(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給気チューブが結合する給気管接続ポートと、鼻腔プロングが結合する鼻腔プロングポートと、排気チューブが結合する排気管接続ポートと、前記鼻腔プロングポートに連通するキャビティと、を備えるネーザルＣＰＡＰ素子であって、
前記給気管接続ポートから流入する空気を噴出するノズルと、
前記ノズルから噴出する空気を二分するスプリッターと、
前記スプリッターで二分された空気の一方の流路を形成する第１分岐路と、
二分された前記空気の他方を前記排気管接続ポートに導く第２分岐路と、
前記第１分岐路及び前記キャビティから流出する空気を前記排気管接続ポートに導く排出路と、
前記第２分岐路と前記排出路との間にあって、前記排出路から流出する空気の前記第２分岐路への流入を阻止するガイドベーンと、を備え、
前記排出路は、最も幅が狭い排出路最狭部を備え、
前記排出路は、前記第１分岐路側の幅よりも前記排気管接続ポート側の幅が狭く、
前記排出路の前記第１分岐路側であって前記ノズルから遠い側の側面は、前記ノズルから噴出される空気のポテンシャルコアの終端よりも下流に位置し、
前記第２分岐路は、前記ガイドベーンを介して、前記排出路最狭部と隣接する隣接部を有しており、前記排出路最幅狭部の幅は、前記隣接部の幅に対して１．７倍から２．０５倍であるネーザルＣＰＡＰ素子。
【請求項２】
請求項１に記載のネーザルＣＰＡＰ素子において、
前記ノズルが空気を噴出する方向における、前記ノズルの出口から、前記排出路最狭部であって前記ノズルから遠い側の側面までの距離は、前記ノズルの幅の５倍以上７倍以下であるネーザルＣＰＡＰ素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のネーザルＣＰＡＰ素子において、
前記隣接部の幅は１．４ｍｍであり、前記排出路最狭部の幅は２．８ｍｍであるネーザルＣＰＡＰ素子。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のネーザルＣＰＡＰ素子において、
前記排出路の前記ノズルから遠い側の側面には丸みを帯びた鈍角の突起が備えられ、
前記突起は前記ノズルから噴出され前記第１分岐路を通過した空気が衝突する位置に設けられるネーザルＣＰＡＰ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ネーザルＣＰＡＰ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】  圧力を加えた空気を鼻から送り込んで気道の閉塞を取り除く経鼻的持続的気道陽圧（ネーザルＣＰＡＰ：Ｎａｓａｌ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ａｉｒｗａｙ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）療法は、新生児呼吸窮迫症候群の患者などの肺の陽圧を確保するために広く行われている。
特許文献１には、給気チューブが結合する給気管接続ポートと、鼻腔プロングが結合する鼻腔プロングポートと、排気チューブが結合する排気管接続ポートと、鼻腔プロングポートに連通するキャビティと、を備えるネーザルＣＰＡＰ素子であって、排気管接続ポートの開口方向が、鼻腔プロングポートの開口方向と反対方向であり、給気管接続ポートの開口方向が、排気管接続ポートまたは鼻腔プロングポートの開口方向と同一方向であり、給気管接続ポートから流入する空気を、流入方向に対して略直角方向に噴出するノズルと、ノズルから噴出する空気を二分するスプリッターと、スプリッターで二分された空気の一方の流路を形成する第１分岐路と、二分された空気の他方を排気管接続ポートに導く第２分岐路と、第１分岐路及びキャビティから流出する空気を排気管接続ポートに導く排出路と、第２分岐路と排出路の間にあって、排出路から流出する空気の第２分岐路への流入を阻止するガイドベーンと、を備えるネーザルＣＰＡＰが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１８５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  