JPH04126506U - 呼吸機能訓練装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 適正な炭酸ガス濃度をもった訓練用ガスを安
定供給する呼吸機能訓練装置。 【構成】 酸素ガス供給源と炭酸ガス供給源とを設け、
ガス混合手段により両ガスを混合して訓練用ガスを構成
し、炭酸ガス検出手段により訓練用ガス中の炭酸ガス濃
度を検出し、制御手段により検出値と設定値とを比較
し、訓練用ガス中の炭酸ガス濃度を設定値に保つことを
特徴とする呼吸機能訓練装置である。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は手術後の患者の呼吸機能回復や、スポーツ選手の呼吸機能の増強に好 適な呼吸機能訓練装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

最近は呼吸機能の訓練が各分野で研究されている。呼吸機能の改善につき医療 における場合を例に説明すると、内臓手術の際、邪魔になる他の内臓を周りに押 し退けて手術が行われるが、これにより横隔膜が圧迫され肺が押し潰されること になる。この影響で手術後も肺の一部がしぼみ加減となる。これの回復には深呼 吸を必要とするが、横隔膜の動きも鈍く、腹筋も弱っているので、深呼吸はでき ない状態のため、肺は暫く一部がしぼみ、潰れた状態のままになる。これを無気 肺というが、無気肺により呼吸が落ち、全身が酸素不足となり、これが様々な余 病を併発する原因になっている。

【０００３】 このような危険な状態を克服するため、呼吸機能を回復させる方法として、酸 素ではなく、一定濃度の炭酸ガスを体内に送り込む（呼吸させる）方法が行われ ている。

【０００４】 これは、炭酸ガスの吸入により血液中の炭酸ガスが増えると、呼吸中枢がこれ を検出し、炭酸ガスを追い出すため、強力な指令が肺や横隔膜に出されて、呼吸 機能が回復するのを利用したものである。

【０００５】 そして体内に送り込む炭酸ガスの濃度は患者によって異なるため、この方法の 実施には必要な濃度の炭酸ガスを必要に応じて供給することが要求される。

【０００６】 これを実施する装置の従来例を説明すると、図６において、３１は患者の口に 当てるマウスピースで、吸入管３２と排出管４２が接続されている。

【０００７】 吸入管３２は一端が吸入弁体３３により吸入方向にのみ開放されており、中途 部が混合室３４となり、他端部の吸入開口近傍に調節バルブ３５が取付けられて いる。

【０００８】 排出管４２は一端が上述したようにマウスピース３１に接続されているととも に、排出弁体４３により排気方向にのみ開放されている。また、他端部の排出開 口近傍に調節バルブ４５が設けられており、中途部が分岐して混合室３４に連通 している。

【０００９】 そして、まず吸い込むと、吸入弁体３３が開いて、新鮮な空気が吸い込まれ、 続いて吐き出すと、排気弁体４３が開き、排気は調節バルブ４５を経て放出され ると共に、その一部が分岐を介して混合室３４に入る。 そこで再び吸い込むと、今度は、混合室３４で新鮮な空気と排気の一部とが混 合した、すなわち大気より多量の炭酸ガスを含んだ訓練用ガスが吸入される。 従来の装置は、このようにして排気ガスの一部を混入させて炭酸ガスを体内に 送り込んでいる。

【００１０】 しかし、一般に大気中には炭酸ガスが０・０３％ふくまれており、一方、人間 の吐き出す吐出気体中には５％の炭酸ガスが含まれているといわれている。この ように吐出する炭酸ガスの量は多いので、従来例のような混合方法では、訓練用 ガスの炭酸ガスの濃度は極めて不安定で、過多になり患者に適した炭酸ガス濃度 のガスを供給することは不可能であった。

【００１１】

【考案が解決しようとする課題】

上記したように、従来の呼吸機能訓練装置では、吐出ガスを単に分岐させてそ の一部を新鮮な空気に混合させるだけなので、所望の炭酸ガス濃度の訓練用ガス を、安定した状態で被訓練者に供給することはできないという不都合があった 本考案は上述の不都合を解決するためになされたもので、所望濃度に炭酸ガス を含んだ訓練用ガスを安定供給する呼吸機能訓練装置を提供することを目的とす る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、請求項１記載の考案は、酸素ガス供給源に接続さ れこれの流入量を調節する酸素ガス調節バルブおよび炭酸ガス供給源に接続され これの流入量を調節する炭酸ガス調節バルブを有しこれらバルブを介して流入す る前記両ガスを混合するガス混合手段と、この手段により混合された訓練用ガス の炭酸ガス濃度を検出し濃度信号を出力する濃度検出手段と、この手段からの濃 度信号と設定値とを比較し、前記両バルブを操作して検出された炭酸ガス濃度と 設定値とを一致させる制御手段と、この制御手段により炭酸ガス濃度が調節され た訓練用ガスを吸排自在に供給するマウスピースとからなることを特徴とする呼 吸機能訓練装置である。

