(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者に供給する酸素を含んだ吸気に，患者の呼吸周期よりも高い周期の振動空気圧を付勢して酸素吸入と呼気排出とを行う高頻度振動換気法を採る高頻度人工呼吸器において、
前記患者から出された呼気を大気中に排出する排出経路に備えられて排出端部が大気中に開放された第一の排出管に、前記呼気の通過流量を自在に調節する流量調節バルブを設けると共に、
前記第一の排出管の途中であって、前記流量調節バルブの呼気排出方向上流側に、前記呼気が大気中に排出される方向に向かって当該呼気を能動的に流動させる排気付勢手段を装備したことを特徴とする高頻度人工呼吸器。
【請求項２】
前記排気付勢手段は、前記流量調節バルブの呼気排出方向上流側であって前記第一の排出管の途中から分岐する分岐配管と、その一端部が大気中に開放されその内部に前記開放端への空気流が形成される第二の排出管と、その空気流を形成する送風手段とを備え、
前記第二の排出管は、その途中に一部内径が小さく設定された絞り部を有し、
前記分岐配管の下流側端部を、前記第二の排出管の絞り部に合流させた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】
前記第一の排出管から前記分岐配管への分岐部分が無数の小孔を介して連通することを特徴とする請求項２記載の高頻度人工呼吸器。
【請求項４】
前記吸気又は呼気の圧力を検出する圧力センサと、前記排気付勢手段による出力調節を自在に制御する動作制御部とを備え、
この動作制御部が、前記圧力センサの検出圧力に対応する出力で前記排気付勢手段を駆動させる第一の出力調整機能を備え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】
前記患者への供給前の吸気圧力を検出する第一の圧力センサと、前記患者から排出された呼気の圧力を検出する第二の圧力センサと、前記排気付勢手段による出力調節を自在に制御する動作制御部とを備え、
この動作制御部が、前記各圧力センサの検出圧力の差に対応する出力で前記排気付勢手段を駆動させる第二の出力調整機能を備え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。
【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、特に、高頻度人工呼吸法に適した人工呼吸器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高頻度人工呼吸器とは、酸素供給源から分岐点を介して患者と排気口とに分岐する流体回路系を流れる高濃度酸素を含んだ吸気（通常の流量10〜30[l/min]，最大60[l/min]）に対して高頻度（１[Hz]以上）の振動空気圧を付勢して患者の肺内に酸素供給を行う方式の人工呼吸器をいう。
【０００３】
高頻度人工呼吸器の酸素供給原理を説明すると、吸気の圧力振幅により、患者の肺中の二酸化炭素を含んだ吸気（以下、呼気とする）に対して小容量の換気（対流的なガス交換）が起ると共に、吸気の振動による拡散運動の効果で、肺の中より呼気が肺の外（患者口元）まで導き出される。後続の吸気は、上述の換気を行うと共に肺から導き出された呼気を排気口側に送り出す作用をも有している。これにより、患者の肺内を常に一定の酸素濃度に維持することを可能としている。
【０００４】
従来例を図９に基づいて説明する。この従来例では、患者Ｘに対し酸素吸入と呼気排出を行う高頻度振動換気法（ＨＦＯ）の人工呼吸器２００を示すものである。図９は、この人工呼吸器２００の全体構造を示している。
【０００５】
人工呼吸器２００は、吸気（空気と酸素の混合気）を供給する吸気導入部２６２と、陽圧Ａｐ及び陰圧Ａｎの両方の空気圧を同時に発生するブロワ２５２と、ブロワ２５２で発生した陽圧Ａｐ又は陰圧Ａｎを交互に選択して所定の振動空気圧Ａpnに変換するロータリバルブ機構２５４と、ロータリバルブ機構２５４からの振動空気圧Ａpnに付勢されて作動し，吸気導入部２６２から患者Ｘに供給される吸気に振動空気圧を付勢するダイヤフラム機構２５６とを備えている。
【０００６】
上述の吸気導入部２６２は、外気と予め準備された酸素とを吸入し混合する吸気ユニット２６３と、吸気ユニット２６３から送り出される空気を加湿する加湿器２６４とから構成されている。吸気ユニット２６３は、吸気の流量調節を行う図示しない調節手段が設けられている。
【０００７】
一方、ロータリーバルブ機構２５４は、バルブの回転周期を調節自在であり、調節された周期に応じて陽圧Ａｐと陰圧Ａｎとを交互に選択し、所定の振動空気圧Ａpnを出力する。
【０００８】
ダイヤフラム機構２５６は、ロータリーバルブ機構２５４の下流側に位置し、振動空気圧Ａpnによりダイヤフラム膜２５７の振動が付勢される。このダイヤフラム膜２５７は、吸気導入部２６２から供給される吸気の通過領域に面しており、通過する吸気に振動空気圧Ａpnを印加する。
さらに、吸気の流動方向下流側には三方分岐管２７０が配設されており、吸気の進行方向が患者側と排気側とに分岐されている。三方分岐管２７０の患者側のポートには患者の肺に吸気を送る患者用配管２７１が接続されており、排気側のポートには排気管２７２が接続されている。この排気管２７２の終端部には、流量調節バルブ２７３が装備されており、当該流量調節バルブ２７３から余剰の吸気及び呼気が排気される。
【０００９】
流量調節バルブ２７３は、外部操作によりその開度が調節自在であり、吸気の供給流量とバルブ開度により、人工呼吸器２００の内部の圧力が調節される。
【００１０】
また、図中の符号２８１〜２８５は、各部の配管内圧力を検出する圧力センサである。
【００１１】
また、図中の符号２７４は、呼気に含まれる細菌等を濾し採るバクテリアフィルタである。高頻度人工呼吸器２００の直接呼気にさらされる各部位は、その使用後に念入りな殺菌消毒作業が要求される。流量調節バルブ２７３はその構造が複雑なため、直接呼気にさらされると、使用後における殺菌消毒作業が非常に煩雑となっていた。従って、これを解消する対策としてバクテリアフィルタ２７４が流量調節バルブ２７３の手前に設けられるようになったものである。
【００１２】
かかるバクテリアフィルタ２７４の設置により、流量調節バルブは直接呼気にさらされないため、煩雑な殺菌消毒作業や呼気に含まれる唾液や湿気等による流量調節バルブの作動能力の低下等が回避される。
【００１３】
上記従来例では、人工呼吸器２００を操作するオペレータ（例えば医者）により吸気ユニット２６３で酸素濃度の高い吸気が生成され、所望の設定流量（10〜最大60[l/min]）で当該吸気が下流側に供給される。また、このとき、流量調節バルブ２７３にてバルブ開度の調節を行われる。患者の肺へかかる平均圧力は5〜15[cmH20]の帯域が適切であり、この流量調節バルブ２７２が有するゴム製の弁部材の開放面積で排気流量を調節し同時に人工呼吸器２００の内部全体の圧力をコントロールすることができる。
【００１４】
