(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を含んだ吸気を供給する吸気導入部と、前記吸気を前記患者へ案内する患者側経路と、前記患者への吸気に高頻度の振動空気圧を付勢する振動空気圧付勢部と、前記患者から吐出された呼気を大気中に排出する排出経路と、前記患者へ供給する吸気の平均気道内圧を調節する内圧調節部と、前記患者付近の吸気の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサの出力に基づいて前記内圧調節部の動作制御を行うコントローラとを備える高頻度人工呼吸器であって、
前記コントローラは、前記圧力センサの出力から所定のサンプリング間隔で順次検出圧力を抽出するサンプリング部と、
抽出された順番に三つの検出圧力P(1),P(2),P(3)を記憶すると共に新たに検出圧力が抽出される度に前記検出圧力P(1),P(2),P(3)を更新するメモリと、
三つの前記検出圧力P(1),P(2),P(3)の圧力変化のパターンに応じ、
ａを所定の圧力差，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏを所定の係数として、
前記圧力変化のパターンが、P(1)≦P(2)＜P(3)  且つ  P(1)−P(2)＋ａ≧P(3)−P(2)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)＋Ｋ・（P(3)−P(2)）から算出し、
前記圧力変化のパターンが、P(1)＞P(2)＞P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−{P(1)−P(2)＋Ｌ・（P(2)−P(3)）}から算出し、
前記圧力変化のパターンが、P(1)＜P(2)  且つ  P(2)＞P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−Ｍ・（P(2)−P(1)）−Ｎ・（P(2)−P(3)）から算出し、
前記圧力変化のパターンが、P(1)＞P(2)  且つ  P(2)＜P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝Ｏ・（P(1)−P(2)）＋P(2)から算出し、
前記算出されたいずれかの修正圧力Psを含む式Ph＝（P(2)＋Ps）/２に基づいて前記平均気道内圧Phを算出する一方、
前記圧力変化のパターンがいずれの場合にも該当しないときには前記検出圧力P(3)をそのまま平均気道内圧Phとする演算部と、この平均気道内圧Phが算出されると当該Phを前記検出圧力P(3)として前記メモリに書き込む更新部とを有することを特徴とする高頻度人工呼吸器。
【請求項２】
酸素を含んだ吸気を供給する吸気導入部と、前記吸気を前記患者へ案内する患者側経路と、前記患者への吸気に高頻度の振動空気圧を付勢する振動空気圧付勢部と、前記患者から吐出された呼気を大気中に排出する排出経路と、前記患者へ供給する吸気の平均気道内圧を調節する内圧調節部と、前記患者付近の吸気の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサの出力に基づいて前記内圧調節部の動作制御を行うコントローラとを備える高頻度人工呼吸器であって、
前記コントローラは、前記圧力センサの出力から所定のサンプリング間隔で順次検出圧力を抽出するサンプリング部と、
抽出された順番に三つの検出圧力P(1),P(2),P(3)を記憶すると共に新たに検出圧力が抽出される度に前記検出圧力P(1),P(2),P(3)を更新するメモリと、
三つの前記検出圧力P(1),P(2),P(3)の圧力変化のパターンに応じ、
ａを所定の圧力差，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｑを所定の係数，振動空気圧付勢部の一周期の換気量の関数をＨとし、
前記圧力変化のパターンが、P(1)≦P(2)＜P(3)  且つ  P(1)−P(2)＋ａ≧P(3)−P(2)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)＋Ｑ・Ｈ・（P(3)−P(2)）から算出し、
前記圧力変化のパターンが、P(1)＞P(2)＞P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−{P(1)−P(2)＋Ｌ・（P(2)−P(3)）}から算出し、
前記圧力変化のパターンが、P(1)＜P(2)  且つ  P(2)＞P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−Ｍ・（P(2)−P(1)）−Ｎ・（P(2)−P(3)）から算出し、
前記圧力変化のパターンが、P(1)＞P(2)  且つ  P(2)＜P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝Ｏ・（P(1)−P(2)）＋P(2)から算出し、
前記算出されたいずれかの修正圧力Psを含む式Ph＝（P(2)＋Ps）/２に基づいて前記平均気道内圧Phを算出する一方、
前記圧力変化のパターンがいずれの場合にも該当しないときには前記検出圧力P(3)をそのまま平均気道内圧Phとする演算部と、この平均気道内圧Phが算出されると当該Phを前記検出圧力P(3)として前記メモリに書き込む更新部とを有することを特徴とする高頻度人工呼吸器。
【請求項３】
前記コントローラは、前記平均気道内圧Phが目標値となるように前記内圧調節部の動作制御を行う内圧制御部を有す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】
前記コントローラは、前記サンプリング部から所定個数の検出圧力が抽出される度にそれらを平均化すると共にその値を前記検出圧力として前記メモリに出力する平均処理部を有し、
前記演算部は、前記平均化された検出圧力に基づいて前記平均気道内圧を算出
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】
酸素を含んだ吸気を供給する吸気導入部と、前記吸気を前記患者へ案内する患者側経路と、前記患者への吸気に高頻度の振動空気圧を付勢する振動空気圧付勢部と、前記患者から吐出された呼気を大気中に排出する排出経路と、前記患者へ供給する吸気の平均気道内圧を調節する内圧調節部と、前記患者付近の吸気の圧力を検出する圧力センサとを備える高頻度人工呼吸器の動作制御プログラムであって、
連続して入力される前記圧力センサの出力から所定のサンプリング間隔で順次検出圧力を抽出するサンプリング部、
抽出された順番に三つの検出圧力P(1),P(2),P(3)を記憶すると共に新たに検出圧力が抽出される度に前記検出圧力P(1),P(2),P(3)を更新するメモリ、
順番に抽出された三つの前記検出圧力P(1),P(2),P(3)の圧力変化のパターンに応じ、
ａを所定の圧力差，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏを所定の係数とし、
前記圧力変化のパターンが、P(1)≦P(2)＜P(3)  且つ  P(1)−P(2)＋ａ≧P(3)−P(2)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)＋Ｋ・（P(3)−P(2)）から算出し、
前記圧力変化のパターンが、P(1)＞P(2)＞P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−{P(1)−P(2)＋Ｌ・（P(2)−P(3)）}から算出し、
前記圧力変化のパターンが、P(1)＜P(2)  且つ  P(2)＞P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−Ｍ・（P(2)−P(1)）−Ｎ・（P(2)−P(3)）から算出し、
前記圧力変化のパターンが、P(1)＞P(2)  且つ  P(2)＜P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝Ｏ・（P(1)−P(2)）＋P(2)から算出し、
