(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部指令に応じて設定された濃度の酸素を含む吸気を患者に供給する吸気導入部と、陽圧及び陰圧の両方の空気圧を同時に発生する空気圧発生源と、この空気圧発生源で発生した前記陽圧又は前記陰圧を交互に選択して振動空気圧を出力する振動空気圧発生機構と、この振動空気圧に付勢されて作動し，前記吸気に前記振動空気圧を付勢するダイヤフラム機構と、患者の肺から排出される呼気から二酸化炭素を取り除いて二酸化炭素濃度の低減を図る再生部と、この再生部を通過した前記呼気を前記吸気導入部から出される吸気と合流させる再利用呼気供給部と、動作制御のためのコントローラとを備えた高頻度人工呼吸器において、
前記再利用呼気供給部に、前記再生部を通過した呼気の酸素濃度を検出する酸素センサと、外部指令に応じて前記再生部を通過した呼気に高濃度の酸素を付加する酸素付加部と、外部指令に従って前記再生部を通過した呼気を大気中に排出する選択排出部を配備すると共に、
前記コントローラには、酸素の濃度を入力する入力部と、入力された酸素の濃度に基づいて前記吸気導入部の動作制御を行う濃度設定機能と、前記酸素センサの出力に基づく検出酸素濃度が予め設定した第一の濃度よりも低いときに、前記酸素付加部により前記呼気に酸素を付加する動作制御を行う酸素付加機能と、前記入力された酸素の濃度が予め設定された第二の濃度よりも低い場合に前記酸素付加部の作動を停止し、前記酸素センサの出力に基づく検出酸素濃度が前記第二の濃度よりも低くなったときに、前記選択排出部により前記呼気を排出させる動作制御を行う再利用解除機能とを設けたことを特徴とする高頻度人工呼吸器。
【請求項２】
前記再生部を通過した呼気が合流された前記吸気の流量を検出する流量センサと、外部指令によりこの吸気の通過流量を調節する流量調節機構と、前記流量センサの出力に基づく検出流量が所定流量となるように前記流量調節機構により前記吸気の通過流量を調節する流量調節機能を有する流量コントローラを備える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】
前記再生部は、キャニスタであることを特徴とする請求項１又は２記載の高頻度人工呼吸器。
【請求項４】
前記再利用呼気供給部は、前記呼気の一定方向の流動を付勢する流動付勢機構を有する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】
前記患者の肺から排出される呼気を通過させると共に当該呼気中から細菌を捕捉するバクテリアフィルタを、前記呼気が導入される位置よりも呼気流動方向下流側であって前記再生部よりも上流側に装備した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。
【請求項６】
前記患者の肺から排出される呼気を通過させると共に当該呼気中から細菌を捕捉するバクテリアフィルタを、前記呼気が導入される位置から呼気流動方向下流側に向かって前記再利用呼気供給部の選択排出部の排出口までのいずれかの位置に装備したことを特徴とする請求項１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、肺機能が不全な状態である場合に好適であり、より望ましくは、重症肺疾患患者の酸素吸入に好適な高頻度人工呼吸器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、重症肺疾患の患者に対して酸素吸入を行う高頻度人工呼吸器が研究されている。この高頻度人工呼吸器９０は、図５に示すように、酸素供給源としての吸気導入部９１と、陽圧及び陰圧の両方の空気を同時に発生するブロワ９２と、これに接続され振動空気圧を発生する振動空気圧発生機構９３と、振動空気圧により振動を付勢されて供給用の酸素に当該振動空気圧を伝達するダイヤフラム機構９４と、酸素供給及び呼気排出を行う管路とを有している。
【０００３】
上述の吸気導入部９１は、予め準備された酸素（濃度100％）と空気（エア）とを吸入し混合するミキシング装置であり、その下流側には、流量調整バルブ９１１を介して加湿器９１２が併設されている。エアと酸素は、ミキシング装置９１により設定した酸素濃度の混合ガス（以下、吸気と記す）となる。そして、この吸気は、流量調整バルブ９１１により適量に調整され、さらに、加湿器９１２により患者Ｐへの供給に適した湿度と温度になるように加温加湿調整される。
【０００４】
一方、ブロワ９２から出力される陰圧と陽圧とは、振動空気圧発生機構９３により交互に選択出力されて振動空気圧に変換される。この振動空気圧が、ダイヤフラム機構９４を介して上述の加温加湿された吸気に付勢されると、患者Ｐの生理的な呼吸に依ることなく、肺の内部に侵入し、且つ肺の内部に生じる二酸化炭素を含んだ呼気と換気される。
【０００５】
