JPH03136665A - 人工呼吸器における呼気弁装置 - 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における呼気弁装置に関する。

（従来技術） 人工呼吸器においては、患者の肺に接続される共通回路
に対して、吸気回路および呼気回路が接続される。この
吸気回路からは、湿度調整および酸素濃度の調整がなさ
れた空気が共通回路すなわち患者の肺に供給される一方
、患者の肺によってガス変換された後の空気は、共通回
路から呼気回路を通して外部へ排出される。

上記呼気回路に対しては、該呼気回路の開度な調整する
ための呼気弁装置が接続される。例えば人工呼吸におけ
るＰＥＥＰ装置においては、ＰＥＥＰ圧と呼ばれる前記
共通回路の圧力を所定圧力に維持するため、上述の呼気
弁装置が用いられる。より具体的には、人工呼吸器にお
いては、上記各回路の容量に限定を受けるため、呼吸の
際の抵抗となる。すなわち、患者の口元（肺）が無限の
容量を有する大気に開放されている場合は、呼吸抵抗お
よび呼気抵抗とも事実上零となるが、人工呼吸器を患者
の口元に当てがうと、患者の口元雰囲気の容量に制約を
受ける関係上、患者の呼吸に伴って人工呼吸器の回路内
圧力が変動して、吸気抵抗および呼気抵抗共に大きく増
大することになる。このため、人工呼吸器には、通常Ｐ
ＥＥＰ装置と呼ばれるように、共通回路の圧力を常に所
定の一定圧とする装置が付設される。特に患者の呼吸仕
事量を低減するため、ＰＥＥＰ装置によって共通回路の
圧力を、一般にＰＥＥＰ圧と呼ばれるように大気圧より
も若干大きめの陽圧とするようにされている。

この従来のＰＥＥＰ装置は、吸気回路に対して接続され
て電気的に制御される圧力調整器（例えば電空コンバー
タ）と、呼気回路に対して接続された呼気弁装置（一種
の可変絞り）と、を備えたものとなっている。そして、
所定のＰＥＥＰ圧になるように、上記圧力調整器と呼気
弁装置とが制御される。

従来の呼気弁装置の多くは、いわゆる風船式とされてい
る。すなわち、呼気回路の呼気排出口に対して膨縮され
る風船式の弁体を配設して、該弁体の膨張度合を調整す
ることにより呼気回路の開度が調整される。そして、こ
の風船式の弁体に対する空気の給排が、電空コンバータ
を介して制御される。

また、従来の呼気弁装置のなかには、噴射式と呼ばるよ
うに、呼気回路側から共通回路側へ向けて空気を噴射す
る噴射ノズルを配設して、該噴射ノズルからの噴射量を
調整するよいうにしたものもある。この噴射式のものに
あっても、上記噴射ノズルからの空気噴射量が、電空コ
ンバータを介して制御される。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来の呼気弁装置にあっては、その精度
すなわちａｑ気回路を正確に所望開度とすることや、応
答性の点で未だ十分満足のいくものとはならない。すな
わち、従来の呼気弁装置は、風船式、噴射式のいずれも
、空気を制御媒体として利用するため、精度の向上や応
答性向上には限度がある。

したがって、本発明の目的は、精度および応答性を十分
向上させ得るようにした人工呼吸器における■ｆ気弁装
置を提供することにある。

（発明の構成） 前述の目的を達成するため、本発明にあっては次のよう
な構成としである。すなわち、所定方向に往復変位され
て、呼気回路の開度を調整するための弁体と、 前記弁体に対して連動機構を介することなく直接的に連
結され、該弁体を前記所定方向に駆動するための往復動
式の電磁式アクチュエータと、を備えた構成としである
。

