JP6292605B2 - 呼吸不全シミュレータ - Google Patents

Description

本発明は呼吸不全シミュレータに関する。

医師や看護師などといった医療従事者は、患者の病状をできるだけ理解できることが望ましい。しかしながら、経験の少ない医療従事者は、その経験の少なさが故に、担当する患者の病状を理解することができない。こうしたことから、マネキン等のバーチャル機器を用いて、病状を再現するシミュレータシステムが知られている（例えば、特許文献１）。

特許第４５８５５２１号公報

ところで、呼吸不全の患者は、自身の呼吸が正常でないことを認識しつつも、吸いこみ・吐き出しのいずれに異常があることを判別することが困難な場合が多い。つまり、呼吸不全の患者を担当する医療従事者が、当該患者に対して、吸いこみ・吐き出しのいずれに異常があるかを尋ねても、医療従事者が患者の病状を正しく把握することが困難である。また、実際には、呼吸不全が重篤化すると患者との意思疎通も難しく、気管挿管下に人工呼吸管理されると言葉を発することも不可能になる。そこで、呼吸不全で苦しんでいる患者の状態から、患者の症状を特定することが必要となる。

しかしながら、医療従事者の多くは、呼吸不全を体験したことがないばかりか、呼吸不全の患者と接した経験数が少ないため、患者の様子から症状を特定できるようなスキルをもつ医療従事者は稀である。

本発明は、斯かる実情に鑑み、呼吸不全シミュレータを提供しようとするものである。

本発明の呼吸不全シミュレータは、呼気又は吸気の外圧が印加される外圧印加領域と、外部に開放された外部開放領域と、前記外圧印加領域及び前記外部開放領域の間において流れの抵抗を発生させる抵抗発生領域と、が形成された抵抗付与流路を備えたことを特徴とする。

前記抵抗付与流路に設けられた逆止弁機構をさらに備えたことが好ましい。また、前記逆止弁機構は、一の方向への流通を規制する状態と他の方向への流通を規制する状態との間で切替自在であることが好ましい。さらに、前記抵抗付与流路は、少なくとも、一端側が第１の前記外部開放領域となるとともに、前記抵抗発生領域を前記外部開放領域よりも他端側に有する第１流路と、一端側が第２の前記外部開放領域となる第２流路と、一端側が前記外圧印加領域となる第３流路と、前記第１〜３流路の他端側同士をつなぐ主分岐流路と、を有し、前記逆止弁機構は、前記第１流路に設けられた第１逆止弁と、前記第２流路に設けられた第２逆止弁と、を有し、前記第１〜２逆止弁の一方は一端側から他端側の方向への流れを規制するとともに、他方は逆方向への流れを規制することが好ましい。加えて、前記外部開放領域となる第４流路と、前記第１〜２流路の前記一端側及び前記第４流路をつなぐ副分岐流路と、を備えたことが好ましい。

前記抵抗発生領域における前記抵抗付与流路の断面積は、前記外圧印可領域における前記抵抗付与流路の断面積よりも小さいことが好ましい。

前記抵抗発生領域を形成する抵抗発生機構と、前記抵抗発生機構の周囲の圧力を変更可能な外部圧力変更機と、を備えたことが好ましい。また、前記外部圧力変更機は、前記外圧印加領域に印加された圧力が前記抵抗発生機構の周囲の圧力と等しくなるように、前記抵抗発生機構の周囲と前記外圧印加領域とを連通する連通流路を有することが好ましい。さらに、前記外部圧力変更機は、前記連通流路を介して、前記抵抗発生機構の周囲及び前記外圧印加領域が連通した連通状態と、前記連通状態から退避した退避状態と、の間で切替自在な連通切替機構を有することが好ましい。加えて、前記外部圧力変更機は、前記連通流路における流通が可能な流通状態と、前記流通が遮断された遮断状態と、の間で切り替え可能な流通切替機構を有することが好ましい。

前記外部圧力変更機は、前記抵抗発生機構を収容するための密閉空間を形成する収容ケースと、前記密閉空間の体積を変更可能な体積変更機構と、を備えたことが好ましい。また、前記体積変更機構は、可撓性を有する材料から形成されたことが好ましい。

前記抵抗発生機構は管状体であることが好ましい。また、前記抵抗発生機構は可撓性を有することが好ましい。

前記抵抗発生機構は可撓性を有する管状体を有し、前記管状体の内周面への係合によって前記管状体のねじれを防ぐねじれ防止部材を、さらに備えたことが好ましい。また、前記ねじれ防止部材は、前記菅状体の内部空間に配され、前記菅状体の一端側から前記菅状体の他端側へ向かって延びることが好ましい。さらに、前記管状体の内周面は、前記ねじれ防止部材に係合している係合領域と、前記ねじれ防止部材から離れている離隔領域と、を有することが好ましい。

前記流れの抵抗の大きさを変更可能な可変抵抗器をさらに備えることが好ましい。

前記外圧印加領域は口と連通するためのものであることが好ましい。また、前記外圧印加領域は、呼吸補助装置の通気口と連通するためのものであることが好ましい。

本発明の呼吸不全シミュレータによれば、健常者であっても、呼吸不全を疑似体験することができるとともに、呼吸不全の患者の疑似症状を観察することができる。

第１の呼吸不全シミュレータの概要を示す平面図である。 小チューブのＩＩ−ＩＩ線断面図である。 （Ａ）は、小チューブの変形例の概要を示す斜視図である。 （Ｂ）は、小チューブの変形例の概要を示す断面図である。 第２の呼吸不全シミュレータの概要を示す平面図である。 第３の呼吸不全シミュレータの概要を示す平面図である。 ゆっくりと吸い込んだ場合の小チューブの概要を示す断面図である。 急激に吸い込んだ場合の小チューブの概要を示す断面図である。 外部圧力変更機の概要を示す断面図である。 チャンバ機構と配管と風船とによって構成された外部圧力変更機の概要を示す断面図である。 連通状態となっている第４の呼吸不全シミュレータの概要を示す平面図である。 退避状態となっている第４の呼吸不全シミュレータの概要を示す平面図である。 第４の呼吸不全シミュレータの概要を示す平面図である。 第４の呼吸不全シミュレータの変形例の概要を示す平面図である。 小チューブの内部空間に配されたねじれ防止線条体の概要を示すＸＩＡ−ＸＩＡ線断面図である。 小チューブの内部空間に配されたねじれ防止線条体の概要を示すＸＩＢ−ＸＩＢ線断面図である。 第５の呼吸不全シミュレータの概要を示す平面図である。 可変抵抗ユニットの概要を示す分解斜視図である。 （Ａ）は、第１の二重管構造の小チューブの概要を示す斜視図であり、（Ｂ）は、第１の二重管構造の小チューブの概要を示す分解斜視図である。（Ｃ）は、第２の二重管構造の小チューブの概要を示す分解斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、本明細書における「吐く」や「吐き出し」は、「息（呼気）をはく」ことを指す。

