JP3222405B2 - 呼吸装置 - Google Patents

呼吸装置

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JP3222405B2 JP17667597A JP17667597A JP3222405B2 JP 3222405 B2 JP3222405 B2 JP 3222405B2 JP 17667597 A JP17667597 A JP 17667597A JP 17667597 A JP17667597 A JP 17667597A JP 3222405 B2 JP3222405 B2 JP 3222405B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、呼吸装置であっ
て、周囲空気を入口ラインを通して吸入して患者に通じ
ている出口ラインに圧送するフィード装置と、前記出口
ラインから分岐した流出開口とが設けられており、該流
出開口を介して、流出弁によって調節可能な送出された
呼吸ガスの部分流が逃げるようになっており、さらに呼
吸装置と連通可能な少なくとも１つの酸素源が設けられ
ている形式のものに関する。更に、本発明は、周囲空気
を入口ラインを通して吸入して患者に通じている出口ラ
インに圧送するフィード装置と、前記出口ラインから分
岐した流出開口とが設けられており、該流出開口を介し
て、流出弁によって調節可能な送出された呼吸ガスの部
分流が逃げるようになっており、さらに呼吸装置と連通
可能な少なくとも１つの酸素源が設けられている呼吸装
置の操作法に関する。
【０００２】
【従来の技術】周囲空気を入口ラインを通して吸入して
患者に通じている吸入チューブに圧送するフィード装置
を備えた呼吸機器は、米国特許第２９１８９１７号明細
書から公知である。この公知の呼吸機器のフィード装置
によって、吸入チューブ内部およびこの吸入チューブに
接続された呼吸マスクの内部で、患者の自発呼吸活動を
支援するためにある程度の陽圧（正圧）が生み出され
る。陽圧を調節するために、フィード装置と呼吸チュー
ブとの間には、弁によって部分的に開くことができる流
出開口が設けられている。弁と、流出開口を通って流出
する部分ガス流との開放度に応じて、呼吸マスクにおけ
る呼吸圧は上昇・下降する。この公知の呼吸機器は、患
者が必要としないガスは完全に周囲に逃げるような、い
わゆる過剰ガス運転(Ueberschussgasbetrieb)において
作動する。
【０００３】このような呼吸機器を酸素と空気との混合
物で運転しようとする場合、酸素が所定のパーセント含
有率で周囲空気に混合されると、このガス混合物の大部
分は直接流出開口を通って周囲に出て患者の呼吸にはも
はや利用できなくなる。
【０００４】国際公開第８７／０１５９９号パンフレッ
トから、周囲空気を吸入するタービンを有し、酸素空気
混合物を患者に与える呼吸機器が公知である。この呼吸
機器には、タービンの吸入区域に呼吸ガスを戻すライン
は設けられていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、呼吸
ガスへの酸素混合ができるだけ少ないガス損失および良
好な濃度安定性で行われるように呼吸装置を改良するこ
とである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の呼吸装置では、流出開口から入口ラインに向
かって延びていて、前記流出開口から前記入口ラインへ
のガス流を可能にする戻しラインが設けられており、前
記酸素源が前記流出開口の上流側で入口ラインと出口ラ
インと戻しラインとによって形成された循環路に接続さ
れており、弁としての流出弁が、吸気及び呼気のタイミ
ングにおいて、患者に送られるガス流量が増すと戻しラ
イン内のガスの部分流が減少するように操作されるよう
にした。更に、前記課題を解決するために本発明の呼吸
装置の操作法では、前記部分流を戻しラインを介して入
口ラインに戻し、酸素源から送られる酸素を流出開口の
上流側で、入口ラインと出口ラインと戻しラインとによ
って形成された循環路に供給し、弁としての流出弁を、
