JPH04176472A

JPH04176472A - ベンチレータ制御装置

Info

Publication number: JPH04176472A
Application number: JP30589190A
Authority: JP
Inventors: Forel Lester; レスター　フォレール; Fenimer Paul; ポール　フェニマ; Ganu Roger; ロジャー　ガニュ
Original assignee: Puritan Bennett Corp
Current assignee: Puritan Bennett Corp
Priority date: 1990-11-09
Filing date: 1990-11-09
Publication date: 1992-06-24
Anticipated expiration: 2016-06-25
Also published as: JP3179471B2

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）本発明は概ね呼吸ペンチレータに関し、更に詳細には、
気体を混合し、かつ制御された若しくは自発的な呼吸の
ために呼吸気体を送る空気作動電子制御ペンチレータ装
置に関する。

（従来の技術）従来の呼吸ペンチレータは、−船釣には正の過圧呼吸気
体を患者に送り、患者の呼吸パターンにおける圧力変動
に応答して所定の方法で圧力をかけた呼吸気体を送るこ
とができ、又は、各呼吸について制御して患者に所定容
量の呼吸気体を供給するように作動させることができる
。呼吸気体は、−船釣には高い濃度の酸素を含んでいる
。酸素を増加させた気体を受け入れるための貯蔵器を有
しており、その貯蔵器から気体が抜取られるのを監視す
るためのセンサと、検知された抜取り速度で所定の酸素
濃度の気体を得るべく、気体を充填するための最小時間
を決定するためのマイクロプロセッサとを備えている酸
素濃縮器が、ローランド（Ｒｏｗｌａｎｄ）の米国特許
第４．５６１．２８７号に説明されている。窒素を吸収
するための分子ふるい床を備えた複数のキャニスタは、
酸素を増加させた気体を貯蔵器に送り、圧縮器から別の
ふるい床に空気を差し向けるためのバルブ機構が備えら
れている。所定の比率で２つの気体を混合するための別
の装置は、別々の入口を介して圧力容器に入る２つの気
体の導入手段を備えており、その導入手段は、適当な比
率の混合気体を形成するため、第１の圧力になるまで第
１の気体を受け入れ、次いで第２の圧力になるまで第２
の気体を受け入れる。この装置は、ドブリッツ１Ｄｏｂ
ｒｉｔｚｌの米国特許第４．０２２．２３４号及び４．
０２３゜５８７号に説明されている。混合気体は、受入
れ容器内で初期圧力になるまで抜き取られ、初期圧力に
なったとき気体の抜取りが中断され、再び混合サイクル
が始まる。

吸入サーボユニットによる患者への呼吸気体の流量及び
圧力のフィードバック制御も又、ジョンソンらｆＪｏｎ
ｓｓｏｎ　ｅｔ　ａｌ暑の米国特許第３．７４１．２０
８号に説明されている。

（発明が解決しようとする課題）受入れ容器に含まれている呼吸気体の圧力に応答して、
及び呼吸気体が提供される呼吸の様々な態様に応じて、
所定の方法で呼吸気体の構成気体を混合することのでき
るペンチレータ装置を提供−することが望ましいであろ
う。

（課題を解決するための手段）本発明は、封入容器から患者へ呼吸気体を送るための装
置及び方法を提供し、その方法は、封入容器内の気体の
量の測定と、封入容器内の圧力に応答した封入容器内へ
の呼吸気体流れの制御と、封入容器の圧力若しくは容量
の変動に応答した呼吸気体の流出制御とを含んでいる。

簡潔かつ一般的には、呼吸気体を患者に送るためのペン
チレータ装置は、封入容器と、その封入容器を呼吸気体
源に接続している入口手段と、その封入容器を患者に接
続している出口手段と、その封入容器内の気体の量を検
知するためのセンサと、封入容器内で検知された気体の
量に応答した封入容器への呼吸気体の流入を制御するた
めの手段と、封入容器内の気体の量における変動に応答
した呼吸気体の流出を制御するための手段とから成る。

同様に、封入容器から患者に呼吸気体を送るだめの方法
は、容器内の気体の量を測定し、所定の量のレベルに達
するまで気体を封入容器に導き、容器から気体を抜き取
り、周期的に容器内の気体の量を測定して一定時間にわ
たる圧力変動を決定し、一定時間にわたる容器内の気体
の量における変動に応答して、所定の方法で容器からの
気体の抜取りを制御するステップを含んでいる。

本発明の装置の好ましい実施例では、容器内で検知され
た圧力若しくは容量に基いて容器からの気体の流出速度
を決定するための手段と、その流出速度と所定の値とを
比較するための手段と、この比較に基いて流出を調整す
るための手段をも備えている。入口流れ制御は又、容器
内の圧力若しくは容量を所定の値と比較するための装置
と、この比較に応答して容器を充填するためのバルブ機
構を備えていることが好ましい。本発明の別の好ましい
実施例では、容器内における予想変動速度に基いて、封
入容器の予想圧力若しくは容量を決定するための手段を
、予想圧力若しくは容量に応答して容器を満たすための
バルブ機構とともに備えている。封入容器は、容器内に
含まれている呼吸気体の温度変動を減少するための手段
をも収容しているのが好ましい。

