JP5995867B2 - 送風機を統合させた人工呼吸器 - Google Patents

Description

本発明は、人工呼吸器に関し、特に人工呼吸器システムに陰圧又は陽圧を与えるための送風機を統合させた人工呼吸器に関する。

人工呼吸器は種々の設定で使用される。例えば、病院では、患者はその医療介護の一部として人工呼吸を受けることができる。特に、人工呼吸器は通常は病院の集中治療室（ＩＣＵ）に設けられる。

これらの人工呼吸器の多くは呼吸ガス送達のために高圧又は圧縮ガス供給源を用いる。患者に呼吸ガスを生成し送達することに加えて、最高級の人工呼吸器は統合型システムの実装を含み得る。かかる実装により、人工呼吸器システムは、分泌物管理及び高頻度換気などの他の患者ケアモダリティを含み得る。これらのモダリティは、効果的な実装のために前記システム内に陽圧と陰圧の両方を必要とする。例えば、高頻度陽圧換気（ＨＦＰＰＶ）においては、陽圧が前記高圧圧縮ガス供給源から生成され、及び陰圧がベンチュリシステム実装により生成される。

例えば、ＨＦＰＰＶ実装のために、平均気道圧（ＭＡＰ）は陽圧パルスの最高−最低振幅に依存する。より高い頻度又は振幅について、前記ＭＡＰは患者にとってあまりに高い場合がある。ＭＡＰは、呼息の際に陰圧を与えることによってのみ低くすることが可能である。この陰圧は、前記システムの陽圧側からのベンチュリ効果により生成され得る。しかし、ベンチュリシステムは非常に雑音を発生し、比較的応答が遅い。分泌物管理などの別のモダリティでは、人工呼吸器システムは咳を模倣するために、強制吸気（陽圧）及び強制排気（陰圧）を送達する必要がある。最高級のＩＣＵ人工呼吸器に組み込まれる非侵襲性人工呼吸などのさらに別のモダリティでは、送風機は、そのような換気療法に必要とされ得るより多くのガス流をさらに増大させる及び／又は提供することができる。病院で個々のガス出口から供給されるガスは、約１８０リットル／分（ｌｐｍ）に限定され得るが、これはほとんどの侵襲性機械的人工呼吸のニーズに対して十分である。しかし、非侵襲性人工呼吸のためには、人工呼吸器は、マスクによる漏れを補償するために、はるかに多い流れ−およそ２５０から３００リットル／分（ｌｐｍ）の流れを生成することができるべきである。

従って、これらの要求の１以上に対応できる人工呼吸器及び人工呼吸の方法を提供することが望ましい。

本発明の一態様において、人工呼吸器システムは：デュアルリム患者回路の吸気リムに接続されるように構成される吸気ポート、及び前記デュアルリム患者回路の呼気リムに接続されるように構成される呼気ポート；前記吸気ポートと作動的に接続され、加圧ガス流を前記吸気ポートへ供給して陽圧を生成するように構成されるガス送達装置；並びに、前記呼気リムへ４から１２０ｃｍＨ_２Ｏの陰圧レベルを選択的に供給するよう制御されるように構成される、前記呼気ポートへ作動的に接続される入口を持ち、さらに、前記呼気ポートを介して受け取ったガスを排気するように構成される出口を持つ、送風機；を含む。

本発明の別の態様において、人工呼吸の方法は：デュアルリム患者回路の吸気リムに接続されるように構成される吸気ポートを設けること、及び前記デュアルリム患者回路の呼気リムに接続されるように構成される呼気ポートを設けること；前記吸気ポートへ加圧ガス流を供給して陽圧を生成すること；並びに、選択的に送風機の入口を前記呼気ポートへ接続して、選択的に４から１２０ｃｍＨ_２Ｏの陰圧レベルを前記呼気ポートへ供給し、及び前記呼気ポートから受け取ったガスを送風機の出口から排気すること；を含む。

