JP4464520B2 - Intermittent positive pressure ventilator - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は医療用人工呼吸装置に属する。さらに詳細には、高炭酸ガス血症のような換気不全使用者の治療に適する間欠的陽圧換気療法（IPPV：Intermittent Positive Pressure Ventilation）に使用する間欠的陽圧式人工呼吸補助装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療用間欠的陽圧式人工呼吸補助装置は、結核後遺症や慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）、肺気腫など自発呼吸だけでは十分に換気することができない使用者の呼吸をサポートするために使用されている。中には、夜間のみ換気補助が必要となるような使用者もあり、このような使用者では在宅で使用されるケースも数多い。
【０００３】
図１に、間欠的陽圧式人工呼吸補助装置の中でも最も一般的な鼻マスクを用いるタイプを示す。本体１は２〜３０cmH2O程度の陽圧ガスを間欠的に発生し、導管２に送る。中でも、使用者７の吸気と呼気に合わせて２レベルの圧力、例えば吸気時陽圧（IPAP：InspirationPositiveAirwayPressure）１５ｃｍＨ２Ｏ、呼気時陽圧（EPAP:ExpirationPositiveAirwayPressure）４ｃｍＨ２Ｏで陽圧ガスを供給するタイプが主流である。導管２は、マスククッション６を固定するマスクフレーム５に繋がり、マスククッション６を通して、陽圧ガスを使用者７の鼻腔へ送る。呼気排出孔３は使用者７の呼気ガスを呼吸回路外へ排出するために設けてあり、また、酸素など治療用ガスの混入を必要とする場合には、治療用ガス混入ポート４より治療用ガスを混入して使用する。
【０００４】
一般的に、間欠的陽圧式人工呼吸補助装置における陽圧ガス供給制御方式としては、３つの方式が主流であり、現在市販されている殆どの装置は、これらの方式の幾つかを兼ね備えている。第１は、使用者の自発呼吸を検出し、それに同調するように吸気、呼気に応じて陽圧ガスを供給するタイプ、第２は、使用者の自発呼吸とは無関係に、予め決められた吸気時間・呼気時間に応じて強制的に陽圧ガスを供給するタイプ、第３は、これら２つを合わせたような方式で、基本的には使用者の自発呼吸を検知し、吸気、呼気に応じて陽圧ガスを供給するが、ある時間が経過しても使用者の自発呼吸が検知されない場合には、予め決められた時間に応じて陽圧ガスを供給する方式である。これら制御方式の中から、各使用者にとって最適な方式を選んで使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが使用者によっては、上記いずれの方式でも呼吸補助装置が自発呼吸にうまく同調しない場合がある。使用者はうまく呼吸ができず、装置を不快に感じ、また治療効果が出ないために治療を継続することが出来ないケースが発生している。
【０００６】
装置が使用者の自発呼吸を検知し、吸気、呼気に応じて陽圧ガスを供給する方式では、例えば使用者の自発呼吸が弱過ぎる場合などでは、装置が使用者の呼吸を検出することが出来ない場合があり、使用者はうまく呼吸ができない。また、使用者が呼吸努力をしないと装置が呼吸を検出できない場合もあり、本来呼吸を楽にさせるべき装置が逆に使用者に負担をかける結果になっている。また、呼吸用インターフェースから突発的な空気漏れが生じた場合や、使用者が寝返りを打って該導管が突然動いた場合などの外乱を、装置が使用者の呼吸と誤認識してしまうことがあり、呼気時に突然吸気時陽圧まで圧力が上昇し、使用者は息を吐き出すことができなくなってしまう。更に、たとえ装置が使用者の自発呼吸を検出できたとしても使用者の自発呼吸を検出してから陽圧ガスを供給するまでに時間遅れが発生し、不快感を覚える場合もある。
【０００７】
予め決められた吸気時間、呼気時間に応じて装置が陽圧ガスを供給する方式では、呼吸補助装置の設定が使用者の自発呼吸サイクルに合っている場合は良いが、そうでない場合には使用者はこの療法に負担を感じる。
【０００８】
まず、呼吸補助装置における吸気時間および呼気時間の設定が、使用者の自発呼吸サイクルよりも長い場合、呼気の始まり部分では、使用者が息を吐き始めたいにも関わらず装置から呼気時陽圧よりも高い吸気時陽圧が供給されるため、「吐き始めたいのに吐けない」状態が起こり、吸気の始まり部分では、使用者が吸い始めても装置からは吸気時圧力が供給されないため、「吸いにくい」状態が起こる。呼吸補助装置の設定が使用者の自発呼吸サイクルよりも短い場合は逆の現象が生じる。更に呼吸補助装置の設定時に使用者の呼吸サイクルに合っていたとしても、睡眠中、特にREM期などは自発呼吸パターンが変わることが報告されており、使用者の呼吸は常に一定のリズムでは無いため、使用者と装置が同調しないことが十分に考えられる。以上のような理由から、この方式では装置が使用者の自発呼吸に同調することは比較的難しく、治療を成功させるには、装置の最適な設定を行うことが不可欠であるため、医者にとっても時間と労力を要する方式である。