本発明の方法では、封入容器からの気体の抜取りの制御
は、圧力若しくは容量の変動のような容器内の気体の量
の変動の測定値を対応する所定の値と比較し、出口での
流出を調整し、測定された変動値と所定の値の差を減ら
すステップを含んでいるのが好ましい。本方法は、封入
容器の気体の測定量を所定の限界値と比較し、気体の量
がその限界値を下回ったときに気体を容器に導くステッ
プを含んでいるのが好ましい。本方法の別の好ましい実
施例は、容器の予想変動速度に基いて容器の気体の予想
量を決定し、その予想値を所定の値と比較し、その予想
値が所定の限界値を下回ったときに容器に気体を充填す
るステップを含んでいる。吸収気体は複数の構成気体か
ら成っていてもよ（、本方法は、容器の気体圧力若しく
は容量に基いて容器内の分子数若しくは気体の容量を決
定し、必要な各構成気体のモル数を決定して特定比率の
構成気体を所定の充填レベルまで容器に充填し、必要な
モル数に対応して容器内の圧力変動値及び圧力増加値を
決定して所定比率の構成気体を容器に充填し、各構成気
体を圧力増加値に達するまで容器に充填するステップを
含んでいるのが好ましい。

本発明のペンチレータ及びその方法により、２つの基本
的な呼吸形式が支援される。強制呼吸が支援され、その
場合には、患者に供給される呼吸の物理特性は、操作員
の選択した設定値によって完全に特定される。操作員に
よって選択される物理特性は、波形、−回の呼吸量、ピ
ーク吸入流れ、酸素濃度のような組成及びサイクル時間
を含んでいるのがよい。強制呼吸パターンは独立した操
作員又は患者によっても開始することができる。

自発呼吸パターンも本発明によって支援されている。自
発呼吸は、吸入気体流れや一回分の容量が患者の行為に
よってのみ決定されるものである。しかしながら、呼吸
気体の組成は、酸素濃度の所定のパラメータの値によっ
て決定される。患者への呼吸気体流れは、空気通路圧力
の変動が引き金となり、操作員の選択した設定値の正の
末端吸入圧力（ＰＥＥＰ）及び感度によって制御するこ
とができる。連続する正の空気通路圧力（ＣＰＡＰ）が
与えられる。「感度」はＰＥＥＰ以下の圧力レベルであ
り、患者が開始した強制呼吸又はペンチレータからの自
発呼吸を起こすため、患者がつくらなければならない。

強制呼吸は、パラメータ設定値に従ったペンチレータ、
操作員又は患者によって開始することができる。ペンチ
レータが開始した呼吸は、呼吸速度について操作員が選
択した値によって決定される一定のサイクル間隔で供給
される。操作員が開始した呼吸は、操作員が手動制御に
よって決定する。患者が開始した呼吸は、感度のために
操作員が選択した値に等しい量によって患者がＰＥＥＰ
以下に空気通路圧力を減らしたときにはいつでも供給さ
れる。

本発明は、呼吸気体における酸素濃度の正確な制御も行
なう。気体の測定は理想気体の法則を基礎とし、その気
体の法則は、気体の圧力と容量の積が気体のモル数とそ
の温度の積に比例することを説明している。すなわち、ＰＶ＝ＮＲＴここで、Ｐは気体の絶対圧力、■は気体の容量、Ｎは気
体のモル数、Ｒは気体定数、Ｔは気体の温度である。

かくして、一定容量の容器内の気体のモル数は、容量、
気体圧力及び気体温度を測定することによって間接的に
決定することができる。この法則の簡単な拡張により、
もし気体が容器に加えられ又は除去されたならば、圧力
は次の比例量だけ変動するであろう。

ΔＰ＝ΔＮＲＴ／Ｖ　　　（１）これに加えて、同一の空間を占める２つの理想気体は、
ドルトンｆＤａｌｔｏｏｌの分圧の法則に従って挙動す
る。すなわち、Ｐ＝　（Ｎ１＋Ｎ２）ＲＴ／Ｖ　　　（２）混合制御ア
ルゴリズムは式（１）及び（２）に基いている。（１）
式から、容器に注入された気体のモル数は、測定された
圧力変動に比例する。

すなわち、 ΔＮ＝ΔＰＶ／ＴＲ（３）かくして、容器の適当な基準化によって、圧力変動測定
値は、注入された気体についての一定容量の容器のモル
数として直接読み取ることができ、これを気体混合制御
に使用することができる。

（２）式から、呼吸気体封入容器の各気体のモル数を、
封入容器のモル比及び圧力から計算することができる。

すなわち、ＮＡ＝混合比率・ＰＶ／ＴＲ（４）ＮＯ＝　（１−混合比率）・ＰＶ／ＴＲ（５）封入容器
を所望の混合比率で充填するため、封入容器内の最初の
各気体のモル数又は分子数が（４）及び（５）式を適用
することによって評価される。各気体の所望のモル数又
は分子数は、所望の混合比率及び圧力についてのこれら
の式を適用することによって計算することができ、各気
体の差圧は、式（３）を用いて計算し圧力に変換するこ
とができる。各気体をこれらの圧力値になるまで順番に
注入することにより、正確な気体量を封入容器に導くこ
とができる。容器内の気体の混合比率及び容量の同様の
計算は、圧力が一定に維持される場合であっても、圧力
も変動を受ける場合であっても、容量を変動させること
のできる容器について行なうことができる。

