JP2001004026A

JP2001004026A - 定圧発生装置

Info

Publication number: JP2001004026A
Application number: JP2000137513A
Authority: JP
Inventors: Goeran Skog; スコッグゲラン
Original assignee: Siemens Elema AB
Current assignee: Siemens Elema AB
Priority date: 1999-05-10
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2001-01-09
Also published as: DE60020449D1; US6910484B1; EP1052561A3; EP1052561B1; SE9901690D0; DE60020449T2; EP1052561A2

Abstract

(57)【要約】【課題】構造及び動作が単純な定圧発生装置を提供す
る。【解決手段】定圧を付与するための手段が、リザーバ
２；１５内の流体と圧力が伝達し合うように配置された
可変面積の領域７；２０と、この可変面積の領域７；２
０に可変の力を加えるためにこの可変面積の領域と係合
可能な力発生装置（１０；１６）とを有しており、前記
面積と力とが、伝達される圧力を一定に維持するよう
に、容積が変化するに従って、相互依存しながら可変で
ある

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、定圧発生装置、特
に、患者に供給するための呼吸ガスの定圧出力を供給す
るために、患者の呼吸系において使用するための定圧発
生装置に関する。

【０００２】“患者の呼吸系”という用語は、ベンチレ
ータ、レスピレータ、麻酔器、または患者への呼吸ガス
の供給を案内及び制御するのに要求される関連した呼吸
回路と共に、患者へ呼吸ガスを供給するために使用され
るその他の医療用システムに対する一般的な表現として
用いられている。

【０００３】

【従来の技術】大抵の病院は、通常、患者呼吸系の操作
に必要な呼吸ガスを、中央高圧源から受け取っている。
しかしながら、大抵の患者呼吸系は、３０〜１００ｃｍ
水（cmof water）の圧力で呼吸ガスを操作するように設
計されている。したがって、中央高圧源から供給される
あらゆるガスの圧力は、患者へ供給される前に、著しく
減少されねばならない。圧力の減少は、通常、ガス源と
して容器に封入されたガスを使用する場合にも提供され
ねばならない。

【０００４】さらに、患者呼吸系を介して患者へ供給し
たい呼吸ガスの量は、正確に制御されねばならないの
で、このような呼吸系において定圧のガスを供給するこ
とが最も望ましい。

【０００５】呼吸ガス源が通常弁を介して可変容積リザ
ーバに接続されているような患者呼吸系が知られてい
る。リザーバは、一定の力を受け、この一定の力は、含
まれる呼吸ガスの量が減少すると低減する傾向があり、
ひいては、程度の差こそあれリザーバ容積の制限された
範囲に亘って、ガスを公知の一定圧力に維持する。ガス
は、この定圧発生装置から排出され、呼吸系の呼吸回路
へ供給される。一定の力を注意深く選択することによ
り、定圧発生装置は、ガス源からのガスの圧力を効果的
に減少させることもできる。

【０００６】この可変容積タイプの１つの公知の定圧発
生装置は、米国特許第３８２４９０２号明細書に記載さ
れている。この場合、膨張ベローズとしての可変容積リ
ザーバが開示されている。ベローズは、柔軟なプラスチ
ック材料から形成されており、２つの硬質なプレートの
間に配置されている。一方のプレートは、空間に固定さ
れているのに対し、他方のプレートは、旋回動作を行う
ように、軸に取り付けられている。軸は、ベローズを縮
小させるために、アーム及びばね装置によって回転可能
である。ばねの取付け位置を適切に位置決めすると共
に、ばねのサイズを注意深く選択することにより、リザ
ーバ容積の制限された操作範囲に亘って、コンテナに一
定の力を維持することが可能である。しかしながら、こ
のばね及びアームの装置の構造は比較的複雑であり、ひ
いては製造費用が高価である。

【０００７】別の定圧発生装置が欧州特許出願公開第０
７４４１８４号明細書に開示されており、この定圧発生
装置は、縮小可能なベローズとしての可変容積リザーバ
から成っている。ベローズの壁部は、一定の力を提供す
るように選択された弾性を有する弾性的な材料から成る
領域を有しており、前記一定の力は、ベローズを縮小さ
せ、含まれた呼吸ガスの定圧を生ぜしめる。しかしなが
ら、定圧を生ぜしめることができる容積変化の利用可能
な範囲は、ベローズの全体の容積と比べ比較的小さい。
さらに、ガスが、利用可能な範囲に亘ってのみリザーバ
から供給されていることを保証するために、ベローズに
設けられた位置センサが、制御弁と関連して使用されね
ばならない。このことは、発生装置を複雑化し、複合的
なベローズを製造することに関連した困難と相俟って、
製造を高価にする。

