JPH01101972A - 人工呼吸器の流量検出装置および人工呼吸器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、人工呼吸器の気管内チューブを流れる空気流
量を高精度に検出するための流量検出装置と、これを用
いた人工呼吸器に関するものである。

（発明の背景） 人工呼吸器、特に重度未熟児用の人工呼吸器では自発的
な呼吸能力が劣っているため一般の成人用あるいは小児
用の人工呼吸器は使用できない。

すなわち成人や一般の小児では自発的な呼吸能力がある
ため、酸素などの成分が多い新しい空気を患者が肺内に
吸入する一方、患者のはき出す空気を大気へ放出すれば
足りるのに対し、重度未熟児の場合には肺内の空気の交
換を外部から積極的に行わねばならないからである。

そこで本願の出願人は、患者の気管内へ挿入する気管内
チューブから新気を供給する一方、この新気に所定の周
波数（例えば１５Ｈ７程度）の振動を加えることにより
、新気の旧気へのガス拡散を促進することを提案した。

しかしこの場合には空気流量が少なくしかも振動が付与
されているため、空気流量を高精度に測定することが極
めて困難であった。例えば第９図に示す従来公知のピト
ー管式の流量計では、動圧検出口ｌと静圧検出口２との
位置が空気流動方向に異なっているため、流動方向が変
化する度に大きなノイズが発生するという問題があった
。すなわち各検出口ｌ、２の圧力Ｐ１．Ｐ２の差圧Δｐ
を検出する場合、流動方向が変化するとその圧力波面が
各検出口ｌ、２に達するのに時間差が生じるため、これ
がノイズとなるのである。

（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、気
管内チューブの空気流動方向が変動したり空気振動があ
る場合にも常に高精度な流量検出が可能な人工呼吸器の
流量検出装置を提供することを第１の目的とする。

また本発明はこの流量検出装置を用いた重度未熟児に好
適な人工呼吸器を提供することを第２の目的とする。

（発明の構成） 本発明によればこの第１の目的は、患者の気管に挿入さ
れ空気を患者の肺に供給する気管内チューブと、この気
管内チューブに直交する平断面上の中心から等距離位置
に開口する静圧検出口および動圧検出口と１両門出口の
差圧を求めるセンサとを備え、前記差圧に基づいて前記
気管内チューブ内の空気流量を求めることを特徴とする
人工呼吸器の流量検出装置により達成される。

また第２の目的は、患者の気管に挿入される気管内チュ
ーブと、この気管内チューブに接続され一定圧の空気を
供給する空気供給手段と、この気管内チューブ内の空気
を加振する加振手段と、前記気管内チューブに直交する
平断面上の中心から等距離位置に開口する静圧検出口お
よび動圧検出口と１両検出口の差圧を求めるセンサとを
備え、前記差圧に基づいて前記気管内チューブ内の空気
流量を求めることを特徴とする人工呼吸器により達成さ
れる。

（原理） 第８図は原理説明図である。半径Ｒの断面円形の管３内
の流動は層流の場合は第８Ａ図に示すようにその速度波
面は放物面状になり、また乱流の場合には第８Ｂ図に示
すように平面状になる。

従ってこの管３に直交する平面４上においては、管３の
中心から等しい距＠ｒの位置は等速度になる。この関係
は逆方向に流動する場合も同様に成立する。

本発明はこの関係に着眼してなされたものであｉ、第８
Ｃ図の側面図および第８Ｄ図の断面図に示すように、管
３に直交する平断面上の対称位置に動圧検出口ｌと静圧
検出口２とを配置することにより、流動方向が変化する
時の影響を受けることなく一方向への流動量を正確に検
出するものである。

また第８Ａ図に示す層流の場合には速度波面は放物面と
なるから、平均流速をＶとすれば中心からｒの位置の流
速Ｖ（ｒ）は 一方、流速がある限界を越え乱流になると、速度波面は
直線となるから、この時の流速Ｖ（ｒ）は、 Ｖ　（ｒ）　＝Ｖ とすることができる。

一般に管３の中心で圧力検出をしたのでは層流の時に流
量は実際より大きく検出されてしまう。

しかし半径ｒの位置での流量Ｖ（ｒ）が平均流速Ｖに等
しくなるようにすれば常に正確な流量ＭＭ＝２　πＲ２
Ｖ を検出できる。すなわち ２（１−ｒ２／Ｒ２）＝１ ＋”＋　ｒ　＝　０　、７０７　Ｒ とすれば層流、乱流に関係なく常にその流速Ｖ（ｒ）を
用いて Ｍ＝２ｗＲ２Ｖ　（ｒ） によって流量を検出することが可能となる。

