(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者に接続された患者チューブ（６）と、患者チューブ（６）へのガス流を制御するためのベンチレータユニット（４）と、患者チューブ（６）に接続された呼吸バッグ（８）とを有するベンチレータ装置（２）において、
呼吸バッグ（８）への／からのガス流量または呼吸バッグ（８）の圧力のどちらかをパラメータとして検出する第１の検出器（１６）が設けられており、
ベンチレータユニット（４）は呼気相中、患者チューブ（５６）へのガス流量を、前記第１の検出器（１６）により測定されたガス流量またはガス圧に従って制御して、患者により呼気されたガス流量に相当するフレッシュガス流量を呼吸バッグ（８）に供給し、患者により呼気されたガスがベンチレータ装置から排出されることを特徴とするベンチレータ装置。
【請求項２】
ベンチレータユニットは、患者チューブ（６）の一方の端部に接続された制御可能な吸気バルブ（２６）と、患者チューブ（６）の他方の端部に接続された制御可能な呼気バルブ（３０）と、第１の検出器（１６）およびバルブ（２６、３０）に接続された制御装置（１８）とを有し、
制御装置（１８）はバルブ（２６、３０）を前記パラメータに従って制御する請求項１記載のベンチレータ装置。
【請求項３】
ベンチレータユニット（４）は、吸気バルブ（２６）でのガス流量またはガス圧を検出するための第２の検出器（３２）と、呼気バルブ（３０）でのガス流量またはガス圧を検出するための第３の検出器（３６）とを有し、
制御装置（１８）は、バルブ（２６、３０）を前記３つの検出器（１６、３２、３６）により測定されたガス流量またはガス圧のパラメータに従って制御する請求項２記載のベンチレータ装置。
【請求項４】
前記３つの検出器（１６、３２、３６）はガス流量を検出し、
制御装置（１８）は積分ユニットを有し、
該積分ユニットは前記検出器（１６、３２、３６）により検出されたガス流量を、呼気相中にそれぞれの検出器（１６、３２、３６）を通過するガス容積を検出するために積分し、
制御装置（１８）はバルブ（２６、３０）を、検出されたガス容積が実質的に同じであるように制御する請求項２または３記載のベンチレータ装置。
【請求項５】
制御装置（１８）は第１の検出器（１６）を連続的にゼロリセットする請求項２から４までのいずれか１項記載のベンチレータ装置。
【請求項６】
制御装置（１８）はバルブ（２６、３０）を、呼気相中にフレッシュガスの通過流が患者チューブ（６）を通って流れるように制御する請求項２から５までのいずれか１項記載のベンチレータ装置。
【請求項７】
制御装置（１８）はバルブ（２６、３０）を、吸気バルブ（２６）でのガス流量が呼気バルブ（３０）でのガス流量よりも小さくなるように制御し、
第１の圧力検出器（３３）が設けられており、該第１の圧力検出器（３３）は呼吸バッグ（８）の圧力を測定し、
制御装置（１８）は、呼吸バッグ（８）の圧力が第１の所定圧より低下するとき吸気バルブ（２６）を、呼吸バッグ（８）を充填するためのガス流が患者チューブ（６）に供給されるよう調整する請求項６記載のベンチレータ装置。
【請求項８】
制御装置（１８）はバルブ（２６、３０）を、吸気バルブ（２６）でのガス流量が呼気バルブ（３０）でのガス流量よりも大きくなるように制御し、
第２の圧力検出器（４０）が設けられており、該第２の圧力検出器（４０）は患者チューブ（６）での圧力を測定し、
制御装置は、患者チューブ（６）の圧力が第２の所定圧を越えるとき呼気バルブ（３０）を調整して圧力を低下させる請求項６記載のベンチレータ装置。
【請求項９】
制御装置（１８）はバルブ（２６、３０）を、吸気相の間、フレッシュガスの通過流が患者チューブ（６）を通って流れるように制御する請求項２から８までのいずれか１項記載のベンチレータ装置。
【請求項１０】
呼吸バッグ（８）はフローバルブ（１４）を有し、該フローバルブは制御装置（１８）により制御される請求項２から９までのいずれか１項記載のベンチレータ装置。
【請求項１１】
付加的検出器が患者と呼吸バッグ（８）との間の患者チューブ（６）に、ガス流、温度、相対ガス湿度または所定のガス濃度の１つをパラメータとして測定するために設けられており、
該付加的検出器は測定信号を転送するため制御装置（１８）と接続されており、
制御装置（１８）は測定信号が少なくとも１つの所定の条件と一致するか否かを指示し、
制御装置（１８）はフレッシュガス流の患者チューブ（６）への制御を、測定信号が第１の所定条件と一致するときに開始し、および／または制御装置は測定信号が少なくとも１つの第２の所定条件と一致するか否かを指示し、
制御装置は、測定信号が第２の所定条件と一致する場合ベンチレータ装置（２）を安全状態にセットする請求項２から１０までのいずれか１項記載のベンチレータ装置。
【請求項１２】
制御装置（１８）は、測定信号と第１の所定条件を入力信号として使用する第１のコンパレータと、測定信号と第２の所定条件を入力信号として使用する第２のコンパレータとを有し、
前記第１のコンパレータは、測定信号が第１の所定条件と一致するとき出力信号を発生し、
該出力信号は、患者チューブ（６）へのフレッシュガス流の制御装置による調整を作動させ、
前記第２のコンパレータは、測定信号が第２の所定条件と一致するとき出力信号を発生し、
該出力信号は、警報を発するため警報発生器に送出され、および／またはベンチレータ装置（２）の制御を機械的換気または他のパラメータに切り替えるためスイッチに送出される請求項２から１０までのいずれか１項記載のベンチレータ装置。
【請求項１３】
患者に接続された患者チューブ（６８）と、患者チューブ（６８）へのガス流を制御するためのベンチレータユニット（６６）と、患者チューブに接続された呼吸バッグ（７０）とを有するベンチレータ装置（６４）において、
パラメータ検出器（１０４）が患者と呼吸バッグとの間に、患者の呼気に関連するパラメータとしてガス流、温度、相対ガス湿度または所定ガス濃度の１つを測定するために配置されており、
