JP3378142B2 - 呼吸同調酸素供給装置 - Google Patents

呼吸同調酸素供給装置

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JP3378142B2 JP11610996A JP11610996A JP3378142B2 JP 3378142 B2 JP3378142 B2 JP 3378142B2 JP 11610996 A JP11610996 A JP 11610996A JP 11610996 A JP11610996 A JP 11610996A JP 3378142 B2 JP3378142 B2 JP 3378142B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、使用する者の呼吸
サイクルに応じて作動しうる自動開閉治具を備えた呼吸
用気体供給装置に関する。さらに詳細には、酸素又は酸
素濃縮気体を呼吸用気体として呼吸サイクルに応じて間
歇的に使用者に供給するための装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来技術】肺気腫、慢性気管支炎等の呼吸器系疾患の
治療法として最も効果的なものの1つに酸素吸入法があ
り、近年、この療法のために酸素富化空気供給装置或い
は酸素ボンベが使用されるようになってきた。病院や在
宅で該吸入療法を行う場合には、酸素富化空気供給装置
或いは大容量の固定式酸素ボンベが使用されるが、患者
が通院など外出する場合には、携帯型の軽量酸素ボンベ
が用いられる。
【0003】呼吸器系疾患患者が持ち運びするボンベで
あるため小型軽量である必要があり、その容量にも限度
がある。
【0004】かかる酸素ボンベには、通常、ボンベ内部
の酸素残量を示すために圧力計が取り付けられている。
患者は酸素ボンベの残り使用可能時間を知るためには、
使用経験からボンベの圧力値を基に概略推理するしかな
いのが現状である。
【0005】最近は酸素をより効率良く吸入させるため
に、吸入時の初期段階のみに酸素を放出して、呼気時な
どは酸素放出を停止する自動開閉弁手段を併用し、酸素
ボンベを長時間の使用できるようなデマンドバルブ手段
が用いられる。また、吸気時の初期1/3〜1/6など
実質的に利用される酸素のみを供給する制御方法も採用
されており、酸素ボンベの使用可能時間は延長する反
面、酸素ボンベがいつまで使用できるかは利用者には解
らない状態となっている。多くの患者は安静時と労作時
では異なる処方流量で酸素吸入し、特に外出時には労
作、安静を繰り返すなど、酸素使用量を推定することは
更に困難になる。
【0006】このように、デマンドバルブ手段の併用に
より、酸素ボンベの残圧のみからでは残り使用可能時間
の推定は難しく、使用法によっては予想以上に酸素を消
費し、外出途中で酸素切れを起こし、酸素吸入不能とな
る危険性がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このように、患者が通
院時あるいは外出時など、酸素ボンベを携帯して酸素富
化空気を利用する場合において、安定して酸素吸入が出
来ることが必要であり、使用中の酸素ボンベの残り使用
可能時間を患者が知ることは非常に重要な問題である。
【0008】
【課題解決のための手段】本願発明者はかかる課題につ
いて鋭意検討した結果、加圧酸素ボンベの1次圧を検出
する手段から得られた情報、酸素ボンベの体積の情報、
流量設定手段の流量の情報、およびデマンドレギュレー
ターの自動開閉弁手段の開閉タイミングの情報を基に、
酸素残量、使用可能時間を計算する手段、及びその結果
を表示する手段を備えることにより、かかる問題点を解
決することを見出した。
【0009】即ち、本願発明は、酸素ボンベから加圧酸
素が、流量設定手段、デマンドレギュレーターの自動開
閉弁手段を経由して患者のカニューラに供給される呼吸
同調酸素供給装置において、加圧酸素ボンベの1次圧を
検出する手段から得られた情報、酸素ボンベの体積の情
報、流量設定手段の流量の情報、およびデマンドレギュ
レーターの自動開閉弁手段の開閉タイミングの情報を基
に、酸素残量、使用可能時間を計算する手段、及びその
結果を表示する手段を有する呼吸同調酸素供給装置を提
