JP2014524306A - 高頻度振動人工呼吸器制御システム - Google Patents

Abstract

振動ピストン制御システム及び平均気道内圧制御システムを含む高頻度振動人工呼吸器。振動ピストン制御システム及び平均気道内圧制御システムは、閉ループ制御システムである。振動ピストン制御システムは、平均気道内圧制御システムから独立している。

Description

一般に、高頻度振動（ＨＦＯ：high frequency oscillation）人工呼吸器は、互いに従属関係にある複数の開ループ制御システムを有する。例えば、ＨＦＯ人工呼吸器の振動圧力振幅を増大することが望まれる場合、医療専門家は圧力振幅コントローラをダイヤルによって手動で調整する必要がある。それに応じて、圧力振幅と従属関係にあるＨＦＯ人工呼吸器の他のパラメータは、医療専門家が圧力振幅を調整することにより自動的に変化する。したがって医療専門家は、他のパラメータも同時に調整しなければならない。

本明細書は、振動ピストン制御システム及び平均気道内圧制御システムを含む高頻度振動人工呼吸器を開示する。これらの振動ピストン制御システム及び平均気道内圧制御システムは、閉ループ制御システムである。振動ピストン制御システムは、平均気道内圧制御システムから独立している。

本発明の一実施例によるＨＦＯ人工呼吸器の一実例を示す図である。 本発明の一実施例によるＭＡＰ制御システムの一実例を示す図である。 本発明の一実施例によるバイアス・フロー制御システムの一実例を示す図である。 本発明の一実施例による、ＨＦＯ人工呼吸器を制御する方法の一実例を示す図である。

本明細書で参照される図面は、明記されている場合を除き、原寸に比例して描かれていないものと理解されたい。

次に、添付の図面に実例が示されている本技術の実施例を細部にわたり参照する。この技術を様々な実施例（１つ又は複数）と併せて説明するが、実施例は、本技術をこれらの実施例に限定するものではないことを理解されたい。そうではなく、本技術は、添付の特許請求の範囲に規定される様々な実施例の趣旨及び範囲内に含まれてよい代替形態、修正形態及び等価物を包含するものである。

さらに、諸実施例についての以下の説明では、本技術の完全な理解が得られるように多数の具体的な細部が示される。しかし、本技術は、これらの具体的な細部を用いなくても実践することができる。他の例では、本実施例の態様を無用に不明瞭にしないように、よく知られている方法、手順、構成要素、及び回路は詳細に説明されていない。

一般に、ＨＦＯ人工呼吸器は、人工呼吸器の振動ピストンの交互の各周期中に患者の肺にガスが押し込まれて引き出される能動人工呼吸を使用する。ピストンの一動作で、患者の気道内の静圧に対して陽圧方向の圧力が作り出される。ピストンの動作が反対の方向に向かうとき、生成される動圧が陽圧方向から陰圧方向に反転する。したがって、生成される両極性動圧波形により呼吸ガス交換が行われる。

図１は、ＨＦＯ人工呼吸器１００の一実施例を示す。ＨＦＯ人工呼吸器１００の諸実施例に関する解説が以下に提示される。この解説ではまず、ＨＦＯ人工呼吸器１００の様々な実施例の構造又は構成要素について説明する。次に、この解説でＨＦＯ人工呼吸器１００の動作説明を述べる。

ＨＦＯ人工呼吸器１００は、振動ピストン制御システム１１０、平均気道内圧（ＭＡＰ：mean airway pressure）制御システム１２０、振動圧力振幅制御システム１３０、及びバイアス・フロー制御システム３００を含む。

振動ピストン制御システム１１０は、振動ピストン１１５を制御するように構成される。振動ピストン１１５の中立位置が維持される。１つの実施例では、振動ピストン１１５は、３ヘルツ（Ｈｚ）から２０Ｈｚの間で振動圧力を発生する。

振動ピストン制御システム１１０は、ベースライン設定周波数以外に高次高調波周波数を有する振動波形を発生するように振動ピストン１１５を制御する。発生する振動波形は、それだけには限らないが、方形波形及び正弦波形とすることができる。ＨＦＯ人工呼吸器１００は、波形の形状を調整できることを理解されたい。

ＭＡＰ制御システム１２０は、ＨＦＯ人工呼吸器１００の平均気道内圧を制御するように構成される。平均気道内圧とは、１つの吸息／呼息周期にわたる平均圧力である。具体的には、ＭＡＰ制御システム１２０は、呼気弁２３０を制御する。ＭＡＰ制御システム１２０の実施例は、以下で詳細に説明される図２に示されている。

振動圧力振幅制御システム１３０は、ＨＦＯ人工呼吸器１００の振動圧力振幅を制御するように構成される。１つの実施例では、振動圧力振幅は少なくとも５ｃｍＨ２Ｏである。別の実施例では、振動圧力振幅は、１ｃｍＨ２Ｏ未満の精度である。