本方法は、他のバッチ形式の混合装置にわたっていくつ
かの顕著な利点を提供する。ソレノイドを別々に作動さ
せて例えば酸素濃度を増加させることができるので、急
速な混合変動が可能であり、酸素ソレノイドは、所望の
混合比率になるまで、いくつかのサイクルで排他的に使
用することができる。これに加えて、圧カドランスジュ
ーサ及び容量検知器が非常に正確でかつ信頼性の高い気
体圧力測定値を提供し、連続的な混合再調整をして機械
式バルブによって生ずる何らかの変動を修正することが
できるので、高精度の混合が可能である。例えば、もし
充填ソレノイドバルブが、閉じるように信号を送られた
後、たまたま短い時間開いたままになったとしても、そ
の結果生ずる圧力の増加は、許容される気体の付加的な
量に更に高く反映するであろう。混合比率が測定圧力若
しくは容量の変動から決定されるので、この変動は調整
され、従って、次の充填で許容される気体量は少なくな
るであろう。

本発明の他の特徴及び利点は、本発明の特徴を例示とし
て示した次の詳細な説明及び添付図面から明らかとなろ
う６（実施例）説明図に示すように、本発明は、各加圧気体用の別々の
入口流路を有するペンチレータ制御装置に具現化されて
おり、その入口流路は、各気体用空気作動ソレノイドバ
ルブに接続されている。気体混合物をつくる各気体ソレ
ノイドバルブの出口は封入容器すなわちタンクに接続さ
れており、各ソレノイドバルブが作動したときに気体が
タンク内で混合する。封入容器は、−以上の入口導管か
らの気体の流れによって充填される気体受入れタンク又
は容器である。タンクに接続されている精密圧カドラン
スジューサによって圧力が監視され、封入容器の出口ポ
ートは気体流路によって電気作動流れ制御バルブに接続
されている。本発明の方法では、容器内の気体圧力又は
容量が測定され、この情報及び最初にタンクにあった酸
素と他の気体の比率から、初期気体比率が決定される。

タンクの充填目標圧力又は容量が、使用者の定めた酸素
濃度パラメータ及び初期タンク気体比率から決定され、
今度は、初期値から目標値までタンクに充填するため、
各気体ソレノイドが作動する。タンクに充填している間
、出口流れ制御バルブは閉じているが、いったん気体の
比例充填サイクルが完了した後は、出口流れ制御が作動
し、必要に応答して正確に比例配分された酸素気体混合
物の流れが患者に提供される。タンクから出る気体の流
れが所定の最小値まで気体の量を減少させたとき、比例
再充填サイクルが繰り返される。

本発明によると、患者に呼吸気体を送るためのペンチレ
ータ装置が提供され、その装置は、封入容器と、その封
入容器を呼吸源に連通させて接続するための入口手段と
、封入容器を患者に連通させて接続するための出口手段
と、封入容器内の呼吸気体の量の測定値を検知するため
のセンサ手段と、封入容器内で検知された気体の量に応
答して所定の方法で入口手段を通る呼吸気体の流れを制
御するための入口流れ制御手段と、封入容器内で検知さ
れた気体の量の所定の時間にわたる変動に応答して所定
の方法で出口手段を通る呼吸気体の流れを制御するため
の出口流れ制御手段とから成る。

本発明は又、呼吸気体を、封入容器と、その封入容器を
呼吸気体源に連通させて接続するための入口手段と、封
入容器内の呼吸気体の量の測定値を検知するためのセン
サ手段と、入口手段を通る呼吸気体の流れを制御するた
めの手段と、８０手段を通る呼吸気体の流れを制御する
ための出口流れ制御手段から患者に送るための方法を提
供し、その方法は、容器内で気体の量を測定し、容器内
の所定の量のレベルが達成されるまで入口手段を通して
容器内に気体を導き、気体を容器から出口ポートを通し
て抜き取り、容器内の気体の量を周期的に測定して一定
時間にわたる気体の量の変動を決定し、一定封入容器で
検知された気体の量の時間周期にわたる変動に応答して
所定の方法で容器からの気体の抜取りを制御することを
特徴とする。

第１図を参照すると、ペンチレータ空気制御袋［１０は
、受入れタンク１２を備えており、そのタンクは、広く
行なわれている好ましい実施例の一つでは、硬質で固定
壁の圧力封入容器であり、約２リツトルの容積が典型的
である。銅ウール材１４がタンクの内部容積を完全に満
たしており、典型的にはタンク容積の２％に達する。高
い特定の発熱量をもつ銅ウールは、充填及び抜取りサイ
クルの間、気体の加圧及び減圧が比較的等温になるよう
にすることができる。容器内に含まれる気体の温度の変
動を減少させるための他の同様の材料を用いてもよい。

