JPH066802Y2

JPH066802Y2 - 呼吸センサー

Info

Publication number: JPH066802Y2
Application number: JP450489U
Authority: JP
Inventors: 直彦井上; 和彦屋ヶ田; 康夫野口
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1989-01-20
Filing date: 1989-01-20
Publication date: 1994-02-23
Anticipated expiration: 2004-01-20
Also published as: JPH02141411U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は、鼻孔内もしくは鼻孔近傍における呼気と吸気
の温度差を検出し、呼吸の有無、呼吸数、呼気相から吸
気相への移行時期等を検出する呼吸センサーに関するも
のである。

〔従来の技術〕

手術後の呼吸管理や新生児の生命維持等において、何ら
かの手段で呼吸をセンシングしその様相を監視する事
は、異常事態の発生に対する迅速な対処、ひいては患者
の生存という事項に関して最も重要な役割を果すもので
ある。

この呼吸をセンシングする手段としては、従来、胸部の
インピーダンスを測定するもの、胸帯に付属した電気抵
抗体の伸縮による抵抗値変化を測定するもの、呼吸気流
の圧力を検知するもの、呼吸音をマイクで検出するも
の、呼気と吸気の湿度変化や温度変化を検出するもの等
が知られている。しかし、こうした従来の呼吸を検知す
る手段は、呼吸の有無、呼吸波形、またある種のものは
呼吸流量を測定する場合には有効であるが例えば、筋ジ
ストロフィー等の神経筋疾患患者や慢性呼吸不全患者の
呼吸補助を行う場合のように、呼吸を補助するタイミン
グ、すなわち患者が息を吸いたいと思った時に空気また
は酸素を送り込むトリガーとしては、その呼吸が微弱な
ために感知できないか、または呼吸に関係ない信号（体
動、電磁干渉等）の影響が大きく、結果として誤動作を
起すことがしばしばあった。

そこで本考案者らは、呼吸気流の通路内に焦電素子を配
設し、該焦電素子により該通路内の温度変化を検出し、
該焦電素子を含む電気回路から得られる該温度変化に対
応する電気信号の微分波形により、呼気および吸気の開
始時期を知ることを特徴とする呼吸センサーの発明をな
し特開昭63-11133号公報に開示した。またさらに、この
呼吸センサーに、導電体材料の層で囲んで外部からの電
磁波によるノイズを遮断する等の改良を加え、人工呼吸
器として完成させ、特開昭63-45941号に開示した。

以下、図面を基に焦電センサーを用いた従来の呼吸セン
サーについて説明する。

第３図は従来の呼吸センサーの焦電素子を組込んだ鼻孔
装着部を示す。鼻孔装着部は、主管部(41)の側面に２つ
の鼻孔挿入管(42)を設け、その反対側の面に呼吸気流の
通路となる窓(46)を設けると共に、両端に酸素ガス等を
供給するためのチューブ(43)を接続したもので、その内
部には、呼気検出用焦電素子(37)および呼気検出用焦電
素子(38)をはじめとする各部品を搭載した回路基板(44)
が収納されている。回路基板(44)上には第４図に示す回
路を、それぞれ呼気検出用と吸気検出用に２回路を構成
し、焦電素子(37)(38)以外、外気または呼気の影響を受
けない様にエポキシ系液状封止樹脂(45)で封止されてい
る。これを患者の鼻孔に装着することにより鼻カニュー
ラ型とし酸素吸入を行いながら呼吸の補助が出来る様に
なっている。

次に、第４図は、従来の呼吸センサーの電気回路の一例
を示す回路図である。温度変化によって焦電素子(31)上
に生じる電荷は、その素子の静電容量、抵抗、焦電率等
の電気的性質や、大きさ、温度変化の速度等によって左
右され、一般にそのインピーダンスは、１０^８〜１０
^１１Ωと高くこのままでは、検出することはできない。
そこで、インピーダンスを変換する電解効果型トランジ
スタ(32)でインピーダンスを低下させている。その出力
インピーダンスは、出力抵抗(34)によって決定されるが
通常１０^３〜１０^５Ω程度としている。

