JP2798291B2 - 高周波人工呼吸器における監視装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は高周波人工呼吸器における監視装置に関する
ものである。

（従来技術） 人工呼吸器においては、その呼吸サイクルが、健康人
と同じような周期すなわち毎分15〜20回程度とされるの
が一般的である。

一方、最近では、臨床学的に、呼吸サイクルを、10〜
30HZすなわち毎秒10〜30回程度というように高周波とす
ることが、ある種の肺疾患に極めて効果的であることが
実証されるようになった。このような高周波人工呼吸器
が特に効果的なのは、患者の口元に接続される呼吸経路
内のガスが高周波振動されてガスの拡散作用が高めら
れ、もって患者の肺とのガス交換が効果的に行なわれる
ためと考えられている。

このような早い呼吸サイクルを得るため、人工呼吸器
における呼吸振動発生装置というものが開発され、本出
願人により既に実用化されている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、高周波人工呼吸器においては、その１つの
問題として、患者に対する人工呼吸が正常に行なわれて
いるか否かが外部から容易に判別しにくいということが
ある。

この点を詳述すると、正常人と同じような呼吸回数で
呼吸を行なわせる一般の人工呼吸器においては、呼吸に
伴って患者の肺が大きく膨張、縮長されるので、これに
伴う肺の動きが外部から容易に観察し得ることになる。

これに対して、高周波人工呼吸器においては、肺その
ものは膨張、縮長という動きをほとんどしないため、肺
の動きを外部から観察しただけでは、患者に対する人工
呼吸が正常に行なわれているか否かが即座に判断しにく
いものとなる。勿論、患者の口元に接続される呼吸経路
に圧力センサ等を接続して人工呼吸の管理を行なうこと
も行なわれているが、これはあくまで口元段階であり、
その奥に連なる肺そのものを観察するものではない。と
りわけ、患者が若干寝返りする等のことを行なうと、人
工呼吸器の呼吸経路と肺とを接続するいわゆる気管内チ
ューブがねじれて、当該呼吸経路と肺との連通関係が不
十分となり易いものとなる。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもの
で、高周波人工呼吸を行なっている最中の肺の様子を容
易に観察し得るようにした高周波人工呼吸器における監
視装置を提供することを目的とする。

（発明の構成、作用） 上記目的を達成するため、本発明にあっては次のよう
な構成としてある。すなわち、 患者に高周波の呼吸振動を与えるようにした高周波人
工呼吸器において、 患者の体表面のうち肺に対応した位置に取付けられる
加速度センサと、 前記加速度センサからの出力に応じて得られる情報を
表示する表示手段と、 を備えた構成としてある。

このように構成された本発明にあっては、加速度セン
サの出力に基づく情報を表示する表示装置を見ることに
よって、患者の肺の動きが容易に判断される。すなわ
ち、患者の外部から肺の動きを観察し得ない場合でも、
肺は高周波振動されている関係上大きな加速度を有する
ことになるので、この加速度を容易に検出して、肺の動
きを知ることができる。そして、加速度センサの出力が
無くなったときは、高周波人工呼吸が正常に行なわれて
いない、ということが即座に判断されることになる。異
常が判断された場合は、自動的に警報器を作動させた
り、高周波人工呼吸のうち高周波発生源となる駆動源を
自動的に停止させるようにすることもできる。

高周波人工呼吸が正常に行なわれているか否かを知る
だけであれば、加速度センサからの出力をそのまま表示
装置に表示させれば十分であるが、このセンサからの出
力を種々処理して表示させることによって、肺の種々の
動きを知ることができる、例えば、加速度センサからの
出力を積分すれば肺の速度が、さらにもう一度積分すれ
ば肺の位置（振幅）をも知ることができる。

とりわけ、高周波人工呼吸においては、まだ開発され
たばかりで未知の部分が多いので、上述のようにして得
られたデータを基に、振動数、呼吸容量等の設定をより
最適に行なうことが可能になる。

