JPH11276588A - 人工呼吸器 - Google Patents
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Abstract
に、一般病院内での使用に適したものとする。 【解決手段】 人工呼吸器10は、陽圧Apの空気圧を
発生する陽圧ブロワ12pと、陰圧Anの空気圧を発生
する陰圧ブロワ12nと、陽圧ブロワ12pで発生した
陽圧Apと陰圧ブロワ12nで発生した陰圧Anとを交
互に選択して所定の振動空気圧Apnに変換するロータリ
バルブ機構54と、ロータリバルブ機構54からの振動
空気圧Apnに付勢されて作動し患者Pに空気を供給する
ダイヤフラム機構56とを備えたものである。陽圧ブロ
ワ12p及び陰圧ブロワ12nは、負荷が大幅に低減す
るので、小型かつ軽量で低消費電力の市販品を使用でき
る。
Description
患者に対して強制的に空気を供給するとともに、患者の
自発呼吸があったときは患者の負荷をなるべく減少させ
るように動作する人工呼吸器に関する。
である。以下、この図面に基づき説明する。
圧Anの両方の空気圧を同時に発生するブロワ52と、
ブロワ52で発生した陽圧Ap又は陰圧Anを交互に選
択して所定の振動空気圧Apnに変換するロータリバルブ
機構54と、ロータリバルブ機構54からの振動空気圧
Apnに付勢されて作動し患者Pに空気を供給するダイヤ
フラム機構56とを備えたものである。更に、人工呼吸
器50には、ダイヤフラム機構56のダイヤフラム56
1の中立位置を一定に保つダイヤフラム中立位置制御装
置60と、吸気を導入する吸気導入部62とが付設され
ている。
22を有し、陰圧管522から空気を吸入し、その空気
を陽圧管521から吐出する。陰圧管522には、外気
と連通するオリフィス管523が接続されている。陽圧
管521には、外気と連通するオリフィス管524が接
続されている。
1,542,543を有するロータリバルブ544と、
ロータリバルブ544を回転させる駆動部545とから
構成されている。駆動部545は、図示しない電動機及
び減速機からなり、ロータリバルブ544を例えば900r
pmで回転させる。ロータリバルブ544は、一回転する
ごとに、ポート541とポート543とのみを一回連通
させ、続いてポート542とポート543とのみを一回
連通させる。ポート543には、振動空気圧Apnをダイ
ヤフラム機構56へ伝達する振動空気圧管546が接続
されている。振動空気圧管546には、流量制御バルブ
547が挿入されている。
び被加圧室563と、加圧室562と被加圧室563と
の間を仕切るとともに伸縮自在の部材で形成されたダイ
ヤフラム561とを備えている。加圧室562は振動空
気圧管546に接続されている。
酸素とを吸入し混合するブレンダ621と、ブレンダ6
21から送り出される空気を加湿する加湿器622とか
ら構成されている。加湿器622には、加湿器622を
経た吸気Aiを患者Pへ供給する吸気管623が接続さ
れている。吸気管623には、被加圧室563が連通さ
れるとともに、患者Pの近傍に圧力センサ624が取り
付けられている。
イヤフラム機構56のダイヤフラム561の位置を検出
するダイヤフラム位置センサ601と、陽圧Ap、陰圧
An又は振動空気圧Apnを制御する圧力制御バルブ64
と、ダイヤフラム位置センサ601で検出されたダイヤ
フラム561の位置に基づき圧力制御バルブ64を制御
する制御部66とを備えている。
リバルブに類似しており、ポート641〜645を有す
る本体646と、本体646の一部を正逆方向に回動さ
せるアクチュエータ647とから構成されている。アク
チュエータ647は、図示しない電動機及び減速機から
なり、本体646の一部を所望の角度に回動させること
ができる。制御部66は、例えばCPU、ROM、RA
