JPS5991969A - 呼吸治療用振動付加器 - Google Patents

呼吸治療用振動付加器

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JPS5991969A
JPS5991969A JP20389882A JP20389882A JPS5991969A JP S5991969 A JPS5991969 A JP S5991969A JP 20389882 A JP20389882 A JP 20389882A JP 20389882 A JP20389882 A JP 20389882A JP S5991969 A JPS5991969 A JP S5991969A
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松延 政一
中谷 史郎
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Sanyo Electric Co Ltd
Sanyo Denki Seisakusho KK
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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】 この発明は人工呼吸器や加湿吸入器に付加して用いられ
、その呼吸治療を有効に作用させる振動付加器に関する
〈背 景〉 急性及び慢性呼吸不全に対する人工呼吸器を使用した呼
吸管理は、現在陽圧式人工換気方式にて行われるのが一
般的である。これは患者に挿管操作を行い、その管を通
じて一定量の空気を一定時間陽圧にて患者内へ吹入し、
呼出は生体肺、胸郭の弾性を利用して排出させるもので
ある。この場合の呼吸波形は第1図Aに示すようになる
。この方式における気体交換、即ち酸素または炭酸ガス
の移動は、Fickの法則(組織の境界面を通過するガ
ス量は境界面の面積に比例し、厚さに反比例する)とW
eibetの気道断面積モデル(気道断面積は入口から
の距離によシ指数関数的に増大する)とより考えると、
1回換気量を死腔以上、即ち拡散断面積を十分大きくと
って必要量の気体移動を得る方式といえる。
この陽圧式人工換気方式の問題点は、陽圧呼吸であるた
め、患者側の肺、胸郭のコンプライアンス(単位圧力あ
たシの量変化)が低いときには、過大な陽圧が気道肺胞
系に印加されると胸腔が陽圧となシ、循環動態に悪影響
を及ぼすことである。
これに対し、最近第1図Bに示すように高頻度に陽圧の
線状気体を吸入するHFPPV (高頻度陽圧換気)や
、HFJV(高頻度ジェット換気)等が応用されている
。これは先程のl’i’ickの法則及びWeibet
の気道モデルからすれば、1回換気量という概念を離れ
、高圧の線状ガスを気道に高頻度で吹入し、空気の深達
度の上昇を計るとともに、乱流拡散を高頻度に人工的に
付加する方式である。
この方式によれば従来の手法では困難な例でも、気道内
圧を上げずに換気可能といわれている。しかし高圧ジェ
ット流を使用する点や、深達度が不確実で低換気をおこ
す場合も散見され、その理論とともにこの方式の確立に
は時間を要するものと考えられる。
〈発明の概要〉 この発明の目的は呼吸治療器に付加して呼吸治療を有効
に作用させる振動付加器を提供することにある。この発
明の他の目的は人工呼吸器に付加して肺胞系におけるガ
ス拡散を上昇させ、従来の呼吸方式による1回換気量を
気道内圧及び静脈還流の臨界点まで可能とする振動付加
器を提供することにある。
この発明の振動付加器は呼吸治療器とその人体との結合
部との間の気体通路に挿入され、その気体通路の断面積
を周期的に変化させるように構成される。この周期的変
化にょシ前記気体通路を通過する気体に振動が重畳され
る。この発明の振動付加器は、例えば従来の陽圧式人工
換気方式の人工呼吸器の人体との気体通路に挿入して、
その呼気又は吸気或はその両者の気体の流れに、その呼
吸周期と比較して充分速い速度の気体振動を重畳させる
例えば第2図に示すように、人工呼吸器11に蛇管よシ
