JPS647793B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は人工呼吸中の生体内の炭酸ガス分圧を
所定値に自動制御する炭酸ガス分圧制御装置に関
するものである。

［従来の技術］ 血液中の炭酸ガス分圧は換気量に左右されるた
め人工呼吸開始時に規定する因子として最も重大
な事は換気量の設定である。換気量の設定を誤る
と、患者を救命する手段である人工呼吸により、
反対に患者の生命を危うくする事になる。

従つて、従来より人工呼吸を行なう際には、動
脈中の炭酸ガス分圧（以下PaCO₂と称す）を測
定して人工呼吸時の換気量が適切であるか否かを
長時間に渡りチエツクしなければならなかつた。

また、人工呼吸開始時における換気量の設定は
あくまでも臨床的勘にたよらざるを得なかつた。

一方、少しずつ１回当りの換気量（以下V_Tと
称す）を変動させていつても、希望するPaCO₂
を完全に得るには多くの労力と時間を必要として
いる。これは特定の換気量を与えた場合における
この換気量に対応する安定したPaCO₂を得るに
は約20分間を要するため、手動にてV_Tを変えて
所望のPaCO₂になるための換気状況を得るには
数時間を必要としていた。

［発明が解決しようとする課題］ このため、従来換気量が不足することにより発
生する高炭酸ガス血症が脳圧亢進をはじめとして
多く有害な作用を及ぼす事が知られており、この
高炭酸ガス血症を防ぎ安全性を高めるため人工呼
吸中は過換気気味にして、PaCO₂を多少低いレ
ベルに保つ傾向にあつた。

しかし、近年過換気による有害な作用があいつ
いで報告されて来た。即ち、酸素消費量の増加、
肺コンプライアンスの減少、気道抵抗の上昇、更
に肺内の換気血流比不均等分布の増悪などであ
る。心肺機能不全により生命の危機に面している
患者にとつて、有効な治療法である人工呼吸時
に、上記のようなマイナスの因子を附加する事は
極めて危険であり、より適切な人工呼吸管理が必
要とされている。

又、急性呼吸不全時（特にCO₂ナルコーシス）、
人工呼吸器を用いてPaCO₂を低下させると、血
液中の急激な炭酸ガスの減少に伴つて循環虚脱
（重症時には心停止にいたる）を発生する事は周
知の事実であり、急性呼吸不全の人工呼吸開始時
の重大な問題であつた。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上述の課題を解決するため、人工呼吸
中の生体内の動脈血中の炭酸ガス分圧を安全かつ
一定に保つために人工呼吸の換気量を自動制御す
る炭酸ガス分圧制御装置を提案することを目的と
する。

生理学的に人の持つている炭酸ガス分圧は換気
量に依存する。そこで生体よりの呼気終末炭酸ガ
ス濃度を検出器にて検出し、その検出値が予め設
定した呼気終末炭酸ガス濃度になるように人工呼
吸器の換気量を制御するとともに、換気量の変動
速度を人体に悪影響を与えない値に自動的に制御
する構成とすればよい。

即ち、本発明は、生体よりの呼気終末炭酸ガス
濃度を検出する濃度検出手段と、任意の炭酸ガス
濃度値を設定可能な第１の設定手段と、該第１の
設定手段の設定値と前記濃度検出手段での検出値
とを比較する比較手段と、該比較手段での比較結
果に基づき人工呼吸装置の換気量を制御する制御
手段と、該制御手段での制御換気量の変動速度を
設定する第２の設定手段とを備える。

［作用］ 以上の構成において、生体内の血液中の炭酸ガ
ス濃度が第１の設定手段の設定値になるよう前記
人工呼吸装置の換気量を第２の設定手段の設定値
に従つて制御することにより実現したものであ
る。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳説
する。

第１図は本発明に係る一実施例のブロツク図で
あり、図中１は人工呼吸を受ける生体を表し、２
は人工呼吸の呼気を示し、３は人工呼吸器による
換気を示している。

また１０はCO₂濃度検出器２０で検出の生体１
のCO₂濃度２１に基づいて人工呼吸器３０の換気
量を制御する人工呼吸制御装置、２０は生体１よ
りの呼気終末炭酸ガス濃度（以下PECO₂と称す）
を検出するCO₂濃度検出器、３０は人工呼吸器で
ある。

