(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-11
(45)【発行日】2023-12-19
(54)【発明の名称】シーブベッド迂回路を有するＯ２濃縮器およびその制御方法
(51)【国際特許分類】
A61M 16/10 20060101AFI20231212BHJP
C01B 13/02 20060101ALI20231212BHJP
B01D 53/04 20060101ALI20231212BHJP
【ＦＩ】
A61M16/10 B
C01B13/02 A
B01D53/04
【請求項の数】
17
(21)【出願番号】P 2022084992
(22)【出願日】2022-05-25
(62)【分割の表示】P 2020086518の分割
【原出願日】2020-05-18
(65)【公開番号】P2022126656
(43)【公開日】2022-08-30
【審査請求日】2022-06-01
(31)【優先権主張番号】62/851,204
(32)【優先日】2019-05-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/874,472
(32)【優先日】2020-05-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】520172384
【氏名又は名称】ブレス テクノロジーズ，インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000176
【氏名又は名称】弁理士法人一色国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】トム ウエストフォール
(72)【発明者】
【氏名】エンリコ ブランビラ
【審査官】関本 達基
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１９／００９９５７０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２０１２－５１９５４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／０７０１３６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２０１１－５０２５４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１４－５２１３６６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｍ １６／１０
Ｃ０１Ｂ １３／０２
Ｂ０１Ｄ ５３／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ベンチレータによって患者に送られる高酸素濃度のガスと患者用換気インタフェースにより取り込まれる環境大気の総流量に基づいて、前記ベンチレータに接続された酸素濃縮器を制御する方法であって、流量センサが、前記ベンチレータに接続された患者用換気インタフェースの１つまたは複数のノズルによって吐出される前記高酸素濃度のガスの流量を測定し、前記患者用換気インタフェースは、前記１つまたは複数のノズルに加えて、前記患者に送るための追加の環境大気を取り込むための１つまたは複数の開口を含み、
圧力センサが、前記患者用換気インタフェース内の圧力を測定し、
コントローラが、前記測定された流量と前記測定された圧力とに基づいて、前記総流量を決定することを含み、前記総流量は、前記１つまたは複数のノズルによって吐出される高酸素濃度のガスの流量と、前記１つまたは複数の開口から取り込まれる環境大気の取込流量とを含む、方法。
【請求項2】
複数のノズル形状のそれぞれに関連した１つまたは複数の定数を格納することをさらに含み、前記１つまたは複数のノズルは、前記複数のノズル形状の１つに対応したノズル形状を有し、
前記総流量の決定は、前記測定された流量、前記測定された圧力および前記１つまたは複数のノズルの前記ノズル形状に関連して格納された前記１つまたは複数の定数に基づいて、前記総流量を計算することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記複数のノズル形状のそれぞれについて、前記関連する１つまたは複数の定数が、そのノズル形状を有するノズルのある患者用換気インタフェースに配置されたメモリに格納し、前記総流量の決定は、前記ベンチレータに接続された前記患者用換気インタフェースに格納されている前記１つまたは複数の定数を読み取ることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記コントローラが、前記決定された総流量に基づいて、前記ベンチレータに接続された酸素濃縮器に信号を送信することをさらに含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項5】
前記コントローラが、前記決定された総流量を時間で積分することにより、総一回吸気量を計算することをさらに含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項6】
前記コントローラが、前記計算で求められた総一回吸気量に基づいて、前記ベンチレータに接続された酸素濃縮器に信号を送信することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
前記コントローラが、前記測定された流量を時間積分することで、前記１つまたは複数のノズルによって吐出される前記高酸素濃度のガスの一回吸気量を計算し、
前記決定された総流量と前記測定された流量との差である取込流量を時間積分することで、取込空気の一回吸気量を計算し、
前記１つまたは複数のノズルから吐出される前記高酸素濃度のガスの前記一回吸気量と前記取込空気の一回吸気量とに基づいて、前記患者の吸入酸素分画％ＦｉＯ２を計算することをさらに含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項8】
前記コントローラが、前記計算で求められた％ＦｉＯ２に基づいて、前記ベンチレータに接続された酸素濃縮器に信号を送信することをさらに含む、請求項７項に記載の方法。
【請求項9】
ベンチレータによって患者に送られる高酸素濃度のガスと環境大気の総流量に基づいて、前記ベンチレータに接続された酸素濃縮器を制御するための動作を行うためにプロセッサまたはプログラム可能な回路によって実行可能な命令が格納された非一時的なプログラム記憶媒体であって、前記動作は、
前記ベンチレータに接続された患者用換気インタフェースの１つまたは複数のノズルによって吐出される前記高酸素濃度のガスの流量を測定し、前記患者用換気インタフェースは、前記１つまたは複数のノズルに加えて、前記患者に送るための追加の環境大気を取り込むための１つまたは複数の開口を含み、
前記患者用換気インタフェース内の圧力を測定し、
前記測定された流量と前記測定された圧力とに基づいて、前記総流量を決定することを含み、前記総流量は、前記１つまたは複数のノズルによって吐出される高酸素濃度のガスの流量と、前記１つまたは複数の開口から取り込まれる環境大気の取込流量とを含む、プログラム記憶媒体。
【請求項10】
請求項９に記載の前記非一時的なプログラム記憶媒体と、前記命令を実行するためのプロセッサまたはプログラム可能な回路と、
流量センサと、
圧力センサとを含み、
前記流量の測定は、前記流量センサと通信することを含み、
前記圧力の測定は、前記圧力センサと通信することを含む、ベンチレータ。
【請求項11】
請求項１０に記載の前記ベンチレータと、前記ベンチレータに接続された酸素濃縮器とを含み、
前記動作は、
前記決定された総流量に基づいて、前記ベンチレータから前記酸素濃縮器に信号を送信することをさらに含む、換気システム。
【請求項12】
前記酸素濃縮器は、前記ベンチレータから送信される前記信号に応答して制御信号を発生させるように動作可能なコントローラを含み、前記コントローラによって発生する前記制御信号は、前記酸素濃縮器のプロダクトタンクへの、加圧された環境大気の流入を選択的に可能にする、請求項１１に記載の換気システム。
【請求項13】
前記コントローラによって発生する前記制御信号は、前記酸素濃縮器のバルブユニットを動作させ、前記ベンチレータから送信される前記信号に従って前記プロダクトタンク内のあらかじめ設定された酸素濃度を維持する、請求項１２に記載の換気システム。
【請求項14】
前記コントローラによって発生する前記制御信号は、前記バルブユニットを動作させ、前記加圧された環境大気の流れが前記酸素濃縮器の１つまたは複数のシーブベッドを迂回できるようにする、請求項１３に記載の換気システム。
【請求項15】
前記コントローラによって発生する前記制御信号は、前記酸素濃縮器のコンプレッサを動作させ、前記ベンチレータから送信される前記信号に従って前記プロダクトタンク内のあらかじめ設定された酸素濃度を維持する、請求項１２に記載の換気システム。
【請求項16】
前記コントローラによって発生する前記制御信号は、前記酸素濃縮器の外部にあるコンプレッサを動作させ、前記ベンチレータから送信される前記信号に従って前記プロダクトタンク内のあらかじめ設定された酸素濃度を維持する、請求項１２に記載の換気システム。
【請求項17】
前記動作は、前記ベンチレータに接続された患者用換気インタフェースの１つまたは複数のノズルによって吐出される高酸素濃度のガスの流量の複数の測定値のそれぞれについて、前記患者用換気インタフェース内の圧力の複数の測定値に対応する総流量の複数の測定値を格納することをさらに含み、
前記総流量の決定は、前記測定された圧力と、実測流量について格納された前記総流量の複数の測定値との比較結果に基づいて、前記総流量を推定することを含む、請求項１１～１６のいずれか１項に記載の換気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
＝＝関連出願へのクロスリファレンス＝＝
