JP3329044B2

JP3329044B2 - 人工呼吸器用模擬呼吸装置

Info

Publication number: JP3329044B2
Application number: JP34257793A
Authority: JP
Inventors: 宏士高林; 幹男安川
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1993-12-14
Filing date: 1993-12-14
Publication date: 2002-09-30
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: JPH07163663A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人工呼吸器用模擬呼吸
装置に係り、特に、人間が種々の実際の呼吸（通常呼
吸，深呼吸，溜息，咳等）を入力するだけで正確な模擬
呼吸を再現する場合に好適な人工呼吸器用模擬呼吸装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、本出願人が先に出願した例えば特
願平５−１２１９９９号等に記載の如く、呼吸振動発生
装置で発生した呼吸振動（与圧／陰圧）を振動回路へ交
互に与え、振動回路での振動数に応じた呼吸数で患者の
肺を強制的に呼吸させる人工呼吸器が開発されている。
当該人工呼吸器では、自発呼吸ができない（無呼吸の）
患者に吸気を行わせる場合は、酸素源から供給された酸
素を前記呼吸振動に基づき患者の肺に送り込み、呼気を
行わせる場合は、患者の肺からの排出空気を前記呼吸振
動に基づき大気へ送り出している。他方、通常は無呼吸
でたまに自発呼吸を行う患者の肺に負担をかけないよう
にするため、人工呼吸器の呼気回路に装備されている自
発呼吸バルブの開度を気管内チューブの出口圧力が一定
となるように制御している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した人
工呼吸器においては、特に、通常は無呼吸でたまに自発
呼吸を行う患者に対しても肺に負担をかけないようにす
るため、人工呼吸器の気管内チューブの出口圧力が一定
となるように自発呼吸バルブの開度を最適な開度に制御
する必要があるが、そのためには、人間の種々の呼吸パ
ターン（通常呼吸，深呼吸，咳等）に応じて自発呼吸バ
ルブの開度の制御量を決める必要がある。そこで、従来
は、例えば周期的に変動する波形（一例としては正弦波
等）を人間の呼吸に見立てて、当該波形を生成する装置
を人工呼吸器の気管内チューブに接続することにより、
気管内チューブ出口圧力が一定となるように自発呼吸バ
ルブ開度を制御する実験も行われてはいたが、呼吸パタ
ーンは個々の人間によって相異し且つ複雑であるため、
前述したような周期的に変動する波形を生成する装置で
は、実際の人間の種々の呼吸パターンを再現することは
難しいという問題があった。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、上記従来例の有する不都合を
改善し、特に、人間が種々の実際の呼吸（通常呼吸，深
呼吸，溜息，咳等）を入力するだけで、これら種々の呼
吸と同じ波形を有する模擬呼吸を正確に再現すること等
を可能とした人工呼吸器用模擬呼吸装置を提供すること
を、その目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の本発明は、人
工呼吸器の呼吸系統に対し着脱自在に接続される管路を
有し，伸縮動作により模擬呼吸としての所定の空気量を
前記管路を介して吸入または吐出するベローズと、該ベ
ローズを伸縮動作させるベローズ伸縮機構と、該ベロー
ズ伸縮機構の動作を制御する制御手段とを備えた人工呼
吸器用模擬呼吸装置において、通常呼吸，深呼吸，溜息
及び咳等の種々の実際の呼吸情報を入力するための呼吸
入力手段と、該呼吸入力手段を介して入力された実際の
呼吸情報を電気的な呼吸波形信号に変換する呼吸／波形
変換手段とを設け、前記制御手段が、前記呼吸／波形変
換手段から出力される呼吸波形信号に基づき当該入力呼
吸の波形と同じ波形を有する模擬呼吸パターンを形成す
る模擬呼吸パターン形成機能と、当該形成した模擬呼吸
パターンに対応した空気量が前記ベローズの前記管路か
ら吸入／吐出されるように前記ベローズ伸縮機構の目標
動作量を算定する目標動作量算定機能と、前記ベローズ
伸縮機構の実際の動作量が前記目標動作量に一致するよ
うに当該ベローズ伸縮機構の動作を制御する動作量一致
制御機能とを備える、という構成を採っている。これに
よって前述した目的を達成しようとするものである。

【０００６】請求項２の本発明は、前記制御手段が、更
に、前記ベローズ伸縮機構の目標動作量に係るデータを
所定の記憶手段に記憶する記憶制御機能を備えている、
という構成を採っている。

【０００７】請求項３の本発明は、前記ベローズ伸縮機
構を、前記ベローズを伸縮動作させるクランク機構，及
び当該クランク機構を作動させるモータとして構成し、
前記制御手段の目標動作量算定機能が、前記模擬呼吸パ
ターンに対応した空気量が前記ベローズの前記管路から
吸入／吐出されるように前記モータの目標回転角度を算
出することにより実行され、前記制御手段の動作量一致
制御機能が、前記モータの実際の回転角度が前記目標回
転角度に一致するように当該モータの動作を制御するこ
とにより実行される、という構成を採っている。

