JP7144704B2

JP7144704B2 - 耐ｇ耐性向上装置、耐ｇ耐性向上マスク及び耐ｇ耐性向上方法

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Publication number: JP7144704B2
Application number: JP2021524545A
Authority: JP
Inventors: 信吾塚田; 寛中島; 東一郎後藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2019-06-04
Filing date: 2019-06-04
Publication date: 2022-09-30
Anticipated expiration: 2039-06-04
Also published as: US20220296935A1; JPWO2020245917A1; WO2020245917A1

Description

本発明は、耐Ｇ耐性向上装置、耐Ｇ耐性向上マスク及び耐Ｇ耐性向上方法に関する。

従来、飛行機のパイロットは、飛行機の旋回時等の遠心力がかかる場合に、視力低下、意識喪失、中枢神経障害等の異常状態になる場合があった。これらの異常状態（以下「低酸素脳状態」という。）は、飛行機の旋回によって生じる許容量を超えた遠心力が静脈還流量を減少させ、十分な酸素が脳に供給されなくなることによって引き起こされる。さらに高Ｇ環境では肺の血流が下部に偏り換気は上部に偏るなどの不均衡が生じ、より低酸素状態となりやすい。また頭部の体液量の減少や脳血流分布の乱れなどの複合的な要素も低酸素脳状態の原因となる。そこで、このような低酸素脳状態の発生を抑制しパイロットの遠心力への耐性（以下「耐Ｇ耐性」という。）を上げるため、飛行中のパイロットは気道内圧を調整するマスクを装着した上でフック呼吸を行う。気道内圧を調整するマスクは、呼気時にパイロットの気道内圧を陽圧にし、吸気時に圧を開放する機能を有する。フック呼吸は、声帯を閉じながら息を吐き出すことと、吐き出す時間よりも短い時間で息を吸い込むこととを繰り返す呼吸である。このように、気道内圧を調整するマスクとフック呼吸とによってパイロットの低酸素脳状態の発生が抑制される（非特許文献１及び２参照）。

James E. Whinnery, M.D., Ph.D. and Duane C. Murray, "Enhancing Tolerance to Acceleration (+Gz) Stress: The "Hook" Maneuver", [online]、[令和１年５月２２日検索]、インターネット〈URL：https://apps.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a231094.pdf> "パイロットの耐Ｇ性向上を目指して"、日本病態生理学会、[online]、[令和１年５月２２日検索]、インターネット〈URL：http://byoutaiseiri.kenkyuukai.jp/images/sys%5Cinformation%5C20110304141052-81B83E59607896E5F806508E38B087CC28ECC3C9C242C4AE314ACAA1010C46FB.pdf>

このような方法では、パイロットは持続的な陽圧が印加された状態で呼吸（陽圧呼吸）する。持続的な陽圧呼吸においては、胸腔内に陰圧が生じにくいため、胸腔内への静脈還流が阻害され心拍出量並びに脳血流量が低下する。そのため、パイロットに低酸素脳状態が発生する場合があった。また、このような問題は、飛行機のパイロットに限らず、高Ｇ環境下で努力性呼吸を行うレーサーやダイバーに共通の課題であった。

上記事情に鑑み、本発明は、加速度によって生じる体への負担に対するユーザの耐性を向上させる技術を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、気道に陽圧が加えられた状態で呼吸を行うユーザに対して酸素を供給する主供給源から前記ユーザに供給される前記酸素の気圧を制御する主系統弁と、前記主供給源から供給される酸素よりも高濃度の酸素である高濃度酸素を含む補助気体を前記ユーザに供給する補助供給源から前記ユーザに供給される前記補助気体の気圧を制御する補助系統弁と、の動作を制御する弁制御部、を備え、前記弁制御部は、前記ユーザの呼吸の状態が呼気相から吸気相に変化した場合に、前記吸気相の時間よりも短い所定の時間だけ前記ユーザに前記補助気体を供給するように前記主系統弁及び前記補助系統弁の動作を制御する、耐Ｇ耐性向上装置である。

本発明の一態様は、上記の耐Ｇ耐性向上装置であって、前記吸気相において前記主供給源が供給する前記酸素の気圧は、前記呼気相において前記主供給源が供給する前記酸素の気圧よりも低い。