前記算出されたいずれかの修正圧力Psを含む式Ph＝（P(2)＋Ps）/２に基づいて前記平均気道内圧Phを算出する一方、
前記圧力変化のパターンがいずれの場合にも該当しないときには前記検出圧力P(3)をそのまま平均気道内圧Phとする演算部、
及び、この平均気道内圧Phが算出されると当該Phを前記検出圧力P(3)として前記メモリに書き込む更新部としてコンピュータを機能させる指令を備えた高頻度人工呼吸器の動作制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項６】
酸素を含んだ吸気を供給する吸気導入部と、前記吸気を前記患者へ案内する患者側経路と、前記患者への吸気に高頻度の振動空気圧を付勢する振動空気圧付勢部と、前記患者から吐出された呼気を大気中に排出する排出経路と、前記患者へ供給する吸気の平均気道内圧を調節する内圧調節部と、前記患者付近の吸気の圧力を検出する圧力センサとを備える高頻度人工呼吸器の動作制御プログラムであって、
連続して入力される前記圧力センサの出力から所定のサンプリング間隔で順次検出圧力を抽出するサンプリング部、
抽出された順番に三つの検出圧力P(1),P(2),P(3)を記憶すると共に新たに検出圧力が抽出される度に前記検出圧力P(1),P(2),P(3)を更新するメモリ、
順番に抽出された三つの前記検出圧力P(1),P(2),P(3)の圧力変化のパターンに応じ、
ａを所定の圧力差，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｑを所定の係数，振動空気圧付勢部の一周期の換気量の関数をＨとし、
前記圧力変化のパターンが、P(1)≦P(2)＜P(3)  且つ  P(1)−P(2)＋ａ≧P(3)−P(2)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)＋Ｑ・Ｈ・（P(3)−P(2)）から算出し、
前記圧力変化のパターンが、P(1)＞P(2)＞P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−{P(1)−P(2)＋Ｌ・（P(2)−P(3)）}から算出し、
前記圧力変化のパターンが、P(1)＜P(2)  且つ  P(2)＞P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−Ｍ・（P(2)−P(1)）−Ｎ・（P(2)−P(3)）から算出し、
前記圧力変化のパターンが、P(1)＞P(2)  且つ  P(2)＜P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝Ｏ・（P(1)−P(2)）＋P(2)から算出し、
前記算出されたいずれかの修正圧力Psを含む式Ph＝（P(2)＋Ps）/２に基づいて前記平均気道内圧Phを算出する一方、
前記圧力変化のパターンがいずれの場合にも該当しないときには前記検出圧力P(3)をそのまま平均気道内圧Phとする演算部、
及び、この平均気道内圧Phが算出されると当該Phを前記検出圧力P(3)として前記メモリに書き込む更新部としてコンピュータを機能させる指令を備えた高頻度人工呼吸器の動作制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項７】
前記算出された平均気道内圧Phと予め設定された目標値とを比較判定する判定部、及び、この判定部の判定結果で前記平均気道内圧が高いとする場合に前記内圧調節部への平均気道内圧低減指令を出力し，前記平均気道内圧が低いとする場合に前記内圧調節部への平均気道内圧増加指令を出力する駆動指令出力部、を新たにコンピュータを機能させる指令を備えた請求項５又は６記載の高頻度人工呼吸器の動作制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項８】
前記サンプリング部から所定個数の検出圧力が抽出される度にそれらを平均化すると共にその値を前記検出圧力として順次前記演算部に出力する平均処理部、を新たにコンピュータを機能させると共に、
前記演算部は、前記平均化された検出圧力に基づいて前記平均気道内圧を算出するように、コンピュータを機能させる指令を備えた請求項５，６又は７記載の高頻度人工呼吸器の動作制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高頻度人工呼吸器及びその動作制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高頻度人工呼吸器２００を図１７示す。この高頻度人工呼吸器２００は、患者Ｘへの酸素を含んだ吸気を供給する吸気導入部６２と、この吸気導入部６２から吸気を患者Ｘへ案内する患者側経路６０と、この患者側経路６０を流れる吸気に患者Ｘの呼吸周期よりも短い周期の振動空気圧を付勢する振動空気圧付勢部５０と、患者Ｘから出された二酸化炭素を含んだ呼気を大気中に排出する排出経路（排出管６０４）と、患者側経路６０から排出管６０４にかけての平均気道内圧を調節する内圧調節部としての流量調節バルブ６０７と、人工呼吸器２００の各部の動作制御を行うコントローラ２０１を備えている。
【０００３】
この高頻度人工呼吸器２００の酸素供給原理を説明する。まず、患者Ｘに供給される吸気に高頻度振動空気圧が付勢されると、当該吸気の圧力振幅により、患者Ｘ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。即ち、吸気の振動による拡散運動の効果で、肺内に吸気が侵入すると共に肺内の呼気が肺の外（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】
かかる従来の高頻度人工呼吸器２００では、医者が患者（人工呼吸が行われる対象者）の様態に合わせて任意に選んだ高頻度振動空気圧の振動周波数（一般に3〜15[Hz]、以下、この振動周波数を換気周波数と記載する）に設定し、平均気道内圧を5〜15[cmH2O]（490〜1470[Pa]）の範囲に設定して、人工呼吸を行う。
【０００５】
換気周波数は、初期の段階では患者Ｘの体重に応じて決定する。即ち、患者Ｘの体と吸気の振動を共振させて吸気の拡散効果を高め、肺内の換気を効率良く行い得る周波数に設定される。一般には、人工呼吸の対象が新生児の場合には換気周波数は13〜15[Hz]程度に設定され、小人から成人は3〜10[Hz]程度に設定される。
【０００６】
さらに、高頻度人工呼吸は、上記換気周波数で吸気を振動させつつ吸気の平均気道内圧を医者が希望した圧力に維持しなければならない。ここで、従来の平均気道内圧の検出方法を説明する。
【０００７】
コントローラ２０１では、患者Ｘの口元付近に設けられた圧力センサ９３から、振動波形からなる検出信号の１波形分を所定の時間間隔でサンプリングしさらに各サンプリングデータを平均化してその１波形分の平均圧力を算出する。具体的には、まず一周期にあたる１波形分の検出信号をｎ等分する時間間隔でサンプリングし、最初のサンプリングデータからｎ番目のサンプリングデータまでの値を加算しｎで除算することにより一波形分の平均圧力Paを算出する。
【０００８】
Pa＝（P1＋P2＋P3＋…＋Pn）/ｎ          …（１）
【０００９】
上式（１）に基づいてｍ周期分の平均圧力Paを算出すると、ｍ個分の平均圧力Paからさらにその平均値を算出する。そして、その後も圧力センサ９３からは絶えず検出信号が入力されるので、順次一周期分の平均圧力Paが算出され、そのたびに当該最新のPaを加えると共に最古のPaを切り捨ててｍ個の平均圧力Paから移動平均の手法により平均気道内圧Pcaを絶えず算出する（次式（２））。
【００１０】
Pca＝（Pca1＋Pca2＋Pca3＋…＋Pcam）/ｍ      …（２）
【００１１】
コントローラ２０１では、絶えず更新され続けるこの平均気道内圧Pcaを所定の圧力に維持する動作制御を行っている。この平均気道内圧Pcaは、排出管６０４の末端部に設けられた流量調節バルブ６０７のバルブ開度を調節することで自在に変化させることができる。
【００１２】
従って、上式（２）により算出された平均気道内圧Pcaと医者が希望する目標平均気道内圧Pgとを比較して、Pg＞Pcaであれば流量調節バルブ６０７の開度を小さくして管内圧力を高め、Pg＜Pcaであれば流量調節バルブ６０７の開度を大きくして管内圧力を低める動作制御が行われる。
