JP2001187144A - 高頻度振動患者人工呼吸器システム - Google Patents

高頻度振動患者人工呼吸器システム

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JP2001187144A
JP2001187144A JP2000368433A JP2000368433A JP2001187144A JP 2001187144 A JP2001187144 A JP 2001187144A JP 2000368433 A JP2000368433 A JP 2000368433A JP 2000368433 A JP2000368433 A JP 2000368433A JP 2001187144 A JP2001187144 A JP 2001187144A
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pressure
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Johan Bennarsten
ベナールステン ヨハン
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Siemens Elema AB
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高頻度振動換気中に検出される自発呼吸努力
の補助された支持を提供することができる患者人工呼吸
器システムを提供する。 【解決手段】 人工呼吸器システムがさらに、高頻度振
動装置人工呼吸器１，４，５，６の動作中に、ガス圧又
はガス流量の一方又は両方を監視し、誘発された高頻度
振動から引き出されない、ガス圧又はガス流量の変化を
検出し、自発呼吸努力を示す検出された変化に応じてト
リガ信号１３を出力する検出装置１４，１５，１６を有
しており、前記ガス供給部７が、トリガ信号１３の受取
りに基づき動作可能であり、呼吸ガスを、患者回路２，
３へ、自発呼吸努力を補助するためのレベルで供給する
ようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高頻度振動式（Ｈ
ＦＯ）患者人工呼吸器システム、特に、自発呼吸努力の
アシストされた換気支持を提供することができるＨＦＯ
システムと、ＨＦＯ換気中の自発呼吸努力を検出するこ
とができる監視装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＨＦＯ人工呼吸器は、呼吸ガスを患者の
気道に患者回路を介して毎分約１５０呼吸以上の頻度
で、自発呼吸時に必要とされるよりも著しく少ない一回
換気量で、一般的に解剖学的死腔容積以下で供給する。
これは、通常自発呼吸時の値に近い頻度及び一回換気量
で呼吸ガスを患者回路に供給する慣用の機械的人工呼吸
器とは著しく対照的である。
【０００３】ＨＦＯ人工呼吸器はよく知られており、通
常振動装置を有しており、この振動装置は、患者回路の
ガス管の一端に、ガスが通流するように接続可能であ
る。回路は、患者の気道に接続するために、気管内チュ
ーブ等の反対側の端部において終わっている。次いで、
振動装置は回路内のガスの柱（column）を振動させるよ
うに駆動させられ、これにより、活発にガスを患者の気
道に供給しかつ気道から抜き出す。ＨＦＯ人工呼吸器
は、一定の連続したいわゆるバイアス流れを患者に提供
するためのガス供給部をも有している。このバイアス流
れは、振動する経路と交差している。また、バイアス流
れは、ＨＦＯ人工呼吸器によって生ぜしめられる高頻度
振動が生じる、均一な正の気道圧力を維持する（バイア
スする）ために及び吐き出されたガスを回路から押し流
すために働く。ガスは、低域フィルタとして設計された
呼気分岐部を介して回路から流出する。このようなシス
テムのバイアス供給は、通常、患者が自発呼吸を試みる
場合、十分なガスを患者に供給するには不十分である。
【０００４】この問題を減じる１つの公知の患者人工呼
