CN110461396B - 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具备取得使用者的经皮动脉血氧饱和度(SpO2)信息的第1传感器部、取得每一分钟的呼吸次数(BPM)信息的第2传感器部、控制部。控制部在表示第1传感器部取得的SpO2值为预先设定的第1阈值以上且第2传感器部取得的BPM值为预先设定的第2阈值以上时，有表示PaCO2值的上升的CO2麻醉的预兆的可能性，所以判断成异常的预兆。并且，控制部进行使向使用者供给氧气停止等的控制。

Description

供氧装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及用于吸入高浓度氧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、保守管理的容易性考虑在自家使用氧浓缩装置，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)。
专利文献1：日本特开2001-309981号公报。
专利文献2：日本特开2014-64772号公报。
慢性呼吸衰竭分为不伴随高二氧化碳血症的1型呼吸衰竭(动脉血二氧化碳分压PaO2≦45mmHg)和伴随高二氧化碳血症的2型呼吸衰竭(动脉血二氧化碳分压PaO2＞45mmHg)。
一般地，健全者、1型呼吸衰竭患者的换气状态控制通过CO2呼吸驱动被控制，所以伴随基于氧疗法的SpO2上升的呼吸次数的异常的变化几乎不出现。另一方面，2型呼吸衰竭患者日常暴露于动脉血二氧化碳分压(PaO2)高的状态的情况下，上述CO2呼吸驱动功能减弱的患者也不少。这样的情况由O2呼吸驱动控制换气状态，所以由于改善氧疗法的SpO2，有如下所述的呈异常的呼吸状态的情况：若为使CO2呼吸驱动功能减弱的患者的SpO2值上升而使氧气流量必要程度以上地增量，则O2呼吸驱动停止，有导致PaCO2的急剧上升的可能性。PaCO2急剧上升的情况下，有处于被称作CO2麻醉的病情而导致意识障碍等重大风险的危险性。
但是，2型呼吸衰竭患者中接受氧疗法的患者的预后较好，CO2麻醉风险不会成为氧疗法的禁忌理由。希望充分考虑CO2麻醉的危险性的同时慎重地进行氧疗法。
发明内容
考虑CO2麻醉的风险的同时进行氧疗法的情况下，需要测定患者的PaCO2来控制成PaCO2不会过高。但是，针对用于家中氧疗法的供氧装置设置PaCO2传感器而接受家中氧疗法的使用者每次测定PaCO2的同时进行氧疗法从成本、可靠性等方面考虑现阶段较难。本发明是鉴于这样的情况作出的，其目的在于提供不直接测定PaCO2的情况下能够检测CO2麻醉的预兆的供氧装置及其控制方法。
本发明包括以下的(1)~(12)的方式。
(1)一种供氧装置，前述供氧装置将吸入用的氧气向使用者供给，其特征在于，具备第1传感器部、第2传感器部、控制部，前述第1传感器部取得使用者的经皮的动脉血氧饱和度(SpO2)信息，前述第2传感器部取得附随前述使用者的动脉血二氧化碳分压的上升而变动的关键信息，前述控制部控制向前述使用者供给的前述氧气的供给量，且基于被控制的前述供给量判断前述使用者的动脉血二氧化碳分压的异常上升的危险性，前述控制部在前述经皮的动脉血氧饱和度的值为第1阈值以上且前述关键信息偏离预先确定的范围时，判断成前述使用者的动脉血二氧化碳分压的异常上升的预兆。
(2)在(1)中，其特征在于，前述关键信息包括前述使用者的呼吸次数，前述控制部在前述经皮的动脉血氧饱和度(SpO2)的值为第1阈值以上且前述呼吸次数的值为第2阈值以上时，判断成前述预兆。
(3)在(1)或(2)中，其特征在于，前述供氧装置为将浓缩了大气中的氧的浓缩氧气作为前述氧气供给。
(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，若前述控制部判断成前述预兆，则将前述氧气的流量控制为零或初始设定值。
(6) 在(1)至(5)的任一项中，其特征在于，若前述控制部判断成前述预兆，则发出警报。
(7) 在(1)至(6)的任一项中，其特征在于，前述第1传感器部是脉动血氧计。
(8) 在(1)至(7)的任一项中，其特征在于，前述控制部基于前述经皮的动脉血氧饱和度(SpO2)的值控制前述氧气的流量。