封入容器は代わりにピストンチャンバやベローズ形チャ
ンバから成り、圧力をほぼ一定にしながら、様々な容量
を形成するようになっていてもよく、又はその容量及び
圧力の双方を変動させることができ、その両方が監視さ
れるようになっていてもよい。

受入れタンクは酸素供給源１７に接続された酸素入口ボ
ート１６を有していることが好ましい。

同様に、受入れタンクは、空気供給源１９に接続されて
いる空気入口ボートも備えているのが好ましい。酸素及
び空気供給源は、単に酸素及び空気の高圧タンクであれ
ばよく、空気供給源は又、空気コンプレッサであっても
よい。病院に備えられている加圧酸素及び空気の他の通
常の供給源でもよいであろう。代わりに、空気入口管及
び酸素人口管を接合して、封入容器に入る前に、気体を
予め混合してもよい。

酸素供給導管２０が酸素入口ボートからタンクに酸素を
運び、空気供給導管２２が受入れタンクに空気を運ぶの
がよい。酸素入口管は又、普通は閉じた位置にあるソレ
ノイドバルブ２４も有しており、そのバルブは電子制御
装置によって作動させることができ、加圧酸素を受入れ
タンクに供給する。同様に、空気供給管は電子制御装置
によって作動するソレノイドバルブを備えており、加圧
空気を受入れタンクに送る。

又、受入れタンクから患者に呼吸気体を供給するための
出口導管２８及び圧力を検知する圧カトランスジニーサ
３０が受入れタンクに接続されている。ペンチレータ制
御装置の機能の全てを制御するためのマイクロブロセ・
ンサを備えているのが好ましい電子制御手段３２が酸素
ソレノイドバルブと、空気ソレノイドバルブと、容器の
圧力センサと、出口導管の調整自在吸入サーボバルブ３
５を制御する役目をする出ロソレノイ、ドバルブ制御手
段３４とに接続されている。

第２図を参照すると、参照番号１１０乃至１３４を付け
た要素は、各々、参照番号１ｏ乃至３４を付けた要素に
対応している。本発明の好ましい態様では、酸素入口導
管は又、酸素気体用フィルタ１３６を備えており、空気
入口導管は圧縮空気用フィルタ１３８を備えている。チ
エツクバルブ１４０及び１４２も又、酸素及び空気入口
導管に設けられており、酸素圧力スイッチ１４４及び空
気圧力スイッチ１４６が、低圧気体供給を監視するため
、気体入口ポートの近傍に接続されている。交差ソレノ
イド１４８も又酸素入口導管と空気入口導管の間に直列
に接続され、通常の呼吸気体装置が故障した場合に、別
の酸素圧力源を備えたペンチレータを提供するのが好ま
しい。圧力スイッチ１５０がタンク圧力センサの近傍の
受入れタンクに接続されており、圧カドランスジューサ
の有効性を電気的に検査するのに使用される。解放バル
ブ１５２も受入れタンクに接続されでおり、装置若しく
は部品の故障によって生ずる過大圧力状態を解放するの
に使用する。

ペンチレータを通る気体流れは第２の圧カセンサによっ
て監視され、絶対圧カドランスジューサ１５４が、患者
への呼吸気体出口導管に接続されている。出口流れ絶対
圧カドランスジューサによってなされる測定は、患者装
置の閉塞及び大気圧を決定するのに使用され、患者呼吸
回路の圧力読取りの有効性を監視するのに使用する。安
全解放バルブ１５６が、呼吸気体流れ管にも設けられて
おり、呼吸気体出口流れの過度の圧力を通気孔１５７へ
通気する役目をする。安全バルブソレノイド１５８及び
制流子１６０ａ、１６０ｂも又、交差ソレノイドに連通
して接続されている安全調整器に直列に接続されており
、もし通常のペンチレータ空気装置が故障しても空気を
患者に送るための安全装置の基礎を形成する。かくして
安全解放バルブは、過大圧力を通気し、必要ならば患者
への呼吸気体出口流れに大気を送る二重の目的を果たし
ている。安全装置は出口管チエツクバルブ１６４も備え
ている。

ペンチレータ噴霧器圧力源が噴霧器ソレノイド１６６に
よって提供され、受入れタンクに直接接続されている噴
霧器１６８からの圧力供給を受ける。噴霧器の作動は、
制御された容量供給又は呼吸気体の酸素比率を変動させ
ないであろう。

ペンチレータの出力気体流れも又、出力管フィルタ１７
０によってフィルタをかけられ、患者用チューブ（図示
せず）によって患者に送られる。

吐き出された気体は、患者呼吸回路の呼気バルブ人口１
７２の水トラツプ１７１に接続されているチューブＣ図
示せず）によってペンチレータに戻る。別のペンチレー
タ部品が呼気バルブ人口にある患者圧力ボートにより接
続されている。これらは、第３の圧力センサ１７３と、
患者装置圧力を監視するために使用する圧力計１７４と
、患者呼吸回路圧力センサ１７３を電気的に零点規正す
るために使用する自動零点規正ソレノイド１７６である
。

呼気サーボバルブ１８０が、部屋に流れる患者の呼気気
体流れを制御するために使用される６呼気サーボバルブ
は、電気モータによって駆動されかつペンチレータ電子
装置によって制御される直接駆動サーボバルブである。

