JP4733862B2

JP4733862B2 - 呼吸用気体供給装置

Info

Publication number: JP4733862B2
Application number: JP2001192632A
Authority: JP
Inventors: 真一峠; 聡五十嵐
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2021-06-26
Also published as: JP2003000714A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用の気体を供給する呼吸用気体供給装置に関する。さらに詳細には、空気中から酸素を分離供給する医療用酸素濃縮機能および加圧された空気を供給する医療用陽圧式人工呼吸補助機能を備えた呼吸用気体供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、喘息、肺気腫症、慢性気管支炎等の呼吸器系疾患に苦しむ患者が増加する傾向にあるが、その最も効果的な治療法の一つとして酸素吸入療法があり、空気中から酸素濃縮気体を直接分離する酸素濃縮装置が開発され、使用時の利便性、保守管理の容易さから酸素吸入療法のための治療装置として次第に普及するようになって来ている。
【０００３】
かかる医療用酸素濃縮装置としては、酸素選択透過膜を用いた膜分離型酸素濃縮装置や、窒素又は酸素を選択的に吸着し得る吸着剤を用いた吸着型酸素濃縮装置が知られている。更にイオンを選択的に透過するセラミック系固体電解質や高分子電解質を利用し、電気化学的に酸素を生成する装置なども有り、中でも酸素イオンを選択的に透過する方法は一般的である。
【０００４】
一方、医療用の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な換気が得られない換気不全患者の呼吸をサポートするために使用される間欠的陽圧式人工呼吸補助装置や、睡眠時無呼吸症候群など睡眠時に気道閉塞を呈する患者に対して気道を常に陽圧に保つことのできる持続陽圧式人工呼吸補助装置が普及しつつある。
【０００５】
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を用いて説明する。
本体１は２〜３０cmH2O程度の陽圧空気を間欠的に発生し、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の設定圧力で陽圧空気を使用者に供給するタイプが主流である。
【０００６】
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、陽圧空気を使用者７の鼻腔へ送る。呼気排出孔３は使用者７の呼気空気を呼吸回路外へ排出するために設けてあり、治療用ガス混入ポート４は、陽圧空気以外に酸素など治療用ガスの混入を必要とする患者に対して治療用ガスの投入口として使用される。
【０００７】
また持続陽圧式人工呼吸補助装置は、間欠的陽圧式人工呼吸補助装置と構成は殆ど同じであるが、使用者の吸気、呼気によらず常に一定の陽圧空気を気道に供給するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
鼻マスクを用いる非侵襲的タイプの陽圧式人工呼吸補助装置は、医師による管理が比較的簡単であり、在宅において治療を実施するケースが急激に増加している。また、そのような患者の殆どは酸素ガスの混入を必要としており、患者は陽圧式人工呼吸補助装置のみならず酸素濃縮装置も所有し、両装置をチューブ等で繋ぎ合わせ、酸素の混ざった陽圧空気を吸入している。
【０００９】
このようなケースでは患者は２つの装置を所有することになるが、両装置が嵩張り部屋のスペースを占有してしまうため、装置の小型化が望まれている。更にそれぞれの装置は重く、装置を移動する必要がある場合、患者自身で移動させるのは困難であり、装置の軽量化が望まれている。
【００１０】
また、これらの装置は電気を動力源としたファンやコンプレッサー等の空気供給源が装置内部に用いられているが、主にこれら空気供給源の駆動に要する消費電力が大きく、装置を２つ同時に使用する患者にとっては電気代として大きな負担になっている。
【００１１】
本発明は、高濃度酸素を混入して陽圧式人工呼吸補助装置を使用する患者に対し、小型軽量且つ低消費電力の呼吸用気体供給装置を提供することを課題とする。
【００１２】
【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、酸素濃縮機能および陽圧式人工呼吸補助機能を備え、1つの空気供給手段を用いた呼吸用気体供給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。
【００１３】
即ち本発明は、呼吸用の陽圧空気を発生する陽圧空気発生手段、使用者に該陽圧空気を供給する呼吸用インターフェース、該陽圧空気発生手段と該呼吸用インターフェースを繋ぐ陽圧空気供給用導管手段、及び高濃度酸素を発生する酸素濃縮手段を備え、該酸素濃縮手段が該陽圧空気を原料空気として高濃度酸素を発生する手段であることを特徴とする呼吸用気体供給装置を提供するものである。
【００１４】
また本発明は、かかる陽圧空気供給用導管手段の途中に分岐手段を備え、該陽圧空気を該呼吸用インターフェース及び／又は該酸素濃縮手段に送る切り替え機能を備えることを特徴とする呼吸用気体供給装置、該酸素濃縮手段で生成した高濃度酸素を該呼吸用インターフェース又は該陽圧空気供給用導管手段に供給する高濃度酸素供給用導管手段を備えたことを特徴とする呼吸用気体供給装置を提供するものである。
【００１５】
また本発明は、該酸素濃縮手段が電気化学的に高濃度酸素を発生する手段であることを特徴とするものであり、特に酸素イオンを選択的に透過する固体電解質を備えた高濃度酸素発生手段であることを特徴とする呼吸用気体供給装置、更に該酸素濃縮手段が、酸素選択透過膜を備えた膜分離型酸素濃縮手段であることを特徴とする呼吸用気体供給装置を提供するものである。
【００１６】
また本発明は、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空気を供給する制御手段を備えた間歇的陽圧式人工呼吸補助機能を備えたことを特徴とする呼吸用気体供給装置を提供するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の呼吸用気体供給装置は、呼吸用の陽圧空気を発生する陽圧空気発生手段、使用者に該陽圧空気を供給するための呼吸用インターフェース、該陽圧空気発生手段と該呼吸用インターフェースを繋ぐ陽圧空気供給用導管手段を備えた陽圧式人工呼吸補助機能と、高濃度酸素を発生する酸素濃縮手段を備えた酸素供給機能を備えた装置であり、陽圧式人工呼吸機能と該酸素発生機能を達成するために共通して用いられる１つの陽圧空気発生手段から構成される。
【００１８】
