JP4816727B2 - ガス調整弁を備えた呼吸補助装置と呼吸補助方法 - Google Patents

Description

本発明は、患者のための呼吸補助装置に関する。
より正確には、本発明は、各呼吸サイクルが少なくとも１つの吸気期と少なくとも１つの呼気期により画成される連続呼吸サイクルで呼吸する患者のための呼吸補助装置に関する。

以下では「人工呼吸器」とも呼ぶ呼吸補助装置は多様なものが今日利用可能である。
このような人工呼吸器は加圧呼吸ガスの供給源を備える。それらは、外部加圧ガス供給がそれらを動作させることを必要としないので、自律型と呼ばれる。

この種の装置は、吸気ごとに患者に呼吸ガス（典型的には大気であるが、酸素のような補助ガスが添加されることがある）を供給する。
異なる種類の各種人工呼吸器が知られている。これらの異なる種類の人工呼吸器は、例えばそのサイズにより分類することができる。

実際、この種の装置のサイズは重要なパラメータである。異なる場所および状況（例、家庭ならびに病院）で同じ１つの装置を動作させることが容易となり、かつ患者が動く範囲を増大させるように、そのサイズを小さくすることが一般に望まれる。

［非運搬型装置］
第１の種類の人工呼吸器は非運搬型と呼ばれるものである。この第１の型は図1a〜1dに模式的に示されている。

かかる装置は、非常に大きなサイズおよび／または重さの呼吸ガス供給源S1を一般に備えている。このガス供給源は装置の内部に設けることができ、ここに説明し、図1a〜1dに例示した例では、中央ユニット10内に配置されている。ガス供給源は装置の外部に配置することもできる。

この種の装置では、ガスの供給源は２本のダクトを通して患者Pに連結される。即ち、吸気期に動作し、患者Pがガス供給源から加圧ガスを吸い込む通路となる吸気ダクト11と、呼気期に動作し、患者が二酸化炭素のような呼気ガスを排出する通路となる呼気ダクト12である。

これらの非運搬型人工呼吸器はさらに吸気弁13および呼気弁14とを備える。これらの２つの弁はガス供給源S1の近くのそれぞれ吸気ダクト11および呼気ダクト12に配置される。
吸気弁13は、両呼吸期中に患者に送り込まれる加圧ガスの流量を制御することができる。

呼気弁14は、患者の呼気ガスを呼気ダクト12から周囲の大気中に追い出すことができる。この目的のため、呼気弁はPEP (呼気陽圧) によりさらに制御されることができる。
人工呼吸器のほとんどの動作モードは呼気ガス流および／または呼気圧を監視する必要がある。従って、ガス流および／または圧力を感知するセンサ19を人工呼吸器に設けなければならない。

電力供給とデータ情報の伝送のために各センサは少なくとも３本のワイヤで人工呼吸器の中央ユニット10に接続される必要がある。
従って、既に十分に複雑で大きな二方向伝達回路の複雑さがセンサとワイヤとの追加によってさらに増すのを避けるために、センサ19は一般にガス供給源S1の近くに配置される。

センサ19を呼気弁の近傍に配置したい場合には、従って呼気弁14をガス供給源S1の近くに配置しなければならない。
吸気弁と呼気弁の両方は、適正に動作するために、特殊でしばしば複雑な制御手段15を必要とする。

非運搬型人工呼吸器は約150〜180cmの相対的に長いダクトを一般に備える。
この形態は、患者の容易な呼息に逆らう呼吸抵抗を生ずる。
実際、呼気弁14をガス供給源S1に近い呼気ダクト12の末端 (遠位端)に配置し、呼気ダクト12が比較的長いと、患者Pは、吐き出された空気が呼気弁に到達して大気に放出されるまで、彼の呼気を、呼気ダクト12を通して「押し出す」必要があろう。

［運搬型人工呼吸器］
第２の種類の人工呼吸器は、図2a〜2dに略図で示されているように、運搬型（運搬可能な）人工呼吸器と呼ぶことができる。この種の運搬型人工呼吸器は、内部呼吸ガス供給源S2を含む中央ユニット20を備える。

ガス供給源S2は、装置が占める体積を制限するように最適化された特性を有する小型タービンであってもよい。
これらの装置の体積を制限する別の方策は、2本のダクト (吸気ダクトと呼気ダクト) を有する装置とは異なり、供給源S2と患者Pとの間に単一のガス伝達ダクト21を使用することである。

このような人工呼吸器の操作の原理は、呼気弁22を単一ダクト21上の患者Pの近く (すなわち、ダクトの近位端) に配置して使用することに基づく。
この呼気弁22のこのような近位配置のために、特に呼気期中に、もし呼気弁がダクトの遠位端に位置していたなら呼息のために使用されるダクトの長さにより引き起こされるであろう呼吸抵抗現象を避けることができる。

図2a〜2dに示されているような公知の運搬型人工呼吸器では、この呼気弁22は、呼気弁22の閉塞カフ24を膨らませる、呼吸ガス供給源S2(または独立したマイクロタービンのような別の圧力供給源)に連結された加圧空気供給導管23によって動作される空気弁である。

従って、呼気弁のこのような制御は特別の導管23を必要とし、それは人工呼吸器の小型化を制限することになる。
呼気期中、呼気弁24は、ガス送給ダクト内に呼気陽圧(PEP)を確立して、患者の肺における残留過剰圧力をバランスさせるために、開いているか、または部分的に閉じている。

このようなPEPを確立するには、呼気弁22のカフ24の空気膨張圧を非常に厳密に制御する必要がある。これは人工呼吸器の制御手段25の複雑さを増す。
一部の呼吸モードでは、呼気弁は可及的にリアルタイムで動作されなければならないが、それはこの種の呼気弁では、それらに付随する空気圧慣性のためにきわめて困難である。

さらに、そのような公知の人工呼吸器の形状のためにPEPの値が20 mBar付近に制限されてしまうが、人工呼吸器のモードによってはより高いPEP値 (例、40 mBar、さらにそれ以上) が必要になることがある。

非運搬型人工呼吸器と同じ理由で、呼気ガス流量および／または呼気圧を制御しなければならないことがあり、従って、ガス流量および／または圧力センサ29を呼気弁22の近くに設けなければならない。

