JP6899144B2

JP6899144B2 - 消音器、人工呼吸器

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Publication number: JP6899144B2
Application number: JP2017545128A
Authority: JP
Inventors: 新田　一福; 一福新田; 眞市塩田
Original assignee: Metran Co Ltd
Current assignee: Metran Co Ltd
Priority date: 2015-10-16
Filing date: 2016-09-16
Publication date: 2021-07-07
Anticipated expiration: 2036-09-16
Also published as: JPWO2017064975A1; EP3363487A4; EP3363487A1; WO2017064975A1; US20180280643A1; US11247007B2; EP3363487B1

Description

本発明は消音器と、消音器を接続した人工呼吸器に関する。

従来、様々な病態の呼吸不全に対して人工呼吸器が使用されている。その中でも一般的なものとしては、睡眠時無呼吸症候群（ＳｌｅｅｐＡｐｎｅａＳｙｎｄｒｏｍｅ：ＳＡＳ）の治療に使用されるＣＰＡＰ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｐｏｓｉｔｉｖｅａｉｒｗａｙｐｒｅｓｓｕｒｅ）療法のための呼吸補助装置がある。睡眠時無呼吸症候群は、睡眠中に気道の筋肉が弛緩して舌根部や軟口蓋が下がり、気道を閉塞することによって生じ、国内のＳＡＳ潜在患者数は３００万人以上と言われている。ＳＡＳ患者の循環器系疾患発生リスクは健常者に比べると２〜４倍高いと考えられており、またＳＡＳ患者は重度の眠気の症状を呈する睡眠障害を有する可能性が高く、交通事故の発生リスクは健常者の２倍以上である。この種の患者に対しては、気道に陽圧（正圧）を印加する送風機（ブロア）を備えた呼吸補助装置を利用した持続陽圧式呼吸療法（ＣＰＡＰ療法）が有効とされている。呼吸補助装置は、送風機から供給される圧縮空気を吸気として、患者の気道に加圧空気を送り込む。

ＣＰＡＰ療法に使用される呼吸補助装置は高流量が必要であり、送風機から加圧空気を鼻部等に送り込む装着部までは，直径１５ｍｍ〜２２ｍｍといった比較的太いエアチューブ（蛇管）で接続されている。またＣＰＡＰ療法においては、おおよそ４．０−２０．０ｃｍＨ２Ｏ程度の陽圧が加えられる。この加圧空気の生成のため、呼吸補助装置は送風機を備えるが、その送風機の羽根車の回転数は１００００〜２００００ｒｐｍにも達する。このためなんらの工夫もしなければ、羽根車の風切り音やモーターの振動が加圧空気を導くエアチューブを通じて、患者の装着部に達し睡眠を妨げることになる。

図６に、従来の呼吸補助装置８０の構成を示す。呼吸補助装置は、筐体８５と、加湿器４０と、エアチューブ６０と、装着部７０を備える。筐体８５は消音のため、ほぼ密閉構造になっており、制御部１０と、送風機２０と、消音器３０と流路５０とを備え、送風機２０は呼吸補助装置の筐体に収納される消音ボックス９０の中に配置されている。このような構成にすることで、送風機２０からの騒音を軽減することができる。また根本的に送風機２０が発生する音を下げる努力も行われている（例えば、特開２０１４−１３２１５６号公報参照）。

しかしながら、消音器３０の消音材として使用される多孔質部材、例えば発泡ウレタンフォーム等は振動に常時さらされるため劣化し易く、それに伴い消音性能も低下する。また吸音のための多孔質構造は加湿器４０からの水分を吸い込み易いため雑菌が増殖しやすく、衛生上も問題が多い。

本発明は、斯かる実情に鑑み、メンテナンス性に優れ小型軽量な消音器と、呼吸補助装置を提供しようとするものである。

（１）本発明は、送風機で加圧空気を生成して、患者が装用する装着部から前記患者の気道に前記加圧空気を印加する治療器に設けられ、前記送風機から前記患者に前記加圧空気を導く流路へ挿入して、前記治療器が発生する音を軽減する消音器であって、前記送風機を収納する筐体の外に設けられることを特徴とする消音器を提供する。

（２）本発明は、前記消音器が、前記流路中自在に挿入可能であることを特徴とする上記（１）に記載の消音器を提供する。

（３）本発明は、前記加圧空気を加湿する加湿器に接続するための加湿器接続部を備えることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の消音器を提供する。

