(57)【要約】  本発明の携帯可能な人工呼吸器（Ｖ）は、救急治療、緊急環境、および補給が限られている環境において、ハンドフリーで呼吸を補助する装置を提供する。携帯可能な人工呼吸器（Ｖ）は、患者に安定して空気を供給するために周囲の空気を用い、２つのデュアルヘッド圧縮機システムを含んでいる。人工呼吸装置はバッテリで動作し、最大６０分間の治療を行うことができる。好ましい実施態様において、本発明の携帯可能な人工呼吸器（Ｖ）は、空気圧サブシステム（Ｎ）、制御サブシステム（Ｃ2）、電力サブシステム（Ｐ）、警報サブシステム（Ａ2）も含んでいる。好ましい実施態様の携帯可能な人工呼吸器（Ｖ）は、安定して連続的に吸気／呼気サイクルを生じさせるために、交互に動作するデュアルヘッド圧縮機システムとシングルヘッド圧縮機システム（１０１，１０２）を含んでいる。
2007525273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
携帯可能な人工呼吸器システムであって、
空気圧サブシステムと、電力サブシステムと、センササブシステムと、論理回路基板と、を有し、
さらに、前記論理回路基板はタイミング回路を有し、複数の前記サブシステムのそれぞれに接続されており、
さらに、前記空気圧サブシステム、前記電力サブシステム、および前記論理回路基板は、くぼんだ制御パネルを有するハウジング内に収容されるように構成されている、
携帯可能な人工呼吸器システム。
【請求項２】
携帯可能な人工呼吸器システムであって、
内部および外面を有するハードシェル装置ハウジングを有し、
前記内部は、空気圧サブシステム、制御サブシステム、および警報サブシステムに接続された電力サブシステムを含んでおり、
前記空気圧サブシステムは、シングルヘッド圧縮機に接続されたデュアルヘッド圧縮機を有し、該デュアルヘッド圧縮機と前記シングルヘッド圧縮機は交互に動作するように構成されており、
前記制御サブシステムは、リレーに接続されたタイミング回路を有し、前記リレーは、前記デュアルヘッド圧縮機の間のオン／オフサイクルを制御して、前記デュアルヘッド圧縮機と前記シングルヘッド圧縮機を交互に動作させることができるように、前記シングルヘッド圧縮機および前記デュアルヘッド圧縮機にさらに接続されており、
前記電力サブシステムは、電子回路に接続されたバッテリ電源を有し、前記電子回路は、調整された電力を前記空気圧サブシステム、前記制御サブシステム、および前記警報サブシステムへ供給するように電源ジャックに接続され、前記電子回路および前記電源ジャックは、さらに、外部電源に接続されるように構成されており、
前記電力サブシステムは、前記制御サブシステムへの電圧の変動を除去するために、電圧調整回路をさらに有し、前記電力サブシステムは、より低い電圧を前記制御サブシステムおよび前記警報サブシステムに供給するために第２の電圧調整回路も有しており、
前記警報サブシステムは、前記空気圧サブシステムに接続され、前記空気圧サブシステム内で患者の問題を検出するために、患者の問題を示すＬＥＤ表示器をさらに有し、前記患者の問題を示す表示器は前記外面上に配置されており、
前記警報サブシステムは、修理不能を示すＬＥＤ表示器に接続された故障検出回路をさらに有し、前記故障検出回路と前記修理不能を示すＬＥＤ表示器は、前記制御サブシステム内で修理不能な問題を視覚的に検出するために、前記制御サブシステムに接続され、前記修理不能を示すＬＥＤ表示器は前記外面上に配置されており、
前記警報サブシステムは、修理可能を示すＬＥＤ表示器に接続された低電圧検出回路をさらに有し、該低電圧検出回路および前記修理可能を示すＬＥＤ表示器は、前記電力サブシステム内で修理可能な問題を視覚的に検出するために、前記電力サブシステムに接続され、前記修理可能を示すＬＥＤ表示器は前記外面上に配置されている、
携帯可能な人工呼吸器システム。
【請求項３】
前記空気圧サブシステムは、
周囲から吸気された空気を前記人工呼吸器内に入れることができるように構成された第１の入口ポートと、
前記周囲から吸気された空気を２つの流路に分けるように構成された医療用等級のＹ字型管の第１の部分と、
をさらに有し、
前記デュアルヘッド圧縮機は、第１および第２の入口ポートと、第１および第２の出口ポートと、を有し、前記両入口ポートは、前記Ｙ字型管から前記周囲から吸気された空気を受け入れるように構成されており、前記デュアルヘッド圧縮機は、前記周囲から吸気された空気を圧縮するように構成されており、さらに、前記第１および第２の出口ポートは、圧縮された前記周囲から吸気された空気を前記デュアルヘッド圧縮機から発散させるように構成されており、
前記空気圧サブシステムは、前記圧縮された周囲から吸気された空気を受け取り、該圧縮された周囲から吸気された空気を第１の圧力センサおよび双方向型のフラッター弁に発散させるように構成された空気マニホールドをさらに有し、前記第１の圧力センサは、前記周囲から吸気された空気の圧力を検出するように構成されており、
前記フラッター弁は、圧縮された前記吸気された空気を受け入れるための第１の入口ポートと、前記吸気された空気を患者に送るように構成された双方向型の第２のポートとを有するように構成されており、
前記シングルヘッド圧縮機は、前記第２のポートが前記患者から呼気を受け取ることも可能とするように構成されており、さらに、前記フラッター弁は、前記呼気を前記第２のポートから第３の出口ポートに送るように構成され、該出口ポートは、前記呼気を第２のセンサによって監視できるようにし、かつ、二酸化炭素検出器に送ることができるように構成され、さらに、前記シングルヘッド圧縮機は、前記人工呼吸器からよどみ空気を除去するように構成されている、
請求項２に記載の携帯可能な人工呼吸器システム。
【請求項４】
前記制御サブシステムは、充放電サイクルを生じさせるために、第２の抵抗器およびコンデンサに接続された第１の抵抗器を有しており、