流動する吸気は、高頻度の振動空気圧Ａpnが付勢されることにより患者用配管２７１を介して患者の肺内の換気を行うと共に呼気を排気管２７２側に送り出す。かかる呼気及び吸気は、バクテリアフィルタ２７４及び流量調節バルブ２７３を介して大気中に排気される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した高頻度人工呼吸器２００では、口元まで振動により引き出された呼気は、患者が呼吸により再度吸入しないように、後続の吸気で常に排気口側へ押し流してやる必要がある。また、吸気の供給流量を増やせば、患者の肺から生じた呼気が効率的に送り出される効果を生じる。そのため、患者の肺内の二酸化炭素濃度が通常よりも高い場合や酸素濃度を高く維持したい場合には、吸気の供給流量を増やす措置が採られる（最大40〜60[l/min]）。
【００１６】
しかし、高頻度人工呼吸器２００は固体の構造物であり、各部の配管径や配管長は一定であるため、流量調節バルブ２７３の開度が一定であれば人工呼吸器２００の総空気抵抗は一定である。また、吸気の粘性係数は空気と高濃度酸素の混合比により決定される。高頻度人工呼吸器２００の圧力センサ２８１から２８４までの配管長をｌ[m]，配管直径をｄ[m]，吸気の粘性係数をμ，吸気の供給流量をＱ[m3/s]，吸気の平均流速をＵ[m/s]とすると、圧力センサ２８１−２８４間の圧力降下ΔＰはハーゲン・ポアズイユの法則により次式（１）で表される。
【００１７】
ΔＰ＝Ｑ・１２８μｌ／πｄ４＝Ｕ・３２μｌ／ｄ２    …（１）
【００１８】
従って、吸気の供給量が増加すると、それに比例して患者に対する吸気の供給圧力が上昇することとなる。この場合、流量調節バルブ２７３を全開にしても限界が限られているので圧力上昇は免れない。
【００１９】
具体的な数値で説明すると、上述の高頻度人工呼吸器２００でバクテリアフィルタ２７４が外されたものに対して流量を３０[l/min]以上に設定して吸気の供給を行うと、流量調節バルブ２７３を最大開度としても内部の平均圧力が１３[cmH2O]以下に下げることができなかった。また、バクテリアフィルタ２７４が装備された状態にあっては、２〜３[cmH2O]の圧力上昇を招き、１５[cmH2O]以下に下げることができなかった。
【００２０】
従って、従来の高頻度人工呼吸器２００は、吸気供給量を増やすと酸素吸入に好適な供給圧力を維持することができず、実質的に患者の様態変化により肺内の二酸化炭素濃度が上昇したり治療の必要性により吸気供給量を増やすことが困難であるという不都合があった。
【００２１】
さらに、バクテリアフィルタを患者回路系に設けると、その分だけ流動抵抗が大きくなり、前述した呼気回路中の圧力上昇を生じる傾向はより顕著となるため、前述のように吸気供給量を増やして肺内の換気効率を高めることが、さらに困難となるという不都合があった。
【００２２】
【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、肺内の換気効率を自在に調節し得る高頻度人工呼吸器を提供することを、その目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、患者に供給する酸素を含んだ吸気に，患者の呼吸周期よりも高い周期の振動空気圧を付勢して酸素吸入と呼気排出とを行う高頻度振動換気法を採る高頻度人工呼吸器において、患者から出された呼気を大気中に排出する排出経路に備えられて排出端部が大気中に開放された第一の排出管に、前記呼気の通過流量を自在に調節する流量調節バルブを設けると共に、前記第一の排出管の途中であって、前記流量調節バルブの呼気排出方向上流側に、呼気が大気中に排出される方向に向かって当該呼気を能動的に流動させる排気付勢手段を装備するという構成を採っている。
【００２４】
上述の構成では、吸気を患者へ供給する際に高頻度周期の振動空気圧を付勢する。かかる振動空気圧は、患者の自発的な呼吸周期とは無関係且つそれよりも高い周期に設定される。この高頻度で振動する吸気が陽圧（大気圧よりも高い圧力の位相）のときには患者の肺内に吸気が侵入し、陰圧（大気圧よりも低い圧力の位相）のときには患者の肺から生じた二酸化炭素を含んだ呼気を体外に吸い出す働きをする。かかる陽圧と陰圧とが短い周期で繰り返されることにより、患者の肺内の換気が行われ、当該肺内を一定の酸素濃度に維持することを可能としている。
【００２５】
上述の換気動作が行われる際に、患者から排出された呼気は流量調節バルブを介して一定流量で大気中に排気される。このとき排気付勢手段を併用して排気流量を調節しても良い。また、吸気供給量が高く設定され、この流量調節バルブを最大開度としても排気が不十分な場合に、排気付勢手段を作動させても良い。
排気付勢手段は、患者から吐き出された呼気を排出経路を介して大気中（高頻度人工呼吸器の外部）に向けて流動させる。この排気付勢手段の作動は、吸気の供給流量が一定量を超える場合に限定して行っても良い。この排気付勢手段による呼気の能動的な流動付勢により、高頻度人工呼吸器の有する固有の流動損失による内部圧力及び患者への供給圧力の上昇が抑制される。
【００２８】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明の構成に加えて、排気付勢手段は、流量調節バルブの呼気排出方向上流側であって第一の排出管の途中から分岐する分岐配管と、その一端部が大気中に開放されその内部に開放側に向けて空気流が形成される第二の排出管と、その空気流を形成する送風手段とを備え、第二の排出管は、その途中に一部内径が小さく設定された絞り部を有し、分岐配管の下流側端部を、第二の排出管の絞り部に合流させるという構成を採っている。
【００２９】
かかる構成では、上述と同様の動作に加えて、排気付勢手段の送風手段が作動すると、呼気は第一の排出管から分岐配管に侵入する。この分岐配管は、上記の如く，内部に空気流が形成された第二の排出管にその絞り部の位置で合流する構造のため、ベンチュリ効果によって起こる絞り部の圧力低下により、呼気は分岐配管を介して第一の排出管から第二の排出管に移動して大気中に排出される。
【００３０】
請求項３記載の発明では、上記各構成に加えて、第一の排出管から分岐配管への分岐部分が無数の小孔を介して連通するという構成を採っている。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、第一の排出管から分岐配管への呼気の流動が上記小孔を介して行われる。
【００３１】
請求項４記載の発明では、請求項１，２又は３記載の発明と同様の構成を備えると共に、吸気又は呼気の圧力を検出する圧力センサと、排気付勢手段による出力調節を自在に制御する動作制御部とを備え、この動作制御部が、圧力センサの検出圧力に対応する出力で排気付勢手段を駆動させる第一の出力調整機能を備えるという構成を採っている。
【００３２】
かかる構成では、上述した各構成と同様の動作が行われると共に吸気が流動を開始すると、圧力センサにより圧力が検出される。動作制御部では、検出圧力に応じた排気付勢手段の出力が記憶されており、これを参照して検出圧力に応じた出力で排気付勢手段が駆動され、所定の流量で呼気の能動的な排気が行われる。
【００３３】
