(57)【要約】  非侵襲性の換気音声増幅システムは、非侵襲性の換気マスクに配置するために構成されたマイクロフォンまたはマイクロフォンアダプタを含む。マイクロフォンシステムは、呼吸活動および／または発話活動などの患者活動を検出し、音声ストリーム内の呼吸ノイズを減衰する音声処理システムを含む。音声ストリームストリームは、増幅され、ラウドスピーカを駆動して、患者コミュニケーションするために用いられる。
2020535911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽圧換気（ＰＰＶ：ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）マイクロフォンシステムであって、
ハウジング内に設置され、前記ハウジングは、ＰＰＶマスクの一部、または、前記ＰＰＶマスクのアクセスポートに取り付けられた際に、アクセスポートとＰＰＶ密閉を形成するように構成されたＰＰＶマスクアダプタを備える、１つ以上のマイク素子と、
音声処理回路であって、
少なくとも１つのマイク素子から少なくとも１つのマイク信号を受信し、音声信号の利得を調整するように構成された前置増幅器と、
前記音声信号内の患者活動を検出するように構成されたデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）と、
音声信号の発話を入力して、検出された前記患者活動に基づき呼吸ノイズを減衰するように構成された発話入力部と、
発話入力部を通して入力された発話を増幅するように構成された電力増幅器と、を備える音声処理回路と、
を備えるマイクロフォンシステム。
【請求項２】
前記患者活動を検出することは、前記音声信号の第１の部分を、第１のバンドパスフィルタに通過させて、第１のフィルタリングされた音声信号を生成すること、および、前記第１のフィルタリングされた音声信号を、音声ストリームの第２の部分と比較すること、を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記音声ストリームの第２の部分は、フィルタリングされていない、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記音声ストリームの第２の部分は、第２のバンドパスフィルタを用いてフィルタリングされており、
前記第２のバンドパスフィルタは、前記第１のバンドパスフィルタとは異なる、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１のバンドパスフィルタは、高域通過周波数フィルタであり、前記第２のバンドパスフィルタは、低域通過周波数フィルタである、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記低域通過フィルタは、１０００Ｈｚを超える周波数をフィルタ除去するように構成されており、前記高域通過フィルタは、５００ｈｚ未満の周波数をフィルタ除去するように構成されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
波高因子を用いて呼吸が検出される、発話活動の第２の検出をさらに備える、請求項２から６のいずれかに記載のシステム。
【請求項８】
前記ＤＳＰは、発話を検出するように構成されており、前記呼吸ノイズは、検出された前記発話を用いて減衰される、請求項１から７のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
前記呼吸ノイズは、発話が検出されない場合、利得調整された前記音声信号を通過させないことにより、前記発話入力部にて減衰される、請求項１から８のいずれかに記載のシステム。
【請求項１０】
前記呼吸ノイズは、発話が検出されない場合、前記電力増幅器の電源を落とすことにより減衰される、請求項１から９のいずれかに記載のシステム。
【請求項１１】
前記ＤＳＰは、呼吸ノイズを検出するように構成されている、請求項１から１０のいずれかに記載のシステム。
【請求項１２】
前記呼吸ノイズは、呼吸ノイズが検出される場合、利得調整された前記音声信号を通過させないことにより減衰される、請求項１から１１のいずれかに記載のシステム。
【請求項１３】
前記呼吸ノイズは、前記呼吸ノイズが検出される場合、前記電力増幅器の電源を落とすことにより減衰される、請求項１から１２のいずれかに記載のシステム。
【請求項１４】
前記音声処理回路は、第１の時間間隔にわたって第１のＲＭＳを決定し、前記第１の時間間隔よりも長い第２の時間間隔にわたって第２のＲＭＳを決定する、請求項１から１３のいずれかに記載のシステム。
【請求項１５】
前記ＤＳＰを用いて患者活動を検出することは、電力エンベロープをＲＭＳと比較することを含む、請求項１から１４のいずれかに記載のシステム。
【請求項１６】
前記電力エンベロープは、０．１、０．５、１、５、１０ｍｓよりも長い、および／または、３０、２０、１０ｍｓ未満の期間にわたって、あるいは任意の前記終点の範囲によって取られた平均電力である、請求項１から１５のいずれかに記載のシステム。
【請求項１７】
前記ＲＭＳは、１、３、５、または１０ｍｓよりも長い、および／または、２５０、１００、または５０ｍｓ未満の期間にわたって、あるいは任意の前記終点の範囲にわたってとられた平均電力である、請求項１から１６のいずれかに記載のシステム。
【請求項１８】
前記発話入力部は、検出された前記患者活動に基づく前記音声信号を減衰させる利得要素を含む、請求項１から１７のいずれかに記載のシステム。
【請求項１９】
前記入力部は、そのレベルを変化させる場合、前記利得をランプする、請求項１から１８のいずれかに記載のシステム。
【請求項２０】
前記患者活動検出器は、利得調整された前記音声ストリームの波高因子特徴に基づき、発話または呼吸活動を検出する、請求項１から１９のいずれかに記載のシステム。
【請求項２１】
少なくとも２つのマイクロフォン素子が、前記ハウジング内に配置されて、非一貫性の音を検出するように構成されている、請求項１から２０のいずれかに記載のシステム。
【請求項２２】
前記患者活動検出器は、前記発話信号の一部を減衰させるバンドパスフィルタを含む、請求項１から２１のいずれかに記載のシステム。
【請求項２３】
前記発話活動検出器の前記バンドパスフィルタは、１００〜５０００ヘルツの範囲内の発話周波数の部分を通過させる、請求項１から２２のいずれかに記載のシステム。
【請求項２４】
陽圧換気システムであって、１つ以上の処理と、コンピュータ読み取り可能な命令とを含む換気装置制御モジュールを備え、１つ以上のプロセッサにより実行されると、前記モジュールに、
ＰＰＶマスクを含む、陽圧換気回路からの圧力検出入力を受信させ、
前記ＰＰＶマスク内で発話を検出する、発話検出システムからの発話検出入力を受信させ、
患者吸入フェーズの間は吸入圧力で、患者吐出フェーズの間は吐出圧力で、圧力発生システムを駆動するための出力信号を生成させ、前記吸入圧力は、前記吐出圧力よりも高く、
受信した前記発話信号入力の少なくとも一部を用いて、患者吸入フェーズおよび／または患者吐出フェーズの間に、前記圧力発生システムを駆動するためのタイミング、持続期間、および／または圧力を決定させる、
陽圧換気システム。
【請求項２９】
前記ＰＰＶマスクのアクセスポートに接続されたマイクロフォンモジュールをさらに備え、前記発話検出入力は、前記ＰＰＶマスクに配置された前記マイクロフォンモジュールの一部内に収容された、１つ以上のマイク素子により生成された１つ以上の音声信号から導出されている、請求項２４に記載の換気システム。
【請求項３０】
（ｉ）少なくとも２つのマイク素子と、
（ｉｉ）実質的に同じものであるマイク素子と、
（ｉｉｉ）並列に設置されたマイク素子と、を備え、
（ｉｖ）前記マイクモジュールは、前記マイク素子の隣に位置する信号減衰層を含み、
（ｖ）前記信号減衰層は、高密度フォームを含み、
（ｖｉ）マイク素子は、前記ＰＰＶマスクを装着した人物の口に面するアクティブ面を有し、
（ｖｉｉ）前記マイク素子は、前記ＰＰＶマスクを装着した患者の口から３、２．５、２、１．５または１インチ未満に位置する、
請求項２４または２９に記載の換気システム。
【請求項３１】
発話分析モジュールをさらに備え、前記発話分析モジュールは、
（ｉ）デジタル信号プロセッサを使用し、
（ｉｉ）エンベロープおよび／または波高因子を用いて発話を識別する、請求項２４から３０のいずれかに記載の換気システム。
【請求項３２】
（ｉ）前記マイクロフォン素子は、有線接続を通して前記換気システムに接続され、
（ｉｉ）前記マイクロフォンは、前記アクセスポートから、選択的に取り外し可能であり、
（ｉｉｉ）前記アクセスポートは、弁を含み、または
（ｉｖ）前記弁は、陽圧下で密閉し、または
（ｖ）上記の組み合わせ、
である請求項２４から３１のいずれかに記載の換気システム。
【請求項３３】
陽圧換気（ＰＰＶ）マイクロフォンシステムであって、
ハウジング内に設置され、前記ハウジングは、ＰＰＶマスクの一部、または、前記ＰＰＶマスクのアクセスポートに取り付けられた際に、アクセスポートと共にＰＰＶ密閉を形成するように構成されたＰＰＶマスクアダプタを備える、１つ以上のマイク素子と、
携帯型スピーカユニットであって、
（ｉ）システムマイクロコントローラと、（ｉｉ）前記音声信号内の患者活動を検出するように構成されたデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）と、（ｉｉｉ）前記音声信号の発話を入力し、検出された前記患者活動に基づいて、呼吸ノイズを減衰して、処理された音声信号を生成するように構成された発話入力部と、を含む音声処理回路と、
処理された前記音声信号を受信するように構成された電力増幅器と、
前記電力増幅器により駆動されるように構成されたラウドスピーカと、
前記電力増幅器、システムマイクロコントローラおよびＤＳＰに電力を供給するように構成されたバッテリと、
前記ラウドスピーカを収容し、前記バッテリおよび音声処理回路を囲み込むハウジングと、を含む携帯型スピーカユニットと、
を備える、システム。
【請求項３４】
前記システムマイクロコントローラは、呼吸ノイズの検出または前記音声信号に発話がないことを検出することに基づいて、前記電力増幅器の電源を落とすように構成されている、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
発話を検出するように構成されている、アナログバンドパスフィルタをさらに備える、請求項３３または３４に記載のシステム。
【請求項３６】
システムコントローラは、前記アナログバンドパスフィルタが発話を検出したことに応じて、前記ＤＳＰおよび／または電力増幅器をオンにするように構成されている、請求項３３から３５のいずれかに記載のシステム。
【請求項３７】
陽圧換気（ＰＰＶ）マイクロフォンシステムであって、
ハウジング内に設置され、前記ハウジングは、ＰＰＶマスクの一部、または、前記ＰＰＶマスクのアクセスポートに取り付けられた際に、アクセスポートとＰＰＶ密閉を形成するように構成されたＰＰＶマスクアダプタを備える、１つ以上のマイク素子と、
携帯型スピーカユニットであって、
前記１つ以上のマイクロフォン素子により生成された音声信号を受信し、増幅のために前記音声信号を処理し、さらに、音量レベルを選択したユーザからのボリューム入力を受信するように構成されており、前記マイクロフォン素子から受信した前記音声信号の音量の変化を検出し、前記音量を、特定の音量または処理された音声信号を生成する範囲内に調整する回路を有する、音声処理回路と、
処理された前記音声信号を受信するように構成された電力増幅器と、
前記電力増幅器により駆動されるように構成されたラウドスピーカと、
前記電力増幅器に電力を供給するように構成されたバッテリと、
前記ラウドスピーカを収容し、前記バッテリおよび音声処理回路を囲み込むハウジングと、を含む携帯型スピーカユニットと、
を備える、陽圧換気（ＰＰＶ）マイクロフォンシステム。
【請求項３８】
ＮＩＶマスクをさらに備える、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記ＮＩＶマスクは、ソフトクッション壁と、患者の顔との密閉を形成するように構成された柔軟なフラップと、を含む、請求項３７または３８に記載のシステム。
【請求項４０】
前記ＮＩＶマスクは、患者の頭部に取り付けられるように構成されたストラップを含む、請求項３７から３９のいずれかに記載のシステム。
【請求項４１】
前記ＮＩＶマスクは、鼻孔および口の周りを密閉する、請求項３７から４０のいずれかに記載のシステム。
【請求項４２】
前記ＮＩＶマスクは、５および２０ｃｍ水の間の圧力で密閉するように構成されたクッションを有する、請求項３７から４１のいずれかに記載のシステム。
【請求項４３】
自己密閉弁をさらに備える、請求項３７から４２のいずれかに記載のシステム。
【請求項４４】
前記圧力密閉弁は、エルボ内に配置されている、請求項３７から４３のいずれかに記載のシステム。
【請求項４５】
前記圧力密閉弁は、ダックビル弁である、請求項３７から４４のいずれかに記載のシステム。
【請求項４６】
前記ダックビル弁は、十字スリット弁である、請求項３７から４５のいずれかに記載のシステム。
【請求項４７】
前記十字スリット弁は、１０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲内の直径を有する、請求項３７から４６のいずれかに記載のシステム。
【請求項４８】
患者コミュニケーションのための方法であって、
非侵襲性の換気マスクに、マスク本体内に配置される１つ以上のマイクロフォン素子を設けるステップと、
前記マスクが、少なくとも３ｃｍＨ２Ｏの陽圧換気圧力下にある間、１つ以上のマイクロフォン素子を用いて、前記マスク内の音の音声ストリームを収集し、前記音声ストリームは、前記患者からの呼吸ノイズを含んでいる、ステップと、
前記音声ストリーム内の患者活動を検出するステップと、
検出された患者活動を用いて、前記音声ストリームからの呼吸ノイズを減衰するステップと、
前記音声ストリームを、電力増幅器に供給して、ラウドスピーカ上で前記音声ストリームを再生し、これにより患者コミュニケーションを提供する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非侵襲性の陽圧マスクにより、経口アクセスを提供するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
陽圧換気（ＰＰＶ：ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）マスクは、現在、医療分野において、不十分な酸素飽和度、睡眠時無呼吸症、およびその他の関連する呼吸の問題を有する患者に用いられている。マスクは、患者の顔に接触し、陽圧を用いて顔との密閉を作り出す周囲の柔軟な膜を含む。陽圧換気マスクの例は、クオック（Ｋｗｏｋ）の米国特許第６，５１３，５２６号に開示されている。換気装置と共に用いられるこの種のマスクは、陽圧気流を供給することができ、重症患者に対しては、患者に挿管したり早期の抜管をさせたりする必要なしに、これを行うことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
陽圧マスクは、顔領域の周りに実質的な密閉を必要とし、臨床家やユーザが適切に装着することが困難な場合がある。一度装着されると、マスク内の陽圧は、十分な呼吸と吐出を維持するために必要な、適切な量の強制空気を供給することにより、患者の呼吸を補助する。数時間または数日のうちに、マスクは、口または鼻の乾燥、鼻づまり、鼻炎または鼻水、顔面の炎症、鼻血、粘膜組織の乾燥、唇の乾燥による患者の不快感、呼吸器感染症のリスクの増加、あるいは口または鼻の気道の管理に関わる他の問題を、生じる場合がある。
【０００４】
陽圧マスクは、また、睡眠時無呼吸症の治療に用いられる。これらの患者は、通常、重体ではないが、気道の乾燥や、マスクを取らなければ経口気道にアクセスできない不便さを被る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、陽圧換気マイクロフォンシステムに関する。本発明の装置およびシステムは、陽圧換気マスクの内側に配置されたマイクロフォン要素を使用して、患者の声を取り込む。マイクロフォンは、アダプタを用いてマスクのアクセスポートを通して挿入するか、またはマスクと一体化することができる。音声信号を処理して、発話および／または呼吸を検出することができる。次いで、検出された発話および／または呼吸を用いて、ノイズ（例えば、吸入ノイズまたは吐出ノイズ）を減衰し、電気コンポーネントをオフにしてバッテリ電力を節約し（例えば、電力増幅器をオフにする）、および／または換気装置のパラメータを設定する（例えばｉＰＡＰおよび／またはｅＰＡＰの設定を調整する）。
【０００６】
いくつかの実施形態において、換気マイクロフォンシステムは、発話信号を処理して呼吸ノイズを除去し、次いで、処理された信号は増幅され、ラウドスピーカで再生される。ラウドスピーカは、電力増幅器およびラウドスピーカに電力を供給するバッテリと一緒に、収容することができる。あるいは、または加えて、処理された発話信号は、音声またはメッセージングサービスを介して遠隔地にいる人と通信するように構成された携帯電話などのモバイルデバイスに出力することができる。
【０００７】
本発明の別の実施形態は、発話の検出に基づく自動オン機能に関する。電気回路が、発話活動を検出し、マイクロフォンシステムの構成要素をオンにする。いくつかの実施形態において、自動オン機能は、アナログ発話検出回路を使用し、アナログ回路で音声を検出すると、マイクロプロセッサは、デジタル信号プロセッサをオンにする。自動オン回路は、バッテリ駆動システム用に、特に好適となり得る。
【０００８】
本発明のさらに別の実施形態は、歯擦音除去回路に関する。歯擦音除去回路は、高音の過度の音量に関して音声入力を分析し、不均衡を検出すると、音声信号の高音を減衰する。歯擦音除去は、ここで説明されているマイクロフォンモジュールのいずれかと共に使用できるが、口の前および近くに配置されるように構成されたマイクモジュール、および／またはマスク装着者の口に面しているマイクロフォン要素と共に、特に有用であることが分かっている。
【０００９】
他の実施形態は、信号対ノイズ比、生体適合性、および／またはＰＰＶマスク内でのマイクロフォンモジュールの使用の利便性を改善する配置および／または機械的／音響的構成を有する、マイクロフォンモジュールを使用するマイクロフォンシステムに関する。
【００１０】
例えば、一実施形態において、マイクロフォンシステムは、アダプタを有するモジュールを含むことができ、アダプタは、モジュールをマスク本体とともに密閉しながら、マスクのアクセスポートを通過し、マスクを、口の前および／または近くに配置する。マイクロフォンモジュールは、高音圧レベルを有するマイクロフォン要素と、モジュールに入る音の力を低減するための減衰材料（例えば、高密度フォーム）と、を含んでもよい。
【００１１】
さらに別の実施形態において、モジュールは、マイクロフォン要素を有する基板を含むことができ、基板は、ハウジングと共に密閉し、基板は、換気装置からの空気にさらされる側で、生体適合性材料でコーティングされる。
【００１２】
さらに別の実施形態において、マイクロフォンモジュールは、ＰＰＶマスク内のアクセスポートから取り外し可能とすることができ、他の器具が、同じアクセスポートを通して患者に使用されることを可能にする。アクセスポートは、弁、好ましくは換気装置からの圧力下で密閉する弁を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】マイクロフォンモジュールを有するエルボコネクタを含む、フルフェイス型の陽圧換気マスクを示す図。
【図１Ｂ】図１Ａのマスクとマイクロフォンモジュールとを含む、陽圧換気マイクロフォンシステムのブロック図。
【図２】図１Ａのマイクロフォンモジュールおよびエルボコネクタの断面図。
【図３Ａ】マイクロフォン素子を有するマイクロフォン筐体を示す図。
【図３Ｂ】マイクロフォン素子を有するマイクロフォン筐体の代替の実施形態を示す図。
【図４】マイクロフォンモジュールの別の実施形態を示す図。
【図５】取外し可能なフォームを有するマイクロフォンハウジングを示す図。
【図６】信号処理システムのブロック図。
【図７】図６のＤＳＰ内の患者活動検出のためのデジタル信号処理の図。
【図８Ａ】図７の処理のための信号分析モジュールの回路図。
【図８Ｂ】図８Ａのバンドパスフィルタの回路図。
【図８Ｃ】タイミングを調整する、図８ＡのＲＣ低域通過フィルタの図。
