JPS6354167A

JPS6354167A - 人工呼吸器

Info

Publication number: JPS6354167A
Application number: JP19809386A
Authority: JP
Inventors: 慶彦清水; 千原　幸司; 河原崎　茂孝; 屋ケ田　和彦; 野口　康夫
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1986-08-26
Filing date: 1986-08-26
Publication date: 1988-03-08
Also published as: JPH033491B2

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、種々の呼吸不全患者に対して用いられる、呼
吸の補助を行う装置に関するものである。

〔従来技術〕

肺線維症、肺気腫、肺結核後遺症等の慢性呼吸不全症や
、神経筋疾患等の患者の呼吸補助には、生理的な陽圧呼
吸を補助する陽圧式人工呼吸器が有用である。

ドーム内に呼吸不全患者を入れ、ドーム内を陽圧にし胸
郭を開くことによって、肺を膨らませ、呼吸を補助する
胸腹外隙圧式人工呼吸器は、いわゆる鉄の肺として、既
に１９２７年にＤＩ’１ｎｋｅｒにより製作されている
。しかし、装置が大型でその材質が鉄であることから重
量もあり、移動ができず、しかも、効率が低いという理
由から、１９５０年代に入って、気管内にデユープを挿
入し酸素を送入する陽圧式人工呼吸器が普及するにつれ
て、鉄の肺はほとんど使用されなくなっていた。

ところが、近年特に、慢性の呼吸不全患者において、陽
圧式人工呼吸器の欠点がクローズアップされてきた。即
ち、これらの患者は意識がはつぎりしているために、陽
圧式人工呼吸器で用いられる気管内挿管を苦痛とし、し
かも、食物の摂取や会話等を行うことができないことで
ある。また、陽圧による肺損傷や経気道感染等を起こし
やすい点も欠点の１つとしてあげられる。さらに、患者
が人工呼吸器に頼り切って、回復後も人工呼吸器から離
れることができないか、あるいは非常に長い時間をかけ
て徐々に呼吸補助回数を減らしていかなければならない
問題もあった。

そこで、１９８０年代に入って、陽圧式人工呼吸器が再
び見直され始め、ドームも軽い材質で体に装着して使用
できる胸腹外陽圧弐人工呼吸器が開発された。（例えば
、ＲＥＳＰＩＲＡＴＯＲＹ　ＣＡＲＥ、２７（３）、２
１７〜２７５頁（１９８２）；臨床胸部外科、４（２）
、１５３〜１５７頁（１９８４）；呼吸と循環、３４（
４）、４０７〜４１１頁＜１９８６＞）しかし、これら
はいずれも装置が一定の呼吸タイミングをとりながら機
械的に呼吸補助を行うものであるため、患者がしたいと
思う呼吸のタイミングと合わず、いわゆるフフイティン
グ（Ｆｉｇｈ−ｔｉｎｇ）状態となり、患者に不快感を
与えていた。

さらに、設定された装置の呼吸リズムに患者の方が努力
して合わせようとするため、患者の肉体的、精神的な負
担は多大なものであることから、患者の呼吸を検出し、
患者の呼吸リズムに合わせて呼吸の補助を行なう人工呼
吸器の出現が待望されるでいる。

尚、筋ジストロフィーのような神経筋疾患患者等、その
呼吸が微弱なために呼気、吸気のタイミングを検出する
ことが難しい患者や、無呼吸状態に陥った患者に対して
は、予め装置に設定された呼吸リズムによって機械的な
呼吸補助を行なわざるを得ないし、また、患者の健康状
態の急変によって自発呼吸が減弱し、あるいは無呼吸状
態に陥るという異常事態を生じた場合には、速やかに装
置に設定された呼吸リズムによる呼吸補助に切換えるこ
とが必要になる。従って、従来の装置に設定された呼吸
リズムによる呼吸補助の必要性が否定されるものでない
ことは勿論である。

〔発明の目的〕

本発明は、従来患者の呼吸タイミングに同調できなかっ
た胸腹外陽圧弐人二［呼吸器において、患者の呼吸を検
出し、その意志に合った生理的な呼吸の補助を行うこと
のできる陽圧式人工呼吸器を提供することを目的とした
ものである。

（発明の構成）即ち本発明は、硬質材料から成り、頂上部にエアーダク
トに接続するための開口を有し、周縁部に弾性体材料か
ら成るフィツト部を装着したドームと、エアーダクトに
接続されドーム内を給排気するためのブロアー、該ドー
ムとブロアーを結ぶ給排気用のエアーダクト、排気側配
管系に設けられた陽圧レギュレーター、給気側配管系に
設けられた陽圧レギュレーター、ドーム内の圧力を検出
する圧力センサー、給排気を操作するための排気弁およ
び給気弁、大気に開放して陽圧もしくは陽圧を解除する
ための解除弁、排気弁または給気弁が閉じた時に空気を
バイパスざぜるバイパス弁、および排気弁、給気弁、解
除弁およびバイパス弁の開閉をコントロールするための
弁切替え装置から構成されていることを特徴とする人工
呼吸器である。

