JP2009511218A - 加圧ガス送出装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、加圧され加湿されたガスを導管に通して患者まで送出するガス送出デバイスおよびシステム、ならびに方法を提供する。ガス送出デバイスの要素の構成は、使用者の要望に適合するようにデバイスを水平から垂直の位置まで都合よく向けることを可能にする。ガス送出デバイスは、モータの音を抑制するためのヘルモホルツ共鳴器を組み込むことができる。導管は、それが加湿器と便利に単一の開口で係合できるように同心管を含むことができる。本発明は、単一のホールセンサを使用してガス送出デバイスのブロワモータを動作させる方法を含む。

Description

本発明は、呼吸に適したガスを送出するシステム、デバイス、および方法に関する。詳細には、本発明は、一定または可変の流量、圧力、および湿度でガスを送出するシステム、デバイス、および方法に関する。より詳細には、本発明は、呼吸に適したガスを呼吸障害の治療用マスクに送出するデバイスおよび方法に関する。

呼吸障害、特に睡眠呼吸障害の治療のために、空気を含めて呼吸に適したガスの患者への送出に使用可能ないくつかのデバイスがある。たとえば、閉塞性睡眠無呼吸を含む睡眠無呼吸の治療では、多くの場合に空気が持続陽圧（ＣＰＡＰ）で送出され、空気は、眠っている患者の気道にマスクを通して周囲よりも高い圧力で持続的に供給されて、有効呼吸が得られるように患者の気道を開いておく。

加圧ガスにより持続的な治療の利益を得るには、空気および他のガスが所望の呼吸パターンに適した圧力および流量で送出されることが重要である。治療の間にガスの送出が「風が吹き込む」感じを起こしてはならない。快適性のためにガスが加湿されることの多いガス送出デバイスを含むシステムが、ファン、空気導管、顔面マスク、およびマスクアセンブリからなる様々な組合せを含むことは、当技術分野で知られている。ガス送出デバイスは、ガスを空気導管に通して顔面マスクまで所望の流量および圧力で送出するように、回路およびコンピュータソフトウェアによって制御することができる。

従来技術のガス送出のシステム、方法およびデバイスは一般に、数が限定されたいくつかの望ましい機能を有する。たとえばガスは、１つだけの数値、または限定されたいくつかの数値の流量で送出される。同様に、単に空気を加圧したままのガスが送出されることもあり、加湿されていない加圧空気は、そのガスを治療に使用している患者の気道を乾燥させるために不快感を与える可能性がある。ガスを送出するデバイスが大型で、操作するのが面倒なこともある。デバイスに使用されるファンが騒音を出し、デバイスを使用している患者の睡眠の妨げになりうることが当技術分野で知られている。モータ速度を変えることによって流量が制御される従来技術デバイスが知られている。このようなデバイスは、速度が伴うモータの動力学によって圧力変化が引き起こされる可能性があり、速度によって流量を制御する有効性が限定される。

取扱い、操作が比較的簡単で、静かで、所望の流量および圧力で適度な加湿とともにガスを送出するデバイスを含む、ガスを送出するためのガス送出システムおよび方法が必要とされている。さらに、ガス送出システムは、製造および輸送が比較的容易でなければならない。ガス送出システムは、呼吸変化に対応するために圧力レベルを迅速に切り替えられなければならない。

本明細書で、ガス送出システムについての論及は、ＣＰＡＰ、ＶＰＡＰ（可変陽圧）、ＢＩＰＡＰ（２段陽圧）、またはＡＰＡＰ（自動陽圧）のためのシステムおよびデバイスを含み、これらはすべて、デバイスまたはシステムによって送出されるガスの流量および圧力を表している。たとえばＢｉＰＡＰは、患者が息を吐く間の適切なときに低い流量に切り替わり、その結果、「空気の力」に息を吹き込まなくてもよいことにより、患者はより快適な呼吸を得るようになる。本明細書で要素を表すために使用される他の頭字語は、それらの意味を表１に示してある。本明細書で、限定的でない文脈中で両方の語が使用される場合の「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」の意味は「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」の意味である。

本発明の目的は、加圧ガス用の簡単な加湿システムを提供することである。本発明の別の目的は、使用するのが比較的容易なガス送出システムを提供することである。本発明のさらなる目的は、加湿ガスを導管に通して患者まで送出する方法を提供することである。

本発明は、取外し可能な水リザーバを含む加湿器アセンブリを組み込んだガス送出システムを提供する。本発明は、水を通り越すガスの湿度レベルをデバイスの使用者が選択できることを実現する。本発明は有利なことに、加湿レベルの設定における可変の制御が、リザーバ内における水の温度の調整によることを含む。本発明により構成されたガス送出デバイス内の水リザーバは、洗浄または交換のために容易に取り外すことができる。

本発明は、ガス送出デバイスからの加圧ガスを送出する導管がデバイスに係合する位置に近い場所に、ガス圧を検出する圧力感知手段を組み込むことができる。この構成は有利なことに、導管を通して送出されるガスの圧力を、感知された圧力を含む変数の関数として、マスクの種類および導管の長さのパラメータを考慮に入れて計算することを可能にする。

本発明のさらなる目的は、患者の呼吸パターンに対応しながら患者の気道に効果的にガスを供給するために、ガス圧および流量を迅速に変化させる機能を組み込んだガス送出デバイスおよびシステムを提供することである。このシステムの各構成要素は、治療中に患者が呼吸している間、患者のマスクでの圧力変動を低減させるように協働する。本発明は、マイクロコントローラ上で実行するコンピュータソフトウェアによって制御されるガス送出システムを提供する。本発明によれば、測定圧力センサ、流量センサ、温度センサおよび湿度センサからの出力は、後の信号処理のために、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）によって都合よくデジタル値に変換される。本発明は、マイクロコントローラが、コンピュータソフトウェアに応じてファンのモータ速度を調整することによって、導管および顔面マスク内の所望の瞬時ガス圧を設定することを実現する。本発明は、単一のロータ位置センサからの信号がデジタル処理されて現在の速度、位置、および３相巻線駆動信号が決定されるモータ速度制御の方法を提供する。本発明は、所定のガス圧設定値に対する変化にガス送出デバイスが迅速に応答できるようにするのに十分なだけ小さい慣性をモータが有することを含む。

