JP2668004B2 - 人工呼吸器の流量検出装置および人工呼吸器 - Google Patents
人工呼吸器の流量検出装置および人工呼吸器Info
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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、人工呼吸器の気管内チューブを流れる空気
流量を高精度に検出するための流量検出装置と、これを
用いた人工呼吸器に関するものである。 （発明の背景） 人工呼吸器、特に重度未熟児用の人工呼吸器では自発
的な呼吸能力が劣っているため一般の成人用あるいは小
児用の人工呼吸器は使用できない。すなわち成人や一般
の小児では自発的な呼吸能力があるため、酸素などの成
分が多い新しい空気を患者が肺内に吸入する一方、患者
のはき出す空気を大気へ放出すれば足りるのに対し、重
度未熟児の場合には肺内の空気の交換を外部から積極的
に行わねばならないからである。 そこで本願の出願人は、患者の気管内へ挿入する気管
内チューブから新気を供給する一方、この新気に所定の
周波数（例えば15Hz程度）の振動を加えることにより、
新気の旧気へのガス拡散を促進することを提案した。し
かしこの場合には空気流量が少なくしかも振動が付与さ
れているため、空気流量を高精度に測定することが極め
て困難であった。例えば第９図に示す従来公知のピトー
管式の流量計では、動圧検出口１と静圧検出口２との位
置が空気流動方向に異なっているため、流動方向が変化
する度に大きなノイズが発生するという問題があった。
すなわち各検出口１、２の圧力p1、p2の差圧Δｐを検出
する場合、流動方向が変化するとその圧力波面が各検出
口１、２に達するのに時間差が生じるため、これがノイ
ズとなるのである。 （発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、
気管内チューブの空気流動方向が変動したり空気振動が
ある場合にも常に高精度な流量検出が可能な人工呼吸器
の流量検出装置を提供することを第１の目的とする。 また本発明はこの流量検出装置を用いた重度未熟児に
好適な人工呼吸器を提供することを第２の目的とする。 （発明の構成） 本発明によればこの第１の目的は、患者の気管に挿入
され空気を患者の肺に供給する気管内チューブと、この
気管内チューブに直交する平断面上の中心から等距離位
置に開口する静圧検出口および動圧検出口と、両検出口
の差圧を求めるセンサとを備え、前記差圧に基づいて前
記気管内チューブ内の空気流量を求めることを特徴とす
る人工呼吸器の流量検出装置により達成される。 また第２の目的は、患者の気管に挿入される気管内チ
ューブと、この気管内チューブに接続され一定圧の空気
を供給する空気供給手段と、この気管内チューブ内の空
気を加振する加振手段と、前記気管内チューブに直交す
る平断面上の中心から等距離位置に開口する静圧検出口
および動圧検出口と、両検出口の差圧を求めるセンサと
を備え、前記差圧に基づいて前記気管内チューブ内の空
気流量を求めることを特徴とする人工呼吸器により達成
される。 （原理） 第８図は原理説明図である。半径Ｒの断面円形の管３
内の流動は層流の場合は第8A図に示すようにその速度波
面は放物面状になり、また乱流の場合には第8B図に示す
ように平面状になる。従ってこの管３に直交する平面４
上においては、管３の中心から等しい距離ｒの位置は等
速度になる。この関係は逆方向に流動する場合も同様に
成立する。 本発明はこの関係に着眼してなされたものであり、第
8C図の側面図および第8D図の断面図に示すように、管３
に直交する平断面上の対称位置に動圧検出口１と静圧検
出口２とを配置することにより、流動方向が変化する時
の影響を受けることなく一方向への流動量を正確に検出
するものである。 また第8A図に示す層流の場合には速度波面は放物面と
なるから、平均流速をとすれば中心からｒの位置の流
速Ｖ（ｒ）は 一方、流速がある限度を越え乱流になると、速度波面
は直線となるから、この時の流速Ｖ（ｒ）は、 Ｖ（ｒ）＝ とすることができる。 一般に管３の中心で圧力検出をしたのでは層流の時に
