JP2014018575A - ネーザルｃｐａｐ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】小型であって装着時の負担が軽く、且つ、使用時の騒音が少ないネーザルＣＰＡＰ素子を提供する。
【解決手段】縦型タイプのネーザルＣＰＡＰ素子３０であって、ノズル３６から噴出する空気を二分するスプリッター３７が丸みを帯びた先端を有している。二分された空気の一方が第１分岐路３８を経て流入する排気路４０は、通過空気が渦を巻くように内壁４０１に凹曲面を有し、二分された空気の他方を排気管接続ポート３４に導く第２分岐路３９の内壁３９１、３９２にも、通過空気が渦を巻くように凹曲面を有する。第２分岐路３９及び排出路４０で発生する渦は、負圧を発生して流れを引き込むため、小型の構造でも、呼吸に対応する所定流路が確実に形成される。呼吸に応じてプリッター３７上のよどみ点が円弧上をスムーズに移動するため、使用時の騒音が低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧力を加えた空気を鼻から送り込んで気道の閉塞を取り除く経鼻持続的気道陽圧（ネーザルＣＰＡＰ：Nasal Continuous Positive Airway Pressure）療法に用いられるネーザルＣＰＡＰ素子に関し、小型で使用時の騒音（ノイズ）が少ない素子の実現を図るものである。

ネーザルＣＰＡＰ療法は、睡眠時無呼吸症候群の患者などの気道を確保するために広く行われている。
本発明者等は、先に、鼻でしか呼吸できない低出生体重児の自発呼吸を補助するネーザルＣＰＡＰ素子を開発し、下記特許文献１に提案している。
図１５は、このネーザルＣＰＡＰ素子の構造を示している。この素子１は、一定圧力で空気を供給する給気チューブ２１が結合される給気管接続ポート２２と、鼻腔に挿入する鼻腔プロング１２が結合される鼻腔プロングポート１０、１１と、排気チューブ２４が結合される排気管接続ポート２３とを有している。

このネーザルＣＰＡＰ素子１は、鼻に供給する空気の圧力（ＣＰＡＰ圧）をできるだけ一定にして、呼吸に応じたＣＰＡＰ圧の変動を小さくすると言うコンセプトの基に作られており、素子１の内部には、給気管接続ポート２２に連続する噴流ポート２と、給気チューブ２１から送られた空気を噴出するノズル３と、ノズル３に対向する位置に尖った先端があって、ノズル３から噴出された空気噴流を二分する噴流分岐板５（５ａ、５ｂ）と、二分された空気噴流の一方（第１噴流）が流入する第１分岐路７と、第１分岐路７に接続し、且つ、鼻腔プロングポート１０、１１に連通するキャビティ９と、二分された空気噴流の他方（第２噴流）が流入する第２分岐路８と、キャビティ９と第２分岐路８との間の空気の流通を許容するバイパス６とが設けられている。第２分岐路８の先は、排気管接続ポート２３に接続している。

このネーザルＣＰＡＰ素子１の給気管接続ポート２２には、給気チューブ２１を通じて実質的に定圧力の空気が供給される。この空気は、給気管接続ポート２２から噴流ポート２を経てノズル３に入り、ノズル３から流出する空気噴流が、噴流分岐板５先端のナイフエッジで第１噴流と第２噴流に分割される。ノズル３から流出する空気噴流の大部分は第１噴流となり、第２噴流の量は少ない。

第１噴流は、第１分岐路７を通ってキャビティ９に入り、壁面に沿うように紙面上で時計方向に旋回する。これにより、キャビティ９には陽圧（ＣＰＡＰ圧）が加わる。キャビティ９に流入した空気の一部は、鼻腔プロング１２を通過して新生児の吸気となるが、キャビティ９に流入した空気の多くは、キャビティ９内を旋回した後、バイパス６を通って第２分岐路８に出る。
噴流分岐板５で分割された第２噴流と、バイパス６を通って第２分岐路８に流入した第１噴流とは、第２分岐路８を通って排気ポート２３に進み、排気チューブ２４を通じて外部に流出する。

