JP2001346880A

JP2001346880A - 高頻度人工呼吸器及びその動作制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体

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Publication number: JP2001346880A
Application number: JP2000171132A
Authority: JP
Inventors: Yasuhito Sugiura; 康仁杉浦; Takashi Noda; 隆士野田
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2000-06-07
Filing date: 2000-06-07
Publication date: 2001-12-18
Anticipated expiration: 2020-06-07
Also published as: JP3767329B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低周波数における迅速な平均気道内圧の算出
を課題とする。【解決手段】吸気供給用の吸気導入部６２と、吸気を患
者へ案内する患者側経路６０と、吸気に振動空気圧を付
勢する振動空気圧付勢部５０と、呼気の排出経路６０４
と、平均気道内圧を調節する内圧調節部６０７と、吸気
圧力検出用の圧力センサ９３と、圧力センサ９３の出力
に基づいて内圧調節部６０７の動作制御を行うコントロ
ーラ４０とを備え、このコントローラ４０は、圧力セン
サ９３の出力から順次検出圧力を抽出するサンプリング
部８０と、抽出検出圧力P(1),P(2),P(3)を記憶し順次更
新するメモリと、P(1),P(2),P(3)の変化パターンに応じ
た平均気道内圧Phを算出する演算部８３と、算出平均気
道内圧PhをP(3)としてメモリ８１に書き込む更新部８２
とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高頻度人工呼吸器
及びその動作制御プログラムを記録したコンピュータ読
み取り可能な記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の高頻度人工呼吸器２００を図１７
示す。この高頻度人工呼吸器２００は、患者Ｘへの酸素
を含んだ吸気を供給する吸気導入部６２と、この吸気導
入部６２から吸気を患者Ｘへ案内する患者側経路６０
と、この患者側経路６０を流れる吸気に患者Ｘの呼吸周
期よりも短い周期の振動空気圧を付勢する振動空気圧付
勢部５０と、患者Ｘから出された二酸化炭素を含んだ呼
気を大気中に排出する排出経路（排出管６０４）と、患
者側経路６０から排出管６０４にかけての平均気道内圧
を調節する内圧調節部としての流量調節バルブ６０７
と、人工呼吸器２００の各部の動作制御を行うコントロ
ーラ２０１を備えている。

【０００３】この高頻度人工呼吸器２００の酸素供給原
理を説明する。まず、患者Ｘに供給される吸気に高頻度
振動空気圧が付勢されると、当該吸気の圧力振幅によ
り、患者Ｘ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。即ち、吸気の振動による拡散運動の効果で、肺
内に吸気が侵入すると共に肺内の呼気が肺の外（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】かかる従来の高頻度人工呼吸器２００で
は、医者が患者（人工呼吸が行われる対象者）の様態に
合わせて任意に選んだ高頻度振動空気圧の振動周波数
（一般に3〜15[Hz]、以下、この振動周波数を換気周波
数と記載する）に設定し、平均気道内圧を5〜15[cmH₂O]
（490〜1470[Pa]）の範囲に設定して、人工呼吸を行
う。

【０００５】換気周波数は、初期の段階では患者Ｘの体
重に応じて決定する。即ち、患者Ｘの体と吸気の振動を
共振させて吸気の拡散効果を高め、肺内の換気を効率良
く行い得る周波数に設定される。一般には、人工呼吸の
対象が新生児の場合には換気周波数は13〜15[Hz]程度に
設定され、小人から成人は3〜10[Hz]程度に設定され
る。

【０００６】さらに、高頻度人工呼吸は、上記換気周波
数で吸気を振動させつつ吸気の平均気道内圧を医者が希
望した圧力に維持しなければならない。ここで、従来の
平均気道内圧の検出方法を説明する。

【０００７】コントローラ２０１では、患者Ｘの口元付
近に設けられた圧力センサ９３から、振動波形からなる
検出信号の１波形分を所定の時間間隔でサンプリングし
さらに各サンプリングデータを平均化してその１波形分
の平均圧力を算出する。具体的には、まず一周期にあた
る１波形分の検出信号をｎ等分する時間間隔でサンプリ
ングし、最初のサンプリングデータからｎ番目のサンプ
リングデータまでの値を加算しｎで除算することにより
一波形分の平均圧力Paを算出する。

【０００８】 Pa＝（P1＋P2＋P3＋…＋Pn）/ｎ …（１）

【０００９】上式（１）に基づいてｍ周期分の平均圧力
Paを算出すると、ｍ個分の平均圧力Paからさらにその平
均値を算出する。そして、その後も圧力センサ９３から
は絶えず検出信号が入力されるので、順次一周期分の平
均圧力Paが算出され、そのたびに当該最新のPaを加える
と共に最古のPaを切り捨ててｍ個の平均圧力Paから移動
平均の手法により平均気道内圧Pcaを絶えず算出する
（次式（２））。

【００１０】 Pca＝（Pca1＋Pca2＋Pca3＋…＋Pcam）/ｍ …（２）

【００１１】コントローラ２０１では、絶えず更新され
続けるこの平均気道内圧Pcaを所定の圧力に維持する動
作制御を行っている。この平均気道内圧Pcaは、排出管
６０４の末端部に設けられた流量調節バルブ６０７のバ
ルブ開度を調節することで自在に変化させることができ
る。

【００１２】従って、上式（２）により算出された平均
気道内圧Pcaと医者が希望する目標平均気道内圧Pgとを
比較して、Pg＞Pcaであれば流量調節バルブ６０７の開
度を小さくして管内圧力を高め、Pg＜Pcaであれば流量
調節バルブ６０７の開度を大きくして管内圧力を低める
動作制御が行われる。

【００１３】ところで、従来の高頻度人工呼吸器は、新
生児に多く用いられ、新生児の高頻度換気法による治療
は、15[Hz]付近が多く使われていた。15[Hz]の振動波形
の特性情報を求めるためには、6[msec]毎に圧力をサン
プリングすれば、1波形当たり11個のサンプリングデー
タが得られる。図１８は、換気周波数15[Hz]における吸
気の平均気道内圧Pcaを求めるための概念図である。ま
ず、6[msec]のサンプリング間隔で求まる平均圧力Paを
次式（３）に示す。

【００１４】 Pa＝（P1＋P2＋…＋P11）/１１ …（３）

【００１５】上式（３）により10波形分の平均圧力Paを
求め、それらから移動平均圧力Pcaを算出することで、
流量調節バルブ６０７の動作制御（平均気道内圧調節）
が行われる。このように、換気周波数15[Hz]にほぼ固定
して行われる新生児の高頻度人工呼吸については、従来
から平均気道内圧Pcaを目標の値に設定することが可能
であった。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、成人に
対して高頻度人工呼吸を行う場合には、新生児に用いら
れる13〜15[Hz]より波長の長い3〜10[Hz]の低周波を用
いる。例えば、換気周波数を5[Hz]に設定した場合、1波
形の平均圧力Pa算出のために200[msec]ものサンプリン
グのための待機時間が必要となる。この待機時間は、前
述した15[Hz]の場合の3波形分の時間に相当する。

【００１７】さらに、前述の場合と同様に10波形分の移
動平均を採るとすると、最初の移動平均を求める間、20
0×10＝2000[msec]＝2[sec]必要となる。この2[sec]は
データサンプリング及び平均気道内圧Pcaの算出に要す
る時間であり、かかる間はデータ処理がされないため、
流量調節バルブ６０７の動作制御は、全くしていないこ
とになる。