特許文献１に記載のネーザルＣＰＡＰは、呼気圧力が大きく変動する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  本発明の第１の態様にかかるネーザルＣＰＡＰ素子は、給気チューブが結合する給気管接続ポートと、鼻腔プロングが結合する鼻腔プロングポートと、排気チューブが結合する排気管接続ポートと、前記鼻腔プロングポートに連通するキャビティと、を備えるネーザルＣＰＡＰ素子であって、前記給気管接続ポートから流入する空気を噴出するノズルと、前記ノズルから噴出する空気を二分するスプリッターと、前記スプリッターで二分された空気の一方の流路を形成する第１分岐路と、二分された前記空気の他方を前記排気管接続ポートに導く第２分岐路と、前記第１分岐路及び前記キャビティから流出する空気を前記排気管接続ポートに導く排出路と、前記第２分岐路と前記排出路との間にあって、前記排出路から流出する空気の前記第２分岐路への流入を阻止するガイドベーンと、を備え、前記排出路は、前記第１分岐路側の幅よりも前記排気管接続ポート側の幅が狭く、前記排出路の前記第１分岐路側であって前記ノズルから遠い側の側面は、前記ノズルから噴出される空気のポテンシャルコアの終端よりも下流に位置する。
【発明の効果】
【０００６】  本発明にかかるネーザルＣＰＡＰによれば、呼気圧力の変動を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ネーザルＣＰＡＰ素子の使用状態を示す図
【図２】実施の形態におけるネーザルＣＰＡＰ素子の概要構成を示す図
【図３】ネーザルＣＰＡＰ素子における各所の寸法形状を示す図
【図４】比較例素子の構成を示す図
【図５】ＣＰＡＰ圧力の時系列変化を示す図
【図６】ＣＰＡＰ変動圧力を示す図
【図７】排出路最狭部の幅と圧力変動の関係を示す図
【図８】スプリッター上の測定点を示す図
【図９】排出路最狭部の幅が１．６ｍｍの場合と２．８ｍｍの場合における、よどみ点付近の圧力変化を示す図
【図１０】図１０（ａ）はネーザルＣＰＡＰ素子の流動状態を示すベクトル線図、図１０（ｂ）は比較例素子の流動状態を示すベクトル線図
【図１１】排出路最狭部の幅が流速に与える影響を示す図
【図１２】排出路最狭部の幅が１．６ｍｍの場合の流量特性を示す図
【図１３】排出路最狭部の幅が２．８ｍｍの場合の流量特性を示す図
【図１４】新生児自発呼吸シミュレータを動作させない状態で得られた作成素子のＭＡＰ−供給流量特性を示す図
【図１５】新生児自発呼吸シミュレータを動作させて得られたＣＰＡＰ圧力の時系列変化を示す図
【図１６】ＭＡＰ圧を複数とおり変化させた場合のＣＰＡＰ波形を示す図
【図１７】図１６における各系列のＭＡＰを減じたＣＰＡＰ圧力変動成分を示す図
【図１８】換気量のＣＰＡＰ圧への影響を示す図
【図１９】変形例におけるネーザルＣＰＡＰ素子の概要構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００８】（実施の形態）
図１〜図１９を参照して、本発明にかかるネーザルＣＰＡＰ素子の実施の形態を説明する。
図１は、ネーザルＣＰＡＰ素子３０の使用状態を示す図である。ネーザルＣＰＡＰ素子３０は、新生児の鼻腔に挿入されて使用され、新生児の呼吸を補助する。ネーザルＣＰＡＰ素子３０には、空気圧源から一定圧力で空気が供給される。以下では、ネーザルＣＰＡＰ素子から鼻腔に供給される空気の圧力を「ＣＰＡＰ圧力」と呼ぶ。ＣＰＡＰ圧力は、呼吸障害の治療・無呼吸治療法として有効なので新生児の呼吸の周期、すなわち吸気と呼気とを通して約一定であることが望ましい。
なお本実施の形態において説明するネーザルＣＰＡＰ素子３０は新生児用であるが、空気圧源から供給される空気圧やネーザルＣＰＡＰ素子３０の形状を変更することにより、新生児以外にも対応可能である。
【０００９】（構成）