ベンチレータユニット（６６）は呼気相中、患者チューブ（６８）へのガス流量を、前記パラメータ検出器（１０４）により測定されたパラメータに従って制御して、患者により呼気されたガス流量に相当するフレッシュガス流量を呼吸バッグ（７０）に供給し、患者により呼気されたガスがベンチレータ装置（６４）から排出されることを特徴とするベンチレータ装置。
【請求項１４】
ベンチレータユニット（６６）は、患者チューブ（６８）の一方の端部に接続された制御可能な吸気バルブ（８６）と、患者チューブ（６８）の他方の端部に接続された制御可能な呼気バルブ（８８）と、パラメータ検出器（１０４）およびバルブ（８６、８８）に接続された制御装置（７２）とを有し、
制御装置（７２）はバルブ（８６、８８）を前記パラメータに従って制御する請求項１３記載のベンチレータ装置。
【請求項１５】
ベンチレータユニット（６６）は、吸気バルブ（８６）でのガス流量またはガス圧を検出するための第２の検出器と、呼気バルブ（８８）でのガス流量またはガス圧を検出するための第３の検出器とを有し、
制御装置（７２）は、バルブ（８６，８８）を前記検出器により測定されたガス流量またはガス圧のパラメータに従って制御する請求項１４記載のベンチレータ装置。
【請求項１６】
制御装置（７２）はバルブ（８６、８８）を、呼気相中にフレッシュガスの通過流が患者チューブ（６８）を通って流れるように制御する請求項１４または１５記載のベンチレータ装置。
【請求項１７】
制御装置（７２）はバルブ（８６、８８）を、吸気バルブ（８６）でのガス流量が呼気バルブ（８８）でのガス流量よりも小さくなるように制御し、
第１の圧力検出器が設けられており、該第１の圧力検出器は呼吸バッグ（７０）の圧力を測定し、
制御装置（７２）は、呼吸バッグ（７０）の圧力が第１の所定圧より低下するとき吸気バルブ（８６）を、呼吸バッグ（７０）を充填するためのガス流が患者チューブ（６８）に供給されるよう調整する請求項１６記載のベンチレータ装置。
【請求項１８】
制御装置（７２）はバルブ（８６、８８）を、吸気バルブ（８６）でのガス流量が呼気バルブ（８８）でのガス流量よりも大きくなるように制御し、
第２の圧力検出器が設けられており、該第２の圧力検出器は患者チューブ（６８）での圧力を測定し、
制御装置は、患者チューブ（６８）の圧力が第２の所定圧を越えるとき呼気バルブ（８８）を調整して圧力を低下させる請求項１６記載のベンチレータ装置。
【請求項１９】
制御装置（７２）はバルブ（８６、８８）を、吸気相の間、フレッシュガスの通過流が患者チューブ（６８）を通って流れるように制御する請求項１４から１８までのいずれか１項記載のベンチレータ装置。
【請求項２０】
呼吸バッグ（７０）はフローバルブを有し、該フローバルブは制御装置（７２）により制御される請求項１４から１９までのいずれか１項記載のベンチレータ装置。
【請求項２１】
付加的検出器（１００、１０４）が患者と呼吸バッグ（７０）との間の患者チューブ（６８）に、ガス流、温度、相対ガス湿度または所定のガス濃度の１つをパラメータとして測定するために設けられており、
該付加的検出器（１００、１０４）は測定信号を転送するため制御装置（７２）と接続されており、
制御装置（７２）は測定信号が少なくとも１つの所定の条件と一致するか否かを指示し、
制御装置（７２）はフレッシュガス流の患者チューブ（６８）への制御を、測定信号が第１の所定条件と一致するときに開始し、および／または制御装置は測定信号が少なくとも１つの第２の所定条件と一致するか否かを指示し、
制御装置は、測定信号が第２の所定条件と一致する場合ベンチレータ装置（６４）を安全状態にセットする請求項１４から２０までのいずれか１項記載のベンチレータ装置。
【請求項２２】
制御装置（７２）は、測定信号と第１の所定条件を入力信号として使用する第１のコンパレータと、測定信号と第２の所定条件を入力信号として使用する第２のコンパレータとを有し、
前記第１のコンパレータは、測定信号が第１の所定条件と一致するとき出力信号を発生し、
該出力信号は、患者チューブ（６８）へのフレッシュガス流の制御装置による調整を作動させ、
前記第２のコンパレータは、測定信号が第２の所定条件と一致するとき出力信号を発生し、
該出力信号は、警報を発するため警報発生器に送出され、および／、またはベンチレータ装置（６４）の制御を機械的換気または他のパラメータに切り替えるためスイッチに送出される請求項１４から２０までのいずれか１項記載のベンチレータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、患者に接続された患者チューブと、患者チューブへのガス流を制御するためのベンチレータユニットと、患者チューブに接続された呼吸バッグとを有するベンチレータ装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
ベンチレータ装置は、患者の吸気および呼気を促進、補助または強制するために使用される。手動換気は、患者に吸気および呼気を強制するときに使用される。すなわち医師は、患者の吸気および呼気を呼吸バッグを用いて制御する。呼吸バッグが中間圧力交換装置なしで患者の気管に接続されていれば、医師は呼吸バッグの作用に対する肺の反応を感知することができる。言い替えれば、医師は肺と直接コミュニケートすることができるといえる。このことはとくに、麻酔医が彼／彼女自身で呼吸プロセス全体を制御したいと望む場合に重要である。
【０００４】
米国特許第３７９４０２７号明細書には、麻酔のための手動換気装置が記載されている。この装置は呼吸バッグを有し、医師は空気を患者チューブを介して患者に給気し、患者に吸気を強制するためこの呼吸バッグを圧搾する。医師が呼吸バッグでの自分の圧力を緩和すると、患者からの空気は二酸化炭素吸収器を介して呼吸バッグに戻ることができる。このようにして医師は全時間を通して、患者の呼吸の仕方を感知することができる。バッグは周期的に装置から取り外され、空にされ、またフレッシュガスが充填されなければならない。これは患者により複数回再呼吸されたガスを置換するためである。患者チューブにはまた２つのチェックバルブが患者の近傍に配置されている。このチェックバルブは患者へのおよび患者からのガスの方向をそれぞれ制御する。
