JP4089652B2

JP4089652B2 - 医療機器

Info

Publication number: JP4089652B2
Application number: JP2004124176A
Authority: JP
Inventors: 浩一田中; 一馬山田
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2004-04-20
Filing date: 2004-04-20
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2024-04-20
Also published as: JP2005304684A

Description

本発明は、例えば、肺疾患等の患者に、呼吸に同調して酸素を供給する呼吸同調器等の医療機器に関する。

従来、この種の医療機器としては、例えば図４に示すような概略構成を有する在宅用の呼吸同調器がある(例えば特許文献１：特開２００１−２９４７２号公報参照)。この呼吸同調器は、酸素ボンベからなる圧力源５１と、この圧力源５１に接続されて図示しない流量調整弁が介設された圧力ライン５２と、この圧力ライン５２にＰポートが接続された３ポート２位置の電磁切換弁５３と、この電磁切換弁５３のＡポートに一端が接続されていると共に、他端が患者の鼻に装着されるカニューラ５４と、上記電磁切換弁５３のＲポートに管路５７を介して接続された圧力センサ５５と、この圧力センサ５５からの検出信号を受けて、上記電磁切換弁５３のソレノイドに励磁信号を出力する制御回路５６とを備える。

この呼吸同調器は、電源として、定格電圧が１.５Ｖの市販の乾電池を用いることにより、電池交換のし易さと、呼吸同調器の軽量化を図っている。

上記呼吸同調器は、以下のように動作する。すなわち、上記制御回路２６からの励磁信号で電磁切換弁５３のソレノイドが励磁され、上記切換弁５３の弁体がシンボル位置Ｓ２となり、上記圧力センサ５５がＲポートを経てカニューラ５４に連通する。上記圧力センサ５５は、患者の呼吸サイクルに応じた上記カニューラ５４内の圧力を検出する。上記制御回路５６は、上記圧力センサ５５からの出力に基づいて患者の吸気開始を検知すると、上記電磁切換弁５３への励磁信号の出力を停止してソレノイドを消磁し、上記電磁切換弁５３をシンボル位置Ｓ１に切り換える。これにより、上記カニューラ５４が圧力源５１に連通され、この圧力源５１からカニューラ５４を経て患者に酸素が供給される。上記制御回路５６は、上記電磁切換弁５３がシンボル位置Ｓ１に切り換わってから所定時間が経過すると、上記電磁切換弁５３に励磁信号を出力してシンボル位置Ｓ２に切り換えて、上記カニューラ５４を圧力センサ５５に連通させる。このような電磁切換弁５３の切り換えを繰り返すことによって、患者の呼吸に同調して間欠的に患者に酸素を供給する。

上記呼吸同調器は、電池からの供給電力の電圧を１.５Ｖから５Ｖに昇圧する図示しない電源回路を備え、この電源回路により、上記電磁切換弁５３、圧力センサ５５および制御回路５６を含む全ての電気駆動部品に、５Ｖの電力を供給している。

上記呼吸同調器は、電源をオンにする際、上記電源回路が起動され、この電源回路が有するコンデンサの充電等に伴って、突入電流が生じる。しかしながら、上記電池が多少消耗している場合、完全に消耗していなくても、上記突入電流に相当する電流により、電池の内部抵抗に起因する電圧降下が発生して電池電圧が極度に低下し、その結果、呼吸同調器が起動できなくなるという問題がある。