加湿システムは、送出ガスの加湿のための水リザーバを含み、この水リザーバは、デバイスの蓋が閉じた位置にあるときに導管と係合し密閉される。本発明はさらに、デバイスの蓋が閉じた位置にあるときに加熱プレートと係合する水リザーバを提供する。加熱プレートは、その水容器を加熱プレートに係合するように片寄らせる。本発明はさらに、ガス供給システムと一体化された水容器を提供する。本発明は、空気入口と水リザーバの出口ポートを一緒にするポートを提供し、このポートは有利なことに、水リザーバの補給を簡単にする。吹き込み成形ができるポリマーで構成されることが好ましい水リザーバの構造が簡単であると、有利なことに水リザーバの製造コストが低減する。最も有利なことには、この水リザーバは簡単に洗浄あるいは交換することができる。

本発明は、ブロワから発せられる音を効果的に消すために、ブロワのまわりに剛性の分離室を提供する。これは好ましくは金属、より好ましくは鉛ダイカストで作製され、好ましくは全体的に１．６ｍｍを超える厚さの分離室の壁を備える。分離室内の必須の構成要素は、空気通路に沿った音の伝達を効果的に減衰させる１つまたは複数のプレナム室を含む。加えて、分離室全体が有利なことにはヘルモホルツ型共鳴器として作用し、その周波数は、好ましい寸法の入口および／または出口通路を設けることによって修正することができる。この入口および／または出口通路は、断面が概して円形であり、また、過度の流量制限をもたらさないで分離室の共鳴周波数を最低にするのに十分な長さであることが好ましい。

本発明は、ガス送出デバイスの構成要素の配置により、ガス送出デバイスを水平から垂直までの任意の都合のよい方向の、代替の取付け方向に設置できるようにすることを実現する。本発明は、最も有利なことには、ガス送出デバイスの垂直設置を含む実施形態を提供し、これはデバイスの壁取付けを可能にする。

本発明は、最も有利なことには、取外し可能な透明ケーシング内に収容できる空気フィルタをガス送出デバイスが含むことを実現し、フィルタの汚れた面が透明ケーシングを通して目に見える。

本発明はさらに、デバイスの構成、設定、および患者の履歴のフィードバックを容易にするグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を提供する。本発明によれば、ＧＵＩは目覚まし時計の機能を含む。

本発明は、デバイスの患者別構成、および睡眠分析データを取外し可能なＳＤカード媒体に記録できることを実現する。この機能は、患者がＳＤカードを輸送するだけでよいので、発明品の設定と、発明品から遠隔の研究所でのその後のデータ解析とにおける融通性を実現する。

１つの態様では、本発明は、呼吸に適したガスを患者まで送出する装置を提供し、この装置は、ガスを加湿するために加圧ガスを水リザーバへ送出するブロワと、ヒータと、ブロワおよび水リザーバを収容するケーシングと、水リザーバ内の単一のポートにそれぞれが係合するガス入口およびガス出口と、ガスを出口から患者まで導くための導管とを備える。

別の態様では、本発明は、呼吸に適したガスを患者まで送出する装置を提供し、この装置は、音ハウジング内に配置され加圧ガスを送出するブロワと、ブロワおよび水リザーバを収容するためのケーシングと、水リザーバ内の水を加熱するヒータと、ガス入口およびガス出口と、取外し可能な透明ケーシングに収容されたガスフィルタと、ガスを出口から患者まで導くための導管とを備える。

別の態様では、本発明は、呼吸に適したガスを患者まで送出する装置を提供し、この装置は、加圧ガスを送出するブロワと、ブロワを収容するためのケーシングと、ヒータと、ガス入口およびガス出口と、ガスを出口から患者まで導くための導管と、ブロワ近傍の少なくとも１つのプレナム室と少なくとも１つの共鳴手段とを備える。この態様では、装置は水リザーバと、水リザーバ内の水を加熱するヒータとを含むことができる。

別の態様では、本発明は、呼吸に適したガスを患者まで送出する装置を提供し、この装置は、加圧ガスを送出するブロワと、ガスを加湿するための水リザーバと、ヒータと、ブロワおよび水リザーバを収容するためのケーシングと、ガス入口およびガス出口と、ガスを出口から患者まで導くための導管とを含み、装置は動作の際、ほぼ水平方向からほぼ垂直方向までの任意の都合がよい角度で、水リザーバからの液体のこぼれがなく利用可能である。

別の態様では、本発明は、呼吸に適したガスを患者まで送出する装置を提供し、この装置は、加圧ガスを送出する出口を有するブロワを備え、このブロワはモータ室、２つの出口通気路、および弁室を含み、ブロワはさらに、ガス圧または流量を迅速に変える手段と、ブロワおよび水リザーバを収容するためのケーシングと、ガス入口およびガス出口と、取外し可能な透明ケーシングに収容されたガスフィルタと、ガスを出口から患者まで導くための導管とを含む。

上記の各態様では、導管は、吸込みガス用と吐出しガス用の同心導管で構成することができる。内側の導管が吸込みガスを供給することが好ましい。

ガス圧または流量を変える手段は、少なくとも１つのインペラであることが好ましい。装置は、使用者が装置により時間を判断するための、時間を知らせる手段を含むことが好ましい。この知らせる手段はタイムクロックであることが好ましい。

さらに別の態様では、本発明は、ガス送出デバイス内のブロワのモータを制御する方法を提供し、この方法は、インペラの回転位置を求めるステップと、インペラの速度を求めるステップと、インペラの速度を制御するために巻線励磁のタイミングを調整するステップとを含む。

さらに別の態様では、本発明は、呼吸に適したガスを患者に送出する方法を提供し、この方法は、周囲のガスをインペラで加圧するステップと、周囲のガスを加湿するステップと、加湿されたガスを患者の気道まで導くステップとを含み、加圧ステップは、単一のセンサ手段を用いてインペラの位置を検出するステップを含む。この方法で使用されるセンサ手段はホール効果センサであることが好ましい。

