JP3247340B2 - 呼吸同調型呼吸補助装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は呼吸用圧力ガスを気
道に供給する呼吸同調型の気道陽圧式呼吸補助装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】自発呼吸可能な患者に適用される呼吸補
助装置においては、十分な換気能力を有しかつ患者に不
快感や苦痛を与えないことが求められる。従って患者の
自発呼吸に同調して呼吸補助を行うことが望ましい。

【０００３】この観点から、従来技術としては例えば二
相性陽圧方式がある。この場合、人工呼吸装置の圧力制
御ユニットには次の２つの特性が求められる。すなわち
呼気相から吸気相、また吸気相から呼気相へ移行する場
合には短時間の内に大きく圧力値を変化させることが望
まれる。一方、吸気相中、及び呼気相中は、患者の呼吸
状態の変化に関わらず、各々一定の圧力値に保つように
細かい制御を行うことが必要である。

【０００４】また、患者に不快感や苦痛を与えない目的
で、比例支援式人工呼吸方法（特開平５−１１５５５４
号）等を用いる場合には、吸気相中にさらに細かい圧力
制御が求められる。二相性陽圧方式の具体的な装置構成
は例えば特開平３−２２２９６３号に述べられている。
その記述によれば、圧力制御ユニットとしては、“制限
された開口を通して大気中に開かれた流路を提供する可
動バルブの形式がよい”、とされている。すなわち大気
中に開かれた流路の開口量を変化させることで圧力を制
御する方式である。

【０００５】尚、発明者等は特願平６−１５４７６１号
において、圧力制御手段と患者との間に減圧手段を設け
て、患者の呼気ガスが次の吸気相の時に再び患者に供給
される現象（以降これを再呼吸と呼ぶ）を減らすように
した呼吸補助装置を提案した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の方法では、呼気
相中、とりわけ吸気相開始の瞬間に気道が閉塞しないよ
うに終末呼気陽圧（以下ＰＥＥＰと呼ぶ）の圧力ガスを
患者に供給する。しかし従来の方法には次のような問題
がある。呼吸補助装置において、一つの装置構成成で
は、高いＰＥＥＰから低いＰＥＥＰまでのガスを選択的
に患者に供給し、かつ再呼吸を減らし死腔を少なくする
ことができないという点である。

【０００７】このＰＥＥＰが大きい場合、例えば患者に
処方するＰＥＥＰが５ｃｍＨ２Ｏ以上である場合、患者
に装着した鼻マスクあるいはその近傍に設けられた小さ
い開口部分を通して、呼吸補助装置からのガス流によっ
て患者の呼気ガスが周囲雰囲気に押し出されることで、
主に導管内のガス交換が行われて死腔が減少する。しか
しながらＰＥＥＰが低く、例えば１ｃｍＨ２Ｏ程度であ
る場合には、患者の呼気ガスが周囲雰囲気に押し出され
にくく、死腔が大きくなってしまい、ガス交換効率が悪
くなるという問題がある。

【０００８】本発明は上記課題を解決することにより、
自発呼吸可能な患者に適用される呼吸補助装置におい
て、呼気相初期に供給ガスの圧力を短時間内に降下させ
ることで患者の呼気ガスの吐き易さを実現し、呼気相後
半に供給ガスの圧力制御をなし得、かつ吸気相開始直前
のＰＥＥＰの高低に関わらず死腔を極力小さくし、患者
の不快感や苦痛を低減して高い治療効果の得られる呼吸
補助装置を得ることを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、気道陽圧式の
呼吸同調型呼吸補助装置において、呼吸用ガス流を発生
するガス流発生手段と、呼吸用ガスを患者に供給するた
めの供給手段と、連結するための導管手段と、前記供給
手段内又は前記導管手段内のガス圧力を検出する圧力検
出手段と、ガス流の圧力を調整してガス流を前記導管手
段の供給手段側へ可変圧力で供給する圧力調整手段と、
前記導管手段における前記供給手段の近傍に配置され
て、前記導管手段内のガスを大気圧以下の雰囲気に解放
する減圧手段を備え、患者の通常の呼気相移行時には前
記減圧手段を開として、前記導管手段内のガスを大気圧
以下の圧力を持つ雰囲気に解放し、前記圧力検出手段に
よって検出された圧力が所望の圧力値に低下した後に前
記減圧手段を全閉にして、呼気相後半では前記圧力調整
手段を調節することによって終末呼気陽圧の値に制御し
て呼吸用ガス流を供給するための制御手段を備えたこと
を特徴とする、呼吸同調型の呼吸補助装置を提供するも
のである。

