KR20020042651A - 습도 조절기 - Google Patents

Abstract

가습기와 가열 도관(116)을 포함하고 있고, 환자에게 소망의 레벨의 습도로 가습된 가스를 공급하기에 적합한 호흡 보조 장치가 개시된다. 가습기는 소망의 레벨의 습도로 환자에게 가스를 공급하기 위해 가스 유량의 파라미터를 판정하고, 가습기로 입력되는 적합한 전력을 판정하는 조절기를 포함한다. 두번째 실시예에서, 도관 히터(116)가 제공되고, 조절기는 도관히터가 조절기에 정확하게 접속되어 있는지 판정한다. 외부 센서가 설치되어서 장치가 간단해지고, 부피가 가벼워진다.

Description

습도 조절기{HUMIDITY CONTROLLER}

환자의 호흡을 돕는 많은 방법이 당업자에게 공지되어 있다. 지속적인 상기도 양압술 또는 CPAP는, 통상적으로 코 마스크에 의한 환자로의 가압 공기의 투여를 포함한다. 숨을 들이쉴 때, 상기도의 반복적인 허탈(collapse) 상태인, 코골음이나 폐쇄성 수면 무호흡증의 치료에 사용된다. 양의 압력이 상기도를 오픈해서 허탈을 방지한다. CPAP를 가지고 OSA를 치료하는 것은 효율이나 안전면에서 입증되었지만, CPAP는 사용하기 어렵고, 특히 치료 초기 단계에서 대다수의 환자들은 심각한 부작용을 경험한다.

상기도 증후군은 CPAP를 가지고 치료하는 것에 역효과를 준다. 점막의 건조는 환자를 불편하게 해서 밤에 잠을 깨울 수 있다. 반동성 코막힘은 바이러스 감영과 유사하게 다음날 나타나는 것이 통상적이다. 상기도 증후군은 치료되지 않으면, CPAP 사용율에 역효과를 준다.

비강 내성(nasal resistance)의 증가는 인두에 CPAP가 전달되는 레벨에 영향을 줄 수 있어서 치료 효과를 감소시킨다. 각각의 압력은 CPAP를 사용해서 각각의환자에 대해 결정될 수 있고, 이 압력은 마스크에 설정된다. 비강 내성의 변화는 인두에 전달되는 압력에 영향을 끼쳐서 변화가 상당히 크다면, 코골음 또는 기도 허탈이 반복될 수 있다.

이러한 증후군은 환자가 인공 호흡 장치를 사용하고 있는 병원환경에서도 나타날 수 있다. 이러한 상황에서는 환자에게 관이 투입되는 것이 전형적이다. 따라서 식도의 조직에 염증이 발생할 수도 있고, 부어 오를 수도 있어서 환자의 피로와 있을 수 있는 인공 호흡 장치의 문제를 발생시킨다.

이러한 상기도 증후군을 치료하기 위해, 비강 질병을 감소시키기 위한 약제나 침실을 따뜻하게 하는 등의 다수의 방법이 사용될 수 있다. 가장 통상적으로 사용되는 방법은 일반적인 가습기를 사용해서 호흡하는 공기를 가습하는 것이다. 두가지 종류의 가습기가 통상적으로 사용된다. 콜드 패스오버 가습기는 물의 넓은 표면적으로의 노출을 통해서 공기를 가습하는 것에 의존한다. 이들은 가격이 저렴한 반면에, 전형적으로 약 25L/min의 유량에서 2 내지 4mg/L의 절대습도로 높은 유량에서 습도의 출력은 낮다. 이 출력은 점막 건조를 방지하기에는 불충분하다. 가열식 가습기는 높은 유량에서도 높은 레벨의 습도를 생성할 수 있다. 이들은 상기도 점막 건조를 방지하고, 상기도 증후군을 치료하는 가장 신뢰할만한 수단이다.

이들 실제 시스템중 어느 것도 가습기를 환자에게 접속시키는 튜브내에서 응축(또는 레인 아웃(rain out))을 약간씩 가질 것이다. 응축의 정도는 주위온도에 따라 상당히 변하고, 주위 온도와 가스온도의 차가 커질수록 더 커진다. 호흡 튜브내에서 많은 양의 물이 형성되면, 환자에게 심각한 불편을 야기시키고, 가스의 냉각을 가속시키고, 심지어 튜브를 막을 수도 있고, 혹은 환자에게 쏟아질 수도 있다. 또한, 환자는 주위 온도와는 상당히 다른 온도로 호흡 가스가 공급될 때, 불편을 느낄 것이다. 또한 과도한 응축은 가습 챔버내의 물의 사용을 비효율적이게 한다.

병원 환경내의 대기의 주위온도가 예를들어, 에어 컨디셔닝에 의해 제어되는 병원 환경에서, 상기 장치에 의해 공급되는 가습된 가스에 대한 적합한 온도는 도관내의 응축을 방지하기 위해 주위 온도에 매우 가까운 설정 온도 파라미터내에서 제어될 수 있다. 그러나, 가스가 환자에게 실제로 공급될 때, 가스의 온도와 습도를 양호하게 제어할 필요가 있다.

