JPH07116254A - 呼吸補助法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 従来の人工呼吸器での圧呼吸補助方法に代わり可変圧リ
ミッターを呼気弁として用いる事により吸気相で正確で
且つ安定な補助圧を得ることが出来るようになる。 【目的】従来の圧呼吸補助法の実現方法に比べ安全確実
且つ簡単な構成で呼吸補助を実施できる人工呼吸器を実
現する。 【構成】従来の人工呼吸器の呼気弁の代わりに可変圧リ
ミッターを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は人工呼吸を必要としている呼吸疾患患者への
呼吸補助法の改善に関するものである。

従来の技術 近年プレッシャーサポートと称する呼吸補助方法が一般
化しつつある。この方法では予め補助する気道内圧を定
めておき，患者が吸気を開始した事を検知すると直ちに
送気弁を開いて吸入ガスを送り出し，一方患者の口元の
圧を検出して，補助すべき気道内圧に上昇し患者が吸気
を継続していると考えられる時間の間この圧を保つよう
に流量を制御する。この際何時患者への送気を停止する
かは， １．患者が吸入する流量が一定の流量以下になったこ
と、 ２．流量を制御しても気道内圧が定められた補助圧を維
持できずその値を上回る時， ３．吸気時間が予め定めた時間に達した時， の何れかの条件が満たされた時とされている。この方法
は患者の吸気仕事量を減らし，かつ過度の気道内圧の上
昇を抑えるものとして重症呼吸疾患患者の治療に広く用
いいられるようになっており，これを実施出来る人工呼
吸器が数多く市場にある。しかしこのような制御を実行
する機構は，患者口元の気道内圧を人工呼吸器の本体か
ら送出する吸入ガスの流量の増減により一定に保つフィ
ードバックを行おうとするもので，以下に述べる様な理
由で困難且つ高価な装置になる。即ち現実の装置では，
患者口元と本体との間は通常２ｍ程度におよぶ可とう性
のある蛇管でつながなくてはならず，その制御系には大
きな遅れ要素が含まれるので応答性のよい安定した制御
特性を得る事が難しい。

発明が解決しようとする課題 この発明はこのような点を解決した圧補助呼吸法を提供
する事に関するものである。即ち吸気ガス送出系におい
て複雑な制御を施す代わりに圧力リミッター特性を持つ
要素を呼気弁に代わるものとして用いることにより，単
純に患者の最大需要流量を下回らない流量を吸気相期間
中流す事で吸気相を与える事で従来のプレッシャーサポ
ートと同等の効果を達成できる。この場合圧補助の圧力
は呼気弁の吸気相における圧力リミット値として設定す
る事になる。