本発明は、添付の図面を参照すれば最も容易に理解される。図面は、本発明の実施形態を例として示すものであり、特許請求の範囲で定義される本発明の範囲は、そのように例示されていない他の実施形態も含むことを理解されたい。加圧ガス送出システムの代表的な要素が図１に示されている。本発明は、モータとブロワのアセンブリによってガスが交換可能なフィルタシステムを通ってガス送出デバイス内に引き込まれることを含み、このアセンブリは、システムのより静かな動作を実現するために騒音抑圧ハウジングに入れられる。ガス通路と直列に配置された流れ感知デバイスは、ガス流を検出するために使用することができる。本発明の範囲内における他の態様は、以下の説明に含まれる。

外ケーシング
以下の要素は、図８〜１４を参照すればより明確に理解される。ガス送出デバイスの外ケーシングは、上ケーシング１、下ケーシング２、第１側板３、前記第１側板の反対側の第２側板（図示せず）、および蓋４を含む。上ケーシングと下ケーシングは、適切な係合手段を用いて係合させることができる。この係合手段はねじが好ましい。上ケーシングと下ケーシングが係合すると、第１側板および第２側板が位置決めされて比較的密閉の筐体が形成される。係合した位置で外ケーシングは、ガス送出デバイスの上面にかけられることがある水に対して、ケーシングの向きに関係なく比較的耐浸水性になる。蓋は、蓋係合手段によって上ケーシングと係合する。この蓋係合手段は、枢動点手段にあるスナップ固定具が好ましい。枢動点手段は、ヒンジまたはヒンジピンなど適切などんな枢動手段でもよい。別法として、また最も有利には、枢動手段は、回転の瞬時点がケーシングに対して固定されないことを含む機構とすることができる。このような機構の一例は、それだけには限らないが、四棒リンク機構を含む。閉じた位置で係合すると蓋は、蓋ロック機構５によって所定の位置にロックすることができる。この蓋ロック機構はラッチが好ましい。ラッチはバネ駆動されることが好ましい。蓋もまた、蓋ラッチが外れたときに蓋が開くことができるようにバネ駆動されることが好ましい。バネ駆動の場合、蓋を駆動するバネは、好ましくは回転ダンパと協働して蓋が滑らかに開く動きを与え、そうしなければ発生するかもしれない「ぎくしゃくした」バネの動作を防ぐ。枢動点は、ケーシングの上部に配置することができ、あるいはケーシングの後部に配置することができる。

本発明は、ユーザインタフェース（ＵＩ）が上ケーシングの上に配置されることを含む。このＵＩは、透明レンズ６、上ケーシングとレンズの間の封止手段、および柔軟なキーパッド７から構成されることが好ましい。封止手段はガスケットが好ましい。キーパッドは少なくとも１つのボタンを含むことが好ましい。レンズは、適切な係合手段によって上ケーシングと係合する。レンズ係合手段は、レンズの各側面に配置されたスナップ固定具が好ましい。別法として、レンズ係合手段は接着テープでもよい。レンズは最も有利なことには、ガス送出デバイスの使用者が、使用者に情報を伝達する表示装置を、外ケーシングを透かして見ることができるようにする。レンズの別の利点は、それが柔軟なボタンキーパッドと固定位置で係合することである。レンズ係合による別の利点は、スクリーン穴またはボタン穴を通した上ケーシング内への水の侵入を防ぐ封止になることである。柔軟なボタンキーパッドは、ガス送出デバイスの使用者が有利に命令をガス送出デバイスに伝達できるように、シリコンから構成されることが好ましい。

空気フィルタ
本発明は、空気フィルタが、図１１に示された前面ケーシング８、後面ケーシング９、および少なくとも１次フィルタ１０から構成されることを含む。ケーシング材料は透明であることが好ましい。空気フィルタは２次フィルタ１１を組み込むことが好ましい。本発明は、前面ケーシングが後面ケーシングと係合して、少なくとも１次フィルタ、また好ましくは２次フィルタを有するチャネルを形成することを含む。その係合手段は、スナップ固定具で構成されることが好ましい。ガス送出デバイスの動作の際、前面ケーシングと基部ケーシングが係合してチャネルを形成すると、ガス送出デバイスによって送出されるガスがフィルタ媒体を通り抜けなければならなくなる。フィルタ媒体は、１次媒体および２次媒体を含むことができる。フィルタの前面ケーシングは、ガスが１次フィルタに流れ込み、濾過用の１次フィルタ媒体の表面に接触できるように、複数の穴を含む。穴の断面積は、１次フィルタの中への流れを制限しないようにするために４００ｍｍ^２よりも大きいことが好ましい。フィルタの後面ケーシングは、上ケーシングの連結器接続機構を受け入れる開口を含み、この連結器接続機構は係合すると良好な封止を実現する。連結器接続機構は雄形管であることが好ましい。フィルタは、蓋の下で上ケーシングと係合する。最も有利なことには、フィルターケーシングを操作するとフィルタの取外しおよび交換が可能になる。フィルタを交換すると、本発明により構成されたガス送出デバイスを使用するための、取込み空気の持続的な濾過が保証されることになる。

１次フィルタ媒体は、大きな粉塵微粒子をガスから除去することを可能にし、２次フィルタ媒体は、より小さな微粒子を除去するためのものである。本発明は、ある範囲の２次フィルタ媒体の使用を含む。媒体の例としては、花粉、バクテリア、煙、スモッグ空気の汚染物質、およびウィルスを除去するのに適した媒体が含まれる。フィルタ媒体の範囲は、前述のリストによって限定されないことを理解されたい。

ブロワ／モータ
本発明は、本明細書で例示される様々な形態の要素からブロワを構成できることを含む。他の形態が、特許請求された本発明の範囲内にあることを理解されたい。