(9)一种供氧装置的控制方法，前述供氧装置的控制方法向使用者供给吸入用的氧气，其特征在于，具备第1步骤、第2步骤、第3步骤，在前述第1步骤中，取得使用者的经皮的动脉血氧饱和度(SpO2)信息，在前述第2步骤中，取得附随前述使用者的动脉血二氧化碳分压的上升变动的关键信息，在前述第3步骤中，判断前述使用者的动脉血二氧化碳分压的异常的上升的危险性，前述第3步骤在前述经皮的动脉血氧饱和度(SpO2)的值为第1阈值以上且前述关键信息偏离预先确定的范围时，判断成前述使用者的动脉血二氧化碳分压的异常的上升的预兆。
(10)在(9)中，其特征在于，前述关键信息包括前述使用者的呼吸次数，前述第3步骤在前述经皮的动脉血氧饱和度(SpO2)的值为第1阈值以上且前述呼吸次数的值为第2阈值以上时，判断成前述预兆。
(11) 在(9)或(10)中，其特征在于，具备第4步骤，在前述第4步骤中，若在前述第3步骤中判断成前述预兆，则将前述氧气的流量控制为零或被处方的初始设定值。
(12) 在(9)至(11)的任一项中，其特征在于，具备第5步骤，在前述第5步骤中，若在前述第3步骤中判断成前述预兆，则发出警报。
发明效果
根据本发明，能够提供能够在不直接测定PaCO2的情况下检测CO2麻醉的预兆的供氧装置及其控制方法。
附图说明
图1是示意性地表示健全者・1型呼吸衰竭患者和2型呼吸衰竭患者的高二氧化碳换气应答的图。
图2是表示实施方式的控制流程的图。
图3是表示氧浓缩装置的结构的图。
图4是表示SpO2反馈功能的图。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式进行说明。
附随动脉血二氧化碳分压的上升变动的关键信息中有呼吸次数、心律数、与心律数相关的脉搏数、血压等。
关于与呼吸次数相关，呼吸驱动正常的健全者、1型呼吸衰竭患者和2型呼吸衰竭患者的二氧化碳换气应答大多情况如图1所示。图1为，关于健全者・1型呼吸衰竭患者和2型呼吸衰竭患者示意地表示动脉血二氧化碳分压(PaCO2)和每一分钟的呼吸次数(breathper minutes：BPM)的关系的图。实线是健全者・1型呼吸衰竭患者的换气应答，虚线是2型呼吸衰竭患者的换气应答。
健全者若PaCO2为某值以上，则换气功能被刺激，为了排出二氧化碳，BPM直线性地增加 (图1的A)。另一方面，2型呼吸衰竭患者中多数的情况下相对于PaCO2的增加的反应迟钝，比健全者晚地开始BPM的增加 (图1的B)。并且，若PaCO2进一步增加，则随着呼吸性酸中毒而自发呼吸减弱，BPM转向减少 (图1的C)。若这样的低换气状态继续，则患者的PaCO2进一步上升而陷入CO2麻醉的危险性变高。
本实施方式的供氧装置由第1传感器部经皮地测定借助供氧装置接受家中氧疗法的使用者的动脉血氧饱和度(SpO2)，由第2传感器部测定使用者的每一分钟的呼吸次数(BPM)。并且，异常判断在SpO2为一定值以上的同时BPM增加的情况下，判断成使用者处于图1的B的状态(CO2麻醉的第1预兆)的可能性高，进行供氧装置的控制。此外，还为SpO2为一定值以上的同时BPM减少的情况下，判断成使用者处于图1的C的状态(CO2麻醉的第2预兆)的可能性高，也可以进行供氧装置的控制。
另外，如上所述，也有随着PaCO2值的上升而经由图1的B的状态转移成C的状态的情况，但也考虑相对于急性期的患者给予高流量的氧的情况等一下到达图1的C的状态的情况。在本实施方式中，这样的情况中也能够导致患者的异常症候。
基于控制部的供氧装置的控制流程由图2表示。若供氧装置开始工作，则供氧装置对于患者用鼻插管供给高浓度(例如氧浓度90%以上)的氧气 (步骤S1)。测定SpO2值的第1传感器部和测定BPM的第2传感器部分别以既定的间隔测定SpO2值和BPM值，向控制部传送(步骤S2)。测定SpO2值的第1传感器部优选利用脉动血氧计，测定BPM的第2传感器部能够测定呼吸次数即可，能够利用公知的传感器。
控制部将测定的SpO2值和预先设定的第1阈值a(例如90%)比较 (步骤S3)。测定的SpO2值比第1阈值a低的情况下返回步骤S2，继续持续氧气的供给，同时测定SpO2值和BPM值。若SpO2值为第1阈值a以上，则进入步骤S4核查BPM值。
BPM值预先设定有第2阈值b。第2阈值b如图1所示，PaCO2较高，设想2型呼吸衰竭患者的BPM增加时的值来设定。一般地，2型呼吸衰竭患者的急剧变化预兆的标准为BPM超过30左右的情况，所以第2阈值b例如设定成BPM30。控制部比较测定的BPM值和预先设定的第2阈值b (步骤S4)。BPM值比第2阈值b低的情况下返回步骤S2，继续持续氧气的供给，同时测定SpO2值和BPM值。但是，BPM值为第2阈值b以上的情况下，控制部判断成使用者的动脉血二氧化碳分压的异常的上升的预兆 (步骤S5)。
