルタ構造のｍ倍の適用であり、このとき、１≦ｉ≦ｍが有効である。
【００５４】
好ましくは、近位フローセンサ及び遠位フローセンサは、連続的ではなく時間的に離散して機能するので、近位フローセンサ及び遠位フローセンサは、それぞれ呼吸毎に、当該呼吸に割り当てられたガスフローを表す１つの、好ましくはまさに１つの測定値を供給する。
【００５５】
エラーを検出するためだけではなく、エラー検出の場合に、そこから措置を導出可能にするために、制御装置は好ましくは、エラーを推測した場合にアラームを発するように構成されている。しかしながら、先行技術とは異なり、センサをオフにする必要はない。従って、制御装置は好ましくは、近位フローセンサの測定信号の処理を継続し、特に引き続き、センサのエラーの存在を調査するように構成されている。
【００５６】
以下に、任意の図面を用いて、本発明を詳細に説明する。示されているのは以下の図である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る人工呼吸器の本発明に係る実施形態を示した図である。
【図２】遠位フローセンサ及び近位フローセンサの、未処理の測定信号と平滑化された測定信号とを示す図である。
【図３】遠位フローセンサ及び近位フローセンサの測定信号の変化値を示す図である。
【図４】遠位フローセンサ及び近位フローセンサの、未処理の測定信号と平滑化された測定信号とを示す、さらなる図である。
【図５】遠位フローセンサ及び近位フローセンサの測定信号の変化値を示す、さらなる図である。
【図６】スプリングエラーのエラー検出に関する極めて概略的な図である。
【図７】ドリフトエラーのエラー検出に関する極めて概略的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
図１では、本発明に係る人工呼吸器の実施形態を、全体として、参照符号１０で表している。図示された例では、人工呼吸器１０は、患者１２の人工呼吸に用いられる。
【００５９】
単に完全性のために指摘しておくべきことに、本発明に係る人工呼吸器１０は、可動式の人工呼吸器１０として、回転可能な台１３に受容されていても良い。
【００６０】
人工呼吸器１０は、ハウジング１４を有しており、ハウジング１４内には、ハウジング材料が不透明なので、外側からは視認できないが、圧力変更装置１６及び制御装置１８が受容されていて良い。
【００６１】
圧力変更装置１６は、知られているように構成されており、ポンプ、圧縮機、送風機、蓄圧器、減圧弁等を有し得る。さらに、人工呼吸器１０は、知られているように、吸気弁２０と呼気弁２２とを有している。
【００６２】
制御装置１８は一般的に、コンピュータ又はマイクロプロセッサとして現実化されている。制御装置１８は、人工呼吸器１０の動作に必要なデータを保存し、必要な場合には呼び出すことができるように、図１には示されていない保存装置を含んでいる。保存装置は、ネットワークが運用されている際に、ハウジング１４の外側に位置し、データ伝達接続部によって、制御装置１８と接続されていても良い。データ伝達接続部は、ケーブル路又は伝送路によって形成されていて良い。しかしながら、データ伝達接続部の障害が、人工呼吸器１０の動作に影響することを防止するために、保存装置は好ましくは、制御装置１８に統合されているか、又は、少なくとも制御装置１８と同じハウジング１４内に受容されている。
【００６３】
データを人工呼吸器１０に、又は、より正確には制御装置１８に入力するために、人工呼吸器１０は、データ入力部２４を有しており、データ入力部２４は、図１に示された例では、キーボードによって表されている。制御装置１８は、図示されたキーボードの代わりに、又は、キーボードに加えて、ネットワーク回線、伝送路、又は、センサ接続部２６等の、様々なデータ入力部を通じて、データを取得し得る。これらの様々なデータ入力部については、以下でさらに詳細に取り上げる。
【００６４】
治療する臨床医にデータを出力するために、人工呼吸器１０は、出力機器２８を有し得る。図示された例では、出力機器２８はスクリーンである。
【００６５】
