JPH02131765A - 人工呼吸器における呼吸振動発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本発明は、高周波の呼吸振動を与えるための人工呼吸器
における呼吸振動発生装置に関するものである。

（従来技術） 人工呼吸器においては、その呼吸サイクルが、健康人と
同じような周期すなわち毎分１５〜２０回程度とされる
のが一般的である。

−・方、最近では、臨床学的に、呼吸サイクルを、１０
〜３０１１２すなわち毎秒１０〜３０回程度というよう
に極めて早く行なうことが、ある種の肺疾患に極めて効
果的であることが実証されるようになった． このような早い呼吸サイクルを得るため、人工呼吸器に
おける呼吸振動発生装置というものが開．発され、本出
願人により既に実用化されている。

このものは、モータによりピストンを往復動させて、こ
のピストンの往復動により生じる圧力振動を，人工呼吸
器の呼吸系路に与えるものとなっている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来のピストンを利用したものにあって
は、往復動による慣性が極めて大きくなるため、十分な
呼吸容量を得ることができなかった．この点を詳述する
と、呼吸容滑か大きくなるということは、これを振動さ
せるのに必要な仕事■が大きくなることである。この仕
事量を大きくするには、ピストンが１往復するときの容
積変化量を大きくする必要が有り、これにはピストンの
断面積あるいはストロークを大きくする必要がある。し
かしながら、ピストンの断面積あるいはストロークを、
大人用として要求される呼吸容量に見合った分だけ大き
くすることは、ピストンの慣性が極めて大きくなって、
不可能である．このため，現状では、肺の容量が小さい
幼児あるいは子供用として用いられているのみであり、
肺の容量が大きくなる大人に対しても適用し得るものの
実用化が強く望まれている。

したがって、本発明の目的は、呼吸容量が大きい場合に
も対応し得るようにした人工呼吸器における呼吸振動発
生装置を提供することにある．（問題点を解決するため
の手段、作用）前述の目的を達成するため、本発明にあ
っては、次のような構成としてある。すなわち、人工呼
吸器の呼吸系路に接続され、高周波の呼吸振動を与える
ための人工呼吸器における呼吸振動発生装置において、 圧力発生源としてのブロアと、 前記ブロアと前記呼吸系路との間に接続され、該呼吸系
路を該ブロアの吐出口と吸込口とに対して交互に連通さ
せるロータリ式の切換バルブと， を備えた構成としてある。

上述のように構成された本発明にあっては、基本的に、
圧力発生源としてブロアすなわち回転により圧力を発生
する圧力発生機械を用いてあるため、往復動に伴う慣性
による制約を受けることなく、十分な容量すなわち呼吸
系路に対する大きな仕事量を確保し得ることになる．勿
論、ブロアとしては、遠心式、軸流式等適宜の形式のも
のを採択し得る． また、このブロアの運転により生じる吐出口での陽圧と
吸込口での陰圧とが、切換バルブによって呼吸系路に交
互に与えられ、この陽圧と陰圧との交互の作用が呼吸振
動となる。そして，切換バルブをロータリ式としてある
ため、１０〜３０Ｈｚというような高周波の呼吸振動を
生じさせるような高回転の運転においても，長期の使用
に十分耐え得るものとなる。すなわち、切換バルブの１
回転当りに陽圧供給と陰圧供給とが１回だけ切換えられ
る場合を考えてみると、３０ＨＺの呼吸振動を得るには
切換バルブは毎秒３０回（毎分１８００回）回転すれば
よく、この程度の回転数はロータリバルブの場合は通常
の許容回転数の範囲に十分入るものである。

ちなみに、電磁式のオン、オフバルブによって切換えを
行なう場合は、少なくとも現状では、耐久性の点におい
て事実上使用不可能である．（実施例） 以下本発明の実施例を添付した図面に基づいて説明する
。