流量は実際より大きく検出されてしまう。しかし半径ｒ
の位置での流量Ｖ（ｒ）が平均流速に等しくなるよう
にすれば常に正確な流量Ｍ Ｍ＝２πR2 を検出できる。すなわち ２（１−r2/R2）＝１ ∴ｒ＝0.707R とすれば層流、乱流に関係なく常にその流速Ｖ（ｒ）を
用いて Ｍ＝２πR2V（ｒ） によって流量を検出することが可能となる。 （実施例） 第１図は本発明による重度未熟児用の人工呼吸器の全
体回路図、第２図はその圧力検出口の配置を示す断面図
である。 第１図において符号10は気管内チューブであり、その
一端は未熟児などの患者の気管12内に挿入されている。
14は患者の肺である。気管内チューブ10の他端には圧力
検出部ボデー16を介してＴ字型の分岐管18が接続されて
いる。 気管内チューブ10に一定圧の空気（新気）を供給する
空気供給手段は次のように構成される。すなわち酸素
（O2）や空気（Air）あるいは必要に応じて他のガスは
ポンプ20において所定の割合で混合され加圧される。こ
のポンプ20から吐出される混合気（新気、あるいは単に
空気という）の一部は可変絞り弁22、流量計24、加湿器
26を介し分岐管18に供給される。ポンプ20から吐出され
る混合気の残りは制御弁28を介しエジェクタ30に導かれ
る。このエジェクタ30は、ノズル32から絞り34に向けて
混合気を噴出し、この時外気を取り込んで折曲路36から
分岐管18の一端に混合気と外気とを混合した混合気を供
給する。この折曲管36は後記加振手段38による高周波振
動を遮断する一方患者の自発的呼吸による低周波振動は
外部へ導くための低域フィルタとして機能する。 38は加振手段としてのピストンであり、このピストン
38はリニヤモータ40により例えば15Hzでシリンダ42内で
往復駆動される。シリンダ42は前記分岐管18の他端に接
続され、ピストン38の往復動により、分岐管18および気
管内チューブ10さらには肺14の内部に空気振動が伝えら
れる。 44は圧力センサであり分岐管18内の平均圧力ａを検出
する。46は電磁弁であって分岐管18内圧を減圧するもの
である。 48は流量検出装置であり、前記圧力検出部ボデー16内
に開口する２本の導圧管50、52のボデー16内の開口は動
圧検出口54と静圧検出口56となっている。これら導圧管
50、52はダイヤフラム58で画成された２つの圧力室60、
62に導かれている。ボデー16は第２図に示すように流路
面積が減少した断面円形の絞り部16aを備え、動圧およ
び静圧の各検出口54、56は絞り部16aの中心から0.707R
（Ｒは絞り部16aの半径）の半径上の対称位置に配置さ
れている。ダイヤフラム58には、このダイヤフラム58の
変位によって両圧力室60、62の圧力P1、P2の差ΔＰ＝P1
−P2を検出するセンサ64が取付けられている。 66は制御装置であり、圧力センサ44の検出した平均圧
力ａを所定圧力とするように制御弁28および電磁弁46を
制御する。また差圧Δｐに基づいて気管内チューブ10内
の流量を求め、平均圧力ａ等を制御する。 この実施例では、ボデー16に絞り部16aを設けここに
圧力検出口54、56を開口させたので、微小な流量を高精
度に検出することが可能になる。 第３図は圧力検出口配置の他の実施例を示す断面図で
ある。この実施例ではボデー16Aに設けた絞り部16Aaの
下流側開口付近に動圧検出口54Aおよび静圧検出口56Aを
配置したものである。この実施例によれば絞り部16Aa内
の流れを乱すことなく導圧管50A、52Aを絞り部下流側に
配置でき、微小な流量を一層高精度に検出できる。 第４〜６図はさらに他の実施例を示す図である。第４
図はボデー16Bをダ円とし、第５、６図はボデー16Cを長
方形とし、それぞれボデー16Cに対し面対称、点対称と
なる位置に動圧検出口54B、54Cおよび静圧検出口56B、5
6Cを配置したものである。 以上の各実施例は一方向へ流動する空気の動圧を検出
してその方向への流量のみを検出するものである。しか
し本発明は２つの動圧検出口を設けて両方向の流量を検