なる吸気用気体通路12及び呼気用気体通路13の各一
端が連結され、これら気体通路12 、13の各他端は
共通の気体通路14の一端に連結され、気体通路14の
他端はマウスピースや挿入管のような人体との結合部1
5と連結される。人工呼吸器11はこの結合部15を通
じて人体の肺16と連通される。
共通気体通路14に例えば熱線式流量計のセンサ17が
装着され、センサ17は流量計本体18に接続され、流
量計本体18の出力は記録計19に記録される。
人工呼吸器11は陽圧式人工換気方式のもので、その人
工呼吸動作中においては一定時間陽圧気体が人工呼吸器
11から吸気側気体通路12に排出され、矢印21で示
すように気体が結合部15を通じて肺16内に吹入され
、肺、胸郭の弾性にょシ肺16から呼出された気体は矢
印22で示すように結合部15.呼気側気体通路13を
通じて人工呼吸器11に排出される。この時記録計19
の記録は第1図Aに示したような波形になシ、正は呼気
23を負は吸気24を示す。
この発明による振動付加器25は第2図において例えば
吸気側気体通路12に挿入される。この振動付加器25
は気体通路12の断面積を人工呼吸器11の呼吸周期に
比べ充分速い速度で変化させる。この振動を呼気中も吸
気中も行う場合は、吸気用気体通路12中を通過する気
体は振動が重畳されると共に、この振動は呼気用気体通
路13内の気体にも同程度の大きさで重畳する。この時
の記録計19の記録は例えば第1図Cに示すように、第
1図Aの波形に振動26が重畳されたものとなる。この
振動は第1図りに示すように呼気中にのみ重畳させても
よく、或は第1図Eに示すように吸気中にのみ重畳させ
てもよい。
〈振動付加器〉 振動付加器25は例えば第3図に示すように構成される
。即ちシリンダ31の周壁に給気口32及び排気口33
が設けられ、給気口32.排気口33でこの振動付加器
は第2図中の気体通路12 、13 、14の何れかに
挿入される。シリンダ31の一端はダイヤフラム34で
閉塞され、ダイヤフラム34の中心に駆動杆35の一端
が固定され、駆動杆35はシリンダ31の軸心線上で外
部に突出され、他端は振動器36に連結される。振動器
36は例えばモータ37の回転によりへ、ラド38が回
転され、ヘッド38にその回転中心から偏心した点に駆
動杆35が連結されて構成される。
可変電圧発生回路39の出力が駆動回路41を通じてモ
ータ37へ供給されてモータ37が回転される。この回
転速度に応じた周期でダイヤフラム34が振動される。
この例ではダイヤフラム34の振動速度を必要に応じて
変化できるようにした。即ちモータ37として直流モー
タが用いられ、可変電圧発生回路39の調節部42を調
節して可変電圧発生回路39より駆動回路41を通して
モータ37へ供給する電圧を調節できるようにされる。
モータ37はこれに供給される電圧の大きさに応じた回
転速度で回転する。
第1図C、D、Eに示したように各種の振動重畳モード
があり、この例ではこれらを選択できるようにした場合
である。第2図中の流量計本体18からの流量信号が入
力端子43よl”波増幅回路44へ供給される。この流
量信号は流量計のセンサ17を吸気側気体通路12に装
着した場合は、吸気モードで正に、呼気モードでゼロに
カシ、共通の気体通路14に装着した場合は第1図Aに
示したように呼気モードで正に、吸気モードで負になる
。いずれも人工呼吸器11から気体ガスを送り出す′方
向あるいは逆の方向を正として、比較電圧を適正に設定
することにより、例えば吸気モードで1”、呼気モード
で“0゛というようなディジタル信号に変換することが
できる。流量計18からの入力信号レベルは接続する流
量計により異るので、増幅して一部レベルにしておく必
要がある。また振動付加によシ周波数(10〜100H
z程度)の振動が重畳するため、この影響による誤動作
が起らないようにする。即ち呼吸回数8〜30回/分と
、振動周波数とが異ることにより低域通過r波器にて呼
吸波成分を弁別する。端子43の流量信号からr波増幅
回され、更に比較器45でt111Za□”のディジタ
ル信号に変換される。こうして得られた弁別信号は、呼