【図８Ｄ】図８Ａのしきい値フィルタを説明する図。
【図８Ｅ】周波数領域内の呼吸および発話信号を示す図。
【図８Ｆ】時間領域内の呼吸および発話を示す図。
【図９】歯擦音除去回路のブロック図。
【図１０Ａ】自動オン機能の実行に用いられるアナログフィルタを示す図。
【図１０Ｂ】自動オン機能の実行に用いられるアナログフィルタを示す図。
【図１１Ａ】図１Ａのエルボコネクタの斜視図。
【図１１Ｂ】図１１Ａのエルボの展開図。
【図１１Ｃ】図１１Ａのエルボの断面図。
【図１２Ａ】図１１Ａのエルボの自己密閉弁の上面斜視図。
【図１２Ｂ】図１２Ａの弁の底面斜視図。
【図１３Ａ】アクセスポートを有するフルフェイス型の陽圧マスクの代替の実施形態を示す図。
【図１３Ｂ】アクセスポートを有するフルフェイス型の陽圧マスクの代替の実施形態を示す図。
【図１４】スイベルコネクタを有するエルボの代替の実施形態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の陽圧換気（ＰＰＶ）マイクロフォンシステムおよびモジュールは、陽圧換気マスク、好ましくはアクセスポートを有するもの、を利用する。アクセスポートは、取り外し可能なキャップを有する開口か、またはアダプタを取り付けるために選択的に開くことができる弁であってもよい。アクセスポートは、ＰＰＶマスクのシェル（マスク本体とも称される）内に、またはＰＰＶマスクのコネクタ（例えば、エルボ）に、組み込まれてもよい。弁は、スリット弁または換気装置の圧力下で密閉される弁であってもよい（本明細書においては、自己密閉弁とも称する）。弁は、自己反転型としてもよい（すなわち、弁を通して引っ張られた物体によって反転されると、その元の構成に反転して戻る構成を有する材料で作製されている）。弁は、マスク本体または弁アダプタに配置することができる。
【００１５】
図１Ａおよび１Ｂは、陽圧換気（ＰＰＶ）マスク１０と、音声増幅システム９９とを示している。マスク１０は、マスク本体１２（本明細書において、“シェル”とも称する）を含む。図１Ｂに示されるように、換気システム２４は、マスク１０と、アクセスポート２３と、マイクモジュール１００とを含み、マイクモジュール１００は、アクセスポート２３（図２）に接続するアダプタを含む。換気システム２４は、また、柔軟なホース（図示せず）を介してエルボ２６の入口３０に接続して、換気回路１１を形成する換気ユニット２１を含む。換気装置は、システム内の圧力を検知する圧力センサを含み、検知された圧力は、制御部１５によって用いられ、圧力発生部１７（例えばインペラ）を駆動することにより、圧力を制御する。換気装置のパラメータを、ディスプレイ１７に表示し、ユーザインターフェース（図示せず）を通して入力を受信することができる。本発明のＰＰＶマスクと共に用いられる換気装置は、連続圧力換気装置であり、好ましくは、典型的には、バイレベル換気が、重症治療患者にとって重要である。
【００１６】
マスク１０は、空気供給コネクタ２６（例えばエルボ）を通して換気装置２１に流体連結され、患者の頭部に固定するように構成されている。マスク本体１２は、ストラップ（例えば、上部ストラップ１４および下部ストラップ１６）または頭部への装着に適した他の任意の適切な固定機構を用いて、固定することができる。ストラップ１４および１６は、それぞれ、マスク本体の小孔１８および２０に接続される。ストラップ１４および１６は、本体１２の反対側の対応する位置（図示せず）の小孔に接続される。ストラップは、マスクを頭部に固定し、この固定は、陽圧密閉を得ることを可能にし、陽圧治療を減少させる空気漏れを起こし得る、頭部に対するマスクの移動を避けることを可能にする。
【００１７】
マスク本体１２の周囲に、マスク１０は、柔軟な膜（すなわちフラップ）を含むクッション２２を含み、このクッション２２は、圧力発生部１７から供給される陽圧が、エルボ２６を通してマスク本体１２の開口に供給されると、患者の顔面に対する密閉を形成することができる。クッション２２は、患者の顔の鼻梁部位、頬部位、および下唇／顎部位との密閉を形成する。クッションは、マスク本体に接続された１つ以上の比較的柔軟な弾性材料により、作製されてもよく、マスク本体は、典型的には、クッションよりも硬い第２の材料（または同じ材料だがより厚いもの）で作製されている。マスク本体１２のキャビティは、個人の顔との間に陽圧空気チャンバを形成する。本発明の目的のために、“マスク内の”という用語は、人の顔上にある際に、マスクにより規定されるチャンバを意味する。
【００１８】
陽圧を使用して患者の口と鼻の周りを密閉するのに適した、膜を有するマスクは、デ・ソウザ（Ｄ’Ｓｏｕｚａ）に対する米国特許第９，１１９，９３１号、マコーリー（ＭｃＡｕｌｅｙ）に対する米国特許第９，２９５，７９９号、クオック（Ｋｗｏｋ）に対する米国特許第６，５１３，５２６号、およびポール（Ｐａｕｌ）に対する米国特許第Ｄ４６４，７２８号、ならびにローズ（Ｒｏｓｅ）に対する国際出願公開第ＷＯ２０１７０２１８３６Ａ１号で説明されており、これら文献の全体が参考のために本明細書に組み込まれる。マスクは、レスピロニクス社（Ｒｅｓｐｉｒｏｎｉｃｓ）（米国ペンシルバニア州マリーズビル）によるＦＤＡ承認済みＡＦ５４１マスクなどの交換可能な２マスクシステムと、同様の特徴および機能を持つマスクとを含んでもよい。
【００１９】
マイクモジュール１００は、１つ以上のマイクロフォン素子、好ましくは少なくとも２つのマイクロフォン素子、を含み、音声処理システムに電気的に連結され、この音声処理システムは、スピーカ部１０２（あるいは換気システム２４）の一部であってもよい。スピーカ部１０２は、デジタル信号プロセッサ１０８と、電源１１０と、ラウドスピーカ１０７に出力する電力増幅器１０４と、を含む。あるいは、音声処理システムからの音声を、通信装置１１２および／またはヘッドホン１１４に出力することができる。マイクモジュール１００とスピーカ部１０２および／または通信装置１１２との間の通信は、有線または無線であってもよい。マイクモジュール１００、スピーカ部１０２または通信装置１１２は、ワイヤレス接続を確立し、音声データを送信および／または受信するように構成されたトランシーバを含むことができる。
【００２０】
ラウドスピーカ１０２は、まくら元に配置されてもよい。まくら元のスピーカは、患者の方から音声が来るように感じられ、より自然な音声になるため、好適となり得る。重症患者にとっては、より自然に話すことが重要な場合があり、これは、重症患者は、終末期にあることが多く、最後に愛する人とコミュニケーションを取りたいと望んでいるためである。加えて、患者に音声増幅を提供することは、コンプライアンスおよび患者の快適さのために重要となり得る。患者が自分の話す声を聞くことができれば、予期した通りの音声なのでリラックスできる。音声がこもる場合、患者は、そのような努力が必要でなくても、自然とより多くの音を出そうと努める。
【００２１】
図２は、マスク１０およびマイクモジュール１００の一部の断面図である。図２は、アダプタのハウジングを遠位方向に（すなわち、口腔端に向かって）延ばす、延長ハウジング１１８を有するアダプタ１１８を示している。口腔端では、延長ハウジング１１８は、アダプタがマスク１０内に配置された際に、人の口に面する開口部１２０を有する。
【００２２】
アダプタ１１８およびその延長ハウジング１１８は、マイクロフォンモジュールの構成要素をハウジング内に配置し、マイクロフォンモジュール構成要素の周りでハウジングを組み立てるために、取り外すことができる（例えば、圧入またはスナップ接続）。ハウジングは、好ましくは、マスクのキャビティ内で、マイクロフォンを患者の口の近くに配置するように構成され、これは、いくつかの実施形態において、正確なデジタル信号処理を実行するための適切な信号対ノイズ比を得るために重要であることが見出されている。
【００２３】
延長ハウジング１１８の長さは、開口を口の近くに配置するように選択される。好ましくは、３、２、１．５、または１インチ未満、および／または０．２５、０．５、または１．０インチを超え、および／または前述の範囲内である。アクセスポートの開口部からマイクロフォンモジュールの口腔端まで測られるアダプタおよびハウジングの長さは、１、１．５、２、２．５、３インチよりも大きく、および／または６、５、４、３．５、３、２．５未満、あるいは前述の範囲であってもよい。
【００２４】
アダプタ１１６は、リング４６およびエルボ２６の開口４６から延びるアクセスポート内に配置される。マイクロフォンモジュール１００は、開口６４を通して延び、マイクロフォンを、マスク本体１２およびその隣接構造、スイベル３２の後方に設置する。マイクロフォンを、開口６４から外に移動する、および／またはシェル１２から離すことは、信号対ノイズ比を著しく改善することが見出されている。一実施形態において、アダプタは、アクセスポートに結合され、マイクロフォン１２０に対して、開口６６４の中央点から、少なくとも０．２５、０．５、０．８、または１．２インチ、マスクの内側（すなわち、アクセスポートの開口部の内側）に、開口部を設置するように構成されている。マイクロフォンモジュールの開口１２０は、好ましくは、人の口の部位に面し、口からの発話の音を直接受ける。
【００２５】
複数のマイクロフォン素子１２６ａおよび１２６ｂ（集合的には１２６）は、回路基板１２２に搭載される。マイクロフォン素子１２６は、エレクトレットまたはＭＥＭＳとすることができる。マイクロフォン素子は、コンデンサマイクであってもよく、および／またはファンタム電源を必要としてもよい。ファンタム電源は、２〜１０ボルト、好ましくは３〜５ボルトの範囲としてもよい。エレクトレットは、その高い音圧レベルのために好ましい場合があり、これは、ＮＩＶマスク環境において、重要であることが見出されている。ＭＥＭＳは、モジュールのサイズの最小化および底部発射要素の利用可能性のために好ましい場合がある。マイクロフォン素子は、全方向性のマイクロフォンまたは指向性マイクロフォンであってもよい。好ましい素子は、高いダイナミックレンジおよび／または高い音圧レベルを有する。デジタルＭＥＭＳ（マイク基板上のＡ／Ｄコンバータ）も、適切であり、デジタルＭＥＭＳは、ベッド側の近くに設置される病院用機器からの電気ノイズを減少させるために用いることができる。デジタルＭＥＭＳは、また、より少ない配線と共により多くのマイクロフォン素子を有するために有用となり得るものであり、これは、異なる素子からの信号を、同じ配線上で送信することができるためである。いくつかの実施形態において、マイクロフォン素子は、アクティブマイク（電力がマイクに送られる）であってもよい。マイクロフォン素子は、音声処理システムの前置増幅器の前に、それ自体の前置増幅器を有してもよい。マイクロフォンの前置増幅器は、マイクロフォンのクリッピングを減少させることができ、これは、陽圧マスクの音声増幅では、圧力の増加のために、特に困難な問題となり得る。好ましくはないが、いくつかの実施形態は、単一のマイクロフォン素子を用いることができる。単一マイクロフォン素子でのノイズ除去は、追加の計算力を必要とすることがある。ノイズ除去は、周波数領域を用いて、信号の非発話要素を識別することで行うことができる。
【００２６】
システムの好ましい実施形態は、２つ以上のマイクロフォン素子を用いる。判別式のノイズ除去などのように、同時に発生する信号に対して、処理を行うことができる２つ以上のマイクロフォン素子は、有用である。２つのマイクロフォン素子は、基板上および／またはハウジング内に搭載してもよい。マイクロフォン素子は、異なって特定されたマイクロフォン素子または好ましくは同じ仕様のマイク素子であってもよい。マイク素子は、同一平面内、平面外、および／または異なる角度で搭載してもよい。同一平面のマイクロフォンは、製造を容易にし得る一方、異なる角度のマイクロフォンは、軸外信号のより良い区別を提供し得る。軸外信号の検出は、一貫性とは反対の、一貫性のない（例えば乱流）音の検出を容易にすることができる。
【００２７】
好適な実施形態において、マイクロフォンは、比較的高い最大音圧レベルを有する。マスク内のマイクロフォンの近さ、およびマスク内の比較的高い圧力は、適度な声の大きさまたは静かに話す患者であっても、驚くほど高い音量を生じさせる。マイクロフォンモジュールは、５０、６０、または７０ｄｂで話す人のために、マイクロフォンクリッピングを避ける有効音圧レベルを生成する音響減衰材料を含んでもよい。本発明の目的のために、他に示さない限り、有効音圧レベルは、マイクロフォンの音圧レベルに、音響減衰材料が音を減衰するデシベルを加えたものである。音響減衰材料は、マスク内に設置された場合に、ハウジング内のマイクロフォンのクリッピングを防止する厚さおよび／または密度を有してもよい。フォームの音の減衰は、その密度および厚さに依存してもよい。厚さは、このようにすればよい。
【００２８】
適切なエレクトレットの例は、−４２±３ｄＢ、ＲＬ＝２．２ｋＱ、Ｖｃｃ＝２．０ｖ（１ｋＨｚ  ０ｄＢ＝１ｖ／Ｐａ）、インピーダンス最大０．２ｋＱ  １ｋＨｚ（ＲＬ＝２．２ｋＱ）、周波数５０〜１２０００Ｈｚ、最大消費電流０．５ｍＡ、動作電圧範囲１．０〜１０Ｖ、最大ＳＰＬ（ｄＢ）１２０ｄＢ、５８ｄＢよりも高いＳ／Ｎ比、感度減少２．０〜１．５Ｖ、３ｄＢ未満の変化、保存状態−２０〜＋６０℃  Ｒ．Ｈ．＜４５％〜７５％、動作条件−１０〜＋４５℃  Ｒ．Ｈ．＜８５％、のいずれかに関して、プラスまたはマイナス５％、１０％、または２０％の仕様を有してもよい。
【００２９】
好適な実施形態において、マイクロフォン素子は、０．８、０．５、０．３、０．２５、０．２、０．１５インチ未満および／または０．０３、０．０５、０．１、または０．１５インチよりも大きい、および／または前記範囲内の直径を有する。マイクロフォン素子は、指向性マイクロフォンまたは全方向性であってもよい。マイクロフォン素子１２６は、低い自己ノイズ、高い最大ＳＰＬ、および／または高いダイナミックレンジおよび／または小さいサイズを有するように選択される。本発明の目的のために、１ｋＨｚにて９４ｄＢ  ＳＰＬ（１Ｐａ）の標準参照圧によってＳＮＲを測定する。一実施形態において、ダイナミックレンジは、少なくとも８０ｄｂ、８５ｄｂ、９０ｄｂ、または９５ｄｂであり、ＳＮＲは、少なくとも６０、６５、７０ｄｂおよび／またはマイクロフォン素子の音圧レベルは、少なくとも８０、８５、９０、９５、１００、１０５、１１０、１１５、１２０および／または１６０、１５０、１４０、１３０未満、あるいは上述した終点のいずれかの範囲内である（適切なエレクトレットに関して上に定めた全ての条件において）。
【００３０】
モジュール１００は、減衰器１２４を含むことができる。患者の口の近くにマイクロフォンを設置することは、マイクロフォンの過剰な利得またはクリッピングを生じることがある。発声の力を減少させるために、音響減衰材料を、マイク素子と患者の口との間に設置することができる。音響減衰材料は、高密度または厚いフォームであってもよい。高ダイナミックレンジのマイクロフォンを、口の近くに設置して減衰させることは、デジタル信号プロセッサにおける処理に適した信号を生成することができる。一実施形態において、減衰材は、少なくとも２、２．５、３、４、または５ポンド／立方フィート、あるいは１０、８、７．５、７、または６ポンド／立方フィート未満の密度を有するフォームであってもよい。好適な実施形態において、減衰材は、生体適合性フォームである。従来のフォーム風防は、典型的には、２ポンド／立方フィート未満の密度を有し、ＰＰＶマスク内で口の近くに設置された、高ダイナミックレンジまたは高い最大ＳＰＬのマイクを用いた声の力を減衰するには、十分でないことが分かっている。一実施形態において、減衰材は、減衰材全体で、少なくとも３、５、１０、１２、１５、または２０ｄｂあるいはそれ未満、もしくはその範囲で、音圧レベルを減少させる。
【００３１】
配線１２８は、基板１２２を、ジャック１３０と接続する。ジャック１３０は、アダプタ１１６の本体に搭載され、ケーブルコネクタ１３２と電気的に通信しており、ケーブル１０１が、ジャック１３０に挿入されて、ジャック１３０から遠ざかる近接方向に延びる。ジャック１３０は、アダプタと共にＰＰＶ密閉を形成して、タンク１０内の圧力を維持してもよい。あるいは、ケーブル１０１は、アダプタ１０１内に搭載して、アダプタ１１６内のマイク素子１２６に電気結合することができる。あるいは、以下に説明するように、密閉を、基板１２２とアダプタ１１６の延長１１８との間にすることもできる。
【００３２】
いくつかの実施形態において、電気的構成要素のほとんどまたは全ては、マイクロフォンハウジングの遠位開口部から分離され、分離された電気的構成要素に、換気ガスが達することを防止する。図３Ａは、回路基板１２２と、延長部１１８の壁部とにより境界が決められたキャビティ１３７を有する、延長ハウジング１１８を示している。キャビティ１３７は、口腔端において、開口部１２０を有する。マイクロフォン素子１２６ａおよび１２６ｂは、キャビティ１３７および減衰材料内に配置されている。回路基板１２２は、延長ハウジング１１８の環状特徴１３４に対して密閉することができる。密閉を形成するために、基板のハウジングへの接続に用いるのに適した、圧入、熱溶着、スナップ接続、および他の任意の接続を含む任意の技術を用いることができる。キャビティ１３７は、マイクロフォン素子１２６ａおよび１２６ｂを搭載する前または後に、生体適合性ポリマーによりコーティングされてもよい。マイクロフォン素子は、ハンダ付けされてハンダバンプ１３６を形成するピンと接続することができる。
【００３３】
図３Ｂは、図３Ａと同様だが、底部発射マイクロフォンを有する、密閉されたマイクロフォンキャビティの実施形態を示している。基板１３８は、延長部１４８のハウジングに対して搭載または密閉され、キャビティ１４６を形成する。マイクロフォン素子１４０ａおよび１４０ｂは、キャビティ１４８および開口部１２０の反対側の基板１３８の近位側に搭載される。穴（例えば穴１４２）が、基板１３８に形成され、開口部１２０に入るサウンドが基板１３８を通過して、素子１４０の底部に入ることを可能にする。マイクロフォン素子１４０は、延長部１４６に固定する前に、基板１３８にフローハンダ付けされてもよい。キャビティ１４６は、底部搭載マイクロフォン素子１４０ａおよび１４０ｂに搭載する前か後に、生体適合性の皮膜で密閉してもよい。
【００３４】
図４は、マイクロフォンモジュール１６８のさらに別の代替の実施形態を示している。モジュール１６８は、延長ハウジング１８０が取り付けられているアダプタ１７０を含む。アダプタ１７０は、マスク１０内のアクセスポート２３と接続されて密閉されるように構成された密閉構造１７８を含む。モジュール１６８は、その口腔端にある開口部１８６と、ハウジング１８２内に配置された減衰材１８４とを含む。マイクロフォン素子８００は、コネクタ１７６を用いて、開口部１８６に面して搭載されている。基板１８８は、遠位端からアダプタ１７０の壁部１７３まで延びる。基板１８８を用いて、マイク素子と壁部１７３のコネクタ１７４との間の配線の使用を避けることができる。コネクタ１７４は、ケーブルを取り付けるためのジャック１７２を含むことができる。モジュール１６８は、ポイント２０２から始まり、素子２０２を横断および迂回して延び、密閉素子２００に対してアパーチャを提供する壁部（図示せず）を有することができる。
【００３５】
図５は、密閉構造２１２と、ハウジング延長部２１０と、基板２０８とを有するアダプタ２０６を含む、モジュール２０４のさらに別の実施形態を示している。取り外し可能なキャップは、減衰材を容易に交換可能とするために、減衰材２１８へのアクセスを提供する。減衰材２１８すなわちフォームの交換は、バクテリアの保持を避けるために好適となり得る。これは、感染症が、患者にとって回復することが特に困難であるような重症治療セッティングにおいて好適となり得る。キャップは、キャップのハウジングへの接続に適した圧入、ねじまたは任意の他の機構を有することができる。
【００３６】
いくつかの実施形態において、音声処理システム、スピーカ、およびバッテリ電源を、マイクロフォンアダプタのハウジング内に組み込んで、コードや他の要素が患者に装着されることを避けることができる。この実施形態は、小さなスピーカおよび限られた電力が適した、特にコードが邪魔となる場所において好ましい。他の実施形態において、マイクロフォンモジュールは、増幅器と信号処理構成要素とを含むスピーカハウジングおよび／または増幅器ハウジングに接続される。
【００３７】
図６は、音声増幅システム９９で用いるのに適した、音声処理システム１５０用の例としてのハードウェア設計を示している。システム１５０は、マイクロフォン前置増幅器１５２と、アナログバンドパスフィルタ１５４と、アナログ−デジタル変換器１５６と、デジタル信号プロセッサ１０８と、デジタル−アナログ変換器１５８と、電力増幅器１０４と、システムマイクロプロセッサ１６０と、電源１１０と、電源オン／オフスイッチ１６２と、音量上げおよび下げボタン１６４ａおよび１６４ｂと、電力インジケータＬＥＤ１６６と、信号出力１１２とを含む。