吸器システムが米国特許第５１６５３９８号に開示され
ている。システムは、ＨＦＯ人工呼吸器と慣用の機械的
人工呼吸器とを有しており、これらのＨＦＯ人工呼吸器
と慣用の機械的人工呼吸器とは、患者呼吸回路に接続さ
れており、１つの動作モードにおいて、ＨＦＯ人工呼吸
器からの高頻度振動が重ね合わされた、慣用の、低頻度
で、大きな一回換気量の、周期づけられた機械的人工呼
吸器供給を提供するために協働可能である。別の動作モ
ードにおいては、このシステムは、慣用の機械的人工呼
吸器が、一定の圧力維持するためのレベルで連続的なバ
イアス流れを提供しながら、ＨＦＯ人工呼吸器として作
用することができる。機械的な圧力レギュレータが、患
者側端部近傍で患者回路に設けられており、この圧力レ
ギュレータは、患者が自発的に呼吸しようとするとき
に、この連続的なバイアス流れを増大し、圧力を維持す
るために働く。これにより、補助されない自発呼吸支持
動作モードが提供される。
【０００５】
【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、高頻度振動換気中に検出される自発呼吸努力の
補助された支持を提供することができる患者人工呼吸器
システムを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の側面によ
れば、高頻度振動換気中に検出される自発呼吸努力の補
助された支持を提供することができる患者人工呼吸器シ
ステムが提供される。これにより、人工呼吸器によって
生ぜしめられる高頻度振動とは無関係な、ＨＦＯ人工呼
吸器の動作中におけるガス圧及びガス流量の一方又は両
方における変化、を監視することによって、自発呼吸努
力を検出することができ、ガス供給部、有利には慣用の
機械的人工呼吸器は、検出された自発呼吸努力を補助す
るためのレベルにおいて呼吸ガスを供給するように動作
させられることができる。
【０００７】本発明の第２の側面によれば、ＨＦＯ人工
呼吸器によって生ぜしめられる高頻度振動とは無関係
な、ＨＦＯ人工呼吸器の動作中におけるガス圧及びガス
流量の一方又は両方における変化を監視するように、ま
た、自発呼吸努力、漏れ及び又は過剰膨張（hyperinfla
tion）のうちの１つ又は２つ以上を指示するために、監
視された変化に基づき出力信号を提供する検出装置が提
供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の典型的な実施例を以下に
図面につきさらに詳細に説明する。
【０００９】図１に示したように、振動装置ユニット１
が患者回路２に接続されており、患者回路２は、反対側
の端部において気管内チューブ３において終わってい
る。ピストン４は、２方向モータ５によって振動装置ユ
ニット１内で往復移動可能である。２方向モータ５は、
信号発生器６から出力される可変周波数、可変周期、振
幅波駆動パルス列（通常方形波又は正弦波）に応答して
駆動される。信号発生器６は、通常、約３Ｈｚ以上の可
変周波数で、連続的な方形波又は正弦波としてのパルス
列を２方向モータ５に提供することができ、この２方向
モータは次いでその周波数でピストン４を往復動させ
る。信号発生器６には、パルス列の振幅を変化させかつ
パルス列の正及び負の進行周期（going period）の継続
時間を変化させるための制御装置が設けられている。前
記振幅自体は、ピストン４の行程長さを変化させる。前
記正及び負の進行周期の継続時間は、吸気と呼気との比
に一致する。
【００１０】このように駆動されるピストン４は、駆動
パルス列のそれぞれのサイクルの間に、気管内チューブ
３を介して回路２に接続された患者の静的気道圧力に対
して、回路２内において呼吸ガスの正圧及び負圧を交互
に生ぜしめる。これにより、呼吸ガスは、信号発生器６
からの出力によって決定される高頻度で、患者の気道に
導入されたり気道から排出されたりする。回路２内の振
動するガスの柱を横切り、弁９及び低域フィルタ１０と
を通って流出するように、導管８を通じて連続的なバイ
アス流れを供給するために、呼吸ガス供給部７も設けら