前記タイミング回路は、前記充放電サイクルに応じたオン／オフ状態を生じさせるために、前記第１の抵抗器、前記第２の抵抗器、および前記コンデンサに接続され、前記タイミング回路は前記リレーにさらに接続され、該リレーは、前記タイミング回路のオン／オフ状態に対応する前記オン／オフ状態に応じて、より高い電力を供給するように構成されており、
前記リレーは、リレー制御部と、スイッチバーと、をさらに有しており、前記リレー制御部は、前記スイッチバーを第２のコネクタ位置と第１のコネクタ位置との間で切り替えるように構成されており、
前記第２のコネクタ位置は、前記オン／オフサイクルで前記シングルヘッド圧縮機を動作させるために該シングルヘッド圧縮機に接続されており、
前記第１のコネクタ位置は、前記より高い電力のオン／オフ状態に対応する前記オン／オフサイクルで前記デュアルヘッド圧縮機を動作させるために該デュアルヘッド圧縮機に接続されている、
請求項３に記載の携帯可能な人工呼吸器システム。
【請求項５】
前記警報サブシステムは、光警報停止スイッチと、可聴警報停止スイッチに接続された可聴警報器と、をさらに有し、
前記光警報停止スイッチは、前記修理不能を示すＬＥＤ表示器、前記修理可能を示すＬＥＤ表示器、および前記患者の問題を示すＬＥＤ表示器を停止させるように構成されており、
前記可聴警報器は、修理可能の表示、修理不能の表示、および患者の問題の表示に対応して音に基づく警報を生じさせるように構成され、前記可聴警報器は、前記外面上に配置され、さらに、前記可聴警報停止スイッチは、必要に応じて、前記可聴警報器をバイパスするように構成されている、
請求項４に記載の携帯可能な人工呼吸器システム。
【請求項６】
前記第２のセンサは圧力センサを有する、請求項５に記載の携帯可能な人工呼吸器システム。
【請求項７】
前記第２のセンサは流量センサを有する、請求項５に記載の携帯可能な人工呼吸器システム。
【請求項８】
携帯可能な人工呼吸器を動作させる方法であって、
（ａ）周囲から吸気された空気をデュアルヘッド圧縮機に引き込むステップと、
（ｂ）シングルヘッド圧縮機をオフ状態に保持しながら、前記デュアルヘッド圧縮機内で前記周囲から吸気された空気を圧縮し、圧縮された前記空気の圧力を監視するステップと、
（ｃ）圧縮された前記吸気された空気を空気マニホールドに送ってフラッター弁を開かせるステップと、
（ｄ）前記圧縮された吸気された空気を前記空気マニホールドから前記フラッター弁へ入口ポートを通して送るステップと、
（ｅ）前記圧縮された吸気された空気を、前記フラッター弁の双方向型の第２のポートを通して患者に送るステップと、
（ｆ）前記デュアルヘッド圧縮機の動作時に、前記フラッター弁の呼気ポートを閉じた状態に保持するステップと、
（ｇ）前記シングルヘッド圧縮機を動作させて前記入口ポートを閉じて前記呼気ポートを開き、前記シングルヘッド圧縮機をオンにした時に前記デュアルヘッド圧縮機をオフにし、前記患者からの呼気が双方向型の前記ポートに入ることができるようにするステップと、
（ｈ）呼気を前記呼気ポートを通して送り、第２のセンサを用いて呼気の存在を確認するステップと、
（ｉ）呼気を患者呼気ポートを通して前記人工呼吸器から除去するステップと、
を有する、携帯可能な人工呼吸器を動作させる方法。
【請求項９】
カプノグラフセンサを用いて呼気内の二酸化炭素濃度を測定するステップをさらに有する、請求項８に記載の、携帯可能な人工呼吸器を動作させる方法。
【請求項１０】
（ａ）タイミング回路を用いて前記オン／オフサイクルを生じさせるステップと、
（ｂ）リレースイッチを用いて前記デュアルヘッド圧縮機および前記シングルヘッド圧縮機のオン／オフサイクルを制御するステップと、
（ｃ）前記携帯可能な人工呼吸器を用いて、前記デュアルヘッド圧縮機と前記シングルヘッド圧縮機の前記オン／オフサイクルに対応する、患者の吸気／呼気サイクルを生じさせるステップと、
（ｄ）患者に関する問題に対応した視覚的警報および可聴警報を発生するステップと、
（ｅ）人工呼吸器の修理可能な問題なおよび修理不能な問題に対応した視覚的警報および可聴警報を発生するステップと、
をさらに有する、請求項９に記載の、携帯可能な人工呼吸器を動作させる方法。
【請求項１１】
圧力センサを前記第２のセンサとして用いることを含む、請求項１０に記載の、携帯可能な人工呼吸器を動作させる方法。
【請求項１２】
流量センサを前記第２のセンサとして用いることを含む、請求項１０に記載の、携帯可能な人工呼吸器を動作させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、２００２年８月２６日に出願された１０／２２８，１６６の一部継続出願である。
【背景技術】
【０００２】
迅速な医療措置によって無数の事故犠牲者や軍人の生命を救うことができる。救急医療サービスの領域においては、長い間、患者が確実な医療処置を受けなくてはならないゴールデンアワーが強調されてきた。しかしながら、確実な医療処置は、必要な機器がないために制限されることが少なくない。医療施設には人工的な医療機器があるが、緊急事態や戦場では、そうではない。特に、人工呼吸器の分野において、このことがあてはまる。
【０００３】
吸気のみの人工呼吸器が公知であり、それによって、患者の治療中に使われる酸素量を最小限に抑えながら、有効な呼吸回路を得られるため、病院において広く使用されている。
【０００４】
最新の人工呼吸器は、一般に、据置き型で、医療施設用に構成されている。これらは、重く、動かしにくく、携帯可能の用途には向いていない。ほとんどの人工呼吸器は、医療等級の空気、すなわち可燃性の高い、圧縮された酸素の容器を酸素源として用いている。これらの空気／酸素タンクは重く、動かしにくく、搬送には適さない。従来技術の人工呼吸器は、大きな電源も必要とするため、これによって、迅速な、現場での使用にはさらに適さないものとなっている。最後に、公知の大部分の人工呼吸器は、追加の機器や補給を容易に利用可能な治療環境における、訓練された人員による操作を必要としている。
【０００５】