【０００９】
使用者の自発呼吸がある時間検出されない場合にのみ予め決められた時間に応じて陽圧ガスを供給する方法でも、設定によっては上述と同様な問題が発生してしまうことは容易に想像できる。
【００１０】
本発明は、使用者の呼吸に対応して使用者に間欠的に陽圧ガスを供給する間欠的陽圧換気補助療法において、使用者に負担をかける事無く使用者の自発呼吸に装置が自動的に同調していくような間欠的陽圧人工呼吸補助装置を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を達成するため、本発明者は鋭意検討した結果、使用者の自発呼吸の吸気時間と呼気時間を検出し、次の自発呼吸の吸気時間と呼気時間を予測する手段と備えることにより上記の課題を解決できることを見出した。
【００１２】
即ち本発明は、使用者の呼吸に対応して間欠的に陽圧ガスを供給する陽圧ガス発生装置、使用者に該陽圧ガスを供給するための呼吸用インターフェース、および該陽圧ガス発生装置と該呼吸用インターフェースを繋ぐ導管手段を備えた間欠的陽圧式人工呼吸補助装置において、使用者の自発呼吸の吸気時間及び呼気時間を検出する呼吸時間検出手段、該吸気時間及び呼気時間の検出結果を記憶する記憶手段、該記憶手段に記憶された結果に基づいて次の自発呼吸の吸気時間及び呼気時間を予測する演算手段を備え、予測吸気時間及び予測呼気時間の演算結果に応じて該陽圧ガス発生装置から陽圧ガス供給を制御する制御手段を備えることを特徴とする間欠的陽圧式人工呼吸補助装置を提供するものである。
【００１３】
また本発明は、かかる制御手段が、該陽圧ガス発生装置によって発生される吸気時陽圧ガス供給と呼気時陽圧ガス供給の切り替えのタイミングを制御する手段であることを特徴とする間欠的陽圧式人工呼吸補助装置を提供するものである。
【００１４】
また本発明は、かかる呼吸時間検出手段が、該陽圧ガス発生装置、該呼吸用インターフェース、および該導管手段中の呼吸回路中に備えることを特徴とする間欠的陽圧式人工呼吸補助装置であり、特に該呼吸時間検出手段が該陽圧ガス発生装置出口端に設けられた流量検出手段であることを特徴とする間欠的陽圧式人工呼吸補助装置を提供するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の間欠的陽圧式人工呼吸補助装置は、使用者の呼吸に対応して間欠的に陽圧ガスを供給する陽圧ガス発生装置、使用者に該陽圧ガスを供給するための呼吸用インターフェース、および該陽圧ガス発生装置と該呼吸用インターフェースを繋ぐ導管手段から構成される。
【００１６】
陽圧ガス供給の制御は、吸気時間、呼気時間に合わせてＩＰＡＰ、ＥＰＡＰ圧力を切り替え、間欠的に陽圧ガスを導管手段、呼吸用インターフェースに供給するとともに、使用者の自発呼吸の吸気時間及び呼気時間を検出する呼吸時間検出手段、該吸気時間及び呼気時間の検出結果を記憶する記憶手段、該記憶手段に記憶された結果に基づいて次の自発呼吸の吸気時間及び呼気時間を予測する演算手段を備え、予測吸気時間及び予測呼気時間の演算結果に応じて該陽圧ガス発生装置から陽圧ガス供給する切り替え時間を補正制御する制御手段を備えることを特徴とする間欠的陽圧式人工呼吸補助装置である。
【００１７】
かかる使用者自発呼吸を検出する呼吸時間検出手段は、少なくとも呼吸の吸気開始点、呼気開始点を検出し、吸気時間、呼気時間を検出できるものであり、呼吸に伴うガスの流量変化、圧力変化を検出する流量計、圧力計を用いることができ、差圧式流量センサー、熱線式流量センサー等を用いるのが好ましい。流量計を用いて使用者の自発呼吸を検出するときには、使用者に十分な圧力を供給するために、圧損の少ない流量計を使用する必要がある。
【００１８】
かかる検出手段は陽圧ガス発生装置から導管手段、呼吸用インターフェースまでの呼吸回路中の何れかに設けるが、装置の構成上陽圧ガス発生装置内部のガス出口端に設けるのが好ましい。また、使用者の呼吸に伴う胸の動き、胸鎖乳突筋や横隔膜筋などの呼吸筋電位、もしくは脳波を測定することでも自発呼吸の検出は可能である。但し、これらの方法は、筋電位や脳波測定用プローブを直接体に取り付ける必要があり、使用者への負担が増えてしまうことに加え、装置が大掛かりになり且つ高価になる。
【００１９】
また、本発明の予測演算手段は、記憶手段に記憶された過去数回分の呼気時間、吸気時間の結果に基づいて次の自発呼吸の吸気時間及び呼気時間を予測する演算手段であり、数回の各時間の平均をとることにより次回吸気、呼気時間を予測することが出来る。使用者との同調をよくするためには過去２〜５回分のデータを平均するのが好ましい。かかる結果に基づいて陽圧ガス発生装置のＩＰＡＰ，ＥＰＡＰの切り替え時間を変更する。
【００２０】
呼吸時間の検出は、使用するセンサー、センサー設置場所によって異なるが、基本的には吸気開始点と呼気開始点を検出して各点間の時間を測定すれば良い。図２は、間欠的陽圧式人工呼吸補助装置を装着した健常人が呼吸を行った時の、呼吸インターフェース（鼻マスク）の呼気排出孔よりもヒト側に差圧式流量センサーを設置し、呼吸回路中の流量を測定した結果である。かかる流量のすべてはヒトが呼吸した分に等しく、該陽圧ガス発生装置から使用者方向への流量が正である。即ち、流量が負から正にゼロクロスする点が吸気開始点、正から負にゼロクロスする点が呼気開始点であり、吸気時間と呼気時間を求めることができる。また圧力センサーを用いた場合も、呼吸に伴う陽圧、陰圧の変化から吸気開始点および呼気開始点を検出することにより吸気時間、呼気時間を求めることが出来る。
