JP2006150096A - 断続的ガス吸入装置及びその方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】補足酸素供給システムから酸素を受けている患者の血液−酸素濃度を維持する断続的ガス吸入装置の提供。
【解決手段】断続的ガス吸入装置10は即時呼吸周期の吐出時間から次の呼吸周期の吸入時間に、呼吸している患者14の呼吸器系への入口16に、ある量のガス状流体を吸入する。断続的ガス吸入装置はバルブアセンブリ30、センサー32及び制御装置34を含む。バルブアセンブリは、ガス状流体がガス状流体源12から患者へ流れることを妨げる閉状態と患者へのガス状流体の流れが確立される開状態との間で作動する。センサーは、即時呼吸周期における患者の呼吸圧変化を検出し、患者の呼吸圧変化を表すセンサー信号を発する。制御装置は、即時呼吸周期の吸入時間、即時呼吸周期の吐出時間またはその両方のいずれかにおいて、センサー信号を受け取り、処理し、即時呼吸周期の吐出時間内に反応し、バルブアセンブリを開状態に作動する。
【選択図】図1
【解決手段】断続的ガス吸入装置10は即時呼吸周期の吐出時間から次の呼吸周期の吸入時間に、呼吸している患者14の呼吸器系への入口16に、ある量のガス状流体を吸入する。断続的ガス吸入装置はバルブアセンブリ30、センサー32及び制御装置34を含む。バルブアセンブリは、ガス状流体がガス状流体源12から患者へ流れることを妨げる閉状態と患者へのガス状流体の流れが確立される開状態との間で作動する。センサーは、即時呼吸周期における患者の呼吸圧変化を検出し、患者の呼吸圧変化を表すセンサー信号を発する。制御装置は、即時呼吸周期の吸入時間、即時呼吸周期の吐出時間またはその両方のいずれかにおいて、センサー信号を受け取り、処理し、即時呼吸周期の吐出時間内に反応し、バルブアセンブリを開状態に作動する。
【選択図】図1
Description
本発明は、連続している各呼吸周期内に呼吸している患者の呼吸器系の入口に、ある量のガス状流体を吸入するための断続的なガス吸入装置及び方法に関する。特に本発明は、即時呼吸周期の吸入時間及び/又は吐出時間に呼吸状態が変化している患者が必要とするガス状流体量を決め、即時呼吸周期の吐出時間から次の呼吸周期の吸入時間に所定量のガス状流体を吸入するための断続的なガス吸入装置及び方法に関する。本発明は特に医療産業に適しており、呼吸を酸素で補う必要のある救急患者に効果的に且つコスト的に有利に吸引することによって、身体の活動状態が変化している場合に血液において酸素濃度の十分なレベルを維持することができる。
患者によっては、通常、気管支炎、気腫及び肺繊維症のような慢性呼吸疾患の結果、肺機能が低下する。肺機能の低下が生じた場合、患者は低酸素血症となる。低酸素血症を治療し、これに関する症状を和らげるために、おそらく医療関係者は患者に補足酸素を処方し、患者が大気とともに補足酸素を吸い込むことにより血液の流れに十分な酸素濃度レベルを維持できるようにするであろう。
従来の補足酸素供給システムには鼻カニューレ構造と流体接続している酸素タンクのような酸素源が含まれていた。酸素は、低く固定された流量率ではあるが連続流出ベースで全呼吸周期にわたって、酸素源と鼻カニューレ構造とを接続しているチューブにより患者の鼻に供給された。非救急患者において有効に酸素濃度レベルが維持されるが、高価な酸素が大気に失われることになった。これは、全呼吸周期において、即ち患者が吸い込むか吐き出すかに関係なく患者の鼻に酸素を連続的に流入するためである。明らかに、このような連続流入の補足酸素供給システムを使用した場合、患者の鼻に供給される酸素の多くが浪費された。さらに、この従来の補足酸素供給システムでは、患者の活動レベルが変化した場合、変化する患者の酸素需要量に応じて可変量の酸素を供給することができなかった。医療のコストが上昇し、低酸素血症患者に酸素をより有効に供給する手段が必要とされたので、その他のより有効な酸素供給システムが開発された。
これらの従来技術による操作時酸素を一定量に保つ補足酸素供給システム及び装置の欠点をより理解するためには、従来技術を説明する前に患者の呼吸周期を理解することが有益であろう。時間を関数として患者の呼吸圧を座標で示した場合、一呼吸周期は通常、変化した正弦波として現れる。大気圧に対して、正弦波の呼吸正圧は上昇後低下し、呼吸周期の吐出時間を示し、これに対応して正弦波の呼吸負圧は吐出周期の終了後、低下し続けた後、大気圧に対して上昇し呼吸周期の吸入時間を示す。しかしながら、実際は呼吸周期の正弦波がひずむことにより、ひずんだ正弦波の吐出時間は平均で呼吸周期の約3分の2となる一方、ひずんだ正弦波の吸入時間は平均で呼吸周期の3分の1となる。
さらに患者の呼吸器系における肺への経路は、鼻孔、鼻腔及び気管を備え、これらによって空気を患者の肺へ供給する導管が形成されている。この経路は吐出後、吐き出された空気により満たされる解剖学上の死腔であり、この空気は次の吸入時間に第一吸入空気量となる。例証にすぎないが、平均して解剖学上の死腔は次に吸入される空気量の最初の約3分の1(1/3)を保持する。呼吸に必要な空気量の残り3分の2(2/3)は次の吸入時間に新鮮な空気により提供される。新鮮な空気の2分の1(1/2)しか気体交換のために肺に届かない。即ち、必要な空気の2番目の3分の1(1/3)(又は新鮮な空気の最初の半分(1/2))が肺に運ばれ、必要な空気の最後の3分の1(1/3)(又は新鮮な空気の2番目の半分(1/2))が解剖学上の死腔にとどまる。従って、平均して呼吸周期の16%から17%のみが新鮮な空気、または吸入気体とともに新鮮な空気を肺に運び、これは呼吸周期の吸入時間の最初の半分(1/2)でのみ生じる。
全呼吸周期において連続して酸素流を提供する従来技術による補足酸素供給システムに関する酸素浪費に対応して、患者に補足酸素を供給し酸素保持を特徴として含む多くの他の従来技術によるシステム及び装置が開発及び実施されている。これらの装置には患者に「要求次第」または「絶えず」酸素を提供することができるものもある。通常、「要求次第」はこれらのシステムにおいて呼吸周期の吸入開始後まで酸素が患者に供給されないこと及び呼吸周期の吐出時間には完全に酸素が患者に供給されないことを意味している。全呼吸周期の3分の2を占める吐出時間に酸素が患者に供給されなかったので、かなりの量の酸素が保存された。
以下、二つの型の「要求次第」補足酸素供給システムを説明する。
以下、二つの型の「要求次第」補足酸素供給システムを説明する。
ダーカン等による米国特許4、462、398及び4、519、387は、患者の吸入時に呼吸ガスを保存するように設計された呼吸ガス供給方法及び装置を開示している。センサーが最初の吸息段階を示す負圧を感知すると、センサーに呼応して制御回路はバルブを操作し、呼吸ガスのパルスが単一の鼻カニューレから患者の呼吸器系に供給される。呼吸器系に供給されるガスのパルスは予め選択されたパルス形状を有することができる。この方法により時間単位当たり固定量の補足呼吸ガスが供給される。補足呼吸ガスの容積測定上の流量率が予め設定され、補足呼吸ガスの各供給時間が予め選択されることにより、吸入開始後、固定量の呼吸ガスが供給される。また、この方法によって呼吸ガスの連続供給における遅延は最小となり、遅延時間も予め決められる。これは呼吸ガス流の間隔が吸
息時間よりも短い時間に予め設定されているからである。
息時間よりも短い時間に予め設定されているからである。
さらに、吸入時間にのみ「要求次第」酸素を供給することにより呼吸ガスを保存するように設計された従来技術による補足酸素供給システムがティープ等による米国特許4、612、928に記載されている。これはガスを身体に供給するための方法及び装置の両方を開示している。装置及び方法は個人の血液において特定の酸素濃度レベルを維持するために必要な酸素量を最小にするために使用される。装置は変換器その他の回路部品を含み、個人の呼吸速度に応じた最初の一連のパルスまたは信号を得る。分割器又は計数器によって最初の一連の信号またはパルスが処理され、第一連の定期的なパルスまたは信号に応じて第二連のパルスまたは信号が生成される。第二連のパルスまたは信号は定期的にバルブを開けて、個人の定期的な呼吸周期における吸入のほぼ開始時、酸素を個人に供給するために使用される。
米国特許4、457、303及び4、484、578においてダーカンは呼吸周期における吸入終了時に供給された酸素は浪費されていることを認識している。これら二つの特許には人工呼吸装置及びこの方法が記載されている。要するに、流体により操作する人工呼吸器は無呼吸イベント回路及び需要ガス回路を備える。無呼吸イベント回路は可変静電容量装置と吸入が生じた場合回路から流体を急速に排出させる排気手段とを備える。人工呼吸器の需要ガス回路は吸入開始時、吸入時間の一部分に、呼吸ガスを患者に供給する。このように、これらの特許も吸入開始時の通気により呼吸ガスが患者に効果的に供給されるという推論に従っている。
ある従来技術による補足酸素供給システムは吐出の後のほうの段階及び呼吸周期における吸入の進んだ段階で安定した流れの酸素を供給し始め、吸入開始時、この安定した酸素流に酸素パルス流のピークを重畳する。これは佐藤等による米国特許4、686、974に記載されている。これは呼吸と同期したガス吸入装置を開示している。この装置はガス源、バルブ、吸入装置、センサー及び操作制御装置を含む。バルブはガス源に接続され、ガス源からのガスの流速及び時間を調節している。吸入装置はバルブに接続され、バルブから人体の呼吸器系の方へガスが吸入される。センサーは人体の呼吸を感知し、呼吸周期における吸入時間と吐出時間とを識別して示す電気信号を生成する。操作制御装置はセンサーから電気信号を受け、バルブに制御信号を送るので、ガス吸入は吸入開始前に開始し、吸入終了前に終了するとともに、吸息時間の初期段階において大量のガスによる短いパルス状のピークが生じる。すなわち、各吸入開始前にガスが安定して吸入され始め、吸入開始後の短時間、ガスのパルス状ピーク流吸入が安定した吸入に重畳される。平均吐出時間に基づく任意の間隔及び平均吸入時間が選択され、呼吸周期において吸入が誘発及び終了される。
上述した従来技術による装置は実際、酸素を保存したが、患者の異なる活動レベルにより変化する呼吸の要求度に関する問題を解決することはできなかった。補足酸素を必要としている患者が休息状態にある場合、血液において適切なレベルの酸素濃度を維持するために必要な酸素は比較的少量であり、それにより「不飽和」と呼ばれる状態が防がれる。患者の身体活動レベルが増加するにつれて、血液に適切なレベルの酸素濃度を維持するために必要な酸素の量は患者が休息状態にある場合に比べて多くなる。
米国特許4、706、664においてスヌーク等は、酸素が削減できるとともに処方された酸素の連続流と生理学上等価なものを患者に与えることができるパルス流補足酸素装置を開示している。装置には電子制御回路によりパルスモードで操作される需要酸素バルブが含まれる。適切なセンサーにより、電子制御回路は患者の呼吸活動をモニターし、酸素の可変時限パルスを発生し、呼吸周期または呼吸の各吸入時間におけるごく初期段階において患者に供給される量を増加させる。パルス量は、患者の先行する複数の呼吸周期を表す測定パラメータに基づいて可変する。患者の先行する三つの呼吸周期の経過時間を測定することにより、呼吸周期速度が効果的に測定される。これらの呼吸を表すパラメータ、及び適合させるべき処方された連続酸素流を表すデータにより装置は所望の供給量を変化させることができる。