勿論、加速度センサは、１つに限らず複数分散して設
けることにあり、高周波人工呼吸中における肺の各部の
様子というものをより詳しく分析することができる。

（発明の効果） 本発明は以上述べたように、高周波人工呼吸をより行
なう際に肺の実際の動きというものを知ることが可能と
なって、高周波人工呼吸を行なう上でより好ましいもの
となる。

（実施例） 以下本発明の実施例を添付した図面に基づいて説明す
る。なお、本発明による監視装置の一例について先ず説
明し、その後高周波人工呼吸の例を説明することとす
る。

第10図において、81は患者、82は加速度センサであ
る。この加速度センサ82は、両面テープあるいは患者の
胸部を包被する弾性バンド等を利用して、患者81の肺に
対応した位置においてその体表面に取付けられる。この
加速度センサ82としては、例えば米国のICS ENSORS社製
の「ＭODEL 3031」を用いることができる。この製品
は、ピエゾ抵抗型とされて、厚さ数mm、縦横それぞれ1c
m弱の極めて小型軽量のものとされ、その厚さ方向を加
速度発生方向と一致させて用いられ、かつ加速度の大き
さに比例した大きさの電圧を出力する。

上記加速度センサ82からの出力情報は、処理装置83を
経て、表示装置84に表示される。実施例では、表示装置
84は、ブラウン管を利用した第１〜第３の表示部84a〜8
4cを有する。一方、処理装置83は、第１積分器83aと、
第２積分器83bとを有する。処理装置83に入力された加
速度センサ82からの出力は、そのまま第１表示部84aに
入力、表示される（加速度表示）。加速度センサ82から
の信号は、第１積分器83aで積分処理されて、この積分
処理後の信号が第２表示部84bに入力、表示される（速
度表示）。上記第１積分器83aで積分処理された後の信
号は第２第２積分器83bで積分処理され、この積分処理
後の信号が、第３表示部84cに表示される（位置＝振幅
表示）。

上記各表示部84a〜84cに入力される各信号は、プリン
タ85に入力され、このプリンタ85が、時間をパラメータ
として、上記各表示部84a〜84cに対応した内容を記録す
る。この記録は、高周波人工呼吸が終了した後、分析用
として用いられる。勿論、プリンタ85に記録される内容
を当該記憶媒体に記憶させておいて、後にコンピュータ
を利用した解析用として供給することもできる。この場
合、加速度センサ82を、患者81の肺に対応して広く分散
配置して上述の場合と同様にして用いることにより、肺
を例えば立体的に表示させつつ高周波人工呼吸を行なっ
ている際の肺の様子を画像でもって表示させることが可
能となる。

さて次に、高周波人工呼吸の全体について、第１図〜
第９図を参照しつつ説明する。

第１図において、人工呼吸器の呼吸系路Ａは、共通回
路１と吸気回路２と呼気回路３とを含む。共通回路１の
一端は患者の口元に気密に接続され、この共通回路１の
他端側に対して吸気回路２と呼気回路３とが連なる。吸
気回路２は、患者へ供給する清浄エアを貯留したエアタ
ンク４に連なり、その途中には既知のエアフローメータ
５および加湿器６が接続されている。呼気回路３は大気
に解放されており、その解放度合が、電磁式の開度調整
バルブ７によって調整される。

上記呼吸系路Ａには、高周波呼吸振動発生装置Ｂが接
続されている。高周波呼吸振動発生装置Ｂは、基本的
に、圧力発生源としてのブロア11と、ロータリ式の切換
バルブ12と、を備えている。そして、ブロア11の吐出口
11aで発生される陽圧と吸込口11bで発生される陰圧と
が、切換バルブ12によって振動回路13に交互に与えられ
る。この振動回路13は、前記各回路１、２、３の各接続
部分付近において呼吸系路Ａに接続されており、これに
より呼吸系路Ａすなわち患者の肺Ｈは、振動回路13での
振動数に応じた呼吸数で、強制的に呼吸される。なお、
第１図中14はブロア11駆動用のモータ、15は切換バルブ
12駆動用のモータである。