吸気及び呼気のタイミングにおいて、患者に送られるガ
ス流量が増すと戻しライン内の部分流が減少するように
操作するようにした。
【０００７】
【発明の効果】本発明の長所は主として、吸入された呼
吸ガスの一部をフィード装置の吸入側の区域に戻すと同
時に酸素源から酸素を戻し循環路に調量供給することに
よって、呼吸ガス中の酸素濃度の良好な調節可能性が達
成される。
【０００８】フィード装置が一定のフィード出力に調整
されていると有利である。しかしまた、フィード装置を
最初に最小フィード出力で駆動し、次にフィード出力を
必要に応じて引き上げることも可能である。そうするこ
とによって消費電力が減り、バッテリー運転時に呼吸装
置の使用時間が増す。
【０００９】請求項２以下には、本発明による呼吸装置
の有利な別の構成が記載されている。
【００１０】入口ラインのライン経路(Leitungszug)内
に緩衝容積が配置されていて、戻しラインおよび／また
は酸素源が前記緩衝容積に接続されていると有利であ
る。この緩衝容積によって、フィード装置によって周囲
空気を吸入し、送出された呼吸ガスの一部を戻すことに
よって、永続的なガス循環が存在するような一種の混合
室が提供される。酸素を緩衝容積に調量供給することに
よって、不断のガス循環に基づき、短時間後に周囲空気
と、調量された酸素との良好な混合が行われる。酸素の
調量供給は、入口ラインの区域の緩衝容積の前または後
ろでも、戻しラインのライン経路内でも行うことができ
る。戻しラインを通して呼吸ガスを緩衝容積にバイパス
状に変向させることによって、開いた流出開口を有する
配置構成に比べてガス損失が減少する。
【００１１】緩衝容積の大きさは、入口ライン、出口ラ
インおよび戻しラインによって形成された循環路に酸素
を調量供給する形式に関連し、出口ラインにおけるガス
流の可変な推移に酸素供給がいかに速く従うことができ
るかによって規定される。酸素供給が出口ラインにおけ
るガス流の推移にほぼ従う限り、さほどの緩衝容積は必
要ないので、多くの場合に緩衝容積としてはフィード装
置、入口ラインもしくは戻しラインの内部容積で十分で
ある。これに対して酸素を連続的に調量供給する場合に
は、最大緩衝容積が必要とされる。
【００１２】酸素源を操作する制御ユニットが設けられ
ていて、流量測定装置に接続されており、この流量測定
装置が流出開口の下流側でガス流を記録し、相応の第１
の測定信号を制御ユニットに送るようになっていると有
利である。測定されたガス流の大きさに応じて、種々量
の酸素が緩衝容積内に調量供給される。
【００１３】この場合、緩衝容積への酸素の調量供給
は、連続的に、かつ分時呼吸量に比例して、または吸気
時の分時呼吸量に比例して、または呼吸ガス流に比例し
て行うことができる。呼吸ガス流に比例した調量の場
合、厳密に比例的に調量するか、またはある程度の時間
的遅れを持たせて、つまり酸素調量量を吸気開始時には
僅かに少なめに、そして吸気終了時には相応して僅かに
多めに供給することが可能である。
【００１４】流量測定装置の代わりに、または流量測定
装置に加えて、制御ユニットに第２の測定信号を送る、
出口ライン内の酸素センサによって呼吸ガス中の酸素分
量を調節できると有利である。第２の測定信号は、酸素
源に対する別の調節値として用いられる。
【００１５】フィード装置をタービン駆動装置として構
成することが特に好ましい。このタービン駆動装置によ
って、患者が必要とするガス量を簡単に、かつ良好なダ
イナミックレンジによって周囲から吸入できる。
【００１６】流出弁が、ダイヤフラム弁として構成され
ていると有利である。このような弁は、ダイヤフラムが
一方の側では規定の力で負荷され、他方の側では力作用
下で流出開口を閉じるように作動する。ダイヤフラム弁
により、呼吸における周波数１０ヘルツ以上の大きいダ
イナミックレンジをカバーできる。このような弁によっ
て、流出開口で２ｍｂａｒ／（Ｌ／ｓ）よりも小さな流
れ抵抗を達成できる（圧力変化／流量(Flow)変化）。こ
の場合、呼吸装置は、内部抵抗が非常に小さい圧力源と
して作動する。これは特に圧力制御による呼吸法、たと