本発明のさらに別の態様において、人工呼吸器システムは：シングルリム患者回路に接続されるように構成される患者回路インタフェースポート；前記患者回路インタフェースポートに作動的に接続され、及び加圧ガス流を前記患者回路インタフェースポートへ供給して陽圧を生成するように構成されるガス送達装置；前記患者回路インタフェースポートに作動的に接続された出口を持ち、及び前記患者回路インタフェースポートへ加圧空気流を供給して陽圧を生成するように構成される送風機；患者気道圧を測定するように構成される圧力変換装置；前記患者回路でのガス流を測定するように構成される少なくとも１つの流れセンサー；並びに、前記ガス送達装置及び前記送風機を、前記患者回路内の測定された圧力を示す圧力変換装置の信号に応じて、及び前記ガス送達装置からの測定されたガス流を示す流れセンサーの信号に応じて制御するように構成される制御装置；を含む。

図１は、人工呼吸器システムの機能ブロック図であり、前記システムに陰圧を生成するための送風機を含む。 図２Ａは、呼吸サイクルの第１相の間の、送風機を含む人工呼吸器システムの第１の例示的実施態様の詳細図であり、図２Ｂは、呼吸サイクルの第２相の間の、図２Ａの第１の例示的実施態様の詳細図であり、図２Ｃは、図２Ａの制御装置の詳細図である。 図３Ａは、呼吸サイクルの第１相の間の、送風機を含む人工呼吸器システムの第２の例示的実施態様の詳細図であり、図３Ｂは、呼吸サイクルの第２相の間の、図３Ａの第２の例示的実施態様の例の詳細図であり、図３Ｃは、図３Ａの制御装置の詳細図である。 図４は、送風機を含む、非侵襲性人工呼吸のための人工呼吸器システムの第３の例示的実施態様の詳細図である。

本発明は、以下本発明の好ましい実施態様を示す添付図面を参照してさらに完全に説明される。本発明は、しかし、異なる形態で実施され得るものであり、ここで記載された実施態様に限定されるとして解釈するべきではない。むしろこれらの実施態様は本発明の教示例として提供されるものである。

図１は、人工呼吸器システム１００の機能ブロック図を示す。人工呼吸器システム１００は、デュアルリム患者回路１１０、ガス送達装置１２０、送風機１３０、呼息弁１４０及び制御装置１５０を含む。

デュアルリム患者回路１１０は、吸気リム１１２、呼気リム１１４、Ｙコネクタ１１７、並びに、Ｙコネクタを介して吸気リム１１２及び呼気リム１１４に接続される呼吸チューブ１１６を含む。ある実施態様では、呼吸チューブ１１６は気管内チューブであってもよい。

ガス送達装置１２０は、加圧ガス流を、吸気ポート１４２を介してデュアルリム患者回路１１０の吸気リム１１２へ供給して陽圧を生成するように構成される装置である。ここで、前記ガスは、例えば空気、酸素、ヘリオックスなどの構成ガスの混合物であってもよい。ある実施態様では、ガス送達装置１２０は、加圧ガスを外部供給源（例えばタンク又は壁取出口を介して）から受け取り、患者回路１１０への前記ガス流を制御し及び／又は規制するように構成される。ガス送達装置１２０は、１以上の弁又はレギュレータを含み得る。

送風機１３０は、入口１３２を持ち、これは作動中、デュアルリム患者回路１１０の呼気リム１１４から呼気ポート１４２を介してガスを受け取るように構成され、さらに、呼気リム１１４から受け取られるガスを排気するための出口１３４を持つ。ここで「送風機」とは、例えば回転羽根などの１以上の表面の回転運動により加圧ガス流を生成し、その入口１３２で４から１２０ｃｍＨ_２Ｏの陰圧を提供することができる、任意の電気機械的装置として定められる。例として、送風機は回転羽根（インペラ）又は高速ファンを含んでもよい。送風機リークポート１３５が送風機１３０の入口側に設けられる。

呼息弁１４０は、例えば呼吸サイクルの呼息相で、送風機１３０の入口１３２を呼気ポート１４２に選択的に接続するように作動するが、これについては図２Ａから２Ｃに関してより詳細に説明される。呼息弁１４０にはダイヤフラム１４５が設けられる。

１以上の入力シグナル及び／又はプログラムされたパラメータへの応答で、制御装置１５０は送風機１３０及び呼息弁１４０を制御して患者１０へ換気を提供する。例えば、制御装置１５０は、高頻度陽圧換気（ＨＦＰＰＶ）において平均気道圧を制御して前記ユーザーにより設定された目標平均気道圧を維持してもよい。別の例では、患者の分泌物管理のための強制吸気−強制排気を与えるために、制御装置１５０は強制排気の際に患者気道圧を制御することができる。