第１図において、人工呼吸器の呼吸系路Ａは、共通回路
１と吸気回路２と呼気回路３とを含む．共通回路ｌの一
端は患者の口元に気密に接続され、この共通回路１の他
端側に対して吸気回路２と呼気回路３とが連なる．吸気
回路２は，患者へ供給する清浄エアを貯留したエアタン
ク４に連なり、その途中には既知のエアフローメータ５
および加湿器６が接続されている．呼気回路３は大気に
解放されており、その解放度合が、電磁式の開度調整パ
ルブ７によって調整される． 上記呼吸系路Ａには，高周波呼吸振動発生装置Ｂが接続
されている．高周波呼吸振動発生装置Ｂは、基本的に、
圧力発生源としてのブロア１１と、ロータリ式の切換バ
ルブｌ２と、を備えている．そして、ブロア１ｌの吐出
口１１ａで発生される陽圧と吸込口１ｌｂで発生される
陰圧とが、切換バルブｌ２によって振動回路１３に交互
に与えられる．この振動回路１３は、前記各回路１、２
、３の各接続部分付近において呼吸系路八に接続されて
おり、これにより呼吸系路Ａすなわち患者の肺Ｈは、振
動回路ｌ３での振動数に応じた呼吸数で、強制的に呼吸
される．なお、第１図中１４はブロア１１駆動用のモー
タ、１５は切換バルブ１２駆動用のモータである． 切換バルブｌ２は、例えば第２図〜第４図に示すように
構成される．先ず、切換バルブ１２のケース２ｌが、両
端が解放された円筒状の連通空間Ｘを有する本体ケース
部２ｌΔと、上記本体ケース部２＋Ａの各端部を閉塞す
る左右一対のフランジケース部２１Ｂ、２ＩＣと，本体
ケース部２ｌＡ上に位置する上ケース２１Ｄとによって
構成され、これ等各ケース部はねじ２２によって一体化
されている．このようなケース２ｌには、それぞれ本体
ケース部２ｌＡ内の連通空間Ｘに開口するように，陽圧
ボートＰ１、陰圧ポートＰ２、与圧ボートＰ３および大
気解放ボートＰ４が形成されている。陽圧ボートＰＩは
ブロア１１の吐出口ＩＩａに連なり、陰圧ボートＰ２は
ブロアｌ１の吸込口１ｌｂに連なり、与圧ボートＰ３は
振動回路１３に連なるものである． 各ボートの配置関係は、陽圧ボートＰＩと陰圧ボートＰ
２とが切換バルブ１２（後述する回転軸２３）の軸心方
向各端部に位置され、与圧ボートＰ３と大気解放ボート
Ｐ４とがボー｝ＰＩおよびＰ２の間に位置されている．
また、陽圧ボートＰｌと陰圧ボート１〕２と大気解放ボ
ー｝Ｐ４とはそれぞれケース２１の土壁に形成される一
方、与圧ポートＰ３のみがケース２ｌの底壁に形成され
ている。

上記左右一対のフランジケース部２１Ｂと２１０とには
，回転軸２３が回転自在に支持され、この回転軸２３に
はこれと一体回転ずるように、ビン２４によって回転子
２５が固定されている．この回転子２５は、陽圧ボート
Ｐ１と陰圧ボートＰ２とを画成するように断面円形とさ
れた隔壁部２５ａを有する．より具体的には、ケース２
１内の連通空間Ｘが、陰圧ボートＰ２が常時連通した左
側の第１分割空間×１と、陽圧ボートＰＩが常時連通し
た右側の第２分割空間ｘ２とに画成される． 回転子２５は，また、それぞれ上記隔壁部２５ａの外周
縁部より延設されて、回転軸２３の軸方向に互いに離間
するように伸びる左右一対の弁体部２５ｂ、２５ｃを有
する。この一対の弁体部は、第３図、第４図に示すよう
に、それぞれ回転軸２３の周方向に略１８０度伸びる円
弧状として形成され、互いの位相関係は１８０度づれた
関係となっている。すなわちー・対の弁体部２５ｂと２
５ｃとは、回転軸２３の中心を中心として対称形状とな
るように設定されている。