【００１０】かかる本発明の装置には、患者の呼吸位相
を検出するための呼吸位相検出手段を備えた呼吸補助装
置が含まれる。

【００１１】また本発明の装置には、前記制御手段が、
吸気相から呼気相へ移行後、呼気相初期の一定期間、供
給ガス流を極めて少なくする機能を具備したものである
呼吸補助装置が含まれる。

【００１２】さらに本発明の装置には、前記所望の圧力
値が、終末呼気陽圧の値と連動した値に設定される呼吸
補助装置が含まれる。

【００１３】本発明の装置では、ガス流発生手段から発
生したガスが導管手段を通って患者の気道へ供給され
る。前記減圧手段は、患者の通常の吸気相中には解放さ
れておらず、患者の通常の呼気相移行時には、前記減圧
手段は共に全開となり前記導管手段内のガスが大気圧以
下の圧力雰囲気に解放される。さらに本発明の装置に
は、前記導管手段内のガス流量を検出する流量計を備え
ることが望ましい。

【００１４】呼気相後半には前記減圧手段を全閉にし
て、前記導管手段内の流量と圧力の特性に基づき前記圧
力調整手段を調節し，前記供給手段における圧力が予め
設定された圧力となるように制御する。吸気相中、及び
呼気相中の圧力制御は前記圧力調整手段を操作して行
う。前記制御手段は、これらの減圧手段や圧力調整手段
の動作を制御するものであって、例えばマイクロコンピ
ュータユニット（ＭＰＵ）を含むコンピュータ手段が用
いられる。

【００１５】ただし呼気相中であっても、例えば患者の
自発呼吸が停止して長時間呼気相が続いた場合等、何ら
かの理由で圧力を急激に上昇させる必要が生じた場合
は、前記減圧手段を共に全閉にして圧力を上昇させ得る
ような機能が制御手段に具備されていることが望まし
い。また吸気相中であっても、例えば供給圧力が高すぎ
て患者が強い不快感や苦痛を感じた場合等、何らかの理
由で圧力を急激に低下させる必要が生じた場合は前記減
圧手段を解放して圧力を低下させ得るようにしたものが
望ましい。前記減圧手段としては、前期導管手段内のガ
スを周囲雰囲気に解放する開口面積が短時間内に急激に
変化することが望ましい。これは例えば市販の電磁弁等
を用いて実現可能である。

【００１６】

【作用】吸気相から呼気相への移行開始時、前記減圧手
段を解放し、呼気相中に予め設定したＰＥＥＰに実際に
供給されるガスの圧力値がおおむね一致するまでの期
間、あるいは適当に定めた一定の期間、前記圧力調整手
段の圧力損失を適当に調節して供給ガス流を極めて少な
くする。これらの操作により、短時間内に供給圧力を下
降させ得、かつ、呼気相移行初期は周囲雰囲気に解放さ
れた前記減圧手段の開口部分から、患者の呼気ガスが患
者鼻マスク周囲雰囲気に押し出される。

【００１７】例えば設定したＰＥＥＰが低く約１ｃｍＨ
２Ｏ程度の場合でも、患者の呼気ガスが鼻マスクあるい
はその近傍に設けられた小さい開口部分を通して、容易
に押し出される。これにより患者の呼吸困難感を大幅に
低減可能で、再呼吸に伴う死腔の量も大幅に減少するこ
とができる。

【００１８】これにより呼気相移行初期に導管手段内の
圧力を短時間内に大きく降下させることができ、呼気相
後半に予め設定した供給ガスの圧力値に制御することが
できる。

【００１９】

【実施例】以下に、本発明の装置について実施態様例を
あげてさらに詳細に説明する。但し、本発明はこれらの
例に限定されるものではない。

【００２０】図１は本発明による一実施例による、呼吸
補助装置の概略構成図である。図１中、１はガス流発生
ユニットのファンであり、２は導管手段である内径２０
ｍｍの人工呼吸器用チューブ、３は圧力調整ユニットで
ある小型バタフライ弁、４は第一の減圧ユニット、５は
導管内のガス流量を連続的に検出する流量検出手段で、
６は第二の減圧ユニットで、７は圧力検出手段である市
販の半導体圧力センサ、とで構成されている。

【００２１】図２は、図１の実施例をより具体的に表現
した構成図である。図中２１はガス流発生ユニットであ
る可変回転速度のファンであり、回転速度は数千から１
万数千ｒｐｍの間で約３０ｃｍＨ２Ｏのファン出力圧に
調整される。２２は導管手段である内径２０ｍｍの人工
呼吸器用チューブで約３ｍの長さを有する。２３は大気
に解放されることなくガス流の圧力損失を利用して供給
圧力を調整する圧力調整ユニットである外径２０ｍｍの
小型バタフライ弁である。大気圧雰囲気に導管内を解放
する第一の減圧ユニットは三方電磁弁２４及び空気圧力
式バルブ２５から構成されている。２６は導管内のガス
流量を連続的に検出する流量検出手段で圧損の小さいマ
スフロータイプの市販の流量計を使用している。

