CN110446519B - 供氧装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

将吸入用的氧气向使用者供给的供氧装置由传感器部取得使用者的经皮的动脉血氧饱和度(SpO2)信息，由控制部算出SpO2的第1移动平均值、相对于比其时间长的第2移动平均值。控制部根据SpO2信息算出既定时间的下落次数，在为第1阈值以上时，从基于SpO2的第1移动平均值的控制切换成基于第2移动平均值的控制。

Description

供氧装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及用于使高浓度氧吸入的氧疗法的供氧装置及其控制方法。
背景技术
作为随着以慢性阻塞性肺疾病、肺结核后遗症、肺纤维化为首的慢性呼吸衰竭及心力衰竭、其他各种疾病的低氧血症等慢性呼吸器官疾病的治疗方法有氧疗法。氧疗法中通过给予高浓度的氧气使患者的动脉血氧分压(PaO2)上升，以改善・预防低氧血症为目的。
家中氧疗法为，根据医生等医疗从业者的处方，作为患者的使用者操作供氧装置在自家进行氧疗法。家中氧疗法中，吸入用的氧气被从如专利文献1、2所述的氧浓缩装置、氧气瓶等供氧装置供给。一般地，从使用时的便利性、保养管理的容易性考虑，在家中使用氧浓缩装置，去往医院的过程、购物等的外出目的地的使用中多使用小型轻量的氧气瓶。
家中氧疗法中处方氧气的流量优选为除了患者的疾病、重症程度以外针对安静、劳作、睡眠等各个患者的状态适合的处方流量。因此，如专利文献1所示，研究在供氧装置上设置经皮地测定动脉血氧饱和度(SpO2)的传感器来根据SpO2的值设定氧气的流量。一般认为希望将患者的PaO2值保持为60mmHg以上(将SpO2值设为90%以上)。
另一方面，SpO2如专利文献3所述，也被利用于睡眠呼吸暂停综合征(sleep apneasyndrome：SAS)患者的筛选。已知在SAS患者中随着睡眠中的呼吸暂停而出现SpO2相对于基准线急剧下降的峰(下落)。下落大多情况下与SAS的程度呈比例地增减，因此有时作为SAS的筛选的指标作为使用脉动血氧计等的检查而被在临床现场使用。
专利文献1：日本特开平06-197968号公报。
专利文献2：日本特开2014-64772号公报。
专利文献3：日本特开2007-275349号公报。
如下供氧装置被研究，前述供氧装置以既定间隔测定接受家中氧疗法的使用者的SpO2，具备控制氧气的流量的SpO2反馈功能，使得SpO2为由医生等医疗从业者开出处方的设定值的范围内。若使用SpO2反馈功能，则即使使用者的安静、劳作、睡眠等各自的状态下氧消耗量变动，被供给的氧气的流量也被氧浓缩装置控制，能够使SpO2为恒定的范围内。大多情况下，希望快速检测出出现使用者的SpO2偏离医疗从业者所希望的范围的状态，与其相应地快速改变氧流量。
在SpO2反馈功能中，即使使用者在睡眠中，也能够将氧气的流量控制成SpO2处于处方范围内的值。但是，SAS合并症患者接受家中氧疗法的情况下，通过SpO2反馈功能的控制算法，SpO2反馈功能发挥作用，使得即使相对于随着睡眠中的呼吸暂停的下落，也能够快速改变氧流量。若下落频发，则重复SpO2急剧下降和急剧上升，所以与其相随地被供给的氧气的流量也在短时间内大幅增减。因此，使用者在睡眠中会感到不适。
发明内容
本发明是鉴于这样的情况作出的，其目的在于，提供氧气供给装置及其控制方法，其在具备SpO2反馈功能的家中氧疗法用的供氧装置中，能够不依懒于SAS的有无地进行对于患者适合的氧气的流量的控制的氧气供给装置及其控制方法。
也有SAS的患病率随年龄增加的报告，认为需要氧疗法的患者群中半数以上的患者中存在SAS的合并。本发明人考虑基于SAS的SpO2的下降(暂时性的低氧状态)、呼吸器官疾病、心衰竭患者等呈现的SpO2的下降(持续性的低氧状态)的对身体造成的影响不同，基于SAS的SpO2下降与原有的氧疗法的目的不同，由此，发现有望由SpO2反馈功能辨别基于SAS的SpO2的下降、除此以外的SpO2的下降，进行进一步的研究，结果，以至完成本发明。