유저가 가정에서 가습 장치를 사용할 필요가 있는 재택 요양 환경에서, 대기 및 가스의 온도의 범위는 병원환경의 범위를 훨씬 초과한다. 재택 요양 환경에서, 유저는 도관의 단부에 연결된 안면 마스크를 착용할 것이고, 이러한 가습기는 호흡 및 수면 무호흡증의 치료를 위해 및/또는 송풍기 또는 CPAP 디바이스와 함께 재택 가정 환경에서 사용될 수 있다. 또한 공지된 패스오버 가습 기술을 사용하는 액티브 가습기는 통상적으로 사용되지 않는다.

피셔 앤 패이켈의 미국 특허 제 5640951호에는, 가습식 호흡 보조 장치용 가열 도관이 개시되어 있고, 상기 가열 도관의 단부에는 열 프로브가 존재한다. 도관을 가열함으로써, 도관내의 응축과 관련된 문제를 극복할 수 있다. 그러나, 공급되는 가스의 온도(및 도관 히터 소자에 입력되는 전력)에 대한 폐 루프 제어를 실현하기 위해, 공급되는 지점에 가능한 한 가깝게 온도를 측정할 필요가 있다. 그 목적에 포함되는 온도 프로브 및 이에 연결된 배선은 안면 마스크에 부착되거나 튜브가 투입된 환자에게 크게 부착되어서, 환자에게 더 불편을 준다. 따라서, 가습식 호흡 보조 장치용 가열 도관이 도관의 단부에 온도 프로브를 사용하지 않고도 실시될 수 있다면 이점을 가질 것이다. 또한 도관 히터가 작동되었을 때, 정확하게 동작하고 있다는 것을 나타내는 표시장치를 구비하는 것도 이점을 가질 것이다.

본 발명은 호흡 보조 기구에 관한 것이고, 상세하게는 이뿐만 아니라 환자의 호흡을 돕기 위해 최적의 습도와 온도의 가스를 공급하는 것이 관한 것이다.

도 1은 호흡식 가습기 시스템을 도시한 도면,

도 2는 도 1의 호흡식 가습기 시스템의 가습기 받침대를 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예의 가습기를 제어하는 제어 시스템의 블록도,

도 4는 호흡 도관내의 히터 배선을 제어하기 위해 사용되는 알고리즘의 흐름도,

도 5는 히터 플레이트의 온도가 시간에 대해 어떻게 변하는지를 도시한 도면,

도 6은 유량에 대한 히터 플레이트의 전력을 도시한 그래프,

도 7은 도관 히터 소자 전력과 유량의 그래프.

본 발명의 목적은 사용 선택에 따라서 상기 단점을 극복하고, 적어도 공공 또는 산업용을 제공하는 호흡 보조 장치를 제공하는 것이다.

제 1 태양에 따라서, 본 발명은 소망의 레벨의 습도 또는 소망의 온도로 가습된 가스를 환자에게 공급하기에 적합한 호흡 보조 장치로 구성되고, 상기 장치는:

전기 입력 전력을 포함하고, 환자에게 공급하기 이전에, 가습 수단으로의 상기 입력 전력에 따라 변하는 습도의 레벨까지 상기 가스를 가습할 수 있는 가습 수단,

상기 가습 수단으로부터 상기 환자에게 상기 가습된 가스를 공급하는 공급 경로 수단, 및

(a) 상기 장치를 지나는 상기 가스의 유량에 관한 파라미터를 판정하는 명령어,

(b) 상기 소망의 레벨의 습도 또는 상기 소망의 온도와 실질적으로 유사한 레벨의 습도 또는 온도로 상기 환자에게 상기 가스를 공급하기 위해, 상기 가습수단으로 입력되는 적합한 전력을 적어도 상기 파라미터에 기초해서 결정하는 명령어,

(c) 상기 가습 수단으로의 상기 입력전력에 따라, 상기 가습 수단으로의 상기 소정의 전력 입력과 실질적으로 유사한 레벨의 전력을 공급하는 명령어를 저장하고 있는 제어 수단으로 구성된다.

다른 태양에 따라서, 본 발명은 소망의 레벨의 습도 또는 소망의 온도로 가스를 가습하는 호흡 보조 장치로 구성되고, 상기 장치는:

상기 가습 수단으로의 상기 입력 전력에 따라 변하는 레벨의 습도까지 상기 가스를 가습할 수 있는 전기 입력 전력을 구비한 가습 수단, 및

(a) 상기 장치를 통과하는 상기 가스의 유량에 관한 파라미터를 판정하는 명령어,

(b) 상기 소망의 레벨의 습도 또는 상기 소망의 온도와 실질적으로 유사한 습도의 레벨 또는 온도로 상기 가스를 가습하기 위해, 상기 가습 수단으로 입력되는 적합한 전력을 상기 파라미터에 기초해서 판정하는 명령어

(c) 상기 가습 수단으로의 상기 입력 전력에 따라, 상기 가습 수단으로 입력되는 상기 적합한 전력과 실질적으로 유사한 레벨의 전력을 공급하는 명령어가 저장된 제어수단을 포함한다.