請求項５記載の発明では、請求項１，２又は３記載の発明と同様の構成を備えると共に、患者への供給前の吸気圧力を検出する第一の圧力センサと、患者から排出された呼気の圧力を検出する第二の圧力センサと、排気付勢手段による出力調節を自在に制御する動作制御部とを備え、この動作制御部が、各圧力センサの検出圧力の差に対応する出力で排気付勢手段を駆動させる第二の出力調整機能を備えるという構成を採っている。
【００３４】
上記構成では、上記各構成と同様の動作が行われると共に、二つの圧力センサの出力圧力差から各センサ間の気体流量を求めることができる。動作制御部では、排気付勢手段を目標流量に設定する出力が記憶されており、これを参照して流量に応じた出力で排気付勢手段が駆動され、所定流量で呼気の能動的な排気が行われる。
【００３５】
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。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１乃至図６に基づいて説明する。図１は、患者Ｘに供給する酸素を含んだ吸気に，患者Ｘの呼吸周期よりも高い周期の振動空気圧を付勢して酸素吸入と呼気排出とを行う高頻度振動換気法を採る高頻度人工呼吸器１２の構成を示すブロック図である。
【００３７】
この高頻度人工呼吸器１２は、酸素供給源としての吸気導入部６２と、陽圧Ａｐ及び陰圧Ａｎの両方の空気圧を同時に発生するブロワ５２（空気圧発生源）と、ブロワ５２で発生した陽圧Ａｐ又は陰圧Ａｎを交互に選択して所定の振動空気圧Ａpnに変換するロータリバルブ機構５４（振動空気圧発生機構）と、ロータリバルブ機構５４からの振動空気圧Ａpnに付勢されて作動し，吸気導入部６２から患者Ｘに供給される酸素（厳密には空気と混合された酸素）に振動空気圧を付勢するダイヤフラム機構５６と、各部の動作制御を行う動作制御部４０とを備えている。
【００３８】
吸気導入部６２は、外気と予め準備された酸素とを吸入し混合するブレンダ６２１と、ブレンダ６２１から送り出される空気を加湿する加湿器６２２とから構成されている。ブレンダ６２１は吸気を加湿器６２２側に流す図示しない複数の出力バルブが設けられている。各種の出力バルブは、それぞれ流量が異なるものであり、任意の流量の出力バルブを選択することにより所定流量の吸気の供給が行われる。なお、各出力バルブは動作制御部４０から動作信号により開閉を切り替えるアクチュエータが併設されている。
【００３９】
加湿器６２２には、加湿器６２２を経た吸気Ａｉを患者Ｘへ供給する吸気管６２３が接続されている。吸気管６２３は、その途中でダイヤフラム機構５６の被加圧室５６３に連通されるとともに、その末端で後述する三方分岐管１７０に接続されている。
【００４０】
ブロワ５２は、その内部に空気を取り込みまたその空気を送り出すことにより陽圧と陰圧とを同時に発生させる。その空気取り込み口は、後述するロータリーバルブ機構５４の陰圧ポート５４２に接続され、空気の送り出し口は陽圧ポート５４１に接続されている。
【００４１】
ロータリバルブ機構５４は、ブロワ５２から陽圧が入力される陽圧ポート５４１と、ブロワ５２から陰圧が付勢される陰圧ポート５４２と、振動空気圧を出力する出力ポート５４３と、自らの回転により出力ポート５４３を陽圧ポート５４１と陰圧ポート５４２とに交互に接続するロータリバルブ５４４と、ロータリバルブ５４４を回転させる駆動部５４５とから構成されている。駆動部５４５は、図示しない電動機及び減速機からなり、ロータリバルブ５４４を例えば900[rpm]で回転させる。ロータリバルブ５４４は、一回転するごとに、ポート５４１とポート５４３とのみを一回連通させ、続いてポート５４２とポート５４３とのみを一回連通させる。これにより、供給される吸気に対して周波数15[Hz]の振動空気圧Ａpnを付勢する。ポート５４３には、振動空気圧Ａpnをダイヤフラム機構５６へ伝達する振動空気圧管５４６が接続されている。
【００４２】
ダイヤフラム機構５６は、加圧室５６２及び被加圧室５６３と、加圧室５６２と被加圧室５６３との間を仕切るとともに伸縮自在の膜状部材で形成されたダイヤフラム５６１とを備えている。加圧室５６２は振動空気圧管５４６に接続されている。加圧室５６２はロータリーバルブ５４の出力ポート５４３に接続されており、被加圧室５６３は吸気管６２３に接続されている。かかる構造によりロータリーバルブ５４で形成された振動空気圧はダイヤフラム５６１を介して吸気管６２３内を流動する吸気に付勢される。
【００４３】
さらに、高頻度人工呼吸器１２は、吸気管６２３の下流側に三方分岐管１７０を備え、当該三方分岐管１７０がさらに下流側を患者Ｘ側と排出経路側とに分岐させている。そして、高頻度人工呼吸器１２の排出経路には、呼気中に含まれる細菌を濾し採るバクテリアフィルタ７０と呼気が大気中に排出される方向に向かって当該呼気を能動的に流動させる排気付勢手段８０とが装備されている。
【００４４】
上述の三方分岐管１７０は、患者側管路１７１，酸素供給源側管路１７２及び呼気排出側管路１７３の三つの管路を備えており、これらの管路は全て内部で合流している。そして、酸素供給源側管路１７２が吸気管６２３と接続され、患者側管路１７１が患者Ｘに至る末端吸気管６０５と接続されている。
【００４５】
さらに、呼気排出側管路１７３は、第一の排出管６０４の一端部と接続され、この第一の排出管６０４の他端部には流量調節バルブ６０７が接続されている。これら第一の排出管６０４と流量調節バルブ６０７とは、患者Ｘの肺から出された二酸化炭素を含んだ吸気（呼気）の通り道となり、これらが呼気を大気中に排出する排出経路を構成する。
【００４６】
図２は、排出経路の周囲を一部切り欠いて示した拡大図である。この図に示すように、流量調節バルブ６０７は、筺体６０７ａと排気ポート６０７ｂと流量制御用の移動弁（制御用シリコンシート）６０７ｃと、この移動弁６０７ｃを一定方向に沿って前後進移動させる往復付勢機構としてのソレノイド６０７ｄとを備えている。
【００４７】
第一の排出管６０４は、バクテリアフィルタ７０を挟んで上流側部分６０４ａと下流側部分６０４ｂとに分断されており、下流側部分６０４ｂの末端部は流量調節バルブ６０７の筐体６０７ａの内部に挿入されており、移動弁６０７ｃはこの第一の排出管６０４の下流側部分６０４ｂの末端部の排気方向正面に近接して筐体６０７ａに装備されている。この移動弁６０７ｃの背後側には筐体６０７ａに支持されたソレノイド６０７ｄが配置されており、移動弁６０７ｃを第一の排出管６０４の下流側部分の末端に対して接離させる。このソレノイド６０７ｄは、動作制御部４０の制御信号により移動弁６０７ｃから第一の排出管６０４の末端までの距離を自在に設定することが可能である。従って、移動弁６０７ｃは、第一の排出管６０４の末端を完全に塞いだ状態からソレノイド６０７ｄの許容する範囲内で最も離間させることができ、その離間距離に応じて呼気の通過流量を調節することが可能となっている。
【００４８】
