JP4440439B2

JP4440439B2 - 人工呼吸装置およびそのモニタ装置

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Publication number: JP4440439B2
Application number: JP2000192504A
Authority: JP
Inventors: 武男堺
Original assignee: Metran Co Ltd
Current assignee: Metran Co Ltd
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2020-06-27
Also published as: JP2002011100A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は呼吸回路内のガスに高周波振動を与えるようにした人工呼吸装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
人工呼吸装置の多くは、健康人と同じ程度の呼吸回数を行う低頻度換気方式であり、一分間あたりの呼吸回数は２０回程度とされる。この一方、最近では、呼吸回路内のガスを高周波振動させる（毎秒１５回程度で振動させることが多い）高頻度換気方式とされた人工呼吸装置も多く使用されるようになってきている（例えば特開平２−１３１７７２号公報参照）。
【０００３】
人工呼吸を行っているときの患者の換気状態を知る一つの手法として、患者から排出される炭酸ガス（ＣＯ2）量に関する値を検出することが要求される。通常の低頻度人工呼吸装置にあっては、炭酸ガス検出器によって呼気回路から排出される終末ガス中の炭酸ガス濃度を正確に捉えることができること、および上記終末ガス中の炭酸ガス濃度が患者の血液中の炭酸ガス濃度とよく一致することから、検出された呼気ガス中の炭酸ガス濃度がそのまま患者から排出される炭酸ガス量に関する値として用いることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高頻度換気方式の人工呼吸装置にあっては、呼気回路から排出される終末ガスは、高周波振動されているために炭酸ガス濃度検出器のレスポンスが追従しないこと、および終末ガスが高周波振動によって拡散作用を受けることから、この終末ガス中の炭酸ガス濃度測定という手法を採択することができないものである。このため、患者の血液中の炭酸ガス濃度を、経皮モニタを使用したり血液採取して測定することも考えられるが、患者に少なからず苦痛を与えることは勿論のこと、継続的に炭酸ガス量に関する値をモニタリングすることは不可能である。
【０００５】
本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その第１の目的は、高頻度換気方式であることを前提として、患者から排出される炭酸ガス量に関する値を、患者の血液に対して直接作用することなく継続的にモニタリングできるようにした人工呼吸装置を提供することにある。
【０００６】
本発明の第２の目的は、高頻度換気方式の人工呼吸装置に付加して使用されて、患者から排出される炭酸ガス量に関する値を、患者の血液に対して直接作用することなく継続的にモニタリングできるようにした人工呼吸装置用のモニタ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記第１の目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
呼吸回路内のガスに高周波振動を与えるようにした人工呼吸装置において、
吸気回路を流れる吸気ガス量を検出する吸気ガス量検出手段と、
呼気回路中の炭酸ガス濃度を検出する炭酸ガス濃度検出手段と、
前記吸気ガス量検出手段で検出された吸気ガス量と前記炭酸ガス濃度検出手段で検出されて炭酸ガス濃度とに基づいて、呼吸回路に接続された患者から排出される炭酸ガス量に関する値を算出する排出値算出手段と、
前記排出値算出手段で算出された炭酸ガス量に関する値を表示する表示手段と、
を備えたものとしてある。
【０００８】
前記排出値算出手段で算出されるつまり表示手段に肘される炭酸ガス量に関する値は、所定時間あたりの炭酸ガス量（例えば容積値）とすることができる。炭酸ガス濃度検出手段を、時間の経過と共に炭酸ガス濃度に関連した出力を連続的に行うようにして、排出値算出手段が所定時間毎の移動積分を行って、該移動積分された積分値を表示手段に表示させることができる。炭酸ガス濃度検出手段を、呼気回路の途中部分に対して容積部分となるウオータトラップを介して接続することにより、より平均化された炭酸ガス濃度を検出する上で好ましいものとなる。
【０００９】