또 다른 태양에 따라서, 본 발명은 소망의 레벨의 습도 또는 소망의 온도로 상기 가습된 가스를 환자에게 공급하기에 적합한 호흡 보조 장치로 구성되고, 상기 호흡 보조 장치는:

상기 가스를 환자에게 공급하기 이전에, 가습 수단으로의 상기 입력 전력에 따라 변하는 습도의 레벨까지 상기 가스를 가습할 수 있는 전기 입력 전력을 구비한 가습 수단,

상기 가습 수단으로부터 상기 환자에게 상기 가습된 가스를 공급하는 공급 경로 수단, 및

전기 입력 전력을 구비하고, 상기 공급 경로 수단과 연결된 경로 가열 수단,

상기 가습 수단 및 상기 경로 가열 수단으로 상기 입력 전력을 공급하고, 상기 가열 수단이 제어 수단에 정확하게 접속되어 있고, 소정의 한도내에서 동작하고 있음을 나타내는 제어 출력을 제공하는 제어 수단, 및

상기 제어 수단과 상기 경로 가열 수단을 전기적으로 접속시키고, 사용시에 상기 제어 출력에 접속된 인디케이터를 포함하는 접속 수단,을 포함하고,

상기 공급 경로 수단을 통해 흐르는 가스는 상기 경로 가열 수단으로의 상기 입력 전력에 따라 변하는 레벨의 가열에 의해, 상기 경로 가열 수단에 의해 직간접적으로 가열되고,

상기 경로 가열 수단이 상기 제어 수단에 정확하게 접속되어 있고, 소정의 한도내에서 동작할 때 상기 제어 수단이 상기 인디케이터를 작동시킨다.

당업자에게, 본 발명의 상이한 실시예 및 애플리케이션 및 구성의 많은 변화가 첨부된 청구의 범위에 한정된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 제안될 것이다. 여기에 개시된 개시물 및 설명은 단지 실시예일뿐 한정하려는 의도는 아니다.

병원 환경 또는 재택 요양 환경에서 사용되는 것에 관계없이 본 발명은 관련된 2개의 요부인 장치를 일반적으로 구비한다. 먼저, 액티브 가습기인데, 이것은 물을 가열하는 히터 플레이트의 온도를 제어하여 소망의 가습되는 가스의 온도 및 습도를 달성하도록 제어한다. 두번째로, 가습기로부터 환자에게로의 공급 도관이 또한 필요한데, 이것은 응축 또는 "레인 아웃"을 감소시키기 위해 가열되는 것이 바람직하다.

도 1에서, 병원내에서 사용되는 것과 같은 가습 장치가 전체적으로 1로 도시되어 있다. 이 장치는 열 접촉되거나 전기 가열 소자를 갖는 가열 플레이트(20)를 포함하는 가열 소자 및 제어 회로, 예를 들어, 이 가열 소자로의 에너지의 공급을제어하는 마이크로프로세서를 포함할 수 있는 전자 회로를 포함하는 본체(2)를 포함한다. 이 본체(2)는 가스를 가습시키는 물을 포함하는 가습 챔버(3)에 착탈가능하게 맞물려 있다. 보다 상세하게 가습 장치를 도시하는 도 2에서, 가습 챔버(3)는 가습기 장치상의 칼라(24)와 맞물리는 에지를 갖는다. 가습될 가스는 예를 들어, 가스 입구(4)를 통해 챔버에 공급되는 공기, 산소 및 마취제의 혼합물일 수 있다. 이 가스 입구(4)는 환풍기에 연결될 수도 있고, CPAP 요법인 경우에 CPAP블로워에 연결될 수도 있다. 또한 가스 출구(5)가 제공되고 이 가스 출구(5)는 도관의 단부(7)에 있는 튜브가 투입된 환자와 같은 멀리 떨어진 목적지에 가습된 가스를 이동시키는 도관(6; 도 1)에 연결된다. 대안으로, 이 도관의 단부(7)는 부착되어 있는 가스 마스크를 갖는데, 이 마스크는 CPAP 요법의 공급에 있어서, 호흡을 위해 사용자에게 가습된 가스를 공급하도록 사용자의 코 및/또는 입을 덮도록 사용된다. 가습기 히터 플레이트(20)는 제어 수단이 가열 플레이트의 온도를 모니터하도록 장치의 본체(2)내의 전자 제어 회로와 전기적으로 연결되어 있는 온도 트랜스듀서(8)를 갖는다.

가열 소자(10)는 도관내의 가습된 가스의 응축을 방지하기 위해 도관(6)내에 제공된다. 이러한 응축은 도관 내의 가습된 가스의 온도 보다 보통 더 낮은 주변 온도(둘러싸고 있는 대기의 온도)에 가까운 도관의 벽의 온도 때문에 발생한다. 가열 소자는 도관을 통한 이동 동안 이동을 통해 가스로부터 손실된 에너지를 효과적으로 보충한다. 따라서 도관 히터 소자는 공급되는 가스가 최적의 온도 및 습도에 있도록 보장한다.

