(57)【要約】    【課題】  従来、代謝モデル肺のローソクやアルコールを燃やす方法は、取扱いが煩雑であり危険を伴い又窒素ガスで希釈すると存在しない窒素ガスを流すもので、どちらも酸素摂取量を広い範囲にわたって設定できず、更には、呼気の相対湿度をシミュレートしてない。    【解決手段】  入口部１に模擬抵抗器２を設けてガス収容容体３ａを備えた膨縮ガス容体３と接続させた呼吸ガス接続系４と、炭酸ガス供給系６と、膨縮ガス容体と固体高分子電解膜８ａを用いた酸素／水交換手段８と接続させた呼吸ガス循環系９と、酸素／水交換手段と加温加湿器１０を介装して接続させた空気供給系１２とを配設し、固体高分子電解膜に直流電流を印加する陰極電極８ｂと陽極電極８ｃを備え、呼吸ガス循環系９を陰極電極側に接続すると共に、空気供給系を陽極電極側に接続させた。    【選択図】  図１
2005204888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口部に模擬抵抗器を設けて膨縮自在とするガス収容容体を備えた膨縮ガス容体と接続させた呼吸ガス接続系と、該膨縮ガス容体に炭酸ガスを供給するために炭酸ガス供給手段と接続させた炭酸ガス供給系と、前記膨縮ガス容体とポンプを介装して固体高分子電解膜を用いた酸素／水交換手段と接続させた呼気吸気を循環させる呼吸ガス循環系と、前記酸素／水交換手段と加温加湿器を介装して空気供給手段と接続させた空気供給系とを配設し、前記酸素／水交換手段は固体高分子電解膜の両側に電源からの直流電流を印加する陰極電極と陽極電極を備え、前記呼吸ガス循環系を前記酸素／水交換手段の陰極電極側に接続すると共に、前記空気供給系を前記酸素／水交換手段の陽極電極側に接続させたことを特徴とする極めて生体に類似した機能を持つモデル肺。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモデル肺に関するものであり、更に詳細には、呼吸代謝の状況を示す酸素摂取と炭酸ガス産生をシミュレ−トできるとともに、相対湿度の高い呼気を作り出す機能を持った、極めて生体に類似した機能を持つモデル肺に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、人体の肺モデルとしては、ゴム等の弾カ性を持ったバッグやベローズを用いるのが一般的であり、これは、肺を弾力性のある容器とみなして、送り込まれたガスを受け入れ、それを排出するという「呼吸運動」のモデルとしているもので、主として人工呼吸器の機能を評価するために使用されているものである。
【０００３】
然し乍ら、本来肺は酸素を取り入れ炭酸ガスを排出するという呼吸代謝に関する重要な機能を有しているのにも拘わらず、従来のモデル肺では、代謝モデル肺としての機能は果たしていないものである。
【０００４】
そのために、代謝モデル肺の作成が種々試みられており、一般的には、モデル肺の中でロ−ソクやアルコ−ルランプを燃焼させることにより、酸素を消費させ、炭酸ガスを産生させて、代謝モデル肺としていたが、この方法では、モデル肺の中に火が存在することにより、取扱いが煩雑であるばかりでなく、高濃度酸素を用いる場合は、爆発等の危険を伴うという欠点があり、また、酸素の消費量と炭酸ガス産生量の比は一定であり、モデル肺としての調整範囲が限定されるという課題を有していた。
【０００５】
また、別の方法として、モデル肺に炭酸ガスと窒素を流す方法が知られており、炭酸ガスは流した流量がそのまま炭酸ガス産生量のシミュレ−ションになるが、窒素は酸素濃度が希釈されて、吸気よりも呼気の酸素濃度が低くなることを利用して、酸素摂取のシミュレ−ションを行っており、この方法は、操作も簡単で調整範囲も広いものであるが、加える窒素の流量分だけ余分なガスが呼吸回路に流入することになるので、実際とは異なる条件と成るという課題を有しており、更には、酸素と空気を使用する人工呼吸器の性能評価を行う場合に使用するモデル肺であれば問題ないが、通常は窒素の存在していない状態で行われる麻酔中におけるシミュレ−ションを行う場合には、不適切なものである。
【０００６】
つまり、一つはモデル肺の中でローソクやアルコールランプを燃焼させることにより酸素を消費させて、酸素摂取のモデル肺とするもので、もう一つは比較的に巧妙な方法であるが、モデル肺の中に呼吸代謝に関わらないガス、例えば、窒素ガスを流すことにより、前記ガスで希釈されて、モデル肺中の酸素濃度を低下させるものであり、人工呼吸を行っているときであれば呼気量は一定であるので、呼気中の酸素量の割合が減少して恰も酸素摂取が行われた状態と同じ結果となるものである。