【００２２】２７はバクテリアフィルタであり、患者近
傍には、大気圧雰囲気に導管内を解放する第二の減圧ユ
ニットとして三方電磁弁２８及び、空気圧力式バルブ２
９から構成されている。３０は導管内のガス圧力を連続
的に検出する圧力検出手段である市販の半導体圧力セン
サ、３１はそれらを連結するガス圧力伝導チューブであ
る。３２は、呼吸用ガスを供給する供給手段であり、こ
こでは患者が装着する鼻マスクで構成されている。１２
は装置内部構成、１３は装置外部の患者回路を示してい
る。３３は、圧力検出手段３０で検出された結果から患
者の呼吸位相を把握して、それに基づいて接続された圧
力調整ユニット２３等の制御を行なうための制御手段で
あるマイクロコンピュータユニット（ＭＰＵ）を表わ
す。

【００２３】図２において、患者３４にファン２１から
導管手段２２を経てガス流が供給される。そのガス流の
圧力は圧力検出手段３０により検出される。

【００２４】患者の呼気相を検出した場合、圧力式バル
ブ２５及び２９を用いて導管手段内のガスを大気圧雰囲
気に解放する。特に第二の減圧ユニット２８、２９を解
放することによってＰＥＥＰにほぼ一致するまでの期
間、すなわち呼気相移行初期は、小型バタフライ弁２３
の開度をファン２１から発生した空気流の流れを妨げる
ように変化させて、圧力損失を調節する。これらの操作
により、短時間内に供給圧力を低下させることが可能に
なる。そして呼気相移行初期は周囲雰囲気に解放された
圧力式バルブ２５、２９の開口部分から患者の呼気努力
により、呼気ガスが周囲雰囲気に押し出される。さらに
小型バタフライ弁２３の開度を調節することによって、
ファン２１からのガス流によって導管内に滞留した患者
の呼気ガスを空気圧力式バルブ２９の開口部分から周囲
雰囲気に押し出す。

【００２５】その後導管手段内のガス圧力が降下してＰ
ＥＥＰにほぼ一致した時点で、第二の減圧ユニット２
８、２９を閉鎖する。第一の減圧ユニット２４、２５は
引き続き解放しておき、小型バタフライ弁２３の開度を
変化させることで圧力損失量を細かく調整し、予め設定
したＰＥＥＰのガス流を患者に供給する。すなわち、供
給圧力を少し低くしたい場合は、小型バタフライ弁２３
の開度をファン２１から発生したガス流を妨げる方向に
適当に変化させる。逆に供給圧力を少し高くしたい場合
は、小型バタフライ弁２３の開度をファン２１から発生
したガス流を流す方向に変化させる。

【００２６】本実施例では、第二の減圧ユニットを閉鎖
するガス圧をＰＥＥＰに設定しているが、この設定値と
してＰＥＥＰの５０％あるいはＰＥＥＰ−０．５ｃｍＨ
２Ｏなどを用いてもよい。

【００２７】そして患者の吸気相を検出した時点で第一
の減圧ユニット２４、２５を閉鎖して、小型バタフライ
弁２３の開度を、ファン２１から発生した空気流の流れ
を妨げないように変化させ、小型バタフライ弁２３によ
る圧力損失を低くする。これらの操作により、短時間内
に患者へのガス流の供給圧力を上昇させる。

【００２８】図３（ａ），（ｂ）は本発明の一実施例に
よる呼吸補助の各種信号出力であり、図３（ａ）はＰＥ
ＥＰ＝１ｃｍＨ２Ｏを設定して呼気相中にガス圧力値が
１ｃｍＨ２Ｏまで降下せず、第一、及び第二の減圧ユニ
ット共に全開のまま吸気相に移行した場合である。また
図３（ｂ）はＰＥＥＰ＝３ｃｍＨ２Ｏを設定して、呼気
相の半ばでガス圧力値が３ｃｍＨ２Ｏまで降下し、呼気
相後半で第二の減圧ユニットが閉鎖しＰＥＥＰ制御を実
施している場合である。図４は従来技術による呼吸補助
の各種信号出力であり、ＰＥＥＰ＝１ｃｍＨ２Ｏを設定
している場合である。