本出願は、発明の名称を「Ｏ２ ＣＯＮＣＥＮＴＲＡＴＯＲ ＷＩＴＨ ＳＩＥＶＥ ＢＥＤ ＢＹＰＡＳＳ ＡＮＤ ＣＯＮＴＲＯＬ ＭＥＴＨＯＤ ＴＨＥＲＥＯＦ（シーブベッド迂回路を有するＯ２濃縮器およびその制御方法）」として２０１９年５月２２日に出願された米国特許仮出願第６２／８５１，２０４号に関し、当該仮出願の優先権の利益を主張するものであり、その内容全体を明示的に本明細書に援用する。
本出願は、発明の名称を「Ｏ２ ＣＯＮＣＥＮＴＲＡＴＯＲ ＷＩＴＨ ＳＩＥＶＥ ＢＥＤ ＢＹＰＡＳＳ ＡＮＤ ＣＯＮＴＲＯＬ ＭＥＴＨＯＤ ＴＨＥＲＥＯＦ（シーブベッド迂回路を有するＯ２濃縮器およびその制御方法）」として２０１９年５月２２日に出願された米国特許仮出願第６２／８５１，２０４号に関し、当該仮出願の優先権の利益を主張するものであり、その内容全体を明示的に本明細書に援用する。
【0002】
１．発明の属する技術分野
【0003】
本開示は、広義には酸素濃縮器に関し、特に、ベンチレータによって患者に送られる高酸素濃度ガスを作り出すように構成された酸素濃縮器に関する。
【背景技術】
【0004】
２．関連出願の説明
【0005】
広範囲にわたる臨床状態で、何らかの形態の換気療法が必要とされる場合があり、そのような換気療法では、ベンチレータから患者の気道に送られる加圧ガスの流れによって、患者の呼吸動作を助けている。これらの状態として、低酸素血症、様々な形態の呼吸不全、気道障害などがあげられる。うっ血性心不全や神経筋疾患など、換気療法を必要とする非呼吸器疾患および非気道疾患もある。
【0006】
長期にわたる換気療法を必要とする多くの患者の生活の質を改善するために、小型で携帯可能な換気システムが開発されてきた。これらのシステムのうちのいくつか、例えばＢｒｅａｔｈｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．のＬｉｆｅ２０００（登録商標）システムなどは、非常に軽量かつコンパクトであるため、拡張範囲またはスタンドアロンの構成であれば、患者が装着することができる。これらのシステムの動作には、加圧された換気ガスの供給源が用いられる。固定式または拡張範囲の構成では、加圧ガスの供給源は、患者の自宅に保管できる固定式のコンプレッサユニットであってもよい。通常は患者が家の外にいるときに使用できるスタンドアロンの構成では、携帯式でウェアラブルなベンチレータは、一般に、加圧ガスボンベまたは携帯式のコンプレッサからその換気ガスを受け取る。
【0007】
上記の臨床状態および他の臨床状態の多くは、酸素補充療法を必要とするか、酸素補充療法から利益を得ることができる。そのような方法では、追加の酸素が存在することで、患者の気道に導入されるガスが増え、患者は、大気濃度を超える酸素レベルのガスを吸入する（湿度０％で２０．９％）。酸素補充療法では、一般に圧縮酸素ボンベもしくは極低温酸素ボンベまたは酸素ガス発生器である酸素ガス供給源から、患者が補充酸素ガスを受け取る必要がある。長年にわたり、移動することを望む患者は酸素ボンベに依存していた。しかしながら、近年、バッテリー技術の小型化と改良により、携帯型酸素濃縮器が開発されている。
【0008】
携帯型酸素濃縮器は、一般に、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）によって動作する。この方法では、環境大気をコンプレッサによって加圧し、吸着剤シーブベッドに通す。シーブベッドは一般にゼオライトで形成され、酸素が通過する際に、高圧であれば窒素を優先的に吸着する。シーブベッドが窒素吸着限界に達したら、圧力を下げればよい。この圧力低下によって、吸着された窒素が離脱してパージできるようになり、窒素を再吸着できる再生済みのシーブベッドが残る。この操作を繰り返すことで、酸素濃度の高いガスを発生させることができる。一般に、携帯型酸素濃縮器は、シーブベッドが少なくとも２つあるため、一方の動作時に他方は窒素がパージされて排出される。昨今の一般的な携帯型酸素濃縮器では、純度約８７～９６％の酸素が豊富な酸素ガスを出力する。（特に呼吸器疾患を患っている個人によって）携帯型とみなすことのできる昨今の既存の酸素濃縮器には、一般に２つのタイプがある。大きくて重い最初のタイプは、通常、連続流の供給が可能である。このタイプのモデルの重量は一般に５～１０ｋｇであり、最大流量は約５～６リットル／分以下で、通常はホイールとハンドルのある構成で、スーツケースのような見た目のことも多い。２番目のタイプは、サッチェル、ハンドバッグまたはバックパックでの持ち運びや着用に適した軽量ユニットである。このタイプのモデルの重量は一般に２．５ｋｇ未満であり、通常、最大流量が約２リットル／分以下のパルス供給モードに制限されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
加圧酸素ボンベには継続的な補充または交換が必要であるため、加圧酸素ボンベと比較して、携帯型酸素濃縮器にはコストと利便性の点でかなりの利点がある。また、携帯型酸素濃縮器は、加圧酸素ボンベよりもはるかに安全であると考えられている。こうした安全面は患者の生活の質に大きな影響を与える可能性がある。なぜなら、携帯型酸素濃縮器の多くは、民間航空機での旅行者による使用がＦＡＡで承認されているのに対し、酸素ボンベは一般に、民間のフライトでは禁止されているためである。その結果、加圧酸素ボンベを装着した患者は、航空会社で事前に費用と時間のかかる準備をするか、航路による旅行を完全に控えなければならない。
【0010】
呼吸動作を助ける必要のない状態の患者であれば、換気療法なしの酸素補充療法だけで十分な場合もある。しかしながら、多くの患者にとって、換気療法と酸素補充療法を併用するほうが最適な治療になり得る。健康な患者では、呼吸動作を行うのに十分な換気には、通常、静止状態で５～８Ｌ／分の分時換気量が必要であり、軽い運動を伴う場合は２倍になる場合があり、激しい運動になると４０Ｌ／分を超える場合がある。呼吸器疾患を患っている患者では、必要な値がかなり大きくなる場合があり、瞬間値もかなり大きくなる場合がある。このような患者には軽い運動も必要な場合が多いため、患者が家の外にいて携帯性を必要とする際には特に当てはまる。
【0011】
このように、多くの場合、既存の携帯型酸素濃縮器は、追加の圧縮ガス供給源なしでウェアラブルの携帯型ベンチレータと併用できるだけの高い圧力および／または体積でガスを出力しない事実により、併用モードでの治療を好む患者は、実質的に制約を受けることがわかる。したがって、最大限の携帯性が望まれる場合、これらの患者は、携帯型酸素濃縮器の実質的な利点を放棄して（換気療法に必要な高圧と流量で酸素ガスを出力できる酸素ボンベ）に戻るか、携帯型酸素濃縮器、携帯型のコンプレッサおよびウェアラブルベンチレータが一緒になった、携帯型コンプレッサを持つようにしなければならない。
【0012】
複合型の酸素補充／換気システムを提供しようとする既存のシステムおよび方法には、実質的に欠点がある。例えば、米国特許出願公開第２０１７／０３４０８５１号および同第２０１８／０００１０４８号には、機械的なベンチレータにプロダクトガスのより一定した流れを提供するという明細書に記載された目的のために、酸素濃縮器のプロダクトタンクの下流にアキュムレータタンクを追加することが説明されている。米国特許出願公開第２０１７／０１１３０１３号には、酸素濃縮器がベンチレータ（間欠的な自発群発波における酸素濃縮器の酸素を豊富に含むガスの利用を特徴とする場合がある）に流体接続されているか否かを決定するために、プロダクトタンク圧力と出力流量測定を用いることが説明されている。そうである場合、酸素濃縮器の弁またはポンプは、ベンチレータの供給ガス要件を満たすように、プロダクトタンクの圧力またはガス流量を増減するように制御される。このようなシステムは通常、プロダクトタンクの圧力が何らかの閾値を下回らないようにするなど、ベンチレータのコース要求を満たすことのみを目的としていると理解することができる。いずれも、換気療法を受けている患者の特定の需要を満たすことはできない。米国特許出願公開第２０１７／０１１３０１３号では、患者の状態のインジケータを決定することが考えられているが、この決定は、単に濃縮器内での測定結果に基づいているにすぎず、大まかな概算にすぎない。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本開示では、関連技術に付随する上述した欠点を克服するための様々なシステム、方法および装置が考えられる。本開示の実施形態の一態様は、１つまたは複数の吸着剤シーブベッドであって、空気から窒素を除去し、それぞれの出口で濃縮酸素ガスを作り出すように動作可能な１つまたは複数の吸着剤シーブベッドと、１つまたは複数の吸着剤シーブベッドのそれぞれの出口と流体接続されたプロダクトタンクと、環境大気を加圧するように動作可能なコンプレッサと、コンプレッサから、１つまたは複数の吸着剤シーブベッドのそれぞれの入口までの１本または複数本のシーブベッド流路と、１つまたは複数の吸着剤シーブベッドを迂回する、コンプレッサからプロダクトタンクまでのバイパス流路と、制御信号に応答して、コンプレッサからの加圧された環境大気の流れを、選択的に、１本または複数本のシーブベッド流路に沿って送るか、バイパス流路に沿って送ることができるように動作可能なバルブユニットと、を含む酸素濃縮器である。
【0014】
バルブユニットは、１つ以上のＯＮ／ＯＦＦ弁を含んでもよく、当該バルブユニットは、１つまたは複数の吸着剤シーブベッドの動作サイクルに対して、１つまたは複数のＯＮ／ＯＦＦ弁の状態のタイミングを選択的に調節することにより、コンプレッサからの加圧された環境大気の、１本または複数本のシーブベッド流路に沿った流れと、バイパス流路に沿った流れを選択的に可能にしてもよい。
【0015】
