JPS598972A - 開放型呼吸システムにおける呼吸同調式ガス供給制御方法および装置 - Google Patents

開放型呼吸システムにおける呼吸同調式ガス供給制御方法および装置

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JPS598972A
JPS598972A JP57118063A JP11806382A JPS598972A JP S598972 A JPS598972 A JP S598972A JP 57118063 A JP57118063 A JP 57118063A JP 11806382 A JP11806382 A JP 11806382A JP S598972 A JPS598972 A JP S598972A
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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】 本発明は、人体等の呼吸系に酸素等のガスを供給し吸入
させるためのガス供給制御方法及び装置に関する。
酸素等のガスを患者等に吸入させる方式には。
大別して密閉型と開放型とがある。密閉型方式（または
閉鎖回路）は、いわゆるマスク又は気管チューブを使用
し、人体の呼吸系上呼吸装置とからなる呼吸回路を外気
から密閉した状態でガス供給を行うもので、人工呼吸が
可能な上に吸入効果が高い反面患者の口と鼻を塞いだり
あるいは気管に直接異物を挿入することによる刺激や不
快を伴なうという不便な点もあり、主として重症患者に
適用されている。一方、開放型方式は、呼吸回路を外気
に開放したまま、つまりガス供給管の先を患者の鼻腔又
は口腔内に挿入してガスを吹送するもので、吸気中にも
飲食、会話等ができるため５主に自発呼吸に頼れる軽症
患者用に普及している。
しかしながら、従来の開放型呼吸システムにおいては、
恒常流のガスを供給している。このため。
息を吐いている陣中にもガスが吹き込まれて患者が不快
感を催したり５またそのようなガスの殆どが利用される
ことなく外気中に吐き出されて無駄になっている。
また、開放型呼吸システムは外気に通じているため酸素
ガスが希薄化され・やすいが、これに対して従来は恒常
流の流量を増すことにより対応した。
しかし、・例えば酸素濃縮供給装置では一般に平均供給
量を増大する（（つれて産出ガスの酸素濃度が低下する
ため、恒常流の流量を増しても効果はそれ捏上がってい
ない現状である。
本発明の目的は、上記の問題点を解消し、ガスの利用効
率が高く、しかも快適に吸入の行える呼吸システデを提
供することにある。
人体（動物）の呼吸パターンは、性別、年令、病状等に
より個人差があり、また同一人においてもその時の状況
に応じて変化するが、二股には息を吸う周期（吸気相）
と息を吐く周期（呼気相）とからなり、両相間に一時的
に息の止まる休止期間が入って一呼吸サイクルが形成さ
れる。本発明（・工、このような人体の呼吸パターンを
考慮し、呼吸の動作又は気流に関連した所定のパラメー
タの時間的変化を表わす電気信号を呼吸気流から生成す
る段階、該電気信号に基づいて呼吸動作が呼気を目から
吸気相に移るときにタイミング信号を発生ずる段階、お
よび該タイミング信号に応答して各吸気相の全期間中ま
たは一部期間中のみ酸素等のガスを供給する段階を含む
ガス供給制御方法によって上記目的を達成する。さらに
本発明は、上記制御方法の実施に最適な装置をも提供す
る。
以下、本発明を好適な実施例について説明する。
第１図は、本発明を適用した開放型呼吸システムを概略
的に示す９本発明によるガス供給制御装置１は、バッフ
ァタンク２を介して供給源５からガス、例えば酸素ガス
を受は取り、電磁弁４を開閉制御することによって、導
管５、流量調節弁６、導管７を介し患者８の鼻孔または
口腔に酸素ガスを供給する。導管７の先端ノズル部９に
は、センサＴが取付けられる。このセンサＴは従来公知
の熱電対形式のものでよいが、患者８の鼻孔に置いたと
き異物感を生じないよう適当な形で小型に構成される。
センサＴの出力端子は、導線１０を介して制御装置１０
入力端子１１に接続される。
センサＴは、鼻孔を通る呼吸気流中に晒されて呼吸気流
の温度を感知し、温度に勾応した電圧を発生する。すな
わち、センサＴの出力電圧ＶＴは。
体内から息を吐出する呼気相では次第に尚くなり５逆に
外部（供給酸素ガス及び外気）から息を吸う吸気相では