図２は、ネーザルＣＰＡＰ素子３０の構成を示す図である。ネーザルＣＰＡＰ素子３０は、２枚の平板に挟まれた空間内に形成される空気流路、および複数の接続ポートから構成される。ネーザルＣＰＡＰ素子３０は、給気チューブが結合される給気管接続ポート３１と、鼻腔プロングが結合される鼻腔プロングポート３２、３３と、鼻腔プロングポート３２、３３に連通するキャビティ３５と、排気チューブが結合される排気管接続ポート３４と、給気管接続ポート３１から流入する空気を噴出するノズル３６と、ノズル３６の噴出空気を二分するスプリッター３７と、スプリッター３７で二分された空気の一方（以下、「第１噴流」と呼ぶ）の流路を形成する第１分岐路３８と、二分された空気の他方（以下、「第２噴流」と呼ぶ）を排気管接続ポート３４に導く第２分岐路３９と、第１分岐路３８及びキャビティ３５から流出する空気を排気管接続ポート３４に導く排出路４０と、第１分岐路３８及び排出路４０の分岐位置で空気の流れを誘導するガイド４２と、排出路４０から流出する空気と第２分岐路３９から流出する空気の干渉を防ぎ、排出路４０から第２分岐路３９への空気の逆流を阻止するガイドベーン４１と、鈍頭部４４と、ＨＦＯ流路４３とを備える。図中のＶｉｎ，Ｖｄ，Ｖｃｅｎｔ，Ｖｕｐの４点は後述する説明において流速を算出した点を示す。
【００１０】  鼻腔プロングポート３２、３３に結合した鼻腔プロングは、新生児の鼻に挿入される。鼻腔プロングポート３２、３３は、図２の下方に開口し、排気管接続ポート３４は、逆方向の上方に開口している。給気管接続ポート３１は、ここでは、排気管接続ポート３４と同様に上方に開口しているが、鼻腔プロングポート３２、３３と同様に下方に開口するように構成しても良い。また給気管接続ポート３１は図示上方に開口しているが、図示左側に開口部を有し給気管接続ポート３１から流入する空気の方向とノズル３６から噴出する空気の方向が略同一になるように構成されてもよい。
ノズル３６は、給気管接続ポート３１から流入する定圧力の空気を、流入方向に対して略直角な方向（図２上で右方向）に噴出する。
【００１１】  スプリッター３７の先端は、図２上でノズル３６の開口の上辺と略同じ高さに位置しており、ノズル３６から噴出された空気を二分する。ノズル３６の先端は丸みを帯びている。
第１分岐路３８は、平行する内壁を有し、１５°程度下向く直線的な流路を形成している。第１分岐路３８の終端は、キャビティ３５の上側に開口する。この第１分岐路３８は、ノズル３６から噴出する空気の流速を下げてＣＰＡＰ圧力を回復するディフューザの役割を果たす。ディフューザの出口にあたる第１分岐路３８の開口は、排出路４０の開口に隣接しており、第１分岐路３８の開口と排出路４０の開口との境界位置に角部が丸みを帯びたガイド４２が存在する。
【００１２】  第２分岐路３９を構成する素子内側の内壁３９２及び素子外側の内壁３９３は、それぞれ湾曲しており、内壁３９２の凹曲面は、内壁３９３の凹曲面よりも短い曲率半径を有している。以下では、湾曲する内壁３９２、３９３により形成される空洞を「サブキャビティ」３９０と呼ぶ。
排出路４０は図示縦長の形状であり、排出路４０の幅は図示下方の第１分岐路３８側よりも図示上方の排気管接続ポート３４の側が狭い。排出路４０の排気管接続ポート３４側の領域であって排出路４０において最も幅が狭い領域を「排出路最狭部」４０１と呼ぶ。また排出路最狭部４０１を構成する壁面であって、図示右側、すなわちノズル３６から遠い側の壁面を「最狭部遠方壁」４０１Ｒと呼ぶ。さらに、第２分岐路３９の下流側の領域であってガイドベーン４１を介して排出路最狭部４０１と隣接する領域を「隣接部」３９１と呼ぶ。
【００１３】  最狭部遠方壁４０１Ｒの下部には鈍頭部４４が設けられる。鈍頭部４４は所定の曲率半径を有する鈍角の突起であり、ノズル３６から噴出され第１分岐路３８を通過した空気、すなわち噴流が衝突する位置に設けられる。第１分岐路３８を通過した噴流は呼吸の周期にあわせて変化する鼻腔プロングポート３２、３３からの空気の流出入により図示上下方向に影響を受ける。鈍頭部４４が丸みを有するので、呼吸の周期に合わせてこの噴流の先端が図示上下方向にスムーズに変化する。また鈍頭部４４の上部は凹部形状を有しており、呼気時に図示上向きに曲げられた噴流がエントレインメント効果により排出路４０から排気管接続ポート３４へと流出しやすくなっている。