【００２１】
導管手段中や、該陽圧ガス発生装置中に流量計を設けた場合は、測定したガス流量の一部は、呼気排出孔から排出される分を含むため、使用者の自発呼吸を検出するには、呼気排出孔からの流出流量を算出し、これを差し引くことにより流量データを補正し、呼気、吸気時間を求めることが出来る。鼻マスク等からの漏れがある場合にはその分も同様に補正する必要がある。
【００２２】
図３に本発明の好適な間欠的陽圧式人工呼吸補助装置の概略図を示す。陽圧ガス発生装置出口端部に差圧式流量計を備え、上述の方法により、流量計によって検出した吸気時間、および呼気時間を、過去２呼吸分記憶させることが出来るメモリーを備え、演算手段により各時間の平均値を求め、次回の吸気時間および呼気時間予測決定し、陽圧ガス発生装置のＩＰＡＰ、ＥＰＡＰ切り替え時間とする。また、安全に使用できることを約束するために、予め吸気時間および呼気時間に上限と下限を設けておき、予測した時間がこれ以上、もしくはこれ以下の場合には上限もしくは下限時間分だけの陽圧ガスを供給するようにするのが望ましい。
【００２３】
こうして予測された吸気、および呼気時間に応じて陽圧ガスを使用者に供給制御することにより、使用者のコンプライアンスが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】鼻マスク式の間欠的陽圧式人工呼吸補助装置。
【図２】呼吸回路中の流量データ。
【図３】本発明の間欠的陽圧式人工呼吸補助装置の好適な実施例。
【符号の説明】
１．本体
２．導管
３．呼気排出孔
４．治療用ガス混入ポート
５．マスクフレーム
６．マスククッション
７．使用者
８．流量検出手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention belongs to a medical ventilator. More specifically, the present invention relates to an intermittent positive pressure artificial respiration assist device used for intermittent positive pressure ventilation (IPPV) suitable for treatment of a ventilation failure user such as hypercapnia.
[0002]
[Prior art]
Medical intermittent positive pressure ventilator is used to support the breathing of users who cannot ventilate enough by spontaneous breathing alone such as tuberculosis sequelae, chronic obstructive pulmonary disease (COPD), emphysema . Some users require ventilation assistance only at night, and many such users are used at home.
[0003]
FIG. 1 shows a type using the most common nasal mask among intermittent positive pressure artificial respiration assist devices. The main body 1 intermittently generates a positive pressure gas of about 2 to 30 cmH 2 O and sends it to the
[0004]
In general, there are three main methods of positive pressure gas supply control in the intermittent positive pressure artificial respiration assist device, and most devices currently on the market have some of these methods. . The first is a type in which a user's spontaneous breath is detected and a positive pressure gas is supplied in response to inspiration and expiration, and the second is determined in advance regardless