JP7179407B2 - 搬送用人工呼吸器 - Google Patents

Description

本発明は、搬送用の肺換気装置（人工呼吸器）に関するものであり、より具体的には、ベンチュリ型換気システムの作動ガスとして酸素と空気とを自動的に選択できる肺換気装置に関するものである。

呼吸不全の患者を換気するための様々なタイプの肺換気装置（人工呼吸器）が先行着技術において知られている。搬送用人工呼吸器は非定常式の人工呼吸器であり、病院間又は病院内での患者の搬送に使用され得る。従って、このタイプの人工呼吸器は、救急車又は航空機などの輸送手段内で使用され得るように、また、救助の際にストレッチャ又は付属デバイスの隣に置いて運ばれるように、小型でより頑丈なボディを有する傾向がある。

搬送用人工呼吸器の開発には技術的な課題がある。人工呼吸器は、搬送による振動に耐えるように十分に頑強でなくてはならず、他方で、患者のニーズを十分に満たすための可能な限り多くのリソースを搭載する必要がある。

患者間の呼吸ニーズの差異は、成人患者のニーズと新生児患者のニーズとを考えると、より明確である。

換気サポートに関連する変数の中に、患者に提供される酸素の濃度を表す「吸入酸素濃度」があり、「ＦｉＯ_２」としても知られている。

慣用的な搬送用人工呼吸器はベンチュリシステムを用いて、圧縮された酸素を作動ガスとして使用し、周囲空気を引き込む。従って、このタイプの人工呼吸器においてはベンチュリシステムが加圧下の酸素に減圧状態を発生させ、この減圧により周囲空気が引き込まれて、肺の換気に使用されるガス混合物が生成される。

しかし、これらの既知の方法は生成量に欠点がある。すなわち、酸素流量が少ない場合、周囲空気の引き込みが少なく、すなわち空気が十分に吸い込まれない。このように低流量での空気吸引効率が低いことにより、混合物中のＦｉＯ_２が高くなる。

過剰な酸素は、特に新生児に、主に未熟児にダメージを与えることがある。例えば、血液中の酸素濃度が高ければ網膜血管の成長異常（未熟児網膜症）を引き起こすことがあり、また、高酸素濃度に長時間晒されると、気管支肺異形成、無気肺又はその他の問題を生じる場合がある。

従って、これらの患者には、酸素（２１％Ｏ_２）が追加されない空気による換気が望まれる。新生児又は未熟児に用いられる、低流量範囲で最大の生成量を得るために最適化されたベンチュリシステムを使用する人工呼吸器でも、システムの構造により、酸素の割合が２１％に達することが回避される。

高ＦｉＯ_２問題に対する先行技術の既知の解決策は、空気圧式の空気／Ｏ_２ブレンダの使用である。このタイプのブレンダは酸素入口に接続され、２１％～１００％のガス調整が可能である。

しかし、この既知の解決策にも欠点がある。なぜなら、空気／Ｏ_２ブレンダのコストは非常に高く、装置の体積も大きく、また、空気圧式ブレンダを使用するには２つのガスボンベ、すなわち圧縮空気ボンベ及び圧縮酸素ボンベの使用が必要であり、搬送面で困難になるからである。また、空気圧式ブレンダは、コストが高く、ボンベの使用が困難であることに加えて、ＦｉＯ_２の調整を手動で行う必要があるため、快適でなく、操作上のリスクも生じる。

また、圧縮空気ボンベの代わりに、空気圧式ブレンダに関連付けられた空気圧縮機を使用したとしても、圧縮機の重量が大きすぎて容易に搬送できない。加えて、人工呼吸器で圧縮機を使用するためには、空気流の需要ピークを提供するためのリザーバ、及び、除湿器（周囲空気中に存在する自然湿度が圧縮されると凝縮して水が発生することによる）を使用する必要がある。

