JP2000279519A

JP2000279519A - 高頻度人工呼吸器

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Publication number: JP2000279519A
Application number: JP11087647A
Authority: JP
Inventors: Yasuhito Sugiura; 康仁杉浦
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2000-10-10
Anticipated expiration: 2019-03-30
Also published as: JP3775098B2

Abstract

(57)【要約】【課題】酸素の消費量の低減を課題とする。【解決手段】所定の濃度で酸素を含む吸気を患者Ｐに
供給する吸気導入部６２と、陽圧及び陰圧の両方の空気
圧を同時に発生する空気圧発生源５２と、この空気圧発
生源５２で発生した陽圧又は陰圧を交互に選択して振動
空気圧を出力する振動空気圧発生機構２０と、この振動
空気圧に付勢されて作動し，吸気に振動空気圧を付勢す
るダイヤフラム機構３０と、患者Ｐの肺から排出される
呼気から二酸化炭素を取り除いて二酸化炭素濃度の低減
を図る再生部７と、この再生部７を通過した呼気を吸気
導入部６２から出される吸気と合流させる再利用呼気供
給部８とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人工呼吸器に係
り、肺機能が不全な状態である場合に好適であり、より
望ましくは、重症肺疾患患者の酸素吸入に好適な高頻度
人工呼吸器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、重症肺疾患の患者に対して酸
素吸入を行う高頻度人工呼吸器が研究されている。この
高頻度人工呼吸器９０は、図５に示すように、酸素供給
源としての吸気導入部９１と、陽圧及び陰圧の両方の空
気を同時に発生するブロワ９２と、これに接続され振動
空気圧を発生する振動空気圧発生機構９３と、振動空気
圧により振動を付勢されて供給用の酸素に当該振動空気
圧を伝達するダイヤフラム機構９４と、酸素供給及び呼
気排出を行う管路とを有している。

【０００３】上述の吸気導入部９１は、予め準備された
酸素（濃度100％）と空気（エア）とを吸入し混合する
ミキシング装置であり、その下流側には、流量調整バル
ブ９１１を介して加湿器９１２が併設されている。エア
と酸素は、ミキシング装置９１により設定した酸素濃度
の混合ガス（以下、吸気と記す）となる。そして、この
吸気は、流量調整バルブ９１１により適量に調整され、
さらに、加湿器９１２により患者Ｐへの供給に適した湿
度と温度になるように加温加湿調整される。

【０００４】一方、ブロワ９２から出力される陰圧と陽
圧とは、振動空気圧発生機構９３により交互に選択出力
されて振動空気圧に変換される。この振動空気圧が、ダ
イヤフラム機構９４を介して上述の加温加湿された吸気
に付勢されると、患者Ｐの生理的な呼吸に依ることな
く、肺の内部に侵入し、且つ肺の内部に生じる二酸化炭
素を含んだ呼気と換気される。

【０００５】即ち、この方法は物理的なガス交換による
対流作用と共に振動によるガスの拡散作用で高濃度の酸
素を肺の中へ送り、逆に高濃度の炭酸ガスを肺より外へ
導く現象を利用している。炭酸ガスは、呼気と共に、患
者Ｐの口元に装着されたＹ字管９５の排出側の管路を通
って外気へ排出される。

【０００６】Ｙ字管９５の下流側には、口元圧力コント
ロール装置９６が装備されている。この口元圧力コント
ロール装置９６は、密閉空間を形成する薄膜に支持され
た蓋部材を当該密閉空間の内部圧力の調節により進退さ
せ、Ｙ字管９５の排出側管路に接続された配管の下流側
端部の開放口との離間・接近を図ることにより、当該開
放口の開口面積の大小を調節し、呼気の排出量を調節す
ると同時に、患者の口元圧力を調節する。符号９６１
は、上述した密閉空間の内部圧力を調節する圧力調節手
段（ポンプ、エアシリンダと接続された出力調整バルブ
等）である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述の高頻度人工呼吸
器９０には、以下のような課題が生じていた。

【０００８】上記高頻度人工呼吸器９０は、患者Ｐの吸
気・呼気という一対の呼吸とは無関係に、連続的な振動
空気圧を加えて吸気を患者Ｐの肺内に供給し、物理的な
ガス交換に加えて高頻度振動によるガスの拡散現象を利
用して肺内の換気を行うものである。

【０００９】従って、患者の酸素を吸入する「吸気」と
二酸化炭素を排出する「呼気」とがはっきりとせず、肺
内を一定の酸素濃度に維持するためには、常時連続的に
患者Ｐの肺に吸気を供給して二酸化炭素濃度の上昇を防
がねばならず、常時多量の吸気を流すことによって、必
要酸素濃度を保ちながら、かつ口元の炭酸ガスの含まれ
たガスを常に押し流すという方法を採っている。

【００１０】このため吸気がそのまま排出されたりし
て、酸素の供給量に対して酸素の消費効率が悪くなり、
常に流し続けるため酸素の消費量が多くなるという不都
合が生じていた。また、これに伴い、酸素供給源に接続
される酸素ボンベの残量監視負担が増加するという不都
合も生じていた。

【００１１】また、高頻度人工呼吸器９０では、患者Ｐ
の「吸気」，「呼気」というはっきりと区別された動作
により肺内の換気が行われないため、高頻度ではない通
常の人工呼吸器のように、患者Ｐの生理的呼吸タイミン
グに合わせて一方向弁を利用して肺内から出た呼気再吸
入することなく吸気を肺に入れる作業を行うことは不可
能であり、患者Ｐの口元に呼気が滞留すると、これが再
び肺内に侵入して再呼吸されてしまう可能性を生じてい
た。これは、肺内の換気効率の低下を生じさせていた。

