JP4469459B2

JP4469459B2 - 間欠的陽圧式人工呼吸補助装置

Info

Publication number: JP4469459B2
Application number: JP2000130028A
Authority: JP
Inventors: 真一峠
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: JP2001309979A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は医療用人工呼吸補助装置に関する。さらに詳細には、高炭酸ガス血症のような換気不全患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、肺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換気不全使用者の呼吸をサポートするために使用される。
【０００３】
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、図１に示す。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、例えば図２に示すように、吸気時陽圧（IPAP：Inspiration Positive Airway Pressure）：１２〜１５ｃｍＨ₂Ｏ、呼気時陽圧（EPAP：Expiration Positive Airway Pressure）：２〜４ｃｍＨ₂Ｏの設定圧力で陽圧ガスを使用者に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。特に、鼻マスクを用いる非侵襲タイプのものは扱いも簡単なため、近年では在宅医療用機器としても使用者が急激に増加している。
【０００４】
治療効果としては、次のようなことが国内外で報告されている。すなわち、▲１▼使用者の肺胞換気量を増大させることによって血中二酸化炭素濃度を減少させる、▲２▼圧力補助によって使用者が楽に呼吸でき、呼吸筋疲労が減少する、▲３▼呼気時供給圧力（PEEP：Positive End Expiratory Pressure）によって気道閉塞や肺胞の虚脱を防ぐ、などである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ある種の疾患では間欠的陽圧換気療法を施しても思うような治療効果が得られないケースや、使用者が呼吸し難さを訴えて治療を断念せざるを得ないケースも報告されている。
【０００６】
一般に換気障害は、肺結核後遺症などを含む拘束性換気障害と肺気腫などを含む閉塞性換気障害の２種類に大別される。拘束性換気障害は、肺実質の変化、あるいは胸膜、胸壁、および神経、筋組織の病変のために肺の拡張が制限されるような病態である。この病変は、安静時一回換気量の減少で特徴付けられるが、気道に病変があるわけではなく、気道抵抗は増加しない。したがって、一回換気量を増やしてやれば正常な換気に近づくため、間欠的陽圧式人工呼吸補助装置は非常に有効である。
【０００７】
逆に閉塞性換気障害は、気道閉塞によって気道抵抗が増大することで特徴付けられる。特に呼気時の気道抵抗が増大するため、呼出障害を呈することがある。これらは、呼気後半部分でのみ呼出障害が起こり、呼気の前半部分では正常に呼出できるものがほとんどである。また、高い肺気量位で気道閉塞が起こり、残気量は増大する。
【０００８】
このような病態に対して、従来の吸気時圧力と呼気時圧力の２レベルの圧力を供給するような間欠的陽圧式人工呼吸補助装置を用いても、効果的に換気補助ができないケースがある。例えば、一般的によく用いられる４ｃｍＨ₂Ｏの呼気時設定圧力を供給したとしても、呼気時圧力が低いために気道閉塞を消し去ることができないことがある。この場合、呼出障害を起こすことに加え、気道閉塞が起きたまま吸気に移るため、努力吸気となり、吸気筋疲労も起こしてしまう。また、気道閉塞を消し去るために呼気時圧力を高くする方法が考えられるが、呼気時にあまり高い圧力をかけると、かえって患者に負担がかかってしまう。
【０００９】
特開平８−３２２９３６号公報には、気道挿管などにより肺内圧力を過度に低下させることなく、肺に多量の新鮮空気を供給する人工呼吸器が記載されている。かかる装置では、呼気前半は呼気圧力を設定値よりも低くなるように制御し、その後呼気流量が減少するに従って、呼気圧力を設定値に向かって上昇させる制御を行う装置である。
【００１０】
かかる人工呼吸器は、呼気前半でよりたくさんの換気をさせるように呼気前半圧力を低くするもので、拘束性換気障害に対しては適するものの、呼気後半で気道閉塞を起す閉塞性換気障害の患者には適用することができない。
【００１１】
更にかかる人工呼吸器の様に、圧力調整に呼気弁を用いると呼吸回路が複雑になり、特に呼吸用マスク（鼻マスク、鼻口マスク）を用いるような場合にはマスク周りが重くなってしまい、患者への負担となる。また、呼吸用インターフェースに治療用ガスを混入して用いる場合には、呼気弁を開放している期間に呼気弁から投入された治療用ガスが逃げてしまい、治療用ガスの無駄になる問題も存在する。
【００１２】
本発明は、間欠的陽圧換気療法において、呼気後半部分に気道閉塞を呈するような使用者に対して、気道閉塞を消し去り、かつ、吸気に移りやすくなるような間欠的陽圧式人工呼吸補助装置を提供することを課題とする。
【００１３】