【００１３】
ところで、従来の高頻度人工呼吸器は、新生児に多く用いられ、新生児の高頻度換気法による治療は、15[Hz]付近が多く使われていた。15[Hz]の振動波形の特性情報を求めるためには、6[msec]毎に圧力をサンプリングすれば、1波形当たり11個のサンプリングデータが得られる。図１８は、換気周波数15[Hz]における吸気の平均気道内圧Pcaを求めるための概念図である。まず、6[msec]のサンプリング間隔で求まる平均圧力Paを次式（３）に示す。
【００１４】
Pa＝（P1＋P2＋…＋P11）/１１        …（３）
【００１５】
上式（３）により10波形分の平均圧力Paを求め、それらから移動平均圧力Pcaを算出することで、流量調節バルブ６０７の動作制御（平均気道内圧調節）が行われる。このように、換気周波数15[Hz]にほぼ固定して行われる新生児の高頻度人工呼吸については、従来から平均気道内圧Pcaを目標の値に設定することが可能であった。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、成人に対して高頻度人工呼吸を行う場合には、新生児に用いられる13〜15[Hz]より波長の長い3〜10[Hz]の低周波を用いる。例えば、換気周波数を5[Hz]に設定した場合、1波形の平均圧力Pa算出のために200[msec]ものサンプリングのための待機時間が必要となる。この待機時間は、前述した15[Hz]の場合の3波形分の時間に相当する。
【００１７】
さらに、前述の場合と同様に10波形分の移動平均を採るとすると、最初の移動平均を求める間、200×10＝2000[msec]＝2[sec]必要となる。この2[sec]はデータサンプリング及び平均気道内圧Pcaの算出に要する時間であり、かかる間はデータ処理がされないため、流量調節バルブ６０７の動作制御は、全くしていないことになる。
【００１８】
また、次の平均圧力Paが得られるのは、最新の波形データがサンプリングされる200[msec]後であり、前の平均気道内圧Pcaに対して、直ちに流量調節バルブ６０７の制御をしても、その結果、患者回路内の平均気道内圧Pcaがどの程度変化したかがわかるのは、次の200[msec]後となってしまう。特に空気の場合、圧縮性流体であるうえ、空気慣性などもあり、平均気道内圧Pcaを基準に流量調節バルブ６０７を制御した結果として、患者回路の圧力上昇や低下の実現象が、すぐ次の圧力波形に現れるとは限らず、次の次の圧力波形やさらにその次の圧力波形に現れることもあった。
【００１９】
先に説明した換気周波数15[Hz]の制御の場合には、制御対象の空気に圧縮性流体であることや空気慣性の影響があっても、１波形ごとの短い周期（66[msec]）で平均気道内圧Pcaが求まり、制御間隔の短いフィードバック制御であったため、小刻みに流量調節バルブ６０７の制御が可能であり、制御対象である空気圧変化の時定数の影響を受けることなく、目標となる平均気道内圧に安定的に制御させることが可能であった。
【００２０】
しかし、換気周波数5[Hz]のように１波形の周期が200[msec]と長い場合、移動平均をもとにしたフィードバック制御の間隔が長くなる。検出圧力から移動平均化した平均気道内圧Pcaを算出し、その値により目標の平均気道内圧になるように流量調節バルブ６０７を制御しても、１波形の圧力データを取る時間が200[msec]を要するので、小刻みな流量調節バルブ６０７の制御ができない。このように長い周期でしか流量調節バルブ６０７の開閉制御ができないため、平均気道内圧Pcaを安定的に保つことができなかった。
【００２１】
【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、換気周波数が小さい場合であっても、平均気道内圧を良好に制御し得る高頻度人工呼吸器及びその動作制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを、その目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の高頻度人工呼吸器は、酸素を含んだ吸気を供給する吸気導入部と、吸気を患者へ案内する患者側経路と、患者への吸気に高頻度の振動空気圧を付勢する振動空気圧付勢部と、患者から吐出された呼気を大気中に排出する排出経路と、患者へ供給する吸気の平均気道内圧を調節する内圧調節部と、患者付近の吸気の圧力を検出する圧力センサと、圧力センサの出力基づいて内圧調節部の動作制御を行うコントローラとを備える。
【００２３】
そして、上記コントローラは、圧力センサの出力から所定のサンプリング間隔で順次検出圧力を抽出するサンプリング部と、抽出された順番に三つの検出圧力P(1),P(2),P(3)を記憶すると共に新たに検出圧力が抽出される度に検出圧力P(1),P(2),P(3)を更新するメモリと、三つの検出圧力P(1),P(2),P(3)の圧力変化のパターンに応じ、
ａを所定の圧力差，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏを所定の係数として、
前記圧力変化のパターンが、P(1)≦P(2)＜P(3)  且つ  P(1)−P(2)＋ａ≧P(3)−P(2)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)＋Ｋ・（P(3)−P(2)）から算出し、
前記圧力変化のパターンが、P(1)＞P(2)＞P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−{P(1)−P(2)＋Ｌ・（P(2)−P(3)）}から算出し、
前記圧力変化のパターンが、P(1)＜P(2)  且つ  P(2)＞P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−Ｍ・（P(2)−P(1)）−Ｎ・（P(2)−P(3)）から算出し、
前記圧力変化のパターンが、P(1)＞P(2)  且つ  P(2)＜P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝Ｏ・（P(1)−P(2)）＋P(2)から算出し、
前記算出されたいずれかの修正圧力Psを含む式Ph＝（P(2)＋Ps）/２に基づいて前記平均気道内圧Phを算出する一方、
前記圧力変化のパターンがいずれの場合にも該当しないときには前記検出圧力P(3)をそのまま平均気道内圧Phとする演算部と、この平均気道内圧Phが算出されると当該Phを検出圧力P(3)としてメモリに書き込む更新部とを有している。本発明は、かかる構成により、上記課題の解決を図ろうとするものである。
【００２４】
なお、上述の平均気道内圧とは、振動空気圧を付勢されて供給される吸気の一周期当たりの平均的な圧力をいう。
【００２５】
また、上記コントローラに代えて、前記三つの前記検出圧力P(1),P(2),P(3)の圧力変化のパターンに応じ、
ａを所定の圧力差，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｑを所定の係数，振動空気圧付勢部の一周期の換気量の関数をＨとし、
前記圧力変化のパターンが、P(1)≦P(2)＜P(3)  且つ  P(1)−P(2)＋ａ≧P(3)−P(2)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)＋Ｑ・Ｈ・（P(3)−P(2)）から算出し、
前記圧力変化のパターンが、P(1)＞P(2)＞P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−{P(1)−P(2)＋Ｌ・（P(2)−P(3)）}から算出し、
前記圧力変化のパターンが、P(1)＜P(2)  且つ  P(2)＞P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−Ｍ・（P(2)−P(1)）−Ｎ・（P(2)−P(3)）から算出し、
前記圧力変化のパターンが、P(1)＞P(2)  且つ  P(2)＜P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝Ｏ・（P(1)−P(2)）＋P(2)から算出し、