本発明の一態様は、上記の耐Ｇ耐性向上装置であって、前記ユーザの気道内圧を測定する圧センサ、をさらに備え、前記弁制御部は、前記圧センサの測定結果に基づいて、前記主系統弁及び前記補助系統弁の動作を制御する。

本発明の一態様は、上記の耐Ｇ耐性向上装置であって、前記圧センサの測定結果に基づいて、前記ユーザの呼吸の状態を判定する呼吸状態判定部、をさらに備え、前記弁制御部は、前記呼吸状態判定部の判定結果に基づいて、前記主系統弁及び前記補助系統弁の動作を制御する。

本発明の一態様は、上記の耐Ｇ耐性向上装置であって、前記ユーザが過呼吸の状態か否かを判定する過呼吸判定部、をさらに備え、前記補助気体は前記高濃度酸素及び二酸化炭素を含み、前記弁制御部は、前記過呼吸判定部によって前記ユーザが過呼吸の状態であると判定された場合に、前記吸気相の時間よりも短い所定の時間だけ前記ユーザに前記補助気体を供給するように前記主系統弁及び前記補助系統弁の動作を制御する。

本発明の一態様は、気道に陽圧が加えられた状態で呼吸を行うユーザの口を覆うマスク本体と、前記マスク本体内の気圧を測定する圧センサと、前記ユーザに対して酸素を供給する主供給源から前記ユーザに供給される前記酸素の気圧を制御する主系統弁と、前記主供給源から供給される酸素よりも高濃度の酸素である高濃度酸素を含む補助気体を前記ユーザに供給する補助供給源から前記ユーザに供給される前記補助気体の気圧を制御する補助系統弁と、を備え、前記主系統弁及び前記補助系統弁の動作は、前記圧センサの測定結果に基づき、前記ユーザの呼吸の状態が呼気相から吸気相に変化した場合に、前記吸気相の時間よりも短い所定の時間だけ前記ユーザに前記補助気体を供給するように動作する、耐Ｇ耐性向上マスクである。

本発明の一態様は、気道に陽圧が加えられた状態で呼吸を行うユーザに対して、酸素を供給する主供給源から前記ユーザに供給される前記酸素の気圧を制御する主系統弁と、前記主供給源から供給される酸素よりも高濃度の酸素である高濃度酸素を含む補助気体を前記ユーザに供給する補助供給源から前記ユーザに供給される前記補助気体の気圧を制御する補助系統弁と、の動作を制御する弁制御部、を備える耐Ｇ耐性向上装置が行う耐Ｇ耐性向上方法であって、前記弁制御部が、前記ユーザの呼吸の状態が呼気相から吸気相に変化した場合に、前記吸気相の時間よりも短い所定の時間だけ前記ユーザに前記補助気体を供給するように前記主系統弁及び前記補助系統弁の動作を制御する制御ステップ、を有する耐Ｇ耐性向上方法である。

本発明により、加速度によって生じる体への負担に対するユーザの耐性を向上させることが可能となる。

第１の実施形態の耐Ｇ耐性向上装置１の使用例を示す図。第１の実施形態における制御部４１の機能構成の一例を示す図。第１の実施形態における酸素供給制御処理の流れの一例を示すフローチャート。第１の実施形態におけるユーザ９１の気道内圧の変化と、主ボンベ１１及び補助ボンベ１２が供給する気体の気圧の変化との実験結果の一例を示す図。第２の実施形態の耐Ｇ耐性向上装置１ａの使用例を示す図。第２の実施形態における制御部４１ａの機能構成の一例を示す図。第２の実施形態における過呼吸時弁制御処理の流れの一例を示すフローチャート。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の耐Ｇ耐性向上装置１の使用例を示す図である。ユーザ９１は、マスクから持続的な陽圧を気道に与えられた状態で呼吸する。すなわち、ユーザ９１はマスクによる加圧呼吸を行う。またユーザ９１は、加圧呼吸下でフック呼吸を行う。フック呼吸は、声帯を閉じて努力性呼気相を延長し、気道内圧を陽圧に長く維持し、吸気相を短縮する呼吸である。すなわち、フック呼吸は、持続的な陽圧が印加された状態を長く維持する呼吸である。フック呼吸において、ユーザ９１は陽圧下で声帯を閉じて持続的に息を吐き出す。陽圧下とは、酸素がユーザ９１に供給されている状態である。フック呼吸において吸気相の時間は呼気相の時間よりも短い。呼気相が開始されてから吸気相を経て次の呼気相が開始されるまでの時間は、例えば、約３秒である。陽圧下で息を吐き出す場合、胸腔内への静脈還流が阻害される。

