JPH08243166A

JPH08243166A - 呼吸同調型呼吸補助装置

Info

Publication number: JPH08243166A
Application number: JP7052490A
Authority: JP
Inventors: Kimitaka Koshihisa; 仁敬越久; Yoshiji Hashimoto; 佳士橋本; Harutomo Wakao; 治友若生; Takaki Nakagawa; 貴樹中川
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1995-03-13
Filing date: 1995-03-13
Publication date: 1996-09-24
Anticipated expiration: 2017-01-15
Also published as: JP3247273B2

Abstract

(57)【要約】【目的】気道陽圧可変量を大きく確保し、かつ気道陽圧
の高低に関わらず再呼吸による死腔を極力小さくした呼
吸同調型の気道陽圧式呼吸補助装置を提供する。【構成】呼吸用ガス流発生手段と、ガス流を気道へ導く
導管手段と、供給ガス流の圧力調整手段と、導管内ガス
の圧力検出手段と、導管内ガス流の流量検出手段と、前
記圧力調整手段の近傍で、かつ患者側に配置された第一
の減圧手段と、患者の近傍に配置された第二の減圧手段
を備え、吸気相から呼気相へ移行時、前記圧力調整手段
が供給ガス流圧力を制御する機能を具備しており、呼気
相移行開始時、ＰＥＥＰに供給ガス圧力値が一致するま
での期間、前記第一、及び第二の減圧手段を全開として
周囲雰囲気に導管内ガスを解放し、ＰＥＥＰ到達後は前
記第二の減圧手段を全閉にして、前記制御手段が呼気相
中のガス流圧力をＰＥＥＰに一致するように制御する機
能を具備している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は呼吸用圧力ガスを気道に
供給する呼吸同調型の気道陽圧式呼吸補助装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】自発呼吸可能な患者に適用される呼吸補
助装置においては、十分な換気能力を有しかつ患者に不
快感や苦痛を与えないことが求められる。従って患者の
自発呼吸に同調して呼吸補助を行うことが望ましい。

【０００３】この観点から、従来技術としては例えば二
相性陽圧方式がある。この場合、人工呼吸装置の圧力制
御ユニットには次の２つの特性が求められる。すなわち
呼気相から吸気相、また吸気相から呼気相へ移行する場
合には短時間の内に大きく圧力値を変化させることが望
まれる。一方、吸気相中、及び呼気相中は、患者の呼吸
状態の変化に関わらず、各々一定の圧力値に保つように
細かい制御を行うことが必要である。

【０００４】また、患者に不快感や苦痛を与えない目的
で、比例支援式人工呼吸方法（特開平５−115554号）等
を用いる場合には、吸気相中にさらに細かい圧力制御が
求められる。二相性陽圧方式の具体的な装置構成は例え
ば特開平3-222963号に述べられている。その記述によれ
ば、圧力制御ユニットとしては、”制限された開口を通
して大気中に開かれた流路を提供する可動バルブの形式
がよい”、とされている。すなわち大気中に開かれた流
路の開口量を変化させることで圧力を制御する方式であ
る。

【０００５】尚、発明者等は特願平６−154761号におい
て、圧力制御手段と患者との間に減圧手段を設けて、患
者の呼気ガスが次の吸気相の時に再び患者に供給される
現象（以降これを再呼吸と呼ぶ）を減らすようにした呼
吸補助装置を提案した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の方法では、呼気
相中、とりわけ吸気相開始の瞬間に気道が閉塞しないよ
うに終末呼気陽圧（以下ＰＥＥＰと呼ぶ）の圧力ガスを
患者に供給する。しかし従来の方法には次のような問題
がある。呼吸補助装置において、一つの装置構成成で
は、高いＰＥＥＰから低いＰＥＥＰまでのガスを選択的
に患者に供給し、かつ再呼吸を減らし死腔を少なくする
ことができないという点である。