【００１２】

【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、高頻度振動換気法を採る人工呼吸器に装備し
てなお二酸化炭素を充分に排気し得る三方分岐管を提供
することを、その目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、所定の濃度で酸素を含む吸気を患者に供給する吸気
導入部と、陽圧及び陰圧の両方の空気圧を同時に発生す
る空気圧発生源と、この空気圧発生源で発生した陽圧又
は陰圧を交互に選択して振動空気圧を出力する振動空気
圧発生機構と、この振動空気圧に付勢されて作動し，吸
気に振動空気圧を付勢するダイヤフラム機構と、患者の
肺から排出される呼気から二酸化炭素を取り除いて二酸
化炭素濃度の低減を図る再生部と、この再生部を通過し
た呼気を吸気導入部からの吸気と合流させる再利用呼気
供給部と、を備えるという構成を採っている。

【００１４】上述の構成では、空気圧発生源，振動空気
圧発生機構及びダイヤフラム機構により振動空気圧を受
けて呼気導入部から患者の肺に吸気が常時供給される。
そして、ガスの拡散作用により肺内の呼気と吸気とを換
気し、二酸化炭素を含んだ呼気が、常時供給される吸気
によって患者の肺から排出され、再生部に送られる。

【００１５】再生部では、呼気中の二酸化炭素を低減
し、これによる酸素濃度の増加が図られる。そして、再
利用呼気供給部により、再生部を通過した呼気は、吸気
導入部から送られてくる吸気と混合されて、再び患者に
供給される。

【００１６】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明の構成に加えて、再利用呼気供給部は、再生部を通
過した呼気の酸素濃度を検出する酸素センサと、外部指
令に応じて再生部を通過した呼気に高濃度の酸素を付加
する酸素付加部を有し、酸素センサの出力に基づく検出
酸素濃度が予め設定した第一の濃度よりも低いときに、
酸素付加部により呼気に酸素を付加する動作制御を行う
酸素付加機能を有するコントローラを、備えるという構
成を採っている。

【００１７】かかる構成では、上述と同様の動作に加え
て、再生部を通過した呼気の検出酸素濃度が第一の濃度
（例えば、吸気と合流した時に患者へ供給するのに必要
な酸素濃度を確保することができる濃度）よりも高い場
合には呼気はそのまま吸気と混合されて患者に供給され
る。また、第一の濃度よりも低い場合には、酸素付加機
能で高濃度の酸素が付加され、酸素濃度の向上が図られ
る。そして、吸気と混合されて患者に供給される。

【００１８】請求項３記載の発明では、請求項２記載の
発明の構成に加えて、吸気導入部は、外部指令に応じて
酸素の濃度を設定自在とし、コントローラに、酸素の濃
度を入力する入力部を併設すると共に、再利用呼気供給
部に、外部指令により再生部を通過した呼気を大気中に
排出する選択排出部を設け、コントローラが、入力され
た酸素の濃度に基づいて吸気導入部の動作制御を行う濃
度設定機能と、入力された酸素の濃度が予め設定された
第二の濃度よりも低い場合に酸素付加部の作動を停止
し、酸素センサの出力に基づく検出酸素濃度が第二の濃
度よりも低くなったときに、選択排出部により呼気を排
出させる動作制御を行う再利用解除機能とを有する、と
いう構成を採っている。

【００１９】かかる構成では、上述と同様の動作に加え
て、患者の様態に応じた酸素濃度を入力部からコントロ
ーラに入力すると、コントローラでは、入力酸素濃度の
吸気を供給するように吸気導入部の動作制御を行う。

【００２０】またコントローラでは、入力酸素濃度と第
二の濃度（例えば、大気中の酸素濃度に近い濃度、即
ち、吸気の生成において酸素の回収効率が少ない濃度）
との比較を行い、これよりも入力酸素濃度が高ければ、
請求項２記載の発明と同様の動作が行われる。

【００２１】また、入力酸素濃度が低い場合には、酸素
付加部の作動は停止され、酸素センサによる検出酸素濃
度が第二の濃度よりも低くなった時点で選択排出部から
呼気排出が行われる。

【００２２】請求項４記載の発明では、上記各構成に加
えて、再生部を通過した呼気が合流された吸気の流量を
検出する流量センサと、外部指令によりこの吸気の通過
流量を調節する流量調節機構と、流量センサの出力に基
づく検出流量が所定流量となるように流量調節機構によ
り吸気の通過流量を調節する流量調節機能を有する流量
コントローラを備える、という構成を採っている。

【００２３】かかる構成では、前述した各構成と同様の
動作が行われると共に、高頻度人工呼吸器の作動時にお
いて、まず吸気のみの流量が流量センサにより検出され
る。そして、過流量低減機能により、流量調節機構を作
動して吸気の流量が酸素吸入される患者に対して適量と
なるように流量調節が行われる。

【００２４】さらに、呼気の再利用により再生呼気と吸
気とが混合され、流量が増加した場合にも、過流量低減
機能により流量調節機構が作動して流量が適量に調節さ
れる。

【００２５】請求項５記載の発明では、上記各構成に加
えて、再生部をキャニスタとする構成を採っている。か
かる構成では、上記各構成と同様の動作が行われると共
に、呼気の再生時において、呼気中の二酸化炭素がキャ
ニスタ中の炭酸ガス吸収剤に吸収される。

