JP3329044B2 - Simulated respirator for artificial respirators - Google Patents

Simulated respirator for artificial respirators

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JP3329044B2
JP3329044B2 JP34257793A JP34257793A JP3329044B2 JP 3329044 B2 JP3329044 B2 JP 3329044B2 JP 34257793 A JP34257793 A JP 34257793A JP 34257793 A JP34257793 A JP 34257793A JP 3329044 B2 JP3329044 B2 JP 3329044B2
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  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a simulated breathing apparatus for a respirator, and more particularly to a simulated breathing apparatus capable of accurately simulating breathing by inputting various actual breaths (normal breathing, deep breathing, sighing, coughing, etc.). The present invention relates to a simulated respirator for a respirator suitable for reproducing.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art Conventionally, as described, for example, in Japanese Patent Application No. 5-121999 filed by the present applicant, breathing vibration (pressurized / negative pressure) generated by a breathing vibration generator is alternately applied to a vibration circuit. In addition, a ventilator for forcibly breathing a patient's lungs at a respiration rate corresponding to the frequency of the vibration circuit has been developed.
Spontaneous breathing is not possible with this ventilator (apnea)
When the patient inhales, the oxygen supplied from the oxygen source is sent to the patient's lung based on the respiratory vibration, and when exhaled, the exhaust air from the patient's lung is discharged to the atmosphere based on the respiratory vibration. Sending out. On the other hand, in order to avoid straining the lungs of patients who normally breathe spontaneously with apnea, the opening pressure of the spontaneous breathing valve provided in the expiratory circuit of the ventilator is controlled by the outlet pressure of the endotracheal tube. It is controlled to be constant.

【0003】[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。
By the way, in the above-mentioned ventilator, especially in order to prevent a burden on the lungs even to a patient who normally breathes spontaneously with apnea, It is necessary to control the opening of the spontaneous breathing valve to an optimum opening so that the outlet pressure of the endotracheal tube becomes constant. To this end, various human breathing patterns (normal breathing, deep breathing, coughing, etc.) are required. ), It is necessary to determine the control amount of the opening of the spontaneous breathing valve. Therefore, conventionally, for example, a waveform that periodically fluctuates (for example, a sine wave or the like) is regarded as human respiration, and a device that generates the waveform is connected to an endotracheal tube of a ventilator.
Experiments have been conducted to control the spontaneous breathing valve opening so that the endotracheal tube outlet pressure is constant, but since the breathing pattern is different and complicated for each person,
The above-described apparatus that generates a periodically fluctuating waveform has a problem that it is difficult to reproduce various human respiratory patterns.

【0004】[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。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned disadvantages of the prior art. In particular, the present invention provides various types of actual breathing (normal breathing, deep breathing, sighing, coughing, etc.) by inputting various actual breathing. It is an object of the present invention to provide a simulated breathing apparatus for a respirator that can accurately reproduce simulated breathing having the same waveform.

【0005】[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。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a ventilator which is detachably connected to a respiratory system of an artificial respirator, wherein a predetermined amount of air as simulated respiration is provided by a telescopic operation. Normal breathing and deep breathing are provided in a simulated breathing apparatus for a ventilator including a bellows to be inhaled or discharged through a pipe, a bellows expansion and contraction mechanism for expanding and contracting the bellows, and control means for controlling the operation of the bellows expansion and contraction mechanism. Input means for inputting various actual respiration information such as sighing, coughing, etc., and respiration / waveform conversion for converting the actual respiration information input via the respiration input means into an electric respiration waveform signal Means, and wherein the control means forms a simulated breathing pattern having the same waveform as the waveform of the input breath based on the respiratory waveform signal output from the breathing / waveform conversion means. A formation function, a target operation amount calculation function for calculating a target operation amount of the bellows expansion / contraction mechanism such that an air amount corresponding to the formed simulated breathing pattern is sucked / discharged from the conduit of the bellows, and the bellows An operation amount matching control function for controlling the operation of the bellows expansion / contraction mechanism so that the actual operation amount of the expansion / contraction mechanism matches the target operation amount is adopted. This aims to achieve the above-mentioned object.

【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。
According to a second aspect of the present invention, the control means further has a storage control function of storing data relating to a target operation amount of the bellows extension mechanism in a predetermined storage means.
The configuration is adopted.

【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。
According to a third aspect of the present invention, the bellows expansion and contraction mechanism is configured as a crank mechanism for expanding and contracting the bellows and a motor for operating the crank mechanism.
The target operation amount calculation function of the control means is executed by calculating a target rotation angle of the motor such that an air amount corresponding to the simulated breathing pattern is inhaled / discharged from the conduit of the bellows. The operation amount matching control function of the control means is executed by controlling the operation of the motor such that the actual rotation angle of the motor matches the target rotation angle.