前記算出されたいずれかの修正圧力Psを含む式Ph＝（P(2)＋Ps）/２に基づいて前記平均気道内圧Phを算出する一方、
前記圧力変化のパターンがいずれの場合にも該当しないときには前記検出圧力P(3)をそのまま平均気道内圧Phとする演算部と、この平均気道内圧Phが算出されると当該Phを前記検出圧力P(3)として前記メモリに書き込む更新部とを有するコントローラを適用してもよい。
ここで、上記Ｑは所定の係数，Ｈは振動空気圧付勢部の一周期の換気量の関数を示す。なお、ここでいう振動空気圧付勢部の一周期の換気量の関数とは、振動空気圧の一周期当たりの換気量そのものであっても良く、また当該換気量を決定する他のパラメータ（例えば、振動空気圧付勢部の駆動源の出力）であっても良い。これらの値は、高頻度人工呼吸器の操作時において設定入力される数値をそのまま演算に使用する場合が考えられる。
【００２６】
上記コントローラには、平均気道内圧Phが目標値となるように内圧調節部の動作制御を行う内圧制御部を構成として加える。そして、内圧制御部では、これらいずれかの演算により求められた平均気道内圧Phが目標値となるように、内圧調節部の動作制御を行う。
【００２７】
上記コントローラは、サンプリング部から所定個数の検出圧力が抽出される度にそれらを平均化すると共にその値を検出圧力として前記メモリに出力する平均処理部を構成として加え、演算部は、平均化された検出圧力に基づいて平均気道内圧を算出するという構成を採る。
【００３１】
本発明のコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、上述した高頻度人工呼吸器のコントローラの有する各構成及び機能をコンピュータにて実現させる動作制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体である。
【００３２】
即ち、このコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶された動作制御プログラムは、
連続して入力される前記圧力センサの出力から所定のサンプリング間隔で順次検出圧力を抽出するサンプリング部、
抽出された順番に三つの検出圧力P(1),P(2),P(3)を記憶すると共に新たに検出圧力が抽出される度に前記検出圧力P(1),P(2),P(3)を更新するメモリ、
順番に抽出された三つの前記検出圧力P(1),P(2),P(3)の圧力変化のパターンに応じ、
ａを所定の圧力差，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏを所定の係数とし、
前記圧力変化のパターンが、P(1)≦P(2)＜P(3)  且つ  P(1)−P(2)＋ａ≧P(3)−P(2)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)＋Ｋ・（P(3)−P(2)）から算出し、
前記圧力変化のパターンが、P(1)＞P(2)＞P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−{P(1)−P(2)＋Ｌ・（P(2)−P(3)）}から算出し、
前記圧力変化のパターンが、P(1)＜P(2)  且つ  P(2)＞P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−Ｍ・（P(2)−P(1)）−Ｎ・（P(2)−P(3)）から算出し、
前記圧力変化のパターンが、P(1)＞P(2)  且つ  P(2)＜P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝Ｏ・（P(1)−P(2)）＋P(2)から算出し、
前記算出されたいずれかの修正圧力Psを含む式Ph＝（P(2)＋Ps）/２に基づいて前記平均気道内圧Phを算出する一方、
前記圧力変化のパターンがいずれの場合にも該当しないときには前記検出圧力P(3)をそのまま平均気道内圧Phとする演算部、
及び、この平均気道内圧Phが算出されると当該Phを前記検出圧力P(3)として前記メモリに書き込む更新部からなる各構成をコンピュータにて機能させる。
【００３３】
このコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶される動作制御プログラムは、
連続して入力される前記圧力センサの出力から所定のサンプリング間隔で順次検出圧力を抽出するサンプリング部、
抽出された順番に三つの検出圧力P(1),P(2),P(3)を記憶すると共に新たに検出圧力が抽出される度に前記検出圧力P(1),P(2),P(3)を更新するメモリ、
順番に抽出された三つの前記検出圧力P(1),P(2),P(3)の圧力変化のパターンに応じ、
ａを所定の圧力差，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｑを所定の係数，振動空気圧付勢部の一周期の換気量の関数をＨとし、
前記圧力変化のパターンが、P(1)≦P(2)＜P(3)  且つ  P(1)−P(2)＋ａ≧P(3)−P(2)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)＋Ｑ・Ｈ・（P(3)−P(2)）から算出し、
前記圧力変化のパターンが、P(1)＞P(2)＞P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−{P(1)−P(2)＋Ｌ・（P(2)−P(3)）}から算出し、
前記圧力変化のパターンが、P(1)＜P(2)  且つ  P(2)＞P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝P(2)−Ｍ・（P(2)−P(1)）−Ｎ・（P(2)−P(3)）から算出し、
前記圧力変化のパターンが、P(1)＞P(2)  且つ  P(2)＜P(3)の場合に、修正圧力Psを式Ps＝Ｏ・（P(1)−P(2)）＋P(2)から算出し、
前記算出されたいずれかの修正圧力Psを含む式Ph＝（P(2)＋Ps）/２に基づいて前記平均気道内圧Phを算出する一方、
前記圧力変化のパターンがいずれの場合にも該当しないときには前記検出圧力P(3)をそのまま平均気道内圧Phとする演算部、
及び、この平均気道内圧Phが算出されると当該Phを前記検出圧力P(3)として前記メモリに書き込む更新部としてコンピュータを機能させるものであってもよい。
なお、ここでいう振動空気圧付勢部の一周期の換気量の関数とは、振動空気圧の一周期当たりの換気量そのものであっても良く、また当該換気量を決定する他のパラメータ（例えば、振動空気圧付勢部の駆動源の出力）であっても良い。これらの値は、高頻度人工呼吸器の操作時において設定入力される数値をそのまま演算に使用する場合が考えられる。
【００３４】
さらに、記録媒体に記録された動作制御プログラムが、この算出された平均気道内圧Phと予め設定された目標値とを比較判定する判定する判定部、この判定部の判定結果が平均気道内圧を高いとする場合に内圧調節部への平均気道内圧低減指令を出力し，平均気道内圧が低いとする場合に内圧調節部への平均気道内圧増加指令を出力する駆動指令出力部、を新たにコンピュータに機能させる。
【００３５】
さらに、記録媒体に記録された動作制御プログラムが、サンプリング部から所定個数の検出圧力が抽出される度にそれらを平均化すると共にその値を検出圧力として順次演算部に出力する平均処理部、を新たにコンピュータに機能させると共に、前述した演算部が、平均化された検出圧力に基づいて平均気道内圧を算出するように、コンピュータを機能させる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
[第１の実施の形態]
本発明の第１の実施形態を図１乃至図１２に基づいて説明する。図１は、本実施形態たる高頻度人工呼吸器１２の構成を示すブロック図である。
【００３９】