【００２６】請求項６記載の発明では、上記各構成に加
えて、再利用呼気供給部が、呼気の一定方向の流動を付
勢する流動付勢機構を有するという構成を採っている。
かかる構成では、呼気を一定方向に積極的に流動させ、
選択排出部からの呼気排出又は吸気との混合を図る。

【００２７】請求項７記載の発明では、上記各構成に加
えて、患者の肺から排出される呼気を通過させると共に
当該呼気中から細菌を捕捉するバクテリアフィルタを、
呼気が導入される位置よりも呼気流動方向下流側であっ
て再生部よりも上流側に装備するという構成を採ってい
る。

【００２８】請求項８記載の発明では、再利用供給部を
備える場合に、患者の肺から排出される呼気を通過させ
ると共に当該呼気中から細菌を捕捉するバクテリアフィ
ルタを、呼気が導入される位置から呼気流動方向下流側
に向かって再利用呼気供給部の選択排出部の排出口まで
のいずれかの位置に装備するという構成を採っている。
かかる構成では、患者から排出された呼気に細菌が含ま
れていると、当該呼気が選択排出部から排出される手前
で、バクテリアフィルタにより細菌が除去される。

【００２９】本発明は、上述した各構成によって前述し
た目的を達成しようとするものである。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図１乃至図
３に基づいて説明する。この実施形態では、患者Ｐに対
し、当該患者の自発的な呼吸とは無関係に酸素吸入と呼
気排出を行う高頻度振動換気法（ＨＦＯ）を行う高頻度
人工呼吸器１２を示す。

【００３１】図１は、高頻度人工呼吸器１２の全体構造
を示す全体図である。この高頻度人工呼吸器１２は、所
定の濃度で酸素を含む吸気を患者に供給する吸気導入部
としての第１のミキシング装置６２と、陽圧及び陰圧の
両方の空気圧を同時に発生する空気圧発生源としてのブ
ロワ５２と、このブロワ５２で発生した陽圧又は陰圧を
交互に選択して振動空気圧を出力する振動空気圧発生機
構２０と、この振動空気圧に付勢されて作動し，吸気に
振動空気圧を付勢するダイヤフラム機構３０と、患者Ｐ
の肺から排出される呼気から二酸化炭素を取り除いて二
酸化炭素濃度の低減を図る再生部としてのキャニスタ７
と、このキャニスタ７を通過した呼気を第１のミキシン
グ装置６２から出される吸気と合流させる再利用呼気供
給部８と、上述した各構成の動作制御を行うコントロー
ラ４とを備えている。

【００３２】以下、各部を説明する。

【００３３】上述の第１のミキシング装置６２は、図示
を省略した濃度100[％]の酸素が（例えば５気圧）で封
入された酸素ボンベと空気が（例えば５気圧で）封入さ
れた空気ボンベとが接続されている。そして、これら酸
素と空気とを、後述する操作盤４６で入力された濃度
（患者Ｐの様態に応じて決定される。21〜100[％]）と
なるように混合し、かかる混合気（以下、吸気とする）
を排出する。このときの排出圧力は、酸素ボンベ及び空
気ボンベの圧力を利用しており、上述した５気圧からさ
らに絞られる（例えば、1.1気圧）。

【００３４】第１のミキシング装置６２の吸気の出力部
には配管６２１の一端部が接続され、当該配管６２１の
途中には、流量調整機構としての流量調整バルブ６１と
流量センサ６３とが装備されている。この流量センサ６
３は、例えばタービン式流量計（他の形式の流量計でも
良い）であり、常時通過気体流量が検出され、コントロ
ーラ４に出力される。また、流量調整バルブ６１は、気
体の通過口の開度を変化させて流量調節を行う機構であ
り、コントローラ４の動作信号に従って開度の制御が行
われる。本実施形態では、通常10〜40[l/min]程度の流
量で吸気が流される。

【００３５】さらに、配管６２１の他端部には加湿器６
４が接続されている。この加湿器６４は、内部が加温さ
れると共に水を張った容器であり、上流側から送られて
くる気体がかかる容器内を通過することにより、少なく
とも患者Ｐへの供給に適した湿度と温度になるように加
温加湿調整される。さらに、加湿器６４の下流側は、配
管６２２を介して、患者Ｐに向かう配管５４７の上流端
部に接続されている。

【００３６】また、この配管５４７の上流端部は、ダイ
ヤフラム機構３０とも接続されている。このダイヤフラ
ム機構３０は、振動空気圧管５４６を介して振動空気圧
発生機構２０と接続された入力開口部３２１と、配管５
４７の上流側端部と接続された出力開口部３３１とを備
えている。そして、この入力開口部３２１と出力開口部
３３１との間には、気体の流通を遮断すると共に自在に
振動して入力開口部３２１から入力される振動空気圧を
出力開口部３３１に伝達するゴムの薄膜からなるダイヤ
フラム膜３５が装備されている。

【００３７】ダイヤフラム機構３０と接続された振動空
気圧発生機構２０は、陽圧管５２１及び陰圧管５２２を
介してブロワ５２と接続されている。このブロワ５２
は、常時、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。

【００３８】振動空気圧発生機構２０は、いわゆるロー
タリーバルブ機構である。振動空気圧発生機構２０は、
内部に備える切り替え部材の回転によりブロワ５２から
出力される陽圧と陰圧とを交互に選択し配管５４６に出
力する。陽圧と陰圧とを繰り返す周期は、例えば5〜15
[Hz]の間の一定周波数に設定されており、配管５４７に
流入した吸気はかかる振動周期の振動空気圧を受けて患
者Ｐ側に進行する。