かかる陽圧空気発生手段は、空気供給手段として空気を加圧して陽圧空気を発生する手段を備えており、ファンが用いられる。陽圧空気供給の制御は、使用者の医師の処方圧力に合わせて吸気時に吸気時陽圧（IPAP）、呼気時に呼気時陽圧（EPAP）の２種類の陽圧空気を供給するように、陽圧空気発生手段の発生を制御する間欠的陽圧式人工呼吸補助手段であり、陽圧空気発生手段から呼吸用インターフェースの間に、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、これに応じて陽圧空気発生手段の供給圧力を切り換え制御する装置や、吸気時間、呼気時間を予め設定しておき、それに従って陽圧空気発生手段の供給圧力を切り換え制御し、使用者がそれに呼吸を合わせるものが使用される。また、吸気時陽圧と呼気時陽圧が等しく、常に一定の陽圧空気を発生する持続陽圧式人工呼吸補助手段を用いても良い。
【００１９】
呼吸用インターフェースとしては、使用者の鼻に陽圧空気を供給する鼻マスクや、鼻および口を覆うフェイスマスクなどの呼吸用マスクが用いられる。これらには、使用者の呼気をマスク外に排出する呼気排出孔が設けられている。
【００２０】
一方、酸素濃縮手段には酸素選択透過膜を用いた膜分離型や吸着型、更には電気化学的に酸素を発生する電気化学型の酸素濃縮手段などがあるが、該陽圧式人工呼吸補助手段と共通の空気供給源とすべく、ファンを用いるためには、酸素濃縮プロセスの特徴上、電気化学型または膜分離型の酸素濃縮手段を用いるのが望ましい。
【００２１】
電気化学型の酸素濃縮手段とは、イオンを選択的に透過させる電解質膜薄層体両面に配した電極間に電圧（電位差）を与え、電流を流すことによって酸素を電気化学的に発生させるものである。例えば、酸素イオンを選択的に透過させる固体電解質に電流を流すことで、かかる膜を介して酸素イオンが輸送され、高濃度酸素を発生させることができる。一般に固体電解質は600℃以上の高温でないと酸素を発生しないため、加温する必要があり、ヒーターが用いられる。また、膜分離型の酸素濃縮手段は、分子の大きさの差を利用して酸素を選択的に透過させる膜を用いるものである。
【００２２】
本発明の呼吸用気体供給装置において、ファンによって発生された陽圧空気の一部は、陽圧空気供給用導管手段を通して呼吸用インターフェースに送られる。また、他の一部の陽圧空気は、該陽圧空気供給用導管手段の途中から分岐して、酸素濃縮手段の空気供給源として使用される。分岐された陽圧空気は、酸素濃縮手段の空気供給源として適正な圧力と流量に調整される必要があり、調圧弁や流量調整弁が使用される。
【００２３】
陽圧空気の分岐部分においては、陽圧空気の供給先を切り換える手段を設け、陽圧空気を、呼吸用インターフェース、または酸素濃縮手段、または呼吸用インターフェースと酸素濃縮手段の両方に供給するよう切り換える。例えば、呼吸用インターフェースにのみ陽圧空気を供給するには、弁手段によって酸素濃縮手段側の流路を閉じれば良い。これによって、酸素濃縮手段への空気供給が遮断され、酸素は発生しなくなり、陽圧式人工呼吸装置単独として使用できる。逆に、呼吸用インターフェースへの流路を遮断すれば、酸素濃縮装置単独で使用でき、患者の治療に応じてこれらを切り換えることが可能となる。また、呼吸用インターフェースと酸素濃縮手段の両方に陽圧空気を供給すれば、高濃度酸素を混入した陽圧式人工呼吸装置として使用できる。切り換え手段としては、手動切り換え弁や電磁弁、例えばバタフライバルブ式電磁弁を用いることができる。
【００２４】
酸素濃縮手段によって発生した高濃度酸素は、高濃度酸素供給用導管手段を介して呼吸用インターフェース内に供給される。該高濃度酸素供給用導管手段は柔らかいチューブ等が用いられ、呼吸用インターフェースに設けられた酸素供給ポートに接続すれば良い。また、該陽圧空気供給用導管手段よりも細いチューブによって、該陽圧空気供給用導管手段の内部を通って該呼吸用インターフェース内にチューブの先端を配置すれば、該陽圧空気供給手段と該高濃度酸素供給用導管手段が１つに纏まり、使用者は扱いやすい。
【００２５】
また、該切り換え手段の切り換えによって、本呼吸用気体供給装置を酸素濃縮装置単体として使用する際には、該呼吸用インターフェースなどを介して高濃度酸素を吸入しても良いし、酸素濃縮装置単体として使用する場合専用に、鼻カニューラなどの酸素吸入用インターフェースを用いて吸入しても良い。
【００２６】
【実施例】
本発明の呼吸用気体供給装置を、図３の好適な実施例を用いて更に詳細に説明する。
ファンによって発生した陽圧空気は、切り換え手段を介して一部は流量計と圧力計を通って陽圧空気供給用導管手段１０に供給される。流量計は、患者の吸気/呼気開始点を検出するために設けてあり、吸気・呼気開始信号を制御手段に送る。制御手段は、吸気および呼気に応じて、予め設定された圧力を供給するようにファンの回転数を制御する。
【００２７】
圧力計は、該陽圧空気導管手段１０内の圧力を測定するものであり、圧力値の信号を制御手段に送る。制御手段は、決められた圧力をキープするように、送られた圧力値の信号を基にしてファンの回転数を微調整する。
【００２８】
また、該陽圧空気導管手段１０は、マスクフレーム５に繋がり、マスククッション４を介して陽圧空気を使用者へ送る。マスクフレーム５には呼気排出孔３が設けられており、使用者の呼気をマスク外に排出する。
【００２９】
一方で、ファンによって発生した陽圧空気の一部は、切り換え手段を介して、調圧弁および流量調整弁に送られて圧力および流量を調整し、固体電解質表面に吹き付けられる。固体電解質には制御手段を介して電流が流れ、吹き付けられた空気から、酸素イオンを選択的に透過して高濃度酸素を発生させ、冷却装置へと送る。冷却装置では、発生した高濃度酸素を製品タンクへと送り、制御手段によって制御された流量調整弁を介して、予め設定された流量の高濃度酸素を高濃度酸素供給用導管手段１１へと送る。高濃度酸素供給用導管手段１１は、陽圧空気供給用導管手段１０の内部を通り、呼吸用マスク内に高濃度酸素を供給する。また、固体電解質を透過しなかった空気は、排気空気として装置外へ排出される。更に、高濃度酸素が発生するのに適当な温度に固体電解質を加熱するため、制御手段によってヒーターを制御する。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によって、１つの空気供給源によって陽圧式人工呼吸補助手段と酸素濃縮手段を駆動させることにより、小型軽量且つ消費電力の小さい呼吸用気体供給装置を提供することができる。
【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】一般的な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】本発明の好適な呼吸用気体供給装置。
【符号の説明】
１．陽圧空気発生手段
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．酸素濃縮手段
９．陽圧式人工呼吸補助手段
１０．陽圧空気供給用導管手段
１１．高濃度酸素供給用導管手段