【０００７】
又、先に開示されている、例えば、バッグの両側面のヒダに、バッグリミッタのＵ字形の支持部を入れ、上端の係止部でバッグの首部を挟み、首部に人工呼吸器を接続して作動させたとき、袋部は厚さ方向に伸縮するが、側面のヒダは支持部で阻止されて膨らまず、形崩れしないため容積と圧力の関係が正常に維持されるもの（特許文献１参照）や、高電圧電源でコンデンサを充電し、スイッチを閉じることにより、対向した棒状電極に高電圧を印加し、パルスアーク放電を繰り返し起こし、空気又は乾燥空気を放電中に流し、一酸化窒素を生成し、抵抗はコンデンサ２充電中、電極の電圧を小さくするためにあり、加熱されたモリブデンに気体を通すことにより、生成された二酸化窒素を除去し、人工呼吸器に組み込むことにより、医療用一酸化窒素吸入装置となるもの（特許文献２参照）等が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−２１６２３２号公報（第１頁）
【特許文献２】特開２０００−１０２６１６号公報（第１頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
然し乍ら、バッグの両側面のヒダに、バッグリミッタのＵ字形の支持部を入れ、上端の係止部でバッグの首部を挟み、首部に人工呼吸器を接続して作動させたとき、袋部は厚さ方向に伸縮するが、側面のヒダは支持部で阻止されて膨らまず、形崩れしないため容積と圧力の関係が正常に維持されるものでは、酸素や炭酸ガスの増減については開示されておらず、単にバッグを膨縮させて人工呼吸器に呼気吸気を行わせるものでる。
【０００９】
更に、高電圧電源でコンデンサを充電し、スイッチを閉じることにより、対向した棒状電極に高電圧を印加し、パルスアーク放電を繰り返し起こし、空気又は乾燥空気を放電中に流し、一酸化窒素を生成し、抵抗はコンデンサ充電中、電極の電圧を小さくするためにあり、加熱されたモリブデンに気体を通すことにより、生成された二酸化窒素を除去し、人工呼吸器に組み込むことにより、医療用一酸化窒素吸入装置となるものでは、本来存在しない窒素ガスを流すものであり、麻酔中の状態をシミュレートしたい場合に本来存在しない窒素ガスを流すことに成り、酸素摂取量を広い範囲にわたって容易に設定することができないものである。
【００１０】
つまり、従来の技術の代謝モデル肺のローソクやアルコールランブを燃やす方法は、取扱いが煩雑であると共に、高酸素濃度において使用する場合は、爆発等の大きな危険を伴うもので、又、窒素ガスで希釈する方法は、呼気量が増加してしまうと共に、麻酔中の状態を正確にシミュレートしたい場合に本来存在しない窒素ガスを流すことに成り、どちらの方法も酸素摂取量を広い範囲にわたって容易に設定することができず、更には、実際の呼気は相対湿度１００％であるが、これを全くシミュレートしていない等の課題を有しているものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の極めて生体に類似した機能を持つモデル肺は、前述の課題に鑑み、鋭意研鑽の結果、入口部に模擬抵抗器を設けて膨縮自在とするガス収容容体を備えた膨縮ガス容体と接続させた呼吸ガス接続系と、膨縮ガス容体に炭酸ガスを供給するために炭酸ガス供給手段と接続させた炭酸ガス供給系と、膨縮ガス容体とポンプを介装して固体高分子電解膜を用いた酸素／水交換手段と接続させた呼吸ガス循環系と、酸素／水交換手段と加温加湿器を介装して空気供給手段と接続させた空気供給系とを配設し、酸素／水交換手段は固体高分子電解膜の両側に電源からの直流電流を印加する陰極電極と陽極電極を備え、呼吸ガス循環系を酸素／水交換手段の陰極電極側に接続すると共に、空気供給系を酸素／水交換手段の陽極電極側に接続させたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の極めて生体に類似した機能を持つモデル肺は取扱いが簡単であり、安全性が高く、酸素摂取量の設定を広い範囲にわたって容易に設定でき、相対湿度の高い呼気ガスを作り出すことができる極めて生体に類似した機能を持つモデル肺を提供するもので、代謝モニタの校正が容易に且つ正確に行えると共に、麻酔のトレーニングを行うための患者シミュレーター用のモデル肺として、或いは、その他の研究用として代謝に関するシミュレションを行うことができるもので、画期的で実用性の高い発明である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は