（４）本発明は、前記加湿器が、加湿のための水を溜める貯水部と、前記加圧空気に加湿を行う加湿部と備えることを特徴とする上記（３）に記載の消音器を提供する。

（５）本発明は、前記加湿部が、多孔質の中空ファイバーと、貯水部から中空ファイバーまで水を導く導水路と、前記導水路と前記中空ファイバーを着脱自在に接続するコネクタとを備えることを特徴とする上記（４）に記載の消音器を提供する。

（６）本発明は、内部空間を有する収納部と、前記流路中、前記加圧空気の送出を行う送風機側に接続可能な第１接続部と、前記流路中、前記装着部側に接続可能な第２接続部とを備えることを特徴とする上記（１）乃至から（５）のいずれかに記載の消音器を提供する。

（７）本発明は、前記収納部は前記内部空間に消音材を備え、前記消音材は、前記収納部の内部空間中、前記第１接続部と前記第２接続部の間に設けられ、前記送風機側から前記装着部側に加圧空気を導く貫通部を少なくとも１つ有することを特徴とする上記（６）に記載の消音器を提供する。

（８）本発明は、前記収納部は前記内部空間にフィルタを備え、前記フィルタは、前記収納部の内部空間中、前記第１接続部と前記第２接続部の間に設けられることを特徴とする上記（６）に記載の消音器を提供する。

（９）本発明は、前記第１接続部は、内径が、前記装着部に加圧空気を導くエアチューブの端部の外径と等しく、且つ、前記送風機を収納する筐体の呼吸回路接続口に直接接続可能な、雌部を備え、前記第２接続部は、前記エアチューブの前記端部の内径と等しい外径となり、且つ、前記エアチューブと連結可能な雄部を備える、ことを特徴とする上記（６）乃至（８）のいずれかに記載の消音器を提供する。

（１０）本発明は、前記第１接続部は、前記装着部に加圧空気を導くエアチューブの端部の内径と等しい外径となり、且つ、前記エアチューブと連結可能な雄部を備え、前記第２接続部は、前記エアチューブの端部の内径と等しい外径となり、且つ、前記エアチューブと連結可能な雄部を備える、ことを特徴とする上記（６）乃至（８）のいずれかに記載の消音器を提供する。

（１１）本発明は、前記収納部は、前記第１接続部を備える第１収納部材と、前記第２接続部を備える第２収納部材に分割可能であることを特徴とする上記（６）乃至（１０）のうちのいずれかに記載の消音器を提供する。

（１２）本発明は、内部空間を有する収納部と、前記流路中、前記加圧空気の送出を行う送風機側に接続可能な第１接続部と、前記流路中、前記装着部側に接続可能な第２接続部と、を備え、前記収納部は、前記第１接続部を備える第１収納部材と、前記第２接続部を備える第２収納部材に分割可能であり、前記加湿器接続部は前記第２収納部材に設けられていることを特徴とする上記（３）乃至（５）のうちのいずれかに記載の消音器を提供する。

（１３）本発明は、前記収納部は前記内部空間に消音材を備え、前記消音材は、前記収納部の内部空間中、前記第１接続部と前記第２接続部の間に設けられ、前記送風機側から前記装着部側に加圧空気を導く貫通部を少なくとも１つ有することを特徴とする上記（１２）に記載の消音器を提供する。

（１４）本発明は、前記収納部は前記内部空間にフィルタを備え、前記フィルタは、前記収納部の内部空間中、前記第１接続部と前記第２接続部の間に設けられることを特徴とする上記（１２）に記載の消音器を提供する。

（１５）本発明は、前記収納部における前記内部空間の、前記流路と垂直な平面方向の断面積は、前記第１接続部の、前記流路と垂直な平面方向の断面積より大きいことを特徴とする上記（６）乃至（１４）のうちのいずれかに記載の消音器を提供する。

（１６）本発明は、上記（１）乃至（１５）のうちのいずれかに記載の消音器を備えることを特徴とする人工呼吸器を提供する。

本発明は、加圧空気を生成する送風機を収納する筐体の外に消音器を設けることで、消音器のメンテナンス性を向上させる効果を奏する。

本発明の実施形態に係る呼吸補助装置の構成を示す説明図である。同呼吸補助装置の消音器の説明図である。同消音器の第１実施形態の断面図である。同消音器とそれに接続された加湿器の説明図である。同消音器の第２実施形態の断面図である。従来の呼吸補助装置の構成を示す説明図である。

以下、本発明の消音器および消音器を備えた呼吸補助装置における好適な実施の形態について、図１から図５を参照して詳細に説明する。図１から図５は発明を実施する形態の一例であって、図中、同一の符号を付した部分は同一物を表わす。