即ち、この方法は物理的なガス交換による対流作用と共に振動によるガスの拡散作用で高濃度の酸素を肺の中へ送り、逆に高濃度の炭酸ガスを肺より外へ導く現象を利用している。炭酸ガスは、呼気と共に、患者Ｐの口元に装着されたＹ字管９５の排出側の管路を通って外気へ排出される。
【０００６】
Ｙ字管９５の下流側には、口元圧力コントロール装置９６が装備されている。この口元圧力コントロール装置９６は、密閉空間を形成する薄膜に支持された蓋部材を当該密閉空間の内部圧力の調節により進退させ、Ｙ字管９５の排出側管路に接続された配管の下流側端部の開放口との離間・接近を図ることにより、当該開放口の開口面積の大小を調節し、呼気の排出量を調節すると同時に、患者の口元圧力を調節する。符号９６１は、上述した密閉空間の内部圧力を調節する圧力調節手段（ポンプ、エアシリンダと接続された出力調整バルブ等）である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の高頻度人工呼吸器９０には、以下のような課題が生じていた。
【０００８】
上記高頻度人工呼吸器９０は、患者Ｐの吸気・呼気という一対の呼吸とは無関係に、連続的な振動空気圧を加えて吸気を患者Ｐの肺内に供給し、物理的なガス交換に加えて高頻度振動によるガスの拡散現象を利用して肺内の換気を行うものである。
【０００９】
従って、患者の酸素を吸入する「吸気」と二酸化炭素を排出する「呼気」とがはっきりとせず、肺内を一定の酸素濃度に維持するためには、常時連続的に患者Ｐの肺に吸気を供給して二酸化炭素濃度の上昇を防がねばならず、常時多量の吸気を流すことによって、必要酸素濃度を保ちながら、かつ口元の炭酸ガスの含まれたガスを常に押し流すという方法を採っている。
【００１０】
このため吸気がそのまま排出されたりして、酸素の供給量に対して酸素の消費効率が悪くなり、常に流し続けるため酸素の消費量が多くなるという不都合が生じていた。また、これに伴い、酸素供給源に接続される酸素ボンベの残量監視負担が増加するという不都合も生じていた。
【００１１】
また、高頻度人工呼吸器９０では、患者Ｐの「吸気」，「呼気」というはっきりと区別された動作により肺内の換気が行われないため、高頻度ではない通常の人工呼吸器のように、患者Ｐの生理的呼吸タイミングに合わせて一方向弁を利用して肺内から出た呼気再吸入することなく吸気を肺に入れる作業を行うことは不可能であり、患者Ｐの口元に呼気が滞留すると、これが再び肺内に侵入して再呼吸されてしまう可能性を生じていた。これは、肺内の換気効率の低下を生じさせていた。
【００１２】
【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、高頻度振動換気法を採る人工呼吸器に装備してなお二酸化炭素を充分に排気し得る三方分岐管を提供することを、その目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、外部指令に応じて設定され濃度の酸素を含む吸気を患者に供給する吸気導入部と、陽圧及び陰圧の両方の空気圧を同時に発生する空気圧発生源と、この空気圧発生源で発生した陽圧又は陰圧を交互に選択して振動空気圧を出力する振動空気圧発生機構と、この振動空気圧に付勢されて作動し，吸気に振動空気圧を付勢するダイヤフラム機構と、患者の肺から排出される呼気から二酸化炭素を取り除いて二酸化炭素濃度の低減を図る再生部と、この再生部を通過した呼気を吸気導入部からの吸気と合流させる再利用呼気供給部と、動作制御のためのコントローラとを備えた高頻度人工呼吸器において、
前記再利用呼気供給部に、前記再生部を通過した呼気の酸素濃度を検出する酸素センサと、外部指令に応じて前記再生部を通過した呼気に高濃度の酸素を付加する酸素付加部と、外部指令に従って前記再生部を通過した呼気を大気中に排出する選択排出部を配備すると共に、
前記コントローラには、酸素の濃度を入力する入力部と、入力された酸素の濃度に基づいて前記吸気導入部の動作制御を行う濃度設定機能と、前記酸素センサの出力に基づく検出酸素濃度が予め設定した第一の濃度よりも低いときに、前記酸素付加部により前記呼気に酸素を付加する動作制御を行う酸素付加機能と、前記入力された酸素の濃度が予め設定された第二の濃度よりも低い場合に前記酸素付加部の作動を停止し、前記酸素センサの出力に基づく検出酸素濃度が前記第二の濃度よりも低くなったときに、前記選択排出部により前記呼気を排出させる動作制御を行う再利用解除機能とを設けた、という構成を採っている。
【００１４】
上述の構成では、空気圧発生源，振動空気圧発生機構及びダイヤフラム機構により振動空気圧を受けて呼気導入部から患者の肺に吸気が常時供給される。そして、ガスの拡散作用により肺内の呼気と吸気とを換気し、二酸化炭素を含んだ呼気が、常時供給される吸気によって患者の肺から排出され、再生部に送られる。
【００１５】
再生部では、呼気中の二酸化炭素を低減し、これによる酸素濃度の増加が図られる。そして、再利用呼気供給部により、再生部を通過した呼気は、吸気導入部から送られてくる吸気と混合されて、再び患者に供給される。