別の既知の解決策は、内部タービンの使用である。この解決策においては、人工呼吸器は内部タービンを使用して、肺を換気するのに十分な圧力を有する空気流を発生させる。タービンを使用して、患者に供給されるガスに純酸素を、比例弁を介して加えることにより、酸素濃度を２１％～１００％の範囲で調整ができるが、必然的に消費量が多くなり、人工呼吸器の重量及び寸法が大きくなり、高コストの解決策である。またタービンが騒音やエンジン熱を発生するため、適切に処理しなければ、患者に送られる空気の過熱を生じる場合がある。

このように、先行技術に鑑みて、成人及び新生児の両方の患者のニーズを満たすことができ、それぞれの状況で適切な吸入酸素濃度に達するように酸素濃度を調整できる人工呼吸器がなお必要である。

本発明の目的の１つは、成人及び新生児の両方の患者のニーズを満たすことができる、コンパクトで効率的な搬送用人工呼吸器を提供することである。

本発明の別の目的は、吸入される酸素の割合がそれぞれの状況に応じて適切になるように、酸素濃度を調整できる搬送用人工呼吸器を提供することである。

本発明の別の目的は、ベンチュリ型換気システムの作動ガスとして酸素と空気とを自動的に選択できる搬送用人工呼吸器を提供することである。

本発明の別の目的は、人工呼吸器本体に接続された小型作動空気源を利用するように適合された搬送用人工呼吸器を提供することである。

本発明の別の目的は、空気圧縮機を使用する場合でも内部の空気リザーバ及びドライヤを使用せずに済む搬送用人工呼吸器を提供することである。

本発明は、これらの及びその他の目的を、以下の構成要素により特徴付けられる搬送用人工呼吸器により達成する。すなわち、

少なくとも１つの医療用酸素入口、少なくとも１つの圧縮空気入口、及び、少なくとも１つの周囲空気入口を有するモノブロック本体と、

前記モノブロック本体に組み込まれ、且つ、医療用酸素又は圧縮空気を選択的に通過させるように適合された、少なくとも１つのセレクタ弁と、

前記モノブロック本体に内蔵された、インジェクタノズル及びベンチュリ管を含むベンチュリシステムであって、前記インジェクタノズルが、前記セレクタ弁を通過した医療用酸素又は圧縮空気を受け取り、そして前記ベンチュリ管に向かってジェットを発生させ、当該ジェットが、前記周囲空気入口を通して周囲空気を引き込み、それにより、患者に送達されるべきガスの混合物を発生させるベンチュリシステムと、

前記ガス混合物中の酸素濃度を測定する吸入酸素濃度センサと、

電子制御システムであって、前記セレクタ弁を、前記吸入酸素濃度センサにより測定された酸素濃度に基づいて医療用酸素又は圧縮空気の通過を可能にするように制御する電子制御システムと、である。

この構造により、本発明の前記搬送用人工呼吸器は、セレクタ弁の電子制御により、吸入ガス中の酸素濃度を２１％～１００％の値に調整できる。

好ましくは、圧縮空気の前記入口に、前記モノブロック本体に接続された小型圧縮空気源が供給される。当該小型圧縮空気源は、例えば、前記モノブロック本体に接続されたミニ圧縮機、又は、前記モノブロック本体に接続された小型空気ボンベであり得る。

本発明の好ましい実施形態において、前記医療用酸素入口は酸素圧力調整弁であり、前記圧縮空気入口は空気圧力調整弁であり、前記周囲空気入口は、フィルタに関連付けられた一方向弁である。

前記搬送用人工呼吸器は、さらに、前記セレクタ弁を通過した酸素又は圧縮空気を受け取って前記インジェクタノズルに送出する比例弁と、
医療用酸素を前記酸素圧力調整弁から、換気に用いられる前記ガス混合物に直接導入することを可能にする比例酸素弁と、
圧縮空気を前記空気圧力調整弁から、換気に用いられる前記ガス混合物に直接導入することを可能にする比例空気弁と、をさらに備えている。

このようにして、前記電子制御システムは、前記比例酸素弁及び前記比例空気弁を、流量センサにより測定された前記ガス混合物の出力流量の測定結果に基づいて開閉でき、従って、人工呼吸器内で調整されるＦｉＯ_２に必要な現在の流量を達成することが可能である。