【０００８】患者呼吸系において使用するための別の定
圧発生装置は、欧州特許出願公開第０５５７１３４号明
細書に記載されており、この定圧発生装置は、所謂“バ
ッグ・ボトル”装置に設けられた別のチャンバ内に配置
された縮小可能なベローズとしてのリザーバから成って
いる。推進ガスが、制御弁を介して別のチャンバへ接続
され、前記制御弁は、チャンバから出入する推進ガスの
流れを制御し、これにより、患者の呼吸サイクルの少な
くとも吸気相の間、ベローズの外側に定圧を維持する。
ベローズは、この力の下では縮小する傾向があり、ひい
ては、吸気相の間、ベローズに含まれた呼吸ガスを定圧
に維持する。患者による呼気を可能にするために、推進
ガスは別のチャンバから除去され、チャンバ内の圧力を
低減し、ベローズを膨張させる。次いで、ガスが患者の
肺から流れてよい。このバッグ・ボトル装置の構造及び
動作は、比較的複雑である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
課題は、公知の定圧発生装置に関連した少なくとも幾つ
かの問題を軽減することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題は、請求項１に
特徴が示された、請求項１による本発明の第１の側面に
よって達成された。つまり、容積が変化するときに、可
変容積リザーバに加えられる力を公知の形式で変化させ
ることにより、前記力の変化を補償するために、加えら
れる力に付随して変化し、含まれた流体に力が伝達され
る領域が提供される。この場合、容積の変化とは無関係
に、流体に定圧が維持されてよい。したがって、リザー
バに一定の力が維持されることを保証するために従来の
装置に必要とされた複雑な機械的装置は排除される。

【００１１】有利には、力、例えばコイルばね等のばね
から加えられる線形に変化する力は、可動な壁部、例え
ば丸まり可能な膜に作用し、これにより、この壁部を、
定置の壁部コンテナの軸線に沿って移動させ、軸線に沿
った位置と共に、横断面面積の適切な変化を提供するよ
うに成形されている。壁部が移動すると、壁部は、内部
の定置の壁部寸法に従い、これにより、可変面積の表面
を提供する。定置壁部コンテナの内部のジオメトリは、
現代の研削又は成形技術を使用して、例えば適切なプラ
スチック材料に形成されてよく、圧力発生装置の単純か
つ比較的高価でない大量生産を可能にする。

【００１２】規則的な、例えば円形の横断面領域を有す
る定置壁部コンテナを提供することにより、この製造及
び所要の内部ジオメトリの計算が簡易化される。

【００１３】択一的に、可変の力は、可変容積コンテナ
を製造するために使用する材料の弾性から生じてよく、
コンテナは、コンテナの容積を変化させるためにコンテ
ナの長さに沿って丸まったり広がったりするように構成
されてもよく、これにより、可変の力が可変容積内の流
体に伝達される面積が、この流体に定圧を維持するため
に変化する。

【００１４】本発明の第２の側面によれば、患者呼吸系
が提供され、この患者呼吸系は、この患者呼吸系に作用
接続された、本発明の第１の側面による定圧発生装置を
有しており、この定圧発生装置は、呼吸回路への定圧呼
吸ガスの供給のために呼吸系の呼吸回路にガス接続され
て配置されている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
につきさらに詳しく説明する。

【００１６】図１を参照すると、定圧発生装置１が縦断
面図で示されている。可変容積ガスリザーバ２が、横断
面が円形のコンテナ５の定置の側壁３と、ここでは丸ま
り可能な膜としての可動な端壁とによって形成されてい
る。リザーバ２の内部を発生装置１の外部へ接続させる
ために、コンテナ５には入口／出口６が設けられてい
る。膜４は、リザーバ２の容積を変化させるために、コ
ンテナ５の側壁３に沿って丸まったり広がったりできる
ように配置されている。膜４は、可変面積の表面７を提
供するように成形されており、この可変面積の表面７
は、軸線Ｘに沿って移動させられるときに、コンテナ５
の横断面で見た面積にほぼ従う。選択的に、端部ストッ
パ８が、入口／出口６の近傍においてコンテナ５の内部
に設けられている。この端部ストッパ８は、膜４の移動
範囲の限界点において表面７に従いかつこの表面７と合
致するように成形された表面９を有している。このこと
は、リザーバ２内のデッドスペースを減じる。膜４の可
変面積の表面７に対して可変の力を発生させるために、
らせん状に巻成されたばね１０も設けられている。ばね
１０は、膜４が広がる場合に伸張するように定圧発生装
置１内に取り付けられているので、この力は、表面７の
面積が減少するに従い線形に減少する。