耐Ｇ耐性向上装置１は、ユーザ９１の呼気時に第１の気圧（以下「第１気圧」という。）の主気体を放出する。主気体は、具体的には、酸素である。耐Ｇ耐性向上装置１は、ユーザ９１の吸気時に所定の時間（以下「ボーラス時間」という。）だけ第２の気圧（以下「第２気圧」という。）の補助気体を放出する。補助気体は、主気体よりも高い濃度の気体であってもよいし、異なる気体であってもよい。補助気体は、例えば、主気体よりも高い濃度の酸素であってもよい。補助気体は、例えば、高濃度酸素と二酸化炭素との混合気体であってもよい。耐Ｇ耐性向上装置１は、吸気時におけるボーラス時間以外の時間に、第１気圧及び第２気圧よりも低い第３の気圧（以下「第３気圧」という。）の主気体を放出する。耐Ｇ耐性向上装置１は、吸気時におけるボーラス時間以外の時間に、第１気圧、第２気圧及び第３気圧よりも低い第４の気圧（以下「第４気圧」という。）の補助気体を放出する。第４気圧は、約０の気圧である。以下、主気体が酸素であって、補助気体が高濃度酸素である場合を例に説明する。

耐Ｇ耐性向上装置１は、主ボンベ１１、補助ボンベ１２、耐Ｇ耐性向上マスク１３及び弁制御装置１４を備える。主ボンベ１１は、主系統チューブ１１１を介して耐Ｇ耐性向上マスク１３に主気体を供給する。補助ボンベ１２は、補助系統チューブ１１２を介して耐Ｇ耐性向上マスク１３に補助気体を供給する。主系統チューブ１１１は、中空の管であって管内を主気体が流れる。補助系統チューブ１１２は、中空の管であって管内を補助気体が流れる。

耐Ｇ耐性向上マスク１３は、マスク本体３００、圧センサ３０１、主系統弁３０２及び補助系統弁３０３を備える。マスク本体３００は、ユーザ９１の口を覆う。圧センサ３０１は、ユーザ９１の気道内圧を測定する。例えば、圧センサ３０１は、マスク本体３００内の気圧を気道内圧として測定する。圧センサ３０１の位置する場所はマスク本体３００だけでなく、主系統チューブ１１１や、主系統チューブ１１１とマスク本体３００とを接続するコネクタなどの気道と接続する経路上であればどこに位置してもよい。耐Ｇ耐性向上マスク１３は、主系統弁３０２を介して主系統チューブ１１１に接続される。マスク本体３００内には、主系統チューブ１１１を流れてきた主気体が流入する。耐Ｇ耐性向上マスク１３は、補助系統弁３０３を介して補助系統チューブ１１２に接続される。マスク本体３００内には、補助系統チューブ１１２を流れてきた補助気体が流入する。

主系統弁３０２は、弁制御装置１４の制御によって動作する。主系統弁３０２は、弁制御装置１４の制御によって動作し、耐Ｇ耐性向上マスク１３に供給する主気体の気圧を制御する。補助系統弁３０３は、弁制御装置１４の制御によって動作する。補助系統弁３０３は、弁制御装置１４の制御によって動作し、耐Ｇ耐性向上マスク１３に供給する補助気体の気圧を制御する。

弁制御装置１４は、圧センサ３０１の測定結果に応じて、主系統弁３０２及び補助系統弁３０３の動作を制御する。弁制御装置１４は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサとメモリとを備える制御部４１を備え、プログラムを実行する。弁制御装置１４は、プログラムの実行によって制御部４１、記憶部４２、通信部４３及び入力部４４を備える装置として機能する。

