JP6793351B2 - Nasal CPAP element - Google Patents
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Description
本発明は、ネーザルCPAP素子に関する。 The present invention relates to a nasal CPAP element.
圧力を加えた空気を鼻から送り込んで気道の閉塞を取り除く経鼻的持続的気道陽圧(ネーザルCPAP:Nasal Continuous Positive Airway Pressure)療法は、新生児呼吸窮迫症候群の患者などの肺の陽圧を確保するために広く行われている。
特許文献1には、給気チューブが結合する給気管接続ポートと、鼻腔プロングが結合する鼻腔プロングポートと、排気チューブが結合する排気管接続ポートと、鼻腔プロングポートに連通するキャビティと、を備えるネーザルCPAP素子であって、排気管接続ポートの開口方向が、鼻腔プロングポートの開口方向と反対方向であり、給気管接続ポートの開口方向が、排気管接続ポートまたは鼻腔プロングポートの開口方向と同一方向であり、給気管接続ポートから流入する空気を、流入方向に対して略直角方向に噴出するノズルと、ノズルから噴出する空気を二分するスプリッターと、スプリッターで二分された空気の一方の流路を形成する第1分岐路と、二分された空気の他方を排気管接続ポートに導く第2分岐路と、第1分岐路及びキャビティから流出する空気を排気管接続ポートに導く排出路と、第2分岐路と排出路の間にあって、排出路から流出する空気の第2分岐路への流入を阻止するガイドベーンと、を備えるネーザルCPAPが開示されている。Nasal Continuous Positive Airway Pressure (CPAP) therapy, which pumps pressurized air through the nose to remove airway obstruction, ensures positive airway pressure in the lungs, such as in patients with neonatal respiratory distress syndrome. It is widely practiced to do.
特許文献1に記載のネーザルCPAPは、呼気圧力が大きく変動する。 In the Nasal CPAP described in
本発明の第1の態様にかかるネーザルCPAP素子は、給気チューブが結合する給気管接続ポートと、鼻腔プロングが結合する鼻腔プロングポートと、排気チューブが結合する排気管接続ポートと、前記鼻腔プロングポートに連通するキャビティと、を備えるネーザルCPAP素子であって、前記給気管接続ポートから流入する空気を噴出するノズルと、前記ノズルから噴出する空気を二分するスプリッターと、前記スプリッターで二分された空気の一方の流路を形成する第1分岐路と、二分された前記空気の他方を前記排気管接続ポートに導く第2分岐路と、前記第1分岐路及び前記キャビティから流出する空気を前記排気管接続ポートに導く排出路と、前記第2分岐路と前記排出路との間にあって、前記排出路から流出する空気の前記第2分岐路への流入を阻止するガイドベーンと、を備え、前記排出路は、前記第1分岐路側の幅よりも前記排気管接続ポート側の幅が狭く、前記排出路の前記第1分岐路側であって前記ノズルから遠い側の側面は、前記ノズルから噴出される空気のポテンシャルコアの終端よりも下流に位置する。 The nasal CPAP element according to the first aspect of the present invention includes an air supply tube connection port to which an air supply tube is connected, a nasal prong port to which a nasal prong is connected, an exhaust pipe connection port to which an exhaust tube is connected, and the nasal prong. A nasal CPAP element having a cavity communicating with a port, a nozzle for ejecting air flowing in from the air supply pipe connection port, a splitter for dividing the air ejected from the nozzle, and air divided by the splitter. The first branch path forming one flow path, the second branch path that guides the other of the divided air to the exhaust pipe connection port, and the exhaust of the air flowing out from the first branch path and the cavity. The discharge passage leading to the pipe connection port and a guide vane between the second branch passage and the discharge passage to prevent the inflow of air flowing out from the discharge passage into the second branch passage are provided. The width of the exhaust passage is narrower on the exhaust pipe connection port side than the width on the first branch road side, and the side surface of the discharge passage on the first branch road side and far from the nozzle is ejected from the nozzle. It is located downstream of the end of the potential core of the air.
本発明にかかるネーザルCPAPによれば、呼気圧力の変動を低減することができる。 According to the Nasal CPAP according to the present invention, fluctuations in expiratory pressure can be reduced.
(実施の形態)
図1〜図19を参照して、本発明にかかるネーザルCPAP素子の実施の形態を説明する。
図1は、ネーザルCPAP素子30の使用状態を示す図である。ネーザルCPAP素子30は、新生児の鼻腔に挿入されて使用され、新生児の呼吸を補助する。ネーザルCPAP素子30には、空気圧源から一定圧力で空気が供給される。以下では、ネーザルCPAP素子から鼻腔に供給される空気の圧力を「CPAP圧力」と呼ぶ。CPAP圧力は、呼吸障害の治療・無呼吸治療法として有効なので新生児の呼吸の周期、すなわち吸気と呼気とを通して約一定であることが望ましい。
なお本実施の形態において説明するネーザルCPAP素子30は新生児用であるが、空気圧源から供給される空気圧やネーザルCPAP素子30の形状を変更することにより、新生児以外にも対応可能である。(Embodiment)
An embodiment of the nasal CPAP device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 19.