【００１７】コンテナ５の側壁３は、定圧発生装置の動
作範囲（この動作範囲は、リザーバ２の全容積の一部又
は全部であるように選択されてよい）内で、端壁４が、
ばね力が加えられる表面７を提供し、これにより、定圧
がリザーバ２における流体に付与されるように、成形さ
れている。したがって、動作範囲における側壁３の形状
は、加えられる力が軸線Ｘに沿ってどのように変化する
かについての知識から決定されることができる。例え
ば、図１の発生装置を考えた場合、以下のことを条件と
する。

【００１８】すなわち、ばね１０が、リザーバ２の最小
容積を提供するように伸張させられた場合、丸まり可能
な膜の表面７は、軸線Ｘに沿った移動範囲の一方の限界
点に位置する。これをｘ＝０とし、ここでｘは軸線Ｘに
沿った表面７の位置を示すために使用される。軸線Ｘに
沿ったあらゆる位置ｘにおけるコンテナ５の円形横断面
の半径は、ｙｘによって示される（定義によって、ほ
ぼ、膜４の表面７の半径でもある）。軸線Ｘに沿ったあ
らゆる個所ｘにおいて表面７にコイルばね１０によって
加えられる力Ｆ_xは、公知の公式によって与えられる。

【００１９】Ｆ_x＝Ｆ₀＋ｃ・ｘ（１）ここで、Ｆ₀はｘ＝０においてばね１０によって加えら
れる力であり、ｃはばね定数である。

【００２０】リザーバ２内の流体によって表面７に加え
られる力Ｆ_gは、Ｆ_g＝Ｐ・П・ｙ²ｘ（２）によって与えられる。ここで、Ｐは、流体の圧力であ
り、発生装置１において維持したい所望の定圧に等し
い。

【００２１】軸線Ｘに沿った表面７のあらゆる位置ｘに
おいて、流体の容積を定圧Ｐに維持するために、流体に
よって表面７に加えられる力Ｆ_gは、ばね１０によって
表面７に加えられる力Ｆ_xに等しくなければならない。

【００２２】Ｆ_x＝Ｆ_g （３）方程式（１）及び（２）から、方程式（３）は次のよう
に書き換えられる。

【００２３】Ｆ₀＋ｃ・ｘ＝Ｐ・П・ｙ²ｘ（４）したがって、軸線Ｘに沿ったあらゆる位置ｘにおけるコ
ンテナ５の円形横断面の半径ｙは、ｙ_x＝（（１／Ｐ・П）・（Ｆ₀＋ｃ・ｘ））^1/2 （５）によって与えられる。

【００２４】可変の力Ｆｘを提供するために配置された
ばね１０を使用してリザーバ２における流体に定圧Ｐを
維持するために、コンテナ５の側壁３は、ほぼ、方程式
（５）によるあらゆる個所ｘにおける半径ｙ_xを提供す
るように、成形されねばならない。

【００２５】図２を参照すると、図１の膜４の下面１１
が示されており、この下面１１は、膜４がコンテナ５内
に位置している場合には、ばね１０と接触する。安定し
た上面７を提供し（図１参照）、使用時に上面７の縮小
を回避するために、中央プレート１３と共に安定化リン
グ１２ａ，１２ｂ，１２ｃが用いられている。これらの
安定化リング１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及びプレート１３
は、比較的硬質の材料から形成されており、方程式
（５）により計算された半径を備えるように寸法決めさ
れている。膜４が軸線Ｘに沿って広がりながら、各リン
グ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ自体は、コンテナ５の半径
が、対応するリング１２ａ，１２ｂ１２ｃの半径と等し
くなる位置ｘにおいて側壁３と係合する。プレート１３
は、最後にコンテナ５の壁部３に係合し、ばね１０の最
大伸張を有効に決定する。すなわち、発生装置１の最大
動作範囲のために、プレート１３は、方程式（５）にお
いてｘ＝０でよってサイズ決めされる。面積７と、膜４
の固有の硬さとに大きく依存して、使用されるリング１
２はより多くても少なくてもよいことは当業者に認識さ
れるであろう。さらに、方程式（５）によって決定され
た半径を備えた巻きを有するらせん形の装置を、図２に
示した安定化リング１２ａ，１２ｂ，１２ｃの代わりに
容易に用いることができる。さらに、安定化リング１２
ａ，１２ｂ，１２ｃと、プレート１３と、らせん形の装
置とは、同じ効果を達成するために膜４の上面７に配置
され得ることが理解されるであろう。