図１に示すように、呼吸不全シミュレータ２は、呼吸不全の患者の症状を再現するものであり、気体が流通可能な第１流路１１Ｒを形成する第１管１１と、気体が流通可能な第２流路１２Ｒを形成する第２管１２と、気体が流通可能な第３流路１３Ｒを形成する第３管１３と、第１〜３管１１〜１３を互いにつなぐ主分岐具２０と、第１流路１１Ｒに配された第１逆止弁３１と、第２流路１２Ｒに配された第２逆止弁３２と、流れの抵抗を発生させる領域（以下、抵抗発生領域と称する）４１Ｒを第１流路１１Ｒに形成するための小チューブ４１と、を備える。したがって、小チューブ４１を有する第１管１１と、第２管１２と、第３管１３と、主分岐具２０とが、呼吸不全シミュレータ２における抵抗付与流路として機能する。

第１〜３流路１１Ｒ〜１３Ｒの一端側１１ＲＡ〜１３ＲＡは、外部へ開放される。第１〜３流路１１Ｒ〜１３Ｒの他端側１１ＲＢ〜１３ＲＢは、主分岐具２０に接続する。

主分岐具２０は、第１〜３流路１１Ｒ〜１３Ｒを互いに連通できるものであれば、構造は問わない。したがって、主分岐具２０の形状としては、図１に示すものの他、Ｙ字状、Ｔ字状でもよい。

第１逆止弁３１は、一端側１１ＲＡから他端側１１ＲＢへの気体の流通を許容するとともに、他端側１１ＲＢから一端側１１ＲＡへの気体の流通を規制する。第２逆止弁３２は、他端側１２ＲＢから一端側１２ＲＡへの気体の流通を許容するとともに、一端側１２ＲＡから他端側１２ＲＢへの気体の流通を規制する。このため、第３管１３の一端側１３ＲＡを口でくわえて呼吸すれば、第１流路１１Ｒが吸気用の流路となり、第２流路１２Ｒが呼気用の流路となる。係る場合、第３管１３の一端側１３ＲＡが外圧印可領域となり、第１管１１の一端側１１ＲＡ及び第２管１２の一端側１２ＲＡが、それぞれ、外部開放領域となる。

第１管１１は、一端側１１ＲＡに位置するチューブ１１Ｘと、他端側１１ＲＢに位置するチューブ１１Ｙと、チューブ１１Ｘ及びチューブ１１Ｙをつなぐ小チューブ４１とによって構成される。チューブ１１Ｘは流路１１ＸＲを形成し、チューブ１１Ｙは流路１１ＹＲを形成する。また、小チューブ４１は抵抗発生領域４１Ｒを形成する。そして、流路１１ＸＲと流路１１ＹＲと抵抗発生領域４１Ｒとによって第１流路１１Ｒが構成される。

小チューブ４１は、内外の圧力差に抗して自身の形状を維持可能な程度の剛性を有する。小チューブ４１の形成材料としては、例えば、プラスチックや金属等がある。また、呼吸不全シミュレータ２の構成部品の形成材料としては、プラスチックや金属等がある。

図２Ａに示すように、小チューブ４１によって形成された抵抗発生領域４１Ｒの断面積Ｓ_４１Ｒは、チューブ１１Ｘによって形成られた流路１１ＸＲの断面積Ｓ_１１ＸＲやチューブ１１Ｙによって形成られた流路の断面積に比べて小さい。なお、抵抗発生領域を形成するための抵抗発生機構としては、小チューブ４１の他、フィルタ等のように、一般的に知られている流れ抵抗装置を用いてもよい。なお、流れ抵抗装置としては、流れの抵抗が一定のものでも、可変のものでもよい。

次に、呼吸不全シミュレータ２の使用方法について説明する。

図１に戻って、医療従事者が、第３管１３の一端側１３ＲＡを咥えて呼吸すると、第１流路１１Ｒが吸気用の流路となり、第２流路１２Ｒが呼気用の流路となる。また、小チューブ４１が吸気用の流路、すなわち第１流路１１Ｒに設けられているため、吐き出しに比べて吸い込みが行いにくい。このように、図１に示す呼吸不全シミュレータ２は、小チューブ４１により、呼気時は正常でありながら吸気時に異常がある患者の状態が再現可能となる。

したがって、呼吸不全シミュレータ２を用いた医療従事者は、呼気時は正常でありながら吸気時に異常がある患者の状態を疑似体験することができる。また、別の医療従事者は、疑似体験中の医療従事者を観察することにより、当該呼吸不全の患者の症状を理解することができる。

なお、第１管１１〜第３管１３は、それぞれ主分岐具２０へ着脱自在に取り付けられることが好ましい。第１管１１〜第３管１３が主分岐具２０に着脱自在であるため、収納が容易となる。また、第１管１１、第２管１２は、蛇腹構造を有することが好ましい。これにより、呼吸不全シミュレータ２の使用時には、使用環境に応じて第１管１１、第２管１２の形状を変形することができるため、狭い場所で使用することも可能となる。また、呼吸不全シミュレータ２の収納時には、第１管１１、第２管１２を折り曲げることができるため、収納スペースを小さくすることができる。

