(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素ボンベと、流量設定手段、自動開閉弁手段、使用者の呼吸を検知する検知手段、該検知結果に基いて自動開閉弁手段の開閉を制御する制御手段を備え、使用者の呼吸に同調してカニューラに酸素を供給する呼吸同調酸素供給装置において、処方流量の入力手段、設定呼吸周期、Ｉ／Ｅ比に基く基準パルス量の設定手段を備え、該制御手段が、該検知結果に基いて呼吸周期を算出する手段を備え、算出呼吸周期が設定呼吸周期の所定閾値よりも短くなった場合、基準パルス量の定数倍の酸素供給量を増加させるように該自動開閉弁手段の開閉を制御する手段であることを特徴とする呼吸同調酸素供給装置。
【請求項２】
該基準パルス量が、設定呼吸周期３秒、１／Ｅ比１：２のパルス量であることを特徴とする請求項１記載の呼吸同調酸素供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、使用する者の呼吸サイクルに応じて作動しうる自動開閉治具を備えた呼吸用気体供給装置に関する。さらに詳細には、慢性呼吸器疾患患者等が酸素吸入療法を行う際に使用する医療機器であり、酸素又は酸素濃縮気体を呼吸用気体として呼吸サイクルに応じて間歇的に使用者に供給する医療用呼吸同調酸素供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
肺気腫、慢性気管支炎等の呼吸器系疾患の治療法として最も効果的なものの１つに酸素吸入療法があり、近年この療法のために酸素富化空気供給装置或いは酸素ボンベが使用されるようになってきた。病院や在宅で該吸入療法を行う場合には、圧力変動吸着型や膜型、或いは酸素を選択的に透過させる固体電解質膜を用いた酸素富化空気供給装置、或いは大容量の固定式酸素ボンベが使用される。
【０００３】
一方患者が通院などで外出する場合には、携帯型の酸素ボンベが用いられる。これは呼吸器系疾患患者が持ち運びするボンベであるため、小型軽量である必要があり、外出時間の延長に伴って使用時間を延長するよう高圧酸素ガスが充填されている。また、患者が使用し得る時間を更に延長する為に、内部に呼吸センサーと自動開閉弁を内蔵し、患者の吸気時間だけに酸素を供給し、呼気時間は供給を停止する所謂デマンドレギュレーターを使用して酸素を節約する手段が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、呼吸器系疾患患者が通院時あるいは外出時などでデマンドレギュレータ付きの酸素ボンベを携帯して、酸素富化空気を吸入利用している。かかるデマンドレギュレーターを用いた場合の酸素供給量の制御方式には供給量（パルス量）固定式や、Ｉ／Ｅ比（吸気時間と呼気時間の比）固定式が殆どである。
【０００５】
一般的に、ヒトの平均的な呼吸のＩ／Ｅ比は１：２であり、労作時（頻呼吸時）にはこの比が一般に１：１に近づくとされ、供給量はそのＩ／Ｅ比によりリアルタイムに変化させなければ患者の酸素必要量に対して過剰・不足が発生し、患者の呼吸困難・ボンベ使用可能時間の短縮などの問題が発生する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者はかかる課題について鋭意検討した結果、呼吸周期を検出（算出）できる呼吸同調酸素供給装置において、呼吸周期が短くなってきた場合に、リアルタイムに供給量を増加させ、適量を供給させることにより、かかる問題点を解決することを見出した。
【０００７】
すなわち本発明は、酸素ボンベと、流量設定手段、自動開閉弁手段、使用者の呼吸を検知する検知手段、該検知結果に基いて自動開閉弁手段の開閉を制御する制御手段を備え、使用者の呼吸に同調してカニューラに酸素を供給する呼吸同調酸素供給装置において、該制御手段が、酸素供給量を頻呼吸時に供給量をリアルタイムに増加させるように制御する手段であることを特徴とする呼吸同調酸素供給装置を提供するものである。
【０００８】
また本発明は、かかる制御手段が、該検知結果に基いて呼吸周期を算出する手段を備え、算出呼吸周期が設定呼吸周期よりも短くなった場合、酸素供給量を増加させるように該自動開閉弁手段の開閉を制御する手段であることを特徴とする呼吸同調酸素供給装置を提供するものである。
【０００９】