本発明の詳しい説明 本発明の人工呼吸器の構成で従来のそれと違う点は，呼
気弁として可変圧力リミッターのみを用いている事で、
従って吸気相においても呼気弁は完全には閉じず持続陽
圧気道内圧（以下ＣＰＡＰとする）を施行している状態
に見える。一方最近気道圧解放呼吸（ Ａｉｒｗａｙ
Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ＲｅｌｅａｓｅＶｅｎｔｉｌａｔｉ
ｏｎ 以下ＡＰＲＶ）法（参考文献：Ａｉｒｗａｙ
Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｒｅｌｅａｓｅ Ｖｅｎｔｉｌａｔ
ｉｏｎ：Ａ ｎｅｗ Ｃｏｎｃｅｐｔ ｉｎ Ｖｅｎｔ
ｉｌａｔｏｒｙ Ｓｕｐｐｏｒｔ， 気道圧開放呼吸：
呼吸補助の新しい概念 Ｊ．Ｂ．Ｄｏｗｎｓ 及び
Ｍ．Ｃｈｉｒｉｓｔｉｎｅ 掲載誌 クリティカルケア
メディシン ｖｏｌ．１５，ｎｏ．５ ４５９−４６
１ページ １９８７）が研究されており、この方法では
一つの設定圧の圧力リミッターを用いてＣＰＡＰを施行
する一方もう一つのオンオフの呼気弁を並列に設けタイ
マーでこれを駆動にして間欠的に気道を大気に開放し
て、肺容量を大きく保ちつつ炭酸ガスの排出を改善しよ
うとする呼吸法である。もう一つ二相陽圧気道内圧（Ｂ
ｉｐｈａｓｉｃ Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ａｉｒｗａｙ Ｐ
ｒｅｓｓｕｒｅ 以下ＢＩＰＡＰ）法と称する呼吸
法（参考文献：Ｂｉｐｈａｓｉｃ Ｐｏｓｉｔｉｖｅ
Ａｉｒｗａｙ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ（ＢＩＰＡＰ）−
ｅｉｎｅ ｎｅｕｅ Ｆｏｒｍ ｄｅｒ ａｕｇｍｅｎ
ｔｉｅｒｅｎｄｅｎ Ｂｅａｔｍｕｎｇ， 二相性陽圧
気道内圧−呼吸増強の新しい形 Ｍ．Ｂａｕｍ，Ｈ．Ｂ
ｅｎｚｅｒ， Ｃｈ．Ｐｕｔｅｎｓｅｎ， ｗ．Ｋ
ｏｌｌｅｒ 及びＧ．Ｐｕｔｚ 掲載誌：Ａｎａｅｓｔ
ｈｅｓｉｓｔ ｖｏｌ．３８，４５２−２５８ページ）
も同じような主旨の呼吸法として使用されつつある。こ
れらの２つの方法はいずれも呼気弁側でのＣＰＡＰの設
定圧を切り換えるという方法を採っており，一見本発明
と同一とも考えられる。しかしこれらの方法はいずれも
ＣＰＡＰの改善を目指しており陽圧間欠呼吸の改善を目
指したものではない。本発明とこれら２つの方法の違い
は正にこの点にあることを明確にしておきたい。つまり
本発明では陽圧呼吸の吸気相の陽圧の与え方を単純なオ
ンオフの呼気弁を閉める代わりに流量を与えた可変圧リ
ミッターを用いて行おうとするものである。さてこのよ
うに呼気弁の代わりに用いる圧力リミッター例として
は，本発明の発明者が先行出願している設定圧力可変リ
ミッタがある。 （特許出願番号２−２８９４７ 出願
日 平成２年２月８日） 本発明では可変圧力リミッターへの設定圧力の指示は吸
気相での補助圧と呼気相でのＣＰＡＰ圧の２相であるが
ＡＰＲＶなどとの違いは呼気相の開始時間と終了期間の
決め方にもある。本発明においては吸気相の開始時間は
患者が吸気を開始した事を検知したとき即ち患者トリガ
ー時である。次に終了時間は患者の吸気需要が満たされ
たとき、具体的には前述のように患者への吸気流量が一
定の低流量になったときである。しかし安全の見地から
更に時間で終了する条件は加える必要がある。しかし前
述の３つの条件の一つの圧力による終了条件は必要がな
いし、実際には圧力リミッターの定義からそのような条
件を加える事は意味がない。もちろん安全の面からは一
定圧力を超える場合に送気を停止する条件は必要であ
る。一方ＡＰＲＶやＢＩＰＡＰでは設定圧の高低の切替
は患者の呼吸との同期は概念として必要ではなく，別途
タイマーを用いて行われるのが普通である。

発明の効果 以上の説明から本発明を用いる事により人工呼吸器の構
成を著しく簡素化出来，かつ簡単な制御ソフトウエアで
安全で確実なプレッシャーサポート即ち圧呼吸補助を施
行出来る。さらにこの構成で可変圧力リミッターをタイ
マーで間欠的に二段駆動すれば上述のＡＰＲＶ法やＢＩ
ＰＡＰ法を容易に実施できる事は明かである。