即本发明包括以下的(1)~(7)的方式。
(1)一种供氧装置，前述供氧装置具有将向使用者供给的吸入用的氧气的流量基于经皮的动脉血氧饱和度(SpO2)控制的功能，其特征在于，具备传感器部和控制部，前述传感器部取得前述使用者的经皮的动脉血氧饱和度(SpO2)信息，前述控制部基于由前述传感器部取得的经皮的动脉血氧饱和度(SpO2)信息控制前述氧气的供给量，且根据前述经皮的动脉血氧饱和度(SpO2)信息算出SpO2的移动平均值及每既定时间的下落次数，前述控制部根据由前述传感器部取得的经皮的动脉血氧饱和度(SpO2)信息，算出第1时间跨度内算出的SpO2的第1移动平均值、比第1时间跨度时间长的第2时间跨度内算出的SpO2的第2移动平均值、及每既定时间的下落次数，基于前述算出的下落次数，选择前述第1移动平均值、或第2移动平均值的某一个，基于选择的移动平均值控制前述氧气的供给量。
(2)在(1)中，其特征在于，前述控制部在前述下落次数不足第1阈值的情况下，基于前述第1移动平均值控制前述氧气的流量，在为前述第1阈值以上的情况下，基于前述第2移动平均值控制前述氧气的流量。
(3)在(1)或(2)中，其特征在于，前述供氧装置是将浓缩了大气中的氧的氧浓缩气体作为前述氧气供给的氧浓缩装置。
(4)在(1)或(2)中，其特征在于，前述供氧装置将填充于瓶的高压氧气作为前述氧气供给。
(5)在(1)至(4)的任一项中，其特征在于，前述第1时间跨度为1秒以上5秒以下，前述第2时间跨度为2分以上5分以下。
(6)一种供氧装置的控制方法，前述供氧装置的控制方法将向使用者供给的吸入用的氧气的流量基于经皮的动脉血氧饱和度(SpO2)控制，其特征在于，具有取得前述使用者的经皮的动脉血氧饱和度(SpO2)信息的第1步骤、根据前述经皮的动脉血氧饱和度(SpO2)信息算出第1时间跨度内算出的SpO2的第1移动平均值、及在比第1时间跨度时间长的第2时间跨度内算出的SpO2的第2移动平均值的第2步骤、根据前述经皮的动脉血氧饱和度(SpO2)信息算出每既定时间的下落次数的第3步骤。
(7)在(6)中，其特征在于，还具有第4步骤，前述第4步骤为，每前述既定时间的下落次数不足第1阈值的情况下，基于前述第1移动平均值控制前述氧气的流量，在为前述第1阈值以上的情况下基于前述第2移动平均值控制前述氧气的流量。
发明效果
根据本发明，能够提供在具备SpO2反馈功能的家中氧疗法用的供氧装置中能够进行对于SAS患者非常适合的氧气的流量的控制的氧气供给装置及其控制方法。
附图说明
图1是表示实施方式的氧浓缩装置的结构的图。
图2是表示SpO2反馈的流程的图。
图3A是表示SpO2的波形的图。
图3B是表示SpO2的波形的图。
图4是表示第1移动平均和第2移动平均的切换流程的图。
图5A是表示SpO2反馈的效果的图。
图5B是表示SpO2反馈的效果的图。
具体实施方式
以下，以氧浓缩装置为例说明本发明的实施方式的供氧装置，但本发明的供氧装置不限于氧浓缩装置。也可以是将填充于瓶的高压氧气作为吸入用的氧气供给的供氧装置。
实施方式的氧浓缩装置具备将供给的吸入用的氧气的流量基于使用者的SpO2控制的SpO2反馈功能。被从氧浓缩装置供给的氧气的流量固定的情况下，若使用者不自行进行氧浓缩装置的操作来改变氧气的流量，则有氧气不足或过剩的情况。例如，氧浓缩装置的使用者若从安静的状态向起立来走出等劳作的状态转移，则如图5A所示，随着体内消耗的氧量的增加，SpO2下降。因此，若不将氧气的流量从安静时的处方改变成劳作时的处方，则使用者感到呼吸困难等不适。
