JP2006198004A - 酸素濃縮装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 人工呼吸器に接続して使用する際に、人工呼吸器との接続が外れたことを検知して安全に使用できる酸素濃縮装置を提供する。
【解決手段】 酸素濃縮装置内部の酸素圧力を測定する圧力センサを用いて人工呼吸器に接続された接続部内の圧力を監視する。検出された圧力は設定圧力と比較され、検出された圧力が設定圧力未満の場合、この検出圧力が設定圧力未満である時間を計時する。計時された時間が所定時間（例えば、３０秒）以上の場合となると、酸素濃縮装置は人工呼吸器から外れたと判断し、接続が外れたことを警報音などで知らせる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、高炭酸ガス血症等で通常の呼吸では炭酸ガスの排出が困難な患者等に半強制的に肺の換気を促す人工呼吸器に接続して酸素を供給する酸素濃縮装置に関し、特に、人工呼吸器に接続された場合にその接続状態を監視して安全に使用できる酸素濃縮装置およびその制御方法に関する。

酸素濃縮装置は、慢性呼吸疾患に対する在宅酸素療法などで、酸素を患者に供給する装置として利用されている。例えば、特開２０００−２６２６１９号公報では、空気中の酸素を透過し窒素を選択的に吸着するゼオライトを吸着剤として用いる吸着法により、空気から窒素を除去し酸素を分離して利用する酸素濃縮装置が開示されている。この酸素濃縮装置では、空気取入口から取り込まれた空気は、コンプレッサーで圧縮され、熱交換器等で冷却されたのち、吸着剤が充填された吸着塔に送り込まれて、窒素ガスが除去される。分離された酸素ガスは、減圧弁や流量設定器を介して圧力、流量がコントロールされ、続いて加湿器により加湿された後、カニューラ等の導管を介して患者に供給される。なお、上記の酸素濃縮装置では、患者への酸素の供給が安定して行えるように、流量センサを用いて供給酸素の流量を監視することが記載されている。また、本発明者らは、特開２００３−１７７８号公報において、カニューラ等の導管から患者の鼻に挿入されたチューブなどを介して所定量、所定圧の加湿酸素を連続的に患者に供給する酸素濃縮装置を開示している。この酸素濃縮装置でも、流量センサや圧力センサを用いて所定量、所定圧の酸素が患者に安定して供給されていることを監視することが記載されている。

上記のように、酸素濃縮装置を単独で使用する場合には、加湿酸素は、患者の鼻に挿入されたチューブなどから大気中に放出され、患者は呼吸をする際に、この加湿酸素を吸い込むことで必要な酸素を吸収できるように、供給酸素が安定して供給されるように監視されている。
特開２００３−２３５８１７号公報 特開平５−２０００３０３号公報

酸素濃縮装置は、上記説明したように単独で使用する以外にも、例えば、空気と混合して使用する場合、たとえば、酸素を供給する酸素濃縮装置を空気を供給する人工呼吸器と接続して、鼻マスク陽圧人工呼吸療法で使用する場合が考えられる。しかしながら、酸素濃縮装置を人工呼吸器と接続して使用する場合には、酸素濃縮装置を単独で使用する場合とその使用方法が異なるため、上記説明したような酸素濃縮器を単独で使用する場合の監視方法を適用することはできない。以下、この点について説明する。

鼻マスク陽圧人工呼吸療法は、高炭酸ガス血症を呈する慢性呼吸不全の人工呼吸の方法として導入され、その後神経性疾患、肺結核後遺症、肺気腫などにも広く適用され、現在では、慢性呼吸不全のみならず急性の呼吸不全にも有効と考えられている。鼻マスク陽圧人工呼吸療法に用いる人工呼吸器は、例えば図１１Ａに示すような空気を供給する人工呼吸器本体１１００、加湿器１１１０、患者の鼻口部に密閉して固定される鼻マスク１１２０および接続チューブ１１３０で構成され、図１１Ｂに示す第１モードまたは第２モードなどを用い吸気圧（ＩＰＡＰ）と呼気圧（ＥＰＡＰ）とからなる吐出圧力を周期的に変化させながら自発呼吸の困難な患者に強制的に空気を換気させている。ここで、第１モードは、患者の自発呼吸に同調するモードであり、患者の自発呼吸をトリガーにして陽圧換気を行うものであり、第２モードは、患者の自発呼吸を無視した強性的な換気モードである。これらの吐出圧力は、患者の受容能力や血液中のガス値に基づいて調整され、たとえば、患者の気孔抵抗が高い場合や患者が酸素を多く供給する場合には吸気圧をあげる、炭酸ガスを下げるためには換気量を大きくしたい場合には、呼気圧を上げるなどの調整が行われている。ただし、吸気圧をあまり低くしすぎると吸気の再吸入量が増加し換気効率が低下するので、吸気圧は、たとえば、２〜４ｃｍＨ２Ｏに設定されている。

しかしながら、人工呼吸器は、患者に供給する空気の圧力でしか酸素量を調整できないため、患者が高濃度の酸素を必要とする場合にはその濃度の酸素を必要な圧力で供給でない場合も考えられる。そこで、このような場合に、上記説明した酸素濃縮器を人工呼吸器と接続して使用すると、人工呼吸器からの空気と酸素濃縮器からの酸素とが混合されて所望濃度となるように調製された酸素が患者に供給されるため有用な方法と考えられる。