ブラムによる米国特許4、584、996は慢性的な肺の機能障害を有する患者に補足酸素を断続的に投与するための方法及び装置を開示している。この装置は患者の特有の酸素要求量を供与するためにプログラム可能であり、患者の活動が増すと生じるこれらの酸素要求量の変化に対応する。吸入時、患者に酸素が供給されている間に患者の動脈血液酸素レベルを測定することによって、最初の高い動脈血液酸素レベルに達するために必要な呼吸周期の数が決められ、補足酸素がない状態で再び測定することによって、動脈血液酸素レベルを第二のより低いレベルに低減するために必要な呼吸周期数が決められる。これら二つの周期数は、呼吸周期センサー、計数器及び制御バルブを有する装置のプログラムとして適用される演算法に使用される。制御バルブは、所定数の「オン」呼吸周期の間、
鼻カニューレへの補足酸素の流れを調節し、所定数の「オフ」呼吸周期の間、連続的及び繰り返して流れを遮断し、それにより酸素を保存するとともに患者の血液酸素レベルを医療的に監視する。この装置の酸素保存特徴は、「オン」呼吸周期における各々の呼吸周期の吐出時間に酸素の流れを遮断することによりさらに向上する。患者の呼吸率は患者が活動すると増加するので、「オン」及び「オフ」時間もこれに応じて変化する。
鼻カニューレへの補足酸素の流れを調節し、所定数の「オフ」呼吸周期の間、連続的及び繰り返して流れを遮断し、それにより酸素を保存するとともに患者の血液酸素レベルを医療的に監視する。この装置の酸素保存特徴は、「オン」呼吸周期における各々の呼吸周期の吐出時間に酸素の流れを遮断することによりさらに向上する。患者の呼吸率は患者が活動すると増加するので、「オン」及び「オフ」時間もこれに応じて変化する。
米国特許4、686、975においてナイモン等は、電子部品を使用して需要に応じて呼吸ガスのユーザーへの流れを断続的に調整する補足呼吸装置を教示している。相対的な気道圧における小さな変化をモニターすることにより、この呼吸装置は吸入が検出された場合にのみガスを供給する。またこの呼吸装置において、ガス供給時間は可変なので、ユーザーの呼吸率における変化を補正することができ、それにより活動に基づく患者の呼吸に対する要求度の変化に従って調節しようとしている。
現在、多くの製造業者が、携帯用酸素タンク、酸素濃縮器又はしばしば病院の壁に取り付けられている供給源のようなあらゆる型の酸素源を使用している通常の補足酸素供給システムに取り付けられるように作られている酸素保存装置を販売している。これらの酸素保存装置は酸素源と従来の鼻カニューレ構造との間に接続するようになっている。ニューヨーク州クラレンスのメディソニックユー.エス.エー.インコーポレイテッドはメディスO2ニックコンサーバーという酸素保存装置を製造している。これは患者の呼吸周期の吐出時間に酸素源から患者への酸素の流れを遮ることによって酸素を保存している。カリフォルニア州チャツワースのチャドセラピューティクスインコーポレイテッドは登録商標オキシマティックRエレクトロニックオキシゲンコンサーバーを有する酸素保存装置を製
造している。チャドの酸素保存装置によると呼吸周期の吐出時間及び吸入時間の後のほうの部分の両方において酸素が浪費されない。メリーランド州コロンビアのトリテックインコーポレイテッドは吸入の負圧にも反応する携帯用酸素システムのための需要酸素カューレを製造した。カナダのブリティッシュコロンビア州サレイもスミス−ペリーコーポレーションは患者の息を全て感知し患者の吸入時にのみ測定した投与量の酸素を供給するVIC(ヴォヤジャーインターミッテントコントローラ)ブレスセーバーを製造している。フロリダ州フォートピアスのパルセアインコーポレイテッドは吸入開始時「要求次第」患者に酸素を供給する酸素管理システムを製造している。ニューヨーク州ロングアイランドシティのザヘンリージー.ディーツカンパニインコーポレイテッドは吸入が行われる時を感知することにより酸素を保存し吸入時にのみ酸素を供給するハラタス1という酸素保存装置を製造している。
造している。チャドの酸素保存装置によると呼吸周期の吐出時間及び吸入時間の後のほうの部分の両方において酸素が浪費されない。メリーランド州コロンビアのトリテックインコーポレイテッドは吸入の負圧にも反応する携帯用酸素システムのための需要酸素カューレを製造した。カナダのブリティッシュコロンビア州サレイもスミス−ペリーコーポレーションは患者の息を全て感知し患者の吸入時にのみ測定した投与量の酸素を供給するVIC(ヴォヤジャーインターミッテントコントローラ)ブレスセーバーを製造している。フロリダ州フォートピアスのパルセアインコーポレイテッドは吸入開始時「要求次第」患者に酸素を供給する酸素管理システムを製造している。ニューヨーク州ロングアイランドシティのザヘンリージー.ディーツカンパニインコーポレイテッドは吸入が行われる時を感知することにより酸素を保存し吸入時にのみ酸素を供給するハラタス1という酸素保存装置を製造している。
これらの酸素保存装置はいずれも吐出のいかなる段階においても患者に酸素を提供しない。
補足酸素供給システムの使用時に酸素を保存するために多くの改良が行われたが、産業においては依然として、より効率よく有効に十分な濃度の酸素を身体活動状態が変化している患者に供給すると同時に酸素を保存する必要がある。即時呼吸周期の吐出時間から次の呼吸周期の吸入時間に患者に適量の酸素を供給することができる断続的ガス吸入装置を提供する必要がある。適切な量及び濃度の酸素を即時呼吸周期の吐出時間に供給開始することが好ましいであろう。また、この断続的ガス吸入装置によって適切な量及び濃度の酸素を即時呼吸周期の吐出時間から次の呼吸周期の吸入時間に供給できれば好ましいであろう。また即時呼吸周期に適切な流速曲線を決めることのできる断続的ガス吸入装置が必要である。この流速曲線を設計することによって適切な量及び濃度の酸素が即時呼吸周期の吐出時間から次の呼吸周期に患者に供給されるであろう。好ましくは、断続的ガス吸入装置によって即時呼吸周期の吐出時間、公称流速で適量の酸素の一部を患者に供給することにより前回の呼吸周期から鼻腔にみられる残余空気の一部を鼻腔から放出し、次の呼吸周期の吸入時間に備えて残余空気の残りの部分の酸素濃度を高くすることであろう。また、
次の呼吸周期の吸入時間に酸素吸入を終了する断続的ガス吸入装置が必要である。断続的ガス吸入装置によって、次の呼吸周期の吸入時間に、即時呼吸周期において決められている負ピーク圧値に達する前に適量の酸素供給を終了すれば好ましいであろう。本発明はこれらの必要を満たし、このような利点を提供する。
補足酸素供給システムの使用時に酸素を保存するために多くの改良が行われたが、産業においては依然として、より効率よく有効に十分な濃度の酸素を身体活動状態が変化している患者に供給すると同時に酸素を保存する必要がある。即時呼吸周期の吐出時間から次の呼吸周期の吸入時間に患者に適量の酸素を供給することができる断続的ガス吸入装置を提供する必要がある。適切な量及び濃度の酸素を即時呼吸周期の吐出時間に供給開始することが好ましいであろう。また、この断続的ガス吸入装置によって適切な量及び濃度の酸素を即時呼吸周期の吐出時間から次の呼吸周期の吸入時間に供給できれば好ましいであろう。また即時呼吸周期に適切な流速曲線を決めることのできる断続的ガス吸入装置が必要である。この流速曲線を設計することによって適切な量及び濃度の酸素が即時呼吸周期の吐出時間から次の呼吸周期に患者に供給されるであろう。好ましくは、断続的ガス吸入装置によって即時呼吸周期の吐出時間、公称流速で適量の酸素の一部を患者に供給することにより前回の呼吸周期から鼻腔にみられる残余空気の一部を鼻腔から放出し、次の呼吸周期の吸入時間に備えて残余空気の残りの部分の酸素濃度を高くすることであろう。また、
次の呼吸周期の吸入時間に酸素吸入を終了する断続的ガス吸入装置が必要である。断続的ガス吸入装置によって、次の呼吸周期の吸入時間に、即時呼吸周期において決められている負ピーク圧値に達する前に適量の酸素供給を終了すれば好ましいであろう。本発明はこれらの必要を満たし、このような利点を提供する。
本発明の目的は即時呼吸周期に患者に供給するべき適切量の酸素を決める新規で有用な断続的ガス吸入装置を提供することである。
本発明の他の目的は即時呼吸周期の吐出時間から次の呼吸周期の吸入時間に適量の酸素を供給する断続的ガス吸入装置を提供することである。
本発明の他の目的は即時呼吸周期の吐出時間から次の呼吸周期の吸入時間に適量の酸素を供給する断続的ガス吸入装置を提供することである。
さらに本発明の他の目的は即時呼吸周期に適切な流速曲線を決めることができる断続的ガス吸入装置を提供することである。
また本発明の他の目的は即時呼吸周期の吐出時間から次の呼吸周期の吸入時間に適切な流速曲線で適量の酸素を供給する断続的ガス吸入装置を提供することである。
また本発明の他の目的は即時呼吸周期の吐出時間から次の呼吸周期の吸入時間に適切な流速曲線で適量の酸素を供給する断続的ガス吸入装置を提供することである。
さらに本発明の他の目的は次の呼吸周期の吸入時間のほぼ開始段階に最大流速で適量の酸素の一部を患者に供給する断続的ガス吸入装置を提供することである。
また本発明の他の目的は即時呼吸周期の吐出時間に適量の酸素を供給開始し、前回の呼吸周期から鼻腔にみられる残余空気の一部を鼻腔から放出し、次の吸入時間に備えて残余空気の残りの部分の酸素濃度を高くする断続的ガス吸入装置を提供することである。
また本発明の他の目的は即時呼吸周期の吐出時間に適量の酸素を供給開始し、前回の呼吸周期から鼻腔にみられる残余空気の一部を鼻腔から放出し、次の吸入時間に備えて残余空気の残りの部分の酸素濃度を高くする断続的ガス吸入装置を提供することである。
さらに本発明の他の目的は、次の呼吸周期の吸入時間に、好ましくは次の呼吸周期において即時呼吸周期に発生する負ピーク圧値に達する前に酸素吸入を終了する断続的ガス吸入装置を提供することである。
従来技術による装置に関して上記のように考察した結果、本発明の主要な目的は前回の発明により提供された酸素供給方法を改良すると同時に酸素の使用効率を増加することであるが、効率を増加しても必要な酸素レベルに達することができる。これらの目的を達成するために、感知及びガス供給能力の両方を備えた鼻カニューレが患者に取り付けられる。吸入ガスは鼻カニューレのガス供給能力によりガス源から患者に供給される。本発明においてガス供給は患者が吐出し終える前に予め選択された流速で供給するように制御され、その後患者の呼吸周期における吸入時間の予め選択された部分で、好ましくは患者の吸入周期の最初の3分の1において患者の吸入努力により吸入のピークに達する前により高い所定の流速に増加する。吸入時間に供給される吸入ガスの所定流速は固定流速でも可変流速でもよいが、いずれの場合も吸入のピーク前に所定量の吸入ガスを供給することにより、患者の生理学上の必要に応じて、患者の身体活動及び診断状態のいずれかにより必要とされる所望の血液酸素濃度を維持することができる。
患者の呼吸周期の適切な部分で適量の吸入ガスを得るために所望の吸入ガス供給を行うための装置及び方法を以下により詳細に説明する。