図１に本発明の第１実施形態に係る呼吸補助装置（人工呼吸器の一種）８０の全体構成を示す。治療器としての呼吸補助装置８０は、制御装置１と、ブロア装置２と、消音器３０と、加湿器４０と、エアチューブ６０と、装着部７０から構成される。制御装置１は制御部１０を備え、ブロア装置２は送風機２０を内部に配置する。制御装置１とブロア装置２は電力分配線および通信手段１６０によって接続され、制御装置１がブロア装置２内に配置された圧力計測手段や流量測定手段（図示省略）の情報を元に、送風機２０の流量があらかじめ設定した値になるように制御する。送風機２０で生成された加圧空気は、ブロア装置２の外に設置され、呼吸回路接続口１８０に接続された消音器３０で消音され、エアチューブ６０を通じて装着部７０から患者の気道に導かれる。加湿器４０が消音器３０に接続されており、加圧空気は加湿されるため、患者が乾燥した加圧空気で不快感を覚えることはない。なお、本図および他図において、部材の大きさ、形状、厚みなどを適宜誇張して表現する。

図２（ａ）に本第１実施形態に係る消音器３０と、加湿器４０と、ブロア装置１７０が接続された全体図を示す。

ブロア装置１７０は呼吸回路接続口１８０から加圧空気を供給する。呼吸回路接続口１８０には消音器１００の第１接続部１１０が直接接続される。消音器１００について、第１接続部１１０と向かい合う側に備えられた第２接続部１４０は、エアチューブ１５０に接続され、Ａは患者の鼻部を覆う装着部７０に接続される。消音器１００には加湿器４０を接続するための加湿器接続部１３０が設けられており、加湿器接続部１３０に接続された導水路１２０から消音器１００の内部に配置された加湿部へと水が供給される。

図２（ｂ）に消音器３０と、加湿器４０と、ブロア装置１７０の分解図を示す。

消音器１００は、第１収納部材２２０と、第２収納部材２００と、消音材２１０により構成され、第１収納部材２２０と第２収納部材２００は、加圧空気を漏らさぬようパッキングを備えた接続部により互いに接続され分割可能である。第１収納部材２２０の筐体と第２収納部材２００の筐体が雄ネジ、雌ネジの関係になって接続可能となっていても良い。

第１収納部材２２０と第２収納部材２００はそれぞれ中空になっており、消音材２１０を内部に配置可能な収納部を構成する。このとき消音材２１０は、加圧空気を第１接続部１１０から第２接続部１４０に導くための貫通部２５０を備える。このような構成にすることで消音材２１０が容易に交換可能となり、メンテナンス性の向上が図られる。また第１接続部１１０の流路と垂直な平面方向の断面の面積及び第２接続部１４０の流路と垂直な平面方向の断面の面積と比較して、第１収納部材２２０及び第２収納部材２００の流路と垂直な平面方向の断面の面積が大きいため、第１収納部材２２０及び第２収納部材２００は、第１接続部１１０を通過する音のエネルギーの密度を低下させる膨張型消音器となっており、消音材２１０が音を吸収すると同時に、消音の効果を奏する。なお、消音材２１０の貫通部２５０の流路と垂直な平面方向の断面積は、第１収納部材２２０の流路と垂直な平面方向の断面の面積と比較して小さく、且つ、第２収納部材２００の流路と垂直な平面方向の断面の面積と比較して小さいため、全体としては２段の膨張型消音器を構成することになる。

第１収納部材２２０の第１接続部１１０は、ブロア装置１７０の呼吸回路接続口１８０に直接連結可能な雌部を備える。このとき第１接続部１１０の内径が呼吸回路接続口１８０の外径に略等しく、第１接続部１１０を呼吸回路接続口１８０に差し込んだときに、第１接続部１１０のもつ弾性で加圧空気が漏れない程度の締め付けがあることが望ましい。また第２収納部材２００の第２接続部１４０はエアチューブ端部１９０に連結可能な雄部を備える。このときエアチューブ１５０の内径と第２接続部１４０の外径が略等しく、エアチューブ端部１９０を第２接続部１４０に差し込んだときに、エアチューブの持つ弾性で加圧空気が漏れない程度の締め付けがあることが望ましい。