of the user's spontaneous breath. The type that forcibly supplies positive pressure gas according to the inspiratory time and expiratory time, and the third is a method that combines these two, basically detecting the user's spontaneous breathing, inspiratory, expiratory The positive pressure gas is supplied according to the method, but if the user's spontaneous breathing is not detected even after a certain period of time, the positive pressure gas is supplied according to a predetermined time. Among these control methods, the most suitable method for each user is selected and used.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, depending on the user, the respiratory assistance device may not synchronize well with spontaneous breathing in any of the above systems. There are cases where the user cannot breathe well, feels the device uncomfortable, and cannot continue the treatment because of no therapeutic effect.
[0006]
When the device detects the user's spontaneous breathing and supplies positive pressure gas in response to inspiration and expiration, the device may detect the user's breathing when the user's spontaneous breathing is too weak, for example. The user may not be able to breathe well. In addition, if the user does not make a breathing effort, the device may not be able to detect respiration, and the device that should make the breathing easier inherently puts a burden on the user. Also, the device may misrecognize disturbances such as sudden air leaks from the breathing interface or when the user suddenly turns and the conduit suddenly moves as user breathing. Yes, when exhaling, the pressure suddenly rises to the positive pressure during inspiration, and the user cannot exhale. Furthermore, even if the device can detect the user's spontaneous breathing, there may be a time lag between the detection of the user's spontaneous breathing and the supply of positive pressure gas, which may cause discomfort.
[0007]
In the method in which the device supplies positive pressure gas according to the predetermined inspiratory time and expiratory time, it is good if the setting of the respiratory assistance device matches the spontaneous breathing cycle of the user, but it is used otherwise People feel burdened with this therapy.