人工呼吸のために、患者１２は、人工呼吸器１０と、より正確にはハウジング１４内の圧力変更装置１６と、人工呼吸導管アセンブリ３０を通じて接続されている。このために、患者１２は挿管されている。
【００６６】
人工呼吸導管アセンブリ３０は、吸気ホース３２を有しており、吸気ホース３２を通じて、新鮮な呼吸ガスが、圧力変更装置１６から患者１２の肺に誘導され得る。吸気ホース３２は、中断可能であり、第１の吸気部分ホース３４と第２の吸気部分ホース３６とを有することが可能であり、これらの間には、意図的に湿気を加えるため、及び、必要に応じて、患者１２に供給される新鮮な呼吸ガスの温度調節を行うための調整装置３８を設けることが可能である。調整装置３８は、外部の液体容器４０と接続可能であり、液体容器４０によって、湿気を与えるための水、又は、例えば炎症を抑制するため、若しくは、気道を拡張するための薬剤が、呼吸ガスに供給可能である。本発明に係る人工呼吸器１０を、麻酔人工呼吸器として用いる場合、揮発性の麻酔剤が、人工呼吸器１０によって管理されて、患者１２に与えられ得る。調整装置３８は、新鮮な呼吸ガスが、患者１２に、所定の湿度で、場合によっては薬剤のエアロゾルが添加され、所定の温度で供給されるように調整を行う。
【００６７】
人工呼吸導管アセンブリ３０は、すでに言及した吸気弁２０の他に、呼気弁２２と、さらに呼気ホース４２とを有しており、呼気ホースを通じて、代謝された呼吸ガスが、患者１２の肺から大気中に吐出される。
【００６８】
吸気ホース３２は、吸気弁２０と連結されており、呼気ホース４２は、呼気弁２２と連結されている。２つの弁の内、ガスフローを通過させるために同時に開口するのは、それぞれ１つのみである。弁２０及び２２の作動制御は、やはり制御装置１８によって行われる。
【００６９】
人工呼吸周期の間、まず吸気段階が続く間は、呼気弁２２が閉口し、吸気弁２０が開口するので、新鮮な呼吸ガスが、ハウジング１４から患者１２に誘導され得る。新鮮な呼吸ガスの流れは、圧力変更装置１６によって、呼吸ガスの圧力を意図的に上昇させることで生じる。圧力の上昇によって、新鮮な呼吸ガスは、患者１２の肺に流入し、肺において、肺に近い身体部分、すなわち特に胸郭を、肺に近い身体部分の個々の弾性に反して膨張させる。それによって、患者１２の肺の内部におけるガス圧も上昇する。
【００７０】
吸気段階の終わりに、吸気弁２０は閉口し、呼気弁２２が開口する。呼気段階が開始する。吸気段階の最後までに上昇した、患者１２の肺内の呼吸ガスのガス圧ゆえに、当該呼吸ガスは、呼気弁２２の開口後、大気中に流れ、流れ続けると、患者１２の肺内のガス圧は低下する。肺１２内のガス圧が、人工呼吸器１０において調整された呼気終末陽圧、すなわち大気圧よりもわずかに高い圧力に達すると、呼気弁２２の閉口によって呼気段階は終了し、さらなる人工呼吸周期が引き続き行われる。
【００７１】
吸気段階の間、患者１２には、いわゆる人工呼吸の一回換気量、すなわち１呼吸当たりの呼吸ガス体積が供給される。人工呼吸の一回換気量を、１分当たりの人工呼吸周期数と、すなわち人工呼吸の頻度と乗じると、ここで行われる人工呼吸の分時換気量になる。
【００７２】
好ましくは、人工呼吸器１０、特に制御装置１８は、人工呼吸器１０の人工呼吸動作を特徴付ける人工呼吸動作パラメータを、人工呼吸動作の間、繰り返しアップデートする、又は、検出するように構成されており、それによって、人工呼吸動作が、いずれの時点においても可能な限り最適に、それぞれ人工呼吸が施されるべき患者１２に合わせられていることが保証される。特に有利には、１つ又は複数の人工呼吸動作パラメータの決定は、人工呼吸頻度を用いて行われるので、各人工呼吸周期に関して、最新の、従って患者１２に最適に合わせられた人工呼吸動作パラメータが供給され得る。
【００７３】
このために、人工呼吸器１０は、１つ又は複数のセンサと、データを伝達できるように接続されており、これらのセンサは、患者の状態及び／又は人工呼吸器の動作を監視している。
【００７４】