【００１４】  ノズル３６から流出し、スプリッター３７で分割された第２噴流は、第２分岐路３９のサブキャビティ３９１の壁に沿って流れ、渦を形成する。また、排出路４０を構成する素子外側の内壁４０１は、外側に多少膨らんでいる。そのため、ガイド４２から剥離して排出路４０に流入した空気は、膨らんだ内壁４０１に沿って流れることにより、ガイド４２の直後に渦を形成する。サブキャビティ３９０や排出路４０に発生する渦は、負圧を伴う。そのため、第２分岐路３９の流入口から第２噴流が引き込まれ易くなり、また、排出路４０の流入口から第１分岐路３８やキャビティ３５からの流出空気が引き込まれ易くなる。
ＨＦＯ流路４３は、高頻度振動換気法（Ｈｉｇｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｙ  Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）を実施するための流路である。本実施の形態では、ＨＦＯ流路４３には空気の流れは発生しない。
【００１５】  図３はネーザルＣＰＡＰ素子３０の寸法を示す図である。このネーザルＣＰＡＰ素子３０は、主に２枚の平板により形成される所定の幅、たとえば幅２ｍｍの空間に形成される空気流路である。ノズル３６の幅、すなわち図３における上下方向の高さはたとえば１．１ｍｍである。本実施の形態では、このノズル３６の幅を基準寸法ｄとし、以下はこの基準寸法ｄを用いて他の寸法および曲率半径を示す。
【００１６】  第１分岐路３８の幅は１．３ｄ〜１．７ｄが好ましい。第１分岐路３８が図示水平方向となす角は、たとえば１５度であるが他の角度でもよい。サブキャビティ３９０の入り口寸法、すなわちノズル３６の下流側端部からスプリッター３７までの開口部は、１．２ｄ〜１．４ｄが好ましい。また、第２分岐路３９の出口寸法、すなわち隣接部３９１の幅は、１．３ｄ〜１．６ｄが好ましい。隣接部３９１とガイドベーン４１を解して隣接する排出路最狭部４０１の幅は２．６ｄ〜３．２ｄが好ましい。また詳しくは後述するが、隣接部３９１の幅と排出路最狭部４０１の幅の比率は１：２が最も好ましく、１：１．７〜１：２．０５の範囲が好ましい。
【００１７】  ノズル３６が空気を噴出する方向における、ノズル３６の出口から最狭部遠方壁４０１Ｒまでの距離は、５ｄ〜７ｄが好ましい。この距離は、速度が減少しない領域であるポテンシャルコアの長さである。ノズル３６の端部から、キャビティ３５の壁面であってノズル３６から遠いほうの壁面までの寸法は、９．０ｄ〜１０ｄが好ましい。
鈍頭部４４は、曲率半径が０．５ｄから０．７ｄであることが好ましく、図３に示すように鈍角、すなわち９０度より大きいことが望ましい。なお鈍頭部４４の図示上下方向の位置は、第１分岐路３８が図示水平方向となす角、およびノズル３６から噴出される空気の流速に基づき決定される。
【００１８】（数値計算）
数値計算の結果を説明する。排出路最狭部４０１の幅を変化させた場合の数値計算の結果を、スプリッター３７や第２分岐路３９を備えない比較例とともに説明する。
【００１９】＜比較例素子の構成＞
図４は、スプリッター３７や第２分岐路３９を備えない比較例素子９０の構成を示す図である。比較例素子９０とネーザルＣＰＡＰ素子３０とを比較すると、ネーザルＣＰＡＰ素子３０の構成からスプリッター３７や第２分岐路３９が除かれており、ノズル３６から噴出する空気の全量が第１分岐路９８に流入する。比較例素子９０における排出路９９の出口の幅、すなわちネーザルＣＰＡＰ素子３０において排出路最狭部４０１に相当する幅は２．８ｍｍである。
【００２０】＜ＣＰＡＰ圧力＞
ネーザルＣＰＡＰ素子３０の隣接部３９１の幅を１．４ｍｍに固定し、排出路最狭部４０１の幅を１．６ｍｍ、２．０ｍｍ、２．４ｍｍ、２．８ｍｍ、３．０ｍｍ、３．２ｍｍに変化させた場合のＣＰＡＰ圧力の計算結果を図５に示す。この計算において、給気管接続ポート３１への供給流量を７Ｌ／分とし、鼻腔プロングポート３２、３３を介する模擬呼吸は毎分５０回であり、１回の換気量が２０ｍｌであり、正弦波状と設定した。