それによりやはり、ガス供給源S2を含む中央ユニット20と患者Pとの間にガス送給ダクト21に沿って複数本のワイヤー (すなわち、各圧力センサに対して電源用に２本とデータ伝送用に1本の3本のワイヤー、そして各ガス流量センサに対しては２本の電源ワイヤー) を設けることが必要となる。呼気ガス流量および圧力の測定は一般に必要であるから、従って中央ユニット20と装置の近位端の呼気弁22との間に少なくとも5本のワイヤーの接続ケーブル26が必要である。

[呼気弁の制御不能の状況についての説明]
患者が人工呼吸器を確実に使用できるようにするため、人工呼吸器が運搬型であろうとなかろうと、この装置は当然ながら、加圧ガス供給源が無能化 (故障またはその他)した場合を含むあらゆる状況下で患者が呼吸できるようにしなければならない。従って、ガス供給源が無能化しても呼吸補助装置が動作することができるように、満たさなければならない安全基準が存在する。

すなわち、前述したような単一のガス送給ダクト21と呼気弁22の空気制御のための特別の導管23とを有する人工呼吸器の場合、図2dに示すように、呼気弁22の空気供給が不可能になっても、患者Pは常に空気呼気弁22を通して息を吐き出すことができる。

実際、呼気弁の空気供給が不可能な場合 (これはガス供給源が弁を制御し、その供給源が無能化した場合である) 、呼気弁22のカフ24へのそれ以上の供給がなされず、従ってPEPの制御が妨げられるが、それでも患者Pは呼気弁22を通して呼気ガスE_Pを追い出すことができる。

しかし、そのような場合、送給ダクト21の内部と外部との間の通路をカフ24が患者の吸息のせいで塞いでしまうため、患者はこの空気呼気弁22を通して息を吸うことができなくなる。

従って、図2a〜2dに示したような運搬型人工呼吸器は、ガス供給源S2の近くに安全逆流停止弁27を備える。図2aに示すように、この安全弁 (安全弁) 27は、普段はガス供給源S2から来る圧力供給G_Sの作用により閉じているが、ガス供給源が無能化すると、図2cに示すように、患者の吸気I_Pの圧力により安全弁27が開いて、患者Pは外部から空気を吸うことができる。

ガス供給源S2の無能化は呼気弁22の空気圧制御が無能化する１つの具体的ケースに相当する。本明細書では、このようなガス供給源S2の無能化は、より一般的には、呼気弁22の空気圧制御の無能化を意味すると理解されるべきであることを明記しておく。

安全弁27とダクト21の全長を通る安全な吸気を可能にするため、ダクトの直径は大きくしなければならない。
この点に関して、この安全性の問題に対処するために満たさなければならない圧力損失の規格上の要件が一般にあることを明記しておく。例えば、フランスの規格では供給源と患者との間の最大圧力損失は、成人用の場合で1リットル・秒について6 hPaを超えてはならず、小児用の場合で0.5 リットル・秒について6 hPaを超えてはならないと規定されている。

そして、このような要件を満たすために、図2a〜2dに示すような公知装置の送給ダクトは、成人用で22 mmの最小径、小児用では15 mmの最小径を有していなければならない。
このような大径のダクトはもちろん装置の小型化を妨げる。

非運搬型人工呼吸器 (図1a〜1dを参照) の場合は、図1dに示すように、ガス供給源S1が無能化しても、患者Pは常に呼気ダクト12を通して息を吐くことができる。
ガス供給源S1が無能化しても、図1cに示すように、吸気期はガス供給源S1の近くで吸気ダクト11に配置された安全逆流停止弁16を通して可能なる。

この安全逆流停止弁16は、呼気ダクト12には配置されていない。患者Pにとって、二酸化炭素が詰まった呼気ダクト12を通して吸気することは危険となりうるからである。
運搬型人工呼吸器と同じ理由から、圧力損失要件を満たすためにダクトの直径は比較的大きくしなければならない。すなわち、安全弁16を通る安全な吸気を可能にするために、小児用は15 mm以上、成人用は22 mm以上である。
この場合もやはり、このような大きな直径は小型化を阻害する。

[異なるモードに従った動作の可能性についての説明]
また、人工呼吸器により処置される病状および疾患はさまざまであり、従って呼吸補助装置は気圧形式または体積形式のような異なる形式のものとなったり、異なる動作モードに従って動作されるものとなったりしうることにも留意すべきである。

各動作モードは特定の設定およびチェック変数により規定されるが、しかし特定の種類の材料によっても規定される。
ハイブリッドと呼ぶことのできる一部の装置は、いくつかの動作モードに従って作用することができる。しかし、それらの材料形状、特に付属品（ガス供給源と患者との間のダクトの種類、呼気バルブの有無、有孔マスクの使用、など）は、選択した動作モードに適合させなければならない。そして、同じ１つの装置を装置の調整（そのダクト、付属品などの調整）を必要とせずに多様なモードに従って動作させることが望ましいであろう。

上記が明らかとなったことから、本発明の目的はこの種の装置のさらなる小型化を可能にすることである。
これに関して、本発明の具体的な目的は、安全性の要件を十分に順守しながらガス供給源と患者との間のダクトの直径を縮小可能にすることである。

本発明の別の目的は、特に人工呼吸器の中央ユニットとダクトの近位端との間のワイヤー本数を少なくすることにより、可及的に単純な形状を得ることである。
本発明の別の目的は、装置−特にそのガス調節弁の実際のリアルタイム制御を可能にすることである。

本発明の別の目的は、同じ１つの人工呼吸器装置で、装置の調整を必要とせずに、異なる複数のモードを動作可能にすることである。
そして、より一般的には、本書において上述した制約および欠点に対処することが本発明の目的である。

上記の目的を達成するため、本発明は請求項１に記載されている呼吸補助装置を提案する。
特に、本発明は、各サイクルが少なくとも１つの吸気期と少なくとも１つの呼気期により画成される連続サイクルで呼吸する患者のための呼吸補助装置に関し、この呼吸補助装置は、
・加圧呼吸ガスの供給源、
・遠位端が前記ガス供給源に接続され、近位端が前記患者に接続されている、ガス送給ダクト、
・前記ダクトの内部と外部との間の少なくとも１つの漏れオリフィスと、制御手段の信号により前記漏れオリフィスの開き (開き具合) を変化させることができる閉塞手段とを有するガス調整弁、
を備え、
ガス調整弁が前記ダクト内の近位位置に挿入されており、閉塞手段が、呼気期と吸気期の両方において前記漏れオリフィスを通る２方向 (双方向) のガス流れを可能にすることができるものであることを特徴とする。