れている。バイアス流れの流量と弁９の開度との一方又
は両方を制御することによって、静的な気道圧力は、大
気よりも高い適切なレベルに維持することができる。低
域フィルタ１０は、ピストン４の運動により誘起される
高頻度振動を有するシステムから呼吸ガスが逃げ出すこ
とを防止するように設計されている。信号発生器６によ
って設定された高頻度で抜き出されたガスは、代わり
に、排出ポート１１を通って回路１から排出され、大気
へ流出するか（図１に示した）当該技術分野において知
られた形式で後で廃棄又は再循環されるために戻され
る。当業者が分かるように、上に説明した部材は、当該
技術分野において一般的に知られたタイプの高頻度振動
（ＨＦＯ）人工呼吸器の例を提供するために協働し、ピ
ストン振動装置配列１，４，５は、ニューマチック式振
動装置又は電磁振動装置等の、ＨＦＯ人工呼吸器の患者
回路２，３内に振動を誘起するための別の公知の手段
（例えばラウドスピーカ）と交換されてもよい。
【００１１】ガス供給部７は、ＨＦＯ人工呼吸器のため
のバイアス流れをも提供しながら、自発呼吸時に必要と
されるのとほぼ同じ量で、かつ、患者の肺に著しい膨張
を生ぜしめるための圧力で、呼吸ガスを導管１２を介し
て患者回路２に供給するために、慣用の機械的人工呼吸
器としても働く。バイアス供給と慣用の機械的な換気と
の間でのガス供給部７の切換は、後で説明するように、
弁９及び信号発生器６の動作と同様に、分析器１４から
のトリガ信号１３によって制御される。分析器１４は、
流量センサ１５及び圧力センサ１６からの出力信号を受
け取るように作用的に接続されている。圧力センサ１６
は、自発呼吸努力によって誘起される小さな圧力変化を
よりよく測定することができるように、ここでは図示し
たように気管内チューブ３の開放端部に取り付けられて
いるが、使用時にはできるだけ患者の気道の近くに配置
されていると有利である。人工呼吸器システム１９の異
常動作条件が分析器１４によって検出された場合に分析
器１４から信号１８を受け取り、この信号に応じて、知
覚可能な警告信号を提供するために、選択的なアラーム
ユニット１７も接続されていてよい。
【００１２】使用時には、上に説明した患者人工呼吸器
システム１９は、ＨＦＯ人工呼吸器として怠慢によって
（by default）動作し、ＨＦＯ人工呼吸器の出力は、信
号発生器６からの駆動パルス列によって制御される。患
者による自発呼吸努力が検出装置（分析器１４及びガス
センサ１５，１６）によって検出されると、分析器１４
はトリガ信号１３を提供し、このトリガ信号は、弁９を
閉鎖し、回路２におけるガスから高頻度信号を低減又は
除去するように信号発生器６からの出力を変化させ、ガ
ス供給部７の運転モードを、慣用の機械的な人工呼吸器
の１つに切り換える。このモードでは、時間、圧力又は
容積が制御された呼吸ガスの供給を提供し、これによ
り、患者の検出された自発呼吸努力を補助する。このよ
うな患者の呼吸努力を支持する場合におけるパラメトリ
ック供給制御は、慣用の機械的換気の技術においてよく
知られており、例えば米国特許第５９３７８５３号明細
書に説明されており、この明細書の内容は引用により本
願に含まれる。前記米国特許に説明されたガス供給部７
は、ガス供給ユニットと、調節ユニットとを有してお
り、この調節ユニットは、予め規定されたパラメータ値
に従ってガスを患者に供給するように、ガス供給ユニッ
トを制御するために配置されている。センサが人工呼吸
器ガス導管内に配置されており、これらのセンサは、患
者の呼吸努力を検出し、調節ユニットを制御して、圧力
又は容量支持を、患者の呼吸努力に、所定の全容積又は
圧力レベルにまで供給するようにガス供給を適応させ、
このような人工呼吸器は、検出された呼吸努力に応答し
て、圧支持換気、容積支持換気、又は容積支持換気−容
積調節換気のうちの１つを提供することができる。
【００１３】ガス供給部７は、慣用の機械的人工呼吸器
として動作し続け、これにより、上に説明した補助モー
ドのうちの１つを所定の時間だけ提供し、この後、導管
８を介したバイアス流れの供給に復帰する。時間は、例