【００２６】本発明による発生装置の別の実施例が、図
３に概略的に示されている。定圧発生装置１４は、不浸
透性の材料から成るスリーブ１６から形成された可変容
積リザーバ１５から成っており、この可変容積リザーバ
１５は、一方の端部１７においてシールされており、ま
た、リザーバ１５のための共通の流体入口／出口を提供
するために開放した反対側の端部１８を有している。ス
リーブ１６は、例えばブルドン管と類似の形式で流体の
リザーバ１５の容積を変化させるために、スリーブの長
さに沿って丸まったり広がったりすることができるよう
に形成されている。スリーブ１６は弾性的な材料から形
成されており、これにより、スリーブ１６は、矢印の方
向に、丸まった部分１９を移動させる傾向を有するよう
に自己バイアスている。膨張させられると、リザーバ１
５内のガス圧は、リザーバの容積を減じるような自己バ
イアス力を平衡させる力を生ぜしめる。リザーバ１５
は、複数の同一の区分２０を有すると考えることがで
き、各区分は、同一のガス圧力（容積と、面積と、ガス
圧とは各区分２０に対して同一である）によって平衡さ
せられる同一のバイアス力を有している。したがって、
可変容積リザーバ１５からガスが除去されると、丸まっ
た区分１９が、矢印によって示されたように移動して、
可変容積リザーバ１５の容積に寄与することから区分２
０を除去する。総体的な自己バイアス力も、この区分２
０の除去により、同様に減じられる。このように、リザ
ーバ内１５に流体に対する一定の圧力が維持される。

【００２７】次に、麻酔ガスのミキサ２２と呼吸回路２
３とを有する、図４の患者の呼吸系２１を説明する。図
１の定圧発生装置１も、呼吸系２１に作用結合して示さ
れている。ガスのミキサ２２にはガス入口２４，２５，
２６が設けられており、これらの入口を介して、中央ガ
スシステム又は容器源からの１つ又は２つ以上のガス
を、ミキサ２２へ供給することができる。例えば、麻酔
中には、酸素と亜酸化窒素とがミキサ２２へ供給されて
よく、患者を起こすためには、酸素と空気とがミキサ２
２へ供給されてよい。図示したシステム２１において
は、ミキサ２２の出口にキャブレタ７が接続されてお
り、このキャブレタ２７は、混合ガスに付加するために
麻酔剤を気化する。このように形成された呼吸ガスを制
御弁２９と定圧発生装置１の入口６とを介してリザーバ
２内へ導くために、導管２８が設けられている。次い
で、新鮮な呼吸ガスを、リザーバ２から導管３０を介し
て流量計３１と流れ制御弁３２とを通って呼吸回路２３
の吸気ライン３３へ導くことができる。呼吸回路２３の
吸気ライン３３と呼気ライン３４とにおけるガスの流れ
の方向は、一方向弁３５，３６によって制御される。こ
れらの一方向弁は、個々に吸気ライン３３と呼気ライン
３４とに装着されている。

【００２８】第１のインターバルの間、弁３２が閉じら
れかつ弁２９が開かれ、これにより呼吸ガスがキャブレ
タ２７から圧力発生装置１へ流入することができる（図
１も参照）。加圧された呼吸ガスが入口６からリザーバ
２へ流入すると、膜４が入口６から離れる方向へ押しや
られ、これにより、リザーバ２の容積を増大させ、ま
た、例えばリザーバ２が最大容積になるまで又は膜４の
表面７へのばね力がこの表面７へのガス圧力を平衡させ
るまで、ばね１０を圧縮する。第２のインターバルの
間、弁２９は閉じられ、キャブレタ２７から発生装置１
へのガスの供給を遮断し、弁３２は、流量計３１によっ
て計測された流れ値に依存して開かれ、これにより、発
生装置１からの呼吸ガスの流れを調節し、知られた量の
新鮮なガスを吸気ライン３３へ供給する。弁３２が開か
れている場合には、ばね１０は、膜４の表面７を入口６
に向かって押し付けるように伸張しようとする。したが
って、図１に関連して説明したように、出口６から定圧
ガス出力が提供される。