M、入出力インタフェース等からなるマイクロコンピュ
ータである。
一個のブロワ52で陽圧発生及び陰圧発生の両方の仕事
を請け負うため、ブロワ52の負荷が大きくなってい
た。一方、人工呼吸器50の換気量を上げるには、ブロ
ワ52のパワーを上げることが最も効果的である。しか
し、一個のブロワ52でパワーを上げようとすると、既
にブロワ52の負荷が十分に大きいので、寸法及び重量
とも非常に大きい特殊なブロワになってしまう。そのよ
うなブロワは、市販されていないので、特注品扱いとな
ってしまう。このことが、従来の人工呼吸器の小型化、
軽量化及び低コスト化の妨げとなっていた。また、この
ような大きいブロワ52では、200V電源が必要にな
るか、又は100V電源にしても大電流用のコンセント
が必要になるので、一般病院での使用には適していなか
った。
2の負荷が大きくなるのか、その理由について説明す
る。「ブロワ」とは、モータとファンとからなり、吸引
側から空気を吸引し、この吸引側で吸引した空気を吐出
側から吐出する装置である。ブロワ52では、吸引側で
空気を吸引することにより陰圧Anを発生すると同時
に、この吸引側で吸引した空気を吐出側で吐出すること
により陽圧Apを発生している。
タリバルブ機構54がブロワ52の吐出側を振動空気圧
管546に連通させると同時にブロワ52の吸引側を閉
塞させる。このとき吸引側が完全に閉塞されると吐出用
の空気が得られなくなるので、吸引側には外気と連通す
るオリフィス管523が接続されている。逆に、陰圧A
nを使用する場合は、ロータリバルブ機構54がブロワ
52の吐出側を閉塞させると同時にブロワ52の吸引側
を振動空気圧管546に連通させる。このとき吐出側が
完全に閉塞されると吸引した空気を出せなくなるので、
吐出側にも外気と連通するオリフィス管524が接続さ
れている。その結果、陽圧Apを使用する場合、吸引側
ではオリフィス管523を介して空気が吸引されるが、
吐出側では振動空気圧管546を介して空気が吐出され
るだけでなくオリフィス管524を介して空気が洩れて
流出してしまう。逆に、陰圧Anを利用する場合、吐出
側ではオリフィス管524を介して空気が吐出される
が、吸引側では振動空気圧管546を介して空気が吸引
されるだけでなくオリフィス管523を介して空気が洩
れて流入してしまう。したがって、人工呼吸器50で
は、空気の無駄な漏出及び流入が必然的に伴うため、ブ
ロワ52の負荷が増大していた。
及び低コストを実現できるとともに、一般病院での使用
に適した人工呼吸器を提供することにある。
を達成するために研究を重ねた結果、陽圧及び陰圧の両
方を発生するブロワを、陽圧のみを発生する陽圧ブロワ
及び陰圧のみを発生する陰圧ブロワに置き換えると、大
幅に負荷(すなわち消費電力)を低減でき、これにより
小型かつ軽量及び低コストを実現できることを見い出し
た。例えば、大型の特殊なブロワ一台の代わりに、一般
的なブロワ二台を用いるのである。一般的なブロワは、
小型かつ軽量で市販もされており、しかも100Vの商
用電源で使用できる。
である。すなわち、本発明に係る人工呼吸器は、陽圧の
空気圧を発生する陽圧発生源と、陰圧の空気圧を発生す
る陰圧発生源と、前記陽圧発生源で発生した陽圧と前記
陰圧発生源で発生した陰圧とを交互に選択して所定の振
動空気圧に変換する振動空気圧発生機構と、この振動空
気圧発生機構からの振動空気圧に付勢されて作動し患者
の口元に空気を供給するダイヤフラム機構とを備えたも
のである。
ブロワに置き換えると、なぜ負荷が低減するのか、その
理由について説明する。本発明では、吸引側から空気を
吸引するとともに吸引した空気を外気へ吐出することに
より陰圧を発生する陰圧ブロワ(陰圧発生源)と、外気
から空気を吸引するとともに吸引した空気を吐出側へ吐
出することにより陽圧を発生する陽圧ブロワ(陽圧発生
源)とを備えている。ここで、陽圧を使用する場合は、