制御部４１は、弁制御装置１４の各機能部の動作を制御する。制御部４１は、圧センサ３０１の測定結果に応じて、主系統弁３０２及び補助系統弁３０３の動作を制御する。制御部４１は、通信部４３を介して圧センサ３０１の測定結果を取得する。制御部４１は、通信部４３を介して主系統弁３０２及び補助系統弁３０３に制御信号を送信することで主系統弁３０２及び補助系統弁３０３の動作を制御する。

記憶部４２は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。記憶部４２は弁制御装置１４に関する各種情報を記憶する。記憶部４２は、例えば、圧センサ３０１の測定結果を記憶する。記憶部４２は、例えば、主系統弁３０２及び補助系統弁３０３の制御の履歴を記憶する。

通信部４３は、弁制御装置１４と圧センサ３０１とが無線又は有線を介して通信するための通信インタフェースを含んで構成される。通信部４３は、弁制御装置１４と主系統弁３０２とが無線又は有線を介して通信するための通信インタフェースを含んで構成される。通信部４３は、弁制御装置１４と補助系統弁３０３とが無線又は有線を介して通信するための通信インタフェースを含んで構成される。

入力部４４は、タッチパネル等の入力装置を含んで構成される。入力部４４は、これらの入力装置を自装置に接続するインタフェースとして構成されてもよい。入力部４４は、自装置に対する開始指示及び終了指示の入力を受け付ける。開始指示は、制御部４１による主系統弁３０２及び補助系統弁３０３の制御の開始を指示する。終了指示は、制御部４１による主系統弁３０２及び補助系統弁３０３の制御の終了を指示する。入力部４４は、入力された開始指示及び終了指示を制御部４１に出力する。開始指示を取得した制御部４１は、主系統弁３０２及び補助系統弁３０３の制御を開始する。終了指示を取得した制御部４１は、主系統弁３０２及び補助系統弁３０３の制御を終了する。

図２は、第１の実施形態における制御部４１の機能構成の一例を示す図である。制御部４１は、開始判定部４１１、終了判定部４１２、測定結果取得部４１３、呼吸状態判定部４１４及び弁制御部４１５を備える。

開始判定部４１１は、入力部４４に開始指示の入力があるか否かを判定する。開始判定部４１１は、開始指示の入力があると判定した場合に、測定結果取得部４１３、呼吸状態判定部４１４及び弁制御部４１５の動作を開始させる。終了判定部４１２は、入力部４４に終了指示の入力があるか否かを判定する。終了判定部４１２は、終了指示の入力があると判定した場合に、測定結果取得部４１３、呼吸状態判定部４１４及び弁制御部４１５の動作を終了させる。以下、入力部４４に開始指示が入力されてから入力部４４に終了指示が入力されるまでに耐Ｇ耐性向上装置１が実行する処理を酸素供給制御処理という。測定結果取得部４１３は、圧センサ３０１の測定結果（以下「圧測定結果」という。）を取得する。

呼吸状態判定部４１４は、圧測定結果に基づいて、ユーザ９１の呼吸の状態が呼気相から吸気相に変化したことを示す条件（以下「第１呼吸状態条件」という。）が満たされるか否かを判定する。第１呼吸状態条件は、例えば、気道内圧が予め定められた第１の時間だけ第１の気道内圧（以下「第１気道内圧」という。）であった後に所定の気圧だけ下がる、という条件であってもよい。第１気道内圧は、陽圧である。呼吸状態判定部４１４は、圧測定結果に基づいて、ユーザ９１の呼吸の状態に関する条件であって吸気相から呼気相への変化に関する条件（以下「第２呼吸状態条件」という。）が満たされるか否かを判定する。第２呼吸状態条件は、例えば、気道内圧が予め定められた第２の時間だけ第２の気道内圧（以下「第２気道内圧」という。）であった後に所定の気圧だけ上がったという条件であってもよい。第２気道内圧は陰圧である。第２呼吸状態条件は、例えば、気道内圧が第２気道内圧である状態で予め定められた第２の時間が経過した、という条件であってもよい。以下、第２呼吸状態条件が、気道内圧が第２気道内圧である状態で予め定められた第２の時間が経過したという条件である場合を例に説明する。なお本記載の陽圧及び陰圧は必ずしも地上気圧（１気圧）を０基準とするものではなく、環境に合わせて相対的に基準を置いてもよい。例えば、陽圧及び陰圧は、キャビン内圧や呼吸装置の平均圧等を目安に設定されてもよい。