SpO2值为第1阈值a以上且BPM值上升而第2阈值b以上的状态为二氧化碳的排出不充分而被PaCO2的增加刺激从而BPM增加的图1的B的状态，即有发生CO2麻醉的第1预兆的可能性。因此，控制部判断成异常的预兆 (步骤S5)，立即使氧气的流量为零 (步骤S6)。
在图2的控制流程中，在步骤S6中使流量为零而停止氧气的供给，但判断成异常的预兆后的步骤不限于此。例如，也可以是，预先设定由于低流量而发生CO2麻醉的可能较少的初始流量，在步骤S5中判断成异常的预兆的情况下，在步骤S6中控制部使氧气的流量为初始流量，控制成继续氧气的供给。进而，接着步骤S6，也可以设置供氧装置发出警报的步骤。
此外，在步骤S4中将BPM上限设为第2阈值b，将第2阈值b以上的情况判定成异常的预兆，但也可以作为第3阈值c追加BPM的下限(例如BPM10)来判断。也可以是，在步骤S4中，在BPM为第2阈值b以上或第3阈值c以下的情况下，进入步骤S5来进行判断成异常的预兆的控制流程。BPM为第3阈值c以下的状态下，相当于图1的C的BPM减少而CO2麻醉的第2预兆的可能性高从而判断成异常的预兆。除了BPM上限的第2阈值b，能够根据BPM下限的第3阈值c提高CO2麻醉的预兆检查的可靠性。此外，也考虑对于急性期的患者给予高流量的氧的情况等一下到达图1的C的状态的情况。在本实施例中，在这样的情况下也能够捕捉到患者的异常症候。
实施例
图3表示本发明的供氧装置的实施例的氧浓缩装置的结构。氧浓缩装置如在先说明，主要用于家中氧疗法。氧浓缩装置是将空气中所含的氮分离来将高浓度氧(富氧气体)作为吸入用的氧气供给的装置。在图3中，连结各结构间的实线表示气体的流路，虚线表示控制信号等的电气信号的路径。另外，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。
实施例的氧浓缩装置具备反馈功能，前述反馈功能为，控制部103控制氧气流量，使得由第1传感器部即脉动血氧计2测定接受家中氧疗法的氧浓缩装置的使用者的SpO2而SpO2呈由医生等处方的设定值(例如，90%~94%)。通过使用SpO2反馈功能，从氧浓缩装置与使用者的安静、劳作、睡眠的各自的状态对应地供给更适合的流量的氧气，所以能够期待提高家中氧疗法的效果。此外，通过如上所述地检测CO2麻醉的预兆，也能够提高安全性。
氧浓缩装置的主体1容纳有压缩机102、吸附筒107、切换阀105、控制阀104、控制部103，前述压缩机102供给加压空气，前述吸附筒107填充有与氧相比选择性吸附氮的吸附剂，前述切换阀105切换吸附工序、脱着工序等的序列，前述控制阀104将被浓缩的氧气的流量增减，前述控制部103进行压缩机102、吸附筒107、切换阀105、控制阀104的控制。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4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成例如0.25L/分至5.00L/分之间的设定值。第1传感器部是脉动血氧计2，安装于使用者的指尖等而测定SpO2来向控制部103传送。取得附随使用者的动脉血二氧化碳分压的上升而变动的关键信息的第2传感器部是BPM传感器3，将使用者的BPM测定来向控制部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中进行脱着工序，控制切换阀105，由此将吸附工序、脱着工序以分别相反的相位的形状顺次切换，连续地生成氧。
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，将以未被吸附的氧为主成分的氧浓缩气体从吸附筒107取出。被取出的氧浓缩气体经由为使不向吸附筒107逆流而设置的止回阀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，控制控制阀104，将根据医生等的处方的流量的氧气从插管4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。