この高頻度人工呼吸器１２は、患者Ｘへの酸素を含んだ吸気を供給する吸気導入部６２と、この吸気導入部６２から吸気を患者Ｘへ案内する患者側経路６０と、この患者側経路６０を流れる吸気に患者Ｘの呼吸周期よりも短い周期の振動空気圧を付勢する振動空気圧付勢部５０と、患者Ｘから出された二酸化炭素を含んだ呼気を大気中に排出する排出経路（排出管６０４）と、患者側経路６０及び排出経路としての排出管６０４の平均気道内圧を調節する内圧調節部としての流量調節バルブ６０７と、患者側経路６０の内部圧力を検出する圧力センサ９３と、人工呼吸器１２の各部の動作制御を行うコントローラ４０とを備えている。
【００４０】
以下各部を詳説する。
【００４１】
（吸気導入部）
上記吸気導入部６２は、酸素及び空気の供給源６２１ａ，６２１ｂと接続され、これらを混合する第一の調節手段としてのブレンダ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。
【００４２】
酸素及び空気の供給源６２１ａ，６２１ｂは、それらをそれぞれ封入したボンベや病院施設に備え付けられたこれらの供給バルブから構成される。これらの供給源６２１ａ，６２１ｂは、常に一定圧力でブレンダ側に酸素及び空気を供給している。
【００４３】
ブレンダ６２１は、各供給源６２１ａ，６２１ｂとの接続部に図示しない流量調節自在の弁を有し、これらを調節して吸気の酸素濃度を自在に設定することができる。また、ブレンダ６２１は、吸気を加湿器６２２側に流す図示しない流量調節自在の出力バルブを備えている。なお、上記吸気の酸素濃度設定や流量設定は、コントローラ４０からの動作信号を受けて自在に行われるようになっている。
【００４４】
加湿器６２２には、加湿された吸気を患者Ｘへ供給する吸気管６２３が接続されている。吸気管６２３は、その途中で分岐して一端側が後述するダイヤフラム機構５６の被加圧室５６３に連通されるとともに、その他端側が後述する三方分岐管１７０に接続されている。
【００４５】
（振動空気圧付勢部）
振動空気圧付勢部５０は、陽圧及び陰圧の両方の空気圧を同時に発生する振幅調節部としてのブロワ５２と、ブロワ５２で発生した陽圧又は陰圧を交互に選択して所定の振動空気圧に変換する周波数調節部としてのロータリバルブ機構５４と、ロータリバルブ機構５４からの振動空気圧に付勢されて作動し，吸気導入部６２から患者Ｘに供給される吸気に振動空気圧を付勢するダイヤフラム機構５６とを含む構成を採っている。
【００４６】
上述のブロワ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。ブロワ５２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。
【００４７】
このブロワ５２は、ファンとこれを回転駆動させるモータとを有している。このモータはインバータを備え、その出力をコントローラ４０にて制御することにより空気の送出量及び振動空気圧Ａpnの大きさ（圧力振幅）を設定している。
【００４８】
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。
【００４９】
駆動部５４５は、図示しないモータ及び減速機からなり、ロータリバルブ５４４をコントローラ４０にて指定された回転数で回転させる。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。従って、供給される吸気に対して駆動部５４５の回転数に比例した振動周波数の振動空気圧Ａpnを付勢する。コントローラ４０は、かかる駆動部５４５の回転数の制御を行うことにより振動空気圧Ａpnの振動周波数（換気周波数）の制御を行っている。
【００５０】
また、コントローラ４０は、前述したように、ブロワ５２の空気の送出量の制御も行っており、上記振動周波数に応じて当該空気の送出量を設定することにより振動空気圧付勢部における一回換気量（振動空気圧Ａpnの一振動周期当たりの振幅量）の設定を自在としている。
【００５１】
なお、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。
【００５２】
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。このダイヤフラム機構５６により、振動空気圧付勢部５０と患者Ｘとの間での気体の流通を遮断し、相互の汚染を防止している。
【００５３】
（患者側経路）
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。この三方分岐管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連通している。上記酸素供給源側管路１７２は吸気管６２３と接続されている。そして、患者側管路１７１は、その患者側端部に、患者Ｘの肺内に至る気管内挿入管８１が自在に装着される被装着部１７１ａが形成されている。
【００５４】
これらの三方分岐管１７０と吸気管６２３と気管内挿入管８１とが患者側経路６０を構成している。また、患者側管路１７１には平均気道内圧を検出する患者側圧力センサ９３が設けられており、検出圧力はコントローラ４０に出力される。
【００５５】
気管内挿入管８１は、基端部が前述した被装着部１７１ａに装着され、先端部が患者Ｘの口から気管内に挿入される。かかる先端部は、だいたい気管が左右の気管支に分岐する分岐点（第一分枝）まで挿入される。従って、気管内挿入管８１は、患者Ｘの口から第一分枝まで充分に届く長さに設定されており、また当然のことながら気管内に挿入可能な外径のものが使用される。
【００５６】
例えば、成人男子の場合、口部から第一分枝まで22〜26[cm]程度であり、これに三方分岐管１７０の患者側管路１７１から口元までの長さが＋3〜5[cm]あるので、気管内挿入管８１は合計して25〜31[cm]程の長さであれば良く、本実施形態では30[cm]に設定される。また、気管内挿入管８１は、内側の直径が3[mm],5[mm],6[mm],8[mm]の四種が用意されており、患者の気管の内径に応じたものが選択されて使用される。一般に通常の成人を対象とした場合、気管内挿入管８１の内径は8[mm]程度のものが使用される。
【００５７】
さらに、この気管内挿入管８１は交換式であり、被装着部１７１ａに対して着脱自在となっている。従って、人工呼吸に使用された後には取り外して廃棄又は除菌洗浄されて再利用される。
【００５８】
（排出経路）
さらに、三方分岐管１７０の呼気排出側管路１７３は、排出経路としての排出管６０４の一端部と接続され、この排出管６０４の他端部には内圧調節部としての流量調節バルブ６０７が接続されている。これら排出管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呼気の通り道となっている。
【００５９】
図２は、流量調節バルブ６０７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。
【００６０】
このソレノイド６０７ｄはコントローラ４０からの制御信号に応じた移動量で移動弁６０７ｃを移動させ、これにより、流量調節バルブ６０７の呼気排出量の調節が自在に行われる。患者側経路６０は排気管６０４と連通しているので、かかる呼気排出量の調節により、排気管６０４のみならず患者側経路６０の内部圧力をも調節することを可能としている。
【００６１】
（コントローラ）
次に、コントローラ４０について図１及び図３を参照して説明する。図３は高頻度人工呼吸器１２の制御系を示すブロック図である。このコントローラ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。
【００６２】
このコントローラ４０は、医者（高頻度人工呼吸器１２のオペレータ）が高頻度人工呼吸器１２の各部の操作条件を入力するための操作盤４３と入力操作条件を表示する表示部４４とが併設されている。
【００６３】
上述の操作盤４３は、高頻度人工呼吸器１２のオペレータたる医者が、患者Ｘの肺に対する一回換気量，振動空気圧の振動周波数（以下、「換気周波数とする」），吸気の供給量，患者側経路内の平均気道内圧，選択した気管内挿入管８１の径及び吸気の酸素濃度を入力する例えばキーボードからなる入力手段である。
【００６４】
また、表示部４４は例えば液晶パネルからなる表示部であり、動作制御部４９の制御により受付部４１に入力された上記操作条件は全てこの表示部４４にて表示される。
【００６５】