出するものを含む。第７図はそのような実施例を示す図
であり、ボデー16Dを断面円形とし、中心から例えば0.7
07R（Ｒはボデー16Dの内半径）の半径上に等間隔に２つ
の動圧検出口54D、54Eおよび静圧検出口56Dを配置した
ものである。ここに各動圧検出口54D、54Eは互いに逆方
向に開口させ、両動圧p1,p3と静圧p2とをセンサ64A、64
Bにより検出し、差圧Δpa＝p1−p2およびΔpb＝p3−p1
を減算器によって電気的に求めるようにしたものであ
る。 また圧力検出口を設けるボデー16は、気管内チューブ
10の途中等に設けてもよく、実質的に気管内チューブ10
の空気が流動する位置であればよい。 さらに前記第１図の実施例では、ダイヤフラム58の変
位により差圧Δｐを検出するが、本発明は動圧p1と静圧
p2を別々の圧力センサで検出して両者の差を電気的に求
めるものであってもよい。 （発明の効果） 本発明の第１発明は以上のように、動圧検出口と静圧
検出口とを、気管内チューブと直交する平断面上の対称
となる位置に配置したものであるから、検出する動圧と
静圧とに時間差が生じない。すなわち空気の同一位相の
速度波面における動圧、静圧を検出することになる。こ
のため空気の流動方向が変化したり脈動があっても常に
高精度な流量検出が可能となる。特に気管内チューブが
半径Ｒの円形断面の時には、中心から0.707Rの半径上に
検出口を位置させれば、層流あるいは乱流に関係なく常
に高精度な検出が可能になる。 また第２発明によれば、この第１発明の特定の性質を
専ら利用することによって特に重度未熟児に好適な人工
呼吸器を得ることができる。
流量を高精度に検出するための流量検出装置と、これを
用いた人工呼吸器に関するものである。 （発明の背景） 人工呼吸器、特に重度未熟児用の人工呼吸器では自発
的な呼吸能力が劣っているため一般の成人用あるいは小
児用の人工呼吸器は使用できない。すなわち成人や一般
の小児では自発的な呼吸能力があるため、酸素などの成
分が多い新しい空気を患者が肺内に吸入する一方、患者
のはき出す空気を大気へ放出すれば足りるのに対し、重
度未熟児の場合には肺内の空気の交換を外部から積極的
に行わねばならないからである。 そこで本願の出願人は、患者の気管内へ挿入する気管
内チューブから新気を供給する一方、この新気に所定の
周波数（例えば15Hz程度）の振動を加えることにより、
新気の旧気へのガス拡散を促進することを提案した。し
かしこの場合には空気流量が少なくしかも振動が付与さ
れているため、空気流量を高精度に測定することが極め
て困難であった。例えば第９図に示す従来公知のピトー
管式の流量計では、動圧検出口１と静圧検出口２との位
置が空気流動方向に異なっているため、流動方向が変化
する度に大きなノイズが発生するという問題があった。
すなわち各検出口１、２の圧力p1、p2の差圧Δｐを検出
する場合、流動方向が変化するとその圧力波面が各検出
口１、２に達するのに時間差が生じるため、これがノイ
ズとなるのである。 （発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、
気管内チューブの空気流動方向が変動したり空気振動が
ある場合にも常に高精度な流量検出が可能な人工呼吸器
の流量検出装置を提供することを第１の目的とする。 また本発明はこの流量検出装置を用いた重度未熟児に
好適な人工呼吸器を提供することを第２の目的とする。 （発明の構成） 本発明によればこの第１の目的は、患者の気管に挿入
され空気を患者の肺に供給する気管内チューブと、この
気管内チューブに直交する平断面上の中心から等距離位
置に開口する静圧検出口および動圧検出口と、両検出口
の差圧を求めるセンサとを備え、前記差圧に基づいて前
記気管内チューブ内の空気流量を求めることを特徴とす
る人工呼吸器の流量検出装置により達成される。 また第２の目的は、患者の気管に挿入される気管内チ
ューブと、この気管内チューブに接続され一定圧の空気
を供給する空気供給手段と、この気管内チューブ内の空
気を加振する加振手段と、前記気管内チューブに直交す
る平断面上の中心から等距離位置に開口する静圧検出口
