(57)【要約】【課題】  肺疾患の患者の呼吸運動を、経皮的な方法で支援することができる新しい呼吸運動支援装置を提供する。【解決手段】鼻腔近傍の圧力を鼻カニューラ２１に接続された圧力センサ２２により測定する鼻腔圧検出部２０と、呼吸補助筋に経皮的に装着される電極部３０と、測定された鼻腔圧に基づいて、吸気状態の開始期が検知されたときに電極部３０から呼吸補助筋に電気刺激を与えるとともに、吸気状態の終末期が検知されたときに電気刺激を停止する制御を行う刺激制御部４０とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鼻腔近傍の圧力を鼻カニューラに接続された圧力センサにより測定する鼻腔圧検出部と、
呼吸補助筋に経皮的に装着される電極部と、
測定された鼻腔圧に基づいて、吸気状態の開始期が検知されたときに電極部から呼吸補助筋に電気刺激を与えるとともに、吸気状態の終末期が検知されたときに電気刺激を停止する制御を行う刺激制御部とを備えたことを特徴とする呼吸運動支援装置。
【請求項２】
鼻腔圧検出部は、各時点の鼻腔圧力値と予め設定した圧力閾値との比較により吸気開始期および吸気終末期を判定する請求項１に記載の呼吸運動支援装置。
【請求項３】
刺激制御部は、吸気状態の開始期が検知されたときに所定の時定数で緩やかに立ち上がる電気刺激を与える請求項１に記載の呼吸運動支援装置。
【請求項４】
電極部が装着される呼吸補助筋は、傍胸骨肋間筋、胸鎖乳突筋、斜角筋のいずれかが含まれる請求項１に記載の呼吸運動支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、肺疾患の患者の自発的な呼吸運動を支援する呼吸運動支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、健常者は、主たる呼吸筋である横隔膜の拡張、収縮運動によって呼吸が行われる。これに対し、慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）等の患者は、肺が過膨張しており、横隔膜による正常な呼吸運動が望めない状態になっているため、自発呼吸するには傍胸骨肋間筋、胸鎖乳突筋、斜角筋などの呼吸補助筋による努力性呼吸を行わなければならず、呼吸困難な状態が生じている。このような患者に対し、これまで、鼻マスク型人工呼吸療法（ＮＩＰ）、横隔膜ペーシング、胸郭外陰圧式人工呼吸器療法（ＲＴＸ）等で呼吸を支援していた。
【０００３】
これらの支援方法以外に、患者の肺換気支援のために、口や鼻や気管切開術によって呼吸気道と呼吸器回路との間にシールバルーンを導入し、シールバルーンによるエアシール制御を行う方法が開示されている（特許文献１参照）。この文献によれば、エアシールを制御する方法として、横隔膜等の呼吸関連筋肉の筋電信号を検出し、筋電信号に応じてシール状態を変更する方法が開示されている。具体的には食道カテーテルに取り付けた筋電センサによって横隔膜の筋電図（ＥＭＧ）を測定することが記載されている。さらに横隔膜以外に、傍胸骨肋間筋、胸鎖乳突筋、斜角筋、鼻翼の筋肉に直接的に埋め込まれた電極により筋電信号を検出することが開示されている。そして、横隔膜やその他の呼吸関連筋肉から検出した筋電信号に基づいて、シールバルーンのシール状態を変更する制御を行うようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−５２２５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
鼻マスク型人工呼吸療法（ＮＩＰ）、横隔膜ペーシング、胸郭外陰圧式人工呼吸器療法（ＲＴＸ）などの従来から行われている呼吸支援方法では、いずれも高額な機器が必要となり、また、原則として患者は安静状態でこれらの機器を使用することが必要になる。
また、特許文献１に記載のシールバルーンを用いたエアシール制御方法についても、患者は安静状態で使用することになり、また、患者の食道内に筋電センサを取り付けた食道カテーテルを挿入しなければならなかったり、筋肉に筋電信号検出用の電極を埋め込んだりすることが必要になる。
【０００６】
このように、従来から行われている肺疾患患者の呼吸支援方法は、いずれも安静状態で使用するものであり、また、使用にあたり非経皮的な方法でカテーテルや電極を体内に取り付けるものであり、患者の負担が大きかった。
【０００７】
そこで本発明は、慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）等の患者の呼吸運動を、大きな負担をかけることなく、経皮的な方法で支援することができる新しい呼吸運動支援装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、患者が安静状態でなくても使用することができるコンパクトな構造の呼吸運動支援装置を提供することを目的とする。
