JPH02131773A - 人工呼吸器における呼吸振動発生装置 - Google Patents

人工呼吸器における呼吸振動発生装置

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JPH02131773A
JPH02131773A JP63283917A JP28391788A JPH02131773A JP H02131773 A JPH02131773 A JP H02131773A JP 63283917 A JP63283917 A JP 63283917A JP 28391788 A JP28391788 A JP 28391788A JP H02131773 A JPH02131773 A JP H02131773A
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pressure
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芳嗣 山田
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一福 新田
Takayuki Okabe
岡部 高之
Mitsuo Nemoto
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Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利川分野) 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11f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、I O
 〜3 0 11 Zすなわち毎秒lo〜30回程度と
いうように極めてlit (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fl’l性が極めて太きくなるため、
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、呼吸容量が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量が大きくなることである.
この仕事mを大きくずるには、ピストンが1往復すると
きの容積変化nt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、大人川として要求される呼吸容滑に見合った分
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
るものの実川化が強く望まれている. したがって、本発明の目的は、呼吸容量の大小に対応し
得るようにした人工呼吸器における呼吸振動発生装1?
1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Iテえるた
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111記呼吸系路との間に接続され、議呼
吸系路を該ブロアの吐出口と吸込口とに対して交!iに
連通させるロータリ式の切換バルブと, 11;1記切換バルブと11;1記叶吸系路との間に接
続された開度調整バルブと、 を備えた構成としてある. L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Lilずなわち
叶吸系路に対する大きな仕りf屓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、10〜3 0 Hz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、3 0 H Z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.更に,上記構成によれば,
切換バルブと呼吸系路との間に接続された開度調整バル
ブの弁開度を調整することにより、呼吸系路に与えられ
る呼吸振動数の振幅の大きさを調整することができるの
で、呼吸容:1七を容易に可変することができる。した
がって、大きな呼吸容;1を必要とする大人等から小さ
な11f吸容;itの子供笠まで広範囲に適用可能な呼
吸振動発生装置とすることができる。
(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Δ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1=1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,患と″へ供給ずる漬浄
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は人気に解放されており,その解放度合
が、電磁式の開度調整バルブ7によって調整される。
!二記呼吸系路Δ.には、高周波呼吸振動発生装置13
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1lと,ロータリ式の
切換バルブ12と、を備えている.そして、ブロア11
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l3は、1jq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Δすなわち患者の
肺Llは,振動回路13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l図中14はブロアl1
駆動用のモータ、l5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l2のケース21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2+Aと、上記本体ケース部21Aの各端部な閉塞す
る左右一対のフランジケース部21B.2ICと、本体
ケース部21A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21には,それぞれ本体
ケース部21△内の連通空間Xに開口するように、陽圧
ボートl) l , lf3圧ボート[》2、与圧ボー
} 1) :3および大気解放ボート1)4が形成され
ている。陽圧ボート1》lはブロア11の吐出口11a
に連なり、陰圧ボート1)2はブロアIIの吸込口l1
[》に連なり,Iテ圧ボートI) 3は振動回路l:S
に連なるものである。
各ボートの配置関係は、陽圧ボートP Iと陰圧ボート
P2とが切換バルブ12(後述する回転軸2:3)の軸
心方向各端部に位置され、り圧ボート1):lと大気解
放ボート1》4とがボートl)1および1】2の間に位
置されている.また,陽IFボート1)1と陰1[ボー
ト1)2と大気解放ボートP4とはそれぞれケース2l
の上壁に形成される一方、与圧ボートl)3のみがケー
ス2lの底壁に形成されている. −L記左右一対のフランジケース部21I3と2lCと
には、回転軸23が回転自在に支持され、この回転軸2
:3にはこれとー・休回転するように、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21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X1と、陽圧ボートPl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25t)、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2コ3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.すなわち一対の弁体部25bと