본 발명은 최소한 히터 플레이트를 제어하는, 바람직하게는 가습기 챔버내에서 또는 도관내에 위치된, 임의의 센서없이 도관 히터 소자를 또한 제어하는 수단을 제공한다. 이것은 조절기에 이미 유용한 파라미터를 사용하는 가습기를 통하여 가스의 유량을 산정함으로써 달성된다. 그후에, 주어진 가습기에 대하여 적합한 레벨의 전력이 환자에게 공급되는 가스의 소망의 온도를 달성하기 위해 히터 플레이트에 인가하도록 결정될 수 있다. 또한 이 적합한 레벨의 전력은 이러한 도관 히터 소자에서 보다 적합한 레벨로 작동시키기 위해 사용될 수 있다. 이것은 부수적인 센서의 비용을 절감할 뿐 만 아니라, 장치가 도관의 단부에 연결될 수 있게 하여 더 단순해지고 더 가벼워지게 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 도 3에 도시된 조절기(100)는 (존재한다면) 도관 가열 소자(116)에 공급된 전력(114)은 물론 히터 플레이트(110)에 공급된 전력(108) 모두를 제어하도록 입력의 범위를 사용한다. 특정 애플리케이션에서 이 조절기는 또한 블로워 팬과 같은 보조 장치에 제어 명령을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 대안으로, 내부 알고리즘(106)을 사용하여 조절기(100)는 가습기 챔버의 상부에서 가스의 소정의 온도 및/또는 온도를 달성하기 위해 가습기 히터 플레이트(110)에 공급될 전력(108)을 산정한다(또는 소정의 전력을 달성하기 위해 온도를 산정한다). 그후에, 환자(118)에게 전달되는 가스의 최적의 온도 및/또는 습도를 달성하기 위해 가습기 히터 플레이트(110) 및 도관 히터 소자(116)에 공급될 적합한 전력(114)을 산정하기 위해 제2 알고리즘(102)을 사용한다.

도 4를 참조하면, 가습기가 개시되면, 조절기는 히터 플레이트 및 만약 제공된다면 도관 히터 소자를 제어하는 관리 알고리즘을 실행한다. 우선 히터 플레이트는 40℃의 온도로 제어되고, 도관 히터 소자는 예를들어 50%의 듀티 사이클로 작동될 수 있다. 히터 플레이트 온도(또는 대안적으로 히터 플레이트에 공급되는 전력)는 안정된 레벨로 설정될 때까지 모니터된다. 효율적으로는, 창(132)이 히터 플레이트 온도 프로파일(134)상에 놓여지고, 그 예는 도 5에 도시되어 있다. (창(132)의 전체주기 상의)프로파일(134)은 창(132)의 범위내에 맞춰져 있을 때를 안정된 상태로 보는 것이 효율적이다. 일단 이 상태가 되면 조절기는 계산단계로 들어간다.

우선, 후술될 다수의 방법 중 하나를 사용해서 가스(136)의 유량을 계산한다.

두번째로, 가스의 유량을 알고, 이후에 알고리즘은 소망의 히터 플레이트 전력(대안적으로는 히터 플레이트 온도)을 계산해서(138) 가스의 소망의 온도/습도(대안적으로는 히터 플레이트 전력)를 달성한다. 이 관계는 본 발명에 참조로서 포함된 미국 특허 제 5640951호에 개시된 가습기 및 가열 도관을 사용해서 실험적으로 판정된다. 임의의 다른 배열에 대한 실제 관계는 실험적으로 판정되거나 이론적으로 계산된다. 예를들어 37℃의 가습기를 나오는 가스의 소망의 온도에 대해, 히터 플레이트에 공급되는 전력(P_HP), 가스의 유량(F_gas) 및 주위온도(T_amb)사이의 관계는 도 6에 도시되어 있다. 이로부터, 조절기가 히터 플레이트에 공급하는 전력의 근사 레벨을 판정하기 위해 사용할 수 있는 근사 전체 배수 방정식을 사용해서 추정된다.

P_HP=(-0.1239×T_amb+5.383)×F_gas+(-0.3112×T_amb+10.738)

세번째로, 상기 알고리즘은 도관 배선(140)에 입력되는 적합한 전력을 계산해서 소망의 온도의 가스를 환자에게 공급한다. 공지된 유량으로 가스를 흐르게 하고, 일단 공지된 또는 가정된 주위 온도에서 대기로 둘러싸인, 공지된 특성을 갖는 도관을 가스가 통과하면, 가스의 계산된 온도를 계산할 수 있다. 도관의 온도 특성은 공지되어 있거나 실험에 의해 계산할 수 있다. 이들 관계는 미국 특허 제 5640951호에 개시된 바와 같은 가습기 및 가열 도관을 사용한 실험 데이터에 기초한다. 임의의 배열에 대한 실제 관계는 실험에 의해 판정되거나 이론적으로 계산될 것이다. 도관 입구 가스의 온도가 37℃이고, 환자에게 공급되는 가스의 온도가 40℃이면, 가스의 유량(F_gas), 도관 히터 소자에 입력되는 전력(P_c), 주위 온도(T_amb)사이의 관계는 도 7에 도시된다. 이는 전체 대수 방정식에 외삽된다.