この問題は、呼吸同調器の携帯性向上等のために、例えば単２または単３乾電池を１個だけ用いる場合に、顕著となる。
特開２００１−２９４７２号公報

そこで、本発明の課題は、電池が多少消耗しても正常に起動できる医療機器を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の医療機器は、
カニューラに酸素を供給する流通路に介設された電磁弁手段と、
患者の呼吸位相を検知する呼吸位相検知手段と、
上記呼吸位相検知手段の出力に基づいて、上記電磁弁手段を制御する電磁弁制御手段と、
１個の単２または単３乾電池から電力が供給され、上記電磁弁手段、呼吸位相検知手段および電磁弁制御手段のうちの低電圧で駆動される手段に、第１の電圧の電力を供給する第１の電源回路と、
上記電池から電力が供給され、上記電磁弁手段、呼吸位相検知手段および電磁弁制御手段のうちの高電圧で駆動される手段に、第２の電圧の電力を供給する第２の電源回路と、
上記第１の電源回路への電力供給をオンオフする第１のスイッチと、
上記第２の電源回路への電力供給をオンオフする第２のスイッチと、
上記第１,第２の電源回路の起動時にのみ、上記第１のスイッチをオンする第１のタイミングに対して、上記第２のスイッチをオンする第２のタイミングを、上記第１の電源回路のコンデンサ容量により決まると共に上記第１の電源回路の出力が安定するまでの時間だけ遅らせるタイミング制御手段とを備えることを特徴としている。

上記構成において、患者の呼吸位相が、上記呼吸位相検知手段によって検知される。この呼吸位相検知手段は、例えば、上記患者が装着するカニューラを介して、このカニューラ内の圧力変動を検出する圧力センサが好ましい。上記電磁弁制御手段は、上記呼吸位相検知手段の出力に基づいて、上記電磁弁手段を制御する。例えば、上記呼吸位相検知手段が、上記患者の呼吸が呼気から吸気に転じたことを検知すると、上記電磁弁制御手段は、上記電磁弁手段を制御して、上記カニューラに、上記流通路に接続された例えば酸素源を連通させる。これにより、上記患者に、酸素が適切に供給される。

この医療機器は、上記第１の電源回路によって、上記電磁弁手段、呼吸位相検知手段および電磁弁制御手段のうちの低電圧で駆動される手段に、第１の電圧の電力が供給される。一方、上記第２の電源回路によって、上記電磁弁手段、呼吸位相検知手段および電磁弁制御手段のうちの高電圧で駆動される手段に、第２の電圧の電力が供給される。例えば、上記第１の電圧が３Ｖであり、上記第２の電圧が５Ｖである場合、従来のように同時に全ての電気駆動部品に５Ｖの電力を供給するよりも、電源投入時に、例えば突入電流等に応じて必要となる電力が少なくなる。したがって、上記電池が、従来では起動不可能な程度に消耗した場合においても、この医療機器は正常に起動することができる。

また、この発明によれば、上記第１のスイッチがオフからオンにされると、上記電池から第１の電源回路への電力供給が開始され、この第１の電源回路が起動して、第１の電圧の電力の出力を開始する。一方、上記第２のスイッチがオフからオンにされると、上記電池から第２の電源回路への電力供給が開始され、この第２の電源回路が起動して、第２の電圧の電力の出力を開始する。上記第１スイッチをオンするタイミングと、上記第２スイッチをオンするタイミングとが、上記タイミング制御回路によってずらされるので、上記電池は、上記第１の電源回路の起動に必要な電流と、上記第２の電源回路の起動に必要な電流とを、同時に出力する必要が無い。したがって、上記第１および第２の電源回路を略同時に起動するよりも、上記電池が出力すべき最大電流が少なくなるので、上記電池の消耗が進んだ場合においても、この医療機器の起動が可能になる。

一実施形態の医療機器は、
上記第１の電源回路と第２の電源回路は、直列に接続されており、
上記第２の電源回路は、上記第１の電源回路を介して、上記電池から電力が供給される。

上記実施形態によれば、上記第２の電源回路は、上記第１の電源回路を介して、上記電池から電力が供給される。すなわち、上記電池からの電力が、上記第１の電源回路で第１の電圧に昇圧され、この第１の電圧の電力が、上記第２の電源回路で第２の電圧に昇圧される。

