JPH10500347A - ベンチレータ用ガス混合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ガス混合装置（１０）は、近似的に周囲の大気圧で混合するための呼吸ガスの成分を与え、周囲の大気圧で空気と混合するために、選択したガスの圧力を近似的に周囲の大気圧へと調整する。ガス混合装置（１０）は、ポンプ・チャンバ（１２）内に配列されるピストン（２６）を含む。流量制限入口（２６）が、酸素のような第１の選択されたガスの導入を制御し、空気のような第２の選択されたガスと混合する。第１の選択されたガスの圧力は、許容可能な最大圧力に制限され、周囲の圧力で混合するための第１の選択されたガスを入れることを可能にするバルブ（５４）が故障しても、呼吸ガスが過度の圧力で与えられない。デマンドバルブ（６８）が、混合の前に供給される第１の選択されたガスの圧力を低減するために設けられるが、圧力センサ（７４）が、デマンドバルブ（６８）の故障を検出するために、デマンドバルブ（６８）の下流に設けられ、第１の選択されたガスの供給を遮断し、過度の圧力を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】 ベンチレータ用ガス混合装置 発明の背景 技術分野 本発明は一般的に、患者の肺を排気するための呼吸ガスを混合するための装置 に関し、特に、ピストンタイプのベンチレータとともに使用するのに適された、 コンプレッサを必要としない、大気圧またはそれに近い圧力でベンチレータのピ ストン・チャンバにガスを送り出すための装置、およびベンチレータのピストン ・チャンバに供給される酸素のピーク流量を制眼するための方法に関する。 関連技術の説明 医療用ベンチレータは、患者が自ら十分な呼吸をすることができないときに、 患者の呼吸を補助するために患者の肺を呼吸ガスで排気するために設計される。 従来技術のベンチレータ・システムは、患者に対して、患者がすでに吸気活動を 始めたとき、圧力補助を行うものである。このようなベンチレータは、患者の肺 に呼吸ガスを流すことを補助するために患者の気道における呼吸ガスの圧力を高 めることを行い、これにより、患者による吸気労力が軽減される。従来の圧力制 御ベンチレータ・シ ステムは、目標の圧力に達したとき、またはこの目標圧力から特定の遅延の後に 、呼吸ガス流を終了させるガス流制御方策を実行する。 しかし、このような制御方策は、特に、目標の圧力が検知された後に、または 特定の経過時間の後に、圧力の減少に対応した時間遅延があるために、高圧ガス が呼吸ガス混合のために使用されときに、患者の肺に過度の圧力をかけることに なる。過度の圧力が続くと、患者の肺は、呼吸サイクルの重要な部分に対して過 度の圧力に従うことになる。このことが生じた後に、過度の圧力が例えば、最近 胸部または腹部の手術を受けた患者の縫合や血管を引き裂き得るので、肺の所望 の圧力以上になることで、患者が危険になるという可能性がある。同様に、喘息 または気腫の患者のようなひ弱または虚弱な患者もまた、気道圧力が過度となる と危険になる。 ベローズおよびピストンタイプのベンチレータは、患者による吸気活動の開始 に応答した所望の圧力で呼吸ガスの所望の容積を送り出す。ピストン式のベンチ レータは典型的に、ベローズ式のベンチレータよりもコンパクトに作ることがで きるが、しかし、ピストン式ベンチレータは典型的に、高圧混合機で加圧された 空気と酸素を混合する。生じた混合物は、混合物の圧力を減少させるバルブを通 してピストンに引き込まれる。このような装置は、典型的に室内の空気および加 圧酸素を使用でき ず、高圧混合機への呼吸ガス成分の一つの導入を制御する高圧ガス送り出し弁が 故障した場合、過度の圧力の危険性を生じさせる。 たとえば、当業者に公知のピストンに基づいたベンチレータは、呼吸ガス（ピ ストン・チャンバで混合される）の送り出しのために、低慣性、および低摩擦抵 抗のローリング・シール・ピストンを使用する。ピストン・チャンバで呼吸ガス を混合するために、ピストン・チャンバは患者の気道に連結された出口および入 口を有し、その入口は、呼吸サイクルの呼気相の間にピストン・チャンバ内に空 気を入れることを可能にする一方向バルブを有する。ピストン・チャンバへのこ の入口はソレノイドバルブにより制御されるが、ピストン・チャンバへの所望の ガスの混合物の導入を可能にする。ガスの混合物を導入するためのソレノイドバ ルブは、ピストンが基底位置に往復的に移動するとき、呼気作用する間、開く。 吸い込まれたガスの酸素内容はまた、他の入口を通るピストン・チャンバへの酸 素の連続流を可能にすることにより強められる。 ベンチレータ用の他のガス混合機において、両端部ポペットは一定の流量比を 維持すべく、同時に両バルブを開閉するために二つのバルブシートと協働する。 しかし、両者の場合に、混合ガスは高圧で供給される。高圧の酸素または空気の 導入を制御するバルブが故障する と、呼吸ガスが過度の圧力で患者に供給されることになる。ベンチレータのガス 送り出しシリンダーにいろいろなガスを導入するこのようなシステムで、ガスの 混合が不完全になり、したがって所望以上に低い濃度の酸素が患者へ送り出され る結果となる。 したがって、酸素や空気のような混合のための呼吸ガスの成分をほぼ周囲圧で 提供することが望ましい。このような装置の利点は、加圧ガスを供給するための コンプレッサ装置を設ける必要性がなく、空気を周囲圧から容易に供給できるこ とである。