モータは、呼吸回路の呼気バルブ１８２に機械的に接続
されている。

肺活量計１８４は、全体流量センサ１８６と流れベンチ
ュリ１８８とから成る２部品装置である。

全体流量センサ及び流れベンチュリによって監視されて
いる肺活量は、患者データ表示やペンチレータ現状警告
部品の双方のためのペンチレータ電子装置に気体流れ測
定値を提供する。この電子装置は、ペンチレータ空気装
置の機能と入力の全てを制御し、患者装置圧力回路の噴
霧器ソレノイド及び自動零点規正ソレノイドのみならず
、酸素入口、空気入口及び交差ソレノイドや、吸入サー
ボバルブ及び安全ソレノイドを制御する。３つの圧力セ
ンサ及び流量センサの各々も電子装置に接続されており
、ペンチレータ装置の作動に関係するデータを提供する
６最二呈！２五五玉通常のペンチレータの作動では、電源が最初に入れられ
たとき、容器圧力は大気圧である。電源立上げ作業を完
了した後、呼吸アルゴリズムが実行を開始する。

まず最初に、容器圧力を測定して、従来の酸素濃度をメ
モリから検索する。（４）式と（５）式を適用して各気
体の種類の分子ｆｆｉ　（ＮＡ、Ｎｏ）を評価する６次
いで、キーボードからの混合及び容積命令を使用して、
容器の全圧力及び各気体の種類の所望の分子数（ＮＡＤ
、Ｎ０Ｄ）を計算する。所望の数値から評価された数値
を引いて、注入すべき各種類の分子数を得る。最後に、
（２）式を適用してこれらの値を等価な圧力変動値（Δ
ＰＡ、八ＰＯ）に変換する。

各気体についての圧力変動値を計算した後、目標圧力レ
ベルを計算する。第１ソレノイドバルブを開いて容器を
充填し、次いで圧力が第１の目標圧力になったときにバ
ルブを閉じる。短い休止の後、容器の圧力を測定して記
憶する。次に、第２のソレノイドバルブを開き、次いで
、第２の目標圧力レベルになったときにバルブを閉じる
。短い休止の後、容器圧力を測定して再び記憶する。

混合は正確なソレノイド作動に基いて行なわれだが、こ
こで真の混合値が、式（４）、（５）及　　　　　”び
中間圧力測定値を使用してもっと正確に評価される。こ
の評価はメモリに記憶された以前の混合値を置換する。

引き続いて吸入が行なわれ、容器からの気体は、所望の
容量が供給されるまで（強制呼吸）。

又は患者が吸入終了の引き金を引くまで（自発呼吸）、
サーボバルブを通って患者に送られる。どちらの場合も
混合アルゴリズムが再び行なわれる。

ここで、アルゴリズムは臨床医の選択態様によって、２
つの異なる手続に従う。自発態様では、現在の容器の圧
力が限界値と比較される。それがこの限界値以下に低下
したときにのみ、新しい混合サイクルが開始し、容器が
完全に充填される。もし限界値を上回っていれば、混合
は行なわれないであろう。この限界値による方法は、圧
力測定エラーによる混合の不正確さを減らすために用い
られる。

強制態様では、次のサイクルについての容器圧力が、現
在の圧力及び次のサイクルで患者に送られる容積に基い
て評価される。特に、−回の容積供給によって予想され
る圧力の変動が現在の圧力から差し引かれる。次いで、
この評価値が限界値と比較され、もしそれを下回ってい
れば、前述したように新しい混合サイクルが行なわれる
。そうてなければ、混合工程は飛ばされる。この方法に
より、容器圧力を、常に噴霧器作動に必要な限界値以上
に維持することができる。

例１．空気／酸素の混合制御この例は、完全な混合サイクルを構成する場合を示して
いる。第３図は、混合作業の間の時間に対する容器圧力
を示している。特筆すべき出来事は、１、　サーボバルブを通して気体を患者に送る（２００
）。

２、　気体の供給が完了し、サーボモータを閉じる（２
０２）。

容器圧力を記憶する。

以前の混合値をメモリから検索する。

各気体の現在の量を評価する。

キーボードから入力された混合命令をメモリから検索す
る。

所望の容器圧力を以下のように計算する。

ａ、　強制態様：限界値を供給圧力に加える。

ｂ、　自発態様二最大容器圧力を使用する。

各気体の所望の量を計算する。

引き算によって注入すべき各気体の量を得る。

３　　酸素ソレノイドバルブを開く（２０４）。

酸素を加えているときに圧力を監視する。

４　　圧力が酸素目標値に達する（２０６）。

酸素ソレノイドを閉じる。

５　　短い休止によって圧力を落ちつかせる（２０８）
。

６、　圧力を測定する（２１０）。

酸素による圧力変動を計算して記憶する。

７、　空気ソレノイドバルブを開＜（２１２）。

空気を加えているときに圧力を監視する。

８、　圧力が空気目標値に達する（２１４）。

空気ソレノイドを閉じる。

９、　短い休止によって圧力を落ちつかせる（２１６）
。

１０、　　圧力を測定する（２１Ｂ）。

空気による圧力変動を計算して記憶する。

新しい混合値が、測定された空気及び酸素圧力変動から
評価される。

１１、　　　吸入を開始し、気体が患者に流れ始める（
２２０）。

例２．自発呼吸のための再充填の論理自発呼吸は患者によって制御されるので、その容量を予
想することはできない。容器は相当量の呼吸の後に完全
に再充填しておき、次の吸入の際に大きな呼吸量の需要
を満たすことができなければならない。これに加えて、
混合の正確性は、相当量の再充填圧力変動にほぼ依存し
ているので、限界値を用いて圧力変動を最小にする。典
型的な圧力履歴を第４図に示す。