バルブユニットは、１つまたは複数の比例弁を含んでもよく、当該バルブユニットは、１つまたは複数の比例弁に対する入力の大きさを選択的に調節することにより、コンプレッサからの加圧された環境大気の、１本または複数本のシーブベッド流路に沿った流れと、バイパス流路に沿った流れを選択的に可能にしてもよい。さらに、バルブユニットは、１つまたは複数の吸着剤シーブベッドの動作サイクルに対して、１つまたは複数の比例弁の状態のタイミングを選択的に調節することにより、コンプレッサからの加圧された環境大気の、１本または複数本のシーブベッド流路に沿った流れと、バイパス流路に沿った流れを選択的に可能にしてもよい。
【0016】
酸素濃縮器は、制御信号を発生させるように動作可能なコントローラをさらに含んでもよい。コントローラによって発生する制御信号は、プロダクトタンク内のあらかじめ設定された酸素濃度を維持するようにバルブユニットを動作させてもよい。コントローラは、プロダクトタンクの出口に流体接続されたベンチレータによって発行されるコマンドに応答して、制御信号を発生させてもよい。
【0017】
本開示の実施形態の別の態様は、上述した酸素濃縮器および上述したベンチレータを含むシステムである。ベンチレータは、ユーザーが入力する酸素濃度に基づいて、あらかじめ設定された酸素濃度を計算してもよい。ベンチレータは、さらにベンチレータの測定された換気ガス出力に基づいて、あらかじめ設定された酸素濃度を計算してもよい。ベンチレータは、さらにベンチレータの患者用換気インタフェースにおける測定された圧力に基づいて、あらかじめ設定された酸素濃度を計算してもよい。
【0018】
ベンチレータは、ベンチレータに接続された患者用換気インタフェースの１つまたは複数のノズルによって吐出されるガスの流量を測定するための流量センサと、患者用換気インタフェースにおける圧力を測定するための圧力センサと、測定された流量および測定された圧力に基づいて、コマンドを発行するように構成されたマスターコントローラと、を含んでもよい。マスターコントローラは、測定された流量および測定された圧力の関数としてのベンチレータによって送られる取込空気とガスの総流量の計算結果に基づいて、コマンドを発行するように構成されていてもよい。マスターコントローラは、測定された流量について患者用換気インタフェースにおける圧力の複数の測定値に対応して格納された、ベンチレータによって送られる取込空気とガスの総流量の複数の測定値と、測定された圧力との比較結果に基づいて、コマンドを発行するように構成されていてもよい。マスターコントローラは、測定された圧力と、測定された流量について患者用換気インタフェースにおける圧力の複数の測定値に対応して格納された、吸入酸素分画％ＦｉＯ２の複数の測定値との比較結果に基づいて、コマンドを発行するように構成されていてもよい。
【0019】
コントローラによって発生する制御信号は、プロダクトタンク内のあらかじめ設定された酸素濃度を維持するようにコンプレッサを動作させてもよい。
【0020】
本開示の実施形態の別の態様は、１つまたは複数の吸着剤シーブベッドであって、空気から窒素を除去し、それぞれの出口で濃縮酸素ガスを作り出すように動作可能な１つまたは複数の吸着剤シーブベッドと、１つまたは複数の吸着剤シーブベッドのそれぞれの出口と流体接続されたプロダクトタンクと、環境大気を加圧するように動作可能なコンプレッサと、コンプレッサから、１つまたは複数の吸着剤シーブベッドのそれぞれの入口までの１本または複数本のシーブベッド流路と、上記のコンプレッサとは異なる、環境大気を加圧するように動作可能なバイパスコンプレッサと、１つまたは複数の吸着剤シーブベッドを迂回する、バイパスコンプレッサからプロダクトタンクまでのバイパス流路と、バイパスコンプレッサを制御するための制御信号を発生させ、バイパスコンプレッサからの加圧された環境大気の、バイパス流路に沿った流れを選択的に可能にするように動作可能なコントローラと、を含む、酸素濃縮器である。
【0021】
本開示の実施形態の別の態様は、１つまたは複数の吸着剤シーブベッドであって、空気から窒素を除去し、それぞれの出口で濃縮酸素ガスを作り出すように動作可能な１つまたは複数の吸着剤シーブベッドと、１つまたは複数の吸着剤シーブベッドのそれぞれの出口と流体接続されたプロダクトタンクと、環境大気を加圧するように動作可能なコンプレッサと、コンプレッサから、１つまたは複数の吸着剤シーブベッドのそれぞれの入口までの１本または複数本のシーブベッド流路と、１つまたは複数の吸着剤シーブベッドを迂回する、外部のコンプレッサ流体ポートからプロダクトタンクまでのバイパス流路と、外部のコンプレッサ流体ポートと流体接続した外部のコンプレッサを、外部のコンプレッサ信号ポート経由で制御するための制御信号を発生させるコントローラと、を含み、制御信号は、外部のコンプレッサからの加圧された環境大気の、バイパス流路に沿った流れを選択的に可能にする、酸素濃縮器である。
【0022】
本開示の実施形態の別の態様は、上記の酸素濃縮器と、酸素濃縮器を収容する酸素濃縮器モジュールと、外部のコンプレッサを収容するコンプレッサモジュールとを含む、モジュール式システムである。酸素濃縮器モジュールおよびコンプレッサモジュールは、単一ユニットから取り外し可能に取り付けることができる。
【0023】
本開示の実施形態の別の態様は、患者の複数の活動レベルで患者の換気および酸素補充の需要を満たすように酸素濃縮器を制御するための方法である。この方法は、環境大気がないに等しいかそれを上回る環境大気の第１の部分が、酸素濃縮器の１つまたは複数のシーブベッドによる濃縮酸素ガス出力と混ざり、第１の酸素濃度である第１の流量で濃縮器出力を発生させる第１の構成に、酸素濃縮器を移行することを含んでもよい。この方法はさらに、第１の部分よりも大きい環境大気の第２の部分が、１つまたは複数のシーブベッドによる濃縮酸素ガス出力と混ざり、第２の酸素濃度である第２の流量で濃縮器出力を発生させる第２の構成に酸素濃縮器を移行させることを含んでもよい。第２の流量は第１の流量より大きく、第２の酸素濃度は第１の酸素濃度よりも低い。
【0024】
本開示の実施形態の別の態様は、患者の複数の活動レベルで患者の換気および酸素補充の需要を満たすように酸素濃縮器を制御するための方法である。この方法は、濃縮酸素ガスがないに等しいかそれを上回る、酸素濃縮器の１つまたは複数のシーブベッドによる濃縮酸素ガス出力の第１の部分が環境大気と混ざり、第１の酸素濃度である第１の流量で濃縮器出力を発生させる第１の構成に、酸素濃縮器を移行することを含んでもよい。この方法はさらに、第１の部分よりも大きい、１つまたは複数のシーブベッドによる濃縮酸素ガス出力の第２の部分が環境大気と混ざり、第２の酸素濃度である第２の流量で濃縮器出力を発生させる第２の構成に酸素濃縮器を移行させることを含んでもよい。第２の流量は第１の流量より小さく、第２の酸素濃度は第１の酸素濃度よりも高い。
【0025】
本開示の実施形態の別の態様は、ベンチレータによって患者に送られるガスと取込空気の総流量を計算するための方法である。この方法は、複数のノズル形状のそれぞれに関連した１つまたは複数の定数を格納し、ベンチレータに接続された患者用換気インタフェースの１つまたは複数のノズルであって、複数のノズル形状の１つに対応したノズル形状を有する１つまたは複数のノズルによって吐出されるガスの流量を測定し、患者用換気インタフェースの圧力を測定し、測定された流量、測定された圧力および１つまたは複数のノズルのノズル形状に関連して格納された１つまたは複数の定数に基づいて、総流量を計算することを含んでもよい。
【0026】
この方法は、計算で求められた総流量に基づいて、酸素濃縮器に信号を送信することをさらに含んでもよい。
【0027】
この方法は、計算で求められた総流量を時間で積分することにより、総一回吸気量を計算することをさらに含んでもよい。この方法は、計算で求められた総一回吸気量に基づいて、酸素濃縮器に信号を送信することをさらに含んでもよい。
【0028】
この方法は、実測流量を時間積分することで、１つまたは複数のノズルによって吐出されるガスの一回吸気量を計算すること、計算で求められた総流量と実測流量との差である取込流量を時間積分することで、取込空気の一回吸気量を計算すること、１つまたは複数のノズルから吐出されるガスの一回吸気量と取込空気の一回吸気量とに基づいて、患者の吸入酸素分画％ＦｉＯ２を計算することをさらに含んでもよい。この方法は、計算で求められた％ＦｉＯ２に基づいて、酸素濃縮器に信号を送信することをさらに含んでもよい。
【0029】
複数のノズル形状のそれぞれについて、関連する１つまたは複数の定数が、そのノズル形状を有するノズルのある患者用換気インタフェースに配置されたメモリに格納される。総流量の計算には、ベンチレータに接続された患者用換気インタフェースに格納されている１つまたは複数の定数を読み取ることを含んでもよい。
【0030】
本開示の実施形態の別の態様は、ベンチレータによって患者に送られるガスと取込空気の総流量に基づいて酸素濃縮器を制御する方法である。この方法は、ベンチレータに接続された患者用換気インタフェースの１つまたは複数のノズルによって吐出されるガスの流量を測定し、患者用換気インタフェース内の圧力を測定し、測定された流量と測定された圧力とに基づいて総流量を計算し、計算で求められた総流量に基づいて、酸素濃縮器に信号を送信することを含んでもよい。
【0031】
この方法は、計算で求められた総流量を時間で積分することにより、総一回吸気量を計算することをさらに含んでもよい。信号の送信は、計算で求められた総一回吸気量に基づくものであってもよい。
【0032】
この方法は、実測流量を時間積分することで、１つまたは複数のノズルによって吐出されるガスの一回吸気量を計算すること、計算で求められた総流量と実測流量との差である取込流量を時間積分することで、取込空気の一回吸気量を計算すること、１つまたは複数のノズルから吐出されるガスの一回吸気量と取込空気の一回吸気量とに基づいて、患者の吸入酸素分画％ＦｉＯ２を計算することをさらに含んでもよい。信号の送信は、計算で求められた％ＦｉＯ２に基づくものであってもよい。
【0033】
本開示の実施形態の別の態様は、ベンチレータによって患者に送られるガスと取込空気の総流量に基づいて、酸素濃縮器を制御するための動作を行うためにプロセッサまたはプログラム可能な回路によって実行可能な命令が格納された非一時的なプログラム記憶媒体である。これらの動作には、ベンチレータに接続された患者用換気インタフェースの１つまたは複数のノズルによって吐出されるガスの流量を測定し、患者用換気インタフェース内の圧力を測定し、測定された流量と測定された圧力とに基づいて、総流量を計算することを含んでもよい。