【００１８】また、次の平均圧力Paが得られるのは、最
新の波形データがサンプリングされる200[msec]後であ
り、前の平均気道内圧Pcaに対して、直ちに流量調節バ
ルブ６０７の制御をしても、その結果、患者回路内の平
均気道内圧Pcaがどの程度変化したかがわかるのは、次
の200[msec]後となってしまう。特に空気の場合、圧縮
性流体であるうえ、空気慣性などもあり、平均気道内圧
Pcaを基準に流量調節バルブ６０７を制御した結果とし
て、患者回路の圧力上昇や低下の実現象が、すぐ次の圧
力波形に現れるとは限らず、次の次の圧力波形やさらに
その次の圧力波形に現れることもあった。

【００１９】先に説明した換気周波数15[Hz]の制御の場
合には、制御対象の空気に圧縮性流体であることや空気
慣性の影響があっても、１波形ごとの短い周期（66[mse
c]）で平均気道内圧Pcaが求まり、制御間隔の短いフィ
ードバック制御であったため、小刻みに流量調節バルブ
６０７の制御が可能であり、制御対象である空気圧変化
の時定数の影響を受けることなく、目標となる平均気道
内圧に安定的に制御させることが可能であった。

【００２０】しかし、換気周波数5[Hz]のように１波形
の周期が200[msec]と長い場合、移動平均をもとにした
フィードバック制御の間隔が長くなる。検出圧力から移
動平均化した平均気道内圧Pcaを算出し、その値により
目標の平均気道内圧になるように流量調節バルブ６０７
を制御しても、１波形の圧力データを取る時間が200[ms
ec]を要するので、小刻みな流量調節バルブ６０７の制
御ができない。このように長い周期でしか流量調節バル
ブ６０７の開閉制御ができないため、平均気道内圧Pca
を安定的に保つことができなかった。

【００２１】

【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、換気周波数が小さい場合であっても、平均気
道内圧を良好に制御し得る高頻度人工呼吸器及びその動
作制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能
な記録媒体を提供することを、その目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
酸素を含んだ吸気を供給する吸気導入部と、吸気を患者
へ案内する患者側経路と、患者への吸気に高頻度の振動
空気圧を付勢する振動空気圧付勢部と、患者から吐出さ
れた呼気を大気中に排出する排出経路と、患者へ供給す
る吸気の平均気道内圧を調節する内圧調節部と、患者付
近の吸気の圧力を検出する圧力センサと、圧力センサの
出力基づいて内圧調節部の動作制御を行うコントローラ
とを備えた高頻度人工呼吸器を示すものである。

【００２３】そして、上記コントローラは、圧力センサ
の出力から所定のサンプリング間隔で順次検出圧力を抽
出するサンプリング部と、抽出された順番に三つの検出
圧力P(1),P(2),P(3)を記憶すると共に新たに検出圧力が
抽出される度に検出圧力P(1),P(2),P(3)を更新するメモ
リと、三つの検出圧力P(1),P(2),P(3)の圧力変化のパタ
ーンに応じた平均気道内圧Phを算出する演算部と、この
平均気道内圧Phが算出されると当該Phを検出圧力P(3)と
してメモリに書き込む更新部とを有している。本発明
は、かかる構成により、上記課題の解決を図ろうとする
ものである。

【００２４】なお、上述の平均気道内圧とは、振動空気
圧を付勢されて供給される吸気の一周期当たりの平均的
な圧力をいう。

【００２５】請求項２記載の発明では、コントローラ
は、平均気道内圧Phが目標値となるように内圧調節部の
動作制御を行う内圧制御部を新たな構成として加えてい
る。いる。

【００２６】請求項３記載の発明では、上記コントロー
ラは、サンプリング部から所定個数の検出圧力が抽出さ
れる度にそれらを平均化すると共にその値を検出圧力と
して前記メモリに出力する平均処理部を新たな構成とし
て加え、演算部は、平均化された検出圧力に基づいて平
均気道内圧を算出するという構成を採っている。

【００２７】さらに、請求項４記載の発明では、上述の
演算部が、ａを所定の圧力差，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏを所
定の係数とすると、圧力変化のパターンが、P(1)≦P(2)
＜P(3) 且つ P(1)−P(2)＋ａ≧P(3)−P(2)の場合に
は、修正圧力Psを式Ps＝P(2)＋Ｋ・（P(3)−P(2)）から
算出する。また、圧力変化のパターンが、P(1)＞P(2)＞
P(3)の場合には、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−{P(1)−P
(2)＋Ｌ・（P(2)−P(3)）}から算出する。また、圧力変
化のパターンが、P(1)＜P(2) 且つ P(2)＞P(3)の場合
には、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−Ｍ・（P(2)−P(1)）−
Ｎ・（P(2)−P(3)）から算出する。また、圧力変化のパ
ターンが、P(1)＞P(2) 且つ P(2)＜P(3)の場合には、
修正圧力Psを式Ps＝Ｏ・（P(1)−P(2)）＋P(2)から算出
する。そして、上述したいずれかの圧力変化のパターン
に該当する場合には、算出されたいずれかの修正圧力Ps
を含む式Ph＝（P(2)＋Ps）/２に基づいて平均気道内圧P
hを算出する。また、演算部では、圧力変化のパターン
が上記いずれの場合にも該当しないときには検出圧力P
(3)をそのまま平均気道内圧Phとして出力する。

【００２８】そして、内圧制御部では、これらいずれか
の演算により求められた平均気道内圧Phが目標値となる
ように、内圧調節部の動作制御を行う。

【００２９】請求項５記載の発明では、圧力変化のパタ
ーンが、P(1)≦P(2)＜P(3) 且つP(1)−P(2)＋ａ≧P(3)
−P(2)の場合に限り、修正圧力Psを式Ps＝P(2)＋Ｑ・Ｈ・
（P(3)−P(2)）から算出し、このPsから平均気道内圧Ph
を算出する。ここで、上記Ｑは所定の係数，Ｈは振動空
気圧付勢部の一周期の換気量の関数を示す。なお、ここ
でいう振動空気圧付勢部の一周期の換気量の関数とは、
振動空気圧の一周期当たりの換気量そのものであっても
良く、また当該換気量を決定する他のパラメータ（例え
ば、振動空気圧付勢部の駆動源の出力）であっても良
い。これらの値は、高頻度人工呼吸器の操作時において
設定入力される数値をそのまま演算に使用する場合が考
えられる。

【００３０】そして、その他の圧力変化のパターンに該
当する場合には請求項３記載の発明と同様である。

【００３１】請求項６記載の発明は、上述した高頻度人
工呼吸器のコントローラの有する各構成及び機能をコン
ピュータにて実現させる動作制御プログラムを記録した
コンピュータ読み取り可能な記憶媒体を示すものであ
る。

【００３２】即ち、この発明は、連続して入力される前
記圧力センサの出力から所定のサンプリング間隔で順次
検出圧力を抽出するサンプリング部、抽出された順番に
三つの検出圧力P(1),P(2),P(3)を記憶すると共に新たに
検出圧力が抽出される度に検出圧力P(1),P(2),P(3)を更
新するメモリ、順番に抽出された三つの検出圧力P(1),P
(2),P(3)の圧力変化のパターンからこれに応じた平均気
道内圧Phを算出する演算部、及び、この平均気道内圧Ph
が算出されると当該Phを検出圧力P(3)としてメモリに書
き込む更新部からなる各構成をコンピュータにて機能さ
せる。

【００３３】さらに、請求項７記載の発明では、記録媒
体に記録された動作制御プログラムが、この算出された
平均気道内圧Phと予め設定された目標値とを比較判定す
る判定する判定部、この判定部の判定結果が平均気道内
圧を高いとする場合に内圧調節部への平均気道内圧低減
指令を出力し，平均気道内圧が低いとする場合に内圧調
節部への平均気道内圧増加指令を出力する駆動指令出力
部、を新たにコンピュータに機能させる。