図９に示された本発明の第１の実施形態では、ブロワは、上ケーシング１２、下ケーシング１３、および分割隔壁板１４から構成される。これらの要素は、気密封止するためにねじまたは他の係合手段を使用して係合され、ブロワ室、モータ室、２つの吐出し通気路、および弁室を形成する。ブロワ室は、インペラ１６を収容し、このインペラは、各端部１７にベアリングを備えたシャフトに取り付けられる。好ましくは、一方のベアリングが上ケーシング内に圧入され、他方が下ケーシングに配置されて、シャフトがケーシング内で軸まわりに動くことができるようにする。らせんばねが両ベアリングに対し軸方向の効果的な予負荷を都合よく保持することが好ましい。ベアリングは低騒音グリスで潤滑することが好ましい。インペラ１６は、その上面に一連のフィンを有し、インペラが回転するときに空気を動かすことができる。本発明は、各フィンの間に小さなギャップがインペラの上面と下面の間にあることを含む。組み合わせて、この機構は、インペラで発生させた空気流の大部分がブロワ室から流出し上部吐出し通気路（上ケーシングと隔離板によって形成される）に流入し、この通気路に高い圧力を生成できるようにする。小さな穴がまた、いくらかの空気が下部吐出し通気路（下ケーシングと隔離板によって形成される）に流入し、この通気路に低減圧力を生成できるようにする。次いで弁室内で弁部材１８が、上部吐出し通気路および下部吐出し通気路それぞれから出ていく空気の量を調整する。この弁１８は、最も有利なことには、吐出し空気全体の圧力を非常に迅速に変えることができ、モータがインペラの速度を変えなくてもよい。モータ室はモータ機構および電子装置を収容し、これらは下ケーシング１３および隔離板１４によって所定の位置に強固に保持されている。

図１０に示された本発明の第２の実施形態では、ブロワは上ケーシング２０および下ケーシング２１を含み、これらは適切な係合手段で係合して気密封止を形成する。係合手段はねじを含むことが好ましい。係合したケーシングは、ブロワ室、モータ室、および吐出し通路を形成する。ブロワ室内にインペラ２４が配置され、これは、ブロワ室のどちらの端部にも取り付けられた２つのベアリング組２３と、室の中央軸の中間に取り付けられた磁石２５とを有する。上部ベアリング組２３は上ケーシングに圧入され、下部ベアリングは、下ケーシング内で径方向に保持され、インペラばね２２によって垂直方向に保持される。インペラおよびシャフト２４は、ガラス入りのポリマーから１つの部品に成形されることが好ましい。別法としてこれらをポリマーとして金属シャフト上にオーバモールドすることもできる。

上部ハウジングは、ブロワ室の上に配置されたガス入口を含み、これはガスがブロワ室内に入ることができるようにする。インペラは、その上面に配置された一連のフィンを有し、インペラが回転するときに空気を出口に移動させるように設計されている。このガスの移動は出口のところで圧力の増加をもたらすが、この圧力増加は、インペラの回転速度によって調整することができる。インペラの下面は、モータ室を有利に形成する下ケーシング上の壁に近接して配置される。モータ室内で、モータ巻線２７および電子装置２８は、スナップ固定具または他の適切な手段によって所定の位置に堅固に設置され、インペラ回転を駆動する電力を供給する。

モータは、磁気コギングのないトロイダルコアを使用することが好ましい。３相巻線がスター構成で使用され、ねじり励磁を最小にするために正弦波変調電力（ＳＰＷＭ）が供給される。ロータは精密成形プラスチックで全体が構成されることが好ましく、これにより最も有利なことには、内部金属シャフトが不要になり、また動的な平衡をとることが不要になる。本発明は、ロータ磁石に近接して取り付けられた単一のホール効果センサにより電子転流が段階的に行われることを含む。

音ハウジング
本発明は、図１３および図１４に示された一実施形態で、音ハウジングが上部ハウジング５６、下部ハウジング５７、封止ガスケット５８、２つの分離壁５９、吸気パイプ６０、排気パイプ６１、柔軟なブロワ接続機構６２、および本明細書に記載のブロワから構成されることを含む。上部および下部ハウジングは好ましくは、ケーシングの内側から外側への音の伝達を低減させるために高密度の材料から成形または鋳造され、したがって音を内部に閉じ込める。高密度材料は亜鉛、または鉱物入りプラスチックが好ましい。上部および下部ハウジングは、２つの分離壁、吸気管および排気管を位置決めする係合手段によって係合し、それによって周辺部の封止ガスケットを圧縮して気密封止する。係合手段はねじが好ましい。本発明によるハウジングがこうして係合すると、ブロワ室、１次音室、および２次音室の３つの室が形成される。ブロワ室内にはブロワが配置される。好ましくは、ブロワは上部６４および下部６５の２つのばねに取り付けられて、ブロワの共振周波数が確実に低くなるようにする。ばねは、ブロワから音ハウジングへの振動の移動が低減するように作用する。騒音分離効果を向上させるために、柔軟なパッド６６が上部ばねの上、および下部ばねの下に配置されることが好ましい。ブロワ吐出し口のところで、可撓管が吐出し口を排気パイプ６１に固定する。可撓管は波形側面を有することが好ましい。この実施形態では、可撓管は封止ガスゲット５８の一部を形成する。可撓管はＴＰＥ材料から成形されることが好ましい。別法として、可撓管は別個の部品でもよい。分隔壁５９は各室を分離し、１つの室から次の室への音の伝達を低減させる。好ましくは、分隔壁は管を含むことができ、この管は次の室の中に延びる。管の機能は、室間のすべての空気流を搬送することである。管は、空気流を制限しないようにするのに十分なだけ次の室の反対側の壁から短い距離でその端部が配置されることが好ましい。管の中への音伝達、したがって室間の音伝達を抑圧するために、反対側の壁は、吸音フォーム５９または他の適切な材料で覆われることが好ましい。

加湿器
本発明は、ガス送出を可能にし、またデバイスの動作に協働する加湿機能を可能にするガス送出デバイスに組み込まれた加湿器を含む。図１２に示されるように、この加湿器は、水リザーバ３０、ガス導管連結器３３、空気封止２８、内部セラミックヒータを備えた一組の加熱プレート３１、および水リザーバ熱伝導体３２を含む。動作の際、加湿器は蓋４の下に隠閉される。

