JPH1052493A - 生物に空気および少なくとも１つの付加ガスを供給するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単純だが信頼性がありかつ安定した形式で、
患者への所定の量の付加ガスを含有した均一なガスの混
合を提供することができる装置を得る。 【解決手段】 付加ガスのための流入箇所２６が、容器
４の前記他方の端部における管系８の接続部と、容器４
に設けられた開口端部との間に位置しており、調量系２
２が設けられており、該調量系が、各吸気相の開始前に
流入箇所２６と管系８との間のガスに所定の付加ガス濃
度が得られるように、付加ガス源２０から付加ガスを供
給するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】吸気の間に生物に空気と少な
くとも１つの付加ガスとを供給するための装置であっ
て、空気を取り入れるために一方の端部で周囲大気へ開
口した容器と、容器の他方の端部に接続されて生物に接
続可能な管系と、付加ガス源と、生物に供給したい空気
と混合するための、付加ガスのための流入箇所とが設け
られている形式のものに関する。

【０００２】

【従来の技術】複数の異なる呼吸モードを提供すること
ができる最新式人工呼吸器（レスピレータ）は、通常使
用形式が複雑で高価である。通常、これらの人工呼吸器
は、信頼性のある動力源を必要とし、またその重量はか
なり重い。これら全てのことにより、家庭介護機器にお
いて、または救急車、飛行機および同様の場所における
蘇生補助としてこのような種類の人工呼吸器を使用する
ことは困難である。このような機器は、有利には簡単に
使用することができると同時に信頼性があることが望ま
しい。

【０００３】したがって、信頼性のある軽量かつ低コス
トの人工呼吸器が所望されている。このような機器は、
空気と、酸素等の少なくとも１つの付加ガスとを提供で
きることが望ましい。

【０００４】このような種類の装置は、ＤＥ−１２３３
５３７に記載されている。記載の装置は大気に向かって
開口した端部を備えた容器を有しており、さらに、他方
の端部には患者に導かれた管系への接続部を有してい
る。容器と患者との間に、酸素等の付加ガスを供給する
ことができる。

【０００５】付加ガスは、連続的な流れで供給される。
自発吸入時に患者が容器からガスを吸引し、このガスが
次いで付加ガスと混合される。呼気時に付加ガスは容器
に向かって流れる（容器は大気に向かって開口してお
り、したがってガスが容器を通って両方向に流れること
を妨げるような過圧を生ぜしめることはない）。酸素の
連続的な供給により、吸気の初期に患者に供給されるガ
スの第１の部分は、付加ガスで著しく富化され、ほぼ完
全に付加ガスから成っていてさえよい。

【０００６】患者によって吸入される一回換気量に応じ
て、残りの吸入時に付加ガス量が低減される。この低減
は、容器からの空気流と、供給される付加ガス流とに依
存する。呼吸ガス流は通常、吸入時には不規則であり、
したがって全吸気相に亘って付加ガスの濃度が大きく変
化する。呼吸形式（少数の深い呼吸または多数の浅い呼
吸）が、患者によって吸入される付加ガスの分時量を決
定する。

【０００７】したがって、空気と付加ガスとの均一な混
合を有するガスを供給することができ、かつ特定の付加
ガス濃度を選択できることが望ましい。

【０００８】前記最新式人工呼吸器は、通常、異なるガ
スの正確な混合を提供するように迅速かつ正確に応答す
ることができるサーボ制御弁を有している。したがっ
て、前記公知の装置において、最新式サーボ制御弁もし
くは同様の弁と、容器と患者との間の流量計とを有する
ことが可能である。