例えば、Schroederらによる特許文献１には、二重ベンチュリ式駆動装置と、使い捨て可能な呼吸回路を含む、コンピュータ制御された空気圧式人工呼吸器システムが開示されている。二重ベンチュリ式駆動装置によって、呼気期の完了が迅速化され、それによって全体として改善された呼吸回路が得られる。使い捨て可能な呼吸回路によって、汚染の危険を生じることなく、多数の患者に人工呼吸器を使用することが可能になる。この装置には、容器に収容された酸素源が用いられている。この装置も、本発明で想定する状況下では使用不能である。
【０００６】
したがって、現存する据置き型の人工呼吸器の欠点を克服する携帯可能な人工呼吸器が必要とされている。
【０００７】
以下の携帯可能な人工呼吸器は、上述した必要性のいくらかに対応するものである。DeVriesらによる特許文献２、３、および４には、フィルタおよび圧縮機システムを介して周囲の空気を用いる携帯可能な人工呼吸装置が開示されている。圧縮機は、吸気中にのみ空気を供給するために連続的に動作する。DeVriesらの装置は病院において用いられ、人工呼吸器の使用中に患者を移動できるようにすることを意図している。これらの装置は、現場で緊急に使用することを目的としているものではないため、閉ループ制御、複雑な弁システムおよび回路を形成しており、本発明で想定する種の緊急状況下では使用不能である。
【特許文献１】米国特許第５，６６４，５６３号明細書
【特許文献２】米国特許第６，１５２，１３５号明細書
【特許文献３】米国特許第５，８８１，７２２号明細書
【特許文献４】米国特許第５，８６８，１３３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上で引用した文献から、安定した呼吸回路を形成する携帯可能な人工呼吸器が必要なことが分かる。ほとんどの携帯可能な人工呼吸器においてそうであるように、それらは、弁システムと酸素源を含む呼吸回路を形成している。しかしながら、これらの装置には、据置き型の電源が無い緊急状況の時に、当該装置を迅速に動作できるようにする手段が欠けている。第２に、これらの装置のほとんどは、動かしにくい容器型の酸素源に依存しており、人工呼吸器の、本当に携帯可能とする能力が低くなっている。第３に、従来技術の人工呼吸器は、据置き型の電源無しで連続的に使用可能な呼吸回路を形成していない。これらおよび他の欠点が、以下に説明するように、本発明によって克服される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、本発明の目的は、短期間の呼吸補助を行う携帯可能な人工呼吸器を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、空気圧サブシステムと、電力サブシステムと、センササブシステムとを含む携帯可能な人工呼吸器を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、空気圧サブシステムが、エア出力を高めるために２つのデュアルヘッド圧縮機を含んでいる、携帯可能な人工呼吸器を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、空気圧サブシステムが蓄圧器を含んでいる、携帯可能な人工呼吸器を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、使い捨て可能で使い切り型で、使用期限が限られない携帯可能な人工呼吸器を提供することにある。
【００１４】
本発明のさらに他の目的は、空気圧サブシステム、電力サブシステム、制御サブシステム、および警報サブシステムを含む、携帯可能な人工呼吸器を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、空気圧サブシステムが、エア出力を高めるための１つのデュアルヘッド圧縮機と、シングルヘッド圧縮機によって空気マニホールドの圧力を下げる手段とを含み、これによって蓄圧器が不要になった、携帯可能な人工呼吸器を提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は、電力サブシステムがバッテリ電源と、人工呼吸器に外部電源を利用できるようにするジャックとを含み、バッテリまたは外部電源が、空気圧サブシステム、制御サブシステム、および警報サブシステムを動作させるのに用いられる、携帯可能な人工呼吸器を提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的は、電力サブシステムが、制御サブシステムへの電圧の変動を除去する電圧調整回路も含んでいる、携帯可能な人工呼吸器を提供することにある。
【００１８】
本発明のさらに他の目的は、制御サブシステムが、デュアルヘッド圧縮機とシングルヘッド圧縮機のオン／オフサイクルを制御するためのタイミング回路と、リレースイッチとを含んでいる、携帯可能な人工呼吸器を提供することにある。
【００１９】
本発明のさらに他の目的は、警報サブシステムが、修理可能な問題、修理不能な問題、および患者の問題を視覚的に示すことができ、また、可聴警報も可能である、携帯可能な人工呼吸器を提供することにある。
【００２０】
本発明の他の目的は、使用期限が限られない、使い捨て可能な使い切りの装置、または再利用可能にされる装置である、携帯可能な人工呼吸器を提供することにある。
【００２１】
これらおよび他の目的が、下記の詳細な説明において説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、外傷性障害または呼吸麻痺の処置のために１人以上の患者の呼吸を短期間の間補助する携帯可能な人工呼吸器である。図１に示すように、携帯可能な人工呼吸器Ｖは、呼吸気量および呼吸速度に確実に調和し、ハンドフリーで操作できる機能を有している。携帯可能な人工呼吸器Ｖは、完全に実用的なマルチモード装置であり、熟練した人員がこの装置特有のマルチモード機能を活用することができる野戦病院や前線の外科部隊に適している。携帯可能な人工呼吸器Ｖは、訓練を受けていない人員による使用にも適しており、また、特に、補給が限られている環境下において有用である。さらに、携帯可能な人工呼吸器Ｖを、使用期限が限られない、使い捨て可能な使い切りの装置として構成することができる。