水リザーバ３０は中空成形熱可塑性樹脂で構成されることが好ましい。水リザーバ表面はまっすぐで平坦な部分を含み、この部分は上ケーシング１上の受入れ面すなわちレール３６に対応する。動作の際、このレールは、水リザーバが確実に装置内に正しく配置され、所定の場所に堅固に保持されるようにする。本発明の好ましい実施形態では、水リザーバは正しい位置以外どこにも装置内に挿入することができない。その位置で水リザーバ熱伝導体３２は、バイアス手段３８の作用によって上加熱プレート３１と係合し、このバイアス手段は加熱プレートを水リザーバの方に片寄らせて、ヒータと水の間の効率的な熱伝達を確保する。バイアス手段３８は、加熱プレートばねであることが好ましい。最も有利なことには、本発明は、金属蓋が食品包装に通常見られるタイプのものでよいことを含む。本発明は、取っ手３８が水リザーバから延びてよいことを含む。このような実施形態では、取っ手は少なくとも１つの一体化ヒンジ３９を含むことが好ましい。この一体化ヒンジは、蓋４が開位置に開放されたときに具合よく指を近づけられるよう取っ手が自動的に持ち上がるように、扁平に成形されることが好ましい。取っ手３８はまた、水リザーバを装置から家庭の水道蛇口まで持ち運ぶのにも便利である。

動作の際、水リザーバ３０は、水で満たされ装置内の所定の位置に戻されて、蓋４の閉位置への係合が可能になる。ガス導管連結器３３は、蓋４に入れ子式に入っており、１つの構成要素としてちょうつがい式に動く。蓋４がひとたび係合されると、ガス導管連結器３３の外面もまた、水リザーバ開口２９のところで水リザーバ気密封止２８と同時係合するように位置決めされる。動作の際、蓋４を開放するとまた、ガス導管連結器３３が水リザーバから同時に離されて、水リザーバ３０に早く容易に手を近づけ、それを取り外すことが可能になる。

ガス導管連結器３３は、可撓ガス導管４０に取り付けられることが好ましく、この可撓ガス導管は、蓋４が開位置または閉位置にある間、加圧ガスをガス入口３５に供給し、前記可撓ガス導管の両端で気密封止を保持する。

本発明の最も有利な態様は、ガス送出デバイスからのガス流入およびガス流出両方のための単一の開口２９である。本発明は、ガス導管連結器３３が、隣接のガス流入導管３５およびガス流出導管３４を組み込むことを含む。ガス流動管は同心管が好ましい。ガス流入導管３５はガス流出導管３４の内側に配置されることが好ましい。動作の際、加圧乾燥ガスが、ガス流入導管３４から水リザーバ３０に移動して温水面４２と接触し、ここでガスは、ガス流出導管３４の中へ流れる前に湿気を帯びる。

本発明は、患者の長い夜の睡眠のための十分な呼吸ガスを加湿するのに適切な水を入れるには十分に大きい小型水リザーバを含む。この水リザーバは、１つの面と、おおむね約４５°の鋭角で設置されるヒータの加熱面とが係合するように構成される。加熱面に係合する面におおむね平行な面の開口２９の位置により、設置されるガス送出デバイスをナイトテーブルの上など水平の向きに、または壁面上など垂直の向きに、あるいは都合のよい任意の中間の向きに、装置およびその加湿器の動作を損なわずに置くことが可能になる。最も有利なことには、水平または垂直の向きから外れてどの方向に２０°だけ装置の角度を変えても、水リザーバ３０からの水漏れが起きることがない。

図６は、本発明により構成された加湿器の動作を示す概略図である。ヒータプレートの温度は、ガス湿度を設定する際の唯一の制御変数である。加熱素子のデューティサイクルが、ヒータプレート温度を制御するために使用される。マイクロコントローラの制御のもとでトライアックをオンおよびオフするために、光結合ゼロ交差トライアックドライバが使用される。この光結合は、トライアックドライバ出力部（商用電源電位にある）とマイクロプロセッサ制御信号とからの分離を含む。ゼロ交差スイッチングは、トライアックによって発生するＥＭＩを低減させる。

本発明は、使用者が選択した湿度レベルをもたらすように、マイクロコントローラ上で実行するコンピュータプログラムがヒータプレート温度を制御することを含む。一実施形態では、ガス送出デバイスは、周囲温度センサおよび複数の使用者要望湿度レベルを含む。本発明は、ヒータプレート温度を設定するために、空気の温度およびヒータプレート入力に加えて空気流量をコンピュータプログラムによって使用できることを含む。ガス送出デバイスは、湿度のより正確な制御ができるように、外気用の湿度センサを含むことが好ましい。

本発明は、加湿器が、好ましくはトライアックによってスイッチングされる商用電源ヒータと、ヒータプレートに取り付けられたサーモスタットと、ソフトウェアに温度フィードバックを与えるために加熱プレートに取り付けられたサーミスタとで構成されることを含む。使用者が選択した湿度を得るための水温の決定を助ける周囲温度センサと、ケーシング端近くに装着することができる湿度センサとは、ケーシング内部の熱源から遮蔽される。

ガス送出デバイスは、故障状態になった場合の温度過昇保護を行うために、ヒータプレートサーモスタット用のマニュアルリセットボタンを含むことができ、これは使用者がアクセス可能でなくてよい。

モータ制御
ブロワのモ−タの制御は、ブロワがガス圧および流量を迅速に変えることができるようにする。図２に示されるように、ガス送出デバイスは、ガス送出デバイス用のモータおよびモータコントローラを含み、このモータおよびモータコントローラは、以下の主要なサブシステムから構成される。
ロータ位置感知用の単一のホール効果センサを組み込むブラシレスＤＣモータ
デジタルモータコントローラ
モータドライバおよび過電流検出電子回路
ホール効果センサ信号調整およびアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）

ブラシレスＤＣモータ
当技術分野で知られているブラシレスＤＣモータは、必要なロータ位置情報を与えるために３つのホール効果センサを必要とする。本発明は、単一のホール効果位置センサだけが必要な制御の方法を採用する。

ガス送出デバイスは、３つの巻線を有するモータを含み、これらの巻線はスター形トポロジとして構成される。本発明によれば、巻線は、モータ回転を起動し維持するために、既定の正弦波シーケンスで電圧が加えられる。このシーケンスのデューティサイクルにより、どれだけの電力が消費されるかが決まり、モータ速度が制御される。