人工呼吸制御装置１０はさらに人工呼吸を受け
る人に最適なPaCO₂の値を任意に設定可能なCO₂
値設定回路１１、このCO₂値設定回路１１の設定
炭酸ガス値（以下P_ETCO₂と称す）とCO₂濃度検
出器２０の検出値とを比較し、両値の差分信号１
８を出力するCO₂比較回路１２、比較回路１２よ
りの差分信号１８に基づき人工呼吸器３０のV_T
を制御する制御信号１９を出力する制御信号発生
回路１３を含む。また制御信号発生回路１３より
出力される制御信号１９による人工呼吸器３０の
V_Tの換気量変動速度の変化量を自動的に制御し、
かつ人体に悪影響を与えない値に設定するための
変動速度設定回路１４、生体CO₂濃度２１に外来
ノイズが乗つた場合やCO₂濃度検出器との接続信
号線の切断時などで、CO₂比較回路１２の差分信
号１８に異常値が現われた場合に、この誤入力信
号により制御信号発生回路１３が誤動作するのを
防ぐためにこの差分信号１８の異常信号を検出
し、制御信号発生回路１３に出力する異常信号検
出回路１５、また制御信号発生回路１３より出力
される制御信号１９の上限及び下限値を設定する
制御信号上限、下限設定回路１６が含まれてい
る。

同時に制御信号１９による人工呼吸器３０のコ
ントロール量を表示するコントロール量表示回路
１７が付属している。

上述の人工呼吸器３０は、制御信号１９未入力
時には予め人工呼吸器３０にて設定された換気量
において人工呼吸を行ない、制御信号１９の入力
時には該信号１９の値に対応して設定された換気
量を増減させるものである。

以下、第２図のフローチヤートを参照して本実
施例の動作を説明する。

人工呼吸を開始するのに先立つて、まずステツ
プS1で人工呼吸器３０の一応の換気量を人工呼
吸器３０に設定する。人工呼吸器３０は人工呼吸
器制御装置１０よりの制御信号入力のない場合に
は、この予め設定された換気量をV_Tとして人工
呼吸を行なう。

続いてステツプS2で人工呼吸器制御装置１０
の初期設定を行なう。この初期設定はまず、人工
呼吸を行なう患者に最適のP_ETCO₂値を設定する。
この設定値は患者の状況、疾患等により最適値が
設定される。正常成人の場合には略５％〜６％で
ある。次に変動速度設定回路１４にP_ETCO₂値と
同様に患者に対応したV_Tの変動速度を設定する。

後述するモード１での動作の場合には、差分信
号１８の出力されている時にはこの変動速度設定
回路１４で設定された変動速度に対応した量で制
御信号１９を変化させる。またモード２での動作
の場合には、差分信号１８の大きさにより制御信
号１９での変化量を決定する。

一方、制御信号上限、下限設定回路１６は、特
定の値を予め設定しておき、患者等が特別の場合
のみ、この上限、下限値を再設定するものであ
る。

この初期設定が終了すると、ステツプS3でCO₂
検出器２０、及び人工呼吸器３０を生体にセツト
し、また人工呼吸器制御装置１０とこれらを互い
に接続する。

この各機器のセツトアツプはステツプS1及び
ステツプS2の初期設定前又は初期設定中に行な
つてもよい。

これで人工呼吸の準備が整い、その後人工呼吸
を行う時点でステツプS4に進み、人工呼吸をス
タートさせる。人工呼吸がスタートすると、続く
ステツプS5にてCO₂比較回路１２での生体CO₂濃
度２１と設定された所望のCO₂濃度との比較の結
果、両値に差のある時には、対応する差分信号１
８が制御信号発生回路１３に送られる。本実施例
ではこの差分信号１８は差が１％の時には“ａ”
Ｖ、２％の時には“2a”Ｖの如く差分に比例し
た電圧値となつている。

この差分信号１８の出力のない時、即ちCO₂値
設定回路１１での設定値であるETCO₂と、CO₂
濃度検出器２０での検出したP_ETCO₂とが一致し
た場合にはステツプS6に進み、制御信号発生回
路１３はその時点で出力している制御信号１９の
レベルを維持し、再びステツプS5で差分信号１
８の状態を監視する。

ステツプS5で差分信号１８が入力されている
時は、ステツプS7にて異常信号検出回路１５よ
りの異常信号入力があるか否かを調べ、異常信号
入力があれば、ステツプS6に進み、制御信号１
９の出力の変更は行なわない。ステツプS7で異
常信号入力でない場合にはステツプS8に進み、
現在の制御信号１９が制御信号上限、下限設定回
路１６で予め設定された上限又は下限レベルか否
かを調べる。上限又は下限レベルの場合にはそれ
以上の制御信号１９の変更は行なわず、ステツプ
S5に戻る。

ここで、この制御信号１９が上限又は下限レベ
ルとなつた時にその旨をコントロール量表示回路
１７に報知し、表示を点滅又は特別の表示を行な
う等して制御信号１９が上限又は下限レベルにあ
ることを表示するようにしてもよい。