本発明の断続的ガス吸入装置は酸素のような加圧ガス状流体源と呼吸している患者との間に流体接続されている。断続的ガス吸入装置は、即時呼吸周期の吸入後の吐出時間から患者の次の呼吸周期における吸入時間に、ある量のガス状流体即ち酸素を患者の呼吸器系の入口に吸入するように操作される。本発明の断続的ガス吸入装置を説明する目的で、本発明の実施例の記載に使用するいくつかの用語を説明することにより本発明の操作及び部品の理解が容易となるであろう。以下の記載において各用語を最初に使用する場合、明示するために引用符号を使う。
「呼吸周期」は患者が最初に吸入しその後吐出する場合に生じる。呼吸周期は患者が吸入し始めた時に始まり、患者が吐出し終えた時に終了する。結果として、一呼吸周期は一つの「吸入時間」と吸入時に続く一つの「吐出時間」とからなる。本発明の実施例を説明する場合だけの取り決めとして、吸入時間は大気に対して、患者が吸入した時に生じる「負圧値」を検出することにより感知され、吐出時間は大気に対して、患者が吐出した時に生じる「正圧値」を検出することにより感知される。本発明による断続的ガス吸入装置の第一実施例に特に有用であるとして説明するが、「負ピーク圧値」は即時呼吸周期の吸入時に検出される最小圧力として生じ、「正ピーク圧値」は即時呼吸周期の吐出時に検出される最大圧力として生じる。これらの負及び正ピーク圧値は、本発明による断続的ガス吸入装置の第一実施例を操作する場合に使用される。さらに、「即時呼吸周期」及び「次の呼吸周期」は本発明の操作を説明する場合にのみ取り決めとして使用する。用語自体が暗示しているが、即時呼吸周期は患者が現在呼吸している呼吸周期であり、次の呼吸周期は即時呼吸周期に続く。実際、一旦「即時呼吸周期」が終了すると「次の呼吸周期」は即時呼吸周期となり、終了した即時呼吸周期は先行する呼吸周期となる。患者が即時呼吸周期にのみ呼吸をすることは当業者であれば理解するであろう。さらに「呼吸圧の変化」は呼吸圧における実際の変化及び呼吸圧の速度の変化のいずれかとして解釈することができる。
本発明による断続的ガス吸入装置10の第一実施例はその概略が図1及び2に示されている。断続的ガス吸入装置10は加圧されたガス状の流体源12と呼吸している患者14との間に流体接続されている。ガス状流体は好ましくは酸素であるが、空気、亜酸化窒素、エーテル及びその他の人間及び動物に通常投与されるガスから選択することもできるであろう。断続的ガス吸入装置10はある量のガス状流体を患者14の呼吸器系の入口16に吸入するように操作される。通常、入口16は患者14の鼻または口であるが、入口16が患者14の鼻及び口の両方の場合もある。図2において、ある量のガス状流体(実線)は吸入時間18(基準線20の下の点線)の後から即時呼吸周期24の吐出時間22(基準線20の上の点線)に連続的に吸入される。上述した通り、即時呼吸周期24は吸入時間18と吐出時間22の合計である。ガス状流体の吸入は患者14の次の呼吸周期28における次の吸入時間26に継続する。
再び図1を参照すると、断続的ガス吸入装置10はバルブアセンブリ30、センサー32、制御装置34及びバルブアセンブリ30、センサー32並びに制御装置34を作動させる電源35を含む。バルブアセンブリ30はガス状流体源12と患者14の呼吸器系への入口16との間に流体接続している。バルブアセンブリ30は閉じた状態と開いた状態との間で作動する。閉じた状態では、流体の流れは遮られ、ガス状流体がガス状流体源12から患者14の呼吸器系への入口16へ流れることを妨げられる。開いた状態では、流体接続は確立され、ガス状流体がガス状流体源12から患者14の呼吸器系への入口16へ流れる。
センサー32は圧力変換器の形状を有し、患者14の呼吸器系の入口16と流体接続し、患者14が呼吸している場合の、大気圧に対する、呼吸している患者14の呼吸圧(図2にシヌソイド破線で示される)における変化を検出する。これに限定されないが、好ましくは本発明の第一実施例において呼吸圧において検出された変化は呼吸圧における実際の変化である。すなわち、センサー32は患者14の即時呼吸周期24における吸入及び吐出時間18、20の呼吸圧変化を検出する。さらにセンサー32は即時呼吸周期24の呼吸圧変化を表すセンサー信号を発生する。これらの呼吸圧変化は、時間の関数(基準線20)として図2にシヌソイド破線により示されている。
マイクロプロセッサの形状を有する制御装置34はセンサー32とバルブアセンブリ30との間に接続され(図1)、センサー信号を受けて処理し、即時呼吸周期24の吸入時間18に生じる負ピーク圧値36及び即時呼吸周期24の吐出時間22に生じる正ピーク圧値38を決める(図2)。後に詳細を説明する正ピーク圧値38の第一所定パーセン
トが得られた場合、即時呼吸周期24の吐出時間22内に制御装置34が応答する。正ピーク圧値38の第一所定パーセントが達成されると、バルブアセンブリ30は作動し開いた状態になるので、即時呼吸周期24の吐出時間22から次の呼吸周期28の吸入時間18にガス状流体はガス状流体源12から患者14の呼吸器系への入口16へ流れる。さらに、負ピーク圧値36の第二所定パーセントが得られ、バルブアセンブリ30が閉じた状態に作動され、ガス状流体がガス状流体源12から患者14の呼吸器系への入口16へ流れることを妨げられた場合、制御装置34は次の呼吸周期28の吸入時間26内に応答する。
トが得られた場合、即時呼吸周期24の吐出時間22内に制御装置34が応答する。正ピーク圧値38の第一所定パーセントが達成されると、バルブアセンブリ30は作動し開いた状態になるので、即時呼吸周期24の吐出時間22から次の呼吸周期28の吸入時間18にガス状流体はガス状流体源12から患者14の呼吸器系への入口16へ流れる。さらに、負ピーク圧値36の第二所定パーセントが得られ、バルブアセンブリ30が閉じた状態に作動され、ガス状流体がガス状流体源12から患者14の呼吸器系への入口16へ流れることを妨げられた場合、制御装置34は次の呼吸周期28の吸入時間26内に応答する。
さらに、負ピーク圧値36の第三所定パーセントが得られ、バルブアセンブリ30が開いた状態にさらに作動された場合、制御装置34は次の呼吸周期28の吸入時間26内に応答する。再度開いた状態において、追加量のガス状流体は、即時呼吸周期24の吐出時間22後で次の呼吸周期28の吸入時間26の残りの部分の前まで、ガス状流体源12から患者14の呼吸器系への入口16に流れる。また、バルブアセンブリ30は必要な場合、即時呼吸周期24の吐出時間22に再度、開いた状態に作動してもよいであろう。
第一、第二及び第三所定パーセントは患者毎に臨床医が臨床的に決める。好ましくは少なくとも第一及び第二所定パーセントは各患者の呼吸に対する要求度に適合させるが、第三所定パーセントを各患者の呼吸に対する要求度に適合させてもよい。
従って、本発明による断続的ガス吸入装置は患者の補足酸素に対する特定の要求度に適合する。臨床医が考慮するであろう要因は、体重、身長、身体状態、肺の機能障害の程度などである。第一及び第二所定パーセントは10%〜80%の範囲から選択される。第一及び第二所定パーセントは互いに異なるが、同じであってもよい。第一及び第二所定パーセントは10%から80%までを含む範囲から選択される。好ましくは、第一所定パーセントは25%、第二所定パーセントは33.3%である。第三所定パーセントは、第二所定パーセントよりも低い範囲で、1%から25%までを含む範囲から選択される。好ましくは、第三所定パーセントは12.5%である。
本発明による断続的ガス吸入装置10の第一実施例において、バルブアセンブリ30は第一ソレノイドバルブV1及び第二ソレノイドバルブV2を含む。第一ソレノイドバルブV1は第一閉状態と第一開状態との間で作動し、第二ソレノイドバルブV2は第二閉状態と第二開状態との間で作動する。第一及び第二ソレノイドバルブV1、V2は各々独立して、加圧ガス源12と患者14の呼吸器系への入口16との間で流体接続している。ガス供給チューブ40により第一及び第二ソレノイドバルブV1、V2は加圧ガス状流体源12に接続されている。バルブチューブ44及び46の各々により第一及び第二ソレノイドバルブV1、V2はマニホールド48に接続されている。マニホールド48はさらに単
一のガス供給チューブ52により鼻カニューレ50に接続されている。第一及び第二ソレノイドバルブV1,V2は個々にライン54及び56を介して制御装置34に電気接続され、ライン58及び60を介して電源35に接続されている。第一及び第二ソレノイドバルブV1、V2のバルブ駆動装置62は各ライン54及び56に設けられ、各バルブ駆動装置62は各々、各ライン64及び66を介して電源35に電気接続されている。各バルブ駆動装置62は、ライン67及び69を介して制御装置34に電気接続されている。
一のガス供給チューブ52により鼻カニューレ50に接続されている。第一及び第二ソレノイドバルブV1,V2は個々にライン54及び56を介して制御装置34に電気接続され、ライン58及び60を介して電源35に接続されている。第一及び第二ソレノイドバルブV1、V2のバルブ駆動装置62は各ライン54及び56に設けられ、各バルブ駆動装置62は各々、各ライン64及び66を介して電源35に電気接続されている。各バルブ駆動装置62は、ライン67及び69を介して制御装置34に電気接続されている。
鼻カニューレ50、ガス供給チューブ52及びセンサーチューブ53は周知である従来のカニューレ構造の部品である。要するに、鼻カニューレ50は呼吸をしている患者14の呼吸器系への入口に受容され、その近傍に固定される大きさに調整されている。鼻カニューレ50は、鼻カニューレ50を互いに流体連絡から絶縁されたガス供給導管及びセンサー導管に分割するための(図示しない)隔壁を有する。ガス供給導管はガス供給チューブ52を介してバルブアセンブリ30と流体接続し、センサー導管はセンサーチューブ53を介してセンサー32に流体接続している。このように、鼻カニューレ50は分割カニューレと称されることもあるが、呼吸圧の変化を検出すると同時に酸素を患者に供給する。
再度、図2を参照すると、第一ソレノイドバルブV1は、即時呼吸周期24の吐出時間22に第一閉状態から第一開状態に作動し、次の呼吸周期28の吸入時間26の後の方の段階「LS」に第一開状態から第一閉状態に作動するよう操作される。従って、ガス状流体は、即時呼吸周期における吐出時間の衰退段階「WS」に始まる即時呼吸周期24の吐出時間22に図示するように(実線)流れる。衰退段階「WS」は正ピーク圧値38を乗じた第一所定パーセントを表す。第一開状態において、ガス状流体の流れは、流動跡70の平坦な実線部分68により示されているように安定状態となる。一方、第二ソレノイドバルブV2は、次の呼吸周期28の吸入時間26のほぼ開始段階「BS」に第二閉状態から第二開状態に作動するよう操作され、それによりバルブアセンブリ30は再度、開状態となる。開始段階「BS」は、次の吸入時間に使用される即時呼吸周期のピーク負圧値を乗じた第三所定パーセントを表す。第二ソレノイドバルブV2の第二開状態において、追
加のガス状流体は、流動跡70のスパイク波形の実線で表される高流量率パルスとして流れる。第二ソレノイドバルブV2は、次の呼吸周期28の吸入時間26の後のほうの段階「LS」で第二開状態から第二閉状態に作動するよう操作される。後のほうの段階「LS」は、即時呼吸周期の負ピーク圧値を乗じた第二所定パーセントを表す。このように、これに限定されないが、第一ソレノイドバルブV1及び第二ソレノイドバルブV2は同時に各閉状態になるように作動する。好ましくは、後のほうの段階「LS」は次の吸入時間の負ピーク圧値の前に生じる。さらに、負ピーク圧値36の第二所定パーセントが達成されると、第一ソレノイドバルブV1及び第二ソレノイドバルブV2は各々、第一閉状態及び第二閉状態になるように作動する。いずれの場合も、ガス状流体は、1分当たり0.5リットル及び1分当たり12リットルを含むこれらの流速範囲から選択される流速で流れる。