【００１３】 また、請求項２記載の考案は、濃度検出手段の炭酸ガスセンサはイオン伝導体 を挟んで検出電極と基準電極とを対設してなる炭酸ガス検出センサであり、前記 検出電極の被覆材料としてアルカリ土類金属炭酸塩とアルカリ金属炭酸塩との固 溶体でかつアルカリ金属炭酸塩の結晶を含まないものを用いたものであることを 特徴とする請求項１記載の呼吸機能訓練装置である。

【００１４】

【作用】

請求項１記載の考案においては、炭酸ガス供給源から炭酸ガスを供給するとと もに、訓練用ガスの炭酸ガス濃度を検出して、これを設定値に保つようにしたの で、要求される炭酸ガス濃度をもった訓練用ガスを安定供給することができる。 また、請求項２記載の考案においては、極めて検出精度が高く、しかも応答速 度の大きい炭酸ガスセンサを使用したので、常に所定炭酸ガス濃度の訓練用ガス が得られ、訓練効果が向上し、しかも濃度が安定しているので危険がない。

【００１５】

【実施例】 以下、本考案の詳細を図示の一実施例により説明する。

【００１６】 １は酸素ガス調節バルブとしての第１流量制御バルブで、流入側が酸素供給源 としての酸素ボンベ２に接続されている。３は炭酸ガス調節バルブとしての第２ 流量制御バルブで、流入側が炭酸ガスボンベ４に接続されている。

【００１７】 これら両流量制御バルブ１、３は流出側が合流して、混合部５を形成しており 、酸素ガスおよび炭酸ガスがここで混合されて訓練用ガスを構成している。

【００１８】 上記両バルブ１、３と混合部５とでガス混合手段６を構成している。

【００１９】 この混合部５には検出手段１１が設けられている。これは炭酸ガスを検出し、 その濃度に対応したセンサ出力を出すセンサ１２と、これの駆動部とからなって いる。なお、センサ１２に付いては後述する。

【００２０】 また、これら両流量制御バルブ１、３とセンサ１２とを制御する制御手段１５ が設けられている。これは図２にその構成を示すように、電源１６と、これによ り駆動されるＣＰＵ１７と、手動コントローラ１８とからなっており、ＣＰＵ１ ７には流量制御バルブ１、３およびセンサ１２が接続されている。

【００２１】 そして、手動コントローラ１８により訓練用ガスの炭酸ガス濃度が設定される と、この設定値はＣＰＵ１７に入力される。そしてセンサ１２の濃度信号がＣＰ Ｕ１７に入力されると、ＣＰＵ１７は設定値と比較し、例えば設定濃度より検出 濃度が低い場合は、ＣＰＵ１７は第２流量制御バルブ３を操作し、炭酸ガスの流 入を増加させる。

【００２２】 このようにして炭酸ガス濃度が調整された訓練用ガスは、混合部５から流出し 、吸排手段２１に流入する。

【００２３】 吸排手段２１は、マウスピース２２と、吸入管２３と、排出管２４と、吸入量 調節バルブ２５と、排出量調節バルブ２６と、その他図示しないが吸入弁体、排 出弁体（従来例参照）などからなっている。

【００２４】 そして、呼吸作用により訓練用ガスが吸い込まれると、吸入量調節バルブ２５ で絞られながら訓練用ガスはマウスピース２２に達し、肺に送り込まれる。続い て訓練用ガスが吐出されると、排出管２４を通り、排出量調節バルブ２６から大 気に放出される。

【００２５】 上述した炭酸ガスセンサ１２につき図３ないし図４により説明すると、本実施 例の炭酸ガスセンサ１２は、固体電解質型炭酸ガスセンサで、本件出願人により 平成３年２月６日付けで炭酸ガス検知センサとして特許出願されたものである。 炭酸ガスセンサ１２は、ナトリウムイオン伝導体１２ａを有しており、その一 方の面には検出電極１２ｂが設けられている。この検出電極１２ｂは、例えば白 金黒を被着した白金網で形成されており、これの上にはアルカリ土類金属炭酸塩 とアルカリ金属炭酸塩との固溶体であってアルカリ金属炭酸塩の結晶を含まない ものからなる検出材料層（被覆材料）１２ｃが被覆してある。ナトリウムイオン 伝導体１２ａの他方の面には基準電極１２ｄが設けられており、これは例えば白 金黒を付着した白金網で形成され、被検ガスから遮蔽するために、ガラスなどか らなるカバー１２ｅで覆って封止してある。なお、１２ｆはセラミック基板であ り、１２ｇは基板１２ｆの裏面に設けられた白金膜からなるヒータである。

【００２６】 本実施例の炭酸ガスセンサ１２においては、ナトリウムイオン伝導体１２ａと してnasicon を用い、また白金黒を付着した白金網で形成された検出電極１２ｂ を被覆する検出材料層（被覆材料）１２ｃのアルカリ土類金属炭酸塩とアルカリ 金属炭酸塩との固溶体として、炭酸バリウムと炭酸ナトリウムをモル比で１．７ ：１となるよう固溶したものを用いており、その他は前述のように構成されてい る。

