JPH05237190A

JPH05237190A - 呼吸同調式ガス供給装置

Info

Publication number: JPH05237190A
Application number: JP7914192A
Authority: JP
Inventors: Kazukiyo Takano; 和潔高野
Original assignee: Sanyo Electronic Industries Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electronic Industries Co Ltd
Priority date: 1992-02-29
Filing date: 1992-02-29
Publication date: 1993-09-17

Abstract

(57)【要約】【目的】酸素等のガスを被供給者へ供給する場合に、
該被供給者の呼吸に同調して間歇気流とする呼吸同調式
ガス供給装置において、該ガスを供給するためのカニュ
ーラを、一般の用に供する汎用品が使用でき、かつ、同
調動作の遅れの少ない吹送装置を提供する。【構成】該カニューラの鼻孔部で生ずる呼吸に伴なう
音が、呼気相と吸気相で異なることにもとづいて、これ
を弁別して呼吸信号を得るので、呼吸転換時の時間遅れ
もほとんど無視できる程度に少なくできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、酸素等のガスを被供給
者へ供給する場合に、そのガス流を被供給者の呼吸に同
調して吸気の期間又はその一部分のみ供給するいわゆる
呼吸同調式ガス供給装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、酸素ガスや麻酔ガス等のガスを
患者等（疾病者及び健康人を含む、以下単に患者とい
う）の被供給者に吸入させる装置あるいは方法には、大
別して密閉型と開放型とがある。

【０００３】密閉型は、いわゆる酸素マスクや気管内チ
ューブを使用して、患者の呼吸器系と吹送装置とからな
る呼吸回路系を外気に対して密閉した状態でガスの供給
を行うものである。

【０００４】この密閉型は、高い吸入効率が得られる反
面、患者の生体の口と鼻とを密覆したり、あるいは患者
の気管内に直接気管内チューブ等を挿入することによる
刺激や不快感を伴うという不利な点があるので、主とし
て意識のない重症患者に使用されている。

【０００５】一方開放型は、上述した呼吸回路系を外気
に対して開放した状態でガス供給管の先端、いわゆる鼻
孔部を患者の鼻孔内に挿入してガスの供給を行うもので
ある。

【０００６】この開放型は、前記の密閉型のように患者
に負担をかける刺激や不快感が少ないので、主として自
発呼吸が可能な軽症患者用に使用されている。

【０００７】そして、従来の開放型のガス供給装置ある
いは方法においては、患者の呼吸動作とは無関係に常時
ガスを連続して供給していた。

【０００８】これは、息をはいている呼気相の間もガス
が供給されているので、患者に呼気抵抗感を与え、その
ために不快感をおこさせるとともに、呼気相の期間に供
給されたガスは、ほとんど利用されることなく、無駄に
外気中に放出されていた。

【０００９】これらの欠点を補うために、患者の呼吸に
同調して、吸気相の期間あるいはその一部分のみにガス
を供給するいわゆる呼吸同調式ガス供給装置が発明され
た。

【００１０】その発明においては、呼吸相の検出手段と
して次のようなものがある。その一つは、開放型とは言
え、ガスを吹送している患者の呼吸回路に、呼気、吸気
で生ずる僅かの圧力の変化が生ずる。

【００１１】この僅かの圧力変化を検出して呼吸信号を
得る方法が特開平１−２２１１７に開示されている。

【００１２】また、別の方法では体内の肺で温められた
呼気と、外気が混入して入る吸気との温度差を利用し
て、これらを弁別する方法として、特開昭５９−７７８
６４にサーミスターをガス供給管の鼻孔部に付設して呼
吸信号を検出する方法が開示されている。

【００１３】さらに別の方法として特公平２−１２１１
４には、呼気と吸気の温度差を検出する手段として熱電
対を用いる方法が開示されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】呼吸相の検出手段とし
て、呼気，吸気の温度差を利用する方法は、ガス供給管
の鼻孔部近くにサーミスターや熱電対あるいは、焦電セ
ンサー等の温度センサーを付設して、この温度センサー
で得られた信号を信号用電線により、電気回路のある制
御部へ引いて来なければならない。