【００３８】
システム１５０は、マイクロフォンモジュール１００から少なくとも１つのマイクロフォン入力（好ましくは複数のマイクロフォン入力）を受信する。各音声信号は、マイクロフォン前置増幅器１５２において利得調整され、次いでアナログ−デジタル変換器１５６を用いてデジタル信号に変換される、および／またはアナログバンドパス１５４に出力される。デジタル信号は、次いで、デジタル信号処理１０８を用いて処理され、デジタル−アナログ変換器１５８を用いて変換してアナログに戻す。プロセスのアナログ信号は、電力増幅器１０４を用いて増幅され、ラウドスピーカ１０７、またはデスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、携帯電話等の別の通信装置１１２に、出力される。
【００３９】
通信装置１１２は、通信ソフトウェアを含んでもよく、このソフトウェアは、通話またはメッセージサービスを開始して、処理済の音声信号を、遠隔地にいる人物に送信し、これにより患者と遠隔地にいる人物との間での通信を可能にする。通信ソフトウェアは、患者の声をテキストに変換して、テキストを遠隔地にいる人物に送信するための、ボイス−テキスト変換器を含んでもよい。
【００４０】
アナログバンドパスを用いて、音声信号を検出することができ、検出された音声信号は、システムマイクロコントローラ１６０が使用して、システムの構成要素（例えば、ＤＳＰ１０８）をオンにすることができる。
【００４１】
システム１５０の構成要素の全てまたは一部を、独立型の筐体、マイクロフォンモジュール１００、スピーカ筐体（例えば、スピーカ部１０２（図１Ｂ））、通信装置１００、ヘッドホン１１４、換気部２１（図１Ｂ）、またはこれらの組み合わせ（例えば、モジュール１００内の前置増幅器、通信装置１１２内のＤＳＰ１０８または換気部２１）に収容してもよい。
【００４２】
システムマイクロコントローラ１６０を用いて、音量ボタン１６４および／または電源ボタン１６２からの入力を受信することができる。システムマイクロコントローラは、ＬＥＤ１６６等の出力を提供し、システムの状態または他の情報（例えば、オン、オフ、スタンバイ、音声検出、エラー、低いバッテリ、十分なバッテリ、等）を示すことができる。
【００４３】
図７は、音声信号処理１０３を示すフロー図１０３であり、この処理は、例えば、ＤＳＰ１０８（図１Ｂ）で実行することができる。マイク入力２２０ａおよび２２０ｂからの音声信号は、それぞれ、バンドパスフィルタおよび周波数イコライザ２２２を用いて処理される。バンドパスフィルタを用いて、発話の外の周波数をカットすることができる。いくつかの実施形態において、バンドパスは、３００、２５０、２００、１５０、または１００未満および／または３０００、３４００、４０００、または５０００を超える、および／または前述の任意の範囲内の周波数を、フィルタ除去することができる。マイクＥＱを用いて、非平坦マイクロフォン反応を補正することができる。一実施形態において、マイクＥＱを用いて、ＮＩＶマスクにより生じた非平坦信号を補正することができる。バンドパスフィルタによって通過された周波数を等化して、周波数の範囲にわたってより均等な音を生成してもよい。周波数等化は、典型的には、マイクロフォン素子により生成される変化を補正するが、多くの場合、用いられる特定のマイクロフォンおよびそのマスクを収容するマスク内の構成に固有のものである。
【００４４】
音声信号は、次いで、ノイズ低減ブロック２２４を用いて処理される。ノイズは、ＰＰＶマスク内で生成される非干渉性（例えば乱流）の音、または発話音から軸が外れた音である。非干渉性ノイズは、典型的には、風ノイズ（マスク内で生成される）、換気ノイズ（配管された下方チューブ、またはマスク外部からの振動）、周囲ノイズ（ビープ音、アラーム、非音声の周辺音）、自己ノイズ（ノイズフロアまたはホワイトノイズ）を含む。ノイズ低減ブロックは、マイク入力２２０ａおよび２２０ｂを比較し、振幅および位相を検出することができる。位相がずれており、高い振幅を有している音は、非干渉性ノイズから生成されるノイズを暗示することができる。非干渉性の音を、次いで減衰し、音声ストリームからノイズを除去する。位相のずれたノイズは、間隔をあけて互いに近く、同一平面に配置された二重マイクロフォン（好ましくは複数の同じマイクロフォン）を用いて、最も良く検出される。あるいは、あまり好ましくないが、単一のマイクロフォン信号を、非干渉性または乱流ノイズを暗示する特性に関して分析（例えば、分析周波数および／またはエンベロープ特性を分析）することができ、これは、次いでノイズの減衰に用いられる。
【００４５】
ＮＩＶマスク内で生成される音声ストリームは、上述した二重マイクノイズ低減技術を用いて除去することができないノイズを有することが分かっている。ＮＩＶマスクは、呼吸ノイズ（吸入および吐出）を生成することができ、このノイズの顕著な部分は、発話および／または非乱流である。これらの呼吸ノイズは、発音された不自然な音（映画スターウォーズのダース・ベイダーによる呼吸に類似の）を有する。本発明は、患者活動検出器を用いて、これらのノイズを除去することができる音声処理システムに関する。デジタル信号処理１０３は、呼吸または発話等の患者活動を検出し、次いで検出された患者活動を用いて、ノイズを減衰させる活動検出器を含む。ＤＳＰ患者活動検出器を用いて、マイクロフォンシステム内の電力使用を低減すること、および／または換気装置の設定を調整することもできる。
【００４６】
音声ストリームのサイドストリーム２２６が、患者活動検出器２３０で処理される。活動検出器２３０は、発話活動検出器および／または呼吸活動検出器２３４を含むことができる。サイドストリーム２２６は、主音声信号２２８から分割され、これにより、活動検出器２３０は、活動を検出するために発話の部分を除去することができ、これは、ストリームのこれらの部分を除去することが、自然に聞こえる声を維持するために重要であっても行われる（すなわち、主音声ストリームは、活動検出のために除去された発話の部分を保持する）。活動検出器２３０からの出力は、次いで発話入力部２３６によって用いられ、主音声信号２２８を選択的に通過させる。あるいは、検出された活動は、システムマイクロ１６０によって用いる（例えば増幅器１０４の電力を低下させる）か、あるいは、活動出力２３８を通して、換気装置２１または他の装置に出力される。
【００４７】
図８Ａは、本発明の実施形態に係る活動検出を行うための、例としての回路を示している。サイドストリーム２２６は、バンドパスフィルタ２４８およびバンドパスフィルタ２４９を用いて分割および処理される。バンドパスフィルタ２４８は、音声データの部分を、積極的にフィルタ除去し、かつ、発話および呼吸（吸気および／または呼気）を示す特定の周波数を通過させる。バンドパスフィルタは、同じかまたは異なることができる。バンドパスフィルタは、無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタ、または有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタとすることができる。ＩＩＲフィルタは、ダイレクトフォームＩまたはＩＩ、好ましくは、図８Ｂ（回路２６２）に示されるように、ダイレクトフォームＩとしてもよい。バンドパスは、図８Ｂに示される、少なくとも２つのダイレクトフォームＩフィルタのカスケードを用いて行うことができる。好適な実施形態において、ｂ０、ｂ１、ｂ２、ａ１およびａ２は、ニ次バターワースフィルタである。いくつかの実施形態において、バンドパスフィルタは、少なくとも二次フィルタ、より好ましくは少なくとも４次フィルタまたは６次フィルタである。バンドパスフィルタを用いて、関心のある周波数が生成される。例えば、バンドパスフィルタを用いて、発話または呼吸を検出するための、関心のある周波数範囲の外の周波数を減衰することができる。バンドパスフィルタは、電力エンベロープ２５０、ＲＭＳ２５２、またはその両方、あるいは回路の他の構成要素の前に、配置してもよい。バンドパスフィルタは、複数のバンドパスフィルタを含むこと、および／または音声ストリームを分割して、音声ストリームの２つ以上の部分に対して行うことができる。活動検出器は、発話信号の部分を、フィルタ除去して、発話に固有の、および／または呼吸に固有の周波数を分離してもよい。いくつかの実施形態において、活動検出器のバンドパスフィルタは、１５０、２５０、３００、４００、５００、１０００、または２０００ｈｚ未満、および／または５０００、４０００、３０００、２０００、または１０００ｈｚを超える、あるいは上述した終点の範囲内の、発話周波数の全てまたは一部を減衰するように構成されている。いくつかの実施形態において、バンドパスフィルタは、第１の高調波、または第２、より好ましくは第３または第４の高調波を除去し、かつ、発話の基本および／または第１の高調波を通過させる。いくつかの実施形態において、バンドパスは、基本周波数および低次の高調波を除去し、高次の高調波のみを通過させる。
【００４８】
ひとたび、サイドストリーム２２６が、バンドパスフィルタで処理されると、信号２２６は、次いで、電力エンベロープブロック２５０および２乗平均平方根ブロック２５２で処理される。ＲＭＳは、信号の長期平均電力である。電力エンベロープは、信号の短期平均電力である。電力エンベロープは、エンベロープの平滑化と、いくぶん同等である。図８Ｃは、電力エンベロープ２５０および／またはＲＭＳ２５２を決定するために、本発明で用いることができるデジタルＲＣフィルタ２６４を示している。ＲＣフィルタ２６４は、アルファ＋ベータ＝１であり、Ｘ（ｎ）＞ｙ（ｎ）であれば、アルファは、＝アルファ１  Ｂ＝Ｂ１、さもなければアルファ＝Ａ２、ベータ＝Ｂ２である、集積回路であってもよい。電力エンベロープ２５０に対しては、アルファ係数は、高く設定（例えば、０．５、０．８、または０．９を超える）され、ＲＭＳ２５２に対しては、アルファ係数は、低く設定（例えば０．５、０．２、または０．１未満）である。ＲＭＳ２５２は、所与の平均時間に対して、より強い信号を達成するために、異なる係数を有する複数のＲＣ回路を用いることができる。
【００４９】
図８Ｄは、しきい値を選択するために本発明で用いることができるしきい値フィルタ２８８を示している。例えば、しきい値フィルタ２８８は、図８Ａに示されるように、音声しきい値２５４、呼吸しきい値２５６、または無信号のしきい値２５８のために用いることができる。
【００５０】
ＲＭＳと組み合わせて、電力エンベロープ２５０とＲＭＳ２５２の間の差は、呼吸ノイズ、発話、または無活動のそれぞれの、３つの状態を生成する。電力エンベロープとＲＭＳの間の差が高く、ＲＭＳが高い場合、音声のためのしきい値は、ゼロよりも大きく、“無信号”のためのしきい値は０であり、これは、発話を示すものである。電力エンベロープとＲＭＳの間の差が低く、ＲＭＳが高い場合、呼吸のためのしきい値は、ゼロよりも大きく、“無信号”のためのしきい値は、ゼロであり、これは、呼吸ノイズを示すものである。ＲＭＳが低い場合、無信号のためのしきい値は、ゼロよりも大きく、これは、無信号を示すものである。発話、呼吸、および無活動のための信号は、しきい値回路を通過して、比較器２６０にて積分される前に、確率を各信号と関連付けることを可能にする。比較器は、しきい値回路から信号を受信し、患者活動（発話活動、呼吸活動、または無活動）の戻った状態を生成する。
【００５１】
電力エンベロープ２５０およびＲＭＳ２５２のために用いられるアルファおよびベータ係数を選択して、信号の時間的平均を設定することができる。一実施形態において、電力エンベロープは、少なくとも０．２５、０．５、１、５、１０ｍｓ、および／または３０、２０、１０ｍｓ未満、あるいは上述した終点のいずれかの範囲の期間にわたる平均である。一実施形態において、信号のＲＭＳは、３、５、または１０ｍｓを超える、および／または２５０、１００、または５０ｍｓ未満、あるいは上述の終点のいずれかの範囲よりも大きい期間にわたる平均である。いくつかの実施形態において、ＲＭＳのための時間平均は、電力エンベロープに対するサンプリング時間の少なくとも３、５、１０倍大きい、および／または電力エンベロープに対するサンプリング時間の２５０、１００、または５０倍未満である、および／またはこれらの終点のいずれかの間の範囲内にある。
【００５２】
入力部２３６は、入力部２３６を通して信号２２８を減衰または通過させるために開閉する利得要素である。発話が検出されると、利得素子は開き、信号２２８は通過する。発話が検出されないか、または呼吸ノイズが検出されると、利得素子は閉じ、信号は遮断される。入力部２３６は、発話検出器が信号を処理することを可能にするために、小さな遅延を有してもよい。遅延は、好ましくは、４０、２０、１０、または１ｍｓ未満である。入力部は、減衰のレベルの始まりおよび終わりの変化の間に、ランプ（Ｒａｍｐ）を有してもよい。ランプは、２０、１５、１０、５、または１ｍｓ未満、および／または０．０１、０．０５、１ｍｓを超える、および／または上述の終点の範囲内であってもよい。ランプは、指数関数的または線形であってもよい。ランピングは、自然に聞こえる発話のためには重要となり得る。ランピングが遅すぎると、音が途切れる。ランピングが起こるのが早すぎると、音が弾けることがある。
【００５３】
代替の実施形態において、発話入力部２３６は、換気装置２１からの呼吸活動信号を受信することができる。本実施形態において、換気回路内の圧力センサが、吸気を示す負圧を検出する。負圧活動を、音声処理システム１５０に送信し、入力部２３６により用いて、主音声信号２２８を減衰させることができる。発話入力部２３６は、圧力センサからの呼吸活動を単独で、または他の呼吸活動と組み合わせて用いてもよい。
【００５４】
図８Ｅは、周波数領域（ｘ軸は周波数、ｙ軸は電力）内の呼吸信号２９０と、発話信号２９１とを示している。示されるように、呼吸ノイズは、広帯域となる傾向があり、低帯域２９２と、高帯域２９３とに、類似する電力を有する。呼吸は、低域通過フィルタリングおよび広帯域信号との比較を用いて検出することができる。発話の高調波は、より低い電力を有するため、発話に関しては、高域通過フィルタと比べて、低域通過フィルタにおいてより多くの電力が検出される。呼吸に対する発話を、検出することができ、これは、信号が発話である場合、広帯域は、低バンドパスよりもさほど多くはなく、類似もしていないからである。呼吸している場合、広帯域は、低バンドパスよりも実質的に多くの電力を有する。
【００５５】
別の実施形態において、高バンドパスフィルタが、高帯域信号と共に用いられる。この実施形態においては、高バンドパス信号が、広帯域フィルタに類似していると、呼吸が検出される。高バンドパスフィルタが、広帯域フィルタよりも実質的に低いと、音声が検出される。
【００５６】
さらに別の実施形態において、低域通過フィルタ信号を、高バンドパスフィルタと比較することができる。信号が呼吸である場合、高バンドパス信号は、低バンドパスフィルタよりも実質的に低くなる。信号が発話である場合、高バンドパス信号のための電力は、低バンドパスフィルタの電力よりも実質的に低くなるはずである。
【００５７】
発話活動検出器または呼吸活動検出器は、電力エンベロープおよびＲＭＳの比較以外の方法を用いて、発話および／または呼吸活動を検出してもよい。検出を高速にするために、波高因子特徴に基づく信号処理を実行することが好適な場合がある。発話は、高い波高因子を有する傾向があり、呼吸ノイズは、低い波高因子を有する傾向がある。図８Ｆは、呼吸ノイズ２９５および発話２９６を有する時間領域信号２９４を示している。呼吸ノイズは、発話２９６と比較して、より長く平坦な信号２９５を生成する。平坦な信号は、その波高因子によって識別でき、これは、発話と比較すると、短期および長期にわたって、より低くなる。一方で、発話は、高い波高因子を有する場合がある。発話のエンベロープは、短時間で急速に変化する一方、呼吸ノイズは、同じ時間でよりゆるやかに変化するエンベロープを有する。いくつかの実施形態においては、処理は、所与の期間内の、信号がしきい値よりも高くなる回数を計算すること、および期間内のまたは行内のしきい値に達する回数が、患者活動を示す場合の、パラメータを設定することを含む。好適な実施形態においては、処理はデジタル領域で実行される。いくつかの実施形態においては、しきい値は、ダイナミックレンジを低減し、しきい値フィルタ内の信号を区別するために、ログ領域で好適に決定される。いくつかの実施形態では、波高因子特徴を使用して、「ｗｈ」音または「ｓｈ」音などの呼吸および非発声子音を区別することができる。これらの音は、時間領域内での短時間の呼吸ノイズに類似して見える場合がある。呼吸の偽陽性を防ぐために、信号の波高因子を分析してもよい。信号が、低い波高因子を有する場合は、呼吸信号である可能性が高く、波高因子が高い場合は、音声である。波高因子特徴は、単独で、または図８Ａに示す機能と組み合わせて用いることができる。好ましくは、バンドパスフィルタリングが、最初に行われ、呼吸が検出された場合、波高因子特徴を使用して第２のＤＳＰ処理ステップが実行され、偽陽性が除去される（すなわち、最初のフィルタリングが呼吸を検出した場合、第２のＤＳＰ処理ステップが実行される）。
【００５８】
さらに別の実施形態において、調整可能な利得（例えば、しきい値を上下に調整可能なボタン）を有するしきい値フィルタを用いて、呼吸ノイズおよび／または発話を検出することができる。しきい値フィルタは、上カットオフを下カットオフと比較してもよく、フィルタの高域通過部分が、低域通過部分よりも大きい場合、信号は、呼吸である可能性が高い。しきい値を高く調整することは、より高い傾向がある女性の声のために有用であり、しきい値をより低く調整することは、男性またはより低い声のためにシステムを最適化することを可能にする。
【００５９】
いくつかの実施形態において、発話および／または呼吸ノイズを検出するデジタル信号処理は、発話周波数の範囲にわたって、複数のフィルタバンクを作成することを含むことができる。例えば、ＲＣ回路（図８Ｂおよび図８Ｃ）と対にされた一連のバンドパスフィルタ（図８Ｂおよび８Ｃ）を用いて、異なる周波数でフィルタバンクを作成できる。フィルタバンクの数を増やすことは、音声または呼吸ノイズである可能性がある音の区別を多くすることを可能にする。１２００〜３５００Ｈｚの範囲内の周波数でのフィルタバンクは、この範囲の発話が減少するはずなので、発話とノイズを区別するのに特に好適である。この領域での信号強度の増加は、ノイズを示している。通常、フィルタバンクの数は、２〜２０またはそれ以上にすることができる。より多いフィルタバンクの数のために（すなわち、周波数のより狭い帯域を達成するために）、特定の数のポイントの高速フーリエ変換を、フィルタバンクの代わりに用いることができる。
【００６０】
重要なことに、患者活動検出器は、音声認識に基づいていない。音声認識では、人間の声がアクティブかどうかだけでなく、何が言われたかを判断する必要がある。音声認識は、入力部で音声信号を切ることを必要とする、遅延を引き起こすか、またはユーザに知覚可能な許容されない遅延（例えば、８０ミリ秒を超える）を引き起こす。本発明で増幅される音は、コミュニケーションに利用されるものであり、よって、自然な響きの音声であることが望ましい。
【００６１】
呼吸ノイズのフィルタリングは、換気されている患者とのコミュニケーションに、特に重要であることが分かっている。ＰＰＶマスクは、プロオーディオなどの他の設定では問題ではない、問題のある呼吸ノイズを生成する。マスク内の呼吸ノイズは、周波数とエンベロープパターン（例えば、波高因子）に基づいて、音声と区別できる。ＰＰＶマスク内の呼吸ノイズは、Ｂｏｓｅヘッドホンなどの典型的なノイズキャンセリングデバイスで見られるノイズとは、実質的に異なる。これらのデバイスでは、ノイズは広帯域であり（例えば、ジェットエンジンまたはシーッという音と同様）、狭いトーン（例えば、一定の単一周波数）を有する。ＰＰＶマスク内の呼吸は、そのどちらでもない。呼吸は、周波数成分の変化（ハイローまたはローハイの変化）および複雑なトーンを有する。
【００６２】
検出された活動に基づく換気装置の制御。本発明のいくつかの実施形態は、検出された活動を用いて、換気装置を制御することに関する。例えば、発話が検出された場合、発話の持続時間を用いて、バイレベル換気装置でｉＰＡＰの時間を計ることができる。いくつかの実施形態では、患者が換気装置圧力の治療レベルにある間に、音声信号が収集され、音声ストリームが、治療レベル（ｅＰＡＰ、ｉＰＡＰ、または両方）で収集された音声で処理される。