なお、上記実施形態では、小チューブ４１を第１管１１に設けたが、本発明はこれに限られない。例えば、小チューブ４１を第１管１１に設ける代わりに、第２管１２に設けてもよい。この場合には、医療従事者が、第３管１３の一端側１３ＲＡを咥えて呼吸すると、吸い込みに比べて吐き出しが行いにくい。したがって、小チューブ４１が第２管１２に設けられた呼吸不全シミュレータを用いた場合、医療従事者は、吸気時は正常でありながら、呼気時に異常が発生する患者の状態を体験することができる。また、別の医療従事者は、疑似体験中の医療従事者を観察することにより、当該呼吸不全の患者の症状を理解することができる。

上記実施形態の呼吸不全シミュレータ２では、小チューブ４１の剛性を高めるために、小チューブ４１の周面にフィン４１Ｆを設けてもよい（図２Ｂ参照）。フィン４１Ｆは、小チューブ４１の周面から起立するように設けられる。また、フィン４１Ｆは、小チューブ４１の周方向において所定のピッチ（図２Ｂにおいては、９０°ピッチ）で設けられることが好ましい。その他にも剛性を高めるために、一体に形成された二重管構造にすることも好ましい。なお、二重管構造の小チューブの詳細は後述する。さらに、小チューブ４１は、チューブ１１Ｘやチューブ１１Ｙと一体に形成されることが好ましい。

図３に示す呼吸不全シミュレータ３は、図１に示す呼吸不全シミュレータ２に加えて、気体が流通可能な第４流路１４Ｒを形成する第４管１４と、第１管１１、第２管１２、第４管１４をつなぐ副分岐具５０と、を有する。

第４流路１４Ｒの一端側１４ＲＡは、外部に開放される。副分岐具５０は、第１流路１１Ｒの一端側１１ＲＡ、第２流路１２Ｒの一端側１２ＲＡ、第４流路１４Ｒの他端側１４ＲＢを有する。

次に、呼吸不全シミュレータ３の使用方法について説明する。

医療従事者が、第３管１３の一端側１３ＲＡを咥えて呼吸すると、吸気用の気道に設けられた小チューブ４１により、呼気時は正常でありながら吸気時に異常が発生する患者の状態が再現可能となる。

一方、医療従事者が、第４管１４の一端側１４ＲＡを咥えて呼吸すると、第１流路１１Ｒは、呼気用の流路となり、第２流路１２Ｒが吸気用の流路となる。そして、第１管１１に小チューブ４１が設けられているため、吸い込みに比べて吐き出しが行いにくい。この結果、吸気時は正常でありながら呼気時に異常が発生する患者の状態が再現可能となる。

このように、呼吸不全シミュレータ３は、第３管１３の一端側１３ＲＡと第４管１４の一端側１４ＲＡとのいずれか一方を咥えることにより、吸気時に異常が発生する患者の状態と、呼気時に異常が発生する患者の状態と、を切り替えて再現することができる。

図４に示す呼吸不全シミュレータ４は、図１に示す呼吸不全シミュレータ２における小チューブ４１を、小チューブ４２に置換したものである。小チューブ４２は、チューブ１１Ｘやチューブ１１Ｙよりも可撓性に富む。このような小チューブ４２は、内外の圧力差により自身の形状を変形可能であり、例えば、可撓性を有する材料（ゴムなどの弾性材料等）から形成される。

次に、呼吸不全シミュレータ４の使用方法について説明する。

医療従事者が、第３管１３の一端側１３ＲＡを咥えて呼吸することにより、第１流路１１Ｒが吸気用の流路となり、第２流路１２Ｒが呼気用の気道となる。ここで、吸気流量が小さい場合には、チューブ１１Ｙ内の圧力の低下量は比較的小さいため、小チューブ４２内の圧力もそれほど下がらない。この結果、小チューブ４２内の吸気用の流路は確保される（図５Ａ参照）。

一方、吸気流量が大きい場合には、吸気による陰圧がチューブ１１Ｙ全体に発生することに加え、小チューブ４２内における吸気時の初期流速が増大するため、ベルヌーイの法則より、小チューブ４２内の圧力が大きく低下し、小チューブ４２の内部圧力と外部圧力との差が生じることになる。その結果、この内外圧力差の発生によって、小チューブ４２が押しつぶされ、小チューブ４２内の吸気用の流路はふさがってしまう（図５Ｂ参照）。

このように、図４に示す呼吸不全シミュレータ４は、吸気用の気道に設けられた小チューブ４２を備えるため、急激な吸い込みによって、吸気時に異常が発生してしまう患者の状態が再現可能となる。したがって、呼吸不全シミュレータ４を用いた医療従事者は、このような症状を疑似体験することができる。また、別の医療従事者は、疑似体験中の医療従事者を観察することにより、当該呼吸不全の患者の症状を理解することができる。さらに、これらの医療従事者は、かかる症状の患者に対しては、呼吸をゆっくりと行わせるようなアドバイスが有効であることを学ぶことができる。

なお、前述のとおり、呼吸不全シミュレータ４において、小チューブ４２を第１管１１に設ける代わりに、第２管１２に設けてもよい。この場合において、呼気流量が小さい場合には、チューブ１１Ｙ内の圧力の低下量は比較的小さいため、小チューブ４２内の圧力もそれほど下がらない。この結果、小チューブ４２内の呼気用の流路は確保される。一方、呼気流量が大きい場合には、小チューブ４２内の流速が増大するため、ベルヌーイの法則より、小チューブ４２内の圧力が低下する。このため、小チューブ４２内の呼気用の流路の抵抗が大きくなってしまう。このように、第２管１２に小チューブ４２を備える呼吸不全シミュレータは、呼気の急激な吐き出しによって、呼気時に異常が発生してしまう患者の状態が再現可能となる。このため、呼吸不全シミュレータを用いた医療従事者は、呼吸を急激に行うことによって呼吸が苦しくなる、といった症状を体感できる。そして、別の医療従事者は、疑似体験中の医療従事者を観察することにより、当該呼吸不全の患者の症状を理解することができる。さらに、これらの医療従事者は、かかる症状の患者には、適切な呼吸様式で呼吸することによって、たとえば、ゆっくりと行うことによって症状が和らぐことを体感できる。