【００３４】さらに、請求項８記載の発明では、記録媒
体に記録された動作制御プログラムが、サンプリング部
から所定個数の検出圧力が抽出される度にそれらを平均
化すると共にその値を検出圧力として順次演算部に出力
する平均処理部、を新たにコンピュータに機能させると
共に、前述した演算部が、平均化された検出圧力に基づ
いて平均気道内圧を算出するように、コンピュータを機
能させる。

【００３５】請求項９の発明では、ａを所定の圧力差，
Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏを所定の係数とすると、上述の演算
部が以下の演算を行うようにコンピュータに機能させ
る。まず、圧力変化のパターンが、P(1)≦P(2)＜P(3)
且つ P(1)−P(2)＋ａ≧P(3)−P(2)の場合に、修正圧力
Psを式Ps＝P(2)＋Ｋ・（P(3)−P(2)）から算出する。ま
た、圧力変化のパターンが、P(1)＞P(2)＞P(3)の場合
に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−{P(1)−P(2)＋Ｌ・（P(2)
−P(3)）}から算出する。また、圧力変化のパターン
が、P(1)＜P(2) 且つ P(2)＞P(3)の場合に、修正圧力
Psを式Ps＝P(2)−Ｍ・（P(2)−P(1)）−Ｎ・（P(2)−P
(3)）から算出する。また、圧力変化のパターンが、P
(1)＞P(2) 且つ P(2)＜P(3)の場合に、修正圧力Psを
式Ps＝Ｏ・（P(1)−P(2)）＋P(2)から算出する。そし
て、算出されたいずれかの修正圧力Psを含む式Ph＝（P
(2)＋Ps）/２に基づいて平均気道内圧Phを算出する。さ
らに、圧力変化のパターンがいずれの場合にも該当しな
いときには検出圧力P(3)をそのまま平均気道内圧Phとし
て出力する。

【００３６】請求項１０記載の発明は、演算部は、ａを
所定の圧力差，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｑを所定の係数，振動
空気圧付勢部の駆動出力をＨとすると、上述の演算部が
以下の演算を行うようにコンピュータに機能させる。

【００３７】即ち、圧力変化のパターンが、P(1)≦P(2)
＜P(3) 且つ P(1)−P(2)＋ａ≧P(3)−P(2)の場合に、
修正圧力Psを式Ps＝P(2)＋Ｑ・Ｈ・（P(3)−P(2)）から算
出し、これに基づいて平均気道内圧Phを算出する。な
お、ここでいう振動空気圧付勢部の一周期の換気量の関
数とは、振動空気圧の一周期当たりの換気量そのもので
あっても良く、また当該換気量を決定する他のパラメー
タ（例えば、振動空気圧付勢部の駆動源の出力）であっ
ても良い。これらの値は、高頻度人工呼吸器の操作時に
おいて設定入力される数値をそのまま演算に使用する場
合が考えられる。そして、その他の機能は請求項７記載
の発明と同様である。

【００３８】

【発明の実施の形態】[第１の実施の形態]本発明の第１
の実施形態を図１乃至図１２に基づいて説明する。図１
は、本実施形態たる高頻度人工呼吸器１２の構成を示す
ブロック図である。

【００３９】この高頻度人工呼吸器１２は、患者Ｘへの
酸素を含んだ吸気を供給する吸気導入部６２と、この吸
気導入部６２から吸気を患者Ｘへ案内する患者側経路６
０と、この患者側経路６０を流れる吸気に患者Ｘの呼吸
周期よりも短い周期の振動空気圧を付勢する振動空気圧
付勢部５０と、患者Ｘから出された二酸化炭素を含んだ
呼気を大気中に排出する排出経路（排出管６０４）と、
患者側経路６０及び排出経路としての排出管６０４の平
均気道内圧を調節する内圧調節部としての流量調節バル
ブ６０７と、患者側経路６０の内部圧力を検出する圧力
センサ９３と、人工呼吸器１２の各部の動作制御を行う
コントローラ４０とを備えている。

【００４０】以下各部を詳説する。

【００４１】（吸気導入部）上記吸気導入部６２は、酸
素及び空気の供給源６２１ａ，６２１ｂと接続され、こ
れらを混合する第一の調節手段としてのブレンダ６２１
と、ブレンダ６２１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。

【００４２】酸素及び空気の供給源６２１ａ，６２１ｂ
は、それらをそれぞれ封入したボンベや病院施設に備え
付けられたこれらの供給バルブから構成される。これら
の供給源６２１ａ，６２１ｂは、常に一定圧力でブレン
ダ側に酸素及び空気を供給している。

【００４３】ブレンダ６２１は、各供給源６２１ａ，６
２１ｂとの接続部に図示しない流量調節自在の弁を有
し、これらを調節して吸気の酸素濃度を自在に設定する
ことができる。また、ブレンダ６２１は、吸気を加湿器
６２２側に流す図示しない流量調節自在の出力バルブを
備えている。なお、上記吸気の酸素濃度設定や流量設定
は、コントローラ４０からの動作信号を受けて自在に行
われるようになっている。

【００４４】加湿器６２２には、加湿された吸気を患者
Ｘへ供給する吸気管６２３が接続されている。吸気管６
２３は、その途中で分岐して一端側が後述するダイヤフ
ラム機構５６の被加圧室５６３に連通されるとともに、
その他端側が後述する三方分岐管１７０に接続されてい
る。

【００４５】（振動空気圧付勢部）振動空気圧付勢部５
０は、陽圧及び陰圧の両方の空気圧を同時に発生する振
幅調節部としてのブロワ５２と、ブロワ５２で発生した
陽圧又は陰圧を交互に選択して所定の振動空気圧に変換
する周波数調節部としてのロータリバルブ機構５４と、
ロータリバルブ機構５４からの振動空気圧に付勢されて
作動し，吸気導入部６２から患者Ｘに供給される吸気に
振動空気圧を付勢するダイヤフラム機構５６とを含む構
成を採っている。

【００４６】上述のブロワ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。ブロワ５２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。

【００４７】このブロワ５２は、ファンとこれを回転駆
動させるモータとを有している。このモータはインバー
タを備え、その出力をコントローラ４０にて制御するこ
とにより空気の送出量及び振動空気圧Ａpnの大きさ（圧
力振幅）を設定している。

【００４８】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。

【００４９】駆動部５４５は、図示しないモータ及び減
速機からなり、ロータリバルブ５４４をコントローラ４
０にて指定された回転数で回転させる。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５
４３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。従って、供給される
吸気に対して駆動部５４５の回転数に比例した振動周波
数の振動空気圧Ａpnを付勢する。コントローラ４０は、
かかる駆動部５４５の回転数の制御を行うことにより振
動空気圧Ａpnの振動周波数（換気周波数）の制御を行っ
ている。

【００５０】また、コントローラ４０は、前述したよう
に、ブロワ５２の空気の送出量の制御も行っており、上
記振動周波数に応じて当該空気の送出量を設定すること
により振動空気圧付勢部における一回換気量（振動空気
圧Ａpnの一振動周期当たりの振幅量）の設定を自在とし
ている。

【００５１】なお、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。

【００５２】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。このダイヤフラム機構５
６により、振動空気圧付勢部５０と患者Ｘとの間での気
体の流通を遮断し、相互の汚染を防止している。

【００５３】（患者側経路）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。この三方分岐管１７０
は、患者側管路１７１，酸素供給源側管路１７２及び呼
気排出側管路１７３の三つの管路を備えており、これら
の管路は全て内部で連通している。上記酸素供給源側管
路１７２は吸気管６２３と接続されている。そして、患
者側管路１７１は、その患者側端部に、患者Ｘの肺内に
至る気管内挿入管８１が自在に装着される被装着部１７
１ａが形成されている。

【００５４】これらの三方分岐管１７０と吸気管６２３
と気管内挿入管８１とが患者側経路６０を構成してい
る。また、患者側管路１７１には平均気道内圧を検出す
る患者側圧力センサ９３が設けられており、検出圧力は
コントローラ４０に出力される。

