JP2798255B2 - 人工呼吸器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高周波の呼吸振動を与えるようにした人工
呼吸器における呼吸振動発生装置に関するものである。

（従来技術） 人工呼吸器においては、その呼吸サイクルが、健康人
と同じような周期すなわち毎分15〜20回程度とされるの
が一般的である。

一方、最近では、臨床学的に、呼吸サイクルを、10〜
30HZすなわち毎秒10〜30回程度というように極めて早く
行なうことが、ある種の肺疾患に極めて効果的であるこ
とが実証されるようになった。

このような早い呼吸サイクルを得るため、人工呼吸器
における呼吸振動発生装置というものが開発され、本出
願人により既に実用化されている。このものは、モータ
によりピストンを往復動させて、このピストンの往復動
により生じる空気の振動を、人工呼吸器の呼吸系路に与
えるものとなっている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、人工呼吸器においては、患者の肺と連通さ
れる部分の系路内は、１回の使用により患者の有する細
菌等により汚染されることになる。したがって、この汚
染される部分は、パイプ類等の安価なものは１回限りの
使用として使い捨てとされ、高価な機器類については一
旦消毒した後次の使用に供されることになる。

この患者による汚染は、高周波の空気振動を発生する
呼吸振動発生装置についても行われることになり、した
がって、この呼吸振動発生装置も１回の使用毎に消毒す
る必要を生じる。しかしながら、この呼吸振動発生装置
を消毒するにはかなりの手間を要し、この点において何
等かの対策が望まれることになる。

また一方、患者の肺に供給する空気は、加湿したもの
が要求されることになる。したがって、呼吸振動発生装
置で発生される高周波振動の空気が加湿されないまま患
者に供給されてしまうような事態は、当然に避けなけれ
ばならない。この場合、呼吸振動発生装置からの空気も
加湿することが考えられるが、この場合は加湿すべき空
気量も相当のものとなり、この点においても何等かの対
策が望まれることになる。

したがって、本発明の目的は、呼吸振動発生装置が患
者の有する細菌等による汚染されないようにすると共
に、呼吸振動発生装置からの高周波振動されている空気
に対する加湿を要しないようにした人工呼吸器を提供す
ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段、作用） 前述の目的を達成するため、本発明にあっては次のよ
うな構成としてある。すなわち、 人工呼吸器の呼吸系路と高周波の空気振動を発生する
呼吸振動発生装置との間に可動隔膜が介在され、 少なくとも前記可動隔膜と呼吸振動発生装置との間が
着脱自在として接続されている、 ような構成としてある。

このような構成とすることによって、呼吸振動発生装
置で発生された高周波の空気振動は、可動隔膜が振動す
ることによってそのまま人工呼吸器の呼吸系路に伝達さ
れることになる。また、この可動隔膜によって、上記呼
吸系路と呼吸振動発生装置との間での直接の空気の接触
が防止されるので、当該呼吸振動発生装置の汚染が防止
される。そして、可動隔膜は、呼吸振動発生装置に対し
て着脱自在として接続されているので、この可動隔膜か
ら人工呼吸器の呼吸系路側の部分を新しいのに交換し
て、次の使用に備えることができる。勿論、呼吸振動発
生装置と人工呼吸器の呼吸系路とが可動隔膜によって遮
断されているため、この呼吸振動発生装置からの空気を
加湿する必要もなくなる。

呼吸振動発生装置としては、好ましくは、ブロアとロ
ータリ式の切換バルブとによって構成するとよい。すな
わち切換バルブによって可動隔膜側をブロアの吐出口と
吸込口とに交互に連通させることによって、可動隔膜し
たがって人工呼吸器呼吸系路が振動されることになる。
このようなブロアを用いる利点は、往復動による慣性か
らの制約を受けることなく、十分な容量すなわち仕事量
を確保し得ることになる。このことは、肺の容量が大き
くなる大人の患者に対しても高周波の呼吸振動を利用し
た治療を行えるという利点をもたらす。また、切換バル
ブをロータリ式とすることによって、電磁式のON、OFF
バルブを用いるような場合に比して、その耐久性を十分
に確保できることになる。勿論、ブロアは、遠心式、軸
流式等、その形式のいかんを問わず使用し得る。