【００１７】
そして、再生部を通過した呼気の検出酸素濃度が第一の濃度（例えば、吸気と合流した時に患者へ供給するのに必要な酸素濃度を確保することができる濃度）よりも高い場合には呼気はそのまま吸気と混合されて患者に供給される。また、第一の濃度よりも低い場合には、酸素付加機能で高濃度の酸素が付加され、酸素濃度の向上が図られる。そして、吸気と混合されて患者に供給される。
【００１９】
また、患者の様態に応じた酸素濃度を入力部からコントローラに入力すると、コントローラでは、入力酸素濃度の吸気を供給するように吸気導入部の動作制御を行う。
【００２０】
またコントローラでは、入力酸素濃度と第二の濃度（例えば、大気中の酸素濃度に近い濃度、即ち、吸気の生成において酸素の回収効率が少ない濃度）との比較を行い、これよりも入力酸素濃度が高ければ、酸素付加機能で高濃度の酸素が付加され、酸素濃度の向上が図られる。
【００２１】
また、入力酸素濃度が低い場合には、酸素付加部の作動は停止され、酸素センサによる検出酸素濃度が第二の濃度よりも低くなった時点で選択排出部から呼気排出が行われる。
【００２２】
請求項２記載の発明では、上記各構成に加えて、再生部を通過した呼気が合流された吸気の流量を検出する流量センサと、外部指令によりこの吸気の通過流量を調節する流量調節機構と、流量センサの出力に基づく検出流量が所定流量となるように流量調節機構により吸気の通過流量を調節する流量調節機能を有する流量コントローラを備える、という構成を採っている。
【００２３】
かかる構成では、前述した各構成と同様の動作が行われると共に、高頻度人工呼吸器の作動時において、まず吸気のみの流量が流量センサにより検出される。そして、過流量低減機能により、流量調節機構を作動して吸気の流量が酸素吸入される患者に対して適量となるように流量調節が行われる。
【００２４】
さらに、呼気の再利用により再生呼気と吸気とが混合され、流量が増加した場合にも、過流量低減機能により流量調節機構が作動して流量が適量に調節される。
【００２５】
請求項３記載の発明では、上記各構成に加えて、再生部をキャニスタとする構成を採っている。かかる構成では、上記各構成と同様の動作が行われると共に、呼気の再生時において、呼気中の二酸化炭素がキャニスタ中の炭酸ガス吸収剤に吸収される。
【００２６】
請求項４記載の発明では、上記各構成に加えて、再利用呼気供給部が、呼気の一定方向の流動を付勢する流動付勢機構を有するという構成を採っている。かかる構成では、呼気を一定方向に積極的に流動させ、選択排出部からの呼気排出又は吸気との混合を図る。
【００２７】
請求項５記載の発明では、上記各構成に加えて、患者の肺から排出される呼気を通過させると共に当該呼気中から細菌を捕捉するバクテリアフィルタを、呼気が導入される位置よりも呼気流動方向下流側であって再生部よりも上流側に装備するという構成を採っている。
【００２８】
請求項６記載の発明では、再利用供給部を備える場合に、患者の肺から排出される呼気を通過させると共に当該呼気中から細菌を捕捉するバクテリアフィルタを、呼気が導入される位置から呼気流動方向下流側に向かって再利用呼気供給部の選択排出部の排出口までのいずれかの位置に装備するという構成を採っている。かかる構成では、患者から排出された呼気に細菌が含まれていると、当該呼気が選択排出部から排出される手前で、バクテリアフィルタにより細菌が除去される。
【００２９】
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。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１乃至図３に基づいて説明する。この実施形態では、患者Ｐに対し、当該患者の自発的な呼吸とは無関係に酸素吸入と呼気排出を行う高頻度振動換気法（ＨＦＯ）を行う高頻度人工呼吸器１２を示す。
【００３１】
図１は、高頻度人工呼吸器１２の全体構造を示す全体図である。この高頻度人工呼吸器１２は、所定の濃度で酸素を含む吸気を患者に供給する吸気導入部としての第１のミキシング装置６２と、陽圧及び陰圧の両方の空気圧を同時に発生する空気圧発生源としてのブロワ５２と、このブロワ５２で発生した陽圧又は陰圧を交互に選択して振動空気圧を出力する振動空気圧発生機構２０と、この振動空気圧に付勢されて作動し，吸気に振動空気圧を付勢するダイヤフラム機構３０と、患者Ｐの肺から排出される呼気から二酸化炭素を取り除いて二酸化炭素濃度の低減を図る再生部としてのキャニスタ７と、このキャニスタ７を通過した呼気を第１のミキシング装置６２から出される吸気と合流させる再利用呼気供給部８と、上述した各構成の動作制御を行うコントローラ４とを備えている。
【００３２】
以下、各部を説明する。
【００３３】