加のガス状流体は、流動跡70のスパイク波形の実線で表される高流量率パルスとして流れる。第二ソレノイドバルブV2は、次の呼吸周期28の吸入時間26の後のほうの段階「LS」で第二開状態から第二閉状態に作動するよう操作される。後のほうの段階「LS」は、即時呼吸周期の負ピーク圧値を乗じた第二所定パーセントを表す。このように、これに限定されないが、第一ソレノイドバルブV1及び第二ソレノイドバルブV2は同時に各閉状態になるように作動する。好ましくは、後のほうの段階「LS」は次の吸入時間の負ピーク圧値の前に生じる。さらに、負ピーク圧値36の第二所定パーセントが達成されると、第一ソレノイドバルブV1及び第二ソレノイドバルブV2は各々、第一閉状態及び第二閉状態になるように作動する。いずれの場合も、ガス状流体は、1分当たり0.5リットル及び1分当たり12リットルを含むこれらの流速範囲から選択される流速で流れる。
当業者であれば、本発明による断続的ガス吸入装置は、以下に「吸入操作周期」として述べるそれ自身の操作周期内で操作されることがわかるであろう。吸入操作周期は即時呼吸周期の吸入時間の負ピーク圧値で始まり、次の呼吸周期における吐出時間に続き、次の呼吸周期の吸入時間の負ピーク圧値の前に終了する。当業者であれば、本発明による吸入操作周期はその位相が患者の通常呼吸周期に対して90度進むと考えられていることを理解するであろう。さらに、当業者であれば、本発明を即時呼吸周期に作動させるために、これらの負及び正ピーク圧値を発生させ、次の呼吸周期に停止させるように即時呼吸周期から基準圧を使用することがわかるであろう。さらに、本発明による断続的ガス吸入装置10は圧力変化を検出し、ガス状流体の供給にこれらの検出した変化を使用し、その後、
患者の即時呼吸周期内に患者にガス状流体の供給を始めるが、このことが従来技術によるいずれのガス吸入装置にも達成されなかったことは明らかである。
患者の即時呼吸周期内に患者にガス状流体の供給を始めるが、このことが従来技術によるいずれのガス吸入装置にも達成されなかったことは明らかである。
本発明の断続的ガス吸入装置10の第一実施例によると、吸入時間18の後、即時呼吸周期24における吐出時間22から次の呼吸周期28の吸入時間26に、加圧ガス状流体源12から呼吸している患者14の呼吸器系への入口16にガス状流体を断続的に吸入する方法が使用可能である。本方法の最初のステップは即時呼吸周期24の吸入時間18に生じる負ピーク圧値を決めることである。次のステップは即時呼吸周期24の吐出時間22に生じる正ピーク圧値を決めることである。次のステップは、正ピーク圧値38の第一所定パーセントが達成された場合、即時呼吸周期24の吐出時間22に患者14の呼吸器系への入口16にガス状流体を供給開始することを含む。次のステップは、次の呼吸周期28の吸入時間26に呼吸器系への入口16にガス状流体を供給し続けることを含む。最終ステップは、負ピーク圧値36の第二所定パーセントが達成された場合、次の呼吸周期28の吸入時間26に呼吸器系へのガス状流体の供給を終了することを含む。さらに、負ピーク圧値36の第三所定パーセントが達成された場合、次の呼吸周期28の吸入時間26に患者14の呼吸器系への入口16に追加ガス状流体を供給開始するステップは、次の呼吸周期28の吸入時間26に呼吸器系への入口16にガス状流体を供給し続けた後に追加することができる。
断続的ガス吸入装置の第二実施例は、従来の先細針状チューブのような可変オリフィスバルブを使用する。この第二実施例による断続的ガス吸入装置は、第一実施例による断続的ガス吸入装置10とほぼ同じ操作原理を使用するが、第一第二ソレノイドバルブの代わりに異なる型のバルブを使用する。また、第二実施例による断続的ガス吸入装置は制御装置34を制御するソフトウェアプログラムを変更する必要がある。ソフトウェアプログラムを変更することにより、制御装置34は即時呼吸周期24にセンサー32が発生したセンサー信号を受け処理するように操作され、どの位の量のガス状流体が患者14の呼吸努力に必要なのか計算する。本発明の第二実施例において、好ましくはセンサー32は患者の呼吸圧の変化速度を検出する。制御装置34はセンサー信号に応答し、バルブアセンブリ30を開状態に作動するので、即時呼吸周期24の吐出時間22から次の呼吸周期28の吸入時間26に計算された量のガス状流体がガス状流体源12から患者14の呼吸器系への入口16に流れる。さらに制御装置34は、計算された量のガス状流体が患者14の呼吸器系への入口16に供給された場合、次の呼吸周期28の吸入時間26に、応答してバルブアセンブリ30を閉状態に作動する。好ましくは、次の呼吸周期における吸入時間の負ピーク圧値が達成される前にバルブアセンブリ30は閉状態に作動する。
患者に供給すべき計算された量のガス状流体は即時呼吸周期に基づく。従って、患者の呼吸に対する要求度が変化すると、例えば身体活動が増した結果、ガス状流体の計算量も増加する。従って、患者の身体活動が低下すると呼吸圧の変化が検出され、ガス状流体の計算量も減少する。
圧力変化速度は、二つの検出された圧力値の違いを圧力値が検出された各時間の違いで割ることにより計算可能である。これは図2に角度71により示されている。当業者であれば、これは流動跡70の「傾斜」の計算であることがわかるであろう。圧力変化速度が即時呼吸周期の吸入時間、即時呼吸周期の吐出時間または次の呼吸周期の吸入時間に計算可能であることに言及する。
さらに、制御装置34は、即時呼吸周期24の吐出時間22及び次の呼吸周期28の吸入時間26に呼吸する患者の呼吸器系への入口16に連続流入するガス状流体の計算量の流速曲線を決めるように応答する。例であってこれに限定されないが、流速曲線は図2に実線の流動跡70により示されている。ソフトウェアプログラムを変更することにより所望の流速曲線の形状を決めることができるので、流速曲線は、流動跡70の平坦な実線部分68により示されている一定流速曲線、流動跡70のスパイク波形の実線部分68により示されている可変流速曲線、又は図2に示されている固定並びに可変流速曲線の組み合わせから選択される。ガス状流体が患者の呼吸器系への入口に流れている場合、次の呼吸周期の吸入時間内に圧力変化速度を検出することができるので、流れているガス状流体の流速曲線を即座に変化させることによって、必要に応じて、計算量のガス状流体を容易且つ完全に適宜、患者に供給することができる。本発明のこの特徴はいかなる従来技術にも
含まれていない。明らかに、ガス状流体が供給されている間、即ち即時呼吸周期の吐出時間及び次の呼吸周期の吸入時間に必要に応じて、流速曲線を即座に変更することができるであろう。
含まれていない。明らかに、ガス状流体が供給されている間、即ち即時呼吸周期の吐出時間及び次の呼吸周期の吸入時間に必要に応じて、流速曲線を即座に変更することができるであろう。
例にすぎないが、即時呼吸周期24の吐出時間22に呼吸する患者の呼吸器系への入口16に流れる計算量のガス状流体の最大流速「MFR」は、次の呼吸周期における吸入時間18の開始段階「BS」直後に生じる。好ましくはガス状流体の流速曲線は、1分当たり0.5リットルの最小流速及び1分当たり12.0リットルの最大流速を有する流速範囲を含む。
本発明による断続的ガス吸入装置の第二実施例によると、吸入時間の後及び即時呼吸周期の吐出時間から次の呼吸周期の吸入時間に、加圧ガス状流体源から呼吸している患者の呼吸器系への入口にガス状流体を断続的に吸入する方法が使用される。最初のステップは、即時呼吸周期24の吸入時間18及び吐出時間22の一方において患者14の呼吸器
系への入口16に供給する必要のあるガス状流体の量を計算することである。次のステップは即時呼吸周期24の吐出時間22に患者14の入口16に計算した量のガス状流体を供給開始することである。次のステップは、次の呼吸周期28の吸入時間26に患者14の呼吸器系への入口16に計算量のガス状流体を供給し続けることを含む。次のステップは、次の呼吸周期28の吸入時間26に供給が完了する場合、患者14の呼吸器系に計算量のガス状流体を供給することを終了することである。好ましくは、ガス状流体を供給するための所望の流速曲線を決めるステップは、即時呼吸周期24の吸入時間18及び吐出時間22の一方において患者14の呼吸器系への入口16に供給する必要があるガス状流体の量を計算するステップと同時に行われる。また好ましくは所望の流速曲線の最大流速
で供給するステップは、次の呼吸周期28において吸入時間26の開始段階「BS」の直後に行われる。もちろん、各一連の連続している即時及び次の呼吸周期において本方法のステップを繰り返すステップを含むことが好ましい。
系への入口16に供給する必要のあるガス状流体の量を計算することである。次のステップは即時呼吸周期24の吐出時間22に患者14の入口16に計算した量のガス状流体を供給開始することである。次のステップは、次の呼吸周期28の吸入時間26に患者14の呼吸器系への入口16に計算量のガス状流体を供給し続けることを含む。次のステップは、次の呼吸周期28の吸入時間26に供給が完了する場合、患者14の呼吸器系に計算量のガス状流体を供給することを終了することである。好ましくは、ガス状流体を供給するための所望の流速曲線を決めるステップは、即時呼吸周期24の吸入時間18及び吐出時間22の一方において患者14の呼吸器系への入口16に供給する必要があるガス状流体の量を計算するステップと同時に行われる。また好ましくは所望の流速曲線の最大流速
で供給するステップは、次の呼吸周期28において吸入時間26の開始段階「BS」の直後に行われる。もちろん、各一連の連続している即時及び次の呼吸周期において本方法のステップを繰り返すステップを含むことが好ましい。
本発明による断続的ガス吸入装置の第三実施例は、形状記憶合金フィルム駆動バルブ(通常マイクロフローバルブと呼ぶ)を含むバルブアセンブリ30を備えている。本発明による断続的ガス吸入装置の第三実施例は上述した実施例と同じ操作原理を使用しているが、制御装置34を制御するソフトウェアプログラムは若干、変更しなければならない。従来の形状記憶合金フィルム駆動バルブと同様、このバルブの駆動を制御することにより、ガス状流体が源から患者に流れる場合、ソフトウェアプログラムに指令されるように開状態を可変させる。このように、ガス状流体が患者に供給される間はいつでもガス状流体の流速を正確に制御することができる。
本発明による三実施例を上述したが、当業者であれば技術における改良を認識するであろう。特に、本発明による断続的ガス吸入装置は、センサーとバルブアセンブリとの間に接続され、即時呼吸周期の吸入時間、即時呼吸周期の吐出時間及び即時呼吸周期の吸入並びに吐出時間のいずれかにおいて発生したセンサー信号を受け処理するように操作される制御装置を含む。これに限らないが、バルブアセンブリは即時呼吸周期の吐出時間における衰退段階「WS」で開状態に駆動し、次の呼吸周期の吸入時間における後の方の段階「LS」で閉状態に駆動する。さらに、本発明による断続的ガス吸入装置は、加圧ガス状流体源から呼吸している患者の呼吸器系への入口にガス状流体を断続的に吸入する方法を使用する。最初のステップは、即時呼吸周期の吸入時間、即時呼吸周期の吐出時間及び即時呼吸周期の吸入並びに吐出時間のいずれかにおいてセンサー信号を発生することを含む。次のステップは、即時呼吸周期の吸入時間、即時呼吸周期の吐出時間及び即時呼吸周期の吸入並びに吐出時間のいずれかにおいてセンサー信号を処理し、患者の呼吸器系への入口に供給するべきガス状流体の量を決めることである。次のステップは、即時呼吸周期の吐出時間に患者の呼吸器系への入口に所定量のガス状流体を供給開始することである。