なお、上記実施形態では、第１管１１と第２１管１２との両方に逆止弁（第１逆止弁３１と第２逆止弁３２）を設けたが、第１管１１と第２１管１２とのうち、抵抗発生領域４１Ｒが設けられている管側の逆止弁を省略してもよい。例えば、図１に示す呼吸不全シミュレータ２においては、第１逆止弁３１を省略してもよい。

また、小チューブ４２を設ける位置が第１管１１と第２管１２とのいずれであっても、小チューブ４２を通過する呼気の流速が増大すると、小チューブ４２が振動する結果、振動音が生じる。このため、呼吸不全シミュレータを用いた医療従事者は、振動音が発生している場合には、呼吸が苦しくなることを疑似体験することができる。また、別の医療従事者は、当該疑似体験中の医療従事者を観察することにより、呼吸の異常音と呼吸不全症状に相関があることを理解することができる。さらに、これらの医療従事者は、呼吸不全シミュレータの使用を通して、呼吸の異常音の発生の機序、呼吸の異常音と呼吸様式との関連について理解することができる。加えて、呼吸不全の患者には、適切な呼吸様式で呼吸することによって、たとえば、呼吸をゆっくりと行わせるようなアドバイスが有効であることを学ぶことができる。

なお、呼吸不全シミュレータ４は、さらに、小チューブ４２の周囲を閉じた空間にするチャンバ機構７０を有していてもよい（図６参照）。

チャンバ機構７０は、Ｔ字状の分岐チューブ７１と、シールチューブ７２Ｘ、７２Ｙとを有する。なお、チャンバ機構７０は、チューブ１１Ｘやチューブ１１Ｙと一体に形成されることが好ましい。

分岐チューブ７１は、第１開口７１Ｘと、第２開口７１Ｙと、第３開口７１Ｚとを有する。第１開口７１Ｘから第２開口７１Ｙまで直線状の主流路が形成され、第３開口７１Ｚから直線状の主流路まで副流路が形成される。そして、分岐チューブ７１のうち、直線状の主流路には、小チューブ４２が通される。

シールチューブ７２Ｘは、分岐チューブ７１の第１開口７１Ｘ側の外周とチューブ１１Ｘの外周とを覆う。また、シールチューブ７２Ｙは、分岐チューブ７１の第２開口７１Ｙ側の外周とチューブ１１Ｙの外周とを覆う。こうして、分岐チューブ７１とシールチューブ７２Ｘ、７２Ｙとにより、小チューブ４２の周りに閉空間７７が形成される。

第３開口７１Ｚは、配管８１を介して、ポンプ８２と接続する。配管８１には、開閉弁８３が設けられる。コントローラ８６は、ポンプ８２の駆動及び開閉弁８３の操作を行う。このように、チャンバ機構７０と配管８１とポンプ８２と開閉弁８３とコントローラ８６とによって、外部圧力変更機が構成される。

そして、コントローラ８６が、ポンプ８２の駆動及び開閉弁８３の操作を行うことにより、閉空間７７内の圧力を変更することができる。例えば、閉空間７７内の圧力を増大することにより、小チューブ４２は収縮する。これにより、気道がより収縮した患者の状態を疑似体験することができる。さらに、別の医療従事者は、当該疑似体験中の医療従事者を観察することにより、当該呼吸不全の患者の症状を理解することができる。そして、かかる症状の患者に対しては、適切な呼吸様式で呼吸する旨のアドバイスが有効であることを学ぶことができる。

なお、閉空間７７内の圧力を低減させて、小チューブ４２を膨張させてもよい。

なお、上記実施形態では、呼吸不全シミュレータを医療従事者が用いるとしたが、本発明はこれに限られず、医療従事者以外の一般の人が用いてもよい。また、上記実施形態では、呼吸不全シミュレータの一端側１３ＲＡ、１４ＲＡが、医療従事者の口に直接咥えられたが、本発明はこれに限られず、一端側１３ＲＡ、１４ＲＡは、マウスピース等の連通部材を介して、医療従事者の口と連通していてもよい。

ところで、患者の症状に合わせて呼吸補助モードを適宜切り替えることができる呼吸補助装置が知られている。このような呼吸補助装置は、患者からの呼気や吸気の状態を検知して、所定の呼吸補助モードに切り替える。なお、本明細書において、呼吸補助装置には、人工呼吸器（装置）も含まれる。

ここで、図３に示す呼吸不全シミュレータ３の第３管１３の一端側１３ＲＡと第４管１４の一端側１４ＲＡのうち一方を呼吸補助装置の通気口へ直接的または間接的に接続するとともに、他方を人工肺の通気口へ直接的または間接的に接続する。これにより、呼吸不全シミュレータ３によって疑似的に作り出した患者の状態に応じて、呼吸補助装置が呼吸補助モードの切り替えを正しく行っているか否かの試験を行うことができる。

また、図３に示す呼吸不全シミュレータ３の第３管１３の一端側１３ＲＡと第４管１４の一端側１４ＲＡのうち一方を呼吸補助装置の通気口に接続するとともに、他方を医療従事者が咥えることにより、医療従事者は、呼吸補助装置の使用により、呼吸が楽になることを体験することができる。したがって、呼吸不全シミュレータ３に呼吸補助装置を併用した医療従事者は、呼吸補助装置のメリットを体感することができる。さらに、医療従事者は、呼吸補助装置の呼吸補助モードのうち、当該呼吸不全の症状に適した呼吸補助モードがいずれであるかを体験することができる。

なお、上述した呼吸不全シミュレータにおいて、第１〜第２逆止弁３１、３２は、流れを規制する方向が切り替え自在となるように設けられていてもよい。このような第１〜第２逆止弁３１、３２の切り替え操作により、呼吸不全シミュレータの第１〜２流路１１、１２を呼気用の流路と吸気用の流路との間で切り替えることができる。したがって、呼吸不全シミュレータを咥えたまま、または呼吸補助装置や人工肺に接続したまままの状態で、吸気用の気道に異常がある患者の状態と、呼気用の気道に異常がある患者の状態と、を切り替えて再現することができる。