ゲート抵抗(36)は、電解効果型トランジスタ(32)のバイ
アスを安定させるものである。また、直流電源(33)は、
該回路を駆動するための電源である。このような呼気用
及び吸気用の２つの回路を１つの主管部(41)内に載せて
いるため電解効果型トランジスタ(32)のバイアスのバラ
ツキが問題となってくる。電解効果型トランジスタ(32)
のバイアスが個々の呼吸センサーによってばらつくとい
うことは、図示してないが本体装置の方で得られる呼吸
信号のレベルが呼吸センサーを交換するたびにばらつく
ことになり、呼気及び吸気の開始点を得るためのスレッ
シュホールドレベルを毎回調整する必要が出てくる。

第５図は吸気側の出力波形であり、プラス側に出る信号
が吸気信号(47)、マイナス側に出る信号が呼気信号(48)
である。

第６図は、呼気側の出力波形であり、プラス側に出る信
号が吸気信号(49)、マイナス側に出る信号が呼気信号(5
0)である。呼気側で呼気信号(50)を表現するためには、
電解効果型トランジスタでバイアスをかけねばならなか
った。バイアスをかけてマイナス側を表現することにな
り、全体のレンジが必要のない信号、つまり吸気側の呼
気信号(47)まで表現することになり、測定レンジが少な
くなるため、スレッシュホールドレベル(51),(52)がか
けにくくなり、誤動作の原因となる欠点がある。

また、呼気、吸気の微弱な患者等のことを考慮して、出
力信号を増幅させる必要があるが、電解効果型トランジ
スタでバイアスをかけるレベルに限度があるため増幅率
にも限度があり、呼気、吸気の微弱な患者への適用は難
しかった。

〔考案が解決しようとする課題〕

本考案は、こうした誤動作を回避し、呼吸の減弱した患
者でもその呼気、吸気を正確に検知することが出来、呼
気側センサー出力を逆転させることによってバイアスを
かける必要性をなくし、増幅率を呼気、吸気の微弱な患
者でも適用出来るレベルまで上げることにより、確実
な、呼気、吸気信号を得られる呼吸センサーを提供する
ものである。

〔課題を解決するための手段〕

即ち本考案は、呼吸気流の通路内に各々を独立した２個
の焦電素子を配設し、該通路内の温度変化を検出し、該
焦電素子を含む電気回路から得られる該温度変化に対応
する電気信号の微分波形により、呼気及び吸気の開始時
期を知る呼吸センサーにおいて、呼気側もしくは吸気側
の焦電素子の極性を逆転させて、吸気側もしくは呼気側
の出力信号を逆転させたことを特徴とする呼吸センサー
である。

以下、本考案について図面を基に詳述する。

第１図は、本発明による呼吸センサーの呼気側および吸
気側の電気回路の一例を示す回路図である。

温度変化によって焦電素子（１）上に生じる電荷は、そ
の素子の静電容量、抵抗、焦電率等によって左右される
が、一般にそのインピーダンスは、１０^８〜１０^１１と
高く、このままで検出するバッファ−アンプ回路を内蔵
したレコーダーを使用するか、または、電解効果型トラ
ンジスタ（２）でインピーダンスを低下させる。

その出力インピーダンスは、出力抵抗（４）によって決
定されるのが望ましい。コンデンサ（５）は、得られた
信号の高周波成分、すなわち周波数成分０のものをカッ
トすることができ、出力信号のマイナス側は表現しなく
なる。コンデンサ（５）を入れることによって出力信号
のベースラインは常に０となる。また、出力信号に含ま
れるノイズ成分を除きシャープな信号波形が得られる
が、コンデンサ容量をあまり大きくすると信号波形まで
カットすることになるので、コンデンサ容量は適切なも
のを選定する必要がある。通常0.1〜100μＦ程度であり
望ましくは、５〜５０μＦ程度である。