周囲圧の酸素と混合するために、酸素のような選択されたガスの圧力 をほぼ周囲圧に調節することが望ましい。周囲圧の空気と混合されるべき選択さ れたガスの圧力を許容可能な最大圧力に制限することが更に望ましく、その結果 混合のために周囲圧で選択されたガスを流入できるようにするバルブが故障して も、呼吸ガスは過度の圧力にはならない。選択されたガスを、ベンチレータのガ ス送り出しシリンダに所望に連続して導入することができるガス混合装置を提供 することが望ましい。本発明はこれら条件を満たす。 発明の要約 簡潔にいうと、本発明は、ほぼ周囲圧である大気圧で混合するための呼吸ガス の成分を与え、選択されたガスの圧力をほぼ周囲圧に調節し、周囲圧で空気と混 合する ための、ベンチレータ・システム用ガス混合装置に関する。ガス混合装置は、選 択されたガスの圧力を許容可能な最大圧力に限定し、その結果バルブが選択され たガスを周囲圧で混合することができなくとも、呼吸ガスは過度の圧力で提供さ れることがない。 一つの好適実施例において、ガス混合装置は定積ピストン・チャンバーから成 り、そのピストン・チャンバの第1の送り出し部分が、混合ガスを受け入れるた めの入口と、呼吸サイクルの吸気部分の間に患者の気道に混合ガスを送り出すた めの出口を有する。往復動ピストンが、ピストン・チャンバ内に配置され、ピス トン・チャンバの第1のガス送り出し部分の伸長位置とピストン・チャンバの第2 の部分の収縮位置との間を移動可能となる。伸長位置と収縮位置との間をピスト ンを移動させる手段が設けられ、本発明の好適な態様において、リザーバが酸素 のような選択されたガスを空気と混合するための混合チャンバーを備える一方で 、他の好適実施例において、選択されたガスがピストン・チャンバの混合チャン バ内で混合される。 各実施例において、混合チャンバは好適に、大気に開放された空気入口、およ び選択されたガスを混合チャンバに入ることを可能にする流量制限入口を有する 。本発明の好適な一対応において、流量制限入口は、混合チャンバへの選択され たガスの最大流量を可能にする音速オ リフィスおよびレギュレータから成る。選択されたガス源が選択されたガスを混 合チャンバに供給するため設けられ、バルブ手段が、混合チャンバへの選択され たガス流を調節するための、ガス源と混合チャンバとに流体連通的に設けられて いる。ガス混合ガス装置もまた、好適に、混合ガスにおける選択されたガスの選 択された割合を得るために、呼吸サイクルの間の全時間間隔の間の呼吸サイクル の少なくとも一部の間の、少なくとも一時間間隔の間に、選択されたガスを混合 チャンバに入れることを可能にするために、バルブ手段を制御するための制御手 段を含む。 第1の好適実施例において、混合チャンバはピストン・チャンバの入口と流体 連通的に接続される少なくとも一つのリザーバを有し、他の好適実施例において 、混合チャンバは、ピストン・チャンバの入口と直列に流体連通的に接続される 複数の、リザーバまたはリザーバ・チャンバを有する。他の実施例において、混 合チャンバは、ピストンとピストン・チャンバの第2の側面との間のピストン・ チャンバのガス混合部分から成る。 本発明の他の好適な態様において、空気が周囲圧で供給されるが、選択された ガスは大気圧より高い圧力で供給され、ガス混合装置はさらに、供給された選択 されたガス圧を大気圧に減少させるためのデマンドバルブを含む。圧力センサー が選択されたガスの低供給を検知する ために、デマンドバルブの上流に設けられ、圧力センサーが好適に、デマンドバ ルブの故障を検出するためにデマンドバルブの下流に設けられ、デマンドバルブ の故障が検出される時に、故障信号を発生する。下流にある圧力センサーの故障 信号に応答するデマンドバルブの上流にあるソレノイドバルブが選択されたガス の供給を遮断するために設けられ、過度の圧力に形成された選択ガスが、混合チ ャンバに到達することおよび患者の気道を過度に加圧することを防止する。 本発明はまた、呼吸サイクルの吸気部分の間に呼吸ガスを患者の気道に供給す るために使用されるベンチレータのためのガス混合方法を提供する。本発明にし たがった好適な方法において、選択されたガスの供給流量が、第2の選択された ガスと混合するために与えられる。ピストンが、混合ガスの流量をピストン・チ ャンバのガス送り出し部分から患者の気道に送り出すために伸長位置に移動し、 混合ガスをピストン・チャンバのガス送り出し部分に引き入れるために収縮位置 に移動する。第1の選択されたガスの供給流量は、混合ガスにおける第1の選択さ れたガスの選択された割合を得るために、呼吸サイクルの間の時間間隔の少なく とも一間隔の間、および呼吸サイクルの間の全時間間隔の間に第1の選択された ガスが混合することを可能にするために制御を受ける。 本発明の方法の一好適実施例は、ピストンの収縮の間 にガスの混合を可能にすることに関する。本発明の他の好適実施例は混合ガスを 患者の気道に送り出すためにピストンの伸長の間にガスの混合を可能にすること に関する。本発明の他の好適実施例において、選択されたガスおよび空気をガス 送り出しチャンバに導入することが、混合サイクルにおいて連続し、選択された ガスのパルスの後に空気のパルスが続き、患者への送り出しのために、選択され たガスおよび空気の十分な混合が確実なものとなる。 上記から、本発明が、ピストンタイプのベンチレータにより排気される患者に 対して、混合呼吸ガスを与える改良された方法および装置を提供する。本発明の これらおよび他の態様、ならびに利点は、以下の詳細な説明、および本発明の特 徴を例示する添付図面から明になろう。 