切換バルブ12は、例えば第２図〜第４図に示すように
構成される。先ず、切換バルブ12のケース21が、両端が
解放された円筒状の連通空間Ｘを有する本体ケース部21
Aと、上記本体ケース部21Aの各端部を閉塞する左右一対
のフランジケース部21B、21Cと、本体ケース部21A上に
位置する上ケース21Dとによって構成され、これ等各ケ
ース部はねじ22によって一体化されている。このような
ケース21には、それぞれ本体ケース部21A内の連通空間
Ｘに開口するように、陽圧ポートP1、陰圧ポートP2、与
圧ポートP3および大気解放ポートP4が形成されている。
陽圧ポートP1はブロア11の吐出口11aに連なり、陰圧ポ
ートP2はブロア11の吸込口11bに連なり、与圧ポートP3
は振動回路13に連なるものである。

各ポートの配置関係は、陽圧ポートP1と陰圧ポートP2
とが切換バルブ12（後述する回転軸23）の軸心方向各端
部に位置され、与圧ポートP3と大気解放ポートP4とがポ
ートP1およびP2の間に位置されている。また、陽圧ポー
トP1と陰圧ポートP2と大気解放ポートP4とはそれぞれケ
ース21の上壁に形成される一方、与圧ポートP3のみがケ
ース21の底壁に形成されている。

上記左右一対のフランジケース部21Bと21Cとには、回
転軸23が回転自在に支持され、この回転軸23にはこれと
一体回転するように、ピン24によって回転子25が固定さ
れている。この回転子25は、陽圧ポートP1と陰圧ポート
P2とを画成するように断面円形とされた隔壁部25aを有
する。より具体的には、ケース21内の連通空間Ｘが、陰
圧ポートP2が常時連通した左側の第１分割空間X1と、陽
圧ポートP1が常時連通した右側の第２分割空間X2とに画
成される。

回転子25は、また、それぞれ上記隔壁部25aの外周縁
部より延設されて、回転軸23の軸方向に互いに離間する
ように伸びる左右一対の弁体部25b、25cを有する。この
一対の弁体部は、第３図、第４図に示すように、それぞ
れ回転軸23の周方向に略180度伸びる円弧状として形成
され、互いの位相関係は180度づれた関係となってい
る。すなわち一対の弁体部25bと25cとは、回転軸23の中
心を中心として対称形状となるように設定されている。

上述のように構成された切換バルブ12は、回転軸23す
なわち回転子25の回転に応じて、陽圧ポートP1が与圧ポ
ートP3と大気解放ポートP4とに対して交互に連通される
一方、陰圧ポートP2も与圧ポートP3と大気解放ポートP4
とに対して交互に連通される。すなわち、陽圧ポートP1
は、第２図に示すように弁体部25cによって与圧ポートP
3が閉じられたときに大気解放ポートP4に連通され、逆
に弁体部25cによって大気解放ポートP4が閉じられたと
きに与圧ポートP3と連通される。同様に、陰圧ポートP2
は、弁体部25bによって与圧ポートP3が閉じられたとき
に大気解放ポートP4と連通され、逆に第２図に示すよう
に弁体部25bによって大気解除ポートP4が閉じられたと
きに与圧ポートP3と連通される。そして、両弁体部25b
と25cとの上述した位相関係の設定により、与圧ポートP
3（大気解除ポートP4）は、陽圧ポートP1と陰圧ポートP
2とに対して交互に連通されることになる。したがっ
て、与圧ポートP3に生じる圧力変化の様子は、第６図に
示すように振動を生じたものとなり、その振動数は５〜
40HZ程度の範囲、好ましくは10〜30HZとされる。