【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、使用者の呼気期間中に呼気前半圧力と呼気前半圧力よりも高い呼気後半圧力の２レベルの圧力を供給するような間欠的陽圧式人工呼吸補助装置を提供することによって課題を解決できることを見出した。
【００１４】
すなわち本発明は、使用者の呼吸に対応し、吸気時に吸気時設定圧力、呼気時に該吸気時圧力よりも低い呼気時設定圧力で陽圧ガスを発生する陽圧ガス発生手段、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、該陽圧ガス発生手段が、使用者の呼気時後半に該呼気時設定圧力よりも高い圧力で陽圧ガスを発生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。
【００１５】
また本発明は、かかる間欠的陽圧式人工呼吸補助装置の呼吸回路中に使用者の呼吸流量を測定する手段を備え、呼気期間中の呼気流量が最大値を示した後に変曲点をとった時点で、該呼気時設定圧力の設定値を上昇させ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。
【００１６】
また本発明は、かかる間欠的陽圧式人工呼吸補助装置の呼吸回路中に使用者の呼吸流量を測定する手段、および呼吸流量を時間積分して換気量を演算する手段を備え、呼気時の換気量が直前の吸気時に吸入した量に対して予め設定した割合だけ呼出した時点で、該呼気時設定圧力の設定値を上昇させ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。
【００１７】
また本発明は、かかる間欠的陽圧式人工呼吸補助装置に使用者の呼気開始点を検出する手段を備え、呼気開始点から予め設定された時間が経過した時点で、該呼気時設定圧力の設定値を上昇させ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。
【００１８】
また本発明は、該間欠的陽圧式人工呼吸補助装置の呼吸回路中に使用者の呼吸流量を測定する手段を備え、呼気期間中の呼気流量が最大値を示した時点で、該呼気時設定圧力の設定値を上昇させ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。
【００１９】
更に本発明は、かかる陽圧ガス発生手段が、回転数を制御することによって所定圧力の陽圧ガスを発生させるブロア手段であり、該呼吸用インターフェースが呼吸用マスク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。
【００２０】
【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発生する陽圧ガス発生手段、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。
【００２１】
かかる陽圧ガス発生手段は、空気を加圧して陽圧ガスを発生する手段であり、ブロアが用いられる。陽圧ガス供給の制御は、使用者の医師の処方圧力に合わせて吸気時間に吸気時陽圧（IPAP）、呼気時に呼気時陽圧（EPAP）のガスを供給するように、陽圧ガス発生手段の発生を制御するものであり、陽圧ガス発生手段出口から導管手段、呼吸用インターフェース内の呼吸回路に圧力センサー、流量センサー等を設けることにより患者の吸気開始点、呼気開始点を検出し、これに応じて陽圧ガス発生手段の供給圧力を切り替え制御する装置や、吸気時間、呼気時間を予め設定しておき、それに従って陽圧ガス発生手段の供給圧力を切り替え制御し、使用者がそれに呼吸を合わせるものが使用される。
【００２２】
本発明の間欠的陽圧式人工呼吸補助装置は、呼気開始時には、医師が従来処方していた呼気時設定圧力（ＥＰＡＰ）で陽圧ガスを供給すると共に、呼気期間の後半部分では設定圧力よりも圧力を上げる制御を行う。
【００２３】
気道閉塞性肺疾患患者の場合には、一般的によく用いられる４cmH2OのＥＰＡＰで陽圧ガスを供給したとしても、呼気期間後半の気道閉塞を消し去ることができないため、本発明の装置では、かかる期間に圧力を上げる制御を行うことにより気道閉塞を解消し、換気を促進する。
【００２４】
呼気時後半の圧力切替ポイントは、呼気期間中の呼気流量が最大値を示した後に変曲点をとった時点が好ましい。本発明者は、健常人、拘束性肺疾患患者、閉塞性肺疾患患者の呼吸パターンを調査した結果、図３に示すように健常人、拘束性肺疾患患者では呼気時の呼吸パターン（流量ｖｓ時間）が、比較的単純な下に凸形状を示すのに対して、閉塞性肺疾患患者では、呼気流量が最大値を示した後に上に凸形状を示し、呼気時呼吸パターンに気道閉塞に基づく変曲点が存在することを見出した。かかる変曲点を検出し、これ以降の呼気時間に圧力をＥＰＡＰ圧よりも高めに制御することにより気道閉塞が解消するように働く。
【００２５】
変曲点は、呼吸回路中に使用者の呼吸流量を測定する手段を備え、呼気流量が最大値を示した時点以降で、測定値を２回微分した値が初めてゼロになる点を演算することにより求めることが出来る。具体的には、まず、測定したデジタル呼吸流量値において、前後する２つのデータの差を取ることで微分値（呼吸流量の加速度）を導く。さらに前後する微分値の差を取った値が２回微分値である。デジタル呼吸流量値は、使用者の呼吸に短時間で応答するために、１〜１０ｍｓｅｃのサンプリングレートで測定した値を用いるのが望ましい。呼吸流量の最大値は、微分値がマイナス側からプラス側に変わる点を演算することによって、求めることができる。