【０００９】患者への空気の流れを測定することによ
り、測定された流れに基づいた付加ガス量を供給するよ
うに弁を制御することができ、これにより、空気中に所
望の付加ガス濃度が生ぜしめられる。しかしながら、流
れは吸気時に著しく変化し、瞬間的に毎秒数リットルの
流量値に達するので、所要の付加ガス量を供給するため
に弁は極めて迅速かつ正確でなければならない。このよ
うな弁が存在しているが、これらの弁は、通常非常に高
価であり、また比較的複雑な調整回路を必要とし、さら
に、他の弁よりも大きな動力を必要とする。さらに、こ
れらの弁は通常、満足に働くために付加ガスを高圧源か
ら取り出すことを必要とする。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
課題は、単純だが信頼性がありかつ安定した形式で、患
者への所定の量の付加ガスを含有した均一なガスの混合
を提供することができる装置を得ることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の構成では、付加ガスのための流入箇所が、容
器に設けられた開口端部と、容器の他方の端部における
管系の接続部との間に位置しており、調量系が設けられ
ており、該調量系が、各吸気相の開始前に流入箇所と管
系との間のガスに所定の付加ガス濃度が得られるよう
に、付加ガス源から付加ガスを供給するようにした。

【００１２】

【発明の効果】付加ガスを容器と患者との間に供給する
代わりに、容器に直接供給することにより、空気が可変
流で容器に流入したとしても、空気と付加ガスとが混合
して均一に混合されたガスが生ぜしめられるような系が
提供される。付加ガスは、所要の分時量と、患者に供給
したい空気中の所望の付加ガス濃度とに基づいて一定の
流量で供給することができる。

【００１３】本発明による装置の有利な構成は請求項２
以下に開示されている。

【００１４】本発明による装置の１つの構成では、付加
ガスの流入箇所と患者との間の容量が、生物のための少
なくとも一回換気量に相当している。これにより、次の
吸気のためのガスの混合を、進行中の吸気時または間の
呼気相時に準備することができる。

【００１５】本発明による装置の別の構成では、容器か
ら生物への混合空気および付加ガスの流れを生ぜしめる
ための手段が、管系に沿った任意の箇所に配置されてい
る。このことは、患者が十分な量のガスを自分自身で呼
吸することが不可能または困難である場合の用途のため
に有利である。

【００１６】本発明による装置のさらに別の構成では、
調量系が付加ガスを供給ラインを介して一定の率で供給
し、管系と供給ラインとの間にフィードバック接続部が
配置されている。吸気相時には空気および付加ガスの流
れを変向して生物に送り、また空気および付加ガスを容
器に戻すために呼気相時には空気および付加ガスの流れ
を変向してフィードバック接続部に送るために、流れデ
ィバイダが配置されている。一定流が管系に生ぜしめら
れると、流れディバイダは、吸気時に、第１の可変流を
生物に向かって、第２の可変流をフィードバック接続部
に向かって送る。２つの流量の和は一定流の量に等し
い。呼気時には、全流れが通常フィードバック接続部へ
送られる。この構成は、付加ガスと空気との混合を増大
し、患者に供給したいガスの混合の均一性を向上させ
る。

【００１７】生物への空気および付加ガスの流れを測定
するために流量計を配置すると有利である。装置の異な
る部分にわたる制御は、測定された流れに基づく比較的
単純な調整手段と共に利用されてよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
につき詳しく説明する。

【００１９】本発明による装置の第１の実施例が、図１
に符号２で示されている。装置２は、一方の端部６にお
いて周囲大気へ開口した容器４を有している。容器４
は、この容器４を通過するガス流の混合を向上させるた
めにラビリンス状の内部を有していると有利である。容
器４の他方の端部には管系８が接続されており、この管
系８は、容器４から患者１０へ呼吸ガスを送る。呼気時
にガスを患者１０から流出させるために、呼気管１４に
呼気弁１２が接続されている。

【００２０】吸気時に患者１０へガスの流れを生ぜしめ
るために、管系８にはコンプレッサ１６が配置されてい
る。これにより、有意義な呼吸補助、さらには呼吸調節
が得られる。コンプレッサ１６は、ガスの一定流または
可変流を生ぜしめることができる。コンプレッサ１６の
代わりにファンまたはポンプを代用することもできる。

【００２１】患者１０に供給されるガスの流れは、患者
１０の近くで管系８に位置する流量計１８において測定
される。

【００２２】患者１０に供給したい付加ガスは、ガス源
２０に貯蔵されている。付加ガスは、調量系２２と供給
ライン２４とを介して容器４へ供給される。付加ガスが
容器４へ流入するための流入箇所２６が、容器４の開口
端部６と管系８との間に配置されている。付加ガスは、
呼吸ガスを形成するために容器４内で空気と混合され
る。