ロータリバルブ機構(振動空気圧発生機構)が陽圧ブロ
ワの吐出側を振動空気圧管に連通させると同時に陰圧ブ
ロワの吸引側を閉塞させる。このとき陰圧ブロワの吸引
側が完全に閉塞されても、陽圧ブロワは吐出用の空気を
外気から吸引するので、従来必要であった吸引側のオリ
フィス管は不要である。逆に、陰圧を使用する場合は、
ロータリバルブ機構が陽圧ブロワの吐出側を閉塞させる
と同時に陰圧ブロワの吸引側を振動空気圧管に連通させ
る。このとき陽圧ブロワの吐出側が完全に閉塞されて
も、陰圧ブロワは吸引した空気を外気へ吐出するので、
従来必要であった吐出側のオリフィス管は不要である。
したがって、本発明の人工呼吸器では、空気の無駄な漏
出及び流入がないので、ブロワの負荷を低減できる。一
例を述べれば、従来一台で1.35KWのブロワが必要であっ
たのに対して、本発明では二台合わせても0.85KWのブロ
ワでよく、消費電力を約37%低減できた。
の一実施形態を示す構成図である。図2は、図1の人工
呼吸器における陽圧ブロワの吐出特性及び陰圧ブロワの
吸引特性の一例を示すグラフである。以下、これらの図
面に基づき説明する。ただし、図5と同一部分は同一符
号を付すことにより重複説明を省略する。
の空気圧を発生する陽圧ブロワ12p(陽圧発生源)
と、陰圧Anの空気圧を発生する陰圧ブロワ12n(陰
圧発生源)と、陽圧ブロワ12pで発生した陽圧Apと
陰圧ブロワ12nで発生した陰圧Anとを交互に選択し
て所定の振動空気圧Apnに変換するロータリバルブ機構
54(振動空気圧発生機構)と、ロータリバルブ機構5
4からの振動空気圧Apnに付勢されて作動し患者Pに空
気を供給するダイヤフラム機構56とを備えたものであ
る。
14を介して空気を吸引し、吸引した空気を陽圧管52
1へ吐出することにより、陽圧Apを生成する。フィル
タ14は、吸引する空気中から塵埃を除去するためのも
のである。陰圧ブロワ12nは、陰圧管522から空気
を吸引し、吸引した空気をサイレンサ16を介して大気
中へ吐出することにより、陰圧Anを生成する。サイレ
ンサ16は、吐出の際に生ずる音を消すためのものであ
る。また、陽圧ブロワ12pの吸引側及び陰圧ブロワ1
2nの吐出側に、それぞれ流量制御弁181,182が
設けられている。
pの吐出特性と陰圧ブロワ12nの吸引特性とは対称的
であるので、陽圧Apの絶対値と陰圧Anの絶対値とは
ほぼ等しくなる。陽圧Apと陰圧Anとの差に起因する
ダイヤフラム561の偏り(平均中立位置のずれ)は、
後述するように、ダイヤフラム中立位置制御装置60に
よって解消する。ダイヤフラム中立位置制御装置60
は、陽圧Apの絶対値と陰圧Anの絶対値との差が大き
いほど、ダイヤフラム561の偏りを解消しにくくな
る。したがって、陽圧ブロワ12pの吐出特性と陰圧ブ
ロワ12nの吸引特性とは、対称的であることが好まし
い。
ブロワ12nの吸引特性とが対称的でない場合でも、ダ
イヤフラム中立位置制御装置60又は流量制御弁18
1,182によって、一定範囲内での調整が可能であ
る。
体646の一例を示す断面図である。以下、図1乃至図
4に基づき説明する。
固定体648に内接する内筒状の回動体649とから構
成されている。固定体648には、ポート641〜64
5が設けられている。回動体649には、透孔649
a,649b,649c,649dと、仕切り板649
eと、開口端649f,649gとが設けられている。
る陽圧バイパス管681が接続されている。ポート64
2には、陰圧管522と連通する陰圧バイパス管682
が接続されている。ポート643には、振動空気圧管5
46と連通する振動空気圧バイパス管683が接続され
ている。ポート644,645には、それぞれ大気開放
ポート684,685が接続されている。
よって回動する。回動体649は、その回動角度に応じ