極めてモデル肺に関するものであり、更に詳細には、呼吸代謝の状況を示す酸素摂取と炭酸ガス産生をシミュレ−トできるとともに、相対湿度の高い呼気を作り出す機能を持った、極めて生体に類似した機能を持つモデル肺に関するものであり、入口部１に模擬抵抗器２を設けて膨縮自在とするガス収容容体３ａを備えた膨縮ガス容体３と接続させた呼気吸気を循環させる呼吸ガス接続系４と、該膨縮ガス容体３に炭酸ガスを供給するために炭酸ガス供給手段５と接続させた炭酸ガス供給系６と、前記膨縮ガス容体３とポンプ７を介装して固体高分子電解膜８ａを用いた酸素／水交換手段８と接続させた呼吸ガス循環系９と、前記酸素／水交換手段８と加温加湿器１０を介装して空気供給手段１１と接続させた空気供給系１２とを配設し、前記酸素／水交換手段８は固体高分子電解膜８ａの両側に電源８ｄからの直流電流を印加する陰極電極８ｂと陽極電極８ｃを備え、前記呼吸ガス循環系９を前記酸素／水交換手段８の陰極電極８ｂ側に接続すると共に、前記空気供給系１２を前記酸素／水交換手段８の陽極電極８ｃ側に接続させたものである。
【実施例】
【００１４】
以下、本発明の極めて生体に類似した機能を持つモデル肺の実施例の図面を用いて詳細に説明すると、図１は本発明の極めて生体に類似した機能を持つモデル肺の実施例の概要を説明するための概要図である。
【００１５】
即ち、本発明の極めて生体に類似した機能を持つモデル肺の呼吸ガス接続系４は、図１に図示する如く、酸素摂取と炭酸ガス産生とをシミュレートできる機能を評価するための人工呼吸器Ａと後述する膨縮ガス容体３の入口部１とを人体の喉を想定する空気流を狭めた模擬抵抗器２を設けて接続させたもので、人工呼吸器Ａの呼気又は吸気を模擬抵抗器２を通過して後述する膨縮ガス容体３との間で行き来させるもので、模擬抵抗器２は内径の異なるものを付け替えることにより、広い範囲の調整を可能とするものである。
【００１６】
そして、膨縮ガス容体３は実施例では一端辺をヒンジ３ｂを介して枢動可能に接続された２枚の板状部材３ｃ．３ｃの間に膨縮自在とする蛇腹部を有したガス収容容体３ａを間装させ、２枚の板状部材３ｃ．３ｃの他端辺を伸縮自在なコイルスプリング３ｄを接続させているものであり、人工呼吸器Ａから呼気が送られた膨張時はコイルスプリング３ｄの弾性に抗して膨張し、人工呼吸器Ａが吸気に成る縮小時はコイルスプリング３ｄの弾性によって縮小するものであり、加えて、コイルスプリング３ｄの位置を一端辺方向又は他端辺方向に移動させることにより、ガス収容容体３ａの膨縮の圧力の調整を可能とするもので、これにより、肺の柔軟性を示す肺コンプライアンスを模擬することができるものである。
【００１７】
次に、炭酸ガス供給系６は膨縮ガス容体３のガス収容容体３ａに炭酸ガスを供給するために炭酸ガス供給手段５と接続させたもので、つまり、炭酸ガス供給手段５は実施例では炭酸ガスボンベであり、膨縮ガス容体３と炭酸ガス供給手段５との間には流量計６ａ、及び、開閉バルブ６ｂを介装しているものである。
【００１８】
次いで、呼吸ガス循環系９は膨縮ガス容体３のガス収容容体３ａと後述する固体高分子電解膜８ａを用いた酸素／水交換手段８とを２本の接続管で接続させているものであり、つまり、一方の接続管にはポンプ７を介装してガス収容容体３ａのガスを酸素／水交換手段８に流入させると共に、他方の接続管で酸素／水交換手段８からガス収容容体３ａにガスを送気させて常時循環させるものである。
【００１９】
更に、空気供給系１２は後述する酸素／水交換手段８と空気供給手段１１とを接続させたものであり、空気供給手段１１は実施例ではコンプレッサーであり、酸素／水交換手段８と空気供給手段１１との間には加温加湿器１０を介装しており、更には、加温加湿器１０と空気供給手段１１と間には流量計１２ａと開閉バルブ１２ｂを介装しているものである。
【００２０】
つまり、加温加湿器１０は空気供給手段１１で供給される空気を人間の呼吸に即して体温まで加温するとともに、人間の呼吸に即して相対湿度１００％に加湿するものである。
【００２１】
そして、酸素／水交換手段８は固体高分子電解膜８ａを用いているもので、固体高分子電解膜８ａは、例えば、Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｓｕｌｆｏｎｉｃ  ａｃｉｄ膜であり、該固体高分子電解膜８ａの両側に夫々多孔膜とした陰極電極８ｂと陽極電極８ｃを備え、該陰極電極８ｂと陽極電極８ｃとを電源８ｄに接続して直流電流を印加するものである。
【００２２】