【0034】
本開示の実施形態の別の態様は、上記の非一時的なプログラム記憶媒体、命令を実行するためのプロセッサまたはプログラム可能な回路、流量センサおよび圧力センサを含むベンチレータである。流量の測定は、流量センサと通信することを含んでもよく、圧力の測定は、圧力センサと通信することを含んでもよい。
【0035】
本開示の実施形態の別の態様は、上記のベンチレータと、ベンチレータに接続された酸素濃縮器とを含む換気システムである。動作には、計算で求めた総流量に基づいて、ベンチレータから酸素濃縮器に信号を送信することをさらに含んでもよい。
【0036】
酸素濃縮器は、ベンチレータから送信される信号に応答して制御信号を発生させるように動作可能なコントローラを含んでもよく、コントローラによって発生する制御信号は、酸素濃縮器のプロダクトタンクへの、加圧された環境大気の流入を選択的に可能にする。コントローラによって発生する制御信号は、酸素濃縮器のバルブユニットを動作させ、換気装置から送信される信号に従ってプロダクトタンク内のあらかじめ設定された酸素濃度を維持することができる。コントローラによって発生する制御信号は、バルブユニットを動作させ、加圧された環境大気の流れが酸素濃縮器の１つまたは複数のシーブベッドを迂回できるようにすることができる。コントローラによって発生する制御信号は、酸素濃縮器のコンプレッサを動作させ、ベンチレータから送信される信号に従ってプロダクトタンク内のあらかじめ設定された酸素濃度を維持することができる。コントローラによって発生する制御信号は、酸素濃縮器の外部にあるコンプレッサを動作させ、ベンチレータから送信される信号に従ってプロダクトタンク内のあらかじめ設定された酸素濃度を維持することができる。
【0037】
本開示の実施形態の別の態様は、患者の複数の活動レベルで患者の換気および酸素補充の需要を満たすように酸素濃縮器を制御するための方法である。この方法は、環境大気の第１の部分が、酸素濃縮器の１つまたは複数のシーブベッドによる濃縮酸素ガス出力と混ざり、第１の酸素濃度である第１の流量で濃縮器出力を発生させる第１の構成に、酸素濃縮器を移行することを含んでもよい。この方法はさらに、環境大気の第２の部分が、１つまたは複数のシーブベッドによる濃縮酸素ガス出力と混ざり、第２の酸素濃度である第２の流量で濃縮器出力を発生させる第２の構成に酸素濃縮器を移行させることを含んでもよい。第２の流量は第１の流量より大きく、第２の酸素濃度は第１の酸素濃度よりも低い。
【0038】
本開示の実施形態の別の態様は、ベンチレータによって患者に送られるガスと取込空気の総流量を推定するための方法である。この方法は、ベンチレータに接続された患者用換気インタフェースの１つまたは複数のノズルによって吐出されるガスの流量の複数の測定値のそれぞれについて、患者用換気インタフェース内の圧力の複数の測定値に対応する総流量の複数の測定値を格納し、１つまたは複数のノズルから吐出されるガスの流量を測定し、患者用換気インタフェース内の圧力を測定し、測定された圧力と、実測流量について格納された総流量の複数の測定値との比較結果に基づいて、総流量を推定することを含んでもよい。
【0039】
この方法は、推定された総流量に基づいて、酸素濃縮器に信号を送信することをさらに含んでもよい。
【0040】
この方法は、１つまたは複数のノズルによって吐出されるガスに含まれる酸素のパーセンテージと、推定された総流量とに基づいて、患者の吸入酸素分画％ＦｉＯ２を計算することをさらに含んでもよい。この方法は、計算で求められた％ＦｉＯ２に基づいて、酸素濃縮器に信号を送信することをさらに含んでもよい。
【0041】
本開示の実施形態の別の態様は、ベンチレータから換気補助を受けている患者の吸入酸素分画％ＦｉＯ２を推定するための方法である。この方法は、ベンチレータに接続された患者用換気インタフェースの１つまたは複数のノズルによって吐出されるガスの流量の複数の測定値のそれぞれについて、患者用換気インタフェース内の圧力の複数の測定値に対応する％ＦｉＯ２の複数の測定値を格納し、１つまたは複数のノズルから吐出されるガスの流量を測定し、患者用換気インタフェース内の圧力を測定し、測定された圧力と、実測流量について格納された％ＦｉＯ２の複数の測定値との比較結果に基づいて、患者の％ＦｉＯ２を推定することを含んでもよい。
【0042】
この方法は、推定された％ＦｉＯ２に基づいて、酸素濃縮器に信号を送信することをさらに含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【0043】
本明細書に開示される様々な実施形態の上述した特徴や利点、他の特徴や利点は、以下の説明および図面に関してよりよく理解される。図中、同様の番号は全体を通して同様の部分を示す。
【発明を実施するための形態】
【0044】
本開示は、酸素濃縮器、ベンチレータならびにそれらの制御システムおよび方法の様々な実施形態を包含する。添付の図面に関連して以下に述べる詳細な説明は、現在考えられているいくつかの実施形態の説明として意図されており、開示された発明を展開または利用できる唯一の形態を表すことを意図したものではない。この説明では、例示された実施形態に関連した機能および特徴について述べる。しかしながら、同じく本開示の範囲に包含されることを意図した異なる実施形態によって、同一または等価の機能を達成できることは、理解できよう。さらに、第１、第２などの相対的な用語は、ある実体を他の実体と区別するために用いられているにすぎず、そのような実体間に必ずしも実際にそのような関係があったりそのような順序になっていたりすることを求めるものではなく、これを含意するものでもない旨も、理解される。
【0045】
図１は、本開示の一実施形態による例示的な酸素濃縮器１００を示す。図示のように、ベンチレータ２００が、酸素濃縮器１００によって作られた高酸素濃度のガスを、患者用換気インタフェース１２経由で患者１３に送るように構成されている。例えば、患者１３に対する処方、患者の活動レベル、ユーザーが調節可能な設定、ある瞬間における患者の呼吸の状態を含む様々な要因に応じて、ベンチレータ２００は、特定の酸素濃度のガスを特定の流量（例えば、体積流量）で作り出すように酸素濃縮器１００に命令することができる。その上で、ベンチレータ２００は、患者１３が所望の度合いで呼吸動作に対する助けを得られ、目標％ＦｉＯ２のガスを得られるように、環境大気がさらに患者用換気インタフェース１２に取り込まれることを考慮しつつ、上述したような高酸素濃度のガスを、患者用換気インタフェース１２経由で患者１３に提供する。
【0046】
一般に、環境大気から高酸素濃度のガスを作り出すには、加圧空気から窒素を除去する１つまたは複数の吸着剤シーブベッド１２０を通して、環境大気を酸素濃縮器１００のコンプレッサ１１０で圧送する。得られた高酸素濃度（例えば、＞９０％）のガスは、ベンチレータ２００への送り込み用にプロダクトタンク１３０に流入する。より詳細には、環境大気を周期的に加圧してシーブベッド１２０に送り、シーブベッドで抽出された窒素廃棄物を排出するために、酸素濃縮器１００のコントローラ１４０でバルブユニット１５０を制御することができる。図１に示すように、例えば、動作サイクルが逆になる２つのシーブベッド１２０（例えば、シーブベッドＡおよびシーブベッドＢ）を提供し、シーブベッドＢが窒素を大気に排出すると同時にシーブベッドＡがプロダクトタンク１３０に高酸素濃度のガスを充填し、その逆になったりするようにしてもよい。
【0047】
本開示では、酸素濃縮器１００を微調整して特定の酸素濃度で所望のガス流を作り出すために、こうしたプロセスを改変および／または補う様々な方法が考えられている。そのような酸素濃縮器１００をベンチレータ２００と併用し、患者１３の変化している需要をリアルタイムで満たすことができる。
【0048】
バルブユニット１５０の導管と弁の配置をより詳細に参照すると、図１の例示的な酸素濃縮器１００には、バルブユニット１５０の弁Ｖ１経由でコンプレッサ１１０からシーブベッドＡの入口に至る第１のシーブベッド流路１６０ａと、バルブユニット１５０の弁Ｖ３経由でコンプレッサ１１０からシーブベッドＢの入口に至る第２のシーブベッド流路１６０ｂとが設けられていることが分かる。これらのシーブベッド流路１６０ａ、１６０ｂに加えて、酸素濃縮器１００には、１つまたは複数のシーブベッド１２０をバイパスするバルブユニット１５０の弁Ｖ６経由でコンプレッサ１１０からプロダクトタンク１３０に至るバイパス流路１７０も含まれている。弁Ｖ６を制御することにより、コントローラ１４０は、コンプレッサ１１０からの加圧された環境大気を先にシーブベッド１２０に通すことなく直接プロダクトタンクに流入させることができるようになる。そのような環境大気は、シーブベッド１２０に関連する圧力降下をなくすものであるが、これをプロダクトタンク１３０でシーブベッド１２０からの高酸素濃度のガス出力と混合することができる。環境大気とシーブベッドの出力とが混ざると、バイパス流路１７０を流れる環境大気の容積分が加わることで、シーブベッド１２０だけでプロダクトタンク１３０を満たすよりも短時間で混合物がプロダクトタンク１３０に蓄積されるが、同時に、酸素濃度も低くなる。バルブユニット１５０を適切に制御することにより、コントローラ１４０は、ベンチレータ２００での需要を満たすべく、プロダクトタンク１３０への流量と得られるプロダクトガスの酸素濃度とを選択的に制御することができる。
【0049】