【０００７】このＰＥＥＰが大きい場合、例えば患者に
処方するＰＥＥＰが５cmＨ₂Ｏ以上である場合、患者に
装着した鼻マスクあるいはその近傍に設けられた小さい
開口部分を通して、呼吸補助装置からのガス流によって
患者の呼気ガスが周囲雰囲気に押し出されることで、主
に導管内のガス交換が行われて死腔が減少する。しかし
ながらＰＥＥＰが低く、例えば１cmＨ₂Ｏ程度である場
合には、患者の呼気ガスが周囲雰囲気に押し出されにく
く、死腔が大きくなってしまい、ガス交換効率が悪くな
るという問題がある。

【０００８】本発明は上記課題を解決することにより、
自発呼吸可能な患者に適用される呼吸補助装置におい
て、呼気相初期に供給ガスの圧力を短時間内に降下させ
ることで患者の呼気ガスの吐き易さを実現し、呼気相後
半に供給ガスの圧力制御をなし得、かつ吸気相開始直前
のＰＥＥＰの高低に関わらず死腔を極力小さくし、患者
の不快感や苦痛を低減して高い治療効果の得られる呼吸
補助装置を得ることを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、気道陽圧式の
呼吸同調型呼吸補助装置において、呼吸用ガス流を発生
するガス流発生手段と、呼吸用ガスを患者に供給するた
めの供給手段と、連結するための導管手段と、前記ガス
流発生手段と供給手段を前記導管手段内のガスを大気に
解放することなくガス流の圧力を調整してガス流を前記
導管手段の供給手段側へ可変圧力で供給する圧力調整手
段と、前記導管手段における前記圧力調整手段の近傍
で、かつ前記供給手段側に配置され、前記導管手段内の
ガスを大気圧以下の圧力を持つ雰囲気に解放する第一の
減圧手段と、前記導管手段における前記供給手段の近傍
に配置されて、前記導管手段内のガスを大気圧以下の雰
囲気に解放する第二の減圧手段を備え、患者の通常の呼
気相移行時には前記第一、および第二の減圧手段を開と
して、前記導管手段内のガスを大気圧以下の圧力を持つ
雰囲気に解放し、患者の通常の吸気相中は前記第一、及
び第二の減圧手段を共に閉とするための制御手段を備え
たことを特徴とする、呼吸同調型の呼吸補助装置を提供
するものである。

【００１０】かかる本発明の装置には、患者の手段位相
を検出するための呼吸位相検出手段を備えた呼吸補助装
置が含まれる。

【００１１】また本発明の装置には、前記制御手段が、
吸気相から呼気相へ移行後、呼気相初期の一定期間、前
記圧力調整手段の圧力損失を最大にして供給ガス流を極
めて少なくする機能を具備したものである呼吸補助装置
が含まれる。

【００１２】さらに本発明の装置には、前記供給手段内
又は前記導管手段内のガス圧力を検出する圧力検出手段
を備え、前記制御手段が、呼気相開始後前記導管手段内
のガス圧力値が降下して圧力検出手段によって検出され
た圧力が所望の圧力値に到達した後に前記第二の減圧手
段を全閉にして、呼気相後半では前記圧力調整手段の圧
力損失を調節することによって終末呼気陽圧の値に制御
して呼吸用ガス流を供給するようにするための機能を具
備したものである、呼吸補助装置が含まれる。