【００２３】流入箇所２６と患者１０との間の容量は、
患者１０のための少なくとも一回換気量であることが望
ましい。流入箇所２６とコンプレッサ１６（または流れ
ディバイダ２８）との間の容量がこの容量を有している
と有利である。

【００２４】管系８にはさらに流れディバイダ２８が配
置されている。流れディバイダ２８は、ガス流を２つの
方向に案内するために働くことができる。呼吸ガスの流
れは、患者１０と、フィードバック接続部３０を介して
供給ライン２４とに向けて送られることができる。コン
プレッサ１６からのガス流は、２つの方向のうちのどち
らかの方向に部分的にまたは全体的に送ることができ
る。

【００２５】コンプレッサ１６を吸気相および呼気相に
亘って連続的に働く、ガスの一定流形成装置として考え
ると、装置２の働きを極めて簡単に説明することができ
る。吸気時には、流れディバイダ２８は呼吸ガスの流れ
を変向して、流量計１８を介して患者１０に送るために
働く。２つの方向に送られるガス流の比率を変更するこ
とによって可変流を生ぜしめることができる。コンプレ
ッサ１６によって生ぜしめられる流量は、この場合患者
１０のために必要な最も大きな流量に相当することが望
ましい。同時に付加ガス、たとえば酸素の連続的な流れ
が調量系２２を介して供給ライン２４へ供給され、開口
端部６の近くに流入して容器４へ供給される。これと同
時に、空気が開口端部６を介して容器４に流入する。基
本的には、容器４から管系８を介して患者１０へ導かれ
るのと同量の流れが、開口端部６を介する空気流量と、
流入箇所２６を介する付加ガス（または空気と付加ガス
との混合）の流量との和として容器４に流入する。

【００２６】呼気相が開始すると、流れディバイダ２８
は、ガス流全体を変向してフィードバック接続部３０を
介して供給ライン２４へ送るように変化させられる。付
加ガスは、依然として連続的な流量で調量系２２を介し
て供給されており、これにより、管系８からのガスと混
合される。このガスは、空気と付加ガスとから成ってい
るが、所望の割合で混合されてはいない。このガスが供
給ライン２４を流過するときに、このガスはより多くの
付加ガスで富化されて、さらに混合される。この新たな
混合ガスは容器４に流入する。

【００２７】フィードバック接続部３０の容量と供給ラ
イン２４の容量とに応じて、ガスは呼気相の間に１回以
上系を循環する。しかしながら、管系８、容器４、供給
ライン２４、およびフィードバック接続部３０の容量、
ならびに付加ガスの一定流は、流入箇所２６とコンプレ
ッサ１６（または流れディバイダ２８または患者１０）
との間のガス容量が呼吸ガス（すなわち、空気と付加ガ
スとの所望の混合気）で満たされるように選択されてい
る。

【００２８】呼気時に、供給ライン２４を介して流入箇
所２６で容器４に流入するガス流は、供給ライン２４に
付加ガスの一定流が付加されるために、容器４から管系
８を介して流出する流れ（すなわちコンプレッサ１６に
よって生ぜしめられる流れ）よりも僅かに多い。したが
って、開口端部６を介して容器４に空気は流入しない。
開口端部６と流入箇所２６との間の容量を適切に選択す
ることによって、付加ガスの濃度が高いレベル、すなわ
ち付加ガスの一定流の量が大きくても、周囲大気への付
加ガスの損失を最小限にすることができる。

【００２９】付加ガスの一定流は、付加ガスの所望の濃
度と、患者に供給したい呼吸ガスの分時量全体とに基づ
いて選択される。所要の分時量が１０リットルで、呼吸
ガスに１０％の付加ガスを含有させようとする場合、毎
分１リットルの付加ガスが供給されることが望ましい。
これにより、付加ガスの一定流は、付加ガスの所要の分
時量、換言すれば１リットル／分に相当する。付加ガス
が系から漏洩せず、また供給される分時量を流量計とコ
ンプレッサとを介して制御することができるので、装置
は極めて満足に働くことができる。