【０００８】請求項４の本発明は、前記呼吸／波形変換
手段を流量計として構成する、という構成を採ってい
る。

【０００９】

【作用】請求項１の本発明によれば、呼吸入力手段を介
して入力した通常呼吸，深呼吸，溜息及び咳等の種々の
実際の呼吸情報を呼吸波形信号に変換し，呼吸波形信号
に基づき入力呼吸の波形と同じ波形を有する模擬呼吸パ
ターンを形成し，模擬呼吸パターンに対応した空気量が
ベローズの管路から吸入／吐出されるようにベローズ伸
縮機構の目標動作量を算定し，ベローズ伸縮機構の実際
の動作量が目標動作量に一致するようにベローズ伸縮機
構の動作を制御するため、呼吸入力手段を介して入力し
た種々の実際の呼吸と同じ波形を有する模擬呼吸をベロ
ーズの管路から出力することができる。これにより、模
擬呼吸装置のベローズの管路と人工呼吸器の呼吸系統と
を接続すれば、患者の実際の自発呼吸と同じ条件で人工
呼吸器の試験を行うことが可能となる。

【００１０】請求項２の本発明によれば、制御手段が、
更に、ベローズ伸縮機構の目標動作量に係るデータを所
定の記憶手段に記憶する機能を備えているため、何度で
も同じ模擬呼吸を再現することが可能となる。

【００１１】請求項３の本発明によれば、ベローズ伸縮
機構をベローズを伸縮動作させるクランク機構及びクラ
ンク機構を作動させるモータとして構成し，模擬呼吸パ
ターンに対応した空気量がベローズの管路から吸入／吐
出されるようにモータの目標回転角度を算定し，モータ
の実際の回転角度が目標回転角度に一致するようにモー
タの動作を制御するため、複雑かつ微妙な波形を有する
模擬呼吸も再現することが可能となる。

【００１２】請求項４の本発明によれば、呼吸／波形変
換手段を流量計として構成しているため、呼吸入力手段
を介して入力した通常呼吸，深呼吸，溜息及び咳等を流
量波形に変換して当該流量波形に対応した模擬呼吸パタ
ーンを容易に形成することができ、この結果、呼吸入力
手段を介して入力した通常呼吸，深呼吸，溜息及び咳等
の種々の実際の呼吸と同じ波形を有する模擬呼吸を正確
に再現することが可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を適用してなる実施例を図面に
基づいて説明する。

【００１４】先ず、本実施例の模擬呼吸装置を説明する
前に人工呼吸器の構成について図２に基づき説明する
と、人工呼吸器１は、圧力発生源としてのブロア２と、
振動発生装置３と、感染遮断装置４と、振動回路５と、
酸素源６へ接続された吸気回路７と、大気開放口８及び
自発呼吸バルブ９を装備した呼気回路１０と、共通回路
１１と、圧力センサ１２を装備した気管用チューブ１３
と、各部を制御する制御部１４と、表示部１５等とを備
える構成となっている。

【００１５】ブロア２は、ブロア用モータ１６により駆
動され、吐出口１Ａに与圧を発生すると共に吸込口１Ｂ
に陰圧を発生するようになっている。振動発生装置３
は、ロータリ弁用モータ１７により駆動される公知のロ
ータリ弁３Ａの作動により、与圧と陰圧とを振動回路５
へ交互に与えるようになっている。感染遮断装置４は、
振動回路５の途中に介挿されダイヤフラム４Ａを装備し
た公知の機構から構成されており、振動発生装置３で発
生した脈動に追従してダイヤフラム４Ａが振れるように
なっている。

【００１６】振動回路５は、吸気回路７，呼気回路１
０，共通回路１１へ連通すると共に気管用チューブ１３
へ連通しており、当該振動回路５の振動数に応じた呼吸
数で患者の肺が強制的に呼吸されるようになっている。
吸気回路７は、酸素源６から酸素が供給されるようにな
っている。呼気回路１０は、患者の肺から排出された空
気を自発呼吸バルブ９を介して大気へ放出するようにな
っている。

【００１７】自発呼吸バルブ９は、呼気回路１０の大気
開放口８付近に開閉自在に装備されており、制御部１４
による開閉制御に基づき気管用チューブ１３の出口圧力
を一定に保つようになっている。圧力センサ１２は、気
管用チューブ１３の出口付近に装備されており、当該気
管用チューブ１３の出口圧力を検出し制御部１４へ出力
するようになっている。

【００１８】制御部１４は、ブロア用モータ１６を駆動
制御してブロア２を回転制御し、ロータリ弁用モータ１
７を駆動制御して振動発生装置３のロータリ弁３Ａを回
転制御するようになっている。また、制御部１４は、感
染遮断装置４のダイヤフラム４Ａの動きを制御し、圧力
センサ１２の検出信号に基づき気管用チューブ１３の出
口圧力が一定となるように自発呼吸バルブ９の開度を制
御するようになっている。表示部１５は、制御部１４の
指令に基づき気管用チューブ１３の出口圧力に係るデー
タ，自発呼吸バルブ９の最適な開度に係るデータ等を表
示するようになっている。