【００５５】気管内挿入管８１は、基端部が前述した被
装着部１７１ａに装着され、先端部が患者Ｘの口から気
管内に挿入される。かかる先端部は、だいたい気管が左
右の気管支に分岐する分岐点（第一分枝）まで挿入され
る。従って、気管内挿入管８１は、患者Ｘの口から第一
分枝まで充分に届く長さに設定されており、また当然の
ことながら気管内に挿入可能な外径のものが使用され
る。

【００５６】例えば、成人男子の場合、口部から第一分
枝まで22〜26[cm]程度であり、これに三方分岐管１７０
の患者側管路１７１から口元までの長さが＋3〜5[cm]あ
るので、気管内挿入管８１は合計して25〜31[cm]程の長
さであれば良く、本実施形態では30[cm]に設定される。
また、気管内挿入管８１は、内側の直径が3[mm],5[mm],
6[mm],8[mm]の四種が用意されており、患者の気管の内
径に応じたものが選択されて使用される。一般に通常の
成人を対象とした場合、気管内挿入管８１の内径は8[m
m]程度のものが使用される。

【００５７】さらに、この気管内挿入管８１は交換式で
あり、被装着部１７１ａに対して着脱自在となってい
る。従って、人工呼吸に使用された後には取り外して廃
棄又は除菌洗浄されて再利用される。

【００５８】（排出経路）さらに、三方分岐管１７０の
呼気排出側管路１７３は、排出経路としての排出管６０
４の一端部と接続され、この排出管６０４の他端部には
内圧調節部としての流量調節バルブ６０７が接続されて
いる。これら排出管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呼気の
通り道となっている。

【００５９】図２は、流量調節バルブ６０７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６
０７ｄとを備えている。

【００６０】このソレノイド６０７ｄはコントローラ４
０からの制御信号に応じた移動量で移動弁６０７ｃを移
動させ、これにより、流量調節バルブ６０７の呼気排出
量の調節が自在に行われる。患者側経路６０は排気管６
０４と連通しているので、かかる呼気排出量の調節によ
り、排気管６０４のみならず患者側経路６０の内部圧力
をも調節することを可能としている。

【００６１】（コントローラ）次に、コントローラ４０
について図１及び図３を参照して説明する。図３は高頻
度人工呼吸器１２の制御系を示すブロック図である。こ
のコントローラ４０は、ＣＰＵ，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。

【００６２】このコントローラ４０は、医者（高頻度人
工呼吸器１２のオペレータ）が高頻度人工呼吸器１２の
各部の操作条件を入力するための操作盤４３と入力操作
条件を表示する表示部４４とが併設されている。

【００６３】上述の操作盤４３は、高頻度人工呼吸器１
２のオペレータたる医者が、患者Ｘの肺に対する一回換
気量，振動空気圧の振動周波数（以下、「換気周波数と
する」），吸気の供給量，患者側経路内の平均気道内
圧，選択した気管内挿入管８１の径及び吸気の酸素濃度
を入力する例えばキーボードからなる入力手段である。

【００６４】また、表示部４４は例えば液晶パネルから
なる表示部であり、動作制御部４９の制御により受付部
４１に入力された上記操作条件は全てこの表示部４４に
て表示される。

【００６５】そして、上記コントローラ４０は、操作盤
４３から操作条件の設定入力を受け付ける受付部４１
と、この受付部４１に入力された各入力値に基づいて振
動空気圧付勢部５０のブロワ５２及びロータリーバルブ
５４と吸気導入部６２とに対する動作制御を行う動作制
御部４９とを備えている。

【００６６】操作盤４３から入力されたこれらの操作条
件は全て、受付部４１にて記憶される。この受付部４１
は一時的に記憶を行うメモリであり、上記各々の操作条
件が新たに入力されると、それまで記憶されていた操作
条件を上書きして更新する。

【００６７】動作制御部４９は、受付部４１に記憶され
た吸気の酸素濃度を参照し、吸気導入部６２のブレンダ
６２１の各供給源６２１ａ，６２１ｂ側のバルブを所定
の割合の開度で開く動作制御を行う。また同時に、受付
部４１の吸気供給量を参照し、吸気導入部６２のブレン
ダ６２１の出力バルブを所定の開度で開く動作制御を行
う。

【００６８】さらに、動作制御部４９は、受付部４１に
記憶された換気周波数を参照し、振動空気圧付勢部５０
のロータリーバルブ５４の駆動部５４５が記憶された換
気周波数となるように回転数を調節する動作制御を行
う。また、受付部４１に記憶された患者の肺に対する一
回換気量から振動空気圧付勢部５０の一周期当たりの一
回換気量を決定するブロワ５２の駆動モータの出力（駆
動出力）を決定し、その動作制御を行う。

【００６９】これに加えて、コントローラ４０は、連続
して入力される患者側圧力センサ９３の出力から予め決
められたサンプリング間隔で順次検出圧力を抽出するサ
ンプリング部８０と、サンプリングされた各検出圧力の
データを一時的に記憶するメモリ８１と、サンプリング
部８０から抽出された検出圧力のデータが10個蓄積され
る度にそれらを平均化し順次メモリ８１に出力する平均
処理部８２と、順番に平均化された三つの検出圧力P
(1),P(2),P(3)の圧力変化のパターンからこれに固有の
平均気道内圧Phを算出する演算部８３と、この平均気道
内圧Phが目標値となるように流量調節バルブ６０７の動
作制御を行う内圧制御部８４とを有している。

【００７０】各部を説明すると、まず、サンプリング部
８０は、患者側圧力センサ９３からのアナログ出力を1
[msec]のサンプリング間隔のデジタル出力に変換するA/
D変換機能を備えている。

【００７１】メモリ８１は、サンプリング部８０からの
少なくとも10[msec]分（実際はより大きく設定されてい
る）の出力の記憶領域と平均処理部８２で算出する平均
圧力を少なくとも三つ記憶する記憶領域とを有してい
る。

【００７２】平均処理部８２は、サンプリング部８０の
出力がメモリ８１に10個蓄積される度にその値の平均値
を算出し、その値を新たにメモリ８１に書き込む。算出
された検出圧力は、その検出された順番にP(1),P(2),P
(3)の番号が付されてメモリ８１に記憶される。そし
て、新たな平均値が算出されるごとに、当該新たな平均
値をP(3)に、もとのP(3)をP(2)に、もとのP(2)をP(1)
に、それぞれ更新し、もとのP(1)をメモリ８１から消去
する。

【００７３】演算部８３は、P(1),P(2),P(3)が更新され
る度に、当該検出圧力P(1),P(2),P(3)の圧力変化のパタ
ーンに応じて個別に設定されたP(1),P(2),P(3)を変数と
する算出式から平均気道内圧Phを算出する。内圧制御部
８４では、この算出された予測的な平均気道内圧Phを現
状の平均気道内圧と見なしてこれが目標となる平均気道
内圧に近づくように流量調節バルブ６０７の動作制御を
行う。

【００７４】上記演算部８３は、上記検出圧力P(1),P
(2),P(3)の大小比較を行うを行う比較部８５と、その比
較結果によって決定されるP(1),P(2),P(3)を関数とする
算出式を選択し平均気道内圧Phを算出する平均気道内圧
算出部８６と、その算出結果に応じてメモリ８１のP(3)
の値を更新する更新部８７とから構成される。

【００７５】即ち、比較部８５では、各検出圧力P(1),P
(2),P(3)の圧力変化のパターンを［Ａ］:P(1)≦P(2)＜P
(3) 且つ P(1)−P(2)＋ａ≧P(3)−P(2)の場合，
［Ｂ］:P(1)＞P(2)＞P(3)の場合，［Ｃ］:P(1)＜P(2)且
つP(2)＞P(3)の場合，［Ｄ］:P(1)＞P(2)且つP(2)＜P
(3)の場合，［Ｅ］:上記いずれにも該当しない場合の5
パターンに分類する。