このような呼吸補助装置の好ましいが制限されるものではない態様は次の通りである。
−閉塞手段が電気的に制御され、閉塞手段は電磁気的閉塞手段である。
−閉塞手段が、制御手段からの信号の不存在下では漏れオリフィスが少なくとも部分的に開いたままとなるようにする復帰手段を備える。

−閉塞手段はさらに磁気要素を含み、復帰手段は、制御手段からの信号の不存在下では当該磁気要素を磁気的平衡位置に固定する部材を備える；
・電磁気的閉塞手段が、内部にコイルが固定されている金属シースを備え、該コイルが制御手段により制御可能で、可動性磁気要素を包囲しており、金属シースが上記の磁気要素を磁気的平衡位置に固定する部材である；
・磁気要素が円環状磁石、第１極片および第２極片から構成され、該第１及び第２極片は円環状磁石の両側に同軸に固定された、異なる極性のものであり、そして該第２極片は、漏れオリフィスを閉塞することができる閉塞片を構成している、
・磁気要素が円環状磁石の回転軸に沿って並進可能である；
・電磁気的閉塞手段が制御手段により制御可能な２つの同軸コイルを備えていてもよく、その第１コイルは円環状磁石および第１極片を実質的に包囲し、その第２コイルは円環状磁石および第２極片を実質的に包囲する；
・電磁気的閉塞手段がガス送給ダクトに対して同軸に装着されている。

−復帰手段が圧縮バネである；
・電磁気的閉塞手段がコイルにより包囲された電機子を備え、該コイルが制御手段により制御可能であり、かつ該電機子が内部を磁気要素が並進可能な内部円環状空間を構成している；
・磁気要素が漏れオリフィスを閉塞することができる；
・磁気要素が圧縮バネにより拘束されている；
・磁気要素が円環状磁石および磁石ガイドから構成される；
・電磁気的閉塞手段がガス送給ダクトに対して横向きに装着されている。

本発明の別の態様は、請求項17に記載されている、本発明の呼吸補助装置により患者を補助するための呼吸補助方法に関する。
具体的には、本発明のこの態様は、制御手段からの信号の不存在下では漏れオリフィスが少なくとも部分的に開いていることを特徴とする、本発明に係る呼吸補助装置により患者を補助するための呼吸補助方法に関する。

このような呼吸補助方法の好ましいが制限されるものではない態様は次の通りである。
−漏れオリフィスが吸気期中は完全に閉塞され、呼気期中は少なくとも部分的には開いている。

−呼気期中の漏れオリフィスが、呼気陽圧(PEP)が患者の呼気圧に等しいままとなるように開く。
−加圧呼吸ガスの供給源が故障した場合には漏れオリフィスが完全に開く。

最後に、本発明は、請求項25に記載されている、吸補助装置用のガス調整弁にも関する。
具体的には、それは、呼吸補助装置のガス送給ダクトの近位位置に挿入された、呼吸補助装置用のガス調整弁であって、前記ダクトの内部と外部との間の少なくとも１つの漏れオリフィスと、制御手段の信号により前記漏れオリフィスの開きを変化させることができる閉塞手段とを備え、かつガス調整弁が呼気期と吸気期の両方において内向きと外向きの両方のガス流れを可能にすることができることを特徴とするガス調整弁に関する。

このようなガス調整弁の好ましいが制限されるものではない態様は次の通りである。
−閉塞手段が、制御手段からの信号の不存在下では漏れオリフィスが少なくとも部分的に開いたままとなるようにする復帰手段を備える。

−閉塞手段が、内部にコイルが固定されている金属シースを備えた電磁気的閉塞手段であり、該コイルは制御手段により制御可能で、並進可能な磁気要素を包囲しており、この磁気要素は、円環状磁石、第１極片および第２極片から構成され、該第１及び第２極片は円環状磁石の両側に同軸に固定された、異なる極性のものであり、そして該第２極片は、漏れオリフィスを閉塞することができる閉塞片を構成している。

−閉塞手段が、コイルにより包囲された電機子 (電動子) を備える電磁気的閉塞手段であり、該コイルは制御手段により制御可能であり、かつ該電機子は内部を磁気要素が並進可能な内部円環状空間を構成しており、この磁気要素は漏れオリフィスを閉塞することができ、かつ圧縮バネにより拘束されている。

本発明の他の特徴および利点は以下の説明から明らかとなろう。ただし、以下の説明は例示のためだけに示すものであって、制限を意図しておらず、図面を参照しながら読まれるものである。

［構造］
［装置の全般構造］
まず、本発明に係る装置（人工呼吸器）の全般構造について説明する。図３を参照すると、本発明に係る呼吸補助装置が略図で示されている。

この装置は中央ユニット30を含み、この中央ユニットそれ自体が患者Pに加圧呼吸ガスを供給するための内部ガス供給源Sを備えている。ガス供給源Sは典型的には小型タービンである。

この呼吸補助装置はさらに中央ユニット30と患者Pとの間に、患者Pが息を吸ったり吐いたりできるようにガス送給導管を備えている。
ガス調整弁32はこのガス送給導管内の近位（手前側）位置に挿入される。近位位置とは、ガス調整弁32がガス送給導管の患者Pに連結された端部付近に位置すると理解されるべきである。

ガス供給源Sは好ましくはいくつかの呼吸モードに従って動作することができるものであろう。
このガス供給源は、患者Pに供給される大気を集めるために空気入口33aに接続されている。

別の空気入口33bを、大気を富化するために酸素のような二次呼吸ガスのために設けてもよい。
ガス供給源Sは電源手段37から電力を供給される。この電源手段37は、内部バッテリーでも、または外部電源でもよい。

ガス送給導管は１または２以上のガス送給ダクトから構成されうる。図３に示すように、本発明の呼吸補助装置は、単一のガス送給ダクト31からなるガス送給導管を備えることが好ましい。

このガス送給ダクト31は、遠位端31dがガス供給源Sに連結され、近位端31pが患者Pに連結されている。
ガス送給ダクト31の近位端31pは接続手段36を介して患者Pに接続されている。この接続手段36は、例えば、気管切開に適合した装置またはマスクであってもよい。

