WO2014024984A1 - 医療用の水素混合ガス供給装置 - Google Patents

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mixed gas
gas
oxygen
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昭人 中島
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大陽日酸株式会社
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    • A61M2202/0208Oxygen

Definitions

  • the present invention relates to a medical hydrogen mixed gas supply apparatus.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2012-177433 filed in Japan on August 9, 2012, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • Reactive molecules commonly referred to as reactive oxygen species or free radicals are many, including aging, cancer, atherosclerosis, myocardial infarction, stroke, viral infection, lung abnormalities, intestinal illness and neurodegenerative disease It is now widely recognized as one of the causes of human health abnormalities, leading to aging and poor health.
  • the most common free radicals include superoxide radicals, hydroxyl radicals, hydrogen peroxide and the like.
  • Free radical molecules have oxidative toxicity to living organisms that causes structural damage to all biological molecules such as nucleic acids, proteins, and lipids.
  • superoxide radicals, hydrogen peroxide, etc. play roles such as killing action of invading bacteria, immune function, defense mechanism against cancer, vascularization, vasodilation, spermatogenesis, neurotransmission, etc. Has been. Therefore, it is desirable to selectively neutralize only free radical species having high reactivity such as hydroxyl radical and high cytotoxicity.
  • Patent Document 1 discloses a remover that selectively disables highly reactive free radical species such as hydroxyl radicals using the reducing action of hydrogen.
  • Hydrogen has the property that it does not act on so-called good active oxygen such as superoxide radicals and hydrogen peroxide.
  • hydrogen has a high cell permeability and is harmless to the human body.
  • Patent Document 2 discloses a hydrogen administration device that administers hydrogen to a patient as a mixed gas with oxygen.
  • This hydrogen administration device includes a hydrogen gas and oxygen gas supply source, and a hydrogen concentration meter for measuring the concentration of hydrogen gas flowing in a mixed gas supply pipe for administering these mixed gases to a patient.
  • This hydrogen administration device has a configuration in which, when the measurement result of the hydrogen gas concentration is not within a range of 0.1 to 4.0 vol%, for example, an alarm sound is sounded or the supply of the mixed gas is stopped.
  • the opening / closing valve opening degree of each gas supply source is controlled so that the hydrogen gas concentration falls within the set range, and feedback control is performed to automatically adjust the hydrogen gas concentration within the set range. Is also disclosed.
  • the target of concentration measurement in the supply route is only hydrogen gas, and it is difficult to adjust the component ratio according to the condition of the patient.
  • the target of concentration measurement in the supply route is only hydrogen gas, and it is difficult to adjust the component ratio according to the condition of the patient.
  • it is required to be able to reliably adjust to a fine component ratio including components other than hydrogen (for example, oxygen). .
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a hydrogen mixed gas supply device capable of administering a mixed gas in which the hydrogen gas concentration and the oxygen gas concentration are adjusted accurately according to the condition of the patient. With the goal.
  • a hydrogen gas supplied from a hydrogen supply means that is a hydrogen supply source is mixed with an oxygen gas supplied from an oxygen supply means that is an oxygen supply source, and the hydrogen gas and oxygen gas are mixed.
  • the invention according to claim 2 is the hydrogen mixed gas supply apparatus according to claim 1, wherein at least the hydrogen supply path and the oxygen supply path merge as the mixing means, a static mixer, A hydrogen mixed gas supply apparatus using any one or a combination of two or more of a tank and a mixer.
  • the invention according to claim 3 is the hydrogen mixed gas supply apparatus according to claim 1 or 2, wherein the hydrogen supply unit is in a path from the hydrogen supply unit to the mixing unit, and is in a path from the oxygen supply unit to the mixing unit. And a hydrogen mixed gas supply apparatus comprising pressure measuring means in at least one of supply paths from the mixing means to the patient.
  • the invention according to claim 4 is the hydrogen mixed gas supply device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a mixed gas storage means for storing the mixed gas, wherein the mixed gas storage means is the hydrogen A hydrogen mixed gas supply apparatus comprising a gas concentration measuring unit, the oxygen gas concentration measuring unit, and a pressure measuring unit.
  • a fifth aspect of the present invention is the hydrogen mixed gas supply apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein the hydrogen mixed gas supply apparatus includes an artificial respirator.
  • the invention according to claim 6 is the hydrogen mixed gas supply device according to any one of claims 1 to 5, wherein the hydrogen mixed gas supply device includes a discharge pipe branched from the supply path from the mixing means to the patient. This is a hydrogen mixed gas supply device.
  • the invention according to claim 7 is the hydrogen mixed gas supply apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the control means supplies hydrogen to the patient based on a patient's physical findings.
  • a hydrogen mixed gas supply apparatus that determines and controls a gas concentration, an oxygen gas concentration, and a flow rate.
  • the invention according to claim 8 is the hydrogen mixed gas supply apparatus according to claim 7, wherein the control means performs control by a neural network.
  • the hydrogen mixed gas supply apparatus of the present invention includes a hydrogen gas concentration measuring means for measuring the hydrogen gas concentration in the mixed gas, an oxygen gas concentration measuring means for measuring the oxygen gas concentration, and a mixed gas based on these measured values.
  • Control means for controlling the hydrogen gas concentration and the oxygen gas concentration therein to arbitrary values, respectively. Therefore, the amounts of hydrogen and oxygen in the mixed gas can be changed as appropriate. That is, hydrogen and oxygen can be appropriately administered at any time according to the physical findings of the patient.
  • the hydrogen mixed gas supply device of the present invention includes a mixing means for generating a mixed gas containing hydrogen and oxygen, a hydrogen gas concentration measuring means for measuring the hydrogen gas concentration in the mixed gas, and an oxygen gas concentration for measuring the oxygen gas concentration. Measuring means.
  • the mixing means is a static mixer, a tank and a mixer, the hydrogen and oxygen in the mixed gas are uniformly dispersed without depending on the flow rate ratio or the weight ratio, and the hydrogen gas concentration The concentration of each component can be accurately measured by the measuring means and the oxygen gas concentration measuring means, and a highly reliable mixed gas of hydrogen and oxygen can be supplied.
  • the pressure is detected for gas flow control, and gas leakage is caused based on the pressure at each part. It becomes possible to detect.
  • control means of the hydrogen mixed gas supply apparatus of the present invention has a configuration for determining and controlling the component ratio and flow rate of the mixed gas based on the physical findings of the patient, the patient condition changes suddenly. In this case, it is possible to immediately set the component ratio and flow rate to optimum values according to the patient's condition.
  • This control means may use a neural network.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a hydrogen mixed gas supply apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a hydrogen mixed gas supply apparatus according to Modification 1 of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a hydrogen mixed gas supply apparatus according to Modification 2 of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a hydrogen mixed gas supply apparatus according to Modification 3 of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a hydrogen mixed gas supply apparatus according to Modification 4 of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a hydrogen mixed gas supply apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a hydrogen mixed gas supply apparatus according to Modification 1 of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration of a hydrogen mixed gas supply apparatus according to Modification 5 of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of the hydrogen mixed gas supply apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a configuration of a hydrogen mixed gas supply apparatus according to Modification 1 of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of the structure of a neural network used in the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram and an expression showing a neuron model of the neural network shown in FIG.
  • FIG. 11A is a schematic diagram when the concentration of hydrogen gas in the mixed gas is used as an output value using the neural network shown in FIG.
  • FIG. 11B is a schematic diagram when the concentration of oxygen gas in the mixed gas is used as an output value by using the neural network shown in FIG. 9.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a hydrogen mixed gas supply apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the hydrogen mixed gas supply device 1 is a device that supplies hydrogen and oxygen mixed gas used for treatment of the patient P, and includes a hydrogen cylinder (hydrogen supply means) 11, an oxygen cylinder (oxygen supply means) 12, and a nitrogen cylinder. (Inert gas supply means) 13, a pipe structure (mixing means) including a pipe junction 2g, a hydrogen concentration meter (hydrogen gas concentration measuring means) 9, an oxygen concentration meter (oxygen gas concentration measuring means) 10, A control device (control means) 7 is provided and schematically configured.
  • hydrogen is supplied as hydrogen gas and oxygen is supplied as oxygen gas from each gas supply means.
  • each component of the hydrogen mixed gas supply apparatus 1 of this embodiment is demonstrated in detail.
  • the hydrogen cylinder 11 provided in the hydrogen mixed gas supply apparatus 1 of the present embodiment is an example of a hydrogen supply unit, and other hydrogen supply units may be employed.
  • an apparatus that generates hydrogen gas at any time may be used.
  • a water electrolysis hydrogen gas generator, a hydrogen gas generator by gas reforming, and a hydrogen gas generator by a photocatalyst can be employed.
  • the oxygen cylinder 12 is an example of an oxygen supply unit, and other oxygen supply units may be employed.
  • a device that generates oxygen gas at any time may be used.
  • a liquid gas vaporizer, a PSA gas generator, or the like can be employed.
  • these apparatuses it is preferable to select one having a small amount of by-product gases other than oxygen. Since the oxygen gas concentration in the air is about 21%, air pressurized with a compressor or the like may be used as the oxygen supply means.
  • the hydrogen mixed gas supply apparatus 1 of this embodiment uses nitrogen gas as an inert gas, and uses a nitrogen cylinder 13 as its supply means.
  • the use of the nitrogen cylinder 13 is an example, and in addition, a liquid gas vaporizer, a PSA gas generator, a separation membrane gas generator, or the like may be used.
  • nitrogen gas carbon dioxide gas, argon, helium gas, xenon gas, and the like can be used as the inert gas.
  • the inert gas supply means can be omitted.
  • the hydrogen mixed gas supply device 1 is lightweight and movable.
  • the form of the hydrogen supply means, the oxygen supply means and the inert gas supply means is preferably a cylinder, and each of these cylinders is more preferably composed of a container of 10 L or less.
  • a two-type gas mixing cylinder or a three-type gas mixing cylinder can also be used. As an example, this will be described later as a fifth modification of the present embodiment.
  • the pipes 2a, 2b, 2c, and 2d desirably have high gas tightness, light weight, and high strength.
  • Examples of materials that can be used for the pipes 2a, 2b, 2c, and 2d include austenitic stainless steel.
  • the pipes 2a, 2b, and 2c which are the supply paths for each gas, include pressure reducing valves 31a, 31b, and 31c, filters 32a, 32b, and 32c, automatic valves 3a, 3b, and 3c, and check valves 4a, 4b, and 4c, respectively.
  • the automatic valves 3a, 3b, 3c are provided with actuators for opening and closing and adjusting the opening, and the actuators are electrically connected to the control device 7, so that the hydrogen cylinder 11, the oxygen cylinder 12.
  • the supply amount of each gas supplied from the nitrogen cylinder 13 can be adjusted as appropriate.
  • the hydrogen mixed gas supply apparatus 1 of this embodiment is characterized by including a pipe structure (mixing means) including a pipe junction 2g. More specifically, in this piping structure, a pipe 2a that is a path for supplying hydrogen, a pipe 2b that is a path for supplying oxygen, and a pipe 2c that is a path for supplying nitrogen are arranged at a pipe junction 2g. It is configured to merge. Thereby, each gas supplied from the hydrogen cylinder 11, the oxygen cylinder 12, and the nitrogen cylinder 13 passes through the pipes 2a, 2b, and 2c, and joins at the pipe junction 2g. And the mixed gas is produced
  • the pipe joining point 2g is preferably composed of the joining pipes 2a, 2b, and 2c so that the mixed gas becomes more uniform, but is not limited to a specific configuration.
  • a pressure gauge 8, a hydrogen concentration meter 9, an oxygen concentration meter 10, a flow meter 21, and an automatic valve 3d are provided in this order from the piping junction 2g side to the piping 2d that is a supply path from the piping junction 2g to the patient P. Yes.
  • the pipe 2d is connected to the mixed gas supply means 15 to the patient P.
  • a discharge pipe 2m is branched from between the flow meter 21 of the pipe 2d and the automatic valve 3d, and an automatic valve 3m is provided in the middle of the discharge pipe 2m. It is desirable that the discharge pipe 2m has high gas tightness, is lightweight, and has high strength. Examples of materials that can be used for the pipes 2a, 2b, 2c, and 2d include austenitic stainless steel.
  • the automatic valve 3m includes an actuator that opens and closes and adjusts the opening, and the actuator is electrically connected to the control device 7.
  • the automatic valve 3d is closed and the automatic valve 3m is opened.
  • the gas remaining in the pipe 2d is expelled, and the mixed gas outside the target concentration range is exhausted while the hydrogen gas concentration and the oxygen gas concentration are being adjusted.
  • the automatic valve 3d is opened and the automatic valve 3m is closed. The administration of the mixed gas to the patient P is started.
  • the mixed gas having an accurate hydrogen gas concentration and oxygen gas concentration after the concentration is stabilized can be administered to the patient P.
  • the automatic valve 3m When the gas is discharged from the discharge pipe 2m, the automatic valve 3m is closed, the automatic valve 3a is opened, the gas is allowed to flow through the pipe 2a and the pipe 2d, and the automatic valve 3a is closed again. And the automatic valve 3m is opened and gas is discharged.
  • the branching position of the discharge pipe 2m from the pipe 2d is not particularly limited as long as it is subsequent to the pipe structure (mixing means) including the pipe junction 2g.
  • the concentration of each gas can be accurately measured, the hydrogen concentration meter 9 and the latter stage of the oximeter 10 are preferable.
  • the pipe 2d can be purged to a position as close as possible to the patient P by setting the latter stage of the flow meter 21, a mixed gas with an accurate concentration can be administered to the patient P.
  • the mixed gas supply means 15 to the patient includes a mixed gas supply pipe and a mask attached to the tip of the mixed gas supply pipe so as to cover the mouth and nose of the patient P, or the mouth and nose of the patient P.
  • a tube that plugs directly into the throat In the case of a tube, those having an inner diameter of about 5 mm and a length of about 5 m are preferable.
  • the above-described hydrogen concentration meter 9 and oxygen concentration meter 10 use hydrogen gas and oxygen gas. The gas concentration in the mixed gas is measured.
  • the hydrogen concentration meter 9 only needs to be capable of measuring the concentration of hydrogen gas, and a catalytic combustion type semiconductor type semiconductor hydrogen gas concentration meter or the like can be used.
  • the oxygen concentration meter 10 only needs to be capable of measuring the concentration of oxygen gas.
  • a diaphragm galvanic cell type oxygen gas concentration meter can be used.
  • a gas analyzer may be used on the assumption that the hydrogen concentration meter 9 and the oxygen concentration meter 10 are integrated.
  • a thermal conductivity detector type gas chromatograph GC-TCD
  • an adsorbent such as molecular sieves
  • the mixed gas is uniformly mixed in the subsequent stage (secondary side) of the piping confluence 2g. .
  • the deviation of the concentration distribution of each component in the mixed gas is preferably 5.0% or less.
  • the hydrogen gas concentration measured by the hydrogen concentration meter 9 and the oxygen concentration meter 10 and The oxygen gas concentration can take an accurate value.
  • the automatic valve 3d is provided with an actuator capable of adjusting the opening degree. Further, the automatic valve 3d and the flow meter 21 are electrically connected to the control device 7, and the actuator of the automatic valve 3d is controlled by the control device 7 according to the flow value measured by the flow meter 21, and the flowing mixture
  • the gas flow rate can be adjusted. That is, the pressure and flow rate of the mixed gas supplied to the patient P can be controlled.
  • a device having an atmospheric pressure correction function using a barometer or the like and a temperature correction function using a temperature sensor because it is possible to improve the flow rate control of the mixed gas.
  • the flow meter 21 and the automatic valve 3d are each electrically connected to the control device 7 and send each actual measurement value to the control device 7 as a signal.
  • the concentration of each component of the mixed gas supplied to P is adjusted.
  • the control device 7 controls the hydrogen gas concentration, oxygen gas concentration, mixed gas flow rate and pressure in the mixed gas supplied to the patient P.