以下に本発明を、添付図面を参照しつつ、より詳細に説明する。

本発明の好ましい実施形態による搬送用人工呼吸器の斜視図である。 本発明の好ましい実施形態による搬送用人工呼吸器の第２の斜視図である。 本発明の好ましい実施形態による搬送用人工呼吸器の断面図である。 本発明の好ましい実施形態による搬送用人工呼吸器により構成された、組み込まれた電子ブレンダの概略図である。

ここで、本発明を、図１～図４に示した本発明による搬送用人工呼吸器の好ましい実施形態の一例に基づいて、さらに説明する。

図１は、本発明の搬送用人工呼吸器の第１の斜視図である。

人工呼吸器は、人工呼吸器の部品が挿入され又は取り付けられ、且つガス通路がその内部に形成されたモノブロック（一体鋳造）本体構造物を含む。

図１は、モノブロックの外側を示しており、医療用の加圧酸素を流入させる酸素圧力調整弁１、及び、圧縮空気を流入させる空気圧力調整弁２が取り付けられている。

空気圧調整弁２は、図４に模式的に示されている一方向弁３に関連付けられ得る。一方向弁３は、空気源がない場合のガスの戻りを防止する。

圧縮空気は、任意の適切な源、例えば、病院の圧縮空気供給ネットワーク、調整弁付き圧縮空気ボンベ、又は空気圧縮機であり得る。

酸素源は、任意の適切な源、例えば、病院の酸素供給ネットワーク、又は、調整弁付きの酸素ボンベであり得る。

また、人工呼吸器は、図１及び図２に示されているように、モノブロック本体の外面に、空気圧力測定ポイント１４及び酸素圧力測定ポイント１５も備え得る。

インジェクタノズル６及びベンチュリ管を含むベンチュリシステムが、流入するガスの圧力を利用して、周囲空気を引き込ませる減圧を生成する。図３に示されているように、周囲空気は、フィルタに関連付けられた一方向弁８により形成された周囲空気入口アセンブリを通って入る。図３の断面図に示されているように、インジェクタノズル６及びベンチュリシステム７はモノブロック本体の内部に形成されている。

電磁弁４が、患者に提供される混合物のガスセレクタ弁として機能するように設けられている。従って、電磁弁４は、空気又は酸素の選択的な通過を可能にする。後に説明するように、セレクタ電磁弁４は、ＦｉＯ_２中の酸素濃度の自動調整を可能にする。

本発明の好ましい実施形態において、人工呼吸器は、また、好ましくはモノブロック本体の面に固定された、少なくとも１つの比例弁５も備えている。図２及び図４に示されている比例弁５は、電気信号により指令される空気圧弁であり、弁の流量は、供給される電流に比例する。

こうして、ガス（酸素又は空気）は、設定された圧力でそれぞれの調整弁１又は調整弁２から出て電磁弁４を通過し、比例弁５へと流れる。

比例弁５は、ベンチュリシステム７のインジェクタノズル６にガスを供給する（図３及び４参照）。これにより、ガスは、インジェクタノズル６を通過するときに、周囲空気を引き込むガスジェットとなり、周囲空気入口アセンブリを通ってモノブロックに入る。ベンチュリシステム７を出たガス混合物は患者へと流れる。

本発明の搬送用人工呼吸器は、セレクタ電磁弁４の電子制御により、吸入ガス中の酸素濃度を２１％～１００％の値に調整できる。

セレクタ電磁弁４が酸素入口のみに対して開いているとき（すなわち、電磁弁４が「オフ」のとき）、酸素は、周囲空気入口アセンブリを介して周囲空気を引き込みながらインジェクタノズル６へと向かう。この状況において、ベンチュリ管内に形成されたガス混合物は、より高い生成流量で約３５％のＯ_２の最小ＦｉＯ_２を有する（すなわち、注入ガスが酸素であるとき、ベンチュリ内のガス混合物にて達成される最小酸素濃度は、少なくとも約３５％である。なぜなら、引き込まれたＯ_２が、約２１％の酸素を有する周囲空気と混合されるからである）。この最小値は、ベンチュリ管７の出口の圧力が高い場合、又は、新生児に適した非常に低い流量が設定されている場合（すなわち、吸収される周囲空気が少ない場合）に増大する傾向がある。