【００１９】人工呼吸器１では、自発呼吸ができない
（無呼吸の）患者に対して吸気を行わせる場合は、酸素
源から供給された酸素を振動発生装置３で発生した呼吸
振動に基づき患者の肺に送り込み、自発呼吸ができない
（無呼吸の）患者に対して呼気を行わせる場合は、患者
の肺から排出された空気を呼吸振動発生装置２で発生し
た呼吸振動に基づき大気へ送り出すようになっている。

【００２０】次に、本実施例の模擬呼吸装置の構成を図
１に基づき説明すると、模擬呼吸装置２０は、人工呼吸
器接続用チューブ２１を装備したベローズ２２と、ベロ
ーズ２２を伸縮させるクランク機構２３と、クランク機
構２３を駆動してベローズ２２を伸縮させるためのベロ
ーズ伸縮用モータ２４と、上死点検出器３８と、モータ
ドライバ２５と、呼吸パターン入力用チューブ２６を装
備した流量計２７と、Ｄ／Ａコンバータ２８と、ポート
部２９と、Ａ／Ｄコンバータ３０と、カウンタ３１と、
コンピュータ３２と、外部メモリ３３と、モニタ３４と
を備える構成となっている。

【００２１】流量計２７は、模擬呼吸装置の操作者（ま
たは患者）により呼吸パターン入力用チューブ２６を介
して入力された実際の種々の呼吸（例えば通常呼吸，深
呼吸，溜息，咳等）を計測し、種々の入力呼吸に対応し
たアナログの流量波形信号（呼吸波形信号）をＡ／Ｄコ
ンバータ３０へ供給するようになっている。Ａ／Ｄコン
バータ３０は、流量波形信号をアナログ／デジタル変換
してコンピュータ３２の演算制御部３５へ供給するよう
になっている。

【００２２】コンピュータ３２は、例えばパーソナルコ
ンピュータから構成されており、後述の各種演算を行う
と共に模擬呼吸装置各部を制御する演算制御部３５，所
定のデータを記憶する内部メモリ３６，キーボードから
成る操作部３７等を備えている。演算制御部３５は、Ａ
／Ｄコンバータ３０から供給された流量波形信号を時間
積分し、入力呼吸の１サイクル毎の吸いの空気量及び吐
きの空気量を算出すると共に、当該吸いの空気量及び吐
きの空気量からベローズ伸縮用モータ２４の回転角度
（最大角度，最小角度，スタート角度）を算出するよう
になっている。

【００２３】また、演算制御部３５は、ベローズ伸縮用
モータ２４の制御時における１サイクル毎の目標角度を
算出し（後述）、１呼吸パターンの目標角度のファイル
として外部メモリ３３に保存し、ベローズ伸縮用モータ
２４の回転角度が目標角度と一致するようにデジタルの
モータ回転指令信号をＤ／Ａコンバータ２８へ供給する
ようになっている。この場合、外部メモリ３３に制御１
サイクル毎の目標角度を保存しておくため、何回でも同
じ波形の各種模擬呼吸波形を再現できるようになってい
る。更に、演算制御部３５は、目標流量と実際流量との
比較結果や制御情報をモニタ３４へ表示させると共に、
ベローズ伸縮用モータ２４の制御１サイクル毎に回転角
度を算出するようになっている。

【００２４】Ｄ／Ａコンバータ２８は、モータ回転指令
信号をデジタル／アナログ変換してモータドライバ２５
へ供給するようになっている。モータドライバ２５は、
モータ回転指令信号に基づきベローズ伸縮用モータ２４
を所定角度回転させるようになっている。また、モータ
ドライバ２５は、モータ制御情報をポート部２９を介し
てコンピュータ１の演算制御部３５へ供給すると共に、
モータ回転に応じたエンコーダ信号をカウンタ３１を介
してコンピュータ３２の演算制御部３５へ供給するよう
になっている。

【００２５】ベローズ伸縮用モータ２４は、後述のクラ
ンク機構２３を介してベローズ２２を伸縮させるように
なっている。また、ベローズ伸縮用モータ２４の外周面
には、クランク機構２３が上死点に達した時（モータ回
転角度が０度の時）に上死点検出器３８と対向するよう
に被検出片２４が貼付されている。上死点検出器３８
は、例えば光電スイッチから構成されており、ベローズ
伸縮用モータ２４の被検出片２４を検出した時，即ちク
ランク機構２３が上死点に達した時に、検出信号をポー
ト部２９を介してコンピュータ１の演算制御部３５へ供
給するようになっている。

【００２６】ここで、前述したベローズ２２，クランク
機構２３，ベローズ伸縮用モータ２４の構成を図３及び
図４に基づき説明すると、ベローズ２２は、天板２２Ａ
と，底板２２Ｂと，天板２２Ａ及び底板２２Ｂの間に装
着された蛇腹部材２２Ｃとから構成されており、ベロー
ズ２２の内部には、人工呼吸器１の気管用チューブ１３
へ着脱自在に接続される人工呼吸器用チューブ２１が連
通接続されている。ベローズ２２の伸縮時には、その伸
縮に応じた模擬呼吸波形が人工呼吸器用チューブ２１及
び気管用チューブ１３を介して人工呼吸器１へ供給され
るようになっている。