て、陽圧低下流路701及び陰圧印加流路702(図
3)又は陰圧低下流路703及び陽圧印加流路704
(図4)の、どちらか一方を選択できる。陽圧低下流路
701は、陽圧バイパス管681→ポート641→開口
端649f→透孔649a→ポート644→オリフィス
管684と空気が進む流路であり、陽圧ブロワ12pで
発生した陽圧Apの絶対値を低下させる。陰圧印加流路
702は、振動空気圧バイパス管683→ポート643
→透孔649d→開口端649g→ポート642→陰圧
バイパス管682と空気が進む流路であり、ダイヤフラ
ム561を付勢する振動空気圧Apnに陰圧ブロワ12n
で発生した陰圧Anを印加する。陰圧低下流路703
は、オリフィス管685→ポート645→開口端649
g→ポート642→陰圧バイパス管682と空気が進む
流路であり、陰圧ブロワ12nで発生した陰圧Anの絶
対値を低下させる。陽圧印加流路704は、陽圧バイパ
ス管681→ポート641→開口端649f→透孔64
9c→ポート643→振動空気圧バイパス管683と空
気が進む流路であり、ダイヤフラム561を付勢する振
動空気圧Apnに陽圧ブロワ12pで発生した陽圧Apを
印加する。各流路を流れる空気の量は、アクチュエータ
647によって回動体649を微小角度づつ回動させる
ことにより、連続的に変化させることができる。また、
回動体649の角度によっては、全ての流路を選択しな
いことも可能である。
圧ブロワ12nで発生した陰圧Anとは、ロータリバル
ブ機構54によって振動空気圧Apnに変換される。ロー
タリバルブ機構54で発生した振動空気圧Apnは、ダイ
ヤフラム機構56に伝達される。ダイヤフラム機構56
では、振動空気圧Apnの周期によってダイヤフラム56
1が振動し、ダイヤフラム561の振動が吸気管623
内の圧力を変化させる。また、常時、患者Pに吸気Ai
が供給されている。患者Pの呼気は流量制御弁607か
ら排出される。常時の流量制御弁607は、呼気が流れ
出る程度に開いている。
フラム位置センサ601よって検出され、ダイヤフラム
561の動作情報として制御部66へ常時出力されてい
る。ここで、自発呼吸に起因してダイヤフラム561の
凹凸動作が乱れると、この情報は直ちに制御部66へ出
力される。すると、制御部66は、流量制御バルブ60
7を制御して、吸気管623内の圧力を制御する。これ
により、自発呼吸に際しての患者Pの負担を軽減するよ
うになっている。
ずれると、ダイヤフラム561の往復運動が制限される
ため、人工呼吸器10の呼吸動作が不完全となる。そこ
で、ダイヤフラム中立位置制御装置60は、ダイヤフラ
ム機構56の動作を妨げない範囲で、加圧室562と被
加圧室563との圧力差を小さくすることにより、ダイ
ヤフラム561の中立位置を保つように動作する。すな
わち、制御部66は、ダイヤフラム位置センサ601か
ら得られるダイヤフラム561の動作情報に基づき、ダ
イヤフラム561の平均中立位置のずれを常に判断し、
ダイヤフラム561の平均中立位置がずれると次のよう
に動作する。
(図面で右側)にずれると、圧力制御バルブ64の陽圧
低下流路701及び陰圧印加流路702を選択する。す
ると、陽圧ブロワ12pで発生した陽圧Apの絶対値が
陽圧低下流路701によって低下するとともに、陰圧ブ
ロワ12nで発生した陰圧Anが陰圧印加流路702に
よって振動空気圧Apnに印加されることにより、振動空
気圧Apnが低下する。これにより、ダイヤフラム561
の中立位置が中心へ(図面で左側へ)戻る。
圧ブロワ12p及び陰圧ブロワ12n側(図面で左側)
にずれると、陰圧低下流路703及び陽圧印加流路70
4を選択する。すると、陰圧ブロワ12nで発生した陰
圧Anの絶対値が陰圧低下流路703によって低下する
とともに、陽圧ブロワ12pで発生した陽圧Apが陽圧
印加流路704によって振動空気圧Apnに印加されるこ
