JP2001037881A

JP2001037881A - 高頻度人工呼吸器

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Publication number: JP2001037881A
Application number: JP11216960A
Authority: JP
Inventors: Yasuhito Sugiura; 康仁杉浦
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2001-02-13
Anticipated expiration: 2019-07-30
Also published as: JP3775118B2

Abstract

(57)【要約】【課題】吸気供給流量の増加を図る。【解決手段】患者Ｘに供給する酸素を含んだ吸気に，
患者Ｘの呼吸周期よりも高い周期の振動空気圧を付勢し
て酸素吸入と呼気排出とを行う高頻度振動換気法を採る
高頻度人工呼吸器１２において、患者Ｘから出された呼
気を大気中に排出する排出経路内に、呼気が大気中に排
出される方向に向かって当該呼気を能動的に流動させる
排気付勢手段８０を装備した。

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、特に、高頻度人工呼吸法に適した人工呼吸器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】高頻度人工呼吸器とは、酸素供給源から
分岐点を介して患者と排気口とに分岐する流体回路系を
流れる高濃度酸素を含んだ吸気（通常の流量10〜30[l/m
in]，最大60[l/min]）に対して高頻度（１[Hz]以上）の
振動空気圧を付勢して患者の肺内に酸素供給を行う方式
の人工呼吸器をいう。

【０００３】高頻度人工呼吸器の酸素供給原理を説明す
ると、吸気の圧力振幅により、患者の肺中の二酸化炭素
を含んだ吸気（以下、呼気とする）に対して小容量の換
気（対流的なガス交換）が起ると共に、吸気の振動によ
る拡散運動の効果で、肺の中より呼気が肺の外（患者口
元）まで導き出される。後続の吸気は、上述の換気を行
うと共に肺から導き出された呼気を排気口側に送り出す
作用をも有している。これにより、患者の肺内を常に一
定の酸素濃度に維持することを可能としている。

【０００４】従来例を図９に基づいて説明する。この従
来例では、患者Ｘに対し酸素吸入と呼気排出を行う高頻
度振動換気法（ＨＦＯ）の人工呼吸器２００を示すもの
である。図９は、この人工呼吸器２００の全体構造を示
している。

【０００５】人工呼吸器２００は、吸気（空気と酸素の
混合気）を供給する吸気導入部２６２と、陽圧Ａｐ及び
陰圧Ａｎの両方の空気圧を同時に発生するブロワ２５２
と、ブロワ２５２で発生した陽圧Ａｐ又は陰圧Ａｎを交
互に選択して所定の振動空気圧Ａpnに変換するロータリ
バルブ機構２５４と、ロータリバルブ機構２５４からの
振動空気圧Ａpnに付勢されて作動し，吸気導入部２６２
から患者Ｘに供給される吸気に振動空気圧を付勢するダ
イヤフラム機構２５６とを備えている。

【０００６】上述の吸気導入部２６２は、外気と予め準
備された酸素とを吸入し混合する吸気ユニット２６３
と、吸気ユニット２６３から送り出される空気を加湿す
る加湿器２６４とから構成されている。吸気ユニット２
６３は、吸気の流量調節を行う図示しない調節手段が設
けられている。

【０００７】一方、ロータリーバルブ機構２５４は、バ
ルブの回転周期を調節自在であり、調節された周期に応
じて陽圧Ａｐと陰圧Ａｎとを交互に選択し、所定の振動
空気圧Ａpnを出力する。

【０００８】ダイヤフラム機構２５６は、ロータリーバ
ルブ機構２５４の下流側に位置し、振動空気圧Ａpnによ
りダイヤフラム膜２５７の振動が付勢される。このダイ
ヤフラム膜２５７は、吸気導入部２６２から供給される
吸気の通過領域に面しており、通過する吸気に振動空気
圧Ａpnを印加する。さらに、吸気の流動方向下流側には
三方分岐管２７０が配設されており、吸気の進行方向が
患者側と排気側とに分岐されている。三方分岐管２７０
の患者側のポートには患者の肺に吸気を送る患者用配管
２７１が接続されており、排気側のポートには排気管２
７２が接続されている。この排気管２７２の終端部に
は、流量調節バルブ２７３が装備されており、当該流量
調節バルブ２７３から余剰の吸気及び呼気が排気され
る。

【０００９】流量調節バルブ２７３は、外部操作により
その開度が調節自在であり、吸気の供給流量とバルブ開
度により、人工呼吸器２００の内部の圧力が調節され
る。

【００１０】また、図中の符号２８１〜２８５は、各部
の配管内圧力を検出する圧力センサである。

【００１１】また、図中の符号２７４は、呼気に含まれ
る細菌等を濾し採るバクテリアフィルタである。高頻度
人工呼吸器２００の直接呼気にさらされる各部位は、そ
の使用後に念入りな殺菌消毒作業が要求される。流量調
節バルブ２７３はその構造が複雑なため、直接呼気にさ
らされると、使用後における殺菌消毒作業が非常に煩雑
となっていた。従って、これを解消する対策としてバク
テリアフィルタ２７４が流量調節バルブ２７３の手前に
設けられるようになったものである。

【００１２】かかるバクテリアフィルタ２７４の設置に
より、流量調節バルブは直接呼気にさらされないため、
煩雑な殺菌消毒作業や呼気に含まれる唾液や湿気等によ
る流量調節バルブの作動能力の低下等が回避される。

【００１３】上記従来例では、人工呼吸器２００を操作
するオペレータ（例えば医者）により吸気ユニット２６
３で酸素濃度の高い吸気が生成され、所望の設定流量
（10〜最大60[l/min]）で当該吸気が下流側に供給され
る。また、このとき、流量調節バルブ２７３にてバルブ
開度の調節を行われる。患者の肺へかかる平均圧力は5
〜15[cmH₂0]の帯域が適切であり、この流量調節バルブ
２７２が有するゴム製の弁部材の開放面積で排気流量を
調節し同時に人工呼吸器２００の内部全体の圧力をコン
トロールすることができる。

【００１４】流動する吸気は、高頻度の振動空気圧Ａpn
が付勢されることにより患者用配管２７１を介して患者
の肺内の換気を行うと共に呼気を排気管２７２側に送り
出す。かかる呼気及び吸気は、バクテリアフィルタ２７
４及び流量調節バルブ２７３を介して大気中に排気され
る。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した高
頻度人工呼吸器２００では、口元まで振動により引き出
された呼気は、患者が呼吸により再度吸入しないよう
に、後続の吸気で常に排気口側へ押し流してやる必要が
ある。また、吸気の供給流量を増やせば、患者の肺から
生じた呼気が効率的に送り出される効果を生じる。その
ため、患者の肺内の二酸化炭素濃度が通常よりも高い場
合や酸素濃度を高く維持したい場合には、吸気の供給流
量を増やす措置が採られる（最大40〜60[l/min]）。

【００１６】しかし、高頻度人工呼吸器２００は固体の
構造物であり、各部の配管径や配管長は一定であるた
め、流量調節バルブ２７３の開度が一定であれば人工呼
吸器２００の総空気抵抗は一定である。また、吸気の粘
性係数は空気と高濃度酸素の混合比により決定される。
高頻度人工呼吸器２００の圧力センサ２８１から２８４
までの配管長をｌ[m]，配管直径をｄ[m]，吸気の粘性係
数をμ，吸気の供給流量をＱ[m³/s]，吸気の平均流速を
Ｕ[m/s]とすると、圧力センサ２８１−２８４間の圧力
降下ΔＰはハーゲン・ポアズイユの法則により次式
（１）で表される。

【００１７】 ΔＰ＝Ｑ・１２８μｌ／πｄ^４＝Ｕ・３２μｌ／ｄ^２ …（１）

【００１８】従って、吸気の供給量が増加すると、それ
に比例して患者に対する吸気の供給圧力が上昇すること
となる。この場合、流量調節バルブ２７３を全開にして
も限界が限られているので圧力上昇は免れない。