また、ポンプ８２と開閉弁８３とコントローラ８６とを設ける代わりに、体積変更機構としての風船９１を設けてもよい（図７参照）。風船９１は、チャンバ機構７０や配管８１に比べて可撓性に富む。風船９１の形成材料は、ゴムなどの弾性体であることが好ましい。第３開口７１Ｚは、配管８１を介して風船９１と接続する。このため、分岐チューブ７１とシールチューブ７２Ｘ、７２Ｙと、風船９１とにより、小チューブ４２の周りに閉空間７７が形成される。そして、風船９１を押しつぶすことで、閉空間７７の体積が小さくなる結果、閉空間７７の圧力を上昇させることができる。すなわち、チャンバ機構７０と配管８１と風船９１とによって、外部圧力変更機が構成される。

このため、呼吸不全シミュレータ４は、閉空間７７の圧力が小チューブ４２の内部空間の圧力に比べて高い状態では、気道が収縮した患者の状態（収縮状態）を再現可能となり、閉空間７７の圧力が小チューブ４２の内部空間の圧力と等しい場合には、気道の収縮が緩和された患者の状態（収縮緩和状態）を再現可能となる。したがって、風船９１を有する外部圧力変更機は、風船９１の押しつぶし操作といった極めて簡単かつ直観的な操作によって、閉空間７７の体積を変更することができる。この結果、収縮状態収と収縮緩和状態との切り替えが可能となる。

なお、閉空間７７における圧力を検知するマノメータ９２を、配管８１や分岐チューブ７１等に設けてもよい。

また、図６や図７において、閉空間７７が外部に開放された状態と、閉空間７７が外部から遮断された状態と、を切り替え自在にする閉空間切替機構を有していてもよい。閉空間切替機構としては、例えば、分岐チューブ７１に設けられた開口に対し、着脱自在に取り付けられた栓（図示省略）がある。このような栓の着脱操作により、外部圧力変更機による作用の有効及び無効を切り替えることができる。

図８Ａに示す呼吸不全シミュレータ５は、第１管１１と、第２管１２と、第３管１３と、第１管１１〜第３管１３を互いにつなぐ主分岐具２０と、抵抗発生領域４２Ｒ（図４参照）を第１流路１１Ｒに形成するための小チューブ４２と、を備える。第１流路１１Ｒの一端側１１ＲＡ及び第３流路１３Ｒの一端側１３ＲＡは、それぞれ、外部へ開放される。また、第１流路１１Ｒの他端側１１ＲＢ及び第３流路１３Ｒの他端側１３ＲＢは、それぞれ、主分岐具２０に接続する。したがって、呼吸不全シミュレータ５において、抵抗付与流路は、第１管１１と、第３管１３と、主分岐具２０と、小チューブ４２とからなる。

さらに、呼吸不全シミュレータ５は、小チューブ４２の周囲に加圧空間７８を形成するチャンバ機構７０を有する。この加圧空間７８は、前述の閉空間７７に相当するものである。第２流路１１Ｒの一端側１２ＲＡは、チャンバ機構７０の構成部材である分岐チューブ７１の第３開口７１Ｚと接続し、第２流路１１Ｒの他端側１２ＲＢは、主分岐具２０に接続する。このため、第２管１２によって、第１管１１と加圧空間７８とが連通する。

呼吸不全シミュレータ５において、第３管１３の一端側１３ＲＡを口でくわえて呼吸する場合、第３流路１３Ｒの一端側１３ＲＡが外圧印可領域となり、第１流路１１Ｒの一端側１１ＲＡが外部開放領域となる。また、第２管１２の第２流路１２Ｒが、加圧空間７８（抵抗発生機構の周囲）と、第３管１３の一端側１３ＲＡ（外圧印可領域）とを連通する連通流路として機能する。

第２管１２の一端側１２ＲＡは、分岐チューブ７１の第３開口７１Ｚに対して着脱自在に取り付けられることが好ましい（図８Ｂ参照）。かかる場合、第２管１２の一端側１２ＲＡと分岐チューブ７１の第３開口７１Ｚとが連通切替機構として機能する。これにより、第２管１２の一端側１２ＲＡの分岐チューブ７１の第３開口７１Ｚに対する着脱操作によって、第２管１２が連通流路として機能する連通状態（図８Ａ参照）と、連通状態から退避した退避状態（図８Ｂ参照）との間で切替自在である。

なお、第２管１２の他端側１２ＲＢは、主分岐具２０に対して、着脱自在に取り付けられていてもよい。かかる場合、第２管１２の他端側１２ＲＢと主分岐具２０とが連通切替機構として機能する。

次に、呼吸不全シミュレータ５の使用方法について説明する。

医療従事者が、退避状態（図８Ｂ参照）の呼吸不全シミュレータ５に対し、第３管１３の一端側１３ＲＡを咥えて吸気を行った場合において、小チューブ４２の内外圧力差の発生によって、小チューブ４２が押しつぶされる結果、抵抗発生領域４２Ｒは塞がってしまう（図５Ｂ参照）。次に、医療従事者が、連通状態（図８Ａ参照）の呼吸不全シミュレータ５に対し、第３管１３の一端側１３ＲＡを咥えて吸気を行った場合において、抵抗発生領域４２Ｒの閉塞を誘発する内外圧力差は発生しない、またはほとんど発生しない。このため、抵抗発生領域４２Ｒは塞がらない（図５Ａ参照）。

ところで、健常者の肺においては、隔壁によって肺胞の復元力が確保される。この結果、呼吸によって肺の内圧が変化しても、所定の形状に復元可能であるため、正常な呼吸を行うことができる。一方、慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）の患者の肺胞においては、隔壁が壊れているため、肺胞の復元力が小さい。この結果、慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）の患者が吸気をした場合、肺胞の復元力が失われた分だけ、呼吸をスムーズに行えなくなる。

したがって、退避状態（図８Ｂ参照）の呼吸不全シミュレータ５では、慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）の状態、すなわち肺胞の復元力が失われ吸気によって抵抗発生領域４２Ｒは塞がった状態（図５Ｂ参照）を疑似的に体験することができる。一方、連通状態（図８Ａ参照）の呼吸不全シミュレータ５では、健常者の肺の状態、すなわち肺胞の復元力があり吸気による抵抗発生領域４２Ｒの閉塞が起こらない状態（図５Ａ参照）状態を疑似的に体験することができる。このように、呼吸不全シミュレータ５において、連通状態（図８Ａ参照）と、退避状態（図８Ｂ参照）との切り替えを行うことにより、医療従事者であっても、健常者と慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）患者との違いを容易に体験することができる。