[0008]
First, if the inspiratory time and expiratory time settings on the breathing assistance device are longer than the user's spontaneous breathing cycle, the positive expiratory pressure from the device at the beginning of the exhalation will begin when the user wants to exhale Since a higher positive pressure during inspiration is supplied, there is a state where `` I want to start exhaling but I can not exhale '', and at the beginning of inspiration, even if the user starts inhaling, no pressure during inspiration is supplied from the device. "Difficult to suck" occurs. The reverse occurs when the respiratory assistance device is set shorter than the user's spontaneous breathing cycle. Furthermore, even if the breathing assist device is set to match the user's breathing cycle, it has been reported that spontaneous breathing patterns change during sleep, especially during the REM period, and the user's breathing is not always at a constant rhythm. Therefore, it is fully possible that the user and the device are not synchronized. For these reasons, it is relatively difficult for the device to synchronize with the user's spontaneous breathing, and it is essential for the doctor to make optimal settings for the device to succeed. This method requires time and labor.
[0009]
It can be easily imagined that the same problem as described above will occur depending on the setting even when the positive pressure gas is supplied according to a predetermined time only when the user's spontaneous breathing is not detected for a certain time.
[0010]
The present invention is an intermittent positive pressure ventilation assist therapy that intermittently supplies a positive pressure gas to the user in response to the user's breathing, and the device automatically performs spontaneous breathing of the user without imposing a burden on the user. It is an object of the present invention to provide an intermittent positive pressure artificial respiration assisting device that synchronizes with the target.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such a problem, the present inventor has intensively studied, and as a result, includes means for detecting the inspiratory time and expiratory time of the user's spontaneous breath and predicting the inspiratory time and expiratory time of the next spontaneous breath. I found that I could solve the problem.
[0012]
That is, the present invention relates to a positive pressure gas generator that intermittently supplies a positive pressure gas in response to a user's breathing, a breathing interface for supplying the positive pressure gas to a user, and the positive pressure gas generation In an intermittent positive pressure artificial respiration assisting device having a conduit means for connecting a device and the breathing interface, a breathing time detecting means for detecting a breathing time and a breathing time of a user's spontaneous breathing, and detection of the breathing time and the breathing time Storage means for storing results, and calculation means for predicting the inspiratory time and expiratory time of the next spontaneous breath based on the results stored in the storing means, and depending on the calculation results of the predicted inspiratory time and predicted expiratory time, The present invention provides an intermittent positive pressure type artificial respiration assisting device comprising control means for controlling supply of positive pressure gas from a positive pressure gas generating device.
[0013]
According to the present invention, the control means is means for controlling the timing of switching between the positive pressure gas supply during inspiration and the positive pressure gas supply during expiration generated by the positive pressure gas generator. A positive pressure artificial respiration assistance device is provided.
[0014]
Further, the present invention is the intermittent positive pressure artificial respiration assisting device characterized in that the breathing time detecting means is provided in the positive pressure gas generating device, the breathing interface, and the breathing circuit in the conduit means. In particular, the present invention provides an intermittent positive pressure type artificial respiration assisting device characterized in that the breathing time detection means is a flow rate detection means provided at the outlet end of the positive pressure gas generator.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The intermittent positive pressure artificial respiration assist device of the present invention is a positive pressure gas generator that intermittently supplies positive pressure gas corresponding to the breathing of the user, and for breathing for supplying the positive pressure gas to the user. An interface and conduit means connecting the positive pressure gas generator and the breathing interface.
[0016]
The positive pressure gas supply is controlled by switching the IPAP and EPAP pressures according to the inspiratory time and expiratory time, and intermittently supplying the positive pressure gas to the conduit means and the breathing interface. Respiratory time detection means for detecting expiratory time, storage means for storing detection results of the inspiratory time and expiratory time, and calculation for predicting the inspiratory time and expiratory time of the next spontaneous breath based on the results stored in the storage means Intermittent positive pressure artificial respiration characterized by comprising control means for correcting and controlling the switching time for supplying positive pressure gas from the positive pressure gas generator according to the calculation results of the predicted inspiratory time and predicted expiratory time. It is an auxiliary device.