【００６３】
本発明のいくつかの実施形態は、欠けている高調波内容を加えることによる、ＰＰＶ患者から自然に聞こえる音声の生成に関する。ＰＰＶマスクは、より高次の高調波などの特定の周波数を消す、バンドパスフィルタとして機能することができる。いくつかの本発明の実施形態は、発話の基本周波数を識別し、デジタル信号プロセッサ１０８を用いて、欠けている高調波を足し戻すことに関する。この実施形態において、ユーザは、システム１５０に対して連続する言葉を発音することにより、システム１５０にトレーニングを行ってもよい。トレーニングは、ＰＰＶマスク内の圧力なしに行われる。次に、ユーザは、陽圧空気により同じ連続する言葉でトレーニングを行う。２つのトレーニングセッションを用いて、患者の基本周波数と高調波の間の自然な比率を識別する。次いで、比率を用いて、ユーザの声の中の欠けている高調波を、基本周波数からの同じ自然比率で挿入する。任意で、トレーニングを、２つ以上の圧力で行ってもよい。一実施形態において、トレーニングは、事前に定められた治療圧力内で発生する。圧力は、ｅＰＡＰ圧で、３、４、５、８、または１２ｃｍＨ２Ｏを超える、および／または３０、２５、２０、または１５ｃｍＨ２Ｏ未満、あるいは上述の終点の範囲内であってもよい。あるいは、特定の高調波のために、平均の比率を推定し、推定した比率に基づいて、高調波を加える。
【００６４】
歯擦音の除去。本発明は、また、歯擦音除去（ブロック２４０）を行うことに関する。マイクロフォンモジュールを用いてマスク内に設置されるマイクロフォンは、“ｓ”の音に敏感すぎることが分かっている。図９は、自然に聞こえる音声を維持しながら、耳障りな歯擦音を除去するための回路（歯擦音除去２４０）を示している。入力部２３６から入力される音声は、高域通過フィルタ２７２を通じて処理される。フィルタリングされた信号およびフィルタリングされていない信号は、次いで、ＲＭＳ２７４およびＲＭＳ２７６にそれぞれ変換され、比較器２７８にて比較される。フィルタリングされたＲＭＳ２７４は、フィルタリングされていないＲＭＳ２７６と比較され、比較器２７８で比較される。フィルタリングされたＲＭＳ２７４が、フィルタリングされていないＲＭＳ２７６と同等であり、しきい値に達する場合、歯擦音は比較的高く、減衰器２８４がアクティブ化され、歯擦音を減衰させる。タイミングコントロール２８２を用いて、減衰器に入る信号を遅延させ、処理が発生するための時間を与える。
【００６５】
歯擦音除去モジュールを用いて、口の近くでのマイクの改善された配置を可能にし、改善された信号対ノイズ比を提供することができる。マイクは、マスク内の口の近くに配置され、これは、不釣合いに強い高周波音を引き起こす。ディエッサーは、耳障りな高い周波数を減衰させる。ディエッサーは、高い信号が問題となる場合のみ、これら信号を除去するため、ＥＱよりも好適であり、このことは、他の高い周波数トーンを保つことができ、信号音を自然なものにする。ディエッサーは、ＲＭＳ（電力平均の測定）を用いて、高域通過フィルタ後の電力平均を比較することができる。２つが、同等にしきい値に達すると、信号は減衰される（例えば、ＶＣＡまたはフィルタ（例えば、マイクＥＱ）によって）。高域通過フィルタ周波数は、２ｋ〜１０ｋ周波数の間で選択することができる。あるいは、男性の声を、検出することができ、フィルタを、約３〜６Ｋの近くに設定することができ、あるいは女性を、検出および約５〜８ｋの近くに設定することができる。
【００６６】
本発明のいくつかの実施形態は、自動調整ディエッサーを含む。自動ディエッサーは、男性対女性の音声セットを検出し、次いで、これに応じてフィルタを設定することができる。あるいは、２つ以上の固定周波数をテストし、次いで、システムは、ほとんどの歯擦音を有すると検出された周波数の上をフィルタリングする。あるいは、システムは、最良のフィルタ周波数が見つかるまで、周波数をダウンスキャンすることができる。自動ディエッサーは、また、周波数領域において、振幅領域にＦＦＴを行うことにより実行し、歯擦音が生じる周波数よりも上を減衰するか、または信号にＥＱを行い、最も高い歯擦音周波数を除去することもできる。
【００６７】
自動利得制御。いくつかの実施形態において、システム１０３は、自動利得制御モジュール２４２を含む。利得の特定のレベルまたは利得の範囲が、ユーザによって選択される。モジュール２４２は、ＲＭＳを監視する。利得が、ユーザによって選択された特定のレベルまたは範囲の外まで低下すると、モジュール２４２は、利得を加算または減算して、所望の範囲の音量内にある信号を達成する。よって、臨床医が、音声出力の音量を（例えば、スピーカボックスで）設定し、人物が、より静かに、またはより大きな声で話す場合、自動利得制御モジュールは、より強いか、またはより弱い信号を検出して、自動的に利得を上下に調整し、ユーザの選択した目標音量に合わせることができる。代替の実施形態において、自動利得制御を用いて、前置増幅器からのクリッピングを防ぎ、信号対ノイズ比を最大化することができる。利得は、最大しきい値（クリッピングが発生する）よりも下のレベルまで増加される。クリッピングが発生している場合、自動利得制御は、利得を、しきい値未満に調整する。マイク前置増幅器は、ＤＳＰチップまたは独立型のチップに組み込むことができる。自動利得制御は、実際に病気の人は静かに話す傾向があり、および／または自身の発話の音量を調整する能力が低いため、ＮＩＶマイクロフォンに好適である。自動利得制御により、臨床医がスピーカコントロールに触れる頻度が減り、汚染や患者の感染の可能性が減少する。処理は、（ｉ）信号の短期の平均電力を測定する（すなわち、電力をウインドウ化する）、（ｉｉ）目標レベル（すなわち、音量をどの程度大きくしたいか）と、ノイズレベルとを選択する、（ｉｉｉ）信号がノイズレベルよりも低い場合、何もしない（利得を上げる／ノイズを増幅することを望まない）、（ｉｖ）信号が、ノイズレベルよりも上であり、対象レベルよりも下である場合、利得を加える、（ｖ）信号が、目標レベルよりも上の場合、利得を下げる。
【００６８】
電力管理。いくつかの実施形態は、音声増幅システム１５０の電力使用の管理に関する。例えば、ラウドスピーカ１０７が、バッテリ駆動される場合、電力使用の制限は、バッテリ寿命を伸ばすことができる。電力の使用は、いくつかのやり方で最小化することができる。一実施形態において、システムマイクロは、活動検出器２３０からの出力を用いて、システム１５０の様々な構成要素の電源を落とす。例えば、活動検出器２３０が、発話を検出しないか、または呼吸ノイズを検出する場合、システムマイクロ１６０は、増幅器１０４をオフにすることができる。システム１５０の構成要素も、特定の時間の後に、電源を落とすことができる。例えば、ある期間にわたって発話活動が検出されない場合、ＤＳＰ１０８は、電源を落とすことができ、電源をオンにすることは、ユーザが“オン”ボタンを押すことを必要とし、またはアナログバンドパスフィルタを通して、活動を検出してもよい。
【００６９】
いくつかの実施形態において、システムマイクロ１６０は、迅速にオンおよびオフして、音声の検出を確認し、次いで電源を落として、電力を節約することができる。音声が検出されると、システムマイクロプロセッサ１６０は、電力増幅器をオンにすることができる。いくつかの実施形態において、システムマイクロ１６０は、１秒に複数回、オンおよびオフすることができる。
【００７０】
いくつかの実施形態は、発話検出のための低電力モニタとして用いることができる、アナログバンドパスフィルタ１５４に関する。本実施形態において、ＤＳＰ１０８は、発話が検出されない場合、電源を落とすことができ、アナログバンドパス１５４を用いて、システムマイクロ１６０をトリガしてＤＳＰ１０８をウェイクアップする、ウェイク信号を生成することができる。アナログバンドパス１５４は、発話検出のために偽陽性を生成する側で、エラーを起こすように構成することができ、ウェイクアップされると、ＤＳＰ１０８および／またはシステムマイクロ１６０は、検出された発話を検証することができる。ＤＳＰ１０８から発話が検出されていれば、電力増幅器１０４に電力供給することができる。
【００７１】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、アナログ自動オン機能を行うために用いることができる、アナログバンドパスフィルタを示している。回路２６６は、発話を示す周波数を分離するアナログバンドパスフィルタを含む。図１０Ｂに示されるアナログ比較器２６８を用いて、発話対ノイズを決定するための周波数の比較を行うことができる。
【００７２】
スピーカイコライゼーション２４４を、処理された信号に行って、特定のスピーカまたは筐体のために信号を平坦化することができる。
【００７３】
最後のステップ２４６において、音声信号を、増幅およびラウドスピーカで再生するために出力する。
【００７４】
本発明は、また、マイクロフォンモジュール、スピーカハウジング、独立型のハウジング、または換気装置内に収容された、デジタル信号プロセッサに関する。スピーカは、従来のコーンベースのスピーカ、または励振器であってもよい。
【００７５】
いくつかの実施形態において、信号処理は、携帯電話上のソフトウェアにおいて実行することができる。マイクロフォンを、携帯電話に取り付けて、携帯電話のプロセッサを用いて、ＤＳＰ１０８に関してここに説明したように処理してもよい。出力は、次いで、携帯電話を介して送信され、および／またはラウドスピーカ（例えば、ヘッドホン）にてユーザに対して再生される。
【００７６】
図１１Ａ〜図１１Ｃは、取り外し可能なマイクモジュール１００を受けるために適したエルボを、より詳細に示している。エルボ２６は、上部ハウジング５２と、下部ハウジング５４とにより形成されるエルボ本体５０を含む。十字スリット弁４２などのアクセス弁が、係止リング４６を用いて上部ハウジング５２に固定されている。エルボ２６は、また、フラップ４８を用いて開口部３６を開閉する窒息防止弁を含む。本発明の目的のために、他に記述または示唆されない限り、“弁”という用語は、それ自体で、アクセスポート２３内の“アクセス弁”を指す。
【００７７】
エルボ２６は、空気供給導管を含む空気供給コネクタである。空気供給導管は、入口３０と出口３４との間で延び、内部領域５６ａ、５６ｂ、および５６ｃ（図１１Ｃ）を含む。弁４２は、領域５６ｃ内の空気供給導管と流体連通している。弁４２は、開口４４および導管の領域５６ｃを通して、装着者の口および鼻へのアクセスを提供する。
【００７８】
弁アダプタ２６によって提供される空気供給導管は、陽圧空気源（例えば換気装置２１）から、換気マスク１０のキャビティに加圧された空気を供給するように構成されている。入口３０内の空気圧は、フラップ弁４８を強制的に開かせ、領域５６ａおよび５６ｂの間で流体連通を提供する。領域５６ａおよび５６ｂの間の空気の流れは、フラップ４８を強制的に上向きにし、シート５８に対して押し付けることにより、開口３６を閉じさせる。空気の流れが、領域５６ａおよび５６ｂの間で停止した場合、フラップ４８は、開口部６４に向けて下降し、空気が入口３０を通って（すなわち、領域５６ａ〜５６ｂから）逆流することを防止する。フラップ４８は、換気装置からの空気の供給が遮断された場合に、周囲から（開口３６を通して）空気を呼吸させることによって、窒息を防止する。
【００７９】
エルボ２６は、陽圧空気供給ホース（図示せず）を、エルボ２６の入口３０に流体接続する、第１の圧入コネクタ２８を含む。第２の圧入コネクタ３２は、エルボ２６の出口３４を、マスク本体１２内の入口に流体接続する機能を果たす。圧入接続は、器具がアダプタ（図１Ｂを参照）に配置され、弁４２から引き抜かれると、圧入が、空気供給コネクタのマスクへの接続を維持するように、十分に密閉するように構成してもよい。図１Ａは、マスク１２の本体上に構成されたスイベルコネクタ２９を有するマスクを示している。圧入コネクタ３２は、スイベルコネクタ２９の内部に配置され、空気をマスクに供給するために十分に密閉するように構成されている。スイベルコネクタは、スイベルに押し付ける、またはエルボ２６を回転させるために用いられる、表面模様付きのフィンガーグリップ１９を有する。
【００８０】
エルボ２６は、好ましくは、エルボ２６に接続されたホースの向きを、マスクにトルクをかけずに変えられるように、マスク本体１２に対して旋回する。任意のスイベル機構を、用いることができる。スイベル機構は、マスク本体、エルボ、またはこれらの間の接続に対して組み込んでもよい。
【００８１】
圧入以外の接続を用いて、エルボ２６をマスクまたは換気装置に接続してもよく、この接続は、取り外し不可の接続、ねじ山との螺合、スナップ接続、固定リッジとのスライド接続、クリップ、およびクイックリリース接続を含む。
【００８２】
図１４は、エルボ５２６が、マスクとのスイベル接続を形成するように構成されている実施形態を示している。スイベル接続部３００は、ＰＰＶマスクの開口に係合するように成形されている。また、スイベルコネクタ３００は、マスクに対する開口の縁部と共に密閉する密閉リム３０４を有して構成されている。エルボは、リッジにスナップ接続するか、またはマスクの本体に設置されて、エルボの強固な係合を維持し、アクセスポートに対して密閉するクリップコネクタ３０２を含む。リリースタブ３０６が、クリップコネクタに取り付けられており、このタブは、内側に向けて押されると撓み、マスクからエルボをリリースする。
【００８３】
再び図１１Ａ〜図１１Ｃを参照すると、エルボ２６は、ステム３８上に、圧力ポート４０を含んでもよい。圧力ポート４０は、エルボ２６内の圧力変化を監視する領域５６ｂと流体連通する小さな開口を含む。圧力の変化を用いて、マスクの装着者が、いつ息を吸い、吐くかを検出することができる。バイレベルの圧力換気装置は、圧力ポート４０を用いて、息を吐く間により低い圧力を提供し、息を吸う間により高い圧力を提供することができる。圧力ポート４０は、エルボ２６と関連付ける必要はないが、むしろ、マスク本体１２、換気装置とマスクの間の配管、またはこれらの組み合わせに対して設置することができる。圧力ポート４０は、キャップ３９により覆い、検出の必要がない場合に栓をして流れを止めることができる。
【００８４】
エルボ２６は、開口部４４を有するアクセスポート２３と、ポート内に設置された弁４２とを有する。弁４２は、換気装置からの圧力を用いて、アクセスポートに器具やアダプタがない場合に弁を閉じる、自己密閉弁であってもよい。アクセス弁は、弁がなく同じ最大径を有するアクセスポートと比べて漏れが減少した、口腔ケアを行ったり器具を挿入したりするのに十分な開口径を有する。自己密閉弁の開口部の直径（完全に開いた位置）は、少なくとも５、１０、１５、または２０ｍｍ（〜０．２、０．０４、０．０６、０．０８インチ）、および／または５０、４０、３０、２５、または２０ｍｍ（〜２、０．１６、０．１２、０．１、０．０８インチ）未満、および／または前述の範囲内（開口部の断面に基づいた開口部の高さおよび／または幅）とすることができる。これらの開口部の直径は、少なくとも４、５、８、または１０ｃｍＨ２Ｏおよび／または３０、２５、２０、１５ｃｍＨ２Ｏ未満、あるいは前述の終点のいずれかの範囲内の圧力下で自己密閉する弁によって、達成することができる。
【００８５】
いくつかの実施形態において、アクセス弁４２内の開口部は、１つ以上のスリットにより提供される。スリットの長さは、最大の開口幅を提供してもよい。いくつかの実施形態において、弁は、複数のスリットを含む。いくつかの実施形態において、弁は、２つのスリットを含むことができ、スリットは、十字スリットを形成してもよい。
【００８６】
圧力下での自己密閉を促進するために、アクセス弁４２は、圧力により押し付けられる、内向きに傾斜する壁部または凹部を有してもよい。弁４２は、ダックビル弁またはドーム型弁としてもよい。図１２Ａおよび図１２Ｂは、十字スリットの入ったダックビル弁を示している。弁４２は、リム５８と、支持壁６６と、複数のリーフレット６２ａ〜ｄと、を有する。図１２Ａの上面図に示されるように、リーフレットは、それぞれ、弁の換気装置圧力側に対して凹となっており、スリット６０ａおよび６０ｂにて窓割りを形成する。リーフレット６２は、器具または器具アダプタにより弁の外側から押し開かれ、弁の内側から圧力によって共に押されるように構成されている。ダックビル弁は、４個のリーフレット２、３、４を有して示されているが、単一のリーフレットを有してもよく（すなわち、剛性の壁に対して密閉する）、より好ましくは、少なくとも２、３、４個以上のリーフレットを有する。図１２Ｂに示されるように、リーフレット６２の凹部は、クロスフィットの中心に集まる幾何学形状を有する。例えば、リーフレット６２ｂの凹部は、点６４の近くで当たる。器具またはアダプタが挿入されると、リーフレット６２ｂは、外に押し出され、点６４は、中央の十字部分から離れ、これにより弁が開く。弁４２は、形状記憶性を有する弾性材料で作製することができ、これにより、器具またはアダプタを取り外すと、装置は、少なくともその凹部の部分が回復し、これにより、圧力がリーフレットを密閉することができる。
【００８７】
ドーム弁が用いられる場合、ドームは、中央開口部において薄く、縁に向かってより厚くなるようなテーパ状であるテーパ厚さを有してもよい。テーパは、窓割りの中央の縁と比べて、窓割り／スリットにおける厚さの１．２、１．５または２倍の厚さの変化を含んでもよい。テーパは、中央でより容易に弁を開くことを可能にしてもよい。
【００８８】
好適な実施形態において、弁は、反転した場合、自ら逆戻りする（すなわち、自己復帰する）。本発明の目的のために、自己復帰弁は、弁が反転された際に、弁をその自己密閉位置に戻させる材料および構成（例えば、形状記憶を有するエラストマー材料）を有する。よって、器具が弁から引き出されて、リーフレットまたは他の構成要素が反転する場合、力が除去されると、自己復帰弁はその自己密閉位置に戻る。必須ではないが、弁は、凹型としてもよく、および／または自己復帰を容易にするために、シリコーン材料（または類似のポリマー、エラストマー、イソプレン、ニトリルゴム、ブチルゴム、またはシリコーン様材料）製であってもよい。一実施形態においては、弁は、その中心に、５、４、３、または２ｍｍ未満の厚さの材料の層を含む。弁４２のリム５８は、自己復帰機能にも寄与する。リーフレットの上のリムの高さ、および横方向に延びる材料は、弁４２が反転される際に、壁の座屈に対する剛性を提供し、リム５８とリーフレットとの間の延伸する材料が、リーフレットをその正しい位置に押し戻す。
【００８９】
アクセス弁４２、および／または、アクセス弁４２、窒息防止弁４０、およびマスク１２のうちの１つ以上の組み合わせは、マスクが少なくとも５、１０、１５ｃｍＨ２Ｏおよび／または２５、２０、または１５ｃｍＨ２Ｏ未満、あるいは上述の範囲内の圧力下にある場合に、毎秒７０、５０、４０、３０、または２５リットル（“ｌｐｍ”）未満、および／または、２、５、７、または１０ｌｐｍを超える、および／または前述の範囲内の漏れレートを有するように構成してもよい。本発明の目的のために、漏れレートは、ＩＳＯ基準１７５１０（２０１５）に従って測定された場合に、５ｃｍＨ２Ｏの圧力で測定される。
【００９０】
いくつかの実施形態において、弁は、弁を通しての器具または器具アダプタの挿入を容易にするために、生体適合性潤滑剤を含んでもよい。アクセス弁および／または潤滑剤はまた、抗菌剤（例えば、クロルヘキシジン）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、弁アダプタは、弁が未使用の際に弁４２への開口部を覆うダストキャップを有してもよい。
【００９１】
図１３Ａは、図１Ａのエルボ２６のアクセス弁４２を含まない、エルボ４２６を有する代替の実施形態を示している。エルボ４２６は、アダプタが取り付けられ、および／または開口部４４を通して配置された際に開口部４４を密閉する、器具アダプタを受けるように構成された開口部４４を含む（図７Ａ〜Ｃを参照）。エルボ４２６のアクセスポート２３には、未使用の際にポートを密閉する弁がないため、エルボ４２６には、開口部４４の上または中に配置して、空気漏れを防ぎ、マスクと顔の間の空気圧を維持する密閉キャップ４９を含む。
【００９２】
図１３Ｂは、エルボコネクタの代わりに、アクセスポート２３をシェル１２ｂに組み込んだ、シェル１２ｂを有するマスク１０の代替の実施形態を示している。シェル１２ｂは、アクセスポート２３とは別のエルボネクタ２７を有する。エルボコネクタ２７は、加圧空気をマスクに供給し、ＰＰＶマスクで用いられるエルボコネクタのための、当該技術分野で知られた任意の機能を有する。図１Ａのマスク１０と同様に、弁４２は、マスク内の陽圧を用いてアクセスポート２３を密閉する。アクセスポート２３を、マスク内でエルボコネクタとは別に設置することは、エルボコネクタ２７を、図１Ａのエルボ２６よりも小さくすることを可能にする。