これらのセンサの内の１つは、近位フローセンサ４４であり、近位フローセンサ４４は、Ｙピース４５内で、人工呼吸導管アセンブリ３０内で支配的な呼吸ガスフローを検出する。フローセンサ４４は、センサの導管アセンブリ４６を用いて、制御装置１８のデータ入力部２６と連結され得る。センサの導管アセンブリ４６は、電気信号伝送線を含んでいて良いが、必ずしも含む必要はない。センサの導管アセンブリ４６は、同じくホース線を有することが可能であり、これらのホース線は、流れ方向においてフローセンサ４４の両側で支配的なガス圧を、データ入力部２６に伝達し、データ入力部２６において、当該ガス圧は、図１に示されていない圧力センサによって定量化される。フローセンサ４４は、ここでは、圧力差フローセンサ４４として表されている。フローセンサ４４は、好ましくは圧力差原理で機能するフローセンサではあるが、他の物理的動作原理に従って機能するフローセンサであっても良い。
【００７５】
ハウジング１４内には、さらなるフローセンサ４８が設けられており、フローセンサ４８は、近位フローセンサ４４と比較して、さらに患者１２から離れているので、遠位フローセンサ４８と表記されている。
【００７６】
遠位フローセンサ４８及びその測定信号は、例えば吸気段階の間に、人工呼吸導管アセンブリ３０を通る呼吸ガスフロー、遠位フローセンサ４８の場合、より正確には吸気ホース３２を通る呼吸ガスフローの制御に用いられ得るが、近位フローセンサ４４及びその測定信号は、患者１２に供給される分時換気量の制御に用いられ得る。従って、遠位フローセンサ４８は、好ましくは近位フローセンサ４４よりも速い応答挙動を有している。なぜなら、遠位フローセンサ４８の測定信号が、呼吸している間の呼吸ガスフローの変更にも用いられる一方で、近位フローセンサ４４の測定信号は、好ましくは呼吸毎にのみ考慮されるので、それに基づいて、呼吸している間のＹピース４５を通る呼吸ガスフローの変更が行われることはないからである。
【００７７】
Ｙピース４５内での取り付け位置ゆえに、近位フローセンサ４４は、遠位フローセンサ４８とは異なり、基本的に、呼気ホース４２を通る呼気ガスの流れを検出することも可能である。
【００７８】
フローセンサ４４及び４８が正確に機能することは、人工呼吸器１０の正確な動作にとって、従って、患者１２の健康にとって重要である。
【００７９】
動作中に明らかになったことに、近位フローセンサ４８はまさに、患者１２に近いので、近位フローセンサ４８については、遠位フローセンサ４８よりもエラーを生じる危険が大きい。呼気ガスも通過する近位フローセンサ４４は、遠位フローセンサ４８よりも強く、例えば呼吸ガスに含まれる湿気の負荷を受けている。これは、遠位フローセンサ４８が、図１の例のように、吸気方向において調整装置３８の上流に配置されており、従って、実質的に乾燥した吸気ガスのみが遠位フローセンサ４８を通過する場合に、より一層当てはまる。
【００８０】
本発明に係る人工呼吸器１０の制御装置１８は、近位フローセンサ４４と遠位フローセンサ４８とから形成されたフローセンサアセンブリの動作を監視するように構成されており、それによって、フローセンサアセンブリのエラーを早期に検出することが可能である。
【００８１】
これまでの経験によると、近位フローセンサ４４では、２種類の、その発生速度が異なるエラーが生じる。すなわち、数秒の内に迅速に表れるスプリングエラーと、数分間の内に徐々に表れるドリフトエラーと、である。
【００８２】
まず、スプリングエラーの検出について記載すべきであろう。
【００８３】
図２では、近位フローセンサ４４の検出信号が、「ＶＴＰｒｏｘ」として参照符号５２で、遠位フローセンサ４８の検出信号が、「ＶＴＳｅｒｖ」として参照符号５４で示されている。その際、各センサ４４及び４８によって直接検出された形における、時間的に離散した信号が重要である。
【００８４】
基本的に、これらの信号は、本発明に係るエラー検出を実施するために用いられ得る。しかしながら、特に近位フローセンサ４４でのエラー検出の確実性を高めるためには、これらの信号を平滑化することが推奨される。
【００８５】