  • the control device 7 is electrically connected to a measuring device (testing device) that measures the physical findings PV of the patient, and is optimal for the condition of the patient P based on the measurement results of the physical findings PV of the patient.
  • the hydrogen gas concentration, oxygen gas concentration, pressure and flow rate of the mixed gas are determined.
  • the concentration of hydrogen gas in the mixed gas to be administered to the patient P is controlled to be 4.0 vol% or less, which is the lower explosion limit value of hydrogen. Moreover, although a minimum is not specifically limited, From a viewpoint of obtaining the hydrogen gas administration effect in the patient P, it is preferable to set it as 0.1 vol% or more. In particular, it is preferable to control the hydrogen gas concentration to be 1.0 vol% to 2.5 vol% in accordance with the condition of the patient P.
  • the concentration of oxygen gas to be administered to the patient P is preferably controlled to be approximately 21 to 70 vol% in accordance with the condition of the patient P, particularly the values of arterial oxygen partial pressure and saturation.
  • the control device 7 controls the automatic valves 3a, 3b, and 3c based on the measured values obtained by the hydrogen concentration meter 9 and the oximeter 10 provided in the pipe 2d that is a supply path to the patient P, and supplies the hydrogen gas supply amount.
  • the oxygen gas supply amount and the nitrogen gas supply amount are adjusted respectively. Thereby, a mixed gas having the optimum hydrogen gas concentration and oxygen gas concentration described above is created.
  • the control device 7 adjusts the opening degree of the automatic valve 3 d based on the measured value of the mixed gas flow rate by the flow meter 21, and supplies the patient P with the optimal mixed gas flow rate.
  • control device 7 controls the opening and closing of the automatic valve 3d and the automatic valve 3m on the basis of the measured values by the hydrogen concentration meter 9 and the oxygen concentration meter 10, and the mixed gas having the optimum hydrogen gas concentration and oxygen gas concentration is obtained. Once generated, the gas mixture is administered to patient P.
  • Patient physical findings PV include arterial oxygen partial pressure and saturation, arterial carbon dioxide partial pressure and saturation, minute ventilation, heart rate, electrocardiogram, blood pressure, blood glucose level, urine output, pH, body temperature, Any one or more of biochemical test values are measured.
  • the examination item to be measured is preferably determined according to the disease or injuries such as various organ disorders of the target patient P.
  • concentration of hydrogen gas to be administered to the patient P while measuring the arterial blood oxygen partial pressure and saturation, the arterial blood carbon dioxide partial pressure and saturation, and the minute ventilation are closely related to the mixed gas to be administered to the patient P. It is desirable to determine the oxygen gas concentration.
  • the minute ventilation is a ventilation for one minute due to the breathing of the patient P, and the following equation holds.
  • the control device 7 includes, as an operation control system, a controller that drives each drive unit and a control unit that controls each controller.
  • Each controller includes, for example, a PID controller and is electrically connected to an actuator provided in the automatic valves 3a, 3b, 3c, 3d, and 3m, a mixed gas supply means 15 to the patient, and the like. Start / stop / adjust.
  • the control device 7 measures the physical value PV of the patient and the hydrogen gas concentration and oxygen gas concentration in the current mixed gas as described above, and the control program recorded inside based on these results. , The hydrogen gas concentration and the oxygen gas concentration to be administered to the patient P are optimized, and control signals for changing the input values of the respective parameters (hydrogen gas flow rate value, oxygen gas flow rate value and nitrogen gas flow rate value) are output to the controller. To do.
  • Each of the above controllers performs operation control for optimizing the hydrogen gas concentration and the oxygen gas concentration of the mixed gas to be administered to the patient P by starting, stopping, adjusting and the like of each drive unit in accordance with a control signal from the control unit. Do it continuously.
  • the hydrogen mixed gas supply device 1 of the present embodiment includes a hydrogen concentration meter 9 and an oxygen concentration meter 10 that measure the hydrogen gas concentration and the oxygen gas concentration in the mixed gas, and further, hydrogen in the mixed gas based on these measured values. And a control device 7 for controlling the gas concentration and the oxygen gas concentration to arbitrary values, respectively. Therefore, the amounts of hydrogen and oxygen in the mixed gas can be changed as appropriate. That is, hydrogen and oxygen can be appropriately administered at any time according to the physical findings PV of the patient.
  • the hydrogen mixed gas supply apparatus 1 of this embodiment is equipped with the piping structure containing 2 g of piping junctions. That is, it has a mixing means capable of generating a mixed gas simply by passing each gas. Therefore, it is possible to generate a mixed gas without having a complicated structure, and the hydrogen mixed gas supply apparatus 1 having a simple structure can be configured.
  • each part can be controlled using a neural network.
  • the hydrogen gas concentration and oxygen gas concentration control means in the mixed gas by the neural network will be described with reference to the drawings.
  • a neural network is a neural network model that mimics the nerve cells in the human brain and their connection modes in engineering, and is a learning algorithm that imitates information processing and knowledge acquisition methods of the brain. It is used to solve optimization problems.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of the structure of a neural network used in the present embodiment.
  • Neural network used in the present embodiment as shown in FIG. 9, an input value inputted from the outside (parameter) z 1, z 2, ⁇ , z N as many nodes N s1, N s2, ⁇ .. , an input layer S composed of NsN , a hidden layer A composed of a plurality of nodes N a1 , N a2 ,..., N aN and an output layer R composed of one node N r
  • a hierarchical backpropagation learning algorithm also called a feedforward prediction backpropagation network
  • the nodes N s1 , N s2 ,..., N sN of the input layer S are the input values z 1 , z 2 ,..., Z N of the nodes N a1 , N a2 of the hidden layer A, respectively. , ..., output to each of NaN .
  • each of the nodes N a1 , N a2 ,..., N aN in the hidden layer A uses the values output from the nodes N s1 , N s2 ,. Substituting and outputting the obtained value to the node N r of the output layer R.
  • the node N r of the output layer R, each node N a1, N a2 hidden layer A, ⁇ ⁇ ⁇ , a value N aN outputs is substituted into a predetermined transfer function, as the output y obtained value Output.
  • a teacher signal d which is a “correct answer value”, is input to the node N r in the output layer R. And in this neural network, according to the internal learning algorithm, and an output y output from the node N r of the output layer R, so that the error between the teacher signal d given to the output layer R is removed, i.e., the output y And supervised learning to change the value (weighting) of each parameter so that the teacher signal d matches the teacher signal d.
  • FIG. 10 is a diagram and an expression showing a neuron model of this neural network.
  • data (signal) based on supervised learning between each node N a1 , N a2 ,..., N aN in the hidden layer A and the node N r in the output layer R.
  • Input x and output y Input x and output y.
  • the input x is each input value z 1, z 2, ..., and z N, connection weights w 1, w 2 corresponding to these, ..., and the sum of the product of w N It is expressed by a difference from a certain threshold value ⁇ .
  • the output y is expressed as a transfer function (for example, a sigmoid function) of the input x. In this transfer function, “1” is output when the input x exceeds a certain threshold ⁇ . Otherwise, “0” is output.
  • a function of a given input x and output y can be imitated by performing supervised learning.
  • One is a teacher signal d used for supervised learning, and the other is an output y for confirming whether the neural network has correctly learned.
  • a square error E between an output y when a certain input x is given and a teacher signal d that is a correct value is regarded as a function of the coupling weight w, and w is reduced in a direction in which this error decreases. Increase or decrease.
  • the steepest descent method can be suitably used as a computer algorithm for searching for a solution.
  • the hydrogen gas supply amount can be adjusted as the hydrogen gas flow rate.
  • the oxygen gas supply amount can be adjusted as the oxygen gas flow rate.
  • the supply amount of nitrogen gas as the inert gas can be adjusted as the nitrogen gas flow rate.
  • the parameters of the hydrogen gas supply amount, the oxygen gas supply amount, and the nitrogen gas supply amount are the hydrogen parameters of the present embodiment.
  • the influence which it has on the hydrogen gas concentration and oxygen gas concentration in the mixed gas which the mixed gas supply apparatus 1 supplies is large.
  • the hydrogen gas supply amount z 1 and the oxygen gas supply amount z are input to the nodes N s1 , N s2 ,..., N s4 of the input layer S as input values. 2.
  • the nitrogen gas supply amount z 3 Provides the nitrogen gas supply amount z 3 , the measured value z 4 of the patient's physical findings, the measured value z 5 of the hydrogen gas concentration in the mixed gas, and the measured value z 6 of the oxygen gas concentration in the mixed gas , as a teacher signal d to the node N r of the output layer R, by providing a set value of the hydrogen gas concentration in the mixed gas, hydrogen in the mixed gas that is output from the node N r of the output layer R in accordance with a learning algorithm described above The parameter input value is changed so that the gas concentration output y matches the teacher signal d.
  • the input values z 1 , z 2 , and the input values of the parameters are input to the nodes N s1 , N s2 ,. z 3 , an actual measured value z 4 of the physical findings of the patient, an actual measured value z 5 of the hydrogen gas concentration in the mixed gas, and an oxygen gas concentration z 6 in the mixed gas are given, and the node N r of the output layer R is given as a teacher signal d, by providing the set value of the oxygen gas concentration in the mixed gas, and the output y of the oxygen gas concentration in the mixed gas that is output from the node N r of the output layer R in accordance with a learning algorithm described above, the teacher signal The input value of the parameter is changed so that d matches.
  • the teacher signal d it is preferable to use data obtained in clinical trials or data obtained while treating a patient to determine an optimum value according to the patient's condition.
  • the actual measurements z 4 of the patient's physical findings include arterial oxygen partial pressure and saturation, arterial carbon dioxide partial pressure and saturation, minute ventilation, heart rate, electrocardiogram, blood pressure, blood glucose level, urine output, Any one of pH, body temperature, biochemical test value and the like can be selected. Further, two or more actually measured values used as the actually measured values of the physical findings of the patient may be used. In this case, the input values of the parameters are appropriately increased to z 7 , z 8 , z 9 . It is desirable to determine the examination items to be measured according to injuries such as various organ disorders.
  • the above-described neural network is used as a control program of the control device 7 to monitor the physical findings PV of the patient, and the hydrogen gas concentration and oxygen gas concentration in the mixed gas are measured in real time.
  • the hydrogen gas supply amount, the oxygen gas supply amount, and the nitrogen gas supply amount are adjusted while controlling the hydrogen gas concentration and the oxygen gas concentration.
  • the hydrogen gas concentration in the mixed gas As the various conditions of the patient change, the hydrogen gas concentration in the mixed gas, the oxygen gas concentration, the supply pressure of the mixed gas, and the optimum value of the supply flow rate change. It has been difficult to derive optimum input values before operation for each parameter such as the above-described hydrogen gas supply amount, oxygen gas supply amount, and nitrogen gas supply amount. In addition, it is preferable to immediately change the input value of each parameter as the patient's condition changes. However, it is practically impossible for a person to constantly monitor the patient's condition change in the modern medical field. is there.
  • the hydrogen mixed gas supply apparatus 1 of the present embodiment using the neural network described above as the control program of the control apparatus 7, while measuring the physical findings PV of the patient in real time, As the condition of the patient P changes, the hydrogen gas concentration and oxygen gas concentration of the patient are estimated, and the input values of each parameter such as the hydrogen gas supply amount, oxygen gas supply amount, and nitrogen gas supply amount are changed (adjusted). Thus, it is possible to derive the optimum hydrogen gas concentration and oxygen gas concentration in the mixed gas, immediately change the input values of each parameter, and create and administer the optimum mixed gas.
  • the configuration of the neural network is not necessarily limited to the above configuration, and considering the influence on the physical findings of the patient, the nodes N s1 , N s2 , ..., an input value (parameter) input to N sN may be determined.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a hydrogen mixed gas supply apparatus 30 which is Modification 1 of the first embodiment of the present invention. Note that the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the hydrogen mixed gas supply device 30 is a device that supplies hydrogen and oxygen mixed gas used for the treatment of the patient P, and includes a hydrogen cylinder (hydrogen supply means) 11, an oxygen cylinder (oxygen supply means) 12, and a nitrogen cylinder.
  • each gas supplied from the hydrogen cylinder 11, the oxygen cylinder 12, and the nitrogen cylinder 13 is connected to the mixing tank 6 via pipes 2a, 2b, and 2c, respectively. Yes. Further, the mixed gas uniformly stirred in the mixing tank 6 is supplied to the patient P through the pipe 2d.
  • the gas supply paths through the pipes 2a, 2b and 2c include pressure reducing valves 31a, 31b and 31c, filters 32a, 32b and 32c, automatic valves 3a, 3b and 3c, mass flow controllers (MFCs) 5a, 5b and 5c, and reverse. Stop valves 4a, 4b and 4c are provided, respectively.
  • the automatic valves 3a, 3b, 3c are provided with actuators for opening and closing and adjusting the opening, and the actuators are electrically connected to the control device 7, so that the hydrogen cylinder 11 and the oxygen cylinder 12 are connected.
  • the supply amount of each gas supplied from the nitrogen cylinder 13 can be adjusted as appropriate.
  • Each of the MFCs 5a, 5b, and 5c is a flow rate control device having a measuring unit that measures a flow rate value of a fluid and an automatic valve unit that can be adjusted by an actuator using a solenoid or a piezo. The flow rate is controlled.
  • the automatic valves 3a, 3b, 3c and the MFCs 5a, 5b, 5c are electrically connected to the control device 7, and can control the pressure and flow rate of each gas.
  • Use of the MFCs 5a, 5b, and 5c having an atmospheric pressure correction function using a barometer or the like and a temperature correction function using a temperature sensor is preferable because it is possible to improve the flow rate control accuracy of the mixed gas.
  • the check valves 4a, 4b and 4c prevent backflow of each gas, and even when the pressure of the cylinder which is a supply means of each gas becomes negative with respect to the pressure of the mixing tank 6. Further, it is possible to prevent the gas from flowing back from the mixing tank 6 side into the gas cylinders.
  • the mixing tank 6 is a means for mixing hydrogen gas, oxygen gas, and nitrogen gas, and has a structure or a structure for uniformly mixing each gas therein.
  • a static mixer that is a line mixer without a drive unit, a mixer having a drive unit, or a combination of these can be used.
  • the mixing tank 6 also serves as a mixed gas storage unit that stores the mixed gas.
  • a tank container or the like may be separately provided as the storage means for each gas.
  • the mixing tank 6 has high gas tightness, light weight and high strength.
  • materials that can be used for the mixing tank 6 include austenitic stainless steel.
  • the tank volume of the mixing tank 6 can be determined in consideration of the amount of gas supplied to the patient P and the time required to equalize the gas concentration in the tank.
  • a large-capacity mixing tank 6 is required.
  • a small capacity mixing tank 6 may be used.
  • two tanks may be connected in series, one for concentration adjustment and the other for storage, ie for supply to the patient P.
  • a similar configuration will be described later as a third modification of the present embodiment. The number of tanks may be increased as necessary.
  • the mixing tank 6 is provided with a pressure gauge (pressure measuring means) 8, a hydrogen concentration meter (hydrogen gas concentration measuring means) 9, and an oxygen concentration meter (oxygen gas concentration measuring means) 10.
  • the pressure gauge 8, the hydrogen concentration meter 9, and the oxygen concentration meter 10 are each electrically connected to the control device 7, and each measured value is sent to the control device 7 as a signal, and each component of the mixed gas supplied to the patient P The concentration, pressure, and flow rate of the liquid are adjusted.
  • the mixing tank 6 is provided with a structure or structure for uniformly mixing the mixed gas as described above, the mixed gas in the mixing tank 6 can be made uniform.
  • the mixing tank 6 can be made uniform so that the deviation of the concentration distribution of each component in the mixed gas in the tank is 5.0% or less. Therefore, the hydrogen gas concentration and the oxygen gas concentration measured by the hydrogen concentration meter 9 and the oxygen concentration meter 10 can take accurate values.
  • the mixing tank 6 supplies the mixed gas to the mixed gas supply means 15 to the patient via the pipe 2d.
  • the supply path to the patient P by the pipe 2d is provided with a flow meter 21 and an automatic valve 3d in order from the mixing tank 6 side.