【００１９】具体的な数値で説明すると、上述の高頻度
人工呼吸器２００でバクテリアフィルタ２７４が外され
たものに対して流量を３０[l/min]以上に設定して吸気
の供給を行うと、流量調節バルブ２７３を最大開度とし
ても内部の平均圧力が１３[cmH₂O]以下に下げることが
できなかった。また、バクテリアフィルタ２７４が装備
された状態にあっては、２〜３[cmH₂O]の圧力上昇を招
き、１５[cmH₂O]以下に下げることができなかった。

【００２０】従って、従来の高頻度人工呼吸器２００
は、吸気供給量を増やすと酸素吸入に好適な供給圧力を
維持することができず、実質的に患者の様態変化により
肺内の二酸化炭素濃度が上昇したり治療の必要性により
吸気供給量を増やすことが困難であるという不都合があ
った。

【００２１】さらに、バクテリアフィルタを患者回路系
に設けると、その分だけ流動抵抗が大きくなり、前述し
た呼気回路中の圧力上昇を生じる傾向はより顕著となる
ため、前述のように吸気供給量を増やして肺内の換気効
率を高めることが、さらに困難となるという不都合があ
った。

【００２２】

【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、肺内の換気効率を自在に調節し得る高頻度人
工呼吸器を提供することを、その目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、患者に供給する酸素を含んだ吸気に，患者の呼吸周
期よりも高い周期の振動空気圧を付勢して酸素吸入と呼
気排出とを行う高頻度振動換気法を採る高頻度人工呼吸
器において、患者から出された呼気を大気中に排出する
排出経路内に、呼気が大気中に排出される方向に向かっ
て当該呼気を能動的に流動させる排気付勢手段を装備す
るという構成を採っている。

【００２４】上述の構成では、吸気を患者へ供給する際
に高頻度周期の振動空気圧を付勢する。かかる振動空気
圧は、患者の自発的な呼吸周期とは無関係且つそれより
も高い周期に設定される。この高頻度で振動する吸気が
陽圧（大気圧よりも高い圧力の位相）のときには患者の
肺内に吸気が侵入し、陰圧（大気圧よりも低い圧力の位
相）のときには患者の肺から生じた二酸化炭素を含んだ
呼気を体外に吸い出す働きをする。かかる陽圧と陰圧と
が短い周期で繰り返されることにより、患者の肺内の換
気が行われ、当該肺内を一定の酸素濃度に維持すること
を可能としている。

【００２５】上述の換気動作が行われる際に、排気付勢
手段は、患者から吐き出された呼気を排出経路を介して
大気中（高頻度人工呼吸器の外部）に向けて流動させ
る。この排気付勢手段の作動は、吸気の供給流量が一定
量を超える場合に限定して行っても良い。この排気付勢
手段による呼気の能動的な流動付勢により、高頻度人工
呼吸器の有する固有の流動損失による内部圧力及び患者
への供給圧力の上昇が抑制される。

【００２６】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、排出経路は、その排出端部が大気
中に開放された第一の排出管とこの第一の排出管に設け
られ呼気の通過流量を自在に調節する流量調節バルブと
を備え、排気付勢手段を、第一の排出管の途中であっ
て，流量調節バルブの呼気排出方向上流側に配置すると
いう構成を採っている。

【００２７】かかる構成では、上述と同様の動作に加え
て、患者から排出された呼気は流量調節バルブを介して
一定流量で大気中に排気される。このとき排気付勢手段
を併用して排気流量を調節しても良い。また、吸気供給
量が高く設定され、この流量調節バルブを最大開度とし
ても排気が不十分な場合に、排気付勢手段を作動させて
も良い。

【００２８】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、排気付勢手段は、流量調節バルブ
の呼気排出方向上流側であって第一の排出管の途中から
分岐する分岐配管と、その一端部が大気中に開放されそ
の内部に開放側に向けて空気流が形成される第二の排出
管と、その空気流を形成する送風手段とを備え、第二の
排出管は、その途中に一部内径が小さく設定された絞り
部を有し、分岐配管の下流側端部を、第二の排出管の絞
り部に合流させるという構成を採っている。

【００２９】かかる構成では、上述と同様の動作に加え
て、排気付勢手段の送風手段が作動すると、呼気は第一
の排出管から分岐配管に侵入する。この分岐配管は、上
記の如く，内部に空気流が形成された第二の排出管にそ
の絞り部の位置で合流する構造のため、ベンチュリ効果
によって起こる絞り部の圧力低下により、呼気は分岐配
管を介して第一の排出管から第二の排出管に移動して大
気中に排出される。

【００３０】請求項４記載の発明では、上記各構成に加
えて、第一の排出管から分岐配管への分岐部分が無数の
小孔を介して連通するという構成を採っている。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、第一の排出管から分岐配管への呼気の流動が上記小
孔を介して行われる。

【００３１】請求項５記載の発明では、請求項１，２，
３又は４記載の発明と同様の構成を備えると共に、吸気
又は呼気の圧力を検出する圧力センサと、排気付勢手段
による出力調節を自在に制御する動作制御部とを備え、
この動作制御部が、圧力センサの検出圧力に対応する出
力で排気付勢手段を駆動させる第一の出力調整機能を備
えるという構成を採っている。

【００３２】かかる構成では、上述した各構成と同様の
動作が行われると共に吸気が流動を開始すると、圧力セ
ンサにより圧力が検出される。動作制御部では、検出圧
力に応じた排気付勢手段の出力が記憶されており、これ
を参照して検出圧力に応じた出力で排気付勢手段が駆動
され、所定の流量で呼気の能動的な排気が行われる。

【００３３】請求項６記載の発明では、請求項１，２，
３又は４記載の発明と同様の構成を備えると共に、患者
への供給前の吸気圧力を検出する第一の圧力センサと、
患者から排出された呼気の圧力を検出する第二の圧力セ
ンサと、排気付勢手段による出力調節を自在に制御する
動作制御部とを備え、この動作制御部が、各圧力センサ
の検出圧力の差に対応する出力で排気付勢手段を駆動さ
せる第二の出力調整機能を備えるという構成を採ってい
る。

【００３４】上記構成では、上記各構成と同様の動作が
行われると共に、二つの圧力センサの出力圧力差から各
センサ間の気体流量を求めることができる。動作制御部
では、排気付勢手段を目標流量に設定する出力が記憶さ
れており、これを参照して流量に応じた出力で排気付勢
手段が駆動され、所定流量で呼気の能動的な排気が行わ
れる。

【００３５】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。

【００３６】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図１乃至図
６に基づいて説明する。図１は、患者Ｘに供給する酸素
を含んだ吸気に，患者Ｘの呼吸周期よりも高い周期の振
動空気圧を付勢して酸素吸入と呼気排出とを行う高頻度
振動換気法を採る高頻度人工呼吸器１２の構成を示すブ
ロック図である。

【００３７】この高頻度人工呼吸器１２は、酸素供給源
としての吸気導入部６２と、陽圧Ａｐ及び陰圧Ａｎの両
方の空気圧を同時に発生するブロワ５２（空気圧発生
源）と、ブロワ５２で発生した陽圧Ａｐ又は陰圧Ａｎを
交互に選択して所定の振動空気圧Ａpnに変換するロータ
リバルブ機構５４（振動空気圧発生機構）と、ロータリ
バルブ機構５４からの振動空気圧Ａpnに付勢されて作動
し，吸気導入部６２から患者Ｘに供給される酸素（厳密
には空気と混合された酸素）に振動空気圧を付勢するダ
イヤフラム機構５６と、各部の動作制御を行う動作制御
部４０とを備えている。