【００１３】さらに本発明の装置には、前記所望の圧力
値が、終末呼気陽圧の値と連動した値に設定される呼吸
補助装置が含まれる。

【００１４】このように本発明の装置は、気道陽圧式の
呼吸同調型呼吸補助装置において、呼吸用ガス流を発生
するガス流発生手段と、ガス流を患者へ導く導管手段及
び供給手段と、前記ガス流発生手段と患者の間に直列的
に配置され大気に解放されることなくガス流の圧力損失
を利用して圧力を調整しガス流を導管手段へ供給し気道
に可変圧力で供給する圧力調整手段と、前記圧力調整手
段の下流近傍に配置され少なくとも大気圧以下の圧力を
持つ雰囲気に解放される第一の減圧手段と、患者の近傍
に配置され少なくとも大気圧以下の雰囲気に解放される
第二の減圧手段を備え、吸気相から呼気相へ移行開始
時、前記圧力調整手段の圧力損失を適当に調節し供給ガ
ス流の圧力値を制御する機能を具備しており、ＰＥＥＰ
が低い場合には、吸気相から呼気相への移行時、呼気相
中に供給ガス流の圧力値がＰＥＥＰに実質上一致するま
での期間、前記第一、及び第二の減圧手段を開として大
気圧以下の圧力を持つ雰囲気に解放され、前記導管手段
内のガス流の圧力値が降下しＰＥＥＰに到達後、前記第
二の減圧手段を閉にして、前記制御手段が予め設定され
たＰＥＥＰで呼吸用ガスを患者に供給する機能を具備し
ている。

【００１５】本発明の装置には、前記制御手段が吸気相
から呼気相へ移行後、呼気相初期の一定期間、前記圧力
調整手段の圧力損失を最大にして供給ガス流を極めて少
なくする機能を具備しており、また系内のガス圧力を検
出する圧力検出手段を備え、呼気相開始後、前記導管手
段内のガス圧力値が降下して圧力検出手段によって検出
された圧力が所望の圧力値に到達した後、前記第二の減
圧手段を全閉にして、呼気相後半では前記圧力調整手段
の圧力損失を調節することによって、終末呼気陽圧の値
に制御して呼吸用ガス流を供給する機能を具備してお
り、前記所望の圧力値は、ＰＥＥＰとして前記制御手段
において予め設定可能であり、系内圧力が該所望圧力以
下にならないように前記圧力調整手段が制御される呼吸
補助装置が含まれる。

【００１６】本発明の装置では、ガス流発生手段から発
生したガスが導管手段を通って患者の気道へ供給され
る。前記第一、および第二の減圧手段は、患者の通常の
吸気相中には解放されておらず、患者の通常の呼気相移
行時には、前記第一、及び第二の減圧手段は共に全開と
なり前記導管手段内のガスが大気圧以下の圧力雰囲気に
解放される。さらに本発明の装置には、前記導管手段内
のガス流量を検出する流量計を備えることが望ましい。

【００１７】呼気相後半には前記第二の減圧手段を全閉
にして、第一の減圧手段を開として、前記導管手段内の
流量と圧力の特性に基づき前記圧力調整手段を調節し，
前記供給手段における圧力が予め設定された圧力となる
ように制御する。吸気相中、及び呼気相中の圧力制御は
前記圧力調整手段を操作して行う。前記制御手段は、こ
れらの減圧手段や圧力調整手段の動作を制御するもので
あって、例えばマイクロコンピュータユニット（ＭＰ
Ｕ）を含むコンピュータ手段が用いられる。

【００１８】ただし呼気相中であっても、例えば患者の
自発呼吸が停止して長時間呼気相が続いた場合等、何ら
かの理由で圧力を急激に上昇させる必要が生じた場合
は、前記第一、及び第二の減圧手段を共に全閉にして圧
力を上昇させ得るような機能が制御手段に具備されてい
ることが望ましい。また吸気相中であっても、例えば供
給圧力が高すぎて患者が強い不快感や苦痛を感じた場合
等、何らかの理由で圧力を急激に低下させる必要が生じ
た場合は前記第一、及び第二の減圧手段を解放して圧力
を低下させ得るようにしたものが望ましい。前記減圧手
段としては、前期導管手段内のガスを周囲雰囲気に解放
する開口面積が短時間内に急激に変化することが望まし
い。これは例えば市販の電磁弁等を用いて実現可能であ
る。

【００１９】

【作用】吸気相から呼気相への移行開始時、前記第一、
及び第二の減圧手段を解放し、呼気相中に予め設定した
ＰＥＥＰに実際に供給されるガスの圧力値がおおむね一
致するまでの期間、あるいは適当に定めた一定の期間、
前記圧力調整手段の圧力損失を適当に調節して供給ガス
流を極めて少なくする。これらの操作により、短時間内
に供給圧力を下降させ得、かつ、呼気相移行初期は周囲
雰囲気に解放された前記第一及び第二の減圧手段の開口
部分から、患者の呼気ガスが患者鼻マスク周囲雰囲気に
押し出される。