【００７６】ここで、演算部８３において上述の演算処
理を行う原理を図４及び図５に基づいてさらに詳説す
る。図４は、順次算出される検出圧力の平均値の圧力変
化を示す線図であり、図４（Ａ）は［Ａ］のパターンを
示し、図４（Ｂ）は［Ｂ］のパターンを示し、図５
（Ｃ）は［Ｃ］のパターンを示し、図５（Ｄ）は［Ｄ］
のパターンを示す。図４，５の各図における点線γは、
その一周期における真の平均値を示している。また、符
号αはP(1)とP(2)との圧力差を示し（α>0）、符号βは
P(2)とP(3)との圧力差を示す（β>0）。

【００７７】患者側圧力センサ９３により検出される圧
力は、吸気が振動空気圧付勢部５０により予め設定され
た換気周波数の振動空気圧が付勢されるため、おおむね
sinカーブを描くこととなる。

【００７８】［Ａ］:P(1)≦P(2)＜P(3) 且つ P(1)−P
(2)＋ａ≧P(3)−P(2)のパターンに該当するのは、図４
（Ａ）に示すように、sin波の上昇時にある場合と考え
られる。従って、真の平均値γに近づくように、修正圧
力Psの算出式を次式（４）に、平均気道内圧Phを次式
（５）に設定した。

【００７９】 Ps＝P(2)＋Ｋ・β＝P(2)＋Ｋ・（P(3)−P(2)） …（４）

【００８０】 Ph＝（P(2)＋Ps）/２ …（５）

【００８１】なお、本実施形態では、定数ａ＝1[cmH₂O]
(98[Pa])，係数Ｋ＝0.03〜0.33に設定している。

【００８２】［Ｂ］:P(1)＞P(2)＞P(3)のパターンに該
当するのは、図４（Ｂ）に示すように、sin波の下降時
にある場合と考えられる。従って、真の平均値γに近づ
くように、修正圧力Psの算出式を次式（６）に、平均気
道内圧Phを次式（７）に設定した。

【００８３】 Ps＝P(2)−（α＋Ｌ・β）＝P(2)−{P(1)−P(2)＋Ｌ・（P(2)−P(3)）} …（６）

【００８４】Ph＝（P(2)＋Ps）/２ …（７）

【００８５】なお、本実施形態では、係数Ｌ＝0.03〜0.
1に設定している。

【００８６】［Ｃ］:P(1)＜P(2)且つP(2)＞P(3)パター
ンに該当するのは、図５（Ａ）に示すように、一度上昇
しその後下がった傾向を示しているとき、即ち、sin波
の途中の何らかの要因で、突発的なその場限りの急落を
生じたときと考えられる。従って、真の平均値γに近づ
くように、修正圧力Psの算出式を次式（８）に、平均気
道内圧Phを次式（９）に設定した。

【００８７】 Ps＝P(2)−Ｍ・α−Ｎ・β＝P(2)−Ｍ・（P(2)−P(1)）−Ｎ・（P(2)−P(3)）…（８）

【００８８】Ph＝（P(2)＋Ps）/２ …（９）

【００８９】なお、本実施形態では、係数Ｍ＝0.3〜0.
7，係数Ｎ＝0.2〜0.3に設定している。

【００９０】［Ｄ］P(1)＞P(2)且つP(2)＜P(3)のパター
ンに該当するのは、図５（Ｂ）に示すように、一度下降
しその後上がった傾向を示しているとき、即ち、sin波
の途中の何らかの要因で、突発的なその場限りの上昇を
生じたときと考えられる。従って、真の平均値γに近づ
くように、修正圧力Psの算出式を次式（１０）に、平均
気道内圧Phを次式（１１）に設定した。

【００９１】 Ps＝P(2)＋Ｏ・α＝P(2)＋Ｏ・（P(1)−P(2)） …（１０）

【００９２】Ph＝（P(2)＋Ps）/２ …（１１）

【００９３】なお、本実施形態では、係数Ｏ＝0.2〜0.5
に設定している。

【００９４】［Ｅ］:上記いずれにも該当しない場合、
即ち、［Ａ］〜［Ｄ］のいずれにも該当しない場合に
は、検出圧力P(3)をそのまま平均気道内圧Phとして出力
する。いずれにせよ、平均気道内圧Phが算出されると平
均気道内圧算出部８６は更新部８７と内圧制御部８４と
に出力する。

【００９５】なお、上述した所定の圧力差ａ，係数Ｋ，
Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏは、使用条件（換気周波数、一回換気
量、吸気供給量等）や高頻度人工呼吸器の各部の寸法
（気管内挿入管８１や各部の配管径等）によって変動す
るので、予めシミュレーションや試験により求めること
が望ましい。

【００９６】さらに、更新部８７では、平均気道内圧算
出部８６から平均気道内圧Phが算出されるとメモリ８１
の検出圧力P(3)の値を算出平均気道内圧Phの値に更新す
る。かかる更新は、平均処理部８２で新たに検出圧力の
平均値が算出されてメモリ８１のP(1),P(2),P(3)の値が
更新される前のタイミングに合わせて行われる。従っ
て、平均処理部８２において新たに検出圧力の平均値が
算出されると、メモリ８１に記憶されたP(1),P(2),P(3)
の値は圧力検出開始当初を除いてP(1)＝前回算出された
Ph、P(2)＝今回算出されたPh、P(3)＝新たに算出された
平均値となり、これらの値に基づいて平均気道内圧算出
部８６はまた新たな平均気道内圧Phを算出することとな
る。

【００９７】一方、内圧制御部８４は、平均気道内圧算
出部８６で算出された平均気道内圧Phが予め設定された
目標値よりも高いかを判定する判定部８８と、この判定
部８８の判定結果が高いとする場合に流量調節バルブ６
０７への平均気道内圧低減指令を出力し，判定結果が低
いとする場合に内圧調節部への平均気道内圧増加指令を
出力する駆動指令出力部８９とを備えている。

【００９８】判定部８８は、比較回路であり、平均気道
内圧算出部８６で算出された平均気道内圧Phと受付部４
２に入力された医者が希望する目標平均気道内圧Pgとを
比較して、その結果を駆動指令出力部８９に出力する。
そして、判定部８８における比較結果がPg＞Phであれ
ば、駆動指令出力部８９では流量調節バルブ６０７に対
して、開度を小さくして管内圧力を高める動作指令を出
力し、Pg＜Phであれば流量調節バルブ６０７の開度を大
きくして管内圧力を低める動作指令を出力する。

【００９９】（本実施形態の動作）以下、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７に基づい
て説明する。図６，７は高頻度人工呼吸器１２の動作を
示すフローチャートである。

【０１００】なお、この動作説明では、操作盤４３から
患者Ｘの肺に対する一回換気量，振動空気圧の振動周波
数，吸気の供給量，患者側経路内の平均気道内圧，選択
した気管内挿入管８１の径及び吸気の酸素濃度の入力が
行われ、高頻度人工呼吸器が駆動を開始した状態から説
明を開始する。

【０１０１】まず、患者側圧力センサ９３の出力をサン
プリング部８０にて1[msec]間隔でサンプリングし、順
次メモり８１に記憶する（ステップＳ１）。このサンプ
リングされた検出圧力が10[msec]分蓄積されると、平均
処理部８２にてその平均値が算出される（ステップＳ
２）。

【０１０２】サンプリング開始から30[msec]経過して、
上記平均値がメモり８１中に検出圧力P(1),P(2),P(3)と
して三個分まで求まると（ステップＳ３）、比較部８５
にてP(1)とP(2)、P(2)とP(3)の各々について大小比較を
行う（ステップＳ４）。