モータ駆動電子装置
モータ駆動装置サブシステムは、モータ巻線に電力を供給し、モータ電流を感知するために必要な電子装置を含む。モータ駆動装置は、３つの半ブリッジドライバの構成の中に配置された６つのＭＯＳＦＥＴを含む。３つのＦＥＴがモータ巻線に電力を供給する。モータ駆動装置はまた、モータコントローラからのＬＶＣＭＯＳ信号を適切なＭＯＳＦＥＴ駆動信号に変換するために、必要なレベルのトランスレータを収容する。

図３に示されたモータ電流感知回路が、過電流状態をモータコントローラに伝えるために使用される。これによりコントローラは、過電流故障が起きた場合にモータを運転停止にすることができる。これは、本発明によれば、固定レベルの過電流しきい値検出器によって実施される。本発明は、電流フィードバックサブシステムに２つの部品を含む。第１の部品は、電流感知抵抗上の電圧を増幅しフィルタリングするための簡単な低域フィルタ増幅器である。第２の部品は、過電流故障を検出するための、ヒステリシスをもつ簡単な比較器である。比較器の出力は、モータコントローラの中へ直接行く。

モータ位置フィードバック
本発明によれば、モータは、ロータの位置を検出するために使用される単一のホール効果センサを有する。その信号は、ＡＤＣによってデジタル値に変換される。

モータコントローラ
本発明によれば、モータコントローラは、ガス送出デバイスのモータを回転させる。たとえばＣＰＡＰ、ＡＰＡＰ、ＢｉＰＡＰ、またはＶＰＡＰなど、適用例に応じ、コントローラはモータを適切な周波数で回転させる。コントローラは、単一のホール効果センサを使用してロータ位置フィードバックを受け取り、これを使って３つの正弦波ＰＷＭ駆動信号を発生する。

モータコントローラは、以下の入力および出力を含む。
オン／オフ。マイクロプロセッサインタフェースを介してモータをオンまたはオフするための入力。
モータ利得。マイクロプロセッサインタフェースを介してモータ速度を設定する入力。
位相。ホール効果位置センサとモータ巻線１への位相０駆動との間の相対的位相を設定するための入力。
過電流。この入力は、過電流状態が発生したことを伝え、モータコントローラにモータを停止させる。
ＳＰＩインタフェース。双方向ＳＰＩインタフェースは、周期的にホール効果位置ＡＤＣをサンプリングし、そのデータをコントローラ内へ転送する。
位相０。モータ巻線１駆動電子装置用の高信号および低信号。
位相１２０。モータ巻線２駆動電子装置用の高信号および低信号。この信号は、位相０に対して１２０°位相がずれている。
位相２４０。モータ巻線３駆動電子装置用の高信号および低信号。この信号は、位相１２０に対して１２０°位相がずれている。

図４に示されたモータコントローラブロックは、本発明の実施の例として本明細書で説明する。

ＡＤＣドライバ
ＡＤＣドライバは、２０４０クロック周期（５．１μｓ）ごとにホール効果センサＡＤＣをサンプリングするＳＰＩインタフェースである。これは生の回転位置を１２ビット数値として出力し、それぞれの新しいサンプルとともにサンプルイネーブル信号を発生する。これは、後続のサブシステムをトリガして新しいデータを処理させる。回転しているとき、ホール効果センサの出力は、図形で表すと正弦波になる。図４に示すＡＤＣドライバブロックの上の図形は、ロータの１回転の間に得られる生のデジタル化ホール効果センサ信号を示す。「ｙ」軸はＡＤＣ値（０〜１０２３）を表す。その最小値は常に＞０であり、最大値は常に＜１０２３であることに注意されたい。

レベルシフト
ロータ位置は、周期、最大値および最小値を算出するために処理される。このサブシステムは、位置センサの生データサンプルのピ−クツーピーク振幅（最大ＡＤＣ値−最低ＡＤＣ値）を算出する。この値は、８モータ周期ごとに再計算される。現在生データサンプルは、最小ＡＤＣ値をそれから差し引くことによってレベルシフトされ、調整済み信号として正規化サブシステムへ出力される。図４は、レベルシフトされた波形を示す。

正規化
このサブシステムは、ピークツーピーク振幅および現在調整済み信号サンプルを処理して、その位置が０〜１０２３の範囲内になるように信号を正規化する。図４は、正規化された波形を示す。正規化された信号は１０ビット分解能に低減されてから周期サブシステムに供給され、ここで処理されてロータ周期を決定する。ロータ周期は、ロータ回転当たりのシステムクロックが尺度である。モータは、このサブシステム内部から生成される１２サンプルデジタル正弦波発振器によって転流される。同期立上がり入力は、ロータがゼロ交差位置にあることを伝えて、正弦波発振器を位置０にリセットする。すなわち正弦波発振器は、ゼロ交差点に位相ロックされる。本発明によれば、どの周期／１２システムクロックの後でも、現在の正弦波発振器の値がインクリメントされる。モータ速度が既定のレベルを超えた場合には、現在の正弦波発振器の値に利得入力が乗算され、その後１０ビットに低減される。利得入力は、モータ速度制御を含むマイクロプロセッサインタフェースによって制御される１０ビット値である。本発明によれば、モータ速度が規定レベルより低い場合には、システム利得は、確実なモータ起動を保証するために、ある固定値に設定される。

周期検出
周期検出サブシステムは、ロータ回転当たりのシステムクロックに換算してロータ周期を算出する。正規化信号入力の低から高への最上位ビット（ｍｓｂ）遷移は、ゼロ交差点を示す。このような遷移の間のシステムクロックの数が周期として与えられる。あるレベルのフィルタリングを行えば、この周期値は、現在の計算値と以前の計算値との平均になる。位相入力は、使用者が（マイクロプロセッサインタフェースを介して）選択可能な、システム内に追加される位相偏移を可能にする。これは、モータ性能を最適化するために使用され、また巻線１に対するセンサ位置の根拠になる。これは８ビット値であり、１２８という値が１８０°の位相偏移を表す。位相０遅延出力は、必要な位相偏移を得るために遅延するＡＤＣサンプルの数を含む。位相１２０遅延出力は、１２０°位相偏移を得るために待ち受けるＡＤＣサンプルの数を含む。

３相生成
駆動信号は、０°、１２０°および２４０°の駆動信号を生成するために３つの遅延線を通される。０°遅延線は、ゼロ交差点をロータ位置に同期させるために使用される。１２０°および２４０°の遅延線は、各線がどれだけ遅延されるべきかを算出するために、周期の３分の１を使用して動的に調整される。