【００３８】吸気導入部６２は、外気と予め準備された
酸素とを吸入し混合するブレンダ６２１と、ブレンダ６
２１から送り出される空気を加湿する加湿器６２２とか
ら構成されている。ブレンダ６２１は吸気を加湿器６２
２側に流す図示しない複数の出力バルブが設けられてい
る。各種の出力バルブは、それぞれ流量が異なるもので
あり、任意の流量の出力バルブを選択することにより所
定流量の吸気の供給が行われる。なお、各出力バルブは
動作制御部４０から動作信号により開閉を切り替えるア
クチュエータが併設されている。

【００３９】加湿器６２２には、加湿器６２２を経た吸
気Ａｉを患者Ｘへ供給する吸気管６２３が接続されてい
る。吸気管６２３は、その途中でダイヤフラム機構５６
の被加圧室５６３に連通されるとともに、その末端で後
述する三方分岐管１７０に接続されている。

【００４０】ブロワ５２は、その内部に空気を取り込み
またその空気を送り出すことにより陽圧と陰圧とを同時
に発生させる。その空気取り込み口は、後述するロータ
リーバルブ機構５４の陰圧ポート５４２に接続され、空
気の送り出し口は陽圧ポート５４１に接続されている。

【００４１】ロータリバルブ機構５４は、ブロワ５２か
ら陽圧が入力される陽圧ポート５４１と、ブロワ５２か
ら陰圧が付勢される陰圧ポート５４２と、振動空気圧を
出力する出力ポート５４３と、自らの回転により出力ポ
ート５４３を陽圧ポート５４１と陰圧ポート５４２とに
交互に接続するロータリバルブ５４４と、ロータリバル
ブ５４４を回転させる駆動部５４５とから構成されてい
る。駆動部５４５は、図示しない電動機及び減速機から
なり、ロータリバルブ５４４を例えば900[rpm]で回転さ
せる。ロータリバルブ５４４は、一回転するごとに、ポ
ート５４１とポート５４３とのみを一回連通させ、続い
てポート５４２とポート５４３とのみを一回連通させ
る。これにより、供給される吸気に対して周波数15[Hz]
の振動空気圧Ａpnを付勢する。ポート５４３には、振動
空気圧Ａpnをダイヤフラム機構５６へ伝達する振動空気
圧管５４６が接続されている。

【００４２】ダイヤフラム機構５６は、加圧室５６２及
び被加圧室５６３と、加圧室５６２と被加圧室５６３と
の間を仕切るとともに伸縮自在の膜状部材で形成された
ダイヤフラム５６１とを備えている。加圧室５６２は振
動空気圧管５４６に接続されている。加圧室５６２はロ
ータリーバルブ５４の出力ポート５４３に接続されてお
り、被加圧室５６３は吸気管６２３に接続されている。
かかる構造によりロータリーバルブ５４で形成された振
動空気圧はダイヤフラム５６１を介して吸気管６２３内
を流動する吸気に付勢される。

【００４３】さらに、高頻度人工呼吸器１２は、吸気管
６２３の下流側に三方分岐管１７０を備え、当該三方分
岐管１７０がさらに下流側を患者Ｘ側と排出経路側とに
分岐させている。そして、高頻度人工呼吸器１２の排出
経路には、呼気中に含まれる細菌を濾し採るバクテリア
フィルタ７０と呼気が大気中に排出される方向に向かっ
て当該呼気を能動的に流動させる排気付勢手段８０とが
装備されている。

【００４４】上述の三方分岐管１７０は、患者側管路１
７１，酸素供給源側管路１７２及び呼気排出側管路１７
３の三つの管路を備えており、これらの管路は全て内部
で合流している。そして、酸素供給源側管路１７２が吸
気管６２３と接続され、患者側管路１７１が患者Ｘに至
る末端吸気管６０５と接続されている。

【００４５】さらに、呼気排出側管路１７３は、第一の
排出管６０４の一端部と接続され、この第一の排出管６
０４の他端部には流量調節バルブ６０７が接続されてい
る。これら第一の排出管６０４と流量調節バルブ６０７
とは、患者Ｘの肺から出された二酸化炭素を含んだ吸気
（呼気）の通り道となり、これらが呼気を大気中に排出
する排出経路を構成する。

【００４６】図２は、排出経路の周囲を一部切り欠いて
示した拡大図である。この図に示すように、流量調節バ
ルブ６０７は、筺体６０７ａと排気ポート６０７ｂと流
量制御用の移動弁（制御用シリコンシート）６０７ｃ
と、この移動弁６０７ｃを一定方向に沿って前後進移動
させる往復付勢機構としてのソレノイド６０７ｄとを備
えている。

【００４７】第一の排出管６０４は、バクテリアフィル
タ７０を挟んで上流側部分６０４ａと下流側部分６０４
ｂとに分断されており、下流側部分６０４ｂの末端部は
流量調節バルブ６０７の筐体６０７ａの内部に挿入され
ており、移動弁６０７ｃはこの第一の排出管６０４の下
流側部分６０４ｂの末端部の排気方向正面に近接して筐
体６０７ａに装備されている。この移動弁６０７ｃの背
後側には筐体６０７ａに支持されたソレノイド６０７ｄ
が配置されており、移動弁６０７ｃを第一の排出管６０
４の下流側部分の末端に対して接離させる。このソレノ
イド６０７ｄは、動作制御部４０の制御信号により移動
弁６０７ｃから第一の排出管６０４の末端までの距離を
自在に設定することが可能である。従って、移動弁６０
７ｃは、第一の排出管６０４の末端を完全に塞いだ状態
からソレノイド６０７ｄの許容する範囲内で最も離間さ
せることができ、その離間距離に応じて呼気の通過流量
を調節することが可能となっている。

【００４８】バクテリアフィルタ７０は、第一の排出管
６０４の途中に設けられており、正確には第一の排出管
６０４の上流側部分６０４ａの末端部に装備されてい
る。このバクテリアフィルタ７０は、主に、細菌を濾し
採るフィルタ部７１と当該フィルタ部７１を収容するプ
ラスティック製の容器７２とから構成されている。第一
の排出管６０４の上流側部分６０４ａから流入する呼気
は、まずフィルタ部７１に送り込まれ、当該フィルタ部
７１を通過した呼気は容器７２の内部から第一の排出管
６０４の下流側部分６０４ｂに流れてゆく。このフィル
タ部７１の通過の際に呼気中の細菌が濾し採られる。

【００４９】このバクテリアフィルタ７０は、使い捨て
であり、使用済みのものは排気される。従って、容器７
２の上流側の端部は、第一の排出管６０４の上流側部分
６０４ａの末端部が押し込み操作又は引っ張り操作によ
り着脱自在となっている。また、容器７２の下流側の端
部は、シリコンゴムジョイント７３を介して第一の排出
管６０４の下流側部分６０４ｂの上流端部に接続されて
いる。このシリコンゴムジョイント７３もまた、第一の
排出管６０４の下流側部分６０４ｂが押し込み操作又は
引っ張り操作により着脱自在となっている。

【００５０】排気付勢手段８０は、第一の排出管６０４
の途中であってバクテリアフィルタ７０の下流側に装備
されている。この排気付勢手段８０は、流量調節バルブ
６０７の呼気排出方向上流側であって第一の排出管６０
４の途中から分岐する分岐配管８１と、その一端部が大
気中に開放されその内部に開放端への空気流が形成され
る第二の排出管８２と、その空気流を形成する送風手段
８３とを備えている。

【００５１】第一の排出管６０４における分岐配管８１
側への分岐箇所には、管壁を貫通した無数の小孔８１１
が形成されている。そして、第一の排出管６０４の小孔
８１１が形成されている部分を外側から取り囲むように
して管状容器８１２が装着されている。この管状容器８
１２と第一の排出管６０４の外側壁面との間にはシール
構造が施されており、各小孔８１１を介して第一の排出
管６０４の外側に流出した呼気は全てこの管状容器８１
２内に到達し、直接大気中には放出されない構造となっ
ている。