上述のブロアを利用して呼吸振動発生装置を構成する
場合は、安全性を考慮して、ロータリ式の切換バルブと
人工呼吸器の呼吸系路との間に、所定容積を有する容積
規制室を構成するとよい。これにより、例えば切換バル
ブが故障したような際に、患者の肺にこの容積規制室の
容量以上の大きな容量の空気が無制限に供給され続けて
しまうように事態が防止される。また、可動隔膜は、薄
い袋状として上記容積規制室内に配置するのが好まし
い。これにより、可動隔膜が必要以上の膨張するのが規
制される。そして、この容積規制室を画成するケース
を、呼吸振動発生装置と人工呼吸器の呼吸系路との間に
着脱自在として接続することにより、可動隔膜と共に当
該ケースが１回の使用毎に使い捨てとされ得る。特に、
この可動隔膜を収納したケースを独立した１つの部品と
することによって、既存のこの種人工呼吸器に対して容
易に本発明の適用することができる。

（実施例） 以下本発明の実施例を添付した図面に基づいて説明す
る。

第１図において、人工呼吸器の呼吸系路Ａは、共通回
路１と吸気回路２と呼気回路３とを含む。共通回路１の
一端は患者の口元に気密に接続され、この共通回路１の
他端側に対して吸気回路２と呼気回路３とが連なる。吸
気回路２は、患者へ供給する清浄エアを貯留したエアタ
ンク４に連なり、その途中には既知のエアフローメータ
５および加湿器６が接続されている。呼気回路３は大気
に解放されており、その解放度合が、電磁式の開度調整
バルブ７によって調整される。

上記呼吸系路Ａには、高周波呼吸振動発生装置Ｂが接
続されている。高周波呼吸振動発生装置Ｂは、基本的
に、圧力発生源としてのブロア11と、ロータリ式の切換
バルブ12と、を備えている。そして、ブロア11の吐出口
11aで発生される陽圧と吸込口11bで発生される陰圧と
が、切換バルブ12によって振動回路13に交互に与えられ
る。この振動回路13は、前記各回路１、２、３の各接続
部分付近において呼吸系路Ａに接続されており、これに
より呼吸系路Ａすなわち患者の肺Ｈは、振動回路13での
振動数に応じた呼吸数で、強制的に呼吸される。なお、
第１図中14はブロア11駆動用のモータ、15は切換バルブ
12駆動用のモータである。

切換バルブ12は、例えば第２図〜第４図に示すように
構成される。先ず、切換バルブ12のケース21が、両端が
解放された円筒状の連通空間Ｘを有する本体ケース部21
Aと、上記本体ケース部21Aの各端部を閉塞する左右一対
のフランジケース部21B、21Cと、本体ケース部21A上に
位置する上ケース21Dとによって構成され、これ等各ケ
ース部はねじ22によって一体化されている。このような
ケース21には、それぞれ本体ケース部21A内の連通空間
Ｘに開口するように、陽圧ポートP1、陰圧ポートP2、与
圧ポートP3および大気解放ポートP4が形成されている。
陽圧ポータP1はブロア11の吐出口11aに連なり、陰圧ポ
ートP2はブロア11の吸込口11bに連なり、与圧ポートP3
は振動回路13に連なるものである。

各ポートの配置関係は、陽圧ポートP1と陰圧ポートP2
とが切換バルブ12（後述する回転軸23）の軸心方向各端
部に位置され、与圧ポートP3と大気解放ポートP4とがポ
ートP1およびP2の間に位置されている。また、陽圧ポー
トP1と陰圧ポートP2と大気解放ポートP4とはそれぞれケ
ース21の上壁に形成される一方、与圧ポートP3のみがケ
ース21の底壁に形成されている。