【００２０】例えば設定したＰＥＥＰが低く約１cmH₂O
程度の場合でも、患者の呼気ガスが鼻マスクあるいはそ
の近傍に設けられた小さい開口部分を通して、容易に押
し出される。これにより患者の呼吸困難感を大幅に低減
可能で、再呼吸に伴う死腔の量も大幅に減少することが
できる。

【００２１】これにより呼気相移行初期に導管手段内の
圧力を短時間内に大きく降下させることができ、呼気相
後半に予め設定した供給ガスの圧力値に制御することが
できる。

【００２２】

【実施例】以下に、本発明の装置について実施態様例を
あげてさらに詳細に説明する。但し、本発明はこれらの
例に限定されるものではない。

【００２３】図１は本発明による一実施例による、呼吸
補助装置の概略構成図である。図１中、１はガス流発生
ユニットのファンであり、２は導管手段である内径20mm
の人工呼吸器用チューブ、３は圧力調整ユニットである
小型バタフライ弁、４は第一の減圧ユニット、５は導管
内のガス流量を連続的に検出する流量検出手段で、６は
第二の減圧ユニットで、７は圧力検出手段である市販の
半導体圧力センサ、とで構成されている。

【００２４】図２は、図１の実施例をより具体的に表現
した構成図である。図中２１はガス流発生ユニットであ
る可変回転速度のファンであり、回転速度は数千から１
万数千rpmの間で約30cmＨ₂Ｏのファン出力圧に調整され
る。２２は導管手段である内径20mmの人工呼吸器用チュ
ーブで約3mの長さを有する。２３は大気に解放されるこ
となくガス流の圧力損失を利用して供給圧力を調整する
圧力調整ユニットである外径20mmの小型バタフライ弁で
ある。大気圧雰囲気に導管内を解放する第一の減圧ユニ
ットは三方電磁弁２４及び空気圧力式バルブ２５から構
成されている。２６は導管内のガス流量を連続的に検出
する流量検出手段で圧損の小さいマスフロータイプの市
販の流量計を使用している。

【００２５】２７はバクテリアフィルタであり、患者近
傍には、大気圧雰囲気に導管内を解放する第二の減圧ユ
ニットとして三方電磁弁２８及び、空気圧力式バルブ２
９から構成されている。３０は導管内のガス圧力を連続
的に検出する圧力検出手段である市販の半導体圧力セン
サ、３１はそれらを連結するガス圧力伝導チューブであ
る。３２は、呼吸用ガスを供給する供給手段であり、こ
こでは患者が装着する鼻マスクで構成されている。１２
は装置内部構成、１３は装置外部の患者回路を示してい
る。３３は、圧力検出手段３０で検出された結果から患
者の呼吸位相を把握して、それに基づいて接続された圧
力調整ユニット２３等の制御を行なうための制御手段で
あるマイクロコンピュータユニット（ＭＰＵ）を表わ
す。

【００２６】図２において、患者３４にファン２１から
導管手段２２を経てガス流が供給される。そのガス流の
圧力は圧力検出手段３０により検出される。

【００２７】患者の呼気相を検出した場合、圧力式バル
ブ２５及び２９を用いて導管手段内のガスを大気圧雰囲
気に解放する。特に第二の減圧ユニット２８、２９を解
放することによってＰＥＥＰにほぼ一致するまでの期
間、すなわち呼気相移行初期は、小型バタフライ弁２３
の開度をファン２１から発生した空気流の流れを妨げる
ように変化させて、圧力損失を調節する。これらの操作
により、短時間内に供給圧力を低下させることが可能に
なる。そして呼気相移行初期は周囲雰囲気に解放された
圧力式バルブ２５、２９の開口部分から患者の呼気努力
により、呼気ガスが周囲雰囲気に押し出される。さらに
小型バタフライ弁２３の開度を調節することによって、
ファン２１からのガス流によって導管内に滞留した患者
の呼気ガスを空気圧力式バルブ２９の開口部分から周囲
雰囲気に押し出す。