前記振動回路13には、切換バルブ12側より順次、電磁
式の可変絞り31、規制手段32が接続されている。規制手
段32は、第５図に示すように、所定容量のケース33と、
該ケース33内に配置されて気密性を十分に有する可動隔
膜34とから構成されている。ケース33の容量は、所定容
量以上の陽圧あるいは陰圧が呼吸系路Ａに作用さるのを
防止すると共に、可動隔膜34の必要以上の膨張を防止す
るためのものである。また、可動隔膜34は、呼吸系路Ａ
内の空気と高周波振動発生装置Ｂからの空気との直接の
接触を避けるためのもので、極力薄く（軽く）なるよう
に袋状にケース33内に伸びるように配置されている。よ
り具体的には、ケース33を、本体ケース部33Aと蓋ケー
ス部33Bとの分割構成として、両ケース部33Aと33Bとの
間に可動隔膜34の開口端縁部を挟んだ状態で、該両者33
Aと33Bとをねじ35によって固定してある。そして、この
ような規制手段32は、患者毎に使い捨て用とするため、
振動回路13に対して着脱自在とされ、このためケース33
の各端部には、着脱用のねじ溝33aが形成されている。

再び第１図において、Ｕはマイクロコンピュータを利
用して構成された制御ユニットである。この制御ユニッ
トＵには、各センサ41、42、43からの信号およびスイッ
チ44、45、46からの信号が入力される。センサ41は、共
通回路１に接続されて患者の実際の呼吸量を計測する流
量センサである。センサ42、43は、ブロア11駆動用のモ
ータ14あるいは切換バルブ12駆動用のモータ15の回転状
態を検出する回転センサである。スイッチ44は、呼吸系
路Ａに与える呼吸数（10〜30HZ）をセットするものであ
る。スイッチ45は、呼吸系路Ａに与える高周波振動の平
均圧力の大きさ（大気圧から大気圧より若干大きい範囲
で無段階に設定）をセットするものである。スイッチ46
は、患者への呼吸容量をセットするものである。また制
御ユニットＵからは、上記モータ14、15（の駆動回路）
に対して出力される他、前記電磁式のバルブ７、可変絞
り31およびランプ、ブザー等からなる警報器47へ出力さ
れる。

次に、上記制御ユニットＵの制御内容について、第７
図に示すフローチャートを参照しつつ説明する。なお、
以下の説明でＳはステップを示す。

先ず、図示を略す起動スイッチのオンと共にスタート
されて、S1においてシステム全体のイニシャライズがな
される。次いで、S2において切換バルブ12（用のモータ
15）が起動され、引続きS3においてブロア11（用のモー
タ14）の起動が行なわれる。このように、切換バルブ12
の起動をブロア11の起動に先立って行なうことにより、
一時的に陽圧あるいは陰圧のみが呼吸系路Ａに作用する
ことが防止される。したがって、このような事態をより
確実に防止するため、S2の処理後所定時間（例えば２
秒）経過した後S3の処理を開始させるようにしてもよ
い。

S3の後はS4において、各センサあるいはスイッチから
の信号が読込まれる。この後、センサ42、43の出力状態
より、ブロア11および切換バルブ12が間違いなく回転さ
れていることを確認した後（S4およびS5での判別が共に
YES）、スイッチ44〜46のセット状態に応じた値となる
ように、S7〜S9での各制御が行なわれる。すなわち、S7
での切換バルブ12の回転数制御（スイッチ44に対応で、
呼吸数の制御）と、S8でのバルブ７の開度制御（スイッ
チ45に対応で平均圧力の制御）と、S9での可変絞り31の
制御（スイッチ46に対応で、呼吸容量の制御−第６図の
振幅の大きさの制御）とがなされる。

S9の後、S10において、図示を略す停止スイッチがオ
ンされたか否かが判別され、この判別でNOのときはS4以
降の処理が繰返し行なわれる。このS10の判別でYESのと
きは、S11において先ずブロア11が停止された後、引続
きS12で切換バルブ12が停止される。