上述のように構成された切換バルブ１２は、回転軸２３
ずなわち回転子２５の回転に応じて、陽圧ボートＰＩが
与圧ボートＰ３と大気解放ボートＰ４とに対して交互に
連通される一方、陰圧ボートＰ２も与圧ボートＰ３と大
気解故ボートＰ４とに対して交互に連通される．すなわ
ち、陽圧ボート１）ｌは、第２図に示すように弁体部２
５ｃによって与圧ボートＰ３が閉じられたときに大気解
放ボートＰ４に連通され、逆に弁体部２５ｃによって大
気解放ボートＰ４が閉じられたときに与圧ボートＰ３と
連通される。同様に、陰圧ボートＰ２は、弁休部２５ｂ
によって与圧ボートＰ３が閉じられたときに大気解放ボ
ートＰ４と連通され、逆に第２図に示すように弁体部２
５ｂにょって大気解放ボートＰ４が閉じられたときに与
圧ボートＰ３と連通される．そして、両弁体部２５ｂと
２５ｃとの上述した位相関係の設定により、与圧ボート
Ｐ３（大気解放ボートＰ４）は、陽圧ボートＰＩと陰圧
ボートＰ２とに対して交互に連通されることになる．し
たがって、与圧ボートＰ３に生じる圧力変化の様子は、
第６図に示すように振動を生じたものとなり、その振動
数は５〜４０ＩＩ　Ｚ程度の範囲、好ましくはｌＯ〜３
　０　Ｈ　Ｚとされる。

前記振動回路ｌ３には、切換バルブｌ２側よりＭｔ次、
電磁式の可変絞り３１、規制手段３２が接続されている
。規制手段３２は、第５図に示すように、所定容１のケ
ース３３と、該ケース３３内に配置されて気密性を十分
に有する可動隔膜３４とから構成されてる。ケース３３
の容量は、所定容量以上の陽圧あるいは陰圧が呼吸系路
Δに作用するのを防止すると共に、可動隔膜３４の必要
以上の膨張を防止するためのものである。また、可動隔
膜３４は、呼吸系路Δ内の空気と高周波振動発生装置Ｂ
からの空気との直接の接触を避けるためのもので、極力
薄く（軽く）なるように袋状にケース３３内に伸びるよ
うに配置されている．より具体的には、ケース３３を、
本体ケース部３３Ａと蓋ケース部３３Ｂとの分割構成と
して、両ケース部３３Ａと３３Ｂとの間に可動隔膜３４
の開口端縁部を挟んだ状態で、該両者３３Ａと３３Ｂと
をねじ３５によって固定してある．そして、このような
規制手段３２は、患者毎に使い捨て用とするため、振動
回路１３に対して着脱自在とされ、このためケース３３
の各端部には、着脱用のねじ溝３３ａが形成されている
。

再び第１図において、Ｕはマイクロコンピュータを利用
して構成された制御ユニットである。この制御ユニット
Ｕには、各センサ４ｌ、４２，４３からの信号およびス
イッチ４４、４５、４６からの信号が入力される．セン
サ４１は，共通回路１に接続されて患者の実際の呼吸ｍ
を計測する流沿センサである。センサ４２、４３は、ブ
ロア１１駆動用のモータ１４あるいは切換バルブｌ２駆
動用のモータｌ５の回転状態を検出する回転センサであ
る．スイッチ４４は、呼吸系路Ａに与える呼吸数（１０
〜３　０　｝Ｉ　Ｚ　）をセットするものである．スイ
ッチ４５は，呼吸系路八に与える高周波振動の平均圧力
の大きさ（大気圧から大気圧より若干大きい範囲で無段
階に設定）をセットするものである。スイッチ４６は、
患者への呼吸容量をセットするものである．また制御ユ
ニットＵからは、上記モータ１４．＋５（の駆動回路）
に対して出力される他、前記電磁式のバルブ７、可変絞
り３１およびランプ、ブザー等からなる警報器４７へ出
力される． 次に、上記制御ユニットＵの制御内容について、第７図
に示すフローチャートを参照しつつ説明する．なお、以
下の説明でＳはステップを示す． 先ず、図示を略す起動スイッチのオンと共にスタートさ
れて，Ｓｌにおいてシステム全体のイニシャライズがな
される．次いで、Ｓ２において切換バルブ１２（用のモ
ータ１５）が起動され、引続きＳ３においてブロア１１
用のモータ１４）の起動が行なわれる。このように、切
換バルブｌ２の起動をブロア１ｌの起動に先立って行な
うことにより、一時的に陽圧あるいは陰圧のみが呼吸系
路Ａに作用することが防止される．したがって、このよ
うな■態をより確実に防止するため，Ｓ２の処理後所定
時間（例えば２秒）経過した後Ｓ３の処理を開始させる
ようにしてもよい。