【００２７】 この炭酸ガスセンサ１２を、測定装置により素子温度５５０℃となるようヒー タ１２ｇで加熱し、１００〜２０００ｐｐｍの濃度の炭酸ガスに対する起電力特 性を、湿り空気中および乾燥空気中で測定した。その結果、湿度２０％および湿 度７５％の湿り空気中においても、乾燥空気中とほぼ同一の特性が得られた。

【００２８】 図４は横軸に炭酸ガス濃度（ｐｐｍ）をとり、縦軸にセンサ出力（ｍＶ）をと ったセンサの濃度対出力特性曲線ａを示し、これは、本センサ１２が非常に検出 精度が高いことを示す。

【００２９】 本実施例は上述のように構成されているが、次ぎに図５のフローチャートにし たがって、その作用につき説明する。

【００３０】 まず、ステップＰ₁ で、電源１６をＯＮにする。

【００３１】 ステップＰ₂ で手動コントローラ１８をＯＮにし、炭酸ガス濃度を設定する。 これにより設定値がＣＰＵ１７に記憶される。

【００３２】 ステップＰ₃ で、上記設定値のＣＰＵ１７への入力により第１流量制御バルブ １、第２流量制御バルブ３がＯＮになり、設定値に対応した開度にＣＰＵ１７に より設定される。

【００３３】 ステップＰ₄ で、センサ１２により炭酸ガス濃度が検出され、ＣＰＵ１７に入 力されると、設定値と比較され、炭酸ガス濃度は比例制御により、第１および第 ２流量制御バルブ１、３が駆動されて設定値に維持される。これにより所定濃度 の訓練用ガスを使用して呼吸機能訓練が行われる。

【００３４】 ステップＰ₅ で、訓練が終り、手動コントローラ１８をＯＦＦにする。

【００３５】 ステップＰ₆ で、ＣＰＵ１７の指令により、第１および第２流量制御バルブ１ 、３がＯＦＦとなり閉じられる。

【００３６】 ステップＰ₇ で電源１６をＯＦＦにして一連の訓練を終わる。

【００３７】 以上で本実施例の説明を終わるが、酸素供給源として酸素ボンベを使用したが 、これに限定されず、新鮮な空気を使用してもよい。

【００３８】 また、炭酸ガスセンサとして、固体電解質型炭酸ガスセンサを使用したが、必 ずしもこれに限定されず、所望の検出精度、感度を有するものならばよい。

【００３９】 さらにまた、本実施例においては、医療の場合に付き説明したが、これに限定 されず、スポーツなどの分野の呼吸機能向上に用いてもよい。

【００４０】

【考案の効果】

以上詳述したように、本考案の呼吸機能訓練装置は、訓練用ガス中の炭酸ガス 濃度を検出して設定値濃度に一致するようにしたので、被訓練者に最適濃度の訓 練ガスを安定供給することができ、これにより最大の効果が期待できる。また、 不測の事故の発生が確実に防止される。

【００４１】 また、ガス供給源として酸素ボンベ、炭酸ガスボンベを使用した場合は、炭酸 ガス濃度の高いものから低いものまで幅広い混合比の訓練用ガスが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の構成図。

【図２】同じく要部（制御手段）の構成図。

【図３】同じく要部（炭酸ガスセンサ）の断面図。

【図４】同じく上記要部の特性図。

【図５】同じく作用を説明するフローチャート。

【図６】従来例の要部断面構成図。

【符号の説明】

１ 酸素ガス調節バルブ（第１流量制御バルブ） ２ 酸素ガス供給源 ３ 炭酸ガス調節バルブ（第２流量制御バルブ） ４ 炭酸ガス供給源 ６ ガス混合手段 １１ 濃度検出手段 １２ 炭酸ガスセンサ １２ａ イオン伝導体 １２ｂ 検出電極 １２ｃ 検出電極被覆材料層 １２ｄ 基準電極 １５ 制御手段 ２２ マウスピース

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸素ガス供給源に接続されこれの流入量
   を調節する酸素ガス調節バルブおよび炭酸ガス供給源に
   接続されこれの流入量を調節する炭酸ガス調節バルブを
   有しこれらバルブを介して流入する前記両ガスを混合す
   るガス混合手段と、この手段により混合された訓練用ガ
   スの炭酸ガス濃度を検出し濃度信号を出力する濃度検出
   手段と、この手段からの濃度信号と設定値とを比較し、
   前記両バルブを操作して検出された炭酸ガス濃度と設定
   値とを一致させる制御手段と、この制御手段により炭酸
   ガス濃度が調節された訓練用ガスを吸排自在に供給する
   マウスピースとからなることを特徴とする呼吸機能訓練
   装置。
2. 【請求項２】 濃度検出手段の炭酸ガスセンサはイオン
   伝導体を挟んで検出電極と基準電極とを対設してなる炭
   酸ガス検出センサであり、前記検出電極の被覆材料とし
   てアルカリ土類金属炭酸塩とアルカリ金属炭酸塩との固
   溶体でかつアルカリ金属炭酸塩の結晶を含まないものを
   用いたものであることを特徴とする請求項１記載の呼吸
   機能訓練装置。