新生児の自発呼吸により鼻腔プロングポート１０、１１に吸気圧が加わると、キャビティ９の空気がポート１０、１１に引かれるので、キャビティ９の圧力が下がり、そのためノズル３からキャビティ９への第１噴流の空気流量が増加する。一方、鼻腔プロングポート１０、１１に呼気圧が加わると、キャビティ９の圧力が上がり、そのためノズル３から排気ポート１３に向かう第２噴流の空気流量が増加し、ノズル３からキャビティ９への第１噴流の空気流量が低下する。

キャビティ９と第２分岐路８とを繋ぐバイパス６は、自発呼吸に伴うキャビティ９の圧力変動を緩和する働きをしている。即ち、吸気期間には、吸気によりキャビティ９の圧力が下がると、バイパス６を通してキャビティ９から第２分岐路８に流れる空気流量が減少し、キャビティ９の圧力低下が抑えられる。一方、呼気期間には、呼気によりキャビティ９の圧力が上がると、バイパス６を通してキャビティ９から第２分岐路８に流れる空気流量が増加し、キャビティ９の圧力上昇が抑えられる。
このネーザルＣＰＡＰ素子１は、図１６に示すように、鼻腔プロング１２が新生児の鼻に挿入され、給気チューブ２１及び排気チューブ２４が新生児の顔面を横切るように装着され、バンドや紐などの付いた固定保持具で新生児の頭部に固定される。

特許第４７１００１５号公報

しかし、新生児の装着負担を軽減する上で、先に提案した、顔面の横方向に長い“横型タイプ”のネーザルＣＰＡＰ素子は、改善の余地を有している。
実際の臨床現場では、ベッドに背臥位や腹臥位で寝かせる新生児にネーザルＣＰＡＰ素子を装着するため、素子１に接続する給気チューブ２１及び排気チューブ２４を装着者の鼻の側から頭頂部の方向に導出している。この場合、横型タイプのネーザルＣＰＡＰ素子は、横方向の寸法を短くすることが困難であるため、ネーザルＣＰＡＰ素子、給気チューブ２１及び排気チューブ２４によって囲まれる面積、即ち、新生児の顔面を覆う面積が広くなり、装着負担が増大する。

また、このネーザルＣＰＡＰ素子では、流路幅が大きいため供給流量が多く、乳幼児の自発呼吸に合わせて騒音が絶え間なく発生する。この騒音は、噴流分岐板５の先端がナイフエッジ状であるため、ノズル３から吹き出された空気噴流の噴流分岐板５上のよどみ点（分流の分岐点となる速度ゼロの点）の位置が、呼気時と吸気時とで大きく変わることにより起きており、よどみ点の位置の急変に伴って、排気される空気圧が急激に変動し、これが音となって伝播する。
静粛が要求される病院の新生児室では、ネーザルＣＰＡＰ素子の騒音を抑えることが必要である。

本発明は、こうした事情を考慮して創案したものであり、小型であって装着時の負担が軽く、且つ、使用時の騒音が少ないネーザルＣＰＡＰ素子を提供することを目的としている。

本発明は、給気チューブが結合する給気管接続ポートと、鼻腔プロングが結合する鼻腔プロングポートと、排気チューブが結合する排気管接続ポートと、鼻腔プロングポートに連通するキャビティと、を備えるネーザルＣＰＡＰ素子であって、排気管接続ポートの開口方向が、鼻腔プロングポートの開口方向と反対方向であり、給気管接続ポートの開口方向が、排気管接続ポートまたは鼻腔プロングポートの開口方向と同一方向であり、給気管接続ポートから流入する空気を、流入方向に対して略直角方向に噴出するノズルと、ノズルから噴出する空気を二分するスプリッターと、スプリッターで二分された空気の一方の流路を形成する第１分岐路と、二分された空気の他方を排気管接続ポートに導く第２分岐路と、第１分岐路及びキャビティから流出する空気を排気管接続ポートに導く排出路と、第２分岐路と排出路の間にあって、排出路から流出する空気の第２分岐路への流入を阻止するガイドベーンと、を備えている。そして、第２分岐路及び排出路は、排気管接続ポートに導く空気が渦を巻くように内壁に凹曲面を有し、スプリッターは、ノズルから噴出する空気が当たる円弧状の先端を有し、第１分岐路を通過する空気流量が、鼻腔プロングを挿入した患者の呼気時に比べて、吸気時に増加し、第２分岐路及び排出路を通過する空気流量が、患者の吸気時に比べて、呼気時に増加し、ノズルから噴出する空気のスプリッター上のよどみ点が、患者の呼吸に応じて、スプリッターの先端の円弧上を順次移動することを特徴とする