【００２７】ベローズ２２の底板２２Ｂは、複数のボル
ト３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃ・・・を介して基台４０の天
板４０Ａに固定されており、また、ベローズ伸縮用モー
タ２４の基端部は、複数のボルト４１Ａ，４１Ｂ・・・
を介して基台４０の側板４０Ｂに固定されている。図中
符号４０Ｃは基台４０の底板、符号４０Ｄ，４０Ｅは天
板４０Ａを側板４０Ｂに支持する支持部材、符号４０
Ｆ，４０Ｇは側板４０Ｂを底板４０Ｃに支持する支持部
材を示す。

【００２８】ベローズ伸縮用モータ２４は、ダイレクト
ドライブモータ（ＤＤモータ）として構成され、回転自
在とされた円筒状の外輪部２４Ａと，外輪部２４Ａ内側
の中空部分に固定状態に装備されたコア２４Ｂとを備え
ており、ベローズ伸縮用モータ２４の駆動時には外輪部
２４Ａがコア２４Ｂの回りを回転するようになってい
る。また、ベローズ伸縮用モータ２４の外輪部２４Ａに
おけるクランク機構２３との対向側の端面には、複数の
ボルト４２Ａ，４２Ｂ・・・を介して円板状のフランジ
４３が固定されている。

【００２９】更に、ベローズ２２の天板２２Ａ，蛇腹部
材２２Ｃ，底板２２Ｂ，基台４０の天板４０Ａには、こ
れら各部材の中央部を貫通して作動軸４４が装備されて
おり、ベローズ２２の天板２２Ａから上方へ突出した作
動軸４４は、ベローズ２２の天板２２Ａにナット４４Ａ
を介して固定されている。ベローズ２２の底板２２Ｂか
ら下方へ突出した作動軸４４は、基台４０の天板４０Ａ
の穴部４０Ａ’に取付部材４５及び複数のボルト４５
Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ，４５Ｄを介して固定されたブッシ
ュ４６に嵌合されている。

【００３０】作動軸４４の下端部分に形成されたオネジ
部４４Ｂは、第１リンク４７の内部上方部分に形成され
たメネジ部４７Ｂに螺合している。第１リンク４７の内
部下方部分に形成された球状の中空部分には、ボール４
７Ａがグリスを介して回動自在に挿入されており、ボー
ル４７Ａの球面の下面部分には、連結軸４９の上端面が
固着されると共に加締められている。連結軸４９の下方
部分に形成されたオネジ部４９Ａは、第２リンク４８の
内部上方部分に形成されたメネジ部４８Ｂにロックナッ
ト５０を介して螺合している。

【００３１】第２リンク４８の内部下方部分に形成され
た球状の中空部分には、ボール４８Ａがグリスを介して
回動自在に挿入されており、ボール４８Ａの球面の側面
部分には、取付軸５１の先端面が固着されると共に加締
められている。取付軸５１の基端部分に形成されたオネ
ジ部５１Ａは、フランジ４３の中心から偏心した位置に
形成されたメネジ部４３Ａにナット４３Ｂを介して螺合
している。第１リンク４７の連結軸４９及び第２リンク
４８は、ボール４７Ａを支点として図４左右方向へ一体
となって所定角度（例えば２０〜３０度）揺動自在とな
っている。

【００３２】上述した作動軸４４，第１リンク４７，第
２リンク４８等がクランク機構２３を構成している。図
４中符号Ｐ１はクランク機構２３の上死点、符号Ｐ３は
クランク機構２３の下死点、符号Ｐ２は上死点と下死点
との中間点、符号Ｋで表わす円はクランク機構２３を構
成する第２リンク４８のボール４８Ａの中心の軌跡を示
す。

【００３３】モータドライバ２５によるベローズ伸縮用
モータ２４の駆動時には、当該ベローズ伸縮用モータ２
４の外輪部２４Ａの回転に伴い当該外輪部２４Ａに固定
されたフランジ４３が回転するため、第２リンク４８は
ボール４８Ａの中心を回転中心として回転し軌跡Ｋを描
くようになっている。これにより、作動軸４４が上下方
向へ動作するため、ベローズ２２の蛇腹部材２２Ｃが伸
縮するようになっている。

【００３４】ベローズ伸縮用モータ２４の所定回転に伴
いクランク機構２３が上死点にきた場合は、ベローズ２
２の蛇腹部材２２Ｃが上方へ最も伸びきり、ベローズ伸
縮用モータ２４の所定回転に伴いクランク機構２３が下
死点にきた場合は、ベローズ２２の蛇腹部材２２Ｃが下
方へ最も縮むようになっている。

【００３５】ここで、ベローズ伸縮用モータ２４の目標
角度の算出方法について説明すると、呼吸パターン入力
用チューブ２６及び流量計２７を介して入力した実際の
種々の呼吸（例えば通常呼吸，深呼吸，溜息，咳等）を
ベローズ２２の伸縮により模擬呼吸波形として再現する
場合、ベローズ伸縮用モータ２４の制御１サイクルの時
間内における流量は「ベローズ変位×１サイクルの時
間」に相当するため、先ず、各呼吸パターンの流量を制
御１サイクル毎の目標ベローズ変位に換算するようにな
っている。