図面の簡単な説明 図１はガス混合チャンバが一つのリザーバである本発明のガス混合装置の第1 の好適な実施例の略示図である。 図２はガス混合チャンバが複数のリザーバである本発明のガス混合装置の他の 好適な実施例の略示図である。 図３は本発明のガス混合装置の、選択されたガス供給の供給圧の調整手段の略 示図である。 図４は、本発明のガス混合装置の他の好適実施例の略示図であり、ガス混合チ ャンバが、ピストン・チャンバに組み入れられているところを示す。 図５は、本発明のガス混合装置の他の好適実施例を示し、選択されたガス及び 空気が、ガス混合チャンバへのマニホルドに導入されるところを示す。 最良の形態の詳細な説明 ベンチレータシステムは、目標の圧力が達成されたときに圧縮された呼吸ガス 流を終了するか、又は他の終了基準が満たされて、患者が呼吸を開始するとき、 上昇した圧力下で呼吸ガスを患者に与える。しかし、高圧ガスが呼吸ガス混合物 を混合するために使用されると、患者が危険な高圧で呼吸ガスを受けてしまうこ とがある。ピストン式のベンチレータは、典型的に、高圧混合機で圧縮された空 気と酸素とを混合するが、高圧混合機への呼吸ガス成分の一方の導入を制御する 高圧ガス送り出しバルブ、又はシリンダへの低圧ガスの導入を制御する装置の故 障により過度に圧縮されてしまう。ガス混合装置は、特に、大気圧又は大気圧付 近でピストン・チャンバにガスを送る出すためのピストン型ベンチレータに適し ている。本発明の方法では、混合チャンバへの選択されたガスの供給流は、呼吸 サイクル中の少なくとも1つの時間間隔の間、又は、呼吸サイクル中の全時間、 選択さ れたガスが混合チャンバに入れられることが可能となるように制御され、混合ガ ス中の選択されたガスの選択された割合を得る。混合サイクルにおいてガス送り 出しチャンバへと選択されたガス及び空気のパルスを継続的に導入することによ って、選択されたガス及び空気の適当な混合が容易に行うことができる。 図示のように、本発明は、近似的に周囲の大気圧で、呼吸ガスの成分を混合す るためのベンチレータ・システム用ガス混合装置である。呼吸ガス中に混合され る選択されたガスの圧力は、約14.7psigに調整される。また、選択されたガスの 圧力は、許容可能な最大圧力に制眼され、選択されたガスを周囲圧で入れること を可能とするためのバルブが故障しても、呼吸ガスが過度の圧力で与えられるこ とがない。 図１の第1の実施例では、ガス混合装置10は、混合ガスを受けるための入口16 と、呼吸サイクルの呼吸部分中に混合ガスを患者の気道20に送るための出口18と を有する第1のガス送り出し部分14を有する定積ピストン・チャンバ12を含む。 この入口は、混合ガスをピストン・チャンバへと一方向に流すためのチェックバ ルブ22を含み、また、出口も同様に、混合ガスを患者の気道へと一方向に流すた めのチェックバルブ24を含む。往復運動ピストン26が、ラック・ピニオン・モー タ（図示せず）のような、ピストンを移動させるための手段に接続された ピストン・ロッド28に取り付けられ、ピストン・チャンバ内に配列され、ピスト ン・チャンバの第1のガス送り出し部分14の伸張部分30と、ピストン・チャンバ の第1のガス送り出し部分14からピストンの側の反対側のピストン・チャンバの 第2の部分34の収縮部分32との間で移動可能となっている。ピストン・チャンバ の第2の部分34は、好適に、排気口36及びフィルタ38を含み、大気に開いている 。 ガス混合装置はまた、ガス混合チャンバ手段39を含み、第1の好適実施例では 、選択されたガスと空気とを混合するためのリザーバ（reservoir）又はリザー バ・チャンバ40から成り、少なくとも1個のリザーバが典型的にフィルタを設け た空気入口42を有し、周囲の大気に開き、空気をリザーバに入れることができる 。図１に示すように、リザーバ40は、以下で説明するように、ピストン・チャン バの入口16に流体連通的に接続される。変形例として、図２に示すように、図１ に示す他のものについては実質的に同様であるが、多数のリザーバが並列に接続 されるが、リザーバは、ピストン・チャンバの入口16に流体連通的に直列に接続 された複数のリザーバ又はリザーバ・チャンバ40から成る。 リザーバはまた、好適に、選択されたガスをリザーバに流れこむことができる 流量の制眼入口46を含む。この流量制眼入口は、好適に、選択されたガスの最大 流量を リザーバへ流すことを許容する音速流制眼オリフィス48から成り、下流に対する 上流の圧力の割合が典型的に約2以上にされる。この音速流制限オリフィスは、 一般に知られた型のオリフィスであり、下流の圧力が変化してもオリフィスの上 流を一定の流量にして、オリフィスを通過する流体の流速を流体中の音速以下に 制眼する。酸素の流量が、都合良く、音速流制眼オリフィスによって絶対最大値 に制限される。 また、例えば、選択されたガスの流れをリザーバに供給するための、圧縮され た酸素のタンクのような、選択されたガスのガス源50が設けられる。ガス圧調整 手段52が、好適に、高圧ガス源50に流体連通的に接続され、以下で説明するよう に、選択されたガスのガス源から供給されたガスの圧力を調整する。ソレノイド バルブのような、リザーバへの選択されたガスの流れを制御するためのバルブ手 段54が、ガス圧調整手段52とリザーバへの流量制限入口46との間に流体連通的に 設けられる。このバルブ手段は、開位置と閉位置との間で切り替え可能であり、 開位置のとき、選択されたガスがリザーバへ流れ、閉位置のとき、選択されたガ スはリザーバへ流れない。