  • a discharge pipe 2m is branched from between the flow meter 21 of the pipe 2d and the automatic valve 3d, and an automatic valve 3m is provided in the middle of the discharge pipe 2m.
  • the automatic valve 3d is provided with an actuator capable of adjusting the opening degree. Further, the automatic valve 3d and the flow meter 21 are electrically connected to the control device 7, and the actuator of the automatic valve 3d is controlled by the control device 7 according to the flow value measured by the flow meter 21, and the flowing mixture The gas flow rate can be adjusted. That is, the pressure and flow rate of the mixed gas supplied from the mixing tank 6 to the patient P can be controlled.
  • the control device 7 controls the hydrogen gas concentration, the oxygen gas concentration, the flow rate and the pressure of the mixed gas in the mixed gas supplied to the patient P.
  • the control device 7 is electrically connected to the measurement device (test device) of the physical findings PV of the patient, and based on the measurement result, the hydrogen gas concentration of the mixed gas, oxygen gas, which is optimal for the condition of the patient P Determine the concentration, pressure and flow rate, respectively.
  • the control device 7 determines the hydrogen gas concentration and oxygen gas concentration of the mixed gas in the mixing tank 6 based on the values measured by the hydrogen concentration meter 9 and the oxygen concentration meter 10 and the automatic valves 3a, 3b, 3c and the MFCs 5a, 5b, 5c. To control the hydrogen gas flow rate, the oxygen gas flow rate, and the nitrogen gas flow rate, respectively. Thereby, a mixed gas having the optimum hydrogen gas concentration and oxygen gas concentration described above is created. In addition, the control device 7 adjusts the opening degree of the automatic valve 3 d based on the measured value of the mixed gas flow rate by the flow meter 21, and supplies the patient P with the optimal mixed gas flow rate.
  • the control device 7 measures the physical value PV of the patient and the hydrogen gas concentration and oxygen gas concentration in the current mixed gas as described above, and the control program recorded inside based on these results. , The hydrogen gas concentration and the oxygen gas concentration to be administered to the patient P are optimized, and control signals for changing the input values of the respective parameters (hydrogen gas flow rate value, oxygen gas flow rate value and nitrogen gas flow rate value) are output to the controller. To do.
  • Each of the above controllers performs operation control for optimizing the hydrogen gas concentration and the oxygen gas concentration of the mixed gas to be administered to the patient P by starting, stopping, adjusting and the like of each drive unit in accordance with a control signal from the control unit. Do it continuously.
  • the hydrogen mixed gas supply device 30 of the present embodiment includes a hydrogen concentration meter 9 and an oxygen concentration meter 10 that measure the hydrogen gas concentration and the oxygen gas concentration in the mixed gas, and hydrogen in the mixed gas based on these measured values. And a control device 7 for controlling the gas concentration and the oxygen gas concentration to arbitrary values, respectively. Therefore, the amounts of hydrogen and oxygen in the mixed gas can be changed as appropriate. That is, hydrogen and oxygen can be appropriately administered at any time according to the physical findings PV of the patient.
  • the hydrogen concentration meter 9 and the oxygen concentration meter 10 that measure the hydrogen gas concentration and the oxygen gas concentration in the mixed gas are provided in the mixing tank 6 that uniformly contains the mixed gas containing hydrogen and oxygen. ing.
  • the concentration of the mixed gas having a uniform concentration distribution can be measured by the hydrogen concentration meter 9 and the oxygen concentration meter 10. That is, the hydrogen gas concentration and the oxygen gas concentration in the mixed gas can be accurately measured, and the mixed gas having the optimum component ratio can be supplied to the patient P.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a hydrogen mixed gas supply apparatus 100 which is a second modification of the first embodiment described above.
  • the hydrogen mixed gas supply apparatus 100 of the second modification has a configuration similar to that of the hydrogen mixed gas supply apparatus 30 shown as the first modification, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. To do.
  • the hydrogen mixed gas supply apparatus 100 differs in the configuration of the mixing means. That is, the hydrogen mixed gas supply apparatus 100 includes a mixer 14 as a mixing means instead of the mixing tank 6 shown in FIG.
  • each gas supplied from the hydrogen cylinder 11, the oxygen cylinder 12, and the nitrogen cylinder 13 is supplied to the mixer (mixing means) 14 via the pipes 2a, 2b, and 2c, respectively. And the mixed gas stirred uniformly in the mixer 14 is supplied to the patient P through the piping 2d.
  • Pressure supply valves 31a, 31b, 31c, filters 32a, 32b, 32c, automatic valves 3a, 3b, 3c, pressure gauges 8a, 8b, 8c, and check valves are provided in the gas supply paths through the pipes 2a, 2b, 2c. 4a, 4b, and 4c are provided.
  • the automatic valves 3a, 3b, and 3c are provided with actuators that open and close and adjust the opening degree.
  • the actuators are electrically connected to the control device 7, and are mixed from the hydrogen cylinder 11, the oxygen cylinder 12, and the nitrogen cylinder 13 with a mixer. The supply amount of each gas supplied to 14 can be adjusted.
  • the pressure gauges 8a, 8b, and 8c are electrically connected to the control device 7, and together with the pressure gauges 8d and 8e provided in the pipe 2d as will be described later, the pressure for controlling the gas flow rate and the path Monitor for gas leaks.
  • the mixer 14 includes, for example, a small tank and a structure or a structure for making the mixed gas in the tank uniform, for example, the concentration distribution of each component in the mixed gas in the tank. Uniformity can be achieved so that the deviation is 2.0% or less.
  • the structure or structure may have a drive unit or a line mixer without a drive unit.
  • the small tank inside the mixer 14 only needs to be able to uniformly mix the internal gas mixture, and does not need to be stored. Therefore, the capacity of the internal tank is not limited as long as the structure body has a size that can sufficiently uniform the mixed gas. For example, a capacity of 1.0 L or less can be used. Therefore, by using the mixer 14 as the mixing means, the apparatus can be miniaturized.
  • a pressure gauge 8d In the supply path from the mixer 14 to the patient P by the pipe 2d, a pressure gauge 8d, a hydrogen concentration meter 9, an oxygen concentration meter 10, a flow meter 21, an automatic valve 3d, and a pressure gauge 8e are provided in this order from the mixer 14 side. ing. Further, a discharge pipe 2m is branched from between the flow meter 21 of the pipe 2d and the automatic valve 3d, and an automatic valve 3m is provided in the middle of the discharge pipe 2m.
  • the pressure gauges 8d and 8e, the hydrogen concentration meter 9, the oxygen concentration meter 10, the flow meter 21, and the automatic valves 3d and 3m are electrically connected to the control device 7, respectively, and send each measured value as a signal to the control device 7, It becomes the structure which adjusts the density
  • the mixed gas supplied from the mixer 14 to the patient P through the pipe 2d is obtained by uniformly mixing the components by the mixer 14. Therefore, the hydrogen concentration meter 9 and the oxygen concentration meter 10 arranged at the subsequent stage of the mixer 14 measure the hydrogen and oxygen gas concentrations of the mixed gas that is uniformly mixed, and can measure accurate values. .
  • the pressure gauges 8d and 8e are provided in a path for supplying hydrogen gas, oxygen gas, nitrogen gas, and mixed gas, thereby providing pressure and gas pressure for controlling the gas flow rate. Leakage can be monitored.
  • the hydrogen mixed gas supply apparatus 100 shown as the modified example 2 does not have a tank as a mixed gas storage means. Therefore, it is possible to reduce the size of the apparatus and improve the transportability. That is, the hydrogen mixed gas supply device 100 can be easily transported when the patient P is transported. In addition, since the apparatus is small in size, for example, it is provided beside the bed of a hospitalized patient P who needs the hydrogen mixed gas supply apparatus 100, and a mixed gas having an optimum component ratio is individually generated and supplied to the patient P. It becomes possible to do.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a hydrogen mixed gas supply apparatus 101 which is Modification 3 of the above-described first embodiment.
  • the hydrogen mixed gas supply apparatus 101 differs in the configuration of the mixing means. That is, the hydrogen mixed gas supply apparatus 101 includes a mixer 14 and a mixing tank 6 as mixing means.
  • each gas supplied from the hydrogen cylinder 11, the oxygen cylinder 12, and the nitrogen cylinder 13 is supplied to the mixer (mixing means) 14 through the pipes 2a, 2b, and 2c, respectively.
  • the mixed gas uniformly stirred in the mixer 14 is supplied to the mixing tank (mixing means, storage means) 6 through the pipe 2e, and is supplied from the mixing tank 6 to the patient P through the pipe 2d.
  • a discharge pipe 2m is branched from between the flow meter 21 of the pipe 2d and the automatic valve 3d, and an automatic valve 3m is provided in the middle of the discharge pipe 2m.
  • the gas supply paths through the pipes 2a, 2b, and 2c are provided with automatic valves 3a, 3b, and 3c, respectively, whose opening degree can be adjusted by an actuator. The amount of gas supply can be adjusted. Further, pressure reducing valves 31a, 31b, 31c, filters 32a, 32b, 32c, and check valves 4a, 4b, 4c are also installed in the pipes 2a, 2b, 2c.
  • the mixer 14 has, for example, a structure or a structure for uniformly mixing each gas therein. Therefore, the mixed gas supplied from the mixer 14 to the subsequent stage is uniformly mixed.
  • a check valve 4 d is provided in the pipe 2 e that is a supply path from the mixer 14 to the mixing tank 6.
  • the role of the mixing tank 6 as a mixing means is auxiliary. That is, the mixed gas mixed by the mixer 14 is further mixed in the mixing tank 6 to be mixed more uniformly.
  • the mixing tank 6 serves as a mixed gas storage means. That is, by storing a sufficient amount of mixed gas in the mixing tank 6 with respect to the supply amount to the patient P, it is possible to cope with a sudden change in supply pressure and supply amount.
  • the mixing tank 6 is provided with a pressure gauge 8, a hydrogen concentration meter 9, and an oxygen concentration meter 10.
  • the pressure gauge 8, the hydrogen concentration meter 9, and the oxygen concentration meter 10 are each electrically connected to the control device 7, and each measured value is sent to the control device 7 as a signal, and each component of the mixed gas supplied to the patient P The concentration, pressure, and flow rate are adjusted.
  • the hydrogen mixed gas supply apparatus 101 shown as the modification 3 has a mixer 14 and a mixing tank 6 connected in series.
  • the mixed gas mixed by the mixer 14 is mixed again in the mixing tank 6.
  • the concentration of the mixed gas having a uniform concentration distribution can be measured by the hydrogen concentration meter 9 and the oxygen concentration meter 10. That is, the hydrogen gas concentration and the oxygen gas concentration in the mixed gas can be accurately measured, and the mixed gas having the optimum component ratio can be supplied to the patient P.
  • the mixing tank 6 serves as a mixed gas storage means, and can cope with a sudden change in supply pressure and supply amount. At the same time, a stable supply to a large number of patients P is possible.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a hydrogen mixed gas supply apparatus 102 which is a modified example 4 of the first embodiment described above.
  • the hydrogen mixed gas supply apparatus 102 differs in the configuration of the mixing means. That is, the hydrogen mixed gas supply apparatus 102 includes a static mixer 16 as a mixing means instead of the mixing tank 6 shown in FIG.
  • the gases supplied from the hydrogen cylinder 11, the oxygen cylinder 12, and the nitrogen cylinder 13 pass through the pipes 2a, 2b, and 2c, respectively, and merge at the pipe junction 2g. Further, the mixed gas mixture is stirred and uniformly mixed by passing through the static mixer 16, and is supplied to the patient P through the pipe 2d.
  • the components of the mixed gas that have passed through the static mixer 16 are made uniform, for example, so that the deviation of the concentration distribution of each component in the pipe 2d is 5.0% or less.
  • Automatic supply valves 3a, 3b, 3c, MFCs 5a, 5b, 5c, and check valves 4a, 4b, 4c are provided in the gas supply paths through the pipes 2a, 2b, 2c, respectively.
  • the automatic valves 3a, 3b, 3c and the MFCs 5a, 5b, 5c are electrically connected to the control device 7, and can control the pressure and flow rate of each gas.
  • the pipes 2a, 2b and 2c are provided with pressure reducing valves 31a, 31b and 31c and filters 32a, 32b and 32c, respectively.
  • the static mixer 16 is a line mixer that does not have a drive unit, and includes a mixing unit that stirs a mixed gas without a drive unit in a hollow cylindrical tube.
  • the mixing unit has a configuration in which a plurality of elements are connected in the longitudinal direction.
  • the plurality of elements are connected in the longitudinal direction, and one element has a shape that is twisted, for example, 180 degrees in the circumferential direction as the plate-like body is advanced in the longitudinal direction. Further, the twisting directions of adjacent elements are opposite to each other, and the mixed gas is uniformly mixed by each element while the mixed gas flows through the pipe.
  • the static mixer 16 is a mixing means that does not have a drive part and a storage part, it is excellent in space saving. Moreover, since there is no drive part, silence is high. In addition, since the mixed gas is stirred and uniformly mixed by passing through the static mixer 16, it is a highly responsive mixing means that does not require a waiting time until it is uniformized.
  • a pressure gauge 8, a hydrogen concentration meter 9, an oxygen concentration meter 10, a flow meter 21, and an automatic valve 3d are provided in this order from the static mixer 16 side in the pipe 2d that is a mixed gas supply path. Further, a discharge pipe 2m is branched from between the flow meter 21 of the pipe 2d and the automatic valve 3d, and an automatic valve 3m is provided in the middle of the discharge pipe 2m.
  • the pressure gauge 8, the hydrogen concentration meter 9, the oxygen concentration meter 10, the flow meter 21, and the automatic valves 3d and 3m are electrically connected to the control device 7, respectively, and send the actual measured values as signals to the control device 7. It becomes the structure which adjusts the density
  • the hydrogen mixed gas supply apparatus 102 shown as the modified example 4 can reduce the size of the apparatus by using the static mixer 16 as the mixed gas mixing means, and the transportability is improved. That is, the hydrogen mixed gas supply apparatus 102 can be easily transported when the patient P is transported. In addition, since the space-saving property, quietness, and responsiveness are high, for example, it is provided next to the bed of a hospitalized patient P that requires the hydrogen mixed gas supply device 102, and the optimal component ratio for the patient P is provided. It is possible to separately produce and supply the mixed gas.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a hydrogen mixed gas supply apparatus 103 which is Modification 5 of the above-described first embodiment.
  • the hydrogen mixed gas supply apparatus 103 of the modified example 5 has a configuration similar to that of the hydrogen mixed gas supply apparatus 102 shown as the modified example 4, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. To do.
  • the hydrogen mixed gas supply device 103 is different from the hydrogen mixed gas supply device 102 of the modification 4 in the configuration of the hydrogen supply means. That is, the hydrogen mixed gas supply apparatus 103 includes a nitrogen-based hydrogen cylinder 17 as hydrogen supply means.
  • a piping 2f that is a supply path for the hydrogen mixed gas is provided with a pressure reducing valve 31h, a filter 32h, an automatic valve 3h provided with an actuator, and a check valve 4h.
  • the hydrogen mixed gas supply apparatus 103 includes a nitrogen-based hydrogen cylinder 17 (hydrogen supply means, inert gas supply means) which is a two-type gas mixing cylinder.
  • the most effective countermeasure against the explosion risk of combustible gas is dilution with an inert gas.
  • a nitrogen-based hydrogen cylinder 17 in which hydrogen gas is diluted in advance with nitrogen gas, which is an inert gas, as the hydrogen supply means the concentration of hydrogen gas can always be kept below the lower explosion limit. Therefore, the hydrogen mixed gas supply apparatus 103 does not need to adopt a special structure for the nitrogen-based hydrogen cylinder 17 and the supply path of the hydrogen gas, and the apparatus can be miniaturized.
  • the reduction in the number of cylinders serving as gas supply means is effective in reducing the size of the apparatus.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a hydrogen mixed gas supply apparatus 104 according to the second embodiment of the present invention.