バクテリアフィルタ７０は、第一の排出管６０４の途中に設けられており、正確には第一の排出管６０４の上流側部分６０４ａの末端部に装備されている。このバクテリアフィルタ７０は、主に、細菌を濾し採るフィルタ部７１と当該フィルタ部７１を収容するプラスティック製の容器７２とから構成されている。第一の排出管６０４の上流側部分６０４ａから流入する呼気は、まずフィルタ部７１に送り込まれ、当該フィルタ部７１を通過した呼気は容器７２の内部から第一の排出管６０４の下流側部分６０４ｂに流れてゆく。このフィルタ部７１の通過の際に呼気中の細菌が濾し採られる。
【００４９】
このバクテリアフィルタ７０は、使い捨てであり、使用済みのものは排気される。従って、容器７２の上流側の端部は、第一の排出管６０４の上流側部分６０４ａの末端部が押し込み操作又は引っ張り操作により着脱自在となっている。また、容器７２の下流側の端部は、シリコンゴムジョイント７３を介して第一の排出管６０４の下流側部分６０４ｂの上流端部に接続されている。このシリコンゴムジョイント７３もまた、第一の排出管６０４の下流側部分６０４ｂが押し込み操作又は引っ張り操作により着脱自在となっている。
【００５０】
排気付勢手段８０は、第一の排出管６０４の途中であってバクテリアフィルタ７０の下流側に装備されている。この排気付勢手段８０は、流量調節バルブ６０７の呼気排出方向上流側であって第一の排出管６０４の途中から分岐する分岐配管８１と、その一端部が大気中に開放されその内部に開放端への空気流が形成される第二の排出管８２と、その空気流を形成する送風手段８３とを備えている。
【００５１】
第一の排出管６０４における分岐配管８１側への分岐箇所には、管壁を貫通した無数の小孔８１１が形成されている。そして、第一の排出管６０４の小孔８１１が形成されている部分を外側から取り囲むようにして管状容器８１２が装着されている。この管状容器８１２と第一の排出管６０４の外側壁面との間にはシール構造が施されており、各小孔８１１を介して第一の排出管６０４の外側に流出した呼気は全てこの管状容器８１２内に到達し、直接大気中には放出されない構造となっている。
【００５２】
分岐配管８１の一端部は、この管状容器８１２に連通している。従って、第一の排出管６０４の各小孔８１１から流出した呼気は、管状容器８１２内を通過して分岐配管８１内に流入する。また、分岐配管８１の他端部は、第二の排出管８２の途中部分に接続されている。
【００５３】
第二の排出管８２は、前述した如くその一端部に送風手段８３を備えており、当該一端部から他端部に向かう方向に空気流を形成することが可能となっている。また、第二の排出管８２の途中部分における内部には管径が徐々に小さくなる絞り部８２１が設けられており、かかる絞り部８２１から空気流の流速が加速する構造となっている。
【００５４】
前述した分岐配管８１の他端部は、第二の排出管８２に対して絞り部８２１のすぐ下流側となる位置に連通されており、分岐配管８１と第二の排出管８２とはいわゆるエジェクタ構造が形成されている。従って、第二の排出管８２に対して分岐配管８１がベンチュリ効果を生じる構造が採られている。即ち、第二の排出管８２の内部において、絞り部８２１のすぐ下流部分は陰圧（大気圧よりも低い気圧）となっている。
【００５５】
一方、第一の排出管６０４の末端部は、流量調節バルブ６０７を最大開度とした状態であっても大気圧以下となることはない。従って、第二の排出管８２内部に空気流が形成されている状態にあっては、第一の排出管６０４の上流側から流れてきた呼気は、各小孔８１１から吸い出され、管状容器８１２及び分岐配管８１を介して第二の排出管８２内に流入し、空気流と共に大気中に排出されることとなる。
【００５６】
ところで、第二の排出管８２の一端部に設けられた送風手段８３は、大気を取り込み第二の排出管８２内に送り出すブロワ８３１と、この送り出された大気の流量を調節する流量可変バルブ８３２とから構成されている。この流量可変バルブ８３２は、動作制御部４から受ける動作信号により通過流量が設定される。具体的には、流量可変バルブ８３２としては、電空比例弁やニードル方式の流量制御弁とその開度を調節するステッピングモータとの組み合わせが好適である。
【００５７】
また、図１に示すように、吸気又は呼気の通過する経路の各部には当該通過箇所の圧力を検出する圧力センサ９１〜９５が装備されている。第一の圧力センサ９１は吸気導入部６２のブレンダ６２１と加湿器６２２との間に装備され、第二の圧力センサ９２はバクテリアフィルタ７０と排気付勢手段８０との間に装備され、第三の圧力センサ９３は三方分岐管１７０の患者側管路１７１に装備され、第四の圧力センサ９４は吸気管６２３におけるダイヤフラム機構５６よりも下流側であって三方分岐管１７０の上流となる位置に装備され、第五の圧力センサ９５は三方分岐管１７０とバクテリアフィルタ７０の間に装備されている。これらの各センサ９１〜９５の検出信号は動作制御部４０に出力される。
【００５８】
次に、動作制御部４０について、図１及び図２に基づいて説明する。この動作制御部４０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。
【００５９】
この動作制御部４０にはオペレータによる操作入力を受け付ける入力部４０１と人工呼吸器１２の操作状態を表示するディスプレイからなる表示部４０２とが併設されている。
【００６０】
入力部４０１からは、メインスイッチのオンオフ，吸気の供給流量の選択の入力が行われる。即ち、動作制御部４０は、ブレンダ６２１の各出力バルブのアクチュエータのドライバ（図示略）を有しており、吸気の供給流量の選択が入力されると、ドライバを介して選択された流量に対応するバルブのみを開き、他のバルブを閉じた状態で維持する。
【００６１】
また、この入力部４０１から後述する第一及び第二の規定値α，βの設定入力が行われる。さらにまた、この高頻度人工呼吸器１２は、振動空気圧を付勢せずに患者Ｘの自発的な呼吸周期に合わせて吸気を供給する二種類の通常の人工呼吸を行うことが可能であり（詳細は後述）、入力部４０１から高頻度人工呼吸を行うか二種類のいずれかの通常の人工呼吸を行うかを選択することができる。
【００６２】
さらに、動作制御部４０は、流量調節バルブ６０７のソレノイド６０７ｄのドライバを備えており、ドライバを介してソレノイド６０７ｄを作動させて移動弁６０７ｃを所定の距離だけ移動させる。また、動作制御部４０では各圧力センサ９１〜９５の出力信号に応じた検出圧力を表示部４０２で表示する。
【００６３】
さらに、動作制御部４０は、第三の圧力センサ９３の検出圧力が予め設定された第一の規定値α（例えば10[cmH2O]）を維持するように流量調節バルブ６０７のバルブ開度を調節する圧力維持機能４１を備えている。
【００６４】
即ち、動作制御部４０では、第三の圧力センサ９３の検出信号をＡ／Ｄ変換し、振動空気圧Ａpnよりも微細なサンプリング間隔で得られた一定期間の複数検出圧力を平均化し、この平均化された圧力値が第一の規定値αを越える場合には、アクチュエータ６０７ｄを駆動して移動弁６０７ｃを第一の排出管６０４の末端部から徐々に遠ざける動作制御を行う。また、検出圧力値が第一の規定値αを下回る場合には、移動弁６０７ｃを第一の排出管６０４の末端部に徐々に近づける動作制御を行う。これにより、第三の圧力センサ９３の配設位置における吸気又は呼気の圧力を第一の規定値αに維持される。
【００６５】