【００１５】呼吸動作とは無関係に常時ガスを連続して
供給する方法では、ガスを送気するガス供給管は、カニ
ューラと称し、その鼻孔部を鼻孔内に挿入して、ガスを
吸入するものであるが、このカニューラ１本のみでよか
ったものが、前記の温度センサーによる呼吸信号を検出
する方式では、このカニューラの他に呼吸信号用の電線
も必要になってくるので、その取扱いが不便である。

【００１６】この呼吸信号用の電線を前記のガス供給管
の中に通して、見かけ上カニューラ１本にすることによ
り取扱い性を良くする方法もあるが、この方法は、細い
チューブに電線を通した特殊なカニューラを作る必要が
あり、その価格をいっそう高価にするという問題があっ
た。

【００１７】一般に、このカニューラは、柔軟性のある
合成樹脂のチューブを用いているが、１ヶ月も使用する
と硬さが増し、鼻孔が痛くなるので、交換を必要とする
消耗品であるために、このカニューラの価額が高価であ
れば、患者にいちじるしい経済的負担を負わせることに
なる。

【００１８】また、前述の呼気，吸気の圧力変化を検出
する方法は、開放構造の呼吸回路であるため、呼気相と
吸気相の圧力差は大変小さい微小圧力の変化である。

【００１９】そして、この圧力差の検出部は酸素等のガ
スの供給源近く、すなわち制御部内に微小圧力検出器を
付設することができるので、ガス供給管であるカニュー
ラは、何も特別な設備を必要としないという利点があ
る。

【００２０】その反面、鼻孔内で生ずる呼気相と、吸気
相で発生する圧力変化がガスの流れているカニューラの
チューブ（約２ｍ）を伝わって、制御部の圧力検出器に
伝わるために、僅か（数百ミリセカンド）であるが時間
がかかるという問題があった。

【００２１】この時間は、僅かではあるが、例えば人が
１分間に呼吸する回数は、平常時健康人の平均は約１５
回で、疾病患者や、健康人でも運動すると呼吸数が多く
なり、約２０〜３０回になる。

【００２２】このために吸気は早いときには、１秒〜２
秒に１回であるために数百ミリセカンドのガス供給時間
の遅れは、患者に違和感を与えるとともに、吸気に対す
る酸素ガスの供給がおくれるために肺の深部の肺胞に達
する酸素等のガスの量が少なくなり、ガスの吸入効率も
低下するという問題があった。

【００２３】

【課題を解決するための手段】前述の問題点を解決する
ために、本発明では、ガスの吹送装置の制御部内のガス
の導管を分岐し、その一方にマイクロフォンを付設し、
別の一方は制御部のガスの出口に接続し、カニューラを
接続可能なように構成したものである。

【００２４】このガスの出口に、ガス供給管であるカニ
ューラを接続し、その先端の鼻孔部を鼻孔に挿入して、
ガスを患者が呼吸により吸入するとき、患者は、吸気相
にあっては、カニューラの鼻孔部から出てくるガス（例
えば酸素）と同時に外気を一緒に吸入し、そのガスと空
気とが鼻腔、気管内で混合し、うすめられながら肺胞に
達する。

【００２５】この時、外気は鼻孔と、カニューラの鼻孔
部のチューブとのすき間を流れて吸入される。一方呼気
相にあっては肺内の空気が、同じすき間を通って外向き
に排出される。

【００２６】そして、このすき間で生ずる呼気相と吸気
相では、カニューラの鼻孔部が風切音として発生する音
の音質に相違がある。

【００２７】この点について鋭意研究した結果、これ
は、カニューラの鼻孔部のチューブの開口端に対して、
笛のリードに息を吹付ける形になる呼気相と、その反対
向きに流れる吸気相では、前記の音質に差が生じている
ためであることが判明した。そしてその音質を図示した
ものが図２である。

【００２８】本発明は、この音質の相違を積極的に活用
するものであり、この呼気相と吸気相で音質が相違する
音を、カニューラのチューブによって吹送装置の制御部
に付設したマイクロフォンに導き、この音の音質を検出
して、呼気相および／または吸気相を弁別するように構
成したものである。

