(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素圧力源(２１)と、流量を多段階の設定値に調整する流量調整弁(４)と、この流量調整弁(４)を経て供給された酸素を患者の呼吸に同調してカニューレ(２４)に供給する同調手段(１１)とを順次配管で接続した呼吸同調器において、
上記流量調整弁(４)と同調手段(１１)との間の配管(７)の容積を、この配管(７)に封じ込められる酸素の標準状態換算の体積が、上記流量調整弁(４)の１つの流量設定値および上記同調手段(１１)によって決まる１呼吸サイクル当たりの標準状態換算の酸素供給体積と、上記流量設定値に隣り合う流量設定値および上記同調手段(１１)によって決まる１呼吸サイクル当たりの標準状態換算の酸素供給体積との差分値のうちで最小の差分値以下になるようにするとともに、
上記同調手段(１１)は、３ポート２位置電磁弁(１)と、この３ポート２位置電磁弁(１)の切り換えによってカニューレ(２４)に連通可能な圧力センサ(２５)と、この圧力センサ(２５)からの検出信号を受けて上記３ポート２位置電磁弁(１)を呼吸に同調して切り換える制御部(５)と、上記３ポート２位置電磁弁(１)の上流側から分岐する分岐配管(８,９)に介設された２ポート２位置手動弁(３)を備え、上記３ポート２位置電磁弁(１)を経由してカニューレ(２４)へ酸素を同調供給するときの管路抵抗と、上記２ポート２位置手動弁(３)を経由してカニューレ(２４)へ酸素を連続供給するときの管路抵抗とを略等しくしたことを特徴とする呼吸同調器。
【請求項２】
請求項１に記載の呼吸同調器において、上記２ポート２位置手動弁(３)を経由した酸素が、上記３ポート２位置電磁弁(１)を経由して上記カニューレ(２４)に供給されるようになっていることを特徴とする呼吸同調器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として在宅の肺疾患等の患者に、呼吸に同調して鼻カニューレ等を介して酸素を供給する呼吸同調器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の呼吸同調器として、例えば図４に示すような概略構成をもつものが知られている(特表平第１−５０１９９９号公報)。この呼吸同調器は、酸素を充填したボンベからなる圧力源２１と、この圧力源２１の下流側の流量調整弁３２にホース２２を介してＰポートが接続された３ポート２位置の電磁切換弁２３と、この電磁切換弁２３のＡポートに接続されて,患者の鼻に装着されるカニューレ２４と、上記電磁切換弁２３のＲポートに管路２７を介して接続された圧力センサ２５と、管路２７から大気に連通する管路に設けられた絞り２８と、上記圧力センサ２５からの検出信号を受けて,上記電磁切換弁２３のソレノイドに励磁信号を出力する制御回路２６からなる。
圧力センサ２５は、図示しないダイアフラムの動きを歪ゲージ等によって検知して電気信号に変換して検出信号とするのであって、その検出信号を制御回路２６に出力する。
【０００３】
電磁制御弁２３は、制御回路２６が設定された開弁時間だけソレノイドを消磁するとき、図中左側のばねで付勢されたシンボル位置Ｓ1をとって、圧力源２１から１回の吸気に必要な量の酸素をカニューレ２４に急速に供給し、次いで制御回路２６がソレノイドを励磁信号で励磁すると、図中右側のばねに抗するシンボル位置Ｓ2をとる。すると、圧力センサ２５は、Ｒポートを経てカニューレに連通し、患者の呼吸サイクル応じたカニューレ２４内の圧力が圧力センサ２５に達し、圧力センサ２５は絞り２８前後の差圧に応動して患者の呼吸サイクルに応じた検出信号を制御回路２６に出力する。即ち、開弁時間は酸素が急速に供給されるので患者の吸気時間よりも一般に短く、閉弁のシンボル位置Ｓ2において、患者が吸気過程後半にある場合は、圧力センサ２５から大気圧よりも低い負圧の検出信号が、患者が呼気過程にある場合は、圧力センサ２５から大気圧よりも高い正圧の検出信号が制御回路２６に出力される。