【００２１】  図５〜図８はいずれも数値計算結果を示す図であり、図５はＣＰＡＰ圧力の時系列変化を示す図、図６はＣＰＡＰ変動圧力を示す図、図７は後述する排出路比と後述する圧力変動幅の関係を示す図である。図５では、上述した複数の排出路最狭部４０１の幅のうち一部の結果のみを記し、比較例素子９０を用いた計算結果も併記する。
【００２２】  図５において、０秒から０．６秒までが模擬呼吸の呼気に対応する時間、０．６秒から１．２秒までが吸気に対応する時間である。排出路最狭部４０１の幅が１．６ｍｍの場合は、ＣＰＡＰ圧力の変動幅（以下、「圧力変動幅」と呼ぶ）が６０Ｐａ以上あるが、幅２．０ｍｍでは圧力変動幅が急激に減少し、幅２．８ｍｍでは圧力変動幅がさらに減少している。なお比較例素子９０は、排出路９９の出口の幅が２．８ｍｍであるが、圧力変動幅が１００Ｐａ以上でありネーザルＣＰＡＰ素子３０の排出路最狭部４０１の幅が１．６ｍｍの場合よりも圧力変動幅が大きい。
【００２３】  図６は、排出路最狭部４０１の幅が２．８ｍｍと１．６ｍｍと比較例素子９０の３種類のＣＰＡＰ圧力からそれぞれのＭＡＰ圧力、すなわち吸気に入る直前の呼気圧力を減じたＣＰＡＰ変動圧力を示す図である。比較例素子９０の吸気特性は、ノズルからの噴流が鈍頭部４４まで達しているため、吸気開始とも下がり始め０．９秒で約−９０Ｐａ程度まで下がっている。
【００２４】  図７は、排出路最狭部４０１の幅を第２分岐路３９の幅で除した値（以下、「排出路比」と呼ぶ）と、圧力変動幅の関係を示す図である。すなわち図７における左端のプロットは排出路最狭部４０１の幅が１．６ｍｍの場合に対応し、右端のプロットは幅３．２ｍｍの場合に対応する。図７より、排出路比が増加するとともに圧力変動幅は減少するが、排出路比が２を超えると圧力変動幅が増加に転じることがわかる。たとえば、圧力変動幅が１５Ｐａ未満に抑えられるのは、図７において破線で示すように、排出路比が１．７〜２．０５の場合であることがわかる。
【００２５】＜よどみ点付近の圧力変化＞
次にネーザルＣＰＡＰ素子３０の排出路最狭部４０１の幅が１．６ｍｍの場合、および２．８ｍｍの場合における、スプリッター３７上の同一測定点におけるよどみ圧付近の圧力変化を説明する。圧力変化の計算結果を説明する前に、測定点を説明する。
図８は、スプリッター３７上の測定点を示す図である。図８（ａ）に示すスプリッター３７の先端部を拡大したものが図８（ｂ）である。図８（ｂ）に示すように、スプリッター３７の先端部に測定点Ｌ１，Ｌ２，・・Ｌ１０を定義する。すなわち測定点Ｌ５は、スプリッター３７の表面であって図示水平面から３８度の点である。そして隣接する測定点であるＬ４およびＬ６とはそれぞれ２度離れており、他の測定点も同様に２度ずつ離れている。
【００２６】  図９は、ネーザルＣＰＡＰ素子３０の排出路最狭部４０１の幅が１．６ｍｍの場合と２８ｍｍの場合における、よどみ点付近の圧力変化を示す図である。排出路最狭部４０１の幅が１．６ｍｍの場合は、測定点Ｌ３とＬ７の圧力の大小関係が呼気時と吸気時で入れ替わっており、よどみ点が移動していることを示している。そして模擬呼吸の１周期にわたる圧力の変動幅は、約４００Ｐａである。その一方、排出路最狭部４０１の幅が２．８ｍｍの場合は、隣接する測定点Ｌ７とＬ８の計算結果がほぼ同一で図９では重なって表示されており、より詳細には、測定点Ｌ７とＬ８の計算結果は所定の差を保ちながら模擬呼吸の１周期全体にわたり変化している。この計算結果は、排出路最狭部４０１の幅が２．８ｍｍの場合はよどみ点が移動していないことを示している。なおこの際の模擬呼吸の１周期にわたる圧力の変動幅は、約１００Ｐａである。
【００２７】＜ベクトル線図＞