【００２８】その後導管手段内のガス圧力が降下してＰ
ＥＥＰにほぼ一致した時点で、第二の減圧ユニット２
８、２９を閉鎖する。第一の減圧ユニット２４、２５は
引き続き解放しておき、小型バタフライ弁２３の開度を
変化させることで圧力損失量を細かく調整し、予め設定
したＰＥＥＰのガス流を患者に供給する。すなわち、供
給圧力を少し低くしたい場合は、小型バタフライ弁２３
の開度をファン２１から発生したガス流を妨げる方向に
適当に変化させる。逆に供給圧力を少し高くしたい場合
は、小型バタフライ弁２３の開度をファン２１から発生
したガス流を流す方向に変化させる。

【００２９】本実施例では、第二の減圧ユニットを閉鎖
するガス圧をＰＥＥＰに設定しているが、この設定値と
してＰＥＥＰの50％あるいはＰＥＥＰ-0.5cmＨ₂Ｏなど
を用いてもよい。

【００３０】そして患者の吸気相を検出した時点で第一
の減圧ユニット２４、２５を閉鎖して、小型バタフライ
弁２３の開度を、ファン２１から発生した空気流の流れ
を妨げないように変化させ、小型バタフライ弁２３によ
る圧力損失を低くする。これらの操作により、短時間内
に患者へのガス流の供給圧力を上昇させる。

【００３１】図３（ａ），（ｂ）は本発明の一実施例に
よる呼吸補助の各種信号出力であり、図３(a）はＰＥＥ
Ｐ＝１cmＨ₂Ｏを設定して呼気相中にガス圧力値が１cm
Ｈ₂Ｏまで降下せず、第一、及び第二の減圧ユニット共
に全開のまま吸気相に移行した場合である。また図３
(b)はＰＥＥＰ＝３cmＨ₂Ｏを設定して、呼気相の半ばで
ガス圧力値が３cmＨ₂Ｏまで降下し、呼気相後半で第二
の減圧ユニットが閉鎖しＰＥＥＰ制御を実施している場
合である。図４は従来技術による呼吸補助の各種信号出
力であり、ＰＥＥＰ＝1cmH₂Ｏを設定している場合であ
る。

【００３２】図３(a）、(b）、図４の図中の符号は以下
の通りである。横軸は時間軸で１目盛り１００ｍｓで、
吸気相、呼気相を示している。４０は流量検出手段２６
によるガス流量出力信号で縦軸１目盛り7.2L/min、４１
は圧力検出手段３０による患者近傍のガス圧力出力信号
で、縦軸１目盛り1cmH2O、４２は第二の減圧ユニットを
構成する三方電磁弁２８の開閉信号で、ＨＩ信号で開と
なる。４３は第一の減圧ユニットを構成する三方電磁弁
２４の開閉信号で、ＨＩ信号で開となる。

【００３３】図３(a）、図４は共にＰＥＥＰを１cmＨ₂
Ｏに設定した場合で、図中の斜線部は患者から装置のフ
ァン２１方向への呼気ガスの流れであり、ファン２１か
ら患者への流れを正とすれば逆流量となる。両図を比較
すれば明らかなように図３(a）の斜線部は図４のそれよ
り小さくなっている。よって本発明による作用として呼
気ガスの逆流量が減少し、さらに吸気直前の流量は正に
反転しており、鼻マスク近傍の小さな開口部分から導管
内ガスが抜けでていることになる。従って患者の呼気ガ
スはほぼ完全に大気圧雰囲気に押し出されていることに
なり、死腔が減少している。