上記左右一対のフランジケース部21Bと21Cとには、回
転軸23が回転自在に支持され、この回転軸23にはこれと
一体回転するように、ピン24によって回転子25が固定さ
れている。この回転子25は、陽圧ポートP1と陰圧ポート
P2とを画成するように断面円形とされた隔壁部25aを有
する。より具体的には、ケース21内の連通空間Ｘが、陰
圧ポートP2が常時連通した左側の第１分割空間X1と、陽
圧ポートP1が常時連通した右側の第２分割空間X2とに画
成される。

回転子25は、また、それぞれ上記隔壁部25aの外周縁
部より延設されて、回転軸23の軸方向に互いに離間する
ように伸びる左右一対の弁体部25b、25cを有する。この
一対の弁体部は、第３図、第４図に示すように、それぞ
れ回転軸23の周方向に略180度伸びる円弧状として形成
され、互いの位相関係は180度づれた関係となってい
る。すなわち一対の弁体部25bと25cとは、回転軸23の中
心を中心として対称形状となるように設定されている。

上述のように構成された切換バルブ12は、回転軸23す
なわち回転子25の回転に応じて、陽圧ポートP1が与圧ポ
ートP3と大気解放ポートP4とに対して交互に連通される
一方、陰圧ポートP2も与圧ポートP3と大気解放ポートP4
とに対して交互に連通される。すなわち、陽圧ポートP1
は、第２図に示すように弁体部25cによって与圧ポートP
3が閉じられたときに大気解放ポートP4に連通され、逆
に弁体部25cによって大気解放ポートP4が閉じられたと
きに与圧ポートP3と連通される。同様に、陰圧ポートP2
は、弁体部25bによって与圧ポートP3が閉じられたとき
に大気解放ポートP4と連通され、逆に第２図に示すよう
に弁体部25bによって大気解放ポートP4が閉じられたと
きに与圧ポートP3と連通される。そして、両弁体部25b
と25cとの上述した位相関係の設定により、与圧ポートP
3（大気解放ポートP4）は、陽圧ポートP1と陰圧ポートP
2とに対して交互に連通されることになる。したがっ
て、与圧ポートP3に生じる圧力変化の様子は、第６図に
示すように振動を生じたものとなり、その振動数は、５
〜40HZ程度の範囲、好ましくは10〜30HZとされる。

前記振動回路13には、切換バルブ12側より順次、電磁
式の可変絞り31、規制手段32が接続されている。規制手
段32は、第５図に示すように、所定容量の容積規制室Ｃ
を画成するケース33と、該ケース33内に配置されて気密
性を十分に有する可動隔膜34とから構成されてる。ケー
ス33の容量すなわち容積規制室Ｃの容量は、所定容量以
上の陽圧あるいは陰圧が呼吸系路Ａに作用するのを防止
すると共に、可動隔膜34の必要以上の膨張を防止するた
めのものである。また、可動隔膜34は、呼吸系路Ａ内の
空気と高周波振動発生装置Ｂからの空気との直接の接触
を避けるためのもので、極力薄く（軽く）なるように袋
状にケース33内に伸びるように配置されている。より具
体的には、ケース33を、本体ケース部33Aと蓋ケース部3
3Bとの分割構成として、両ケース部33Aと33Bとの間に可
動隔膜34の開口端縁部を挟んだ状態で、該両者33Aと33B
とをねじ35によって固定してある。そして、このような
規制手段32は、患者毎に使い捨て用とするため、振動回
路13に対して着脱自在とされ、このためケース33の各端
部には、着脱用のねじ溝33aが形成されている。