【００３０】酸素、笑気ガスまたは同様の、多くの付加
ガスの場合には、選択された濃度における±１〜２％の
変化は（すなわち付加ガスの選択された濃度が１０％の
場合、患者に供給される混合気は８〜１２％の付加ガス
を含有することができる）は、このような種類の装置２
にとっては重大ではない。

【００３１】コンプレッサ１６の制御が、流量計１８か
らの制御線３２によって示されている。これにより、コ
ンプレッサ１６（または類似の流れ形成装置）は、患者
１０に可変流を供給するために働くことができる。装置
２の働きは、可変流が利用されたとしても基本的には同
じである。異なる点は、容器４に流入する空気流が大き
く変化することである。しかしながら、空気および付加
ガスのフィードバック系により、均一な所望の混合が確
実に得られる。

【００３２】前述のように、可変流は、流れディバイダ
２８によって得ることもできる。しかしながら、コンプ
レッサ１６によって生ぜしめられた可変流の場合には、
流れディバイダ２８は、スイッチとして働き（またはス
イッチを代用することができ）、ガス流全体を変向して
患者１０またはフィードバック接続部３０のどちらかに
送ることができる。

【００３３】コンプレッサ１６によってガスの一定流が
生ぜしめられる場合には、流れディバイダ２８の代わり
にスイッチを使用することももちろん可能である。

【００３４】付加ガスの連続的な流れを供給することさ
え不要である。所要の分時換気量を供給するだけで十分
である。したがって、この分時量は、ガスの混合をさら
に向上させるために可変流で供給することができるの
で、周囲大気からの空気の大きな流れが開口端部６を介
して容器４に流入するときには、吸気相の間に付加ガス
の大きな流れが供給され、また患者１０に供給したい最
終的な混合を得るために容器４における空気と付加ガス
との混合気に付加ガスをさらに付加するだけでよいとき
には、呼気相の間に付加ガスの減じられた流れが供給さ
れる。

【００３５】装置２における別の制御を、測定された流
れに基づいて行うこともできる。たとえば、調量系２２
は、測定された流れに基づいて制御線３４を介して制御
することができ、流れディバイダ２８も、流量計１８に
よって測定された流れに基づいて、制御線３６で示した
ように制御されてもよい。

【００３６】流量計１８はこの実施例では所要の調整コ
ンポーネントを有している。調整は公知の調整システム
に基づいて行うことができるので、これ以上説明しな
い。

【００３７】付加ガスの供給も、制御線３８で示したよ
うに、コンプレッサ１６によって直接制御されてよい。

【００３８】図２には、装置の第２の実施例が符号４０
で示されている。装置４０は、開口端部４４を備えた容
器４２と、管系４６と、呼吸弁４８と、呼気管５２と、
ファン５４と、流量計５６と、付加ガス源５８と、調量
系６０と、供給ライン６２と、容器４２への付加ガスの
流入箇所６４とを有しており、前記呼吸弁４８を介して
呼吸ガスが患者５０に供給される。

【００３９】装置４０は図１に示した装置２とは異なる
形式で働く。基本的には装置４０は吸気相の間しか働か
ず、この間、患者５０に向かってガス流を形成するため
にファン５４が作動させられる。同時に、調量系６０が
制御されて、供給ライン６２と流入箇所６４とを介して
付加ガス流が供給される。同時に、空気が開口端部４４
を介して容器４２に流入する。

【００４０】もう一度、呼吸ガスの一定のガス流がファ
ン５４によって生ぜしめられたときの装置４０の働きを
先ず説明する。この場合、調量系６０は、選択された付
加ガス濃度と呼吸ガスの一回換気量とに基づいて一定の
ガス流を供給するだけでよい。これにより、各吸気相の
間に、周囲大気から取り込まれた空気と混合したい付加
ガスの容量を計算することができる。容器４２から管系
４６へ搬送される混合された呼吸ガスの流量は、開口端
部４４を介して容器４２へ流入する空気流量と、流入箇
所６４を介して容器４２へ流入する一定のガス流量との
和に相当する。このように、均一なガス混合が提供さ
れ、次の吸気相のために準備される。呼気相の間系全体
は休止モードを占めていてよい。ファンは「壁に対して
吹く」ことができるので、ファンを接続解除することさ
え不要である。