具体的実施例の説明 図１は従来のプレッシャーサポート法を実施する人工呼
吸器１の構成例を示す。患者２が吸気を開始した事を口
元３の気道内圧を導入チューブ４を介して測る圧力セン
サー５が検知すると制御部６は主バルブ７を開いて供給
圧源８からのガスを送出する。このとき同時に呼気弁９
を閉じる。患者２の口元３の気道内圧を吸気相で予め定
めた陽圧の補助圧に保つために，制御部６は圧力センサ
ー５から得られる圧力を連続的に設定補助圧と比較し
て，高ければ主バルブ７を制御して流量を減らし、低け
ればその逆の制御をする。主バルブ７と口元３までは可
とう性の大きい蛇管１０でつながれておりこの制御系に
は大きな遅れが存在し安定性と応答性のよい制御系の実
現は困難である。このため吸気相での平坦な補助圧を種
々の補助圧，呼吸回数で得る事はできず何等かの特性の
妥協が必要になる。患者２が吸気相の初めに大流量で吸
入していくうちに、肺コンプライアンスによる背圧で流
量が減少してくると主バルブ７は次第に閉り、設定圧を
維持できなるとき、または患者回路に挿入された流量セ
ンサー１１が一定値を下回ったときに吸気相を終了すべ
く主バルブ７を閉鎖し、また呼気弁９を解放して一呼吸
サイクルが終わる。図３の［１］はこのような制御時の
一呼吸サイクルの気道内圧及び患者流量の現実的にあり
うる変化を示す。患者が吸気を開始したことを検知して
から目標設定値に向かって上昇するに際しては図中の
（１）のごとくオーバーシュートが発生したり，（２）
のごとくアンダーシュートしたりして（３）のような安
定かつ妥当な圧力波形を得ることは困難である。特にオ
ーバーシュートは患者の肺を過圧で損傷する可能性があ
り危険である。次に本発明の実施例の構成を図２に示
す。図１と異なる点は図１に於ける呼気弁９の代わりに
可変圧リミッター式の呼気弁１２が使われる事，及び患
者の吸気流量による吸気相終了条件を得るためには患者
の実際の吸気流量を測る流量センサー１３及び流量セン
サーに用いる増幅器１４を患者口元に必ず配置しなけれ
ばならないことの２点である。その動作を次に説明す
る。主バルブ７は常時患者２が要求する可能性のある瞬
間流量を下回らないガス流か下手に発生するように開口
している。患者２が呼気相にあるとき可変圧リミッター
式の呼気弁１２は大気圧、もしくは陽圧呼気終末圧（以
下ＰＥＥＰ）を適用する場合はその設定圧を患者の口元
３に与えるようにする。患者２が吸気を開始したことを
従来方式と同様に制御部６が検知すると可変圧リミッタ
ー式呼気弁１２の設定圧を前記の場合の補助圧に上げ
る。従って患者２はこの設定圧を口元３に与えられて吸
入仕事を補助してもらうか，完全に押し込んでもらい仕
事をしないで済むかの状態になる。吸気相の終了は患者
の吸気が満たされた時であり本発明では次の２つの条件
が考えられる。