様々な実施例で、振動ピストン制御システム１１０、ＭＡＰ制御システム１２０、振動圧力振幅制御システム１３０、及びバイアス・フロー制御システムは、閉ループ・システムである。言い換えると、振動ピストン制御システム１１０は、振動ピストン１１５の制御を容易にするフィードバック・ループを含み、ＭＡＰ制御システム１２０は、平均気道内圧の制御を容易にするフィードバック・ループを含み、振動圧力振幅制御システム１３０は、振動圧力振幅の制御を容易にするフィードバック・ループを含む。

対照的に、従来の人工呼吸器では、様々なパラメータ（例えば、ピストン、平均気道内圧、圧力振幅）に関する制御システムは開ループ・システムである。

様々な実施例で、振動ピストン制御システム１１０、ＭＡＰ制御システム１２０、振動圧力振幅制御システム１３０、及びバイアス・フロー制御システム３００は、互いに独立している（例えば、分離されている）。言い換えると、制御システムのそれぞれは、互いに単独で調整することができる。例えば、振動ピストンの周波数が調整された場合でも、同一振幅の振動圧力が患者まで送出されることが保証される。別の例では、ＨＦＯ １００は、ＭＡＰ設定から独立している振動圧力振幅を患者まで送出する。

具体的には、各設定１７０は互いに単独で調整することができる。例えば、振動周波数設定１７１、振動振幅設定１７２、ＭＡＰ設定１７３及びバイアス・フロー設定１７４は、互いに単独で調整することができる。

図２は、ＭＡＰ制御システム１２０の一実施例を示す。ＭＡＰ制御システム１２０は、ＭＡＰコントローラ２２０、呼気弁２３０、高周波振動子２４０、気道内圧トランスデューサ２５０、及びＭＡＰフィルタ２６０を含む。

ＨＦＯ人工呼吸器１００の使用中、ＭＡＰ設定点２１０がＭＡＰ制御システム１２０に与えられる。それに応じてＭＡＰ ２８０は、フィードバック２７０に部分的に基づいて調整される。

図３は、バイアス・フロー制御システム３００の実施例を示す。バイアス・フロー制御システム３００は、バイアス・フロー・コントローラ３２０、フロー制御弁３３０、高周波振動子３４０、及びバイアス・フロー・トランスデューサ３５０を含む。具体的には、バイアス・フロー制御システム３００はフロー制御弁３３０を制御する。

ＨＦＯ人工呼吸器１００の使用中、バイアス・フロー設定点３１０がバイアス・フロー制御システム３００に与えられる。それに応じてバイアス・フロー３７０は、フィードバック３６０に部分的に基づいて調整される。一般に、バイアス・フロー３７０は、ガスの流れが振動子を経由して患者まで送出される速度である。

図４は、本発明の一実施例による、高頻度振動人工呼吸器を制御する方法４００を示す。様々な実施例において、方法４００は、コンピュータ可読及びコンピュータ実行可能な命令の制御のもとで、プロセッサ及び電気構成要素によって実行される。コンピュータ可読及びコンピュータ実行可能な命令は、例えば、コンピュータ使用可能な揮発性及び不揮発性メモリなどのデータ記憶媒体に常駐する。しかし、コンピュータ可読及びコンピュータ実行可能な命令は、任意のタイプのコンピュータ可読記憶媒体に常駐することができる。いくつかの実施例では、方法４００は少なくとも、図１に示されるようなＨＦＯ人工呼吸器１００によって実施される。

４１０で、振動ピストンを振動ピストン制御システム内のフィードバックに基づいて単独で制御する。例えば、振動ピストン１１５を閉ループ振動ピストン制御システム１１０によって単独で制御する。

４１５で、平均気道内圧を平均気道内圧制御システム内のフィードバックに基づいて単独で制御する。例えば、平均気道内圧２８０をＭＡＰ制御システム１２０内のフィードバック２７０に基づいて単独で制御する。

４２０で、振動圧力振幅を振動圧力振幅制御システム内のフィードバックに基づいて単独で制御する。例えば、振動圧力振幅は、閉ループ振動圧力振幅制御システム１３０内で生成されるフィードバックに基づく。

４２５で、振動圧力周波数を３Ｈｚから２０Ｈｚの間で生成する。４３０で、実質的に方形の波形を生成する。それだけには限らないが、正弦波形のような波形が生成されることを理解されたい。４３５で、少なくとも５ｃｍＨ２Ｏの振動圧力振幅を生成する。４４０で、振動圧力振幅精度を１ｃｍＨ２Ｏ未満に維持する。４４５で、振動ピストンの中立位置を維持する。

本発明の様々な実施例がこうして説明される。本発明が特定の実施例について説明されているが、本発明はこのような実施例によって限定されるのではなく、添付の特許請求の範囲により限定されると解釈されるべきことを理解されたい。