図１０は、（ａ）ネーザルＣＰＡＰ素子３０、および（ｂ）比較例素子９０について、それぞれの流動状態を示すベクトル線図である。時刻は、それぞれ呼気開始から０．３秒、すなわち図９における０．３秒の状態である。ネーザルＣＰＡＰ素子３０においては、ノズルから流出したジェット噴流は、ノズル直後にあるスプリッター３７先端で分流され、第２分岐路３９から外部に向かう第２噴流とスプリッター流路からキャビティに向かう第１噴流とに分かれる。第１噴流は、スプリッター３７の上部に沿っており、その幅がスプリッター３７の後端に行く程狭まっている。スプリッター後端通過後の第１噴流は、排出路４０の壁まで達せず途中で鞭の先端のように上方に曲がり、呼気流れと一緒になって上方出口に向かって流れている。
このように呼気時には、第１噴流が排出路４０の壁から離れており、呼気流れが素子内から素子外へ向かってスムーズな流出状態が観察されている。
【００２８】  一方、比較例素子９０の流れは、ノズル出口直後からジェット噴流全体が流路形状によって下方に曲げられ、第１分岐路９８付近を流れている。そしてこの主流の幅は、ネーザルＣＰＡＰ素子３０に較べて太く、出口付近まで維持されていることがわかる。スプリッター流路通過後主流は、上向きに曲げられ壁に沿っているが、その一部は排出路４０の壁に衝突し下方に向かっている。
このように比較例素子９０では、排出路４０の壁に衝突しながら流出しているため、呼気流れは外部へ流出しにくく循環していることが考えられる。以上のことから素子内のスプリッター流路通過後の主流の振る舞いは、エアーカーテン噴流と同様であると考えられる。すなわちネーザルＣＰＡＰ素子３０の主流は、その幅が狭く噴流の圧力が弱いため、呼気圧力によって曲げられ、主流が排出路４０の壁から離れている。比較例素子９０の主流は、その幅が広く噴流の圧力が呼気圧力よりも強いために、噴流が排出路４０の壁まで達している。その結果ほとんどの呼気流れは外部へ流出しないで、キャビティ内で循環流を形成していると考えられる。
【００２９】  図１１は、排出路最狭部４０１の幅が流速に与える影響を示す図である。図１１では、図２に示した３点における速度を、排出路最狭部４０１の幅が１．６ｍｍの場合と２．８ｍｍの場合のそれぞれについて示している。Ｖｕｐはスプリッター３７により分岐されてサブキャビティ３９０に流入する速度であり、Ｖｃｅｎｔは第１分岐路３６の長さ方向中心部の速度であり、Ｖｄは第１分岐路３６の出口付近の速度である。また図１１では比較のためにノズル３６の出口速度をＶｉｎとして示している。
排出路最狭部４０１の幅２．８ｍｍの場合は、各測定点におけるＶｕｐ、Ｖｃｅｎｔ、Ｖｄの各速度は変動が少なく模擬呼吸の１周期全体にわたりほぼ一定である。このように変動が少ないことから、幅２．８ｍｍの場合は呼吸による流速への影響が少ないことがわかる。一方、排出路最狭部４０１の幅１．６ｍｍの場合は、Ｖｃｅｎｔは変動していないが、スプリッター３７流路出口のＶｄが大きく変動している。このＶｄは、Ｖｉｎよりも大きな速度を持っており、Ｖｃｅｎｔと呼吸による速度変動を足しただけではその速度に満たないため、３つ目の流れとしてキャビティ内の循環流が加わったためであると考えられる。
【００３０】  図１２および図１３は、流量特性を示す図である。図１２は排出路最狭部４０１の幅が１．６ｍｍの場合を示し、図１３は排出路最狭部４０１の幅が２．８ｍｍの場合を示す。いずれの図においても、Ｄ１はスプリッター３７の下面を通過する流量、Ｄ２は排出路４０から流出する流量、Ｄ３は第２分岐路３９から流出する流量である。図１２に示す出口流路１．６ｍｍの場合は、Ｄ１とＤ２が略同一の振幅で逆位相の関係にあり、Ｄ３も大きく変動している。一方、図１３に示す排出路最狭部４０１の幅が２．８ｍｍの場合はＤ１とＤ３の変動が少なくほぼ一定になっており、Ｄ２はＤ１の流量に図１２にＮで示す呼吸分が加算されている。
以上の結果は、スプリッター流路通過後の主流の動き方がＣＰＡＰ圧力の変動に支配的な影響を及ぼすことを示している。さらに、ネーザルＣＰＡＰ素子３０の排出路最狭部４０１に十分な幅が必要であり、さらに主流の幅を狭めるためにスプリッター３７でノズルからのジェット噴流を一定割合で分流させる必要性も示されている。
【００３１】（実験結果）