【０００５】
バッグの周期的な排気には多数の欠点がある。このことは患者の呼吸の制御を、ガスを置換するのに必要な時間の間停止しなければならないことを意味する。さらに麻酔剤を含むガスが手術室に漏れ、外科スタッフに有害な作用を及ぼすことがあり得る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は上記欠点を回避し、患者が自分自身の呼気ガスを再呼吸せず、しかも肺と会話するかのように呼吸を感知する医師の能力を損なわないようなベンチレータ装置を提供することである。さらにこのベンチレータ装置は、患者チューブでのガス流の制御を促進し、チェックバルブとガス吸収器を不必要にするように構成する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明により、冒頭に述べたベンチレータ装置において、呼吸バッグへの／からのガス流量または呼吸バッグの圧力のどちらかをパラメータとして検出する第１の検出器が設けられており、
ベンチレータユニットは呼気相中、患者チューブへのガス流量を、前記第１の検出器により測定されたガス流量またはガス圧に従って制御して、患者により呼気されたガス流量に相当するフレッシュガス流量を呼吸バッグに供給し、患者により呼気されたガスがベンチレータ装置から排出されるように構成して解決される。
【０００９】
患者により吸気されたガスを呼吸バッグから、患者が吐息するときにフレッシュガスと置換することによって、麻酔医が呼吸バッグを周期的に着脱する必要がない。フレッシュガスは呼吸バッグに患者の呼気と同じフロープロフィルで供給されるから、患者が直接呼吸バッグに呼気する状況と比較して医師は何ら相違に気がつかないであろう。この充填方式は患者が自発呼吸するときでも同様に良好に動作する。
【００１０】
本発明の改善は、患者の呼気に関連するパラメータを患者と呼吸バッグとの間で測定し、ガス流を測定されたパラメータに従って制御すると得られる。
【００１１】
患者と呼吸バッグとの間で呼気に関連するパラメータを測定することにより、いつ患者が呼気を開始するか、また呼気経過（フロープロフィル）に関する直接的情報を得ることができる。逆方向流を、患者の呼気ガスの流れと同じように患者の呼気ガスが除去されるときに同時に供給することができる。フレッシュガスは、患者により呼気されたガスのフロープロフィルと同じフロープロフィルで呼吸バッグに供給される。呼気されたガスは呼吸バッグへの流入が阻止され、ベンチレータ装置から強制排気される。患者からの呼気流の僅かな変化でさえ測定されたパラメータに影響を与え、フレッシュガス流の制御を直接このような変化に適合することができる。このようにして医師は、患者の呼気ガスが直接呼吸バッグに流入する状況と比較して何ら相違に気がつかないであろう。例えば医師は、呼吸バッグに作用することにより患者の呼気プロフィルを次のように制御することができる。すなわち、フレッシュガス流が医師により制御される呼気流に直接適合するように制御することができる。これにより医師は、呼気ガスがベンチレータ装置から排気されるにもかかわらず、患者の肺が呼吸バッグと直接連絡しているかのように感じるであろう。呼気ガスは再呼吸されないから、二酸化炭素フィルタは必要ない。またガス流の方向制御はフレッシュガス流の制御によって行われるから、ガス流の方向を制御するためのチェックバルブは不必要である。
【００１２】
この関連からパラメータの１つとして、ガス流、温度、相対ガス湿度または所定ガスの濃度を測定し、制御パラメータとして使用すると有利である。
【００１３】
これら４つの変数はすべて患者の呼気ガスに対して特異的なものである。例えば、ガス流の方向は呼気では呼吸バッグに向かっている。また温度は、相対湿度と同じよう呼気空気では比較的に高い。患者に供給されるガスは生体により吸収される。従って酸素濃度、二酸化炭素濃度または所定の麻酔剤の濃度の測定により、患者の呼気を直接確認することができる。フレッシュガス流は上記パラメータの１つの測定にしたがって制御される。これは例えば、パラメータが検知されている間は流量が増大し、パラメータが検知されないときは呼吸バッグが再充填され、再び吸気フェーズに対する準備ができるまで流量が減少するようにして流れのバランスをとることによって行われる。
【００１４】
このようにして流量の測定は例えば、フレッシュガスの供給を制御するのに使用することができ、この制御は二酸化炭素検出器がＣＯ２の存在を検出したときにスタートする。その理由は患者がいつ呼気を開始するかを最初に指示するパラメータを使用し、同時にフレッシュガスの供給を制御するのに最も適切な制御パラメータも使用するためである。本発明の方法の機能制御により得られる安全性は次のことを意味する。すなわち、エラーが例えば制御パラメータの測定に発生し、フレッシュガスが間違った率で供給されたり、完全に供給が停止したりすると、警報が発せられ、エラーに対してスタッフの注意が喚起される。選択的に装置を自動的に、他の制御パラメータの監視を含む他の別の方式、または例えば機械的換気のような他の換気モードに切り替えることもできる。
【００１６】
ガス流量およびガス圧は直接相互に関連しているから、２つのパラメータのうちのどちらを測定し、装置の制御に使用するかは重要でない。
【００１７】
本発明の選択的な別のベンチレータ装置は、パラメータ検出器が患者と呼吸バッグとの間に、患者の呼気に関連するパラメータとしてガス流、温度、相対ガス湿度または所定ガス濃度の１つを測定するために配置されており、
ベンチレータユニットは呼気相中、患者チューブへのガス流を、前記パラメータ検出器により測定されたパラメータに従って制御して、患者により呼気されたガス流量に相当するフレッシュガス流量を呼吸バッグに供給し、患者により呼気されたガスがベンチレータ装置から排出されるように構成される。
【００１８】
上記２つのベンチレータ装置の相違点は、前者の装置では呼吸バッグへの／からの流れまたは呼吸バッグの圧力が測定されるのに対し、後者の装置では制御パラメータが呼吸バッグと患者との間の患者チューブで測定されることである。