【００４１】ファン５４がガスの可変流を提供するよう
に制御されるか、または患者５０が自発的に呼吸をして
いる場合には、呼吸ガス内における均一な混合および所
望の付加ガス濃度を保証するために、異なる形式で制御
を行う必要がある。

【００４２】まず第１に、流入箇所６４とファン５４と
の間の容量は、少なくとも２回分の（有利には３回分ま
たは４回分の）換気量であることが望ましい。

【００４３】呼吸ガスの可変流が容器４２から管系４６
を介して搬送されると、空気の可変流が、開口端部４４
において容器４２へ流入する。この場合にも、付加ガス
の一定流が流入箇所６４を介して提供されてよい。流入
箇所を上回る容量が数回分の換気量を有しており、また
容器は、容器内部のガスから乱流等を増大させるように
構成されているので、ガスが患者５０に供給される前
に、このガスを混合しかつ所望の濃度を得るために十分
な時間がある。容器４２は、混合をさらに向上させるた
めに、別の開口した室（ほぼ一回換気量１つ分の大き
さ）を後端部の近くに有することもできる。

【００４４】調量系６０は、容器４２から流出する流れ
が比較的大きいときには、吸気の開始時に僅かにより大
きな流れを提供し、かつ吸気の後半に流れを減じるよう
に制御されてよい。このことは、ガスの混合をさらに増
大しかつ速める。なぜならば、開口端部４４を通る空気
の流れが吸気の初期に大きくなり、また吸気の終末で小
さくなるからである。測定された流れは、制御線６８を
介して調量系６０を制御するために使用されてもよい。
制御は、たとえば、測定された流れが増加した場合には
対応して一定流を増大し、また測定された流れが減少し
た場合には対応して一定流を減じることによって簡単に
行うことができる。

【００４５】調量系６０のこのような種類の制御は、従
来技術における公知のサーボ弁制御系には全く相当しな
い。このような従来のシステムは、所望の混合を得るた
めに、付加ガスの流れの極めて迅速かつ正確な制御を必
要とする。

【００４６】調量系６０は、制御線７０で示したように
ファン５４によって制御することもできる。これは、測
定された流れに基づいて調量系６０を制御するのに類似
している。調節呼吸のための系を使用する場合には、こ
のような種類の制御を使用するとより迅速な反応を提供
するので有利である。

【００４７】ファン５４自体は、制御線６６で示したよ
うに、流量計５６で測定された流れに基づいてフィード
バック系によって制御することができる。

【００４８】本願に示された両実施例は、（液体酸素タ
ンクまたは酸素濃縮装置のような）付加ガスの低圧ガス
源を使用することができる。付加ガスの消費は最小限に
抑えられ、調量系はかなり単純であってよく、また低速
であってもよい。必要なことは、（許容された範囲内
で）設定された流れを提供するのに十分に正確であるこ
とだけである。

【００４９】たとえば、第２の構成に設けられているフ
ァン５４の代わりにコンプレッサまたはポンプを用いる
ような変化実施例も可能である。ポンプが用いられる場
合には、有利には容積形ポンプであることが望ましい。
コンプレッサが用いられ、このコンプレッサが吸気相お
よび呼気相の間において常に働く場合には、呼気相の
間、容器４２および患者５０からコンプレッサを接続解
除するために、管系４６に流れディバイダまたはスイッ
チが設けられていることが望ましい。これは、呼気の間
に周囲大気に接続される流れディバイダまたはスイッチ
を有することによって行われ、この場合、コンプレッサ
は呼気相の間は空気を大気から大気へ送るだけである。

【００５０】流入箇所と患者（またはコンプレッサ／フ
ァン／ポンプ）との間のガス量が少なくとも一回換気量
を有していれば、流入箇所は、基本的には容器の開口端
部と管系への接続部との間の任意の場所にも位置するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による装置の第１の実施例を示す図であ
る。