【００５２】分岐配管８１の一端部は、この管状容器８
１２に連通している。従って、第一の排出管６０４の各
小孔８１１から流出した呼気は、管状容器８１２内を通
過して分岐配管８１内に流入する。また、分岐配管８１
の他端部は、第二の排出管８２の途中部分に接続されて
いる。

【００５３】第二の排出管８２は、前述した如くその一
端部に送風手段８３を備えており、当該一端部から他端
部に向かう方向に空気流を形成することが可能となって
いる。また、第二の排出管８２の途中部分における内部
には管径が徐々に小さくなる絞り部８２１が設けられて
おり、かかる絞り部８２１から空気流の流速が加速する
構造となっている。

【００５４】前述した分岐配管８１の他端部は、第二の
排出管８２に対して絞り部８２１のすぐ下流側となる位
置に連通されており、分岐配管８１と第二の排出管８２
とはいわゆるエジェクタ構造が形成されている。従っ
て、第二の排出管８２に対して分岐配管８１がベンチュ
リ効果を生じる構造が採られている。即ち、第二の排出
管８２の内部において、絞り部８２１のすぐ下流部分は
陰圧（大気圧よりも低い気圧）となっている。

【００５５】一方、第一の排出管６０４の末端部は、流
量調節バルブ６０７を最大開度とした状態であっても大
気圧以下となることはない。従って、第二の排出管８２
内部に空気流が形成されている状態にあっては、第一の
排出管６０４の上流側から流れてきた呼気は、各小孔８
１１から吸い出され、管状容器８１２及び分岐配管８１
を介して第二の排出管８２内に流入し、空気流と共に大
気中に排出されることとなる。

【００５６】ところで、第二の排出管８２の一端部に設
けられた送風手段８３は、大気を取り込み第二の排出管
８２内に送り出すブロワ８３１と、この送り出された大
気の流量を調節する流量可変バルブ８３２とから構成さ
れている。この流量可変バルブ８３２は、動作制御部４
から受ける動作信号により通過流量が設定される。具体
的には、流量可変バルブ８３２としては、電空比例弁や
ニードル方式の流量制御弁とその開度を調節するステッ
ピングモータとの組み合わせが好適である。

【００５７】また、図１に示すように、吸気又は呼気の
通過する経路の各部には当該通過箇所の圧力を検出する
圧力センサ９１〜９５が装備されている。第一の圧力セ
ンサ９１は吸気導入部６２のブレンダ６２１と加湿器６
２２との間に装備され、第二の圧力センサ９２はバクテ
リアフィルタ７０と排気付勢手段８０との間に装備さ
れ、第三の圧力センサ９３は三方分岐管１７０の患者側
管路１７１に装備され、第四の圧力センサ９４は吸気管
６２３におけるダイヤフラム機構５６よりも下流側であ
って三方分岐管１７０の上流となる位置に装備され、第
五の圧力センサ９５は三方分岐管１７０とバクテリアフ
ィルタ７０の間に装備されている。これらの各センサ９
１〜９５の検出信号は動作制御部４０に出力される。

【００５８】次に、動作制御部４０について、図１及び
図２に基づいて説明する。この動作制御部４０は、ＣＰ
Ｕ，ＲＯＭ，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。

【００５９】この動作制御部４０にはオペレータによる
操作入力を受け付ける入力部４０１と人工呼吸器１２の
操作状態を表示するディスプレイからなる表示部４０２
とが併設されている。

【００６０】入力部４０１からは、メインスイッチのオ
ンオフ，吸気の供給流量の選択の入力が行われる。即
ち、動作制御部４０は、ブレンダ６２１の各出力バルブ
のアクチュエータのドライバ（図示略）を有しており、
吸気の供給流量の選択が入力されると、ドライバを介し
て選択された流量に対応するバルブのみを開き、他のバ
ルブを閉じた状態で維持する。

【００６１】また、この入力部４０１から後述する第一
及び第二の規定値α，βの設定入力が行われる。さらに
また、この高頻度人工呼吸器１２は、振動空気圧を付勢
せずに患者Ｘの自発的な呼吸周期に合わせて吸気を供給
する二種類の通常の人工呼吸を行うことが可能であり
（詳細は後述）、入力部４０１から高頻度人工呼吸を行
うか二種類のいずれかの通常の人工呼吸を行うかを選択
することができる。

【００６２】さらに、動作制御部４０は、流量調節バル
ブ６０７のソレノイド６０７ｄのドライバを備えてお
り、ドライバを介してソレノイド６０７ｄを作動させて
移動弁６０７ｃを所定の距離だけ移動させる。また、動
作制御部４０では各圧力センサ９１〜９５の出力信号に
応じた検出圧力を表示部４０２で表示する。

【００６３】さらに、動作制御部４０は、第三の圧力セ
ンサ９３の検出圧力が予め設定された第一の規定値α
（例えば10[cmH₂O]）を維持するように流量調節バルブ
６０７のバルブ開度を調節する圧力維持機能４１を備え
ている。

【００６４】即ち、動作制御部４０では、第三の圧力セ
ンサ９３の検出信号をＡ／Ｄ変換し、振動空気圧Ａpnよ
りも微細なサンプリング間隔で得られた一定期間の複数
検出圧力を平均化し、この平均化された圧力値が第一の
規定値αを越える場合には、アクチュエータ６０７ｄを
駆動して移動弁６０７ｃを第一の排出管６０４の末端部
から徐々に遠ざける動作制御を行う。また、検出圧力値
が第一の規定値αを下回る場合には、移動弁６０７ｃを
第一の排出管６０４の末端部に徐々に近づける動作制御
を行う。これにより、第三の圧力センサ９３の配設位置
における吸気又は呼気の圧力を第一の規定値αに維持さ
れる。

【００６５】また、動作制御部４０は、第三の圧力セン
サ９３の検出圧力の平均値が予め設定された第二の規定
値β（β＞α，例えば15[cmH₂O]）以上となると、排気
付勢手段８０のブロワ８３１の駆動を開始し、流量調節
バルブ６０７のソレノイド６０７ｄを駆動して当該流量
調節バルブ６０７を閉じる排気切り替え機能４２を備え
ている。

【００６６】即ち、吸気の設定流量が高い場合には流量
調節バルブ６０７を最大開度（移動弁６０７ｃを第一の
排出管６０４から最も遠ざけた状態）としても検出圧力
を第一の規定値αに維持することができず、この場合に
検出圧力は第二の規定値βまで上昇する。そして、第二
の規定値βを超えた時点で、それまでは停止していたブ
ロワ８３１を駆動し、呼気を積極的に第一の排出管６０
４から分岐配管８１を介して第二の排出管８２に導き、
当該第二の排出管８２の末端から大気中に排出する。同
時に、流量調節バルブ６０７のアクチュエータ６０７ｄ
を駆動して移動弁６０７ｃが第一の排出管６０４を塞ぐ
まで移動させる。

【００６７】またさらに、この動作制御部４０は、第三
の圧力センサ９３の検出圧力に対応する出力で排気付勢
手段８０を駆動させる第一の出力調整機能４３をも備え
ている。

【００６８】即ち、動作制御部４０は、排気付勢手段８
０の流量可変バルブ８３の図示しないドライバを備えて
おり、第三の圧力センサ９３による検出圧力値が第一の
規定値（前述と同様）を越える場合には、流量可変バル
ブ８３の開度を徐々に開く動作制御を行う。また、検出
圧力値が第一の規定値を下回る場合には、流量可変バル
ブ８３の開度を徐々に小さくする動作制御を行う。これ
により、第三の圧力センサ９３の配設位置における吸気
又は呼気の圧力を第一の規定値に維持される。