【００２９】図３（ａ）、（ｂ）、図４の図中の符号は
以下の通りである。横軸は時間軸で１目盛り１００ｍｓ
で、吸気相、呼気相を示している。４０は流量検出手段
２６によるガス流量出力信号で縦軸１目盛り７．２Ｌ／
ｍｉｎ、４１は圧力検出手段３０による患者近傍のガス
圧力出力信号で、縦軸１目盛り１ｃｍＨ２Ｏ、４２は第
二の減圧ユニットを構成する三方電磁弁２８の開閉信号
で、ＨＩ信号で閉となる。４３は第一の減圧ユニットを
構成する三方電磁弁２４の開閉信号で、ＨＩ信号で閉と
なる。

【００３０】図３（ａ）、図４は共にＰＥＥＰを１ｃｍ
Ｈ２Ｏに設定した場合で、図中の斜線部は患者から装置
のファン２１方向への呼気ガスの流れであり、ファン２
１から患者への流れを正とすれば逆流量となる。両図を
比較すれば明らかなように図３（ａ）の斜線部は図４の
それより小さくなっている。よって本発明による作用と
して呼気ガスの逆流量が減少し、さらに吸気直前の流量
は正に反転しており、鼻マスク近傍の小さな開口部分か
ら導管内ガスが抜けでていることになる。従って患者の
呼気ガスはほぼ完全に大気圧雰囲気に押し出されている
ことになり、死腔が減少している。

【００３１】

【発明の効果】本発明は以上詳述した通り、患者の不快
感や苦痛を低減して、かつＰＥＥＰの高低に関わらず再
呼吸による死腔を小さくし、高い治療効果の得られる呼
吸補助装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の呼吸同調型の呼吸補助装置の態様例の
模式的例示。

【図２】本発明の呼吸同調型の呼吸補助装置の実施例。

【図３】本発明の図２における実施例の呼吸補助各種信
号出力の例示。（ａ）は、設定ＰＥＥＰ＝１ｃｍＨ２Ｏ
で、呼気相後半で第二の減圧ユニット２８、２９が開い
たまま吸気相に移行した場合の例示である。（ｂ）は、
設定ＰＥＥＰ＝３ｃｍＨ２Ｏで、呼気相後半で第二の減
圧ユニット２８、２９が閉鎖され、ＰＥＥＰ制御を実施
した場合の例示である。

【図４】従来技術による呼吸補助各種信号出力の例示。

【符号の説明】

１：ガス流発生ユニット ２：導管手段 ３：圧力調整ユニット ４：減圧ユニット１ ５：流量検出手段 ６：減圧ユニット２ ７：圧力検出手段 １２：装置内部 １３：装置外部患者回路 ２１：ガス流発生ユニット ２２：導管手段 ２３：圧力調整ユニット ２４：三方電磁弁１ ２５：空気圧力式バルブ１ ２６：流量検出手段 ２７：バクテリアフィルタ ２８：三方電磁弁２ ２９：空気圧力式バルブ２ ３０：圧力検出手段 ３１：圧力伝導チューブ ３２：鼻マスク ４０：導管内ガス流量出力信号 ４１：患者近傍のガス圧力出力信号 ４２：減圧ユニット電磁弁２８開閉信号 ４３：減圧ユニット電磁弁２４開閉信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 貴樹 大阪府茨木市耳原３丁目４番１号 帝人 株式会社 大阪研究センター内 (56)参考文献 特開 平８−19614（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−117337（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61M 16/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気道陽圧式の呼吸同調型呼吸補助装置に
   おいて、呼吸用ガス流を発生するガス流発生手段と、呼
   吸用ガスを患者に供給するための供給手段と、連結する
   ための導管手段と、前記供給手段内又は前記導管手段内
   のガス圧力を検出する圧力検出手段と、ガス流の圧力を
   調整してガス流を前記導管手段の供給手段側へ可変圧力
   で供給する圧力調整手段と、前記導管手段における前記
   供給手段の近傍に配置されて、前記導管手段内のガスを
   大気圧以下の雰囲気に解放する減圧手段を備え、患者の
   通常の呼気相移行時には前記減圧手段を開として、前記
   導管手段内のガスを大気圧以下の圧力を持つ雰囲気に解
   放し、前記圧力検出手段によって検出された圧力が所望
   の圧力値に低下した後に前記減圧手段を全閉にして、呼
   気相後半では前記圧力調整手段を調節することによって
   終末呼気陽圧の値に制御して呼吸用ガス流を供給するた
   めの制御手段を備えたことを特徴とする、呼吸同調型の
   呼吸補助装置。
2. 【請求項２】 患者の呼吸位相を検出するための呼吸位
   相検出手段を備えた請求項１の呼吸補助装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段が、吸気相から呼気相へ移
   行後、呼気相初期の一定期間、供給ガス流を極めて少な
   くする機能を具備したものである請求項１記載の呼吸補
   助装置。
4. 【請求項４】 前記所望の圧力値が、終末呼気陽圧の値
   と連動した値に設定される、請求項１記載の呼吸補助装
   置。