(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者への酸素を含んだ吸気を供給する吸気導入部と、この吸気導入部から前記吸気を前記患者へ案内する患者側経路と、この患者側経路を流れる吸気に前記患者の呼吸周期よりも短い周期の振動空気圧を付勢する振動空気圧付勢部と、前記患者から出された二酸化炭素を含んだ呼気を大気中に排出する排出経路と、前記振動空気圧付勢部の動作制御を行うコントローラとを備える高頻度人工呼吸器において、
前記振動空気圧付勢部は、前記振動空気圧の振幅量を調節する振幅調節部と振動周波数を調節する周波数調節部とを備え、
前記コントローラは、前記振動空気圧の振動周波数と前記患者の肺に対する一回換気量について設定入力を受け付ける受付部と、この設定入力された各値に基づいて前記周波数調節部と前記振幅調節部とを制御する動作制御部とを備え、
この動作制御部が、前記設定入力により前記周波数調節部の振動周波数を変更する際に、前記患者の肺に対する一回換気量が一定値を維持するように前記振幅調節部による振幅量の制御を行う換気量維持機能を備えることを特徴とする高頻度人工呼吸器。
【請求項２】
前記コントローラは、前記患者の肺に対する一回換気量と前記振動空気圧の振動周波数とを前記振幅調節部の出力を特定するパラメータとするマップを記憶したマップメモリを備え、
前記動作制御部は、前記マップを参照しつつ前記振幅調節部の制御を行うことを特徴とする請求項１記載の高頻度人工呼吸器。
【請求項３】
前記マップは、前記振動空気圧付勢部の出力と前記振動空気圧の振動周波数とをそれぞれ変化させて前記患者の肺に対する一回換気量の計測を行う試験の試験データに基づいて構築されていることを特徴とする請求項２記載の高頻度人工呼吸器。
【請求項４】
前記患者の肺に対する一回換気量と前記振動空気圧の振動周波数とを受付部に対して入力する入力手段を前記コントローラに併設したことを特徴とする請求項１，２又は３記載の高頻度人工呼吸器。
【請求項５】
所定情報を表示する表示部を前記コントローラに併設し、
前記動作制御部が、前記換気量維持機能による制御に際して前記振幅調節部の目標出力が駆動上限値を越える場合には当該振幅調節部の出力を駆動上限値とする制御を行うと共にそのときの前記患者の肺に対する一回換気量を前記表示部にて表示する動作制御を行う最大出力維持機能を備えることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の高頻度人工呼吸器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工呼吸器に係り、特に、高頻度人工呼吸器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高頻度人工呼吸器２００は、図１１に示すように、酸素供給源２０１から三方分岐管２０２を介して患者Ｘ側と排気側とに分岐する流体回路系を流れる高濃度酸素を含んだ吸気（通常の流量10〜30[l/min]，最大60[l/min]）に対して高頻度の振動空気圧を振動空気圧付勢部２０３によって付勢して患者Ｘの肺内に酸素供給を行う。このとき、患者Ｘの肺へかかる平均圧力は、呼気の排出口に設けられた呼気弁２０４のゴム弁の開放面積でコントロールする。振動空気圧の振動周波数（以下、換気周波数とする）は振動空気圧付勢部２０３のロータリーバルブ２０６の回転数で調節され、振動空気圧の振幅量はブロワ２０５の出力で調節される。
【０００３】
この高頻度人工呼吸器２００の酸素供給原理を説明する。まず、患者に供給される吸気に高頻度振動空気圧が付勢されると、当該吸気の圧力振幅により、患者の肺中の二酸化炭素を含んだ吸気（以下、呼気とする）に対して小容量の換気（対流的なガス交換）が起ると共に、吸気の振動による拡散運動の効果で、気管内チューブ２０７を介して肺内に吸気が侵入すると共に肺内の呼気が肺の外（患者口元）まで導き出される。後続の吸気は、上述の換気を行うと共に肺から導き出された呼気を排気口側に送り出す作用をも有している。これにより、患者の肺内を常に一定の酸素濃度に維持することを可能としている。
【０００４】
上記高頻度人工呼吸器２００では、医者が患者の様態に合わせて任意に設定できる基本的なパラメータは、主に、▲１▼酸素供給源から患者Ｘまでの回路系の内部圧力（5〜15[cmH2O]（490〜1470[Pa]））、▲２▼高頻度振動空気圧の振幅量（ブロワ２０５の出力）、▲３▼振動空気圧の換気周波数（3〜15[Hz]程度）の三つである。他に付随的なパラメータとして患者に送る吸気供給量、吸気の酸素濃度がある。患者の様態に合わせて、上記基本的なパラメータを以下のようにコントロールして呼吸管理をする。
【０００５】
(1)酸素化をしたい場合は、患者回路の平均気道内圧を上げる。ここで酸素化とは患者Ｘの動脈血中酸素分圧（PaO2）を上げることをいう。
【０００６】
(2)二酸化炭素の掃けを良くしたい場合は、高頻度振動空気圧の振幅量を増やす。二酸化炭素の掃けを良くするとは、動脈血中二酸化炭素分圧（PaCO2）を下げることをいう。
【０００７】
(3)各患者Ｘは高頻度人工呼吸の換気効率が高くなる固有の周波数が個別に決まっており、また、この固有の周波数は患者の様態に応じて変化もする。換気周波数は、患者Ｘの様態を観察しつつかかる固有の周波数に近づくように調節が行われる。
【０００８】
換気周波数は、初期の段階では患者Ｘの体重に合わせて決められ、患者Ｘの体と共振してガス（酸素）の拡散効果を上げ、ガス交換（酸素と二酸化炭素との交換）が効率良く行われる周波数に調節される。一般に、換気周波数に関しては、新生児には、15[Hz]前後，小児から成人は、3〜10[Hz]が多く用いられている。
【０００９】