【００６９】上記構成からなる高頻度人工呼吸器１２の
動作を図１乃至図３に基づいて説明する。図３は、オペ
レータの操作を含む高頻度人工呼吸器１２の動作を示す
流れ図である。

【００７０】まず、入力部４０１でメインスイッチがオ
ンにされ、高頻度人工呼吸モードを選択する（ステップ
Ｓ１）。そして、吸気流量，第一・第二の規定値の設定
が入力されると、吸気導入部６２から設定された流量で
吸気の供給が開始され、同時にブロワ５２及びロータリ
ーバルブ機構５４が作動を開始し吸気に対して振動空気
圧Ａpnが付勢される。そして、患者Ｘに高頻度人工呼吸
が行われ、患者Ｘから生じた呼気が末端吸気管６０５を
介して第一の排出管６０４に送られる。この時点では排
気付勢手段８０はまだ作動しておらず、呼気は第一の排
出管６０４の末端と第二の排出管８２の末端の双方から
大気中に排出される（ステップＳ２）。

【００７１】吸気及び呼気の通過経路の各部に設置され
た各圧力センサ９１〜９５からはその検出信号が動作制
御部４０に出力され、当該動作制御部４０では、各検出
信号に基づいて検出圧力を算出し、表示部４０２に出力
する。また、第三の圧力センサ９３に基づく検出圧力ｐ
が第一の規定値αとなっているかが判定される（ステッ
プＳ３）。

【００７２】検出圧力ｐがαであれば、メインスイッチ
が切られるまで、αを維持しているかが継続して見張り
続けられる（ステップＳ４）。

【００７３】検出圧力ｐが第一の規定値αから外れてい
る場合には、圧力維持機能４１により動作制御部４０
は、流量調節バルブ６０７の開度を調節する。即ち、ｐ
＞αであれば流量調節バルブ６０７の開度が大きくさ
れ、ｐ＜αであれば流量調節バルブ６０７の開度が小さ
くされる（ステップＳ５）。

【００７４】流量調節バルブ６０７の開度が調節される
と、再び圧力判定が行われる。即ち、第三の圧力センサ
９３の検出圧力ｐが第二の規定値βを上回っているか否
かが判定される。これは、吸気流量が予め高く設定され
た場合、或いは使用の途中から高く変更された場合に、
流量調節バルブ６０７の開度を最大としても十分な呼気
流量を確保できず、検出圧力ｐを十分に下げられない場
合がある。このような場合には、検出圧力ｐは第一の規
定値αを越え、さらに第二の規定値βをも越えてしま
う。従って、流量調節バルブ６０７の開度調節後に再び
圧力判定を行い、流量調節バルブ６０７の開度調節だけ
で圧力調節がまかなわれているかが判定される（ステッ
プＳ６）。

【００７５】これにより、検出圧力ｐの上昇を生じてい
ないと判定されると、ステップＳ３に戻り、検出圧力ｐ
がαを維持しているかが継続的に見張られる。

【００７６】また、検出圧力ｐが第二の規定値βを越え
ている場合には、排気切り替え機能４２により、流量調
節バルブ６０７の圧力調節ではまかないきれないと判断
され、排気付勢手段８０により積極的に呼気の排出が開
始される。即ち、排気付勢手段８０のブロワ８３１の駆
動が開始され、第二の排出管８２内に空気流が形成され
ることにより、第一の排出管６０４内の呼気が分岐配管
８１を介して第二の排出管８２側に導かれて能動的に大
気中に排出される。また、このとき、流量調節バルブ６
０７では、移動弁６０７ｃを移動させて第一の排出管６
０４の末端を塞いでしまう（ステップＳ７）。

【００７７】排気付勢手段８０の駆動が開始されると、
再び圧力判定が行われる。第三の圧力センサ９３の検出
圧力ｐが第一の規定値αを維持しているかが判定される
（ステップＳ８）。

【００７８】検出圧力ｐがαであれば、メインスイッチ
が切られるまで、αを維持しているかが継続して見張り
続けられる（ステップＳ９）。

【００７９】検出圧力ｐが第一の規定値αから外れてい
る場合には、第一の出力調節機能４３により、動作制御
部４０は、流量可変バルブ８３２の開度を調節する。即
ち、ｐ＞αであれば流量可変バルブ８３２の開度が大き
くされ、ｐ＜αであれば流量可変バルブ８３２の開度が
小さくされる（ステップＳ１０）。

【００８０】その後、第三の圧力センサ９３による検出
圧力ｐが第一の規定値αに落ち着いた場合には、メイン
スイッチが切られるまで、かかる圧力状態が見張られる
（ステップＳ８，Ｓ９）。

【００８１】図４は、排気付勢手段８０の作動による吸
気及び呼気の圧力の変化を示す線図である。図４（Ａ）
は吸気導入部６２から導出し振動空気圧Ａpnを付勢され
た直後の吸気から第四の圧力センサ９４により検出した
圧力変化を示し、図４（Ｂ）は三方分岐管１７０の患者
側管路１７１内の吸気及び呼気に対して第三の圧力セン
サ９３により検出した排気付勢手段８０の作動前の圧力
変化を示し、図４（Ｃ）は同患者側管路１７１内の吸気
及び呼気に対して第三の圧力センサ９３により検出した
排気付勢手段８０の作動後の圧力変化を示している。

【００８２】図４（Ａ）は、吸気導入部６２の近くであ
るため、排気付勢手段８０の影響は受けにくく、その図
示は排気付勢手段８０の作動前の状態のもののみとす
る。なお、各図４（Ａ）〜（Ｃ）に示す点線による直線
は、図４（Ａ）の検出圧力の平均圧力を示す。

【００８３】この図４（Ａ）に示すようなダイヤフラム
機構５６のすぐ下流位置における振動空気圧Ａpnが患者
Ｘの口元である第三の圧力センサ９３の配設箇所でも観
測されることが望ましい。しかし、排気付勢手段８０が
作動していない状態においては、振動空気圧Ａpnの陰圧
時に流量調節バルブ６０７から大気が侵入し、図４
（Ｂ）に示すように、最低圧力が一様に上昇する。これ
に対して、図４（Ｃ）では、流量調節バルブ６０７が閉
じられて排気付勢手段８０が作動するので、当該排気付
勢手段８０を介して呼気が能動的に大気中に排出され、
大気の侵入が拒まれるので、患者Ｘの口元では、ダイヤ
フラム機構５６により振動空気圧Ａpnが付勢された直後
の状態と同様の圧力振幅が観測される。

【００８４】従って、高頻度人工呼吸器１２では、患者
Ｘの肺内の換気効率を高く維持することが分かる。

【００８５】また、上記構成からなる高頻度人工呼吸器
１２は、高頻度ではない二種類の通常の人工呼吸を行う
ことも可能である。一方の通常の人工呼吸は、高頻度人
工呼吸器１２が患者Ｘに対して所定周期で吸気供給と呼
気排出とを能動的に行う方式であり、これを通常換気モ
ードＡとする。他方の通常の人工呼吸は、高頻度人工呼
吸器１２が患者Ｘの呼吸意志に従って吸気供給のみを能
動的に行う方式であり、これを通常換気モードＢとす
る。

【００８６】図５は、通常換気モードＡに従って人工呼
吸を行う場合のオペレータの操作を含む高頻度人工呼吸
器１２の動作を示す流れ図である。この図５に従ってそ
の動作を説明する。

【００８７】まず、入力部４０１で通常換気モードＡを
選択する（ステップＳ２１）。さらに、入力部４０１
で、換気周期と一周期当たりの吸気供給流量及び供給時
間を設定する（ステップＳ２２）。

【００８８】上記入力がされると、流量調節バルブ６０
７が閉じられる（ステップＳ２３）。そして、設定され
た吸気供給流量で設定された一定時間だけ吸気の供給が
行われる（ステップＳ２４）。続いて排気付勢手段８０
が、設定周期から設定吸気供給時間を減じた時間だけ作
動して、呼気の排出が行われる（ステップＳ２５）。