供することである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に本発明について、必要に応
じて図面を用いながら更に詳細に説明する。
【0011】図1に本発明の呼吸同調酸素供給装置の好
ましい実施態様例の概略フローチャートを示す。
【0012】本発明の呼吸同調酸素供給装置は、例えば
医師の処方によって定められる患者の使用に供すべき酸
素供給量に応じて、酸素供給量、供給タイミングを設定
できる装置であって、その酸素消費速度から残り使用可
能時間を計算する手段を有する。
【0013】例えば本発明は、加圧酸素ボンベと一端が
該ボンベに連通し、他端に該酸素の開放型供給手段を有
し、途中に自動流路開閉手段を有した導管手段と、該自
動流路開閉手段の開閉時間を制御するすることにより酸
素の供給量を制御するデマンドレギュレーター手段とか
らなる呼吸用気体供給装置であって、圧力調節弁手段の
前に圧力検知手段を配することにより加圧酸素ボンベの
1次圧を検知し、ボンベ体積値、流量設定値、デマンド
レギュレーターの制御値から使用可能時間を計算する演
算手段及びその結果を表示する手段を有するものであ
る。
【0014】かかる演算手段としては、酸素供給量の設
定手段である流量設定器31の設定値、デマンドバルブ
3における供給制御値から単位時間当たりの酸素消費量
を計算し、一方、酸素ボンベ1と圧力調節弁102の間
に設けられるボンベ内残圧測定用センサー43から得ら
れるボンベ内1次圧力値及びボンベ1の体積値から酸素
残存量を計算し、ボンベ1の残り使用可能時間を計算す
る手段を含む。
【0015】ボンベ内残圧測定用センサーとしては、静
電容量形圧力変換器、差動変圧器や歪みゲージ式のイン
ダクタンス変換、電気抵抗変換方式などの圧力変換器を
用いることができる。特に、半導体圧力センサーを用い
ることが好ましい。
【0016】また、導管5には少なくとも一部の所定位
相を検知しうる機能を有した呼吸位相検知手段9を備
え、デマンドバルブ3を制御するための制御手段10を
有する。
【0017】該制御手段は、呼吸位相検知手段から送ら
れてきた信号を基礎として呼吸周期又は呼吸サイクル数
を得る手段、カニューラ出口流量vs開時間の関係記憶
手段、酸素節減率入力及び又は記憶手段、処方流量入力
及び/又は記憶手段、自動流路開閉手段の開時間設定手
段並びに開閉調節手段から基本的に構成される。
【0018】かかる手段により1呼吸周期に対する自動
流路開閉手段の開時間の比率であるデマンドサイクルを
計算する。
【0019】該センサーによりボンベの1次圧力を測定
し、圧力データを電気信号に変換しコンピューターに信
号を送る。コンピューター内ソフトによりボンベ内圧力
データ、ボンベ体積値よりガス残量を求め、処方流量信
号と組み合わせてボンベ内ガスの残り使用可能時間を下
記式1により計算することができる。
【0020】
【数1】使用可能時間(T) = ガス残量 /(設定流
量×デマンドサイクル)
【0021】また、本願発明の残り使用可能時間の別の
演算手段として、ボンベ内残圧センサー43の加圧酸素
ボンベの一定時間内の圧力変動の情報をもとに残り使用
可能時間を計算する手段を用いることができる。直前の
一定時間内でのガス消費量を記憶し、使用可能時間を下
記式2により計算することができる。
【0022】
【数2】使用可能時間(T) = ガス残量 / 直前の一
定時間内でのガス消費量
【0023】かかるガス残量は、ボンベ体積(V)×ボ
ンベ内圧力(P)の積で表され、直前の一定時間内での
ガス消費量はボンベ体積(V)×直前の一定時間内での
圧力低下値(ΔP)の積で表される値である。
【0024】また、本装置においては、かかる手段で計
算した演算結果を表示する表示手段45により、使用可
能時間の他、処方流量、ボンベガス残量が表示すること
ができる。その表示手段としては、残り使用可能時間を
数字で表すデジタル表示や指針目盛りを用いたアナログ
表示、段階的に区切られた棒グラフ、円グラフなどのグ
ラフ表示や残り使用時間を示す位置や区画のみを点灯又
は点滅表示させる方法、又は音声表示、或いはこれらの
組合せであってもよい。
【0025】またかかる手段は、残量が少なくなった場
合には予告信号を出して、事前に患者に知らせることが
可能である。かかる信号としては、音声信号、表示手段