【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。
According to a fourth aspect of the present invention, the respiration / waveform conversion means is configured as a flow meter.

【0009】[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。
According to the first aspect of the present invention, various actual breathing information such as normal breathing, deep breathing, sighing, and coughing input through the breathing input means is converted into a respiratory waveform signal, and based on the respiratory waveform signal. Form a simulated breathing pattern having the same waveform as the input breathing waveform, calculate the target operation amount of the bellows expansion and contraction mechanism so that the air volume corresponding to the simulated breathing pattern is inhaled / discharged from the bellows pipeline, and In order to control the operation of the bellows expansion and contraction mechanism so that the actual amount of movement of the mechanism matches the target amount of movement, a simulated breath having the same waveform as various actual breaths input through the breath input means is connected to the bellows conduit. Can be output from Thus, if the pipe of the bellows of the simulated breathing apparatus is connected to the respiratory system of the ventilator, it becomes possible to test the ventilator under the same conditions as the actual spontaneous breathing of the patient.

【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。
According to the second aspect of the present invention, the control means includes:
Further, since a function of storing data relating to the target operation amount of the bellows expansion / contraction mechanism in the predetermined storage means is provided, it is possible to reproduce the same simulated respiration any number of times.

【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。
According to the third aspect of the present invention, the bellows extending / contracting mechanism is constituted as a crank mechanism for extending / contracting the bellows and a motor for operating the crank mechanism, and the amount of air corresponding to the simulated breathing pattern is sucked from the pipe of the bellows. / Calculates the target rotation angle of the motor so that it is discharged, and controls the operation of the motor so that the actual rotation angle of the motor matches the target rotation angle. It becomes possible.

【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。
According to the fourth aspect of the present invention, since the breathing / waveform converting means is constituted as a flow meter, normal breathing, deep breathing, sighing, coughing, etc. inputted via the breathing input means are converted into a flow rate waveform. As a result, a simulated breathing pattern corresponding to the flow waveform can be easily formed. As a result, the same waveform as various actual breaths such as normal breathing, deep breathing, sighing and coughing input through the breathing input means can be obtained. It is possible to accurately reproduce the simulated breathing that the user has.

【0013】[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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【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。
First, before describing the simulated breathing apparatus of the present embodiment, the configuration of the ventilator will be described with reference to FIG. 2. The ventilator 1 includes a blower 2 as a pressure generation source,
A vibration generating device 3, an infection blocking device 4, a vibration circuit 5,
An inspiratory circuit 7 connected to an oxygen source 6, an exhalation circuit 10 equipped with an atmosphere opening 8 and a spontaneous breathing valve 9, a common circuit 11, and a tracheal tube 13 equipped with a pressure sensor 12.
And a control unit 14 for controlling each unit, a display unit 15 and the like.

【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。
The blower 2 is driven by a blower motor 16 to generate a pressurized pressure at a discharge port 1A and to generate a pressure at a suction port 1B.
A negative pressure is generated. Vibration generator 3
Operates the known rotary valve 3A driven by the rotary valve motor 17 so that the pressurized pressure and the negative pressure are changed by the vibration circuit 5
To be given alternately. The infection blocking device 4
The diaphragm 4 </ b> A is configured by a known mechanism provided with a diaphragm 4 </ b> A interposed in the middle of the vibration circuit 5 and following the pulsation generated by the vibration generator 3.

【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。
The oscillating circuit 5 includes an inhalation circuit 7 and an expiration circuit 1
0, communicating with the common circuit 11 and the tracheal tube 13
The patient's lungs are forcibly breathed at a respiration rate corresponding to the frequency of the vibration circuit 5.
The intake circuit 7 is supplied with oxygen from the oxygen source 6. The exhalation circuit 10 discharges air exhausted from the patient's lungs to the atmosphere via the spontaneous breathing valve 9.

【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。
The spontaneous breathing valve 9 is provided near the atmosphere opening port 8 of the expiration circuit 10 so as to be openable and closable.
, The outlet pressure of the tracheal tube 13 is kept constant. The pressure sensor 12 is provided near the outlet of the tracheal tube 13, and detects the outlet pressure of the tracheal tube 13 and outputs the detected pressure to the control unit 14.