次のステップは、次の呼吸周期の吸入時間に患者の呼吸器系への入口に所定量のガス状流体を供給し続けることである。次のステップは、次の呼吸周期の吸入時間に患者の呼吸器系に所定量のガス状流体を供給することを終了することである。
次のステップは、次の呼吸周期の吸入時間に患者の呼吸器系への入口に所定量のガス状流体を供給し続けることである。次のステップは、次の呼吸周期の吸入時間に患者の呼吸器系に所定量のガス状流体を供給することを終了することである。
当業者であれば、従来型その他のいかなる型のバルブもバルブアセンブリに使用することができることを了解するであろう。患者の要求により、バルブアセンブリは単一のソレノイドバルブ、単一の段付きソレノイドバルブ、単一の比例バルブまたは単一の形状記憶合金フィルム駆動バルブを使用することができるであろう。また、上述したいずれの実施例においても、本発明によりソレノイドバルブの配列、形状記憶合金フィルム駆動バルブの配列及びこれらの型のバルブの組み合わせの配列を組み入れることができるであろう。さらに、本発明は通常開状態の又は通常閉状態の一以上のバルブで作動可能であろう。通常開状態のバルブによりバルブアセンブリは「安全側に誤動作する」特徴を有するが、これにより例えば電源故障の場合、バルブアセンブリの一以上のバルブは自動的に開状態に
作動するであろう。このように、電源がなくても、患者は、不足流速で、好ましくは1分当たり2リットルの酸素を受け続けるであろう。
作動するであろう。このように、電源がなくても、患者は、不足流速で、好ましくは1分当たり2リットルの酸素を受け続けるであろう。
さらに、本発明による断続的ガス吸入装置は血液−酸素濃度装置とともに使用することによって、患者の血液の流れにおいて適切な血液−酸素濃度を維持することができるであろう。例えば、患者の耳に操作接続されている酸素濃度計で、ソフトウェアプログラムを再び変更することにより、患者の供給するべき酸素量は酸素濃度計からのフィードバックに基づくことができるであろう。このように、補足酸素供給システムから補足酸素を受ける患者に少なくともしきい量の血液−酸素濃度を維持する方法が使用される。最初のステップは患者の血液−酸素濃度の量をモニターすることを含む。次のステップは患者の血液−酸素濃度の量が血液−酸素濃度のしきい量よりも下であることを決めることである。次のステップは血液−酸素濃度の量が少なくとも患者の血液−酸素濃度のしきい量になるまで補足酸素供給システムを作動することである。
操作
図1を再び参照すると、吸入ガス、この場合酸素が源12から供給される。酸素はガス供給チューブ40を介して第一及び第二ソレノイドバルブV1、V2の各々に送られる。ライン44及び46を介して、ガスはマニホールド48で第一及び第二ソレノイドバルブV1、V2から流れる。マニホールド48から、ガスはガス供給チューブ52を介して鼻カニューレ50に送られる。少なくとも一つのセンサーチューブ53もカニューレ50に接続され、好ましくは患者のガス供給チューブ52に流れる酸素から隔離される。センサーチューブ53は、カリフォルニア州パロアルトのセンシムインコーポレイテッドによる圧力変換器32であるセンサー32に接続される。AC/DC変換器80により5VDCに変換された110VACか又は機能を後述する電池低センサー84に直線に電気接続されている電池82からの直流を供給する電線78を使用する電源35によって、圧力変換器32は電気供給される。電源35から追加供給される電源出力はPSで示されている。PS電源出力により図1に示されているように、電気はライン58及び60を介して第一ソレノイドバルブV1及び第二ソレノイドバルブV2に供給される。また電源35により電気はライン79を介してマイクロプロセッサー34に供給される。圧力変換器の出力ライン86も、マイクロプロセッサー34の入力側に接続されるが、マイクロプロセッサーは図4にもU1として示されている。
図1を再び参照すると、吸入ガス、この場合酸素が源12から供給される。酸素はガス供給チューブ40を介して第一及び第二ソレノイドバルブV1、V2の各々に送られる。ライン44及び46を介して、ガスはマニホールド48で第一及び第二ソレノイドバルブV1、V2から流れる。マニホールド48から、ガスはガス供給チューブ52を介して鼻カニューレ50に送られる。少なくとも一つのセンサーチューブ53もカニューレ50に接続され、好ましくは患者のガス供給チューブ52に流れる酸素から隔離される。センサーチューブ53は、カリフォルニア州パロアルトのセンシムインコーポレイテッドによる圧力変換器32であるセンサー32に接続される。AC/DC変換器80により5VDCに変換された110VACか又は機能を後述する電池低センサー84に直線に電気接続されている電池82からの直流を供給する電線78を使用する電源35によって、圧力変換器32は電気供給される。電源35から追加供給される電源出力はPSで示されている。PS電源出力により図1に示されているように、電気はライン58及び60を介して第一ソレノイドバルブV1及び第二ソレノイドバルブV2に供給される。また電源35により電気はライン79を介してマイクロプロセッサー34に供給される。圧力変換器の出力ライン86も、マイクロプロセッサー34の入力側に接続されるが、マイクロプロセッサーは図4にもU1として示されている。
操作時、鼻カニューレが通常の呼吸をする患者に取り付けられている場合、センサーチューブ53は患者の吐出時、正圧を受け、患者の吸入時、負圧を受ける。図2を参照すると、上部の水平シヌソイド線が患者の呼吸周期をたどる場合、水平な直線の上の曲線は吐出時のセンサーチューブ53における正圧(基準線20)(図1)を示し、線の下の曲線は吸入時のセンサーチューブ53における負圧を示す。患者の呼吸周期における圧力の違いは、センサーチューブ53におけるガス圧力に直接、接続している圧力変換器により感知される。通常、圧力変換器は図2のグラフで示されているように患者の吐出及び吸入の正及び負圧変数を表す正及び負電圧値を有する比例アナログ信号を提供する。この信号は出力ライン86を介してマイクロプロセッサ34即ちU1に送られる。
マイクロプロセッサ34即ちU1において、信号の流れ及び波形を含む正及び負電圧はデジタル形式に変換され、マイクロプロセッサU1のランダムアクセスメモリに連続的に記憶される。第一及び第二ソレノイドバルブV1、V2の操作を生じさせる様々な予め選択された状態が生じたことを判断するために装置を操作している間、記憶されたデジタル信号は連続的にアクセスされる。即時呼吸周期の吐出時間(図2参照)、最大正圧は正ピーク圧値38に示される。マイクロプロセッサU1におけるソフトウェアにより最大値に達したことが確証された場合、その信号値の所定部分はマイクロプロセッサにより作成され、デジタル化され、記憶された波形信号が調べられ、作成値と比較される。その値に達した場合、マイクロプロセッサにイネーブル信号が作成され、バルブ駆動装置62が駆動され、駆動装置により第一ソレノイドバルブV1が駆動され、チューブ40を介して酸素源12に対して開き、第一及び第二ソレノイドバルブV1,V2の各々のバルブチューブ44及び46、さらにガス供給チューブ52を介して鼻カニューレ50に接続される。酸素の流速はバルブ固有のオリフィス(図示しない)の大きさにより調整され、第一ソレノイドバルブV1に対して通常1分あたり約2リットルである。
さらに、最大負吸入圧の予め選択された部分が感知される。この値は身体活動における変化を配慮するように呼吸器の臨床医または患者により選択することができ、各患者の設定点は選択された活動時の血液ガスをモニターすることにより予め決められる。供給酸素量の調節可能限度内で、このように固定された流体装置に、これまで配慮されなかった患者の要求度を組み入れることができる。
同様に、第二ソレノイドバルブV2は、本発明の長所及び利点を完全に利用するために、予測最大負圧前の吸入時間に所定量の酸素吸入ガスを供給するようプログラムすることができる可変オリフィス(図示しない)または可変流量バルブ(図示しない)に取り替えてもよい。
この酸素はトリガー点「LS」に達した場合、呼吸周期における点まで患者に流れ続ける。圧力変換器の出力値が即時呼吸周期における吸入時間のピーク値の予め選択された分数値に達すると、マイクロプロセッサU1によりトリガー点が生じ、この分数値は即時呼吸周期における吸入時間のピークで予めマイクロプロセッサにより決められ記憶されている。同時に、第二イネーブル信号がバルブ駆動装置62に送られ、駆動装置が作動することにより酸素はガス供給チューブ40からバルブチューブ46及びガス供給チューブ52を経て患者に流れる。酸素の流速は第二ソレノイドバルブV2の弁座(図示しない)でのオリフィス制限装置のサイズにより決められる。この酸素の流れは、次の吸入時間に、即時呼吸周期における吸入時間のピーク負圧値の33%に達するまで続く。同時に、マイク
ロプロセッサU1は現在の吸入時間を測定することにより、トリガ点の値、即ち即時吸入時間の負ピーク圧値の33%を計算記憶し、次の呼吸周期において必要なトリガ点を発生させる。
ロプロセッサU1は現在の吸入時間を測定することにより、トリガ点の値、即ち即時吸入時間の負ピーク圧値の33%を計算記憶し、次の呼吸周期において必要なトリガ点を発生させる。
実施例において上述した工程は、各呼吸周期で繰り返される。例えば活動または運動により患者の酸素要求度が増加すると、適切にプログラムされた本発明は、各呼吸周期の各吐出/吸入時間に対して所定量の酸素を供給することにより自動的に、増加した要求度に対応する。本発明は次のようなスイッチ、ライト及び警報器によりさらに操作が容易になる。これらは図1に示されている。
(a)「テスト」スイッチTS−1はマルチポジションデジタルスイッチであり、オペレーターが使用することにより装置に対する一連のテストを行い、装置を患者に使用する前にその操作をチェックする。これらのテストは装置が故障した場合の診断具としても使用可能である。
(b)「LO BPM」はライトL−1に貼付されるラベルであり、「1分当たりの呼吸数が低い」ことを示す。このライトは、患者の呼吸率が安全でないレベルまで減少した場合にマイクロプロセッサU1からの信号で点灯する。
(c)「警報器」A−1は、上記(b)に記載されているように呼吸率が低くなりすぎた場合はいつでも、又は電池の電圧が装置を正確に操作するために予め設定されたレベルより下に減少した場合、マイクロプロセッサU1からの信号で音を出す。本発明には警報器が鳴った場合、患者が手動で不足流量率に切り替えることができるスイッチを設けてもよい。
(d)「バルブオン」ライトL2は緑のライトで、ソレノイドバルブのいずれか一方または両方に接続されているので、バルブが作動した場合はいつでも点灯し、それにより各呼吸に対するバルブの周期を示す信号を送る。