従って、ＦｉＯ_２中の３５％未満のＯ_２濃度を達成するために、本発明の搬送用人工呼吸器は、圧縮ガスが作動ガス(motive gas)として使用され得るように電磁弁４を選択的に「作動」させる（すなわち、セレクタ弁４が圧縮空気の通過を許可し始める）。この状況において、混合物中に入るＯ_２は、周囲空気入口アセンブリにより引き込まれた周囲空気からのＯ_２である。従って、この状況においてＦｉＯ_２は、非常に低流量から吸入可能な最大空気流量に至るまで、Ｏ_２が２１％となる。

セレクタ電磁弁のこの制御は、ソフトウェアベースの制御システムにより、吸入酸素センサ１１により測定された酸素濃度に基づいて自動的に行われる。こうして、電磁弁４は、医療用Ｏ_２の通過と圧縮空気の通過との間を選択的に、測定された酸素濃度が使用状況に望ましいＦｉＯ_２中のＯ_２濃度に対応するまで選択できる。

本発明の人工呼吸器の好ましい実施形態において、搬送用人工呼吸器は、さらに、インジェクタノズルを通さずに酸素を直接通過させる比例酸素弁９を含む。好ましくは、比例弁９は高流量弁である。

同様に、好ましい実施形態において、搬送用人工呼吸器は、インジェクタノズルを通さずに空気を直接通過させる比例空気弁１０を含む。好ましくは、比例弁１０は高流量弁である。

比例酸素弁９及び比例空気弁１０は、人工呼吸器にて調整されるＦｉＯ_２に必要な現在の流量を達成するためのものである。この制御は制御ソフトウェアにより行われ、制御ソフトウェアは、流量センサ１２から受け取った情報に基づき、現在の流量を、モノブロック本体から出ていく流量の測定値に基づいて調整する。

こうして、制御ソフトは、現在の流量を、比例酸素弁９及び比例空気弁１０を開閉することにより調整する。

制御ソフトウェアのアルゴリズムがベンチュリシステムの使用を優先し、従って、比例酸素９及び空気１０が、ＦｉＯ_２に必要な現在の流量を達成するためにのみ開放されることに留意されたい。

このように、セレクタ電磁弁４が作動ガスとしての空気の通過のみを許容し、且つ、ベンチュリにより提供される最大流量にて人工呼吸器が必要な容積を換気できない状況においては、比例空気弁１０及び／又は比例酸素弁９が開いて、要求される調整されたＦｉＯ_２の量を得ることができる。

本発明の好ましい実施形態において、搬送用人工呼吸器は、また、図４に示されているように、作動ガスとして使用される圧縮空気の供給源として、ミニ圧縮機又は小型空気ボンベ１３に接続されるようにも適合されている。小型空気源をセレクタ弁４及びベンチュリシステムに関連付けて接続できることにより、ベンチュリシステムによる空気消費量が少なくなるため、搬送用人工呼吸器の良好な自律性が提供される。

また、圧縮機又は小型ボンベをモノブロック本体自体に挿入して、アセンブリの圧縮性をさらに高めることも可能であることに留意されたい。

図４に示した例において、搬送用人工呼吸器の空気圧力のスキームは、さらに、以下の構成要素を含む。すなわち、

－過圧の場合に開いて、患者に送達される流れの圧力を緩和し、それによりバロトラウマを回避する安全弁１６と、

－電気コマンドに従って、吸気／吸入段階中にガスを患者の肺に送るために閉じ、呼気／吐出段階中にガスを肺から放出するために開く呼気弁１７と、

－ガス流を、ネブライザなどの付属装置で使用され得るようにする電磁弁１８であり、又は、チューブに接続されて、ガスジェットを挿管カニューレ（ＴＧＩ／気管ガス吹送として知られている）の先端に直接送り込み、それにより、肺に蓄積する可能性のあるＣＯ_２の排出を補助する電磁弁１８と、