例えば、９３％の酸素濃度を達成するために、バイパス流路１７０のない従来の酸素濃縮器のコンプレッサでは、酸素濃縮器の出力で必要とされる量の約１０倍の流れを発生させなければならない場合がある。すなわち、２Ｌ／分の酸素を作り出すのに、２Ｌ／分の酸素濃縮器で２０Ｌ／分の圧縮ガスを発生させなければならない場合がある。バイパス流路１７０を使用することにより、本開示の酸素濃縮器１００では、送られる酸素の濃度と、酸素濃縮器１００が送ることのできる連続流（例えば、分時換気）とを互いにトレードオフの関係にすることができる。例えば、２Ｌ／分の流れを供給する代わりに、（シーブベッド１２０経由で）１．８Ｌ／分の酸素と（バイパス弁１７０経由で）２Ｌ／分の環境大気で３．８Ｌ／分の流れを供給するように、酸素濃縮器１００を設定してもよい。供給されるガスの酸素濃度は約６０％まで低下するが、総流量は３．８Ｌ／分に増加する。このように、酸素濃縮器１００は、取り込んだ空気を用いて３．８Ｌ／分の流れを約３：１の比で増幅する下流側のベンチレータ２００を使用して、分時換気量１１．４Ｌ／分（３×３．８）のガスをＦｉＯ２約３２％で供給することができる。比較として、酸素９３％のガスを２Ｌ／分で供給する場合、ベンチレータ２００で増幅して酸素濃縮器１００から送られるガスは６Ｌ／分（３×２）にすぎないが、患者１３に供給されるガスのＦｉＯ２は５０％になる。酸素濃縮器１００は、最大２０Ｌ／分の空気（シーブベッド１２０を完全に迂回する）を作り出すことができ、その後、これをベンチレータ２００によってＦｉＯ２約２１％（環境大気の酸素濃度）で６０Ｌ／分（２０×３）に増幅することができる。その結果、小さな酸素濃縮器１００で非常に活動的な患者１３の分時レベルの要求を満たせるようになり得る。患者の活動レベルが上がるにつれて、酸素の供給量を増すよりも、換気量を増やして酸素の供給量を減らすほうがよい場合もある。バイパス流路１７０を使用することにより、酸素濃縮器１００によって総ガス出力を例えば２Ｌ／分から２０Ｌ／分の間で変化させ、それに応じて酸素濃度も約９３％から約２１％まで変えることができる。このように、酸素濃縮器１００がコンプレッサと酸素濃縮器の機能を兼ね備えることができ、後述するように、ベンチレータ２００によって至適量設定レベルを制御可能である。
【0050】
コントローラ１４０は、バルブユニット１５０の個々の弁（例えば、Ｖ１～Ｖ６）を制御するための制御信号を発生させることで、バルブユニット１５０を制御することができる。例えば、ベンチレータ２００によって発行されるコマンドに応答して、制御信号を発生させるようにしてもよい。この場合、ベンチレータ２００がマスターとして機能し、コントローラ１４０または酸素濃縮器１００がスレーブとして機能するマスター／スレーブ構成で、バルブユニット１５０を制御してもよい。ベンチレータ２００は、（例えば、患者１３の処方、患者の活動レベル、ユーザーが調節可能な設定、ベンチレータ２００によって測定される患者の呼吸の状態などの入力に基づいて）流量および／または酸素濃度の設定点を導き出すことができ、コントローラ１４０は、制御信号を適切に発生させてその設定点を達成することができる。制御信号を発生させる際に、コントローラ１４０ではさらに、プロダクトタンク１３０の出口に流体接続された圧力センサ１８０および／または酸素濃度センサ１９０の測定結果を考慮に入れることができる。このような測定結果をコントローラ１４０にフィードバックし、ベンチレータ２００からの設定点とともに追加の入力として使用してもよい。コントローラ１４０は、例えば、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラとして機能するか、他の既知の制御ループフィードバック機構を実装することができる。
【0051】
図２は、バイパス流路１７０にＯＮ／ＯＦＦ弁Ｖ６が含まれる場合にバルブユニット１５０を制御するための例示的な制御信号を示す。図２の例では、バルブユニット１５０は、コンプレッサ１１０からの圧縮空気が、第１段階でシーブベッドＡを通過し、第２段階でシーブベッドＢを通過し、第３段階でＯＮ／ＯＦＦ弁Ｖ６経由でバイパス流路１７０を通って直接プロダクトタンク１３０に送られる、３段サイクルを実施するように制御される。
【0052】
図３は、バイパス流路１７０に比例弁Ｖ６が含まれる場合にバルブユニット１５０を制御するための例示的な制御信号を示す。図３の例では、バルブユニット１５０は、コンプレッサ１１０からの圧縮空気が、第１段階でシーブベッドＡを通過し、第２段階でシーブベッドＢを通過する、２段サイクルを実施するように制御され、その間ずっと、比例弁Ｖ６は、圧縮空気の一部をバイパス流路１７０経由で選択的に直接プロダクトタンク１３０まで送ることができるように制御される。
【0053】
図１～図３に関連して説明した例では、バイパス流路１７０によって、プロダクトタンク１３０とコンプレッサ１１０とが直接接続される。すなわち、複数のシーブベッド１２０と流体接続された１つのコンプレッサ１１０にプロダクトタンク１３０が直接接続される。しかしながら、本明細書で開示する主題は、そのような限定を意図したものではない。例えば、上記のようにするのではなく、バイパス流路１７０が、コンプレッサ１１０とは異なる別の専用のバイパスコンプレッサから延びていてもよい。専用のバイパスコンプレッサからプロダクトタンク１３０への流れを選択的に許可し、バルブユニット１５０の弁Ｖ６と同じ効果を達成するために、コントローラ１４０によって発生する制御信号に従って、そのような専用のバイパスコンプレッサをオンとオフとで切り替えてもよいし、専用のコンプレッサの出力（例えば、ｒｐｍ）を調整してもよい。専用のバイパスコンプレッサをこのように制御する場合、弁Ｖ６を省略してもよい。専用のバイパスコンプレッサは、酸素濃縮器１００の筐体に含まれてもよいし、出力が専用のコネクタを介して酸素濃縮器１００のバイパス流路１７０に接続される別個の追加部品であってもよい。
【0054】
図４は、上述したような別個の追加部品である専用のバイパスコンプレッサと併用するための酸素濃縮器４００の例を示す。酸素濃縮器４００は、図１に関連して説明した酸素濃縮器１００と同一であってもよく、コンプレッサ１１０、シーブベッド１２０、プロダクトタンク１３０、コントローラ１４０、バルブユニット１５０、シーブベッド流路１６０ａ、１６０ｂ、バイパス流路１７０、圧力センサ１８０および酸素濃度センサ１９０と、以下の差異がある、同様のコンプレッサ４１０、シーブベッド４２０、プロダクトタンク４３０、コントローラ４４０、バルブユニット４５０、シーブベッド流路４６０ａ、４６０ｂ、バイパス流路４７０、圧力センサ４８０および酸素濃度センサ４９０を含み得る。図１のバイパス流路１７０は、コンプレッサ１１０からプロダクトタンク１３０まで延びるが、図４のバイパス流路４７０は、コンプレッサ４１０からプロダクトタンク４３０まで延びるのではなく、外部のコンプレッサ流体ポート４７２からプロダクトタンク４３０まで延びている。さらに、バルブユニット４５０では、バルブユニット１５０の弁Ｖ６が省略され、コントローラ４４０によって発生する制御信号が、外部のコンプレッサ信号ポート４７４を介して外部のバイパスコンプレッサを制御するのに使用される。上述したように、弁Ｖ６と同じ効果を達成するために、制御信号に従って、このような外部のバイパスコンプレッサをオンとオフとで切り替えてもよいし、外部のコンプレッサの出力を調整してもよい。
【0055】
図５は、酸素濃縮器モジュール５１０およびコンプレッサモジュール５２０を含む例示的なモジュール式システム５００を示す。酸素濃縮器モジュール５１０は、図４の酸素濃縮器４００（例えば、０～２リットル／分のＯ２または０～２０リットル／分の空気を２０～３０ＰＳＩで提供し、１００Ｗｈで１～２時間の範囲のバッテリーを有する）を収容することができ、コンプレッサモジュール５２０は、外部のコンプレッサ（例えば、０～１０リットル／分の空気を２０～３０ＰＳＩで提供し、１００Ｗｈで２～３時間の範囲のバッテリーを有する）を収容する。モジュール式システム５００の上と下の大きな矢印で示すように、酸素濃縮器モジュール５１０とコンプレッサモジュール５２０は、取り外し可能に取り付けられて、単一のユニットを形成するものとすることができる。例えば、ユーザーは、２つのモジュール５１０、５２０を矢印の方向に一緒にスライドさせ、酸素濃縮器モジュール５１０の外部のコンプレッサ流体ポート４７２がコンプレッサモジュール５２０の圧縮ガス出力に流体接続され、酸素濃縮器モジュール５１０の外部のコンプレッサ信号ポート４７４がコンプレッサモジュール５２０の信号入力ポートに電気的に接続された状態で、２つのモジュール５１０、５２０を、１つのユニットとして一緒にロックすることができる。２つのモジュール５１０、５２０を反対方向にスライドさせると、モジュール５１０、５２０のロックを解除して分離し、これらのモジュールを別々に使用可能なようにすることができる。このようにして、酸素療法しか必要としない患者は酸素濃縮器モジュール５１０を使用することができ、機械的換気しか必要としない患者はコンプレッサモジュール５２０を使用することができ、酸素と機械的換気の両方を必要とする人々は２つのユニットを組み合わせて使用することができる。また、酸素濃縮器モジュール５１０の上部もしくはコンプレッサモジュール５２０の上部（または酸素濃縮器モジュール５１０およびコンプレッサモジュール５２０の両方の上部によって形成される合成面）を、ベンチレータ２００のドッキング用のクレードルとして機能させられることも考えられる。同様に、酸素濃縮器モジュール５１０の底部もしくはコンプレッサモジュール５２０の底部（または酸素濃縮器モジュール５１０およびコンプレッサモジュール５２０の両方の底部によって形成される合成面）を、補助バッテリーパック用のアタッチメントとして機能させることができる。
【0056】
図６には、酸素濃縮器モジュール６１０を含む別の例示的なモジュール式システム６００を示す。酸素濃縮器モジュール６１０には、図１の酸素濃縮器１００または図４の酸素濃縮器モジュール４００を収容することができる。図示のように、モジュール式システム６００では、活線挿抜可能な補助バッテリーパック６２０および／または持続的気道陽圧（ＣＰＡＰ）モジュール６３０（例えば、ＣＰＡＰ用の２２ｍｍのＩＳＯテーパーコネクター付き）を酸素濃縮器モジュール６１０に接続するオプションで、モジュール性をさらに高めることができる。例えば、酸素濃縮器６１０の上部を、ＣＰＡＰモジュール６３０を取り付けるためのクレードルとして機能させることができ、ここにラッチ解除および電気接点を含むようにしてもよい。同様に、酸素濃縮器６１０の底部を、バッテリーパック６２０を取り付けるためのクレードルとして機能させることができ、ここにラッチ解除および電気接点を含むようにしてもよい。酸素濃縮器モジュール６１０には、さらに、ＤＩＳＳまたはクイックコネクトならびに、例えばＯＮ／ＯＦＦボタン、バッテリー電力インジケータおよびベンチレータ２００用の無線ベンチレータ接続を含むユーザインタフェースを含んでもよい。そのようなモジュール性は、図５のモジュール式システム５００に関連して説明したような外部のコンプレッサモジュール５２０に対する取り付けに代わるものであってもよいし、これに追加する形であってもよい。