図９に、呼吸不全シミュレータ５の変形例を示す。図９に示す呼吸不全シミュレータ５は、図８に示す呼吸不全シミュレータ５と異なり、第２管１２の他端側１２ＲＢが主分岐具２０に対して直接接続するのではなく、第２管１２の他端側１２ＲＢが主分岐具２０に対して開閉弁９６を介して接続する。開閉弁９６は、コントローラ８６の制御の下、閉空間７７と第１管１１とが連通する、すなわち第２管１２における流通が可能な流通状態と、閉空間７７と第１管１１とが遮断され、すなわち第２管１２における流通が遮断された遮断状態と、の間で切り替え自在である。こうして、開閉弁９６とコントローラ８６が流通切替機構として機能する。

図１０に、呼吸不全シミュレータ５の別の変形例を示す。図１０に示す呼吸不全シミュレータ５は、図８に示す呼吸不全シミュレータ５と異なり、第２管１２、第３管１３、主分岐具２０を省略する代わりに、風船９１が分岐チューブ７１の第３開口７１Ｚに対して着脱自在に設けられる。そして、風船９１を押しつぶすことで、閉空間７７の圧力を上昇させることができる。すなわち、チャンバ機構７０と風船９１とによって、外部圧力変更機が構成される。

このため、閉空間７７の圧力が小チューブ４２の内部空間の圧力に比べて高い状態となると、呼吸不全シミュレータ５は気道が収縮した患者の状態（収縮状態）を再現可能な状態となる。また、閉空間７７の圧力が小チューブ４２の内部空間の圧力と等しい場合となると、呼吸不全シミュレータ５は、気道の収縮が緩和された患者の状態（収縮緩和状態）を再現可能な状態となる。したがって、風船９１を有する外部圧力変更機は、風船９１の押しつぶし操作といった極めて簡単かつ直観的な操作によって、収縮状態収と縮緩和状態との切り替えが可能となる。

なお、分岐チューブ７１にマノメータ９２が設けられていてもよい。

ところで、小チューブ４２がねじれてしまうと、小チューブ４２の内外圧力差の有無に関わりなく、小チューブ４２における気体の流通がスムーズに行えない。この結果、呼吸不全シミュレータは、所望の症状を再現することができない。このため、呼吸不全シミュレータは、小チューブ４２のねじれを防止するねじれ防止部材を備えることが好ましい。

図１１に示すねじれ防止部材は、小チューブ４２の内部空間、すなわち抵抗発生領域４２Ｒに配されるねじれ防止線条体１１１である。図１１Ａに示すねじれ防止線条体１１１は、両端が連結チューブ１１２によって連結される結果、環状となっている。

ねじれ防止線条体１１１は、小チューブ４２の内周面との係合によって、小チューブ４２のねじれを防ぐためのものであり、チューブ１１Ｘからチューブ１１Ｙへ向かって延びるように配される。さらに、ねじれ防止線条体１１１は、チューブ１１Ｘ及びチューブ１１Ｙに対してそれぞれ係合するため、チューブ１１Ｘとチューブ１１Ｙとの間隔が一定に維持される。なお、チューブ１１Ｘ及びチューブ１１Ｙに対するねじれ防止線条体１１１の係合の態様としては、チューブ１１Ｘ及びチューブ１１Ｙの内周面への押し当て、付勢、または、チューブ１１Ｘ及びチューブ１１Ｙに対する固着、嵌合などがある。ねじれ防止線条体１１１の形成材料としては、金属、プラスチック等いずれでもよいが、弾性体であることが好ましい。

図１１Ｂに示すように、小チューブ４２の内周面４２Ｎには、ねじれ防止線条体１１１と係合する係合領域４２ＮＫと、ねじれ防止線条体１１１から離れた離隔領域４２ＮＣと、が形成される。係合領域４２ＮＫの存在により、小チューブ４２は、ねじれ防止線条体１１１に係合するため、結果として、ねじれにくくなる。また、離隔領域４２ＮＣの存在により、小チューブ４２は、小チューブ４２の外部空間と抵抗発生領域４２Ｒとの間の圧力差によって、膨張または収縮が可能となる。

なお、図１１Ａに示すように、ねじれ防止線条体１１１は、チューブ１１Ｘの開口部に係合する一方係合部１１１Ｘと、チューブ１１Ｙの開口部に係合する他方係合部１１１Ｙと、を有することが好ましい。一方係合部１１１Ｘと他方係合部１１１Ｙとによって、ねじれ防止線条体１１１がチューブ１１Ｘとチューブ１１Ｙから外れにくくなる。この結果、チューブ１１Ｘとチューブ１１Ｙから小チューブ４２が外れにくくなる。

なお、ねじれ防止線条体１１１は、環状に形成する代わりに、螺旋状に形成してもよい。

図１の呼吸不全シミュレータ２では、第３管１３から分岐する第１管１１及び第２管１２を備えていたが、本発明はこれに限られない。図１２に示すように、呼吸不全シミュレータ８は、気体が流通可能な第１流路１１Ｒを形成する第１管１１と、抵抗発生領域４１Ｒを第１流路１１Ｒに形成するための小チューブ４１と、を備えていてもよい。かかる場合には、第１管１１の一端側１１ＲＡ及び他端側１１ＲＢのいずれかを咥えて呼吸することにより、呼吸不全の疑似体験が可能になる。

なお、図１等に示す小チューブ４１に代えて、図１３に示す可変抵抗ユニット１４１を用いてもよい。可変抵抗ユニット１４１は、第１管１１に配される回転軸１４１ＡＸと、回転軸１４１ＡＸの一端側を保持する保持孔が形成された第１軸保持板１４１ＨＡと、回転軸１４１ＡＸの他端側を保持する保持孔が形成された第２軸保持板１４１ＨＢと、回転軸１４１ＡＸに設けられた可変抵抗板１４１Ｒと、を備える。