１、　患者が吸入する（２２２）。

２、　患者が吸入を終了する（２２４）。

容器圧力を記憶し限界値と比較する。

圧力が限界値以下であるので再充填を行なう。

目標値を３０ｐｓ　ｉに設定する。

３、　例１と同様に、混合制御を行なう（２２６）。

４、　　圧力が３０ｐｓ　ｉに達する（２２８）。

混合制御が終了する。

患者の吸入を待つ。

５　　患者が吸入する（２３０）。

６、　患者が吸入を終了する（２３２）。

容器圧力を記憶して限界値と比較する。

圧力が限界値以上であるので再充填を行なわない。

患者の吸入を待つ。

７、　患者が吸入する（２３４）。

８、　患者が吸入を終了する（２３６）。

容器圧力を記憶して限界値と比較する。

圧力が限界値以下であるので再充填を行なう。

目標値を３０ｐｓ　ｉに設定する。

９、　例１と同様に混合制御を行なう（２３８）。

例３．大きな強制呼吸のための再充填の論理強制呼吸は
所定の呼吸量を形成するので、各吸入の後に容器を完全
に再充填する必要はない。このことにより、より低圧で
の作動が可能になり、低圧では、サーボバルブがより直
線性を示し、改善された流れ制御を行なう。しかしなが
ら、最小圧力限界値を用いて、十分な噴霧器圧力を確保
しなければならない。容器圧力は常に限界値以上に維持
される。この場合の典型的な圧力履歴を第５図に示す。

１、　気体を患者に送る（２４０）。

２、　所望の容量に達したときに吸入が終了する（２４
２）。

容器圧力を記憶する。

次の呼吸の後の圧力を予想する。

予想圧力が限界値以下であるので、再充填を行なう。

３、　例１と同様に混合制御を行なう（２４４）。

この例の容量は大きいため、圧力は常に限界値を下回り
、従って再充填は各呼吸の後に行なわれるであろう。

例４．小さな強制呼吸についての再充填論理小さな強制
呼吸は容器圧力に小さな変動しか生じさせないので、各
吸収の後に必ずしも再充填する必要はない、このことは
、混合の不正確さとソレノイドバルブの摩耗を防止する
。第６図によい例を示す。

１、　気体を患者に送る（２４６）。

２、　所望の容量に達したときに吸入が終了する（２４
８）。

容器圧力を記憶する。

次の呼吸の後の圧力を予想する。

予想値は限界値を上回っているので、再充填を行なわな
い。

３、　気体を患者に送る（２５０）。

４、　所望の容量に達したときに吸入が終了する（２５
２）。

容器圧力を記憶する。

次の呼吸後の圧力を予想する。

予想値が限界値を下回っているので、再充填を行なう。

５、　例１と同様に混合制御を行なう（２５４）。

６　　混合制御を完了する（２５６）。

患者の呼吸を待つ。

卸　された０　の供容量が限定されている強制呼吸では、操作員が一回の容
量のパラメータや必要なピーク流れを決定し、これらの
パラメータを電子制御装置に入力し、ペンチレータ装置
が所望の呼吸量を供給することができる。ペンチレータ
用駆動気体圧力は受入れタンクに蓄えられている。吸入
段階の間、酸素人口ソレノイドバルブ及び空気人口ソレ
ノイドバルブは閉じたままであり、受入れタンク圧力セ
ンサは常時受入れタンク内の圧力や容量レベルを監視し
ている。吸入の開始時に、受入れタンクの初期圧力を圧
力センサから受取り、マイクロプロセッサメモリに入力
し、呼吸気体出口ソレノイドサーボバルブが作動し患者
への流量を調整する。

ピーク流れ制御については、受入れタンク圧カドランス
ジューサからの電子差分圧力信号を用いて、受入れタン
クから出ていく気体流量を決定する。このｄｐ／ｄｔ信
号は、電子制御装置によって使用され、制御ループを吸
入サーボバルブに送り、所望の設定流量を維持する。吸
入サーボバルブの下流側に位置する出口導管の絶対圧カ
トランスシューサは、大気圧を測定し、呼吸回路の閉塞
を検知する。

ペンチレータ流れの矩形波形式が制御された容量を送る
標準的な方法である。容量制御は、呼吸の吸入段階で受
入れタンクの開始圧力と終了圧力とを直接に圧力測定す
ることによって行なわれる。容量は、理想的な気体流れ
式に従い、受入れタンク内の圧力変動から間接的に決定
される。