【００２９】前記のカニューラのチューブは、聴診器の
チューブの如く良好に音波を伝えることが可能である
し、音の伝達速度は、常温一気圧の静止した大気中では
１秒間に約３４０ｍであり、カニューラのチューブ長は
約２ｍであるから、音がこのチューブ内を伝わる時間
は、約５．８８ミリセカンドである。

【００３０】一方、カニューラのチューブ内を流れるガ
スの流速は、例えば５リットル／分（８３．３ｃｍ³／
秒）のガスが、内径４ｍｍのチューブ内を流れる場合に
は、１秒間に約６．４ｍである。

【００３１】従って、ガスの吹送装置に接続されたカニ
ューラのチューブ内を、この吹送装置から鼻孔部の方へ
流れるガス流に逆らって、鼻孔部で発生した音が伝わる
速度は、１秒間に約３３３．６ｍ（３４０−６．４）と
なり、その伝達時間は、約５．９９ミリセカンド（約６
／１，０００秒）である。

【００３２】この為、呼吸に伴う音質の変化が発生して
から、これを検出するまでの時間遅れが非常に少ないの
で、ガスを送るだけの特別な設備を必要としない安価な
一般のカニューラを使用することができる上に、呼吸相
の検出に伴う時間遅れも、実用上無視できるという作用
効果を生ずるものである。

【００３３】前述の段落番号「００３１」で述べた音が
伝わる時間約５．９９ミリセカンドは、カニューラのチ
ューブ内をガスが５リットル／分で流れている場合、即
ち吸気相から呼気相への転換時のもので、同チューブ内
のガス流が停止している場合、即ち呼気相から吸気相へ
の転換時には、さらに短時間となるので、このチューブ
内を流れるガスの流量は、実用上考慮する必要はなくな
る。

【００３４】鼻孔内に挿入するカニューラの鼻孔部の開
口端で発生する音は、このカニューラを装着する患者の
個人差によっても、多少の周波数や音の大きさが変化す
る。特にこのカニューラの材質や硬度あるいはこの開口
端の形状により、前記の音の音質に変化が生じる。

【００３５】この開口端は、現在一般に多く使用されて
いるカニューラでも、呼気、吸気に伴う音質の違いは、
十分検出可能であるが、より音の発生を容易にするため
に、この開口端に発音手段を付設することも可能であ
る。

【００３６】この発音手段は、呼気、吸気の弁別ができ
れば良い訳であるから、呼気気流を用いて音を発生させ
る方法、または、吸気気流を用いて音を発生させる方
法、あるいは、それらの両方を用いて音を発生させる方
法があるが、これらのいずれの方法であっても良い。

【００３７】カニューラを構成する合成樹脂の一部が、
呼気又は吸気により振動するように、その部分を形成す
るか、あるいは、この発音手段の部分を通過する呼気ま
たは吸気の気流が振動するように形成する。

【００３８】特にその発音手段の形状を一定にすること
により、音の周波数を一定にすることができるので、こ
のようにすることにより、マイクロフォンで音を電気信
号に変換した後に、所望の特性の電気フィルターを入れ
て、呼気相と吸気相で音質が異なることを弁別する機能
を加えることにより良好にすることができる。

【００３９】また、カニューラを装着する患者の脂肪が
付着したり、その他の影響により、カニューラの鼻孔部
の硬度が変化し、呼吸に伴う音質、特に周波数に変化が
生じるので、この電気フィルターのー選択周波数を若干
可変出来ることが望ましい。

【００４０】この電気フィルターの選択周波数帯域幅を
ある程度広くすることにより、上述の選択周波数幅を若
干可変するという必要はなくなるが、この場合には、呼
吸相の弁別能力や雑音排除能力がやや低下することがあ
る。

