JPS5939145B2 - 人工呼吸装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は人工呼吸装置に関する。

本発明は特に気圧論理要素を利用した時間周期的な小児
科用人工呼吸装置に関する。

人工呼吸装置は病院や開業医によって各種の分野で広範
囲に使用されるようになってきた。

人工呼吸装置は肺浮腫、中枢神経系統の機能低下、新生
児けいれん、新生児窒息、呼吸困難な病候群、ヒアリン
膜の病気、等の病気を治療するために用いられる。

多くの異なった人工呼吸装置が使用されており、そのう
ちの幾つかは特別な病気のために設計され、またその他
は異なった生理学的要求のために多くの操作モードを有
した、より多くの複雑性を有している。

例えば、ある種の人工呼吸装置は断続的な正の呼吸（Ｉ
ＰＰＢ）を提供し、正の端部呼気圧（ＰＥＥＰ）を備え
ていたりあるいはそうでなかったりする。

また他の人工呼吸装置は断続的強制ベンチレーション（
ＩＭＶ）として知られているような人工呼吸装置補助を
与え、この場合は患者には比較的長い呼気を伴なった吸
気が供給され、またあるいは連続的な正の空気路圧力（
ＣＰＡＰ）を与え、この場合には、必要ならば、連続的
な基礎に立って一定圧力の酸素あるいは他の呼吸可能な
気体混合物が供給される。

人工呼吸装置はウィルソンによる米国特許第３．１９１
，５９５に記述されたような電気回路、あるいはへ−ニ
ヒによる米国特許第３，６０４，４１５に記述されたよ
うな気圧制御装置を有していてもよい。

断続的な正圧人工呼吸装置はリストンによる米国特許第
３，４３４，４７１に記述されている。

上記ヘーニヒの特許は３つの基本的な気圧論理要素を用
いた人工呼吸装置を記述している。

呼吸可能な気体の患者への流れは連続的でないが、他の
論理装置によって開閉制御される論理要素によって中断
される。

ウィルソンの特許は主制御弁の制御と操作とを開始する
ために患者のマスクへ導かれている気体管内の圧力を感
知する人工呼吸装置を記述している。

技術的に使用可能であることが知られている他の人工呼
吸装置では連続的な気体流を患者のコネク管に流す。

該気体流は制御弁へ貫通することができ、該弁は気体を
制御可能な方法で周囲へ放出し、これによって患者のマ
スクを呼吸的に支持している。

そのような人工呼吸装置は望みの呼吸を支持するために
複雑で高価な制御装置を利用している。

本発明に関して形成された人工呼吸装置においては、呼
吸可能な供給気体は、患者に気体を供給するための患者
用孔と、それに並列に連結された制御孔とを有したコネ
クタを介して患者へ送られる。

該制御孔は供給された呼吸可能な気体が制御弁を介して
周囲環境へ連続的に流れるように位置づけられているの
で、患者は自分が必要とするだけ該気体を吸入すること
ができる。

該制御弁には該制御孔を介して患者用コネクタから放出
する気体を調節するために気体制御回路が連結されてい
る。

該制御回路は望みの吸気圧レベルおよび呼気圧レベルに
応じて、患者孔における最大圧力と最小圧力とを与える
ための気圧要素を包含している。

気体タイミング網が吸気周期と呼気周期とをタイミング
制御する。

本発明による人工呼吸装置は簡単な構造の気圧構成体を
有した都合よく携帯できる装置でつくる； ことができ
る。

本発明による人工呼吸装置は少しの論理要素を効果的に
用いて、ＩＰＰＢ、ＰＥＥＰ。

ＣＰＡＰおよびＩＭＶのような広範囲な呼吸支持モード
を得ることができる。

吸気と呼気との比率の範囲も、選択可能な一定容積の気
体を送給する、ための容積限定モード、あるいは予じめ
崇められた最大限の圧力で気体を送給するための圧力限
定モードのような操作特性を選択するのと同様都合よく
おさまっている。

該人工呼吸装置は一定流量の呼吸可能気体を供給し、従
って小児に適用するのに特に有用な装置となる。

該人工呼吸装置は極めて少量の気体しか消費せず、従っ
て携帯的に用いる場合に特に有利である。

従って、本発明の目的は比較的簡単かつ安価な構造で、
しかも治療されている患者の生理学的要求に都合よく調
節することのできる多様な呼吸支持を提供することので
きる人工呼吸装置を提供するにある。