P_c=(0.0005*T_amb+0.0169)F_gas ²-[10^-5*T_amb ³-0.0042*T_amb ²+0.2189*T_amb-3.0075]F_gas-1.0169*T_amb+38.956

실제로, 이 관계는 P_c가 T_amb만 따르므로, 간단해 질 수 있다. 도관 히터 소자가 히터 플레이트만큼 중요하지 않기 때문에, 이는 도관 히터 소자에 대해 적용가능한 근사치이다.

일단 히터 플레이트 및 도관 히터 소자가 적합하게 작동되면, 조절기는 변수의 임의의 변화에 대해 시스템을 계속 모니터한다(142). 이렇게 하는 주요 이유는 과열, 즉, 유량이 갑자기 적어지는 경우에 가스의 온도가 위험하게 높아질 수 있는 것을 방지하기 위한 것이다.

효과적으로 모니터하기 위해, 두가지 방법이 사용된다. 첫째는 유량이 모니터되고 두번째로 (시간에 대한) 유량의 변화가 또한 모니터되는 것이다. 제1 블록(144)은 시스템내의 임의의 변화에 시스템이 응답할 수 있게 하는 것이다. 제2 블록(146)은 과열를 방지하기 위한 고속응답하는 시스템이다. 효과적으로, P_HP또는 T_HP가 제어되는 상수인 경우에, 다른 변수를 모니터함으로써 유량에서의 임의의 변화 또는 재계산을 필요로 하는 임의의 다른 변수를 표시하게 된다.

유량을 모니터하기 위하여 유량과 밀접한 관련이 있는 (P_HP/T_HP로 정의된) 변수 x는 지속적으로 계산되고 모니터된다. 이 유량이 올라가면 의사 판독 및 불필요한 계산을 방지하기 위해, 조절기가 재계산을 시작하기 전에 30분 지연이 있게 된다. 유량이 내려가면 공급되는 가스가 일시적일지라도 너무 뜨거워질 어떠한 가능성을 방지하기 위해, 조절기가 재계산하기 전에 30초의 지연이 있게 된다.

큰 스텝 변화가 발생하는 경우에 조절기는 빠르게 반응할 필요가 있다. 그러한 경우에, 그 동안의 임의의 계산은 무의미하기 때문에 조절기는 초기 조건으로 재설정되어 시스템이 다시 안정화될 때까지 대기한다. 이를 달성하기 위해 dx/dt가 계산되고 모니터된다. 네거티브 값이 더 위험한 반면, 특정 값에서의 임의의 편차는 조절기를 재설정한다.

본 발명의 대안의 실시예에서 예상되는 히터 플레이트 온도는

T_HP=-7.3319*Ln(F_gas)+63.655

을 사용하여 계산되고 실제 히터 플레이트 온도가 5℃ 보다 더 많은 편차를 갖는다면 프로그램은 적합한 전력을 재계산한다.

따라서, 요약하면 조절기는 다음 단계, 즉,

1) 모든 변수를 일정하게 유지하는 가스의 유량을 산정하는 단계(136)

2) 가습 챔버내의 가스의 특정 온도/습도를 달성하기 위해 소망의 히터 플레이트 전력/온도를 산정하는 단계(138)

3) 소망의 출력 온도(140)를 달성하기 위해 히터 배선으로의 전력 입력을 계산하는 단계(140)를 수행한다.

i) 가스의 유량이 감소되는 경우,

ii) 주변 온도가 감소되는 경우,

iii) 주변 온도 및 가스 온도 사이의 차가 증가하는 경우,

보다 많은 레벨의 전력이 도관 히터에 공급될 것이라는 것을 이해할 것이다.

또한, 전력과는 반대로 (폐루프 제어를 사용하여) 히터 플레이트 온도가 설정값으로 제어될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 경우에 공급된 전력은 시스템 안정도를 측정하기 위해 모니터된다. 더욱이, 관계식이 대수적으로 표현된 경우에는 동일하게 룩업 테이블내에 저장될 수 있다.