【００３４】

【発明の効果】本発明は以上詳述した通り、患者の不快
感や苦痛を低減して、かつＰＥＥＰの高低に関わらず再
呼吸による死腔を小さくし、高い治療効果の得られる呼
吸補助装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の呼吸同調型の呼吸補助装置の態様例の
模式的例示。

【図２】本発明の呼吸同調型の呼吸補助装置の実施例。

【図３】本発明の図２における実施例の呼吸補助各種信
号出力の例示。(a）は、設定ＰＥＥＰ＝１cmＨ₂Ｏで、
呼気相後半で第二の減圧ユニット２８、２９が開いたま
ま吸気相に移行した場合の例示である。(b）は、設定Ｐ
ＥＥＰ＝３cmＨ₂Ｏで、呼気相後半で第二の減圧ユニッ
ト２８、２９が閉鎖され、ＰＥＥＰ制御を実施した場合
の例示である。

【図４】従来技術による呼吸補助各種信号出力の例示。

【符号の説明】

１：ガス流発生ユニット２：導管手段３：圧力調整ユニット４：減圧ユニット１５：流量検出手段、６：減圧ユニット２７：圧力検出手段１２：装置内部１３：装置外部患者回路２１：ガス流発生ユニット２２：導管手段２３：圧力調整ユニット２４：三方電磁弁１２５：空気圧力式バルブ１２６：流量検出手段２７：バクテリアフィルタ２８：三方電磁弁２２９：空気圧力式バルブ２３０：圧力検出手段３１：圧力伝導チューブ３２：鼻マスク４０：導管内ガス流量出力信号４１：患者近傍のガス圧力出力信号４２：減圧ユニット電磁弁２８開閉信号４３：減圧ユニット電磁弁２４開閉信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中川貴樹大阪府茨木市耳原３丁目４番１号帝人株式会社大阪研究センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気道陽圧式の呼吸同調型呼吸補助装置に
おいて、呼吸用ガス流を発生するガス流発生手段と、呼
吸用ガスを患者に供給するための供給手段と、連結する
ための導管手段と、前記ガス流発生手段と供給手段を前
記導管手段内のガスを大気に解放することなくガス流の
圧力を調整してガス流を前記導管手段の供給手段側へ可
変圧力で供給する圧力調整手段と、前記導管手段におけ
る前記圧力調整手段の近傍で、かつ前記供給手段側に配
置され、前記導管手段内のガスを大気圧以下の圧力を持
つ雰囲気に解放する第一の減圧手段と、前記導管手段に
おける前記供給手段の近傍に配置されて、前記導管手段
内のガスを大気圧以下の雰囲気に解放する第二の減圧手
段を備え、患者の通常の呼気相移行時には前記第一、お
よび第二の減圧手段を開として、前記導管手段内のガス
を大気圧以下の圧力を持つ雰囲気に解放し、患者の通常
の吸気相中は前記第一、及び第二の減圧手段を共に閉と
するための制御手段を備えたことを特徴とする、呼吸同
調型の呼吸補助装置。
【請求項２】患者の手段位相を検出するための呼吸位
相検出手段を備えた請求項１の呼吸補助装置。
【請求項３】前記制御手段が、吸気相から呼気相へ移
行後、呼気相初期の一定期間、前記圧力調整手段の圧力
損失を最大にして供給ガス流を極めて少なくする機能を
具備したものである請求項１記載の呼吸補助装置。
【請求項４】前記供給手段内又は前記導管手段内のガ
ス圧力を検出する圧力検出手段を備え、前記制御手段
が、呼気相開始後前記導管手段内のガス圧力値が降下し
て圧力検出手段によって検出された圧力が所望の圧力値
に到達した後に前記第二の減圧手段を全閉にして、呼気
相後半では前記圧力調整手段の圧力損失を調節すること
によって終末呼気陽圧の値に制御して呼吸用ガス流を供
給するようにするための機能を具備したものである、請
求項１記載の呼吸補助装置。
【請求項５】前記所望の圧力値が、終末呼気陽圧の値
と連動した値に設定される、請求項４記載の呼吸補助装
置。