の色調変化、警告灯点灯或いはその点滅による表示など
が好ましい。信号を発生させるための設定値は酸素ボン
ベの残り使用可能時間が好ましい。また、酸素ボンベの
圧力値、或いは酸素残量であっても良い。
【0026】酸素ボンベとデマンドレギュレーターは本
来別個の装置であり、通常、両者を導管、或いはチュー
ブで連結して使用される、本願発明の装置においては、
別々の装置であってもよいが、両者を一体にして使用す
るほうが好ましい。従来の装置ではボンベ内残圧の圧力
検知手段からの信号をデマンドレギュレーター手段に伝
達する導線を酸素送達用の導管と平行して設置する必要
があるが、両者を一体化することにより、かかる導管、
導線を省略することが可能となる。
【0027】
【実施例】図2を用いて更に検知手段、入力手段、演算
手段および結果の表示手段の実施例について説明する。
【0028】図2は、本発明の呼吸気体供給装置の好ま
しい実施態様例の1例を示したものである。即ち、呼吸
用気体の発生手段である酸素ボンベ1から出た酸素は、
減圧弁101、圧力調節弁102を経て、最大流量設定
器31、自動流路開閉(弁)手段3を備えた導管手段5
を通って、開放型供給手段である鼻カニューラ7から放
出される。尚、最大流量設定器としては、通常のロータ
ーメーターの如き流量計であってもよく、異なる大きさ
の開口部を有する複数のオリフィス等の流路絞り機能部
を有してその流路絞り機能部を切り換えることにより流
量を設定する流量設定手段を用いてもよい。
【0029】減圧弁101と圧力調節弁102を結ぶ導
管手段から分岐により設けられた半導体式圧力センサー
を備えたボンベ圧力検知器43によりボンベ内圧力変動
が電流に変換され、更に変換回路44により電流信号が
電圧信号となる。
【0030】使用するボンベの体積値は外部入力手段1
03より入力し、体積信号及び該圧力信号を下に演算手
段26によりボンベ内酸素残量を計算し、その結果を表
示手段45に出力する。
【0031】また、導管手段5からの分岐に設けられた
ダイヤフラム式の微圧変動センサーを備えた呼吸位相検
知手段9により呼吸における圧力変動が静電容量の変動
に変換され、制御手段10における変換回路12により
静電容量の変動が電気パルスの信号に変換され、更にカ
ウント回路14により電気パルス信号が単位時間(例え
ば10msec)当たりのパルス数の信号となる。
【0032】カウント回路14から出てくるパルス数信
号は、好ましくは平滑化回路15で平滑化されてノイズ
を低減させる。これは簡便には、現データと過去数回、
例えば3回のデータを積算して、4個のデータの平均を
求めるという、移動平均操作により達成される。
【0033】このようにして得られたデジタル信号を用
いて、マイクロコンピューター等のCPU11における
吸気開始点検知手段16において、そのデジタル信号の
時間に対する変動量、即ち微分値が算出されてその値が
所定値より大きい場合に呼吸開始点として検知される。
尚かかる所定値は、呼吸検出感度設定値記憶部32によ
り設定されるものであり、外部入力手段103からの入
力により設定し得るものが好ましい。
【0034】かかる呼吸開始時点とその直前の呼吸サイ
クルにおける呼吸開始時点の間の時間を測定して記憶
し、N回の呼吸サイクルについての平均呼吸周期を、演
算手段20によりt1 として算出する。尚、Nの値とし
ては、1であってもよいが、平均値を用いる場合には2
〜10の範囲で適宜選択される。
【0035】また予めその装置に関して求めておいた処
方流量(V)と呼吸周期(t1 )と自動開閉弁の開時間
(t0 )の関係パターンを汎用関係パターン記憶部23
に記憶しておく。
【0036】さらに処方流量(V)を入力手段103か
ら入力し、患者用流量設定値記憶部34、必要酸素流量
記憶部25により記憶しておく。
【0037】かくして、該設定最大流量の下で、装置特
性に対応して予め定められたカニューラ出口流量と該自
動流路開閉手段の開時間との関係に従い、吸気直前の1
回を含む複数回の呼吸サイクル又は呼吸周期から算出さ
れた該吸気にかかる呼吸サイクル又は呼吸周期及び設定
された酸素節減比率及び処方流量から定まる1パルス当
たりの流量に対応して設定される開時間の間、患者へ酸
素を供給するためにデマンドレギュレーターが該自動流
路開閉手段3を開にする。