ステツプS8で制御信号が上限レベルでも下限
レベルでもない時にはステツプS9に進み、モー
ド１が設定されているか、又はモード２が設定さ
れているかを調べる。ここでモード１が設定され
ている時には、ステツプS9よりステツプS10に進
み、制御信号発生回路１３は変動速度設定回路１
４での設定値に従い、直線的に制御信号レベルを
変化させる。この変動速度設定回路１４での設定
値は患者の状況及び申請器の使用目的により異な
るが、通常は13乃至20ml／secの換気量の変動速
度とすることが望ましい。もしこの50ml／secの
値が設定されている場合には、制御信号１９を人
工呼吸器３０の換気量が１秒間に50mlだけ変動す
る様制御信号１９を変化させる。この様に制御す
ることにより本実施例装置においては、約20分弱
にて希望するPaCO₂を得ることが出来る（ただ
しETCO₂を１％変動する場合）。

人間の持つている炭酸ガス分圧は換気量により
左右され、換気量が少ないと炭酸ガス分圧が高く
なり、換気量が多いと炭酸ガス分圧は低くなる。
このため、設定ETCO₂より患者のETCO₂値が高
いときには換気量を増大してETCO₂を低くし、
患者のETCO₂が設定ETCO₂より低い時には換気
量を減少させP_ETCO₂を高くする。

この制御信号１９による人工呼吸器３０のV_T
の変更量、即ち人工呼吸器制御装置１０でのV_T
のコントロール量はコントロール量表示回路１７
に表示される。ここでの表示はステツプS1にて
人工呼吸器３０に設定されたV_Tに対するコント
ロール量である。

一方、ステツプS9でモード１でない場合には、
モード２であるのでステツプS11に進み、差分信
号１８で示されるPaCO₂とETCO₂との差が特定
時間内になくなる様に、V_Tの変動速度を決定し、
この決定速度に従い制御信号１９のレベルを変化
させる。

この場合にこの変動速度の最大値（最大傾き
量）変動速度設定回路１４での設定値とすること
により、安全にP_ETCO₂を制御することができる。

そしてステツプS10もステツプS11の場合にも
共にステツプS4に戻り、患者のETCO₂が設定
ETCO₂となる様制御を続行する。

以上の説明中の人工呼吸器３０は不図示の制御
信号入力端子を有しており、該端子にプラス電位
が印加されると設定されたV_Tを印加電位に比例
して増加させ、マイナス電位が印加されると、設
定されたV_Tを印加電位に比例して減少させる方
式であるが、この人工呼吸器３０はマニユアルで
の設定V_Tを外部より信号で変動することができ
るものであればよく、印加電位に限るものではな
く、その場合には本実施例の制御信号１９をこの
人工呼吸器の仕様に合わせることにより本発明を
容易に適用できる。

以上の説明中のP_ETCO₂の検出を行なうCO₂濃
度検出器２０は、P_ETCO₂を検出可能な装置であ
ればよい。

またこのP_ETCO₂を検出するCO₂濃度検出器２
０に替えて、質量分析装置を用いて直接血液中の
炭酸ガス分圧濃度を検出してもよい。この質量分
析装置を用いることにより直接PaCO₂が検出で
きるため、CO₂比較回路１１及びCO₂比較回路１
２の設定値及び比較も容易となる。

以上説明した様にCO₂値設定回路１１及び変動
速度設定回路１４の設定値を適正な値に設定する
のみで、短時で希望する換気状況を得、その後、
炭酸ガス排出量や肺機能の変動に対しても
ETCO₂の情報にあわせて換気量を自動的に制御
して、設定ETCO₂を維持する事が可能である。

また変動速度設定回路１４での設定換気量変動
速度を遅くして、ゆるやかにETCO₂を低下させ
ると、重症呼吸不全例においても血圧の低下など
循環動態の悪化を来たす事なく、安全且つスムー
ズにPaCO₂を低下せしめる事が可能である。各
種の実験を行なう際には、CO₂による種々の影響
をさける為にPaCO₂を一定に保たなくてはなら
ないが、申請器を用いると、容易にPaCO₂を一
定レベルに保ち得るので研究時準備段階に多大な
手間を要していた研究者にとつて福音をもたらす
とも言えよう。。

以上の如く、ある範囲内の過換気が必要とされ
る脳神経外科、麻酔中の炭酸ガス産出量が変動す
る低体温麻酔、急性呼吸不全時の高炭酸ガス血症
の是正、更にCO₂の影響を規定しなくてはならな
い医学実験など多数の機会において申請器は有効
に対処しうる。

即ち、人の呼吸は呼吸中枢により制御されてお
り、呼吸状態がよいか否かを監視しているのは化
学容体であり、その内でも延髄の中に存在する
MCRが一番重要な働きを行なつている。呼吸状
態の指標は、周知のように動脈血炭酸ガス分圧
（PaCO₂）であり、それは概ね35〜45mmHgが正常
範囲とされている。自発呼吸であるときには
MCRが中心となり呼吸状態を監視し、PaCO₂が
高いならば呼吸中枢が呼吸筋に対して換気量の増
加を指示する。反対にPaCO₂が低い場合には換
気量を減少している。