制御回路２６は、上記検出信号が表わす圧力をモニタし、その圧力が正圧から吸気開始を表わす予め設定された僅な負圧に変わったとき、励磁信号の出力を停止してソレノイドを消磁し、電磁制御弁２３をシンボル位置Ｓ1に切り換え、再びカニューレ２４に酸素を供給し、このような電磁制御弁２３の切り換えを繰り返すことによって、患者の呼吸に同調して間欠的に酸素を供給する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、流量調整弁３２は、具体的には圧力源２１であるボンベの頂部に取り付けられ、上記電磁切換弁２３,圧力センサ２５,制御回路２６は、図中の一点鎖線で囲んで示すように総てケーシング３１内に収容され、このケーシング３１と流量調整弁３２を接続する長いホース２２には、電磁切換弁２３が閉位置Ｓ2に切り換えられた状態で、多量の圧縮酸素が蓄えられ、次いで電磁切換弁２３が開位置Ｓ2に切り換わった瞬間に、カニューレ２４に急激に酸素が供給されることになる。
【０００５】
図５は、電磁切換弁２３を開弁したときの状態であって、上記電磁切換弁２３を流れる酸素の流量(標準状態の体積流量に換算)の経時変化を示しており、ホース２２に多量に蓄えられた酸素が開弁時刻ｔ1からピークをなして急激に流れ、開弁時間の略１／３も経過して初めて流量調整弁が働きだして閉弁時刻ｔ2まで一定流量に制御されることが判る。例えば、流量調整弁の流量設定値が0.5l／分の場合、呼吸を２０回／分,吸気・呼気期間比を１:２とすれば、１呼吸サイクル当たりの酸素供給量は8.3ccになり、この酸素供給量が図５の破線から下の曲線の面積に相当するが、破線から上の曲線のピーク部までで囲まれた面積に相当する過剰の酸素量（例えば4.2cc）が蓄えられ、この余分な酸素量がカニューレに供給されることになる。
つまり、上記従来の呼吸同調器では、患者が必要とする１呼吸サイクル当たりの酸素量を制御できないという問題がある。
他方、電磁切換弁２３の故障等に備えて、手動の開閉弁を介設したバイパス管路をケーシング３１内に設け、この開閉弁を手動で開いてカニューレ２４に連続的に酸素を供給する場合があるが、この酸素連続供給の際、電磁切換弁２３を経由したときと異なる流量の酸素が流れるという問題もある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、ホースの容積を適切に設定することによって、患者が必要とする１呼吸サイクル当たりの酸素量を正確に制御でき、さらに手動開閉弁の管路抵抗を適切に設定することによって、適正量の酸素を連続供給することができる呼吸同調器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、酸素圧力源と、流量を多段階の設定値に調整する流量調整弁と、この流量調整弁を経て供給された酸素を患者の呼吸に同調してカニューレに供給する同調手段とを順次配管で接続した呼吸同調器において、上記流量調整弁と同調手段との間の配管の容積を、この配管に封じ込められる酸素の標準状態換算の体積が、上記流量調整弁の１つの流量設定値および上記同調手段によって決まる１呼吸サイクル当たりの標準状態換算の酸素供給体積と、上記流量設定値に隣り合う流量設定値および上記同調手段によって決まる１呼吸サイクル当たりの標準状態換算の酸素供給体積との差分値のうちで最小の差分値以下になるようにするとともに、上記同調手段は、３ポート２位置電磁弁と、この３ポート２位置電磁弁の切り換えによってカニューレに連通可能な圧力センサと、この圧力センサからの検出信号を受けて上記３ポート２位置電磁弁を呼吸に同調して切り換える制御部と、上記３ポート２位置電磁弁の上流側から分岐する分岐配管に介設された２ポート２位置手動弁を備え、上記３ポート２位置電磁弁を経由してカニューレへ酸素を同調供給するときの管路抵抗と、上記２ポート２位置手動弁を経由してカニューレへ酸素を連続供給するときの管路抵抗とを略等しくしたことを特徴とする。
【０００８】