FIG. 1 is a diagram showing a usage state of the Nasal
Although the
(構成)
図2は、ネーザルCPAP素子30の構成を示す図である。ネーザルCPAP素子30は、2枚の平板に挟まれた空間内に形成される空気流路、および複数の接続ポートから構成される。ネーザルCPAP素子30は、給気チューブが結合される給気管接続ポート31と、鼻腔プロングが結合される鼻腔プロングポート32、33と、鼻腔プロングポート32、33に連通するキャビティ35と、排気チューブが結合される排気管接続ポート34と、給気管接続ポート31から流入する空気を噴出するノズル36と、ノズル36の噴出空気を二分するスプリッター37と、スプリッター37で二分された空気の一方(以下、「第1噴流」と呼ぶ)の流路を形成する第1分岐路38と、二分された空気の他方(以下、「第2噴流」と呼ぶ)を排気管接続ポート34に導く第2分岐路39と、第1分岐路38及びキャビティ35から流出する空気を排気管接続ポート34に導く排出路40と、第1分岐路38及び排出路40の分岐位置で空気の流れを誘導するガイド42と、排出路40から流出する空気と第2分岐路39から流出する空気の干渉を防ぎ、排出路40から第2分岐路39への空気の逆流を阻止するガイドベーン41と、鈍頭部44と、HFO流路43とを備える。図中のVin,Vd,Vcent,Vupの4点は後述する説明において流速を算出した点を示す。(Constitution)
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the
鼻腔プロングポート32、33に結合した鼻腔プロングは、新生児の鼻に挿入される。鼻腔プロングポート32、33は、図2の下方に開口し、排気管接続ポート34は、逆方向の上方に開口している。給気管接続ポート31は、ここでは、排気管接続ポート34と同様に上方に開口しているが、鼻腔プロングポート32、33と同様に下方に開口するように構成しても良い。また給気管接続ポート31は図示上方に開口しているが、図示左側に開口部を有し給気管接続ポート31から流入する空気の方向とノズル36から噴出する空気の方向が略同一になるように構成されてもよい。
ノズル36は、給気管接続ポート31から流入する定圧力の空気を、流入方向に対して略直角な方向(図2上で右方向)に噴出する。The nasal prongs coupled to the
The
スプリッター37の先端は、図2上でノズル36の開口の上辺と略同じ高さに位置しており、ノズル36から噴出された空気を二分する。ノズル36の先端は丸みを帯びている。
第1分岐路38は、平行する内壁を有し、15°程度下向く直線的な流路を形成している。第1分岐路38の終端は、キャビティ35の上側に開口する。この第1分岐路38は、ノズル36から噴出する空気の流速を下げてCPAP圧力を回復するディフューザの役割を果たす。ディフューザの出口にあたる第1分岐路38の開口は、排出路40の開口に隣接しており、第1分岐路38の開口と排出路40の開口との境界位置に角部が丸みを帯びたガイド42が存在する。The tip of the
The
第2分岐路39を構成する素子内側の内壁392及び素子外側の内壁393は、それぞれ湾曲しており、内壁392の凹曲面は、内壁393の凹曲面よりも短い曲率半径を有している。以下では、湾曲する内壁392、393により形成される空洞を「サブキャビティ」390と呼ぶ。
排出路40は図示縦長の形状であり、排出路40の幅は図示下方の第1分岐路38側よりも図示上方の排気管接続ポート34の側が狭い。排出路40の排気管接続ポート34側の領域であって排出路40において最も幅が狭い領域を「排出路最狭部」401と呼ぶ。また排出路最狭部401を構成する壁面であって、図示右側、すなわちノズル36から遠い側の壁面を「最狭部遠方壁」401Rと呼ぶ。さらに、第2分岐路39の下流側の領域であってガイドベーン41を介して排出路最狭部401と隣接する領域を「隣接部」391と呼ぶ。The
The
最狭部遠方壁401Rの下部には鈍頭部44が設けられる。鈍頭部44は所定の曲率半径を有する鈍角の突起であり、ノズル36から噴出され第1分岐路38を通過した空気、すなわち噴流が衝突する位置に設けられる。第1分岐路38を通過した噴流は呼吸の周期にあわせて変化する鼻腔プロングポート32、33からの空気の流出入により図示上下方向に影響を受ける。鈍頭部44が丸みを有するので、呼吸の周期に合わせてこの噴流の先端が図示上下方向にスムーズに変化する。また鈍頭部44の上部は凹部形状を有しており、呼気時に図示上向きに曲げられた噴流がエントレインメント効果により排出路40から排気管接続ポート34へと流出しやすくなっている。 A
ノズル36から流出し、スプリッター37で分割された第2噴流は、第2分岐路39のサブキャビティ391の壁に沿って流れ、渦を形成する。また、排出路40を構成する素子外側の内壁401は、外側に多少膨らんでいる。そのため、ガイド42から剥離して排出路40に流入した空気は、膨らんだ内壁401に沿って流れることにより、ガイド42の直後に渦を形成する。サブキャビティ390や排出路40に発生する渦は、負圧を伴う。そのため、第2分岐路39の流入口から第2噴流が引き込まれ易くなり、また、排出路40の流入口から第1分岐路38やキャビティ35からの流出空気が引き込まれ易くなる。
HFO流路43は、高頻度振動換気法(High Frequency Oscillatory Ventilation)を実施するための流路である。本実施の形態では、HFO流路43には空気の流れは発生しない。The second jet, which flows out of the
The
図3はネーザルCPAP素子30の寸法を示す図である。このネーザルCPAP素子30は、主に2枚の平板により形成される所定の幅、たとえば幅2mmの空間に形成される空気流路である。ノズル36の幅、すなわち図3における上下方向の高さはたとえば1.1mmである。本実施の形態では、このノズル36の幅を基準寸法dとし、以下はこの基準寸法dを用いて他の寸法および曲率半径を示す。 FIG. 3 is a diagram showing the dimensions of the