【００３９】配管５４７の下流端部は、接続チューブ５
４８を介して患者Ｐの口に装着されるＹ字の三方分岐管
５４９の第１の分岐端部と接続されている。この三方分
岐管５４９はいずれも連通された第１〜第３の分岐端部
を有しており、第２の分岐端部は患者Ｐの口から挿入さ
れ気管を通って肺に至る体内チューブ５５０に接続さ
れ、第３の分岐端部は、後述する第１のバクテリアフィ
ルタ１３及びローパスフィルタ５５２を介して後述する
口元圧力コントロール装置５６に接続されている。

【００４０】この三方分岐管５４９は、第１の分岐端部
から第２の分岐端部を通過して吸気を患者Ｐの肺内に供
給すると共に、第２の分岐端部から第３の分岐端部を介
して肺内で生じた二酸化炭素を含んだ呼気を肺の外部に
排出する流路を形成している。また、三方分岐管５４９
の第２の分岐端部には患者Ｐの口元圧力を検出する口元
圧力センサ５５１が装備されている。この口元圧力検出
センサ５５１の検出信号は、コントローラ４に出力され
る。

【００４１】第３の分岐端部に接続された第１のバクテ
リアフィルタ１３は、通過する呼気中から細菌を捕捉す
るフィルタであり、呼気流動方向下流側に位置する後述
するキャニスタ７の炭酸ガス吸収剤７１に細菌が付着す
ることを防いでいる。この炭酸ガス吸収剤７１は、洗浄
し繰り返し再利用する物であるため、この第１のバクテ
リアフィルタ１３により、炭酸ガス吸収剤７１の洗浄作
業を容易化する効果を有している。また、この第１のバ
クテリアフィルタ１３を通過した呼気による、人工呼吸
器の各部への細菌の付着可能性を低減することはいうま
でもない。

【００４２】第１のバクテリアフィルタ１３よりも呼気
流動方向下流側に位置するローパスフィルタ５５２は、
三方分岐管５４９から口元圧力コントロール装置５６へ
向かう方向への気体の流動を容易にし、逆方向の流動を
妨げる。このローパスフィルタ５５２により呼気の逆流
を抑制している。

【００４３】口元圧力コントロール装置５６は、密閉空
間を形成する筐体５６１と、この筐体５６１内部を二分
する伸縮する薄膜５６２と、この薄膜５６２に装備され
た蓋部材５６３とを備えている。薄膜５６２に仕切られ
た一方の空間には、ローパスフィルタ５５２に接続され
た呼気流入口５６４と下流側のキャニスタ７に連通した
呼気流出口５６５とが設けられている。また、他方の空
間には、当該他方の空間内の圧力を増減する圧力調節手
段５６７（ポンプ、エアシリンダ（図示略）等に接続さ
れた出力調整バルブ等）と連通した連通口５６６が設け
られている。この圧力調節手段５６７は、コントローラ
４の動作信号に従って他方の空間内の圧力を調節する。

【００４４】蓋部材５６３は、薄膜５６２上において、
当該薄膜５６２の伸張により、呼気流入口５６４に対し
て前進・後退する位置に設けられている。従って、他方
の空間内の圧力の増減により、蓋部材５６３は、呼気流
入口５６４との間隙が変化し、呼気の通過流量の変動が
生じるため、患者Ｐの口元圧力の調節が行われる。

【００４５】患者Ｐの口元圧力が負圧（大気圧以下）と
なると、患者Ｐの肺に若干の収縮が生じ、これが酸素の
吸収力の低減の原因となる場合があるため、正圧（大気
圧以上）となることが望ましい。上述の口元圧力コント
ローラ５６は、呼気通過量の調節を図り、上記負圧状態
を回避する。

【００４６】口元圧力コントロール装置５６の呼気流出
口５６５は、キャニスタ７に接続されている。このキャ
ニスタ７は、炭酸ガス吸収剤７１と、これを封入した呼
気の通過が自在な容器７２とから構成される。炭酸ガス
吸収剤としては、ソーダライムやバラライムが使用され
る。ソーダライムは、水酸化ナトリウム（NaOH）と消石
灰（Ca(OH)₂）とを約1:20の比で混ぜ、無水ケイ素（SiO
₂）を加えて形成したものである。バラライムは、水酸
化バリウム（Ba(OH)₂）と消石灰（Ca(OH)₂）を約1:4の
比で混ぜたものである。これらは、いずれも粒状の形態
を成している。そして、これらのいずれか一方を容器７
２に均等に充填して使用する。

【００４７】キャニスタ７の下流側には、再利用呼気供
給部８が配設されている。再利用呼気供給部８は、キャ
ニスタ７を通過した呼気を吸気と混合させる複数の配管
からなる案内流路８１と、この案内流路８１内の呼気の
流動を付勢する流動付勢機構としてのポンプ８２と、案
内流路８１内を通過する呼気の酸素濃度を検出する酸素
センサ８３と、コントローラ４の動作信号により案内流
路８１から呼気を排出する選択排出部としての方向切り
替えバルブ８４と、案内流路８１内を通過する呼気に高
濃度の酸素を付加する酸素付加部としての第２のミキシ
ング装置８５と、案内流路８１内の呼気の逆流を防ぐ一
方向弁８６とを含む構成となっている。