このネーザルＣＰＡＰ素子は、顔面の縦方向に長い縦型タイプである。第２分岐路及び排出路で発生する渦は、負圧を発生して流れを引き込むため、小型の構造であっても、呼吸に対応する所定流路が確実に形成される。この素子は、スプリッターの先端が丸みを帯びているため、呼吸に応じてよどみ点が丸み（円弧）上をスムーズに移動し、ノズルからの噴出空気がスプリッターの先端で滑らかに分流される。その結果、使用時の騒音が低減する。

また、本発明のネーザルＣＰＡＰ素子は、キャビティのＣＰＡＰ圧が、患者の吸気時に上昇し、呼気時に下降する。
そのため、患者は、吸気時に息を吸い込み易く、呼気時に息を吐き出し易い。

また、本発明のネーザルＣＰＡＰ素子では、スプリッターの円弧状先端の曲率半径をｄとするとき、ｄを０．１２ｍｍ〜０．２５ｍｍの範囲内に設定することが望ましい。
円弧状先端の曲率半径が下限値を下回ると、ネーザルＣＰＡＰ素子の使用時の騒音が増加する。また、上限値を超えると、よどみ点に発生する圧力抗力が増大し、患者の呼吸時の負担が増大する。

また、本発明のネーザルＣＰＡＰ素子では、第２分岐路の対向する内壁に曲率半径の異なる凹曲面を設け、一方の凹曲面の曲率半径を２５ｄ〜３０ｄの範囲内に設定し、他方の凹曲面の曲率半径を８ｄ〜１２ｄの範囲内に設定することが望ましい。
第２分岐路の凹曲面をこのように設定することで第２分岐路の内壁内に渦が発生し、その負圧により、スプリッターで分流された空気が第２分岐路側に曲がり易くなる。

また、本発明のネーザルＣＰＡＰ素子では、排出路の対向する内壁の少なくとも一方に凹曲面を設け、この凹曲面の曲率半径を２５ｄ〜５０ｄの範囲内に設定することが望ましい。
排出路の凹曲面をこのように設定することで排出路の内部にも小さな渦が発生し、この渦が、第１分岐路から流出する空気やキャビティからの流出空気を排出路に引き込む。

また、本発明のネーザルＣＰＡＰ素子では、第１分岐路と排出路とを分岐するガイド部の角部に丸みを形成し、この丸みの曲率半径を０．５ｄ〜２ｄの範囲内に設定することが望ましい。
ガイド部の角部の丸みをこのように設定することで、ガイド部から剥離した空気が排出路に円滑に誘導される。

また、本発明のネーザルＣＰＡＰ素子では、ノズルの中心線に対する、キャビティに開口する第１分岐路の出口面の傾斜角度を７０°〜１００°の範囲内に設定することが望ましい。
この出口面を有する第１分岐路は、ディフューザとして機能し、ノズルから噴出された第１噴流の流速を下げてＣＰＡＰ圧力を回復する。

本発明のネーザルＣＰＡＰ素子は、縦型タイプであり、且つ、小型であるため、装着する患者の負担を軽減できる。また、このネーザルＣＰＡＰ素子は、使用時に発生する騒音が少ない。

本発明の実施形態に係るネーザルＣＰＡＰ素子を示す図 図１のネーザルＣＰＡＰ素子の装着形態を示す図 図１のネーザルＣＰＡＰ素子の空気流を示す図 図１のネーザルＣＰＡＰ素子のスプリッター先端を示す図 図１のネーザルＣＰＡＰ素子における各所の曲率半径等を示す図 図１のネーザルＣＰＡＰ素子における各所の寸法等を示す図 樹脂で作成したネーザルＣＰＡＰ素子を示す図 図８のネーザルＣＰＡＰ素子の主要部を示す図 ネーザルＣＰＡＰ素子の動作解析用モデルを示す図 ネーザルＣＰＡＰ素子の動作解析条件を示す図 ネーザルＣＰＡＰ素子の動作解析箇所を示す図 図１のネーザルＣＰＡＰ素子の動作解析結果を示す図 図１のネーザルＣＰＡＰ素子のベクトル線図 図１のネーザルＣＰＡＰ素子のＣＰＡＰ圧とよどみ点付近の圧力との関係を示す図 従来のネーザルＣＰＡＰ素子を示す図 従来のネーザルＣＰＡＰ素子の装着状態を示す図