この換気周波数は、人工呼吸時には、急な患者Ｘの様態変化が生じなければ固定されていることが多く、あまり頻繁に変化させるものではない。よって、通常であれば、患者Ｘの様態に合わせて希望する人工呼吸を行なうためには、▲１▼と▲２▼のいずれかのパラメータのみにより呼吸状態が調節される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一方、患者の様態が変化すると、PaO2が下がり過ぎたり、PaCO2が上がり過ぎたりする場合がある。この場合は、既に患者Ｘの固有周波数に変化が生じているため、もはや▲１▼と▲２▼のみでは調節が追いつかず、換気周波数を変えなければならない。
【００１１】
ここで、図１２に高頻度人工呼吸器２００の振動空気圧付勢部２０３のブロワ２０５の出力を駆動上限値で固定としたときの換気周波数と患者の肺に対する一回換気量との特性曲線を示す。この図１２に示すように、高頻度人工呼吸器２００は、換気周波数を変えると一回換気量も変化していた。これは、換気周波数によりガスの乱流の度合が変化し、例えば、換気周波数が低くなれば患者回路内の流れ抵抗が小さくなり、換気周波数が高くなれば流れ抵抗が大きくなるためである。
【００１２】
従って、上記従来例の場合、ブロワ出力を一定に維持したまま換気周波数を低く変えると、一回換気量が急に増加してしまう。その増加率は、図１２のように２次元であるため、換気周波数を１[Hz]下げた時でもいきなり一回換気量が増加する可能性があった。
【００１３】
これを回避するため、高頻度人工呼吸器２００のオペレータである医者は、予めブロワ２０５の出力を目安で多少減少させてから換気周波数を変える必要を生じ、煩雑性を生じていた。しかも、換気周波数の変更量に対してブロワ２０５をどの程度の出力に設定するかは勘に頼ることもあり、換気周波数の設定変更の際に患者の肺に対する一回換気量を一定量に維持することは困難であった。
【００１４】
【発明の目的】
本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、煩雑な操作を伴うことなく換気周波数の変更時における一回換気量の変化を抑制することを、その目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、患者への酸素を含んだ吸気を供給する吸気導入部と、この吸気導入部から吸気を患者へ案内する患者側経路と、この患者側経路を流れる吸気に患者の呼吸周期よりも短い周期の振動空気圧を付勢する振動空気圧付勢部と、患者から出された二酸化炭素を含んだ呼気を大気中に排出する排出経路と、振動空気圧付勢部の動作制御を行うコントローラとを備えている。また、上記振動空気圧付勢部は、振動空気圧の振幅量を調節する振幅調節部と振動周波数を調節する周波数調節部とを備えている。
【００１６】
そして、コントローラは、振動空気圧の振動周波数と患者の肺に対する一回換気量とについて設定入力を受け付ける受付部と、この設定入力された各値に基づいて周波数調節部と振幅調節部とを制御する動作制御部とを備え、この動作制御部が、設定入力により周波数調節部の振動周波数を変更する際に、患者の肺に対する一回換気量が一定値を維持するように振幅調節部による振幅量の制御を行う換気量維持機能を備えるという構成を採っている。
【００１７】
上記構成では、オペレータにより例えば受付部に接続された外部入力手段から振動空気圧の振動周波数及び患者の肺に対する一回換気量の入力が行われる。
【００１８】
一方、高頻度人工呼吸器では、呼気導入部から吸気が発せられ、当該吸気は患者側経路内を通過して患者まで送られる。さらに、かかる患者側経路を流動する吸気には振動空気圧付勢部により振動空気圧が付勢される。この振動空気圧は、入力された振動周波数に設定され、また入力された患者の肺に対する一回換気量に対応する振幅量に設定されている。
【００１９】
そして、吸気は分岐管にて患者側と排気経路側との双方に流動する。患者側に流動した吸気は、振動空気圧の陽圧により気管内挿入管を通じて患者の肺内に到達し、肺内に酸素を供給する。また、その一方で肺から生じた二酸化炭素を含んだ呼気は、振動空気圧の陰圧の作用により気管内挿入管を通じて分岐管側に流動し、後続の吸気と共に排気経路に押し流され、大気中に排出される。
【００２０】
そして、患者の換気効率が低いことが測定により判明し振動周波数の設定が不適と判断された場合、或いは患者の様態が変化したときのように必要が生じた場合には、当該受付部に対してオペレータにより新たな振動周波数の入力が行われる。
【００２１】
これにより、動作制御部では振動空気圧付勢部から出力される振動空気圧の振動周波数を変更する動作制御を開始する。このとき、周波数調節部に対して現行の振動周波数から新たに入力された振動周波数に移行する動作制御が行われるが、その移行の際には、振動周波数の変更に伴って振幅調節部の動作制御も同時行われる。
【００２２】
即ち、換気量維持機能に従って動作制御部は、振動周波数が目標値に設定されたときに患者の肺に対する一回換気量が変化しない振幅量となるように振幅調節部の動作制御を行う。
【００２３】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、コントローラは、患者の肺に対する一回換気量と振動空気圧の振動周波数とを、振幅調節部の出力を特定するパラメータとするマップを記憶したマップメモリを備え、動作制御部は、マップを参照しつつ振幅調節部の制御を行う、という構成を採っている。