本発明によって構成された人工呼吸装置のこれらおよび
その他の目的および利点は、添付図面に関連して記述し
た好ましい実施例の次の説明から理解できるであろう。

添付図面を参照すると、Ｔ字型あるいはＴ字型の患者コ
ネクタ１６の入口孔１４に連結された供給管１２を介し
て呼吸気体を調節、供給するための人工呼吸装置１０が
示されている。

患者は供給装置１７によって該コネクタ１６における患
者用孔１８から提供される気体を呼吸し、その間該気体
は制御弁２２において放出するように該コネクタ１６に
おける制御孔２０の中を流れ続ける。

該気体は呼吸維持するために、患者用孔へ中断すること
なく連続的に供給される。

吸気と呼気の制御は該制御孔２０を通って制御弁２２に
おける放出孔２４へ通過する気体放出量を調整すること
によって行われる。

そのような制御は孔２４からの気体放出量を調整するこ
とによって行われる。

そのような制御は孔２４からの気体放出量を調整するた
めに操作的に連結されたダイアフラム２８の一方の側に
おける制御チェンバー２６の圧力を制御することによっ
て行われる。

さらに、該圧力制御チェンバー２６は気圧制御装置３０
によって制御される。

説明してきたような装置においては、患者用孔１８には
連続的に気体が放出され、従って患者の呼吸要求は常に
中断されることなしに満たされる。

治療用気体供給装置１７は患者の特別な要求に応じて空
気あるいは酸素の特別な混合気体を提供する。

空気源３２と酸素源３４とはそれぞれ逆止弁３６．３６
’、フィルター３８．３８’および圧力調整器４０．４
０’を介して流量計４２ 、４２’に連結している。

該流量計４２ 、４２’はそれぞれの気体の供給率を制
御することができるように独立的に調節可能となってい
る。

流量計４２の出口４６は共通の混合接点４８に連結され
、そこから加熱された加湿器５０を介して混合気体が送
られる。

加熱された加湿器５０は適当なヒータ５２と水５３の供
給装置と他の制御要素を包含しており、これらは治療用
気体に望みの量の水蒸気を加えるための従来技術による
ものである。

次に加湿された気体は水トラツプ５４を通過するが、該
水トラツプは水滴が凝縮し、気体混合物から除去し、適
当な呼吸可能な治療用気体混合物を供給するために十分
に大きなタンクでできている。

導管１２、患者用コネクタ１６、および導管５８からな
る導管網によって、水トラツプ５４から患者用孔１８を
通って制御弁２２へ至る気体の流れを形成する。

該導管１２と５８とは非常に低いコンプライアンスを示
す剛的な小径管からなっている。

従って患者用コネクタ１６への気体供給に関しては、制
御弁２２の作用によってひき起される圧力変化による導
管の形状変化がなくなる。

さらに、該導管網１２，１６．５８は気体圧縮の影響を
減らすのに十分小径に保たれる。

しかしながら、該導管網はあまり小径になりすぎて気体
流が過度に制限され、管５８を通る呼気が一層困難にな
らないように選択される。

導管５８には患者孔１８における圧力を検知し記録する
ために圧力計６０が連結されている。

制御弁２２は緊急放出弁６２を包含し、該放出弁は管５
８内の圧力、従って患者孔１８における圧力が予じめ定
められた危険な高圧にまで到達する場合に気体を周囲雰
囲気へ放出するために用いられる。

孔２４を通って大気中へ通過する気体の量、従ってまた
患者用コネクタ１６における圧力は座６３上にダイアフ
ラム２８によって加えられる力の函数である。

一方、この力はチェンバー２６内およびダイアフラム２
８の領域に生じた圧力によっても郭定される。

該チェンバー２６内の圧力は導管６４を介して該チェン
バー２６に連結されＪ−気圧網３０によって制御される
。

該気圧論理回路３０は気圧オシレータ６６と圧力制御の
気圧双安定性要素６８とからなる。

該圧力制御双安定性要素６８は患者用コネクタ１６にお
いて確立される吸気圧と呼気圧の調整を行い、他方該気
圧オシレータ６６は呼気と吸気との周期間隔を調整する
。

該気圧論理制御回路３０には３個の双安定性要素６８，
７０，７２が使用されており、これらは同様なものであ
り、要素７０と７２とはオシレータ装置として連結され
ている。