【００２９】図１の定圧発生装置１を引用して説明した
が、図４の呼吸系２１に定圧ガスを供給するために図３
の発生装置１４を容易に代用することができる。さら
に、本発明による発生装置１及び１４が麻酔システムに
関連して使用することにのみ制限されるのではなく、も
ちろん、患者に呼吸ガスを提供するために使用されるレ
スピレータ、ベンチレータ又はその他の呼吸システムに
関連して使用することができることは認識されるであろ
う。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による発生装置を示す縦断面図である。

【図２】図１の実施例において使用可能な、丸まり可能
な膜の詳細な構造を示す図である。

【図３】本発明による発生装置の別の実施例を示す図で
ある。

【図４】図１の発生装置を含む患者呼吸系を示す図であ
る。

【符号の説明】

１定圧発生装置、２リザーバ、３側壁、４
膜、５コンテナ、６入口／出口、７表
面、８端部ストッパ、９表面、１０ばね、
１１下面、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ安定化リン
グ、１３プレート、１４定圧発生装置、１５
リザーバ、１６スリーブ、１７端部、１８
端部、１９丸まった区分、２０区分、２１
呼吸系、２２ミキサ、２３呼吸回路、２４，２
５，２６ガス入口、２７キャブレタ、２８導
管、２９制御弁、３０導管、３１流量計、
３２流れ制御弁、３３吸気ライン、３４呼気
ライン、３５，３６一方向弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】定圧発生装置（１；１４）であって、可
変容積流体リザーバ（２；１５）と、リザーバの容積に
拘わらずにリザーバ内の流体に定圧を付与するための手
段と、リザーバ（２；１５）内の流体を定圧で前記定圧
発生装置（１；１４）の外部へ連通させるための出口
（６；１８）とが設けられている形式のものにおいて、前記定圧を付与するための手段が、リザーバ（２；１
５）内の流体と圧力が伝達し合うように配置された可変
面積の領域（７；２０）と、該可変面積の領域（７；２
０）に可変の力を加えるために該可変面積の領域と係合
可能な力発生装置（１０；１６）とを有しており、前記
面積と力とが、伝達される圧力を一定に維持するよう
に、容積が変化するに従って、相互依存しながら可変で
あることを特徴とする、定圧発生装置。
【請求項２】前記リザーバ（２）が、コンテナ（５）
を有しており、該コンテナが、軸線（Ｘ）に沿った位置
と共に変化する軸線（Ｘ）に対して垂直なコンテナ
（５）の横断面領域を規定するために協働する定置の壁
部（３）と、リザーバ（２）の容積を変化させるために
軸線（Ｘ）に沿って移動するように配置された、前記定
置の壁部（３）によって規定された可変面積の領域
（７）を提供するためにコンテナ（５）の定置の壁部
（３）にほぼ従うように適応させられた端壁（４）とを
有している、請求項１記載の定圧発生装置。
【請求項３】前記端壁が、軸線（Ｘ）に沿って丸まっ
たり広がったりする丸まり可能な膜（４）から成ってい
る、請求項２記載の定圧発生装置。
【請求項４】前記力発生装置（１０）が、軸線（Ｘ）
に沿った可変面積の領域（７）の位置と共に線形に可変
な力を加えるようになっている、請求項２又は３記載の
定圧発生装置。
【請求項５】前記力発生装置が、軸線（Ｘ）に対して
平行な方向で可変面積の領域（７）にばね力を提供する
ために配置されたばね部材（１０）から成っている、請
求項４記載の定圧発生装置。
【請求項６】前記コンテナ（５）の定置の壁部の横断
面が円形である、請求項２から５までのいずれか１項記
載の定圧発生装置。
【請求項７】患者呼吸系であって、呼吸回路（２３）と、加圧呼吸ガス源（２７）と、定圧
で呼吸回路（２３）に呼吸ガスを提供するために前記呼
吸ガス源（２７）と呼吸回路（２３）とに連通した定圧
発生装置とが設けられている形式のものにおいて、定圧
発生装置が、請求項１から６までのいずれか１項記載の
定圧発生装置（１；１４）から成っていることを特徴と
する、患者呼吸系。