対称ＰＷＭ生成
３つの正弦波は次にパルス幅変調される。パルスは、中心点の近くに対称的に並べられる。本発明によれば、これは、標準的な基準のこぎり波ではなく、三角基準波形を使用して行われる。図５は、ＰＷＭ機能の動作を示す。各入力サンプルは、ランプ関数によって変調されて、論理１のパルスの幅が１０ビット入力サンプルの振幅に比例する２値出力を生成する。したがって、正規化サブシステム内の利得設定は、ＰＷＭ出力のデューティサイクルを調整する効果を有する。パルス幅が大きくなるほどより多くの電力がモータへ送出され、したがってモータはより速く回転することになる。

モータＨ駆動
各ＰＷＭ信号は、一方がＮチャネルＦＥＴ用、他方がＰチャネルＦＥＴ用の２つの相補的な駆動信号に変換される。Ｎ ＦＥＴからＰ ＦＥＴへスイッチングするとき（逆も同様）、ＮチャネルおよびＰチャネル両方が同時にオンになって９Ｖレールを短絡しないように、わずかの不感時間が挿入される。こうするとＦＥＴ内の電力損失が低減し、ノイズの発生もまた低減する。

電子サブシステム
本発明は、図７に示すように構成された２つのプリント回路基板（ＰＣＢ）を組み込む。

ＣＰＵブロックは以下のものに対応する。
ＡＰＡＰアルゴリズム
加湿器コントローラ
データロギング
表示装置
音の調子
高レベルデータ通信
コンピュータメモリからなるメモリブロック

ＬＣＤブロックは、好ましくは白色ＬＥＤを備えたＬＣＤ表示装置を含む。これは、使用者に視覚フィードバックを提供するために使用される。ＲＴＣはリアルタイムクロックチップを使用する。これは、データ保持のためのバックアップ電源を有する。時間を記録することに加えて、クロックはまた、停電が起きた場合に動作を回復できるように、ガス送出デバイスについての状態情報を保持するためにも使用される。ＥＥＰＲＯＭは、ユニットの較正データを記憶する。これらのデバイスの両方がＣＰＵブロックと通信する。

デバッグ／ＲＳ２３２ブロックは、診断および制御のためのイーサネット（登録商標）トランシーバまたはＲＳ２３２トランシーバに必要なインタフェースのコネクタ／論理回路を含む。

キーパッドブロックは、ユニットを制御するための、ＬＥＤバックライト付きの４つのボタンを含む。ボタンは一列に配置される。１つのボタンは、オン／オフスイッチボタンとしてもモード選択ボタンとしても機能することができる。他のボタンはオプション選択ボタンである。

ＦＰＧＡブロックは、以下の機能を含む。
モータコントローラ
センサ信号（流量、圧力、周囲温度、プレート温度および湿度）のＣＰＵインタフェース
ＳＤカード用のＣＰＵインタフェース
イーサネットコントローラ用のＣＰＵインタフェース
ブザーブロック用のＣＰＵインタフェースおよびコントローラ

ブザーブロックは、ボタン押しおよび警報の聴覚フィードバックを提供するために使用される。

センサＡＤＣは、流量、圧力およびプレート温度のセンサ信号のアナログ−デジタル変換を含む。圧力センサは、発生した空気流の圧力を測定する。空気流の速度を測定するために、差圧技法が使用される。これは、加湿器コントローラのためのプレート温度フィードバックを含む。電源はＤＣ入力を取り込み、４つの電圧を発生する。ヒータブロックは、加湿器ヒータプレートの制御のためのスイッチング機構および分離機能を含む。ＳＤカードブロックは、ＳＤカードホルダと、ＦＰＧＡブロックとＳＤカードのインタフェースをとるのに必要な論理回路とからなる。ＲＳ２３２ブロックまたはイーサネットブロックは、シリアル接続用またはＬＡＮ接続用どちらかのコネクタを含む。

本発明は、ＦＰＧＡがモータの動作を制御することを含む。ＣＰＵインタフェースは、マイクロプロセッサがＦＰＧＡを制御できるようにする。デコーダは、インタフェース用のチップ選択を実行する独立ブロックである。センサＡＤＣインタフェースは、シリアルからパラレルへの変換を実行する。このインタフェースはチャネルを読み込み、その結果を、ＣＰＵインタフェースを介してアクセス可能なレジスタに格納する。温度インタフェースは、温度センサのシリアルからパラレルへの変換を実行する。温度は、ＣＰＵインタフェースを介してアクセス可能なレジスタに格納される。湿度インタフェースは、ガス送出デバイスの主ＰＣＢからの湿度信号に対して周期的測定を実行する。その結果は、ＣＰＵインタフェースを介してアクセス可能である。ブザーコントローラは、好ましくは圧電ブザーであるブザーを駆動するための方形波信号を発生する。その周波数およびデューティサイクルは、ＣＰＵインタフェースを介してプログラム可能である。

カードコントローラは、ガス送出デバイスのカードにアクセスするための読出しおよび書込みバッファリングを含む。これは、プロセッサによる処理を軽減するように設計される。

ソフトウェア／ファームウェアの説明
本発明は、プリエンプティブマルチタスクシステムであるファームウェアを含む。ガス送出デバイスファームウェアに対する主要部は以下のものを含む。
カーネル
故障タスク
自動ＣＰＡＰアルゴリズム
加湿器タスク
ＳＤカードタスク
命令タスク
通信タスク
表示装置タスク
ウォッチドッグタスク
ＦＰＧＡダウンロード機能
ファームウェアアップグレード機能
リアルタイムクロック機能