  • the hydrogen mixed gas supply apparatus 104 according to the second embodiment has a configuration similar to that of the hydrogen mixed gas supply apparatus 101 shown as the modification 3 of the first embodiment, and the same components are denoted by the same reference numerals. The description is omitted.
  • the hydrogen mixed gas supply device 1, 30, 100, 101, 102, 103 described in detail in the first embodiment supplies a mixed gas to a patient P having spontaneous breathing.
  • the hydrogen mixed gas supply apparatus 104 of the second embodiment is suitable for the patient P who needs to assist the spontaneous breathing even if the patient P does not have spontaneous breathing or the patient P has spontaneous breathing.
  • a gas mixture of hydrogen and oxygen is supplied. That is, the hydrogen mixed gas supply apparatus 104 according to the second embodiment includes a ventilator (mixed gas supply means for a patient) 18.
  • each gas supplied from the hydrogen cylinder 11, the oxygen cylinder 12, and the nitrogen cylinder 13 is supplied to the mixer (mixing means) 14 through the pipes 2a, 2b, and 2c, respectively. Then, the mixed gas uniformly stirred in the mixer 14 is supplied to the mixing tank (mixing means, storage means) 6 through the pipe 2e, and further supplied from the mixing tank 6 to the ventilator 18 through the pipe 2d. Supplied and administered to patient P. Further, a discharge pipe 2m is branched from between the mixing tank 6 of the pipe 2d and the ventilator 18, and an automatic valve 3m is provided in the middle of the discharge pipe 2m.
  • the mixing tank 6 is provided with a pressure gauge 8, a hydrogen concentration meter 9a, and an oxygen concentration meter 10.
  • the pressure gauge 8, the hydrogen concentration meter 9a, and the oxygen concentration meter 10 are electrically connected to the control device 7, respectively. Thereby, each measured value measured by the pressure gauge 8, the hydrogen concentration meter 9a, and the oxygen concentration meter 10 is sent to the control device 7 as an electrical signal. Then, based on these measured values, the control device 7 can appropriately adjust the concentration, pressure, and flow rate of each component in the mixed gas supplied to the ventilator 18.
  • the mixed gas stored in the mixing tank 6 needs to be adjusted in pressure and flow rate according to the specifications of the ventilator 18. Therefore, the control device 7 performs control so that the mixed gas that meets the specifications of the ventilator 18 is stored in the mixing tank 6.
  • the ventilator 18 is connected to a pipe 2d that is a supply path of a mixed gas from the mixing tank 6 and an oxygen line 22 that is a hospital-side facility. Thereby, after the mixed gas from the piping 2d and the oxygen from the oxygen line 22 are further mixed inside the ventilator 18, a new mixed gas is supplied to the patient P.
  • an oxygen cylinder may be connected.
  • the ventilator 18 has measuring means for measuring the flow rate, pressure, and oxygen gas concentration therein. Further, the ventilator 18 is electrically connected to the control device 7, and signals various measurement results from measuring means for measuring the flow rate, pressure, and oxygen gas concentration provided therein to the control device 7. As sent.
  • a hydrogen concentration meter 9b is provided in the air supply path 23 from the ventilator 18 to the patient (of a new mixed gas). Further, the hydrogen concentration meter 9 b is electrically connected to the control device 7. Thereby, the measured value of the hydrogen gas concentration in the air supply path 23 to the patient measured by the hydrogen concentration meter 9b is sent to the control device 7 as an electric signal. And based on the various measurement results in the ventilator 18 and the hydrogen gas concentration measurement results in the hydrogen concentration meter 9b, the control device 7 appropriately determines the concentration of each component in the (new) mixed gas supplied to the patient P. Can be adjusted.
  • the ventilator 18 does not have an external output capable of being electrically connected to the control device 7, in addition to the hydrogen concentration meter 9 b, a pressure gauge, By providing an oxygen concentration meter and a flow meter and electrically connecting them with the control device 7, the pressure, concentration, and flow rate of the mixed gas supplied from the ventilator 18 to the patient P can be controlled.
  • the ventilator 18 can adjust the supply amount of the mixed gas supplied to the patient P, and is preferably adjusted to 10 L / min or less, for example.
  • the ventilator 18 has an exhaust path 24 from the patient in addition to an air supply path 23 to the patient. That is, the patient P inhales (new) mixed gas supplied from the air supply path 23 to the patient. On the other hand, the exhaust from the patient P is exhausted to the exhaust path 24. The exhaust path 24 is opened to the atmosphere by the ventilator 18.
  • the ventilator 18 can select various operation modes.
  • an operation mode for example, an intermittent positive pressure ventilation mode in which artificial ventilation is performed at regular intervals for a patient P who does not have spontaneous breathing, and artificial ventilation is performed irregularly triggered by inspiration of the patient P having spontaneous breathing.
  • an intermittent forced breathing mode a mode in which air is injected under pressure when the respiratory device senses the inspiratory effort of the patient P, and the like. A gas mixture is supplied using these operation modes.
  • the hydrogen mixed gas supply apparatus 104 of the second embodiment by providing the ventilator 18, even if the patient P does not have spontaneous breathing and the patient P has spontaneous breathing, it is artificial for the purpose of assisting it. It becomes possible to administer the mixed gas having the optimum hydrogen gas concentration and oxygen gas concentration to the patient P who needs the respirator 18.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a hydrogen mixed gas supply apparatus 105 which is Modification 1 of the above-described second embodiment.
  • symbol is attached
  • the hydrogen mixed gas supply device 105 has a configuration in which the ventilator 18 connected to the air line 19 of the hospital equipment and the oxygen line 20 of the hospital equipment and the control device 7 are electrically connected to each other.
  • the mixed gas is administered to the patient P under the optimum conditions using the operation of the vessel 18.
  • the air line 19 is provided with a pressure reducing valve 31i, a filter 32i and an automatic valve 3i
  • the oxygen line 20 is provided with a pressure reducing valve 31j, a filter 32j and an automatic valve 3j.
  • the ventilator 18 may take in air directly from the atmosphere.
  • each gas supplied from the hydrogen cylinder 11, the oxygen cylinder 12, and the nitrogen cylinder 13 is supplied to the mixer (mixing means) 14 through the pipes 2a, 2b, and 2c, respectively.
  • the mixed gas uniformly mixed in the mixer 14 is supplied to the pipe 2d.
  • a pressure gauge 8, a hydrogen concentration meter 9a, an oxygen concentration meter 10a, a flow meter 21, an automatic valve 3k, and a check valve 4k are sequentially provided from the mixer 14 side.
  • the pressure gauge 8, the hydrogen concentration meter 9a, the oxygen concentration meter 10a, and the flow meter 21 are electrically connected to the control device 7, respectively, and each measured value is sent to the control device 7 as a signal and supplied to the subsequent stage.
  • the hydrogen gas concentration and oxygen gas concentration, pressure, and flow rate are adjusted.
  • the discharge pipe 2m branches from between the flow meter 21 of the pipe 2d and the automatic valve 3k, and the automatic valve 3m is provided in the middle of the discharge pipe 2m.
  • the automatic valve 3k includes an actuator that opens and closes and adjusts the opening, and is electrically connected to the control device 7.
  • the opening and closing of the automatic valve 3k and the adjustment of the opening degree are desirably performed by the control device 7 in synchronization with the operation of the ventilator 18.
  • the ventilator 18 has measuring means for measuring the flow rate, pressure, and oxygen gas concentration therein.
  • the ventilator 18 is electrically connected to the control device 7, and sends measurement results of the flow rate, pressure, and oxygen gas concentration of the gas supplied to the subsequent stage to the control device 7 as signals.
  • the mixed gas supplied from the mixer 14 through the pipe 2d merges with the air having an increased oxygen gas concentration sent from the ventilator 18 through the pipe 2h at the pipe junction 2g.
  • the mixed gas joined at the pipe joining point 2g is supplied to the patient P through the pipe 2k.
  • the supply path from the pipe junction 2g to the patient P is provided with a hydrogen concentration meter 9b and an oxygen concentration meter 10b. Further, it is better to provide a static mixer (not shown) at the subsequent stage of the pipe junction 2g to make the mixed gas more uniform.
  • the hydrogen concentration meter 9b and the oxygen concentration meter 10b measure the hydrogen gas concentration and oxygen gas concentration of the final mixed gas to be administered to the patient P, and the controller 7 determines the supply amounts of hydrogen, oxygen, and nitrogen before mixing. Control is performed to adjust the density.
  • the pipe 2k has a function as an air supply path to the patient P.
  • the ventilator 18 also has an exhaust path 24 from the patient P. That is, the patient P inhales (new) mixed gas supplied from the pipe 2k. On the other hand, the exhaust from the patient P is exhausted to the exhaust path 24. The exhaust path 24 is opened to the atmosphere by the ventilator 18.
  • the hydrogen mixed gas supply apparatus 105 shown as the modification 1 of 2nd Embodiment has the structure attached to the ventilator 18 which is an existing installation. In this way, even when attached to an existing ventilator 18, the device is controlled as an integrated device including the ventilator 18 in synchronization with the ventilator 18, and an appropriate mixed gas is supplied to the patient P. Can be supplied. Further, since the hydrogen mixed gas does not pass through the ventilator 18, no special internal structure corresponding to the hydrogen gas is required as the ventilator 18, and an existing normal ventilator can be used.
  • control device 7 in each embodiment and modification may have a control program using a neural network. In this case, in any of the embodiments and modifications, it is possible to optimize the hydrogen gas concentration and the oxygen gas concentration in the mixed gas using a neural network.
  • the hydrogen mixed gas supply apparatus of the present invention includes a hydrogen gas concentration measuring means for measuring the hydrogen gas concentration in the mixed gas, an oxygen gas concentration measuring means for measuring the oxygen gas concentration, and a mixed gas based on these measured values.
  • Control means for controlling the hydrogen gas concentration and the oxygen gas concentration therein to arbitrary values, respectively. Therefore, the amounts of hydrogen and oxygen in the mixed gas can be changed as appropriate. That is, hydrogen and oxygen can be appropriately administered at any time according to the physical findings of the patient.
  • the hydrogen mixed gas supply device of the present invention includes a mixing means for generating a mixed gas containing hydrogen and oxygen, a hydrogen gas concentration measuring means for measuring the hydrogen gas concentration in the mixed gas, and an oxygen gas concentration for measuring the oxygen gas concentration. Measuring means.
  • the mixing means is a static mixer, a tank container, and a mixer
  • hydrogen and oxygen in the mixed gas are uniformly dispersed without depending on the flow rate ratio or the weight ratio.
  • the concentration of each component can be accurately measured by the concentration measuring means and the oxygen gas concentration measuring means, and a highly reliable mixed gas of hydrogen and oxygen can be supplied.
  • a plurality of pressure measuring means are provided in each path of the hydrogen mixed gas supply apparatus of the present invention, it is possible to detect gas leakage based on pressure detection for gas flow rate control or pressure at each part. It becomes possible.
  • control means of the hydrogen mixed gas supply apparatus of the present invention has a configuration for determining and controlling the component ratio and flow rate of the mixed gas based on the physical findings of the patient, the patient condition changes suddenly. In this case, it is possible to immediately set the component ratio and flow rate to optimum values according to the patient's condition.
  • This control means may use a neural network. From the above, the present invention is extremely useful industrially.
  • control device control means
  • 8, 8a, 8b, 8c, 8d, 8e ... pressure gauge (pressure measuring means), 9, 9a, 9b ... hydrogen concentration meter (hydrogen gas concentration measuring means), 10, 10a, 10b ... oxygen concentration meter (oxygen gas concentration measuring means), 11 ... hydrogen cylinder (hydrogen supply means), 12 ... oxygen cylinder (oxygen supply means) ), 13 ... Nitrogen cylinder Sex gas supply means), 14 ... mixer (mixing means), 15 ... mixed gas supply means to patient, 16 ... static mixer (mixing means), 17 ... nitrogen based hydrogen cylinder (hydrogen supply means), 18 ... artificial Respirator (mixed gas supply means to patient), 19 ... Air line, 20, 22 ... Oxygen line, 21 ...