实施例的氧浓缩装置中，为了检测CO2麻醉的预兆，借助脉动血氧计2和BPM传感器3以既定的间隔测定SpO2值和BPM值来向控制部103传送。控制部103通过图2所示的流程判定异常的预兆，判断成有CO2麻醉的预兆时，控制控制阀104，停止氧气的供给。并且，控制压缩机102、切换阀105，停止氧气的生成。同时，控制部103发出警报，向使用者传达停止氧气的供给。
控制部103根据SpO2值和BPM值判断CO2麻醉的预兆。因此，能够在不在氧浓缩装置设置PaCO2的传感器的情况下，预测有CO2麻醉的危险，控制氧浓缩器。氧浓缩装置的控制部103判断CO2麻醉的预兆，由此，能够进一步提高接受家中氧疗法的利用者的安全。
若使用者使氧浓缩装置的SpO2反馈功能工作，则控制部103控制控制阀104来调整氧气流量，使得由脉动血氧计2测定的SpO2值呈由医生等医疗从业者处方的范围(例如90%~94%)。
从氧浓缩装置供给的氧气的流量固定的情况下，使用者与自身的状态对应地进行氧浓缩装置的操作，若不改变氧气的流量，则有氧气不足或过剩的情况。例如，如图4(a)所示，若使用者从安静时向劳作时转移，则被消耗的氧量增加而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，则控制部103基于由脉动血氧计2测定的SpO2值控制氧气流量。因此，如图4(b)所示，使用者从安静时转移至劳作时而消耗的氧量增加的情况下，控制部103增加氧气的流量以使得SpO2不下降。氧气的流量增加，SpO2保持成恒定。所以防止使用者感到呼吸困难等不适。氧浓缩装置以SpO2呈被处方的范围的方式调整氧气的流量来供给，所以期待提高家中氧疗法的效果。
在实施例的氧浓缩装置中，SpO2反馈功能工作中，控制部103也按照图2的流程进行控制。根据SpO2反馈功能，控制部103进行使氧气的流量增减的控制，使得SpO2呈被处方的范围。即使氧气的流量增加，控制部103也按照图2的流程根据SpO2值和BPM值监视CO2麻醉的预兆，在判断成异常的情况下停止SpO2反馈功能，停止氧气的供给，或预先切换成流量低而产生CO2麻醉的可能少的初始流量下的供给。因此，能够使接受家中氧疗法的利用者的安全更高。
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
本发明的供氧装置能够在早期检测CO2麻醉的预兆，所以能够进一步提高借助氧浓缩装置接受家中氧疗法的利用者的安全。
附图标记说明
1主体
2脉动血氧计(第1传感器部)
3BPM传感器(第2传感器部)
4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 (8)

1.一种供氧装置，前述供氧装置将吸入用的氧气向使用者供给，其特征在于，
具备第1传感器部、第2传感器部、控制部，
前述第1传感器部取得使用者的经皮动脉血氧饱和度即SpO2信息，
前述第2传感器部取得附随前述使用者的血中二氧化碳浓度的上升而变动的生命体征，
前述控制部控制向前述使用者供给的前述氧气的供给量，且基于被控制的前述供给量判断前述使用者的动脉血二氧化碳分压的异常的上升的危险性，
前述控制部在前述经皮动脉血氧饱和度的值为第1阈值以上且前述生命体征偏离预先定的范围时，判断成前述使用者的动脉血二氧化碳分压的异常的上升的预兆。
2.如权利要求1所述的供氧装置，其特征在于，
前述生命体征包括前述使用者的呼吸次数，
前述控制部在前述经皮动脉血氧饱和度即SpO2的值为第1阈值以上且前述呼吸次数的值为第2阈值以上时，判断成前述预兆。
3.如权利要求1或2所述的供氧装置，其特征在于，
前述供氧装置为将浓缩了大气中的氧的浓缩氧气作为前述氧气供给。
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，
若前述控制部判断成前述预兆，则将前述氧气的流量控制为零或初始设定值。
6.如权利要求1或2所述的供氧装置，其特征在于，
若前述控制部判断成前述预兆，则发出警报。
7.如权利要求1或2所述的供氧装置，其特征在于，
前述第1传感器部是脉动血氧计。
8.如权利要求1或2所述的供氧装置，其特征在于，
前述控制部基于前述经皮动脉血氧饱和度即SpO2的值控制前述氧气的流量。
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