上述の第１のミキシング装置６２は、図示を省略した濃度100[％]の酸素が（例えば５気圧）で封入された酸素ボンベと空気が（例えば５気圧で）封入された空気ボンベとが接続されている。そして、これら酸素と空気とを、後述する操作盤４６で入力された濃度（患者Ｐの様態に応じて決定される。21〜100[％]）となるように混合し、かかる混合気（以下、吸気とする）を排出する。このときの排出圧力は、酸素ボンベ及び空気ボンベの圧力を利用しており、上述した５気圧からさらに絞られる（例えば、1.1気圧）。
【００３４】
第１のミキシング装置６２の吸気の出力部には配管６２１の一端部が接続され、当該配管６２１の途中には、流量調整機構としての流量調整バルブ６１と流量センサ６３とが装備されている。この流量センサ６３は、例えばタービン式流量計（他の形式の流量計でも良い）であり、常時通過気体流量が検出され、コントローラ４に出力される。また、流量調整バルブ６１は、気体の通過口の開度を変化させて流量調節を行う機構であり、コントローラ４の動作信号に従って開度の制御が行われる。本実施形態では、通常10〜40[l/min]程度の流量で吸気が流される。
【００３５】
さらに、配管６２１の他端部には加湿器６４が接続されている。この加湿器６４は、内部が加温されると共に水を張った容器であり、上流側から送られてくる気体がかかる容器内を通過することにより、少なくとも患者Ｐへの供給に適した湿度と温度になるように加温加湿調整される。さらに、加湿器６４の下流側は、配管６２２を介して、患者Ｐに向かう配管５４７の上流端部に接続されている。
【００３６】
また、この配管５４７の上流端部は、ダイヤフラム機構３０とも接続されている。このダイヤフラム機構３０は、振動空気圧管５４６を介して振動空気圧発生機構２０と接続された入力開口部３２１と、配管５４７の上流側端部と接続された出力開口部３３１とを備えている。そして、この入力開口部３２１と出力開口部３３１との間には、気体の流通を遮断すると共に自在に振動して入力開口部３２１から入力される振動空気圧を出力開口部３３１に伝達するゴムの薄膜からなるダイヤフラム膜３５が装備されている。
【００３７】
ダイヤフラム機構３０と接続された振動空気圧発生機構２０は、陽圧管５２１及び陰圧管５２２を介してブロワ５２と接続されている。このブロワ５２は、常時、陰圧管５２２から空気を吸入し、その空気を陽圧管５２１から吐出する。
【００３８】
振動空気圧発生機構２０は、いわゆるロータリーバルブ機構である。振動空気圧発生機構２０は、内部に備える切り替え部材の回転によりブロワ５２から出力される陽圧と陰圧とを交互に選択し配管５４６に出力する。陽圧と陰圧とを繰り返す周期は、例えば5〜15[Hz]の間の一定周波数に設定されており、配管５４７に流入した吸気はかかる振動周期の振動空気圧を受けて患者Ｐ側に進行する。
【００３９】
配管５４７の下流端部は、接続チューブ５４８を介して患者Ｐの口に装着されるＹ字の三方分岐管５４９の第１の分岐端部と接続されている。この三方分岐管５４９はいずれも連通された第１〜第３の分岐端部を有しており、第２の分岐端部は患者Ｐの口から挿入され気管を通って肺に至る体内チューブ５５０に接続され、第３の分岐端部は、後述する第１のバクテリアフィルタ１３及びローパスフィルタ５５２を介して後述する口元圧力コントロール装置５６に接続されている。
【００４０】
この三方分岐管５４９は、第１の分岐端部から第２の分岐端部を通過して吸気を患者Ｐの肺内に供給すると共に、第２の分岐端部から第３の分岐端部を介して肺内で生じた二酸化炭素を含んだ呼気を肺の外部に排出する流路を形成している。また、三方分岐管５４９の第２の分岐端部には患者Ｐの口元圧力を検出する口元圧力センサ５５１が装備されている。この口元圧力検出センサ５５１の検出信号は、コントローラ４に出力される。
【００４１】
第３の分岐端部に接続された第１のバクテリアフィルタ１３は、通過する呼気中から細菌を捕捉するフィルタであり、呼気流動方向下流側に位置する後述するキャニスタ７の炭酸ガス吸収剤７１に細菌が付着することを防いでいる。この炭酸ガス吸収剤７１は、洗浄し繰り返し再利用する物であるため、この第１のバクテリアフィルタ１３により、炭酸ガス吸収剤７１の洗浄作業を容易化する効果を有している。また、この第１のバクテリアフィルタ１３を通過した呼気による、人工呼吸器の各部への細菌の付着可能性を低減することはいうまでもない。
【００４２】
第１のバクテリアフィルタ１３よりも呼気流動方向下流側に位置するローパスフィルタ５５２は、三方分岐管５４９から口元圧力コントロール装置５６へ向かう方向への気体の流動を容易にし、逆方向の流動を妨げる。このローパスフィルタ５５２により呼気の逆流を抑制している。
【００４３】