また、本発明は患者の自発呼吸の呼吸パターンに同期させるようにして呼吸運動を支援することができる呼吸運動支援装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた本発明の呼吸運動支援装置は、鼻腔近傍の圧力を鼻カニューラに接続された圧力センサにより測定する鼻腔圧検出部と、呼吸補助筋に経皮的に装着される電極部と、測定された鼻腔圧に基づいて、吸気状態の開始期が検知されたときに電極部から呼吸補助筋に電気刺激を与えるとともに、吸気状態の終末期が検知されたときに電気刺激を停止する制御を行う刺激制御部とを備えるようにしている。
本発明によれば、鼻カニューラのチューブ開口部を患者の鼻腔に向けて取り付け、鼻カニューラの装置接続側の末端を圧力センサ（感圧ヘッド）に取り付ける。これにより、患者の小さな自発呼吸によって、鼻腔がわずかに吸気状態になったときに、鼻カニューラ内が減圧されて陰圧状態になる。また、吸気状態の終末期になったときには鼻カニューラ内がほぼ大気圧状態になる。さらに呼気状態になると鼻カニューラ内が陽圧状態になる。この圧力変化を圧力センサにより検出することにより、吸気状態であるか、呼気状態であるかが区別できる。そして、刺激制御部は、鼻カニューラによる圧力の測定結果から吸気状態の開始期を検知すると、電極部を介して呼吸補助筋に電流刺激信号を送る。これにより、呼吸補助筋が強制的に収縮されるようになり、自発呼吸による吸気動作と同期するようにして、強制的な吸気動作が加わるようになる。よって、自発呼吸と連動して強制的な吸気運動を行わせることで呼吸支援が可能になる。続いて、吸気状態の終末期を検知すると、電流刺激信号を停止する。これにより、呼吸補助筋が拡張し、強制的な吸気動作が解消する。以上の動作を繰り返すことにより、患者による自発呼吸を、呼吸補助筋の強制的な運動により支援することができる。
【０００９】
上記発明において、鼻腔圧検出部は、各時点の鼻腔圧力値と、予め設定した閾値圧力との比較により吸気開始期および吸気終末期を判定するようにしてもよい。
設定した圧力閾値との比較により吸気開始期および吸気終末期を判定することにより、吸気開始期および吸気終末期の判定を各患者ごとに適した閾値圧力に設定することができ、呼吸動作の個人差の影響をなくすことができる。
【００１０】
上記発明において、刺激制御部は、吸気状態の開始期が検知されたときに所定の時定数で緩やかに立ち上がる電気刺激を与えるようにしてもよい。
これにより、呼吸補助筋による強制的な吸気動作を引き起こすときに患者が痛みや違和感を生じた場合に、これらを低減することができる。
【００１１】
上記発明において、電極部が装着される呼吸補助筋は、傍胸骨肋間筋、胸鎖乳突筋、斜角筋のいずれかが含まれるようにすればよい。これらの呼吸補助筋のいずれかに電気刺激を与えることで安全かつ効果的に呼吸運動を支援することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態である呼吸運動支援装置の構成を示す図である。
【図２】呼吸筋を示す図である。
【図３】胸鎖乳突筋を示す図である。
【図４】呼吸補助筋に与える電気刺激のタイムチャートである。
【図５】呼吸補助筋に与える電気刺激のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の呼吸運動支援装置の一実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は必ずしも以下の実施形態のみに限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜修正、変更することが可能である。
【００１４】
図１は本発明にかかる呼吸運動支援装置の構成を示す図である。呼吸運動支援装置１０は、主として鼻腔圧検出部２０と、電極部３０と、刺激制御部４０とからなる。これらはバッグ等に入れる持ち運びできるようにしてある。
【００１５】
鼻腔圧検出部２０は、鼻カニューラ２１と圧力センサ２２とセンサコントローラ２３からなる。
鼻カニューラ２１は、酸素療法で使用される市販品が利用され、鼻カニューラ２１の開放端２１ａが患者の鼻腔の前方に取り付けられ、装置接続側の端部が圧力センサ２２のセンサヘッド２２ａに接続される。患者の自発的な吸気あるいは呼気によって鼻腔内の圧力が変化し、これに伴って鼻孔前方に気流変動が生じると、その影響を受けて鼻カニューラ２１内が陰圧または陽圧になり、差圧がセンサヘッド２２ａに伝達されるようにしてある。
【００１６】
圧力センサ２２は鼻カニューラ２１を介して伝達される鼻腔近傍の圧力を測定する。センサコントローラ２３は、圧力センサ２２を作動するとともに、測定値から吸気開始期や吸気終末期を検知して接点信号を発生する。すなわち、センサコントローラ２３は、吸気開始期や吸気終末期を判定するための閾値圧力が設定できるようにしてあり、設定した閾値と測定圧力とを比較することにより、吸気開始期や吸気終末期を判定するための接点信号が出力されるようにしてある。この閾値圧力として現在の大気圧を利用してもよいが、誤動作が生じないように、少し負圧側になってから吸気状態が開始されたことが検知されるように、負圧値を設定するのが好ましい。発生した接点信号は後述する刺激制御部４０に送られる。