再び第１図において、Ｕはマイクロコンピュータを利
用して構成された制御ユニットである。この制御ユニッ
トＵには、各センサ41、42、43からの信号およびスイッ
チ44、45、46からの信号が入力される。センサ41は、共
通回路１に接続されて患者の実際の呼吸量を計測する流
量センサである。センサ42、43は、ブロア11駆動用のモ
ータ14あるいは切換バルブ12駆動用のモータ15の回転状
態を検出する回転センサである。スイッチ44は、呼吸系
路Ａに与える呼吸数（10〜30HZ）をセットするものであ
る。スイッチ45は、呼吸系路Ａに与える高周波振動の平
均圧力の大きさ（大気圧から大気圧より若干大きい範囲
で無段階に設定）をセットするものである。スイッチ46
は、患者への呼吸容量をセットするものである。また制
御ユニットＵからは、上記モータ14、15（の駆動回路）
に対して出力される他、前記電磁式のバルブ７、可変絞
り31およびランプ、ブザー等からなる警報器47へ出力さ
れる。

次に、上記制御ユニットＵの制御内容について、第７
図に示すフローチャートを参照しつつ説明する。なお、
以下の説明ではＳはステップを示す。

先ず、図示を略す起動スイッチのオンと共にスタート
されて、S1においてシステム全体のイニシャライズがな
される。次いで、S2において切換バルブ12（用のモータ
15）が起動され、引続きS3においてブロア11（用のモー
タ14）の起動が行なわれる。このように、切換バルブ12
の起動をブロア11の起動に先立って行なうことにより、
一時的に陽圧あるいは陰圧のみが呼吸系路Ａに作用する
ことが防止される。したがって、このような事態をより
確実に防止するため、S2の処理後所定時間（例えば２
秒）経過した後S3の処理を開始させるようにしてもよ
い。

S3の後はS4において、各センサあるいはスイッチから
の信号が読込まれる。この後、センサ42、43の出力状態
より、ブロア11および切換バルブ12が間違いなく回転さ
れていることを確認した後（S4およびS5での判別が共に
YES）、スイッチ44〜46のセット状態に応じた値となる
ように、S7〜S9での各制御が行なわれる。すなわち、S7
での切換バルブ12の回転数制御（スイッチ44に対応で、
呼吸数の制御）と、S8でのバルブ７の制御（スイッチ45
に対応で平均圧力の制御）と、S9での可変絞り31の制御
（スイッチ46に対応で、呼吸容量の制御）とがなされ
る。

S9の後、S10において、図示を略す停止スイッチがオ
ンされたか否かが判別され、この判別でNOのときはS4以
降の処理が繰返し行なわれる。このS10の判別でYESのと
きは、S11において先ずブロア11が停止された後、引続
きS12で切換バルブ12が停止される。

前記S5あるいはS6の判別でNOのときは、異常時である
として、S13で警報器47を作動させた後、S11以降の処理
が行なわれる。

第８図は、本発明の他の実施例を示すものであり、前
記実施例と同一構成要素には同一符号を付してその重複
した説明は省略する。

本実施例では、先ず、ブロア11′として、第１ブロア
11−Ａと第２ブロア11−Ｂとの２台用いるようにしてあ
る。そして、第１ブロア11−Ａは、陽圧供給専用とし
（吸込口11bは常時大気に解放）、また第２ブロア11−
Ｂは陰圧供給専用としてある（吐出口11aは常時大気に
解放）。

また、切換バルブ12′としては、そのケース21′およ
び回転軸23′を共通とするも、回転子が、第１回転子25
−Ａと第２回転子25−Ｂとの２つの回転子を有するもの
を用いるようにしてある。この第１回転子25−Ａは陽圧
の供給制御専用とされ、また第２回転子25−Ｂは陰圧供
給制御専用とされている。すなわち、回転子25−Ａ（25
−Ｂ）は、有底円筒状とされて、その解放口が陽圧ポー
トP1（陰圧ポートP2）に常時連なる。そして、その回転
子25−Ａ（25−Ｂ）の側壁に周方向に略180度伸びる連
通口51−Ａ（51−Ｂ）を形成して、回転子25−Ａ（25−
Ｂ）の回転に伴って当該連通口51−Ａ（51−Ｂ）が、ケ
ース21′に形成した大気解放ポートP4−Ａ（P4−Ｂ）と
与圧ポートP3−Ａ（P3−Ｂ）とに交互に連通される。