【図２】本発明による装置の第２の実施例を示す図であ
る。

【符号の説明】

２ 装置、 ４ 容器、 ６ 端部、 ８ 管系、 １
０ 患者、 １２ 呼気弁、 １４ 呼気管、 １６
コンプレッサ、 １８ 流量計、 ２０ ガス源、 ２
２ 調量系、 ２４ 供給ライン、 ２６ 流入箇所、
２８ 流れディバイダ、 ３０ フィードバック接続
部、 ３２ 、 ３４，３６，３８ 制御線、 ４０
装置、 ４２ 容器、 ４４ 開口端部、 ４６ 管
系、 ４８呼吸弁、 ５０ 患者、 ５２ 呼気管、
５４ ファン、 ５６ 流量計、５８ 付加ガス源、
６０ 調量系、 ６２ 供給ライン、 ６４ 流入箇
所、 ６８，７０ 制御線

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気の間に生物（１０；５０）に空気と
   少なくとも１つの付加ガスとを供給するための装置
   （２；４０）であって、空気を取り入れるために一方の
   端部（６；４４）で周囲大気へ開口した容器（４；４
   ２）と、容器（４；４２）の他方の端部に接続されて生
   物（１０；５０）に接続可能な管系（８；４６）と、付
   加ガス源（２０；５８）と、生物（１０；５０）に供給
   したい空気と混合するための、付加ガスのための流入箇
   所（２６；６４）とが設けられている形式のものにおい
   て、 付加ガスのための流入箇所（２６；６４）が、容器
   （４；４２）の前記他方の端部における管系（８；４
   ６）の接続部と、容器（４；４２）に設けられた開口端
   部との間に位置しており、調量系（２２）が設けられて
   おり、該調量系が、各吸気相の開始前に流入箇所（２
   ６；６４）と管系（８；４６）との間のガスに所定の付
   加ガス濃度が得られるように、付加ガス源（２０；５
   ８）から付加ガスを供給するようになっていることを特
   徴とする、生物に空気および少なくとも１つの付加ガス
   を供給するための装置。
2. 【請求項２】 流入箇所（２６；６４）と生物（１０；
   ５０）との間の容量が、生物（１０；５０）のための少
   なくとも一回換気量に相当している、請求項１記載の装
   置。
3. 【請求項３】 少なくとも吸気相の間に、混合された空
   気と付加ガスとの流れを容器（４；４２）から管系
   （８；４６）を介して生物（１０；５０）に向かって生
   ぜしめるための手段（１６；５４）が設けられている、
   請求項１または２記載の装置。
4. 【請求項４】 ガス流を生ぜしめるための手段がコンプ
   レッサ（１６）である、請求項３記載の装置。
5. 【請求項５】 ガス流を生ぜしめる手段がファン（５
   ４）である、請求項３記載の装置。
6. 【請求項６】 ガス流を生ぜしめる手段がポンプ、有利
   には容量形ポンプである、請求項３記載の装置。
7. 【請求項７】 調量系（２２）が、吸気の間だけ容器
   （４，４２）へ付加ガスを供給するようになっている、
   請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
8. 【請求項８】 調量系（２２）が供給ライン（２４）を
   介して一定の率で付加ガスを供給するようになってお
   り、管系（８）と供給ライン（２４）との間にフィード
   バック接続部（３０）が配置されており、吸気相の間に
   は空気および付加ガスの流れを変向して生物（１０）へ
   送り、呼気相の間には空気および付加ガスの流れを変向
   してフィードバック接続部（３０）へ送るための流れデ
   ィバイダ（２８）が設けられている、請求項１から６ま
   でのいずれか１項記載の装置。
9. 【請求項９】 生物（１０，５０）に供給される空気お
   よび付加ガスの流れを測定するために流量計（１８，５
   ６）が配置されている、請求項１から８までのいずれか
   １項記載の装置。
10. 【請求項１０】 調量系（２２）が、測定された流れに
    基づいて制御されるようになっている、請求項９記載の
    装置。
11. 【請求項１１】 ガス流を生ぜしめるための手段（１
    ６，５４）が、測定された流れによって制御されるよう
    になっている、請求項９または３記載の装置。
12. 【請求項１２】 流れディバイダ（２８）が、測定され
    た流れに基づいて制御されるようになっている、請求項
    ９記載の装置。