【００４１】

【実施例】次に、本発明の実施例を図にもとづいて説明
するが、これは、説明用の一例であって、本発明は、こ
の実施例に限定されるものではない。

【００４２】図１は、本発明の構成を示す系統図で、こ
の図において、１２は、ガス供給管で、いわゆるカニュ
ーラである。１０、１０´は、このカニューラの鼻孔部
で、このカニューラを、１６の吹送装置に接続し、この
吹送装置のガス供給口１４にガス（例えば酸素）を供給
し、カニューラを患者が鼻孔に装着して実用に供するよ
うにしたものである。

【００４３】１６の吹送装置は、次のように構成した。
ガス供給口１４に供給されたガスは、制御弁２２を経て
分岐管２６を通して、ガス供給管１２に供給される。

【００４４】このとき、分岐管２６で分岐して分岐管２
７の端にマイクロフォン２４を取付け呼吸に伴う風切音
を電気信号に変換し、電気フィルター１７で呼気相の音
と、吸気相の音を弁別し、さらに増幅器１９で、制御弁
２２が制御可能な電圧まで増幅するものである。

【００４５】図２は、マイクロフォン２４の、呼気相と
吸気相に伴う風切音の信号出力の音質の一例を表わした
ものである。

【００４６】この図２のように、吸気相では、呼気相に
無い音質が含まれるので、電気フィルター１７の電気信
号通過帯域を３２のフィルター帯域の如くすれば、呼気
相と吸気相を弁別することが可能である。

【００４７】本実施例では、電気フィルターで弁別した
吸気相に伴う音による信号、すなわち吸気信号により、
この吸気信号が検出できる期間、制御弁２２を開とし
て、ガスをカニューラの方へ供給するようにした。本実
施例では、前記の電気フィルターは、図２の３２のフィ
ルター帯域を持つものを１箇用いて吸気信号を得たが、
この他にも、図２の３２´のフィルター帯域を持つもの
とを２箇同時に用いて、３２´のフィルターで検出でき
て、３２のフィルターで検出できない場合を呼気相と
し、３２と３２´の両方で検出できる場合を吸気相とす
ることも可能であり、この様にすることにより、弁別能
力のいっそうの向上が期待できる。

【００４８】そしてこの吸気信号が検出できない場合、
即ち呼気相の期間、制御弁２２を閉として、ガスの供給
を停止するものである。

【００４９】このように、吸気信号が検出できない場合
に、制御弁２２を閉とすると、呼気相以外で吸気信号が
検出できない場合、例えば呼吸動作が極めて弱くなった
場合とか、あるいは、呼吸動作が停止した場合等で同調
動作ができない状態が約１０秒間継続した場合には、制
御弁２２を連続開にして、安全性が向上するように制御
器２０で制御することができる構成にした。

【００５０】図３は、カニューラ３４の鼻孔部１０，１
０´にそれぞれ３０，３０´の発音手段として直径約
０．８ｍｍの孔を鼻孔部のそれぞれに４個ずつ付設した
ものである。

【００５１】このようにすることにより、この孔で風切
音が発生し安くなり、また、鼻孔部のそれぞれに４個の
孔があるので、その一部が鼻孔の皮膚に当たっても、十
分その効果を得ることができる。

【００５２】また、この発音手段を、アタッチメント方
式にして、一般のカニューラに取付けて使用することも
可能である。

【００５３】本実施例では、制御弁２２は、吸気相の期
間全て通電してこの弁を開としたが、前記の吸気信号を
微分する等して、吸気の始まりと終わりを分離して、吸
気の始まりに短時間だけ制御信号を出して弁を開とし、
同様に吸気の終わりには、再び短時間だけ制御信号を出
して弁を閉とする無励磁保持式のいわゆるラチェット弁
を用いてガスの供給を制御する方法もあり、この方法
は、吹送装置の消費電力がいっそう少なくなるので、こ
の吹送装置の電源が電池の場合には、特に有効である。

【００５４】本発明の実施に当たっては、次の点に留意
することが必要であった。その１は、患者自身の会話や
咳等により呼吸動作が乱れた場合には、良好に同調しな
いことがある。この点については、従来の技術で述べた
温度センサーや圧力センサーの方式と同様であった。