図１は、本発明の実施形態に係るネーザルＣＰＡＰ素子３０を示している。この素子３０は、給気チューブが結合される給気管接続ポート３１と、鼻腔プロングが結合される鼻腔プロングポート３２、３３と、鼻腔プロングポート３２、３３に連通するキャビティ３５と、排気チューブが結合される排気管接続ポート３４と、給気管接続ポート３１から流入する空気を噴出するノズル３６と、ノズル３６の噴出空気を二分するスプリッター３７と、スプリッター３７で二分された空気の一方（第１噴流）の流路を形成する第１分岐路３８と、二分された空気の他方（第２噴流）を排気管接続ポート３４に導く第２分岐路３９と、第１分岐路３８及びキャビティ３５から流出する空気を排気管接続ポート３４に導く排出路４０と、第１分岐路３８及び排出路４０の分岐位置で空気の流れを誘導するガイド４２と、排出路４０から流出する空気と第２分岐路３９から流出する空気の干渉を防ぎ、排出路４０から第２分岐路３９への空気の逆流を阻止するガイドベーン４１と、を備えている。

鼻腔プロングポート３２、３３は、図面上、上方に開口し、排気管接続ポート３４は、逆方向の下方に開口している。給気管接続ポート３１は、ここでは、排気管接続ポート３４と同様に下方に開口しているが、鼻腔プロングポート３２、３３と同様に上方に開口するように構成しても良い。
図２は、このネーザルＣＰＡＰ素子３０を新生児に装着した状態を示している。鼻腔プロングポート３２、３３に結合した鼻腔プロングは、新生児の鼻に挿入する。排気管接続ポート３４に結合した排気チューブと、給気管接続ポート３１に結合した給気チューブは、Ｕターンさせて鼻の上を通し、頭頂部に導出して固定保持具で固定する。

このネーザルＣＰＡＰ素子３０のノズル３６は、給気管接続ポート３１から流入する定圧力の空気を、流入方向に対して略直角な方向（図１上で横方向）に噴出する。
スプリッター３７の先端は、ノズル３６の開口の下辺と略同じ高さに位置しており、ノズル３６から噴出された空気を二分する。ノズル３６の先端は丸みを帯びており、そのため、後述するように、新生児の呼吸に応じて、噴出空気のスプリッター３７上のよどみ点が、先端の丸みの上を順次移動する。

第１分岐路３８は、平行する内壁を有し、１５°程度上向く直線的な流路を形成している。第１分岐路３８の終端は、キャビティ３５の下側に開口している。
この第１分岐路３８は、ノズル３６から噴出する空気の流速を下げてＣＰＡＰ圧力を回復するディフューザの役割を果たしている。
ディフューザの出口に当たる第１分岐路３８の開口は、排出路４０の開口に隣接しており、第１分岐路３８の開口と排出路４０の開口との境界位置にガイド４２が存在する。ガイド４２の角部は丸みを帯びており、そのため、ガイド４２の角部を乗り越えた気流は、角部の裏側でガイド４２から剥離し、ガイド４２の直後に発生する渦の作用で排出路４０に誘導される。

第２分岐路３９を構成する素子内側の内壁３９１及び素子外側の内壁３９２は、それぞれ湾曲しており、内壁３９１の凹曲面は、内壁３９２の凹曲面よりも短い曲率半径を有している。ここでは、湾曲する内壁３９１、３９２により形成される空洞をサブキャビティ３９０と呼ぶことにする。
ノズル３６から流出し、スプリッター３７で分割された第２噴流は、第２分岐路３９のサブキャビティ３９１の壁に沿って流れ、渦を形成する。