【００２３】
さらに、図１において、本発明の携帯可能な人工呼吸器Ｖは、空気圧サブシステムＮ、電力サブシステムＰ、センササブシステムＳを含んでいる。これらの各システムについて以下に説明する。
【００２４】
空気圧サブシステム：
図２に示すように、空気圧サブシステムＮは、エア出力を高める、デュアルヘッドの２つの空気圧縮機１ａおよび１ｂを含んでいる。周囲の空気またはＮＶＣろ過された空気がデュアルヘッドの空気圧縮機１ａおよび１ｂに引き込まれ、圧縮される。圧縮された空気は１ａおよび１ｂを出て蓄圧タンク２に入る。蓄圧タンク２は、空気圧縮機１ａおよび１ｂのそれぞれに接続され、空気圧縮機１ａおよび１ｂの、組み合わされた（合計４つの）出力の空気圧保持領域として働く。蓄圧タンク２によって、両デュアルヘッド空気圧縮機に固有の両圧力波の位相の不調和が緩和され、空気圧縮機１ａおよび１ｂの出力が互いに打ち消し合うのが防止される。蓄圧タンク２は、コネクタシステム３にさらに接続されている。空気圧縮機１ａおよび１ｂが、生理学的圧力の広い範囲にわたって一定の流速で機能するので、コネクタシステム３によって、必要な時間の間、蓄圧器、すなわち蓄圧タンク２を介してユーザに一定の全流量の空気流が供給される。この時間は、論理回路基板Ｂの一部であるタイミング回路Ｔによって制御される。
【００２５】
論理回路基板：
論理回路基板Ｂはタイミング回路Ｔを含み、電力サブシステムＰに接続されている。論理回路基板Ｂによって、１ａおよび１ｂをオンとオフに切り替えるために、空気圧縮機１ａおよび１ｂへの電力が制御される。ユーザに送られる空気の量が、圧縮機１ａおよび１ｂのオン時間の長さによって決められる。論理回路基板Ｂは、アナログ論理を用いており、マイクロプロセッサの制御を必要としない。論理回路基板ＢはセンササブシステムＳにも接続されている。
【００２６】
センササブシステム：
図３に示すように、携帯可能な人工呼吸器Ｖは、緊急時に、重要な要監視事項の監視を行い、危険な状態の患者を補助するセンササブシステムＳを含んでいる。センササブシステムＳは、携帯可能な人工呼吸器Ｖが患者のフェイスマスクまたは気管内チューブとの接続から外れているのを検出する空気流量センサ４を含んでいる。センササブシステムＳは、気道圧力センサ５も含んでいる。気道圧力センサ５は、ユーザの、前の呼吸（吸気）の終わりを検出する好ましい機能を備え、それによって、空気の供給を、前の呼吸が完了するまで遅らせることができる。空気流量センサ６が、次の呼吸の予定開始時間に達していない場合に、前の呼吸の呼気の停止を検出するのに用いられている。センササブシステムＳは、人工呼吸器Ｖの内部に位置していてもよいし、または人工呼吸器Ｖの外部に位置していてもよい。
【００２７】
電力サブシステム：
図４に示すように、携帯可能な人工呼吸器Ｖの電力サブシステムＰは、使い捨て可能な、または再充電可能なバッテリ７を含んでおり、このバッテリ７は、大容量で、広範囲の温度の下で動作可能であり、かつ空気圧サブシステムＮおよびセンササブシステムＳに適合したものである。好ましい実施形態において、本発明の携帯可能な人工呼吸器Ｖには、再充電可能な在来の鉛蓄電池７が用いられる。バッテリ７は、少なくとも３０分から６０分の動作時間を得られるものである必要がある。
【００２８】
携帯可能な人工呼吸器：
空気圧サブシステムＮは、センササブシステムＳおよび電力サブシステムＰに接続され、図５に示すように、携帯可能な人工呼吸器Ｖのハウジング８内に収容されている。ハウジング８は、プラスチックまたは金属のいずれかで作られており、物理的および機械的な圧力に耐えることができる堅固なフレーム構造部８ａを含んでいる。携帯可能な人工呼吸器Ｖは、再充電可能なバッテリ７に外部電源またはＡＣ電源を用いて電力を供給できるようにする入口ポート８ｂを含んでいる。あるいは、バッテリ７は、使い捨て可能なバッテリを含んでいてもよい。
【００２９】
ハウジング８は、くぼんだ制御パネル８ｃも含んでいる。制御パネル８ｃは、公知のやり方でユーザに空気を送るための複数のポートを含んでいる。制御パネル８ｃは、所望の空気流速を選択するためのスイッチと、オン／オフスイッチも含んでおり、バッテリ７を再充電するスイッチも含むことができる。制御パネル８ｃは、パネル上に配置されるどの手段も損傷しないようにくぼまされている。
【００３０】
本発明の携帯可能な人工呼吸器Ｖは、制御された人工呼吸を行い、患者に対する呼吸制御の役に立つ。上記のような携帯可能な２つの人工呼吸器Ｖの機能および性能を下記の例１によって示す。
【００３１】
例１：
Sekos２および３の人工呼吸器を試験した。全呼吸気量、呼吸速度、および他のパラメータは、人工呼吸器Ｖ上の設定の±１０％以内であった。
【００３２】
【表１】
2007525273.tif 000003
【００３３】
上述の試験された携帯可能な人工呼吸器の性能が、在来の「ambu−bags」よりも優れていることが示された。上述の特徴を有するこれらおよび他の携帯可能な人工呼吸器が、本発明の範囲内にある。
【００３４】
本発明は、図６に示す好ましい実施形態を含んでいる。携帯可能な人工呼吸器Ｖ2は、図６に示すように、空気圧サブシステムＮ2、電力サブシステムＰ2、制御サブシステムＣ2、および警報サブシステムＡ2を含んでいる。
【００３５】
携帯可能な人工呼吸器Ｖ2は、図６（ａ）に示すように、外面１００ａと内面１００ｂを有するハードシェルのハウジング１００を含んでいる。
【００３６】
空気圧サブシステムＮ2：