（実施例） 第１図は本発明による重度未熟児用の人工呼吸器の全体
回路図、第２図はその圧力検出口の配置を示す断面図で
ある。

第１図において符号ｌＯは気管内チューブであり、その
一端は未熟児などの患者の気管１２内に挿入されている
。１４は患者の肺である。気管内チューブ１０の他端に
は圧力検出部ポデー１６を介してＴ字型の分岐管１８が
接続されている。

気管内チューブ１０に一定圧の空気（新気）を供給する
空気供給手段は次のように構成される。

すなわち酸素（０２）や空気（Ａｉｒ）あるいは必要に
応じて他のガスはポンプ２０において所定の割合で混合
され加圧される。このポンプ２０から吐出される混合気
（新気、あるいは単に空気という）の一部は可変絞り弁
２２、流量計２４、加湿器２６を介し分岐管１８に供給
される。ポンプ２０から吐出される混合気の残りは制御
弁２８を介しエジェクタ３０に導かれる。このエジェク
タ３０は、ノズル３２から絞り３４に向けて混合気を噴
出し、この時外気を取り込んで折曲路３６から分岐管１
８の一端に混合気と外気とを混合した混合気を供給する
。この折曲管３６は後記加振手段３８による高周波振動
を遮断する一方患者の自発的呼吸による低周波振動は外
部へ導くための低域フィルタとして機能する。

３８は加振手段としてのピストンであり、このピストン
３８はりニヤモータ４０により例えば１５Ｈ２でシリン
ダ４２内で往復駆動される。シリンダ４２は前記分岐管
１８の他端に接続され、ピストン３８の往復動により、
分岐管１８および気管内チューブｌＯさらには肺１４の
内部に空気振動が伝えられる。

４４は圧力センサであり分岐管１８内の平均圧力ａを検
出する。４６は電磁弁であって分岐管１８内圧を減圧す
るものである。

４８は流量検出装置であり、前記圧力検出部ポデー１６
内に開口する２本の導圧管５０．５２のポデー１６内の
開口は動圧検出口５４と静圧検出口５６となっている。

これら導圧管５０．５２はダイヤフラム５８で画成され
た２つの圧力室６０．６２に導かれている。ポデー１６
は第２図に示すように流路面積が減少した断面円形の絞
り部１６ａを備え、動圧および静圧の各検出口５４．５
６は絞り部１６ａの中心から０゜７０７Ｒ（Ｒは絞り部
１６ａの半径）の半径上の対称位置に配置されている。

ダイヤプラム５８には、このダイヤプラム５８の変位に
よって両圧力室６０．６２の圧力Ｐ１．Ｐ２の差ΔＰ＝
ＰＩ−Ｐ２を検出するセンサ６４＄取付けられている。

６６は制御装置であり、圧力センサ４４の検出した平均
圧力ａを所定圧力とするように制御弁２８および電磁弁
４６を°制御する。また差圧Δｐに基づいて気管内チュ
ーブｌＯ内の流量を求め、平均圧力ａ等を制御する。

この実施例では、ポデー１６に絞り部１６ａを設けここ
に圧力検出口５４．５６を開口させたので、微小な流量
を高°精度に検出することが可能になる。

第３図は圧力検出口配置の他の実施例を示す断面図であ
る。この実施例ではポデー１６Ａに設けた絞り部１６Ａ
ａの下流側開口付近に動圧検出口５４Ａおよび静圧検−
出口５８Ａを配置したものである、この実施例によれば
絞り部１６Ａａ内の流れを乱すことなく導圧管５０Ａ、
５２Ａを絞り部下流側に配置でき、微小な流量を一層高
精度に検出できる。

第４〜６図はさらに他の実施例を示す図である。第４図
はボデー１６Ｂをダ円とし、第５．６図はボデー１６Ｃ
を長方形とし、それぞれポデーｔＳＣに対し面対称、点
対称となる位置に動圧検出口５４Ｂ、５４Ｃおよび静圧
検出口５６Ｂ、５６Ｇを配置したものである。