および動圧検出口と、両検出口の差圧を求めるセンサと
を備え、前記差圧に基づいて前記気管内チューブ内の空
気流量を求めることを特徴とする人工呼吸器により達成
される。 （原理） 第８図は原理説明図である。半径Ｒの断面円形の管３
内の流動は層流の場合は第8A図に示すようにその速度波
面は放物面状になり、また乱流の場合には第8B図に示す
ように平面状になる。従ってこの管３に直交する平面４
上においては、管３の中心から等しい距離ｒの位置は等
速度になる。この関係は逆方向に流動する場合も同様に
成立する。 本発明はこの関係に着眼してなされたものであり、第
8C図の側面図および第8D図の断面図に示すように、管３
に直交する平断面上の対称位置に動圧検出口１と静圧検
出口２とを配置することにより、流動方向が変化する時
の影響を受けることなく一方向への流動量を正確に検出
するものである。 また第8A図に示す層流の場合には速度波面は放物面と
なるから、平均流速をとすれば中心からｒの位置の流
速Ｖ（ｒ）は 一方、流速がある限度を越え乱流になると、速度波面
は直線となるから、この時の流速Ｖ（ｒ）は、 Ｖ（ｒ）＝ とすることができる。 一般に管３の中心で圧力検出をしたのでは層流の時に
流量は実際より大きく検出されてしまう。しかし半径ｒ
の位置での流量Ｖ（ｒ）が平均流速に等しくなるよう
にすれば常に正確な流量Ｍ Ｍ＝２πR2 を検出できる。すなわち ２（１−r2/R2）＝１ ∴ｒ＝0.707R とすれば層流、乱流に関係なく常にその流速Ｖ（ｒ）を
用いて Ｍ＝２πR2V（ｒ） によって流量を検出することが可能となる。 （実施例） 第１図は本発明による重度未熟児用の人工呼吸器の全
体回路図、第２図はその圧力検出口の配置を示す断面図
である。 第１図において符号10は気管内チューブであり、その
一端は未熟児などの患者の気管12内に挿入されている。
14は患者の肺である。気管内チューブ10の他端には圧力
検出部ボデー16を介してＴ字型の分岐管18が接続されて
いる。 気管内チューブ10に一定圧の空気（新気）を供給する
空気供給手段は次のように構成される。すなわち酸素
（O2）や空気（Air）あるいは必要に応じて他のガスは
ポンプ20において所定の割合で混合され加圧される。こ
のポンプ20から吐出される混合気（新気、あるいは単に
空気という）の一部は可変絞り弁22、流量計24、加湿器
26を介し分岐管18に供給される。ポンプ20から吐出され
る混合気の残りは制御弁28を介しエジェクタ30に導かれ
る。このエジェクタ30は、ノズル32から絞り34に向けて
混合気を噴出し、この時外気を取り込んで折曲路36から
分岐管18の一端に混合気と外気とを混合した混合気を供
給する。この折曲管36は後記加振手段38による高周波振
動を遮断する一方患者の自発的呼吸による低周波振動は
外部へ導くための低域フィルタとして機能する。 38は加振手段としてのピストンであり、このピストン
38はリニヤモータ40により例えば15Hzでシリンダ42内で
往復駆動される。シリンダ42は前記分岐管18の他端に接
続され、ピストン38の往復動により、分岐管18および気
管内チューブ10さらには肺14の内部に空気振動が伝えら
れる。 44は圧力センサであり分岐管18内の平均圧力ａを検出
する。46は電磁弁であって分岐管18内圧を減圧するもの
である。 48は流量検出装置であり、前記圧力検出部ボデー16内
に開口する２本の導圧管50、52のボデー16内の開口は動
圧検出口54と静圧検出口56となっている。これら導圧管
50、52はダイヤフラム58で画成された２つの圧力室60、
62に導かれている。ボデー16は第２図に示すように流路
面積が減少した断面円形の絞り部16aを備え、動圧およ
び静圧の各検出口54、56は絞り部16aの中心から0.707R
（Ｒは絞り部16aの半径）の半径上の対称位置に配置さ
れている。ダイヤフラム58には、このダイヤフラム58の
変位によって両圧力室60、62の圧力P1、P2の差ΔＰ＝P1
−P2を検出するセンサ64が取付けられている。 66は制御装置であり、圧力センサ44の検出した平均圧