【００２６】
呼吸流量を測定する手段としては、差圧式流量センサー、熱線式流量センサー等を用いることができるが、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。また、流量センサーは、陽圧ガス発生装置から呼吸用インターフェースまでの呼吸回路中に設置することができる。特に、正確な値を測定するために、使用者と流量センサーとの間に漏れが無いことが望ましい。また、呼気排出孔よりも上流側に流量センサーを設ける場合には、測定したガス流量の一部が、呼気排出孔から排出される分を含むため、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することができる。呼吸用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。また、測定値は、ノイズ除去のために移動平均を取るのが望ましい。
【００２７】
また別の方法として、本発明は、かかる間欠的陽圧式人工呼吸補助装置の呼吸回路中に使用者の呼吸流量を測定する手段、および呼吸流量を時間積分して換気量を演算する手段を備え、呼気時の換気量が直前の吸気時に吸入した量に対して予め設定した割合だけ呼出した時点で、該呼気時設定圧力の設定値を上昇させる制御する方法を用いることができる。
【００２８】
吸気時に吸入した量、および換気量は、各吸気および呼気において、Σ（呼吸流量値×サンプリングレート）で求めることができる。呼気時の換気量が直前の吸気時に吸入した量に対して１０〜３０％だけ呼出した時点で呼気後半圧力へ切り替えることが望ましい。
【００２９】
また別の方法として、かかる間欠的陽圧式人工呼吸補助装置に使用者の呼気開始点を検出する手段を備え、呼気開始点から予め設定された時間が経過した時点で、該呼気時設定圧力の設定値を上昇させる制御する方法を用いることが出来る。呼気開始点から呼気後半圧力への切り替えは、呼気期間中であればいくらにでも設定できるが、望ましくは呼気開始後0.1〜1秒後である。
【００３０】
さらに別の方法として、かかる間欠的陽圧式人工呼吸補助装置の呼吸回路中に使用者の呼吸流量を測定する手段を備え、呼気期間中の呼気流量が最大値を示した時点で、該呼気時設定圧力の設定値を上昇させる制御する方法を用いることができる。
【００３１】
ＥＰＡＰ圧力よりも高めにする圧力は、ＥＰＡＰ圧力よりも高い圧力であるが、使用する患者の気道閉塞状態によって設定する圧力が異なるが、６〜１０ｃｍＨ₂Ｏの圧力値に制御し用いることが出来る。
【００３２】
【実施例】
本発明の間歇的陽圧式人工呼吸補助装置の実施例を、図４を用いて更に詳細に説明する。陽圧ガス発生装置出口端部に差圧式流量計を備え、差圧式流量計によって測定した流量値を演算手段に送る。演算手段では、呼気排出孔からのガス排出量および鼻マスクからの漏れを補正する。また演算手段は、上述してきた方法によって、吸気開始点、呼気開始点、および呼気時設定圧力からこれよりも高い呼気後半圧力への切り替え点を演算し、ブロア回転数制御手段へ入力する。ブロア回転制御手段は、ブロア回転数を制御するものであり、入力されてきた各圧力供給期間に応じて、予め決められた吸気時圧力、呼気時設定圧力、および呼気時設定圧力よりも高い呼気後半圧力に相当する電圧を陽圧ガス発生手段に入力する。陽圧ガス発生手段は入力された電圧に応じた陽圧ガスを発生し、導管へ送る。また、設定値入力用手段は、吸気時圧力、呼気時設定圧力、及び呼気時設定圧力よりも高い呼気後半圧力等、ドクターが設定すべき項目を入力することができ、演算手段、またはブロア回転数制御手段に送る。
【００３３】
こうして呼気後半に呼気時設定圧力よりも高い圧力を供給することにより、呼気後半に気道閉塞を呈する使用者の気道を広げ、呼気を出し易くすることによって、治療効果が向上する。また、気道を広げることによって、使用者が努力吸気することなく吸気に移ることが可能となる。
【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】従来の間欠的陽圧式人工呼吸補助装置における供給圧力パターン。
【図３】各疾患別呼吸パターン。
【図４】本発明の間欠的陽圧式人工呼吸補助装置の好適な実施態様例。
【図５】本発明の間欠的陽圧式人工呼吸補助装置の供給圧力パターン。
【符号の説明】
１．人工呼吸器本体
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．鼻マスク
７．使用者
８．差圧式流量計

Claims

使用者の呼吸に対応し、吸気時に吸気時設定圧力、呼気時に該吸気時設定圧力よりも低い呼気時設定圧力で陽圧ガスを発生する陽圧ガス発生手段、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、該陽圧ガス発生手段と該呼吸用インターフェースを繋ぐ導管手段、およびその呼吸回路中に使用者の呼吸流量を測定する手段を備えた間欠的陽圧式人工呼吸補助装置において、呼気期間中の呼気流量が最大値を示した後に変曲点が検出された場合、その時点で該呼気時設定圧力の設定値をそれまでの２−４ｃｍＨ _２Ｏから６−１０ｃｍＨ _２Ｏに上昇させ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。
該陽圧ガス発生手段が、回転数を制御することによって所定圧力の陽圧ガスを発生させるブロア手段であり、該呼吸用インターフェースが呼吸用マスク手段であることを特徴とする請求項１に記載の間欠的陽圧式人工呼吸補助装置。