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Abstract

本発明は、患者の容態に合わせて、水素ガス濃度及び酸素ガス濃度をそれぞれ正確に調整した混合ガスを投与可能な、水素混合ガス供給装置を提供することを目的とする。本発明の水素混合ガス供給装置は、患者の治療に使用する水素混合ガス供給装置であって、水素の供給源である水素供給手段と、酸素の供給源である酸素供給手段と、前記水素及び酸素を含む混合ガスを生成する混合手段と、前記混合ガス中の水素ガス濃度を測定する水素ガス濃度測定手段と、前記混合ガス中の酸素ガス濃度を測定する酸素ガス濃度測定手段と、前記測定手段により測定した水素ガス濃度、及び酸素ガス濃度に基づき、前記混合ガス中の水素ガス濃度及び酸素ガス濃度をそれぞれ任意の値に制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

Description

医療用の水素混合ガス供給装置
本発明は、医療用の水素混合ガス供給装置に関するものである。
本願は、2012年8月9日に、日本に出願された特願2012-177433号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
一般的に活性酸素種又はフリーラジカルと呼ばれる反応性分子は、老化、がん、アテローム性動脈硬化症、心筋梗塞、発作、ウイルス感染、肺の異常、腸の病気及び神経退行性疾病を含む多くの人間の健康上の異常の原因のひとつとなっており、老化及び健康の悪化につながることが現在では広く認められている。最も一般的なフリーラジカルとしてスーパーオキシドラジカル、ヒドロキシルラジカル、過酸化水素等があげられる。
フリーラジカル分子は、生命有機体に対し、核酸、蛋白質、脂質などのすべての生物分子の構造的損傷の原因となる酸化毒性を持つ。一方で、スーパーオキシドラジカル、過酸化水素等は、侵入した細菌の殺傷作用、免疫機能、癌に対する防御機構、血管の新生、血管の拡張、精子形成、神経伝達などの役割を果たしていることも明らかにされている。したがって、ヒドロキシルラジカル等の反応性が高く、細胞障害性の高いフリーラジカル種等のみを選択的に無力化することが望ましい。
特許文献1には、水素の還元作用を利用し、ヒドロキシルラジカル等の反応性の高いフリーラジカル種を選択的に無力化する除去剤が開示されている。水素は、スーパーオキシドラジカル、過酸化水素等のいわゆる善玉である活性酸素には作用しないという性質を持ち、加えて、水素は細胞透過率が高く、人体に無害である。
ところで、心筋梗塞、脳梗塞等の各種手術で血液の循環が停止した状態から再灌流する際に、体内にヒドロキシラジカルが発生して、細胞や臓器に障害(虚血再灌流障害)を起こすことがある。水素は上述のようにヒドロキシラジカルを無力化する効果を有するため、ヒドロキシラジカルに起因する障害発症を抑える医薬品として幅広い治療において効果が期待されている。
特許文献2には、水素を酸素との混合ガスとして患者に投与する水素投与装置が開示されている。この水素投与装置は、水素ガス及び酸素ガスの供給源と、これらの混合ガスを患者へ投与する混合ガス供給管内を流れる水素ガス濃度を測定する水素濃度計を備えている。この水素投与装置は、水素ガス濃度の測定結果が、例えば0.1~4.0vol%の範囲内にないときは、警報音を鳴らしたり、混合ガスの供給を停止したりする構成を有する。又、水素ガス濃度が設定した範囲内となるよう各ガスの供給源の開閉バルブの開度を制御し、水素ガス濃度が設定した範囲内に収まるよう、自動的に調整するフィードバック制御を行う構成も開示されている。
国際公開第2007/021034号 特開2010-284394号公報
しかしながら、特許文献2に記載の水素投与装置では、水素ガスと酸素ガスとを均一に混合するための具体的な手段及び方法については開示されておらず、水素ガスと酸素ガスとの流量比及び重量比によっては混合ガスの均一化が不十分となる虞があり、混合ガス中の水素ガス濃度の測定値について信頼性に問題があった。
又、患者の症状は単一の症状のみの場合は少なく、複数の症状が合併していることが一般的である。患者の症状に応じて、例えば、再灌流する際には、水素混合ガスの投与が必要となり、又、低酸素症に陥る虞のある場合においては、水素混合ガス中の酸素ガス濃度を高くする必要が生じる。
しかしながら、特許文献2に記載の水素投与装置は、供給経路における濃度測定の対象は水素ガスのみであり、又、その成分比率を患者の容態に合わせて調整することは困難である。医療の現場において、患者の容態に合わせて、適切な医療用ガスを投与するために、水素以外の成分(例えば、酸素)を含めた、きめ細かな成分比に確実に調整できることが求められている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、患者の容態に合わせて、水素ガス濃度及び酸素ガス濃度をそれぞれ正確に調整した混合ガスを投与可能な、水素混合ガス供給装置の提供を目的とする。
請求項1に係る発明は、水素の供給源である水素供給手段から供給された水素ガスと酸素の供給源である酸素供給手段から供給された酸素ガスとを混合し、前記水素ガス及び酸素ガスを含む混合ガスを生成する混合手段と、前記混合ガス中の水素ガス濃度を測定する水素ガス濃度測定手段と、前記混合ガス中の酸素ガス濃度を測定する酸素ガス濃度測定手段と、前記測定手段により測定した水素ガス濃度、及び酸素ガス濃度に基づき、前記混合ガス中の水素ガス濃度及び酸素ガス濃度をそれぞれ任意の値に制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする水素混合ガス供給装置である。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の水素混合ガス供給装置であって、前記混合手段として、少なくとも水素を供給する経路と酸素を供給する経路とが合流する配管構造、スタティックミキサー、タンク及び混合器のうちいずれか1つ又は2つ以上の組み合わせを用いることを特徴とする水素混合ガス供給装置である。
請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載の水素混合ガス供給装置であって、前記水素供給手段から前記混合手段への経路中、前記酸素供給手段から前記混合手段への経路中、及び前記混合手段から患者への供給経路中の少なくとも1つに圧力測定手段を備えることを特徴とする水素混合ガス供給装置である。
請求項4に係る発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載の水素混合ガス供給装置であって、前記混合ガスを貯留する混合ガス貯留手段を備え、前記混合ガス貯留手段は、前記水素ガス濃度測定手段及び前記酸素ガス濃度測定手段と、圧力測定手段と、を備えたことを特徴とする水素混合ガス供給装置である。
請求項5に係る発明は、請求項1ないし4のいずれかに記載の水素混合ガス供給装置であって、人工呼吸器を備えたことを特徴とする水素混合ガス供給装置である。
請求項6に係る発明は、請求項1ないし5のいずれかに記載の水素混合ガス供給装置であって、前記混合手段から患者への供給経路より分岐する排出用配管を備えたことを特徴とする水素混合ガス供給装置である。
請求項7に係る発明は、請求項1ないし6のいずれかに記載の水素混合ガス供給装置であって、前記制御手段が、患者の身体所見に基づき、前記患者に投与する前記混合ガスの水素ガス濃度、酸素ガス濃度、及び流量を決定し制御することを特徴とする水素混合ガス供給装置である。
請求項8に係る発明は、請求項7に記載の水素混合ガス供給装置であって、前記制御手段が、ニューラルネットワークによる制御を行うことを特徴とする水素混合ガス供給装置である。
本発明の水素混合ガス供給装置は、混合ガス中の水素ガス濃度を測定する水素ガス濃度測定手段と、酸素ガス濃度を測定する酸素ガス濃度測定手段と、更に、これらの測定値に基づき混合ガス中の水素ガス濃度及び酸素ガス濃度をそれぞれ任意の値に制御する制御手段とを有している。したがって、この混合ガスの水素及び酸素の量を適宜変更することが可能となる。即ち、患者の身体的所見に合わせて水素及び酸素を随時、適切に投与することが可能となる。
本発明の水素混合ガス供給装置は、水素及び酸素を含む混合ガスを生成する混合手段と、混合ガス中の水素ガス濃度を測定する水素ガス濃度測定手段と、酸素ガス濃度を測定する酸素ガス濃度測定手段とを有している。特に、前記混合手段が、スタティックミキサー、タンク及び混合器である場合においては、混合ガス内の水素及び酸素は、その流量比や重量比に依存せず、均一に分散しており、水素ガス濃度測定手段及び酸素ガス濃度測定手段による各成分の濃度測定を正確に行うことが可能となり、信頼性の高い水素及び酸素の混合ガスを供給することができる。
又、本発明の水素混合ガス供給装置の各経路中に複数の圧力測定手段を備える場合においては、ガス流量制御のために圧力を検知すること、及び各部位での圧力に基づきガスの漏洩を検知することが可能となる。
加えて、本発明の水素混合ガス供給装置の制御手段が、患者の身体的所見に基づき、前記混合ガスの成分比率、及び流量を決定し制御する構成を有する場合においては、患者の容態が急変した際に、即座に患者の容態に合わせて各成分比率、流量を最適な値とすることが可能となる。この制御手段はニューラルネットワークを用いたものであっても良い。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る水素混合ガス供給装置の構成を表す模式図である。 図2は、本発明の第1の実施形態の変形例1に係る水素混合ガス供給装置の構成を表す模式図である。 図3は、本発明の第1の実施形態の変形例2に係る水素混合ガス供給装置の構成を表す模式図である。 図4は、本発明の第1の実施形態の変形例3に係る水素混合ガス供給装置の構成を表す模式図である。 図5は、本発明の第1の実施形態の変形例4に係る水素混合ガス供給装置の構成を表す模式図である。 図6は、本発明の第1の実施形態の変形例5に係る水素混合ガス供給装置の構成を表す模式図である。 図7は、本発明の第2の実施形態に係る水素混合ガス供給装置の構成を表す模式図である。 図8は、本発明の第2の実施形態の変形例1に係る水素混合ガス供給装置の構成を表す模式図である。 図9は、本発明で用いられるニューラルネットワークの構造の一例を示す模式図である。 図10は、図9に示すニューラルネットワークのニューロンモデルを表した図及び式である。 図11Aは、図9に示すニューラルネットワークを用いて、混合ガス中の水素ガス濃度を出力値とした場合の模式図である。 図11Bは、図9に示すニューラルネットワークを用いて、混合ガス中の酸素ガス濃度を出力値とした場合の模式図である。
以下、本発明を適用した一実施形態である水素混合ガス供給装置について図面を用いて詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態である水素混合ガス供給装置1を表す模式図である。水素混合ガス供給装置1は、患者Pの治療に使用される水素及び酸素混合ガスを供給する装置であり、水素ボンベ(水素供給手段)11と、酸素ボンベ(酸素供給手段)12と、窒素ボンベ(不活性ガス供給手段)13と、配管合流点2gを含む配管構造(混合手段)と、水素濃度計(水素ガス濃度測定手段)9と、酸素濃度計(酸素ガス濃度測定手段)10と、制御装置(制御手段)7とを備え概略構成されている。
なお、本実施形態において、水素は水素ガスとして、酸素は酸素ガスとして各ガスの供給手段から供給する。
以下に本実施形態の水素混合ガス供給装置1の各構成要素に関して詳しく説明を行う。
本実施形態の水素混合ガス供給装置1に備えられる水素ボンベ11は水素供給手段の一例であって、その他の水素供給手段を採用したものであっても良い。例えば、随時、水素ガスを発生する装置であっても良い。その場合は、水電気分解式の水素ガス発生装置、ガス改質による水素ガス発生装置、光触媒による水素ガス発生装置を採用することができる。水素ガス発生装置を使用する場合においては、水素ガス以外の副生成ガスが少ないものを選択することが好ましい。
同様に、酸素ボンベ12は、酸素供給手段の一例であって、その他の酸素供給手段を採用したものであっても良い。例えば、随時、酸素ガスを発生する装置であっても良く、その場合は液体ガスの気化装置、PSA式ガス発生装置等を採用することができる。これらの装置を使用する場合は、酸素以外の副生成ガスが少ないものを選択することが好ましい。空気中の酸素ガス濃度は、約21%であるため、酸素供給手段として、コンプレッサー等で加圧した空気を使用しても良い。
加えて、本実施形態の水素混合ガス供給装置1は、不活性ガスとして窒素ガスを使用し、その供給手段として窒素ボンベ13を使用する。窒素ボンベ13の使用は一例であって、その他に、液体ガスの気化装置、PSA式ガス発生装置、分離膜式ガス発生装置等を用いても良い。又、不活性ガスとしては、窒素ガス以外に、二酸化炭素ガス、アルゴン、ヘリウムガス及びキセノンガス等を利用することができる。又、上述のように酸素供給手段として、コンプレッサー等で加圧した空気を用いた場合においては、不活性ガス供給手段を略すことができる。
患者Pの搬送や処置を考慮する場合においては、水素混合ガス供給装置1は、軽量でかつ移動可能であることが望ましい。この場合、水素供給手段、酸素供給手段及び不活性ガス供給手段の形態は、ボンベであることが好ましく、これらのボンベは、それぞれ10L以下の容器からなるものであることがより好ましい。
又、省スペース化や水素と酸素の反応性を考慮して、2種ガス混合ボンベや3種ガス混合ボンベを使用することもできる。例として本実施形態の変形例5として後述する。
配管2a、2b、2c、2dは、ガスの気密性が高く、軽量かつ高強度であることが望ましい。配管2a、2b、2c、2dに用いることのできる材料としては、例えば、オーステナイト系ステンレスが挙げられる。
各ガスの供給経路である配管2a、2b、2cには、減圧弁31a、31b、31c、フィルター32a、32b、32c、自動弁3a、3b、3c、及び逆止弁4a、4b、4cがそれぞれ設けられている。
本実施形態において、自動弁3a、3b、3cは、開閉及び開度の調整を行うアクチュエーターを備えており、該アクチュエーターは制御装置7と電気的に接続されているため、水素ボンベ11、酸素ボンベ12、窒素ボンベ13から供給される各ガスの供給量を適宜調整することができる。
本実施形態の水素混合ガス供給装置1は、配管合流点2gを含む配管構造(混合手段)を備えることを特徴としている。この配管構造は、より具体的には、水素を供給する経路である配管2aと、酸素を供給する経路である配管2bと、窒素を供給する経路である配管2cとが、配管合流点2gにおいて合流する構成となっている。これにより、水素ボンベ11、酸素ボンベ12及び窒素ボンベ13から供給される各ガスは、それぞれ配管2a、2b、2cを通り、配管合流点2gで合流する。そして、この配管合流点2gにおいて上記各ガスが混合されることによって、混合ガスが生成される。
配管合流点2gは、混合ガスがより均一となるように、合流する各配管2a、2b、2cから構成されることが好ましいが、特定の構成に限定されるものではない。
配管合流点2gから患者Pへの供給経路である配管2dには、配管合流点2g側から順に圧力計8、水素濃度計9、酸素濃度計10、流量計21、自動弁3dが設けられている。又、配管2dは患者Pへの混合ガス供給手段15に接続されている。
又、配管2dの流量計21と自動弁3dとの間より排出用配管2mが分岐し、排出用配管2mの途中には自動弁3mが設けられている。排出用配管2mは、ガスの気密性が高く、軽量かつ高強度であることが望ましい。配管2a、2b、2c、2dに用いることのできる材料としては、例えば、オーステナイト系ステンレスが挙げられる。
自動弁3mは、開閉及び開度の調整を行うアクチュエーターを備えており、該アクチュエーターは制御装置7と電気的に接続されている。例えば、水素混合ガス供給装置1の使用開始(すなわち水素ボンベ11、酸素ボンベ12、窒素ボンベ13から各ガスの供給を開始した時点)後、自動弁3dを閉、自動弁3mを開とすることにより、配管2dに残存していたガスを追い出し、また、水素ガス濃度及び酸素ガス濃度を調整している間の、目標濃度範囲外の混合ガスを排気する。その後、水素濃度計9と酸素濃度計10とで測定する混合ガス中の水素ガス濃度及び酸素ガス濃度が目標の濃度範囲に到達したら、自動弁3dを開、自動弁3mを閉とすることにより、患者Pへの混合ガスの投与を開始する。これにより、濃度が安定した後の、正確な水素ガス濃度及び酸素ガス濃度の混合ガスを患者Pに対して投与することができる。
排出用配管2mからガスを排出する際、自動弁3mを閉め、自動弁3aを開け、配管2a、配管2dにガスを流し、再び、自動弁3aを閉める。そして、自動弁3mを開け、ガスを排出する。この操作(回分パージ)を2~3回繰り返し断続的にガスを流すことにより、連続的にガスを流す場合に比べて、配管2a、配管2dのパージをより早期に完了することができる。同様の操作を、自動弁3b及び自動弁3cに対して行うことにより、配管2b、配管2dのパージ、及び配管2c、配管2dのパージをそれぞれ早期に完了することができる。