另一方面，若使氧浓缩装置的SpO2反馈功能工作，则基于由脉动血氧计测定的SpO2控制氧气的流量。氧浓缩装置的控制部为，使用者从安静的状态向劳作的状态转移，将被消耗的氧量增加作为SpO2的下降检查，增加氧气的流量，使得SpO2增加。被供给的氧气增加，由此如图5B所示，SpO2被保持恒定，防止使用者感到呼吸困难等不适。
・氧浓缩装置的结构
图1表示本发明的实施方式的氧浓缩装置的结构。氧浓缩装置如在先说明那样主要用于家中氧疗法，是将空气中所含的氮气分离而将高浓度氧(富氧气体)作为吸入用的氧气供给的装置。图1所示的连结各结构间的实线表示气体的主要流路，虚线表示控制信号等的电气信号的主要路径。
氧浓缩装置具备主体1、测定氧浓缩装置的使用者的SpO2的传感器部即脉动血氧计2、向使用者供给氧气的插管3。
氧浓缩装置的主体1收纳有供给加压空气的压缩机102、填充有与氧相比将氮选择性吸附的吸附剂的吸附筒107、切换吸附工序、脱附工序等的序列的切换阀105、将浓缩的氧气的流量增减的控制阀104等、进行它们的控制的控制部103。控制部103例如由中央处理器(中央运算处理装置)构成。
由主体1浓缩的氧气被控制阀104调整流量，借助插管3被向接受家中氧疗法的使用者供给。控制部103控制控制阀104，由此将氧气的流量控制在例如0.25L/分至5.00L/分的范围，能够每0.25L/分地控制。传感器部即脉动血氧计2安装于使用者的指尖等，以既定的周期(例如30Hz)测定SpO2来向控制部103传送。
原料空气被从具备将灰尘等的异物去除的吸气过滤器101的空气收入口收入主体1。此时，空气中通常包括约21%的氧气、约77%的氮气、0.8%的氩气、1.2%的二氧化碳等其他气体。氧浓缩装置仅将必要的氧气作为呼吸用气体浓缩来取出。
被收入主体1内的原料空气被压缩机102加压，被送向填充有由将氮分子选择性吸附的沸石等构成的吸附剂的吸附筒107。控制部103通过操作切换阀105来将作为对象的吸附筒107顺次切换的同时供给加压的原料空气，在吸附筒107内将原料空气中所含的约77%的氮气选择性吸附除去。
吸附筒107除了1筒式、2筒式以外能够利用3筒以上的多筒式等公知的结构，但为了连续且效率高地从原料空气制造氧浓缩气体，优选为使用2筒式、多筒式的吸附筒107。2筒式的压力变动吸附型(PSA型)的氧浓缩装置中，在一方的吸附筒A进行吸附工序的情况下，在另一方的吸附筒B中进行脱附工序，控制切换阀105，由此将吸附工序、脱附工序以分别相反的相位的形状顺次切换，连续地生成氧浓缩气体。
此外，作为压缩机102，除了作为仅具有压缩功能或者具有压缩、真空功能的压缩机使用2头式的摆动型空气压缩机以外，也有使用螺杆式、旋转式、螺旋式等的旋转型空气压缩机的情况。此外，驱动该压缩机102的电动机的电源可以是交流的也可以是直流的。
加压状态的吸附筒107内使吸附剂吸附空气中的氮气，以未被吸附的氧为主成分的氧浓缩气体被从吸附筒107取出。被取出的氧浓缩气体经由以不向吸附筒107倒流的方式设置的止回阀108向制品罐106流入而被蓄积。蓄积于制品罐106的氧浓缩气体例如为95%的高浓度的氧气。
并且，控制部103控制控制阀104，将根据医生等的处方的流量的氧气从插管3向使用者供给。氧浓度/流量传感器110将被供给的氧气的流量及氧浓度向控制部103反馈，控制基于氧浓缩装置的氧气的生成、供给。
・SpO2反馈功能
图2表示基于控制部103的SpO2反馈控制的一例。若氧浓缩装置为SpO2反馈模式的设定，则控制部103控制控制阀104，使得被从插管3向使用者供给的氧气为预先设定的初始流量(步骤S1)。并且，确认呈SpO2反馈模式(步骤S2)，开始基于脉动血氧计2取得既定周期的SpO2信息。
若开始取得SpO2信息，则控制部103逐次计算SpO2的移动平均值来收纳于存储器等的储存部。被算出的SpO2的移动平均值中至少有两种移动平均值，一个是短时间(例如1秒以上5秒以下)的SpO2的移动平均值即第1移动平均值，另一个是比第1移动平均值时间长(例如2分以上5分以下)的SpO2的移动平均值即第2移动平均值。