ただし、酸素濃縮器を人工呼吸器と接続して使用する場合は、酸素濃縮器を単独で使用する場合と以下に示すように使用条件が異なる。すなわち、酸素濃縮器を単独で使用する場合には、患者に供給される酸素は、患者の鼻に挿入されたチューブなどから鼻周辺の大気中に連続的に放出される。一方、酸素濃縮器を人工呼吸器と接続して使用する場合には、酸素濃縮器から供給される酸素は人工呼吸器からの空気と混合され、混合ガスは患者の鼻口部に密閉して固定されている鼻マスクを通して患者に供給される。このとき混合ガスの圧力が図１１Ｂに示す吸気圧となったときのみ、患者に混合ガスが供給され、呼気圧の時は混合ガスは供給されない。このように、酸素濃縮器を人工呼吸器と接続して使用する場合は、その使用方法が酸素濃縮器を単独で使用する場合と異なっているため、酸素濃縮器を単独で使用する場合の供給酸素の監視方法を使用することができない。

しかしながら、酸素濃縮装置を人工呼吸器と接続して使用する場合にも、使用中に酸素濃縮器が人工呼吸器から外れる場合も想定されるので、このような場合を想定して安全対策を予め準備しておく必要がある。

本発明は、上記説明した従来技術の問題点を解決することを出発点としてなされたものであり、その目的は、例えば、鼻マスク陽圧人工呼吸療法で使用する場合のように人工呼吸器に酸素濃縮装置を接続して使用する際に、人工呼吸器との接続状態を監視して安全に使用することのできる酸素濃縮装置およびその制御方法を提供するものである。

上記目的を達成するための本発明に係る一実施形態の酸素濃縮装置は、以下の構成を有する。すなわち、酸素供給源からの酸素の圧力と流量とを調整して酸素出口部より供給する調整手段を有する酸素濃縮装置であって、前記調整された酸素を人工呼吸器からの空気と混合して患者に供給するために、前記酸素出口部と前記人工呼吸器とを接続する接続手段と、前記接続手段により前記酸素出口部と前記人工呼吸器とが接続された場合において、前記接続手段内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記検出された圧力に基づいて前記人工呼吸器との接続状態を監視する監視手段と、を有することを特徴とする。

ここで例えば、前記接続手段は、前記酸素出口部に接続される伸縮自在のチューブを含むことが好ましい。

ここで例えば、前記人工呼吸器は、前記患者の鼻口部に装着して前記患者に前記空気を供給する密閉式マスクを有し、前記接続手段は、前記伸縮自在のチューブにより前記密閉式マスク内で前記調整された酸素と前記空気とが混合されるように、前記人工呼吸器の前記密閉式マスクと接続されることが好ましい。

ここで例えば、前記圧力検出手段は、前記酸素出口部の上流側に配置されることが好ましい。

ここで例えば、前記監視手段は、前記圧力検出手段によって検出される圧力を設定圧力と比較し、前記検出された圧力が設定圧力を下回った場合に圧力変動がないと判別する圧力変動判別手段と、前記圧力変動判別手段により圧力変動がないと判別された場合に、圧力変動がない期間を計時する計時手段と、前記圧力変動がない期間が所定期間を超えた場合に、前記人工呼吸器との接続状態が異常であると判定する判定手段と、を有することが好ましい。

ここで例えば、前記所定期間は、５〜６０秒のうちのいずれかの値であることが好ましい。

ここで例えば、更に前記酸素出口部と前記人工呼吸器との接続状態の異常を報知する報知手段を有することが好ましい。

ここで例えば、前記報知手段は、前記人工呼吸器との接続状態の異常を、音および／または光を用いて報知することが好ましい。

ここで例えば、加湿手段をさらに有し、前記酸素供給源から供給される酸素は、前記加湿手段で加湿されて加湿酸素として前記接続手段に供給されることが好ましい。

上記目的を達成するための本発明に係る一実施形態の酸素濃縮装置の制御方法は、以下の構成を有する。すなわち、酸素供給源からの酸素の圧力と流量とを調整して酸素出口部より供給する調整手段と、前記調整された酸素を人工呼吸器からの空気と混合して患者に供給するために、前記酸素出口部と前記人工呼吸器とを接続する接続手段と、前記接続手段により前記酸素出口部と前記人工呼吸器とが接続された場合において、前記接続手段内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記検出された圧力に基づいて前記人工呼吸器との接続状態を監視する監視手段とを有する酸素濃縮装置の制御方法であって、前記接続手段により前記酸素出口部と前記人工呼吸器とが接続された場合において、前記接続手段内の圧力を検出する圧力検出工程と、前記検出された圧力に基づいて前記人工呼吸器との接続状態を監視する監視工程と、を有し、前記監視工程は、前記圧力検出工程によって検出される圧力を設定圧力と比較し、前記検出された圧力が設定圧力を下回った場合に圧力変動がないと判別する圧力変動判別工程と、前記圧力変動判別工程により圧力変動がないと判別された場合に、圧力変動がない期間を計時する計時工程と、前記圧力変動がない期間が所定期間を超えた場合に、前記人工呼吸器との接続状態が異常であると判定する判定工程と、を有することを特徴とする。