口元圧力コントロール装置５６は、密閉空間を形成する筐体５６１と、この筐体５６１内部を二分する伸縮する薄膜５６２と、この薄膜５６２に装備された蓋部材５６３とを備えている。薄膜５６２に仕切られた一方の空間には、ローパスフィルタ５５２に接続された呼気流入口５６４と下流側のキャニスタ７に連通した呼気流出口５６５とが設けられている。また、他方の空間には、当該他方の空間内の圧力を増減する圧力調節手段５６７（ポンプ、エアシリンダ（図示略）等に接続された出力調整バルブ等）と連通した連通口５６６が設けられている。この圧力調節手段５６７は、コントローラ４の動作信号に従って他方の空間内の圧力を調節する。
【００４４】
蓋部材５６３は、薄膜５６２上において、当該薄膜５６２の伸張により、呼気流入口５６４に対して前進・後退する位置に設けられている。従って、他方の空間内の圧力の増減により、蓋部材５６３は、呼気流入口５６４との間隙が変化し、呼気の通過流量の変動が生じるため、患者Ｐの口元圧力の調節が行われる。
【００４５】
患者Ｐの口元圧力が負圧（大気圧以下）となると、患者Ｐの肺に若干の収縮が生じ、これが酸素の吸収力の低減の原因となる場合があるため、正圧（大気圧以上）となることが望ましい。上述の口元圧力コントローラ５６は、呼気通過量の調節を図り、上記負圧状態を回避する。
【００４６】
口元圧力コントロール装置５６の呼気流出口５６５は、キャニスタ７に接続されている。このキャニスタ７は、炭酸ガス吸収剤７１と、これを封入した呼気の通過が自在な容器７２とから構成される。炭酸ガス吸収剤としては、ソーダライムやバラライムが使用される。ソーダライムは、水酸化ナトリウム（NaOH）と消石灰（Ca(OH)2）とを約1:20の比で混ぜ、無水ケイ素（SiO2）を加えて形成したものである。バラライムは、水酸化バリウム（Ba(OH)2）と消石灰（Ca(OH)2）を約1:4の比で混ぜたものである。これらは、いずれも粒状の形態を成している。そして、これらのいずれか一方を容器７２に均等に充填して使用する。
【００４７】
キャニスタ７の下流側には、再利用呼気供給部８が配設されている。再利用呼気供給部８は、キャニスタ７を通過した呼気を吸気と混合させる複数の配管からなる案内流路８１と、この案内流路８１内の呼気の流動を付勢する流動付勢機構としてのポンプ８２と、案内流路８１内を通過する呼気の酸素濃度を検出する酸素センサ８３と、コントローラ４の動作信号により案内流路８１から呼気を排出する選択排出部としての方向切り替えバルブ８４と、案内流路８１内を通過する呼気に高濃度の酸素を付加する酸素付加部としての第２のミキシング装置８５と、案内流路８１内の呼気の逆流を防ぐ一方向弁８６とを含む構成となっている。
【００４８】
案内流路８１は、ポンプ８２と酸素センサ８３とを接続する配管８１１と、酸素センサ８３と方向切り替えバルブ８４とを接続する配管８１２と、切り替えバルブ８４と第２のミキシング装置８５とを接続する配管８１３と、第１のミキシング装置６２に接続された配管６２１の途中部分から分岐して第２のミキシング装置８５と接続された配管８１４とから構成されている。これにより、患者Ｐから排出された呼気は、再利用呼気供給部８の各構成を通過して、第１のミキシング装置６２と直結した配管６２１内に案内される。
【００４９】
ポンプ８２は、常時気体を吸引する吸い込み口と排出する吐き出し口とを備える形式のものであり、例えば、前述したブロワ５２のように陽圧と陰圧とを同時に発生するものが使用される。また或いは、シリンダ−ピストン機構からなるものであっても良い。その場合には、キャニスタ７からポンプ８２へ向かう方向のみを許容する逆止弁を介してキャニスタ７とシリンダとを接続し、また、ポンプ８２から酸素センサ８３へ向かう方向のみを許容する逆止弁を介して配管８１１とシリンダとが接続される。また、単に、キャニスタ７から酸素センサ８３側へ流動を付勢するファンを使用しても良い。
【００５０】
酸素センサ８３には、例えばジルコニア式のものが使用される。かかる酸素センサ８３で検出した酸素濃度はコントローラ４に出力される。
【００５１】
方向切り替えバルブ８４は、配管８１２が接続され、呼気が流入する流入ポートと、配管８１３が接続され、第２のミキシング装置８５に呼気を送る流出ポートと、後述する第２のバクテリアフィルタ１４を介して大気に開放された排出口としての大気ポートとを備えている。そして、コントローラ４からの動作信号により、流入ポートが流出ポートと連通した状態と、流入ポートが大気ポートと連通した状態とを切り替えることが可能である。
【００５２】
第２のミキシング装置８５は、方向切り替えバルブ８４を通過した呼気に吸気と同様の濃度となるように高濃度の酸素を付加して混合して配管８１４に排出する。この第２のミキシング装置８５は、第１のミキシング装置６２と同様の図示しない酸素ボンベが併設されている。
【００５３】
一方向弁８６は配管８１４の途中に装備され、第２のミキシング装置８５から配管６２１へ向かう方向の呼気の流動のみを許容し、逆流を防止する。
【００５４】
上述した第２のバクテリアフィルタ１４は、通過する呼気中から細菌を捕捉するフィルタであり、大気中に排出される呼気から細菌を除去する効果をもたらしている。この第２のバクテリアフィルタ１４よりも上流側に第１のバクテリアフィルタ１３が設けられているが、仮にこの第１のバクテリアフィルタ１３から細菌が捕捉されきらずに漏れた場合を想定し、第２のバクテリアフィルタ１４により細菌の除去を図り、大気中への細菌の流出をより厳重に防止している。