図７に示すように、空気圧サブシステムＮ2は、エア出力を高める、デュアルヘッドの少なくとも１つの空気圧縮機１０１と、フラッター弁１０３を閉じるためのシングルヘッドの空気圧縮機１０２を含んでいる。空気圧サブシステムＮ2は、携帯可能な人工呼吸器Ｖ2の吸気と呼気のサイクルを生じさせる。吸気サイクル中、周囲の空気ａが空気入口ポート１０４を通ってデュアルヘッドの空気圧縮機１０１内に引き込まれる。周囲の空気ａを、空気入口ポート１０４を通す前に、汚染物質を除去するためにＮＢＣろ過器ＮＢＣを通過させてもよい。あるいは、浄化された空気源（図示せず）から空気を引き込むことによって人工呼吸器Ｖ2を動作させることができるように、小型のアダプタ（図示せず）を空気入口ポート１０４に接続してもよい。周囲の空気ａは、携帯可能な人工呼吸器Ｖ2に入る時に、Ｙ字型の医療用等級の管１０５によって２つの空気流路に分けられる。管１０５は、予め製造されたプラスチックまたは金属であってもよい。当業者によって理解されるように、管１０５は、必要な全ての合わせ部および取り付け部を含んでいる。さらに、管１０５は、図６ａに示したハードシェルのハウジング１００の内部１００ｂの一体部分であってもよい。周囲の空気ａは、管１０５から、デュアルヘッド圧縮機の入口ポート１０１ａおよび１０１ｂを通ってデュアルヘッドの空気圧縮機１０１に入る。周囲の空気ａはデュアルヘッドの空気圧縮機１０１によって圧縮される。デュアルヘッドの空気圧縮機１０１をシングルヘッドの空気圧縮機１０２と組合せて用いるのが、図６から図１０に示した本発明の好ましい実施形態の携帯可能な人工呼吸器Ｖ2にとって重要であることに留意するのが重要である。図６から図１０の好ましい実施形態に示すようなデュアルヘッドの空気圧縮機１０１の代わりに複数のシングルヘッド圧縮機を用いるのは、本発明の範囲外であることに留意するのも重要である。これは、デュアルヘッド圧縮機によって、効率が高められ、大きさが小さくなるためである。この要素は、携帯可能な人工呼吸器Ｖ2の適切な構成および機能にとって必要不可欠である。
【００３７】
例２：
等価呼吸気量出力の場合：
デュアルヘッド圧縮機：重量−１４．２オンス、大きさ−２８．９立方インチ
２シングルヘッド圧縮機：重量−２０．４オンス、サイズ−３２．０立方インチ
デュアルヘッド圧縮機は、適切な呼吸気量の空気を、小さな空間を通して押し出すことができるように、周囲の空気を引込み、内部の圧力を高める。（Ｐ）＝圧力、（Ｖ）＝体積、（ｎ）＝分子数、（Ｒ）＝気体定数、（Ｔ）＝温度として、理想気体の法則ＰＶ＝ｎＲＴを用いると、デュアルヘッドの空気圧縮機１０１が運転中の時、ｎＲＴの値を一定にしなければならない。したがって、人工呼吸器Ｖ2の適切な動作によって必要とされるように、周囲から人工呼吸器Ｖ2の小さな一定の体積部分内に特定の体積（Ｖ）の空気を取り込むには、ｎＲＴの値を同じに保つように空気aの圧力（Ｐ）を高める必要がある。空気ａの圧力が高められることによって、空気aは、人工呼吸器Ｖ2を通って患者Ｈの肺の中に送られる。これは、流体、ここでは、圧縮された空気ａが、人工呼吸器Ｖ2の比較的大きな圧力の領域から患者Ｈの肺の比較的低い圧力の領域に流れるという傾向によるものであり、それによって空気ａが肺を満たす。
【００３８】
図７に示すように、圧縮された空気ａは、空気圧縮機１０１を出て、圧縮機の出口ポート１０１ｃおよび１０１ｄを通って、空気マニホールド１０６に入る。空気マニホールド１０６はプラスチックまたは金属から作られている。空気マニホールド１０６は、内部１００ｂの一体部分であってもよい。当業者によって理解されるように、空気マニホールド１０６は、必要な全ての合わせ部および取り付け部を含んでいる。圧力センサ１０７が、患者Ｈに送られる空気ａの圧力を監視するために空気マニホールド１０６に接続されている。空気マニホールド１０６内の圧縮された空気aの空気圧が圧力センサ１０７によって測定される。空気ａが公知の閾値を超えると、デュアルヘッドの空気圧縮機１０１が停止させられ、シングルヘッドの空気圧縮機１０２が始動され、以下に説明するように、空気はもはや患者Ｈに送られない。図７に示すように、空気マニホールド１０６は、フラッター弁１０３にも接続されている。フラッター弁１０３によって、圧縮された空気ａを、入口ポート１０３ａを通して入れ、双方向ポート１０３ｂを通して患者Ｈに送ることができる。圧縮された空気ａが双方向ポート１０３ｂを通して患者Ｈに送られている時、呼気ポート１０３ｃは閉じたままである。しかし、患者Ｈが息を吐くと、入口ポート１０３ａが閉じられ、吐き出された空気を、携帯可能な人工呼吸器Ｖ2から除去することができるように呼気ポート１０３ｃが開かれる。呼気サイクルを以下に説明する。患者Ｈに送られる圧縮された空気ａは、医療用等級の管１０８、フラッター弁１０３、さらに、患者弁ポート１１０を介して、患者Ｈに接続された医療用等級の管１０９を通過する。管１０８は、空気マニホールド１０６に一体化されているが、図７では説明のために別個の要素として示されていることに留意することが重要である。医療用等級の管１０８および１０９は、予め製造されたプラスチックまたは金属であってもよい。当業者によって理解されるように、管１０８および１０９は、必要な全ての合わせ部および取り付け部を含んでいる。管１０８および１０９は内部１００ｂと一体化されていてもよい。標準的な医療用等級の、患者の気管内チューブ（図示せず）または、呼吸マスク（図示せず）への管が、携帯可能な人工呼吸器Ｖ2と患者Ｈとの間で、患者弁ポート１１０の所に接続される。
【００３９】
呼気サイクル中、呼気空気ａeが、患者Ｈから患者弁ポート１１０、管１０９、双方向ポート１０３ｂを通って戻される。シングルヘッドの空気圧縮機１０２によって、フラッター弁１０３は入口ポート１０３ａを閉じられ、それによって、呼気空気ａが排気ポート、すなわち呼気ポート１０３ｃに導かれる。呼気空気ａeは、排気ポート、すなわち呼気ポート１０３ｃから医療用等級の管１１１内に流れる。管１１１は、予め製造されたプラスチックまたは金属であってもよく、内部１００ｂと一体化されていてもよい。当業者によって理解されるように、管１１１は、必要な全ての合わせ部および取り付け部を含んでいる。管１１１は、呼気空気ａeを第２の圧力センサ１１２に導くＴ字型接続部１１１ａを含んでいる。患者Ｈが息を吐き出したかどうかが第２の圧力センサ１１２によって確認される。他の実施形態では、Ｔ字型接続部１１１ａと圧力センサ１１２を、インライン型の流量センサ（図示せず）によって置き換えることができる。