第２収納部材２００の加湿器接続部１３０に接続された加湿器は、導水路１２０とコネクタ２３０と加湿部２４０と貯水部（図示省略）で主に構成される。導水路１２０は貯水部からコネクタ２３０を通じて加湿部２４０へ水を供給する。コネクタ２３０は導水路１２０と加湿部２４０を着脱自在に接続する。加湿部２４０は多数の中空ファイバーの束からなり、エアチューブ１５０の内部に配置される。中空ファイバーは、蒸気となった水分は通すが、液体の水は通さない微小な穴を持つ多孔質で構成されている。加湿器接続部１３０と導水路１２０の間にはパッキング部材が設けられて、加圧空気が漏れないようにシールされていることが望ましい。水分が中空ファイバーに備わった微小な穴からエアチューブ１５０内に蒸発することで加圧空気に加湿を行う。なお、加湿部２４０におけるコネクタ２３０と反対側の端面は、キャップ２４２によって閉鎖されており、中空ファイバーの端面から水が漏れ出さないようになっている。

なお導水路１２０は消音器１００内部で第２収納部材２００の一部により保持されても良い。また加湿部２４０はコネクタ２３０からはずして交換可能であることが望ましい。加湿部２４０は、多孔質な上、水分を含む機会が多いため雑菌が繁殖しやすく、衛生面での問題が生じることを避けるため、定期的に交換することが望ましいからである。

次に図３の消音器３０の断面図を用いて、消音器の作用を示す。ただし図３では加湿器接続部１３０は省略している。消音器３０は第１収納部材２２０と第２収納部材２００が収納部材接続部２６０で接続されて構成され、その中空な内部の収納部に消音材２１０を備える。加圧空気はブロア装置筐体端部２７０から入り、呼吸回路接続口１８０から第１接続部１１０を通り第１収納部材２２０に到達する。第１収納部材２２０と、第２収納部材２００と、消音材２１０は２段の膨張型消音器となっており、第１接続部１１０から入った音は消音器で消音される。消音後の加圧空気は第２接続部１４０からエアチューブ端部１９０を通じてエアチューブ内に導かれる。

更に消音器および呼吸補助装置の詳細構成について説明する。

図４に消音器１００とそれに接続される加湿器３００の説明図を示す。加湿器３００は、貯水部２８０と導水路１２０とコネクタ２３０と加湿部２４０から構成される。貯水部２８０には逆止弁２８５が備えられ、貯水部の中には水２９０が蓄えられている。貯水部２８０は弾性部材で構成されており、手で押しつぶして水２９０に圧力をかけることを可能とする。就寝中、加圧空気には常に加湿することが必要であり、貯水部２８０の水２９０にエアチューブ１５０の内部の圧力より高い圧力をかけないと、加湿部２４０から水分が蒸発しにくいため、常時水２９０には加圧することが必要だからである。なお貯水部２８０の中の空気が十分でなければ逆止弁２８５から空気を注入する。加湿部２４０はエアチューブ内に設けられる。貯水部２８０で加圧されて導水路１２０を通じて加湿器接続部１３０から消音器１００のなかに導かれた水分は、加湿部２４０を構成する多孔質の中空ファイバーからエアチューブ１５０のなかに水分を蒸発させ加湿を行う。本発明に係る加湿器３００は、従来の加温式の加湿器、すなわち、貯水部２８０を加温して蒸発した水分を加圧空気に加えることで加湿を行う方式と比較して、加温のためのヒーターや電源が必要なく安全で、また自然蒸発方式なので加圧空気が過剰に暖められることもない。

図５に消音器の第２実施形態の説明図を示す。本第２実施形態では、図５に示すように消音器１００の内部空間には、貫通部を有する消音材の代わりに、加圧空気は十全に通すものの、音は遮音できる程度の細孔を有するフィルタ３１０が備えられている。このような構成にすることで消音の効果と同時に、加圧空気の清浄さを向上させる効果を奏する。フィルタ３１０を図５のように複数備える構成の場合、たとえフィルタ３１０の持つ細孔の大きさ自体は肉眼で見えるような場合でも、第１接続部１１０から第２接続部１４０方向を見たときに複数のフィルタの孔が直線状に並ばなければ、遮音の効果は当然に生じる。また加圧空気がそれぞれのフィルタにいったん遮られる際に、空気中に存在する塵埃の多くはフィルタに衝突し吸着される。フィルタを帯電させて塵埃を吸着させるようにしても良い。また消音器１００を構成する第１収納部材２２０や第２収納部材２００の内部が消音効果を有する部材で覆っても良い。