以上の各実施例は一方向へ流動する空気の動圧を検出し
てその方向への流量のみを検出するものである。しかし
本発明は２つの動圧検出口を設けて両方向の流量を検出
するものを含む、第７図はそのような実施例を示す図で
あり、ポデー１６Ｄを断面円形とし、中心から例えば０
゜７０７Ｒ（Ｒはボデー１６０の内半径）の半径上に等
間隔に２つの動圧検出口５４Ｄ、５４Ｅおよび静圧検出
口５６Ｄを配置したものである。ここに各動圧検出口５
４Ｄ、５４Ｂは互いに逆方向に開口させ、両動圧Ｐ１．
ｐ３と静圧ｐ２とをセンサ６４Ａ、６４Ｂにより検出し
、差圧ΔＰａ”−ｒ、ｚ ＰＩ−Ｐ２およびΔＰｂ　＝Ｐ３−ＰＩを減算源］ご′
電気的に曇；キ求めるようにしたものである。

また圧力検出口を設けるポデー１６は、気管内チューブ
ｌＯの途中等に設けてもよく、実質的に気管内チューブ
ｌＯの空気が流動する位置であればよい。

さらに前記第１図の実施例では、ダイヤフラム５８の変
位により差圧Δｐを検出するが、本発明は動圧ＰＩと静
圧ｐ２を別々の圧力センサで検出して両者の差を電気的
に求めるものであってもよい。

（発明の効果） 本発明の第１発明は以上のように、動圧検出口と静圧検
出口とを、気管内チューブと直交する平断面上の対称と
なる位置に配置したものであるから、検出する動圧と静
圧とに時間差が生じない。

すなわち空気の同一位相の速度波面における動圧、静圧
を検出することになる。このため空気の流動方向が変化
したり脈動があっても常に高精度な流量検出が可能とな
る。特に気管内チューブが半径Ｈの円形断面の時には、
中心から０゜７０７Ｈの半径上に検出口を位置させれば
、層流あるいは乱流に関係なく常に高精度な検出が可能
になる。

また第２発明によれば、この第１発明の特定の性質を専
ら利用することによって特に重度未熟児に好適な人工呼
吸器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による重度未熟児用の人工呼吸器の全体
回路図、第２図はその圧力検出口の配置を示す断面図で
ある。 第３〜第７図は他の実施例を示す図、第８図は本発明の
原理説明図、また第９図は従来装置を示す図である。 ｌＯ・・・気管内チューブ、 ２０・・・ポンプ。 ３８・・・加振手段としてのピストン、５４．５４Ａ〜
５４Ｅ・・・動圧検出口、５６．５６Ａ〜５６Ｄ・・・
静圧検出口、６４・・・センサ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）患者の気管に挿入され空気を患者の肺に供給する
   気管内チューブと、この気管内チューブに直交する平断
   面上の中心から等距離位置に開口する静圧検出口および
   動圧検出口と、両検出口の差圧を求めるセンサとを備え
   、前記差圧に基づいて前記気管内チューブ内の空気流量
   を求めることを特徴とする人工呼吸器の流量検出装置。
2. （２）静圧検出口および動圧検出口は気管内チューブに
   直交する平断面上の対称位置に開口することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の人工呼吸器の流量検出装
   置。
3. （３）気管内チューブは半径Ｒの断面円形とされ、静圧
   検出口および動圧検出口はチューブに直交する平断面上
   で気管内チューブ中心から０．７０７Ｒ付近に位置する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の人工呼吸
   器の流量検出装置。
4. （４）前記気管内チューブ内の少くとも一部は縮径し、
   この縮径部分に前記静圧検出口および動圧検出口は開口
   していることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   人工呼吸器の流量検出装置。
5. （５）１つの静圧検出口と２つの動圧検出口とを備え、
   前記２つの動圧検出口は逆方向に向って開口しているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の人工呼吸器
   の流量検出装置。
6. （６）患者の気管に挿入される気管内チューブと、この
   気管内チューブに接続され一定圧の空気を供給する空気
   供給手段と、この気管内チューブ内の空気を加振する加
   振手段と、前記気管内チューブに直交する平断面上の中
   心から等距離位置に開口する静圧検出口および動圧検出
   口と、両検出口の差圧を求めるセンサとを備え、前記差
   圧に基づいて前記気管内チューブ内の空気流量を求める
   ことを特徴とする人工呼吸器。