【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。
The control unit 14 controls the drive of the blower motor 16 to control the rotation of the blower 2 and the rotary valve motor 1
7 is controlled to rotate the rotary valve 3A of the vibration generator 3. The control unit 14 controls the movement of the diaphragm 4A of the infection blocking device 4 and controls the opening of the spontaneous breathing valve 9 based on the detection signal of the pressure sensor 12 so that the outlet pressure of the tracheal tube 13 is constant. It is supposed to. The display unit 15 displays data related to the outlet pressure of the tracheal tube 13, data related to the optimal opening of the spontaneous breathing valve 9, and the like based on a command from the control unit 14.

【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。
When the respirator 1 inhales a patient who cannot breathe spontaneously (apnea), oxygen supplied from an oxygen source is supplied to the patient based on the respiratory vibration generated by the vibration generator 3 . When exhalation is performed on a patient who cannot breathe spontaneously (apnea), the air discharged from the patient's lungs is sent to the atmosphere based on the respiratory vibration generated by the respiratory vibration generator 2. Has become.

【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。
Next, the configuration of the simulated breathing apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 1. A simulated breathing apparatus 20 includes a bellows 22 provided with a tube 21 for connecting a ventilator, and a crank mechanism for expanding and contracting the bellows 22. 23, a bellows expansion / contraction motor 24 for driving the crank mechanism 23 to expand and contract the bellows 22, a top dead center detector 38, a motor driver 25, and a flow meter 27 equipped with a breathing pattern input tube 26. , D / A converter 28, port unit 29, A / D converter 30, counter 31,
The configuration includes a computer 32, an external memory 33, and a monitor 34.

【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。
The flow meter 27 measures various actual breaths (eg, normal breath, deep breath, sigh, cough, etc.) input by the operator (or patient) of the simulated breathing apparatus through the breath pattern input tube 26. Then, analog flow waveform signals (respiratory waveform signals) corresponding to various input breaths are supplied to the A / D converter 30. The A / D converter 30 converts the flow rate waveform signal from analog to digital and supplies it to the arithmetic and control unit 35 of the computer 32.

【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。
The computer 32 is composed of, for example, a personal computer. The computer 32 performs various calculations described below and controls the respective parts of the simulated breathing apparatus. The computer 32 has an internal memory 36 for storing predetermined data. 37 and the like. The arithmetic control unit 35
The flow rate waveform signal supplied from the / D converter 30 is time-integrated to calculate the amount of inhaled air and the amount of exhaled air for each cycle of input breathing, and the bellows expands / contracts from the amount of air inhaled and exhaled. The rotation angles (maximum angle, minimum angle, start angle) of the motor for use 24 are calculated.

【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。
The arithmetic and control unit 35 calculates a target angle for each cycle during control of the bellows expansion / contraction motor 24 (described later) and stores it in the external memory 33 as a file of a target angle of one breathing pattern. A digital motor rotation command signal is supplied to the D / A converter 28 so that the rotation angle of the telescopic motor 24 matches the target angle. In this case, the control 1 is stored in the external memory 33.
Since the target angle for each cycle is stored, various simulated respiratory waveforms having the same waveform can be reproduced any number of times. Further, the arithmetic and control unit 35 displays a comparison result of the target flow rate and the actual flow rate and control information on the monitor 34,
The rotation angle is calculated every control cycle of the bellows expansion / contraction motor 24.

【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。
The D / A converter 28 converts the motor rotation command signal from digital to analog and converts the signal into a motor driver 25.
To be supplied to The motor driver 25 is
Bellows expansion / contraction motor 24 based on motor rotation command signal
Is rotated by a predetermined angle. The motor driver 25 supplies the motor control information to the arithmetic and control unit 35 of the computer 1 through the port unit 29,
An encoder signal corresponding to the rotation of the motor is supplied to the arithmetic control unit 35 of the computer 32 via the counter 31.

【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。
The bellows extension / contraction motor 24 is adapted to extend / contract the bellows 22 via a crank mechanism 23 which will be described later. The detected piece 24 is provided on the outer peripheral surface of the bellows expansion / contraction motor 24 so as to face the top dead center detector 38 when the crank mechanism 23 reaches the top dead center (when the motor rotation angle is 0 degree). Is affixed. Top dead center detector 38
Is constituted by, for example, a photoelectric switch. When the detection target piece 24 of the bellows expansion / contraction motor 24 is detected, that is, when the crank mechanism 23 reaches the top dead center, the detection signal is transmitted to the computer 1 through the port unit 29. Is supplied to the arithmetic control unit 35.

【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。
The construction of the bellows 22, the crank mechanism 23, and the bellows expansion / contraction motor 24 will now be described with reference to FIGS. 3 and 4. The bellows 22 includes a top plate 22A.
, A bottom plate 22B, and a bellows member 22C mounted between the top plate 22A and the bottom plate 22B. Inside the bellows 22, the tracheal tube 13 of the ventilator 1 is provided.
The ventilator tube 21 is detachably connected to the ventilator tube 21. When the bellows 22 expands and contracts, a simulated breathing waveform corresponding to the expansion and contraction is supplied to the ventilator 1 via the ventilator tube 21 and the tracheal tube 13.