【０１０３】その比較結果に応じて平均気道内圧算出部
８６では、比較結果に応じて、前述した式（４）〜（１
１）を選択して平均気道内圧Phを算出し、或いは検出圧
力P(3)を平均気道内圧Phとして出力する（ステップＳ
５）。

【０１０４】求められた平均気道内圧Phは、判定部８８
にて、操作盤４３から入力され受付部に記憶された目標
値とその大小が比較される（ステップＳ６）。そして、
算出された平均気道内圧Phが方が高い場合には流量調節
バルブ６０７に対してその開度を大きくする動作指令が
出力され、また、平均気道内圧Phの方が低い場合には流
量調節バルブ６０７に対してその開度を小さくする動作
指令が出力される（ステップＳ７，８）。

【０１０５】また、更新部８７により、メモリに記憶さ
れた検出圧力P(3)が算出された平均気道内圧Phの値に更
新される（ステップＳ９）。

【０１０６】その後、平均処理部８２にて新たに平均化
された検出圧力が算出されると（ステップＳ１０）、メ
モリ８１において、当該新たな検出圧力がP(3)に、もと
のP(3)（ステップＳ９においてP(3)に更新された平均気
道内圧Ph）がP(2)に、もとのP(2)がP(1)にそれぞれ更新
される（ステップＳ１１）。

【０１０７】上記更新後は、前述したステップＳ４から
同様の動作が繰り返し行われる。

【０１０８】（本実施形態の効果）上述の構成からなる
高頻度人工呼吸器１２と従来の高頻度人工呼吸器２００
との比較試験データを図８乃至図１０に示す。図９は図
８におけるＡ部の拡大図を示し、図１０は図８における
Ｂ部の拡大図を示す。図９及び図１０において、勾配が
激しく変化している曲線Ｌ１は従来の高頻度人工呼吸器
２００による10[msec]ごとの患者側圧力センサ９３の検
出圧力を示し、曲線Ｌ２は高頻度人工呼吸器１２による
10[msec]ごとの患者側圧力センサ９３の検出圧力をもと
に算出した平均気道内圧Phを示している。なお、曲線Ｌ
２は曲線Ｌ１と重ならないように若干下方にずらして図
示している。

【０１０９】かかる曲線Ｌ２から分かるように、本実施
形態により、検出圧力の急激な変化が緩和され、これに
基づいて流量調節バルブ６０７の制御を行うと、低周波
から安定した高頻度人工呼吸器の制御が可能となる。

【０１１０】さらに、従来の高頻度人工呼吸器２００に
おける患者側圧力センサ９３の検出圧力（曲線Ｌ３）と
これに基づいて従来のコントローラ２０１で算出した平
均気道内圧（曲線Ｌ４）を図１１に示す。また、同時
に、高頻度人工呼吸器１２における患者側圧力センサ９
３の検出圧力（曲線Ｌ５）とこれに基づいてコントロー
ラ４０で算出した平均気道内圧（曲線Ｌ６）を図１２に
示す。いずれの場合も、グラフの左から右に進行するに
従って、算出した平均気道内圧に従って目標設定値に近
づける動作制御が行われている。

【０１１１】従来制御の図１１をみると、空気慣性など
の影響によって流量調節バルブ６０７の動作結果による
圧力変化と、流量調節バルブ６０７の動きが時間的に一
致しないため、目標の圧力値に対して上昇し過ぎたり、
下降し過ぎたりして、空気振動の圧力平均値を一定に保
つことができない。

【０１１２】それに対して、本実施形態たる高頻度人工
呼吸器１２では、図１２のように空気振動を目標値に向
けて圧力制御でき、目標値に到達後は安定した平均気道
内圧の状態で保つことができる。

【０１１３】また、図１２において、圧力は、1msec毎
のサンプリングの10ポイント分の平均値である。これ
は、10msec毎に新しいデ‐タを監視しながら、平均気道
内圧算出部８６に従って算出した平均気道内圧Phを基に
流量調節バルブ６０７を制御している。

【０１１４】以上のように、高頻度人工呼吸器１２で
は、コントローラ４０が、予め設定されたサンプリング
間隔で検出される圧力を一定期間で平均化し、かかる平
均値が三つ求められた時点で、それらの勾配変化から平
均気道内圧の算出を行っている。従って、当該平均気道
内圧の算出所要時間が、従来のように換気周波数の周期
によって決定されることがなく、換気周波数が長い場合
（低周波）であっても、より微細な時間間隔で安定した
高頻度人工呼吸器の制御が可能となる。

【０１１５】なお、上述した高頻度人工呼吸器１２で
は、コントローラ４０が平均処理部８２を備えている
が、これを省略する構成も考えられる。その場合、サン
プリング部８０で抽出される検出圧力がメモリ８１を介
してそのまま演算部８３で処理されることとなる。

【０１１６】また、高頻度人工呼吸器１２のコントロー
ラ４０については、図１３に示す構成で実現しても良
い。かかる構成では、コントローラ４０の備える各部に
対応する動作をさせる指令を備えるプログラムが記録さ
れたＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体Ｄを駆動するディスクド
ライブ９１と、このディスクドライブ９１を介して読み
出されたプログラムを記憶するハードディスク等の補助
記憶装置９２と、この補助記憶装置９２に格納されたプ
ログラムに従って演算処理を行うＣＰＵ等の中央処理部
９３と、この中央処理部９３の主記憶となるＲＡＭ等の
主記憶部９４とを備えている。なお、ここで「動作をさ
せ得る指令」というときには、このＣＰＵのみで所定の
指令を実現する場合と、補助記憶装置に格納されたオペ
レーションシステムやプログラムによるサービスに依存
して所定の処理を実現する場合の双方を含むものとす
る。

【０１１７】[第２の実施の形態]次に、本願発明の第２
の実施形態について図１４乃至図１６に基づいて説明す
る。なお、本実施形態で示す各構成の内、前述した高頻
度人工呼吸器１２で示した構成と同一のものについては
同符号を付して重複する説明は省略するものとする。

【０１１８】前述した高頻度人工呼吸器１２では、平均
気道内圧算出部８６において、検出圧力P(1),P(2),P(3)
の変化パターンが［Ａ］の場合即ち、P(1)≦P(2)＜P(3)
且つ P(1)−P(2)＋ａ≧P(3)−P(2)のパターンに該当
するときには、Ps＝P(2)＋Ｋ・β＝P(2)＋Ｋ・（P(3)−P
(2)）から修正圧力Psを求め、さらにPh＝（P(2)＋Ps）/
２から平均気道内圧Phを求めていた。

【０１１９】しかしながら、この場合、係数Ｋは固定値
のため、高頻度の振動空気圧の振幅量の大きさ（一回換
気量）を患者に合わせて変更した場合に、平均気道内圧
Phの算出値の精度に低下を生じ、流量調節バルブ６０７
の制御の安定性が若干低下する恐れがあった。

【０１２０】従って、かかる第２の実施形態たる高頻度
人工呼吸器１２Ａは、検出圧力P(1),P(2),P(3)の変化パ
ターンが［Ａ］：P(1)≦P(2)＜P(3) 且つ P(1)−P(2)
＋ａ≧P(3)−P(2)の場合には、次式（１２）を用いて修
正圧力Psを算出し、次式（１４）を用いて平均気道内圧
Phを算出する平均気道内圧算出部８６Ａを備える構成を
採っている。

【０１２１】 Ps＝P(2)＋Ｑ・Ｈ・（P(3)−P(2)） …（１２）

【０１２２】 Ph＝（P(2)＋Ps）/２ …（１３）

【０１２３】上式（１２）において、符号Ｑはシミュレ
ーションや試験により求められる係数（Ｑ>0）であり、
符号Ｈは、振動空気圧付勢部５０の一回換気量の一次関
数であり、例えばブロワ５２の駆動出力を使用する。か
かる駆動出力Ｈは、一回換気量に比例して変化する。な
お、この駆動出力Ｈは操作盤４３から予め受付部４１に
設定入力される数値を平均気道内圧算出部８６が参照し
て演算を行う。