上記目的を達成するための本発明に係る一実施形態の酸素濃縮装置を制御する制御プログラムは、以下の構成を有する。すなわち、酸素供給源からの酸素の圧力と流量とを調整して酸素出口部より供給する調整手段と、前記調整された酸素を人工呼吸器からの空気と混合して患者に供給するために、前記酸素出口部と前記人工呼吸器とを接続する接続手段と、前記接続手段により前記酸素出口部と前記人工呼吸器とが接続された場合において、前記接続手段内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記検出された圧力に基づいて前記人工呼吸器との接続状態を監視する監視手段とを有する酸素濃縮装置を制御する制御プログラムであって、前記接続手段により前記酸素出口部と前記人工呼吸器とが接続された場合において、前記接続手段内の圧力を検出する圧力検出工程を実行するためのプログラムコードと、前記検出された圧力に基づいて前記人工呼吸器との接続状態を監視する監視工程を実行するためのプログラムコードと、を有し、前記監視工程を実行するためのプログラムコードは、前記圧力検出工程によって検出される圧力を設定圧力と比較し、前記検出された圧力が設定圧力を下回った場合に圧力変動がないと判別する圧力変動判別工程を実行するためのプログラムコードと、前記圧力変動判別工程により圧力変動がないと判別された場合に、圧力変動がない期間を計時する計時工程を実行するためのプログラムコードと、前記圧力変動がない期間が所定期間を超えた場合に、前記人工呼吸器との接続状態が異常であると判定する判定工程を実行するためのプログラムコードと、を有することを特徴とする。

上記目的を達成するための本発明に係る一実施形態のコンピュータ可読記憶媒体は、上記記載の制御プログラムを格納したことを特徴とする。

本発明によれば、鼻マスク陽圧人工呼吸療法で使用する場合のように人工呼吸器に酸素濃縮装置を接続して使用する際に、人工呼吸器との接続状態を監視して安全に使用することのできる酸素濃縮装置およびその制御方法を提供することができる。

以下に図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態の酸素濃縮装置について説明する。

［本発明の特徴］
本発明は、鼻マスク陽圧人工呼吸療法など人工呼吸器に接続して使用される酸素濃縮装置およびその制御方法を提供するものであり、本酸素濃縮装置を人工呼吸器に接続して使用する際に、人工呼吸器との接続状態を監視することにより安全に使用できることを特徴としている。本発明の酸素濃縮装置は、自発呼吸の困難な患者等に強制的に空気を供給する人工呼吸器に接続して使用されるものであり、患者には人工呼吸器からの空気と酸素濃縮装置からの加湿酸素とが混合されて供給される構成となっている。そのため、患者が必要とする酸素濃度が人工呼吸器からの空気では不足する場合に、患者の必要とする濃度の酸素を患者の受容能力、患者の血圧ガス値に適した圧力と供給速度とで供給することができる。また、本酸素濃縮装置は、酸素の供給圧力を検出するために用いる圧力センサを人工呼吸器との接続部の圧力を常時監視するために兼用して使用することができる。そのため、人工呼吸器に接続して使用する際に、連続的に測定される接続部の圧力を設定圧力（吐出圧変動監視圧力）と比較し、測定された圧力が所定期間、設定圧力を下回った場合には、酸素濃縮装置が何らかの原因によって人工呼吸器から外れたと判断して、外れたことを報知することができる。そのため、本酸素濃縮装置は、人工呼吸器に接続して使用する際に、人工呼吸器から外れる事態が生じてもその対応を的確に行うことができる。従って、本実施形態の酸素濃縮器は人工呼吸器と接続して使用する場合に、安全に使用することができる。

［酸素濃縮装置の構成：図１］
図１は、本発明の実施形態に対応した酸素濃縮装置の構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、装置内に取り込まれる空気は、防塵フィルタ１０１と吸気フィルタ１０２とによりゴミが除去され、消音器１０３を介してコンプレッサー１０５で圧縮された後、熱交換器１０６等で冷却される。冷却された空気は配管流路を切替える切換弁１０７を介して、吸着剤が充填された吸着筒１０８に送り込まれる。

吸着筒１０８内ではガス分離が行われ、生成された濃縮酸素ガスは一時的に製品タンク１１１に送り込まれた後、さらに圧力調整器１１２と流量調節器１１５とを介して圧力と流量とがコントロールされ（このとき、酸素濃度は酸素濃度センサ１１４によって検知される。）、加湿器１１６を介して適度に加湿される。加湿器１１６と流量調節器１１５との間には、圧力センサ１１７が設置され、加湿器へ送られる酸素の圧力が検知される。加湿された酸素は、酸素出口部２０５、可撓性の延長チューブ１２０を経由して患者に供給される。なお、本酸素濃縮装置を人工呼吸器に接続して使用する場合には、可撓性の延長チューブの接続部１２１を人工呼吸器との混合部（図３参照、混合部が鼻マスクの場合には、図４、図６に示すように鼻マスクに挿入して固定するなど）に接続すればよい。

また、この種の酸素濃縮装置は小型の場合、吸着筒１０８が１本又は２本で構成され、切換弁１０７により切替えられて吸脱着が行われている。例えば、吸着筒１０８が２本で構成されている場合、一方が吸着工程中においては濃縮されたガスの一部は、製品ガスとして使用し、他のガスはもう一方の吸着筒１０８に回され、吸着筒１０８内のゼオライトの再生及び再加圧用ガスとして使用される。吸着工程中の吸着筒１０８内の吸着破過が起こる前に切換弁１０７により他方に切替え同様のサイクルを繰り返し連続的に濃縮ガスを生成、供給するように構成されている。

［酸素濃縮装置の外観：図２Ａ］
図２Ａに、図１で説明した酸素濃縮装置の正面からみた外観を示す。ここで、２００は、酸素濃縮装置本体（以下、本体２００と称する。）を表す。本体２００は、主として筐体部２１４ａと筐体上部のカバー部２１４ｂとから構成される。２０１は、本体２００の動作状況を表すフローモニタである。１１５は、酸素流量を設定するための流量設定ダイヤルである。流量設定ダイヤル１１５は、カバー２１４ｂに構成された凹部２０２の奥側に設けられている。