人工呼吸器１００に送風機１３０を設けることは、種々の作動モードでいくつかの可能な特徴及び利点を与える。いくつかの例示的実施態様が、図２Ａから２Ｃ及び図３Ａから３Ｃ及び図４の詳細図に関して説明される。

図２Ａから２Ｃは、人工呼吸器の第１の例示的実施態様を示し、統合される送風機が、ＨＦＰＰＶに対して平均気道圧（ＭＡＰ）を制御するために陰圧を生成するように使用され得る。この場合、いくつかの実施態様では、デュアルリム患者回路の呼気リムに対して送風機は連続的に低から中間程度の陰圧を生成する。

図２Ａは、呼吸サイクルの第１（吸息）相の際の人工呼吸器システムの第１の例示的実施態様２００を詳細に示す。人工呼吸器システム２００は、送風機２３０を統合させ及びデュアルリム患者回路２１０を持つ人工呼吸器２０５を含む。

人工呼吸器２０５は、ガス送達装置２２０、送風機２３０、呼息弁２４０及び制御装置２５０を含む。

デュアルリム患者回路２１０は、吸気リム２１２、呼気リム２１４、Ｙコネクタ２１７、並びに、吸気リム２１２及び呼気リム２１４にＹコネクタ２１７を介して接続される呼吸チューブを含む。ある実施態様では、前記呼吸チューブは気管内チューブである得る。圧力変換装置２１５が、患者１０へ提供される患者気道圧を測定するために、Ｙコネクタ２１７に接続される。圧力変換装置２１５は、測定された患者気圧の信号を生成し、制御装置２５０へ提供する。

ガス送達装置２２０は、加圧ガス流を、デュアルリム患者回路２１０の吸気リム２１２へ、吸気ポート２２２を介して供給して陽圧を生成するように構成される装置である。ここで、前記ガスは、例えば空気、酸素、ヘリオックスなどの構成ガスの混合物であり得る。いくつかの実施態様では、ガス送達装置２２０は、加圧ガスを外部供給源（例えばタンク又は壁取出口を介して）から受け取り、さらに、患者回路２１０への前記ガス流を制御し及び／又は制限するように構成される。ガス送達装置２２０は１以上の流れ制御弁及び／又はレギュレータを含み得る。

送風機２３０は、入口２３２を持ち、これは作動中、デュアルリム患者回路２１０の呼気リム２１４から呼気ポート２４２を介してガスを受け取るように構成され、さらに、呼気リム２１４から受け取られるガスを排気するための出口２３４を持つ。送風機リークポート２３５が送風機２３０の入口側に設けられる。

図２Ａに示されるように、呼吸サイクルの第１（吸息）相で、制御装置２５０は呼息弁２４０を制御して、呼気リム２１４から呼気ポート２４２を介して送風機２３０の入口２３２への流路を閉じる。いくつかの実施態様では、制御装置２５０は、前記呼吸サイクルの第１（吸息）相の間は送風機２３０を止めるか、速度を下げるか、又は送風機電流を下げることができる。

図２Ｂは、呼吸サイクルの第２（呼息）相の間の、前記第１の例示的実施態様の人工呼吸器システム２００の詳細な図である。図２Ｂに見られるように、呼吸サイクルの第２（呼息）相の間、制御装置２５０は、呼息弁２４０を制御して呼気ポート２４２から送風機２３０の入口２３２への流路を開け、及び送風機２３０を制御して、呼気リム２１４から送風機入口２３２での呼気ポート２４２を介してガスを受け取るように作動し、送風機出口２３４からガスを排気させる。いくつかの実施態様では、制御装置２５０は、送風機２３０に信号を与えて、送風機２３０の作動速度を変更するか又は制御し、それにより送風機２３０によって供給される陰圧を調節又は制御する。