【0057】
上述した酸素濃縮器１００、４００、５１０、６１０の例では、酸素濃縮器１００、４００、５１０、６１０のシーブベッド１２０、４２０を迂回するバイパス流路１７０、４７０によって、プロダクトタンク１３０、４３０への流量と、得られるプロダクトガスの酸素濃度との選択的な制御が実現されている。しかしながら、本開示は、そのような限定を意図したものではない。例えば、別の方法で従来通りに構成された酸素濃縮器の弁のタイミングを、コントローラ１４０、４４０によって意図的に「乱す」ことができる。一般に、酸素濃縮器の弁のタイミングは、シーブベッドで酸素を最も効率的に抽出するように至適量が設定される。コンプレッサ１１０、４１０および／またはバルブユニット１５０、４５０を制御してシーブベッドのサイクルのタイミングを変更することで、コントローラ１４０、４４０では、酸素および窒素がシーブベッド１２０、４２０で完全に分離されるだけの時間が生じるのを意図的に防ぐことができる。結果として、酸素濃度が低下したプロダクトガスをプロダクトタンク１３０、４３０に充填することができ、潜在的に、下流のベンチレータ２００に送られるプロダクトガスの流量を増すことが可能になり得る。コントローラ１４０、４４０は、例えば、シーブベッド１２０、４２０で酸素と窒素の分離が最も効率的になるわけではない、準最適なコンプレッサ出力と弁制御タイミングのルックアップテーブルを参照する。このようなルックアップテーブルを使用して、コントローラ１４０、４４０は、ベンチレータ２００によって発行されたコマンドに応答する制御信号を発生させ、患者１３の変化している需要をリアルタイムで満たすことができる。この場合、バイパス流路１７０、４７０と弁Ｖ６を省略してもよい。
【0058】
図７は、本開示の実施形態による例示的な換気システム７００を示す。図示のように、換気システム７００には、図１および図４に示すように患者１３との間で流体が流れる状態で配置された患者用換気インタフェース１２およびベンチレータ２００を、それぞれ図１、図４、図５、図６との関連で説明した酸素濃縮器１００、４００、５１０、６１０のいずれかと一緒に含むことができる。ベンチレータ２００は、酸素濃縮器１００、４００、５１０、６１０によって作られた高酸素濃度ガスを、患者用換気インタフェース１２経由で患者１３に送るように構成されてもよい。患者用換気インタフェース１２には、患者１３の上気道すなわち、鼻腔および／または口腔との間でガスが直接流れるように配置可能なフルフェイスマスクまたは鼻マスクなどのデバイスを含んでもよい。患者用換気インタフェース１２は、高酸素濃度ガスを患者１３に送るための１つまたは複数のノズル１５に加えて、患者１３に送るための追加の環境大気を取り込むための１つまたは複数の開口を特徴とすることができる。本明細書で開示する主題で使用可能なノズル１５と取込用開口を有する患者用換気インタフェース１２の例は、例えば、発明の名称を「ＰＡＴＩＥＮＴ ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ ＷＩＴＨ ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＪＥＴ ＰＵＭＰ（一体型のジェットポンプを有する患者用インタフェース）」として出願された米国特許出願公開第２０１９／００９９５７０号に見出すことができ、当該出願の開示内容全体を本明細書に援用する。これらの例には、例えば、Ｂｒｅａｔｈｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ．のＬｉｆｅ２０００（登録商標）換気システムのＥｎｇａｇｅ， Ｉｎｓｐｉｒｅ， ａｎｄ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｃｉｒｃｕｉｔ（商標）Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ（ＵＣＣ）患者用インタフェースを含むことができる。どの瞬間においても、ベンチレータ２００によって患者１３に送られるガスと取込空気の総流量（例えば、体積流量）ＱＴを、患者用換気インタフェース１２の１つまたは複数のノズル１５によって吐出されるガスのノズル流量ＱＮと１つまたは複数のノズル１５によって取り込まれる環境大気の取込流量ＱＥの合計として定義することができる。すなわち、総流量ＱＴを、ＱＴ＝ＱＮ＋ＱＥとして定義することができる。Ｌｉｆｅ２０００（登録商標）換気システムの場合、流量ＱＮを５～４０Ｌ／分とすることができ、これを例えば最大３．０秒の持続時間で維持することができる。
【0059】
例えば、患者１３に対する処方、患者の活動レベル、ユーザーが調節可能な設定、ある瞬間における患者の呼吸の状態を含む様々な要因に応じて、１つまたは複数のノズル１５から吐出される高酸素濃度ガスに比例して多かれ少なかれ環境大気が送られる際に、取込流ＱＥ（結果的に、総流量ＱＴ）が変動し、それによって患者の吸入酸素分画％ＦｉＯ２に変動が生じる場合がある。１つまたは複数のノズル１５によって吐出されるガスの流量ＱＮと患者用換気インタフェース１２内の圧力とを測定することによって、ベンチレータ２００は、総流量ＱＴを計算または推定することができる。ベンチレータ２００は、推定または計算された総流量ＱＴに従って、特定の酸素濃度で特定のガス流を作り出すように、酸素濃縮器１００、４００、５１０、６１０に命令することができる。その上で、ベンチレータ２００は、患者１３が所望の度合いで呼吸動作に対する助けを得られ、目標％ＦｉＯ２のガスを得られるように、環境大気がさらに患者用換気インタフェース１２に取り込まれることを考慮しつつ、そのような高酸素濃度のガスを、患者用換気インタフェース１２経由で患者１３に提供する。
【0060】
ベンチレータ２００には、酸素濃縮器１００、４００、５１０、６１０によってベンチレータ２００に供給される高酸素濃度ガスが通る第１の入口ポート１６を含むことができる。この第１の入口ポート１６を、最終的に患者に送られる呼吸ガスから粒子や他の汚染物質を除去する入口フィルタ２４と通じた状態にすることができる。酸素濃縮器１００、４００、５１０、６１０からの高酸素濃度ガスの圧力については、弁２６によって調整することができる。弁２６は、ベンチレータ２００の入口フィルタ２４と通じてガスが流れる弁入口ポート２６ａと、出口ポート２８と通じてガスが流れる弁出口ポート２６ｂとを有する。弁２６の状態を選択的に調整し、酸素濃縮器１００、４００、５１０、６１０から患者１３に所望の体積／圧力のガスが流れるようにすることができる。弁２６の作動については、以下でさらに詳細に説明するように、本開示によって考えられる様々な方法を実装するコントローラ３０によって統制することができる。
【0061】
弁２６を経由した呼吸ガスの流れを、上述した患者用換気インタフェース１２に接続されるガス輸送管３２まで、出口ポート２８を通して送ることができる。ガス輸送管３２は、例えば、２２ｍｍ以下などの所定の内径を有するプラスチック管であってもよい。患者１３の呼吸の状態に応じて、患者用換気インタフェース１２と弁２６の出力すなわち弁出口２６ｂとの間に、圧力差が発生する場合がある。
【0062】
そのような圧力差を確認するために、換気システム７００に、弁圧力センサ３４および患者用インタフェース圧力センサ３６を含むデュアル圧力センサを含むことができる。弁圧力センサ３４については、ベンチレータ２００の中に配置することができ、このセンサで弁の出口ポート２６ｂの圧力を監視することができる。患者用インタフェース圧力センサ３６も、物理的にはベンチレータ２００の中に配置することができるが、ベンチレータ２００のセンサ入口ポート４０に接続される圧力センサライン３８を介して患者用換気インタフェース１２との間でガスの流れが直接行き来できる状態になっている。ベンチレータ２００が作動しているとき、圧力センサライン３８ならびにガス導管３２内のガス圧を接続し、圧力センサライン３８を綺麗にするためのパージ流を送り出すことができる。これは、両方に接続されたパージソレノイド４２を介して行うことができる。パージは、患者の呼吸フェーズまたは弁の圧力と患者用インタフェースの圧力との間の圧力差に応じて、連続的であってもよいし、断続的であっても構わない。
【0063】
患者用換気インタフェース１２と弁出力２６ｂの圧力差の測定に加えて、実際に弁２６から出力される呼吸ガスの流量測定値を利用することができる。この目的のために、ベンチレータ２００に、弁２６および出口ポート２８とインラインの流量センサ４３を含んでもよい。
【0064】
ベンチレータ２００は、患者用換気インタフェース１２内の圧力と、患者用換気インタフェース１２の１つまたは複数のノズル１５によって吐出されるガスの流量を測定することができる。例えば、コントローラ３０は、圧力を測定するために弁圧力センサ３４および患者用インタフェース圧力センサ３６のうちの一方または両方と通信することができ、流量を測定するために流量センサ４３と通信することができる。詳細については後述するように、コントローラ３０は、実測圧力と流量に基づいて、総流量ＱＴおよび／または他の様々なパラメータを推定または計算することができる。この目的のために、ベンチレータ２００に、複数のノズル形状のそれぞれに関連して１つまたは複数の定数を格納することができるノズルデータ格納部３１をさらに含むことができる。使用時、コントローラ３０は、実測流量、実測圧力ならびに、１つまたは複数のノズル１５のノズル形状に関連して格納された１つまたは複数の定数に基づいて、総流量ＱＴを計算することができる。計算で求められた総流量ＱＴに基づいて、コントローラ３０はさらに、患者の％ＦｉＯ２を計算することができる。コントローラ３０は、ベンチレータ２００のユーザーが調節可能な設定が（例えば、タッチスクリーンまたはボタンなどの入力６９およびディスプレイなどの出力６２を使用して）変更されると、ユーザーの活動レベルおよび呼吸の変化として、総流量ＱＴおよび／または患者１３の％ＦｉＯ２をリアルタイムで連続的に計算することができる。
