JP2008152152A - 呼吸模擬装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 精度よく肺の動きを模擬することができる呼吸模擬装置を提供する。
【解決手段】 検出される模擬肺内圧力Palvまたは気道圧力Pawを用いて、ベローズポンプ21の容積を変化させる。これによって人工呼吸器の支援状態の大小に応じて、模擬する肺の動きを変化させることができ、実際の肺の動きに近づけて、実際の肺の動きを精度よく模擬することができる。
【選択図】 図1
Description
(b)模擬肺空間形成体の貫通口形成部分に接続されて、気体を模擬肺空間に出し入れするための模擬気道を形成する模擬気道形成体と、
(c)模擬気道形成体に介在されて、気道抵抗に相当する管路抵抗を有する抵抗体と、
(d)模擬肺空間の容積を変化させる容積変化手段と、
(e)模擬肺空間の圧力である模擬肺内圧力Palvを検出する模擬肺内圧力検出手段と、
(f)気体の吸引を開始してからの模擬肺空間の容積の膨張量Vを検出する膨張量検出手段と、
(g)肺空間を拡大させる呼吸筋の力に相当する模擬自発呼吸圧力値Pmusを生成する生成手段と、
(h)模擬肺内圧力検出手段および膨張量検出手段の各検出結果と、生成手段の生成結果とに応答して、容積変化手段を制御する制御手段であって、
(h1)前記模擬自発呼吸圧力値Pmusと、前記模擬肺内圧力検出手段によって検出される模擬肺内圧力値Palvとを加算して、模擬肺空間を膨張させる外力値P1(=Pmus+Palv)を演算する外力演算部と、
(h2)前記膨張量検出手段によって検出される模擬肺空間の膨張量Vを、予め定められる模擬コンプライアンス値Cで割算して、弾性抵抗力値P2(=V/C)を演算する弾性抵抗力演算部と、
(h3)前記外力値P1から前記弾性抵抗力値P2を減算して、弾性影響膨張力値P3(=(Pmus+Palv)−(V/C))を演算する弾性影響膨張力演算部と、
(h4)肺の動特性を表わす運動方程式に基づいて、前記弾性影響膨張力値P3に相当する力が肺に与えられたときの肺の膨張速度dV/dtを演算する膨張速度演算部と、
(h5)前記膨張速度演算部によって演算した肺の膨張速度dV/dtで、模擬肺空間の容積が変化するように、容積変化手段に変化指令を与える変化指示部とを有する制御手段とを含むことを特徴とする呼吸模擬装置である。
(b)模擬肺空間形成体の貫通口形成部分に接続されて、気体を模擬肺空間に出し入れするための模擬気道を形成する模擬気道形成体と、
(c)模擬肺空間の容積を変化させる容積変化手段と、
(d)模擬気道の圧力である模擬気道圧力Pawを検出する模擬気道圧力検出手段と、
(e)気体の吸引を開始してからの模擬肺空間の容積の膨張量Vを検出する膨張量検出手段と、
(f)模擬肺空間の膨張速度dV/dtを検出する膨張速度検出手段と、
(g)肺空間を拡大させる呼吸筋の力に相当する模擬自発呼吸圧力値Pmusを生成する生成手段と、
(h)模擬気道圧力検出手段、膨張量検出手段および膨張速度検出手段の各検出結果と、生成手段の生成結果とに応答して、容積変化手段を制御する制御手段であって、
(h1)模擬肺空間の圧力である模擬肺空間圧力値Palvを順次更新する模擬肺内圧力演算部と、
(h2)前記模擬自発呼吸圧力値Pmusと、前記模擬肺内圧力演算部によって演算される最新の模擬肺内圧力値Palvとを加算して、模擬肺空間を膨張させる外力値P1(=Pmus+Palv)を演算する外力演算部と、
(h3)前記膨張量検出手段によって検出される模擬肺空間の膨張量Vを、予め定められる模擬コンプライアンス値Cで割算して、弾性抵抗力値P2(=V/C)を演算する弾性抵抗力演算部と、
(h4)前記外力値P1から前記弾性抵抗力値P2を減算して、弾性影響膨張力値P3(=(Pmus+Palv)−(V/C))を演算する弾性影響膨張力演算部と、
(h5)肺の動特性を表わす運動方程式に基づいて、前記弾性影響膨張力値P3に相当する力が肺に与えられたときの肺の膨張速度dV/dtを演算する膨張速度演算部と、