なお、排出用配管2mの配管2dからの分岐位置は、配管合流点2gを含む配管構造(混合手段)より後段であれば特に限定されないが、各ガスの濃度を正確に測定できるため水素濃度計9及び酸素濃度計10の後段が好ましい。また、流量計21の後段とすることにより、患者Pに極力近い箇所まで配管2dをパージできるため、患者Pにより正確な濃度の混合ガスを投与できる。
患者への混合ガス供給手段15は、混合ガス供給配管並びに前記混合ガス供給配管の先端に取り付けられた、患者Pの口及び鼻を覆うように形成されたマスク又は、患者Pの口及び鼻、喉に直接差し込むチューブである。チューブである場合においては、内径5mm、長さ5m程度のものが好ましい。
本実施形態の水素混合ガス供給装置1において、水素は、水素ガスとして、酸素は、酸素ガスとして供給されているため、上述の水素濃度計9及び酸素濃度計10は、水素ガス及び酸素ガスを含む混合ガス中のガス濃度を測定する。
水素濃度計9は、水素ガスの濃度を測定できるものであればよく、接触燃焼式並びに半導体式の水素ガス濃度計等を使用することができる。又、酸素濃度計10は、酸素ガスの濃度を測定できるものであればよく、例として隔膜ガルバニ電池式の酸素ガス濃度計を使用することができる。
又、水素濃度計9と酸素濃度計10が一体となったものとして、ガス分析器を用いても良い。ガス分析器として、モレキュラーシーブス等の吸着剤を使用した熱電導度検出器型のガスクロマトグラフ(GC-TCD)を用いることができる。
配管合流点2gを含む配管構造(混合手段)から患者Pへの供給経路である配管2dにおいて、上記配管合流点2gの後段(二次側)では、混合ガスは均一に混ざっていることが好ましい。具体的には、例えば、混合ガス中の各成分の濃度分布の偏差が5.0%以下となることが好ましく、この場合において、水素濃度計9及び酸素濃度計10によって測定する水素ガス濃度及び酸素ガス濃度は、正確な値を取ることができる。
自動弁3dは、その開度を調整することが可能なアクチュエーターを備えている。又、自動弁3d及び流量計21は、制御装置7と電気的に接続されており、流量計21により測定した流量値に応じて、制御装置7によって自動弁3dのアクチュエーターを制御し、流れる混合ガスの流量を調整することができる。即ち、患者Pに供給する混合ガスの圧力及び流量を、制御することができる。
流量計21としては、マスフロー等の積算機能を有するものを用いることで患者Pへの累積投与量をモニタリングすることが可能となり好ましい。また、気圧計等を利用した大気圧補正機能や温度センサを利用した温度補正機能を有するものを用いることで、混合ガスの流量制御の精度向上を図ることが可能となり好ましい。
流量計21、自動弁3dのみならず、圧力計8、水素濃度計9、酸素濃度計10も、それぞれ制御装置7に電気的に接続され、各実測値を制御装置7に信号として送り、患者Pへ供給する混合ガスの各成分の濃度を調整する構成となる。
患者Pに供給する混合ガス中の水素ガス濃度、酸素ガス濃度、混合ガスの流量及び圧力は、制御装置7によって制御する。制御装置7は、患者の身体的所見PVを測定する測定機器(検査機器)と電気的に接続されており、患者の身体的所見PVの測定結果に基づき、患者Pの容態に対して最適な混合ガスの水素ガス濃度、酸素ガス濃度、圧力及び流量をそれぞれ決定する。
患者Pに投与する混合ガス中の水素ガスの濃度は、水素の爆発下限値である4.0vol%以下になるように制御される。また、下限は特に限定されるものではないが、患者Pにおける水素ガス投与効果を得る観点から、0.1vol%以上とすることが好ましい。特に、患者Pの容態に合わせて、水素ガスの濃度が1.0vol%~2.5vol%になるように制御することが好ましい。又、患者Pに投与する酸素ガスの濃度は、患者Pの容態、特に動脈血中酸素分圧及び飽和度の値に合わせて、21~70vol%付近になるように制御することが好ましい。
制御装置7は、患者Pへの供給経路である配管2dに備えられた水素濃度計9及び酸素濃度計10による測定値を基に、自動弁3a、3b、3cを制御し、水素ガス供給量、酸素ガス供給量及び窒素ガス供給量をそれぞれ調整する。これにより、上述の最適な水素ガス濃度及び酸素ガス濃度を有する混合ガスを作り出す。
加えて、制御装置7は、流量計21による混合ガスの流量の測定値を基に、自動弁3dの開度を調整し、患者Pに最適な流量の混合ガスを供給する。
又、制御装置7は、水素濃度計9及び酸素濃度計10による測定値を基に、自動弁3d及び自動弁3mの開閉を制御し、最適な水素ガス濃度及び酸素ガス濃度を有する混合ガスが生成された時点で、該混合ガスを患者Pへ投与する。
患者の身体的所見PVとしては、動脈血中酸素分圧及び飽和度、動脈血中二酸化炭素分圧及び飽和度、分時換気量、心拍数、心電図、血圧、血糖値、尿量、pH、体温、生化学検査値等のうちいずれか1種又は2種以上を測定する。測定すべき検査項目は、対象とする患者Pの各種臓器障害等の傷病に応じて決めることが望ましい。例えば、患者Pに投与する混合ガスとの関係が深い動脈血中酸素分圧及び飽和度、動脈血中二酸化炭素分圧及び飽和度並びに分時換気量を測定しながら、患者Pに投与する水素ガス濃度及び酸素ガス濃度を決定することが望ましい。なお、分時換気量とは、患者Pの呼吸による1分間の換気量のことであり、次式が成り立つ。分時換気量=一回換気量×1分あたりの換気回数
生化学検査値は例えば、心筋梗塞時に検出されるトロポニンT値等がある。
制御装置7は、運転制御系として、各駆動部の駆動を行うコントローラと、各コントローラの制御を行う制御部とを備えている。
各コントローラは、例えば、PID制御器等からなり、自動弁3a、3b、3c、3d、3mに備えられたアクチュエーター、患者への混合ガス供給手段15等と電気的に接続されており、各部の起動・停止・調整等を行う。
制御装置7は、上述のように患者の身体的所見PVの測定値及び現状の混合ガス中の水素ガス濃度及び酸素ガス濃度を測定し、これらの結果に基づいて、内部に記録された制御プログラムに従って、患者Pに投与する水素ガス濃度及び酸素ガス濃度を最適化し、各パラメータ(水素ガス流量値、酸素ガス流量値及び窒素ガス流量値)の入力値を変更するための制御信号をコントローラに出力する。
上記各コントローラは、制御部からの制御信号に従って、各駆動部の起動・停止・調整等を行い、患者Pに投与する混合ガスの水素ガス濃度及び酸素ガス濃度を最適化するための運転制御を連続的に行う。
本実施形態の水素混合ガス供給装置1は、混合ガス中の水素ガス濃度及び酸素ガス濃度を測定する水素濃度計9及び酸素濃度計10と、更に、これらの測定値に基づき混合ガス中の水素ガス濃度及び酸素ガス濃度をそれぞれ任意の値に制御する制御装置7とを有している。したがって、この混合ガスの水素及び酸素の量を適宜変更することが可能となる。即ち、患者の身体的所見PVに合わせて水素及び酸素を随時、適切に投与することが可能となる。
又、本実施形態の水素混合ガス供給装置1は、配管合流点2gを含む配管構造を備える。即ち、各ガスが単に通過するだけで混合ガスを生成することが可能な混合手段を有する。したがって、複雑な構造を有することなく混合ガスを生成することが可能となり、簡易な構造の水素混合ガス供給装置1を構成することができる。
次に本実施形態の水素混合ガス供給装置1の制御方法に関して具体的に説明する。
制御装置7の制御プログラムとして、ニューラルネットワークを用いて各部の制御を行うことができる。以下、ニューラルネットワークによる混合ガス中の水素ガス濃度及び酸素ガス濃度の制御手段に関して図を基に説明を行う。
ここで、ニューラルネットワークとは、人間の脳などにおける神経細胞と、その結合様式を工学的に真似た神経回路網モデルのことであり、脳の情報処理や知識獲得方法などを真似た学習アルゴリズムとして、最適化問題の解決法に利用されている。
図9は、本実施形態で用いられるニューラルネットワークの構造の一例を示す模式図である。
本実施形態で用いられるニューラルネットワークは、図9に示すように、外部から入力される入力値(パラメータ)z、z、・・・、zと同数のノードNs1、Ns2、・・・、NsNで構成される入力層Sと、複数のノードNa1、Na2、・・・、NaNで構成される隠れ層Aと、1つのノードNで構成される出力層Rとを含む階層型の誤差逆伝播学習アルゴリズム(フィードフォワード予測バックプロパゲーション・ネットワークとも呼ばれる。)を採用している。
このうち、入力層Sの各ノードNs1、Ns2、・・・、NsNは、各々の入力値z、z、・・・、zを隠れ層AのノードNa1、Na2、・・・、NaNのそれぞれに出力する。
一方、隠れ層Aの各ノードNa1、Na2、・・・、NaNは、入力層Sの各ノードNs1、Ns2、・・・、NsNが出力する値を所定の伝達関数に代入し、得られた値を出力層RのノードNに出力する。
一方、出力層RのノードNは、隠れ層Aの各ノードNa1、Na2、・・・、NaNが出力する値を所定の伝達関数に代入し、得られた値を出力yとして出力する。
又、出力層RのノードNには、「正解値」である教師信号dが入力される。そして、このニューラルネットワークでは、内部の学習アルゴリズムに従って、出力層RのノードNから出力される出力yと、出力層Rに与えられた教師信号dとの誤差が無くなるように、すなわち、出力yと教師信号dとが一致するように、各パラメータの値(重み付け)を変更する教師つき学習を行う。
図10は、このニューラルネットワークのニューロンモデルを表した図及び式である。
この図10に示すニューロンモデルでは、隠れ層Aの各ノードNa1、Na2、・・・、NaNと、出力層RのノードNとの間で、教師つき学習に基づくデータ(信号)の入力xと出力yとを行う。
具体的に、入力xは、それぞれの入力値z、z、・・・、zと、これらに対応する結合荷重w、w、・・・、wとの積の総和と、一定の閾値θとの差で表される。
出力yは、この入力xの伝達関数(例えば、シグモイド関数など。)として表される。そして、この伝達関数では、入力xが一定の閾値θを超えたとき「1」を出力する。それ以外は「0」を出力する。
ニューラルネットワークでは、教師つき学習を行うことで、与えられた入力xと出力yの関数を真似ることができる。又、目的の関数を近似するニューラルネットワークを得るためには、2種類の入出力データを用意する必要がある。一つは教師つき学習に用いる教師信号dであり、もう一つはニューラルネットワークが正しく学習したかどうかを確認するための出力yである。
教師つき学習では、ある入力xが与えられたときの出力yと、正解値である教師信号dとの2乗誤差Eを結合荷重wの関数とみなして、この誤差が減少する方向へwを増減させる。このとき、解を探索する計算機アルゴリズムには、最急降下法を好適に用いることができる。
患者へ投与する混合ガス中の水素ガス濃度及び酸素ガス濃度を制御する際に、上述したニューラルネットワークによる学習アルゴリズムに従って少なくとも、水素ガス供給量、酸素ガス供給量、不活性ガス(本実施形態において窒素ガス)供給量のうちいずれかのパラメータの調整を行う。
本実施形態の様に、水素を水素ガスとして供給する場合において、水素ガス供給量は、水素ガス流量として調整することができる。同様に、酸素ガス供給量は、酸素ガス流量として調整することができる。加えて、不活性ガスとしての窒素ガスの供給量は、窒素ガス流量として調整することができる。
具体的に、上記ニューラルネットワークを用いて混合ガス中の水素ガス濃度及び酸素ガス濃度を制御するにあたって、水素ガス供給量、酸素ガス供給量及び窒素ガス供給量の各パラメータは、本実施形態の水素混合ガス供給装置1が供給する混合ガス中の水素ガス濃度及び酸素ガス濃度に与える影響が大きい。
そこで、本実施形態では、図11Aに示すように、上記入力層Sの各ノードNs1、Ns2、・・・、Ns4に入力値として、水素ガス供給量z、酸素ガス供給量z、窒素ガス供給量zと、患者の身体的所見の実測値z、混合ガス中の水素ガス濃度の実測値z及び混合ガス中の酸素ガス濃度の実測値zとを与えると共に、出力層RのノードNに教師信号dとして、混合ガス中の水素ガス濃度の設定値を与えることによって、上述した学習アルゴリズムに従って出力層RのノードNから出力される混合ガス中の水素ガス濃度の出力yと、教師信号dとが一致するように、パラメータの入力値を変更する。
又、本実施形態では、図11Bに示すように、上記入力層Sの各ノードNs1、Ns2、・・・、Ns4に入力値として、上記各パラメータの入力値z、z、zと、患者の身体的所見の実測値z、混合ガス中の水素ガス濃度の実測値z及び混合ガス中の酸素ガス濃度zとを与えると共に、出力層RのノードNに教師信号dとして、混合ガス中の酸素ガス濃度の設定値を与えることによって、上述した学習アルゴリズムに従って出力層RのノードNから出力される混合ガス中の酸素ガス濃度の出力yと、教師信号dとが一致するように、パラメータの入力値を変更する。
教師信号dについては、臨床試験で得られたデータや患者を治療しながら得られたデータを使用し、患者の容体に合わせた最適な値を決定することが好ましい。
患者の身体的所見の実測値zとしては、動脈血中酸素分圧及び飽和度、動脈血中二酸化炭素分圧及び飽和度、分時換気量、心拍数、心電図、血圧、血糖値、尿量、pH、体温、生化学検査値等のうちいずれかを選択することができる。又、患者の身体的所見の実測値として用いる実測値は2種以上であってもよく、その場合は、パラメータの入力値をz、z、z…と、適宜増加させる。測定すべき検査項目は、各種臓器障害等の傷病に応じて決めることが望ましい。
本実施形態の水素混合ガス供給装置1では、制御装置7の制御プログラムとして上述したニューラルネットワークを用いて、患者の身体的所見PVを監視し、混合ガス中の水素ガス濃度及び酸素ガス濃度をリアルタイムに推定しながら、水素ガス供給量、酸素ガス供給量、窒素ガス供給量を調整し、水素ガス濃度及び酸素ガス濃度を制御する。これにより、患者Pが急変した場合にも即座に混合ガス中の水素ガス濃度及び酸素ガス濃度を決定(最適化)し、患者Pに対して精度良く水素及び酸素の混合ガスを投与することが可能となる。
ところで、従来の水素混合ガス供給装置では、患者の様々な容態の変化に伴って、混合ガス中の水素ガス濃度、酸素ガス濃度及び混合ガスの供給圧力並びに供給流量の最適値が変化するため、上述した水素ガス供給量、酸素ガス供給量、窒素ガス供給量といった各パラメータについて、運転前に最適な入力値を導き出すことは、困難であった。
又、患者の容態の変化に伴って、即座に各パラメータの入力値を変更することが好ましいが、常に人が患者の容態変化を監視することは、現代の医療現場において実質的に不可能である。
これに対して、本実施形態の水素混合ガス供給装置1によれば、制御装置7の制御プログラムとして上述したニューラルネットワークを用いて、患者の身体的所見PVをリアルタイムに測定しながら、混合ガス中の水素ガス濃度及び酸素ガス濃度を推定し、水素ガス供給量、酸素ガス供給量、窒素ガス供給量といった各パラメータの入力値の変更(調整)を行うことで、患者Pの容態の変化に伴って、最適な混合ガス中の水素ガス濃度及び酸素ガス濃度を導き出し、即座に各パラメータの入力値を変更し、最適な混合ガスを作り出しこれを投与することが可能である。
なお、混合ガス中の水素ガス濃度のみを推定する場合は、患者Pに最適な成分比率の混合ガスを供給することは、困難である。例えば、低酸素症に陥る虞のある場合においては、酸素ガス濃度を高くする必要が生じる。したがって、混合ガス中の水素ガス濃度と酸素ガス濃度の両方を推定することが好ましい。
又、本実施形態において、ニューラルネットワークの構成は上記構成に必ずしも限定されるものではなく、患者の身体的所見に及ぼす影響を考慮した上で、上記入力層Sの各ノードNs1、Ns2、・・・、NsNに入力される入力値(パラメータ)を決定すればよい。
<第1の実施形態の変形例1>
図2は、本発明の第1の実施形態の変形例1である水素混合ガス供給装置30を表す模式図である。なお、上述の第1の実施形態と同一の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
水素混合ガス供給装置30は、患者Pの治療に使用される水素及び酸素混合ガスを供給する装置であり、水素ボンベ(水素供給手段)11と、酸素ボンベ(酸素供給手段)12と、窒素ボンベ(不活性ガス供給手段)13と、混合タンク(混合手段、貯留手段)6と、水素濃度計(水素ガス濃度測定手段)9と、酸素濃度計(酸素ガス濃度測定手段)10と、制御装置(制御手段)7とを備え概略構成されている。
以下に本実施形態の変形例1の水素混合ガス供給装置30の各構成要素に関して詳しく説明を行う。
変形例1として示す水素混合ガス供給装置30において、水素ボンベ11、酸素ボンベ12、窒素ボンベ13から供給される各ガスは、それぞれ配管2a、2b、2cを介して、混合タンク6に接続されている。又、混合タンク6において、均一に撹拌された混合ガスは、配管2dを介して患者Pに供給される。
配管2a、2b、2cによる各ガスの供給経路には、減圧弁31a、31b、31c、フィルター32a、32b、32c、自動弁3a、3b、3c、マスフローコントローラ(MFC)5a、5b、5c、逆止弁4a、4b、4cがそれぞれ備えられている。