【００９３】
シェル１２ｂ内のアクセスポートは、図１３Ａのアクセスポート４２３で示すように、弁無しで構成してもよい。加えて、患者の口または鼻への外からの直接アクセス（すなわち、マスクを通した口または鼻へのアクセス）を可能にするアクセスポート２３（弁付きまたは弁無しの）を、シェル１２ｂの任意の場所に設置することができる。いくつかの実施形態において、マイクロフォンモジュールおよび／またはマイクロフォンを、マイクロフォン素子がマスク内部に配置された状態で、マスクのシェルに組み込むことができる。マイクロフォン素子は、マスクのシェル内に、永久的に配置することができる。
【００９４】
図１３Ｂは、また、マスク本体１２ｂの隣接部分の材料よりも柔軟である柔軟部分１０６を有する、マスク本体１２ｂを示した一実施形態を示している。柔軟部分１０６は、アクセス弁４２を通して設置された器具アダプタのより大きな関節運動および移動、ならびに、クッション２２によって作られた顔周りの密閉の維持におけるより大きな支持および柔軟性を提供する。シェル１２ｂの柔軟部分１０６は、図１Ａおよび図１３Ａに示されるように、実施形態のマスク本体に組み込むこともできる。代替の実施形態において、図１Ａまたは図１３Ａのスイベルコネクタ２９を、マスク１２の本体よりも柔軟に構成することができる。柔軟なエルボコネクタが、米国特許第８，３０２，６０５号でさらに説明されており、この文献は、参考のために本明細書に組み込まれる。さらに別の実施形態において、アクセスポートは、クマール（Ｋｕｍａｒ）の米国特許出願第２００３／０４７１８９号に説明されている弁などのアイリス弁であってもよく、この文献は、参考のために本明細書に組み込まれる。本発明は、また、本明細書において説明した任意の他の器具を使用する方法も含む。
【００９５】
本出願人の同時係属中の２０１７年１０月４日に出願された米国仮特許出願第６２／５６８，３１４号および２０１７年１２月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／６１２，３０３号、ならびに本出願人の２０１６年６月２３日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１６／０３９１１７号および２０１７年１１月７日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１７／０６０４８０号は、それぞれ、その全体が参考のために本明細書に組み込まれる。
【００９６】
本発明は、様々な材料を用いた様々なマスクおよび／またはアダプタに組み込むことができる。本発明の一実施形態に係る弁を含むように構成することができる陽圧マスクの例が、フー（Ｆｕ）らの米国特許出願第ＵＳ２００９／０１９４１１１号、およびバヤシ（Ｂａｙａｓｉ）らの米国特許出願第ＵＳ２０１０／０１１６２７６号に示されている。本発明の方法は、本明細書に説明される新規なマスクおよびマスクシステムに限定されない。例えば、リーマン（Ｌｅｈｍａｎ）らの米国特許第６，７９２，９４３号または第８，３６５，７３４号のマスクを用いて、上記方法を実行することができる。前述した特許および特許出願は、本発明の特徴と組み合わせて用いることができるそれらのマスクおよび構成要素の教示、ならびに本明細書にて説明される方法を実行するためのそれらの使用に関して、参考のために本明細書に組み込まれる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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８Ａ】
2020535911.tif 000012
【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年6月5日(2020.6.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非侵襲性の陽圧マスクにより、経口アクセスを提供するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
陽圧換気（ＰＰＶ：ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）マスクは、現在、医療分野において、不十分な酸素飽和度、睡眠時無呼吸症、およびその他の関連する呼吸の問題を有する患者に用いられている。マスクは、患者の顔に接触し、陽圧を用いて顔との密閉を作り出す周囲の柔軟な膜を含む。陽圧換気マスクの例は、クオック（Ｋｗｏｋ）の米国特許第６，５１３，５２６号に開示されている。換気装置と共に用いられるこの種のマスクは、陽圧気流を供給することができ、重症患者に対しては、患者に挿管したり早期の抜管をさせたりする必要なしに、これを行うことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
陽圧マスクは、顔領域の周りに実質的な密閉を必要とし、臨床家やユーザが適切に装着することが困難な場合がある。一度装着されると、マスク内の陽圧は、十分な呼吸と吐出を維持するために必要な、適切な量の強制空気を供給することにより、患者の呼吸を補助する。数時間または数日のうちに、マスクは、口または鼻の乾燥、鼻づまり、鼻炎または鼻水、顔面の炎症、鼻血、粘膜組織の乾燥、唇の乾燥による患者の不快感、呼吸器感染症のリスクの増加、あるいは口または鼻の気道の管理に関わる他の問題を、生じる場合がある。
【０００４】
陽圧マスクは、また、睡眠時無呼吸症の治療に用いられる。これらの患者は、通常、重体ではないが、気道の乾燥や、マスクを取らなければ経口気道にアクセスできない不便さを被る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、陽圧換気マイクロフォンシステムに関する。本発明の装置およびシステムは、陽圧換気マスクの内側に配置されたマイクロフォン要素を含むマイクロフォンモジュールを使用して、患者の声を取り込む。マイクロフォンは、アダプタを用いてマスクのアクセスポートを通して挿入するか、またはマスクと一体化することができる。音声信号を処理して、発話および／または呼吸を検出することができる。次いで、検出された発話および／または呼吸を用いて、ノイズ（例えば、吸入ノイズまたは吐出ノイズ）を減衰し、電気コンポーネントをオフにしてバッテリ電力を節約し（例えば、電力増幅器をオフにする）、および／または換気装置のパラメータを設定する（例えばｉＰＡＰおよび／またはｅＰＡＰの設定を調整する）。
【０００６】
いくつかの実施形態において、換気マイクロフォンシステムは、発話信号を処理して呼吸ノイズを除去し、次いで、処理された信号は増幅され、ラウドスピーカで再生される。ラウドスピーカは、電力増幅器およびラウドスピーカに電力を供給するバッテリと一緒に、収容することができる。あるいは、または加えて、処理された発話信号は、音声またはメッセージングサービスを介して遠隔地にいる人と通信するように構成された携帯電話などのモバイルデバイスに出力することができる。
【０００７】
本発明の別の実施形態は、発話の検出に基づく自動オン機能に関する。電気回路が、発話活動を検出し、マイクロフォンシステムの構成要素をオンにする。いくつかの実施形態において、自動オン機能は、アナログ発話検出回路を使用し、アナログ回路で音声を検出すると、マイクロプロセッサは、デジタル信号プロセッサをオンにする。自動オン回路は、バッテリ駆動システム用に、特に好適となり得る。
【０００８】
本発明のさらに別の実施形態は、歯擦音除去回路に関する。歯擦音除去回路は、高音の過度の音量に関して音声入力を分析し、不均衡を検出すると、音声信号の高音を減衰する。歯擦音除去は、ここで説明されているマイクロフォンモジュールのいずれかと共に使用できるが、口の前および近くに配置されるように構成されたマイクモジュール、および／またはマスク装着者の口に面しているマイクロフォン要素と共に、特に有用であることが分かっている。
【０００９】
他の実施形態は、信号対ノイズ比、生体適合性、および／またはＰＰＶマスク内でのマイクロフォンモジュールの使用の利便性を改善する配置および／または機械的／音響的構成を有する、マイクロフォンモジュールを使用するマイクロフォンシステムに関する。
【００１０】
例えば、一実施形態において、マイクロフォンシステムは、アダプタを有するモジュールを含むことができ、アダプタは、モジュールをマスク本体とともに密閉しながら、マスクのアクセスポートを通過し、マスクを、口の前および／または近くに配置する。マイクロフォンモジュールは、高音圧レベルを有するマイクロフォン要素と、モジュールに入る音の力を低減するための減衰材料（例えば、高密度フォーム）と、を含んでもよい。
【００１１】
さらに別の実施形態において、モジュールは、マイクロフォン要素を有する基板を含むことができ、基板は、ハウジングと共に密閉し、基板は、換気装置からの空気にさらされる側で、生体適合性材料でコーティングされる。
【００１２】
さらに別の実施形態において、マイクロフォンモジュールは、ＰＰＶマスク内のアクセスポートから取り外し可能とすることができ、他の器具が、同じアクセスポートを通して患者に使用されることを可能にする。アクセスポートは、弁、好ましくは換気装置からの圧力下で密閉する弁を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】マイクロフォンモジュールを有するエルボコネクタを含む、フルフェイス型の陽圧換気マスクを示す図。
【図１Ｂ】図１Ａのマスクとマイクロフォンモジュールとを含む、陽圧換気マイクロフォンシステムのブロック図。
【図２】図１Ａのマイクロフォンモジュールおよびマスクの断面図。
【図３Ａ】マイクロフォン素子を有するマイクロフォン筐体を示す図。
【図３Ｂ】マイクロフォン素子を有するマイクロフォン筐体の代替の実施形態を示す図。
【図４】マイクロフォンモジュールの別の実施形態を示す図。
【図５】取外し可能なフォームを有するマイクロフォンハウジングを示す図。
【図６】信号処理システムのブロック図。
【図７】図６のＤＳＰ内の患者活動検出のためのデジタル信号処理の図。
【図８Ａ】図７の処理のための信号分析モジュールの回路図。
【図８Ｂ】図８Ａのバンドパスフィルタの回路図。
【図８Ｃ】タイミングを調整する、図８ＡのＲＣ低域通過フィルタの図。
【図８Ｄ】図８Ａのしきい値フィルタを説明する図。
【図８Ｅ】周波数領域内の呼吸および発話信号を示す図。
【図８Ｆ】時間領域内の呼吸および発話を示す図。
【図９】歯擦音除去回路のブロック図。
【図１０Ａ】自動オン機能の実行に用いられるアナログフィルタを示す図。
【図１０Ｂ】自動オン機能の実行に用いられるアナログフィルタを示す図。
【図１１Ａ】図１Ａのエルボコネクタの斜視図。
【図１１Ｂ】図１１Ａのエルボの展開図。
【図１１Ｃ】図１１Ａのエルボの断面図。
【図１２Ａ】図１１Ａのエルボの自己密閉弁の上面斜視図。
【図１２Ｂ】図１２Ａの弁の底面斜視図。
【図１３Ａ】アクセスポートを有するフルフェイス型の陽圧マスクの代替の実施形態を示す図。
【図１３Ｂ】アクセスポートを有するフルフェイス型の陽圧マスクの代替の実施形態を示す図。
【図１４】スイベルコネクタを有するエルボの代替の実施形態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の陽圧換気（ＰＰＶ）マイクロフォンシステムおよびモジュールは、陽圧換気マスク、好ましくはアクセスポートを有するもの、を利用する。アクセスポートは、取り外し可能なキャップを有する開口か、またはアダプタを取り付けるために選択的に開くことができる弁であってもよい。アクセスポートは、ＰＰＶマスクのシェル（マスク本体とも称される）内に、またはＰＰＶマスクのコネクタ（例えば、エルボ）に、組み込まれてもよい。弁は、スリット弁または換気装置の圧力下で密閉される弁であってもよい（本明細書においては、自己密閉弁とも称する）。弁は、自己反転型としてもよい（すなわち、弁を通して引っ張られた物体によって反転されると、その元の構成に反転して戻る構成を有する材料で作製されている）。弁は、マスク本体または弁アダプタに配置することができる。
【００１５】
図１Ａおよび１Ｂは、陽圧換気（ＰＰＶ）マスク１０と、音声増幅システム９９とを示している。マスク１０は、マスク本体１２（本明細書において、“シェル”とも称する）を含む。図１Ｂに示されるように、換気システム２４は、マスク１０と、アクセスポート２３と、マイクモジュール１００とを含み、マイクモジュール１００は、アクセスポート２３（図２）に接続して表面７２でＰＰＶ密閉を形成するアダプタを含む。換気システム２４は、また、柔軟なホース（図示せず）を介してエルボ２６の入口３０に接続して、換気回路１１を形成する換気ユニット２１を含む。換気装置は、システム内の圧力を検知する圧力センサを含み、検知された圧力は、制御部１５によって用いられ、圧力発生部１７（例えばインペラ）を駆動することにより、圧力を制御する。換気装置のパラメータを、ディスプレイ１７に表示し、ユーザインターフェース（図示せず）を通して入力を受信することができる。本発明のＰＰＶマスクと共に用いられる換気装置は、連続圧力換気装置であり、好ましくは、典型的には、バイレベル換気が、重症治療患者にとって重要である。
【００１６】
マスク１０は、空気供給コネクタ２６（例えばエルボ）を通して換気装置２１に流体連結され、患者の頭部に固定するように構成されている。マスク本体１２は、ストラップ（例えば、上部ストラップ１４および下部ストラップ１６）または頭部への装着に適した他の任意の適切な固定機構を用いて、固定することができる。ストラップ１４および１６は、それぞれ、マスク本体の小孔１８および２０に接続される。ストラップ１４および１６は、本体１２の反対側の対応する位置（図示せず）の小孔に接続される。ストラップは、マスクを頭部に固定し、この固定は、陽圧密閉を得ることを可能にし、陽圧治療を減少させる空気漏れを起こし得る、頭部に対するマスクの移動を避けることを可能にする。
【００１７】
マスク本体１２の周囲に、マスク１０は、柔軟な膜（すなわちフラップ）を含むクッション２２を含み、このクッション２２は、圧力発生部１７から供給される陽圧が、エルボ２６を通してマスク本体１２の開口に供給されると、患者の顔面に対する密閉を形成することができる。クッション２２は、患者の顔の鼻梁部位、頬部位、および下唇／顎部位との密閉を形成する。クッションは、マスク本体に接続された１つ以上の比較的柔軟な弾性材料により、作製されてもよく、マスク本体は、典型的には、クッションよりも硬い第２の材料（または同じ材料だがより厚いもの）で作製されている。マスク本体１２のキャビティは、個人の顔との間に陽圧空気チャンバを形成する。本発明の目的のために、“マスク内の”という用語は、人の顔上にある際に、マスクにより規定されるチャンバを意味する。
【００１８】
陽圧を使用して患者の口と鼻の周りを密閉するのに適した、膜を有するマスクは、デ・ソウザ（Ｄ’Ｓｏｕｚａ）に対する米国特許第９，１１９，９３１号、マコーリー（ＭｃＡｕｌｅｙ）に対する米国特許第９，２９５，７９９号、クオック（Ｋｗｏｋ）に対する米国特許第６，５１３，５２６号、およびポール（Ｐａｕｌ）に対する米国特許第Ｄ４６４，７２８号、ならびにローズ（Ｒｏｓｅ）に対する国際出願公開第ＷＯ２０１７０２１８３６Ａ１号で説明されており、これら文献の全体が参考のために本明細書に組み込まれる。マスクは、レスピロニクス社（Ｒｅｓｐｉｒｏｎｉｃｓ）（米国ペンシルバニア州マリーズビル）によるＦＤＡ承認済みＡＦ５４１マスクなどの交換可能な２マスクシステムと、同様の特徴および機能を持つマスクとを含んでもよい。
【００１９】
マイクモジュール１００は、１つ以上のマイクロフォン素子、好ましくは少なくとも２つのマイクロフォン素子、を含み、音声処理システムに電気的に連結され、この音声処理システムは、スピーカ部１０２（あるいは換気システム２４）の一部であってもよい。スピーカ部１０２は、デジタル信号プロセッサ１０８と、電源１１０と、ラウドスピーカ１０７に出力する電力増幅器１０４と、を含む。あるいは、音声処理システムからの音声を、通信装置１１２および／またはヘッドホン１１４に出力することができる。マイクモジュール１００とスピーカ部１０２および／または通信装置１１２との間の通信は、有線または無線であってもよい。マイクモジュール１００、スピーカ部１０２または通信装置１１２は、ワイヤレス接続を確立し、音声データを送信および／または受信するように構成されたトランシーバを含むことができる。
【００２０】
ラウドスピーカ１０２は、まくら元に配置されてもよい。まくら元のスピーカは、患者の方から音声が来るように感じられ、より自然な音声になるため、好適となり得る。重症患者にとっては、より自然に話すことが重要な場合があり、これは、重症患者は、終末期にあることが多く、最後に愛する人とコミュニケーションを取りたいと望んでいるためである。加えて、患者に音声増幅を提供することは、コンプライアンスおよび患者の快適さのために重要となり得る。患者が自分の話す声を聞くことができれば、予期した通りの音声なのでリラックスできる。音声がこもる場合、患者は、そのような努力が必要でなくても、自然とより多くの音を出そうと努める。
【００２１】
図２は、マスク１０およびマイクモジュール１００の一部の断面図である。図２は、アダプタのハウジングを遠位方向に（すなわち、口腔端に向かって）延ばす、延長ハウジング１１８を有するアダプタ１１８を示している。口腔端では、延長ハウジング１１８は、アダプタがマスク１０内に配置された際に、人の口に面する開口部１２０を有する。
【００２２】
アダプタ１１６およびその延長ハウジング１１８は、マイクロフォンモジュールの構成要素をハウジング内に配置し、マイクロフォンモジュール構成要素の周りでハウジングを組み立てるために、取り外すことができる（例えば、圧入またはスナップ接続）。ハウジングは、好ましくは、マスクのキャビティ内で、マイクロフォンを患者の口の近くに配置するように構成され、これは、いくつかの実施形態において、正確なデジタル信号処理を実行するための適切な信号対ノイズ比を得るために重要であることが見出されている。
【００２３】
延長ハウジング１１８の長さは、開口を口の近くに配置するように選択される。好ましくは、３、２、１．５、または１インチ未満、および／または０．２５、０．５、または１．０インチを超え、および／または前述の範囲内である。アクセスポートの開口部からマイクロフォンモジュールの口腔端まで測られるアダプタおよびハウジングの長さは、１、１．５、２、２．５、３インチよりも大きく、および／または６、５、４、３．５、３、２．５未満、あるいは前述の範囲であってもよい。
【００２４】
アダプタ１１６は、リング４６およびエルボ２６の開口４６から延びるアクセスポート内に配置される。マイクロフォンモジュール１００は、開口６４を通して延び、マイクロフォンを、マスク本体１２およびその隣接構造、スイベル３２の後方に設置する。マイクロフォンを、開口６４から外に移動する、および／またはマスク本体１２、例えばシェルから離すことは、信号対ノイズ比を著しく改善することが見出されている。一実施形態において、アダプタは、アクセスポートに結合され、マイクロフォンに対して、開口６６４の中央点から、少なくとも０．２５、０．５、０．８、または１．２インチ、マスクの内側（すなわち、アクセスポートの開口部の内側）に、開口部１２０を設置するように構成されている。マイクロフォンモジュールの開口１２０は、好ましくは、人の口の部位に面し、口からの発話の音を直接受ける。
【００２５】
複数のマイクロフォン素子１２６ａおよび１２６ｂ（集合的には１２６）は、回路基板１２２に搭載される。マイクロフォン素子１２６は、エレクトレットまたはＭＥＭＳとすることができる。マイクロフォン素子は、コンデンサマイクであってもよく、および／またはファンタム電源を必要としてもよい。ファンタム電源は、２〜１０ボルト、好ましくは３〜５ボルトの範囲としてもよい。エレクトレットは、その高い音圧レベルのために好ましい場合があり、これは、ＮＩＶマスク環境において、重要であることが見出されている。ＭＥＭＳは、モジュールのサイズの最小化および底部発射要素の利用可能性のために好ましい場合がある。マイクロフォン素子は、全方向性のマイクロフォンまたは指向性マイクロフォンであってもよい。好ましい素子は、高いダイナミックレンジおよび／または高い音圧レベルを有する。デジタルＭＥＭＳ（マイク基板上のＡ／Ｄコンバータ）も、適切であり、デジタルＭＥＭＳは、ベッド側の近くに設置される病院用機器からの電気ノイズを減少させるために用いることができる。デジタルＭＥＭＳは、また、より少ない配線と共により多くのマイクロフォン素子を有するために有用となり得るものであり、これは、異なる素子からの信号を、同じ配線上で送信することができるためである。いくつかの実施形態において、マイクロフォン素子は、アクティブマイク（電力がマイクに送られる）であってもよい。マイクロフォン素子は、音声処理システムの前置増幅器の前に、それ自体の前置増幅器を有してもよい。マイクロフォンの前置増幅器は、マイクロフォンのクリッピングを減少させることができ、これは、陽圧マスクの音声増幅では、圧力の増加のために、特に困難な問題となり得る。好ましくはないが、いくつかの実施形態は、単一のマイクロフォン素子を用いることができる。単一マイクロフォン素子でのノイズ除去は、追加の計算力を必要とすることがある。ノイズ除去は、周波数領域を用いて、信号の非発話要素を識別することで行うことができる。