隣接部３９１の幅を１．４ｍｍ、排出路最狭部４０１の幅を２．８ｍｍとしたネーザルＣＰＡＰ素子（以下、「作成素子３０Ａ」と呼ぶ）を製作し、これを用いた実験結果を説明する。ただし一部の実験結果では、作成素子３０Ａとは排出路最狭部４０１の幅のみが異なり排出路最狭部４０１の幅が１．６ｍｍである素子（以下、「１．６ｍｍ素子」と呼ぶ）を使った実験結果も併記している。
図１４は、製作した作成素子３０Ａを新生児自発呼吸シミュレータに取り付けて、新生児自発呼吸シミュレータを動作させない状態で得られたＭＡＰ−供給流量特性である。ＭＡＰとはＣＰＡＰ圧力のＭｅａｎ  Ａｖｅｒａｇｅ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ、すなわち平均圧力である。図１４には、作成素子３０Ａの実験結果を丸のプロットで示し、比較のために１．６ｍｍ素子を用いた実験結果を四角のプロットで示している。両者を比較するとＭＡＰ−供給流量特性がほぼ同一である。すなわち、５００ＰａのＭＡＰを得るのに供給流量が約５．１Ｌ／ｍｉｎであり、１．６ｍｍ素子とほぼ同一流量であるから、この素子内の定常流れは１．６ｍｍ素子に近いと考えられる。
【００３２】  図１５は、作成素子３０Ａおよび１．６ｍｍ素子を用いて、新生児自発呼吸シミュレータを動作させて得られたＣＰＡＰ圧力の時系列変化を示す図である。新生児自発呼吸シミュレータの設定は、ＭＡＰが５００ＰａＰ、呼吸時Ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ波形、換気量７ｍｌである。図１５に示すように、作成素子３０Ａを用いた場合の圧力波形は、１．６ｍｍ素子を用いた場合に比べて振幅が半分以下となっており、特に呼気時の圧力が大幅に減少している。この理由は、出口面積が拡がったことにより出口抵抗が減少したためであり、上述した数値計算の結果と一致している。しかし、吸気特性は約−９０Ｐａ程度まで下がっており、このマイナス圧力値は、図６の比較例素子９０の吸気時のマイナス圧力値の結果とほぼ一致している。以上のことから、作成素子３０Ａに約５．１Ｌ／ｍｉｎの流量を供給すると、素子内流れは比較例素子９０のように主流が排出路４０の壁に衝突している流れであり、呼気時においては図１０（ａ）に示した排出路最狭部４０１の幅が２．８ｍｍであるネーザルＣＰＡＰ素子３０ように、スプリッター通過後に主流が排出路４０の壁から離れた状態の流れであると予想される。
【００３３】  図１６は、新生児自発呼吸シミュレータの設定を換気量７ｍｌ、呼吸回数５０回／分とし、所定のＭＡＰ圧となるように供給する空気圧力を複数とおり変化させた場合のＣＰＡＰ圧力波形を示す図である。ただし、所定のＭＡＰ圧とは、１００Ｐａ刻みで３００Ｐａから８００Ｐａまでの６とおりに設定した。図１６におけるそれぞれＣＰＡＰ圧波形は、吸気時の波形が似ており、ＭＡＰ圧の影響が少ないことを示している。そこで変動圧力振幅成分だけを取り出し、ＭＡＰによる影響を調べる。
【００３４】  図１７は、図１６における各系列の圧力変動成分、すなわちそれぞれの系列の圧力から設定ＭＡＰ圧を減じた圧力を示す図である。図１７により、吸気時においてはＭＡＰ圧が増加するとマイナス変動分が微増しているが、ＭＡＰ圧にかかわらずほぼ同一振幅である。しかし呼気時においては、ＭＡＰ圧の増加と共に圧力が減少している。たとえばＭＡＰ圧８００Ｐａにおいて−４０Ｐａ程度まで圧力が下がっている。これは、排出路４０の壁と主流との間隔が、ＭＡＰ圧の増加により僅かずつ開くことにより、呼気流れが増えて圧力が下がると考えられる。
【００３５】  図１８は、ＭＡＰ圧を５００Ｐａ一定とし、換気量のＣＰＡＰ圧力への影響を調べた結果を示す図である。図１８より、呼気時には換気量のＣＰＡＰ圧力への影響が少ないが、吸気時においては換気量の増加に応じてＣＰＡＰ圧力が降下することがわかる。その圧力降下の割合は、約−１５Ｐａ／ｍｌであった。これは、換気量が大きくなると吸気流れの速度が大きくなり圧力が下がるためである。一方、呼気時の波形は、換気量が増加してもＣＰＡＰ圧力への影響がほとんど無いことがわかる。