該気圧双安定性要素は概略的に図示されているが、それ
はその物理的形状が、当業界ではよく知られているよう
に、多くの異った形状を有していてもよいからである。

従って各要素６Ｂ、７０、あるいは７２は入力気体圧力
を受けるための制御孔７４を有しており、該気体が制御
孔７４に供給されている限りは３個のポート弁７６は該
気体圧力によって通常位置から付勢位置へ切換えられて
いる。

弁７６は、図に示されているように、普通はばね７８に
よって入口孔８０を閉めるように片寄らされており、別
の入口孔８２と出口孔８４との間を気体が通過できる。

気体圧力が制御孔７４にかかると弁要素７６は入口孔８
２を閉めるように片寄らせているばねの力に抗して切換
えられ、気体は孔８０と８４との間を流れることができ
る。

該バイアスばね７８を戻すために他の制御孔８６が設け
られている。

そのような場合には、ばね７８の作用はスナップ的に行
われる。

回路網３０のための気圧力は普通は同様な源８８．９０
から得られ、それらは空気調整器４０から得られ、該空
気源９０と調整器４０との間には閉止弁９２が挿入され
ている。

該閉止弁９２は後で説明するような特別のモードが必要
な時に回路網３０の大部分から気圧力を除去することが
できる。

呼吸圧力制御要素には可変レストリクター９４の形をし
た可変最大吸気圧力制御装置が設けられており、該装置
は入口孔８０を通る吸気圧力を確立する。

該要素６８の他の入口孔８２には固定レストリクター９
８を介して可変レストリクター９６の形をした呼気圧力
制御装置が連結されている。

オシレータ６６には要素７０の入口孔８０に連結された
可変レストリクター１００の形をした吸気時間制御装置
が設けられている。

要素７０の入口孔８２には呼気時間制御のための同様な
レストリクター１０２が連結されていることが示されて
いる。

人工呼吸装置１０の操作においては、双安定性論理要素
６８．７０および７２に気体が供給される前では、それ
らはばね７８のパイアスカによって図示した位置にある
。

気体が供給されて、弁９２が開かれると、要素７２の入
口孔８２に連結され気体源９０は、要素６８の制御孔７
４に連結されたライン１０４と、要素７０の制御孔７４
に連結された帰還ライン１０６と、要素７２の制御孔８
６に連結された戻りのバイアスライン１０８とを加圧す
る。

ライン１０４と１０６とが加圧されると、その結果、要
素６８と７０は切換えられ、それらの入口孔８２は閉じ
られ、入口孔８０から出口孔８４へ気体は流れることが
できるようになる。

該オシレータ６６においては、要素７０の出口孔８４が
加圧されると、その結果、要素７０と要素７２の制御孔
７４との間に連結された容器１１０へ気体が供給される
。

しかしながら該容器１１０の圧力が増加しても、最初は
ばね７８と要素７２の制御孔８６に生じる戻りバイアス
圧力との組合わせ力にうちかつためには不十分である。

この戻りパイアスカは大気中に気体を放出する１対の直
列に連結された固定レストリクター１１２と１１４とに
よって、ライン１０８内に存在する圧力から減少される
。

双安定性圧力制御呼吸要素６８においては、気体は吸気
圧力制御装置９４を通ってライン６４、および固定レス
トリクター１１６を介して大気中へと流れる。

ライン６４内の圧力は該固定レストリクター１１６およ
び最大吸気圧制御装置９４の設定によって郭定される。

ライン６４内の気体圧力はチェンバー２６および従って
ダイアフラム２８を加圧し、これによってチェンバー２
６に而したダイアフラム面積に比例した力で放出孔２４
が閉じられる。