【００４８】案内流路８１は、ポンプ８２と酸素センサ
８３とを接続する配管８１１と、酸素センサ８３と方向
切り替えバルブ８４とを接続する配管８１２と、切り替
えバルブ８４と第２のミキシング装置８５とを接続する
配管８１３と、第１のミキシング装置６２に接続された
配管６２１の途中部分から分岐して第２のミキシング装
置８５と接続された配管８１４とから構成されている。
これにより、患者Ｐから排出された呼気は、再利用呼気
供給部８の各構成を通過して、第１のミキシング装置６
２と直結した配管６２１内に案内される。

【００４９】ポンプ８２は、常時気体を吸引する吸い込
み口と排出する吐き出し口とを備える形式のものであ
り、例えば、前述したブロワ５２のように陽圧と陰圧と
を同時に発生するものが使用される。また或いは、シリ
ンダ−ピストン機構からなるものであっても良い。その
場合には、キャニスタ７からポンプ８２へ向かう方向の
みを許容する逆止弁を介してキャニスタ７とシリンダと
を接続し、また、ポンプ８２から酸素センサ８３へ向か
う方向のみを許容する逆止弁を介して配管８１１とシリ
ンダとが接続される。また、単に、キャニスタ７から酸
素センサ８３側へ流動を付勢するファンを使用しても良
い。

【００５０】酸素センサ８３には、例えばジルコニア式
のものが使用される。かかる酸素センサ８３で検出した
酸素濃度はコントローラ４に出力される。

【００５１】方向切り替えバルブ８４は、配管８１２が
接続され、呼気が流入する流入ポートと、配管８１３が
接続され、第２のミキシング装置８５に呼気を送る流出
ポートと、後述する第２のバクテリアフィルタ１４を介
して大気に開放された排出口としての大気ポートとを備
えている。そして、コントローラ４からの動作信号によ
り、流入ポートが流出ポートと連通した状態と、流入ポ
ートが大気ポートと連通した状態とを切り替えることが
可能である。

【００５２】第２のミキシング装置８５は、方向切り替
えバルブ８４を通過した呼気に吸気と同様の濃度となる
ように高濃度の酸素を付加して混合して配管８１４に排
出する。この第２のミキシング装置８５は、第１のミキ
シング装置６２と同様の図示しない酸素ボンベが併設さ
れている。

【００５３】一方向弁８６は配管８１４の途中に装備さ
れ、第２のミキシング装置８５から配管６２１へ向かう
方向の呼気の流動のみを許容し、逆流を防止する。

【００５４】上述した第２のバクテリアフィルタ１４
は、通過する呼気中から細菌を捕捉するフィルタであ
り、大気中に排出される呼気から細菌を除去する効果を
もたらしている。この第２のバクテリアフィルタ１４よ
りも上流側に第１のバクテリアフィルタ１３が設けられ
ているが、仮にこの第１のバクテリアフィルタ１３から
細菌が捕捉されきらずに漏れた場合を想定し、第２のバ
クテリアフィルタ１４により細菌の除去を図り、大気中
への細菌の流出をより厳重に防止している。

【００５５】次に、コントローラ４について、図２に基
づいて説明する。このコントローラ４は、ＣＰＵ，ＲＯ
Ｍ，Ａ／Ｄ変換器を含む演算装置で構成され、後述する
高頻度人工呼吸器１２の動作制御を実行するプログラム
が入力されている。

【００５６】さらに、このコントローラ４には、前述し
たように、吸気の酸素濃度及び吸気（再生呼気を含む）
の流量（流量調節バルブを通過させる流量）を入力する
ための入力部としての操作盤４６が併設されている。

【００５７】そして、コントローラ４は、第１のミキシ
ング装置６２の動作制御を行う濃度設定機能４１と、流
量調節バルブ６１の動作制御を行う流量調節機能４２
と、圧力調節手段５６７の動作制御を行う口元圧威力調
節機能４３と、第２のミキシング装置８５の動作制御を
行う酸素付加機能４４と、方向切り替えバルブ８４の動
作制御を行う再利用解除機能４５を有している。

【００５８】上記濃度設定機能４１により、吸気が操作
盤４６から入力された酸素濃度と同じ濃度となるように
高濃度酸素と空気とを第１のミキシング装置６２に混合
させる動作制御が行われる。

【００５９】上記流量調節機能４２により、流量センサ
６１の出力に基づく検出流量が操作盤４６で入力された
流量となるように流量調節バルブ６１のバルブ開度を調
節する動作制御が行われる。即ち、コントローラ４は流
量コントローラとしても機能する。

【００６０】上記口元圧力調節機能４３により、口元圧
力センサ５５１の検出圧力が負圧の時は、圧力調節手段
５６７により口元圧力コントロール装置５６の他方の空
間内を加圧し、検出圧力が正圧（例えば、1.1気圧以
上）の時は、圧力調節手段５６７により口元圧力コント
ロール装置５６の他方の空間内を減圧する動作制御が行
われる。これにより、蓋部材５６３が前進又は後退し、
呼気流入口５６４の開度が変化するため、下流側にある
ポンプ８２の吸引力の影響が増減し、呼気流量が変化す
るため、口元圧力が1〜1.1気圧の状態を維持することが
できる。

【００６１】上記酸素付加機能４４により、酸素センサ
８３の検出酸素濃度が予め設定した第一の濃度（前述し
た操作盤４６により入力された酸素濃度と同じ濃度が望
ましい）よりも低いときに、第２のミキシング装置８５
により呼気が第一の濃度となる量の高濃度酸素を当該呼
気に付加する動作制御が行われる。