図２Ｃは、図２Ａの制御装置２５０の詳細図である。

制御装置２５０は、測定された患者気道圧を受け取り、例えば圧力変換装置２１５から受け取り、及び出力信号を送風機２３０及び呼息弁２４０を制御するために与える。いくつかの実施態様では、制御装置２５０は、例えば変換装置２１５から受け取った前記測定された患者気道圧の信号から平均気道圧（ＭＡＰ）を計算するか又は決定する。いくつかの実施態様では、制御装置２５０は、送風機２３０及び呼息弁２４０を制御するための出力信号を与えて前記計算されたＭＡＰを目標ＭＡＰにて又はその近くに維持する。

図３Ａから３Ｃは、人工呼吸器システムの第２の例示的実施態様を示し、統合される送風機が、侵襲性換気のための分泌物管理に対する強制排気のための陰圧を生成するように使用され得る。いくつかの実施態様で、前記送風機は、前記人工呼吸器が分泌物管理モードで作動する場合、吸息−呼息の移行で非常に短い期間高いレベルの陰圧を生成する。

図３Ａは、呼吸サイクルの第１（吸息）相の際の人工呼吸器システムの第２の例示的実施態様３００を詳細に示す。人工呼吸器システム３００は、送風機３３０を統合させた及びデュアルリム患者回路３１０を持つ人工呼吸器３０５を含む。

人工呼吸器３０５は、ガス送達装置３２０、送風機３３０、呼息弁３４０及び制御装置３５０、２方向弁３６０、及び人工呼吸器排気ポート３７０を含む。いくつかの実施態様では、前記２方向弁３６０の実装は、前記呼息弁３４０と統合され得る。

デュアルリム患者回路３１０は、吸気リム３１２、呼気リム３１４、Ｙコネクタ３１７、並びに、吸気リム３１２及び呼気リム３１４にＹコネクタ３１７を介して接続される呼吸チューブを含む。ある実施態様では、前記呼吸チューブは気管内チューブである得る。圧力変換装置３１５が、患者１０へ提供される患者気道圧を測定するために使用される。圧力変換装置３１５は、測定された患者気道圧の信号を生成し、制御装置３５０へ提供する。

ガス送達装置３２０は、加圧ガス流を、デュアルリム患者回路３１０の吸気リム３１２へ、吸気ポート３２２を介して供給して陽圧を生成するように構成される装置である。ここで、前記ガスは、例えば空気、酸素、ヘリオックスなどの構成ガスの混合物であり得る。いくつかの実施態様では、ガス送達装置３２０は、加圧ガスを外部供給源（例えばタンク又は壁取出口を介して）から受け取り、さらに、患者回路３１０への前記ガス流を制御し及び／又は制限するように構成される。ガス送達装置３２０は１以上の流れ弁及び／又はレギュレータを含み得る。

送風機３３０は、入口３３２を持ち、これは作動中、デュアルリム患者回路３１０の呼気リム３１４から呼気ポート３４２を介してガスを受け取るように構成され、さらに、呼気リム３１４から受け取られるガスを排気するための出口３３４を持つ。

図３Ａに示されるように、呼吸サイクルの第１（吸息）相で、制御装置３５０は呼息弁３４０を制御して、呼気リム３１４から呼気ポート３４２を介して２方向弁３６０への流路を閉じる。いくつかの実施態様では、制御装置３５０は、前記呼吸サイクルの第１（吸息）相の間は送風機３３０を止めるか、速度を下げるか、又は送風機電流を下げることができる。

図３Ｂは、呼吸サイクルの第２（呼息）相の間の、第２の例示的実施態様の人工呼吸器システム３００の詳細な図である。図３Ｂにおいて見られるように、呼吸サイクルの第２（呼息）相の間、制御装置３５０は、呼息弁３４０を制御して呼気ポート３４４から２方向弁３６０への流路を開く。さらに、いくつかの実施態様では、呼吸サイクルの呼息相の強制排気期間（例えば、吸息から呼息への移行の間）、制御装置３５０は２方向弁３６０を制御して送風機３３０の入口３３２を呼気ポート３４４を介して呼気リム３１４へ接続し、さらに送風機３３０を制御して送風機の出口３３４からガスを排気させ、咳き込むことで分泌物を移動させることを模倣する。また、呼吸サイクルの呼息相の残りの期間、制御装置３５０は２方向弁３６０を制御して、人工呼吸器排気ポート３７０を呼気ポート３４２を介して呼気リム３１４へ接続する。いくつかの実施態様では、制御装置３５０は、送風機３３０に信号を与えて、送風機３３０の作動速度及び供給電流を変更するか又は制御し、それにより送風機３３０によって供給される陰圧を調節又は制御する。