また、動作制御部４０は、第三の圧力センサ９３の検出圧力の平均値が予め設定された第二の規定値β（β＞α，例えば15[cmH2O]）以上となると、排気付勢手段８０のブロワ８３１の駆動を開始し、流量調節バルブ６０７のソレノイド６０７ｄを駆動して当該流量調節バルブ６０７を閉じる排気切り替え機能４２を備えている。
【００６６】
即ち、吸気の設定流量が高い場合には流量調節バルブ６０７を最大開度（移動弁６０７ｃを第一の排出管６０４から最も遠ざけた状態）としても検出圧力を第一の規定値αに維持することができず、この場合に検出圧力は第二の規定値βまで上昇する。そして、第二の規定値βを超えた時点で、それまでは停止していたブロワ８３１を駆動し、呼気を積極的に第一の排出管６０４から分岐配管８１を介して第二の排出管８２に導き、当該第二の排出管８２の末端から大気中に排出する。同時に、流量調節バルブ６０７のアクチュエータ６０７ｄを駆動して移動弁６０７ｃが第一の排出管６０４を塞ぐまで移動させる。
【００６７】
またさらに、この動作制御部４０は、第三の圧力センサ９３の検出圧力に対応する出力で排気付勢手段８０を駆動させる第一の出力調整機能４３をも備えている。
【００６８】
即ち、動作制御部４０は、排気付勢手段８０の流量可変バルブ８３の図示しないドライバを備えており、第三の圧力センサ９３による検出圧力値が第一の規定値（前述と同様）を越える場合には、流量可変バルブ８３の開度を徐々に開く動作制御を行う。また、検出圧力値が第一の規定値を下回る場合には、流量可変バルブ８３の開度を徐々に小さくする動作制御を行う。これにより、第三の圧力センサ９３の配設位置における吸気又は呼気の圧力を第一の規定値に維持される。
【００６９】
上記構成からなる高頻度人工呼吸器１２の動作を図１乃至図３に基づいて説明する。図３は、オペレータの操作を含む高頻度人工呼吸器１２の動作を示す流れ図である。
【００７０】
まず、入力部４０１でメインスイッチがオンにされ、高頻度人工呼吸モードを選択する（ステップＳ１）。そして、吸気流量，第一・第二の規定値の設定が入力されると、吸気導入部６２から設定された流量で吸気の供給が開始され、同時にブロワ５２及びロータリーバルブ機構５４が作動を開始し吸気に対して振動空気圧Ａpnが付勢される。そして、患者Ｘに高頻度人工呼吸が行われ、患者Ｘから生じた呼気が末端吸気管６０５を介して第一の排出管６０４に送られる。この時点では排気付勢手段８０はまだ作動しておらず、呼気は第一の排出管６０４の末端と第二の排出管８２の末端の双方から大気中に排出される（ステップＳ２）。
【００７１】
吸気及び呼気の通過経路の各部に設置された各圧力センサ９１〜９５からはその検出信号が動作制御部４０に出力され、当該動作制御部４０では、各検出信号に基づいて検出圧力を算出し、表示部４０２に出力する。また、第三の圧力センサ９３に基づく検出圧力ｐが第一の規定値αとなっているかが判定される（ステップＳ３）。
【００７２】
検出圧力ｐがαであれば、メインスイッチが切られるまで、αを維持しているかが継続して見張り続けられる（ステップＳ４）。
【００７３】
検出圧力ｐが第一の規定値αから外れている場合には、圧力維持機能４１により動作制御部４０は、流量調節バルブ６０７の開度を調節する。即ち、ｐ＞αであれば流量調節バルブ６０７の開度が大きくされ、ｐ＜αであれば流量調節バルブ６０７の開度が小さくされる（ステップＳ５）。
【００７４】
流量調節バルブ６０７の開度が調節されると、再び圧力判定が行われる。即ち、第三の圧力センサ９３の検出圧力ｐが第二の規定値βを上回っているか否かが判定される。これは、吸気流量が予め高く設定された場合、或いは使用の途中から高く変更された場合に、流量調節バルブ６０７の開度を最大としても十分な呼気流量を確保できず、検出圧力ｐを十分に下げられない場合がある。このような場合には、検出圧力ｐは第一の規定値αを越え、さらに第二の規定値βをも越えてしまう。従って、流量調節バルブ６０７の開度調節後に再び圧力判定を行い、流量調節バルブ６０７の開度調節だけで圧力調節がまかなわれているかが判定される（ステップＳ６）。
【００７５】
これにより、検出圧力ｐの上昇を生じていないと判定されると、ステップＳ３に戻り、検出圧力ｐがαを維持しているかが継続的に見張られる。
【００７６】
また、検出圧力ｐが第二の規定値βを越えている場合には、排気切り替え機能４２により、流量調節バルブ６０７の圧力調節ではまかないきれないと判断され、排気付勢手段８０により積極的に呼気の排出が開始される。即ち、排気付勢手段８０のブロワ８３１の駆動が開始され、第二の排出管８２内に空気流が形成されることにより、第一の排出管６０４内の呼気が分岐配管８１を介して第二の排出管８２側に導かれて能動的に大気中に排出される。また、このとき、流量調節バルブ６０７では、移動弁６０７ｃを移動させて第一の排出管６０４の末端を塞いでしまう（ステップＳ７）。
【００７７】
排気付勢手段８０の駆動が開始されると、再び圧力判定が行われる。第三の圧力センサ９３の検出圧力ｐが第一の規定値αを維持しているかが判定される（ステップＳ８）。
【００７８】
検出圧力ｐがαであれば、メインスイッチが切られるまで、αを維持しているかが継続して見張り続けられる（ステップＳ９）。
【００７９】
検出圧力ｐが第一の規定値αから外れている場合には、第一の出力調節機能４３により、動作制御部４０は、流量可変バルブ８３２の開度を調節する。即ち、ｐ＞αであれば流量可変バルブ８３２の開度が大きくされ、ｐ＜αであれば流量可変バルブ８３２の開度が小さくされる（ステップＳ１０）。
【００８０】
その後、第三の圧力センサ９３による検出圧力ｐが第一の規定値αに落ち着いた場合には、メインスイッチが切られるまで、かかる圧力状態が見張られる（ステップＳ８，Ｓ９）。
【００８１】
図４は、排気付勢手段８０の作動による吸気及び呼気の圧力の変化を示す線図である。図４（Ａ）は吸気導入部６２から導出し振動空気圧Ａpnを付勢された直後の吸気から第四の圧力センサ９４により検出した圧力変化を示し、図４（Ｂ）は三方分岐管１７０の患者側管路１７１内の吸気及び呼気に対して第三の圧力センサ９３により検出した排気付勢手段８０の作動前の圧力変化を示し、図４（Ｃ）は同患者側管路１７１内の吸気及び呼気に対して第三の圧力センサ９３により検出した排気付勢手段８０の作動後の圧力変化を示している。
【００８２】
図４（Ａ）は、吸気導入部６２の近くであるため、排気付勢手段８０の影響は受けにくく、その図示は排気付勢手段８０の作動前の状態のもののみとする。なお、各図４（Ａ）〜（Ｃ）に示す点線による直線は、図４（Ａ）の検出圧力の平均圧力を示す。
【００８３】
この図４（Ａ）に示すようなダイヤフラム機構５６のすぐ下流位置における振動空気圧Ａpnが患者Ｘの口元である第三の圧力センサ９３の配設箇所でも観測されることが望ましい。しかし、排気付勢手段８０が作動していない状態においては、振動空気圧Ａpnの陰圧時に流量調節バルブ６０７から大気が侵入し、図４（Ｂ）に示すように、最低圧力が一様に上昇する。これに対して、図４（Ｃ）では、流量調節バルブ６０７が閉じられて排気付勢手段８０が作動するので、当該排気付勢手段８０を介して呼気が能動的に大気中に排出され、大気の侵入が拒まれるので、患者Ｘの口元では、ダイヤフラム機構５６により振動空気圧Ａpnが付勢された直後の状態と同様の圧力振幅が観測される。