本呼吸補助装置はさらに、(データ送信と電源のために)接続リンク39を介してガス調整弁32を制御するための制御手段35を備える。この接続リンク39は接続ケーブル39とすることができる。

制御手段35は測定手段34 (特に、ガス流量センサおよび圧力センサ) と連係する。
より正確には、「連係する」とは、制御手段35がかかる測定手段34を備えているか、或いは接続リンクを介してそれらに接続されていることを意味する。

これらの測定手段の一部または全部は実際、近位側、すなわち、ガス調整弁32の近くに配置することができる。また、これらの測定手段の一部または全部をガス送給ダクト31の残りの部分、例えば、その遠位端31dの近くに配置することも可能である。

制御手段35は、特に異なる複数の測定手段からくる信号の処理を可能にするために、データ処理手段をさらに備える。
制御手段35のデータ処理手段は一般にすべて遠位位置、すなわち、ガス供給源Sに配置される。

しかし、近位位置、すなわち、患者Pの近くに別のデータ処理手段38を配置してもよい。実際、ガス制御弁32の付近にある測定手段の数が多いほど、これらの測定手段に電力を供給するためのみならず、異なる発信信号を集めるためにも、ガス送給ダクト31に沿った接続ケーブル39内のワイヤーの本数が多くなる。

従って、複数の測定手段からの異なる信号を処理して単一のデータ送信ワイヤーを介して制御手段35の遠位データ処理手段に送信できるようにするため、近位データ処理手段38を設けることは有利である。このようなデータ処理手段の形態は、従って、小型化手法を際立たせる。遠位側のデータ処理装置と近位側の測定手段との間の接続ケーブル39は、わずか３本のワイヤー、すなわち、データ送信の1本と、電源の２本のワイヤーしか必要としない。

ガス送給ダクト31は異なる直径のものであってもよい。特に、このガス送給ダクト31は、図1a〜1dおよび2a〜2dに示したもののような公知の呼吸補助装置に使用されるダクトより直径が小さくてもよい。

すなわち、ガス送給ダクト31に挿入された本発明の特定のガス調整弁32は、ダクト径を最小とすることを必要とせずに、圧力損失および安全基準を満たすことができる。従って、ガス送給ダクト31は成人用の22 mmおよび小児用の15 mmより直径を小さくすることが可能である。

ガス調整弁32は実際、呼吸補助装置の小型化を強調する構造を有する。本書でさらに明らかにするように、呼吸補助装置はなお非常に安全で信頼性があるままである。

[本発明の第１の実施態様]
本発明の第１の実施態様に係る呼吸補助装置は、図4a〜4eに示されているようなガス調整弁を含む。本発明の第１の実施態様に係るガス調整弁40は、ガス送給ダクト31に対して同軸に装着される。

ガス調整弁40は３つの中空部分、すなわち、遠位部分41、中央部分42および近位部分43からなるケーシングを備える。
この３つの部分は、一体のケーシングを形成するように同軸に一体接続されている。各部分は、できあがったケーシングが１つの流路を構成し、その流路を通って加圧ガスがガス供給源Sから患者Pに向かう方向とその逆方向とに循環することができるように形成されている。

遠位部分41および近位部分43は、それぞれガス供給源Sおよび患者Pの方向を向いて、ガス送給ダクト31に接続されるように形成されている。
近位部分43には、ガス調整弁40の内部と外部との間に漏れオリフィスを形成するように開口431が設けられている。従って、ガスはガス送給導管から大気の方に、そして逆方向に漏出しうる。この開口は可及的に広い、すなわち、開口が近位部分43の円周の大部分に及んでいることが好ましい。

ガス調整弁40はさらに漏れオリフィスの開きを変化させるために閉塞手段44を備える。閉塞手段44は、電磁気的閉塞手段であることが好ましい。
閉塞手段44は、内部にコイル442が固定される、好ましくは軟鉄製の金属円環状シース441を備える。この集成部品は近位部分43の周辺に固定され、ケーシングの中央部分42により包囲される。

コイル442は単一の円環状コイルでもよいが、どちらも円環状シース441により包囲されている２つの同軸円環状コイルを使用する方が好ましい。コイル442には接続ケーブル39を介して制御手段35から電力が供給される。

閉塞手段44はさらに、円環状磁石444、第１極片443および第２極片445からなる磁気要素を備える。これらの極片は、円環状磁石444の両側に同軸に固定され、互いに異なる極性のものである。極辺は円環状磁石444の回転軸に対して回転対称であって、ガス流路を備え、この流路を通ってガス供給源Sから患者Pの方向と逆方向とにガスが循環できる。

この磁気要素は近位部分43の内部に配置され、少なくとも部分的にコイル442により包囲される。この磁気要素は近位部分43の内部で可動、すなわち、これは円環状磁石444の回転軸に沿って並進可能である。この並進移動は少なくとも部分的にコイル442内で制限され、両側の２つの限界位置はケーシングの内側に設けられたアバットメント（abutment、突当て部）により規定される。

磁気要素は、近位部分43の漏れオリフィス431を閉塞することができる閉塞片446を備えている。この閉塞片446は磁気要素の１つの極片に固定され、従って磁気要素の並進移動に追従する。

閉塞片446の寸法と形状は、漏れオリフィス431および磁気要素の特性に応じて決まる。すなわち、閉塞手段44は、磁気要素がその２つの限界位置の一方に位置している時に閉塞片446が漏れオリフィス431を完全に閉じるような寸法としなければならない。閉塞片446は硬質材料製であることも好ましい。

磁気要素は従って異なる複数の部品から構成され、それらの部品の形状および集成は流路を可能にするものであって、その流路を通ってガスがガス供給源Sから患者Pに向かう方向とその逆方向とに循環することができる。

本発明のこの実施態様の別の配置は、閉塞手段が固定磁気要素を備える、すなわち、少なくとも固定磁石と可動コイルを備えるものである。この可動コイルは、近位部分の漏れオリフィスを閉塞することができるように閉塞片を備える。

[本発明の第２の実施態様]
本発明に係る呼吸補助装置の別の実施態様は、図5a〜5eに示されているようなガス調整弁を含む。この第２の実施態様のガス調整弁50は、本発明の第１の実施態様に係るガス調整弁40に非常に似ている。