また本発明は、該呼吸同調酸素供給装置が、処方流量の入力手段、設定呼吸周期、Ｉ／Ｅ比に基く基準パルス量の設定手段を備え、該制御手段が、算出呼吸周期が設定呼吸周期の所定閾値よりも短くなった場合、基準パルス量の定数倍の酸素供給量を増加させるように該自動開閉弁手段の開閉を制御する手段であることを特徴とする呼吸同調酸素供給装置を提供するものであり、特に該基準パルス量が、設定呼吸周期３秒、１／Ｅ比１：２のパルス量であることを特徴とする呼吸同調酸素供給装置を提供するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の呼吸同調酸素供給装置は、例えば医師の処方によって定められる患者の使用に供すべき酸素供給量に応じて、酸素供給量、供給タイミングを設定できる装置であって、供給量を頻呼吸時にリアルタイムに供給量を増加させ、適量を供給させることを特徴とする呼吸同調酸素供給装置である。
【００１１】
図１に本発明の呼吸同調酸素供給装置の好ましい実施態様の一例を示す。かかる装置は、加圧酸素ボンベ１と一端が該ボンベ１に連通し、他端に該酸素の開放型供給手段７を有し、途中に自動流路開閉手段３を有した導管手段５と、該自動流路開閉手段の開閉時間を制御することにより酸素の供給量を制御するデマンドレギュレーター手段１０とからなる呼吸用気体供給装置である。
【００１２】
デマンドレギュレーターの制御方式において、呼吸周期を計算して常にＩ／Ｅ比を１：２と仮定して酸素量を供給する方法の場合、労作時（頻呼吸時）のＩ／Ｅ比は一般に１：１に近づくため、供給量はそのＩ／Ｅ比によりリアルタイムに変化させなければ必要量に対して過剰・不足が発生し、患者の呼吸困難・ボンベ使用可能時間の短縮が発生する。本発明の装置においては、呼吸周期を検出（算出）できる呼吸同調酸素供給装置において、呼吸周期が短くなってきた場合に、リアルタイムに供給量を増加させ、適量を供給させる装置である。
【００１３】
本発明の装置に用いる電磁弁は特に限定しないが、電源ＯＦＦの時にスプリングにて弁が閉じる構造のものが電池消耗を防止し、電源停止時に装置内へのゴミなどの流入を防止することが出来る点で好ましい。
【００１４】
また本発明の装置に用いる呼吸を検知する手段としては、吸気呼気の温度差を検知する方式や胸部に巻き付けたバンド（帯）内にその伸縮を検知し、電気信号に変換するセンサーを設け胸部の動きを検知する方式（レスピーグラフ）、吸気・呼気により気体の流れや圧力の変化を検知する流量検知方式などが知られている。より簡便には上記導管端部における気体の圧力を検出することにより呼吸位相変化を検出することが出来る。
【００１５】
かかる検出手段に用いる圧力測定用センサーとしては、静電容量形圧力変換器、差動変圧器や歪みゲージ式のインダクタンス変換、電気抵抗変換方式などの圧力変換器を用いることができる。特に、半導体圧力センサーを用いることが好ましい。
【００１６】
従って本発明の装置において、導管５には少なくとも一部の所定位相を検知しうる機能を有した呼吸位相検知手段９を備え、自動開閉弁であるデマンドバルブ３を制御するための制御手段１０を有する。該制御手段は、測定した呼吸周期を用いて、下記判断式１により呼吸状態の判断を行う。
［判断式１］
平常呼吸：測定呼吸周期≦Ra（弱頻呼吸閾値）
弱頻呼吸：Ra＜測定呼吸周期≦Rb（強頻呼吸閾値）
強頻呼吸：Rb＜測定呼吸周期
【００１７】
即ち、平常呼吸とは、測定呼吸周期が、設定呼吸周期に対して一定閾値を加味した範囲内である状態を言う。本装置においては頻呼吸になった場合に制御を行うため、測定呼吸周期が設定呼吸周期の上限閾値（弱頻呼吸閾値：Ｒａ）以下の状態を言う。設定呼吸周期は使用者の平常時の平均呼吸周期を入力するのが好ましい。また、閾値であるＲａ値は、使用者によって変更可能な可変値であり、例えば設定呼吸周期が２０ＢＰＭ（1分間当たりの呼吸数）＝３秒と仮定すると、Ｒａ＝３０ＢＰＭ（＝２秒）というように設定し、呼吸周期が２秒を切ると頻呼吸状態と判断する。
【００１８】
同様に頻呼吸が強い状態を強頻呼吸閾値Ｒｂを用いて設定し、例えばＲｂ＝４０ＢＰＭ（＝１．５秒）とし測定呼吸周期がＲａ〜Ｒｂの範囲を弱頻呼吸状態、Ｒｂ以上を強頻呼吸状態と、状態を段階的に判断することも出来る。
【００１９】
次いで、制御手段はかかる呼吸状態の判断結果に基づいて、下記制御式１に基いて酸素供給パルス量を算出し供給酸素流量を増加させる制御を行う。
［制御式１］
基準パルス量：Ｌｓ（＝設定処方流量×1/3×1/20）
平常呼吸時のパルス量：Ｌｓ