【００２４】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明と同様の動作が行われると共に、設定入力された患者の肺に対する一回換気量と振動周波数とから振幅調節部の動作制御を行う際に、マップを参照して振幅調節部の出力の特定が行われる。また、振動周波数の変更の際には、「振動周波数の目標値」と現行の「患者の肺に対する一回換気量」とに基づいてマップから当該一回換気量を変化させない振幅調節部の出力を特定し、かかる出力に変更する動作制御が行われる。
【００２５】
請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の発明と同様の構成を備えると共に、マップは、振動空気圧付勢部の出力と振動空気圧の振動周波数とをそれぞれ変化させて患者の肺に対する一回換気量の計測を行う試験の試験データに基づいて構築されている、という構成を採っている。
【００２６】
即ち、このマップは、高頻度人工呼吸器が患者に対して出力する一回換気量を、振動空気圧付勢部の出力と振動空気圧の振動周波数とを各々の使用範囲内で変化させて計測し、それら全ての試験データから作成されている。従って、振動空気圧付勢部の出力と振動空気圧の振動周波数と一回換気量との相関関係が明らかになるので、一回換気量と振動周波数とを特定することにより、これに対応する振幅調節部の出力を特定することが可能となる。即ち、所望の一回換気量を得るための振幅調節部の出力が判明するので、オペレータは患者の肺に対する一回換気量を自在に設定することができる。
【００２７】
請求項４記載の発明では、請求項１，２又は３記載の発明と同様の構成を備えると共に、患者の肺に対する一回換気量と振動空気圧の振動周波数とを受付部に対して入力する入力手段をコントローラに併設するという構成を採っている。かかる構成では、請求項１，２又は３記載の発明と同様の動作が行われると共に、前述した各数値の入力が入力手段から行われる。
【００２８】
請求項５記載の発明では、請求項１，２，３又は４記載の発明と同様の構成を備えると共に、所定情報を表示する表示部をコントローラに併設し、動作制御部が、換気量維持機能の制御に際して振幅調節部の目標出力が駆動上限値を越える場合には当該振幅調節部の出力を駆動上限値とする制御を行うと共にそのときの患者の肺に対する一回換気量を表示部にて表示する動作制御を行う最大出力維持機能を備えるという構成を採っている。
【００２９】
ここで、「駆動上限値」とは一般的な使用に際して振幅調節部の保守等の面で人為的に設定された上限値であって、当該振幅調節部の物理的な限界の出力を示すものではないが、この駆動上限値を物理的な限界の出力と一致させる制御を行っても構わない。
【００３０】
請求項５記載の発明では、請求項１，２，３又は４記載の発明と同様の動作が行われると共に、振動周波数を高くする変更が行われた場合であって、変更後の振動周波数で現行の一回換気量を維持するための振幅調節部の出力が最大出力では足りないときに、当該振幅調節部を最大出力とする動作制御が行われる。
【００３１】
従って、患者の肺に対する一回換気量を一定に維持する振幅量には満たないので当該患者の肺に対する一回換気量は減少する。この減少する一回換気量を振幅調節部の出力と振動周波数とから求め、これを表示部にて表示する。
【００３２】
本発明は、上述した各構成によって前述した目的を達成しようとするものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
（実施の形態の全体構成）
本発明の実施形態を図１乃至図１０に基づいて説明する。図１は、本実施形態たる高頻度人工呼吸器１２の構成を示すブロック図である。
【００３４】
このこの高頻度人工呼吸器１２は、患者Ｘへの酸素を含んだ吸気を供給する吸気導入部６２と、この吸気導入部６２から吸気を患者Ｘへ案内する患者側経路６０と、この患者側経路６０を流れる吸気に患者Ｘの呼吸周期よりも短い周期の振動空気圧を付勢する振動空気圧付勢部５０と、患者Ｘから出された二酸化炭素を含んだ呼気を大気中に排出する排出経路（排出管６０４）と、患者側経路６０及び排出経路としての排出管６０４の平均気道内圧を調節する内圧調節部としての流量調節バルブ６０７と、人工呼吸器１２の各部の動作制御を行うコントローラ４０とを備えている。
【００３５】
以下各部を詳説する。
【００３６】
（吸気導入部）
上記吸気導入部６２は、酸素及び空気の供給源６２１ａ，６２１ｂと接続され、これらを混合する第一の調節手段としてのブレンダ６２１と、ブレンダ６２１から送り出される空気を加湿する加湿器６２２とから構成されている。
【００３７】
酸素及び空気の供給源６２１ａ，６２１ｂは、それらをそれぞれ封入したボンベや病院施設に備え付けられたこれらの供給バルブから構成される。これらの供給源６２１ａ，６２１ｂは、常に一定圧力でブレンダ側に酸素及び空気を供給している。
【００３８】
ブレンダ６２１は、各供給源６２１ａ，６２１ｂとの接続部に図示しない流量調節自在の弁を有し、これらを調節して吸気の酸素濃度を自在に設定することができる。また、ブレンダ６２１は、吸気を加湿器６２２側に流す図示しない流量調節自在の出力バルブを備えている。なお、上記吸気の酸素濃度設定や流量設定は、コントローラ４０からの動作信号を受けて自在に行われるようになっている。
【００３９】
加湿器６２２には、加湿された吸気を患者Ｘへ供給する吸気管６２３が接続されている。吸気管６２３は、その途中で分岐して一端側が後述するダイヤフラム機構５６の被加圧室５６３に連通されるとともに、その他端側が後述する三方分岐管１７０に接続されている。
【００４０】
（振動空気圧付勢部）
振動空気圧付勢部５０は、陽圧及び陰圧の両方の空気圧を同時に発生する振幅調節部としてのブロワ５２と、ブロワ５２で発生した陽圧又は陰圧を交互に選択して所定の振動空気圧に変換する周波数調節部としてのロータリバルブ機構５４と、ロータリバルブ機構５４からの振動空気圧に付勢されて作動し，吸気導入部６２から患者Ｘに供給される吸気に振動空気圧を付勢するダイヤフラム機構５６とを含む構成を採っている。