すなわち、第２の実施態様のガス調整弁50は、本発明の第１の実施態様に係るガス調整弁40と、特に閉塞手段に関しては同一の構造を有する。しかし、このガス調整弁50は、近位部分53が、接続ケーブル39を介して制御手段35に接続されている測定手段のためのハウジング532を備える。

例えば、ガス流れ圧力センサ (熱線センサ<hot wire sensor> のような) と圧力センサとが設けられる。この場合、接続ケーブル39は少なくとも７本のワイヤーを含む。すなわち、流れ圧力センサ用の２本の電源ワイヤー、圧力センサ用の２本の電源ワイヤーと１本のデータ送信ワイヤー、そしてガス調整弁50の磁気機構に電力を供給するために別の２本のワイヤーである。

[本発明の第３の実施態様]
本発明に係る呼吸補助装置の第３の実施態様は、図6a〜6eに示したようなガス調整弁を含む。本発明の第３の実施態様に係るガス調整弁60は、ガス送給ダクト31に対して横方向に装着される。

ガス調整弁60は、遠位端611と近位端612とを有するケーシング61からなり、遠位端611はガス供給源Sの方向を向いてガス送給ダクト31に連結され、近位端612は患者Pの方向を向いてガス送給ダクト31に連結されている。

ケーシング61は、それが閉塞手段62を収容するためのハウジング613も備える点を除いて、ダクトに非常に似た形状を有する。
ケーシング61のダクト616とハウジング613の第１帯域6131との間に第１の開口614が設けられている。

第２の開口615は、ハウジング613の第１帯域6131の内部に設けられ、ガス流れがケーシング61の内部と外部との間で循環できるようになっている。
従って、第１および第２の開口(614, 615)は漏れオリフィス617を画成している。ガスはこの漏れオリフィス617を通ってガス送給導管から大気へ、そして逆方向へ循環することができる。

カバー63は、ハウジング613を閉鎖し、該ハウジング613の第２帯域6132内に配置された閉塞手段62を保護するためのものである。
閉塞手段62は好ましくは電磁気的閉塞手段である。

閉塞手段62は、ハウジング613の第２帯域6132内に固定されている電機子622を含んでいる。この電機子622は軟鉄製でよい。電機子622は円筒形通路6221を有し、その回転軸はケーシング61のダクト616に垂直である。

電機子622は好ましくは、その回転軸が円筒形通路6221の回転軸に一致する回転体である。電機子622は、その中心に円形穴を有する下部ディスク6222と、その中心に円形穴を有する上部ディスク6223とからなり、下部ディスク6222の直径および下部ディスク6222の円形穴の直径は、それぞれ上部ディスク6223の直径および上部ディスク6223の円形穴の直径より大きい。

下部および上部ディスク(6222, 6223)は、下部ディスクの円形穴と直径が同じである外周同軸円筒形部分6224によって一緒に同軸に連結されている。
中心の同軸円筒形部分6225が、下部ディスク6222と上部ディスク6223との間で、電機子622の中に設けられている。この中心同軸円筒形部分6225は、直径が上部ディスクの円形穴と同一であり、一端は上部ディスク6223に固定されている。

中心同軸円筒形部分6225と直径が同一の中心ディスク6226が、中心同軸円筒形部分6225の他端に同軸に固定されている。この中心ディスク6226はその中心に円形穴を備える。
この形態において、電機子622の外周および中心同軸円筒形部分(6224, 6225)が円環状空間6227を画成する。

閉塞手段62はさらに、電機子622の第１円筒形部分を包囲するコイル621を含む。
この形態は、従って、円環状空間6227内で、コイル621と金属質電機子622の中心同軸円筒形部分6225との間にエアギャップ (空隙) を作り出す。それは電機子622の上部ディスク6223により一端が閉じられている。

閉塞手段62はまた磁気要素を備え、この磁気要素は円環状磁石624と磁石ガイド623とから構成される。
磁石ガイド623は、下部ディスク6231とより大直径の上部ディスク6232とから構成される回転体であり、上部ディスク6232はその中心に円形穴を有し、この円形穴の直径は下部ディスクの直径と同じである。下部および上部のディスク(6231, 6232)は、直径が下部ディスク6231の直径と同一である外周同軸円筒形部分6233により同軸に連結されている。より小直径の中心同軸円筒形部分6234が、上部と下部のディスク(6232, 6231)の間で下部ディスク6231上に設けられている。

円環状磁石624の内径は、磁石ガイド623が円環状磁石624の内部に挿入されるように、磁石ガイド623の最初に述べた (外周) 円筒形部分6233の直径にほぼ一致する。
円環状磁石624の外径は、電機子622の外周同軸円筒形部分6224の内径にほぼ一致する。磁石ガイド623の上部ディスク6232の円形開口の直径は、電機子622の中心同軸円筒形部分6225の外径にほぼ一致する。磁石ガイド623の中心同軸円筒形部分6234の外径は、電機子622の中心ディスク6226の円形穴の直径とほぼ一致する。従って、磁気要素を、電機子622の外周および中心の同軸円筒形部分(6224, 6225)により画成される円環状空間6227の内部に同軸に挿入することができる。

この磁気要素は可動性、すなわち、電機子622の外周および中心の同軸円筒形部分(6224, 6225)により画成される円環状空間6227の内部で、電機子622の回転軸に沿って並進可能である。

ハウジング613の内部には前記第１の開口614の周囲に環状突出部6228が設けられる。円環状磁石624の外径はこの第１の開口614の直径より大きい。従って、磁気要素の並進移動は電機子622と第１の開口614との間に制限される。より正確には、磁気要素は第１の限界位置では電機子622に突き当たり、第２の限界位置では第１の開口614の環状突出部6228に突き当たる。

第２の限界位置では、閉塞手段62の磁気異方性要素が第１の開口614を閉じ、こうしてガス調整弁60のダクト616とハウジング613との間のいかなガス流れも阻止する。その結果、この第２の限界位置では、ガス調整弁60の内部と外部の間をガスが全く循環できなくなる。

この形態の閉塞手段62では、制御手段35により制御されるコイル621の状態に応じて、磁気要素が円環状空間6227の内部を並進する。
閉塞手段62は、さらに電機子622の中心同軸円筒形部分6225の内径にほぼ一致する外径を持つバネ626を含んでいる。このバネは電機子622の中心同軸円筒形部分6225の内部に挿入される。バネ626は好ましくは圧縮バネである。