２０３ａは、本体２００の運転・停止を切替えるための電源スイッチである。電源スイッチ２０３ａは、カバー２１４ｂに構成された凹部２０３ｂの奥側に設けられており、カバーの表面に対して突出しないように設置されているので、誤って患者等の体が触れた場合であっても、電源スイッチ２０３ａが押下されにくくなっている。１１６は、加湿器であり、１１６ａは加湿器のキャップ部である。２０５ａは、延長チューブ１２０を接続するための酸素出力口である。

２０６は、停電、装置内部の異常あるいは本体２００を後述する人工呼吸器３００と接続したときの異常（例えば、延長チューブ１２０が人工呼吸器３００から外れたこと）を知らせるための警報部である。この警報部２０６には、点検ランプ、ブザー及びメッセージを音声出力するためのスピーカーおよびまたは光を点滅して異常を知らせるライトが内蔵されている。２０７ａは、流量設定ダイヤル１１５で設定された流量を表示するための流量表示部である。この流量表示部２０７ａは、図示のように本体２００を正面から見た場合に加湿器１１６の右隣りに形成された凹部２０７ｂの奥側に設けられる。流量表示部２０７ａはセグメントＬＥＤにより構成されており、輝度を設置場所の明るさ（照度）に応じて制御可能に構成されている。

２０８は、表示切替スイッチであり、流量表示部２０７ａに表示される内容を切替えるためのスイッチであり、このスイッチ２０７を押すと表示部には、例えば５秒間だけ使用時間が表示される。

２１２は、キャスターであり、本体２００底面の四隅に固定されている。このキャスター２１２を使用して床面上を移動したり、本体２００を設置するための搬送時において、作業者がこれらの取っ手２１３を把持することで本体２００の移動またはリフト作業を行なえるようになっている。

２１４ａは、金属製または木製の筐体部である。筐体部２１４ａ内には、図１に示すコンプレッサー１０５、熱交換器１０６、切換弁１０７、吸着筒１０８、製品タンク１１１等が収納されている。２１４ｂは、筐体部２１４ａの上部を覆うカバーであって、２１９は床面から前面を覆うようにした平面状の前面化粧パネルである。

［酸素濃縮装置の制御構成：図２Ｂ］
図２Ｂは、酸素濃縮器２００の制御構成を示すブロック図である。図２Ｂにおいて、４０２は各種の制御プログラムやデータを格納したＲＯＭであり、４０３は各種データを格納したりＣＰＵ４０１の作業領域に用いられるＲＡＭであり、４０４は表示部であり、４０５はスイッチ類であり、４０６は本体２００内に実装されているセンサ類であり、酸素濃度センサ１１４、圧力センサ１１７などが含まれる。４０１はＣＰＵであり、表示部４０４の表示内容を制御し、スイッチ類４０５に含まれる各種スイッチの押下を検知するとともに、センサ類４０５に含まれる各種センサからの出力を検知してＲＡＭ４０３に書き込むとともに、ＲＯＭ４０２に格納されている制御プログラムに基づいてフローモニタ２０１や警報部２０６の動作など装置各部を制御する。

［人工呼吸器と酸素濃縮装置の接続：図３］
次に、図３を用いて、図１で説明した本発明に対応した酸素濃縮器２００を呼吸不全患者などの患者の換気を促す補助人工呼吸器に接続し、鼻マスク陽圧人工呼吸療法で使用する例について説明する。図３は、酸素濃縮器２００を人工呼吸器３００と接続した例を示す図であり、酸素濃縮器２００から供給される酸素は、酸素配管チューブ１２０を介して混合部４００に接続され、人工呼吸器３００から呼吸回路チューブ３１０を介して供給される空気と混合部４００で混合され、患者に供給される一例を示す図であり、人工呼吸器３００としては、公知のいかなる人工呼吸器も使用することができる。例えば、図１１Ａの本体１１００と空気配管チューブ１１３０を図３の人工呼吸器３００と呼吸回路チューブ３１０として使用することができる。また、混合部４００としては、混合タンクと鼻マスクの組み合わせや鼻マスクのみを用いることができる。

［混合部の一例（鼻マスク）：図４、５］
図４は、混合部４００として使用される鼻マスク４１０の一例を示す図である。鼻マスク４１０には、酸素配管チューブ１２０と呼吸回路チューブ３１０とが図に示すように接続され、酸素濃縮器２００から供給される酸素と人工呼吸器３００から供給される空気とが鼻マスク４１０内で混合される。鼻マスク４１０は、患者の鼻を包んで患者に装着されたときに供給される酸素と空気の混合ガスが漏れないような密閉式の構造となっている。図５は、この鼻マスク４１０を本発明に対応した鼻マスクを患者に装着した場合の一例を示す図である。なお、鼻マスク４１０を患者に固定する場合には装着バンドを用いて固定してもよい。

［混合部の別の例：図６］
図６は、混合タンクと鼻マスクからなる混合部４００の別の一例を示す図であり、酸素と空気は予め混合タンク４４０で混合されてから鼻マスク４２０を介して患者に供給される構成例を示している。図６において、鼻マスク４２０には、酸素配管チューブ１２０と呼吸回路チューブ３１０とが混合タンク４４０で接続され、酸素濃縮器２００から供給される酸素と人工呼吸器３００から供給される空気とは混合タンク４４０で予め混合されてから鼻マスク４２０に供給される。図６の例は、鼻マスク４２０を装着バンド４３０で患者に固定した例を示している。鼻マスク４２０は、患者の鼻を包んで患者に装着されたときに供給される酸素と空気の混合ガスが漏れないような密閉式の構造となっている。