弁制御部４１５は、入力部４４に開始指示が入力されたと開始判定部４１１が判定した場合に、第１気圧制御を実行する。第１気圧制御は、主系統弁３０２及び補助系統弁３０３の動作を制御することで、主ボンベ１１が供給する主気体の気圧を第１気圧に制御し、補助ボンベ１２が供給する補助気体の気圧を第４気圧に制御する制御である。弁制御部４１５は、第１呼吸状態条件が満たされるまで第１気圧制御を実行する。

弁制御部４１５は、第１呼吸状態条件が満たされた場合に、第２気圧制御を実行する。第２気圧制御は、主系統弁３０２及び補助系統弁３０３の動作を制御することで、主ボンベ１１が供給する主気体の気圧を第３気圧に制御し、補助ボンベ１２が供給する補助気体の気圧を第２気圧に制御する制御である。第２気圧制御は、ボーラス時間だけ実行される制御である。

弁制御部４１５は、第２気圧制御の実行後から第２呼吸状態条件が満たされるまで第３気圧制御を実行する。第３気圧制御は、主系統弁３０２及び補助系統弁３０３の動作を制御することで、主ボンベ１１が供給する主気体の気圧を第３気圧に制御し、補助ボンベ１２が供給する補助気体の気圧を第４気圧に制御する制御である。弁制御部４１５は、第２呼吸状態条件が満たされた場合に、第１気圧制御を実行する。このように、弁制御部４１５は、呼吸状態判定部４１４の判定結果に基づいて主系統弁３０２及び補助系統弁３０３の動作を制御する。

図３は、第１の実施形態における酸素供給制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。
開始判定部４１１が、入力部４４に開始指示の入力があるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。入力部４４に開始指示の入力が無い場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、ステップＳ１０１の処理に戻る。一方、入力部４４に開始指示の入力がある場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、弁制御部４１５は、第１気圧制御を開始する（ステップＳ１０２）。測定結果取得部４１３が圧測定結果を取得する（ステップＳ１０３）。呼吸状態判定部４１４が、圧測定結果に基づいて、第１呼吸状態条件が満たされるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。第１呼吸状態条件が満たされない場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、ステップＳ１０３の処理に戻る。なお、第１気圧制御は、ステップＳ１０３及びステップＳ１０４の実行中も継続して実行されている。

第１呼吸状態条件が満たされる場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、弁制御部４１５はボーラス時間だけ第２気圧制御を実行する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５の次に、弁制御部４１５は第３気圧制御の実行を開始する（ステップＳ１０６）。測定結果取得部４１３が圧測定結果を取得する（ステップＳ１０７）。呼吸状態判定部４１４が、圧測定結果に基づいて、第２呼吸状態条件が満たされるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。第２呼吸状態条件が満たされない場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）、ステップＳ１０７の処理に戻る。なお、第２気圧制御は、ステップＳ１０７及びステップＳ１０８の実行中も継続して実行されている。

第２呼吸状態条件が満たされる場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、終了判定部４１２が、入力部４４に終了指示の入力があるか否かを判定する（ステップＳ１０９）。入力部４４に終了指示の入力が無い場合（ステップＳ１０９：ＮＯ）、ステップＳ１０２の処理に戻る。すなわち、第１気圧制御の実行が開始される。入力部４４に終了指示の入力がある場合（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、酸素供給制御処理が終了する。なお、ステップＳ１０９の処理は、必ずしもステップＳ１０８の処理の次に実行される必要は無く、ステップＳ１０１以降であれば、どのタイミングで実行されてもよい。

図４は、第１の実施形態の耐Ｇ耐性向上装置１を使用するユーザ９１の気道内圧の変化と、主ボンベ１１及び補助ボンベ１２が供給する気体の気圧の変化との実験結果の一例を示す図である。図４において、ユーザ９１の呼吸の状態は、フック呼吸を行っているユーザ９１の呼吸の状態を示す。