吸気相弁別回路46によシ、例えば吸気モードでto 
1 rr、呼気モードで0”の信号と、その反転信号と
が取出される。
一方駆動回路41は、主として直流用ソリッドステート
リレーで構成され、その−次側をモード別切換スイッチ
47により切換る。例えばスイッチ47を呼気モードに
選択した場合は、弁別回路46の出力信号のうち、呼気
で”1”、吸気で“0”の信号が駆動回路41へ供給さ
れるため、呼気相でのみソリッドステートリレーの一次
側が”ON″′状態となシ、内蔵呼気モード表示用の発
光ダイオードが点灯する。これによりソリッドステート
リレーの二次側が呼気相で“ON”となシ、その“’O
N”の間、可変電圧発生回路39がモータ37に接続状
態となり、モータ37が回転する。吸気相中は呼吸気相
弁別回路46からの信号が0”となるため、前記ソリッ
ドステートリレーは”OFF”  状態となり、可変電
圧発生回路39とモータ37との電気的接続は遮断され
てモータ37は動作しない。
モード切換スイッチ47の切換えによシ呼気モードの他
に吸気モード、連続モードを選択することができる。更
にこの例では重畳する振動のダイナミックレンジを変化
することができるようにした場合である。ダイナミック
レンジの変化のために、第3図においてはシリンダ31
内にピストン48が設けられ、ピストン軸49はシリン
ダ31のダイヤフラム34と反対の端板51から外部に
突出される。ピストン軸49は周面にねじが切られてお
シ、端板51の外側に回動自在に保持筒52が保持され
、保持筒52の周囲に形成されたねじにピストン軸49
が螺合して挿通される。保持筒52に歯車53が取付け
られ、歯車53に歯車54が歯合され、歯車54はモー
タ55の軸に取付けられる。制御部56のダイナミック
レンジ設定部57の二つのスイッチを選択的に制御して
、モータ56を正転、逆転、停止制御することができる
ようにされる。更にピストン軸49の突出端に検出用ノ
ブ58が取付けられ、検出用ノブ58の移動上において
、ピストン移動範囲設定用マイクロスイッチ61 、6
2が配される。ピストン48の周面とシリンダ31の内
周面との間にはシールリング63が介在される。
ピストン48の移動によシ、ダイヤフラム34及びピス
トン48間のシリンダ31の容積が変化することによシ
、重畳振動のダイナミックレンジを変化させる。ピスト
ン48の移動は、モータ55を回転させることにより保
持筒52を回転させて行う。ピストン48のダイヤフラ
ム34側の移動限界点、つまり死点テハ、マイクロスイ
ッチ61のレバーを検出用ノブ58が押すことにより、
またピストン48の端板51側の死点ではマイクロスイ
ッチ62のレバーを検出用ノブ58が押すことによシそ
れぞれ検出され、この検出出力は制御部56に入力され
て、モータ56に対する電流を遮断してモータ55を停
止する。
この構成において人工呼吸器11からの気体は給気口3
2よシシリンダ31を通シ、排気口33よシ出て肺16
へ供給される。つ−t′シシリンダ31は気体通路の一
部を構成しているが、この気体通路の断面積がダイヤフ
ラム34の振動によシ変化され、よってシリンダ内の気
体が瞬時的に圧縮されたり拡大されたりされ、つまり圧
力が強弱変化され、気体通路を通過する気体に振動が与
えられる。モード切換スイッチ47の切替えにより、第
1図Cに示したように連続的に振動を重畳する場合、第
1図り。
Eに示したように呼気中のみ又は吸気中のみ振動を重畳
する場合を選択することができる。この実施例ではピス
トン48の位置を変更することによシ、シリンダ31内
の有効容積が変えられ、ダイヤフラム34の振動にもと
づくシリンダ31内の容積変化は一定であるから、重畳
する振動の振幅と、呼吸振幅との比が変化され、つまシ
ダイナミックレンジが変化する。
〈効 果〉 このようにこの発明の振動付加器によれば、人工呼吸器
に付加して呼気又は吸気又はその両者に振動を重畳させ
ることができる。吸気モードでの振動は肺胞膜における
気体拡散を上昇させることになる。即ち気体拡散はFi
ckの法則とWeibetの気道断面積モデルとから考
えると、乱流を発生させ、乱流拡散により人工呼吸器か