[0017]
The breathing time detecting means for detecting the user's spontaneous breathing is capable of detecting at least a breathing start point and a breathing start point and can detect a breathing time and a breathing time. A flow meter or pressure gauge for detecting the pressure can be used, and a differential pressure type flow sensor, a hot wire type flow sensor or the like is preferably used. When detecting spontaneous breathing of a user using a flow meter, it is necessary to use a flow meter with a small pressure loss in order to supply sufficient pressure to the user.
[0018]
Such detection means is provided in any of the breathing circuits from the positive pressure gas generator to the conduit means and the breathing interface, but is preferably provided at the gas outlet end inside the positive pressure gas generator due to the construction of the device. Spontaneous breathing can also be detected by measuring chest movements associated with the user's breathing, respiratory muscle potentials such as the sternocleidomastoid muscles and diaphragm muscles, or brain waves. However, these methods require that a myoelectric potential or electroencephalogram measurement probe be directly attached to the body, which increases the burden on the user and makes the apparatus large and expensive.
[0019]
Further, the prediction calculation means of the present invention is a calculation means for predicting the inspiratory time and expiratory time of the next spontaneous breath based on the results of the past expiratory times and inspiratory times stored in the storage means. The next inspiration and expiration time can be predicted by taking the average of each time. In order to improve the synchronization with the user, it is preferable to average the data for the past 2 to 5 times. Based on this result, the switching time of IPAP and EPAP of the positive pressure gas generator is changed.
[0020]
The detection of the breathing time differs depending on the sensor to be used and the location where the sensor is installed, but basically, the time between each point may be measured by detecting the inspiration start point and the expiration start point. Fig. 2 shows a breathing circuit with a differential pressure type flow sensor installed on the human side of the breathing hole of the respiratory interface (nasal mask) when a healthy person wearing an intermittent positive pressure artificial respiration assist device breathes. It is the result of measuring the inside flow rate. All of this flow rate is equal to the amount of breathing by the human, and the flow rate from the positive pressure gas generator toward the user is positive. That is, the point at which the flow rate zero-crosses from negative to positive is the inhalation start point, and the point at which zero crossing from positive to negative is the exhalation start point, and the inspiration time and expiration time can be obtained. In the case of using a pressure sensor, the inspiratory time and the expiratory time can be obtained by detecting the inspiratory start point and the expiratory start point from changes in positive pressure and negative pressure accompanying respiration.
[0021]
When a flow meter is provided in the conduit means or in the positive pressure gas generator, a part of the measured gas flow rate includes the amount discharged from the expiratory exhaust hole, so that the user's spontaneous breathing is detected. The flow rate data can be corrected by calculating the outflow flow rate from the exhalation discharge hole and subtracting this to obtain the exhalation and inhalation time. If there is a leak from a nasal mask or the like, it is necessary to correct that amount as well.
[0022]
FIG. 3 shows a schematic diagram of a preferred intermittent positive pressure artificial respiration assist device of the present invention. A differential pressure type flow meter is provided at the outlet end of the positive pressure gas generator, and a memory capable of storing inspiration time and expiration time detected by the flow meter by the above-mentioned method for the past two breaths is provided. The average value of each time is obtained, and the next inspiratory time and expiratory time are predicted and determined as the IPAP and EPAP switching time of the positive pressure gas generator. In addition, in order to promise that it can be used safely, upper and lower limits are set in advance for inspiratory time and expiratory time. It is desirable to supply gas.
[0023]
By controlling the supply of positive pressure gas to the user in accordance with the inspiration and expiration time thus predicted, the user's compliance is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a nasal mask type intermittent positive pressure artificial respiration assist device.
FIG. 2 Flow data in the breathing circuit.
FIG. 3 shows a preferred embodiment of the intermittent positive pressure artificial respiration assist apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
1.
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