前記S5あるいはS6の判別でNOのときは、異常時である
として、S13で警報器47を作動させた後、S11以降の処理
が行なわれる。

第８図は、高周波人工呼吸器の他の実施例を示すもの
であり、前記実施例と同一構成要素には同一符号を付し
てその重複した説明は省略する。

本実施例では、先ず、ブロア11′として、第１ブロア
11−Ａと第２ブロア11−Ｂとの２台用いるようにしてあ
る。そして、第１ブロア11−Ａは、陽圧供給専用とし
（吸込口11bは常時大気に解放）、また第２ブロア11−
Ｂは陰圧供給専用としてある（吐出口11aは常時大気に
解放）。

また、切換バルブ12′としては、そのケース21′およ
び回転軸23′を共通とするも、回転子が、第１回転子25
−Ａと第２回転子25−Ｂとの２つの回転子を有するもの
を用いるようにしてある。この第１回転子25−Ａは陽圧
の供給制御専用とされ、また第２回転子25−Ｂは陰圧供
給制御専用とされている。すなわち、回転子25−Ａ（25
−Ｂ）は、有底円筒状とされて、その解放口が陽圧ポー
トP1（陰圧ポートP2）に常時連なる。そして、その回転
子25−Ａ（25−Ｂ）の側壁に周方向に略180度伸びる連
通口51−Ａ（51−Ｂ）を形成して、回転子25−Ａ（25−
Ｂ）の回転に伴って当該連通口51−Ａ（51−Ｂ）が、ケ
ース21′に形成した大気解放ポートP4−Ａ（P4−Ｂ）と
与圧ポートP3−Ａ（P3−Ｂ）とに交互に連通される。

勿論、両与圧ポートP3−ＡとP3−Ｂとは、最終的に振
動回路13に連なり、また両連通口51−Ａと51−Ｂとは回
転軸23′の周方向に180度づれて形成されている。

本実施例のようにしてブロアを２台用いる利点は、陽
圧、陰圧共に、少なくとも振動回路13に対するその供給
開始の直前には十分に大きくなっている、という点にあ
る。このことは、呼吸振動の立上りおよび立下りを極め
て素早く行なえるということにつながる。

ここで、上記各回転子25−Ａと25−Ｂとの回転軸23′
を互いに別途独立して設けて、それぞれ別のモータによ
り駆動することも可能である。もっとも、第１、第２の
各回転子25−Ａと25−Ｂとの回転軸23′を共通、結果と
してその駆動用モータ（第７図では図示略）を共通とす
ることにより、回転子25−Ａと25−Ｂとの位相のづれ発
生というものを確実に防止することができる。同様の観
点から、第１と第２の各ブロア11−Ａと11−Ｂとの駆動
軸52を共通、結果としてその駆動用モータ14を共通とす
ることにより、陽圧のみあるいは陰圧のみが振動回路13
に印加されてしまうような事態を確実に防止できる。

第９図は高周波人工呼吸器のさらに他の実施例を示す
ものである。本実施例では、ブロア11の吐出口11aと吸
込口11bとの大気に対する開放度合を変更することによ
り、平均圧（第６図参照）の調整を行なうようにしてあ
る。

先ず、第９図において、ブロア11に対して、調整弁71
が設けられる。この調整弁71は、ケーシング72と、該ケ
ーシング72に形成された第１通路53および第２通路54を
備えている。

上記第１通路53は、第１〜第３の３つのポート53a、5
3b、53cを有し、第１ポート53aが、連通路61を介してブ
ロア11の吸込口11bに接続されている。また、第２ポー
ト53bは、大気に開放されると共に、後述する弁体55に
よりその開度が調整される。さらに、第３ポート53c
は、絞り56を介して大気に開放されている。

前記第２通路54は、第１および第２の２つのポート54
a、54bを有する。第１ポート54aは、連通路62を介し
て、ブロア11の吐出口11aに接続されている。また、第
２ポート54bは、大気に開放されると共に、弁体55によ
りその開度が調整される。