図３Ｃは、図３Ａの制御装置３５０の詳細図である。

制御装置３５０は、測定された患者気道圧の信号を受け取り、例えば圧力変換装置３１５から受け取り、及び出力信号を送風機３３０、呼息弁３４０及び前記２方向弁３６０を制御するために与える。いくつかの実施態様では、制御装置３５０は、送風機３３０及び呼息弁３４０を制御するための出力信号を与え、目標強制排気圧及び呼息相の間の圧力を与える。

図４は、人工呼吸器システムの第３の例示的実施態様の詳細図であり、統合される送風機が、非侵襲性換気（ＮＩＶ）に対して、陽圧／流れを生成してガス流を増大させるために使用され、壁取出口又は圧縮装置からのガス流が制限され得るものであり、又は前記人工呼吸器システムのガス供給装置の流れ弁及び／又はレギュレータを介してガス流が制限され得るものである。

人工呼吸器システム４００は、送風機４３０を統合させさらにシングル−リム患者回路４１０を備える人工呼吸器４０５を含む。

人工呼吸器４０５は：加圧ガス流４２０及び酸素及び空気のための１以上の流れの制御弁４２２を含むガス送達装置；１以上の空気及び酸素の流れセンサー４２４；圧力開放弁４２６；圧力変換装置４２８；送風機４３０及び関連する１方向チェック弁４３６；並びに制御装置４５０；を含む。人工呼吸器４０５は、患者回路インタフェースポート４４２を、患者回路４１０と接続するために含む。人工呼吸器４０５はまた、交差路４０７を含み、これにより、前記ガス送達装置からの加圧ガス流（例えば酸素及び／又は空気）を、送風機４３０からの加圧空気流と組み合わせて陽圧を生成する。

患者回路４１０はマスク２０に接続され、患者１０へ加圧ガス流を提供する。マスク２０は、受動的呼息ポート又は能動的呼息ポートを含んでもよい。

いくつかの実施態様では、前記加圧ガス流４２０は、外部供給源（例えばタンク）から、例えば壁取出口を介して受け取られる。

作動中、制御装置４５０は、前記ガス送達装置（例えば１以上の流れ制御弁４２２）、送風機４３０及び圧力開放弁４２６を、測定された患者気道圧を示す圧力変換装置４２８からの患者気道圧の信号に応じて、及び前記ガス送達装置からの測定されたガス流を示す１以上の空気及び／又は酸素の流れセンサー４２４からの流れセンサーの信号に応じて制御する。送風機４３０は、加圧ガス流４２０を介して供給された流れを補足し、これは、場合によっては制限され、例えば人工呼吸器４０５が壁取出口を介してガス供給に接続される場合に制限される。その場合、加圧ガス流４２０からのガス流は約１８０リットル／分に制限される場合がある。いくつかの実施態様では、送風機出口４３４を介した送風機４３０の流れを補充する方法で、人工呼吸器４０５は、およそ２５０から３００リットル／分のガス流速で提供することが可能になる。

本明細書において好ましい実施態様が開示されるけれども、多くの変更が可能であり、これらは、本発明の概念及び範囲内に含まれる。かかる変更は、当明細書、図面及び特許請求の範囲に鑑みて当業者には明確になる。本発明は従って、特許請求の範囲によってのみ制限される。

Claims (10)