【００４１】
上述のブロワ５２は、その内部に空気を取り込みまたその空気を送り出すことにより陽圧と陰圧とを同時に発生させる。ブロワ５２の空気取り込み口は、後述するロータリーバルブ機構５４の陰圧ポート５４２に接続され、空気の送り出し口は陽圧ポート５４１に接続されている。
【００４２】
このブロワ５２は、ファンとこれを回転駆動させるモータとを有している。このモータはインバータを備え、その出力をコントローラ４０にて制御することにより空気の送出量及び振動空気圧Ａpnの大きさ（圧力振幅）を設定している。
【００４３】
ロータリバルブ機構５４は、ブロワ５２から陽圧が入力される陽圧ポート５４１と、ブロワ５２から陰圧が付勢される陰圧ポート５４２と、振動空気圧を出力する出力ポート５４３と、自らの回転により出力ポート５４３を陽圧ポート５４１と陰圧ポート５４２とに交互に接続するロータリバルブ５４４と、ロータリバルブ５４４を回転させる駆動部５４５とから構成されている。
【００４４】
駆動部５４５は、図示しないモータ及び減速機からなり、ロータリバルブ５４４をコントローラ４０にて指定された回転数で回転させる。ロータリバルブ５４４は、一回転するごとに、ポート５４１とポート５４３とのみを一回連通させ、続いてポート５４２とポート５４３とのみを一回連通させる。従って、供給される吸気に対して駆動部５４５の回転数に比例した振動周波数の振動空気圧Ａpnを付勢する。コントローラ４０は、かかる駆動部５４５の回転数の制御を行うことにより振動空気圧Ａpnの振動周波数（換気周波数）の制御を行っている。
【００４５】
また、コントローラ４０は、前述したように、ブロワ５２の空気の送出量の制御も行っており、上記振動周波数に応じて当該空気の送出量を設定することにより振動空気圧付勢部における一回換気量（振動空気圧Ａpnの一振動周期当たりの振幅量）の設定を自在としている。
【００４６】
なお、ポート５４３には、振動空気圧Ａpnをダイヤフラム機構５６へ伝達する振動空気圧管５４６が接続されている。
【００４７】
ダイヤフラム機構５６は、加圧室５６２及び被加圧室５６３と、加圧室５６２と被加圧室５６３との間を仕切るとともに伸縮自在の膜状部材で形成されたダイヤフラム５６１とを備えている。加圧室５６２は振動空気圧管５４６に接続されている。加圧室５６２はロータリーバルブ５４の出力ポート５４３に接続されており、被加圧室５６３は吸気管６２３に接続されている。かかる構造によりロータリーバルブ５４で形成された振動空気圧はダイヤフラム５６１を介して吸気管６２３内を流動する吸気に付勢される。このダイヤフラム機構５６により、振動空気圧付勢部５０と患者Ｘとの間での気体の流通を遮断し、相互の汚染を防止している。
【００４８】
（患者側経路）
さらに、高頻度人工呼吸器１２は、吸気管６２３の下流側に三方分岐管１７０を備え、当該三方分岐管１７０がさらに下流側を患者Ｘ側と排出経路側とに分岐させている。この三方分岐管１７０は、患者側管路１７１，酸素供給源側管路１７２及び呼気排出側管路１７３の三つの管路を備えており、これらの管路は全て内部で連通している。上記酸素供給源側管路１７２は吸気管６２３と接続されている。そして、患者側管路１７１は、その患者側端部に、患者Ｘの肺内に至る気管内挿入管８１が自在に装着される被装着部１７１ａが形成されている。
【００４９】
これらの三方分岐管１７０と吸気管６２３と気管内挿入管８１とが患者側経路６０を構成している。また、患者側管路１７１には平均気道内圧を検出する患者側圧力センサ９３が設けられており、検出圧力はコントローラ４０に出力される。
【００５０】
気管内挿入管８１は、基端部が前述した被装着部１７１ａに装着され、先端部が患者Ｘの口から気管内に挿入される。かかる先端部は、だいたい気管が左右の気管支に分岐する分岐点（第一分枝）まで挿入される。従って、気管内挿入管８１は、患者Ｘの口から第一分枝まで充分に届く長さに設定されており、また当然のことながら気管内に挿入可能な外径のものが使用される。
【００５１】
例えば、成人男子の場合、口部から第一分枝まで22〜26[cm]程度であり、これに三方分岐管１７０の患者側管路１７１から口元までの長さが＋3〜5[cm]あるので、気管内挿入管８１は合計して25〜31[cm]程の長さであれば良く、本実施形態では30[cm]に設定される。また、気管内挿入管８１は、内側の直径が3[mm],5[mm],6[mm],8[mm]の四種が用意されており、患者の気管の内径に応じたものが選択されて使用される。一般に通常の成人を対象とした場合、気管内挿入管８１の内径は8[mm]程度のものが使用される。
【００５２】
さらに、この気管内挿入管８１は交換式であり、被装着部１７１ａに対して着脱自在となっている。従って、人工呼吸に使用された後には取り外して廃棄又は除菌洗浄されて再利用される。
【００５３】
（排出経路）
さらに、三方分岐管１７０の呼気排出側管路１７３は、排出経路としての排出管６０４の一端部と接続され、この排出管６０４の他端部には内圧調節部としての流量調節バルブ６０７が接続されている。これら排出管６０４と流量調節バルブ６０７とは、患者Ｘの肺から出された二酸化炭素を含んだ呼気の通り道となっている。
【００５４】
図２は、流量調節バルブ６０７の周囲を一部切り欠いて示した拡大図である。この図に示すように、流量調節バルブ６０７は、筺体６０７ａと排気ポート６０７ｂと流量制御用の移動弁（制御用シリコンシート）６０７ｃと、この移動弁６０７ｃを一定方向に沿って前後進移動させる往復付勢機構としてのソレノイド６０７ｄとを備えている。
【００５５】