なお、上記実施形態は、本発明はこれに限定されない。例えば、第１実施形態において第１接続部１１０は雌部を備え、第２接続部１４０は雄部を備える構成であったが、第１接続部１１０と第２接続部１４０の両者ともエアチューブ端部１９０の内径と略等しい外径を持ち、連結可能な雄部を備えることも考えられる。エアチューブを消音器１００の両端に接続することが可能になり、消音器１００をエアチューブ１５０のさらに装着部側７０へ自在に挿入できる効果を奏する。こうすることで消音器１００はブロア装置１７０を関わりなく着脱可能となり、メンテナンスもさらに容易になる。

また、上記実施形態では、加湿部２４０として中空ファイバーを用いる場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、消音材２１０を加湿部として機能させることも考えられる。具体的には導水路１２０の内部に不織布等の毛細現象を生じる部材を通し、消音材２１０に接続する。このとき消音材２１０にはスポンジ様の発泡ウレタンフォーム等を用いる。こうすることで貯水部から吸い上げられた水は、加湿部として機能する消音材２１０から蒸発することで加圧空気を加湿する。中空ファイバーを用いないことでさらなる構造の簡素化に繋がる。この場合も、定期的に消音材２１０を交換すれば衛生面でも問題が生じない。

なお、上記本発明の実施形態については、主にＣＰＡＰ治療に用いられる呼吸補助装置について説明を行ったが、一般の人工呼吸器についても本発明に係る消音器が適用できることは言うまでも無い。

なお、本発明の消音器および消音器を備えた呼吸補助装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１制御装置
２ブロア装置
１０制御部
２０送風機
３０消音器
４０加湿器
５０流路
６０エアチューブ
７０装着部
８０呼吸補助装置
９０消音ボックス
１００消音器
１１０第１接続部
１２０導水路
１３０加湿器接続部
１４０第２接続部
１５０エアチューブ
１６０電力分配線および通信手段
１７０ブロア装置
１８０呼吸回路接続口
１９０エアチューブ端部
２００第２収納部材
２１０消音材
２２０第１収納部材
２３０コネクタ
２４０加湿部
２５０貫通部
２６０収納部材接続部
２７０ブロア装置筐体端部
２８０貯水部
２８５逆止弁
２９０水
３００加湿器
３１０フィルタ

Claims

送風機で加圧空気を生成して、患者が装用する装着部から前記患者の気道に前記加圧空気を印加する治療器に設けられ、前記送風機から前記患者に前記加圧空気を導く流路へ挿入して、前記治療器が発生する音を軽減する消音器であって、
前記送風機を収納し、且つ、外部との境界をなす最外の筐体の外側に設けられ、
分離可能に互いに接続される上流側の第１収納部材と下流側の第２収納部材によって構成されて消音用の内部空間となる収納部と、
前記第１収納部材に配置されて、前記流路における前記筐体側に接続可能な第１接続部と、
前記第２収納部材に配置されて、前記流路における前記装着部側に接続可能な第２接続部と、を備え、
前記第１接続部は、前記筐体の呼吸回路接続口の雄端を内周に収容可能な雌部を有し、
前記第２接続部は、前記装着部に前記加圧空気を導くエアチューブの雌端の内径と等しい外径を有することで、前記エアチューブの雌端の内周に挿入可能な雄部を有し、
前記第２収納部材は、外部から供給される加湿用の水を、前記内部空間側に案内する加湿器接続部を有し、
前記内部空間の下流側において、前記加圧空気を加湿する加湿器を備え、
前記加湿器は、
加湿のための水を溜める貯水部と、
前記第２接続部側に配置され、該第２接続部に接続される前記エアチューブ内の前記加圧空気に加湿を行う加湿部と、
前記貯水部から、前記加湿器接続部を経由して、前記加湿部まで前記水を導く導水路と、を備える
ことを特徴とする消音器。
前記加湿部は、
多孔質の中空ファイバーと、
前記中空ファイバーを前記導水路に対して着脱自在に接続するコネクタと
を備えることを特徴とする請求項１に記載の消音器。
前記収納部の前記内部空間に配置される消音材を備え、
前記消音材は、
前記第１接続部側から前記第２接続部側に加圧空気を導く貫通部を少なくとも１つ有することを特徴とする請求項１又は２に記載の消音器。
前記収納部の前記内部空間に配置されるフィルタを備えることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載の消音器。
前記収納部における前記内部空間の、前記流路と垂直な平面方向の断面積は、前記第１接続部の、前記流路と垂直な平面方向の断面積より大きいことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載の消音器。
請求項１から請求項５のうちのいずれか一項に記載の消音器と、
前記送風機及び該送風機を収容する最外の前記筐体を有するブロア装置と、
を備えることを特徴とする人工呼吸器。