１．吸気時間が予め定めておいた時間経過したとき， ２．患者回路の流量センサー１３の出力が一定値以下に
なったとき， 第二の流量の条件は患者の口元に流量センサー１３を配
置する事を要求する。流量センサーは一般的に高価な高
感度の圧力トランスデューサと増幅器１４をを必要と
し，かつ安定度，精度の面でも問題がある。口元に配置
することにより必然的に患者に再呼吸による死腔を与え
るのも望ましいことではない。この点で言えば図１の構
成では流量サンサー１１は送気側に配置してもよいので
有利である。しかし本発明の方式では第二の流量の終了
条件は必ずしも必要ではない。即ち患者の吸入流量がゼ
ロになっても気道内圧は圧リミッター１２が設定補助圧
を維持するので危険がない。ただ吸気時間だけの終了条
件ではその時間内に患者が吸入を止めた場合，後もその
補助圧を維持するのが欠点となる。しかし吸気のあと陽
圧を若干の時間維持する吸気終末休止（Ｅｎｄ Ｉｎｓ
ｐｉｒａｔｏｒｙ Ｐａｕｓｅ 以下 ＥＩＰ）と称す
る方法で肺内の不均一のガス分布を補正して血液とのガ
ス交換を促進する場合もあるので過度の時間延長が無け
ればこの様な吸気時間の延伸はむしろ有益であり適切に
管理する限り第一の条件だけで運用は可能であり，第一
の時間だけの終了条件での本発明による人工呼吸器は非
常に簡単な構成となる。もちろん患者の口元に信頼でき
る流量センサー１３を配置できれば患者の換気量が正確
にモニター出来る利点はもちろん，実質的な吸気の終了
を検知してかつ必要により管理されたＥＩＰを与えて吸
気相を終了できる。また患者の吸気の開始を流量で検出
するいわゆるフロートリガーが可能になる。フロートリ
ガーの利点についてはここでは省略する。なお患者の口
元に流量センサー１３を置く代わりに可変圧リミッター
１２の下手に流量センサー１３’を配置し，送出流量と
の差を測定しても患者の流量をほぼリアルタイムに検出
できることもつけ加えておく。送気側の流量センサー１
１は図２の構成では本質的には不必要であるが後に述べ
るように送気流量を変化する場合は必要になる。以上述
べた吸気相終了条件が満たされると制御部６は可変圧リ
ミッター式呼気弁１２の設定圧をは再び低い設定圧に戻
して一呼吸サイクルを終了する。図３の［２］は本発明
の方法で制御しているときの一呼吸サイクルの気道内圧
及び患者流量の変化を可変圧リミッター式呼気弁１２が
理想的であるとして示したものである。吸気開始時の気
道内圧の変化は可変圧リミッター１２の過渡特性に依存
していることは言うまでもないが，以下に述べるように
圧力の制御系が可変圧リミッター１２だけで成り立って
おりプレッシヤーサポートにおけるような本質的な圧力
制御系の欠点即ち大きな遅れ要素を内蔵していない利点
である。次に可変圧リミッター特性を有する呼気弁１２
の構造例を前述の特許申請書から引用して図４に示し簡
単にその動作を説明する。弁体１０１に取り付けられる
接続竿１０２の他端に可動コイル１０３か接続されてお
り，このコイルは永久磁石１０４で作られる一様磁界に
置かれる。可動コイルには制御部６から電流が流され、
電流の大小により発生する弁体１０１を弁座１０５に押
し付け閉じようとするう力が発生し，その力は弁体１０
１の移動範囲でほぼ一定である。このため入口１０６か
ら流入する流量の大小に関わらず弁の上手での気道内圧
は一定に保たれる。弁体１０１、接続竿１０２及び可動
コイル１０３は一体となっているが十分に小さい質量の
一体系として、可動コイル１０３の電流の変化によって
発生する力に速やかに反応して，排出口に向かう流体に
対する抵抗が変化して異なる位置で同じ力で平衡するよ
うに移動出来る。この結果弁体の上手の圧即ち患者口元
圧は制御部６からの指示される呼吸サイクルに応じた圧
力値に追従出来る。またこの構造では設定圧はオープン
ループで制御されており，従って発生する圧でオーバー
シュートする可能性も低く安全である。主バルブ７は構
造の簡単さから言えば十分に大きい流量を流すだけで目
的は達成出来るが、ガスの節約や騒音の発生、更に現実
の可変圧リミッター１２が大流量ではやや理想的な圧リ
ミッター特性からはずれる傾向にあるだろう事を考えれ
ば、患者の需要流量を実測して制御部が学習して適量の
流量のみを流すように流量が可変出来る事が望ましい。
このことは吸気相についてまず言える事であるが、呼気
相に於いては更に吸気相と流量が同じであれば無駄にガ
スを流す事になり、呼気弁の特性が理想リミッタから外
れて少しでも抵抗成分を有すると、患者の呼気とも重畳
して気道内圧がＰＥＥＰ圧より上昇して呼気仕事量を増
加させるので，やはり流量を減らしておくのが望まし
い。人工呼吸器では気道内圧のモニターにより吸気相か
呼気相かは常に把握しているから、呼気相では流量を少
なくしておく事は難しいことではない。流量を多くした
ままで患者の自発呼吸をそのまま補助圧なして行わせる
呼吸を挿入していく事も可能で、これは一般的に言うＩ
ＭＶ（間欠的強制呼吸法）と等価とみなされる。この様
な構成では最近一般的であるデマンド方式のＩＭＶに比
べて，口元に常に流量があるから患者は何時でも自発呼
吸を遅れなく開始できてより楽な呼吸が出来る。また前
に述べたように可変圧リミッター１２に指示する設定圧
を２段にしてタイマーで切り替えれば二相式のＣＰＡＰ
すなわちＢＩＰＡＰやＡＰＲＶを容易に実現できる。以
上のように本発明の呼吸補助法はまた制御方法の若干の
変更により従来の各種呼吸治療法をも必要に応じて容易
に実施する事が出来る。また可変圧リミッターは上述の
例以外の方法でも実現が可能と思われるが，本発明の主
旨は他の方式の可変圧リミッターを用いた場合でも損な
われるものではない事を付記したい。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の呼吸補助法を行う人工呼吸器の構成ブロ
ック図である。