第1分岐路38の幅は1.3d〜1.7dが好ましい。第1分岐路38が図示水平方向となす角は、たとえば15度であるが他の角度でもよい。サブキャビティ390の入り口寸法、すなわちノズル36の下流側端部からスプリッター37までの開口部は、1.2d〜1.4dが好ましい。また、第2分岐路39の出口寸法、すなわち隣接部391の幅は、1.3d〜1.6dが好ましい。隣接部391とガイドベーン41を解して隣接する排出路最狭部401の幅は2.6d〜3.2dが好ましい。また詳しくは後述するが、隣接部391の幅と排出路最狭部401の幅の比率は1:2が最も好ましく、1:1.7〜1:2.05の範囲が好ましい。 The width of the
ノズル36が空気を噴出する方向における、ノズル36の出口から最狭部遠方壁401Rまでの距離は、5d〜7dが好ましい。この距離は、速度が減少しない領域であるポテンシャルコアの長さである。ノズル36の端部から、キャビティ35の壁面であってノズル36から遠いほうの壁面までの寸法は、9.0d〜10dが好ましい。
鈍頭部44は、曲率半径が0.5dから0.7dであることが好ましく、図3に示すように鈍角、すなわち90度より大きいことが望ましい。なお鈍頭部44の図示上下方向の位置は、第1分岐路38が図示水平方向となす角、およびノズル36から噴出される空気の流速に基づき決定される。The distance from the outlet of the
The
(数値計算)
数値計算の結果を説明する。排出路最狭部401の幅を変化させた場合の数値計算の結果を、スプリッター37や第2分岐路39を備えない比較例とともに説明する。(Numerical calculation)
The result of numerical calculation will be described. The result of the numerical calculation when the width of the
<比較例素子の構成>
図4は、スプリッター37や第2分岐路39を備えない比較例素子90の構成を示す図である。比較例素子90とネーザルCPAP素子30とを比較すると、ネーザルCPAP素子30の構成からスプリッター37や第2分岐路39が除かれており、ノズル36から噴出する空気の全量が第1分岐路98に流入する。比較例素子90における排出路99の出口の幅、すなわちネーザルCPAP素子30において排出路最狭部401に相当する幅は2.8mmである。<Comparative example element configuration>
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a
<CPAP圧力>
ネーザルCPAP素子30の隣接部391の幅を1.4mmに固定し、排出路最狭部401の幅を1.6mm、2.0mm、2.4mm、2.8mm、3.0mm、3.2mmに変化させた場合のCPAP圧力の計算結果を図5に示す。この計算において、給気管接続ポート31への供給流量を7L/分とし、鼻腔プロングポート32、33を介する模擬呼吸は毎分50回であり、1回の換気量が20mlであり、正弦波状と設定した。<CPAP pressure>
The width of the
図5〜図8はいずれも数値計算結果を示す図であり、図5はCPAP圧力の時系列変化を示す図、図6はCPAP変動圧力を示す図、図7は後述する排出路比と後述する圧力変動幅の関係を示す図である。図5では、上述した複数の排出路最狭部401の幅のうち一部の結果のみを記し、比較例素子90を用いた計算結果も併記する。 5 and 8 are diagrams showing numerical calculation results, FIG. 5 is a diagram showing a time-series change in CPAP pressure, FIG. 6 is a diagram showing CPAP fluctuation pressure, and FIG. 7 is a discharge path ratio described later and a diagram described later. It is a figure which shows the relationship of the pressure fluctuation width. In FIG. 5, only a part of the widths of the plurality of discharge path
図5において、0秒から0.6秒までが模擬呼吸の呼気に対応する時間、0.6秒から1.2秒までが吸気に対応する時間である。排出路最狭部401の幅が1.6mmの場合は、CPAP圧力の変動幅(以下、「圧力変動幅」と呼ぶ)が60Pa以上あるが、幅2.0mmでは圧力変動幅が急激に減少し、幅2.8mmでは圧力変動幅がさらに減少している。なお比較例素子90は、排出路99の出口の幅が2.8mmであるが、圧力変動幅が100Pa以上でありネーザルCPAP素子30の排出路最狭部401の幅が1.6mmの場合よりも圧力変動幅が大きい。 In FIG. 5, 0 seconds to 0.6 seconds are times corresponding to the exhalation of simulated respiration, and 0.6 seconds to 1.2 seconds are times corresponding to inspiration. When the width of the
図6は、排出路最狭部401の幅が2.8mmと1.6mmと比較例素子90の3種類のCPAP圧力からそれぞれのMAP圧力、すなわち吸気に入る直前の呼気圧力を減じたCPAP変動圧力を示す図である。比較例素子90の吸気特性は、ノズルからの噴流が鈍頭部44まで達しているため、吸気開始とも下がり始め0.9秒で約−90Pa程度まで下がっている。 In FIG. 6, the widths of the