［人工呼吸器の動作：図７］
以下、本発明に対応した酸素濃縮器２００を、呼吸不全患者などの患者の換気を促す補助人工呼吸器３００に接続して鼻マスク陽圧人工呼吸療法で使用する場合の使用方法について説明する。なお、以下の説明では、酸素濃縮器２００が接続された人工呼吸器は、動作モードとして図７に示す強制換気モードで使用されている場合を一例として説明する。

図７の強制換気モードにおいて、時間ｔ１とｔ２の間の期間は、患者が供給される酸素を強制的に吸い込む吸気期間Ｉであり、このときの人工呼吸器の吐出圧力は図のＩＰＡＰ圧（吸気圧）で設定されている。また、時間ｔ２とｔ３の間の期間は、患者が二酸化酸素等を排出する呼気期間Ｅであり、このときの人工呼吸器の吐出圧力はＥＰＡＰ圧（呼気圧）で設定されている。吸気圧と呼気圧とは、図７に示すように、Ｉ：Ｅ比（吸気の期間：呼気の期間の時間配分比）で周期的に変化するように設定されているため、患者は連続的に所定圧力、所定量の酸素を吸気期間で吸い込み、二酸化酸素などを呼気期間で体外に排出することができる。吸気期間＋呼気期間の期間が呼吸の１サイクル（１ビート）となり、通常、４〜３０ＢＰＭ（ビート／分）の範囲に設定され、Ｉ：Ｅ比は、１：１〜２の範囲に設定される。図７は、Ｉ：Ｅ＝１：２、ＩＰＡＰ圧をＥＰＡＰ圧より４ｃｍＨ_２０高く設定した例を示している。

［人工呼吸器および酸素濃縮器の設定：図８］
図８は、図３に示す酸素濃縮器２００を人工呼吸器３００に接続し，混合部４００として図４の鼻マスク４１０を用い、人工呼吸器３００を強制換気モードで使用する場合の酸素濃縮器２００と人工呼吸器３００との設定の一例を示したものである。図８の例では、人工呼吸器３００のＩＰＡＰ圧は８〜１０ｃｍＨ_２０に設定され、ＥＰＡＰ圧は、ＩＰＡＰ圧より４ｃｍＨ_２０低く設定されている。また、酸素濃縮器２００から鼻マスク４１０に供給される酸素の流量は、０．５Ｌ／ｍｉｎと５Ｌ／ｍｉｎに設定された場合の例を示している。これらの設定値は、患者の受容能力や血液中のガス値によって予め決定されるものである。次に、図８に示す圧力変動について説明する。圧力変動とは、酸素濃縮器２００の圧力センサ１１７（図１）によって計測される呼気期間の圧力（呼気圧）と吸気期間の圧力（吸気圧）との圧力差を示す実測値であり、酸素濃縮器２００と人工呼吸器３００と図８に示す設定範囲で使用する場合には、測定される圧力変動は、図８に示すようにほぼ０．３０〜０．３２ＫＰａと一定の値をとることが示される。圧力センサ１１７によって計測される圧力変動の一例を図９Ａに示す。

［酸素濃縮器の接続状態の監視方法：図９Ａ、９Ｂ］
次に、本酸素濃縮器２００を人工呼吸器３００に接続して使用する際に、圧力センサ１１７によって測定される圧力変動（図９Ａ参照）を利用して、酸素濃縮器２００が人工呼吸器３００に安全に接続されて使用されているか外れているかを監視することができる。以下、図９Ａ、９Ｂを用いて酸素濃縮器の接続状態の監視方法について詳しく説明する。

［正常に接続されている場合：図９Ａ］
まず、図９Ａを用いて、酸素濃縮器２００が混合部４００（鼻マスク４１０）に正常に接続されている場合について説明する。図９Ａは、酸素濃縮器２００が鼻マスク４１０に正常に接続され、図８に示す強制換気モードで人工呼吸器３００が動作するときの圧力センサ１１７によって連続的に測定された圧力Ｐを示している。図９Ａにおいて、ｔ１とｔ２の間の期間が図７の吸気期間Ｉに対応し、この期間で測定される最大圧力が図７の人工呼吸器の吐出圧力ＩＰＡＰ圧に対応する。また、時間ｔ２とｔ３の間の期間は、図７の呼気期間Ｅに対応し、この期間で測定される圧力が人工呼吸器の吐出圧力ＥＰＡＰ圧と対応する。このように、酸素濃縮器２００が鼻マスク４１０に正常に接続されている場合には、図３に示すように酸素濃縮器２００を混合部４００と接続する酸素配管チューブ１２０内の圧力は、人工呼吸器３００を混合部４００（鼻マスク４１０）と接続する呼吸回路チューブ３１０の圧力とほぼ等しくなる。そこで、加湿器１１６の上流の位置に配置された圧力センサ１１７で検出される圧力は、人工呼吸器３００の吐出圧力に近い圧力を測定することができる。