えばガス供給部７内又は分析器１４において設定されて
よい。分析器１４において設定される場合、信号は分析
器１４からガス供給部７、弁９及び信号発生器６へ送ら
れ、これにより、これらの部材６，７，９のＨＦＯ人工
呼吸器機能を回復させる。択一的に、これらの部材６，
７，９は、トリガ信号１３が存在する限り慣用の機械的
換気を提供するように人工呼吸器システム１９を操作す
るように構成されていてよく、これにより、後者の場
合、所定の時間の後の分析器１４によるトリガ信号１３
の除去は、人工呼吸器システム１９を、ＨＦＯ人工呼吸
器としての、怠慢動作（default operation）に戻す。
所定の時間は、それを用いて自発呼吸努力がＨＦＯ換気
の間に検出される周波数に従って変化させられてよく、
分析器１４は、さらに、自発呼吸努力の周波数が、人工
呼吸器システム１９の医用使用目的に応じて設定された
しきい値よりも増加した場合、ガス供給部７の動作モー
ドを、慣用の機械的人工呼吸器の動作モードに永久に切
り換えるようになっていてよい。
【００１４】本発明による検出装置の例が図１に示され
ており、ここでは別個の流量計１５と、圧力センサ１６
と（これらは両方の測定機能を提供する１つのガスセン
サとして提供されてもよい）、分析器１４とを有してお
り、この分析器１４は、適切にプログラムされたマイク
ロプロセッサを有しており、このマイクロプロセッサ
は、以下に説明する圧力及び／又は流量信号分析を行
い、これにより、人工呼吸器１９の異常動作条件を検出
する。
【００１５】平均周期的圧力これはここでは、高頻度振
動換気の間に生ぜしめられる高頻度振動の１サイクルの
間の、患者の気道の近傍における平均圧力として規定さ
れる。
【００１６】患者が息を吸おうとすると（自発呼吸努
力）、平均周期圧力が減少する。分析器１４は、ＨＦＯ
人工呼吸器の動作の間にセンサ１６によって検出された
圧力を監視し、平均周期圧力を計算することによって自
発呼吸努力を検出することができる。。次いで、分析器
１４は、計算された平均周期的圧力を分析するために働
き、これにより、計算された値が予定された値よりもい
つ低下するかを決定し、検出された自発呼吸努力を示す
トリガ信号１３を出力する。
【００１７】しかしながら、人工呼吸器システム１９内
でのガス漏れが、圧力センサ１６によって測定された圧
力減少と、分析器１４による自発呼吸努力の誤った検出
とをも生ぜしめる。誤った検出の発生率を低減するため
に、分析器１４は、計算された平均周期圧力の時間傾向
分析をも行う。すなわち、多数の高頻度振動サイクルの
間におけるトリガレベルからの計算値の逸脱が増大して
いるかどうかを決定するために平均周期的圧力を分析す
るためである。逸脱が増大している場合には、これは圧
力が減少し続けていることを示し、自発呼吸努力である
可能性が漏れよりも高い。逆に、圧力減少の原因が漏れ
である可能性が高いと決定された場合には、分析器は出
力信号１８をアラーム１７に送る。
【００１８】平均周期的流量これは、ここでは、高頻度
振動換気の間に生ぜしめられる１つの高頻度振動サイク
ルの間の平均流量として規定される。
【００１９】平均周期的流量は、信号発生器６から出力
される波形によって設定される呼気に対する吸気の比に
依存し、１：１の比の場合には平均周期的流量の値は零
になる。自発呼吸努力は、患者に向かっての増大した流
れによって特徴づけられる。したがって、分析器１４
は、ＨＦＯ人工呼吸器の動作の間にセンサ１６によって
検出される圧力を監視し、平均周期的流量を計算する。
次いで分析器１４はさあらに、計算された平均周期的流
量を分析し、計算された値がいつしきい値（例えば零）
を越えたかを決定し、検出された自発呼吸努力を示すト
リガ信号１３を出力する。
【００２０】しかしながら、患者に向かう増大した流量
は、漏れ又は過剰膨張をも示し、分析器１４による自発
呼吸努力の誤った検出につながるおそれがある。圧力増
大は過剰膨張に関連しているので、分析器１４を、圧力
センサ１６によって検出された圧力をも監視しかつこの
圧力から平均周期的圧力を計算するように構成すること