【００６２】上記再利用解除機能４５により、操作盤４
６により入力された酸素の濃度と予め設定された第二の
濃度（例えば、大気中の酸素濃度に近い濃度、即ち、吸
気の生成において酸素の消費量が少ない濃度）とを比較
し、当該第二の濃度よりも低い場合には第２のミキシン
グ装置８５の作動を停止する。そして、酸素センサ８３
の出力に基づく検出酸素濃度が第二の濃度よりも低くな
ったときに、方向切り替えバルブ８４を流入ポートが流
出ポートと連通した状態から流入ポートが大気ポートと
連通した状態に切り替える動作制御が行われる。これに
より、再利用の必要性の低い低酸素濃度の呼気は、大気
中に排出される。

【００６３】上記構成からなる高頻度人工呼吸器１２の
動作を図３乃至図４に基づいて説明する。

【００６４】まず、動作を開始する前提としてコントロ
ーラ４では、flag=0に設定される（ステップＳ１）。そ
して、操作盤４６から、患者Ｐに供給する吸気及び再生
呼気の流量と第１のミキシング装置６２で生成される吸
気の酸素濃度が入力される（ステップＳ２）。

【００６５】このとき、入力された酸素濃度が、呼気の
再利用を行うか否かを判断する基準となる第二の濃度と
比較され（ステップＳ３）、第二の濃度よりも小さな場
合には、flag=1に切り替えられる（ステップＳ４）。ま
た、既に第２のミキシング装置８５によって酸素付加が
行われている場合（例えば、作動中に新たに酸素濃度の
変更入力が行われた場合）には、この酸素付加作業を中
止するが、現時点では高頻度人工呼吸器１２の作動を始
めた状態なので、酸素付加はまだ行われていない（ステ
ップＳ５）。

【００６６】酸素濃度の入力が行われると、その濃度に
かかわらず、各部が作動を開始する。これにより、第１
のミキシング装置６２から吸気が発せられ、配管６２１
中において流量センサ６３によりその流量の検出が行わ
れる。コントローラ４では、このときの検出流量とステ
ップＳ２で入力された流量との比較が行われる（ステッ
プＳ６）。

【００６７】検出流量が小さい場合には、流量調節バル
ブ６１の開度が大きくされ、流量を大きくする（ステッ
プＳ７）。また、検出流量が大きい場合には、流量調節
バルブ６１の開度が小さくされ、流量を小さくする（ス
テップＳ８）。

【００６８】流量が一定化された吸気は、加湿器６４を
通過して配管５４７に侵入する。そして、ブロワ５２，
振動空気圧発生機構２０により発生した振動空気圧がダ
イヤフラム機構３０を介して付勢され、吸気は患者Ｐに
まで到達する。そして、振動空気圧によるガスの拡散作
用によって、吸気は患者Ｐの肺内部まで浸透し、酸素が
消費され、入れ替わりに、二酸化炭素を含んだ呼気が患
者Ｐの口から排出される。

【００６９】排出された呼気は、下流側に配置されたポ
ンプ８２によりキャニスタ７側に向かい流動が付勢され
る。このとき、三方分岐管５４９において、口元圧力の
検出が行われる。即ち、検出口元圧力が1〜1.1気圧の間
にあるかを判定し（ステップＳ９）、1気圧に満たない
ときは、口元圧力コントローラ５６における呼気の通過
量が増加するように、また、1.1気圧以上のときは、口
元圧力コントローラ５６における呼気の通過量が減少す
るように、圧力調節手段５６７の動作制御が行われる
（ステップＳ１０）。

【００７０】そして、呼気はキャニスタ７を通過するこ
とにより二酸化炭素が吸収され、ポンプ８２によりさら
に下流側の酸素センサ８３に送られる。このとき、flag
の判定が行われ（ステップＳ１１）、flag=0の場合（設
定酸素濃度が第二の濃度以上の場合）には、酸素センサ
８３により検出された酸素濃度が第一の濃度（例えば、
吸気と合流した時に患者Ｐへ供給するのに必要な酸素濃
度を確保することができる濃度以上の濃度であって、望
ましくは操作盤４６で入力された酸素濃度）と比較され
る（ステップＳ１２）。検出酸素濃度が第一の濃度より
も低い場合には、第一の濃度となるまで酸素が付加され
（ステップＳ１３）、高い場合には付加されることな
く、再生呼気として配管６２１に送られ、吸気と合流し
て再び患者Ｐに供給される。

【００７１】また、flagの判定においてflag=1の場合
（設定酸素濃度が第二の濃度以下の場合）には、酸素セ
ンサ８３により検出された酸素濃度が第二の濃度と比較
される（ステップＳ１４）。検出酸素濃度が第二の濃度
よりも高い場合（操作盤４６による入力濃度を使用中に
下げた場合には、検出濃度が徐々に下がってくる）に
は、再生呼気はそのまま下流側に送られ、吸気と合流し
て再び患者Ｐに供給されるが、検出酸素濃度が第二の濃
度となった時点で、方向切り替えバルブ８４が、流入ポ
ートが流出ポートと連通した状態から流入ポートが大気
ポートと連通した状態に切り替えられる（ステップＳ１
５）。従って、第二の濃度に満たない呼気は、大気中に
排気される。

【００７２】その後は、ステップＳ１から同様の動作が
繰り返され、継続的に酸素吸入が行われる。また、患者
Ｐの様態に応じて、操作盤４６から新たな酸素濃度が設
定されると、かかる設定酸素濃度に応じて同様の動作が
繰り返される。