【０１２４】上記構成からなる高頻度人工呼吸器１２Ａ
における患者側圧力センサ９３の検出圧力（曲線Ｌ７）
とこれに基づいてコントローラ４０Ａで算出した平均気
道内圧（曲線Ｌ８）を図１５に示す。

【０１２５】前述した高頻度人工呼吸器１２と比較する
と、算出平均気道内圧の振幅が高頻度人工呼吸器１２Ａ
の方が狭くなっていることが分かる。このように、高頻
度人工呼吸器１２Ａでは、一回換気量をパラメータとし
て平均気道内圧Ph算出の演算式に取り込んでいるので、
かかる一回換気量の設定変更にも有効に対応することが
でき、さらに、より効果的に空気振動を目標値に向けて
圧力制御でき、目標値に到達後は、より安定した平均気
道内圧の状態で保つことができる。

【０１２６】なお、上記高頻度人工呼吸器１２Ａでは、
符号Ｈとしてブロワ５２の駆動出力を使用したが、操作
盤から入力される一回換気量の数値そのものを使用して
も良い。この場合、係数Ｑをそれに応じた数値に変更す
る必要がある。

【０１２７】また、図１６に示すように、前述したコン
トローラ４０Ａの構成に、患者の肺に対する一回換気量
と振動空気圧の振動周波数と吸気の供給量と平均気道内
圧と選択された気管内挿入管の径とを、振動空気圧付勢
部の出力を特定するパラメータとする５次元マップを記
憶したマップメモリ９５と、５次元マップと受付部４１
で受け付けた各入力値とからブロワ５２の出力を特定
し、これに基づいて当該振動空気圧付勢部の動作制御を
行う特定部９６とを新たに加え、当該特定部９６で特定
したブロワ５２の出力を参照して平均気道内圧Phを算出
する構成としても良い。

【０１２８】かかる５次元マップについては、特願平１
１−３６２３４６号の願書に添付した明細書及び図面に
詳細が説明されている。

【０１２９】このように構成した場合には、実際に駆動
するブロワ５２の出力に基づく一回換気量の関数に基づ
いて平均気道内圧Phの算出が行われるため、より有効に
一回換気量の設定変更への対応が図られ、より効果的に
空気振動を目標値に向けて圧力制御でき、目標値に到達
後は、より安定した平均気道内圧の状態で保つことがで
きる。

【０１３０】なお、上述したコントローラ４０Ａの各構
成についても、図１３で示した構成、即ち、コントロー
ラ４０Ａの備える各部に対応する動作をさせる指令を備
えるプログラムが記録されたＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体
Ｄを駆動するディスクドライブ９１と、補助記憶装置９
２と、中央処理部９３と、主記憶部９４等から実現して
も良い。

【０１３１】

【発明の効果】以上のように、本発明では、予め設定さ
れたサンプリング間隔で検出される圧力が三つ求められ
た時点で、それらの勾配変化から平均気道内圧の算出を
行っている。従って、当該平均気道内圧の算出所要時間
が、従来のように換気周波数の周期によって決定される
ことがなく、換気周波数が長い場合（低周波）であって
も、より微細な時間間隔で安定した高頻度人工呼吸器の
制御が可能となる。

【０１３２】このため、平均気道内圧のコントロールの
安定を図りつつ高頻度人工呼吸器の換気周波数を低周波
域から高周波域まで設定することができ、新生児〜成人
まで幅広い患者に対して、安定的な高頻度人工呼吸（HF
O換気）ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態たる高頻度人工呼吸器の構成を
示すブロック図である。