回転軸１４１ＡＸは、第１管１１に対して同軸状となるように、第１流路１１Ｒに配される。さらに、回転軸１４１ＡＸは、第１軸保持板１４１ＨＡ及び第２軸保持板１４１ＨＢに形成された保持孔によって、自身の軸方向を中心に回転自在となるように保持される。

可変抵抗板１４１Ｒは、第１流路１１Ｒとほぼ同径の円板状に形成される。可変抵抗板１４１Ｒの中心は、回転軸１４１ＡＸによって同軸状に貫通される。また、可変抵抗板１４１Ｒは、回転軸１４１ＡＸに対して固定されているため、回転軸１４１ＡＸの回転により、第１流路１１において自身の軸方向を中心に回転する。

可変抵抗板１４１Ｒには、断面積の異なる貫通孔１４１ＲＡ〜１４１ＲＢが設けられる。可変抵抗板１４１Ｒに設けられた貫通孔１４１ＲＡ〜１４１ＲＢは、それぞれ抵抗発生領域を形成するためのものである。

第１軸保持板１４１ＨＡは、可変抵抗板１４１Ｒとほぼ同形状を有するものの、切欠き部１４１ＸＡを有する。第２軸保持板１４１ＨＢも、第１軸保持板１４１ＨＡと同様であって、可変抵抗板１４１Ｒとほぼ同形状を有するとともに、切欠き部１４１ＸＢを有する。第１軸保持板１４１ＨＡと第２軸保持板１４１ＨＢとは、切欠き部１４１ＸＡと切欠き部１４１ＸＢが正対するようにして第１流路１１Ｒに配される。切欠き部１４１ＸＡと切欠き部１４１ＸＢは、貫通孔１４１ＲＡ〜１４１ＲＢのいずれかを第１流路１１Ｒに連通させるためのものである。

可変抵抗板１４１Ｒの回転により、貫通孔１４１ＲＡの両端が第１流路１１Ｒに開口するとともに、貫通孔１４１ＲＢの両端が第１軸保持板１４１ＨＡ及び第２軸保持板１４１ＨＢによって塞がれ第１流路１１Ｒから遮断される第１状態と、貫通孔１４１ＲＢの両端が第１流路１１Ｒに開口するとともに、貫通孔１４１ＲＡの両端が第１軸保持板１４１ＨＡ及び第２軸保持板１４１ＨＢによって塞がれ第１流路１１Ｒから遮断される第２状態と、の間で切替自在である。こうして、所望の断面積の貫通孔を第１流路１１Ｒにて開口させることにより、抵抗発生領域の大きさを所望のものに切り替えることができる。

上記実施形態では、図１等に示す小チューブ４１に代えて、図１３に示す可変抵抗ユニット１４１を用いたが、本発明はこれに限られず、小チューブ４１を挟むことにより、抵抗発生領域４１Ｒの断面積を調節可能なクランプ部材を用いてもよい。このようなクランプ部材としては、例えば、クレンメ（例えば、ローラークレンメ、ワンタッチクレンメ、スライドクレンメ等）やクランプ（例えば、チューブクランプ、スクリュークランプ、フロークランプ等）と称されるものがある。

次に、二重管構造の小チューブ４１について説明する。二重管構造の小チューブを形成するための機構は、図１４（Ａ）〜１４（Ｂ）に示すように、第１管１１の内周面から起立するように設けられた管内突起１５１と、小チューブ４１の外周面から起立するように設けられた外周突起１５２と、を備える。管内突起１５１としては、外周突起１５２と係合可能であるとともに、小チューブ４１が挿入可能な空間が確保される程度のものであればよい。したがって、管内突起１５１の形態としては、周方向に延びたもの（例えば、環状の係止突起）でもよいし、周方向に所定の間隔で並んだものでもよい。外周突起１５２が管内突起１５１と係合するように、小チューブ４１を第１管１１内に配すると、小チューブ４１は、第１管１１によって保持される。こうして、第１管１１によって保持された小チューブ４１によって、抵抗発生領域４１Ｒが第１流路１１Ｒ内に形成される。

さらに、二重管構造の小チューブを形成するための機構は、図１４（Ｃ）に示すように、小チューブ４１内に挿入可能なチューブ１５５と、チューブ１５５の外周面に設けられ、小チューブ４１（例えば、外周突起１５２）と係合可能な係合鍔１５６と、を備えていてもよい。チューブ１５５は、小チューブ４１に対して着脱自在であるため、チューブ１５５の着脱によって、抵抗発生領域における抵抗の大きさを調節することができる。

なお、上記実施形態において、各呼吸不全シミュレータの部品の操作は、コントローラ８６（例えば、図６等参照）の制御によって行ってもよいし、手動で行ってもよい。

尚、本発明の呼吸不全シミュレータは、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

２〜５ 呼吸不全シミュレータ
１１ 第１管
１１Ｒ 第１流路
１１Ｘ チューブ
１１Ｙ チューブ
１２ 第２管
１２Ｒ 第２流路
１３ 第３管
１３Ｒ 第３流路
１４ 第４管
１４Ｒ 第４流路
２０ 主分岐具
３１ 第１逆止弁
３２ 第２逆止弁
４１、４２ 小チューブ
４１Ｒ 抵抗発生領域
４２Ｎ 内周面
４２ＮＣ 離隔領域
４２ＮＫ 係合領域
４２Ｒ 抵抗発生領域
５０ 副分岐具
７０ チャンバ機構
７１ 分岐チューブ
７１Ｘ〜７１Ｚ 開口
７２Ｘ、７２Ｙ シールチューブ
７７ 閉空間
７８ 加圧空間
８１ 配管
８２ ポンプ
８３ 開閉弁
８６ コントローラ
９１ 風船
９６ 開閉弁
１１１ ねじれ防止線条体
１１６ ねじれ防止筒部
１２１ 切替逆止弁
１４１ 可変抵抗ユニット

Claims (19)