バネ626は、電機子622の中心同軸円筒形部分6225の内部に、磁石ガイド623の中心同軸円筒形部分6225の内部にネジ止めされているネジ627によって保持されている。従って、バネ626は、一端がネジ627の頭部に突き当たり、他端は電機子622の中心ディスク6226に突き当たっている。

ガス調整弁60は、ケーシング61のハウジング613の内部に保護要素625を含んでいてもよい。この保護要素625は、ハウジング613の内部で第１帯域と第２帯域との境界を定め、第１帯域6131の内部には第１および第２の開口(614, 615)が位置し、第２帯域6132は閉塞手段62を収容している。

保護要素625は通気性であり、従って、ガス調整弁62のダクト内のガスが閉塞手段62を汚染することが防止される。
保護要素625はゴム膜でよい。この膜は中心ディスク6251から構成される回転体であり、この中心ディスク6251は比較的大きな外周円形ミゾ6252を有する。

保護要素625の外周縁部はハウジング613の第１帯域と第２帯域との間で円形アバットメントに対して電機子622により押しつけられている。電機子622の環状突出部6228により、保護手段625の外周縁部が動くのが防止される。

本発明のこの態様の別の構成は、磁気要素が固定され、すなわち、少なくとも磁石が固定されており、コイルが可動性で、この可動性コイルが漏れオリフィスの閉塞を可能にする閉塞手段を備える。

ハウジング613は、ガス調整弁60のダクト内のガス流および／またはガス圧力を測定するためのガス流および／または圧力センサのような測定手段65を収容するための第３の帯域6133を含んでいてもよい。

測定手段65は、ガス供給源Sに配置された制御手段35に接続ケーブル26を介して直接接続されていてもよい。この場合、接続ケーブル39は少なくとも７本のワイヤー (流れ圧力センサ用に２本の電源ワイヤー、圧力センサ用に２本の電源ワイヤーと１本のデータ送信ワイヤー、およびガス調整弁の磁気機構に電力を供給するための別に２本のワイヤー)を備える。

従って、処理手段64は好ましくは測定手段65と接続ケーブル39との間に設けられる。この処理手段64は、ハウジング613内に配置され、測定手段65と閉塞手段62の両方の上に位置する。

処理手段64は測定手段65と閉塞手段62の両方に接続される。従って、処理手段64は測定手段65と閉塞手段62とに電力を供給することができる。さらに、処理手段64は閉塞手段62を正確に制御するために測定手段65からのデータを管理することができる。処理手段64は、測定手段65からのデータの処理とその結果としての閉塞手段62の動作により、PEPを制御することができる。

処理手段64と制御手段35との間の接続ケーブル39も、３本のワイヤー、すなわち、電源両の２本のワイヤーとデータ用の１本のワイヤーだけを設ければよいので、ずっと単純である。

ガス調整弁60の制御は処理手段64により完全に動作されるので、中央ユニット30に配置される制御手段35も、完全になくならない場合でも単純化させうる。従って、これは呼吸補助装置の小型化に寄与する。

[装置の動作]
本に係る呼吸補助装置は、ガス供給源Sおよび／または制御手段35が無能化(例、万一の故障)した場合でも動作させることができる。

次に、図7a〜7cおよび図8a〜8bに示したように、異なる場合における呼吸補助装置の動作について説明する。

[正常動作]
装置の正常動作は、ガス供給源Sと制御手段35が両方とも正常に動作する場合に対応する。

吸気期中は、ガス調整弁の閉塞手段(72; 82)は、ガス調整弁の漏れオリフィス(71; 81)が図7aおよび8aに示すように完全に閉塞されるような限界位置にある。
その結果、患者Pが吸息すると、ガス供給源Sから来る加圧ガスG_sが患者Pに送り込まれる。すなわち、ガス調整弁の漏れオリフィス(71; 81)は閉じているので、加圧ガスG_sは患者Pまでガス送給ダクト内を循環することができる。

図4dおよび5dは、吸気期中、すなわち、漏れオリフィス(431; 531)が完全に閉じている時の本発明の第１および第２の実施態様にかかるガス調整弁(40; 50)を示す。
この場合、磁気要素がガス調整弁(40; 50)の近位部分(43; 53)内を並進してガス調整弁(40; 50)の近位部分(43; 53)内に設けたアバットメントに突き当たるように、制御手段35が閉塞手段(44; 54)のコイル(442; 542)を動作させる。

従って、磁気要素の閉塞片(446; 546)は漏れオリフィス(431; 531)を完全に閉じている。こうして、ガス調整弁(40; 50)の内部と外部との間の通路は閉鎖され、ガス供給源Sからくる加圧ガスは遠位部分(41; 51)から近位部分(43; 53)に、そして患者Pの方に循環するだけである。

図6dは、吸気期中、すなわち、漏れオリフィス617が完全に閉じている時の、本発明の第３の実施態様に係るガス調整弁60を示す。
この場合、磁気要素はこれがハウジング613の環状突出部6228に突き当たるまで並進するように、制御手段35が閉塞手段62のコイル621を動作させる。

従って、漏れオリフィス617は閉じられ、ガス調整弁60の内部と外部の間をガスが循環することはできない。すなわち、磁気要素はハウジング613の第１の開口614を通って設けられた通路を閉塞する。この状況では、ガス供給源Sから来る加圧ガスG_sは、患者Pに到達する以外にやりようがない。

呼気期中は、図7bおよび8bに示すように、漏れオリフィス(71; 81)は少なくとも部分的に開いている。すなわち、閉塞手段(72; 82)は、ガス流れがガス調整弁の内部と外部との間を漏れオリフィス(71; 81)を通って循環することができるような位置をとる。

この場合、患者Pは排気しなければならない呼気ガスE_pを拒絶して追い払う。ガス調整弁の漏れオリフィス(71; 81)はこのような呼気ガスの排気を可能にする。
漏れオリフィス(71; 81)の開きをガス調整弁の閉塞手段(72; 82)により制御することは、PEPを制御する方策でもある。すなわち、PEPは患者の肺内の残留過剰圧力をバランスさせるための方策であるので、ガス送給ダクト内のPEPは患者Pが正確に呼息するのにも重要である。

閉塞手段は電気的に制御されるので、漏れオリフィスの開きの制御はリアルタイムのプロセスとなる。
図4eおよび5eは、呼気期中の本発明の第１および第２の実施態様に係るガス調整弁(40; 50)を示す。