次第に低下し、その結果呼吸動作に応゛答して第２Ａ図
に示すような略正弦波に近い時間波形に１工ろ。なお第
２Ａ図においては５説明の便宜上体止期間を拡大し７て
示しである。
第６図は、ガス供給制御装置１０回路図である。
入力端子１１ａ、１１ｂは抵抗を介してオズアンプ１２
．１３の正入力に接続される。これらオペアンプ１２．
１３は差動増幅器１４を構成し、可変抵抗１５は利得調
整用である。オはアンプ１２．１６の出力端子は出力段
のオはアンプ１６の両人力にそれぞれ接続されろ。差動
増幅器１４の出力は、ノ、イスを除くための口Ｔパスフ
ィルタ１７を介し、ホールド回路１８のオはアンプ１９
の正入力に接続されるとともにタイピングパルス発生回
路２５のオペアンプ２６の正入力に接続される。
ホールド回路１８は、呼気相の期間中と呼気相から吸気
相への移行時に動作し、第２Ａ図に示すように入力電圧
（センサ出力電圧）が次第に高くなるにつれて、コンデ
ンサ２２を充電することにより時々刻々と電圧レベルを
保持し、ホールト９電圧をオにアンプ２０の出力端子か
ら抵抗２９を介してオペアンプ２６の負入力に送る。な
お可変抵抗２１は、ホールド電圧調整抵抗であり、後述
するようにタイミングパルスの発生時点を調節ずろため
に使用される。
タイミングパルス発生回路２５のオーミアンプ２６は、
比較器として動作し、正入力信号のレベル（現在信号し
にル）と負入力信号のレベル（ポールビされた直前の信
号しＲル）とを比較して比較出力を発生するっつまりオ
又アンプ２６は、正入力信号レベルが負人力信号レベル
より高いときは高レベルの出力電圧を発生し、逆に負入
力信号レベルが正入力信号レベル１つ高くなると低レイ
ルの出力電圧を発生するう オ啄アンプ２６の出力は、コンデンサ２７とインバータ
２８を介してワンショット回路３００Å力に接続される
。ワンショット回路３０は例えば単安定マルチバイブレ
ータからなり、正方向の立上りパルスを入力してから予
め定められた持続時間のノξルスを発生する。ワンショ
ット回路６０のＱ出力は、電磁弁４に゛接続される。電
磁弁４は、ワンショット回路６０かものパルス信号によ
って作動し、酸素ガスを患者側に送る。
なお第６図において、２６と６１はそれぞれ常開スイッ
チとタイマー回路であり、これらはホールド回路１８に
対するリセット回路を構成す不。
この実施例ではワンショット回路６０のＱ出力がタイマ
ー回路６１に接続される。タイマー回路３１は、立上り
パルスを入力したとき所定持続時間のパルスを発生して
スイッチ２６を閉成する。スイッチ２３が閉成すると充
電コンデンサ２２が放電し、ホールド回路１８はリセッ
ト状態になる。
次に第６図の回路の動作を説明する。センサＴから導線
１０を通って入力端子１１ａ　、　１　ｌｂに送られて
きたセンサ出力電圧ＶＴは、差動増幅器１４で適当１、
（レベルまで増幅された後、ローパスフィルタ１７でノ
イズを除去され、次いでホール１回路１８とタイミング
パルス発生回路２５に供給されろ。第２Ａ図に示すよう
に呼気相の期間中（ｔａ〜ｔｂ）　　センサ信号ＶＴは
単調増加するが、このときセンサ信号の現在レベルは常
に直前のレベル（ホールト９しＲル）ヨり高いため、コ
ンパレータ２６の出力電圧は高レベルのままである。１
呼吸ザイクルが呼気相から休止期間に入いると、センサ
信号ＶＴは極太レベルに達し、その期間中レベルは一定
である。このときセンサ信号の現在レベルはその直前の
しＲルと等しくなるが、可変抵抗２１を調整してホール
１−゛電圧のヒ０−り値をコンノミレータ２６の正入力
信号の極太レベルよりわずかに低く設定することにより
、休止期間中もコンパレータ２６の出力電圧は高レベル
のままである。
呼吸サイクルが休止期間から吸気相に入いると（時刻ｔ
ｇ第２Ａ図に示すようにセンサ信号ＶＴは単調減少し、
コンパレータ２６の正入力信号レベルが負入力信号レベ
ルより低くなる。これにより、コンパレータ２６の出力
電圧は高し−くルから低レベルに切換わり、インバータ
２Ｂの出力に（よ正方向の立上りパルスが生成されろ。
この〕ξルスはタイミングパルスとしてワンショット回
路ろＯに供給され、ワンショット回路６ｏのＱ出力カラ
所望期間Ｔｓの作動パルス５（第２Ｂ図）が生成される
。この作動パルスＳは、電磁弁４に供給され、Ｔｓの期
間中電磁弁４を作動させる。
作動パルスＳが立下ると（Ｑ出力電圧が立上ると）、タ
イマー回路３１がパルス信号を発生する。
このパルス信号は、スイッチ２６を閉成して充電コンデ
ンサ２２を放電させ、ホールド回路１８をリセットする