吸気ガス量検出手段と炭酸ガス濃度検出手段と排出値算出手段と表示手段とをそれぞれ人工呼吸装置用のケースに装備して、セット化することができる。この場合、表示手段および算出手段を構成するコントローラは、人工呼吸装置に装備されているものを利用することができる。なお、呼吸回路のガスに高周波振動を与えるための高周波振動発生手段をも上記ケースに設けることもできる。
【００１０】
前記第２の目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項４に記載のように、吸気回路を流れる吸気ガス量を検出する吸気ガス量検出手段を備えると共に呼吸回路内のガスに高周波振動を与えるようにされた人工呼吸装置に接続されて、人工呼吸装置に接続された患者から排出される炭酸ガス量を報知するためのモニタ装置であって、ケースと、前記ケースに装備されたコントローラと、前記ケースに装備され、前記コントローラからの出力を受ける表示手段と、前記ケースに装備され、前記コントローラへ出力すると共に、人工呼吸装置の呼気回路に対する第１接続コネクタを有する炭酸ガス濃度検出手段と、前記ケース装備され、前記コントローラと前記吸気ガス量検出手段とを接続するための第２接続コネクタと、を備え、前記コントローラは、前記吸気ガス量検出手段で検出された吸気ガス量と前記炭酸ガス濃度検出手段で検出されて炭酸ガス濃度とに基づいて、患者から排出される所定時間あたりの炭酸ガス量に関する値を算出して、該算出された値を前記表示手段に表示させるように設定されている、ようにしてある。上記ケースにはさらに、第１接続コネクタと炭酸ガス濃度検出手段との間に介在されるウオータトラップを装備することができる。
【００１１】
なお、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。さらに、本発明は、炭酸ガス量のモニタ方法として表現することも可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１において、Ｋは患者、Ｈは患者Ｋの肺である。肺Ｋに接続される患者接続回路１に対して、吸気回路２および呼気回路３が接続され、これらの回路１、２、３の合流部分が符号４で示される。そして、これらの回路１〜３によって、呼吸回路が構成される。吸気回路２は人工呼吸用の吸気ガスを合流部４に向けて流すもので、この吸気回路２には、吸気ガスの流れ方向上流側から順次、流量調整弁１１、流量計測器（吸気ガス量検出手段）１２が接続されている。また、呼気回路３は、合流部４からの呼気ガスを大気に排出させるもので、その最終端部付近には呼気弁１３が接続されている。
【００１３】
呼気回路３の途中部分に対して、高周波振動用回路１４を介して、高周波振動発生装置（高周波振動発生手段）１５が接続されている。この高周波振動用回路１４の途中には、可動隔壁（例えばダイヤフラム）１６が接続されている。高周波振動発生装置１５は、空気の高周波振動（例えば毎秒１５回程度の振動）を発生させるもので、発生された高周波振動は、可動隔壁１６を介して呼気回路３つまり呼吸回路に伝播されて、呼吸回路内のガスを高周波振動させ、これにより患者Ｋの肺Ｈと吸気ガスとの間で換気（炭酸ガスと酸素との置換）が行われる。可動隔壁１６は、高周波振動振動発生装置１５と呼気回路３とを気密（衛生的に）に遮断して、高周波振動発生装置１５が患者Ｋによって汚染されることが防止される。
【００１４】
なお、患者が異なる毎に高周波振動発生装置１５の洗浄（滅菌処理）を行うのであれば、可動隔壁１６を別途設けなくてもよいものである。また、高周波振動発生装置１５が接続される部分は、呼気回路３に限らず、吸気回路２に接続することもできるが、患者Ｋの肺Ｈに近い位置に接続するのが好ましい。さらに、高周波振動発生装置１５としては、ピストンを往復動させる形式のものや、前記公報記載のようにブロアとロータリ式の切換弁とを利用したもの等、既知の適宜の形式のものを用いることができる。
【００１５】
呼気回路３の途中部分に対して、サンプリングチューブ２１を介して、炭酸ガス濃度検出器（検出手段）２２が接続されている。サンプリングチューブ２１の途中には、ウオータトラップ２３が接続されている。呼気回路３内のガス（呼気ガス）は、高周波振動によって炭酸ガス濃度が平均化されて存在しており、かつウオータトラップ１６は比較的大きな容積を有しているので、炭酸ガス濃度検出器２２に供給される呼気ガス中の炭酸ガス濃度はより平均化が促進されているものとなる。
【００１６】
前記流量計測器１２からの出力（検出された吸気ガス量）と、炭酸ガス濃度検出器２２からの出力（検出された炭酸ガス濃度）とは、それぞれマイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラ３１に入力される。このコントローラ３１は、患者Ｋから排出された炭酸ガス量に関する値を算出するもので、その算出結果は、例えば液晶画面等からなる表示装置（表示手段）３２に表示される。