呼気空気ａeは、人工呼吸器のハウジング１００上に配置された患者呼気ポート１１５に導かれる。呼気空気ａeは、患者呼気ポート１１５に到達する前にインライン型のカプノグラフ室１１３に導かれる。カプノグラフ室１１３は、呼気空気ａe内に呼気ＣＯ2が存在するのを検知するのに用いられる。呼気空気ａeは、カプノグラフ室１１３から、医療用等級の管１１４を通って流れる。管１１４は、予め製造されたプラスチックまたは金属であってよく、内部１００ｂと一体化されていてもよい。当業者によって理解されるように、管１１４は、必要な全ての合わせ部および取り付け部を含んでいる。人口呼吸の有効性をさらに監視するために、比色式または化学式の追加のカプノグラフセンサＣＳを、携帯可能な人工呼吸器Ｖ2の外側で患者呼気ポート１１５の所に接続してもよい。図７に示すように、シングルヘッドの空気圧縮機１０２は、医療用等級の管１１６を介してフラッター弁１０３および空気マニホールド１０６に接続されている。管１１６は、空気マニホールド１０６と一体化されているが、図７には説明のために別個の要素として示されていることに留意するのが重要である。管１１６は、予め製造されたプラスチックまたは金属であってもよく、内部１００ｂと一体化されていてもよい。当業者によって理解されるように、管１１６は、必要な全ての合わせ部および取り付け部を含んでいる。シングルヘッドの空気圧縮機１０２は、デュアルヘッドの空気圧縮機１０１が運転していない時にのみ動作する。呼気サイクル時に、フラッター弁の入口ポート１０３ａが完全に閉じられたままとなり、排気ポート、すなわち呼気ポート１０３ｃが完全に開かれるのが、このようにして、シングルヘッドの空気圧縮機１０２によって保障される。デュアルヘッドの空気圧縮機１０１とシングルヘッドの空気圧縮機１０２のこのような交互の動作によって、空気マニホールド１０６内に位置するよどみ空間の空気を、複数回の吸気サイクルの間に、管１１６、医療用等級の管１１７、および排気ポート１１８を通して排気することができる。管１１７は、予め製造されたプラスチックまたは金属であってもよく、内部１００ｂと一体化されていてもよい。当業者によって理解されるように、管１１７は必要な全ての合わせ部および取り付け部を含んでいる。シングルヘッドの空気圧縮機１０２は、フラッター弁１０３を機械的に閉じる働きをすることに留意するのが重要である。電気制御される弁は圧力損失を引き起こすので、この機構は、電気制御される弁より好ましい。この機構は、吸気された空気および圧力勾配の損失を低減するのに、他の排出システムおよび圧力逃がし弁より好ましい。第２に、シングルヘッドの空気圧縮機１０２の使用によって、空気ａが空気マニホールド１０６から強制的に引き出され、それによって、空気マニホールド１０６内のよどみ空気に妨げられることなく、次の吸気サイクルを開始することができる。第３に、シングルヘッドの空気圧縮機１０２は、入口ポート１０３ａが閉じられる時に、ごく短時間の間負の圧力を発生し、それが患者Ｈの呼気の助けになる。さらに、このデュアルヘッドの空気圧縮機１０１およびシングルヘッドの空気圧縮機１０２の動作によって、上述した図１の実施形態で説明したような蓄圧器、すなわち蓄圧タンク２の使用が不要になる。他の実施形態において、シングルヘッドの空気圧縮機１０２、管１１７、および排気ポート１１８を、携帯可能な人工呼吸器Ｖ2内に蓄積される圧力および／または熱を軽減するのに用いることもできる。また、排気ポート１１８によって、極度の環境危険因子や、水、埃、泥などによる汚染から携帯可能な人工呼吸器Ｖ2が保護される。
【００４０】
排気ポート１１８は、カプノグラフセンサ、すなわちカプノグラフ室１１３およびカプノグラフセンサＣＳから得られるカプノグラフ測定値を変化させないように、排気ポート、すなわち患者呼気ポート１１５から離れて配置されていることに留意するのが重要である。
【００４１】
電力サブシステムＰ2：
図８に示す電力サブシステムＰ2を以下に説明する。電力サブシステムＰ2によって、電力が、携帯可能な人工呼吸器Ｖ2に供給される。電力サブシステムＰ2は、バッテリ電源２０１と、外部電源ＥＰを受け入れる電源ジャック２０２を有している。１２から１４ボルトの再充電可能なバッテリがバッテリ電源２０１として好ましい。ただし、交換可能なバッテリを用いてもよい。電源ジャック２０２は電子回路２０３に接続されており、さらに、この電子回路２０３はバッテリ電源２０１に接続されている。電子回路２０３は、外部電源ＥＰから電源ジャック２０２を介して電力を受け取り、バッテリ電源２０１を再充電し、および／またはバッテリ電源２０１をバイパスさせるのに必要な電圧に調整する。外部電源ＥＰが電源ジャック２０２に接続されると、バッテリ２０１が無い場合、動作不能である場合、または再充電中の場合、携帯可能な人工呼吸器Ｖ2は、電子回路２０３からのバイパスによって動作することができる。電力は、バッテリ電源２０１または電子回路２０３のいずれかから電源スイッチ２０４に導かれる。電力は、オンされると、電源スイッチ２０４から電圧調整回路２０５に導かれ、電圧調整回路２０５によって、人工呼吸器Ｖ2内のサブシステムに電力が供給される。
【００４２】
電力サブシステムＰ2は、制御サブシステムＣ2への電圧の変動を除去するのに電圧調整回路２０５を用いている。より低い電圧を必要とする制御サブシステムＣ2および警報サブシステムＡ2の素子のために、第２の電圧調整回路２０６が用いられている。さらに、電力サブシステムＰ2は、駆動電圧を、制御サブシステムＣ2を介して空気圧サブシステムＮ2のデュアルヘッドの空気圧縮機１０１およびシングルヘッドの空気圧縮機１０２に供給する。
【００４３】
制御サブシステムＣ2：