勿論、両与圧ポートP3−ＡとP3−Ｂとは、最終的に振
動回路13に連なり、また両連通口51−Ａと51−Ｂとは回
転軸23′の周方向に180度づれて形成されている。

本実施例のようにしてブロアを２台用いる利点は、陽
圧、陰圧共に、少なくとも振動回路13に対するその供給
開始の直前には十分に大きくなっている、という点にあ
る。このことは、呼吸振動の立上りおよび立下りを極め
て素早く行なえるということにつながる。

ここで、上記各回転子25−Ａと25−Ｂとの回転軸23′
を互いに別途独立して設けて、それぞれ別のモータによ
り駆動することも可能である。もっとも、第１、第２の
各回転子25−Ａと25−Ｂとの回転軸23′を共通、結果と
してその駆動用モータ（第７図では図示略）を共通とす
ることにより、回転子25−Ａと25−Ｂとの位相のづれ発
生というものを確実に防止することができる。同様の観
点から、第１と第２の各ブロア11−Ａと11−Ｂとの駆動
軸52を共通、結果としてその駆動用モータ14を共通とす
ることにより、陽圧のみあるいは陰圧のみが振動回路13
に印加されてしまうような事態を確実に防止できる。

第９図は本発明のさらに他の実施例を示すものであ
る。本実施例では、ブロア11の吐出口11aと吸込口11bと
の大気に対する開放度合を変更することにより、平均圧
（第６図参照）の調整を行なうようにしてある。

先ず、第９図において、ブロア11に対して、調整弁71
が設けられる。この調整弁71は、ケーシング72と、該ケ
ーシング72に形成された第１通路53および第２通路54を
備えている。

上記第１通路53は、第１〜第３の３つのポート53a、5
3b、53cを有し、第１ポート53aが、連通路61を介してブ
ロア11の吸込口11bに接続されている。また、第２ポー
ト53bは、大気に開放されると共に、後述する弁体55に
よりその開度が調整される。さらに、第３ポート53c
は、絞り56を介して大気に開放されている。

前記第２通路54は、第１および第２の２つのポート54
a、54bを有する。第１ポート54aは、連通路62を介し
て、ブロア11の吐出口11aに接続されている。また、第
２ポート54bは、大気に開放されると共に、弁体55によ
りその開度が調整される。

前記弁体55は、円板状とされて、該弁体55に一体化さ
れた弁棒55aがケーシング52に螺合されている。これに
より、弁棒55aに形成した操作部55bを手動操作してこれ
を回転させることにより、弁体55が図中上下方向に変位
される。そして、前記第１通路53の第２ポート53bが弁
体55の上面に臨み、また前記第２通路の第２ポート54b
が弁体55の下面に臨んでいる。

以上のような構成において、弁体55が図中上方へ変位
するのに伴って、ポート53bの開度が小さくなる一方、
ポート54bの開度が大きくなる。逆に、弁体55が図中下
方へ変位されると、ポート53bの開度が大きくなる一
方、ポート54bの開度が小さくなる。

ポート53bの開度が小さくなるのにつれて、ブロア11
による切換バルブ12の陰圧ポートP2に対する吸引作用が
大きくなる。このことは、第６図に示す平均圧を下げる
ことになる（脈動の谷を下げる）。ポート53bの開度が
小さくなるということは、この分ポート54bの開度が大
きくなる。このポート54bの開度が大きくなると、ブロ
ア11による切換バルブ12の陽圧ポートP1への空気押込み
作用が弱くなり、前記平均圧を下げることになる（脈動
の山を下げる）。

上述のように、弁体55を図中上方へ変位させることに
より、平均圧が低下されることになる。勿論、今迄での
説明から既に明らかなように、弁体55を図中下方へ変位
させると、上述の場合とは逆に、平均圧を上昇させるこ
とになる。なお、絞り56の作用により、ブロア11の吸引
口11bからは少なくとも最小限の大気が吸引されること
になり、これにより平均圧の最小値は大気圧よりも若干
大きい値とされる。