自発的に生じるスプリングエラーの検出に関して、いくつかのわずかな測定信号のみを考慮し、短期的に生じるセンサ信号の変化を抑制しない平滑化方法が有利である。そのためには、例えば最新の１６の測定値にわたる加重移動平均の形成による平滑化が有利であることがわかっている。その際、近位フローセンサ４４及び遠位フローセンサ４８の測定信号は、有利には、同じ測定方法及び同じフィルタ係数で平滑化される。しかしながら、これは必ずしもそうでなければならないわけではない。異なるセンサの測定信号に関しては、異なる平滑化方法又は異なるフィルタ係数を有する同じ平滑化方法が用いられ得る。この加重移動平均の場合、フィルタ係数は、各測定値の重み付け係数である。これは、フィルタリングされていない測定値につながるものであり、当該測定値は、遠位フローセンサ４８のｎ番目の呼吸に関して、以下のように表され得る。
【００８６】
【数２】
2018533999.tif 000004
【００８７】
ａｉ＝{１、２、３、４、５、６、７、８、８、７、６、５、４、３、２、１}
【００８８】
記載された例では、最も新しい測定値から中央の測定値へと直線的に増加し、中央の測定値から最も古い測定値へと直線的に減少しており、最新の１６の測定値の中央に位置する測定値が、最も強く加重される。対応して、スプリングエラーの検出のために平滑化された、近位センサの信号は、以下のように表され得る。
【００８９】
【数３】
2018533999.tif 000005
【００９０】
ここで、重み付け係数は同じである。
【００９１】
図２において、平滑化された加重平均ＶＴＳｅｒｆＦｉｌｔは、参照符号５６で、平滑化された加重平均ＶＴＰｒｏｘＦｉｌｔは、参照符号５８で示されている。図２のグラフのｘ座標は、時間を分で示しており、ｙ座標は、体積をミリリットルで示している。
【００９２】
本発明に係る人工呼吸器のエラー検出にとって重要な変化値は、特に有利には、最新の呼吸の値と、その直近の呼吸の値との差として用いられ、好ましくは、平滑化された値が、差の形成のために用いられる。従って、遠位フローセンサ４８の変化値ＶＴＳｅｒｆＤｉｆｆ及び近位フローセンサ４４の変化値ＶＴＰｒｏｘＤｉｆｆは、以下のように形成され得る。
【００９３】
【数４】
2018533999.tif 000006
【００９４】
これらの変化値は、図３において経時的に示されている。その際、遠位フローセンサ４８の変化値は、参照符号６０で示されており、近位フローセンサ４４の変化値は、参照符号６２で示されている。やはり、図３のグラフのｘ座標は、時間を分で示しており、ｙ座標は体積、この場合は変化量をミリリットルで示している。
【００９５】
図３では、参照符号６４で閾値が表されており、近位フローセンサ４４の変化値６２が当該閾値を超過すると、制御装置１８は、明細書の冒頭に記載したエラー検出プロセスを開始する。エラー検出プロセスの開始は、閾値６４の超過と結びついているので、制御装置１８の計算能力を、エラー検出プロセスに不必要に消費することはない。
【００９６】
ｋ番目の呼吸の際に、近位フローセンサ４４の変化値６２が、近位フローセンサ４４の変化値６２の閾値６４を超える場合、その直近の（ｋ−１）番目の呼吸の、両方のフローセンサ４４及び４８の変化値は、後続の比較のためにそれぞれ基準値として保存される。
【００９７】
【数５】
2018533999.tif 000007
【００９８】
その後、変化値の合計が開始される。
【００９９】
【数６】
2018533999.tif 000008
【０１００】
各フローセンサ４４及び４８に関して合計値が形成され、当該合計値は、ｎ番目の呼吸の最新の変化値を含めた、ｎ番目の呼吸に関する直近の（ｎ−１）番目の呼吸の合計値である。
【０１０１】
図示された実施例において、制御装置１８がスプリングエラーを検出するのは、近位フローセンサ４４の合計値の、近位フローセンサ４４の基準値
【０１０２】
【数７】
2018533999.tif 000009
【０１０３】
に対する比が、所定の基準閾値を超過する場合、例えば０．０８の基準閾値を超過する場合であり、これは、合計の開始以降、近位フローセンサの変化値の合計が、基準値の少なくとも８％であるということを意味している。基準閾値は、８％とは異なる値を有していても良いが、これまでの実験では、８％が非常に優れた基準閾値であることが明らかになっている。