【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。
The bottom plate 22B of the bellows 22 is fixed to the top plate 40A of the base 40 via a plurality of bolts 39A, 39B, 39C... A plurality of bolts 41A, 41B ...
Is fixed to the side plate 40B of the base 40 through the base. In the drawing, reference numeral 40C denotes a bottom plate of the base 40, reference numerals 40D and 40E denote support members for supporting the top plate 40A on the side plate 40B, and reference numeral 40 denotes a support member.
F and 40G denote support members that support the side plate 40B on the bottom plate 40C.

【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。
The bellows expansion / contraction motor 24 is configured as a direct drive motor (DD motor), and has a cylindrical outer ring portion 24A that is rotatable and a core 24B that is fixed to a hollow portion inside the outer ring portion 24A. The outer ring portion 24A rotates around the core 24B when the bellows expansion / contraction motor 24 is driven. A disc-shaped flange 43 is fixed to an end surface of the outer ring portion 24A of the bellows expansion / contraction motor 24 on the side facing the crank mechanism 23 via a plurality of bolts 42A, 42B.

【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。
The top plate 22A of the bellows 22, the bellows member 22C, the bottom plate 22B, and the top plate 40A of the base 40 are provided with an operating shaft 44 passing through the center of each of these members. An operating shaft 44 projecting upward from the top plate 22A of the bellows 22
Has been fixed through. The operating shaft 44 projecting downward from the bottom plate 22B of the bellows 22 is attached to a top plate 40A of the base 40.
The mounting member 45 and the plurality of bolts 45 are
A, 45B, 45C, and 45D are fitted to the fixed bush 46 via the same.

【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。
A male thread 44B formed at the lower end of the operating shaft 44 is screwed into a female thread 47B formed at the upper inside of the first link 47. The spherical hollow portion formed inside the lower portion of the first link 47 has a ball 4
7A is rotatably inserted via grease, and the upper end surface of the connecting shaft 49 is fixed and caulked to the lower surface of the spherical surface of the ball 47A. A male screw portion 49A formed at a lower portion of the connection shaft 49 is screwed through a lock nut 50 to a female screw portion 48B formed at an upper inner portion of the second link 48.

【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。
A ball 48A is rotatably inserted through a grease into a spherical hollow portion formed in a lower portion inside the second link 48, and a mounting shaft is attached to a side surface portion of the spherical surface of the ball 48A. The distal end surface of the first member 51 is fixed and caulked. A male screw portion 51A formed at the base end portion of the mounting shaft 51 is screwed via a nut 43B to a female screw portion 43A formed at a position eccentric from the center of the flange 43. Connecting shaft 49 and the second link 48 of the first link 47 is freely predetermined angle (e.g. 20-30 degrees) swing together to Figure 4 the lateral direction of the ball 47A as a fulcrum.

【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
中符号P1はクランク機構23の上死点、符号P
クランク機構23の下死点、符号P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。
The operating shaft 44, the first link 47, the second link 48 and the like constitute the crank mechanism 23. Figure
Top dead center of the 4, reference numeral P1 is a crank mechanism 23, the bottom dead center of the code P 3 is a crank mechanism 23, the midpoint of the code P 2 is the top dead center and the bottom dead center, a circle represented by reference numeral K is a crank mechanism 23 5 shows the trajectory of the center of the ball 48A of the second link 48 constituting the second link 48.

【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。
When the bellows expansion / contraction motor 24 is driven by the motor driver 25, the bellows expansion / contraction motor 2
Since the flange 43 fixed to the outer ring portion 24A rotates with the rotation of the outer ring portion 24A of No. 4, the second link 48 rotates about the center of the ball 48A and draws a trajectory K. As a result, the operating shaft 44 moves in the vertical direction, so that the bellows member 22C of the bellows 22 expands and contracts.

【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。
When the crank mechanism 23 reaches the top dead center with the predetermined rotation of the bellows expansion / contraction motor 24, the bellows 2
When the second bellows member 22C is fully extended upward and the crank mechanism 23 comes to the bottom dead center with the predetermined rotation of the bellows expansion / contraction motor 24, the bellows member 22C of the bellows 22 is most contracted downward.