(h6)前記膨張速度演算部によって演算した肺の膨張速度dV/dtで、模擬肺空間の容積が変化するように、容積変化手段に変化指令を与える変化指示部とを有する制御手段とを含み、
(h7)前記模擬肺内圧力演算部は、
模擬気道圧力検出手段によって検出される模擬気道圧力値Pawと、直前に演算した模擬肺内圧力値Palvとの差圧値(Paw−Palv)を予め定められる模擬気道抵抗値Rで割算して、模擬気道流量Qaw(=(Paw−Palv)/R)を演算し、
理想気体の状態方程式に従って、膨張速度検出手段によって検出される膨張速度dV/dtで容積変化する肺模擬空間に対して、直前に演算した模擬気道流量Qawの気体が模擬肺空間に供給されたときの模擬肺内圧力値Palvを演算して、模擬肺内圧力値Palvを更新することを特徴とする呼吸模擬装置である。
制御手段の模擬肺内圧力演算部は、模擬気道抵抗入力手段に入力される模擬気道抵抗値Rに基づいて、模擬肺内圧力値Palvを演算することを特徴とする。
制御手段の外力演算部は、模擬コンプライアンス入力手段に入力される模擬コンプライアンス値Cに基づいて、前記弾性影響膨張力値P3を演算することを特徴とする。
前記伝達関数G(s)は、
MLは、予め定められる肺に関する可動部分の質量に相当する等価質量を示し、DLは、肺のダンピング定数に相当する等価ダンピング定数を示し、伝達関数G(s)は、ラプラス領域における伝達関数であることを示し、sは、ラプラス演算子を示すことを特徴とする。
(a)肺空間を拡大させる呼吸筋の力に相当する模擬自発呼吸圧力値Pmusと、検出される模擬肺空間の圧力を示す模擬肺内圧力値Palvとを加算して、外力値P1(=Pmus+Palv)を演算する外力演算工程と、
(b)気体の吸引を開始してからの模擬肺空間の容積の膨張量Vを、予め定められる模擬コンプライアンス値Cで割算した弾性抵抗力値P2(=V/C)を演算する弾性抵抗力演算工程と、
(c)前記外力値P1から前記弾性抵抗力値P2を減算して、弾性影響膨張力値P3(=(Pmus+Palv)−(V/C))を演算する弾性影響膨張力演算工程と、
(d)肺の動特性を表わす運動方程式に基づいて、前記弾性影響膨張力値P3に相当する力が肺に与えられたときの肺の膨張速度dV/dtを演算する膨張速度演算工程と、
(e)前記膨張速度演算工程によって演算した肺の膨張速度dV/dtで、模擬肺空間の容積が変化するように、容積変化手段に変化指令を与える変化指示工程とを含むことを特徴とする肺模擬体の制御方法である。
(a)模擬肺空間の圧力である模擬肺空間圧力値Palvを順次更新して演算する模擬肺内圧力演算工程と、
(b)肺空間を拡大させる呼吸筋の力に相当する模擬自発呼吸圧力値Pmusと、模擬肺内圧力演算工程によって演算される模擬肺内圧力値Palvとを加算して、外力値P1(=Pmus+Palv)を演算する外力演算工程と、
(c)気体の吸引を開始してからの模擬肺空間の容積の膨張量Vを、予め定められる模擬コンプライアンス値Cで割算した弾性抵抗力値P2(=V/C)を演算する弾性抵抗力演算工程と、
(d)前記外力値P1から前記弾性抵抗力値P2を減算して、弾性影響膨張力値P3(=(Pmus+Palv)−(V/C))を演算する弾性影響膨張力演算工程と、
(e)肺の動特性を表わす運動方程式に基づいて、前記弾性影響膨張力値P3に相当する力が肺に与えられたときの肺の膨張速度dV/dtを演算する膨張速度演算工程と、
(f)前記膨張速度演算工程によって演算した肺の膨張速度dV/dtで、模擬肺空間の容積が変化するように、容積変化手段に変化指令を与える変化指示工程とを含み、
(g)前記模擬肺内圧力演算工程は、
検出される模擬気道の圧力を示す模擬気道圧力値Pawと、直前に演算した模擬肺内圧力値Palvとの差圧値(Paw−Palv)を予め定められる模擬気道抵抗Rで割算して、模擬気道流量Qaw(=(Paw−Palv)/R)を演算し、