また、排出路４０を構成する素子外側の内壁４０１は、外側に多少膨らんでいる。そのため、ガイド４２から剥離して排出路４０に流入した空気は、膨らんだ内壁４０１に沿って流れることにより、ガイド４２の直後に渦を形成する。排出路４０に発生する渦は、サブキャビティ３９０に発生する渦に比べて小さい。
サブキャビティ３９０や排出路４０に発生する渦は、負圧を伴う。そのため、第２分岐路３９の流入口から第２噴流が引き込まれ易くなり、また、排出路４０の流入口から第１分岐路３８やキャビティ３５からの流出空気が引き込まれ易くなる。

図３は、このネーザルＣＰＡＰ素子３０の基本的な空気の流れを示している。給気管接続ポート３１から流入する定圧力の空気は、ノズル３６から噴出し、スプリッター３７で第１噴流と第２噴流とに分割される。
呼吸が無い定常的な状態では、図３（ｃ）に示すように、第１分岐路３８に流入した第１噴流は、第１分岐路３８を通過すると、排出路４０に発生した渦５１により排出路４０に引き込まれて、排気管接続ポート３４から排出され、また、スプリッター３７で分割された第２噴流は、サブキャビティ３９０に発生した渦５２に引き込まれて、第２分岐路３９に流入し、排気管接続ポート３４から排出される。
なお、第１分岐路３８から流出した空気の一部はキャビティ３５にも流入するが、ここでは、キャビティ３５に流入する空気の流線を省略している。

呼気時には、図３（ａ）に示すように、新生児の吐き出した呼気がキャビティ３５から流出する。そのため、図３（ｃ）の状態より、第１噴流が減少し、第２噴流が増加する。しかし、排出路４０に流入する空気流量は、第１分岐路３８から流出する空気にキャビティ３５から流出する呼気が加わるため、図３（ｃ）の状態よりも増加する。これらの空気流は、排出路４０に発生した渦５１により排出路４０に引き込まれて、排気管接続ポート３４から排出される。また、増加した第２噴流は、サブキャビティ３９０に発生した渦５２に引き込まれて第２分岐路３９に流入し、排気管接続ポート３４から排出される。

一方、吸気時には、図３（ｂ）に示すように、第１分岐路３８からキャビティ３５に引き込まれる空気流量が増加する。そのため、図３（ｃ）の状態より、第１噴流が増加し、第２噴流が減少する。しかし、排出路４０に流入する空気は、第１分岐路３８から流出した空気の内、キャビティ３５に流入しなかった空気だけになるため、排出路４０に流入する空気流量は、図３（ｃ）の状態よりも減少する。この空気は、排出路４０に発生した渦５１により排出路４０に引き込まれて、排気管接続ポート３４から排出される。また、減少した第２噴流は、サブキャビティ３９０に発生した渦５２に引き込まれて第２分岐路３９に流入し、排気管接続ポート３４から排出される。

このように、排出路４０に流入する空気流量は、吸気時よりも呼気時の方が多いため、排出路４０で発生する渦５１の負圧は、吸気時よりも呼気時の方が大きくなる。その影響も有って、キャビティ３５のＣＰＡＰ圧は、呼気時に下降し、吸気時に上昇する。
サブキャビティ３９０及び排出路４０の内壁形状は、このような呼吸に応じた空気の流れを可能にする渦５１、５２が発生するように設定される。
このネーザルＣＰＡＰ素子３０は、小型化しても、渦５１、５２の存在により、呼吸に応じた所定の空気の流れを確保することができる。

図４は、呼吸に応じてスプリッター３７の先端を移動するよどみ点（速度ゼロの点）を示している。
このネーザルＣＰＡＰ素子３０は、スプリッター３７の先端が、図４（ｂ）に拡大して示すように、丸みを帯びており、この先端にノズル３６から噴出された空気が当たる。この空気は、スプリッター３７上のよどみ点を分岐点として、第１噴流と第２噴流に二分される。図４（ｂ）に示す黒丸は、１周期の呼吸の間に、よどみ点となり得る点の幾つかを例示している。
呼気時には、第１噴流が減少し、第２噴流が増加するため、よどみ点は、図４（ｂ）の上側の黒丸位置に移動する。また、吸気時には、第１噴流が増加し、第２噴流が減少するため、よどみ点は、図４（ｂ）の下側の黒丸位置に移動する。