Ｓ３の後はＳ４において、各センサあるいはスイッチか
らの信号が読込まれる。この後、センサ４２．４３の出
力状態より、ブロア１１および切換バルブ１２が間違い
なく回転されていることを確認した後（Ｓ４およびＳ５
での判別が共にＹＥＳ）、スイッチ４４〜４６のセット
状態に応じた値となるように、８７〜Ｓ９での各制御が
行なわれる。すなわち、Ｓ７での切換バルブｌ２の回転
数制御（スイッチ４４に対応で、呼吸数の制御）と、Ｓ
８でのバルブ７の開度制御（スイッチ４５に対応で平均
圧力の制御）と．Ｓ９での可変絞り３ｌの制御（スイッ
チ４６に対応で、呼吸容量の制御一第６図の振幅の大き
さの制御）とがなされる． Ｓ９の後、ＳＩＯにおいて、図示を略す停止スイッチが
オンされたか否かが判別され、この判νリでＮｏのとき
はＳ４以降の処理が繰返し行なわれる．このＳＩＯの判
別でＹＥＳのときは、Ｓｌｌにおいて先ずブロア１ｌが
停止された後、引続きＳＩ２で切換バルブｌ２が停止さ
れる．前記Ｓ５あるいはＳ６の判別でＮｏのときは、異
常時であるとして、Ｓ１３で讐報器４７を作動させた後
、Ｓｌ１以降の処理が行なわれる．第８図は、本発明の
他の実施例を示すものであり、前記実施例と同一構成要
素には同一符号を付してその重複した説明は省略する。

本実施例では、先ず、ブロア１１′として，第１ブロア
ｌ１−八と第２ブロアＩ　１−Ｂとの２台用いるように
してある。そして、第１ブロアｌ１一Δは、陽圧供給専
用とし（吸込口１ｌｂは常時大気に解放）、また第２ブ
ロア１１−Ｂは陰圧供給専用としてある（吐出口１１ａ
は常時大気に解放）。