該放出孔２４が閉じられると治療気体が放出されなくな
り、従って患者用孔１８における圧力が増加する。

気体導管１２．５８のコンプライアンスが患者呼吸系の
コンプライアンスに比べて非常に低いので、大部分の気
体は患者呼吸系に流入して吸気相を開始する。

患者に供給される気体の容積は流量計４２．４２’によ
って郭定されるような気体の流速の函数である。

該容積はさらに吸気時間制御装置１００によって郭定さ
れるような、制御孔２２の放出孔２４が閉じられている
時間の長さの函数でもある。

導管のコンプライアンスが低く、かつ患者用孔１８にお
ける圧力が主として患者通気路抵抗の函数であるので、
患者に供給される気体の容積は実際的には一定で、該人
工呼吸装置も容積限定モードで操作される。

該吸気相は容器１１０内の圧力が双安定性要素７２を切
換えて、その入口孔８２を閉じかつ入口孔８０を開くに
十分な値に到達するまで連続する。

要素７２の孔８０は大気へ開かれているので、ライン１
０４，１０６および１０８内の気体は大気中へ放出され
、双安定性要素６８．７０はそれぞれのばね７８によっ
て図示したような初期の位置に復帰され、従って呼気周
期が開始される。

双安定性圧力制御要素６８が復帰されると、ライン６４
および弁２２の制御チェンバー２６内の気体はレストリ
クター１１６および直列に連結されたレス） ＩＪクタ
ー７８，１１８を通って大気中へ流出することができる
。

該レストリクター１１６はライン６４に確立される端部
圧力が可変レストリクター９６の位置の函数となるよう
に選択されている。

従って該可変レストリククーが連結部１２０においであ
る圧力の気体流を生じさせるように設定されている場合
には、呼気周期の間は残留圧はライン６４の中に保持さ
れ、ダイアフラム２８に対して残留力が維持される。

このように、可変レストリククー９６を望みの位置に設
定することによって、正の端部呼気圧（ＰＥＥＰ）が得
られる。

そのようなＰＥＥＰ状態はヒアリシ膜の病気のような種
々の呼吸器系の病気に有益であることがわかっている。

該呼気周期は蓉器１１０内の気体が呼気時間制御装置１
０２を介して大気中へ放出されるに要する時間によって
郭定される時間周期の間連続する。

容器１１０内の気体によって要素７２の制御孔７４にか
けられる圧力がばね７８の力以下に低下すると、該要素
７２も図示したような通常位置に復帰される。

その復帰作用はライン１０８において得られる帰還の結
果としてスナップ作用状に急速に行われる。

レストリクター１１２，１１４は要素７２の制御孔８６
にかかるばね７８の力も含めた総合的な復帰力が、吸気
周期の間において容器１１０から制御孔７４にかけられ
る最大設定圧力よりも低くなるように選択されているこ
とに注意しよう。

該双安定性要素７２が復帰されると、新しい周期が上述
してきたような方法で開始される。

吸気と呼気との周期間隙はそれぞれ可変レストリクター
１００，１０２の設定によって郭定される。

このようにして吸気周期の呼気周期に対する比率は要求
の各種範囲に応じて変化させることができる。

例えば、呼気時間制御装置１０２は吸気周期を呼気周期
に比べて比較的長く、例えば、吸気と呼気との比率を全
体的に約１対５以下にするように調節することができる
。

このモードは断続的強制ベンチレーション（ＩＭＶ）と
考えられ、患者を人工呼吸装置の補助から離そうとする
場合に有望である。

従って、該ＩＭＶは（該比率が減少してくると）従々に
患者自身の呼吸を維持する能力を向上させる。

人工呼吸装置１０の上述した操作には、患者用孔１８に
おける気体圧力がダイアフラム２８によって得られる放
出孔２４の閉鎖圧力に十分うちかつことのできない吸気
周期を含んでいた。

この操作モードは容積限定型であり、この場合、患者に
は一定容積の気体が提供される。

しかしながら、最大吸気圧部脚装置９４が患者用孔１８
における気体圧力がダイアフラム閉鎖力に十分うちかつ
ことのできるように調節されている場合には、各吸気周
期において該人工呼吸装置は圧力限定モードで操作され
る。