【０１０４】
前段で挙げた条件に加えて生じるさらなる条件は、遠位フローセンサ４８の合計値が、例えば１０％であり得るさらなる基準閾値の分よりも多く、近位フローセンサ４４の合計値から異なることはないということである。
【０１０５】
前段で挙げたさらなる条件に代えて、又は、さらなる条件に加えて、遠位フローセンサ４８の、最新の、好ましくは平滑化された値が、さらなる別の基準閾値の分よりも多く、その基準値から異なることはないという条件が生じ得る。このさらなる別の基準閾値は、例えば１％から５％の間であり得る。実験は、２％というさらなる別の基準閾値が生産的であると明らかにしている。
【０１０６】
図６は、近位フローセンサ４４に生じるスプリングエラーの場合を、概略的に例示している。
【０１０７】
スプリングエラーの確実な検出に関する所定の条件の全てが満たされてようやく、制御装置１８は、スプリングエラーの存在を検出し、例えば対応するアラームを発する。
【０１０８】
徐々に出現するドリフトエラーの検出にも、同様に平滑化された測定値が用いられ、好ましくは、測定値の平滑化が、スプリングエラーの場合よりも多くの数の、過去の測定値に関して行われる。例えば、当該平滑化は、やはり、例えば最新の１００の測定値にわたる加重移動平均の形成を通じて行われ得る。
【０１０９】
【数８】
2018533999.tif 000010
【０１１０】
その際、重み付け係数ｂｉは、全ての重み付け係数の合計が１になるように選択されている。代替的又は付加的に、これらの測定値を、高次のデジタルフィルタ、好ましくは少なくとも４次のデジタルフィルタを通じて平滑化することも可能である。
【０１１１】
図４では、遠位フローセンサ４８の未処理信号を参照符号６６で、近位フローセンサ４４の未処理信号を参照符号６８で表している。それに対して、遠位フローセンサ４８の平滑化された信号は参照符号７０で、近位フローセンサ４４の平滑化された信号は参照符号７２で表されている。
【０１１２】
遠位又は近位フローセンサ４８又は４４の測定信号６６及び６８の変化値の形成は、上述したように、つまり、最新の呼吸に関する各センサの平滑化された測定値と、直近の呼吸の各センサの平滑化された測定値との間における差の形成を通じて行われる。すなわち、再び以下が有効である。
【０１１３】
【数９】
2018533999.tif 000011
【０１１４】
図５では、遠位フローセンサ４８の測定信号の変化値は参照符号７４で、近位フローセンサ４４の測定信号の変化値は参照符号７６で表されている。
【０１１５】
やはり、制御装置１８によるエラー検出は、所定の開始条件が満たされた後、例えば、変化値の１つが、図５において参照符号７８で示された、０付近の許容差範囲を離れる、及び／又は、変化値が異なる符号を有する場合に、初めて開始する。図５には、許容差範囲の上限が示されていないが、許容差範囲は、−３ｍｌから＋３ｍｌにわたっている。変化値の許容差範囲を離れることは、制御装置１８によるエラー検出の開始条件であり得るが、当該許容差範囲は、好ましくはゼロ点の周囲に対称的に配置されている。しかしながら、必ずしもそうでなくても良く、適用事例に応じて、互いに値が異なる境界を有することが可能である。
【０１１６】
ドリフトエラーの検出に関する所定の開始条件が存在する場合、制御装置１８はやはり、上述した方法で、各フローセンサ４４又は４８の変化値に関して、合計値の形成を開始する。
【０１１７】
【数１０】
2018533999.tif 000012
【０１１８】
同様に、両方のセンサ４４及び４８による、エラー検出の開始条件の少なくとも１つが満たされた呼吸の直前に行われた呼吸の測定値は、後続の比較のための基準値として保存される。
【０１１９】
【数１１】
2018533999.tif 000013
【０１２０】
ここでは、ドリフトエラーのエラー検出と、スプリングエラーのエラー検出とは、異ならない。
【０１２１】
当該例において、制御装置１８が、フローセンサアセンブリ内のドリフトエラーの存在を検出するのは、近位フローセンサ４４の変化合計値