【００１９】
前記２つの選択的装置の１つによるベンチレータ装置を次のように構成すると有利である。すなわち、ベンチレータユニットが、患者チューブの一方の端部に接続された制御可能な吸気バルブと、患者チューブの他方の端部に接続された制御可能な呼気バルブと、パラメータ検出器および前記バルブに接続された制御装置とを有し、前記バルブをパラメータに従って制御すると有利である。
【００２０】
原則的に本発明の装置では、吸気バルブが連続流を通過させ、ベンチレータ装置が呼気バルブの調整によって制御されるように構成すれば十分である。ベンチレータユニットは、制御装置がベンチレータユニットの統合部を形成するように構成するか、または別個の制御装置が公知のベンチレータ（例えばＳｉｅｍｅｎｓ−Ｅｌｅｍａ  ＡＢ、Ｓｏｌｎａ，Ｓｗｅｄｅｎ製作のＳｅｒｖｏ  Ｖｅｎｔｉｌａｔｏｒ  ３００）に接続されるように構成することができる。
【００２１】
ベンチレータユニットがさらに、吸気バルブのガス流またはガス圧を検出する第２の検出器と、呼気バルブのガス流またはガス圧を検出する第３の検出器を有し、これにより制御装置がバルブを検出器により測定されたガス流および／またはガス圧に従って制御すると有利である。バルブでの流れまたは圧力の測定はこれらバルブの制御をさらに正確なものにする。
【００２２】
第１の実施例によるベンチレータ装置の改善は、検出器がガス流を検出し、制御装置が積分器を有し、この積分器が検出器により検出されたガス流を、呼気相中にそれぞれ検出器を通過したガス流量を検出するために積分するように構成して得られる。これにより制御装置は、検出されたガス流量が実質的に同じであるようにバルブを制御する。
【００２３】
このことにより呼気されたガス量がまったく同じ量の、呼吸バッグへ供給されるフレッシュガスにより置換されることが保証される。これと共に、患者の吸気量および呼気量に関して情報が得られ、この情報を呼吸容積または呼吸率を上昇すべきか、低減すべきか、または維持すべきか決定するために麻酔医によって使用することができる。ガス流量の正確な測定はまた装置内の少量の漏れを迅速に検知することを可能にする。
【００２４】
この関連から、制御装置が連続的に第１の検出器をゼロリセットすると有利である。なぜなら、このことは少量または低圧を検出する検出器の能力を向上させるからである。ゼロリセットは、（数分まで持続する）大きな時定数を有する検出器の交流結合に相当する。
【００２５】
両方の実施例によるベンチレータ装置の改善は、制御装置がバルブを制御してフレッシュガスの流れが呼気の間、患者チューブを通って流れるようにすると得られる。
【００２６】
患者チューブを通るガス流は、呼吸バッグと肺との間で患者チューブに残った呼気ガスを瞬時に排出する。すなわち、デッドスペースが装置全体で低減される。
【００２７】
ここではベンチレータ装置が次のように構成されると有利である。すなわち、制御装置がバルブを制御し、吸気バルブでのガス流量が呼気バルブでのガス流量よりも小さくなるようにし、第１の圧力検出器が呼吸バッグの圧力を測定するように構成するのである。これにより制御装置は、呼吸バッグの圧力が第１の所定圧力を下回るときに吸気バルブを調整し、呼吸バッグを充満するためのガス流が患者チューブに供給される。
【００２８】
このようにして装置は、充満圧力に達するまで低圧が緩慢に上昇調整されることとなる。この調整手続により装置で圧力が形成されるのが阻止される。呼吸バッグの圧力は呼吸バッグのマノメータにより直接測定することができる。しかし呼吸バッグの圧力は患者チューブの圧力に直接関連しているから、呼気バッグの圧力を、呼吸バッグで流れが測定されたときと患者チューブで圧力が測定されたときとの圧力勾配の測定によって検出することもできる。
【００２９】
択一的にベンチレータ装置を次のように構成すると有利である。すなわち、制御装置がバルブを制御し、吸気バルブのガス流量が呼気バルブのガス流量よりも大きくなるようにし、第２の圧力検出器が患者チューブの圧力を測定するように構成するのである。これにより制御装置は、患者チューブの圧力が第２の所定の圧力を越えると呼気バルブを調整し、圧力を低下させる。
【００３０】
従ってこれにより、装置は所定の最大圧力（すなわちポンプオフ圧力）に向かって緩慢に調整され、患者は最大圧力よりも大きな圧力に曝されることがない。
【００３１】
このベンチレータ装置の改善は本発明によれば、制御装置がバルブを制御し、フレッシュガス流が吸気相中に患者チューブを通って通過するように構成して得られる。
【００３２】
呼気相中と同じようにして、ガス流を吸気相中に装置を介して供給することができる。ガス流はもちろん、全吸気サイクルおよび全呼気サイクルにわたって、すなわち吸気および呼気の両方の間で、患者により呼気された残留ガスを迅速に排出するため存在する。
【００３３】
装置の制御を改善するために、呼吸バッグがフローバルブを有し、このフローバルブが制御装置によって制御可能に構成すると有利である。もし例えば吸気バルブの応答が緩慢であれば、フローバルブをできるだけ正確なガス流を得るために使用することができる。
【００３４】
このベンチレータ装置の有利な改善は次のように構成して得られる。すなわち、付加的検出器をガス流、温度、相対ガス湿度または所定ガスの濃度の１つを測定するために呼吸バッグと患者との間の患者チューブに設け、この付加的検出器を測定信号を転送するために制御装置に接続し、制御装置がこの測定信号が少なくとも１つの第１の所定条件と一致するか否かを指示するように構成するのである。これにより制御装置は、前記測定信号が第１の所定条件と一致するとき、および／または制御装置が測定装置が少なくとも１つの第２の所定条件と一致するか否かを指示するときに、患者チューブのフレッシュガス流の制御を開始する。これにより制御装置は、測定信号が第２の所定条件に一致するときベンチレータ装置を安全な状態に設定する。
【００３５】