Claims

呼吸用の陽圧空気を発生する陽圧空気発生手段、使用者に該陽圧空気を供給する呼吸用インターフェース、該陽圧空気発生手段と該呼吸用インターフェースを繋ぐ陽圧空気供給用導管手段、及び高濃度酸素を発生する酸素濃縮手段を備え、該酸素濃縮手段が該陽圧空気を原料空気として高濃度酸素を発生する、酸素選択透過膜を備えた膜分離型酸素濃縮手段であることを特徴とする呼吸用気体供給装置。
呼吸用の陽圧空気を発生する陽圧空気発生手段、使用者に該陽圧空気を供給する呼吸用インターフェース、該陽圧空気発生手段と該呼吸用インターフェースを繋ぐ陽圧空気供給用導管手段、及び酸素イオンを選択的に透過させる電解質体両面に配した電極間に電圧を与えて高濃度酸素を発生する電気化学的酸素濃縮手段を備え、該酸素濃縮手段が、該陽圧空気又は該陽圧空気を適正な圧力に調整した空気を原料空気として、該電解質体表面に吹き付けることにより得られた酸素イオンを用いて、高濃度酸素を発生するように構成されたことを特徴とする呼吸用気体供給装置。
該酸素濃縮手段が、酸素イオンを選択的に透過する固体電解質を備えた高濃度酸素発生手段であることを特徴とする請求項２に記載の呼吸用気体供給装置。
該陽圧空気供給用導管手段の途中に分岐手段を備え、該分岐手段が、該陽圧空気を該呼吸用インターフェース及び／又は該酸素濃縮手段に送る切り替え機能を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の呼吸用気体供給装置。
該酸素濃縮手段で生成した高濃度酸素を該呼吸用インターフェース又は該陽圧空気供給用導管手段に供給する高濃度酸素供給用導管手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の呼吸用気体供給装置。
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空気を供給する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の呼吸用気体供給装置。