そして、上記コントローラ４０は、操作盤４３から操作条件の設定入力を受け付ける受付部４１と、この受付部４１に入力された各入力値に基づいて振動空気圧付勢部５０のブロワ５２及びロータリーバルブ５４と吸気導入部６２とに対する動作制御を行う動作制御部４９とを備えている。
【００６６】
操作盤４３から入力されたこれらの操作条件は全て、受付部４１にて記憶される。この受付部４１は一時的に記憶を行うメモリであり、上記各々の操作条件が新たに入力されると、それまで記憶されていた操作条件を上書きして更新する。
【００６７】
動作制御部４９は、受付部４１に記憶された吸気の酸素濃度を参照し、吸気導入部６２のブレンダ６２１の各供給源６２１ａ，６２１ｂ側のバルブを所定の割合の開度で開く動作制御を行う。また同時に、受付部４１の吸気供給量を参照し、吸気導入部６２のブレンダ６２１の出力バルブを所定の開度で開く動作制御を行う。
【００６８】
さらに、動作制御部４９は、受付部４１に記憶された換気周波数を参照し、振動空気圧付勢部５０のロータリーバルブ５４の駆動部５４５が記憶された換気周波数となるように回転数を調節する動作制御を行う。また、受付部４１に記憶された患者の肺に対する一回換気量から振動空気圧付勢部５０の一周期当たりの一回換気量を決定するブロワ５２の駆動モータの出力（駆動出力）を決定し、その動作制御を行う。
【００６９】
これに加えて、コントローラ４０は、連続して入力される患者側圧力センサ９３の出力から予め決められたサンプリング間隔で順次検出圧力を抽出するサンプリング部８０と、サンプリングされた各検出圧力のデータを一時的に記憶するメモリ８１と、サンプリング部８０から抽出された検出圧力のデータが10個蓄積される度にそれらを平均化し順次メモリ８１に出力する平均処理部８２と、順番に平均化された三つの検出圧力P(1),P(2),P(3)の圧力変化のパターンからこれに固有の平均気道内圧Phを算出する演算部８３と、この平均気道内圧Phが目標値となるように流量調節バルブ６０７の動作制御を行う内圧制御部８４とを有している。
【００７０】
各部を説明すると、まず、サンプリング部８０は、患者側圧力センサ９３からのアナログ出力を1[msec]のサンプリング間隔のデジタル出力に変換するA/D変換機能を備えている。
【００７１】
メモリ８１は、サンプリング部８０からの少なくとも10[msec]分（実際はより大きく設定されている）の出力の記憶領域と平均処理部８２で算出する平均圧力を少なくとも三つ記憶する記憶領域とを有している。
【００７２】
平均処理部８２は、サンプリング部８０の出力がメモリ８１に10個蓄積される度にその値の平均値を算出し、その値を新たにメモリ８１に書き込む。算出された検出圧力は、その検出された順番にP(1),P(2),P(3)の番号が付されてメモリ８１に記憶される。そして、新たな平均値が算出されるごとに、当該新たな平均値をP(3)に、もとのP(3)をP(2)に、もとのP(2)をP(1)に、それぞれ更新し、もとのP(1)をメモリ８１から消去する。
【００７３】
演算部８３は、P(1),P(2),P(3)が更新される度に、当該検出圧力P(1),P(2),P(3)の圧力変化のパターンに応じて個別に設定されたP(1),P(2),P(3)を変数とする算出式から平均気道内圧Phを算出する。内圧制御部８４では、この算出された予測的な平均気道内圧Phを現状の平均気道内圧と見なしてこれが目標となる平均気道内圧に近づくように流量調節バルブ６０７の動作制御を行う。
【００７４】
上記演算部８３は、上記検出圧力P(1),P(2),P(3)の大小比較を行うを行う比較部８５と、その比較結果によって決定されるP(1),P(2),P(3)を関数とする算出式を選択し平均気道内圧Phを算出する平均気道内圧算出部８６と、その算出結果に応じてメモリ８１のP(3)の値を更新する更新部８７とから構成される。
【００７５】
即ち、比較部８５では、各検出圧力P(1),P(2),P(3)の圧力変化のパターンを［Ａ］:P(1)≦P(2)＜P(3)  且つ  P(1)−P(2)＋ａ≧P(3)−P(2)の場合，［Ｂ］:P(1)＞P(2)＞P(3)の場合，［Ｃ］:P(1)＜P(2)且つP(2)＞P(3)の場合，［Ｄ］:P(1)＞P(2)且つP(2)＜P(3)の場合，［Ｅ］:上記いずれにも該当しない場合の5パターンに分類する。
【００７６】
ここで、演算部８３において上述の演算処理を行う原理を図４及び図５に基づいてさらに詳説する。図４は、順次算出される検出圧力の平均値の圧力変化を示す線図であり、図４（Ａ）は［Ａ］のパターンを示し、図４（Ｂ）は［Ｂ］のパターンを示し、図５（Ｃ）は［Ｃ］のパターンを示し、図５（Ｄ）は［Ｄ］のパターンを示す。図４，５の各図における点線γは、その一周期における真の平均値を示している。また、符号αはP(1)とP(2)との圧力差を示し（α>0）、符号βはP(2)とP(3)との圧力差を示す（β>0）。
【００７７】
患者側圧力センサ９３により検出される圧力は、吸気が振動空気圧付勢部５０により予め設定された換気周波数の振動空気圧が付勢されるため、おおむねsinカーブを描くこととなる。
【００７８】
［Ａ］:P(1)≦P(2)＜P(3)  且つ  P(1)−P(2)＋ａ≧P(3)−P(2)のパターンに該当するのは、図４（Ａ）に示すように、sin波の上昇時にある場合と考えられる。従って、真の平均値γに近づくように、修正圧力Psの算出式を次式（４）に、平均気道内圧Phを次式（５）に設定した。
【００７９】
Ps＝P(2)＋Ｋ・β＝P(2)＋Ｋ・（P(3)−P(2)）      …（４）
【００８０】
Ph＝（P(2)＋Ps）/２                            …（５）
【００８１】
なお、本実施形態では、定数ａ＝1[cmH2O](98[Pa])，係数Ｋ＝0.03〜0.33に設定している。
【００８２】
［Ｂ］:P(1)＞P(2)＞P(3)のパターンに該当するのは、図４（Ｂ）に示すように、sin波の下降時にある場合と考えられる。従って、真の平均値γに近づくように、修正圧力Psの算出式を次式（６）に、平均気道内圧Phを次式（７）に設定した。
【００８３】
Ps＝P(2)−（α＋Ｌ・β）＝P(2)−{P(1)−P(2)＋Ｌ・（P(2)−P(3)）}  …（６）
【００８４】
Ph＝（P(2)＋Ps）/２    …（７）
【００８５】
なお、本実施形態では、係数Ｌ＝0.03〜0.1に設定している。
【００８６】
［Ｃ］:P(1)＜P(2)且つP(2)＞P(3)パターンに該当するのは、図５（Ａ）に示すように、一度上昇しその後下がった傾向を示しているとき、即ち、sin波の途中の何らかの要因で、突発的なその場限りの急落を生じたときと考えられる。従って、真の平均値γに近づくように、修正圧力Psの算出式を次式（８）に、平均気道内圧Phを次式（９）に設定した。
【００８７】
Ps＝P(2)−Ｍ・α−Ｎ・β＝P(2)−Ｍ・（P(2)−P(1)）−Ｎ・（P(2)−P(3)）…（８）
【００８８】
Ph＝（P(2)＋Ps）/２      …（９）
【００８９】
なお、本実施形態では、係数Ｍ＝0.3〜0.7，係数Ｎ＝0.2〜0.3に設定している。
【００９０】
［Ｄ］P(1)＞P(2)且つP(2)＜P(3)のパターンに該当するのは、図５（Ｂ）に示すように、一度下降しその後上がった傾向を示しているとき、即ち、sin波の途中の何らかの要因で、突発的なその場限りの上昇を生じたときと考えられる。従って、真の平均値γに近づくように、修正圧力Psの算出式を次式（１０）に、平均気道内圧Phを次式（１１）に設定した。
【００９１】
Ps＝P(2)＋Ｏ・α＝P(2)＋Ｏ・（P(1)−P(2)）  …（１０）
【００９２】
Ph＝（P(2)＋Ps）/２      …（１１）
【００９３】
なお、本実施形態では、係数Ｏ＝0.2〜0.5に設定している。
【００９４】
［Ｅ］:上記いずれにも該当しない場合、即ち、［Ａ］〜［Ｄ］のいずれにも該当しない場合には、検出圧力P(3)をそのまま平均気道内圧Phとして出力する。いずれにせよ、平均気道内圧Phが算出されると平均気道内圧算出部８６は更新部８７と内圧制御部８４とに出力する。
【００９５】