そのような上限圧力が生じると、患者コネクター１６に
おける過剰気体は放出孔２４を介して大気中へ放出され
る。

該人工呼吸装置１０に関しては、気体供給の側で弁９２
を閉止し、実質的に論理回路網３０を作用させないよう
な他の操作モードも可能である。

そのような場合には、要素６８の入口孔８２のみが源８
８から気体の供給を受ける。

このモードにおいては、患者用孔１８における呼吸可能
な気体混合物は弁２２の孔２４を通して大気中へ放出す
ることができる。

しかしながら、源８８から制御チェンバー２６へはレス
トリクター９６．９８および導管６４を介して戻り圧力
が連続的に存在するので、患者用孔１８には連続的な正
の空気路圧力（ＣＰＡＰ）が存在することになる。

このモードはヒアリン膜の病気のような病気を−する場
合に有利である。

源９０のみならず、可変レストリクター９６を閉じるこ
とによって気体供給源８８をも除外してしまっても、該
人工呼吸装置は依然として機能を発揮し、患者用孔１８
を通過する一定流量の気体が確保される。

このモードは、例えば、他の人工呼吸装置補助を必要と
しない患者にとって特別な濃度の酸素を提供するために
採用してもよい。

以上、本発明に関して人工呼吸装置を記述してきたが、
その多くの利点を認識することができる。

気体は患者へ一定的に流され、従って患者はいっでも吸
気することができる。

該人工呼吸装置は比較的安価な構成体で構成されており
、また重量も十分軽く携帯可能である。

多種の操作モードが存在するので多くの異なった病気を
治療するのに適した用途の広い人工呼吸装置となる。

気圧制御を利用しているので、爆発的な環境の中で用い
ることのできる人工呼吸装置ともなる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明による気圧式人工呼吸装置の概略図で
ある。 図において、１０・・・・・・人工呼吸装置、２６・・
・・・・制御チェンバー、１４・・・・・・入口孔、２
８・・・・・・ダイアフラム、１６・・・・・・患者コ
ネクタ、３０・・・・・・回路網、１８・・・・・・患
者用孔、６２・・・・・・緊急放出弁、２０・・・・・
・制御孔、６６・・・・・・気圧オシレータ、２２・・
・・・・制御弁、６８・・・・・・気圧制御要素、２４
・・・・・・放出孔、７０．７２・・・・・・気圧双安
定性要素。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 周囲環境において操作する簡潔な人工呼吸装置にお
   いて、 患者用孔と、入口孔と、呼吸用気体を放出するために該
   患者用孔に対して並列的に連結された制御孔とを有する
   患者コネクタ装置と、 前記患者用孔から患者に対して呼吸用気体の連続流れを
   供給するために選択された割合で前記入口孔に呼吸用気
   体の連続流れを供給する供給装置と、 前記制御孔に連結され、放出孔とダイアフラムを有する
   制御弁にして、該ダイアフラムの一方の側にかかる圧力
   に応じて、患者から該制御孔を介して該放出孔へ放出さ
   れる気体を調節することによって、前記患者孔における
   呼吸用気体を対応的に制御する制御弁と、 該制御弁に操作的に連結された空気圧制御の双安定性気
   体圧力制御要素と、前記患者用孔において所望最大吸気
   圧力を確立させるために気体源と該双安定性気体圧力制
   御要素との間に操作的に連結された最大圧力制御装置と
   、前記患者用孔において所望呼気圧力を確立させるため
   に気体源と該双安定性気体圧力制御要素との間に操作的
   に連結された最小圧力制御装置とを有する装置であって
   、該双安定性気体圧力制御要素の１つの状態においては
   患者用孔への吸気流を制御し、該双安定性気体圧力制御
   要素の他の状態においては患者用孔からの呼気流を可能
   にする呼吸気流制御装置と、前記双安定性気体圧力制御
   要素を前記２つの状態の間で作動させるため選択された
   レベルの間で周期的気体圧力を供給するための空気圧オ
   シレータ装置であって、該空気圧オシレータ装置からの
   第１の圧力レベルが患者用孔への吸気流の所望時間長さ
   に応じて持続するように選択され、該空気圧オシレータ
   装置からの第２の圧力レベルが患者用孔からの呼気流の
   所望時間長さに応じて持続するように選択される空気圧
   オシレータ装置とを有しており、これにより前記患者用
   孔は呼気及び吸気の呼吸補助を作りながら、前記入口孔
   から連続的に呼吸気体が供給されることを特徴とする人
   工呼吸装置。