このソレノイド６０７ｄはコントローラ４０からの制御信号に応じた移動量で移動弁６０７ｃを移動させ、これにより、流量調節バルブ６０７の呼気排出量の調節が自在に行われる。患者側経路６０は排気管６０４と連通しているので、かかる呼気排出量の調節により、排気管６０４のみならず患者側経路６０の気道内圧をも調節することを可能としている。
【００５６】
（コントローラ）
次に、コントローラ４０について図１及び図３を参照して説明する。図３は高頻度人工呼吸器１２の制御系を示すブロック図である。このコントローラ４０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，Ａ／Ｄ変換器を含む演算装置で構成され、後述する高頻度人工呼吸器１２の動作制御を実行するプログラムが入力されている。
【００５７】
このコントローラ４０は、医者（高頻度人工呼吸器１２のオペレータ）が高頻度人工呼吸器１２の各部の操作条件を入力するための操作盤４３と患者Ｘの肺に対する一回換気量を表示する表示部４４とが併設されている。
【００５８】
さらに、このコントローラ４０は、操作盤４３から操作条件の設定入力を受け付ける受付部４１と、この受付部４１に入力された各入力値に基づいて振動空気圧付勢部５０と吸気導入部６２と流量調節バルブ６０７とに対する動作制御を行う動作制御部４９と、後述する５次元マップを記憶したマップメモリ４２と、５次元マップと受付部４１で受け付けた各入力値とから振動空気圧付勢部５０のブロワ５２の出力を特定すると共に当該特定出力を動作制御部４９に出力する特定部４５とを備えている。
【００５９】
上述の操作盤４３は、高頻度人工呼吸器１２のオペレータたる医者が、患者Ｘの肺に対する一回換気量，振動空気圧の振動周波数（以下、「換気周波数とする」），吸気の供給量，患者側経路内の平均気道内圧，選択した気管内挿入管８１の径及び吸気の酸素濃度を入力する例えばキーボードからなる入力手段である。
【００６０】
操作盤４３から入力されたこれらの操作条件は全て、受付部４１にて記憶される。この受付部４１は一時的に記憶を行うメモリであり、上記各々の操作条件が新たに入力されると、それまで記憶されていた操作条件を上書きして更新する。
【００６１】
また、表示部４４は例えば液晶パネルからなる表示部であり、動作制御部４９の制御により受付部４１に入力された上記操作条件は全てこの表示部４４にて表示される。
【００６２】
次に、マップメモリ４２について説明する。このマップメモリ４２は、患者Ｘの肺に対する所望の一回換気量，換気周波数，吸気の供給量，患者側経路６０内の平均気道内圧及び選択した気管内挿入管８１の径を五つの変数としてこれらを指定することにより、患者Ｘの肺に対する所望の一回換気量を実現する振動空気圧付勢部５０の出力（正確にはブロワ５２の駆動モータの出力）を特定する５次元マップを記憶している。
【００６３】
この５次元マップは、振動空気圧付勢部５０の出力と振動空気圧の振動周波数と吸気の供給量と平均気道内圧と選択された気管内挿入管の径とをそれぞれ変化させて気管内挿入管８１の先端部で一回換気量の計測を行う試験の試験データに基づいて構築されている。
【００６４】
換言すると、この５次元マップは、吸気の供給量と患者側経路６０の平均気道内圧と換気周波数とをそれぞれ複数の段階に分けて変化させた状態で、径の異なる四種類の気管内挿入管８１ごとにブロワ５２の駆動モータの出力と各気管内挿入管８１の挿入側先端部で観測される振動空気圧による一周期当たりの換気量との相関関係について測定した無数の試験データにより構築されている。
【００６５】
従って、吸気の供給量と患者側経路６０の平均気道内圧と換気周波数と気管内挿入管の径をそれぞれ指定すると、ブロワ５２の駆動モータの出力と気管内挿入管８１の挿入側先端部で観測される振動空気圧による一周期当たりの換気量との相関関係についての試験データを一つ特定することができる。
【００６６】
本実施形態では、気管内挿入管８１の挿入側先端部に圧力センサを備えるモデル肺を装備して観測された振動空気圧による一周期当たりの換気量を「患者の肺に対する一回換気量」と見なし、これを試験データとしている。これは、高頻度人工呼吸では、患者の肺に対する一回換気量は、当該肺の容積やコンプライアンス等の特性の影響は少なく、吸気供給量，平均気道内圧，換気周波数，振動空気圧の振幅量及び気管内挿入管の内径による影響を受けてのみ変動することが試験により確認されているためである。
【００６７】
そして、特定部４５にて、上記特定された一つの試験データからなる特性曲線から所望の一回換気量に対応するブロワ５２の出力を特定し、かかる特定された出力でブロワ５２の駆動モータを駆動することにより、患者Ｘの肺に対してオペレータが所望する一回換気量で高頻度人工呼吸を行うことを可能としている。
【００６８】
かかる５次元マップの構成について、図４乃至図７に基づいて説明する。これらの図面は５次元マップの概念を説明する説明図である。まず、５次元マップは、吸気供給量を指定することにより次段階のマップＭiを特定する第一段階のマップＭ（図４）を有している。第一段階のマップＭでは五段階で吸気供給量の指定が可能であり、例えば吸気供給量が30[l/min]であれば第二段階のマップはＭ5に特定される。
【００６９】
第二段階のマップＭiは、患者側経路６０の平均気道内圧を指定することにより次段階のマップＭijを特定することができる（図５：一例としてＭ5のマップを表している）。第二段階のマップＭiでは十一段階で平均気道内圧の指定が可能であり、例えば、第二段階のマップＭ5において平均気道内圧が10[cmH2O](980[Pa])であれば第三段階のマップはＭ56に特定される。
【００７０】