【００１７】
流量計測器１２は、実施形態では、検出した吸気ガス量を時間の経過に応じて連続してコントローラ３１に出力する形式のものとされている（アナログ出力）。同様に、炭酸ガス濃度検出器２２は、実施形態では、検出した炭酸ガス濃度を時間の経過に応じて連続してコントローラ３１に出力する形式のものとされている（アナログ出力）。
【００１８】
コントローラ３１は、両検出器１１、２２からの出力を所定時間（例えば１分）毎の移動積分を行って、所定時間あたりの炭酸ガス量（実施形態では容積量）を算出する。例えば５秒毎のサンプリング周期での検出吸気ガス量および炭酸ガス濃度とから、当該サンプリング時での炭酸ガス量が算出され、この算出された炭酸ガス量を１分間についての移動積分を行うことにより、一分間あたりの総炭酸ガス量が算出される。例えば、あるサンプリングタイムのときに検出される吸気ガス量をＸリットルとし、このときに検出される炭酸ガス濃度をＹ％とすると、患者Ｋから排出される炭酸ガス量Ｚは、Ｘ×Ｙ×１／１００リットルとなる。そして、得られた炭酸ガス量Ｚを、１分間について移動積分することにより毎分あたりの炭酸ガス排出量が算出されることになり、この総炭酸ガス量が表示装置３２に表示される。
【００１９】
なお、所定サンプリング周期毎に各検出器１１、１２での検出値を一時的に記憶しておいて、所定時間（例えば１分間）相当分の記憶値が得られた状態で、総炭酸ガス量を算出することもできる。つまり、最終的に移動積分に応じた算出値が得られればよく、移動積分の手法として、サンプリングタイム毎に算出した炭酸ガス量を所定時間分について加算することによって最終的に移動積分値を得るようにしてもよく、あるいは所定時間までに記憶された検出値から移動積分値を一挙に算出するようにしてもよい。
【００２０】
図２は、コントローラ３１の制御内容を示すフローチャートであり、以下このフローチャートについて説明する。なお、以下の説明でＱはステップを示す。まず、Ｑ１において、過渡時であるか否か、つまり吸気ガス量の変動が大きい状態であるか否かが判別される（例えば人工呼吸装置の運転開始時や吸気ガス量変更時等から、安定運転状態となる所定時間経過するまでは過渡時であるとされる）。このＱ１の判別でＮＯのときは、Ｑ２において、各検出器１１、２２からの出力（検出吸気ガス量、炭酸ガス濃度）が読み込まれ、この読み込まれた値が一時的に記憶される。Ｑ３においては、所定時間分（例えば１分）についての計測が行われたか否かが判別される。このＱ３の判別でＹＥＳのときは、Ｑ４において、移動積分によって、上記所定時間あたりの総炭酸ガス量が算出される。そして、Ｑ５において、算出された総炭酸ガス量が表示装置３２に表示される。
【００２１】
前記Ｑ１の判別でＮＯのときは、Ｑ６において、それまで計測されていた計測値がクリアされた後、Ｑ１へ戻る。なお、Ｑ４で算出された総炭酸ガス量が異常値であるとき（例えば上限値以上あるいは下限値以下の少なくとも一方のとき）は、別途設けた警報ブザーを作動させるようにすることもできる。
【００２２】
再び図１において、前述した各種機器類１１、１２、１３、１５、１６、２２、２３、３１、３２は全て、高頻度換気方式の人工呼吸装置用ケースＣに装備されている。この場合、高頻度換気方式の人工呼吸装置においては、流量計測器１２、コントローラ３１，表示装置３２を有しているので、炭酸ガス量モニタのためには別途炭酸ガス濃度検出器２２を設ければよいことになる（コントローラ３１へは、算出手段に相当するプログラムを別途組み込む）。なお、人工呼吸装置の種類によっては、高周波振動発生装置１５はケースＣの外部に装備されることもある。
【００２３】
図３は、高頻度換気方式の人工呼吸装置とは別個独立して、炭酸ガスモニタのためのモニタ装置を別途構成する例を示すが、図１に示すものと同一要素には同一符号を付してある。この図３において、人工呼吸装置用のケースＣとは別個独立して可搬可能なケースＣ２が設けられる。このケースＣ２には、炭酸ガス濃度検出器２２、ウオータトラップ２３、コントローラ３１，表示装置３２が装備される。このようなモニタ装置には、人工呼吸装置に接続するために、第１接続コネクタ４１と第２接続コネクタ４２とが別途設けられる。第１接続コネクタ４１は、呼気回路に対する接続用となる（呼気ガスの受け入れ用）。第２接続コネクタ４２は、人工呼吸装置に装備されている流量計測器１１に対する接続用となる（吸気ガス量の入力用）。このようなモニタ装置を用いることにより、炭酸ガスモニタを有しない既存の高頻度換気方式の人工呼吸装置において、図１の例を同様に炭酸ガス量を継続的に知ることができる。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１に記載された発明によれば、高頻度換気方式の人工呼吸装置において、患者から排出される炭酸ガス量に関する値を、患者の血液に対して直接作用することなく、継続的に知ることができる。