【００３６】次に、ベローズ２２の目標ベローズ変位を
Ｘ，ベローズ速度をＶ，ベローズ伸縮用モータ２４の角
速度をω，クランク機構２３のクランク長腕をＬ，クラ
ンク短腕をＲ，クランク角をθとすると（図５参照）、Ｘ＝Ｒ（１−ｃｏｓθ＋ρ／４（１−ｃｏｓ２θ））・・・・（１）Ｖ＝Ｒω（ｓｉｎθ＋ρ／２・ｓｉｎ２θ）・・・・・・・（２）なる関係式が成立する。コンピュータ３２の演算制御部
３５は、クランク角θに例えば０度〜１８０度の範囲内
の角度を所定きざみで順番に代入し、目標ベローズ変位
Ｘに最も近付いた角度をベローズ伸縮用モータ２４の制
御サイクルにおける目標角度に決定するようになってい
る。

【００３７】ここで、図６乃至図９は、コンピュータ３
２の演算制御部３５により、入力呼吸の１サイクル毎の
吸いの流量／吐きの流量に基づきベローズ伸縮用モータ
２４の回転角度を算出する際の説明図である。図６は吸
い動作が吐き動作よりも先で吐き動作時の流量が多い場
合における，ベローズ伸縮用モータ２４のスタートポイ
ント・エンドポイント・吸いと吐きの差等を示す図であ
り、図７は吸い動作が吐き動作よりも先で吸い動作時の
流量が多い場合における，ベローズ伸縮用モータ２４の
スタートポイント・エンドポイント・吸いと吐きの差等
を示す図である。図６及び図７では、吸い動作が吐き動
作よりも先のため、スタートポイント及びエンドポイン
トは上死点から遠い位置となる。

【００３８】また、図８は吐き動作が吸い動作よりも先
で吐き動作時の流量が多い場合における，ベローズ伸縮
用モータ２４のスタートポイント・エンドポイント・吸
いと吐きの差等を示す図であり、図９は吐き動作が吸い
動作よりも先で吸い動作時の流量が多い場合における，
ベローズ伸縮用モータ２４のスタートポイント・エンド
ポイント・吸いと吐きの差等を示す図である。図８及び
図９では、吐き動作が吸い動作よりも先のため、スター
トポイント及びエンドポイントは上死点に近い位置とな
る。

【００３９】また、図１０はベローズ伸縮用モータ２４
の制御１サイクル毎の時間に対する目標角度の線図であ
り、吸い動作の場合は目標角度がスタートポイントの角
度からオフセット角度まで下降し、吐き動作の場合は目
標角度がオフセット角度からエンドポイントの角度まで
上昇する状態を示している。そして、コンピュータ３２
の演算制御部３５は、時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３・・・にお
ける角度θ１，θ２，θ３・・・を外部メモリ３３にフ
ァイルとして保存するようになっている。

【００４０】即ち、本実施例では、ベローズ伸縮用モー
タ２４を上記図６乃至図９に示したスタートポイントと
エンドポイントとの間で間欠的に駆動することにより、
人間が呼吸パターン入力用チューブ２６を介して入力し
た実際の呼吸（例えば通常呼吸，深呼吸，溜息，咳等）
と同じ波形を有する模擬呼吸をベローズ２２の人工呼吸
器接続用チューブ２１から出力するようになっている。

【００４１】次に、上記の如く構成した本実施例におけ
る作用を図１１及び図１２に基づき説明する。

【００４２】模擬呼吸装置２０のコンピュータ３２の演
算制御部３５は、模擬呼吸装置２０の操作者による操作
部３７の所定操作に基づき、モニタ３４の表示内容を消
去する等のイニシャライズを行い（ステップＳ１）、本
処理の計算に使用する定数等を算出する（ステップＳ
２）。模擬呼吸装置２０の操作者が操作部３７から呼吸
パターンの再現波形を新規に作成する指示を行った場合
は（ステップＳ３の肯定）、ステップＳ４以降の処理を
実行し、操作部３７から呼吸パターンの再現波形を新規
に作成する指示を行わない場合は（ステップＳ３の否
定）、ステップＳ１４以降の処理を実行する。

【００４３】模擬呼吸装置２０の操作者は操作部３７か
ら呼吸パターンの再現波形を新規に作成する指示を行っ
た場合は（ステップＳ３の肯定）、操作部３７から再現
波形を保存するファイル名を入力した後（ステップＳ
４）、呼吸パターン入力用チューブ２６から種々の呼吸
パターン（例えば通常呼吸，深呼吸，溜息，咳等）を入
力する（ステップＳ５）。

【００４４】流量計２７は、呼吸パターン入力用チュー
ブ２６を介して吹込まれた種々の呼吸パターン（例えば
通常呼吸，深呼吸，溜息，咳等）を計測し、種々の呼吸
パターンに対応した流量波形データ（呼吸データ）をＡ
／Ｄコンバータ３０へ供給する。これにより、コンピュ
ータ３２の演算制御部３５は、Ａ／Ｄコンバータ３０に
よりアナログ／デジタル変換された流量波形データ（呼
吸データ）を取込み（ステップＳ６）、モニタ３４に波
形を表示する（ステップＳ７）。