【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。
Here, a method of calculating the target angle of the bellows expansion / contraction motor 24 will be described. Various actual breaths (eg, normal breath, deep breath, sigh, etc.) input through the breathing pattern input tube 26 and the flow meter 27 will be described. In the case of reproducing a cough or the like as a simulated breathing waveform by the expansion and contraction of the bellows 22, the flow rate within one cycle of control of the bellows expansion and contraction motor 24 corresponds to "bellows displacement x one cycle time". The flow rate of the pattern is converted into a target bellows displacement for each control cycle.

【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。
Next, the target bellows displacement of the bellows 22 is X, the bellows speed is V, the angular speed of the bellows expansion and contraction motor 24 is ω, the crank long arm of the crank mechanism 23 is L, the crank short arm is R, and the crank angle is θ. X = R (1−cos θ + ρ / 4 (1−cos 2θ) ) (1) V = Rω (sin θ + ρ / 2 · sin 2θ) (2) The following relational expression holds. The arithmetic and control unit 35 of the computer 32 sequentially substitutes an angle in the range of, for example, 0 to 180 degrees into the crank angle θ in predetermined increments, and controls the angle closest to the target bellows displacement X to control the bellows expansion / contraction motor 24. The target angle in the cycle is determined.

【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。
Here, FIG. 6 to FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram when the arithmetic control unit 35 calculates the rotation angle of the bellows expansion / contraction motor 24 based on the inhalation flow rate / expiration flow rate for each cycle of input breathing. FIG. 6 is a diagram showing a start point, an end point, a difference between suction and discharge of the bellows expansion / contraction motor 24 when the suction operation is performed before the discharge operation and the flow rate during the discharge operation is large, and FIG. FIG. 8 is a diagram illustrating a start point, an end point, a difference between suction and discharge of the bellows expansion / contraction motor 24, and the like in a case where the flow rate during the suction operation is larger than the discharge operation before the discharge operation. 6 and 7, the start point and the end point are located far from the top dead center because the sucking operation is earlier than the discharging operation.

【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。
FIG. 8 is a diagram showing the start point / end point, the difference between the suction and the discharge of the bellows expansion / contraction motor 24, etc. when the discharge operation is performed before the suction operation and the flow rate during the discharge operation is large. FIG. 9 shows a case where the discharge operation is performed before the suction operation and the flow rate during the suction operation is large.
FIG. 3 is a diagram illustrating a start point, an end point, a difference between suction and discharge, and the like of the bellows expansion / contraction motor 24. In FIG. 8 and FIG. 9, the start point and the end point are close to the top dead center because the spouting operation is earlier than the sucking operation.

【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。
FIG. 10 shows a bellows expansion / contraction motor 24.
FIG. 3 is a diagram of a target angle with respect to a time for each cycle of the control of FIG. 3. In the case of the sucking operation, the target angle falls from the angle of the start point to the offset angle. FIG. And the computer 32
Is stored as a file in the external memory 33 at the angles T1, T2, T3,.

【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。
That is, in the present embodiment, the bellows expansion / contraction motor 24 is intermittently driven between the start point and the end point shown in FIGS.
Actual breathing (eg, normal breathing, deep breathing, sighing, coughing, etc.) input by a human through the breathing pattern input tube 26
A simulated breath having the same waveform as that of the bellows is output from the ventilator connection tube 21 of the bellows 22.

【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。
Next, the operation of the embodiment constructed as described above will be described with reference to FIGS.

【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。
The arithmetic and control unit 35 of the computer 32 of the simulated breathing apparatus 20 performs initialization such as erasing the contents displayed on the monitor 34 based on a predetermined operation of the operation unit 37 by the operator of the simulated breathing apparatus 20 (step S1). ), Calculate constants and the like used in the calculation of this process (step S)
2). When the operator of the simulated breathing apparatus 20 gives an instruction to newly create a reproducible waveform of a breathing pattern from the operation unit 37 (Yes in step S3), the processing from step S4 is executed, and the breathing pattern is input from the operation unit 37. If no instruction to create a new reproduced waveform is given (No at Step S3), the processing after Step S14 is executed.

【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)。
When the operator of the simulated breathing apparatus 20 gives an instruction to newly create a reproduced waveform of a breathing pattern from the operation unit 37 (Yes in step S3), the operation unit 37 sets a file name for storing the reproduced waveform. After inputting (Step S
4), various breathing patterns (eg, normal breathing, deep breathing, sighing, coughing, etc.) are input from the breathing pattern input tube 26 (step 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)。
The flow meter 27 measures various breathing patterns (eg, normal breathing, deep breathing, sighing, coughing, etc.) blown through the breathing pattern input tube 26, and outputs flow waveform data corresponding to various breathing patterns. (Respiration data) is A
/ D converter 30. As a result, the arithmetic and control unit 35 of the computer 32 acquires the flow rate waveform data (respiration data) analog / digital converted by the A / D converter 30 (step S6), and displays the waveform on the monitor 34 (step 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。
When the operator of the simulated breathing apparatus 20 re-inputs the reproduced waveform of the breathing pattern from the operation unit 37 (Yes in step S8), the operator performs the operations in steps S5 and S6 again, while recreating the reproduced waveform of the breathing pattern. Is not input again (No at Step S8), the operation unit 37 instructs not to input again.