在步骤S3中，以既定的时间间隔从存储器等储存部按时间序列取得最新的SpO2的移动平均值。步骤S3中取得的SpO2的移动平均值为第1移动平均值或第2移动平均值的某一方。在后说明取得第1移动平均值或第2移动平均值的哪一个。
控制部103将取得的SpO2的移动平均值和事先的处方SpO2的范围(例如90%以上、94%以下。)比较(步骤S4)。若SpO2的移动平均值为处方SpO2的范围，则返回步骤S2，至解除SpO2反馈模式为止重复控制。
步骤S4中SpO2的移动平均值为处方SpO2的范围外(例如不足90%、超过94%。)的情况下，若SpO2的移动平均值不足90%，则将氧气的流量提高一级(步骤S5、步骤S6)，增加向使用者供给的氧气，实现SpO2的上升。若超过94%则将氧气的流量降低一级(步骤S5、步骤S7)。
氧气的流量的增减通过控制部103控制控制阀104来进行。例如，在实施方式的氧浓缩装置中，能够将氧气的流量每0.25L/分地控制，所以通过使氧气的流量提高或降低一级，流量每0.25L/分地增减。这样，控制部103为，SpO2的移动平均值若不足处方SpO2的范围则增加氧气的流量，若超过则减少，所以SpO2返回医疗从业者指定的SpO2的范围，使用者在睡眠中也不会感到不适，能够期待提高家中氧疗法的效果。流量的增减的方式不限于上述说明，例如也可以通过PID控制的那样的方式改变流量。
・SAS症状的判定和移动平均值的切换
在实施方式的氧浓缩装置中，判定SAS症状的有无而将用于控制的SpO2的移动平均值切换成的第1移动平均值、比第1移动平均值时间长的第2移动平均值。如前所述，已知若SAS患者在睡眠中发生呼吸暂停的症状，则出现SpO2相对于基准线急剧下降的峰(下落(Dip))(参照专利文献3。)。氧浓缩装置将睡眠中的利用者的SpO2由脉动血氧计2测定，控制部103检测下落的出现。
图3A表示关于SAS患者测定的睡眠中的SpO2波形的一例。在图3A中，可知从22时至2时左右SpO2急剧下降的下落频发。氧浓缩装置的控制部103根据基于脉动血氧计2的SpO2的测定，在出现SpO2距基准线在90秒以内下降3%以上而在30秒以内恢复的图3B所示那样的峰时，将其判断为下落来计数。此时，作为基准线，例如利用3分钟的SpO2移动平均。
并且，既定时间中的下落次数为预先设定的第1阈值以上时，控制部103判断成使用者为SAS患者而发生呼吸暂停的症状的可能性高。一般判断为，ODI(oxygendesaturation index：每一小时的下落出现次数)不足15的话不发生SAS的症状，但为15以上的话则发生SAS的症状的可能性高，所以第1阈值例如设为每一小时的下落次数为15次即可。
控制部103随着基于脉动血氧计2的既定周期的SpO2测定开始，开始作为SpO2的移动平均值开始第1移动平均值、比第1移动平均值时间长的第2移动平均值的算出。第1移动平均值例如是根据刚刚前2秒钟的SpO2算出的移动平均值，第2移动平均值例如是根据刚刚前2分钟的SpO2算出的移动平均值。
控制部103作为初始设定取得第1移动平均值作为图2的步骤S3的SpO2的移动平均值，进行SpO2反馈控制。第1移动平均值是2秒钟的SpO2的移动平均值，所以精细地进行气体流量的控制。因此，若SpO2稍微从处方SpO2的范围偏离，则迅速增减氧气的流量，能够返回处方SpO2的范围内。控制部103在既定时间中的下落次数不足第1阈值时，根据第1移动平均值进行SpO2反馈控制。
既定时间中的下落次数为第1阈值以上时，控制部103判断成使用者为SAS患者而发生呼吸暂停的症状的可能性高，将在步骤S3中取得的SpO2的移动平均值从第1移动平均值切换成第2移动平均值。通过切换成刚刚前2分钟的移动平均值即第2移动平均值，能够减少伴随出现于SAS患者的SpO2波形的下落的影响。通过以第2移动平均值进行图2的SpO2反馈控制，下落在短时间内多发，由此能够抑制氧气流量在短时间内大幅增减。因此，防止由于急剧的氧气流量的变化而睡眠中的使用者感到不适。