【００４５】模擬呼吸装置２０の操作者は操作部３７か
ら呼吸パターンの再現波形を再入力する場合は（ステッ
プＳ８の肯定）、ステップＳ５及びステップＳ６の操作
を再度行う一方、呼吸パターンの再現波形を再入力しな
い場合は（ステップＳ８の否定）、再入力しない旨を操
作部３７から指示する。

【００４６】これに伴い、コンピュータ３２の演算制御
部３５は、ベローズ伸縮用モータ２４の制御１サイクル
毎の目標ベローズ速度を算出し（ステップＳ９）、ベロ
ーズ２２の吸入時における総流量及び吐出時における総
流量を算出した後（ステップＳ１０）、総流量がベロー
ズ２２の容量以上か否かを判定する（ステップＳ１
１）。

【００４７】演算制御部３５は、総流量がベローズ２２
の容量以上の場合は、本処理を終了する一方、総流量が
ベローズ２２の容量未満の場合は、模擬呼吸動作時にお
けるベローズ伸縮用モータ２４の最大角度，最小角度，
スタート角度を算出し（ステップＳ１２）、ベローズ伸
縮用モータ２４の制御サイクル毎の目標角度を算出する
（ステップＳ１３）。

【００４８】ベローズ伸縮用モータ２４の制御サイクル
毎の目標角度に係るデータを外部メモリ３３にファイル
として保存する場合は（ステップＳ１８の肯定）、演算
制御部３５は、模擬呼吸装置２０の操作者がステップＳ
４で入力したファイル名でファイルを作成し（ステップ
Ｓ１９）、モニタ３４に呼吸データを表示させる一方
（ステップＳ２０）、制御サイクル毎の目標角度に係る
データを外部メモリ３３にファイルとして保存しない場
合は（ステップＳ１８の否定）、演算制御部３５は、直
接ステップＳ２０の処理を行う。

【００４９】他方、模擬呼吸装置２０の操作者が操作部
３７から呼吸パターンの再現波形を新規に作成する指示
を行わない場合は（ステップＳ３の否定）、演算制御部
３５は、外部メモリ３３から読込むファイルを選択し
（ステップＳ１４）、ファイルが無い場合は（ステップ
Ｓ１５の否定）、本処理を終了する一方、ファイルが有
る場合は（ステップＳ１５の肯定）、外部メモリ３３か
ら選択したファイルのデータを読込み（ステップＳ１
６）、モニタ３４にデータをグラフ表示する（ステップ
Ｓ１７）。この後、ステップＳ２０の処理へ移行する。

【００５０】演算制御部３５は、モニタ３４に呼吸デー
タを表示させた後、ポート部２９を介してモータドライ
バ２５のイニシャライズを行い（ステップＳ２１）、上
死点検出器３８がベローズ伸縮用モータ２４の外周面に
貼付された被検出片２４を検出するまで，モータドライ
バ２５を介してベローズ伸縮用モータ２４を所定回転さ
せる（ステップＳ２２）。

【００５１】次に、演算制御部３５は、ベローズ伸縮用
モータ２４をモータドライバ２５を介してスタート角度
まで回転させ（ステップＳ２３）、現在のベローズ伸縮
用モータ２４の角度をモータドライバ２５からカウンタ
３１を介して取込み（ステップＳ２４）、ベローズ伸縮
用モータ２４の目標角度と現在の角度との偏差を算出す
る（ステップＳ２５）。

【００５２】更に、演算制御部３５は、ベローズ伸縮用
モータ２４の目標角度と現在の角度との偏差をＤ／Ａコ
ンバータ２８へ供給する回転指令値に変換し（ステップ
Ｓ２６）、ベローズ伸縮用モータ２４の角度が目標角度
と一致するようにＤ／Ａコンバータ２８へ回転指令値を
出力する（ステップＳ２７）。これにより、Ｄ／Ａコン
バータ２８が、デジタル／アナログ変換した回転指令を
モータドライバ２５へ供給する結果、モータドライバ２
５は、ベローズ伸縮用モータ２４を目標角度まで回転さ
せる。

【００５３】演算制御部３５は、呼吸パターンに対応し
たベローズ伸縮用モータ２４の目標角度データがまだ有
る場合は（ステップＳ２８の肯定）、ステップＳ２２〜
ステップＳ２８の処理を繰返す一方、目標角度データが
無い場合は（ステップＳ２８の否定）、再度同じ呼吸パ
ターンを実行するか否かを判定する（ステップＳ２
９）。

【００５４】演算制御部３５は、再度同じ呼吸パターン
を実行する場合は、ステップＳ２２〜ステップＳ２８の
処理を実行する一方、再度同じ呼吸パターンを実行しな
い場合は、ベローズ伸縮用モータ２４の目標角度から算
出した呼吸量と，実際に回転した角度から算出した呼吸
量とをモニタ３４にグラフ表示する（ステップＳ３
０）。以上が、本実施例における制御の流れである。