理想気体の状態方程式に従って、検出される前記膨張速度dV/dtで容積変化する肺模擬空間に対して、直前に演算した模擬気道流量Qawの気体が模擬肺空間に供給されたときの模擬肺内圧力値Palvを演算して、模擬肺内圧力値Palvを更新することを特徴とする肺模擬体の制御方法である。
)などのマイクロコンピュータによって実現される。また一時記憶部93は、RAM(
Random Access Memory)などの記憶回路によって実現される。また記憶部94は、ROM(Read Only memory)などの記憶回路によって実現される。
図8に示すように、第1の動作モードおよび第2動作モードともに、模擬気道抵抗Rの測定値は、模擬気道抵抗の理想基準値とほぼ同じ値を示した。各動作モードともに、理想基準値からの誤差は、最小測定レンジである気道抵抗Rが5[cmH20/(リットル/秒)]で、19%である。その他のレンジでは、さらに誤差が小さい。このように模擬気道抵抗Rの測定値は、理想基準値の±20%以内を実現している。たとえば日本工業規格(JIS T 7204-1989「医療用人工呼吸器」で推奨している許容範囲(理想基準値±20%以内))を満たしている。ただしこの許容範囲は、受動的なモデル肺を対象としている。
Pressure Support Ventilation)、SIMV(Spontaneous Intermittent Mandatory
Ventilation)、AMV(Assisted Mandatory Ventilation)またはPAV(
Proportional Assist Ventilation)を行う。たとえばPAV法は、自発呼吸圧力Pmusに比例した圧力支援を行う呼吸支援方法である。呼吸模擬装置20は、人工呼吸器によって変化する模擬気道圧力Pawまたは模擬肺内圧力Palvに応じてベローズポンプ21を動作させる。本実施の形態の呼吸模擬装置20は、自発呼吸圧力Pmusを任意に設定可能であるので、PAV法を行う人工呼吸器の性能確認に高い効果を発揮する。
18 模擬肺空間
19 模擬気道
20 呼吸模擬装置
21 ベローズポンプ
22 管路形成体
23 アクチュエータ
24 抵抗体
25 模擬肺内圧力検出手段
26 模擬気道圧力検出手段
27 エンコーダ
90 制御装置
Claims (10)
- (a)気体が充填される模擬肺空間を規定し、模擬肺空間に気体を出し入れするための貫通口が形成される模擬肺空間形成体と、
(b)模擬肺空間形成体の貫通口形成部分に接続されて、気体を模擬肺空間に出し入れするための模擬気道を形成する模擬気道形成体と、
(c)模擬気道形成体に介在されて、気道抵抗に相当する管路抵抗を有する抵抗体と、
(d)模擬肺空間の容積を変化させる容積変化手段と、
(e)模擬肺空間の圧力である模擬肺内圧力Palvを検出する模擬肺内圧力検出手段と、
(f)気体の吸引を開始してからの模擬肺空間の容積の膨張量Vを検出する膨張量検出手段と、
(g)肺空間を拡大させる呼吸筋の力に相当する模擬自発呼吸圧力値Pmusを生成する生成手段と、
(h)模擬肺内圧力検出手段および膨張量検出手段の各検出結果と、生成手段の生成結果とに応答して、容積変化手段を制御する制御手段であって、
(h1)前記模擬自発呼吸圧力値Pmusと、前記模擬肺内圧力検出手段によって検出される模擬肺内圧力値Palvとを加算して、模擬肺空間を膨張させる外力値P1(=Pmus+Palv)を演算する外力演算部と、
(h2)前記膨張量検出手段によって検出される模擬肺空間の膨張量Vを、予め定められる模擬コンプライアンス値Cで割算して、弾性抵抗力値P2(=V/C)を演算する弾性抵抗力演算部と、
(h3)前記外力値P1から前記弾性抵抗力値P2を減算して、弾性影響膨張力値P3(=(Pmus+Palv)−(V/C))を演算する弾性影響膨張力演算部と、
(h4)肺の動特性を表わす運動方程式に基づいて、前記弾性影響膨張力値P3に相当する力が肺に与えられたときの肺の膨張速度dV/dtを演算する膨張速度演算部と、