【００５５】
次に、コントローラ４について、図２に基づいて説明する。このコントローラ４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。
【００５６】
さらに、このコントローラ４には、前述したように、吸気の酸素濃度及び吸気（再生呼気を含む）の流量（流量調節バルブを通過させる流量）を入力するための入力部としての操作盤４６が併設されている。
【００５７】
そして、コントローラ４は、第１のミキシング装置６２の動作制御を行う濃度設定機能４１と、流量調節バルブ６１の動作制御を行う流量調節機能４２と、圧力調節手段５６７の動作制御を行う口元圧威力調節機能４３と、第２のミキシング装置８５の動作制御を行う酸素付加機能４４と、方向切り替えバルブ８４の動作制御を行う再利用解除機能４５を有している。
【００５８】
上記濃度設定機能４１により、吸気が操作盤４６から入力された酸素濃度と同じ濃度となるように高濃度酸素と空気とを第１のミキシング装置６２に混合させる動作制御が行われる。
【００５９】
上記流量調節機能４２により、流量センサ６１の出力に基づく検出流量が操作盤４６で入力された流量となるように流量調節バルブ６１のバルブ開度を調節する動作制御が行われる。即ち、コントローラ４は流量コントローラとしても機能する。
【００６０】
上記口元圧力調節機能４３により、口元圧力センサ５５１の検出圧力が負圧の時は、圧力調節手段５６７により口元圧力コントロール装置５６の他方の空間内を加圧し、検出圧力が正圧（例えば、1.1気圧以上）の時は、圧力調節手段５６７により口元圧力コントロール装置５６の他方の空間内を減圧する動作制御が行われる。これにより、蓋部材５６３が前進又は後退し、呼気流入口５６４の開度が変化するため、下流側にあるポンプ８２の吸引力の影響が増減し、呼気流量が変化するため、口元圧力が1〜1.1気圧の状態を維持することができる。
【００６１】
上記酸素付加機能４４により、酸素センサ８３の検出酸素濃度が予め設定した第一の濃度（前述した操作盤４６により入力された酸素濃度と同じ濃度が望ましい）よりも低いときに、第２のミキシング装置８５により呼気が第一の濃度となる量の高濃度酸素を当該呼気に付加する動作制御が行われる。
【００６２】
上記再利用解除機能４５により、操作盤４６により入力された酸素の濃度と予め設定された第二の濃度（例えば、大気中の酸素濃度に近い濃度、即ち、吸気の生成において酸素の消費量が少ない濃度）とを比較し、当該第二の濃度よりも低い場合には第２のミキシング装置８５の作動を停止する。そして、酸素センサ８３の出力に基づく検出酸素濃度が第二の濃度よりも低くなったときに、方向切り替えバルブ８４を流入ポートが流出ポートと連通した状態から流入ポートが大気ポートと連通した状態に切り替える動作制御が行われる。これにより、再利用の必要性の低い低酸素濃度の呼気は、大気中に排出される。
【００６３】
上記構成からなる高頻度人工呼吸器１２の動作を図３乃至図４に基づいて説明する。
【００６４】
まず、動作を開始する前提としてコントローラ４では、flag=0に設定される（ステップＳ１）。そして、操作盤４６から、患者Ｐに供給する吸気及び再生呼気の流量と第１のミキシング装置６２で生成される吸気の酸素濃度が入力される（ステップＳ２）。
【００６５】
このとき、入力された酸素濃度が、呼気の再利用を行うか否かを判断する基準となる第二の濃度と比較され（ステップＳ３）、第二の濃度よりも小さな場合には、flag=1に切り替えられる（ステップＳ４）。また、既に第２のミキシング装置８５によって酸素付加が行われている場合（例えば、作動中に新たに酸素濃度の変更入力が行われた場合）には、この酸素付加作業を中止するが、現時点では高頻度人工呼吸器１２の作動を始めた状態なので、酸素付加はまだ行われていない（ステップＳ５）。
【００６６】
酸素濃度の入力が行われると、その濃度にかかわらず、各部が作動を開始する。これにより、第１のミキシング装置６２から吸気が発せられ、配管６２１中において流量センサ６３によりその流量の検出が行われる。コントローラ４では、このときの検出流量とステップＳ２で入力された流量との比較が行われる（ステップＳ６）。
【００６７】
検出流量が小さい場合には、流量調節バルブ６１の開度が大きくされ、流量を大きくする（ステップＳ７）。また、検出流量が大きい場合には、流量調節バルブ６１の開度が小さくされ、流量を小さくする（ステップＳ８）。
【００６８】
流量が一定化された吸気は、加湿器６４を通過して配管５４７に侵入する。そして、ブロワ５２，振動空気圧発生機構２０により発生した振動空気圧がダイヤフラム機構３０を介して付勢され、吸気は患者Ｐにまで到達する。そして、振動空気圧によるガスの拡散作用によって、吸気は患者Ｐの肺内部まで浸透し、酸素が消費され、入れ替わりに、二酸化炭素を含んだ呼気が患者Ｐの口から排出される。