なお、上述した所定の圧力差ａ，係数Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏは、使用条件（換気周波数、一回換気量、吸気供給量等）や高頻度人工呼吸器の各部の寸法（気管内挿入管８１や各部の配管径等）によって変動するので、予めシミュレーションや試験により求めることが望ましい。
【００９６】
さらに、更新部８７では、平均気道内圧算出部８６から平均気道内圧Phが算出されるとメモリ８１の検出圧力P(3)の値を算出平均気道内圧Phの値に更新する。かかる更新は、平均処理部８２で新たに検出圧力の平均値が算出されてメモリ８１のP(1),P(2),P(3)の値が更新される前のタイミングに合わせて行われる。従って、平均処理部８２において新たに検出圧力の平均値が算出されると、メモリ８１に記憶されたP(1),P(2),P(3)の値は圧力検出開始当初を除いてP(1)＝前回算出されたPh、P(2)＝今回算出されたPh、P(3)＝新たに算出された平均値となり、これらの値に基づいて平均気道内圧算出部８６はまた新たな平均気道内圧Phを算出することとなる。
【００９７】
一方、内圧制御部８４は、平均気道内圧算出部８６で算出された平均気道内圧Phが予め設定された目標値よりも高いかを判定する判定部８８と、この判定部８８の判定結果が高いとする場合に流量調節バルブ６０７への平均気道内圧低減指令を出力し，判定結果が低いとする場合に内圧調節部への平均気道内圧増加指令を出力する駆動指令出力部８９とを備えている。
【００９８】
判定部８８は、比較回路であり、平均気道内圧算出部８６で算出された平均気道内圧Phと受付部４２に入力された医者が希望する目標平均気道内圧Pgとを比較して、その結果を駆動指令出力部８９に出力する。そして、判定部８８における比較結果がPg＞Phであれば、駆動指令出力部８９では流量調節バルブ６０７に対して、開度を小さくして管内圧力を高める動作指令を出力し、Pg＜Phであれば流量調節バルブ６０７の開度を大きくして管内圧力を低める動作指令を出力する。
【００９９】
（本実施形態の動作）
以下、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７に基づいて説明する。図６，７は高頻度人工呼吸器１２の動作を示すフローチャートである。
【０１００】
なお、この動作説明では、操作盤４３から患者Ｘの肺に対する一回換気量，振動空気圧の振動周波数，吸気の供給量，患者側経路内の平均気道内圧，選択した気管内挿入管８１の径及び吸気の酸素濃度の入力が行われ、高頻度人工呼吸器が駆動を開始した状態から説明を開始する。
【０１０１】
まず、患者側圧力センサ９３の出力をサンプリング部８０にて1[msec]間隔でサンプリングし、順次メモり８１に記憶する（ステップＳ１）。このサンプリングされた検出圧力が10[msec]分蓄積されると、平均処理部８２にてその平均値が算出される（ステップＳ２）。
【０１０２】
サンプリング開始から30[msec]経過して、上記平均値がメモり８１中に検出圧力P(1),P(2),P(3)として三個分まで求まると（ステップＳ３）、比較部８５にてP(1)とP(2)、P(2)とP(3)の各々について大小比較を行う（ステップＳ４）。
【０１０３】
その比較結果に応じて平均気道内圧算出部８６では、比較結果に応じて、前述した式（４）〜（１１）を選択して平均気道内圧Phを算出し、或いは検出圧力P(3)を平均気道内圧Phとして出力する（ステップＳ５）。
【０１０４】
求められた平均気道内圧Phは、判定部８８にて、操作盤４３から入力され受付部に記憶された目標値とその大小が比較される（ステップＳ６）。そして、算出された平均気道内圧Phが方が高い場合には流量調節バルブ６０７に対してその開度を大きくする動作指令が出力され、また、平均気道内圧Phの方が低い場合には流量調節バルブ６０７に対してその開度を小さくする動作指令が出力される（ステップＳ７，８）。
【０１０５】
また、更新部８７により、メモリに記憶された検出圧力P(3)が算出された平均気道内圧Phの値に更新される（ステップＳ９）。
【０１０６】
その後、平均処理部８２にて新たに平均化された検出圧力が算出されると（ステップＳ１０）、メモリ８１において、当該新たな検出圧力がP(3)に、もとのP(3)（ステップＳ９においてP(3)に更新された平均気道内圧Ph）がP(2)に、もとのP(2)がP(1)にそれぞれ更新される（ステップＳ１１）。
【０１０７】
上記更新後は、前述したステップＳ４から同様の動作が繰り返し行われる。
【０１０８】
（本実施形態の効果）
上述の構成からなる高頻度人工呼吸器１２と従来の高頻度人工呼吸器２００との比較試験データを図８乃至図１０に示す。図９は図８におけるＡ部の拡大図を示し、図１０は図８におけるＢ部の拡大図を示す。図９及び図１０において、勾配が激しく変化している曲線Ｌ１は従来の高頻度人工呼吸器２００による10[msec]ごとの患者側圧力センサ９３の検出圧力を示し、曲線Ｌ２は高頻度人工呼吸器１２による10[msec]ごとの患者側圧力センサ９３の検出圧力をもとに算出した平均気道内圧Phを示している。なお、曲線Ｌ２は曲線Ｌ１と重ならないように若干下方にずらして図示している。
【０１０９】
かかる曲線Ｌ２から分かるように、本実施形態により、検出圧力の急激な変化が緩和され、これに基づいて流量調節バルブ６０７の制御を行うと、低周波から安定した高頻度人工呼吸器の制御が可能となる。
【０１１０】
さらに、従来の高頻度人工呼吸器２００における患者側圧力センサ９３の検出圧力（曲線Ｌ３）とこれに基づいて従来のコントローラ２０１で算出した平均気道内圧（曲線Ｌ４）を図１１に示す。また、同時に、高頻度人工呼吸器１２における患者側圧力センサ９３の検出圧力（曲線Ｌ５）とこれに基づいてコントローラ４０で算出した平均気道内圧（曲線Ｌ６）を図１２に示す。いずれの場合も、グラフの左から右に進行するに従って、算出した平均気道内圧に従って目標設定値に近づける動作制御が行われている。
【０１１１】
従来制御の図１１をみると、空気慣性などの影響によって流量調節バルブ６０７の動作結果による圧力変化と、流量調節バルブ６０７の動きが時間的に一致しないため、目標の圧力値に対して上昇し過ぎたり、下降し過ぎたりして、空気振動の圧力平均値を一定に保つことができない。
【０１１２】
それに対して、本実施形態たる高頻度人工呼吸器１２では、図１２のように空気振動を目標値に向けて圧力制御でき、目標値に到達後は安定した平均気道内圧の状態で保つことができる。
【０１１３】
また、図１２において、圧力は、1msec毎のサンプリングの10ポイント分の平均値である。これは、10msec毎に新しいデ‐タを監視しながら、平均気道内圧算出部８６に従って算出した平均気道内圧Phを基に流量調節バルブ６０７を制御している。
【０１１４】
以上のように、高頻度人工呼吸器１２では、コントローラ４０が、予め設定されたサンプリング間隔で検出される圧力を一定期間で平均化し、かかる平均値が三つ求められた時点で、それらの勾配変化から平均気道内圧の算出を行っている。従って、当該平均気道内圧の算出所要時間が、従来のように換気周波数の周期によって決定されることがなく、換気周波数が長い場合（低周波）であっても、より微細な時間間隔で安定した高頻度人工呼吸器の制御が可能となる。
【０１１５】
なお、上述した高頻度人工呼吸器１２では、コントローラ４０が平均処理部８２を備えているが、これを省略する構成も考えられる。その場合、サンプリング部８０で抽出される検出圧力がメモリ８１を介してそのまま演算部８３で処理されることとなる。
【０１１６】
また、高頻度人工呼吸器１２のコントローラ４０については、図１３に示す構成で実現しても良い。かかる構成では、コントローラ４０の備える各部に対応する動作をさせる指令を備えるプログラムが記録されたＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体Ｄを駆動するディスクドライブ９１と、このディスクドライブ９１を介して読み出されたプログラムを記憶するハードディスク等の補助記憶装置９２と、この補助記憶装置９２に格納されたプログラムに従って演算処理を行うＣＰＵ等の中央処理部９３と、この中央処理部９３の主記憶となるＲＡＭ等の主記憶部９４とを備えている。なお、ここで「動作をさせ得る指令」というときには、このＣＰＵのみで所定の指令を実現する場合と、補助記憶装置に格納されたオペレーションシステムやプログラムによるサービスに依存して所定の処理を実現する場合の双方を含むものとする。