一方、人工呼吸時（全身麻酔下も含む）、自発
呼吸がない場合には、呼吸状態を良好なレベルに
人為的に保たなければならない。

従つて、従来のものはこのPaCO₂をチエツク
しながら人工呼吸器が送り出す換気量を用手的に
増減しているが、けつして容易なことではなく、
煩雑であつた。また、何回かの換気量の増減によ
り、PaCO₂を良好なレベルに保つていても、患
者の肺機能及び炭酸ガス産生量が変わると
PaCO₂も変化してしまい、新たに適切な換気量
を求めなくてはならなかつた。

本実施例は上記の様な煩雑さを除外することを
目的としてなされたものであり、自動的に希望す
る換気状態を得、かつ維持することができ、しか
も入力信号に呼気終末CO₂を用いているので、
PaCO₂を用いた場合と異なり、装置を小型化、
簡略化できると共に、合併症が少なく、（PaCO₂
を連続して得るには動脈内にカテーテルを留置し
なければならない）臨床上も非常に使い易いもの
である。

また、本実施例では、換気量の変動速度を所定
の速度に規制できるよう構成し、換気量の自動制
御を可能としている。これにより、患者の管理上
危険を侵すことなく広い範囲から換気量の変動速
度を捜すことができ、患者に最適の換気量制御が
行なえる。例えば、この換気量の変動速度は、１
〜999ml／min／KPaにおいて変動させることが
できるように構成することが望ましい。

例えば、呼吸不全で、PaCO₂が高い状態があ
る期間続いた症例に、人工呼吸を開始して
PaCO₂をいきなり正常化すると、血漿中カテコ
ールアミンの減少並びに胸腔内圧上昇などにより
心拍出量が減少し、循環虚脱や痙攣等を期たす。

そのため、従来は、PaCO₂が高い患者に人工
呼吸を開始する時には細心の注意を払つていた
が、本実施例によれば、換気量変動速度を最適の
（非常に遅い）速度に設定するのみで、自動的に
このような問題のあるケースに対応でき、最適な
換気量を得ることができる。

［発明の効果］ 以上説明した様に本発明によれば、生体に何等
の過負荷、過負担をかけることなく、非常に短時
間で安全かつ確実に希望する人工呼吸中の換気状
況を得ることが可能で、例えば炭酸ガス産出量や
肺機能が変動しても換気量を自動的に制御するこ
とにより、希望する炭酸ガス分圧を維持すること
ができる。

このため、急性呼吸不全時に本発明を用いると
人工呼吸により生体の急激な炭酸ガスの減少に伴
つて循環虚脱を発生することもなく、安全に血液
中の炭酸ガス分圧を低下することができる。

この様に、ある範囲内の過換気を必要とする脳
神経外科や、麻酔中の炭酸ガス産出量が変動する
低体温麻酔、急性呼吸不全時の高炭酸ガス血症の
是正等に本発明を適用することにより非常に好結
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例のブロツク構成
図、第２図は本実施例の動作フローチヤートであ
る。 図中１０……人工呼吸器制御装置、１１……
CO₂値設定回路、１２……CO₂比較回路、１３…
…制御信号発生回路、１４……変動速度設定回
路、１５……異常信号検出回路、１６……制御信
号上限下限設定回路、２０……CO₂濃度検出器、
３０……人工呼吸器である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 生体よりの呼気終末炭酸ガス濃度を検出する
   濃度検出手段と、任意の炭酸ガス濃度値を設定可
   能な第１の設定手段と、該第１の設定手段の設定
   値と前記濃度検出手段での検出値とを比較する比
   較手段と、該比較手段での比較結果に基づき人工
   呼吸装置の換気量を制御する制御手段と、該制御
   手段での制御換気量の変動速度を設定する第２の
   設定手段とを備え、生体内の血液中の炭酸ガス濃
   度が前記第１の設定手段の設定値になるよう前記
   人工呼吸装置の換気量を前記第２の設定手段の設
   定値に従つて制御することを特徴とする炭酸ガス
   分圧制御装置。 ２ 制御手段で制御する換気量の上限値と下限値
   とは予め設定可能であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の炭酸ガス分圧制御装置。 ３ 制御手段は濃度検出手段の検出炭酸ガス濃度
   が第１の設定手段の設定炭酸ガス濃度値よりも低
   い場合には人工呼吸装置の換気量を増加させ、高
   い場合には人工呼吸装置の換気量を減少させるこ
   とにより血液中の炭酸ガス濃度を前記第１の設定
   手段の設定値となるよう制御することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項又は第２項記載の炭酸ガ
   ス分圧制御装置。