このように、スプリッター３７上のよどみ点は、新生児の呼吸に合わせて、上側の黒丸位置から順次移動して下側の黒丸位置に至り、さらに、下側の黒丸位置から順次移動して上側の黒丸位置に戻る。これを呼吸の周期に合わせて繰り返す。
こうして、よどみ点が、丸みを帯びたスプリッター３７の先端をスムーズに移動するため、排気管接続ポート３４から排出される空気は、急激な空気圧変動を生じない。それ故、ノイズの発生が抑えられる。

しかし、スプリッター３７先端の曲率半径が余りに小さいと、呼吸に伴うよどみ点の移動量や移動速度が大きくなり、排出される空気の空気圧変動が増加し、気になるノイズが発生する。そのため、スプリッター３７先端の曲率半径は、０．１２ｍｍ以上に設定する必要がある。また、この曲率半径が大き過ぎると、よどみ点に発生する圧力抗力が増加して、吸気時に大きな吸込み力が必要になり、装着者の負担が増大する。そのため、新生児に使用するネーザルＣＰＡＰ素子では、スプリッター３７先端の曲率半径を０．１８ｍｍ以下に設定することが望ましい。また、成人用のネーザルＣＰＡＰ素子の場合は、０．２５ｍｍ以下に設定することが望ましい。

また、図３に示す空気の流れを可能にする渦５１、５２を排出路４０及び第２分岐路３９に発生させるため、図５に示すように、第２分岐路３９の素子内側の内壁３９１に形成する凹曲面の曲率半径を８ｄ〜１２ｄ（但し、ｄはスプリッター３７先端の曲率半径を表す。）の範囲に設定するとともに、素子外側の内壁３９２に形成する凹曲面の曲率半径を２５ｄ〜３０ｄの範囲に設定し、また、排出路４０の素子外側の内壁４０１に形成する凹曲面の曲率半径を２５ｄ〜５０ｄの範囲に設定することが望ましい。
なお、排出路４０の素子内側の内壁４０２には、曲率半径が５０ｄ〜１００ｄ程度の僅かに湾曲する凹曲面を設けても良い。

また、図５に示すように、第１分岐路３８と排出路４０の分岐位置にあるガイド部４２には、排出路４０に誘導する空気がガイド部４２から剥離して円滑に排出路４０に流入するように、曲率半径が０．５ｄ〜２ｄの丸みを設けることが望ましい。
また、ディフューザの出口に当たる第１分岐路３８の開口のノズル３６中心線に対する傾斜角度は、第１噴流の流速を下げてＣＰＡＰ圧力を回復するために、７０°〜１００°の範囲に設定することが望ましい。
なお、新生児用の小型のネーザルＣＰＡＰ素子では、各範囲の内で小さい値を採ることが望ましい。
また、図６には、それ以外の箇所の寸法や曲率半径の望ましい範囲を示している。

図７は、合成樹脂ブロックの内部に形成した縦型タイプのネーザルＣＰＡＰ素子を示している。この素子の製作に際して、３次元ＣＡＤソフト（Solid Works）を用いて、ネーザルＣＰＡＰ素子のＣＡＤ図面からＳＴＬデータを取得し、そのＳＴＬデータを使用した光造形法でネーザルＣＰＡＰ素子を製作している。
また、図８は、この合成樹脂ブロックのネーザルＣＰＡＰ素子が形成された箇所を拡大して示している。

次に、このネーザルＣＰＡＰ素子の動作を解析したシミュレーション結果について説明する。
この解析のために、図９に示すように、呼吸を模擬するモデルを作成した。このモデルは、ネーザルＣＰＡＰ素子３０の鼻腔プロングポート３２、３３に肺部６１を結合し、排気管接続ポート３４に仮想空間６２を結合している。
このモデルを用いてネーザルＣＰＡＰ素子の動作を解析するに当たり、図１０に示す境界条件を設定した。即ち、
Boundary １：ネーザルＣＰＡＰ素子３０の給気管接続ポート３１に流入する空気の単位時間当たりの流量は一定とする。
Boundary ２：肺部６１の毎分の呼吸回数及び換気量は一定とする。
Boundary ３：仮想空間６２の出口の圧力は一定とする。
ネーザルＣＰＡＰ素子の臨床での使用条件に合わせるため、“Boundary １”では、給気管接続ポート３１への供給流量を７Ｌ／分とし、ＣＰＡＰ圧が５００Ｐａとなるようにしている。また、“Boundary ２”では、呼吸回数が毎分５０回、換気量が２０ｍｌの正弦波状の模擬呼吸を設定し、“Boundary ３”では、出口圧力を大気圧としている。