【００２６】
システムの好ましい実施形態は、２つ以上のマイクロフォン素子を用いる。判別式のノイズ除去などのように、同時に発生する信号に対して、処理を行うことができる２つ以上のマイクロフォン素子は、有用である。２つのマイクロフォン素子は、基板上および／またはハウジング内に搭載してもよい。マイクロフォン素子は、異なって特定されたマイクロフォン素子または好ましくは同じ仕様のマイク素子であってもよい。マイク素子は、同一平面内、平面外、および／または異なる角度で搭載してもよい。同一平面のマイクロフォンは、製造を容易にし得る一方、異なる角度のマイクロフォンは、軸外信号のより良い区別を提供し得る。軸外信号の検出は、一貫性とは反対の、一貫性のない（例えば乱流）音の検出を容易にすることができる。
【００２７】
好適な実施形態において、マイクロフォンは、比較的高い最大音圧レベルを有する。マスク内のマイクロフォンの近さ、およびマスク内の比較的高い圧力は、適度な声の大きさまたは静かに話す患者であっても、驚くほど高い音量を生じさせる。マイクロフォンモジュールは、５０、６０、または７０ｄＢで話す人のために、マイクロフォンクリッピングを避ける有効音圧レベルを生成する音響減衰材料を含んでもよい。本発明の目的のために、他に示さない限り、有効音圧レベルは、マイクロフォンの音圧レベルに、音響減衰材料が減衰するデシベルを加えたものである。音響減衰材料は、マスク内に設置された場合に、ハウジング内のマイクロフォンのクリッピングを防止する厚さおよび／または密度を有してもよい。フォームの音の減衰は、その密度および厚さに依存してもよい。
【００２８】
適切なエレクトレットの例は、−４２±３ｄＢ、ＲＬ＝２．２ｋＱ、Ｖｃｃ＝２．０ｖ（１ｋＨｚ  ０ｄＢ＝１ｖ／Ｐａ）、インピーダンス最大０．２ｋＱ  １ｋＨｚ（ＲＬ＝２．２ｋＱ）、周波数５０〜１２０００Ｈｚ、最大消費電流０．５ｍＡ、動作電圧範囲１．０〜１０Ｖ、最大ＳＰＬ（ｄＢ）１２０ｄＢ、５８ｄＢよりも高いＳ／Ｎ比、感度減少２．０〜１．５Ｖ、３ｄＢ未満の変化、保存状態−２０〜＋６０℃  Ｒ．Ｈ．＜４５％〜７５％、動作条件−１０〜＋４５℃  Ｒ．Ｈ．＜８５％、のいずれかに関して、プラスまたはマイナス５％、１０％、または２０％の仕様を有してもよい。
【００２９】
好適な実施形態において、マイクロフォン素子は、０．８、０．５、０．３、０．２５、０．２、０．１５インチ未満および／または０．０３、０．０５、０．１、または０．１５インチよりも大きい、および／または前記範囲内の直径を有する。マイクロフォン素子は、指向性マイクロフォンまたは全方向性であってもよい。マイクロフォン素子１２６は、低い自己ノイズ、高い最大音圧レベル（“ＳＰＬ”）（音響的オーバーロードポイントとしても既知）、および／または高いダイナミックレンジおよび／または小さいサイズを有するように選択される。本発明の目的のために、１ｋＨｚにて９４ｄＢ  ＳＰＬ（１Ｐａ）の標準参照圧によってＳＮＲを測定する。一実施形態において、ダイナミックレンジは、少なくとも８０ｄＢ、８５ｄＢ、９０ｄＢ、または９５ｄＢであり、ＳＮＲは、少なくとも６０、６５、７０ｄＢおよび／またはマイクロフォン素子の最大ＳＰＬは、少なくとも８０、８５、９０、９５、１００、１０５、１１０、１１５、１２０および／または１６０、１５０、１４０、１３０未満、あるいは上述した終点のいずれかの範囲内である（適切なエレクトレットに関して上に定めた全ての条件において）。
【００３０】
モジュール１００は、減衰器１２４を含むことができる。患者の口の近くにマイクロフォンを設置することは、マイクロフォンの過剰な利得またはクリッピングを生じることがある。発声の力を減少させるために、音響減衰材料を、マイク素子と患者の口との間に設置することができる。音響減衰材料は、高密度または厚いフォームであってもよい。高ダイナミックレンジのマイクロフォンを、口の近くに設置して減衰させることは、デジタル信号プロセッサにおける処理に適した信号を生成することができる。一実施形態において、減衰材は、少なくとも２、２．５、３、４、または５ポンド／立方フィート、あるいは１０、８、７．５、７、または６ポンド／立方フィート未満の密度を有するフォームであってもよい。好適な実施形態において、減衰材は、生体適合性フォームである。従来のフォーム風防は、典型的には、２ポンド／立方フィート未満の密度を有し、ＰＰＶマスク内で口の近くに設置された、高ダイナミックレンジまたは高い最大ＳＰＬのマイクを用いた声の力を減衰するには、十分でないことが分かっている。一実施形態において、減衰材は、減衰材全体で、少なくとも３、５、１０、１２、１５、または２０ｄｂあるいはそれ未満、もしくはその範囲で、音圧レベルを減少させる。
【００３１】
配線１２８は、基板１２２を、ジャック１３０と接続する。ジャック１３０は、アダプタ１１６の本体に搭載され、ケーブルコネクタ１３２と電気的に通信しており、ケーブル１０１が、ジャック１３０に挿入されて、ジャック１３０から遠ざかる近接方向に延びる。ジャック１３０は、アダプタと共にＰＰＶ密閉を形成して、タンク１０内の圧力を維持してもよい。あるいは、ケーブル１０１は、アダプタ１０１内に搭載して、アダプタ１１６内のマイク素子１２６に電気結合することができる。あるいは、以下に説明するように、密閉を、基板１２２とアダプタ１１６の延長１１８との間にすることもできる。
【００３２】
いくつかの実施形態において、電気的構成要素のほとんどまたは全ては、マイクロフォンハウジングの遠位開口部から分離され、分離された電気的構成要素に、換気ガスが達することを防止する。図３Ａは、回路基板１２２と、延長部１１８の壁部とにより境界が決められたキャビティ１３７を有する、延長ハウジング１１８を示している。キャビティ１３７は、口腔端において、開口部１２０を有する。マイクロフォン素子１２６ａおよび１２６ｂは、キャビティ１３７および減衰材料内に配置されている。回路基板１２２は、延長ハウジング１１８の環状特徴１３４に対して密閉することができる。密閉を形成するために、基板のハウジングへの接続に用いるのに適した、圧入、熱溶着、スナップ接続、および他の任意の接続を含む任意の技術を用いることができる。キャビティ１３７は、マイクロフォン素子１２６ａおよび１２６ｂを搭載する前または後に、生体適合性ポリマーによりコーティングされてもよい。マイクロフォン素子は、ハンダ付けされてハンダバンプ１３６を形成するピンと接続することができる。
【００３３】
図３Ｂは、図３Ａと同様だが、底部発射マイクロフォンを有する、密閉されたマイクロフォンキャビティの実施形態を示している。基板１３８は、延長部１４８のハウジングに対して搭載または密閉され、キャビティ１４６を形成する。マイクロフォン素子１４０ａおよび１４０ｂは、キャビティ１４８および開口部１２０の反対側の基板１３８の近位側に搭載される。穴（例えば穴１４２）が、基板１３８に形成され、開口部１２０に入るサウンドが基板１３８を通過して、素子１４０の底部に入ることを可能にする。マイクロフォン素子１４０は、延長部１４６に固定する前に、基板１３８にフローハンダ付けされてもよい。キャビティ１４６は、底部搭載マイクロフォン素子１４０ａおよび１４０ｂに搭載する前か後に、生体適合性の皮膜で密閉してもよい。
【００３４】
図４は、マイクロフォンモジュール１６８のさらに別の代替の実施形態を示している。モジュール１６８は、延長ハウジング１８２が取り付けられているアダプタ１７０を含む。アダプタ１７０は、マスク１０内のアクセスポート２３と接続されて密閉されるように構成された密閉構造１７８を含む。モジュール１６８は、その口腔端にある開口部１８６と、ハウジング１８２内に配置された減衰材１８４とを含む。マイクロフォン素子２００は、コネクタ１７６を用いて、開口部１８６に面して搭載されている。基板１８８は、遠位端からアダプタ１７０の壁部１７３まで延びる。基板１８８を用いて、マイク素子と壁部１７３のコネクタ１７４との間の配線の使用を避けることができる。コネクタ１７４は、ケーブルを取り付けるためのジャック１７２を含むことができる。モジュール１６８は、ポイント２０２から始まり、素子２００を横断および迂回して延び、密閉素子２００に対してアパーチャを提供する壁部（図示せず）を有することができる。
【００３５】
図５は、密閉構造２１２と、ハウジング延長部２１０と、基板２０８とを有するアダプタ２０６を含む、モジュール２０４のさらに別の実施形態を示している。取り外し可能なキャップは、減衰材を容易に交換可能とするために、減衰材２１８へのアクセスを提供する。減衰材２１８すなわちフォームの交換は、バクテリアの保持を避けるために好適となり得る。これは、感染症が、患者にとって回復することが特に困難であるような重症治療セッティングにおいて好適となり得る。キャップは、キャップのハウジングへの接続に適した圧入、ねじまたは任意の他の機構を有することができる。
【００３６】
いくつかの実施形態において、音声処理システム、スピーカ、およびバッテリ電源を、マイクロフォンアダプタのハウジング内に組み込んで、コードや他の要素が患者に装着されることを避けることができる。この実施形態は、小さなスピーカおよび限られた電力が適した、特にコードが邪魔となる場所において好ましい。他の実施形態において、マイクロフォンモジュールは、増幅器と信号処理構成要素とを含むスピーカハウジングおよび／または増幅器ハウジングに接続される。
【００３７】
図６は、音声増幅システム９９で用いるのに適した、音声処理システム１５０用の例としてのハードウェア設計を示している。システム１５０は、マイクロフォン前置増幅器１５２と、アナログバンドパスフィルタ１５４と、アナログ−デジタル変換器１５６と、デジタル信号プロセッサ１０８と、デジタル−アナログ変換器１５８と、電力増幅器１０４と、システムマイクロプロセッサ１６０と、電源１１０と、電源オン／オフスイッチ１６２と、音量上げおよび下げボタン１６４ａおよび１６４ｂと、電力インジケータＬＥＤ１６６と、信号出力１１１とを含む。
【００３８】
システム１５０は、マイクロフォンモジュール１００から少なくとも１つのマイクロフォン入力（好ましくは複数のマイクロフォン入力）を受信する。各音声信号は、マイクロフォン前置増幅器１５２において利得調整され、次いでアナログ−デジタル変換器１５６を用いてデジタル信号に変換される、および／またはアナログバンドパス１５４に出力される。デジタル信号は、次いで、デジタル信号処理１０８を用いて処理され、デジタル−アナログ変換器１５８を用いて変換してアナログに戻す。プロセスのアナログ信号は、電力増幅器１０４を用いて増幅され、ラウドスピーカ１０７、またはデスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、携帯電話等の別の通信装置１１２に、出力される。
【００３９】
通信装置１１２は、通信ソフトウェアを含んでもよく、このソフトウェアは、通話またはメッセージサービスを開始して、処理済の音声信号を、遠隔地にいる人物に送信し、これにより患者と遠隔地にいる人物との間での通信を可能にする。通信ソフトウェアは、患者の声をテキストに変換して、テキストを遠隔地にいる人物に送信するための、ボイス−テキスト変換器を含んでもよい。
【００４０】
アナログバンドパスを用いて、音声信号を検出することができ、検出された音声信号は、システムマイクロコントローラ１６０が使用して、システムの構成要素（例えば、ＤＳＰ１０８）をオンにすることができる。
【００４１】
システム１５０の構成要素の全てまたは一部を、独立型の筐体、マイクロフォンモジュール１００、スピーカ筐体（例えば、スピーカ部１０２（図１Ｂ））、通信装置１００、ヘッドホン１１４、換気部２１（図１Ｂ）、またはこれらの組み合わせ（例えば、モジュール１００内の前置増幅器、通信装置１１２内のＤＳＰ１０８または換気部２１）に収容してもよい。
【００４２】
システムマイクロコントローラ１６０を用いて、音量ボタン１６４および／または電源ボタン１６２からの入力を受信することができる。システムマイクロコントローラは、ＬＥＤ１６６等の出力を提供し、システムの状態または他の情報（例えば、オン、オフ、スタンバイ、音声検出、エラー、低いバッテリ、十分なバッテリ、等）を示すことができる。
【００４３】
図７は、音声信号処理１０３を示すフロー図１０３であり、この処理は、例えば、ＤＳＰ１０８（図１Ｂ）で実行することができる。マイク入力２２０ａおよび２２０ｂからの音声信号は、それぞれ、バンドパスフィルタおよび周波数イコライザ２２２を用いて処理される。バンドパスフィルタを用いて、発話の外の周波数をカットすることができる。いくつかの実施形態において、バンドパスは、３００、２５０、２００、１５０、または１００未満および／または３０００、３４００、４０００、または５０００を超える、および／または前述の任意の範囲内の周波数を、フィルタ除去することができる。マイクＥＱを用いて、非平坦マイクロフォン反応を補正することができる。一実施形態において、マイクＥＱを用いて、ＮＩＶマスクにより生じた非平坦信号を補正することができる。バンドパスフィルタによって通過された周波数を等化して、周波数の範囲にわたってより均等な音を生成してもよい。周波数等化は、典型的には、マイクロフォン素子により生成される変化を補正するが、多くの場合、用いられる特定のマイクロフォンおよびそのマスクを収容するマスク内の構成に固有のものである。
【００４４】
音声信号は、次いで、ノイズ低減ブロック２２４を用いて処理される。ノイズは、ＰＰＶマスク内で生成される非干渉性（例えば乱流）の音、または発話音から軸が外れた音である。非干渉性ノイズは、典型的には、風ノイズ（マスク内で生成される）、換気ノイズ（配管された下方チューブ、またはマスク外部からの振動）、周囲ノイズ（ビープ音、アラーム、非音声の周辺音）、自己ノイズ（ノイズフロアまたはホワイトノイズ）を含む。ノイズ低減ブロックは、マイク入力２２０ａおよび２２０ｂを比較し、振幅および位相を検出することができる。位相がずれており、高い振幅を有している音は、非干渉性ノイズから生成されるノイズを暗示することができる。非干渉性の音を、次いで減衰し、音声ストリームからノイズを除去する。位相のずれたノイズは、間隔をあけて互いに近く、同一平面に配置された二重マイクロフォン（好ましくは複数の同じマイクロフォン）を用いて、最も良く検出される。あるいは、あまり好ましくないが、単一のマイクロフォン信号を、非干渉性または乱流ノイズを暗示する特性に関して分析（例えば、分析周波数および／またはエンベロープ特性を分析）することができ、これは、次いでノイズの減衰に用いられる。
【００４５】
ＮＩＶマスク内で生成される音声ストリームは、上述した二重マイクノイズ低減技術を用いて除去することができないノイズを有することが分かっている。ＮＩＶマスクは、呼吸ノイズ（吸入および吐出）を生成することができ、このノイズの顕著な部分は、発話および／または非乱流である。これらの呼吸ノイズは、発音された不自然な音（映画スターウォーズのダース・ベイダーによる呼吸に類似の）を有する。本発明は、患者活動検出器を用いて、これらのノイズを除去することができる音声処理システムに関する。デジタル信号処理１０３は、呼吸または発話等の患者活動を検出し、次いで検出された患者活動を用いて、ノイズを減衰させる活動検出器を含む。ＤＳＰ患者活動検出器を用いて、マイクロフォンシステム内の電力使用を低減すること、および／または換気装置の設定を調整することもできる。
【００４６】
音声ストリームのサイドストリーム２２６が、患者活動検出器２３０で処理される。活動検出器２３０は、発話活動検出器および／または呼吸活動検出器２３４を含むことができる。サイドストリーム２２６は、主音声信号２２８から分割され、これにより、活動検出器２３０は、活動を検出するために発話の部分を除去することができ、これは、ストリームのこれらの部分を除去することが、自然に聞こえる声を維持するために重要であっても行われる（すなわち、主音声ストリームは、活動検出のために除去された発話の部分を保持する）。活動検出器２３０からの出力は、次いで発話入力部２３６によって用いられ、主音声信号２２８を選択的に通過させる。あるいは、検出された活動は、システムマイクロ１６０によって用いる（例えば増幅器１０４の電力を低下させる）か、あるいは、活動出力２３８を通して、換気装置２１または他の装置に出力される。
【００４７】
図８Ａは、本発明の実施形態に係る活動検出を行うための、例としての回路を示している。サイドストリーム２２６は、バンドパスフィルタ２４８およびバンドパスフィルタ２４９を用いて分割および処理される。バンドパスフィルタ２４８は、音声データの部分を、積極的にフィルタ除去し、かつ、発話および呼吸（吸気および／または呼気）を示す特定の周波数を通過させる。バンドパスフィルタは、同じかまたは異なることができる。バンドパスフィルタは、無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタ、または有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタとすることができる。ＩＩＲフィルタは、ダイレクトフォームＩまたはＩＩ、好ましくは、図８Ｂ（回路２６２）に示されるように、ダイレクトフォームＩとしてもよい。バンドパスは、図８Ｂに示される、少なくとも２つのダイレクトフォームＩフィルタのカスケードを用いて行うことができる。好適な実施形態において、ｂ０、ｂ１、ｂ２、ａ１およびａ２は、ニ次バターワースフィルタである。いくつかの実施形態において、バンドパスフィルタは、少なくとも二次フィルタ、より好ましくは少なくとも４次フィルタまたは６次フィルタである。バンドパスフィルタを用いて、関心のある周波数が生成される。例えば、バンドパスフィルタを用いて、発話または呼吸を検出するための、関心のある周波数範囲の外の周波数を減衰することができる。バンドパスフィルタは、電力エンベロープ２５０、ＲＭＳ２５２、またはその両方、あるいは回路の他の構成要素の前に、配置してもよい。バンドパスフィルタは、複数のバンドパスフィルタを含むこと、および／または音声ストリームを分割して、音声ストリームの２つ以上の部分に対して行うことができる。活動検出器は、発話信号の部分を、フィルタ除去して、発話に固有の、および／または呼吸に固有の周波数を分離してもよい。いくつかの実施形態において、活動検出器のバンドパスフィルタは、１５０、２５０、３００、４００、５００、１０００、または２０００ｈｚ未満、および／または５０００、４０００、３０００、２０００、または１０００ｈｚを超える、あるいは上述した終点の範囲内の、発話周波数の全てまたは一部を減衰するように構成されている。いくつかの実施形態において、バンドパスフィルタは、第１の高調波、または第２、より好ましくは第３または第４の高調波を除去し、かつ、発話の基本および／または第１の高調波を通過させる。いくつかの実施形態において、バンドパスは、基本周波数および低次の高調波を除去し、高次の高調波のみを通過させる。
【００４８】
ひとたび、サイドストリーム２２６が、バンドパスフィルタで処理されると、信号２２６は、次いで、電力エンベロープブロック２５０および２乗平均平方根ブロック２５２で処理される。ＲＭＳは、信号の長期平均電力である。電力エンベロープは、信号の短期平均電力である。電力エンベロープは、エンベロープの平滑化と、いくぶん同等である。図８Ｃは、電力エンベロープ２５０および／またはＲＭＳ２５２を決定するために、本発明で用いることができるデジタルＲＣフィルタ２６４を示している。ＲＣフィルタ２６４は、アルファ＋ベータ＝１であり、Ｘ（ｎ）＞ｙ（ｎ）であれば、アルファは、＝アルファ１  Ｂ＝Ｂ１、さもなければアルファ＝Ａ２、ベータ＝Ｂ２である、集積回路であってもよい。電力エンベロープ２５０に対しては、アルファ係数は、高く設定（例えば、０．５、０．８、または０．９を超える）され、ＲＭＳ２５２に対しては、アルファ係数は、低く設定（例えば０．５、０．２、または０．１未満）である。ＲＭＳ２５２は、所与の平均時間に対して、より強い信号を達成するために、異なる係数を有する複数のＲＣ回路を用いることができる。