力ａを所定圧力とするように制御弁28および電磁弁46を
制御する。また差圧Δｐに基づいて気管内チューブ10内
の流量を求め、平均圧力ａ等を制御する。 この実施例では、ボデー16に絞り部16aを設けここに
圧力検出口54、56を開口させたので、微小な流量を高精
度に検出することが可能になる。 第３図は圧力検出口配置の他の実施例を示す断面図で
ある。この実施例ではボデー16Aに設けた絞り部16Aaの
下流側開口付近に動圧検出口54Aおよび静圧検出口56Aを
配置したものである。この実施例によれば絞り部16Aa内
の流れを乱すことなく導圧管50A、52Aを絞り部下流側に
配置でき、微小な流量を一層高精度に検出できる。 第４〜６図はさらに他の実施例を示す図である。第４
図はボデー16Bをダ円とし、第５、６図はボデー16Cを長
方形とし、それぞれボデー16Cに対し面対称、点対称と
なる位置に動圧検出口54B、54Cおよび静圧検出口56B、5
6Cを配置したものである。 以上の各実施例は一方向へ流動する空気の動圧を検出
してその方向への流量のみを検出するものである。しか
し本発明は２つの動圧検出口を設けて両方向の流量を検
出するものを含む。第７図はそのような実施例を示す図
であり、ボデー16Dを断面円形とし、中心から例えば0.7
07R（Ｒはボデー16Dの内半径）の半径上に等間隔に２つ
の動圧検出口54D、54Eおよび静圧検出口56Dを配置した
ものである。ここに各動圧検出口54D、54Eは互いに逆方
向に開口させ、両動圧p1,p3と静圧p2とをセンサ64A、64
Bにより検出し、差圧Δpa＝p1−p2およびΔpb＝p3−p1
を減算器によって電気的に求めるようにしたものであ
る。 また圧力検出口を設けるボデー16は、気管内チューブ
10の途中等に設けてもよく、実質的に気管内チューブ10
の空気が流動する位置であればよい。 さらに前記第１図の実施例では、ダイヤフラム58の変
位により差圧Δｐを検出するが、本発明は動圧p1と静圧
p2を別々の圧力センサで検出して両者の差を電気的に求
めるものであってもよい。 （発明の効果） 本発明の第１発明は以上のように、動圧検出口と静圧
検出口とを、気管内チューブと直交する平断面上の対称
となる位置に配置したものであるから、検出する動圧と
静圧とに時間差が生じない。すなわち空気の同一位相の
速度波面における動圧、静圧を検出することになる。こ
のため空気の流動方向が変化したり脈動があっても常に
高精度な流量検出が可能となる。特に気管内チューブが
半径Ｒの円形断面の時には、中心から0.707Rの半径上に
検出口を位置させれば、層流あるいは乱流に関係なく常
に高精度な検出が可能になる。 また第２発明によれば、この第１発明の特定の性質を
専ら利用することによって特に重度未熟児に好適な人工
呼吸器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による重度未熟児用の人工呼吸器の全体
回路図、第２図はその圧力検出口の配置を示す断面図で
ある。 第３〜第７図は他の実施例を示す図、第８図は本発明の
原理説明図、また第９図は従来装置を示す図である。 10……気管内チューブ、 20……ポンプ、 38……加振手段としてのピストン、 54,54A〜54E……動圧検出口、 56,56A〜56D……静圧検出口、 64……センサ。
回路図、第２図はその圧力検出口の配置を示す断面図で
ある。 第３〜第７図は他の実施例を示す図、第８図は本発明の
原理説明図、また第９図は従来装置を示す図である。 10……気管内チューブ、 20……ポンプ、 38……加振手段としてのピストン、 54,54A〜54E……動圧検出口、 56,56A〜56D……静圧検出口、 64……センサ。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．患者の気管に挿入され空気を患者の肺に供給する気
管内チューブと、この気管内チューブに直交する平断面
上の中心から等距離位置に開口する静圧検出口および動
圧検出口と、両検出口の差圧を求めるセンサとを備え、
前記差圧に基づいて前記気管内チューブ内の空気流量を