すなわち、これらの図面は、漏れオリフィス(431; 531)が完全に開いているガス調整弁弁を示す。実際、閉塞手段(44; 54)は、制御手段35によって、コイル(442; 542)を通ってガス調整弁(40; 50)の遠位部分(41; 51)に設けられたアバットメントまで並進するように動作してきたものである。

図6eは呼気期中の本発明の第３の実施態様に係るガス調整弁60を示す。
すなわち、この図は完全に開いた漏れオリフィスを示している。実際、閉塞手段62の磁気要素は、制御手段35によって、コイル621を通って電機子622に突き当たるまで並進するように動作してきたものである。

この位置では、ダクト616とガス調整弁のハウジング613との間の第１の開口614は広く開いている。従って、ガス流れはガス調整弁60のダクト616とハウジング613との間を循環することができ、このガス流れはその後ハウジング613の第１帯域から漏れオリフィス617を通ってガス調整弁60の外部へと循環することができる。

ダクト616とガス調整弁60のハウジング613との間の第１の開口614の開き具合は、閉塞手段62の磁気要素の並進により正確に制御できることに留意されたい。

[ガス供給源が無能化した場合の装置の動作]
ガス供給源Sが無能化した場合、例えばこれが故障した場合であっても、患者Pは呼吸が可能でなければならない。本発明に係るガス調整弁は、このような場合に患者が正常に呼吸できるようにする。

すなわち、本呼吸補助装置の制御手段は、吸気期中と呼気期中の両方において漏れオリフィスが開いたまま、或いは少なくとも部分的に開いたままなるようにガス調整弁を動作させる。

すなわち、呼気期中は、患者Pは呼吸補助装置の正常動作におけるのと同様に、ガス調整弁を通して息を吐き出すことができる。
実際、呼気期中、ガス供給源から来る加圧ガスはPEPを制御する役割しか持たない。しかし、制御手段により、閉塞手段の制御を通して漏れオリフィスの開きの非常に正確なリアルタイム制御が可能である。従って、ガス供給源から来る加圧ガスがなくなると、漏れオリフィスの開きを適正に動作させることによって釣り合いをとることができる。

吸気期も、ガス調整弁の漏れオリフィスが開いてガス調整弁の内部と外部との間でガスが流れうるので、可能である。従って、患者Pはガス調整弁の漏れオリフィスを通して大気から空気を吸い込むことができる。

[制御手段が無能化した場合の装置の動作]
制御手段が無能化した場合、例えば、制御手段が故障した場合には、閉塞手段をもはや制御することができない。従って、制御手段からの信号が存在しない場合には漏れオリフィスが開いたままとなるようにガス調整弁内に復帰手段が設けられている。

制御手段が無能化した場合にもガス調整弁の漏れオリフィスが開いたままなので、患者Pはガス調整弁の漏れオリフィスを通して吸息と呼息の両方が可能である。
しかし、漏れオリフィスの開き具合が制御できないので、PEPを制御することがもはや不可能となる。

第１および第２の実施態様のガス調整弁(40; 50)は、金属質円環状シース(441; 541)と円環状磁石(444; 544)とからなる復帰手段を含んでいる。円環状磁石(444; 544)は金属質円環状シース(441; 541)内に同軸に配置されているので、これは当然磁気的平衡位置M_Eを画成する。

実際、図7cに示すように、円環状磁石73は、制御手段からの信号が存在しないと、円環状磁石73と金属質円環状シース74との間で作用する磁気力のために金属質円環状シース74の中央に位置したままとなる。この円環状磁石73の位置により画成された平面が磁気的平衡位置M_Eである。

ガス調整弁の閉塞手段72は、制御手段が無能化した場合、すなわち、閉塞手段72の円環状磁石73が磁気的平衡位置M_E上に位置する場合には、漏れオリフィス71が広く開くような形状であることが好ましい。

本発明の第３の実施態様のガス調整弁60もまた復帰手段を含む。この復帰手段はバネ626とネジ (スクリュー) 627とから構成される。
図6dおよび6eに示すように、バネ626は圧縮バネである。この圧縮バネ626は、制御手段がコイル621を制御している時には圧縮されていて、磁気要素が第１の開口614の円形突出部に突き当たるようになっている、すなわち、漏れオリフィスは閉じている場合 (図6dに示されるように) である。

制御手段が無能化した場合、磁気要素はもはやコイル621により拘束されなくなるので、円環状空間6227内を自由に並進することができる。しかし、磁気要素は磁石ガイド623を介して圧縮バネ626に連結されているので、圧縮バネ626は磁気要素を電機子622の上部ディスクに当たるように引っ張る。

万が一制御手段が無能化しても、圧縮バネ626が閉塞手段62の磁気要素を並進させるので、漏れオリフィスは広く開くようになる (図6eに示すように)。

[ガス供給源と制御手段の両方が無能化した場合の装置の動作]
この場合、患者Pはガス調整弁に設けた復帰手段のために呼吸が可能となる。実際、上に見たように、ガス供給源Sは、制御手段が無能化した場合に本呼吸補助装置を動作させる解決策を与えない。

従って、ガス供給源と制御手段の両方が無能化した場合には、本発明に係る呼吸補助装置は、制御手段だけが無能化した場合と同様に動作する。
読者は、ここに記載した新規な情報と利点を超えずに多くの変更をなしうることを理解したであろう。従って、このようなすべての変更が特許請求の範囲に記載した呼吸補助装置および方法の範囲内に包含される。