25c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l2は、回転軸23
すなわち回転子25の回転に応じて、陽71ボート1−
》1が与圧ボート!):3と大気解放ボート1》4とに
対して交互に連通される一方、陰圧ボート1)2も1j
斤ボート1)3と大気解放ボートP4とに対して交!L
に連通される。すなわち、陽圧ボート1》1は、第2図
に示すように弁体部25cによって与圧ボートP:3が
閉じられたときに人気解放ボート1》4に連通され,逆
に弁体部25cによって人気解放ボート1)4が閉じら
れたときにり圧ボート1》3と連通される.同様に、陰
圧ボート1)2は、弁体部25t)によって与圧ボート
i):3が閉じられたときに大気解放ボート1》4と連
通され,逆に第2図に示すように弁体部25bによって
人気解放ボートP4が閉じられたときに与圧ボートP:
{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,り圧ボート1)3(人
気解放ボートP 4 ’)は、陽圧ボト1) l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5〜40H Z程度の範囲、好ましくは10〜3 
0 II Zとされる。
前記振動回路l3には、切換バルブl2側より順次,電
動式若しくは電磁式の開度調整バルブ3l、規制手段3
2が接続されている. 開度調整バルブ3lは,切換バルブ暑2の与圧ボートP
3から規制手段32を経て呼吸系路八に与えられる呼吸
振動(圧力振動)の振幅の大きさを調整するだめのもの
である。開度調整バルブ31としては、圧力伝達系路の
弁開度を調整可能なものであればよいので、既知の各種
形式のバルブを用いることができる。この開度調整バル
ブ31の弁開度調整により、呼吸系路に与えられる呼吸
振動の振動数や平均圧力値を変動させることなく振幅の
大きさのみを調整することができる.したがって、この
間度調整バルブ31の調整によって呼吸容…のみを大小
可変とすることができる.規制手段32は、第5図に示
すように、所定容■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;1目ま,所定容[1【以
上の陽圧あるいは陰7Eが呼吸系路八に作用するのを防
i1=すると共に,可動隔膜34の必要以一Lの膨張を
防11−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13からの
空気との直接の接触を避けるためのもので、極力%.’
j<C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33Δと燕ケース部3 :S Bとの分
割構成として、両ケース部33Δと3 :S 13との
間に1ii動隔膜34の開口端縁部を挟んだ状態で、該
両者;3:3八と3 :3 13とをねじコ35によっ
て固定してある。そして、このような規制f゜段:32
は,患者毎に使い捨て川とするため、振動回路+ 3に
対して着脱自在とされ,このためケース:3;3の各端
部には,7t脱用のねじ?M 3 3 aが形成されて
いる. 11#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41.42、43からの信号およ
びスイッチ44・45・46からの信号が人力される.
センサ4lは,共通回路lに接続されて患者の実際の呼
吸mを計測ずる流11tセンサである。センサ42、4
3は、ブロアl1駆動用のモータl4あるいは切換バル
ブ12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、呼吸系路八に与える呼吸
数《lO〜3 0 H Z )をセットするものである
。スイッチ45は、呼吸系路Aに与える高周波振動のき
ト均圧力の大きさ(大気圧から大気圧より若干大きい範
囲で!!1(段階に設定)をセットするものである.ス
イッチ46は、患者への呼吸容雀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I4、15
(の駆動回路)に対して出力される他、ilq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、・士記制御ユニット【』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はステップな示す. 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においてシスデ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(川のモ
ータ15)が起動され、引続きS 3においてブロアI
i川のモータ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l1の起動に先qっで行
なうことにより、一・時的に陽圧あるいは陰圧のみが呼
吸系路八に作用することが防1!ニされる。したがって
、このような事態をより確実に防l−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。
S 3の後はS4において、各センサあるいはスイッチ
からの信りが読込まれる.この後,センサ42.4:3
の出力状態より5ブロアl1および切換バルブ12が間
追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Y1−.S)、スイッチ44〜46
のセット状態に応じた値となるように.37〜S9での
各制御が行なわれる。ずなわち、S7での切換バルブ1
2の回転数制御(スイッチ44に対応で、呼吸数の制御
)と、S8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での開度調整バルブ31
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、この判別で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Y IE Sのときは.S11において先ずブロア1
−が停1ヒされた後,引続きS12で切換バルブl2が
停lヒされる.+’riI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、S1;3で5報器
47を作動させた後,Sll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lブロア
1l一八と第2ブロアII−[3との2台用いるように
してある.そして、第1ブロア11−Δは、陽圧供給専
用とし(吸込口1 l bは常時人気に解放),また第
2ブロアI I−8は陰圧供給e,v川としてある(吐
出[1 1 1 a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21゛お
よび回転軸23゛を共通とずるも、回転r・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
何するものを用いるようにしてあるゆこの第1回転子2
5−Δは陽圧の供給制御専用とされ、また第2回転子2