ペンチレータの自発呼吸態様は、本発明のペンチレータ
の重要な機能である。患者の要求する呼吸に対するペン
チレータの応答性は、呼吸特性を決定する。患者の需要
に最も良く応するため、患者圧力センサ１７３のサーボ
制御ループを患者のチューブの呼気流路に配置すること
により、ペンチレータ制御装置は比例サーボバルブを制
御した自発呼吸態様を与えるであろう。

前述の説明では、本発明の装置及び方法により、封入容
器内の圧力及び患者への呼吸気体の供給態様に応じて、
所定の方法で圧力封入容器に呼吸気体を制御して流入さ
せることができることを示した。又、本発明の装置及び
方法は、所定の時間周期にわたって封入容器で検知され
た圧力の変動に応答して、及び患者に呼吸気体を送る態
様に基いて、所定の方法で患者への呼吸気体の流れを制
御することができることも明らかである。

本発明の特定の実施例が説明され図に描いてきたけれど
も、当業者の能力内でかつ本発明の効果に影響を与える
ことなく多くの変更や実施例が可能であることは明らか
である。かくして、本発明の形態、詳細及び適用におい
て、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々
な変更を行なうことができることを理解しなければなら
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ペンチレータ制御装置の略図である。第２図は、ペンチレータ制御装置の詳細図である。第３図は、例１の空気／酸素混合制御のグラフである。第４図は、自発呼吸（例２）についての受入れタンク圧
力のグラフである。第５図は、大きな強制呼吸（例３）についての受入れタ
ンク圧力のグラフである。第６図は、小さな強制呼吸（例４）についての受入れタ
ンク圧力のグラフである。１０・・・・ペンチレータ制御装置、１２・・・・タンク、１６・・・・酸素入口ボート、１７・・・・酸素供給源、１８・・・・空気入口ポート、１９−・・・空気供給源、２０・・・・酸素供給導管、２２・・・・空気供給導管、２４・・・・ソレノイドバルブ、２８・・・・出口導管、３０・・・・トランスジューサ。３２・・・・電子制御装置、３５・・・・吸入サーボバルブ。 …ご田ごロコ　“