【００８９】そして、上述の吸気供給と呼気排出が、入
力部４０１からメインスイッチのオフが入力されるまで
繰り返し行われる（ステップＳ２６）。

【００９０】図６は、通常換気モードＢに従って人工呼
吸を行う場合のオペレータの操作を含む高頻度人工呼吸
器１２の動作を示す流れ図である。この図６に従ってそ
の動作を説明する。

【００９１】まず、入力部４０１で通常換気モードＢを
選択する（ステップＳ３１）。さらに、入力部４０１
で、吸気供給流量と吸気開始圧力γと吸気終了圧力δ
（δ＞γ）とを設定する（ステップＳ３２）。

【００９２】上記入力がされると、流量調節バルブ６０
７が閉じられる（ステップＳ３３）。そして、患者Ｘの
自発的な吸い込み動作により口元の検出圧力ｐ（第三の
圧力センサ９３により検出された圧力）が設定された吸
気開始圧力γを下回ると（ステップＳ３４）、設定され
た供給流量で吸気が供給される（ステップＳ３５）。

【００９３】患者Ｘの自発的な吸い込み動作が終わりに
近づくと供給される吸気により口元の圧力が上昇する
（ステップＳ３６）。そして、口元の検出圧力ｐが設定
された吸気終了圧力δを越えると吸気の供給流量が低下
し、一定時間経過後供給が停止される（ステップＳ３
７）。

【００９４】そして、上述の吸気供給が、入力部４０１
からメインスイッチのオフが入力されるまで繰り返し行
われる（ステップＳ３８）。

【００９５】上述の如く、高頻度人工呼吸器１２は、高
頻度ではない通常の人工呼吸も行うことが可能である。
なお、通常換気モードＡでは、吸気供給と呼気排出とを
予め設定した周期で行っているが、これらを口元の検出
圧力の変化をトリガーとして行っても良い。

【００９６】以上のように、高頻度人工呼吸器１２で
は、排出経路内に排気付勢手段８０を設けたため、単に
排出経路の末端が大気中に開放されている場合と比較し
て能動的に呼気排出が行われ、吸気又は呼気の配管内圧
力の上昇を回避することが可能となっている。即ち、従
来は、人工呼吸器の各配管の流動抵抗により吸気の供給
流量を大きくすると患者Ｘへの供給圧力が上昇する傾向
にあったが、高頻度人工呼吸器１２では、流動抵抗があ
っても積極的に呼気排出が行われるため、吸気の供給圧
力の上昇も回避され、適度な供給圧力で人工呼吸を行う
ことが可能となった。特に、排出経路内にバクテリアフ
ィルタを装備すると流動抵抗が大きくなり、上述のよう
な圧力上昇を生じやすい傾向にあったが、かかる場合で
あっても、排気付勢手段８０は呼気を積極的に排出する
ため、適度な供給圧力で人工呼吸を行うことが可能とな
った。

【００９７】また、かかる効果に加えて、人工呼吸器内
部の圧力上昇を回避できるため、吸気又は呼気の通過経
路となる配管等の各部の寸法や形状の設計の制限が緩和
され、設計の自由度が拡大された。

【００９８】また、患者Ｘの様態変化や治療の必要に応
じて肺内の換気効率を高めるために、吸気の供給流量を
増やすことも容易に行うことが可能となり、人工呼吸に
おける種々の局面に対応することが可能な高頻度人工呼
吸器１２を提供することができる。

【００９９】さらに、排気付勢手段８０により、呼気が
排出される方向に流動を付勢されるため、振動空気圧Ａ
pnが陰圧のときに排出末端からの大気の侵入が抑制さ
れ、患者Ｘの肺内からの呼気排出を促進し、人工呼吸に
おける換気効率の向上を図ることが可能となった。

【０１００】また、排気付勢手段８０により、従来の排
気経路が開放された人工呼吸器では不可能であった人工
呼吸器管内全体の陰圧状態を実現することも可能とな
り、人工呼吸における種々の局面に対応することが可能
となった。

【０１０１】また、高頻度人工呼吸器１２では、排気切
り替え機能４２により、排気付勢手段８０の作動と同時
に流量調節バルブ６０７を閉じてしまう制御を行うた
め、より大気の侵入を効果的に防止し、さらなる換気効
率の向上を図ることが可能である。

【０１０２】さらに、高頻度人工呼吸器１２では、流量
調節バルブ６０７の上流側に排気付勢手段８０を配置し
ているため、呼気排出の際に流量調節バルブ６０７の流
動抵抗の影響を受けることがなく、従って、流れの応答
性が高く、圧力調節可能な範囲も広く確保することが可
能である。

【０１０３】さらに、この高頻度人工呼吸器１２は、呼
気の排出を行う第一の排出管６０４と第二の排出管８２
とを備えているため、これらを選択的に或いは組み合わ
せて使用することができ、排出流量の調節が広い範囲に
渡って行うことが可能である。また、排出管が二本ある
ので、一方に故障を生じても他方で対処することがで
き、装置の信頼性を向上することが可能である。

【０１０４】また、第二の排出管８２は分岐配管８１を
介して第一の排出管６０４と連結され、分岐配管８１の
末端は第二の排出管８２の絞り部８２１に接続されてい
るため、第二の排出管８２内に空気流を形成することに
より、第一の排出管６０４内の呼気を第二の排出管８２
側に導き出すことができる。かかる構造により、送風手
段８３は、排出される呼気に直接さらされることがない
ため、たとえ、バクテリアフィルタ７０を設けなくて
も、使用終了ごとに送風手段８０の消毒、洗浄を行う必
要がなく、煩雑性が解消され、装置の作業性の向上を図
ることが可能となった。

【０１０５】またさらに、高頻度人工呼吸器１２では、
第一の排出管６０４から分岐配管８１への分岐部分が無
数の小孔８１１を介して連結されている。このような小
孔は流速が速い気体に対して空気抵抗が大きいため、乱
流の度合が大きい空気振動などは逃がしにくいので、患
者Ｘの肺に対して供給される吸気の振動状態を温存し、
高頻度振動を効果的に伝達することが可能である。従っ
て、換気効率を高く維持することが可能である。また、
小孔８１１の個数を増やすことにより、実際の開口面積
は大きく確保できるので、時間当たりに排出される呼気
流量は十分確保することが可能である。さらに、小孔８
１１を通過した呼気は層流となって流れるため、空気騒
音の低減に効果がある。

【０１０６】さらに、高頻度人工呼吸器１２では、第一
の出力調整機能４３により、患者に供給される吸気圧力
に応じた出力で排気付勢手段８０が駆動するため、吸気
圧力が所定の値に自在に調節され、適切な吸気圧力を維
持して人工呼吸を行うことが可能となり、人工呼吸器の
信頼性が向上される。また、圧力維持機能４１について
も同様の効果を生ずる。

【０１０７】ここで、上記高頻度人工呼吸器１２の動作
制御部４０では、圧力維持機能４１，排気切り替え機能
４２及び第一の出力調整機能４３がいずれもが第三の圧
力センサ９３の検出圧力に基づいて各部の動作制御を行
うものであったが、これらの同様の制御を第一の圧力セ
ンサ９１と患者から排出された呼気の圧力を検出する第
二の圧力センサ９２との検出圧力の差に基づいて行って
も良い。即ち、この第一の圧力センサ９１と第二の圧力
センサ９２との検出圧力差が大きい場合には第三の圧力
センサの検出圧力も上昇しており、また、第一の圧力セ
ンサ９１と第二の圧力センサ９２との検出圧力差が小さ
い場合には第三の圧力センサ９３の検出圧力も減少して
いる。従って、これら二つの圧力センサ９１，９２の検
出圧力の差に基づいて上記各機能４１，４２，４３と同
様の動作制御を行うことにより、同様の効果を得ること
が可能である。