また、患者呼吸サイクルをモニタするためのセンサ（ 図示せず）に典型的に接続される制御ユニット58が設けられ、バルブ手段54を制 御して、全時間の呼吸サイクルの少なくとも一部分の間の少なくとも１つの時間 間隔中 に、選択されたガスをリザーバに入れることができ、典型的に、制御ユニットを 介して予め設定又は選択された混合ガスにおける選択されたガスの選択された割 合が得られる。 また、リザーバは、コンジット61を通じてピストン・チャンバに流体連通的に 接続する出口60を含み、ピストン・チャンバのピストンを伸張してガスを患者の 気道へ送った後、リザーバからピストン・チャンバへと混合ガスが流れ込み、ピ ストンが戻って、患者の息の吐き出し中にピストンが収縮位置へと移動する。ソ レノイドバルブは典型的に、ピストン・チャンバに供給される混合ガスでの酸素 の所望の割合を供給するのに十分な時間の間、開く。開放状態に切り替えたソレ ノイドバルブの時間がピストンを収縮する100％の時間であり、この時間でリザ ーバ手段がガスで満たされ、100％の酸素を発生する。ソレノイドバルブが収縮 時間の25％だけ開放状態に切り替えられた場合、混合物が、約41％濃度の酸素を 有して発生される。選択されたガスの濃度は、圧力センサでの大気圧変化を感知 することによって修正され、マイクロプロセッサが、例えば、圧力センサからの 信号に応答してソレノイドバルブを開放状態に切り替える時間を調節する。ピス トン・チャンバでの往復運動ピストンの移動は、制御ユニットによって制御され 、所望の圧力で所望の体積の混合ガスの量を患者に送る。 選択されたガスのための流量制眼入口を使用することによって、リザーバへの 選択されたガスの供給量を制御するソレノイドバルブが故障し、開されたままに なってしまった場合、選択されたガスは、流量制眼入口によって許容される最大 量でリザーバへと流入する。過度の流入は、リザーバ手段の排気口42を通じて大 気へと戻され、排気されるので、このような故障が、患者に適用される圧力を過 度にする原因にならない。ソレノイドバルブが閉じたままになってしまった場合 、選択されたガスの供給がないが、患者は、室内の空気で換気される。いずれの 場合でも、混合呼吸ガスの選択されたガスの濃度のセンサ62が、例えばリザーバ 又は患者の気道に設けられ、アラーム64を動作して、オペレータに警告し、問題 を修正する。 ピストンの収縮中（典型的に、患者が息を吐き出す間）、リザーバ・チャンバ の圧力は、ほぼ大気圧である。以下で説明するように、14.7psigの上流ガス供給 ゲージ圧が2対1の割合の絶対圧力値を与え、確実に音速流条件が満たされる。シ ステムでの圧力降下を考え、圧力レギュレータが設置され、ガス源の出力が約28 .5psigに制御され、全ての大気条件で、確実に上流の要件の14.7psigが満たされ る。また、大気圧センサ手段66が設けられ、制御ユニットに接続され、実際の周 囲の大気圧がモニタされ、選択されたガスをリザーバ手段に流入さ せるための全時間が調節され、混合ガスにおける選択されたガスの選択された割 合が得られる。 図３に示すように、この目的のために設けた圧力調整手段52は、第1の好適実 施例では、ガス源50から大気へ供給される選択されたガスの圧力を低減させるた めのデマンドバルブ68を用いる。選択されたガスは典型的に酸素であり、約200 バールの圧力でガス源タンクに貯蔵され、約30−100ｐｓｉの出力でガス源タン クに接続された圧力レギュレータ70を通じて供給される。供給圧力が約30psig以 下に降下するとトリガーされる圧力感知スイッチのような圧力センサ72が、デマ ンドバルブの上流のデマンドバルブと圧力レギュレータ70との間に配置され、ア ラーム73のような低酸素供給の信号を発信する。ガス圧が約30ｃｍＨ₂Ｏ以上に 上昇したときにトリガーされる圧力スイッチのような他の圧力センサ74がデマン ドバルブの下流に配置され、デマンドバルブの開の故障を検出する。このデマン ドバルブモニタ圧力センサ74は、リザーバへの選択されたガスの供給ラインに配 置されたソレノイドバルブ76に制御手段を介して接続され、シリンダへの流れを 調整する。デマンドバルブの故障がこのセンサによって検出されると、デマンド バルブ圧力センサ74が、典型的にデマンドバルブの上流のソレノイドバルブ76を 閉じるように信号を生成して、デマンドバルブが故障したときに、酸素供給を中 断し、過度の圧力 下で酸素が混合チャンバ及び患者の気道へ達しないようにする。 近似的に大気圧で適用される空気及び酸素は、第1の好適実施例では、混合機8 0に供給され、混合機80は、空気及び酸素の経路で機械的に調節可能な抵抗（res istance）を設けることによって混合を制御する。混合機80は、ライン86を通じ てデマンドバルブ68から受ける酸素のような第1の選択されたガスを導入するた めの第1の入口84と、ライン90から空気のような第2の選択されたガスを入れるた めの第2の入口88とを有する内部チャンバ82を含む。また、混合機80は、混合さ れた第1及び第2のガスを出口ライン94を通じてピストン・チャンバ又はピストン ・チャンバに続く１個以上のリザーバに導くための出口92を含む。また、混合機 80は、一方又は両方の入口84、88の全部又は一部分を覆うように移動する移動プ レート96を含み、出口への第1及び第2のガスの経路で機械的に調節可能な抵抗を 与える。