一方、第１図に示したように焦電素子（１）に電解効果
型トランジスタ（２）および出力抵抗（４）を組合せて
用いる場合、各素子間を結ぶリード線がアンテナの動き
をして外部からのノイズが入りやすくなることが予想さ
れるが、焦電素子（１）、電解効果型トランジスタ
（２）および出力抵抗（６）を１つにまとめることによ
って、外部からのノイズの影響は殆ど無視することがで
きる。

〔作用〕

ここで、本考案の一実施例である焦電素子（１）の極性
逆転について説明する。呼吸センサー回路に直列に入っ
ている焦電素子の正負を逆に接続することにより、得ら
れる出力信号も正負逆となり出力される。

第２図は、呼気、吸気の信号出力の波形を示す図であ
る。

(a),(b)は従来の呼吸センサーの出力波形であり、(a)が
吸気側の出力波形である。バイアスをかけてベースを上
げており、ベース(11)より上の信号が吸気信号(12)、ベ
ース(11)より下の信号が呼気信号(13)である。

(c),(d)は呼気側の焦電素子を正負逆に接続した時に得
られる波形であり、(c)の吸気側は(a)と変わらないが、
(d)の呼気側は(b)と逆の波形となる。(c)の吸気側では
吸気信号(16)がベース(11)より上側に表現され、(d)の
呼気側では呼気信号(18)がベース(11)より上側に表現さ
れており、ベース(11)より下側は不要の信号となりバイ
アスをかける必要もなくなる。

次に、(e),(f)は(c),(d)のセンサー回路にコンデンサを
入れ、周波数０の成分をカットしたものである。つまり
ベースを０にし、ベースより下側は、表現しない様にし
た波形である。つまり、(e)の吸気側では吸気信号(21)
以外は表現しないし、(f)の呼気側では呼気信号(22)し
か表現しないため、呼気、及び吸気信号を確実に得るこ
とができる。

(g),(h)は(e),(f)の信号を増幅したものである。(a),
(b)及び(c),(d)で信号を増幅させると、バイアスで上げ
ているベース(11)まで増幅されるため、信号波形がこの
レンジでは表現出来ないことがあったが、(g),(h)では
コンデンサによりベース(20)を０としているため、得た
い信号、すなわち吸気信号(23)及び呼気信号(24)だけが
増幅され、呼吸が非常に微弱な患者の呼吸検出も行える
様になった。

〔考案の効果〕

本考案に従うと、従来、呼吸の微弱な患者等には、出力
信号が小さいため誤動作を行う等正確に呼気、吸気信号
を得ることが難しかったものを、呼気もしくは吸気側の
出力信号を逆転させ、コンデンサを入れることにより、
ベースより下側の信号をカットして増幅することによ
り、検出レベル以上の呼気及び吸気信号を得られるよう
になるため、確実な呼気、吸気の区別が可能で、また、
呼吸の微弱な患者に対しても十分適用出来る呼吸センサ
ーである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の一実施例となる呼吸センサーの呼気
および吸気側の電気回路図である。第２図は、本考案に
よって得られる信号出力と従来の信号出力との比較を示
す図で、(a),(c),(e),(g)は吸気側波形で、(b),(d),
(f),(h)は呼気側波形である。第３図は、従来の呼吸センサーの焦電素子を組込んだ鼻
孔装着部を示す図で、(a)は正面図、(b)は横断面図、
(c)は背面図である。第４図は、従来の呼吸センサーの
電気回路の一例を示す回路図で、第５図及び第６図は、
従来の呼吸センサーの出力波形である。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】呼吸気流の通路内に各々独立した２個の焦
電素子を配設し、該通路内の温度変化を検出し、該焦電
素子を含む電気回路から得られる該温度変化に対応する
電気信号の微分波形により、呼吸及び吸気の開始時期を
知る呼吸センサーにおいて、呼気側もしくは吸気側の焦
電素子の極性を逆転させて、吸気側もしくは呼吸側の出
力信号を逆転させたことを特徴とする呼吸センサー。
【請求項２】請求項(1)記載の呼吸センサーにおいて、
呼気、吸気の信号出力に直列に容量0.1〜100μＦのコン
デンサを挿入したことを特徴とする呼吸センサー。