患者が安静ではなく、動作中でも使用できるようにするため、圧力センサ２２およびセンサコントローラ２３には小型で携帯性に優れている機器が使用される。そのような機器として、具体的には例えばキーエンス社製の圧力センサＡＰ−Ｃ４０、コントロールユニットＣＵ−２１ＴＡを用いることができる。
【００１７】
電極部３０は、間隔をあけて皮膚上に貼り付けることができるようにした一対の金属製の電極３１と信号線３２とで構成され、筋肉に電流を流して電気刺激を与えることができるようにしてある。電極３１は、経皮的に刺激を与えることが可能な呼吸補助筋に取り付ける。図２は横隔膜を含めた呼吸筋を示す図である。これらの呼吸筋のうち、横隔膜以外の呼吸補助筋のいずれかに電極３１を取り付けることで本発明を実施できるが、肋間筋のように心臓に近い筋肉は安全面からは避けた方が好ましい。具体的には、図３に示す胸鎖乳突筋Ｍに電極３１を取り付ける場合が容易であり、最も好ましい。胸鎖乳突筋Ｍに刺激を与える場合には、左右それぞれの胸鎖乳突筋に同時に刺激を与えるようにするため、二対の電極３１を使用する。なお、電極数をさらに増やして、斜角筋や傍胸骨肋間筋に対しても同時に刺激を与えてもよい。各電極３１は後述する刺激制御部４０からの電流信号により、筋肉に電気刺激を与えることになる。
【００１８】
刺激制御部４０は、制御用コンピュータおよび電源が内蔵され、センサコントローラ２３から出力された接点信号に基づいて、電極部３０に向けて電気刺激のための電流信号を出力する。出力される電流信号はパルス状信号であり、接点信号がオン状態である期間中パルスが連続発振される。なお、電流信号の振幅は刺激制御部４０の制御用コンピュータで設定できるようにしてある。
【００１９】
次に、呼吸運動支援装置１０による支援動作について説明する。図４は呼吸補助筋に与える電気刺激を示すタイムチャートである。図において、図４（ａ）は患者の自発的な呼吸サイクル（吸気状態および呼気状態）を示し、図４（ｂ）は自発呼吸に対応して変化する圧力センサ２２の接点信号を示し、図４（ｃ）は接点信号に基づいて生じる刺激制御部４０からの出力信号を示す。
【００２０】
患者の呼吸補助筋による小さな自発呼吸によって、吸気動作と呼気動作とが繰り返される。吸気動作が開始すると、鼻腔近傍に吸気による気流が発生し、鼻カニューラ２１内が陰圧状態になり、圧力センサ２２に陰圧状態が伝達され、センサコントローラ２３からＯＮ信号が出力される。これにより、刺激制御部４０は電極３１に電流を流すようになり、筋肉が収縮される結果、自発的な吸気動作に強制的な吸気動作が加わるようになり、呼吸が支援される。
【００２１】
その後、吸気動作の終末期になると、吸気による気流変化がなくなり、鼻カニューラ２１の陰圧状態が大気圧に戻っていく。そして、鼻カニューラ２１内の圧力が設定された閾値圧力に達すると、圧力センサ２２からの出力はＯＦＦ信号となり、電極３１に流れる電流信号が停止され、筋肉は拡張状態になって、呼気状態に移行する。以後、同様の吸気動作と呼気動作とが繰り返される。
【００２２】
また、図５は、電気刺激の他の実施例を示すタイムチャートである。図において、図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）は、それぞれ図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）に対応する図である。ここでは、呼吸補助筋に与える電気刺激信号に時定数を付加することで、緩やかに刺激を与え始めるようにしている。時定数は刺激制御部４０の制御用コンピュータで設定できるようにしてある。本実施形態によれば、電気刺激信号の変化が急激過ぎて患者に痛みや違和感が生じるとき、電流刺激信号を所定の時定数で緩やかに変化させることにより、痛みを和らげることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、肺疾患の患者の呼吸補助筋による呼吸運動を支援する呼吸運動支援装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００２４】
１０  呼吸運動支援装置
２０  鼻腔圧検出部
２１  鼻カニューラ
２２  圧力センサ
２３  センサコントローラ
３０  電極部
３１  電極
４０  刺激制御部
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図３】
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