유량 산정의 제1 바람직한 실시예

일반적으로 병원 설정으로 사용될 때 본 발명에서 설명된 것과 같은 가습기는 튜브가 투입된 환자에게 가습된 가스를 공급하기 위해 호흡기와 함께 사용될 것이고, 또는 가능하다면 호흡 마스크를 사용할 것이다. 이러한 가습기는 호흡기와 독립적으로 효과적으로 작동할 것이고 따라서, 내장된 센서에만 기초하여 모든 제어 판정을 내려야 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 가습 챔버를 통과하는 가스의 유량은 먼저 가습기 히터 플레이트에 대해 적합한 전력 입력값을 히터 플레이트의 측정 온도(112)와 비교함으로써 산정될 수 있다. 사실상, 가스의 유량이 많을수록 소정의 히터 플레이트 온도를 달성하기 위해 히터 플레이트에 의해 요구되는 전력량은 더 많아진다. 따라서 주어진 시스템에 대하여 피터 플레이트로의 전력 및 소정의 히터 플레이트 온도에 대한 유량 사이의 관계는 실험에 의해 판정되거나 이론적으로 계산될 수 있다. 다시 미국 특허 제 5640951호에 개시된 것과 같은 가열 도관 및 가습기를 사용할 때 다음의 실험적으로 판정된 관계식,

을 사용하는데, 여기에서 P_HP는 50℃의 안정 상태에서 소정의 히터 플레이트 온도를 달성하기 위해 히터 플레이트에 인가된 전력이고, T_amb는 주변 온도이고 F_gas는 가스 유량이다.

이러한 방법은 주변 온도가 고도의 신뢰도로 보장될 수 있는 병원 요양 환경에서 더 적합하다는 것을 이해할 것이다.

유량 산정의 제2 바람직한 실시예

재택 요양 환경에서 본 발명은 지속적인 상기도 양압술(CPAP) 디바이스 또는 여기에 참고문헌으로 참조된 미국 특허 제 6050260내에 개시된 것과 같은 팬을 포함하는 그러한 다른 호흡 장치와 연결하여 자주 사용될 것이다. 이러한 애플리케이션에서 데이터가 용이하게 교환될 수 있도록 다양한 디바이스의 조절기를 함께 연결하는 것이 가능할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 그러한 경우에 가스의 유량은 팬 또는, 제공되는 경우에 플로우 센서로부터 입수가능한 정보로부터 직접 산정될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시예에서 유량은 팬의 로딩에 기초하여 산정된다. 일반적으로 팬은 특정 속도로 동작하고 그래서 일정한 압력 출력을 전달하도록 제어된다. 가스의 유량은 유량 경로에서의 제한 정도에 의존한다. 차례로 특정 속도를 유지하기 위해 특정 전력 입력이 팬에 대해 요구된다. 따라서, 실제 유량 및 팬으로의 전력 입력 사이의 대수학적 관계식은 알려진 특성에 대해 전개될 수 있다. 이러한 관계식은 실험에 의해 판정되거나 특정 모터 특성을 사용하여 이론적으로 계산될 수 있다.

모터가 끌어내는 공급원으로부터 모터상의 로딩을 판정하는 다수의 방법이 당업 분야에서 알려져 있다. 이러한 가장 간단한 방법은 도 3에 나타낸 바와 같이 팬(150)으로부터 나오는 기류(148)를 먼저 측정하는 것이다. 이 기류(148)는 대수학적 관계식 또는 룩업 테이블이 가스의 유량을 판정하기 위해 사용되는 도관 히터 소자 조절기(102)로의 입력값이다.

예를 들어, 여기에 참조문헌으로 참조된 미국 특허 제5740795호에, 모터 전압 및 기류 모두를 사용하여 유량을 산정하는 방법이 개시되어 있다. 이것이 상술된 바와 같이, 하나의 방법을 나타내고 있지만, 오직 기류에만 기초하는 것과 같은 다른 방법이 동일하게 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

유량 산정의 제3 바람직한 실시예

제 2 실시예에서 언급된 바와 같이, 특정 경우에 플로우 센서가 미리 가스 플로우 경로에 제공될 수 있다. 이것이 그러한 경우일지라도, 가스 유량(152)은 도 3에 나타낸 바와 같이, 플로우 센서(154)로부터 직접 유도되고 가습기 조절기(100)로의 입력으로서 사용될 수 있다. 그래서 본 실시예는 도 4에 도시되고 앞서 설명된 알고리즘에 따라 히터 플레이트(110) 및 도관 히터 소자(116)에 인가하기 위한 전력을 결정하기 위해 도관 히터 소자 조절기(102)에 직접 사용된다.

히터 배선 어댑터

도관 히터 소자를 가습기내의 전원에 연결하기 위해, 어댑터 케이블이 필요하다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 어댑터(200)는 도 1에 도시된 바와 같이 어댑터가 플러그 인되었을 때 도관 히터 소자가 바르게 동작하고 있는지를 나타내기 위해 인디케이터(202)를 포함한다.

가습기 조절기는 도관 히터 소자를 연속적으로 검출하고 그 소자가 바르게 동작하고 있는지를 판정한다. 이것을 가습기 조절기는 도관 히터 소자를 간헐적으로 작동함으로써 행하고, 예상된 기류가 나타나면 가습기 조절기는 인디케이터(예를 들어 LED)를 작동시킨다(204).