第三段階のマップＭijは、患者側経路６０の換気周波数を指定することにより次段階のマップＭijkを特定することができる（図６：一例としてＭ56のマップを表している）。第三段階のマップＭijでは五段階で換気周波数の指定が可能であり、例えば、第三段階のマップＭ56において換気周波数が15[Hz]であれば最終段階のマップはＭ565に特定される。
【００７１】
最終段階のマップＭijkは、各々指定された吸気の供給量，平均気道内圧及び換気周波数の条件下で径の異なる四種類の気管内挿入管について測定試験により求められたブロワ５２の出力と患者Ｘの肺に対する一回換気量との相関関係についての試験データである。図７は、最終段階のマップＭ565を線図により概念的に表したものである。これによれば、患者側経路６０の被装着部１７１ａに装着した気管内挿入管８１の径が8[mm]であって患者Ｘの肺に対する一回換気量を78[ml]として高頻度人工呼吸を行いたい場合には、ブロワ５２の駆動モータの出力は80[％]に設定すれば良いことが分かる。
【００７２】
５次元マップは、以上のように構成されており、これにより、吸気の供給量，平均気道内圧，換気周波数，気管内挿入管の径及び所望の一回換気量を指定することにより、当該所望の一回換気量で高頻度人工呼吸を行うブロワ５２の駆動モータの出力を特定することができる。なお、上述の説明では、各パラメータの指定を一定幅の段階的に行っているが、予めより多くの試験データを取得することにより、指定可能な段階幅をより狭めても良い。これにより、より細密に患者Ｘの肺に対する一回換気量の設定を行うことが可能である。
【００７３】
前述の特定部４５は、受付部４１に入力されている各パラメータに従って、上記５次元マップから所望の一回換気量で高頻度人工呼吸を行うブロワ５２のモータ出力を特定し、動作制御部４９に出力する。
【００７４】
動作制御部４９は、受付部４１に記憶された吸気の酸素濃度を参照し、吸気導入部６２のブレンダ６２１の各供給源６２１ａ，６２１ｂ側のバルブを所定の割合の開度で開く動作制御を行う。また同時に、受付部４１の吸気供給量を参照し、吸気導入部６２のブレンダ６２１の出力バルブを所定の開度で開く動作制御を行う。
【００７５】
また、動作制御部４９は、受付部４１に記憶された平均気道内圧を参照し、患者側圧力センサ９３の検出圧力が記憶された値となるように流量調節バルブ６０７の開度を調節する動作制御を行う。
【００７６】
さらに、動作制御部４９は、受付部４１に記憶された換気周波数を参照し、振動空気圧付勢部５０のロータリーバルブ５４の駆動部５４５が記憶された換気周波数となるように回転数を調節する動作制御を行う。また、受付部４１に記憶された患者の肺に対する一回換気量から５次元マップを参照して特定部４５が特定したブロワ出力に基づいて、動作制御部４９は振動空気圧付勢部５０の動作制御を行う。
【００７７】
そして、この動作制御部４９は、設定入力によりロータリーバルブ５４の振動周波数を変更する際に、患者Ｘの肺に対する一回換気量が一定値を維持するようにブロワ５２の出力の制御を行う換気量維持機能４６と、換気量維持機能４６による制御に際してブロワ５２の目標出力が駆動上限値を越える場合には当該ブロワ５２の出力を駆動上限値とする制御を行うと共にそのときの患者Ｘの肺に対する一回換気量を表示部４４にて表示する動作制御を行う最大出力維持機能４７とを備えている。
【００７８】
これら各機能４６，４７を図８に基づいて説明する。この図８は、高頻度人工呼吸器１２において吸気流量，平均気道内圧を一定に維持し、ブロワ５２の出力を駆動上限値とし、内径８[mm]の気管内挿入管８１を使用して換気周波数を変化させたときのモデル肺内の圧力から求めた一回換気量（患者の肺に対する一回換気量とほぼ同値）の変化を表した特性曲線を示す線図である。
【００７９】
換気量維持機能４６は、既に、受付部４１に対して吸気流量，吸気酸素濃度、平均気道内圧，気管内挿入管の内径，換気周波数及び患者の肺に対する一回換気量の設定された後に新たに換気周波数が入力されると発揮される機能である。かかる新たな換気周波数の設定入力が行われると、動作制御部４９では、それまでの換気周波数から新たな換気周波数へ変更する動作制御をロータリーバルブ５４に対して行う。このとき、仮に、換気周波数が増加しブロワ５２の出力が一定だとすると、振動空気圧の振幅量は減少するため、患者Ｘの肺に対する一回換気量も減少することとなる。また、仮に、換気周波数が減少しブロワ５２の出力が一定だとすると、振動空気圧の振幅量は増加するため、患者Ｘの肺に対する一回換気量も増加することとなる。このような一回換気量変化を回避するためには、ブロワ５２の出力を制御して一回換気量の増加分を解消又は減少分を補充すれば良い。
【００８０】
そこで、ロータリーバルブ５４に対して換気周波数の変更の動作制御を行う際には同時に、前述した５次元マップを参照して現行の吸気供給量，平均気道内圧，気管内挿入管の内径及び患者の肺に対する一回換気量と新たな換気周波数とから特定されたブロワ出力に基づいてブロワ５２の動作制御が行われる。例えば、図８に示す矢印▲１▼は患者の肺に対する一回換気量を124[ml]に維持して換気周波数を13[Hz]から6[Hz]に変更する場合を示し、矢印▲２▼は一回換気量を100[ml]に維持して換気周波数を6[Hz]から13[Hz]に変更する場合を示している。このようにして、患者の肺に対する一回換気量は一定値に維持される。
【００８１】