。これにより、次の呼吸ザイクルが開始して再び呼気相
に入いると５上述した動作が繰り返される。
上述した第６図の制御装置では、ワンショット回路を設
は吸気相に入ったとき、所望期間の強制パルスを発生し
て電磁弁を作動させ、またローパスフィルタを設けてセ
ンサ信号からノイズを除くため、誤動作の少ない安定し
た動作が得られろ。
第４図は、別の制御装置を示す回路図である。
図中、第６図と同一構成部分には同一符号を付しである
。第４図において、ローパスフィルタ１７の出ノ月ま、
第１ホールト５回路１８とタイミングパルス発生回路２
５０入力に接続されるとともに、第２ホールド回路４０
とリセットパルス発生回路４１０入力に接続される。第
２ボールド回路４０゜リセットパルス発生回路４１は、
それぞれ第１ホールド回路１８、タイミングパルス発生
回路２５と同一構成要素からなるが５各コンパレータの
入力極性が反対になるよう接続される。これにより、第
２ホールド回路４０とリセットパルス発生回路４１は、
第１ホールド回路１８とタイミングパルス発生回路２５
に対して略１８０°異なる位相で動作するように構成さ
れている。タイミングパルス発生回路２５とリセットパ
ルス発生回路４１の出力は、フリップフロップ４５０セ
ツト人力（Ｓ）とリセット入力（Ｒ）にそれぞれ接続さ
れる。フリップフロップ４５は、セット人力（Ｓ）に正
方向の立上り・ξルスを受は取ったときＯＮレベルの出
力電圧を発生し、リセット入力（Ｒ１に正方向の立上り
パルスを受は取ったときＯＦＦレベルの出力′電圧に復
帰する。
次に第４図の制御装置の動作を第５図につき説明すると
、時刻１ａ”−ｔｄの期間中は第６図の回路゛′と同様
に第１ホールド回路１８とタイミングパルス発生回路２
５が動作してタイミング信号を生成する。このタイミン
グノξルスは、フリツプフ１コツプ４５０セット入力に
供給されてフリップフロッグ４５の出力電圧をＯＮしは
ルに切換える。このＯＮレベル電圧は、作動パルスＳｏ
　として電磁弁４に供給され、電磁弁４を作動させる。
これと同時に第２ホールド回路４０とリセットパルス発
生回路４１が動作を開始するが、吸気相の期間中リセッ
トパルス発生装置４１の出力電圧は高レベルに保たれた
ままであり、従ってフリップフロップ４５にリセット信
号は供給されない。
その結果、作動パルス８０は吸気相の期間中ＯＮ１ノベ
ルにあって電磁弁４を作動状態に保持する。
しかし時刻ｔｅ　で吸気相から休止期間に入ったとキ、
リセットパルス発生回路４１のオー乏アンプ４２の出力
が低レベルに切換わる。これは、第２ホールド回路４０
０ホールド電圧調節抵抗を調整してホールド電圧を極太
レベルに設定することにより得られるうその結果、リセ
ットパルス発生回路４１の出力から正方向の立上りパル
スが生成され、このリセットノξルスはフリップフロッ
プ４５のリセット入力（Ｆ（）に供給される。これによ
り、フリップフロップ４５の出力゛電圧はＯＦＦレベル
に切換わって作動パルスＳｏが立下り、電磁弁４Ｇ′ｉ
閉じる。
第４図においてオはアンプ４６．４７は、第１、第２ホ
ールド回路１８．４０をリセットするためのボールドリ
セット回路４８を構成する。基準電。
圧発生回路４９を調整することにより、オズアンプ４６
の負入力には正人力信号の極太レー句／よりわずかたけ
低い基準電圧が供給され、オー２アンプ４７の正入力に
は負入力信号の極小レーくルよりわずかたけ高い基準′
電圧が供給されろ。これによって、ローパスフィルタ１
７からのセンサ信号が極太レベルに達したとき（呼気相
から休止期間に入ったとき）、オペアンプ４６の出力か
ら島し−くルミ圧が発生し、この電圧信号は第１ホール
ド１Ｂの限時リレー５０を作動させ所定時間経過後に充
電コンデンサ２２を放電さぜる。またセンサ信号が極小
し×ルに達したとき（吸気相から休止時間に入ったとき
）には、オズアンプ４７の出力から高レベル電圧が発生
し、この電圧信号は第２ホールド回路４０の限時リレー
５１を作動させ所定時間経過後に充電コンデンサ４４を
放電させる。
上述した第４図の制御装置では５リセツト・ξルス発生
装置とフリップフロップを設け、吸気相の期間中作動パ
ルスを発生させろうこれにより、第５図已に示すように
呼吸サイクルが変動しても、確実に各吸気相の期間中の
み電磁弁２を作動させて酸素吸入を行わせることができ
る。
なお、タイミングパルスとリセットパルスの発生時点は
、可変抵抗２１．５３を調節する事により微調整できる
っ 以上、本発明の好適な実施例について述べたが、度変化
を電気信号に変換するが、呼吸動作に関連した他のパラ