この条件のもとで、図１１に示すネーザルＣＰＡＰ素子の各箇所での呼吸に伴う流量変化及び圧力変化を数値計算した。その結果を図１２に示している。
図１２において、
“inlet”は、給気管接続ポート３１に流入する空気の流量変化を示している。
“outlet”は、排気管接続ポート３４から流出する空気の流量変化を示している。
“respiration”は、鼻腔プロングポート３２、３３から流出・流入する空気の流量変化を示している。
“D1”は、第１分岐路３８を流れる空気の流量変化を示している。
“D2”は、排出路４０から流出する空気の流量変化を示している。
“D3”は、第２分岐路３９から流出する空気の流量変化を示している。
“cpap”は、キャビティ３５の黒丸位置の圧力変化を示している。
“subcavity-p”は、サブキャビティ３９０の黒丸位置の圧力変化を示している。

図１２から、ノズル３６より噴出された空気がスプリッター３７で略半分の流れに分流されることが分かる。また、呼気時には、第１分岐路３８に流れる空気が減少して第２分岐路３９に流れる空気が増加し、吸気時には、第１分岐路３８に流れる空気が増加して第２分岐路３９に流れる空気が減少することが分かる。また、排出路４０に流れる空気は、呼気時に増加し、吸気時に減少することが分かる。また、キャビティ３５のＣＰＡＰ圧は、呼気時に下降し、吸気時に上昇することが分かる。

また、図１３は、呼気時のベクトル線図を示している。図１３から、サブキャビティ３９０の内部と、排出路４０の部分に渦が発生していることが分かる。また、図１３（ｂ）に拡大して示すように、スプリッター３７の先端によどみ点が存在することが分かる。
図１４は、図１３（ｂ）の４点（０．７５°間隔に設定したＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の点）の圧力とＣＰＡＰ圧との関係を示している。ＣＰＡＰ圧は、呼気がピークになる手前から直線的に減少し、吸気に変わってから直線的に増加している。ＣＰＡＰ圧の変動（ばらつき）は、直線範囲で小さくなっている。

呼吸に伴うＬ１〜Ｌ４の４点の圧力の変化は、よどみ点がスプリッター３７先端の円弧上を動いているために生じている。４点の圧力曲線の山及び谷の部分では、Ｌ１〜Ｌ４の圧力曲線が順番に並んでおり、この部分では、よどみ点が静止しており、安定状態にある。また、圧力曲線の山と谷の間ではＬ１〜Ｌ４の圧力曲線が重なっており、この部分では、よどみ点が動いている。また、よどみ点が動いている範囲では、ＣＰＡＰ圧の変動（ばらつき）が現われている。
よどみ点の移動範囲は、円弧上の２°程度（距離で６ミクロン程度）である。

よどみ点の円弧上の移動は、このネーザルＣＰＡＰ素子の使用時の騒音を低減する。
また、ＣＰＡＰ圧が、吸気時に直線的に増加し、呼気時に直線的に減少するため、ネーザルＣＰＡＰ素子を装着した患者は、空気を肺に吸い込み易く、吸った空気を吐き出し易い。そのため、本発明により、患者に優しいネーザルＣＰＡＰ素子が提供可能である。
なお、この明細書で言う空気の中には、補充酸素を含む空気も含まれる。

本発明のネーザルＣＰＡＰ素子は、装着が容易で使用時の騒音も少ないと言う利点を有しており、新生児から大人まで幅広く利用することができる。

１ ネーザルＣＰＡＰ素子
２ 噴流ポート
３ ノズル
５ 噴流分岐板
６ バイパス
７ 第１分岐路
８ 第２分岐路
９ キャビティ
１０ 鼻腔プロングポート
１１ 鼻腔プロングポート
１２ 鼻腔プロング
２１ 給気チューブ
２２ 給気管接続ポート
２３ 排気管接続ポート
２４ 排気チューブ
３０ ネーザルＣＰＡＰ素子
３１ 給気管接続ポート
３２ 鼻腔プロングポート
３３ 鼻腔プロングポート
３４ 排気管接続ポート
３５ キャビティ
３６ ノズル
３７ スプリッター
３８ 第１分岐路
３９ 第２分岐路
４０ 排出路
４１ ガイドベーン
４２ ガイド
５１ 渦
５２ 渦
６１ 肺部
６２ 仮想空間
３９０ サブキャビティ
３９１ 第２分岐路内壁
３９２ 第２分岐路内壁
４０１ 排出路内壁
４０２ 排出路内壁