請求項１の呼吸同調器では、流量調整弁と同調手段との間の配管の容積が、同調手段および流量調整弁の隣り合う２つの流量設定値によって決まる１呼吸当たりの標準状態換算の酸素供給量の差分値のうちで最小の差分値以下である。従って、同調手段が酸素圧力源とカニューレの間を１呼吸サイクルで遮断した際に、閉弁中に上記配管に蓄えられる酸素の量は上記差分値以下である。従って、上記配管に蓄えられた酸素によって１呼吸サイクル当たりの酸素の供給量が流量調整弁の流量設定値よりも増大しても、隣接する流量設定値よりも大きくならない。それ故、従来に比べて、患者が必要とする１呼吸サイクル当たりの酸素量を、この酸素量が隣の流量設定値にならない範囲内で正確にカニューレに供給することができる。
【０００９】
【００１０】
また、同調手段の制御部が、３ポート２位置電磁弁を所定時間だけ開位置に切り換えて、カニューレに１呼吸サイクルに必要な量の酸素を供給し、次いで３ポート２位置電磁弁をカニューレと酸素圧供給源との連通を断つ閉位置に切り換え、これにより圧力センサがカニューレに連通される。圧力センサは、カニューレからの患者の吸気,呼気過程に応じた圧力と大気圧との差圧を検出して、検出信号を制御部に出力する。制御部は、入力される検出信号をモニタして、検出信号の表わす圧力が、正圧から吸気開始を表わす所定の負圧に変わったとき、再び３ポート２位置電磁弁を開位置に切り換えて、カニューレへの所定時間の酸素供給を開始する。
ここで、２ポート２位置手動弁を開いてカニューレに酸素を連続供給するとき、この２ポート２位置手動弁を経由してカニューレに至る管路抵抗は、呼吸に同調した酸素供給を行なう３ポート２位置電磁弁を経由してカニューレに至る管路抵抗に略等しい。従って、連続供給するとき、従来のように同調供給よりも遥かに多量の酸素が供給されることがなく、同調供給時と略等しい流量で酸素を供給することができる。
【００１１】
請求項２の呼吸同調器は、図２に例示するように、上記２ポート２位置手動弁を経由した酸素が、上記３ポート２位置電磁弁を経由して上記カニューレに供給されるようになっていることを特徴とする。
【００１２】
一般に２ポート２位置手動弁の流路抵抗は、３ポート２位置電磁弁の流路抵抗に比して遥かに小さくて、２ポート２位置手動弁の流路抵抗は、３ポート２位置電磁弁の流路抵抗に比べて無視できる。しかし、請求項２の呼吸同調器では、２ポート２位置手動弁を経由した酸素が、３ポート２位置電磁弁を経由してカニューレに供給されるようになっているので、連続供給と同調供給とで、絞りなどを設けることなく、簡単に両管路抵抗を略等しくすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。図１は、本発明の呼吸同調器の一例を示す概略回路図であり、この呼吸同調器は、図４の常開の電磁切換弁２３を常閉の３ポート２位置電磁弁１とし、圧力センサ２５の接続切換を行なう常開の３ポート２位置電磁弁２と、酸素連続供給用の２ポート２位置手動弁３を追加したもので、図４と同じ部材には同一番号を付している。
酸素圧力源としてのボンベ２１の出口に取り付けられた流量調整弁４は、酸素流量を後述するように多段階の設定値に調整する一方、上記両３ポート２位置電磁弁１,２、２ポート２位置手動弁３、圧力センサ２５、および制御部５は、図中の一点鎖線で囲んで示すように１つのケーシング１１に収容されて、同調手段を構成している。そして、流量調整弁４の下流側の管路２２と、ケーシング１１内の常閉３ポート２位置電磁弁１のＰポートとを、配管としてのホース７で接続している。
【００１４】
ケーシング１１内の常閉３ポート２位置電磁弁１は、過剰圧力の呼気を逃がすチュック弁６を介設したカニューレ２４にＡポートが接続され、Ｒポートが閉鎖されており、２ポート２位置の電磁開閉弁と機能上は同じで、ソレノイドの励磁により閉位置Ｓ1から開位置Ｓ2に切り換わって、カニューレ２４に酸素を供給する。一方、常開３ポート２位置電磁弁２は、Ｐポートがカニューレ２４に連なる管路に、Ａポートが圧力センサ２５に夫々接続されていて、圧力センサ２５をカニューレ２４に連通させる開位置Ｓ1から圧力センサ２４を大気に開放する閉位置Ｓ2にソレノイドの励磁により切り換わる。