前記弁体55は、円板状とされて、該弁体55に一体化さ
れた弁棒55aがケーシング52に螺合されている。これに
より、弁棒55aに形成した操作部55bを手動操作してこれ
を回転させることにより、弁体55が図中上下方向に変位
される。そして、前記第１通路53の第２ポート53bが弁
体55の上面に臨み、また前記第２通路の第２ポート54b
が弁体55の下面に臨んでいる。

以上のような構成において、弁体55が図中上方へ変位
するのに伴って、ポート53bの開度が小さくなる一方、
ポート54bの開度が大きくなる。逆に、弁体55が図中下
方へ変位されると、ポート53bの開度が大きくなる一
方、ポート54bの開度が小さくなる。

ポート53bの開度が小さくなるのにつれて、ブロア11
による切換バルブ12の陰圧ポートP2に対する吸引作用が
大きくなる。このことは、第６図に示す平均圧を下げる
ことになる（脈動の谷を下げる）。ポート53bの開度が
小さくなるということは、この分ポート54bの開度が大
きくなる。このポート54bの開度が大きくなると、ブロ
ア11による切換バルブ12の陽圧ポートP1への空気押込み
作用が弱くなり、前記平均圧を下げることになる（脈動
の山を下げる）。

上述のように、弁体55を図中上方へ変位させることに
より、平均圧が低下されることになる。勿論、今迄での
説明から既に明らかなように、弁体55を図中下方へ変位
させると、上述の場合とは逆に、平均圧を上昇させるこ
とになる。なお、絞り56の作用により、ブロア11の吸引
口11bからは少なくとも最小限の大気が吸引されること
になり、これにより平均圧の最小値は大気圧よりも若干
大きい値とされる。

ここで、第９図に示すような構成とした場合、第１図
に示すバルブ７を廃止することも可能である。しかしな
がら、このバルブ７をも設けておいて、可動隔膜34（第
５図参照）の上流側と下流側との各平均圧の差を小さく
するように、弁体55に対してバルブ７とを連動させるの
が好ましい。

以上実施例について説明したが、ブロアの吐出圧力
（吐出容量）を可変式としてもよい（例えばモータ14を
インバータにより制御）。

また、可変絞り31は、回路13のうち規制手段32の下流
側（呼吸回路２、３側）に設けるようにしてもよい。こ
の場合は、使用毎に当該可変絞り31を消毒する手間が省
けると共に、ブロア11のパワーを呼吸回路２、３に伝達
する効率の向上の点でも好ましいものとなる。

さらに、ブロア11の吸込口11bと切換バルブ12のポー
トP2との間の系路を、可変絞りを介して大気と連通させ
るようにすることもできる。この場合は、上記可変絞り
の開度調整（０〜100％）によって、切換バルブ12のポ
ートP4の平均圧力（ポートP4の圧力変動の様子は第６図
と同じような脈動となる）の大きさを、大気圧からこれ
よりも大きい正圧の範囲で任意に調整することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は高周波人工呼吸器の一例を示す全体系統図。 第２図はロータリ式の切換バルブの一例を示す側面断面
図。 第３図は第２図のX3−X3線断面図。 第４図は第２図のX4−X4線断面図。 第５図は振動回路に接続された規制手段の詳細を示す側
面断面図。 第６図は呼吸振動の様子を示すグラフ。 第７図は高周波人工呼吸の制御例を示すフローチャー
ト。 第８図、第９図はそれぞれは高周波人工呼吸器の他の例
を示す要部系統図。 第10図は本発明による監視装置の一例を示す全体系統
図。 81:患者 82:加速度センサ 83:処理装置 83a:第１積分器 83b:第２積分器 84:表示装置 84a:第１表示部 84b:第２表示部 84c:第３表示部 85:プリンタ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】患者に高周波の呼吸振動を与えるようにし
   た高周波人工呼吸器において、 患者の体表面のうち肺に対応した位置に取付けられる加
   速度センサと、 前記加速度センサからの出力に応じて得られる情報を表
   示する表示手段と、 を備えていることを特徴とする高周波人工呼吸器におけ
   る監視装置。