らの気体を肺末梢に到達させるようになる。吸気モード
での振動付加は、この乱流を発生させて乱流拡散によシ
肺末梢に気体を到達させることになる。つまシ肺に気体
相から振動を与えることで気体交換効率を高め、肺水腫
を中心とする低コンプライアンス肺病変(IRDS:新
生児呼吸促迫症候群’I ARDS :成人呼吸促迫症
候群など)に対し、ガス交換を助長することができる。
一方呼気モードに振動付加を行うと、気道内圧を間歇的
に陽圧に保ち、閉塞された末梢気道を開通させて肺内シ
ャント、即ち肺の換気領域を通過しないで動脈系に入る
血液を解消させ、また肺胞の虚脱を防止する働きのある
PEEP (呼気の終りにおいても気道内を陽圧に保つ
手法によシ得られた陽圧)に近い効果で静脈還流障害が
少なくなる利益も得られる。つまり振動付加は呼吸数を
多くして補うことになり、これによ91回換気量を減ら
して平均気道内圧を下げ、肺への加圧障害や循環抑制を
少なくすることができる。
呼気、吸気モード別に振動付加を行うととによシ、それ
ぞれの効果を独立して引き出すことによシ、呼吸不全患
者の状態に合わせた治療を行うことができる。しかも従
来の人工呼吸器の吸気及び呼気通路に簡単に装着でき、
患者の病態にあわせた換気方式をとることができる。ま
た吹入療法との併用によシ、吹入効率を上昇させること
もできるO また前記実施例では振動周波数とダイナミックレンジと
を独立に調整することができる。なお付加する振動の大
きさは1回換気量の1/4程度が好ましく、気道圧変化
で±3〜5 cm H20程度がよい。
また付加振動の周波数は患者の固有振動数に合せて変化
させることが好ましい。ダイヤフラム34の振動はモー
タを用いることなく、電磁的に駆動してもよい。
前述においてはこの発明の振動付加器を人工呼吸器に付
加したが、他の呼吸治療器に付加してもよい。例えば第
4図に示すように加湿吸入器(ネプライザ)71より加
湿気体を、気体通路72を通じて人体との結合部15よ
り肺16内へ吸入させて治療を行うことがある。この場
合従来においてはその加湿気体の供給は第5図人に示す
ように一定の流量で行っていたが、気体通路72に振動
付加器25を挿入して第5図Bに示すように供給流量に
振動を与える。この振動により、加湿気体の深遠度が向
上し、例えば喀痰を促し、楽な呼吸が行えるようになる
。なお第4図において呼気は結合部15から外部へ放出
される。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の説明に供するだめのもので、呼吸気
体通路内の流量例を示す図、第2図はこの発明による振
動付加器の適用例を示す図、第3図はこの発明による振
動付加器の一例を示す図、第4図はこの発明の振動付加
器の他の応用例を示すブロック図、第5図は第4図の説
明に供する図である。 11:人工呼吸器、12:吸気側気体通路、13:呼気
側気体通路、14:共通気体通路、15:結合部、16
:肺、17:流量センサ、25:この発明の振動付加器
、31ニジリンダ、34:ダイヤフラム、36:振動器
、43:流量計出力入力端子、47:モード切換スイッ
チ、48:ピストン。・ 特許出願人  株式会社三陽電機製作所松延政− 代理人 草野 卓 沖 1 図 丼2図 7174  図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)呼吸治療器と人体との結合部との間の気体通路に
    挿入され、その気体通路の断面積を周期的に変化させて
    その気体通路を通過する気体に振動を重畳させる呼吸治
    療用振動付加器。
JP20389882A 1982-11-19 1982-11-19 呼吸治療用振動付加器 Granted JPS5991969A (ja)

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JPH0118746B2 JPH0118746B2 (ja) 1989-04-07

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