【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)。
Along with this, the arithmetic control unit 35 of the computer 32 calculates a target bellows speed for each control cycle of the bellows expansion / contraction motor 24 (step S9), and calculates the total flow rate when the bellows 22 is suctioned and the total flow rate when the bellows 22 is discharged. After calculating the total flow rate (step S10), it is determined whether the total flow rate is equal to or greater than the capacity of the bellows 22 (step 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)。
The arithmetic control unit 35 determines that the total flow rate is
If the total flow rate is less than the capacity of the bellows 22, if the total flow rate is less than the capacity of the bellows 22, the maximum angle, the minimum angle,
A start angle is calculated (step S12), and a target angle for each control cycle of the bellows expansion / contraction motor 24 is calculated (step 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。
If the data relating to the target angle of each control cycle of the bellows expansion / contraction motor 24 is to be stored in the external memory 33 as a file (Yes at step S18), the arithmetic control unit 35 determines whether the operator of the simulated breathing apparatus 20 is operating. Step S
A file is created with the file name input in step 4 (step S19), and the respiratory data is displayed on the monitor 34 (step S20). If the data relating to the target angle for each control cycle is not stored as a file in the external memory 33, (No at Step S18), the arithmetic control unit 35 directly performs the process at Step S20.

【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。
On the other hand, if the operator of the simulated breathing apparatus 20 does not give an instruction to newly create a reproducible waveform of a breathing pattern from the operation unit 37 (No at step S3), the arithmetic control unit 35 A file to be read is selected (step S14). If there is no file (No at step S15), the process is terminated. If there is a file (yes at step S15), the file selected from the external memory 33 is deleted. Read data (step S1
6) The data is graphically displayed on the monitor 34 (step S17). After that, the processing shifts to the processing of step S20.

【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)。
After displaying the breathing data on the monitor 34, the arithmetic control unit 35 initializes the motor driver 25 via the port unit 29 (step S21), and the top dead center detector 38 causes the bellows extension / retraction motor 24 to operate. The bellows expansion / contraction motor 24 is rotated through the motor driver 25 by a predetermined rotation until the detection target piece 24 attached to the outer peripheral surface of the bellows is detected (step 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)。
Next, the arithmetic control unit 35 rotates the bellows expansion / contraction motor 24 to the start angle via the motor driver 25 (step S23), and determines the current angle of the bellows expansion / contraction motor 24 from the motor driver 25 to the counter 31. (Step S24), and calculates the deviation between the target angle of the bellows expansion / contraction motor 24 and the current angle (Step 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。
Further, the arithmetic and control unit 35 converts the deviation between the target angle and the current angle of the bellows expansion / contraction motor 24 into a rotation command value to be supplied to the D / A converter 28 (step S26). The rotation command value is output to the D / A converter 28 so that the angle of 24 coincides with the target angle (step S27). As a result, the D / A converter 28 supplies the digital / analog converted rotation command to the motor driver 25, and as a result, the motor driver 2
5 rotates the bellows expansion / contraction motor 24 to a target angle.

【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)。
If there is still target angle data of the bellows expansion / contraction motor 24 corresponding to the breathing pattern (Yes at step S28), the arithmetic and control unit 35 proceeds to steps S22 to S22.
While repeating the processing in step S28, if there is no target angle data (No in step S28), it is determined whether or not to execute the same breathing pattern again (step 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。
If the same breathing pattern is to be executed again, the arithmetic and control unit 35 executes the processing of steps S22 to S28. If the same breathing pattern is not executed again, the arithmetic control unit 35 calculates the target angle of the bellows telescopic motor 24 from the target angle. The calculated respiratory volume and the respiratory volume calculated from the actually rotated angle are graphically displayed on the monitor 34 (step S3).
0). The above is the flow of control in the present embodiment.

【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。
Thereafter, using various simulated breathing waveforms (normal breathing, deep breathing, sighing, coughing, etc.) reproduced by the simulated breathing apparatus 20, the outlet pressure of the tracheal tube 13 of the ventilator 1 becomes constant. When the control amount of the opening of the spontaneous breathing valve 9 is determined in advance, the respirator tube 21 of the bellows 22 of the simulated respirator 20 is connected to the tracheal tube 13 of the respirator 1 and the simulated respiratory waveform is artificially ventilated. Output to the container 1.