図４（Ａ）は、フック呼吸を行っているユーザ９１の気道内圧の時間変化を表す。図４（Ａ）のグラフの縦軸は、気道内圧を示す。図４（Ａ）のグラフの横軸は、時刻を示す。図４（Ｂ）のグラフの縦軸は、補助気体の気圧を示す。図４（Ｂ）のグラフの横軸は、時刻を示す。図４（Ｃ）のグラフの縦軸は、主気体の気圧を示す。図４（Ｃ）のグラフの横軸は、時刻を示す。

図４は、時刻ｔ１においてユーザ９１の気道内圧が上昇することを示す。図４において、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間におけるユーザ９１の呼吸の状態は呼気相である。すなわち、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間において、ユーザ９１は、声帯を閉じて持続的に息を吐き出している。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間における気道内圧は陽圧である。図４は、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで第１気圧制御が実行されていることを示す。

図４は、時刻ｔ２において、ユーザ９１の気道内圧が減少することを示す。図４は、時刻ｔ２において、第１呼吸状態条件が満たされて、第２気圧制御が開始されることを示す。図４は、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで第２気圧制御が実行されていることを示す。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間はボーラス時間の一例である。図４は、時刻ｔ３から時刻ｔ４まで第３気圧制御が実行されていることを示す。図４は、時刻ｔ４において、ユーザ９１の気道内圧が上昇することを示す。図４は、時刻ｔ４において、第２呼吸状態条件が満たされて、第１気圧制御が開始されることを示す。図４において、時刻ｔ２から時刻ｔ４までの時間におけるユーザ９１の呼吸の状態は吸気相である。すなわち、ユーザ９１は、時刻ｔ２から時刻ｔ４までの時間において息を吸っている。時刻ｔ２から時刻ｔ４までの時間における気道内圧は陰圧である。

図４において、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの時間では、ユーザ９１の呼吸の状態は呼気相である。すなわち、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの時間において、ユーザ９１は、声帯を閉じて持続的に息を吐き出している。図４は、時刻ｔ４から時刻ｔ５まで第１気圧制御が実行されることを示す。時刻ｔ４から時刻ｔ５までの時間における気道内圧は陽圧である。

図４は、時刻ｔ５において、ユーザ９１の気道内圧が減少することを示す。図４は、時刻ｔ５において、第１呼吸状態条件が満たされて、第２気圧制御が開始されることを示す。図４は、時刻ｔ５から時刻ｔ６まで第２気圧制御が実行されていることを示す。時刻ｔ５から時刻ｔ６までの時間はボーラス時間の一例である。図４は、時刻ｔ６から時刻ｔ７まで第３気圧制御が実行されていることを示す。図４は、時刻ｔ７において、ユーザ９１の気道内圧が上昇することを示す。図４は、時刻ｔ７において、第２呼吸状態条件が満たされて、第１気圧制御が開始されることを示す。図４において、時刻ｔ５から時刻ｔ７までの時間におけるユーザ９１の呼吸の状態は吸気相である。すなわち、ユーザ９１は、時刻ｔ５から時刻ｔ７までの時間において息を吸っている。時刻ｔ５から時刻ｔ７までの時間における気道内圧は陰圧である。

図４において、時刻ｔ７から時刻ｔ８までの時間では、ユーザ９１の呼吸の状態は呼気相である。すなわち、時刻ｔ７から時刻ｔ８までの時間において、ユーザ９１は、声帯を閉じて持続的に息を吐き出している。図４は、時刻ｔ７から時刻ｔ８まで第１気圧制御が実行されることを示す。図４は、時刻ｔ８において、ユーザ９１の気道内圧が減少することを示す。図４は、時刻ｔ８において、第１呼吸状態条件が満たされて、第２気圧制御が開始されることを示す。図４は、時刻ｔ８から時刻ｔ９まで第２気圧制御が実行されていることを示す。時刻ｔ８から時刻ｔ９までの時間はボーラス時間の一例である。時刻ｔ７から時刻ｔ８までの時間における気道内圧は陽圧であり、時刻ｔ８から時刻ｔ９までの時間における気道内圧は陰圧である。