次に、酸素／水交換手段８の陰極電極８ｂ側には呼吸ガス循環系９を接続し、酸素／水交換手段８の陽極電極８ｃ側には空気供給系１２を接続させているものである。
【００２３】
つまり、固体高分子電解膜８ａの両側の陰極電極８ｂと陽極電極８ｃとの間に直流電圧を印加することにより、固体高分子電解膜８ａをプロトン（Ｈ＋）が移動するものであり、これにより、陰極電極８ｂ側の湿度が上昇するとともに酸素濃度が減少するものである。
【００２４】
そして、プロトン（Ｈ＋）の移動量はクーロン量（電流×時間）に比例するものであり、固体高分子電解膜８ａの面積が大きいほどプロトン（Ｈ＋）の移動量は多く成り、最大限の酸素摂取量を設定できる面積の固体高分子電解膜８ａを使用し、電流を調整することにより、広い範囲にわたって正確に希望する酸素摂取量を設定できるものである。
【００２５】
本発明の極めて生体に類似した機能を持つモデル肺は、酸素摂取と炭酸ガス産生とをシミュレートできる機能を評価するための人工呼吸器Ａからの呼気又は吸気を膨縮自在とする膨縮ガス容体３のガス収容容体３ａに呼吸ガス接続系４により移送され、呼気又は吸気が入口部１から移送されることにより膨縮ガス容体３のガス収容容体３ａは膨縮するものであり、膨縮ガス容体３のガス収容容体３ａに移送された呼気又は吸気は酸素／水交換手段８の陰極電極８ｂ側に接続された呼気側と吸気側との呼吸ガス循環系９により、呼吸ガス循環系９に介装されたポンプ７で循環されるものである。
【００２６】
次いで、酸素／水交換手段８の陽極電極８ｃ側には空気供給系１２を接続させており、空気供給手段１１から空気が送られるものであるが、送られる空気には加温加湿器１０によって充分な温度と湿度が加えられるものである。
【００２７】
更に、酸素／水交換手段８の固体高分子電解膜８ａの両側の陰極電極８ｂと陽極電極８ｃには電源８ｄからの直流電流が印加されており、直流電流が印加されることで、後述する数式にように、固体高分子電解膜８ａをプロトン（Ｈ＋）が移動するもので、プロトン（Ｈ＋）の移動に伴い、陰極電極８ｂ側の湿度が上昇するとともに酸素濃度が減少するものである。
【００２８】
【数１】
2005204888.tif 000003
【００２９】
一方、炭酸ガスは人工呼吸器Ａの吸気のときに炭酸ガス供給手段５から炭酸ガス供給系６により、膨縮ガス容体３のガス収容容体３ａに供給されるものである。
【００３０】
実施例での計測によると、水１ｇの移動によって１／３６モルの酸素（６２２ｍ?）が消費されるもので、加温加湿器１０により、固体高分子電解膜８ａの陽極電極８ｃ側に充分な水分を供給することで、湿度の供給と酸素の摂取をするものであり、炭酸ガスの産生に関しては、従来通り炭酸ガス供給系６により膨縮ガス容体３のガス収容容体３に流すことによって実現できるものである。
【００３１】
更に、通常、極めて生体に類似した機能を持つモデル肺は酸素摂取量０〜１２００ｍ?／１分、炭酸ガス産生量０〜５００ｍ?／１分の範囲で設定できることが要求されるものであるが、これに十分に対応できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の極めて生体に類似した機能を持つモデル肺は取扱いが簡単であり、安全性が高く、酸素摂取量の設定を広い範囲にわたって容易に設定でき、相対湿度の高い呼気ガスを作り出すことができる極めて生体に類似した機能を持つモデル肺であり、代謝モニタの校正が容易に且つ正確に行えると共に、麻酔のトレーニングを行うための患者シミュレーター用のモデル肺として、或いは、その他の研究用として代謝に関するシミュレションを行うことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は本発明の極めて生体に類似した機能を持つモデル肺の実施例の概要を説明するための概要図である。
【符号の説明】
【００３４】
Ａ      人工呼吸器
１      入口部
２      模擬抵抗器
３      膨縮ガス容体
３ａ    ガス収容容体
３ｂ    ヒンジ
３ｃ    板状部材
３ｄ    コイルスプリング
４      呼吸ガス接続系
５      炭酸ガス供給手段
６      炭酸ガス供給系
６ａ    流量計
６ｂ    開閉バルブ
７      ポンプ
８      酸素／水交換手段
８ａ    固体高分子電解膜
８ｂ    陰極側電極
８ｃ    陽極側電極
８ｄ    電源
９      呼吸ガス循環系
１０    加温加湿器
１１    空気供給手段
１２    空気供給系
１２ａ  流量計
１２ｂ  開閉バルブ
【図１】
2005204888.tif 000004