図7は、排出路最狭部401の幅を第2分岐路39の幅で除した値(以下、「排出路比」と呼ぶ)と、圧力変動幅の関係を示す図である。すなわち図7における左端のプロットは排出路最狭部401の幅が1.6mmの場合に対応し、右端のプロットは幅3.2mmの場合に対応する。図7より、排出路比が増加するとともに圧力変動幅は減少するが、排出路比が2を超えると圧力変動幅が増加に転じることがわかる。たとえば、圧力変動幅が15Pa未満に抑えられるのは、図7において破線で示すように、排出路比が1.7〜2.05の場合であることがわかる。 FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the value obtained by dividing the width of the
<よどみ点付近の圧力変化>
次にネーザルCPAP素子30の排出路最狭部401の幅が1.6mmの場合、および2.8mmの場合における、スプリッター37上の同一測定点におけるよどみ圧付近の圧力変化を説明する。圧力変化の計算結果を説明する前に、測定点を説明する。
図8は、スプリッター37上の測定点を示す図である。図8(a)に示すスプリッター37の先端部を拡大したものが図8(b)である。図8(b)に示すように、スプリッター37の先端部に測定点L1,L2,・・L10を定義する。すなわち測定点L5は、スプリッター37の表面であって図示水平面から38度の点である。そして隣接する測定点であるL4およびL6とはそれぞれ2度離れており、他の測定点も同様に2度ずつ離れている。<Pressure change near the stagnation point>
Next, the pressure change near the stagnation pressure at the same measurement point on the
FIG. 8 is a diagram showing measurement points on the
図9は、ネーザルCPAP素子30の排出路最狭部401の幅が1.6mmの場合と28mmの場合における、よどみ点付近の圧力変化を示す図である。排出路最狭部401の幅が1.6mmの場合は、測定点L3とL7の圧力の大小関係が呼気時と吸気時で入れ替わっており、よどみ点が移動していることを示している。そして模擬呼吸の1周期にわたる圧力の変動幅は、約400Paである。その一方、排出路最狭部401の幅が2.8mmの場合は、隣接する測定点L7とL8の計算結果がほぼ同一で図9では重なって表示されており、より詳細には、測定点L7とL8の計算結果は所定の差を保ちながら模擬呼吸の1周期全体にわたり変化している。この計算結果は、排出路最狭部401の幅が2.8mmの場合はよどみ点が移動していないことを示している。なおこの際の模擬呼吸の1周期にわたる圧力の変動幅は、約100Paである。 FIG. 9 is a diagram showing a pressure change near the stagnation point when the width of the discharge path
<ベクトル線図>
図10は、(a)ネーザルCPAP素子30、および(b)比較例素子90について、それぞれの流動状態を示すベクトル線図である。時刻は、それぞれ呼気開始から0.3秒、すなわち図9における0.3秒の状態である。ネーザルCPAP素子30においては、ノズルから流出したジェット噴流は、ノズル直後にあるスプリッター37先端で分流され、第2分岐路39から外部に向かう第2噴流とスプリッター流路からキャビティに向かう第1噴流とに分かれる。第1噴流は、スプリッター37の上部に沿っており、その幅がスプリッター37の後端に行く程狭まっている。スプリッター後端通過後の第1噴流は、排出路40の壁まで達せず途中で鞭の先端のように上方に曲がり、呼気流れと一緒になって上方出口に向かって流れている。
このように呼気時には、第1噴流が排出路40の壁から離れており、呼気流れが素子内から素子外へ向かってスムーズな流出状態が観察されている。<Vector diagram>
FIG. 10 is a vector diagram showing the flow states of (a)
As described above, at the time of exhalation, the first jet flow is separated from the wall of the
一方、比較例素子90の流れは、ノズル出口直後からジェット噴流全体が流路形状によって下方に曲げられ、第1分岐路98付近を流れている。そしてこの主流の幅は、ネーザルCPAP素子30に較べて太く、出口付近まで維持されていることがわかる。スプリッター流路通過後主流は、上向きに曲げられ壁に沿っているが、その一部は排出路40の壁に衝突し下方に向かっている。
このように比較例素子90では、排出路40の壁に衝突しながら流出しているため、呼気流れは外部へ流出しにくく循環していることが考えられる。以上のことから素子内のスプリッター流路通過後の主流の振る舞いは、エアーカーテン噴流と同様であると考えられる。すなわちネーザルCPAP素子30の主流は、その幅が狭く噴流の圧力が弱いため、呼気圧力によって曲げられ、主流が排出路40の壁から離れている。比較例素子90の主流は、その幅が広く噴流の圧力が呼気圧力よりも強いために、噴流が排出路40の壁まで達している。その結果ほとんどの呼気流れは外部へ流出しないで、キャビティ内で循環流を形成していると考えられる。On the other hand, in the flow of the
As described above, in the