一実施形態の医療機器は、
上記第１の電源回路と第２の電源回路は、並列に接続されている。

上記実施形態によれば、上記第１の電源回路と、上記第２の電源回路とに、各々が電力を供給すべき部品に応じた電力が、上記電池から供給される。

以上のように、本発明の医療機器は、第１の電源回路によって、電磁弁手段、呼吸位相検知手段および電磁弁制御手段のうちの低電圧で駆動される手段に、第１の電圧としての例えば３Ｖの電力を供給する一方、上記第２の電源回路によって、上記電磁弁手段、呼吸位相検知手段および電磁弁制御手段のうちの高電圧で駆動される手段に、第２の電圧としての例えば５Ｖの電力を供給する。したがって、従来のように全ての電気駆動部品に５Ｖの電力を供給するよりも、電源回路の起動に必要な電力を少なくできるので、従来では起動不可能な程度に電池が消耗した場合においても、医療機器を正常に起動することができる。また、電池の消費量を効果的に削減することができるので、医療機器の使用時間を長くでき、また、電池交換の頻度を少なくできる。

以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態の医療機器としての呼吸同調器を示すブロック図である。

この呼吸同調器は、在宅用の呼吸同調器１であり、酸素ボンベなどの酸素供給源２に一端が接続される流通路に、減圧弁３と、流量調整器４と、電磁弁手段としての３ポート２位置の電磁弁５とを介設している。上記流通路の他端には、患者の鼻に装着されるカニューラ７が接続されるようになっており、上記流通路の電磁弁５とカニューラ７との間に、安全弁としてのリリーフ弁８を接続している。上記電磁弁５には、管路を介して、呼吸位相検知手段としての圧力センサ９を接続している。この圧力センサ９により、上記患者の呼気と吸気の位相の変動を検知する。上記圧力センサ９からの検出信号に基づいて、制御・電力供給手段１０の電磁弁制御手段１０ａによって、上記電磁弁５の動作を制御するようになっている。上記制御・電力供給手段１０は、入力手段１１、出力手段１２、電磁弁５および圧力センサ９に電気的に接続されている。上記入力手段１１からの入力、および、図示しないモードスイッチにより設定されたモードに基づいて、この呼吸同調器１の動作を制御する。本実施形態では、上記入力手段１１は後述するユーザ入力ボタン２１であり、上記出力手段１２は、動作状態を示すＬＥＤ(発光ダイオード)と、電池残量の減少を警告するブザーである。この呼吸同調器１は、電源として、定格電圧が１.５Ｖの単２型乾電池１３を１個のみ用いる。これにより、呼吸同調器１の軽量化を図って携行を容易にすると共に、電池１３の消耗時に容易に電池交換を行えるようにしている。上記制御・電力供給手段１０を経由して、上記電磁弁５、圧力センサ９および出力手段１２に電力を供給するようにしている。

上記呼吸同調器は、以下のように動作する。すなわち、上記入力手段１１への患者の入力に基づいて呼吸同調器１が起動し、患者の呼吸によるカニューラ７内の圧力変動が、電磁弁５を介して圧力センサ９で検出される。この圧力センサ９の検出値から上記患者の吸気開始を検知すると、上記制御・電力供給手段１０は、上記電磁弁５を切り換えて、上記流通路をカニューラ７に連通する。これにより、上記酸素供給源２からカニューラ７に酸素を供給する。上記制御・電力供給手段１０は、上記流通路をカニューラ７に連通してから所定時間が経過すると、上記電磁弁５を切り換えて、上記カニューラ７を圧力センサ９に連通させる。このような電磁弁５の切り換えを繰り返すことによって、患者の呼吸に同調して間欠的に患者に酸素を供給する。

図２は、本実施形態の呼吸同調器１が備える電源回路を示す図である。この電源回路は、定格電圧１.５Ｖの電池１３から供給された電力を、第１の電圧としての３Ｖと、第２の電圧としての５Ｖとに昇圧して、各電圧で動作する電気駆動部品に各々供給するものである。