也可以控制成，SpO2的移动平均值被从第1移动平均值切换成第2移动平均值后，控制部103检查到既定时间中的下落次数不足第2阈值时，将在图2的步骤S3中取得的SpO2的移动平均值从第2移动平均值再次切换成第1移动平均值。第2阈值也可以与第1阈值，此外，考虑安全，也可以是比第1阈值小的值。
图4表示根据既定时间的下落次数切换第1移动平均值和第2移动平均值的控制流程的例子。若为SpO2反馈模式的设定，则控制部103在图2的流程中控制氧气的流量，并且控制部103在图4的流程中将下落的产生计数。首先，发出指示，使得由步骤3取得的SpO2的移动平均值为第1移动平均值(步骤S11)。并且，确认SpO2反馈模式(步骤S12)，将下落的产生次数计数(步骤S13)。
判断计数的每一小时的下落次数是否为第1阈值即15次以上(步骤S14)，在不足15次的情况下返回步骤S11。在15次以上的情况下发出指示，使得取得第2移动平均值作为由步骤3取得的SpO2的移动平均值。每一小时的下落次数为第1阈值即15次以上的期间，在图2的控制流程中被利用的SpO2的移动平均值为第2移动平均值，能够抑制下落发生而氧气流量短时间内大幅增减。
以上对本发明的优选的实施方式进行了详细说明，但本发明不限于上述实施方式，能够在权利要求书所记载的本发明的要旨的范围内进行各种变形、改变。
产业上的可利用性
根据本发明，将作为对象的时间的跨度不同的SpO2的移动平均值切换来进行SpO2反馈，所以能够提供对于SAS患者也能够进行适合的氧气流量的控制的氧气供给装置及其控制方法。
附图标记说明
1主体
2脉动血氧计
3插管
101吸气过滤器
102压缩机
103控制部
104控制阀
105切换阀
106制品罐
107吸附筒
108止回阀
109调压阀
110氧浓度/流量传感器。

Claims (7)

1.一种供氧装置，前述供氧装置具有将向使用者供给的吸入用的氧气的流量基于经皮动脉血氧饱和度即SpO2控制的功能，其特征在于，
具备传感器部和控制部，
前述传感器部取得前述使用者的经皮动脉血氧饱和度即SpO2信息，
前述控制部基于由前述传感器部取得的经皮动脉血氧饱和度即SpO2信息控制前述氧气的供给量，且根据前述经皮动脉血氧饱和度即SpO2信息算出SpO2的移动平均值及每既定时间的下落次数，
前述控制部根据由前述传感器部取得的经皮动脉血氧饱和度即SpO2信息，算出在第1时间跨度内算出的SpO2的第1移动平均值、在比第1时间跨度时间长的第2时间跨度内算出的SpO2的第2移动平均值、及每既定时间的下落次数，基于前述算出的下落次数，选择前述第1移动平均值或第2移动平均值的某一个，基于选择的移动平均值控制前述氧气的供给量。
2.如权利要求1所述的供氧装置，其特征在于，
前述控制部在前述下落次数不足第1阈值的情况下，基于前述第1移动平均值控制前述氧气的流量，在为前述第1阈值以上的情况下，基于前述第2移动平均值控制前述氧气的流量。
3.如权利要求1或2所述的供氧装置，其特征在于，
前述供氧装置是将浓缩了大气中的氧的氧浓缩气体作为前述氧气供给的氧浓缩装置。
4.如权利要求1或2所述的供氧装置，其特征在于，
前述供氧装置将填充于瓶的高压氧气作为前述氧气供给。
5.如权利要求1或2所述的供氧装置，其特征在于，
前述第1时间跨度为1秒以上5秒以下，前述第2时间跨度为2分以上5分以下。
6.如权利要求3所述的供氧装置，其特征在于，
前述第1时间跨度为1秒以上5秒以下，前述第2时间跨度为2分以上5分以下。
7.如权利要求4所述的供氧装置，其特征在于，
前述第1时间跨度为1秒以上5秒以下，前述第2时间跨度为2分以上5分以下。
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