さらに、２ポート２位置手動弁３は、３ポート２位置電磁弁１の上流側からこの弁をバイパスするように分岐する分岐配管８,９の間に介設され、弁および分岐配管の流路抵抗が３ポート２位置電磁弁１に比して遥かに小さいため、分岐配管８側に絞り１０を設けて、この手動弁３を経てカニューレ２４に至る管路抵抗が、３ポート２位置電磁弁１を経てカニューレ２４に至る管路抵抗と略等しくなるようにしている。なお、上記絞り１０は、図示の例と異なり分岐配管９側に設けてもよく、オリフィスで置き換えることもできる。
【００１５】
図１の３ポート２位置電磁弁１は、従来の図４に示した常開の電磁切換弁２３とは逆に常閉であるので、制御部５は、３ポート２位置電磁弁１を図２の従来例とは逆に励磁,消磁する。
即ち、制御部５は、呼吸に同調した切換制御において、３ポート２位置切換弁２を励磁信号により閉位置Ｓ2に切り換えて、圧力センサ２５をＲポートを経て大気に開放した後、３ポート２位置電磁弁１を励磁信号により所定時間だけ開位置Ｓ2に切り換えて、酸素圧力源２１からカニューレ２４に患者の１回の吸気に必要な量の酸素を供給し、続く励磁信号の停止によって、３ポート２位置電磁弁１を、カニューレ２４への酸素供給が断たれる閉位置Ｓ1に切り換える。この切り換えと同時に、制御部３は、３ポート２位置電磁弁２への励磁信号の出力を停止し、この電磁弁２を開位置Ｓ1に切り換えて、圧力センサ２５をＰポートを経てカニューレ２４に連通させ、圧力センサ２５をして、カニューレ２４からの患者の吸気過程後半および呼気過程に応じた圧力と大気圧との差圧を検知させ、検出信号として制御部５に出力させる。
【００１６】
制御部５は、圧力センサ２５から入力される上記検出信号をモニタして、検出信号の表わす圧力が、正圧から吸気開始に対応して予め与えられた所定の負圧に変わったとき、３ポート２位置切換弁２を再び励磁信号により閉位置Ｓ2に切り換えた後、前段落の冒頭で述べたカニューレ２４への酸素供給を開始する。制御部５は、２つの３ポート２位置電磁弁１,２をこのように繰り返して切換制御して、患者の呼吸に同調した酸素の間欠供給を行なう。
【００１７】
さて、流量調整弁４の下流側の管路２２と３ポート２位置電磁弁１のＰポートとを接続するホース７の容積は、このホース７に封じ込められる酸素の標準状態換算の体積が、流量調整弁４の１つの流量設定値と３ポート２位置電磁弁１の開動作とによって決まる１呼吸サイクル当たりの標準状態換算の酸素供給体積と、上記流量設定値に隣り合う流量設定値と３ポート２位置電磁弁１の開動作とによって決まる１呼吸サイクル当たりの標準状態換算の酸素供給体積との差分値のうちで最小の差分値以下になっている。
例えば、標準状態において、流量調整弁４の流量が、0.5,0.75,1.0,1.5 l(リットル)／分の４段階の設定値に設定できるとし、呼吸回数を２０回／分,１呼吸サイクルでの吸気・呼気期間比(ＩＥ比)を１:２,吸気期間全体に亘って酸素供給すると仮定すれば、各流量設定値での１呼吸当たりの酸素供給体積は、8.3,12.5,16.7,25.0 ccとなり、隣り合う流量設定値間の上記酸素供給体積の差分値は、4.2,4.2,8.3 ccとなる。そこで、ホース７の容積は、最小の差分値である4.2cc以下と決められるのである。
また、上記仮定のうち呼吸回数のみを４０回／分に変更すれば、１呼吸サイクル当たりの酸素供給体積が半分になり、隣り合う差分値も半分になって、ホース７の容積は、上記最小の差分値の半分の2.1cc以下と決まる。
【００１８】
これを一般化して、流量設定値をＺi(i＝1,2,3,…) l／分,呼吸回数をＥ回／分,ＩＥ比をＡ:Ｂ,吸気期間のＤ％だけ酸素供給するとすれば、流量設定値Ｚiのときの１呼吸サイクル当たりの酸素供給体積は、次式で表わされる。
(Ｚi・Ａ・Ｄ％)／{Ｅ(Ａ＋Ｂ)}
従って、隣り合う流量設定値の差分の最小値をＹ≡Ｍin(Ｚi+1−Ｚi)と置けば、ホース７の容積は、Ｐ＝(Ｙ・Ａ・Ｄ％)／{Ｅ(Ａ＋Ｂ)}以下でなければならない。