この電源回路は、電池からの電力供給を受ける第１のスイッチとしての電源スイッチ２２と、この電源スイッチ２２の出力側に接続された第１電源回路２３を備える。この第１電源回路２３は、上記電池から供給された電力を、３Ｖに昇圧して出力する。この第１電源回路２３の出力側は、３Ｖ駆動部品２７に接続されている。この３Ｖ駆動部品２７は、具体的には、電磁弁５およびＣＰＵである。上記電源スイッチ２２は、患者によって操作されるユーザ入力ボタン２１からの入力に応じて、オンオフ動作するようになっている。

また、上記第１電源回路２３の出力側は、第２のスイッチとしてのスイッチ回路２４に接続されている。このスイッチ回路２４により、上記第１電源回路２３から第２電源回路２５への３Ｖ電力の供給が、オンオフされる。この第２電源回路２５により、上記第１電源回路２３から供給された３Ｖの電力を、５Ｖに昇圧する。すなわち、上記第１電源回路２３と第２電源回路２５は、直列に接続されている。上記第２電源回路２５の出力側は、５Ｖ駆動部品２８に接続されている。この５Ｖ駆動部品２８は、具体的には、圧力センサ９である。

上記スイッチ回路２４は、タイミング制御手段１０ｂによって、オンオフ動作が制御される。上記タイミング制御手段１０ｂは、上記第１電源回路２３からの信号を受けて計時を開始するタイマ回路３１と、このタイマ回路からの信号を受けて、上記スイッチ回路２４にオンオフ信号を出力する出力制御回路３２とを含む。

上記電磁弁制御手段１０ａ、電源スイッチ２２、第１電源回路２３、スイッチ回路２４、第２電源回路２５およびタイミング制御手段１０ｂにより、図１の制御・電力供給手段１０を構成している。

上記構成の電源回路の動作を、図３のフローチャートを参照して説明する。

まず、呼吸同調器１の電源がオフの状態において、患者によってユーザ入力ボタン２１が押下されると、このユーザ入力ボタン２１から電源オン信号が電源スイッチ２２に送信され、この電源スイッチ２２がオンになる(ステップＳ１)。これにより、上記電池１３から、上記第１電源回路２３に電力供給が開始され、この第１電源回路２３が起動する。

上記第１電源回路２３は、上記電池１３からの１.５Ｖの電力を３Ｖに昇圧し、この３Ｖの電力を、上記３Ｖ駆動部品２７に供給する(ステップＳ２)。

上記第１電源回路２３には、起動時に、この第１電源回路２３に含まれるコンデンサの充電等のために突入電流が流れる。この第１電源回路２３は１.５Ｖから３Ｖまで昇圧をするので、従来の１.５Ｖから５Ｖまで昇圧をする電源回路よりも、上記突入電流の大きさが小さくなる。したがって、上記電池１３の消耗が進んで、従来の５Ｖの電源回路が起動できない電圧に低下した場合においても、上記３Ｖの第１電源回路２３は、正常に起動することができる。

上記第１電源回路２３が起動すると、この第１電源回路２３からの３Ｖ電力がタイマ回路３１に供給され、このタイマ回路３１が起動し、計時を開始する(ステップＳ３)。このタイマ回路３１は、予め定められた所定時間が経過したか否かを判断する(ステップＳ４)。

上記タイマ回路３１は、予め定められた所定時間を計時すると、計時完了を示す信号を出力制御回路３２に出力する(ステップＳ５)。

上記出力制御回路３２は、上記計時完了信号を受け取ると、スイッチ回路２４にオン信号を出力する(ステップＳ６)。

上記出力制御回路３２からオン信号を受け取ったスイッチ回路２４は、オフからオンに切り換わり、これにより、上記第１電源回路２３から３Ｖの電力が第２電源回路２５に供給される。この３Ｖ電力の供給を受けて、上記第２電源回路２５が起動し、この第２電源回路２５は、３Ｖ電力の５Ｖ電力への昇圧を開始して、この５Ｖ電力の上記５Ｖ駆動部品２８への供給を開始する(ステップＳ７)。