【図２】本発明による呼吸補助法を行う人工呼吸器のブ
ロック構成例である。

【図３】［１］は従来の方式の場合の患者の気道内圧及
び流量の一呼吸での変化を模式的に示す。［２］は本発
明による圧呼吸補助を行う場合の気道内圧及び流量の一
呼吸での変化を模式的に示す。

【図４】本発明の圧補助呼吸法に用いる可変圧リミッタ
ー方式の呼気弁の構造例を示す。

【符号の説明】

１は人工呼吸器，２は患者，３は患者口元点，４は圧力
導入チューブ，５は圧力トランスデューサ，６は制御
部，７は送気弁，８は供給圧源，９は呼気弁，１０は蛇
管，１１は流量センサー，１２は可変圧リミッター式呼
気弁，１３または１３’は流量センサー，１４は流量信
号増幅器。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年１０月７日

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の呼吸補助法を行う人工呼吸器の構成ブロ
ック図である。

【図２】本発明による呼吸補助法を行う人工呼吸器のブ
ロツク構成例である。

【図３】従来の方式の場合の患者の気道内圧及び流量の
一呼吸での変化を模式的に示す。

【図４】本発明による圧呼吸補助を行う場合の気道内圧
及び流量の一呼吸での変化を模式的に示す。

【図５】本発明の圧補助呼吸法に用いる可変圧リミツタ
ー方式の呼気弁の構造例を示す。

【符号の説明】 １は人工呼吸器，２は患者，３は患者口元点，４は圧力
導入チューブ，５は圧力トランスデューサ，６は制御
部，７は送気弁，８は供給圧源，９は呼気弁，１０は蛇
管，１１は流量センサー，１２は可変圧リミッター式呼
気弁，１３または１３，は流量センサー，１４は流量信
号増幅器。

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一定の流量の吸入ガスを患者回路に常時流
   し，呼気弁として一個の可変圧力リミッターを用いて，
   患者の呼吸間始を検知したとき当該可変圧力リミッター
   を予め定めた高い陽圧に設定し，患者の自発的な吸気が
   終了したら予め定めた低い呼気圧に設定する事を繰り返
   す呼吸補助方法。