えばＣＰＡＰ、プレッシャー・サポート、ＢＩＰＡＰに
おいて有利である。
【００１７】本発明の呼吸装置を麻酔に使用するため
に、出口ラインが、吸気ラインおよび吸気弁と呼気ライ
ンおよび呼気弁とを有する呼吸回路として構成されてい
る。患者が吐き出した呼吸ガスを調製するために、出口
ライン、呼気ラインまたは戻しラインのライン経路内に
二酸化炭素吸収器が配置されている。
【００１８】麻酔混合物を製造するために、酸素源のほ
かに、制御ユニットによって操作される笑気源が設けら
れている。酸素源および笑気源はガス混合器として作用
して、麻酔剤気化器を介して、入口ラインと出口ライン
と戻しラインとによって形成された循環路に所定の笑気
・酸素比を送る。麻酔剤気化器によって、酸素笑気混合
物に規定量の麻酔剤蒸気が供給される。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】図１に、第１の呼吸装置１を図式的に示
す。この装置では、フィード装置２によって入口ライン
３と緩衝容積４とを通して空気が周囲５から吸入され、
出口ライン６を通して患者８に供給される。出口ライン
６からは、戻しライン１１を通して緩衝容積４と流体的
に接続された、流出開口９を有する流出ラインが分岐し
ている。調節可能な流出弁１０は出口ライン６にも戻し
ライン１１にも配置されていて、弁調節エレメント１０
１により、出口ライン６内の横断面積が減少すると戻し
ライン１１内の貫流抵抗が相応に増すように操作でき
る。緩衝容積４には、制御ユニット１３によって操作さ
れる酸素源１２が接続されている。出口ライン６のライ
ン経路内には、流出開口９の下流側に流量センサ７と酸
素センサ１４とが配置されている。これらのセンサは、
第１のライン１５と第２のライン１６とを通して、第１
の測定信号をガス流量に比例して、もしくは第２の測定
信号を酸素濃度に比例して制御ユニット１３に送る。第
１の目標値調節器１７によりフィード装置２でガス流量
が調節され、第２の目標値調節器１８により制御ユニッ
ト１３で所望の酸素濃度が調節される。患者８によって
吐き出されたガスは、呼息ライン１９と、制御ユニット
１３によって制御可能な呼息弁２０とを通して周囲５に
到達する。
【００２１】本発明による第１の呼吸装置１の作動方式
は、次のとおりである。
【００２２】第１の目標値調節器１７により、フィード
装置２で、患者が必要とする最大ガス流が調節される。
このために、フィード装置は入口ライン３と緩衝容積４
とを通して周囲５から空気を吸入し、ガスを出口ライン
６に圧送する。
【００２３】呼吸のために所望される酸素濃度は、第２
の目標値調節器１８によって制御ユニット１３に入力さ
れる。制御ユニット１３は弁調節エレメント１０１を介
しても流出弁１０に接続されているので、患者８に送ら
れるガス流量を制御ユニット１３に記憶された流量プロ
フィールに基づいて調節できる。ガス流量の実際値は流
量センサ７によって測定され、制御ユニット１３内で規
定の流量プロフィールと比較される。差がある場合に
は、出口ライン６内の流出弁１０がさらに開くか、また
ははさらに閉じる一方で、戻しライン１１内の流出弁１
０は出口ライン６内の流出弁１０とは逆方向に操作され
るので、患者８に送られるガス流量が増すと戻しライン
１１内のガス流量は減少する。吸気相では呼息弁２０が
閉じ、もしくは最大吸気圧に調節される。吸気終了時に
は出口ライン６内のガス流が流出弁１０によって中断さ
れ、吸気弁２０が制御ユニット１３によって開放位置に
切り換えられて、患者８は息を吐き出すことができる。
呼気相では戻しライン１１内の流出弁１０が完全に開い
ているので、フィード装置２によって緩衝容積４から吸
入されたガスは、循環して再び緩衝容積４に戻る。
【００２４】酸素供給の制御は、吸気相においては流量
センサ７により検出されたガス流量に応じて酸素源１２
内部の調量弁（図１には示さない）が操作されて、酸素
が測定されたガス流量に比例して周囲空気に混入される
ように行われる。酸素濃度は酸素センサ１４によって監
視され、測定された濃度値が制御ユニット１３で表示さ
れる。しかし、酸素センサ１４から送られた測定値は、