図11は、排出路最狭部401の幅が流速に与える影響を示す図である。図11では、図2に示した3点における速度を、排出路最狭部401の幅が1.6mmの場合と2.8mmの場合のそれぞれについて示している。Vupはスプリッター37により分岐されてサブキャビティ390に流入する速度であり、Vcentは第1分岐路36の長さ方向中心部の速度であり、Vdは第1分岐路36の出口付近の速度である。また図11では比較のためにノズル36の出口速度をVinとして示している。
排出路最狭部401の幅2.8mmの場合は、各測定点におけるVup、Vcent、Vdの各速度は変動が少なく模擬呼吸の1周期全体にわたりほぼ一定である。このように変動が少ないことから、幅2.8mmの場合は呼吸による流速への影響が少ないことがわかる。一方、排出路最狭部401の幅1.6mmの場合は、Vcentは変動していないが、スプリッター37流路出口のVdが大きく変動している。このVdは、Vinよりも大きな速度を持っており、Vcentと呼吸による速度変動を足しただけではその速度に満たないため、3つ目の流れとしてキャビティ内の循環流が加わったためであると考えられる。FIG. 11 is a diagram showing the effect of the width of the
When the width of the
図12および図13は、流量特性を示す図である。図12は排出路最狭部401の幅が1.6mmの場合を示し、図13は排出路最狭部401の幅が2.8mmの場合を示す。いずれの図においても、D1はスプリッター37の下面を通過する流量、D2は排出路40から流出する流量、D3は第2分岐路39から流出する流量である。図12に示す出口流路1.6mmの場合は、D1とD2が略同一の振幅で逆位相の関係にあり、D3も大きく変動している。一方、図13に示す排出路最狭部401の幅が2.8mmの場合はD1とD3の変動が少なくほぼ一定になっており、D2はD1の流量に図12にNで示す呼吸分が加算されている。
以上の結果は、スプリッター流路通過後の主流の動き方がCPAP圧力の変動に支配的な影響を及ぼすことを示している。さらに、ネーザルCPAP素子30の排出路最狭部401に十分な幅が必要であり、さらに主流の幅を狭めるためにスプリッター37でノズルからのジェット噴流を一定割合で分流させる必要性も示されている。12 and 13 are diagrams showing the flow rate characteristics. FIG. 12 shows a case where the width of the
The above results indicate that the movement of the mainstream after passing through the splitter flow path has a dominant effect on the fluctuation of CPAP pressure. Further, it is also shown that the
(実験結果)
隣接部391の幅を1.4mm、排出路最狭部401の幅を2.8mmとしたネーザルCPAP素子(以下、「作成素子30A」と呼ぶ)を製作し、これを用いた実験結果を説明する。ただし一部の実験結果では、作成素子30Aとは排出路最狭部401の幅のみが異なり排出路最狭部401の幅が1.6mmである素子(以下、「1.6mm素子」と呼ぶ)を使った実験結果も併記している。
図14は、製作した作成素子30Aを新生児自発呼吸シミュレータに取り付けて、新生児自発呼吸シミュレータを動作させない状態で得られたMAP−供給流量特性である。MAPとはCPAP圧力のMean Average Pressure、すなわち平均圧力である。図14には、作成素子30Aの実験結果を丸のプロットで示し、比較のために1.6mm素子を用いた実験結果を四角のプロットで示している。両者を比較するとMAP−供給流量特性がほぼ同一である。すなわち、500PaのMAPを得るのに供給流量が約5.1L/minであり、1.6mm素子とほぼ同一流量であるから、この素子内の定常流れは1.6mm素子に近いと考えられる。(Experimental result)
A Nasal CPAP element (hereinafter referred to as "creating
FIG. 14 shows the MAP-supply flow rate characteristics obtained by attaching the manufactured
図15は、作成素子30Aおよび1.6mm素子を用いて、新生児自発呼吸シミュレータを動作させて得られたCPAP圧力の時系列変化を示す図である。新生児自発呼吸シミュレータの設定は、MAPが500PaP、呼吸時Exponential波形、換気量7mlである。図15に示すように、作成素子30Aを用いた場合の圧力波形は、1.6mm素子を用いた場合に比べて振幅が半分以下となっており、特に呼気時の圧力が大幅に減少している。この理由は、出口面積が拡がったことにより出口抵抗が減少したためであり、上述した数値計算の結果と一致している。しかし、吸気特性は約−90Pa程度まで下がっており、このマイナス圧力値は、図6の比較例素子90の吸気時のマイナス圧力値の結果とほぼ一致している。以上のことから、作成素子30Aに約5.1L/minの流量を供給すると、素子内流れは比較例素子90のように主流が排出路40の壁に衝突している流れであり、呼気時においては図10(a)に示した排出路最狭部401の幅が2.8mmであるネーザルCPAP素子30ように、スプリッター通過後に主流が排出路40の壁から離れた状態の流れであると予想される。 FIG. 15 is a diagram showing time-series changes in CPAP pressure obtained by operating a newborn spontaneous-respiration simulator using the created