とにより、振動空気圧Apnが上昇する。これにより、ダ
イヤフラム561の中立位置が中心へ(図面で右側へ)
戻る。
に要する時間は、陽圧Apのみならず陰圧Anも制御す
ることにより短縮されるとともに、振動空気圧Apnを大
気ではなく陰圧An側又は陽圧Ap側に開放することに
より、大きい圧力差を利用できるので、さらに短縮され
る。
施形態に限定されるものではない。例えば、回動体14
9は、陽圧低下流路201若しくは陰圧低下流路203
のどちらか一方を選択できるもの、又は陰圧印加流路2
02若しくは陽圧印加流路204のどちらか一方を選択
できるものとしてもよい。
及び陰圧の両方を発生する空気圧発生源に代えて、陽圧
のみを発生する陽圧発生源及び陰圧のみを発生する陰圧
発生源を用いたことにより、次の効果を奏する。
来の空気圧発生源に比べて大幅に低減でき、これにより
小型かつ軽量及び低コストを実現できる。.陽圧発生
源及び陰圧発生源は、小型かつ軽量で低消費電力の市販
のブロワ等を使用できる。.陽圧発生源及び陰圧発生
源がそれぞれ小型かつ軽量であるので、医者や看護婦の
取り扱いやすい、実用的な寸法及び重量の人工呼吸器を
実現できる。.陽圧発生源及び陰圧発生源がそれぞれ
低消費電力であることにより、特殊な電源を必要としな
いので、一般病院内での使用に適した人工呼吸器を実現
できる。.陽圧発生源及び陰圧発生源は、特注品では
なく市販品を使用できるので、低コストである。. 陽
圧発生源及び陰圧発生源がそれぞれ独立していることに
より、メンテナンスを容易にできる。
発生源の吐出特性と陰圧発生源の吸引特性とが対称的で
あることにより、ダイヤフラムの中立位置に偏りのない
理想的な呼吸を実現できる。
発生源の吸引側及び陰圧発生源の吐出側にそれぞれ流量
制御弁を設けたことにより、陽圧発生源の吐出特性と陰
圧発生源の吸引特性とが対称的でなくても、ダイヤフラ
ムの中立位置に偏りのない理想的な呼吸を実現できる。
ば、ダイヤフラムの中立位置を一定に保つダイヤフラム
中立位置制御装置を備えたことにより、陽圧発生源の吐
出特性と陰圧発生源の吸引特性とが対称的でなくても、
ダイヤフラムの中立位置に偏りのない理想的な呼吸を実
現できる。
成図である。
性及び陰圧ブロワの吸引特性の一例を示すグラフであ
る。
圧力制御バルブの本体の一例を示す断面図であり、陽圧
低下流路及び陰圧印加流路を選択した状態である。
圧力制御バルブの本体の一例を示す断面図であり、陰圧
低下流路及び陽圧印加流路を選択した状態である。
Claims (5)
- 【請求項1】 陽圧の空気圧を発生する陽圧発生源と、
陰圧の空気圧を発生する陰圧発生源と、前記陽圧発生源
で発生した陽圧と前記陰圧発生源で発生した陰圧とを交
互に選択して所定の振動空気圧に変換する振動空気圧発
生機構と、この振動空気圧発生機構からの振動空気圧に
付勢されて作動し患者の口元に空気を供給するダイヤフ
ラム機構とを備えた人工呼吸器。 - 【請求項2】 前記陽圧発生源の吐出特性と前記陰圧発
生源の吸引特性とが対称的である、請求項1記載の人工
呼吸器。 - 【請求項3】 前記陽圧発生源の吸引側及び前記陰圧発
生源の吐出側に、それぞれ流量制御弁が設けられた、請
求項1記載の人工呼吸器。 - 【請求項4】 前記ダイヤフラム機構のダイヤフラムの
中立位置を一定に保つダイヤフラム中立位置制御装置を
更に備えた、請求項1又は3記載の人工呼吸器。 - 【請求項5】 前記ダイヤフラム中立位置制御装置は、
前記ダイヤフラムの位置を検出するダイヤフラム位置セ
ンサと、前記陽圧、前記陰圧又は前記振動空気圧を制御
する圧力制御機構と、前記ダイヤフラム位置センサで検
出されたダイヤフラムの位置に基づき前記圧力制御機構
を制御する制御部とを備えた、請求項4記載の人工呼吸
器。
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