移動プレート96は、例えば、支点98に関して回転するように混合機に取 り付けられ、入口を覆ったり覆わなかったりした、混合されるガスの割合を制御 する。 図４に示すように、第2の好適実施例では、ガス混合装置110が、第1のガス送 り出し部分114と、混合ガスを受けるための入口116と、混合ガスを患者の気道12 0に送り出しするための出口118とを有する定積ピストン・ チャンバ112を含む。入口は、チェックバルブ122を含み、ピストン・チャンバへ の混合ガスを一方向にのみ流す。出口もまたチェックバルブ124を含み、患者の 気道への混合ガスを一方向にのみ流す。ピストンロッド128に取り付けた往復運 動ピストン126が、ピストンを移動させるためのラック・ピニオン・モータ129に 接続され、ピストン・チャンバ内に配列され、ピストン・チャンバの第1のガス 送り出し部分114の伸張部分130と、ピストン・チャンバの第1のガス送り出し部 分114とは反対側の第2の部分134の収縮部分132との間のピストン・チャンバ内で 移動できる。ピストン・チャンバの第2の部分134は好適に、フィルタ138を有す る空気入口136を含み、大気に開く。第2の好適実施例では、ガス混合チャンバ13 9は、分離されたリザーバに要求されるものを排除して、ピストン・チャンバの 第2の部分134に設けられ、ガス混合装置を顕著に小型化している。図４及び以下 で説明するように、ガス混合チャンバ139は、ピストン・チャンバの入口116に流 体連通的に接続される。 また、ガス混合チャンバ139は、好適に、選択されたガスをガス混合チャンバ に入れることを可能とするための流量制限入口146を含む。この流量制限入口は 、好適に、ガス混合チャンバへの選択されたガスの最大ガス流量を許容する音速 流制限オリフィス148から成り、下流の上流に対する圧力の割合が典型的に約2以 上となるよ うに与えられる。この音速流制眼オリフィスは、一般的に知られた型のオリフィ スであり、下流の圧力が変化してもオリフィスの上流での流量が一定であること を考え、流体の流速をオリフィスを通じて流体の音速以下に制眼する。酸素の流 量が、都合良く、この音速流制限オリフィスによって絶対最大値に制眼される。 また、選択されたガスのガス源150が、例えば、選択されたガスの流れをガス 混合チャンバに供給するための圧縮された酸素のタンクのように設けられる。ガ ス圧調整手段52が、好適に、選択されたガスの高圧ガス源150に流体連通的に接 続され、選択されたガスのガス源から供給されるガスの圧力を調整する。図４の 圧力調整手段52は、図１の圧力調整手段52と実質的に同一であり、図３を参照し て上説されたように、デマンドバルブ配列52と、混合機80とから成る。ガス混合 チャンバへの選択されたガスの流れを調整するための、ソレノイドバルブのよう なバルブ手段154が圧力調整手段52と、ガス混合チャンバへの流量制眼入口146と の間に流体連通的に設けられる。バルブ手段は、開位置と閉位置とに切り替え可 能であり、開位置のとき、選択されたガスがガス混合チャンバへ流れ、閉位置の とき、選択されたガスがガス混合チャンバへと流れない。また、患者の呼吸サイ クルをモニタするためのセンサ（図示せず）に典型的に接続される制御ユニット 158が好適に設けられ、全時間の呼 吸サイクルの少なくとも一部分の間の少なくとも1つの時間間隔の間、選択され たガスをガス混合チャンバに入れることを可能とするためのバルブ手段154を制 御し、典型的に制御ユニットを通じて予め設定し又は選択された、混合ガス中の 選択されたガスの選択された割合を得る。 また、ガス混合チャンバは、コンジット161を通じてピストン・チャンバへの 入口116と流体連通的に接続する出口160を含み、ピストン・チャンバでピストン を伸張してガスを患者の気道へ送った後、ピストンが、患者の息の吐き出し中に 、収縮位置へと移動し、底部位置に戻り、ピストン・チャンバのガス送り出し側 へガス混合チャンバから混合ガスを排気する。ソレノイドバルブが典型的に、ピ ストン・チャンバに供給される混合ガスの酸素の所望の割合を供給するのに十分 な時間の間、開く。選択されたガスの濃度は、圧力センサで大気圧変化を感知す ることによって修正され、マイクロプロセッサが、例えば、圧力センサからの信 号に応答して、ソレノイドバルブを開放状態に切り替える時間を調節する。ピス トン・チャンバでの往復運動ピストンの移動は、制御ユニットによって制御され 、所望の圧力で所望の体積の混合ガスの量を患者に送り出す。 ガス混合装置での音速流制眼オリフィスのような選択されたガスのための流量 制限入口を使用して、ガス混合 チャンバへの選択されたガスの供給流を制御するソレノイドバルブが故障し、開 放状態のままになった場合、選択されたガスは、流量制眼入口によって許容され る最大流量でガス混合チャンバに流れる。過度の流れは、ガス混合チャンバへの 空気排気口136を通じて大気へ戻されるので、このような故障が、患者に適用さ れる圧力を過度にする原因とはならない。ソレノイドバルブが閉になったままの 場合、選択されたガスの供給はないが、患者は、室内の空気を換気する。いずれ の場合にも、混合呼吸ガスの選択されたガスの濃度のセンサ162が、ガス混合チ ャンバ、又は、ガス混合チャンバとピストン・チャンバのガス送り出し部分との 間のライン161、又は、患者の気道に設けられ、例えば、アラーム164を動作させ 、操作者に警告し、問題が修正される。 ピストンの収縮中、典型的に患者が息を吐き出している間、ガス混合チャンバ の圧力は、大気圧付近にである。