図16は、新生児自発呼吸シミュレータの設定を換気量7ml、呼吸回数50回/分とし、所定のMAP圧となるように供給する空気圧力を複数とおり変化させた場合のCPAP圧力波形を示す図である。ただし、所定のMAP圧とは、100Pa刻みで300Paから800Paまでの6とおりに設定した。図16におけるそれぞれCPAP圧波形は、吸気時の波形が似ており、MAP圧の影響が少ないことを示している。そこで変動圧力振幅成分だけを取り出し、MAPによる影響を調べる。 FIG. 16 is a diagram showing a CPAP pressure waveform when the newborn spontaneous respiration simulator is set to have a ventilation volume of 7 ml and a respiration rate of 50 times / minute, and the air pressure supplied so as to reach a predetermined MAP pressure is changed in a plurality of ways. is there. However, the predetermined MAP pressure was set in 6 ways from 300 Pa to 800 Pa in 100 Pa increments. The CPAP pressure waveforms in FIG. 16 are similar to the waveform at the time of inspiration, indicating that the influence of the MAP pressure is small. Therefore, only the fluctuating pressure amplitude component is extracted and the effect of MAP is investigated.
図17は、図16における各系列の圧力変動成分、すなわちそれぞれの系列の圧力から設定MAP圧を減じた圧力を示す図である。図17により、吸気時においてはMAP圧が増加するとマイナス変動分が微増しているが、MAP圧にかかわらずほぼ同一振幅である。しかし呼気時においては、MAP圧の増加と共に圧力が減少している。たとえばMAP圧800Paにおいて−40Pa程度まで圧力が下がっている。これは、排出路40の壁と主流との間隔が、MAP圧の増加により僅かずつ開くことにより、呼気流れが増えて圧力が下がると考えられる。 FIG. 17 is a diagram showing pressure fluctuation components of each series in FIG. 16, that is, pressure obtained by subtracting the set MAP pressure from the pressure of each series. According to FIG. 17, when the MAP pressure increases during inspiration, the negative fluctuation amount slightly increases, but the amplitude is almost the same regardless of the MAP pressure. However, at the time of exhalation, the pressure decreases as the MAP pressure increases. For example, at a MAP pressure of 800 Pa, the pressure drops to about −40 Pa. It is considered that this is because the distance between the wall of the
図18は、MAP圧を500Pa一定とし、換気量のCPAP圧力への影響を調べた結果を示す図である。図18より、呼気時には換気量のCPAP圧力への影響が少ないが、吸気時においては換気量の増加に応じてCPAP圧力が降下することがわかる。その圧力降下の割合は、約−15Pa/mlであった。これは、換気量が大きくなると吸気流れの速度が大きくなり圧力が下がるためである。一方、呼気時の波形は、換気量が増加してもCPAP圧力への影響がほとんど無いことがわかる。 FIG. 18 is a diagram showing the results of examining the effect of ventilation volume on CPAP pressure with the MAP pressure kept constant at 500 Pa. From FIG. 18, it can be seen that the CPAP pressure is less affected by the ventilation volume during exhalation, but the CPAP pressure decreases as the ventilation volume increases during inspiration. The rate of pressure drop was about -15 Pa / ml. This is because as the ventilation volume increases, the speed of the intake air flow increases and the pressure decreases. On the other hand, it can be seen that the waveform during exhalation has almost no effect on CPAP pressure even if the ventilation volume increases.