【0065】
計算で求められた総流量ＱＴおよび／または患者の％ＦｉＯ２に基づいて、コントローラ３０は、例えばベンチレータ２００から酸素濃縮器１００、４００、５１０、６１０に信号（例えば、無線周波数無線信号）を送信させることによって、酸素濃縮器１００、４００、５１０、６１０に対して命令をすることができる。ベンチレータ２００からの信号を受信すると、酸素濃縮器１００、４００、５１０、６１０は、患者の変化している需要をリアルタイムで満たすために発生させる高酸素濃度ガスの圧力、流量および／または酸素濃度を調整することができる。こうした調整は、図１および図４に関連して上述したように、酸素濃縮器１００、４００、５１０、６１０内で行うことができる。このようにして、ベンチレータ２００がマスターとして機能し、酸素濃縮器１００、４００、５１０、６１０がスレーブとして機能するマスター／スレーブ構成で、ベンチレータ２００によって酸素濃縮器１００、４００、５１０、６１０を制御することができる。
【0066】
図８は、本明細書で開示する主題の一実施形態による、全体または一部をベンチレータ２００で実行できる例示的な動作フローを示す。図８の動作フローを使用して、１つまたは複数のノズル１５によって吐出されるガスの実測流量ＱＮ（ノズル流量）および患者用換気インタフェース１２の実測圧力Ｐａｗ（気道内圧）から、総流量ＱＴを計算することができる。同様に、１つまたは複数のノズル１５によって吐出されるガスの流量ＱＮがわかれば、図８の動作フローを使用して、ノズル１５を通る流量ＱＮによって生じる取込流量ＱＥ＝ＱＴ－ＱＮならびに、そこから導き出せる他の様々な値を計算することができる。
【0067】
一般に、取り込みは、ノズルの下流の圧力に影響される。Ｌｉｆｅ２０００（登録商標）システムのノズルなどの患者用換気インタフェース１２のノズル１５の場合、この圧力を実測圧力Ｐａｗとみなすことができる。圧力Ｐａｗがよどみ点圧ＰＳに達すると、患者の気道と肺の背圧により、ノズル１５を通る流量ＱＮが０になる。このよどみ点圧ＰＳを使用し、以下の式に従って、ＱＮおよびＰａｗの関数として総流量ＱＴを計算することができる。
ここで、よどみ点圧力ＰＳは、吐出されるガスの流量ＱＮの関数であり、次の二次式として計算することができる。
ａ、ｂ、ｃは、具体的なノズル形状に依存する定数である。定数ａ、ｂ、ｃについては、所定の流量になるよどみ点圧力を見つけることにより、ノズルの形状ごとに事前に決定することができる。Ｌｉｆｅ２０００（登録商標）システムのＵＣＣ患者用インタフェースの場合、ａ＝０．０１９１およびｂ＝０．３８２８により、よどみ点圧力にある圧力Ｐａｗとノズル流量ＱＮとの間に、図９に示す関係が計算で求められる。具体的には、ノズル流量ＱＮの関数としてのよどみ点圧力ＰＳ、すなわちＰＳ（ＱＮ）が求められる。ＵＣＣ患者用インタフェースの場合、ｃ＝８であり、複数のノズル流量ＱＮ（５、１０、２０、３０、４０Ｌ／分）それぞれについて、総流量ＱＴと圧力Ｐａｗとの間に、図１０に示す関係が計算で求められる。
【数1】
【数2】
【0068】
図８の動作フローについては、複数のノズル形状のそれぞれに関連して１つまたは複数の定数を格納する工程８０２で開始することができる。例えば、上記の定数ａ、ｂ、ｃを、Ｌｉｆｅ２０００（登録商標）システムのＥｎｇａｇｅ、ＩｎｓｐｉｒｅおよびＵＣＣ患者用インタフェースなどに合わせて、複数のノズル形状のそれぞれについて格納することができる。例えば、これらの定数を、図７に示すノズルデータ格納部３１に格納してもよい。あるいは、患者用換気インタフェース１２のハーネスに配置されたメモリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ）内など、患者用換気インタフェース１２自体に定数を格納してもよい。その場合、患者用換気インタフェース１２に、各々の特定のノズル形状に関連する定数ａ、ｂ、ｃを格納することができる。これにより、個々のノズルをベンチレータ２００とは別に較正して、ノズル間の製造差を明らかにすることができる。
【0069】
換気システム７００を使用した患者１３の治療時、図８の動作フローを、患者用換気インタフェース１２の１つまたは複数のノズル１５から吐出されるガスの流量ＱＮを測定する工程８０４ならびに、患者用換気インタフェース１２内の圧力Ｐａｗを測定する工程８０６で続けることができる。圧力Ｐａｗの測定には、コントローラ３０と、弁圧力センサ３４および患者用インタフェース圧力センサ３６の両方との間の通信を含むことができる。例えば、実測圧力Ｐａｗを、患者用インタフェース圧力センサ３６によって測定される患者用換気インタフェース１２の圧力と、弁圧力センサ３４によって測定される弁出口ポート２６ｂの圧力との間の差として定義することができる。実測流量ＱＮと実測圧力Ｐａｗが取得されたら、ベンチレータ２００によって患者１３に送られるガスと取込空気の総流量ＱＴを計算する工程８０８で、動作フローを続けることができる。例えば、コントローラ３０は、実測流量ＱＮおよび実測圧力Ｐａｗならびに、格納されている定数ａ、ｂおよびｃに基づいて、上記の式を用いて、例えば、よどみ点圧力ＰＳの計算には定数ａおよびｂと実測流量ＱＮを使用し、その後、総流量ＱＴの計算には実測流量ＱＮ、実測圧力Ｐａｗ、よどみ点圧力ＰＳおよび定数ｃを使用して、総流量ＱＴを計算することができる。総流量ＱＴを計算する際に、コントローラ３０は、ノズルデータ格納部３１から定数ａ、ｂ、ｃを読み取ることができ、定数が患者用換気インタフェース１２のメモリに格納されている場合、コントローラ３０は、（例えば、ベンチレータ２００に定数をダウンロードするスマートコネクタを介して）患者用換気インタフェース１２をベンチレータ２００に接続したときに外部のメモリから定数ａ、ｂ、ｃを読み取ることができる。
【0070】
工程８１０では、１以上の一回吸気量など、総流量ＱＴから導き出すことが可能な様々な値を計算することができる。例えば、総流量ＱＴの時間積分として、総一回吸気量ＴｏｔＶｔを計算することができ、実測流量ＱＮの時間積分として、１つまたは複数のノズル１５によって吐出されるガスの一回吸気量ＮｏｚＶｔを計算することができるおよび／または取込流量ＱＥ＝ＱＴ－ＱＮの時間積分として、取込空気の一回吸気量ＥｎｔＶｔを計算することができる。工程８１２では、コントローラ３０は、１つまたは複数のノズル１５によって吐出されるガスの一回吸気量および取込空気の一回吸気量に基づいて、％ＦｉＯ２を計算することができる。例えば、１つまたは複数のノズル１５から吐出されるガスが１００％酸素であるとすると、％ＦｉＯ２を、％ＦｉＯ２＝１００（ＮｏｚＶｔ＋０．２１ ＥｎｔＶｔ）／ＴｏｔＶｔとして計算することができる。ここで、２１％は環境大気に含まれる酸素のおおよその割合である。より一般的には、（例えば、酸素濃縮器１００、４００、５１０、６１０が、上述したように酸素濃度の低いガスを供給するように制御される場合）１つまたは複数のノズル１５によって吐出される任意のガスについて、％ＦｉＯ２を、％ＦｉＯ２＝１００（ＮｏｚＶｔ＋０．２１ ＥｎｔＶｔ）／ＴｏｔＶｔとして計算することができる。ここで、１００Ｘは、１つまたは複数のノズル１５によって吐出されるガスに含まれる酸素のパーセンテージである。１つまたは複数のノズル１５によって吐出されるガスの酸素濃度を定義する値Ｘは、例えば、コントローラ３０によって発行された現在／以前の設定点および／または酸素濃度センサ１９０の測定結果に基づいて、酸素濃縮器１００、４００、５１０、６１０から供給されるガスの既知の酸素濃度から決定することができる。
【0071】
最後に、工程８１４において、ベンチレータ２００のコントローラ３０は、例えば、上述したようにベンチレータ２００から酸素濃縮器１００、４００、５１０、６１０に信号を送信させることによって、計算によって求められた総流量ＱＴまたは％ＦｉＯ２に基づいて、酸素濃縮器１００、４００、５１０、６１０に命令をすることができる。ベンチレータ２００からの信号を受信すると、酸素濃縮器１００、４００、５１０、６１０は、発生させる高酸素濃度ガスの圧力、流量および／または酸素濃度を調整し、所望の総流量ＱＴおよび／または％ＦｉＯ２にすることができる。
【0072】
上記の例では、定数ａ、ｂ、ｃが、各ノズル形状について格納されている。しかしながら、可能な流量範囲ＱＮについてさらによどみ点圧力ＰＳを格納し、各ノズル形状に対しては定数ｃだけを格納してもよいと考えられる。ベンチレータ２００が１つのノズル形状だけで用いられるように設計されている場合、どの定数も格納する必要がなく、工程８０２を省略することが可能である。異なるノズル形状に対して上記の式を変更せずに、実測流量ＱＮと実測圧力Ｐａｗの関数として簡単に総流量ＱＴを計算することができる。
【0073】
図９は、異なる流量で計算したノズルのよどみ点圧力と、異なる流量で測定したノズルのよどみ点圧力の例を示す。上述したように、図９に示す計算で求められる関係は、定数ａ＝０．１９１およびｂ＝０．３８２８と、よどみ点圧力ＰＳに対する上記の式を用いて得られたものである。図９に示す他の関係（「実測ｃｍＨ２O」）は、ＵＣＣ患者用インタフェースのよどみ点圧力ＰＳを測定した実験結果である。図９から明らかなように、測定された関係は計算で求められた関係とほぼ一致しており、よどみ点圧力ＰＳとノズル流量ＱＮとの間に二次式の関係があることを示している。
【0074】