상기에서 설명된 바와 같이 본 발명은 호흡 요법중인 환자에게 가습가스를 공급하기 위해 가습기내의 히터 플레이트 온도를 제어하는 새로운 방법 및 장치를 제공한다. 이것은 부수적인 센서를 제거함으로써 시스템을 더 간단하게, 더 싸게 그리고 더 가볍게 하는 장점이 있다. 또한 본 발명은 도관 히터 소자의 작동을 효과적으로 제어할 수 있게 하여, 시스템을 전체적으로 가능한 한 효율적으로 함은 물론 올바르게 동작하도록 보장한다.

Claims (17)

1. 소망의 레벨의 습도와 소망의 온도로 가습된 가스를 환자에게 공급하기에 적합한 호흡 보조 장치에 있어서, 상기 호흡 보조 장치는:

   전기 입력 전력을 포함하고, 환자에게 공급하기 이전에, 가습 수단으로의 상기 입력 전력에 따라 변하는 습도의 레벨까지 상기 가스를 가습할 수 있는 가습 수단,

   상기 가습 수단으로부터 상기 환자에게 상기 가습된 가스를 공급하는 공급 경로 수단, 및

   (a) 상기 장치를 지나는 상기 가스의 유량에 관한 파라미터를 판정하는 명령어,

   (b) 상기 소망의 레벨의 습도 또는 상기 소망의 온도와 실질적으로 유사한 레벨의 습도 또는 온도로 상기 환자에게 상기 가스를 공급하기 위해, 상기 가습수단으로 입력되는 적합한 전력을 적어도 상기 파라미터에 기초해서 결정하는 명령어,

   (c) 상기 가습 수단으로의 상기 입력전력에 따라, 상기 가습 수단으로의 상기 소정의 전력 입력과 실질적으로 유사한 레벨의 전력을 공급하는 명령어를 저장하고 있는 제어 수단,을 포함한 것을 특징으로 하는 호흡 보조 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 호흡 보조 장치는 전기 입력 전력을 구비하고, 상기공급 경로 수단과 연결된 경로 가열 수단,

   외부 온도의 표시를 제공하는 대기 온도 센서;를 더 포함하고,

   상기 공급 경로 수단을 흐르는 가스는, 가열 레벨이 상기 경로 가열 수단으로의 상기 입력 전력에 따라 변함으로써 상기 경로 가열 수단에 의해 직간접적으로 가열되고,

   상기 명령어 (b)는 상기 소망의 레벨의 습도 또는 상기 소망의 온도와 실질적으로 유사한 레벨의 습도 또는 온도로 상기 환자에게 상기 가스를 공급하기 위해, 상기 경로 가열 수단에 입력되는 적합한 전력을 적어도 상기 외부 온도의 표시에 기초해서 결정하는 것을 더 포함하고,

   상기 명령어 (c)는 상기 경로 가열 수단에 입력되는 상기 적합한 전력과 실질적으로 유사한 레벨의 전력을, 상기 경로 가열 수단으로의 상기 입력 전력에 따라 공급하는 것을 더 포함한 것을 특징으로 하는 호흡 보조 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 가습 수단은 일정량의 물을 수용하기에 적합한 가습 챔버 및 사용시에 상기 챔버내에서 수증기를 생성하기 위해 상기 물을 가열하는 물 가열 수단을 포함하고, 상기 가스는 상기 챔버내의 상기 수증기를 통과함으로써 가습되고, 상기 명령어(a)는

   ⅰ) 상기 물 가열 수단을 작동시킴으로써 상기 물을 제 1 상태로 가열하는 것,

   ⅱ) 상기 물 가열 수단의 특성을 나타내는 상기 파라미터 또는 변수를, 상기물이 실질적으로 상기 제 1 상태에 도달했다는 것을 상기 변수 또는 상기 파라미터가 나타낼 때까지 지속적으로 모니터하는 것,

   ⅲ) 적어도 상기 변수 및 상기 외부온도의 표시에 기초해서 상기 파라미터를 판정하는 것을 더 포함한 것을 특징으로 하는 호흡 보조 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 명령어(b)에서 상기 가습 수단으로의 상기 전력의 판정은 상기 외부 온도의 상기 표시에 기초한 것을 특징으로 하는 호흡 보조 장치.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 제어 수단은