弱頻呼吸時のパルス量：Ｌａ＝Ｌｓ×ａ
強頻呼吸時のパルス量：Ｌｂ＝Ｌｓ×ｂ
ａ，ｂは定数
【００２０】
例えば、患者に対する医師の処方流量が３Ｌ／分の場合、設定呼吸周期２０BPM、Ｉ／Ｅ比１：２とすると、
基準パルス量（Ｌｓ）＝３（L/min）×1/3 × 1/20＝０．０５（L/pulse）
となる。そして、図３に示すように、かかる基準パルス量を平常時のパルス量とし、判断式１により弱頻呼吸状態と判断された場合は、Ｌｓ×ａ倍量、例えばａ＝１．５とした場合、０．０７５（L/pulse）のパルス量（＝Ｌａ）を供給する。また、強頻呼吸状態と判断された場合は、Ｌｓ×ｂ倍量、例えばｂ＝２．０とした場合、０．１（L/pulse）のパルス量（＝Ｌｂ）を供給する。かかるパルス量の増分は、自動開閉弁の開時間の延長により制御することが出来る。
【００２１】
図２を用いて本発明の呼吸気体供給装置の好ましい実施態様例について更に検知手段、入力手段、演算手段および結果の表示手段について説明する。
【００２２】
呼吸用気体の発生手段である酸素ボンベ１から出た酸素は、減圧弁１０１、圧力調節弁１０２を経て、最大流量設定器３１、自動流路開閉（弁）手段３を備えた導管手段５を通って、開放型供給手段である鼻カニューラ７から放出される。
【００２３】
尚、最大流量設定器としては、通常のローターメーターの如き流量計であってもよく、異なる大きさの開口部を有する複数のオリフィス等の流路絞り機能部を有してその流路絞り機能部を切り換えることにより流量を設定する流量設定手段を用いてもよい。
【００２４】
また、導管手段５からの分岐に設けられたダイヤフラム式の微圧変動センサーを備えた呼吸位相検知手段９により呼吸における圧力変動が静電容量の変動に変換され、制御手段１０における変換回路１２により静電容量の変動が電気パルスの信号に変換され、更にカウント回路１４により電気パルス信号が単位時間（例えば１０ｍｓｅｃ）当たりのパルス数の信号となる。
【００２５】
カウント回路１４から出てくるパルス数信号は、好ましくは平滑化回路１６で平滑化されてノイズを低減させる。これは簡便には、現データと過去数回、例えば３回のデータを積算して、４個のデータの平均を求めるという、移動平均操作により達成される。
【００２６】
このようにして得られたデジタル信号を用いて、マイクロコンピューター等のＣＰＵ１１における吸気開始点検知手段１８において、そのデジタル信号の時間に対する変動量、即ち微分値が算出されてその値が所定値より大きい場合に呼吸開始点として検知される。尚かかる所定値は、呼吸検出感度設定値記憶部により設定されるものであり、外部入力手段からの入力により設定し得るものが好ましい。
【００２７】
以上の結果から求められた呼吸検出開始点の周期を測定し、呼吸周期時間を算出する。演算部２５は、算出された呼吸周期時間と所定の２つの値との比較を実施し、比較結果により予め設定されたパルス流量を供給するため電磁弁の開時間を制御することを特徴とする呼吸同調酸素供給装置がある。尚かかる所定値は、呼吸周期時間記憶部により設定されるものである。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、呼吸周期よりＩ／Ｅ比をリアルタイムに変化させて必要量を投入することにより投入の過剰・不足を防ぎ、患者の呼吸困難・ボンベ使用可能時間の短縮を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の呼吸同調酸素供給装置の好ましい実施態様を模式的に示した概略フローチャートである。
【図２】本発明の呼吸同調酸素供給装置の好ましい実施態様を模式的に示した概略フローチャートである。
【図３】本発明の呼吸同調酸素供給装置のパルス量（弁開時間）と呼吸時間との関係をグラフ化したものである。
【符号の説明】
１  酸素ボンベ
３  デマンドバルブ
５  延長チューブ
７  鼻カニューラ
８  マイクロコンピューター
９  呼吸検出器
１０  制御手段
１２  変換回路
１４  カウント回路
１６  吸気開始検知器
１８  呼吸周期演算部
２０  電磁弁制御部
２５  演算手段
３１  流量設定器
４５  表示手段
１０１  ボンベ元弁
１０２  圧力調節弁
【図１】
0003655792.tif 000002
【図２】
0003655792.tif 000003
【図３】
0003655792.tif 000004