図１０は、ノズルについて、異なる流量で計算したＰａｗ－ＱＴ曲線と、異なる流量で測定したＰａｗ－ＱＴ曲線の例を示す。上述したように、図１０に示す計算で求められる関係は、定数ｃ＝８と、異なるノズル流量ＱＮについて気道内圧Ｐａｗの関数としての総流量ＱＴに対する上記の式を用いて得られたものである。他の関係（「Ａｃｔ－５」、「Ａｃｔ－１０」など）は、５、１０、２０、４０Ｌ／分のノズル流量ＱＮについて総流量ＱＴと気道内圧Ｐａｗの関係を測定した実際の実験結果である。図１０から明らかなように、測定された関係は計算で求められた関係とほぼ一致しており、気道内圧Ｐａｗと総流量ＱＴとの間に線形関係があることを示している。
【0075】
図１１は、本明細書で開示する主題の一実施形態による、全体または一部をベンチレータ２００で実行できる、別の例示的な動作フローを示す。図１１の例では、上述したように総流量ＱＴとよどみ点圧力ＰＳとの関係および定数ａ、ｂ、ｃを用いて総流量ＱＴを計算するのではなく、あるノズル（または複数のノズル）についての特性Ｐａｗ－ＱＴ曲線を事前に格納し、実測圧力Ｐａｗおよびノズル流量ＱＮについての総流量ＱＴの推定に用いることができる。この動作フローを、例えば、ベンチレータ２００のノズルデータ格納部３１に総流量データを格納する工程１１０２で開始することができる。一例として、総流量データには、１つまたは複数のノズルについての図１０の特性曲線（例えば、その基礎となるデータであり、これは、表形式またはパラメータ化された式として格納することができる）を含み得る。定数ａ、ｂ、ｃを格納する場合のように、事前に格納される特性曲線は、特定の患者用インタフェース１２を特徴付ける各患者用インタフェース１２のメモリに格納されてもよい。ある患者用インタフェース１２に関して、ノズルデータ格納部３１または外部のメモリに、患者用換気インタフェース１２の１つまたは複数のノズル１５によって吐出されるガスの流量ＱＮの複数の測定値それぞれ（例えば、図１０に示すように、ＱＮ＝５、１０、２０、３０、４０）について、患者用換気インタフェース１２内の圧力Ｐａｗの複数の測定値に対応する、総流量ＱＮの複数の測定値を格納することができる。
【0076】
換気システム７００を使用した患者１３の治療時、上述したように、図１１の動作フローを、患者用換気インタフェース１２の１つまたは複数のノズル１５から吐出されるガスの流量ＱＮを測定する工程１１０４ならびに、患者用換気インタフェース１２内の圧力Ｐａｗを測定する工程１１０６で続けることができる。実測流量ＱＮと実測圧力Ｐａｗが取得されたら、実測圧力Ｐａｗと、実測流量ＱＮについて格納された総流量ＱＴの複数の測定値との比較結果に基づいて総流量ＱＴを推定する工程１１０８で、動作フローを続けることができる。例えば、コントローラ３０は、ノズルデータ格納部３１を参照して図１０に示す特性Ｐａｗ－ＱＴ曲線を調べ、実測流量ＱＮに対応する特性Ｐａｗ－ＱＴ曲線を見つけ、その曲線に沿って実測圧力Ｐａｗに対応する総流量ＱＴの値を読み取ることができる。
【0077】
上述したように総流量ＱＴが推定されたら、図１１の動作フローを、１つまたは複数の一回吸気量あるいは、総流量ＱＴから導き出すことが可能な他の様々な値のいずれかを計算する工程１１１０、患者１３の％ＦｉＯ２を計算する工程１１１２、酸素濃縮器１００に信号を送信する工程１１１４で続けることができる。これらの工程はいずれも、図８の動作フローの工程８１０、８１２および８１４と同じ方法で実行することができる。唯一の違いは、図１０の場合、総流量ＱＴが、実測圧力Ｐａｗ、実測流量ＱＮ、患者用インタフェース１２を特徴付ける１つ以上の定数を使用して計算されるのではなく、あらかじめ格納された特性曲線を用いて推定されたことである。ベンチレータ２００からの信号を受信すると、酸素濃縮器１００、４００、５１０、６１０は、発生させる高酸素濃度ガスの圧力、流量および／または酸素濃度を調整して、所望の総流量ＱＴおよび／または％ＦｉＯ２にすることができる。
【0078】
図１２は、本明細書で開示する主題の一実施形態による、全体または一部をベンチレータ２００で実行できる、別の例示的な動作フローを示す。図１２の例では、患者の％ＦｉＯ２を計算するに先だって総流量ＱＴを推定するのではなく、各ノズルの％ＦｉＯ２データを事前に格納し、実測圧力Ｐａｗおよびノズル流量ＱＮについての％ＦｉＯ２を推定するのに使用することができる。この動作フローを、例えば、ベンチレータ２００のノズルデータ格納部３１に％ＦｉＯ２データを格納する工程１２０２で開始することができる。％ＦｉＯ２データには、１つまたは複数のノズルについての図１０の特性曲線（例えば、その基礎となるデータであり、これは、表形式またはパラメータ化された式として格納することができる）を含み得る。定数ａ、ｂ、ｃを格納する場合のように、事前に格納される特性曲線は、特定の患者用インタフェース１２を特徴付ける各患者用インタフェース１２のメモリに格納されてもよい。ある患者用インタフェース１２に関して、ノズルデータ格納部３１または外部のメモリに、患者用換気インタフェース１２の１つまたは複数のノズル１５によって吐出されるガスの流量ＱＮの複数の測定値それぞれ（例えば、図１０に示すように、ＱＮ＝５、１０、２０、３０、４０）について、患者用換気インタフェース１２内の圧力Ｐａｗの複数の測定値に対応する、％ＦｉＯ２の複数の測定値を格納することができる。このような特性Ｐａｗ－％ＦｉＯ２曲線を、様々な圧力Ｐａｗおよびノズル流量ＱＮで、実験室にて％ＦｉＯ２を測定することによって実験的に取得してもよいし、図１１の動作フローに関して上述した総流量データから導き出してもよい。
【0079】
換気システム７００を使用した患者１３の治療時、上述したように、図１２の動作フローを、患者用換気インタフェース１２の１つまたは複数のノズル１５から吐出されるガスの流量ＱＮを測定する工程１２０４と、患者用換気インタフェース１２内の圧力Ｐａｗを測定する工程１２０６で続けることができる。実測流量ＱＮと実測圧力Ｐａｗが取得されたら、実測圧力Ｐａｗと、実測流量ＱＮについて格納されたＦｉＯ２の複数の測定値との比較結果に基づいて患者のＦｉＯ２を推定する工程１２０８で、動作フローを続けることができる。例えば、コントローラ３０は、ノズルデータ格納部３１を参照して特定の１つまたは複数のノズル１５についての％ＦｉＯ２データを調べ、実測流量ＱＮに対応する特性Ｐａｗ－％ＦｉＯ２曲線を見つけ、その曲線に沿って実測圧力Ｐａｗに対応する％ＦｉＯ２の値を読み取ることができる。上述したように患者の％ＦｉＯ２が推定されたら、酸素濃縮器１００に信号を送信する工程１２１０で、図１２の動作フローを続けることができる。この工程は、図８の工程８１４または図１１の工程１１１４と同様にして行うことが可能である。唯一の違いは、図１２の場合、％ＦｉＯ２が、総流量ＱＴから計算で求められるのではなく、事前に格納された特性曲線を用いて直接推定されたことである。ベンチレータ２００からの信号を受信すると、酸素濃縮器１００、４００、５１０、６１０は、発生させる高酸素濃度ガスの圧力、流量および／または酸素濃度を調整して、所望の取込比および／または％ＦｉＯ２にすることができる。
【0080】
図８、図１１および図１２の上記の例示的な動作フローでは、総流量ＱＴおよび／または患者の％ＦｉＯ２が計算または推定され、酸素濃縮器１００を制御する目的で、ある瞬間における患者１３の需要を特徴付けるために使用される。しかしながら、本明細書で開示する主題は、これらの特定のパラメータに限定されることを意図していない。例えば、取込流ＱＥ、取込比η＝（ＱＴ－ＱＮ）／ＱＮまたは一回吸気量ＴｏｔＶｔ、ＮｏｚＶｔまたはＥｎｔＶｔなど、導き出せる様々なパラメータや他の関連するパラメータを代わりに使用してもよい。本明細書で開示する主題を使用して、そのような値はいずれも、患者の実測気道内圧Ｐａｗおよびノズル流量ＱＮに基づいて計算および／または推定することができる。
【0081】
酸素濃縮器１００、４００のコントローラ１４０、４４０および／またはベンチレータ２００のコントローラ３０ならびにその各々の機能は、マイクロコントローラまたは制御プロセッサなどのプログラム可能な集積回路デバイスで実装されてもよい。大まかに説明すると、このデバイスは入力を受け取ることができ、それらの入力に基づいて、出力を発生させることができる。入力で実行される特定の操作は、制御プロセッサによって実行される命令としてプログラムされてもよい。これに関して、デバイスに、算術／論理演算ユニット（ＡＬＵ）、様々なレジスタおよび入力／出力ポートを含むことができる。ＥＥＰＲＯＭ（電気的消去可能／プログラム可能な読み取り専用メモリ）などの外部のメモリをデバイスに接続し、プログラムの命令を永続的に格納および取得するようにしてもよく、内部のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）があってもよい。コントローラ１４０、４４０および／またはコントローラ３０の開示された機能のいずれかを実装するためのコンピュータプログラムは、そのような非一時的なプログラム記憶媒体ならびに、例えば、既存のデバイスにアップデートを提供する場合であれば半導体メモリ（例えばＩＣカード）などの取り外し可能な非一時的なプログラム記憶媒体に常駐させてもよい。プログラム記憶媒体またはコンピュータ読み取り可能な媒体に格納されたプログラム命令の例として、プロセッサによって実行可能なコードに加えて、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）またはプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）など、プログラム可能な回路による実行用の状態情報があげられる。
【0082】
上記の説明は、限定ではなく例として示したものである。上記の開示内容を前提として、当業者は、本明細書に開示される本発明の意図および範囲内にある変形例を考案することができる。さらに、本明細書に開示される実施形態の様々な特徴は、単独使用も可能であるし、様々な形で組み合わせて使用することも可能であって、本明細書に記載した特定の組み合わせに限定されることを意図していない。したがって、特許請求の範囲は、例示された実施形態によって限定されるべきではない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】