【００７３】以上のように、この高頻度人工呼吸器１２
では、キャニスタ７及び再利用呼気供給部８を備えてい
るため、酸素濃度の高い呼気から含有する二酸化炭素を
除去して再利用することが可能となり、高濃度酸素の消
費量を格段に低減することが可能となった。特に、従来
から高頻度人工呼吸器では、酸素消費量が大きかったた
め、高濃度酸素をふんだんに使用できる環境、例えば施
設の整った病院以外での使用は不適であったが、高頻度
人工呼吸器１２により、要領の小さなボンベでの使用も
可能となり、使用環境を拡大することが可能となった。

【００７４】また、酸素消費量が小さいので、酸素ボン
ベで使用する場合にも、長時間に渡っての使用が可能と
なり、従来のようにボンベ消費の監視負担が軽減され、
作業性の向上が図られている。

【００７５】また、酸素吸入の際には一般的に、酸素
（吸気）に対して、患者の呼吸器系の乾燥及び体温の低
下を防止するため、予め加湿加温を行ってから患者に供
給するが、従来は、供給する吸気の全てに対して酸素吸
入に適した湿度及び温度にしなければならず、加湿器、
加温器の負担が大きかった。しかしながら、高頻度人工
呼吸器１２では、一度、加湿加温された呼気を再利用す
る構成のため、再度の加湿又は加温が容易に行われ、加
湿器６４の負担を低減しつつも、十分な加温及び加湿を
行うことが可能となった。

【００７６】さらに、従来の人工呼吸器では、呼気の排
出音により使用環境下に騒音をもたらすという問題があ
ったが、高頻度人工呼吸器１２では、呼気を再利用する
ため、通常は、装置全体が大気中に対して閉じられてい
るため、その排出音の発生を有効に防止することが可能
である。仮に、呼気の排出の必要性が生じる場合であっ
ても、従来の人工呼吸器と比較して、その発生頻度は遙
かに低減されるため、この高頻度人工呼吸器１２は、騒
音の発生を有効に低減する効果を有しているといえる。

【００７７】さらに、高頻度人工呼吸器１２では、第２
のミキシング装置８５と酸素センサ８３とを備え、検出
される呼気の酸素濃度に基づいて新たな酸素を付加する
構成を採っているため、消費酸素の低減を図りつつも、
常時、一定の酸素濃度で、酸素吸入を行うことが可能で
ある。

【００７８】また、再利用呼気供給部８がポンプ８２を
備えているので、積極的に呼気を流動させることがで
き、呼気の滞留による肺内の換気効率の低下を防止し、
患者Ｐへの酸素供給をより効果的に行うことが可能とな
った。特に、再生部としてキャニスタ７を採用している
ため、当該キャニスタ７で生じる流動抵抗にかかわら
ず、効果的に呼気を流動させることが可能である。

【００７９】

【発明の効果】以上のように、本願発明では、再生部及
び再利用呼気供給部を備えているため、従来は排気され
ていた酸素濃度の高い呼気を、含有する二酸化炭素を除
去して再利用することが可能となり、高濃度酸素の消費
量を格段に低減することが可能となった。特に、従来か
ら高頻度人工呼吸法は、酸素消費量が大きいという難点
があったので、高濃度酸素をふんだんに使用できる環
境、例えば施設の整った病院以外での使用は不適であっ
たが、本願発明により、要領の小さなボンベでの使用も
可能となり、使用環境を拡大することが可能となった。

【００８０】また、酸素消費量が小さいので、酸素ボン
ベで使用する場合にも、長時間に渡っての使用が可能と
なり、従来のようにボンベ消費の監視負担が軽減され、
作業性の向上が図られている。

【００８１】また、酸素吸入の際には、患者の呼吸器系
の乾燥及び体温の低下を防止するため、一般に供給する
酸素に対して予め加湿加温を行ってから患者に供給して
いたが、従来は、供給する吸気の全てに対して酸素吸入
に適した湿度及び温度にしなければならず、加湿器、加
温器の負担が大きかった。しかしながら、本発明では、
一度、加湿加温された呼気を再利用する構成のため、再
度の加湿又は加温が容易に行われ、加湿器、加温器の負
担を低減しつつも、十分な加温及び加湿を行うことが可
能となった。

【００８２】さらに、従来の人工呼吸器では、呼気の排
出音により使用環境下に騒音をもたらすという問題があ
ったが、本願発明では、呼気を再利用するため、通常
は、装置全体が大気中に対して閉じられているため、そ
の排出音の発生を有効に防止することが可能である。仮
に、呼気の排出の必要性が生じる場合であっても、従来
の人工呼吸器と比較して、その発生頻度は遙かに低減さ
れるため、本願発明は、騒音の発生を有効に低減する効
果を有しているといえる。

【００８３】さらに、酸素付加部と酸素センサとを備
え、検出される呼気の酸素濃度に基づいて新たな酸素を
付加する構成の場合には、消費酸素の低減を図りつつ
も、常時、一定の酸素濃度で、吸気及び再生呼気を供給
し続けることが可能となった。

【００８４】また、再利用呼気供給部に流動付勢機構を
有する構成の場合には、積極的に呼気を流動させるた
め、呼気の滞留による肺内の換気効率の低下を有効に防
止し、患者への酸素供給をより効果的に行うことが可能
となった。特に、再生部をキャニスタとした場合に、当
該キャニスタで生じる流動抵抗にかかわらず、効果的に
呼気を流動させることが可能である。