【００２５】
請求項１に記載された発明によれば、所定時間あたりの総炭酸ガス量を知ることができる。
【００２６】
請求項１に記載された発明によれば、総炭酸ガス量を得る具体的な手法が提供される。
【００２７】
請求項２に記載された発明によれば、炭酸ガス濃度検出手段へ供給される呼気ガス中の炭酸ガスがより平均化された状態となって、炭酸ガス濃度を精度よく検出する上で好ましいものとなる。
【００２８】
請求項３に記載された発明によれば、炭酸ガス量のモニタ部分をも含めて人工呼吸装置全体としてコンパクトにする上で好ましいものとなる。
【００２９】
請求項４に記載された発明によれば、炭酸ガス量に関するモニタを有しない高頻度換気方式の人工呼吸装置において、請求項１に対応した効果を得ることが可能となる。
【００３０】
請求項５に記載された発明によれば、請求項２に対応した効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す全体系統図。
【図２】図１のコントローラの制御内容を示すフローチャート。
【図３】人工呼吸装置に接続して使用されるモニタ装置を示す全体系統図。
【符号の説明】
Ｃ：人工呼吸装置のケース
Ｃ２：モニタ装置のケース
Ｋ：患者
Ｈ：肺
１：患者接続回路
２：吸気回路
３：呼気回路
１２：吸気ガス量検出器
１５：高周波振動発生装置
２１：サンプリングチューブ
２２：炭酸ガス濃度検出器
２３：ウオータトラップ
３１：コントローラ
３２：表示装置

Claims

呼吸回路内のガスに高周波振動を与えるようにした人工呼吸装置において、
吸気回路を流れる吸気ガス量を検出する吸気ガス量検出手段と、
呼気回路中の炭酸ガス濃度を検出する炭酸ガス濃度検出手段と、
前記吸気ガス量検出手段で検出された吸気ガス量と前記炭酸ガス濃度検出手段で検出されて炭酸ガス濃度とに基づいて、呼吸回路に接続された患者から排出される炭酸ガス量に関する値を算出する排出値算出手段と、
前記排出値算出手段で算出された炭酸ガス量に関する値を表示する表示手段と、を備えており、
前記排出値算出手段で算出される炭酸ガス量に関する値が、所定時間あたりの炭酸ガス量とされ、
前記表示手段に、前記所定時間あたりの炭酸ガス量が表示され、
前記炭酸ガス濃度検出手段が、時間の経過と共に炭酸ガス濃度に関連した出力を連続的に行うようにされ、
前記排出値算出手段が、前記両検出手段の出力に基づいて得られる炭酸ガス量を前記所定時間毎の移動積分を行うことにより、該所定時間毎あたりの炭酸ガス量を算出する、
ことを特徴とする人工呼吸装置。
請求項１において、前記炭酸ガス濃度検出手段が、呼気回路の途中部分に対して、ウオータトラップを介して接続されている、ことを特徴とする人工呼吸装置。
請求項１又は請求項２において、
前記吸気ガス量検出手段と炭酸ガス濃度検出手段と排出値算出手段と表示手段とがそれぞれ、人工呼吸装置用のケースに設けられている、ことを特徴とする人工呼吸装置。
吸気回路を流れる吸気ガス量を検出する吸気ガス量検出手段を備えると共に呼吸回路内のガスに高周波振動を与えるようにされた人工呼吸装置に接続されて、人工呼吸装置に接続された患者から排出される炭酸ガス量を報知するためのモニタ装置であって、
ケースと、
前記ケースに装備されたコントローラと、
前記ケースに装備され、前記コントローラからの出力を受ける表示手段と、
前記ケースに装備され、前記コントローラへ出力すると共に、人工呼吸装置の呼気回路に対する第１接続コネクタを有する炭酸ガス濃度検出手段と、
前記ケースに装備され、前記コントローラと前記吸気ガス量検出手段とを接続するための第２接続コネクタと、を備え、
前記コントローラは、前記吸気ガス量検出手段で検出された吸気ガス量と前記炭酸ガス濃度検出手段で検出されて炭酸ガス濃度とに基づいて、患者から排出される所定時間あたりの炭酸ガス量に関する値を算出して、該算出された値を前記表示手段に表示させるように設定されており、
前記コントローラで算出される炭酸ガス量に関する値が、所定時間あたりの炭酸ガス量とされ、
前記表示手段に、前記所定時間あたりの炭酸ガス量が表示され、
前記炭酸ガス濃度検出手段が、時間の経過と共に炭酸ガス濃度に関連した出力を連続的に行うようにされ、前記コントローラが、前記両検出手段の出力に基づいて得られる炭酸ガス量を前記所定時間毎の移動積分を行うことにより、該所定時間毎あたりの炭酸ガス量を算出する、
ことを特徴とする人工呼吸装置におけるモニタ装置。
請求項４において、前記ケースにはさらに、前記第１接続コネクタと前記炭酸ガス濃度検出手段との間に介在されたウオータトラップが装備されている、ことを特徴とする人工呼吸装置におけるモニタ装置。