このようにしてフレッシュガス流を制御するもの以外のパラメータを使用することができる。例えば検出器は患者チューブのガス中のＣＯ２濃度を測定することができる。この検出器が、濃度が所定の第１の値を越えることを検出すると、このことは患者が呼気を開始したことを指示する。この場合通過するガス流は例えば、患者が呼気したガスを再呼吸しないようにするために導入することができる。さらにこれより、ベンチレータ装置機能の監視ができる。新たなパラメータの測定信号が所定の条件と一致すれば、例えばＣＯ２濃度が所定の第２の値を所定期間にわたり越えなければ、制御装置はベンチレータ装置を安全状態に設定する。安全状態とは、装置が患者を傷つけることができない状態に移されることを意味する。このことは例えばスタッフの注意を喚起するため警報が発せられ、スタッフがエラーを修正したり、装置を取り替えたりできることを意味する。装置は自動的に、バルブの開放、制御パラメータの変更または換気モードの変更のような安全手段を実行することができる。装置が自動的に安全手段を実行する場合でも、装置は適切に警報を発生すべきである。制御パラメータを測定する検出器の故障のようなエラーが発生したならば、他の検出器を制御パラメータの測定のためにイネーブルするか、または他のパラメータを測定する検出器からの信号を制御パラメータとして使用するか、または装置を他の換気モードに、例えば手動から機械的換気に切り替えることができる。上記すべての例で、スタッフの注意をエラーに喚起するため警報を作動することができる。
【００３６】
ここでは制御装置が第１の比較器と第２の比較器を有し、第１の比較器は入力信号として測定信号と第１の所定の条件を使用し、測定信号が第１の所定の条件と一致したとき出力信号を発生し、この出力信号は患者チューブへのフレッシュガス流の制御装置による調整を作動し、第２の比較器は入力信号として測定信号と第２の所定の条件を使用し、測定信号が第２の所定の条件と一致したならば出力信号を発生し、この出力信号は警報発生器に供給され、警報を発令させるか、および／またはベンチレータ装置の切換制御部を機械的換気または他のパラメータに切り替える。
【００３７】
本発明を以下、図面に基づき詳細に説明する。
【００３８】
【実施例】
ベンチレータ装置２はベンチレータユニット４、患者チューブ６および呼吸バッグ８（マニュアルバッグ）を有する。空気は患者チューブ６に接続された患者に次の３つの手段で供給することができる。自発呼吸により、ベンチレータユニット４を介した機械的換気により、または呼吸バッグ８による手動換気により。ベンチレータユニット４は制御パネル１０を有し、ここから複数のパラメータ、ガス混合気および操作モードを１つまたは複数のノブにより設定することができる。例えば抵抗圧力（すなわち、正の最終呼気圧−ＰＥＥＰ）、患者チューブ６の最大許容過剰圧、ポップ−オフ圧または呼吸バッグ８の最大許容圧、すなわち充填圧を設定することができる。
【００３９】
手動換気モードが制御パネル１０で設定されたならば、呼吸バッグバルブ１４が開放する。このバルブは手動で調整可能なバルブとすることができる。医師は呼吸バッグ８を押し潰すことにより圧縮する。これにより患者チューブ６で圧卯力が上昇し、ガスが患者の肺に強制供給される。医師が呼吸バッグ８の圧力を緩めると、ガスは逆流することができ、患者は息を吐き出す。この換気モードにより医師は連続的に肺の作用を感知し、患者の呼吸全体を完全に制御することができる。
【００４０】
患者が呼気されたガスを再呼吸しないようにするため、ベンチレータ装置２は自発呼吸の間、およびベンチレータユニット４の手動換気の間、特別に制御される。患者バッグ８と患者チューブ６との間には圧力勾配検出器１６が設けられており、この検出器は１つの測定点における圧力差を測定する。この圧力差は呼吸バッグ８への／からのガス流によって生じるものである。圧力勾配検出器１６からの測定信号はベンチレータユニット４に送出され、図２に詳細に示す制御装置１８にて処理される。
【００４１】
ベンチレータユニット４はまた吸気バルブ２６、呼気バルブ３０、第１のフローメータ３２、第１の圧力検出器３３、第２のフローメータ３６および第２の圧力検出器４０を有する。これらの測定信号はそれぞれ制御装置１８に送出される。吸気バルブと呼気バルブは両方とも制御装置１８により制御される。
【００４２】
図２に示すように圧力勾配検出器１６からの測定信号はまず第１の信号整形器２０に供給される。信号整形器では信号がろ波され、増幅され、マイクロプロセッサ２２に送出される前にデジタル化される。制御パネル１０でのパラメータセットもマイクロプロセッサ２２に供給される。
【００４３】
マイクロプロセッサ２２が圧力勾配検出器１６からの信号に従って、患者が呼気を開始したことを検出したなら、すなわち呼吸バッグ８への流れが検出されたなら、マイクロプロセッサは第１の制御信号と第２の制御信号を発生する。第１の制御信号は吸気バルブ２６に第１のＡ／Ｄ変換器２４を介して供給される。第２の制御信号は呼気バルブ３０に第２のＡ／Ｄ変換器２８を介して供給される。バルブ２６、３０は制御信号に従ってガス流が通過することができるように開放される。
【００４４】
吸気バルブ２６を通るガス流は第１のフローメータ３２で測定される。その測定信号はマイクロプロセッサに第２の信号整形器３４を介して送出される。ここで吸気流はこの吸気流が患者からの呼気流と同じ程度を有するように調整される。これは前に説明したように、呼吸バッグ８への流入を呼気の開始で調整することによって行われる。次の制御装置１８は吸気バルブ２６と呼気バルブ３０を開放し、それらへの流れを調整して呼気された息の流れにできるだけ近くする。その結果、吸気バルブ２６を通るガス流によって、呼気されたガス流が呼吸バッグを８を充填しないようになり、呼吸バッグ８はフレッシュガスによって充満される。従って呼気されたガスは装置から呼気バルブを通って強制的に排出される。患者からの呼気流の変化は直ちに圧力勾配検出器１６により記録され、制御ユニット１８はバルブ２６、３０の正しい制御を行うことができる。こうして呼吸バッグ８はフレッシュガスにより、フレッシュガスが患者の呼気を非常に正確にシミュレートするようにして充填される。このことは医師には、患者が直接呼吸バッグ８へ呼吸しているかのように感じられる。