(e)「LO BAT」L−3は低電池ライトである。この赤いライトは警報器が鳴ると同時にマイクロプロセッサU1からの信号により点灯する。さらに、警報が鳴っていることを知らせるものである。さらに警報器が鳴ったのは電池の電圧が低いからであり、患者が呼吸困難におちいっているのではないことを知らせる。また、低電池ライトが点灯した場合は患者がスイッチを不足流速に切り替えてもよい。
回路の詳細な説明
電源
図3を参照して、本発明は通常、AC/DC変換器80により9VDCに変換される110VACの電源を使用している。9VDCの細流充電が充電抵抗R17により電池82即ちB1に対して行われる。R17の値は電池が損傷しないように選択される。AC/DC変換器がシステムから取り外された場合、電池B1によりシステムにバックアップ電源が供給される。ダイオードD2は充電抵抗R17をバイパスするので、適正なシステム電源をバックアップモードにすることができる。コンデンサーC10は十分、充電しているので、ソレノイドバルブを駆動する場合の大きな電力需要を補足する。スイッチSW1がON位置にある場合、電子回路に+5VDC制御電力を提供するステップダウンDC−DC変換器回路に9VDCが加えられる。9VDCはソレノイドバルブV1、V2にも加えられる。変換器DCはステップダウン変換器として形成されている。抵抗R19は最大出力電流を+5VDCに制限するように選択される。ダイオードD3、インダクターL4及びコンデンサーC11を備えるフィルター回路は出力の脈動を許容レベルまで平滑にする。出力信号をDC−DC変換器の感知入力ピン8にフィードバックさせることにより制御が行われる。低電池信号はDC−DC変換器に発生する。トリップ点は、抵抗R18の値及び抵抗R20,R21及びR22の回路網により決められる。低電池信号AOはDC−DC変換器のピン6で発生し、図4に示されているように、マイクロプロセッサ入力ピン34に送られる。
電源
図3を参照して、本発明は通常、AC/DC変換器80により9VDCに変換される110VACの電源を使用している。9VDCの細流充電が充電抵抗R17により電池82即ちB1に対して行われる。R17の値は電池が損傷しないように選択される。AC/DC変換器がシステムから取り外された場合、電池B1によりシステムにバックアップ電源が供給される。ダイオードD2は充電抵抗R17をバイパスするので、適正なシステム電源をバックアップモードにすることができる。コンデンサーC10は十分、充電しているので、ソレノイドバルブを駆動する場合の大きな電力需要を補足する。スイッチSW1がON位置にある場合、電子回路に+5VDC制御電力を提供するステップダウンDC−DC変換器回路に9VDCが加えられる。9VDCはソレノイドバルブV1、V2にも加えられる。変換器DCはステップダウン変換器として形成されている。抵抗R19は最大出力電流を+5VDCに制限するように選択される。ダイオードD3、インダクターL4及びコンデンサーC11を備えるフィルター回路は出力の脈動を許容レベルまで平滑にする。出力信号をDC−DC変換器の感知入力ピン8にフィードバックさせることにより制御が行われる。低電池信号はDC−DC変換器に発生する。トリップ点は、抵抗R18の値及び抵抗R20,R21及びR22の回路網により決められる。低電池信号AOはDC−DC変換器のピン6で発生し、図4に示されているように、マイクロプロセッサ入力ピン34に送られる。
バルブ駆動装置/電力節約器
図4において、マイクロプロセッサU1は作動信号によりソレノイドバルブV1及びV2を作動する。バルブは、作動信号がある間は作動したままである。ソレノイドバルブV1の駆動回路はソレノイドバルブV1を作動するMOS−FET半導体Q1と抵抗R15′を有し低減電力でバルブを作動位置に保持するためのMOS−FETQ3とを備える。ソレノイドバルブの作動直後に作動信号をQ1からQ3に切り替えることにより電力節約機能が働く。ソレノイドバルブの作動状態の維持に必要な電力は作動に必要な電力よりも少な<、R15の値を選択することにより設定される。ダイオードD1は電圧をソレノイドバルブの電圧を固定し、弧光発生及びオーバーシュートを防ぐ。同様に、ソレノイドバルブV2の駆動回路はMOS−FETQ2並びにQ4及び抵抗R16を備える。発光ダイオードL2及びその電流制限抵抗R6はソレノイドバルブV2に設けられ、バルブが作動したことを示す。各作動信号により、信号の期間、発光ダイオードが点灯する。
図4において、マイクロプロセッサU1は作動信号によりソレノイドバルブV1及びV2を作動する。バルブは、作動信号がある間は作動したままである。ソレノイドバルブV1の駆動回路はソレノイドバルブV1を作動するMOS−FET半導体Q1と抵抗R15′を有し低減電力でバルブを作動位置に保持するためのMOS−FETQ3とを備える。ソレノイドバルブの作動直後に作動信号をQ1からQ3に切り替えることにより電力節約機能が働く。ソレノイドバルブの作動状態の維持に必要な電力は作動に必要な電力よりも少な<、R15の値を選択することにより設定される。ダイオードD1は電圧をソレノイドバルブの電圧を固定し、弧光発生及びオーバーシュートを防ぐ。同様に、ソレノイドバルブV2の駆動回路はMOS−FETQ2並びにQ4及び抵抗R16を備える。発光ダイオードL2及びその電流制限抵抗R6はソレノイドバルブV2に設けられ、バルブが作動したことを示す。各作動信号により、信号の期間、発光ダイオードが点灯する。
警報器
図1及び4において、警報器は圧電装置であり、マイクロプロセッサに駆動されると可聴音を発する。警報を出す条件の組み合わせがマイクロプロセッサにプログラムされている。いずれかの所定条件が感知されると警報が音を出す。
図1及び4において、警報器は圧電装置であり、マイクロプロセッサに駆動されると可聴音を発する。警報を出す条件の組み合わせがマイクロプロセッサにプログラムされている。いずれかの所定条件が感知されると警報が音を出す。
診断出力
データ記録及び故障検査を助ける信号を得ることができる。これらの信号は、オシロスコープ、図表記録器等のような補助装置を使用することによりアクセス及び表示可能である。
データ記録及び故障検査を助ける信号を得ることができる。これらの信号は、オシロスコープ、図表記録器等のような補助装置を使用することによりアクセス及び表示可能である。
デジタルスイッチ
図1及び4においてデジタルスイッチTS−1は、出力が4桁2進化10進数(BCD)であるマルチポジション回転スイッチである。BCDスイッチの出力はマイクロプロセッサのピン35、36、37及び38に入力される。較正、システム準備及び診断操作を行う予めプログラムされた診断ルーチンが選択されたコードによりアドレス指定される。
図1及び4においてデジタルスイッチTS−1は、出力が4桁2進化10進数(BCD)であるマルチポジション回転スイッチである。BCDスイッチの出力はマイクロプロセッサのピン35、36、37及び38に入力される。較正、システム準備及び診断操作を行う予めプログラムされた診断ルーチンが選択されたコードによりアドレス指定される。
基準電圧発生器
図4において基準電圧発生器は、基準電圧並びに操作増幅器Cを備える。抵抗R1は増幅器Cのフィードバックを行う。抵抗R2、R3及びPOT R4は入力抵抗を有する。POT R4は基準電圧出力を調節可能にする。
図4において基準電圧発生器は、基準電圧並びに操作増幅器Cを備える。抵抗R1は増幅器Cのフィードバックを行う。抵抗R2、R3及びPOT R4は入力抵抗を有する。POT R4は基準電圧出力を調節可能にする。
高精度の基準電圧をマイクロ制御装置であるA/D(アナログ・ディジタル)変換器に、その基準電圧として使用する。また、基準電圧により高精度で安定した電圧が圧力変換器の橋絡回路に与えられる。
圧力変換器回路が使用するオフセットバイアス電圧はPOTR5の中心タップに生じる。電圧は0ボルトと基準電圧との間で調節可能である。
圧力変換器回路
また図4において、圧力変換器回路は標準差動圧力変換器32及び差動増幅器A並びにBを備える。圧力変換器は通常、可変抵抗橋絡回路である。変換器32の出力は出力ピン5及び3を介して作動増幅器A及びBに各々、入力される。ピン2は基準電圧ラインであり、ピン4は復帰入力である(接地)。
圧力変換器回路
また図4において、圧力変換器回路は標準差動圧力変換器32及び差動増幅器A並びにBを備える。圧力変換器は通常、可変抵抗橋絡回路である。変換器32の出力は出力ピン5及び3を介して作動増幅器A及びBに各々、入力される。ピン2は基準電圧ラインであり、ピン4は復帰入力である(接地)。
作動増幅器A及びBは各々、高ゲインを有する差動増幅器として形成されている。オフセットバイアス電圧によりBのピン7にAsigとして示されているオフセット出力電圧が生じる。出力より、正及び負圧測定の出力手段が形成される。
マイクロ制御装置
マイクロプロセッサはU1または34マイクロ制御装置として周知であるが、標準インテル部品MC80C51GBである。基本的な特徴は次の通りである。
マイクロプロセッサはU1または34マイクロ制御装置として周知であるが、標準インテル部品MC80C51GBである。基本的な特徴は次の通りである。
8ビットコンピュータ構造
256ランダムアクセスメモリ
4Kプログラム可能メモリ
A/D変換の8チャンネル
ピン52及び53に取り付けられた水晶(XTAL)によりマイクロ制御装置の操作周波数が制御される。基準電圧発生器はマイクロプロセッサへのリセット信号(RESET)に電力を与える。信号は最初に電源が作動すると低電圧に設定される。マイクロプロセッサは、信号が論理的に高いレベルになるまで非作動状態に保持される。この時、マイクロプロセッサは記憶されたプログラム指示を実行開始する。工程の流れは後に説明する。マイクロプロセッサへの入力信号はアナログ圧力変換器信号Asig及びデジタル信号Battery Lo(ピン34−P3.3)である。Asigは、デジタル変換の最初の四つのアナログチャンネルACH0−ピン49、ACH1−ピン48、ACH2−ピン47、 ACH3−ピン46に入力される。
256ランダムアクセスメモリ
4Kプログラム可能メモリ
A/D変換の8チャンネル
ピン52及び53に取り付けられた水晶(XTAL)によりマイクロ制御装置の操作周波数が制御される。基準電圧発生器はマイクロプロセッサへのリセット信号(RESET)に電力を与える。信号は最初に電源が作動すると低電圧に設定される。マイクロプロセッサは、信号が論理的に高いレベルになるまで非作動状態に保持される。この時、マイクロプロセッサは記憶されたプログラム指示を実行開始する。工程の流れは後に説明する。マイクロプロセッサへの入力信号はアナログ圧力変換器信号Asig及びデジタル信号Battery Lo(ピン34−P3.3)である。Asigは、デジタル変換の最初の四つのアナログチャンネルACH0−ピン49、ACH1−ピン48、ACH2−ピン47、 ACH3−ピン46に入力される。
マイクロプロセッサからの出力は次のようなデジタル信号である。 P1.0−ピン22及びP1.1−ピン23。 P1.0はバルブ駆動回路V2に指令し、P1.1はバルブ駆動回路V1に指令する。
P1.7−ピン29の出力は可聴警報ブザーに送られる。マイクロプロセッサ
は様々な可聴周波数を発し異なる警報を示す。出力 P1.6−ピン28及びP
1.5−ピン27は各々、発光ダイオード(LED)により低呼吸率及び低電池