－作動されたときに、患者の口に出入りするガスを監視する近位流量センサ１９と、

吸気流量及び呼気流量を測定する圧力差変換器のオフセットをゼロにするための、２つの三方電磁弁を含むオフセット装置２０と、である。

従って、本発明の実施形態の例を説明してきたが、本発明の範囲が、記載された発明の概念のその他の可能な変型例も包含し、可能な等価物を含む特許請求の範囲の内容によってのみ制限されることが理解されよう。

１ 酸素入口
２ 圧縮空気入口
４ 電磁弁（セレクタ弁）
６ インジェクタノズル
７ ベンチュリ管
８ 周囲空気入口
９ 比例酸素弁
１０ 比例空気弁
１１ 吸入酸素濃度センサ
１２ 流量センサ
１３ ミニ圧縮機、小型空気ボンベ
１４ 空気圧力測定ポイント
１５ 酸素圧力測定ポイント
１６ 安全弁
１７ 呼気弁
１８ 電磁弁
１９ 近位流量センサ
２０ オフセット装置

Claims (7)

1. 搬送用人工呼吸器であって、
   少なくとも１つの医療用酸素入口（１）、少なくとも１つの圧縮空気入口（２）、及び、少なくとも１つの周囲空気入口（８）を有するモノブロック本体と、
   前記モノブロック本体に組み込まれ、且つ、医療用酸素又は圧縮空気を選択的に通過させるように適合された、少なくとも１つのセレクタ弁（４）と、
   前記モノブロック本体に内蔵された、インジェクタノズル（６）及びベンチュリ管（７）を含むベンチュリシステムであって、前記インジェクタノズルが、前記セレクタ弁（４）を通過した医療用酸素又は圧縮空気を受け取り、そして前記ベンチュリ管（７）に向かってジェットを発生させ、当該ジェットが、前記周囲空気入口（８）を通して周囲空気を引き込み、それにより、患者に送達されるべきガスの混合物を発生させるベンチュリシステムと、
   前記ガス混合物中の酸素濃度を測定する吸入酸素濃度センサ（１１）と、
   電子制御システムであって、前記セレクタ弁（４）を、前記吸入酸素濃度センサ（１１）により測定された酸素濃度に基づいて医療用酸素又は圧縮空気の通過を可能にするように制御する電子制御システムと、を備えていることを特徴とする、搬送用人工呼吸器。
2. 前記セレクタ弁が電磁弁（４）であることを特徴とする、請求項１に記載の搬送用人工呼吸器。
3. 前記圧縮空気入口に、前記モノブロック本体に接続された小型圧縮空気源が供給されることを特徴とする、請求項２に記載の搬送用人工呼吸器。
4. 前記小型圧縮空気源が、前記モノブロック本体に接続されたミニ圧縮機、又は、前記モノブロック本体に接続された小型ボンベから選択されることを特徴とする、請求項３に記載の搬送用人工呼吸器。
5. 前記医療用酸素入口（１）が酸素圧力調整弁（１）であり、前記圧縮空気入口が空気圧力力調整弁（２）であり、前記周囲空気入口が、フィルタに関連付けられた一方向弁（８）であることを特徴とする、請求項１に記載の搬送用人工呼吸器。
6. 前記セレクタ弁（４）を通過した酸素又は圧縮空気を受け取って前記インジェクタノズル（６）に送出する比例弁（５）をさらに備えていることを特徴とする、請求項５に記載の搬送用人工呼吸器。
7. 医療用酸素を前記酸素圧力調整弁（１）から、換気に用いられる前記ガス混合物に直接導入することを可能にする酸素比例弁（９）と、
   圧縮空気を前記空気圧力調整弁（２）から、換気に用いられる前記ガス混合物に直接導入することを可能にする空気比例弁（１０）と、をさらに備え、且つ、
   前記電子制御システムが前記酸素比例弁（９）及び前記空気比例弁（１０）を、流量センサ（１２）により測定された前記ガス混合物の出口流量の測定値に基づいて開閉することを特徴とする、請求項６に記載の搬送用人工呼吸器。

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