このように構成された第１の実施形態の耐Ｇ耐性向上装置１は、フック呼吸を行うユーザ９１の呼吸の吸気相において呼気相において供給されている酸素よりも高濃度の酸素をボーラス時間だけ供給する。このため、耐Ｇ耐性向上装置１は、胸腔内への静脈還流が阻害されていない状態でユーザ９１に高濃度の酸素を供給することができる。そのため、耐Ｇ耐性向上装置１は、フック呼吸を行うユーザ９１の胸腔内への静脈還流の阻害による脳血流量の低下を抑制し、加速度によって生じる体への負担に対するユーザ９１の耐性を向上させることができる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態の耐Ｇ耐性向上装置１ａの使用例を示す図である。耐Ｇ耐性向上装置１ａは、弁制御装置１４に代えて弁制御装置１４ａを備える点で耐Ｇ耐性向上装置１と異なる。弁制御装置１４ａは、制御部４１に代えて制御部４１ａを備える点で、弁制御装置１４と異なる。制御部４１ａは、ＣＰＵ等のプロセッサとメモリとを備える。耐Ｇ耐性向上装置１ａが備える補助ボンベ１２は、高濃度酸素と二酸化炭素との混合気体である。
以下、耐Ｇ耐性向上装置１が備える各機能部と同様の機能をもつものについては、図１と同じ符号を付すことで説明を省略する。

図６は、第２の実施形態における制御部４１ａの機能構成の一例を示す図である。制御部４１ａは、過呼吸判定部４１６を備える点と、弁制御部４１５に代えて弁制御部４１５ａを備える点とで、制御部４１と異なる。以下、制御部４１が備える各機能部と同様の機能を備えるものについては、図２と同じ符号を付すことで説明を省略する。

過呼吸判定部４１６は、圧測定結果に基づいて、ユーザ９１が過呼吸の状態か否かを判定する。過呼吸判定部４１６は、圧測定結果に基づいて、ユーザ９１が過呼吸の状態であることを判定できれば、どのようにしてユーザ９１が過呼吸の状態であるか否かを判定してもよい。例えば、過呼吸判定部４１６は、所定の時間内に陽圧と陰圧との変化が所定の回数以上発生したことを圧測定結果が示す場合に、ユーザ９１が過呼吸であると判定する。

弁制御部４１５ａは、第１の実施形態における弁制御部４１５が実行する処理にくわえて、さらに、過呼吸時弁制御処理を実行する。過呼吸時弁制御処理は、過呼吸判定部４１６によってユーザ９１が過呼吸であると判定された場合、第２気圧制御を実行する処理である。第１の実施形態における弁制御部４１５が実行する処理は、図３のフローチャートに示す酸素供給制御処理を含む。

図７は、第２の実施形態における過呼吸時弁制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。過呼吸時弁制御処理は、繰り返し実行される。測定結果取得部４１３が圧測定結果を取得する（ステップＳ２０１）。過呼吸判定部４１６が、圧測定結果に基づいて、ユーザ９１が過呼吸の状態であるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。ユーザ９１が過呼吸の状態であると判定された場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、弁制御部４１５ａは、ボーラス時間だけ第２気圧制御を実行する（ステップＳ２０３）。一方、ユーザ９１が過呼吸の状態ではないと判定された場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）、過呼吸時弁制御処理は終了する。

このように構成された第２の実施形態の耐Ｇ耐性向上装置１ａは、ユーザ９１が過呼吸の状態であるか否かを判定し、ユーザ９１が過呼吸である場合にユーザ９１の呼吸が吸気相である時に二酸化炭素を供給する。そのため、耐Ｇ耐性向上装置１ａは、過呼吸の状態にあるユーザ９１を過呼吸で無い状態にすることができる。

（変形例）
１回の第２呼吸制御においてユーザ９１に供給することが望ましい補助気体の量は医学的に決まっている。また、補助気体の望ましい濃度も医学的に決まっている。そのため、ボーラス時間にも望ましい時間があり、ボーラス時間は１秒以内が望ましい。特に、ボーラス時間は略０．３秒であることが望ましい。

なお、主ボンベ１１は主供給源の一例である。なお、補助ボンベ１２は補助供給源の一例である。

なお、耐Ｇ耐性向上装置１の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１…耐Ｇ耐性向上装置、１１…主ボンベ、１２…補助ボンベ、１３…耐Ｇ耐性向上マスク、１４、１４ａ…弁制御装置、４１、４１ａ…制御部、４２…記憶部、４３…通信部、１１１…主系統チューブ、１１２…補助系統チューブ、３００…マスク本体、３０１…圧センサ、３０２…主系統弁、３０３…補助系統弁、４１１…開始判定部、４１２…終了判定部、４１３…測定結果取得部、４１４…呼吸状態判定部、４１５、４１５ａ…弁制御部、４１６…過呼吸判定部