空気圧サブシステムＮ2について上記したように、デュアルヘッドの空気圧縮機１０１とシングルヘッドの空気圧縮機１０２の間でのオン／オフサイクルは、図６に示す好ましい実施形態の動作にとって重要である。図９に示すように、制御サブシステムＣ2はタイミング回路４０１を含んでおり、タイミング回路４０１は、機械式リレースイッチ４０２を制御するのに用いられ、デュアルヘッドの空気圧縮機１０１とシングルヘッドの空気圧縮機１０２の間でのオン／オフサイクルは、機械式のリレースイッチ４０２によって決められる。このリレーは、電子制御される単極双投スイッチ４０２として構成されている。好ましい実施形態において、タイミング回路４０１は「５５５」回路である。リレースイッチ４０２は、リレースイッチバー４０２ａおよび第１のコネクタ位置４０２ｂを介して空気圧サブシステムＮ2のシングルヘッドの空気圧縮機１０２に接続される。リレースイッチ４０２、すなわちリレースイッチバー４０２ａは、機械式であるのが好ましい。リレースイッチ４０２は、スイッチバー４０２ａおよび第２のコネクタ位置４０２ｃを介してデュアルヘッドの空気圧縮機１０１にも接続される。タイミング回路４０１はリレー制御回路４０２ｄに接続されており、リレー制御回路４０２ｄは、リレースイッチバー４０２ａを、タイミング回路によって生成される呼吸タイミングサイクルに基づいて第１のコネクタ位置４０２ｂと第２のコネクタ位置４０２ｃとの間で動かすのに用いられている。呼吸タイミングサイクルを以下に説明する。タイミング回路４０１は、コンデンサ４０３、第１の抵抗器４０４、および第２の抵抗器４０５にも接続されている。第２の抵抗器４０５は、電力サブシステムＰ2に接続されている。電力サブシステムＰ2と空気圧サブシステムＮ2の間の接続は、図９には示されていない。
【００４４】
呼吸タイミングサイクルは、呼吸速度および呼吸気量によって決められ、これらの値は、米国医師会のガイドラインに従って選択される。
【００４５】
図９ａに示すように、ｔ1は空気圧縮機１０１の好ましいオンタイムを表しており、吸気時間と相関しており、ｔ2は空気圧縮機１０１の好ましいオフタイムを表しており、呼気時間と相関している。吸気時間と呼気時間の合計（ｔ1＋ｔ2）が１回の全呼吸タイミングサイクルとなる。
【００４６】
呼吸速度は、１分間当たりの全呼吸タイミングサイクルの回数である。呼吸気量は、１回の呼吸タイミングサイクルの吸気期中に供給される空気量によって決められる。呼吸気量は、空気圧縮機１０１の流速に空気圧縮機１０１のオンタイムｔ1を乗じた積である。したがって、
（１）ｔ1＝ＴＶ／ｆ
ここで、ＴＶ＝呼吸気量、ｆ＝空気圧縮機１０１の流速
（２）ｔ1＋ｔ2＝６０秒／ＲＲ
ここで、ＲＲ＝呼吸速度、１分間当たりの呼吸回数
（３）ｔ2＝６０／ＲＲ−ｔ1＝６０／ＲＲ−ＴＶ／ｆ
このように、ｔ1およびｔ2の値は、呼吸速度および呼吸気量の米国医師会のガイドラインと、空気圧縮機１０１の流速を用いて決められる。ｔ1がｔ2より小さくなることができるようにするのにダイオード４０６が用いられている。
【００４７】
当業者によって理解されるように、コンデンサ４０３、第１の抵抗器４０４、および第２の抵抗器４０５は、充放電タイミング回路を形成している。本発明では、図９ｂに示すように、充電サイクル時間が、望ましい吸気時間ｔ1と等しくなるように選択されている。放電タイミングサイクルは、求められた呼気時間ｔ2と等しくなるように選択されている。したがって、
（４）ｔ1＝．６９３（ｒ1＋ｒ2）ｃ1
および
（５）ｔ2＝．６９３（ｒ2）ｃ1
となり、ここで、ｒ1は第１の抵抗器４０４の抵抗値、ｒ2は第２の抵抗器４０５の抵抗値、ｃ1はコンデンサ４０３の容量値である。
【００４８】
充放電回路の出力が空気圧縮機１０１のオン／オフ状態に対して確定的でないので、図９ｃに示すように、充放電回路の出力をトリガとしてオン／オフ状態を明確に区分するのにタイミング回路４０１が用いられている。
【００４９】
タイミング回路４０１は、空気圧縮機１０１と１０２を直接動作させるのに十分なほど出力が高くないことに留意するのが重要である。したがって、リレースイッチ４０２が用いられており、リレースイッチ４０２では、図９ｃに示すように、タイミング回路４０１の出力がリレー回路４０２の制御入力となっている。抵抗器４０７が、タイミング回路４０１の出力がオンの時、電気的な短絡を防止するのに用いられている。
【００５０】
図９ｄに示すように、タイミング回路４０１のオンサイクルにより、リレースイッチ４０２が、オンサイクルで高電力をデュアルヘッドの空気圧縮機１０１へ供給する経路を形成するように、充放電回路の、タイミング回路４０１からの出力によってリレースイッチ４０２が制御される。
【００５１】
図９ｅに示すように、タイミング回路４０１のオフサイクルによって、リレースイッチ４０２は、シングルヘッドの空気圧縮機１０２への経路を形成する。空気圧縮機１０１のオンサイクルと空気圧縮機１０２のオフサイクルによって、上述したオン／オフサイクルが構成される。
【００５２】
タイミング特性は、図９ｃおよび９ｄに示すように、携帯可能な人工呼吸器Ｖ2を適正に動作させるための、図９ａの望ましいタイミング特性に一致していなくてはならないことに留意するのも重要である。
【００５３】
警報サブシステムＡ2：
図１０に示すように、警報サブシステムＡ2は、修理可能を示すＬＥＤ表示器５０２、修理不能を示すＬＥＤ表示器５０３、および、患者の問題を示すＬＥＤ表示器５０４に接続された光警報停止スイッチ５０１を含んでいる。ＬＥＤ表示器５０２、５０３、および５０４は、それぞれ、修理可能な問題、修理不能な問題、患者に関する問題を、携帯可能な人工呼吸器Ｖ2内で示すように構成されている。ＬＥＤ表示器５０２、５０３、および５０４は、携帯可能な人工呼吸器Ｖ2のハードシェル、すなわちハウジング１００の外面１００ａ上に配置されている。光警報停止スイッチ５０１は、ユーザＵによってアクセス可能であり、必要な時に、ＬＥＤ警報５０２、５０３、および５０４を切り離すのに使用される。可聴警報停止スイッチ５０５が可聴警報スイッチ５０６に接続されている。可聴警報スイッチ５０６はハードシェル、すなわちハウジング１００の外面１００ａ上に配置されている。可聴警報停止スイッチ５０５は、ユーザＵによってアクセス可能であり、必要な時に、可聴警報スイッチ５０６を切り離すのに使用される。
【００５４】