求めることを特徴とする人工呼吸器の流量検出装置。 ２．静圧検出口および動圧検出口は気管内チューブに直
交する平断面上の対称位置に開口することを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の人工呼吸器の流量検出装
置。 ３．気管内チューブは半径Ｒの断面円形とされ、静圧検
出口および動圧検出口はチューブに直交する平断面上で
気管内チューブ中心から0.707R付近に位置することを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の人工呼吸器の流量
検出装置。 ４．前記気管内チューブ内の少くとも一部は縮径し、こ
の縮径部分に前記静圧検出口および動圧検出口は開口し
ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の人
工呼吸器の流量検出装置。 ５．１つの静圧検出口と２つの動圧検出口とを備え、前
記２つの動圧検出口は逆方向に向って開口していること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の人工呼吸器の
流量検出装置。 ６．患者の気管に挿入される気管内チューブと、この気
管内チューブに接続され一定圧の空気を供給する空気供
給手段と、この気管内チューブ内の空気を加振する加振
手段と、前記気管内チューブに直交する平断面上の中心
から等距離位置に開口する静圧検出口および動圧検出口
と、両検出口の差圧を求めるセンサとを備え、前記差圧
に基づいて前記気管内チューブ内の空気流量を求めるこ
とを特徴とする人工呼吸器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24818387A JP2668004B2 (ja) | 1987-10-02 | 1987-10-02 | 人工呼吸器の流量検出装置および人工呼吸器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24818387A JP2668004B2 (ja) | 1987-10-02 | 1987-10-02 | 人工呼吸器の流量検出装置および人工呼吸器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01101972A JPH01101972A (ja) | 1989-04-19 |
| JP2668004B2 true JP2668004B2 (ja) | 1997-10-27 |
Family
ID=17174435
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24818387A Expired - Fee Related JP2668004B2 (ja) | 1987-10-02 | 1987-10-02 | 人工呼吸器の流量検出装置および人工呼吸器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2668004B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6312192B2 (ja) * | 2013-10-17 | 2018-04-18 | ローベルト ボッシュ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 排気ガス再循環装置用ピトー管式エアフローメータ |
| GB201500257D0 (en) | 2015-01-08 | 2015-02-25 | Univ Surrey | A flow meter |
-
1987
- 1987-10-02 JP JP24818387A patent/JP2668004B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01101972A (ja) | 1989-04-19 |
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