【００４９】
図８Ｄは、しきい値を選択するために本発明で用いることができるしきい値フィルタ２８８を示している。例えば、しきい値フィルタ２８８は、図８Ａに示されるように、音声しきい値２５４、呼吸しきい値２５６、または無信号のしきい値２５８のために用いることができる。
【００５０】
ＲＭＳと組み合わせて、電力エンベロープ２５０とＲＭＳ２５２の間の差は、呼吸ノイズ、発話、または無活動のそれぞれの、３つの状態を生成する。電力エンベロープとＲＭＳの間の差が高く、ＲＭＳが高い場合、音声のためのしきい値は、ゼロよりも大きく、“無信号”のためのしきい値は０であり、これは、発話を示すものである。電力エンベロープとＲＭＳの間の差が低く、ＲＭＳが高い場合、呼吸のためのしきい値は、ゼロよりも大きく、“無信号”のためのしきい値は、ゼロであり、これは、呼吸ノイズを示すものである。ＲＭＳが低い場合、無信号のためのしきい値は、ゼロよりも大きく、これは、無信号を示すものである。発話、呼吸、および無活動のための信号は、しきい値回路を通過して、比較器２６０にて積分される前に、確率を各信号と関連付けることを可能にする。比較器は、しきい値回路から信号を受信し、患者活動（発話活動、呼吸活動、または無活動）の戻った状態を生成する。
【００５１】
電力エンベロープ２５０およびＲＭＳ２５２のために用いられるアルファおよびベータ係数を選択して、信号の時間的平均を設定することができる。一実施形態において、電力エンベロープは、少なくとも０．２５、０．５、１、５、１０ｍｓ、および／または３０、２０、１０ｍｓ未満、あるいは上述した終点のいずれかの範囲の期間にわたる平均である。一実施形態において、信号のＲＭＳは、３、５、または１０ｍｓを超える、および／または２５０、１００、または５０ｍｓ未満、あるいは上述の終点のいずれかの範囲よりも大きい期間にわたる平均である。いくつかの実施形態において、ＲＭＳのための時間平均は、電力エンベロープに対するサンプリング時間の少なくとも３、５、１０倍大きい、および／または電力エンベロープに対するサンプリング時間の２５０、１００、または５０倍未満である、および／またはこれらの終点のいずれかの間の範囲内にある。
【００５２】
入力部２３６は、入力部２３６を通して信号２２８を減衰または通過させるために開閉する利得要素である。発話が検出されると、利得素子は開き、信号２２８は通過する。発話が検出されないか、または呼吸ノイズが検出されると、利得素子は閉じ、信号は遮断される。入力部２３６は、発話検出器が信号を処理することを可能にするために、小さな遅延を有してもよい。遅延は、好ましくは、４０、２０、１０、または１ｍｓ未満である。入力部は、減衰のレベルの始まりおよび終わりの変化の間に、ランプ（Ｒａｍｐ）を有してもよい。ランプは、２０、１５、１０、５、または１ｍｓ未満、および／または０．０１、０．０５、１ｍｓを超える、および／または上述の終点の範囲内であってもよい。ランプは、指数関数的または線形であってもよい。ランピングは、自然に聞こえる発話のためには重要となり得る。ランピングが遅すぎると、音が途切れる。ランピングが起こるのが早すぎると、音が弾けることがある。
【００５３】
代替の実施形態において、発話入力部２３６は、換気装置２１からの呼吸活動信号を受信することができる。本実施形態において、換気回路内の圧力センサが、吸気を示す負圧を検出する。負圧活動を、音声処理システム１５０に送信し、入力部２３６により用いて、主音声信号２２８を減衰させることができる。発話入力部２３６は、圧力センサからの呼吸活動を単独で、または他の呼吸活動と組み合わせて用いてもよい。
【００５４】
図８Ｅは、周波数領域（ｘ軸は周波数、ｙ軸は電力）内の呼吸信号２９０と、発話信号２９１とを示している。示されるように、呼吸ノイズは、広帯域となる傾向があり、低帯域２９２と、高帯域２９３とに、類似する電力を有する。呼吸は、低域通過フィルタリングおよび広帯域信号との比較を用いて検出することができる。発話の高調波は、より低い電力を有するため、発話に関しては、高域通過フィルタと比べて、低域通過フィルタにおいてより多くの電力が検出される。呼吸に対する発話を、検出することができ、これは、信号が発話である場合、広帯域は、低バンドパスよりもさほど多くはなく、類似もしていないからである。呼吸している場合、広帯域は、低バンドパスよりも実質的に多くの電力を有する。
【００５５】
別の実施形態において、高バンドパスフィルタが、高帯域信号と共に用いられる。この実施形態においては、高バンドパス信号が、広帯域フィルタに類似していると、呼吸が検出される。高バンドパスフィルタが、広帯域フィルタよりも実質的に低いと、音声が検出される。
【００５６】
さらに別の実施形態において、低域通過フィルタ信号を、高バンドパスフィルタと比較することができる。信号が呼吸である場合、高バンドパス信号は、低バンドパスフィルタよりも実質的に低くなる。信号が発話である場合、高バンドパス信号のための電力は、低バンドパスフィルタの電力よりも実質的に低くなるはずである。
【００５７】
発話活動検出器または呼吸活動検出器は、電力エンベロープおよびＲＭＳの比較以外の方法を用いて、発話および／または呼吸活動を検出してもよい。検出を高速にするために、波高因子特徴に基づく信号処理を実行することが好適な場合がある。発話は、高い波高因子を有する傾向があり、呼吸ノイズは、低い波高因子を有する傾向がある。図８Ｆは、呼吸ノイズ２９５および発話２９６を有する時間領域信号２９４を示している。呼吸ノイズは、発話２９６と比較して、より長く平坦な信号２９５を生成する。平坦な信号は、その波高因子によって識別でき、これは、発話と比較すると、短期および長期にわたって、より低くなる。一方で、発話は、高い波高因子を有する場合がある。発話のエンベロープは、短時間で急速に変化する一方、呼吸ノイズは、同じ時間でよりゆるやかに変化するエンベロープを有する。いくつかの実施形態においては、処理は、所与の期間内の、信号がしきい値よりも高くなる回数を計算すること、および期間内のまたは行内のしきい値に達する回数が、患者活動を示す場合の、パラメータを設定することを含む。好適な実施形態においては、処理はデジタル領域で実行される。いくつかの実施形態においては、しきい値は、ダイナミックレンジを低減し、しきい値フィルタ内の信号を区別するために、ログ領域で好適に決定される。いくつかの実施形態では、波高因子特徴を使用して、「ｗｈ」音または「ｓｈ」音などの呼吸および非発声子音を区別することができる。これらの音は、時間領域内での短時間の呼吸ノイズに類似して見える場合がある。呼吸の偽陽性を防ぐために、信号の波高因子を分析してもよい。信号が、低い波高因子を有する場合は、呼吸信号である可能性が高く、波高因子が高い場合は、音声である。波高因子特徴は、単独で、または図８Ａに示す機能と組み合わせて用いることができる。好ましくは、バンドパスフィルタリングが、最初に行われ、呼吸が検出された場合、波高因子特徴を使用して第２のＤＳＰ処理ステップが実行され、偽陽性が除去される（すなわち、最初のフィルタリングが呼吸を検出した場合、第２のＤＳＰ処理ステップが実行される）。
【００５８】
さらに別の実施形態において、調整可能な利得（例えば、しきい値を上下に調整可能なボタン）を有するしきい値フィルタを用いて、呼吸ノイズおよび／または発話を検出することができる。しきい値フィルタは、上カットオフを下カットオフと比較してもよく、フィルタの高域通過部分が、低域通過部分よりも大きい場合、信号は、呼吸である可能性が高い。しきい値を高く調整することは、より高い傾向がある女性の声のために有用であり、しきい値をより低く調整することは、男性またはより低い声のためにシステムを最適化することを可能にする。
【００５９】
いくつかの実施形態において、発話および／または呼吸ノイズを検出するデジタル信号処理は、発話周波数の範囲にわたって、複数のフィルタバンクを作成することを含むことができる。例えば、ＲＣ回路（図８Ｂおよび図８Ｃ）と対にされた一連のバンドパスフィルタ（図８Ｂおよび８Ｃ）を用いて、異なる周波数でフィルタバンクを作成できる。フィルタバンクの数を増やすことは、音声または呼吸ノイズである可能性がある音の区別を多くすることを可能にする。１２００〜３５００Ｈｚの範囲内の周波数でのフィルタバンクは、この範囲の発話が減少するはずなので、発話とノイズを区別するのに特に好適である。この領域での信号強度の増加は、ノイズを示している。通常、フィルタバンクの数は、２〜２０またはそれ以上にすることができる。より多いフィルタバンクの数のために（すなわち、周波数のより狭い帯域を達成するために）、特定の数のポイントの高速フーリエ変換を、フィルタバンクの代わりに用いることができる。
【００６０】
重要なことに、患者活動検出器は、音声認識に基づいていない。音声認識では、人間の声がアクティブかどうかだけでなく、何が言われたかを判断する必要がある。音声認識は、入力部で音声信号を切ることを必要とする、遅延を引き起こすか、またはユーザに知覚可能な許容されない遅延（例えば、８０ミリ秒を超える）を引き起こす。本発明で増幅される音は、コミュニケーションに利用されるものであり、よって、自然な響きの音声であることが望ましい。
【００６１】
呼吸ノイズのフィルタリングは、換気されている患者とのコミュニケーションに、特に重要であることが分かっている。ＰＰＶマスクは、プロオーディオなどの他の設定では問題ではない、問題のある呼吸ノイズを生成する。マスク内の呼吸ノイズは、周波数とエンベロープパターン（例えば、波高因子）に基づいて、音声と区別できる。ＰＰＶマスク内の呼吸ノイズは、Ｂｏｓｅヘッドホンなどの典型的なノイズキャンセリングデバイスで見られるノイズとは、実質的に異なる。これらのデバイスでは、ノイズは広帯域であり（例えば、ジェットエンジンまたはシーッという音と同様）、狭いトーン（例えば、一定の単一周波数）を有する。ＰＰＶマスク内の呼吸は、そのどちらでもない。呼吸は、周波数成分の変化（ハイローまたはローハイの変化）および複雑なトーンを有する。
【００６２】
検出された活動に基づく換気装置の制御。本発明のいくつかの実施形態は、検出された活動を用いて、換気装置を制御することに関する。例えば、発話が検出された場合、発話の持続時間を用いて、バイレベル換気装置でｉＰＡＰの時間を計ることができる。いくつかの実施形態では、患者が換気装置圧力の治療レベルにある間に、音声信号が収集され、音声ストリームが、治療レベル（ｅＰＡＰ、ｉＰＡＰ、または両方）で収集された音声で処理される。
【００６３】
本発明のいくつかの実施形態は、欠けている高調波内容を加えることによる、ＰＰＶ患者から自然に聞こえる音声の生成に関する。ＰＰＶマスクは、より高次の高調波などの特定の周波数を消す、バンドパスフィルタとして機能することができる。いくつかの本発明の実施形態は、発話の基本周波数を識別し、デジタル信号プロセッサ１０８を用いて、欠けている高調波を足し戻すことに関する。この実施形態において、ユーザは、システム１５０に対して連続する言葉を発音することにより、システム１５０にトレーニングを行ってもよい。トレーニングは、ＰＰＶマスク内の圧力なしに行われる。次に、ユーザは、陽圧空気により同じ連続する言葉でトレーニングを行う。２つのトレーニングセッションを用いて、患者の基本周波数と高調波の間の自然な比率を識別する。次いで、比率を用いて、ユーザの声の中の欠けている高調波を、基本周波数からの同じ自然比率で挿入する。任意で、トレーニングを、２つ以上の圧力で行ってもよい。一実施形態において、トレーニングは、事前に定められた治療圧力内で発生する。圧力は、ｅＰＡＰ圧で、３、４、５、８、または１２ｃｍＨ２Ｏを超える、および／または３０、２５、２０、または１５ｃｍＨ２Ｏ未満、あるいは上述の終点の範囲内であってもよい。あるいは、特定の高調波のために、平均の比率を推定し、推定した比率に基づいて、高調波を加える。
【００６４】
歯擦音の除去。本発明は、また、歯擦音除去（ブロック２４０）を行うことに関する。マイクロフォンモジュールを用いてマスク内に設置されるマイクロフォンは、“ｓ”の音に敏感すぎることが分かっている。図９は、自然に聞こえる音声を維持しながら、耳障りな歯擦音を除去するための回路（歯擦音除去２４０）を示している。入力部２３６から入力される音声は、高域通過フィルタ２７２を通じて処理される。フィルタリングされた信号およびフィルタリングされていない信号は、次いで、ＲＭＳ２７４およびＲＭＳ２７６にそれぞれ変換され、比較器２７８にて比較される。フィルタリングされたＲＭＳ２７４は、フィルタリングされていないＲＭＳ２７６と比較され、比較器２７８で比較される。フィルタリングされたＲＭＳ２７４が、フィルタリングされていないＲＭＳ２７６と同等であり、しきい値に達する場合、歯擦音は比較的高く、減衰器２８４がアクティブ化され、歯擦音を減衰させる。タイミングコントロール２８２を用いて、減衰器に入る信号を遅延させ、処理が発生するための時間を与える。
【００６５】
歯擦音除去モジュールを用いて、口の近くでのマイクの改善された配置を可能にし、改善された信号対ノイズ比を提供することができる。マイクは、マスク内の口の近くに配置され、これは、不釣合いに強い高周波音を引き起こす。ディエッサーは、耳障りな高い周波数を減衰させる。ディエッサーは、高い信号が問題となる場合のみ、これら信号を除去するため、ＥＱよりも好適であり、このことは、他の高い周波数トーンを保つことができ、信号音を自然なものにする。ディエッサーは、ＲＭＳ（電力平均の測定）を用いて、高域通過フィルタ後の電力平均を比較することができる。２つが、同等にしきい値に達すると、信号は減衰される（例えば、ＶＣＡまたはフィルタ（例えば、マイクＥＱ）によって）。高域通過フィルタ周波数は、２ｋ〜１０ｋ周波数の間で選択することができる。あるいは、男性の声を、検出することができ、フィルタを、約３〜６Ｋの近くに設定することができ、あるいは女性を、検出および約５〜８ｋの近くに設定することができる。
【００６６】
本発明のいくつかの実施形態は、自動調整ディエッサーを含む。自動ディエッサーは、男性対女性の音声セットを検出し、次いで、これに応じてフィルタを設定することができる。あるいは、２つ以上の固定周波数をテストし、次いで、システムは、ほとんどの歯擦音を有すると検出された周波数の上をフィルタリングする。あるいは、システムは、最良のフィルタ周波数が見つかるまで、周波数をダウンスキャンすることができる。自動ディエッサーは、また、周波数領域において、振幅領域にＦＦＴを行うことにより実行し、歯擦音が生じる周波数よりも上を減衰するか、または信号にＥＱを行い、最も高い歯擦音周波数を除去することもできる。
【００６７】
自動利得制御。いくつかの実施形態において、システム１０３は、自動利得制御モジュール２４２を含む。利得の特定のレベルまたは利得の範囲が、ユーザによって選択される。モジュール２４２は、ＲＭＳを監視する。利得が、ユーザによって選択された特定のレベルまたは範囲の外まで低下すると、モジュール２４２は、利得を加算または減算して、所望の範囲の音量内にある信号を達成する。よって、臨床医が、音声出力の音量を（例えば、スピーカボックスで）設定し、人物が、より静かに、またはより大きな声で話す場合、自動利得制御モジュールは、より強いか、またはより弱い信号を検出して、自動的に利得を上下に調整し、ユーザの選択した目標音量に合わせることができる。代替の実施形態において、自動利得制御を用いて、前置増幅器からのクリッピングを防ぎ、信号対ノイズ比を最大化することができる。利得は、最大しきい値（クリッピングが発生する）よりも下のレベルまで増加される。クリッピングが発生している場合、自動利得制御は、利得を、しきい値未満に調整する。マイク前置増幅器は、ＤＳＰチップまたは独立型のチップに組み込むことができる。自動利得制御は、実際に病気の人は静かに話す傾向があり、および／または自身の発話の音量を調整する能力が低いため、ＮＩＶマイクロフォンに好適である。自動利得制御により、臨床医がスピーカコントロールに触れる頻度が減り、汚染や患者の感染の可能性が減少する。処理は、（ｉ）信号の短期の平均電力を測定する（すなわち、電力をウインドウ化する）、（ｉｉ）目標レベル（すなわち、音量をどの程度大きくしたいか）と、ノイズレベルとを選択する、（ｉｉｉ）信号がノイズレベルよりも低い場合、何もしない（利得を上げる／ノイズを増幅することを望まない）、（ｉｖ）信号が、ノイズレベルよりも上であり、対象レベルよりも下である場合、利得を加える、（ｖ）信号が、目標レベルよりも上の場合、利得を下げる。
【００６８】
電力管理。いくつかの実施形態は、音声増幅システム１５０の電力使用の管理に関する。例えば、ラウドスピーカ１０７が、バッテリ駆動される場合、電力使用の制限は、バッテリ寿命を伸ばすことができる。電力の使用は、いくつかのやり方で最小化することができる。一実施形態において、システムマイクロは、活動検出器２３０からの出力を用いて、システム１５０の様々な構成要素の電源を落とす。例えば、活動検出器２３０が、発話を検出しないか、または呼吸ノイズを検出する場合、システムマイクロ１６０は、増幅器１０４をオフにすることができる。システム１５０の構成要素も、特定の時間の後に、電源を落とすことができる。例えば、ある期間にわたって発話活動が検出されない場合、ＤＳＰ１０８は、電源を落とすことができ、電源をオンにすることは、ユーザが“オン”ボタンを押すことを必要とし、またはアナログバンドパスフィルタを通して、活動を検出してもよい。
【００６９】
いくつかの実施形態において、システムマイクロ１６０は、迅速にオンおよびオフして、音声の検出を確認し、次いで電源を落として、電力を節約することができる。音声が検出されると、システムマイクロプロセッサ１６０は、電力増幅器をオンにすることができる。いくつかの実施形態において、システムマイクロ１６０は、１秒に複数回、オンおよびオフすることができる。
【００７０】
いくつかの実施形態は、発話検出のための低電力モニタとして用いることができる、アナログバンドパスフィルタ１５４に関する。本実施形態において、ＤＳＰ１０８は、発話が検出されない場合、電源を落とすことができ、アナログバンドパス１５４を用いて、システムマイクロ１６０をトリガしてＤＳＰ１０８をウェイクアップする、ウェイク信号を生成することができる。アナログバンドパス１５４は、発話検出のために偽陽性を生成する側で、エラーを起こすように構成することができ、ウェイクアップされると、ＤＳＰ１０８および／またはシステムマイクロ１６０は、検出された発話を検証することができる。ＤＳＰ１０８から発話が検出されていれば、電力増幅器１０４に電力供給することができる。
【００７１】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、アナログ自動オン機能を行うために用いることができる、アナログバンドパスフィルタを示している。回路２６６は、発話を示す周波数を分離するアナログバンドパスフィルタを含む。図１０Ｂに示されるアナログ比較器２６８を用いて、発話対ノイズを決定するための周波数の比較を行うことができる。
【００７２】
スピーカイコライゼーション２４４を、処理された信号に行って、特定のスピーカまたは筐体のために信号を平坦化することができる。
【００７３】
最後のステップ２４６において、音声信号を、増幅およびラウドスピーカで再生するために出力する。
【００７４】
本発明は、また、マイクロフォンモジュール、スピーカハウジング、独立型のハウジング、または換気装置内に収容された、デジタル信号プロセッサに関する。スピーカは、従来のコーンベースのスピーカ、または励振器であってもよい。
【００７５】
いくつかの実施形態において、信号処理は、携帯電話上のソフトウェアにおいて実行することができる。マイクロフォンを、携帯電話に取り付けて、携帯電話のプロセッサを用いて、ＤＳＰ１０８に関してここに説明したように処理してもよい。出力は、次いで、携帯電話を介して送信され、および／またはラウドスピーカ（例えば、ヘッドホン）にてユーザに対して再生される。
【００７６】
図１１Ａ〜図１１Ｃは、取り外し可能なマイクモジュール１００を受けるために適したエルボを、より詳細に示している。エルボ２６は、上部ハウジング５２と、下部ハウジング５４とにより形成されるエルボ本体５０を含む。十字スリット弁４２（“アクセス弁”としても称される）などのアクセス弁が、係止リング４６を用いて上部ハウジング５２に固定されている。エルボ２６は、また、フラップ４８を用いて開口部３６を開閉する窒息防止弁を含む。本発明の目的のために、他に記述または示唆されない限り、“弁”という用語は、それ自体で、アクセスポート２３内の“アクセス弁”を指す。
【００７７】