酸素濃度の調節にも用いることができる。この場合、流
量センサ７による流量測定を通して適量の予備調節が行
われ、酸素センサ１４による酸素濃度の測定によって微
調節が行われる。酸素濃度を調節するには、特にカスケ
ード状に構成された制御回路が適している。
【００２５】図２に、第２の呼吸装置１００を図式的に
示す。図１の呼吸装置１との主な変更は、出口ライン６
内の流出弁１０がダイヤフラム弁２２に置き換えられた
ことである。同じ部材は、図１と同じ符号で示されてい
る。
【００２６】第１の呼吸装置１によって流れ制御された
呼吸が実現されるのに対し、第２の呼吸装置１００は圧
力制御された呼吸の実施に用いられることが好ましい。
ダイヤフラム弁２２はダイヤフラム２３によって閉じた
ダイヤフラム室２４からなる。ダイヤフラム室２４に
は、流出開口９と戻しライン１１が開口している。流出
開口９は、制御ユニット１３に接続された直線運動用駆
動装置２５によって操作されるダイヤフラム２３によっ
て閉じることができる。ダイヤフラム弁２２が開くと、
流出開口９と戻しライン１１との間にガス連通が生じ
る。
【００２７】圧力目標値調節器１７１により、圧力制御
された呼吸を実施するために、圧力目標値が制御ユニッ
ト１３に入力される。ダイヤフラム２３は直線運動用駆
動装置２５によって、所定の力で流出開口９に押し付け
られる。この力は、圧力目標値と流出開口９の横断面積
とから生じる。流出開口９内の圧力が圧力目標値を下回
ると、ダイヤフラム弁２２は一層大きく閉じ、より多く
のガスを出口ライン６内に導入する。これに対して流出
開口９内の圧力が圧力目標値を越えると、ダイヤフラム
弁２２は一層大きく開き、より多くのガスを戻しライン
１１内に導入する。流出開口９を介して逃げるガスは、
戻しライン１１を通って緩衝容積４に戻る。可能な圧力
変動を補償するために、さらに吸気相で圧力センサ２１
によって出口ライン６内の圧力がダイヤフラム弁２２の
後ろで測定され、その測定値は制御ユニット１３内部で
直線運動用駆動装置２５に対する所定の力の計算に一緒
に用いられる。呼息弁２０は吸気相では閉じられてお
り、呼気開始時に制御ユニット１３によって開かれる。
同時に呼気開始時にはダイヤフラム弁２２が完全に開い
て、患者８へのガス流が中断される。このとき、フィー
ド装置２から送られたガスは直接流出開口９からダイヤ
フラム室２４と戻しライン１１とを介して緩衝容積４に
導入される。逆止弁６０が呼気時にガスがフィード装置
２に逆流するのを防止する。制御ユニット１３は図示さ
れていないタイミングパルス発生器(Zeitgeber)を有し
ており、これによって吸気相と呼気相とが調節される。
呼息弁２０は図１および図２では、制御ユニット１３に
よって電気的に操作可能な弁として示されている。選択
的に、吸気相において出口ライン内に形成される圧力に
より呼息弁を空気圧で制御して吸気相においてこの呼息
弁を閉じることが可能である。この自動制御と見なされ
る弁操作は、たとえばドイツ連邦共和国特許第４１４２
２９５号明細書に空気圧により制御可能な供給弁の例で
記載されている。
【００２８】図３は、第３の呼吸装置２００を図式的に
示している。図２の第２の呼吸装置１００に対する主な
変更は、出口ライン６が吸気ライン６１および吸気弁６
２と呼気ライン６３および呼気弁６４とを有する呼吸回
路として構成されている点である。このような配置構成
は、吸入麻酔の実施に適している。同じ部材は、図２と
同じ参照符号で示す。呼吸ガスを調製するために、特に
二酸化炭素を除去するために、戻しライン１１内には二
酸化炭素吸収器１１１が配置されている。緩衝容積４を
起点にして延びる入口ライン３は、正圧弁３１と負圧弁
３２とによって周囲５に対して閉じられている。酸素に
加えて、制御ユニット１３から操作可能な笑気源１２１
によって、笑気が緩衝容積４内に調量供給される。酸素
源１２および笑気源１２１は、制御ユニット１３によっ
て規定された笑気と酸素の濃度比を有するガス混合器と
して作動する。緩衝容積４内にガスが不足すると、負圧
弁３２を通して周囲５から空気を吸入することができ、
また過剰ガスは正圧弁３１を通って逃げることができ