【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。
Thus, the control unit 14 of the ventilator 1
Controls the opening of the spontaneous breathing valve 9 based on the detection signal of the pressure sensor 12 so that the outlet pressure of the tracheal tube 13 becomes constant. Display unit 15
Displays data relating to the outlet pressure of the tracheal tube 13, data relating to the optimal opening of the spontaneous breathing valve 9, and the like based on a command from the control unit 14.

【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。
As described above, according to the present embodiment, when various breaths (normal breath, deep breath, sigh, cough, etc.) are inputted from the breathing pattern input tube 26 of the simulated breathing apparatus 20, the computer 32 is inputted. Outputting (reproducing) a simulated breath having the same waveform as the input breath from the ventilator connection tube 21 of the bellows 22 to drive and control the bellows expansion / contraction motor 24 based on the flow rate of the breath waveform. Can be.

【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。
As described above, the spontaneous breathing valve 9 is controlled so that the outlet pressure of the endotracheal tube 13 of the ventilator 1 becomes constant.
It is possible to perform a test of the ventilator 1 under the same conditions as the actual spontaneous breathing of the patient, for example, by controlling the opening of the ventilator to an optimal state. Furthermore, bellows 2
Continuous breathing is also possible according to the number of expansions and contractions of 2.

【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。
Further, according to this embodiment, the target angle for each cycle during the control of the bellows expansion / contraction motor 24 is calculated and stored in the external memory 33 as a file of the target angle for one breathing pattern. Various simulated breaths having the same waveform can be reproduced any number of times from the ventilator connection tube 21 of the bellows 22.

【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。
Furthermore, according to the present embodiment, the bellows 2
Since the amount of air for inhaling / expiring in 2 is changed, it is possible to reproduce complicated and subtle simulated breathing.

【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。
Further, according to the present embodiment, the simulated breathing can be reproduced without using a high-pressure air generator for generating high-pressure air, a negative pressure source, a compressor, and the like.
It is possible to reduce the size and cost of the simulated breathing apparatus.

【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。
In this case, in this embodiment, the actual respiration (normal breath, deep breath, sigh, cough, etc.) input from the breathing pattern input tube 26 is converted into a flow waveform by the flow meter 27, and the flow waveform is converted. Although the simulated breathing is formed based on the above, the present invention is not limited to this. For example, the simulated breathing may be formed by converting the actual breathing of the input human into a pressure waveform by a pressure gauge, for example. It is also possible to

【0063】[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。
As described above, according to the simulated breathing apparatus for a respirator according to the first aspect of the present invention, various actual breathing, such as normal breathing, deep breathing, sighing, and coughing, which are input through the breathing input means. The respiratory information is converted into a respiratory waveform signal, and a simulated respiratory pattern having the same waveform as the input respiratory waveform is formed based on the respiratory waveform signal, and an air volume corresponding to the simulated respiratory pattern is inhaled / exhaled from a bellows conduit. In order to control the operation of the bellows expansion and contraction mechanism so that the actual operation amount of the bellows expansion and contraction mechanism coincides with the target operation amount, the target operation amount of the bellows expansion and contraction mechanism is calculated as described above. Simulated breathing having the same waveform as actual breathing can be output from the bellows conduit. This allows
By connecting the bellows pipe of the simulated breathing apparatus to the respiratory system of the respirator, it is possible to test the respirator under the same conditions as the actual spontaneous breathing of the patient.

【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。
According to the simulated respirator for ventilators of the second aspect of the present invention, the control means further has a function of storing data relating to the target operation amount of the bellows expansion and contraction mechanism in the predetermined storage means. This makes it possible to reproduce the same simulated respiration as many times as possible.

【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。
According to a third aspect of the present invention, the bellows expansion and contraction mechanism is constituted as a crank mechanism for expanding and contracting the bellows and a motor for operating the crank mechanism, and the air volume corresponding to the simulation breathing pattern. Calculates the target rotation angle of the motor so that is sucked / discharged from the pipe of the bellows, and controls the operation of the motor so that the actual rotation angle of the motor matches the target rotation angle.
There is an effect that a simulated respiration having a complicated and subtle waveform can be reproduced.

【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。
According to the fourth aspect of the present invention, since the respiratory / waveform converting means is configured as a flow meter, normal breathing, deep breathing, sighing, and the like input through the respiratory input means are provided. It is possible to easily form a simulated breathing pattern corresponding to the flow waveform by converting cough or the like into a flow waveform. As a result, as described above, normal breathing, deep breathing, sighing, There is an effect that it is possible to accurately reproduce a simulated breath having the same waveform as various actual breaths such as a cough.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a simulated breathing apparatus according to the present embodiment to which the present invention is applied.