【００６９】
排出された呼気は、下流側に配置されたポンプ８２によりキャニスタ７側に向かい流動が付勢される。このとき、三方分岐管５４９において、口元圧力の検出が行われる。即ち、検出口元圧力が1〜1.1気圧の間にあるかを判定し（ステップＳ９）、1気圧に満たないときは、口元圧力コントローラ５６における呼気の通過量が増加するように、また、1.1気圧以上のときは、口元圧力コントローラ５６における呼気の通過量が減少するように、圧力調節手段５６７の動作制御が行われる（ステップＳ１０）。
【００７０】
そして、呼気はキャニスタ７を通過することにより二酸化炭素が吸収され、ポンプ８２によりさらに下流側の酸素センサ８３に送られる。このとき、flagの判定が行われ（ステップＳ１１）、flag=0の場合（設定酸素濃度が第二の濃度以上の場合）には、酸素センサ８３により検出された酸素濃度が第一の濃度（例えば、吸気と合流した時に患者Ｐへ供給するのに必要な酸素濃度を確保することができる濃度以上の濃度であって、望ましくは操作盤４６で入力された酸素濃度）と比較される（ステップＳ１２）。検出酸素濃度が第一の濃度よりも低い場合には、第一の濃度となるまで酸素が付加され（ステップＳ１３）、高い場合には付加されることなく、再生呼気として配管６２１に送られ、吸気と合流して再び患者Ｐに供給される。
【００７１】
また、flagの判定においてflag=1の場合（設定酸素濃度が第二の濃度以下の場合）には、酸素センサ８３により検出された酸素濃度が第二の濃度と比較される（ステップＳ１４）。検出酸素濃度が第二の濃度よりも高い場合（操作盤４６による入力濃度を使用中に下げた場合には、検出濃度が徐々に下がってくる）には、再生呼気はそのまま下流側に送られ、吸気と合流して再び患者Ｐに供給されるが、検出酸素濃度が第二の濃度となった時点で、方向切り替えバルブ８４が、流入ポートが流出ポートと連通した状態から流入ポートが大気ポートと連通した状態に切り替えられる（ステップＳ１５）。従って、第二の濃度に満たない呼気は、大気中に排気される。
【００７２】
その後は、ステップＳ１から同様の動作が繰り返され、継続的に酸素吸入が行われる。また、患者Ｐの様態に応じて、操作盤４６から新たな酸素濃度が設定されると、かかる設定酸素濃度に応じて同様の動作が繰り返される。
【００７３】
以上のように、この高頻度人工呼吸器１２では、キャニスタ７及び再利用呼気供給部８を備えているため、酸素濃度の高い呼気から含有する二酸化炭素を除去して再利用することが可能となり、高濃度酸素の消費量を格段に低減することが可能となった。特に、従来から高頻度人工呼吸器では、酸素消費量が大きかったため、高濃度酸素をふんだんに使用できる環境、例えば施設の整った病院以外での使用は不適であったが、高頻度人工呼吸器１２により、要領の小さなボンベでの使用も可能となり、使用環境を拡大することが可能となった。
【００７４】
また、酸素消費量が小さいので、酸素ボンベで使用する場合にも、長時間に渡っての使用が可能となり、従来のようにボンベ消費の監視負担が軽減され、作業性の向上が図られている。
【００７５】
また、酸素吸入の際には一般的に、酸素（吸気）に対して、患者の呼吸器系の乾燥及び体温の低下を防止するため、予め加湿加温を行ってから患者に供給するが、従来は、供給する吸気の全てに対して酸素吸入に適した湿度及び温度にしなければならず、加湿器、加温器の負担が大きかった。しかしながら、高頻度人工呼吸器１２では、一度、加湿加温された呼気を再利用する構成のため、再度の加湿又は加温が容易に行われ、加湿器６４の負担を低減しつつも、十分な加温及び加湿を行うことが可能となった。
【００７６】
さらに、従来の人工呼吸器では、呼気の排出音により使用環境下に騒音をもたらすという問題があったが、高頻度人工呼吸器１２では、呼気を再利用するため、通常は、装置全体が大気中に対して閉じられているため、その排出音の発生を有効に防止することが可能である。仮に、呼気の排出の必要性が生じる場合であっても、従来の人工呼吸器と比較して、その発生頻度は遙かに低減されるため、この高頻度人工呼吸器１２は、騒音の発生を有効に低減する効果を有しているといえる。
【００７７】
さらに、高頻度人工呼吸器１２では、第２のミキシング装置８５と酸素センサ８３とを備え、検出される呼気の酸素濃度に基づいて新たな酸素を付加する構成を採っているため、消費酸素の低減を図りつつも、常時、一定の酸素濃度で、酸素吸入を行うことが可能である。
【００７８】
また、再利用呼気供給部８がポンプ８２を備えているので、積極的に呼気を流動させることができ、呼気の滞留による肺内の換気効率の低下を防止し、患者Ｐへの酸素供給をより効果的に行うことが可能となった。特に、再生部としてキャニスタ７を採用しているため、当該キャニスタ７で生じる流動抵抗にかかわらず、効果的に呼気を流動させることが可能である。