上記第２電源回路２５の起動時に、この第２電源回路２５に含まれるコンデンサの充電等のために突入電流が生じるが、この第２電源回路２５は３Ｖを５Ｖに昇圧するので、電池の出力電圧を一度に５Ｖに昇圧するよりも、突入電流の大きさが小さい。

このように、上記３Ｖ電力を出力する第１電源回路２３と、上記５Ｖ電力を出力する第２電源回路２５は、タイミング制御手段１０ｂによって、起動タイミングが所定時間をおくようにずらされる。したがって、上記第１電源回路２３の起動時に流れる突入電流と、上記第２電源回路２５の起動時に流れる突入電流とが、同時に生じることがない。つまり、突入電流を分散して発生させることができる。また、上記電池１３の出力電圧を第１電源回路２３で３Ｖに昇圧し、この３Ｖ電力を第２電源回路２５で５Ｖに昇圧するので、上記第１および第２電源回路２３,２５の起動時に生じる突入電流は、いずれも、電池の出力電圧を一度に５Ｖに昇圧する従来の電源回路の突入電流よりも小さい。したがって、上記電池１３の消耗により、従来は起動が不可能な程度に電圧降下が生じた場合においても、上記第１および第２電源回路２３,２５の両方を起動できるので、この呼吸同調器１を正常に起動できる。

また、この呼吸同調器１の電気駆動部品は、上記電磁弁５やＣＰＵのような３Ｖ駆動部品２７と、上記圧力センサ９のような５Ｖ駆動部品２８とで構成するので、全ての電気駆動部品を５Ｖで駆動するよりも、消費電力を削減することができて、１つの上記電池１３による呼吸同調器１の運転時間を長くすることができる。

なお、上記タイミング制御手段１０ｂは、タイマ回路３１が予め定められた所定時間を計時すると、出力制御回路３２がスイッチ回路２４にオン信号を出力したが、上記所定時間は、上記第１電源回路２３が起動されてから３Ｖ電力の出力が安定するまでに必要な時間である。この時間は、この呼吸同調器１を構成する電気駆動部品のばらつき、回路特性、温度特性および予想される経年変化などを考慮して、実験等により、上記３Ｖ電力の出力値が安定した直後に５Ｖ電力の生成を開始するような値に設定する。これにより、例えば、上記第１電源回路２３の出力電圧の安定を検知・判定するためのコンパレータ回路、Ａ／Ｄ変換回路および判定回路等を削除することができる。

上記実施形態において、上記スイッチ回路２４は、低出力インピーダンスのバイポーラトランジスタやＭＯＳＦＥＴ(金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ)、あるいは、半導体リレーを用いて構成してもよい。また、上記第１電源回路２３、スイッチ回路２４、第２電源回路２５およびタイミング制御回路１０ｂを、ＬＳＩに一体に形成してもよい。

また、上記実施形態において、上記第１電源回路２３と第２電源回路２５を直列に接続して、上記第１電源回路２３が出力する３Ｖ電力の一部を、上記第２電源回路２５で昇圧して５Ｖ電力を生成したが、電池１３からの電力を受けて３Ｖ電力を出力する第１の電源回路と、電池１３からの電力を受けて５Ｖ電力を出力する第２の電源回路とを並列に接続してもよい。この場合、電池１３と第１の電源回路との間をオンオフする第１の電源スイッチと、電池１３と第２の電源回路との間をオンオフする第２の電源スイッチとを設け、上記第１の電源スイッチをオンにするタイミングと、上記第２の電源スイッチをオンにするタイミングとを、上記タイミング制御手段１０ｂと同じ機能を有するタイミング制御手段によってずらすようにすればよい。