る。笑気酸素混合物は麻酔剤気化器１２２を介して案内
され、公知の形式で麻酔剤蒸気によって富化される。
【００２９】吸気行程を実施するために、ダイヤフラム
２３によって流出開口９が閉じられ、フィード装置２に
よって緩衝容積４から吸入されるガスは、吸気ライン６
１を通して患者８に到達する。呼気時においては、流出
開口９がダイヤフラム２３によって解放され、患者８か
ら呼気ライン６３を通して吐き出されたガスは流出開口
９、戻しライン１１および二酸化炭素吸収器１１１を通
って緩衝容積４に流入する。この場合、緩衝容積４が弾
性的な袋として構成されていると有利であり、少なくと
も最大呼吸行程のガス容積を内部に貯えることができる
ように寸法設計されていることが望ましい。
【００３０】図４に、吸入麻酔の実施に適した第４の適
当な呼吸装置３００が図式的に示されている。図３に従
う第３の呼吸装置２００との主な変更として、患者８か
ら吐き出されたガスは呼息ライン１９を通って緩衝容積
４に戻る。同じ部材は、図３と同じ符号で示す。逆止弁
６０により、呼気時においてはダイヤフラム弁２２もし
くはフィード装置２への呼吸ガスの逆流が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の呼吸装置を示す図である。
【図２】第２の呼吸装置を示す図である。
【図３】第３の呼吸装置を示す図である。
【図４】第４の呼吸装置を示す図である。
【符号の説明】
１，１００，２００，３００ 呼吸装置、 ２ フィー
ド装置、 ３ 入口ライン、 ４ 緩衝容積、 ５ 周
囲、 ６ 出口ライン、 ７ 流量測定装置（流量セン
サ）、 ８ 患者、 ９ 流出開口、 １０ 流出弁、
１１ 戻しライン、 １２ 酸素源、 １３ 制御ユ
ニット、 １４ 酸素センサ、 １５，１６ ライン、
１７，１８ 目標値調節器、 １９ 呼息ライン、
２０ 呼息弁、 ２１ 圧力センサ、 ２２ ダイヤフ
ラム弁、 ２３ ダイヤフラム、２４ ダイヤフラム
室、 ２５ 直線運動用駆動装置、 ３１ 正圧弁、
３２ 負圧弁、 ６０ 逆止弁、 ６１ 吸気ライン、
６２ 吸気弁、 ６３呼気ライン、 ６４ 呼気弁、
１０１ 弁調節エレメント、 １１１ 二酸化炭素吸
収器、 １２１ 笑気源、 １２２ 麻酔剤気化器、
１７１ 圧力目標値調節器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−155380（ＪＰ，Ａ) 米国特許4127121（ＵＳ，Ａ) 米国特許3741208（ＵＳ，Ａ) 米国特許4186737（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61M 16/00 - 16/01

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 呼吸装置であって、周囲空気を入口ライ
    ン（３）を通して吸入して患者（８）に通じている出口
    ライン（６）に圧送するフィード装置（２）と、前記出
    口ライン（６）から分岐した流出開口（９）とが設けら
    れており、該流出開口（９）を介して、流出弁（１０）
    によって調節可能な送出された呼吸ガスの部分流が逃げ
    るようになっており、さらに呼吸装置と連通可能な少な
    くとも１つの酸素源（１２）が設けられている形式のも
    のにおいて、 前記流出開口（９）から入口ライン（３）に向かって延
    びていて、前記流出開口（９）から前記入口ライン
    （３）へのガス流を可能にする戻しライン（１１）が設
    けられており、前記酸素源（１２）が前記流出開口
    （９）の上流側で入口ライン（３）と出口ライン（６）
    と戻しライン（１１）とによって形成された循環路に接
    続されており、弁（１０，２２）としての流出弁が、吸
    気及び呼気のタイミングにおいて、患者（８）に送られ
    るガス流量が増すと戻しライン（１１）内のガスの部分
    流が減少するように操作されることを特徴とする呼吸装
    置。
  2. 【請求項２】 前記入口ライン（３）のライン経路内に