低電圧検出回路５０７が、電圧が低すぎる時にそのことを示すために電力サブシステムＰ2のバッテリ電源２０１および電源スイッチ２０５に接続されている。低電圧検出回路５０７は、修理可能な問題をユーザＵに知らせるために光警報停止スイッチ５０１および修理可能を示すＬＥＤ表示器５０２にも接続されている。低電圧検出回路５０７は、ユーザＵに対して音に基づく警報の報知を行うために可聴警報停止スイッチ５０５および可聴警報器に接続されている。
【００５５】
パルス欠落／装置／構成要素故障検出回路５０８が制御サブシステムＣ2に接続されている。パルス欠落／装置／構成要素故障検出回路５０８は、修理不能な問題、すなわち携帯可能な人工呼吸器Ｖ2を交換する必要があることをユーザＵに知らせるために光警報停止スイッチ５０１および修理不能を示すＬＥＤ表示器５０３にも接続されている。パルス欠落／装置／構成要素故障検出回路５０８は、ユーザＵに対して音に基づく警報の報知を行うために可聴警報停止スイッチ５０５および可聴警報器にも接続されている。
【００５６】
二酸化炭素検出回路５０９が、二酸化炭素イベントカウンタ５１０および二酸化炭素イベントトリガ５１１に接続されている。二酸化炭素検出回路５０９、二酸化炭素イベントカウンタ５１０、および二酸化炭素イベントトリガ５１１は、呼気空気ａe中の二酸化炭素濃度がわずかであるのを示すために空気圧サブシステムＮ2のカプノグラフセンサ、すなわちカプノグラフ室１１３に接続されている。二酸化炭素イベントトリガ５１１は、誤接続または患者の呼吸困難をユーザＵに知らせるために光警報停止スイッチ５０１および患者の問題を示すＬＥＤ表示器５０２にさらに接続されている。二酸化炭素検出回路５０９、二酸化炭素イベントカウンタ５１０、および二酸化炭素イベントトリガ５１１は、ユーザＵに対して音に基づく警報の報知を行うために可聴警報停止スイッチ５０５および可聴警報器にも接続されている。
【００５７】
呼気流検出回路５１２が、呼気イベントカウンタ５１３および呼気イベントトリガ５１４に接続されている。呼気流検出回路５１２、呼気イベントカウンタ５１３、および呼気イベントトリガ５１４は、空気圧サブシステムＮ2の圧力センサ１１２に接続されている。呼気イベントトリガ５１４は、誤接続または患者の呼吸困難をユーザＵに知らせるために光警報停止スイッチ５０１および患者の異常を示すＬＥＤ表示器５０２にさらに接続されている。呼気流検出回路５１２、呼気イベントカウンタ５１３、および呼気イベントトリガ５１４は、ユーザＵに対して音に基づく警報の報知を行うために可聴警報停止スイッチ５０５および可聴警報器にも接続されている。
【００５８】
周囲の空気aの圧力が高すぎる場合、または低すぎる場合に警報応答を発生するために、吸気圧力検出回路５１５が、吸気イベントカウンタ５１６および吸気イベントトリガ５１７に接続されている。吸気圧力検出回路５１５は、空気圧サブシステムＮ2の圧力センサ１０７に接続されている。吸気イベントトリガ５１７は、誤接続または患者の呼吸困難をユーザＵに知らせるために光警報停止スイッチ５０１および患者の問題を示すＬＥＤ表示器５０２にさらに接続されている。吸気圧力検出回路５１５、吸気イベントカウンタ５１６、および吸気イベントトリガ５１７は、ユーザＵに対して音に基づく警報の報知を行うために可聴警報停止スイッチ５０５および可聴警報器にも接続されている。この吸気圧力検出回路５１５によって、予め設定された圧力閾値が超過された時に、患者Ｈを害するのを防止するために、リレー制御回路４０２ｄに、デュアルヘッドの空気圧縮機１０１の動作からシングルヘッドの空気圧縮機１０２の動作に即座に切り替えを行わせることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】携帯可能な人工呼吸器、空気圧サブシステム、電力サブシステム、センササブシステムの模式図である。
【図２】図１に示す空気圧サブシステムの模式図である。
【図３】図１に示す電力サブシステムの模式図である。
【図４】図１に示すセンササブシステムの模式図である。
【図５】図１に示す携帯可能な人工呼吸器の図である。
【図６】携帯可能な人工呼吸器、空気圧サブシステム、電力サブシステム、制御サブシステム、および警報サブシステムの模式図である。
【図６ａ】図６に示す携帯可能な人工呼吸器の図である。
【図７】図６に示す空気圧サブシステムの模式図である。
【図８】図６に示す電力サブシステムの模式図である。
【図９】図６に示す制御サブシステムの模式図である。
【図９ａ】デュアルヘッド圧縮機のオン／オフサイクルを示すグラフである。
【図９ｂ】抵抗とコンデンサの充放電のタイミングサイクルのグラフである。
【図９ｃ】タイミング回路の出力のグラフである。
【図９ｄ】リレースイッチからデュアルヘッド圧縮機への、より高い電力のオン／オフサイクルを示すグラフである。
【図９ｅ】リレースイッチからシングルヘッド圧縮機への、より高い電力のオン／オフサイクルを示すグラフである。
【図１０】図６に示す警報サブシステムの模式図である。
【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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【図６】
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【図６ａ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図９ｄ】
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【図９ｅ】
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【図１０】
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【国際調査報告】
2007525273.tif 000020
2007525273.tif 000021
2007525273.tif 000022
2007525273.tif 000023
2007525273.tif 000024