以下で説明するように、14.7psigの上流ガス供 給ゲージ圧が2対1の割合の絶対圧力値を与える。また、大気圧センサ手段166が 、設けられ、制御ユニットに接続され、選択されたガスをガス混合チャンバに入 れるための全時間を調節し、大気圧の変化を補償して、混合ガスの選択されたガ スの選択された割合を与える。 図５に示される第3の好適実施例では、ガス混合装置210が、ガス送り出し部分 214と、混合ガスを受けるた めの入口216と、混合ガスを患者の気道220へ送るための出口218とを有する定積 ピストン・チャンバ212を含む。この出口は、好適に、チェックバルブ224を含み 、混合ガスを患者気道へ一方向のみで流す。往復運動ピストン226が、ピストン シリンダ内でピストンロッド228に取り付けられ、例えばラック・ピニオン・モ ータ229によって駆動される。ピストンは、ピストン・チャンバのガス送り出し 部分214の伸張位置230と、収縮位置232との間で移動可能である。また、大気に 開く空気入口236が、都合良く、1個以上の拡大空気容量チャンバ237を通じてピ ストン・チャンバ入口216に接続される。また、ピストン・チャンバ入口216は好 適に、選択選択されたガスをガス混合チャンバに流入させるための音速流制限オ リフィス248を有する流量制限入口246を含む。変形的に、入口246は、ピストン が収縮したときに、選択されたガスをピストン・チャンバに直接流入させること ができる。ガス混合は、分離したリザーバの要求するものを除いて、選択された ガス及び空気がピストン・チャンバに入れることが可能とされると、ピストン・ チャンバ入口216のマニホルド217及びピストン・チャンバ自体で行われ、ガス混 合装置を顕著に小型化する。 また、選択されたガスのガス源250が、例えば、選択されたガスのガス源から 供給されるガスの圧力を調整するためのガス圧調整手段52に流体連通的に接続さ れ、圧 縮された酸素のタンクとして設けられる。図５の圧力調整手段52は、図１の圧力 調整手段52と実質的に同一であり、図３を参照して上説したように、デマンドバ ルブ配列52と、混合機80とから成る。また、ソレノイドバルブ又は複数のソレノ イドバルブのようなバルブ手段254が、圧力調整手段52と、ピストン・チャンバ への選択されたガスの流れを制眼するための流量制眼入口246との間に設けられ る。バルブ手段は、開位置と閉位置に切り替え可能であり、開位置のとき、選択 されたガスがガス混合チャンバに流れ、閉位置のとき、選択されたガスはガス混 合チャンバに流れない。また、典型的に患者の呼吸サイクルをモニタするための センサ（図示せず）に接続される制御ユニット258が、好適に、バルブ手段254を 制御するために設けられ、全時間の呼吸サイクルの少なくとも一部分の間の少な くとも1つの時間間隔の間に選択されたガスをガス混合チャンバに入れることが でき、典型的に制御ユニットを介して予め設定又は選択された混合ガス中の選択 されたガスの選択された割合を与える。よって、選択されたガス及び空気のガス 送り出しチャンバへの導入が、ピストンの収縮中に混合サイクルで継続され、空 気のパルスに従った選択されたガスとともに、呼吸ガスをピストン・チャンバ内 に送り込み、選択されたガスが最初にピストン・チャンバに入り込むことを確実 にし、マニホルド及びピストン・チャンバでの 選択されたガス及び空気の適当な混合を容易にし、患者に送る。 ソレノイドバルブは、典型的に、ピストン・チャンバに供給される混合ガスの 酸素の所望の割合を供給するのに十分な時間、開く。ガス混合チャンバへの流量 制限入口は好適に、収縮するピストンによって発生される流量に等しい流量の供 給を許容する。ピストン・チャンバでの往復運動ピストンの移動は、制御ユニッ ト258によって制御され、患者に所望の圧力で所望の体積の混合ガスの量を送る 。選択されたガスの濃度は、圧力センサ266の大気圧変化を感知することによっ て大気変化、及び温度センサ267によって測定された温度変化によって修正され 、マイクロプロセッサが例えば圧力センサ及び温度センサからの信号に応答し、 ソレノイドバルブを開放状態に切り替える時間を調節する。酸素供給がなくなる か、又はバルブ手段が閉じたままになった場合、空気が依然、空気容量チャンバ からピストンに与えられる。しかし、選択されたガスの濃度のセンサ262が、出 口218又は患者気道220に接続され、例えば、アラーム264を動作して、オベレー タに警告し、このような問題が検出され修正される。 呼吸サイクルの呼気部分の間に患者の気道に混合ガスを供給するためのベンチ レータシステムのためのガスを混合するための本発明の方法では、酸素のような 供給流 が、第1の実施例の装置のリザーバ、又は第2の実施例の装置のピストン・チャン バのガス混合チャンバのいずれかのガス混合チャンバ手段に与えられる。ピスト ンは、ピストン・チャンバで伸張され、ピストン・チャンバのガス送り出し部分 から患者気道へと流れを送り、次いで、サイクルを連続して収縮し、ガスをピス トン・チャンバのガス送り出し部分に入れる。本発明の方法は、呼吸サイクル中 の少なくとも1つの時間間隔の間に選択されたガスをリザーバ手段に入れて供給 流のピーク流量を最小にし、また、呼吸サイクル中の全時間の間、混合ガス中の 選択されたガスの選択された割合を得るために、リザーバ手段への選択されたガ スの供給流を与えるために提供される。選択されたガスは、例えば、ピストンの 収縮時間中の1つ又は多数の開放状態の時間中に中間的又は継続的に入れること が可能とされる。