【００８５】また、バクテリアフィルタを患者から呼気
が導入される位置から再生部までに設ける構成とした場
合、再生部への細菌の付着を防止し、当該再生部の洗浄
作業を容易化することができる。さらに、このバクテリ
アフィルタを通過した呼気による、人工呼吸器の各部へ
の細菌の付着可能性を低減することはいうまでもない。

【００８６】また、バクテリアフィルタを、呼気が導入
される位置から呼気流動方向下流側に向かって再利用呼
気供給部の選択排出部の排出口までのいずれかの位置に
装備した場合、仮に、患者の呼気中に細菌が含まれてい
る場合であっても、選択排出部から大気中への細菌の流
出を効果的に防止することができる。従って、患者が細
菌性の肺疾患を有する場合であっても、滅菌、消毒或い
は隔離等の細菌防止策を容易化ることが可能となる。

【００８７】本発明は以上のように構成され機能するの
で、これによると、従来にない優れた高頻度人工呼吸器
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す概略構成図である。

【図２】図１の実施形態の制御系を示すブロック図であ
る。

【図３】本発明の実施形態の動作を示すフローチャート
である。

【図４】図３から継続した本発明の実施形態の動作を示
すフローチャートである。

【図５】従来例を示す概略構成図である。

【符号の説明】４コントローラ７キャニスタ（再生部）８再利用呼気供給部１２高頻度人工呼吸器２０振動空気圧発生機構３０ダイヤフラム機構４１濃度設定機能４２流量調節機能４４酸素付加機能４５再利用解除機能４６操作盤（入力部）５２ブロワ（空気圧発生源）６１流量調節バルブ（流量調節機構）６２第１のミキシング装置（吸気導入部）６３流量センサ８２ポンプ（流動付勢機構）８３酸素センサ８４方向切り替えバルブ（選択排出部）８５第２のミキシング装置（酸素付加部）Ｐ患者

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の濃度で酸素を含む吸気を患者に供
給する吸気導入部と、陽圧及び陰圧の両方の空気圧を同時に発生する空気圧発
生源と、この空気圧発生源で発生した前記陽圧又は前記陰圧を交
互に選択して振動空気圧を出力する振動空気圧発生機構
と、この振動空気圧に付勢されて作動し，前記吸気に前記振
動空気圧を付勢するダイヤフラム機構と、患者の肺から排出される呼気から二酸化炭素を取り除い
て二酸化炭素濃度の低減を図る再生部と、この再生部を通過した前記呼気を前記吸気導入部から出
される吸気と合流させる再利用呼気供給部と、を備えることを特徴とする高頻度人工呼吸器。
【請求項２】前記再利用呼気供給部は、前記再生部を
通過した呼気の酸素濃度を検出する酸素センサと、外部
指令に応じて前記再生部を通過した呼気に高濃度の酸素
を付加する酸素付加部とを有し、前記酸素センサの出力に基づく検出酸素濃度が予め設定
した第一の濃度よりも低いときに、前記酸素付加部によ
り前記呼気に酸素を付加する動作制御を行う酸素付加機
能を有するコントローラを、備えることを特徴とする請
求項１記載の高頻度人工呼吸器。
【請求項３】前記吸気導入部は、外部指令に応じて前
記酸素の濃度を設定自在とし、前記コントローラに、前記酸素の濃度を入力する入力部
を併設すると共に、前記再利用呼気供給部に、外部指令
に従って前記再生部を通過した呼気を大気中に排出する
選択排出部を設け、前記コントローラが、入力された前記酸素の濃度に基づ
いて前記吸気導入部の動作制御を行う濃度設定機能と、前記入力された酸素の濃度が予め設定された第二の濃度
よりも低い場合に前記酸素付加部の作動を停止し、前記
酸素センサの出力に基づく検出酸素濃度が前記第二の濃
度よりも低くなったときに、前記選択排出部により前記
呼気を排出させる動作制御を行う再利用解除機能とを有
することを特徴とする請求項２記載の高頻度人工呼吸
器。
【請求項４】前記再生部を通過した呼気が合流された
前記吸気の流量を検出する流量センサと、外部指令によ
りこの吸気の通過流量を調節する流量調節機構と、前記
流量センサの出力に基づく検出流量が所定流量となるよ
うに前記流量調節機構により前記吸気の通過流量を調節
する流量調節機能を有する流量コントローラを備えるこ
とを特徴とする請求項１，２又は３記載の高頻度人工呼
吸器。
【請求項５】前記再生部は、キャニスタであることを
特徴とする請求項１，２，３又は４記載の高頻度人工呼
吸器。
【請求項６】前記再利用呼気供給部は、前記呼気の一
定方向の流動を付勢する流動付勢機構を有することを特
徴とする請求項１，２，３，４又は５記載の高頻度人工
呼吸器。
【請求項７】前記患者の肺から排出される呼気を通過
させると共に当該呼気中から細菌を捕捉するバクテリア
フィルタを、前記呼気が導入される位置よりも呼気流動
方向下流側であって前記再生部よりも上流側に装備した
ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６記載
の高頻度人工呼吸器。
【請求項８】前記患者の肺から排出される呼気を通過
させると共に当該呼気中から細菌を捕捉するバクテリア
フィルタを、前記呼気が導入される位置から呼気流動方
向下流側に向かって前記再利用呼気供給部の選択排出部
の排出口までのいずれかの位置に装備したことを特徴と
する請求項３記載の高頻度人工呼吸器。