また、最大出力維持機能４７は、換気周波数を高めに設定したとき発揮される機能である。前述したように換気周波数を増加させると一回換気量を維持するためにはブロワ出力は上昇させる必要がある。しかしながら、ブロワ出力には駆動上限値が設定されているので、特定部４５で特定されたブロワ出力がかかる上限値を超えている場合には、ブロワ出力を駆動上限値に固定する制御が最大出力維持機能４７により行われる。矢印▲３▼は一回換気量を168[ml]に維持して換気周波数を6[Hz]から11[Hz]に変更する場合を示している。この矢印▲３▼の場合のように、換気周波数が10[Hz]を越えた辺りで患者の肺に対する一回換気量を一定に維持することは困難となり、一回換気量は特性曲線に沿って減少を生じる。このとき、ブロワ出力は100[％]であることが分かっており、新たに入力された換気周波数と現行の吸気供給量，平均気道内圧及び気管内挿入管内径も既値であるので、前述した５次元マップから患者の肺に対する一回換気量を逆算することが可能である。動作制御部では、かかる逆算により算出された患者の肺に対する一回換気量を表示部４４にて表示する動作制御を行う。
【００８２】
（本実施形態の動作）
以下、上記構成からなる高頻度人工呼吸器１２の動作を図１乃至１０に基づいて説明する。図９，１０は高頻度人工呼吸器１２の動作を示すフローチャートである。
【００８３】
まず、受付部４１では気管内挿入管８１の内径の入力待ち状態にあり（ステップＳ１）、これが操作盤４３から入力されると次に吸気供給量の入力待ち状態となる（ステップＳ２）。さらに、操作盤４３から吸気供給量が設定入力されると、次には吸気の酸素濃度の入力待ちとなる（ステップＳ３）。さらに、操作盤４３から吸気の酸素濃度が設定入力されると、次には換気周波数の入力待ちとなる（ステップＳ４）。さらに、操作盤４３から換気周波数が設定入力されると、次には患者側経路の平均気道内圧の入力待ちとなる（ステップＳ５）。さらに、操作盤４３から平均気道内圧が設定入力されると、次には患者に対する一回換気量の入力待ちとなる（ステップＳ６）。
【００８４】
患者Ｘに対する一回換気量が受付部４１に入力されると、動作制御部４９では、上述の各パラメータを表示部４４にて表示する（ステップＳ７）。
【００８５】
次に、特定部４５では、マップメモリ４２の５次元マップを参照しながら、受付部４１に書き込まれた気管内挿入管８１の内径，吸気供給量，換気周波数，平均気道内圧，患者Ｘに対する一回換気量から振動空気圧付勢部５０のブロワ５２の出力を特定する（ステップＳ８）。
【００８６】
この特定されたブロワ５２の出力が駆動上限値を越えるか否かが判断される（ステップＳ９）。特定ブロワ出力が駆動上限値未満の場合には、特定部４５は上記特定された出力でブロワ５２を駆動させ、同時に動作制御部４９は受付部４１に入力された各パラメータに基づいて吸気導入部６２，ロータリーバルブ５４及び流量調節バルブ６０７の動作制御を行う。これにより、オペレータたる医者は患者Ｘに対して望ましい一回換気量で高頻度人工呼吸を行うことができる（ステップＳ１０）。
【００８７】
また、特定されたブロワ５２の出力が駆動上限値以上となる場合には、ブロワ５２を駆動上限値で駆動させ、同時に動作制御部４９は受付部４１に入力された各パラメータに基づいて吸気導入部６２，ロータリーバルブ５４及び流量調節バルブ６０７の動作制御を行う（ステップＳ１１）。
【００８８】
さらに、受付部４１に入力された吸気供給量，平均気道内圧，気管内挿入管内径及び換気周波数の各値であってブロワ出力を駆動上限値とした条件下で５次元マップから患者の肺に対する一回換気量を逆算し、当該一回換気量を表示部４４にて表示する（ステップＳ１２；最大出力維持機能）。
【００８９】
上記各制御により高頻度人工呼吸器１２は高頻度人工呼吸を行うが、当該高頻度人工呼吸の最中に新たにいずれかのパラメータが更新されたときには（ステップＳ１３）、更新された新たなパラメータを表示部４４にて表示する（ステップＳ７）。そして、変更されたパラメータに基づいて吸気導入部６２，振動空気圧付勢部５０及び流量調節バルブ６０７の動作制御を行いつつ高頻度人工呼吸が行われる（ステップＳ８）。
【００９０】
このとき、更新されたパラメータが換気周波数のみの場合には、更新されていない各パラメータは現行のままの値で換気周波数についてのみ更新された値で５次元マップが参照され、新たなブロワ５２の出力が特定され、これに基づく動作制御が行われる。このとき、患者の肺に対する一回換気量は更新されていないので当該一回換気量が一定値のまま維持される動作制御が行われる（換気量維持機能）。
【００９１】
（本実施形態の効果）
上述した高頻度人工呼吸器１２では、コントローラ４０の動作制御部４９が換気量維持機能４６により、換気周波数の変更の際に患者の肺に対する一回換気量を一定値に維持するようにブロワ５２の振幅量を調節する制御を行うので、従来例の有する換気周波数の調節の際の一回換気量の急変の可能性を抑制し、安定した状態で高頻度人工呼吸を行うことが可能である。また、従来行われていた換気周波数の変更に伴うブロワの出力調節作業による煩雑性を解消することが可能となった。
【００９２】
また、患者の肺に対する一回換気量と振動空気圧の振動周波数とをパラメータの一部とする５次元マップを記憶したマップメモリ４２を備え、この５次元マップを参照してブロワ５２の出力制御を行う構成としているので、医者は実際に患者の肺に対する一回換気量の測定を行わずに、所望の一回換気量を維持して高頻度人工呼吸を行うことが可能である。
【００９３】
また、従来のように、患者の肺に対する一回換気量を予測するための目安に過ぎない振動空気圧付勢部における一回換気量に基づいて高頻度人工呼吸を行う場合と異なり、５次元マップを参照して患者の肺に対する一回換気量を特定するので、当該一回換気量を高い精度で所望の数値に維持することが可能となる。
【００９４】
また、５次元マップは計測試験の試験データに基づいて構築されているので、特定されるブロワ５２の出力が実測値に裏付けられており、患者に対する一回換気量をより高い精度で所望の数値に維持することが可能となる。
【００９５】