【００４５】
呼気バルブをできるだけ正確に制御するために、呼気バルブでのガス流が第２のフローメータ３６で測定され、測定信号はマイクロプロセッサ２２に第３の信号整形器３８を介して供給される。
【００４６】
呼吸バッグ８に十分なフレッシュガスが充填されることを保証するため、マイクロプロセッサ２２は吸気バルブ２６、呼気バルブ３０および呼吸バッグ８で測定された流れを積分することができる。積分は通過するガス容積を表わし、制御ユニット１８はバルブ２６、３０をこの容積が同じになるように調整することができる。
【００４７】
圧力勾配検出器１６はこの実施例では小さな流れを測定する装置能力を上昇させるため連続的にゼロリセットされる。このことは数分まで持続する大きな時定数による交流結合に匹敵するものである。ここで容積は、記録された変化のデジタルサンプリングにより積分することができる。圧力勾配検出器１６は、呼吸バッグ８での流れに対する基準出力を供給するため呼吸バッグバルブ１４が開放する前にゼロリセットされる。
【００４８】
さらに圧力は患者チューブ６の吸気バルブ２６でも第１の圧力検出器３３で測定される。この検出器の測定信号はマイクロプロセッサ２２に第４の信号整形器３５を介して供給される。呼吸バッグ８内の圧力は、患者チューブ６内の圧力と圧力勾配検出器を介した圧力低下が既知であれば求めることができる。呼吸バッグ８の圧力が過度に低下すれば、付加的フレッシュガスが吸気バルブ２６を介して供給される。
【００４９】
第２の圧力検出器４０は患者チューブ６の呼気バルブ３０近傍に配置されている。この検出器は呼気バルブ３０での圧力を検出する。測定信号はマイクロプロセッサ２２に第５の信号整形器４２を介して供給される。呼気バルブ３０での圧力が所定の最大圧、すなわちポップ−オフ圧を越えると、呼気バルブ３０は患者チューブ６の過剰圧を低減するためさらに開放する。目的は患者の肺で圧力が形成されるのを制限するためである。
【００５０】
マイクロプロセッサ２２はまた呼吸バッグバルブ１４を第３のＤ／Ａ変換器４４を介して制御することができる。このバルブの使用は、吸気バルブ２が十分に迅速に応答しない場合に有利である。
【００５１】
図３と図４はマイクロプロセッサ２２がバルブ２６、３０を制御する２つの手段を概略的に示す。信号は以下を表わす。Ｐｐｏｐｏｆｆはプップ−オフ圧であり、これは制御パネル１０に設定される。ＰＥは第２の圧力検出器４０により測定された圧力、ΦＥは呼気バルブ３０での流れ、ΦＨは呼吸バッグ８の流れ、ΔＰＨは呼吸バッグ８での圧力勾配検出器１６を介して圧力低下、Ｐｆは充填圧、これは制御パネル１０に設定される。ＰＰＥＥＰは最終呼気圧力、これも制御パネル１０に設定される。ＰＩは第１の圧力検出器３３により測定された圧力、ＰＳは自発呼吸中の所定の最小圧、そしてΦＩｓｅｔは吸気バルブ２６での流れに対する基準値である。
【００５２】
呼気相中にフレッシュガスを呼吸バッグ８へ供給するための制御に十分な調整が図３に示されている。呼気流ΦＥに対する値と呼吸バッグ流ΦＨに対する値は、第１の加算器４６に供給される。呼吸バッグ８からの流出は正として、呼吸バッグ８への流入は負として定められている。従って第１の加算器４６では、流れΦＥとΦＨとに対する絶対値の差が形成される。この差はエラー信号を形成し、第１の調整器４８に供給される。第１の調整器４８は制御信号を呼気バルブ３０に第２のＤ／Ａ変換器２８を介して供給する。これは呼気流がゼロのエラー信号を発生するようにするためである。すなわち、流れΦＥとΦＨとが同じ絶対値を有しなければならない。呼吸バッグ流ΦＨに対する値はインバータ４９で反転され、これにより吸気流に対する基準値ΦＩｓｅｔが形成される。反転するのは、流れ方向に対する定義のためである。
【００５３】
図４では図３による調整に複数の機能監視と付加的な制御改善が追加されている。従って図３と同じように、差ΦＨ−ΦＥが第１の加算器４６で算出され、呼気バルブ３０を制御するため第１の調整器４８により使用されるエラー信号を形成する。患者チューブ６の呼気バルブ３０における圧力ＰＥも同時に監視される。第２の加算器５０では、測定された圧力ＰＥがポップ−オフ圧Ｐｐｏｐｏｆｆから減算される。測定された圧力ＰＥがポップ−オフ圧Ｐｐｏｐｏｆｆを越えると、すなわち負のエラー信号が発生すると、第１の制御論理回路５２はまず第１のスイッチ５４を切り替え、次に呼気バルブ３０の制御を行う。
【００５４】
他に実施される監視は呼吸バッグ８の圧力に関する。前に説明したように、充填圧Ｐｆは制御パネル１０で設定することができる。この充填圧は呼吸バッグ８の最小許容圧に相当する。呼吸バッグの圧力が充填圧Ｐｆを下回ると、吸気バルブ２６が呼吸バッグ８を充填するフレッシュガスを付加的に流入させる。別個の圧力検出器を呼吸バッグの圧力ＰＨを検出するために呼吸バッグ８に設けることができる。しかしこの実施例では、吸気ラインの圧力ＰＩと、圧力勾配検出器１６を介した圧力低下ΔＰＨと、呼吸バッグ８の圧力ＰＨとの関係、すなわちＰＩ＝ＰＨ−ΔＰＨを利用する。圧力勾配ΔＰＨは、ΦＨが正ならば、すなわちガスが呼吸バッグ８から流出するとき正であると定義されている。このことはＰＨ＝ＰＩ＋ΔＰＨであることを意味する。最終呼気圧ＰＰＥＥＰが存在するときに呼吸バッグ８を正しい圧力で充填するために、充填圧Ｐｆに対する値は最終呼気圧ＰＰＥＥＰに対する値により増分される。従って圧力Ｐｆ＋ＰＰＥＥＰ−ΔＰＨが第３の加算器５６で、患者チューブ６の吸気バルブ２６で測定された圧力ＰＩと比較される。得られたエラー信号は第２の制御論理回路５８に送出される。この制御論理回路は吸気流に対する基準値ΦＩｓｅｔを変化することができる。そのために流れの値ΦＨは第２の制御論理回路５８にも供給される。呼吸バッグ８の圧力ＰＨは通常は十分であり、ΦＩｓｅｔに対する値はΦＨに対する値と等しい。しかし圧力ＰＩが圧力Ｐｆ＋ＰＰＥＥＰ−ΔＰＨを下回ると（このことは上に述べたように呼吸バッグ８の圧力ＰＨがが過度に低下したことを意味する）、基準値ΦＩｓｅｔがさらに多くのフレッシュガスが呼吸バッグ８に供給されるよう変化される。
【００５５】