(h5)前記膨張速度演算部によって演算した肺の膨張速度dV/dtで、模擬肺空間の容積が変化するように、容積変化手段に変化指令を与える変化指示部とを有する制御手段とを含むことを特徴とする呼吸模擬装置。 - 前記抵抗体は、模擬気道形成体に対して着脱可能に装着されることを特徴とする請求項1記載の呼吸模擬装置。
- (a)気体が充填される模擬肺空間を規定し、模擬肺空間に気体を出し入れするための貫通口が形成される模擬肺空間形成体と、
(b)模擬肺空間形成体の貫通口形成部分に接続されて、気体を模擬肺空間に出し入れするための模擬気道を形成する模擬気道形成体と、
(c)模擬肺空間の容積を変化させる容積変化手段と、
(d)模擬気道の圧力である模擬気道圧力Pawを検出する模擬気道圧力検出手段と、
(e)気体の吸引を開始してからの模擬肺空間の容積の膨張量Vを検出する膨張量検出手段と、
(f)模擬肺空間の膨張速度dV/dtを検出する膨張速度検出手段と、
(g)肺空間を拡大させる呼吸筋の力に相当する模擬自発呼吸圧力値Pmusを生成する生成手段と、
(h)模擬気道圧力検出手段、膨張量検出手段および膨張速度検出手段の各検出結果と、生成手段の生成結果とに応答して、容積変化手段を制御する制御手段であって、
(h1)模擬肺空間の圧力である模擬肺空間圧力値Palvを順次更新する模擬肺内圧力演算部と、
(h2)前記模擬自発呼吸圧力値Pmusと、前記模擬肺内圧力演算部によって演算される最新の模擬肺内圧力値Palvとを加算して、模擬肺空間を膨張させる外力値P1(=Pmus+Palv)を演算する外力演算部と、
(h3)前記膨張量検出手段によって検出される模擬肺空間の膨張量Vを、予め定められる模擬コンプライアンス値Cで割算して、弾性抵抗力値P2(=V/C)を演算する弾性抵抗力演算部と、
(h4)前記外力値P1から前記弾性抵抗力値P2を減算して、弾性影響膨張力値P3(=(Pmus+Palv)−(V/C))を演算する弾性影響膨張力演算部と、
(h5)肺の動特性を表わす運動方程式に基づいて、前記弾性影響膨張力値P3に相当する力が肺に与えられたときの肺の膨張速度dV/dtを演算する膨張速度演算部と、
(h6)前記膨張速度演算部によって演算した肺の膨張速度dV/dtで、模擬肺空間の容積が変化するように、容積変化手段に変化指令を与える変化指示部とを有する制御手段とを含み、
(h7)前記模擬肺内圧力演算部は、
模擬気道圧力検出手段によって検出される模擬気道圧力値Pawと、直前に演算した模擬肺内圧力値Palvとの差圧値(Paw−Palv)を予め定められる模擬気道抵抗値Rで割算して、模擬気道流量Qaw(=(Paw−Palv)/R)を演算し、
理想気体の状態方程式に従って、膨張速度検出手段によって検出される膨張速度dV/dtで容積変化する肺模擬空間に対して、直前に演算した模擬気道流量Qawの気体が模擬肺空間に供給されたときの模擬肺内圧力値Palvを演算して、模擬肺内圧力値Palvを更新することを特徴とする呼吸模擬装置。 - 模擬気道抵抗値Rが入力される模擬気道抵抗入力手段をさらに含み、
制御手段の模擬肺内圧力演算部は、模擬気道抵抗入力手段に入力される模擬気道抵抗値Rに基づいて、模擬肺内圧力値Palvを演算することを特徴とする請求項3記載の呼吸模擬装置。 - 前記模擬肺内圧力演算部は、模擬気道圧力検出手段によって検出される模擬気道圧力値Pawと、直前に演算した模擬肺内圧力値Palvとの差圧値(Paw−Palv)に応じて変化する模擬気道抵抗値Rを用いて、模擬気道流量Qawを演算することを特徴とする請求項3記載の呼吸模擬装置。
- 模擬コンプライアンス値Cが入力される模擬コンプライアンス入力手段をさらに含み、