また，切換バルブ＋２’　としては、そのケース２ビお
よび回転軸２３′を共通とするも、回転子が、第１回転
子２５−八と第２回転子２５−Ｂとの２つの回転子を有
するものを用いるようにしてある。この第１回転子２５
−Ａは陽圧の供給制御専用とされ、また第２回転子２５
−Ｂは陰圧供給制御専用とされている．すなわち、回転
子２５−Ａ　（２５−８）は、有底円筒状とされて、そ
の解．故口が陽圧ボートＰＩ　　（陰圧ボートＰ２）に
常時連なる．そして、その回転子２５−Ａ　（２５−Ｂ
）の側壁に周方向に略１８０度伸びる連通口５１−Δ（
５１−Ｂ）を形成して、回転子２５−Ａ（２５−８）の
回転に伴って当該連通口５１−Ａ（５　１　−　８）が
、ケース２ビに形成した大気解放ボートＰ４−Ａ　（Ｐ
４−Ｂ）と与圧ボートＰ３−Δ（Ｐ３−８）とに交互に
連通される．勿論、両与圧ボートＰ３−ＡとＰ３−Ｂと
は、最終的に振動回路ｌ３に連なり、また両連通口５１
−Ａと５１一Ｂとは回転軸２３′の周方向に１８０度づ
れて形成されている． 本実施例のようにしてブロアを２台用いる利点は、陽圧
、陰圧共に、少なくとも振動回路ｌ３に対するその供給
開始の直前には十分に大きくなっている、という点にあ
る．このことは，呼吸振動の立上りおよび立下りを極め
て素早く行なえるということにつながる． ここで、一Ｌ記各回転子２５−Ａと２５一Ｂとの回転軸
２３′を互いに別途独立して設けて、それぞれ別のモー
タにより駆動することも可能である．もっとも、第１、
第２の各回転子２５−八と２５一Ｂとの回転軸２３゛を
共通、結果としてその駆動用モータ（第７図では図示略
）を共通とすることにより、回転子２５−八と２５一Ｂ
との位相のづれ発生というものを確実に防止することが
できる．同様の観点から、第１と第２の各ブロア！１−
Ａと１１−Ｂとの駆動軸５２を共通，結果としてその駆
動用モータｌ４を共通とすることにより、陽圧のみある
いは陰圧のみが振動回路ｌ３に印加されてしまうような
事態を確実に防止できる。

第９図は本発明のさらに他の実施例を示すものである。

本実施例では、ブロアｌ１の吐出口１１ａと吸込口１ｌ
ｂとの大気に対する開放度合を変更することにより、平
均圧（第６図参照）の調整を行なうようにしてある。

先ず、第９図において、ブロア１１に対して、調整弁７
ｌが設けられる。この調整弁７ｌは、ケーシング７２と
、該ケーシング７２に形成された第１通路５３および第
２通路５４を備えている．上記第１通路５３は、第１〜
第３の３つのボート５３ａ、５３ｂ、５３ｃを有し、第
１ボート５３ａが、連通路６１を介してブロア１１の吸
込口１　．１　ｂに接続されている。また、第２ボート
５３ｂは、大気に開放されると共に、後述する弁体５５
によりその間度が調整される。さらに、第３ボート５３
ｃは、絞り５６を介して大気に開放されている。

前記第２通路５４は、第１および第２の２つのボート５
４ａ、５４ｂを有する．第１ボート５４ａは、連通路６
２を介して、ブロア１１の吐出口１１ａに接続されてい
る．また、第２ボート５４ｂは、大気に開放されると共
に、弁休５５によりその間度が調整される． 前記弁体５５は、円板状とされて、該弁休５５に一体化
された弁棒５５ａがケーシング５２に螺合されている．
これにより、弁棒５５ａに形成した操作部５５ｂを手動
操作してこれを回転させることにより、弁体５５が図中
上下方向に変位される．そして、前記第１通路５３の第
２ボート５３ｂが弁体５５の上面に臨み、また前記第２
通路の第２ボート５４ｂが弁体５５の下面に臨んでいる
． 以上のような構成において、弁休５５が図中上方へ変位
するのに伴って、ボート５３ｔ）の開度が小さくなるー
・方、ボート５４ｂの開度が大きくなる．逆に、弁体５
５が図中下方へ変位されると、ボート５３ｂの開度が大
きくなる一方、ボート５４ｂの開度が小さくなる． ボート５３ｂの開度が小さくなるのにつれて、ブロア１
１による切換バルブ１２の陰圧ボートＰ２に対する吸引
作用が大きくなる。このことは、第６図に示す平均圧を
下げることになる（脈動の谷を下げる）。ボート５３ｂ
の開度が小さくなるということは、この分ボート５４ｂ
の開度が大きくなる．このボート５４ｂの開度が大きく
なると、ブロア１１による切換バルブ１２の陽圧ボート
ＰＩへの空気押込み作用が弱くなり、前記乎均圧を下げ
ることになる（脈動の山を下げる）．一ヒ述のように、
弁体５５を図中上方へ変位させることにより、平均圧が
低下されることになる．勿論、今迄での説明から既に明
らかなように、弁体５５を図中下方へ変位させると、上
述の場合とは逆に、平均圧を上昇させることになる．な
お、絞り５６の作用により、ブロア１１の吸引０１１ｂ
からは少なくとも最小限の大気が吸引されることになり
、これにより平均圧の最小値は大気圧よりも若干大きい
値とされる。