患者が自発呼吸を開始した場合、第２のスイッチ６０が第２の制御論理回路５８を介して、フレッシュガスの補充供給のための所定の調整圧ＰＳに自動的に切り替えられる。原則的にこのことは、フレッシュガスの補充供給は、呼吸バッグ８の圧力が低下した場合、吸気相の間は回避されることを意味する。なぜなら患者が息継ぎをするからである。ＰＳは典型的には、雰囲気圧に対して５ｃｍ  Ｈ２Ｏである。呼気相の間、装置は再び自動的に通常圧調整に切り替わる。これは第２の制御論理回路５８が呼吸バッグ流ΦＨの方向変化を検出したときに行われる。
【００５６】
第２のスイッチ６０の制御は第２の制御論理回路５８によって行うことができる。この制御論理回路はΦＨと圧力勾配ＰＰＥＥＰ＋Ｐｆ−ΔＰＨ−ＰＩを入力信号として受け取り、ΦＨ＞３リットル／ｍｉｎ（正のΦＨは上記の定義によれば流出を表わす）かつＰＩ＜（Ｐｆ＋ＰＰＥＥＰ−ΔＰＨ）であるとき、すなわち自発呼吸が存在すると考えられるとき第２のスイッチ６０を切り替えるための信号を出力する。
【００５７】
ベンチレータ装置２はまた、通過ガス流を患者チューブ６へ呼気相の間、吸気相の間、または呼気と吸気の両方で供給するように制御することができる。通過ガス流は呼気されたガスを装置から迅速に排気し、これにより装置のデッドスペースが低減する。呼吸バッグ８が充満されたとき、通過ガス流の制御を助長するため、装置の圧力を、呼吸バッグに対する充填圧Ｐｆに対抗して、または装置の最大圧Ｐｐｏｐｏｆｆに対抗して調整することができる。
【００５８】
第１の例では、吸気流は呼気流よりも少なくなるように調整される。例えば吸気バルブの通過流は、全通過流が３リットル／ｍｉｎである場合に２リットル／ｍｉｎに低減することができ、呼吸バッグ８を充填するために課せられた制御流は呼吸バッグ８への流れに対する振幅値の４％だけ低減される。呼気流ΦＥは同時に呼吸バッグ８への流れの５％だけ増大することができる。ＰＩ＋ΔＰＨに相当する呼吸バッグ８の圧力が、充填圧Ｐｆ＋最終呼気圧ＰＰＥＥＰを下回ると、吸気バルブ２６が呼吸バッグ８を充填するため開放する。
【００５９】
第２の例では、装置がポップ−オフ圧Ｐｐｏｐｏｆｆに対抗して調整される場合、吸気流が増大され、それにより吸気流は呼気流よりも大きくなる。患者チューブの圧力ＰＥがポップ−オフ圧Ｐｐｏｐｏｆｆを越えると、呼気バルブ３０が余剰ガスを抽気するため開放する。
【００６０】
すべての流れがベンチレータ装置２で測定または計算されるから、マイクロプロセッサ２２は迅速に患者を装置から遮断すべきか否かを決定できる。遮断する場合はすべてのガス流が停止される。このことは特にガス麻酔を患者に処置することと関連して重要である。というのはこれは麻酔剤が手術室へ放出されるのを阻止するからである。
【００６１】
相応にして装置の異なる部分からの漏れを簡単に検知することができる。装置全体の調整もまた圧力センサからのデータに従って行うことができる。といのは、装置の圧力と流れは直接相関しており、一方の値は他方の値から確定することができるからである。
【００６２】
実施例ではデジタルで制御される装置を説明したが、この装置はアナログ回路として構成することもできる。
【００６３】
ベンチレータ装置の第２の実施例が図５に示されている。ベンチレータ装置６４はベンチレータユニット６６と患者チューブ６８と呼吸バッグ７０を有する。ベンチレータユニットは例えばＳｉｅｍｅｎｓ−Ｅｌｅｍａ  ＡＢにより製作されたＳｅｒｖｏ  Ｖｅｎｔｉｌａｔｏｒ  ３００とすることができる。患者チューブはベンチレータユニット６６と患者に接続されている。制御装置７２はベンチレータユニット６６と呼吸バッグ７０に接続されており、患者の手動換気中に呼吸バッグ７０をフレッシュガスにより充填するのを制御する。
【００６４】
ベンチレータユニット６６から複数の測定パラメータが制御装置７２に送出される。呼気流ΦＥは第１の信号線路７４を介し、呼気圧ＰＥは第２の信号線路７６を介して転送され、吸気流ΦＩは第３の信号線路７８を介し、吸気圧ＰＩは第４の信号線路４０を介して転送される。圧力勾配検出器８２は呼吸バッグ７０に配置されている。検出器８２の測定信号は第５の信号線路８４を介して制御装置７２に送出される。
【００６５】
原則的にベンチレータユニット６６は２つの部分に分けられる。吸気セクション６６Ａと呼気セクション６６Ｂである。吸気セクション６６Ａには吸気バルブ８６があり、この吸気バルブは患者チューブ６８へのガス流を調整する。呼気セクション６６Ｂには呼気バルブ８８があり、この呼気バルブは患者チューブ６８からのガス流を調整する。複数の制御線路が制御装置７２とベンチレータユニット６６との間に、バルブ８６、８８を制御するため設けられている。換気相に対する制御信号、すなわちバルブ８６、８８を開放すべきかまたは閉鎖すべきか、バルブ８６、８８を圧力に従って制御すべきかまたは流れに従って制御すべきかがベンチレータユニット６６に第１の制御線路９０を介して送出される。バルブ８６、８８が流れに従って制御されるべき場合、第１のフロー制御信号が吸気セクション６６Ａに第２の制御線路９２を介して、第２のフロー制御信号が呼気セクション６６Ｂに第３の制御線路９４を介して送出される。バルブ８６、８８が圧力に従って制御されるべき場合、第１の圧力制御信号が吸気セクション６６Ａに第４の制御線路９６を介して、第２の圧力制御信号が呼気セクション６６Ｂに第５の制御線路９８を介して送出される。
【００６６】
制御装置７２は図１から図４に関連して説明した調整および制御を行うことができる。
【００６７】
ベンチレータ装置６４は次のように作用する。通常の換気では、呼吸バッグバルブ１０８は閉鎖されており、装置は通常のベンチレータのように動作する。患者の手動換気では呼吸バッグバルブ１０８が開放される。吸気相の間、制御装置７２はベンチレータユニット６６を制御し、吸気バルブ８６と呼気バルブ８８は閉鎖される。患者の呼気は、呼吸バッグ７０を押し潰す医師によって監視される。バルブ８６、８８は閉鎖されているから、呼吸バッグは通信管のように、直接患者の肺と連絡している。従って吸気の間、医師は患者の肺の圧力を呼吸バッグ７０に感知することができる。