1. 呼気又は吸気の外圧が印加される外圧印加領域と、外部に開放された外部開放領域と、前記外圧印加領域及び前記外部開放領域の間において流れの抵抗を発生させる抵抗発生領域と、が形成された抵抗付与流路を備え、
   前記抵抗付与流路は、少なくとも、
   一端側が第１の前記外部開放領域となるとともに、前記抵抗発生領域を前記外部開放領域よりも他端側に有する第１流路と、
   一端側が第２の前記外部開放領域となる第２流路と、
   一端側が前記外圧印加領域となる第３流路と、
   前記第１〜３流路の他端側同士をつなぐ主分岐流路と、を有し、
   前記抵抗付与流路に設けられる逆止弁機構は、
   少なくとも前記吸気の外圧が前記外圧印加領域に印加される場合、前記第１の前記外部開放領域、前記第１流路の前記抵抗発生領域及び前記第３流路をこの順に吸気用の気体が流れると共に、
   少なくとも前記呼気の外圧が前記外圧印加領域に印加される際に、前記第３流路及び前記第２流路及び前記第２の前記外部開放領域をこの順に呼気用の気体が流れるように切り替える、
   ことを特徴とする呼吸不全シミュレータ。
2. 前記抵抗付与流路は、更に、
   前記外部開放領域となる第４流路と、
   前記第１及び２流路の前記一端側及び前記第４流路をつなぐ副分岐流路と、を備え、
   前記第４流路の前記外部開放領域を前記外圧印加領域に反転して用いると共に、前記第３流路の前記外圧印加領域を前記外部開放領域に反転して用いるようにし、
   前記抵抗付与流路に設けられる逆止弁機構は、
   少なくとも前記吸気の外圧が前記第４流路の前記外圧印加領域に印加される場合、前記第３流路、前記第２流路及び前記第４流路をこの順に呼気用の気体が流れると共に、
   少なくとも前記呼気の外圧が前記第４流路の前記外圧印加領域に印加される場合、前記第３流路、前記第１流路の前記抵抗発生領域及び前記第４流路をこの順に吸気用の気体が流れるように切り替える、
   ことを特徴とする請求項１記載の呼吸不全シミュレータ。
3. 前記外部開放領域は、呼吸補助装置の通気口と接続される接続部を有することを特徴とする請求項１ないし２のうちいずれか１項記載の呼吸不全シミュレータ。
4. 前記逆止弁機構は、一の方向への流通を規制する状態と他の方向への流通を規制する状態との間で切替自在であることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項記載の呼吸不全シミュレータ。
5. 前記逆止弁機構は、
   前記第１流路に設けられた第１逆止弁と、
   前記第２流路に設けられた第２逆止弁と、を有し、
   前記第１〜２逆止弁の一方は一端側から他端側の方向への流れを規制するとともに、他方は逆方向への流れを規制することを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１項記載の呼吸不全シミュレータ。
6. 前記抵抗発生領域における前記抵抗付与流路の断面積は、前記外圧印可領域における前記抵抗付与流路の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか１項記載の呼吸不全シミュレータ。
7. 前記抵抗発生領域を形成し、内部に前記呼気又は前記吸気の気体が流れる抵抗発生機構と、
   前記抵抗発生機構の周囲の圧力を変更することで、該抵抗発生機構の内部の前記呼気又は前記吸気の気体が流れる抵抗を変更可能な外部圧力変更機と、を備えたことを特徴とする請求項１ないし６のうちいずれか１項記載の呼吸不全シミュレータ。
8. 前記抵抗発生領域を形成し、内部に前記呼気又は前記吸気の気体が流れる抵抗発生機構を備え、
   前記抵抗発生領域を形成する前記抵抗発生機構は、内部に前記呼気又は前記吸気の気体が流れる管状体であり、
   前記管状体は、周囲と内部の圧力差によって変形することで、内部の前記呼気又は前記吸気の気体の流れる抵抗が変化する
   ことを特徴とする請求項１ないし６のうちいずれか１項記載の呼吸不全シミュレータ。
9. 前記抵抗発生機構の周囲の圧力を変更可能な外部圧力変更機を備えたことを特徴とする請求項８に記載の呼吸不全シミュレータ。
10. 前記外部圧力変更機は、前記外圧印加領域に印加された圧力が前記抵抗発生機構の周囲の圧力と等しくなるように、前記抵抗発生機構の周囲と前記外圧印加領域とを連通する連通流路を有することを特徴とする請求項７または９に記載の呼吸不全シミュレータ。
11. 前記外部圧力変更機は、前記連通流路を介して、前記抵抗発生機構の周囲及び前記外圧印加領域が連通した連通状態と、前記連通状態から退避した退避状態と、の間で切替自在な連通切替機構を有することを特徴とする請求項１０記載の呼吸不全シミュレータ。
12. 前記外部圧力変更機は、
    前記連通流路における流通が可能な流通状態と、前記流通が遮断された遮断状態と、の間で切り替え可能な流通切替機構を有することを特徴とする請求項１０または１１記載の呼吸不全シミュレータ。
13. 前記外部圧力変更機は、
    前記抵抗発生機構を収容するための密閉空間を形成する収容ケースを備えたことを特徴とする請求項７または９に記載の呼吸不全シミュレータ。
14. 前記管状体は可撓性を有することを特徴とする請求項８または９に記載の呼吸不全シミュレータ。
15. 前記管状体の内周面への係合によって前記管状体のねじれを防ぐねじれ防止部材を、さらに備えたことを特徴とする請求項８、９及び１４のうちいずれか１項記載の呼吸不全シミュレータ。
16. 前記ねじれ防止部材は、前記菅状体の内部空間に配され、前記菅状体の一端側から前記菅状体の他端側へ向かって延びることを特徴とする請求項１５記載の呼吸不全シミュレータ。
17. 前記管状体の内周面は、
    前記ねじれ防止部材に係合している係合領域と、
    前記ねじれ防止部材から離れている離隔領域と、を有することを特徴とする請求項１６記載の呼吸不全シミュレータ。
18. 前記流れの抵抗の大きさを変更可能な可変抵抗器をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし１７のうちいずれか１項記載の呼吸不全シミュレータ。
19. 前記外圧印加領域は、口と連通するための咥え部を有することを特徴とする請求項１ないし１８のうちいずれか１項記載の呼吸不全シミュレータ。

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