ここで、第９図に示すような構成とした場合，第１図に
示すバルブ７を廃止することも可能である。しかしなが
ら、このバルブ７をも設けておいて、可動隔膜３４（第
５図参照）の上流側と下流側との各平均圧の差を小さく
するように、弁体５５に対してバルブ７とを連動させる
のが好ましい． 以上実施例について説明したが、ブロアの吐出圧力（吐
出容ｆｆｉ）を可変式としてもよい（例えばモータ１４
をインパータにより制御）．また、可変絞り３ｌは、回
路１３のうち規制手段３２の下流側（呼吸回路２、３側
）に設けるようにしてもよい．この場合は、使用毎に当
該可変絞り３１を消毒する手間が省けると共に、ブロア
ｌ１のパワーを呼吸回路２、３に伝達ずる効率の向上の
点でも好ましいものとなる． さらに、ブロアＩ１の吸込口１ｌｂと切換バルブ１２の
ボー｝−Ｐ２との間の系路を、可変絞りを介して大気と
連通させるようにすることもできる．この場合は、上記
可変絞りの開度調整《０〜！００％》によって、切換バ
ルブ１２のボートＰ４の平均圧力（ボートＰ４の圧力変
動の様子は第６図と同じような脈動となる）の大きさを
、大気圧からこれよりも大きい正圧の範囲で任意に調整
することができる。

（発明の効果） 本発明は以上述べたことから明らかなように、呼吸容量
が大きくなる大人用としても使用することができ、高周
波呼吸振動を利用した治療を行なえる者の範囲を飛躍的
に高めることができる。

また、耐久性の点においても優れたものとなり，長期の
使用に十分耐え得るものとなる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体系統図。 第２図はロータリ式の切換バルブの一例を示す側面断面
図。 第３図は第２図のＸ３−Ｘ３線断面図。 第４図は第２図のＸ４−Ｘ４線断面図。 第５図は振動回路に接続された規制手段の詳細を示す側
面断面図． 第６図は本発明を適用した場合の呼吸振動の様子を示す
グラフ。 第７図は本発明の制御例を示すフローチャート． 第８図、第９図はそれぞれは本発明の他の実施例を示す
要部系統図。 Δ Ｂ ］Ｉ Ｘ ×１ ×　２ ＰＩ Ｐ２ Ｐ３ Ｐ４ Ｕ ｌ 呼吸系路 高周波振動発生装置 肺 連通空間 第１分割空間 第２分割空間 陽圧ボート 陰圧ボート 与圧ボート 大気解放ボート 制御ユニット 共通回路 吸気回路 呼気回路 １：ブロア ２：切換バルブ ３：振動回路 ４：モータ（ブロア用） ５：モータ（切換バルブ用） ２１：ケース ２３：回転軸 ２５：回転子 ２５ａ：隔壁部 ２５ｂ：弁体部 ２５ｃ：弁体部 １２゛　：切換バルブ ２ビ　：ケース ２３′　二回転軸 ２５゛　二回転子 ２５−Ａ：第１回転子 ２５−Ｂ：第２回転子 ５１−Ａ：連通口 ５１−Ｂ：連通口 Ｍ５ 第６ ｒつ 恍

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）人工呼吸器の呼吸系路に接続され、高周波の呼吸
   振動を与えるための人工呼吸器における呼吸振動発生装
   置において、 圧力発生源としてのブロアと、 前記ブロアと前記呼吸系路との間に接続され、該呼吸系
   路を該ブロアの吐出口と吸込口とに対して交互に連通さ
   せるロータリ式の切換バルブと、 を備えていることを特徴とする人工呼吸器における呼吸
   振動発生装置。