【0038】以上の結果を基にして、平均呼吸周期に対
する自動流路開閉手段3が開いている割合であるデマン
ドサイクル、最大流量設定手段31の設定流量値、及び
ボンベ内ガス残量値より、前記式1により酸素ボンベの
残り使用可能時間を演算し、その結果を表示手段45に
出力する。
【0039】又、必要に応じて、酸素ボンベ圧力値、処
方流量値(V)を表示手段に出力することができる。
【0040】
【発明の効果】本発明によれば、酸素ボンベの残り使用
可能時間が容易に知ることができ、外出中などに酸素切
れを起こす危険性を回避することができる。また、患者
の処方流量、デマンドサイクルの変更があっても、自動
的に使用可能時間を計算しうることができ、更に予告信
号の設置により、酸素切れを起こす前に危険性を知るこ
とが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の呼吸同調酸素供給装置の好まし
い実施態様を模式的に示した概略フローチャートであ
る。
【図2】図2は本発明の呼吸同調酸素供給装置の好まし
い実施態様を模式的に示した概略フローチャートであ
る。
【符号の説明】
1 酸素ボンベ 3 デマンドバルブ 5 延長チューブ 7 鼻カニューラ 9 呼吸検出器 10 制御手段 11 マイクロコンピューター 12 変換回路 14 カウント回路 16 吸気開始検知器 20 呼吸周期演算部 23 関係パターン記憶部 25 必要酸素流量記憶部 26 演算手段 31 最大流量設定器 32 吸気検出感度設定値記憶部 33 患者用パターン設定値記憶部 34 患者用流量設定値記憶部 41 タンク 43 半導体式ボンベ圧力検知器 44 変換回路 45 表示手段 102 圧力調節弁 103 電源切・安静・労作入力手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61M 16/00 315 A61M 16/00 370

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸素ボンベから加圧酸素が、流量設定手
    段、デマンドレギュレーターの自動開閉弁手段を経由し
    て患者のカニューラに供給される呼吸同調酸素供給装置
    において、加圧酸素ボンベの1次圧を検出する手段から
    得られた情報、酸素ボンベの体積の情報、流量設定手段
    の流量の情報、およびデマンドレギュレーターの自動開
    閉弁手段の開閉タイミングの情報を基に、酸素残量、使
    用可能時間を計算する手段、及びその結果を表示する手
    段を有する呼吸同調酸素供給装置。
  2. 【請求項2】 酸素ボンベから加圧酸素が、流量設定手
    段、デマンドレギュレーターの自動開閉弁手段を経由し
    て患者のカニューラに供給される呼吸同調酸素供給装置
    において、加圧酸素ボンベの1次圧を検出する手段から
    得られた一定時間内の差圧の情報を基に使用可能時間を
    計算する手段及びその結果を表示する手段を有する呼吸
    同調酸素供給装置。
  3. 【請求項3】 酸素ボンベの残量が設定値以下になった
    ときに、予告信号を発信することを特徴とする請求項
    記載の呼吸同調酸素供給装置。
  4. 【請求項4】 酸素ボンベの使用可能時間が設定値以下
    になったときに、予告信号を発信することを特徴とする
    請求項1又は2に記載の呼吸同調酸素供給装置。
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MX2021007817A (es) * 2014-05-09 2023-01-10 Mallinckrodt Hospital Products Ip Ltd Sistemas y metodos para el manejo de fuente de gas inteligente y/o sistemas y metodos para suministro de gas terapeutico y/o verificacion de desempe?o mejorada para suministro de gas terapeutico.

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