によって、過剰膨張による誤検出を減じることができ
る。次いで、分析器１４は、平均周期的流量が増大して
おりかつ平均周期的圧力が増大していないならば、自発
呼吸努力の検出を示すトリガ信号１３を提供し、また、
流量の増大に圧力の増大が伴うならば、過剰膨張の存在
を示すたｍにアラーム信号１８を提供する。
【００２１】自発呼吸努力の誤った検出の発生率をさら
に減じるために、計算された平均周期的圧力の時間傾向
分析が、漏れが生じているかどうかを決定するために行
われてよく、トリガ信号１３又はアラーム信号１８が、
前記のように時間分析に基づいて提供される。
【００２２】択一的に、計算された平均周期的流量の時
間傾向分析は、計算された値が多数の周期の間安定して
いるかどうかを決定するために、分析器１４によって行
われてよい。トリガ信号１３は、トリガ値を超えた平均
周期的流量と、平均流量の継続的な増大の存在とに依存
して分析器によって出力され、さもなければアラーム信
号１８が提供される。
【００２３】一回換気量 高頻度振動換気中に振動サイクルの吸気相（吸気一回換
気量）及び呼気相（呼気一回換気量）の間に振動ピスト
ン４によって提供される呼吸ガスの総量（一回換気量）
は、分析器１４において分析されることができ、この分
析に基づき自発呼吸努力の検出が行われる。信号発生器
６から出力される駆動パルス列の正及び負の継続時間が
分かっていることにより、分析器１４は、予想される吸
気一回換気量と呼気一回換気量とを計算することができ
る。自発呼吸努力の場合、吸気一回換気量が増大し、呼
気一回換気量は一定のままであり、漏れが生じている場
合には、吸気一回換気量はほぼ一定のままであり、呼気
一回換気量は減少する。分析器１４を両一回換気量を監
視するように形成することにより、分析器は、自発呼吸
努力を検出し、自発呼吸努力を漏れから区別することが
できる。
【００２４】上に説明した分析のうち１つ又は２つ以上
を提供するために必要な分析器１４の全ての構成におい
て、駆動パルス列の周波数並びに正及び負の継続時間に
関する情報、ひいては、回路２内のガスの振動周波数及
び吸気と呼気との比は、コンピュータキーボード又は専
用のキーパッド等の関連した入力装置（図示せず）を使
用して分析器１４に手入力されるか、適切な信号発生器
６から直接に分析器１４へ送られてよい。
【００２５】検出装置をどのように動作させるかに応じ
て、ガス流量計１５又は圧力センサ１６のいずれかを本
発明の検出装置から省略することができる。また、本発
明の検出装置は、自発呼吸努力のための監視に加えて、
又は自発呼吸努力のための監視の代わりとして、公知の
ＨＦＯ人工呼吸器の動作中における漏れ及び／又は過剰
膨張を監視するために使用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】患者回路に接続された、本発明による患者人工
呼吸器システムを概略的に示す図である。
【符号の説明】
１ 振動装置ユニット、 ２ 回路、 ３ 気管内チュ
ーブ、 ４ ピストン、 ５ ２方向モータ、 ６ 信
号発生器、 ７ ガス供給部、 ８ 導管、９ 弁、
１０ 低域フィルタ、 １１ 排出ポート、 １２ 導
管、 １３トリガ信号、 １４ 分析器、 １５ 流量
計、 １６ 圧力センサ、 １７アラームユニット、
１８ アラーム信号、 １９ 人工呼吸器システム

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 患者人工呼吸器システム（１９）におい
    て、 患者回路（２，３）に接続可能でかつ該患者回路（２，
    ３）内のガス内に所定の高頻度で振動を誘起するために
    動作可能な高頻度振動人工呼吸器と、 患者回路（２，３）に呼吸ガスを供給するために該患者
    回路に接続可能なガス供給部（７）とが設けられている
    形式のものにおいて、 人工呼吸器システムがさらに、高頻度振動装置人工呼吸
    器（１，４，５，６）の動作中に、ガス圧又はガス流量
    の一方又は両方を監視し、誘発された高頻度振動から生