このとき、圧力センサ１１７によって測定される吸気期間Ｉにおける最大圧力と呼気期間Ｅの間の圧力差が、図８の条件では、０．３〜０．３２ＫＰａ（ほぼ一定）である。そこで、本酸素濃縮器２００では、図９Ａに示すように、吐出圧変動監視圧力（設定圧力と呼ぶ場合もある）ＰＬを、たとえば、ＰＬ＝ＥＰＡＰ圧＋０．２ＫＰａと設定し、圧力センサ１１７で検出される圧力Ｐを常に監視し、検出される圧力Ｐが吐出圧変動監視圧力（設定圧力）ＰＬを超えて変化した場合（Ｐ＞ＰＬの場合）には、人工呼吸器から自発呼吸の困難な患者に強制的に混合ガス（空気＋酸素）が所定圧力（ＩＰＡＰ圧）で患者に供給されていると判断し、圧力センサ１１７で検出される圧力Ｐが吐出圧変動監視圧力ＰＬを超えて変化しない場合（Ｐ＜ＰＬの場合）には、人工呼吸器から患者に混合ガス（空気＋酸素）が供給されていないと判断する圧力変動判別手段を有する。そこで、図９Ａの場合には、本酸素濃縮器２００は、この圧力変動判別手段を用いて、時間ｔＩの間（時間ｔａ〜時間ｔｂの間）は、混合ガスが所定圧力（ＩＰＡＰ圧）で供給している、時間ｔＥの間（時間ｔｂ〜時間ｔｃの間）は、混合ガスが供給されていないと判断する。

［接続が外れた場合：図９Ｂ］
一方、図９Ｂは、酸素濃縮器２００が混合部４００（鼻マスク４１０）に接続され、図８に示す人工呼吸器の強制換気モードで動作中に酸素濃縮器２００の配管接続チューブ１２１が何らかの理由により時間ｔ７で混合部４００（鼻マスク４１０）から外れた場合（例えば、患者が誤って酸素配管チューブ１２０を引っ張ってはずした場合）に、酸素濃縮器２００の圧力センサ１１７で測定される圧力の一例を示す図である。酸素濃縮器２００が時間ｔ７で混合部４００（鼻マスク４１０）から外れた場合に圧力センサ１１７で測定される圧力は、図９Ｂに示すように時間ｔ７以降は一定となり、図９Ｂのｔ１とｔ２の間の期間でみられる圧力変化がなくなる。これは、酸素濃縮器２００の酸素配管チューブ１２０が鼻マスク４１０から外れると、圧力センサ１１７は、大気中に放出される酸素の圧力を測定することとなり、この測定される圧力は、混合部４００（鼻マスク４１０）に配管接続チューブ１２１が接続されている場合の圧力Ｐ（図９Ａに示す圧力センサ１１７で検出される圧力Ｐ）と異なり常に一定の圧力（図９Ｂの時間ｔ_７〜ｔｄで検出される圧力Ｐｘ）となるため、圧力センサ１１７は、人工呼吸器３００を接続したときに検出される吐出圧力の変化（図９Ａの時間ｔ_１〜ｔｍの間で検出される０．３２ＫＰａの圧力変動）を測定することができなくなるためである。そこで、本酸素濃縮器２００は、上記説明した圧力変動判別手段によって圧力センサ１１７で検出される圧力が設定圧力ＰＬを下回った場合に、この検出圧力が設定圧力を下回った期間を計時する計時手段と、計時手段によって計時された期間ｔが予め設定された設定期間ｔＬ（例えば、５〜６０秒のいずれかの期間、例えば、３０秒）を超えた場合に、接続状態の異常（本酸素濃縮器２００が人工呼吸器３００から外れた）と判定する接続状態判定手段とを有する。図９の場合は、図に示すｔｂ〜ｔｄまでの期間ｔが設定期間ｔＬを超えた場合を示している。そこで、本酸素濃縮器２００では、接続状態判定手段により検出圧力が設定圧力を下回った期間が設定期間ｔＬを超えたと判定された場合には、酸素配管チューブ１２０が鼻マスク４１０から外れたと判断して、図２の警報部から異常を示す警報音や警報光を出して患者や医師などに異常を知らせる報知手段を有する。

このように、本酸素濃縮器２００は、上記説明したように酸素配管チューブ１２０内の圧力を測定する圧力センサ１１７の他に、圧力変動判別手段、計時手段、接続状態判定手段、報知手段を有するため、本酸素濃縮器２００は人工呼吸器３００との接続状態を絶えず監視することができ、本酸素濃縮器２００が人工呼吸器３００から外れた場合には、直ちに、警報部から異常を示す警報音や警報光を出して医師や介護人などに異常を知らせることができる。そのため、本酸素濃縮器２００が人工呼吸器３００から外れた場合でも、医師や介護人などは必要な処置を行うことができる。

［酸素濃縮器の警報制御処理：図１０］
図１０は、上記説明した酸素濃縮器２００の警報制御処理の一例を示すフローチャートである。図１０の処理は、ＣＰＵ４０１がＲＯＭ４０２に格納された制御プログラムに基づいてＲＡＭ４０３を作業領域に用いながら各部を制御して行うものである。以下、図１０について説明する。

まず、ステップＳ１１０では、酸素配管チューブ１２０内の圧力Ｐを測定するように圧力センサ１１７を制御する。次に、ステップＳ１２０に進み、測定された圧力Ｐと設定圧力ＰＬ（予めＲＯＭ４０２に格納されている）とを比較して吐出圧の変動の有無を判別して、判別結果に応じた処理を行う。すなわち、測定された圧力Ｐが設定圧力（吐出変動監視圧力）ＰＬより大きい場合には、吐出圧の変動があった（吸気が行われた、すなわち、酸素配管チューブ１２０が正常に接続されていることが確認された）としてステップＳ１３０に進み、吐出圧の変動無し時間を計測する変動無し時間タイマをリセットするように制御してからステップＳ１１０に戻る。

一方、ステップＳ１２０において、測定された圧力Ｐが設定圧力ＰＬ以下の場合には、吐出圧の変動がない（吸気が確認されない、すなわち、酸素配管チューブ１２０が正常に接続されていることが確認されない）と判断してステップＳ１４０に進み、変動無し時間タイマによって測定された変動無し時間が設定時刻ｔＬ（例えば、３０秒）を超えているか否かを調べる。