エルボ２６は、空気供給導管を含む空気供給コネクタである。空気供給導管は、入口３０と出口３４との間で延び、内部領域５６ａ、５６ｂ、および５６ｃ（図１１Ｃ）を含む。弁４２は、領域５６ｃ内の空気供給導管と流体連通している。弁４２は、開口４４および導管の領域５６ｃを通して、装着者の口および鼻へのアクセスを提供する。
【００７８】
弁アダプタ２６によって提供される空気供給導管は、陽圧空気源（例えば換気装置２１）から、換気マスク１０のキャビティに加圧された空気を供給するように構成されている。入口３０内の空気圧は、フラップ弁４８を強制的に開かせ、領域５６ａおよび５６ｂの間で流体連通を提供する。領域５６ａおよび５６ｂの間の空気の流れは、フラップ４８を強制的に上向きにし、シート５８に対して押し付けることにより、開口３６を閉じさせる。空気の流れが、領域５６ａおよび５６ｂの間で停止した場合、フラップ４８は、開口部６４に向けて下降し、空気が入口３０を通って（すなわち、領域５６ａ〜５６ｂから）逆流することを防止する。フラップ４８は、換気装置からの空気の供給が遮断された場合に、周囲から（開口３６を通して）空気を呼吸させることによって、窒息を防止する。
【００７９】
エルボ２６は、陽圧空気供給ホース（図示せず）を、エルボ２６の入口３０に流体接続する、第１の圧入コネクタ２８を含む。第２の圧入コネクタ３２は、エルボ２６の出口３４を、マスク本体１２内の入口に流体接続する機能を果たす。圧入接続は、器具がアダプタ（図１Ｂを参照）に配置され、弁４２から引き抜かれると、圧入が、空気供給コネクタのマスクへの接続を維持するように、十分に密閉するように構成してもよい。図１Ａは、マスク１２の本体上に構成されたスイベルコネクタ２９を有するマスクを示している。圧入コネクタ３２は、スイベルコネクタ２９の内部に配置され、空気をマスクに供給するために十分に密閉するように構成されている。スイベルコネクタは、スイベルに押し付ける、またはエルボ２６を回転させるために用いられる、表面模様付きのフィンガーグリップ１９を有する。
【００８０】
エルボ２６は、好ましくは、エルボ２６に接続されたホースの向きを、マスクにトルクをかけずに変えられるように、マスク本体１２に対して旋回する。任意のスイベル機構を、用いることができる。スイベル機構は、マスク本体、エルボ、またはこれらの間の接続に対して組み込んでもよい。
【００８１】
圧入以外の接続を用いて、エルボ２６をマスクまたは換気装置に接続してもよく、この接続は、取り外し不可の接続、ねじ山との螺合、スナップ接続、固定リッジとのスライド接続、クリップ、およびクイックリリース接続を含む。
【００８２】
図１４は、エルボ５２６が、マスクとのスイベル接続を形成するように構成されている実施形態を示している。スイベル接続部３００は、ＰＰＶマスクの開口に係合するように成形されている。また、スイベルコネクタ３００は、マスクに対する開口の縁部と共に密閉する密閉リム３０４を有して構成されている。エルボは、リッジにスナップ接続するか、またはマスクの本体に設置されて、エルボの強固な係合を維持し、アクセスポートに対して密閉するクリップコネクタ３０２を含む。リリースタブ３０６が、クリップコネクタに取り付けられており、このタブは、内側に向けて押されると撓み、マスクからエルボをリリースする。
【００８３】
再び図１１Ａ〜図１１Ｃを参照すると、エルボ２６は、ステム３８上に、圧力ポート４０を含んでもよい。圧力ポート４０は、エルボ２６内の圧力変化を監視する領域５６ｂと流体連通する小さな開口を含む。圧力の変化を用いて、マスクの装着者が、いつ息を吸い、吐くかを検出することができる。バイレベルの圧力換気装置は、圧力ポート４０を用いて、息を吐く間により低い圧力を提供し、息を吸う間により高い圧力を提供することができる。圧力ポート４０は、エルボ２６と関連付ける必要はないが、むしろ、マスク本体１２、換気装置とマスクの間の配管、またはこれらの組み合わせに対して設置することができる。圧力ポート４０は、キャップ３９により覆い、検出の必要がない場合に栓をして流れを止めることができる。
【００８４】
エルボ２６は、開口部４４を有するアクセスポート２３と、ポート内に設置された弁４２とを有する。弁４２は、換気装置からの圧力を用いて、アクセスポートに器具やアダプタがない場合に弁を閉じる、自己密閉弁であってもよい。アクセス弁は、弁がなく同じ最大径を有するアクセスポートと比べて漏れが減少した、口腔ケアを行ったり器具を挿入したりするのに十分な開口径を有する。自己密閉弁の開口部の直径（完全に開いた位置）は、少なくとも５、１０、１５、または２０ｍｍ（〜０．２、０．０４、０．０６、０．０８インチ）、および／または５０、４０、３０、２５、または２０ｍｍ（〜２、０．１６、０．１２、０．１、０．０８インチ）未満、および／または前述の範囲内（開口部の断面に基づいた開口部の高さおよび／または幅）とすることができる。これらの開口部の直径は、少なくとも４、５、８、または１０ｃｍＨ２Ｏおよび／または３０、２５、２０、１５ｃｍＨ２Ｏ未満、あるいは前述の終点のいずれかの範囲内の圧力下で自己密閉する弁によって、達成することができる。
【００８５】
いくつかの実施形態において、アクセス弁４２内の開口部は、１つ以上のスリットにより提供される。スリットの長さは、最大の開口幅を提供してもよい。いくつかの実施形態において、弁は、複数のスリットを含む。いくつかの実施形態において、弁は、２つのスリットを含むことができ、スリットは、十字スリットを形成してもよい。
【００８６】
圧力下での自己密閉を促進するために、アクセス弁４２は、圧力により押し付けられる、内向きに傾斜する壁部または凹部を有してもよい。弁４２は、ダックビル弁またはドーム型弁としてもよい。図１２Ａおよび図１２Ｂは、十字スリットの入ったダックビル弁を示している。弁４２は、リム５８と、支持壁６６と、複数のリーフレット６２ａ〜ｄと、を有する。図１２Ａの上面図に示されるように、リーフレットは、それぞれ、弁の換気装置圧力側に対して凹となっており、スリット６０ａおよび６０ｂにて窓割りを形成する。リーフレット６２は、器具または器具アダプタにより弁の外側から押し開かれ、弁の内側から圧力によって共に押されるように構成されている。ダックビル弁は、４個のリーフレット２、３、４を有して示されているが、単一のリーフレットを有してもよく（すなわち、剛性の壁に対して密閉する）、より好ましくは、少なくとも２、３、４個以上のリーフレットを有する。図１２Ｂに示されるように、リーフレット６２の凹部は、クロスフィットの中心に集まる幾何学形状を有する。例えば、リーフレット６２ｂの凹部は、点６４の近くで当たる。器具またはアダプタが挿入されると、リーフレット６２ｂは、外に押し出され、点６４は、中央の十字部分から離れ、これにより弁が開く。弁４２は、形状記憶性を有する弾性材料で作製することができ、これにより、器具またはアダプタを取り外すと、装置は、少なくともその凹部の部分が回復し、これにより、圧力がリーフレットを密閉することができる。
【００８７】
ドーム弁が用いられる場合、ドームは、中央開口部において薄く、縁に向かってより厚くなるようなテーパ状であるテーパ厚さを有してもよい。テーパは、窓割りの中央の縁と比べて、窓割り／スリットにおける厚さの１．２、１．５または２倍の厚さの変化を含んでもよい。テーパは、中央でより容易に弁を開くことを可能にしてもよい。
【００８８】
好適な実施形態において、弁は、反転した場合、自ら逆戻りする（すなわち、自己復帰する）。本発明の目的のために、自己復帰弁は、弁が反転された際に、弁をその自己密閉位置に戻させる材料および構成（例えば、形状記憶を有するエラストマー材料）を有する。よって、器具が弁から引き出されて、リーフレットまたは他の構成要素が反転する場合、力が除去されると、自己復帰弁はその自己密閉位置に戻る。必須ではないが、弁は、凹型としてもよく、および／または自己復帰を容易にするために、シリコーン材料（または類似のポリマー、エラストマー、イソプレン、ニトリルゴム、ブチルゴム、またはシリコーン様材料）製であってもよい。一実施形態においては、弁は、その中心に、５、４、３、または２ｍｍ未満の厚さの材料の層を含む。弁４２のリム５８は、自己復帰機能にも寄与する。リーフレットの上のリムの高さ、および横方向に延びる材料は、弁４２が反転される際に、壁の座屈に対する剛性を提供し、リム５８とリーフレットとの間の延伸する材料が、リーフレットをその正しい位置に押し戻す。
【００８９】
アクセス弁４２、および／または、アクセス弁４２、窒息防止弁４０、およびマスク１２のうちの１つ以上の組み合わせは、マスクが少なくとも５、１０、１５ｃｍＨ２Ｏおよび／または２５、２０、または１５ｃｍＨ２Ｏ未満、あるいは上述の範囲内の圧力下にある場合に、毎秒７０、５０、４０、３０、または２５リットル（“ｌｐｍ”）未満、および／または、２、５、７、または１０ｌｐｍを超える、および／または前述の範囲内の漏れレートを有するように構成してもよい。本発明の目的のために、漏れレートは、ＩＳＯ基準１７５１０（２０１５）に従って測定された場合に、５ｃｍＨ２Ｏの圧力で測定される。
【００９０】
いくつかの実施形態において、弁は、弁を通しての器具または器具アダプタの挿入を容易にするために、生体適合性潤滑剤を含んでもよい。アクセス弁および／または潤滑剤はまた、抗菌剤（例えば、クロルヘキシジン）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、弁アダプタは、弁が未使用の際に弁４２への開口部を覆うダストキャップを有してもよい。
【００９１】
図１３Ａは、図１Ａのエルボ２６のアクセス弁４２を含まない、エルボ４２６を有する代替の実施形態を示している。エルボ４２６は、アダプタが取り付けられ、および／または開口部４４を通して配置された際に開口部４４を密閉する、器具アダプタを受けるように構成された開口部４４を含む（図７Ａ〜Ｃを参照）。エルボ４２６のアクセスポート２３には、未使用の際にポートを密閉する弁がないため、エルボ４２６には、開口部４４の上または中に配置して、空気漏れを防ぎ、マスクと顔の間の空気圧を維持する密閉キャップ４９を含む。
【００９２】
図１３Ｂは、エルボコネクタの代わりに、アクセスポート２３をシェル１２ｂに組み込んだ、シェル１２ｂを有するマスク１０の代替の実施形態を示している。シェル１２ｂは、アクセスポート２３とは別のエルボネクタ２７を有する。エルボコネクタ２７は、加圧空気をマスクに供給し、ＰＰＶマスクで用いられるエルボコネクタのための、当該技術分野で知られた任意の機能を有する。図１Ａのマスク１０と同様に、弁４２は、マスク内の陽圧を用いてアクセスポート２３を密閉する。アクセスポート２３を、マスク内でエルボコネクタとは別に設置することは、エルボコネクタ２７を、図１Ａのエルボ２６よりも小さくすることを可能にする。
【００９３】
シェル１２ｂ内のアクセスポートは、図１３Ａのアクセスポート４２３で示すように、弁無しで構成してもよい。加えて、患者の口または鼻への外からの直接アクセス（すなわち、マスクを通した口または鼻へのアクセス）を可能にするアクセスポート２３（弁付きまたは弁無しの）を、シェル１２ｂの任意の場所に設置することができる。いくつかの実施形態において、マイクロフォンモジュールおよび／またはマイクロフォンを、マイクロフォン素子がマスク内部に配置された状態で、マスクのシェルに組み込むことができる。マイクロフォン素子は、マスクのシェル内に、永久的に配置することができる。
【００９４】
図１３Ｂは、また、マスク本体１２ｂの隣接部分の材料よりも柔軟である柔軟部分１０６を有する、マスク本体１２ｂを示した一実施形態を示している。柔軟部分１０６は、アクセス弁４２を通して設置された器具アダプタのより大きな関節運動および移動、ならびに、クッション２２によって作られた顔周りの密閉の維持におけるより大きな支持および柔軟性を提供する。シェル１２ｂの柔軟部分１０６は、図１Ａおよび図１３Ａに示されるように、実施形態のマスク本体に組み込むこともできる。代替の実施形態において、図１Ａまたは図１３Ａのスイベルコネクタ２９を、マスク１２の本体よりも柔軟に構成することができる。柔軟なエルボコネクタが、米国特許第８，３０２，６０５号でさらに説明されており、この文献は、参考のために本明細書に組み込まれる。さらに別の実施形態において、アクセスポートは、クマール（Ｋｕｍａｒ）の米国特許出願第２００３／０４７１８９号に説明されている弁などのアイリス弁であってもよく、この文献は、参考のために本明細書に組み込まれる。本発明は、また、本明細書において説明した任意の他の器具を使用する方法も含む。
【００９５】
本出願人の同時係属中の２０１７年１０月４日に出願された米国仮特許出願第６２／５６８，３１４号および２０１７年１２月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／６１２，３０３号、ならびに本出願人の２０１６年６月２３日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１６／０３９１１７号および２０１７年１１月７日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１７／０６０４８０号は、それぞれ、その全体が参考のために本明細書に組み込まれる。
【００９６】
本発明は、様々な材料を用いた様々なマスクおよび／またはアダプタに組み込むことができる。本発明の一実施形態に係る弁を含むように構成することができる陽圧マスクの例が、フー（Ｆｕ）らの米国特許出願第ＵＳ２００９／０１９４１１１号、およびバヤシ（Ｂａｙａｓｉ）らの米国特許出願第ＵＳ２０１０／０１１６２７６号に示されている。本発明の方法は、本明細書に説明される新規なマスクおよびマスクシステムに限定されない。例えば、リーマン（Ｌｅｈｍａｎ）らの米国特許第６，７９２，９４３号または第８，３６５，７３４号のマスクを用いて、上記方法を実行することができる。前述した特許および特許出願は、本発明の特徴と組み合わせて用いることができるそれらのマスクおよび構成要素の教示、ならびに本明細書にて説明される方法を実行するためのそれらの使用に関して、参考のために本明細書に組み込まれる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽圧換気（ＰＰＶ：ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）マイクロフォンモジュールであって、
ＰＰＶマスクのポートに取り外し可能に挿入されるように構成され、挿入された際に前記ポートと密閉を形成する表面を有するアダプタを規定する、マイクロフォンハウジングであって、遠位部分と、近位部分とを有し、前記遠位部分は、前記密閉から遠位にあり、前記ポートを通して挿入され、その口腔端を、ＰＰＶマスク内に配置するように構成され、前記近位部分は、前記密閉の近位にあり、周囲圧力にさらされるように構成されている、マイクロフォンハウジングと、
前記マイクロフォンハウジングの口腔端に配置され、前記ＰＰＶマスクを装着した人物から発話を受け、音声信号を生成するように構成されている、１つ以上のマイク素子と、
１つ以上のマイク素子から、前記音声信号を受信するように構成され、前記マイクロフォンハウジングの近位部分の壁を通して、前記マイクロフォンハウジングから外に出ている、前記マイクロフォンハウジング内の電気回路と、
を備える、陽圧換気（ＰＰＶ）マイクロフォンモジュール。
【請求項２】
前記電気回路は、前記壁内に配置されたコネクタを含み、前記マイクロフォンハウジングからの出口を提供し、
前記コネクタは、前記音声信号を音声処理システムに送信するためのデータケーブルに、取り外し可能に接続されるように構成されている、請求項１に記載のＰＰＶマイクロフォンモジュール。
【請求項３】
前記マイクロフォンハウジング内に配置されたラウドスピーカをさらに備える、請求項１または２に記載のＰＰＶマイクロフォンモジュール。
【請求項４】
前記マイクロフォンハウジングの口腔端は、離れて面する開口を有するキャビティを規定し、前記１つ以上のマイクロフォン素子は、前記キャビティ内に配置されている、請求項１から３のいずれかに記載のＰＰＶマイクロフォンモジュール。
【請求項５】
前記１つ以上のマイク素子は、少なくとも１０５ｄＢの最大音圧レベルと、少なくとも８５ｄＢのダイナミックレンジとを有する、請求項１から４のいずれかに記載のＰＰＶマイクロフォンモジュール。
【請求項６】
前記１つ以上のマイクロフォン素子は、前記キャビティ内に配置され、減衰材が、前記１つ以上のマイクロフォン素子と前記開口との間に配置され、前記減衰材は、前記減衰材の全体にわたって、少なくとも３ｄＢ、音圧レベルを減少させるように構成されている、請求項１から５のいずれかに記載のＰＰＶマイクロフォンモジュール。
【請求項７】
前記減衰材は、少なくとも３ポンド／立方フィートの密度を有するフォームを備える、請求項６に記載のＰＰＶマイクロフォンモジュール。
【請求項８】
ＰＰＶマイクロフォンシステムであって、
請求項１から７のいずれかに記載の前記ＰＰＶマイクロフォンモジュールと、
（ｉ）システムマイクロコントローラと、（ｉｉ）前記ＰＰＶマイクロフォンモジュールから、前記音声信号を受信するように構成された入力と、（ｉｉｉ）前記音声信号を用いて、ラウドスピーカに電力供給するために適した、増幅された信号を生成するように構成された電力増幅器と、（ｉｖ）増幅された前記信号を、ラウドスピーカに供給するための出力と、を含む音声処理システムと、
を備える、ＰＰＶマイクロフォンシステム。
【請求項９】
前記音声処理システムは、第２のハウジング内に配置されており、前記マイクロフォンモジュールは、ケーブルを通して前記音声処理システムに接続されている、請求項８に記載のＰＰＶマイクロフォンシステム。
【請求項１０】
前記音声処理システムは、（ｖ）前記音声信号内の患者活動を検出するように構成されたデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）と、（ｖｉ）前記音声信号の発話を入力し、検出された前記患者活動に基づき、呼吸ノイズを減衰して、処理された音声信号を生成するように構成された発話入力部と、をさらに備え、
処理された前記音声信号は、前記電力増幅器に供給され、前記増幅信号を生成する、請求項８または９に記載のＰＰＶマイクロフォンシステム。
【請求項１１】
（ｉ）発話が検出されない際に、発話入力部で、前記音声信号を通過させないことにより、または、（ｉｉ）発話が検出されない際に、前記電力増幅器の電源を落とすことにより、前記呼吸ノイズは減衰される、請求項１０に記載のＰＰＶマイクロフォンシステム。
【請求項１２】
請求項８から１１のいずれかに記載のマイクロフォンモジュールを使用するための方法であって、
少なくとも３ｃｍＨ２Ｏの陽圧を供給する換気回路に接続されたＰＰＶマスクを、提供し、前記ＰＰＶマスクは、前記マイクロフォンモジュールを受けて、前記マイクロフォンモジュールとのＰＰＶ密閉を形成するように構成されたアクセスポートを有し、
前記マイクロフォンモジュールを、前記ポートに挿入して、前記ポートとのＰＰＶ密閉を形成し、
ＰＰＶマスク内の少なくとも３ｃｍＨ２Ｏの陽圧により、前記マイクロフォンモジュールを用いて発話信号を生成し、前記音声処理システムを用いて前記発話信号を増幅し、前記増幅された発話信号を、ラウドスピーカに対して供給する、ことを含む方法。
【請求項１３】
前記ポートは、前記換気装置からの圧力下で密閉し、かつ、１０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲の直径を有する弁を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ポートは、エルボコネクタ内に配置されている、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記発話信号の生成は、５０．８ｍｍ（２インチ）未満の距離にて、前記患者の口の前に配置された前記１つ以上のマイク素子により実行される、請求項１２から１４のいずれかに記載の方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１Ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１Ｂ】
2020535911.tif 000029
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2020535911.tif 000030
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2020535911.tif 000031
【国際調査報告】
2020535911.tif 000032
2020535911.tif 000033