【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。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of an artificial respirator to which the simulated breathing apparatus according to the present embodiment is connected.

【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。
FIG. 3 is a front view, partially omitted, showing a configuration of a bellows, a crank mechanism, a bellows expansion / contraction motor, and the like in the embodiment.

【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。
FIG. 4 is a right side view of the bellows / crank mechanism / bellows extension motor shown in FIG.

【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。
FIG. 5 is an explanatory diagram for calculating a relational expression among a bellows expansion / contraction motor angular velocity, a crank angle, a bellows displacement, and a bellows velocity in the present embodiment.

【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。
6 (a) is an explanatory diagram showing each flow rate when the suction operation is performed before the discharge operation, and FIG. 6 (b) is the start point / end point of the bellows expansion / contraction motor; FIG.

【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。
FIG. 7A is an explanatory diagram showing each flow rate in a case where the suction operation is performed before the discharge operation, and FIG. 7B is a diagram illustrating a start point, an end point, and a difference between the suction and the discharge of the bellows expansion / contraction motor. FIG.

【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。
8 (a) is an explanatory view showing each flow rate when the discharging operation is performed before the sucking operation, and FIG. 8 (b) is the start point / end point of the bellows expansion / contraction motor; FIG.

【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。
FIG. 9A is an explanatory diagram showing a flow rate when a discharging operation is performed before a sucking operation, and FIG. 9B is a start point / end point of a bellows expansion / contraction motor, a difference between suction and discharging, and the like. FIG.

【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。
10A is an explanatory view showing a target angle of a bellows expansion / contraction motor in a suction operation and a discharge operation, and FIG.
0 (b) is an explanatory diagram in which a part in FIG. 10 (a) is enlarged.

【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。
FIG. 11 is a flowchart of the first half of the control operation in the present embodiment.

【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。
FIG. 12 is a flowchart of the latter half of the control operation in the present embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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
Reference Signs List 1 artificial respirator 13 tracheal tube as respiratory system 20 simulated breathing apparatus 21 artificial respirator connection tube as conduit 22 bellows 23 crank mechanism as bellows expansion and contraction mechanism 24 bellows expansion and contraction motor as bellows expansion and contraction mechanism 26 respiratory input Tube for inputting breathing pattern as means 27 Flow meter as breathing / waveform conversion means 32 Computer 33 External memory as storage means 35 Calculation control unit as control means

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 Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) A61M 16/00 G09B 9/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【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。
1. A bellows having a pipeline detachably connected to a respiratory system of a ventilator, and inhaling or discharging a predetermined amount of air as a simulated breath through the pipeline by expansion and contraction operation, In a simulated breathing apparatus for a respirator, comprising: a bellows expansion / contraction mechanism for expanding / contracting the bellows; and control means for controlling the operation of the bellows expansion / contraction mechanism, various actual breathing information such as normal breathing, deep breathing, sighing and coughing. And respiration / waveform conversion means for converting the actual respiration information input via the respiration input means into an electric respiration waveform signal, wherein the control means comprises: / A simulated breathing pattern forming function of forming a simulated breathing pattern having the same waveform as the waveform of the input breath based on the breathing waveform signal output from the waveform converting means; A target operation amount calculation function for calculating a target operation amount of the bellows expansion / contraction mechanism such that an air amount corresponding to the pattern is sucked / discharged from the conduit of the bellows; A simulated breathing apparatus for an artificial respirator, comprising: a movement amount matching control function for controlling the operation of the bellows expansion / contraction mechanism so as to match a target movement amount.
【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。
2. The artificial respiration according to claim 1, wherein said control means further comprises a storage control function of storing data relating to a target operation amount of said bellows extension mechanism in a predetermined storage means. A dexterous respirator.
【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。
3. The bellows expansion and contraction mechanism is configured as a crank mechanism for expanding and contracting the bellows and a motor for operating the crank mechanism, and a target operation amount calculation function of the control means corresponds to the simulated breathing pattern. is performed by the air amount calculates a target rotation angle of the motor as inhaled / discharged from the conduit of the bellows, the operation amount consistent control function of said control means, the actual rotation angle of the motor The artificial respirator according to claim 1 or 2, wherein the simulation is performed by controlling the operation of the motor so as to match the target rotation angle.
【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。
4. A simulated respirator according to claim 1, wherein said respiratory / waveform converting means is constituted as a flow meter.
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