【００７９】
【発明の効果】
以上のように、本願発明では、再生部及び再利用呼気供給部を備えているため、従来は排気されていた酸素濃度の高い呼気を、含有する二酸化炭素を除去して再利用することが可能となり、高濃度酸素の消費量を格段に低減することが可能となった。特に、従来から高頻度人工呼吸法は、酸素消費量が大きいという難点があったので、高濃度酸素をふんだんに使用できる環境、例えば施設の整った病院以外での使用は不適であったが、本願発明により、要領の小さなボンベでの使用も可能となり、使用環境を拡大することが可能となった。
【００８０】
また、酸素消費量が小さいので、酸素ボンベで使用する場合にも、長時間に渡っての使用が可能となり、従来のようにボンベ消費の監視負担が軽減され、作業性の向上が図られている。
【００８１】
また、酸素吸入の際には、患者の呼吸器系の乾燥及び体温の低下を防止するため、一般に供給する酸素に対して予め加湿加温を行ってから患者に供給していたが、従来は、供給する吸気の全てに対して酸素吸入に適した湿度及び温度にしなければならず、加湿器、加温器の負担が大きかった。しかしながら、本発明では、一度、加湿加温された呼気を再利用する構成のため、再度の加湿又は加温が容易に行われ、加湿器、加温器の負担を低減しつつも、十分な加温及び加湿を行うことが可能となった。
【００８２】
さらに、従来の人工呼吸器では、呼気の排出音により使用環境下に騒音をもたらすという問題があったが、本願発明では、呼気を再利用するため、通常は、装置全体が大気中に対して閉じられているため、その排出音の発生を有効に防止することが可能である。仮に、呼気の排出の必要性が生じる場合であっても、従来の人工呼吸器と比較して、その発生頻度は遙かに低減されるため、本願発明は、騒音の発生を有効に低減する効果を有しているといえる。
【００８３】
さらに、酸素付加部と酸素センサとを備え、検出される呼気の酸素濃度に基づいて新たな酸素を付加する構成の場合には、消費酸素の低減を図りつつも、常時、一定の酸素濃度で、吸気及び再生呼気を供給し続けることが可能となった。
【００８４】
また、再利用呼気供給部に流動付勢機構を有する構成の場合には、積極的に呼気を流動させるため、呼気の滞留による肺内の換気効率の低下を有効に防止し、患者への酸素供給をより効果的に行うことが可能となった。特に、再生部をキャニスタとした場合に、当該キャニスタで生じる流動抵抗にかかわらず、効果的に呼気を流動させることが可能である。
【００８５】
また、バクテリアフィルタを患者から呼気が導入される位置から再生部までに設ける構成とした場合、再生部への細菌の付着を防止し、当該再生部の洗浄作業を容易化することができる。さらに、このバクテリアフィルタを通過した呼気による、人工呼吸器の各部への細菌の付着可能性を低減することはいうまでもない。
【００８６】
また、バクテリアフィルタを、呼気が導入される位置から呼気流動方向下流側に向かって再利用呼気供給部の選択排出部の排出口までのいずれかの位置に装備した場合、仮に、患者の呼気中に細菌が含まれている場合であっても、選択排出部から大気中への細菌の流出を効果的に防止することができる。従って、患者が細菌性の肺疾患を有する場合であっても、滅菌、消毒或いは隔離等の細菌防止策を容易化ることが可能となる。
【００８７】
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】本発明の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の実施形態の制御系を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図４】図３から継続した本発明の実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図５】従来例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
４  コントローラ
７  キャニスタ（再生部）
８  再利用呼気供給部
１２  高頻度人工呼吸器
２０  振動空気圧発生機構
３０  ダイヤフラム機構
４１  濃度設定機能
４２  流量調節機能
４４  酸素付加機能
４５  再利用解除機能
４６  操作盤（入力部）
５２  ブロワ（空気圧発生源）
６１  流量調節バルブ（流量調節機構）
６２  第１のミキシング装置（吸気導入部）
６３  流量センサ
８２  ポンプ（流動付勢機構）
８３  酸素センサ
８４  方向切り替えバルブ（選択排出部）
８５  第２のミキシング装置（酸素付加部）
Ｐ  患者
【図１】
0003775098.tif 000002
【図２】
0003775098.tif 000003
【図３】
0003775098.tif 000004
【図４】
0003775098.tif 000005
【図５】
0003775098.tif 000006