Claims

【特許請求の範囲】

（１）患者に呼吸気体を送るためのペンチレータ装置に
おいて、ａ）封入容器と、ｂ）前記容器を呼吸気体源に連通させて接続するための
入口手段と、ｃ）前記容器を前記患者に連通させて接続するための手
段と、ｄ）前記封入容器内の呼吸気体の容量を検知するための
センサ手段と、ｅ）前記封入容器内で検知された気体容量に応答して、
所定の方法で前記入口手段を通る前記封入容器内への呼
吸気体の流れを制御するための入口流れ制御手段と、ｆ）一定時間にわたる前記封入容器内で検知された気体
の容量における変動に応答して、所定の方法で前記出口
手段を通る呼吸気体の流れを制御するための出口流れ制
御手段とから成ることを特徴とする装置。
（２）前記出口流れ制御手段は、前記センサ手段によっ
て検知された前記気体容量に応答して前記容器からの前
記気体の流出速度を決定するための手段と、前記流出速
度を所定の基準流出値と比較しエラー信号を発生するよ
うになっている出力比較手段と、前記出口導管と連通し
前記エラー信号を受け取るため前記出力比較手段に作動
的に接続されかつ前記信号に応答して前記流出を前記所
定の流出値に調整するようになっているバルブ手段とか
ら成ることを特徴とする請求項（１）に記載の装置。
（３）前記入口流れ制御手段は、前記センサ手段によっ
て検知された気体容量に応答して、前記容器の気体容量
を所定の制限値と比較し、かつ前記容器の気体容量が前
記圧力制限値以下に落ちたときに充填信号を発生するよ
うになっている充填制御手段を備え、前記入口導管手段
は、前記充填信号を受け取るために前記充填制御手段に
作動的に接続され、かつ前記充填信号に応答して前記容
器を充填するため、前記入口導管を通して前記呼吸気体
を流すことができるようになっている入口バルブ手段を
備えていることを特徴とする請求項（１）に記載の装置
。
（４）前記入口流れ制御手段は、所定の時間周期にわた
る前記容器の予想変動適度に基いて、所定の時間間隔で
前記容器の予想気体容量を決定するための手段と、前記
予想気体容量を所定の制限値と比較しかつ前記予想値が
前記制限値以下に落ちたときに充填信号を発生するよう
になっている充填制御手段とを備え、前記入口導管手段
は、前記充填信号を受け取るために前記充填制御手段に
作動的に接続され、かつ前記充填信号に応答して前記容
器を充填するため、前記入口導管を通して前記呼吸気体
を流すことができるようになっている入口バルブ手段を
備えていることを特徴とする請求項（１）に記載の装置
。
（５）前記容器は複数の入口ポートを有しており、前記
入口導管手段は、前記入口ポートの各々を通る前記容器
への気体の流れを別々に制御するための入口バルブ手段
を備えていることを特徴とする請求項（１）に記載の装
置。
（６）前記容器は、前記容器内に含まれている気体の温
度変動を減らすための手段を含んでいることを特徴とす
る請求項（１）に記載の装置。
（７）前記温度変動を減らすための手段は銅ウールから
成ることを特徴とする請求項（６）に記載の装置。
（８）封入容器を呼吸気体源に連通させて接続するため
の入口手段と、前記容器を患者に連通させて接続するた
めの出口手段と、前記容器の呼吸気体容量を検知するた
めのセンサ手段と、前記入口手段を通る呼吸気体流れを
制御するための手段と、前記出口手段を通る前記呼吸気
体流れを制御するための出力流れ制御手段とを有する前
記容器から患者に呼吸気体を送るための方法において、ａ）前記容器が所定の気体容量に達するまで前記容器に
気体を導き、ｂ）前記容器内の気体容量を測定し、ｃ）前記容器から前記出口手段を通して前記気体を抜き
取り、ｄ）所定時間にわたる前記容器の気体容量の変動を決定
し、ｅ）前記容器で検知された前記気体容量の変動に応答し
て、所定の方法で前記容器からの前記気体の抜き取りを
制御することを特徴とする方法。
（９）前記気体の抜き取りを制御するステップは、前記
気体容量における変動を所定の基準流出値と比較し、前
記気体容量における変動と前記基準流出値との差を示す
エラー信号を発生し、前記エラー信号に応答して前記出
口の前記流出を調整し前記気体の容量における変動と前
記基準流出値との差を減少させることを特徴とする請求
項（８）に記載の方法。
（１０）更に、前記容器の前記測定された気体容量を所定の限界値と比
較し、圧力が前記限界値以下に落ちたときに、前記容器の圧力
が所定の上限に達するまで前記容器に前記気体を導くステップを含むことを特徴とする請求項（８）に記載の
方法。
（１１）更に、所定の時間周期にわたる前記容器の圧力における予想変
動速度に基いて所定の時間周期で前記容器の予想圧力を
決定し、前記予想圧力を所定の限界圧力値と比較し、前記予想圧力が前記所定限界圧力値以下に落ちたときに
前記容器を前記気体で充填するステップを含むことを特徴とする請求項（８）に記載の
方法。
（１２）更に、ａ）前記容器の前記気体の圧力を測定し、ｂ）抜き取り流出命令に従って所定の時間周期の間前記
容器から気体を抜き取り、ｃ）前記容器の前記気体の圧力を再び測定し、ｄ）前記
容器の前記気体圧力における変動を決定し、ｅ）供給される気体の量のエラーを得るため、前記圧力
変動を所望の圧力変動から差し引き、ｆ）前記各供給ごとの前記気体圧力変動誤差を積分し、ｇ）次の抜き取りのための前記抜き取り流出命令を、前
記積分誤差に比例した量を加えた前記所望の圧力変動に
設定し、ｈ）連続気体容量を供給するため、ステップａ）−ｇ）
を繰り返すステップを含むことを特徴とする請求項（８）に記載の
方法。
（１３）前記気体は複数の構成気体から成り、更に、前
記容器の圧力に基いて前記容器の各構成気体の評価され
た分子数を決定し、前記容器を所定の比率の前記構成気体で充填圧力まで充
填するために必要な各構成気体の分子数を決定し、各構成気体について、前記所定比率の前記構成気体で前
記容器を充填するために必要な前記各構成気体の分子数
に応じて前記容器の圧力変動値及び圧力増加値を決定し
、対応する各圧力増加値まで前記容器を前記各構成気体で
充填するステップを含むことを特徴とする請求項（８）に記載の
方法。
（１４）前記入口手段は、前記容器を前記呼吸気体のた
めの複数の構成気体源に接続しており、更に、ａ）前記封入容器の前記構成気体の分圧を測定ｂ）所定
の時間にわたる前記容器の前記各構成気体の圧力におけ
る変動を決定し、ｃ）前記構成気体の圧力における前記変動に基いて前記
容器の前記呼吸気体における前記構成気体の比率を決定
するステップを含むことを特徴とする請求項（８）に記載の
方法。
（１５）更に、ａ）前記容器に前記各構成気体を入れることによる容器
の圧力増加を測定し、ｂ）前記容器の前記構成気体の圧力における変動に基い
て、及び以前に定めた比率に基いて各構成気体の比率を
決定し、ｃ）前記容器を前記構成気体で充填して前記容器の前記
気体の比率を維持するために必要な各構成気体の分子数
を決定するステップを含むことを特徴とする請求項（１４）に記載
の方法。
（１６）封入容器を呼吸気体源に連通させて接続するた
めの入口手段と、前記容器を患者に連通させて接続する
ための出口手段と、前記容器の呼吸気体容量を検知する
ためのセンサ手段と、前記入口手段を通る呼吸気体流れ
を制御するための手段と、前記出口手段を通る前記呼吸
気体流れを制御するための出力流れ制御手段とを有する
前記容器から患者に呼吸気体を送るための方法において
、ａ）前記出口手段の流れ容量を測定し、ｂ）前記出口手段の前記流れ容量を所定の出口下限値及
び所定の出口上限値と比較し、ｃ）前記出口流れ流量が前記下限値以下に落ちたときに
前記出口導管手段を通る前記気体の流出を開始し、ｄ）前記出口流れ流量が前記所定の上限値を上回ったと
きに前記出口手段を通る前記気体の流出を停止することを特徴とする方法。