    緩衝容積（４）が設けられている、請求項１記載の呼吸
    装置。
  3. 【請求項３】 前記戻しライン（１１）および／または
    前記酸素源（１２）が前記緩衝容積（４）に接続されて
    いる、請求項２記載の呼吸装置。
  4. 【請求項４】 前記酸素源（１２）を操作する制御ユニ
    ット（１３）が設けられている、請求項１から３までの
    いずれか１項記載の呼吸装置。
  5. 【請求項５】 前記流出開口（９）の下流側に流量測定
    装置（７）が存在している、請求項１から４までのいず
    れか１項記載の呼吸装置。
  6. 【請求項６】 前記流量測定装置（７）が前記制御ユニ
    ット（１３）に接続されていて、前記酸素源（１２）に
    影響を与えるための第１の測定信号を送るようになって
    いる、請求項５記載の呼吸装置。
  7. 【請求項７】 前記出口ライン（６）のライン経路内
    に、酸素センサ（１４）が設けられており、該酸素セン
    サ（１４）が前記制御ユニット（１３）に接続されてい
    て、前記酸素源（１２）に影響を与えるための第２の測
    定信号を送るようになっている、請求項４から６までの
    いずれか１項記載の呼吸装置。
  8. 【請求項８】 前記フィード装置がタービン駆動装置
    （２）である、請求項１から７までのいずれか１項記載
    の呼吸装置。
  9. 【請求項９】 前記流出弁が、前記流出開口（９）から
    出るガス流に影響を与えるダイヤフラム弁（２２）とし
    て構成されている、請求項１から８までのいずれか１項
    記載の呼吸装置。
  10. 【請求項１０】 前記出口ラインが、吸気ライン（６
    １）および吸気弁（６２）と呼気ライン（６３）および
    呼気弁（６４）とを有する呼吸回路として構成されてい
    る、請求項１から９までのいずれか１項記載の呼吸装
    置。
  11. 【請求項１１】 出口ライン（６）および／または呼気
    ライン（６３）および／または戻しライン（１１）のラ
    イン経路内に二酸化炭素吸収器（１１１）が配置されて
    いる、請求項１０記載の呼吸装置。
  12. 【請求項１２】 前記酸素源（１２）に加えて、制御可
    能な笑気源（１２１）が設けられている、請求項４から
    １１までのいずれか１項記載の呼吸装置。
  13. 【請求項１３】 前記酸素源（１２）と前記笑気源（１
    ２１）とが規定の笑気・酸素比を供給するガス混合器と
    して構成されており、前記酸素源（１２）および／また
    は前記笑気源（１２１）の下流側に麻酔剤気化器（１２
    ２）が設けられている請求項１２記載の呼吸装置。
  14. 【請求項１４】 緩衝容積（４）が弾性的な袋として構
    成されている、請求項２から１３までのいずれか１項記
    載の呼吸装置。
  15. 【請求項１５】 周囲空気を入口ライン（３）を通して
    吸入して患者（８）に通じる出口ライン（６）に圧送す
    るフィード装置（２）と、前記出口ライン（６）から分
    岐した流出開口（９）とが設けられており、該流出開口
    （９）を介して、流出弁（１０）によって調節可能な送
    出された呼吸ガスの部分流が逃げるようになっており、
    さらに呼吸装置と連通可能な少なくとも１つの酸素源が
    設けられている呼吸装置の操作法であって、 イ）前記部分流を戻しライン（１１）を介して入口ライ
    ン（３）に戻し、 ロ）酸素源（１２）から送られる酸素を流出開口（９）
    の上流側で、入口ライン（３）と出口ライン（６）と戻
    しライン（１１）とによって形成された循環路に供給
    し、 ハ）弁（１０，２２）としての流出弁を、吸気及び呼気
    のタイミングにおいて、患者（８）に送られるガス流量
    が増すと戻しライン（１１）内の部分流が減少するよう
    に操作することを特徴とする、呼吸装置の操作法。
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