【００５５】この後、模擬呼吸装置２０で再現した種々
の模擬呼吸波形（通常呼吸，深呼吸，溜息，咳等）を用
いて，人工呼吸器１の気管用チューブ１３の出口圧力が
一定となるように自発呼吸バルブ９の開度の制御量を決
定する場合は、模擬呼吸装置２０のベローズ２２の人工
呼吸器用チューブ２１を人工呼吸器１の気管用チューブ
１３に接続し、模擬呼吸波形を人工呼吸器１に出力す
る。

【００５６】これにより、人工呼吸器１の制御部１４
は、圧力センサ１２の検出信号に基づき気管用チューブ
１３の出口圧力が一定となるように自発呼吸バルブ９の
開度が最適な開度となるように制御する。表示部１５
は、制御部１４の指令に基づき気管用チューブ１３の出
口圧力に係るデータ，自発呼吸バルブ９の最適な開度に
係るデータ等を表示する。

【００５７】上述したように、本実施例によれば、模擬
呼吸装置２０の呼吸パターン入力用チューブ２６から種
々の呼吸（通常呼吸，深呼吸，溜息，咳等）を入力すれ
ば、コンピュータ３２が入力呼吸波形の流量に基づきベ
ローズ伸縮用モータ２４を駆動制御してベローズ２２を
伸縮させるため、ベローズ２２の人工呼吸器接続用チュ
ーブ２１から入力呼吸と同じ波形を有する模擬呼吸を出
力（再現）することができる。

【００５８】上記により、人工呼吸器１の気管内チュー
ブ１３の出口圧力が一定となるように自発呼吸バルブ９
の開度を最適な状態となるように制御することが可能と
なる等，患者の実際の自発呼吸と同じ条件で人工呼吸器
１の試験を行うことが可能となる。更には、ベローズ２
２の伸縮回数に応じて連続呼吸も可能となる。

【００５９】また、本実施例によれば、ベローズ伸縮用
モータ２４の制御時における１サイクル毎の目標角度を
算出し，１呼吸パターンの目標角度のファイルとして外
部メモリ３３に保存しておくため、ベローズ２２の人工
呼吸器接続用チューブ２１から何回でも同じ波形の各種
模擬呼吸を再現することができる。

【００６０】更に、本実施例によれば、ベローズ伸縮用
モータ２４の回転角度を制御することによりベローズ２
２における吸い／吐きの空気量を変化させるため、複雑
かつ微妙な模擬呼吸を再現することが可能となる。

【００６１】更にまた、本実施例によれば、高圧空気を
生成する高圧空気生成装置，負圧源，コンプレッサ等を
使用しなくとも模擬呼吸を再現することができるため、
模擬呼吸装置の小型化やコストの低減等を図ることが可
能となる。

【００６２】この場合、本実施例では、呼吸パターン入
力用チューブ２６から入力した人間の実際の呼吸（通常
呼吸，深呼吸，溜息，咳等）を流量計２７により流量波
形に変換し，当該流量波形に基づき模擬呼吸を形成する
ようにしたが、これに限定されるものではなく、入力し
た人間の実際の呼吸を例えば圧力計により圧力波形に変
換し，当該圧力波形に基づき模擬呼吸を形成するように
することも可能である。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の本発明
の人工呼吸器用模擬呼吸装置によれば、呼吸入力手段を
介して入力した通常呼吸，深呼吸，溜息及び咳等の種々
の実際の呼吸情報を呼吸波形信号に変換し，呼吸波形信
号に基づき入力呼吸の波形と同じ波形を有する模擬呼吸
パターンを形成し，模擬呼吸パターンに対応した空気量
がベローズの管路から吸入／吐出されるようにベローズ
伸縮機構の目標動作量を算定し，ベローズ伸縮機構の実
際の動作量が目標動作量に一致するようにベローズ伸縮
機構の動作を制御するため、呼吸入力手段を介して入力
した種々の実際の呼吸と同じ波形を有する模擬呼吸をベ
ローズの管路から出力することができる。これにより、
模擬呼吸装置のベローズの管路と人工呼吸器の呼吸系統
とを接続すれば、患者の実際の自発呼吸と同じ条件で人
工呼吸器の試験を行うことが可能となる、という効果を
奏する。

【００６４】請求項２の本発明の人工呼吸器用模擬呼吸
装置によれば、制御手段が、更に、ベローズ伸縮機構の
目標動作量に係るデータを所定の記憶手段に記憶する機
能を備えているため、何度でも同じ模擬呼吸を再現する
ことが可能となる、という効果を奏する。

【００６５】請求項３の本発明の人工呼吸器用模擬呼吸
装置によれば、ベローズ伸縮機構をベローズを伸縮動作
させるクランク機構及びクランク機構を作動させるモー
タとして構成し，模擬呼吸パターンに対応した空気量が
ベローズの管路から吸入／吐出されるようにモータの目
標回転角度を算定し，モータの実際の回転角度が目標回
転角度に一致するようにモータの動作を制御するため、
複雑かつ微妙な波形を有する模擬呼吸も再現することが
可能となる、という効果を奏する。