5−Bは陰F[供給制御専用とされている.すなわち、
回転子25一Δ(25−13)は,有底円筒状とされて
、その解放[1が陽圧ボートl]llt3圧ボートl〕
2 >に常時連なる。そして、その回転子25−Δ(2
5−13)の側壁に周方向に略璽80度伸びる連通1」
51−A(51−8)を形成して、回転子25−A(2
5−r3)の回転に伴って当該連通口51−Δ(5 1
 − 8)が、ケース2ドに形成した大気解放ボートP
4−A(P4−13)と与圧ボー}P3一Δ( P 3
 − 13 )とに交互に連通される。
勿論、両与圧ボートP:3−ΔとP3−Bとは、最終的
に振動回路l3に連なり,また両連通口51−八と5 
1 − 13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な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−Lりおよび立下りを極
めて素?く行なえるということにつながる。特に、大気
解放ボートP4一Δ、I) 4 − 13をQ ( L
,たときにこの傾向が顕著になる. ここで、上記回転子25−八と25−Bとの回転軸23
′を!j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。
もつとも、第1、第2の各回転子25−Δと25一【3
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)を共通とずることにより、回転子
25−八と2 5 − [3どの位相のつれ発生という
ものを確実に防ILずることができる.同様の観点から
、第1と第2の各ブロア11一八とI + − 13と
の駆動軸52を共通,結果としてその駆動用干一タ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13に印加されてしまうような事態を確実に防
1L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l1aと吸込III
 I l 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
!が設けられる.この調整弁71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I通路53は、第1〜
第3の3つのボート53a、53b、53cをイエし、
第1ボート53aが、連通路6lを介してブロア11の
吸込[11lbに接続されている.また,第2ボート5
3b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−ト53c
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、弁体55によりその開度が調整される. 前記弁体55は、円板状とされて、該弁体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55t)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1)ロ
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1−のような構成において、弁体55が図中−1一方
へ変位するのに伴って、ボート53t)の開度が小さく
なる一方、ボート54bの開度が大きくなる.逆に,弁
体55が図中下方へ変位されると,ボート5 :S b
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53F)の開度が小さくなるのにつれて、ブロア
Itによる切換バルブ12の陰圧ボートl)2に対する
吸引作用が大きくなる。このことは、第6図に示ず平均
圧を下げることになる《脈動の谷を下げる》。ボート5
3bの開度が小さくなるということは、この分ボート5
4t)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l1による切換バルブ12の陽圧
ボト1) Iへの空気押込み作用が弱くなり、+3iJ
記゛1′−均圧を下げることになる(脈動の山を下げる
)。
」−述のように、弁体55を図中−L方へ変位させるこ
とにより,iト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、乎均圧を−L
昇させることになる.なお、絞り56の作用により,ブ
ロアl1の吸引01lb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IF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、可動画膜34《
第5図参照》の−L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。
なお、第8図及び第9図に示す実施例においても、開度
調整バルプ31を振動回路13(切換バルブ!2と規制
千段32との間)に接続することにより,呼吸振動の振
幅、すなわち,呼吸容mを可変とすることができる. また、可変絞り31は、回路璽3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コ31を消i1j
ずるーr=間が省け・ると共に、ブロア1!のバワーを
叶吸回路2,3に伝達ずる効串の向1−の点でも好まし
いものとなる。
さらに,ブロア11の吸込口1lbと切換バルブ12の
ボートP 2との間の系路な,可変絞りを介して大気と
連通させるようにするこどもできる。この場合は,上記
可変絞りの開度調整(O〜1 0 0%》によって,切
換バルブ12のボート1)4の゛ト均圧力《ボート1》
4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》 本発明は以ト.述べたことから明らかなように、呼吸容
;lt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.しかも、呼吸系路に与
えられる呼吸振動の振幅の大きさを開度調整バルブの弁
開度調整によって容易に調整することができるので、呼
吸容量の調整が可能となり、呼吸容+Hの大きな大人か
らlllt吸容量の小さな子供まで広範囲に使用できる
こととなる。
【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:呼吸系路 IS=高周波振動発生装置 11:肺 X:連通空間 ×1=第1分割空間 ×2=第2分割空間 [》l:陽圧ボート 1》2:陰圧ボート r》3: !>圧ボート ■〕4:大気解放ボート 1j二制御ユニット 1:共通回路 2:吸気回路 二S二呼気回路 l:ブロア 2:切換バルブ 3:振動回路 4:そ一タ(ブロア川) 5:モータ(切換バルブ川) 21:ケース 23:回転軸 25:回転子 25a:隔壁部 25b:弁体部 25c:弁休部 12゛ :切換バルブ 21゛ :ケース 23′ 二回転軸 25゛ :回転子 25−Δ:第1回転子 25−B:第2回転子 3l:開度調整バルブ 51−A:連通口 51−B:連通口 N5図 第6図

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、 前記切換バルブと前記呼吸系路との間に接続された開度
    調整バルブと、 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。
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