上述した実施の形態によれば、以下の作用効果を奏する。
(1)ネーザルCPAP素子30は、給気チューブが結合する給気管接続ポート31と、鼻腔プロングが結合する鼻腔プロングポート32,33と、排気チューブが結合する排気管接続ポート34と、鼻腔プロングポートに連通するキャビティ35と、を備える。ネーザルCPAP素子30は、給気管接続ポート31から流入する空気を噴出するノズル36と、ノズル36から噴出する空気を二分するスプリッター37と、スプリッター37で二分された空気の一方の流路を形成する第1分岐路38と、二分された空気の他方を排気管接続ポートに導く第2分岐路39と、第1分岐路38及びキャビティ35から流出する空気を排気管接続ポート34に導く排出路40と、第2分岐路39と排出路40との間にあって、排出路40から流出する空気の第2分岐路39への流入を阻止するガイドベーン41と、を備える。排出路40は、第1分岐路側38の幅よりも排気管接続ポート34側の幅が狭い。排出路40の第1分岐路38側であってノズル36から遠い側の側面は、ノズル36から噴出される空気のポテンシャルコアの終端よりも下流に位置する。
鈍頭部44は、ノズル36から噴出される空気のポテンシャルコアの終端よりも下流に位置するので、キャビティ35から流出する空気が容易に鈍頭部44の近傍を通過して排気管接続ポート34へと到達できる。そのため、鼻腔プロングポート32、33からキャビティ35に空気が流入する呼気時にキャビティ35に流入した空気がスムーズに排気管接続ポート34へ到達できるので、呼気圧力の変動を低減することができる。According to the above-described embodiment, the following effects are obtained.
(1) The
Since the
(2)ノズル36が空気を噴出する方向における、ノズル36の出口から、排出路40の最も幅が狭い排出路最狭部401であってノズル36から遠い側の側面、すなわち最狭部遠方壁401Rまでの距離は、ノズル36の幅の5倍以上7倍以下である。
ノズル36の出口から最狭部遠方壁401Rまでの距離が、ポテンシャルコアの一般的な長さである出口幅、すなわちノズル36の幅の5倍〜7倍なので、キャビティ35から排出路40を経由して排気管接続ポート34に至る経路に抵抗を生じさせる。そのため、キャビティ35の圧力を大気圧よりも高く保つことができる。(2) From the outlet of the
Since the distance from the outlet of the
(3)第2分岐路39は、ガイドベーン41を介して排出路最狭部401と隣接する隣接部391を有する。排出路最幅狭部401の幅は、隣接部391の幅に対して1.7倍から2.05倍である。
図7に示すように、排出路比が1.7〜2.05の場合はCPAP圧力の変動幅が15Pa未満に抑えられ、鼻に供給する空気の圧力の変動を低減することができる。(3) The
As shown in FIG. 7, when the discharge path ratio is 1.7 to 2.05, the fluctuation range of the CPAP pressure is suppressed to less than 15 Pa, and the fluctuation of the pressure of the air supplied to the nose can be reduced.