【０１１７】
[第２の実施の形態]
次に、本願発明の第２の実施形態について図１４乃至図１６に基づいて説明する。なお、本実施形態で示す各構成の内、前述した高頻度人工呼吸器１２で示した構成と同一のもの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。
【０１１８】
前述した高頻度人工呼吸器１２では、平均気道内圧算出部８６において、検出圧力P(1),P(2),P(3)の変化パターンが［Ａ］の場合即ち、P(1)≦P(2)＜P(3)  且つ  P(1)−P(2)＋ａ≧P(3)−P(2)のパターンに該当するときには、Ps＝P(2)＋Ｋ・β＝P(2)＋Ｋ・（P(3)−P(2)）から修正圧力Psを求め、さらにPh＝（P(2)＋Ps）/２から平均気道内圧Phを求めていた。
【０１１９】
しかしながら、この場合、係数Ｋは固定値のため、高頻度の振動空気圧の振幅量の大きさ（一回換気量）を患者に合わせて変更した場合に、平均気道内圧Phの算出値の精度に低下を生じ、流量調節バルブ６０７の制御の安定性が若干低下する恐れがあった。
【０１２０】
従って、かかる第２の実施形態たる高頻度人工呼吸器１２Ａは、検出圧力P(1),P(2),P(3)の変化パターンが［Ａ］：P(1)≦P(2)＜P(3)  且つ  P(1)−P(2)＋ａ≧P(3)−P(2)の場合には、次式（１２）を用いて修正圧力Psを算出し、次式（１４）を用いて平均気道内圧Phを算出する平均気道内圧算出部８６Ａを備える構成を採っている。
【０１２１】
Ps＝P(2)＋Ｑ・Ｈ・（P(3)−P(2)）          …（１２）
【０１２２】
Ph＝（P(2)＋Ps）/２                    …（１３）
【０１２３】
上式（１２）において、符号Ｑはシミュレーションや試験により求められる係数（Ｑ>0）であり、符号Ｈは、振動空気圧付勢部５０の一回換気量の一次関数であり、例えばブロワ５２の駆動出力を使用する。かかる駆動出力Ｈは、一回換気量に比例して変化する。なお、この駆動出力Ｈは操作盤４３から予め受付部４１に設定入力される数値を平均気道内圧算出部８６が参照して演算を行う。
【０１２４】
上記構成からなる高頻度人工呼吸器１２Ａにおける患者側圧力センサ９３の検出圧力（曲線Ｌ７）とこれに基づいてコントローラ４０Ａで算出した平均気道内圧（曲線Ｌ８）を図１５に示す。
【０１２５】
前述した高頻度人工呼吸器１２と比較すると、算出平均気道内圧の振幅が高頻度人工呼吸器１２Ａの方が狭くなっていることが分かる。このように、高頻度人工呼吸器１２Ａでは、一回換気量をパラメータとして平均気道内圧Ph算出の演算式に取り込んでいるので、かかる一回換気量の設定変更にも有効に対応することができ、さらに、より効果的に空気振動を目標値に向けて圧力制御でき、目標値に到達後は、より安定した平均気道内圧の状態で保つことができる。
【０１２６】
なお、上記高頻度人工呼吸器１２Ａでは、符号Ｈとしてブロワ５２の駆動出力を使用したが、操作盤から入力される一回換気量の数値そのものを使用しても良い。この場合、係数Ｑをそれに応じた数値に変更する必要がある。
【０１２７】
また、図１６に示すように、前述したコントローラ４０Ａの構成に、患者の肺に対する一回換気量と振動空気圧の振動周波数と吸気の供給量と平均気道内圧と選択された気管内挿入管の径とを、振動空気圧付勢部の出力を特定するパラメータとする５次元マップを記憶したマップメモリ９５と、５次元マップと受付部４１で受け付けた各入力値とからブロワ５２の出力を特定し、これに基づいて当該振動空気圧付勢部の動作制御を行う特定部９６とを新たに加え、当該特定部９６で特定したブロワ５２の出力を参照して平均気道内圧Phを算出する構成としても良い。
【０１２８】
かかる５次元マップについては、特願平１１−３６２３４６号の願書に添付した明細書及び図面に詳細が説明されている。
【０１２９】
このように構成した場合には、実際に駆動するブロワ５２の出力に基づく一回換気量の関数に基づいて平均気道内圧Phの算出が行われるため、より有効に一回換気量の設定変更への対応が図られ、より効果的に空気振動を目標値に向けて圧力制御でき、目標値に到達後は、より安定した平均気道内圧の状態で保つことができる。
【０１３０】
なお、上述したコントローラ４０Ａの各構成についても、図１３で示した構成、即ち、コントローラ４０Ａの備える各部に対応する動作をさせる指令を備えるプログラムが記録されたＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体Ｄを駆動するディスクドライブ９１と、補助記憶装置９２と、中央処理部９３と、主記憶部９４等から実現しても良い。
【０１３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、予め設定されたサンプリング間隔で検出される圧力が三つ求められた時点で、それらの勾配変化から平均気道内圧の算出を行っている。従って、当該平均気道内圧の算出所要時間が、従来のように換気周波数の周期によって決定されることがなく、換気周波数が長い場合（低周波）であっても、より微細な時間間隔で安定した高頻度人工呼吸器の制御が可能となる。
【０１３２】
このため、平均気道内圧のコントロールの安定を図りつつ高頻度人工呼吸器の換気周波数を低周波域から高周波域まで設定することができ、新生児〜成人まで幅広い患者に対して、安定的な高頻度人工呼吸（HFO換気）ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態たる高頻度人工呼吸器の構成を示すブロック図である。
【図２】図１で開示した流量調節バルブの詳細を示す断面図である。
【図３】図１で開示した高頻度人工呼吸器の制御系を示すブロック図である。
【図４】順次算出される検出圧力の平均値の圧力変化を示す線図であり、図４（Ａ）は［Ａ］のパターンを示し、図４（Ｂ）は［Ｂ］のパターンを示す。
【図５】順次算出される検出圧力の平均値の圧力変化を示す線図であり、図５（Ｃ）は［Ｃ］のパターンを示し、図５（Ｄ）は［Ｄ］のパターンを示す。
【図６】図１に開示した高頻度人工呼吸器の動作を示すフローチャートである。
【図７】図１に開示した高頻度人工呼吸器の動作を示す図６の続きのフローチャートである。
【図８】第１の実施形態と従来例との比較試験データを示す線図である。
【図９】図８におけるＡ部の拡大図である。
【図１０】図８におけるＢ部の拡大図である。
【図１１】従来の高頻度人工呼吸器における患者側圧力センサの検出圧力とこれに基づいて算出した平均気道内圧を示す線図である。
【図１２】第１の実施形態における患者側圧力センサの検出圧力とこれに基づいて算出した平均気道内圧を示す線図である。
【図１３】図３に示したコントローラを実現するプログラムが記録された記憶媒体を含む構成の例を示すブロック図である。
【図１４】第２の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１５】第２の実施形態における患者側圧力センサの検出圧力とこれに基づいて算出した平均気道内圧を示す線図である。
【図１６】第２の実施形態のコントローラの他の例を示すブロック図である。
【図１７】従来の高頻度人工呼吸器の構成を示すブロック図である。
【図１８】換気周波数15[Hz]における吸気の平均気道内圧を求めるための概念図である。
【符号の説明】
１２，１２Ａ  高頻度人工呼吸器
４０，４０Ａ  コントローラ
５０  振動空気圧付勢部
６０  患者側経路
６２  吸気導入部
８０  サンプリング部
８１  メモリ
８２  平均処理部
８３  演算部
８４  内圧制御部
８５  比較部
８６，８６Ａ  平均気道内圧算出部
８７  更新部
８８  判定部
８９  駆動指令出力部
９３  患者側圧力センサ
６０４  排出管（排出経路）
６０７  流量調節バルブ（内圧調節部）
Ｄ  記録媒体
【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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