本発明で用いられるドームは、第１図にドーム（１）と
して示したような外観形状を有し、患者の胸部に鎧のよ
うに装着し、その内部を陽圧にすることによって患者の
胸を膨らませるものであるから、少くとも前胸部を覆う
大きさ、形状であることを必要とし、さらに、腹部と側
胴腹部まで覆うものであればより好ましい。その材質と
しては、使用時に陽圧ヤ陽圧が加っても変形しない硬質
の材料であれば、特に限定されないが、アルミニウム合
金等の軽金属や、硬質塩化ビニル樹脂、メタクリル樹脂
、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性
プラスチック、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和
ポリエステル樹脂等の熱硬化性プラスチックの積層成形
体や強化プラスデック（ＦＲＰ）、あるいは、炭素繊維
強化プラスチック（ＣｒＲＰ　）等の強度が高く、比較
的軽い材質であることが望ましい。

また、ドーム（１）の周縁部には、患者の体表に密着し
、空気の漏れを防止するため、弾性体材料（２）が装橘
されている。弾性体材料としては、天然ゴム、合成ゴム
、の他、スチレン系、Ａレフイン系、エステル系、ウレ
タン系、ポリブタジェン光等各種熱可塑性エラストマー
を用いたチューブを用いるのが良く、チューブの中には
空気の他、流動パラフィン、エチレングリコール等の高
粘性流体や、ウレタンスポンジ等の発泡体材料が充填さ
れていても良い。

本発明のドーム（１）内を陽圧または陽圧にし、人工呼
吸を行なうには、頂上部の開口にダクト（３）を接続し
て、ドーム内の空気をブロアー（４）で吸−ム（１）内
をすみやかに陽圧とするためには０．２〜２．０　ｍ／
ｍｉｎ程度の排気量が必要である。

胸郭を陽圧で引き上げて呼吸を補助するためには、ドー
ム（１）の内圧を−１０〜−５０１ＭＩＨｇ、好ましく
は−１０〜−２ＯＮＪＨ９の陽圧まで下げる必要がある
。過度の陰Ｂが加わると患者に不快感を与えることにな
るため、排気側配管系（１１）に陽圧レギュレーター（
１３）を配設し、ドーム内圧を圧力センサーによって測
定しなから陽圧レギュレーター（１３）を調節し、ドー
ム内圧を上記の範囲の陽圧に維持する。

さらに本発明は、忠考の吸気時にドーム内を陽圧として
胸を膨らませるだけでなく、必要であれば、呼気時に大
気圧よりもやや高い圧力として逆に胸を押してやること
もできる。この場合にも、陽圧をかけるタイミング、時
間、強さ等を調節プる必要があり、過度の陽圧を避（ブ
るため給気側配管系（１５）に陽圧レギュレーター（１
７）を設置して、ドーム（１）内の圧力を調節する。

以上述べたように、ドーム内圧は、患者の吸気開始とと
もにすみやかに所定の陽圧となり、吸気中その陽圧を維
持した後、呼気開始と同時に大気圧に開放される。陽圧
をかけることが必要な場合には、呼気開始から一定時間
後に所定の陽圧に達し、吸気中の一定時間その陽圧を維
持した後、大気圧に解放して陽圧を解除し、次の吸気開
始によって１サイクルを終了する。これらのドーム内圧
の変化は、圧力センサーによって経時的に計測され、ア
ナログまたはデジタル表示を行うとともに、アナログ出
力する。従って、アナログ出力端子にレコーダーを接続
することによってドーム内圧の変化パターンを見ること
も可能で、呼吸パターンの選定および確認を行うことが
できる。

以下、図面によって本発明の人工呼吸器を詳細に説明す
る。第１図は、本発明の一実施例となる人工呼吸器のド
ームへ給排気するための配管系を示す図で、第２図は、
ドーム内圧の変化を示した図である。

先ず、吸気開始（２１）とともにドーム内圧は陽圧とな
るこの時、排気弁〔１２）は開、バイパス弁（１４）は
閉、バイパス弁（１６）は開、給気弁（１８）は閉、解
除弁（１９）は閉の状態となる。ドーム内圧が陽圧レギ
ュレーター（１３）によって設定された所定の値に達す
ると、陽圧レギュレーター（１３）のバイパス回路が開
いて、それ以上の陽圧とはならず一定の陽圧に保たれる
。次いで、吸気終了（２２）と同時に、陽圧は一時大気
圧に開放される。この時、排気弁（１２）は閉、バイパ
ス弁（１４）は開、バイパス弁（１６）は開、給気弁（
１８）は閉、解除弁（１９）は開の状態となる。　ここ
で肺気腫の患者等必要に応じて、ブロアー（４）の吐出
圧を利用して、給気側配管系（１５）を通じてドーム内
に空気を送り込んて陽圧をかけ、患者の胸を押してやる
陽圧補助を行なう。