【００８４】
従って、高頻度人工呼吸器１２では、患者Ｘの肺内の換気効率を高く維持することが分かる。
【００８５】
また、上記構成からなる高頻度人工呼吸器１２は、高頻度ではない二種類の通常の人工呼吸を行うことも可能である。一方の通常の人工呼吸は、高頻度人工呼吸器１２が患者Ｘに対して所定周期で吸気供給と呼気排出とを能動的に行う方式であり、これを通常換気モードＡとする。他方の通常の人工呼吸は、高頻度人工呼吸器１２が患者Ｘの呼吸意志に従って吸気供給のみを能動的に行う方式であり、これを通常換気モードＢとする。
【００８６】
図５は、通常換気モードＡに従って人工呼吸を行う場合のオペレータの操作を含む高頻度人工呼吸器１２の動作を示す流れ図である。この図５に従ってその動作を説明する。
【００８７】
まず、入力部４０１で通常換気モードＡを選択する（ステップＳ２１）。さらに、入力部４０１で、換気周期と一周期当たりの吸気供給流量及び供給時間を設定する（ステップＳ２２）。
【００８８】
上記入力がされると、流量調節バルブ６０７が閉じられる（ステップＳ２３）。そして、設定された吸気供給流量で設定された一定時間だけ吸気の供給が行われる（ステップＳ２４）。続いて排気付勢手段８０が、設定周期から設定吸気供給時間を減じた時間だけ作動して、呼気の排出が行われる（ステップＳ２５）。
【００８９】
そして、上述の吸気供給と呼気排出が、入力部４０１からメインスイッチのオフが入力されるまで繰り返し行われる（ステップＳ２６）。
【００９０】
図６は、通常換気モードＢに従って人工呼吸を行う場合のオペレータの操作を含む高頻度人工呼吸器１２の動作を示す流れ図である。この図６に従ってその動作を説明する。
【００９１】
まず、入力部４０１で通常換気モードＢを選択する（ステップＳ３１）。さらに、入力部４０１で、吸気供給流量と吸気開始圧力γと吸気終了圧力δ（δ＞γ）とを設定する（ステップＳ３２）。
【００９２】
上記入力がされると、流量調節バルブ６０７が閉じられる（ステップＳ３３）。そして、患者Ｘの自発的な吸い込み動作により口元の検出圧力ｐ（第三の圧力センサ９３により検出された圧力）が設定された吸気開始圧力γを下回ると（ステップＳ３４）、設定された供給流量で吸気が供給される（ステップＳ３５）。
【００９３】
患者Ｘの自発的な吸い込み動作が終わりに近づくと供給される吸気により口元の圧力が上昇する（ステップＳ３６）。そして、口元の検出圧力ｐが設定された吸気終了圧力δを越えると吸気の供給流量が低下し、一定時間経過後供給が停止される（ステップＳ３７）。
【００９４】
そして、上述の吸気供給が、入力部４０１からメインスイッチのオフが入力されるまで繰り返し行われる（ステップＳ３８）。
【００９５】
上述の如く、高頻度人工呼吸器１２は、高頻度ではない通常の人工呼吸も行うことが可能である。なお、通常換気モードＡでは、吸気供給と呼気排出とを予め設定した周期で行っているが、これらを口元の検出圧力の変化をトリガーとして行っても良い。
【００９６】
以上のように、高頻度人工呼吸器１２では、排出経路内に排気付勢手段８０を設けたため、単に排出経路の末端が大気中に開放されている場合と比較して能動的に呼気排出が行われ、吸気又は呼気の配管内圧力の上昇を回避することが可能となっている。即ち、従来は、人工呼吸器の各配管の流動抵抗により吸気の供給流量を大きくすると患者Ｘへの供給圧力が上昇する傾向にあったが、高頻度人工呼吸器１２では、流動抵抗があっても積極的に呼気排出が行われるため、吸気の供給圧力の上昇も回避され、適度な供給圧力で人工呼吸を行うことが可能となった。特に、排出経路内にバクテリアフィルタを装備すると流動抵抗が大きくなり、上述のような圧力上昇を生じやすい傾向にあったが、かかる場合であっても、排気付勢手段８０は呼気を積極的に排出するため、適度な供給圧力で人工呼吸を行うことが可能となった。
【００９７】
また、かかる効果に加えて、人工呼吸器内部の圧力上昇を回避できるため、吸気又は呼気の通過経路となる配管等の各部の寸法や形状の設計の制限が緩和され、設計の自由度が拡大された。
【００９８】
また、患者Ｘの様態変化や治療の必要に応じて肺内の換気効率を高めるために、吸気の供給流量を増やすことも容易に行うことが可能となり、人工呼吸における種々の局面に対応することが可能な高頻度人工呼吸器１２を提供することができる。
【００９９】
さらに、排気付勢手段８０により、呼気が排出される方向に流動を付勢されるため、振動空気圧Ａpnが陰圧のときに排出末端からの大気の侵入が抑制され、患者Ｘの肺内からの呼気排出を促進し、人工呼吸における換気効率の向上を図ることが可能となった。
【０１００】
また、排気付勢手段８０により、従来の排気経路が開放された人工呼吸器では不可能であった人工呼吸器管内全体の陰圧状態を実現することも可能となり、人工呼吸における種々の局面に対応することが可能となった。
【０１０１】
また、高頻度人工呼吸器１２では、排気切り替え機能４２により、排気付勢手段８０の作動と同時に流量調節バルブ６０７を閉じてしまう制御を行うため、より大気の侵入を効果的に防止し、さらなる換気効率の向上を図ることが可能である。
【０１０２】
さらに、高頻度人工呼吸器１２では、流量調節バルブ６０７の上流側に排気付勢手段８０を配置しているため、呼気排出の際に流量調節バルブ６０７の流動抵抗の影響を受けることがなく、従って、流れの応答性が高く、圧力調節可能な範囲も広く確保することが可能である。
【０１０３】
さらに、この高頻度人工呼吸器１２は、呼気の排出を行う第一の排出管６０４と第二の排出管８２とを備えているため、これらを選択的に或いは組み合わせて使用することができ、排出流量の調節が広い範囲に渡って行うことが可能である。また、排出管が二本あるので、一方に故障を生じても他方で対処することができ、装置の信頼性を向上することが可能である。
【０１０４】
また、第二の排出管８２は分岐配管８１を介して第一の排出管６０４と連結され、分岐配管８１の末端は第二の排出管８２の絞り部８２１に接続されているため、第二の排出管８２内に空気流を形成することにより、第一の排出管６０４内の呼気を第二の排出管８２側に導き出すことができる。かかる構造により、送風手段８３は、排出される呼気に直接さらされることがないため、たとえ、バクテリアフィルタ７０を設けなくても、使用終了ごとに送風手段８０の消毒、洗浄を行う必要がなく、煩雑性が解消され、装置の作業性の向上を図ることが可能となった。
【０１０５】
またさらに、高頻度人工呼吸器１２では、第一の排出管６０４から分岐配管８１への分岐部分が無数の小孔８１１を介して連結されている。このような小孔は流速が速い気体に対して空気抵抗が大きいため、乱流の度合が大きい空気振動などは逃がしにくいので、患者Ｘの肺に対して供給される吸気の振動状態を温存し、高頻度振動を効果的に伝達することが可能である。従って、換気効率を高く維持することが可能である。また、小孔８１１の個数を増やすことにより、実際の開口面積は大きく確保できるので、時間当たりに排出される呼気流量は十分確保することが可能である。さらに、小孔８１１を通過した呼気は層流となって流れるため、空気騒音の低減に効果がある。