【０１２２】
【数１２】
2018533999.tif 000014
【０１２３】
の、その基準値
【０１２４】
【数１３】
2018533999.tif 000015
【０１２５】
に対する比が、所定の基準閾値を上回る場合、及び、同時に、遠位フローセンサ４８の変化合計値
【０１２６】
【数１４】
2018533999.tif 000016
【０１２７】
の、その基準値
【０１２８】
【数１５】
2018533999.tif 000017
【０１２９】
に対する比が、所定のさらなる基準閾値を上回らない場合である。ドリフトエラーの検出に関する近位フローセンサ４４の基準閾値は、やはり８％であり、さらなる基準閾値は、例えば２％であり得る。
【０１３０】
当該例では、制御装置１８が同様に、フローセンサアセンブリ内のドリフトエラーの存在を検出するのは、遠位フローセンサ４８の変化合計値
【０１３１】
【数１６】
2018533999.tif 000018
【０１３２】
の、その基準値
【０１３３】
【数１７】
2018533999.tif 000019
【０１３４】
に対する比が、所定の基準閾値を上回る場合、及び、同時に、近位フローセンサ４４の変化合計値
【０１３５】
【数１８】
2018533999.tif 000020
【０１３６】
の、その基準値
【０１３７】
【数１９】
2018533999.tif 000021
【０１３８】
に対する比が、所定のさらなる基準閾値を上回らない場合である。その際、先行する段落に記載した、基準閾値に関する例示的な値が有効である。
【０１３９】
ドリフトエラーは、近位フローセンサ又は遠位フローセンサに作用し得るので、ドリフトエラーの検出に関する条件は、両方の基準閾値に関して、好ましくは対称的である。
【０１４０】
ドリフトエラーの検出に関する付加的な条件として、両方の変化合計値の内の１つが、例えば２ｍｌである、所定の閾値変化量を超過するということが生じ得る。
【０１４１】
変化合計値を用いたドリフトエラーの検出に関する条件は、図７ａ及び図７ｂに概略的に示されている。ドリフトエラーを検出した場合、制御装置１８は、好ましくはアラームを発するが、フローセンサアセンブリは好ましくはさらに動作を継続する。
【０１４２】
本発明に係る人工呼吸器１０では、フローセンサアセンブリにおけるエラーを、従来よりも広範囲かつ正確に検出することが可能である。
【符号の説明】
【０１４３】
１０  人工呼吸器
１２  患者
１３  台
１４  ハウジング
１６  圧力変更装置、人工呼吸ガス源
１８  制御装置
２０  吸気弁
２２  呼気弁
２４  データ入力部
２６  センサ接続部
２８  出力機器
３０  人工呼吸導管アセンブリ
３２  吸気ホース
３４  第１の吸気部分ホース
３６  第２の吸気部分ホース
３８  調整装置
４０  液体容器
４２  呼気ホース
４４  近位フローセンサ
４５  Ｙピース
４６  センサの導管アセンブリ
４８  遠位フローセンサ
５２  近位フローセンサ４４の検出信号ＶＴＰｒｏｘ
５４  遠位フローセンサ４８の検出信号ＶＴＳｅｒｖ
５６  平滑化された加重平均ＶＴＳｅｒｆＦｉｌｔ
５８  平滑化された加重平均ＶＴＰｒｏｘＦｉｌｔ
６０  遠位フローセンサ４８の変化値
６２  近位フローセンサ４４の変化値
６４  閾値
６６  遠位フローセンサ４８の未処理信号
６８  近位フローセンサ４４の未処理信号
７０  遠位フローセンサ４８の平滑化された信号
７２  近位フローセンサ４４の平滑化された信号
７４  遠位フローセンサ４８の測定信号の変化値
７６  近位フローセンサ４４の測定信号の変化値
７８  許容差範囲
【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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【国際調査報告】
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