ステップＳ１４０において、変動無し時間タイマによって測定された変動無し時間ｔが設定時刻ｔＬ（例えば、３０秒）未満の場合には、ステップＳ１５０に進み、変動無し時間タイマに所定時間（Δｔ）を加算するように制御してからステップＳ１１０に戻る。

一方、ステップＳ１４０において、変動無し時間タイマによって測定された変動無し時間ｔが設定時刻ｔＬを超えた場合には、酸素配管チューブ１２０が人工呼吸器との混合部４００（鼻マスク４１０）から外れたと判断し、ステップＳ１６０に進み、警報部２０６を制御して警報音およびまたは警報光を発生させてからステップＳ１１０に戻る。

このように、本酸素濃縮器２００のＣＰＵ４０１は、酸素配管チューブ１２０が人工呼吸器との混合部４００から外れた（鼻マスク４１０から外れた）場合に、警報部２０６を制御して警報音およびまたは警報光を発生させて異常を知らせることができるので、患者あるいは医師は、直ちに酸素配管チューブ１２０を人工呼吸器３００との混合部４００に接続し直すなどの処置を行うことができる。

なお、酸素配管チューブ１２０が人工呼吸器との混合部４００に再度取り付けられた場合には、ステップＳ１１０で測定された圧力Ｐは設定圧力ＰＬより大きくなるので、ＣＰＵ４０１は、ステップＳ１２０において、吐出圧の変動があると判断し、ステップＳ１３０にて、警報部２０６を制御して警報音およびまたは警報光を停止させる。

以上説明したように、本実施形態の酸素濃縮器は、自発呼吸の困難な患者等に強制的に空気を供給する人工呼吸器に接続して使用されるものであり、患者には人工呼吸器からの空気と酸素濃縮装置からの加湿酸素とが混合されて供給される構成となっている。そのため、患者の必要とする高濃度の酸素を患者の受容能力、患者の血圧ガス値に適した圧力と供給速度とで供給することができる。また、本酸素濃縮装置は、酸素の供給圧力を検出するために用いる圧力センサを人工呼吸器との接続部の圧力を常時監視するために兼用して使用することができる。
そのため、人工呼吸器に接続して使用する際に、連続的に測定される接続部の圧力を設定圧力と比較し、測定された圧力に圧力変動（人工呼吸器の吸気圧）が検出されない場合には、酸素濃縮装置が何らかの原因によって人工呼吸器から外れたと判断して、外れたことを報知することができる。そのため、本酸素濃縮装置は、人工呼吸器に接続して使用する際に、人工呼吸器から外れる事態が生じてもその対応を的確に行うことができる。従って、本実施形態の酸素濃縮器は人工呼吸器と接続して使用する場合に、安全に使用することができる。

［他の実施形態］
なお、本発明では、実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体をシステム或は装置に提供し、そのシステム或は装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても達成される。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピィ（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどを用いることができる。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれている。

さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書きこまれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現される場合も含む。

また、上記実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードがネットワークを介して配信されることにより、システム又は装置のハードディスクやメモリ等の記憶手段又はＣＤ-ＲＷ、ＣＤ-Ｒ等の記憶媒体に格納され、そのシステム又は装置のコンピュータ(又はＣＰＵやＭＰＵ)が当該記憶手段や当該記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても、達成されることは云うまでもない。

本発明に対応した酸素濃縮器の構成の一例を示す図である。 本発明に対応した酸素濃縮器の外観の一例を示す図である。 本発明に対応した酸素濃縮器の制御構成の一例を示す図である。 本発明に対応した酸素濃縮器を人工呼吸器と接続し、混合部で供給される酸素と空気とを混合して患者に供給する一例を示す図である。 酸素と空気を混合する混合部として用いられる本発明に対応した鼻マスクの一例を示す図である。 本発明に対応した鼻マスクを患者に装着する一例を示す図である。 本発明に対応した別の一例の鼻マスクを患者に装着する例を示す図である。 人工呼吸器の動作の一例を示す図であり、周期的に呼気圧と吸気圧とを切り替える強制換気モードの動作における周期的な圧力変動を説明する図である。 本発明に対応した酸素濃縮器を人工呼吸器と接続し、人工呼吸器を強制換気モードで動作させる場合の酸素濃縮器および人工呼吸器の設定の一例およびこの設定における酸素濃縮器の圧力センサで計測される呼気圧と吸気圧との圧力差の一例を示す図である。 図８に示す人工呼吸器の強制換気モードで動作させたときに、本発明に対応した酸素濃縮器の圧力センサで測定される圧力の一例を示す図である。 図８に示す人工呼吸器の強制換気モードで動作中に接続チューブが外れた場合における本発明に対応した酸素濃縮器の圧力センサで測定される圧力の一例を示す図である。 本発明に対応した酸素濃縮器の警報制御処理の一例を示すフローチャートである。 人工呼吸器の一例を示す図である。 人工呼吸器の設定モードの一例を示す図である。

符号の説明

１２０ 酸素配管チューブ
２００ 酸素濃縮器
３００ 人工呼吸器
３１０ 呼吸回路チューブ
４００ 混合部
４１０ 鼻マスク

Claims (15)