（発明の作用、効果） 上述のように構成された本発明にあっては、呼気回路の
開度を調整するための弁体は、電磁式のアクチュエータ
に対する電気信号に直接応動することととなる。そして
、この電磁式のアクチュエータは、弁体の往復動方向に
対応して往復動される往復動式のものを用いる一方、リ
ンク機構等の連動機構を介することなく弁体に直接的に
連結されているため、その動きがロスなく弁体に伝達さ
れることになる。これにより、精度および応答性に優れ
た呼気弁装置が得られる。勿論、別途連動機構を有しな
いということは、呼気弁装置全体としてコンバク化を図
る上でも有利となる。

（実施例） 以下、人工呼吸器におけるＰＥＥＰ装置に本発明の呼気
弁装置を組込んだ場合の例を、添付した図面に基づいて
説明する。

第１図において、ｌは７字形とされた共通回路であり、
その合流端部１ａが患者の肺Ｈに接続される（一般に患
者の口元に対してアダプタを介して気密に接続される）
。また、２本に分岐された分岐端部１ｂ、１ｃの一方に
は吸気回路２が接続され、他方には呼気回路３が接続さ
れている。この吸気回路２は圧力源としての空気タンク
４に連なり、また、呼気回路３は大気に開放されている
、勿論、上記タンク４には、既知のように湿度調整およ
び酸素濃度調整がなされた所定圧の空気が貯えられてい
る。

吸気回路２には、吸気圧力調整手段としての電空コンバ
ータ５（電圧−空気圧変換器）が接続されている。また
、呼気回路３に対しては、本発明による呼気弁装置Ｂが
設けられている。

上記呼気弁装置Ｂは、弁封■５と電磁式のアクチュエー
タ１６とを有し、図中下方に目受けて開口する呼気排出
口３ｃに対して弁体１５が接近、離間することにより、
すなわち所定方向としての図中上下方向に弁体１５が変
位することにより。

当該呼気回路３の開度が調整される。電磁式のアクチュ
エータ１６は、その出力軸１６ａが図中上下方向に往復
変位される往復動式のもので、弁体１５の上記所定方向
の動きと対応されている。そして、この出力軸１６ａが
、リンク機構等の連動機構を介することなく弁体１５に
対して直接的に連結されている。このようなアクチュエ
ータ１６としては、例えばリニアモータ、ステップモー
タがある。

第１図中８はマイクロコンピュータにより構成された制
御ユニットで、基本的にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備え
ている、この制御ユニット８に対しては、圧力センサ９
およびＰＥ、ＥＰ圧段設定スイッチ１０らの各信号が人
力される、また、制御ユニット８からは、前記各電空コ
ンバータ５およびアクチュエータ１６に対して、制御信
号としての電圧信号Ｖｌあるいは■２が出力される、上
記圧力センサ９は、共通回路ｌの圧力を検出するもので
あり、検出した圧力を電圧信号ＰＡとして制御ユニット
８に出力する。また、上記スイッチ１０はマニュアル操
作により設定ＰＥＥＰ圧すなわち目標ＰＥＥＰ圧を変更
するものであり、目標ＰＥＥＰ圧に応じた電圧信号ＰＴ
を制御ユニット８に出力する。なお、実施例ではスイッ
チ１０は、ＰＥＥＰ圧を５ｃｍ〜２０ｃｍＨ２０の範囲
で無段階に設定し得るものとなっている。

以上のような構成において、共通回路１の実際のＰＥＥ
Ｐ圧すなわち圧力センサ９で検出される圧力は、患者の
呼吸状態がある一定の停止状態とすれば、次のような要
素で変更され得る。すなわち、 ■吸気回路２の圧力の変更で、吸気圧力を大きくするほ
ど実際のＰＥＥＰ圧ＰＡが大きくなる。そして、この吸
気圧力の調整は、電空コンバータ５を制御することによ
りなされる。