ここで、第９図に示すような構成とした場合、第１図
に示すバルブ７を廃止することも可能である。しかしな
がら、このバルブ７をも設けておいて、可動隔膜34（第
５図参照）の上流側と下流側との各平均圧の差を小さく
するように、弁体55に対してバルブ７とを連動させるの
が好ましい。

以上実施例について説明したが、ブロアの吐出圧力
（吐出容量）を可変式としてもよい（例えばモータ14を
インバータにより制御）。また、呼吸振動発生装置とし
ては、既存の往復動式のものであってもよい。

また、可変絞り31は、回路13のうち規制手段32の下流
側（呼吸回路２、３側）に設けるようにしてもよい。こ
の場合は、使用毎に当該可変絞り31を消毒する手間が省
けると共に、ブロア11のパワーを呼吸回路２、３に伝達
する効率の向上の点でも好ましいものとなる。

さらに、ブロア11の吸込口11bと切換バルブ12のポー
トP2との間の系路を、可変絞りを介して大気と連通させ
るようにすることもできる。この場合は、上記可変絞り
の開度調整（０〜100％）によって、切換バルブ12のポ
ートP4の平均圧力（ポートP4の圧力変動の様子は第６図
と同じような脈動となる）の大きさを、大気圧からこれ
よりも大きい正圧の範囲で任意に調整することができ
る。

（発明の効果） 本発明は以上述べたことから明らかなように、呼吸振
動発生装置の患者による汚染を防止でき、１回の使用毎
にこの呼吸振動発生装置を消毒する手間を省くことがで
きる。これに加えて、呼吸振動発生装置からの空気を加
湿する必要がなくなる。

また、特許請求の範囲第２項のような構成とすること
により、呼吸容量の大きくなる大人の患者に対しても適
用し得ると共に、耐久性の点でも優れたものとすること
ができる。

さらに、特許請求の範囲第３項のような構成とするこ
とにより、患者への安全性確保と、可動隔膜の過度の膨
張防止と、可動隔膜の人工呼吸器への着脱容易化と、を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体系統図。 第２図はロータリ式の切換バルブの一例を示す側面断面
図。 第３図は第２図のX3−X3線断面図。 第４図は第２図のX4−X4線断面図。 第５図は振動回路に接続された規制手段の詳細を示す側
面断面図。 第６図は本発明を適用した場合の呼吸振動の様子を示す
グラフ。 第７図は本発明の制御例を示すフローチャート。 第８図、第９図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す要
部系統図。 A:呼吸系路 B:高周波振動発生装置 H:肺 X:連通空間 X1:第１分割空間 X2:第２分割空間 P1:陽圧ポート P2:陰圧ポート P3:与圧ポート P4:大気解放ポート U:制御ユニット 1:共通回路 2:吸気回路 3:呼気回路 11:ブロア 12:切換バルブ 13:振動回路 14:モータ（ブロア用） 15:モータ（切換バルブ用） 21:ケース 23:回転軸 25:回転子 25a:隔壁部 25b:弁体部 25c:弁体部 12′：切換バルブ 21′：ケース 23′：回転軸 25′：回転子 25−A:第１回転子 25−B:第２回転子 51−A:連通口 51−B:連通口 32:規制手段 33:ケース 33a:ねじ溝 34:可動隔膜 C:容積規制室

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】人工呼吸器の呼吸系路と高周波の空気振動
   を発生する呼吸振動発生装置との間に可動隔膜が介在さ
   れ、 少なくとも前記可動隔膜と呼吸振動発生装置との間が着
   脱自在として接続されている、 ことを特徴とする人工呼吸器における呼吸振動発生装
   置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記呼吸
   振動発生装置が、圧力発生源としてのブロアと、前記可
   動隔膜を該ブロアの吐出口と吸込口とに対して交互に連
   通させるロータリ式の切換バルブと、から構成されてい
   るもの。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項において、前記切換
   バルブと前記呼吸系路との間に所定容積を有する容積規
   制室を画成するケースが着脱自在に接続され、該容積規
   制室内に薄く袋状とされた前記可動隔膜が配設されてい
   るもの。