メータ、例えば呼吸気流の風速度、湿度等の時間変化を
電気信号に変換してもよく、その場合には風速センサ、
湿度センサ等が供給ノズルに暇付けられる。そして熱電
対と同様のセンサ信号が得られ５上述と同様の仕方で電
気信号が処理され電磁弁制御がなされる。また、上述し
た熱電対センサでは、呼気相で増大し吸気相で減少する
ような電圧信号が得られるが、風速度センサ等では逆位
相、つまり呼気相で減少し吸気相で増大するような電圧
信号が得られることもある。この場合には、タイミング
パルス発生回路やホールド回路の入力極性、設定レベル
等を変更、調整することにより上述と同様の動作が得ら
れる。
以上のように、本発明によれば、吸気相中の所望期間中
のみガス供給を行って吸入患者に快適感を与えるととも
にガス消費歌の少ない呼吸システムが得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は１本発明を適用した開放型呼吸システムの概略
図、 第２Ａ図はセンサ信号の波形図、第２Ｂ図は作動信号の
波形図、 第ろ図は５本発明によるガス供給制御装置の回路図、 第４図は、本発明による別のガス供給制御装置の回路図
、および 第５Ａ図はセンサ信号の波形図、第５Ｂ図は作動信号の
波形図である。 １・・・・・・ガス供給制御装置、　４・・・・・・電
磁弁、Ｔ・・・・・・熱電対センサ、　　１４・・・・
・・差動増幅器、１８．４０・・・・・・ホールト５回
路、２５・・・・・・タイミングパルス発生回路、　　
６０・・・・・・ワンショット回路、４１・・・・・・
リセットノξルス発生回路、４５・・・・・・フリップ
フロップ。 特許出願人　大阪酸素工業株式会社 同　　　　　佐　　　藤　　　　　　　暢（外２名）

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）呼吸回路を外気に開放した状態で酸素等のガスを
    人体等の呼吸系に供給し吸入させる呼吸システムにおい
    て５呼吸の動作又は気流に関連した所定のパラメータの
    時間的変化を表わす電気信号を呼吸気流から生成する段
    階５該電気信号に基いて呼吸の動作又は気流が呼気相か
    ら吸気相に移るときに所定のタイミング信号を発生する
    段階、および該タイミング信号に応答して各吸気相の全
    期間中または一部期間中のみ前記ガスを供給する段階を
    含むことを特徴とする呼吸同調式ガス供給制御方法。
  2. （２）　　呼吸回路を外気に開放した状態で酸素等のガ
    スを人体等の呼吸系に供給し吸入させる呼吸シ・ξラメ
    ータを感知し、該パラメータの時間的変化を表わす電気
    信号を発生するセンサと、前記センサに接続され、前記
    電気信号を増幅する増幅器と、 前記増幅器に接続され、該増幅器の出力電圧が極太また
    は極小レベル付近にあるときにタイミングパルスを発生
    するタイミングパルス発生装置と、前記タイミングパル
    ス発生装置に接続され、前記タイミング信号に応答して
    各吸気相中の予め定められた期間中のみ供給弁を作動さ
    せるだめの作動信号を発生するワンショット回路とを具
    備することを特徴とする呼吸同調式ガス供給制御装置。
  3. （３）　　呼吸回路を外気に開放した状態で酸素等のガ
    スを人体等の呼吸系に供給し吸入させる呼吸システムに
    おいて、 呼吸気流中に配置され、呼吸動作に関連した所定のパラ
    メータを感知し、該パラメータの時間的変化を表わす電
    気信号を発生するセンサと、前記センサに接続され、前
    記電気信号を増幅する増幅器と、 前記増幅器に接続され、該増幅器の出力電圧が極大また
    は極小レベル付近にあるときにタイミングパルスを発生
    するタイミングパルス発生装置と、前記増幅器に接続さ
    れ、該増幅器の出力信号が極小または極大レイル付近に
    あるときにリセット・ξルスを発生するリセットパルス
    発生装置と５前記タイミングパルス発生装置とリセット
    パルス発生装置とに接続され、前記夕、イミンダパルス
    とリセットパルスに応答し、各吸気相の略全期間中にの
    み供給弁を作動させるための作動信号を発生するフリッ
    プフロップと を具備することを特徴とする呼吸同調式ガス供給制御装
    置っ
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