【００１９】
上記構成の呼吸同調器によって、従来の問題点は次のように解決される。
図１の流量調整弁４の下流側の管路２２と３ポート２位置電磁弁１のＰポートとを接続するホース７の容積は、段落[0017]で示したように、流量調整弁４の流量が、0.5,0.75,1.0,1.5 l(リットル)／分[１呼吸サイクル当たりの酸素供給体積に換算して8.3,12.5,16.7,25.0 cc]の４段階の設定値に設定でき、呼吸回数が２０回／分,１呼吸サイクルでの吸気・呼気期間比(ＩＥ比)が１:２,吸気期間全体に亘って酸素供給するとした場合、隣り合う流量設定値間の酸素供給体積の各差分値 4.2,4.2,8.3 ccのうちの最小の差分値である4.2cc以下である。従って、ホース７内に蓄えられる酸素の量によって流量設定値よりも多くの酸素が流れても、隣り合う流量設定値以上に酸素が流れることがない。
【００２０】
図３は、患者の１呼吸サイクルに同期して上記３ポート２位置電磁弁１が開かれたとき、この弁を流れる酸素流量の経時変化を示している。この例では、従来の呼吸同調器についての同様の経時変化を示す図５の場合に比し、流量調整弁４の流量設定値を２倍の1.0 l／分にした点を除いて図５の場合と同じ条件を適用したにも拘わらず、図５と比較すれば明らかなように、開弁時刻ｔ1直後の流量ピークが殆ど生じておらず、流量調整弁４が直ちに働いて酸素流量が所望の設定値に制御されることが判る。つまり、流量調整弁４と３ポート２位置電磁弁１のＰポートとを接続するホース７の容積を、隣り合う流量設定値間の１呼吸サイクル当たりの酸素供給体積の差分値のうちで最小の差分値以下にしたことの効果が明らかである。
【００２１】
次に、図１の酸素連続供給用の２ポート２位置手動弁３は、酸素同期供給用の３ポート２位置電磁弁１が常閉型であるので、ソレノイドの故障や駆動電池の消耗で開成できなくなった場合のために備えられている。かかる場合、２ポート２位置手動弁３を手動で開位置Ｓ2に切り換えると、ボンベ２１から流量調整弁４を経た酸素は、遮断された３ポート２位置電磁弁１を迂回して、分岐配管８,９と常開となった２ポート２位置手動弁３を通ってカニューレ２４に連続供給される。ここで、分岐配管８,９および２ポート２位置手動弁３の本来の流路抵抗は、３ポート２位置電磁弁１の流路抵抗より遥かに小さいが、この流路抵抗に略等しくなるように段落[0014]で既述の如く分岐配管８に絞り１０が介設されている。
従って、従来のように酸素同調供給時よりも遥かに多量の酸素が供給されることがなく、酸素同調供給時と略等しい流量で酸素を連続供給することができる。
【００２２】
図２は、本発明の請求項３に記載の呼吸同調器の一例を示す概略回路図である。この呼吸同調器は、図１の分岐配管８に介設した絞り１０を省略するとともに、２ポート２位置手動弁３の２次ポートを分岐配管１２により３ポート２位置電磁弁１のＲポートに接続した点を除いて図１の呼吸同調器と同じ構成であり、同じ部材には同一番号を付して説明を省略する。
前段落で述べたように、分岐配管８,１２および２ポート２位置手動弁３の本来の流路抵抗は、３ポート２位置電磁弁１の流路抵抗に比べて無視できる程小さいので、この呼吸同調器では、２ポート２位置手動弁３を経由した酸素が、３ポート２位置電磁弁１を経由してカニューレ２４に供給されるようにしたから、どちらの供給経路を経由しても管路抵抗が略同じになる。
従って、２ポート２位置手動弁３を手動で開いてカニューレ２４に酸素を連続供給するとき、従来のように酸素同調供給時よりも遥かに多量の酸素が供給されることがなく、酸素同調供給時と略等しい流量で酸素を連続供給することができる。
【００２３】