また、上記各パラメータを受付部４１に対して入力するための操作盤４３をコントローラ４０に併設する構成としているため、かかるパラメータを入力するための独立した他の入力手段（例えばパーソナルコンピュータ）を不要とすることが可能である。
【００９６】
さらに、最大出力維持機能４７により、ブロワ５２の目標出力が駆動上限値を超える場合には当該駆動上限値に固定して駆動させる制御を行う構成のため、患者の肺に対する一回換気量の減少の変化をより緩慢に生じせしめることが可能となるので、例えば患者の呼吸状態の変化を抑制し、仮に変化を生じた場合であってもその対処を図ることをより容易とすることが可能となる。
【００９７】
また、この動作制御により変化する患者の肺に対する一回換気量を表示部４４にて表示する構成のため、医者は、ブロワ５２の出力の不足を認識することができる上に、当該減少する一回換気量を確認することができるため、その対処を図ることをより容易とすることが可能となる。
【００９８】
【発明の効果】
本願発明では、コントローラの動作制御部が換気量維持機能により、振動周波数の変更の際に患者の肺に対する一回換気量を一定値に維持するように振幅調節部の振幅量を調節する制御を行うので、従来例の有する振動周波数の調節の際の一回換気量の急変の可能性を抑制し、安定した状態で高頻度人工呼吸を行うことが可能である。また、従来行われていた振動周波数の変更に伴う振幅調節部の調節作業による煩雑性を解消することが可能となった。
【００９９】
また、患者の肺に対する一回換気量と振動空気圧の振動周波数とをパラメータとするマップを記憶したマップメモリを備え、このマップを参照して振幅調節部の制御を行う構成とした場合、高頻度人工呼吸器のオペレータは、実際に患者の肺に対する一回換気量の測定を行わずに、所望の一回換気量を維持して高頻度人工呼吸を行うことが可能である。
【０１００】
また、従来のように、患者の肺に対する一回換気量を予測するための目安に過ぎない振動空気圧付勢部における一回換気量に基づいて高頻度人工呼吸を行う場合と異なり、マップを参照して患者の肺に対する一回換気量を特定するので、当該一回換気量を高い精度で所望の数値に維持することが可能となる。
【０１０１】
また、上述のマップを計測試験の試験データに基づいて構築した場合には、特定される振動空気圧付勢部の出力が実測値に基づいているので、患者に対する一回換気量をより高い精度で所望の数値に維持することが可能となる。
【０１０２】
また、上記各パラメータを受付部に対して入力するための入力手段をコントローラに併設する構成とした場合には、かかるパラメータを入力するための独立した他の入力手段を不要とすることが可能である。
【０１０３】
さらに、振動調節部の目標出力が駆動上限値を超える場合には当該駆動上限値に固定して駆動させる制御を行う構成とした場合には、患者の肺に対する一回換気量の減少の変化をより緩慢に生じせしめることが可能となるので、例えば患者の呼吸状態の変化を抑制し、仮に変化を生じた場合であってもその対処を図ることをより容易とすることが可能となる。
【０１０４】
また、この動作制御により変化する患者の肺に対する一回換気量を表示部にて表示する構成とした場合には、オペレータは、振幅調節部の出力の不足を認識することができる上に、当該減少する一回換気量を確認することができるため、その対処を図ることをより容易とすることが可能となる。
【０１０５】
本発明は以上のように構成され機能するので、これによると、従来にない優れた高頻度人工呼吸器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態たる高頻度人工呼吸器の構成を示すブロック図である。
【図２】図１で開示した流量調節バルブの詳細を示す断面図である。
【図３】図１で開示した高頻度人工呼吸器の制御系を示すブロック図である。
【図４】５次元マップの第一段階のマップの概念を説明する説明図である。
【図５】５次元マップの第二段階のマップの概念を説明する説明図である。
【図６】５次元マップの第三段階のマップの概念を説明する説明図である。
【図７】５次元マップの最終段階のマップの概念を説明する説明図である。
【図８】ブロワの出力を駆動上限値として換気周波数を変化させたときのモデル肺内の圧力から求めた一回換気量と換気周波数との特性曲線を示す線図である。
【図９】図１に開示した高頻度人工呼吸器の動作を示すフローチャートである。
【図１０】図１に開示した高頻度人工呼吸器の動作を示す図９の続きのフローチャートである。
【図１１】従来の高頻度人工呼吸器の構成を示すブロック図である。
【図１２】従来の高頻度人工呼吸器のブロワ出力を駆動上限値で固定としたときの換気周波数と患者の肺に対する一回換気量との特性曲線を示す線図である。
【符号の説明】
１２  高頻度人工呼吸器
４０  コントローラ
４１  受付部
４２  マップメモリ
４３  操作盤（入力手段）
４４  表示部
４６  換気量維持機能
４７  最大出力維持機能
４９  動作制御部
５０  振動空気圧付勢部
５２  ブロワ（振幅調節部）
５４  ロータリーバルブ（周波数調節部）
６０  患者側経路
６２  吸気導入部
６０４  排出管（排出経路）
Ｘ  患者
【図１】
0003721912.tif 000002
【図２】
0003721912.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003721912.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003721912.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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