本明細書に記載されたすべての要素、部分及びステップが、好ましくは含まれる。これらの要素、部分及びステップのいずれも、当業者には明らかなように、他の要素、部分及びステップと置き換えること、又は全く削除することができることを理解されたい。

構成概念
本明細書は、少なくとも以下の構成概念を開示する。
構成概念１
振動ピストン制御システムと、
平均気道内圧制御システムとを備える高頻度振動人工呼吸器であって、前記振動ピストン制御システム及び前記平均気道内圧制御システムが閉ループ制御システムであり、前記振動ピストン制御システムが前記平均気道内圧制御システムから独立している。
構成概念２
振動圧力振幅制御システムをさらに備え、前記振動圧力振幅制御システムが閉ループ制御システムであり、また前記振動圧力振幅制御システムが、前記振動ピストン制御システム及び前記平均気道内圧制御システムから独立している、構成概念１の高頻度振動人工呼吸器。
構成概念３
３Ｈｚから２０Ｈｚの間の振動圧力周波数をさらに含む、構成概念１の高頻度振動人工呼吸器。
構成概念４
振動圧力振幅が少なくとも５ｃｍＨ２Ｏであることをさらに含む、構成概念１又は２の高頻度振動人工呼吸器。
構成概念５
前記振動ピストン制御システムが、自動調心振動ピストンを備える、構成概念１、２又は３の高頻度振動人工呼吸器。
構成概念６
フロー制御弁をさらに備える、前記構成概念のうちのいずれか１つの高頻度振動人工呼吸器。
構成概念７
呼気弁をさらに備える、前記構成概念のうちのいずれか１つの高頻度振動人工呼吸器。
構成概念８
高頻度振動人工呼吸器を制御する方法であって、
振動ピストンを振動ピストン制御システム内のフィードバックに基づいて単独で制御するステップと、
平均気道内圧を平均気道内圧制御システム内のフィードバックに基づいて単独で制御するステップとを含む、方法。
構成概念９
振動圧力振幅を振動圧力振幅制御システム内のフィードバックに基づいて単独で制御するステップをさらに含む、構成概念８の方法。
構成概念１０
３Ｈｚから２０Ｈｚの間の振動圧力周波数を生成するステップをさらに含む、構成概念８又は９の方法。
構成概念１１
実質的に方形の波形を生成するステップをさらに含む、構成概念８、９、又は１０の方法。
構成概念１２
少なくとも５ｃｍＨ２Ｏの振動圧力振幅を生成するステップをさらに含む、構成概念８から１１のいずれかの方法。
構成概念１３
１ｃｍＨ２Ｏ未満の振動圧力振幅精度を維持するステップをさらに含む、構成概念８から１２のいずれかの方法。
構成概念１４
振動ピストンの中立位置を維持するステップをさらに含む、構成概念８から１３のいずれかの方法。

Claims (14)

1. 振動ピストン制御システムと、
   平均気道内圧制御システムとを備える高頻度振動人工呼吸器であって、前記振動ピストン制御システム及び前記平均気道内圧制御システムが閉ループ制御システムであり、前記振動ピストン制御システムが前記平均気道内圧制御システムから独立している、高頻度振動人工呼吸器。
2. 振動圧力振幅制御システムをさらに備え、前記振動圧力振幅制御システムが閉ループ制御システムであり、また前記振動圧力振幅制御システムが、前記振動ピストン制御システム及び前記平均気道内圧制御システムから独立している、請求項１に記載の高頻度振動人工呼吸器。
3. ３Ｈｚから２０Ｈｚの間の振動圧力周波数をさらに含む、請求項１に記載の高頻度振動人工呼吸器。
4. 振動圧力振幅が少なくとも５ｃｍＨ２Ｏであることをさらに含む、請求項１に記載の高頻度振動人工呼吸器。
5. 前記振動ピストン制御システムが自動調心振動ピストンを備える、請求項１に記載の高頻度振動人工呼吸器。
6. フロー制御弁をさらに備える、請求項１に記載の高頻度振動人工呼吸器。
7. 呼気弁をさらに備える、請求項１に記載の高頻度振動人工呼吸器。
8. 高頻度振動人工呼吸器を制御する方法であって、
   振動ピストンを振動ピストン制御システム内のフィードバックに基づいて単独で制御するステップと、
   平均気道内圧を平均気道内圧制御システム内のフィードバックに基づいて単独で制御するステップとを含む、方法。
9. 振動圧力振幅を振動圧力振幅制御システム内のフィードバックに基づいて単独で制御するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. ３Ｈｚから２０Ｈｚの間の振動圧力周波数を生成するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
11. 実質的に方形の波形を生成するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
12. 少なくとも５ｃｍＨ２Ｏの振動圧力振幅を生成するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
13. １ｃｍＨ２Ｏ未満の振動圧力振幅精度を維持するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
14. 振動ピストンの中立位置を維持するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。