【０１０６】
さらに、高頻度人工呼吸器１２では、第一の出力調整機能４３により、患者に供給される吸気圧力に応じた出力で排気付勢手段８０が駆動するため、吸気圧力が所定の値に自在に調節され、適切な吸気圧力を維持して人工呼吸を行うことが可能となり、人工呼吸器の信頼性が向上される。また、圧力維持機能４１についても同様の効果を生ずる。
【０１０７】
ここで、上記高頻度人工呼吸器１２の動作制御部４０では、圧力維持機能４１，排気切り替え機能４２及び第一の出力調整機能４３がいずれもが第三の圧力センサ９３の検出圧力に基づいて各部の動作制御を行うものであったが、これらの同様の制御を第一の圧力センサ９１と患者から排出された呼気の圧力を検出する第二の圧力センサ９２との検出圧力の差に基づいて行っても良い。即ち、この第一の圧力センサ９１と第二の圧力センサ９２との検出圧力差が大きい場合には第三の圧力センサの検出圧力も上昇しており、また、第一の圧力センサ９１と第二の圧力センサ９２との検出圧力差が小さい場合には第三の圧力センサ９３の検出圧力も減少している。従って、これら二つの圧力センサ９１，９２の検出圧力の差に基づいて上記各機能４１，４２，４３と同様の動作制御を行うことにより、同様の効果を得ることが可能である。
【０１０８】
また、二つの検出圧力から流体連続の法則によって連続した圧力勾配が得られ、これに基づいた適切な吸気供給及び呼気排出の制御を行うことが可能である。
【０１０９】
なお、前述した排気付勢手段８０では、第二の排出管８２内に形成される空気流の流量を流量可変バルブ８３２の開度調節で変化させて呼気排出量の増減を図っていた。しかし、流量可変バルブ８３２を排気付勢手段８０の構成から除くと共に、ブロワ８３１の回転数を制御するインバータを介して回転数制御により呼気排出量の増減を図っても良い。
【０１１０】
また、排気付勢手段８０のブロワ８３１に替えて、第二の排出管８２の反対側の端部に負圧を発生するブロワを装備する構成としても良い。
【０１１１】
次に、図７に基づいて他の高頻度人工呼吸器１２Ａについて説明する。この高頻度人工呼吸器１２Ａは、主に、排気付勢手段８０Ａの装備箇所が前述した高頻度人工呼吸器１２と異なり、他の構成についてはほぼ同様となっている。従って、この高頻度人工呼吸器１２Ａについて前述した高頻度人工呼吸器１２と同一の構成については同符号を付して重複する説明は省略するものとする。
【０１１２】
排気付勢手段８０Ａは、第一の排出管６０４Ａの末端に設けられた流量調節バルブ６０７のさらに下流側に装備されている。ここで、第一の排出管６０４Ａは、前述した第一の排出管６０４とほぼ同一だが、分岐のための小孔８１１が設けられていない。
【０１１３】
排気付勢手段８０Ａは、その一端部が流量調節バルブ６０７の呼気排出口に連通し他端部が大気中に開放された第二の排出管８２Ａと、当該第二の排出管８２Ａの内部にその開放端への空気流を形成する送風手段８３とを備えている。
【０１１４】
第二の排出管８２Ａは、一端部から他端部にかけて連通した配管であり、その他端部に送風手段８３のブロワ８３１が装備されている。ブロワ８３１は、陰圧発生側のポートが第二の排出管８２Ａに接続されている。このため、第二の排出管８２Ａの内部には一端部から他端部に向けて空気流が形成される。
【０１１５】
流量調節バルブ８３２は、ブロワ８３１の上流側に配置されているが、下流側に配置しても良い。
【０１１６】
次に、動作制御部４０Ａについて説明する。この動作制御部４０Ａは前述した動作制御部４０とほぼ同様の機能を有するが、若干のところで異なっている。即ち、動作制御部４０Ａは、第三の圧力センサ９３の検出圧力が予め設定された第一の規定値α（例えば10[cmH2O]）を維持するように流量調節バルブ６０７のバルブ開度を調節すると共に、流量可変バルブ８３２のバルブ開度を最大開度に維持する圧力維持機能４１Ａを備えている。
【０１１７】
また、動作制御部４０Ａは、第三の圧力センサ９３の検出圧力の平均値が予め設定された第二の規定値β（β＞α，例えば15[cmH2O]）以上となると、排気付勢手段８０Ａのブロワ８３１の駆動を開始し、流量調節バルブ６０７のソレノイド６０７ｄを駆動して当該流量調節バルブ６０７を最大開度とする排気切り替え機能４２Ａを備えている。
【０１１８】
またさらに、この動作制御部４０Ａは、第三の圧力センサ９３の検出圧力が予め設定された第一の規定値α（例えば10[cmH2O]）を維持するように流量可変バルブ８３２のバルブ開度を調節する第一の出力調整機能４３Ａを備えている。
【０１１９】
上記構成により、高頻度人工呼吸器１２Ａは、高頻度人工呼吸器１２とほぼ同様の動作が行われ、且つ、同様の効果を得ることが可能である。
【０１２０】
【実施例】
図１，図２及び図８に基づいて本願発明の実施例を示す。この実施例では、図１に示した高頻度人工呼吸器１２を末端吸気管６０５の患者側端部を患者Ｘが装着するのではなく、試験用のテスト肺Ｔに接続して高頻度人工呼吸を行い、排気付勢手段８０を用いていない場合と用いた場合と出、その換気状態を観測した比較試験を示すものである。図８は、その比較試験の結果を示す線図である。
【０１２１】
テスト肺Ｔは容積20[l]のプラスチックタンクである。このテスト肺Ｔを高頻度人工呼吸器１２に接続した状態で当該テスト肺Ｔの内部に200[ml/min]で炭酸ガスを常時注入する。この状態で、口元圧力（第三の圧力センサ９３の検出圧力）ｐを15[cmH2O]に保ちながら、排気付勢手段８０を作動させた状態とさせない状態とでそれぞれ高頻度人工呼吸を行なう。
【０１２２】
排気付勢手段８０を作動させないで、吸気流量を20[l/min]とした場合、常時注入される炭酸ガスと高頻度人工呼吸によりテスト肺Ｔから排出される炭酸ガスとが平衡した時のテスト肺Ｔの内部の炭酸ガス濃度は、図８の線図の左端部に示すように15[mmHg]（分圧表記）であった。
【０１２３】
また、上記平衡状態から、炭酸ガスの注入を止めて、全ての炭酸ガスがテスト肺より排出されるまでの時間は、図８に示すように、およそ240[s]かかった。また、濃度10.5[mmHg]から6.0[mmHg]までに移行する際の排出速度は、約0．1[mmHg/sec]である。
【０１２４】
さらに換気効率を上げるために、吸気供給流量を30[l/min]にすると、口元圧力ｐは15[cmH2O]を越え、口元圧力オ一バーで高頻度人工呼吸ができなかった。
【０１２５】
これに対して、排気付勢手段８０を作動させた場合では、吸気供給流量を30[l/min]にしても、口元圧力ｐを15[cmH2O]に保つことが可能である。かかる設定流量で高頻度人工呼吸を行なうと、テスト肺Ｔ内で炭酸ガスが平衡した濃度は10．5[mmHg]となり、前述した吸気供給流量20[l/min]の時より、30％程度も低減することができた。これは、高頻度人工呼吸器１２で人工呼吸を行った場合には、患者の肺内に炭酸ガスが溜まり難いことを示唆する。
【０１２６】
また、図８に示すように、平行状態から炭酸ガスの注入を止めると150[s]で全ての炭酸ガスが排出される。また、濃度10.5[mmHg]から6.0[mmHg]までに移行する際の排出速度は、約0．15[mmHg/sec]と多い。炭酸ガスの排出速度も50％近く上がり、炭酸ガスの換気効率が良い。つまり以下の有効な点が確認された。