【図２】図１で開示した流量調節バルブの詳細を示す断
面図である。

【図３】図１で開示した高頻度人工呼吸器の制御系を示
すブロック図である。

【図４】順次算出される検出圧力の平均値の圧力変化を
示す線図であり、図４（Ａ）は［Ａ］のパターンを示
し、図４（Ｂ）は［Ｂ］のパターンを示す。

【図５】順次算出される検出圧力の平均値の圧力変化を
示す線図であり、図５（Ｃ）は［Ｃ］のパターンを示
し、図５（Ｄ）は［Ｄ］のパターンを示す。

【図６】図１に開示した高頻度人工呼吸器の動作を示す
フローチャートである。

【図７】図１に開示した高頻度人工呼吸器の動作を示す
図６の続きのフローチャートである。

【図８】第１の実施形態と従来例との比較試験データを
示す線図である。

【図９】図８におけるＡ部の拡大図である。

【図１０】図８におけるＢ部の拡大図である。

【図１１】従来の高頻度人工呼吸器における患者側圧力
センサの検出圧力とこれに基づいて算出した平均気道内
圧を示す線図である。

【図１２】第１の実施形態における患者側圧力センサの
検出圧力とこれに基づいて算出した平均気道内圧を示す
線図である。

【図１３】図３に示したコントローラを実現するプログ
ラムが記録された記憶媒体を含む構成の例を示すブロッ
ク図である。

【図１４】第２の実施形態の構成を示すブロック図であ
る。

【図１５】第２の実施形態における患者側圧力センサの
検出圧力とこれに基づいて算出した平均気道内圧を示す
線図である。

【図１６】第２の実施形態のコントローラの他の例を示
すブロック図である。

【図１７】従来の高頻度人工呼吸器の構成を示すブロッ
ク図である。

【図１８】換気周波数15[Hz]における吸気の平均気道内
圧を求めるための概念図である。

【符号の説明】

１２，１２Ａ高頻度人工呼吸器４０，４０Ａコントローラ５０振動空気圧付勢部６０患者側経路６２吸気導入部８０サンプリング部８１メモリ８２平均処理部８３演算部８４内圧制御部８５比較部８６，８６Ａ平均気道内圧算出部８７更新部８８判定部８９駆動指令出力部９３患者側圧力センサ６０４排出管（排出経路）６０７流量調節バルブ（内圧調節部）Ｄ記録媒体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸素を含んだ吸気を供給する吸気導入部
と、前記吸気を前記患者へ案内する患者側経路と、前記
患者への吸気に高頻度の振動空気圧を付勢する振動空気
圧付勢部と、前記患者から吐出された呼気を大気中に排
出する排出経路と、前記患者へ供給する吸気の平均気道
内圧を調節する内圧調節部と、前記患者付近の吸気の圧
力を検出する圧力センサと、前記圧力センサの出力に基
づいて前記内圧調節部の動作制御を行うコントローラと
を備える高頻度人工呼吸器であって、前記コントローラは、前記圧力センサの出力から所定の
サンプリング間隔で順次検出圧力を抽出するサンプリン
グ部と、抽出された順番に三つの検出圧力P(1),P(2),P
(3)を記憶すると共に新たに検出圧力が抽出される度に
前記検出圧力P(1),P(2),P(3)を更新するメモリと、三つ
の前記検出圧力P(1),P(2),P(3)の圧力変化のパターンに
応じた平均気道内圧Phを算出する演算部と、この平均気
道内圧Phが算出されると当該Phを前記検出圧力P(3)とし
て前記メモリに書き込む更新部とを有することを特徴と
する高頻度人工呼吸器。
【請求項２】前記コントローラは、前記平均気道内圧
Phが目標値となるように前記内圧調節部の動作制御を行
う内圧制御部を有す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】前記コントローラは、前記サンプリング
部から所定個数の検出圧力が抽出される度にそれらを平
均化すると共にその値を前記検出圧力として前記メモリ
に出力する平均処理部を有し、前記演算部は、前記平均化された検出圧力に基づいて前
記平均気道内圧を算出することを特徴とする請求項１又
は２記載の高頻度人工呼吸器。
【請求項４】前記演算部は、ａを所定の圧力差，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏを所定の係数と
すると、前記圧力変化のパターンが、P(1)≦P(2)＜P(3) 且つ
P(1)−P(2)＋ａ≧P(3)−P(2)の場合に、修正圧力Psを式
Ps＝P(2)＋Ｋ・（P(3)−P(2)）から算出し、前記圧力変化のパターンが、P(1)＞P(2)＞P(3)の場合
に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−{P(1)−P(2)＋Ｌ・（P(2)
−P(3)）}から算出し、前記圧力変化のパターンが、P(1)＜P(2) 且つ P(2)＞
P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−Ｍ・（P(2)−P
(1)）−Ｎ・（P(2)−P(3)）から算出し、前記圧力変化のパターンが、P(1)＞P(2) 且つ P(2)＜
P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝Ｏ・（P(1)−P(2)）
＋P(2)から算出し、前記算出されたいずれかの修正圧力Psを含む式Ph＝（P
(2)＋Ps）/２に基づいて前記平均気道内圧Phを算出する
と共に、前記圧力変化のパターンがいずれの場合にも該当しない
ときには前記検出圧力P(3)をそのまま平均気道内圧Phと
して出力することを特徴する請求項１，２又は３記載の
高頻度人工呼吸器。
【請求項５】前記演算部は、ａを所定の圧力差，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｑを所定の係数，
振動空気圧付勢部の一周期の換気量の関数をＨとする
と、前記圧力変化のパターンが、P(1)≦P(2)＜P(3) 且つ
P(1)−P(2)＋ａ≧P(3)−P(2)の場合に、修正圧力Psを式
Ps＝P(2)＋Ｑ・Ｈ・（P(3)−P(2)）から算出し、前記圧力変化のパターンが、P(1)＞P(2)＞P(3)の場合
に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−{P(1)−P(2)＋Ｌ・（P(2)
−P(3)）}から算出し、前記圧力変化のパターンが、P(1)＜P(2) 且つ P(2)＞
P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−Ｍ・（P(2)−P
(1)）−Ｎ・（P(2)−P(3)）から算出し、前記圧力変化のパターンが、P(1)＞P(2) 且つ P(2)＜
P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝Ｏ・（P(1)−P(2)）
＋P(2)から算出し、前記算出されたいずれかの修正圧力Psを含む式Ph＝（P
(2)＋Ps）/２に基づいて前記平均気道内圧Phを算出する
と共に、前記圧力変化のパターンがいずれの場合にも該当しない
ときには前記検出圧力P(3)をそのまま平均気道内圧Phと
して出力することを特徴する請求項１，２又は３記載の
高頻度人工呼吸器。
【請求項６】酸素を含んだ吸気を供給する吸気導入部
と、前記吸気を前記患者へ案内する患者側経路と、前記
患者への吸気に高頻度の振動空気圧を付勢する振動空気
圧付勢部と、前記患者から吐出された呼気を大気中に排
出する排出経路と、前記患者へ供給する吸気の平均気道
内圧を調節する内圧調節部と、前記患者付近の吸気の圧
力を検出する圧力センサとを備える高頻度人工呼吸器の
動作制御プログラムであって、連続して入力される前記圧力センサの出力から所定のサ
ンプリング間隔で順次検出圧力を抽出するサンプリング
部、抽出された順番に三つの検出圧力P(1),P(2),P(3)を記憶
すると共に新たに検出圧力が抽出される度に前記検出圧
力P(1),P(2),P(3)を更新するメモリ、順番に抽出された三つの前記検出圧力P(1),P(2),P(3)の
圧力変化のパターンからこれに応じた平均気道内圧Phを
算出する演算部、及び、この平均気道内圧Phが算出されると当該Phを前記
検出圧力P(3)として前記メモリに書き込む更新部として
コンピュータを機能させる指令を備えた高頻度人工呼吸
器の動作制御プログラムを記録したコンピュータ読み取
り可能な記録媒体。
【請求項７】前記算出された平均気道内圧Phと予め設
定された目標値とを比較判定する判定部、及び、この判
定部の判定結果で前記平均気道内圧が高いとする場合に
前記内圧調節部への平均気道内圧低減指令を出力し，前
記平均気道内圧が低いとする場合に前記内圧調節部への
平均気道内圧増加指令を出力する駆動指令出力部、を新
たにコンピュータを機能させる指令を備えた請求項６記
載の高頻度人工呼吸器の動作制御プログラムを記録した
コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項８】前記サンプリング部から所定個数の検出
圧力が抽出される度にそれらを平均化すると共にその値
を前記検出圧力として順次前記演算部に出力する平均処
理部、を新たにコンピュータを機能させると共に、前記演算部は、前記平均化された検出圧力に基づいて前
記平均気道内圧を算出するように、コンピュータを機能
させる指令を備えた請求項６又は７記載の高頻度人工呼
吸器の動作制御プログラムを記録したコンピュータ読み
取り可能な記録媒体。
【請求項９】前記演算部は、ａを所定の圧力差，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏを所定の係数と
すると、前記圧力変化のパターンが、P(1)≦P(2)＜P(3) 且つ
P(1)−P(2)＋ａ≧P(3)−P(2)の場合に、修正圧力Psを式
Ps＝P(2)＋Ｋ・（P(3)−P(2)）から算出し、前記圧力変化のパターンが、P(1)＞P(2)＞P(3)の場合
に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−{P(1)−P(2)＋Ｌ・（P(2)
−P(3)）}から算出し、前記圧力変化のパターンが、P(1)＜P(2) 且つ P(2)＞
P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−Ｍ・（P(2)−P
(1)）−Ｎ・（P(2)−P(3)）から算出し、前記圧力変化のパターンが、P(1)＞P(2) 且つ P(2)＜
P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝Ｏ・（P(1)−P(2)）
＋P(2)から算出し、前記算出されたいずれかの修正圧力Psを含む式Ph＝（P
(2)＋Ps）/２に基づいて前記平均気道内圧Phを算出する
と共に、前記圧力変化のパターンがいずれの場合にも該当しない
ときには前記検出圧力P(3)をそのまま平均気道内圧Phと
して出力するようにコンピュータを機能させる指令を備
えた請求項６，７又は８記載の高頻度人工呼吸器の動作
制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な
記録媒体。
【請求項１０】前記演算部は、ａを所定の圧力差，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｑを所定の係数，
振動空気圧付勢部の一周期の換気量の関数をＨとする
と、前記圧力変化のパターンが、P(1)≦P(2)＜P(3) 且つ
P(1)−P(2)＋ａ≧P(3)−P(2)の場合に、修正圧力Psを式
Ps＝P(2)＋Ｑ・Ｈ・（P(3)−P(2)）から算出し、前記圧力変化のパターンが、P(1)＞P(2)＞P(3)の場合
に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−{P(1)−P(2)＋Ｌ・（P(2)
−P(3)）}から算出し、前記圧力変化のパターンが、P(1)＜P(2) 且つ P(2)＞
P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−Ｍ・（P(2)−P
(1)）−Ｎ・（P(2)−P(3)）から算出し、前記圧力変化のパターンが、P(1)＞P(2) 且つ P(2)＜
P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝Ｏ・（P(1)−P(2)）
＋P(2)から算出し、前記算出されたいずれかの修正圧力Psを含む式Ph＝（P
(2)＋Ps）/２に基づいて前記平均気道内圧Phを算出する
と共に、前記圧力変化のパターンがいずれの場合にも該当しない
ときには前記検出圧力P(3)をそのまま平均気道内圧Phと
して出力するようにコンピュータを機能させる指令を備
えた請求項６，７又は８記載の高頻度人工呼吸器の動作
制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な
記録媒体。