【００５５】その２として、患者自身の発する音以外に
外部の音の混入がある。例えばラジオやテレビ、あるい
は同室の他人の会話等である。この点は本発明の実施に
当たり、従来のものとは別に留意すべきことであった
が、前述の電気フィルターの特性（周波数帯域幅）を限
定することにより、実用上支障がない程度に改善でき
た。その３として、制御弁２２が作動する瞬間に、この
弁の動作音が発生し、カニューラ３４の鼻孔部の呼吸音
との判別が困難な場合もあるので、本実施例では、、必
要なかったが、前記の弁の動作音の抑止手段、（例え
ば、制御部１８に、制御弁２２が作動すると同時に十数
ミリセカンドの短時間だけマイクロフォン２４からの入
力信号を抑止する等）を設けることが好ましい。

【００５６】

【発明の効果】本発明を実施することにより、開放型の
呼吸同調式ガス供給装置において、ガス供給管であるカ
ニューラが特別な装置がない一般の用に供されるもので
あっても良好に呼吸同調によるガスの制御をすることが
可能である。また、その呼吸相に対応して制御する時間
の遅れも極めて少ないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示す系統図である。

【図２】マイクロフォンの出力の音質を示す呼吸信号音
のスペクトル図である。

【図３】カニューラの鼻孔部に、呼吸相に伴う風切音が
発生しやすいように、発音手段を付設した一例を示すも
ので、カニューラの鼻孔部の概要斜視図である。

【符号の説明】

１０鼻孔部１０´鼻孔部１２ガス供給管１４ガス供給口１６吹送装置１７電気フィルター１８制御部１９増幅器２０制御器２１電池２２制御弁２４マイクロフォン２６分岐管２８呼気３０吸気３２フィルター帯域（１）３２´フィルター帯域（２）３４カニューラ３６発音手段３６´発音手段

【手続補正書】

【提出日】平成４年５月１３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】

【考案が解決しようとする課題】その発明においては、
呼吸相の検出手段として次のようなものがある。その一
つは、開放型とは言え、ガスを吹送している患者の呼吸
回路に、呼気、吸気で僅かの圧力変化が生ずる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３８】特にその発音手段の形状を一定にすること
により、音の周波数を一定にすることができるので、こ
のようにすることにより、マイクロフォンで音を電気信
号に変換した後に、所望の特性の電気フィルターを入れ
て、呼気相と吸気相で音質が異なることを弁別する機能
をより良好にすることができる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５１】このようにすることにより、この孔で風切
音が発生し易くなり、また、鼻孔部のそれぞれに４個の
孔があるので、その一部が鼻孔の皮膚に当たっても、十
分その効果を得ることができる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】符号の説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【符号の説明】１０鼻孔部１０´鼻孔部１２ガス供給管１４ガス供給口１６吹送装置１７電気フィルター１９増幅器２０制御器２１電池２２制御弁２４マイクロフォン２６分岐管２８呼気３０吸気３２フィルター帯域（１）３２´フィルター帯域（２）３４カニューラ３６発音手段３６´発音手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸素等のガスを被供給者へ供給する場合
に、該被供給者の呼気および／または吸気に同調して断
続的な間歇流とする呼吸同調式ガス供給装置において、
呼気相および／または吸気相を検出する手段が、該ガス
を被供給者の鼻孔へ供給するガス供給管の鼻孔部の開口
端で発生する音の音質が、呼気相と吸気相でそれぞれ異
なることにもとづいて、呼気相あるいは吸気相への転換
タイミングとして弁別した信号を用いて、該ガスの供給
を制御することを特徴とする呼吸同調式ガス供給装置。
【請求項２】ガスを被供給者の鼻孔へ供給するガス供
給管の鼻孔部の開口端に、発音手段を付設したことを特
徴とする請求項１記載の呼吸同調式ガス供給装置。
【請求項３】ガスを被供給者の鼻孔へ供給するガス供
給管の鼻孔部の開口端の音の伝達手段が、該ガス供給管
自体であることを特徴とする請求項１または請求項２記
載の呼吸同調式ガス供給装置。