本実施形態において自動弁3a、3b、3cは、開閉及び開度の調整を行うアクチュエーターを備えており、該アクチュエーターは制御装置7と電気的に接続されているため、水素ボンベ11、酸素ボンベ12、窒素ボンベ13から供給される各ガスの供給量を適宜調整することができる。又、MFC5a、5b、5cは、流体の流量値を計測する計測部と、ソレノイドやピエゾを用いたアクチュエーターによって開度の調整が可能な自動弁部とを有した流量制御機器であり、各ガスの流量を制御している。自動弁3a、3b、3c及びMFC5a、5b、5cは、制御装置7と電気的に接続されており、各ガスの圧力及び流量を制御することが可能となっている。
MFC5a、5b、5cとして、気圧計等を利用した大気圧補正機能や温度センサを利用した温度補正機能を有するものを用いることで、混合ガスの流量制御の精度向上を図ることが可能となり好ましい。
逆止弁4a、4b、4cは、各ガスの逆流を防ぐものであり、混合タンク6の圧力に対して、各ガスの供給手段であるボンベの圧力が負圧となった場合であっても、混合タンク6側から各ガスのボンベに逆流することを防ぐことができる。
混合タンク6は、水素ガス、酸素ガス及び窒素ガスの混合手段であり、その内部に各ガスを均一に混合するための構造又は構造体を有する。該構造又は構造体として、駆動部のないラインミキサーであるスタティックミキサーや、駆動部を有する混合器、又はこれらを組み合わせたものを用いることができる。
又、混合タンク6は、混合ガスを貯留する混合ガス貯留手段としての役割も果たす。混合ガス貯留手段として混合タンク6を用いない場合には、各ガスの貯留手段として、タンク容器などを別途設けても良い。
混合タンク6は、ガスの気密性が高く、軽量かつ高強度であることが望ましい。混合タンク6に用いることのできる材料としては、例えば、オーステナイト系ステンレスが挙げられる。
混合タンク6のタンク容積は、患者Pへのガス供給量及びタンク内のガス濃度の均一化に要する時間等を考慮して決定することができる。複数の患者Pに混合タンク6から同時に供給する必要がある場合においては、大容量の混合タンク6が必要となるが、患者Pの搬送時などに用いる目的で、装置の軽量化が重要となる場合においては、小容量の混合タンク6を用いても良い。又、2基のタンクを直列に接続し、一方を濃度調整用、他方を貯留用即ち患者Pへの供給用としても良い。例として本実施形態の変形例3として、類似の構成を後述する。必要に応じて、タンク数は増加させても良い。
混合タンク6には、圧力計(圧力測定手段)8、水素濃度計(水素ガス濃度測定手段)9及び酸素濃度計(酸素ガス濃度測定手段)10が備えられている。圧力計8、水素濃度計9、酸素濃度計10は、それぞれ制御装置7に電気的に接続されており、各実測値を制御装置7に信号として送り、患者Pへ供給する混合ガスの各成分の濃度、圧力、流量を調整する構成となっている。
混合タンク6には、上述のように混合ガスを均一に混合する構造又は構造体がその内部に設けられているため、混合タンク6内の混合ガスを均一とすることができる。混合タンク6は、例えば、タンク内の混合ガス中の各成分の濃度分布の偏差が5.0%以下となるように、均一化することができる。
したがって、水素濃度計9及び酸素濃度計10によって測定する水素ガス濃度及び酸素ガス濃度は、正確な値を取ることができる。
混合タンク6は、配管2dを介して患者への混合ガス供給手段15へ、混合ガスを供給する。配管2dによる患者Pへの供給経路には、混合タンク6側から順に流量計21と、自動弁3dが備えられている。又、配管2dの流量計21と自動弁3dとの間より排出用配管2mが分岐し、排出用配管2mの途中には自動弁3mが設けられている。
自動弁3dは、その開度を調整することが可能なアクチュエーターを備えている。又、自動弁3d及び流量計21は、制御装置7と電気的に接続されており、流量計21により測定した流量値に応じて、制御装置7によって自動弁3dのアクチュエーターを制御し、流れる混合ガスの流量を調整することができる。即ち、混合タンク6から患者Pに供給する混合ガスの圧力及び流量を、制御することができる。
患者Pに供給する混合ガス中の水素ガス濃度、酸素ガス濃度、混合ガスの流量及び圧力は、制御装置7によって制御される。制御装置7は、患者の身体的所見PVの測定機器(検査機器)と電気的に接続されており、測定結果に基づき、患者Pの容態に対して最適な混合ガスの水素ガス濃度、酸素ガス濃度、圧力及び流量をそれぞれ決定する。
制御装置7は、混合タンク6内の混合ガスの水素ガス濃度及び酸素ガス濃度を水素濃度計9及び酸素濃度計10による測定値を基に、自動弁3a、3b、3c及びMFC5a、5b、5cを制御し、水素ガス流量、酸素ガス流量及び窒素ガス流量をそれぞれ調整する。これにより、上述の最適な水素ガス濃度及び酸素ガス濃度を有する混合ガスを作り出す。
加えて、制御装置7は、流量計21による混合ガスの流量の測定値を基に、自動弁3dの開度を調整し、患者Pに最適な流量の混合ガスを供給する。
制御装置7は、上述のように患者の身体的所見PVの測定値及び現状の混合ガス中の水素ガス濃度及び酸素ガス濃度を測定し、これらの結果に基づいて、内部に記録された制御プログラムに従って、患者Pに投与する水素ガス濃度及び酸素ガス濃度を最適化し、各パラメータ(水素ガス流量値、酸素ガス流量値及び窒素ガス流量値)の入力値を変更するための制御信号をコントローラに出力する。
上記各コントローラは、制御部からの制御信号に従って、各駆動部の起動・停止・調整等を行い、患者Pに投与する混合ガスの水素ガス濃度及び酸素ガス濃度を最適化するための運転制御を連続的に行う。
本実施形態の水素混合ガス供給装置30は、混合ガス中の水素ガス濃度及び酸素ガス濃度を測定する水素濃度計9及び酸素濃度計10と、更に、これらの測定値に基づき混合ガス中の水素ガス濃度及び酸素ガス濃度をそれぞれ任意の値に制御する制御装置7とを有している。したがって、この混合ガスの水素及び酸素の量を適宜変更することが可能となる。即ち、患者の身体的所見PVに合わせて水素及び酸素を随時、適切に投与することが可能となる。
又、本実施形態では、混合ガス中の水素ガス濃度及び酸素ガス濃度を測定する水素濃度計9及び酸素濃度計10が、水素及び酸素を含む混合ガスを均一に内包する混合タンク6に備えられている。これにより、均一な濃度分布とされた混合ガスの濃度を、水素濃度計9及び酸素濃度計10により測定することができる。即ち、混合ガス中の水素ガス濃度及び酸素ガス濃度の正確な測定が可能となり、患者Pに最適な成分比率の混合ガスを供給することができる。
<第1の実施形態の変形例2>
図3は、上述した第1の実施形態の変形例2である水素混合ガス供給装置100を表す模式図である。
変形例2の水素混合ガス供給装置100は、変形例1として示した水素混合ガス供給装置30と類似した構成となっており、同一の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
水素混合ガス供給装置100は、第1の実施形態の変形例1の水素混合ガス供給装置30と比較すると、混合手段の構成において異なっている。即ち、水素混合ガス供給装置100は、図2中に示す混合タンク6に代えて、混合手段として混合器14を備えている。
水素混合ガス供給装置100において、水素ボンベ11、酸素ボンベ12、窒素ボンベ13から供給される各ガスは、それぞれ配管2a、2b、2cを介して、混合器(混合手段)14に供給される。そして、混合器14において均一に撹拌された混合ガスは、配管2dを介して患者Pに供給される。
配管2a、2b、2cによる各ガスの供給経路には、減圧弁31a、31b、31c、フィルター32a、32b、32c、自動弁3a、3b、3c、圧力計8a、8b、8c、及び逆止弁4a、4b、4cがそれぞれ備えられている。
自動弁3a、3b、3cは、開閉及び開度の調整を行うアクチュエーターを備え、該アクチュエーターは制御装置7と電気的に接続されており、水素ボンベ11、酸素ボンベ12、窒素ボンベ13から混合器14に供給される各ガスの供給量を調整することができる。
圧力計8a、8b、8cは、制御装置7と電気的に接続されており、後述するように配管2dに設けられている圧力計8d、8eと共に、ガス流量制御のための圧力や経路中のガスの漏洩を監視する。
混合器14は、その内部に、例えば、小型のタンクと該タンク内の混合ガスを均一にするための構造又は構造体を備えおり、例えば、タンク内の混合ガス中の各成分の濃度分布の偏差が2.0%以下となるように、均一化することができる。該構造又は構造体は、駆動部を有していても、駆動部のないラインミキサーであっても良い。混合器14内部の小型のタンクは、内部の混合ガスを均一に混合することができれば足り、貯留を目的としなくても良い。そのため、内部のタンクの容量は、上記構造体が混合ガスを十分に均一化することができる大きさのものであればよく、例えば1.0L以下の物を用いることができる。したがって、混合手段として混合器14を用いることにより、装置を小型化することが可能となる。
混合器14から配管2dによる患者Pへの供給経路には、混合器14側から順に圧力計8d、水素濃度計9、酸素濃度計10、流量計21、自動弁3d、圧力計8eが備えられている。又、配管2dの流量計21と自動弁3dとの間より排出用配管2mが分岐し、排出用配管2mの途中には自動弁3mが設けられている。
圧力計8d、8e、水素濃度計9、酸素濃度計10、流量計21、自動弁3d、3mは、それぞれ制御装置7に電気的に接続され、各実測値を制御装置7に信号として送り、患者Pへ供給する混合ガスの各成分の濃度、圧力、流量を調整する構成となる。
混合器14から配管2dを通り患者Pへ供給される混合ガスは、混合器14によって各成分が均一に混合されたものである。したがって、混合器14の後段に配置される水素濃度計9及び酸素濃度計10は、均一に混合された混合ガスの水素及び酸素ガス濃度を測定することとなり、正確な値を測定することができる。
圧力計8d、8eは、上述の圧力計8a、8b、8cと共に、水素ガス、酸素ガス、窒素ガス及び混合ガスを供給する経路に複数設けることにより、ガス流量を制御するための圧力やガスの漏洩を監視することができる。
変形例2として示す水素混合ガス供給装置100は、混合ガス貯留手段としてのタンクを有さない。したがって、装置を小型化することが可能となり、運搬性が向上する。即ち、患者Pの搬送時に水素混合ガス供給装置100を容易に運搬することが可能となる。又、装置として小型となる事により、例えば、水素混合ガス供給装置100を必要とする入院中の患者Pの病床の脇に備え、該患者Pに最適な成分比率の混合ガスを個別に作り出し供給することが可能となる。
<第1の実施形態の変形例3>
図4は、上述した第1の実施形態の変形例3である水素混合ガス供給装置101を表す模式図である。なお、上述の第1の実施形態、変形例1及び変形例2と同一の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
水素混合ガス供給装置101は、第1実施形態の水素混合ガス供給装置1と比較すると、混合手段の構成において異なっている。即ち、水素混合ガス供給装置101は、混合手段として混合器14と混合タンク6とを備えている。
水素混合ガス供給装置101において、水素ボンベ11、酸素ボンベ12、窒素ボンベ13から供給される各ガスは、それぞれ配管2a、2b、2cを介して、混合器(混合手段)14に供給される。そして、混合器14において均一に撹拌された混合ガスは、配管2eを介して混合タンク(混合手段、貯留手段)6に供給され、混合タンク6から配管2dを介して患者Pに供給される。又、配管2dの流量計21と自動弁3dとの間より排出用配管2mが分岐し、排出用配管2mの途中には自動弁3mが設けられている。
配管2a、2b、2cによる各ガスの供給経路には、それぞれアクチュエーターによって開度を調整可能な自動弁3a、3b、3cが備えられており、制御装置7によって、混合器14に供給される各ガスの供給量を調整することができる。また、配管2a、2b、2cには、減圧弁31a、31b、31c、フィルター32a、32b、32c、逆止弁4a、4b、4cも設置されている。
混合器14は、その内部に、例えば、各ガスを均一に混合するための構造又は構造体を有する。したがって、混合器14から後段に供給される混合ガスは、均一に混合されている。
混合器14から混合タンク6への供給経路である配管2eには、逆止弁4dが設けられている。これにより、混合タンク6の圧力に対して、混合器14の混合ガス供給圧が負圧となった場合であっても、混合ガスの逆流を防ぐことができる。
水素混合ガス供給装置101において、混合タンク6の混合手段としての役割は、補助的なものである。即ち、混合器14によって混合された混合ガスは、混合タンク6においてさらに混合されることによって、より均一に混合されることとなる。
又、混合タンク6は、混合ガス貯留手段としての役割を果たす。即ち、患者Pへの供給量に対して十分な量の混合ガスを混合タンク6に貯留しておくことで、供給圧力及び供給量の急激な変化に対応することができる。
混合タンク6には、圧力計8、水素濃度計9及び酸素濃度計10が備えられている。圧力計8、水素濃度計9、酸素濃度計10は、それぞれ制御装置7に電気的に接続されており、各実測値を制御装置7に信号として送り、患者Pへ供給する混合ガスの各成分の濃度、圧力、流量を調整する構成となる。
変形例3として示す水素混合ガス供給装置101は、混合器14と混合タンク6が直列に接続されている。
混合器14によって混合された混合ガスは、混合タンク6において再度混合されることとなる。これにより、均一な濃度分布とされた混合ガスの濃度を、水素濃度計9及び酸素濃度計10により測定することができる。即ち、混合ガス中の水素ガス濃度及び酸素ガス濃度の正確な測定が可能となり、患者Pに最適な成分比率の混合ガスを供給することができる。
加えて、混合タンク6が混合ガス貯留手段としての役割を果たし、供給圧力及び供給量の急激な変化に対応することが可能となる。又、同時に多数の患者Pへの安定した供給が可能となる。
<第1の実施形態の変形例4>
図5は、上述した第1の実施形態の変形例4である水素混合ガス供給装置102を表す模式図である。なお、上述の第1の実施形態及び変形例1、2、3と同一の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
水素混合ガス供給装置102は、第1の実施形態の水素混合ガス供給装置1と比較すると、混合手段の構成において異なっている。即ち、水素混合ガス供給装置102は、図2中に示す混合タンク6に代えて、混合手段としスタティックミキサー16を備えている。
水素混合ガス供給装置102において、水素ボンベ11、酸素ボンベ12、窒素ボンベ13から供給される各ガスは、それぞれ配管2a、2b、2cを通り、配管合流点2gにおいて合流する。更に合流した混合ガスがスタティックミキサー16を通ることによって撹拌され均一に混合され、配管2dを経て、患者Pに供給される。スタティックミキサー16を通った混合ガスの成分は例えば、配管2d中の各成分の濃度分布の偏差が5.0%以下となるように、均一化される。
配管2a、2b、2cによる各ガスの供給経路には、自動弁3a、3b、3c、MFC5a、5b、5c、逆止弁4a、4b、4cがそれぞれ備えられている。
自動弁3a、3b、3c及びMFC5a、5b、5cは、制御装置7と電気的に接続されており、各ガスの圧力及び流量を制御することが可能となっている。
また、配管2a、2b、2cには、減圧弁31a、31b、31c、フィルター32a、32b、32cがそれぞれ設けられている。
スタティックミキサー16は、駆動部を有しないラインミキサーであり、中空円筒状をなす管中に混合ガスを駆動部なしで撹拌するミキシングユニットが備えられたものである。前記ミキシングユニットは、エレメントが複数個、長手方向に連接された構成を有する。前記複数のエレメントは長手方向に連接されており、1エレメントは、板状体を長手方向に進むに従って周方向に例えば180度捩じったような形状をしている。更に、隣り合うエレメントの捩じれ方向が互いに逆方向になっており、混合ガスが管中を流れる間に、各エレメントによって均一に混合される。
スタティックミキサー16は、駆動部及び貯留部を有さない混合手段であるため、省スペース性に優れている。又、駆動部を有さないことで、静音性が高い。加えて、混合ガスがスタティックミキサー16を通ることによって撹拌され均一に混合されるため、均一化するまでの待機時間が必要なく、応答性の高い混合手段である。
混合ガスの供給経路である配管2dには、スタティックミキサー16側から順に、圧力計8、水素濃度計9、酸素濃度計10、流量計21、自動弁3dが備えられている。又、配管2dの流量計21と自動弁3dとの間より排出用配管2mが分岐し、排出用配管2mの途中には自動弁3mが設けられている。
圧力計8、水素濃度計9、酸素濃度計10、流量計21、自動弁3d、3mは、それぞれ制御装置7に電気的に接続され、各実測値を制御装置7に信号として送り、患者Pへ供給する混合ガスの各成分の濃度、圧力、流量を調整する構成となる。
変形例4として示す水素混合ガス供給装置102は、混合ガスの混合手段としてスタティックミキサー16を用いることで装置を小型化することが可能となり、運搬性が向上する。即ち、患者Pの搬送時に水素混合ガス供給装置102を容易に運搬することが可能となる。又、省スペース性、静音性及び応答性が高い構成となるため、例えば、水素混合ガス供給装置102を必要とする入院中の患者Pの病床の脇に備え、該患者Pに最適な成分比率の混合ガスを個別に作り出し供給することが可能となる。