Claims

気道に陽圧が加えられた状態で呼吸を行うユーザに対して酸素を供給する主供給源から前記ユーザに供給される前記酸素の気圧を制御する主系統弁と、前記主供給源から供給される酸素よりも高濃度の酸素である高濃度酸素を含む補助気体を前記ユーザに供給する補助供給源から前記ユーザに供給される前記補助気体の気圧を制御する補助系統弁と、の動作を制御する弁制御部、
を備え、
前記弁制御部は、前記ユーザの呼吸の状態が呼気相から吸気相に変化した場合に、前記吸気相の時間よりも短い所定の時間だけ前記ユーザに前記補助気体を供給するように前記主系統弁及び前記補助系統弁の動作を制御する、
耐Ｇ耐性向上装置。
前記吸気相において前記主供給源が供給する前記酸素の気圧は、前記呼気相において前記主供給源が供給する前記酸素の気圧よりも低い、
請求項１に記載の耐Ｇ耐性向上装置。
前記ユーザの気道内圧を測定する圧センサ、
をさらに備え、
前記弁制御部は、前記圧センサの測定結果に基づいて、前記主系統弁及び前記補助系統弁の動作を制御する、
請求項１又は２に記載の耐Ｇ耐性向上装置。
前記圧センサの測定結果に基づいて、前記ユーザの呼吸の状態を判定する呼吸状態判定部、
をさらに備え、
前記弁制御部は、前記呼吸状態判定部の判定結果に基づいて、前記主系統弁及び前記補助系統弁の動作を制御する、
請求項３に記載の耐Ｇ耐性向上装置。
前記ユーザが過呼吸の状態か否かを判定する過呼吸判定部、
をさらに備え、
前記補助気体は前記高濃度酸素及び二酸化炭素を含み、
前記弁制御部は、前記過呼吸判定部によって前記ユーザが過呼吸の状態であると判定された場合に、前記吸気相の時間よりも短い所定の時間だけ前記ユーザに前記補助気体を供給するように前記主系統弁及び前記補助系統弁の動作を制御する、
請求項１から４のいずれか一項に記載の耐Ｇ耐性向上装置。
気道に陽圧が加えられた状態で呼吸を行うユーザの口を覆うマスク本体と、
前記マスク本体内の気圧を測定する圧センサと、
前記ユーザに対して酸素を供給する主供給源から前記ユーザに供給される前記酸素の気圧を制御する主系統弁と、
前記主供給源から供給される酸素よりも高濃度の酸素である高濃度酸素を含む補助気体を前記ユーザに供給する補助供給源から前記ユーザに供給される前記補助気体の気圧を制御する補助系統弁と、
を備え、
前記主系統弁及び前記補助系統弁の動作は、前記圧センサの測定結果に基づき、前記ユーザの呼吸の状態が呼気相から吸気相に変化した場合に、前記吸気相の時間よりも短い所定の時間だけ前記ユーザに前記補助気体を供給するように動作する、
耐Ｇ耐性向上マスク。
気道に陽圧が加えられた状態で呼吸を行うユーザに対して酸素を供給する主供給源から前記ユーザに供給される前記酸素の気圧を制御する主系統弁と、前記主供給源から供給される酸素よりも高濃度の酸素である高濃度酸素を含む補助気体を前記ユーザに供給する補助供給源から前記ユーザに供給される前記補助気体の気圧を制御する補助系統弁と、の動作を制御する弁制御部、を備える耐Ｇ耐性向上装置が行う耐Ｇ耐性向上方法であって、
前記弁制御部が、前記ユーザの呼吸の状態が呼気相から吸気相に変化した場合に、前記吸気相の時間よりも短い所定の時間だけ前記ユーザに前記補助気体を供給するように前記主系統弁及び前記補助系統弁の動作を制御する制御ステップ、
を有する耐Ｇ耐性向上方法。