【００３６】  上述した実施の形態によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）ネーザルＣＰＡＰ素子３０は、給気チューブが結合する給気管接続ポート３１と、鼻腔プロングが結合する鼻腔プロングポート３２，３３と、排気チューブが結合する排気管接続ポート３４と、鼻腔プロングポートに連通するキャビティ３５と、を備える。ネーザルＣＰＡＰ素子３０は、給気管接続ポート３１から流入する空気を噴出するノズル３６と、ノズル３６から噴出する空気を二分するスプリッター３７と、スプリッター３７で二分された空気の一方の流路を形成する第１分岐路３８と、二分された空気の他方を排気管接続ポートに導く第２分岐路３９と、第１分岐路３８及びキャビティ３５から流出する空気を排気管接続ポート３４に導く排出路４０と、第２分岐路３９と排出路４０との間にあって、排出路４０から流出する空気の第２分岐路３９への流入を阻止するガイドベーン４１と、を備える。排出路４０は、第１分岐路側３８の幅よりも排気管接続ポート３４側の幅が狭い。排出路４０の第１分岐路３８側であってノズル３６から遠い側の側面は、ノズル３６から噴出される空気のポテンシャルコアの終端よりも下流に位置する。
鈍頭部４４は、ノズル３６から噴出される空気のポテンシャルコアの終端よりも下流に位置するので、キャビティ３５から流出する空気が容易に鈍頭部４４の近傍を通過して排気管接続ポート３４へと到達できる。そのため、鼻腔プロングポート３２、３３からキャビティ３５に空気が流入する呼気時にキャビティ３５に流入した空気がスムーズに排気管接続ポート３４へ到達できるので、呼気圧力の変動を低減することができる。
【００３７】（２）ノズル３６が空気を噴出する方向における、ノズル３６の出口から、排出路４０の最も幅が狭い排出路最狭部４０１であってノズル３６から遠い側の側面、すなわち最狭部遠方壁４０１Ｒまでの距離は、ノズル３６の幅の５倍以上７倍以下である。
ノズル３６の出口から最狭部遠方壁４０１Ｒまでの距離が、ポテンシャルコアの一般的な長さである出口幅、すなわちノズル３６の幅の５倍〜７倍なので、キャビティ３５から排出路４０を経由して排気管接続ポート３４に至る経路に抵抗を生じさせる。そのため、キャビティ３５の圧力を大気圧よりも高く保つことができる。
【００３８】（３）第２分岐路３９は、ガイドベーン４１を介して排出路最狭部４０１と隣接する隣接部３９１を有する。排出路最幅狭部４０１の幅は、隣接部３９１の幅に対して１．７倍から２．０５倍である。
図７に示すように、排出路比が１．７〜２．０５の場合はＣＰＡＰ圧力の変動幅が１５Ｐａ未満に抑えられ、鼻に供給する空気の圧力の変動を低減することができる。
【００３９】（４）隣接部３９１の幅は１．４ｍｍであり、排出路最狭部４０１の幅は２．８ｍｍである。そのため、新生児に適したネーザルＣＰＡＰ素子を提供することができる。
（５）排出路４０のノズル３６から遠い側の側面には丸みを帯びた鈍角の突起、すなわち鈍頭部４４が備えられる。鈍頭部４４は、ノズル３６から噴出され第１分岐路３８を通過した空気が衝突する位置に設けられる。そのため、呼吸の周期、すなわち吸気〜呼気の遷移においてよどみ点が鈍頭部４４上で滑らかに移動することができる。
【００４０】  （変形例）
上述した実施の形態では、ネーザルＣＰＡＰ素子３０はＨＦＯ流路４３を備えた。しかし、図１９に示すようにネーザルＣＰＡＰ素子はＨＦＯ流路４３を備えなくてもよい。図１９は変形例におけるネーザルＣＰＡＰ素子３０Ａの構成を示す図である。ネーザルＣＰＡＰ素子３０Ａは破線で示すＨＦＯ流路４３を備えない以外は、各部位の寸法を含めて図２に示すネーザルＣＰＡＰ素子３０と同様である。
【符号の説明】
【００４１】３０…ネーザルＣＰＡＰ素子、３６…ノズル、３７…スプリッター、３８…第１分岐路、３９…第２分岐路、３９１…隣接部、４０…排出路、４１…ガイドベーン、４０１…排出路最狭部、４０１Ｒ…最狭部遠方壁、４４…鈍頭部
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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