   (d) 상기 파라미터 또는 상기 변수의 값을 지속적으로 모니터함으로써, 상기 파라미터 또는 상기 변수의 변화량이 제 1 임계값보다 크면, 상기 제어 수단은 상기 명령어(d)로 돌아가고, 상기 파라미터 또는 상기 변수의 변화량이 상기 제 2 임계값보다 더 크면 상기 제어수단은 명령어(a)로 돌아가는 것을 특징으로 하는 호흡 보조 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 파라미터 또는 상기 변수의 변화량이 흐름의 감소를 나타내면, 상기 제어 수단이 상기 명령어(b)로 돌아가기 전에 비교적 짧은 지연이 야기되고, 상기 변화량이 흐름의 증가를 나타내면, 상기 제어 수단이 상기 명령어(b)로 돌아가기 전에 비교적 긴 지연이 야기되는 것을 특징으로 하는 호흡 보조 장치.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 임계값은 시간에 대한 상기 파라미터 또는 상기 변수의 변화량에 기초하고, 상기 변화량이 상기 제 2 임계값을 초과하면 상기 제어 수단은 상기 명령어(a)로 돌아가는 것을 특징으로 하는 호흡 보조 장치.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 적합한 압력 및 그에 따른 유량으로, 상기 가습 수단에 가스를 공급하기에 적합한 가스 공급 수단을 더 포함한 것을 특징으로 하는 호흡 보조 장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 가스 공급 수단은 상기 가스 공급 수단으로의 전기 출력의 레벨을 나타내는 출력 신호를 제공하고, 상기 신호는 상기 가습된 가스의 유량이 결정되는 상기 제어 수단에 공급되는 것을 특징으로 하는 호흡 보조 장치.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 가스 공급 수단은 상기 변속 전기 모터에 의해 구동되는 팬을 더 포함한 것을 특징으로 하는 호흡 보조 장치.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 가습된 가스의 유량의 상기 산정은 상기 변속 모터로부터 나오는 기류에 기초한 것을 특징으로 하는 호흡 보조 장치.
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 가습된 가스의 유량의 산정이 직접 행해지는 가스 유량 센서를 더 포함한 것을 특징으로 하는 호흡 보조 장치.
13. 제 3 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 물 가열 수단의 온도의 표시를 제공하고, 상기 물 가열 수단이 끌어들이는 전력의 표시를 제공하는 챔버 감지 수단을 더 포함하고,

    상기 변수는 상기 물 가열 수단의 온도의 상기 표시 및 상기 물 가열 수단이 끌어들이는 전력의 상기 표시를 나타내는 것을 특징으로 하는 호흡 보조 장치.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 파라미터는 상기 물 가열 수단의 상기 온도로 나누어진 상기 물 가열 수단이 끌어들이는 상기 전력의 값에 따라 한정되는 것을 특징으로 하는 호흡 보조 장치.
15. 소망의 레벨의 습도 또는 소망의 온도로 가스를 가습하는 호흡 보조 장치에 있어서, 상기 호흡 보조 장치는:

    상기 가습 수단으로의 상기 입력 전력에 따라 변하는 레벨의 습도까지 상기 가스를 가습할 수 있는 전기 입력 전력을 구비한 가습 수단, 및

    (a) 상기 장치를 통과하는 상기 가스의 유량에 관한 파라미터를 판정하는 명령어,

    (b) 상기 소망의 레벨의 습도 또는 상기 소망의 온도와 실질적으로 유사한 습도의 레벨 또는 온도로 상기 가스를 가습하기 위해, 상기 가습 수단으로 입력되는 적합한 전력을 상기 파라미터에 기초해서 판정하는 명령어

    (c) 상기 가습 수단으로의 상기 입력 전력에 따라, 상기 가습 수단으로 입력되는 상기 적합한 전력과 실질적으로 유사한 레벨의 전력을 공급하는 명령어가 저장된 제어수단,을 포함한 것을 특징으로 하는 호흡 보조 장치.
16. 소망의 레벨의 습도 또는 소망의 온도로 상기 가습된 가스를 환자에게 공급하기에 적합한 호흡 보조 장치에 있어서, 상기 호흡 보조 장치는:

    상기 가스를 환자에게 공급하기 이전에, 가습 수단으로의 상기 입력 전력에 따라 변하는 습도의 레벨까지 상기 가스를 가습할 수 있는 전기 입력 전력을 구비한 가습 수단,

    상기 가습 수단으로부터 상기 환자에게 상기 가습된 가스를 공급하는 공급 경로 수단, 및

    전기 입력 전력을 구비하고, 상기 공급 경로 수단과 연결된 경로 가열 수단,

    상기 가습 수단 및 상기 경로 가열 수단에 상기 입력 전력을 공급하고, 상기 가열 수단이 제어 수단에 정확하게 접속되어 있고, 소정의 한도내에서 동작하고 있음을 나타내는 제어 출력을 제공하는 제어 수단, 및

    상기 제어 수단과 상기 경로 가열 수단을 전기적으로 접속시키고, 사용시에 상기 제어 출력에 접속된 인디케이터를 포함하는 접속 수단,을 포함하고,

    상기 공급 경로 수단을 통해 흐르는 가스는 상기 경로 가열 수단으로의 상기 입력 전력에 따라 변하는 레벨의 가열에 의해, 상기 경로 가열 수단에 의해 직간접적으로 가열되고,

    상기 경로 가열 수단이 상기 제어 수단에 정확하게 접속되어 있고, 소정의 한도내에서 동작할 때 상기 제어 수단은 상기 인디케이터를 작동시키는 것을 특징으로 하는 호흡 보조 장치.
17. 도면을 참조로 해서 설명되고, 첨부된 도면에 도시된 바와 같은 것을 특징으로 하는 호흡 보조 장치.