上記実施形態において、ＣＰＵによってタイミング制御手段１０ｂを構成したが、上記タイミング制御手段１０ｂは、上記ＣＰＵが実行する処理と同様の機能を有する専用回路で構成してもよい。

また、上記実施形態において、電源として、定格電圧が１.５Ｖの単２型乾電池を１つ用いたが、用いる電池の数を２つ以上にした場合は参考例となる。また、単２型乾電池に限られないが、定格電圧が１.５Ｖの電池を電源として用いる場合に、呼吸同調器の運転時間を効果的に延長することができる。

また、上記呼吸同調器は、３Ｖ駆動部品および５Ｖ駆動部品を有するが、３Ｖおよび５Ｖに限られず、他の駆動電圧の値であってもよい。また、３Ｖおよび５Ｖの２種類に限られず、３種類以上の電圧値で駆動する部品を備えてもよい。また、３Ｖで駆動する部品は、電磁弁５およびＣＰＵであり、５Ｖで駆動する部品は、圧力センサ９であるが、３Ｖおよび５Ｖで駆動する部品は、各々他の部品であってもよい。

また、上記実施形態では、医療機器として呼吸同調器１を構成したが、呼吸同調器以外の例えば酸素濃縮器等のような医療機器であってもよい。また、在宅用に限られず、電池により駆動される医療機器であれば、医療機関で使用される医療機器であってもよい。

本発明の実施形態の医療機器としての呼吸同調器を示すブロック図である。図１の実施形態の呼吸同調器が備える電源回路を示す図である。図２の電源回路の動作を示すフローチャートである。従来の医療機器としての呼吸同調器を示す概略構成図である。

符号の説明

１０ｂタイミング制御手段
１３電池
２１ユーザ入力ボタン
２２電源スイッチ
２３第１電源回路
２４スイッチ回路
２５第２電源回路
２７３Ｖ駆動部品
２８５Ｖ駆動部品
３１タイマ回路
３２出力制御回路

Claims

カニューラ(７)に酸素を供給する流通路に介設された電磁弁手段(５)と、
患者の呼吸位相を検知する呼吸位相検知手段(９)と、
上記呼吸位相検知手段(９)の出力に基づいて、上記電磁弁手段(５)を制御する電磁弁制御手段(１０ａ)と、
１個の単２または単３乾電池(１３)から電力が供給され、上記電磁弁手段(５)、呼吸位相検知手段(９)および電磁弁制御手段(１０ａ)のうちの低電圧で駆動される手段(５,１０ａ)に、第１の電圧の電力を供給する第１の電源回路(２３)と、
上記電池(１３)から電力が供給され、上記電磁弁手段(５)、呼吸位相検知手段(９)および電磁弁制御手段(１０ａ)のうちの高電圧で駆動される手段(９)に、第２の電圧の電力を供給する第２の電源回路(２５)と、
上記第１の電源回路(２３)への電力供給をオンオフする第１のスイッチ(２２)と、
上記第２の電源回路(２５)への電力供給をオンオフする第２のスイッチ(２４)と、
上記第１,第２の電源回路(２３),(２５)の起動時にのみ、上記第１のスイッチ(２２)をオンする第１のタイミングに対して、上記第２のスイッチ(２４)をオンする第２のタイミングを、上記第１の電源回路のコンデンサ容量により決まると共に上記第１の電源回路の出力が安定するまでの時間だけ遅らせるタイミング制御手段(１０ｂ)とを備えることを特徴とする医療機器。
請求項１に記載の医療機器において、
上記第１の電源回路(２３)と第２の電源回路は、直列に接続されており、
上記第２の電源回路は、上記第１の電源回路(２３)を介して、上記電池(１３)から電力が供給されることを特徴とする医療機器。
請求項１に記載の医療機器において、
上記第１の電源回路(２３)と第２の電源回路(２５)は、並列に接続されていることを特徴とする医療機器。