この時、排気弁（１２）は開、バイパス弁（１４）は開
、バイパス弁（１６）は閉、給気弁（１８）は開、解除
弁（１９）は閉である。陽圧補助開始（２３）のタイミ
ング、および　（２３）から陽圧解除（２４）までの１
４間は、呼気開始から一定の時間になるように予めタイ
マーに設定しておくのがよい。また、陽圧補助にあける
ドーム内圧の最大値は、陽圧レギュレーター（１７）に
設定された所定の圧力を越えないように、空気をリリー
フさせることによって調節する。陽圧を解除するために
は、吸気終了（２２）における陽圧の解除の時と同様に
、排気弁（１２）は閉、バイパス弁（１４）は開、バイ
パス弁（１６）は開、給気弁ｒ１８）は閉、解除弁（１
９）は開となる。

以上の各段階における弁の開閉状態を表にまとめると第
１表のとうりである。

尚、ドーム内圧は、圧力センサーをドーム（１）内に設
置して測定するか、または、第１図に示したダクト（３
）と排気弁（１２）、給気弁（１８）で囲まれた配管系
内に圧力センサーを設けて測定した値を用いてもよい。

次に、吸気と呼気のタイミングについて述べる。

本発明の大きな特徴である患者呼吸との同調に関しては
、温度検出素子、圧力検出素子、胸部インピーダンス検
出素子等による呼吸センサーによって患者の呼吸を検出
し、呼気および吸気の開始をとらえ、上記弁の開閉操作
を行なえば良い。種々の呼吸検出素子に関しては特に限
定を加えないが、呼吸の切り替わり時点をとらえるとい
う点では温度検出素子あるいは圧力検出素子を用いるの
が好ましく、さらに、気管挿管、マスク等を用いない開
放系では、温度検出素子を用いるのが最も好ましい。

温度検出素子には４ノーミスタ、熱電対等がおる。

これらの素子は温度に比例した出力を与え、これを鼻先
またはめ孔内に設置ゴることにより、第３図に示すよう
な呼吸波形が得られる。しかしこのままでは、吸気、呼
気の始まりは明確ではなく、これを明確にするためには
微分回路により微分波形に変換する必要がある。第４図
はこのようにして得られた微分波形、およびこれに適当
な電圧レベルでトリガーをかけてパルス出力ざぜた、吸
気、呼気の開始時点を示したものである。第４図から明
らかなように、微分波形に変換することによって吸気お
よび呼気の開始時点が−および＋のピークとなり、適当
な電圧でスレッシュホールドさせることによりスイッチ
ングを行うことができる。

この呼吸センサーによって適確に患者呼吸の開始時点を
とらえることができ、患者が息を吸いたいと思った瞬間
にドーム内に陽圧をかけ、吐きたいと思った瞬間大気圧
に開放し、さらに必要でおれば、胸を押すように陽圧を
かけて、呼気を補助する。この呼吸センサーは患者の鼻
孔付近に設置されるため、検出素子からの信号はドーム
まで配線を行えば、ドームから図示していないが弁切替
え装置までは導線をエアダクト中に埋りΩすればよい。

この方法により、エアダクトや導線が煩雑にからみ合う
ことを防ぐことができる。また、雑音の少ない所での使
用であればＳ線式のテレメータを用いれば、患者の枕元
やドームの外側に小型の発振器を設置し、弁切替え装置
で信号を受信すれば良い。

また、排気弁（１２）、バイパス弁（１４）および（１
６）、給気弁（１８）、解除弁（１９）はいずれも電磁
弁であって、弁切替え装置は図中には示していないが、
圧力センサーや呼吸センサーから送られて来た信号、も
しくは次に述べるような予め該装置にセットされた情報
にもとづいて、各電磁弁を電気的に制御するものである
。

人工呼吸器の使用に際しては、呼吸不全患者の場合、特
に無呼吸状態に陥る危険性がおり、また、何らかの原因
で呼吸センサーがはずれたり、信号が正常に伝わらない
事態が予測される。従って、このような時のバックアッ
プシステムとして、予め呼気と吸気の時間を設定してお
き、設定された呼気時間内に吸気信号が入らなければ自
動的に吸気を開始、即ちドーム内圧を陽圧にし、反対に
設定した吸気時間内に呼気信号が入らなければ自動的に
大気圧に開放して呼気を開始するように、患者の呼吸に
同調させることを優先させた吸気、呼気時間設定システ
ムを採り入れれば、より万全を期することができる。こ
の方法により、患者が無呼吸状態に陥った時でも、調節
呼吸によって強制的に換気が保たれ、患者を死に至らし
めることを防ぐことができると同時に、万一呼吸センサ
ーがはずれた場合でも、呼吸補助を継続させることがで
きる。また、この様な異常事態の発生時には、ランプを
点灯させ、おるいは警報を鳴らして知らせるようにして
おくのが望ましい。患者の呼吸に同調させる場合には、
患者の呼吸数および吸気、呼気時間比を表示させる事に
より、患者の状態を随時モニタすることができる。