電圧を示す。
は様々な可聴周波数を発し異なる警報を示す。出力 P1.6−ピン28及びP
1.5−ピン27は各々、発光ダイオード(LED)により低呼吸率及び低電池
電圧を示す。
次の表は図3並びに4及び上述した回路に使用する部品の材料リストの一部である。
プログラムの流れ
以下に、マイクロプロセッサにコード化される工程の流れを説明する。図5は吐出及び吸入圧をリアルタイムでモニターし、この情報を処理することによりO2バルブの作動開始及び終了を決める工程の流れを示す。
以下に、マイクロプロセッサにコード化される工程の流れを説明する。図5は吐出及び吸入圧をリアルタイムでモニターし、この情報を処理することによりO2バルブの作動開始及び終了を決める工程の流れを示す。
電源リセットが完了すると、記憶されたプログラムによりマイクロプロセッサが初期化される。初期化(101)はマイクロプロセッサの10ms割込タイマー、ボー率タイマー、直列ポート、A/D変換器及び入力/出力ポートを準備することからなる。一旦、初期化が完了すると、プログラムはメインプログラム(102)に進む。メインプログラムは電池低信号P3.3(103)のチェックで始まる。電池電圧レベルが低いことが検出されると、プロセッサは警報ルーチンに進む(104)。プロセッサは低電池発光ダイオードインジケータを作動し、可聴警報器の低周波ビープ音を出す。一旦完了すると、プログラムは引き続き、待機モード(105)に入る。
10ms割込信号を受け取ると、プログラムは割込ルーチン(106)を行う。これはA/D変換器を始動し、割込タイマーをリセットすることを含む。次のステップは、A/D変換開始から固定遅延時間後、四つのアナログ変換された電圧を読み込むことである(107)。このことにより変換の完了が確認される。四バルブは平均され、現在値が明示される。現在値は、16バイトの後入れ先出し(LIFO)メモリの最後のバイトに記憶される(108)。傾斜は、値及び指標(正又は負)のいずれかとして計算される(109)。傾斜は、最初と最後との間、最後と最後から3番めとの間、最後と最後から5番めとの間、最後から3番めまで、最後から5番めまで計算される。工程は続いて、最後の最高値で現在値がモニターされる(110)。現在値が最後の最高値よりも大きいと、ピーク値は現在値で更新される。現在値がピーク値よりも小さいと、ピーク値は変化しない。ピークが検出されたか否かを判断するためには、次の条件を確認しなければならない。
1)長い傾斜は負でなければならない(最初から最後の傾斜)
2)短い傾斜は負でなければならない(最後から5番め及び最後の傾斜)
3)周期の吐出時間において。
2)短い傾斜は負でなければならない(最後から5番め及び最後の傾斜)
3)周期の吐出時間において。
ピーク検出が可能になると、次のステップはピーク値を検索し(111)、4で分割してピーク値の25%を得る。これがその後、パージの開始値となる。
最小値の検出(112)は以下の違いがあるがピーク検出工程と非常に似ている。最小検出規準は次の通りである。
最小値の検出(112)は以下の違いがあるがピーク検出工程と非常に似ている。最小検出規準は次の通りである。
1)長い傾斜は正でなければならない
2)短い傾斜は正でなければならない
3)周期の吸入時間において。
2)短い傾斜は正でなければならない
3)周期の吸入時間において。
最小検出が行われると、最小値が検索され(113、114)12.5%及び331/3%の値が計算及び記憶される。これらの値は次の吸入周期で各々、主要O2の噴出開始及びO2の遮断に使用される。ピーク検出が生じる周期の間、ピークの25%の値が記憶され、現在圧力値(115)と比較される。現在値がピークの25%以下の場合、マイクロプロセッサはバルブ駆動装置V1に駆動の指令を出す(116)。V1バルブは開き2L/Mの流れでO2ラインを追放する。
同じ周期の間及び吸入期間、プロセッサは現在圧力値と前周期の12.5%最小値とを比較する(117)。現在圧力値が12.5最小値以下の場合、マイクロプロセッサは流量率の高いバルブV2を駆動する(118)。
現在圧力値が前周期の最小値の331/3以上の場合、バルブの作動は停止される(119、120)。メインプログラムの流れの最後において(121)、LIFOメモリを1バイト移動し、次の10ms測定の準備が行われる。
また、ウォッチドッグタイマーがリセットされる。何らかの理由でプログラムがウォッチドッグタイマーをリセットしない場合、ウォッチドッグタイマーによりマイクロプロセッサが再度初期化される。
工程は続き、吸入周期がモニターされる。吸入が検出されない場合、マイクロプロセッサは可聴警報器及びLEDインジケーターを作動する。また、低流量率バルブV1により低O2の流れを継続することができる。
プログラムは続いて、メインプログラムの開始に戻り10ms割込を待つ。
本発明による断続的ガス吸入装置は従来技術からかなり進歩し利点を有する。本発明の断続的ガス吸入装置は、即時呼吸周期の間、患者に供給するべき酸素の適量を決め、ほぼ患者の身体活動に合わせた酸素量を供給できるように調節する。
本発明による断続的ガス吸入装置は従来技術からかなり進歩し利点を有する。本発明の断続的ガス吸入装置は、即時呼吸周期の間、患者に供給するべき酸素の適量を決め、ほぼ患者の身体活動に合わせた酸素量を供給できるように調節する。
断続的ガス吸入装置は、即時呼吸周期の吐出時間から次の呼吸周期における吸入時間まで連続して適量の酸素を供給する。この結果、前回の呼吸で鼻の経路に残る空気の部分を追放し、残りの部分の濃度を高くする。さらに、最適である次の呼吸周期における吸入時間のほぼ開始時、高パルス率の酸素が供給される。断続的ガス吸入装置は、即時呼吸周期の吐出時間及び次の呼吸周期の吸入時間に酸素を供給するための適切な流量率曲線を決めることができ、必要な場合は、酸素が患者の送られている間でも流速曲線を変更することができる。断続的ガス吸入装置は、次の呼吸周期における吸入時間に、好ましくは次の呼吸周期において、即時呼吸周期で発生した負ピーク圧値に達する前に、酸素供給を終了することができる。この特徴により、特に、患者が最も利用するであろう場合に酸素が供給されるので、高価な酸素の浪費が削減される。
以上、本発明を、特に本発明の実施例について説明した。しかしながら、本発明によると、従来技術に照らし合わせて解釈される請求の範囲において、本発明の進歩性のある概念を逸脱することなく本発明の実施例を修正もしくは変更可能であることは明らかである。
Claims (41)
- 加圧されたガス状流体源と呼吸している患者との間に流体接続され、吸入時間後で即時呼吸周期の吐出時間から患者の次の呼吸周期の吸入時間に、ある量のガス状流体を患者の呼吸器系への入口に吸入するように操作する断続的ガス吸入装置であって、
(a)ガス状流体源と患者の呼吸器系への入口との間に流体接続され、流体接続が遮られガス状流体がガス状流体源から患者の呼吸器系への入口へ流れることを妨げる閉状態と、流体接続が確立されガス状流体がガス状流体源から患者の呼吸器系への入口へ流れる開状態との間で作動するバルブアセンブリと、
(b)呼吸している患者の呼吸器系への入口と流体接続し、患者の即時呼吸周期における吸入及び吐出時間の大気圧に対する呼吸している患者における呼吸圧変化を検出し、即時呼吸周期の呼吸圧変化を表すセンサー信号を発生するように操作するセンサーと、
(c)前記センサーと前記バルブアセンブリとの間に接続され、センサー信号を受けて処理し、即時呼吸周期の吸入時間に生じる負ピーク圧値及び即時呼吸周期の吐出時間に生じる正ピーク圧値決めるように操作する制御装置とを備え、該制御装置は正ピーク圧値の第一所定パーセントが得られた場合、即時呼吸周期の吐出時間内に応答し、前記バルブアセンブリを開状態に作動し、即時呼吸周期の吐出時間及び次の呼吸周期の吸入時間にガス状流体がガス状流体源から患者の呼吸器系への入口に流れ、前記制御装置はさらに負ピーク圧値の第二所定パーセントが得られた場合、次の呼吸周期の吸入時間内に応答し、バルブアセンブリを閉状態に作動し、ガス状流体がガス状流体源から患者の呼吸器系への入口へ流れることを妨げる断続的ガス吸入装置。 - 前記センサー、前記制御装置及び前記バルブアセンブリを作動するように操作する電源を含む請求項1記載の断続的ガス吸入装置。
- 前記電源が電池を含む請求項2記載の断続的ガス吸入装置。
- 前記電源が電流を受け交流から直流に変換するAC/DC変換器を含む請求項3記載の断続的ガス吸入装置。
- 前記直流が前記電池に細流充電を行うように操作される請求項4記載の断続的ガス吸入装置。
- 負ピーク圧値の第三所定パーセントが得られた場合、前記制御装置はさらに次の呼吸周期の吸入時間内に応答し、さらにバルブアセンブリを再開状態に作動し、追加量のガス状流体が、即時呼吸周期の吐出時間後及び次の呼吸周期の吸入時間の残りの部分の前に、ガス状流体源から患者の呼吸器系への入口に流れる請求項1記載の断続的ガス吸入装置。
- 前記第三所定パーセントは1%から25%の範囲から選択され前記第二所定パーセントよりも低い請求項6記載の断続的ガス吸入装置。
- 前記バルブアセンブリは、第一閉状態と第一開状態との間で操作される第一ソレノイドバルブと第二閉状態と第二開状態との間で操作される第二ソレノイドバルブとを含み、前記第一及び第二ソレノイドバルブが各々独立して、加圧ガス源と患者の呼吸器系への入口との間で流体接続し、独立して前記制御装置に電気接続している請求項6記載の断続的ガス吸入装置。
- 前記第一ソレノイドバルブは即時呼吸周期の吐出時間に第一閉状態から第一開状態に、また次の呼吸周期の吸入時間の後の方の段階に第一開状態から第一閉状態に作動するよう操作される一方、前記第二ソレノイドバルブは次の呼吸周期の吸入時間のほぼ開始段階に第二閉状態から第二開状態に作動し、それにより前記バルブアセンブリの再開状態が生じ、また次の呼吸周期の吸入時間の後のほうの段階で第二開状態から第二閉状態に作動するよう操作される請求項8記載の断続的ガス吸入装置。
- 負ピーク圧値の前記第二所定パーセントが達成されると前記第一ソレノイドバルブ及び前記第二ソレノイドバルブが各々、第一閉状態及び第二閉状態になるように作動する請求項9記載の断続的ガス吸入装置。
- 前記第一ソレノイドバルブが第一開状態にある場合ガス状流体は安定状態の流れにおいて流れ、前記第二ソレノイドバルブが第二開状態にある場合ガス状流体は高い流速パルスにおいて流れる請求項9記載の断続的ガス吸入装置。
- 前記第一及び第二所定パーセントが互いに異なるか又は同じかの一方である請求項1記載の断続的ガス吸入装置。
- 前記第一及び第二所定パーセントが10%から80%の範囲から選択される請求項12記載の断続的ガス吸入装置。
- 前記ガス状流体が1分当たり0.5リットルと1分当たり12リットルとの間の流速から選択された流速で流れる請求項1記載の断続的ガス吸入装置。
- 前記制御装置がマイクロプロセッサである請求項1記載の断続的ガス吸入装置。
- 前記センサーが圧力変換器である請求項1記載の断続的ガス吸入装置。
- さらに鼻カニューレ、ガス供給チューブ及びセンサーチューブを含み、該鼻カニューレは呼吸をしている患者の呼吸器系へのほぼ入口に受容され固定される大きさに調整され、前記鼻カニューレは前記鼻カニューレを互いに流体接続から絶縁されたガス供給導管及びセンサー導管に分割するための隔壁を有し、前記ガス供給導管は前記バルブアセンブリと流体接続し、前記センサー導管は前記センサーに流体接続している請求項1記載の断続的ガス吸入装置。