なお、上記実施の形態では、同調手段としてケーシング１１内に酸素連続供給用の２ポート２位置手動弁３を設けたが、必要がなければこれを省略することもでき、その場合でも、チューブ７の容積を既述の如く制限することによって、患者が必要とする１呼吸サイクル当たりの酸素量を正確に制御してカニューレ２４に供給することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１の発明は、酸素圧力源と、流量を多段階の設定値に調整する流量調整弁と、この流量調整弁を経て供給された酸素を患者の呼吸に同調してカニューレに供給する同調手段とを順次配管で接続した呼吸同調器において、上記流量調整弁と同調手段との間の配管の容積を、この配管に封じ込められる酸素の標準状態換算の体積が、上記流量調整弁の１つの流量設定値および上記同調手段によって決まる１呼吸サイクル当たりの標準状態換算の酸素供給体積と、上記流量設定値に隣り合う流量設定値および上記同調手段によって決まる１呼吸サイクル当たりの標準状態換算の酸素供給体積との差分値のうちで最小の差分値以下になるようにしたので、患者が必要とする１呼吸サイクル当たりの酸素量を、設定流量値の範囲内で,つまり隣り合う設定流量値に達することなく、正確に制御してカニューレに供給することができる。
【００２５】
また、上記同調手段が、３ポート２位置電磁弁と、この３ポート２位置電磁弁の切り換えによってカニューレに連通可能な圧力センサと、この圧力センサからの検出信号を受けて上記３ポート２位置電磁弁を呼吸に同調して切り換える制御部と、上記３ポート２位置電磁弁の上流側から分岐する分岐配管に介設された２ポート２位置手動弁を備え、上記３ポート２位置電磁弁を経由してカニューレへ酸素を同調供給するときの管路抵抗と、上記２ポート２位置手動弁を経由してカニューレへ酸素を連続供給するときの管路抵抗とを略等しくしたので、２ポート２位置手動弁を経て酸素を連続供給する際、従来のように同調供給よりも遥かに多量の酸素が供給されることがなく、同調供給時と略等しい流量で酸素を連続供給することができる。
【００２６】
請求項２の呼吸同調器は、上記２ポート２位置手動弁を経由した酸素が、上記３ポート２位置電磁弁を経由して上記カニューレに供給されるようになっているので、簡単に両管路抵抗を略等しくすることができ、２ポート２位置手動弁を経て酸素を供給する際、従来のように同調供給よりも遥かに多量の酸素が供給されることがなく、同調供給時と略等しい流量で酸素を連続供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の呼吸同調器の一例を示す概略回路図である。
【図２】  請求項２の呼吸同調器の一例を示す概略回路図である。
【図３】  図１の呼吸同調器の３ポート２位置電磁弁が患者の１呼吸サイクルに同期して開かれたときにこの弁を流れる酸素流量の経時変化を示す図である。
【図４】  従来の呼吸同調器を示す概略回路図である。
【図５】  図４の呼吸同調器の３ポート２位置電磁弁が患者の１呼吸サイクルに同期して開かれたときにこの弁を流れる酸素流量の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
１  ３ポート２位置電磁弁                        ２  ３ポート２位置電磁弁
３  ２ポート２位置手動弁                        ４  流量調整弁
５  制御部                                      ６  チェック弁
７  ホース                                      ８,９,１２  分岐管路
１０  絞り                                      １１  ケーシング
２１  ボンベ                                    ２４  カニューレ
２５  圧力センサ                                ２８  絞り
【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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