1. 酸素供給源からの酸素の圧力と流量とを調整して酸素出口部より供給する調整手段を有する酸素濃縮装置であって、
   前記調整された酸素を人工呼吸器からの空気と混合して患者に供給するために、前記酸素出口部と前記人工呼吸器とを接続する接続手段と、
   前記接続手段により前記酸素出口部と前記人工呼吸器とが接続された場合において、前記接続手段内の圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記検出された圧力に基づいて前記人工呼吸器との接続状態を監視する監視手段と、
   を有することを特徴とする酸素濃縮装置。
2. 前記接続手段は、前記酸素出口部に接続される伸縮自在のチューブを含むことを特徴とする請求項１に記載の酸素濃縮装置。
3. 前記人工呼吸器は、前記患者の鼻口部に装着して前記患者に前記空気を供給する密閉式マスクを有し、
   前記接続手段は、前記伸縮自在のチューブにより前記密閉式マスク内で前記調整された酸素と前記空気とが混合されるように、前記人工呼吸器の前記密閉式マスクと接続されることを特徴とする請求項２に記載の酸素濃縮装置。
4. 前記圧力検出手段は、前記酸素出口部の上流側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の酸素濃縮装置。
5. 前記監視手段は、
   前記圧力検出手段によって検出される圧力を設定圧力と比較し、前記検出された圧力が設定圧力を下回った場合に圧力変動がないと判別する圧力変動判別手段と、
   前記圧力変動判別手段により圧力変動がないと判別された場合に、圧力変動がない期間を計時する計時手段と、
   前記圧力変動がない期間が所定期間を超えた場合に、前記人工呼吸器との接続状態が異常であると判定する判定手段と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の酸素濃縮装置。
6. 前記所定期間は、５〜６０秒のうちのいずれかの値であることを特徴とする請求項５に記載の酸素濃縮装置。
7. 更に前記酸素出口部と前記人工呼吸器との接続状態の異常を報知する報知手段を有することを特徴とする請求項１に記載の酸素濃縮装置。
8. 前記報知手段は、前記人工呼吸器との接続状態の異常を、音および／または光を用いて報知することを特徴とする請求項７に記載の酸素濃縮装置。
9. 加湿手段をさらに有し、前記酸素供給源から供給される酸素は、前記加湿手段で加湿されて加湿酸素として前記接続手段に供給されることを特徴とする請求項１に記載の酸素濃縮装置。
10. 酸素供給源からの酸素の圧力と流量とを調整して酸素出口部より供給する調整手段と、前記調整された酸素を人工呼吸器からの空気と混合して患者に供給するために、前記酸素出口部と前記人工呼吸器とを接続する接続手段と、前記接続手段により前記酸素出口部と前記人工呼吸器とが接続された場合において、前記接続手段内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記検出された圧力に基づいて前記人工呼吸器との接続状態を監視する監視手段とを有する酸素濃縮装置の制御方法であって、
    前記接続手段により前記酸素出口部と前記人工呼吸器とが接続された場合において、前記接続手段内の圧力を検出する圧力検出工程と、
    前記検出された圧力に基づいて前記人工呼吸器との接続状態を監視する監視工程と、
    を有し、
    前記監視工程は、
    前記圧力検出工程によって検出される圧力を設定圧力と比較し、前記検出された圧力が設定圧力を下回った場合に圧力変動がないと判別する圧力変動判別工程と、
    前記圧力変動判別工程により圧力変動がないと判別された場合に、圧力変動がない期間を計時する計時工程と、
    前記圧力変動がない期間が所定期間を超えた場合に、前記人工呼吸器との接続状態が異常であると判定する判定工程と、
    を有することを特徴とする酸素濃縮装置の制御方法。
11. 前記圧力検出工程では、前記酸素出口部の上流側に配置されている圧力検出手段を用いて、前記接続手段内の圧力を検出することを特徴とする請求項１０に記載の酸素濃縮装置の制御方法。
12. 前記所定期間は、５〜６０秒のうちのいずれかの値であることを特徴とする請求項１０に記載の酸素濃縮装置の制御方法。
13. 更に前記酸素出口部と前記人工呼吸器との接続状態の異常を報知する報知工程を有することを特徴とする請求項１０に記載の酸素濃縮装置の制御方法。
14. 酸素供給源からの酸素の圧力と流量とを調整して酸素出口部より供給する調整手段と、前記調整された酸素を人工呼吸器からの空気と混合して患者に供給するために、前記酸素出口部と前記人工呼吸器とを接続する接続手段と、前記接続手段により前記酸素出口部と前記人工呼吸器とが接続された場合において、前記接続手段内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記検出された圧力に基づいて前記人工呼吸器との接続状態を監視する監視手段とを有する酸素濃縮装置を制御する制御プログラムであって、
    前記接続手段により前記酸素出口部と前記人工呼吸器とが接続された場合において、前記接続手段内の圧力を検出する圧力検出工程を実行するためのプログラムコードと、
    前記検出された圧力に基づいて前記人工呼吸器との接続状態を監視する監視工程を実行するためのプログラムコードと、
    を有し、
    前記監視工程を実行するためのプログラムコードは、
    前記圧力検出工程によって検出される圧力を設定圧力と比較し、前記検出された圧力が設定圧力を下回った場合に圧力変動がないと判別する圧力変動判別工程を実行するためのプログラムコードと、
    前記圧力変動判別工程により圧力変動がないと判別された場合に、圧力変動がない期間を計時する計時工程を実行するためのプログラムコードと、
    前記圧力変動がない期間が所定期間を超えた場合に、前記人工呼吸器との接続状態が異常であると判定する判定工程を実行するためのプログラムコードと、
    を有することを特徴とする制御プログラム。
15. 請求項１４に記載の制御プログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ可読記憶媒体。

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