〔発明の効果〕

本発明の人工呼吸器は、種々の呼吸不全患者の呼吸タイ
ミングに同調して、患者の意志に合った生理的な呼吸補
助を行うことができるので、従来のように機械に合わせ
て呼吸をするという努力や苦痛をとり除くことができ、
特に、長期間の使用に最も適し、急性呼吸不全患者にお
いては呼吸機能の早期回復にも役立つものである。また
、呼吸同調優先の呼気、吸気時間設定システムを併用す
ることにより、無呼吸状態に陥った場合や、呼吸センサ
ーの異常が生じた場合には、予め設定された調節呼吸を
くり返しすことができるので、万一の場合にも換気が保
たれて危険を回避することができる。従って本発明は、
安全性に優れ、長ｗＪ間快適に使用できる人工呼吸装置
であって、医療産業上大いに有用なものである。

（実施例〕５青で型取りをして、患者の側胴腹部までを覆うことの
できる人工胸腔となるドームをＦＲＰで製作し、その周
縁部にはゴム製のチューブを装着し、チューブを空気で
膨らませた。

ドームの頂上部に設けたダクトを、第１図に示したよう
な配管系を有する装置に接続し、ドームを被験者（健常
人）の胸部に装着して、１．４尻／ｍｉｎの排気量を有
するブロアーを用いてドーム内の空気を排出したところ
、大気圧から約０．７秒後に−１５〜−２０＃Ｈｇの陽
圧に達し、このとき、ドーム周縁部からの空気漏れは殆
ど認められなかった。

次に、サーミスタを用いた温度ゼンυ−を被験者の鼻孔
内に挿入して温度変化、即ち呼吸を検知し、その信号を
微分波形に変換し、第４図に示したようにして吸気・呼
気トリが−をかけたところ、温度センサーからの信号で
自動制御される弁切替圧〜陽圧を自在に発生させること
ができた。

また、予め弁切替え装置部に、吸気時間を１．７秒、呼
気時間を３秒として吸気・呼気時間情報をセットした後
、被験者が一時的に呼吸を止めたり、温度センサーを取
りはずしたりしたところ、いずれの場合にも、速やかに
吸気１．７秒、呼気３秒の調節呼吸に切替わった。

以上のようにして、本発明の人工呼吸器を健常人の被験
者に装着し、口腔内圧、ドーム内圧、口側の吸気呼気流
速、口側換気量、経肺圧等を測定した結果、本発明の人
工呼吸器を用いることにより、吸気、呼気流速および一
回換気量の増加が認示唆された。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の一実施例となる人工呼吸器のドームへ
給排気するための配管系を示す図、第２図は呼吸に対応
したドーム内圧の変化を示した図、第３図は鼻孔に設置
したサーミスタ温度センサーによる呼吸波形、第４図は
第３図の呼吸波形を微分波形に変換した波形、およびそ
れに一定の電圧レベルでトリカーをかけスイッチング信
号を表示させた図である。特許出願人　　　住友ベークライト株式会社第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）硬質材料から成り、頂上部にエアーダクトに接続
するための開口を有し、周縁部に弾性体材料から成るフ
ィット部を装着したドームと、エアーダクトに接続され
、ドーム内を給排気するためのブロアー、該ドームとブ
ロアーを結ぶ給排気用のエアーダクト、排気側配管系に
設けられた陰圧レギュレーター、給気側配管系に設けら
れた陽圧レギュレーター、ドーム内の圧力を検出する圧
力センサー、給排気を操作するための排気弁及び給気弁
、大気に開放して陰圧もしくは陽圧を解除するための解
除弁、排気弁または給気弁が閉じた時に空気をバイパス
させるバイパス弁、および排気弁、給気弁、解除弁およ
びバイパス弁の開閉をコントロールするための弁切替え
装置から構成されていることを特徴とする人工呼吸器。
（２）弁切替え装置が、予めタイマーに設定された呼気
時間および吸気時間の信号によつて、定時的に駆動され
ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の人工
呼吸器。
（３）切替え装置が、呼吸センサーから送信された呼気
および吸気の信号によつて、呼吸同調的に駆動されるこ
とを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の人工呼吸
器。