(4)隣接部391の幅は1.4mmであり、排出路最狭部401の幅は2.8mmである。そのため、新生児に適したネーザルCPAP素子を提供することができる。
(5)排出路40のノズル36から遠い側の側面には丸みを帯びた鈍角の突起、すなわち鈍頭部44が備えられる。鈍頭部44は、ノズル36から噴出され第1分岐路38を通過した空気が衝突する位置に設けられる。そのため、呼吸の周期、すなわち吸気〜呼気の遷移においてよどみ点が鈍頭部44上で滑らかに移動することができる。(4) The width of the
(5) A rounded obtuse-angled protrusion, that is, an
(変形例)
上述した実施の形態では、ネーザルCPAP素子30はHFO流路43を備えた。しかし、図19に示すようにネーザルCPAP素子はHFO流路43を備えなくてもよい。図19は変形例におけるネーザルCPAP素子30Aの構成を示す図である。ネーザルCPAP素子30Aは破線で示すHFO流路43を備えない以外は、各部位の寸法を含めて図2に示すネーザルCPAP素子30と同様である。(Modification example)
In the embodiment described above, the
30…ネーザルCPAP素子、36…ノズル、37…スプリッター、38…第1分岐路、39…第2分岐路、391…隣接部、40…排出路、41…ガイドベーン、401…排出路最狭部、401R…最狭部遠方壁、44…鈍頭部30 ... Nasal CPAP element, 36 ... Nozzle, 37 ... Splitter, 38 ... First branch path, 39 ... Second branch path, 391 ... Adjacent part, 40 ... Discharge path, 41 ... Guide vane, 401 ... Narrowest part of discharge path , 401R ... Narrowest far wall, 44 ... Dull head
Claims (4)
前記給気管接続ポートから流入する空気を噴出するノズルと、
前記ノズルから噴出する空気を二分するスプリッターと、
前記スプリッターで二分された空気の一方の流路を形成する第1分岐路と、
二分された前記空気の他方を前記排気管接続ポートに導く第2分岐路と、
前記第1分岐路及び前記キャビティから流出する空気を前記排気管接続ポートに導く排出路と、
前記第2分岐路と前記排出路との間にあって、前記排出路から流出する空気の前記第2分岐路への流入を阻止するガイドベーンと、を備え、
前記排出路は、最も幅が狭い排出路最狭部を備え、
前記排出路は、前記第1分岐路側の幅よりも前記排気管接続ポート側の幅が狭く、
前記排出路の前記第1分岐路側であって前記ノズルから遠い側の側面は、前記ノズルから噴出される空気のポテンシャルコアの終端よりも下流に位置し、
前記第2分岐路は、前記ガイドベーンを介して、前記排出路最狭部と隣接する隣接部を有しており、前記排出路最幅狭部の幅は、前記隣接部の幅に対して1.7倍から2.05倍であるネーザルCPAP素子。A nasal CPAP element including an air supply tube connection port to which an air supply tube is connected, a nasal prong port to which a nasal prong is connected, an exhaust pipe connection port to which an exhaust tube is connected, and a cavity communicating with the nasal prong port. hand,
A nozzle that ejects air flowing in from the air supply pipe connection port and
A splitter that divides the air ejected from the nozzle into two,
A first branch path forming one flow path of air divided by the splitter, and
A second branch path that leads the other of the bisected air to the exhaust pipe connection port,
An exhaust path that guides the air flowing out of the first branch path and the cavity to the exhaust pipe connection port, and
It is provided with a guide vane between the second branch passage and the discharge passage to prevent the air flowing out from the discharge passage from flowing into the second branch passage.
The discharge path includes the narrowest part of the discharge path, which is the narrowest.
The width of the exhaust pipe connection port side is narrower than the width of the first branch road side.
The side surface of the discharge path on the side of the first branch path far from the nozzle is located downstream of the end of the potential core of the air ejected from the nozzle .
The second branch road has an adjacent portion adjacent to the narrowest portion of the discharge passage via the guide vane, and the width of the narrowest portion of the discharge passage is relative to the width of the adjacent portion. A nasal CPAP element that is 1.7 to 2.05 times .
前記ノズルが空気を噴出する方向における、前記ノズルの出口から、前記排出路最狭部であって前記ノズルから遠い側の側面までの距離は、前記ノズルの幅の5倍以上7倍以下であるネーザルCPAP素子。In the Nasal CPAP element according to claim 1,
In a direction in which the nozzles for ejecting air from the outlet of the nozzle, the distance to the side remote from the nozzle a said discharge path narrowest part is the following seven times more than five times the width of the nozzle Nasal CPAP element.
前記隣接部の幅は1.4mmであり、前記排出路最狭部の幅は2.8mmであるネーザルCPAP素子。In the Nasal CPAP element according to claim 1 or 2 .
A nasal CPAP element having a width of the adjacent portion of 1.4 mm and a width of the narrowest portion of the discharge path of 2.8 mm.
前記排出路の前記ノズルから遠い側の側面には丸みを帯びた鈍角の突起が備えられ、
前記突起は前記ノズルから噴出され前記第1分岐路を通過した空気が衝突する位置に設けられるネーザルCPAP素子。In the Nasal CPAP element according to any one of claims 1 to 3 .
The side surface of the discharge path on the side far from the nozzle is provided with a rounded obtuse angle protrusion.
The protrusion is a nasal CPAP element provided at a position where air ejected from the nozzle and passing through the first branch path collides with the protrusion.
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