また、いくらかの選択されたガスは、ピストンが収縮を開始す る前に、ガス混合チャンバに入れることができ、呼吸サイクル中の全時間、選択 されたガスが長時間ガス混合チャンバに入れられ、選択されたガスの供給のピー ク流量を低減させる。よって、選択されたガスは、典型的に、混合ガスがピスト ン・チャンバの送り出し側に入り込むと、ピストンの収縮中にガス混合チャンバ 手段に流入され、また、選択されたガスは、患者の気道へ混合ガスを送るために ピストンの伸張中にガス混合チャンバ手段に流入 され、選択されたガスの供給流れの最小のピーク流量を低減する。次に、混合ガ スは、ピストン・チャンバの転置側に導かれ、ピストン・チャンバでのピストン の伸張によって患者の気道に送られる。 選択されたガス及び空気は、パルスを交互させて断続的に混合され、よって、 ピストンの収縮中に、混合サイクルで断続され、これらガスが混合されるチャン バに呼吸ガスを流入する。選択されたガスのパルスとそれに続く空気のパルスと を与える点に特に利点があり、選択されたガスがこれらガスを混合するチャンバ から逃げ出さず、選択されたガスと空気との適当な混合を容易に行える。よって 、例えば、選択されたガス及び空気は、チャンバ内に流入され、ここで、これら は、選択されたガスとそれに続く空気のパルスとから成る複数の一対のパルスで 混合される。変形例として、選択されたガスの複数のパルスを、空気及び選択さ れたガスを混合するチャンバに空気及び選択されたガスを流入している間に散在 させることができる。 デマンドバルブ及び機械的に可変抵抗性混合機の形状が、ガスをピストンシリ ンダに直接送るために、上述の音速流制眼オリフィスに代えて、ピストンシリン ダの前のマニホルド、又はピストンシリンダのための1個以上のリザーバに接続 され得ることがわかる。 よって、ベンチレータでの呼吸ガスとして使用するた めに、周囲の大気圧で空気と混合させるために、選択されたガスの圧力を近似的 に周囲の大気圧に調整するガス混合装置を提供する本発明が説明されてきた。選 択されたガスの圧力は、最大圧力に制眼され、周囲の圧力で混合するために選択 されたガスを流入させるためのバルブが故障したとしても、患者に送り出される 呼吸ガスが過度の圧力に達しない。また、本発明は、ガスを混合するベンチレー タのチャンバに、混合されるガスを所望に断続的に導入することを可能にし、適 当な混合を容易に行える。 本発明の特定的な形態が図説されたが、様々な変更例が、本発明の範囲及び思 想から逸脱せずになされ得ることが、以上の説明から明らかである。したがって 、本発明は、添付の請求の範囲により制限されることを意図とする。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 オマホニー、ジョン アイルランド国ガルウエイ、バーナ、カパ フ・ロード、ロス・アード８ (72)発明者 オデア、ジョン アイルランド国ガルウエイ、ノックナカ ラ、ウェスト・ブロック66

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．混合呼吸ガスを患者の気道に供給するベンチレータシステム用ガス混合装置 であって、 第1のガス送り出し部分および反対側の第2の部分を有し、前記第1のガス送 り出し部分が、混合ガスを受け入れるための入口、および呼吸サイクルの吸気部 分の間に、混合ガスを患者の気道に送り出すための出口を有する、ところのポン プ・チャンバと、 該ポンプ・チャンバ内に配置され、前記ポンプ・チャンバの前記第1のガス 送り出し部分の伸長した位置から前記ポンプ・チャンバの第2の部分の収縮位置 との間で移動可能なガス変位部材と、 前記伸長位置と収縮位置との間で前記ガス変位部材を移動させる手段と、 第1の選択されたガスと第2の選択されたガスとを混合するガス混合手段であ って、前記第2の選択されたガスをガス混合手段に入れることを可能にするため に、第2の選択されたガスのためのガス源に開いた入口、および前記第1の選択さ れたガスを前記ガス混合手段に入れることを可能にするための流量制眼入口を有 するガス混合手段と、 前記ガス混合手段への前記第1の選択されたガスの流量を調節するためのバ ルブ手段と、 混合ガスにおける前記第1の選択されたガスの所定の割合を維持するために 、呼吸サイクルの少なくとも一部に間の時間間隔の少なくとも一間隔の間に、前 記第1の選択されたガスを前記ガス混合手段に入れることを可能にするために、 前記バルブ手段を制御するための制御手段と、 から成るガス混合装置。 ２．前記ポンプ・チャンバの前記第2の部分が大気に開いた排気口を有する請求 項1に記載のガス混合装置。 ３．前記ポンプ・チャンバの送り出し入口が、前記ポンプ・チャンバへの前記混 合ガスの流れを可能にするチェックバルブを有し、前記ポンプ・チャンバの送り 出し出口が、患者の気道への前記混合ガスの流れを可能にするチェックバルブを 有する、請求項1に記載のガス混合装置。 ４ 前記ガス混合手段が、前記ポンプ・チャンバの前記ガス送り出し部分入口と 流体連通的に接続される少なくとも一つのリザーバ・チャンバを有する、請求項 1に記載のガス混合装置。 ５．前記ガス混合手段が、前記ポンプ・チャンバの第2の部分に前記ポンプ・チ ャンバのガス混合部分を含む、請求項1に記載の方法。 ６．前記ガス混合手段が、前記ポンプ・チャンバの前記ガス送り出し部分の入口 と直列に流体連通する複数の リザーバ・チャンバを有する、請求項1に記載のガス混合装置。 ７．