【００６８】
呼気の間、医師は呼吸バッグ７０への圧力を緩和する。その結果、呼吸バッグ７０の圧力は低下し、ガスはバッグへ流入を開始する。上に述べたように、この流れは圧力勾配検出器８２により測定され、測定信号は制御装置７２に送出される。これで制御装置はベンチレータユニット６６を制御し、吸気バルブ８６と呼気バルブ８８はそれぞれ吸気流と呼気流を圧力勾配検出器８２により測定された流れと同じ程度にする。次に呼吸バッグ７０には吸気バルブ８６からのフレッシュガスが充填される。これにより患者の呼気したガスは呼吸バッグ７０に流入することができず、呼気バルブ８８を介して抽気される。呼気バルブ８８を介するガス流出は患者の肺からガスがなくなるときと同じ流れプロフィルを有する。従って患者の肺は、呼気の間でも医師には呼吸バルブ７０と直接連絡しているように感じられる。しかし実際は、呼気容積は呼気バルブ８８を介して制御されている。言い替えると、医師は患者の呼吸を、吸気相と呼気相と両方で呼吸バッグ７０により制御する。
【００６９】
吸気流が一時的に圧力勾配検出器８２での流れを下回ると、制御装置７２はベンチレータユニット６６を制御して、吸気流の容積が呼気相の間、同じ呼気相の間に呼吸バッグに流入する容積に少なくとも相当するようにする。この調整法は効果的に、患者の呼気したガスが呼吸バッグ７０に達するのを阻止する。しかし呼吸バッグ７０が医師によってリリースされたとき、吸気流の大きさが呼吸バッグ７０への流れの大きさよりも大きければ、吸気流は一定に留まることができる。上記の原則に従い、外部ガス源から一定のガス流を装置に接続することができる。
【００７０】
患者の安全性を向上するため、ベンチレータ装置６４はＣＯ２検出器１００を有し、この検出器は患者近傍の患者チューブ６８に配置されている。測定信号は制御装置７２に第６の制御線路１０２を介して送出される。呼気相の間、ＣＯ２検出器１００は患者の呼気空気のＣＯ２濃度を記録し、濃度を監視して、値が通常レベルから異なる場合に警報を発令することができる。ＣＯ２濃度は吸気の間、ゼロに低下するかまたはほとんどゼロでなければならない。というのは呼気されたガスはフレッシュガスにより置換されるからである。上記の場合に当てはまらなければ、なんらかのエラーが装置に存在する。圧力勾配検出器８２が故障しても、また流れを検出することができなくても警報のトリガを保証するために、時間条件を呼気の持続時間に対して設定することができる。すなわち所定のＣＯ２濃度が所定期間にわたって測定されれば、何かが悪く、これにより警報が発令される。
【００７１】
患者が息を吐き出すとき、ＣＯ２濃度は非常に急速に上昇するから、この環境を装置が呼吸バッグ７０をフレッシュガスで充填開始するのをトリガするのに使用することができる。この場合充填手続は上記のように制御することができる。
【００７２】
方向依存型フローメータ１０４を呼吸バッグ７０と患者との間の患者チューブ６８に選択的に、またはＣＯ２検出器１００の代わりに配置することができる。その測定信号は制御装置７２に第７の制御線路１０６を介して送出される。方向依存型フローメータ１０４は呼吸バルブ７０の方向へのガス流を検出する。方向依存型フローメータ１０４は、フレッシュガス補給調整が適切に動作している場合、呼気相の間でだけ流れを間歇的に検出すべきである。吸気セクション６６Ａからのフレッシュガスの反対の流れは、呼吸バッグ７０の方向への呼気流を妨げ、呼気ガスの呼気セクション６６Ｂを介しての排気を強制すべきである。方向依存型フローメータ１０４は患者が呼気を開始するまで、および患者からの呼気流の増大が存在する場合、流れを検出しない。所定の流れの方向依存型フローメータ１０４による検出、または所定の期間（例えば数秒）持続する検出は、装置が適切に動作していないことを指示し、警報が発令される。
【００７３】
方向依存型フローメータ１０４からの測定信号はまたフレッシュガス補給の制御を開始するのに使用することができる。
【００７４】
警報の発令に加えて制御装置７２は、エラーが発生しても患者の呼吸をそのまま継続すべき場合、ベンチレータユニット６６の動作モードを手動換気から機械的換気に切り替えることができる。
【００７５】
選択的に制御装置７２は、他の制御パラメータ（例えば方向依存型フローメータ１０４からの測定信号）に従ってベンチレータ装置６４を制御するようにシフトすることができる。制御装置７２に対するこの制御冗長性はベンチレータ装置６４の機能と患者の安全性を最適にする。
【００７６】
ＣＯ２検出器１００は機能を変更しないで、他のガスメータ、例えばＯ２検出器または麻酔中の麻酔剤メータにより置換することができる。患者により呼気された空気は比較的に低いフレッシュガス濃度を有する。というのは患者の身体が所定量の酸素と麻酔ガスをそれぞれの呼吸サイクルで吸収するからである。ＣＯ２検出器と置換することのできる他の形式の検出器は温度計、湿度計および方向依存型フローメータである。方向依存型フローメータ１０４は相応にして機能を変更せずに、ガス検出器、温度計または湿度計により置換することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるベンチレータ装置の第１実施例の概略図である。
【図２】ベンチレータ装置の制御装置のブロック回路図である。
【図３】ベンチレータ装置の第１の調整を説明するための概略図である。
【図４】ベンチレータ装置の第２の調整を説明するための概略図である。
【図５】本発明によるベンチレータ装置の第２実施例の概略図である。
【符号の簡単な説明】
２  ベンチレータ装置
４  ベンチレータユニット
６  患者チューブ
８  呼吸バッグ
１０  制御パネル
１４  呼吸バッグバルブ
１６  圧力勾配検出器
２２  マイクロプロセッサ
２６  吸気バルブ
３０  呼気バルブ
３２  フローメータ
３４  信号成形器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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