- 前記バルブアセンブリが、ソレノイドバルブ、段付きソレノイドバルブ、比例バルブ、形状記憶合金フィルム駆動バルブ、ソレノイドバルブの配列、段付きソレノイドバルブの配列、比例バルブの配列及び形状記憶合金フィルム駆動バルブの配列からなるグループから選択される請求項1記載の断続的ガス吸入装置。
- 前記第一及び第二所定パーセントが各患者の呼吸要求度に適合している請求項1記載の断続的ガス吸入装置。
- 前記第三所定パーセントが各患者の呼吸要求度に適合している請求項19記載の断続的ガス吸入装置。
- ガス状流体が酸素、空気、亜酸化窒素及びエーテルからなるグループから選択される請求項1記載の断続的ガス吸入装置。
- 吸入時間後で即時呼吸周期における吐出時間から次の呼吸周期の吸入時間に、加圧ガス状流体源から呼吸している患者の呼吸器系への入口にガス状流体を断続的に吸入する方法であって、
(a)即時呼吸周期の吸入時間に生じる負ピーク圧値を決め、
(b)即時呼吸周期の吐出時間に生じる正ピーク圧値を決め、
(c)正ピーク圧値の第一所定パーセントが達成された場合、即時呼吸周期の吐出時間に患者の呼吸器系への入口にガス状流体を供給開始し、
(d)次の呼吸周期の吸入時間に呼吸器系への入口にガス状流体を供給し続け、及び
(e)負ピーク圧値の第二所定パーセントが達成された場合、次の呼吸周期の吸入時間に呼吸器系へのガス状流体の供給を終了するステップを備える方法。 - ステップ(d)の後で、負ピーク圧値の第三所定パーセントが達成された場合、次の呼吸周期の吸入時間に患者の呼吸器系への入口に追加ガス状流体を供給開始するステップを含む請求項22記載の方法。
- 加圧ガス状流体源と呼吸している患者との間に流体接続され、吸入時間後で即時呼吸周期の吐出時間から患者の次の呼吸周期の吸入時間に、ある量のガス状流体を患者の呼吸器系への入口に吸入するように操作する断続的ガス吸入装置であって、
(a)ガス状流体源と患者の呼吸器系への入口との間に流体接続され、流体接続が遮られガス状流体がガス状流体源から患者の呼吸器系への入口へ流れることを妨げる閉状態と、流体接続が確立されガス状流体がガス状流体源から患者の呼吸器系への入口へ流れる開状態との間で作動するバルブアセンブリと、
(b)呼吸している患者の呼吸器系への入口と流体接続し、患者の即時呼吸周期における吸入及び吐出時間の大気圧に対する呼吸している患者における呼吸圧変化を検出し、即時呼吸周期の呼吸圧変化を表すセンサー信号を発生するように操作するセンサー、及び
(c)前記センサーと前記バルブアセンブリとの間に接続され、即時呼吸周期に前記センサーが発したセンサー信号を受けて処理し、どの位の量のガス状流体が患者の呼吸活動に必要なのか計算する制御装置とを備え、前記制御装置はセンサー信号に応答し、前記バルブアセンブリを開状態に作動し、即時呼吸周期の吐出時間から次の呼吸周期の吸入時間に、計算した量のガス状流体がガス状流体源から患者の呼吸器系への入口に流れ、さらに前記制御装置は、計算された量のガス状流体が患者の呼吸器系への入口に供給された場合、次の呼吸周期の吸入時間に、応答して前記バルブアセンブリを閉状態に作動する断続的ガス吸入装置。 - 前記制御装置がさらに即時呼吸周期の吐出時間及び次の呼吸周期の吸入時間に呼吸する患者の呼吸器系への入口に連続流入する計算量のガス状流体の流速曲線を決めるように操作される請求項24記載の断続的ガス吸入装置。
- 前記流速曲線が、一定流速曲線、可変流速曲線及び固定並びに可変流速曲線の組み合わせからなるグループから選択される請求項25記載の断続的ガス吸入装置。
- 即時呼吸周期の吐出時間に呼吸する患者の呼吸器系への入口に流れる計算量のガス状流体の最大流速が、次の呼吸周期における吸入時間の開始段階後に生じる請求項26記載の断続的ガス吸入装置。
- ガス状流体の前記流速曲線が1分当たり0.5リットルの最小流速及び1分当たり12.0リットルの最大流速を有する流速範囲を含む請求項25記載の断続的ガス吸入装置。
- 前記センサーが圧力変換器であり前記制御装置がマイクロプロセッサである請求項24記載の断続的ガス吸入装置。
- 前記バルブアセンブリが、ソレノイドバルブ、段付きソレノイドバルブ、比例バルブ、形状記憶合金フィルム駆動バルブ、ソレノイドバルブの配列、段付きソレノイドバルブの配列、比例バルブの配列及び形状記憶合金フィルム駆動バルブの配列からなるグループから選択される請求項29記載の断続的ガス吸入装置。
- 吸入時間後で即時呼吸周期における吐出時間から次の呼吸周期の吸入時間に、加圧ガス状流体源から呼吸している患者の呼吸器系への入口にガス状流体を断続的に吸入する方法であって、
(a)即時呼吸周期の吸入時間及び吐出時間の一方において患者の呼吸器系への入口に供給する必要のあるガス状流体の量を計算し、
(b)即時呼吸周期の吐出時間に患者の呼吸器系への入口に計算した量のガス状流体を供給開始し、
(c)次の呼吸周期の吸入時間に患者の呼吸器系への入口に計算量のガス状流体を供給し続け、及び
(d)次の呼吸周期の吸入時間に供給が完了する場合、患者の呼吸器系に計算量のガス状流体を供給することを終了するステップを備えた方法。 - さらに、ステップ(a)と同時に、前記量のガス状流体を供給するための所望の流速曲線を決めるステップを備える請求項31記載の方法。
- さらに、次の呼吸周期において吸入時間のほぼ開始段階で前記所望の流速曲線の最大流速を供給するステップを備える請求項32記載の方法。
- さらに、各一連の連続している即時及び次の呼吸周期においてステップ(a)から(d)を繰り返すステップを備える請求項31記載の方法。
- 補足酸素供給システムから補足酸素を受ける患者に少なくともしきい量の血液−酸素濃度を維持する方法であって、
(a)患者の血液−酸素濃度の量をモニターし、
(b)患者の血液−酸素濃度の量が血液−酸素濃度のしきい量よりも下であることを決め、
(c)血液−酸素濃度の量が少なくとも患者の血液−酸素濃度のしきい量になるまで補足酸素供給システムを作動するステップを備える方法。 - 補足酸素呼吸システムに含まれる断続的ガス吸入装置が、
(a)酸素ガス源と患者の呼吸器系への入口との間に流体接続され、流体接続が遮られ酸素ガスが酸素ガス源から患者の呼吸器系への入口へ流れることを妨げる閉状態と、流体接続が確立され酸素ガスが酸素ガス源から患者の呼吸器系への入口へ流れる開状態との間で作動するバルブアセンブリと、
(b)呼吸している患者の呼吸器系への入口と流体接続し、患者の即時呼吸周期における吸入及び吐出時間の大気圧に対する呼吸している患者における呼吸圧変化を検出し、即時呼吸周期の呼吸圧変化を表すセンサー信号を発生するように操作するセンサーと、
(c)前記センサーと前記バルブアセンブリとの間に接続され、センサー信号を受けて処理し、即時呼吸周期の吸入時間に生じる負ピーク圧値及び即時呼吸周期の吐出時間に生じる正ピーク圧値決めるように操作する制御装置とを有し、該制御装置は正ピーク圧値の第一所定パーセントが得られた場合、即時呼吸周期の吐出時間内に応答し、前記バルブアセンブリを開状態に作動し、即時呼吸周期の吐出時間及び次の呼吸周期の吸入時間に酸素ガスが酸素ガス源から患者の呼吸器系への入口に流れ、前記制御装置はさらに負ピーク圧値の第二所定パーセントが得られた場合、次の呼吸周期の吸入時間内に応答し、バルブアセンブリを閉状態に作動し、次の呼吸周期の吸入時間が終了する前に酸素ガスが酸素ガス源から患者の呼吸器系への入口へ流れることを妨げる請求項35記載の方法。 - 補足酸素呼吸システムに含まれる断続的ガス吸入装置が、
(a)酸素ガス源と患者の呼吸器系への入口との間に流体接続され、流体接続が遮られ酸素ガスが酸素ガス源から患者の呼吸器系への入口へ流れることを妨げる閉状態と、流体接続が確立され酸素ガスが酸素ガス源から患者の呼吸器系への入口へ流れる開状態との間で作動するバルブアセンブリと、
(b)呼吸している患者の呼吸器系への入口と流体接続し、患者の即時呼吸周期における吸入及び吐出時間の大気圧に対する呼吸している患者における呼吸圧変化を検出し、即時呼吸周期の呼吸圧変化を表すセンサー信号を発生するように操作するセンサーと、 (c)前記センサーと前記バルブアセンブリとの間に接続され、即時呼吸周期に前記センサーが発したセンサー信号を受けて処理し、次の呼吸周期の吸入時間にどの位の量の酸素ガスが呼吸している患者に必要なのか計算する制御装置とを有し、前記制御装置はさらにセンサー信号に応答し、前記バルブアセンブリを開状態に作動するように操作し、即時呼吸周期の吐出時間から次の呼吸周期の吸入時間の終了前に、計算した量の酸素ガスが酸素ガス源から患者の呼吸器系への入口に流れる請求項35記載の方法。 - 加圧ガス状流体源と呼吸している患者との間に流体接続され、吸入時間後で即時呼吸周期の吐出時間から患者の次の呼吸周期の吸入時間に、ある量のガス状流体を患者の呼吸器系への入口に吸入するように操作する断続的ガス吸入装置であって、
(a)ガス状流体源と患者の呼吸器系への入口との間に流体接続され、流体接続が遮られガス状流体がガス状流体源から患者の呼吸器系への入口へ流れることを妨げる閉状態と、流体接続が確立されガス状流体がガス状流体源から患者の呼吸器系への入口へ流れる開状態との間で作動するバルブアセンブリと、
(b)呼吸している患者の呼吸器系への入口と流体接続し、患者の即時呼吸周期における吸入及び吐出時間の大気圧に対する呼吸している患者における呼吸圧変化を検出し、即時呼吸周期の呼吸圧変化を表すセンサー信号を発生するように操作するセンサー、及び
(c)前記センサーと前記バルブアセンブリとの間に接続され、即時呼吸周期の吸入時間、即時呼吸周期の吐出時間及び即時呼吸周期の吸入並びに吐出時間の一つにおいて発生したセンサー信号を受け処理するように操作される制御装置とを備え、該制御装置は即時呼吸周期の吐出時間内に前記センサー信号に応答し、前記バルブアセンブリを開状態に作動し、ガス状流体が、即時呼吸周期の吐出時間から次の呼吸周期の吸入時間にガス状流体源から患者の呼吸器系への入口に流れる断続的ガス吸入装置。 - 前記バルブアセンブリが即時呼吸周期における吐出時間の衰退段階で開状態に駆動する請求項38記載の断続的ガス吸入装置。
- 前記バルブアセンブリが次の呼吸周期の吸入時間における後の方の段階で閉状態に駆動する請求項38記載の断続的ガス吸入装置。
- 吸入時間後で即時呼吸周期における吐出時間から次の呼吸周期の吸入時間に、加圧ガス状流体源から呼吸している患者の呼吸器系への入口に加圧ガス状流体を断続的に吸入する方法であって、
(a)即時呼吸周期の吸入時間、即時呼吸周期の吐出時間及び即時呼吸周期の吸入並びに吐出時間の一つにおいてセンサー信号を発生し、
(b)即時呼吸周期の吸入時間、即時呼吸周期の吐出時間及び即時呼吸周期の吸入並びに吐出時間の一つにおいて前記センサー信号を処理し、患者の呼吸器系への入口に供給するべきガス状流体の量を決め、
(c)即時呼吸周期の吐出時間に患者の呼吸器系への入口に前記量のガス状流体を供給開始し、
(d)次の呼吸周期の吸入時間に患者の呼吸器系への入口に前記量のガス状流体を供給し続け、及び
(e)次の呼吸周期の吸入時間に患者の呼吸器系に前記量のガス状流体を供給することを終了するステップを備える方法。
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