【００６６】請求項４の本発明の人工呼吸器用模擬呼吸
装置によれば、呼吸／波形変換手段を流量計として構成
しているため、呼吸入力手段を介して入力した通常呼
吸，深呼吸，溜息及び咳等を流量波形に変換して当該流
量波形に対応した模擬呼吸パターンを容易に形成するこ
とができ、この結果、上記と同様に、呼吸入力手段を介
して入力した通常呼吸，深呼吸，溜息及び咳等の種々の
実際の呼吸と同じ波形を有する模擬呼吸を正確に再現す
ることが可能となる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した本実施例の模擬呼吸装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】本実施例の模擬呼吸装置が接続される人工呼吸
器の構成を示すブロック図である。

【図３】本実施例におけるベローズ・クランク機構・ベ
ローズ伸縮用モータ等の構成を示す一部を省略した正面
図である。

【図４】図３に示したベローズ・クランク機構・ベロー
ズ伸縮用モータ等の構成を示す一部を省略した右側図で
ある。

【図５】本実施例におけるベローズ伸縮用モータ角速度
・クランク角・ベローズ変位・ベローズ速度の関係式を
算出するための説明図である。

【図６】図６（ａ）は吸い動作が吐き動作よりも先の場
合における各流量を示す説明図、図６（ｂ）はベローズ
伸縮用モータのスタートポイント・エンドポイント・吸
いと吐きの差等を示す説明図である。

【図７】図７（ａ）は吸い動作が吐き動作よりも先の場
合における各流量を示す説明図、図７（ｂ）はベローズ
伸縮用モータのスタートポイント・エンドポイント・吸
いと吐きの差等を示す説明図である。

【図８】図８（ａ）は吐き動作が吸い動作よりも先の場
合における各流量を示す説明図、図８（ｂ）はベローズ
伸縮用モータのスタートポイント・エンドポイント・吸
いと吐きの差等を示す図である。

【図９】図９（ａ）は吐き動作が吸い動作よりも先の場
合における流量を示す説明図、図９（ｂ）はベローズ伸
縮用モータのスタートポイント・エンドポイント・吸い
と吐きの差等を示す説明図である。

【図１０】図１０（ａ）は吸い動作及び吐き動作におけ
るベローズ伸縮用モータの目標角度を示す説明図、図１
０（ｂ）は図１０（ａ）における一部を拡大した説明図
である。

【図１１】本実施例における制御動作の前半部分の流れ
図である。

【図１２】本実施例における制御動作の後半部分の流れ
図である。

【符号の説明】

１人工呼吸器１３呼吸系統としての気管用チューブ２０模擬呼吸装置２１管路としての人工呼吸器接続用チューブ２２ベローズ２３ベローズ伸縮機構としてのクランク機構２４ベローズ伸縮機構としてのベローズ伸縮用モータ２６呼吸入力手段としての呼吸パターン入力用チュー
ブ２７呼吸／波形変換手段としての流量計３２コンピュータ３３記憶手段としての外部メモリ３５制御手段としての演算制御部

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61M 16/00 G09B 9/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】人工呼吸器の呼吸系統に対し着脱自在に
接続される管路を有し，伸縮動作により模擬呼吸として
の所定の空気量を前記管路を介して吸入または吐出する
ベローズと、該ベローズを伸縮動作させるベローズ伸縮
機構と、該ベローズ伸縮機構の動作を制御する制御手段
とを備えた人工呼吸器用模擬呼吸装置において、通常呼吸，深呼吸，溜息及び咳等の種々の実際の呼吸情
報を入力するための呼吸入力手段と、該呼吸入力手段を
介して入力された実際の呼吸情報を電気的な呼吸波形信
号に変換する呼吸／波形変換手段とを設け、前記制御手段が、前記呼吸／波形変換手段から出力される呼吸波形信号に
基づき当該入力呼吸の波形と同じ波形を有する模擬呼吸
パターンを形成する模擬呼吸パターン形成機能と、当該算定した模擬呼吸パターンに対応した空気量が前記
ベローズの前記管路から吸入／吐出されるように前記ベ
ローズ伸縮機構の目標動作量を算定する目標動作量算定
機能と、前記ベローズ伸縮機構の実際の動作量が前記目標動作量
に一致するように当該ベローズ伸縮機構の動作を制御す
る動作量一致制御機能とを備えたことを特徴とする人工
呼吸器用模擬呼吸装置。
【請求項２】前記制御手段が、更に、前記ベローズ伸
縮機構の目標動作量に係るデータを所定の記憶手段に記
憶する記憶制御機能を備えていることを特徴とする請求
項１記載の人工呼吸器用模擬呼吸装置。
【請求項３】前記ベローズ伸縮機構を、前記ベローズ
を伸縮動作させるクランク機構，及び当該クランク機構
を作動させるモータとして構成し、前記制御手段の目標動作量算定機能が、前記模擬呼吸パ
ターンに対応した空気量が前記ベローズの前記管路から
吸入／吐出されるように前記モータの目標回転角度を算
出することにより実行され、前記制御手段の動作量一致制御機能が、前記モータの実
際の回転角度が前記目標回転角度に一致するように当該
モータの動作を制御することにより実行されることを特
徴とする請求項１又は２記載の人工呼吸器用模擬呼吸装
置。
【請求項４】前記呼吸／波形変換手段を、流量計とし
て構成して成ることを特徴とする請求項１，２又は３記
載の人工呼吸器用模擬呼吸装置。