【０１０８】また、二つの検出圧力から流体連続の法則
によって連続した圧力勾配が得られ、これに基づいた適
切な吸気供給及び呼気排出の制御を行うことが可能であ
る。

【０１０９】なお、前述した排気付勢手段８０では、第
二の排出管８２内に形成される空気流の流量を流量可変
バルブ８３２の開度調節で変化させて呼気排出量の増減
を図っていた。しかし、流量可変バルブ８３２を排気付
勢手段８０の構成から除くと共に、ブロワ８３１の回転
数を制御するインバータを介して回転数制御により呼気
排出量の増減を図っても良い。

【０１１０】また、排気付勢手段８０のブロワ８３１に
替えて、第二の排出管８２の反対側の端部に負圧を発生
するブロワを装備する構成としても良い。

【０１１１】次に、図７に基づいて他の高頻度人工呼吸
器１２Ａについて説明する。この高頻度人工呼吸器１２
Ａは、主に、排気付勢手段８０Ａの装備箇所が前述した
高頻度人工呼吸器１２と異なり、他の構成についてはほ
ぼ同様となっている。従って、この高頻度人工呼吸器１
２Ａについて前述した高頻度人工呼吸器１２と同一の構
成については同符号を付して重複する説明は省略するも
のとする。

【０１１２】排気付勢手段８０Ａは、第一の排出管６０
４Ａの末端に設けられた流量調節バルブ６０７のさらに
下流側に装備されている。ここで、第一の排出管６０４
Ａは、前述した第一の排出管６０４とほぼ同一だが、分
岐のための小孔８１１が設けられていない。

【０１１３】排気付勢手段８０Ａは、その一端部が流量
調節バルブ６０７の呼気排出口に連通し他端部が大気中
に開放された第二の排出管８２Ａと、当該第二の排出管
８２Ａの内部にその開放端への空気流を形成する送風手
段８３とを備えている。

【０１１４】第二の排出管８２Ａは、一端部から他端部
にかけて連通した配管であり、その他端部に送風手段８
３のブロワ８３１が装備されている。ブロワ８３１は、
陰圧発生側のポートが第二の排出管８２Ａに接続されて
いる。このため、第二の排出管８２Ａの内部には一端部
から他端部に向けて空気流が形成される。

【０１１５】流量調節バルブ８３２は、ブロワ８３１の
上流側に配置されているが、下流側に配置しても良い。

【０１１６】次に、動作制御部４０Ａについて説明す
る。この動作制御部４０Ａは前述した動作制御部４０と
ほぼ同様の機能を有するが、若干のところで異なってい
る。即ち、動作制御部４０Ａは、第三の圧力センサ９３
の検出圧力が予め設定された第一の規定値α（例えば10
[cmH₂O]）を維持するように流量調節バルブ６０７のバ
ルブ開度を調節すると共に、流量可変バルブ８３２のバ
ルブ開度を最大開度に維持する圧力維持機能４１Ａを備
えている。

【０１１７】また、動作制御部４０Ａは、第三の圧力セ
ンサ９３の検出圧力の平均値が予め設定された第二の規
定値β（β＞α，例えば15[cmH₂O]）以上となると、排
気付勢手段８０Ａのブロワ８３１の駆動を開始し、流量
調節バルブ６０７のソレノイド６０７ｄを駆動して当該
流量調節バルブ６０７を最大開度とする排気切り替え機
能４２Ａを備えている。

【０１１８】またさらに、この動作制御部４０Ａは、第
三の圧力センサ９３の検出圧力が予め設定された第一の
規定値α（例えば10[cmH₂O]）を維持するように流量可
変バルブ８３２のバルブ開度を調節する第一の出力調整
機能４３Ａを備えている。

【０１１９】上記構成により、高頻度人工呼吸器１２Ａ
は、高頻度人工呼吸器１２とほぼ同様の動作が行われ、
且つ、同様の効果を得ることが可能である。

【０１２０】

【実施例】図１，図２及び図８に基づいて本願発明の実
施例を示す。この実施例では、図１に示した高頻度人工
呼吸器１２を末端吸気管６０５の患者側端部を患者Ｘが
装着するのではなく、試験用のテスト肺Ｔに接続して高
頻度人工呼吸を行い、排気付勢手段８０を用いていない
場合と用いた場合と出、その換気状態を観測した比較試
験を示すものである。図８は、その比較試験の結果を示
す線図である。

【０１２１】テスト肺Ｔは容積20[l]のプラスチックタ
ンクである。このテスト肺Ｔを高頻度人工呼吸器１２に
接続した状態で当該テスト肺Ｔの内部に200[ml/min]で
炭酸ガスを常時注入する。この状態で、口元圧力（第三
の圧力センサ９３の検出圧力）ｐを15[cmH₂O]に保ちな
がら、排気付勢手段８０を作動させた状態とさせない状
態とでそれぞれ高頻度人工呼吸を行なう。

【０１２２】排気付勢手段８０を作動させないで、吸気
流量を20[l/min]とした場合、常時注入される炭酸ガス
と高頻度人工呼吸によりテスト肺Ｔから排出される炭酸
ガスとが平衡した時のテスト肺Ｔの内部の炭酸ガス濃度
は、図８の線図の左端部に示すように15[mmHg]（分圧表
記）であった。

【０１２３】また、上記平衡状態から、炭酸ガスの注入
を止めて、全ての炭酸ガスがテスト肺より排出されるま
での時間は、図８に示すように、およそ240[s]かかっ
た。また、濃度10.5[mmHg]から6.0[mmHg]までに移行す
る際の排出速度は、約0．1[mmHg/sec]である。

【０１２４】さらに換気効率を上げるために、吸気供給
流量を30[l/min]にすると、口元圧力ｐは15[cmH₂O]を越
え、口元圧力オ一バーで高頻度人工呼吸ができなかっ
た。

【０１２５】これに対して、排気付勢手段８０を作動さ
せた場合では、吸気供給流量を30[l/min]にしても、口
元圧力ｐを15[cmH₂O]に保つことが可能である。かかる
設定流量で高頻度人工呼吸を行なうと、テスト肺Ｔ内で
炭酸ガスが平衡した濃度は10．5[mmHg]となり、前述し
た吸気供給流量20[l/min]の時より、30％程度も低減す
ることができた。これは、高頻度人工呼吸器１２で人工
呼吸を行った場合には、患者の肺内に炭酸ガスが溜まり
難いことを示唆する。

【０１２６】また、図８に示すように、平行状態から炭
酸ガスの注入を止めると150[s]で全ての炭酸ガスが排出
される。また、濃度10.5[mmHg]から6.0[mmHg]までに移
行する際の排出速度は、約0．15[mmHg/sec]と多い。炭
酸ガスの排出速度も50％近く上がり、炭酸ガスの換気効
率が良い。つまり以下の有効な点が確認された。排気付勢手段を利用すると、吸気供給流量を高く設定
することが可能である。に準じて、肺内の炭酸ガス濃度を低減することがで
きる。に準じて、肺内の炭酸ガスの排出速度を迅速化でき
る。

【０１２７】

【発明の効果】請求項１記載の本願発明では、排出経路
内に排気付勢手段を設けたため、単に排出経路の末端が
大気中に開放されている場合と比較して能動的に呼気排
出が行われ、吸気又は呼気の配管内圧力の上昇を回避す
ることが可能となっている。即ち、従来は、人工呼吸器
の各配管の流動抵抗により吸気の供給流量を大きくする
と患者への供給圧力が上昇する傾向にあったが、本願発
明では、流動抵抗があっても積極的に呼気排出が行われ
るため、吸気の供給圧力の上昇も回避され、適度な供給
圧力で人工呼吸を行うことが可能となった。特に、排出
経路内にバクテリアフィルタを装備すると流動抵抗が大
きくなり、上述のような圧力上昇を生じやすい傾向にあ
ったが、かかる場合であっても、排気付勢手段は呼気を
積極的に排出するため、適度な供給圧力で人工呼吸を行
うことが可能となった。