Claims (7)

1. 給気チューブが結合する給気管接続ポートと、鼻腔プロングが結合する鼻腔プロングポートと、排気チューブが結合する排気管接続ポートと、前記鼻腔プロングポートに連通するキャビティと、を備えるネーザルＣＰＡＰ素子であって、
   前記排気管接続ポートの開口方向が、前記鼻腔プロングポートの開口方向と反対方向であり、前記給気管接続ポートの開口方向が、前記排気管接続ポートまたは鼻腔プロングポートの開口方向と同一方向であり、
   前記給気管接続ポートから流入する空気を、流入方向に対して略直角方向に噴出するノズルと、
   前記ノズルから噴出する空気を二分するスプリッターと、
   前記スプリッターで二分された空気の一方の流路を形成する第１分岐路と、
   二分された前記空気の他方を前記排気管接続ポートに導く第２分岐路と、
   前記第１分岐路及びキャビティから流出する空気を前記排気管接続ポートに導く排出路と、
   前記第２分岐路と前記排出路との間にあって、前記排出路から流出する空気の前記第２分岐路への流入を阻止するガイドベーンと、
   を備え、
   前記第２分岐路及び排出路は、前記排気管接続ポートに導く空気が渦を巻くように内壁に凹曲面を有し、
   前記スプリッターは、前記ノズルから噴出する空気が当たる円弧状の先端を有し、
   前記第１分岐路を通過する空気流量が、前記鼻腔プロングを挿入した患者の呼気時に比べて、吸気時に増加し、
   前記第２分岐路及び排出路を通過する空気流量が、前記患者の吸気時に比べて、呼気時に増加し、
   前記ノズルから噴出する空気の前記スプリッター上のよどみ点が、前記患者の呼吸に応じて、前記スプリッターの先端の円弧上を順次移動することを特徴とするネーザルＣＰＡＰ素子。
2. 請求項１に記載のネーザルＣＰＡＰ素子であって、前記キャビティのＣＰＡＰ圧が、前記患者の吸気時に上昇し、呼気時に下降することを特徴とするネーザルＣＰＡＰ素子。
3. 請求項２に記載のネーザルＣＰＡＰ素子であって、前記スプリッターの円弧状先端の曲率半径をｄとするとき、前記ｄが０．１２ｍｍ〜０．２５ｍｍの範囲内にあることを特徴とするネーザルＣＰＡＰ素子。
4. 請求項３に記載のネーザルＣＰＡＰ素子であって、前記第２分岐路の対向する内壁が曲率半径の異なる凹曲面を有し、一方の前記凹曲面の曲率半径が２５ｄ〜３０ｄの範囲内にあり、他方の前記凹曲面の曲率半径が８ｄ〜１２ｄの範囲内にあることを特徴とするネーザルＣＰＡＰ素子。
5. 請求項４に記載のネーザルＣＰＡＰ素子であって、前記排出路の対向する内壁の少なくとも一方が凹曲面を有し、該凹曲面の曲率半径が２５ｄ〜５０ｄの範囲内にあることを特徴とするネーザルＣＰＡＰ素子。
6. 請求項１から５のいずれかに記載のネーザルＣＰＡＰ素子であって、前記第１分岐路と前記排出路とを分岐するガイド部の角部が円弧形状に成形されており、前記円弧形状の曲率半径が０．５ｄ〜２ｄの範囲内にあることを特徴とするネーザルＣＰＡＰ素子。
7. 請求項１から６のいずれかに記載のネーザルＣＰＡＰ素子であって、前記ノズルの中心線に対する、前記キャビティに開口する前記第１分岐路の出口面の傾斜角度が７０°〜１００°の範囲内にあることを特徴とするネーザルＣＰＡＰ素子。