従来の非運搬型の人工呼吸器の概要図である。 従来の非運搬型の人工呼吸器の概要図である。 従来の非運搬型の人工呼吸器の概要図である。 従来の非運搬型の人工呼吸器の概要図である。 従来の運搬型の人工呼吸器の概要図である。 従来の運搬型の人工呼吸器の概要図である。 従来の運搬型の人工呼吸器の概要図である。 従来の運搬型の人工呼吸器の概要図である。 本発明に係る呼吸補助装置の概要図である。 本発明の第１の実施態様に係るガス調整弁の分解立体図(斜視図)である。 図4aのガス調整弁の分解平面図である。 図4aのガス調整弁の側面図である。 漏れオリフィスが閉じている図4aのガス調整弁の断面図である。 漏れオリフィスが開いている図4aのガス調整弁の断面図である。 本発明の第２の実施態様に係るガス調整弁の分解立体図(斜視図)である。 図5aのガス調整弁の分解平面図である。 図5aのガス調整弁の側面図である。 漏れオリフィスが閉じている図5aのガス調整弁の断面図である。 漏れオリフィスが開いている図5aのガス調整弁の断面図である。 本発明の第３の実施態様に係るガス調整弁の分解立体図(斜視図)である。 図6aのガス調整弁の分解平面図である。 図6aのガス調整弁の側面図である。 漏れオリフィスが閉じている図6aのガス調整弁の断面図である。 漏れオリフィスが開いている図6aのガス調整弁の断面図である。 図6aのガス調整弁の分解断面図である。 正常動作における吸気期中の本発明の第１及び第２の実施態様に係るガス調整弁の概要図である。 正常動作における呼気期中の本発明の第１及び第２の実施態様に係るガス調整弁の概要図である。 制御手段が不能化した時の本発明の第１及び第２の実施態様に係るガス調整弁の概要図である。 正常動作における吸気期中の本発明の第３の実施態様に係るガス調整弁の概要図である。 正常動作における呼気期中の本発明の第３の実施態様に係るガス調整弁の概要図である。

Claims (25)

1. 呼吸補助装置のガス送給ダクト内に患者に対する近位位置に挿入されるように構成された呼吸補助装置とともに使用されるガス調整弁であって、
   ガス供給源からの加圧ガスが通過することを可能とする流路；
   大気に対する漏れオリフィス；
   漏れオリフィスの開きを変化させることが可能な閉塞手段；および
   閉塞手段の動作を制御する信号を供給するように構成された制御手段を備え、
   制御手段からの信号の存在下で、（ｉ）呼吸サイクルの吸気期の間は、閉塞手段は漏れオリフィスを閉じるように構成され、（ｉｉ）呼吸サイクルの呼気期の間は、閉塞手段は漏れオリフィスを通じたガス漏れを制御して呼気陽圧（ＰＥＰ）を調整し、
   制御手段からの信号の不存在下では、閉塞手段は、吸気期および呼気期の双方において少なくとも部分的に漏れオリフィスを開くように構成され、吸気および呼気の双方が漏れオリフィスを通じて生じることが可能とされること
   を特徴とするガス調整弁。
2. 閉塞手段が電磁気的閉塞手段である請求項１に記載のガス調整弁。
3. 閉塞手段が、制御手段からの信号の不存在下では漏れオリフィスを少なくとも部分的に開いたままになるように構成された復帰手段をさらに備える請求項１に記載のガス調整弁。
4. 閉塞手段はさらに磁気要素を含み、
   復帰手段は、制御手段からの信号の不存在下では当該磁気要素を磁気的平衡位置に固定する部材を備える請求項３に記載のガス調整弁。
5. 復帰手段が圧縮バネである請求項３に記載のガス調整弁。
6. 閉塞手段が磁気要素と少なくとも一つのコイルとをさらに備える請求項２に記載のガス調整弁。
7. 少なくとも一つのコイルは磁気要素の少なくとも一部を包囲するように構成される請求項６に記載のガス調整弁。
8. 磁気要素が円環状磁石、第１極片および第２極片を備え、該第１および第２極片は円環状磁石の両側に同軸に固定された、異なる極性のものである請求項７に記載のガス調整弁。
9. 磁気要素は可動であって少なくとも一つのコイルは固定されている請求項６記載のガス調整弁。
10. 閉塞手段は磁気要素に固定され漏れオリフィスを閉塞することができる閉塞片をさらに備える請求項６記載のガス調整弁。
11. 磁気要素は円環状磁石の回転軸に沿って並進するように構成される請求項８記載のガス調整弁。
12. 閉塞手段は制御手段により制御される二つの同軸コイルを備え、それらのコイルのうちの一方は円環状磁石および第１極片を包囲し、他方のコイルは円環状磁石および第２極片を包囲する請求項８記載のガス調整弁。
13. 閉塞手段はガス流路に対して同軸に装着されている請求項１記載のガス調整弁。
14. 閉塞手段は少なくとも一つのコイルにより包囲された電機子を備え、該電機子は内部を磁気要素が使用時に並進可能な内部円環状空間を備える請求項６記載のガス調整弁。
15. 磁気要素が漏れオリフィスを閉塞するように構成される請求項１４記載のガス調整弁。
16. 磁気要素が円環状磁石および磁石ガイドを備える請求項１５記載のガス調整弁。
17. 閉塞手段がガス流路に対して横向きに装着されている請求項１記載のガス調整弁。
18. 磁石の少なくとも一つが固定磁石であって少なくとも一つのコイルが可動である請求項８記載のガス調整弁。
19. 閉塞手段が、可動コイルに固定され漏れオリフィスを閉塞しうる閉塞片をさらに備える請求項１８記載のガス調整弁。
20. ガス流量および／または圧力を検出するためのセンサをさらに備え、そのセンサは制御手段と連係する請求項１記載のガス調整弁。
21. 各サイクルが少なくとも１つの吸気期と少なくとも１つの呼気期により画成される連続サイクルで呼吸する患者のための呼吸補助装置であって、
    加圧呼吸ガスの供給源；
    患者との接続手段；
    遠位端が前記供給源に接続され、近位端が接続手段に接続されているガス送給ダクト；
    装置の動作を制御する制御手段；および
    請求項１から２０のいずれかに記載されるものであって、ガス送給ダクト内の近位位置に挿入されるガス調整弁
    を備えることを特徴とする装置。
22. 請求項２１に記載される呼吸補助装置の作動方法であって、制御手段からの信号の存在しないときには、漏れオリフィスが少なくとも部分的に開いているように閉塞手段は作動されることを特徴とする作動方法。
23. 漏れオリフィスが、吸気期の間は完全に閉塞され、呼気期の間は少なくとも部分的には開いているように、閉塞手段は作動されることを特徴とする請求項２２記載の作動方法。
24. 呼気期中の漏れオリフィスが、呼気陽圧（ＰＥＰ）が患者の呼気圧と等しいままになるように開くように、閉塞手段は作動されることを特徴とする請求項２３記載の作動方法。
25. ガス供給源が故障した場合には漏れオリフィスは完全に開くように、閉塞手段は作動されることを特徴とする請求項２２から２４のいずれか一つに記載の作動方法。

Images