<第1の実施形態の変形例5>
図6は、上述した第1の実施形態の変形例5である水素混合ガス供給装置103を表す模式図である。変形例5の水素混合ガス供給装置103は、変形例4として示した水素混合ガス供給装置102と類似した構成となっており、同一の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
水素混合ガス供給装置103は、変形例4の水素混合ガス供給装置102と比較すると、水素供給手段の構成において異なっている。即ち、水素混合ガス供給装置103は、水素供給手段として窒素ベースの水素ボンベ17を備えている。水素混合ガスの供給経路である配管2fには、減圧弁31h、フィルター32h、アクチュエーターを備えた自動弁3h、及び逆止弁4hが設けられている。
ところで、水素ガスは、可燃性ガスであるため、高濃度で保管及び使用する場合においては、そのボンベ及び配管は、安全性を考慮した構造となっているものを使用する必要がある。しかしながら、これにより装置は、巨大化し重量も増すため、運搬性が阻害される。
そこで、水素混合ガス供給装置103は、2種ガス混合ボンベである窒素ベースの水素ボンベ17(水素供給手段、不活性ガス供給手段)を備えている。
可燃性ガスの爆発危険性に対する最も効果的な対策は不活性ガスによる希釈である。例えば、不活性ガスである窒素ガスにより水素ガスをあらかじめ希釈した、窒素ベースの水素ボンベ17を、水素供給手段として用いることにより、水素ガスの濃度を常に爆発下限値以下とすることができる。したがって、水素混合ガス供給装置103は、窒素ベースの水素ボンベ17及び水素ガスの供給経路に特別な構造を採用する必要がなく、装置を小型化することが可能となる。又、各ガスの供給手段たるボンベの数が減ることも、装置の小型化に効果を奏する。
<第2の実施形態>
図7は、本発明の第2の実施形態である水素混合ガス供給装置104を表す模式図である。第2の実施形態である水素混合ガス供給装置104は、第1実施形態の変形例3として示した水素混合ガス供給装置101と類似した構成となっており、同一の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
第1の実施形態で詳述した水素混合ガス供給装置1、30、100、101、102、103は、自発呼吸のある患者Pに対して混合ガスを供給するものである。これに対し、第2の実施形態の水素混合ガス供給装置104は、自発呼吸のない患者P又は自発呼吸のある患者Pであっても、自発呼吸を補助する必要がある患者Pに対して、水素及び酸素の混合ガスを供給するものである。即ち、第2の実施形態である水素混合ガス供給装置104は、人工呼吸器(患者への混合ガス供給手段)18を備えている。
水素混合ガス供給装置104において、水素ボンベ11、酸素ボンベ12、窒素ボンベ13から供給される各ガスは、それぞれ配管2a、2b、2cを介して、混合器(混合手段)14に供給される。そして、混合器14において均一に撹拌された混合ガスは、配管2eを介して混合タンク(混合手段、貯留手段)6に供給され、更に、混合タンク6から配管2dを介して人工呼吸器18に供給され、患者Pに投与される。又、配管2dの混合タンク6と人工呼吸器18との間より排出用配管2mが分岐し、排出用配管2mの途中には自動弁3mが設けられている。
混合タンク6には、圧力計8、水素濃度計9a及び酸素濃度計10が設けられている。又、圧力計8、水素濃度計9a及び酸素濃度計10は、それぞれ制御装置7と電気的に接続されている。これにより、圧力計8、水素濃度計9a及び酸素濃度計10によって測定された各実測値が電気信号として制御装置7に送られる。そして、これらの各実測値に基づいて、制御装置7は、人工呼吸器18に供給する混合ガス中の各成分の濃度、圧力及び流量を適宜調整することができる。
混合タンク6に貯留される混合ガスは、人工呼吸器18の仕様に合わせて、圧力及び流量を調整される必要がある。そのため、制御装置7は、人工呼吸器18の仕様に合わせた混合ガスを、混合タンク6に貯留するように制御する。
人工呼吸器18には、混合タンク6からの混合ガスの供給経路である配管2dと、病院側の設備である酸素ライン22とが接続されている。これにより、人工呼吸器18の内部において、配管2dからの混合ガスと酸素ライン22からの酸素とがさらに混合された後、新たな混合ガスが患者Pに供給されることとなる。なお、病院設備の酸素ライン22に代えて、酸素ボンベを接続しても良い。
人工呼吸器18は、その内部に流量、圧力、酸素ガス濃度を測定するための測定手段を有している。又、人工呼吸器18は制御装置7に電気的に接続されており、内部に備えられた流量、圧力、酸素ガス濃度を測定するための測定手段からの各種の測定結果を制御装置7に信号として送っている。
人工呼吸器18から(新たな混合ガスの)患者への給気経路23には、水素濃度計9bが設けられている。又、水素濃度計9bは、制御装置7と電気的に接続されている。これにより、水素濃度計9bによって測定された患者への給気経路23中の水素ガス濃度の実測値が電気信号として制御装置7に送られる。そして、人工呼吸器18における各種測定結果及び水素濃度計9bにおける水素ガス濃度の測定結果に基づいて、制御装置7は、患者Pに供給する(新たな)混合ガス中の各成分の濃度を適宜調整することができる。
又、人工呼吸器18に制御装置7との電気的な接続が可能な外部出力がない場合、人工呼吸器18から患者への給気経路23に、水素濃度計9bの他に、圧力計、酸素濃度計、流量計を設け、それらと制御装置7とを電気的に接続することにより、人工呼吸器18から患者Pに供給する混合ガスの圧力、濃度、及び流量を制御することができる。
人工呼吸器18は、患者Pに供給する混合ガスの供給量を調整することが可能であり、例えば、10L/min以下に調整することが望ましい。
人工呼吸器18は、患者への給気経路23の他に、患者からの排気経路24を有する。すなわち、患者Pは、患者への給気経路23から供給された(新たな)混合ガスを吸気する。一方、患者Pからの排気は、排気経路24へと排出される。なお、排気経路24は、人工呼吸器18によって大気に開放されている。
人工呼吸器18は、種々の動作モードが選択可能である。動作モードとして、例えば、自発呼吸がない患者Pに対して一定間隔毎に人工換気を行う間欠的陽圧換気モード、自発呼吸がある患者Pの吸気をトリガーとして不定期に人工換気を行う同期的間欠的強制呼吸モード、患者Pの吸気努力を呼吸器が感知すると圧力をかけて空気を注入するモード等がある。これらの動作モードを利用して、混合ガスを供給する。
第2の実施形態の水素混合ガス供給装置104によれば、人工呼吸器18を備えることによって、自発呼吸がない患者P及び自発呼吸がある患者Pであっても、それを補助する目的で人工呼吸器18を必要とする患者Pに、最適な水素ガス濃度及び酸素ガス濃度の混合ガスを投与することが可能となる。
<第2の実施形態の変形例1>
図8は、上述した第2の実施形態の変形例1である水素混合ガス供給装置105を表す模式図である。なお、上述の第2の実施形態の水素混合ガス供給装置104と同一の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
水素混合ガス供給装置105は、病院設備の空気ライン19及び病院設備の酸素ライン20に接続された人工呼吸器18と、制御装置7とが電気的に接続された構成となっており、人工呼吸器18の動作を利用して最適な条件で混合ガスを患者Pに投与するものである。空気ライン19には減圧弁31i、フィルター32i及び自動弁3iが、酸素ライン20には減圧弁31j、フィルター32j及び自動弁3jが、それぞれ設けられている。
なお、空気ライン19に代えて、人工呼吸器18が大気から直接空気を取り込む構成としても良い。
水素混合ガス供給装置105において、水素ボンベ11、酸素ボンベ12、窒素ボンベ13から供給される各ガスは、それぞれ配管2a、2b、2cを介して、混合器(混合手段)14に供給される。混合器14において均一に混合された混合ガスは、配管2dに供給される。
配管2dには、圧力計8、水素濃度計9a、酸素濃度計10a、流量計21、自動弁3k、逆止弁4kが、混合器14側から順に備えられている。圧力計8、水素濃度計9a、酸素濃度計10a、流量計21は、それぞれ制御装置7に電気的に接続されており、各実測値を制御装置7に信号として送り、後段に供給する混合ガスの水素ガス濃度及び酸素ガス濃度、圧力、流量を調整する構成となる。又、配管2dの流量計21と自動弁3kとの間より排出用配管2mが分岐し、排出用配管2mの途中には自動弁3mが設けられている。
自動弁3kは、開閉及び開度の調整を行うアクチュエーターを備え、制御装置7と電気的に接続されている。自動弁3kの開閉及び開度の調整は、制御装置7によって、人工呼吸器18の動作と同期して行うことが望ましい。
人工呼吸器18は、その内部に流量、圧力、酸素ガス濃度を測定するための測定手段を有している。又、人工呼吸器18は制御装置7に電気的に接続されており、後段へ供給するガスの流量、圧力、酸素ガス濃度の測定結果を制御装置7に信号として送っている。
混合器14から配管2dを通って供給される混合ガスは、人工呼吸器18から配管2hを通って送られる酸素ガス濃度が高められた空気と、配管合流点2gにて合流する。
配管合流点2gにおいて合流した混合ガスは、配管2kを通って患者Pへ供給される。配管合流点2gから患者Pへの供給経路には、水素濃度計9b、酸素濃度計10bが備えられている。又、配管合流点2gの後段に、スタティックミキサー(図示略)を設け、混合ガスをより均一化するとなお良い。水素濃度計9b及び酸素濃度計10bは、患者Pに投与する最終的な混合ガスの水素ガス濃度及び酸素ガス濃度を測定し、制御装置7によって、混合前の水素、酸素、窒素の供給量を調整し、濃度を調整する制御を行っている。
配管2kは、患者Pへの給気経路としての機能を有している。又、人工呼吸器18は、患者Pからの排気経路24を有する。すなわち、患者Pは、配管2kから供給された(新たな)混合ガスを吸気する。一方、患者Pからの排気は、排気経路24へと排出される。なお、排気経路24は、人工呼吸器18によって大気に開放されている。
第2の実施形態の変形例1として示す水素混合ガス供給装置105は、既設の設備である人工呼吸器18に取り付ける構成を有している。このように、既設の人工呼吸器18に取り付ける場合であっても、人工呼吸器18と同期して、人工呼吸器18を含め一体となった装置として制御し、患者Pに適切な混合ガスを供給することができる。また、水素混合ガスが人工呼吸器18を通過しないため、人工呼吸器18として水素ガスに対応した特殊な内部構造を要せず、既設の通常の人工呼吸器を利用することができる。
以上、本発明の様々な実施形態を説明したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。又、本発明は実施形態によって限定されることはなく、クレームの範囲によってのみ限定される。
又、各実施形態及び変形例における制御装置7は、ニューラルネットワークを用いた制御プログラムを有していても良い。この場合、いずれの実施形態及び変形例においても、ニューラルネットワークを用いた混合ガス中の水素ガス濃度及び酸素ガス濃度の最適化を行うことができる。
本発明の水素混合ガス供給装置は、混合ガス中の水素ガス濃度を測定する水素ガス濃度測定手段と、酸素ガス濃度を測定する酸素ガス濃度測定手段と、更に、これらの測定値に基づき混合ガス中の水素ガス濃度及び酸素ガス濃度をそれぞれ任意の値に制御する制御手段とを有している。したがって、この混合ガスの水素及び酸素の量を適宜変更することが可能となる。即ち、患者の身体的所見に合わせて水素及び酸素を随時、適切に投与することが可能となる。
本発明の水素混合ガス供給装置は、水素及び酸素を含む混合ガスを生成する混合手段と、混合ガス中の水素ガス濃度を測定する水素ガス濃度測定手段と、酸素ガス濃度を測定する酸素ガス濃度測定手段とを有している。特に、前記混合手段が、スタティックミキサー、タンク容器及び混合器である場合においては、混合ガス内の水素及び酸素は、その流量比や重量比に依存せず、均一に分散しており、水素ガス濃度測定手段及び酸素ガス濃度測定手段による各成分の濃度測定を正確に行うことが可能となり、信頼性の高い水素及び酸素の混合ガスを供給することができる。
又、本発明の水素混合ガス供給装置の各経路中に複数の圧力測定手段を備える場合においては、ガス流量制御のための圧力検知や各部位での圧力に基づきガスの漏洩を検知することが可能となる。
加えて、本発明の水素混合ガス供給装置の制御手段が、患者の身体的所見に基づき、前記混合ガスの成分比率、及び流量を決定し制御する構成を有する場合においては、患者の容態が急変した際に、即座に患者の容態に合わせて各成分比率、流量を最適な値とすることが可能となる。この制御手段はニューラルネットワークを用いたものであっても良い。
以上のことから、本発明は産業上極めて有用である。
1、30、100、101、102、103、104、105…水素混合ガス供給装置、2a、2b、2c、2d、2e、2f、2h、2i、2j、2k…配管、2g…配管合流点、2m…排出用配管、3a、3b、3c、3d、3h、3i、3j、3k、3m…自動弁、4a、4b、4c、4d、4h、4k…逆止弁、5a、5b、5c、5h…マスフローコントローラ(MFC)、6…混合タンク(混合手段、貯留手段)、7…制御装置(制御手段)、8、8a、8b、8c、8d、8e…圧力計(圧力測定手段)、9、9a、9b…水素濃度計(水素ガス濃度測定手段)、10、10a、10b…酸素濃度計(酸素ガス濃度測定手段)、11…水素ボンベ(水素供給手段)、12…酸素ボンベ(酸素供給手段)、13…窒素ボンベ(不活性ガス供給手段)、14…混合器(混合手段)、15…患者への混合ガス供給手段、16…スタティックミキサー(混合手段)、17…窒素ベースの水素ボンベ(水素供給手段)、18…人工呼吸器(患者への混合ガス供給手段)、19…空気ライン、20、22…酸素ライン、21…流量計、23…患者への給気経路、24…患者からの排気経路、31a、31b、31c、31h、31i、31j…減圧弁、32a、32b、32c、32h、32i、32j…フィルター、P…患者、PV…患者の身体的所見、z、z、・・・、z…入力値(パラメータ)、S…入力層、A…隠れ層、R…出力層、d…教師信号、y…出力

Claims (8)

  1. 患者の治療に使用する水素混合ガス供給装置であって、
    水素の供給源である水素供給手段から供給された水素ガスと酸素の供給源である酸素供給手段から供給された酸素ガスとを混合し、前記水素ガス及び酸素ガスを含む混合ガスを生成する混合手段と、
    前記混合ガス中の水素ガス濃度を測定する水素ガス濃度測定手段と、
    前記混合ガス中の酸素ガス濃度を測定する酸素ガス濃度測定手段と、
    前記測定手段により測定した水素ガス濃度、及び酸素ガス濃度に基づき、前記混合ガス中の水素ガス濃度及び酸素ガス濃度をそれぞれ任意の値に制御する制御手段と、
    を備えたことを特徴とする水素混合ガス供給装置。
  2. 前記混合手段として、少なくとも水素を供給する経路と酸素を供給する経路とが合流する配管構造、スタティックミキサー、タンク及び混合器のうちいずれか1つ又は2つ以上の組み合わせを用いることを特徴とする請求項1に記載の水素混合ガス供給装置。
  3. 前記水素供給手段から前記混合手段への経路中、前記酸素供給手段から前記混合手段への経路中、及び前記混合手段から患者への供給経路中の少なくとも1つに圧力測定手段を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の水素混合ガス供給装置。
  4. 前記水素混合ガス供給装置であって、前記混合ガスを貯留する混合ガス貯留手段を備え、前記混合ガス貯留手段は、前記水素ガス濃度測定手段及び前記酸素ガス濃度測定手段と、圧力測定手段と、を備えたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の水素混合ガス供給装置。
  5. 前記水素混合ガス供給装置であって、人工呼吸器を備えたことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の水素混合ガス供給装置。
  6. 前記混合手段から患者への供給経路より分岐する排出用配管を備えたことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の水素混合ガス供給装置。
  7. 前記制御手段が、患者の身体所見に基づき、前記患者に投与する前記混合ガスの水素ガス濃度、酸素ガス濃度、及び流量を決定し制御することを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の水素混合ガス供給装置。
  8. 前記制御手段が、ニューラルネットワークによる制御を行うことを特徴とする請求項7に記載の水素混合ガス供給装置。
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