1. 人工呼吸器システムであって、
   デュアルリム患者回路の吸気リムに接続されるように構成される吸気ポート、及び前記デュアルリム患者回路の呼気リムに接続されるように構成される呼気ポート、
   前記吸気ポートに作動的に接続されるガス送達装置であり、外部供給から加圧ガスを受け取り、さらに、前記加圧ガスの流れを制御して前記吸気ポートに供給し、陽圧を生成するように構成されるガス送達装置、
   前記呼気ポートに作動的に接続され、及び４から１２０ｃｍＨ_２Ｏの陰圧レベルを前記呼気リムへ選択的に供給するよう制御されるように構成される入口を持ち、さらに前記呼気ポートを介して受け取られたガスを排気するように構成される出口を持つ送風機、
   人工呼吸器排気ポート、
   弁入口と第１及び第２の弁出口とを持つ２方向弁であり、前記弁入口が前記呼気ポートに接続され、前記第１の弁出口が前記送風機の入口へ接続され、及び前記第２の弁出口が前記人工呼吸器排気ポートへ接続される２方向弁、並びに、
   呼吸サイクルの吸息相の間に前記送風機を選択的に停止するように構成される制御装置、
   を含む人工呼吸器システム。
2. 請求項１に記載の人工呼吸器システムであり、さらに、前記呼気ポートから前記送風機の入口を選択的に接続又は脱接続するように構成される呼息弁を含む、人工呼吸器システム。
3. 請求項２に記載の人工呼吸器システムであり、さらに、患者気道圧を測定するように構成される圧力変換装置を含み、前記制御装置は、前記測定された患者気道圧を示す信号を受け取り、それに対応して、前記送風機の入口を前記呼気ポートへ、前記呼吸サイクルの呼息相の少なくとも一部分の間接続するように前記呼息弁を制御し、及び前記送風機の入口を前記呼気ポートから、前記呼吸サイクルの吸気相の間脱接続するように制御するように構成される、人工呼吸器システム。
4. 請求項１に記載の人工呼吸器システムであり、前記制御装置がさらに、前記送風機が起動される場合に前記送風機の作動速度及び供給電流を制御するように構成される、人工呼吸器システム。
5. 請求項１に記載の人工呼吸器システムであり、前記制御装置が、前記送風機の入口を前記呼気ポートに、呼息相の強制排気期間の間接続し、及び前記呼気ポートを前記人工呼吸器排気ポートへ、前記呼息相の強制排気期間の後に接続するように前記２方向弁を制御するように構成される、人工呼吸器システム。
6. 請求項１に記載の人工呼吸器システムであり、前記ガス送達装置が、前記加圧ガスを受け取るための入口、及び前記加圧ガスの流れの前記患者回路への送達を制御する弁を含む、人工呼吸器システム。
7. 請求項１に記載の人工呼吸器システムであり、前記送風機が回転羽根又はファンを含む、人工呼吸器システム。
8. 人工呼吸器システムの作動方法であって、
   デュアルリム患者回路の吸気リムへ接続されるように構成される吸気ポートを準備し、及び前記デュアルリム患者回路の呼気リムへ接続されるように構成される呼気ポートを準備するステップ、
   前記吸気ポートに作動的に接続されるガス送達装置が、外部供給から加圧ガスを受け取るステップ、
   前記ガス送達装置が、前記加圧ガスの流れを制御しさらに前記吸気ポートへ供給して陽圧を生成するステップ、
   制御装置が、前記呼気ポートを、前記呼気ポートへの送風機の入口へ選択的に接続して、前記送風機に前記呼気ポートへ４から１２０ｃｍＨ_２Ｏの陰圧レベルを選択的に供給させ、さらに、前記呼気ポートから受けるガスを前記送風機の出口から排気させるステップであり、弁入口が前記呼気ポートに接続され、第１の弁出口が前記送風機の入口へ接続され、及び第２の弁出口が人工呼吸器排気ポートへ接続される２方向弁を制御して、前記送風機の入口を前記呼気ポートへ、呼吸サイクルの呼息相の強制排気期間の間接続すること、及び前記人工呼吸器排気ポートを、前記呼息相の強制排気期間の後に前記呼気ポートへ接続することを含む、ステップ、並びに、
   前記制御装置が、さらに、前記呼吸サイクルの吸息相の間は前記送風機を選択的に停止するステップ、
   を含む方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、さらに、
   圧力変換装置が、前記患者回路の患者気道圧を測定するステップ、及び
   前記制御装置が、測定された患者気道圧に応じて、前記送風機の入口を、前記呼吸サイクルの呼息相の少なくとも一部分の間前記呼気ポートへ接続し、及び前記呼吸サイクルの吸気相の間に前記呼気ポートから前記送風機を脱接続するように呼息弁を制御するステップ、
   を含む方法。
10. 請求項８に記載の方法であり、前記制御装置が、さらに前記送風機が起動される場合に、前記送風機の作動速度及び電流を制御するステップを含む、方法。

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