    じたのではないガス圧又はガス流量の変化を検出し、自
    発呼吸努力を示す検出された変化に応じてトリガ信号
    （１３）を出力する検出装置（１４，１５，１６）を有
    しており、 前記ガス供給部（７）が、トリガ信号（１３）の受取り
    に基づき、呼吸ガスを患者回路（２，３）へ、自発呼吸
    努力を補助するためのレベルで供給するように動作可能
    であることを特徴とする、患者人工呼吸器システム。
  2. 【請求項２】 前記検出装置が、 ガス圧（１６）又はガス流量（１５）の一方又は両方を
    検出するガスセンサ（１５，１６）と、 分析器（１４）とを有しており、該分析器（１４）が、
    対応して検出された圧力又は流量の一方又は両方を示
    す、ガスセンサ（１５，１６）からの出力を受取り、該
    出力から、平均周期的圧力及び／又は流量の対応する値
    を計算し、関連した所定の値からの、計算された平均周
    期的圧力及び／又は流量値の一方又は両方の逸脱に応じ
    て、トリガ信号（１３）を出力するようになっている、
    請求項１記載の患者人工呼吸器システム。
  3. 【請求項３】 前記ガスセンサが、圧力センサ（１６）
    を含んでおり、前記分析器（１４）がさらに、所定の高
    頻度の複数の周期の間における所定のレベルからの平均
    周期的圧力の逸脱の変化を計算し、計算された変化に依
    存したトリガ信号（１３）をも出力するようになってい
    る、請求項２記載の患者人工呼吸器システム。
  4. 【請求項４】 前記分析器（１４）が、呼気一回換気量
    に対する吸気一回換気量の比を計算し、該比に基づいて
    もトリガ信号（１３）を出力するようになっている、請
    求項２又は３記載の患者人工呼吸器システム。
  5. 【請求項５】 高頻度振動人工呼吸器（１，４，５，
    ６）が、トリガ信号（１３）を受け取ったときに高頻度
    振動の誘発を防止するように動作可能である、請求項１
    から４までのいずれか１項記載の患者人工呼吸器システ
    ム。
  6. 【請求項６】 検出装置（１４，１５，１６）におい
    て、 該検出装置が、高頻度振動人工呼吸器（１，４，５，
    ６）と動作可能であり、 さらに前記検出装置が、ガス圧（１６）又はガス流量
    （１５）のうちの一方又は両方を検出するガスセンサ
    （１５，１６）と、分析器（１４）とを有しており、該
    分析器が、ガスセンサ（１５，１６）に作用的に接続可
    能であり、これにより、検出されたガス圧又はガス流量
    の一方又は両方を示すガスセンサからの出力を受け取る
    ようになっており、さらに前記分析器が、人工呼吸器に
    よって所定の高頻度で発生させられた振動から生じたの
    ではないガス圧及びガス流量の変化を検出するために出
    力を分析し、検出された変化に基づき出力信号（１３，
    １８）を提供するようになっていることを特徴とする、
    検出装置。
  7. 【請求項７】 分析器（１４）が、受け取られた出力か
    ら平均周期的ガス圧又は平均周期的ガス流量の一方又は
    両方のための値を決定し、関連した所定の値からの決定
    された値の逸脱に応じて出力信号（１３，１８）を提供
    するようになっている、請求項６記載の検出装置。
  8. 【請求項８】 前記分析器（１４）が、所定の高頻度の
    複数の周期の間における、平均周期的ガス圧又はガス流
    量の一方又は両方の逸脱の変化を決定し、決定された変
    化に応じて出力信号（１３，１８）を提供するようにな
    っている、請求項７記載の検出装置。
  9. 【請求項９】 前記分析器（１４）が、少なくとも患者
    の自発呼吸努力の検出を示すコンポーネントを有する出
    力信号（１３）を提供するようになっている、請求項６
    から８までのいずれか１項記載の検出装置。
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