【０１２８】また、かかる効果に加えて、人工呼吸器内
部の圧力上昇を回避できるため、吸気又は呼気の通過経
路となる配管等の各部の寸法や形状の設計の制限が緩和
され、設計の自由度が拡大された。

【０１２９】また、患者の様態変化や治療の必要に応じ
て肺内の換気効率を高めるために、吸気の供給流量を増
やすことも容易に行うことが可能となり、人工呼吸にお
ける種々の局面に対応することが可能な高頻度人工呼吸
器を提供することができる。

【０１３０】さらに、排気付勢手段により、呼気が排出
される方向に流動を付勢されるため、振動空気圧が陰圧
のときに排出末端からの大気の侵入が抑制され、患者の
肺内からの呼気排出を促進し、人工呼吸における換気効
率の向上を図ることが可能となった。

【０１３１】また、排気付勢手段により、従来の排気経
路が開放された人工呼吸器では不可能であった人工呼吸
器管内全体の陰圧状態を実現することも可能となり、人
工呼吸における種々の局面に対応することが可能となっ
た。

【０１３２】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明と同様の効果を有すると共に、流量調節バルブの上
流側に排気付勢手段を配置しているため、呼気排出の際
に流量調節バルブの流動抵抗の影響を受けることがな
く、従って、流れの応答性が高く、圧力調節可能な範囲
も広く確保することが可能である。

【０１３３】請求項３記載の発明では、請求項２記載の
発明と同様の効果を有すると共に、呼気の排出を行う第
一の排出管と第二の排出管とを備えているため、これら
を選択的に或いは組み合わせて使用することができ、排
出流量の調節が広い範囲に渡って行うことが可能であ
る。また、排出管が二本あるので、一方に故障を生じて
も他方で対処することができ、装置の信頼性を向上する
ことが可能である。

【０１３４】また、第二の排出管は分岐配管を介して第
一の排出管と連結され、分岐配管の末端は第二の排出管
の絞り部に接続されているため、第二の排出管内に空気
流を形成することにより、第一の排出管内の呼気を第二
の排出管側に導き出すことができる。かかる構造によ
り、送風手段は、排出される呼気に直接さらされること
がないため、たとえ、バクテリアフィルタを設けなくて
も、使用終了ごとに送風手段の消毒、洗浄を行う必要性
が緩和され、煩雑性の解消により装置の作業性の向上を
図ることが可能となった。

【０１３５】請求項４記載の発明では、請求項３記載の
発明と同様の効果を有すると共に、第一の排出管から分
岐配管への分岐部分が無数の小孔を介して連結されてい
る。このような小孔は流速が速い気体に対して空気抵抗
が大きいため、乱流の度合が大きい空気振動などは逃が
しにくいので、患者の肺に対して供給される吸気の振動
状態を温存し、高頻度振動を効果的に伝達することが可
能である。従って、換気効率を高く維持することが可能
である。また、小孔の個数を増やすことにより、実際の
開口面積は大きく確保できるので、時間当たりに排出さ
れる呼気流量は十分確保することが可能である。さら
に、小孔を通過した呼気は層流となって流れるため、空
気騒音の低減に効果がある。

【０１３６】請求項５記載の発明では、請求項１，２，
３又は４記載の発明と同様の効果を有すると共に、第一
の出力調整機能により、患者に供給される吸気圧力に応
じた出力で排気付勢手段が駆動するため、吸気圧力が所
定の値に自在に調節され、適切な吸気圧力を維持して人
工呼吸を行うことが可能となり、人工呼吸器の信頼性が
向上される。

【０１３７】請求項６記載の発明では、請求項１，２，
３又は４記載の発明と同様の効果を有すると共に、第二
の出力調整機能により、吸気側圧力と呼気側圧力との圧
力勾配に応じた出力で排気付勢手段が駆動するため、吸
気圧力が所定の値に自在に調節され、適切な吸気圧力を
維持して人工呼吸を行うことが可能となり、人工呼吸器
の信頼性が向上される。また、二つの検出圧力から流体
連続の法則によって連続した圧力勾配が得られ、これに
基づいた適切な呼気排出の制御を行うことが可能であ
る。

【０１３８】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の実施形態の要部を拡大し一部を切り欠い
た説明図である。

【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４は排気付勢手段の作動による吸気及び呼気
の圧力の変化を示す線図であり、図４（Ａ）は吸気導入
部から導出し振動空気圧を付勢された直後の吸気から第
四の圧力センサにより検出した圧力変化を示し、図４
（Ｂ）は三方分岐管の患者側管路内の吸気及び呼気に対
して第三の圧力センサにより検出した排気付勢手段の作
動前の圧力変化を示し、図４（Ｃ）は同患者側管路内の
吸気及び呼気に対して第三の圧力センサにより検出した
排気付勢手段の作動後の圧力変化を示している。

【図５】通常換気モードＡの動作を示すフローチャート
である。

【図６】通常換気モードＢの動作を示すフローチャート
である。

【図７】本発明の他の実施形態を示す概略構成図であ
る。

【図８】排気付勢手段の使用の有無による比較試験の結
果を表す線図である。

【図９】従来例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１２，１２Ａ高頻度人工呼吸器４０，４０Ａ動作制御部４３，４３Ａ第一の出力調整機能８０，８０Ａ排気付勢手段８１分岐配管８１１小孔８２，８２Ａ第二の排出管８２１絞り部８３送風手段６０４，６０４Ａ第一の排出管６０７流量調節バルブＸ患者

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】患者に供給する酸素を含んだ吸気に，患
者の呼吸周期よりも高い周期の振動空気圧を付勢して酸
素吸入と呼気排出とを行う高頻度振動換気法を採る高頻
度人工呼吸器において、前記患者から出された呼気を大気中に排出する排出経路
内に、前記呼気が大気中に排出される方向に向かって当
該呼気を能動的に流動させる排気付勢手段を装備したこ
とを特徴とする高頻度人工呼吸器。
【請求項２】前記排出経路は、その排出端部が大気中
に開放された第一の排出管とこの第一の排出管に設けら
れ前記呼気の通過流量を自在に調節する流量調節バルブ
とを備え、前記排気付勢手段を、前記第一の排出管の途中であっ
て，前記流量調節バルブの呼気排出方向上流側に配置し
た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】前記排気付勢手段は、前記流量調節バル
ブの呼気排出方向上流側であって前記第一の排出管の途
中から分岐する分岐配管と、その一端部が大気中に開放
されその内部に前記開放端への空気流が形成される第二
の排出管と、その空気流を形成する送風手段とを備え、前記第二の排出管は、その途中に一部内径が小さく設定
された絞り部を有し、前記分岐配管の下流側端部を、前記第二の排出管の絞り
部に合流させた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】前記第一の排出管から前記分岐配管への
分岐部分が無数の小孔を介して連通することを特徴とす
る請求項３記載の高頻度人工呼吸器。
【請求項５】前記吸気又は呼気の圧力を検出する圧力
センサと、前記排気付勢手段による出力調節を自在に制
御する動作制御部とを備え、この動作制御部が、前記圧力センサの検出圧力に対応す
る出力で前記排気付勢手段を駆動させる第一の出力調整
機能を備え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】前記患者への供給前の吸気圧力を検出す
る第一の圧力センサと、前記患者から排出された呼気の
圧力を検出する第二の圧力センサと、前記排気付勢手段
による出力調節を自在に制御する動作制御部とを備え、この動作制御部が、前記各圧力センサの検出圧力の差に
対応する出力で前記排気付勢手段を駆動させる第二の出
力調整機能を備え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。