前記ガス混合手段が、前記ポンプ・チャンバの前記ガス送り出し部分の入口 と並列に流体連通する複数のリザーバ・チャンバを有する、請求項1に記載のガ ス混合装置。 ８．前記バルブ手段が、前記第1の選択されたガスが前記ガス混合手段に流れる 開位置と、前記第1の選択されたガスが前記ガス混合手段に流れることを妨げる 閉位置との間で切り替え可能なソレノイドバルブを含む、請求項1に記載のガス 混合装置。 ９．前記バルブ手段が、前記第1の選択されたガスが前記ガス混合手段に流れる 開位置と、前記第1の選択されたガスが前記ガス混合手段に流れることを妨げる 閉位置との間でそれぞれが切り替え可能な複数のソレノイドバルブを含み、該ソ レノイドバルブが前記第1の選択されたガス流を受け入れるために接続され、前 記該1の選択されたガス流が前記ガス混合手段に流れることを可能にするために 前記ガス混合手段と流体連通的に個別に接続される、請求項1に記載のガス混合 装置。 10．前記混合ガスにおける第1の選択されたガスの割合をモニターするための手 段をさらに有し、前記混合ガスにおける第1の選択されたガスの割合をモニター す るための手段がさらに、前記混合ガスにおける第1の選択されたガスの割合が、 混合ガスにおける第1の選択されたガスの割合の選択された範囲内にないときに 、オペレータを変えるためのアラーム手段を含む、請求項1に記載のガス混合装 置。 11．混合ガスにおける前記第1の選択されたガスの前記所定の割合を得るべく、 大気圧のおける変化を補償するために、前記第1の選択されたガスを前記ガス混 合手段へ入れることを可能にする前記全時間間隔を調節する手段を含む、請求項 1に記載のガス混合装置。 12．前記バルブ手段が、前記第1の選択されたガスを受け入れるための第1の入口 ポート、および前記第1の選択されたガスに機械的に調節可能な抵抗を与えるた めに、前記第1の入口ポートの少なくとも一部分を覆うように移動可能な可動プ レートを有する可変抵抗バルブを含み、前記可変抵抗バルブが前記第2の選択さ れたガスを受け入れるための第2の入口ポートを含み、前記可動プレートが、前 記第2の選択されたガスの流れに機械的に調節可能な抵抗を与えるために前記第2 の入口ポートの少なくとも一部分を多くように移動可能であり、前記可変抵抗バ ルブが前記第1および第2の選択されたガスを混合するための混合部チャンバ、お よび前記第1及び第2の選択されたガスのための出口ポートをさらに含む、請求項 1に記載のガス混合装 置。 13．前記第1の選択されたガスの前記ガス源が、前記第1の選択されたガスを大気 圧より高い圧力で供給し、第1の選択されたガスの圧力を大気圧へと減少させる デマンドバルブを含み、前記デマンドバルブが前記第1の選択されたガスの前記 ガス源と前記可変抵抗バルブとの間で流体連通的に接続される、請求項12に記載 のガス混合装置。 14．デマンドバルブの故障を検出し、デマンドバブルの故障が検出されたときに 、故障信号を発生するように動作するデマンドバルブの下流にある圧力センサー をされに含み、前記選択されたガス流を遮断し、前記選択されたガスの過度の圧 力をガス混合手段に至らしめることを防止するために前記故障信号に応答する前 記下流の圧力センサーに接続されるデマンドバルブの上流にあるソレノイドバル ブをさらに含む、請求項13に記載のガス混合装置。 15．混合ガスを患者の気道に、呼吸サイクルの吸気部分の間、供給するためのベ ンチレータであって、混合ガスを受け入れるためにガス送り出し部分を有するポ ンプ・チャンバ、該ポンプ・チャンバ内に配置される可動なガス変位部材、該ガ ス変位部材を伸長位置と収縮位置との間に移動させる手段、第1の選択されたガ スを第2の選択されたガスとを混合するためのガス混合 手段、前記第1の選択されたガスのガス源、前記第1の選択されたガスの、前記ガ ス混合手段への流れを調節するための、前記第1の選択されたガスの前記ガス源 と前記ガス混合手段に流体連通したバルブ手段、および呼吸サイクルの少なくと も一部の間の少なくとも一間隔の間、前記第1の選択されたガスを前記ガス混合 手段に入れることができるように前記バルブ手段を制御する制御手段を含むベン チレータのための、ガスを混合する方法であって、 第1の選択されたガスのガス源をガス混合手段に供給する工程と、 ポンプ・チャンバのガス送り出し部分から患者の気道に、混合ガス流を送り 出すために、ガス変位部材を伸長する工程と、 前記ガス混合手段からポンプ・チャンバのガス送り出し部分へと混合ガスを 引き入れるために、ガス変位部材を収縮させる工程と、 混合ガスにおいて第1の選択されたガスの所定の割合を得るために、呼吸サ イクルの間の期間間隔の少なくとも一間隔の間、第1の選択されたガスをガス混 合手段に入れることができるように、前記第1の選択されたガスの前記ガス混合 手段への供給流を制御する工程と、 から成る方法。 16．前記第1の選択されたガスの供給流を制御する工程が、前記供給流のピーク 流量を最小にするために前記時間間隔を制御することを含み、前記第1の選択さ れたガスの供給流をガス混合手段に供給する工程が、前記ガス変位部材の収縮の 間に、前記混合手段に前記第1の選択されたガスの供給流を入れることである、 請求項15に記載の混合方法。 17．前記第1の選択されたガスの供給流が、前記第1の選択されたガスを前記混合 手段に複数のパルスで、入れることを実質的に行うことであり、前記パルスのそ れぞれの後に、前記第1の選択されたガスを空気と混合するために前記混合手段 に空気を入れることが続く、請求項15に記載の混合方法。