▲１▼排気付勢手段を利用すると、吸気供給流量を高く設定することが可能である。
▲２▼▲１▼に準じて、肺内の炭酸ガス濃度を低減することができる。
▲３▼▲１▼に準じて、肺内の炭酸ガスの排出速度を迅速化できる。
【０１２７】
【発明の効果】
請求項１記載の本願発明では、排出経路内に排気付勢手段を設けたため、単に排出経路の末端が大気中に開放されている場合と比較して能動的に呼気排出が行われ、吸気又は呼気の配管内圧力の上昇を回避することが可能となっている。即ち、従来は、人工呼吸器の各配管の流動抵抗により吸気の供給流量を大きくすると患者への供給圧力が上昇する傾向にあったが、本願発明では、流動抵抗があっても積極的に呼気排出が行われるため、吸気の供給圧力の上昇も回避され、適度な供給圧力で人工呼吸を行うことが可能となった。特に、排出経路内にバクテリアフィルタを装備すると流動抵抗が大きくなり、上述のような圧力上昇を生じやすい傾向にあったが、かかる場合であっても、排気付勢手段は呼気を積極的に排出するため、適度な供給圧力で人工呼吸を行うことが可能となった。
【０１２８】
また、かかる効果に加えて、人工呼吸器内部の圧力上昇を回避できるため、吸気又は呼気の通過経路となる配管等の各部の寸法や形状の設計の制限が緩和され、設計の自由度が拡大された。
【０１２９】
また、患者の様態変化や治療の必要に応じて肺内の換気効率を高めるために、吸気の供給流量を増やすことも容易に行うことが可能となり、人工呼吸における種々の局面に対応することが可能な高頻度人工呼吸器を提供することができる。
【０１３０】
さらに、排気付勢手段により、呼気が排出される方向に流動を付勢されるため、振動空気圧が陰圧のときに排出末端からの大気の侵入が抑制され、患者の肺内からの呼気排出を促進し、人工呼吸における換気効率の向上を図ることが可能となった。
【０１３１】
また、排気付勢手段により、従来の排気経路が開放された人工呼吸器では不可能であった人工呼吸器管内全体の陰圧状態を実現することも可能となり、人工呼吸における種々の局面に対応することが可能となった。
【０１３２】
更に、流量調節バルブの上流側に排気付勢手段を配置しているため、呼気排出の際に流量調節バルブの流動抵抗の影響を受けることがなく、従って、流れの応答性が高く、圧力調節可能な範囲も広く確保することが可能である。
【０１３３】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明と同様の効果を有すると共に、呼気の排出を行う第一の排出管と第二の排出管とを備えているため、これらを選択的に或いは組み合わせて使用することができ、排出流量の調節が広い範囲に渡って行うことが可能である。また、排出管が二本あるので、一方に故障を生じても他方で対処することができ、装置の信頼性を向上することが可能である。
【０１３４】
また、第二の排出管は分岐配管を介して第一の排出管と連結され、分岐配管の末端は第二の排出管の絞り部に接続されているため、第二の排出管内に空気流を形成することにより、第一の排出管内の呼気を第二の排出管側に導き出すことができる。かかる構造により、送風手段は、排出される呼気に直接さらされることがないため、たとえ、バクテリアフィルタを設けなくても、使用終了ごとに送風手段の消毒、洗浄を行う必要性が緩和され、煩雑性の解消により装置の作業性の向上を図ることが可能となった。
【０１３５】
請求項３記載の発明では、請求項２記載の発明と同様の効果を有すると共に、第一の排出管から分岐配管への分岐部分が無数の小孔を介して連結されている。このような小孔は流速が速い気体に対して空気抵抗が大きいため、乱流の度合が大きい空気振動などは逃がしにくいので、患者の肺に対して供給される吸気の振動状態を温存し、高頻度振動を効果的に伝達することが可能である。従って、換気効率を高く維持することが可能である。また、小孔の個数を増やすことにより、実際の開口面積は大きく確保できるので、時間当たりに排出される呼気流量は十分確保することが可能である。さらに、小孔を通過した呼気は層流となって流れるため、空気騒音の低減に効果がある。
【０１３６】
請求項４記載の発明では、請求項１，２又は３記載の発明と同様の効果を有すると共に、第一の出力調整機能により、患者に供給される吸気圧力に応じた出力で排気付勢手段が駆動するため、吸気圧力が所定の値に自在に調節され、適切な吸気圧力を維持して人工呼吸を行うことが可能となり、人工呼吸器の信頼性が向上される。
【０１３７】
請求項５記載の発明では、請求項１，２又は３記載の発明と同様の効果を有すると共に、第二の出力調整機能により、吸気側圧力と呼気側圧力との圧力勾配に応じた出力で排気付勢手段が駆動するため、吸気圧力が所定の値に自在に調節され、適切な吸気圧力を維持して人工呼吸を行うことが可能となり、人工呼吸器の信頼性が向上される。また、二つの検出圧力から流体連続の法則によって連続した圧力勾配が得られ、これに基づいた適切な呼気排出の制御を行うことが可能である。
【０１３８】
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の実施形態の要部を拡大し一部を切り欠いた説明図である。
【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４は排気付勢手段の作動による吸気及び呼気の圧力の変化を示す線図であり、図４（Ａ）は吸気導入部から導出し振動空気圧を付勢された直後の吸気から第四の圧力センサにより検出した圧力変化を示し、図４（Ｂ）は三方分岐管の患者側管路内の吸気及び呼気に対して第三の圧力センサにより検出した排気付勢手段の作動前の圧力変化を示し、図４（Ｃ）は同患者側管路内の吸気及び呼気に対して第三の圧力センサにより検出した排気付勢手段の作動後の圧力変化を示している。
【図５】通常換気モードＡの動作を示すフローチャートである。
【図６】通常換気モードＢの動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の他の実施形態を示す概略構成図である。
【図８】排気付勢手段の使用の有無による比較試験の結果を表す線図である。
【図９】従来例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１２，１２Ａ  高頻度人工呼吸器
４０，４０Ａ  動作制御部
４３，４３Ａ  第一の出力調整機能
８０，８０Ａ  排気付勢手段
８１  分岐配管
８１１  小孔
８２，８２Ａ  第二の排出管
８２１  絞り部
８３  送風手段
６０４，６０４Ａ  第一の排出管
６０７  流量調節バルブ
Ｘ  患者
【図１】
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【図２】
0003775118.tif 000003
【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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