■呼気回路３の開度調整（呼気圧力あるいは呼気流量調
整）で、この開度調整はアクチュエータ１６を制御する
ことによりなされる。

次に制御ユニット８による制御内容について、第２図に
示すフローチャートを参照しつつ説明する。なお、以下
の説明でＳはステップを示す。

先ずＳｌにおいて、スイッチ１０により設定された目標
ＰＥＥＰ圧ＰＴ、および圧力センサ９で検出された共通
回路ｌの実際のＰＥＥＰ圧ＰＡが読込まれる。次いで、
Ｓ２において、ＰＡからＰＴを差し引いて、差圧ΔＰが
算出される、Ｓ３においては、差圧ΔＰが零以上である
か否かが判別される、このＳ３の判別でＹＥＳのときは
、実際のＰＥＥＰ圧ＰＡの大きさが目標ＰＥＥＰＢＥＰ
Ｔ以上であり、この場合は、電空コンバータ５あるいは
アクチュエータ１６への出力電圧信号Ｖｌ、■２が８４
あるいはＳ５のように設定される。すなわち、Ｓ４にお
いて、 Ｖ２＝Ｏ（吸気回路２からの空気供給なし）に設定され
る。また、Ｓ５において Ｖ　１　”Ｋ＋　Ｘ　ＰＴ　　Ｋ＋　′Ｘ△Ｐに設定さ
れる。なお、Ｋ＋、に＋’はそれぞれ制御ゲインである
、このように、実際のＰＥＥＰ圧ＰＡが目標ＰＥＥＰＢ
ＥＰＴ以上であるときには、実際のＰＥＥＰ圧ＰＡを低
下させるべくＳ４、Ｓ５での■１、Ｖ２が設定される。

上記Ｓ５の後は、Ｓ６において、上述のように設定され
たｖｌ、■２が電空コンバータ５あるいはアクチュエー
タ１６へ出力される。

一方、前記Ｓ３の判別でＮｏのときは、実際のＰＥＥＰ
圧ＰＡが目標ＰＥＥＰ圧ＰＴよりも小さ過ぎるときであ
る。この場合は、先ずＳ７においてΔＰが絶対値化され
た後、Ｓ８、Ｓ９においてｖｌ、Ｖ２が設定された後、
Ｓ６において■１、ｖ２が電空コンバータあるいはアク
チュエータ１６へ出力される。この８７〜Ｓ９を経るル
ートのときは、実際のＰＥＥＰ圧ＰＡを大きくするため
のものであり、 Ｖ２＝に２　ｘΔＰ に設定され、また、 Ｖ　１　”Ｋ＋　Ｘ　（ＰＴ＋△Ｐ） に設定される。なお、Ｋ２は制御ゲインである。

このように、実際のＰＥＥＰｆ＋ＥＰＡを目標ＰＥＥＰ
圧ＰＡと比較しつつ、電空コンバータ５およびアクチュ
エータ１６を制御して、共通回路ｌの圧力（実際のＰＥ
ＥＰ圧ＰＡ）が目標ＰＥＥＰ圧ＰＡに維持される。なお
、制御ゲインに＋　　　Ｋ＋に２は、あらかじめ実験に
よって求めておけばよい。勿論、この制御ゲインは応答
性の点をも勘案して、呼気回路３側から吸気回路２側へ
向けて空気の逆流が生じないように設定される。

以上実施例では、呼気弁装置をＰＥＥＰ圧制御のために
用いた場合を例にして説明したが、本発明による呼気弁
装置はこれに限らず１人工呼吸器における呼気回路の開
度調整用として種々利用し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による呼気弁装置を組込んだ人工呼吸器
におけるＰＥＥＰ装置の一例を示す全体系統図。 第２図は第１図に示す実施例の制［卸例を示すフローチ
ャート。 二呼気弁装置 ：肺（患者） ：共通回路 ：吸気回路 ：呼気回路 ：電空コンバータ（吸気圧力調整用） ：制御ユニット ：圧力センサ ：弁体 ：アクチュエータ 出力軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定方向に往復変位されて、呼気回路の開度を調
   整するための弁体と、 前記弁体に対して連動機構を介することなく直接的に連
   結され、該弁体を前記所定方向に駆動するための往復動
   式の電磁式アクチュエータと、を備えていることを特徴
   とする人工呼吸における呼気弁装置。