制御手段の外力演算部は、模擬コンプライアンス入力手段に入力される模擬コンプライアンス値Cに基づいて、前記弾性影響膨張力値P3を演算することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の呼吸模擬装置。 - 前記弾性抵抗力演算部は、膨張量検出手段によって検出される模擬肺空間の膨張量Vに応じて変化する模擬コンプライアンス値Cを用いて、弾性抵抗力値P2を演算することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の呼吸模擬装置。
- 気体が充填される模擬肺空間を規定し、模擬肺空間に気体を出し入れするための貫通口が形成される模擬肺空間形成体と、模擬肺空間形成体の貫通口形成部分に接続されて、気体を模擬肺空間に出し入れするための模擬気道を形成する模擬気道形成体と、模擬気道形成体に介在されて、気道抵抗に相当する管路抵抗を有する抵抗体と、模擬肺空間の容積を変化させる容積変化手段とを有する肺模擬体の制御方法であって、
(a)肺空間を拡大させる呼吸筋の力に相当する模擬自発呼吸圧力値Pmusと、検出される模擬肺空間の圧力を示す模擬肺内圧力値Palvとを加算して、外力値P1(=Pmus+Palv)を演算する外力演算工程と、
(b)気体の吸引を開始してからの模擬肺空間の容積の膨張量Vを、予め定められる模擬コンプライアンス値Cで割算した弾性抵抗力値P2(=V/C)を演算する弾性抵抗力演算工程と、
(c)前記外力値P1から前記弾性抵抗力値P2を減算して、弾性影響膨張力値P3(=(Pmus+Palv)−(V/C))を演算する弾性影響膨張力演算工程と、
(d)肺の動特性を表わす運動方程式に基づいて、前記弾性影響膨張力値P3に相当する力が肺に与えられたときの肺の膨張速度dV/dtを演算する膨張速度演算工程と、
(e)前記膨張速度演算工程によって演算した肺の膨張速度dV/dtで、模擬肺空間の容積が変化するように、容積変化手段に変化指令を与える変化指示工程とを含むことを特徴とする肺模擬体の制御方法。 - 気体が充填される模擬肺空間を規定し、模擬肺空間に気体を出し入れするための貫通口が形成される模擬肺空間形成体と、模擬肺空間形成体の貫通口形成部分に接続されて、気体を模擬肺空間に出し入れするための模擬気道を形成する模擬気道形成体と、模擬肺空間の容積を変化させる容積変化手段とを有する肺模擬体の制御方法であって、
(a)模擬肺空間の圧力である模擬肺空間圧力値Palvを順次更新して演算する模擬肺内圧力演算工程と、
(b)肺空間を拡大させる呼吸筋の力に相当する模擬自発呼吸圧力値Pmusと、模擬肺内圧力演算工程によって演算される模擬肺内圧力値Palvとを加算して、外力値P1(=Pmus+Palv)を演算する外力演算工程と、
(c)気体の吸引を開始してからの模擬肺空間の容積の膨張量Vを、予め定められる模擬コンプライアンス値Cで割算した弾性抵抗力値P2(=V/C)を演算する弾性抵抗力演算工程と、
(d)前記外力値P1から前記弾性抵抗力値P2を減算して、弾性影響膨張力値P3(=(Pmus+Palv)−(V/C))を演算する弾性影響膨張力演算工程と、
(e)肺の動特性を表わす運動方程式に基づいて、前記弾性影響膨張力値P3に相当する力が肺に与えられたときの肺の膨張速度dV/dtを演算する膨張速度演算工程と、
(f)前記膨張速度演算工程によって演算した肺の膨張速度dV/dtで、模擬肺空間の容積が変化するように、容積変化手段に変化指令を与える変化指示工程とを含み、
(g)前記模擬肺内圧力演算工程は、
検出される模擬気道の圧力を示す模擬気道圧力値Pawと、直前に演算した模擬肺内圧力値Palvとの差圧値(Paw−Palv)を予め定められる模擬気道抵抗Rで割算して、模擬気道流量Qaw(=(Paw−Palv)/R)を演算し、
理想気体の状態方程式に従って、検出される前記膨張速度dV/dtで容積変化する肺模擬空間に対して、直前に演算した模擬気道流量Qawの気体が模擬肺空間に供給されたときの模擬肺内圧力値Palvを演算して、模擬肺内圧力値Palvを更新することを特徴とする肺模擬体の制御方法。
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