Ｅ^ＥＰＲＯＭ機能
カーネルは基本的なＯＳであり、タスク間のスワッピングを調整し、割込みハンドリングおよびＱＳＰＩアクセスなどの低レベルタスクを処理する。故障タスクは、優先順位が最も高いタスクである。これは、モータが故障状態にないかを監視し、次いで適切な処置をとって運転停止させ、故障を報告する機能を果たす。加湿器タスクは、加湿器ヒータを制御する機能を果たす。これは、現在の周囲温度および湿度に基づいて、特定の量の湿度を生成するためにヒータにどれだけの電力を加えるかを制御する。ＳＤカードタスクは、アルゴリズムタスク、故障タスク、および加湿器タスクによって生成されたデータをＳＤカードにログ記録する。命令タスクは基本的な監視プログラムであり、本発明品をシリアルポートまたは１０／１００イーサネットポートを介して制御できるようにする。通信タスクは、シリアルポートまたは１０／１００イーサネットポートのどちらかを制御することになる。表示装置タスクは、ＬＣＤおよびブザーを制御する。これはまた、ユニットの警報／時計機能も提供する。残りの４つの部分は、ガス送出デバイスの様々な部分へのアクセスを提供するユーティリティ機能の組を含む。これらは、ＦＰＧＡダウンロード、リアルタイムクロックインタフェース、Ｅ^ＥＰＲＯＭアクセス、およびＦＬＡＳＨ／ファームウェア再プログラミングを含む。

加圧ガス送出システムの図である。 ガス送出デバイスのモータコントローラの図である。 モータ電流感知回路を示す図である。 モータコントローラのブロック図である。 モータコントローラＰＷＭの動作を示す図である。 ガス送出デバイスの加湿器構成要素を示す図である。 動作制御用キーパッドを有するガス送出デバイスの電子サブシステムの機能ビルディングブロックを示す図である。 ガス送出デバイスの透視図である。 ブロワの、断面部分がある側面図である。 ブロワの、断面部分がある側面図である。 ガスフィルタの透視図である。 水リザーバがガス送出デバイスの外部に置かれた、ガス送出デバイスの上部透視図である。 水リザーバがガス送出デバイスの内部に動作状態で配置された、ガス送出デバイスの上部透視図である。 ガス送出デバイスの長手方向断面の側面図である。 ガス送出デバイスの音ハウジング内に配置したブロワの上面図である。

Claims (21)

1. 呼吸に適したガスを患者まで送出する装置であって、
   加圧ガスを送出するブロワと、
   ガスを加湿するための水リザーバと、
   ヒータと、
   前記ブロワおよび前記水リザーバを収容するためのケーシングと、
   前記水リザーバの単一のポートに係合するガス入口およびガス出口と、
   前記出口から患者までガスを導くための導管と
   を備えたことを特徴とする、装置。
2. 呼吸に適したガスを患者まで送出する装置において、
   音ハウジング内に配置され、加圧ガスを送出するブロワと、
   前記ブロワおよび水リザーバを収容するためのケーシングと、
   前記水リザーバ内の水を加熱するヒータと
   ガス入口およびガス出口と、
   取外し可能な透明ケーシング内に収容されたガスフィルタと、
   前記出口から患者までガスを導くための導管と
   を備えたことを特徴とする、装置。
3. 呼吸に適したガスを患者まで送出する装置において、
   加圧ガスを送出するブロワと、
   前記ブロワを収容するためのケーシングと、
   ガス入口およびガス出口と、
   前記出口から患者までガスを導くための導管と、
   前記ブロワの近傍に少なくとも１つのプレナム室と少なくとも１つの共鳴手段と
   を備えたことを特徴とする、装置。
4. 水リザーバと、前記水リザーバ内の水を加熱するためのヒータとをさらに備える、請求項３に記載の装置。
5. 前記導管がガス流入用およびガス流出用の同心導管を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記ガス流入導管が内側導管を含む、請求項５に記載の装置。
7. 前記装置が、動作の際にほぼ水平からほぼ垂直までの任意の都合がよい角度で、前記水リザーバからの液体のこぼれがなく利用可能である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 呼吸に適したガスを患者まで送出する装置において、
   加圧ガスを送出するブロワと、
   前記ガスを加湿するための水リザーバと、
   ヒータと、
   前記ブロワおよび前記水リザーバを収容するためのケーシングと、
   ガス入口およびガス出口と、
   前記出口から患者までガスを導くための導管と
   を備え、
   動作の際にほぼ水平からほぼ垂直までの任意の都合がよい角度で、前記水リザーバからの液体のこぼれがなく利用可能としたことを特徴とする、装置。
9. 前記ガス入口およびガス出口が前記水リザーバの単一の開口と係合する、請求項１、２、４、５、６、７または８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記導管がガス流入用およびガス流出用の同心導管を含む、請求項８または９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記ガス流入管が内側導管を含む、請求項１０に記載の装置。
12. 前記装置が、動作の際にほぼ水平からほぼ垂直までの任意の都合がよい角度で、前記水リザーバからの液体のこぼれがなく利用可能である、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 取外し可能な透明ケーシング内に収容されたガスフィルタをさらに備える、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 気密に前記水リザーバと係合する蓋をさらに備える、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 呼吸に適したガスを患者まで送出する装置において、
    加圧ガスを送出するための出口を有し、モータ室、２つの出口通気路、および弁室から構成され、ガス圧または流量を迅速に変える手段を含むブロワと、
    前記ブロワおよび前記水リザーバを収容するためのケーシングと、
    ガス入口およびガス出口と、
    取外し可能な透明ケーシング内に収容されたガスフィルタと、
    前記出口から患者までガスを導くための導管と
    を備えたことを特徴とする、装置。
16. 前記ガス圧または流量を変える前記手段が少なくとも１つのインペラである、請求項１５に記載の装置。
17. 時間を知らせる手段をさらに含む、請求項１〜１６のうちいずれか一項に記載の装置。
18. ガス送出デバイス内のブロワのモータを制御する方法において、
    インペラの回転位置を求めるステップと、
    インペラの速度を求めるステップと、
    前記インペラの速度を制御するために巻線励磁のタイミングを調整するステップと
    を有することを特徴とする、方法。
19. 呼吸に適したガスを患者に送出する方法において、
    インペラを用いて雰囲気ガスを加圧するステップと、
    前記雰囲気ガスを加湿するステップと、
    前記加湿ガスを患者の気道まで導くステップとを含み、
    前記加圧するステップが、単一のセンサ手段を用いてインペラの位置を検出するステップと
    を有することを特徴とする、方法。
20. 前記単一のセンサ手段がホール効果センサである、請求項１９に記載の方法。
21. 添付図面につき説明したガス送出デバイスまたはシステム。

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